(57)【要約】【課題】成膜速度の低下、および清掃作業によるスパッタリング装置の稼働率の低下を抑制する。【解決手段】スパッタリング装置は、真空容器と、ターゲットを備えるマグネトロンカソードと、基板を保持する基板保持部と、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナと、真空容器内にスパッタガスを含むガスを導入するガス導入部と、真空容器内に高周波誘導結合プラズマが発生するように、高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、マグネトロンカソードが形成する静磁場によって真空容器内にマグネトロンプラズマが発生するように、ターゲットに負電圧を含むスパッタ電圧を印加するスパッタ電源と、を備え、基板の表面と、高周波アンテナの基板側の端面との距離が、基板の表面と、ターゲットの表面との距離よりも長い。【選択図】図１
2015157993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
ターゲットを備えて前記真空容器内に設けられ、静磁場を形成するマグネトロンカソードと、
前記ターゲットの表面と、成膜対象の基板の表面とが所定の距離を隔てて対向するように、前記真空容器内に前記基板を保持する基板保持部と、
前記真空容器内に設けられ、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナと、
前記真空容器内にスパッタガスを含むガスを導入するガス導入部と、
前記真空容器内に高周波誘導結合プラズマが発生するように、前記高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記マグネトロンカソードが形成する静磁場によって前記真空容器内にマグネトロンプラズマが発生するように、前記ターゲットに負電圧を含むスパッタ電圧を印加するスパッタ電源と、
を備え、
前記基板の表面と、前記高周波アンテナの前記基板側の端面との距離が、前記基板の表面と、前記ターゲットの表面との距離よりも長く、
前記ターゲットのスパッタリングによって前記基板上に成膜を行う、スパッタリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスパッタリング装置であって、
前記高周波アンテナのうち少なくとも前記基板側の端部が、表面を筒状の誘電体によって覆われて前記真空容器内に露出している、スパッタリング装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のスパッタリング装置であって、
前記ガス導入部が、スパッタガスと反応性ガスとを前記真空容器内に導入し、
反応性スパッタリングによって前記基板上に成膜を行う、スパッタリング装置。
【請求項４】
真空容器と、
隣り合うターゲット間に隙間が形成されるようにターゲットをそれぞれ備えて前記真空容器内に配列され、静磁場をそれぞれ形成する複数のマグネトロンカソードと、
前記複数のマグネトロンカソードにそれぞれ保持された各ターゲットの表面と、成膜対象の基板の表面とが所定の距離を隔てて対向するように、前記真空容器内に前記基板を保持する基板保持部と、
前記各ターゲットのうち互いに隣り合うターゲットの隙間に設けられ、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナと、
前記真空容器内にスパッタガスを含むガスを導入するガス導入部と、
前記真空容器内に高周波誘導結合プラズマが発生するように、前記高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記複数のマグネトロンカソードが形成する静磁場によって前記真空容器内にマグネトロンプラズマが発生するように、前記各ターゲットに負電圧を含むスパッタ電圧を印加するスパッタ電源と、
を備え、
前記基板の表面と、前記高周波アンテナの前記基板側の端面との距離が、前記基板の表面と、前記各ターゲットの表面との距離よりも長く、
前記各ターゲットのスパッタリングによって前記基板上に成膜を行う、スパッタリング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のスパッタリング装置であって、
前記高周波アンテナのうち少なくとも前記基板側の端部が、表面を筒状の誘電体によって覆われて前記真空容器内に露出している、スパッタリング装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のスパッタリング装置であって、
前記ガス導入部が、スパッタガスと反応性ガスとを前記真空容器内に導入し、
反応性スパッタリングによって前記基板上に成膜を行う、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、スパッタリングによって基板表面に所定の薄膜を形成するスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空容器（「真空チャンバー」）内にスパッタリングターゲット（「ターゲット」）と基板を対向するように配置したマグネトロン・スパッタリング薄膜形成装置が多く用いられている。この装置では、アルゴンガスなどの不活性ガスをチャンバー内に導入し、ターゲットに直流電圧又は高周波電圧を印加することで、ターゲット表面上にプラズマを発生させ、プラズマ中のアルゴンガスなどのイオンによりターゲットをスパッタし、そのスパッタ粒子が基板表面に到達することで目的の薄膜を形成する。
【０００３】
特許文献１、２には、プラズマ発生を支援する高周波アンテナ、より詳細には、低インダンクタンスアンテナ（Low Inductance Antenna：ＬＩＡ（株式会社イー・エム・ディーの登録商標））により、密度の高い誘導結合型プラズマを発生させて、ターゲットのスパッタリング速度を向上させ、成膜速度を向上させるスパッタリング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７９０６１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０２３８７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２のスパッタリング装置では、ターゲットの表面近傍のプラズマ密度を高めるために、基板の表面と、高周波アンテナの基板側の端面との距離が、基板の表面と、ターゲットの表面との距離よりも短いか、あるいは同じになるように高周波アンテナが設けられている。このため、成膜の進行に伴って、高周波アンテナが配置されたアンテナ配置室と真空容器内部とを仕切る誘電体製の保護部材の表面、あるいは真空容器内に突出した高周波アンテナの表面に、ターゲットからスパッタされたスパッタ粒子（通常は、非誘電体）が付着し易い。このため、高周波アンテナの支援により発生する誘導結合型プラズマの発生効率が低下し、成膜速度が低下するといった問題や、付着したスパッタ粒子を除去する清掃作業によって装置の稼働率が低下するといった問題がある。
【０００６】
本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、高周波アンテナを用いて誘導結合型プラズマを発生させてスパッタリングによる成膜を行うスパッタリング装置において、高周波アンテナおよびその保護部材へのスパッタ粒子の付着に起因した成膜速度の低下、および清掃作業による装置の稼働率の低下を抑制できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、第１の態様に係るスパッタリング装置は、真空容器と、ターゲットを備えて前記真空容器内に設けられ、静磁場を形成するマグネトロンカソードと、前記ターゲットの表面と、成膜対象の基板の表面とが所定の距離を隔てて対向するように、前記真空容器内に前記基板を保持する基板保持部と、前記真空容器内に設けられ、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナと、前記真空容器内にスパッタガスを含むガスを導入するガス導入部と、前記真空容器内に高周波誘導結合プラズマが発生するように、前記高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、前記マグネトロンカソードが形成する静磁場によって前記真空容器内にマグネトロンプラズマが発生するように、前記ターゲットに負電圧を含むスパッタ電圧を印加するスパッタ電源と、を備え、前記基板の表面と、前記高周波アンテナの前記基板側の端面との距離が、前記基板の表面と、前記ターゲットの表面との距離よりも長く、前記ターゲットのスパッタリングによって前記基板上に成膜を行う。
【０００８】
第２の態様に係るスパッタリング装置は、第１の態様に係るスパッタリング装置であって、前記高周波アンテナのうち少なくとも前記基板側の端部が、表面を筒状の誘電体によって覆われて前記真空容器内に露出している。
【０００９】
第３の態様に係るスパッタリング装置は、第１または第２の態様に係るスパッタリング装置であって、前記ガス導入部が、スパッタガスと反応性ガスとを前記真空容器内に導入し、反応性スパッタリングによって前記基板上に成膜を行う。
【００１０】
第４の態様に係るスパッタリング装置は、真空容器と、隣り合うターゲット間に隙間が形成されるようにターゲットをそれぞれ備えて前記真空容器内に配列され、静磁場をそれぞれ形成する複数のマグネトロンカソードと、前記複数のマグネトロンカソードにそれぞれ保持された各ターゲットの表面と、成膜対象の基板の表面とが所定の距離を隔てて対向するように、前記真空容器内に前記基板を保持する基板保持部と、前記各ターゲットのうち互いに隣り合うターゲットの隙間に設けられ、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナと、前記真空容器内にスパッタガスを含むガスを導入するガス導入部と、前記真空容器内に高周波誘導結合プラズマが発生するように、前記高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、前記複数のマグネトロンカソードが形成する静磁場によって前記真空容器内にマグネトロンプラズマが発生するように、前記各ターゲットに負電圧を含むスパッタ電圧を印加するスパッタ電源と、を備え、前記基板の表面と、前記高周波アンテナの前記基板側の端面との距離が、前記基板の表面と、前記各ターゲットの表面との距離よりも長く、前記各ターゲットのスパッタリングによって前記基板上に成膜を行う。
【００１１】
第５の態様に係るスパッタリング装置は、第４の態様に係るスパッタリング装置であって、前記高周波アンテナのうち少なくとも前記基板側の端部が、表面を筒状の誘電体によって覆われて前記真空容器内に露出している。
【００１２】
第６の態様に係るスパッタリング装置は、第４または第５の態様に係るスパッタリング装置であって、前記ガス導入部が、スパッタガスと反応性ガスとを前記真空容器内に導入し、反応性スパッタリングによって前記基板上に成膜を行う。
【発明の効果】
【００１３】
第１または第４の態様に係る発明によれば、成膜対象の基板の表面と、高周波アンテナの基板側の端面との距離が、基板の表面と、ターゲットの表面との距離よりも長いので、高周波アンテナおよびその保護部材を、ターゲット表面から基板の反対側に引っ込めることができる。これにより、ターゲットがスパッタされたスパッタ粒子の高周波アンテナおよびその保護部材への付着を抑制できる。従って、スパッタ粒子の付着による成膜速度の低下、およびスパッタリング装置の稼働率の低下を抑制できる。
【００１４】
第２または第５の態様に係る発明によれば、高周波アンテナのうち少なくとも基板側の端部が、表面を筒状の誘電体によって覆われて真空容器内に露出しているので、高周波誘導結合プラズマの密度の低下を抑制して、成膜速度の低下を抑制できる。
【００１５】
第３または第６の態様に係る発明によれば、成膜対象の基板の表面と、高周波アンテナの基板側の端面との距離が、基板の表面と、ターゲットの表面との距離に対して短い、あるいは同じ場合に比べて、ターゲット表面においてターゲット粒子が反応性ガスと反応して生成する化合物が、化学量論比に近い化合物となることを抑制できる。従って、亜反応状態でスパッタされたスパッタ粒子が基板まで飛翔した後に反応性ガスとの反応をさらに進めることが容易になるので、基板上に成膜されるスパッタ粒子の成膜中の拡散効果が高まることで成膜の品質が高まる。
【００１６】
第４の態様に係る発明によれば、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナが、複数のマグネトロンカソードにそれぞれ保持された各ターゲットのうち互いに隣り合うターゲットの隙間に設けられている。従って、巻数が一周以上の導体からなる高周波アンテナを用いる場合に比べて、隣り合うターゲット同士の間隔を近づけることができる。これにより、基板上に成膜される薄膜の均一性をより高めることができるので、複数のターゲットを連設することによって大形基板への成膜が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係るスパッタリング装置の概略構成を例示する図である。
【図２】高周波アンテナの例を示す側面図である。
【図３】アンテナ固定ブロックの他の構成例を示す図である。
【図４】アンテナ固定ブロックのさらに他の構成例を示す図である。
【図５】実施形態に係るスパッタリング装置による成膜の過程を説明するための模式図である。
【図６】実施形態に係るスパッタリング装置の動作手順を例示するフローチャートである。
【図７】実施形態に係るスパッタリング装置の動作手順を例示するフローチャートである。
【図８】実施形態に係るスパッタリング装置の要部の他の構成例を示す平面模式図である。
【図９】比較技術に係るスパッタリング装置の要部の構成例を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。また、各図面は模式的に示されたものであり、例えば、各図面における表示物のサイズは必ずしも正確に図示されたものではない。また、一部の図面には、方向を説明するためにＸＹＺ直交座標軸が附されている。該座標軸におけるＺ軸の方向は、鉛直線の方向を示し、ＸＹ平面は水平面である。
【００１９】
＜実施形態について＞
＜１．スパッタリング装置の構成＞
図１は、実施形態１に係るスパッタリング装置１０の要部の概略構成を例示する図である。図２は、高周波アンテナ８０の例を示す側面図である。以下に、図１、図２を参照しつつ、スパッタリング装置１０の構成について説明する。
【００２０】
スパッタリング装置１０は、板状のターゲット６０をイオンによりスパッタし、基板７４の表面７５に所定の薄膜を形成するためのものである。以下では、ターゲット６０として単金属のアルミニウムが採用されて、反応性スパッタリングによる成膜が行われる場合を例に、スパッタリング装置１０の構成等について説明する。
【００２１】
スパッタリング装置１０は、真空ポンプ（図示せず）により内部を真空にすることが可能なチャンバー（「真空容器」）１１と、真空排気されたチャンバー１１内にプラズマ生成ガスを導入する管状のプラズマ生成ガス導入部（「ガス導入部」）１９と、チャンバー１１内に設けられ、ターゲット６０を保持するターゲット保持部２４と、成膜対象の基板７４を保持する基板ステージ１５と、スパッタ電源（「スパッタ用電源」）１６２とを備える。また、スパッタリング装置１０は、コンピュータ等を備えてスパッタリング装置１０の各部の動作を統括制御する制御部２００と、酸素の反応性ガスをチャンバー１１内に供給する反応性ガス供給部１９１と、反応性ガス供給部１９１の配管経路中に設けられた流量コントローラ１９２をさらに備える。制御部２００は、スパッタリング装置１０の各部と電気的に接続されており、スパッタリング装置１０の制御に必要な各種の情報は、制御部２００内の記憶部に予め記憶されている。
【００２２】
基板ステージ１５は、ターゲット保持部２４に保持されたターゲット６０の表面（＋Ｚ側の面）６１と、基板７４の表面（−Ｚ側の面）７５とが所定の距離を隔てて対向するように、基板７４を保持する。基板７４の直下（−Ｚ側の直ぐ近傍）には、開閉可能な図示省略の成膜シャッターが少なくとも基板７４の全域に亙って設けられている。また、スパッタ電源１６２は、ベース板（「カソード」）１４に、負電圧の直流のスパッタ電圧（「カソード印加電圧」、「バイアス電圧」）または、負電圧と正電圧とからなるパルス状のスパッタ電圧（「パルス直流電圧」）、若しくは交流のスパッタ電圧を印加することにより、ターゲット６０と、基板ステージ１５に保持された基板７４との間にマグネトロンプラズマ用の電界（直流電界または交流電界）を生成する。
【００２３】
スパッタ電源１６２は、電力一定モード、電圧一定モード、または電流一定モードで制御される。また、基板ステージ１５は、図示省略のヒーターもしくは冷却機構を備え、基板７４の温度を制御する。また、スパッタリング装置１０は、チャンバー１１内に導入されたプラズマ生成ガスの高周波誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生部９０をさらに備える。基板ステージ１５は、チャンバー１１の上部の内壁に、取り付け部材を介して設けられている。
【００２４】
また、プラズマ発生部９０は、ターゲット６０の側面に接触することなく当該側面に沿って配置された線状の高周波アンテナ（「プラズマ源」）８０を備える。高周波アンテナ８０は、金属製パイプ状導体から構成される。そして、プラズマ発生部９０は、高周波アンテナ８０によって、スパッタガスと反応性ガスとのそれぞれの高周波誘導結合プラズマを発生させる。そして、スパッタリング装置１０は、後述するマグネトロンスパッタ用磁石１２が形成する静磁場と、スパッタ電源１６２から印加される負電圧によってターゲット６０の表面６１部分に発生するプラズマ生成ガスのマグネトロンプラズマと、プラズマ発生部９０が発生させたプラズマ生成ガスの高周波誘導結合プラズマとの混合プラズマによるターゲット６０のスパッタリングによって基板７４上の二次元領域に成膜を行う。
【００２５】
チャンバー１１の側面には、開閉可能なゲート３５１が設けられている。成膜対象の基板７４は、ゲート３５１からチャンバー１１内に搬入されて、不図示の固定部材により基板ステージ１５に取り付けられた後、スパッタリングによる成膜を施されて、ゲート３５１からチャンバー１１の外部に搬出される。基板７４への成膜が行われるときには、成膜に先立って、基板７４がチャンバー１１内に搬入されて、ゲート３５１が閉鎖された状態で、不図示の真空ポンプによってチャンバー１１の内部空間である処理空間（「処理室」）１１３が真空排気される。
【００２６】
そして、ゲート３５１が閉じられた状態でプラズマ生成ガス導入部１９のガス導入口２０からプラズマ生成ガスがチャンバー１１内に導入されることにより、処理空間１１３は、一定圧力下、一定のガス分圧下に維持される。ガス導入口２０は、例えば、高周波アンテナ８０とターゲット６０との間の部分などに形成される。プラズマ発生部９０が複数の高周波アンテナ８０を備える場合には、ガス導入口２０は、例えば、各高周波アンテナ８０に対応する位置にそれぞれ設けられる。
【００２７】
スパッタリング装置１０は、反応性スパッタリングにより例えば、酸化物や窒化膜を成膜する場合には、プラズマ生成ガスとしては、不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスまたはキセノン（Ｘｅ）ガスなどのスパッタガスと、酸素（Ｏ２）や窒素（Ｎ２）の反応性ガスとが用いられる。スパッタガスは、図示省略のスパッタガス供給部からプラズマ生成ガス導入部１９を介して供給される。また、プラズマ生成ガス導入部１９は、配管を介して流量コントローラ１９２と接続され、流量コントローラ１９２は、貯留した反応性ガスを供給する反応性ガス供給部１９１と配管を介して接続されている。そして、制御部２００が、スパッタ電源１６２から供給されるスパッタ電流値をモニタして流量コントローラ１９２を制御することで、反応性ガス供給部１９１からチャンバー１１内に供給される反応性ガスの導入量が制御される。
【００２８】
チャンバー１１の底部には、開口が設けられると共に、その開口を下側から塞ぐように、後述のベース板１４及びマグネトロンスパッタ用磁石（永久磁石）１２（併せてマグネトロンカソードという）、並びに高周波アンテナ８０を収容するためのターゲット・アンテナ配置部１８が取り付けられている。ターゲット・アンテナ配置部１８とチャンバー１１の底部との接続部はシール材により気密性が確保されている。従って、ターゲット・アンテナ配置部１８の壁はチャンバー１１の壁の一部としての役割を有する。ターゲット・アンテナ配置部１８には、基板ステージ１５の直下の位置にターゲット配置ブロック（ターゲット配置部）１８１が設けられている。それと共に、ターゲット・アンテナ配置部１８の壁内（即ちチャンバー１１の壁内）であってターゲット配置ブロック１８１の側方に、ターゲット配置ブロック１８１を挟むように１対のアンテナ固定ブロック１８２が設けられている。マグネトロンカソードは、ターゲット６０の表面６１近傍に表面６１と平行な成分を含む静磁場を形成する。
【００２９】
ターゲット配置ブロック１８１の上部にはチャンバー１１の処理空間１１３がある。ターゲット配置ブロック１８１内にはマグネトロンスパッタ用磁石１２が載置されている。マグネトロンスパッタ用磁石１２の上面にはベース板１４が設けられるとともに、ベース板１４に対向する基板ステージ１５がチャンバー１１の上側内壁に設けられる。基板ステージ１５は、アースされている。なお、基板ステージ１５は、アースされていないフローティング状態でも良い。マグネトロンスパッタ用磁石１２の上下方向の位置は、その上面に設けられたベース板１４に載置されるターゲット６０の表面（上面）６１が高周波アンテナ８０の基板７４側の端面８２よりも上方に配置されるように調整されている。すなわち、基板７４の表面７５と、高周波アンテナ８０の基板７４側の端面８２との距離ＬＳ（LIA-Substrate）が、基板７４の表面７５と、ターゲット６０の表面６１との距離ＴＳ（Target-Substrate）よりも長くなるように、高周波アンテナ８０がターゲット６０に対して配置されている。また、ターゲット６０は、ベース板１４と、ターゲット保持部２４とによってベース板１４の上面（＋Ｚ側の面）に保持されている。このようにマグネトロンスパッタ用磁石１２及びベース板１４（併せて、マグネトロンカソード）が設けられることにより、ターゲット６０はチャンバー１１の処理空間１１３と面した空間内に配置される。
【００３０】
マグネトロンスパッタ用磁石１２は、ターゲット保持部２４に保持されたターゲット６０の表面６１を含む領域に静磁場（マグネトロン磁場）を形成して、ターゲット６０の表面６１部分にプラズマを形成できるようにする。ターゲット６０の表面６１部分におけるプラズマの広がり方は、チャンバー１１に導入されたプラズマ生成ガスの分圧や、マグネトロンスパッタ用磁石１２が発生させるマグネトロン磁場やターゲットに与える電圧の強度などによって変動する。
【００３１】
また、ターゲット配置ブロック１８１上端とチャンバー１１の処理空間１１３との境界には、ターゲット配置ブロック１８１の側壁から内側に向かって延び、ターゲット６０の縁付近（縁を含む部分）に対して一定の距離を保つようにアノード１８９が設けられている。
【００３２】
アンテナ固定ブロック１８２内には高周波アンテナ８０が挿入されている。また、スパッタリング装置１０は、高周波アンテナ８０に高周波電力を供給する高周波電源１６１を備えている。高周波電源１６１は整合回路１６３を介して高周波アンテナ８０に接続されている。
【００３３】
高周波アンテナ８０は、マグネトロンカソードによるプラズマ発生を支援するためのもので、例えば、図２に示されるように、金属製のパイプ状導体をＵ字形に曲げたものであり、２つのアンテナ固定ブロック１８２内に１個ずつ、「Ｕ」の字を上下逆向きにした状態で立設されている。なお、高周波アンテナ８０の配置態様は、種々に変更可能である。高周波アンテナ８０の形状として、例えば、円弧状の形状が採用されても良い。また、高周波アンテナ８０の巻数は、一周未満である。定在波の発生を防止するために、高周波アンテナ８０の長さは、好ましくは、高周波電源１６１が供給する電力の波長の１／４以下の長さに設定される。高周波アンテナの一端から高周波電力（高周波電流）が供給され、他端は接地される。これにより誘導結合プラズマが生成される。
【００３４】
このような高周波アンテナ８０が採用されれば、巻数が一周以上のコイル状（渦巻き状）のアンテナを用いて誘導結合プラズマを発生させる手法に比べて、アンテナのインダクタンスが低いためにアンテナの電圧を下げられるので、プラズマダメージを抑制できる。また、アンテナ長を、高周波の波長の１／４以下に短くすることで、定在波の影響によるプラズマのむらに起因したスパッタむら（不均一さ）を抑制することが出来る。また、アンテナをチャンバー内に収容できるのでスパッタ効率を向上できる。さらに、成膜対象の基板サイズに応じて、高周波アンテナ８０の個数を増加させるとともに、ターゲットのサイズを大きくすることにより基板サイズが大きい場合でも、スパッタリング速度を向上できる。
【００３５】
Ｕ字形の高周波アンテナは巻数が１周未満の誘導結合アンテナに相当し、巻数が１周以上の誘導結合アンテナよりもインダクタンスが低いため、高周波アンテナの両端に発生する高周波電圧が低減され、生成するプラズマへの容量結合に伴うプラズマ電位の高周波揺動が抑制される。このため、対地電位へのプラズマ電位揺動に伴う過剰な電子損失が低減され、プラズマ電位が低減される。これにより、基板上での低イオンダメージの薄膜形成プロセスが可能となる。高周波アンテナ８０を構成する金属製パイプ状導体は、スパッタリング装置１０の使用時に水などの冷媒１５１をその内部に通過させることにより高周波アンテナ８０を冷却する機能を有する。ターゲット６０およびベース板１４なども非常に高温になるため、好ましくは、高周波アンテナ８０と同様に、冷媒１５１によって冷却される。
【００３６】
高周波アンテナ８０は、チャンバー１１の処理空間１１３に張り出すように設けられている。高周波アンテナ８０の高さ方向の位置は、高周波アンテナ８０のうち基板７４側の端部８１（「Ｕ」の字形状の底部）、より厳密には、高周波アンテナ８０の基板７４側の端面８２が、ターゲット６０の表面６１よりも低くなるように調整されている。端面８２は、端部８１の基板７４側の頂面をなしている。具体的には、基板７４の表面７５と、ターゲット６０の表面６１との距離ＴＳは、好ましくは３０ｍｍ〜１２０ｍｍ（さらに好ましくは、５０ｍｍ〜１００ｍｍ）に設定されている。基板７４の表面７５と、高周波アンテナ８０の基板７４側の端面８２との距離ＬＳは、距離ＴＳよりも長くなるように設定される。距離ＬＳは、好ましくは、７０ｍｍ〜１７０ｍｍ（さらに好ましくは、１１０ｍｍ〜１５０ｍｍ）に設定される。
【００３７】
高周波アンテナ８０の基板７４側の端面８２が、ターゲット６０の表面（上面）６１よりも下方に配置されるように、高周波アンテナ８０の高さ方向の位置が調整されていることにより、保護パイプ４１１の上端面（基板７４側の端面）も、ターゲット６０の表面６１よりも下方に位置するように設けられている。これにより、ターゲット６０からスパッタされたスパッタ粒子の高周波アンテナ８０および保護パイプ４１１への付着を抑制できる。従って、高周波アンテナ８０および保護パイプ４１１がスパッタ粒子の付着によって汚染されて高周波誘導結合プラズマの発生効率が低下することを抑制できる。これにより、高周波アンテナ８０の清掃メンテナンスまでの期間を延ばすことができるので、スパッタリング装置１０の稼働率が向上して生産性が向上する。距離ＴＳを維持したままで距離ＬＳを広げる位置関係を選択した場合には、ＬＩＡ支援プラズマ効果による、基板表面における化合物（化学）反応性を高める効果が生じるとともに、ＬＩＡ支援プラズマ密度の向上に応じたアルゴンイオンフラックスの増大によるスパッタ・レートの向上効果が見込める。また一般に、距離ＴＳを広げた方が、成膜される膜質が基板面内で均質化する傾向があるため、膜質の均質化を重視する場合には、こちらの位置関係を選択することとなる。
【００３８】
高周波アンテナ８０の上端側の一部、より具体的には、高周波アンテナ８０のうち基板７４側の端部８１（「Ｕ」の字の底部）を含む上端側の部分は、アンテナ固定ブロック１８２を貫通して、チャンバー１１の内部側に突設されている。高周波アンテナ８０の該突設部分は、石英などからなる誘電体の保護パイプ４１１により覆われている。なお、高周波アンテナ８０の全体がチャンバー１１の内部側に突設されて、保護パイプ４１１に覆われていてもよい。すなわち、高周波アンテナ８０のうち少なくとも基板７４側の端部８１は、その表面を筒状の誘電体によって覆われてチャンバー１１の処理空間１１３、すなわちチャンバー１１内に露出している。
【００３９】
なお、マグネトロンスパッタ用磁石１２がターゲット６０の表面６１に形成する水平磁束密度の最大値が、２０ｍＴ〜５０ｍＴ（ミリテスラ）という比較的低い磁束密度である場合においても、高周波アンテナ８０がマグネトロンカソードによるプラズマ発生を支援するため、カソードに印加するバイアスが低電力、又は低電圧の条件下においても十分なプラズマ密度が生成される。
【００４０】
基板ステージ１５は、基板ステージ１５の下面に設けられた図示省略の爪状部材などによって基板７４を保持することが出来る。基板７４は、例えば、ガラス、シリコンウェハなどにより構成される。
【００４１】
上記のように構成されたスパッタリング装置１０は、ベース板１４が設けられたチャンバー１１に、スパッタガスと、酸素や窒素の反応性ガスとを導入して当該カソードに設けられたアルミニウム、ＩＴＯ、Ｓｉ等のターゲット６０をスパッタし、当該ターゲット６０に対向する基板７４上に酸化膜や窒化膜を成膜する。
【００４２】
＜２．成膜過程について＞
図５は、実施形態１に係るスパッタリング装置１０が反応性スパッタリングによって酸化アルミニウムを成膜する成膜過程を説明するための図である。図５には、成膜過程で発生していると予測される現象が模式的に示されている。
【００４３】
＜２−１．成膜速度の高速化について＞
通常（高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされていない場合）の反応性マグネトロンスパッタリングによる酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の成膜過程においては、チャンバー１１内の酸素分圧が増加すると、ターゲット６０の表面６１上での酸化反応が促進される。さらに酸素分圧を増加すると、その表面は、ほぼストイキオメトリな、すなわち、組成が化学量論比とほぼ同一の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に覆われる。ストイキオメトリな酸化アルミニウムは硬度が高いためスパッタイールドが低下し、結果として成膜速度が低下する。
【００４４】
破線枠６０１〜６０３（図５）で囲まれた模式図は、実施形態１に係るスパッタリング装置１０による酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の成膜過程、すなわち、高周波アンテナ８０によって発生した高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされる反応性マグネトロンスパッタリングの際に発生していると予測される、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の成膜過程の一部をそれぞれ示している。なお、この場合も、通常の反応性マグネトロンスパッタリングにおける上述の成膜過程も発生していると予測される。
【００４５】
高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされている本実施形態１に係るスパッタリング装置１０による酸化アルミニウムの成膜過程においては、スパッタ電圧として負電圧の直流電圧、負電圧と正電圧とからなるパルス直流電圧、若しくは交流電圧の何れが印加されたとしても、当該支援がされない場合に比べて、マグネトロンプラズマの密度を十分に高めることができる。さらに、処理空間１１３内には、イオンに比べてラジカルが非常に多くなる。そして、酸素ラジカルが成膜対象の基板７４表面に積極的に作用する。これにより、基板７４の表面７５におけるストイキオメトリな酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の生成が促進される。このように、酸素ラジカルによる基板７４の表面７５における酸化が促進される結果（破線枠６０２内の模式図）、ターゲット６０の表面６１では低い酸素の添加量でのスパッタ条件を選択できるためストイキオメトリな酸化度よりも低い酸化度の酸化アルミニウム、すなわち非ストイキオメトリな酸化アルミニウム（ＡｌＯ）の状態でのスパッタが促進されターゲット表面は軟化される（破線枠６０１内の模式図）。
【００４６】
つまり、ターゲット表面は、低い酸化度の軟化状態の酸化アルミニウムとなり、スパッタイールドが上がる一方、ターゲットからスパッタされたＡｌＯ粒子は、増加した酸素ラジカルにより成膜対象基板の表面上または基板―ターゲット間の真空空間においてストイキオメトリな酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に変化し、基板上に成膜される（破線枠６０２内の模式図）。
【００４７】
従って、高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援が行われる場合には、支援が無い通常の反応性マグネトロンスパッタリングに比べて、成膜対象の基板７４の表面７５における酸化アルミニウムの成膜速度が高速化し、酸素の添加量に応じた成膜速度の変化率は緩やかになる。さらに、高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援が行われば、支援が無い通常の反応性マグネトロンスパッタリングに比べて、遷移領域におけるヒステリシス特性が緩和されるため、成膜する酸化アルミニウム膜の酸化度の制御性は飛躍的に向上する。
【００４８】
なお、スパッタ電圧としてパルス直流電圧、若しくは交流電圧が印加されれば、負電圧と正電圧とからなる電圧がターゲットに印加される。負の直流電圧を印加した場合の効果に加えて、ターゲット表面への電子の引き込み効果に伴って、ターゲット表面における酸素ラジカルによってターゲット表面の化学反応による軟化がさらに促進され（破線枠６０３内の模式図）、ターゲット表面からの非ストイキオメトリなＡｌＯのスパッタがさらに促進される。これにより、ターゲットのスパッタイールドがさらに上がるとともに、ターゲット上で酸化膜の形成を抑制することができる。従って、スパッタ電圧としてパルス直流電圧、若しくは交流電圧が印加されれば、高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援があり、かつスパッタ電圧として負の直流電圧が印加される場合に比べて、成膜速度をさらに高速化することができる。
【００４９】
＜２−２．反応性ガスの導入量の制御について＞
スパッタリング装置１０においては、マグネトロンプラズマの発生処理においてスパッタ電圧がスパッタ電源１６２により定電圧制御されるとともに、マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値が目標電流値になるように、マグネトロンプラズマの発生処理中に反応性ガスのチャンバー１１内への導入量が制御部２００により制御される。具体的には、検出されたスパッタ電流値から目標電流値を引いた差の値に基づいて、差の符号が正であれば、差の値に応じて反応性ガスの導入量を減らし、差の符号が負であれば、差の値に応じて、反応性ガスの導入量を増やす処理が行われる。加減する導入量の値は、例えば、制御部２００の記憶部に予め記憶された演算式や、対応関係を表すテーブルなどを参照することにより制御部２００が求める。
【００５０】
マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値は、ターゲット６０に衝突するアルゴンイオンの流量であるアルゴンイオンフラックスと、ターゲット６０がスパッタリングされる際に放出する二次電子の量との合計量に応じた値となる。ここで、スパッタ電圧の負電圧値が高い程、マグネトロンプラズマの濃度が濃くなるとともに、アルゴンイオンは高速でターゲット６０に衝突する。このため、アルゴンイオンフラックスは、スパッタ電圧に応じて増加する。従って、スパッタ電圧がスパッタ電源１６２により定電圧制御される場合、すなわちスパッタ電源１６２が電圧一定モードで駆動される場合には、アルゴンイオンフラックスは一定である。また、ターゲット６０の表面６１の酸化度が高い程、すなわちチャンバー１１の処理空間１１３の酸素量が多いほど、ターゲット６０がスパッタリングされる際に多くの二次電子が放出される。
【００５１】
従って、スパッタ電圧がスパッタ電源１６２により定電圧制御される場合には、ターゲット６０の表面６１の酸化度が高い程、すなわち処理空間１１３の反応性ガス量が多いほど、スパッタ電流値は大きくなる。そして、基板７４の表面７５に成膜される酸化アルミニウムの酸化度も高くなる。また、スパッタ電圧がスパッタ電源１６２により定電圧制御される場合、すなわちスパッタ電源１６２が電圧一定モードで駆動される場合には、基板７４上に形成される酸化アルミニウム膜の酸化度は、チャンバー１１内の酸素量、すなわち反応性ガス量に応じた安定した平衡点に落ち着こうとする。
【００５２】
従って、スパッタ電圧をスパッタ電源１６２により定電圧制御しつつ、スパッタ電流値が目標電流値になるように反応性ガスを処理空間１１３に導入することによって、例えば、基板７４に吸着していた水分などに起因して発生した反応性ガスなどの外乱因子に拘わらず、基板７４上に形成される酸化アルミニウム膜の酸化度を安定させることができる。
【００５３】
従って、目標電流値を、ターゲット６０が遷移状態でスパッタされるときのスパッタ電流値に設定し、スパッタ電圧をスパッタ電源１６２により定電圧制御しつつ、スパッタ電流値が当該目標電流値になるように処理空間１１３への酸素の供給量を制御すれば、酸化アルミニウム膜を、高い成膜速度でその膜質が所望の膜質となる酸化度に制御性良く安定させつつ成膜できる。
【００５４】
なお、反応性ガスの導入量の制御は、スパッタ電流値に基づく制御に限られない。例えば、反応性ガスの分圧が、遷移状態での反応性スパッタリングに応じた所定値となるように、反応性ガスの分圧をモニタして反応性ガスの導入量を制御してもよいし、反応性ガスのプラズマ発光強度をモニタして反応性ガスの導入量を制御してもよい。
【００５５】
＜２−３．成膜品質の改善について＞
ところで、反応性スパッタリングによる成膜において、ターゲット表面における反応性が高まりすぎると、生成される膜の種類によっては、ターゲットからスパッタされるスパッタ粒子の化合物度が高まる（化学量論比に近づく）ために、基板に堆積する粒子が望ましい品質とならない場合がある。換言すれば、生成される膜の種類によっては、ターゲットからスパッタされた時点のスパッタ粒子の化合物度は低く（亜反応性粒子の状態）、かつ、このスパッタ粒子が基板まで飛翔して基板に堆積した直後に、高周波誘導結合プラズマによって発生を支援されたプラズマによって化学反応がさらに進行する方が、所望の化合物レベルの膜が得られる場合がある。このような場合において、従来のＬＩＡ支援マグネトロンカソード構造のように、基板の表面と、高周波アンテナの基板側の端面との距離ＬＳが、基板の表面と、ターゲットの表面との距離ＴＳよりも短いか、あるいは同じである場合には、ターゲット表面の反応性が非常に高まるため、所望の膜質を有する膜を基板上に成膜することが困難となる。
【００５６】
しかしながら、実施形態１に係るスパッタリング装置１０によれば、高周波アンテナ８０の端面８２は、ターゲット６０の表面６１よりも下方、すなわち表面６１に対して基板７４の反対側に引っ込んで位置するため、従来のＬＩＡ支援マグネトロンカソード構造に比べて、高周波誘導結合プラズマの支援によるプラズマの発生が抑制されてターゲット表面の反応性が抑制される。これにより、従来のＬＩＡ支援マグネトロンカソード構造が用いられる場合に比べて、ターゲット表面での化合物（化学）反応が抑制されることで、スパッタ粒子は、化学量論比に近づくまでターゲット表面での化学反応が進行する前に、ターゲットからスパッタされ易くなる。従って、ターゲットからスパッタされた時点のスパッタ粒子の化合物反応状態は、亜反応の状態を維持するようになる。一方、基板７４の表面７５においては、高周波誘導結合プラズマの支援により発生したプラズマによって、従来のＬＩＡ支援マグネトロンカソード構造と同様に化合物（化学）反応が活発に行われる。従って、基板７４に到達した亜反応状態のスパッタ粒子は、表面７５に付着した直後から、所望の膜質になるまで速やかにその化合物（化学）反応が進み表面７５上に堆積し続ける。
【００５７】
このように、実施形態１に係るスパッタリング装置１０によれば、ターゲット表面においてターゲットの粒子が反応性ガスと反応して生成する化合物が、化学量論比に近い化合物となることを抑制できる。従って、亜反応状態でスパッタされたスパッタ粒子が成膜対象の基板まで飛翔した後に、スパッタ粒子と反応性ガスとの反応をさらに進めることが容易になるので、基板上に成膜される薄膜を所望の膜質に制御することが容易となる。
【００５８】
また、一般的に化合物反応が進むほどスパッタイールドが落ちることが多いが、スパッタリング装置１０によれば、ターゲット６０の表面６１での化合物（化学）反応の量が、スパッタ量と釣り合うように抑制されることからスパッタイールドが上がる。従って、スパッタ粒子のフラックスは増大してスパッタレートが向上する（より高速成膜となる）。
【００５９】
なお、距離ＴＳが短い方が良質な膜の成膜ができることが多いため、膜質を優先する場合には、距離ＴＳが短くなる位置関係を選択することが好ましい。また、距離ＴＳを長くした方が、成膜される膜質が基板面内で均質化する傾向があるため、膜質の均質化を重視する場合には、距離ＴＳが長くなる位置関係を選択することが好ましい。
【００６０】
＜２−４．成膜速度の低下の抑制について＞
高周波アンテナ８０の基板７４側の端面８２が、ターゲット６０の表面６１から基板７４と反対側に引っ込んでいると、従来のＬＩＡ支援マグネトロンカソード構造に比べて、ターゲット６０の表面６１近傍の高周波誘導結合プラズマの密度が低下し、成膜速度が低下する。もっとも、高周波アンテナ８０が発生させる高周波誘導結合プラズマによってマグネトロンプラズマの発生が支援されない通常の反応性マグネトロンスパッタリングに比べると、成膜速度は、まだ、十分に高速である。
【００６１】
スパッタリング装置１０においては、従来のＬＩＡ支援マグネトロンカソード構造による成膜速度に対する成膜速度の低下を抑制するために、高周波アンテナ８０の上端側の一部、より具体的には、高周波アンテナ８０のうち基板７４側の端部８１（「Ｕ」の字の底部）を含む上端側の部分が、アンテナ固定ブロック１８２を貫通して、チャンバー１１の内部側に突設されている。高周波アンテナ８０の該突設部分は、石英などからなる筒状の誘電体の保護パイプ４１１により覆われている。なお、高周波アンテナ８０の全体がチャンバー１１の内部側に突設されて、保護パイプ４１１に覆われていてもよい。すなわち、高周波アンテナ８０のうち少なくとも基板７４側の端部８１は、その表面を筒状の誘電体によって覆われてチャンバー１１の処理空間１１３、すなわちチャンバー１１内に露出している。これにより、スパッタリング装置１０では、後述するスパッタリング装置１０Ａ、１０Ｂのように高周波アンテナ８０が処理空間１１３に露出しないように保護する部材の表面が平面状ある場合に比べて、高周波アンテナ８０がターゲット６０の表面６１近傍に発生させる高周波誘導結合プラズマの密度の低下を抑制できるので、成膜速度の低下を抑制できる。
【００６２】
＜２−５．アンテナ固定ブロックの他の構成例について＞
図３は、スパッタリング装置１０のアンテナ固定ブロック１８２とは異なる構成のアンテナ固定ブロック１８２ａを備える実施形態２に係るスパッタリング装置１０Ａの一部を模式的に示す図である。図４は、アンテナ固定ブロック１８２とは異なる構成のアンテナ固定ブロック１８２ｂを備える実施形態３に係るスパッタリング装置１０Ｂの一部を模式的に示す図である。
【００６３】
スパッタリング装置１０Ａは、アンテナ固定ブロック１８２に代えて誘電体製のアンテナ固定ブロック１８２ａ備えることを除いて、スパッタリング装置１０と同様の構成を備え、同様の動作を行う。高周波アンテナ８０の端部８１側部分は、アンテナ固定ブロック１８２ｂをチャンバー１１の処理空間１１３側に貫通することなく、アンテナ固定ブロック１８２ｂによって覆われている。
【００６４】
スパッタリング装置１０Ｂは、アンテナ固定ブロック１８２に代えてアンテナ固定ブロック１８２ｂと、仕切材４１３とを備えることを除いて、スパッタリング装置１０と同様の構成を備え、同様の動作を行う。アンテナ固定ブロック１８２ｂは、板状の底部と、底部の周縁から立設された筒状の周壁部とを備えている。底部と周壁部とによって、高周波アンテナ８０の収容空間１８３が形成されている。アンテナ固定ブロック１８２ｂの基板７４側の開口部は、誘電体製の仕切材４１３によって塞がれている。アンテナ固定ブロック１８２ｂの収容空間１８３は、仕切材４１３によってチャンバー１１の内部の処理空間１１３と仕切られている。収容空間１８３は、真空でもよいし、誘電体などが充填されてもよい。
【００６５】
スパッタリング装置１０Ａ（１０Ｂ）においては、高周波アンテナ８０の基板７４側の端面８２が、ターゲット６０の表面６１から基板７４と反対側に引っ込んでいる。また、スパッタリング装置１０では、高周波アンテナ８０のうち基板７４側の端部８１を含む上端側の部分が、アンテナ固定ブロック１８２を貫通して、チャンバー１１の内部側に突設されており、当該突設部分が筒状の保護パイプ４１１により覆われていたが、スパッタリング装置１０Ａ（１０Ｂ）においては、アンテナ固定ブロック１８２ａ（仕切材４１３）の表面は、平面状に形成されており、ターゲット６０の表面６１から基板７４と反対側に引っ込んでいる。スパッタリング装置１０Ａ（１０Ｂ）によっても、高周波アンテナ８０およびアンテナ固定ブロック１８２ｂ（仕切材４１３）がスパッタ粒子の付着によって汚染されて高周波誘導結合プラズマの発生効率が低下することを抑制できる。これにより、従来のＬＩＡ支援マグネトロンカソード構造を備えるスパッタリング装置に比べて、高周波アンテナ８０の清掃メンテナンスまでの期間を延ばすことができるので、スパッタリング装置１０の稼働率が向上して生産性が向上する。
【００６６】
＜３．スパッタリング装置の動作＞
図６、図７は、実施形態１に係るスパッタリング装置１０による酸化アルミニウムの成膜処理の手順を例示するフローチャートである。スパッタリング装置１０では、マグネトロンスパッタ用磁石１２により、ターゲット６０の近傍に静磁場が形成されている。
【００６７】
先ず、図示省略の成膜シャッターを閉じた後、ターゲット６０と基板７４がゲート３５１からチャンバー１１の処理空間１１３に搬入される。そして、基板７４が基板ステージ１５に、ターゲット６０がベース板１４に、それぞれ取り付けられて、ゲート３５１が閉鎖される（ステップＳ１１０）。なお、ゲート３５１の閉鎖後に処理空間１１３内の温度が所定の温度に調整される。
【００６８】
次に、真空ポンプによりチャンバー１１内を真空にした後、チャンバー１１の処理空間１１３が目標圧力になるように、Ａｒ等の不活性ガスからなるスパッタガスのチャンバー１１内への導入がプラズマ生成ガス導入部１９を介して開始される（ステップＳ１２０）。目標圧力としては、好ましくは、０．２Ｐａ以上であり、かつ、７Ｐａ以下の圧力が採用される。さらにより好ましくは、０．４Ｐａ以上であり、かつ、２Ｐａ以下の圧力が採用される。しかしながら、目標圧力は、これらの圧力に限定されず、より広範な圧力が採用されてもよい。また、目標圧力が３Ｐａ以下の場合には、この後、以降の高周波誘導結合プラズマを点火させるために、一時的に成膜室の圧力を３Ｐａ以上に高めるステップ追加する場合がある。これは当該アンテナを用いた高周波誘導結合プラズマは、３Ｐａ以下の圧力では点火しづらい特性があるためである。なお、一度プラズマが点火してしまえば、その後、低い圧力（目標圧力）に戻してもプラズマは発生し続けることができる。
【００６９】
続いて、高周波電源１６１から高周波アンテナ８０に、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力（高周波電流）を供給（ステップＳ１３０）することにより、高周波アンテナ８０の周囲に高周波誘導電界を形成し、スパッタガスの高周波誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生処理（「第１のプラズマ発生処理」）が行われる。後の処理ステップにおいて、酸素の反応性ガスがチャンバー１１内に供給されると、第１のプラズマ発生ステップは、反応性ガスの高周波誘導結合プラズマも発生させる。高周波電力の供給は、酸化アルミニウムの成膜処理が終了するまで継続される。
【００７０】
続いて、ベース板１４とスパッタ電源１６２によって、負電圧の直流電圧からなるスパッタ電圧、負電圧と正電圧とからなるパルス状のスパッタ電圧、若しくは交流のスパッタ電圧を印加（バイアスの印加）することで、スパッタ電圧印加処理が行われる（ステップＳ１４０）。これにより、マグネトロンプラズマ発生処理（「第２のプラズマ発生処理」）が行われる。なお、スパッタ電圧として負電圧の直流電圧が採用される場合には、界面におけるダメージをより抑制しつつ基板７４上に酸化アルミニウムを成膜できる。また、パルス直流電圧と交流電圧の周波数としては、例えば、１０〜２５０ＫＨｚが採用されるが、他の周波数が採用されてもよい。スパッタ電圧は、好ましくは、その負電圧の絶対値が１００Ｖ以上であり、かつ、３００Ｖ以下（負電圧が−１００Ｖ以下であり、かつ、−３００Ｖ以上）に制御され、さらにより好ましくは、１５０Ｖ以上であり、かつ、２５０Ｖ以下（負電圧が−１５０Ｖ以下であり、かつ、−２５０Ｖ以上）に制御される。しかしながら、スパッタ電圧の範囲は、これらの範囲内に限定されず、より広い範囲における電圧が採用されてもよい。後の処理ステップにおいて、反応性ガスがチャンバー１１内に供給されると、第２のプラズマ発生ステップは、反応性ガスのマグネトロンプラズマも発生させる。また、スパッタ電圧の印加処理は、酸化アルミニウムの成膜処理が終了するまで継続される。
【００７１】
次に、制御部２００がモニタしているスパッタ電流値が所定の電流値よりも低い値になるまでスパッタガスのみによるプレスパッタを行い、ターゲット６０の表面６１についた初期酸化被膜を十分にスパッタ除去する（ステップＳ１５０）。
【００７２】
ターゲット６０の表面６１の初期酸化被膜が十分に除去されると、スパッタ電流値が低い値で略一定値になるので、この時点で反応性ガス供給部１９１からの酸素の反応性ガス（５％等の酸素ガスとＡｒ等の不活性ガスとの希釈混合ガスでもよい）の供給が流量コントローラ１９２、プラズマ生成ガス導入部１９を介して開始される（ステップＳ１６０）。なお、反応性ガスの供給が開始された後も、処理空間１１３の圧力は目標圧力に維持される。また、スパッタの性質上、反応性ガスの供給が開始された後も、しばらくの間、スパッタ電流値が下がる。
【００７３】
そして、供給を開始した反応性ガスの導入量を徐々に増やし、スパッタ電流値を一旦、目標電流値以上に上げる。その後に今度は反応性ガスの導入量を徐々に減じてスパッタ電流値を下げ、スパッタ電流値が目標電流値になった時点で、成膜シャッターを開いて基板７４の表面７５への酸化アルミニウムの成膜処理を開始するとともに、スパッタ電流値が目標電流値に維持されるように反応性ガスの導入量の制御が開始される（ステップＳ１７０）。
【００７４】
成膜処理が開始された後も、反応性ガスの導入量の制御は継続されて、スパッタ電流値が目標電流値に維持される。
【００７５】
成膜された酸化アルミニウムの膜厚が所定厚まで達する（または、所定時間経過する）と、成膜シャッタを閉じて成膜処理が終了される（ステップＳ１８０）。そして、スパッタ電源１６２によるベース板１４へのスパッタ電圧（バイアス）の印加が停止され（ステップＳ１９０）、当該停止後（または停止と同時）に高周波電源１６１から高周波アンテナ８０への高周波電力の供給が停止される（ステップＳ２００）。次に、ガスの供給が停止され（ステップＳ２１０）、ゲート３５１が解放されて、基板７４がチャンバー１１の処理空間１１３から搬出される（ステップＳ２２０）。
【００７６】
上述したスパッタリング装置１０Ａ、１０Ｂの構成に示されるように、高周波アンテナ８０は、メンテナンス性能を向上させるため、そのＵ形状の中央部分の直線部分をアンテナ固定ブロック１８２から突設させることなく配置してもよいし、また、メンテナンス性とプラズマの生成能力のバランスから判断して、その直線部分の上側半分だけが、突設するように配置してもよい。また、複数の基板７４への成膜を連続して行う場合には、チャンバー１１の上部壁面を取り除いて、基板７４がそれぞれ取り付けられた複数の基板ステージ１５を、チャンバー１１の上部に隙間が出来ないように、隣り合う基板ステージ１５同士の前端と後端とを突き合わせて搬送方向に沿って並べた状態で、各基板ステージ１５を搬送しつつ、各基板７４に対する成膜処理を行っても良い。この場合において、プレスパッタによるターゲット６０の初期酸化被膜の除去を行う場合には、例えば、複数の基板ステージ１５のうち先頭の基板ステージ１５を基板７４が取り付けられていないダミー基板とすることにより成膜シャッターを用いることなく初期酸化被膜を除去できる。
【００７７】
＜４．複数のマグネトロンカソードを備える他の実施形態＞
図８は、実施形態４に係るスパッタリング装置１０Ｃの要部（高周波アンテナ８０およびターゲット６０）の他の構成例を示す平面模式図である。
【００７８】
スパッタリング装置１０Ｃは、所定方向に配列された複数（図８では、２つ）のターゲット６０と各ターゲット６０を保持する図示省略の複数（２つ）のマグネトロンカソード（マグネトロンスパッタ用磁石およびベース板）と、複数（図８では、９つ）の高周波アンテナ８０を備え、各ターゲット６０のスパッタリングによって基板上に成膜を行う。スパッタリング装置１０Ｃは、ターゲット、マグネトロンカソード、および高周波アンテナのそれぞれを複数ずつ備えることを除いて、スパッタリング装置１０と同様の構成を備え、同様の動作によって成膜を行う。
【００７９】
より詳細には、スパッタリング装置１０Ｃは、チャンバー１１と同様の構成を有するチャンバー（図示省略）と、プラズマ生成ガス導入部１９と同様の構成を有し、チャンバー内にスパッタガスを含むプラズマ生成ガスを導入するプラズマ生成ガス導入部（図示省略）とをさらに備えている。
【００８０】
スパッタリング装置１０Ｃが備える複数のマグネトロンカソードのそれぞれは、スパッタリング装置１０のマグネトロンカソード（ベース板１４およびマグネトロンスパッタ用磁石１２）と同様の構成を有している。複数のマグネトロンカソードは、隣り合うマグネトロンカソード間に隙間を空けてチャンバー内に配列されている。各マグネトロンカソードの各ベース板上には、各ターゲット６０が保持されている。すなわち、複数のマグネトロンカソードは、隣り合うターゲット６０間に隙間が形成されるようにターゲット６０をそれぞれ備えてチャンバー内に配列されている。複数のマグネトロンカソードは、ターゲット６０の表面６１近傍に表面６１と平行な成分を含む静磁場をそれぞれ形成する。スパッタリング装置１０Ｃは、また、基板ステージ１５と同様の構成を有し、成膜対象の基板をチャンバー内に保持する基板ステージ（図示省略）をさらに備えている。この基板ステージは、複数のマグネトロンカソードにそれぞれ保持された各ターゲット６０の表面６１と、基板の表面とが所定の距離を隔てて対向するように、チャンバー内に基板を保持している。各ターゲット６０の表面（上面）６１は、略同一平面に含まれている。
【００８１】
また、スパッタリング装置１０Ｃは、配列された複数のターゲット６０のうち互いに隣り合うターゲットの隙間に、ターゲット６０の側面と接触しないように設けられた少なくとも１つ（図８では、３つ）の高周波アンテナ８０をさらに備えている。また、スパッタリング装置１０Ｃは、複数ターゲット６０の配列方向の両端の側面のそれぞれに沿って、ターゲット６０に接触しないように設けられた少なくとも１つ（図８では、３つ）の高周波アンテナ８０を備えている。各高周波アンテナ８０は、チャンバーの処理空間に張り出すようにＵの字形状の底部（端部）を成膜対象の基板に向けて配設されており、Ｕの字形状の底部は、ターゲット６０の側面に沿って延設されている。基板の表面と、各高周波アンテナ８０の当該基板側の端面との距離ＬＳは、当該基板の表面と、各ターゲット６０の表面６１との距離ＴＳよりも長い所定の距離に設定されている。各高周波アンテナ８０の「Ｕ」の字形状の底部を含む基板側の部分は、石英などからなる誘電体の保護パイプにより覆われており、高周波アンテナ８０の表面が、チャンバーの処理空間に直接露出しないようになっている。各保護パイプの基板側の端面は、各ターゲット６０の表面６１よりも基板と反対側に引っ込んでいる。
【００８２】
また、スパッタリング装置１０Ｃは、高周波電源１６１と同様の構成を有し、チャンバー内に高周波誘導結合プラズマが発生するように、各高周波アンテナ８０に高周波電力を供給する高周波電源（図示省略）と、スパッタ電源１６２と同様の構成を有し、複数のマグネトロンカソードが形成する静磁場によってチャンバー内にマグネトロンプラズマが発生するように、各ターゲット６０に負電圧を含むスパッタ電圧を印加するスパッタ電源（図示省略）とをさらに備えている。
【００８３】
スパッタリング装置１０Ｃでは、スパッタリング装置１０と同様に高周波アンテナ８０およびその保護部材を、ターゲット（各ターゲット）表面から基板の反対側に引っ込めることができる。これにより、ターゲット（各ターゲット）がスパッタされたスパッタ粒子の高周波アンテナおよびその保護部材への付着を抑制できる。従って、スパッタ粒子の付着による成膜速度の低下、およびスパッタリング装置の稼働率の低下を抑制できる。
【００８４】
図９は、比較技術に係るスパッタリング装置２１０の要部（高周波アンテナ２８０およびターゲット２６０）の構成例を示す平面模式図である。スパッタリング装置２１０は、スパッタリング装置１０Ｃの複数のターゲット６０と同様に配設された複数のターゲット２６０を備えており、隣り合うターゲット２６０間の隙間のそれぞれに、３つの高周波アンテナ２８０を備えている。また、スパッタリング装置２１０は、複数ターゲット２６０の配列方向の両端の側面のそれぞれに沿って、ターゲット２６０に接触しないように設けられた３つの高周波アンテナ２８０を備えている。各高周波アンテナ２８０は、コイル状（渦巻き状）の導体によって構成されている。各高周波アンテナ２８０は、その渦巻き形状の回転軸が、成膜対象の基板からターゲット２６０に向かう方向（−Ｚ方向）となる姿勢で、各ターゲット２６０の表面から成膜対象の基板と反対側に引っ込んで設けられている。すなわち、各高周波アンテナ２８０の基板側の端面は、各ターゲット２６０の表面から基板と反対側に引っ込んでいる。高周波アンテナ２８０の巻数は一周以上であるため、各ターゲット２６０の配設方向（Ｘ方向）に沿った高周波アンテナ２８０の幅は、各ターゲット６０の配設方向（Ｘ方向）に沿ったスパッタリング装置１０Ｃの高周波アンテナ８０の幅よりも大きくなる。
【００８５】
隣り合うターゲット間の隙間に高周波アンテナを設けて、ターゲットを連設する場合には、高周波アンテナがターゲットとカップリングしないように高周波アンテナが、ターゲットから離れて設けられる必要が有る。また、隣り合うターゲット同士の隙間は、小さいほど、隙間部分による成膜ムラが小さくなる。
【００８６】
隣り合うターゲット同士の間隔は、アンテナ固定ブロックの幅や、マグネトロンカソードの幅などによる物理的な制約のために、各ターゲットの配設方向の厚みがない仮想のアンテナを用いたとしても通常、６０ｍｍ以下にはできないが、巻数が一周未満の線状の高周波アンテナ８０を用いれば、隣り合うターゲット同士の間隔を６０ｍｍ〜８０ｍｍ程度まで詰めることが出来る。この間隔においては、高周波アンテナ８０の高周波とターゲットがカップリングすることがなく、また、ターゲット間の隙間による成膜ムラも抑制できる。一方、コイル状の高周波アンテナ２８０を用いる場合には、ターゲットの配設方向に沿った高周波アンテナ２８０自体の幅が、高周波アンテナ８０に比べて大幅に大きくなるため、隣り合うターゲット同士の隙間による成膜ムラが大きくなる。このため、高周波アンテナ２８０を用いてターゲットを連接することは困難となる。
【００８７】
このように、スパッタリング装置１０Ｃでは巻数が一周未満の線状の高周波アンテナ８０が、各ターゲット６０のうち互いに隣り合うターゲット６０の隙間に設けられているので、巻数が一周以上の導体からなる高周波アンテナ２８０を用いるスパッタリング装置１０Ｃに比べて、隣り合うターゲット同士の間隔を近づけることができる。これにより、基板上に成膜される薄膜の均一性をより高めることができるので、複数のターゲットを連設することによって大形基板への成膜が容易となる。
【００８８】
なお、スパッタリング装置１０、１０Ａ〜１０Ｃは、酸素の反応性ガスを用いる反応性スパッタリングによってアルミニウムのターゲットと反応性ガスとの化合物（酸化アルミニウム）を基板上に成膜しているが、ターゲットとして、例えば、ＩＴＯ等の酸化物、またはケイ素その他の合金や単金属が採用されてもよい。また、反応性ガスとして、例えば、窒素、水素、あるいは水蒸気などが採用されてもよい。
【００８９】
また、スパッタリング装置１０、１０Ａ〜１０Ｃが、プラズマ生成ガスとしてスパッタガスと反応性ガスとのうちスパッタガスのみをチャンバー内導入し、ターゲットのスパッタリングによって、成膜対象の基板の表面にターゲットの粒子を堆積させて成膜しても良い。
【００９０】
また、スパッタリング装置１０、１０Ａ〜１０Ｃでは、チャンバー内に搬入された成膜対象の基板が、ターゲットに対して静止した状態で、成膜が行われているが、基板をターゲットに対して相対的に所定方向に走査させつつターゲットのスパッタリングによる成膜を行ってもよい。
【００９１】
また、スパッタリング装置１０（１０Ａ〜１０Ｃ）が、金属モード（金属状態）で反応性スパッタリングを行う場合でも、高周波アンテナ８０および保護パイプ４１１（アンテナ固定ブロック１８２ｂ、仕切材４１３）がスパッタ粒子の付着によって汚染されて高周波誘導結合プラズマの発生効率が低下することを抑制できる。これにより、高周波アンテナ８０の清掃メンテナンスまでの期間を延ばすことができるので、スパッタリング装置１０の稼働率が向上して生産性が向上する。従って、スパッタリング装置１０（１０Ａ〜１０Ｃ）が、金属モードで反応性スパッタリングを行うとしても本発明の有用性を損なうものではない。
【００９２】
上記のように構成された実施形態１〜４に係るスパッタリング装置１０、１０Ａ〜１０Ｃの何れによっても、成膜対象の基板の表面と、高周波アンテナ８０の基板側の端面８２との距離ＬＳが、基板の表面と、ターゲット６０の表面との距離ＴＳよりも長いので、高周波アンテナ８０およびその保護部材、すなわち保護パイプ４１１（アンテナ固定ブロック１８２、仕切材４１３）を表面６１から基板の反対側に引っ込めることができる。これにより、ターゲット６０がスパッタされたスパッタ粒子の高周波アンテナ８０およびその保護部材への付着を抑制できる。従って、スパッタ粒子の付着による成膜速度の低下、および装置の稼働率の低下を抑制できる。
【００９３】
また、上記のように構成された実施形態１、４に係るスパッタリング装置１０、１０Ｃによれば、高周波アンテナ８０のうち少なくとも成膜対象の基板側の端部が、その表面を筒状の誘電体の保護パイプによって覆われてチャンバー内に露出しているので、高周波誘導結合プラズマの密度の低下を抑制して、成膜速度の低下を抑制できる。
【００９４】
また、上記のように構成された実施形態１〜４に係るスパッタリング装置１０、１０Ａ〜１０Ｃの何れによっても、成膜対象の基板の表面と、高周波アンテナ８０の基板側の端面８２との距離が、基板の表面と、ターゲット６０の表面６１との距離に対して短い、あるいは同じ場合に比べて、表面６１においてターゲット粒子が反応性ガスと反応して生成する化合物が、化学量論比に近い化合物となることを抑制できる。従って、亜反応状態でスパッタされたスパッタ粒子が基板まで飛翔した後に反応性ガスとの反応をさらに進めることが容易になるので、基板上に成膜される薄膜の品質制御が容易となる。
【００９５】
また、上記のように構成された実施形態４に係るスパッタリング装置１０Ｃによれば、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナ８０が、複数のマグネトロンカソードにそれぞれ保持された各ターゲット６０のうち互いに隣り合うターゲット６０同士の隙間に設けられている。従って、巻数が一周以上の導体からなる高周波アンテナを用いる場合に比べて、隣り合うターゲット６０同士の間隔を近づけることができる。これにより、基板上に成膜される薄膜の均一性をより高めることができるので、複数のターゲット６０を連設することによって大形基板への成膜が容易となる。
【００９６】
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１０、１０Ａ〜１０Ｃ  スパッタリング装置
１１  チャンバー
１２  マグネトロンスパッタ用磁石
１４  ベース板（カソード）
１５  基板ステージ
１６１  高周波電源
１６２  スパッタ電源
１９  プラズマ生成ガス導入部（ガス導入部）
２４  ターゲット保持部
６０  ターゲット
７４  基板
８０  高周波アンテナ
９０  プラズマ発生部
１６４  電流計
１９１  反応性ガス供給部
１９２  流量コントローラ
２００  制御部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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