JPH02294477A - スパッタリング装置およびその制御方法 - 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 本発明は、低温で高速製膜が可能なスパッタリング装置
およびその制御方法に関するものである。

従来の技術 従来、スパッタリング装置としてはマグネトロンスパッ
タリング装置が主に用いられており、第５図に示すよう
な構成をしている。真空チャンバ１には真空排気系２、
ガス導入系３、基板４を固定する基板ホルダー５等が設
置されている。真空チャンパ１内に設けられているカソ
ード部は次のように構成されている。真空チャンパ１と
カソードホルダ−６は絶縁物７により電気的に絶縁され
ており、このカソードホルダー８内に所定の極性配置さ
れた永久磁石８が取り付けられている。スパッタリング
ターゲット９をボンディングしたパッキングプレート１
０が、この永久磁石８にほぼ接するようにカソードホル
ダー６に設置されている。そして、永久磁石８、スパッ
タリングターゲット９、パッキングプレート１０等を冷
却するための冷却系１１も設置されている。スパツタに
必要な電力は電源系１２から供給されている。真空チャ
ンバ１には放電を行うためにシールドリング１３が取り
付けられている。

この装置での製膜は以下のようになされる。ガス導入系
３からアルゴン等の不活性ガスを主成分とするスパッタ
ガスが所定の流量で真空チャンバ１内に導入され、真空
チャンパ１内の真空度は真空排気系２により所定の値に
設定される。この状態で電源系１２から電圧を印加する
と、マグネトロン放電によるプラズマが発生する。そし
て、このプラズマ中の電離したイオンがスパッタリング
ターゲット９に衝突する結果、スパツタ粒子がスパッタ
リングターゲット９から飛散し基板４上に薄膜が形成さ
れる。

発明が解決しようとする課題 しかし、このような構成のスパッタリング装置では、基
板４上の薄膜の膜質分布が大きいという欠点を有してい
た。一例としてＩｎ（インジュウム）の酸化物ターゲッ
トを用いてＩＴＯ透明電極を製作する場合、作製した薄
膜のシート抵抗分布は第４図（ａ）中の実線で示すよう
になり、永久磁石の内側磁石に対応する位置、また外側
磁石に対応する位置においてシート抵抗の高い部分が発
生する。この場合の基板４近傍における永久磁石の内側
磁石に対応する位置から径方向のプラズマの電子密度と
電子温度に関しては、電子温度はほぼ一定値であったが
電子密度は第４図（ｂ）中の実線で示すようになり、電
子密度が高い部分ではシート抵抗が低いという状態であ
った。この結果より、シート抵抗の分布発生は次の２つ
の理由が考えられる。

まず一点目の理由は、スパッタリングターゲット９と基
板４の間においては、永久磁石８により発生している磁
力線とスパッタリングターゲット９と基板４、基板ホル
ダー５、真空チャンバー１等との間に発生している電気
力線とにより、電磁界空間ができている。この空間にお
いて電子運動の軌跡はサイクロイドまたはトロコイド曲
線と呼ばれる一定角速度の回転運動と等速並進運動の組
み合わせたものとなる。第６図にスパッタリング時のス
パッタ源の要部と、基板４の概略図を示すが、この電子
運動の軌跡により電子との衝突が頻繁に起こる領域、つ
まり電離、励起が促進されて電子密度の高いプラズマ１
４が発生する領域ができる。このときスパッタリングタ
ーゲット９のエロージョン領域１５からスパッタされた
製膜粒子（Ｉｎ１　０）はこの電子密度の高いプラズマ
１４内を通過し基板４に到達する。この電子密度の高い
プラズマ１４内を通過する際、製膜粒子（Ｉｎ１０）は
電子（プラズマ中のイオン、原子も考えられる）と衝突
することにより励起され活性な状態となるので、製膜粒
子のＩｎと０は反応しやす《なっている。このためＯが
適度に薄膜に取り込まれて、シート抵抗の低い良質の膜
ができると推察される。これに対し永久磁石８の内側磁
石に対応する位置と外側磁石に対応する位置では電子密
度が低いため電子（プラズマ中のイオン、原子も考えら
れる）と製膜粒子（Ｉｎ，０）との衝突があまり起こら
ない。このためＩｎｓＯは励起されに《いので、反応し
にくい。このため薄膜に取り込まれる酸素量が所定値以
下になり、シート抵抗が高くなる。以上の理由により第
４図（ａ）中の実線で示すようにシート抵抗の分布が発
生すると推察される。

次に二点目の理由は、電子密度の高いプラズマ１４が発
生している基板４近傍では、薄膜表面にプラズマの粒子
（イオン、原子、電子）が基板４に多く衝突し、プラズ
マの粒子からエネルギーが薄膜に与えられると考えられ
る。しかし、電子密度の低いプラズマが発生している永
久磁石８の内側磁石に対応する位置と外側磁石に対応す
る位置では、薄膜表面に衝突する粒子の個数が少ないと
考えられ、このプラズマの粒子の衝突により薄膜が得る
エネルギー量の違いにより、膜の成長プロセスが異なる
ので第４図（ａ）中の実線で示すようにシート抵抗の分
布が発生すると推察される。

上記説明ではＩｎの酸化物ターゲットを用いて製膜した
場合の、膜質分布の発生をシート抵抗により説明したが
、透過率、結晶性等にも同様の理由で分布が発生する。

ここでは、Ｉｎ（インジュウム）の酸化物ターゲットを
用いて作製する透明電極について述べたが、他の酸化物
、窒化物等の化合物材料の薄膜作製する場合にも、同様
の膜質の分布が存在し、マグネトロンスバッタ法におけ
る重要な問題である。

本発明は上記のような問題点を解消するため膜質分布の
低減をはかり、均一な膜質の薄膜を形成するスパッタリ
ング装置およびその制御方法を提供するものである。

課題を解決するための手段 本発明のスパッタリング装置は、上記課題を解決するた
め、永久磁石の内側磁石、または外側磁石、または内側
磁石と外側磁石の両方の磁石に対応し、スパッタリング
ターゲットと基板の間の位置にフィラメントを設置する
と共に電子密度検出用探極を基板近傍に設置し、さらに
フィラメント用電源系を設けたことを特徴とする。

また、本発明のスパッタリング装置の制御方法は基板近
傍において、永久磁石の内側磁石、または外側磁石、ま
たは内側磁石と外側磁石の両方の磁石に対応する位置と
、永久磁石の内側磁石と外側磁石の間の部分に対応する
位置における電子密度が等しくなるようにフィラメント
に印加する電圧およびフィラメントの電位を探極がらの
信号で制御することを特徴とする。

作　　　用 本発明は上記構成により、フィラメントから電子を放出
させ、フィラメント近傍において電子を増加させ、この
電子により周囲の粒子の電離、励起を促進させ、永久磁
石の内側磁石、または外側磁石、または内側磁石と外側
磁石の両方の磁石に対応する位置においても電子密度を
高くする。

この時、永久磁石の内側磁石、または外側磁石、または
内側磁石と外側磁石の両方の磁石に対応する位置と、永
久磁石の内側磁石と外側磁石の間の部分に対応する位置
での電子密度を探極により検出し、各々の電子密度が等
しくなるようにフィラメントに印加する電圧およびフィ
ラメントの電位を制御する。

よって永久磁石の内側磁石、または外側磁石、または内
側磁石と外側磁石の両方の磁石に対応する位置において
も電子密度が高くなるため、電子との衝突により製膜粒
子は一様に励起され、活性な吠態となり反応しやすくな
る。

また電子密度が高くなるためプラズマの粒子が薄膜に衝
突する個数も増える。よって膜質分布の少ない良質な膜
が得られる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例におけるスパッタリング装
置の概略構成図である。尚、第６図で説明した従来例の
構成要素と同一の構成要素については同一番号を付して
説明を省略する。

スパッタリングターゲット８と基板４との間に、永久磁
石８の内側磁石と外側磁石の両方の磁石に対応し、スパ
ッタリングターゲット９と基板４の間にフィラメント１
６を配置している。フィラメント１６において電子を放
出する部分以外は絶縁物により周囲と絶縁している。ま
た探極法により電子密度を検出するための探極１７を基
板４近傍に配設し、さらにフィラメント１８に印加する
電圧およびフィラメント１６の電位を探極１７の検出回
路系１８からの信号で制御するフィラメント用電源系１
９を具備している。第２図にフィラメント１６と探極１
７の配置状態をわかりゃすく説明するため本発明のスパ
ッタリング装置のスバッタ源の主要部、基板４、フィラ
メント１６、モして探極１７等の概略図を示す。

マグネトロン放電によりプラズマを発生させた際、フィ
ラメント用電源系１９を用いて電子を放出させる。この
電子は近傍に存在する粒子に衝突し電離、励起を促進す
る。基板４近傍に配置した探極１７を移動させて、永久
磁石８の内側磁石と外側磁石に対応する位置と永久磁石
８の内側磁石ｉ　外｛Ｉｌｌ　磁石の間の部心に錯広ナ
ス給署弔＾轡ヱ索度を検出し、各々の電子密度が等しく
なるよう検出回路系１８の信号でフィラメント用電源系
１８によりフィラメント１６に印加する電圧およびフィ
ラメント１６の電位を制御する。

以上の制御により永久磁石８の内側磁石と外側磁石に対
応する位置と、永久磁石８の内側磁石と外側磁石の間の
部分の位置における電子密度を等しくすることができ、
これにより電子密度の分布は第４図（ｂ）中の破線で示
すよう均一になる。

このため永久磁石８の内側磁石と外側磁石に対応する位
置においても製膜粒子（Ｉｎ，Ｏ）は一様にプラズマの
粒子との衝突により励起されて反応しやすくなる。また
基板４に衝突するプラズマの粒子の個数も一様になる。

よって第４図（ａ）中の破線で示すように良質で均一な
シート抵抗を持つ膜が得られる。

尚、上記実施例においては、フィラメント１８は第１図
、第２図に示すようにスパッタリングターゲット９と基
板４の間に横方向から挿入しているが、本発明の他の実
施例として第３図（ａ）に示すように永久磁石８の内側
磁石に近接した位置に孔２２を持つスパッタリングター
ゲット２０を用い、パッキングプレート２１内を絶縁物
で保護して、スパッタリングターゲット２０と基板４の
間にフィラメント１６を設置する構成もある。また永久
磁石８の外側磁石に対応する位置に設置するフィラメン
ト１８は第３図（ａ）、　（ｂ）に示すように複数のフ
ィラメント１ｅを設置したもの、第３図（Ｃ）に示すよ
うに一個のフィラ〆冫ト１θを環状に設置する構成もあ
り、上記実施例に限定されるものではない。また本発明
は楕円状、長方形状のターゲット等に対しても有効であ
り上記実施例に示した円状ターゲットに限定されるもの
ではない。

上記実施例においてはシート抵抗により膜質を代表して
述べたが、本発明によると透過率、結晶性等の膜質分布
の均一化も図れる。

発明の効果 本発明のスパッタリング装置およびその制御方法によれ
ば、電子密度分布を均一化してスパッタリングターゲッ
トと基板の間に発生させたプラズマを均一化することに
より、形成した薄膜の均一性を飛躍的に高めることがで
きる。それにより、大面積に均一な膜質の薄膜を歩留り
よく作製でき、製品の性能向上および低コスト化等に多
大な効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるスパッタリング装置
の概略構成図、第２図は同スパッタ源の要部、基板、フ
ィラメント及び探極の概略斜視図、第３図（ａ）は本発
明の他の実施例におけるスパッタリング装置のスパッタ
源要部とフィラメントの概略構成図、同図（ｂ）、　（
ｃ）は同永久磁石の外側磁石に対応する位置に設置する
フィラメントの概略構成図、第４図（ａ）、　（ｂ）は
それぞれインジュウムの酸化物ターゲットを用いて透明
電極を製膜した時の径方向のシート抵抗分布および製膜
する際の電子密度分布を示した図、第５図は従来例にお
けるスパッタリング装置の概略構成図、第６図は同スパ
ッタ源の要部と基板の概略図である。 １．．．真空チャンパ、２．．．真空排気系、３．．．
ガス導入系、４．．．基板、６．．．カソードホルダー
８．．．永久磁石、１２．．．電源系、１　６　．．．
フィラメント、１　７　．．．探極、１８．．．検出回
路系、１９．．．フィラメント用電源系、２０．．．ス
パッタリングターゲット、２１．．．パッキングプレー
ト。 代理人の氏名　弁理士　粟’ＩＦＭ孝　ほか１名第 図 （ｂ） （αノ ｌ　・− 真空＋で ン ハ １２−−−　＊唾チ κ−・−フィラメント ノでツキソクプレート Ｒ （ＣＪ 第 図 第 図 （αＪ 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空チャンバ、真空排気系、ガス導入系及び電源
   系を具備し、前記真空チャンバのスパッタリングターゲ
   ットを取り付けたカソード部内に所定の極性配置された
   永久磁石の内側磁石、または外側磁石、または前記内側
   磁石と前記外側磁石の両方の磁石に対応し、前記スパッ
   タリングターゲットと基板の間の位置にフィラメントを
   設置すると共に電子密度検出用探極を基板近傍に設置し
   、さらにフィラメント用電源系を設けたことを特徴とす
   るスパッタリング装置。
2. （２）基板近傍において、永久磁石の内側磁石、または
   外側磁石、または前記内側磁石と前記外側磁石の両方の
   磁石に対応する位置と、前記永久磁石の前記内側磁石と
   前記外側磁石の間の部分に対応する位置における電子密
   度が等しくなるようにフィラメントに印加する電圧およ
   び前記フィラメントの電位を探極からの信号で制御する
   ことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置の
   制御方法。