(57)【要約】【課題】成膜する薄膜の組成を容易に制御することができ、所望の機能性薄膜を得ることができる対向ターゲット式スパッタ装置を提供する。【解決手段】複数の対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃからなるスパッタ源を備え、前記対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃを同時に動作させて該対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃ上に配置された基板１１上に薄膜をスパッタ成膜する対向ターゲット式スパッタ装置１０であって、対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃごとに組成の異なるターゲットを有し、対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれの基板１１に対する配列パターンと、対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれへの印加電圧値とを調整して、前記薄膜の組成比を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の対向ターゲットユニットからなるスパッタ源を備え、前記対向ターゲットユニットを同時に動作させて該対向ターゲットユニット上に配置された基板上に薄膜をスパッタ成膜する対向ターゲット式スパッタ装置であって、
前記対向ターゲットユニットごとに組成の異なるターゲットを有し、
前記対向ターゲットユニットそれぞれの前記基板に対する配列パターンと、該対向ターゲットユニットそれぞれへの印加電圧値とを調整して、前記薄膜の組成比を制御することを特徴とする対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項２】
前記対向ターゲットユニットの配列パターンは、前記対向ターゲットユニットが前記基板の主面に対して平行で一列に並んだ配列パターン、前記対向ターゲットユニットが前記基板の主面中心から略等距離で一列に並んだ配列パターン、前記対向ターゲットユニットが前記基板の主面中心から略等距離で同一円周上に並んだ配列パターンのいずれか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装置。
【請求項３】
前記スパッタ源は、Ｅｕ２Ｏ３からなるターゲットを有する対向ターゲットユニットと、ＳｉまたはＳｉＯ２からなるターゲットを有する対向ターゲットユニットとの組合せ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装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜する薄膜の組成制御が容易な対向ターゲット式スパッタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスパッタ装置は、各種機能性薄膜を成膜する装置として、その他の成膜装置に比べ、原料を固体であるターゲットを用いるためにハンドリングがよく、適用可能性の範囲が大きく、大面積の成膜にも適している。しかしながら、その方式上、基板ダメージが大きく、低温での成膜が難しく、成膜時に薄膜自体にもダメージを与えてしまうといった問題がある。
【０００３】
そのような問題に対し、新たな方式として開発されたのが対向ターゲット式スパッタ装置である（特許文献１参照。）。対向ターゲット式スパッタ装置は、真空構内で対向させたターゲットの対向方向に磁界を発生させ、ターゲットの側方に配した基板上に膜形成するスパッタ装置であり、各種材料中でも磁性材の低温、高速の膜形成が出来る特徴を有し、磁性薄膜、薄膜型磁気記録媒体等の製造に利用されている。またその後、特許文献２等で開示されているようにターゲットの利用効率を改善し生産性の向上が図られ、金属磁性薄膜を記録層とした高密度記録用テープの作成に必要な結晶組織間に生ずる残留応力の調整等の改善が行われている。
【０００４】
また昨今では上記磁性薄膜だけでなく、低温成膜等の対向ターゲット式スパッタ装置独自の特徴を生かしつつ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜やインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）薄膜などのような高性能薄膜を実現しており（非特許文献１参照。）、今後更なる様々な機能性薄膜への応用が期待されつつある。
【０００５】
ここで、新たな機能性薄膜を得るためには、ターゲットの作製が難しく、あるいはスパッタによる組成変化に敏感な材料が存在する。そういった機能性薄膜を実現させるには、複数のスパッタターゲットを用いて同時にスパッタすることによる化学変化にて所望の組成比を得る必要がある。
【０００６】
対向ターゲット式スパッタ装置は、その構造上、スパッタ源（対向ターゲットユニット）の中に複数のターゲットを混在させることが出来るために、上記共スパッタを手軽に行うことが出来る反面、組成比等の微調整を行うには、そのターゲットの大きさ等を調整する必要があるため、組成の任意変更が難しく、量産性には不向きであった。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５７−１５８３８０号公報
【特許文献２】特開平２−４９６４号公報
【非特許文献１】月間ディスプレイ２００５年３月号，ｐ．７１〜７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、成膜する薄膜の組成を容易に制御することができ、所望の機能性薄膜を得ることができる対向ターゲット式スパッタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために提供する本発明は、複数の対向ターゲットユニットからなるスパッタ源を備え、前記対向ターゲットユニットを同時に動作させて該対向ターゲットユニット上に配置された基板上に薄膜をスパッタ成膜する対向ターゲット式スパッタ装置であって、前記対向ターゲットユニットごとに組成の異なるターゲットを有し、前記対向ターゲットユニットそれぞれの前記基板に対する配列パターンと、該対向ターゲットユニットそれぞれへの印加電圧値とを調整して、前記薄膜の組成比を制御することを特徴とする対向ターゲット式スパッタ装置である。
【００１０】
ここで、前記対向ターゲットユニットの配列パターンは、前記対向ターゲットユニットが前記基板の主面に対して平行で一列に並んだ配列パターン、前記対向ターゲットユニットが前記基板の主面中心から略等距離で一列に並んだ配列パターン、前記対向ターゲットユニットが前記基板の主面中心から略等距離で同一円周上に並んだ配列パターンのいずれかであることが好ましい。
【００１１】
また、前記スパッタ源は、Ｅｕ２Ｏ３からなるターゲットを有する対向ターゲットユニットと、ＳｉまたはＳｉＯ２からなるターゲットを有する対向ターゲットユニットとの組合せであることが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、成膜する薄膜の組成を容易に制御することができ、所望の機能性薄膜を得ることができ、あるいはデバイス化を図ることもできる。また、成膜ごとにターゲットを作製する必要がなくなり大面積の薄膜を効率的に形成することが可能である。さらに、ＭＢＥのような超高真空が必要ではなく、ターゲット原料が扱い易くメンテナンスが容易となる。また、真空下にて連続成膜が可能となるため、デバイス作製に際し清浄な界面が実現され、ヘテロ接合も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、従来の対向ターゲット式スパッタ装置を用いてＥｕシリケート（ＥｕＳｉＯ）薄膜を成膜する場合を例にとり、その問題点を説明する。図１は、従来の対向ターゲット式スパッタ装置のチャンバー内に配置された基板９１とスパッタ源である１つの対向ターゲットユニット９３のみを示した概略図である。対向ターゲットユニット９３は、組成の異なるターゲット９４ａ，９４ｂが対向して配置され、ターゲット９４ａ，９４ｂの背面側または周辺部には永久磁石などからなる磁界発生手段（図示せず）が配置されるとともにターゲット９４ａ，９４ｂの周りが基板９１側の側面を除いて遮蔽板で囲まれた箱型ユニットとなっている。
【００１４】
本装置におけるスパッタ成膜方法としては、真空排気されたチャンバー内にＡｒガス等のスパッタガスが導入された状態で、電源（図示せず）よりチャンバーをアノード（接地電位）、ターゲット９４ａ，９４ｂをカソードとして電圧を印加し、ターゲット９４ａ，９４ｂ間の対向空間にプラズマを形成して該ターゲット９４ａ，９４ｂのスパッタリングを行い、ターゲット９４ａ，９４ｂの組成に対応した組成の薄膜を基板９１上に形成するものである。
【００１５】
ここで、Ｅｕシリケート（ＥｕＳｉＯ）薄膜を成膜する場合には、ＳｉとＥｕが各々の物性の違いにより焼結して１つのスパッタターゲットとすることが難しいため、ターゲット９４ａ，９４ｂはいずれか一方がＥｕ２Ｏ３からなり、他方がＳｉまたはＳｉＯ２からなるターゲットとする必要があった。そのため、ＳｉとＥｕとＯの組成比を調整しようとすると、増やしたい元素については対応するターゲットの面積を大きくし、減らしたい元素については対応するターゲットの面積を小さくするなど、そのつどターゲット９４ａ，９４ｂの面積比を調整する必要があった。したがって、この方法では薄膜組成を調整するたびにターゲットを試作する必要があるため、生産性に問題があった。とくに発光層として用いられるＥｕシリケート（ＥｕＳｉＯ）薄膜などを作成しようとすると厳密に薄膜組成を制御しなければならずこの方法は現実的なものではなかった。
【００１６】
発明者らは、基板や薄膜にダメージを与えることなく成膜できる対向ターゲット式スパッタ装置を前提として、前記問題を解決するべく鋭意検討を行い、ターゲット面積を固定した状態で薄膜組成を制御することができる対向ターゲット式スパッタ装置を発明するに至った。以下に、本発明に係る対向ターゲット式スパッタ装置の構成について説明する。
【００１７】
図２は、本発明に係る対向ターゲット式スパッタ装置の一実施の形態における構成を示す概略図である。
図２に示すように、対向ターゲット式スパッタ装置１０は、チャンバー１内の上部に、薄膜が形成される基板１１を保持すると共に加熱するサセプター２と、サセプター２を回転駆動するための駆動手段（図示せず）とを備えており、チャンバー１内の下部に３つの対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃからなるスパッタ源を備えている。また、対向ターゲット式スパッタ装置１０は、対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれに独立して電圧印加できる電源５を備えている。
【００１８】
また、チャンバー１は、該チャンバー１内を排気するためのポンプ６とＡｒガスなどのスパッタガスをチャンバー１内に導入するためのガス導入口７が接続されており、ポンプ６によりチャンバー１内を真空排気した後にガス導入口７からスパッタガスを導入してチャンバー１内を任意の真空度に調整できるように構成されている。
【００１９】
ここで、本発明の対向ターゲット式スパッタ装置１０は、対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃごとに組成の異なるターゲットを有し、対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃの基板１１に対する配列パターンと、対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれへの印加電圧値とを調整することにより、基板１１上に形成される薄膜の組成比を制御するものである。
【００２０】
対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃは、図３に示すように対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃごとに組成の異なるターゲット４ａ，４ｂ，４ｃを備え、対向ターゲットユニット３ａでは２つのターゲット４ａが対向して配置され、対向ターゲットユニット３ｂでは２つのターゲット４ｂが対向して配置され、対向ターゲットユニット３ｃでは２つのターゲット４ｃが対向して配置されている。また、対向ターゲットユニット３ａは、ターゲット４ａそれぞれの背面側または周辺部には永久磁石などからなる磁界発生手段（図示せず）が配置されるとともにターゲット４ａの周りが基板１１側の側面を除いて遮蔽板で囲まれた箱型ユニットとなっている。対向ターゲットユニット３ｂ，３ｃも対向ターゲットユニット３ａと同様な箱型ユニットである。
【００２１】
本実施の形態における対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃの配列パターンとして、図３，図４に基板１１と対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃとの配置関係を示す。図３は装置側面から見た図、図４は装置上から見た図である。対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃは、図３に示すように基板１１の主面中心Ｃから略等距離Ｌに配置されており、また図４に示すように基板１１の主面中心Ｃを中心とする同一円周上に並んで配置されている。なお、距離Ｌは、基板１１−対向ターゲットユニット３ａ、基板１１−対向ターゲットユニット３ｂ、基板１１−対向ターゲットユニット３ｃ間で５％程度の差があってもよい。
【００２２】
さらに、本実施の形態では対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれへの印加電圧値を調整するものであるが、電源５からの総投入電力は一定として、その電力を一定の比率で配分するように対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれに電圧を印加するとよい。このときの電源５は、ＤＣ電源、ＭＦ電源、ＲＦ電源のいずれかであることが好ましい。
【００２３】
つぎに、本発明の対向ターゲット式スパッタ装置１０を用いたスパッタ成膜手順について説明する。
【００２４】
（Ｓ１１）基板１１をサセプター２に保持させ、ターゲット４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃの所定位置に配置する。
（Ｓ１２）チャンバー１内をポンプ６により真空排気し所定圧力以下にするとともに、サセプター２を回転させる。
（Ｓ１３）スパッタガスとしてＡｒガスをガス導入口７よりチャンバー１内に導入し、所定圧力とする。
（Ｓ１４）つぎに、電源５よりチャンバー１をアノード（接地電位）、対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれをカソードとして電圧を印加する。ここでは、予備実験により予め求めておいた対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれへの印加電圧値と薄膜組成の関係から、形成する薄膜が目標組成となるように、対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれへの印加電圧値を決定している。
（Ｓ１５）これにより、対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれのターゲット対向空間にプラズマが発生し、ターゲット４ａ，４ｂ，４ｃのスパッタが開始される。
（Ｓ１６）各対向ターゲットユニット３ａ，３ｂ，３ｃのスパッタリング状態が安定したら、サセプター２上の基板１１に成膜を開始し、目標組成の薄膜を得る。
【００２５】
本発明の対向ターゲット式スパッタ装置を用いれば、従来のスパッタ装置よりも成膜する薄膜の組成を容易に制御することができ、所望の機能性薄膜を得ることができる。また、大面積の薄膜を効率的に形成することも可能である。とくに厳密に組成制御する必要のあるＬａＣｕＯＳ系などの発光層を形成するような場合にはその効果が大きい。また、スパッタ源を構成する対向ターゲットユニットの数には特に制限はなく、２つでもよく、４つ以上でもよい。
【００２６】
図５，図６に、対向ターゲットユニットの数が２つの場合のスパッタ源の配列パターンを示す。その他の対向ターゲット式スパッタ装置の構成は図２に示したものと同じである。
【００２７】
図５の配列パターンは、対向ターゲットユニット１３ａ，１３ｂが基板１１の主面に対して平行で一列に並んだ配列パターンである。このとき、対向ターゲットユニット１３ａ，１３ｂごとに組成の異なるターゲット１４ａ，１４ｂを有しており、対向ターゲットユニット１３ａでは２つのターゲット１４ａが対向配置され、対向ターゲットユニット１３ｂでは２つのターゲット１４ｂが対向配置されている。
【００２８】
また、図６の配列パターンは、対向ターゲットユニット２３ａ，２３ｂが基板１１の主面中心Ｃから略等距離で一列に並んだ配列パターンである。このとき、対向ターゲットユニット２３ａ，２３ｂごとに組成の異なるターゲット２４ａ，２４ｂを有しており、対向ターゲットユニット２３ａでは２つのターゲット２４ａが対向配置され、対向ターゲットユニット２３ｂでは２つのターゲット２４ｂが対向配置されている。
【００２９】
これらのいずれかの配列パターンとし、２つの対向ターゲットユニットそれぞれへの印加電圧値を調整することにより、基板１１上に形成される薄膜の組成比を制御することが可能である。
【実施例】
【００３０】
本発明の対向ターゲット式スパッタ装置を用いて、薄膜の組成制御を検証した例を示す。
ここでは、図５の対向ターゲットユニット１３ａ，１３ｂが基板１１の主面に対して平行で一列に並んだ配列パターンを有する対向ターゲット式スパッタ装置を用いた。また、ターゲット１４ａをＳｉターゲット、ターゲット１４ｂをＥｕ２Ｏ３ターゲットとし、つぎの手順で基板１１上に薄膜を形成した。
（Ｓ２１）Ｓｉ基板を基板１１としてサセプター２に保持させ、ターゲット１４ａ，１４ｂをそれぞれ対向ターゲットユニット１３ａ，１３ｂの所定位置に配置する。
（Ｓ２２）チャンバー１内をポンプ６により真空排気し所定圧力以下にするとともに、サセプター２を回転させる。
（Ｓ２３）スパッタガスとしてＡｒガスをガス導入口７よりチャンバー１内に導入し、圧力を０．２Ｐａとする。
（Ｓ２４）つぎに、電源５よりチャンバー１をアノード（接地電位）、対向ターゲットユニット１３ａ，１３ｂそれぞれをカソードとして電圧を印加する。ここでは、トータルの投入電力（ＲＦ電力）を５００Ｗとし、２つの対向ターゲットユニット１３ａ，１３ｂそれぞれへの印加電圧を調整して投入電力に差異をつけた。
（Ｓ２５）対向ターゲットユニット１３ａ，１３ｂそれぞれのターゲット対向空間にプラズマが発生し、ターゲット１４ａ，１４ｂのスパッタが開始される。
（Ｓ２６）各対向ターゲットユニット１３ａ，１３ｂのスパッタリング状態が安定したら、サセプター２上の基板１１に成膜を開始し、ＥｕＳｉＯ薄膜サンプルを得た。
なお、ここではステップＳ２４のトータル投入電力５００Ｗ一定として、２つの対向ターゲットユニット１３ａ，１３ｂそれぞれへの投入電力の差異の大きさを変化させて薄膜サンプルを作成した。
【００３１】
図７に、対向ターゲットユニット１３ａ，１３ｂそれぞれへの印加電圧と得られたＥｕＳｉＯ薄膜サンプルのＥｕ，Ｓｉ濃度との関係を示す。対向ターゲットユニット１３ａ，１３ｂそれぞれへの印加電圧を調整することにより、ＥｕＳｉＯ薄膜の組成を制御することができ、例えば発光層として適正と考えられるＥｕ：１０〜４０ａｔ％の範囲内とすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の対向ターゲット式スパッタ装置における基板と対向ターゲットユニットの配置例を示す図である。
【図２】本発明に係る対向ターゲット式スパッタ装置の構成を示す概略図である。
【図３】図２の対向ターゲット式スパッタ装置側面からみた基板と対向ターゲットユニットの配置関係を示す図である。
【図４】図２の対向ターゲット式スパッタ装置上方からみた基板と対向ターゲットユニットの配置関係を示す図である。
【図５】本発明の対向ターゲット式スパッタ装置における基板と対向ターゲットユニットのその他の配置関係（１）を示す図である。
【図６】本発明の対向ターゲット式スパッタ装置における基板と対向ターゲットユニットのその他の配置関係（２）を示す図である。
【図７】実施例における対向ターゲットユニットそれぞれへの印加電圧と得られたＥｕＳｉＯ薄膜サンプルのＥｕ，Ｓｉ濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…チャンバー、２…サセプター、３ａ，３ｂ，３ｃ，１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，９３…対向ターゲットユニット、４ａ,４ｂ，４ｃ，１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，９４ａ，９４ｂ…ターゲット、５…電源、６…ポンプ、７…ガス導入口、１０…対向ターゲット式スパッタ装置、１１，９１…基板
【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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