(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極とターゲットとがそれぞれ設けられたスパッタリングカソードを複数有し、
前記各ターゲットのスパッタ面は、成膜対象の基板と平行に配置され、
前記各ターゲット間に遮蔽板が設けられ、
前記ターゲット表面から前記遮蔽板先端までの長さは、少なくとも前記ターゲットの直径以上にされ、
前記各ターゲットから射出されたスパッタリング粒子が、隣接する前記ターゲットの下に位置する前記基板表面にも入射するように構成されたことを特徴とする複合スパッタリングカソード。
【請求項２】
前記遮蔽板によって筒体が構成され、前記各ターゲット周囲が前記筒体で覆われたことを特徴とする請求項１記載の複合スパッタリングカソード。
【請求項３】
前記複数のスパッタリングカソードにそれぞれ設けられたターゲットは異なる大きさのものが含まれる請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の複合スパッタリングカソード。
【請求項４】
前記複数のスパッタリングカソードにそれぞれ設けられたターゲットは、異なる種類の材質で構成されたターゲットを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の複合スパッタリングカソード。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の複合スパッタリングカソードを有することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項６】
前記複数のスパッタリングカソードのうち、少なくとも２個以上のスパッタリングカソードに異なる大きさの電力を投入できるように構成されたことを特徴とする請求項５記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記基板が配置される基板支持台を有し、
前記各ターゲットは、前記基板支持台上の基板と同時に面するように構成されたことを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタリング技術に関し、特に、複数のターゲットを有する複合スパッタリングカソード、及びそのカソードを有するスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング装置は、半導体や液晶表示装置等の電子機器を製造する工程に使用されており、図４に示すように、真空槽１１０内に配置されたカソード電極１０４にターゲット１０５を装着し、ターゲット１０５と対向配置されたホルダー１１１上に基板１１２を配置し、ターゲット１０５表面にプラズマを発生させ、ターゲット１０５の構成材料をスパッタリング粒子として飛び出させ、基板１１２表面に付着させて薄膜を形成するものである。
【０００３】
ところで、近年では、半導体装置等の電子機器の集積度が向上し、基板表面に形成されているパターンのアスペクト比(微細孔の深さ／直径)が高くなっている。上述したスパッタリング装置１０８では、基板１１２とターゲット１０５との距離が近いために(約６ｃｍ程度)、基板１１２には、符号１２０の矢印で示すような様々な方向からスパッタリング粒子が入射する。従って、基板１１２の端部では、スパッタリング粒子の最低入射角度θが非常に小さく、アスペクト比が高いパターン上に薄膜を形成しようとする場合には、微細孔の開口部にオーバーハングが生じてしまい、その底面には薄膜を形成できないという問題があった。
【０００４】
そこで従来技術でも対策が採られており、図５に示すように、ターゲット２０５と基板２１２との距離ｄを大きくし、スパッタリングを行う際の真空度を向上させてスパッタリング粒子の平均自由行程を大きくし、基板２１２端部でもスパッタリング粒子の最低入射角度φが大きくなるようにしていた。
【０００５】
しかしながら、基板２１２とターゲット２０５との距離ｄを大きくするだけでは、基板２１２端部に位置する高アスペクト比の凹部２１５内のボトムカバレージが不均一になるという問題が生じている。
【０００６】
その原因は、基板１１２の端部には、符号２２１の矢印で示すように、ターゲット２０５の右端から左端までの広い範囲から飛び出したスパッタリング粒子が飛来するが、例えば基板右端では、左側から入射するスパッタリング粒子が多く、右側から入射するスパッタリング粒子が少ないため、凹部１１５内の底面２１７では、右側には多数方向からのスパッタリング粒子が到達し(符号１２１1の矢印)、左側にはごく少ない方向からのスパッタリング粒子しか到達できない(符号１２１2の矢印)。
【０００７】
そのため、底面２１７に形成される薄膜２１８の膜厚は、右側が厚く、左側では薄くなり、ボトムカバレージが非対称になってしまう。
【０００８】
このような基板２１２端部でのボトムカバレージの非対称性は、基板２１２とターゲット２０５の距離を更に離し、スパッタリング粒子が基板に垂直に入射されるようにすれば解決するが、成膜レートが低下してしまうという問題がある。
【０００９】
他方、図６に示すスパッタリング装置３０２では、真空槽３１０内の電極３０４上に設けられたターゲット３０５と、そのターゲット３０５と対向配置されたホルダー３１１との間にコリメーター３０７を設け、ターゲット３０５から様々な方向３２０に飛び出したスパッタリング粒子をコリメーター３０７を通すことで、ホルダー３１１上の基板３１２に対し、垂直方向(符号３２７の矢印で示す方向)に入射するスパッタリング粒子だけを通過させ、他の方向に入射しようとするスパッタリング粒子をコリメーター３０７内の側面に付着させ、ボトムカバレージが対称になるようにしていた。
【００１０】
しかしながらこの場合、コリメーター３０７に多量のスパッタリング粒子が付着し、コリメーター３０７の開口部が減少し、コリメーター３０７を通過する透過率が低下し、成膜レートが低下してしまう。また、コリメーター３０７に付着した多量のスパッタリング粒子が剥離し、基板３１２上に落下し、ダストの原因となってしまう。
【００１１】
更に、ターゲット３０５が大口径である場合、その表面に形成されるプラズマ密度の濃淡差が大きくなり、ターゲット３０５表面の位置によるスパッタリング量の差が大きくなってしまうという問題もあった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたもので、その目的は、大口径基板上に形成されたパターンに対し、対称なボトムカバレージの薄膜を形成できる技術を提供することにある。
また、本発明は、アスペクト比が２の微細孔に対し、５０％のボトムカバレージで薄膜を形成できる技術を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、カソード電極とターゲットとがそれぞれ設けられたスパッタリングカソードを複数有し、前記各ターゲットのスパッタ面は、成膜対象の基板と平行に配置され、前記各ターゲット間に遮蔽板が設けられ、前記ターゲット表面から前記遮蔽板先端までの長さは、少なくとも前記ターゲットの直径以上にされ、前記各ターゲットから射出されたスパッタリング粒子が、隣接する前記ターゲットの下に位置する前記基板表面にも入射するように構成されたことを特徴とする複合スパッタリングカソードである。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の複合スパッタリングカソードであって、前記遮蔽板によって筒体が構成され、前記各ターゲット周囲が前記筒体で覆われたことを特徴とする複合スパッタリングカソードである。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の複合スパッタリングカソードであって、前記複数のスパッタリングカソードにそれぞれ設けられたターゲットは異なる大きさのものが含まれる複合スパッタリングカソードである。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の複合スパッタリングカソードであって、前記複数のスパッタリングカソードにそれぞれ設けられたターゲットは、異なる種類の材質で構成されたターゲットを含むことを特徴とする複合スパッタリングカソードである。
【００１７】
他方、請求項５記載の発明は、スパッタリング装置であって、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の複合スパッタリングカソードを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項５記載のスパッタリング装置であって、前記複数のスパッタリングカソードのうち、少なくとも２個以上のスパッタリングカソードに異なる大きさの電力を投入できるように構成されたことを特徴とするスパッタリング装置である。
請求項７記載の発明は、請求項６又は請求項７のいずれか１項記載のスパッタリング装置であって、前記基板が配置される基板支持台を有し、前記各ターゲットは、前記基板支持台上の基板と同時に面するように構成されたことを特徴とするスパッタリング装置である。
【００１９】
上述の本発明の構成によれば、カソード電極とターゲットとが設けられたスパッタリングカソードを複数有しており、各ターゲット間に遮蔽板が設けられている。従って、ターゲットから斜め方向に飛び出したスパッタリング粒子は遮蔽板に付着して基板に到達できないため、基板に入射するスパッタリング粒子の最低入射角度が大きくなる。
【００２０】
特に、ターゲット表面から遮蔽板先端までの長さを、少なくともターゲットの直径以上の大きさにしておけば、アスペクト比が２の微細孔内に５０％のボトムカバレッジで対称性よく薄膜を形成できる。
【００２１】
そのような遮蔽板によって筒体を構成し、各ターゲット周囲をそれぞれ筒体で覆うようにしておけば、真空槽の内壁にスパッタリング粒子が付着しなくなり、筒体を交換することで、真空槽の内部清掃が不要となる。
【００２２】
また、複数のスパッタリングカソードにそれぞれ設けられたターゲットについては、異なる種類の材質で構成されたターゲットを含ませることができる。その場合、スパッタリングを行うターゲットを切り替えながら薄膜を成長させると、膜厚方向で材質が異なる薄膜を形成することができる。他方、異なる材質のターゲットを一緒にスパッタリングすれば所望組成の合金薄膜を形成することも可能となる。但し、このときは遮蔽板の長さをターゲット直径以下にすることもある。
【００２３】
以上説明した複合スパッタリングカソードを有するスパッタリング装置については、複数のカソード電極のうち、少なくとも２個以上のスパッタリングカソードに異なる大きさの電力を投入できるように構成しておくと、膜厚制御性が向上し、基板を動かさなくても面内膜厚分布を良好にできる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１の符号２は、本発明の一例のスパッタリング装置を示しており、上側が平面図で、下側がその模式的なＩ−Ｉ線断面図である。
【００２５】
このスパッタリング装置２は、カソード保持板１０1と側壁１０2と、底板１０3とで構成される真空槽１０を有しており、図示しない真空ポンプに接続され、内部を真空状態にできるように構成されている。
【００２６】
底板１０3上には、基板支持台１１が設けられており、カソード保持板１０1には、複合スパッタリングカソード３が気密に、且つグラウンド電位から絶縁された状態で設けられている。
【００２７】
その複合スパッタリングカソード３は、７個のスパッタリングカソード３1〜３7で構成されており、各スパッタリングカソード３1〜３7は、カソード電極４1〜４7と、ターゲット５1〜５7と、円筒形形状の筒体６1〜６7とが設けられている。
【００２８】
各ターゲット５1〜５7は各カソード電極４1〜４7上にそれぞれ固定されており、円筒形形状の筒体６1〜６7は、各ターゲット５1〜５7周囲を覆うように配置されている。また、各筒体６1〜６7はターゲット５1〜５7と略垂直にされており、各スパッタリングカソード３1〜３7は、図３(ａ)に示すように、１つのスパッタリングカソード３4を中心にして、その周囲に他のスパッタリングカソード３1〜３3、３5〜３7が配置されている。
【００２９】
ターゲット５1〜５7は同じ金属材料で構成されており、基板支持台１１と略平行に対向するように配置されており、基板支持台１１上に載置された基板と各ターゲット５1〜５7とは略平行になるようにされている。
【００３０】
このスパッタリング装置２は、７個の電源と、各電源を制御する制御装置を有しており(電源と制御装置は図示せず)、各スパッタリングカソード３1〜３7への投入電力を個別に制御できるように構成されている。
【００３１】
このようなスパッタリング装置２の支持台１１上に直径例えば３００ｍｍの基板１２を配置し、真空槽１０内を高真空状態にした後、スパッタリングガスを導入し、１０-4Ｔｏｒｒ台の圧力で各スパッタリングカソード３1〜３7に直流電圧を印加し、各カソード電極４1〜４7内にそれぞれ設けられたマグネトロン磁石により、各ターゲット５1〜５7表面に個別に高密度プラズマを発生させ、各ターゲット５1〜５7のスパッタリングを行い、一つの基板１２上に薄膜を形成した。
【００３２】
このとき、各ターゲット５1〜５7から斜め方向に飛び出したスパッタリング粒子は、筒体６1〜６7の壁面に付着するので、基板１２の薄膜は、図２の符号２１に示すような、略垂直に入射するスパッタリング粒子によって形成される。
【００３３】
各ターゲット５1〜５7の直径は１５０ｍｍ、ターゲット５1〜５7表面から筒体６1〜６7の端部までの長さはその直径と同じ大きさにしており、基板１２上に形成されたアスペクト比が２の微細孔に対し、５０％のボトムカバレージが得られた。その微細孔のボトムカバレッジは対称であった。
【００３４】
このときは、各筒体６1〜６7の端部から基板１２までの距離を約２０ｍｍにしておいたので、図２の符号２２の矢印で示すように、スパッタリング粒子が隣の筒体下の基板１２表面にも入射し、各筒体を構成する壁面の真下にも薄膜は形成され、大口径のターゲットとコリメーターを用いた場合よりも面内膜厚分布は良好であった。
【００３５】
上述の筒体６1〜６7はターゲット５1〜５7の直径と同じ長さであったが、アスペクト比Ｒの微細孔に５０％以上のボトムカバレッジを得るには、ターゲット表面から筒体６1〜６7端部までの長さをＬ、ターゲットの直径をＤとした場合、
【００３６】
【数１】
0003808148.tif 000002
【００３７】
であればよい。
但し、筒体６1〜６7の長さＬが長くなると、筒体６1〜６7の内壁に付着し、基板１２に到達できないスパッタリング粒子が増えるので、成膜スピードが低下する。従って、ボトムカバレージの必要条件を満たす範囲で筒体の長さを短かくする方が効率がよい。
【００３８】
筒体６1〜６7端部と基板１２との距離については、必要な面内膜厚均一性を満たす範囲で、できるだけ短くする方が、ボトムカバレッジの対称性はよくなる。
【００３９】
なお、上述の筒体６1〜６7は円筒形であり、各電極４1〜４7に個別に取り付けたが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば図３(ｂ)に示すように、ハニカム形状で一体構造の筒体７としてもよい。
【００４０】
また、本発明の複合スパッタリングカソードは、各ターゲット５1〜５7の間が遮蔽されていれば少なくともボトムカバレージの対称性を向上させることができる。例えば同図(ｃ)の遮蔽板８のように、ターゲット５1〜５7の間を遮蔽し、それ以外の部分は開放させてもよい。
【００４１】
上述のターゲット５1〜５7については、同じ大きさにしたが、異なる大きさのターゲットを用いて複合スパッタリングカソードを構成してもよい。例えば中央のスパッタリングカソード３4のカソード電極４4とターゲット５4とを大きくし、その周囲のスパッタリングカソード３1〜３3、３5〜３7と、そのカソード電極４1〜４3、４5〜４7及びターゲット５1〜５3、５5〜５7を小さくする等、必要な面内膜厚分布の均一性とボトムカバレージの対称性に応じ、ターゲットの大きさを選択し、投入電力を制御することができる。
【００４２】
各スパッタリングカソード３1〜３7へ投入する電力は個別に制御してもよいし、ターゲットの位置に応じて変えるようにしてもよい。例えば、中心に位置するスパッタリングカソード３4への投入電力と、その周囲に配置されたスパッタリングカソード３1〜３3への投入電力とを別々に制御することができる。但し、必ずしも電源をスパッタリングカソードと同じ数だけ設ける必要はない。投入電力については、直流でも高周波でもよい。
【００４３】
また、複数のターゲットを異なる材料で構成してもよい。その場合には、ターゲットの材質に応じて投入電力を制御するとよい。また、その場合には、一つの基板上のどの位置にも異なるターゲット材のスパッタリング粒子が入射するように構成しておくとよい。
【００４４】
なお、上述の直径１５０ｍｍのターゲット５1〜５7と基板１２との距離は、１５ｃｍ以上、典型的には１５ｃｍ以上３０ｃｍ以下にするのがよい。
【００４５】
【発明の効果】
大型基板に対しても対称性のよいボトムカバレージが得られる。
一個一個のターゲットのサイズを小さくできるので、製造が容易であり、低コストである。
また、投入電力の制御をスパッタリングカソード毎に行えるので、面内膜厚分布を制御し易い。
【００４６】
異なる材料で構成されたターゲットを用いれば、膜厚方向で材質の異なる薄膜や、合金等の複合物質から成る薄膜を形成することもできる。
ターゲット間を遮蔽するのに筒体を用いれば、真空槽内の清掃が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一例の複合スパッタリングカソードとそのカソードを有するスパッタリング装置の例
【図２】  スパッタリング粒子の入射状況を説明するための図
【図３】(ａ)円筒形状の筒体を有する複合スパッタリングカソードの例
(ｂ)ハニカム形状の筒体を有する複合スパッタリングカソードの例
(ｃ)遮蔽板を有する複合スパッタリングカソードの例
【図４】従来技術のスパッタリング装置の例
【図５】ボトムカバレージの非対称性を説明するための図
【図６】コリメーターを用いた従来技術のスパッタリング装置の例
【符号の説明】
２……スパッタリング装置    ３……複合スパッタリングカソード    ３1〜３7……スパッタリングカソード    ４1〜４7……カソード電極    ５1〜５7……ターゲット    ６1〜６7、７……筒体    ８……遮蔽板
【図１】
0003808148.tif 000003
【図２】
0003808148.tif 000004
【図３】
0003808148.tif 000005
【図４】
0003808148.tif 000006
【図５】
0003808148.tif 000007
【図６】
0003808148.tif 000008