JPH03271369A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスパッタ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ガラス基板等の基板面にＩＴＯ等の透明導電膜やクロム
等の金属膜をスパッタリング法により成膜するスパッタ
装置として、マグネトロン型のものがある。

このマグネトロン型のスパッタ装置には、シングルエロ
ージョンタイプと呼ばれるものと、ダブルエロージョン
タイプと呼ばれるものとがあるが、成膜効率の点ではダ
ブルエロージョンタイプが優れている。

第３図および第４図は従来のダブルエロージョンタイプ
のスパッタ装置を示したもので、図中１はスパッタ室で
あり、被成膜基板Ａは、基板装入室２において図示しな
い基板キャリアに垂直にセットされた後、この基板キャ
リアにより基板装入室２からスパッタ室１に搬入され、
スパッタリング室１内を搬送移動されながらスパッタリ
ングにより成膜された後に、スパッタ室１から基板取出
室３に搬出されて基板キャリアから取出される。

なお、スパッタ室１と基板装入室２との間、およびスパ
ッタ室１と基板取出室３との間にはそれぞれ気密扉４ａ
、４ｂが設けられており、スパッタ室１への基板Ａの搬
入は、基板装入室２内を真空とした後に気密扉４ａを開
いて行なわれ、またスパッタ室１からの成膜後の基板Ａ
の搬出は、基板取出室３内を真空とした後に気密扉４ｂ
を開いて行なわれる。

一方、上記スパッタ室１には、その一端側つまり基板Ａ
の移動方向の一端側に、スパッタガス吹出部５が設けら
れており、また他端側にはスパッタガス排気部１０が設
けられている。上記スパッタガス吹出部５は、■族元素
ガス例えばアルゴンガスＡｒをスパッタ室１内に吹出す
アルゴンガス吹出管６と、酸素ガス０□をスパッタ室１
内に吹出す酸素ガス吹出管７とからなっており、このガ
ス吹出管６．７にはそれぞれアルゴンガスＡｒと酸素ガ
ス０２を供給するガス供給管８，９が接続されている。

なお、上記ガス吹出管６．７は、長さ方向に沿わせて多
数のガス吹出ノズル６ａ。

７ａを配設したバイブからなっており、このガス吹出管
６．７は、基板Ａの搬送路ａを避けてスパッタ室１内に
垂直に設けられている。また、上記スパッタガス排気部
１０は、スパッタ室１の側壁に開口された排気口１１か
らなっており、この排気口１１にはスパッタ室１内のス
パッタガス（アルゴンガスＡｒと酸素ガス０２）を吸引
する排気管１２が接続されている。なお、図示しないが
、前記ガス供給管８，９および排気管１２にはそれぞれ
ガス流量調整バルブが設けられている。

また、前記スパッタ室１内には、このスパッタ室１内に
搬入された基板Ａをその側方がら加熱するヒータ１３が
設けられており、さらにこのヒータ１３の後方（基板Ａ
の移動方向前方）には成膜部１４が設けられている。

この成膜部１４は、スパッタ室１内を移動する基板Ａの
被成膜面に対向するターゲット１５と、このターゲット
１５の背後に配置されたプラズマを封じ込めるための磁
界を発生する磁石（永久磁石）１７と、ターゲット１５
と基板搬送路ａとの間に配置されたアノード１９とから
なっており、ターゲット１５は、スパッタガス吹出部５
と排気部１０との間に位置させてスパッタ室１の側壁部
に配置されている。このターゲット１５は、スパッタ室
１の側壁に開口したターゲット交換口を閉塞する鋼板製
のターゲット支持板１６に固定されている。また、前記
磁石１７は、ベース１８上に帯状のＳ極１７ｓを２列平
行に設け、この各Ｓ極１７ｓの周囲に、各Ｓ極１７５を
それぞれ囲む８の字形ループ状のＮ極１７Ｎを設けたも
ので、Ｓ極１７ｓとＮ極１７Ｎとの間隔は全域において
等しくなっている。この磁石１７は、そのＳ極１７ｓお
よびＮ極１７Ｎの長さ方向を縦にして垂直に立てられ、
ターゲット支持板１６の外側にターゲット１５と平行に
配置されている。またアノード１９は導電性金属板から
なっており、このアノード１９には、基板移動方向に並
べて２つの縦長開口１９ａ、１９ｂが設けられている。

このスパッタ装置は、スパッタ室１内にアルゴンガスＡ
ｒと酸素ガス０２とをスパッタガスとして導入し、この
スパッタガス雰囲気中でスパッタリングを行なって基板
Ａの被成膜面に成膜するもので、スパッタ室１内に搬入
された基板Ａは、基板キャリアで搬送移動されながら、
まずヒータ１３の前を通過する過程で所定温度（スパッ
タリングによる成膜が可能な温度）に加熱され、この後
成膜部１４を通過しながらスパッタリングにより成膜さ
れる。このスパッタリングは、ターゲット１５側をカソ
ード電極とし、このカソード電極とアノード１９との間
に放電電流を流して行なわれるもので、放電電流を流す
ことによって発生したプラズマは、磁石１７の磁界中に
封じ込められる。なお、第３図においてＭはプラズマ封
じ込め領域を示している。そして、磁石１７の磁界中に
封じ込められているプラズマによってターゲット１５か
らスパッタされたスパッタ粒子は、アノード１９とカソ
ード電極との間に印加された電圧で生ずる電界によって
基板Ａ方向へ飛び、アノード１９の２つの開口１９ａ、
１９ｂを通って基板Ａ面に被着堆積する。また、このス
パッタリングを行なうと、ターゲット１５はスパッタ粒
子の放出により表面側から溝状に溶損して行く。第４図
において１５ａ、１５ｂはターゲット１５の表面に生じ
た溶損部を示しており、このターゲット１５の溶損はエ
ロージョンと呼ばれている。このエロージョン１５ａ、
１５ｂは、磁石１７の一方のＳ極１７．とその周囲のＮ
極１７Ｎとの中点を通る環状領域と、他方のＳ極１７５
とその周囲のＮ極１７Ｎとの中点を通る環状領域とにそ
れぞれ発生する。

そして、ダブルエロージョンタイプのスバ・ツタ装置で
は、プラズマを封じ込めるための磁界を発生する磁石１
７として、Ｓ極１７ｓを２列に設けこの各Ｓ極１７ｓの
周囲にそれぞれＮ極１７Ｎを設けたものを用い、アノー
ド１９に基板移動方向に並べて２つの開口１９ａ、１９
ｂを設けているため、スパッタ粒子はターゲット１５の
基板移動方向に沿う２つの領域（エロージョン１５ｇの
発生領域と、二ローション１５ｂの発生領域）からスパ
ッタされ、このスパッタ粒子が成膜部１４を通過する基
板Ａに順次堆積する。したがって、このスパッタ装置に
よれば、成膜部１４を基板Ａが通過する過程でこの基板
Ａに前記２つの領域から連続的に被膜を堆積させること
ができるから、効率のよい成膜を行なうことができる、
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のダブルエロージョンタイプの
スパッタ装置は、基板Ａ面に堆積する被膜の膜質がその
厚さ方向において不均一になってしまうという問題をも
っていた。

これは、スパッタ室１内のスパッタガスのガス圧が、ス
パッタガス吹出部５側の領域と排気部１０側の領域とで
異なり、そのために、ターゲット１５のスパッタガス吹
出部５側の領域（二ローション１５ａの発生領域）にお
けるスパッタレートと、ターゲット１５のスパッタガス
排気部１０側の領域（エロージョン１５ｂの発生領域）
におけるスパッタレートとに差ができるためである。

すなわち、上記スパッタ装置においては、スパッタ室１
内に導入するスパッタガス（アルゴンガスＡ「と酸素ガ
ス０２）を、基板移動方向の一端側の吹出部５からスパ
ッタ室１内に吹出しているが、この吹出部５から吹出さ
れたガス流は、第３図および第４図に破線で示したよう
に拡がって流速を減じるため、スパッタ室１内のスパッ
タガス圧の分布は、吹出部５から排気部１０側に向かっ
て高くなる分布となる。なお、スパッタ中は、吹出部５
からのスパッタガスの吹出量および排気部１０からの排
気量は一定に保たれるため、上記スパッタガス圧の分布
は、スパッタ中、常に同じ分布になる。

一方、スパッタ装置のスパッタレートは、プラズマを封
じ込める磁界の強さと、スパッタガス圧等によって決ま
り、第５図に示すようにスパッタガス圧によって左右さ
れる。第５図はスパッタガス圧とスパッタレートとの関
係を示したもので、スパッタレートは、スパッタガス圧
が低いほど大きくなる。

このため、上記従来のスパッタ装置では、基板Ａ面に堆
積した被膜が、ターゲット１５のスパッタガス吹出部５
側の領域からスパッタされたスパッタ粒子の堆積層が厚
く、ターゲット１５のスパッタガス排気部１０側の領域
からスパッタされたスパッタ粒子の堆積層が薄くなる。

第６図は、従来のスパッタ装置により基板Ａを第３図に
示した位置で停止させてスパッタリングを行なったとき
の、基板各部の堆積膜の膜厚を測定した結果を示したも
ので、基板中心からスパッタガス吹出部５側の堆積膜の
膜厚と、スパッタガス排気部１０側の堆積膜の膜厚とに
は、図示のような大きな差がある。

一方、スパッタリングにより成膜される被膜の膜質はス
パッタガス中の酸素の濃度によって影響されるが、スパ
ッタガス中の酸素ガス０２の量は、アルゴンガスＡｒの
１１５００程度と極めて少ないため、スパッタガス中の
酸素濃度はスパッタ室１全域にわたって等しいと考えて
よい。

しかし、従来のスパッタ装置では、上述したように、タ
ーゲット１５の中心よりスパッタガス吹出部５側の領域
から堆積される膜厚と排気部１０側の領域から堆積され
る膜厚とがスパッタレートの差によって異なり、これに
対してスパッタガス中の酸素濃度は一定であるため、相
対的に、ターゲット１５のスパッタガス吹出部５側の領
域（二ロージジン１５ａの発生領域）からスパッタされ
た薄膜の堆積膜が酸素の過剰な膜質となり、ターゲット
１５のスパッタガス排気部１０側の領域（二ローション
１５ｂの発生領域）からスパッタされた厚膜の堆積膜が
酸素の欠乏した膜質となる。

そして、この酸素過剰膜と、酸素欠乏膜とは成膜部１４
を通る基板Ａに重なって堆積するため、基板Ａ面に堆積
する被膜の膜質がその厚さ方向において不均一になって
しまう。

本発明は上記のような実情にかんがみてなされたもので
あって、その目的とするところは、ダブルエロージョン
タイプのものでありながら、基板面に、膜質が膜厚全体
にわたって均一な高品質の被膜を堆積させることができ
るスパッタ装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、基板移動方向の一端側にスパッタガス吹出部
を設け他端側にスパッタガス排気部を設けたスパッタ室
内に、前記吹出部と排気部との間に位置させて、スパッ
タ室内を移動する基板の被成膜面に対向するターゲット
を配置するとともに、このターゲットの背後に、プラズ
マを封じ込めるための磁界を発生する磁石を配置し、前
記スパッタ室内に導入したスパッタガスの雰囲気中でタ
ーゲットの基板移動方向に沿う少なくとも２つの領域か
らスパッタさせ、このスパッタ粒子を前記スパッタ室内
を移動する基板面に順次堆積させるスパッタ装置におい
て、前記ターゲット上の前記吹出部側の領域に印加され
る磁界の強さを前記排気部側の領域に印加される磁界に
比べて弱くしたことを特徴とするものである。

〔作用〕

すなわち、本発明のスパッタ装置は、ターゲット表面に
おけるプラズマ封じ込め磁界の強さを、スパッタガス吹
出部側で小さく、排気部側で大きくすることにより、ス
パッタ室内のスパッタガス圧の分布がスパッタガス吹出
部から排気部側に向かって高くなる分布であっても、こ
のスパッタガス圧によるスパッタレートの差をプラズマ
封じ込め磁界の強さの差によって打ち消して、スパッタ
ガス吹出部側と排気部側とのスパッタレートをほぼ等し
くしたものである。そして、このようにスパッタガス吹
出部側と排気部側とのスパッタレートがほぼ等しければ
、ターゲットのスパッタガス吹出部側の領域からスパッ
タされる堆積層と、排気部側の領域からスパッタされる
堆積層の層厚がほぼ同じであるから、これら領域から堆
積される層は酸素量がほぼ等しい同質の膜となる。した
がって本発明のスパッタ装置によれば、ダブルエロージ
ョンタイプのものでありながら、基板面に、膜質が膜厚
全体にわたって均一な高品質の被膜を堆積させることが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。

この実施例は、第１図に示すように、スパッタ室１内に
導入したスパッタガス（アルゴンガスＡｒと酸素ガス０
□）の雰囲気中でターゲット１５の基板移動方向に沿う
両側部からスパッタ粒子をスパッタさせ、このスパッタ
粒子をスパッタ室１内を移動する基板Ａ面に順次堆積さ
せるダブルエロージョンタイプのスパッタ装置において
、ターゲット１５の表面におけるプラズマ封じ込め磁界
の強さを、スパッタガス吹出部５側の領域で小さく、ス
パッタガス排気部１０側の領域で大きくするために、前
記ターゲット１５の背後に配置する磁石１７を、この磁
石１７とターゲット１５との間隔がスパッタガス吹出部
５側からスパッタガス排気部１０側に向かって小さくな
る状態に傾けて配置したもので、この磁石］７は、スパ
ッタ室１の外側に角度調整可能に設けた図示しない磁石
支持機構に支持されている。なお、この実施例のスパッ
タ装置は、磁石１７を上記のように配置した以外の構成
は第３図および第４図に示した従来のスパッタ装置と同
じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略
する。

すなわち、このスパッタ装置は、ターゲット１５の背後
に配置されてプラズマを封じ込めるための磁界を発生す
る磁石１７と、ターゲット１５との間隔を、スパッタガ
スの吹出部５側から排気部１０側に向かって小さくする
ことにより、ターゲット１５の表面におけるプラズマ封
じ込め磁界の強さを、スパッタガス吹出部５側で小さく
、排気部１０側で大きくしたものであり、このようにす
れば、スパッタ室１内のスバ・ツタガス圧の分布が、〔
発明が解決しようとする課題〕の項で説明したように、
スパッタガス吹出部５から排気部１０側に向かって高く
なる分布であっても、このスパッタガス圧によるスバ・
ツタレートの差を、プラズマ封じ込め磁界の強さの差に
よって打ち消して、スパッタガス吹出部５側と排気部１
０側とのスパッタレートをほぼ等しくすることができる
。

そして、このようにスパッタガス吹出部５側と排気部１
０側とのスパッタレートがほぼ等しければ、ターゲット
１５のスパッタガス吹出部５側の領域からスパッタされ
た堆積層と、ターゲット１５のスパッタガス排気部１０
側の領域からスパッタされた堆積層の層厚がほぼ同じに
なる。第２図は、この実施例のスパッタ装置により基板
Ａを第１図に示した位置で停止させてスパッタリングを
行なったときの、基板各部の堆積膜の膜厚を測定した結
果を示したもので、基板中心からスパッタガス吹出部５
側の堆積膜の膜厚と、バッタガス排気部１０側の堆積膜
の膜厚とは、図示のようにほぼ同じ膜厚である。

一方、スパッタリングにより成膜される被膜の膜質に影
響するスパッタガス中の酸素濃度は、〔発明が解決しよ
うとする課題〕の項で説明したようにスパッタ室１全域
にわたって等しいと考えてよいから、上記のように、タ
ーゲット１５のスパッタガス吹出部５側の領域からスパ
ッタされた堆積層と、ターゲット１５のスパッタガス排
気部１０側の領域からスパッタされた堆積層の厚さをほ
ぼ同じにできれば、この両堆積膜は酸素量がほぼ等しい
同質の膜となる。

したがって、この実施例のスパッタ装置によれば、ダブ
ルエロージョンタイプのものでありながら、基板Ａ面に
、膜質が膜厚全体にわたって均一な高品質の被膜を堆積
させることができる。

なお、上記実施例では、基板Ａの移動方向の前方にスパ
ッタガス吹出部５を設け、反対側にス（ツタガス排気部
１０を設けたスパッタ装置を示したが、本発明は、スパ
ッタガス吹出部５と排気部１０とを上記実施例と逆に設
けたスパッタ装置にも適用できるもので、その場合は、
磁石１７を上記実施例と逆方向に傾けて配置すればよい
。また上記実施例では、エロージョンが２つ形成される
ダブルエロージョンタイプのスパッタ装置を示したが、
本発明は、エロージョンが３つ以上形成されるスパッタ
装置にも適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明のスパッタ装置は、ターゲット表面におけるプラ
ズマ封じ込め磁界の強さを、スパッタガス吹出部側で小
さく、排気部側で大きくしたちのであるから、スパッタ
ガス圧によるスパッタレートの差をプラズマ封じ込め磁
界の強さの差によって打ち消して、スパッタガス吹出部
側と排気部側とのスパッタレートをほぼ等しくすること
ができる。したがって本発明のスパッタ装置によれば、
ターゲットのスパッタガス吹出部側の領域からスパッタ
された堆積層と、排気部側の領域からスパッタされた堆
積層の厚さをほぼ同じにして、この再堆積層を、酸素量
がほぼ等しい同質の膜とすることができるから、ダブル
エロージョンタイプのものでありながら、基板面に、膜
質が膜厚全体にわたって均一な高品質の被膜を堆積させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すスパッタ装置の平面図
、第２図は第１図の鴨スパッタ装置により基板を停止さ
せてスパッタリングを行なったときの基板各部の堆積膜
の膜厚を示す図、第３図および第４図は従来のスパッタ
装置の平面図およびその成膜部の斜視図、第５図はスパ
ッタガス圧とスパッタレートとの関係を示す図、第６図
は従来のスパッタ装置により基板を停止させてスノ＜、
ツタリングを行なったときの基板各部の堆積膜の膜厚を
示す図である。 １・・・スパッタ室、５・・・ス、＜・ツタガス吹出部
、１０・・・スパッタガス排気部、１５・・・タープ・
ソト、１７・・・磁石、１８・・・アノード、Ａ・・・
基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板移動方向の一端側にスパッタガス吹出部を設け他
   端側にスパッタガス排気部を設けたスパッタ室内に、前
   記吹出部と排気部との間に位置させて、スパッタ室内を
   移動する基板の被成膜面に対向するターゲットを配置す
   るとともに、このターゲットの背後に、プラズマを封じ
   込めるための磁界を発生する磁石を配置し、前記スパッ
   タ室内に導入したスパッタガスの雰囲気中でターゲット
   の基板移動方向に沿う少なくとも２つの領域からスパッ
   タ粒子をスパッタさせ、このスパッタ粒子を前記スパッ
   タ室内を移動する基板面に順次堆積させるスパッタ装置
   において、前記ターゲット上の前記吹出部側の領域に印
   加される磁界の強さを前記排気部側に印加される磁界に
   比べて弱くしたことを特徴とするスパッタ装置。