[发明专利]溅射装置以及溅射方法

说明书

技术领域

本发明涉及溅射装置以及溅射方法。

背景技术

溅射是指在真空中配置基板和靶(成为溅射膜的原材料的构件)，通过 在该真空中产生等离子而在基板上形成膜的技术。由利用了等离子的溅射， 使高能量的溅射粒子到达基板，因此溅射粒子与基板的附着力变高。由此， 利用等离子的溅射具有能够形成致密的膜等优点，已经用于电子元件和光 学薄膜等许多产品的批量生产。

进而，溅射中的磁控溅射将磁路(magnetic circuit)设置在靶的背面而在 靶表面形成磁通道(magnetic tunnel)。通过该磁力线捕捉电子，能够提高电 离几率，产生高密度等离子，提高成膜速度。因此，磁控溅射的工业上的 利用急速成长。

但是，磁控溅射因为磁通道只局限在靶上的极少一部分上，所以等离 子局限产生，选择性地侵蚀靶的极少一部分。实际上，靶只有大约10～20％ 由溅射覆盖。为了解决该问题，提出有以下方法：例如通过旋转配置在靶 的背面的磁体来提高靶的利用效率的方法、通过摆动配置在靶的背面的磁 体来使等离子生成领域时间性地移动的方法、以及通过电磁体等使等离子 移动的方法等。但是，这些方法都需要在溅射装置上追加可动部件，因此 容易使装置的结构复杂，设备成本也易增加。

另一方面，还提出了以下的方法：作为将配置在靶的背面的磁体固定 并在靶的表面大范围地产生等离子的方法，在靶的背面配置“由相对于靶面 而言在垂直方向上磁化的磁体和在平行方向上磁化的磁体的组合而成的磁 路”(参照专利文献1～3)。

[专利文献1]日本专利公开特表平7-507360号公报

[专利文献2]日本专利公开特表平11-500490号公报

[专利文献3]美国专利第4964968号说明书

发明内容

如专利文献1～3所述，若使用由相对于靶面而言在垂直方向上磁化的 磁体和在平行方向上磁化的磁体的组合而成的磁路，则有可能在靶的表面 大范围地产生等离子。另一方面，为此需要缩小磁路与靶之间的间隔而使 它们互相接近。

例如，专利文献3所公开的磁控溅射装置虽然具有包含第一～第四磁体 的磁路，但是为了在靶表面大范围地产生等离子，需要将由各个磁体产生 的磁辐射(magnetic lobe)实质地配置在溅射区域内。因此，必须缩短靶与 磁路之间的距离，并需将磁路设置在用于冷却靶的冷却水路的内部。由于 设置在水路的内部的磁路有可能被冷却水腐蚀，因此在长时间的使用中会 使磁力和磁场形状产生变动。该变动对成膜率和膜厚的面内均匀性等造成 影响，从而成为产品的质量下降和成品率恶化的原因。

另一方面，若将磁路设置在冷却水路的外部，则从磁路到靶表面的间 隔变长，因此有以下倾向：难于将磁辐射配置在溅射区域，并且靶表面附 近的磁力线的形状成为近于由单纯的双环形(ring)磁体形成的磁辐射的较窄 的形状，难以形成相对于靶面平行的磁力线。

因此，根据专利文献1～3记载的技术，难以在靶表面大范围地产生等 离子，材料利用效率无法充分地提高。而且，若靶的侵蚀(erosion)范围 变窄，则被溅射的靶分子容易不附着在被制膜体而重新附着在靶上(膜重 新附着)，从而成为灰尘和异常放电的原因，有可能使所制造的溅射膜的质 量恶化。

解决问题的方案

本发明的目的在于提供具有磁控电极的磁控溅射装置，所述磁控电极 通过设置在冷却水路的外部的磁路可在靶表面大范围地产生等离子。由此， 本发明的另一目的在于提供能够提高靶材料的利用效率，抑制灰尘和异常 放电的溅射装置以及溅射方法。

本发明的发明人对可利用磁场模拟以及等离子模拟在靶表面上大范围 地形成等离子的磁路进行了研究。首先，如图2所示，将配置在靶的背面的 磁路的基本形式为“在相对于靶表面垂直的垂直方向上被磁化的中心垂直磁 体101及外周垂直磁体102(垂直磁体组件)、和在相对于靶表面平行的平行 方向上被磁化的内侧平行磁体103及外侧平行磁体104(平行磁体组件)”的 组合。继而，对适当地调整磁体的配置位置等、可在靶表面大范围地产生 等离子的磁路进行了研究。

即，本发明的第一方面关于以下所示的溅射装置。