(57)【要約】【課題】長時間歩留まりよく反応性のスパッタリングができるスパッタリング装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明のスパッタリング装置は、ターゲット３の状態をモニタする手段を備え、その状態が所定状態になった段階でターゲット３への成膜用印加電力を遮断するものであり、ターゲット３の状態が変化することによる異常放電を未然に発生しにくくできるため、長時間歩留まりよく反応性のスパッタリングが行える。【選択図】図１
2005281741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器からなる反応室内に配置するスパッタリング源となるターゲットと、このターゲットに成膜用電力を印加する手段と、前記ターゲットからスパッタリングされた粒子を酸化させるように前記真空容器内に酸素を供給する酸素供給口と、その酸化させた粒子を堆積させる基板を保持する基板ホルダーと、前記真空容器内を排気する排気口と、前記ターゲットの状態あるいは印加電力をモニタするモニタ手段とを設け、前記モニタ手段でモニタしたターゲットの状態あるいは印加電力が所定状態になった段階でターゲットに印加する成膜用電力を遮断する構成としたスパッタリング装置。
【請求項２】
ターゲットに印加する電流値または電圧値の少なくとも一つをモニタする手段を備え、前記電流値が所定値以下、前記電圧値が所定値以上またはこの電流値および電圧値から算出されるターゲットの抵抗値が所定値以上になると前記ターゲットへの印加電力を遮断する構成とした請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
ターゲットの表面温度をモニタし、その表面温度が所定温度以上になると前記ターゲットへの印加電力を遮断するように構成した請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
ターゲットの表面温度を放射温度計によりモニタし、この放射温度計に前記ターゲットからのスパッタリングされた粒子が付着しないようにターゲットと前記放射温度計との間に透明材を備えた請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
ターゲットを一定の間隔で対面配置して少なくとも１対の対向ターゲットを構成し、この対向ターゲット間の空間から離間した位置に基板ホルダを配置する構成とした請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
真空容器内にエッチングガスを供給するガス供給口と、ターゲットにエッチング用電力を印加する手段とを備えた請求項１〜５のいずれか一つに記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
ターゲットの状態をモニタする手段によりこのターゲットの状態が所定状態になった段階でターゲットへの印加電力を遮断し、次にエッチングガスを供給してエッチング用電力を印加する構成とした請求項６に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
真空容器は少なくとも２つの反応室を有する構成とした請求項６に記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
ターゲットを還元させる手段を備えた請求項１〜５のいずれか一つに記載のスパッタリング装置。
【請求項１０】
還元させる手段として、ターゲットの近傍に還元性材料を備える構成とした請求項９に記載のスパッタリング装置。
【請求項１１】
真空容器内に還元性ガスを供給する供給口を設け、この供給口から還元性ガスを供給することによりターゲットを還元する構成とした請求項９に記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化物薄膜を形成するスパッタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
種々の薄膜を形成するためにスパッタリング法がよく利用されている。スパッタリング法で用いられるスパッタリング装置としてはマグネトロン方式や対向ターゲット方式などが知られている。
【０００３】
対向ターゲット方式のスパッタリングは平行平板型スパッタリングに比べて磁場がターゲット平面と垂直になっているためプラズマを閉じ込めるための磁場を比較的均一にし易い。また基板がプラズマにさらされるということが少ないため基板へのダメージが少ないという利点がある。
【０００４】
スパッタリング法においては真空容器からなる反応室内にガスを供給してターゲットに直流や交流の電力を印加してグロー放電を生じさせたイオンを成膜に用いる。スパッタリング法で用いられるガスにはＡｒのような希ガスが通常用いられる。また反応性のスパッタリングにおいては反応性ガスとして酸素などが用いられる。
【０００５】
反応性のスパッタリングにおいては、例えば金属などの材料からなる導電性ターゲットを用いてスパッタリングを行い、酸素と反応させて酸化物薄膜を形成する。これらの反応性のスパッタリングを利用したスパッタリング装置においてはターゲットの酸化が問題になっている。
【０００６】
そこで、ターゲットの酸化を起こりにくくさせる方法として、例えば酸素分圧を低下させてスパッタリングを行う方法がある。酸素分圧を低下させることによりターゲットの酸化を起こりにくくしたものである。
【０００７】
また、例えばターゲットをエッチングする方法がある。ターゲットの表面に沿ってアルゴンなどの不活性ガスまたは酸化物のエッチングガスを流すことによりターゲットをエッチングしてターゲットの酸化を防ぐものである。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、２がある。
【特許文献１】特開昭６２−８４０８号公報
【特許文献２】特開２００１−１５２３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし上記従来の構成では、ターゲットの酸化を抑制する効果はあるが長時間の成膜を歩留まりよく達成させることは困難であった。長時間の放電を持続させると徐々にではあるがターゲットの表面が酸化され、それによって放電状態が変化し、場合によっては放電を続けることが困難であった。さらにアーク放電などの異常放電が生じ、膜にダメージを与えたり膜に異物が混入したりすることがあった。
【００１０】
本発明は長時間歩留まりよく反応性のスパッタリングができるスパッタリング装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は真空容器からなる反応室内に配置するスパッタリング源となるターゲットと、このターゲットに成膜用電力を印加する手段と、前記ターゲットからスパッタリングされた粒子を酸化させるように前記真空容器内に酸素を供給する酸素供給口と、その酸化させた粒子を堆積させる基板およびこの基板を保持する基板ホルダーと、前記真空容器内を排気する排気口と、前記ターゲットの状態あるいは印加電力をモニタする手段とを設け、前記モニタ手段でモニタしたターゲットの状態あるいは印加電力が所定状態になった段階でターゲットへの成膜用印加電力を遮断する構成としたものであり、ターゲットの状態が変化することによる異常放電を未然に発生しにくくできるため、長時間歩留まりよく反応性スパッタリングをすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明は、ターゲットの状態が変化することによる異常放電を未然に発生しにくくできるため、長時間歩留まりよく反応性スパッタリングをすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態におけるスパッタリング装置の構成を示す概略図である。
【００１５】
図１に示すように真空容器１からなる反応室の底部にターゲット３が配置され、このターゲット３の上部にターゲット３と対向するように基板２が設けられている。そしてターゲット３に成膜用電力を供給する電力供給手段４がこのターゲット３の状態をモニタするための電流計または電圧計１０を介して接続されている。
【００１６】
真空容器１からなる反応室には反応性ガスを供給するための反応性ガス供給口６、ガスを供給するためのガス供給口５、この反応室を真空排気するための排気口７が設けられている。そしてターゲット３の表面温度をモニタする温度モニタ８とターゲット３との間に遮蔽板９を設けている。なおガス供給口５と反応性ガス供給口６は同一のものである場合もある。ターゲット３は水冷などの方法により冷却が可能となっている。
【００１７】
真空容器１からなる反応室内を真空排気し、ガス供給口５からスパッタガスとして例えばＡｒを供給して所定の圧力にする。スパッタガスはＮｅ、Ｘｅ、酸素、窒素などのガスを利用することもある。この状態で電力供給手段４を用いてターゲット３に電力を印加して真空容器１からなる反応室内にプラズマを形成する。ターゲット３からスパッタリングされた粒子と反応させるように反応性ガス供給口５から例えば酸素を供給する。その結果酸化させた粒子を基板２に堆積させる。
【００１８】
一実施の形態では例えばスパッタリングガスとしてＡｒ、反応性ガスとして酸素を用いることにする。このような反応性スパッタリングにおいては例えば金属などの材料からなる導電性のターゲット３を用いてスパッタリングを行い、スパッタリングされた粒子を酸素と反応させて酸化物薄膜を形成する。これらの反応性のスパッタリングを利用したスパッタリング装置においてはターゲット３の酸化が問題になっている。
【００１９】
ターゲット３の酸化を抑制する方法がいくつか提案されているが長時間歩留まりよく成膜させることは困難であった。長時間の放電を持続させると徐々にではあるがターゲット３の表面が酸化し、それによって放電の状態が変化し、場合によっては放電を続けることが困難となる。またアーク放電などの異常放電が生じて膜にダメージを与える場合や膜に異物が混入する場合もある。
【００２０】
そこで、長時間歩留まりよく反応性のスパッタリングをさせるためにターゲット３の状態をモニタする手段を備えている。例えばターゲット３の表面温度あるいはターゲット３に供給する電力の電流値または電圧値などをモニタする。そしてその状態が所定値になった段階でターゲット３に印加する成膜用電力を遮断するように制御する。この制御によりターゲット３の状態が変化することによる異常放電や膜への異物の混入等が未然に防止できるため、長時間歩留まりよく反応性のスパッタリングをすることができる。
【００２１】
ターゲット３の状態をモニタする場合について以下に説明する。
【００２２】
ターゲット３の表面温度をモニタするための温度モニタ８を備えている。反応性のスパッタリングを長時間持続させると次第にターゲット３の温度が上昇してくる。そしてそのまま温度が上昇するとアーク放電などの異常放電が発生しやすくなる。その結果異常放電が生じてしまった場合膜にダメージを与え、さらに膜に異物が混入する。
【００２３】
そこで、一実施の形態においてターゲット３の表面温度がある温度（所定値）以上になった段階でそのターゲット３に印加する成膜用電力を遮断するように制御し、ターゲット３の温度が上昇するときに生じるアーク放電などの異常放電を防止する。この結果、長時間歩留まりよく反応性スパッタリングすることができる。
【００２４】
また、ターゲット３にはバッキングプレート（図示せず）を冷却水などにより冷却し、成膜用電力が遮断されている間効率よく冷却することが可能となっている。そしてターゲット３の温度が十分に下がった段階で反応性のスパッタリングを再開する。
【００２５】
なお、ターゲット３の表面温度は熱電対などによっても測定可能であるがターゲット３の表面温度が特に重要であるため熱電対は十分でないことが多い。そこでターゲット３の表面温度をモニタする方法として放射温度計を用いることが好ましい。
【００２６】
放射温度計には赤外線センサや放射光を用いる方法などがある。放射温度計を用いる場合、ターゲット３からスパッタリングされた粒子がその放射温度計に付着するのを防ぐために遮蔽する透明材料からなる遮蔽板９を備えることにより正確に温度検出ができる。遮蔽板９に粒子の付着物が堆積した場合、遮蔽板９を取り換えることにより放射温度計そのものや温度計の窓を取り換えることに比べ維持費を安価にすることができる。
【００２７】
また、ターゲット３には、電流計または電圧計１０を介して電力供給手段４から成膜用電力が供給される。この構成にすれば、ターゲット３の状態が変化すれば、供給される成膜用電力が変化するので、ターゲット３の状態変化を電流計または電圧計１０により検出することができる。
【００２８】
ターゲット３の電流値または電圧値をモニタする場合、反応性のスパッタリング中にターゲット３の表面が酸化されると電流値は低下する。そのためターゲット３の電流値をモニタすることによりある時点で急激に電流値が低下するところにおいてそのターゲット３に印加する成膜用電力を遮断するように制御することができる。このように制御することによりターゲット３の状態が変化することによる異常放電を未然に発生しにくくできるため、長時間歩留まりよく反応性のスパッタリングが可能となる。
【００２９】
なお、電力値を一定に保つようにしておけば、電流値の低下の代わりに電圧値の増加によってもこのような制御は有効である。
【００３０】
以上のように本発明は、ターゲット３の状態をモニタする手段を備え、その状態があらかじめ定められた状態になった段階で、そのターゲット３に印加する成膜用電力を遮断するように制御されるスパッタ装置であり、ターゲット３の状態が変化することによる異常放電を未然に発生しにくくできるため、長時間歩留まりよく反応性のスパッタリングすることができる。
【００３１】
図２は、本発明の一実施の形態における他のスパッタリング装置の構成を示す概略図である。
【００３２】
真空容器１からなる反応室の内部に陰極となる１対の対向ターゲット３が設けられ、この対向ターゲット３の間の空間から離間する位置に基板２が設けられている。さらに対向ターゲット３に成膜用電力を供給する電力供給手段４が電流計または電圧計１０を介して接続されている。
【００３３】
真空容器１には反応性ガスを供給するための反応性ガス供給口６、ガスを供給するためのガス供給口５が設けられ、さらにこの真空容器１の内部を真空排気するための排気口７が設けられている。
【００３４】
そして、１対の対向ターゲット３の表面温度をモニタするための温度モニタ８を設けている。また、この温度モニタ８と対向ターゲット３の間に遮蔽板９を設けることで、スパッタリングされた粒子の付着を防止し、温度モニタ８が対向ターゲット３の表面温度を正確に検出できる構成としている。
【００３５】
以下、動作について説明する。
【００３６】
対向ターゲット３に電力供給手段４から成膜用電力を電流計または電圧計１０を介して供給すると、電子を束縛するための磁場がスパッタリング面に対して垂直となり、スパッタが行われる。そしてこれにより対向ターゲット３の間に側方に配する基板２に薄膜が形成される。
【００３７】
以上の構成によれば、基板２がカソード電極である対向ターゲット３と垂直に配置され、高密度プラズマの発生が対向ターゲット３の間に集中していることから基板２にほとんど到達せずダメージが少ない膜形成が可能である。また温度モニタ８、電流計または電圧計１０により異常放電等が防止でき長時間歩留まりよくスパッタリングすることができる。
【００３８】
図３は本発明の一実施の形態における他のスパッタリング装置の構成を示す概略図である。なお図３において図１、２に示す同じ機能については同符号とし、説明を簡略化し、異なる構成および動作について説明する。
【００３９】
図３に示すように真空容器１からなる反応室内に２対の対向ターゲット３を設けた構成となっている。この構成により例えば一方の対向ターゲット３からのスパッタリングにより基板２に膜を形成している間、他方の対向ターゲット３を冷却する。そしてスパッタリングしている対向ターゲット３の表面温度が高くなり温度モニタ８、電流計または電圧計１０でそれを検出して成膜用電力が遮断されると、今まで冷却していた対向ターゲット３からのスパッタリングを開始する。そして先程の成膜用電力を遮断された対向ターゲット３は今度は表面温度を下げるため冷却される。
【００４０】
以上の動作を交互に繰り返すことにより工程時間を短縮することができる。またさらに効率よく達成するため基板２は移動可能にすると好ましい。さらに基板２を移動可能にした場合、反応性ガス供給口６を常に基板２と同距離となるようにすると同じ条件で反応させることができるため好ましい。
【００４１】
図４は本発明の一実施の形態における他のスパッタリング装置の構成を示す概略図であある。なお図４において図１に示す同じ機能については同符号とし、説明を簡略化し、異なる構成および動作について説明する。
【００４２】
図４に示すように真空容器１からなる反応室にガス供給口５、反応性ガス供給口６以外にエッチングガスを供給するエッチングガス供給口１１を設けている。またターゲット３に成膜用電力を供給する電力供給手段４およびエッチング用の電力を供給するエッチング用電力供給手段１２が接続されている。酸化物のエッチングガスとしてはフッ化炭素、フッ化硫黄のガス、例えばＣＦ4、ＣＨＦ3、ＳＦ6、またＡｒとの混合ガスあるいは酸素、水素との混合ガスなどが考えられる。
【００４３】
ターゲット３からのスパッタリングにより基板２に膜を形成するとターゲット３の表面が徐々に酸化する。このターゲット３の酸化した表面をエッチングガス供給口１１より供給されるエッチングガスおよびエッチング用電力供給手段１２から印加される電力により、ターゲット３の酸化した表面をエッチング除去することができ、長時間高効率のスパッタリングが可能となる。
【００４４】
図５は本発明の一実施の形態における他のスパッタリング装置の構成を示す概略図である。なお図５において図４に示す同じ機能については同符号とし、説明を簡略化し、異なる構成および動作について説明する。図５に示すように図４と異なる点は真空容器１からなる反応室内に設けたターゲット３を対向ターゲット３に置き換えたものであり、図４と同様に対向ターゲット３の酸化した表面をエッチング除去することができ、長時間高効率のスパッタリングが可能となる。
【００４５】
図６は本発明の一実施の形態における別のスパッタリング装置の構成を示す概略図である。なお図６において図４に示す同じ機能については同符号とし、説明を簡略化し、異なる構成および動作について説明する。
【００４６】
図６に示すように真空容器１からなる２つの反応室を設け、基板２が２つの反応室を移動させることができる構成となっている。この構成により一方の反応室でターゲット３からのスパッタリングにより基板２に膜を形成する。そして別の反応室において、例えばすでに基板２に膜を形成する結果として表面が酸化したターゲット３が存在する場合、エッチングにより酸化した表面を除去し、次の成膜に備える。つまり一方の反応室で成膜し、別の反応室でエッチングする。
【００４７】
この構成により長時間高効率のスパッタリングが可能となる。
【００４８】
図７は本発明の一実施の形態における別のスパッタリング装置の構成を示す概略図である。なお図７において図１に示す同じ機能については同符号とし、説明を簡略化し、異なる構成および動作について説明する。
【００４９】
図７に示すように真空容器１からなる反応室の底部に配置するターゲット３の近傍に還元される手段として還元性材料１３を備えている。この還元性材料１３によりターゲット３の表面の酸化物を低減できるため、長時間の反応性スパッタを歩留まりよく達成させることができる。
【００５０】
反応性のスパッタリングで用いた酸素の残りの酸素はターゲット３を酸化する原因となって好ましくない。基板２の側へ向かって酸素が供給されるように工夫がされているが、ある程度はターゲット３の付近に酸素が供給されてしまう。ターゲット３を還元する手段とはこのような酸素を消費するためのものである。すなわちターゲット３そのものと反応してターゲット３を還元する働きも考えられるが、むしろ反応性のスパッタリングで用いる酸素の残りの酸素をターゲット３の付近において消費するためのものである。
【００５１】
還元性材料１３はカーボンを含む材料などが考えられる。カーボンは安価であると共に反応生成物は一酸化炭素または二酸化炭素などのガスであるため排気によって除去できる。また還元性材料１３をターゲット３の近傍に備えると効率よくターゲット３を還元できるようになる。
【００５２】
図８は本発明の一実施の形態における別のスパッタリング装置の構成を示す概略図である。なお図において図４に示す同じ機能については同符号とし、説明を簡略化し、異なる構成および動作について説明する。
【００５３】
図８に示すように図４に示すエッチングガスの代わりに還元性ガス供給口１４を設け、還元性ガスを供給する構成となっている。還元性ガスを供給することによりターゲット３を還元する。この方法は還元性ガスを用いるため供給量をコントロールしやすく効率よくターゲット３を還元することができる。
【００５４】
還元性ガスは水素、フルオロカーボン、炭化水素を含むガスが考えられる。例えば水素を用いた場合、酸素と反応して水ができる。したがって反応性の酸素がターゲット３と反応するのを抑制することができる。また水がターゲット３の付近に近づいても酸素よりは反応性が低くターゲット３の酸化を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明にかかるスパッタリング装置は、ターゲットの状態が変化することによる異常放電を未然に発生しにくくできるため、長時間の反応性スパッタを歩留まりよく達成できるという効果を有し、酸化物薄膜を形成する反応性スパッタ装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施の形態におけるスパッタリング装置の構成を示す概略図
【図２】本発明の他の実施の形態における他のスパッタリング装置の構成を示す概略図
【図３】本発明のさらに他の実施の形態におけるスパッタリング装置の構成を示す概略図
【図４】本発明のさらに他の実施の形態におけるスパッタリング装置の構成を示す概略図
【図５】本発明のさらに他の実施の形態におけるスパッタリング装置の構成を示す概略図
【図６】本発明のさらに他の実施の形態におけるスパッタリング装置の構成を示す概略図
【図７】本発明のさらに他の実施の形態におけるスパッタリング装置の構成を示す概略図
【図８】本発明のさらに他の実施の形態におけるスパッタリング装置の構成を示す概略図
【符号の説明】
【００５７】
１  真空容器
２  基板
３  ターゲット
４  電力供給手段
５  ガス供給口
６  反応性ガス供給口
７  排気口
８  温度モニタ
９  遮蔽板
１０  電流計または電圧計
１１  エッチングガス供給口
１２  エッチング用電力供給手段
１３  還元性材料
１４  還元性ガス供給口
【図１】
2005281741.tif 000003
【図２】
2005281741.tif 000004
【図３】
2005281741.tif 000005
【図４】
2005281741.tif 000006
【図５】
2005281741.tif 000007
【図６】
2005281741.tif 000008
【図７】
2005281741.tif 000009
【図８】
2005281741.tif 000010