JPS62107063A - スパツタリング装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は真空中で薄膜を形成するスパッタリング装置に
かかわ夛、特に成膜される基板上のパターン段差部への
付着率の高い膜を、高スループツトで生成するのに好適
なスパッタリング装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来の装置では１例えば特公昭５９−２２７８８号公報
に記載のように、径の異なる大小２個の電磁石を同心状
に配置して大小２つの環状プラズマを発生させ、基板の
回路パターン上に平担な膜を生成する方法がある。

一方１回路パターンの高集積化に伴い、パターン段差部
壁面の基板面に対する角度は直角に近付くので、基板全
面に亘って段差部への十分な付着率を確保するためには
、基板外周付近には小径プラズマによ）スパッタされさ
粒子の付着量を小さくシ、大径プラズマによ勺スパッタ
された粒子の付着量を大きくすることが必要であ）、従
って。

第２図に示すような、内側に垂直な壁面２０１をもつタ
ーゲット２０２を用いて成膜を行う方法が考えられる。

しかし、従来の装置で垂直壁面にプラズマを発生させ基
板上に成膜する場合、ターゲットからスパッタされた粒
子の基板上に付着する割合が小さく、成膜速度が遅くな
ってしまうという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、スループットが高く、かつ成膜する基
板上のパターン段差部付着率（以下、ステップカバレジ
という）が高くなるような成膜を行い得る電極構造をも
つスパッタリング装置を提供することＫある。

〔発明の概要〕

本発明は、真空成膜室を挾んで一対の電磁石を同軸上に
対向して配置し、ターゲットをその中間に曾き、基板を
ターゲットの両側に置く構造とし、かつ、該ターゲット
を、基板に対して垂直な円筒内面を有して小径プラズマ
を発生する内側ターゲットと、基板に対して傾斜したｉ
ｔ有して大径プラズマを発生する外側ターゲットとで構
成するものであシ、小径プラズマで内側ターゲットの円
筒内面からスパッタされた粒子の効果によシステノプカ
パレジの改善を図シ、さらに基板をターゲットの両側に
置くことにより成膜効率を高めるようにしたものである
。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図および第３図〜第８図
によシ説明する。

第１図は該実施例の装置の断面図である。図において、
１は真空容器、２ａ、２ｂは電磁石、３＆３ｂはヨーク
、４は内側ターゲット、５ａ、５ｂは外側ターゲット、
６は内側ターゲット４の冷却水用管路、７Ｑ、７ｂは外
側ターゲット５ａ、　５ｂの冷却水用管路、８および９
ａ、９ｂはアノード電極、１０および１１は絶縁体、１
２および１５ａ、１３ｂは冷却水導入管、１４ａ、１４
ｂは基板ホルダ、１５ａ−１５ｂは基板、１６はガス導
入口、１７はガス排出口である。

次に、プラズマ発生位置と基板上回路パターンだ対する
ステップカバレジとの関係について、第３図〜第７図を
用いて説明する。

第３図において、１０１は基板上の回路パターン、１０
２はパターン上に形成された膜である。

回路パターン段差部のステップカバレジは、平坦部１０
３と段差部１０４とＫそれぞれ付着した膜の厚さｔｌと
ｔｌとの比で表わされる。基板の全面に亘って平坦部１
０３の膜厚ｔ１をほぼ均一にするために、一般に、基板
外径よ勺も径の小さい小径プラズマと、基板外径よシも
径の大きい大径プラズマとによって成膜を行っている。

第４図に示す基板１０５とターゲット１０６との関係に
おいて、小径プラズマ１０７によシスバッタされた粒子
は、基板全面に亘って平坦部１０３に付着し、また、基
板中心付近では回路パターン１０１０両側の段差部１０
４，１０４′にも十分な量が付着するが、基板の小径プ
ラズマ１０７の径ψ１よシ大きな範囲、すなわち基板周
辺付近の回路パターン１０１の外向きの段差部１０４に
は付着しない。そこで、そのような外向きの段差部１０
４に成膜するために、基板の外径りよシも大きな径ψ２
をもつ大径プラズマ１０Ｂを用いる。しかし。

大径プラズマ１０８によりスパッタされた粒子は。

同時に平坦部１０３にも付着するため、基板周辺では、
外向きの段差１０４に付着する膜の厚さｔｌに比べて、
平坦部１０３Ｖｃ付着する膜の厚さｔｌの方がはるかに
大きくなシ、従ってｓ　ｔ＋とｔｌとの比。

すなわちステップカバレジが小さくなってしまう。

上記の問題の対策として、小径プラズマ１０７による基
板周辺の平坦部１０３へのスパッタ粒子付着量を少なく
する方法がある。以下、これについて説明する。

ターゲット１０６の小径プラズマ１０７が発生する面１
０９の傾きθ１と、基板１０５０周辺部分の平坦部１０
３への付着量ｔＩ′との関係は、第５図に示すようにな
る。この図から、ステップカバレジを良くするためＫは
、小径プラズマ１０フ０発生面１０９の傾きθ１は大き
いほど有利であシ、θ１の最適な値は９０°であること
がわかる。

一方、大径プラズマ１０８が発生する面１１０の傾きθ
２と、基板１０５０周辺部分のステップカバレジとの関
係は、第６図のようになる。この図から、θ２は小さい
方がステップカバレジが良くなることがわかる。しかし
、θ２と基板１０５の周辺部分の平坦部１０３の成膜速
度との関係は、第７図に示したようＫなシ、θ２が小さ
いと成膜速度は小さくなる。そこで、θ２については１
両者の兼ね合いから、ある適当な値を選んで用いる。

以上の検討に基づいてなされた本発明の実施例の装置の
動作原理を、以下に説明する。

ヨーク３ａおよびヨーク３ｂの真空容器１を挾んで対向
する側が互いに逆極性となるように電磁石２ａおよび２
ｂに電圧を印加すると、印加電圧の値、電磁石２ａと２
ｂとの間隔、およびヨーク３ａ、３ｂの寸法形状を適当
に決めることによう。

第８図の実線で示したような磁力線の分布パターンが得
られる。すなわち、ヨーク５ａおよび３ｂの面１８ａ、
１８ｂでは、中心付近からは面１８゜から１８ｂにほぼ
直線的に磁力線１９が延び、その一部は内側ターゲット
４の円筒状内面２０にほぼ平行に走っている。一方１面
１８＆および１８ｂの周辺部からは、ヨーク３ａのＮ極
とＳ極、ヨーク３ｂのＮ極と８％とを結ぶ磁力線が発生
し、その一部は、外側ターゲラ）５ａ、５ｂの表面付近
で、ターゲット表面の傾きとほぼ同じ傾きになっている
。

また、真空容器１の内部には、ガス導入口１６からアル
ゴン（Ａｒ）ガスが導入され、ガス排出口１７から外部
へ排出されて、内部は常に一定の圧力に保たれている。

この状態で、内側ターゲット４および外側ターゲット５
ａ、５ｂと、アノード電極８および９ａ、９ｂとの間に
電圧を印加すると、各ターゲットの表面近傍にはそれぞ
れのターゲットの表面に直角な方向に電界が発生し、電
界と磁界とが直交する図中破線で囲んだＡおよびＢ、Ｂ
’の環状領域に、マグネトロン放電によるプラズマが発
生する。

プラズマに曝された内側ターゲット４および外側ターゲ
ット５ｍ、５ｂの面から、ターゲット材料の粒子がスパ
ッタされて、飛散する。このとき、Ａの環状領域のプラ
ダｉによシ内側ターゲット４からスパッタされた粒子の
一部は、内側ターゲット４０両側の基板ホルダ１４．．
１４ｂによ）保持されている基板１５ａ、１５ｂＫ付着
するので、ターゲットに対して基板が片側にしかない従
来構造に比べて、成膜効率が向上する。

また、内側ターゲット４のスパッタされる円筒内面２０
は、基板１５ａ、１５ｂの表面に対して直角釦なってい
るために、第５図に示したように。

内側ターゲット４からスパッタされた粒子の基板１５ａ
、１５ｂの周辺部への付着量は少ない、一方、Ｂ、　Ｂ
’の環状領域のプラズマによシ外側ターゲッ）５ａ、５
ｂからスパッタされた粒子は、基板１５ａ、１５ｂ上で
は周辺部分によシ多く付着し、第３図に示した回路パタ
ーン１０１の周辺部分の外向き段差部１０４にも十分な
量が付着するため、良好なステップカバレジが期待でき
る。

以上説明したように１本実施例によれば、基板全面に亘
ってステップカバレジの良い成Ｍｋ行うことができ、か
つスループッ）１従来の装置に比べて高くできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、基板の直径よシ小さな径のプラズマを
、基板に対して直角なターゲツト面Ｋ、また基板の直径
よ）大きな径のプラズマを、基板に対しである角度をも
ったターゲツト面に、同時に発生させることができると
ともに、基板をターゲラ）１−挾んで両側に設置できる
ので、基板上の配線パターンに対するステップカバレジ
が良好なＭを高スループツトで生成できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるスパッタリング装置の
断面図、第２図はターゲットの断面図である。第３図〜
第７図はプラズマ発生位置と基板上回路パターンに対す
るステップカバレジを説明するための図で、第３図は基
板上の回路パターンと薄膜とを示す断面図、第４図はタ
ーゲットと基板の断面図、第５図は基板周辺平坦部の付
着量とターゲットの面の傾斜角θ１との関係を示す特性
図、第６図は基板周辺部のステップカバレジとターゲッ
トの面の傾斜角θ２との関係を示す特性図、第７図は成
膜速度と傾斜角θ２との関係を示す特性図である。第８
図は第１図のスパッタリング装置における磁力線の分布
を示す説明図である。 １・・・真空容器、２ａ、２ｂ・・・電磁石、　５ａ、
３ｂ・・・ヨーク、４・・・内側ターゲット、　５ａ、
５ｂ・・・外側ターゲット、８．９ａ、９ｂ・・・アノ
ード電極、１５ａ、　１５ｂ−基板。 代理人弁理士　小　川　勝　男　　ゝ 第１図 ’ｉｌ、ｑａ、ｔ７４　　アノポｔオｂ晃　２　図 箋　３　図 第４図 ’ｊＡｓ口　　　　　　　箪６０ 算ゴロ ひ２大

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空成膜室、電界発生手段および磁界発生手段と、
   薄膜材料からなるターゲットとで構成されるスパッタリ
   ング装置において、前記磁界発生手段は、前記真空成膜
   室を挾んで同軸上に対向した一対の電磁石を有し、前記
   ターゲットは、前記同軸上で前記一対の電磁石の中間に
   位置し、かつ前記電界発生手段と接続され小径プラズマ
   を発生させる内側ターゲットと、前記電界発生手段と接
   続され大径プラズマを発生させる外側ターゲットとを有
   し、前記内側ターゲットおよび前記外側ターゲットから
   スパッタされた粒子を付着させて薄膜を堆積させる基板
   を、前記同軸上で前記ターゲットの両側に配置するよう
   にしたことを特徴とするスパッタリング装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のスパッタリング装置
   において、内側ターゲットは、基板に対して垂直な円筒
   内面を有し、外側ターゲットは、該基板に対して傾斜し
   た面を有し、前記内側ターゲットと前記外側ターゲット
   とは互いに電気的に絶縁されており、かつそれぞれに冷
   却手段を有することを特徴とするスパッタリング装置。 ３、特許請求の範囲第２項に記載のスパッタリング装置
   において、小径プラズマは、内側ターゲットが有する円
   筒内面に発生し、大径プラズマは、外側ターゲットの有
   する傾斜した面に発生することを特徴とするスパッタリ
   ング装置。