JPH0688221A - スパッタリング装置 - Google Patents

スパッタリング装置

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JPH0688221A
JPH0688221A JP23750192A JP23750192A JPH0688221A JP H0688221 A JPH0688221 A JP H0688221A JP 23750192 A JP23750192 A JP 23750192A JP 23750192 A JP23750192 A JP 23750192A JP H0688221 A JPH0688221 A JP H0688221A
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JP
Japan
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target
sputtering apparatus
sputtering
magnetic field
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP23750192A
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English (en)
Inventor
Naoto Tsuji
直人 辻
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0688221A publication Critical patent/JPH0688221A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】磁界と電界との重畳印加によるマグネトロン効
果により、被成膜基板と対向して置かれた板状ターゲツ
トの被成膜基板側にプラズマを環状に形成してターゲツ
トをスパッタリングするスパッタリング装置において、
スパッタリングによるターゲツトの侵食幅が広くなる装
置構成を得る。 【構成】装置を、スパッタリングガスが導入される真空
槽1と、真空槽1の中心軸を同軸に囲む2つの励磁ソレ
ノイド3および4とを用いて構成し、ターゲツト5近傍
にカスプ磁界を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、磁界と電界との重畳
印加によるマグネトロン効果により、被成膜基板と対向
して置かれた板状ターゲツトの被成膜基板側にプラズマ
を環状に形成して板状ターゲツトの表面をスパッタリン
グするスパッタリング装置の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】上記マグネトロン効果を生じさせる磁界
の発生手段として、従来、マグネトロンカソードが知ら
れている。マグネトロンカソードはスパッタリング装置
の1つであるマグネトロンスパッタリング装置の陰極側
を構成するもので、従来、通常、図6に示すように、柱
状に形成され一方の端面が板状ターゲツト23の裏面中
心部に近接して対向する第1の磁性体を構成する永久磁
石21と、この永久磁石21を包囲して筒状に形成され
一方の端面が前記板状ターゲツトの裏面周縁部に近接し
て対向する第2の磁性体である永久磁石22、前記永久
磁石21、22それぞれ他方の端面を互いに磁気的に結
合する円盤状ヨーク24とからなり、永久磁石21、永
久磁石22それぞれのターゲツト裏面と対向する面に互
いに逆の極性を有する磁極面を構成させてターゲツト2
3の表面側に円弧状の磁束25を環状に形成し、円弧の
頂部近傍すなわち磁束のターゲツトと平行な部分を中心
に環状のプラズマ26を形成して、プラズマ中のイオン
をサイクロイド状にターゲツト方向へ加速し、ターゲツ
ト表面をスパッタすることにより、ターゲツト23に対
向する、図示されない基板の表面にスパッタ粒子を堆積
させて薄膜を形成させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のマグネトロンカソードにおいては、ターゲツトとほ
ぼ平行となる磁束領域幅が狭いため、プラズマの発生領
域幅も狭く、このため、スパッタリングによるターゲツ
トの侵食も当然限られた狭い領域幅内で進行する。この
結果、高価なターゲツトの利用効率が低く、大きな問題
となっていた。
【0004】この発明の目的は、ターゲツトとほぼ平行
となる磁束領域幅が広くなるスパッタリング装置の構成
を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、スパッタリング装置を、スパッ
タリングガスが導入される真空槽と、真空槽の中心軸を
同軸に囲む2つの励磁ソレノイドとを備え、ターゲツト
近傍にカスプ磁界を形成する装置とする。この場合、タ
ーゲツト近傍に形成するカスプ磁界は、カスプ面がター
ゲツト表面の両側10cmの範囲内に位置するように形成
するようにすれば好適である。
【0006】そして、この装置にさらに成膜時の基板温
度およびターゲツト温度を10〜300℃の範囲内で変
化させることのできる加熱冷却手段を備えさせ、あるい
は、基板を保持する基板ホールダに、静電チャックを用
いるようにし、あるいは、基板にバイアスを印加して成
膜するための高周波電源を備えさせ、さらには、スパッ
タリング装置から引き出される排気管を開閉するバルブ
と並列にガス通過面積可変のバリアブルオリフィスが設
けられ、バルブとバリアブルオリフィスとを用いて装置
内ガス圧力を調整するようにし、あるいは、スパッタリ
ング装置内に、該装置内を真空引きする真空ポンプの回
転数を制御して真空ポンプの排気能力を変化させる真空
ポンプ制御装置を設け、装置内ガス圧力を調整するよう
にすればさらに好適である。
【0007】
【作用】スパッタリング装置において、スパッタリング
ガスが導入れる真空槽と、真空槽の中心軸あるいはその
延長線を同軸に囲む2つの励磁ソレノイドを備え、ター
ゲツト近傍にカスプ磁界を形成することにより、カスプ
磁界の水平磁界成分と、垂直方向のRF電界とによるマ
グネトロン効果が発生する。このときの水平磁界成分
(ターゲツトと平行な磁界成分) は、カスプ面がターゲ
ツト表面の両側10cmの範囲内に位置するようにすれ
ば、ターゲツト全面にわたってほぼ均一とすることがで
き、従来例のような侵食領域幅の狭いターゲツト侵食は
起こらず、高価なターゲツトの利用効率が高くなる。
【0008】また、成膜時の基板温度およびターゲツト
温度を10〜300℃の範囲内に保持するようにすれ
ば、シリコンデバイス適用膜種および磁性材料の膜では
良好な膜がターゲツトの交換頻度を少なくして効率よく
得られる。そして、基板を保持する基板ホールダに静電
チャックを用いるようにすると、基板のフェースダウン
保持が可能となって基板表面のパーティクル汚染が防止
され、かつ、基板の保持が、静電チャックの吸着面に基
板が全面密着した状態で行われ、これにより、基板の冷
却, 加熱が効果的に行われるため、基板の温度を前記1
0〜300℃に保持することが容易に、かつターゲツト
交換回数を少なくして装置の稼働率を上げながら可能に
なる。
【0009】また、高周波電源から基板にバイアス電力
を印加して基板表面に対地負電位を生じさせ、基板表面
の成膜とスパッタリングとを同時に進行させて基板表面
の段差被覆性を確保する際に、次のターゲツト交換まで
の1回当たりの装置の運転継続可能時間を伸ばすことが
でき、段差被覆性を効率よく確保することができる。ま
た、装置内ガス圧力の調整を、装置内を真空引きする排
気管を開閉する, 開度が固定されるバルブと並列にガス
通過面積可変のバリアブルオリフィス, 例えば流路を全
断面積にわたり開放および閉鎖可能な板状のバルブをバ
ルブの面方向の軸まわりに回動させるようにしたバルブ
を設け、このバルブの開度を、装置内圧力を検出してフ
ィードバック制御することにより、バルブとバリアブル
オリフィスとで精度良くかつ簡便に所望圧力値を得るこ
とができ、また、装置内ガス圧力の調整を、装置内を真
空引きする真空ポンプの回転数を制御して真空ポンプの
排気能力を変化させる真空ポンプ制御装置によって、真
空ポンプの回転数を、装置内圧力を検出してフィードバ
ック制御することにより、精度良くかつ簡便に所望圧力
値を得ることができる。そして、この所望圧力下での装
置運転を、次のターゲツト交換までのより長時間継続す
ることができる。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。先ず、この実施例に用いたスパッタリング装
置を図1を参照して説明する。真空槽1にスパッタリン
グガスを導入するためのスパッタリングガス導入路2が
設けられている。真空槽1の中央付近に、真空槽1の中
心軸上にターゲツトホールダ6と基板ホールダ8が向き
合うように設置され、真空槽1の中心軸を同軸に囲む2
つの励磁ソレノイド3、4を備えている。励磁ソレノイ
ド3、4は互いに逆方向の磁界を発生して板状ターゲツ
ト5近傍にカスプ磁界を形成する。ターゲツトホールダ
6と基板ホールダ8とはそれぞれ、互いに周波数の異な
る第1高周波電源11と第2高周波電源12とに接続さ
れ、加熱系9と冷却系10とにより、所定の温度に制御
することができる。第1高周波電源と第2高周波電源と
で互いに異なる周波数とする理由は、互いの干渉を避け
て各電源独自に目的とする効果(第1高周波電源ではマ
グネトロン効果 (スパッタリング効果),第2高周波電源
では基板表面のバイアス電位形成に基づく基板表面の段
差被覆性確保の効果) を発揮させるためである。
【0011】真空槽1には、図示していない真空ポンプ
に接続する真空排気管13と、圧力調整を行うための、
ガス通過面積可変のバリアブルオリフィス16とがあ
り、圧力を0.1〜100mTorrまで任意に制御可能とし
ている。この圧力制御は、装置内ガス圧力が入力される
フィードバック回路15を介し、バリアブルオリフィス
16のオリフィス開度を制御することにより行われる。
【0012】また、本発明の別の実施例として、図1に
示すものと圧力制御方法を変えたスパッタリング装置に
おける圧力制御部構成の実施例を図2に示す。装置内の
ガス圧力が入力されるフィードバック回路15により出
力周波数が指示される周波数変換手段17を介し、周波
数の変化した電力が真空ポンプに送られ、真空ポンプの
排気量を変化させて装置内のガス圧力を所望値に保持す
るようにしている。
【0013】上記別の実施例による装置を用い、成膜条
件を表1記載の範囲内で変化させ、図3(a) の条件で酸
化シリコン膜の形成を行った。
【0014】
【表1】
【0015】図3は、上記の成膜条件にて形成した、酸
化シリコン膜の成膜速度・膜厚分布の磁界依存性を示し
たもので、マグネトロン効果により成膜速度が向上して
いることがわかる。また、図4に同条件におけるプラズ
マプローブ測定の結果を示す。プラズマ密度が磁界の効
果で4倍になっている。図5にターゲツトのスパッタリ
ング速度・スパッタリング分布の磁界依存性を示す。ス
パッタリング速度はマグネトロン効果により上昇してい
るが、スパッタリング分布は±30%であり、従来のマ
グネトロンスパッタリング装置の±60%以上と較べ
て、2倍以上のターゲツト利用効率の向上が達成されて
いる。条件は図3、4と同一である。
【0016】このときの膜質は良好で、基板ホールダに
静電チャックを用いたことで温度制御が容易になり、ウ
エハ温度は設定値±5℃と設定値からのずれも小さく、
厚さ方向の膜質の変化もない。また、ウエハにバイアス
を印加して成膜することにより、段差被覆性も良好であ
った。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、2つ
の励磁ソレノイドを用いてターゲツト近傍にカスプ面を
形成し、ターゲツトの広範囲にわたって水平磁界成分を
形成したので、従来のマグネトロンスパッタリング装置
にみられたような侵食領域幅の狭いターゲツト侵食がな
くなり、2倍以上のターゲツト利用効率の向上が達成さ
れた。また、ターゲツトと基板両方の温度を制御し、基
板ホールダに静電チャックを用いたことで、高品質の膜
が安定して得られるようになった。また、ウエハにバイ
アスを印加して成膜することにより、段差被覆性も良好
になった。そして、これらの効果を、ターゲツト交換頻
度が少なくなった装置で効率よく得ることができるよう
になった。また、所望圧力下での装置運転も長時間継続
して行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるスパッタリング装置構成の第1実
施例を示す縦断面図
【図2】本発明によるスパッタリング装置構成の第2実
施例として、図1に示すものと異なる部分のみを抽出し
て示す図
【図3】図2に示す構成の圧力制御部を備えた第2実施
例によるスパッタリング装置により成膜を行ったときの
成膜条件と、この成膜条件下での成膜特性とを示す図で
あって、同図(a) は成膜条件を示す図、同図(b) は成膜
速度および膜厚分布のカスプ磁界の有無による差異を示
す線図
【図4】図3と同一成膜条件下での成膜中におけるター
ゲツト前面側プラズマ密度のカスプ磁界の有無による差
異を示す線図
【図5】図3と同一成膜条件下でのスパッタリング速度
とスパッタリング分布とのそれぞれカスプ磁界の有無に
よる差異を示す線図
【図6】従来のマグネトロンスパッタリング装置におけ
るマグネトロンカソードの構成例を示す縦断面図
【符号の説明】
1 真空槽 2 スパッタリングガス導入路 3 第1励磁ソレノイド 4 第2励磁ソレノイド 5 ターゲツト 7 基板 9 加熱系 10 冷却系 11 第1高周波電源 12 第2高周波電源 13 排気管 13a バルブ 14 真空計 15 フィードバック回路 16 バリアブルオリフィス 17 周波数変換手段 21 永久磁石 22 永久磁石 23 ターゲツト

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スパッタリングガスが導入される真空槽
    と、真空槽の中心軸を同軸に囲む2つの励磁ソレノイド
    とを備え、ターゲツト近傍にカスプ磁界を形成すること
    を特徴とするスパッタリング装置。
  2. 【請求項2】請求項第1項に記載のスパッタリング装置
    において、ターゲツト近傍に形成するカスプ磁界は、カ
    スプ面がターゲツト表面の両側10cmの範囲内に位置す
    るように形成されることを特徴とするスパッタリング装
    置。
  3. 【請求項3】請求項第1項に記載のスパッタリング装置
    において、成膜時の基板温度およびターゲツト温度を1
    0〜300℃の範囲内で変化させることのできる加熱冷
    却手段を備えたことを特徴とするスパッタリング装置。
  4. 【請求項4】請求項第1項に記載のスパッタリング装置
    であって、基板を保持する基板ホールダに、静電チャッ
    クを用いることを特徴とするスパッタリング装置。
  5. 【請求項5】請求項第1項に記載のスパッタリング装置
    であって、基板にバイアスを印加して成膜するための高
    周波電源を備えていることを特徴とするスパッタリング
    装置。
  6. 【請求項6】請求項第1項に記載のスパッタリング装置
    であって、スパッタリング装置から引き出される排気管
    を開閉するバルブと並列にガス通過面積可変のバリアブ
    ルオリフィスが設けられ、バルブとバリアブルオリフィ
    スとを用いて装置内ガス圧力を調整することを特徴とす
    るスパッタリング装置。
  7. 【請求項7】請求項第1項に記載のスパッタリング装置
    において、スパッタリング装置内に、該装置内を真空引
    きする真空ポンプの回転数を制御して真空ポンプの排気
    能力を変化させる真空ポンプ制御装置を設け、装置内ガ
    ス圧力を調整することを特徴とするスパッタリング装
    置。
JP23750192A 1992-09-07 1992-09-07 スパッタリング装置 Pending JPH0688221A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007262473A (ja) * 2006-03-28 2007-10-11 Fujitsu Ltd マグネトロンスパッタ成膜装置、及び半導体装置の製造方法
US20130032468A1 (en) * 2008-06-20 2013-02-07 Canon Anelva Corporation Vacuum processing apparatus, vacuum processing method, and electronic device manufacturing method
US9066004B2 (en) 2007-04-12 2015-06-23 Sony Corporation Auto-focus apparatus, image pick-up apparatus, and auto-focus method for focusing using evaluation values

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