JP2000265263A - スパッタリング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明はスパッタリングにおいて、基板径
と同等若しくは小さい直径のターゲットを用いて、基板
へ±１．０％程度の精度分布の成膜をすることを目的と
したものである。 【解決手段】 直径ｄの基板の法線に対し、スパッタリ
ングカソードに取付けた直径Ｄのターゲットの中心線の
角度θを、１５°≦θ≦４５°にし、前記直径ｄ≧直径
Ｄとして、前記基板を回転速度は４ｒｐｍ≦Ｖ≦６０ｒ
ｐｍで回転させながらスパッタリングすることを特徴と
したスパッタリング方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、真空中薄膜作成
プロセスを必要とする半導体、各種電子部品向けのスパ
ッタリングにおいて、基板の直径と同等以下の直径のタ
ーゲットにより、基板に付着する膜の膜厚分布、組成比
分布、不純物分布を広範囲に均一化することを目的とし
たスパッタリング方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスパッタリング装置では、基板面
とターゲット面が平行に配置されていた。そのような従
来のスパッタリング装置においては、基板に付着する膜
の膜厚分布、組成比分布、不純物分布などを広範囲に均
一化するために基板よりも大きな径のターゲットを用い
ていた。

【０００３】また、合金膜や多層膜を作成する目的のた
めに、複数のカソードが中心軸線を基板の中心に向けて
傾け設置する多元スパッタリング装置においても、膜厚
分布、組成比分布、不純物分布が悪いためターゲットの
径よりも小さな基板径のものでしか利用できず、もっぱ
ら研究用として使われ工業的ではなかった。

【０００４】

【発明により解決しようとする課題】しかしながら、上
記従来装置は基板径が大径化するのにともない、ターゲ
ットの径をそれ以上に大径化しなければならなかったの
で、ターゲットの径が大径化すると材料によってターゲ
ットを作製することが困難なものもあった。例えば、Ｍ
ｎやＭｎリッチの合金などはもろく割れやすいために大
きなターゲットを作製することが困難であった。

【０００５】また、基板径が大きくなりすぎると、膜厚
分布に与えるターゲットの非エロージョン領域の影響が
大きくなってくる等の理由により、単にターゲット径を
大径化しただけでは膜厚分布、組成比分布、不純物分布
を均一化することができないという問題もあった。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】然るにこの発明は、基板を
適度の早さで回転させると共に、基板の法線に対し、タ
ーゲットの中心軸線の角度θを、１５°≦θ≦４５°の
関係に保つことにより、前記従来の問題点を解決し、タ
ーゲットの径を基板と同等以下にしても、均一膜厚、膜
質を生成できるようにしたのである。

【０００７】即ち方法の発明は、直径ｄの基板の法線に
対し、スパッタリングカソードに取付けた直径Ｄのター
ゲットの中心線の角度θを、１５°≦θ≦４５°にし、
前記直径ｄ≧直径Ｄとして、前記基板を回転速度Ｖで回
転させながらスパッタリングすることを特徴としたスパ
ッタリング方法であり、回転速度Ｖは、４ｒｐｍ≦Ｖ≦
６０ｒｐｍとするものである。

【０００８】また装置の発明は、直径ｄの基板を適度の
回転速度Ｖで回転可能に架設すると共に、前記基板の法
線Ｈと、スパッタリングカソードに取付けた直径Ｄのタ
ーゲットの中心線の角度θを１５°≦θ≦４５°にする
と共に、前記直径ｄとＤをｄ≧Ｄとし、前記ターゲット
の中心軸線Ａと、基板面を含む平面との交点Ｐと、基板
の回転中心０とが適度の距離Ｆを有し、かつ前記交点Ｐ
と、ターゲットの距離Ｌを適度に保って、ターゲットを
設置したことを特徴とするスパッタリング装置であり、
距離Ｆは、５０ｍｍ≦Ｆ≦４００ｍｍとしたものであ
る。更に距離Ｌは、５０ｍｍ≦Ｌ≦８００ｍｍとしたも
のであり、ターゲットを取付けるスパッタリングカソー
ドを、１枚の基板に対し、１基又は複数基を、基板の回
転軸線に対して回転対称にし、又は基板に垂直な平面に
対して面対称にする一方又は両方に設置したことを特徴
とするスパッタリング装置である。

【０００９】この発明において、基板の法線と、ターゲ
ットの中心軸線との角度θは１５度未満であっても、４
５度を越える場合であっても、膜薄の膜厚分布が±１．
０％以上となり、組成比分布及び不純物分布の何れも不
均一になり、膜質を低下させることが判明している。

【００１０】また基板と、ターゲットの距離が５０ｍｍ
未満であっても、８００ｍｍを越える場合の何れであっ
ても、薄膜分布の低下が認められた。更にスパッタリン
グカソードの中心軸線と、基板を含む平面との交点Ｐ
と、基板の回転軸線との距離が５０ｍｍ未満の場合も、
４００ｍｍを越える場合も膜厚分布の均一性が悪く、膜
質の低下が認められた。更に基板の回転速度は、スパッ
タリングの位置（中心からの距離）によっても異なる
が、通常４ｒｐｍを越え、６０ｒｐｍ未満が好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明は、適速度Ｖで回転する
直径ｄの基板の法線Ｈに対し、直径Ｄのターゲットの中
心軸線Ａを角度θにして設置し、前記法線Ｈと、中心軸
線Ａと基板を含む面との交点Ｐのオフセット距離Ｆとの
適宜定め、かつターゲットと、基板との距離Ｌを適度に
定めて、スパッタリングする方法および装置であって、
前記基板の直径ｄとターゲットの直径Ｄの比率、角度
θ、距離Ｆ、Ｌの数値を下記のようにすることを特徴と
したものである。

【００１２】 回転数 ４ｒｐｍ≦Ｖ≦６０ｒｐｍ 角度θ １５°≦θ≦４５° 直径ｄとＤ ｄ≧Ｄ 距離Ｆ ５０ｍｍ≦Ｆ≦４００ｍｍ 距離Ｌ ５０ｍｍ≦Ｌ≦８００ｍｍ

【００１３】

【実施例】この発明の実施例を図１、２、３、４につい
て説明する。回転軸４の円板５上へ基板２をセットする
と共に、基板２の斜め上方へ、スパッタリングカソード
１を、その中心軸線Ａが、前記基板２の法線Ｈに対し、
θ＝３０°をなすように架設する。

【００１４】この場合に、基板２の直径は４インチ、タ
ーゲット３の直径は２インチ、基板２の回転軸線Ｂと、
法線Ｈとの距離Ｆは６０ｍｍ、ターゲット３と、基板２
の距離Ｌは３００ｍｍであった。

【００１５】前記条件でスパッタリングを行ったとこ
ろ、基板２の中心からの距離−４０〜４０ｍｍに対する
膜厚分布は±２．０％以下であった（図５）。

【００１６】次に、ターゲット３の配置の異なる他の実
施例を説明する。基板２に対し、２個のカソード１ａ、
１ｂを回転軸Ｂに対称に配置した実施例である（図
２）。また基板２に対し、２個のカソード１ａ、１ｂを
垂直な平面に対し、面対称に配置した実施例である（図
３）。更に基板２に対し、６個のカソード１ａ、１ｂ、
１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを回転軸と垂直面の夫々に対称
に配置した実施例である（図４）。

【００１７】図７は、直径９．３インチＲＭＣ上に、直
径８．５インチのターゲット３を載置したものを用い
て、直径３５０ｍｍの基板にスパッタリングによって薄
膜を作製した場合（図６）の膜厚均一性シミュレーショ
ン結果である。ここで、図６に示すようにターゲット３
の中心と基板２との垂直距離を新たに定義している（Ｔ
／Ｓ間垂直距離と呼ぶ）。Ｔ／Ｓ間垂直距離はＬとθに
よって決定される（Ｌｃｏｓθ）。これにより、±１．
０％以内を確保できるＴ／Ｓ間垂直距離、距離Ｆを求め
ることができる。Ｔ／Ｓ間垂直距離は、装置パラメータ
として実際に使用するので、実施例では新たに定義し
た。

【００１８】また、図７で求めたＴ／Ｓ間垂直距離、距
離Ｆでの膜厚形状シミュレーション結果を示す。このシ
ミュレーションでは直径９．３インチＲＭＣを用いて、
直径３５０ｍｍ面内に±０．５８％の膜厚分布を得た
（図８）。この場合に、実測値をプロットしたところ、
前記シミュレーションとほぼ一致し、±０．６０％の膜
厚分布を得た。

【００１９】次に図９は、Ｔ／Ｓ間垂直距離３８０ｍｍ
での成膜圧力による膜厚分布依存性を実験したところ、
成膜圧力が高くなると膜厚分布が悪くなることが判っ
た。これはスパッタ粒子がスパッタガスの散乱の影響を
受けているためと考えられる。

【００２０】そこで、成膜圧力の高い領域で散乱の影響
を抑えるためにＴ／Ｓ間垂直距離を近づけて実験を行っ
た。図１０は直径３５０ｍｍ面内での膜厚分布のＴ／Ｓ
間垂直距離依存性を示すものである。シミュレーション
から算出したＴ／Ｓ間垂直距離よりも６０ｍｍ近づけた
結果、膜厚分布で直径３５０ｍｍ面内に±１．０％以下
を満たすことができた。

【００２１】従って、膜厚分布はＴ／Ｓ間垂直距離の調
整を行うことで膜厚分布を確保することができることが
判った。

【００２２】この発明と、従来技術とを比較した。即ち
静止対向成膜方式を用いた場合の直径３５０ｍｍ面内に
おいては±１．０％以下の膜厚均一性を得るためのシミ
ュレーションを行った所、図１１の結果を得た。図１１
によれば、静止対向成膜方式で膜厚分布を±１．０％以
下にするためには、ターゲットサイズを直径４０インチ
以上にするか、ターゲット３と基板２との垂直距離を１
８００ｍｍ以上にする必要がある。一方斜入射回転方法
を採用すれば、ターゲット３は直径８．５インチであっ
ても、ターゲット３と基板２の垂直距離３８０ｍｍで膜
厚分布±１．０％以下のスパッタリングができる。

【００２３】

【発明の効果】この発明のスパッタリング方法及び装置
によれば、基板径よりも小さいターゲット径を用いて基
板に生成する膜厚分布、組成比分布、不純物分布を広範
囲に均一化（±１．０％以下）できる効果がある。

【００２４】前記により、基板が大径化しても、ターゲ
ットは比較的小径で十分高精度に成膜できると共に、Ｔ
／Ｓ間垂直距離を短縮できるので、装置を小型化するこ
とができるなどの諸効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の装置の実施例の概念図。

【図２】同じく他の実施例の概念図。

【図３】同じく２個のカソードを垂直面に対称に配置し
た実施例の概念図。

【図４】同じく数個のカソードを配置した実施例の概念
図。

【図５】同じく膜厚−基板中心からの距離グラフ。

【図６】同じく基板とターゲットとの相互関係を示す概
念図。

【図７】同じくオフセット距離−Ｔ／Ｓ間垂直距離のグ
ラフ。

【図８】同じく規格化膜厚−基板中心からの距離グラ
フ。

【図９】同じく膜厚分布−成膜圧力依存性グラフ。

【図１０】同じく膜厚分布−Ｔ／Ｓ間垂直距離グラフ。

【図１１】同じく膜厚分布−Ｔ／Ｓ間垂直距離グラフ。

【符号の説明】

１ カソード ２ 基板 ３ ターゲット Ａ 中心軸線 Ｂ 回転軸線 Ｈ 法線 Ｄ ターゲットの直径 ｄ 基板の直径 Ｆ Ｂ−Ｈ距離 Ｐ Ａ−Ｈの交点 ０ 基板の中心 Ｖ 回転速度

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直径ｄの基板の法線に対し、スパッタリ
   ングカソードに取付けた直径Ｄのターゲットの中心線の
   角度θを、１５°≦θ≦４５°にし、前記直径ｄ≧直径
   Ｄとして、前記基板を回転速度は４ｒｐｍ≦Ｖ≦６０ｒ
   ｐｍで回転させながらスパッタリングすることを特徴と
   したスパッタリング方法。
2. 【請求項２】 直径ｄの基板を適度の回転速度Ｖで回転
   可能に架設すると共に、前記基板の法線Ｈと、スパッタ
   リングカソードに取付けた直径Ｄのターゲットの中心線
   の角度θを１５°≦θ≦４５°にすると共に、前記直径
   ｄとＤをｄ≧Ｄとし、前記ターゲットの中心軸線Ａと、
   基板面を含む平面との交点Ｐと、基板の回転中心０とが
   適度の距離Ｆを有し、かつ前記交点Ｐと、ターゲットの
   距離Ｌを適度に保って、ターゲットを設置したことを特
   徴とするスパッタリング装置。
3. 【請求項３】 距離Ｆは、５０ｍｍ≦Ｆ≦４００ｍｍと
   したことを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装
   置。
4. 【請求項４】 距離Ｌは、５０ｍｍ≦Ｌ≦８００ｍｍと
   したことを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装
   置。
5. 【請求項５】 ターゲットを取付けるスパッタリングカ
   ソードを、１枚の基板に対し、１基又は複数基を、基板
   の回転軸線に対して回転対称にし、又は基板に垂直な平
   面に対して面対称にする一方又は両方に設置したことを
   特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。