(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内において、粉体材料により形成された内周面を有する深さ１ｍｍ以上の凹部を備えるターゲットに電力を印加して、上記処理容器内にプラズマを発生させ、
上記プラズマにより上記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるとともに、上記スパッタ粒子により上記基材を成膜処理するＰＶＤ法による成膜方法。
【請求項２】
上記ターゲットにおける上記凹部の内側面と上記ターゲットの表面との成す角が９０度以上１８０度未満に形成されている請求項１に記載のＰＶＤ法による成膜方法。
【請求項３】
上記粉体材料は、熱伝導率をλ、安定時間をｔ、比熱をCp、嵩密度をρ、上記凹部の深さをLとすると、
フーリエ数（（λ・ｔ）／（Cp・ρ・L２））が、数１を満たす請求項１に記載のＰＶＤ法による成膜方法。
【数１】
0004651547.tif 000008
【請求項４】
上記粉体材料は、粒径をD、嵩密度をρ、比表面積をSとすると、数２を満たす請求項１に記載のＰＶＤ法による成膜方法。
【数２】
0004651547.tif 000009
【請求項５】
上記ターゲットにおける上記凹部の幅が２０ｍｍ以下である請求項１に記載のＰＶＤ法による成膜方法。
【請求項６】
上記ターゲットの中心に対して、一又は複数の上記凹部が点対称に配置されている請求項１に記載のＰＶＤ法による成膜方法。
【請求項７】
上記粉体材料の粒径が１μｍ以下である請求項１に記載のＰＶＤ法による成膜方法。
【請求項８】
表面に形成された凹部の内周面が、粉体ターゲットにより構成され且つ上記凹部の深さが１ｍｍ以上であるＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【請求項９】
上記凹部の内側面と上記粉体ターゲットの表面との成す角が９０度以上１８０度未満となるように上記凹部が形成されている請求項８に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【請求項１０】
上記角が１２０度となるように上記凹部が形成されている請求項８に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【請求項１１】
上記ターゲットにおける上記凹部の幅が２０ｍｍ以下である請求項８に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【請求項１２】
上記粉体材料の粒径が１μｍ以下である請求項８に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【請求項１３】
上記粉体ターゲットが配置される凹形状又は貫通孔形状を有する粉体配置部が形成された焼結体ターゲットを備え、
上記粉体ターゲットにより上記凹部が形成されるように、上記粉体配置部内に上記粉体ターゲットが配置される請求項８に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【請求項１４】
上記焼結体ターゲットの組成は、上記粉体ターゲットの組成と同一である請求項１３に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【請求項１５】
上記粉体ターゲットは、相異なる２種類以上の上記粉体材料が混合して構成されている請求項８に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【請求項１６】
上記粉体材料は、典型金属元素、遷移金属元素、又は、それらの酸化物、フッ化物、窒化物、硫化物、水酸化物、あるいは炭酸化物である請求項８に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【請求項１７】
上記粉体材料の粒径が１μｍ以下である請求項８に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【請求項１８】
上記粉体材料は、熱伝導率をλ、安定時間をｔ、比熱をCp、嵩密度をρ、上記凹部の深さをLとすると、
フーリエ数（（λ・ｔ）／（Cp・ρ・L２））が、数３を満たす請求項８に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【数３】
0004651547.tif 000010
【請求項１９】
上記粉体材料は、粒径をD、嵩密度をρ、比表面積をSとすると、数４を満たす請求項８に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【数４】
0004651547.tif 000011
【請求項２０】
成膜用ターゲットの中心に対して、一又は複数の上記凹部が点対称に配置されている請求項８に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理気相成長法による成膜処理を含んだ様々なデバイス製造に利用される成膜に関し、特に粉体材料により構成されるターゲットを用いたＰＶＤ法による成膜（物理気相成長法による成膜処理：physical vapor deposition processing）方法及びＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体などの電子デバイスは、急速に細密化が進んでおり、高精度の加工処理が求められている。このような微細加工技術のうち、特に薄膜形成工程では、スパッタリング法を用いた成膜方法が一般的となっている。スパッタリング法とは、真空雰囲気で気体放電を引き起こすことによりプラズマを発生させ、このプラズマの陽イオンをスパッタリング電極と呼ばれる負極に設置されたターゲット（あるいはスパッタリングターゲット）に衝突させ、その衝突によりスパッタされた粒子が被処理基板に付着して薄膜形成させる方法である。
【０００３】
このようなスパッタリング法は、組成の制御や装置の操作性が比較的容易であることから成膜工程で広く利用されている。成膜工程におけるターゲットは、板状のものを用いられることが多いが、ターゲットの表面が均一に消耗していくことが少なく、ターゲット材料の利用効率が低下してしまうという課題がある。その課題を解決するために、近年では、図１０、図１１に示すような粉末状または顆粒状ターゲットを用いる技術が浸透しつつある（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。
【０００４】
図１０に示すスパッタリング装置５００では、処理容器５０８内に配置されたターゲット載置用皿５０１内に顆粒状のターゲット材料５０２を載置させて、マッチングボックス５１１を通して高周波電源５１０より電力を印加することで、処理容器５０８内にプラズマを発生させ、スパッタリングによる成膜処理を行うというものである。
【０００５】
また、図１１に示すスパッタリング装置６００では、振動発生装置６０９によりターゲット載置皿６０１に振動を付与することで、スパッタ処理後に不均一に消耗した顆粒状のターゲット６０２の平坦化を図るというものである。
【０００６】
また、図１２に示すように、ガス導入用の小孔が設けられたターゲット載置台７０１に、複数の小孔７０２ａを設けた板状ターゲット７０２を載置してスパッタリングを行う反応性スパッタリング装置があり（例えば、特許文献３参照）、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、ターゲット板８０２に設けられた複数の孔部に組成の異なる成分からなる埋め込み物８０３を埋め込んだ複合ターゲットが用いられるようなものもある（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−１７６８４５号公報
【特許文献２】特開平１０−０３６９６２号公報
【特許文献３】特開平０５−０６５６４２号公報
【特許文献４】特開平０２−０８５３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１又は特許文献２に記載された粉末状または顆粒状のターゲットを略平面にする方法を用いても、ターゲット材料が粉末状または顆粒状であるため、完全に平坦化させて凹凸の発生状況を制御することは困難である。成膜処理時において、ターゲットに発生する赤熱部は、ターゲット表面の凹凸の発生状況に依存する。そのため、凹凸の発生状況を制御できないと、赤熱部の発生箇所も制御できず、不均一な箇所で発生する。このような赤熱部は、ターゲット表面においてエネルギの高い箇所であり、また、スパッタリングによる成膜処理の大きく影響する箇所でもあるため、ターゲットにおいて、赤熱部の発生箇所が不均一であれば、成膜レートを制御することができず、成膜レートが不安定となる。
【０００９】
また、特許文献３又は特許文献４に記載されたターゲットでも、赤熱部の発生箇所は制御できず、不均一な箇所で発生してしまう。
【００１０】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することであって、粉末状ターゲットを含んで構成されるターゲットにおいて、成膜処理時のスパッタ領域を確実に制御することで、成膜レートの面内均一性を向上させ、安定した成膜が可能となるＰＶＤ法による成膜方法、及びＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するため、以下のように構成している。
【００１２】
本発明の第１態様によれば、処理容器内において、粉体材料により形成された内周面を有する深さ１ｍｍ以上の凹部を備えるターゲットに電力を印加して、上記処理容器内にプラズマを発生させ、
上記プラズマにより上記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるとともに、上記スパッタ粒子により上記基材を成膜処理するＰＶＤ法による成膜方法を提供する。
【００１３】
本発明の第２態様によれば、上記ターゲットにおける上記凹部の内側面と上記ターゲットの表面との成す角が９０度以上１８０度未満に形成されている第１態様に記載のＰＶＤ法による成膜方法を提供する。
【００１４】
本発明の第３態様によれば、上記粉体材料は、熱伝導率をλ、安定時間をｔ、比熱をCp、嵩密度をρ、上記凹部の深さをLとすると、
フーリエ数（（λ・ｔ）／（Cp・ρ・L２））が、数１を満たす第１態様に記載のＰＶＤ法による成膜方法を提供する。
【数１】
0004651547.tif 000002
【００１５】
本発明の第４態様によれば、上記粉体材料は、粒径をD、嵩密度をρ、比表面積をSとすると、数２を満たす第１態様に記載のＰＶＤ法による成膜方法を提供する。
【数２】
0004651547.tif 000003
【００１６】
本発明の第５態様によれば、上記ターゲットにおける上記凹部の幅が２０ｍｍ以下である第１態様に記載のＰＶＤ法による成膜方法を提供する。
【００１７】
本発明の第６態様によれば、上記ターゲットの中心に対して、一又は複数の上記凹部が点対称に配置されている第１態様に記載のＰＶＤ法による成膜方法を提供する。
【００１８】
本発明の第７態様によれば、上記粉体材料の粒径が１μｍ以下である第１態様に記載のＰＶＤ法による成膜方法を提供する。
【００１９】
本発明の第８態様によれば、表面に形成された凹部の内周面が、粉体ターゲットにより構成され且つ上記凹部の深さが１ｍｍ以上であるＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【００２０】
本発明の第９態様によれば、上記凹部の内側面と上記粉体ターゲットの表面との成す角が９０度以上１８０度未満となるように上記凹部が形成されている第８態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【００２１】
本発明の第１０態様によれば、上記角が１２０度となるように上記凹部が形成されている第８態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【００２２】
本発明の第１１態様によれば、上記ターゲットにおける上記凹部の幅が２０ｍｍ以下である第８態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【００２３】
本発明の第１２態様によれば、上記粉体材料の粒径が１μｍ以下である第８態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【００２４】
本発明の第１３態様によれば、上記粉体ターゲットが配置される凹形状又は貫通孔形状を有する粉体配置部が形成された焼結体ターゲットを備え、
上記粉体ターゲットにより上記凹部が形成されるように、上記粉体配置部内に上記粉体ターゲットが配置される第８態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【００２５】
本発明の第１４態様によれば、上記焼結体ターゲットの組成は、上記粉体ターゲットの組成と同一である第１３態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【００２６】
本発明の第１５態様によれば、上記粉体ターゲットは、相異なる２種類以上の上記粉体材料が混合して構成されている第８態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【００２７】
本発明の第１６態様によれば、上記粉体材料は、典型金属元素、遷移金属元素、又は、それらの酸化物、フッ化物、窒化物、硫化物、水酸化物、あるいは炭酸化物である第８態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【００２８】
本発明の第１７態様によれば、上記粉体材料の粒径が１μｍ以下である第８態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【００２９】
本発明の第１８態様によれば、上記粉体材料は、熱伝導率をλ、安定時間をｔ、比熱をCp、嵩密度をρ、上記凹部の深さをLとすると、
フーリエ数（（λ・ｔ）／（Cp・ρ・L２））が、数３を満たす第８態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【数３】
0004651547.tif 000004
【００３０】
本発明の第１９態様によれば、上記粉体材料は、粒径をD、嵩密度をρ、比表面積をSとすると、数４を満たす第８態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【数４】
0004651547.tif 000005
【００３１】
本発明の第２０態様によれば、成膜用ターゲットの中心に対して、一又は複数の上記凹部が点対称に配置されている第８態様に記載のＰＶＤ法に用いる成膜用ターゲットを提供する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、成膜レートおよびターゲットの面内均一性の向上を図ることが可能となり、成膜の量産安定性を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の記述において、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
【００３４】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。
【００３５】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる物理気相成長法の一例であるスパッタリング法による成膜装置の一例である成膜装置（スパッタリング装置）２０の構成を示す模式構成図を図１に示す。
【００３６】
図１に示すように、成膜装置２０は、スパッタリングによる成膜処理が行われる減圧空間、例えば真空雰囲気をその内部に形成する処理容器の一例である真空チャンバー１と、後述するターゲット（あるいはスパッタリングターゲット）における焼結体ターゲットの近傍に配置されたアースシールド２と、真空チャンバー１内においてターゲットが載置されるターゲット支持部の一例であるターゲット載置用皿３と、真空チャンバー１内において成膜処理が施される基材（被処理物）１１を保持する部材の一例である基材保持部１２とを備えている。また、ターゲット載置用皿３に載置されるターゲット１３は、例えば円板状に形成され、かつその表面に溝状の貫通孔である溝部４ａが形成された焼結体ターゲット４と、この溝部４ａの内周面に配置されて、凹部７を形成する粉体材料により構成される粉体ターゲット５とにより構成されている。凹部７は、成膜処理を行う前に、凹部形成用の部材により、粉体ターゲット５をライン状（あるいは溝状）に加圧もしくは除去することで形成される。これにより、ライン状（あるいは溝状）の凹部７が形成される。粉体ターゲット５を部分的に加圧することで凹部７を形成する場合は、加圧により、凹部７付近の密度が他の位置の粉体ターゲット５の密度より大きくなっていると考えられる。このように形成された凹部７が、基材保持部１２により保持された基材１１に対向するように、ターゲット載置用皿３にターゲット１３が載置されている。このような粉体ターゲット５は、例えば、相異なる２種類以上の粉体材料または顆粒状材料が混合されて形成されるターゲット材料である。さらに、成膜装置２０は、真空チャンバー１内にプラズマを発生するためのガスを導入するガス導入装置８と、真空チャンバー１内のガスを排気して、真空雰囲気を形成するガス排気装置９と、ターゲット１３上の空間にプラズマを発生させるように、ターゲット載置用皿３に電力を印加する電源装置１０とを備えている。さらに、成膜装置２０は、成膜処理の際に、電源装置１０、ガス導入装置８、及びガス排気装置９を制御する制御装置２１を備えている。既にターゲット１３に凹部７を形成している状態で排気を行う場合は、凹部７の形状を崩さない程度にゆっくりと排気を行う必要がある。これは、急速に排気を行うと、凹部７を形成する粉体ターゲット５も排気による圧力変化の影響を受けてしまい、凹部７の形状が崩れてしまうことが考えられるためである。
【００３７】
ここで、このようなターゲット１３の構造について、図２に示すターゲット１３の模式断面図を用いて説明する。なお、図２は、図１の成膜装置２０において、ターゲット載置用皿３上に載置された状態のターゲット１３の模式拡大断面図となっている。
【００３８】
図２に示すように、ターゲット載置用皿３の上面には、焼結体ターゲット４が載置されており、焼結体ターゲット４に形成された溝状の貫通孔とターゲット載置用皿３の上面とにより溝部４ａが構成されている。このように構成される焼結体ターゲット４の溝部４ａの内周面全体を覆うように粉体ターゲット５が配置されており、この粉体ターゲット５により凹部７が形成されている。すなわち、粉体ターゲット５は、溝部４ａを完全に埋めてしまうことなく、凹部７を形成するように配置されている。さらに、このように構成されるターゲット１３は、ターゲット載置用皿３に載置された状態で、真空チャンバー１内のアースシールド２により囲まれた部分に配置されている。なお、本第１実施形態においては、このような溝部４ａが、粉体配置部の一例となっている。ここで、粉体ターゲット５の配置位置は、アースシールド２の側面からターゲット表面方向に少なくとも２０ｍｍ以上離れていることが望ましい。これは、アースシールド２の側面から２０ｍｍ以内の位置に粉体ターゲット５が配置されていると、赤熱反応が発生しにくいためである。
【００３９】
このような焼結体ターゲット４を形成する材料としては、例えば、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)が用いられ、また、粉体ターゲット５としては、例えば、酸化インジウムと酸化錫とをＩＴＯと同じ組成比にて混合した粉体材料が用いられている。特に、粉体ターゲット５を構成する粉体材料には、焼結体ターゲット４を形成する材料と同じ材料が用いられることが好ましい。これは、粉体ターゲット５を構成する粉体材料と焼結体ターゲット４を形成する材料とが異なっていると、粉体ターゲット５だけでなく焼結体ターゲット４も成膜用のターゲットとなってしまい、スパッタ粒子に目的の材料以外の材料が混入してしまうためである。
【００４０】
ここで、直径が３００ｍｍ、厚さが６ｍｍの円板状のターゲット１３において、図２に示す粉体ターゲット５により形成された凹部７における底部の厚さ、すなわち粉体ターゲット５の底からの厚さを２ｍｍとする。このように凹部が形成された本第１実施形態のターゲット１３を用いた場合（焼結体ターゲット＋粉体ターゲット、凹部有り）と、このような凹部を形成することなく、本発明の比較例（すなわち従来例）にかかるターゲットを用いた場合（従来ターゲット、凹部無し）とにおいて、基材に対する成膜処理を行った。成膜条件は、プラズマ源電力１０００Ｗ、アルゴンガス流量１００ｓｃｃｍ、圧力０．３５Ｐａ、成膜時間６０分、ターゲットと基材間の距離を１００ｍｍとし、基材として１６０ｍｍ角ガラスに成膜を行った。なお、本第１実施形態においては、ターゲット載置用皿３の熱伝導率は０．００３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃、粉体ターゲット５の熱伝導率は０．０１２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃である。
【００４１】
また、本第１実施形態のように焼結体ターゲット４と粉体ターゲット５を用いた場合と、従来ターゲットを用いた場合とにおいて、それぞれの放電開始１０分後のＩＴＯ成膜レート（ｎｍ／ｍｉｎ）とこの成膜レートの面内均一性（±％）の比較を示す図を図３に示す。図３において、本第１実施形態のターゲット１３（焼結体＋粉体ターゲット、凹部有り）を用いた場合と、比較例にかかる従来ターゲット（凹部無し）を用いた場合と比べると、成膜レートはともに１００ｎｍ／ｍｉｎで明瞭な大差はないと言える。一方、基材の面内（全長１５０ｍｍ）の９ポイントで測定した面内均一性は、従来ターゲットを用いた場合、±１３．１％であったのに対し、本第１実施形態のように焼結体ターゲットと粉体ターゲットを用いた場合では±３．２％と大幅に向上していることがわかる。
【００４２】
また、それぞれのターゲットを用いて行われた成膜処理にて得られた膜の抵抗率（ＩＴＯ抵抗率（Ω・ｃｍ））及びその面内均一性（±％）の測定結果を図４に示す。図４に示すように、本第１実施形態のターゲット１３を用いた場合に得られた膜の抵抗率は、平均で９．５×１０−５Ω・ｃｍであったの対し、従来ターゲットでは、７．７×１０−４Ω・ｃｍであった。基材面内（全長１５０ｍｍ）の９ポイントで測定した抵抗率の面内均一性は、従来ターゲットを用いた場合、±１５．１％であったのに対し、本第１実施形態のターゲット１３を用いた場合は、±４．２％に大幅に向上している。これより、本第１実施形態のように、焼結体ターゲット４と凹部７を形成する粉体ターゲット５とにより構成されるターゲット１３を用いた場合に得られた膜の方が、電気特性で優れたＩＴＯ膜であることがわかる。
【００４３】
ここで、本第１実施形態のターゲット１３を用いてスパッタリングが行われるメカニズムについて、主に粉体ターゲット５により形成された凹部７に注目しながら以下に説明する。当該説明にあたって、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、及び図５Ｄに、ターゲット１３における凹部７付近の部分拡大模式説明図を示す。
【００４４】
成膜装置２０にて基材１１及びターゲット１３が配置されて、真空チャンバー１内に所定のガスが供給されて真空雰囲気が形成された状態で、成膜処理が開始される。すると、まず、図５Ａに示すように、粉体ターゲット５の凹部７の縁部であるエッジ部７ａにプラズマ１４が集中して当たり、このエッジ部７ａから赤熱が開始される。ここで、赤熱とは、ターゲット材料に対してエネルギが付与され、当該エネルギが蓄熱されることで、ターゲット材料が局所的に高エネルギ状態となり、赤色あるいはオレンジ色等に発光する現象である。
【００４５】
続いて、図５Ｂに示すように、エッジ部７ａから凹部７の斜面７ｂに沿って凹部７の底部７ｃにまで赤熱が拡大されていく。粉体ターゲット５は、焼結体ターゲット４と同一の材料組成にて形成されているが、粉体状であるため、バルク状の焼結体ターゲット４と比較すると、その熱伝導性は低い。また、粉体ターゲット５は、このような焼結体ターゲット４と断熱性の優れたターゲット載置用皿３とにより囲まれて配置されているため、粉体ターゲット５の赤熱部１５が、それらと粉体ターゲット５との境界で遮られ、凹部７付近へと集中することとなる。すなわち、凹部７のエッジ部７ａにプラズマ１４が集中することにより、凹部７へのエネルギ付与が集中的に行われるが、これらのエネルギは、焼結体ターゲット４に比べて蓄熱性の高い粉体ターゲット５に蓄熱されることとなり、その結果、赤熱部１５が凹部７付近へと集中することとなる。一方、凹部７の周囲に配置される焼結体ターゲット４においては、粉体ターゲット５よりも熱伝導性が高いこともあり、付与されたエネルギは比較的、蓄熱され難く、赤熱部が発生することはない。従って、時間の経過とともに、図５Ｃに示すように、エッジ部７ａへのプラズマの集中的付与により凹部７に生じた赤熱部１５はその範囲を拡大し、やがて、図５Ｄに示すように、凹部７付近により顕著に集中した赤熱部１５が粉体ターゲット５において形成される。こうして形成された赤熱部１５の表面からスパッタ粒子は加速されて、基材１１へと向かう。このようにターゲット１３を焼結体ターゲット４と凹部７を形成する粉体ターゲット５とにより構成することで、凹部７の部分のみに赤熱部１５を発生させることができ、ターゲット１３において、スパッタ粒子の発生源である赤熱部１５の発生箇所を確実に制御することができる。その結果、スパッタ粒子の発生箇所を制御して、成膜レートを安定させることが可能となる。
【００４６】
このような凹部７における赤熱部１５の一連の発生のメカニズムを考慮すれば、成膜装置２０に備えられている制御装置２１は、まず凹部７のエッジ部７ａを赤熱させ、その後、凹部７の表面に沿って赤熱箇所を拡大させ、そして凹部７全体に赤熱部１５を形成するように、成膜処理を行うための各構成部、例えば電源装置１０を制御する装置であるということができる。
【００４７】
ここで、図６に示す凹部７の模式説明図を用いて、凹部７の断面形状について説明する。図６に示すように、例えばＶ字状断面形状を有するように形成された凹部７について考える。凹部７に赤熱部１５が形成されることにより、粉体ターゲット５がスパッタ粒子１６として所定の角度αの範囲にて飛び出すこととなる。従って、図６の凹部７における図示左側の斜面７ｂより、角度αの範囲にて飛び出したスパッタ粒子１６の一部は、対向する図示右側の斜面７ｂにより遮られることになる。このように凹部７内にてスパッタ粒子１６が遮られる割合が大きくなれば、ターゲット材料の利用効率が低下することとなり、好ましくない。従って、ターゲット材料の利用効率を向上させるという観点からは、凹部７のエッジ部７ａのエッジ角度θは大きく設定される程良い。特に、エッジ角度θが９０度よりも小さくなると、スパッタ粒子の１６の遮断量が多くなりすぎるため、少なくとも９０度以上に設定されることが好ましい。一方、エッジ角度θが１８０度に近づく程、エッジ部７ａがエッジとして存在しないこととなり、プラズマ集中を生じさせることができなくなるため、このような観点からは、エッジ角度θは、プラズマ集中を生じさせることができる限度以下である必要がある。以上の観点から、例えばエッジ角度θは１２０度程度に設定されることが好ましい。なお、「エッジ角度θ」とは、凹部７の内周側面である側面７ｂと、ターゲット１３の表面との成す角のことである。また、このような凹部７は粉体ターゲット５により形成されるため、凹部７の側面７ｂは、例えば、図５Ａに示すように、その表面粗さの平均値で構成される平面Ｐ２のことであり、ターゲット１３の表面とは、同様にその表面粗さの平均値で構成される平面Ｐ１のことである。従って、上記成す角とは、図５Ａにおいて、平面Ｐ１と平面Ｐ２とが交わる角のことである。
【００４８】
また、上述の本第１実施形態のターゲット１３を用いて成膜処理を行った実験結果について、図７に示す。図７は、縦軸にスパッタ数、横軸にフーリエ数を採った両対数グラフである。なお、本第１実施形態の粉体ターゲットでは、熱伝導率をλ、成膜処理が安定するまでの安定時間をｔ、比熱をCp、粒径をD、凹部の深さをL、嵩密度をρ、比表面積をSとしている。ここで、比表面積は、例えばベット法などにより求められる値である。
【００４９】
図７に示すように、フーリエ数が３．５ｅ＋０３より小さいものは蓄熱性が低下するため赤熱が発生せず、フーリエ数が２．０ｅ＋０４より大きいものは粉体材料に発粉が生じ放電が不安定になることがわかる。また、スパッタ数が１０を超えるものは、赤熱部がランダムに発生してしまい、成膜レートの制御を行うことは困難である。
【００５０】
以上の結果より、成膜レートを安定して制御するためには、以下の数５、数６を満たさなければならないことが分かる。
【数５】
0004651547.tif 000006
【数６】
0004651547.tif 000007
【００５１】
以上のように、本第１実施形態においては、大きな効果が得られることが分かるが、このメカニズムについて、以下にさらに考察する。
【００５２】
これは、本発明により得られた成膜レートと熱伝導性との関係から、熱伝導性との相似性を有するフーリエ数を制御することが、成膜レートを安定して制御することにつながるためだと考えられる。
【００５３】
なお、成膜レートという観点で考えると、それぞれ、粒径が小さく、嵩密度が小さく、比表面積が大きくなるほど、成膜レートは向上する。
【００５４】
ターゲット材料に厚さ６ｍｍのＩＴＯの焼結体ターゲットを用いて、それに溝深さ５ｍｍの溝部を形成し、その部分に粉体ターゲットを配置し、表面を均一にした後、凹部の底部における粉体ターゲットの厚さが２ｍｍとなる凹部を形成する。このように形成することにより、放電開始と同時に凹部より赤熱が開始し、次第に粉体ターゲットの全面、すなわち凹部全体に赤熱が拡大する。しかし、その周囲の焼結体ターゲットは、赤熱せず、長時間放電しても成膜の面内均一性は良好である。これに対し、上記比較例の従来ターゲットのように、焼結体ターゲットを用いず、ターゲット全体を粉体材料にて形成した凹部を有さないターゲットでは、放電開始後１０分経過した後は、ターゲットにおいて赤熱の拡大が急激に起こり、赤熱がターゲット全面に広がってしまい、赤熱部の発生領域を制御することができず、成膜の面内均一性が悪化するものと考えられる。
【００５５】
本第１実施形態のターゲットにおいて、焼結体ターゲットを用いることで赤熱領域を制御できるメカニズムは以下のように説明することができる。
【００５６】
粉体ターゲットは、焼結体ターゲットよりもその比熱が小さく、熱容量も小さいことから、特に粉体ターゲットの凹部のエッジ部の温度が上昇し、赤熱が発生する。その後、凹部において、凹部の表面を中心に赤熱部分が拡大する。ターゲット載置用皿に断熱性が良い材質を用いることにより、特に凹部の温度上昇が加速し、ターゲット材料が熱により活性化し、スパッタリング効果が加速される。その後、熱伝導が進み、赤熱部がさらに、凹部周辺へ拡大するが、その周囲に焼結体ターゲットを配置することで、凹部の周囲への赤熱の拡大を防止できる。これは、焼結体ターゲットの熱伝導度が粉体ターゲットよりも大きい為、熱拡散が促進されるためだと考えられる。よって、基材において所望の面内均一性を確保する部分に対応するターゲット領域のみに、粉体ターゲットにより形成された凹部を配置することで、従来ターゲットと比べて、成膜の面内均一性を向上させることができるものと考えられる。従って、本第１実施形態のターゲットを用いることで、成膜レートと成膜の面内均一性が向上し、連続成膜のレート安定性も大幅に向上させることが可能となる。
【００５７】
また、本第１実施形態におけるターゲット１３に形成される凹部７、あるいは焼結体ターゲット４に形成される溝部４ａの平面的な配置としては、図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃの模式平面図に示すように、様々な形態を採用することができる。具体的には、図８Ａに示すターゲット２３のように、一又は複数のドーナツ状の凹部２７を形成した場合や、図８Ｃに示すターゲット４３のように放射線状の凹部４７を形成した場合は、ターゲットを載置した面の中心に対してそれぞれの凹部２７、４７が点対称であるため、基材１１に向けて飛翔するスパッタ粒子も点対称になり、均等にスパッタして、精度よく成膜を進めることができる。また、図８Ｂに示すターゲット３３にように平面的に円形状あるいは正方形状を有するような多数の凹部３７がアレイ状に配置されるような場合であってもよい。その他、図示しないが、複数の直接状の凹部を並行にストライプ状に配置させるような場合であってもよい。なお、工具を用いてターゲットの加工を行なう場合、一度の動きで加工できる図８Ａのドーナツ状の凹部は、図８Ｃの放射線状の凹部よりも加工しやすい。また、点対称に形成されていないターゲットは、例えば、ターゲット載置用皿３を回転させながら成膜処理を行うこと等により、成膜の面内均一性を確保できるようにすることも可能である。
【００５８】
また、これら凹部７は、１本でもよく、２本以上であれば凹部間の距離が等しい方が、より均一に成膜することができる。
【００５９】
また、本第１実施形態においては、ターゲットの厚さが他の領域と比べて薄い領域、すなわち凹部７の形成領域はターゲット全体の表面積と比べて５０％以下とすればよい。これは、凹部７の形成領域が５０％以上になると、凹部７の形成領域内でランダムに赤熱部が発生してしまい、赤熱部を制御するのが困難となるためである。
【００６０】
また、形成する凹部が複数存在する場合は、それぞれの凹部を交差させるように配置しても良いが、このような場合にあっては、交差部とその他の部分とで成膜条件が異なることに留意する必要がある。
【００６１】
また、ターゲット材料としては、典型金属元素または遷移金属元素、または、これらの金属元素の酸化物、フッ化物、窒化物、水酸化物、炭酸化物、あるいは硫化物を用いることができる。特に、上記金属元素の酸化物、フッ化物、窒化物、水酸化物、炭酸化物、又は硫化物がターゲット材料として用いられると、本第１実施形態の効果を有効に得ることができる。
【００６２】
また、ターゲット１３に形成される凹部７におけるターゲット材料の厚さ、すなわち凹部７の底部の厚さは、少なくとも０ｍｍより大きくなければならない。つまり、凹部７の底部には、ターゲット載置用皿３の表面が露出することなく、必ずターゲット材料が存在している必要がある。これは、ターゲット材料の厚さが０ｍｍになると、その部分で赤熱が発生しなくなるためである。また、凹部７におけるターゲット材料の厚さが５ｍｍより大きくなると、ターゲット材料の粉末同士の熱拡散が盛んになるため断熱性、すなわち蓄熱性が低下し、粉体ターゲット５に赤熱部が発生しにくくなる。そのため、凹部７におけるターゲット材料の厚さは５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００６３】
また、ターゲット１３に形成される凹部７の深さは、１ｍｍ以上であることが望ましい。これは、凹部７の深さが１ｍｍ未満となると、粉体ターゲット材料間での熱伝導が盛んになり、断熱性が低下し、赤熱が発生しにくくなるためであると考えられる。
【００６４】
また、ターゲット１３に凹部７を形成するのは、真空チャンバー１を排気する前後どちらでも良い。なお、排気する前に凹部７を形成する際は、排気を行うことによる凹部７への影響について考慮する必要がある。
【００６５】
また、円板状のターゲットの半径が１５０ｍｍであるとすると、円板状のターゲットの中心から粉体ターゲット５を形成した領域までの距離は７５ｍｍ程度が妥当であると思われる。これは、粉体ターゲット５の配置位置が互いに近すぎると、粉体ターゲット５から飛び出したスパッタ粒子が干渉してしまい、成膜レートが均一でなくなると考えられるためである。
【００６６】
また、種々の条件によって値が変動するが、ターゲット１３に加わる電力が２ｋＷで円板状のターゲットの中心から粉体ターゲット５までの距離を７５ｍｍの条件を妥当とした場合は、ターゲット１３に加わる電力が５０ｋＷになると円板状のターゲット中心から粉体ターゲット５までの距離は３７５ｍｍ程度であることが望ましい。これは、スパッタ粒子の飛び出しがターゲットに加わる電力の大きさに依存すると考えられるためである。
また、凹部７の幅は、２０ｍｍ以下であることが望ましい。これは、凹部７の幅が２０ｍｍより大きくとなると、凹部７内の断面形状が不安定となり、凹部７からのスパッタ粒子の飛び出し状態が不安定になるためであると考えられる。
【００６７】
また、本第１実施形態では、真空プラズマ装置を用いて説明を行ったが、チャンバー内の圧力が１０１３ｈＰａである大気圧プラズマにおいても、本第１実施形態のターゲットを用いることで同様の効果が得られると考えられる。
【００６８】
また、本第１実施形態では、粉体ターゲット５に対して、２００℃で３時間加熱処理を行ったものを用いている。これは、粉体ターゲット５を構成する粉体材料は、水分等の不純物を吸着し易い状態にあるため、加熱処理を行うことで吸着された水分を除去し、形成された膜の純度を高めるためである。このような加熱処理は、例えば、１００℃以上でかつ１０分以上行えばよい。なぜならば、１００℃未満であると水分揮発の効果を得ることが困難であり、１０分未満であると粉体ターゲット全体に対する効果を得ることが困難となるためである。
【００６９】
また、本第１実施形態では、粉体ターゲット５の粒子径は０．２μｍのものを用いているが、このようなものとしては、最大粒子径が１μｍ以下であればよい。なぜならば、最大粒子径が１μｍより大きい粉末を粉体ターゲット材料として用いた場合、粉末間での断熱性が悪く、熱容量が大きいため、赤熱が発生しにくくなるためである。
【００７０】
また、本第１実施形態では、ターゲット載置用皿３に石英を用いたが、その他に、酸化アルミニウムや酸化ジルコニウム、酸化シリコンのような、温度耐性に優れるセラミックス材料を用いてもよい。
【００７１】
また、本第１実施形態では、成膜に用いるプロセスガスにアルゴンガスを用いたが、アルゴン、酸素、水素、窒素のうち少なくとも１つを用いればよい。
【００７２】
また、本第１実施形態では、組成の制御や装置の操作容易性からスパッタリング法を選択したが、ターゲットが赤熱するものであれば、他の成膜方法を用いてもよい。例えば、蒸着法やレーザーを用いた成膜法などどんな成膜方法に用いることも可能であると考えられる。
【００７３】
また、成膜処理が進むにつれて粉体ターゲットが減少していくため、粉体ターゲットの材料供給機構を真空チャンバー1内に更に設けることが望ましい。この材料供給機構としては、例えば、成膜速度と成膜時間を積算することで、ターゲット総量からの減少量を計算し、計算した残量に応じて、ターゲット材料供給を行うユニットが考えられる。更に、この材料供給機構が、供給タンク及び供給ノズル、平坦化機構、溝形成ヘッドを備えていれば、材料を均して平坦化し、その後、溝を形成することも可能である。この溝形成ヘッドは、前述の凹部形成用の部材と同じく、粉体ターゲット５を部分的に加圧もしくは除去することにより凹部を形成するものである。
【００７４】
また、ターゲット１３と基材を相対的に回転させることで、凹部７をターゲット１３の中心に点対称に形成していなくても、均一な成膜処理を行うことができる。
【００７５】
また、ターゲット下方にマグネットを配置することが望ましい。これは、ターゲットの凹部もしくはその周辺に電子密度が最も高くなるようなエロージョンを形成させることで、成膜速度が向上するためである。
【００７６】
（第２実施形態）
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本発明の第２の実施形態にかかる成膜装置にて用いられる成膜用ターゲットの一例であるターゲット１１３の構造を示す模式断面図を図９に示す。
【００７７】
図９に示すように、本第２実施形態のターゲット１１３は、成膜装置におけるターゲット載置用皿３に焼結体ターゲットが載置されることなく粉体ターゲット５のみが載置されている点において、上記第１実施形態のターゲット１３と異なっている。また、図９に示すように、ターゲット載置用皿３に載置された状態において、粉体ターゲット５により凹部１０７が形成されている。
【００７８】
このような凹部１０７は、例えば、ターゲット載置用皿３の全体に粉体ターゲット５を充填するように配置させた後、凹部の形状に応じたスタンパを用いて型押しすること、あるいは粉体ターゲットの表面を削り取ること等により形成することができる。
【００７９】
このような粉体ターゲット５のみにより構成されたターゲット１１３においても、凹部１０７付近に赤熱部を発生させるように制御することができ、上記第１実施形態と同様な効果を得ることができる。ただし、焼結体ターゲットにより粉体ターゲットが配置される領域を囲むことで、赤熱部の発生領域をより限定するとう観点、さらに、成膜処理の繰り返し実施のためにターゲットへの粉体材料の供給性という観点からは、焼結体ターゲットと粉体ターゲットにより構成される上記第１実施形態のターゲットが好ましいということができる。このような点から考えると、焼結体ターゲットの代わりにスパッタに影響を及ぼさない程度の断熱性を有する隔壁を設けても、同じ効果が得られると考えられる。
【００８０】
図１４は、粉体ターゲット５のみにより構成されたターゲット１１３の凹部７のターゲット材料として酸化カルシウムを均一に敷き詰め、上記実施の形態１と同一の成膜条件で成膜した場合（粉体ターゲット、凹部有り）と、本発明の比較例にかかるターゲットを用いた場合（従来ターゲット、凹部無し）とにおいて、基材に対する成膜処理を行った測定結果である。図１４において、本第２実施形態のターゲット（粉体ターゲット、凹部有り）を用いた場合に得られたＣａＯレートは３４５．２ｎｍ／ｍｉｎであったのに対し、従来ターゲットでは、１９８．３ｎｍ／ｍｉｎであった。これより、本第２実施形態のように、アルカリ土類の酸化物の粉体ターゲットを用いた場合の方が、成膜レートに優れた成膜処理を行えることが分かる。
【００８１】
なお、上記実施形態においては、ターゲットにおいて凹部全体が粉体ターゲットで構成されているような場合について説明したが、このような場合に代えて、凹部の底部においてのみ、焼結体ターゲットが露出するような構成も採用することができる。凹部の底部にターゲット材料以外が露出することは、赤熱部の制御という観点からは好ましくないが、焼結体ターゲットが底部のみから露出するような構成では、露出される表面積も比較的少なく、赤熱部の発生に大きな影響とはならないと考えられるからである。
【００８２】
なお、上記実施形態において、ターゲットの大きさが大きく、凹部を１つ設けても赤熱部がランダムに発生してしまう場合は、凹部を複数設ける必要があると考えられる。
【００８３】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【００８４】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の成膜装置は、成膜レートおよびターゲットの面内均一性を向上させ、さらに成膜レートの量産安定性を確保する性能を有する。そのため、ディスプレイおよび電池や半導体といった様々なデバイス製造のための成膜処理に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明における第１実施形態の成膜装置の構成を示す模式構成図。
【図２】図１の成膜装置に装備されるターゲットの構成を示す模式断面図。
【図３】上記第１実施形態のターゲットと比較例のターゲットとの間において、ＩＴＯ成膜レートとその面内均一性についての比較結果のグラフを示す図。
【図４】上記第１実施形態のターゲットと比較例のターゲットとの間において、ＩＴＯ抵抗率とその面内均一性についての比較結果のグラフを示す図。
【図５Ａ】上記第１実施形態のターゲットを用いてスパッタリングが行われるメカニズムを説明するための凹部付近の模式説明図であって、凹部のエッジ部が赤熱された状態を示す図。
【図５Ｂ】凹部の斜面に赤熱が拡大された状態を示す模式説明図。
【図５Ｃ】凹部においてさらに赤熱が拡大された状態を示す模式説明図。
【図５Ｄ】凹部全体に赤熱部が形成された状態を示す模式説明図。
【図６】上記第１実施形態のターゲットの凹部の形状を説明する模式説明図。
【図７】上記第１実施形態のターゲットを用いた成膜処理において、スパッタ数とフーリエ数との関係を示す無次元数による粉体スパッタイールド表を示す図。
【図８Ａ】上記第１実施形態の変形例にかかるターゲットの模式平面図。
【図８Ｂ】上記第１実施形態の別の変形例にかかるターゲットの模式平面図。
【図８Ｃ】上記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるターゲットの模式平面図。
【図９】本発明の第２実施形態にかかるターゲットの構成を示す模式断面図。
【図１０】特許文献１に開示の従来のスパッタ装置を示す模式図。
【図１１】特許文献２に開示の従来の光学薄膜の製造装置を示す模式図。
【図１２】特許文献３に開示の従来の反応性スパッタ装置に用いられるターゲットを示す模式図。
【図１３Ａ】特許文献４に開示の従来の複合ターゲットを示す模式図。
【図１３Ｂ】図１３Ａの従来のターゲットにおけるＡ−Ａ線断面図。
【図１４】上記第２実施形態のターゲットと比較例のターゲットとの間において、ＣａＯ成膜レートとその面内均一性についての比較結果のグラフを示す図。
【符号の説明】
【００８７】
１  真空チャンバー
２  アースシールド
３  ターゲット載置用皿
４  焼結体ターゲット
４ａ  溝部
５  粉体ターゲット
７  凹部
７ａ  エッジ部
７ｂ  斜面
７ｃ  底部
８  ガス導入装置
９  ガス排気装置
１０  電源装置
１１  基材
１２  基材保持部
１３  ターゲット
１４  プラズマ
１５  赤熱部
１６  スパッタ粒子
２０  成膜装置
２１  制御装置
θ  エッジ角度
【図１】
0004651547.tif 000012
【図２】
0004651547.tif 000013
【図３】
0004651547.tif 000014
【図４】
0004651547.tif 000015
【図５Ａ】
0004651547.tif 000016
【図５Ｂ】
0004651547.tif 000017
【図５Ｃ】
0004651547.tif 000018
【図５Ｄ】
0004651547.tif 000019
【図６】
0004651547.tif 000020
【図７】
0004651547.tif 000021
【図８Ａ】
0004651547.tif 000022
【図８Ｂ】
0004651547.tif 000023
【図８Ｃ】
0004651547.tif 000024
【図９】
0004651547.tif 000025
【図１０】
0004651547.tif 000026
【図１１】
0004651547.tif 000027
【図１２】
0004651547.tif 000028
【図１３Ａ】
0004651547.tif 000029
【図１３Ｂ】
0004651547.tif 000030
【図１４】
0004651547.tif 000031