JPH0559985B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は薄膜形成装置に関し、詳しくはドライ
エツチングをしつつ薄膜形成を行なう装置の改良
に関する。

本発明の薄膜形成装置は、薄膜形成部とドライ
エツチング部とを同一真空槽内において分離し、
両者の干渉を除くことによつて良質な薄膜の形成
を可能とするものである。

［従来の技術］ 近年、薄膜形成装置としてマグネトロン型スパ
ツタリング装置が用いられている。これは、ター
ゲツト表面近傍に、相互に直交する電界と磁界を
設け、該電磁界中でマグネトロン放電を行い、タ
ーゲツト表面近傍におけるプラズマ密度を高めて
スパツタリング速度を大きくする装置である。

しかし該スパツタリング装置によつて、表面に
段差のある基板（例えば、表面にアルミニウム配
線パターンの形成されている半導体基板）に薄膜
を形成すると、該段差部で薄膜の段差被覆性が悪
い（及び、場合によつてはクラツクが発生する）
という問題点があつた。

該問題点を克服するべく、最近、該基板に高周
波バイアスを印加してドライエツチングを行ない
つつ、薄膜を形成することが行なわれている。

しかし該方法によると、薄膜を形成するための
電界とエツチングを行なうための電界とが干渉し
て共鳴し、放電が不安定になるという問題点が発
生した。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、かかる問題点に鑑み案出されたもの
であり、ドライエツチングを行ないつつ薄膜を形
成する薄膜形成装置において、上記干渉及び共鳴
が発生せず、持続的に安定な放電を行ない得る薄
膜形成装置を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、所定圧力のガスが供給される真空槽
と、 該真空槽内に設置され、電極機能を有する基板
ホルダーと、 該基板ホルダーの基板設置面に第１空間を挟ん
で対向して該真空槽内に配置されるとともに電極
を兼ねるターゲツト保持部材と、 該基板ホルダーの基板設置面に第２空間を挟ん
で対向して該真空槽内に配置されたドライエツチ
ング用電極と、 前記ターゲツト保持部材と前記基板ホルダーと
の間に第１の高周波電圧を印加するとともに、前
記ドライエツチング用電極と前記基板ホルダーと
の間に第２の高周波電圧を印加する高周波電源
と、 を具備し、 前記基板ホルダーは、前記ターゲツト保持部材
と前記ドライエツチング用電極とに対向する前記
基板設置面上の両対向位置間で、該ホルダーの基
板保持部を交互に移動させる保持部移動手段を有
し、 前記真空槽は、前記ターゲツト保持部材及び前
記第１空間と、前記ドライエツチング用電極及び
前記第２空間との間の電界を分離しかつ前記両空
間間の粒子混合を低減するとともに、前記基板保
持部の前記移動を許容する開口をもつ隔壁を有す
ることを特徴とする薄膜形成装置である。

（真空槽） 真空槽は排気系及び吸気系を有し、使用時にお
ける槽内圧力は、通常10^-3〜10^-4Torr程度に保
たれる。槽内にはアルゴン等の不活性ガス（及
び、その他使用目的に応じたガス）が導入され
る。

真空槽としては、後述する第１空間と第２空間
とを分離する隔壁を除いて、従来真空成膜装置に
使用されているものを用いることができる。

（基板ホルダー） 基板ホルダーは、基板を保持する機能と電極と
しての機能とを有する。

基板を保持する基板保持部は、後述するターゲ
ツト保持部材又はドライエツチング用電極と対向
する位置に、保持部移動手段によつて交互に移動
される。保持部移動手段は、従来位置への基板保
持部の移動運動（任意位置での停止を含む）を制
御し得るものであればよく、移動運動の形態が回
転運動であるか、往復運動であるか、あるいはま
た他の形態の運動であるかは問わない。

基板ホルダーはまた、ドライエツチング用電極
と組み合わせることによつて、ドライエツチング
の基板側電極として機能する。また、ターゲツト
保持部材がスパツタリング用電極等の電極として
構成される場合は、スパツタリング等の基板側電
極として機能する。いづれの場合も、通常、基板
ホルダーはアース電位で使用される。

（ターゲツト保持部材） ターゲツト保持部材はターゲツト材を保持し、
前記真空槽内であつて、前記基板ホルダーの基板
保持部と対向し得る位置に設置される。

相互に対向する基板保持部とターゲツト保持部
材とによつて、高周波放電スパツタリングで基板
上に薄膜を形成するための第１空間が規定され
る。

ターゲツトとしては、上記物理的成膜法におい
て通常用いられる材料、例えばSiO₂、Al₂O₃、
Si₃N₄、Al、Al−Si、MoSi₂、ZnS、ZnO等を用
いることができる。

（ドライエツチング用電極） ドライエツチング用電極は、前記真空槽内であ
つて、前記基板ホルダーの基板保持部と対向し得
る位置に配置される。

相互に対向する基板保持部とドライエツチング
用電極とによつて、物理的ドライエツチング（イ
オンビームエツチング、反応性イオンエツチング
等）を基板上の薄膜に施すための第２空間が規定
される。

なお、第１空間と第２空間とは、真空槽内に設
置された隔壁によつて相互に電磁的にシールドさ
れる。

［作用］ 本発明の薄膜形成装置では、基板が第１空間と
第２空間とに交互に配置され、第１空間に位置す
るときは薄膜の形成が行なわれ、第２空間に位置
するときはドライエツチングによつて薄膜表面の
段差部が平滑化される。

第１空間と第２空間とは隔壁によつて電磁的に
シールドされているため、持続的に安全な薄膜形
成及びドライエツチングが可能である。

［実施例］ 以下、本発明を具体的な実施例に基づいて詳し
く説明する。

(1) 第１実施例 第１図は、本第１実施例の薄膜形成装置の断面
模式図である。

図示のように本実施例は、真空槽１と、該真空
槽１内下部に設置された基板ホルダー７と、該基
板ホルダー７にそれぞれ対向して設置されたター
ゲツト保持部材であるスパツタリング用電極部
３、及びドライエツチング用電極部５とからな
る。

真空槽１は排気管１１と吸気管１２とを有し、
真空槽１の内部は中央部に設置された隔壁１３に
よつて、後述する第１空間と第２空間とに仕切ら
れている。なお、１３ａはこの隔壁１３の下部に
設けた基板保持部７２移動用の開口である。

基板ホルダー７はレール状の保持部移動手段７
１と該保持部移動手段７１上に載置された基板保
持部７２とを有し、該保持部移動手段７１は、図
示しないモータによつて駆動され、上記基板保持
部７２を、第１空間と第２空間との間で往復動さ
せる。基板ホルダー７外周部上部には、２mmの間
隔を隔てて防着板７３が設置されている。これ
は、特公昭58−752に開示されているように、不
均質な薄膜の形成を防止するものである。保持部
移動手段７１、基板保持部７２、及び防着板７３
は、ともにスパツタリング率の小さなステンレス
製である。なお、基板ホルダー７はアース電位に
保たれている。

図中基板ホルダー７左部上方には、60mmの間隔
を隔ててターゲツト（二酸化珪素（SiO₂））３２
が、スパツタリング電極３１によつて、基板ホル
ダー７と対向するように保持されている。スパツ
タリング電極３１は、導線を介して高周波電源
（−500〜−3000V；13.56MHz）３３に接続され
ている。なおスパツタリング電極３１の外部への
導出部は、スペーサ１４によつて絶縁シールされ
ている。スパツタリング電極３１と基板ホルダー
７とに挟まれる空間が、第１空間として規定され
る。

図中基板ホルダー７右部上方には、30mmの間隔
を隔ててドライエツチング用電極５１（ステンレ
ス製）が配置されている。該ドライエツチング用
電極５１は、導線を介して高周波電源（50〜
500V；13.56MHz）５３に接続されている。ドラ
イエツチング用電極５１の外部への導出部は、ス
ペーサ１５によつて絶縁シールされている。ドラ
イエツチング用電極５１と基板ホルダー７とに挟
まれる空間が、第２空間として規定される。第１
空間と第２空間とは、ステンレス製の隔壁１３に
よつて仕切られている。

本実施例の薄膜形成装置は、以下の如く使用さ
れる。

まず、排気管１１を介して、真空ポンプによつ
て真空槽１内を10^-6〜10^-7Torrまで排気し、そ
の後、吸気管１２を介してアルゴンガスを供給し
て、真空槽１内圧力を２〜５×10^-3Torrに保持
する。次に、保持部移動手段７１によつて、基板
保持部７２及び該基板保持部７２上に保持されて
いる基板を、第１空間と第２空間との間で往復動
させつつ、第１及び第２空間に高周波電源３３，
５３から電力を供給してプラズマ放電を発生さ
せ、第１空間で薄膜の形成を、第２空間でイオン
エツチングをそれぞれ行ない、段差及びクラツク
のない薄膜を形成する。

第３図は、第１空間におけるスパツタリング粒
子の入射角と薄膜形成速度との関係（ターゲツト
への投入電力密度7W／cm²の場合）を表わすグラ
フであり、第４図は、第２空間におけるスパツタ
リング粒子の入射角とエツチング速度との関係
（ドライエツチング用電極への投入電力密度
0.2W／cm²の場合）を表わすグラフである。

図示のように、薄膜形成速度は略一定であるの
に対し、エツチング速度は入射角に依存する。し
たがつて、基板表面の段差部に形成された薄膜の
エツチング速度は平坦部とは異なる。故に、保持
部移動手段７１による基板の移動速度を制御する
ことにより、薄膜の各部分におけるエツチング速
度を任意に制御し、薄膜表面を平滑化することが
可能である。

(2) 第２実施例 第２図は、第２実施例の薄膜形成装置の断面模
式図である。

図示のように本実施例は、基板ホルダー７の保
持部移動手段７５を、回転円盤で構成する場合で
ある。該保持部移動手段７５は、モータ（省図
示）によつて、50〜120rpmの回転速度で駆動さ
れる。これによつて、基板は第１空間と第２空間
とに交互に位置する。

第２実施例の他の構成要素は、略第１実施例と
同様であり、図中の符号はそれぞれ第１図中の符
号に対応する。

［効果］ 以上要するに本発明は、高周波放電プラズマ式
スパツタリングによる薄膜形成及びドライエツチ
ングとを行なう薄膜形成装置において、薄膜形成
を行なうための放電空間を、ドライエツチングを
行なうための放電空間とを、隔壁によつて電磁的
にシールドし、基板を該それぞれの空間に交互に
位置せしめるものである。

実施例に述べたように、ドライエツチング速度
はスパツタリング粒子の入射角に依存し、一方、
薄膜形成速度は該入射角には依存しない。したが
つて、基板の各空間における存在時間及び移動速
度を制御することによつて、基板表面の薄膜の平
滑化が可能である。

また、第１空間と第２空間とは、隔壁によつて
電磁的にシールドされているため、各空間におけ
る放電は相互に干渉せず、持続的に安定した放電
が可能である。

また、第１空間内のスパツタリング用のイオン
がエツチングを行う第２空間へ飛び込んだり、逆
に第２空間内のエツチング用のイオンが第１空間
内へ飛び込んだり、第１空間内のターゲツトから
出る成膜原子がエツチング室の基板にスパツタリ
ングされたりするという両空間間でのイオンや原
子の混じり合いを防止することができる、 更に、この隔壁は基板移動を許容するための開
口を有しているので、基板はこの開口を通じて支
障なく両空間間を移動することができる。

したがつて本発明の薄膜形成装置は、均質な薄
膜の形成に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１実施例の薄膜形成装置の断面模
式図であり、第２図は、第２実施例の薄膜形成装
置の断面模式図である。第３図は、薄膜形成速度
とスパツタリング粒子の入射角との関係を表わす
グラフであり、第４図は、ドライエツチング速度
とスパツタリング粒子の入射角との関係を表わす
グラフである。 １……真空槽、３……ターゲツト保持部材、５
……ドライエツチング用電極、７……基板ホルダ
ー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定圧力のガスが供給される真空槽と、 該真空槽内に設置され、電極機能を有する基板
   ホルダーと、 該基板ホルダーの基板設置面に第１空間を挟ん
   で対向して該真空槽内に配置されるとともに電極
   を兼ねるターゲツト保持部材と、 該基板ホルダーの基板設置面に第２空間を挟ん
   で対向して該真空槽内に配置されたドライエツチ
   ング用電極と、 前記ターゲツト保持部材と前記基板ホルダーと
   の間に第１の高周波電圧を印加するとともに、前
   記ドライエツチング用電極と前記基板ホルダーと
   の間に第２の高周波電圧を印加する高周波電源
   と、 を具備し、 前記基板ホルダーは、前記ターゲツト保持部材
   と前記ドライエツチング用電極とに対向する前記
   基板設置面上の両対向位置間で、該ホルダーの基
   板保持部を交互に移動させる保持部移動手段を有
   し、 前記真空槽は、前記ターゲツト保持部材及び前
   記第１空間と、前記ドライエツチング用電極及び
   前記第２空間との間の電界を分離しかつ前記両空
   間間の粒子混合を低減するとともに、前記基板保
   持部の前記移動を許容する開口を有する隔壁を有
   することを特徴とする薄膜形成装置。 ２ 前記ターゲツト保持部材は、前記対向する基
   板ホルダーと組み合わせ、スパツタリング用電極
   として用いられる特許請求の範囲第１項記載の薄
   膜形成装置。 ３ 前記ドライエツチング用電極は、前記対向す
   る基板ホルダーと組み合わせ、イオンエツチング
   用電極として用いられる特許請求の範囲第１項記
   載の薄膜形成装置。 ４ 前記第１空間の基板保持部の基板ホルダーの
   外周部上部には、防着板を設けてあることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜形成装
   置。