JPH0680186B2

JPH0680186B2 - スパツタ法による被膜作成方法

Info

Publication number: JPH0680186B2
Application number: JP5194786A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 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
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1986-03-10
Filing date: 1986-03-10
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPS62207861A

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方
法に関する。

「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。
このターゲットの表面と基板上の被膜を被形成面とは互
いに平行に配設されていた。このターゲットをアルゴン
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、ターゲット表面に
対し垂直または概略垂直（基板に対し±20°の傾き以
内）（以下単に垂直という）に複数の基板の被形成面を
配設したものである。この基板のー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離間して多数配設する。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、それらは被形成面に付着す
る。この場合、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（2
1），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），（3
0′）はカート（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（34）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（13），（13′），マグネット（14），（1
4′），冷却水の入口（15），（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），（20′）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（2
2）を、また他方のターゲット（１′）へは電圧（2
2′）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スパッタ法において、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
トに至る距離方向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（25′）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20cm×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1200cm²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900Å／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^-5Ωcm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 21/285 Ｓ 7376−4Ｍ 21/31 Ｄ (72)発明者阿部雅芳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審査官瀬良聡機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対をなすターゲットと、そのターゲット
間の被膜形成空間に前記ターゲットの表面に対し、被形
成面を概略垂直にして複数の基板を配設し、前記一対を
なすターゲットの双方をスパッタすることにより飛翔す
る被膜形成用物質により前記基板上に被膜を作成するこ
とを特徴とするスパッタ法による被膜作成方法。
【請求項２】一対をなすターゲットと、そのターゲット
間の被膜形成空間に、前記ターゲットの表面に対し被形
成面を概略垂直にして複数の基板を配設し、該複数の基
板を接地電位に設定し、前記一対のターゲットには直流
電圧を印加して、前記一対をなすターゲットの双方をス
パッタすることにより飛翔する被膜形成用物質により前
記基板上に被膜を作成することを特徴とするスパッタ法
による被膜作成方法。
【請求項３】一対をなすターゲットと、そのターゲット
間の被膜形成空間に前記ターゲットの表面に対し、被形
成面を概略垂直にして複数の基板を配設し、該複数の基
板は一対のターゲット及び接地電位に対し電気的に浮い
た電位とし、前記一対のターゲットには交流電圧を印加
して、前記一対をなすターゲットの双方をスパッタする
ことにより飛翔する被膜形成用物質により前記基板上に
被膜を作成することを特徴とするスパッタ法による被膜
作成方法。