JPH024674B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、スパツタ膜の純度向上化を図れる
ようにしたスパツタリング装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来より、半導体装置、磁気記録媒体等を始め
各種部材の薄膜形成にスパツタリングが多用され
ている。周知の如くスパツタリングは、陽極〜陰
極間に数百ボルトの電圧を印加してグロー放電を
生じさせ、陰極周辺に配置されたターゲツト金属
をプラズマ中のイオンで叩き出し、陰極周辺に配
置された基板上に金属原子を付着させるようにし
たものである。特にマグネトロンスパツタにあつ
ては、高密度のプラズマを発生させることがで
き、しかもエレクトロの動きを磁界と電界とによ
つて拘束できるので、基板に流入するエレクトロ
ンの量を抑制して基板の温度上昇を抑えられると
いう利点を有している。

ところで、スパツタリングにおいて成膜の純度
を高めるには、O₂，H₂Oなどの分圧が低い高純
度のArガスを用いるとともに、スパツタ室にお
けるO₂，N₂，CO，H³の分圧を下げる必要があ
る。これらのガスがスパツタ金属との間で反応し
成膜純度の低下をもたらすからである。

しかし、バツクグランドの圧力を下げるといつ
ても限度がある。特に真空下においては、O₂，
H₂Oなどのガスが真空容器の内面に付着して完
全に排気されないことも多い。

そこで、残留ガスとスパツタ金属との反応速度
よりも速い速度で成膜することにより、膜中に取
込まれる上記ガス成分の割合いを下げるようにす
ることも考えられる。成膜速度を上げるには、ス
パツタ時の投入電力を高めれば良い。

しかしながら、通常のスパツタリングではスパ
ツタ電力の90％以上がターゲツト表面で熱となつ
てターゲツトの温度上昇をもたらすので、投入電
力を増加させるとターゲツトの冷却が間に合わな
くなり、ボンデイングの剥がれ等の問題を生じる
ことがあつた。また、ターゲツト原子が高温にな
ると、基板に運ばれる熱量も増加するので、基板
の温度上昇も著しくなり、プラスチツクや精密部
品等の薄膜形成に使用できないという問題もあつ
た。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる問題に基づきなされたもであ
り、その目的とするところは、ターゲツトおよび
基板の温度上昇をもたらすことなく高純度のスパ
ツタ膜を形成できるスパツタリング装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は、陰極と陽極との間に配置されたター
ゲツト上に間欠的に不活性ガスを吐出するノズル
と、このノズルからのガスパルスに同期して前記
陰極と陽極との間に間欠的に電圧を印加するスパ
ツタ電源とを具備してなることを特徴としてい
る。

〔発明の効果〕

従来の連続的なスパツタリングにあつては、そ
の成膜速度の限界値が１〜2μｍ／minであつた
が、本発明によれば、間欠的なスパツタリングを
行なわせるようにしているので、スパツタリング
時に従来の略10倍の電力を投入することによつ
て、平均成膜速度は基板やターゲツトにダメージ
を与えない従来の限界値に抑えつつ、スパツタリ
ング時の成膜速度を略10倍近く高めることができ
る。このため、真空容器の残留ガスとスパツタ金
属との反応速度よりも速い速度でスパツタ膜を形
成できるので、膜中に取込まれる上記残留ガス成
分を低く抑えることができ、高純度の膜を形成で
きる。

また、本発明によれば、ターゲツト上に放電に
必要な量だけガスパルスを作ればよいので、従来
の約1/10以下のガス量しか必要とせず、平均スパ
ツタ圧力も従来の１〜0.1Paから0.1〜0.01Paに下
げることができ、真空ポンプの寿命向上もつなが
るという効果を奏する。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の一実施例に
ついて説明する。

第１図は本実施例に係るスパツタリング装置の
概略構成を示す図である。

すなわち、真空容器１の内部には、陰極２と陽
極３とが対向配置されている。陰極２はスパツタ
電源４に接続され、陽極３は接地さている。陰極
２の上面にはターゲツト５が例えば半田付けによ
つて固定されている。陽極３を介して上記ターゲ
ツト５と対向する位置には、基板６が基板ホルダ
７に支持されて配置されている。

一方、図示しないArガス供給源から供給され
たArガスは、導入管８，流量制御弁９を介して
真空容器１の内部に配置されたガス容器１０に導
入されている。このガス容器１０に収容されたガ
スは、電磁弁１１および噴射ノズル１２を介して
前記ターゲツト５上に噴射される。また、真空容
器１の内部のガスは、排気管１３および排気弁１
４を介して排気される。

また、この装置にはパルスコントローラ１５が
備えれている。このパルスコントローラ１５から
のパルス出力は、電磁弁１１およびスパツタ電力
源４に与えられている。

このように構成されたスパツタ装置において、
導入管８，制御弁９を介して導入されたArガス
は、ガス容器１０の内部に蓄えられる。パルスコ
ントローラ１５からのパルス信号は、電磁弁１１
に与えられているので、電磁弁１１は上記パルス
信号に従つて電磁弁１１を開放し、ノズル１２を
介してターゲツト５上にArガスを噴射する。こ
れによつて、スパツタに必要な圧力（マグネトロ
ンスパツタでは１〜0.1Pa）のガスパルスが作ら
れる。マグネトロンスパツタの場合、第２図に示
すような電圧電流特性を示すので、低電圧で大電
流を流すにはガスパルスの圧力が高い方が良い。

一方、スパツタ電源４にもパルス信号が与えら
れているので、該スパツタ電源４は、上記ガスパ
ルスに同期して通常の連続動作時の３〜10倍の電
力（例えば50〜100KW）を陰極２に投入する。
これによつて、陽極２〜陰極３間に密度の高いプ
ラズマが発生し、このプラズマ中のイオンによつ
て叩き出されたターゲツト金属が基板６上に付着
する。成膜速度は、投入電力が大きいため従来の
約10倍（例えば10〜20μｍ／min）にも達する。
パルスのデユーテイは、基板６の融点、真空容器
１の容積、排気ポンプの容量等を勘案して決めら
れ、パルス間隔は１ミリ秒から１秒の間に設定さ
れている。真空容器１内部のガスは、排出管１３
を介して間欠的若しくは連続的に排出される。

このように本実施例によれば、間欠的に大電力
を投入してスパツタ時の成膜速度を高めるように
しているので、基板やターゲツトの著しい温度上
昇をもたらすことなく純度の高いスパツタ膜を形
成することができる。

なお、スパツタ電源は、DCでもRFでも適用可
能であり、投入電力も上述した値に限定されるも
のではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るスパツタリン
グ装置の構成図、第２図はターゲツト電圧と放電
電流との関係を示す図である。 １……真空容器、２……陰極、３……陽極、５
……ターゲツト、６……基板、７……基板ホル
ダ、８……導入管、９……制御弁、１０……ガス
容器、１１……電磁弁、１２……ノズル、１３…
…排出管、１４……排出弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 陰極と陽極と間に配置されたターゲツトと、
   このターゲツト上に間欠的に不活性ガスを吐出す
   るノズルと、このノズルからのガスパルスに同期
   して前記陰極と陽極との間に間欠的に電圧を印加
   するスパッタ電源とを具備してなることを特徴と
   するスパツタリング装置。 ２ 前記ノズルは、前記ターゲツト上に１〜
   0.1Paの圧力を付与するものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のスパツタリング
   装置。 ３ 前記スパツタ電源は、50〜100kwのスパツタ
   電力を前記陰極と陽極との間に投入するものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   スパツタリング装置。