JPH08325727A

JPH08325727A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH08325727A
Application number: JP7127697A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kitahata; 顕弘北畠; Takaharu Yamada; 敬治山田
Original assignee: Sanyo Shinku Kogyo KK
Current assignee: Sanyo Shinku Kogyo KK
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-12-10
Anticipated expiration: 2015-04-24
Also published as: JP3037587B2

Abstract

(57)【要約】【目的】低ガス圧、低エネルギーで高品質の成膜が
得られ、しかも一度に大面積の素材表面に効率良く成膜
できるのみならず、導電性を有する薄膜をも良好に成膜
し得るスパッタリング装置を提供する。【構成】真空室２の壁面に同室内に向けて一面を露
出させた状態でターゲット５を設け、このターゲット５
における真空室外側の面に極性の異なる複数の永久磁石
６を同心状に配置する。また、真空室２内に露出したタ
ーゲット面を取り囲むようにその周囲にマイクロ波導入
室８を設けて、同室の内側周壁をスロットアンテナ１６
によって構成し、同アンテナ１６よりマイクロ波導入室
８とその内側の電磁共鳴室７とを区画する一方、導波管
９とマイクロ波導入室８とを同軸管１７およびアンテナ
１８、１９で接続する。そして、マグネトロン１３によ
り発生させたマイクロ波を導波管９、アンテナ１８、同
軸管１７、アンテナ１９、マイクロ波導入室８、スロッ
トアンテナ１６を介してターゲット５の周囲から電磁共
鳴室７内に均一に導入することにより、基板１０に対す
るスパッタリングをアシストする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空室内でスパッタリ
ングを行うスパッタリング装置、特にスパッタリングの
際にマイクロ波プラズマでアシストするようにしたスパ
ッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種素材の表面に金属や金属化合物ある
いは誘電体等の薄膜を形成する技術の一つに高周波スパ
ッタリングがある。この高周波スパッタリングは、例え
ば液晶表示装置用ガラス基板の表面に透明導電膜等を形
成するような場合に広く用いられているが、最近では、
より効率良くスパッタリングを行いうるものとして、い
わゆるＥＣＲスパッタリングが提案されている。これ
は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用してマイ
クロ波プラズマを発生させ、このＥＣＲプラズマのイオ
ンエネルギーによりスパッタリングを行うものである。

【０００３】図２に、従来のスパッタリング装置の一例
として、ＥＣＲプラズマを用いるスパッタリング装置の
構成を示す。この図例の装置では、マグネトロン管（図
示せず）により発生させた周波数２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波を導波管ａを介してプラズマ室（電子サイクロト
ロン共鳴室）ｂに供給するとともに、そのプラズマ室ｂ
の周囲を取り囲むように配置された磁気コイルｃにより
８７５Ｇ（ガウス）の磁場を発生させることにより、プ
ラズマ室ｂ内でＥＣＲプラズマを発生させる。そして、
このＥＣＲプラズマ流ｄを、プラズマ室ｂの前方に環状
に配置されたターゲットｅの中央部に流通させ、そのＥ
ＣＲプラズマ流中のイオンエネルギーを利用してスパッ
タリングを行う。これによれば、マイクロ波エネルギー
により高密度プラズマが得られるため、基板ｆに対して
低ガス圧（１０^-2Ｐａ程度）、低エネルギーによる高品
質の成膜が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなスパッタリング装置では、プラズマ室ｂ内で発生
させたＥＣＲプラズマ流ｄを取り囲むように環状にター
ゲットｅが配置されているため、この環状のターゲット
ｅの内周面側しかプラズマイオンにより活性化されな
い。このため、一度に大面積の素材の表面全体にわたっ
てスパッタリングを行うことが極めて困難で、現状にお
いて有効にスパッタリングできるのは対角が８インチ程
度の大きさの素材に限定されるという問題があった。

【０００５】また、ＩＴＯ（透明導電膜）等の導電性を
有する薄膜を形成する場合には、導電性を有するスパッ
タ粒子が導波管ａと電磁共鳴室ｂとを区画する石英窓ｇ
の電磁共鳴室ｂ側の面に付着してマイクロ波を導入する
ことができなくなる。

【０００６】さらに、８７５Ｇの磁場を発生させるため
に大型の磁気コイルｃが使用されるため、装置全体の大
型化が避けられないという問題があった。そこで、本発
明は、より効率よくスパッタリングを行えるようにマイ
クロ波プラズマでアシストすることより、従来のＥＣＲ
プラズマによるスパッタリング装置と同程度か或いはそ
れ以上に低ガス圧、低エネルギーで高品質の成膜が得ら
れ、しかも一度に大面積の素材表面に効率良く成膜でき
るのみならず、導電性を有する薄膜をも良好に成膜し得
るスパッタリング装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
願の各発明は、真空室内でスパッタリングを行う際にマ
イクロ波プラズマを補助的に利用するスパッタリング装
置において、次のように構成したことを特徴とする。

【０００８】すなわち、請求項１に係る発明において
は、上記真空室の壁面に同室内に向けて一面を露出させ
た状態で設けられたターゲットと、このターゲットにお
ける真空室外側の面に同心状に配置された極性の異なる
複数の永久磁石と、上記真空室内壁面に設けられて同室
内に露出したターゲット面を取り囲む電磁共鳴室と、上
記真空室の外部より電磁共鳴室にマイクロ波を供給する
導波管（または同軸管、もしくは導波管および同軸管）
と、上記真空室内における電磁共鳴室の前方にターゲッ
トに対向して配置されてスパッタリングが施される基板
を支持する基板支持台とでスパッタリングユニットを構
成し、さらに、上記導波管または／および同軸管を介し
て電磁共鳴室に供給するマイクロ波を発生させるマイク
ロ波発生手段と、上記ターゲットに電力を供するスパッ
タ電源と、上記真空室内に反応性ガスを供給するガス供
給手段と、上記真空室を真空状態にする真空手段とを備
えた構成とする。

【０００９】この場合において、真空室には複数のスパ
ッタリングユニットを配置してもよい（請求項２に係る
発明）。また、導波管または同軸管には、マイクロ波を
電磁共鳴室に導入するアンテナを接続するのが望ましい
（請求項３に係る発明）。さらに、電磁共鳴室の内周面
に沿ってターゲットの周囲を取り囲むようにスロットア
ンテナを配置するのが望ましい（請求項４に係る発
明）。

【００１０】

【作用】請求項１に係る発明によれば、ターゲットの全
周に電磁共鳴室が形成され、この電磁共鳴室内に導波管
または同軸管もしくは導波管および同軸管を介してマイ
クロ波が供給されてプラズマが発生する。そして、この
プラズマに対してターゲットの全面が曝される結果、プ
ラズマイオンがターゲットの全面に作用することとな
る。これにより、イオンエネルギーの利用効率が向上し
て、スパッタリング効率が飛躍的に高められることにな
る。その結果、電磁共鳴室の全面にターゲットと対向し
て配置された大面積の基板の表面が良好に成膜されるこ
とになる。

【００１１】また、請求項２に係る発明によれば、真空
室内に複数のスパッタリングユニットが配置されている
ので、複数の基板に対して同時にスパッタリングを行う
ことが可能となる。

【００１２】さらに、請求項３に係る発明によれば、導
波管または同軸管に接続されたアンテナにより電磁共鳴
室内に効率良くマイクロ波が供給されることになり、タ
ーゲットがより活性化されることになって、スパッタリ
ング効率が向上することになる。

【００１３】さらにまた、請求項４に係る発明によれ
ば、電磁共鳴室の内周面に沿ってスロットアンテナが配
置されているので、このスロットアンテナにより、より
一層電磁共鳴室内へ効率良くマイクロ波が供給されるこ
とになる。その結果、マイクロ波により高真空状態での
放電が可能となり、放電インピーダンス（ターゲット電
圧／ターゲット電流）が低下することになって、低温成
膜が可能となり、高品質の薄膜を形成することが可能と
なる。

【００１４】また、このプラズマを利用してスパッタさ
せながらＣＶＤに使用されているガスを同時に導入する
ことが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。こ
の実施例はＳｉＯ₂をスパッタリングする場合に用いら
れる装置に関するもので、図１に示すように、本実施例
のスパッタリング装置１は、真空室２の壁面２ａないし
その近傍に所定のスパッタリングユニット３を備えた構
成である。

【００１６】真空室２には、外部よりキャリアガスと反
応性ガスとの混合ガス（この例ではＡｒ、Ｏ₂、ＴＥＯ
ＳなどのＣＶＤ用ガスの混合ガス）を同室２内に導入す
るガス供給通路（ガス供給手段）４と、同室２内を所定
の真空状態（１０^-4Ｐａ）にする図示しない真空手段
（例えば、イオンポンプ等の真空ポンプ）とが接続され
ている。

【００１７】また、スパッタリングユニット３は、真空
室２の壁面２ａに同室２内に向けて一面５ａを露出させ
た状態で設けられたターゲット（本実施例ではＳｉ
Ｏ₂）５と、このターゲット５における真空室外側の面
に配置された極性の異なる複数の永久磁石６・・・６
と、真空室２の内壁面２ａ’側に設けられて同室２内に
露出したターゲット面５ａの周囲を取り囲むことにより
同ターゲット面５ａ側に電磁共鳴室７を形成する略円筒
形のマイクロ波導入室８と、真空室２の外部に設けられ
てマイクロ波導入室８を介して電磁共鳴室７内にマイク
ロ波を供給する導波管９と、真空室２内における電磁共
鳴室７の前方にターゲット５に対向して配置されてスパ
ッタリングが施される基板１０を支持する基板支持台１
１とで構成されている。

【００１８】ここで、ターゲット５には、スパッタ電源
１２としてＲＦ電源（周波数：３００ＫＨｚ〜６０ＭＨ
ｚ）およびＤＣ電源がそれぞれ接続されている。また、
複数の永久磁石６・・・６は同心状に配置されており、
その内側から外側に向かって極性が交互に異なる（図例
では、ターゲット側の極性が内側のものではＮ極、外側
のものではＳ極となる）ように取付けられている。さら
に、導波管８には、その一端側に、マイクロ波を発生さ
せるマグネトロン（マイクロ波発生手段）１３が備えら
れているとともに、インピーダンスマッチング用の複数
のスタブ（マイクロ波のエネルギーを真空室２内に送る
ための整合器）１４・・・１４がそれぞれ所定位置に設
けられている。

【００１９】これらに加えて、上記スパッタリング装置
１には、真空室２の外側に位置する導波管９から真空室
２の内側に位置するマイクロ波導入室８にマイクロ波を
導入する手段としてマイクロ波導入端子１５が設けられ
ているとともに、そのマイクロ波導入室８に導入された
マイクロ波をさらにターゲット５に均一に供給する手段
としてスロットアンテナ１６が設けられている。

【００２０】このうち、マイクロ波導入端子１５は、一
端部が真空室壁面２ａに、他端部がマイクロ波導入室８
の周壁にそれぞれ貫通状態で保持された同軸管１７と、
この同軸管１７の一端部に取付けられて一端側が導波管
９内に位置された第１アンテナ１８と、同軸管１７の他
端部に取付けられて一端側がマイクロ波導入室８内に位
置された第２アンテナ１９とで構成されている。また、
スロットアンテナ１６は、マイクロ波導入室８の内周面
に沿ってターゲット５の周囲を取り囲むように配置され
ていることにより、ターゲット５側の電磁共鳴室７とそ
の外側のマイクロ波導入室８との間を区画する構成とさ
れている。そして、マグネトロン１３により発生された
マイクロ波が、導波管９、第１アンテナ１８、同軸管１
７および第２アンテナ１９を介してマイクロ波導入室８
に導入されて、同室８の内側の周壁を形成しているスロ
ットアンテナ１６を励振させることにより、電磁共鳴室
７内に位置するターゲット５の周囲から同電磁共鳴室７
内にマイクロ波を均一に導入しうるようになっている。

【００２１】なお、本実施例の場合、上記マイクロ波と
しては周波数が１．２〜６ＧＨｚのものを使用し、また
永久磁石としては磁束密度が４００Ｇ以上のものを使用
する。

【００２２】次に、この実施例の作用を説明する。真空
室２内にガス供給通路４を介して上記ガスを導入すると
ともに、同室２を所定の真空状態にした図１の状態で、
マグネトロン１３によりマイクロ波を発生させると、こ
のマイクロ波は、導波管９、第１アンテナ１８、同軸管
１７および第２アンテナ１９を介してマイクロ波導入室
８に導入されるとともに、その内側の周壁を形成してい
るスロットアンテナ１６を励振させる。その結果、ター
ゲット５の周囲から電磁共鳴室７内にマイクロ波が均一
に且つ効率よく導入されて、同室７内にプラズマＰが発
生する。こうして、マイクロ波による高真空状態（３〜
４×１０^-4Ｐａ）での放電が可能となることにより、放
電インピーダンスを低下させることが可能となり、低温
成膜が行えることとなる。したがって、基板１０への打
ち込みエネルギーによるタメージを少なくすることがで
き、低応力で結晶性および配向性に優れた高品質の成膜
が可能となる。

【００２３】また、上記マイクロ波により電磁共鳴室７
内に発生されたプラズマＰは、同室７内に位置するター
ゲット５の全面に作用する。その結果、イオンエネルギ
ーの利用効率が向上して、スパッタリング効率が飛躍的
に高められることにより、電磁共鳴室７の前面側にター
ゲット５と対向して配置された大面積の基板１０の表面
が良好に成膜されることになる。

【００２４】さらに、本実施例においては、真空室２外
の導波管９から真空室２内のマイクロ波導入室８に、第
１アンテナ１８等からなるマイクロ波導入端子１５を介
してマイクロ波が導入され、しかも同導入室８とその内
側の電磁共鳴室７とはスロットアンテナ１６により区画
されているから、従来のＥＣＲ型スパッタリング装置の
ように導波管と電磁共鳴室とを石英窓で区画する必要が
ない。したがって、ＩＴＯ（透明導電膜）等の導電性を
有する薄膜を形成する場合においても、導電性を有する
スパッタ粒子が石英窓の電磁共鳴室側の面に付着して異
常放電が発生するいった不具合も生じる余地がない。

【００２５】また、永久磁石６の採用により、大型の磁
気コイルによることなく８７５Ｇの磁場を生じさせるこ
とができる。したがって、特に、８７５Ｇの磁束密度を
有する永久磁石を用いて、マイクロ波の周波数を２．４
５ＧＨｚに設定した場合には、装置の大型化を招くこと
なく、ＥＣＲを利用したマイクロ波プラズマによる効率
の良いスパッタリングも行えることとなる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、マイク
ロ波による高真空状態での放電が可能となるから、放電
インピーダンスの低下による低温成膜が可能となる。こ
れにより、基板への打ち込みエネルギーによるタメージ
を少なくすることができ、低応力で結晶性および配向性
に優れた高品質の成膜が可能となる。

【００２７】また、マイクロ波により発生されたプラズ
マは、電磁共鳴室内に位置するターゲットの全面に作用
するから、イオンエネルギーの利用効率が向上して、ス
パッタリング効率が飛躍的に高められることになる。こ
れにより、大面積の基板の表面が良好に成膜されること
になる。

【００２８】また、特に導波管からアンテナを介して電
磁共鳴室にマイクロ波を導入させる構成を採用した場合
には、導波管と電磁共鳴室とを石英窓で区画する必要が
なくなる。したがって、ＩＴＯ（透明導電膜）等の導電
性を有する薄膜を形成する場合においても、導電性を有
するスパッタ粒子が上記のような石英窓の電磁共鳴室側
の面に付着して異常放電が発生するいった不具合も生じ
る余地がない。

【００２９】さらに、磁気コイルではなく永久磁石を用
いたことにより、装置全体の大型化を回避することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すスパッタリング装置の構
成を示す要部断面図

【図２】従来のスパッタリング装置の一例（ＥＣＲ型ス
パッタリング装置）を示す構成図

【符号の説明】

１・・・スパッタリング装置２・・・真空室３・・・スパッタリングユニット４・・・ガス供給通路（ガス供給手段）５・・・ターゲット６・・・永久磁石７・・・電磁共鳴室８・・・マイクロ波導入室９・・・導波管１０・・・基板１１・・・基板支持台１２・・・スパッタ電源（ＲＦ電源、ＤＣ電源）１３・・・マイクロ波発生手段（マグネトロン）１６・・・スロットアンテナ１７・・・同軸管１８、１９・・・アンテナ（１８・・・第１アンテナ、
１９・・・第２アンテナ）Ｐ・・・プラズマ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空室内でスパッタリングを行う際にマ
イクロ波プラズマを補助的に利用するスパッタリング装
置であって、上記真空室の壁面に同室内に向けて一面を
露出させた状態で設けられたターゲットと、このターゲ
ットにおける真空室外側の面に同心状に配置された極性
の異なる複数の永久磁石と、上記真空室内壁面に設けら
れて同室内に露出したターゲット面を取り囲む電磁共鳴
室と、上記真空室の外部より電磁共鳴室にマイクロ波を
供給する導波管または／および同軸管と、上記真空室内
における電磁共鳴室の前方にターゲットに対向して配置
されてスパッタリングが施される基板を支持する基板支
持台とでスパッタリングユニットが構成されているとと
もに、上記導波管または／および同軸管を介して電磁共
鳴室に供給するマイクロ波を発生させるマイクロ波発生
手段と、上記ターゲットに電力を供給するスパッタ電源
と、上記真空室内に反応性ガスを供給するガス供給手段
と、上記真空室を真空状態にする真空手段とを有するこ
とを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】真空室に対して複数のスパッタリングユ
ニットが配置されている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。
【請求項３】導波管または同軸管にはマイクロ波を電
磁共鳴室に導入するアンテナが接続されていることを特
徴とする請求項１または２に記載のスパッタリング装
置。
【請求項４】電磁共鳴室の内周面に沿ってターゲット
の周囲を取り囲むようにスロットアンテナが配置されて
いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
スパッタリング装置。