JP2000297369A - スパッタリング装置 - Google Patents
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Abstract
供する。 【解決手段】真空槽11内に、ターゲット51〜53と同
じ位置に孔31〜33が設けられた複数のシールド板2
1〜23を配置する。ターゲット51〜53から斜めに飛
び出したスパッタリング粒子はシールド板21〜23の
表面に付着し、垂直に飛び出したものだけが基板12表
面に到達できる。従って、高アスペクトの微細孔内に薄
膜を均一に形成することができる。スパッタリングガス
をターゲット51〜53付近から導入し、反応性ガスを基
板12付近から導入し、基板12付近から真空排気する
と、ターゲット51〜53側には反応性ガスが進入しない
ので、ターゲット51〜53表面の変質を防止できる。
Description
の技術分野にかかり、特に、マルチカソードのスパッタ
リング装置に関する。
体装置や液晶表示装置の技術分野において、金属薄膜や
絶縁膜を形成するために広く使用されている。
パッタリング装置を示している。このスパッタリング装
置102は、真空槽111を有しており、該真空槽11
1の底壁上には基板配置部113が配置され、真空槽1
11の天井付近の基板配置部113上方位置には、ター
ゲットホルダ115が配置されている。このターゲット
ホルダ115の基板配置部113側の表面には、円筒形
形状のシールド筒106が複数個立設されている(この
図では、3個のシールド筒1061〜106 3が示されて
いる)。
ーゲット1051〜1053が1個ずつ配置されており、
基板配置部113上に成膜対象の基板を配置したとき
に、その基板と各ターゲット115とが向き合うように
構成されている。
リングを行った場合、各ターゲット1051〜1053か
ら放出されたスパッタリング粒子のうち、ターゲット1
05 1〜1053から斜めに飛び出したものは、シールド
筒106壁面に付着し、垂直に飛び出したものだけがシ
ールド筒106を通過できる。
13上に載置した基板を示しており、シールド筒106
を通過したスパッタリング粒子が基板112に入射する
と、そのスパッタリング粒子と基板112表面とが成す
角度は、最小でφになっている(入射角はπ/2−φ)。
この角度φで入射する場合に、スパッタリング粒子の入
射角が最大になる。
軸117が取り付けられている。この回転軸117は真
空槽111外に気密に導出されており、回転軸117を
回転させるとターゲットホルダ115が回転し、各ター
ゲット1051〜1053が基板配置部113に対して平
行に、水平回転できるようにされている。符号118
は、その回転軸線である。
は、ターゲットホルダ115を回転させながらスパッタ
リングを行うと、基板112表面への入射角が小さい状
態で、基板112表面に薄膜が均一に成膜される。従っ
て、高アスペクト比の微細孔内にも均一に成膜すること
ができる。
の内壁にスパッタリング粒子が付着するため、その部分
に薄膜が形成されてしまい、剥離するとパーティクルに
なるという問題がある。また、パーティクルが発生しな
いような表面処理をシールド筒1061〜1063の内壁
面に施そうとしても、筒内部には溶射ガンが入らないた
め困難である。
シールド筒1061〜1063内には、スパッタリングガ
スだけでなく、反応性のガスも侵入してしまうため、金
属ターゲット表面が窒化してしまい(例えば、Tiター
ゲット表面にTiNが形成されてしまう)、スパッタ率
が落ち、成膜速度が低下してしまうという問題がある。
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、円筒シールドを用いずに、入射角を小さくでき
るスパッタリング装置を提供することにある。
に、請求項1記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に
配置された基板配置部と、前記基板配置部と対向して配
置された複数のターゲットとを有するスパッタリング装
置であって、前記基板配置部と前記複数のターゲットと
の間には、複数の孔が形成されたシールド板が、複数枚
間隔を開けて配置されたことを特徴とする。
パッタリング装置であって、前記各シールド板に設けら
れた孔は、前記各ターゲットの法線上に配置されたこと
を特徴とする。
項2のいずれか1項記載のスパッタリング装置であっ
て、前記基板配置部上に載置された基板は、前記各ター
ゲットと前記各シールド板に対し、相対的に回転できる
ように構成されたことを特徴とする。
パッタリング装置であって、前記各ターゲットはターゲ
ットホルダに取り付けられ、前記各シールド板は、前記
ターゲットホルダが回転すると、一緒に回転するように
構成されたことを特徴とする。
項4のいずれか1項記載のスパッタリング装置であっ
て、前記基板配置部と前記ターゲットとの間に配置さ
れ、一方の開口部分が前記基板配置部側に向けられ、他
方の開口部分が前記ターゲット側に向けられた防着筒を
有し、前記各シールド板は、前記防着筒に着脱可能に取
り付けられたことを特徴とする。
スを導入できる第1のガス導入口と、反応性ガスを導入
できる第2のガス導入口とを有する請求項1乃至請求項
5のいずれか1項記載のスパッタリング装置であって、
前記第1のガス導入部は前記各ターゲット側に配置さ
れ、前記第2のガス導入口は前記基板配置部側に配置さ
れたことを特徴とする。
パッタリング装置であって、前記防着筒の外周部分には
シールドリングが配置され、該シールドリングと前記シ
ールド板とで、前記真空槽内の空間が、前記ターゲット
ホルダ側と前記基板載置側に区分けされていることを特
徴とする。
項7のいずれか1項記載のスパッタリング装置であっ
て、前記スパッタリングガスは、前記各ターゲットと前
記シールド板との間から、前記各ターゲット表面に進入
できるように構成されたことを特徴とする。
空槽内に基板配置部が設けられており、該基板配置部と
対向する位置に、複数のターゲットが配置されている。
基板載置部とターゲットの間には複数のシールド板がタ
ーゲットに対して平行に、互いに間隔を開けて配置され
ている。各シールド板には、各ターゲットと対向する位
置(即ち、各ターゲット表面の法線上)に、それぞれ孔が
設けられており、各ターゲットは孔を介して基板配置部
と面するように構成されている。
粒子のうち、垂直かそれに近い角度で飛び出したものだ
けが孔を通過し、基板配置部上に載置された基板表面に
到達することができる。斜めに飛び出したスパッタリン
グ粒子は、シールド板で遮蔽され、その表面に付着する
ので、基板に到達できない。従って、基板には、入射角
の小さいスパッタリング粒子だけが入射するため、高ア
スペクトの微細孔及び微細溝内に薄膜を形成することが
可能になる。
ットとが、平行な状態で相対的に回転できるように構成
しておくと、基板表面の有効領域全体に均一に薄膜を形
成することが可能になる。
にシールド筒を取り付け、シールド筒内でスパッタリン
グを行うようにすると、真空槽にスパッタリング粒子が
付着しないで済む。シールド板はシールド筒に着脱自在
に取り付けておけば、清掃が容易である。
用いているので、ターゲットやターゲットホルダと、タ
ーゲットに最も近いシールド板との間に隙間を設けるこ
とができる。この場合、スパッタリングガスを基板より
もターゲットに近い位置から導入し、反応性ガスを基板
に近い位置から導入し、基板に近い位置から真空排気す
ると、ターゲットが反応性ガスに曝されないので、ター
ゲット表面が変質することはない。
リングやシールド板により、真空槽内の空間を、ターゲ
ット側と基板配置部側に区分けしておくと、ターゲット
表面の変質は一層確実に防止できる。
説明する。図1を参照し、符号2は、本発明の一例のス
パッタリング装置を示している。このスパッタリング装
置2は、真空槽11を有している。
が水平に配置されており、天井側の基板配置部13の上
方位置には、ターゲットホルダ15が水平に配置されて
いる。
を示している。各カソード電極71〜79は、ターゲット
ホルダ15の、基板配置部13に向けられた表面に設け
られており、各カソード電極71〜79には、ターゲット
51〜59が1個ずつ配置されている。図1、2に示した
部分は、図3のA−A線截断面図に相当し、3個のカソ
ード電極71〜73及びターゲット51〜53が示されてい
る。
柱が鉛直に取り付けられており(ここでは柱は図示しな
い。)、その柱の下端部分には、シールド装置20が取
り付けられている。
と、円盤状の第1〜第3のシールド板21、22、23
とを有している。
同程度の径に形成されており、一方の開口部を基板配置
部13に向け、他方の開口部をターゲットホルダ15に
向けた状態で、基板配置部13とターゲットホルダ15
との間に配置されている。
23とは、防着筒25の上部と下部にそれぞれ配置され
ており、防着筒25の開口部分を塞ぐように取り付けら
れている。第2のシールド板22は、防着筒25の内部
中央位置に配置され、外周部分を防着筒25の内壁面に
密着して取り付けられている。
ターゲット51〜59と同数の孔がそれぞれ形成されてい
る。第1〜第3のシールド板21〜23に形成された複
数の孔を、それぞれ符号31、32、33で示す。
板22に形成され9個の孔を示している。各孔321〜
329同士の相対位置は、ターゲット51〜59間の相対
位置と同じになるようにされている。同様に、第1のシ
ールド板21に設けられた孔31同士の相対位置と、第
3のシールド板23に設けられた孔33同士の相対位置
も、ターゲット51〜59間の相対位置と同じになるよう
にされている。
板配置部13及びターゲット51〜59に対して平行にさ
れており、各シールド板21〜23の孔31、32、3
3は、ターゲット51〜59の法線上に位置するように配
置されている。従って、各ターゲット51〜59は、第1
〜第3のシールド板21〜23の孔31〜33を介し
て、基板配置部13と平行に向き合うようになってい
る。図1の符号39は、図面左端のターゲット51の法
線の1つを示している。
17が鉛直に取り付けられ、真空槽11外に気密に導出
されており、回転軸17を回転させると、真空槽11内
部の真空雰囲気を維持した状態で、ターゲットホルダ1
5を水平回転させられるように構成されている。図3の
符号59はターゲットホルダ15の中心点を示してお
り、各ターゲット51〜59は、この中心点59を中心に
水平回転することになる。
ード電極71〜79、ターゲット51〜59、シールド装置
20が一緒に回転し、各ターゲット51〜59は孔31〜
33を介して、基板配置部13に面した状態で回転する
ように構成されている。
ールドリング26が設けられており、真空槽11の壁面
のシールド装置20の上端付近には、第2のシールドリ
ング27が設けられている。従って、第1のシールド板
21、及び第1,第2のシールドリング26、27によ
って、防着筒25と真空槽11壁面の間の空間が上下に
分離される。第1,第2のシールドリング26、27
は、非接触の状態にあり、防着筒25が回転しても、摺
動しないようになっている。
第1,第2のシールドリング26、27によって仕切ら
れた部分のうち、ターゲットホルダ15側に位置する真
空槽11の壁面には、スパッタリングガス導入口(第1
のガス導入口)51が設けられており、基板配置部13
側の壁面(又は底面)には、反応性ガス導入口(第2のガ
ス導入口)52と排気口14とが設けられている。
てTiN薄膜を形成する場合を説明する。各ターゲット
51〜59は、Ti金属で構成されたものを用いる。
から真空槽11内部を真空排気しておき、真空雰囲気を
維持しながら基板を搬入し、基板配置部13上に載置す
る。図1、2の符号12は、その状態の基板を示してい
る。
リングガス導入口51からArガスを導入し、反応性ガ
ス導入口52からN2ガスを導入する。図1の符号53
の矢示はArガスの流れる方向を示しており、符号54
の矢示はN2ガスの流れる方向を示している。
入され、第1〜第3のシールド板21〜23の孔31〜
33を通って真空槽11外に排出されるため、ターゲッ
ト5 1〜59付近はArガス雰囲気になる。他方、N2ガ
スは基板12付近で導入され、排気口14から排気され
るため、ターゲット51〜59側には流れないようになっ
ている。
のシールド板21〜23と、第1,第2のシールドリン
グ26、27は金属(ステンレス:SUS304)で構成
されており、接地電位に置かれている。
1内部の圧力が安定した後、カソード電極71〜79に電
圧を印加すると、ターゲット51〜59表面は主としてア
ルゴンガスのプラズマが形成され、ターゲット51〜59
表面がスパッタリングされる。
i粒子(Ti原子やTi原子のクラスタ)のうち、ターゲ
ット51〜59表面から垂直に飛び出したものは、第1〜
第3のシールド板21〜23の孔31、32、33を通
過し、基板12表面に到達する。基板12表面はN2ガ
スを含む雰囲気になっており、Ti粒子は基板12表面
上でN2ガスと反応し、TiN薄膜を成長させる。
飛び出したTi粒子は、シールド板21〜23の表面に
付着し、基板12表面に到達できない。
端部から飛び出し、基板12表面へ入射したTi粒子の
軌跡を示している。このTi粒子の入射角が最も大きく
なっており、ここではそのTi粒子と基板12表面とが
成す角度がθで示されている。
した領域の鉛直軸線上には、ターゲットは配置されてお
らず、シールド板21〜23の孔21〜23が位置して
いないが、領域10には、隣接する2個以上のターゲッ
ト51、52から飛び出したTi粒子が入射している。
〜23と一緒に回転するので、ターゲット51〜59が1
回転するうちに、基板12表面の大部分は少なくとも1
回以上ターゲット51〜59と対向し、基板12表面に均
一にTiN薄膜が成長するようになっている。
ト51〜59の中心とターゲットホルダ15の中心との距
離、その距離に配置されたターゲットの個数を下記表1
に示す。
m、ターゲット51〜59の直径は50mm、ターゲット
51〜59と基板12との距離は150mmである。ま
た、ターゲット51〜59と、第1〜第3のシールド板2
1〜23の距離は、それぞれ35mm、65mm、11
0mmに設定されている。
粒子の入射角が小さいため(図2の角度θは大きい。)、
高アスペクト比の微細孔内にTiN薄膜を形成すること
ができた。また、ターゲット51〜59を回転させたた
め、基板12表面に、±3.2%の膜厚分布でTiN薄
膜を形成することができた。
ス流量を約15sccmに設定し、各ターゲット51〜
59への投入電力を上記表1に示した条件にし、N2ガス
流量を変えてTiN薄膜を形成した。その結果を図5の
実線のグラフに示す。N2ガス流量を増加させても成膜
速度は低下しないことが分かる。
リング装置102に、ArガスとN 2ガスの混合ガスを
導入してTiN薄膜を形成した。その結果は図5の点線
のグラフで示す。従来技術のスパッタリング装置102
では、N2ガスの導入量を増やすと成膜速度が急激に低
下することが分かる。
ング装置2の、真空槽11内の圧力と放電維持電圧の関
係を示すグラフである。点線は従来技術のスパッタリン
グ装置102の場合である。
タリング装置2では、ターゲット5 1〜59表面にアルゴ
ンガスが有効に導入されるため、低圧力での放電が可能
であることが分かる。
ング装置2の場合の、ターゲット5 1〜59への印加電圧
と、流れる電流の関係を示したグラフである。同図点線
は従来技術のスパッタリング装置102の場合である。
が本発明の方が低く、放電が安定していることが分か
る。
の、基板12表面に形成された微細孔内の薄膜の非対称
性及びボトムカバレッジと、基板中心からの距離の関係
を示すグラフである。横軸は、基板12の中心からの微
細孔の位置を示している。
は、図9に示すように、基板の微細孔が形成されていな
い部分の表面の膜厚をF、微細孔19内に形成された薄
膜の両端位置の膜厚をL、Rとし、次式、 A = R/L B = ((R+L)/2)/F×100 で算出した。
スパッタリング装置2では、基板面内の非対称性が均一
に低くなっており、また、ボトムカバレッジのバラツキ
も小さくなっている。
は、Ti粒子が付着するので、剥離してパーティクル発
生源になる前に、防着筒25から取り外し、洗浄すると
よい。
は、ターゲットホルダ15を回転させることにより、カ
ソード電極71〜79、ターゲット51〜59、及び第1〜
第3のシールド板21〜23を一緒に回転させたが、そ
れらを静止させておき、基板配置部13を回転させるこ
とで、基板12をターゲットホルダ15に対して回転さ
せてもよい。
性スパッタリングだけではなく、スパッタリング装置に
広く用いることができる。
高アスペクト比の微細孔内に均一に薄膜を形成すること
ができる。シールド板の洗浄が簡単であり、パーティク
ルが発生しない。また、真空槽内に反応性ガスを導入し
てもターゲット表面が変質しないので、成膜速度を大き
くすることができる。
ための図
の入射状態を説明するための図
するための図
るための図
ラフ
示すグラフ
の関係を示すグラフ
明するための図
するための図(b):そのスパッタリング装置のスパッタ
リング粒子の入射状態を説明するための図
11……真空槽 13……基板配置部 15……ターゲットホルダ
21〜23……シールド板 26、27……シールド
リング 31、32、33……孔 39……法線
51……第1のガス導入口 52……第2のガス導
入口
Claims (8)
- 【請求項1】真空槽と、 前記真空槽内に配置された基板配置部と、 前記基板配置部と対向して配置された複数のターゲット
とを有するスパッタリング装置であって、 前記基板配置部と前記複数のターゲットとの間には、複
数の孔が形成されたシールド板が、複数枚間隔を開けて
配置されたことを特徴とするスパッタリング装置。 - 【請求項2】前記各シールド板に設けられた孔は、前記
各ターゲット表面の法線上に配置されたことを特徴とす
る請求項1記載のスパッタリング装置。 - 【請求項3】前記基板配置部上に載置された基板は、前
記各ターゲットと前記各シールド板に対し、相対的に回
転できるように構成されたことを特徴とする請求項1又
は請求項2のいずれか1項記載のスパッタリング装置。 - 【請求項4】前記各ターゲットはターゲットホルダに取
り付けられ、 前記各シールド板は、前記ターゲットホルダが回転する
と、一緒に回転するように構成されたことを特徴とする
請求項3記載のスパッタリング装置。 - 【請求項5】前記基板配置部と前記ターゲットとの間に
配置され、一方の開口部分が前記基板配置部側に向けら
れ、他方の開口部分が前記ターゲット側に向けられた防
着筒を有し、 前記各シールド板は、前記防着筒に着脱可能に取り付け
られたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれ
か1項記載のスパッタリング装置。 - 【請求項6】スパッタリングガスを導入できる第1のガ
ス導入口と、反応性ガスを導入できる第2のガス導入口
とを有する請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の
スパッタリング装置であって、 前記第1のガス導入部は前記各ターゲット側に配置さ
れ、前記第2のガス導入口は前記基板配置部側に配置さ
れたことを特徴とするスパッタリング装置。 - 【請求項7】前記防着筒の外周部分にはシールドリング
が配置され、該シールドリングと前記シールド板とで、
前記真空槽内の空間が、前記ターゲットホルダ側と前記
基板載置側に区分けされていることを特徴とする請求項
6記載のスパッタリング装置。 - 【請求項8】前記スパッタリングガスは、前記各ターゲ
ットと前記シールド板との間から、前記各ターゲット表
面に進入できるように構成されたことを特徴とする請求
項6又は請求項7のいずれか1項記載のスパッタリング
装置。
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