(57)【要約】【課題】  装置本体のチャンバー部大きくなるか又は、２室以上の真空槽必要となる為、装置が大型化したり、装置費用が高額になるというコストの問題が発生していた。【解決手段】  円筒状のターゲットユニットにおいて２種以上の膜形成を行なう為に、円筒状のターゲットを連なって配置し、円筒状のカソード電極及び、アノード電極を共にスムースさせてプラズマを発生させる事により、従来１元ごとに構成していたターゲットユニットを簡略化することで、装置コストを大幅に削減する事が可能になる。【選択図】  図１
2006336083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング方式の薄膜形成において、円筒状のカソード電極を含むターゲット材が２種類以上連なって配置・構成されている事を特徴とする多段カソード電極機構。
【請求項２】
前記記載の機構において、２種類以上の円筒状カソード電極のうち、少なくとも１つ以上のカソード電極及び、ターゲット材が移動可能且つ、同時にアノード電極も移動可能な機能を具備する事を特徴とする多段カソード電極機構。
【請求項３】
前記請求項１且つ、請求項２記載の装置において、２種類以上のアノード電極に対して必要なカソード電極及び、ターゲット材へ選択的に高圧電圧を印加して異なる２種類以上の膜を連続して成膜可能な機能を具備する事を特徴とする多段アノード電極機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空中にて２種類以上の金属薄膜形成を連続して行うスパッタリング装置及び、機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、同一真空槽にて２種類の膜を連続して薄膜形成を行うスパッタ装置は、特開平6-57412記載のように、材料発生源となるターゲット材の種類に応じた分のカソード電極を含んだターゲットユニットを２式配置・構成していた。
【０００３】
又、特開平6-168879記載のように、イオンビームスパッタ方式によりターゲット材を２種類別々に配置・構成して、薄膜形成する事が一般的であった。
【０００４】
この場合、ターゲットユニット取り付け構成上、平面もしくは、対向に配置する事が一般的であり、新たにターゲットユニットを取り付ける際は、事前に真空槽自体に配置スペースを確保した構成にしていた。
【０００５】
従来、２種類の金属合金成膜を行う場合は、合金のターゲット材を使用してスパッタリング成膜を行うか、もしくは、１元１種類のターゲット材に材料ガスを加えたリアクティブスパッタにより薄膜形成を行う事が一般的であった。
【０００６】
その為、膜特性上で組成を変更したい場合は、新たな組成比のターゲット材を製作・使用して異なる組成比の薄膜形成を行う事が一般的であった為、ターゲットユニット製作費用のアップと検討期間が長期化する問題点があった。
【０００７】
従来、同一真空槽内に異なる２種類のターゲット材を配置構成する場合に１つのターゲット材をスパッタリングしている際は、シャッターや防着箱により、放電によって発生した材料が、他のターゲット材へ付着してコンタミの影響を起こさない様な構造にする事が一般的であった。
【０００８】
更に、特開2001-288563記載の成膜装置のように円筒状（もしくは、ホロカソード）ターゲット材を使用して、尚且つ、カソード電極及び、ターゲット材は固定にて成膜する様、配置・構成されて使用する事が一般的であった。
【０００９】
従来、円板状ターゲット材を使用したスパッタリング装置において異なる２種類の材料を用いた成膜を行う上で、特に比較的蒸気圧温度が低い材料を組み合わせた合金薄膜を形成する際は、蒸気圧特性の差により形成した膜の組成比が変化しない様に、放電時に発生したプラズマイオン（２次電子、アルゴンイオン）の影響によるプラズマダメージ（基板温度上昇）を低減する対策として膜を形成する際に、基板へのダメージが少ないＴ−Ｓ間距離まで離すかもしくは、基板冷却を配置して基板の温度上昇による膜質変化を抑制する為の機構を配置・構成する事が一般的であった。
【００１０】
従来、光学素子用薄膜形成において、成膜時の膜質へのダメージを配慮しなくてはいけない為、蒸着もしくは、別の成膜の手段を用いて薄膜形成をする事が一般的であった。その為、成膜時の条件として、Ｔ−Ｓ間距離、基板サイズ、２週類の成膜材料選択に対して制限があった。
【００１１】
又、異なる２種類のターゲット材を用いてスパッタリングを行う際、各種のターゲット材個別にターゲットユニットの配置を行ない、構成に応じたプラズマ発生用電源系統及び、ターゲット材冷却機構のユーティリティを用意する事が一般的であった。その結果、装置の計装（ユーティリティ）費用が増大してしまった。
【特許文献１】特開平０６−０５７４１２
【特許文献２】特開平０６−１６８８７９
【特許文献３】特開２００１−２８８５６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
文献１では、２種類のターゲット材を使用したＤＣスパッタ装置では、使用する数だけカソード電極を含めたターゲットユニットを配置する為、装置本体のチャンバー部大きくなるか又は、２室以上の真空槽必要となる為、装置が大型化してしまった。
【００１３】
又、文献２では、イオンビームスパッタ方式では、ターゲット材料分の２つ以上のイオン発生源が必要となり、装置費用が高額になるというコストの問題が発生していた。
【００１４】
又、膜特性上で組成を変更したい場合は、新たな組成比のターゲット材を製作・使用して異なる組成比の薄膜形成を行う事が一般的である為、プロセス条件によりターゲットユニット製作費用のアップと製作期間（納期）延長による検討期間が長期化する問題点があった。
【００１５】
又、成膜条件により２種類のターゲット材が、同一真空槽に配置されている場合は、成膜条件によっては、真空槽内のシャッター及び、防着板表面に飛散・付着した材料が叩かれる事で成膜中の基板表面もしくは、ターゲット材表面へ付着する事で、基板上に成膜した膜質へ影響をもたらす問題があった。
【００１６】
又、平板状のターゲット材を使用したスパッタリング装置において、異なる２種類の材料を用いた場合、相互にプラズマによるダメージ（基板温度上昇）の影響から膜を形成する際に、比較的蒸気圧温度が低い材料を組み合わせた合金のスパッタリング成膜において、蒸気圧特性の差により形成した膜の組成比が変化する事で期待した膜組成・特性が得られない事が問題となっていた。
【００１７】
その結果、Ｔ−Ｓ間距離が離すなどの対策等により膜厚レートが遅くなり、成膜タクトへ大きな影響があった。
【００１８】
又、蒸着による成膜では膜厚分布の関係から、Ｔ−Ｓ間距離を離す必要がある為、装置が一定方向において大型化する問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１の目的を達成するため、本機構では真空雰囲気にてスパッタ成膜を行う為に必要な真空槽、前記、真空槽内の圧力をモニターする圧力計、真空槽内を真空排気するための排気ポンプ、プラズマを発生する為に必要なカソード電極とアノード電極、プラズマ発生用のガスを供給するガス供給ユニット、ターゲット及び、カソードを冷却する為の冷却水ユニット、膜形成の為に必要な円筒状金属ターゲット材、基板（基体）を固定する為の基板ホルダーユニット、カソード電極をスムージングする為の駆動制御ユニットで構成された円筒状ターゲットスパッタリング装置において、各電極部（アノード・カソード）が移動し、プラズマの発生領域を可変する構成及び、手段を有する事を特徴とする。
【００２０】
請求項２の目的を達成するため、本機構では、カソード電極部及び、アノード電極部に上下動を行う機構を配置して２種類ターゲット材の成膜可能な手段を有する事を特徴とする。
【００２１】
請求項３の目的を達成するため、本機構では、円板状のアノード電極及び、合い対する位置へ円筒状のターゲット材の淵を被うようにアノード電極と同電位のガード電極を配置して更に、各カソード及び、アノード電極部へ切り換えて高圧印加を可能とした電源ユニットにより成膜可能な手段を有する事を特徴とする。
【００２２】
この際のプラズマ発生用給電系統は、真空槽外にて給電箇所の切り換えを行う構成になっている。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、１）本出願に係わる発明によれば、真空雰囲気において金属薄膜を形成するスパッタリング装置において、円筒状ターゲットにてカソード電極の移動可能な機構により、２種類の薄膜を交互に成膜可能になり、従来形成した膜に対するプラズマダメージによる膜質低下に対してその行為を低減し、良好な膜を得る事が可能となった。
【００２４】
又、従来の平板式ターゲットを使用したスパッタ装置に比べてチャンバー容積を小型化を実現（６０％削減）出来る事で、チャンバーの製作費用を１／２に削減し、更に、真空排気にかかる排気時間を半分にする事で、プロセスタクトを大幅に短縮できた。
【００２５】
２）本出願に係る発明によれば、合金材料比較的高価なターゲット材料を使用する際に従来は金属塊からカソードの形状に合わせて切削加工を行う為、材料費その物が増大し尚且つサイズ的に大きい場合は、材料費に合わせて納期も大幅に必要となり、開発検討計画に対して多大な影響をもたらしていたが、本発明により必要最小限の材料にてターゲットの製作・加工が可能となり、材料コストを従来コストと比較して１／１０に、加工製作期間を従来の1ヶ月から１０日間へ大幅な期間の短縮が可能となった事で、開発検討の効率化が図れた。
【００２６】
又、ターゲット材とカソード電極の配置・固定を行う際、従来は十分な接触（電気的導通・冷却）を重視する為、ターゲット材をカソード電極表面へボンディング材等により固定していた為、ターゲット材の製作やメンテナンスに費用及び、作業期間に多くを費やしていたが、本発明の効果によりターゲット材のボンディングレスを可能とした事で、メンテナンス時の作業時間を大幅に短縮できた。
【００２７】
ちなみに、接触性については冷却については１００（℃）以下、電気的導通は２０（Ω）以下を実現した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（実施例１）
［図１］は、本発明の特徴をもっともよく表す図面で有り、同図において１は真空槽１、２は基板（ワーク）、３はアース接地の円板状アノード電極１、４は真空槽内を排気する排気バルブ、５は排気配管、６は基板側のガード電極１、７はカソード電極１、８は不活性ガス（Ar）を導入するガス導入バルブ、９はカソード電極２、１０はカソード電極２用固定支柱、１１はカソード電極２スムージング用直動モータ１、１２はカソード電極用２絶縁ギヤボックス、１３はカソード電極へ電圧を印加する為のＤＣ電源制御ユニット、１４は成膜材料の円筒状金属ターゲット材１、１５は１４記載の材質と異なる成膜材料の円筒状金属ターゲット材２、１６はカソード電極冷却水、１７は電圧供給用高圧ケーブルである。
【００２９】
図１において、基板を基板ホルダーに載せ、円筒状ターゲットの開口部に対して基板を水平方向で配置し、真空ポンプを用いて真空槽内を十分に真空排気を行う。この時、真空槽内の到達真空度は、圧力モニターにて7.5×10^-6(Pa)以下になるまで真空排気を行う。
【００３０】
次に真空槽内の圧力が、0.6〜2(Pa)になるように真空槽内へアルゴンガスを供給しながら、メイン排気バルブを徐々に閉めていく。この時、カソード電極１及び、カソード電極２は冷却水により冷却されている。
【００３１】
真空槽内の条件に整ったら、電圧供給用高圧ケーブルをカソード電極１及び、金属ターゲット材１へ切り換え接続を行ない、プラズマ発生用ＤＣ電源制御ユニットの出力メインスイッチをＯＮして、カソード電極１に電圧を印加してプラズマ（グロー放電）を発生させる。この時のターゲット開口部から基板までのＴ−Ｓ間距離は20〜50（mm）、ＤＣ投入Powerは100 Ｗ、Ａｒガス流量は100 sccmにて確認。
【００３２】
その後、所定の成膜が終了した事を確認して、出力メインスイッチをＯＦＦして、電圧供給用高圧ケーブルをカソード電極２及び、ターゲット材２へ切り換え接続を行ない、その後カソード電極２及び、ターゲット材２を上方向へ移動し、更に、円板状のアノード電極部を同様に上方向へ移動させて、ＤＣ電源制御ユニットの出力メインスイッチをＯＮして、成膜を開始する。
【００３３】
（実施例２）
図２は、２種類のターゲットを配置し、１組のカソード電極とアノード電極のみを移動して薄膜を形成する構成を表した図であり、１８は移動式カソード電極３、１９は円筒状金属ターゲット材３、２０はターゲット材３と異なる種類の円筒状金属ターゲット材４、２１は基板側ガード電極２、２２は移動式円板状アノード電極２、２３は真空槽２、２４は基板２、２５はカソード電極３スムージング用直動モータ２、２６はカソード電極３用絶縁ギヤボックス、２７は円板状アノード電極２スムージング用直動モータ４、２８は円板状アノード電極移動用ギヤボックスである。
【００３４】
図２において、ターゲット３及び、ターゲット４は固定されている状態において、カソード電極をターゲット３への接触位置まで移動・固定し、合わせて円板状アノード電極をターゲット３の近傍へ移動・配置を行なった後、真空槽内を実施例１の成膜条件と同条件にて成膜を行なう。
【００３５】
ターゲット１にて成膜が終了したら、ＤＣ電源の出力スイッチをＯＦＦして、カソード電極をターゲット３からターゲット４の固定接触位置まで移動し、合わせて円板状アノード電極を移動して固定する。そして再度、ターゲット４の材料にて成膜を行なえる。
【００３６】
（実施例３）
図３に表した様に、実施例２の機構を用いて、カソード電極を２種類のターゲット材に同時にプラズマ電位が同時に印加出来るよう配置固定を行なう事で、１式のカソード電極及び、アノード電極の組み合わせより合金の薄膜形成が実現可能となる。その際、アノード電極位置を任意に可変する事により、形成したい合金の組成比を変える事が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１に係わる全体構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施例２に係わるカソード電極のみスムージングさせる機構の構成を説明する図である。
【図３】本発明の実施例３に係わる合金を形成する機構の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  真空槽１
２  基板（ワーク）１
３  移動式アノード電極1
４  真空排気用メイン排気バルブ
５  排気配管
６  基板側ガード電極１
７  カソード電極1
８  ガス供給バルブ
９  カソード電極２
１０  カソード電極２固定支柱
１１  カソード電極２スムージング用直動モータ１
１２  カソード電極２用絶縁ギヤボックス
１３  ＤＣ電源制御ユニット
１４  円筒状金属ターゲット材１
１５  円筒状金属ターゲット材２
１６  カソード電極冷却水
１７  電圧供給用高圧ケーブル
１８  カソード電極３
１９  円筒状金属ターゲット材３
２０  円筒状金属ターゲット材４
２１  基板側ガード電極２
２２  移動式円板状アノード電極２
２３  真空槽２
２４  基板２
２５  カソード電極３スムージング用直動モータ３
２６  カソード電極３用絶縁ギヤボックス
２７  移動式円板状アノード電極２スムージング用直動モータ４
２８  円板状アノード電極２移動用ギヤボックス
【図１】
2006336083.tif 000003
【図２】
2006336083.tif 000004
【図３】
2006336083.tif 000005