JPS58171569A - スパッタリング方法 - Google Patents

スパッタリング方法

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JPS58171569A
JPS58171569A JP5339682A JP5339682A JPS58171569A JP S58171569 A JPS58171569 A JP S58171569A JP 5339682 A JP5339682 A JP 5339682A JP 5339682 A JP5339682 A JP 5339682A JP S58171569 A JPS58171569 A JP S58171569A
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cathode
magnet
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magnetron sputtering
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JP5339682A
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Hidetoshi Tsuchiya
英俊 土屋
Tatsuo Fukami
龍夫 深海
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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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
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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、基板に薄膜を付着するマグネ)。
ンスパツタ装置において、基板表面に二種若しくはそれ
以上の物質を層状に形成させたシニ種以上の物質を任意
の組成から表る合金として付着させることが苛能な装置
に関するものである。
従来のマグネトロンスパッタ装置としては第1図に示さ
れるように一対の陽極1及び陰極2と陰極2の下方に配
置され、電界に対してほぼ垂直に磁界を発生させる磁石
8とを基本的構成要件として、陽極1に基板4を設置し
、陰極2にスパッタする物質5を配置して磁界の作用に
よって陰極から放出される高速二次電子を閉じ込めるよ
うにした装置が知られている。
しかし表から斯る従来の装置においては、スパッタによ
シ付着した膜が均一で、基板の温度が上がらず、成膜速
度がはやいといつ九数々の長所を有しているが、基板に
複数の物質の膜を層状に付着させたり、二種以上の物質
を合金として任意の組成比で付着させるには不適当であ
った。またマグネトロンスパッタ装置においては陰極上
に%定のリング状の侵蝕領域が形成されるが、それがい
かなる要因により定まるのか必ずしも明確には認識され
てはいなかつえ為に装置改良が困難にあった。そこで本
発明者は、まず侵蝕領域の形−状の要因を知るために下
記のような実験を行なった。従来のマグネトロンスパッ
タ装置に銅の円板を陰極としてアルゴン簿酸素lO嘔の
混合ガス中において侵蝕領域の形状を定める要因と思わ
れる放電電力、ガス圧力及び磁界分布を様々に変化させ
てスパッタさせた。
すると侵蝕領域は光沢をもった銅色を呈し、侵蝕領域外
は黒化し明瞭なるコントラストをもって肉眼により容易
に識別出来るようKなる。これはスパッタされ九物質が
ガス分子との衝突により後方散乱され、陰極上に酸化鋼
(Cub)を堆積させ黒化するのであるが侵蝕領域にお
いてはその堆積速度よりも侵蝕速度の方がはるかに早い
ため銅色のままで残るためである。この実験の結果侵蝕
領域の形状を定める因子は、放電電力、ガス圧力及び磁
界分布によることが判明した。さらに磁界に関して磁界
強度の絶対値、電界に平行な成分および垂直な成分につ
いて検討したところ電界に平行な磁界成分Hhが侵蝕領
域に大きな影響を与えていることが判明した。例えば放
電電力を50(W)、ガス圧力を1.0刈01(Tor
r)に設定したとき侵蝕領域は電界に平行な磁界成分H
hが40 CG)以下の領域に対応していることが認め
られた。従って放電電力及びガス圧力が一定の場合には
電界に平行な磁界成分Hhを変化させれば侵蝕領域を自
由に変化させることができることを確聞した。そこで、
本発明者は、上記新知見に基づき基板上に複数の膜を層
状に付着させ九に、二種以上の物質を合金として任意の
組成比で付着できるマグネトロンス/(ツタ装置を作成
したのである。
以下第2図乃至第9図に図示された実施例に従って本発
明の詳細な説明する。図において11及び12は円形上
のペースプレートであり、該プレート11及び12によ
りガレス製の円筒13を密封することによりスパッタ室
14を形成している。
このスパッタ室14の上板であるベースプレート11に
は、図示しない電源に接続された陽極すが絶縁体16を
介して固着されている。このベースプレー)11、絶縁
体16及び陽極15の中心部は、穴がくり抜かれており
、その穴に元素成分又は組成比を分析する監視装置17
が嵌め込まれている。そしてこの監視装置17に電流を
制限する制御装置18が接続されている。また底板であ
るペースプレート120周辺部くは、排気孔19及びガ
ス導入孔加が穿孔されそれぞれ排気パイプ21及びガス
導入バイブnが接続されている。また中心部は穴が嵌染
抜かれその穴に断面T字状で図、示しない電源に接続さ
れた陰極乙が絶縁体冴を介して固着され、該陰極乙の下
方には電界と直交する磁界が発生するように永久磁石す
が配置されている。ガラス円筒130周辺には、陰極n
付近に電界と平行に磁界が発生するように制御装置18
から電流の供給を受ける円形コイルがか配置されている
。@27#′i、膜を付着させようとする基板、28F
i膜の材料とまるターゲット、四はシールドプレートで
あり、Eは電界、HVは永久磁石の磁力線、ahtiコ
イルIの磁力線である。
尚本実施例ではマグネトロンスパッタ装置として平板型
のものを採用しているが、これに限定されるものでなく
第4図に示されるように同軸上に配置した円筒型のもの
でもよい。上記の構成において本発明に係る装置は以下
のように作用する。陽極15の面上に基板27を置き、
陰極乙の面上にターゲラ)2Bを置いた後に排気し、所
定のガス圧となるようにガスを導入する。しかる後電極
15.23間に所定の電力を投入すると永久磁石5及び
コイル加が作る合成磁界の電子に対する作用により電子
は陰極部の中心から所定の距離を隔ててサイクロイド運
動を行う。この電子の運動がターゲット28のイオン化
を促進するのでスパッタされた物質が基板nに付着する
λ この場合スパッタによる陰極路上のターゲット28にお
ける侵蝕領域は、電界と平行の磁界HがHclu≧−H
eとなる範囲においてリング状に形成される。そして、
スパッタしている状態及び制御装置18が作動して侵蝕
領域が移動した際のスパッタしている状態は、監視装置
17により元素分析され制御装置18に伝へられ、該制
御装置が電流を調節するので所定の位置でスパッタする
ことができる。
もしコイル謳の磁界を当初H=O,次にH=Hhとなる
ように変化させたときは、第5図にみられるように合成
磁界はHlからルと変化し第6図に見られるように1侵
蝕領域がAからBK移動した状態でスパッタを行うよう
に々る。以上説明したように本発明に係る装置は、コイ
ル電流の変動によりターゲットの侵蝕領域を所定の通り
弯化させることが出来る。尚本発明に使用する監視−置
17としては、四重極質量分析器、イオンゲージ又は原
子吸光分光を用いて検出する装置などがある。また制御
装置18は、監視装置17の分析結果に応じて作動する
ように構成されているが、これだけに限るものではなく
波形電流郷の規定された電流を流すような機能を付加さ
せたものでもよい。
従って本発明に係る装置は、例えば−7図に示すように
円板にA、Bの物質を別々に同心円上に配置し友ターゲ
ットを陰極に設置した場合には、コイル電流を調節して
最初に物質BIIIK侵蝕領域が来て、次に物質A側に
侵蝕領域が来るようにした場合には、それぞれ別個にス
パッタされる為基板27には、物質B1物質Aの二層よ
りなる膜が形成出来る。また第7図に示すターゲットの
両物質の境界付近に侵蝕領域が来るように制御装置を介
してコイル電流を調節した場合には基板n上には、物質
A、Bよりなる合金ないしは化合物の膜を!成出来る。
さらに第8図のように物質A、B、Cをターゲットとし
て配置し九場合において侵蝕領域を最初が物質A側、次
に物質B、C側となるように制御装置を介してコイル電
流を調節した場合には、A−(BC)を単位とする多層
膜を形成することができる。
次に具体例としてAを鉛(Pb) 、Bをジルコニウム
(Zr) 、Cをチタン(Ti)として選択し良場合に
説明する。まず物質Pb 、Zr lTi ’)!’A
t 90s。
ot1o鳴雰囲気中のそれぞれ同一条件のもとでスパッ
タした場合に基板に堆積する割合は、実験によると15
,4:1,28:1,0であっi。そ?ニーテア、rと
’fi(D 面積比ヲ47J:52,7 K設定すると
共KPbll   ’とTi 、7.r側でスパッタす
る時間を1:18.6に設定し第9図のような波形電流
を流すと基板表面には、PbO−(Zro、B4 ・T
i 0044)Oxを単位とする層の重なりができる。
この場合にそれぞれの層が単原子層になるようにしてス
パッタ繰り返せば、Pb(zro、54・Tio、44
)o3なる組成で表わサレルシルコン酸チタン酸鉛化e
ad zirconate titanate)の結晶
を(001)方向に成長させることができる。
以上のように本発−明に係る装置は、従来のものに比較
して構造を複雑圧しなくとも、侵蝕領域を電気的Kかつ
所定の位置に移動させることが出来るため従来のものに
比較して、基板に対して複数の層からなる膜を付着させ
ることが出来るとか、任意の組成からなる合金の膜を付
着させることが出来るといった様々な用途を有するので
その利用価値は極めて高く、かつ監視装置で元素分析を
行い制御装置にスパッタの状態を伝えるよう圧している
ため精度の高いものを得ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来のマグネトロンスパッタ装置を表わす概
略図、第2図は本発明に係る装置の一実施例を表わす端
面図、第8図本発明に係る装置の陰極部の磁界の状態を
表わす状態図、第4図は本発明に係る装置の円筒型の実
施例をあられす一部断面図、第5図は磁界の変化と侵蝕
領域との関係を表わすグラフ、第6図はターグットの侵
蝕領域の状態を示す一部平面図1、第7図並びに第8図
は、ターゲットの実施例を示す平面図、第9図は、コイ
ルに流す液形電流の一態様を示す波形図である。 l・・・陽極       2へ・・陰極8・・・磁石
       4・・・基板11 、12・・・ペース
プレート13・・・円筒14・・・スパッタ室   1
5・・・陽極16・・・絶縁体     17・・・監
視装置18・・・制御装置    19・・・排気孔加
・・・ガス導入孔   カ・・・排気パイプη・・・ガ
ス導入バイブ  ス・・・陰極ス・・・絶縁体    
 δ・・・永久磁石加・・・円形コイル    n・・
・基板特許出願人 土 屋 英 俊 特許出願人 深 簾 龍 夫 代理人弁理士 稲 木 次 之

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  一対の陽極及び陰極と、この間の電界と直交
    する磁界を発生させる磁石とを基本構成とするマグネト
    ロンスパッタ装置において、前記陰極近傍に制御装置に
    よシミ界とほぼ平行な成分の磁界を変化させる磁石を有
    することを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
  2. (2)電界とほぼ平行な成分の磁界を発生させる磁石示
    コイル磁石から表シ、該コイル磁石に制御装置から規定
    された電流が流れるよう構成されていることを特徴とす
    る特許請求の範、囲1111項記載のマグネトロンスパ
    ッタ装置。
  3. (3)一対の陽極及び陰極とこの間の電界と直交する磁
    界を発生させる磁石とを基本構成とするマグネトロンス
    パッタ装置において、前記装置がスパッタする元素を分
    析する監視装置及び陰極近傍に電界とほぼ平行にかつ、
    前記監視装置からの信号に従がい作動する制御装置によ
    勤磁界を変化させる磁石を有することを特徴とするマグ
    ネトロンスパッタ装置。
  4. (4)電界と#1は平行に磁界を変化させる磁石がコイ
    ル磁石からな)、該コイル磁石に制御装置から規定され
    要電流が流れるように構成されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第8項記載のマグネトロンスパッタ装置
JP5339682A 1982-03-31 1982-03-31 スパッタリング方法 Granted JPS58171569A (ja)

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