(57)【要約】【課題】  スパッタで生じたプラズマ中の荷電粒子による基板及び基板上に成膜された皮膜の損傷を抑制できる対向ターゲット式スパッタリング装置を提供する。【解決手段】  互いに対向するスパッタ面を有する一対の主ターゲット２ａ、２ｂと、主ターゲットの近傍位置にそれぞれ配置されて互いに異なる極性を有しスパッタ面に垂直な磁界を発生する磁界発生源４ａ、６ａ、４ｂ、６ｂと、主ターゲット間の空間２０の一側面に配置された補助ターゲット２ｃと、空間２０の他の側面に配置される基板１２を保持する基板ホルダー１０と、主ターゲットに対して補助ターゲットの電位が反対になるように各ターゲット間に電圧を印加する電源１４とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するスパッタ面を有する一対の主ターゲットと、前記主ターゲットの近傍位置にそれぞれ配置されて互いに異なる極性を有し前記スパッタ面に垂直な磁界を発生する磁界発生源と、前記主ターゲット間の空間の一側面に配置された補助ターゲットと、前記空間の他の側面に配置される基板を保持する基板ホルダーと、前記主ターゲットに対して前記補助ターゲットの電位が反対になるように各ターゲット間に電圧を印加する電源とを備えたことを特徴とする対向ターゲット式スパッタリング装置。
【請求項２】
前記磁界発生源は、前記主ターゲットの背面に配置される環状磁極と、該環状磁極の中心に配置される中心磁極とを有するプレーナーマグネトロンであることを特徴とする請求項１に記載の対向ターゲット式スパッタリング装置。
【請求項３】
前記補助ターゲットの背面に、環状磁極と該環状磁極の中心に配置される中心磁極とを有するプレーナーマグネトロンが配置され、該プレーナーマグネトロンは前記補助ターゲット表面に２０〜１５０ｍＴの平行磁場を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の対向ターゲット式スパッタリング装置。
【請求項４】
前記電源はパルス電圧を印加するものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の対向ターゲット式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、各種材料の薄膜形成を行うのに好適な対向ターゲット式スパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマによる基板の損傷が少ないスパッタ装置として、対向ターゲット式スパッタリング装置が知られている。この装置は、真空容器内に対向配置された一対のターゲットと、各ターゲットのスパッタ面に垂直な方向に磁界を発生させる磁界発生手段と、ターゲット間のスパッタ空間の側方に対面配置された基板とを備えたものである（例えば、特許文献１〜４参照）。
そして、接地電位にある基板ホルダーを陽極とし、ターゲットを陰極として電圧を印加し、スパッタ空間に磁界を発生させるとスパッタリングが行われ、ターゲットから放出された粒子が基板に成膜される。
【０００３】
ところが、スパッタ粒子は大部分が電気的に中性であり、基板と反対方向に飛散して成膜に有効に寄与しない場合がある。そこで、基板に対向して補助ターゲットを設け、基板と反対に飛散した粒子を補助ターゲットで再スパッタして基板表面に被着させる技術が報告されている（上記特許文献２参照）。
又、上記磁界発生手段として、ターゲットの背面に、ターゲットの周縁に沿った外周環状磁極と、該外周環状磁極の中心に配置された中心磁極とを有する、いわゆるプレーナーマグネトロンが知られている（上記特許文献３参照）。このプレーナーマグネトロンによれば、ターゲットの表面に環状に強い磁界が形成され、プラズマがターゲット表面にリング状に閉じ込められ、効率よくスパッタすることができる。
さらに、成膜速度を向上させる技術として、対向するターゲット間に１８０度位相のずれた交流電圧を印加する技術が知られている（上記特許文献４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−１５７５１１号公報
【特許文献２】特開平５−３９５６９号公報（図１）
【特許文献３】特開平１−２９８１５４号公報（図１〜３）
【特許文献４】特開平１１−２９８６０号公報（課題を解決するための手段）
【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、上記した従来技術の場合、スパッタにより生じたプラズマによる基板の損傷を抑制する点で不充分である。この原因としては、基板をアース電位（陽極）とし、ターゲットを陰極としているために、スパッタによって生じた電子及び負イオンが基板に到達して基板を損傷することが考えられる。
特に、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子の薄膜形成の場合、わずかな荷電粒子による基板アタックも問題となる。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、スパッタで生じたプラズマ中の荷電粒子による基板及び基板上に成膜された皮膜の損傷を抑制できる対向ターゲット式スパッタリング装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の対向ターゲット式スパッタリング装置は、互いに対向するスパッタ面を有する一対の主ターゲットと、前記主ターゲットの近傍位置にそれぞれ配置されて互いに異なる極性を有し前記スパッタ面に垂直な磁界を発生する磁界発生源と、前記主ターゲット間の空間の一側面に配置された補助ターゲットと、前記空間の他の側面に配置される基板を保持する基板ホルダーと、前記主ターゲットに対して前記補助ターゲットの電位が反対になるように各ターゲット間に電圧を印加する電源とを備えたことを特徴とする。
このようにすると、主ターゲットと補助ターゲットの間に正負の電圧を印加し、基板に電圧が印加されないので、スパッタで生じたプラズマ中の荷電粒子は補助ターゲットに捕捉される一方で基板に到達することが少なくなり、基板及び基板上に成膜された皮膜の損傷を抑制できる。
【０００７】
前記磁界発生源は、前記主ターゲットの背面に配置される環状磁極と、該環状磁極の中心に配置される中心磁極とを有するプレーナーマグネトロンであることが好ましい。
前記補助ターゲットの背面に、環状磁極と該環状磁極の中心に配置される中心磁極とを有するプレーナーマグネトロンが配置され、該プレーナーマグネトロンは前記補助ターゲット表面に２０〜１５０ｍＴの平行磁場を形成することが好ましい。
前記電源はパルス電圧を印加するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スパッタで生じたプラズマ中の荷電粒子による基板及び基板上に成膜された皮膜の損傷を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図１を参照して説明する。
図１において、対向ターゲット式スパッタリング装置は、真空容器（図示せず）内に、一対の主ターゲット２ａ、２ｂと、磁界発生源４ａ、６ａ、４ｂ、６ｂと、補助ターゲット２ｃと、基板１２を保持する基板ホルダー１０と、各ターゲット間に電圧を印加する電源１４とを備えている。
【００１０】
強磁性材料等から成る円形の主ターゲット２ａ、２ｂは、スパッタ面が互いに対向するように（図の左右方向に）、かつスパッタ空間２０を形成するように間隔をおいて配置されている。主ターゲット２ａ、２ｂはそれぞれ略円筒状のケーシング８ａ、８ｂの表面に配置され、各ケーシングは所定の絶縁板（図示せず）を介して真空容器に取付けられている。
【００１１】
ケーシング８ａ内部には磁界発生源として、主ターゲット２ａの背面側となる位置に、ターゲットの周縁に沿った外周環状磁極６ａと、外周環状磁極の中心に配置された円筒状の中心磁極４ａとが配置され、これらの磁極はスパッタ面に垂直な磁界を発生するようになっている。これらの磁石は永久磁石からなっていて、外周環状磁極６ａと中心磁極４ａの極性は異なっている。
同様にして、ケーシング８ｂ内部には、外周環状磁極６ｂと、外周環状磁極の中心に配置された中心磁極４ｂとが配置されているが、外周環状磁極６ｂ及び中心磁極４ｂは、それぞれ対応する外周環状磁極６ａ及び中心磁極４ａと異なる極性になっている。
このタイプの磁界発生源は、いわゆるプレーナーマグネトロンと称され、ターゲットの表面に環状に強い磁界を形成してプラズマをターゲット表面にリング状に閉じ込め、効率よくスパッタすることができる。
【００１２】
補助ターゲット２ｃは、主ターゲット２ａ、２ｂ間の空間２０の一側面（図の下側）に配置されている。補助ターゲットは、主ターゲット２ａ、２ｂと同一材料又はその成分金属元素を含む材料からなり、主ターゲット２ａと同一構造のケーシング８ｃ、及び磁界発生源４ｃ、６ｃを備え、これらはプレーナーマグネトロンを構成している。
なお、補助ターゲット２ｃの磁界発生源４ｃ、６ｃの極性は、外周環状磁極６ｃと中心磁極４ｃの極性が異なっていればよく、主ターゲット２ａ、２ｂの磁界発生源の極性とは無関係でよい。
【００１３】
基板ホルダー１０は、空間２０を隔てて補助ターゲット２ｃのスパッタ面と対向する位置（図の上側）に配置され、絶縁板（図示せず）を介して真空容器に取付けられている。基板ホルダー１０の前面には基板１２が設置され、基板ホルダー１０に伴って図のＤ（左右）方向に基板１２が移動しながら基板表面が成膜されるようになっている。基板ホルダー１０は真空容器から絶縁されているため、基板ホルダー（及び基板）には電圧が印加されていない。
【００１４】
電源１４は、主ターゲット２ａ、２ｂに対し、補助ターゲット２ｃの電位が反対になるように各ターゲット間に電圧を印加するようになっている。電源としてパルス電源を用いることが好ましい。
放電をパルス化することにより、タ−ゲット表面への堆積物（絶縁層）を減らし、アーク放電を防止することができる。パルス電源としては直流パルス電源と交流パルス電源のいずれを用いてもよいが、交流パルス電源を用いるとアーク放電をさらに有効に防止しプラズマを安定化することができるので好ましい。
なお、交流パルス電源として、１８０度位相がずれた交流電源を与える回路を用いることができ、このような公知の回路としては、例えば特開平５−２２２５３１号公報、特開平６−２１２４２１号公報記載のものを採用することができる。例えば、交流パルス電源として、信号発生器と、信号発生器から出た信号を１８０度ずれた所定周波数の交流信号に変換する回路と、これらの交流信号をそれぞれ増幅する２個の増幅器とを備えたものが例示される。そして、各増幅器にそれぞれ主ターゲットと補助ターゲットとを接続し、それぞれのターゲットに交流電圧を印加することができる。
【００１５】
<作用>
次に、本発明の実施形態に係る対向ターゲット式スパッタリング装置の作用について説明する。
真空排気した真空容器内で主ターゲット２ａ、２ｂと補助ターゲット２ｃとの間には磁界発生源から空間２０内に磁界が発生しており、電圧を印加すると、この空間内で主ターゲットがスパッタされ、大部分が電気的に中性なスパッタ粒子、並びに電子（ターゲットからの二次電子、放電時生成電子）及びアルゴンの正イオン等の飛散したプラズマ空間が形成される。
【００１６】
ここで、主ターゲット２ａ、２ｂの外周環状磁極６ａ、６ｂがプラズマから見た場合に互いに異極であるため、一方の主ターゲット側の外周環状磁極から出た磁力線が他の主ターゲット側の外周環状磁極へ入り、筒状の磁界が形成される。また、前記の主ターゲットからなる１組の電極の対極として補助ターゲットを設けることにより、前記の磁界に加えて主ターゲットと補助ターゲット間においても磁界が形成される。
さらに、本発明においては、前記した主ターゲットからなる1組の電極と補助電極の間に正負の電圧を印加し基板に電圧を印加しない。この点で、本発明は、ターゲット電極と補助電極とに独立に電圧を印加する従来の技術とは異なっている。そのため、前記各電極間に電圧を印加した際、3つのターゲットで囲まれた空間の狭い局所領域にプラズマが生じると共に、プラズマ中に発生する前記電子は、ローレンツ力によってプラズマに収束する磁界に拘束を受けるため、基板への飛散がさらに低減し、損傷を抑制できる。
主ターゲットと補助ターゲットはいずれが陽極であってもよく、又、交流パルス電圧を印加し、主ターゲットと補助ターゲットの極性を相互に変化するようにしてもよい。
【００１７】
又、補助ターゲットに磁界を生じさせると、プラズマを集中させてターゲットのアタックを高効率化することができるため、その分だけ放電時のインピーダンス（ターゲット電圧／ターゲット電流）を低下させることができる。インピーダンスを低くすると、より低電圧でターゲットを叩くことができるので、ターゲット材料への影響を小さくすることができる。特に複合ターゲット（ITO等）を用いた場合にこの効果が大きい。一方、インピーダンスが高くなるとターゲット電圧が高くなり、特に複合ターゲットにおいて材料の変質等（例えば、分解）を誘発させるため好ましくない。
図1に、主ターゲット及び補助ターゲットで囲まれる空間に生じる磁力線を模式的に示す。この図において、主ターゲット間にプラズマに収束する磁界が生じるが、主ターゲットと補助ターゲットの間にも同様の磁界が生じているものと考えられる。なお、Ｎ極からＳ極に向かう矢印によって各磁界を表示している。実線の矢印はターゲット内での磁界、破線の矢印はターゲット間の磁界を表示している。
【００１８】
補助ターゲットへ生じさせる磁界の強さとして、補助ターゲット表面の平行磁場を２０〜１５０ｍT（２００〜１５００Ｇａｕｓｓ）とすることが好ましい。平行磁場が２０ｍT未満であると、上記したインピーダンスの低減効果が少なくなる場合がある。一方、平行磁場が１５０ｍTを超えると、ターゲット材料中のアタックを受ける領域が狭くなってターゲット一部のみが飛散するので、材料の使用効率が低下しターゲットの交換頻度が増えるため実用性に難がある場合がある。
【００１９】
本発明の実施形態に係る対向ターゲット式スパッタリング装置は、主ターゲットと補助ターゲットの３面ターゲットによる二極式の電極構成としている。これにより、電圧を印加した際のプラズマホールド性が向上し、基板上に成膜された薄膜の損傷を抑制することができる。又、基板や皮膜の損傷が抑制される結果として、成膜速度が向上すると共に、膜厚も均一となる。
さらに、好ましくは補助ターゲット表面に所定の磁束密度を付与すると、ターゲット電圧の低減及び荷電粒子の補助ターゲットへの捕捉を促し、放電時のインピーダンスが低下する効果も生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る対向ターゲット式スパッタリング装置の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
２ａ、２ｂ                  主ターゲット
４ａ、６ａ、４ｂ、６ｂ      磁界発生源
２ｃ                        補助ターゲット
１０                        基板ホルダー
１２                        基板
１４                        電源
２０                        ターゲット間の空間
【図１】
2007231401.tif 000003