(57)【要約】     【課題】液体状のターゲットを用いてマグネトロンスパッタリングを行う装置において、ターゲットを収容する容器のスパッタリングを防止する技術を提供する。    【解決手段】本発明のスパッタ成膜装置１は、液体状ターゲット８のターゲット面８ａ内において、磁石装置１０によって形成される磁場のターゲット面８ａに対する垂直磁場成分がゼロとなる点を結ぶ円１７と、ターゲット容器７の収容凹部７０の内側壁７ｃとの間の距離Ｌが２０ｍｍ以上となるように構成されている。【選択図】  図１
2020186451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体状ターゲットを用い、マグネトロンスパッタリングによって基板上に成膜を行うスパッタ成膜装置であって、
真空槽と、
前記真空槽内にカソード電極として設けられ、前記液体状ターゲットを収容する収容凹部を有するターゲット容器と、
前記ターゲット容器に対して所定の電力を供給するスパッタ電源と、
前記ターゲット容器の収容凹部に対して背面側に設けられ、中心磁石と外周磁石を有するマグネトロン放電用の磁石装置とを備え、
前記ターゲット容器の収容凹部には、収容された前記液体状ターゲットのターゲット面に対して直交する方向に延びる内側壁が設けられ、
前記液体状ターゲットのターゲット面内において、前記磁石装置によって形成される磁場の前記ターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点を結ぶ線と、前記ターゲット容器の収容凹部の内側壁との間の距離Ｌが２０ｍｍ以上となるように構成されているスパッタ成膜装置。
【請求項２】
前記液体状ターゲットのターゲット面内において、前記磁石装置によって形成される磁場の前記ターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点のうち、前記ターゲット容器の内側壁に最も近い点と当該内側壁との間の距離と、前記ターゲット容器の収容凹部の底面に対する前記側壁の高さＨとが、Ｌ1≧４Ｈの関係を満たすように構成されている請求項１記載のスパッタ成膜装置。
【請求項３】
前記ターゲット容器の収容凹部の内側壁が円形状に形成されるとともに、前記磁石装置は、前記中心磁石が円柱形状に形成され、かつ、前記外周磁石が円筒形状に形成されている請求項１又は２のいずれか１項記載のスパッタ成膜装置。
【請求項４】
前記ターゲット容器の収容凹部の内側壁の内径Ｄ1が、前記磁石装置の外周磁石の外径Ｄ2に対して１０ｍｍ以上大きくなるように構成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載のスパッタ成膜装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空中で基板上にスパッタリングによって成膜を行うスパッタリング装置に関し、特に液体状のターゲットを用いてマグネトロンスパッタリングを行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液状のターゲットを用いてスパッタリングを行う成膜装置が提案されている。
【０００３】
固体のターゲットを用いてスパッタリングを行う成膜装置では、固体状のターゲットをバッキングプレートにボンディングすることでターゲットを保持するが、液状のターゲットではボンディングを行えないので、ターゲット材料は専用の容器に収容して保持するようにしている。
【０００４】
しかし、スパッタリングにおいては、ターゲットに電圧を印加することから導電性を有する容器を用いなければならず、従来技術では、このことに起因する種々の課題がある。
【０００５】
例えば、スパッタプロセス中ではターゲットを収容する容器がターゲットと同電位になるため、容器自体がスパッタされてしまうおそれがある。
【０００６】
そして、容器がスパッタされることにより、容器の材料が膜中に入り込んでコンタミネーションが発生したり、スパッタによる浸食（エロージョン）によって容器が破損する場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１２５８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような従来の技術の課題を考慮してなされたもので、その目的とするところは、液体状のターゲットを用いてマグネトロンスパッタリングを行う装置において、ターゲットを収容する容器のスパッタリングを防止する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明は、液体状ターゲットを用い、マグネトロンスパッタリングによって基板上に成膜を行うスパッタ成膜装置であって、真空槽と、前記真空槽内にカソード電極として設けられ、前記液体状ターゲットを収容する収容凹部を有するターゲット容器と、前記ターゲット容器に対して所定の電力を供給するスパッタ電源と、前記ターゲット容器の収容凹部に対して背面側に設けられ、中心磁石と外周磁石を有するマグネトロン放電用の磁石装置とを備え、前記ターゲット容器の収容凹部には、収容された前記液体状ターゲットのターゲット面に対して直交する方向に延びる内側壁が設けられ、前記液体状ターゲットのターゲット面内において、前記磁石装置によって形成される磁場の前記ターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点を結ぶ線と、前記ターゲット容器の収容凹部の内側壁との間の距離Ｌが２０ｍｍ以上となるように構成されているスパッタ成膜装置である。
本発明は、前記液体状ターゲットのターゲット面内において、前記磁石装置によって形成される磁場の前記ターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点のうち、前記ターゲット容器の内側壁に最も近い点と当該内側壁との間の距離と、前記ターゲット容器の収容凹部の底面に対する前記側壁の高さＨとが、Ｌ1≧４Ｈの関係を満たすように構成されているスパッタ成膜装置である。
本発明は、前記ターゲット容器の収容凹部の内側壁が円形状に形成されるとともに、前記磁石装置は、前記中心磁石が円柱形状に形成され、かつ、前記外周磁石が円筒形状に形成されているスパッタ成膜装置である。
本発明は、前記ターゲット容器の収容凹部の内側壁の内径Ｄ1が、前記磁石装置の外周磁石の外径Ｄ2に対して１０ｍｍ以上大きくなるように構成されているスパッタ成膜装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液体状ターゲットのターゲット面内において、磁石装置によって形成される磁場のターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点を結ぶ線と、ターゲット容器の収容凹部の内側壁との間の距離Ｌが２０ｍｍ以上となるように構成されていることから、スパッタリングの際のエロージョン領域をターゲット容器の収容凹部の内側壁から遠ざけることができ、その結果、液体状ターゲットを収容するターゲット容器の収容凹部の例えば側壁部分に対するスパッタリングを防止できるようになる。
【００１１】
本発明において、液体状ターゲットのターゲット面内において、前記磁石装置によって形成される磁場の前記ターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点のうち、前記ターゲット容器の側壁に最も近い点と当該側壁との間の距離と、前記ターゲット容器の収容凹部の底面に対する前記側壁の高さＨとが、Ｌ≧４Ｈの関係を満たすように構成されている場合、又は、ターゲット容器の収容凹部の内側壁の内径Ｄ1が、磁石装置の外周磁石の外径Ｄ2に対して１０ｍｍ以上大きくなるように構成されている場合には、スパッタリングの際のエロージョン領域をターゲット容器の収容凹部の内側壁からより遠ざけることができ、その結果、液体状ターゲットを収容するターゲット容器の収容凹部の例えば側壁に対するスパッタリングを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）：本発明に係るスパッタ成膜装置の実施の形態の内部構成を示す部分断面図（ｂ）：同スパッタ成膜装置における磁石装置の構成を示す平面図
【図２】（ａ）（ｂ）：本発明におけるターゲット容器及び磁石装置の寸法関係を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明に係るスパッタ成膜装置の実施の形態の内部構成を示す部分断面図、図１（ｂ）は、本実施の形態における磁石装置の構成を示す平面図である。
【００１５】
本実施の形態のスパッタ成膜装置１は、マグネトロンスパッタリング方式のもので、図１（ａ）に示すように、接地電位にされた真空槽２を有している。
【００１６】
真空槽２は、その内部の真空排気を行う真空排気装置３に接続されるとともに、真空槽２内にアルゴン（Ａｒ）ガス等のスパッタガスを導入可能なスパッタガス源４に接続されている。
【００１７】
真空槽２内には、基板ホルダ５に保持された円板形状の基板６が配置されるようになっており、この基板６と対向するように、金属材料からなるカソード電極としてのターゲット容器７が設けられている。
【００１８】
本実施の形態のターゲット容器７は、開口部を有する円筒形状の収容凹部７０を有し、溶融して液体状（液相）となった液体状ターゲット８がこの収容凹部７０に収容されるように構成されている。
【００１９】
液体状ターゲット８としては、容易に液体化できる低融点金属からなる材料を採用することができ、このような金属材料としては、例えばガリウム（Ｇａ）単体並びにガリウムにアルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）を含む合金があげられる。
【００２０】
液体状ターゲット８の材料の融点は特に限定されることはないが、例えば２５０℃以下のものが好ましい。
【００２１】
ターゲット容器７の収容凹部７０は、基板６と対向し且つ基板６の表面に対して平行に形成された平面からなる底面７ａと、液体状ターゲット８を堰き止めるための側壁７ｂとを有している。
【００２２】
この側壁７ｂは、その内側の部分に、曲面（本実施の形態では円弧面）状に一定の厚さで形成された内側壁７ｃが設けられている。
【００２３】
この内側壁７ｃは、ターゲット容器７に収容された液体状ターゲット８のスパッタされる面であるターゲット面８ａ（及び本実施の形態では収容凹部７０の底面７ａ）に対して直交する方向に延びるように形成されている。
【００２４】
本発明の場合、ターゲット容器７内に図示しない加熱機構を設け、ターゲット容器７の収容凹部７０内に配置された固体のターゲット材料（図示せず）を当該加熱機構によって加熱溶融することにより、液体状ターゲット８をターゲット容器７の収容凹部７０内に収容することができる。
【００２５】
ターゲット容器７は、絶縁物７１を介して真空槽２の壁面に取り付けられ、これによりターゲット容器７は真空槽２に対して電気的に絶縁されている。
【００２６】
ターゲット容器７は電源装置９に電気的に接続され、ターゲット容器７を介して液体状ターゲット８に所定の電力（電圧）を供給するように構成されている。
【００２７】
液体状ターゲット８に供給する電力の種類は特に限定されるものではなく、直流、交流（高周波、パルス状のものも含む）のいずれであってもよい。
【００２８】
真空槽２内のターゲット容器７の収容凹部７０に対して反対側には、磁石装置１０が設けられている。
【００２９】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態の磁石装置１０は、液体状ターゲット８のターゲット面８ａの上方に磁場を発生させるようにヨーク１３上にそれぞれ設置された、中心磁石１１と、中心磁石１１の周囲に連続的な形状で設置された外周磁石１２とを有している。
【００３０】
中心磁石１１は円柱形状に形成されるとともに、外周磁石１２はヨーク１３上で中心磁石１１の側壁面から一定距離をおいて円筒形状に形成され、中心磁石１１を取り囲むように配置されている。
【００３１】
本実施の形態の中心磁石１１及び外周磁石１２は、ターゲット容器７（収容凹部７０）と同心状に配置されている。
【００３２】
なお、外周磁石１２は、必ずしも一つの継ぎ目のない環形状であることを意味しない。すなわち、中心磁石１１の周囲を取り囲む形状であれば、複数の部品から構成されていてもよい。
【００３３】
なお、本例の磁石装置１０は、外周磁石１２（ヨーク１３）の外径がターゲット容器７の外径より小さくなるようにその寸法が設定されている。
【００３４】
外周磁石１２と中心磁石１１は、ターゲット容器７の収容凹部７０に収容された液体状ターゲット８のターゲット面８ａに対して互いに異なる極性の磁極を対向させて配置されている。
【００３５】
磁石装置１０のヨーク１３の背面側には、図示しない駆動機構によって駆動される回転機構の移動装置（図示せず）が配置され、この移動装置によって、磁石装置１０が、ターゲット材料８のターゲット面８ａと平行に回転移動させるように構成されている。
【００３６】
次に、本発明に関し、図２（ａ）（ｂ）を参照してターゲット容器７及び磁石装置１０の寸法関係を説明する。
【００３７】
本発明は、液体状ターゲットのターゲット面内において、磁石装置によって形成される磁場のターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロ（ガウス）となる点を結ぶ線と、ターゲット容器の収容凹部の側壁との間の距離Ｌが２０ｍｍ以上となるように構成されている。
【００３８】
この場合、液体状ターゲットのターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点は、磁石装置の中心磁石及び外周磁石によって形成される磁気回路の磁場特性をシミュレーションすることにより求めることができる。
【００３９】
本実施の形態の場合、ターゲット容器７の収容凹部７０の内側壁７ｃが円形状に形成され、磁石装置１０は、中心磁石１１が円柱形状に形成されるとともに外周磁石１２が円筒形状に形成され、これらはターゲット容器７と同心状に配置されている。
【００４０】
したがって、本実施の形態では、図２（ａ）（ｂ）に示すように、中心磁石１１から外周磁石１２に向かう磁場１５において、液体状ターゲット８のターゲット面８ａに対する垂直磁場成分がゼロとなる点１６は、それぞれ中心磁石１１と外周磁石１２との間に存在することになる。
【００４１】
そして、液体状ターゲット８のターゲット面８ａに対する垂直磁場成分がゼロとなる点１６を結ぶ線は、図２（ａ）に示すように、中心磁石１１と外周磁石１２との間において、外周磁石１２の内周より小さい円形状に形成される。
【００４２】
この液体状ターゲット８のターゲット面８ａに対する垂直磁場成分がゼロとなる各点１６を結ぶと、磁石装置１０の中心磁石１１及び外周磁石１２がターゲット容器７と同心状に配置されていることから、ターゲット容器７の収容凹部７０と同心状に形成された円１７が得られる。
【００４３】
この円１７の各部分は、その直径方向に関し、ターゲット容器７の収容凹部７０の内側壁７ｃとの間の距離Ｌが等しく、２０ｍｍ以上となるように設定されている。
【００４４】
このような構成を有する本発明によれば、スパッタリングの際のエロージョン領域をターゲット容器７の収容凹部７０の内側壁７ｃから遠ざけることができるので、液体状ターゲット８を収容するターゲット容器７の収容凹部７０の例えば内側壁７ｃがスパッタリングされることを防止できるようになる。
【００４５】
また、本発明では、特に限定されることはないが、液体状ターゲット８のターゲット面８ａ内において、磁石装置１０によって形成される磁場のターゲット面８ａに対する垂直磁場成分がゼロとなる点のうち、ターゲット容器７の内側壁７ｃに最も近い点と当該内側壁７ｃとの間の距離Ｌ1と、ターゲット容器７の収容凹部７０の底面７ａに対する側壁の高さＨとが、Ｌ1≧４Ｈの関係を満たすように構成することが好ましい（本実施の形態ではＬ1＝Ｌ）。
【００４６】
さらに、本発明では、特に限定されることはないが、ターゲット容器７の収容凹部７０の内側壁７ｃの内径Ｄ1が、磁石装置１０（外周磁石１２）の外径Ｄ2に対して１０ｍｍ以上大きくなるように構成することが好ましい。
【００４７】
このような構成を有する本発明によれば、スパッタリングの際のエロージョン領域をターゲット容器７の収容凹部７０の内側壁７ｃからより遠ざけることができるので、液体状ターゲット８を収容するターゲット容器７の収容凹部７０の例えば内側壁７ｃがスパッタリングされることを確実に防止できる。
【００４８】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
【００４９】
例えば、上記実施の形態においては、円筒形状の収容凹部７０と、円柱形状の中心磁石１１及び円筒形状の外周磁石１２とを用い、円板形状の基板６にスパッタを行う場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、矩形筒形状の収容凹部と、矩形柱形状の中心磁石及び矩形筒形状の外周磁石とを用い、矩形形状の基板にスパッタを行う場合にも適用することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００５１】
＜実施内容＞
図１に示されるスパッタ成膜装置と同等の構成の装置を用い、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）を含有する材料からなるターゲット容器の収容凹部内に、ガリウム（Ｇａ）からなるターゲット材料を配置した。
【００５２】
この場合、ターゲット容器として、収容凹部の内側壁の径が、４０ｍｍ、４５ｍｍ、５０ｍｍ、５５ｍｍ、６０ｍｍ、６５ｍｍのものを用いた。
【００５３】
一方、磁石装置としては、中心磁石の外径が２５ｍｍで、外周磁石の外径が５０ｍｍのものを用いた。
【００５４】
そして、液体状ターゲットのターゲット面内において、磁石装置によって形成される磁場のターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点を結ぶ線からなる円の直径が、３０ｍｍとなるようにした。
【００５５】
スパッタプロセスは、まず真空槽を真空排気した後、真空槽内にスパッタガスとしてアルゴンガス及び窒素ガスを導入し、圧力が０．１Ｐａとなるようにバルブのコンダクタンスを調整した。そして、ターゲット容器内のヒータに所定の電力を投入し、ターゲット材料を加熱溶融して液体状にした。
【００５６】
そして、カソード電極であるターゲット容器にパワー８０ＷのＲＦ電力を投入し、シャッターを用いて成膜時間を制御することにより基板上に膜厚５００ｎｍのＧａＮ膜を形成した。
【００５７】
＜評価結果＞
膜の形成後、ターゲット容器の内側壁にスパッタ痕が生じているかどうかを目視で観察した。
【００５８】
また、形成された膜に対し、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）による組成分析を行った。
【００５９】
総合判断は、○→問題なし、×→問題ありで不適、△→一部問題があるが実用可能とした。
【００６０】
以上の結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2020186451.tif 000003
【００６２】
表１に示すように、ターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点を結ぶ円と、ターゲット容器の収容凹部の内側壁との間の距離Ｌを１０ｍｍ、１５ｍｍに設定したものにおいて、ターゲット容器の内側壁にスパッタ痕が見られた。
【００６３】
また、形成された膜をＳＩＭＳによる組成分析を行ったところ、膜中に、ターゲット容器の構成材料である鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）のコンタミネーションが検出された。
【００６４】
一方、ターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点を結ぶ円と、ターゲット容器の収容凹部の内側壁との間の距離Ｌを２０ｍｍに設定したものは、膜中に鉄（Ｆｅ）のコンタミネーションが検出された。
【００６５】
しかし、ターゲット容器の内側壁におけるスパッタ痕は見られなかった。
【００６６】
さらに、上記ターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点を結ぶ円と、ターゲット容器の収容凹部の内側壁との間の距離Ｌを２５ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍに設定したものは、膜中におけるコンタミネーションは検出されず、またターゲット容器の内側壁におけるスパッタ痕は見られなかった。
【００６７】
以上の結果から、ターゲット面に対する垂直磁場成分がゼロとなる点を結ぶ円と、ターゲット容器の収容凹部の内側壁との間の距離Ｌを２０ｍｍ以上に設定することにより、液体状のターゲットを用いてマグネトロンスパッタリングを行う装置において、ターゲットを収容する容器に対するスパッタリングを防止できることが明らかになった。
【符号の説明】
【００６８】
１……スパッタ成膜装置
２……真空槽
６……基板
７……ターゲット容器
７ａ…底面
７ｂ…側壁
７ｃ…内側壁
８……液体状ターゲット
８ａ…ターゲット面
１０…磁石装置
１１…中心磁石
１２…外周磁石
７０…収容凹部 
【図１】
2020186451.tif 000004
【図２】
2020186451.tif 000005