JPH0768614B2 - カルーセル形スパツタリング装置およびそのスパツタリング方法 - Google Patents
カルーセル形スパツタリング装置およびそのスパツタリング方法Info
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- JPH0768614B2 JPH0768614B2 JP2051872A JP5187290A JPH0768614B2 JP H0768614 B2 JPH0768614 B2 JP H0768614B2 JP 2051872 A JP2051872 A JP 2051872A JP 5187290 A JP5187290 A JP 5187290A JP H0768614 B2 JPH0768614 B2 JP H0768614B2
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C14/042—Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はカルーセル形スパツタリング装置およびそのス
パツタリング方法に係わり、特にそのカソード構造およ
びそのカソード構造を用いた成膜方法に関するものであ
る。
パツタリング方法に係わり、特にそのカソード構造およ
びそのカソード構造を用いた成膜方法に関するものであ
る。
従来、この種のスパツタリング装置は、正多角形の回転
ドラムの側面にプレート状基板もしくは複数枚の円板状
基板を取り付け、矩形ターゲツトの長手方向とドラム回
転軸とが平行となるように矩形ターゲツトを配置し、側
面に基板を取り付けた状態で正多角形ドラムを回転させ
ながら、基板上に成膜を行なつていた。
ドラムの側面にプレート状基板もしくは複数枚の円板状
基板を取り付け、矩形ターゲツトの長手方向とドラム回
転軸とが平行となるように矩形ターゲツトを配置し、側
面に基板を取り付けた状態で正多角形ドラムを回転させ
ながら、基板上に成膜を行なつていた。
従来の矩形カソード構造を有したカルーセル形スパツタ
リング装置を用いて成膜を行なう場合、基板ホルダーを
正多角形回転ドラムの円周上に回転させるので、正多角
形の稜にあたる部分と辺にあたる部分とでは、ターゲツ
トとの最短接近距離とターゲツトに対する角度との関係
が異なるため、ターゲツト上面のプラズマによつてスパ
ツタされたスパツタ原子の基板への付着確率が異なり、
等速回転では基板幅方向の膜厚分布が不均一となる問題
があつた。
リング装置を用いて成膜を行なう場合、基板ホルダーを
正多角形回転ドラムの円周上に回転させるので、正多角
形の稜にあたる部分と辺にあたる部分とでは、ターゲツ
トとの最短接近距離とターゲツトに対する角度との関係
が異なるため、ターゲツト上面のプラズマによつてスパ
ツタされたスパツタ原子の基板への付着確率が異なり、
等速回転では基板幅方向の膜厚分布が不均一となる問題
があつた。
このような課題を解決するために本発明によるカルーセ
ル形スパツタリング装置は、多角形ドラムの外周上に平
板状基板をその表面が正多角形の一辺となるように取り
付けこの多角形ドラムを円周方向に回転させる正多角形
回転ドラムと、平板状基板と対向する表面の中心部に表
面に垂直に立てた第1の線と、この中心部と正多角形回
転ドラムの回転軸とを結ぶ第2の線とのなす角度に所定
の角度を持たせて対向配置したした少なくとも2個の矩
形状カソード電極部とを有している。
ル形スパツタリング装置は、多角形ドラムの外周上に平
板状基板をその表面が正多角形の一辺となるように取り
付けこの多角形ドラムを円周方向に回転させる正多角形
回転ドラムと、平板状基板と対向する表面の中心部に表
面に垂直に立てた第1の線と、この中心部と正多角形回
転ドラムの回転軸とを結ぶ第2の線とのなす角度に所定
の角度を持たせて対向配置したした少なくとも2個の矩
形状カソード電極部とを有している。
本発明によるスパツタリング方法は、矩形カソード電極
部の各ターゲツト上面に形成されるプラズマリングによ
つてスパツタされたスパツタ原子を、平板状基板上に重
ね合わせることにより成膜を行なうものである。
部の各ターゲツト上面に形成されるプラズマリングによ
つてスパツタされたスパツタ原子を、平板状基板上に重
ね合わせることにより成膜を行なうものである。
本発明においては、各矩形状カソード電極部の所定の角
度を適正値に選定することにより、平板状基板上に均一
な膜厚分布で成膜される。
度を適正値に選定することにより、平板状基板上に均一
な膜厚分布で成膜される。
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第1図は本発明によるカルーセル形スパツタリング装置
の一実施例による構成を説明する図であり、同図(a)
は全体の構成を示す斜視図、同図(b)は同図(a)の
A−A′線の断面図、同図(c)は同図(a)の電極部
の外形を示す斜視図、同図(d)は同図(c)のB−
B′線の断面図である。同図において、1は複数の基板
を側面に取り付けて回転軸Cを中心として矢印D方向に
回転しながら成膜する正多角形回転ドラム、2は回転ド
ラム1の側面に取り付けられた被成膜基板、3はスパツ
タ粒子の斜め入射をカツトするために基板2の回転方向
(矢印D方向)と同一方向に開度調整可能なシヤツタ
ー、41,42はシヤツター3の開口部内に回転軸Cと直角
方向に結ぶ直線に対して正方向,負方向に角度(−θ,
+θ)を有して配置された矩形ターゲツト、51,52は各
矩形ターゲツト41,42の矩形電極部、61,62は中央磁極、
71,72は各中央磁極61,62を囲む外周磁極、81,82は各中
央磁極61,62と外周磁極71,72とによつて形成される磁力
線、91,92は磁力線81,82によつて封じ込められているほ
ぼ長トラツク状プラズマリング、10は電極部51,52に電
力を投入する高圧電源、11は真空容器である。
の一実施例による構成を説明する図であり、同図(a)
は全体の構成を示す斜視図、同図(b)は同図(a)の
A−A′線の断面図、同図(c)は同図(a)の電極部
の外形を示す斜視図、同図(d)は同図(c)のB−
B′線の断面図である。同図において、1は複数の基板
を側面に取り付けて回転軸Cを中心として矢印D方向に
回転しながら成膜する正多角形回転ドラム、2は回転ド
ラム1の側面に取り付けられた被成膜基板、3はスパツ
タ粒子の斜め入射をカツトするために基板2の回転方向
(矢印D方向)と同一方向に開度調整可能なシヤツタ
ー、41,42はシヤツター3の開口部内に回転軸Cと直角
方向に結ぶ直線に対して正方向,負方向に角度(−θ,
+θ)を有して配置された矩形ターゲツト、51,52は各
矩形ターゲツト41,42の矩形電極部、61,62は中央磁極、
71,72は各中央磁極61,62を囲む外周磁極、81,82は各中
央磁極61,62と外周磁極71,72とによつて形成される磁力
線、91,92は磁力線81,82によつて封じ込められているほ
ぼ長トラツク状プラズマリング、10は電極部51,52に電
力を投入する高圧電源、11は真空容器である。
このような構成において、回転ドラム1の側面に複数の
基板2を取り付け、この正多角形回転ドラム1を矢印D
方向へ回転させながら、矩形ターゲツト41,42の上面の
長トラツク状プラズマリング91,92によつてスパツタさ
れたスパツタ原子が重ね合わされて大面積基板2上にほ
ぼ均一な膜厚分布で成膜される。また、成膜範囲はシヤ
ツター3によつて調整されている。
基板2を取り付け、この正多角形回転ドラム1を矢印D
方向へ回転させながら、矩形ターゲツト41,42の上面の
長トラツク状プラズマリング91,92によつてスパツタさ
れたスパツタ原子が重ね合わされて大面積基板2上にほ
ぼ均一な膜厚分布で成膜される。また、成膜範囲はシヤ
ツター3によつて調整されている。
一般にスパツタ原子の基板への付着確率は、コサイン則
によつて支配されており、ターゲツト上のプラズマリン
グの位置から基板面内の各位置までの距離とそのなす角
度に分布があれば、付着確率が異なり、膜厚分布が生じ
てしまう。従来のカルーセル形スパツタリング装置にお
いては、正多角形回転ドラムを回転しながら、成膜を行
つた場合、第2図(a)に示す基板2の中心部と同図
(b)に示す基板2の端にあたる角の部分とでプラズマ
リング9からの最短接近距離とプラズマリング9に対す
る角度とに差が生じ、基板2の幅方向で膜厚が不均一と
なつていた。これに対して本実施例では、シヤツター3
の開口部内に矩形電極部51,52を開口部中心線に対して
対称にかつふり角を置いて配置し、各矩形ターゲツト
41,42の上面の長トラツク状プラズマリング91,92によつ
てスパツタされたスパツタ原子が重ね合わされ、その結
果として第3図に示すように膜厚均一化が実現できる。
つまり同図(a)に示す矩形ターゲツト41による膜厚分
布d1と、同図(b)に示す矩形ターゲツト42による膜厚
分布d2とを重ね合わせた同図(c)に示す膜厚分布d3と
なる。しかし、対称に配置した矩形電極部51,52のふり
角を小さくすると、第4図に第3図と同様の方法で説明
すると各矩形ターゲツト41,42の上面の長トラツク状プ
ラズマリング91,92による膜厚分布d1,d2の山高部分が同
図(a),(b)に示すように中央寄りになり、重ね合
わせた膜厚分布d3も同図(c)に示すように中央山高の
分布となつてしまう。また、矩形電極部51,52のふり角
を大きくし、すぎると、逆転し、第5図(a),
(b),(c)の同様に示すように中央が低く、外周が
高い膜厚分布d1,d2,d3となる。このように各矩形電極部
51,52のふり角には適正値が存在しており、その値は基
板2の配列径、正多角形回転ドラム1の分割数、シヤツ
ター3の開口度、ターゲツト41,42と基板2との間の距
離などにより、一義的に決めることができる。
によつて支配されており、ターゲツト上のプラズマリン
グの位置から基板面内の各位置までの距離とそのなす角
度に分布があれば、付着確率が異なり、膜厚分布が生じ
てしまう。従来のカルーセル形スパツタリング装置にお
いては、正多角形回転ドラムを回転しながら、成膜を行
つた場合、第2図(a)に示す基板2の中心部と同図
(b)に示す基板2の端にあたる角の部分とでプラズマ
リング9からの最短接近距離とプラズマリング9に対す
る角度とに差が生じ、基板2の幅方向で膜厚が不均一と
なつていた。これに対して本実施例では、シヤツター3
の開口部内に矩形電極部51,52を開口部中心線に対して
対称にかつふり角を置いて配置し、各矩形ターゲツト
41,42の上面の長トラツク状プラズマリング91,92によつ
てスパツタされたスパツタ原子が重ね合わされ、その結
果として第3図に示すように膜厚均一化が実現できる。
つまり同図(a)に示す矩形ターゲツト41による膜厚分
布d1と、同図(b)に示す矩形ターゲツト42による膜厚
分布d2とを重ね合わせた同図(c)に示す膜厚分布d3と
なる。しかし、対称に配置した矩形電極部51,52のふり
角を小さくすると、第4図に第3図と同様の方法で説明
すると各矩形ターゲツト41,42の上面の長トラツク状プ
ラズマリング91,92による膜厚分布d1,d2の山高部分が同
図(a),(b)に示すように中央寄りになり、重ね合
わせた膜厚分布d3も同図(c)に示すように中央山高の
分布となつてしまう。また、矩形電極部51,52のふり角
を大きくし、すぎると、逆転し、第5図(a),
(b),(c)の同様に示すように中央が低く、外周が
高い膜厚分布d1,d2,d3となる。このように各矩形電極部
51,52のふり角には適正値が存在しており、その値は基
板2の配列径、正多角形回転ドラム1の分割数、シヤツ
ター3の開口度、ターゲツト41,42と基板2との間の距
離などにより、一義的に決めることができる。
次に本実施例について以下の運転条件により膜厚分布の
均一化について説明する。
均一化について説明する。
(比較例の運転条件) ターゲツトの外径寸法5インチ×18インチ(127mm×457
mm),マグネトロン磁極にて封じ込められた長トラツク
状プラズマリング,基板寸法300mm×300mmのプレート状
基板,基板とターゲツトとの間の最短接近距離60mm,ア
ルゴンガス圧力10mTorr,ターゲツトとしてCuを使用,六
角形回転ドラムの直径60cm,シヤツタ開度90度,放電電
流・回転速度・成膜時間は任意として成膜を行ない、第
6図は基板中央高さ位置での幅方向の膜厚分布を求めた
ものである。同図から明らかなように30cm角の基板内で
幅方向に±20%の膜厚分布が生じている。これに対して
正多角形回転ドラムの分割数を12分割に増大させてドラ
ム直径を116cmにして膜厚の均一化を試みた結果、第7
図に示すように幅方向に±18%程度の改善しか認められ
ず、装置寸法を大きくした割には効果が得られなかつ
た。
mm),マグネトロン磁極にて封じ込められた長トラツク
状プラズマリング,基板寸法300mm×300mmのプレート状
基板,基板とターゲツトとの間の最短接近距離60mm,ア
ルゴンガス圧力10mTorr,ターゲツトとしてCuを使用,六
角形回転ドラムの直径60cm,シヤツタ開度90度,放電電
流・回転速度・成膜時間は任意として成膜を行ない、第
6図は基板中央高さ位置での幅方向の膜厚分布を求めた
ものである。同図から明らかなように30cm角の基板内で
幅方向に±20%の膜厚分布が生じている。これに対して
正多角形回転ドラムの分割数を12分割に増大させてドラ
ム直径を116cmにして膜厚の均一化を試みた結果、第7
図に示すように幅方向に±18%程度の改善しか認められ
ず、装置寸法を大きくした割には効果が得られなかつ
た。
(実施例の運転条件) ターゲツトの外形寸法3インチ×18インチ(76mm×457m
m)の矩形ターゲツト41,42を正多角形回転ドラム1の回
転軸に直角方向に結ぶ直線に対して正方向,負方向に20
度の角度をふつて中心線に対して対称に2列配置し、そ
れぞれマグネトロン磁極にて長トラツク状プラズマリン
グ91,92,基板寸法300mm×300mmのプレート状基板,基板
とターゲツトとの間の最短接近距離60mm,アルゴンガス
圧力10mTorr,ターゲツトとしてCuを使用,六角形回転ド
ラムの直径60cm,シヤツター開度90度,放電電流・回転
速度・成膜時間は任意として成膜を行ない、第8図は基
板中央高さ位置での幅方向の膜厚分布を求めたものであ
る。同図から明らかなように30cm角の基板内で幅方向に
±2.5%までに膜厚均一化がなされたことが判る。
m)の矩形ターゲツト41,42を正多角形回転ドラム1の回
転軸に直角方向に結ぶ直線に対して正方向,負方向に20
度の角度をふつて中心線に対して対称に2列配置し、そ
れぞれマグネトロン磁極にて長トラツク状プラズマリン
グ91,92,基板寸法300mm×300mmのプレート状基板,基板
とターゲツトとの間の最短接近距離60mm,アルゴンガス
圧力10mTorr,ターゲツトとしてCuを使用,六角形回転ド
ラムの直径60cm,シヤツター開度90度,放電電流・回転
速度・成膜時間は任意として成膜を行ない、第8図は基
板中央高さ位置での幅方向の膜厚分布を求めたものであ
る。同図から明らかなように30cm角の基板内で幅方向に
±2.5%までに膜厚均一化がなされたことが判る。
第9図は本発明に係わるカルーセル形スパツタリング装
置の他の実施例による構成を説明する図で同図(a)は
全体の構成を示す図、同図(b)は同図(a)のA−
A′線の断面図、同図(c)は同図(a)の電極部の外
形を示す斜視図、同図(d)は同図(c)のB−B′線
の断面図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付
してある。同図において、5は矩形ターゲツト41,42の
電極部、12はリング状の内周磁極、13は内周磁極12を囲
むリング状の外周磁極、8はリング状の内周磁極12と外
周磁極13とによつて形成される磁力線、9は磁力線8に
よつて封じ込められている略長方形状プラズマリングで
ある。
置の他の実施例による構成を説明する図で同図(a)は
全体の構成を示す図、同図(b)は同図(a)のA−
A′線の断面図、同図(c)は同図(a)の電極部の外
形を示す斜視図、同図(d)は同図(c)のB−B′線
の断面図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付
してある。同図において、5は矩形ターゲツト41,42の
電極部、12はリング状の内周磁極、13は内周磁極12を囲
むリング状の外周磁極、8はリング状の内周磁極12と外
周磁極13とによつて形成される磁力線、9は磁力線8に
よつて封じ込められている略長方形状プラズマリングで
ある。
このような構成においても、略長方形状プラズマリング
9の相方のリニアープラズマ部分に矩形ターゲツト41,4
2が配置されてリニアープラズマによつてスパツタされ
たスパツタ原子の重ね合わせにより、大面積基板内で膜
厚均一化が可能となる。この場合も前述した運転条件に
よる略長方形状プラズマリング9によつても同様の結果
が得られ、中小量生産用として回転ドラムの直径を大き
くすることなく、大面積基板内に均一な膜厚にて成膜を
要する用途に大きな威力を発揮することができる。
9の相方のリニアープラズマ部分に矩形ターゲツト41,4
2が配置されてリニアープラズマによつてスパツタされ
たスパツタ原子の重ね合わせにより、大面積基板内で膜
厚均一化が可能となる。この場合も前述した運転条件に
よる略長方形状プラズマリング9によつても同様の結果
が得られ、中小量生産用として回転ドラムの直径を大き
くすることなく、大面積基板内に均一な膜厚にて成膜を
要する用途に大きな威力を発揮することができる。
なお、前述した実施例においては、同一シヤツター3の
開口範囲内に矩形電極部41,42を中心線に対して対称に
配置した場合について説明したが、本発明は、これに限
定されるものではなく、第10図,第11図に示すように同
一シヤツター3の開口範囲内でなくても正多角形回転ド
ラム1に対して相対位置が同じであれば、位相がずれて
も同様の効果が得られる。また、第12図に示すように矩
形電極部41,42を真空容器11に対して角度をもたせて配
置しても正多角形回転ドラム1に対する相対位置が同じ
であれば、同様の効果が得られる。この場合、基板2を
取り付け正多角形回転ドラム1の回転軸Cに対して直角
となる面に対して−θの角度を有するカソード電極部51
と+θの角度を有するカソード電極52とを、角度θを自
在に調整できる調節機構を設けてこの調節機構に装着す
ることによつて容易に実現できる。
開口範囲内に矩形電極部41,42を中心線に対して対称に
配置した場合について説明したが、本発明は、これに限
定されるものではなく、第10図,第11図に示すように同
一シヤツター3の開口範囲内でなくても正多角形回転ド
ラム1に対して相対位置が同じであれば、位相がずれて
も同様の効果が得られる。また、第12図に示すように矩
形電極部41,42を真空容器11に対して角度をもたせて配
置しても正多角形回転ドラム1に対する相対位置が同じ
であれば、同様の効果が得られる。この場合、基板2を
取り付け正多角形回転ドラム1の回転軸Cに対して直角
となる面に対して−θの角度を有するカソード電極部51
と+θの角度を有するカソード電極52とを、角度θを自
在に調整できる調節機構を設けてこの調節機構に装着す
ることによつて容易に実現できる。
以上説明したように本発明によれば、正多角形回転ドラ
ムの直径を大きくすることなく、簡単な構成で大面積基
板内に均一な膜厚でスパツタ成膜ができるという極めて
優れた効果が得られる。
ムの直径を大きくすることなく、簡単な構成で大面積基
板内に均一な膜厚でスパツタ成膜ができるという極めて
優れた効果が得られる。
第1図は本発明によるカルーセル形スパツタリング装置
の一実施例による構成を説明する図、第2図は従来のカ
ルーセル形スパツタリング装置の課題を説明する図、第
3図〜第5図は本発明によるスパツタリング方法を説明
する図、第6図,第7図は従来の基板中央より幅方向の
膜厚分布を示す図、第8図は本発明に係わる基板中央よ
り幅方向の膜厚分布を示す図、第9図は本発明の他の実
施例による構成を説明する図、第10図〜第12図は本発明
のさらに他の実施例による構成を説明する図である。 1……正多角形回転ドラム、2……被成膜基板、3……
シヤツター、4,41,42……矩形ターゲツト、5,51,52……
カソード電極部、61,62……中央磁極、71,72……外周磁
極、8,81,82……磁力線、9,91,92……プラズマリング、
10……高圧電源、11……真空容器、12……内周磁極、13
……外周磁極。
の一実施例による構成を説明する図、第2図は従来のカ
ルーセル形スパツタリング装置の課題を説明する図、第
3図〜第5図は本発明によるスパツタリング方法を説明
する図、第6図,第7図は従来の基板中央より幅方向の
膜厚分布を示す図、第8図は本発明に係わる基板中央よ
り幅方向の膜厚分布を示す図、第9図は本発明の他の実
施例による構成を説明する図、第10図〜第12図は本発明
のさらに他の実施例による構成を説明する図である。 1……正多角形回転ドラム、2……被成膜基板、3……
シヤツター、4,41,42……矩形ターゲツト、5,51,52……
カソード電極部、61,62……中央磁極、71,72……外周磁
極、8,81,82……磁力線、9,91,92……プラズマリング、
10……高圧電源、11……真空容器、12……内周磁極、13
……外周磁極。
Claims (2)
- 【請求項1】多角形ドラムの外周上に平板状基板をその
表面が正多角形の一辺となるように取り付けて回転軸を
中心に円周方向に回転させる正多角形回転ドラムと、 前記平板状基板と対向する表面の中心部に表面に垂直に
立てた第1の線と、この中心部と前記回転軸とを結ぶ第
2の線とのなす角度に所定の角度を持たせて対向配置し
た少なくとも2個の矩形状カソード電極部と、 を備えたことを特徴とするカルーセル形スパッタリング
装置。 - 【請求項2】請求項1において、前記矩形状カソード電
極部の各ターゲット上面に形成されるリニアプラズマに
よってスパッタされたスパッタ原子を前記平板状基板上
に重ね合わせて成膜を行うことを特徴としたスパッタリ
ング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2051872A JPH0768614B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | カルーセル形スパツタリング装置およびそのスパツタリング方法 |
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-
1990
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