JPH01116070A - スパツタ装置 - Google Patents

スパツタ装置

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JPH01116070A
JPH01116070A JP63190764A JP19076488A JPH01116070A JP H01116070 A JPH01116070 A JP H01116070A JP 63190764 A JP63190764 A JP 63190764A JP 19076488 A JP19076488 A JP 19076488A JP H01116070 A JPH01116070 A JP H01116070A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、プラズマを用いるスパッタ装置、具体的に
はたとえば、中空陰極強化スパッタリング法を用いた高
プラズマ濃度マグネトロン・スパッタ装置の分野に関す
るものである。この発明は特にシステムの効率と速度と
を向上させ、同時にその適用可能性を拡大する方法に用
いる装置に関するものである。
Ｂ、従来技術及びその問題点 リフトオフ付着技術は、半導体産業で広く用いられてい
る。リフトオフ法は、ごく最近まで、蒸発に基づく付着
工程だけでしか可能でなかった。
リフトオフ法とは、半導体デバイスの生産に用いる工程
で、フォトレジストのマスクを、その上に付着させた表
面材料と一緒に、通常はある形態の溶剤法により除去す
る方法である。周知のように、製造工程中に、付着した
材料は、実際には、基板上のその材料が必要な部分を被
覆するだけでなく、付着または製造工程の次の工程に進
む前に、不必要な材料とともに除去しなければならない
マスクをも被覆してしまう。マスクは、各種の半導体金
属層、絶縁体等の付着打れで被覆されるので、溶剤は、
理論的にはマスクが付着材料でコーティングされていな
いマスク構造の縁部にしか到達できない。この工程が有
効に機能するためには、マスクの縁部を垂直またはマス
キングしていない部分の上にわずかにオーバーハングす
るようにして、マスクのコーティングされていない縁部
が確実に溶剤に接触し、その作用を受けるようにする必
要がある。したがって、付着工程では、マスクの平坦な
表面のみをコーティングし、マスクの縁部はコーティン
グしない工程のみを利用することがきわめて望ましく、
事実そのようにする必要がある。
したがって、リフトオフ法はごく最近まで、上述のよう
に蒸発に基づく付着工程だけでしか可能でなかった。蒸
着法は、低圧（１０−’ｍｍＨｇ未満）環境で動作する
点源に近＜、「直達形」付着をもたらす。これは、付着
する被膜が基板とマスクの組立体の平坦な表面のみをコ
ーティングして、縁部はコーティングされずに残る傾向
があるためである。ご（簡単に言えば、これが蒸着法の
特徴である。
各種のスパッタリング法は付着速度がはるかに速いこと
が知られており、そのため理論的には加工時間が短縮し
、したがって生産コストが低下するはずである。しかし
、これまでスパッタリングの使用を試みた結果では、リ
フトオフはきわめて不十分であった。
マグネトロン・スパッタリング等の周知のスパッタリン
グ法によれば、付着させる材料の非常に高密度の雲また
は霧が、スパッタリング反応を行なうのに必要なきわめ
て高い圧力によって反応領域に生成した。この霧が存在
するために平坦な表面のみならず側面もメツキされ、こ
のため上記のようにリフトオフが困難になる。最近の中
空陰極強化マグネトロン・スパッタリング装置の開発に
よって、リフトオフ技術がスパッタリング分野にも拡張
されるようになった。
中空陰極強化マグネトロン・スパッタリング装置では、
高エネルギーの電子をマグネトロン・プラズマ中に放出
する小型の中空陰極電子源を使用する。得られるプラズ
マは、従来のマグネトロン装置より著しく低い圧力で機
能する。小型のマグネトロン源を使用すると、ターゲッ
トと被加工物との距離が２０ｃｍ以上で、リフトオフ級
の品質の付着が得られた。しかしこのような技術に固有
の制限条件は、マグネトロン源がきわめて小さくなけれ
ばならないことである。たとえば、直径７゜５ｃｍのマ
グネトロンを使用し、被加工物との距離を２２．５ｃｍ
にした場合、高品質のりフトオフ付着が実証されている
。しかし、陰極での電力密度が高いため、この装置によ
る付着速度の限度は、毎秒約５ないし８人に制限されて
いる。この制限により、この技術の工業規模での実施が
制限されている。
上記の中空陰極強化マグネトロンを使用した場合でも、
付着材料がマグネトロン表面から放出され、付層すべき
被加工物へ移動する際の軌跡がランダムであるため、各
種の粒子が被加工物に当たる際の衝突角度が完全にラン
ダムになるという、別の問題点がある。換言すれば、粒
子の多くはサンプルの表面に鋭角で衝突する。したがっ
て、マスクの側面だけでなくオーバーハング部分の下に
も付着物が形成され、このため上記のようにリフトオフ
が困難になる。
したがって、中空陰極強化マグネトロン・スパッタリン
グ法を改善して、フルスケールの製造操作に適したもの
にすることが明らかに求められている。
Ｃ０問題点を解決するための手段 この発明の主目的は、プラズマ・スパッタ装置において
、実質的に被加工物の被加工面の法線方向に進行するス
パッタ粒子のみが被加工面に衝突するようにすることに
ある。
この発明の他の目的は、大面積マグネトロンが使用でき
る改良された中空陰極強化マグネトロン・スパッタリン
グ装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、著しく改良されたリフトオフ特
性を与えるような強化マグネトロン・スパッタリング装
置を提供することにある。
この発明の目的は、一般に中空陰極電子源をマグネトロ
ン・ダイオード装置と組み合わせ、前記の中空陰極をマ
グネトロン・ダイオード・プラズマ中に電子を放出する
ように配置し、電子がマグネトロン陰極表面の前方を横
切る磁力線と交差するようにした中空陰極強化マグネト
ロン・スパッタリング装置によって達成される。コーテ
ィングされる被加工物は、前記のマグネトロン陰極表面
から一定の距離のところに置く。粒子コリメート装置は
、マグネトロンと、コーティングされる被加工物との間
に配置したチェンバ内に置く。この装置は、密に充填し
た一連の細長い筒状部材からなり、上記部材の軸は、コ
ーティングされる表面及びマグネトロン陰極表面にほぼ
直角であることを特徴とする。筒状部材の長さと直径の
比は、上記被加工物の表面に垂直な線から１０＠を超え
る角度の粒子が通過できないような比とする。
粒子コリメート装置の機能は、この装置を通過するコー
ティング粒子を粒子の平行流にしてコーティングされる
表面に当て、きわめて少数の粒子しかマスク側面に到着
し付着することができないようにすることである。
この発明の改良された装置を、中空陰極強化マグネトロ
ン・スパッタリング装置と併用した場合、この装置に固
宵の改善された付着速度、低圧等の特徴と共に、マスク
の除去を妨害する材料がほとんど存在しないため、リフ
トオフの結果が大幅に改善される。さらに、本明細書に
開示した構造によれば、従来よりはるかに大面積のマグ
ネトロンが使用できる。
Ｄ、実施例 この発明は、前述の中空陰極強化マグネトロン・スパッ
タリング装置の使用を前提とするものである。この発明
の改良されたスパッタリング装置の断面図を第１図に示
す。この装置は従来型のマグネトロン１からなる。マグ
ネトロン・ターゲット１０を、ある磁気極性を有する中
心極１３と、極性がそれと逆の円形の外周極１４からな
る磁石アセンブリ１２上に置く。２つの磁極の間に、磁
力線１５が示されている。磁界の強さは、この仮想磁力
線１５の密度に関係する。マグネトロン・ターゲット１
０は、マグネトロン電源１６により、マイナス数百ボル
トまでの電圧でバイアスされる。
高周波動作の場合は、直流電源１６の代わりに、高周波
電源及び当技術で周知の適当な整合回路網を用いる。高
周波電源は、付着源が石英等の絶縁体である場合に使用
する。本明細書で開示するチェンバ１７の実施例は陽極
として機能するが、ターゲット１０により近接した別個
の陽極を使用することもできる。チェンバ１７は、真空
容器としても機能する。
この発明の中空陰極強化マグネトロンの重要な様態は、
中空陰極プラズマとマグネトロン・プラズマの結合であ
る。２つの装置の結合は、１つまたは複数の中空陰極の
マグネトロン陰極に対する相対位置に決定的に依存する
。ここに開示した平面マグネトロン用の中空陰極の適当
な位置の一例を第１図に示す。この場合、中空陰極２０
と絶縁体２１は、マグネトロン・ターゲット１０の下に
外周に近接して、マグネトロンの中心に向かって水平に
突出するように取り付ける。中空陰極２０の半径方向の
位置は、交差する磁力線が陰極表面を横切り、中心極１
３と交差するような位置にする。図に示したこの半径方
向の陰極の垂直位置により、陰極での磁界の強さと、陰
極のマグネトロン・プラズマに対する結合効率とが決ま
る。結合効率、及びこの位置決定の基準については、多
くの文献に記載されており、この発明の重要な様態では
ないので、詳細に説明する必要はない。
マグネトロンと中空陰極の複合プラズマからのイオンが
、陰極表面１０に衝突する。その表面には、付着源材料
３０が取り付けられている。イオンの衝突により、この
材料のスパッタリングが起こり、それによって材料３０
のランダムな流束３２が形成され、図に矢印で示すよう
に、それがあら、ゆる角度で陰極から放出される。もち
ろん主方向は陰極からそれている。中空陰極の使用によ
り、この装置の圧力を十分に低くして、材料３０からス
パッタリングされる原子が、装置の規模に比べて非常に
長い経路をとるようにすることができる。
これは、スパッタリングされた原子が表面に当たる前に
他の原子と大規模に衝突することなく、直線上を移動す
ることを意味する。
この発明の要点は、密に充填されたコリメート・チュー
ブ３６の列からなる粒子コリメート・フィルタ３４であ
る。これらのチューブ３６は、第２図の上面図に示すよ
うに密に充填された構造に配列され、チューブの１端上
の点から、そのチューブの他端の反対側の他の点までの
角度が数度を超えないような適当な長さと直径の比を存
する。−般に、リフトオフ付着では、この角度は１０″
未溝とすべきである。
この角度を、図では破線３５と角度θで示す。
すなわち、線３５は、粒子がフィルタ・エレメント３４
に当たらない最大の角度を示している。
チューブはどのような断面のものでもよいが、できるだ
け密に充填されていなければならない。
このため、構造は、構造全体に正方形または長方形の開
口部を形成するように交差する一連のプレートとするこ
とができる。
チューブ列３４の機能は、図に参照番号３８で示すスパ
ッタリングされた材料の平行な流束をつくり出すことで
ある。そうすると、この材料は、基板台４２上に置かれ
たサンプル４０に衝突または到達する。この台は支持台
４４に固定されているように示されているが、完全に均
一な被膜を得るため及び多数の被加工物に付着させるた
めに、台を多少移動できるようにすることが必要になる
こともあり得る。
リフトオフ付着には、付着する材料の流束３８が、垂直
にきわめて近い角度でサンプル表面に到達することが必
要である。そうでないと、リフトオフ構造（マスク）の
側壁がコーティングされ、前述のようにマスクの除去が
妨げられる。この発明は、粒子コリメート・フィルタ３
４によって材料の流束が平行になり、かつ中空陰極によ
るプラズマ強化のため反応チェンバ内の圧力が非常に低
くなるので、この要件を溝足する。中空陰極強化を行な
わない従来型のマグネトロンでは、この技術を使用する
ために高い圧力が必要となるので、ガスの逸散のレベル
が高くなり過ぎる。
この発明は、大きなサイズにわたるリフトオフ・スパッ
タ付着のスケーリング上の問題を解決する。
従来技術の中空陰極強化マグネトロンでは、圧力が低い
ため、長距離の逸散の少ない垂直方向の流束を生じさせ
るのに小型のマグネトロンを使っている。小型で長距離
のため、このような装置では純付着速度が減少する。こ
の発明はこれらの制限を受けない。第１図の陰極を任意
の妥当なサイズにしてはいけない理由はない。長さが１
ｍを超える装置が市販されている。唯一の要件は、前述
のチューブ列３４の入射角、ならびにチェンバの圧力を
十分に低くして、陰極１０からサンプル４０まで程度の
距離で著しい逸散が生じるのを避けることである。たと
えば２Ｘ１０−４ないし７×１１１’Ｔｏ　ｒ　ｒの範
囲の圧力により、被加工物までの距離を１２．５ないし
２０ｃ鳳とすることができることが判明している。
ここに開示した実施例に示した幾何形状には、従来技術
による装置と比較°して値にも魅力的な利点がある。た
とえば、チューブ列３４は、マグネトロン陰極１０の接
地シールドとしても機能する。
したがって、高エネルギーの電子はチューブ列３４で捕
集され、サンプル上には付着しない。
このことは、高エネルギー電子の強い流束に耐えること
のできない微妙な重合体構造に付着を行なう場合に特に
重要である。同様に、微妙なシリコン・デバイス構造も
、高エネルギー粒子の衝突により損傷を受けるため、同
様に遮蔽される。
接地シールドの他に、チューブ列３４は、マグネトロン
の陽極または中空陰極源の陽極としても機能する。後者
の場合、中空陰極は電気的に接地することができ、その
動作には全く電源を必要としないが、陽極にはもちろん
電力を供給する必要がある。
チューブ列３４のもう１つの機能は冷却である。
チューブ列を何らかの方式で水冷する場合、陰極表面か
らの放射熱の大部分を、微妙なサンプル構造から有効に
遮蔽できる。このことは、チューブ列３４の外周に冷却
コイルを使用するという簡単な方法で行なうことができ
る。
チューブ列のもう一つの効用は、反応性付着の分野にあ
る。この場合、チューブ列はサンプル表面に導入された
反応性化学種がターゲット表面を汚染するのを防止する
コンダクタンス・ブロックとして機能する。これにより
、通常スパッタリング速度を低下させる陰極の劣化が減
少する。被加工物の近くでチェンバ１７に入るこのよう
な反応性ガス源５０を第１図に示す。
この幾何形吠によって得られるもう１つの特徴は、コリ
メート構造が存在するため、陰極表面上での侵食速度を
改善できる可能性があることである。最近の文献、Ｌ、
Ｂ、ホルダーマン（Ｈｏｌｄｅｒｍａｎ　）とＮ、モレ
ル（Ｍｏｒｅｌｌ）　、”開口シールドを備えた高周波
平面マグネトロン・スパッタリング・ターゲットの侵食
プロフィル（Ｅｒｏｓｉｏｎ　Ｐｒｏｆｉｌｅ　ｏｆ　
ａｎ　Ｒ，Ｆ、　ＰｌａｎａｒＭａｇｎｅｔｒｏｎ　Ｓ
ｐｕｔｔｅｒｆｎｇ　Ｔａｒｇｅｔ　ｖｆｔｈ’Ａｐｅ
ｒｔｕｒｅＳｈｉｅｌｄ）　”　、ジャーナル・オブ・
バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー（Ｔｈ
ｅ　Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　Ｖａｃｕｕｍ　５ｃｉｅｎｃ
ｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　％　Ｖ　ｏ　ｌ
　。
Ａ−４、ｐ、１３７　（１９８８年）には、陰極の縁部
上に小さなシールドが存在するためにマグネトロン・タ
ーゲットの侵食速度が増大することが記載されている。
これらのシールドの効果により、中空陰極型トラッピン
グが起こるため、プラズマ密度が局部的に見かけ上増大
した。この発明は、この効果を陰極の表面全体に広範囲
に利用し、これによって、プラズマの密度を高め、陰極
のエッチ速度を増大し、サンプルへの付着速度を増大さ
せることができる。
結論として、独特の粒子コリメート・フィルタを備えた
、本明細書に開示する中空陰極強化マグネトロン・スパ
ッタリング装置は、半導体デバイスを、従来よりはるか
に高速に、著しく低い費用で生産することを可能にする
。
Ｅ０発明の効果 本発明によれば、プラズマを用いるスパッタ装置におい
て、実質的に被加工物の被加工面の法線方向に進行する
スパッタ粒子のみを被加工面に飛来させることが可能と
なる。したがって、本スパッタ装置を付着装置として使
う場合には、被加工面上のマスクの側面にスパッタ粒子
が付着することを防止できる。また、本スパッタ装置を
エツチング装置として使う場合には、アンダーカットを
防止できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の粒子コリメート・フィルタを組み
込んだ中空陰極強化マグネトロン・スパッタリング装置
の断面図、 第２図は、この発明の粒子コリメート・フィルタの好ま
しい実施例の上面図である。 １・・・・マグネトロン、１０・・・・マグネトロン・
ターゲット、１２・・・・磁石アセンブリ、１３・・・
・中心極、１４・・・・外周極、１６・・・・電源、１
７・・・・真空室、２０・・・・中空陰極、２１・・・
・絶縁体、３０・・・・付着材料、３４・・・・粒子コ
リメート・フィルタ、３６・・・・コリメート・チュー
ブ、４０・・・・被加工物、４２・・・・基板台、４４
・・・・支持台。 第２図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 　チェンバと、 上記チェンバ内に配置されたスパッタ粒子源と、上記ス
    パッタ粒子源の近辺でプラズマを発生しかつ維持するプ
    ラズマ装置 を備えたスパッタ装置であって、 被加工物を上記チェンバ内において上記プラズマ装置か
    ら離して配置し、 上記チェンバ内の被加工物と上記プラズマ装置との間で
    あって、かつプラズマ領域以外の部分に、実質的に上記
    被加工物の被加工面の法線方向に進行するスパッタ粒子
    のみを通過させるフィルタ装置を設けた ことを特徴とするスパッタ装置。
JP63190764A 1987-10-29 1988-08-01 スパツタ装置 Expired - Fee Related JPH07116599B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US114896 1987-10-29
US07/114,896 US4824544A (en) 1987-10-29 1987-10-29 Large area cathode lift-off sputter deposition device

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JPH01116070A true JPH01116070A (ja) 1989-05-09
JPH07116599B2 JPH07116599B2 (ja) 1995-12-13

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JP63190764A Expired - Fee Related JPH07116599B2 (ja) 1987-10-29 1988-08-01 スパツタ装置

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US (1) US4824544A (ja)
EP (1) EP0313750B1 (ja)
JP (1) JPH07116599B2 (ja)
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