(57)【要約】【課題】アノード電極として機能する電極面積を変化させずにスパッタできるスパッタリング装置を提供する。【解決手段】第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの表面を対向させてスパッタ面間に隙間を形成し、第一のターゲット３１ａにＮ極又はＳ極のいずれか一方の磁極が向けられた第一の磁石装置４１ａを第一のターゲット３１ａの裏面側に配置し、第一の磁石装置４１ａとは異なる磁極が第二のターゲット３１ｂに向けられた第二の磁石装置４１ｂを第二のターゲット３１ｂの裏面側に配置し、アノード電極１６を前記隙間の後方位置に配置し、防着部材１７をアノード電極１６と前記隙間の間の位置に配置する。アノード電極として機能する電極面積が変化しないので、プラズマの位置が安定し、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの成膜面が高効率でスパッタされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内に対向して配置され、スパッタ面間に隙間が形成された第一、第二のターゲットと、
前記真空槽内にスパッタリングガスと反応ガスを導入するガス導入系とを有し、
前記第一、第二のターゲットから飛び出したスパッタリング粒子が前記隙間の前面に位置する基板表面に到達するように構成されたスパッタリング装置であって、
前記第一のターゲットの裏面側に配置され、 前記第一のターゲットにＮ極又はＳ極のいずれか一方の磁極が向けられた第一の磁石装置と、
前記第二のターゲットの裏面側に配置され、前記第一の磁石装置とは異なる磁極が前記第二のターゲットに向けられた第二の磁石装置と、
前記隙間の後方位置に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極と前記隙間の間の位置に配置された防着部材とを有するスパッタリング装置。
【請求項２】
前記防着部材は金属で形成され、前記真空槽と同電位に置かれた請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記真空槽は、前記基板が位置する成膜室と、前記成膜室に接続され、少なくとも前記第一、第二のターゲットと前記アノード電極とが配置されたターゲット室とを有し、
前記スパッタリングガスは前記ターゲット室に導入され、前記反応性ガスは前記成膜室に導入される請求項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。
【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かかり、特に、絶縁膜を成膜する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
対向ターゲット型のスパッタリング装置は、基板表面にダメージを与えずに高速成膜できることから、近年注目されている技術である。
【０００３】
図４は、従来技術の対向ターゲット型のスパッタリング装置１１０を示している。
このスパッタリング装置１１０は、成膜室１１３と、成膜室１１３に接続されたターゲット室１１４とを有している。
ターゲット室１１４の内部には、第一、第二のターゲット１３１ａ、１３１ｂが設けられている。第一、第二のターゲット１３１ａ、１３１ｂは互いに対向して配置されている。
【０００４】
第一、第二のターゲット１３１ａ、１３１ｂは、バッキングプレート１３２ａ、１３２ｂに取り付けられており、第一、第二のターゲット１３１ａ、１３１ｂのバッキングプレート１３２ａ、１３２ｂに電源１１２から負電圧を印加すると、接地電位に置かれた成膜室１１３やターゲット室１１４の壁面がアノード電極となり、放電が発生して第一、第二のターゲット１３１ａ、１３１ｂの隙間間にプラズマが形成される。
第一、第二のターゲット１３１ａ、１３１ｂのバッキングプレート１３２ａ、１３２ｂ側には、マグネトロン磁石装置１４１ａ、１４１ｂがそれぞれ配置されている。
【０００５】
一個のマグネトロン磁石装置１４１ａ、１４１ｂは、Ｎ極とＳ極が、第一又は第二のターゲット１３１ａ、１３１ｂのバッキングプレート１３２ａ、１３２ｂに向けられており、一個のマグネトロン磁石装置１４１ａ、１４１ｂのＮ極とＳ極の間に形成される磁力線によって、プラズマが第一、第二のターゲット１３１ａ、１３１ｂの表面付近に閉じこめられ、ターゲット表面がスパッタリングされる。
【０００６】
成膜室１１３内に予め基板１０５を搬入し、第一、第二のターゲット１３１ａ、１３１ｂの隙間に基板１０５の成膜面を対向させておくと、スパッタリングによって第一、第二のターゲット１３１ａ、１３１ｂから斜め方向に飛び出した粒子が基板表面に到達し、薄膜が形成される。
スパッタリングの際に、成膜室１１３内に、第一、第二のターゲットの構成材料と反応する反応性ガスを導入すると、基板表面に、反応生成物から成る薄膜を形成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような反応性スパッタは、成膜速度が速いことから、金属などをターゲットにして絶縁性の薄膜を形成する場合に広く用いられているが、アノード電極となる成膜室壁面などに絶縁性の薄膜が付着すると、アノード電極の表面積が小さくなり、プラズマが基板方向に噴出し、基板にダメージが生じる場合がある。
【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、真空槽と、前記真空槽内に対向して配置され、スパッタ面間に隙間が形成された第一、第二のターゲットと、前記真空槽内にスパッタリングガスと反応ガスを導入するガス導入系とを有し、前記第一、第二のターゲットから飛び出したスパッタリング粒子が前記隙間の前面に位置する基板表面に到達するように構成されたスパッタリング装置であって、前記第一のターゲットの裏面側に配置され、前記第一のターゲットにＮ極又はＳ極のいずれか一方の磁極が向けられた第一の磁石装置と、前記第二のターゲットの裏面側に配置され、前記第一の磁石装置とは異なる磁極が前記第二のターゲットに向けられた第二の磁石装置と、前記隙間の後方位置に配置されたアノード電極と、前記アノード電極と前記隙間の間の位置に配置された防着部材とを有するスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記防着部材は金属で形成され、前記真空槽と同電位に置かれたスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記真空槽は、前記基板が位置する成膜室と、前記成膜室に接続され、少なくとも前記第一、第二のターゲットと前記アノード電極とが配置されたターゲット室とを有し、前記スパッタリングガスは前記ターゲット室に導入され、前記反応性ガスは前記成膜室に導入されるスパッタリング装置である。
【発明の効果】
【０００９】
アノード電極として機能する電極面積が変化しないので、プラズマの位置が安定し、ターゲットの成膜面が高効率でスパッタされる。
磁界で囲まれている領域はマグネトロンスパッタ法よりも広くできるため、ターゲットの使用効率が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１を参照し、符号１０は、本発明の一例のスパッタリング装置を示している。
このスパッタリング装置１０は、真空槽１１と電源装置１２を有している。
真空槽１１は、成膜対象物である基板５が配置される成膜室１３と、成膜室１３よりも小容積であり、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂが配置されたターゲット室１４とで構成されている。
【００１１】
ターゲット室１４の内部と成膜室１３の内部は、その間に形成された開口によって連通されている。
第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂは平板状であり、そのスパッタ面は、所定距離で離間して互いに平行に対向して配置されている。
【００１２】
第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの裏面側には、第一、第二の磁石装置４１ａ、４１ｂが配置されており、第一、第二の磁石装置４１ａ、４１ｂの裏面には、ヨーク４２ａ、４２ｂが配置されている。
【００１３】
第一、第二の磁石装置４１ａ、４１ｂは、図２に示すように環状であり、その片面にＮ極が配置され、反対側にＳ極が配置されており、第一、第二の磁石装置４１ａ、４１ｂは、Ｎ極とＳ極のうち、互いに異なる磁極が第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂが位置する側に向けられている。
【００１４】
第一、第二の磁石装置４１ａ、４１ｂの互いに向き合う磁極のうち、一方の磁石装置のＮ極から出た磁力線は、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂを貫いて他方の磁石装置のＳ極に入るから、磁力線によって円筒形状の空間が囲まれる。後述するプラズマは、磁力線で囲まれた空間内に閉じこめられる。
【００１５】
ここでは環状の第一、第二の磁石装置４１ａ、４１ｂの内側に、第一、第二の補助磁石４３ａ、４３ｂが配置されている。
第一、第二の補助磁石４３ａ、４３ｂは、第一、第二の磁石装置４１ａ、４１ｂとそれぞれ同じ磁極が第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂに向けられており、第一、第二の補助磁石４３ａ、４３ｂ間に磁力線が形成される。
【００１６】
このように、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂのうち、一方では裏面にＮ極が向けられ、他方にはＳ極が向けられている。
ターゲット室１４内部の第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂよりも開口から遠い位置には、アノード電極１６が配置されている。
第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの、スパッタ面と反対側の裏面にはバッキングプレート３２ａ、３２ｂが取り付けられている。
【００１７】
成膜室１３の壁部材と、ターゲット室１４の壁部材は接地電位に接続されており、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂのバッキングプレート３２ａ、３２ｂは電源装置１２の負電圧端子に接続され、アノード電極１６は電源装置１２の正電圧端子に接続されている。
【００１８】
上記のスパッタリング装置１０によって基板５表面に薄膜を形成する工程を説明する。
成膜室１３には真空排気系１８が接続されており、真空排気系１８を動作させ、成膜室１３内を所定圧力まで真空排気し、真空雰囲気を維持したまま成膜室１３内に基板５を搬入する。
【００１９】
成膜室１３には、基板搬送装置１９が設けられており、基板ホルダ２０に基板５を保持させると、基板搬送装置１９によって、基板５は基板ホルダ２０と共に成膜室１３内を移動できるようにされている。
【００２０】
基板５はその成膜面が開口側に向けられており、基板搬送装置１９によって基板５が移動されると、基板５の成膜面は開口と対面しながら開口の前面位置を通過する。
ここでは、基板５が開口の前面位置に到達したところで静止させる。
【００２１】
第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂのスパッタ面間には隙間が形成されており、その隙間は開口に向けられている。従って、基板５の成膜面が開口の前面に位置すると、成膜面は隙間と対面している。
【００２２】
成膜室１３内の基板５が静止された付近には、反応ガス導入系２１が接続されており、アノード電極１６付近、即ち、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂよりも基板５から遠い位置にはスパッタリングガス導入系２２が接続されている。
【００２３】
真空排気系１８は、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂを中央にすると、スパッタリングガス導入系２２が接続された位置の反対側の位置に接続されており、反応ガス導入系２１とスパッタリングガス導入系２２から反応ガスとスパッタリングガスをそれぞれ導入すると、反応ガスは基板５周囲を流れて排気され、スパッタリングガスは、第一、第二のターゲット間３１ａ、３１ｂの隙間を流れて基板５側に到達し、基板５周囲を流れて真空排気系１８から排気されるように構成されている。
【００２４】
スパッタリングガスの流れにより、反応ガスは第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの隙間を通過しにくくなっている。
電源装置１２を起動し、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂにバッキングプレート３２ａ、３２ｂを介して同じ大きさの負の直流電圧を印加し、アノード電極１６に正の直流電圧を印加すると、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂ間にスパッタリングガスのプラズマが発生する。
【００２５】
第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂを中央にして、基板５が静止する位置の反対側にアノード電極１６が位置しており、プラズマがアノード電極１６に引き付けられても、プラズマは基板５方向に膨らまないようになっている。
【００２６】
生成されたプラズマは、第一、第二の磁石装置４１ａ、４１ｂ間に形成される磁界によって閉じこめられ、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの成膜面が高効率でスパッタされる。磁界で囲まれている領域はマグネトロンスパッタ法よりも広くできるため、ターゲットの使用効率も高い。
【００２７】
スパッタによって第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂから飛び出したスパッタリング粒子のうち、斜め方向に飛び出し、基板５方向に飛行するスパッタリング粒子は基板５表面に到達し、基板５表面で反応性ガスと反応し、反応生成物から成る薄膜が成長する。ここでは、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂは同じ金属材料で構成されており、反応性ガスは、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂを構成する金属と反応して絶縁性の反応生成物を生成する気体である。第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂを構成する金属は、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｂ等であり、反応性ガスは、Ｏ2ガスやＮ2ガスである。
【００２８】
他方、基板５表面から垂直方向に飛び出したスパッタリング粒子は、対向するターゲットの成膜面に入射し、基板５には入射しない。
斜め方向に飛び出したスパッタリング粒子の方が、垂直に飛び出したスパッタリング粒子よりも低エネルギーであり、基板５表面にダメージを与えないで絶縁性の薄膜を形成することができる。
【００２９】
なお、ここでは隙間の前面位置に静止する基板５は、成膜面が第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂのスパッタ面に対して垂直になるようにされており、隙間から基板５に到達するスパッタリング粒子は、基板５表面に垂直に近い角度で入射するようにされている。
【００３０】
アノード電極１６と第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの間には防着部材１７が配置されており、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂのスパッタ面とアノード電極１６の表面とを結ぶ線分は、防着部材１７と交叉するようにされている。
従って、斜め方向に飛び出し、アノード電極１６方向に飛行するスパッタリング粒子は防着部材１７に付着し、アノード電極１６表面には到達せず、アノード電極１６表面に薄膜が形成されない。
【００３１】
反応性ガスは、スパッタリングガス流によってアノード電極１６周囲に流入しにくいようになっているが、アノード電極１６周囲に侵入した場合でも、アノード電極１６表面にはスパッタリング粒子が付着しないので、アノード電極１６表面には絶縁膜は成長せず、アノード電極１６表面が、ターゲットが置かれた真空雰囲気中に露出する状態が維持される。また、アノード電極１６の露出面積も変化せず、プラズマの位置が安定する。
【００３２】
防着部材１７は、絶縁物で構成したり、導電性部材で構成する場合は、アノード電極１６よりもカソード電極の電圧に近い電圧(放電が生じない程度の電圧)を印加し、アノード電極として機能しないようにしておき、防着部材１７が絶縁物で覆われても、アノード電極として機能する電極面積が変化しないようにするとよい。
【００３３】
基板５表面に、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの構成材料と導入した反応性ガスとの反応生成物から成る絶縁性薄膜が所定膜厚まで形成された後、基板５を成膜室１３の外部に搬出し、未成膜の基板５を第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの隙間と対向して配置し、成膜する。
【００３４】
また、アノード電極１６が配置されたターゲット室１４の内部壁面には、絶縁膜１５が形成されており、ターゲット室１４の壁面がターゲット室１４の内部空間に露出せず、アノード電極となって放電が生じないようにされているので、アノード電極として機能する電極面積が変化せず、プラズマの位置が安定する。
【００３５】
上記例では、基板５が第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの隙間に成膜面を向け、隙間と対向して静止していたが、本発明ではそれに限定されるものではなく、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂがスパッタリングされている状態で、基板５が第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの隙間に成膜面を向け、対向しながら通過してもよい。
【００３６】
上記例では、アノード電極１６を、基板５側から見て第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの背面側に配置したが、図３に示すように、アノード電極１６を第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂの側方に配置してもよい。
上記例では、第一、第二のターゲット３１ａ、３１ｂを平行に配置したが、平行に限定されるものではなく、平行な状態から傾けて配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のスパッタリング装置を説明するための図
【図２】第一、第二の磁石装置と第一、第二の補助磁石の配置の一例を説明するための平面図
【図３】本発明のスパッタリング装置の他の例を説明するための図
【図４】従来技術のスパッタリング装置を説明するための図
【符号の説明】
【００３８】
５……基板
１０……スパッタリング装置
１１……真空槽
１３……成膜室
１４……ターゲット室
１６……アノード電極
１７……防着部材
２１……反応ガス導入系
２２……スパッタリングガス導入系
３１ａ、３１ｂ……第一、第二のターゲット
４１ａ、４１ｂ……第一、第二の磁石装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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