JPH0978232A

JPH0978232A - 非平板カソードとそれを用いたスパッタリング装置及び薄膜製造方法

Info

Publication number: JPH0978232A
Application number: JP25934095A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Suwa; 秀則諏訪
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】薄膜の組成を制御できるカソードを提供する。【解決手段】棒状カソード２２や、その棒状カソードが
複数本間隔をあけて外枠２３に取り付けられた非平板カ
ソード１２を平板状のカソード５２と基板５１との間に
配置してスパッタリングを行う。投入電力の比率を変え
たり、前記棒状カソード２２の本数を変えれば成膜する
薄膜の組成を変えることが可能となる。格子状のカソー
ド電極にターゲットが設けられた格子状の非平板カソー
ド３２を、前記平板状のカソード５２と前記基板５１と
の間に配置してスパッタリングを行ってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスパッタリング技術
にかかり、特に、所望組成の薄膜を製造するのに適した
カソード、そのカソードを使用したスパッタリング装置
及び薄膜製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＬＳＩや光磁気ディスク等に用い
られている金属薄膜や絶縁物薄膜は、一般に、成膜した
い物質を平板状のターゲットに成形し、カソード電極上
に配置したカソードを使用して、前記ターゲット表面に
スパッタリングガスのアルゴンイオンを入射させ、その
ターゲットを構成する物質を叩き出し、基板上に付着さ
せて薄膜を成長させるスパッタリング方法で成膜されて
いるが、このようなスパッタリング方法によって２種以
上の物質から成る合金薄膜を基板表面に成膜したい場合
には、従来では、異なる金属成分から成るターゲットで
複数のカソードを構成し、各カソードを同時にスパッタ
リングして一つの組成の合金薄膜を成膜することが行わ
れている。

【０００３】そのような従来技術を説明すると、図５
(ａ)を参照し、１０４₁、１０４₂は異なる金属が平板状
に成形されたターゲットであり、前記各ターゲット１０
４₁、１０４₂は平板状のカソード電極１０３₁、１０３₂
上にそれぞれ固定され、平板状のカソード１０２₁、１
０２₂が構成されている。

【０００４】前記各平板状のカソード１０２₁、１０２₂
と平行になるように、基板１０６が対向して配置されて
おり、該基板１０６を回転させながら、前記各カソード
電極１０３₁、１０３₂に接続された電源１０８₁、１０
８₂を動作させると前記ターゲット１０４₁、１０４₂が
同時にスパッタリングされ、前記基板１０６表面に前記
ターゲット１０４₁、１０４₂を構成する物質から成る合
金薄膜１０７が成膜される(コスパッタ法)。

【０００５】また、成膜したい合金薄膜の組成によって
は、図５(ｂ)に示すように、合金を平板状に成形してタ
ーゲット１１４を構成し、カソード電極１１３上に配置
して電源１１８を動作させて前記ターゲット１１４をス
パッタリングするだけで、前記ターゲット１１４に平行
に配置されている基板１１６表面に所望組成の合金薄膜
１１７を成膜できる場合もある。

【０００６】しかしながら、前述の図５(ａ)に示したよ
うなカソードを複数個用いる従来技術では、スパッタリ
ング装置が大型化してしまう。また、特に大面積の基板
表面に合金薄膜を成膜したい場合には、基板を回転させ
ることが困難であり、実用に適さない。

【０００７】他方、上述の図５(ｂ)に示したような合金
のターゲットを使用する場合には、所望の組成の合金薄
膜を成膜できるターゲットが合金金属として作製できな
い場合もある。そこで従来技術でも、ターゲット表面を
幾つかの領域に分割して異なる金属材料をモザイク状に
配置したモザイク状ターゲットを使用することが行われ
ていたが(モザイク法)、成膜できる合金薄膜の組成はタ
ーゲットの組成によって一義的に定まってしまい、薄膜
組成を簡単には変えることができないという重大な欠点
があり、解決が望まれていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたもので、その目的
は、基板上に所望組成の薄膜を成膜できる技術を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明装置は、非平板カソードであっ
て、棒状のカソード電極にターゲットが設けられ、棒状
にされたことを特徴とし、

【００１０】請求項２記載の発明装置は、非平板カソー
ドであって、請求項１記載の非平板カソードが複数本間
隔を開けて並べられたことを特徴とし、

【００１１】請求項３記載の発明装置は、格子状に形成
されたカソード電極にターゲットが設けられ、格子状に
されたことを特徴とし、

【００１２】請求項４記載の発明装置は、請求項１乃至
請求項３のいずれか１項記載の非平板カソードであっ
て、前記カソード電極は中空に形成され、その中を冷却
媒体が循環できるように構成されたことを特徴とし、

【００１３】請求項５記載の発明装置は、請求項１乃至
請求項４のいずれか１項記載の非平板カソードであっ
て、他のカソードのターゲット物質が付着しないように
アースシールドが設けられたことを特徴とする。

【００１４】また、請求項６記載の発明装置は、平板状
のカソードと基板とを平行に対向配置させ、前記基板表
面に薄膜を成膜するスパッタリング装置であって、前記
平板状のカソードと前記基板との間に請求項１乃至請求
項５のいずれか１項記載の非平板カソードが配置され、
その非平板カソードと前記平板状のカソードとに投入さ
れる電力を個別に制御できるように構成されたことを特
徴とする。

【００１５】更に、請求項７記載の発明方法は、平板状
のカソードと基板とを平行に対向配置させ、前記基板表
面に薄膜を成膜する薄膜製造方法であって、前記平板状
のカソードと前記基板との間に請求項１乃至請求項５の
いずれか１項記載の非平板カソードを配置し、その非平
板カソードと前記平板状のカソードとをスパッタリング
することを特徴とする。

【００１６】このような本発明の構成によれば、棒状に
形成したカソード電極にターゲットを設けて棒状の非平
板カソードを構成したので、その非平板カソードを平板
状のカソードと基板との間に配置してスパッタリングを
行った場合に、前記非平板カソードのターゲットを構成
する物質と、前記平板状のカソードのターゲットを構成
する物質とを前記基板上に付着させて薄膜を成長させる
ことができる。

【００１７】前記棒状の非平板カソードのターゲットを
薄膜中に多く取り込みたい場合には、前記棒状の非平板
カソードの複数本を間隔をあけて並べて非平板カソード
を構成し、前記平板状のカソードと前記基板との間に配
置すればよい。その場合、前記棒状カソードの本数を変
えれば基板表面に成膜される薄膜の組成を変えることが
できる。

【００１８】また、薄膜中に前記棒状カソードのターゲ
ットを更に多く取り込みたい場合には、前記棒状のカソ
ードを格子状に配置してもよいが、カソード電極自体を
格子状に形成してターゲットを設け、格子状にした非平
板カソードを用いることも可能であり、格子状の非平板
カソードをスパッタリング装置に着脱することは簡単な
ので、取り扱いに便利である。

【００１９】このような非平板カソードのカソード電極
を中空に形成し、その中を冷却媒体が循環できるように
しておくと、スパッタリングの際の温度上昇を抑えるこ
とができるので、大電力を投入して効率のよい成膜を行
うことが可能となる。

【００２０】また、前記非平板カソードに他のカソード
のターゲットが付着しないようにアースシールドを設け
ておけば、成膜したい薄膜の組成を正確に制御できるよ
うになって都合がよい。

【００２１】なお、前記非平板カソードを平板状のカソ
ードと基板との間に配置してスパッタリングする際、前
記非平板カソードに投入する電力と、前記平板状のカソ
ードに投入する電力とを個別に制御できるようにしてお
くと投入電力の比率を変えることで基板表面に成膜され
る薄膜の組成を変えることが可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て説明する。図１(ａ)、(ｂ)を参照し、符号２は本発明
のスパッタリング装置の一例であり、図１(ａ)は側面
図、図１(ｂ)はそのＡ−Ａ線断面図である。前記スパッ
タリング装置２は図示しない成膜チャンバーを有してお
り、その成膜チャンバー内に薄膜を成膜する対象である
基板５１が鉛直に配置されている。符号１２は、本発明
の非平板カソードの一実施例であり、この非平板カソー
ド１２は、前記基板５１と平板状のカソード５２との間
に配置され、前記基板５１と前記非平板カソード１２の
間は３０ｍｍ、前記非平板カソード１２と前記平板状の
カソード５２の間は７０ｍｍの間隔があけられて、それ
ぞれ平行になるようにされている。

【００２４】前記平板状のカソード５２は平板状のカソ
ード電極５３を有しており、その表面のうち、前記非平
板カソード１２と向き合う面には、金属セレンが平板状
に成形されて成るターゲット５５が密着配置されてい
る。

【００２５】前記平板状のターゲット５５の大きさは６
００ｍｍ×７００ｍｍであって前記平板状のカソード電
極５３よりも小さくされており、該平板状のカソード電
極５３が前記ターゲット５５からはみ出た部分の近くに
は、接地電位に置かれたアースシールド５４が配置さ
れ、不要なターゲット物質が付着しないように構成され
ている。

【００２６】前記非平板カソード１２は、太さ約１０ｍ
ｍの棒状に成形された棒状カソード２２を６本と一つの
外枠２３を有しており、前記各棒状カソード２２は、互
いに１０ｍｍの間隔を開けるようにその両端が前記外枠
２３に取り付けられて構成されている。

【００２７】前記棒状カソード２２の１本の縦断面を図
３(ａ)に示し、そのＢ−Ｂ線断面を図３(ｂ)に示して説
明する。前記各棒状カソード２２は、外径約８ｍｍの棒
状カソード電極２６と中空円筒の棒状ターゲット２５と
を有している。前記棒状ターゲット２５の内径は、前記
棒状カソード電極２６の外径よりもわずかに大きく成形
されており、該棒状カソード２２は、前記棒状カソード
電極２６が前記棒状ターゲット２５に挿通されて構成さ
れている。

【００２８】前記棒状カソード電極２６は銅金属で構成
され、前記棒状ターゲット２５は亜鉛金属(Ｚｎ)で構成
され、その外径は約１０ｍｍにされており、該棒状ター
ゲット２５と前記平板状のカソード５２との間には、前
記棒状ターゲット２５から３ｍｍを隔てた位置に、断面
半円形状のアースシールド２７が設けられ、その中心点
が前記棒状ターゲット２５の中心点と一致するようにさ
れている。

【００２９】また、前記平板状のカソード電極５３と前
記棒状カソード電極２６とは電圧制御可能な直流電源６
３、６４にそれぞれ接続されており、前記非平板カソー
ド２２の周囲には接地電位におかれたアノード電極５５
が配置されている。

【００３０】このスパッタリング装置２によって前記基
板５１に薄膜を成膜するときは、前記図示しない成膜チ
ャンバー内を高真空状態にした後スパッタリングガスを
導入し、前記直流電源６３、６４を起動して、前記平板
状のカソード電極５３及び前記棒状カソード電極２６
と、前記アノード電極５５との間に電圧を印加して(前
記平板状のカソード電極５３よりも前記棒状カソード電
極２６の方を低い電位にする)、前記スパッタリングガ
スのプラズマを発生させる。

【００３１】すると、前記棒状ターゲット２５を構成す
る金属亜鉛と前記平板状のターゲット５５を構成する金
属セレンとが叩き出され、その金属セレンは前記各棒状
カソード２２の間を通って前記基板５１に到達するの
で、前記基板５１表面には金属セレンと金属亜鉛との合
金薄膜が成膜される。

【００３２】その際、前記アースシールド２７が前記棒
状ターゲット２５と前記平板状のターゲット５５の間に
配置されているので、各ターゲットを構成する物質が互
いに付着せず、従って薄膜組成の制御性が低下すること
はない。また、前記アースシールド２７は前記アノード
電極５５と同電位の接地電位に置かれているので、前記
アースシールド２７はスパッタリングされず、不純物と
なって薄膜中に混入することはない。この場合でも前記
アースシールド２７は前記棒状カソード電極２６とごく
近接して配置されているので、それらの間に放電は発生
せず、前記棒状ターゲット２５の前記アースシールド２
７に面する部分がスパッタされることはない。従って、
前記平板状のターゲット５５表面に前記棒状ターゲット
２５のターゲット物質が付着することはない。

【００３３】ところで、前記金属セレンはスパッタイー
ルドが小さく、前記金属亜鉛はスパッタイールドが大き
いが、金属セレンから成る前記平板状のターゲット５５
は面積が大きく、金属亜鉛から成る前記棒状ターゲット
２５は面積が小さいので、前記基板５１表面に成膜され
る合金薄膜のセレン含有量は大きなっている。この場
合、前記棒状カソード２２の径を細くしたり、本数を少
なくすれば、亜鉛成分が一層少なくなるので、合金薄膜
中のセレン含有量を更に大きくすることができる。

【００３５】逆に前記棒状カソード２２の直径を太くし
たり、本数を多くすれば亜鉛含有量を大きくすることが
できる。前記棒状カソード２２の本数を多くする場合に
は、各棒状カソード２２の間隔を狭めもよいし、前記各
棒状カソード２２を格子状に配置してもよい。格子状に
する場合には、図２に示すように、カソード電極自体を
格子状に形成してその表面にターゲットを設けて全体が
格子状の非平板カソード３２を構成してもよい。

【００３６】なお、前記格子状の非平板カソード３２
は、縦断面の図４(ａ)とそのＣ−Ｃ線断面の図４(ｂ)に
示すように、格子状に成形したカソード電極３６の表面
に断面半円形状のターゲット３５をかぶせて構成すると
よい。この場合には、前記半円形状のターゲット３５が
かぶせられた面を前記基板５１と対向させ、その裏側を
前記平板状のカソード５２に対向させて使用する。この
格子状の非平板カソード３２には、前記アースシールド
２７と同様に、アースシールド３７を設けて接地電位に
置くとよい。

【００３７】以上説明した棒状カソード電極２６や格子
状のカソード電極３６の断面形状は円形であるが、それ
に限定されるものではなく、本発明には四角形状や六角
形状等、種々形状のカソード電極を用いることが可能で
あるが、いずれの場合でも内部を中空にしておき、冷却
媒体２８、３８(例えば冷却水)が循環できるようにして
おくと、前記非平板カソード１２、３２をスパッタリン
グする際にその温度上昇を抑えることができて都合がよ
い。

【００３８】なお、上記実施例は金属セレンと金属亜鉛
をスパッタする場合について説明したが、その組合せは
それに限定されるものではなく、例えば、前記棒状ター
ゲット２５(又は前記ターゲット３５)をシリコン(Ｓｉ)
で構成し、前記平板状のターゲット５５をカドミウム
(Ｃｄ)で構成する等、スパッタイールドが大きく異なる
材料を一緒にスパッタリングして合金薄膜を成膜するの
に適している。

【００３９】更に、本発明は合金薄膜を成膜する場合に
限定されるものでもない。即ち、本発明は異なる成分で
構成されるターゲットをスパッタリングして一つの基板
上に薄膜を成膜する場合に広く適用することができるも
のである。

【００４０】その場合、前記直流電源６３、６４の印加
電圧を適切に設定し、また、前記非平板カソード２２、
３２と前記平板状のカソード５２とに投入する電力の比
率を制御すれば、前記基板５１上に成膜する合金薄膜の
組成を制御できる。

【００４１】以上の実施例は直流スパッタリングの場合
を説明したが、本発明はそれに限定されるものではな
く、高周波スパッタリングや反応性スパッタリング等に
も用いることができる。また、平板状のカソードと基板
との間に２個以上の非平板カソードを配置してもよい
し、更には、平板状のカソードを用いずに本発明の非平
板カソードを複数個用いて一つの基板表面に合金薄膜を
成膜してもよい。

【００４２】更に、本発明は平板状のカソードと非平板
カソードとを同時にスパッタリングする場合に限定され
るものではなく、平板状のカソードと非平板カソードと
を交互にスパッタリングして多層膜を成膜する場合や、
平板状のカソードと非平板カソードに投入する電力の大
きさを経時変化させて薄膜の組成を膜厚方向に変化させ
るスパッタリング方法等、種々のスパッタリング方法に
用いることが可能である。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、小型のスパッタリング
装置で所望組成の薄膜を成膜することが可能となる。特
に、スパッタイールドの異なる金属で合金薄膜を成膜す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 (ａ)：本発明の非平板カソードの一例の側面
図 (ｂ)そのＡ−Ａ線断面図

【図２】本発明の非平板カソードの他の例の側面図

【図３】 (ａ)：本発明の非平板カソードの構造の一例
を示す縦断面図 (ｂ)：そのＢ−Ｂ線断面図

【図４】 (ａ)：本発明の非平板カソードの構造の他の
例を示す縦断面図 (ｂ)：そのＣ−Ｃ線断面図

【図５】 (ａ)：従来技術の合金成膜方法の一例を説明
するための図 (ｂ)：従来技術の合金成膜方法の他の例を説明するため
の図

【符号の説明】

２…スパッタリング装置１２、２２、３２…非平板
カソード２５、３５…ターゲット２６、３６…カソード電極２７、３７…アースシールド５２…平板状のカソー
ド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】棒状のカソード電極にターゲットが設け
られ、棒状にされたことを特徴とする非平板カソード。
【請求項２】請求項１記載の非平板カソードの複数本
が間隔をあけて並べられたことを特徴とする非平板カソ
ード。
【請求項３】格子状に形成されたカソード電極にター
ゲットが設けられ、格子状にされたことを特徴とする非
平板カソード。
【請求項４】前記カソード電極は中空に形成され、そ
の中を冷却媒体が循環できるように構成されたことを特
徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の非
平板カソード。
【請求項５】他のカソードのターゲット物質が付着し
ないように、アースシールドが設けられたことを特徴と
する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の非平板
カソード。
【請求項６】平板状のカソードと基板とを平行に対向
配置させ、前記基板表面に薄膜を成膜するスパッタリン
グ装置であって、前記平板状のカソードと前記基板との間に請求項１乃至
請求項５のいずれか１項記載の非平板カソードが平行に
配置され、その非平板カソードと前記平板状のカソード
とに投入される電力を個別に制御できるように構成され
たことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項７】平板状のカソードと基板とを平行に対向
配置させ、前記基板表面に薄膜を成膜する薄膜製造方法
であって、前記平板状のカソードと前記基板との間に請求項１乃至
請求項５のいずれか１項記載の非平板カソードを平行に
配置し、その非平板カソードと前記平板状のカソードと
をスパッタリングすることを特徴とする薄膜製造方法。