JPS58752B2 - スパツタ装置 - Google Patents

スパツタ装置

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JPS58752B2
JPS58752B2 JP53158225A JP15822578A JPS58752B2 JP S58752 B2 JPS58752 B2 JP S58752B2 JP 53158225 A JP53158225 A JP 53158225A JP 15822578 A JP15822578 A JP 15822578A JP S58752 B2 JPS58752 B2 JP S58752B2
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JP
Japan
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substrate holder
target
substrate
film
sputtering
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JP53158225A
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English (en)
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JPS5582778A (en
Inventor
原邦彦
鈴木康利
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
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Publication of JPS5582778A publication Critical patent/JPS5582778A/ja
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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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、真空中で基板表面の被膜形成に用いられる回
転型のスパッタ装置に関するものである。
一般にスパッタ技術を用いることにより、真空蒸着技術
では難しい高融点物質、合金或は化合物の被膜形成が容
易にできる。
しかし、従来知られていた平行平板2極スパツタ装置で
は基板に耐着する膜の耐着速度が遅く、また、基板の温
度上昇も大きかった。
最近これに対し、スパッタ・ターゲット表面近傍に互に
直交する電界と磁界を設け、この直交電磁界中でマグネ
トロン放電を行うことによりターゲット表面近傍でのプ
ラズマ密度を高め、その結果スパッタ速度を高めること
ができるマグネトロン型スパッタ装置が実用となってい
る。
更に、このマグネトロン型スパッタ装置では、プラズマ
を磁界で閉じ込めて基板側とある程度隔離することがで
きるため、ターゲットの周囲の空間に陽極を設けてター
ゲットと陽極との間に電圧を印加して放電を行うならば
、基板に電子が流入することを抑制することが可能であ
り、従って基板の電子衝撃による温度上昇もある程度防
止することができることも知られている。
また、1回の真空室内の充填基板の数を増やして処理能
力を高めるために、基板ホルダーを円筒状になし、その
円筒の側壁に基板を止め、且つこれをターゲットに対向
して回転させる方式をもつ量産装置が多く実用化されて
いる。
しかしながら、前記の量産用の従来装置を用いて、基板
ホルダーを回転させながら例えば二酸化硅素などの被膜
を形成した場合、生成した被膜に、部分的な化学量論組
成の違いや密度差や結晶化程度の違った部分が局在し、
これを化学薬品でエツチングしたり、或はプラズマ等を
用いたドライエツチングなどを行おうとする場合、被膜
全体が均一にエツチングされず、局所的な残渣が発生す
る。
その為、例えば配線金属形成工程まで終了した半導体基
板の表面に前記スパッタ装置を用いて二酸化硅素被膜を
形成し、その後所定箇所に下地配線金属表面まで貫通す
る開孔部を設けて、ここに新たに第2の金属電極を設け
てなる構造のフリップチップ型半導体素子を形成しよう
とする場合、前記の開孔部に局部的にエツチングされな
い残渣物が発生し、これが原因となって良好なオーミッ
ク接触が得られなかつたり、また下地金属と第2の金属
電極との十分な機械的接着強度が得られず第2金属電極
が剥離するといった不具合が多発するという致命的な欠
点があった。
また、前記の密度差や結晶化程度の異なる局在部分とそ
の他の部分との境界部分はしばしば微細な亀裂が発生し
ており、その為に外界からの水分の浸入などが容易に起
って下地金属層の腐蝕が発生したり、また、いわゆるパ
ッシベーションの効果が著しく低い被膜しか形成できな
いという重大欠点があった。
また局在箇所以外の領域の被膜についても、前記の基板
ホルダーを回転して生成した場合は特にポーラスな膜し
か生成せず、この部分でもパッシベーション効果は極め
て低い状態にあるという欠点があった。
本発明は前記の欠点を克服するためになされたものであ
り、特に基板上のスパッタ膜の密度差や結晶化の程度が
局所的に異なってくる原因を考察した結果、スパッタ膜
が形成される空間が、スパッタ装置内のプラズマ空間中
である特定の領域に局在しているという発明者等による
発見事実に基づき、その特定領域に基板がさらされるこ
とがないように遮へい用の防着板を設けることにより、
均質で、エツチングによる残渣の発生しない良質なスパ
ッタ被膜を形成できるスパッタ装置を提供することを目
的とするものである、そのために本発明では、所望のタ
ーゲット、このターゲットに対向配置され連続的に回転
する円筒状の基板ホルダー、この基板ホルダーの側面上
に保持された複数の基板、及びスパッタ用電極を有し、
希薄なガス雰囲気中において前記基板ホルダーを連続的
に回転させた状態でもって前記基板ホルダー側向上の各
基板に順次スパッタ膜を形成するスパッタ装置において
、前記ターゲットに対向する側の前記基板ホルダーのほ
ぼ半円筒状側面を覆うように成した、はぼ半円状の断面
をもつ防着板が前記ターゲット及び前記基板ホルダー間
に配置され、その防着板において前記ターゲットと対向
しかつほぼ並行な位置関係にある前記基板のみが前記タ
ーゲットに対して露出するように開孔部が形成されるよ
うに構成したことを特徴とする。
以下本発明の詳細を一実施例に基いて説明する。
第1図は本発明の実施例としてプレーナ・マグネトロン
型スパッタ装置の真空室内機構を示す上面図である。
この回転型のスパッタ装置の全体構成については具体的
に図示してないが従来のものと同様である。
まず真空容器1には放電ガスとして例えばアルゴン(A
r)が封入してあり、5×1O−3Torr程度の真空
度にしである。
このガス雰囲気中には、この場合銅製の陰極2a及び磁
界形成用の永久磁石2bをバツギングプレートとする二
酸化硅素(SiO2)のターゲット2が配置され、この
ターゲット2と対向する位置に図示してない回転機構に
よって1rpm程度の速度で回転駆動される円筒状の基
板ホルダー3が配置されている。
本例ではターゲット2の表面から最も近接する基板ホル
ダー3の基板取付は面3aまでの距離は約50mmであ
る。
また円筒状の基板ホルダー3の側面には12面の基板取
付は而3aが形成され、本例ではこの一基板取付は面3
aの辺幅は70mmである。
またこの基板ホルダー3はスパッタ率の小さなステンレ
ス製であり陽極(この場合接地)を兼務している。
そして基板ホルダー表面に極力近接すべくこの表面から
最大2mmの間隙なへだてて、厚さ2mm程度の防着板
4が、基板ホルダー3上のターゲット2と対向する側の
半円周部分を覆う位置に配置されている。
この防着板4はスパッタ率の小さな材料としてステンレ
ス(例えばJIS規格No、SUS 304 )で構成
されており、基板ホルダー3と同様の接地電位にしであ
る。
これにより防着板4がプラズマ空間に置かれることによ
って放電のマツチングが損われるのを防いでいる。
なお、本例では絶縁体のスパッタ被膜生成のため、ター
ゲット2側にある陰極2aには500〜−3000V程
度の高周波電圧が印加される。
他方、スパッタ被膜の種類によっては直流電圧が使用さ
れるのはもちろんである。
次に、基板ホルダー3および防着板4の取付は位置関係
の理解を容易にするための斜視概念図を第2図に示す。
とりわけ、第1図において防着板4の開孔部4aの手法
、形状については次の実験結果に基いて案出されている
すなわち、発明者等の実験結果によれば、第1図に概念
的に示したプレーナ・マグネトロン型スパッタ装置にお
いて、(a)前記基板ホルダー3を回転させることなく
、ターゲット2に対向する位置に半導体基板5を静止さ
せて第1図中領域■の空間に配置してスパッタを行った
とき、生成する被膜は均質で、局所的な密度の差や結晶
化の程度の差が生じないこと、(b)第1図中領域■の
空間は、プラズマ密度が小さく生成速度も小さいが被膜
は成長すること、(c)領域■の空間で生成する被膜は
局所的な密度の差や結晶化の程度の差が甚しく、被膜を
エツチングしたとき、局所的な残渣を生ずること、(d
)第1図中領域■では被膜の生成はみられないことの、
4つの事実を得た。
上記実験結果から、従来の装置では、基板ホルダー3を
回転させながら被膜成長を行うことにより基板の処理能
力は大幅に増加できるものの、被膜生成過程で、基板が
前記の領域■を通過する途上で、好ましくない膜質の被
膜生成が起り、結果的に成長後の被膜の膜質は極めて不
均質なものとなることが分った。
そこで、少なくとも第1図中領域■の空間に相当する基
板ホルダー3の表面が、スパッタによって被膜生成され
ないように遮へいし、かつ基板ホルダー3の表面が対向
するターゲット2と平行関係になる領域■の空間部分の
みが露出するように防着板4及びその開孔部4aの形状
を定めればよい。
これにより基板ホルダー3を回転させながらスパッタを
行っても、実際に被膜生成が行われるのは均質膜生成領
域である領域■においてのみとなり、不均質な膜成長が
防止され、基板の処理能力の低下をきたさずに、均質な
スパッタ被膜の成長を行うことができるようになる。
ところで、本実施例では基板ホルダー3の断面形状を1
2角形としたため、第1図中の領域■の中心角は30度
となっているが、辺数を変えることにより当然その角度
範囲は変わってくる。
また、第1図中の領域■は、領域■の両側にそれぞれ中
心角で60度の角度範囲で示されているが、これはター
ゲット2の寸法等によって変化し、一般には第1図にお
いて半円周(領域■を含めて180度)に相当する境界
までスパッタによる被膜が生成される可能性があり、本
実施例の如く基板ホルダー3の半円周部分まで防着板4
で覆う方が好ましい。
なお、上述の実施例ではスパッタ被膜として二酸化硅素
(SiO2)膜を形成する場合を例にとって説明したが
、スパッタ被膜としては他にも各種可能であり、それに
応じてターゲット2の物質や放電条件を変えるようにす
ればよい。
以上述べたように本発明では、所望のターゲット、この
ターゲットに対向配置され連続的に回転する円筒状の基
板ホルダー、この基板ホルダーの側面上に保持された複
数の基板、及びスパッタ用電極を有し、希薄なガス雰囲
気中において前記基板ホルダーを連続的に回転させた状
態でもって前記基板ホルダー側面上の各基板に順次スパ
ッタ膜を形成するスパッタ装置において、不均質被膜の
生成領域が、スパッタ装置のプラズマ空間内に局在する
という事実発見に基づいて、被膜生成用の基板がこの領
域にさらされることを防ぐために、防着板をターゲット
に対向する基板ホルダー表面に配置し、この防着板中、
良好に被膜生成可能な領域に相当する所定箇所に開孔部
を設けることによって、ターゲットと対向する位置に基
板を静止させたときに得られる膜と同等の均質な被膜で
、かつエツチングによる残渣の発生もなく緻密な被膜を
、基板ホルダーを回転させながら基板処理能力を低下さ
せることなく基板表面に成長させることができるという
優れた効果を生むものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示すプレーナ・マグネトロン
型スパッタ装置の真空室内構成を示す上面図、第2図は
基板ホルダーおよび防着板の取付は位置関係の理解を容
易にするための斜視図である。 1・・・・・・真空容器、2・・・・・・ターゲット、
3・・・・・・基板ホルダー、3a・・・・・・基板取
付は面、4・・・・・・防着板、4a・・・・・・開孔
部、5・・・・・・半導体基板、■・・・・・・均質膜
生成領域、■・・・・・・不均質膜生成領域、■・・・
・・・薄膜非生成領域。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 所望のターゲット、このターゲットに対向配置され
    連続的に回転する円筒状の基板ホルダー、この基板ホル
    ダーの側面上に保持された複数の基板、及びスパッタ用
    電極を有し、希薄なガス雰囲気中において前記基板ホル
    ダーを連続的に回転させた状態でもって前記基板ホルダ
    ー側面上の各基板に順次スパッタ膜を形成するスパッタ
    装置において、前記ターゲットに対向する側の前記基板
    ホルダーのほぼ半円筒状側面を覆うように成した、はぼ
    半円状の断面をもつ防着板が前記ターゲット及び前記基
    板ホルダー間に配置され、その防着板において前記ター
    ゲットと対向しかつほぼ並行な位置関係にある前記基板
    のみが前記ターゲットに対して露出するように開孔部が
    形成されていることを特徴とするスパッタ装置。
JP53158225A 1978-12-19 1978-12-19 スパツタ装置 Expired JPS58752B2 (ja)

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JPS5582778A JPS5582778A (en) 1980-06-21
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JPS59178367U (ja) * 1983-05-10 1984-11-29 株式会社富士通ゼネラル スパツタリング装置
US5670030A (en) * 1996-03-19 1997-09-23 Optical Coating Laboratory, Inc. Methods for preparing low scatter optical coatings
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