JPH01309964A - スパッタリング法による機能性堆積膜形成装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はスパッタリング法による機能性堆積膜形成装置
の改良に関する。より詳しくは本発明は、円筒形状の成
膜原料ターゲットと平板状の成膜原料ターゲットとを備
えたスパッタリング法による機能性堆積膜形成装置に関
する。

〔従来技術の説明〕

従来、スパッタリング法により堆積膜を形成するに当た
っては、ＣＶＤ法による場合と同様で、如何にしたら基
体上に均一膜厚にして均質の堆積膜を定常的に安定して
形成し得るかということが基本課題であるところ、幾多
の研究がなされ、いくつかの提案がなされている。

そうした提案のスパッタリング法による堆積膜形成方法
は、代表的には第９図に模式的に示される類の平行平板
型スパッタリング法によるものである。この方法は、第
９図に示されるように、カソード電極を兼ねるターゲッ
ト１０１の対向位置にあるアノード？［１０２上に基体
１０３を置いて、両電極間にＲＦ（高周波）電力を印加
し、ターゲット１０１をスパッタガスによりスパッタし
て基体１０３上への膜堆積を行うというものである。

ところで、この方法においては、基体１０３の表面が平
坦である場合、該表面におけるＢ点と０点（第９図参照
）では、Ｂ点での膜厚〉０点での膜厚といったように膜
厚に均一性を欠く堆積膜が形成されてしまうことがしば
しばある。

また、例えば基体１０３の表面に第１０（Ａ）図に示す
様な微小孔がある場合、基体表面に成膜を行うと、第１
０（Ｂ）図及び第１０（Ｃ）図の断面図に示されるよう
に堆積される膜の状態に大きな差がみられる。この差の
生起は、基体表面上の点において、ターゲラ）１０１よ
り放出されて成膜をもたらすスパッタ粒子の数が、スパ
ッタ粒子の基体表面への入射方向についてムラがあるこ
とに主たる原因がある。この問題の生起を解消するにつ
いて、基体の面積より大なる面積の平板ターゲットを使
用する方法が提案されている。この方法によれば、前記
問題の一応の解決は計れはするものの、次のような新た
な問題がある。即ち、＋１１装置の規模をそうした大面
積のターゲットに対応するように大規模のものに設計し
なくてはならないことから、装置コストは可成りのもの
になり、それにより製品コストを高いものにしてしまう
こと、（２）大面積のターゲットはその材質の均一性の
確保がむずかしく、材質の均一なターゲットはいずれに
しろ高価であり、利用効率はいずれにしろ低いところ、
こうしたことが製品コストに不可避的に影響をもたらす
こと等である。

こうしたことから、スパッタリング法により、定常的に
安定して、ターゲットの利用効率を高めて、所望の機能
性堆積膜の効率的形成を可能にする小型で安価な装置の
提供が社会的要求としである。

〔本発明の目的］ 本発明は従来の平行平板型スパッタリング法による堆積
膜形成装置における上述の問題を排除して、上述の要求
に応える表面が平面である成膜用基体の表面及び、微小
孔を存する成膜用基体の表面に、均一特性の堆積膜の形
成を可能にする装置を提供することを主たる目的とする
。

本発明の他の目的は、円筒形状の成膜材料ターゲットと
平板状の成膜材料ターゲットとを備え、飛来するスパッ
タ粒子の方向及び数をコントロールして、表面が平面で
ある成膜用基体の表面、及び微小孔を有する成膜用基体
の表面に、所望の状態で、堆積膜を形成し汎用性に冨む
機能性堆積膜の形成を可能にする装置を提供することに
ある。

〔発明の構成・効果〕

本発明は、前述の従来のスパッタリング法による堆積膜
形成方法における問題を解決して、前記目的を達成すべ
く本発明者らが鋭意研究を行った結果下達する知見を得
、該知見に基づいて完成に至ったものである。

即ち、従来のスパッタリング法による前述の問題点は、
前述したように、第９図において、円形のターゲラ）１
０１から円形の基体１０３の表面に飛来するスパッタ粒
子数が、円形の基体１０３の径方向によって、異なるこ
とに起因することが判明している。即ち、ターゲット１
０１と基体１０３が同軸上に設けられている場合は、基
体１０３の中心部と基体１０３の周辺部に飛来するスズ
・７タ粒子数は異なり、ターゲット１０１の表面の任意
の点で均一にスパッタリングが起こると、基体１０３の
中心部に飛来するスパッタ粒子数は、基体１０３の周辺
部に飛来するスパッタ粒子数より多くなる。

こうしたことから、本発明者らは、まず基体１０３の中
心部に飛来するスパッタ粒子数と基体１０３の周辺部に
飛来するスパッタ粒子数の差を小さくする手段を見い出
すべく、スパッタリング法による堆積膜形成装置を第１
１図に示すように構成にて各種の検討を行った。

即ち、平板状のアルミニウムターゲット（５３）と円筒
状のアルミニウムターゲット（５４）とを成膜室内に設
け、前記ターゲット（５３）が前記ターゲット（５４）
の一方の開口を閉鎖する様に設置され、かつ基体（５２
）を前記ターゲラ）（５４）の見かけ上の中心線を延長
した位置に咳中心軸に垂直に設け、Ａｒガスでスパッタ
リングを行うようにした。

そして、前記ターゲット５３と基体５２との距離、およ
び前記ターゲラ１−５３．５４に投入する電力によるＡ
ｒのスパッタリングエネルギーと、基体５２表面の堆積
膜の膜厚分布を検討し、以下の結果を得た。

即ち、 （ｉ）基体５２がターゲット５３に近づくにつれ、膜厚
分布は良くなる。

（■）ターゲラ）５３．５４に入射するＡｒのスパッタ
リングエネルギーがおよそ１０００ｅＶ前後のとき膜厚
分布は良くなる。

更に本発明者らは、第１１図に示す装置において、ター
ゲラ）５３．５４を複数個に分割し、各々の分割された
ターゲットに投入する電力によるＡｒのスパッタリング
エネルギーと、基体５２表面の堆積膜の膜厚分布を検討
し、以下の結果を得た。

即ち、 （ｉｉｉ）Ａｒのスパッタリングエネルギーがおよそ８
００ｅＶよりも小さい場合は、ターゲット５４の基体５
２に近い端から、ターゲット５３の中心に向かって、Ａ
ｒのスパッタリングエネルギーを徐々に大きくすると、
膜厚分布は良くなる。

（ｉｖ＞Ａｒのスパッタリングエネルギーがおよそ１２
００ｅＶよりも大きい場合は、ターゲット５４の基体５
２に近い端からターゲット５３の中心に向かって、Ａｒ
のスパッタリングエネルギーを徐々に小さくすると膜厚
分布は良くなる。

い）乃至（ｉｖ）の検討結果より、基体をそれに対向す
るターゲットに出来るだけ近づける様にする場合、膜厚
分布均一化がはかれ得る知見を得た。

しかし膜質について、第１１図の装置構成の場合、膜堆
積速度が非常に遅く、また、ターゲット５３と基体５２
との間隔り、がターゲット５４の長さり、の２倍程度で
あっても、基体５２の表面はプラズマダメージを受け、
膜質が劣化するという問題のあることが判明した。

この問題を解決するについて、本発明者らは、第７図に
示す様に、ターゲット５３の側部及びターゲット５４の
外側のそれぞれに永久磁石を設けてプラズマを両ターゲ
ット間に■し込める様にしたところ、下述する知見を得
た。

即ち、 （Ｖ）ターゲットに対し磁界を与える様にすると、アル
ミニウムターゲット近傍に発生されるプラズマの密度が
高められて、ターゲットからスパッタされる粒子数が増
加し、その結果膜堆積速度が高められる。

更に本発明者らは、第８図に示す様に基体５２の側にも
永久磁石を設けてみたところ、下述する知見を得た。

即ち、 （ｖｉ）前記ターゲット５３及び５４側に設けた永久磁
石が与える磁界と反発する磁界を基体５２側に設けた永
久磁石により与える。つまり上記両磁界により生じる磁
力線を同方向になる様両永久磁石を設けることにより、
基体５２をそれと対向するターゲット側に近づけてもプ
ラズマ領域に基体はさらされない。さらに前記両永久磁
石を同方向かつ同周期で回転させることにより膜厚分布
及び膜質を均一化させ、かつ前記ターゲットの使用効率
が向上する。

本発明は、本発明者らが事実として確認した上述の知見
（ｉ）乃至（ｖｌ）に基づいて完成されたものであり、
本発明により提供されるスパッタリング法による堆積膜
形成装置は、従来のスパッタリング法による堆積膜形成
装置における…１述の問題点を排除し、前記目的を達成
するものである。

本発明により提供される装置は、下達する構成を骨子と
するスパッタリング法による機能性堆積膜形成袋Ｗであ
る。

即ち、「内面が円筒形状の成膜原料ターゲット（Ａ）と
、平板状の成膜原料ターゲット（Ｂ）とを成膜室内に備
え、前記ターゲット（Ｂ）が前記ターゲット（Ａ）の一
方の開口を閉鎖するように設けられており、基体を前記
ターゲット（Ａ）の見かけ上の中心軸を延長した位置に
該中心軸に垂直に設けるようにされており、前記ターゲ
ット（Ａ）の直径に平行なるｎ力線を発生する手段と、
前記ターゲラ）　（Ａ）に発生する磁力線と同方向に前
記基体の表面近傍に磁力線を発生する手段と、前記ター
ゲット（Ａ）に発生する磁力線と前記基体の表面近傍に
発生する磁力線を、同方向に同周期で回転させる手段を
備え、且つ前記ターゲット（Ａ）及び（Ｂ）から前記基
体表面に向けて飛来するスパック粒子数をコントロール
する手段を備えた」構成。

そして本発明により提供される装置の他の特徴は、「前
記円筒状クーゲラ）　（Ａ）が、複数個の円筒状ターゲ
ットを重塁させて一体構成させたものからなり、前記円
板ターゲラ）　ＣＢ）が中央に円板ターゲットを有し、
それと同心の複数個のドーナツ状の円形平板ターゲット
を該円板ターゲットを中心にして順次並列させて一体構
成させたものからなり、前記クーゲットのそれぞれにつ
いて個々に独立して電力を印加できるようにされている
」ことにある。

かくなる構成の本発明の装置は、堆積膜が形成された基
体表面の膜厚分布の均−性及び基体表面に開孔部が設け
である開札段差部のステノブカバレソジを良好にし、半
導体デバイスを始めとして他の各種電子デバイスの生産
における歩留りを向上せしめると共に、製品コストを大
巾に低減セ゛しめる等の顕著な利点を有するものである
。

以下に本発明の装置を第１図乃至第６図に模式的に示す
実施例により説明するが、本発明はこれらに限定される
ものではない。

装置例１ 本発明の装置例１は第１図、第３図乃至第５図に図示さ
れるものである。第１図、第３図乃至第５図において、
ｌ−ａは円筒形状の成膜原料ターゲット、１−ｂは円板
形状の成膜原料ターゲット、２は前記ターゲット１−ａ
およびｌ−ｂの冷却用水冷ジャケット、３．７は前記タ
ーゲットｌ−ａの直径方向にほぼ平行な磁力線を発生す
る磁石、４はアース電位に保たれたシールド板、５は基
体、６は基体ホルダー、９，１０はトルク伝達機能を備
えた継手、１１．１２は磁石回転用モータ、１３は高周
波電源、１４はガス導入パルプ、１５は磁石支持アーム
、１６は真空槽、１８は前記磁石３により印加された磁
力線をそれぞれ示す。

上記構成の装置例１においては、真空槽１６内に設置さ
れた基体ホルダー６に基体５を設置し、排気系より該真
空槽１６を高真空圧力（１０−’Ｔｏｒｒ以下）まで排
気する。排気後ガス導入バルブ１４よりへｒガスを咳真
空槽１６内の圧力が１０−’〜１０−’Ｔｏｒｒ台にな
る流量に調整し、前記磁石３及び７の磁力線方向が同方
向になる位置に該磁石３および７を調整し、かつ前記磁
石回転用モータ１１および１２より該磁石３および７を
同方向でかつ同周期にて回転させる。

前記高周波電源１３より前記ターゲット１−ａおよびｔ
　−ｂに電力を電力αすると放電が開始し、プラズマが
発生する。

ｎＩ記プラズマ中のＡｒ’　は、前記ターゲット１−ａ
および１−ｂ近傍のシース電位により加速され、該ター
ゲラｌ−１−ａおよび１−ｂと衝突し、スズ、り粒子を
発生する。前記スパッタ粒子が基体５の表面上に飛来し
、堆積膜が形成される。

装置Ｌｕ 本発明の装置例２は、第２図乃至第６図に図示されるも
のである。第２図乃至第６図において、１−ａは３分割
された円筒形状の成膜原料ターゲソト、１−ｂは３分割
された円板またはドーナツ円板形状の成膜原料ターゲッ
ト、２は前記ターゲット１−ａおよび１−ｂの冷却用水
冷ジャケット、３．７は前記ターゲット１−ａの直径方
向にほぼ平行な磁力線を発生する磁石、４はアース電位
に保たれたシールド板、５は基体、６は基体ホルダー、
９．１０はトルク伝達機能を備えた継手、１１．１２は
磁石回転用モータ、１３は高周波電源、１４はガス導入
バルブ、１５は磁石支持アーム、１６は真空槽、１８は
前記磁石３により印加された磁力線をそれぞれ示す。

以上の構成の装置例２においては、真空槽１６内に設置
された基体ホルダー６に基体５を設置し、排気系より該
真空槽１６を高真空圧力（１０−’Ｔ　ｏｒｒ以下）ま
で排気する。排気後ガス導入バルブ１４よりＡｒガスを
咳真空槽１６内の圧力が１０−’〜１０−３Ｔｏｒｒ台
になる流量に調整し、前記磁石３及び７の磁力線方向が
同方向になる位置に該磁石３および７を調整し、かつ前
記磁石回転用モータ１１および１２より該磁石３および
７を同方向でかつ同周期にて回転させる。

高周波電源１３より前記ターゲットｉ−ａに印加される
電力密度を基体に近い該ターゲット１−ａからＰＩ　、
ＰＩ、Ｐ、とし、かつ前記高周波電′ａ１３より前記タ
ーゲットｌ−ｂに印加される電力密度を該ターゲット１
−ｂの外周より中心に向けＰ、、Ｐｉ、Ｐ、とじ、前記
ターゲットｌ−ａおよび１−ｂに電力密度となる電力を
印加すると放電が開始し、プラズマが発生する。

前記プラズマ中のＡｒ”は、前記ターゲット１−ａおよ
び１−ｂ近傍のシース電位により加速され、８亥ターゲ
ットｌ−ａおよび１−ｂと衝突し、スパッタ粒子を発生
する。前記スパッタ粒子が基体５の表面上に飛来し、堆
積膜が形成される。

以下に本発明の効果を、本発明の装置による成膜例及び
比較例により、より明らかにする。

＃Ｍ−阻上 装置例１の装置を使用して第１表に示す成膜条件で開ロ
巾Ｉμｍ、深さｌｌ１ｍの開口のある直径２０（Ｊの円
形の基体についてアルミニウムを堆積した。

その結果、前記開孔のない平面部での膜厚分布は±１％
、膜堆積速度は５０００人／分であった。

また前記開孔部でのステップカバレッジは前記基体全域
において非常に良好であった。

第　　　１　　　表 装置例２の装置を使用して第２表に示す成膜条件Ａ及び
Ｂで直径２０ｃＩｍの平坦な円形の基体についてアルミ
ニウムを堆積した。

その結果成膜条件Ａで前記基体表面上の膜厚分布は±１
％、堆積速度は７５００人／分であった。

また成膜条件Ｂで前記基体表面上の膜厚分布は±１％、
堆積速度は３０００人／分であった。

第　　　２　　　表 〈比較例〉 装置例１における円筒ターゲット１−ａを真空槽１６よ
り取り除き、磁石３及び７で磁力線が同方向で、且つ磁
石回転用モータ１１及び１２にて前記磁石３及び７を同
方向で且つ同周期にて回転する状態にし、第１表に示す
成膜条件で成膜を行った、なお、基体として、成膜例１
におけるのと同様のものを使用した。

その結果、前記基体上の開孔のない平面部での膜厚分布
は±３０％で膜堆積速度は２０００人／分であった。

また、前記開孔部でのステップカバレンジは、前記基体
全域において非常に悪かった。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第２図は、本発明の装置構成の典型的な例を
模式的に示す図である。第３図乃至第６図は、本発明の
装置におけるターゲット、基体、永久磁石、磁界の位置
関係を示す図である。第７図乃至第８図は本発明に至る
経緯で使用した装置のターゲット、基体、永久磁石、磁
界、プラズマ発生領域の位置関係を示す図である。第９
図は従来のスパッタリング装置構成の典型的な模式図で
ある。第１０（Ａ）図は基体表面に形成された微小孔の
断面図であり、第１０（Ｂ）乃至（Ｃ）図は第９図の従
来のスパッタリング装置による、微小孔を有する基体表
面への膜堆積状態を説明するための断面説明図である。 第１１図は本発明に至る経緯で使用した装置のターゲッ
ト及び基体の位置関係を示す図である。 第１図乃至第１０図、第１１図において、１−ａ・・・
円筒形状の成膜原料ターゲ７）、１−ｂ・・・円板形状
の成膜原料ターゲット、２・・・水冷ジャケット、３・
・・永久磁石、４・・・アース電位に保たれたシールド
板、５・・・基体、６・・・基体ホルダー、７・・・永
久磁石、９．１０・・・トルク伝達機能を備えた継手、
１１．１２・・・磁石回転用モータ、１３・・・高周波
電源、１４・・・ガス導入バルブ、１５・・・磁石支持
アーム、１６・・・真空槽、１７・・・プラズマ、１８
・・・磁力線、５２・・・基体、５３・・・アルミニウ
ム平板ターゲット、５４・・・アルミニウム垂直ターゲ
ット、１０１・・・ターゲット兼カソード、１０２・・
・アノード兼基体ホルダー、１０３・・・基体、１０４
・・・高周波電源、１０５・・・堆積膜。 第１図 第　３　図 第４図 第５図 第６因 第７因 第　８　因 第９図　　　第１０　Ｄ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパッタリング法による機能性堆積膜形成装置で
   あって、内面が円筒形状の成膜原料ターゲット（Ａ）と
   、平板状の成膜原料ターゲット（Ｂ）とを成膜室内に備
   え、前記ターゲット（Ｂ）が前記ターゲット（Ａ）の一
   方の開口を閉鎖するように設けられており、基体を前記
   ターゲット（Ａ）の見かけ上の中心軸を延長した位置に
   該中心軸に垂直に設けるようにされており、前記ターゲ
   ット（Ａ）の直径に平行な磁力線を発生する手段と、前
   記ターゲット（Ａ）に発生する磁力線と同方向に前記基
   体の表面近傍に磁力線を発生する手段と、前記ターゲッ
   ト（Ａ）に発生する磁力線と前記基体の表面近傍に発生
   する磁力線を同方向に同周期で回転させる手段を備え、
   且つ前記ターゲット（Ａ）及び（Ｂ）から前記基体の表
   面に向けて飛来するスパッタ粒子数をコントロールする
   手段を備えていることを特徴とするスパッタリング法に
   よる機能性堆積膜形成装置。
2. （２）前記円筒状ターゲット（Ａ）が、複数個の円筒状
   ターゲットを重塁させて一体構成させたものからなり、
   前記円板ターゲット（Ｂ）が中央に円板ターゲットを有
   し、それと同心の複数個のドーナツ状の円形平板ターゲ
   ットを該円板ターゲットを中心にして順次並列させて一
   体構成させたものからなり、前記ターゲットのそれぞれ
   について個々に独立して電力を印加できるようにされて
   いる請求項１に記載の装置。