JPS6328985B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に大面積の基板上にスパツタ薄膜
を形成するためのスパツタリング装置に関する。
スパツタリング装置におけるスパツタリング源
（ターゲツト電極）は必ずしも均一な膜厚分布特
性を与えるものではない。第１図は従来のスパツ
タリング装置の構成図の１例で、１０１はスパツ
タリング槽、１はスパツタ薄膜を付着しようとす
る対象基板、２はスパツタリング源であるターゲ
ツト電極、１０２は基板ホールダーで、３は対象
基板１とターゲツト電極２の間の距離を示す。第
１図に示す例においては、スパツタリング源とし
てプレーナマグネトロン型ターゲツト電極が使用
されている。第２図は第１図に示す装置配置で得
られる対象基板１上の膜厚分布を表わす。第２図
の横軸は円形の基板上の測定点の基板中心からの
距離を表わし、縦軸は中心附近の平均的な膜厚を
任意に100％とした価を表わし、その絶対的な値
には意味がない。一般に、プレーナマグネトロン
型ターゲツト電極を用いる場合には、第２図に示
すような付着膜厚分布が得られる。しかしなが
ら、この付着膜厚分布は、例えばターゲツト電極
２と対象基板１の間の距離３、ターゲツト電極裏
面に設置される磁石の配置、およびターゲツト電
極２の減り具合、等によつて様々に変化すること
が知られている。以上はプレーナマグネトロン型
ターゲツト電極についてであるが、他のスパツタ
リング方法および電極についても、第２図に示す
分布とは異なるけれども、付着膜厚分布のかたよ
りおよびターゲツト電極の消耗にともなう変化は
必ずあるものである。

第３図は第２図に示した膜厚分布特性を経時的
に示したもので、第３図中、４は全くの新品のタ
ーゲツト、５は10時間後、６は20時間後、７は50
時間後の付着膜厚分布特性である。ただし、ター
ゲツトの電力は10kwである。第３図から明らか
なように、付着膜厚分布はターゲツトの消耗に伴
つて大きく変化するが、変化の多少は対象基板と
ターゲツト電極の間の距離、またはプレーナマグ
ネトロン型ターゲツト電極ではターゲツト裏面に
設置される磁石の強さおよび配置によつて左右さ
れる。しかし、第３図に示す付着膜厚分布の経時
特性が一般的である。

均一な付着膜厚分布を得るためには、プレーナ
マグネトロン型ターゲツト電極の場合には、例え
ば、ターゲツト電極裏面の磁石の配置を機械的に
一定の周期で変化させたり、永久磁石と電磁石、
または電磁石によつてターゲツト電極前面の磁界
分布を変化させたりして、膜厚分布を平坦化する
ことも行なわれている。他の付着膜厚分布均一化
の方法としては、エレクトロン・ビーム蒸着で利
用されている回転型基板ホルダ（プラネタリー・
モーシヨンをする基板ホルダ）により基板自体を
回転させる方法も実用されている。しかしなが
ら、上記従来の方法には以下に列挙するような欠
点があつた。

(1) ターゲツト表面の磁界分布を変化させる方法
では、８インチのターゲツトによる付着膜厚分
布の不均一性はφ125mmのウエハを対象とする
場合、±10％程度である。ターゲツト電極と対
象基板の間の距離を大きくすれば、この不均一
性を±５％以下にすることができるが、対象基
板上の成膜速度が1/4程度に低下し、ターゲツ
ト電極材の利用率、生産時間の増大の両面から
不利である。

(2) 基板ホルダを回転させる方法では、複雑なプ
ラネタリー・モーシヨンを真空槽に導入しなけ
ればならず、装置構成が複雑になる。上記装置
構成の複雑さは、インライン型の連続スパツタ
リング装置を構成する際に、致命的な欠点とな
る。

(3) ターゲツト電極の消耗の進度にしたがつて対
象基板上の付着膜厚分布が変化してゆくので、
ターゲツト電極と対象基板の相対位置を変化さ
せないスパツタリング装置では、上記ターゲツ
ト電極の消耗にともなう付着膜厚分布の変化を
補正することが困難である。

(4) ターゲツト電極と対象基板の相対位置を変化
させずにスパツタする装置では、付着膜厚分布
特性が経時的に劣化し、ターゲツト電極材料の
消耗にともなうターゲツト電極の寿命よりも先
に付着膜厚分布特性からの寿命が到来し、ター
ゲツト電極の利用率が著しく悪い。

本発明の目的は、したがつて、以上述べた従来
の方法の欠点を除去し、大面積の基板に均一な付
着膜厚のスパツタ薄膜を長時間に亘つて形成する
ことができるスパツタリング装置を提供すること
である。

上記目的を達成するために、本発明によるスパ
ツタリング装置は、複数個のスパツタリング用タ
ーゲツト電極を備え、スパツタ膜が上記ターゲツ
ト電極を使つて対象基板上に順次形成され、その
際、上記ターゲツト電極の寸法、上記基板と上記
ターゲツト電極の間の間隔、それぞれのターゲツ
ト電極を駆動するスパツタリングの時間、および
スパツタリングの電力を変化させることによつ
て、それぞれのターゲツト電極による付着膜厚が
互に他を補い、かつそれぞれの付着膜厚の比が各
ターゲツト電極が消耗してゆく際のそれぞれの付
着膜厚分布特性の経時変化を長時間に亘り対象基
板上でのスパツタ膜膜厚分布特性を広範囲に亘り
適正に保つように補償するごとく補正されること
を要旨とする。

第３図に示したスパツタ膜膜厚分布特性につい
て本発明の要旨を説明するに、第３図に示された
場合においては、特に対象基板上の中央部におい
て付着膜厚分布の減少が著しい。最初に、第１の
ターゲツト電極として第３図の付着膜厚分布を与
えるターゲツト電極を用い、対象基板上に薄膜を
形成する。この第１回の膜付着後、第１のターゲ
ツト電極に隣接して設けられた第２のターゲツト
電極の前に対象基板を適当な方法によつて移動さ
せる。この第２のターゲツト電極を基板中央部に
おいて比較的高い膜付着速度をもつものにしてお
けば、この補助ターゲツト電極によつて第２回目
の膜付着を行ない、両ターゲツト電極のそれぞれ
の付着膜厚特性を重ね合せることによつて、対象
基板上に均一な膜厚分布のスパツタ薄膜を形成す
ることができる。すなわち、第１のターゲツト電
極によつて得られた付着膜厚分布の上に第２のタ
ーゲツト電極によつてスパツタ膜を形成し、第１
のターゲツト電極による成膜量と、第２のターゲ
ツト電極による成膜量との比を成膜時間を変化さ
せるなど適当な方法によつて定め、第１および第
２のターゲツト電極によつて得られる対象基板上
の総合付着膜厚を広い範囲に亘つて均一に得るこ
とができる。必要な場合には、さらに、第３、第
４のターゲツト電極を用いることができる。

スパツタリングのターゲツト電極のもつ付着膜
厚分布がターゲツト電極の消耗の進展にともなつ
て変化してゆくことは前に述べたが、本発明によ
れば、複数個のターゲツト電極が持つそれぞれの
付着膜厚分布を任意に重ね合せてゆくことができ
るから、あらかじめ各ターゲツト電極の消耗にと
もなう付着膜厚分布の変化を知つておけば、各タ
ーゲツト電極への投入電力を適正な総合膜厚分布
を得るように経時的に制御することによつて、単
一のターゲツト電極のみによつて適正な膜厚分布
が得られる時間よりも遥に長期に亘つて適正な膜
厚分布を得ることができる。

以下に、附図を参照しながら、実施例を用いて
本発明を一層詳しく説明するけれども、それらは
例示に過ぎず、本発明の枠を越えることなく、い
ろいろな変形や改良があり得ることは勿論であ
る。

第４図は本発明によるスパツタリング装置の構
成図である。真空槽１０のなかに、第１のターゲ
ツト電極１５と第２のターゲツト電極１６とが設
置されている。スパツタ膜を付着する対象である
基板２０はゲート・バルブ２１を通つて真空槽の
中に導入される。真空槽１０に導入された基板２
０は第１のターゲツト電極１５に対して同心軸上
に固定され、第１のターゲツト電極１５によつて
スパツタ膜を付着される。所定の膜付着速度で所
定時間だけ第１のターゲツト電極１５を使つて基
板２０にスパツタ膜を付着した後、基板２０を第
２のターゲツト電極１６に対して同心上の位置に
移動させ、固定する。ついで、第２のターゲツト
電極１６によつて第２回目のスパツタ膜付着を行
ない、この後に基板２０をゲート・バルブ２１′
を通つて真空槽１０から取り出す。真空槽１０は
第４図に示すように、ゲート・バルブ２１″を備
えた隔壁によつて主真空室と副真空に分割するこ
ともできる。２２は真空槽１０を排気するための
排気系に至るバルブを意味し、第４図に示すよう
に真空槽１０が二つに分れているときは、バルブ
もまた２２および２２′のように２個備えるのが
有利である。

第５図は本発明によるスパツタリング装置を用
いて得られる基板２０上の付着膜厚分布特性を示
す。第５図の標軸は第２図と同じものを意味し、
第５図Ａは第１のターゲツト電極のみによる付着
膜厚分布特性、第５図Ｂは第２のターゲツト電極
のみによる付着膜厚分布特性、第５図Ｃは両ター
ゲツト電極によつて得られた基板２０上の総合付
着膜厚分布を示す。第５図Ａに示す曲線は直径８
インチの第１のターゲツト電極と基板間の距離を
60mmとしたときに、第５図Ｂに示す曲線は直径４
インチの第２のターゲツトと基板間の距離を105
mmとしたときに得られたものである。第５図に示
曲線は両方のターゲツト電極がいずれも新しいと
きに得られた。いま、ターゲツト電極への投入電
力をＰ（ワツト）、ターゲツト電極による成膜時間
をｔ（秒）とすれば、各ターゲツト電極による成
膜の厚さはＰ×ｔの価に概略比例することが知ら
れている。第５図Ｃに示す曲線は第１のターゲツ
ト電極による成膜のＰ×ｔの価と第２のターゲツ
ト電極による成膜のＰ×ｔの価を10：１に選んだ
ときに得られたものである。第５図Ｃに示す曲線
を与える条件のまゝ長時間両ターゲツト電極１５
および１６の使用を続けると、総合付着膜厚分布
は第６図Ａ，Ｂ，Ｃに示すように変化してゆく。
第６図Ａ，Ｂ，およびＣはそれぞれ10時間，20時
間，および50時間後の総合付着膜厚分布を示す。
第６図から明らかな通り、スパツタを開始してか
ら２時間程度では、総合付着膜厚分布の不均一性
は±３％以下に収つているが、10時間以上になる
と不均一性は±３％を越え、50時間後には±20％
に達する。

第７図は第１のターゲツト電極による成膜のＰ
×ｔの価と第２のターゲツト電極による成膜のＰ
×ｔの価を上述した10：１から10：３まで、各時
点での膜厚分布が最も平坦化されるように30分毎
に変化させていつたときに得られた膜厚分布特性
の経時変化を示す。曲線３０，３１，および３２
はそれぞれスパツタを開始してから20時間、50時
間、および100時間目の総合付着膜厚分布特性で
ある。第７図から明らかな通り、本発明によれ
ば、50時間後の総合付着膜厚分布特性の不均一性
は±50％に収つている。

以上説明した通り、本発明によれば、 １ 長時間に亘つて対象基板上に均一な厚さのス
パツタ膜を付着させることができる、 ２ 大面積の対象基板に対しても、比較的容易に
ほぼ均一な膜厚分布特性を得るように補償する
ことができる、 ３ 膜厚分布を考慮にいれた時のターゲツトの寿
命を延すことができる 等の利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスパツタリング装置の構成を示
す図、第２図はプレーナマグネトロン型ターゲツ
トによつて得られる、一般的な付着膜厚分布特性
を示す図、第３図はプレーナマグネトロン型ター
ゲツトによつて得られる付着膜厚分布特性の経時
変化の１例を示す図、第４図は本発明によるスパ
ツタリング装置の構成を示す図、第５図は新しい
ターゲツト電極を用い、第４図に示す装置を使つ
て得られる付着膜厚分布特性を示す図、第６図は
第５図に示す付着膜厚分布特性の経時変化を示す
図、第７図は第４図に示す装置を使つて膜付着条
件に補正を加えながら得られる付着膜厚分布特性
を示す図である。 １０……真空槽、１５……第１のターゲツト電
極、１６……第２のターゲツト電極、２０……基
板、２１，２１′，２１″……ゲート・バルブ、２
２，２２′……排気系に至るバルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個のスパツタリング用ターゲツト電極を
   備え、スパツタ膜が上記ターゲツト電極を使つて
   対象基板上に順次形成され、その際、それぞれの
   ターゲツト電極による付着膜厚が互いに他を補
   い、各ターゲツト電極が消耗してゆく際のそれぞ
   れの付着膜厚分布特性の経時変化を、対象基板上
   でのスパツタ膜厚分布特性を広範囲に亘り適正に
   保つように補償するごとく、上記それぞれのター
   ゲツト電極によるスパツタリングの時間とスパツ
   タリングの電力との積を変化させることによつ
   て、それぞれのターゲツト電極による付着膜厚の
   比を補正することを特徴とするスパツタリング装
   置。