JPH02225663A - スパッタ装置 - 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】 〔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ＭＭ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、基板の一辺には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倍の面積を包含できる大き
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。

また、従来の装置では、通常チャンバー内へのガスの供
給はチャンバーの１箇所に設けられたガス供給口から行
ない、かつ排気も別の１箇所に設けられた排気口から行
っている。そのため、基板面積が広くなると、ガス供給
口に近いターゲットと排気口に近いターゲットではガス
濃度が異なりスパッタ圧に差が生じてしまう。特に、反
応スパッタ（ＮえばターゲットにＩＴＯ（インジウムチ
ンオキサイド）を用いるような場合）のようにガス消耗
がある場合には、スパッタ圧の不均一が顕著になり、そ
れが蒸着膜組成の不均一を生じさせてしまう。

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着膜を形成できるよ
うにすると共に、基板面積が広くてもガスの濃度をどの
場所でも一定としてスパッタ圧の不均一を無くし膜組成
を均一にすることにある。

〔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複数のリング状のターゲ
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、各ターゲットの周辺に設けられた複
数のガス供給手段と排気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それぞ
れ適当値に制御されることにより、ターゲット毎の膜厚
分布の不均一が互いに相殺し合い、均一な膜厚分布が得
られる。ガスは各ターゲットの周辺に設けられた複数の
ガス供給手段からチャンバー内に供給され、かつターゲ
ット周辺の排気手段から排出される。そのため、どのタ
ーゲットの周辺もガス濃度はほぼ一定となり、均一な膜
組成分布が得られる。

（実施ｆ！ＩＩ） 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）製の格子
状あるいはすのこ状の支持材１の上に、３個の円リング
状のターゲット３．５．７がＩＩＩＩＮを中心に同心円
状に配置されている。破線で図示されているものはチャ
ンバーを構成するシリンダ２の一部分であり、このシリ
ンダ２の上方側つまりターゲットの側は密封されてチャ
ンバー２８を構成する。また、このシリンダ２下方側は
排気管２ｂとなっており図示しない排気ポンプに接続さ
れている。

チャンバー２ａ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２ａ内では、各ターゲットの周辺に複数のガス
供給管９が立設されており、それらはターゲット表面と
ほぼ同程度の高さにガス放出口を有している。これらガ
ス供給管９を通してチャンバー２ｂ内にほぼ均一に所定
のガスが放出される。チャンバー２ｂ内のガス濃度を均
一にするために、このガスは各ターゲット周辺の支持材
１の隙間を通してほぼ均一に排気される。特に反応スパ
ッタでは、ガス消耗量が問題にならない程度の大量のガ
スを供給するようにすることが望ましい。

各ターゲット３．５，７の下には、ターゲットを冷却す
るた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、支持材
１の下方から水供給管】７．１９．２１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により支持材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２
９．３１．３３が配置されている。各永久磁石２９．３
１．３３は、その内周面と外周面とに磁極を存している
。

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３５．３７．３９．４１．４３．４
５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６つ、
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、高周波スパ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、支持材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４
７．４９．５１の上に、支持材１から電気的に絶縁され
た状態で取付けられている。

さらに支持材１上には、ターゲット部６５．６７．７つ
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５３．５５．５７．５９．６１．６３
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。また、第３図にてシールド板５７
．５９を例に示すように、磁力線の一部はシールド板５
７．５９を貫通してその表面近傍を通っている。このこ
とは、高周波スパッタにおいて有用な作用を生じる。即
ち、第３図を参照して、プラズマ７０は磁力線に沿って
滑らかに湾曲したシールド板５７．５９の表面上へ容品
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５７．５つ（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供給される電力の割合
が増加し、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３．５．７に対して３台の直流電源回路
７１．７３．７５が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７９からのスタート信号５ＴＡ
ＲＴ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ヵ量を設定
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
の供給電力量とはコンパレータ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
電力を供給すると、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測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は給でき
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、］１３は、コントロールパルス
ＣＬ　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、与えられていな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＾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とを有する。積算回路１２
９．１３１．１３３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に入力され
て比較される。コンパレータ１４１．１４３．１４５は
、供給電力量が設定型カニに達した時、ストップ信号Ｓ
ＴＩ、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１３５．１３７．１３９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Ｃ１、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。

なお、第２図、第４図の回路は、供給電力量を監視して
これが設定値になるよう制御しているため、途中で供給
電力が変動しても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＠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Ｑ
１、Ｑ２、Ｑ３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ＣＯＳ
　（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Ｒ，供給電
力量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、Ｒ
３及び供給電力量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３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Ｈ５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
給電力量Ｑ１、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、線りの右方に付着
効率Ｅ１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線り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：Ｑ２
：Ｑ３ −１　　：ｌ　　：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８４．７％である。

第５図Ｂは、 Ｈ：Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３ −５０：５０：１００：１５０、 Ｑｌ：Ｑ２：Ｑ３ −１　　：ｌ　　：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：　１．００：１５０、 Ｑｌ　　　：Ｑ２　　　：Ｑ３ −０．７５：０．６６：１．００ とした場合、つまり、第５図Ｂと同じ配置において、供
給電力量Ｑ１、Ｑ２を３１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：］、５０、 Ｑｌ　　　：Ｑ２　　　：Ｑ３ −０．　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。しかし、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、タープ・ソトの数は３個であ
ったが、本発明はそのタープ・ノド数に限定されるもの
ではない。より多くのタープ・ノド数であっても勿論か
まわない。タープ・ノド数を多くすれば、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
が多い稚内形に近づくので望ましい）であってもよい。

特に、タープ・ントの半径が大きくなる程、多角形ター
ゲットは円形に近い効果を示す。

さらに、ターゲットの支持材は、格子状やすのこ状に限
らず、各ターゲットの周辺から排気が出来るようなもの
であれば、多孔状やガス供給管と同様に排気管を多数設
けたもの等、種々のバリエーションが考えられる。

〔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プ・・ｌ
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。また、各タ
ーゲットの周辺に設けた複数のガス供給口よりチャンバ
ー内にガスを供給し、かつターゲット周辺より排気する
ようにしているため、チャンバー内のガス濃度が均一と
なり、均一な膜組成が得られる。

【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。 １・・・支持材、２・・・シリンダ、２ａ・・・チャン
バー２ｂ・・・排気管、３．　５．　７・・・ターゲッ
ト、９・・・ガス供給管、２９，３１．３３・・・永久
磁石、６５゜６７．６９・・・ターゲット部、７１．７
３．７５・・・直流電源回路、８１．８３．８５・・・
制御回路、８７．８９．９１・・・直流電力計、９９，
１３５．１３７．１３９・・・設定回路、１０１，１２
９゜１３１．１．３３・・・積算回路、 １４３．１．４５・・・比較回路、 回路、１０７・・・トランス、１ １１３・・・電力増幅回路、１４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、希ガス雰囲気中に配されたターゲットに電力を供給
   して前記ターゲットに対向配置された被処理物にスパッ
   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、前記各
   ターゲットの周辺に設けられた複数のガス供給手段及び
   複数の排気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、前記ターゲットは格
   子又はすのこ状の支持材の上に固定され、前記排気手段
   は前記支持材の隙間を通じて前記ターゲットの周辺から
   排気を行なうよう構成されていることを特徴とするスパ
   ッタ装置。 ４、請求項１記載の装置において、前記ガス供給手段は
   、前記ターゲットの周辺にガス放出口が配置された複数
   のガス供給管を通じて前記ターゲットの周辺にガス供給
   するよう構成されていることを特徴とするスパッタ装置
   。