(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、
表面が前記第一のターゲットの表面と平行にされた第三のターゲットと、
表面が前記第二のターゲットの表面と平行にされ、前記第三のターゲットの表面と対向配置された第四のターゲットと、
前記第一〜第四のターゲットの裏面に配置された第一〜第四のカソード電極とを有し、
前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置の成膜対象物表面に薄膜を形成するように構成され、
前記第一のターゲットの表面は、前記第三のターゲットの表面と同一平面内にあり、
前記第二のターゲットの表面は、前記第四のターゲットの表面と同一平面内にあり、
前記第一〜第四のカソード電極に接続され、交流電圧を出力するスパッタリング電源を有し、前記スパッタリング電源は、前記第一、第二のカソード電極に同じ極性で同じ大きさの電圧を印加し、前記第三、第四のカソード電極に同じ極性で同じ大きさの電圧を印加するように接続され、
前記スパッタリング電源は、前記第一、第二のカソード電極に負電圧が印加される時には、前記第三、第四のカソード電極に前記第一、第二のカソード電極に対して正電圧が印加され、
前記第三、第四のカソード電極に負電圧が印加される時には、前記第一、第二のカソード電極に前記第三、第四のカソード電極に対して正電圧が印加されるような交流電圧を出力するスパッタリング装置。
【請求項２】
前記第一、第二のターゲットは前記薄膜形成中の前記成膜対象物と前記第三、第四のターゲットの間に配置された請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら移動させる移動機構を有する請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記第三、第四のターゲットは、前記薄膜形成中の前記成膜対象物が前記第三、第四のターゲットの間の空間と対面するように配置された請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と、前記第三、第四のターゲットの間の空間に同時に対面させながら移動させる移動機構を有する請求項４記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
表面が互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、
表面が前記第一のターゲットの表面と平行にされた第三のターゲットと、
表面が前記第二のターゲットの表面と平行にされ、前記第三のターゲットの表面と対向配置された第四のターゲットとを有するスパッタリング装置の、
前記第一、第二のターゲット間の空間と対面する位置の成膜対象物に誘電体膜を成膜する成膜方法であって、
前記第一、第二のターゲットに負電圧を印加し、前記第三、第四のターゲットに前記第一、第二のターゲットに対して正電圧を印加する第一の電圧期間と、
前記第三、第四のターゲットに負電圧を印加し、前記第一、第二のターゲットに前記第三、第四のターゲットに対して正の電圧を印加する第二の電圧期間とが交互に繰り返される成膜方法。
【請求項７】
前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら前記成膜対象物を移動させて前記誘電体膜を成膜する請求項６記載の成膜方法。
【請求項８】
前記成膜対象物の移動方向の先端が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置に到達してから、前記成膜対象物の移動方向の最後尾が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置を通過し終わるまでに、前記第一、第二の電圧期間とがそれぞれ２回以上繰り返される請求項７記載の成膜方法。
【請求項９】
前記第一のターゲットの表面は、前記第三のターゲットの表面と同一平面内にあり、
前記第二のターゲットの表面は、前記第四のターゲットの表面と同一平面内にある請求項６記載の成膜方法。
【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と、それを用いた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物薄膜等の誘電体薄膜を製造する方法として、活性ガスをスパッタリング空間に導入し、ターゲットから得られるスパッタ材料と上記活性ガスとを反応させて化合物膜を堆積させる反応性スパッタリングによる製造方法が知られている。【０００３】
この反応性スパッタリングでは、通常、カソードが基板と平行に配置されている。そのため、カソード上のターゲットから垂直に放出されるスパッタ粒子が基板上に入射する。そのようなスパッタ粒子は高エネルギーなため、基板上に形成誘電体膜を形成する際、その誘電体膜にダメージを与えるという問題があった。【０００４】
従来、この問題を解決するために、対向ターゲット式スパッタリングによる製造方法が提案されている。この製造方法は、一対のターゲットを空間を隔てて互いに対向するように配置し、それらのターゲットに対し、垂直方向に磁界を発生させてペニング放電させる。（特許：特公昭６２−５６５７５号公報）
図７の符号１１０は従来技術の対向ターゲット式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１１０は、真空槽１１１を有しており、該真空槽１１１内には、二台のターゲット１２１ａ、１２１ｂが表面を互いに一定距離だけ離間して平行に対向配置されている。各ターゲット１２１ａ、１２１ｂの裏面はカソード電極１２２ａ、１２２ｂに取りつけられ、【０００５】
カソード電極１２２ａ、１２２ｂの裏面には、磁石部材１１５ａ、１１５ｂが配置されている。磁石部材１１５ａ、１１５ｂは、ヨーク１２９ａ、１２９ｂにリング状の磁石１２３ａ、１２３ｂが取りつけられて構成されている。【０００６】
各磁石１２３ａ、１２３ｂは、それぞれ一方の磁極をターゲット１２１ａ、１２１ｂ向け、他方の磁極をターゲットとは反対方向に向けて配置されている。且つ、二個の磁石１２３ａ、１２３ｂは、異なる極性の磁極がターゲット１２１ａ、１２１ｂに向けられている。【０００７】
要するに、一方の磁石１２３ａが、ターゲット１２１ａにＮ極を向けている場合、他方の磁石１２３ｂは、ターゲット１２１ｂにＳ極を向けている。磁石１２３ａ、１２３ｂはリング状であるので、磁石１２３ａ、１２３ｂの間には筒状の磁力線が形成される。【０００８】
真空排気系１１６によって真空槽１１１内を真空排気し、ガス導入系１１７からスパッタガスを導入し、ターゲット１２１ａ、１２１ｂに電圧を印加すると、ターゲット１２１ａ、１２１ｂで挟まれた空間にスパッタガスのプラズマが発生し、ターゲット１２１ａ、１２１ｂの表面がスパッタされる。【０００９】
ターゲット１２１ａ、１２１ｂで挟まれた空間の側方には、成膜対象物１１３が配置されている。ターゲット１２１ａ、１２１ｂから斜めに飛び出し、真空槽１１１内に放出されたスパッタ粒子によって、成膜対象物１１３表面に薄膜が形成される。
【００１０】
このスパッタリング装置１１０によれば、高速エネルギーをもった粒子を筒状の磁力線により、一対のターゲット間に閉じ込めることができる。従って、高速エネルギー粒子が基板に入射することを防止することが可能になり、低ダメージな薄膜の製造が可能であった。【００１１】
なお、通常のスパッタリングでは、スパッタガスとして不活性ガスのみを用いるが、上記反応性スパッタリングでは、スパッタガスとして不活性ガスに活性ガスを加え、ターゲットから飛び出してくる固体粒子と活性ガスとの反応物を成膜することを特徴とする。【００１２】
酸化物薄膜を成膜するの場合、スパッタガスに、活性ガスとして酸素ガスを同時に導入する。そのため、ターゲット表面が酸化され、さらに防着板やアースシールド等にも誘電体膜が堆積し、異常アーク放電が頻繁に発生する恐れがある。【００１３】
この異常アーク放電を解消するために、従来、上記対向する二つのターゲットに位相を１８０度ずらした交流電場を印加することが提案されている。（特許：特開平１１−２９８６２号公報）
しかしながら、交流電場を印加した場合であっても、誘電体膜の成膜を続けると、ターゲット表面、防着板、カソードボックス（スパッタ室）の内壁等に誘電体膜が堆積し、異常アーク放電が起こった。【００１４】
更に、誘電体膜の成膜を続け、カソードボックスの内壁全体に誘電体膜が堆積すると、プラズマが接地電位を求めて筒状磁力線の内部から基板が配置された側の空間に噴出し、基板がプラズマによってダメージを受けるという問題があった。
【特許文献１】特公昭６２−５６５７５号公報
【特許文献２】特開平１１−２９８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、誘電体膜を成膜する場合であっても、異常放電が発生しないスパッタリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために本発明はスパッタリング装置であって、表面が互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、表面が前記第一のターゲットの表面と平行にされた第三のターゲットと、表面が前記第二のターゲットの表面と平行にされ、前記第三のターゲットの表面と対向配置された第四のターゲットと、前記第一〜第四のターゲットの裏面に配置された第一〜第四のカソード電極とを有し、前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置の成膜対象物表面に薄膜を形成するように構成され、前記第一のターゲットの表面は、前記第三のターゲットの表面と同一平面内にあり、前記第二のターゲットの表面は、前記第四のターゲットの表面と同一平面内にあり、前記第一〜第四のカソード電極に接続され、交流電圧を出力するスパッタリング電源を有し、前記スパッタリング電源は、前記第一、第二のカソード電極に同じ極性で同じ大きさの電圧を印加し、前記第三、第四のカソード電極に同じ極性で同じ大きさの電圧を印加するように接続され、前記スパッタリング電源は、前記第一、第二のカソード電極に負電圧が印加される時には、前記第三、第四のカソード電極に前記第一、第二のカソード電極に対して正電圧が印加され、前記第三、第四のカソード電極に負電圧が印加される時には、前記第一、第二のカソード電極に前記第三、第四のカソード電極に対して正電圧が印加されるような交流電圧を出力するスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、前記第一、第二のターゲットは前記薄膜形成中の前記成膜対象物と前記第三、第四のターゲットの間に配置されたスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら移動させる移動機構を有するスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、前記第三、第四のターゲットは、前記薄膜形成中の前記成膜対象物が前記第三、第四のターゲットの間の空間と対面するように配置されたスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と、前記第三、第四のターゲットの間の空間に同時に対面させながら移動させる移動機構を有するスパッタリング装置である。
本発明は、表面が互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、表面が前記第一のターゲットの表面と平行にされた第三のターゲットと、表面が前記第二のターゲットの表面と平行にされ、前記第三のターゲットの表面と対向配置された第四のターゲットとを有するスパッタリング装置の、前記第一、第二のターゲット間の空間と対面する位置の成膜対象物に誘電体膜を成膜する成膜方法であって、前記第一、第二のターゲットに負電圧を印加し、前記第三、第四のターゲットに前記第一、第二のターゲットに対して正電圧を印加する第一の電圧期間と、前記第三、第四のターゲットに負電圧を印加し、前記第一、第二のターゲットに前記第三、第四のターゲットに対して正の電圧を印加する第二の電圧期間とが交互に繰り返される成膜方法である。
本発明は成膜方法であって、前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら前記成膜対象物を移動させて前記誘電体膜を成膜する成膜方法である。
本発明は成膜方法であって、前記成膜対象物の移動方向の先端が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置に到達してから、前記成膜対象物の移動方向の最後尾が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置を通過し終わるまでに、前記第一、第二の電圧期間とがそれぞれ２回以上繰り返される成膜方法である。
本発明は成膜方法であって、前記第一のターゲットの表面は、前記第三のターゲットの表面と同一平面内にあり、前記第二のターゲットの表面は、前記第四のターゲットの表面と同一平面内にある成膜方法である。
【００１７】
本発明は上記のように構成されており、第一〜第四のターゲットは、裏面側に配置された第一〜第四のカソード電極にそれぞれ電気的に接続され、第一〜第四のターゲットは、その裏面側に配置されたカソード電極と同じ電圧が印加されるように構成されている。【００１８】
第一、第二のターゲットに負電圧を印加してスパッタリングすると、第一、第二のターゲットの間の空間にスパッタ粒子が放出され、第三、第四のターゲットに負電圧を印加してスパッタリングすると、第三、第四のターゲットの間の空間にスパッタ粒子が放出される。【００１９】
第一、第二のターゲットは、移動経路と第三、第四のターゲットの間に位置しているから、第三、第四のターゲットから放出されたスパッタ粒子は前記第一、第二のターゲットの間の空間を通過して、前記成膜対象物に到達する。
【発明の効果】
【００２０】
第一〜第四のターゲットのうち、対向する２枚のターゲットに負電圧を印加してスパッタリングする時には、該負電圧に対し正の電圧が、対向する他の２枚のターゲットに印加され、スパッタリングされないターゲットがスパッタリングされるターゲットに対してアースとして機能するので、スパッタ室内壁やアースシールドが誘電体膜で覆われても異常放電が起こり難い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のスパッタリング装置の断面図
【図２】第一例のスパッタリング装置のスパッタ室を模式的に示す斜視図
【図３】第二例のスパッタリング装置のスパッタ室を模式的に示す斜視図
【図４】移動機構の他の例を説明する断面図
【図５】フラットバンドシフトと誘電体膜の膜厚の関係を示すグラフ
【図６】基板温度と成膜時間の関係を示すグラフ
【図７】従来技術のスパッタリング装置を説明する断面図
【符号の説明】
【００２２】
１……スパッタリング装置    ４……電源    ５……成膜対象物（基板）    ６……スパッタ室    ７……移動機構    ２１ａ〜２１ｄ……第一〜第四のターゲット    ２２ａ〜２２ｄ……第一〜第四のカソード電極    ２５ａ〜２５ｄ……第一〜第四の磁石部材
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１の符号１は、本発明の第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１は、縦型のインターバック式の装置であり、真空槽１１を有している。真空槽１１は搬送室９と、後述するスパッタリングが行われるスパッタ室６とを有している。搬送室９内部には成膜対象物である基板５を搬送室９内で搬送する移動機構７が配置されている。【００２４】
搬送室９には搬入口４１と搬出口４２が設けられている。搬入口４１には不図示の搬出入室が接続され、搬出口４２には不図示の後処理室が接続されている。
成膜対象物である基板５は、搬出入室から搬入口４１を通って搬送室９内に搬入されると、キャリア１３に保持されるようになっている。移動機構７は基板５の成膜面が同一平面１４内に位置する状態を維持したまま搬入口４１から搬出口４２の間でキャリア１３を基板５と一緒に直線移動させる。【００２５】
搬送室９の壁面には搬入口４１と搬出口４２の間の位置に開口１６が設けられている。スパッタ室６は開口１６を介して搬送室９に気密に接続されている。基板５は成膜面を開口１６に向けた状態で、開口１６と対面する位置を通過するようになっている。【００２６】
スパッタ室６の内部には板状の第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄが配置されている。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは表面が互いに対向して位置し、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄも表面が互いに対向して位置している（図２）。【００２７】
第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの表面は、それぞれ第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面と平行である。ここでは、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの表面は、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面とそれぞれ同一平面内に位置している。【００２８】
第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄよりも開口１６から近くに配置されている。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ間の空間４５の中心と、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの間の空間４６の中心を結ぶ直線の延長線上に、基板５が直線移動する経路が位置している。第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの間の空間４６は、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間４５を介して開口１６と面している。【００２９】
第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの裏面側には第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄがそれぞれ配置されている。第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄによって第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの表面に磁力線が形成されるように構成されている。【００３０】
第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの裏面には第一〜第四のカソード電極２２ａ〜２２ｄが配置されている。第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄは第一〜第四のカソード電極２２ａ〜２２ｄの表面にそれぞれ密着して取り付けられている。
第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの周囲にはアースシールド２４がそれぞれ設けられている。アースシールド２４は真空槽１１と同じ接地電位に接続されている。【００３１】
真空槽１１の外部には電源４が配置されている。真空排気系１９は真空槽１１内を真空排気する。ガス導入系１８から、スパッタガスと、必要に応じて活性ガスが真空槽１１内に導入され、成膜雰囲気が形成される。第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄ表面に磁力線を形成した状態で電源４からカソード電極２２ａ〜２２ｄに電圧を印加すると、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄに電圧が印加され、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの表面がスパッタされ、スパッタ粒子が放出されるように構成される。【００３２】
図１の符号Ｖで基板５の移動する移動方向を表す。同図の符号Ａは第一、第三のターゲット２１ａ、２１ｃ表面が位置する平面を表す。同図の符号Ｂは第二、第四のターゲット２１ｂ、２１ｄ表面が位置する平面を表す。平面Ａ、Ｂは、移動方向Ｖと直交するようになっている。
基板５は、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの間の空間４５、４６と一定距離だけ離間した状態を維持して移動する。第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの表面から放出されたスパッタ粒子は基板５の成膜面に略垂直に入射して薄膜が形成される。【００３３】
次に、誘電体膜を成膜する場合のスパッタリング装置１の構成について説明する。
第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄはリング状の第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄを有している。第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄは、リングが位置する平面と第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄ表面とが略平行にされ、リングの中心軸線が第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの表面に対して略垂直になるよう配置されている。【００３４】
第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄは第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄに向けられた面に磁極が形成されている。
第一、第二のリング磁石２７ａ、２７ｂは互い異なる極性の磁極が第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに向けられ、第三、第四のリング磁石２７ｃ、２７ｄも互いに異なる極性の磁極が第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄに向けられている。
第一、第二のリング磁石２７ａ、２７ｂの間には、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面を通る筒状に磁力線が形成され、第三、第四のリング磁石２７ｃ、２７ｄの間には、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの表面を通る筒状の磁力線が形成される。【００３５】
第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの平面形状は、第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄのリング外周よりも小さく、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄは、裏面に位置するリング磁石２７ａ〜２７ｄの外周からはみ出ないようにされている。
第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂとその間の空間４５は第一、第二のリング磁石２７ａ、２７ｂが形成する筒状磁力線で取り囲まれ、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄとその間の空間４６は第三、第四の磁石部材２５ｃ、２５ｄが形成する筒状磁力線で取り囲まれる。従って、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間４５と、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの間の空間は互いに異なる筒状磁力線で取り囲まれる。【００３６】
同じ平面Ａ、Ｂ内で隣接する磁石部材２５ａ〜２５ｄは、同じ極性の磁極をターゲット２１ａ〜２１ｄに向けている。即ち、第一、第三のリング磁石２７ａ、２７ｃの第一、第三のターゲット２１ａ、２１ｃに向けられた磁極の極性は同じである。第二、第四のリング磁石２７ｂ、２７ｄの第二、第四のターゲット２１ｂ、２１ｄに向けられた磁極の極性も同じになっている。
第一、第三のリング磁石２７ａ、２７ｃの間と、第二、第四のリング磁石２７ｂ、２７ｄの間に第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄ表面を貫く磁力線は形成されず、筒状の磁力線の磁束密度が減少しない。【００３７】
第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄの裏面側には第一〜第四のヨーク２６ａ〜２６ｄがそれぞれ配置されている。第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄは第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄ側の磁極と反対の磁極が形成された面が第一〜第四のヨーク２６ａ〜２６ｄにそれぞれ密着している。磁力線は第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄとは反対側に膨らまないようになっている。【００３８】
ここでは、第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄの内側に第一〜第四の棒状磁石２８ａ〜２８ｄがそれぞれは位置されている。第一〜第四の棒状磁石２８ａ〜２８ｄは、その周囲のリング磁石２７ａ〜２７ｄと同じ極性の磁極が第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄに向けられている。【００３９】
従って、この第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄでは、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄ側の磁極の間隔が、棒状磁石が無い場合に比べて狭い。第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄ表面を貫く磁力線は、同じ磁石部材２５ａ〜２５ｄに戻らない。
従って、棒状磁石が無い場合に比べて筒状磁力線の密度は高くなる。このように、第一、第二のリング磁石２７ａ、２７ｂの間と、第三、第四のリング磁石２７ｃ、２７ｄの間の筒状磁力線の磁束密度は高い。それゆえ、上述したスパッタリングの際には、筒状磁力線の内部にプラズマが閉じ込められる。【００４０】
搬送室９とスパッタ室６は接地電位に接続されている。
電源４は交流電源であって、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに接地電位に対して負電圧を印加する時には、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄに第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに対して正電圧を印加し、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄに接地電位に対して負電圧を印加する時には、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄに対して正電圧を印加するよう構成されている。
従って、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ表面のスパッタリングと、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄ表面のスパッタリングが交互に起こる。【００４１】
第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに印加される電圧の大きさは正負いずれの場合も同じである。同様に、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄに印加される電圧の大きさも正負いずれの場合も同じになっている。従って、互いに対向する２枚のターゲット２１ａ〜２１ｄの間には電位差が生じない。その結果、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは均一にスパッタリングされ、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄも均一にスパッタリングされる。【００４２】
誘電体膜を成膜する時には、導電性材料からなる第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄを第一〜第四のカソード電極２２ａ〜２２ｄに取付けておく。真空槽１１内を所定圧力まで真空排気する。真空排気を続けながら、活性ガスを、スパッタガスと共に真空槽１１内に導入して成膜雰囲気を形成する。
尚、活性ガスは、導電性材料と反応して誘電体材料を生成するガスである。ここでは、スパッタガスは希ガスである。【００４３】
搬送室９とスパッタ室６を接地電位に置く。成膜雰囲気を維持しながら、電源４から第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄに交流電圧を印加する。その交流電圧によって、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに接地電位に対して負電圧が印加される時に、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄに第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに対して正電圧が印加される。また、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄに接地電位に対して負電圧が印加される時に、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄに対して正電圧が印加される。
その結果、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ表面と、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄ表面が交互にスパッタリングされる。【００４４】
予め搬送室９に基板５を搬入しておく。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ表面のスパッタリングと、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの表面のスパッタリングを続けながら、基板５を上述した移動機構７によって移動させる。【００４５】
基板５は開口１６と面する位置に到達すると、開口１６を介して第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間４５と対面し、成膜面にスパッタリング粒子が到達し始める。【００４６】
電源４が出力する交流電圧の周波数は、基板５の移動方向Ｖ先端が開口１６と面する位置に到達してから、移動方向Ｖ最後尾が開口１６と面する位置を通過し終わる間に、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面と、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの表面が複数回ずつスパッタリングされるように設定されている。【００４７】
第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄは第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂよりも開口１６から遠い位置にある。従って、１枚の基板５には開口１６から遠い位置で放出されたスパッタ粒子と、開口１６から近い位置で放出されたスパッタ粒子が交互に複数回ずつ到達することになる。【００４８】
開口１６から遠い位置で放出されたスパッタ粒子は、開口１６から近い位置で放出されたスパッタ粒子に比べて基板５に到達する割合が少ない。しかし、本発明の成膜方法では、開口１６から遠い位置で放出されたスパッタ粒子と、開口１６から近い位置で放出されたスパッタ粒子が交互に複数回ずつ同じ基板５に到達する。その結果、成膜面の各部分に到達するスパッタ粒子の量が平均化される。【００４９】
スパッタ粒子は、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄ表面から基板５の成膜面へ到達する間、又は基板５の成膜面に到達してから、活性ガスと反応して誘電体材料が生成される。従って、基板５表面には誘電体膜が形成される。上述したように、基板５成膜面の各部分に到達するスパッタ粒子の量は平均化されている。従って、成膜面には膜厚均一な誘電体膜が形成される。【００５０】
活性ガスを供給しながら、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄのスパッタリングを続けると、スパッタ室６の内壁やアースシールド２４の表面にも誘電体膜が形成される。その結果、スパッタ室６やアースシールド２４がアースとして機能しなくなる。【００５１】
本発明では、２枚の対向するターゲット２１ａ〜２１ｄの表面がスパッタリングされる時には、他の２枚の対向するターゲット２１ａ〜２１ｄが、スパッタされるターゲット２１ａ〜２１ｄに対して正の電圧に置かれる。その結果、スパッタされないターゲット２１ａ〜２１ｄがアースとして機能する。【００５２】
しかも、２枚の対向するターゲット２１ａ〜２１ｄと他の２枚のターゲット２１ａ〜２１ｄは交互にスパッタリングされる。ターゲット２１ａ〜２１ｄ表面に誘電体膜が付着しても、スパッタリングによって誘電体膜が除去される。そのため、スパッタ室６内には常にアースが存在することになる。そのアースが異常放電を防止する。【００５３】
搬送室９は接地電位に接続されている。スパッタ室６の内壁が誘電体膜で覆われると、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄ間の空間４５、４６のプラズマは接地電位を求めて搬送室９に引き付けられる。【００５４】
しかし、搬送室９よりも近くにアースとして機能するターゲット２１ａ〜２１ｄがある。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂがスパッタリングされる時には、その間の空間４５のプラズマは開口１６から引き出されず、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの間の空間４６に引き込まれる。
逆に、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄがスパッタリングされる時には、その間の空間４６のプラズマは開口１６の手前で第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間４５に引き込まれる。従って、いずれの場合もプラズマは開口１６から搬送室９内に引き込まれない。基板５はプラズマによってダメージを受けない。【００５５】
上記第一例のスパッタリング装置１では、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの間の空間４６が、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間４５を介して開口１６と面した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。【００５６】
図３の符号５０は本発明第二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５０は、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄ表面がそれぞれ第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ表面と平行な面（ここでは同一面）にある点で第一例のスパッタリング装置１と同じである。
しかし、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄは、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂと開口１６からの距離と略等しくされている。第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの間の空間４６は第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間４５と同様に、直接開口１６と面する。【００５７】
従って、第二例のスパッタリング装置５０では、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄから放出されるスパッタ粒子は、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間４５を通らない。そのスパッタ粒子は、直接開口１６から基板５に向けて飛行する。【００５８】
第二例のスパッタリング装置５０においても、第一例のスパッタリング装置１と同様に、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの裏面側に第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄが配置されている（ここでは第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄを図示しない）。それらの磁石部材２５ａ〜２５ｄによって、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄ表面を通る磁力線がそれぞれ形成される。【００５９】
第二例のスパッタリング装置５０は、第一例のスパッタリング装置１と同様に、第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄが第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄを有する。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｄの間の空間４５を取り囲む筒状の磁力線と、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの間の空間４６を取り囲む筒状の磁力線とがそれぞれ形成される。【００６０】
次に、このスパッタリング装置５０で誘電体膜を成膜する工程について説明する。導電体材料からなる第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄをカソード電極２２ａ〜２２ｄに取り付け、第一例のスパッタリング装置１で誘電体膜を成膜する場合と同様に、成膜雰囲気を形成する。
搬送室９とスパッタ室６を接地電位に置いた状態で、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄに交流電圧を印加する。
第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに接地電位に対して負電圧が印加される時には、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄは第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに対して正電圧が印加される。
第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄに接地電位に対して負電圧が印加される時には、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄに対して正電圧が印加される。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ表面と、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄ表面は交互にスパッタリングされる。【００６１】
このスパッタリング装置５０においても、スパッタリングされないターゲット２１ａ〜２１ｄがアースとして機能する。そのため異常放電が起こらない。また、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄ間の空間４５、４６からプラズマが搬送室９に引き出されない。従って、基板５はダメージを受けない。【００６２】
第二例のスパッタリング装置５０は、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄが開口１６と直接面する。そのため、第一例のスパッタリング装置１に比べて、スパッタ粒子が広い範囲に放出される。第二例のスパッタリング装置５０は、第一例のスパッタリング装置１よりも成膜面積の広い基板５を成膜するのに適している。しかしながら、薄膜の膜厚分布は、第一例のスパッタリング装置１の方が、第二例のスパッタリング装置５０よりも均一になる。【００６３】
以上は、基板５が搬送室９内で直線移動する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。図４の符号６１は本発明に用いる移動機構の他の例を示している。【００６４】
この移動機構６１は搬送ドラム６７を有している。搬送ドラム６７は搬送室９内部の開口１６と対面する位置で、側面が開口１６に向けて配置されている。搬送ドラム６７は不図示の駆動機構に接続されている。駆動機構を動作させると、搬送ドラム６７がその中心軸線と開口１６との相対的な位置関係を維持したまま、中心軸線を中心として回転するように構成されている。【００６５】
基板５は、搬出入室から搬送室９に搬入されると、搬送ドラム６７の側面に取り付けられる。搬送ドラム６７を回転させると、基板５は搬送ドラム６７の中心軸線を中心とする円周に沿って回転移動する。基板５は移動する途中に開口１６と対面する位置を通過する。【００６６】
図４の符号ｖは基板５の移動方向を示している。移動方向ｖが第一、第三のターゲット２１ａ、２１ｃの表面が位置する平面Ａと、第二、第四のターゲット２１ｂ、２１ｄの表面が位置する平面Ｂと垂直になった時に、基板５の中心から第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂまでの距離はそれぞれ等距離になる。
基板５の中心から第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄまでの距離もそれぞれ等距離になるようにされている。その結果、基板５が開口１６に近づく時と遠ざかる時のスパッタ粒子の量は均一になる。
この移動機構６１は、上述した第一、第二例のスパッタリング装置１、５０のいずれに用いてもよい。【００６７】
以上は、ターゲットの枚数が４枚の場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの他に、互いに対向する２枚のターゲットの組を１組以上スパッタ室６に配置してもよい。【００６８】
また、スパッタ室６の数も１つに限定されない。２つ以上のスパッタ室を同じ搬送室９に接続し、基板５が搬送室９内を移動する間に、成膜面に２種類以上の膜を積層してもよい。【００６９】
上記誘電体膜の成膜に用いる第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの具体例を述べる。例えば、鉄や、アルミニウム等の金属ターゲットや、シリコンターゲットである。シリコンターゲットには必要に応じてホウ素等のドーパントを１種類以上添加してもよい。【００７０】
活性ガスの種類も特に限定されない。例えば、導電性材料を酸化させて酸化物を生成する酸化ガス、導電性材料を窒化させて窒化物を生成する窒化ガスがある。酸化ガスと窒化ガスのいずれか一方又は両方を用いることが可能である。酸化ガスとしてはＯ2、Ｏ3、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2のうち少なくとも１種類を用いることができる。窒化ガスとしてはＮ2、ＮＨ4のうち少なくとも１種類を用いることができる。【００７１】
また、活性ガスやスパッタガスと一緒にキャリアガスを真空槽１１内に導入することもできる。活性ガスの濃度やスパッタガスの濃度をキャリアガスで調整することができる。
スパッタガスの種類も特に限定されない。希ガス、例えば、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ等を用いることができる。【００７２】
本発明のスパッタリング装置１、５０を用いて成膜可能な誘電体膜は、例えば、ＳｉＯ2薄膜、Ａｌ2Ｏ3薄膜、ＳｉＮx薄膜、ＩＴＯ薄膜、ＳｎＯ2薄膜、ＺｎＯx薄膜、ＩＺＯ薄膜等である。【００７３】
第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄに導電性材料で構成されたものを用いなくてもよい。例えば、誘電体材料からなる第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄを用いて誘電体膜を成膜してもよい。この場合は活性ガスを導入せずに成膜雰囲気を形成してもよい。また、酸素原子や窒素原子を補完するために活性ガスを導入して成膜雰囲気を形成してもよい。【００７４】
また、第一、第二例のスパッタリング装置１、５０は、誘電体膜の成膜に用いられるだけでなく導電性膜の成膜に用いることもできる。
この場合は、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄとして導電性材料からなるものを用いる。その第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄを、酸化ガスのような活性ガスを導入させずにスパッタリングする。【００７５】
導電性膜を成膜する場合は、スパッタ室６の内壁やアースシールド２４表面に誘電体膜が形成されない。そのため、プラズマを第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの間の空間４５、４６に捕捉する必要がない。従って、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄ全部に負電圧を印加して第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄを同時にスパッタリングしてもよい。【００７６】
以上は、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂと、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄを交互にスパッタリングする場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。【００７７】
例えば、第一〜第四のカソード電極２２ａ〜２２ｄのうち、対向する２つのカソード電極２２ａ〜２２ｄを真空槽１１と同じ接地電位に置く。その状態を維持したまま、他の２つのカソード電極２２ａ〜２２ｄに接地電位に対して負電圧を印加する。その結果、負電圧が印加されたカソード電極２２ａ〜２２ｄ上のターゲット２１ａ〜２１ｄだけがスパッタリングされる。【００７８】
この場合、接地電位に置くカソード電極２２ａ〜２２ｄにはターゲット２１ａ〜２１ｄを取り付けてもよいし、ターゲット２１ａ〜２１ｄを取り付けなくてもよい。
スパッタリングされるターゲット２１ａ〜２１ｄが取り付けられたカソード電極２２ａ〜２２ｄには、直流電圧を印加することができる。更に、そのカソード電極２２ａ〜２２ｄには、交流電圧を印加して接地電位に対して負電圧と、該負電圧に対して正の電圧を交互に印加することができる。【００７９】
尚、本発明でカソード電極２２ａ〜２２ｄに印加する負電圧とは、真空槽１１が置かれた接地電位に対して負の電圧である。また、負電圧が印加されたカソード電極２２ａ〜２２ｄに対して正の電圧とは、その負電圧よりも絶対値が小さい負電圧と、真空槽１１と同じ接地電位と、接地電位に対して正の電圧とがある。【００８０】
第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄは同じ材料で構成されたものを用いてもよい。また、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄは異なる材料で構成されたものを用いてもよい。第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄに異なる材料のものを用いれば、基板５の成膜面に形成される薄膜は２種類以上の材料で構成された複合膜となる。【００８１】
第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄに印加する電圧は、直流電圧でもよいし、交流電圧でもよいし、パルス状の直流電圧（交番電圧）でもよい。更に、それらを重畳した電圧を印加してもよい。第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄが誘電体材料で構成される場合には交流電圧を印加することが好ましい。【００８２】
第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄの配置場所は特に限定されない。第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄは真空槽１１の内部又は外部に配置することができる。第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄを真空槽１１（スパッタ室６）外部に配置する場合は、スパッタ室６を磁力線が透過可能な透磁性材料で構成することが望ましい。【００８３】
尚、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの形状や大きさ、第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄの形状や大きさも特に限定されるものではない。例えば、第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄは横７０ｍｍ、縦３３０ｍｍの長方形の板状である。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ間の距離と、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄ間の距離はそれぞれ１００ｍｍである。【００８４】
この第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの裏面側に配置する第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄの一例を述べる。第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄがリングの幅は１０ｍｍである。そのリングの外周は横９０ｍｍ、縦３４０ｍｍの長方形形状である。第一〜第四のヨーク２６ａ〜２６ｄは横９０ｍｍ、縦３４０ｍｍの長方形の板状である。第一〜第四の棒状磁石２８ａ〜２８ｄは横１０ｍｍ、長さ２７０ｍｍの長方形形状である。【００８５】
この第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄにおいて、第一〜第四の棒状磁石２８ａ〜２８ｄの短辺から、第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄのリング内周までの距離は２５ｍｍである。第一〜第四の棒状磁石２８ａ〜２８ｄの長辺から、第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄのリング内周までの距離は３０ｍｍである。【００８６】
第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄのスパッタリングされる側の面から第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄまでの距離は、例えば３０ｍｍである。
また、開口１６から基板５の移動経路までの距離も特に限定されない。例えば、上述したサイズの第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄと、第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄを用いる場合、１２０ｍｍである。【００８７】
第一〜第四の磁石部材２５ａ〜２５ｄを構成する磁石の種類や配置は特に限定されない。例えば、第一〜第四のリング磁石２７ａ〜２７ｄの内側に棒状磁石を配置しなくてもいい。この場合、各リング磁石２７ａ〜２７ｄのリングの幅が狭く、ターゲット２１ａ〜２１ｄに向けられた磁極間の距離が短ければ、棒状電極が無くても筒状磁力線の磁束密度は低くならない。【００８８】
以上は、第一、第三のターゲット２１ａ、２１ｃが同一平面Ａに位置し、第二、第四のターゲット２１ｂ、２１ｄが同一平面Ｂに位置し、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の距離と、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの距離が略等しい場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ間の距離に比べて、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの距離が小さくてもいい。逆に、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ間の距離に比べて、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄの距離が逆に大きくてもいい。【００８９】
以上は、基板５を移動させながらスパッタリングを行うスパッタリング装置について説明した。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、基板５を開口１６と対面する位置で静止させ、基板５と第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄの相対的な位置関係を変えずにスパッタリングすることができる。そのようなスパッタリングが可能なスパッタリング装置と、成膜方法も本発明には含まれる。
【実施例】
【００９０】
基板５として成膜面に膜厚２ｎｍの熱酸化膜が形成されたＳｉウエハー基板及びガラス基板を用意した。基板５を図１の装置のキャリア１３に取付けた。真空槽１１内を５×１０-5Ｐａまで排気した。ガス導入系１８からスパッタガスであるアルゴンガス（流量１１０ｓｃｃｍ）と、酸化ガスである酸素ガス（流量９０ｓｃｃｍ）を導入し、真空槽１１内部に圧力０．６７Ｐａの成膜雰囲気を形成した。【００９１】
２対の対向カソード（第一〜第四のカソード電極２２a〜２２ｄ）間にＡＣ電源１．５ｋＷ（カソード電極の表面の面積１ｃｍ2当たり６．７W）を投入した。キャリア１３を搬送速度１５ｍｍ／分で開口１６と対面する位置を通過させて成膜を行った。第一〜第四のターゲット２１ａ〜２１ｄとしてはSiからなるものを用いた。
上記の方法で成膜したＳｉＯ2膜を分析した。そのＳｉＯ2膜は、光の吸収がほとんどない良好な光学薄膜であることが分かった。【００９２】
製造された上記ＳｉＯ2膜表面にＡｌ電極を加熱蒸着で形成し、Ｃ−Ｖ測定を行った。熱酸化膜での結果と比較したところ、フラットバンドシフトは０．０４Ｖと良好な特性を得ることができた（図５）。【００９３】
図７に示したような、１対の対向ターゲットを有する従来技術のスパッタリング装置１１０でＳｉＯ2膜を成膜した。ガス流量は図１の装置を用いた場合の条件と同じにした。投入パワーはＤＣ電源３．０ｋＷ（カソード電極の表面の面積１ｃｍ2当たり６．７W）とした。基板キャリアを搬送速度１５ｍｍ／分で通過させ成膜を行った。【００９４】
光学特性は図１の装置を用いた場合と同等な良好な特性が得られたが、フラットバンドシフトは１．０Ｖと増加した（図５）。尚、フラットバンドシフトが大きいと、基板５の下地膜に対するダメージが大きいことがわかる。さらに、図７のスパッタリング装置１１０では、スパッタ室の内壁にＳｉＯ2膜が堆積しプラズマが安定しない問題が発生した。【００９５】
本発明のスパッタリング装置１と、従来技術のスパッタリング装置は成膜レートは同等である。従って本発明のスパッタリング装置１を用いれば、光学特性に優れた誘電体膜を、成膜レートを落とさずに成膜可能である。しかも、本発明のスパッタリング装置１は異常放電による基板５に対するダメージ無しに成膜可能である。【００９６】
さらに、成膜時に基板５が受けるダメージについて解析を行うため基板温度測定を行った。
その測定条件を説明する。キャリア１３を開口１６と対面する位置に固定した。キャリア１３上の基板５の近傍位置にＫ熱電対を設置した。そのＫ熱電対をレコーダーに接続して成膜時間における温度上昇を測定した。
尚、本発明のスパッタリング装置１を用いた場合と、図７に示した従来技術のスパッタリング装置１１０を用いた場合では、成膜レートは同等であった。【００９７】
図６を見ると、本発明のスパッタリング装置１を用いた方が、従来技術のスパッタリング装置１１０を用いた場合よりも、基板５の温度上昇が小さい。従って、本発明のスパッタリング装置１は、低温で成膜可能であることが分かった。
【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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