JPH08165569A - 反応性マグネトロンスパッタリング成膜装置 - Google Patents

反応性マグネトロンスパッタリング成膜装置

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JPH08165569A
JPH08165569A JP30750094A JP30750094A JPH08165569A JP H08165569 A JPH08165569 A JP H08165569A JP 30750094 A JP30750094 A JP 30750094A JP 30750094 A JP30750094 A JP 30750094A JP H08165569 A JPH08165569 A JP H08165569A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
film
film forming
magnet unit
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP30750094A
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English (en)
Inventor
Eiji Furuya
英二 古屋
Yoshiichi Shinoda
宣一 篠田
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Chugai Ro Co Ltd
Original Assignee
Chugai Ro Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 ターゲット7の下方位置に配設した磁石ユニ
ット19を移動させてターゲット7の全面にエロージョ
ン領域を形成させながら基板14に成膜する反応性マグ
ネトロンスパッタリング成膜装置において、ターゲット
7と基板14との間のターゲット7上方に、所定の開口
部15を備えた規制部材9を磁石ユニット19と同期し
て基板14の成膜面14aに平行移動するように設け
た。 【効果】 プラズマイオンをターゲット7の全面にスパ
ッタすることができる。規制部材9の開口部15を通過
したスパッタ粒子が反応化合物を形成し基板14の全面
に所望の組成膜が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、処理材料に均質な膜を
成膜する反応性マグネトロンスパッタリング成膜装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、反応性マグネトロンスパッタリン
グ成膜装置として、図4に示す成膜装置50が知られて
いる。この成膜装置50は、チャンバー51内に基板支
持部52、ターゲット54および電極部55を配置して
構成してある。そして、上記電極部55の内部にはター
ゲット54表面上に磁場Bを形成させる磁石ユニット5
6が設けてあり、ターゲット54近傍の電子密度及び放
電ガスイオンの電離確率を大きくしている。
【0003】上記成膜装置50は、電極部55にマイナ
スの直流電圧57を印加し、チャンバー51はアース5
8に接地されるとともに、上記チャンバー51内には放
電ガスと反応ガスが供給される。なお、上記放電ガスと
反応ガスは図示しない流量制御装置によりその流量が制
御される。
【0004】上記成膜装置50では、マグネトロン放電
によって発生したプラズマイオンをターゲット54に衝
突させてスパッタ粒子を叩き出し、このスパッタ粒子を
反応ガスと反応させ、基板支持部52に保持された基板
53の成膜面53a上に反応化合物を成膜する。
【0005】上記成膜装置50では、上記磁場Bの磁力
線は所定位置でループを形成し、プラズマ領域を特定の
位置でのみ発生させるため、ターゲット54の非エロー
ジョン領域に反応化合物が堆積し、異常放電が発生し、
安定してスパッタ処理されないという問題点があった。
また、ターゲット54は、エロージョン領域が特定の位
置でのみ形成されるので、その使用効率が悪いという問
題点があった。
【0006】上記問題点を解決すべく、図5に示すよう
に、磁石ユニット61をトラック形状に配置した磁石体
62と、その中央に配置した磁石体63とで構成し(図
6参照。)、この磁石ユニット61をモータ65により
ターゲット54の長辺方向に沿って移動するようにした
成膜装置60が提案されている。なお、上記成膜装置5
0と同一構成部分については同一符号を付して構成の説
明を省略する。
【0007】この成膜装置60では、磁石ユニット61
が移動するため、その磁場Bの移動につれてターゲット
54のエロージョン領域も移動し、ターゲット54の全
面をスパッタするため、ターゲット54に非スパッタ領
域は発生しないことから、異常放電の発生を防止するこ
とができ、安定して基板53に成膜が行われ、また、タ
ーゲット54の使用効率を向上させることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記両
成膜装置50、60における磁場Bの分布は、中央部で
最大となるため、膜の生成速度が両端部と中央部で異な
り、そのため膜の組成は生成速度の相違から生じる反応
度の差により基板53には組成の異なる膜が混在して形
成されるという問題点があった。
【0009】ここで、上記反応性スパッタ時に生じる基
板53に生成される膜の組成の不均一性を具体的に説明
する。例えば、表−1に示すプロセス条件によれば、S
iとNとの反応化合物を成膜した場合、膜の組成(Si
とNとの比)は各部位における屈折率の変化によって評
価することができる。下記に示すプロセス条件にて基板
に生成した膜の屈折率をエリプソメータ(He−Neレ
ーザ、λ=0.6328μm)にて測定したものを図7
(a),(b)に示す。基板53に生成される膜の厚
さ、即ち、膜の生成速度の違いにより屈折率が変化して
いることがわかる。
【0010】
【表1】ターゲット材:Si(Bドープ) ターゲットサイズ:600mm×300mm 基板−ターゲット間距離:60mm 放電電力:4kw Arガス流量:100 SCCM N2(反応)ガス流量:70 SCCM 静止対向状態 放電圧力:10 mTorr
【0011】反応性スパッタにおける化合物の生成は大
半が基板53側で生じることは一般に知られているが、
図7における屈折率の分布は、成膜速度の低い部分では
Siの単位時間当たりの到達量が中心付近と比べて低い
ために、基板53近傍で均一に存在するN2ガスと反応
した場合、基板53の中心付近と比較してN2過剰の反
応になっている。
【0012】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は上
記問題点を解決するために、ターゲットの下方位置に配
設した磁石ユニットを移動させて上記ターゲットの全面
にエロージョン領域を形成させながら処理材料に成膜す
る反応性マグネトロンスパッタリング成膜装置におい
て、上記ターゲットと処理材料との間のターゲット上方
に、所定の開口部を備えた規制部材を上記磁石ユニット
と同期して上記処理材料の成膜面に平行移動するように
設けたことを特徴としている。
【0013】
【作用】上記構成からなる反応性マグネトロンスパッタ
リング成膜装置では、上記磁石ユニットと上記規制部材
とが同期して上記処理材料の成膜面と上記ターゲットと
の間を平行に往復動する。上記磁石ユニットが往復動す
ると、磁場の変化によりプラズマの発生位置が変化して
プラズマイオンがターゲットの全面をスパッタするが、
スパッタによりターゲットから叩き出されたスパッタ粒
子の中で許容範囲内組成の膜を形成する範囲のスパッタ
粒子のみが規制部材の開口部を通過して処理材料の全面
に付着し成膜する。
【0014】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図1に示すように、本発明に係る反応
性マグネトロンスパッタリング成膜装置1は、チャンバ
ー2と、このチャンバー2の下方に絶縁体3を介して設
けた電極部4とから構成してある。上記チャンバー2の
底面には開口部5が設けてあり、電極部4の上面6に載
置されたターゲット7がチャンバー2の内部に面するよ
うになっている。また、上記ターゲット7と上記開口部
5の隙間はチャンバー2の底面に設けたシールド8によ
って覆われている。
【0015】さらに、上記ターゲット7の上方には開口
部15を備えた板形状の規制部材9が設けてある。この
規制部材9は、図2に示すように、サポート10,11
に支持されたボールスクリュー12に取り付けられてお
り、チャンバー2の外部にシール部12aを介して突出
したボールスクリュー12の端部に接続したモータ13
の回転に基づいて、基板14と平行に、かつこの基板1
4の長辺方向に往復動するようになっている。なお、上
記開口部15の大きさについては後に説明する。
【0016】上記基板14は、上記チャンバー2の内部
上方に設けられた基板支持部16に上記ターゲット7と
平行に取り付けられている。また、チャンバー2はアー
ス17に接地されるとともに、図示しない真空排気装置
により真空排気され、同じく図示しないガス供給装置に
より放電ガスと反応ガスが供給されている。
【0017】上記電極部4にはマイナスの直流電圧18
が印加され、内部にはトラック状に配置した磁石と、該
磁石の中央部に配置した磁石とからなる磁石ユニット1
9が、サポート21,22に支持されたボールスクリュ
ー23に取り付けられた移動台24に設けてある。ま
た、電極部4の外部にシール部23aを介して突出した
ボールスクリュー23の端部にはモータ25が接続して
あり、このモータ25の回転に基づいて上記移動台24
をターゲット7に平行に、かつ上記ターゲット7の長辺
方向に沿って往復動できるように設けてある。これによ
り、磁石ユニット19によって磁場Bをターゲット7の
全面に移動させることができる。なお、放電電圧はパル
ス電圧あるいはパルス重畳直流電圧でもよい。
【0018】また、上記モータ13と25は、それぞれ
サーボモータドライバ26と27に接続してあり、これ
らサーボモータドライバ26と27はパルス発生器28
に接続してある。したがって、上記パルス発生器28は
上記サーボモータドライバ26と27に信号を出力して
上記モータ13と25を同期して駆動させ、上記規制部
材9と移動台24を同期して往復動させる。
【0019】ここで、規制部材9の開口部15について
説明する。開口部15は、この開口部15を通過したス
パッタ粒子によって基板上に形成される膜の組成が許容
設定範囲内になるように形成される。基板14上に形成
される膜の組成は、反応性ガス量が同一であれば膜の生
成速度によって決定されるので、膜の厚みが均一に形成
される部分はその組成も均一に形成される。同一プロセ
ス条件で成膜する場合、膜厚を制御することにより、膜
組成を制御することができる。すなわち、上記開口部1
5の大きさは膜の厚みが許容設定範囲内になるように設
けられる。なお、許容設定範囲は、固定的なものでなく
膜の用途等により異なるものである。
【0020】例えば、図3(a)に示すように、長辺x
1、短辺y1からなる基板32の中心位置Cに対向して磁
石ユニット19の中心位置を配置してこの基板32を成
膜すると、図3(b)、(c)に示すように、長辺x1
と短辺y1ではともに膜の厚みが端部に向かうにつれて
薄くなっている。ここで、膜の厚みTに対して厚みの変
動幅が±t%であれば膜の組成が許容設定範囲内である
とすると、長辺x1と短辺y1においてはそれぞれ膜の厚
みが±t%を越える領域をカットした長辺xと短辺yが
所望の組成を得ることが可能な領域となる。したがっ
て、規制部材9の開口部15は長辺xと短辺yで囲まれ
た領域31すなわち、±t%の膜厚分布を得る領域の大
きさとなる。なお、規制部材9自体の大きさは、上記開
口部15を通過しないスパッタ粒子による基板14上へ
の成膜を防止するに十分な大きさに形成されている。本
実施例では、上記規制部材9と磁石ユニット19を同期
して基板14の長辺x方向に沿って往復動し、プラズマ
イオンをターゲット7の全面にスパッタするようにして
あるので、上記開口部15の長辺は、その往復動距離を
考慮して上記基板14の長辺の約1/3の長さに設けて
ある。また、上記開口部15の大きさは基板14と規制
部材9との距離等を考慮して適宜変更される。
【0021】上記構成からなるマグネトロンスパッタリ
ング成膜装置1では、パルス発生器28の信号に基づい
て、モータ13と25を同期して駆動させ、規制部材9
と移動台24を同期して基板14及びターゲット7の長
辺方向に所定速度で往復動させる。これにより、基板1
4の成膜面14aの近傍に磁石ユニット19によって発
生した磁場Bもターゲット7の長辺方向に沿って移動
し、プラズマイオンがターゲット7の全面をスパッタす
る。
【0022】チャンバー2内の反応性ガス雰囲気中でス
パッタされてターゲット7から叩き出されたスパッタ粒
子は、往復動する規制部材9の開口部15を通過して成
膜面14aに化合物膜として成膜する。このように、成
膜面14aには開口部15を通過したスパッタ粒子のみ
が成膜するので、成膜面14aの全面には組成が均一
(許容範囲内)な膜が形成される。したがって、光学膜
等を成膜した場合、屈折率が均一な膜が得られることに
なる。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る反応性マグネトロンスパッタリング成膜装置は、
ターゲット上方に所定の開口部を備えた規制部材が磁石
ユニットと同期して移動するように配設されているの
で、反応性ガス雰囲気中でプラズマイオンをターゲット
に衝突させて発生したスパッタ粒子のうち、許容範囲内
の組成膜を形成するスパッタ粒子のみが上記開口部を通
過して処理材料の全面に許容範囲内の均一組成膜を形成
する。
【0024】また、磁石ユニットと規制部材とが同期し
て処理材料の成膜面とターゲットに平行に往復動するの
で、プラズマイオンをターゲットの全面にスパッタする
ことができる。したがって、ターゲットを効率よく消費
させることができるとともに、反応生成物のターゲット
上への堆積を防止することができ、放電が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るマグネトロンスパッタリング成
膜装置の断面図である。
【図2】 図1のII−II線部分断面図である。
【図3】 規制部材の開口部を説明する図である。
【図4】 従来のマグネトロンスパッタリング成膜装置
の断面図である。
【図5】 磁石ユニットを移動可能に設けた従来のマグ
ネトロンスパッタリング成膜装置の断面図である。
【図6】 磁石ユニットの移動を説明する図である。
【図7】 基板表面の屈折率を測定したグラフである。
【符号の説明】
1…マグネトロンスパッタリング成膜装置、4…電極
部、7…ターゲット、9…規制部材、14…基板(処理
材料)、14a…成膜面、15…開口部、19…磁石ユ
ニット、13,25…モータ、28…パルス発生器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターゲットの下方位置に配設した磁石ユ
    ニットを移動させて上記ターゲットの全面にエロージョ
    ン領域を形成させながら処理材料に成膜する反応性マグ
    ネトロンスパッタリング成膜装置において、上記ターゲ
    ットと処理材料との間のターゲット上方に、所定の開口
    部を備えた規制部材を上記磁石ユニットと同期して上記
    処理材料の成膜面に平行移動するように設けたことを特
    徴とする反応性マグネトロンスパッタリング成膜装置。
JP30750094A 1994-12-12 1994-12-12 反応性マグネトロンスパッタリング成膜装置 Pending JPH08165569A (ja)

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