JPH0310072A - マグネトロン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】 〔概　要〕 低電圧でスパッタ速度を高めることのできるマグネトロ
ンスパッタリング装置に関し、良質の被膜を形成を可能
とするマグネトロンスパッタリング装置の提供を目的と
し、 プラズマ発生用のガスが導入された真空チャンバー内の
ターゲット表面上に形成した互いに交叉する電界と磁界
により電子を螺旋運動をさせてターゲット表面上に高密
度のプラズマを形成し、低電圧でスパッタ速度を高める
ことのできるマグネトロンスパッタリング装置において
、前記ガスをターゲット表面上に該ターゲット表面と略
平行に噴出する導入ノズルを有するガス導入管と、前記
ターゲットを挟んで前記ガス導入管と対向して配設され
、該ターゲット表面近傍より前記真空チャンバー内の気
体を排気する排気口を有する排気管とを含んで構成する
。

（産業上の利用分野〕 本発明は、マグネトロンスパッタリング装置に関する。

マグネトロン方式のスパッタリングは、被膜の形成速度
が速いこと、表面に被膜が形成される基板の温度上昇が
少ないこと、また合金の被膜形成も簡単である等の優れ
た特徴により、半導体装置等の製造に広く採用されてい
る。

一方、半導体装置の著しい高集積化、高性能化に伴い、
半導体ウェーハ表面に形成するアルミニウム（八１）等
の被膜も高い品質のものが要求されるようになっている
。

本発明は斯かる要求に対応できるマグネトロンスパッタ
リング装置に係るものである。

〔従来の技術〕

第２図は、従来のマグネトロンスパッタリング装置の概
略側断面図である。

図において、■は真空チャンバ、２は図示してない排気
装置と接続して真空チャンバ内の気体を排気する排気口
、３は基板６をターゲット７と対向させて保持する基板
ホルダ、４はアルゴン（Ａｒ）等のプラズマ発生用のガ
スを真空チャンバ内に４人するガス導入管、５は真空チ
ャンバを載置するベースプレート、６は表面にターゲッ
ト材料の被膜が形成される基板、７はターゲット（例え
ば。

アルミニウム（ＡＩ）板）、８はターゲット表面上に磁
界を形成する磁石、９はターゲットに負電圧を印加して
ターゲット表面上にプラズマを発生させる電源、１０は
電源の正極に接続したアース電極、′） １１は真空チャンバ内のガス圧が一定になるようにガス
導入管から真空チャンバ内に導入するＡｒガスの流量を
制御する図示してない真空度制御装置に接続する接続口
である。

次に、斯かる構成の従来のマグネトロンスパッタリング
装置により基板表面に被膜を形成する手順を説明する。

先ず、真空チャンバの内部上壁面に吊設された基板ホル
ダに基板を水平にセットした後、真空チャンバを図示し
てない昇降装置により下降させてベースプレート上に載
置する。

そして、排気装置を作動させて真空チャンバ内の気体を
排気口から排気する。

上記排気を継続しながら、真空度制御装置は真空チャン
バ内が所定のガス圧、例えば１０−”Ｔｏｒｒになるよ
うにＡｒガスの流量を制御してガス導入口管から真空チ
ャンバ内に導入した後、電源を動作させてターゲットに
負電圧を印加する。

すると、スパッタ電源とアース電極間等で形成される電
界、及び磁石により形成されている磁界によりターゲッ
ト表面上に高い密度のプラズマが発生する。

この結果、負電位にバイアスされたターゲットの表面へ
のＡｒイオンの衝突によりスパッタリングされた原子が
基板表面に堆積してターゲット材料の被膜が形成される
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したように従来のマグネトロンスパッタリング装置
は、ガス導入管、及び排気口がプラズマが形成されるタ
ーゲットから離れた所に配設されていた。

従って、プラズマが形成される領域のガス圧を高くし、
その他の領域のガス圧を低くすることができなかった。

このため１．ターゲット表面からスパッタリングされた
原子の平均自由行程が短くなり、原子の散乱の増加が避
けられなかった。

この結果、スパッタ速度の低下は固より、被膜中へのガ
スの取り込み量も増加ζて被膜の品質を低下させる要因
になっていた。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであ
って、基板表面に良質の被膜を形成することを可能とす
るマグネトロンスパッタリング装置の提供を目的とする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕 上記課題は第１図に示すように、プラズマ発生用のガス
が導入された真空チャンバ内のターゲット表面上に形成
した互いに交叉する電界と磁界により電子を螺旋運動を
させてターゲット表面上に高密度のプラズマを形成し、
低電圧でスパッタ速度を高めることのできるマグネトロ
ンスパッタリング装置において、前記ガスをターゲン）
２１表面上に該ターゲット表面と略平行に噴出する導入
ノズル２２ａを有するガス導入管２２と、前記ターゲッ
ト２１を挟んで前記ガス導入管２２と対向して配設され
、該ターゲラ１−２１表面近傍より前記真空チャンバー
２３内の気体を排気する排気口２４ａを有する排気管２
４とを含んでなることを特徴とするマグネトロンスパッ
タリング装置により解決される。

〔作　用〕

第１図に示すように、ガス導入管２２と排気管２４とは
ターゲット２１を中間に挟むようにして対設されている
。

そして、ガス導入管の導入ノズル２２ａはプラズマ発生
用ガスをターゲット表面上に該ターゲット表面と略平行
に噴出するように形成されている。

また、排気管の排気口２４ａは前記ガス導入管が配設さ
れたターゲットの反対側に配設されて、ターゲット表面
近傍の気体を排気するように構成されている。

この結果、ガス導入管の導入ノズルから噴出された前記
ガスはターゲット表面上を該ターゲット表面と略平行に
流れて、排気管の排気口から排気される。

従って、プラズマが形成される領域のガス圧は高く、そ
の他の領域のガス圧は低くなる。

斯くして、ターゲット表面からスパッタリングされた原
子の平均自由行程が長くなり、スパッタリング速度の向
上は固より、被膜中へのガスの取り込み量も減少して被
膜の品質が改善される。

〔実　施　例〕

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明のマグネトロンスパッタリング装置の
一実施例の概略側断面図である。

上記マグネトロンスパッタリング装置の構成、及び該装
置により基板表面に被膜を形成する方法について順を追
って説明する。

先ず、基板２５を基板ホルダ２６にセットするために、
図示してない昇降装置を駆動し、真空チャンバ２３を所
定の高さだけ上昇させた後、そのままの状態で停止させ
る。

そして、基板を基板ホルダにセットした後、再び昇降装
置を駆動して真空チャンバを下降させてペースプレート
２７上に裁置する。

次に、ロークリポンプ２８を作動させると共に、真空電
磁弁２９を開いて真空チャンバ内を排気し、真空チャン
バ内の真空度が０．　Ｉ　Ｔｏｒｒ＠７ｉになったら排
気口４１に接続された図示してないクライオポンプを作
動させ、真空チャンバ内を高真空（例えば、、　１０−
”Ｔｏｒｒ程度）にする。

そして、真空用ガス弁３Ｉを開いてガスボンベ３２内に
貯蔵されているプラズマ発生用のＡｒガスをガス流量コ
ントローラ４０によりコントロールしながらガス導入管
２２の導入ノズル２２ａから真空チャンバ内に噴出させ
とともに、ターボ分子ポンプ３０を作動させる。

尚、導入ノズルはターゲット表面上の外側部に位置し、
然も導入ノズルの方向はターゲット表面と略平行になっ
ているため、導入ノズルから噴出したＡ「ガスはターゲ
ット表面上を該ターゲット表面に略平行に流れて、ター
ボ分子ポンプ等に連通ずる排気管２４の排気口２４ａか
ら排気される。

尚、上記排気管の排気口は、上記導入ノズルが配設され
たターゲット表面上の外側部の反対側の外側部に配設さ
れるとともに、排気口の向きは導入ノズルの方向に向け
られている。

斯（して、ターゲット表面の近傍領域のガス圧は高（な
り、その他の領域のガス圧はターゲット表面の近傍領域
のガス圧と比較して低くなる。

しかる後、ターゲットを負電位にする電源３３を作動さ
せるとターゲット表面上に高密度のプラズマが発生して
、ターゲットの材料であるアルミニウムの原子がスパッ
タリングされる。

当然、ターゲット表面上には、該ターゲット表面と平行
な成分を多く有する磁界が支持台３４に保持された磁石
３７により形成されている。

磁石３７、及びターゲット２１は、流入口３５より流入
して流出口３６より流出する冷却水により冷却されて、
スパッタリングによって起きる温度上昇が防止されてい
る。

通常、スパッタリング前のターゲット表面には空気や水
分が吸着されているために、プリスパッタリングを所定
時間実施する。

この為、上記プリスパッタリング実施中においては、基
板２５とターゲット２１間はシャッタ３９により遮蔽さ
れて、基板表面には被膜が形成されないようにしている
。

斯かるプリスパッタリングを所定時間実施後、シャッタ
駆動装置３８を作動させてシャッタを移動し、基板とタ
ーゲットとを対面させる。

すると、基板表面にターゲットのアルミニウム原子が堆
積し、基板表面にアルミニウム被膜が形成されることに
なる。

以上の説明で明らかなように基板表面への被膜の形成は
、プラズマ形成領域のガス圧はプラズマ形成に必要なガ
ス圧に保たれているが、その他の領域はプラズマ形成領
域のガス圧より低くなっている。

この結果、ターゲット表面からスパッタリングされた原
子の平均自由行程が長くなり、基板表面への被膜の形成
速度は速まることは固より、被膜中へのガスの取り込み
量も減少して被膜の品質が改善されることになる 〔発明の効果〕 以上の説明で明らかなように本発明によれば、プラズマ
形成領域のガス圧はプラズマ形成に必要なガス圧に保ち
、その他の領域はプラズマ形成領域のガス圧より低くす
ることが可能である。

従って、本発明のマグネトロンスパッタリング装置によ
り基板表面に被膜を形成するとターゲット表面からスパ
ッタリングされた原子の平均自由行程が長くなることに
より、基板表面への被膜の形成速度は速まることは固よ
り、被膜中へのガスの取り込み量も減少して被膜の品質
が改善されることになる

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマグネトロンスパッタリング装置の一
実施例の概略側断面図、 第２図は従来のマグネトロンスパッタリング装置の概略
側断面図である。 図において、 １と２３は真空チャンバ、 ２と２４ａ及び４１は排気口、 ３と２６は基板ホルダ、 ４と２２はガス導入管、 ５と２７はベースプレート、 ６と２５は基板、 ７と２１はターゲット、 ８と３７は磁石、 ９と３３は電源、 １０はアース電極、 １１は接続口、 ２４は排気管、 ２８はロークリポンプ、 ２９は真空電磁弁、 ３０はターボ分子ポンプ、 ３１は真空用ガス弁、 ３２はガスボンベ、 ３４は支持台、 ３５は流入口、 ３６は流出口、 ３８はシャッタ駆動装置、 ３９はシャッタ、 ４０はガス流量コントローラをそれぞれ示す。 ３Ｂ　５−ｒ−７１ｚ！ｐ１（１ しく）ミ〉；ｊ１ミＥ１ノ’Ｊ、ｈ７７レキ≧１・０ン
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Ｑζ１ ｉ／１７７・半ト０バ１ず−ｌｌソリクツｉ！つ右矢匹
トづ到Ｎ面５］第　２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　プラズマ発生用のガスが導入された真空チャンバ内の
   ターゲツト表面上に形成した互いに交叉する電界と磁界
   により電子を螺旋運動をさせてターゲット表面上にプラ
   ズマを形成するマグネトロンスパッタリング装置におい
   て、 前記ガスをターゲット（２１）表面上に該ターゲット表
   面と略平行に噴出する導入ノズル（２２ａ）を有するガ
   ス導入管（２２）と、 前記ターゲット（２１）を挟んで前記ガス導入管（２２
   ）と対向して配設されて、該ターゲット（２１）表面近
   傍より前記真空チャンバ（２３）内の気体を排気する排
   気口（２４ａ）を有する排気管（２４）とを含んでなる
   ことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。