JP7320371B2 - スパッタリング装置、薄膜製造方法 - Google Patents
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本発明はスパッタリング装置に係り、特に、液状ターゲットを用いたスパッタリング装置に関する。
近年では、液状のスパッタリングターゲットを使用するスパッタリング装置が用いられており、固体のスパッタリングターゲットを保持する際には、スパッタリングターゲットをバッキングプレートにボンディングする技術が用いられていたが、液状のスパッタリングターゲットはボンディングすることができない。
そのため、バッキングプレートに代え、スパッタリングターゲットを導電性のカソード容器に配置し、カソード容器にスパッタ電圧を印加して液状のスパッタリングターゲットをスパッタリングして薄膜を形成する。
しかし、カソード容器はスパッタリングターゲットと同電位であり、カソード容器の側壁はスパッタリングターゲットに近い場所に位置するから、スパッタリングターゲットと一緒にカソード容器の側壁がスパッタリングされ、カソード容器を構成する物質が薄膜中に混入し、不純物になってしまう虞がある。
本発明は上記不都合を解決するために創作されたものであり、カソード容器がスパッタリングされることを防止する技術を提供する。
上記課題を解決するため本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたカソード容器と、前記カソード容器内に配置されるスパッタリングターゲットと、を有し、前記真空槽内にスパッタリングガスを導入し、前記カソード容器にスパッタ電圧を印加して前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽の中に配置された基板に薄膜を形成する際には前記スパッタリングターゲットは液体であり、前記カソード容器の縁上に環状の環状平板部が前記縁と対面して配置され、上部が前記環状平板部に接続され、下部が前記カソード容器の側壁面と対面された筒形形状の筒部が前記カソード容器の壁面に対面して配置され、前記環状平板部と前記筒部とは接地電位に接続されたスパッタリング装置である。
本発明は、前記筒部の内周面と前記カソード容器の内周面との間の距離は６ｍｍ以上にされたスパッタリング装置である。
本発明は、前記カソード容器の内周側面と前記筒部の外周側面との間の距離である隙間Ｂ(ｍｍ)は、３ｍｍ≦隙間Ｂ≦１０ｍｍの関係を満たすような大きさに設定されたスパッタリング装置である。
本発明は、前記筒部の下端と前記カソード容器の底面との間の距離である筒部高Ｓ(ｍｍ)と、前記筒部の厚さである筒部厚Ａ(ｍｍ)との間には、筒部厚Ａ≧筒部高Ｓ×１／１０の関係が成立するスパッタリング装置である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたカソード容器と、前記カソード容器内に配置されるスパッタリングターゲットと、を有し、前記真空槽内にスパッタリングガスを導入し、前記カソード容器にスパッタ電圧を印加して前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽の中に配置された基板に薄膜を形成する際には前記スパッタリングターゲットは液体であり、前記カソード容器の縁上に環状の環状平板部が前記縁と対面して配置され、上部が前記環状平板部に接続され、下部が前記カソード容器の側壁面と対面された筒形形状の筒部が前記カソード容器の壁面に対面して配置され、前記環状平板部と前記筒部とは接地電位に接続されたスパッタリング装置を用いて基板表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記筒部の厚さである筒部厚Ａ(ｍｍ)と、スパッタリングに伴う前記スパッタリングターゲットの液面低下量ΔＴ(ｍｍ)との間で、筒部厚Ａ≧液面低下量ΔＴ×２／３の関係が成立するように、前記スパッタリングターゲットを前記カソード容器に補充する薄膜製造方法である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたカソード容器と、前記カソード容器内に配置されるスパッタリングターゲットと、を有し、前記真空槽内にスパッタリングガスを導入し、前記カソード容器にスパッタ電圧を印加して前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽の中に配置された基板に薄膜を形成する際には前記スパッタリングターゲットは液体であり、前記カソード容器の縁上に環状の環状平板部が前記縁と対面して配置され、上部が前記環状平板部に接続され、下部が前記カソード容器の側壁面と対面された筒形形状の筒部が前記カソード容器の壁面に対面して配置され、前記環状平板部と前記筒部とは接地電位に接続されたスパッタリング装置を用いて基板表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記カソード容器の側壁の内周側面の高さである側壁高Ｅ(ｍｍ)とスパッタリングに伴う前記スパッタリングターゲットの液面低下量ΔＴ(ｍｍ)との間で、液面低下量ΔＴ＋５ｍｍ≧側壁高Ｅ＞液面低下量ΔＴ＋１ｍｍの関係が成立するように、前記スパッタリングターゲットを前記カソード容器に補充する薄膜製造方法である。
本発明は、前記筒部の内周面と前記カソード容器の内周面との間の距離は６ｍｍ以上にされたスパッタリング装置である。
本発明は、前記カソード容器の内周側面と前記筒部の外周側面との間の距離である隙間Ｂ(ｍｍ)は、３ｍｍ≦隙間Ｂ≦１０ｍｍの関係を満たすような大きさに設定されたスパッタリング装置である。
本発明は、前記筒部の下端と前記カソード容器の底面との間の距離である筒部高Ｓ(ｍｍ)と、前記筒部の厚さである筒部厚Ａ(ｍｍ)との間には、筒部厚Ａ≧筒部高Ｓ×１／１０の関係が成立するスパッタリング装置である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたカソード容器と、前記カソード容器内に配置されるスパッタリングターゲットと、を有し、前記真空槽内にスパッタリングガスを導入し、前記カソード容器にスパッタ電圧を印加して前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽の中に配置された基板に薄膜を形成する際には前記スパッタリングターゲットは液体であり、前記カソード容器の縁上に環状の環状平板部が前記縁と対面して配置され、上部が前記環状平板部に接続され、下部が前記カソード容器の側壁面と対面された筒形形状の筒部が前記カソード容器の壁面に対面して配置され、前記環状平板部と前記筒部とは接地電位に接続されたスパッタリング装置を用いて基板表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記筒部の厚さである筒部厚Ａ(ｍｍ)と、スパッタリングに伴う前記スパッタリングターゲットの液面低下量ΔＴ(ｍｍ)との間で、筒部厚Ａ≧液面低下量ΔＴ×２／３の関係が成立するように、前記スパッタリングターゲットを前記カソード容器に補充する薄膜製造方法である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたカソード容器と、前記カソード容器内に配置されるスパッタリングターゲットと、を有し、前記真空槽内にスパッタリングガスを導入し、前記カソード容器にスパッタ電圧を印加して前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽の中に配置された基板に薄膜を形成する際には前記スパッタリングターゲットは液体であり、前記カソード容器の縁上に環状の環状平板部が前記縁と対面して配置され、上部が前記環状平板部に接続され、下部が前記カソード容器の側壁面と対面された筒形形状の筒部が前記カソード容器の壁面に対面して配置され、前記環状平板部と前記筒部とは接地電位に接続されたスパッタリング装置を用いて基板表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記カソード容器の側壁の内周側面の高さである側壁高Ｅ(ｍｍ)とスパッタリングに伴う前記スパッタリングターゲットの液面低下量ΔＴ(ｍｍ)との間で、液面低下量ΔＴ＋５ｍｍ≧側壁高Ｅ＞液面低下量ΔＴ＋１ｍｍの関係が成立するように、前記スパッタリングターゲットを前記カソード容器に補充する薄膜製造方法である。
シールドにより、プラズマがカソード容器の側壁に接触することが防止される。
側壁がスパッタリングされて側壁材料のスパッタリング粒子が発生した場合には、スパッタリング粒子の飛行は遮蔽されて基板に到達できないようにされている。
側壁がスパッタリングされて側壁材料のスパッタリング粒子が発生した場合には、スパッタリング粒子の飛行は遮蔽されて基板に到達できないようにされている。
図１は本発明のスパッタリング装置２の一例であり、真空槽１１を有している。
真空槽１１の底面上には底面が円形のカソード容器１５が配置されており、カソード容器１５の底面の裏側近くには、マグネトロン磁石装置２９が配置されている。
カソード容器１５の開口の縁の近傍にはシールド１２が配置されている。
カソード容器１５は有底円筒形の形状であり、シールド１２は、環状形形状の平板から成る環状平板部１３と円筒形形状の筒部１４とを有しており、環状平板部１３は、カソード容器１５の縁の先端と対面する位置に配置され、筒部１４は、その下部がカソード容器１５の側面で囲まれた領域に配置され、上部が環状平板部１３に接続されている。シールド１２はカソード容器１５とは非接触に配置されている。符号２２はシールド１２を支持する支持体である。
真空槽１１とカソード容器１５とシールド１２とはそれぞれ電気導電性を有している。
カソード容器１５と真空槽１１との間と、カソード容器１５とシールド１２との間とは絶縁されており、真空槽１１とシールド１２は接地電位に接続されている。
真空槽１１の外部にはスパッタ電源２６が配置されており、カソード容器１５はスパッタ電源２６に電気的に接続され、スパッタ電源２６が出力するスパッタ電圧が印加されるようになっている。
真空槽１１の天井側には、基板ホルダ２１が配置されている。
真空槽１１の外部には真空排気装置２７とガス供給源２８とが配置されており、真空排気装置２７によって真空槽１１の内部を真空排気して真空雰囲気にした後、基板を真空槽１１の内部に搬入し、基板ホルダ２１に保持させる。図１の符号２０は、基板ホルダ２１に保持された基板を示している。
カソード容器１５の内部には、室温に近い温度で液体となる材料のスパッタリングターゲット１６が予め配置されている。
スパッタリングターゲット１６の表面は筒部１４の下端よりも下方に位置しており、スパッタリングターゲット１６とシールド１２との間は電気的に絶縁されている。
カソード容器１５に設けられた加熱装置(不図示)によってスパッタリングターゲット１６を加熱し、ガス供給源２８から真空槽１１の内部にアルゴン等の不活性ガスであるスパッタリングガスを導入し、カソード容器１５にスパッタ電圧を印加すると、マグネトロン磁石装置２９の磁界によって閉じ込められた電子により、液状のスパッタリングターゲット１６の表面近傍にプラズマが形成され、液状のスパッタリングターゲット１６がスパッタリングされ、基板２０の表面にスパッタリングターゲット１６を構成する物質の薄膜が形成される。
スパッタリングガスに、酸素ガスや窒素ガス等の反応ガスが添加されている場合は、基板２０の表面にスパッタリングターゲット１６を構成する物質と添加ガスの反応生成物の薄膜が形成される。
なお、カソード容器１５の底面が四辺形の場合は、環状平板部１３は四角リング形形状になり、筒部１４は角筒形形状になる。
筒部１４の厚さである筒部厚Ａ(ｍｍ)を３ｍｍに設定し(図２(ａ))、カソード容器１５の内周側面２４と筒部１４の外周側面２５との間の距離である隙間Ｂ(ｍｍ)を３ｍｍに設定した。また、スパッタリングターゲット１６の液面からカソード容器１５の底面までの距離をターゲット深さＣ(ｍｍ)とし、液面と筒部１４の下端との間の距離を液面ギャップＤ(ｍｍ)とすると、カソード容器１５の底面と筒部１４の下端との間の距離は、ターゲット深さＣ＋液面ギャップＤであり、その値を８ｍｍに設定した(Ｃ＋Ｄ＝８ｍｍ)。
ターゲット満杯状態であるターゲット深さＣ＝５ｍｍ、液面ギャップＤ＝３ｍｍのときと、ターゲット消費による液面低下中のターゲット深さＣ＝３ｍｍ、液面ギャップＤ＝５ｍｍのときと、ターゲット使用終了時となる状態のターゲット深さＣ＝１ｍｍ、液面ギャップＤ＝７ｍｍのときとで、カソード容器１５の内周側面２４のスパッタ痕の有無を観察した。また、カソード容器１５はステンレスで形成されているので、スパッタリングによって形成された薄膜中のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ不純物の有無を測定した。
比較例として、筒部１４を設けず、図２(ａ)のシールド１２の環状平板部１３と同じ位置に環状平板部１３を設けた場合(図２(ｂ))と、筒部１４と環状平板部１３の両方を設けない場合(図２(ｃ))のスパッタ痕も観察し、不純物の有無を測定した。
満杯時の観察結果と測定結果とを下記表１に示し、液面低下中の観察結果と測定結果を下記表２に示し、使用終了時の観察結果と測定結果を下記表３に示す。各表中の「スパッタ痕観察結果」の欄の「○」はスパッタ痕が観察されない結果を示し、「×」は観察された結果を示す。「不純物測定結果」の「○」は検出されなかった測定結果を示し、「×」は検出された測定結果を示す。
本発明(シールドあり)では、いずれの状態でもスパッタ痕は観察されない。シールド無しの場合はいずれの状態でもスパッタ痕が観察された。環状平板部１３を設けた場合は、スパッタリングターゲット１６が満杯又は満杯に近い状態ではスパッタ痕は観察されないが、液面が低下し、カソード容器１５の露出する側壁面の面積が大きくなるとスパッタ痕が観察される。
次に、隙間Ｂ＝３ｍｍを変えずに筒部厚Ａを１、３、５ｍｍに変化させ、液面ギャップＤを３、５、７ｍｍに変化させてスパッタ痕の有無を観察し、不純物の有無を測定した。筒部厚Ａ＝１ｍｍの結果を表４に示し、筒部厚Ａ＝３ｍｍの結果を表５に示し、筒部厚Ａ＝５ｍｍの結果を表６に示す。
以上により、
筒部厚Ａ＋隙間Ｂ≧６ｍｍ …… (１)
３ｍｍ≦隙間Ｂ≦１０ｍｍ …… (２)
の関係が成立する。隙間Ｂが３ｍｍより小さいと接触のおそれがあり、１０ｍｍを超えると筒部１４とカソード容器１５の側壁との間に、筒部１４の内周面２３の内側に位置するプラズマが侵入するおそれがある。
筒部厚Ａ＋隙間Ｂ≧６ｍｍ …… (１)
３ｍｍ≦隙間Ｂ≦１０ｍｍ …… (２)
の関係が成立する。隙間Ｂが３ｍｍより小さいと接触のおそれがあり、１０ｍｍを超えると筒部１４とカソード容器１５の側壁との間に、筒部１４の内周面２３の内側に位置するプラズマが侵入するおそれがある。
また、スパッタリングターゲット１６をスパッタリングすると消耗し、液面は低下する。表４～表６から、スパッタリングターゲット１６のスパッタリングによる液面低下量ΔＴ（ｍｍ）と筒部厚Ａとの間には、
筒部厚Ａ≧液面低下量ΔＴ×２／３ …… (３)
の関係が成立する。液面低下量ΔＴが(３)式を満たすように筒部１４の厚さを決定するか、又は、(３)式を満たすようにスパッタリングターゲット１６をカソード容器１５に補充するようにする。
筒部厚Ａ≧液面低下量ΔＴ×２／３ …… (３)
の関係が成立する。液面低下量ΔＴが(３)式を満たすように筒部１４の厚さを決定するか、又は、(３)式を満たすようにスパッタリングターゲット１６をカソード容器１５に補充するようにする。
カソード容器１５の内周側面２４の高さである側壁高Ｅ(ｍｍ)と液面低下量ΔＴとの間には、
液面低下量ΔＴ＋５ｍｍ≧側壁高Ｅ＞液面低下量ΔＴ＋１ｍｍ …… (４)
が成立する。この(４)式が成立する範囲でスパッタリングターゲット１６をカソード容器１５に補充するようにすればよい。なお、表１～６の測定に用いたスパッタリング装置では、側壁高Ｅは１０ｍｍに設定されている。
液面低下量ΔＴ＋５ｍｍ≧側壁高Ｅ＞液面低下量ΔＴ＋１ｍｍ …… (４)
が成立する。この(４)式が成立する範囲でスパッタリングターゲット１６をカソード容器１５に補充するようにすればよい。なお、表１～６の測定に用いたスパッタリング装置では、側壁高Ｅは１０ｍｍに設定されている。
なお、カソード容器１５の壁面の上端と、環状平板部１３の底面との間の距離Ｆ(ｍｍ)は放電が生じない大きさであり、シールド１２は環状平板部１３がカソード容器１５の側壁上端に接触しない範囲で、液面低下に従って降下させてもよい。
筒部１４の下端とカソード容器１５の底面との間の距離である筒部高Ｓ(ｍｍ)は、ターゲット深さＣと液面ギャップＤとの和であり、
筒部厚Ａ≧筒部高Ｓ×１／１０……(５)
が成立している。従ってターゲット深さＣを深くするためには、筒部厚Ａを厚くする必要がある。
筒部厚Ａ≧筒部高Ｓ×１／１０……(５)
が成立している。従ってターゲット深さＣを深くするためには、筒部厚Ａを厚くする必要がある。
２……スパッタリング装置
１１……真空槽
１２……シールド
１３……環状平板部
１４……筒部
１５……カソード容器
１６……スパッタリングターゲット
２０……基板
１１……真空槽
１２……シールド
１３……環状平板部
１４……筒部
１５……カソード容器
１６……スパッタリングターゲット
２０……基板
Claims (5)
- 真空槽と、
前記真空槽内に配置されたカソード容器と、
前記カソード容器内に配置されるスパッタリングターゲットと、
を有し、
前記真空槽内にスパッタリングガスを導入し、前記カソード容器にスパッタ電圧を印加して前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽の中に配置された基板に薄膜を形成する際には前記スパッタリングターゲットは液体であり、
前記カソード容器の縁上に環状の環状平板部が前記縁と対面して配置され、
上部が前記環状平板部に接続され、下部が前記カソード容器の側壁面と対面された筒形形状の筒部が前記カソード容器の壁面に対面して配置され、
前記環状平板部と前記筒部とは接地電位に接続され、
前記筒部の内周面と前記カソード容器の内周面との間の距離は６ｍｍ以上にされたスパッタリング装置。 - 真空槽と、
前記真空槽内に配置されたカソード容器と、
前記カソード容器内に配置されるスパッタリングターゲットと、
を有し、
前記真空槽内にスパッタリングガスを導入し、前記カソード容器にスパッタ電圧を印加して前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽の中に配置された基板に薄膜を形成する際には前記スパッタリングターゲットは液体であり、
前記カソード容器の縁上に環状の環状平板部が前記縁と対面して配置され、
上部が前記環状平板部に接続され、下部が前記カソード容器の側壁面と対面された筒形形状の筒部が前記カソード容器の壁面に対面して配置され、
前記環状平板部と前記筒部とは接地電位に接続され、
前記カソード容器の内周側面と前記筒部の外周側面との間の距離である隙間Ｂ(ｍｍ)は、
３ｍｍ≦隙間Ｂ≦１０ｍｍ
の関係を満たすような大きさに設定されたスパッタリング装置。 - 真空槽と、
前記真空槽内に配置されたカソード容器と、
前記カソード容器内に配置されるスパッタリングターゲットと、
を有し、
前記真空槽内にスパッタリングガスを導入し、前記カソード容器にスパッタ電圧を印加して前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽の中に配置された基板に薄膜を形成する際には前記スパッタリングターゲットは液体であり、
前記カソード容器の縁上に環状の環状平板部が前記縁と対面して配置され、
上部が前記環状平板部に接続され、下部が前記カソード容器の側壁面と対面された筒形形状の筒部が前記カソード容器の壁面に対面して配置され、
前記環状平板部と前記筒部とは接地電位に接続され、
前記筒部の下端と前記カソード容器の底面との間の距離である筒部高Ｓ(ｍｍ)と、前記筒部の厚さである筒部厚Ａ(ｍｍ)との間には、
筒部厚Ａ≧筒部高Ｓ×１／１０
の関係が成立するスパッタリング装置。 - 真空槽と、
前記真空槽内に配置されたカソード容器と、
前記カソード容器内に配置されるスパッタリングターゲットと、
を有し、
前記真空槽内にスパッタリングガスを導入し、前記カソード容器にスパッタ電圧を印加して前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽の中に配置された基板に薄膜を形成する際には前記スパッタリングターゲットは液体であり、
前記カソード容器の縁上に環状の環状平板部が前記縁と対面して配置され、
上部が前記環状平板部に接続され、下部が前記カソード容器の側壁面と対面された筒形形状の筒部が前記カソード容器の壁面に対面して配置され、
前記環状平板部と前記筒部とは接地電位に接続されたスパッタリング装置を用いて基板表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
前記筒部の厚さである筒部厚Ａ(ｍｍ)と、スパッタリングに伴う前記スパッタリングターゲットの液面低下量ΔＴ(ｍｍ)との間で、
筒部厚Ａ≧液面低下量ΔＴ×２／３
の関係が成立するように、前記スパッタリングターゲットを前記カソード容器に補充する薄膜製造方法。 - 真空槽と、
前記真空槽内に配置されたカソード容器と、
前記カソード容器内に配置されるスパッタリングターゲットと、
を有し、
前記真空槽内にスパッタリングガスを導入し、前記カソード容器にスパッタ電圧を印加して前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽の中に配置された基板に薄膜を形成する際には前記スパッタリングターゲットは液体であり、
前記カソード容器の縁上に環状の環状平板部が前記縁と対面して配置され、
上部が前記環状平板部に接続され、下部が前記カソード容器の側壁面と対面された筒形形状の筒部が前記カソード容器の壁面に対面して配置され、
前記環状平板部と前記筒部とは接地電位に接続されたスパッタリング装置を用いて基板表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
前記カソード容器の側壁の内周側面の高さである側壁高Ｅ(ｍｍ)とスパッタリングに伴う前記スパッタリングターゲットの液面低下量ΔＴ(ｍｍ)との間で、
液面低下量ΔＴ＋５ｍｍ≧側壁高Ｅ＞液面低下量ΔＴ＋１ｍｍ
の関係が成立するように、前記スパッタリングターゲットを前記カソード容器に補充する薄膜製造方法。
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| JP2019093838A JP7320371B2 (ja) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | スパッタリング装置、薄膜製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011202190A (ja) | 2008-06-26 | 2011-10-13 | Canon Anelva Corp | スパッタリング装置及びスパッタリング方法 |
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