JPH01272766A - マグネトロンスパッタ操業方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はマグネトロンスパッタ操業方法に関し、詳細に
は基板表面の放電洗浄工程と基板への蒸着膜形成工程を
同一雰囲気内で連続的に実施で与る様にしたマグネトロ
ンスパッタ操業方法に関するものである。

［従来の技術］ スパッタリング等の物理的蒸着法によって基板上に金属
や化合物の薄膜を形成する場合には、薄膜の付着力を高
めると共にその性質の安定化を図る目的で、基板の前処
理が行なわれる。基板の前処理としては、まず真空装置
外で基板の予熱洗浄処理が行なわれ、製作工程や保存工
程で付着した各種の汚染物質が取除かれた後、更に真空
装置内で真空放電洗浄が行なわれて基板表面になお残留
している吸着ガス等が取り除かれる。

第２図は典型的なマグネトロンスパッタ装置の構成を示
す概略説明図であり、図中１は真空チャンバー、２はタ
ーゲットホルダー、３は永久磁石、４はターゲット、５
は基板ホルダー、６は基板、７はメツシュアノード、８
は成膜用高周波電源、９は放電洗浄用及びバイアス印加
用の直流電圧電源、１０はシャッターを夫々示す。

当該装置では、減圧ガス（例えばＡｒ等）雰囲気中にタ
ーゲット４（陰極）と基板６（陽極）を離して対向配置
すると共にそれらの間に高電圧を印加することによって
グロー放電状態を形成し、該放電空間に形成されたプラ
ズマ正イオンをターゲット表面に衝突させ、ターゲット
表面から放出されるスパッタ粒子を基板上に蒸着させる
。そして前記永久磁石３によって電界と直交する方向に
磁界を形成することにより、放電効率を高め成膜速度を
促進させる。

上記蒸着膜形成に先立って基板６を放電洗浄する当って
は、次の様に行なわれる。即ち真空チャンバー１内を真
空排気後Ａｒ等の不活性ガスを導入し、真空チャンバー
１内の圧力を調整した上で、基板６が陰極となる様にメ
ツシュアノード７と基板６間に数百乃至数千ボルトの電
圧を電源９によって印加しグロー放電を引き起こす。そ
してイオン化された不活性ガスイオンが基板６ヘイオン
衝撃を与えることによって、基板６上に付着している残
留吸着ガス等が除去される。

尚上記電源９は、高品質の薄膜を得る目的で、膜形成中
においても基板６側に負電圧を印加する場合（バイアス
スパッタリング法）にも利用されている。

［発明が解決しようとする課題］ 第３図は、放電洗浄及び蒸着膜形成の各工程を含めたマ
グネトロンスパッタ操業の従来手順を示すフローチャー
トである。放電洗浄を行なう場合には前述した様に、ま
ず真空チャンバー内の圧力調整が行なわれるが、従来で
は直流電圧電源によるグロー放電の維持可能な圧力範囲
が１０−”Ｔｏｒｒ台までである為、放電洗浄時のチャ
ンバー内圧力は１０−２丁ｏｒｒ程度に設定されていた
。一方マグネトロンスバッタの成膜時の圧力は、ターゲ
ットホルダー内に配置された永久磁石によるマグネトロ
ン効果と高周波電源の使用により、成膜時のグロー放電
は１Ｇ−’Ｔｏｒｒ台まで維持可能となるが、できる膜
の膜質の点からより低圧力下での成膜が望ましい為、一
般に成膜時の圧力は１０−’Ｔｏｒｒ程度に設定されて
いた。従って放電洗浄工程から成膜工程に穆る際には、
第３図に示す様に真空チャンバー内の圧力を成膜に最適
な圧力値に再調整する必要があり、ますだ第１にはその
間の時間的損失が挙げられる。又反応性スパッタを実施
する場合や基板を加熱する場合等には、圧力の再調整の
間に反応性ガスの導入や基板の加熱を行っており、時間
的な損失は勿論のこと基板の再汚染の恐れもあった。更
に放電洗浄時のグロー放電は一般に１Ｏ−２Ｔｏｒｒ程
度のおだやかな減圧状態で行なうのが一般であるから、
基板に衝突する際の不活性ガスイオンのエネルギーが低
く、且つ流入電流密度も小さいので十分な洗浄効果が得
られないという問題もあった。

本発明はこうした状況のもとでなされたものであって、
その目的とするところは、時間的損失が少なく且つ基板
の再汚染の恐れもなく、十分な洗浄効果を発揮しつつ安
定した薄膜を形成できる様なスパッタリング操業方法を
提供することにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明とは、マグネトロンスパッ
タ装置を用いて基板上に薄膜を形成するに当たり、該装
置内を成膜操業時の圧力条件に調整した状態で、ターゲ
ット側に負電圧を印加して主放電を発生させると共に、
前記基板側には前記ターゲット側よりも電位の低い負電
圧を印加して基板表面の清浄化を図り、引続き前記基板
側の負電圧電位を前記ターゲット側の負電圧電位よりも
高くなる様に調整してスパッタリングを行ない基板上に
成膜する点に要旨を有するマグネトロンスパッタ操業方
法である。

［作用］ 第４図は本発明方法の手順を示すフローチャートである
。尚本発明方法を実施する為のマグネトロンスパッタ装
置の構成は、基本的には第２図に示した構成と同様であ
り、第２図及び第４図を同時に参照しつつ本発明方法を
説明する。

真空チャンバー１内への基板セットから不活性ガス導入
までの工程は従来と同様である（前記第３図参照）。本
発明においては、最初の圧力調整の段階において、真空
チャンバー１内を成膜時の圧力条件（例えば１０−’Ｔ
ｏｒｒの低い圧力）に調整する。尚反応性スパッタを行
なう場合には、不活性ガスを導入するときに必要な反応
ガスを同時に導入してから真空チャンバー内が成膜時の
圧力状態に調整される。即ち本発明法においては、不活
性ガス（及び反応性ガス）を導入した後の圧力調整の段
階で真空チャンバー１内が成膜時の圧力に設定される。

次に前述のバイアススパッタ法と同様にして、成膜用電
源８によってターゲット４側に負電圧（ｖｔ）を印加し
てグロー放電を発生させると共に、バイアス印加用電源
９によって基板６側にも負電圧（Ｖｓ）を印加する。但
し、本発明方法ではグロー放電発生後のしばらくの間は
基板６側がターゲット４側よりも電位が低くなる様に（
ｖｔ＞ｖｓ）前記電源８．９の電圧を設定する。この状
態では基板６側に到達するイオンエネルギーがターゲッ
ト４側に到達するイオンエネルギーよりも大きくなるの
で、基板６の表面におけるスパッタエツチングが優位の
状態となり、該表面の放電洗浄が行なわれる。

この様にして一定時間を経過させて放電洗浄が完了する
と、引続いて基板６側の負電圧電位がターゲット４側の
負電圧電位よりも高（（Ｖｓ＞ｖｔ）なる様に調整され
る。この様に電圧を設定した後はターゲット４側でのス
パッタ作用が大きくなり、前述した原理に従って基板６
上に薄膜が形成される。

尚前記第２図に示したマグネトロンスパッタ装置の基本
構成は既に述べた通り、基本的にはそのまま本発明方法
に利用されるのであるが、本発明方法を実施するには、
その他覚源８．９の負電圧を調整する為の機構が付加さ
れる必要がある。

本発明は上述の如く構成されるが、要するに成膜時と同
じ圧力状態で基板の放電洗浄が行なえるので、時間の節
約になると共に、反応性スパッタの場合であっても基板
の再汚染等が防がれる。又ターゲット側（マグネトロン
カソード側）で主放電を発生させているので、従来より
低い圧力下での放電洗浄が可能であり、これによって基
板に到達するイオンのエネルギーが大きくなり、基板へ
の清浄効果が向上する。更に基板へのイオン衝撃エネル
ギーが大きくなることによって、洗浄中の基板温度の上
昇も大きくなり、基板を別途加熱せずども基板への薄膜
の密着性向上が図れる。

以下実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例コ 下記の手順に従って本発明方法を実施し、基板６上にＴ
ｉＮ膜を形成した。

ターゲット４としてＴｉ板を用い、該ターゲット４を真
空チャンバー１内にセットした後真空排気した。このと
きの真空チャンバー１内の圧力はＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏ
ｒｒ以下であった。

次にＡｒ（不活性ガス）を１１００５ＣＣの流量で、及
びＮ２　　（反応性ガス）を９ＳＣＣＭの流量で夫々導
入した後、チャンバー内の圧力を３×１０−’Ｔｏｒｒ
となる様に調整した。

更に、基板６側の電圧を一５００■に、ターゲット側の
電圧を一２００■に夫々設定して１５分間放電洗浄を行
ない、引続いて基板６側の電圧を一２００Ｖに、ターゲ
ット側の電圧−５ｏｏｖに夫々設定してスパッタリング
を実施した。このときの基板６及びターゲット４におけ
る電圧の時間的変化を第１図に示す。

その結果、基板６上には安定したＴｉＮ膜が形成された
。

尚木発明者らは、反応ガスの流量（８〜１０１０３ＣＣ
、真空チャンバー１内の圧力（３〜５　ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒ）　、放電洗浄時における基板６及びターゲット
４の電圧（基板側電圧ニー５００〜−４００Ｖ、ターゲ
ット側電圧ニー２００〜−１００■）、放電洗浄時間（
５〜１５分）、成膜時における基板６及びターゲット４
の電圧（基板側電圧ニー２００〜−１００Ｖ、ターゲッ
ト側電圧ニー５００〜−４００Ｖ）等の条件を上記範囲
内で各種設定して本発明を実施したところ、いずれも安
定したＴｉＮ膜が基板６上に形成された。

［発明の効果コ 上述した如く本発明方法によれば、既述した手順に従っ
て操業することによって、基板の放電洗浄と基板への蒸
着膜形成工程とが同一７囲気内で連続的に達成されるの
で、従来における様な圧力再調整による時間的損失をな
くし、十分な洗浄効果を発揮しつつ安定した薄膜を形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施した際の基板６及びターゲッ
ト４における電位の時間的変化を示すグラフ、第２図は
典型的なマグネトロンスパッタ装置の構成を示す概略説
明図、第３図は従来のマグネトロンスパッタ操業の手順
を示すフローチャート、第４図は本発明方法の手順を示
すフローチャートである。 １・・・真空チャンバー　２・・・ターゲットホルダー
３・・・永久磁石　　　　４・・・ターゲット５・・・
基板ホルダー　　６・・・基板７・・・メツシュアノー
ド ８・・・成膜用高周波電源 ９・・・直流電圧電源　　１０・・・シャッター丼　廻
　　（〉） 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マグネトロンスパッタ装置を用いて基板上に薄膜を形成
   するに当たり、該装置内を成膜操業時の圧力条件に調整
   した状態で、ターゲット側に負電圧を印加して主放電を
   発生させると共に、前記基板側には前記ターゲット側よ
   りも電位の低い負電圧を印加して基板表面の清浄化を図
   り、引続き前記基板側の負電圧電位を前記ターゲット側
   の負電圧電位よりも高くなる様に調整してスパッタリン
   グを行ない基板上に成膜することを特徴とするマグネト
   ロンスパッタ操業方法。