(57)【要約】【課題】大面積の基板に対応する薄膜形成においても、均一な優れた品質の薄膜形成を実現し、しかもその経済的コストを抑えて製造す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】本スパッタリング装置は、真空チャンバ内に設けられ、薄膜を形成すべき基板Ｓに対向して配置されたターゲット対１Ａ，１Ｂと、ターゲット対１Ａ，１Ｂ間での電子の移動を交互に行なうための交流電圧を供給する交流電源回路１０と、負の電圧がかかっているターゲットに交互に高周波電圧を印加する高周波電源１２ａ，１２ｂとを備え、交流電圧に高周波電圧が重畳される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に設けられ、薄膜を形成すべき基板に対向して配置されたターゲット対と、当該ターゲット対間での電子の移動を交互に行なうための交流電圧を供給する交流電源と、負の電圧がかかっているターゲットに交互に高周波電圧を印加する高周波電源とを備え、上記交流電圧に高周波電圧が重畳されるよう構成されていることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
真空チャンバ内に設けられた複数組のターゲット対と、各ターゲットに交流電圧を供給する１つの交流電源と、負の電圧がかかっているターゲットに交互に高周波電圧を印加する２つの高周波電源とを備え、上記交流電源から上記各ターゲットを放電するための所定の交流電圧を当該各ターゲットに供給するよう調整されたインダクタンスが各ターゲットに接続されているとともに、各ターゲットには当該ターゲット対間での電子の移動を交互に行なうための交流電圧が印加され、かつ、この交流電圧に高周波電圧が重畳されるよう構成されていることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】
複数のターゲットを放電するための所定の電流を上記１つの交流電源から所定比で分配して供給する分配器を備え、この分配器は、各ターゲット対それぞれに対応して設けられた一次側および二次側のトランスとからなるとともに、各ターゲット対に対応する一次側のトランス同士および二次側のトランス同士が相互に直列接続されており、当該トランスの巻数に基づく相対比が設定されることを特徴とする請求項２に記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応性スパッタリング装置に関する。更に詳しくは、ツインカソードで２つのカソード間の放電によって基板に薄膜を形成する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ツインカソードを用いたスパッタリング装置は、図６に示すように、一対のターゲット１Ａ，１Ｂに交互に電圧をかけて、カソードとアノードを交替させ、ターゲット間で電子を移動させる。こうした方式に加え、さらに基板をアース電位よりフローティングする構成とされている。こうした構成により、薄膜層のチャージを防ぐことができ、基板Ｓ側および治具などからの異常放電が発生しにくいものとなり、アーキングが抑制される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術においては、ターゲットの極性が周期的に切り替わることにより、アーキングをなくすことができるものの、基板にかかる電圧が高いという問題がある。この場合、基板のダメージが大きく、さらに、基板から吸着ガスの成分が膜中に放出され、膜質が低下する点が問題となっている。
【０００４】
従って、こうした反応性スパッタリングを用いた薄膜形成において、膜質の向上をはかるためには、基板の温度上昇を抑え、電圧を下げる必要がある。また、反応効率の向上も望まれている。大面積の基板に対応する薄膜形成技術において、均一な優れた品質の薄膜形成を実現し、しかもその経済的コストを抑えた技術が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するとともに、さらに優れた品質の薄膜形成を目指すものであり、今後さらに望まれる大面積の基板に対して、優れた品質の薄膜をその経済的コストを抑えて提供することができるスパッタリング装置を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する本発明のスパッタリング装置（以下、発明１という）は、真空チャンバ内に設けられ、薄膜を形成すべき基板に対向して配置されたターゲット対と、当該ターゲット対間での電子の移動を交互に行なうための交流電圧を供給する交流電源と、負の電圧がかかっているターゲットに交互に高周波電圧を印加する高周波電源とを備え、上記交流電圧に高周波電圧が重畳されるよう構成されていることによって特徴付けられる。
【０００７】
この構成により、ターゲット対の極性が互いに周期的に切り替わり、つまり、各ターゲット対が交互にカソード、アノードを繰り返し、負の電圧がかかっているターゲットから正の電圧がかかっているターゲットへ電子が移動する。従って、アーキングをなくすことができる。さらに、高周波電源はターゲットの極性がアノードの場合には、ターゲットに高周波電圧はかからない。一方、ターゲットの極性がカソードの場合には、ターゲットに高周波電圧が重畳されることにより、基板にかかる電圧を低くすることができ、低い電圧で放電することができる。
このように低電圧に追従して、電流を多く流すことができるので、スパッタレートを高くすることができる。
【０００８】
請求項２に対応する本発明のスパッタリング装置（以下、発明２という）は、この発明２の主要な原理を説明するための図３を参照しながら説明すると、真空チャンバ内に設けられた複数組のターゲット対（１Ａ，１Ｂ）、（２Ａ，２Ｂ）、（３Ａ，３Ｂ）と、各ターゲット１Ａ，１Ｂ…３Ａ，３Ｂに交流電圧を供給する１つの交流電源回路１０と、負の電圧がかかっているターゲットに交互に高周波電圧を印加する２つの高周波電源（図示せず）とを備え、交流電源回路１０から各ターゲット１Ａ，１Ｂ…３Ａ，３Ｂを放電するための所定の交流電圧を各ターゲット１Ａ，１Ｂ…３Ａ，３Ｂに供給するよう調整されたインダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６　が各ターゲット１Ａ，１Ｂ…３Ａ，３Ｂに接続されているとともに、各ターゲット１Ａ，１Ｂ…３Ａ，３Ｂにはターゲット対（１Ａ，１Ｂ）、（２Ａ，２Ｂ）、（３Ａ，３Ｂ）間での電子の移動を交互に行なうための交流電圧が印加され、かつ、交流電圧に高周波電圧が重畳される。
【０００９】
この構成は、大面積の基板に対応する構成であり、上記した発明１と同様の構成は、同様の作用をなす。発明２では、特に、１つの交流電源回路１０で６個のターゲットを放電させることができ、インダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６　を調整してターゲットに流れる電流を一定にすることができる。
【００１０】
発明２の構成において、複数のターゲットを放電するための所定の電流を上記１つの交流電源から所定比で分配して供給する分配器を備え、この分配器は、各ターゲット対それぞれのターゲットに対応して設けられた一次側および二次側のトランスとからなるとともに、各ターゲット対に対応する一次側のトランス同士および二次側のトランス同士が相互に直列接続されており、当該トランスの巻数に基づく相対比が設定される。
【００１１】
この構成では各トランスの巻数を所定の巻数に設定することによって交流電源から各ターゲットに所定電力を分配することができる。
【００１２】
さらに、以上の構成のスパッタリング装置において、上記高周波電圧は、一対の可変コンデンサがインダクタンスを介して接続されたバランス型のマッチングボックスを介して各ターゲットに供給されることが好ましい。
【００１３】
このような構成とすれば、放電していないターゲットに電圧がかかることがなく、アノード（正電圧）の場合には高周波電圧はかからないので、高周波電源に負担をかけない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明１の実施の形態にかかるスパッタリング装置の概略構成図である。
【００１６】
このスパッタリング装置は、真空チャンバ（図示せず）内に、ツインカソードを形成するターゲット対１Ａ，１Ｂが、基板Ｓに対向して設けられている。ターゲット対間での電子の移動を交互に行なうための交流電圧を印加する交流電源回路１０は周波数１０〜３００ＫＨｚのスイッチング回路と共振器とから構成されている。この共振器は、交流周波数の大きさに応じて変化する共振点に対応した共振周波数を自動的に設定して共振する自励発振型の構成となっている。つまり、この共振器のフィードバック機能により、以下に説明する分配器、ローパスフィルタ、流れる電流やターゲットなど全体のＬＣで最もよい周波数が自己選択される。
【００１７】
この共振回路を備えた交流電源回路１０から、周波数１０〜３００ＫＨｚの交流電圧が、インダクタンスＬ１，Ｌ２　を介して、所定の電圧でターゲット１Ａ，１Ｂに交互に供給される。これにより、ターゲット対１Ａ，１Ｂ間での電子の移動が交互に行なわれる。
【００１８】
一方、各ターゲット１Ａ，１Ｂには、周波数１３．５６〜６７．８ＭＨｚの高周波電源１２ａ，１２ｂが接続され、それぞれマッチング回路１１ａ、１１ｂを介して高周波電圧が重畳されるようになっている。この高周波電圧の重畳動作は、負の電圧がかかっているターゲットに対し行なわれ、これにより、例えば、１Ａ，５００Ｖでの放電を１Ａ，３００Ｖでの放電が可能になるなど、電圧を低く抑えることが可能となる。このように、電圧を低くできるのに追従して、電流を多く流すことができるので、スパッタレートが向上する。また、低い温度でスパッタ材料が結晶化されるので、膜質密度を向上させることができる。
【００１９】
従って、スパッタ時のイオンの活性化を促進し、高いエネルギ粒子の基板への衝撃を抑制するとともに、正の方向への電子の移動および基板への電流制御により、基板からの吸着ガスの成分の放出がなく、優れた膜質をえることができる。
さらに、スパッタ電圧を低くすることができ、チャージも少なく、スパークのない膜が得られる。
【００２０】
図２は、本発明２の実施の形態にかかるスパッタリング装置の概略構成図である。この実施形態は、大面積の基板に対応できる構成として構築されたものである。
【００２１】
真空チャンバ（図示せず）内に、ツインカソードを形成する複数のターゲット対（１Ａ，１Ｂ）、（２Ａ，２Ｂ）、（３Ａ，３Ｂ）が、基板Ｓに対向して設けられている。それぞれのターゲットに交流電圧を印加するための交流電力を供給する交流電源回路１０と、この交流電源回路１０からの交流電力をトランスの比に応じた分配を行うための分配トランス１１が設けられており、さらにこの交流電圧に重畳するための高周波電源１２（１３．５６ＭＨｚ）が設けられている。
交流電源回路１０は、上記の実施の形態に示された構成と同様であり、周波数１０〜３００ｋＨｚの交流電力を出力する。この交流電力を各ターゲットに分配する分配トランス１１は、インダクタンスを調整して各ターゲット１Ａ，１Ｂ…３Ａ，３Ｂに一定の電流をローパスフィルタ１６を介して供給する構成となっている。
【００２２】
分配トランス１１の具体的な例を、図４に示す。
【００２３】
この構成は、それぞれターゲットａ１　…ａｎ　、ターゲットｂ１　…ｂｎ　のそれぞれに電力を分配するためのトランスが設けられ、一次側のトランスＴ１１…Ｔ１ｎおよび二次側のトランスＴ２１…Ｔ２ｎが、それぞれ直列接続されてなる。インダクタンスは、これらの各トランスの巻数比によって相対比が設定されるものであり、この相対比はタップＰの位置を適宜設定することにより、可変とされている。この相対比を所定の値に設定し、この相対比に応じた巻数のトランスを設けることにより、ターゲットにかかる交流電圧が制御される。このように制御された交流電圧はそれぞれローパスフィルタ１６…１６を介してノイズや放射が抑制された状態で、各ターゲットに供給される。
【００２４】
一方、高周波電源１２からの高周波電圧は、各ターゲット１Ａ，１Ｂ…３Ａ，３Ｂに位相シフタ１５、電力増幅器１４、マッチングボックス１３を順に介して供給される。マッチングボックス１３は図１に示すような回路構成などが用いられる。
【００２５】
以上の構成の本実施形態のスパッタリング装置の動作を以下に説明する。
【００２６】
上記したように、共振器を備えた交流電源回路１０から、周波数１０〜３００ｋＨｚの出力電力が一定の状態で出力される。各ターゲット対（１Ａ，１Ｂ）、（２Ａ，２Ｂ）、（３Ａ，３Ｂ）が交互にカソード、アノードを繰り返し、負の電圧がかかっているターゲットから正の電圧がかかっているターゲットへ電子が移動する。一方、高周波電源はターゲットの極性がアノードの場合には、ターゲットに高周波電圧はかからない。一方、ターゲットの極性がカソードの場合には、ターゲットに高周波電圧がかかる。すなわち、交流電流に高周波電流が重畳されて、複数のターゲット対（１Ａ，１Ｂ）、（２Ａ，２Ｂ）、（３Ａ，３Ｂ）間のそれぞれで放電が行われる。
【００２７】
このように高周波電流が重畳されることにより、低いスパッタ電圧下でスパッタリングを行うことができる。また、このスパッタ時のイオンの活性化を促進し、高いエネルギ粒子の基板への衝撃を抑制するとともに、正の方向への電子の移動および基板への電流制御により、基板Ｓのダメージを防ぐことができ、また、基板Ｓの温度上昇も回避できる。そのため、基板からの吸着ガスの成分の放出を防ぐことができ、膜質の良い成膜を可能とする。さらに、スパッタ電圧を低くすることができ、チャージも少なく、スパークのない膜を成膜できる。また、アーキングを少なくすることができるとともに、低電圧に追従して、電流を多く流すことができるので、スパッタレートが高くなる。
【００２８】
また、本実施の形態では１つの交流電源の交流電圧を分配する構成であることから、通常、２０枚のカソードを備えた装置において、カソード１枚当たり２．５ｋＷの直流電源を１台、合計２０台の直流電源を装備するのに対し、本実施の形態では５０ｋＷの交流電源１台と、１０組の分配器を設置することで、経済的に有益である。
【００２９】
なお、上記したようにトランスの巻数比を設定することにより、各ターゲットに一定の電流を供給する構成として、例えば図５に示すような回路構成を採用することができる。この構成は、トランスの巻数比を１：１：１：１とする回路構成となっている。この構成では、各ターゲット１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂに供給される電流はすべて定電流となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のスパッタリング装置によれば、薄膜を形成すべき基板に対向して配置されたターゲット対と、このターゲット対間での電子の移動を交互に行なうための交流電圧を供給する交流電源と、負の電圧がかかっているターゲットに交互に高周波電圧を印加する高周波電源とを備え、交流電圧に高周波電圧が重畳されるよう構成したので、優れた膜質の成膜を実現でき、さらに大面積の基板に対しても、優れた品質の薄膜を経済的コストを抑えて提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明１の実施の形態にかかるスパッタリング装置の概略構成図である。
【図２】本発明２の実施の形態にかかるスパッタリング装置の概略構成図である。
【図３】本発明２の主要な原理を説明するための図である。
【図４】本発明２の別の実施の形態にかかるスパッタリング装置の回路図である。
【図５】本発明の更に別の実施の形態にかかるスパッタリング装置の回路図である。
【図６】従来のツインカソードを用いたスパッタリング装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ　　ターゲット
ａ１　…ａｎ　、ｂ１　…ｂｎ　　　　　　　ターゲット
１０　　　　　交流電源回路
１１　　　　　分配トランス
１２　　　　　高周波電源
Ｓ　　　　　　　基板
Ｌ１　…Ｌｎ　インダクタンス
Ｔ１１…Ｔ１ｎ　一次側のトランス
Ｔ２１…Ｔ２ｎ　二次側のトランス
【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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