JPH036988B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、１つ以上の表面凹所を有する試料上
に材料を真空付着するための真空付着装置に係
り、更に具体的に言えば、試料上への原子の望ま
しくに付着角度を回避するための手段を有する真
空付着装置に係る。

〔従来技術〕

集積回路の如き多くの電子的構成素子の製造に
於ては、基板上に金属の被膜を付着することが必
要である。銅の如き材料がセラミツク又はガラス
の基板上に付着されてから、エツチング又は他の
方法を施されることにより、回路及び／若しくは
構成素子が製造される。

プラズマ付着の分野に於て、スパツタリング又
はスパツタリグ付着と呼ばれる方法により、陰極
に接続されているターゲツトの表面から原子を移
動させることができる。この方法に於ては、ター
ゲツトを、銅又は他の材料で構成することができ
る。ターゲツトが取付けられている陰極が、アル
ゴンの如き不活性雰囲気中で高い負の直流電圧に
さらされる。不活性ガスがイオン化されてプラズ
マを形成し、該プラズマから正イオンが放出され
て、ターゲツトの露出面を衝撃し、運動量の転移
により該ターゲツトの材料の原子又は原子のクラ
スタが移動される。このようなターゲツト原子の
移動がスパツタリングと呼ばれている。このプロ
セスを反復することにより、主として中性である
多数のそれらの原子が、比較的高真空状態にある
上記ターゲツトの前の空間を経て移動して、概し
て該ターゲツトに近接して配置されている試料又
は基板である被処理体の表面上に衝突して凝縮す
る。このようにして、ターゲツト材料の原子層又
は分子層の被膜が基板上に形成される。概して
1μｍよりも薄い被膜が薄膜と呼ばれる。集積回
路の金属化には、概してそのような薄膜で充分で
ある。

最も一般的に用いられているプラズマ反応炉
は、ターゲツトの表面が、スパツタリングされた
原子が付着される試料の表面に平行な平面である
ように配向されているターゲツトを有している。
ターゲツトから放出された原子は、余弦法則に従
つて分布される。即ち、ターゲツトの表面から放
出される原子の数は、それらが放出される方向と
垂線との成す角度の余弦に比例する。従つて、タ
ーゲツトから垂直に放出され、試料の表面に於て
垂直に受取られる原子が、最適な原子の付着を生
じる。

貫通孔及び盲孔等の開孔は、第１レベルの導体
パターンと第２レベル又はより高いレベルの導体
パターンとの間の電気的相互接続体のための通路
である。従来、基板の異なるレベル上の回路を相
互に電気的に接続するためには、それらの開孔の
壁を被覆するために貴金属（例えば、パラジウ
ム）のシーテイング（seeding）及び無電気金属
付着が用いられ、多くの場合には続いて電気めつ
きが施される。しかしながら、最近に於ては、プ
ラズマ技術がそのために用いられている。

スパツタリングされた原子を試料の表面上に付
着させるために最適である、試料に関するターゲ
ツトの配向は、開孔の壁を被覆するためには最悪
の配向であることが解つた。これは、概して開孔
が基板の平面、従つてターゲツトの平面に垂直に
配向されていることによる。垂直方向に放出され
たターゲツト原子は、それらの開孔を直接貫通し
てしまい、それらの壁を被覆しない。

米国特許第3846294号明細書は、貫通孔の内壁
を被覆する問題について考案しており、貫通孔を
含む基板をターゲツトの表面上に直接配置するこ
とにより、その問題を解決することを試みてい
る。ターゲツト材料が、貫通孔の真下のターゲツ
ト表面からスパリツタリングによりエツチングさ
れて、貫通孔の内壁上に被覆される。

上述の如き処理の間に試料上に生じる熱の量
は、回路板の製造に用いられる如き重合体及び他
の有機材料を含む試料の多くに対して安全な範囲
を超えている。過度の熱は、寸法の安定性、重合
体の一体性、及び処理の再現性を失わせる等の問
題を生ぜしめる。

米国特許第3361659号明細書は、スパツタリン
グ装置に於ける陰極と陽極との間に配置されたワ
イヤ格子を用いることを開示している。電子が基
板を衝撃することを防ぐ無電界領域又は小さな電
界のいずれかが基板の近傍に形成されて、該基板
上に付着されて成長している被膜中へのガスの収
着が誘起されるように、上記格子に可変電位が加
えられる。負にチヤージされたOHイオンが、付
着された被膜を汚染しないように、上記格子を陰
極に関して正の電位にすることができる。

米国特許第3856654号明細書は、基板の連続的
行列上に薄膜をスパツタリングするための装置に
於てシールドを用いることを開示している。基板
のトレイがスパツタリング・チエンバ内に於て円
形の経路上を進められ、各基板に薄膜が均一に付
着するように増分的に進められる。イオン化可能
な不活性ガスがチエンバ内に導入されて、拡散シ
ールドにぶつけられ、実質的に均一な組成のプラ
ズマが得られるように陰極の表面に亘つて分散さ
れる。この場合には、シールドは、不活性ガスの
イオンを基板表面上に均一に分布させるために用
いられている。

米国特許第3904503号明細書は、スパツタリン
グ装置により付着された一定の厚さの材料の線の
図形に順応する形状を有するシールドを用いてい
る。そのシールドは、基板の表面上の材料がより
均一になるように、基板の選択された部分を覆
い、或る所定期間の後に外される。更に、条件の
変化に適応するように、シールドの面積を増加又
は減少させることができる。

米国特許第4301192号及び第4383495号の明細書
は、インクで被覆されたフインガを用いることを
開示しており、それらのフインガは貫通孔に挿入
されてから引出され、従つてインクが該貫通孔中
に導入されて、その壁が該インクで被覆される。

米国特許第4416755号明細書は、真空チエンバ
がプラズマ発生器及び漂遊イオン又は偏向された
イオンをさえぎるシールド手段を有している、基
板上に被膜を形成するための装置及び方法を開示
している。このシールドの存在は、イオン・ビー
ムによるチエンバ壁のスパツタリングを最小限に
する。付着された被膜が反応チエンバからの不純
物を含まないように該反応チエンバの内側のステ
ンレス鋼を被覆するために、炭素の如き物質が比
較的低いスパツタリング効率で用いられている。
そのイオン・ビームは、集束された単一エネルギ
の正イオン・ビームである。格子組立体に加えら
れるバイアス電圧を変えることによりビーム・エ
ネルギを制御するために、スクリーン及び加速格
子電極が用いられている。上記格子組立体は又、
基板をプラズマ発生のプロセスから分離させる放
射及び質量の障壁として働く。

米国特許第4416759号明細書は、主要な遮蔽シ
ールドと補助的な遮蔽シールドとより成る遮蔽手
段を有するプラズマ反応炉を開示している。主要
な遮蔽シールドは、陰極のターゲツトから直接的
にスパツタリングされた原子をさえぎり、補助的
な遮蔽シールドは、陰極からスパツタリングされ
てから、方向を変えて主要な遮蔽シールドの下を
経て付着されるべきでない領域へ移動する原子を
さえぎる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、貴金属のシーデイング、無電
気付着又は他の謂ゆる湿式方法を用いずに、表面
凹所の壁を被覆するための装置を提供することで
ある。

本発明の他の目的は、そのような被覆処理中に
試料上に生じる熱を最小限にすることである。

本発明の他の目的は、試料表面に於ける付着対
壁に於ける付着の比率を向上させることである。

本発明の他の目的は、実質的に垂直な角度の望
ましくない原子の衝撃を回避して、スパツタリン
グされた原子が試料及び該試料中の表面凹所を、
該試料の平面に関して或る角度で衝撃することを
可能にすることである。

本発明の更に他の目的は、試料の上部表面への
スパツタリング付着に対する、開孔及びチヤネル
の如き表面凹所中へのスパツタリング付着の比率
を向上させるための、比較的簡単な機械的手段を
提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、開孔及びチヤネルの如き表面凹所を
有する試料上に材料を真空付着するための真空付
着装置を提供する。この真空付着装置は、高真空
状態を得ることができる真空チエンバと、原子を
放出するために上記真空チエンバ内に配置されて
いる真空付着源と、上記真空付着源からの上記原
子の放出を開始させるために上記真空付着源に接
続されているエネルギ源と、上記真空付着源から
放出された上記原子を受取るために上記真空チエ
ンバ内に上記真空付着源に対向して配置されてい
る上部表面を有しており、該表面の平面に対して
略垂直な壁を有する表面凹所を有している試料
と、上記表面に於ける付着対上記壁に於ける付着
の比率を向上させるために、上記真空付着源と上
記試料との中間に配置されている、上記原子の望
ましくない付着角度を回避するための手段とを含
んでいる。原子の望ましくない付着角度を回避す
るための上記手段のもう１つの重要な特徴は、付
着中に試料上に生じる熱を減少させることができ
ることである。

〔実施例〕

第２図は、プラスチツク、又はシリコンの如き
他の誘電体材料より成ることができる基板即ち試
料１０を拡大して示している。基板１０の上部表
面には、好実施例に於ては、実質的に平坦であ
り、１つの平面を形成している。

開孔１４は、従来技術に於て周知の適当な手段
によつて、レーザ、化学的方法、機械的方法又は
他の方法を用いて、基板１０中に形成される。開
孔１４は、基板１０を完全に貫通していてもよ
く、その場合には、それらは貫通孔１６である。
開孔１４が基板１０中を部分的に貫通している場
合には、それらは盲孔１８である。又、基板１０
中には、導電路を形成するために、チヤネル２０
が形成されている。チヤネル２０は、ミリングの
如き機械的手段、フオトリングラフイ技術、又は
他の適当な手段により形成することができる。開
孔１４、即ち貫通孔１６及び盲孔１８、並びにチ
ヤネル２０の全てを総称して、表面凹所と称す
る。

それらの表面凹所１４乃至２０は、基板１０の
上部表面１２の平面に実質的に垂直な壁２２を有
している。プリント回路板を効率的に動作させる
ために、貫通孔１６、盲孔１８及びチヤネル２０
の各々の壁２２が導電材で覆われていなければな
らない。本発明は、基板１０の温度の増加を最小
限におさえて、それらの壁２２を導電材で被覆す
ることを可能にする。更に、上部表面１２上への
材料の付着に対する壁２２上への材料の付着の比
率が、従来用いられている装置の場合よりも向上
する。

第３図は、陰極組立体１３０及び基板１０を部
分的に断面図により示している斜視図である。試
料１０は、その上部表面１２が陰極組立体１３０
に最も近接するように配置されている。陰極組立
体１３０は、例えば平坦なマグネトロンである。

陰極組立体１３０及び基板１０はプラズマ反応
チエンバ（図示せず）内に配置され、該チエンバ
は、略0.5乃至2mTorrの範囲の圧力に於ける、実
質的に純粋なアルゴン・ガスの如き、イオン化可
能な不活性ガスで充填されている。チエンバ内に
於けるアルゴンの圧力は、原子の平均自由行程が
陰極組立体１３０と基板１０との間の距離のオー
ダーであるようにされねばならない。好実施例に
於ては、上記圧力範囲は、基板１０に対する陰極
組立体１３０の変位が略５cmである場合に適して
いる他の実施例に於て、陰極組立体１３０と基板
１０との間の距離を変えた場合には、最適なアル
ゴンの圧力範囲を適切に修正する必要がある。陰
極組立体１３０は、好実施例に於てはアルミニウ
ム又は銅の如き、熱伝導材料より成る陰極１３２
を含み、陰極１３２には、好実施例に於ては銅の
如き、付着材料で主として構成されているターゲ
ツト１３４が取付けられている。実質的に純粋な
（99.995％）銅が好ましい。ターゲツト１３４は、
ボンデイング、ボルト付け又は他の適当な手段に
より、陰極１３２に取付けることができる。

陰極組立体１３０は、水が循環している冷却チ
ヤネル１３６を有する。循環材料は他を液体又は
気体であつてもよく、他の冷却方法を用いてもよ
い。

第３図に於て端部を切断して示されている棒磁
石１３８，１４０及び１４２は各々Ｎ極及びＳ極
の両方を有しており、後述する如く、外方の磁石
１３８及び１４０のＮ極が陰極組立体１３０と最
下部に配置され、中央の磁石１４２のＳ極が陰極
組立体１３０の最下部に配置されている。それら
の磁石１３８乃至１４２により生じる磁界が参照
番号１４４により示されている。磁界１４４は、
陰極組立体１３０の外方の磁石１３８及び１４０
から中央の磁石１４２へ集中している。

シールド１４６及び１４８は、好実施例に於て
はステンレス鋼の如き、付着した銅原子が表面上
に蓄積するが、後にそれを機械的又は化学的手段
により除去することができる。非反応性の材料よ
り成る。又は、これらのシールド１４６及び１４
８は、付着処理が完了した後に銅の再生利用を助
けるために、主にターゲツト材料（銅）で構成す
ることもできる。ターゲツト材料は高価になりが
ちであるので、その再生利用は、単に安価に実現
可能というだけでなく、極めて望ましいことであ
る。

シールド１４６及び１４８は、図示されていな
い適当な手段により反応チエンバの壁に取付けら
れており、以下に詳述する如く、ターゲツト１３
４からスパツタリングされた原子の一部を遮蔽し
て、それらが上部表面１２を衝撃することを防ぐ
ように、陰極組立体１３０と基板１０との間に配
置されている。シールド１４６及び１４８は、タ
ーゲツト１３４の表面から放出された高エネルギ
の電子が試料１０の上部表面１２を衝撃する前に
それらの電子を電気的引力により除くために、接
地され又は正にチヤージされている。

熱の発生は、従来のスパツタリング方法に於け
る望ましくない副産物である。上部表面１２を衝
撃する高エネルギの電子は試料１０の熱を増加さ
せがちである。この問題は、プラスチツクの如
き、熱に敏感な材料に対してスパツタリングを行
う場合には、特に重大である。

エポキシ又はガラス回路板として用いられるた
めに適する基板は、上述の理由により、120℃を
超える温度にさらされるべきではない。好実施例
に於ては、反応チエンバの内部及び該チエンバ内
の素子は初め室温（略22℃）に維持されている。

表面凹所の壁２２は、試料の上部表面１２の平
面に対して実質的に垂直である。好実施例に於て
は、陰極組立体１３０の平面は試料の表面１２の
平面に対して実質的に平行である。従つて、表面
凹所の壁２２は、陰極組立体１３０の平面に対し
て実質的に垂直である。

第４図は、磁石組立体１５０を示している。Ｓ
極が下向きに配向されている中央の棒磁石１４２
は、Ｎ極が下向きに配向されて、相互に結合され
ている一連の棒磁石１３８，１４０，１５２及び
１５４により完全に包囲されている。周辺の磁石
１３８，１４０，１５２及び１５４の磁界１４４
は、中央の棒磁石１４２を包囲する楕円形のトラ
ツクを形成する。その磁界１４４は周辺の棒磁石
１３８，１４０，１５２及び１５４から生じて中
央の棒磁石１４２で終る。

動作について説明すると、反応チエンバが汚染
ガスを除くために所定の比較的高いレベルの真空
状態に排気されてから、アルゴンの如き適当なイ
オン化可能な不活性ガスが該反応チエンバ内に導
入される。陰極１３２に電力が供給されると、電
界が生じ、アルゴンがイオン化されて、プラズマ
が生じる。陰極１３２には、前述の如く、銅のタ
ーゲツト１３４が取付けられている。陰極組立体
１３０中に配置されている磁石組立体１５０は、
連続的ループ１５６の形の局部的スパツタリング
領域が生じるように、ターゲツト１３４の下のプ
ラズマ中に磁界１４４を生じる。説明を解り易く
するために、連続的ループ１５６が、第４図に於
て、２つの部分１５８及び１６０として示されて
おり、第１図を参照して、それらについて説明す
る。

第１図は、試料上に金属原子を付着するため
に、比較的高真空中にプラズマを発生させるため
に用いられるマグネトロンの陰極とターゲツトと
の組立体を示している。陰極１３２は、絶縁体部
材１７２により真空チエンバ１７０に取付けられ
ている。ステンレス鋼より成る暗部シールド１７
４がターゲツト１３４を包囲して、陰極１３２の
側面からのスパツタリングを防ぐ。

電界を生ぜしめるために、電源（図示せず）が
陰極１３２に接続されている。好実施例に於て
は、陰極１３２に供給される電力は、略−400乃
至−600Vの範囲の負の直流電圧であるが、磁石
の強さ、ガスの圧力、及び所望の付着速度に応じ
て他の電圧レベルを用いることもできる。更に、
非導電性のターゲツト材料が用いられる場合に
は、高周波の如き他の電力源を用いてもよい。

前述の如く、陰極組立体１３０は一連の磁石１
３８，１４０，１４２，１５２及び１５４（第４
図）を含んでいる。

それらの磁石は、ターゲツト１３４に最も近接
してＮ極及びＳ極の磁気配向を与える。上述の磁
界は、Ｎ極とＳ極との中間に於ける連続的ループ
の部分１５８及び１６０に於て、ターゲツト１３
４の局部的スパツタリングを促進する。局部的ス
パツタリングが生じるターゲツト１３４に於ける
部分１５８及び１６０の下に各々配置されている
シールド１４６及び１４８は、スパツタリングさ
れて或る角度で放出された銅原子が試料１０に達
しないようにそれらの原子を遮蔽する。

シールド１４６及び１４８は、影の部分１８０
として表わされている如く、最も高い磁束密度を
有するスパツタリングの角度で上部表面１２に付
着が生じないように、上記角度のスパツタリング
を遮蔽する。原子が基板の上部表面１２を衝撃す
ることができるスパツタリング角度１８２は、よ
り低い磁束密度を有するが、より大きい鋭角即ち
斜角の方向を有する角度である。それらの角度１
８２は、前述の付着の余弦法則により、開孔の壁
２２の付着に多く寄与する。従つて、上部表面１
２の付着に対する開孔の壁２２の付着の比率が、
それらのシールド１４６及び１４８を用いること
により向上する。

エポキシ又はガラス回路板に於ては、回路が適
切に動作するために、約5000Åの厚さの銅を付着
する必要がある。前述の如く、エポキシ又はガラ
ス回路板は、付着処理中に120℃を超える温度に
さらされるべきではない。しかしながら、ポリイ
ミド回路板の金属化には、約80000A゜の厚さの銅
が必要であり、そのような回路板は動作に悪影響
を与えずに350℃程度の高温に耐えることができ
る。

金属原子が試料１０の上部表面１２に付着され
ている間、試料１０が陰極組立体１３０に関して
移動される。これは、静止した陰極組立体１３０
に関して試料１０を移動させることにより、又は
静止した試料１０に関して陰極組立体１３０を移
動させることによつて、行うことができる。ター
ゲツト１３４からスパツタリングされる金属は、
視軸方向に、試料１０と上部表面１２へ放出され
る。試料１０に対する陰極組立体１３０の相対的
移動は、表面凹所の壁２２がより均一に被覆され
るように、ターゲツト１３４からスパツタリング
された銅原子が異なる角度から試料１０を衝撃す
るようにするために必要である。この相対的移動
は又、付着処理中に試料１０上部表面１２の全体
が銅原子で均一に被覆されるようにする。

金属原子を放出させる源は、原子をスパツタリ
ングするとともにそれらを蒸着させる装置であつ
てもよい。又、スパツタリングされる材料は、必
ずしも金属である必要はない。

上述の好実施例に於ては、２つのシールドが用
いられたが、シールドの数、形状及び配向は、反
応チエンバの寸法、並びに陰極組立体、試料及び
表面凹所の相対的寸法及び位置に応じて変えるこ
とができる。しかしながら、シールドの目的は、
表面凹所の壁への付着に関して望ましくない角度
でスパツタリングされる原子を除くことである。
従つて、シールドの設計は、個々の装置及び表面
凹所の寸法に依存する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、貴金属のシーデイング、無電
気付着又は他の謂ゆる湿式方法を用いずに、表面
凹所の壁を被覆するための装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置に於けるマグネトロンの
陰極組立体及び基板を示している断面図、第２図
は基板を部分的に断面図で示している斜視図、第
３図は本発明の装置に於けるマグネトロンの陰極
組立体及び基板を部分的に断面図で示している斜
視図、第４図は磁石組立体及び対応する陰極組立
体を示している斜視図である。 １０……基板（試料）、１２……基板の上部表
面、１４……開孔、１６……貫通孔（表面凹所）、
１８……盲孔（表面凹所）、２０……チヤネル
（表面凹所）、２２……表面凹所の壁、１３０……
陰極組立体（マグネトロン）、１３２……陰極、
１３４……ターゲツト、１３６……冷却チヤネ
ル、１３８，１４０，１４２，１５２，１５４…
…棒磁石、１４４……磁界、１４６，１４８……
シールド、１５０……磁石組立体、１５６……連
続的ループ、１５８，１６０……連続的ループの
部分、１７０……真空チエンバ、１７２……絶縁
体部材、１７４……暗所シールド、１８０……影
の部分、１８２……スパツタリング角度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空チエンバと、 原子を放出するために上記真空チエンバ内に配
   置された真空付着源と、 上記真空付着源から放出された上記原子を受取
   るために上記真空チエンバ内に上記真空付着源に
   対向して配置された上部表面を有しており、該表
   面の平面に対して略垂直な壁を有する表面凹所を
   有している試料と、 上記表面に於ける付着対上記壁に於ける付着の
   比率を向上させるために、上記真空付着源と上記
   試料との間に配置された、上記原子の望ましくな
   い付着角度を回避するためのシールドとを含む、 表面凹所を有する試料上に材料を真空付着する
   ための真空付着装置。