(57)【要約】      （修正有）【課題】ターゲット材料の酸化物を形成させずに、融解させ、移動させることができるスパッタリング装置を提供する。【解決手段】原料室１２の供給容器１５にターゲット材料２０を配置し、原料室１２を真空排気して真空雰囲気を形成した後、供給容器１５を加熱してターゲット材料２０を融解させる。原料室１２には、供給用ガス源２８を接続し、原料室１２の内部に供給用圧力調整ガスを導入し、圧力差によって真空雰囲気にされた成膜室１１の内部に配置された成膜容器１６に、ターゲット材料２０の液体を移動させ、成膜室１１にスパッタリングガスを導入し、成膜容器１６にスパッタ電圧を印加してターゲット材料２０の液体をスパッタリングする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ真空排気可能な成膜室と原料室と、
前記成膜室内に配置され、ターゲット材料が配置される成膜容器と、
前記原料室の内部に配置され、前記成膜容器と同種類の材料又は異なる種類の材料であるターゲット材料が配置される供給容器と、
一端が前記成膜容器に接続され、他端が切替装置に接続された導出入配管と、
一端が前記供給容器に接続され、他端が前記切替装置に接続された供給配管と、
少なくとも前記成膜容器と前記供給容器と前記導出入配管と前記供給配管とを加熱する加熱装置と、
前記成膜容器には、前記成膜容器に配置された前記ターゲット材料の液体をスパッタリングするために、前記成膜室に供給されたスパッタリングガスのプラズマを発生させるスパッタ電圧が印加されるスパッタリング装置。
【請求項２】
前記原料室には、前記原料室の内部に供給用圧力調整ガスを導入させる供給用ガス源が接続された請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記原料室の内部に配置され、前記成膜容器に配置された前記ターゲット材料が移動される回収容器と、
一端が前記回収容器に接続され、他端が前記切替装置に接続された回収配管と、
を有し、
前記回収容器と前記回収配管とは前記加熱装置によって加熱される請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記成膜室には、前記成膜室の内部に回収用圧力調整ガスを導入させる回収用ガス源が接続された請求項３記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
それぞれ真空排気可能な成膜室と原料室と、
前記成膜室内に配置され、ターゲット材料が配置される成膜容器と、
前記原料室の内部に配置され、前記成膜容器に配置された前記ターゲット材料が配置される回収容器と、
一端が前記成膜容器に接続され、他端が切替装置に接続された導出入配管と、
一端が前記回収容器に接続され、他端が前記切替装置に接続された回収配管と、
少なくとも前記成膜容器と前記回収容器と前記導出入配管と前記回収配管とを加熱する加熱装置と、
前記成膜容器には、前記成膜容器に配置された前記ターゲット材料の液体をスパッタリングするために、前記成膜室に供給されたスパッタリングガスのプラズマを発生させるスパッタ電圧が印加されるスパッタリング装置。
【請求項６】
前記成膜室には、前記成膜室の内部に回収用圧力調整ガスを導入させる回収用ガス源が接続された請求項５記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記成膜容器の底面には傾斜が形成され、前記成膜容器には浅い部分と深い部分とが設けられ、
前記導出入配管は前記成膜容器の前記深い部分に接続された請求項１乃至請求項６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】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパッタリング装置の技術分野に係り、特に、液体のターゲットをスパッタリングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガリウムの融点は約２９．８℃であり、固体の金属ガリウムをスパッタリングすると、スパッタリングの温度上昇によって融点を超えて昇温し、液化してしまう。
【０００３】
従って、ガリウムをスパッタリングする際には、容器に固形のガリウムを配置し、容器を加熱してガリウムを液化させ、容器内に配置されたガリウムの液体をスパッタリングすることが行われている。
【０００４】
しかしながら、スパッタリングを行う真空槽を大気に開放し、真空槽の内部に配置された容器にガリウムの液体を配置すると、ガリウムの液体が融点を超える温度に加熱され、大気中の酸素と反応してしまう。
【０００５】
ガリウムの液体の表面に酸化物が形成されると、形成される薄膜の純度が低下し、また、スパッタリング中にアーク放電が発生するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１２９３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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あり、その目的は、ターゲット材を酸素と反応させずに、加熱して固体から液体に変化させ、スパッタリングをする成膜容器に移動させることができるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、それぞれ真空排気可能な成膜室と原料室と、前記成膜室内に配置され、ターゲット材料が配置される成膜容器と、前記原料室の内部に配置され、前記成膜容器と同種類の材料又は異なる種類の材料であるターゲット材料が配置される供給容器と、一端が前記成膜容器に接続され、他端が切替装置に接続された導出入配管と、一端が前記供給容器に接続され、他端が前記切替装置に接続された供給配管と、少なくとも前記成膜容器と前記供給容器と前記導出入配管と前記供給配管とを加熱する加熱装置と、前記成膜容器には、前記成膜容器に配置された前記ターゲット材料の液体をスパッタリングするために、前記成膜室に供給されたスパッタリングガスのプラズマを発生させるスパッタ電圧が印加されるスパッタリング装置である。
本発明は、前記原料室には、前記原料室の内部に供給用圧力調整ガスを導入させる供給用ガス源が接続されたスパッタリング装置である。
本発明は、前記原料室の内部に配置され、前記成膜容器に配置された前記ターゲット材料が移動される回収容器と、一端が前記回収容器に接続され、他端が前記切替装置に接続された回収配管と、を有し、前記回収容器と前記回収配管とは前記加熱装置によって加熱されるスパッタリング装置である。
本発明は、前記成膜室には、前記成膜室の内部に回収用圧力調整ガスを導入させる回収用ガス源が接続されたスパッタリング装置である。
本発明は、それぞれ真空排気可能な成膜室と原料室と、前記成膜室内に配置され、ターゲット材料が配置される成膜容器と、前記原料室の内部に配置され、前記成膜容器に配置された前記ターゲット材料が配置される回収容器と、一端が前記成膜容器に接続され、他端が切替装置に接続された導出入配管と、一端が前記回収容器に接続され、他端が前記切替装置に接続された回収配管と、少なくとも前記成膜容器と前記回収容器と前記導出入配管と前記回収配管とを加熱する加熱装置と、前記成膜容器には、前記成膜容器に配置された前記ターゲット材料の液体をスパッタリングするために、前記成膜室に供給されたスパッタリングガスのプラズマを発生させるスパッタ電圧が印加されるスパッタリング装置である。
本発明は、前記成膜室には、前記成膜室の内部に回収用圧力調整ガスを導入させる回収用ガス源が接続されたスパッタリング装置である。
本発明は、前記成膜容器の底面には傾斜が形成され、前記成膜容器には浅い部分と深い部分とが設けられ、前記導出入配管は前記成膜容器の前記深い部分に接続されたスパッタリング装置である。
【発明の効果】
【０００９】
固体のターゲットを真空雰囲気中で加熱して液化させることができ、また、ターゲットの液体を大気雰囲気に曝さずに、成膜容器にターゲットの液体を配置することができるので、酸化物が形成されずに済む。
【００１０】
また、成膜室を大気に曝さずにターゲットの補充ができるので、スパッタリングを直ちに開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のスパッタリング装置を説明するための図面
【図２】（ａ）：成膜容器の側面に巻き回された成膜側加熱装置を示す図面  （ｂ）：成膜容器の底面に配置された成膜側加熱装置を示す図面  （ｃ）：熱媒体によって成膜容器を加熱する成膜側加熱装置を示す図面
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１の符号２は本発明のスパッタリング装置であり、成膜室１１と原料室１２とを有している。成膜室１１の内部には成膜容器１６が配置されており、原料室１２の内部には供給容器１５と回収容器１７とが配置されている。
【００１３】
成膜容器１６の側壁又は底面と供給容器１５の側壁又は底面と回収容器１７の側壁又は底面とには、導出入配管２２の一端と、供給配管２１の一端と、回収配管２３の一端とがそれぞれ接続されており、導出入配管２２の他端と、供給配管２１の他端と、回収配管２３の他端とは、切替装置１８にそれぞれ接続されている。符号４３は成膜容器１６の底面を示している。
【００１４】
切替装置１８と導出入配管２２とは成膜室１１の内部に配置されており、供給配管２１と回収配管２３とは、成膜室１１の壁面と原料室１２の壁面とを気密に貫通されている。
【００１５】
但し、供給配管２１と回収配管２３と切替装置１８とを原料室１２の内部に配置し、導出入配管２２に、成膜室１１の壁面と原料室１２の壁面とを気密に貫通させるようにしてもよい。
【００１６】
切替装置１８は、供給配管２１と導出入配管２２とを接続し、且つ回収配管２３を供給配管２１と導出入配管２２とから遮断させる原料供給状態と、導出入配管２２と回収配管２３とを接続し、且つ、供給配管２１を導出入配管２２と回収配管２３とから遮断させる原料回収状態と、供給配管２１と導出入配管２２と回収配管２３との間をそれぞれ互いに遮断させる遮断状態と、供給配管２１と導出入配管２２と回収配管２３との間の他の接続状態とのうち、いずれか一種の状態になるようにされている。
【００１７】
従って、供給配管２１と導出入配管２２と回収配管２３との間の接続又は遮断は切替装置１８の状態によって決定されるようになっている。切替装置１８が遮断状態になったときには、成膜室１１と原料室１２との間は気体や液体が移動しない。
【００１８】
成膜室１１と原料室１２とには真空排気装置１９が接続されており、成膜室１１と原料室１２とは、真空排気装置１９によって個別に真空排気されるようになっている。
【００１９】
成膜室１１には回収用圧力調整ガスを成膜室１１に導入する回収用ガス源２７が接続され、原料室１２には、原料室１２に供給用圧力調整ガスを導入する供給用ガス源２８が接続されている。
【００２０】
成膜室１１と原料室１２とを真空雰囲気にした状態で、いずれか一方に供給用圧力調整ガス又は回収用圧力調整ガスを導入すると、成膜室１１と原料室１２との間に圧力差を形成できるようにされている。その際、成膜室１１と原料室１２との両方とも真空雰囲気であってもよいし、高圧の室は大気圧よりも高い圧力にされていてもよい。
【００２１】
このスパッタリング装置２は加熱装置３０を有している。
【００２２】
加熱装置３０は、供給側加熱装置３４と成膜側加熱装置３５と回収側加熱装置３６とを有している。
【００２３】
供給側加熱装置３４は供給容器１５の外周側面及び底面と供給配管２１の外周側面とに設けられており、回収側加熱装置３６は回収容器１７の外周側面及び底面と回収配管２３の外周側面とに設けられている。
【００２４】
成膜側加熱装置３５は、成膜容器１６の外周側面又は底面４３のいずれか一方又は両方と、導出入配管２２の外周側面とに設けられている。図２（ａ）では側面に配置されている。
【００２５】
なお、成膜容器１６の下方にはマグネトロン磁石装置２４が配置されており、成膜側加熱装置３５のうち成膜容器１６の底面４３に設けられた部分は、成膜容器１６の底面４３とマグネトロン磁石装置２４との間に配置される。図２（ｂ）に示すように、成膜容器１６の底面４３とマグネトロン磁石装置２４との間に絶縁物３７の内部に配置した抵抗発熱体３５ａを配置してもよい。
【００２６】
供給側加熱装置３４と成膜側加熱装置３５と回収側加熱装置３６とは、ここでは抵抗発熱体であり、加熱電源装置１３にそれぞれ接続され、加熱電源装置１３から供給される電力によって発熱する。
【００２７】
加熱電源装置１３は制御装置１４に接続され、制御装置１４によって動作が制御されており、加熱電源装置１３から供給側加熱装置３４と成膜側加熱装置３５と回収側加熱装置３６とに対して同じ大きさ又は異なる大きさの電力を個別に供給できるようにされている。
【００２８】
供給容器１５の開口３１と成膜容器１６の開口３２と回収容器１７の開口３３とは、鉛直上方にそれぞれ向けられている。成膜容器１６の開口３２の上方には基板ホルダ２５が配置されており、基板ホルダ２５には成膜対象物１０が配置されている。成膜対象物１０は板状であり、薄膜を形成すべき成膜面４０は下方に向けられ、成膜容器１６の開口３２と対面するようにされている。
【００２９】
切替装置１８の状態は制御装置１４によって制御されており、成膜対象物１０の成膜面４０に薄膜を形成する際には、制御装置１４によって切替装置１８は遮断状態にされ、成膜室１１が真空排気されて所定圧力の真空雰囲気にされる。
【００３０】
成膜容器１６の内部には、融点が室温程度（３０℃程度）のターゲット材料２０の液体が配置されている。ここでは、ターゲット材料２０は金属ガリウムであるが、ターゲット材料２０は金属ガリウムに限定されるものではない。
【００３１】
後述するように、真空雰囲気にされた原料室１２内で固体のターゲット材料が加熱され固体から液体にされ、ターゲット材料の液体が、大気に曝されずに真空雰囲気にされた成膜容器１６に移動されている。
【００３２】
成膜側加熱装置３５は発熱しており、成膜容器１６と導出入配管２２とはターゲット材料２０の融点よりも高温に昇温され、成膜容器１６の内部には、液体のターゲット材料２０が配置されている。
【００３３】
成膜容器１６はスパッタ電源２９に電気的に接続されている。スパッタ電源２９は制御装置１４によって制御されており、先ず、スパッタリングガス源２６から成膜室１１の内部にＡｒガス等のスパッタリングガスを導入し、成膜容器１６の内部がスパッタリングガスによって所定の圧力で安定した状態でスパッタ電源２９からスパッタ電圧を出力させ、スパッタ電圧を成膜容器１６に印加し、ターゲット材料２０の液面近傍にプラズマを形成する。
【００３４】
ターゲット材料２０の液面は成膜容器１６の開口３２の下方に位置しており、ターゲット材料２０の液面はプラズマによってスパッタリングされ、成膜対象物１０の成膜面４０に薄膜が成長する。
【００３５】
薄膜が所定膜厚になったところでスパッタ電源２９にスパッタ電圧の出力を停止させ、次いで、薄膜が形成された成膜対象物１０を、成膜室１１の内部の真空雰囲気を維持しながら成膜室１１の外部に搬出し、未成膜の成膜対象物１０を基板ホルダ２５に配置して、スパッタリングを再開する。
【００３６】
このように複数枚数の成膜対象物１０に薄膜を形成すると、成膜容器１６内に位置する液面が大きく低下してスパッタリングができない状態になる。
【００３７】
そのため、予め成膜容器１６の内部のターゲット材料２０がスパッタリングができない状態になる液面高さよりも高い位置に、基準液面高さを設定しておくと共に、供給容器１５の内部に固体のターゲット材料を配置し、原料室１２の内部を真空排気して真空雰囲気を形成しておく。
【００３８】
スパッタリングによって低下して液面が基準液面高さ以下になったときに、制御装置１４は供給側加熱装置３４を発熱させて供給容器１５と供給配管２１とを加熱し、供給容器１５の内部に配置されたターゲット材料を昇温させて融解させ、供給容器１５の内部にターゲット材料の液体を形成すると、供給配管２１の内部は液状のターゲット材料で充填され、供給容器１５の内部には液状のターゲット材料が配置される。
【００３９】
液面がスパッタリングできない状態まで低下する前に、原料室１２の内部に供給用ガス源２８から供給用圧力調整ガスを導入し、原料室１２の内部圧力を成膜室１１の内部圧力よりも高くし、次いで、切替装置１８を原料供給状態にして導出入配管２２の内部と供給配管２１の内部とを接続する。
【００４０】
このとき、成膜側加熱装置３５は動作しており、導出入配管２２と成膜容器１６とは加熱されている。導出入配管２２の内部は液状のターゲット材料２０で充填されており、導出入配管２２の内部と供給配管２１の内部とが接続されると、圧力差によって、原料室１２の内部に位置する供給容器１５の内部の液面が押圧され、供給容器１５の内部と供給配管２１の内部とに位置するターゲット材料の液体は、導出入配管２２の内部と成膜容器１６の内部とに移行し、成膜容器１６の内部のターゲット材料２０の量が増加し、成膜容器１６の内部の液面が上昇する。その結果、スパッタリングを続行することができる。
【００４１】
なお、成膜室１１と原料室１２との両方とも真空雰囲気の圧力であってもよいし、原料室１２が大気圧よりも高い圧力であってもよい。
【００４２】
次に、ターゲット材料の種類を変更し、ターゲット材料を新しいターゲット材料に交換する場合等、成膜容器１６の内部のターゲット材料を除去する場合を説明する。
【００４３】
先ず、スパッタリングがされておらず、供給用ガス源２８と回収用ガス源２７とスパッタリングガス源２６とのガス供給が停止された状態にする。このとき切替装置１８は遮断状態にされており、成膜室１１と原料室１２とを真空排気しながら成膜側加熱装置３５と回収側加熱装置３６とを発熱させ、成膜容器１６と導出入配管２２と回収容器１７と回収配管２３とを、成膜容器１６に配置されたターゲット材料２０の融点以上の温度に加熱する。
【００４４】
次いで、回収用ガス源２７から成膜室１１の内部に回収用圧力調整ガスを導入し、成膜室１１の内部の圧力を原料室１２の内部の圧力よりも高くし、切替装置１８を遮断状態から原料回収状態に変化させると、成膜容器１６の内部に位置するターゲット材料２０の液体と導出入配管２２との内部に位置するターゲット材料２０の液体とは、圧力差によって成膜容器１６の内部と導出入配管２２との内部とから、回収配管２３を通って回収容器１７の内部に移動する。
【００４５】
成膜容器１６の底面４３には傾斜が形成されており、成膜容器１６は浅い部分と深い部分とを有している。導出入配管２２は成膜容器１６の深い部分に接続されており、成膜容器１６に位置するターゲット材料２０の液体が導出入配管２２の内部に移動するときに成膜容器１６の内部に液体が残らないようにされている。
【００４６】
成膜容器１６内部に位置するターゲット材料２０の液体の全部と、導出入配管２２の内部に位置するターゲット材料２０の液体の全部が回収容器１７の内部に移動すると、ターゲット材料の回収は終了する。
【００４７】
切替装置１８は遮断状態にし、成膜室１１への回収用圧力調整ガスの導入も終了させ、供給容器１５に固体の別種類の新しいターゲット材料を配置し、原料室１２の内部を真空排気して真空雰囲気にした後、供給側加熱装置３４を発熱させ、供給容器１５に配置された新しいターゲット材料を融解させ、新しいターゲット材料の液体によって供給配管２１の内部を充填する。このとき、供給容器１５の内部に新しいターゲット材料の液体が配置されている。
【００４８】
成膜室１１は真空排気して内部に真空雰囲気を形成し、原料室１２の内部には供給用ガス源２８から供給用圧力調整ガスを導入し、成膜室１１の内部よりも原料室１２の内部の圧力を上昇させ、切替装置１８を遮断状態から供給状態に替え、圧力差によって供給容器１５の内部と供給配管２１の内部とに位置する新しいターゲット材料の液体を、導出入配管２２を通って成膜容器１６に移動させる。
【００４９】
新しいターゲット材料の液体が成膜容器１６の内部に移動されたところで切替装置１８を遮断状態にし、成膜室１１の内部にスパッタリングガス源２６からスパッタリングガスを導入し、新しいターゲット材料の液体のスパッタリングを開始し、基板ホルダ２５に配置された成膜対象物１０の成膜面４０に薄膜を成長させるようにする。
【００５０】
以上説明したように、供給容器１５には、成膜容器１６に配置されたターゲット材料２０と同じ材料であるターゲット材料が配置される場合と、異なる材料であるターゲット材料が配置される場合の両方の場合がある。
【００５１】
なお、上記実施例では、回収用圧力調整ガスと供給用圧力調整ガスとには、窒素ガスを用いていたが、酸素を含有せず、また、ターゲット材料と反応しないガスであれば窒素ガスに限定されるものではない。
【００５２】
従って、スパッタリングガス源２６と回収用ガス源２７とを別々に設けていたが、スパッタリングガス源２６を回収用ガス源として用い、回収用圧力調整ガスにスパッタリングガスを用い、成膜室１１の内部に不活性ガスであるスパッタリングガスを導入することで、成膜室１１の内部圧力を上昇させるようにしてもよい。
【００５３】
また、上記例では、供給側加熱装置３４と成膜側加熱装置３５と回収側加熱装置３６とは、通電によって発熱する抵抗発熱体を有していたが、抵抗発熱体に限定されるものではなく、例えば、昇温された液体又は気体の熱媒体が循環して供給容器１５等の加熱対象物を加熱するようにしてもよい。
【００５４】
図２（ｃ）の符号４１は温調循環装置であり、配管３８内に液体の加熱媒体を循環させ、熱伝導体３９の内部に配置された配管３８の加熱部分３５ｂから熱伝導体３９を介して成膜容器１６に熱が伝導され、成膜容器１６と成膜容器１６の内部に配置された液体のターゲット材料がスパッタリングされる。
【００５５】
なお、図１の真空排気装置１９は、ターボ分子ポンプ５１とロータリーポンプ５２とを有しており、ターボ分子ポンプ５１は、弁５３1を介して成膜室１１に接続され、ロータリーポンプ５２は原料室１２に弁５３3を介して接続されており、成膜室１１と原料室１２とをそれぞれ真空排気するように接続されている。
【００５６】
また、ロータリーポンプ５２は弁５３2を介してターボ分子ポンプ５１の排気口に接続され、ターボ分子ポンプ５１の背圧を低下させるように接続されている。
【符号の説明】
【００５７】
２……スパッタリング装置
１１……成膜室
１２……原料室
１５……供給容器
１６……成膜容器
１７……回収容器
２０……ターゲット材料
２１……供給配管
２２……導出入配管
２３……回収配管
２７……回収用ガス源
２８……供給用ガス源
３０……加熱装置
【図１】
2020186463.tif 000003
【図２】
2020186463.tif 000004