JPS5825475A - スパツタ装置 - Google Patents

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】 本発明は基板上に物質を付着するスパッタ装置特に絶縁
物及び磁性体のスパッタを主目的とする逆スパツタ機構
及びバイアススパッタ機構を有するスパッタ装置に関す
るものである・ スパッタ装置は、半導体の成膜プロセスにはかかせない
重畳な役割をはにす様になった。特Ｋｌ／ｌｐ３縁物に
代表される高融点材料は蒸着中気相成長（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等０７ｐＯ
セスによって得られるものよ〕優れた特性のものを基板
材上に付着させることができる・又、半導体の成膜プロ
セスではないが、磁性体のスパッタにもその特性や膜の
再ｍ性が良好な点で、広く利用されている・ さらに、尚技術分野では公知の如く、逆スパツタ機構の
導入によ）、＠を基板＃に付着させる前に、基板電極に
高圧電力を印加し、基板材の表面をイオン衝撃によルク
リーニングする。いわゆる逆スパツタを行うことにより
て、そのｖｋＫ付着させる膜との付着強度を増すことが
できる。又５通常のスパッタと同時に逆スパッタ管重畳
するバイアススパッタ法は、ｌＩの形成中にリスバッタ
リング現象を積極的に利用して、スパッタし先陣Ｉ［Ｏ
プレーナ化を計る手段として、あるいは、既に基板材上
に形成された膜の段差の部分への絶縁物の回シ込みをう
ながす手法として、さらには特ＩＣ。

磁性体のスパッタで膜の形成中に取９込まれ缶気ＩｌＩ
性劣化のもとに１にシやすす、酸素、水素あるｂは水酸
基等の除去を行う丸めの手法として知られている。この
バイアススパッタ法は、絶縁物をスパッタすることを主
目的とするスパッタ装置では高周波電圧を、導電物置を
スパッタする装置では直流又は高ｊＩｌｉ波電圧を基板
電極に加えることによって実現される。ここで、リスバ
ッタリング現象とは、基板電極に発生する負の電圧によ
り、形成中の薄１［Ｋ対し、正イオン衝撃を行す、これ
Ｋよる再放出現象を行わせることを言う。

以上述べたバイアススパッタ法を実現する肉として、１
９７１年９月発行Ｉ　ＢＭ　　ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉ
ｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　ｊ［１４巻４号
第１０３２頁に記載されたスパッタ装置が知られており
絶縁薄膜のプレーナ化に使用されて来た。【７かしなが
ら、この方法は一つの高周波電圧を基板電極及びターゲ
ット電ｆｉｇｓつの可変リアクタンスを介して印加する
必要があるため、非常に複雑である・しかもこれＫは熟
練した技術者による取扱が必要であＬ結局、大規模な半
導体素子等の生産グロセスには不向きであった・又、他
の公知のバイアススパッタ法を実現する内として、ＩＢ
ＭＪｏｕｒ−ｎａｌ　ｏｆ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　ａｎｄ
　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　　１９７０年、菖１４巻２
−８．菖１７２乃至１７５頁に記載されたＪ　−８、Ｌ
ｏｇａｎ氏による論文ｒｃｏｚｔｔｒｏｌ　ｏｆＲＦ　
　８ｐｕｔｔｅｒｅｄ　Ｆｉｌｍ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅ
ｓ　ｔｈｒｏｕｇｈＳｕｂｓｔｒａｔｅ　’ｌ’ｕｎｉ
ｎｇＪに示された同調陽極システムがある。この装置は
チャンバとは絶縁された基板電極と基準電位部（普通接
地Ｓ）間にインダクタンスＬとキャパシタンスＣＫよる
共振回路が設けてあ〕、この共振回路のｌ１ｌｌｉｌｎ
！Ｉで、基板電極を通る鳥局波電訛を、従って基板から
のリスバッタ級ｔ−１１１１１１することができる・し
かし、基板ｗｔ極を流れる高側ｔＩＬｗｔｔ＆に制限が
あるためリスバッタ量は限定され薄−〇プレーナ化塘で
は不可能であった。

又、直流高圧電源によるスパッタ装置には適用不可能で
あった。

さＩＫ、バイアススパッタ法を実現する。他の公知的と
して、高周波ｗｔ源及び直流高圧電源のいずれにも適用
できる。二電源システムがある。これは、ターゲット電
極と基板電極に、それぞれ独立した２個の高周波又は直
流の高圧１ｔｆｊｊＪ、を接続し一方の電源で膜形成用
のスパッタ現象を、他の電源でリスバッタ現象をおこさ
せるものである・しかしながら、このシステムには二つ
の高圧電源を必要とするため、装置全体が高価になり、
又、それぞれの電源が相手側電源の負荷となるためｗｔ
＃自体に負担がかかシ１回路的な工夫が必要であったー 一方、磁性体のスパッタでは基板材上に付着した磁性体
＊［Ｋ＆磁気異方性を付与するため、外部より磁界を印
加する必要がある・この外部からＯ磁界方向は、スパッ
タ装置にプラズマ収束用としてしθ付属している永久磁
石（又Ｆｉ、プンズマ収束用コイル＞ＯｔＢ界方肉方向
ずしも一致するものでは麦＜、促って、との磁気異方性
を付与するための外部磁界はプラズマ収束を低減させる
原因となっていた一 本発明の目的は、前記従来の欠点を解決し、逆スパッタ
法、バイアススパッタ法の効果全島め。

さｂＫａ性体に磁気異方性を付与することＯ可能なスパ
ッタ装置を提供することである。

本発明は基板電極表面に対して、略平行く磁束が分布す
るように１前記基板電極内に永久磁石を配置したことを
特徴とする。

以下１本発明につｂて、実施例を示す図面を参照して説
明する・第１図は本発明を採用した畠周波スパッタ装置
を示す、仁の装置は先に述べたＬＯｇａｌ１氏のバイア
ススパッタ法、即ち同一陽極システムに本発明を用すた
実施例である＠　ＩＪＯｇａ（１氏が発表したシステム
は、基板電極と接地部間に接続されえインダクタンスと
コンデンサのａ　列ＩｆＪ調回路を含み、この回路は共
振点（ゼロリアクタンス）を介して容量性リアクタンス
２５為ら誘導性リアクタンスまで変化し得る・更に、こ
の回路は。

基板ｇ極と接地部間の浮遊容量に並列に同調させること
もできるので、基板電極と接地部間の正味のりアクタン
スはゼロから非常に大きい誘導性。

又は、容量性まで変化せしめることができる。このシス
テムでは前記の回路を容量性から誘導性まで変化させる
ことによＩＩ、基板電極とスパッタ中のチャンバ内部に
発生するプラズマの導電性領域と０間のインピーダンス
が制御され、よって基板電極に誘起される電圧、及びタ
ーゲット電圧に対する位相を制御することができる。

ｌｉ１図に示す本発明によるスパッタ装置は低圧チャン
バ１を含み、それは基準電位２に、即ちこの場合接地電
位に接続されている。チャンバは金属台板３を含み、チ
ャンバ内が真空に保たれるよう気密構造となっている。

チャンバ１は例えばステンレス又はアルミニウム合金で
作られている。

アルゴン等の適当なガスが入口（図示せず）から導入さ
れ、真空ポンプ及び圧力調整器（図示せず）によって低
圧に保たれ、チャンバｌ内にターゲット電極４が配置さ
れ、その上にスパッタされる材料、ガえば、絶縁物とし
てＳｉＯ，、Ａｌ、Ｏ□磁注体としてＮｌｃｅ合金等の
ターゲット５が取付けられて−る。ターゲット電極４を
取巻くように、それと電気的に絶縁され基準電位に接続
されたチャンバ１と同電位の導電性極間シールド６が設
けられている。ターゲット電極４及びターゲラ）５に近
接対抗して、基板電極７と、この基板電極７を取勺囲む
ように基板シールド８が般けられ、基板電極７の１忙は
、試料となる基板材９（ｆｉえば、フェライト、セラミ
ック、Ｓｉウェファ−等）が配置される。基板電極７は
絶縁支持部材１０に、ターゲット電極４は絶縁支持部材
１１にそれぞれ取付けられている・ターゲット電極４及
び基板電極７には、それぞれ冷却水パイプ１２及び１３
を通して冷却水が盾壊し、プラズマ族ＩＥＫよる。ター
ゲット電極４．ターゲットｆｆ−５及び基板１ｔ１７更
には基板材９の温度上昇を防ぐようになっている・ 基準電位点２即ち接地点と、ターゲット電極４との間に
高周波（岡えば、１３．５６メガヘルツ）発生ａｉ１４
がマツチングボックス１５を直列に介して接続されてい
る。マツチングボックス１５はインダクタンス及びコン
デンサから成る回路網で（詳細は図示せず）そのインピ
ーダンスが可変てきるようＫなっておシ、スパッタ作業
中の高周波発生器１４からの電力をターゲット電極４に
効率よく伝送する役割をもつ、基板４極７は高周波イン
ダクタンス１６及び可変コンデンサ１７が直列に接続さ
れた基板電極同調回路１８を通して接地点２に接続され
ている。基板電極同調回路１８はスパッタ作業中の基板
電極７の電位を制御する。

即ち基板電極７と接地点２間の可変高周波インピーダン
スは、それを通して流れる高周波４流により高周波電位
全発生するが、これは結果として、ターゲット５から飛
来し、基板材９の表面に付着し丸薄膜に負の直流バイア
ス１位を誘起する。従って、基板材９０表面て付着した
膜に対して、正イオン衝撃による再放出現象が発生する
。

上に記載したことは薄膜形成工程を含む技術に通じた業
者にとって周知である・しかし既に述べたように、従来
の装置では、リスバッタの輩は限定され、実用に供しな
りものであった。これは。

基板電極を通る充分な高周波″＃を流が倚られる前にシ
ステムが不安定になるからである。この年女定点では、
チャンバ＠壁近辺のプラズマ嬢ｋが増加し、それに応じ
てプＴズマから側壁へのインピーダンスが減する。これ
は＾周ｒＩＬｗＬ流のチャンバ側壁への転換を意味し、
従って基板電極に流入する高周波ｗＬｆＩＬが減する・ 本発明によるスパッタ装置では、基板電極７が中心部永
久磁石２０と外周部永久磁石１９及び高透磁率材料２１
（伺えば、パーマロイ）とで磁気回路を形成し、中心部
永久磁石２０Ｃ）Ｎ極（又は８極）から外周部永久磁石
１９の８極（又はＮ極）へ向けて、放射状Ｋｍ束２３が
分布する。中心部永久磁石２０と外周部永久磁石１９Ｆ
ｉ非ａ性金輌（Ｍ、ｔば、銅、アルミニウム）で作られ
先幕板台２４及び基板電極枠２５とで固定されており、
かつチャンバ内が真空に保たれるよう気密構造となって
込る。基板台２４と基板電極枠２５の内部２２は、冷却
水パイプ１３を通って来た冷却水が盾項している・ この様な構成を取ることによって、基板電極７とターゲ
ット電極４０間に発生するプラズマは磁束２３によって
、基板電極７０表面近傍のみに閉じ込められる丸め、基
板電極７に＠起される負のバイアス電位を高めてもシス
テムが不安定にならず、かつ基板材９の近傍に高ｍ度の
正イオン及び電子が分布するため、基板材９に形成中の
薄膜に僑央する正イオン量が増加し、従ってリエミッシ
曹ン量が増加することになり、効率が大きく増大した。

従来１本発明とｇ４供した構造をもつ平行平板マグネト
ロンスパッタ装置が存在するが、マグネトロンスパッタ
装置はプラズマをターゲット磁極表面に放射状磁界で収
束させ、スパッタ効率を改善する目的のもので本発明と
は全く目的をｇＫするものである・又、前記平行平板マ
グネトロンスパッタａｍでも１本発明と同様なバイアス
電位ｙり法ＶｔＭＡいて、リスバッメ効率を高めること
ができる。しかし、一般にマグネトロンスパッタを含め
たスパッタ装置はターゲット電極と基板ｔｔ極との距離
を任意に変光られる構造を有するため、＃記距離によっ
て大きくリスバッタ量が変化してしまう一〇である０本
発明ではプラズマは基板電極表！１１ｉＫ閉じ込められ
るため、この様な問題はなく、ターゲット電極と基板電
極との距離によらず、再現性よくバイアススパッタを行
うことができる。

又１本発明の他の目的である。磁性体のスパッタにおけ
る磁気異方性の付与に関して、第２図及び第３図を用い
て説明する。に２図は従来タイプの典型的スパッタ装置
の断面図である。従来タイプのスパッタ装置では、チャ
ンバ１の外部に設置された永久磁石２６による磁界２７
によって、プラズマをターゲット電極４と基板電極７と
の間に収束させてｂた。この磁界２７は基板電極７の表
面に垂直な磁界２８と平行な磁界２９に分解され従来ｍ
性体のスパッタでは、この平行な磁界２９を利用して形
成中の薄８１！磁性体に面内磁気異方性を付与していた
。しかし、かかる構造では、平行な磁界２９は、基板電
極中心部と外周部では、その大きさが違い、基板電極全
面で磁気％性の均一な磁性薄膜を得るめが困難であった
・又前述の様に、ターゲット電極４と基板電１ｉ７との
距離は一般に、任意に変えられる構造になってお）、こ
の距離によって、基板電極表面の平行な磁界２９は大き
く変化し、再現性がなかった。又、この問題を解決する
ため、更に外部から永久磁石又は電磁石等の手段によシ
基板魅極表面と平行な磁界を印加する方法も取られてｂ
た。しかし、この方法では、プラズマ収束用磁界２７０
分布が乱され、均一な磁気特性ｃ１磁性薄膜を得るどこ
ろか、スパッタ効率さえも大きく低下してしまうもので
ある。

又、ｆｆｌ気特性を改善するためＯバイアススパッタ法
を適用しても均一な特性を得るのは困難で°あった一 本発明では、＃Ｘ３因に示す基板−一７内の磁石配置、
即ち外周部永久磁石１９及び中心部永久磁石２０によ〕
、基板−極７０表面の中心部から外周部へ放射状の磁束
２３がはは均一に基板材９に加えられるため、前述のａ
ａ体のスパッタ（バイアススパッタ法な含む）でれ、形
成中の磁性薄膜に均一な磁気異方性を与えることがＬｆ
能となったー以上述べた。パイ７ススパツタ法は同ｌＩ
ｌ陽極システムに限らず他Ｏ公知のバイアス印加法を相
いても可能であることは明らかである。

一方、逆スパツタ法でも、基板（４１とターゲット１を
極間に妬生するプラズマは基板電極表面近傍に収束する
丸め、基板材表面０クリーニング効果を大きく改善でき
え・

【図面の簡単な説明】

諺１図は本発明によるスパッタ装置の実施内を示す概略
的な断面図、ｇ２ｍは従来タイプのスパッタ装置を示す
概略的な断面ｉｉｉ、第３図は本発明の基１ｌｌＬ電極
の磁石配置と磁束分布を示す平面図である・ １はチャンバ、４はターゲット電極、５はターゲット、
７は基板電極、１９は外周部永久磁石。 ２０は中心部永久磁石である。 発　１　図 第　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内部が減圧状態を保持しうるチャンバと、前記チャンバ
   内のターゲット電極および基板電極と。 これらの電極間にプラズマをつくる高圧電源とを含むス
   パッタ装置において、前記基板電極表面に対して、略平
   行に５束が分布するように、前記基板電極内に永久磁石
   を配置したことを特徴とするスパッタ装置。