JPH02101161A - 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） 本発明は、基板に絶縁物等の薄膜を形成するスパッタリ
ング装置に関し、更に詳述すれば、マグネトロン放電の
安定性と薄膜欠陥の低減が図れるマグネトロン型のスパ
ッタリング装置に関する。

（従来技術） 従来より、スパッタリング装置は、低圧雰囲気下に配置
した電極間に例えばＡｒ等の不活性ガスによるグロー放
電を発生せしめ、放電空間！て形成されるプラズマ中の
正イオン（Ａｒ＝）を加速してターゲット陰極表面に衝
突させ、これによって飛び出したターゲット物質（スパ
ッタリング粒子）を陽極上に置いた基板面上に堆積させ
て薄膜を形成するものとして、広く工業手向に利用され
ている。　また、成膜速度を速めるために、陰極と陽極
間の電界に直交する磁界を発生し該磁界の作用を利用し
てスパッタ放電するマグネトロン型のスパッタリング装
置が広く用いられている。

上述のマグネトロンスパックの基本的原理を第３図を用
いて説明する。

このマグネトロンスパッタは、ターゲット１の表面に平
行な磁力線２を形成するために例えば永久磁石３．４が
組み込まれており、磁界と電極間に形成される電界Ｅと
がターゲット中央部で直交している。

このため、電子が磁石により形成された磁界と電界の作
用によりサイクロイド運動してスパッタガスのイオン化
を促進し、ターゲット表面に対してほぼ平行となってい
る磁界領域にて円環状に放電が集中してクーゲットをリ
ング状に浸食する。この結果、ターゲットは磁界のない
ときに比べて顕著にスパックされて成膜速度を向上させ
ることができる。

一方、スパッタリング技術として、不活性ガスに他の０
２．Ｎ２等の活性な反応ガスを混合することにより、タ
ーゲット材料と反応ガスとの化合物薄膜を形成する反応
性スパッタリング法がある。この場合、ターゲット材料
として通常金属を用い、化合物薄膜として絶縁膜や光学
膜を形成する場合が多い。

一般に、ターゲットが金属である場合、ターゲット電源
として直流（ＤＣ）、高周波（ＲＦ）の両方が利用され
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、化合物薄膜が絶縁物である場合、前記マ
グネトロン型のスパッタリング装置においては、ＲＦス
パッタがより多く利用されている。これは、ＤＣＣスパ
ッタより反応性スパッタリングを長時間行うと、異常放
電が発生して欠陥薄膜が形成され易いことによる。

すなわち、第３図からも判るように、磁力線２がターゲ
ツト面から垂直に出している両磁極に接近し社部分では
電子のザイクロイド運動が好都合に行われないことから
ターゲット）浸食が進まず、長時間スパッタし−５いる
と反対にターゲット表面に反応生成物が堆積する。この
堆積物は反応ガスが０２　、　Ｎ２の場合、酸化物や窒
化物等の絶縁物であり、ターゲット表面のこの部分によ
ってスパッタ収量が低下するだけでなく、最も大きな問
題はこの絶縁物の部分だけが高抵抗領域となり、次第に
帯電して絶縁破壊を起こし、異常放電に達する。そして
この際、ターゲット表面の堆積物が溶融して不純物を放
出することにより、該不純物が基板面に付着するため、
欠陥薄膜が形成されてしまう。

従って、反応性スパッタリングでは、通常、ターゲット
材料が絶縁的であってもスパッタリング可能なＲＦスパ
ッタが利用されている訳であるが、しかし、ＲＦスパッ
タにおいても前記不要堆積物の形成が全くないわけでは
なく、又、ＲＦスパッタはＤＣスパッタに較べて成膜速
度が遅いと云う欠点があった。

本発明の目的は、上記事情に鑑みなされたものであり、
反応性スパッタリングにおいて絶縁物の堆積が原因で生
じる異常放電を阻止し、かつ速い成膜速度で良質の薄膜
が形成できるスパッタリング装置を提供することにある
。

（課題を解決するための手段） すわわち、本発明の上記目的は、基板とターゲットとの
電極間に形成される電界に対して直交する磁界をターゲ
ット表面に形成する磁界発生手段を備えたマグネトロン
型のスパッタリング装置であって、前記ターゲット表面
に高速中性子を照射する高速中性粒子ビーム源を有し、
前記高速中性粒子により前記ターゲット表面に形成され
る不要堆積物を除去するように構成されたことを特徴と
するスパッタリング装置により達成される。

（実施態様） 以下、本発明のスパッタリング装置の一実施態様を図面
に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本実施態様のマグネトロン型のスパッタリン
グ装置における要部を示す概略図であＳ０図において、
マグネトロン型のスパッタリング装置（以下、単にスパ
ッタリング装置と称する）は、ガス導入口２５および排
気口２６を有するスパッタ室１０内に、互−１に対向し
た陽極１１．陰極１２が一対設けられている。

前記画極１１，１２は、回転可能に構成された基板ホル
ダ１．３　ａ上には被スパツタリング部材である基板１
３が、陰極１２の表面にはターゲット１４がそれぞれ配
置されている。

前記陰極１２は、第３図に示した従来のものと同様に構
成することができ１、前記ターゲット１４の表面に平行
な磁力線２を形成する永久磁石Ｉ５，１６が、ターゲッ
ト裏面側に位置した支持台１７上に配置されている。ま
た、前記陰極、１２は、周面がシールド部材１８により
遮蔽され、且つ絶縁体１９により容器と電気的に絶縁さ
れて前記ターゲラ）１４はスパッタ用直流電源２０と接
続されスパッタパワーが加えられている。

尚、従来装置と同様、必要に応じて移動調整可能なンヤ
ッタ２１が電極間に配置されており、また、前記スパン
タ室１０．前記陽極１１ちよび前記／−ルド部材１８は
共に接地されている。

本発明の特長とするところは、前記ターゲット１４の斜
め上方に高速中性粒子ビーム源２２が配置されているこ
とである。そして、前記高速中性粒子ビーム源２２は、
タープ７）表面を成膜工程開始以前に高速中性粒子のビ
ーム（Ｃ）により前記タープ７）１４の表面をビーム照
射するプレ・スパッタを行い、スパッタ工程中における
不必要なアーク放電の発生を抑えるように設けられてい
る。

なお、前記高速中性粒子ビーム源２２の位置は特に限定
するものではなく、スパッタリンク工程に支障のない所
であることは勿論のこと、ビーム照射効率の良い位置、
すなわちビーム入射角がなるべく大きくならない位置が
望ましい。

前記高速中性粒子ビーム源２２が発生する高速中性子は
、前記スパック室１０内に注入された例えば酸素や窒素
などの反応ガスによって前記ターゲット１４表面の一部
に形成される絶縁物を除去することができる。そして、
前記高速中性粒子ビーム源２２の作動は、例えばスバツ
タ工程のインターバル間において行い、除去した絶縁物
（不純物）を前記スパッタ室１０の排気とともに該スパ
ッタ室外に出すことができる。

尚、高速中性粒子の生成方法は種々あるが、−船釣に、
前記高速中性粒子ビーム源２２に設けられたイオン発生
部３０内にビーム用ガス導入口３１から不活性ガスを導
入し、ビーム源電源２９により、前記イオン発生部３０
で生成した価電イオンを加速し引き出したのち、ニュー
トラライザ２７から発生した電子により中性化してアパ
ーチャ２７から放出する方法を用いることができる。

このように本発明のスパッタリング装置は、前記高速中
性粒子ビーム源２２によって発生した高速中性粒子ビー
ムが前記ターゲット１４の表面、特に前記磁力線２が垂
直に放射する部分に照射されることにより、この部分に
堆積する絶縁物を分解し除去クリーニングして高抵抗領
域をなくし、その後のスパッタ成膜過程において安定し
た放電を行わせることができる。ここで、前記ターゲッ
ト１４に照射される高速粒子ビームが中性粒子であるこ
とが重要である。すなわち、通常のイオンビームでは、
ターゲット表面の絶縁物を逆に帯電させることになり、
上述の効果は期待できないが、高速中性子によって、上
述の反応性スパッタリングにおける前記基板１３上の絶
縁物薄膜の成膜を抑えることが出来、特にＤＣスパッタ
リングにおける異常放電による薄膜の欠陥が阻止でき、
迅速かつ高品質の成膜が可能である。

これは、ＤＣスパッタリングのみならずＲＦスパッタリ
ングにも同様なことがいえる。

前記実施態様においては前記高速中性子ビーム源２２を
一つ設けたが、本発明は一つに限るものではなく複数で
あっても良いことは勿論である。

（発明の効果） 以上記載したように、本発明のスパッタリング装置は、
前記ターゲット表面に高速中性子を照射する高速中性粒
子ビーム源を有し、前記高速中性粒子により前記ターゲ
ット表面に形成される不要堆積物を除去するよに構成さ
れたので、スパッタリング以前にターゲット表面を高速
中性粒子ビームによりプレ・スパッタして好適にクリー
ニングすることができ、絶縁物の堆積が阻止されて異常
放電の発生が大幅に軽減される。その結果、特にＤＣス
パッタリングにおける反応性スパッタリンクを従来とは
比較にならない程良好に行うことができ、膜質の低下を
来すこともなく且つ成膜速度の改善が図れる。

以下、本発明の効果を実施例により明確にすることがで
きる。

（実施例） 第１図に示したスパッタリング装置により、下記スパッ
ク条件の基づきスパッタリングを行った。

スパッタ条件 ターゲット　　Ｔｉ　　（チタン） （純度５Ｎ、厚さ３ｍｍ、　φ５′） 陰極　　　　　　マグネトロンスパックカソード到達真
空度　　５　Ｘ　１０−７Ｔｏｒｒスパツタガス　Ａｒ
　　（純度　５Ｎ５）反応ガス　　　Ｎ２　　（純度　
５Ｎ）スパッタガス圧 ５　Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒ以下 基板−ターゲット距離 ６０ｍｍ ＤＣ電力　　　１．ＯＫＷ 中性粒子ビーム源作動時圧力 ５×１０″′４ＴＯｒｒ以下 ＤＣ電力　　　１．０ＫＩｌｌ 中性粒子源　　　口径　φ３″ イオン化ガス　Ａｒ 加速電圧　　　７００〜１．ＯＫＷ イオン電流相当 ０、　３〜０．　７ｍＡ／ｃｎＪ 粒子源−基板距離 ２０ｍｍ このような条件において、はぼ同じ状態のターゲットを
複数用いて基板上にＴｉ　　Ｎの成分からなる光学膜が
成膜される以前に、それぞれ違った時間（０〜１０分）
高速中性粒子ビームによりターゲット表面をプレ・スパ
ッタしてクリーニングし、その後、スパッタリングをそ
れぞれ３０分間行い、アーク放電の頻度を観察した。

第２図は、上記スパック工程中、高速中性粒子ビームに
よるプレ・スパッタによるクリーニング時間と、連続３
０分の反応性スパッタリング中に発生したアーク放電の
頻度の関係を示したものである。

第２図から分かるように、高速中性粒子ビーム照射を５
〜６分以上行うことにより、その効果が現れ、アーク放
電の頻度は激減することがわかる。その結果、ＤＣスパ
ッタリングでも異常放電がほとんど認められず、絶縁物
の反応性スパッタリングによる成膜の可能なことが確認
された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様によるスパッタリング装置
の概略構成図、第２図は実施例によるプレ・スパッタ時
間とアーク放電発生頻度の関係を示したグラフ、第３図
はマグネトロンスパッタの原理を説明する図である。 図中符号： ■、１４：ターゲット、　　　２：磁力線、３、 ４．１５．１６：永久磁石、 ニスバッタ室、　　　１１，１２：電極、：基板、　　
　　　１３ａ：基板ホルダ、：支持台、　　　　　１８
；シールド部材、絶縁体、 スパッタ用直流電源、 シャッタ、 高速中性粒子ビーム源、 ガス導入口、　　　２６：排気口 ニュートラライザ、 アパーチャ、　　２９：ビーム源電源、イオン発生部、 ビーム用ガス導入部。 −一ト へ誕奈参ｍｌ奪富枢

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板とターゲットとの電極間に形成される電界に対して
   直交する磁界をターゲット表面に形成する磁界発生手段
   を備えたマグネトロン型のスパッタリング装置であって
   、前記ターゲット表面に高速中性子を照射する高速中性
   粒子ビーム源を有し、前記高速中性粒子により前記ター
   ゲット表面に形成される不要堆積物を除去するように構
   成されたことを特徴とするスパッタリング装置。