JPH01275754A - 多層膜形成装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、多層膜形成装置に関し、特に超格子等の多
層膜を反応性スパッタリングにより形成する装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、酸化物、窒化物、炭化物等の薄膜を形成する一方
法として、反応性スパッタリングが用いられる。この反
応性スパッタリングは、真空室内に基板と前記酸化物等
のターゲットとを対向配置しておき、この真空室内にア
ルゴンガス及び反応ガス（例えば前記ターゲットが酸化
物である場合は０２）を供給する。そして、前記基板と
ターゲット間に電圧を印加してグロー放電を起こさせ、
スパッタリングにより前記ターゲット粒子をスパッタす
るとともに、これを例えば前記反応ガスと反応させつつ
基板上に付着させるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記のような反応性スパッタリングにより超
格子等の多層膜を形成しようとする場合、通常の金属の
多層膜を形成するように同一真空室内に複数のターゲッ
トを設け、これらを順に積層していくことはできない。

これは、反応性スパッタリングにおいては前述のように
反応ガスが供給されるからであり、前記のように同一の
真空室内に複数のターゲットを配置して成膜を行おうと
すれば、相互のターゲットが反応ガスで汚染されてしま
う。

そこで、多層膜を反応性スパッタリング法で作成する場
合は、各層を別々の成膜室で成膜するという方法が考え
られる。しかし、この方法では装置全体の構成が大型化
するだけでなく、膜作成のための時間も長くかかってし
まう。

従って、反応ガスによる汚染を防止して同一真空室内で
成膜できるようにすることが要望されるが、このとき反
応ガスによる汚染防止だけでなく、眉間の不純物をなく
すために、ある膜の成膜からその次の膜の成膜までの切
り換え時間を極力短くすることも必要である。特に超格
子等のように各層を非常に薄く形成しなければならない
ような場合には、この切り換えの短時間化は非常に重要
となる。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、相互の
ターゲットが反応ガスにより汚染されることなく同一真
空室内で反応性スパッタリング法による多層膜の形成が
できるとともに、各層の形成の切り換えを急速に行うこ
とのできる多層膜形成装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る多層膜形成装置は、基板を保持する回転
可能な基板ホルダと、それぞれ隔壁により区分けされて
ターゲットを収容する複数のターゲット収容部と、この
各ターゲット収容部に形成され不活性ガス、反応ガスを
前記ターゲット近傍に供給するガス供給口及び各ターゲ
ット収容部を排気するための排気口と、開口部が形成さ
れ、前記複数のターゲット収容部を覆うようにかつ該複
数のターゲット収容部に近接して回転可能に配設された
シャッタとを設けるとともに、成膜を行っていないター
ゲット収容部には前記不活性ガスのみを供給するように
したものである。

〔作用〕

この発明においては、同一真空室内に複数のターゲット
が配置され、反応性スパッタリングにより多層膜の形成
が行われる。この際、各ターゲットは同一真空室内に区
分けされて形成されたターゲット収容部に収容されてお
り、しかもこの各ターゲット収容部には、それぞれガス
供給口及び排気口が設けられているから、成膜を行って
いるターゲット収容部の反応ガスが他のターゲット収容
部に侵入することなく、当該ターゲット収容部の排気口
から排気される。さらに、成膜を行っていないターゲッ
ト収容部には不活性ガスが供給されているから、この不
活性ガスによって前記成膜を行っているターゲット収容
部からの反応ガスの逆流が避けられる。また、シャッタ
がターゲット収容部に近接して配置されており、隙間が
狭いので、これによっても成膜中の反応ガスが他のター
ゲット収容部に侵入することが防止される。

また、成膜を行っていないターゲット収容部では、前述
のように不活性ガスが供給されているので、成膜の開始
に際し、定常状態になるまでの時間が短縮され、成膜の
切り換えを急速に行うことが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

図面は本発明の一実施例による反応性スパッタリング装
置の断面構成図であり、この実施例では３個のターゲッ
トにより多層膜を形成する場合を示している。図におい
て、１は真空室であり、この真空室１内に基板２及び第
１〜第３ターゲツト３８〜３ｃが対向して配置されてい
る。ここでは、第１ターゲツト３ａは酸化物作成用、第
２ターゲツ）３ｂは窒化物作成用、第３ターゲツ）３ｃ
は炭化物作成用とする。前記基板２は基板ホルダ４に装
着されており、この基板ホルダ４は回転自在に前記真空
室１に支持されて図示しない駆動機構により回転される
ようになっている。

また、真空室１の底部には３つの凹部１１〜１３が形成
されており、この凹部１１〜１３の隔壁ｌａ、ｌｂ、ｌ
ｃにより第１〜第３ターゲット収容部が形成され（以下
、前記凹部１１〜１３をターゲット収容部と記す）、各
ターゲット収容部１１〜１３に前記ターゲラ）３ａ〜３
Ｃが収容されている。そして前記基板ホルダ４と各ター
ゲット収容部１１〜１３との間には、基板２とターゲッ
トとが対向する位置に開口部５ａを有するシャッタ５が
配設されており、このシャッタ５も前記基板ホルダ４と
同様に回転可能となっている。またこのシャッタ５は、
前記第１〜第３ターゲツト収容部１１〜１３を覆うよう
に、かつそれらに近接して設けられており、前記第１〜
第３ターゲツト収容部１１〜１３をつなぐ壁、即ち真空
室１の底壁１ｄとの間の隙間は約５ＩｎＩ１１程度以下
に設定されている。

次に前記第１〜第３ターゲツト収容部１１〜１３につい
て詳細に説明する。各ターゲット収容部１１〜１３には
、アルゴンガスと反応ガスＡ−Ｃを各ターゲット３ａ〜
３Ｃの近傍に供給するためのガス供給口１１ａ及びｌｌ
ｂ、１２ａ及び１２ｂ、１３ａ及び１３ｂが設けられて
おり、各ガス供給口は、ガス弁ＡＩ、Ｂ＋　、Ｃ＋　、
マス・フローコントローラ６等を介してガス供給系に接
続されている。また、同様に各ターゲット収容部１１〜
１３には、この収容部１１−１３を排気するための排気
口１１ｃ、１２ｃ、１３ｃが形成されており、各排気口
は排気弁ａ、ｂ、ｃを介して圧力制御弁７に接続されて
いる。そしてさらに、各反応ガス供給系と前記圧力制御
弁７とは排気系８に接続されており、前記各反応ガス供
給系のマス・フロコントローラ６と排気系８との間には
、ガス弁Ａｚ　、Ｂ！　、Ｃｔが設けられている。

次に作用効果について説明する。

ここで、第１〜第３ターゲツト収容部１１〜１３に接続
されたガス供給系からは、アルゴンガスが供給されると
ともに、第１ターゲット収容部１１には反応ガスＡとし
て０□ガスが、第２ターゲット収容部１２には反応ガス
ＢとしてＮ２ガスが、また第３ターゲット収容部１３に
は反応ガスＣとしてＣＯガスが供給されるようになって
おり、また成膜（スパッタリング）する圧力は、圧力制
御弁７で所定値にコントロールされるようになっている
。

まず、第１ターゲツ）３ａにより酸化物を成膜する場合
は、基板ホルダ４を回転させて基板２を第１ターゲツト
３ａと対向する位置に配置する。

また、シャッタ５はその開口部５ａがこの基板２と第１
ターゲツト３ａとの間に位置しないような回転位置とし
ておく。そして、第１ターゲット収容部１１にアルゴン
ガスと０□ガスを供給し、第１ターゲツ）３ａにスパッ
タリング電圧を印加すると、酸化物である第１ターゲツ
ト３ａがスパッタされる。この状態で、シャッタ５の開
口部５ａが所定の時間だけ両者の間に位置するように回
転制御し、所定の厚さの酸化物薄膜を基板２上に成膜す
る。

次にこの酸化物のスパッタリング時の各ガスの流れにつ
いて説明する。まず第１ターゲット収容部１１では、排
気弁ａが「開」となっているので、アルゴンガス及びｏ
２ガスは第１ターゲツト３ａ近傍を流れた後、排気弁ａ
を介して圧力制御弁７から排気される。このように、第
１ターゲット収容部１１に供給されたガスは、この収容
部１１に設けられた排気口１１ｃから排気されることと
なり、他のターゲット収容部１２及び１３側へ流れよう
とする反応ガスは橿めて少なくなる。一方、成膜を行っ
ていない第２及び第３ターゲット収容部１２及び１３で
は、排気弁す及びＣが「閉」となっており、アルゴンガ
スのみが供給される。従ってこの状態では、第２及び第
３ターゲット収容部１２及び１３からのアルゴンガスが
第１ターゲット収容部ｌｌ側に流れようとしており、こ
のアルゴンガスにより第１ターゲット収容部１１からの
反応ガスの逆流を防いでいる。

そしてさらに、シャッタ５と真空室底壁１ｄとの間隔は
、５Ｍ程度以下に設定されているので、スパッタリング
圧力の平均自由工程より小さい隙間となっており、前記
第１ターゲット収容部１１からの反応ガスの逆流は、こ
の隙間によっても防止される。

次に窒化物の成膜を行う場合は、前記操作と同様の操作
を繰り返して行われる。ここで、この酸化物から窒化物
への切り換え時の作用について説明すると、前記酸化物
の成膜時には、第２ターゲット収容部１２の反応ガス供
給系は、ガス弁Ｂ。

が「開」となっており、常に定量の反応ガスＢ（Ｎ２）
が排気系８に流れており、またアルゴンガスも前述のよ
うに供給されている。従って、前記酸化物から窒化物へ
の切り換え時にガス弁Ｂ。

を「開」としたとき、第２ターゲット収容部１２は直ぐ
に定常状態となり、酸化物薄膜の上にアルゴンガス等の
不純物が付着するのが防止される。

従って、特に超格子等のように膜厚の非常に薄い多層膜
を形成する場合にも有効となる。

また、ターゲットについても、成膜を行っていないター
ゲットに対して低電力でスパッタリングを維持しておけ
ば、前記切り換えをよりスムーズに行うことが可能とな
る。即ち、成膜を行っていないターゲットに対してスパ
ッタする直前までの電圧を印加して、蒸着法の予熱に相
当する操作を行っておけば、次のスパッタリング時に急
速に定常状態にすることができ、さらにターゲット表面
の酸化等を防止して表面状態の変質を防止することもで
きる。

このようにして、酸化物、窒化物、炭化物を順次同様の
操作によりスパッタリングし、成膜を行っていく。

このような本実施例では、反応性スパッタリングによる
多層膜形成を１つの真空室内で行うことが可能となり、
装置全体を筒車化することができる。また、その際相互
のターゲットが反応ガスにより汚染されることを防止す
ることができる。また、眉間の切り換えを急速に行うこ
とができ、特に薄膜の積層に有効となる。

なお、前記実施例ではターゲットの数を３個としたが、
このターゲットの数は前記実施例に限定されるものでは
ない。

また、前記実施例ではバッチ式反応性スパッタリング装
置に本発明を適用した場合について説明したが、多室形
チャンバの一部に本発明の装置を通用してもよいのはも
ちろんである。

さらに、前述したように成膜を行っていないタブレット
への低電力の供給は、必ずしも必要なものではない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、同一の真空室内に複数
のターゲットを配置して反応性スパッタリングを行う際
、相互のターゲットを反応ガスにより汚染することなく
多層膜を形成することができる。さらに各層の成膜の切
り換えを象、速に行うことができ、層間の不純物膜の形
成を防止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例による多層膜形成装置の断面構
成図である。 １・・・真空室、２・・・基板、３ａ〜３ｃ・・・第１
〜第３ターゲツト、４・・・基板ホルダ、５・・・シャ
ッタ、５ａ・・・開口部、１１〜１３川第１〜第３タ一
ゲツト収容部、ｌｌａ、ｌｌｂ、１２ａ、１２ｂ、１３
ａ、１３ｂ＝ガス供給口、ｌｌｃ、１２ｃ、１３ｃ・・
・排気口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空室内に基板と複数のターゲットとを対向して
   配置し、反応性スパッタリングにより前記基板上に多層
   膜を形成する多層膜形成装置であって、前記基板を保持
   する回転可能な基板ホルダと、それぞれ隔壁により区分
   けされ前記各ターゲットを収容する複数のターゲット収
   容部と、この各ターゲット収容部に形成され不活性ガス
   、反応ガスを前記ターゲット近傍に供給するガス供給口
   及び該各ターゲット収容部を排気するための排気口と、
   開口部を有し、前記複数のターゲット収容部を覆うよう
   にかつ該ターゲット収容部に近接して回転可能に配設さ
   れたシャッタとを有するとともに、成膜を行っていない
   ターゲット収容部には前記不活性ガスのみを供給するよ
   うにしたことを特徴とする多層膜形成装置。