JPS58144474A - スパツタリング装置 - Google Patents

スパツタリング装置

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JPS58144474A
JPS58144474A JP2442582A JP2442582A JPS58144474A JP S58144474 A JPS58144474 A JP S58144474A JP 2442582 A JP2442582 A JP 2442582A JP 2442582 A JP2442582 A JP 2442582A JP S58144474 A JPS58144474 A JP S58144474A
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JP
Japan
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sputtering
target
speed
magnet
substrate
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JP2442582A
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JPH0350832B2 (ja
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Hideo Matsuzaki
松崎 英夫
Masanobu Nakamura
正信 中村
Yojiro Takabe
高部 洋二郎
Ryoji Oritsuki
折付 良二
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405Magnetron sputtering
    • H01J37/3408Planar magnetron sputtering

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスパッタリングによる基板等への薄膜形成に際
し、均一な膜厚を得るのに好適なスパッタリング装置に
関するものである。
薄膜形成用スパッタリング装置として、数種類の方式が
知られているが、生産性の高いスパッタリング方式とし
てマグネトロン型スパッタ方式が多く利用されている。
マグネトロン型スパッタ方式も数種類の方式がある。
プレーナマグネトロン型スパッタ方式もその中の1つで
、同軸マグネトロン型スパッタ方式を平面化したもので
あシ、直交電磁界を利用しローレンツの式に従って運動
する電子によシプラズマをターゲット近傍の局所的空間
に閉じ込め、ターゲツト面を高い電流密度で衝撃するこ
とによシスバッタリングの高速化を図ったものである。
第1図に一般的に行なわれている本方式の構成例を示す
ターゲット6の裏面に配した磁石7によ電磁界5れによ
り飛び出したスパッタ原子4はターゲット6と対向して
配置した基板3へ付着する。なお、1は真空槽、2は公
転治具、40はガス導入パルプ、41はリークパルプ、
42は排気パルプである。
また上記方式において、さらに高速スパッタ化、ターゲ
ットの有効活用化を図ったものとして第2図に示す方式
がある。スパッタ電極において、磁界5を発生させる磁
石7が、それらを保持して回転する磁石ホルダー11に
円環状に内周側がS極、外周側がN極となるように極性
を統一して配置されている。磁石ホルダー11はターゲ
ット6の裏面に配置されターゲット6に対し平行平面上
で等速回転する。この時、ターゲット6の中心12と磁
石の配列中心13とが偏心して配置されているので、濃
密度プラズマ空間8によるターゲット6上のスパッタ領
域9−1は、磁石ホルダー11の回転に清って領域9−
2へと回転移動を行ない、ターゲット6の不均一な侵食
を防止し、かつスパッタリングの高速化を図っている。
なお、10はターゲットホルダー、14は冷却水である
従来、以上のよう々等速円運動を行なう磁石を配したス
パッタ電極と、基板上の膜厚分布を一定にするだめの基
板公転治具を使用してスパッタリングを行なっていたが
、基板上での膜厚分布が非常・に悪かった。本方式での
スパッタリングは、概して公転治具の大きさに比ペター
ゲットは非常に小さい場合が多く、それ故、基板公転治
具とスパッタ電極との位置関係が、基板上での膜厚分布
に大きな影響を与える。第3図は、第2図においてター
ゲット6の中心12を、基板公転治具2の中心から半径
方向へ順次■から■へずらせて配置してスパッタした時
の基板公転治具2−トの膜厚分布を示したものである。
スパッタ条件は次の通シ。
ターゲツト材・・・・5インチ径S1ターゲット、公転
治具有効径・・・・3001711 、電極間距離:1
00””、。
スパッタ時間・・・・30分、磁石回転数・・・・15
rpm、公転治具回転数・・・・10rprn、回転方
向・・・・磁石、公転治具共に反時計回り、公転治具中
心とターゲット中心の距離・・・弓:0、I〜rr :
 25m’n、  1〜m : 50闘、I〜■ニア5
開、T 〜V : 100闘、I NVr : 125
”XI 〜Vll: 150”である。    ′パ・ ことにより行なったものである。第3図よシ従来方式で
は、公転治具2の中心とターゲット中心12をどのよう
な位置関係にしても均一な膜厚分布が得られないことは
明白である。
したがって、本発明の目的は、マグネトロン型スパッタ
電極の一部を構成するプラズマ励起用磁石を移動する際
、移動の途中でその速度を変えることによシ、基板上に
形成されるスパッタ膜厚を均一にするスパッタ装置を提
供することにある。
従来装置において膜厚が不均一であった原因は、ターゲ
ット上のスパッタ領域ですでに第4図に示すように膜厚
差を生じていることと、公転治具により基板を公転させ
た場合でも、基板の内周側と外周側とではスパッタ領域
上を通過する時間が異なる為である。
第4図のスパッタ条件は次の通りである。
5インチのStメタ−ット上100朋の位置に基板を配
し、基板は固定で、磁石は回転させて30分間スパッタ
リングを行なった後基板上の膜厚を、ターゲット中心に
対応する基板上の点を中心として外周へ向かって測定し
たものである。図中の625酩はターゲットの半径寸法
を示す。
このようにターゲットの真上において、ターゲット範囲
内の領域においても大きな膜厚差のあることがわかる。
今ここで、第5図に示すような関係のターゲットと、公
転治具のモデル例を考える。
スパッタ領域9−1上において、各地点毎にスパッタ速
度の等しい点を結ぶと図示のような#1は同心円を描く
ことができる。第5図においてスパッタ領域9−1の中
心領域Aにおけるスパッタ速度をa X / see 
%領域B 、C、Dにおけるスパッタ速度をそれぞれb
r C,d A/’ 8eeとし、公転治具2上に任意
の2点X、Yを選ぶ。公転治具2が回転すると、X、Y
点はスパッタ領域9−1上を通過し、スパッタリングが
行なわれる。ここでX点のD領域通過時間をtlsec
、C,B、A領域通過時間をそれぞれt2 、 t3 
、 t4 secとし、Y点についてもり、C領域通過
時間をそれぞれt5sec、t6813eとする。各点
での膜厚は、領域通過時間とその領域におけるスパッタ
速度の積で表わせるから、X、Y点の膜厚をそれぞれT
□+T2とすれば、T1−dt1+ct2+bt3+a
j41T2 =dts+ctsとなる。
従来法では、前述した理由によりT1’sT2であった
そこで本発明では、公転治具の周辺部と中心部との間を
、T1=T2となるように速度制御しつつスパッタ領域
を往後移動させることによシ、基板上に均一膜厚を得る
ようにしたものである。
以下、本発明の一実施例を第6図によシ説明する。本実
施例は光センサーの受光部品を製作するもので、ガラス
基板上へアモルファスシリコン膜を形成するものである
公転治具2はガラス基板20を取付け、ガラス基板20
の加熱ガス出しおよびスパッタリング中に均熱、および
均一膜厚を得る目的で公転させるもので、公転治具2を
固定した回転シャフト2−1は大気側とのシールを行な
うC) IJソング4を介して真空槽1の内部から外部
へ連絡し、駆動モーター(図示せず)と連結している。
なお、35はOリング、33はOリング押えである。
ターゲットホルダー10はSiターゲット21を固定し
、その内部はSiターゲット21を冷却する為の冷却水
14で満たされておυ、冷却水14は水導入口22から
供給し、排出口23から排出される。また、ターゲット
ホルダー10の内部にはSiターゲット21上に磁界5
を発生させる為の磁石Tを配した磁石ホルダー11を持
つ。磁石ホルダー11は磁界5を移動させスパッタ領域
9−1を移動させるための回転動作を行なう。磁石ホル
ダー11内の磁石7は円環状の濃密度プラズマ空間8を
形成すべく、S極が内側、N極が外側に来るように極性
を統一して円形状に配列されている。この円形状に配列
した磁石7の中心13と、磁石ホルダー11の回転中心
12は偏心した位置関係にあシ、回転中のスパッタ領域
9−1の中心13は、公転治具2の中心に対し接近ある
いは遠ざかるような運動を行なう。磁石ホルダー11の
回転部はOリング24によシ大気側とシールされており
、その重量は玉軸受25で支持され、同転駆動は回転伝
達歯車27.28を介してスピードコントロールモータ
ー29によシ行なわれる。またスパッタ領域9−1の位
置を、位置検出センサー30−1〜30−8によシ検出
させる為の検出穴26−1を設けた位置検出円板26が
磁石ホルダー11に取付けてあり、各位置毎に回転速度
をスピードコントロールユニット(図示せず)によシ変
化させることができるようになっている。本実施例では
、1回転を8分割してそれぞれの部分で速度制御を行な
っている。なお、36.37は0リング、32は電極支
持板、31は玉軸受押えである。
その他図示していないが、真空槽内を排気する排気装置
、スパッタリングを行なう際にArガスを導入するガス
導入機構、そしてスパッタ電源々どから構成される。
次に本実施例における装置の動作について説明する。
真空槽1内の公転治具2にガラス基板2oを数句け、真
空槽1内を抽気装置で排気すると共に、公転治具2を反
時計方向へ回転させてガラス基板20を真空槽1内に設
けた加熱器(図示せず)により250℃で30分間の加
熱、脱ガス処理を施す。
ガス出し後、Arガスを導入しつつスパッタ電源を入れ
てスパッタリングを行なう。スパッタリングは、Slタ
ーゲット21の裏面に設けた磁石ホルダー11が、公転
治具2と同方向に回転することによシ、スパッタ領域9
−1を同方向に回転移動させつつ行なう。この時、磁石
ホルダー11が回転して行く途中に位置検出センサー3
0−1.30−2・・・・30−8が適当々位置に配さ
れておシ、これらが磁石ホルダー11と回転同軸上に取
付けた位置検出板26にあけられている検出穴26−1
を検出すると、あらかじめ設定しておいた、その回転位
置に最適な回転速度となるように、スピードコントロー
ルモーター29の速度制御が行なわれる。
本実施例における使用ターゲットuは5インチ径S1タ
ーゲット、公転治具有効径300”、磁石の配列外径7
0朋、ターゲット中心と磁石配列径中心の偏心M: 2
7 ””、ガラス基板とターゲット間の距@125”と
し、またスパッタ領域の移動速度を変速させる為のスパ
ッタ位置検出センサー取付位置は、第6図において公転
治具中心とターゲット中心を通る線を基準として、θ1
=64°゛、θ2=28°。
θ3−26°、θ4=29”、θ5=66°、θ6=2
9°、θ7=26°、θ8−28°、θ9=64°に配
し、磁石ホルダー回転速度はそれぞれθ1と09を通過
する場合には1()rpm、θ2と08では14rpm
、θ3とθ7では17rpm、θ4と06では20rp
m、θ5では25rpmで回転方向は反時言1回多とな
シ、公転治具も反時耐同りで速度は10rpmである。
また、公転治具中とターゲット中心間の距離は104”
、スパッタ時間は2時間である。 − 以上の条件にてスパッタした時に、第7図に示す様な良
好な膜厚分布が得られた。なおこのグラフ中、実線51
は本実施例によるもの、破11g152は従来法である
磁石ホルダーを等速回転させたもので、本実施例では膜
厚のばらつきが±4%であるのに対し、従来法では13
0%と非常に太きい。
本発明によれば、スパッタ領域を移動させる際、1サイ
クル動作の途中において各位置ごとに移動速度を変える
ことによシ、公転している治具の内。
外周がスパッタ領域上を通過する時間を制御できるので
、公転治具上の内周側、外周側でスパッタされる量を一
定にすることができる。
本発明の装置は、ターゲツト材が特殊であシ加工が困難
などの理由でターゲットを大きく作れない時、スパッタ
速度を稼ぐ意味でこれら小形のターゲットを複数個並べ
てスパッタを行なう場合、また異ガる材質から成るター
ゲットを複数個並べて、これらを同時スパッタする多元
スパッタを行なう場合に特に有効である。
本発明の実施例では、プラズマを励起させるための磁石
を回転させたが、公転治具中心方向へ直線運動させても
同効果が得られ、また磁石は固定でスパッタ電極そのも
のを移動させても良い。
速度制御の方式は、本実施例のように実験的に位置検出
センサーの配置および2回転速度に対する各部のスパッ
タ量を求め、各位置ごとにそれぞれ設定した回転速度を
切換器などで自動切換してもよいし、公転治具中心から
外胸方向へ等ピッチで取付けた膜厚検出センサーと電子
計算機とを組合せることによシ、各部にスパッタされる
量を計算しながら磁石ホルダーの回転速度を1@次変化
させてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的に行なわれているマグネトロン型スパッ
タ方式の装置構成の側面図、第2図(a)は高速スパッ
タ化を図ったマグネトロン型スパッタ装置の平面図Φ)
はその正面断面図、第3図は第2図においてターゲット
中心をIから■へ配置した時の基板中心からの距離と膜
厚との関係を示すグラフ、第4図は従来のスパッタ電極
上に設けた基板上におけるターゲット中心からの距離と
膜厚との関係を示すグラフ、第5図は公転治具とスパッ
タ電極との関係を示す平面図、第6図(a)は本発明に
よる一実施例を示す平面図、(b)はその正面断面図、
第7図は本発明と従来法によシスバッタリングを行なっ
た場合の公転治具中心からの距離と膜厚との関係を示す
グラフである。 1・・・・真空槽、2・・・・公転治具、4・・・・ス
パッタ原子、5・・・・磁界、6・・・・ターゲット 
7・・・・磁石、8・・・・濃密度プラズマ空間、9−
1・・・・スパッタ領域、10・・・・ターゲットホル
ダー、11・働・・磁石ホルダー、20・・・・ガラス
基板、2111・・・Siターゲット、26・・・・位
置検出円板、29・拳・・スヒートコントロールモータ
、30−1〜30−8・・・・位置検出センサー。 W41区 ((1) (b) [3図 w″−図  上 E 薯・坂kK?+°グ易ターゲート牢心かうの真打鴨鉦〔
mm〕2\/′:コニ二:ミミゝ\ 鶴6図 (b)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 真空槽内にてワーク公転機構とターゲットおよびその下
    部に設けたプラズマ励起用の磁石を駆動させ、ターゲッ
    ト上に発生させるプラズマ幽閉位置を移動させることに
    よジターゲット上のスパッタ領域を変えつつスパッタリ
    ングを行なうマグネトロン型スパッタ電極より成るスパ
    ッタリング装置において、スパッタ電極下のプラズマ励
    起用磁石を、公転しているワークの外周方向から内周方
    向の間を往復移動させる際に、ワークの内、外周での付
    着膜厚が一定になるように移動の途中で速度制御を行な
    うようにしたことを特徴とするスパッタリング装置。
JP2442582A 1982-02-19 1982-02-19 スパツタリング装置 Granted JPS58144474A (ja)

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JP2442582A JPS58144474A (ja) 1982-02-19 1982-02-19 スパツタリング装置

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JPH0350832B2 JPH0350832B2 (ja) 1991-08-02

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