(57)【要約】【課題】  プレスパッタ時の飛散物質が被成膜基板に付着しないようにする。【解決手段】  ターゲットホルダ１５に固定されたターゲット２１に成膜用イオンガン１２からイオンビーム３１を照射してスパッタリングし、そのスパッタ粒子によって基板２２上に成膜を行うイオンビームスパッタ装置において、ターゲット表面の向きを成膜時の状態から反転させることを可能とすべく、ターゲットホルダ１５に設けられた回動機構と、その回動機構の回動軸４３に対し、成膜用イオンガン１２の照射軸と対称な方位に照射軸が位置するように配置されたプレスパッタ用イオンガン４１と、反転されたターゲット表面を囲繞し、その反転状態のターゲット表面にプレスパッタ用イオンガン４１からイオンビーム５１が照射されてスパッタリングされた粒子の飛散を阻止する遮蔽板４２とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットホルダに固定されたターゲットに成膜用イオンガンからイオンビームを照射してスパッタリングし、そのスパッタ粒子によって基板上に成膜を行うイオンビームスパッタ装置において、
上記ターゲット表面の向きを上記成膜時の状態から反転させることを可能とすべく、上記ターゲットホルダに設けられた回動機構と、
その回動機構の回動軸に対し、上記成膜用イオンガンの照射軸と対称な方位に照射軸が位置するように配置されたプレスパッタ用イオンガンと、
上記反転されたターゲット表面を囲繞し、その反転状態のターゲット表面に上記プレスパッタ用イオンガンからイオンビームが照射されてスパッタリングされた粒子の飛散を阻止する遮蔽板とを具備することを特徴とするイオンビームスパッタ装置。
【請求項２】
請求項１記載のイオンビームスパッタ装置において、
上記ターゲットホルダは２つのターゲットを互いに背向させて固定し、一方のターゲットを上記成膜時の状態から反転させると他方のターゲットが成膜時の状態になる両面固定型とされていることを特徴とするイオンビームスパッタ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のイオンビームスパッタ装置において、
上記遮蔽板に、上記回動機構が回動動作する際には退避し、回動動作完了後には上記反転されたターゲット表面の周縁と密着する移動機構が設けられていることを特徴とするイオンビームスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は基板上に所要の膜を形成するために使用するイオンビームスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５はこの種のイオンビームスパッタ装置の従来構成の一例を模式的に示したものであり、真空チャンバ１１の壁面には成膜用イオンガン１２が取り付けられ、また真空チャンバ１１内を排気する真空ポンプ１３及び真空チャンバ１１内に所要のガスを導入するガス導入管１４が取り付けられている。
真空チャンバ１１内にはターゲットホルダ１５と基板ホルダ１６が配置されており、基板ホルダ１６はこの例では回転軸１７に取り付けられて、その回転軸１７の軸心回りに回転可能とされている。図５中、１８は回転軸１７を回転駆動する駆動源を示す。
【０００３】
ターゲットホルダ１５には成膜物質であるターゲット２１が固定され、基板ホルダ１６には成膜を行う基板（被成膜基板）２２が搭載されて固定される。基板２２とターゲット２１との間にはこの例ではシャッタ２３が基板２２寄りに位置して設けられており、シャッタ２３は回動軸２４に取り付けられて回動可能とされ、つまり開閉可能とされている。図５中、２５は回動軸２４を駆動する駆動源を示す。なお、図５はシャッタ２３が閉じた状態であって、シャッタ２３により基板２２の表面が遮蔽された状態を示している。
基板２２への成膜はシャッタ２３を回動させて基板２２の表面を開放することによって行われる。真空チャンバ１１は真空ポンプ１３により排気され、次いでガス導入管１４より所要の不活性ガスが導入される。成膜用イオンガン１２より出射されたイオンビーム３１はターゲット２１に照射されてターゲット２１をスパッタリングし、ターゲット２１から飛散したスパッタ粒子（成膜粒子）が基板２２に付着して成膜が行われる。図５中、３２は成膜粒子の飛散方向を示す。なお、成膜の際、基板ホルダ１６を回転させて基板２２を回転させることにより良好な膜厚分布を得ることができる。
【０００４】
ところで、ターゲット２１は真空チャンバ１１に装着される前に、あるいは装着後における基板２２の脱着時等の真空チャンバ１１の大気開放中に、その表面が酸化され、さらには汚染される虞れがあるため、成膜前の前処理としてターゲット表面の不純物を除去するプレスパッタが一般に行われる。このプレスパッタは成膜時と同様、成膜用イオンガン１２よりイオンビーム３１をターゲット２１に照射することによって行われる。
シャッタ２３はプレスパッタの際に図５に示したように基板２２の前方に位置して基板２２の表面を遮蔽し、これによりプレスパッタ時の不純物を含んだスパッタ粒子（プレスパッタ粒子）が基板２２に付着しないようにされている。
【０００５】
このように、従来のイオンビームスパッタ装置においてはプレスパッタ粒子が成膜を行う基板に付着することを防止するために、基板とターゲットとの間にシャッタを設けるといった構成を一般に採用しており、各種シャッタ構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実開平５−９４２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来においてはシャッタによって基板を遮蔽することにより、不純物を含んだプレスパッタ粒子（プレスパッタ時の飛散物質）が基板に付着することを防止しているが、このプレスパッタ粒子の飛散方向は成膜時のスパッタ粒子（成膜粒子）の飛散方向と同じであって、つまり基板に効率良く付着する方向に飛散しており、よってこのような飛散量の多い場所だけに基板を完全に遮蔽するのは困難であって、プレスパッタ粒子がシャッタを回り込んで基板に到達することを完全に防ぎきれないものとなっていた。
加えて、従来においては成膜領域とプレスパッタ領域が同じであるため、成膜用イオンガンにプレスパッタ粒子が付着し、プレスパッタ粒子によって成膜用イオンガンが汚れるものとなっているため、その分メンテナンスが必要であって、装置の長時間安定稼動が損なわれるものとなっていた。
【０００７】
この発明の目的はこのような問題に鑑み、プレスパッタ粒子の被成膜基板への付着を完全に防止でき、また成膜用イオンガンへの付着も防止できるようにしたイオンビームスパッタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明によれば、ターゲットホルダに固定されたターゲットに成膜用イオンガンからイオンビームを照射してスパッタリングし、そのスパッタ粒子によって基板上に成膜を行うイオンビームスパッタ装置において、ターゲット表面の向きを成膜時の状態から反転させることを可能とすべく、ターゲットホルダに設けられた回動機構と、その回動機構の回動軸に対し、成膜用イオンガンの照射軸と対称な方位に照射軸が位置するように配置されたプレスパッタ用イオンガンと、上記反転されたターゲット表面を囲繞し、その反転状態のターゲット表面にプレスパッタ用イオンガンからイオンビームが照射されてスパッタリングされた粒子の飛散を阻止する遮蔽板とを具備するものとされる。
【０００９】
請求項２の発明では請求項１の発明において、ターゲットホルダが２つのターゲットを互いに背向させて固定し、一方のターゲットを成膜時の状態から反転させると他方のターゲットが成膜時の状態になる両面固定型とされる。
請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、遮蔽板に上記回動機構が回動動作する際には退避し、回動動作完了後には反転されたターゲット表面の周縁と密着する移動機構が設けられる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、上記構成を採用したことにより、プレスパッタ時の飛散物質（プレスパッタ粒子）の被成膜基板への付着を完全に防止することができ、よって高品質な成膜を行うことができる。
また、プレスパッタ粒子の付着により成膜用イオンガンが汚れるといったことが発生しないため、成膜用イオンガンのメンテナンスサイクルが伸び、その分長時間の成膜及び安定稼動が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明によるイオンビームスパッタ装置の一実施例の構成を模式的に示したものであり、図５と対応する部分には同一符号を付してある。
この例ではターゲットホルダ１５に回動機構が設けられ、また成膜用イオンガン１２とは別にプレスパッタ用イオンガン４１を備え、さらに遮蔽板４２を備えたものとなっている。
ターゲットホルダ１５の回動機構はターゲット２１の表面（ターゲット面）２１ａの向きを基板２２と対向する方向に向く成膜時の状態から反転させ、逆方向に向けることを可能とするもので、図１中、４３は回動軸を示し、ターゲットホルダ１５はこの回動軸４３の軸心回りに回動可能とされている。なお、ターゲットホルダ１５はこの例では両面固定型とされ、その上下両面に図１に示したように２つのターゲット２１を互いに背向させて固定できるものとなっている。
【００１２】
上記のような構造とされたターゲットホルダ１５ではターゲットホルダ１５を１８０°回動させ、一方のターゲット２１を成膜時の状態から反転させると、他方のターゲット２１が成膜時の状態になるものとされる。
プレスパッタ用イオンガン４１はターゲットホルダ１５を挟み、成膜用イオンガン１２と対向する位置において真空チャンバ１１の壁面に取り付けられており、プレスパッタ用イオンガン４１の照射軸は回動軸４３に対し、成膜用イオンガン１２の照射軸と対称な方位に位置するようにされている。図１中、５１はプレスパッタ用イオンガン４１から出射されるイオンビームを示す。
【００１３】
遮蔽板４２はこの例では円筒状をなす固定部４４と、その固定部４４の一端側（上端側）に移動自在（出入り自在）に収容配置された移動機構４５とよりなり、移動機構４５は、円筒状をなすものとされる。
遮蔽板４２はターゲットホルダ１５の下面側に位置され、つまりターゲットホルダ１５を挟んで基板２２と反対側に位置され、その固定部４４が真空チャンバ１１の壁面に固定されて取り付けられている。
なお、図１は移動機構４５がターゲットホルダ１５側に移動されてターゲットホルダ１５の下面側に位置するターゲット２１の表面周縁に、その上端が密着されている状態を示しており、このような構造の遮蔽板４２によってターゲットホルダ１５の下面側に位置するターゲット２１はその表面２１ｂが囲繞されるものとなり、つまり遮蔽板４２と真空チャンバ１１の壁面とで仕切られた空間４６にターゲットホルダ１５の下面側に位置するターゲット２１の表面２１ｂが臨むものとなる。この空間４６に対し、プレスパッタ用イオンガン４１は図１に示したように、そのイオンビーム出射側端部が空間４６内に位置される。
【００１４】
上記のような構成を有するイオンビームスパッタ装置では基板２２への成膜は図５に示した従来のイオンビームスパッタ装置と同様に行われ、即ち成膜用イオンガン１２からイオンビーム３１をターゲットホルダ１５の上面に位置するターゲット２１に照射してスパッタリングすることによって行われる。
一方、プレスパッタはターゲットホルダ１５を回動させることにより、プレスパッタを行うターゲット２１の表面の向きを成膜時の状態と逆向きにし、そのターゲット２１にプレスパッタ用イオンガン４１からイオンビーム５１を照射することによって行われる。図１中、５２はこのプレスパッタの際のターゲット２１から飛散するプレスパッタ粒子の飛散方向を示し、プレスパッタ粒子の飛散方向５２はこの例では成膜粒子の飛散方向３２と相反する方向となる。
【００１５】
このように、この例では成膜用イオンガン１２とは別にプレスパッタ専用のイオンガン４１を設け、ターゲット２１を反転させてプレスパッタを行う構成となっており、成膜粒子の飛散方向３２とプレスパッタ粒子の飛散方向５２とは相反し、よって成膜粒子が効率良く付着するように配置された基板２２に対し、プレスパッタ粒子はたとえ回り込み現象があっても最も基板２２に到達しにくい構成となっている。
加えて、プレスパッタを行う際には遮蔽板４２の移動機構４５をそのターゲット２１の表面周縁と密着させることにより、遮蔽板４２によってプレスパッタ粒子の飛散を完全に阻止（遮断）できるものとなっており、よってこの例によれば、プレスパッタ粒子の基板２２への付着を皆無とすることができる。
【００１６】
また、プレスパッタ粒子の飛散が阻止され、つまりプレスパッタ粒子は遮蔽板４２によって密閉された空間４６に閉じ込められるため、従来のようにプレスパッタ粒子が付着して成膜用イオンガン１２が汚れるといった状況は発生せず、その点で成膜用イオンガン１２のメンテナンスサイクルの長期化を図ることができ、かつ成膜プロセスの安定稼動を図ることができる。なお、プレスパッタ用イオンガン４１はプレスパッタ専用であるため、比較的小型で安価なものを使用することができる。
ところで、使用途中の、即ちエロージョンの進んだターゲット２１がターゲットホルダ１５に固定されている状態で例えば他方のターゲット２１の交換等のために、成膜工程の合間に真空チャンバ１１を開ける場合があり、このような場合、そのエロージョンが進んだターゲット２１の表面が大気開放によって酸化されるため、次の成膜に先だって改めてその表面をプレスパッタによりクリーニングしなければならない。この場合、プレスパッタによってそれ以前の成膜によるターゲット表面のエロージョンによる表面形状と異なる表面形状を形成してしまうと、スパッタ粒子の飛散密度分布が変化し、成膜条件が変わって膜厚分布の再現性や膜厚制御の安定性が損なわれ、高精度に連続的な成膜ができなくなる。
【００１７】
この例ではこのような問題を回避すべく、ターゲット２１の成膜時のエロージョンによる表面形状とプレスパッタ時のエロージョンによる表面形状とが整合するようにしている。図２はこの様子を示したものである。
成膜用イオンガン１２の照射軸とプレスパッタ用イオンガン４１の照射軸とは図２に示したように回動軸４３を通る同一直線上に位置され、成膜時のターゲット２１の表面２１ａに対するイオンビーム３１の入射角及びそのイオンビームの密度中心としての照射軸がターゲット表面に交わる位置と、プレスパッタ時のターゲット２１の表面２１ｂに対するイオンビーム５１の入射角及びそのイオンビームの密度中心としての照射軸がターゲット表面に交わる位置とはそれぞれ同一とされる。また、例えば成膜用イオンガン１２とターゲット表面２１ａとの距離Ｌ１、プレスパッタ用イオンガン４１とターゲット表面２１ｂとの距離Ｌ２及び各イオンビーム３１，５１の広がり角θ１，θ２を選定することにより、ターゲット表面２１ａのエロージョン領域４７とターゲット表面２１ｂのエロージョン領域４７′とが同一になるようにする。
【００１８】
これにより、図２に例示したように、ターゲット２１の成膜時のエロージョンにより形成される表面形状とプレスパッタ時のエロージョンにより形成される表面形状とを同一とすることができ、プレスパッタ後に行う成膜時の膜厚分布の再現性を確保し、また膜厚制御の安定性を図れるものとなる。なお、図２の例では成膜用イオンガン１２とプレスパッタ用イオンガン４１の両者の照射軸が回動軸４３を貫いて一直線状に位置する形態を示したが、これら２つの照射軸は必ずしも一直線上に整合されなくてもよい。即ち、プレスパッタ用イオンガン４１の照射軸を、回動軸４３に対して成膜用イオンガン１２の照射軸と対称な方位に、つまり成膜用イオンガン１２を回動軸４３回りに（ターゲット２１とともに）反転させて得る方位に整合して、配置すればよい。
【００１９】
図３は遮蔽板４２の移動機構４５の動作を示したものであり、図３中、矢印６１はターゲットホルダ１５の回動方向を示し、矢印６２はターゲット２１が固定されたターゲットホルダ１５を回動軸４３回りに回動動作させる際の移動機構４５の移動方向を示す。
図３に示したように移動機構４５が矢印６２方向に退避することにより、ターゲットホルダ１５の回動が可能となる。なお、回動動作完了後には移動機構４５は元の位置に復帰され、ターゲットホルダ１５の下面に位置するターゲット２１の表面の周縁と密着される。
【００２０】
なお、この例ではこのような動作をする遮蔽板４２により、空間４６の高遮蔽性が確保され、つまり一つの真空チャンバ１１内において相互に独立したプレスパッタ領域と成膜領域とが確保されており、またターゲットホルダ１５は両面固定型とされて２つのターゲット２１を互いに背向させて固定できるものとなっていることから、成膜工程中に同時に別のターゲット２１のプレスパッタを行うことができる。
従って、例えば異なる種類の膜を繰返し積み重ねる交互積層多層膜を成膜する場合において、各層の成膜の始めにプレスパッタを行ないたい場合、そのプレスパッタを他方の膜の成膜中に行うことができるため、その分、プロセスの時間短縮を図ることができ、極めて効率良く、成膜を行えるものとなる。加えて、前述したようにターゲット２１の成膜時のエロージョンによる表面形状とプレスパッタ時のエロージョンによる表面形状とが整合されているため、高再現性・高制御性・高安定性が確保され、そのような多層膜を極めて高精度に成膜することができる。
【００２１】
図４は図１乃至３に示した構成に対し、ターゲットホルダ１５の回動方向及びプレスパッタ用イオンガン４１の配置位置を変えた例を示したものである。
この例ではターゲットホルダ１５は図１における回動軸４３と直交方向に配された回動軸４３の軸心回りに回動するものとなっており、プレスパッタ用イオンガン４１はその照射軸が回動軸４３に対し、成膜用イオンガン１２の照射軸と対称な方位に位置するように、図４に示したような位置に配置される。
このような構成においても図２に示した場合と同様、各イオンビーム３１，５１のターゲット表面２１ａ，２１ｂに対する入射角を同一とすることができ、かつエロージョン領域４７，４７′を同一とすることができ、ターゲット２１の成膜時のエロージョンにより形成される表面形状とプレスパッタ時のエロージョンにより形成される表面形状とを図５に示したように同一とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明によるイオンビームスパッタ装置の一実施例を示す模式図。
【図２】成膜用イオンガンとプレスパッタ用イオンガンの配置関係及びターゲットのエロージョンを説明するための図。
【図３】遮蔽板の動作を説明するための図。
【図４】Ａは成膜用イオンガンとプレスパッタ用イオンガンの配置関係の他の例を説明するための図、ＢはＡの一部省略した側面図。
【図５】従来のイオンビームスパッタ装置の構成を示す模式図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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