JPS6086272A - 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、真空中で薄膜を作製するだめのス・やツク装
置、特に、基板の温度上昇及び損傷を防止することので
きるスノクツ、り装置に関する。

従来、薄膜を大量に作製するためのス・り、ツタ装置は
、第１図の構成例に見られるように、薄膜イ乍製を行う
ためのス・ぐツタ室１０及び基板トレー挿入室２０と基
板トレー取出室３０の合計３イ固の独立に排気して真空
を維持することが可能な真空室を持っている。３個の真
空室は間にケ゛−ト・ぐルブ２２及び３２を介して接続
されており１通常、ス／ｊ　ツタ室１０は真空保管され
、基板トレーの出し入れのだめに基板トレー挿入室２０
と基板トレーｊ［ｔ［３ｏとがり一／）ぐル少２４及び
３４によシ犬気開放されたり、排気口２３及び３３を経
て図示されていないポンプにより矢印ｅ及びｆの方向に
真空排気されたりする。基板を挿着した基板ｌ・レー１
１は、先ず基板トレー挿入室２０へ収納されて２次いで
入口扉２１及びケゞ−トパルブ２２を閉じた状態で、排
気口２３から図示されていないポンプにより矢印ｅの方
向へ損気される。基板トレー挿入室２０の圧力が充分低
くなった時点でケ゛−トパルプ２２が開かれ、基板トレ
ー１１は図示されていないレールに載って矢印ａの方向
に順次スパッタ室に送シ込まれる。ここで、基板上に薄
膜が形成され、／ｆ＋−１−バルブ３２を経て矢印すの
方向に送られる。移送された基板は最後に基板トレー取
出室３０に送シ込まれ、そこにため込まれる。最初に基
板トレー挿入室２０にため込捷れていたすべての基板ト
レー１１がスバ、り室１０を経由して基板トレー取出室
３０に移送された後に。

ク グートバルプ３２が閉じられる。さらにリークバルブ３
４が開らかれて大気中におかれる。そして。

扉３１が開かれて基板トレー１１を取出すことができる
。スバ、り室ｌＯには７図示されてい々いボンベより矢
印Ｃの方向にガス尋人孔１２を経てガスが導入され、他
方で図示されていないポンプにより排気口１３を経て矢
印ｄの方向に排気される。こめ結果、導入ガス流量と排
気ガス流量が均衡した状態でスパック室内は放電状態を
維持し。

スパッタリングを行うのに適した１Ｏ−３Ｔｏｒｒ乃至
２ １０　Ｔｏｒｒの範囲の予め決められた一定圧力に保た
れる。また、必要によＶ、スパッタ室内には基板加熱ラ
ンプ１７が設けられ、薄膜が形成される前段階で基板ト
レーは熱線の照射を受けて基板の温度が上昇される。ス
パッタ室内には、基板トレーの進行方向に清って３個の
スパッタ電極１４！１４　’　、　１４“がその上部に
それぞれターケゞット１５゜１５’、　１５“を取付け
た状態で絶縁体１６　＋　ｉ６’＋１６“を介して組込
まれ、配置されている。各電極には、それぞれスパッタ
電源４１　、４１’、、、　４１“と電源と電極間の給
電線４２　、４２’　、　４２“及び電源とアース間の
結線４３　、４３’　、　４３“からなるスパッタ電源
系が接続され、電力が供給される。基板トレー１１は３
個のクーケゞット１５　、　ｉ５’　１５“に対面して
順次移動することにより、それぞれのターケ゛ットから
飛来するスパッタ粒子の堆積を受けて基板上に薄膜が形
成される。各ターゲットの材質は用途によシ同質の場合
と異質の場合といずれにしてもよい。なお２図において
、電極数は３個であるが２本発明が有効となるのは２個
以上であって特に数の」二限を定めるものではない。

第２図は、第１図におけるス・Ｑ７タ電極１４の具体的
な構成を複数のスパッタ電極の代表として示したもので
ある。電極１４は電極ハウジング１４０とその内部に組
込まれた磁石組立５０及びターケ゛ット組立１５から成
シ、絶縁体１６を介してスパッタ室内壁面１０１に設け
られた開口１０２から真空側にターケ８ット面１５１が
露出されるような形状をとり５図示されていない複数の
ネジ類を用いたクランプ機構により取付は固定されてい
る。ターゲット１５はターケゞット板１．５１及びター
ゲット押え治具１５２．ターゲット裏板１５３から成り
１図示されていないボルトによす電極ハウジング１４０
に固定されている。電極ハウジング内の凹状空間１４１
内には中心部磁石５２．外周磁石５３及びヨーク５１か
ら成る磁石組立５０が組込まれている。更に図示されて
いないが、空間１４１内にはハウジングの外部から冷却
水を導入、かつ排出してターゲット裏板１５３に接触せ
しめ、放電を行う際にターグツ、）　１５１表面に発生
する熱を冷却水を媒介として外部に放出することが望ま
しい。ハウジング１４０とターゲット裏板１５３の間の
気密は０リング１４２によって保たれ、また電極１４と
絶縁体１６との間の気密は０リング１４３により、絶縁
体１６と真空容器壁】０１との間の気密は０リング１４
４によってそれぞれ保持される。一方、ターゲット１５
の真空側に露出する面のうち５本来ス・ぐツタすべきタ
ーケ゛ット面１５１以外の面が望ましくないイオン衝撃
を受け、スパッタされるのを防止するだめにシールド】
４４が開口１０２０周辺に設けられ１図示されていない
ボルトによシ真空容器壁１０１の真空側に固定されてい
る。

第３図（ａ）　＋　（ｂ）および（ｃ）は、第２図のハ
ウジング内に設けられた磁石組立５０の動作を説明する
ためのそれぞれ断面図、平面図および斜視図である。こ
れ等の図において′、中心磁石５２のターゲット裏板１
５３に近い方の磁極はＮ極とされ、外周磁石５３のター
ゲット裏板に近い方の磁極はＳ極とされる。従って、中
心磁極から出発して外周磁極へ達°する矢印５４で示す
磁力線が形成される。図では磁力線の数は有限にしか示
すことができないが。

実際は無限である。この結果、磁石組立を設けたス・母
ツタ電極においては、第２図のターゲット１５の表面上
に中心から出て外周に入る無数の磁力線力が環状に配置
される。このような状態で。

ス・やツタ電極にアース電位に対して負の高電圧を印加
すると、ターゲット表面に垂直な電界と前述のよう々形
状の磁界との組合わせにより、電子はクーグツト表面を
磁力線の環状配置に清って環状のドリフト運動を行う。

その結果、低電圧大電流の放電が達成され、高速でス・
やツタ膜の作製を行うことが可能となる。！、た。第４
図は、ターゲット表面上における電子のドリフト運動の
軌道を示す。図において、電子は環状線５−５に清って
矢印の方向にドリフト運動を行う。

第５図（、）は、第１図の従来例における３個のスパッ
タ電極に同時に電力を供給してスパッタリングを行うと
きのそれぞれのターゲット表面上における電子のドリフ
ト運動の軌跡を示す。図に見られるように、全く同じ構
成の磁石組立を内蔵するス・ぐツタ電極を３個並列配置
する結果、隣りあうクーグツト１５と１５′の接近して
並行しているドリフト電子の軌跡αとβは、その電子の
走行方向が反対になる。同じく隣りあうターケ８ット１
５′と１５“の接近して並行しているドリフト電子の軌
跡γとδは、その電子の走行方向が反対向きになる。

この結果、隣シあって走行する軌跡内の電子は互に反撥
しあい、結果として回転する電子の集団は相互に他の電
子集団をターケ８ット１５．、１５’　。

１５”の表面から基板トレー１１の方向に接近せしめる
ような作用をもたらす。それ故、このような状態で薄膜
を作製すると、基板トレーは電子の強い衝撃を受けて温
度が上昇するばかりでなく、薄膜素子機能にも重大な損
傷を受ける。その温度上昇及び損傷の程度は、第１図に
おいて１個のス・やツタ電極１４にだけ電力を供給して
薄膜を作製した場合から推定されるよシもはるかに大き
い。また、第５図（ｂ）は、第５図（、）の電極配置に
おける３個の磁石組立と、それによって発生する磁力線
の相対的位置関係を示す。この図から判るように。

第３図（ａ）における磁石組立が１つの場合と異υ。

同じ磁石組立５０　、５０’　、　５０“が並列に配さ
れると、磁力線は相互に影響を及ぼしあって隣りあう磁
石組立の間の空間Ａ及びＡ′に生ずる磁力線が反撥しあ
う。この結果、ス・ぐツタ装置の内部の空間Ａ　、　Ａ
’にはターゲット表面から基板トレーの間を結ぶような
磁力ｍ５６，５６’が生じて、放電を行う際に電子はど
れらの磁力線に沿って基板トレー側に入射しやす＜−ｈ
ｖ　、弊害の生ずることが判るであろう。

そこで９本発明の目的は、」二記の問題を解決するため
に、複数個のスパッタ電極内に配置される磁石組立の構
成を全て同一にせずに＝ＩＩ）Ｊ’）合うス・母ツタ電
極内の磁石組立を中心磁石と外周磁石の磁極の方向を反
対にすることによって、ス／＜”、７タリングを行う際
の基板面にプラズマから入射する電子のエネルギーを低
め、電子の基板面衝撃に起因する基板の温度上昇および
損傷を防止することのできるスパッタ装置を提供するこ
とにある。

本発明によれば、真空に排気するためのポンプを備え、
た真空容器と、該真空容器内にあって薄膜を処理するだ
めの基体を取付ける基体ホルダーと。

前記真空容器内において基体に対向して該基体上に成膜
するだめに配設された平面状ターゲットを備えだ複数の
スパッタ電極と、前記真空容器にガスを供給し、他方で
排気し表から真空容器内の圧力を適切に維持するガス制
御系と、前記複数のスバ、り電極に電力を供給するスパ
ッタ電源系とからなるスパッタ装置において、前記平面
状ターゲットをそれぞれ有する複数のスパッタ電極には
。

それぞれその平面上に電磁界による電子の拘束力によっ
て環状の閉じだ電子のドリフト運動の軌跡が形成され、
かつそれぞれのスパッタ電極がターゲツト面上における
電子のドリフト運動の方向が。

隣シあう電極の最も近い場所において同方向で平行する
ように配列されたことを特徴とするスパッタ装置が得ら
れる。

次に１本発明によるスフ９ツタ装置について実施例を挙
げ２図面を参照して説明する。

本実施例においては、第１図のス・やツタ装置における
３個のス・ぐツタ電極１４　、１４’および１４“に対
応して、それぞれス・ぐツタ電極’　４　＋　１４’ａ
および１４″が用いられる。このうち２両側の電極１４
および１４“には、第３図（ａ）に示すものと同じ構成
の磁石組立５０および５ｏ〃が内蔵されるが。

中央のスパッタ電極１４′ａには、第６図（ａ）に示す
ごとき構成の磁石組立５０′ａが内蔵されている。その
他の構成は第１図と同じであり、以降ス・母ツタ電極１
４’ａを除き、それぞれ第１図と同じ符号を参照して説
明を行う。さて、磁石組立５０’ａの構成を示す第６図
（ａ）において、ヨーク５１′ａ上における中心磁石５
２′ａのターゲット基板に近接する側の磁極はＳ極、外
周磁石５３′ａのターゲット裏板に近接する側の磁極は
Ｎ極である。従って、第３図（ａ）の磁石組立の場合と
比較すると、磁力線の方向は逆に外周磁極より出発して
中心磁極へ達する。なお、第６図（ｂ）は、第６図（ａ
）の磁石組立の平面図を示す。

まだ第７図は、第６図（ａ）、（ｂ）に示す磁石組立５
０′ａをスパッタ電極１４′ａのノーウジング１４０ａ
内に内蔵して放電を行うときの、ターゲット裏板におけ
る電子のドリフト運動の軌道を示す。図において、電子
の走行する方向を示す矢印が第４図の場合と逆方向であ
る点に注目されたい。

第８図（ａ）は、上記３個のスパッタ電極１４う１４’
ａおよび１４″の配置によ９３個の電極に同時に電力を
供給してスパッタリングを行うときのそれぞれのターケ
ゝット表面上における電子のドリフト運動の軌跡を示す
。第５図（ａ）と比較して、３個のターケ８ノドの中の
中央部のターケゝット１５’ａの上のドリフトの軌跡５
５′ａの電子の走行方向を示す矢印の向きが反対になっ
ている点に注目されたい。この結果、隣シあうターケ゛
ット１５と１５１とが接近して並行しているドリフト電
子の軌跡αとβ′とはその電子の走行方向が同一となシ
、同じく隣シあうターケゝｙ　ト１５’ａと１５“との
接近して並行しているドリフト電子の軌跡γ′とδとは
その走行方向が同一となる。従って、生じていた回転す
る電子の集団の相互反撥は抑制せしめられ、複数の電極
に同時に電力を投入してスパッタリングを行っても。

基板の温度上昇及び電子衝撃に起因する損傷は充分低く
保つことができる。第８図（ｂ）は、第８図（ａ）の電
極配置、における３個の磁石組立と、それにより発生す
る磁力線の相対的表関係を示す図である。

第５図（ｂ）の場合とは異シ、隣シあう磁石組立の間の
空間Ａ及びＡ′に生ずる磁力線は反撥しあわずに一方の
磁極か６出て他方の磁極に入る。この結果。

スパック装置内において空間Ａ、Ａ’にはタークー゛ッ
ト表面と基板トレーの間を結ぶような磁力線は殆んど形
成されない。従って、３個のスバ、り電極を並べても、
そのために電子が基板トレーに極めて多く入射するとい
うような現象は起こらない。

なお、」二記の実施例においては、３個のスパッタ電極
を配置した場合を例にして示しであるが。

ス・ぐツタ電極の数はそれに限らない。寸だ、スパッタ
電極の形状も矩形に限らず５例えば、第９図のクーグツ
）　１５　ｂ　、　１５’ｂおよび１５“ｂに示すとと
く２円形のものに対応して配置することができる。

第１０図は９本発明によるスパッタ電極の他の例を説明
するだめのターケゝットの配置を斜視図により示したも
のである。との図において、基板を挿着した２点鎖線で
示す円筒形基板ホルダー１１１は、その中心軸１１２の
・まわりに回転する。基板ホルダーの外側に配置された
３個のターゲット１５　ｃ　、　１５’ｃ　、　１５″
ｃの表面上では、それぞれ矢印をもつ環状線５５ｃ　、
　５５’ｃ　、　５５“Ｃによシ示されるよう・社軌跡
をもつ電子のドリフト運動が行われる。

まだ、第１１図は２本発明によるス・ぐツタ電極のさら
に他の例を説明するためのターゲットの配置を平面図に
より示したものである。この例によれば、６個の円形タ
ーグｚ）１５　１〜１５−６が中心点Ａのまわシに同一
平面上に等間隔で配置されている。各ターケ゛ット面上
にはそれぞれ矢印をもつｔつの環状線５５−１〜５５−
６により示されるような軌跡をもつ電子のドリフト運動
が行われる。なお１本図に示されていない基板は、ター
ケゝットの配置された面から離れて平行に配置された基
板ホルダー」二に取付けられており、中応点Ａに垂直な
軸のまわりに回転しながら６個のターケ゛ットに順次対
面していき、そのス・ぐツタ粒子を自身の」二に堆積す
る。これによって基板上に薄膜が形成される。

以上の説明により明らかなように７本発明によれば、複
数個のスパッタ電極のうち、隣り合うス・ぐツタ電極内
の磁石組立を中心磁石と外周磁石の磁極の方向を反対に
することによって、基板面にプラズマから入射する電子
エネルギーを抑制することが可能となり、これによって
基板の不要な温度上昇や損傷を防止でき、薄膜処理に対
する良品率の向上が得られる点においてその効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は複数のス・、ｐ　ツタ磁極を組入れた従来のス
・′Ｐツタ装置の構成例を示す側断面図、第２図は。 第１図におけるスパッタ電極１４の具体的な構成を複数
のスパッタ電極の代表として示す断面図。 第３図（ａ）　、　（ｂ）および（ｃ）は、第２図のハ
ウジング内に設けられた磁石組立５０の動作を説明する
だめのそれぞれ断面図、平面図および斜視図、第４図は
、第２図のターケ゛ット表面上における電子のドリフト
運動の軌道を示す図、第５図（ａ）は、第１図の従来例
における３個のス・母ツタ電極に同時に電力を供給して
スパッタリングを行うときのそれぞれのターケ゛ット表
面上における電子のドリフト運動の軌跡を示す図、第５
図（ｂ）は、第５図（、）の電極配置における３個の磁
石組立と、それによって発生する磁力線の相対的位置関
係を示す図、第６図（ａ）および（ｂ）は９本発明の実
施例として、第１図における３個のうちの中央のスパッ
タ電極に代えて適用される磁石組立の構成を示すそれぞ
れ断面図および平面図、第７図は、第６図（ａ）および
（ｂ）の磁石組立をス・やツタ電極１４’ａのハウジン
グに内蔵して放電を行うときの、ターダット表面におけ
るドリフト運動の軌道を示す図、第８図（、）は３個の
スパック電極１４　ｔ　１４’ａおよび１４″の配置に
よシ。 ３個の電極に同時に電力を供給したときに生ずるターケ
゛ット表面上における電子のドリフト運動の軌跡を示す
図、第８図（ｂ）は、第８図（ａ）の電極配置における
３個の磁石組立と、それにより発生する磁力線の相対的
な関係を示す図、第９図は本発明の実施例における３個
のスパッタ電極の形状を円形にした場合のそれぞれ対応
するターケ゛ット表面−ヒにおける電子のトリプト運動
の軌跡を示す図。 第１０図は本発明によるスバ、り電極の他の例を説明す
るためのターケ゛ットの形状および配置を示す斜視図、
第１１図は本発明によるスパッタ電極のさらに他の例を
説明するためのターケ゛７トの形状および配置を示す平
面図である。 図において、１０はスパッタ室、１１は基板トレー、１
４．１．４’　、１４’ａ　＋　１４“はスパック電極
。 ］、　５　、１．５’　、　１．５’ａ　、　１．５″
はターゲラｌ−、５０。 ５０’　、　５０′ａ　、　５０“は磁石組立＋　５１
．５１’ａはヨーク＝　５２　＋　５２’ａは中心磁石
、５３，５３′ａは外周磁千１図 弗２図 第６図（の 第６図（ｂ）　第７図 第９図 第１０図 壓月図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１ｆ、空に排気するだめのポンプを備えだ真空容器と
   、該真空容器内にあって薄膜を処理するだめの基体を取
   付ける基体ホルダーと、前記真空容器内において基体に
   対向して該基体」二に成膜するために配設された平面状
   ターケゞットを備えた複数のス・ぐツタ電極と、前記真
   空容器にガスを供給し。 他方で排気しながら真空容器内の圧力を適切に維持する
   ガス制御系と、前記複数のス・ぐツタ電極に電力を供給
   するス・ぐツタ電源系とからなるス・ぐ。 夕装置において、前記平面状ターケ゛ットをそれぞれ有
   する複数のス・ぐツタ電極には、それぞれその平面状に
   電磁界による電子の拘束力によって環状の閉じだ電子の
   ドリフト運動の軌跡が形成され。 かつそれぞれのス／やツタ電極がターケ″ット面上にお
   ける電子のドリフト運動の方向が、隣りあう電極の最も
   近い場所において同方向で平行するように配列されたこ
   とを特徴とするス・怖夕装置。