JPH03100162A - 基板の成膜装置 - Google Patents
基板の成膜装置Info
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- JPH03100162A JPH03100162A JP2234659A JP23465990A JPH03100162A JP H03100162 A JPH03100162 A JP H03100162A JP 2234659 A JP2234659 A JP 2234659A JP 23465990 A JP23465990 A JP 23465990A JP H03100162 A JPH03100162 A JP H03100162A
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Classifications
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［産業上の利用分野］
本発明は、真空排気可能でかつプロセスガス例えば０２
を導入可能な成′膜室内に配置された電極に接続された
直流電源及び／又は交流電源と、前記電極に電気的に接
続していてスパッタリングされるターゲットとを備えて
いて特に酸化アルミニウムで基板に成膜する装置であっ
て、前記ターゲットのスパッタ粒子が例えばプラスチッ
ク部品から成る基板上に蒸着され、しかもトロイダル磁
界が前記ターゲットを通過しかつ該磁界の磁力線が界磁
極の範囲でターゲットの表面から進出する形式のものに
関する。 ［従来の技術］ スパッタリングすべき面を有する陰極と、該陰極の近く
に配置されていて前記スパッタリングすべき面に対向し
た側で磁力線を発生させるための磁石装置とを有する陰
極スパッタリング装置は、５ｌｏａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ Ｃｏｒｐ、出願による西独国特許出願公開第２
７ ０７ １４４号明細書に基づいて公知であり、この
場合前記磁力線の少なくとも若干は、スパッタリングす
べき面内に進入し、かつ、互いに間隔をおいて位置する
交点で該面から再び進出し、前記交点間で磁力線は、ス
パッタリングすべき面から間隔をおいて連続的に円弧状
セグメントを形成し、しかも該円弧状セグメントは磁力
線と共に、閉じられた範囲のための制限面を形成し、こ
れによってトンネル状区域が形成され、該トンネル状区
域は、これによって規定された経路にわたってスパッタ
リングすべき面上に位置し、その場合荷電粒子は、トン
ネル状区域内で引留められて該トンネル状区域に沿って
運動する傾向を示す。また前記公知の陰極スパッタリン
グ装置は、陰極の近くに陽極を有しかつ電位源への陰極
及び陽極の接続部を有し、しかも少なくともスバツタリ
ングすべき面は真空排気可能な容器の内部に位置してい
る。 前記公知の装置では、空間的な近傍関係を維持しつつ磁
界とスパッタリングすべき表面とを相対運動させるため
の運動装置が設けられており、その場合、前記経路は、
静止した経路の占める面積範囲よりも大きな面積範囲内
で、スパッタリングすべき面上を擦過する。 また基板を誘電体で成膜する装置が、１６ｙｂｏｌｄＡ
Ｇ出願による西独国特許出願公開第 ３８２１２０７号
明細書に基づいて公知になっており、該成膜装置は、タ
ーゲットと電気的に接続している電極と結合された直流
電源を有し、前記ターゲットはスパッタリングされかつ
ターゲットのスパッタ粒子は、供給される元素と化合し
て基板面に析出・蒸着される。その場合トロイダル磁界
はターゲットを通過し、該磁界の磁力線は界磁極の範囲
内でターゲットの表面から進出する。この装置では１つ
の交流電源が設けられており、該交流電源の出力電圧は
直流電源の直流電圧に重畳されており、この場合、電極
に給電される交流電源の電力は、直流電源から前記電極
に給電される電力の５％〜２５％に相当する。 また真空蒸着装置用のマグネトロンスパッタ陰極がＬｅ
ｙｂｏｌｄ Ａ Ｇ 出願による西独国特許出願公開第
３６ １９ １９４号明細書に基づいてすでに提案され
ており、該マグネトロンスパッタ陰極は、スパッタリン
グすべき材料から成るターゲット円板と、該ターゲット
円板の背後に配置されていて互いに内外で閉じた２列の
永久磁石から成る少なくとも１つの磁石系と、前記ター
ゲット円板の中心軸線を中心として前記磁石系を連続的
に回転するための駆動装置とを備え、しかも前記磁石系
では各列の磁石は同じ極位置を有しているが、両列の磁
石は互いに逆の極位置を有し、前記ターゲット円板の上
位で、一方の磁石列から出て他方の磁石列へ復帰する磁
力線から成る、それ自体閉・じられた少なくとも１つの
磁気トンネルが形成され、またターゲット円板の周縁区
域には、回転軸線に対して実質的に同心的な第１の磁気
トンネルを発生するための第１磁石系が配置されており
、かつ前記の回転軸線と第１磁石系との間には、ターゲ
ット円板の成るセクタ範囲だけにわたる第２の磁気トン
ネルを発生する偏心的にずらされた第２磁石系が配置さ
れており、こうして両磁石系が共に回転する際にターゲ
ット円板の面要素が滞在時間と強度との積に定められて
おり、ターゲット円板が中央区域では比較的均等に、ま
た周縁では比較的強くスパッタされるので、ターゲット
円板に対向して配設された基板フィールドは一様に成膜
される。
を導入可能な成′膜室内に配置された電極に接続された
直流電源及び／又は交流電源と、前記電極に電気的に接
続していてスパッタリングされるターゲットとを備えて
いて特に酸化アルミニウムで基板に成膜する装置であっ
て、前記ターゲットのスパッタ粒子が例えばプラスチッ
ク部品から成る基板上に蒸着され、しかもトロイダル磁
界が前記ターゲットを通過しかつ該磁界の磁力線が界磁
極の範囲でターゲットの表面から進出する形式のものに
関する。 ［従来の技術］ スパッタリングすべき面を有する陰極と、該陰極の近く
に配置されていて前記スパッタリングすべき面に対向し
た側で磁力線を発生させるための磁石装置とを有する陰
極スパッタリング装置は、５ｌｏａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ Ｃｏｒｐ、出願による西独国特許出願公開第２
７ ０７ １４４号明細書に基づいて公知であり、この
場合前記磁力線の少なくとも若干は、スパッタリングす
べき面内に進入し、かつ、互いに間隔をおいて位置する
交点で該面から再び進出し、前記交点間で磁力線は、ス
パッタリングすべき面から間隔をおいて連続的に円弧状
セグメントを形成し、しかも該円弧状セグメントは磁力
線と共に、閉じられた範囲のための制限面を形成し、こ
れによってトンネル状区域が形成され、該トンネル状区
域は、これによって規定された経路にわたってスパッタ
リングすべき面上に位置し、その場合荷電粒子は、トン
ネル状区域内で引留められて該トンネル状区域に沿って
運動する傾向を示す。また前記公知の陰極スパッタリン
グ装置は、陰極の近くに陽極を有しかつ電位源への陰極
及び陽極の接続部を有し、しかも少なくともスバツタリ
ングすべき面は真空排気可能な容器の内部に位置してい
る。 前記公知の装置では、空間的な近傍関係を維持しつつ磁
界とスパッタリングすべき表面とを相対運動させるため
の運動装置が設けられており、その場合、前記経路は、
静止した経路の占める面積範囲よりも大きな面積範囲内
で、スパッタリングすべき面上を擦過する。 また基板を誘電体で成膜する装置が、１６ｙｂｏｌｄＡ
Ｇ出願による西独国特許出願公開第 ３８２１２０７号
明細書に基づいて公知になっており、該成膜装置は、タ
ーゲットと電気的に接続している電極と結合された直流
電源を有し、前記ターゲットはスパッタリングされかつ
ターゲットのスパッタ粒子は、供給される元素と化合し
て基板面に析出・蒸着される。その場合トロイダル磁界
はターゲットを通過し、該磁界の磁力線は界磁極の範囲
内でターゲットの表面から進出する。この装置では１つ
の交流電源が設けられており、該交流電源の出力電圧は
直流電源の直流電圧に重畳されており、この場合、電極
に給電される交流電源の電力は、直流電源から前記電極
に給電される電力の５％〜２５％に相当する。 また真空蒸着装置用のマグネトロンスパッタ陰極がＬｅ
ｙｂｏｌｄ Ａ Ｇ 出願による西独国特許出願公開第
３６ １９ １９４号明細書に基づいてすでに提案され
ており、該マグネトロンスパッタ陰極は、スパッタリン
グすべき材料から成るターゲット円板と、該ターゲット
円板の背後に配置されていて互いに内外で閉じた２列の
永久磁石から成る少なくとも１つの磁石系と、前記ター
ゲット円板の中心軸線を中心として前記磁石系を連続的
に回転するための駆動装置とを備え、しかも前記磁石系
では各列の磁石は同じ極位置を有しているが、両列の磁
石は互いに逆の極位置を有し、前記ターゲット円板の上
位で、一方の磁石列から出て他方の磁石列へ復帰する磁
力線から成る、それ自体閉・じられた少なくとも１つの
磁気トンネルが形成され、またターゲット円板の周縁区
域には、回転軸線に対して実質的に同心的な第１の磁気
トンネルを発生するための第１磁石系が配置されており
、かつ前記の回転軸線と第１磁石系との間には、ターゲ
ット円板の成るセクタ範囲だけにわたる第２の磁気トン
ネルを発生する偏心的にずらされた第２磁石系が配置さ
れており、こうして両磁石系が共に回転する際にターゲ
ット円板の面要素が滞在時間と強度との積に定められて
おり、ターゲット円板が中央区域では比較的均等に、ま
た周縁では比較的強くスパッタされるので、ターゲット
円板に対向して配設された基板フィールドは一様に成膜
される。
ところで本発明の課題は、複雑な反応スパッタプロセス
を安定操業するための装置を提供し、特に例えば八α２
０３．５ｉ０２ 、Ｓｉ３Ｎ４、Ｉ Ｔｏ、 ＴｉＯ２
、Ｔ６２０５ （７）Ｊ： ウナ蒸着膜を高いスパッタ
速度及び品質で製作できるようにすることである。
を安定操業するための装置を提供し、特に例えば八α２
０３．５ｉ０２ 、Ｓｉ３Ｎ４、Ｉ Ｔｏ、 ＴｉＯ２
、Ｔ６２０５ （７）Ｊ： ウナ蒸着膜を高いスパッタ
速度及び品質で製作できるようにすることである。
前記課題を解決する本発明の構成手段は、（イ）ターゲ
ットが実質的に細長い平行六面体の形状を有し、しかも
、直径方向で互いに対向した狭幅の端面が楕円の形式で
円弧状に面取りされており、 （ロ）前記ターゲットが暗域シールドによって取囲まれ
ており、該暗域シールドの、基板に面した方のリング状
の縁部又は端面が前記ターゲットの前面よりも後方に僅
かに引込められており、 （ハ）陰極槽内に配置されていてヨークに保持されｔ；
磁石ユニットが、ターゲット長手方向に延在する中位列
の細長い複数の磁石と、前記ヨークの周縁域にエンドレ
スに配列された細長い複数の磁石と２つの円形磁石とか
ら成り、しかも内円形磁石が前記中位列の磁石の各端部
に夫々１つずつ配置されている点にある。 本発明では、磁石は、陰極槽によって制限された槽室よ
りも小さく設計された幅と長さとを有するヨークに保持
されており、該ヨーク内に設けた凹所には、電動モータ
駆動式の偏心輪又はクランク伝動装置のクランクピンが
係合しておりかつ前記ヨークを前記槽室の内部で往復動
させるようにするのが殊に有利である。 ［実施例１ 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。 第１図には、金属薄膜層２を成膜しようとする基板ｌが
図示されている。該基板ｌに対面して、スパッタリング
すべきターゲット３が位置している。センタターゲット
３３を有する絶縁体３２を包囲しているリング状のター
ゲット３はタブ状の断面Ｕ形のエレメント、いわゆる陰
極槽４を介して電極５と接続し、該電極はヨーク６上に
座着している。ヨーク６は、それ自体と陰極槽４との間
に３列の永久磁石７．８．９を封じ込めている。３列の
永久磁石７．８．９の、ターゲット３寄りの極性は交互
に変化しているので、外位列の２つの永久磁石７．９の
Ｓ極は中位列の永久磁石８のＮ極と相俟って、ターゲッ
ト３を通るほぼ円弧状の磁界を生ぜしめる。該磁界はタ
ーゲット３の手前でプラズマを圧縮するので、磁界が円
弧の最大値を有する所でプラズマは最大密度を有するこ
とになる。プラズマ中のイオンは、直流電源１０によっ
て示される直流電圧に基づいて生成する電界によって加
速される。前記直流源ｌＯの（−）極は２つのインダク
タンス１１．１２と給電線３９とを介して電極５に接続
されている。電界はターゲット３の表面に垂直に位置し
該ターゲットの方に向ってプラズマの陽イオンを加速す
る。これによって、程度の差こそあれ多数の原子又は粒
子がターゲット３から、しかも特に、磁界の水平成分が
最大値を有する領域つまりスパッタピット１３．１４か
らはじき出される。飛散された原子又は粒子は基板ｌへ
向って移動し、そこで薄膜層２として析出される。 ターゲット３からはじき出された金属粒子は基板表面上
位の成膜室１５内で特定のガスと反応する。該ガスはガ
スタンク１６．１７から弁１８．１９，３１．入口接続
部２０．２０ａ及び、該入口接続部にガス供給導管２３
．５６を介して接続されていて複数のノズル５５を有す
るリング導管２１を介して室１５ａ内へ導入される。要
するに成膜室１５は２つの容器２４゜２５によって形成
される室１５ａと中間室１５ｂとから成り、しかも第１
の容器２５は基板ｌを中間室１５ｂと一緒に取囲んでい
るのに対して第２の容器２４は基板ｌの前方で終ってお
りかつスクリーン２６を形成している。両容器２４．２
５並びに、容器２５の底部に載っている基板Ｉは接地接
続されている。直流電源ｌＯの第２接続部２７はアース
線で接地されているのに対して、直流電源１０の第１接
続部２８はインダクタンス１１．１２以外にコンデンサ
２９５１にも接続されてＢす、該コンデンサ自体は接地
されている。 ガスは、電極５とターゲット３を取囲むガス分配管系つ
まり複数のノズル５５を有するリング導管２１を介して
第２の容器２４に供給され、かつ更に、第１と第２容器
２５．２４間の中間室１５ｂ内に達するのが一層有利で
ある。 図示のスパッタ成膜装置を制御するために、測定データ
を処理して制御命令を送出するプロセスコンピュータ３
０を設けることが可能である。該プロセスコンピュータ
３０では例えば成膜室１５内で測定された粒子圧測定値
がインプットされる。該測定データ及びその他のデータ
に基づいてプロセスコンピュータはガス流を圧電弁３１
を介して制御し電極５の電圧を調整する。またプロセス
コンピュータ３０はその他すべての変数、例えば陰極電
流や磁界強度を制御することもできる。このようなプロ
セスコンピュータは公知であるので、その構成の説明は
ここでは省く。 第１図に示したようにタブ状のＵ形エレメントつまり陰
極槽４も、センタターゲット３３を有するリング状のタ
ーゲット３も共に、暗域シールド３４によって取囲まれ
ており、該暗域シ−ルドの基板寄り端面３５はターゲッ
ト３の前面よりも寸法ａ（例えば２ ａｍ）だけずらさ
れて引込んでいる。また絶縁体３２もしくはセンタター
ゲット３３とターゲット３の半径方向内周面との間には
環状ギャップ３６（ｃ−１＋ａｍ）がまたターゲット３
の半径方向外周面と暗域シールド３４の内面との間には
環状ギャップ３７（ｄ＝２ｍ＋ｉ）が設けられている。 なお念のために述べておくが、ロンド状のセンタターゲ
ット３３の基板寄り端面５２はターゲット３の円環状端
面に対して僅かな寸法ｂ（例えば１ ａｍ）だけずらさ
れて引込んでいる。 また直流電源ｌＯ以外に高周波電源３８が設けられてお
り、該高周波電源は、可変コンデンサ４０．４１及びイ
ンダクタンス４２を間挿した給電線６０．３９を介して
交流を電極５に給電することができる。 第１図に示したスパッタ成膜装置では、アルゴン反応ガ
ス雰囲気中での反応ガス放電をターゲット３を有する電
極５つまりマグネトロンカソードの前面で安定的に燃焼
させることが保証されている。その場合の放電は直流電
圧放電、高周波放電又は両者を重畳させた放電であって
もよい。 ターゲット３は（第１図では示されていないが）長方形
ターゲットとして成形されており、該長方形ターゲット
の両端には弧状に丸く面取りが施されており、つまり長
方形ターゲットは平面図で見れば楕円の形状を有してい
る。 この手段は特に、純然たる直流放電の場合に好ましい。 このように特殊成形されたターゲットは、長方形の標準
陰極槽にか又は、特別に円弧をつけて製作された陰極槽
４に装着することができる。 特別の実施例では、ターゲットのスパッタ域ができるだ
け大きくなるように磁界が形成されている。特に円弧タ
ーゲットを有する長方形カソードの場合の磁界は、磁石
ヨーク４８の直径方向で互いに対向した両端部に配置さ
れた２つの円形磁石５３．５４によって形成されるのが
望ましい（第４図）。 本実施例では磁界は次のすぐれた特性を有している。 イ） 選ばれた永久磁石４５．４６．４７はきわめて細
く（例えば５ ＋＋＋＋＋＋）かつ高い磁界強度を有し
ている（ Ｖａｃｕｄｙｍ −Ｍａｇｎｅｔ）。 口） 中位列の永久磁石４６の両端に、適当なサイズと
強度の２つの円形磁石５３．５４が設けられているので
、慣用の放電電圧でターゲット材料は、縁部までスパッ
タリングされる。 第２図に示したスパッタ成膜装置ではターゲット４３は
Ｕ形ヨーク又は陰極槽４と共に電極４４に配置されてい
るのに対して、永久磁石列４５．４６．４７はその磁石
ヨーク４８を介してクランク伝動装置４９のクランクピ
ン５８と連結されており、該クランク伝動装置自体は軸
５０によって駆動されかつ該クランク伝動装置によって
前記磁石ヨーク４８が振動運動させられ、この場合該振
動運動は陰極槽４の内壁によって制限される。 要するに長方形カソードの場合、丸く面取りの施されｊ
；ターゲット４３の使用と、前記磁石配列方式（第４図
）の使用とによって、反応スパッタリングの場合さえも
ターゲット表面負荷を避けるように磁界を少なくとも２
種の方式で動かすことが可能になる。すなわち ａ） 陰極槽４内で磁石ヨーク４８全体を横方向に往復
動させると同時に、 ｂ） 陰極槽４内でその長手方向に磁石ヨーク４８を運
動させて、永久磁石ユニット４５゜４６．４７は横方向
にも長手方向にも往復動させられる。 前記の構成は、放電を不安定にするような絶縁ライニン
グを反応スパッタリング時にターゲット表面に生成する
のを防止する。 反応スパッタリング時にこのような不安定性を回避する
ことは絶対に必要なことであるが、経験によれば生産条
件ではほとんど達成するこ七ができない。 この生産条件下とは特に（例えばＡ１２２０３．５ｉ０
２、Ｓｉ３Ｎ４、ＩＴＯ１Ｔｉ０２、Ｔ６２０５の製造
プロセスのような）若干の臨界的な反応スパッタリング
プロセスにおいて、特に高いスパッタ速度が所望されて
いる場合である。 例えばＡ１２２０３の反応スペッタリング時の０２流量
を関数とする陰極電圧を考察すれば、第３図に示した経
過線図が生じる。 成膜率はｏ２流量を関数として、質的に類似の経過を示
す。曲線は、曲線を描く場合に０２流量を小流量から大
流量の方へか、それともその逆にとるかに応じて異なっ
た関係を示す（ヒステリシス効果）。 両曲線の筋目付き範囲で化学量論的な Ａ Ｑ２０３が分離される。高いスパッタ速度を得るた
めには、作業点Ｃにおいてスパッタリングすることが望
ましい。しかしながら、これは造作なく行うことはでき
ない。それというのはり＝ｆ（Ｏｚ）勾配が著しく急で
ありかつプロセスが短時間（＜ ｌ ５ｅｃ）の内にド
リフトするからである。 特殊な陰極電圧−反応ガス流量制御によって、反応スパ
ッタリング時でさえも線図のＣにおいて作業点を安定化
することが可能である。 あらゆる手段を考慮して純然たる高周波スパッタリング
時にも、重畳された高周波＋電圧スパッタリング時にも
作業点ＣにおいてＡ Ｑ２ｏ ３反応プロセスを数時間
にわたって安定的に維持することが可能である。その際
３０人／ｓｅｃ以上のスパッタ速度が簡単に得られる。 より迅速な制御特性を保証するために制御時に２つの特
性曲線姿勢を設定することが可能である。すなわち （イ）上り勾配の特性曲線と （ロ）下り勾配の特性曲線である。 反応ガス供給時の慣性をできるだけ小さくするＩ；めに （１）圧電弁３１が使用され、 （２）圧電弁３１とガスのノズル５５のオリフィスとの
間の管片５６はできるだけ短くされ、 （３）管片５６又はリング導管２１の管径は過小になら
ないように選ばれる（〉５■）。 作業ガスのアルゴンは反応ガスと同一の管片５６を介し
て供給されるか、或いはインライン設備の場合には例え
ば容器２４すなわちシールドボックスの外部で導管５７
を介して供給されてもよい。
ットが実質的に細長い平行六面体の形状を有し、しかも
、直径方向で互いに対向した狭幅の端面が楕円の形式で
円弧状に面取りされており、 （ロ）前記ターゲットが暗域シールドによって取囲まれ
ており、該暗域シールドの、基板に面した方のリング状
の縁部又は端面が前記ターゲットの前面よりも後方に僅
かに引込められており、 （ハ）陰極槽内に配置されていてヨークに保持されｔ；
磁石ユニットが、ターゲット長手方向に延在する中位列
の細長い複数の磁石と、前記ヨークの周縁域にエンドレ
スに配列された細長い複数の磁石と２つの円形磁石とか
ら成り、しかも内円形磁石が前記中位列の磁石の各端部
に夫々１つずつ配置されている点にある。 本発明では、磁石は、陰極槽によって制限された槽室よ
りも小さく設計された幅と長さとを有するヨークに保持
されており、該ヨーク内に設けた凹所には、電動モータ
駆動式の偏心輪又はクランク伝動装置のクランクピンが
係合しておりかつ前記ヨークを前記槽室の内部で往復動
させるようにするのが殊に有利である。 ［実施例１ 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。 第１図には、金属薄膜層２を成膜しようとする基板ｌが
図示されている。該基板ｌに対面して、スパッタリング
すべきターゲット３が位置している。センタターゲット
３３を有する絶縁体３２を包囲しているリング状のター
ゲット３はタブ状の断面Ｕ形のエレメント、いわゆる陰
極槽４を介して電極５と接続し、該電極はヨーク６上に
座着している。ヨーク６は、それ自体と陰極槽４との間
に３列の永久磁石７．８．９を封じ込めている。３列の
永久磁石７．８．９の、ターゲット３寄りの極性は交互
に変化しているので、外位列の２つの永久磁石７．９の
Ｓ極は中位列の永久磁石８のＮ極と相俟って、ターゲッ
ト３を通るほぼ円弧状の磁界を生ぜしめる。該磁界はタ
ーゲット３の手前でプラズマを圧縮するので、磁界が円
弧の最大値を有する所でプラズマは最大密度を有するこ
とになる。プラズマ中のイオンは、直流電源１０によっ
て示される直流電圧に基づいて生成する電界によって加
速される。前記直流源ｌＯの（−）極は２つのインダク
タンス１１．１２と給電線３９とを介して電極５に接続
されている。電界はターゲット３の表面に垂直に位置し
該ターゲットの方に向ってプラズマの陽イオンを加速す
る。これによって、程度の差こそあれ多数の原子又は粒
子がターゲット３から、しかも特に、磁界の水平成分が
最大値を有する領域つまりスパッタピット１３．１４か
らはじき出される。飛散された原子又は粒子は基板ｌへ
向って移動し、そこで薄膜層２として析出される。 ターゲット３からはじき出された金属粒子は基板表面上
位の成膜室１５内で特定のガスと反応する。該ガスはガ
スタンク１６．１７から弁１８．１９，３１．入口接続
部２０．２０ａ及び、該入口接続部にガス供給導管２３
．５６を介して接続されていて複数のノズル５５を有す
るリング導管２１を介して室１５ａ内へ導入される。要
するに成膜室１５は２つの容器２４゜２５によって形成
される室１５ａと中間室１５ｂとから成り、しかも第１
の容器２５は基板ｌを中間室１５ｂと一緒に取囲んでい
るのに対して第２の容器２４は基板ｌの前方で終ってお
りかつスクリーン２６を形成している。両容器２４．２
５並びに、容器２５の底部に載っている基板Ｉは接地接
続されている。直流電源ｌＯの第２接続部２７はアース
線で接地されているのに対して、直流電源１０の第１接
続部２８はインダクタンス１１．１２以外にコンデンサ
２９５１にも接続されてＢす、該コンデンサ自体は接地
されている。 ガスは、電極５とターゲット３を取囲むガス分配管系つ
まり複数のノズル５５を有するリング導管２１を介して
第２の容器２４に供給され、かつ更に、第１と第２容器
２５．２４間の中間室１５ｂ内に達するのが一層有利で
ある。 図示のスパッタ成膜装置を制御するために、測定データ
を処理して制御命令を送出するプロセスコンピュータ３
０を設けることが可能である。該プロセスコンピュータ
３０では例えば成膜室１５内で測定された粒子圧測定値
がインプットされる。該測定データ及びその他のデータ
に基づいてプロセスコンピュータはガス流を圧電弁３１
を介して制御し電極５の電圧を調整する。またプロセス
コンピュータ３０はその他すべての変数、例えば陰極電
流や磁界強度を制御することもできる。このようなプロ
セスコンピュータは公知であるので、その構成の説明は
ここでは省く。 第１図に示したようにタブ状のＵ形エレメントつまり陰
極槽４も、センタターゲット３３を有するリング状のタ
ーゲット３も共に、暗域シールド３４によって取囲まれ
ており、該暗域シ−ルドの基板寄り端面３５はターゲッ
ト３の前面よりも寸法ａ（例えば２ ａｍ）だけずらさ
れて引込んでいる。また絶縁体３２もしくはセンタター
ゲット３３とターゲット３の半径方向内周面との間には
環状ギャップ３６（ｃ−１＋ａｍ）がまたターゲット３
の半径方向外周面と暗域シールド３４の内面との間には
環状ギャップ３７（ｄ＝２ｍ＋ｉ）が設けられている。 なお念のために述べておくが、ロンド状のセンタターゲ
ット３３の基板寄り端面５２はターゲット３の円環状端
面に対して僅かな寸法ｂ（例えば１ ａｍ）だけずらさ
れて引込んでいる。 また直流電源ｌＯ以外に高周波電源３８が設けられてお
り、該高周波電源は、可変コンデンサ４０．４１及びイ
ンダクタンス４２を間挿した給電線６０．３９を介して
交流を電極５に給電することができる。 第１図に示したスパッタ成膜装置では、アルゴン反応ガ
ス雰囲気中での反応ガス放電をターゲット３を有する電
極５つまりマグネトロンカソードの前面で安定的に燃焼
させることが保証されている。その場合の放電は直流電
圧放電、高周波放電又は両者を重畳させた放電であって
もよい。 ターゲット３は（第１図では示されていないが）長方形
ターゲットとして成形されており、該長方形ターゲット
の両端には弧状に丸く面取りが施されており、つまり長
方形ターゲットは平面図で見れば楕円の形状を有してい
る。 この手段は特に、純然たる直流放電の場合に好ましい。 このように特殊成形されたターゲットは、長方形の標準
陰極槽にか又は、特別に円弧をつけて製作された陰極槽
４に装着することができる。 特別の実施例では、ターゲットのスパッタ域ができるだ
け大きくなるように磁界が形成されている。特に円弧タ
ーゲットを有する長方形カソードの場合の磁界は、磁石
ヨーク４８の直径方向で互いに対向した両端部に配置さ
れた２つの円形磁石５３．５４によって形成されるのが
望ましい（第４図）。 本実施例では磁界は次のすぐれた特性を有している。 イ） 選ばれた永久磁石４５．４６．４７はきわめて細
く（例えば５ ＋＋＋＋＋＋）かつ高い磁界強度を有し
ている（ Ｖａｃｕｄｙｍ −Ｍａｇｎｅｔ）。 口） 中位列の永久磁石４６の両端に、適当なサイズと
強度の２つの円形磁石５３．５４が設けられているので
、慣用の放電電圧でターゲット材料は、縁部までスパッ
タリングされる。 第２図に示したスパッタ成膜装置ではターゲット４３は
Ｕ形ヨーク又は陰極槽４と共に電極４４に配置されてい
るのに対して、永久磁石列４５．４６．４７はその磁石
ヨーク４８を介してクランク伝動装置４９のクランクピ
ン５８と連結されており、該クランク伝動装置自体は軸
５０によって駆動されかつ該クランク伝動装置によって
前記磁石ヨーク４８が振動運動させられ、この場合該振
動運動は陰極槽４の内壁によって制限される。 要するに長方形カソードの場合、丸く面取りの施されｊ
；ターゲット４３の使用と、前記磁石配列方式（第４図
）の使用とによって、反応スパッタリングの場合さえも
ターゲット表面負荷を避けるように磁界を少なくとも２
種の方式で動かすことが可能になる。すなわち ａ） 陰極槽４内で磁石ヨーク４８全体を横方向に往復
動させると同時に、 ｂ） 陰極槽４内でその長手方向に磁石ヨーク４８を運
動させて、永久磁石ユニット４５゜４６．４７は横方向
にも長手方向にも往復動させられる。 前記の構成は、放電を不安定にするような絶縁ライニン
グを反応スパッタリング時にターゲット表面に生成する
のを防止する。 反応スパッタリング時にこのような不安定性を回避する
ことは絶対に必要なことであるが、経験によれば生産条
件ではほとんど達成するこ七ができない。 この生産条件下とは特に（例えばＡ１２２０３．５ｉ０
２、Ｓｉ３Ｎ４、ＩＴＯ１Ｔｉ０２、Ｔ６２０５の製造
プロセスのような）若干の臨界的な反応スパッタリング
プロセスにおいて、特に高いスパッタ速度が所望されて
いる場合である。 例えばＡ１２２０３の反応スペッタリング時の０２流量
を関数とする陰極電圧を考察すれば、第３図に示した経
過線図が生じる。 成膜率はｏ２流量を関数として、質的に類似の経過を示
す。曲線は、曲線を描く場合に０２流量を小流量から大
流量の方へか、それともその逆にとるかに応じて異なっ
た関係を示す（ヒステリシス効果）。 両曲線の筋目付き範囲で化学量論的な Ａ Ｑ２０３が分離される。高いスパッタ速度を得るた
めには、作業点Ｃにおいてスパッタリングすることが望
ましい。しかしながら、これは造作なく行うことはでき
ない。それというのはり＝ｆ（Ｏｚ）勾配が著しく急で
ありかつプロセスが短時間（＜ ｌ ５ｅｃ）の内にド
リフトするからである。 特殊な陰極電圧−反応ガス流量制御によって、反応スパ
ッタリング時でさえも線図のＣにおいて作業点を安定化
することが可能である。 あらゆる手段を考慮して純然たる高周波スパッタリング
時にも、重畳された高周波＋電圧スパッタリング時にも
作業点ＣにおいてＡ Ｑ２ｏ ３反応プロセスを数時間
にわたって安定的に維持することが可能である。その際
３０人／ｓｅｃ以上のスパッタ速度が簡単に得られる。 より迅速な制御特性を保証するために制御時に２つの特
性曲線姿勢を設定することが可能である。すなわち （イ）上り勾配の特性曲線と （ロ）下り勾配の特性曲線である。 反応ガス供給時の慣性をできるだけ小さくするＩ；めに （１）圧電弁３１が使用され、 （２）圧電弁３１とガスのノズル５５のオリフィスとの
間の管片５６はできるだけ短くされ、 （３）管片５６又はリング導管２１の管径は過小になら
ないように選ばれる（〉５■）。 作業ガスのアルゴンは反応ガスと同一の管片５６を介し
て供給されるか、或いはインライン設備の場合には例え
ば容器２４すなわちシールドボックスの外部で導管５７
を介して供給されてもよい。
第１図は楕円形に成形された第１ターゲツトの中心に配
置された絶縁体上に固定された第２ターゲツトを備えた
本発明のスパッタ成膜装置の概略構成図、第２図は陰極
槽内で可動のモータ駆動式磁石ヨークを備えたスパッタ
成膜装置の異なった実施例を示す構成図、第３図は八β
２０３の反応スパッタリング時におけるｏ２流量を関数
とする陰極電圧の経過線図、第４図は楕円形に成形され
た磁石のヨークの直径方向で互いに対向した両端部に２
つの円形磁石を備えた第２図の磁石構成の平面図である
。
置された絶縁体上に固定された第２ターゲツトを備えた
本発明のスパッタ成膜装置の概略構成図、第２図は陰極
槽内で可動のモータ駆動式磁石ヨークを備えたスパッタ
成膜装置の異なった実施例を示す構成図、第３図は八β
２０３の反応スパッタリング時におけるｏ２流量を関数
とする陰極電圧の経過線図、第４図は楕円形に成形され
た磁石のヨークの直径方向で互いに対向した両端部に２
つの円形磁石を備えた第２図の磁石構成の平面図である
。
Claims (8)
- １． 真空排気可能でかつプロセスガスを導入可能な成
膜室（１５；１５ａ，１５ｂ）内に配置された電極（５
；４４）に接続された直流電源（１０）及び／又は交流
電源（３８）と、前記電極（５；４４）に電気的に接続
していてスパッタリングされるターゲット（３；４３）
とを備えていて特に酸化アルミニウムで基板（１）に成
膜する装置であって、前記ターゲットのスパッタ粒子が
プラスチック部品のような基板（１）上に蒸着され、し
かもトロイダル磁界が前記ターゲット（３；４３）を通
過しかつ該磁界の磁力線が界磁極（７，８，９；４５，
４６，４７）の範囲内でターゲット（３；４３）の表面
から進出する形式のものにおいて、 （イ） ターゲット（３；４３）が実質的に細長い平行
六面体の形状を有し、しかも、直 径方向で互いに対向した狭幅の端面が楕円 の形式で円弧状に面取りされており、 （ロ） 前記ターゲット（３；４３）が暗域シールド（
３４）によって取囲まれており、 該暗域シールドの、基板（１）に面した方 のリング状の縁部又は端面（３５）が前記 ターゲット（３；３４）の前面よりも後方 に僅かに引込められており、 （ハ） 陰極槽（４）内に配置されていてヨーク（６；
４８）に保持された磁石ユニット が、ターゲット長手方向に延在する中位列 の細長い複数の磁石（８；４６）と、前記 ヨーク（６；４８）の周縁域にエンドレス に配列された細長い複数の磁石（７，９； ４５，４７）と２つの円形磁石（５３，５ ４）とから成り、しかも両円形磁石（５３ ，５４）が前記中位列の磁石（８；４６） の各端部に夫々１つずつ配置されているこ とを特徴とする、 基板の成膜装置。 - ２． 磁石（４５，４６，４７，５３，５４）が、陰極
槽（４）によって制限された槽室（６２）よりも小さく
設計された幅（Ｂ）と長さ（Ｌ）とを有するヨーク（４
８）に保持されており、該ヨーク（４８）に設けた凹所
には、電動モータ駆動式の偏心輪又はクランク伝動装置
（４９）のクランクピン（５８）が係合しておりかつ前
記ヨーク（４８）を前記槽室（６２）の内部で往復動さ
せる、請求項１記載の成膜装置。 - ３． ヨーク（４８）を駆動するクランク伝動装置（４
９）がヨーク（４８）を、該ヨークに固定的に配置され
た磁石（４５，４６，４７，５３，５４）と共に陰極槽
（４）の長手方向にも、該方向に対して直角な横方向に
も運動させる、請求項２記載の成膜装置。 - ４． 成膜装置を制御する制御装置（３０）が、放電電
圧をコンスタントに保つように弁（３１）を介して反応
ガスの導入を調節する、請求項１から３までのいずれか
１項記載の成膜装置。 - ５． ターゲット（３）の中央区分にスロット状の凹設
部が設けられており、該凹設部内では、センタターゲッ
ト（３３）を形成する金属材料製の条片が電気絶縁体（
３２）に固定的に配置されており、前記センタターゲッ
ト（３３）とターゲット（３）との間には環状ギャップ
（３６）が設けられている、請求項１記載の成膜装置。 - ６． センタターゲット（３３）としての条片が導電体
（６４）を介して、外部電位（６５）に印加されている
、請求項５記載の成膜装置。 - ７． 磁石がヨークと共に、基板との間隔を調整可能に
保持かつ案内されておりかつ反応ガスの供給が磁石の調
整運動中は中断される、請求項１から６までのいずれか
１項記載の成膜装置。 - ８． 陰極放電電圧の目標値が、基板（１）の成膜特性
をコンスタントに保つように反応ガス制御装置（３０，
３１）において追従可能である、請求項１から７までの
いずれか１項記載の成膜装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3929695A DE3929695C2 (de) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats |
| DE3929695.4 | 1989-09-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03100162A true JPH03100162A (ja) | 1991-04-25 |
| JPH0762246B2 JPH0762246B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=6388800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2234659A Expired - Lifetime JPH0762246B2 (ja) | 1989-09-07 | 1990-09-06 | 基板の成膜装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5026471A (ja) |
| EP (1) | EP0416241B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0762246B2 (ja) |
| KR (1) | KR0175924B1 (ja) |
| DE (2) | DE3929695C2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008542535A (ja) * | 2005-06-04 | 2008-11-27 | アプライド マテリアルズ ゲーエムベーハー アンド コンパニー カーゲー | スパッタ用マグネトロン |
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