JPH08269705A - スパッタリング装置 - Google Patents

スパッタリング装置

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JPH08269705A
JPH08269705A JP7341295A JP7341295A JPH08269705A JP H08269705 A JPH08269705 A JP H08269705A JP 7341295 A JP7341295 A JP 7341295A JP 7341295 A JP7341295 A JP 7341295A JP H08269705 A JPH08269705 A JP H08269705A
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直志 山本
Tadashi Morita
正 森田
Toshiharu Kurauchi
倉内  利春
Munehito Hakomori
宗人 箱守
Shunji Misawa
三沢  俊司
Masamichi Matsuura
正道 松浦
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Abstract

(57)【要約】 【目的】シャッターを閉じた時の回り込みがなく、シャ
ッターの開閉のみにより膜の生成が制御でき、不純物の
少ない多層膜を作成でき、低圧でもスパッタリングを行
えるスパッタリング装置を提供すること 【構成】真空容器1内に基板3とシャッター4を介して
対向したスパッタカソード5a、5bを設けたスパッタ
リング装置に於いて、該スパッタカソードにそのスパッ
タ面の側方を取囲む筒形のカソードカバー9を設けて該
カソードカバーの開口端部10に該シャッターを設け
た。該カソードカバーの内部にスパッタガスを導入する
ためのガス導入管11を設ける。 【効果】シャッターを閉じるとスパッタリングの回り込
みが防止され、複数のカソードの放電を維持したままシ
ャッターの開閉のみで高純度且つ高精度の膜厚の多層膜
を作製でき、低圧のスパッタ圧でも安定な放電を維持し
て成膜を行える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の形成に使用され
るスパッタリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のスパッタリング装置とし
て、例えば図1に示すように、真空容器a内に回転自在
に設けた基板bとシャッターeを介して対向させてRF電
源に接続した複数のスパッタカソードc、cを設け、各
スパッタカソードcの前面にターゲットdを設けた構成
のRFマグネトロンスパッタリング装置が知られている。
【0003】該真空容器a内にArガスのスパッタガスを
導入して内部を適当な真空圧に調整し、各スパッタカソ
ードcに電力を投入してその前面にマグネトロン放電を
発生させ、一方のシャッターeを開いて一方のターゲッ
トdの物質を基板bに成膜し、その後このシャッターe
を閉じて他方のシャッターeを開き、他方のターゲット
dの物質を該基板bに続いて成膜することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のスパッ
タリング装置では、スパッタカソードcの放電を維持す
るために、ターゲットdとシャッターeの間隔を少なく
とも30mm程度にする必要があり、これ以下の間隔であ
ると放電は発生しない。そのため、ターゲットdをクリ
ーニングするためのプレスパッタ時に、シャッターeを
閉じておいても、ターゲットdとシャッターeとの間か
ら漏れたスパッタ粒子がスパッタガスとの衝突により散
乱され、基板bの表面にまで到達し、いわゆる回り込み
現象を生じて基板bを汚染する不都合があった。
【0005】また、複数の物質A、Bを同時スパッタし
ながらシャッターeの交互の開閉のみで多層膜を基板b
に作成する場合には、上記の理由により一つの物質の成
膜中の膜内に他の物質のスパッタ粒子が混入し、例えば
物質Aの膜を作成中に物質Bが混入するため、多層膜を
構成する各層の膜を不純物の混入のない純度の高い物質
で作成することができない。この場合の回り込み対策と
して、物質A、Bの各カソードc、cに対して交互に電
力を投入して成膜することも考えられるが、各ターゲッ
トdのプレスパッタ時に、ターゲットの表面を覆ってい
た汚染物質が回り込みによって基板bに付着すると共
に、回り込みのために厳密な膜厚制御ができない欠点が
ある。しかも多層膜の作成に時間を要して能率的でな
い。
【0006】更に、上記の従来のカソードの構成では、
2.5〜3×10-1Pa以下のスパッタ圧力では放電が不
安定になり、成膜することができない。
【0007】本発明は、シャッターを閉じた時の回り込
みがなく、シャッターの開閉のみにより膜の生成が制御
できると共に不純物の少ない多層膜を作成できるスパッ
タリング装置を提供すること、及び低圧でもスパッタリ
ングを行えるスパッタリング装置を提供することを目的
とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明では、真空容器内
に基板とシャッターを介して対向したスパッタカソード
を設けたスパッタリング装置に於いて、該スパッタカソ
ードにそのスパッタ面の側方を取囲む筒形のカソードカ
バーを設けて該カソードカバーの開口端部に該シャッタ
ーを設けることにより、上記の第1の目的を達成するよ
うにした。該カソードカバーの内部にスパッタガスを導
入するためのガス導入管を設けることにより、上記第2
の目的が達成できる。該スパッタカソードを複数台と
し、各スパッタカソードに上記カソードカバーを設けて
各カソードカバーの開口端部に夫々シャッターを設け、
各カソードカバーの内部へスパッタガスを導入するガス
導入管を設けた構成とすることが好ましい。
【0009】
【作用】シャッターを閉めた状態では、スパッタカソー
ドが放電状態にあっても、その周囲がカソードカバーで
囲まれ、該カソードカバーの開口部がシャッターで閉じ
られているので、ターゲットの表面から発生するスパッ
タ粒子は該カソードカバー内に留まり、基板の表面に付
着することがない。従って、基板に純度の高い膜を形成
でき、膜厚の制御を正確に行える。また、ガス導入管か
らスパッタガスを該カソードカバーの内部へ導入するこ
とにより、例えば6×10-2Pa以下のスパッタ圧力に於
いても安定に放電を維持することができる。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を図2に基づき説明すると、
符号1は適当な真空排気装置により真空排気されたスパ
ッタリング装置の真空容器を示し、該真空容器1内に回
転自在のワークホルダー2に基板3を保持させ、該基板
3に対向した位置にシャッター4を夫々介してスパッタ
カソード5a、5bを設けた。各スパッタカソード5
a、5bにはDC或いはRFの電源6が接続され、図示の例
では該カソード5a、5bに設けたターゲット7の背後
からその前面へ漏洩した磁界を形成する磁石8を設けて
マグネトロンスパッタを行える形式とした。
【0011】こうした構成は従来のスパッタリング装置
と同様であるが、本発明では複数台のスパッタカソード
5a、5bにそのスパッタ面の側方を取囲む筒形のカソ
ードカバー9を夫々設け、各カバー9の開口端部10に
夫々シャッター4を設けて各ターゲット7から発生する
スパッタ粒子の回り込み現象を防止し、該カバー9の内
部へ外部のガス源からArガス等のスパッタガスを導入す
るためのガス導入管11を設けて従来のスパッタ圧力よ
りも低い圧力でも放電を維持できるようにした。12は
シャッター4を駆動するアクチュエータである。該シャ
ッター4は開口端部10と最小の隙間を持つように設け
られる。
【0012】図示の実施例に於いて、各カソード5a、
5bに互いに異なる物質のターゲット7、7を載せ、該
真空容器1の内部を真空に排気した後、Arガスを各ガス
導入管11から例えば0.67〜0.067Paまで導入
し、シャッター4を閉じた状態で各カソード5a、5b
にRF電力を投入すると放電が生じ、シャッター4を交互
に開くと各ターゲット7の物質のスパッタ粒子が交互に
回転する基板3の表面に膜状に堆積し、ターゲット7、
7が例えばAlとCuであるなら、Al膜とCu膜が交
互になった多層膜が堆積する。各カソード5a、5bの
スパッタ面の側方はカソードカバー9で取囲まれている
ので、シャッター4を閉じた状態でスパッタを維持して
おいても、そのスパッタ粒子が回り込みにより基板3に
付着することがなく、従って、シャッター4を開いたカ
ソードからのスパッタ粒子で不純物の混入の少ない成膜
を多層に行え、回り込みがないから該シャッター4の開
閉時間を制御するだけで正確な厚さの膜を成膜できる。
また、該カソードカバー9の内部にガス導入管11から
スパッタガスを導入するので、そのシャッター4が閉鎖
されていても該カバー9内のカソード近傍におけるスパ
ッタガス分圧が局所的に高いため放電を維持することが
できる。放電が停止すると、ターゲットの表面に気体分
子が不純物となって付着するので、再スパッタするとき
にはプレスパッタを行ってターゲット表面をクリーニン
グする必要があり、そのための時間も掛かるが、放電を
真空容器内が低い圧力であっても維持できるため、プレ
スパッタの必要がなくなる。本発明の実施例を更に詳細
に説明すると下記の通りである。
【0013】図示の各カソード5a、5bの一方にAl
のターゲット7を載せ、基板3としてSiウエハを用意し
た。そして真空容器1内を排気した後、ガス導入管11
からArガスを0.67〜0.067Paまで導入し、シャ
ッター4を閉じた状態で該一方のカソードにRF電力を印
加してマグネトロンスパッタを該カソードカバー9内で
行い、該基板3に堆積する膜の量を測定した。膜厚の測
定は、触針式表面粗さ計によって行い、更に、微量の膜
の堆積については、EPMAによる基板3上のAl成分
の分析により行った。これと比較のために同様の条件で
カソードカバーのない、従来のマグネトロンスパッタ装
置でシャッターを閉じてスパッタを行い、Siの基板3に
堆積する膜の量を測定した。その結果は表1に示す通り
であり、従来例であるカバー無しのものでは、シャッタ
ーを閉じておいても1時間で110nmの膜の生成が見ら
れるのに対し、本発明のものでは、1.5時間経過して
も膜の生成は確認できず、更にEPMAによってもAl
が検出されないことから、EPMAの検出限界値以下の
堆積量であることが確認できた。
【0014】
【表1】
【0015】また、本発明の図示実施例に於いて、スパ
ッタカソードを3台設け、夫々のカソードにAl、C
u、SUSのターゲットを設置し、真空容器1内を排気
し、Arガスを0.67〜0.067Paまで導入した。
そしてシャッターを閉じた状態で3台のカソード全てに
RF電力を印加し、放電を発生させたのち、Alカソード
のシャッターのみを開き、Si基板3にAl膜を成膜し、
Al膜中のCu、SUS成分をEPMAにより測定し
た。一方、これとの比較のために、同様の条件でカソー
ドカバーのない3台のカソードを備えたマグネトロンス
パッタ装置により、Al、Cu、SUSのターゲットを
マグネトロンスパッタし、Alのカソードのシャッター
のみを開いてSi基板に成膜したAl膜中のCu、SUS
成分をEPMAにより測定した。その結果は表2の如く
であり、従来のカソードカバーのない装置では、数10
%のCu、SUS成分が不純物として膜中に混入してい
るが、本発明の装置ではEPMAの検出値以下になっ
た。また、この従来の装置では、0.067Pa以下の圧
力になると、放電を維持できなかった。
【0016】
【表2】
【0017】更に、上記の本発明の3台のスパッタカソ
ードを備えた装置で、各カソードの印加電力をDC電力
に変更し、上記と同条件で0.67Paの圧力でシャッタ
ーを閉じてマグネトロンスパッタを行ない、Alカソー
ドのみのシャッターを開いてSi基板に成膜した膜の組成
をEPMAにより分析した。その結果を表3に示す。こ
れより明らかなように、Al膜中の不純物は、他のカソ
ードが放電しているにもかかわらずEPMAの検出限界
値以下であった。
【0018】
【表3】
【0019】図2に示したカソード5a、5bの上部に
RFコイルを設けて誘導結合プラズマ支援マグネトロン
スパッタ装置(カソードにはRF及びDC電力を投入)
としても、カソード5a、5bをカソードカバー9で覆
っておくことにより、表2と同様の結果が得られた。
【0020】尚、図示の例ではマグネトロン型のカソー
ドを示したが、DC2極型やRF型のスパッタカソードであ
ってもよい。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明によるときは、スパ
ッタリング装置のスパッタカソードにそのスパッタ面の
側方を取囲む筒形のカソードカバーを設けて該カソード
カバーの開口端部にシャッターを設けたので、シャッタ
ーを閉じるとスパッタリングに伴う回り込みが防止さ
れ、基板にターゲット表面の汚染物質が付着することが
なくなり、複数のカソードの放電を維持したままシャッ
ターの開閉のみで高純度且つ高精度の膜厚の多層膜を作
製でき、該カソードカバーの内部にスパッタガスを導入
するためのガス導入管を設けたので、6×10-2Pa以下
のスパッタ圧でも安定な放電を維持して成膜を行える等
の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のスパッタリング装置の截断側面線図
【図2】本発明の実施例の截断側面線図
【符号の説明】
1 真空容器 3 基板
4 シャッター 5a、5b スパッタカソード 7 ターゲット
9 カソードカバー 10 開口端部 11 ガス導入管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 箱守 宗人 茨城県つくば市東光台5−9−7 日本真 空技術株式会社筑波超材料研究所内 (72)発明者 三沢 俊司 茨城県つくば市東光台5−9−7 日本真 空技術株式会社筑波超材料研究所内 (72)発明者 松浦 正道 茨城県つくば市東光台5−9−7 日本真 空技術株式会社筑波超材料研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空容器内に基板とシャッターを介して対
    向したスパッタカソードを設けたスパッタリング装置に
    於いて、該スパッタカソードにそのスパッタ面の側方を
    取囲む筒形のカソードカバーを設けて該カソードカバー
    の開口端部に該シャッターを設けたことを特徴とするス
    パッタリング装置。
  2. 【請求項2】上記カソードカバーの内部にスパッタガス
    を導入するためのガス導入管を設けたことを特徴とする
    請求項1に記載のスパッタリング装置。
  3. 【請求項3】上記スパッタカソードは複数台であり、各
    スパッタカソードに上記カソードカバーを設けて各カソ
    ードカバーの開口端部に夫々シャッターを設け、各カソ
    ードカバーの内部へスパッタガスを導入するガス導入管
    を設けたことを特徴とする請求項1に記載のスパッタリ
    ング装置。
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