JPH0364460A - 薄膜形成装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複数のターゲラ１へによる成膜、特に、基板
上に多層膜を形成することトこ適した薄膜形成装置に関
する。

［従来の技術］ 基板に薄膜を形成するにあたり、目的に応して、１種類
のターゲット・だけでなく、数種類のターゲッ１へを用
いた多層膜を形成することが多くある。

ところで、従来用いられているほとんどの薄膜形成装置
は、ターゲットを１種類しか備えていない。このために
、多層膜を形成する場合、ターゲットごとに異なる装置
で成膜を行うので、複数個の薄膜形成装置が必要であっ
た。

しかし、上記多層膜の形成方法は、装置間での基板の入
れ替え作業に手間がかかり、作業効率を低下する。また
、入れ替え作業の間に、基板の温度が変化して、膜に残
留応力が生してしまい、膜物性を劣化する。その上、入
れ替え作業の間に、異物が混入しやすい等の問題もあっ
た。

上記問題を解決するために、マグネトロンスパッタに用
いるターゲットと対向式スパッタに用いるターゲットと
を備えており、前記二つのターゲットを異なるターイソ
１〜電極として配置する％’ｌ　Ｉｌ’Ａ形戊装形成、
特開昭６２−２１．１３７４号公報に開示されている。

」１記薄膜形成装置は、同一装置内に二つのターゲラ１
−電極を備えているので異なる装置間で基板を入れ替え
る工程数が減り、作業効率か１−：かる。

さらに、基板の入れ替え作業に伴って生じる膜の物性の
劣化が改善され、また、異物の混入も減少する。

［発明が解決しようとする課題］ Ｌ記薄膜形成装置は、均一な膜分布を得るために、基板
を、各ターケラト電極に対向する所定位置に移動してか
らスパッタリングを行っている。

しかし、基板がターゲラ１へ電極間を移動する間に、基
板温度は変化してしまう。その結果、膜に残留応力が生
し、膜物性は劣化する。

特に、多層膜を形成する場合には、基板はターゲット電
極間を複数回にわたって移動する。この移動のたびに、
膜物性は劣化していくため、優れた膜物性を持った多層
膜を得ることは困難である。

また、複数のターゲットを成ｌＩに材料として用いるた
めに、ターゲット電極の数を増していくと、装置は大型
化する。薄膜形成装置は、通常、クリーンルームに設置
されるので、装置が大きくなり取付は面積が増すと、ク
リーンルームの効率的な；） ＾ 利用の妨げになる。

本発明の目的は、基板温度の変動が小さく、膜が受ける
応力の少ない、成膜特性に優れた薄膜形成装置を提供す
ることにある。

また、複数のターゲット・を備えても装置は大型化しな
い薄膜形成装置を提仇することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的は、 複数のターゲットを成膜材料として備え、スパッタリン
グにより基板上に成膜を行う薄膜形成装置に、ｔ９いて
、１）η記複数のターゲットを、各々、電気的に独立し
て保持する複数のターゲット電極部を有し、前記複数の
ターゲット電極部を、接地側と、ターゲットをスパッタ
する際に用いられるスパッタ用電源側とに切り換えるこ
とができる切り換え機構を有し、前記複数のターゲラ１
へ電極部は一つのターゲット電極として配置されている
ことを特徴とする薄膜形成装置によって達成される。

前記ターゲット電極は、一つのターゲット電極部を中心
として、他のターゲット電極部が中心とするターゲット
電極部の周囲を聞む構成となっていることが好ましい。

薄膜形成装置は、成膜中に、ターゲットの周縁部に電界
集中が生し、ターゲットに対して手相・なスパッタを起
こしやすい。このため、ターゲットの周縁部にアースシ
ールドを設ける必要がある。

本発明の薄膜形成装置では、ターゲットの周縁部に電界
集中を防ぐために、複数の前記ターゲット電極部は、各
々、中心側にて隣接する他のターゲット電極部の外周綾
部を、それに触れることなく覆うようにするとよい。

本発明に用いられる切り換え機構は、ターゲット電極部
を接地電位とスパッタ用電源とに切り換えできる機構を
有していれば、どのような機構のものであってもよい。

例えば、各ターゲラ１、電極部を一つの共通な電源と接
地電位とに切り換えることができる機構、あるいは、各
ターゲット電極部を各々異なる電源と接地電位とに切り
換えることができる機構等がある。

薄膜形成装置に備わった複数のターゲラ）へ電極部の形
状は、基板に一様にスパッタ粒子を照射して、均一な１
摸を作ることができるならば、どのような形状でもよい
。

複数のターゲット電極部は、同軸配置されることが好ま
しい。また、本発明の薄膜形成装置は、スパッタ方式と
して、成ｊ摸迭度が速いマグネｌ−ロン方式を用いるこ
とか好ましい。

基板上に作られる膜の膜厚は、例えば、ターゲノトと基
板との厘離を変化させる、各ターケラ１〜電極への投入
電力またはその時間を制御する等の方法を用いて変える
ことができる。なかでも、投入電力またはその時間を制
御して膜厚を変えるとよい。

［作　用］ 本発明の薄膜形成装置は、複数のターゲット電極部が一
つのターゲット電極に配置されているので、スパッタリ
ングを行う所定の位置に基板を移動しなくとも、異なる
ターゲットから発するスパッタ粒子を基板に照射するこ
とができる。このため、ターゲラ１−電極間で基板を移
動させる必要はなく、基板温度を一定に保つことができ
る。その結果、膜に残留応力は発生せず、膜物性にすく
れた膜を製造することができる。また、装置から基板の
出し入れをすることがないので、異物の混入もない。

さらに、ターゲット電極が−っのため、装置の小型化が
可能である。

本発明の薄膜形成装置は、一つのターゲット電極部を中
心として、他のターゲット電極部が前記中心とするター
ゲット電極部の周囲を囲む構成とすることができるので
、基板」−にムラなく均一にスパッタ粒子を照射できる
。

前記ターゲット電極部は、中心側にてＩＩＡ接する他の
ターゲット電極部の外周縁部を、それに触れることなく
覆うこともできるので、ターゲラ１−ｆｆｌ極部はター
ゲット電極部のアースシールドとして働き、成膜中に、
ターゲットの外周縁部に電界集中は生しない。その上、
ターゲット電極部とターゲット−電極部の間に別途、ア
ースシールドを設ける必要がないので、装置を小型化で
きる。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明するが、本発明はこれに限定
されるものではない。

第１図を用いて、２種類のターゲット電極部を備えた本
発明の薄膜形成装置を説明する。

上記薄膜形成装置は、チャンバー２０に、基板４を基板
ホルダ３に装着あるいは脱着する予備室２と、スパッタ
リングを行う成膜室］の２室を持つ。成膜室１には、タ
ーゲット電極とターグツｌ−９を固定するバッキングプ
レート８とからなる第１のターゲット電極部７０を中心
として、ターゲラ１−１１とターゲット・１１を固定す
るターゲット支持リング１０とからなる第２のターゲッ
ト電極部８０と、アースシールド１５とが同軸配置され
ている。

第１のターケラ）〜電極部７０の図面」二の下部には、
第１のターゲット・電極部７０を接地側あるいは図示さ
れていないスパッタ用電源（ＲＦ電″ｔＡ）側に接続す
る電力導入バー２１と、電力導入バー２１を陳動するパ
ー暉動部１７とからなる切り換え機構５０が設けられて
いる。

さらに、第２のターゲット・電極部８ｏの図面上の下部
には、第２のターゲット電極部８ｏを接地側あるいは図
示されていないスパッタ用電源（ＲＦ電源）側に接続す
る電力導入バー２２と、電力導入バー２２を原動するバ
ー暉動部１８とからなる切り換え機構６０が設けられて
いる。

また、本実施例の薄膜形成装置け、図示していないが、
一般的な薄膜形成装置？゛Ｌと同様に、真空ポンプおよ
びガス配管を右している。そして、装置の一部あるいは
全体は、チャンバー２０内に収納保持されている。

第１のターゲット電極部７ｏは円形であり、第２のター
グツｌ−電極部８ｏとアースシールド１５は環状である
。第２のターケラ１〜電極部８ｏは、第１のターゲット
電極部７０を同ヂ）Ｄ状に取り囲んでいる。さらに、ア
ースシールド１５は、第２のターゲット電極部８ｏを同
軸状に四んている。すなわち、第１のターゲット電極部
７ｏど、第２のターゲット電極部８ｏと、アースシール
ド１５とは同心円状になっている。

さらに、第１のターゲット−電極部７０と、第２のター
ゲット電極部８０と、アースシールド１５とは段状に配
置されており、第１のターゲット電極部７０が底部側と
なる。

第１のターゲット電極部７０は、絶縁物１３によりチャ
ンバー２０と絶縁されている。第２のターゲット電極部
８０は、絶縁物１３によりチャンバー２０および第１の
ターゲット電極部７ｏから絶縁されている。

第二のターゲット電極部８０は、第一のターゲット電極
部７０の外周縁部を、それに触れることなく覆うように
突出部を持つ。アースシールド１５は、第二のターゲッ
ト電極部８０の外周縁部を、それに触れることなく覆う
ように突出部を持つ。

バッキングプレート８は、バー暉動部１７に支持されて
いる電力導入バー２１と接続している。

図示されていないスパッタ用電源と接続している電力導
入部」−６は、Ｍ！Ａａ部１３部上３てアースカバー５
に固定されている。′電力導入バー２１は、バー關動部
１７により開動され、バッキングプレ−ト８を電力導入
部１６のいずれかに接続する。

これにより、第一のターゲラ１へ電極部７０の電４１７
は、接地側あるいはスパッタ用電源側に切り換えられる
。

同様に、ターゲット支持リング１０は、電力導入バー２
２と接続されている。電力導入バー２２は、バー睡動部
１８によって即動され、ターゲット支持リング１０をア
ースカバー５または電力導入部１６のいずれかに接続し
て、第２のターゲット電極部８０の電位を接地側あるい
はスパッタ用電源側に切り換える。

ターゲット支持リング１０の内部には、マクネトロンス
パッタを行うための磁界発生部として、マグネ１−ロン
磁石１４が組込まれている。

基板ホルダ３は、図示されていない駒動部により開動さ
れる搬送系７により、予備室２と成膜室上のスパッタリ
ングを行う所定位置との間を移動する。内室を仕切るデ
ー１〜介６は、グー１〜ｊ↑叶動１ 装置１２により開閉する。

スパッタリングを行う所定位置の図面上の上部には、基
板温度の調節に用いるヒーター１９が設置されている。

成ｌＩＫ室】に備えられたシャッタ２３は、第１図にお
いては、紙面に対して垂直方向に移動して基板ホルダ３
とターゲット９および同１１とではさまれた放電空間を
２分割する。

ガスは、ガス導入口２４より成膜室１に挿入される。

第２図に、第１図の薄膜形成装置の２種類のターゲｙｈ
電極およびアースシールド１５の平面図を示す。

実線ａはターゲット１１の内周、破線すはターゲット９
の円周、実線Ｃはアースシールド１５の内周、破線ｄは
ターゲット１１の外周、実線ｅはアースシールド１５の
外周である。

実線ａと破線すで挟まれた部分は、ターゲット１１の突
出部がターゲット９の周縁部を覆っている部分である。

２− 実線Ｃと破線ｄで挟まれた部分は、アースシールド１５
の突出部がターゲット・１１の周縁部を覆っている部分
である。

第↓図に示す実施例の諮膜形成装置の作用およびこれを
用いた多ＪＦ７１模の？Ｊ造方ａ；について説明する。

基板４の装着あるいは脱着は、予備室２て行われる。こ
れにより、成膜室１は、常に高真空に保たれ、膜特性の
安定化の向上に寄与する。

搬送系７は、基板４を装着して基板ホルダ３を、所定の
位置まで搬送する。基板４の温度は、ヒーター１９によ
って一定に保たれる。

まず、基板」二に、ターゲット９から発するスパッタ粒
子により成膜する。

この時、切り換え機構５０は、バー暉動部１７が電力導
入バー２↓を電力導入部１６に接続することにより、集
土のターゲット−電極部７０を電源側に接続する。そし
て、切り換え機構６０は、バー邸動部工８が電力導入バ
ー２２をアースカバー５に接続することにより、第２の
ターゲッ１〜電極部８０を接地側に接続する。

ガス導入ｒＩ］　２４よりガスを導入し、シャッタ２３
を開いて、電力導入部］−６を介して、高周波電力を第
１のターゲット電極部７０に投入することによって、基
板４の表面に成膜することができる。

接地電位と接続した第２のターゲット電極部８０は、集
土のターゲット電極部７０の周縁部を触れることなく覆
っているので、アースシールドとして働いている。この
ため、第１のターゲット電極部７０の外周縁部に電界集
中が起こらないので、第１のターゲット電極部７０は均
一なスパッタリングを行うことができる。

次に、基板に第２のターゲソト＠、極部８０から発する
スパッタ粒子により成膜する。

切り換え機構５０と切り換え機構６０の動きは、前述し
た動作と逆となる。切り換えは、瞬時に行うことができ
る。従って、異なる種類のターゲット−について、はと
んど連続的に成膜することができる。しかも、基板を移
動しなくとも、第２のターゲット電極部８０からスパッ
タ粒子を基板に照射できるので、基板温度は変動しない
。

第２のターゲット電極部８０の周りには、マグネトロン
磁石］４によりマグネトロン磁界が作られる。マグネ１
ヘロン磁界は、第２のターゲラ１へ電極部８０の周りに
高密度のプラズマを閉じ込めたエロージョンエリアを形
成する。スパッタ粒子はエロージョンエリアから発し、
基板に照射される。

マグネＩ・ロン方式は、或１１５１．速度を−」二げる
ことはできるか、エロージョンエリアしか、スパッタに
寄与しないので、ターゲット・全体の使用効率が悪い。

この場合には、エロージョンエリアにそうようにターゲ
ラ１−の形を設定することで、使用効率を改善するとよ
い。本実施例における第二のターゲット電極部８０は、
その−例である。

上述のようにして、基板上に２層の膜を形Ｊ戊できる。

さらに、２層以上の多層膜を形成する０、７７には、上
記操作を繰り返して行えばよい。

本実施例のＨ膜形成装置では、第１−のターケラｈ電極
部７０と第２のターゲット電極部８０に１妾５ 続されるスパッタ用電源を共通にしているので、装置が
小さくてすむ。

第３図を用いて、３種類のターゲラ１へ電極部を備えた
、本発明の薄膜形成装置の他の実施例について説明する
。

第３図は、薄膜形成装置のターゲットへ電極部を示した
ものであり、図示していない成膜室と予備室の構成は第
■図に示すものと同しである。

本実施例は、第１図に示した薄膜形成装置の第２のター
ゲラ１へ電極部８０とアースシール１〜１５との間に、
ターゲット２６とターゲット支持リング２５とからなる
第３のターゲット電極部９ｏを設けている。

第１−１第２および第３のターゲット電極部は、それぞ
れ、接地電位に保たれている接点あるいはスパッタ用電
源に接続した接点に切り換えることができる、切り換え
機構２８，２９．３０と接続している。

第１のターゲット−電極部７０は切り換え機構２８を介
してスパッタ用電源３１と、第２のター６ゲ ツト パッタ用電源３２と、第３のターゲット電極部９０は切
り換え機構３０を介してスパッタ用電源３３と接続てき
る。これら３個のスパッタ用電源の出力は、ターゲット
の種類、スパッタリングの速度等の目的にあわせて、任
意に１凋整することができる。

第２のターゲット電極部８０は集土のターゲット電極部
７０の外周縁部を覆い、第３のターゲット電極部９０は
第２のターゲーソＩ−電極部８０の外周縁部を覆い、さ
らに、アースシール１−１５は第３のターゲット電極部
９０の外周縁部を覆っている。

こうして、第２のターゲット−電極部８０は第１のター
ゲラ１へ電極部７０のアースシール１−となることがで
き、第３のターゲット電極部９０は第２のターゲット電
極部８０のアースシールＩくとなることができる。

ターゲット９に絶縁体を、ターゲットへ３．　１および
同２６に金属を用いて、多層膜の成膜を行った場合の、
本装置の操作について説明する。

基板４にターゲラ１へ９を用いた絶縁膜を形成するには
、切り換え機構２８をスパッタ用電源３Ｌ側に切り換え
、切り換え機構２９と切り換え機構３ｏを接地側に切り
換える。スパッタ用電源３１により、第１のターゲット
電極部７０に電圧を印加して、基板４に絶縁膜を形成す
る。絶縁膜の膜厚は、−例を挙げれば、０．０１μｍ〜
０．１μｍ程度とすることができる。

絶縁膜形成後、切り換え機構３０は接地側に保持してお
き、切り換え機構２８を接地側に、切り換え機構２９を
スパッタ用電源３２側に各々直ちに、切り換えた後、タ
ーケラト土１をスパッタして、金属膜が形成される。こ
の金属膜の膜厚も、例えば、絶縁膜と同程度どすること
ができる。

金属膜形成後、切り換え機構２８は接地側のままで、切
り換え機構２９を接地側に切り換え、切り換え機構３０
をスパッタ用型ｉ３２側に切り換えた後、ターゲット２
６をスパッタする。基板４には、絶ｇ膜、金属膜、金属
膜の順に多層膜が形成される。

さらに、以上の操作のくり返しによって、基板４−　Ｊ
−には絶縁膜、金属膜、金Ｆ（膜の層構成を繰り返した
、多層膜か形成されることになる、。

多層膜の成分、膜厚、層１１ｆｆｉ等は、口内とする多
層膜によって任意である。

また、本実施例の薄膜形成装置は、２つのターゲットを
同時にスパッタすることによって、２押類のターゲット
の混合膜、合金膜、化身物ＩＥｌ’＋等をつくることが
できる。この時、ターゲｙ１〜′社極部に印加する電源
の電圧を調整することによって、２種類のターケラトの
組成比を変えることか出来る。特に本実施例ては、ター
ゲタ＋−ｒｕ電極部どに電源が備わっているために、竜
ＩＥ変動が生しない安定した電力をターゲット電極部に
供給できる。

［発明の効果］ 本発明の薄膜形成装置は、複数のターゲット電極部を一
つのターゲラ１へ電極として配置しているので、基板を
移動しなくとも、異なる押類のターイソ１〜を連続的に
成膜することができろ。このた９ めに、膜が残留応力を受けることがなく、膜物性に優れ
ており、また、不純物の混入もない。

ターゲット電極が一つであるため、装置の小型化が可能
であり、クリーンルームの有効利用が可能である。

また、一つのターゲット電極を中心として、他のターゲ
ット電極部が中心とするターゲット電極部の周囲を囲む
構成とすることにより、基板上に形成される膜の分布を
均一にできる。

さらに、この場合、ターゲット電極部は、中心側にて隣
接する他のターゲット電極部の外周縁部をそれに角虫れ
ることなく覆うこともできる。このため、ターゲットの
周縁部に電界が集中することがなく、ターゲット面に対
して均一・なスパッタを行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の−・実施例の要部断面図、第２図は第
１図におけるアースシールドと２つのターゲットの平面
図、第３図は本発明の他の実施例のターゲット電極の要
部断面図である。 ０

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．複数のターゲットを成膜材料として備え、スパッタ
   リングにより基板上に成膜を行う薄膜形成装置において
   、 前記複数のターゲットを、各々、電気的に独立して保持
   する複数のターゲット電極部を有し、前記複数のターゲ
   ット電極部を、接地側と、ターゲットをスパッタする際
   に用いられるスパッタ用電源側とに切り換えることがで
   きる切り換え機構を有し、 前記複数のターゲット電極部は一つのターゲット電極と
   して配置されていることを特徴とする薄膜形成装置。
2. ２．前記ターゲット電極は、一つのターゲット電極部を
   中心として、他のターゲット電極部が中心とするターゲ
   ット電極部の周囲を囲む構成となっていることを特徴と
   する請求項１記載の薄膜形成装置。
3. ３．前記複数のターゲット電極部は、各々、中心側にて
   隣接する他のターゲット電極部の外周縁部を、それに触
   れることなく覆うことを特徴とする請求項２記載の薄膜
   形成装置。
4. ４．前記複数のターゲット電極部は、同軸配置されるこ
   とを特徴とする請求項１，２または３記載の薄膜形成装
   置。
5. ５．前記複数のターゲット電極部のうち少なくとも１つ
   には、マグネトロンスパッタを行うための磁界発生部が
   設けられたことを特徴とする請求項１，２，３または４
   記載の薄膜形成装置。