JPS6277462A - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、基板上に均一な厚さの膜を形成する場合に
使用して好適なス・母、タリング装置に関する。

〔背景技術とその問題点〕

一般に低圧気体放電の際、イオンや高エネルギー原子が
電極を衝繋し、１ｋＬ極から原子を叩き出す現象をス・
童、タリングと呼んでいるが、この原理を薄膜製作に応
用したものが、ここにいうスノ４　ｙタリング装置であ
る。

このスパッタリング装置による成膜は一般に、（１）真
空槽内への基板の取付け、 （２＋　　真空ポンプによる真空槽内の排気（１０〜１
０　　Ｔｏｒｒ　）、 （３）真空槽内へのアルゴンガスの導入（５Ｘ１０　〜
５Ｘ１０　　Ｔｏｒｒ　）、（４）電極への電圧印加に
よる放電の発生、（５）　　スパッタリングによる膜の
基板上への堆積、のＩｌｑで行なう。

この場合、印加する電圧は負の直流（直流スパッタリン
グ）又は高周波電圧Ｃ高周波ス一ぐツタリング）である
。前者が導電性物質のスノヤ。

タリングしか出来な込のに比べて、後者は絶縁物ノスバ
、タリンダも可能である。又、最近は、陰極近傍のマグ
ネットの適当な配貨により、直交電磁界を利用して、ロ
ーレンツの式に従って運動するプラズマをターｆ、）近
傍の局所空間に閉込めたマグネトロン方式が、堆積速度
を大きくする点から多く用いられている。スｚ４　ｙ　
ｐリングによシ得られた付着膜は、その強度においては
、他の蒸着法による膜に比べ優れていると共に、高融点
金属を付着出来る利点がある。

一方、被着基板側の付Ｍ址、若しくは得られる腿の膜厚
は電極と基板間の距離及び電極間の電圧、真空度等によ
って決定される放電状態によって変化し、これらの条件
を一定に保つことが出来れば、均一な膜厚は得られる訳
だが、実除にはカンート９ターｒ９トに対向して配性さ
れた基板上の場所により、膜厚が大きく異なる。

このため、このような装置を用いて均一性を゛要求され
るようなデバイスに膜形成する場合、基板は極めて小さ
ｈディメンシ、ンに限られる欠点が有った。この対策と
して、従来、基板サイズに比較して非常に大きなターゲ
ットが必要であシ、機能の割に大掛殴になってしまって
いた。

又、基板を成膜中に移動させる工夫が考えられルカ、ス
／母、タリンダ装置の有する複雑な電極構造のため、加
熱や水冷、逆ス・ソック、・々イアスス／母、夕を可能
にしてかつ基板移動力の伝達機構を組込むことは困難で
あった。そのため、基板の回転は、基板の中心とは異な
る中心軸の周囲を回る公転式のみを用いるのが常であっ
た。

一部、蒸着装置に使用されるのと同様の遊星回転（自公
転）治具を取付ける場合もあったが、この場合には水冷
、逆スー母ツタ、バイアススパッタ等制約され、成膜の
対象が一部の基板、一部の材料に限られる欠点を有して
いた。又、公転のみの場合や遊星回転（自公転）治具を
用いた場合でも、±（５〜１０）％の膜厚分布を満たす
のがせいぜいで、基板寸法も大きく取れない点は従来型
とそう変わらなかった。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、極めて
良好な膜厚均一性が得られるス／やツタリング装置を提
供することである。

〔発明の概要〕

この発明は、ス・母ツタされたターｆ、）粒子が基板上
に堆積する際、場所による違いを時間的に均一化させる
べく、基板を自公転運動させるようにしたもので、公転
運動回転力を利用して自転運動を起こさせるようにする
ことにより、従来の水冷、加熱、逆ス／４′ツタ、バイ
アスス／４、りの機能を少しも損わずに、±（３〜５）
％の範囲に膜厚分布を押えられるように改良し、その目
的を達成したものである。又、更に膜厚分布を向上させ
るため、ターグツトと基板の間にシールド９マスクを設
け、その開口形状を最適化して、ス・平、夕された粒子
の空間分布の改善効果も自公転運動に付加せしめ、より
一層、目的達成を容易ならしめたものである。

〔発明の実施例〕

先ず、この発明に至った、いくつかの実験結果について
述べる。

実験に用いた装置を示すと、第１０図のようになるが、
この第１０図はこの発明のペースになった２極式ス一や
、タリング装置である。この装置は、ターゲット、基板
を夫々上下に水平に据付けてス／４．夕する方式である
が、天地逆あるいはサイドスパッタ方式でも同様である
。即ち、真空槽１内にはターゲット２と処理台６が対向
して配設され、この処理台６上には基板装着台５が置か
れ、この基板装着台５上には基板４が装着固定されてい
る。そして、上記ターゲット２と基板４との間には、シ
ャッター３が配設されている。尚、上記ターゲット２は
、直径１３０■のものが取付けられている・又、基板４
はターゲット２の大きさから高々直径１０（ｈ＋ｍのも
のまでが装着可能である。処理台６は水冷、加熱、回転
可能にしある。回転は、基板４から見て公転のみである
。成膜実験を行なうに当シ、次の条件を固定した。

（１）残留ガス圧カニ　５ｘｌＯＴｏｒｒ（２）導入ア
ルゴンガス圧カニ　ｌＸｌ０　　Ｔｏｒｒ（３）　　基
板温度：常温（水冷） （４）　　スパッタパワー：ａｏｏｗ （５）　　印加高電圧種類：ＲＦ （６）　　ス／４′ツタ時間：６０〜１２０分（７）　
　基板：４インチシリコンウェハー鏡面仕上げ（８）タ
ーグツト：直径１３０ｍ％Ｃｒ尚、膜厚の測定は、基板
４上に堆積した膜をステ、デエ、チした後、触針式段差
測定器（商品名：タリステ、デ）によシ行なった。第１
１図の（ｍｌは処理台６を回転させないで、成膜した場
合の膜厚分布、同図の（ｂ）は処理台６を回転（基板は
公転）させて成膜した場合の膜厚分布である。このとき
、±２０％の分布が生じていた。

次に、基板４の自公転化を行なった。このために基板装
着台として、第２図ｉａｌ　、　ｒｂｌに示すコマ状の
ものを作製した。基板装着台１５の側面に９本の突出部
例えばアーム１２を突設し、シャッター３の外部近傍か
ら鉛直下向きに８本の突出部例えばピン（図示せず）を
下ろし、処理台６に回転軸孔を穿設し、上記アーム１７
とピンが接触する際の力で基板装着台１５を自転させる
仕組みである。このときコマ状の基板装着台１５は、処
理台６が１回転するごとに４００ずつ自転する。このと
きのスパッタされた膜厚分布が第１１図の（ｅ）であシ
、分布の著しい改善が見られた。又、このとき基板装着
台１５を処理台６から僅か（０，５ｍｇ程度）に浮かせ
るので、基板４の冷却効果が損われるのではないか懸念
されたが、基板装着台１５と処理台６の温度をス／４．
タ直後に測定したが、共に２０℃で、基板装着台１５は
充分常温に保たれていることが確認出来た。次に、更に
膜厚の分布を改善すべく、ターゲット２と基板４の間に
シールドマスクを挿入した。第４図に示すようなシール
ドマスク２０を形成し挿入したところ、ｉｌ１図の（ｄ
）の更に均一性の良い膜厚分布が得られた。

次に、以下、図面を参照して、この発明の具体的な一実
施例を詳細に説明する。この発明のスｚ！　、タリング
装五は、従来の欠点を改善するために、基板装着台を回
転可能にし、かつシールドマスクも取付けるようにした
もので　ｇ１図乃至第５図に示すように構成されている
。

即ち、第１図に示すように、支持台７上には真空槽８が
配設され、この真空槽８は上記支持台７下方に設けられ
た真空排気系９に連結されると共に、側方に設けたガス
Ａ人系１０にも連結されている。上記真空排気系９は、
例えば１０−’　Ｔｏｒｒの真空度まで排気出来る。一
方、上記真空槽８内の上方には、ター１’、ト１１が配
設されている。このター’ｆ”、トＪ１は陰極１２に固
定され、この陰極１２は電源系１３に接続されている。

更に、上記ターｃ、トｉノに対向して処理台１４が上記
真空槽８内の下方に配設され、この処理台１４上に基板
装着台１５が偏心して回転可能に配置されている。そし
て、上記支持台７上に取付けた真空用モータ（南示せず
）により上記処理台１４が回転駆動される。

上記基板装着台１５は、既述のように第２図（＆）。

（ｂ）に示すように構成され、中心に円錐上の回転軸１
６を有し、この回転軸１．６が上記処理台１４上に穿っ
た回転軸孔に回転可能に半固定されている。又、この基
板装着台１５の側面には、９本の突出部例えばアーム１
７が突設されている。更に、上記真空槽８内壁には、上
記基板装着台１５のアーム１７と接触するように８本の
突出部例えばピンＪ８が突設固定されている。

そして、第３図（ａｌ　、　（ｂ）に示すように、処理
台Ｊ４が回転すると、基板装着台１５のアーム１７と、
真空槽８に固定されたピンＪ８の接触する際の力で、基
板装着台１５を自転させるようになっている。上記処理
台１４は陽極の役目を備えておシ、水冷、加熱も可能で
ある。更に、基板装着台Ｊ５に装着した基板１９上の膜
厚分布を良好にせしめるために、ター１’、ト１１と基
板１９の間、即ち、ター１＝、ト１１の手前にはシール
ドマスク２０が挿入しである。この場合、膜厚分布を補
正すべく穏々の開口形状のマスクを試み、第４図に示す
ようなシールドマスク２０を選択して２行されている。

このようなスパッタリング装置によシ付着するには、先
ず被付着基板１９を基板装着台１５に装着固定する。こ
の固定には、−例としてネジ止めが考えられる。そして
、基板装着台１５、従って基板１９の数は、処理台１４
上に余裕がある限シ、複数可能である。又、真空槽８内
を排気系９によシ真空にし、ガス導入系１０によジ所定
のガスを導入する。その後、処理台１４をモータによシ
躯動回転させ、アーム１７とピン１８の接触により、基
板１９をターゲット１１に対して自公転運動させる。同
時に、電源系１３から陰極１２と処理台（陽極）１４に
所定電圧を印加して、付着を行なう。

〔発明の効果〕

この発明のスパッタリング装置は、上記説明及び図示の
ように構成されているので、基板装着台１５の簡単な加
工と真空槽８へのピン１−８の取付けにより、膜厚均一
な付着が可能となる。

そして、発明者の実験によれば、直径１３０冒のＣｒタ
ー’）’、ト１１を用いて直径３．５インチのアルミ基
板上に膜を形成したところ、筑１１図のｒｄｌに示すよ
うな±３％の分布におさまる極めて良好な膜厚均一性を
得た。

〔発明の変形例〕

上記実施例では、ター１”　−／　）　１１と基板１９
を水平の位置関係とし、基板１９を下側に設けたが、タ
ーｆ、ト１１を下に、基板１９を上に取付けても、同様
の効果を得ることが出来る。

又、成膜中の異物混入を避けるため、基板１９とターゲ
ットＪＪ’（Ｈ鉛直方向に対向させることも可能である
。この場合には、基板装着台１５と処理台１４との回転
可能な接続関係に注意し、例えば第５図に示すように、
基板装着台２５が処理台２１をピン２２で貫通し、ナツ
ト２３とバネ２４で半固定すれば良い。

又、第６図乃至第９図は、この発明の変形例を示したも
ので、上記実施例と同様効果が得られる。

即ち、第６図は、基板装着台１５の側面に突出部として
ピン２６を設け、このピン２６をピン１８に接触させて
いる。

又、第７図は、基板装着台Ｊ５が回転軸１６を軸に回転
しているが、片側に衝が掛かるので、処理台１４上を基
板装着台１５がこすシ粉が出易いので、基板装着台１５
と処理台１４の間にベヤリングのが一ル２７を介在させ
て、処理台Ｊ４上を基板装着台１５がこすらないように
してｂる。更に、必要に応じ基板装着台１５と処理台Ｊ
４の間に、シリコンオイルを塗っても良い。

又、第８図は、基板装着台Ｊ５の側面に空出部として複
数の三角形部２８を一体に突設し、いわゆる星形に形成
したもので、この三角形部２８がピンＪ８に接触するよ
うになっている。

又、第９図は、第８図と同様に基板装涜台１５の側面に
突出部として複数の三角形部２９を一体に突設し、更に
シールドマスク２０から星形ピン３Ｑを突出させて、上
記三角形部２９と接触させている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るスパッタリング装置
を示す断面図、第２図乃至第５図はこの発明のスパッタ
リング装置における各部を示す側面図、平面図、断面図
、第６図乃至第９図はこの発明の変形例を示す側面図、
平面図、第１０図はこの発明のペースとなる２極式ス／
４’、タリング装置を示す断面図、第１１図はこの発明
のスノやツタリング装置における膜厚分布を示す特性曲
線図である。 ８・・・真空、９・・・真空排気系、１０・・・ガス導
入系、１）・・・ター’！’、ト、１３・・・電源系、
１４・・・処理台、１５・・・基板装着台、１６・・・
回転軸、１７・・・アーム（第１の突出部）、１８・・
・ビン（航２（Ｄ突出部）、１９川基板、２０・・・シ
ールド９マスク。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 】４ １１３！Ｑ 第４ａ！ａ 第５１！Ｉ 第６５５ 第７図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）気密に出来る真空槽と、この真空槽内に対向して
   配設されたターゲット及び処理台と、この処理台上に置
   かれた基板装着台と、上記処理台に一定の回転力を伝え
   る回転機構と、上記ターゲットに電力を供給する電源系
   と、上記真空槽内を排気する排気系と、上記真空槽内に
   放電ガスを導入するためのガス導入系とを具備してなる
   スパッタリング装置において、 上記基板装着台は１個以上の第１の突出部を有すると共
   に上記処理台上に運動可能に保持され、更に上記真空槽
   内に１個以上の第２の突出部が設けられ、この第２の突
   出部と上記基板装着台の第１の突出部との接触により、
   上記処理台に加えられた一定回転力にて上記基板装着台
   を回転させながらスパッタリングを行なうことを特徴と
   するスパッタリング装置。
2. （２）上記ターゲットの手前に、膜厚分布修正のための
   シールドマスクを設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のスパッタリング装置。