JPH01212757A - スパッタリング装置 - 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〕 この発明は、基板等の表面に成膜を行うためのスパッタ
リング装置に関し、特にマグふトロンスパッタリング法
によって合金薄膜あるいは多元系薄膜を成膜する装置に
関するものである。

〔従来の技術］ 一般に、スパッタリング法は成膜やエツチング等に用い
られている。このスパッタリング法による成膜装置（以
下、単にスパッタリング装置と記す）は、真空容器内に
例えばアルゴンガス等の不活性ガスを封入し、基板や真
空容器とターゲット間に高周波電源等により電圧を印加
してグロー放電を起こさせ、ターゲットにガスイオンを
衝突させることによりスパッタされたスパッタリング粒
子（ターゲット原子）を基板表面に付着させ、この基板
上に薄ｎりを形成するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなスパッタリング装置において、合金の薄膜又
は多元系の薄膜を形成する場合は、従来から第６図〜第
８図に示すような構成が用いられている。即ち、第６図
（ａ）に示す構成においては、基板ホルダ５１に基板５
２を装着するとともに、単元素２合金、又は多元系の複
数のターゲット５３ａ及び５３ｂのそれぞれを前記基板
５２に対向して配置し、これらを同時放電させて前記基
板５２上に合金薄膜等を成膜するものである。また、第
７図に示す構成のものでは、基板５２を回転又は移動可
能に構成された基板ホルダ５１に装着するとともに、前
記同様のターゲラ）５３ａ及び５３ｂを前記基板５２に
対向して並列に配置し、これらを同時放電させるととも
に、前記基板５２を複数のターゲット５３ａ及び５３ｂ
間で回転又は移動させるものである。さらに、第８図に
示す構成のものでは、１つの合金又は多元系ターゲット
５３を基板５２に対向して配置し、放電させるものであ
る。

ところが、前記第６図（ａ）に示すものでは、各ターゲ
ット５３ａ及び５３ｂが基板５２に対して傾斜して対向
しているので、同図（ｂ）の破線で示すように、基板５
２上に形成された膜において膜厚分布、特に合金又は多
元素の組成分布のバラツキが大きくなってしまうという
問題がある。また、第７回に示すものでは、各ターゲツ
ト５３ａ、５３ｂ間の距離が大きいために、各ターゲッ
ト粒子を同時に基板５２に付着させることが困難で、ど
うしても層状の合金膜となってしまう。さらに、第８図
に示すものでは、ターゲットによって組成の比率が固定
されてしまい、任意に組成を選択することができないと
いう問題がある。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、合金薄
膜又は多元系薄膜を形成する際、組成分布が良く、また
組成の比率を任意に可変できるスパッタリング装置を得
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ ところで、スパッタリングの方式としては、従来より各
種の方式が提供されているが、今日では高速低温スパッ
タリング、即らマグネトロンスパッタリングが主として
用いられている。

このマグネトロンスパッタリングは、従来の、基板の温
度上昇が激しい、成膜速度が遅い等の欠点を改善するた
めに開発されたものであり、電界と直交する磁界を形成
し、この電界と磁界の直交する領域でいわゆるマグネト
ロン放電を起こさせ、高密度のプラズマをターゲット近
傍に閉し込める方法である。従ってこのマグネトロンス
パッタリングの特性、即ち電界と磁界の直交する局所的
な領域に高密度のプラズマが生じるという特性を利用す
れば、非常に精度良く組成分布を制御して合金膜等を成
膜することができると考えられる。

そこでこの発明に係るスパッタリング装置は、ターゲッ
トを、それぞれ区分けされた複数種類の材料で一体的に
形成し、この各ターゲットに対応して複数の磁界発生手
段を設けるとともに、前記基板とターゲットとの間に、
前記ターゲットに近接して放電用の孔を有する回転シー
ルド板を回転。

停止の制御が可能なように設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、回転制御手段のプログラム制御に
より回転シールド板の回転、停止が制御され、グロー放
電の発生する領域１時間が制御されるから、これにより
成膜が制御されることとなる。即ち、回転シールド板を
ターゲットに近接して配置すると、マグネトロンスパッ
タリングの特性上、回転シールド板の放電用孔が磁石等
の磁界発生手段とほぼ対向する位置に停止したときのみ
放電が生じ、放電用孔以外の部分では放電は発生しない
し、また前記回転シールド板が回転しているときも放電
は発生しない。従って、ターゲットを複数種類の材料か
ら構成し、前記回転シールド板の放電用孔の停止する位
置及びその停止している時間を、前記各ターゲット材料
の配設された位置に応じて制御することにより、形成さ
れる膜の組成の比率が制御できることとなる。しかも回
転シールド板の放電用孔が所定の位置にないときは放電
が発生しないので、前記制御を容易にかつ精度よく行う
ことができる。

また、複数種類のターゲットが一体的に形成されている
ので、例えば前記従来の第７図に示すような構成のもの
に比較して、あるターゲットによる成膜から次のターゲ
ットによる成膜までの時間が著しく短縮され、各ターゲ
ットのスパッタリング粒子はほぼ同時に基板に到着し、
層状の膜が形成されることもない。

（実施例〕 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例によるスパッタリング装置の
模式的な断面構成図である。図において、１は真空容器
であり、この真空容器ｌにはガス導入系２及び排気系３
が接続されている。また、真空容器ｌ内には、基板ホル
ダ４に装着された基板５が設置されるとともに、この基
板５と対向して例えば直径８インチのターゲット６が配
置されている。前記基板５はアースに、またターゲット
６はマツチング回路７を介して高周波電源等のスパッタ
リング電源８に接続されている。前記ターゲット６は第
２図の平面図で示すように、３種類の材料の第１〜第３
ターゲット６ａ、６ｂ、６ｃが各領域に区分けされて一
体的に形成されており、この各ターゲット６ａ、６ｂ、
６ｃに対応して、該ターゲット６の裏面に３個の磁界発
生手段としての磁石（例えば、外径４インチ）９ａ〜９
Ｃが配置されている（第２図参照）。

また、前記基板５とターゲット６との間には、前記ター
ゲット６に近接して、ｌ１ｆｌｌち例えばターゲット６
との間隔が５Ｍ以下となるように、回転シールド板１０
が回転可能に設けられている。この回転シールド４Ｎ、
ＩＯには、第１図及び第３図の斜視図で示すように、放
電用孔１０ａ　（例えば直径４インチ程度）が形成され
るとともに、該回転ソールドＦｉＩＯの裏面の外周縁部
には、この回転シールド板１０を回転させるためのラッ
クＩＩが固定されている。そして、このランク１１には
、真空容器ｌの外部に設けられたステッピングモータＩ
２により回転駆動されるピニオン１３が噛み合っている
。また、前記ステッピングモータ１２はモータ制御回路
１４により、その停止２回転時間等がプログラム制御さ
れるようになっている。なお、前記回転シールド仮１ｏ
は前記基板５とともにアース接続されている。

次に動作について説明する。ここで、本実施例では特に
合金薄Ｈりあるいは多元系薄膜の成膜について述べるが
、スパッタリングにょる成膜動作自体は従来と同様であ
る。即ち、まず、ガス導入系２及び排気系３の各バルブ
を制御して真空容器１内を所定の真空圧にする６次に前
記同様に各パルプの開口を制御しながら前記真空容器ｌ
内に例えばアルゴンガスを封入し、所定のガス圧に設定
する。

この状態で、プレスパツタリング等を行った後、成膜の
ためのスパックリングを行う。このとき、ターゲット６
にはスパッタリング電′ｆＡ８により高周波電圧が印加
されている。そして、ステッピングモータ１２を駆動し
て、ビニオン１３．　　ラック１１を介して回転シール
ド板１０を回転させ、該回転シールド板１０の放電用孔
１０ａを、例えばＥｆｔ石９ａと対向する位置に移動さ
せて停止させる。

この回転シールド１０が所定の位置に停止した状態では
、放電用孔１０ａを介していわゆるマグネトロン放電が
生じ、第４図に示すように、所定領域Ａの部分に高密度
のプラズマが発生して、第１ターゲツト６ａのスパッタ
リングが行われる。この場合、他の第２．第３ターゲツ
ト６ｂ及び６Ｃの部分では、回転シールド板１ｏが各タ
ーゲット６ｂ、６ｃに近接した位置に在るので、放電は
起こらず、前記のように第１ターゲツト６ａの蒸発物だ
けが発生する。

そして所定時間第１ターゲツ）６ａのスパッタリングを
行った後は、前記回転シールド板１０の放電用孔１０ａ
を、次の所定位置、即ち第２ターゲット６ｂ裏面の磁石
９ｂと対向する位置まで回転させ・て停止する。この状
態で前記同様にして第２ターゲツト６ｂのスパッタリン
グを行い、さらに第３ターゲツト６ｃについても同様に
して、前記回転シールド板１０を回転制御し、所定時間
の間、スパッタリングを行う。なお、前記回転シールド
板ＩＯの放電用孔１０ａが回転途中で、所定の位置にな
いとき、例えば第５図のような位置に在るときは放電は
発生せず、従って２つのターゲットが同時にスパッタリ
ングされるようなことはない。

このようにして、回転シールド仮１ｏの回転及び放電用
孔１０ａの所定位置における停止時間を予めモータ制御
卸回路１４にプログラムしておき、回転、停止を繰り返
して各ターゲットのスパッタリングを行うことにより、
基板５上に形成される膜の組成を制御する。例えば、第
１〜第３ターゲント６ａ、６ｂ、６ｃの組成を、６ａ：
６ｂ：６ｃ＝２　：　ｌ　：　１にしたいときは、回転
シールド板１０の放電用孔１０ａが各ターゲット６ａ、
６ｂ。

６ｃ上に停止する時間を、１１：１としてスパッタリン
グを行えば、各ターゲットのスパッタリング粒子が前記
停止時間にほぼ比例した割合で基板５上に付着し、前記
所望の化率の組成の合金薄膜を得ることができる。

このように、本実施例では、基板５とターゲット６との
間に、ターゲット６に近接して回転シールド板１０を設
けるとともに、この回転シールド板１０に放電用の孔１
０ａを形成し、前記回転シールド板１０の回転及びその
放電用孔１０ａの停止位置５停止時間を制御するように
したので、合金又は多元系薄膜の組成の比率を任意に可
変して成膜することができる。このとき、マグネトロン
スパッタリングによってスパッタリングを行うので、放
電の生じる領域及びその時間を容易に、かつ正確に制御
することができ、形成される膜の組成を正確に制御する
ことが可能となる。さらに、ターゲットを一体形成して
いるので、例えば第７図に示した従来装置における各タ
ーゲットを非常に近接して設けたものと同様となり、装
置がコンパクトになるとともに、組成分布も良好となり
、各成分の膜が層状に形成されるというような不具合を
避けることができる。

なお、前記実施例ではターゲットの種類を３種類とした
が、この数は前記実施例に限定されるものではなく、種
々の変形が可能であることは言うまでもない。

また、前記実施例では回転シールド板１０の放電用孔１
０ａを１個所のみ設けた場合について説明したが、この
放電用孔１０ａを例えば２個形成して、２個所同時放電
させることも考えられる。

しかるにこの場合は、２個所の放電が同時に発生しにく
いという問題があり、放電が安定せず、信頼性が低い、
従って、組成を精度よく制御するためには、前記実施例
のように放電用孔１０ａは１個所が望ましい。

（発明の効果〕 この発明は、以上の通りであるから、放電用の孔を有す
る回転シールド）反によって、該回転シールド板を所定
の位置で停止させ、この停止位置でターゲットのスパッ
タリング時間を任意に制御することができ、しかも磁界
の発生によって成膜組成を精度よく制御できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるスパッタリング装置の
概略断面構成図、第２図はその一部平面図、第３図はそ
の一部斜視回、第４図及び第５図はともに前記スパッタ
リング装置の作用効果を説明するための図、第６図（ａ
ｌ　（ｂ）　、第７図、第８図はそれぞれ従来の合金薄
膜又は多元系ｇｌ膜を形成する場合の構成を示す図であ
る。 ｌ・・・真空容器、５・・・基板、６．６ａ〜６Ｃ・・
・ターゲット、９３〜９Ｃ・・・磁石、１０・・・回転
シールド板、１０ａ・・・放電用孔、１２・・・ステン
ピングモータ、１４・・・モータ制御回路。 特許出願人　　　　　株式会社島津製作所し＋−，、”
、ｊ’ ≦３２　図 ｂｆ５ｂ ・１３図 第　６　図 、３７　図 （ｂ） ２ラ　８　図 ら１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内に対向して設けられた基板とターゲッ
   トとの間に放電を起こさせ、前記ターゲットからのスパ
   ッタリング粒子を前記基板表面に付着させて成膜を行う
   スパッタリング装置において、前記ターゲットを複数種
   類の材料がそれぞれの領域に区分けされて一体的に形成
   するとともに、該各領域のターゲットに対応して設けた
   複数の磁界発生手段と、前記基板とターゲットとの間で
   かつ前記ターゲットに近接して回転可能に設けられた放
   電用の孔を有する回転シールド板と、この回転シールド
   板の回転、停止を制御する回転制御手段とを具備したこ
   とを特徴とするスパッタリング装置。