JPH0647721B2

JPH0647721B2 - スパツタ装置

Info

Publication number: JPH0647721B2
Application number: JP5194886A
Authority: JP
Inventors: 邦夫鈴木; 美樹雄金花; 武深田; 雅芳阿部; 克彦柴田; 久人篠原; 真人薄田; 舜平山崎
Original assignee: 株式会社半導体エネルギ−研究所
Priority date: 1986-03-10
Filing date: 1986-03-10
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: JPS62207862A

Description

【発明の詳細な説明】「発明の利用分野」この発明はスパッタ法により基板上に被膜を作成するス
パッタ装置に関する。

「従来の技術」スパッタ装置は、従来、パッキングプレート上に被膜形
成用固体材料をプレスして設けたターゲットを用いる。
この負の高電圧が印加されたターゲットの表面と基板上
の被膜の被形成面とは互いに平行に配設されていた。こ
のターゲットをアルゴルイオンでスパッタ（衝突、叩
く）することにより、ターゲットより飛翔した被膜形成
用物質がそれと対抗して設けられた接地レベルに接続さ
れた基板上にぶつかりそこで被膜化する方式を用いたも
のである。

このスパッタの際、スパッタ電圧を印加するに加えて、
基板と接地電位との間にDC（直流）バイアスを加えるこ
とにより、形成される膜の上表面を平坦化する方式が知
られている。またスパッタの際、この飛翔中の被膜形成
用物質と反応性気体とを反応させるアクティブスパッタ
方法が知られている。

また、ターゲットにアルゴンガスをスパッタさせる際、
この電圧を直流で行うDCスパッタ法また交流で行うACス
パッタ法が知られている。

しかしこれらはいずれも出発材料が固体であり、それを
スパッタし、その結果生成する微粒子物質をターゲット
の表面と平行に配設された基板上に形成し、この両者間
の距離を調節することにより形成される被膜の膜厚の制
御を行うものであった。

「発明が解決したい問題点」しかしかかる方法においては、基板とターゲットとは
１：１で対応しており、多量生産を行わんとする場合の
生産コストは気相法例えばプラズマCVD 法、常圧CVD 法
に比べて安価にはなり得なかった。また形成される被膜
の膜厚の均一性と膜質の向上を求めるあまり、生産性の
向上に関する改良がまったくなされていない。

「問題を解決するための手段」本発明はかかる問題を解決するため、ターゲットを対を
なして離間して配設せしめ、この一対のターゲット表面
に対する垂線（第２図(35)に対応に同一または概略同一
（垂線に対し±20゜の傾き以内）（以下単に垂線と同一
方向という）に複数の基板の被形成面を配設したもので
ある。さらに本発明は、この複数の基板をターゲット間
の一方より他方に連続的に移設する手段を有する。加え
てこの移動中に一対のターゲットに電気エネルギを加
え、ターゲットより被膜形成用物質を飛翔させて、基板
上に基板の全面にわたって同じ厚さとなるべく被膜形成
を行う。この基板の一表側のみに形成する場合、一対の
基板の裏面に被膜形成用物質（微粒子物質）がまわりこ
むことのないように、２枚の基板の裏面を互いに背中合
わせの如くにして配設する。そしてこれら基板をそれぞ
れの間隔（第２図(33)に対応）例えば２〜10cm離間する
手段を用いて多数配設する。するとこの基板の被形成面
間(33)をターゲットよりスパッタされて発生した被膜形
成用物質が飛翔し、それらは被形成形に付着する。その
場合、１つのみではターゲットよりより離れるに従って
形成される被膜の厚さは薄くする。このため、複数の基
板を挟む如くにして一対をなす他のターゲットを配設す
る。すると基板の被形成面における位置に関しその一方
のターゲットから、より遠位置にある被形成面は他方の
ターゲットから、より近位置となり、それぞれの和とな
る被膜の膜厚は平均してほぼ一定とすることが期待でき
る。

さらに本発明においては、この一対のターゲット間に直
流または交流を対称電圧となるべく印加する。

この際、基板はそのフローティング（ターゲット、接地
電位より浮いた）状態または接地レベルに設けることが
できる。

特に交流を一対のターゲット間に印加すると、イオン化
したアルゴンはそのターゲット間を一方より他方に、ま
た他方より一方に衝突を繰り返し、きわめて効率のよい
スパッタをさせることができる。即ち、被形成面を有す
る基板、この基板を保持する基板、例えば搬送用カート
（カートともいう）を電気的にスパッタ装置本体より絶
縁することができる。

「作用」またこの基板及びカートはターゲット間を直交する如く
に移動（第２図においてはターゲットが上下に設けら
れ、カートが左右に移動）させ得るため、オンライン化
または第２図に示すバッチ化による多量生産が可能とな
った。

以下に実施例に従い本発明を説明する。

「実施例１」第１図は本発明のスパッタ装置の概要を示すものであ
る。

第１図において、ターゲット(1)，スパッタ前室(2)，ス
パッタ後室(3)よりなるスパッタ室(10)とゲート(21)で
仕切られたロードロック室(11)よりなる。それぞれはタ
ーボ分子ポンプ(7),(5)に連結され、さらに荒引き用ポ
ンプ(8),(6)に連結されている。アルゴン等は(19)より
導入される。

基板はロードロック用ドア(4)より挿入される。

また図面の左側のドア(4′)より挿入される。

これらは架台(9)で保持されている。

第１図におけるA-A′での断面の上方より示した図を第
２図に示す。

第２図は第１図の装置を上方より示したものである。

第２図において、ロードロック室(11)，ゲート(21)，ス
パッタ室(10)を有し、一対のターゲット(1),(1′)を有
する。複数の基板(30),(30′)は垂線と同一方向にカー
ト(31)に保持され、それぞれの基板はその被形成面を２
〜10cmの所定の間隔(33)離間して配設されている。

これらの基板(30),(30′)およびカート(31)は搬送系(3
4)によりロードロック室の搬送系(34′)よりゲート(21)
を開けてスパッタ前室(2)に移設される。さらにこの
後、これらの基板はスパッタ前室(2)より一対をなすタ
ーゲット(1),(1′)間を右方向に被膜を基板被形成面に
形成させつつ移動しスパッタ後室(3)に移設される。

この被膜形成空間(40)を移動の間にターゲットより飛翔
した被膜形成用粒子が被形成面上に付着して被膜形成が
なされる。

ターゲット(1),(1′)は以下の部分よりなる。即ち、被
膜形成用固体材料をプレスして設けられたいわゆるター
ゲット(12),(12′)とその裏側のバッキングプレート(1
3),(13′)，マグネット(14),(14′)，冷却水の入口(1
5),(15′)，出口(16),(16′)，シールド板(17),(17′)
である。これらはテフロン絶縁膜(18),(18′)によりス
パッタ装置本体、基板、カートより電気的に分離してい
る。そしてそれらに対し一対の電流導入端子(20),(2
0′)が連結されている。

この端子には第３図に示す如き電圧が印加される。第３
図（Ａ）および第３図（Ｂ）において、上からターゲッ
ト(1)、基板(33)、ターゲット(1′)のそれぞれにおい
て、縦（上）方向に電位、横（右）方向に時間を示す。
DCスパッタを行わんとする場合は一方のターゲット(1)
には電圧(22)が、また他方のターゲット(1′)には電圧
(22′)が印加される。そして基板は零電位(23)となる。
それぞれのターゲットが多少の非対称性を持つ場合には
電圧(22),(22′)は調整されるが、基本的には基板(33)
は接地電位を有せしめる。

この対構成のDCスパッタ法を用いんとする場合はターゲ
ットが導体（酸化インジューム・スズ、酸化スズ等の透
明導電膜、アルミニューム、モリブデン、クロム等の金
属）が適している。

この場合、基板は接地電位とする。

また他方、第３図(B)に示す如く、ACスパッタ法を行わ
んとする場合は一方のターゲット(1)へは電圧(22)を、
また他方のターゲット(1′)へは電圧(22′)を印加し、
基板は零電位またはフローティング電位とする。

かかるACスバッタ法において、ターゲット用の材料とし
ては抵抗材料または絶縁材料が用いられる。例えば導電
率のあまりよくない透明導電膜、窒化チタン、、窒化ア
ルミニューム、酸化珪素、酸化タンタル、アルミナ、窒
化珪素等である。

このACスパッタ法において、基板(30),(30′)を搬送系
(34)より電気的に絶縁してフローティング構造にしてお
くことにより、この基板より接地レベルでの電流のリー
クを防ぐことができ、アルゴンイオンは一方のターゲッ
トより他方のターゲットに移動する。この結果、基板に
は自己電位（セルフバイアスポテンシャル）が発生し、
その電圧と荷電した粒子とが互いに反発しあうため、タ
ーゲットまたはアルゴン等が飛翔して被形成面をスパッ
タせんとしても、基板表面に対してはスパッタしないま
たはしにくいきわめて好ましい状態が発生し、熱CVD 法
と同様の被膜形成とすることができる。

これらのDCまたはACスパッタ法を対をなして行うことに
より、第４図の膜厚特性を得ることができる。この図面
は第２図における一方のターゲットより他方のターゲッ
トに至る距離方法の厚さの分布である。即ち一方のター
ゲット(1)のみを用いると第４図(A) における曲線(25)
となり、他方のターゲット(1′)のみを用いると曲線(2
5′)となる。しかしその双方を用いると第４図(B) に示
す如くの膜厚分布となり、全面をほぼ均一な厚さとする
ことができた。

もちろん、第１図においてターゲット(1) の長さを基板
の長さより長くして上下の均一性を高めることができ
る。また基板間のバラツキはカートの搬送スピードを制
御して調整ができる。

さらに第４図(B) の特性を得るための実験例を以下に示
す。

実験例１ターゲット(12),(12′)用材料としてITO（酸化インジュ
ーム・スズ）を用いる。ターゲット間は30cm、基板は20
cm×60cmを用い、20cm側を第２図に示す。

それぞれのターゲットは同一出力とし、例えばそのDC出
力は1000W（計2KW），3000W（計6KW）と可変した。アル
ゴンの圧力は４×10^-1Pa、酸素圧力5.3×10^-3Pa。する
と被膜成長速度は中心部で800Å／分および2800Å／分
を得た。また端部では900Å／分、3000Å／分を得た。

その結果、第２図における基板、カートのスパッタ前室
よりスパッタ後室への連続的な移動速度は10cm／分とし
た。それぞれの基板間は10cmとする。スパッタを行う基
板を１つのカートに40枚（20対）ロードして被膜形成を
行うと、10分間でそれぞれの基板に平均2700Åの膜厚を
得ることができる。即ち１枚の基板の面積は1200cm^２で
あるため、48000cm²/10 分となり、これまでのスパッタ
装置に比べ数倍もの被膜形成の生産性を得ることができ
た。

この場合、シート抵抗は４×10^-4Ωcmを基板が室温にお
いて得た。この基板を下よりスパッタ前室、後室にてハ
ロゲンランプで加熱し350 ℃とすると、２×10^-4Ω/cm
と約1/2 とすることができた。

この厚さを２倍とするには、第１図においてスパッタ前
室(2) よりスパッタ後室(3) への基板、カートの移動を
１往復をさせるようにして形成すればよい。その他は実
施例１に記載してある。もちろんこの連続移動速度を1/
2 としても同じく２倍の膜厚を期待できる。

実験例２ターゲット(12),(12′)用材料としてアルミニュームを
用いる。アルゴンを４×10^-1Paとし、酸素の導入を行わ
ない。DC出力は3000W（計6000W）その他は実験例１と同
様である。するとアルミニュームを基板上に形成し、そ
の厚さは端部で1000Å／分、中央部900 Å／分を得た。

実験例３実刑例１において加える電圧を交流とし基板をフローテ
ィング電位とした。するとこのシート抵抗をさらに小さ
く６×10^-15Ωcmを300 ℃の基板温度において得ること
ができた。このシート抵抗は同じ厚さとした透明導電膜
で実験例１に比べて約1/4 であり、フローティング電位
とした効果が著しい。

加熱はスパッタ前室を基板が透過するとき行えばよい。

「効果」以上の説明より明らかなごとく、本発明は一対をなすタ
ーゲットに対称の電圧を印加し、その間に基板を配設す
ることにより、基板上への被膜形成を多量に行わんとす
るものである。

その結果、従来より知られていた基板の被形成面とター
ゲット表面とを互いに平行とすることにより得られる生
産性に比べて数倍の生産性を得ることができる。

また基板をACスパッタ法においてフローティングとする
ことにより、アルゴン、被膜形成用粒子が基板の被形成
面をスパッタすることが無くなるため、すでに形成され
てしまっている被膜の損傷を少なくすることができる。
その結果、酸化インジューム・スズ等の形成された被膜
が微結晶性を持たせることにより、膜質の向上をさせる
被膜等の作成にはきわめて有効な方法であった。

また逆にDCスパッタ法またはACスパッタ法においてこの
基板を接地することにより、基板表面の被膜の粒子同士
をきわめて強く結合させることができる。その場合は基
板を有機絶縁薄膜、金属基板とし、それと形成される被
膜との密着性を向上させることができ、加えてその生産
性の向上も容易にさせることができる。

本発明は、第１図に示す如くスパッタ装置におけるアン
ロード室を図面の右側にゲートを加えて設けることによ
り、インライン化が可能である。またこの場合、第２図
における複数のカートを連続的に移動させ、連続被膜形
成も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスパッタ装置の全体図を示す。第２図は第１図のA-A′での縦断面図である。第３図は一対をなすターゲット間に印加される電圧特性
を示す。第４図は基板上に形成された被膜の膜厚の分布を示す。１……ターゲット、２……スパッタ前室、３……スパッタ後室、10……スパッタ室、 11……ロードロック室、4,4′……扉、 12,12′……ターゲット、31……カート 13,13′……バッキングプレート、 14,14′……マグネット、30,30′……基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｄ (72)発明者柴田克彦東京都世田谷区北烏山７丁目21番21号株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者篠原久人東京都世田谷区北烏山７丁目21番21号株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者薄田真人東京都世田谷区北烏山７丁目21番21号株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者山崎舜平東京都世田谷区北烏山７丁目21番21号株式会社半導体エネルギー研究所内審査官橋本伝一 (56)参考文献特開昭59−118882（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに離間した一対のターゲットと、該タ
ーゲット間に該ターゲット表面に概略垂直な被形成面を
有する複数の基板を、前記被形成面を互いに離間して配
設する手段と、前記一対のターゲットに直流または交流
の電気エネルギーを供給する手段とを少なくとも有する
ことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、一対のタ
ーゲットに供給される直流の電気エネルギーは共に正ま
たは共に負の直流電圧であり、複数の基板は接地電位に
配設されていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項３】互いに離間した一対のターゲットと、該タ
ーゲット間に該ターゲット表面に概略垂直な被形成面を
有する複数の基板を、前記被形成面を互いに離間して配
設する手段と、前記一対のターゲットに双方のターゲッ
トにおいて逆相となる交流電圧を印加する手段とを少な
くとも有し、前記複数の基板は接地電位または浮遊電位
に配設されていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項４】互いに離間した一対のターゲットと、該タ
ーゲット間に該ターゲット表面に概略垂直な被形成面を
有する複数の基板を、前記被形成面を互いに離間して配
設する手段と、該手段を前記ターゲット間の一方から他
方に連続的に移設する手段と、前記一対のターゲットに
直流または交流の電気エネルギーを供給する手段とを少
なくとも有することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項５】特許請求の範囲第４項において、一対のタ
ーゲットに供給される直流の電気エネルギーは共に正ま
たは共に負の直流電圧であり、複数の基板は接地電位に
配設されていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項６】互いに離間した一対のターゲットと、該タ
ーゲット間に該ターゲット表面に概略垂直な被形成面を
有する複数の基板を、前記被形成面を互いに離間して配
設する手段と、該手段を前記ターゲット間の一方から他
方に連続的に移設する手段と、前記一対のターゲットに
双方のターゲットにおいて逆相となる交流電圧を印加す
る手段とを少なくとも有し、前記複数の基板は接地電位
または浮遊電位に配設されていることを特徴とするスパ
ッタ装置。