(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中に、長方体形状の複数のターゲットを電気的に独立させた状態で、かつ、前記複数の隣接するターゲットの長手方向の側面部がそれぞれ直接対向するように近接配置し、前記複数のターゲットの近傍においてマグネトロン放電によるプラズマを生成してスパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング方法であって、
前記隣接するターゲットの間隔が、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内で、当該隣接するターゲット間でアーク放電が発生せず、かつ、パッシェンの法則に基づき当該隣接するターゲット間で前記プラズマが生成されない距離であり、
当該スパッタリングの際、前記隣接するターゲットに対して所定のタイミングで１８０°位相の異なる電圧を印加するマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項２】
前記隣接するターゲットに対して１８０°位相の異なる電圧を周期的に交互に印加する請求項１記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項３】
前記隣接するターゲットに対して印加する電圧がパルス状の直流電圧である請求項１記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項４】
前記隣接するターゲットに対して印加する電圧の周波数が等しい請求項１記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項５】
前記隣接するターゲットに対して常時排他的に電圧を印加する請求項１記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項６】
前記隣接するターゲットに対して１８０°位相が異なり、かつ、正方向の最大値がグランド電圧に等しい電圧を周期的に交互に印加する請求項１記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項７】
真空槽内に複数の電気的に独立した長方体形状のターゲットが配置され、前記複数のターゲットの近傍においてマグネトロン放電によるプラズマを生成してスパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング装置であって、
前記複数の隣接するターゲットの長手方向の側面部がそれぞれ直接対向するように近接配置され、
前記隣接するターゲットの間隔が、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内で、当該隣接するターゲット間でアーク放電が発生せず、かつ、パッシェンの法則に基づき当該隣接するターゲット間で前記プラズマが生成されない距離であり、
前記隣接するターゲットに対してそれぞれ所定のタイミングで１８０°位相の異なる電圧を印加可能な電源を有する電圧供給部を備えたマグネトロン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、マグネトロンスパッタリング方法及びマグネトロンスパッタリング装置に関し、特に真空槽内に複数のターゲットを有するマグネトロンスパッタリング方法及びマグネトロンスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のマグネトロンスパッタリング装置としては、例えば図６に示すようなものが知られている。
図６に示すように、このマグネトロンスパッタリング装置１０１は、所定の真空排気系１０３及びガス導入管１０４に接続された真空槽１０２を有し、この真空槽１０２内の上部に、成膜対象物である基板１０６が配置されるようになっている。【０００３】
真空槽１０２内の下部には、それぞれ磁気回路形成部１０５を有する複数のターゲット１０７が配置されており、各ターゲット１０７は、バッキングプレート１０８を介して電源１０９から所定の電圧が印加されるように構成されている。【０００４】
そして、各ターゲット１０７の間には、各ターゲット１０７上に安定してプラズマを生成し、基板１０５上に均一な膜を形成するため、アース電位に設定されたシールド１１０が配置されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来技術においては、各ターゲット１０７間に配置されたシールド１１０によって成膜時にプラズマが吸収されるため、各ターゲット１０７のシールド１１０近傍の領域にエロージョンされない非エロージョン領域が残ってしまう。【０００６】
そして、この非エロージョン領域の存在によってターゲット１０７表面において異常放電が発生したり、非エロージョン領域にターゲット材料が堆積して膜質が劣化するという問題がある。【０００７】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ターゲット表面に存在する非エロージョン領域によって引き起こされる異常放電及び膜質劣化の原因となるターゲット材料の堆積を防止すべく非エロージョン領域を大幅に減少可能なマグネトロンスパッタリング方法及びマグネトロンスパッタリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明は、真空中に、長方体形状の複数のターゲットを電気的に独立させた状態で、かつ、前記複数の隣接するターゲットの長手方向の側面部がそれぞれ直接対向するように近接配置し、前記複数のターゲットの近傍においてマグネトロン放電によるプラズマを生成してスパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング方法であって、前記隣接するターゲットの間隔が、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内で、当該隣接するターゲット間でアーク放電が発生せず、かつ、パッシェンの法則に基づき当該隣接するターゲット間で前記プラズマが生成されない距離であり、当該スパッタリングの際、前記隣接するターゲットに対して所定のタイミングで１８０°位相の異なる電圧を印加するものである。
本発明は、上記発明において、前記隣接するターゲットに対して１８０°位相の異なる電圧を周期的に交互に印加することもできる。
本発明は、上記発明において、前記隣接するターゲットに対して印加する電圧がパルス状の直流電圧とすることもできる。
本発明は、上記発明において、前記隣接するターゲットに対して印加する電圧の周波数を等しくすることもできる。
本発明は、上記発明において、前記隣接するターゲットに対して常時排他的に電圧を印加するものである。
本発明は、上記発明において、前記隣接するターゲットに対して１８０°位相が異なり、かつ、正方向の最大値がグランド電圧に等しい電圧を周期的に交互に印加するものである。
本発明は、真空槽内に複数の電気的に独立した長方体形状のターゲットが配置され、前記複数のターゲットの近傍においてマグネトロン放電によるプラズマを生成してスパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング装置であって、前記複数の隣接するターゲットの長手方向の側面部がそれぞれ直接対向するように近接配置され、前記隣接するターゲットの間隔が、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内で、当該隣接するターゲット間でアーク放電が発生せず、かつ、パッシェンの法則に基づき当該隣接するターゲット間で前記プラズマが生成されない距離であり、前記隣接するターゲットに対してそれぞれ所定のタイミングで１８０°位相の異なる電圧を印加可能な電源を有する電圧供給部を備えたものである。
【０００９】
本発明方法の場合、長方体形状の複数の隣接するターゲットを、長手方向の側面部がそれぞれ直接対向するように、隣接するターゲットの間隔が、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内で、当該隣接するターゲット間でアーク放電が発生せず、かつ、パッシェンの法則に基づき当該隣接するターゲット間でプラズマが生成されない距離で近接配置し、スパッタリングの際、複数の隣接するターゲットに対してそれぞれ所定のタイミングで１８０°位相の異なる電圧を印加することによって、ターゲット間にシールドを設けない状態であっても、各ターゲット上において偏りのないプラズマを安定して生成することが可能になる。
【００１０】
その結果、本発明によれば、非エロージョン領域を大幅に減少させることができ、これによりターゲット表面における異常放電を防止することができるとともに、非エロージョン領域におけるターゲット材料の堆積を極力阻止することができる。【００１１】
また、本発明装置によれば、上述した本発明の方法を効率良く容易に実施することが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ターゲット間にシールドを設けない状態であっても、各ターゲット上において偏りのないプラズマを安定して生成することができ、これによりターゲット表面における異常放電を防止することができるとともに、非エロージョン領域におけるターゲット材料の堆積を極力阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の実施の形態の構成を示す断面図
【図２】本発明におけるターゲットに印加する電圧の波形の一例を示すタイミングチャート
【図３】ターゲットに印加する電圧の周波数と波形の関係を示すタイミングチャート
【図４】（ａ）（ｂ）：ターゲットに印加する電圧の他の例の波形を示すタイミングチャート
【図５】（ａ）：比較例によるターゲットの状態を示す説明図（ｂ）：実施例によるターゲットの状態を示す説明図
【図６】従来技術に係るマグネトロンスパッタリング装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００１４】
１…マグネトロンスパッタリング装置  ２…真空槽  ６…基板  ８（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ）…ターゲット  １０…電圧供給部  １１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ…電源  １２…電圧制御部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の実施の形態の構成を示す断面図である。
図１に示すように、本実施の形態のマグネトロンスパッタリング装置１は、所定の真空排気系３及びガス導入管４に接続され更に真空計５が取り付けられた真空槽２を有している。【００１６】
真空槽２内の上部には、図示しない電源に接続された基板６が基板ホルダー７に保持された状態で配置されるようになっている。【００１７】
なお、本発明の場合、基板６は真空槽２内の所定位置に固定することも可能であるが、膜厚均一性確保の観点からは、揺動又は回転又は通過によって基板６を移動させるように構成することが好ましい。【００１８】
そして、真空槽２内の下部には、複数のターゲット８（本実施の形態の場合は８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ）が、バッキングプレート９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ上に載置されそれぞれ電気的に独立した状態で配置されている。【００１９】
本発明の場合、ターゲット８の個数は特に限定されることはないが、放電をより安定させる観点からは、偶数個のターゲット８を設けることが好ましい。【００２０】
本実施の形態の場合、ターゲット８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは、例えば長方体形状に形成され、同じ高さ位置に設けられている。そして、膜厚（膜質）の均一性確保の観点から、隣接するターゲット８Ａ及び８Ｂ、８Ｂ及び８Ｃ、８Ｃ及び８Ｄの長手方向の側面部がそれぞれ直接対向するように近接配置されている。
この場合、膜厚（膜質）の均一性確保の観点からは、ターゲット８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄの配置領域が、基板６の大きさより大きくなるように構成することが好ましい。【００２１】
本発明の場合、隣接するターゲット８Ａ及び８Ｂ、８Ｂ及び８Ｃ、８Ｃ及び８Ｄの間隔は特に限定されることはないが、隣接するターゲット間で異常（アーク）放電が発生せず、かつ、パッシェンの法則に基づき当該隣接するターゲット８Ａ及び８Ｂ、８Ｂ及び８Ｃ、８Ｃ及び８Ｄ間でプラズマが生成されない距離とすることが好ましい。【００２２】
本実施の形態の場合、隣接するターゲット８Ａ及び８Ｂ、８Ｂ及び８Ｃ、８Ｃ及び８Ｄの間隔が１ｍｍ未満の場合には、これらの間に異常（アーク）放電が発生し、他方、６０ｍｍを超えるとプラズマが生成されることが本発明者らによって確認されている（圧力０．３Ｐａ、投入電力１０Ｗ／ｃｍ2）。【００２３】
また、ターゲット８Ａ〜８Ｄの長手方向の側面部等へ膜が付着してしまうという不都合を考慮すると、より好ましい範囲は、１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。【００２４】
一方、真空槽２の外部には、各ターゲット８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄに対して所定の電圧を印加するための電圧供給部１０が設けられている。【００２５】
本実施の形態の電圧供給部１０は、各ターゲット８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄに対応する電源１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄを有している。これら各電源１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは、電圧制御部１２に接続され出力電圧の大きさ及びタイミングが制御されるように構成されており、これにより後述する所定の電圧をバッキングプレート９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄを介してターゲット８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄにそれぞれ印加するようになっている。【００２６】
各バッキングプレート９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄの下側、すなわち、バッキングプレート９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄのターゲット８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと反対側には、例えば永久磁石からなる磁気回路形成部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄが設けられている。【００２７】
本発明の場合、各磁気回路形成部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄは所定位置に固定することも可能であるが、形成される磁気回路の均一化を図る観点からは、例えば水平方向に往復移動するように構成することが好ましい。【００２８】
なお、各ターゲット８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄの表面における漏洩磁場が、垂直磁場０の位置が１００〜２０００Ｇの水平磁場となるように磁気回路を構成することが好ましい。【００２９】
以下、本発明に係るマグネトロンスパッタリング方法の好ましい実施の形態を説明する。
本実施の形態においては、真空槽２内にスパッタガスを導入し所定の圧力下でスパッタリングを行う際、隣接するターゲット８Ａ及び８Ｂ、８Ｂ及び８Ｃ、８Ｃ及び８Ｄに対して所定のタイミングで１８０°位相の異なる電圧を印加する。【００３０】
図２は、本発明におけるターゲットに印加する電圧の波形の一例を示すタイミングチャートである。
図２に示すように、この例においては、例えば隣接するターゲット８Ａ及び８Ｂ、８Ｂ及び８Ｃ、８Ｃ及び８Ｄに対し、以下に説明するような１８０°位相の異なる電圧を周期的に交互に印加する。
特に本例では、各ターゲット８Ａ〜８Ｄに対してパルス状の直流電圧を印加する。【００３１】
この場合、各ターゲット８Ａ〜８Ｄ上で確実にプラズマを生成させる観点からは、隣接するターゲット８Ａ及び８Ｂ、８Ｂ及び８Ｃ、８Ｃ及び８Ｄに印加する電圧が、同電位になる期間のないような、即ち重ならないような排他的な波形のものにすることが好ましい。【００３２】
本発明の場合、各ターゲット８Ａ〜８Ｄに対して印加する電圧の周波数はチャージされる電荷が逃げる範囲でできるだけ小さいことが好ましく、具体的には例えば１Ｈｚ以上である。【００３３】
また、各ターゲット８Ａ〜８Ｄに対して印加する電圧の周波数の上限は、以下に説明するように設定する。【００３４】
図３は、ターゲットに印加する電圧の周波数と波形の関係を示すタイミングチャートである。
上述した構成の隣接するターゲットＡ、Ｂに上述したパルス状の直流電圧を印加する場合について説明すると、図３に示すように、１０ｋＨｚまでは、ターゲットＡ、Ｂ及びその回路自体が有する電気容量の影響が小さく、波形（矩形）が崩れないことが本発明者らによって確認されている。その結果、隣接するターゲットＡ、Ｂに対して排他的に電圧を印加することにより、各ターゲットＡ、Ｂ上で確実にプラズマを生成させることができる。【００３５】
一方、印加電圧の周波数が１０ｋＨｚを超えると（図中では１２ｋＨｚ）、ターゲットＡ、Ｂ及びその回路自体が有する電気容量の影響を無視できなくなり、正弦波に近づくように波形が崩れることが本発明者らによって確認されている。その結果、隣接するターゲットＡ、Ｂについて同電位になる期間が生じ、上述したように、各ターゲットＡ、Ｂ上で確実にプラズマを生成させることができなくなる。【００３６】
したがって、本実施の形態の場合、各ターゲット８Ａ〜８Ｄに対して印加する電圧の周波数は、１Ｈｚ〜１０ｋＨｚであることが好ましい。【００３７】
なお、本発明の場合、隣接する各ターゲット８Ａ〜８Ｄに対して印加する電圧の周波数は異なっていてもよいが、膜厚均一性確保の観点からは、それぞれ周波数の等しい電圧を印加することが好ましい。【００３８】
また、隣接する各ターゲット８Ａ〜８Ｄに対して印加する電圧の大きさ（電力）は特に限定されることはないが、膜厚均一性確保の観点からは、それぞれ大きさの等しい電圧を印加することが好ましい。【００３９】
この場合、各ターゲット８Ａ〜８Ｄ上で安定してプラズマを生成する観点から、印加する電圧の正（＋）方向の最大値がグランド電位に等しくなるように設定することが好ましい。【００４０】
図４（ａ）（ｂ）は、ターゲットに印加する電圧の他の例の波形を示すタイミングチャートである。
図４（ａ）（ｂ）に示すように、本発明においては、隣接するターゲットに対し、上述したパルス状の直流電圧の代わりに、１８０°位相の異なる交流（交番）電圧を周期的に交互に印加することもできる。【００４１】
本例においても、各ターゲット８Ａ〜８Ｄ上で確実にプラズマを生成させる観点から、隣接するターゲット８Ａ及び８Ｂ、８Ｂ及び８Ｃ、８Ｃ及び８Ｄに印加する電圧が、同電位になる期間のないような、即ち重ならないような排他的な波形のものにすることが好ましい。【００４２】
また、各ターゲット８Ａ〜８Ｄに対して印加する電圧の周波数はチャージされる電荷が逃げる範囲でできるだけ小さいことが好ましく、具体的には例えば１Ｈｚ以上である。【００４３】
一方、各ターゲット８Ａ〜８Ｄに対して印加する電圧の周波数の上限については、周波数の増大に伴う波形の崩れが上記パルス状の直流電圧に比べて小さく、６０ｋＨｚ程度まで印加可能であることが本発明者らによって確認されている。【００４４】
したがって、本例の場合、各ターゲット８Ａ〜８Ｄに対して印加する電圧の好ましい周波数は、１Ｈｚ〜４０ｋＨｚである。【００４５】
以上述べた本実施の形態によれば、スパッタリングの際、近接配置させた隣接するターゲット８Ａ及び８Ｂ、８Ｂ及び８Ｃ、８Ｃ及び８Ｄに対して１８０°位相の異なる電圧を印加することによって、ターゲット８Ａ〜８Ｄ間にシールドを設けない状態であっても、各ターゲット８Ａ〜８Ｄ上において偏りのないプラズマを安定して生成することができる。その結果、各ターゲット８Ａ〜８Ｄにおける非エロージョン領域を大幅に減少させることができるので、ターゲット８Ａ〜８Ｄ表面における異常放電を防止することができるとともに、非エロージョン領域におけるターゲット材料の堆積を極力阻止することができる。【００４６】
また、本実施の形態のマグネトロンスパッタリング装置１によれば、上述した本発明の方法を効率良く容易に実施することができる。【００４７】
なお、本発明は、種々の任意の数のターゲットに対して適用することができ、また、導入するスパッタガスの種類も問わないものである。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明の実施例を説明する。
＜実施例＞
図１に示すマグネトロンスパッタリング装置を用い、Ｉｎ2Ｏ3にＳｎＯ2を１０重量％添加したターゲットを真空槽内に６枚配置した。【００４９】
そして、ＡｒとＯ2からなるスパッタガスを真空槽内に導入し、圧力０．７Ｐａの下、各ターゲットに対して図２に示すような逆相のパルス状の矩形波（周波数５０Ｈｚ、投入電力６．０ｋＷ）を印加してスパッタリングを行った。【００５０】
＜比較例＞
図６に示す従来技術のマグネトロンスパッタリング装置を用い、実施例と同一のプロセス条件でスパッタリングを行った。【００５１】
図５（ａ）に示すように、比較例の場合はターゲット８の縁部に幅１０ｍｍ程度の非エロージョン領域８０が存在するのに対し、図５（ｂ）に示すように、実施例の場合は、ターゲット８の縁部には非エロージョン領域がほとんど存在しなかった。
【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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