JPH02225662A

JPH02225662A - スパッタ装置

Info

Publication number: JPH02225662A
Application number: JP4595989A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kuriyama; 昇栗山
Original assignee: Tokuda Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Tokuda Seisakusho Co Ltd
Priority date: 1989-02-27
Filing date: 1989-02-27
Publication date: 1990-09-07

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、スパッタ装置に係わり、さらに詳しくは、蒸
着膜の膜厚分布を均一にするためのターゲットの改良に
関する（従来の技術）スパッタ装置、特に大形基板を処理をするスパッタ装置
には、基板表面に広範囲に亘って均一な厚みで蒸着膜を
形成する能力が要求される。そのため、従来のスパッタ
装置では、基板の一辺にほぼ相当する長さを持つ細長い
マグネトロン型のターゲットをチャンバの中央部に配置
し、その上を一定の速度で基板を通過させるという構成
が一般に採用されている。

（発明が解決しようとする課題）従来の構成の一つの問題は、大形のチャンバーが必要と
なるという点である。即ち、チャンバー内においてター
ゲットの一方の側から他方の側へと基板が移動させられ
るから、少なくとも基板の２倍の面積を８含できる大き
さを持ったチャンバーが必要となる。さらに、塵埃の問
題もある。即ち、基板を移動させる際、その搬送機構か
ら摩耗による塵埃が発生し製品品質に悪影響を及ぼす。

従って、本発明の目的は、基板を固定した状態で大形の
基板に膜厚分布の均一なスパッタ蒸若膜を形成できるよ
うにすることにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、同心円状に配されたリング状の複数のターゲ
ットと、各ターゲット毎に独立に供給電力量が制御でき
る電力供給手段とを有するスパッタ装置を提供する。

（作　用）同心円状に配された各ターゲットはそれぞれ独自の膜厚
分布を形成する。各ターゲットへの供給電力量が適当な
値に制御されることにより、各ターゲットの形成する膜
厚分布の不均一が互いに相殺し合い、均一な膜厚分布が
形成される。

（実施例）以下、本発明の好適な実施例を説明する。

先ず、第１図、第２図及び第４図を参照して、本発明に
係るスパッタ装置のターゲットの構成を説明する。

第１図を参照して、金属（例えばアルミラム）製の円形
テーブル１の上に、３個の円リング状のターゲット３．
５．７がテーブル１の中心軸ρを中心に同心円状に配置
されている。チャンバーは図示してないが、テーブル１
の上方つまりターゲットの側がチャンバー内、テーブル
１の下方がチャンバー外となっている。チャンバー内に
はターゲット３．５．７上面に対向してそれらと平行に
基板が固定される。この基板の表面は第２図にて符号Ｓ
で示されている。チャンバー内は図示しない排気管を通
じてほぼ真空状態とされる。テーブル１の中心にはガス
供給口９が設けられそこにガス供給管１０が接続されて
おり、これを通してテーブル１の下方からチャンバー内
に所定のガスが供給される。

各ターゲット３．５．７の下には、ターゲットを冷却す
るだめの水を流す金属製の冷却管１１．１３．１５が配
設されており、各冷却管１１．１３．１５には、テーブ
ル１の下方から水供給萱１７．１つ、２１を通して冷却
水が供給される。

冷却管１１，１３．１５は、各ターゲット３．５．７に
電力を供給するための導電路としても使用されるため、
絶縁材（例えば、テフロン）製のブッシング２３．２５
．２７によりテーブル１から電気的に絶縁されている。

各冷却管１１．１３．１５の下には、リング状の永久磁
石２９．３Ｌ３３が配置されている。各永久磁石２９．
３１．３３は、・その内周面と外周面とに磁極を有して
いる。各冷却管１１．１３．１５と永久磁石２９．３１
．３３の内周面及び外周面には、それぞれリング状の鉄
心３５．３７．３９及び鉄心４１．４３．４５がはめ込
まれており、これらの鉄心３５．３７．３９．４１．４
３．４５を通じて、各永久磁石２９．３１．３３の磁極
が各ターゲット３．５．７の下面に磁気的に結合されて
いる。

こうした構造により、３個のリング状のマグネトロン型
ターゲット部６５．６７．６９が形成されている。

ここで、隣接するターゲット部間では、第２図に示すよ
うに、それぞれの永久磁石同士が同種の磁極で対向する
ように磁極の方向が設定されている。このような磁極配
置の採用により、第３図にて中央のターゲット部６７を
例に図示するように、ターゲット部６７の磁力線は隣接
ターゲット部′６９．６５の磁力線と反発し合うため、
このターゲット部６７の磁力線は隣接ターゲット部６９
．６５に入ることなく当該ターゲット部６７内でターゲ
ット５を囲むような閉ループを形成する。従って、プラ
ズマ７０はターゲット５の表面付近に良好に閉じこめら
れ、隣接ターゲット部間でのプラズマの連結による相互
干渉（これは、高周波スバッタにおけるターゲット部毎
の電力検出及び制御を困難にする）を防止することがで
きる。

ターゲット部６５．６７．６９は、テーブル１上に固定
された絶縁材（例えば、テフロン）製のリング状の台座
４７，４９．５１の上に、テーブル１から電気的に絶縁
された状態で取付けられている。さらにテーブル１上に
は、ターゲット部６５．６７．７９の内周面及び外周面
のスパッタ蒸発を防止するために金属製のシールド板５
３．５５．５７．５９．６１．６３が取付けされている
。

各シールド板５３．５５．５７．５９．６１．６３の上
端部はターゲット３．５．７に向かって滑らかに湾曲し
た形状となっている。このシールド板の形状は高周波ス
パッタにおいて有用な作用を生じる。即ち、第３図にて
シールド板５７．５９を例に示すように、プラズマ７０
が滑らかに湾曲したシールド板５７．５つの表面上へ磁
力線に沿って容易に拡散する。このプラズマ７０の拡散
により、高周波スパッタにおけるシールド板５７．５９
（アノード）からの光電子放出時のインピーダンスが低
下し、それによりターゲット５のスパッタ蒸発時に０（
給される電力の割合カリ曽加し、スパッタ効率が向上す
る。

第２図には、上述したターゲット部の断面構成と共に、
各ターゲットに電力を供給するための回路例も示されて
いる。図示の回路は、直流スパッタのためのもので、３
つのターゲット３．５１．７に対して３台の直流電源回
路７１．７３．７５からそれぞれ高圧直流電力を供給す
るように構成されている。電源回路７１．７３．７５は
、共通のスタートスイッチ７つからのスタート信号５Ｔ
ＡＲＴにより一斉に出力を開始し、各々に設けられた制
御回路８１．８３．８５からのストップ信号５ＴＯＰに
より出力を停止するようになっている。

電源回路７１．７３．７５の出力には直流電力計８７．
８９．９１が接続されており、それらからの電力検出値
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は制御回路８１．８３．８５にフィー
ドバックされるようになっている。

電力計８７は、ターゲットへの供給電流を検出する電流
計９３及び印加電圧を検出する電圧計９５を有している
。それらの出力は乗算回路９７によって乗算されて電力
検出値Ｐ１が求められる。

他の電力計８９．９１もこれと同様の構成である。

制御回路８１は、ターゲットに供給すべき電力量を設定
する設定回路（例えば、可変抵抗器やロータリスイッチ
等）９９と、電力計８７からの電力検出値Ｐ１を積算し
て供給された電力量を求める積算回路１０１とを有する
。設定回路９９からの設定電力量と積算回路１０１から
の供給電力量とはフンパレータ１０３に入力され、供給
電力量が設定電力量に達した時にストップ信号５ＴＯＰ
が出力される。他の制御回路８３．８５もこれと同様の
構成である。

この様な構成の回路により、各ターゲット３．５．７に
対する供給電力量がターゲット毎に独立に制御される。

第４図は、高周波スパッタのための電力供給回路の例を
示している。

高周波スパッタでは、各ターゲットに対し同時に高周波
電力を供給した場合、ターゲット間に位相差があるとタ
ーゲット相互間でも高周波電流が流れるため、各ターゲ
ットへの供給電力を正確に肺１定することが難しい。そ
のため、第３図の回路は、時分割的に各ターゲットに電
力を供給することにより、常に１つのターゲットのみに
電力が供給されるようにするとともに、時分割の比を制
御することによって所望の電力量を各ターゲットに供給
できるようにしている。

第４図において、高周波発振回路１０５の出力高周波電
力は、トランス１０７によって３つの電力に分配され、
分配された電力は電力増幅器１０９．１１１．１１３に
よって所定の値に増幅された後、マツチング回路１１５
．１１７．１１９を通じてターゲット３．５．７に供給
される。電力増幅器１０９．１１１．１１３は、制御回
路１２１から与えられるコントロールパルスＣ１、Ｃ２
、Ｃ３によってゲインコントロールされる。即ち、電力
増幅器１０９．１１１．１１３は、コントロールパルス
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が与えられている時間区間のみ所定の
ゲインで動作し、与えられていｔい区間ではゲインを実
質的にゼロとする。電力増幅器１０９．１１１．１１３
の出力には、各ターゲットへの供給電力を検出するため
の高周波電力計１２３．１２５．１２７が接続されてお
り、それらが出力する検出電力値Ｐ１、Ｒ２、Ｒ３は制
御回路１２１にフィードバックされる。

制御回路１２１は、電力計１２３．１２５．１２７から
の検出電力値Ｐ１、Ｒ２、Ｒ３を積算して各ターゲット
への供給電力量を求める積算回路１２９．１３１．１３
３と、各ターゲットへ供給すべき電力量を設定する設定
回路１３５．１３７．１３９とを有すＺ）、　ｍ算回路
１２９．１３１．１３３から出力される供給電力量と、
設定回路１３５．１３７．１３９から出力される設定電
力量とは、コンパレータ１４１．１４３．１４５に人力
されて比較される。コンパレータ１４１．１４３．１４
５は、供給電力量が設定電力量に達した時、ストップ信
号ＳＴＩ、ＳＴ２、Ｓｒ１をパルス分配回路１４７に与
える。

パルス分配回路１４７は、時分割によって互いにオーバ
ラップしないようなコントロールパルスＣ１、Ｃ２、Ｃ
３を作成して電力増幅器１０９．１１１．１１３に出力
するものである。このパルス分配回路１４７は、各設定
回路１３５．１３７、］３９からの設定電力量の比に従
って、各パルスＣ１、Ｃ２、Ｃ３の時間幅の比を定める
。そして、このパルス分配回路１４７は、スタートスイ
ッチ１４９からのスタート信号５ＴＡＲＴによってコン
トロールパルスＣＬ　Ｃ２、Ｃ３の出力を開始し、各コ
ンパレータ１４１．１４３．１４５からのストップ信号
ＳＴＩ、ＳＴ２、Ｓｒ１によって対応するコントロール
パルスの出力を停止する。

このような構成の回路によって、各ターゲット３．５．
７へ供給される高周波電力量をターゲット毎に独立に制
御することができる。

第２図、第４図の電力供給回路は、供給電力量を検出し
てそれが設定値に達した時にターゲット毎に電力供給を
停止させるという方法により供給電力量を制御する。こ
れに対し、ターゲット毎に供給電力をフィードバック制
御しつつ、電力供給時間が所定値に達した時に一斉に電
力供給を停止させるという方法によっても、ターゲット
毎の供給電力量の制御が可能である。しかし、給電途中
で外乱等により供給電力に変動が生じた場合、後者の方
法ではトータルの供給電力量が変動してしまうのに対し
、上記実施例の方法はトータル電力量を制御しているた
めその電力変動の影響を受けないという利点がある。

次に、上記実施例の作用を説明する。

第２図を参照して、各ターゲット３．　５．７はそれぞ
れ中心半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を有している。

また、基板表面Ｓはターゲット３．　５．　７から高さ
Ｈの位置に配置されている。基板の高さＨは各ターゲッ
ト３．５．７の幅の２倍以上に設定される。こうするこ
とにより、基板表面Ｓに形成される蒸着膜の膜厚分布は
、ターゲット３．５．７の幅には実質的に関係なくなり
、高さＨと各ターゲット３．　５．　７の中心半径Ｒ１
、Ｒ２、Ｒ３と各ターゲット３．　５．　７への供給電
力量Ｑ１、Ｃ２、Ｃ３との関数となる。ターゲット中の
１点が基板表面に形成する蒸着膜の膜厚分布はいわゆる
Ｃ０５（コサイン）則に従い、その１点に対応する位置
にて最も厚く、離れるに従って薄くなる。この１点によ
る膜厚分布を１個のターゲットの全表面について積分す
ることにより、１個のターゲットにより形成される蒸着
膜の膜厚分布が求まる。この膜厚分布は、上述のように
高さＨがターゲット幅の２倍以上であればターゲット幅
に実質的に関係なくなる。こうして、１個のターゲット
による膜厚分布が、各ターゲット３．５．７毎に、高さ
Ｈ１中心半径Ｒ１供給電力ｆｆ１Ｑの関数として求まる
。

こうして求めた各ターゲット３．５．７毎の膜厚分布を
加え合せると、３個のターゲット３．５．７により最終
的に形成される膜厚分布が求まる。

そして、この最終的な膜厚分布が均一になるように、各
ターゲット３．５．７の中心半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及び
供給電力ｊｔＱ１、Ｃ２、Ｃ３が設定される。この場合
、基板の高さＨはそれが高いほど、膜厚分布はより均一
になるが、付着効率（スパッタ蒸発したターゲット物質
のうち基板表面に付着するものの割合）は低下する。従
って、高さＨは、膜厚分布と付着効率との双方を考慮し
て適度な値に設定される。

第５図Ａ−Ｅは、基板高さＨ１各ターゲット３．５．７
の中心半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及び（単位長さ当りの）供
給電力ｆｆ１Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に関して異なる条件を設
定し、それぞれについて上述のごとき演算により求めた
膜厚分布の状況を示すものである。ここで、図中に引か
れた一点鎖線りは、中心軸ｇから外側ターゲット７の中
心半径Ｒ３までの範囲内の最も薄い膜厚以上の膜厚が得
られる範囲を示している。そして、図中、線りの右方に
、付廿効率Ｅ、つまり基板が無限大に広いと仮定した場
合の基板全体の蒸着膜量に対するｆｊＩＬの範囲内の蒸
着膜量の割合、が示されている。

第５図Ａは、Ｈ：Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３ −３０：　５０　：　１００　：　　１５０、Ｑｌ：Ｑ
２：Ｑ３ −１　　　：１　　　：１とした場合、つまり各ターゲット３．５．７を等間隔に
配置し等しい電力量を供給した場合の膜厚分布を示す。

この条件下では、明らかなピークが各ターゲット３．５
．７の中心半径位置において現れ、均一な膜厚分布は得
られない。また、付着効率Ｅは８４．７２６である。

第５図Ｂは、Ｈ：Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３ −５０：５０：１００：１５０、Ｑｌ：Ｑ２：Ｑ３ −１　　：１　　：１とした場合、つまり、第５図Ａの場合より基板高さＨを
高めてみた場合である。膜厚分布は若干改善されたが、
中心と周辺が薄過ぎる丘陵状の分布となっている。また
、高さＨが高まったため付着効率Ｅは６２．１％に低下
している。

第５図Ｃは、Ｈ；Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３ −５０：　５０：　１００：１５０、Ｑｌ　　　：Ｑ２　　　：Ｑ３ −０．７５：０．６６：１．ｏ。

とした場合、つまり、第５図Ｂと同じ配置において、供
給電力ｆｆ１Ｑ１、Ｑ２を調整してみた場合である。膜
厚分布はかなり均一化されているが、まだ中心部が薄す
ぎる。また、付着効率Ｅは６５゜９％と若干改善されて
いる。

第５図りは、Ｈ：Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３ −５０：３８：９１．５：１５０、Ｑｌ　　　：Ｑ２　　　：Ｑ３一〇、６６：０．７１：１．００とした場合、つまり、ターゲットの中心半径Ｒ１、Ｒ２
と供給電力Ｑ１、Ｑ２とをさらに調整してみた場合であ
る。非常に均一な膜厚分布が得られていることが分る。

但し、付着効率Ｅは５７．９％とやや低下している。

第５図Ｅは、Ｈ：Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３ −５５：３８．５：９１：１５０、Ｑｌ　　　　：Ｑ２　　　　：Ｑ３ −０．６２：０，６７：　　１．００とした場合、つまり、第５図りの場合より主として基板
高さＨを高めてみた場合である。極めて均一な膜厚分布
が得られている。しがし、付着効率Ｅは５５．９％と更
に若干低下している。

以上の考察から、第５図りまたはＥのような条件が最適
に近い条件と言えよう。

以上説明した実施例では、ターゲットの数は３個であっ
たが、本発明はそのターゲット数に限定されるものでは
ない。より多くのターゲット数であっても勿論かまわな
い。ターゲット数を多くすれば、より高い付着効率を得
ることができる。

また、ターゲットの形状は円形に限らず、多角形（角数
は多い程円に近くなるので望ましい）であってもかまわ
ない。特にターゲットの半径が大きくなる程、多角形の
ターゲットは円形ターゲットに近い効果を示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、同心円状に配さ
れた複数のリング状のターゲットを設け、それらに独立
に電力量を供給するようにしているので、ターゲットの
半径及び供給電力量の適当な設定により各ターゲット毎
に形成する膜厚分布の不均一が相殺し合うようにして均
一な膜厚分布を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスパッタ装置の一実施例のターゲ
ット部の構成を示す一部断面斜視図、第２図は第１図の
ターゲット部の断面構造及びこのターゲット部に適用さ
れる直流スパッタ用電力供給回路の一例のブロック構成
を示す図、第３図は第２図のターゲット部近傍に形成さ
れる磁力線分布及びプラズマ分布を示す断面図、第４図
は第２図のターゲット部に適用される高周波スパッタ用
電力供給回路の一例を示すブロック線図、第５図Ａ〜Ｅ
はそれぞれ異なる条件下において第２図のターゲット部
により形成される膜厚分布を示す図である。３．５．７・・・ターゲット、２９．３１．３３・・・
永久磁石、６５．６７．６９・・・ターゲット部、７１
．７３．７５・・・直流ｔａ源回路、８１．８３．８５
・・・制御回路、８７．８９．９］・・・直流電力計、
９９．１３５．１３７．１３９・・・設定回路、１０１
．１２９．１３１．１３３・・・積算回路、１０３．１
４１．１４３．１４５・・・比較回路、１０５・・・高
周波発振回路、１０７・・・トランス、１０９．１１１
．１】３・・・電力増幅回路、１４７・・・パルス分配
回路。

Claims

【特許請求の範囲】１、チャンバー内のターゲットに電力を供給して前記チ
ャンバー内の被処理物にスパッタ処理を施すものにおい
て、同心円状に配された複数の円又は多角リング状のタ
ーゲットと、各ターゲット毎に独立に供給電力量を制御
できる電力供給手段とを有することを特徴とするスパッ
タ装置。２、請求項１記載の装置において、前記ターゲットはマ
グネトロン型であることを特徴とするスパッタ装置。３、請求項１記載の装置において、前記電力供給手段は
、ターゲット毎に電力を供給する手段と、ターゲット毎
に供給すべき電力量を設定する手段と、ターゲット毎に
供給された電力量を検出する手段と、検出された電力量
が設定された電力量に達した時、ターゲット毎に電力供
給を停止させる手段とを有することを特徴とするスパッ
タ装置。