JPH02115366A - 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】 利用産業分野 この発明は、２極以上のカソードを有する多層膜形成を
目的としたスパッタリング装置の改良に係り、特に、隣
接するカーボンターゲットとメタルターゲットの中心間
距離を所要値となすことにより、カソード間のクロスコ
ンタミネーションを防止し、すぐれた性状の多層膜を形
成できるスパッタリング装置に関する。

背景技術 近年、半導体デバイスや電子部品等の製造、特に、表面
に所要の薄膜を形成したり、多層膜を形成するために、
スパッタリング装置が多用されるようになってきた。

かかる電子デバイス等には多層膜が用いられることが多
いが、この場合、ある膜を形成した後、次の膜を形成す
るまでの間に大気にさらすことなく、真空中で連続的に
成膜するすることが必要とされる場合が少なくない。

多層膜を真空中で連続的に形成する場合には、２種以上
のカソードを有するスパッタリング装置、例えば、第３
図に示す如き、１つの真空ポンプで真空化する１室に２
種以上のカソードを直列配置し、被スパッタ基板を載置
するホルダーまたはトレイが同方向に移動する多層膜形
成用スパッタリング装置が用いられている。

しかし、２種以上のカソードに２種類以上のターゲット
を取付けて多層膜を形成する場合は、ターゲット間のク
ロスコンタミネーション（相互汚染）や、平板マグネト
ロン式ターゲットの非エロージョン領域あるいはターゲ
ットの周囲に付着した膜や粒子の剥離等が起り、これが
成膜中に基板に付着すること等により、多層膜に不純物
含有、ピンホール等の欠陥を生じる恐れがあった。

クロスコンタミネーション防止対策として、ターゲット
の回りをチムニ−と称される防着板で覆う等の手段が取
られている。

ところが、チムニ−は、カーボンや各種セラミックスの
ターゲットを使用する際に発生し易い数νｍ以下の微粒
子に対しては不十分な問題があった。

そこで、微粒子の発生し易いターゲットを使用するカソ
ードのみ、他のカソードと別の真空チャンバーに取付け
る手段が提案されている。

この複数チャンバーとしたスパッタリング装置には、チ
ャンバー間にゲートバルブを設け、排気装置を別々にす
る等の措置が必要であり、装置が複雑、かつ犬がかりに
なり、コストも非常に高くつくという問題があった。

発明の目的 この発明は、上記従来の問題点に鑑み、スパッタリング
装置において、ターゲット間のクロスコンタミネーショ
ンを防止し、さらにターゲット材料の粒子が成膜時に基
板に付着することを防止すること、特に金属膜とカーボ
ンやセラミックス等の膜とを連続的に形成するスパッタ
装置において、金属膜中またはその下に、上記カーボン
およびｌまたはセラミックス等の粒子が付着することを
防止でき、かつ構造が簡単で、コストの安いスパッタリ
ング装置を提供することを目的としている。

発明の概要 この発明は、１室に２種以上のカソードを直列配置し、
被スパッタ基板を載置するホルダーまたはトレイが同方
向に移動する多層膜形成用スパッタリング装置において
、 カーボンやセラミックス等の非メタルターゲットを使用
するカソードと、メタルターゲットを使用するカソード
間のターゲットの中心間距離を、前記非メタルターゲッ
トの露出有効幅の４倍以上となすことを特徴とするスパ
ッタリング装置であり、 また、 前記構成において、ホルダーまたはトレイの移動方向幅
を前記カソードの両端間距離以下となすことを特徴とす
るスパッタリング装置であり、また、さらに、 前述の非メタルターゲットとメタルターゲット間に、閉
めた時にトレイが通過可能な隙間が形成される開閉用ダ
ンパーを設けたことを特徴とするスパッタリング装置で
ある。

発明の構成 この発明は、換言すれば、同一真空チャンバー内に、２
種以上のカソードを有するスパッタ装置において、カソ
ード間の中心距離が、カソードの配列方向にみたターゲ
ットの最大幅（円形ターゲットの場合は直径）の４倍以
上、好ましくは５倍以上であり、かつ基板を保持するサ
ブストレートボルダ−あるいはトレイのカソード配列方
向にみた長さが、前記のカソードの両端間の距離以下と
することにより、前記目的を達成し、上記の２種以上の
ターゲットのうち少なくとも１種が、カーボンまたはセ
ラミックスである場合には、特に有効である。

この発明において、クロスコンタミネーション防止効果
を得るためには、隣接カソードにおける非メタルターゲ
ットとメタルターゲットの中心間距離を、非メタルター
ゲットの露出有効幅の４倍以上とする必要があるが、好
ましくは５倍以上である。しかし、いたずらにターゲッ
ト中心間距離を長くとってもこの発明の効果を十分に高
めることができず、むしろ真空ポンプの必要容量が大き
くなり、コストが著しく高くなるなどの問題が生じるの
で、１０倍以下が望ましい。

また、この発明は、ホルダーまたはトレイの移動方向幅
を、当該カソードの両端間距離以下とするが、これは、
トレイ通過時に電界分布が変わり、非メタルターゲット
のプラズマが隣接するターゲットへ広がったり、発生し
たダストが電位差やガス流によりトレイに沿ってメタル
ターゲット表面に流れたりすること等を防止するためで
ある。

また、さらにこの発明を効果的に実施するために、メタ
ルターゲットを載置したカソードと非メタルターゲット
を載置したカソードとの間を仕切るように、トレイが通
過できるだけの隙間を有する防着板、いわゆるスリット
部を設けることが望ましい。

しかし、このスリット部が固定型の場合には、排気の抵
抗が大となり、到達真空度が悪くなる。

隙間を大きくすると、この発明の目的とするクロスコン
タミネーションやダスト粒子の飛散防止の効果が小さく
なる。

そこで、このスリット部を可動式ダンパーとなし、非ス
パッタ時には開口部を大きく取り、排気抵抗を下げて真
空に引きし易くし、スパッタ時にはこれを閉じてトレイ
が通過できるだけの隙間をあけることにより、この発明
をより効果的に実施することができる。

なお、この可動式ダンパーの材質はＡＩやステンレス等
通常スパッタ装置の内部に用いられる部品と同じ材質で
良い。また開閉の機構は回転式、スライド式等公知の機
構を用いれば良く、また、駆動時にそれ自体から発塵し
ない構造のものが望ましい。

また、ダンパーを閉じた時の隙間はできるだけ狭いこと
が望ましいが、トレイと接触しないことが必要であり、
実施に当ってはターゲットの材質、スパッタ条件等を勘
案して隙間寸法を適宜調節することが望ましい。

図面に基づ〈発明の開示 第１図と第２図はこの発明によるスパッタリング装置の
構成を示す概略説明図である。

構成１ 第１図に示す装置は、広く用いられている磁気ディスク
の少量生産用スパッタ装置をこの発明の構成としたもの
である。ここでは、基板にＣｒ、ＣｏＮｉＣｒ、カーボ
ン膜の順に成膜する例について説明する。

装置本体は、ディスク基板の仕込・取出し室（１）とス
パッタ室（２）はゲートバルブ（３）によって分離され
ている。

仕込・取出し室（１）にて、トレイ（４）上に基板を所
定位置に載置し、真空排気後、トレイをヒーター（５）
位置まで移動させる。

トレイ（４）に載置された基板は、ヒーター（５）によ
って所定°の温度に加熱され、その後各カソード位置へ
移動する。

数ｍＴｏｒｒ〜数十ｍＴｏｒｒの所定ガス圧に調整され
た時点で、Ｃｒターゲットを載置したＣｒ用カソード（
６）、ＣｏＮｉＣｒターゲットを載置したＣｏＮｉＣｒ
用カソード（７）の各カソードの前をトレイ（４）が通
過する際に、カソード（６Ｘ７）に所定の電圧が印加さ
れ、各金属膜がスパッタされる。

カソード（７）の前を完全にトレイ（４）が通過した後
、−度トレイ（４）をヒーター（５）位置まで左行させ
、次にカーボン膜の形成に適したガス圧に変更する。

そして、カーボンターゲットを載置したカーボン用カソ
ード（８）に所定の電圧を印加して、カーボンをスパッ
タし、トレイ（４）を移動させて当該カソード（８）の
前を通過することによって、金属膜上にカーボン膜が所
定の厚さに形成される。

また、ＣｏＮｉＣｒ用カソード（７）とカーボン用カソ
ード（８）とは、そのターゲットの中心間距離がターゲ
ットの配列方向の露出有効幅の４倍以上に設定してあり
、さらに、トレイ（４）の移動方法幅は、前記カソード
（７Ｘ８）の各端面間距離より小さく設定しである。

また、所要寸法となした前記カソード（７Ｘ８）間には
、これを仕切るためのダンパー（１０）が設けてあり、
ここでは一対の回転型のものを、図中で、上下にトレイ
（４）を挾むように配し、回転ダンパー（１０）が閉じ
たときに所要スリットが形成されるよう構成しである。

このダンパー（１０）により、クロスコンタミネーショ
ン防止効果がさらに高まる。

また、スパッタ室（２）の真空排気口は、図中で右側に
配置するほうが、発生した非メタルターゲットの粒子が
金属膜へ混入するのを防止する上で効果的である。

なお、図中の符号９はチムニ−である。

構成２ 第２図に示す装置は、上述し“た第１図の装置と基本的
には同様の構造を有するが、ヒー・ター（５）が仕込、
取り出し室（１）から最も遠い図の右端に設置されてい
ること、従ってカソードの配列が右側よりＣｒ用カソー
ド（６）、ＣｏＮｉＣｒ用カソード（７）、カーボン用
カソード（８）と入れ替っていることが異なる。

しかし、ＣｏＮｉＣｒ用カソード（７）とカーボン用カ
ソード（８）とは、そのターゲットの中心間距離がター
ゲットの配列方向の露出有効幅の４倍以上に設定してあ
り、さらに、トレイ（４）の移動方法幅は、前記カソー
ド（７）（８）の各端面間距離より小さく設定しである
こと、およびダンパー（１０）を設置できることは、第
１図の装置と同様である。

成膜手順は以下のとおりである。ヒーター（５）にて基
板およびトレイ（４）を加熱し、次いで左方向にトレイ
（４）を移動させながら、Ｃｒ、　ＣｏＮｉＣｒを成膜
し、トレイ（４）がカソード（７）の前を完全に通過し
た時点でトレイ（４）を停止させる。

次にガス圧を変更して、カーボン用カソード（８）を放
電させ、再びトレイ（４）を移動させることにより、カ
ーボン膜を形成する。

実施例 実施例１ 上述した第２図の構成からなるこの発明によるスパッタ
リング装置と、第３図に示す如く、第２図と基本的に同
様構成で、カソード間隔を一定にした従来装置を用い、
カソード間距離を下記の如く設定したほか、他のＡｒガ
ス圧、電力、トレイの移動速度などは本発明装置、従来
装置ともに同一の条件にて、下記条件の試験片を製造し
た。

本発明装置 カソード（７Ｘ８）の中心間距離； カーボンターゲットの露出有効幅 （１２６ｍｍ）の４倍以上の６０島皿、カソード寸法； １２６ｍｍ幅Ｘ４５６ｍｍ長さｘ６ｍｍＦｊＥさカソー
ド（７Ｘ８）両端面間の距離（４７９ｍｍ崖トレイの幅
（４４０ｍｍ） 従来装置 各カソードの配列方向のターゲット中心間距離；　３５
０ｍｍ、 カーボンターゲットの露出有効幅；　１２６ｍｍ、カソ
ード端面間の距離；　２２４ｍｍ、トレイの幅；　４４
０ｍｍ。

カソード寸法； １２６ｍｍ幅Ｘ４５６ｍｍ長さＸ６ｍｍ厚さ試験片１　
基板加熱　　１６０℃ｘ２０分Ｃｒ　　　　１５００Ａ
、 ＣｏＮｉＣｒ　　７００Ａ　　成膜 試験片２　基板加熱　　１６０″Ｃｘ２０分Ｃｒ　　　
　１５００Ａ ＣｏＮｉＣｒ　　７００Ａ Ｃ４００Ａ　成膜 試験片３　基板加熱　　１６０℃ｘ２０分Ｃｒ　　　　
　　１５００人 ＣｏＮｉＣｒ　　７００Ａ　　成膜 各装置とも上記の試験片１．２．３の製造を続けて行な
い、成膜用基板としてそれぞれあらかじめ０．８ｐｍ以
上のダスト数を調べたＳｉウェハー（２ケ／面以下）を
用いてダストの増えかたを比較した。その結果を第１表
に示す。

第１表 第１表から明らかなように、装置内部がクリーンな状態
の試験片１の場合では、両者とも数十ケ１面以下であり
、カーボン膜をスパッタすると１０００ケ１面以上に増
加する。

しかし、その、後再び金属膜のみを成膜する試験片３の
ときは、本発明装置では３０ケ１面と、試験片１の場合
と同レベルであるが、従来装置では６２１ケ１面と驚異
的に増大していることがわかる。

次に、比較装置で試験片３を製造した際に使用したウェ
ハー上にある粒子状の欠陥を１０ケ無作意に選び、Ｘ線
マイクロアナライザーにて分析したところ、９ケにＣが
検出された。これらの欠陥は、スパッタ装置内で発生し
たカーボンのダストであると考えられる。

以上の試験結果から、従来のスパッタ装置では装置内で
発生したカーボンのダストが、金属膜スパッタ中に多数
付着し、欠陥の主な原因になっていることが証明された
。

一方、この発明によるスパッタ装置ではカーボン粒子の
金属膜中への混入はほとんど防止できる。

実施例２ 第２図に示すこの発明装置および第３図に示す従来装置
を用いて、直径９５ｍｍφ×厚さ１．３ｍｍの強化ガラ
ス製ディスク基板に、Ｃｒ　　１５００Ａ、　ＣｏＮｉ
Ｃｒ７００人、カーボン保護膜４００人を形成した。

到達真空後、アルゴンガス圧、基板温度、スパッタ時の
投入電力は同装置とも同一条件であった。

得られた磁気ディスクを潤滑剤で、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ
製磁気ヘッドによるＣ８Ｓテストに供したところ、本発
明装置にて作製したディスクは１０，０００回のテスト
後にも、ヘッド、ディスクに異常は認められなかったが
、従来装置にて作製したディスクは、２６６回にてヘッ
ドクラッシュを生じた。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明によるスパッタリング装置の
構成を示す概略説明図である。 第３図は従来のスパッタリング装置の構成を示す概略説
明図である。 １・・・仕込・取出し室、２・・・スパッタ室、３・・
・ゲートバルブ、４・・・トレイ、５・・・ヒーター６
・・・Ｃｒ用カソード、７・・・ＣｏＮｉＣｒ用カソー
ド、８・・・カーボン用カソード、９・・・チムニ１０
・・・ダンバー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １室に２極以上のカソードを直列配置し、被スパッタ基
   板を載置するホルダーまたはトレイが同方向に移動する
   多層膜形成用スパッタリング装置において、 カーボンやセラミックス等の非メタルターゲットを使用
   するカソードと、メタルターゲットを使用するカソード
   間のターゲットの中心間距離を、前記非メタルターゲッ
   トの露出有効幅の４倍以上となすことを特徴とするスパ
   ッタリング装置。 ２ ホルダーまたはトレイの移動方向幅を前記カソードの両
   端間距離以下となすことを特徴とする請求項１記載のス
   パッタリング装置。 ３ 非メタルターゲットとメタルターゲット間に、閉めた時
   にトレイが通過可能な隙間が形成される開閉用ダンパー
   を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載
   のスパッタリング装置。