JPH09125239A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した膜形成が行ない得る反応性スパッタ
リング装置を提供する。 【解決手段】 スパッタリング装置の背部に液体循環式
の温度調節部を設けてなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜形成の手段と
して利用されるスパッタリング装置、特に安定した薄膜
形成が行ない得る反応性スパッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリングは薄膜形成の代表的手段
として用いられている。そのうち不活性ガスに反応性ガ
スを混合し、スパッタしたターゲット物質と反応させて
化合物薄膜を作る技術は、反応性スパッタと呼ばれてい
る。反応性スパッタによれば、金属や半導体ターゲット
を用いて、金属や半導体の酸化物や窒化物等からなる薄
膜を効率的に得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら反応性ス
パッタを通常の金属スパッタと比較すると、得られる膜
の膜厚の再現性が悪いという問題がある。これは反応性
スパッタの場合、スパッタ・プロセスに反応を伴ってい
るという性質上やむを得ないものであると考えられてき
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題に鑑
みてなされたものであり、より安定して反応性スパッタ
を行ない得る装置を提供するべく種々検討を重ねた結
果、スパッタリング装置を特殊な構造とすることにより
目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成した。

【０００５】本発明の要旨はスパッタリング装置のター
ゲットの背部に液体循環式の温度調節部を設けてなり、
この循環路の途中に、液体冷却装置と液体加熱装置と、
液体温度測定装置を設け、液体温度測定装置の測定値に
応じ、液体冷却装置と液体加熱装置を調節するコントロ
ール部を備えたスパッタリング装置に存する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下本発明の装置の一例につき、
図面を用いて更に説明する。図１は本発明の装置の一例
の説明図、図中１はスパッタリング装置、２はターゲッ
ト、３はバッキングプレート、４は温度調節部、５は液
体導入管、６は液体導出管、７は液冷器、８は熱交換
器、９は冷却装置、１０はヒーター、１１は温度測定装
置、１２はコントロール部、１３は液体供給部、１４は
フローティングバルブ、１５は液体排出部、１６は基
板、１７は減圧ポンプ、１８は気体導入口、１９はスパ
ッタ電源をそれぞれ示す。

【０００７】本発明の装置は、スパッタリング装置１内
のターゲット２の背部を特殊の構造とした点に特徴を有
する。ターゲット２は通常バッキングプレート３にロウ
付け等により取り付けられている。このバッキングプレ
ート３のターゲット２が設けられている側とは反対側に
液体循環式の温度調節部４を設けてある。温度調節部４
には液体導入管５と液体導出管６が接続されて温度を調
節するようにされており、液体導出管６、液冷器７、ヒ
ーター１０、温度測定装置１１、ポンプ２０、液体導入
管５によって液体の温度調節すなわちターゲット２の温
度調節が可能なように循環路を形成している。

【０００８】液体の温度調節は、循環路中の液温を温度
測定装置１１で測定（検出）し、この値をコントロール
部で設定値と比較し、温度が高すぎる場合には、冷却装
置９を作動させ、熱交換器８によって液冷器７中の液体
を冷却する。また液体の温度が低すぎる場合にはヒータ
ー１０により液を加熱し、液の温度を上げれば良い。こ
の温度調節はターゲットの温度を安定させることにより
スパッタ量を一定に安定させるために行なうものであ
り、温度設定値の±２℃以内、好ましくは±１℃以内に
制御することによりスパッタ膜厚の安定に大きく役立
つ。

【０００９】ポンプ２０は温度調節用の液体を循環させ
るためのものであるが、液体の流量が変動しても膜厚変
動が起るので、液体の流量は設定値の±２０％以内、好
ましくは±１０％以内にコントロールするのが良い。温
度調節用の液体（通常は水）は、不足分が液体供給部１
３からフローティングバルブ１４を通して液冷器に補充
供給される。

【００１０】また、冷却装置９を作動させると冷却と同
時に発熱も行なわれるので、その発熱を冷やすために液
体供給部１３から冷却用の液体を供給している。冷却に
用いた液体は液体排出部から排出される。このようにし
てターゲット２の温度調節を行なうことにより極めて安
定したスパッタ膜が得られる。

【００１１】スパッタリングは、減圧ポンプ１７により
所定の真空度まで減圧し、所望の反応性ガスとＡｒ等の
不活性ガスを気体導入口から導入し、スパッタ電源１９
を作動させ、基板１６に薄膜を形成させることとなる。
この際、ターゲットの温度コントロールが重要な意味を
持つのは前述の通りである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の装置について実施例により更
に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り
以下の実施例に限定されるものではない。 実施例１ ターゲットとしてタンタルを用いた。成膜装置は静止対
向式のものである。成膜室を減圧ポンプにより、５×１
０^-3Ｐａの真空度まで排気し、０．５Ｐａの真空度まで
アルゴンと酸素の混合ガスを導入した。アルゴンと酸素
の分圧比は３対１とした。タンタルターゲットは、９．
５Ｗ／ｃｍ² のパワー密度でＤＣスパッタした。膜形成
基板にはシリコンウェハが用いられ、ウェハ上に酸化タ
ンタル膜が形成された。タンタルターゲットは銅のバッ
キングプレートを介して冷却水により冷却されている
（図１）。冷却水の流量は、毎分１０±１リットルであ
る。

【００１３】上記構成で冷却水温度を１５℃から３５℃
の範囲で変化させて、酸化タンタル膜を形成した。膜厚
の温度依存性を図２に、屈折率の温度依存性を図３に示
す。膜厚（成膜速度）は、冷却水温度の上昇とともに増
加している。屈折率についても若干の温度依存性が認め
られる。冷却水の温度の標準を２０℃とし、温度２０℃
のときの成膜速度の温度依存性を図２より計算すると、
温度が１℃上昇したときに成膜速度が１．４％上昇する
ことになる。

【００１４】反応性スパッタの成膜速度の再現性は、通
常のプロセスでは±５％程度であるが、金属スパッタで
あれば±２％程度に抑えられる。今回の実験結果によれ
ば、冷却水温度の変動を±１℃以内にすれば、成膜速度
の変動を±２％に抑えられる事が分かった。

【００１５】比較例１ 冷却水のラインとして、２０±３℃の温度変動があるも
のを使用したときの膜厚変化を図４に示す。酸化タンタ
ル膜厚は約±５％変化している。 実施例２ 冷却水のラインとして、２０±１℃の温度変動があるも
のを使用したときの膜厚変化を図５に示す。酸化タンタ
ル膜厚は約±２％変化している。

【００１６】なお、冷却水流量は、ターゲット冷却後の
温度上昇がばらつかない程度に一定でなければならな
い。ターゲット冷却後の温度上昇は通常５℃以下であ
り、温度上昇のばらつきを±１℃以下にするには、流量
のばらつきを±２０％以内、好ましくは±１０％以内に
抑えれば良い。以上より、冷却水流量変化を±２０％以
内にし、温度変化を±２℃以内にすれば、冷却水温度に
起因する膜厚変動は無視できるレベルになり、結果とし
て、金属スパッタ並みの成膜再現性が実現できることが
わかる。

【００１７】

【発明の効果】本発明により、成膜速度の再現性に優れ
たスパッタリング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一例の説明図。

【図２】酸化タンタル膜厚の、カソード冷却水温度依存
性を示すグラフ。

【図３】酸化タンタル屈折率の、カソード冷却水温度依
存性を示すグラフ。

【図４】水温変化２０±３℃のときの、酸化タンタル膜
厚変動を示すグラフ。

【図５】水温変化２０±１℃のときの、酸化タンタル膜
厚変動を示すグラフ。

【符号の説明】

１ スパッタリング装置 ２ ターゲット ４ 温度調節部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリング装置のターゲットの背部
   に液体循環式の温度調節部を設けてなり、この循環路の
   途中に、液体冷却装置と液体加熱装置と、液体温度測定
   装置を設け、液体温度測定装置の測定値に応じ、液体冷
   却装置と液体加熱装置を調節するコントロール部を備え
   たスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 液体の循環流量を設定値の±２０％以内
   に制御す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。
3. 【請求項３】 液体の温度を設定値の±２℃以内に制御
   することを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタ
   リング装置。