JPH01198472A - スパツタリング装置 - Google Patents

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 本発明は高周波プラズマ処理装置に関し、特に、誘電体
または金属あるいはその両方の高周波スパッタ付着及び
エツチング用の改良装置に関する。

Ｂ、従来技術及びその問題点 スパッタリングの基本プロセスとは、スパッタする材料
に適切な圧力のガス杖グロー放電中でイオン・ボンバー
ドを施して、それによって当該材料を衝突により侵食さ
せて被覆すべき対象物に付着させるもので、当該技術で
知られている。金属物質のスパッタリングは、米国特許
第４５７６７００号に開示されているような直流励起、
または米国特許筒４８４７３８１号に開示されているよ
うな高周波交流励起を金属ターゲット電極に施すことに
よって行なうことができる。

誘電体物質に対するスパッタリングの基本プロセスは、
誘電体ターゲットに隣接する金属電極に高周波交流励起
のみを施すことを必要とし、米国特許第３８１７４５９
号及び米国特許第４３９９０１６号に開示されているよ
うに、やはり当該技術で知られている。

このような基本プロセスは、米国特許第４４２２８８７
号に開示されているように、エツチング・ガスとともに
高周波電圧を使ってプラズマを形成することにより、材
料の選択的エツチングにも使用することができる。

収率の低いスパッタリング材料（たとえば、ＡＱ２０３
）を用い、基板の温度をｉｏｏ”ｃ以下に保つという条
件の系において、スパッタリングの効率とスパッタリン
グ生産性の双方を向上させる努力がなされてきたが、こ
のような努力は現在まで限られた成功しか収めていなか
った。たとえば、バッチ容量を増加させるために電極の
サイズを増大させると、グラウンドに対する高周波イン
ピーダンスが低下し、そのためスパッタリング効率が低
下した。上記の米国特許第３８１７４５９号は、付着過
程で制御下で再スパツタリングを行なうことによってス
パッタリングの品質が向上するように調整できる、可変
インピーダンスを開示している。しかしながら、このよ
うな従来技術のシステムでは、基板で達成できる再スパ
ツタ電圧に限界があった。

従来技術では、広範囲の再スパツタリング・プラズマに
伝達される高周波電力の大幅な改善、及びスパッタリン
グの生産性の向上を同時に示す、プラズマ処理装置は開
示されていなかった。更に、従来技術では、高いスパッ
タリング効率と、大きな基板バッチ全体での付着／エツ
チングの均一性の大幅な改善を示すプラズマ処理装置は
開示されていなかった。

したがって、本発明の主目的は、高いスパッタリング効
率、プラズマに対する最適の高周波電力の伝達、及びス
パッタリングの生産性の向上をもたらすプラズマ処理装
置を提供することにある。

本発明の１目的は、スパッタされたフィルムの品質を改
善するため広範囲の再スパツタ電圧を発生するプラズマ
処理装置を提供することにある。

Ｃ０問題点を解決するための手段 本発明によれば、プラズマ処理装置は、第１の電極と、
第１の電極に支持された適切な材料のターゲットを含む
。第２の電極は、その前面で、ターゲット電極に隣接し
てそれと並んで配置された基板を支持している。高周波
電源が、電極間にグロー放電を発生するように１対の電
極の両端間に接続されている。シールド手段が、第２の
電極の周囲及び裏面を取り囲み、シールドが電極の裏面
から隔てられてバック・スペースを形成している。この
バック・スペースは、絶縁物質でほぼ満たされているが
、この絶縁物質は、グラウンドに対して最大のインピー
ダンスを生じ、同時に第２の電極の外周及び裏の領域か
らのスプリアス・スパッタリングを防止するため、電極
の裏面及びシールド手段からほぼ均一な微小距離だけ隔
てられている。

本発明の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、添付
図面に示された、本発明の好ましい実施例についての下
記のより詳細な説明から明らかとなろう。

Ｄ、実施例 本発明はスパッタ付着装置で実施されるものとして説明
するが、同じ基本的構造に少しの変形を加えてスパッタ
またはプラズマ・エツチングに使用できることが当業者
には認識されよう。

第３図には、本発明によるスパッタリング装置の電極ア
センブリと電源の一般的な構造が示されている。本発明
のスパッタリング装置１ｏは、真空包囲壁１２と、スパ
ッタリング包囲壁を所望の背圧レベルまで真空化するた
めの真空ポンプ（図示せず）とを含む。その後、たとえ
ば、アルゴン等の適切なガスを包囲壁内に供給して、ス
パッタ付着に必要な背景雰囲気を実現する。

ターゲツト体を載置するためのターゲット電極アセンブ
リ１４が包囲壁１２内に配置されており、基板電極アセ
ンブリ１６がターゲット電極アセンブリ１４に隣接し、
それと対向して配置されている。電極アセンブリ１４及
び１６は、操作中水冷して所望の温度に維持することが
できる。電極アセンブリ１４及び１６の裏側で発生する
スプリアス・スパッタリングを抑制するため、各電極ア
センブリ１４及び１６は、それぞれ電極アセンブリの外
周及び裏面部を囲むグラウンド・シールド１８及び２０
を備えている。これにより電極アセンブリの表面がター
ゲツト体及び被覆される基板を支持できるように露出し
ている。

電源２２が、ターゲット電極アセンブリ１４及び基板電
極アセンブリ１６の両端間に高周波電圧及び可変インピ
ーダンス２４を供給するように接続されている。可変イ
ンピーダンス２４の容量性成分及び誘導性成分を変化さ
せて、基板電極アセンブリ１６の電圧を制御して、スパ
ッタリング装置によって付着されるフィルムの品質を制
御することができる。

本発明によれば、後で詳しく説明するように、ターゲッ
ト電極アセンブリ１４及び基板電極アセンブリ１６の新
規な構造により、スパッタリング装置を高い電力密度及
び高いスパッタリング効率で動作させて、高い付着速度
を実現し、大量生産において時間とコストを削減するこ
とができる。

典型的な従来技術の基板電極アセンブリ１６の構造が第
２図に概略的に示されている。基板電極アセンブリ１６
は一方の面に取り付けた基板ホルダ２８を支持するよう
になされた基板電極２６を含む。基板ホルダ２８は、ス
パッタリング装置１０内で特定の材料で被覆すべき多数
の基板３０を保持するように設計されている。

スパッタリング効率を向上させるという本発明の目的に
よれば、この目的を達成する１つの方法は、電極アセン
ブ・すの両端間に供給される高周波電力の伝達効率を高
めることにより、スパッタリング・プラズマ中の電力密
度を増加させることである。スパッタリングの生産性を
向上させるという本発明の目的によｈば、この目的は基
板電極２６のサイズを増大させることにより達成される
。

しかしながら、スパッタリング装置の動作に対するこれ
らの改善は、次の自由から従来技術の基板電極の構造を
用いることによっては達成できない。

基板電極２６構造の静電容量Ｃは、基板電極２６の裏面
８２の面積Ａを基板電極の裏面３２とそれに隣接するグ
ラウンド・シールド２０の間の距離ｄで割った商に比例
する。インピーダンスは１／Ｃに比例する。たとえば、
基板電極２６の直径が５０％増すと、面積Ａは２倍以上
に増加し、インピーダンスはもとの値の半分以下になる
。この低インピーダンスはより高い付着速度はもたらさ
ず、逆に、基板電極２６とそれに隣接するグラウンド・
シールド２０の間の空隙を通る電力を大量に分岐させる
。この分岐された電力により全体的スパッタリング効率
が低下する。

本発明による基板電極アセンブリ１６°の新規な構造が
′第１図に概略的に示されている。基板電極アセンブリ
１６′は、一方の面基板ホルダ２８゜を載置するように
なされた基板電極２６°を含む。

基板ホルダ２８”は、スパッタリング装置１０内で特定
の材料で被覆すべき多数の基板３０を保持するように設
計されている。

本発明の１つの特徴により、グラウンド・シールド２０
’は、基板電極２６°の裏面３２°からかなりの距離だ
け隔てられてバック・スペース３４を形成している。バ
ック・スペース３４は、グラウンド・シールド２０を基
板電極２６°から電気的に絶縁するため、たとえば適当
なセラミック材料等の絶縁手段３Ｂでほぼ溝たされてい
る。絶縁手段３６をどんな構成にするかは、スパッタリ
ング装置１０の動作及び本発明の目的の達成にとって重
要である。

絶縁手段３６は、基板電極２６１に電気的及び機械的に
接続された高周波電圧導体４０を取り囲むフィールドス
ルー型絶縁体３８からなる。ドーナツ型の絶縁体４２が
絶縁体３８に嵌合している。

絶縁体４２は、バック・スペース３４を充填する形杖で
あるが、絶縁体４２は基板電極２６１の裏面３２及びグ
ラウンド・シールド２０１からほぼ均一な微小距離だけ
隔てられて、それぞれ空隙４４及び４４１を形成してい
る。この設計は、直列の３つの静電容量の等価回路によ
り、静電容量が大幅に減少するという利点を持つ。第１
の静電容量は、第１の空隙４４によって生じ、第２の静
電容量は絶縁体４２によって生じ、第３の静電容量は第
２の空隙４４”によって生じる。特定の実施例では、静
電容量が第２図に示した実施例の１１５であり、したが
って、インピーダンスは５倍になった。このインピーダ
ンスの増加により、スパッタリング効率が大幅に増大す
る。

空隙４４の幅はスパッタリング装置の動作にとってクリ
ティカルである。空隙４４はグロー放電におけるクルッ
クスの暗空間より狭くなければならない。空隙がクルッ
クスの暗空間より広い場合、空ｆｉ！４４の間で望まし
くないスパッタリングが起こってしまう。他方、空隙が
狭すぎると、真空包囲壁１２の排気中に空隙でかなりの
漏れが生じ、そのためスパッタリング装置１０の動作に
悪影響を及ぼす。空隙４４が狭すぎる場合にはこれ以外
にも悪影響が生じ、高周波電流が表面電流としてグラウ
ンドへ流れる。

本発明を適用したスパッタリング装置の特定の実施例が
第４図に示されている。この実施例では、絶縁体４６は
、ターゲット電極アセンブリ５０と基板電極アセンブリ
５２の双方のバック・スペース中に存在する。ターゲッ
ト電極アセンブリ５０用のグラウンド・シールド５４に
は、環状のグラウンド・シールド延長部５θが設けられ
ている。

基板電極アセンブリ５２用のグラウンド・シールド５８
には、環状のグラウンド・シールド延長部６０が設けら
れている。

動作に際しては、基板を載せ、基板ホルダ上に熱で接合
し、スパッタリング装置をたとえば１０−６〜１０−７
トルの適切な真空度までポンプで排気する。所望の圧力
に達し、装置を試験して真空度が正常であることを確か
めた後、スパッタリング装置に、アルゴン等の適切なガ
スを２〜３０ミクロンの範囲の適切な圧力になるまで充
填する。

その後、シャッタをそのホーム位置から第４図の紙面に
垂直な平面内で移動させることによらで、シャッタ６２
を電極間に配置する。シャッタはクリーニング・モード
では接地電位にあり、ターゲットに高周波電位を印加し
て、シャッタの上面で付着を行なうためターゲットをス
パッタ・クリーニングする。その後、高周波電圧を基板
電極に印加し、所定量まで表面のクリーニングとエツチ
ングを行なう。この材料は、シャッタの底面に付着する
。クリーニング操作の完了後、シャッタ６２をホーム位
置に引っ込める。

その後、ターゲット電極アセンブリ５０及び基板電極ア
センブリ５２の相対位置を変化させて、グラウンド・シ
ールド延長部５６及び６０を第５図に示すように互いに
近接させる。これは、この実施例では、基板電極アセン
ブリを複数のガイド・ロッド６４及び６６上で垂直に動
かすことによって行なわれる。多数の導電性ストラップ
６８がグラウンド・シールド５８と真空包囲壁１２の間
の電気的接触を維持している。スパッタリング装置の真
空度を損なわずに基板電極アセンブリ５２が移動できる
ように、ベローズ部材７０が設けられている。

グラウンド・シールド延長部５６及び６０は、可変イン
ピーダンス２４とあいまって本発明の別の特徴を実現す
る。表面７２と７４の周面と基板及び電極の表面の面積
比によって、基板電極回路に供給される高周波電力を増
減させる特定の動作点が決まる。この制御に、可変イン
ピーダンス２４による制御が重ね合わされている。この
２つの制御因子の組合せで、広範囲の高周波電圧が基板
電極で利用できるようになり、そのため付着されるフィ
ルムの品質が広範囲に制御が可能となる。

本発明の別の特徴では、真空包囲壁１２内にガスを導入
する手段は、たとえばアルゴン等のガスをベローズ部材
７８に供給し、次いで外周の環状空間８０に供給するた
めのガス入口ポート７６を含む。外周の環状空間８０は
、隔置された多数の開口８２と交差する。開口８２は、
シールド延長部５６及び６０をそれらの関連するグラウ
ンド・シールド５４及び５８に対して保持する固定装置
用のクリアランス嗜ホールと、固定装置の軸部の周り及
び固定部材の頭部の周りに設けられたポート中にガスを
分配するためのポートという２重の目的で機能する。こ
の構成は、グラウンド・シールド延長部５６及び６０と
電極アセンブリ５０及び５２の間の閉鎖空間にガスを均
一に分配させる。

この装置は、基板電極アセンブリのみを用い、たとえば
ＳＦｅまたはＣＦ４等の適切なエツチング・ガスを用い
ることによって、反応性イオン・エツチング・システム
として用いることもできる。この場合には、円筒状シー
ルドを用いて、基板電極アセンブリの反対側の領域を包
囲する。

Ｅ１発明の効果 バック・スペースを設け、ここに絶縁物を充填したこと
により、高周波インピーダンスが高くなり、スプリアス
・スパッタリングの心配なしにターゲットの直径を大き
く、かつ電力レベルを高くすることができるので、スパ
ッタリング処理の生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による基板電極アセンブリの概略断面
図である。 第２図は、従来技術による基板電極アセンブリの概略断
面図である。 第３図は、本発明のプラズマ処理装置の一般的な構成要
素と出力供給を示す概略図である。 第４図は、本発明を実施したスパッタリング装置の電極
アセンブリの特定の実施例の断面図である。 第５図は、別位置に電極アセンブリのある第４図のスパ
ッタリング装置を示す部分断面図である。 １０・・・・スパッタリング装置、１２・・・・真空包
囲壁、１４．５０・・・・ターゲット電極アセンブリ、
１Ｂ、５２・・・・基板電極アセンブリ、１８．２０．
５４．５８・・・・グ・ラウンド・シールド、２２・・
・・電源、２４・・・・可変インピーダンス、２６・・
・・基板電極、２８・・・・基板ホルダ、３０・・・・
基板、３４・・・・バック・スペース、３６・・・・絶
縁手段、３８．４２．４６・・・・絶縁体、４０・・・
・高周波電圧導体、５６，６０・・・・グラウンド・シ
ールド延長部、６２・・・・シャッタ。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーシヨン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ターゲット部材を支持しうる第１の電極と、上面、外
   周面、及び裏面を有する電極であって、該上面に基板を
   支持しうる第２の電極と、 上記第１及び第２の電極間に高周波電圧を印加し両電極
   間の隙間にグロー放電を発生させるための高周波電源と
   、 上記第２の電極の上記外周面及び裏面を取り囲むシール
   ド手段とを備え、 上記シールド手段は、上記第２の電極の裏面との間に他
   よりも相対的に大きいバック・スペースを形成するよう
   に離隔配置し、 上記バック・スペースには、上記第２の電極の裏面及び
   上記シールド手段から相対的に小さく、かつ実質的に均
   一な距離だけ離隔させて絶縁手段を充填して、グラウン
   ドに対する高周波インピーダンスを相対的に大きくした
   ことを特徴とするスパッタリング装置。