JPH04329876A - スパッタリング装置およびスパッタリング方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、基板上に薄膜を作成
するためのスパッタリング装置およびスパッタリング方
法に関し、特にタ−ゲットと基板との間の距離を一定に
保つための工夫に特徴のあるスパッタリング装置および
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスパッタリング装置では、タ−ゲ
ットを取り付けたカソ−ドボディと、基板を保持する基
板ホルダ−との距離を、一定に保った状態でスパッタリ
ングを行っている。カソ−ドボディと基板ホルダ−との
間の距離を変更できるようなスパッタリング装置もよく
知られているが、この種の装置においても、例えば膜厚
分布が良好になるような最適な距離を設定したら、あと
はその距離を一定にした状態でスパッタリングを行って
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】カソ−ドボディと基板
ホルダ−との間の距離を一定に保った状態でスパッタリ
ングを行うと、タ−ゲットが消耗するにしたがって、タ
−ゲットの表面から基板の表面までの距離（以下、タ−
ゲット・基板間距離という。）が広がっていくことにな
る。したがって、基板上の膜厚分布が、当初の良好な状
態から変化していく。また、距離が遠くなることによっ
て膜の堆積速度も低下していく。堆積速度の低下に対し
ては、タ−ゲットに投入する電力を増加することで対処
できるが、こうするとスパッタリング条件が変化するの
で、薄膜の再現性に悪影響を及ぼすこともある。このよ
うに、タ−ゲットの消耗にともなうタ−ゲット・基板間
距離の変化に起因して、さまざまな悪影響が生じる。

【０００４】そこで、この発明の目的は、タ−ゲットが
消耗してもタ−ゲット・基板間距離を一定に保つことが
できるスパッタリング装置およびスパッタリング方法を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明では、タ−ゲッ
トの消耗量がタ−ゲットに投入した積算電力に依存する
という事実に基づいて、積算電力に応じてカソ−ドボデ
ィと基板ホルダ−との間の距離を変更することによって
、タ−ゲット・基板間距離を一定に保つことを達成した
。

【０００６】第１の発明のスパッタリング装置は、タ−
ゲットを取り付けたカソ−ドボディと、基板を保持する
基板ホルダ−とを有して、タ−ゲットをスパッタリング
することによって基板上に膜を堆積させるスパッタリン
グ装置において、カソ−ドボディと基板ホルダ−との間
の距離を変更するための距離可変機構と、タ−ゲットに
投入する積算電力を測定する積算電力計と、積算電力計
からの出力信号に基づいて前記距離可変機構の駆動源に
信号を送る距離制御装置とを有することを特徴としてい
る。

【０００７】第２の発明のスパッタリング方法は、タ−
ゲットを取り付けたカソ−ドボディと、基板を保持する
基板ホルダ−とを用いて、タ−ゲットをスパッタリング
することによって基板上に膜を堆積させるスパッタリン
グ方法において、タ−ゲットに投入する積算電力を測定
し、その積算電力の値に応じてカソ−ドボディと基板ホ
ルダ−との間の距離を変更し、もってタ−ゲットの表面
と基板の表面との間の距離を一定に保つことを特徴とし
ている。

【０００８】

【作用】タ−ゲットに投入した積算電力とタ−ゲットの
消耗量（へこみ具合）との関係は、タ−ゲットの大きさ
、形状（例えば円形と矩形）、材質や、スパッタリング
方式の違い（例えばマグネトロンスパッタリングとコン
ベンショナルスパッタリング）などに応じて、各種の実
験によってあらかじめ求めておくことができる。ここで
求めた関係をもとにして、積算電力が増えるに従って、
カソ−ドボディと基板ホルダ−との間の距離を縮めてい
けば、タ−ゲット・基板間距離を一定に保つことができ
る。

【０００９】カソ−ドボディと基板ホルダ−との間の距
離を変更するには、基板ホルダ−を真空室に対して固定
しておいてカソ−ドボディを真空室に対して可動にする
か、その逆に、基板ホルダ−を真空室に対して可動にし
てカソ−ドボディを真空室に対して固定しておく。ある
いは、基板ホルダ−とカソ−ドボディの両方を真空室に
対して可動にしてもよい。

【００１０】図２の（Ａ）は、タ−ゲット・基板間距離
と膜厚分布との関係を示すグラフである。タ−ゲットと
しては、直径１０インチのマグネトロン電極に取り付け
た、直径１０インチで厚さが１２ｍｍのタ−ゲットを用
い、基板としては直径５インチのＳｉウェ−ハを用いた
。このグラフでは、タ−ゲット・基板間距離が６９〜７
８ｍｍの範囲で膜厚分布が比較的均一になっている。 それ以外の距離では膜厚分布の値が大きくなっている。 このように、マグネトロン電極を用いた場合には、タ−
ゲット・基板間距離は膜厚分布に大きな影響を及ぼす。 なお、基板内の膜厚分布の値は、膜厚の最大値と最小値
を使って次の式で求めている。このとき、膜厚分布は±
ａ％となる。 ａ＝［（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）］×１
００

【００１１】図３〜図６は、図２のグラフの元になるデ
−タであり、タ−ゲット・基板間距離を変化させたとき
の膜厚分布の形状を示したグラフである。これらのグラ
フに共通するスパッタリング条件は、電力が６．３ｋＷ
で、導入ガス（Ａｒ）の圧力が２ｍｍＴｏｒｒである。 タ−ゲット・基板間距離Ｄを変化させると、膜厚分布の
数値が変化するだけでなく、分布形状も変化することが
よく分かる。グラフ中の実線は５インチのＳｉウェ−ハ
のひとつの直径方向に沿った膜厚分布形状であり、破線
はこれに直角な別の直径方向に沿った膜厚分布形状であ
る。図３〜図６によれば、タ−ゲット・基板間距離Ｄが
小さいときは中央がへこんだ概略Ｍ字形の分布形状にな
るのに対して、タ−ゲット・基板間距離Ｄが大きくなる
と中央がふくらんだ分布形状になる。

【００１２】図２の（Ｂ）は、基板上に堆積する薄膜の
堆積速度とタ−ゲット・基板間距離との関係を示すグラ
フである。タ−ゲット・基板間距離が大きくなるにつれ
て堆積速度が低下することが分かる

【００１３】図２の（Ａ）の膜厚分布のグラフおよび図
３〜図６の膜厚分布の形状のグラフをもとに判断すると
、タ−ゲット・基板間距離が７５ｍｍのときが膜厚分布
の数値および形状が最良であって、この距離が薄膜形成
に適していると判断できる。したがって、タ−ゲット・
基板間距離を７５ｍｍに設定してスパッタリングをする
ことになる。図２〜図６におけるスパッタリング条件の
下では、タ−ゲットの消耗量は、エロ−ジョン領域の最
深部において、積算電力値１００ｋＷｈごとに２．５ｍ
ｍの厚さずつ減少する。すなわち、積算電力値１００ｋ
Ｗｈごとにタ−ゲット・基板間距離が２．５ｍｍずつ広
がっていく。そこで、積算電力値１００ｋＷｈ当たり２
．５ｍｍの割合でカソ−ドボディと基板ホルダ−との間
の距離を縮めていけば、タ−ゲット・基板間距離を一定
に保つことができる。

【００１４】このようにタ−ゲット・基板間距離を一定
に保つと、膜厚分布を最適な状態に保つことができ、ま
た、投入電力を増やすことなく堆積速度も一定に保つこ
とができる。

【００１５】

【実施例】図１は、この発明の一実施例の正面断面図で
ある。この実施例は、基板２を保持する基板ホルダ−４
を、真空室６に対して固定し、タ−ゲット８を取り付け
たカソ−ドボディ１０を、真空室６に対して移動可能に
取り付けたものである。カソ−ドボディ１０の内部には
永久磁石１１を収納してマグネトロン電極としてある。 カソ−ドボディ１０の外側には絶縁スペ−サ３６を介し
てタ−ゲットシ−ルド３８が設けられている。真空室６
には絶縁体からなるスリ−ブ１２が設けられ、このスリ
−ブ１２に対してカソ−ドボディ１０のパイプ１４が軸
線方向にスライドできるようになっている。パイプ１４
には絶縁体からなるフランジ１６がＯリング１７を介し
て固定されていて、このフランジ１６と真空室６との間
にベロ−ズ１８が結合されている。カソ−ドボディ１０
が移動する場合でも、真空室６の内部の真空と真空室６
の外部の大気とは、ベロ−ズ１８とＯリング１７とによ
って遮断されている。カソ−ドボディ１０は、ねじ機構
と歯車機構によって上下に駆動される。モ−タ２０の出
力シャフトには小歯車２２が固定され、この小歯車２２
が大歯車２４（絶縁体製）に噛み合っている。大歯車２
４の内面には、めねじが切られていて、カソ−ドボディ
１０のパイプ１４の外周のおねじ１５と噛み合っている
。モ−タ２０を駆動すると、小歯車２２の回転が大歯車
２４に伝わり、カソ−ドボディ１０が上下する。ブラケ
ット２６は大歯車２４の軸線方向の移動を防いでいる。 パイプ１４の外周に設けられた突起２８は、スリ−ブ１
２の溝の中で軸方向にスライド可能であり、パイプ１４
の回転を防いでいる。

【００１６】カソ−ドボディ１０のパイプ１４には直流
電源３０が接続されている。直流電源３０は積算電力計
３２に接続されていて、タ−ゲット８に投入された積算
電力を測定できる。積算電力計３２の出力は距離制御装
置３４に入力される。距離制御装置３４には、積算電力
とタ−ゲット消耗量との関係があらかじめインプットさ
れていて、積算電力に応じたタ−ゲットの消耗量に等し
い距離だけカソ−ドボディ１０を上方に動かすことがで
きるように、モ−タ２０に指令を送る。これにより、ス
パッタリング作業が経過するにつれてカソ−ドボディ１
０は徐々に上方に移動していく。その結果、カソ−ドボ
ディ１０と基板ホルダ−４との間の距離Ｈが縮まってい
き、一方で、タ−ゲット８のエロ−ジョン領域９の最深
部と基板２との間の距離Ｄは一定に保たれる。

【００１７】図７は、タ−ゲット消耗量（すなわち最深
部のエロ−ジョン深さ）と積算電力との関係を示すグラ
フである。このグラフは、直径１０インチ、厚さ１２ｍ
ｍのＡｌ−１％Ｓｉのタ−ゲットに、８〜９ｋＷの電力
を投入したときのデ−タである。このグラフによれば、
積算電力とタ−ゲット消耗量とはほぼ比例しており、こ
の関係をあらかじめ距離制御装置３４に記憶させておけ
ばよい。

【００１８】実際には、カソ−ドボディ１０の移動を連
続的にしなくても、積算電力が所定の設定値に達したと
きにモ−タ２０に指令を出して、所定量だけカソ−ドボ
ディ１０を移動させる、といったステップ状の制御でも
十分である。

【００１９】この発明は上述の実施例に限定されず、次
のような変更が可能である。 （１）上述の実施例は直流のマグネトロンスパッタリン
グ装置に関するものであるが、直流の代わりに高周波を
用いてもよく、また、マグネトロン電極の代わりにコン
ベンショナル電極を用いてもよい。 （２）カソ−ドボディが移動するときの真空封止手段と
してはベロ−ズを用いているが、ベロ−ズの代わりにＯ
リングを移動部分の封止に利用してもよい。 （３）カソ−ドボディの代わりに基板ホルダ−を移動可
能にしてもよい。その場合は、モ−タや歯車などからな
る駆動機構を基板ホルダ−側に取付ける。 （４）駆動機構としては、歯車機構とねじ機構の組み合
わせ以外にも、流体圧シリンダ−機構や、ラック・ピニ
オン機構や、ウォ−ム歯車機構など、各種の機構を採用
できる。

【００２０】

【発明の効果】この発明は、タ−ゲットに投入した積算
電力に応じてカソ−ドボディと基板ホルダ−との間の距
離を変更できるので、タ−ゲットが消耗してもタ−ゲッ
ト・基板間距離を一定に保つことができる。したがって
、スパッタリング作業が長時間続いても膜厚分布や堆積
速度を希望の値に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の正面断面図である。

【図２】タ−ゲット・基板間距離に対する膜厚分布と堆
積速度のグラフである。

【図３】タ−ゲット・基板間距離を６３ｍｍと６５ｍｍ
にしたときの基板内の膜厚分布の形状を示すグラフであ
る。

【図４】タ−ゲット・基板間距離を６７ｍｍと６９ｍｍ
にしたときの基板内の膜厚分布の形状を示すグラフであ
る。

【図５】タ−ゲット・基板間距離を７５ｍｍと８０ｍｍ
にしたときの基板内の膜厚分布の形状を示すグラフであ
る。

【図６】タ−ゲット・基板間距離を８５ｍｍにしたとき
の基板内の膜厚分布の形状を示すグラフである。

【図７】積算電力とタ−ゲット消耗量との関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

２　　基板 ４　　基板ホルダ− ８　　タ−ゲット １０　　カソ−ドボディ １８　　ベロ−ズ ２０　　モ−タ ２２　　小歯車 ２４　　大歯車 ３０　　直流電源 ３２　　積算電力計 ３４　　距離制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　タ−ゲットを取り付けたカソ−ドボデ
   ィと、基板を保持する基板ホルダ−とを有して、タ−ゲ
   ットをスパッタリングすることによって基板上に膜を堆
   積させるスパッタリング装置において、カソ−ドボディ
   と基板ホルダ−との間の距離を変更するための距離可変
   機構と、タ−ゲットに投入する積算電力を測定する積算
   電力計と、積算電力計からの出力信号に基づいて前記距
   離可変機構の駆動源に信号を送る距離制御装置とを有す
   るスパッタリング装置。
2. 【請求項２】　　タ−ゲットを取り付けたカソ−ドボデ
   ィと、基板を保持する基板ホルダ−とを用いて、タ−ゲ
   ットをスパッタリングすることによって基板上に膜を堆
   積させるスパッタリング方法において、タ−ゲットに投
   入する積算電力を測定し、その積算電力の値に応じてカ
   ソ−ドボディと基板ホルダ−との間の距離を変更し、も
   ってタ−ゲットの表面と基板の表面との間の距離を一定
   に保つことを特徴とするスパッタリング方法。