JP3973786B2 - スパッタリング方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成技術の一つであるマグネトロンスパッタリング方法などのスパッタリング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング方法とは、一般に低真空雰囲気で気体放電を起こすことによりプラズマを発生させ、プラズマの陽イオンをスパッタリング電極と呼ばれる負極に設置されたターゲットに衝突させ、衝突によりスパッタされた粒子を基板に付着させて薄膜を生成する方法である。このスパッタリング方法は、組成の制御や装置の操作が比較的簡単であることから、広く成膜過程に使用されている。
【０００３】
図５に従来のマグネトロンスパッタリング装置の装置構成を示す。図５において、１０１は真空容器、１０２は真空ポンプ（図示せず）によって排気される真空容器１０１の排気口、１０３は可動バルブで、排気コンダクタンスを調節することができる。１０４は排気口１０２のメインバルブである。１０５は真空容器１０１内へのガス導入管、１０６はガス導入管１０５に取付けられたガス流量制御器である。１０７はガス導入管１０５から真空容器１０１内に導入される放電ガスで、通常アルゴンガスを用いる。１０８はガス導入バルブである。
【０００４】
１０９はターゲット、１１０はスパッタリング電極、１１１は放電用電源、１１２はターゲット１０９の裏面に配置されている磁石である。１１３は基板ホルダ、１１４は基板であり、基板１１４上に薄膜を形成する。１１６は、真空容器１０１に対してスパッタリング電極１１０を絶縁して取付ける絶縁体である。
【０００５】
以上のように構成されたスパッタリング装置について、以下その動作について説明する。まず、真空容器１０１内を排気口１０２から真空ポンプで１０-7Ｔｏｒｒ程度まで排気する。次に、真空容器１０１の一端に接続されたガス導入管１０５を介して真空容器１０１内に放電ガス１０７を導入し、真空容器１０１内の圧力を１０-3〜１０-2Ｔｏｒｒ程度に保つ。ターゲット１０９を取付けたスパッタリング電極１１０に直流あるいは高周波の放電用電源１１１により負の電圧または高周波電圧を印加すると、放電用電源１１１による電場とターゲット１０９の裏面に配置された磁石１１２による磁場との作用でターゲット１０９の表面近傍に放電によるリング状プラズマが発生し、スパッタリング現象が起こり、ターゲット１０９から放出されたスパッタ粒子により基板ホルダ１１３に設置された基板１１４上に薄膜が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、薄膜形成中に真空容器１０１内へのガス導入及び真空容器１０１からの排気を行うため、ターゲット１０９表面上で圧力が不均一になる。その結果、ターゲット１０９面内から放出されるスパッタ粒子の分布は対称とならず、基板１１４上に形成される薄膜の厚さも対称とならないという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、基板面内での膜厚を均一・対称にすることができるスパッタリング方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明のスパッタリング方法は、メインバルブと可動バルブの双方を開いた状態で排気口を通じて真空容器の排気を行い、ガス導入バルブを開いてガス導入管から真空容器内にガス導入し、排気口の可動バルブを徐々に閉めて真空容器内の圧力を所定の圧力に調整し、排気口のメインバルブとガス導入管のガス導入バルブを同時に閉じ、さらに電圧を印加してターゲット上にプラズマを形成して、ターゲットに対向して保持される基板上に薄膜を成膜させる手順を備えたことを特徴とするものであり、薄膜形成中の真空容器内のガス流れに伴う圧力の不均一が解消し、基板上に形成する薄膜の膜厚を均一・対称にすることができる。
【０００９】
また、本願の第２発明のスパッタリング方法は、真空容器内に基板とターゲットを対向するように配置し、ターゲット表面上に形成したプラズマ中のイオンによってターゲットをスパッタリングし、基板上に薄膜を形成するスパッタリング方法において、真空容器内へのガスの導入を遮断するとともに真空容器の排気を遮断して成膜する状態と、真空容器内にガスを導入するとともに排気する状態とを交互に変化させながら薄膜を形成するものであり、上記第１発明と同様な効果を奏するとともに、反応性スパッタ法や成膜時間が長い場合においても、膜厚の対称性を確保し、かつ膜質の安定性を確保することができる。
【００１０】
また、本願の第３発明のスパッタリング装置は、真空容器内に基板とターゲットを対向するように配置し、ターゲット表面上に形成したプラズマ中のイオンによってターゲットをスパッタリングし、基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置において、真空容器内を真空排気する排気口を開閉するメインバルブと真空容器にガスを導入するガス導入管を開閉するガス導入バルブとを、成膜時に大略同期して開閉制御する手段を設けたものであり、上記方法を実施してその効果を奏することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明のスパッタリング方法の第１の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１２】
図１において、１は真空容器、２は真空容器１に備えられかつ真空ポンプに接続された真空排気口である。真空排気口２には排気コンダクタンスを調節する可動バルブ３と真空排気口２を開閉するメインバルブ４が配設されている。５は真空容器１に備えられたガス導入管、６はガス導入管５に取付けられたガス流量制御器である。７はガス導入管５から真空容器１内に導入される放電ガスで、通常はアルゴンガスが用いられる。８はガス導入管５を開閉するガス導入バルブである。
【００１３】
９は真空容器１内に配置されたターゲット、１０は真空容器１に絶縁体１６を介して取付けられてターゲット９を支持するスパッタリング電極、１１はスパッタリング電極１０に負の電圧または高周波電圧を印加する放電用電源である。１２は真空容器１内のターゲット９の裏面に配置された磁石である。１３は真空容器１内のターゲット９に対向する位置に配置された基板ホルダである。１４は基板ホルダ１３に保持される基板で、その上に薄膜を形成する。また、１５は制御装置で、成膜時にメインバルブ４とガス導入バルブ８を大略同期して開閉制御するように構成されている。
【００１４】
図２は、図１で示したスパッタリング装置を用いて薄膜を形成するときのガス導入バルブ８、メインバルブ４及び可動バルブ３の動作と真空容器１内の圧力を示したタイミングチャートである。
【００１５】
本実施形態における動作は、図示のごとくメインバルブ４及び可動バルブ３を開けた状態で真空容器１を１０-7Ｔｏｒｒ程度まで排気した後、ガス導入バルブ８を開くことにより放電ガス７をガス流量制御器６を用いて所定のガス流量を真空容器１内に導入する。次に、可動バルブ３によって真空容器１内を所定の圧力に調圧する。
【００１６】
次に、メインバルブ４及びガス導入バルブ８を制御装置１５により同時に閉めた後、大略同時に電源１１によりスパッタリング電極１０に電力を印加することによりターゲット９上にプラズマを形成し、基板１４上に薄膜を形成する。
【００１７】
図３に、以上の方法で薄膜を形成した場合の円板状の基板１４上で、その中心から放射線方向の膜厚を９０度毎に測定した結果を規格化して示す。図示のごとく、大略対称・均一な膜厚分布が得られている。
【００１８】
以上のように本実施形態において、薄膜形成中の真空容器１内のガス流れに伴う圧力の不均一性を解消したことにより、基板１４上に形成する薄膜の膜厚を対称にすることができる。
【００１９】
なお、本実施形態においては、メインバルブ４とガス導入バルブ８を同時に閉めたが、所定の圧力を確保できれば、正確に同時でなくても何ら問題はない。
【００２０】
また、本実施形態においては、ターゲット９の裏面に磁石１２を配置したが、必ずしも裏面である必要はない。さらに、磁石を配置しなくても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００２１】
（第２の実施形態）
次に、本発明のスパッタリング方法の第２の実施形態について、図４を参照して説明する。
【００２２】
図４は本実施形態におけるスパッタリング方法を実施するための各機器の動作のタイミングチャートを示した図である。大略の動作は第１の実施形態と同一であるが、異なる点は、薄膜形成中にガス導入バルブ８を閉じて放電ガス７を遮断し、放電ガス７を真空容器１内に封じ込めて成膜を行っている状態と、ガス導入バルブ８を開いて放電ガス７を導入するとともにメインバルブ４を開いて真空容器１内を排気する状態とを交互に繰り返していることである。
【００２３】
真空容器１内に封じ込められた状態で薄膜を形成した場合、放電ガス７としてアルゴンガスに窒素ガスあるいは酸素ガス等を混合した状態で薄膜を形成する反応性スパッタ法や、形成すべき膜厚が厚く放電時間が１０秒程度以上に及ぶ場合に発生する反応性ガスの分圧低下や、成膜圧力の低下といった問題が起こらず、膜質の安定性を損なうことがない。
【００２４】
したがって、本実施形態では、第１の実施形態と同様な効果を奏することができるとともに、反応性スパッタ法や成膜時間が長い場合においても、膜厚の対称性を確保し、かつ膜質の安定性を確保することができる。
【００２５】
なお、本実施形態においても、ターゲット９の裏面に磁石１２を配置しているが、必ずしも裏面である必要はない。さらに、磁石を配置しなくても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
本願の第１発明のスパッタリング方法によれば、真空容器内へのガスの導入を遮断するとともに真空容器の排気を遮断した状態で薄膜を形成するので、薄膜形成中の真空容器内のガス流れに伴う圧力の不均一が解消し、基板上に形成する薄膜の膜厚を均一・対称にすることができる。
【００２７】
また、本願の第２発明のスパッタリング方法によれば、真空容器内へのガスの導入を遮断するとともに真空容器の排気を遮断して成膜する状態と、真空容器内にガスを導入するとともに排気する状態とを交互に変化させながら薄膜を形成するので、上記第１発明と同様な効果を奏するとともに、反応性スパッタ法や成膜時間が長い場合においても、反応性ガスの分圧低下や成膜圧力の低下が起こらず、膜厚の対称性を確保しつ膜質の安定性を確保することができる。
【００２８】
また、本願の第３発明のスパッタリング装置によれば、真空容器内を真空排気する排気口を開閉するメインバルブと真空容器にガスを導入するガス導入管を開閉するガス導入バルブとを、成膜時に大略同期して開閉制御する手段を設けたので、上記方法を実施してその効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】同実施形態におけるタイミングチャートである。
【図３】同実施形態における基板の膜厚分布図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるスパッタリング方法のタイミングチャートである。
【図５】従来例のスパッタリング装置の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
２ 真空排気口
４ メインバルブ
５ ガス導入管
８ ガス導入バルブ
９ ターゲット
１４ 基板
１５ 制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成技術の一つであるマグネトロンスパッタリング方法などのスパッタリング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング方法とは、一般に低真空雰囲気で気体放電を起こすことによりプラズマを発生させ、プラズマの陽イオンをスパッタリング電極と呼ばれる負極に設置されたターゲットに衝突させ、衝突によりスパッタされた粒子を基板に付着させて薄膜を生成する方法である。このスパッタリング方法は、組成の制御や装置の操作が比較的簡単であることから、広く成膜過程に使用されている。
【０００３】
図５に従来のマグネトロンスパッタリング装置の装置構成を示す。図５において、１０１は真空容器、１０２は真空ポンプ（図示せず）によって排気される真空容器１０１の排気口、１０３は可動バルブで、排気コンダクタンスを調節することができる。１０４は排気口１０２のメインバルブである。１０５は真空容器１０１内へのガス導入管、１０６はガス導入管１０５に取付けられたガス流量制御器である。１０７はガス導入管１０５から真空容器１０１内に導入される放電ガスで、通常アルゴンガスを用いる。１０８はガス導入バルブである。
【０００４】
１０９はターゲット、１１０はスパッタリング電極、１１１は放電用電源、１１２はターゲット１０９の裏面に配置されている磁石である。１１３は基板ホルダ、１１４は基板であり、基板１１４上に薄膜を形成する。１１６は、真空容器１０１に対してスパッタリング電極１１０を絶縁して取付ける絶縁体である。
【０００５】
以上のように構成されたスパッタリング装置について、以下その動作について説明する。まず、真空容器１０１内を排気口１０２から真空ポンプで１０-7Ｔｏｒｒ程度まで排気する。次に、真空容器１０１の一端に接続されたガス導入管１０５を介して真空容器１０１内に放電ガス１０７を導入し、真空容器１０１内の圧力を１０-3〜１０-2Ｔｏｒｒ程度に保つ。ターゲット１０９を取付けたスパッタリング電極１１０に直流あるいは高周波の放電用電源１１１により負の電圧または高周波電圧を印加すると、放電用電源１１１による電場とターゲット１０９の裏面に配置された磁石１１２による磁場との作用でターゲット１０９の表面近傍に放電によるリング状プラズマが発生し、スパッタリング現象が起こり、ターゲット１０９から放出されたスパッタ粒子により基板ホルダ１１３に設置された基板１１４上に薄膜が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、薄膜形成中に真空容器１０１内へのガス導入及び真空容器１０１からの排気を行うため、ターゲット１０９表面上で圧力が不均一になる。その結果、ターゲット１０９面内から放出されるスパッタ粒子の分布は対称とならず、基板１１４上に形成される薄膜の厚さも対称とならないという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、基板面内での膜厚を均一・対称にすることができるスパッタリング方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明のスパッタリング方法は、メインバルブと可動バルブの双方を開いた状態で排気口を通じて真空容器の排気を行い、ガス導入バルブを開いてガス導入管から真空容器内にガス導入し、排気口の可動バルブを徐々に閉めて真空容器内の圧力を所定の圧力に調整し、排気口のメインバルブとガス導入管のガス導入バルブを同時に閉じ、さらに電圧を印加してターゲット上にプラズマを形成して、ターゲットに対向して保持される基板上に薄膜を成膜させる手順を備えたことを特徴とするものであり、薄膜形成中の真空容器内のガス流れに伴う圧力の不均一が解消し、基板上に形成する薄膜の膜厚を均一・対称にすることができる。
【０００９】
また、本願の第２発明のスパッタリング方法は、真空容器内に基板とターゲットを対向するように配置し、ターゲット表面上に形成したプラズマ中のイオンによってターゲットをスパッタリングし、基板上に薄膜を形成するスパッタリング方法において、真空容器内へのガスの導入を遮断するとともに真空容器の排気を遮断して成膜する状態と、真空容器内にガスを導入するとともに排気する状態とを交互に変化させながら薄膜を形成するものであり、上記第１発明と同様な効果を奏するとともに、反応性スパッタ法や成膜時間が長い場合においても、膜厚の対称性を確保し、かつ膜質の安定性を確保することができる。
【００１０】
また、本願の第３発明のスパッタリング装置は、真空容器内に基板とターゲットを対向するように配置し、ターゲット表面上に形成したプラズマ中のイオンによってターゲットをスパッタリングし、基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置において、真空容器内を真空排気する排気口を開閉するメインバルブと真空容器にガスを導入するガス導入管を開閉するガス導入バルブとを、成膜時に大略同期して開閉制御する手段を設けたものであり、上記方法を実施してその効果を奏することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明のスパッタリング方法の第１の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１２】
図１において、１は真空容器、２は真空容器１に備えられかつ真空ポンプに接続された真空排気口である。真空排気口２には排気コンダクタンスを調節する可動バルブ３と真空排気口２を開閉するメインバルブ４が配設されている。５は真空容器１に備えられたガス導入管、６はガス導入管５に取付けられたガス流量制御器である。７はガス導入管５から真空容器１内に導入される放電ガスで、通常はアルゴンガスが用いられる。８はガス導入管５を開閉するガス導入バルブである。
【００１３】
９は真空容器１内に配置されたターゲット、１０は真空容器１に絶縁体１６を介して取付けられてターゲット９を支持するスパッタリング電極、１１はスパッタリング電極１０に負の電圧または高周波電圧を印加する放電用電源である。１２は真空容器１内のターゲット９の裏面に配置された磁石である。１３は真空容器１内のターゲット９に対向する位置に配置された基板ホルダである。１４は基板ホルダ１３に保持される基板で、その上に薄膜を形成する。また、１５は制御装置で、成膜時にメインバルブ４とガス導入バルブ８を大略同期して開閉制御するように構成されている。
【００１４】
図２は、図１で示したスパッタリング装置を用いて薄膜を形成するときのガス導入バルブ８、メインバルブ４及び可動バルブ３の動作と真空容器１内の圧力を示したタイミングチャートである。
【００１５】
本実施形態における動作は、図示のごとくメインバルブ４及び可動バルブ３を開けた状態で真空容器１を１０-7Ｔｏｒｒ程度まで排気した後、ガス導入バルブ８を開くことにより放電ガス７をガス流量制御器６を用いて所定のガス流量を真空容器１内に導入する。次に、可動バルブ３によって真空容器１内を所定の圧力に調圧する。
【００１６】
次に、メインバルブ４及びガス導入バルブ８を制御装置１５により同時に閉めた後、大略同時に電源１１によりスパッタリング電極１０に電力を印加することによりターゲット９上にプラズマを形成し、基板１４上に薄膜を形成する。
【００１７】
図３に、以上の方法で薄膜を形成した場合の円板状の基板１４上で、その中心から放射線方向の膜厚を９０度毎に測定した結果を規格化して示す。図示のごとく、大略対称・均一な膜厚分布が得られている。
【００１８】
以上のように本実施形態において、薄膜形成中の真空容器１内のガス流れに伴う圧力の不均一性を解消したことにより、基板１４上に形成する薄膜の膜厚を対称にすることができる。
【００１９】
なお、本実施形態においては、メインバルブ４とガス導入バルブ８を同時に閉めたが、所定の圧力を確保できれば、正確に同時でなくても何ら問題はない。
【００２０】
また、本実施形態においては、ターゲット９の裏面に磁石１２を配置したが、必ずしも裏面である必要はない。さらに、磁石を配置しなくても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００２１】
（第２の実施形態）
次に、本発明のスパッタリング方法の第２の実施形態について、図４を参照して説明する。
【００２２】
図４は本実施形態におけるスパッタリング方法を実施するための各機器の動作のタイミングチャートを示した図である。大略の動作は第１の実施形態と同一であるが、異なる点は、薄膜形成中にガス導入バルブ８を閉じて放電ガス７を遮断し、放電ガス７を真空容器１内に封じ込めて成膜を行っている状態と、ガス導入バルブ８を開いて放電ガス７を導入するとともにメインバルブ４を開いて真空容器１内を排気する状態とを交互に繰り返していることである。
【００２３】
真空容器１内に封じ込められた状態で薄膜を形成した場合、放電ガス７としてアルゴンガスに窒素ガスあるいは酸素ガス等を混合した状態で薄膜を形成する反応性スパッタ法や、形成すべき膜厚が厚く放電時間が１０秒程度以上に及ぶ場合に発生する反応性ガスの分圧低下や、成膜圧力の低下といった問題が起こらず、膜質の安定性を損なうことがない。
【００２４】
したがって、本実施形態では、第１の実施形態と同様な効果を奏することができるとともに、反応性スパッタ法や成膜時間が長い場合においても、膜厚の対称性を確保し、かつ膜質の安定性を確保することができる。
【００２５】
なお、本実施形態においても、ターゲット９の裏面に磁石１２を配置しているが、必ずしも裏面である必要はない。さらに、磁石を配置しなくても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
本願の第１発明のスパッタリング方法によれば、真空容器内へのガスの導入を遮断するとともに真空容器の排気を遮断した状態で薄膜を形成するので、薄膜形成中の真空容器内のガス流れに伴う圧力の不均一が解消し、基板上に形成する薄膜の膜厚を均一・対称にすることができる。
【００２７】
また、本願の第２発明のスパッタリング方法によれば、真空容器内へのガスの導入を遮断するとともに真空容器の排気を遮断して成膜する状態と、真空容器内にガスを導入するとともに排気する状態とを交互に変化させながら薄膜を形成するので、上記第１発明と同様な効果を奏するとともに、反応性スパッタ法や成膜時間が長い場合においても、反応性ガスの分圧低下や成膜圧力の低下が起こらず、膜厚の対称性を確保しつ膜質の安定性を確保することができる。
【００２８】
また、本願の第３発明のスパッタリング装置によれば、真空容器内を真空排気する排気口を開閉するメインバルブと真空容器にガスを導入するガス導入管を開閉するガス導入バルブとを、成膜時に大略同期して開閉制御する手段を設けたので、上記方法を実施してその効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】同実施形態におけるタイミングチャートである。
【図３】同実施形態における基板の膜厚分布図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるスパッタリング方法のタイミングチャートである。
【図５】従来例のスパッタリング装置の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
２ 真空排気口
４ メインバルブ
５ ガス導入管
８ ガス導入バルブ
９ ターゲット
１４ 基板
１５ 制御装置
Claims (3)
- メインバルブと可動バルブの双方を開いた状態で排気口を通じて真空容器の排気を行い、
ガス導入バルブを開いてガス導入管から真空容器内にガス導入し、
排気口の可動バルブを徐々に閉めて真空容器内の圧力を所定の圧力に調整し、 排気口のメインバルブとガス導入管のガス導入バルブを同時に閉じ、さらに
電圧を印加してターゲット上にプラズマを形成して、ターゲットに対向して保持される基板上に薄膜を成膜させる手順を備えたスパッタリング方法。 - 真空容器内に基板とターゲットを対向するように配置し、ターゲット表面上に形成したプラズマ中のイオンによってターゲットをスパッタリングし、基板上に薄膜を形成するスパッタリング方法において、真空容器内へのガスの導入を遮断するとともに真空容器の排気を遮断して成膜する状態と、真空容器内にガスを導入するとともに排気する状態とを交互に変化させながら薄膜を形成することを特徴とするスパッタリング方法。
- 真空容器内に基板とターゲットを対向するように配置し、ターゲット表面上に形成したプラズマ中のイオンによってターゲットをスパッタリングし、基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置において、真空容器内を真空排気する排気口を開閉するメインバルブと真空容器にガスを導入するガス導入管を開閉するガス導入バルブとを、成膜時に大略同期して開閉制御する手段を設けたことを特徴とするスパッタリング装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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