JPH02205674A - マグネトロンスパッタリング装置 - 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】 〔概　要〕 基板表面へ高速度で被膜を形成するマグネトロンスパッ
タリング装置に関し、 基板表面に良質の被膜を再現性よく形成することを可能
とするマグネトロンスパッタリング装置の提供を目的と
し、 表面に被膜が形成される基板と対向し、且つ裏面に磁石
を配設したターゲットと、基板とターゲットを内部に収
容して該内部にプラズマ発生用のガスが導入される真空
チャンバと、ターゲットに接続してターゲットに電圧を
印加する電源とを含んでなるマグネトロン方式のスパッ
タリング装置において、ターゲットの外周部に配設され
、ターゲットの表面に前記ガスを噴出する複数のガス噴
出口を連設したガス導入管と、ターゲットの中央部を貫
通して開口された開口部と、ターゲットの裏面より開口
部に接続して該開口部からの排気を可能とする排気管と
を設けて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、基板表面へ高速度で被膜を形成するマグネト
ロンスパッタリング装置に関する。

マグネトロン方式のスパッタリングは、被膜の形成速度
が速いこと、被膜を形成する基板の温度上昇が少ないこ
と、また合金の被膜形成も簡単である等の優れた特徴が
あるため、最近半導体装置等の製造に急速に採用されだ
している。

また、一方では半導体装置は高集積化、高性能化も急速
に進展して、半導体ウェーハ表面に形成するアルミニウ
ム（ＡＩ）等の被膜も高い品質のものが要求されるよう
になってきているために、高い品質の被膜を形成するこ
とのできるマグネトロンスパッタリング装置が強く要請
されるようになっている。

〔従来の技術〕

マグネトロンスパッタリング装置は、ターゲット表面の
直上部でターゲット表面に垂直な電界と該電界と略直角
に交叉する磁界により、該ターゲット表面に沿って電子
をサイクロイド曲線を描かせながら運動させ、アルゴン
（Ａｒ）等のプラズマ発生用ガスを高い密度でイオン化
して、イオンをターゲット表面に高速で衝突させて、こ
の衝突によりターゲット表面より飛散した原子をターゲ
ット表面と対向して配置された基板表面に堆積して被膜
を形成するものである。

第３図は従来のマグネトロンスパッタ装置の一例の概略
断面図を示すものである。

図において、１は内部でマグネトロンスパッタリングが
行われる真空チャンバ、２は図示してない排気装置と接
続して真空チャンバ１内を排気する排気口、３は前記真
空チャンバ内で基板６の表面をターゲット７と対向させ
て該基板６を保持する基板ホルダ、４はプラズマ発生用
のガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを真空チャンバｌ
内に導入するガス導入管、５は真空チャンバ１を載置し
て該真空チャンバ１内を大気と遮断する基台、６は表面
に被膜が形成される基板、７は基板６表面に形成される
被膜の材料となるターゲット、８はターゲット７の上部
にターゲツト面に平行な磁界を形成する磁石、９はター
ゲット７に負電圧を印加してターゲット７表面の上部に
プラズマを発生させる電源、１０は電源９の正極に接続
したアース電極、１１は真空チャンバｌ内のガス圧を測
定して該真空チャンバ１内のガス圧が一定になるように
ガス導入管４から真空チャンバ１内に導入するプラズマ
発生用のガスの流量を制御する図示してない真空度制御
装置に接続する接続口である。

上記のように構成したマグネトロンスパッタリング装置
を使用して基板６の表面に被膜を形成する手順を次に説
明する。

先ず、真空チャンバ１の内部上壁面に吊設された基板ホ
ルダ３に基板６を水平にセットした後、真空チャンバ１
を図示してない昇降装置により下降させて基台５上に当
接させて載置する。

そして、排気装置を作動させて真空チャンバ１内の気体
を排気口２から排気し、真空チャンバ１内を真空にする
。

この後、排気装置による真空チャンバｌ内の排気を継続
しながら、真空度制御装置は接続口１１を介して真空チ
ャンバ１内のガス圧を連続的に測定して、真空チャンバ
ｌ内のガス圧が所定のガス圧、例えば１０−”Ｔｏｒｒ
になるようにアルゴンガス等のプラズマを形成するガス
の流量を制御しながらガス導入口管４から真空チャンバ
ｌ内に導入する。

次いで、真空チャンバ１内が前記ガス圧に達したら電源
９を動作させてターゲット７に負電圧を印加する。

するとスパッタ電源９とアース電極１０間等で形成され
る電界、及び磁石８により形成される前記電界と交叉す
る磁界によりターゲット７の直上部に高い密度のプラズ
マが発生する。

この結果、イオン化したガス、例えばＡ　ｒ　＋は負電
位にバイアスされたターゲット７の表面に高速度で衝突
して、ターゲット７表面からターゲットの原子を飛散さ
せて、基板６の表面に該原子を堆積させて被膜を形成す
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したように従来のマグネトロンスパッタリング装置
の真空チャンバｌ内の容積はプラズマが形成される領域
の容積と比べて大きく、またガス導入管４、及び排気口
２がプラズマが形成されるターゲット７から離れた所に
配設されていた。

従って、真空チャンバ１内のガス圧制御の時間的追従性
が悪く、真空チャンバｌ内のガス圧が大きく変動するこ
とも避けられなかった。

一般にプラズマ放電は、放電空間のガス圧により放電状
態が変動する特性があために、上記マグネトロンスパッ
タリング装置により形成されるプラズマ状態も放電空間
のガス圧により放電状態が変動する。

このため、上記のように真空チャンバ１内のガス圧が大
きく変動すると、十分に制御された条件の下で基板６の
表面に被膜を形成することができなかった。

この結果、基板６の表面に形成した被膜の膜質のバラツ
キも太き（、改質にも問題があった。

本発明は上記のような問題点に鑑み、基板表面に良質の
被膜を再現性よく形成することを可能とするマグネトロ
ンスパッタリング装置の提供を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段） 上記課題は第１図に示すように、表面７Ｃに被膜が形成
される基板６と対向し、且つ裏面７ｂに磁石８を配設し
たターゲット７と、前記基板６と前記ターゲット７を内
部に収容して該内部にプラズマ発生用のガスが導入され
る真空チャンバ１と、前記ターゲット７に接続して該タ
ーゲット７に電圧を印加する電源９とを含んでなるマグ
ネトロン方式のスパッタリング装置において、前記ター
ゲット７の外周部に配設され、該ターゲット７の表面７
ｃに前記ガスを噴出する複数のガス噴出口１２ａを連設
したガス導入管１２と、前記ターゲット７の中央部を貫
通して開口された開口部７ａと、前記ターゲット７の裏
面７ｂより前記開口部７ａに接続して該開口部７ａから
の排気を可能する排気管１３とを設けたことを特徴とす
るマグネトロンスパッタ装置により解決される。

〔作　用〕

ターゲット７の外周部を巡らせるようにして配設したガ
ス導入管１２の噴出口１２ａからターゲット７表面にプ
ラズマ発生用のガスを噴出させるために、プラズマ放電
が形成される近傍領域のガス圧の制御の時間的追従性が
小刻みに行われるようになり、ガス圧の変動が小さくな
る。

この結果、プラズマ放電の状態が安定して十分に制御さ
れた下で、基板６表面に被膜の形成ができることになる
。

従って、基板６表面に形成された被膜の膜質は向上し、
膜質の再現性も改善される。

更に、ターゲット７の表面７ｃには常に新しいプラズマ
発生用のガスが供給されると共に、このガスはターゲッ
ト７の中心部に設けた開口部７ａより排気されるために
、ターゲット７の表面７Ｃでのガスの流れに乱れが無く
、真空チャンバ内の空間を漂う微小な塵埃は減少する。

従って、基板６表面に形成される被膜の中に採り込まれ
る微小な塵も減少して、純度のよい被膜を基板６の表面
に形成することができる。

〔実　施　例〕

第２図を参照して本発明によるマグネトロンスパッタリ
ング装置の一実施例を説明する。

図は本発明のマグネトロンスパッタリング装置の一実施
例の概略断面図を示す。

図において、１は真空チャンバ、２は排気装置１７に接
続して前記真空チャンバ１内を排気する排気口、５は基
台、６は基板、７はターゲット、７ａはターゲット７の
中心部を貫通して形成した開口部、８は磁石、９は電源
、１０はアース電極、１２はガス導入管、１２ａはプラ
ズマ発生用ガスをターゲット７の表面に噴出する噴出口
、１３はターゲット７の開口部７ａに一端を接続すると
共に、他端をターボ分子ポンプ２３に接続してターゲッ
ト７０表面７ｃ近傍よりプラズマ発生用ガス等を排気す
る排気管、１４はシャッタ駆動装置１５により駆動され
て基板６の表面の遮蔽と非遮蔽を行うジャック、１５は
シャッタ１４を回動するシャッタ駆動装置、１６は排気
口２と排気装置１７間の開通と閉塞を行う真空電磁弁、
１７は排気装置、１８は電源９とターゲット７を接続す
る電流導入端子、１９は電流により励磁される磁石８を
冷却する冷却水が流入する冷却水流入口、２０は前記冷
却水が流出する冷却水流出口、２１は真空チャンバｌ内
のガス圧を検出してバリアプルオリフィス２２を制御し
て該真空チャンバｌ内のガス圧を一定に制御する圧力コ
ントローラ、２２は圧力コントローラ２１に制御されて
排気管１３とターボ分子ポンプ２３間の排気コンダクタ
ンスを変えるバリアプルオリフィス、２３は真空チャン
バ１内を排気するターボ分子ポンプ、２４はターボ分子
ポンプ２３の排出側に接続して該ターボ分子ポンプ２３
をバンクアップするロータリポンプである。

次に、当該本発明の一実施例のマグネトロンスパッタリ
ング装置によって基板６の表面に被膜を形成する手順を
説明する。

先ず、基板６を基板ホルダ３にセットしシャッタ駆動装
置１５を駆動して、平板状のシャッタ１４を横方向に回
動して基板６の直下に移動させる。

次いで、図示してない真空チャンバ昇降装置により真空
チャンバ１を静かに下降させ基台５に載置する。

この後、排気装置１７を作動させると共に、真空電磁弁
１６の弁を開いて真空チャンバｌ内の気体を排気口２か
ら排気する。

この時、ターボ分子ポンプ２３とロークリポンプ２４は
作動状態にあるが、バリアプルオリフィス２２の気体通
路は閉塞しているので排気管１３を通して排気はこの状
態においては行われない。

排気装置１７による真空チャンバ１内の排気が進み所定
のガス圧以上になったら、ガス導入管１２の噴出口１２
ａから真空チャンバ１内にプラズマ発生用のガス、例え
だアルゴンガスを一定の流量で噴出させる。

アルゴンガスの噴出開始した時点から所定時間経過した
ら、圧力コントローラ２１を動作させてバリアプルオリ
フィス２２の気体通路を開いて、ターゲット７の中央部
に設けた開口部７ａからの排気をターボ分子ポンプ１９
とロータリポンプ２０により開始する。

圧力コントローラ２１は真空チャンバ１内のガス圧を常
時計測すると共に、バリアプルオリフィス２２の排気コ
トダクタンスを変化させて真空チャンバ１内のガス圧を
一定にコントロールする。

そして、真空チャンバ１内のガス圧が所定のガス圧の範
囲内になったら、電源９を動作オンしてターゲット７、
例えばアルミニウム（ＡＩ）製のターゲット７に負電圧
を印加する。

すると、ターゲット７の印加された負電圧と磁石８によ
り、ターゲット７の直上部で互いに交叉する電界と磁界
が形成されて、電子がターゲット７の表面に沿ってサイ
クロイド曲線を描きながら運動をして、アルゴンガスを
次々とイオン化し、ターゲット７の直上部に高い密度の
プラズマを発生させる。

この時、シャッタ１４は基板６の直下にあって、基板６
の表面に被膜が形成されることを防止している。

上記プラズマ状態を所定時間継続させてターゲット７表
面をクリーニングした後、基板６の直下部のシャッタ１
４をシャッタ駆動装置１５により横方向に移動させる。

すると、ターゲット７表面よりスパッタされたアルミニ
ウムの原子が基板６の表面に堆積し、基板６の表面にア
ルミニウムの被膜が形成される。

尚、アース電極１０、真空チャンバ１、基板ホルダ３、
及び基台５等はターゲット７に対して電源９により正電
圧が印加されると共に接地される。

また、磁石８は電磁石で構成されて冷却水流入。

口１９より流入して、冷却水流出口２０より流出する冷
却水により冷却されている。

上記したように本発明の一実施例によるマグネトロンス
パッタリング装置は、ターゲット７とブラズマ発生用の
ガスを噴出するガス導入管１２近接して配設されている
ために、プラズマが形成されるターゲツト７直上部のガ
ス圧制御の時間的追従性が短時間で行われるために、ガ
ス圧の変動範囲が挟まり、プラズマ状態が安定して基板
６の表面に膜質の良い被膜を再現性よく形成できる。

更に、ターゲット７の表面には常に新しいプラズマ発生
用のガスがガス導入管１２より供給されると共に、該ガ
スはターゲット７の中央部に設けた開口部７ａより排気
されるために、ターゲット７の表面でガスの乱れがない
。

従って、プラズマが形成されるターゲット７表面の近傍
空間の塵埃は少なくなり、純度の高い被膜を基板６に形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマグネトロンスパッタリング装置の原
理説明用概略断面図、 第２図は本発明のマグネトロンスパッタリング装置の一
実施例の概略断面図、 第３図は従来のマグネトロンスパッタリング装置の一例
の概略断面図、 図において、 ■は真空チャンバ、２は排気口、 ３は基板ホルダ、　４はガス導入管、 ５は基台、　　　　　６は基板、 ７はターゲット、　７ａは開口部、 ８は磁石、　　　　９は電源、 １０はアース電極、　１１は接続口、 １２はガス導入管、　１２ａは噴出口、１３は排気管、
　　　１４はシャッタ、１５は′シャンク駆動装置、 １６は真空電磁弁、　１７は排気装置、１８は電流導入
端子、１９は冷却水流入口、２０は冷却水流出口、２１
は圧力コントローラ、２２はバリアプルオリフィス、 ２３はターボ分子ポンプ、 ２４はロータリポンプを示している。 ／゛オ９匂 ゛ ／１５シャブ９１％！會力太１ Ａ弓処四めマフ′ネトロンスパッタソング奢！ノ、６に
！里会ｔｇｑ用井ごえψｈ転ｈ′市（２）第１図 ＋浴ｅ月のマグネトロンスＡ”フダリンヂＭ１め一舞庇
７６都１峙−牟面の第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面（７ｃ）に被膜が形成される基板（６）と対向し、
   且つ裏面（７ｂ）に磁石（８）を配設したターゲット（
   ７）と、 前記基板（６）と前記ターゲット（７）を内部に収容し
   て該内部にプラズマ発生用のガスが導入される真空チャ
   ンバ（１）と、 前記ターゲット（７）に接続して該ターゲット（７）に
   電圧を印加する電源（９）とを含んでなるマグネトロン
   方式のスパッタリング装置において、前記ターゲット（
   ７）の外周部に配設され、該ターゲット（７）の表面（
   ７ｃ）に前記ガスを噴出する複数のガス噴出口（１２ａ
   ）を連設したガス導入管（１２）と、 前記ターゲット（７）の中央部を貫通して開口された開
   口部（７ａ）と、 前記ターゲット（７）の裏面（７ｂ）より前記開口部（
   ７ａ）に接続して該開口部（７ａ）からの排気を可能と
   する排気管（１３）とを設けたことを特徴とするマグネ
   トロンスパッタリング装置。