(57)【要約】【課題】対向して配置されるターゲットを有するスパッタ装置において、その対向するターゲットの間に形成される空間内への反応ガスの流入防止を図ること。【解決手段】本発明は、対向配置されるターゲット５、６を備えるスパッタ源１と、スパッタ源１と連通され処理対象である基板Ｗが収容される成膜室２と、を備えている。スパッタ源１の開口部３には、成膜室２の反応ガスがスパッタ源１内へ侵入するのを防止する括れ部２０が形成されている。括れ部２０は、開口部３の対向する内壁３１、３２からそれぞれ突出する突出部２２、２４により形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１および第２のターゲットを内壁に備え、前記第１および第２のターゲットが対向する空間の側方に開口部を有するスパッタ源と、
前記スパッタ源の開口部と連通する成膜室と、
前記スパッタ源内にスパッタガスを供給する第１のガス供給手段と、
前記成膜室内に反応ガスを供給する第２のガス供給手段と、を備え、
前記開口部は、開口の幅が狭められた括れ部を有することを特徴とする直流反応性スパッタ装置。
【請求項２】
前記括れ部は、前記スパッタ源の内壁から突出する突出部を有し、
前記突出部は、
前記第１のターゲットの有効領域における前記開口部側の端部から前記開口部の端部を経由して前記成膜室に向かう第１の経路と、
前記第２のターゲットの有効領域における前記開口部とは反対側の端部から前記開口部の端部を経由して前記成膜室に向かう第２の経路と、
前記スパッタ源の内壁と、
で囲まれた設置領域内に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の直流反応性スパッタ装置。
【請求項３】
前記突出部は、第１の傾斜部と第２の傾斜部とを有し、
前記第１の傾斜部は、前記第１の経路と平行に設けられ、
前記第２の傾斜部は、前記第２の経路と平行に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の直流反応性スパッタ装置。
【請求項４】
前記突出部は、前記設置領域の前記ターゲット側および前記成膜室側の各端部と間隔を開けて設置されていることを特徴とする請求項３に記載の直流反応性スパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に膜を形成する直流反応性スパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置は、ターゲットに金属または導電性化合物等を使用し、直流電圧により放電を発生させてスパッタリングを行うため、装置全体が簡易で成膜レートが早いという利点がある。しかし、チャンバ内に酸素などの反応性ガスを導入して気相中や基板表面においてスパッタ粒子を酸化させて誘電体薄膜（酸化膜）を形成するため、金属ターゲットの表面にも酸化膜が形成され易い。
【０００３】
そこで、このような金属ターゲットの表面への酸化膜の形成を防止し、金属ターゲット表面の維持を図る技術として、例えば特許文献１に記載の発明が知られている。
特許文献１に記載の発明は、少なくとも不活性ガスと酸化性ガスとを含む混合ガス中において、金属よりなるターゲットを用いた反応性スパッタリング法により基板上に金属酸化物膜を形成する方法である。そして、スパッタリング法として対向ターゲットマグネトロン方式を採用し、ターゲット表面における不活性ガスの濃度が基板表面における不活性ガスの濃度より高い状態でスパッタリングを実行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−７３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の発明は、対向して配置される２つのターゲットを有し、一方のターゲットの表面で発生したスパッタ粒子（ターゲット粒子）は、２つのターゲットの間の空間を飛行して他方のターゲットの表面に堆積するので、このスパッタ粒子などが反応ガスと反応することを防止する必要がある。
その防止には、２つのターゲットの間の空間内に不活性ガスを充満させれば良いが、２つのターゲットの間の距離が長くてその空間が大きな場合には、その空間内に反応ガスが流入するのを阻止することが困難である。
そこで、本発明の幾つかの態様の目的は、対向して配置されるターゲットを有するスパッタ装置において、その対向するターゲットの間に形成される空間内への反応ガスの流入防止を図るようにした直流反応性スパッタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、本発明は、以下のように構成される。
本発明の態様の１つは、対向配置された第１および第２のターゲットを内壁に備え、前記第１および第２のターゲットが対向する空間の側方に開口部を有するスパッタ源と、前記スパッタ源の開口部と連通する成膜室と、前記スパッタ源内にスパッタガスを供給する第１のガス供給手段と、前記成膜室内に反応ガスを供給する第２のガス供給手段と、を備え、前記開口部は、開口の幅が狭められた括れ部を有する。
このような構成によれば、括れ部が、成膜室内の反応ガスがスパッタ源の対向するターゲットの間に形成される空間内に侵入するのを防止できる。
【０００７】
また、前記括れ部は、前記スパッタ源の内壁から突出する突出部を有し、前記突出部は、前記第１のターゲットの有効領域における前記開口部側の端部から前記開口部の端部を経由して前記成膜室に向かう第１の経路と、前記第２のターゲットの有効領域における前記開口部とは反対側の端部から前記開口部の端部を経由して前記成膜室に向かう第２の経路と、前記スパッタ源の内壁と、で囲まれた設置領域内に設置されている。
このような構成によれば、反応ガスの侵入防止を確保しつつ、ターゲットの有効領域から放出されるターゲット粒子（スパッタ粒子）を成膜室内の基板の成膜作成に有効に寄与させることができる。
【０００８】
さらに、前記突出部は、第１の傾斜部と第２の傾斜部とを有し、前記第１の傾斜部は、前記第１の経路と平行に設けられ、前記第２の傾斜部は、前記第２の経路と平行に設けられている。
また、前記突出部は、前記設置領域の前記ターゲット側および前記成膜室側の各端部と間隔を開けて設置されている。
このような構成によれば、反応ガスの侵入防止ができ、ターゲットからのターゲット粒子の成膜作成の寄与が図れ、かつ、スパッタガスのスパッタ源内への溜まり易さを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の直流反応性スパッタ装置の第１実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図２】括れ部を形成する突出部とその近傍の正面図である。
【図３】突出部の配置領域を説明する図である。
【図４】突出部の形状、配置位置などを説明する図である。
【図５】突出部のサイズ、配置位置の具体例を示す図である。
【図６】本発明の直流反応性スパッタ装置の第２実施形態の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
この第１実施形態に係る直流反応性スパッタ装置は、図１に示すように、真空雰囲気内に対向配置されたターゲット５、６上にプラズマを生成し、この生成されたプラズマによってターゲット粒子（スパッタ粒子）をターゲット５、６から放出させ、この放出させたターゲット粒子を基板Ｗ上に付着および堆積させる直流反応性スパッタ法を用いたものである。
【００１１】
次に、この第１実施形態に係る直流反応性スパッタ装置の具体的な構成について説明する。
図１に示すように、第１実施形態は、対向配置されるターゲット５、６を備えるスパッタ源１と、スパッタ源１と連通され処理対象である基板Ｗが収容される成膜室２と、を備えている。
スパッタ源１は、図１に示すように、上部側に開口部３を有するとともに、筐体４、ターゲット５、６、電極７、８、バッキングプレート９、１０、防着板１１などを備えている。
【００１２】
スパッタ源１の開口部３は、成膜室２と連通するために、成膜室２の一部を開口した開口部に接続されている。筐体４は、対向する左右の側壁１２、１３を有する。側壁１２、１３には、電極７、８に支持されたバッキングプレート９、１０が対向するように配置されている。バッキングプレート９、１０上には、ターゲット５、６が配置されている。これにより、筐体４内には、ターゲット５、６が、成膜室２内の基板Ｗの被成膜面に対して垂直方向に配置され、かつ互いに対向して配置されている。
【００１３】
電極７、８内には、ターゲット５、６の各表面に磁界を発生させる磁石（図示せず）が配置されている。また、ターゲット５、６（電極７、８）には直流電源（図示せず）がそれぞれ接続され、各直流電源から電極７、８を介してターゲット５、６に電圧が印加され、ターゲット５、６の表面上にプラズマを発生するようになっている。
筐体４の底部には、スパッタ源１（筐体４）内へスパッタガスを導入するためのスパッタガス導入口１４が設けられている。スパッタガス導入口１４は、スパッタ源１内にスパッタガスを供給するスパッタガス供給手段１５と接続されている。また、筐体４の底部には、その底部から所定の間隔をおいて防着板１１が配置され、これによりスパッタガス導入口１４から筐体４内に導入されたスパッタガスがターゲット５、６の表面に案内されるようになっている。
【００１４】
成膜室２の一部にはスパッタ源１と接続するための開口部が設けられ、その開口部がスパッタ源１の開口部３と接続されている。成膜室２内には、基板Ｗを搬送する基板搬送装置１６が成膜室２の上流側（図１の左側）から下流側（図１の右側）に向けて配置されている。これにより、基板搬送装置１６は、矢印ａで示すように、成膜室２の上流側から下流側に向けて基板Ｗを搬送するようになっている。
成膜室２とスパッタ源１とが接続される部分であって、成膜室２の上流側に、成膜室２内へ反応ガスを導入する反応ガス導入路１７が設けられている。反応ガス導入路１７の入口側は、成膜室２内へ反応ガスを供給する反応ガス供給手段１８と接続されている。
【００１５】
反応ガス導入路１７は、図１に示すように、入口側の開口の断面積が出口側よりも狭く一定であり、出口側の開口の断面積が成膜室内２に向けて徐々に大きくなるように形成されている。また、反応ガス導入路１７の出口は、基板Ｗの搬送方向と直交する方向の長さに相当する長さがあり、その出口から吹き出す反応ガスが基板Ｗの被成膜面に当たるようになっている。
【００１６】
また、成膜室２とスパッタ源１とが接続される部分であって、成膜室２の下流側には、反応ガス排気口１９が設けられている。反応ガス排気口１９の開口は、反応ガス導入路１７の出口側の開口とほぼ対向するようになっている。また、反応ガス排気口１９は、図示しない排気手段に接続されている。
なお、反応ガス排気口１９の他に、成膜室２の下流側には図示しない排気口を追加し、その排気口に排気手段を接続させるようにしても良い。このようにすれば、成膜室２内のガスの流れを効果的に制御できる。
【００１７】
スパッタ源１の開口部３は、成膜室２の反応ガスがスパッタ源１内へ侵入（流入）するのを防止するために、開口の幅が狭められまたは開口の大きさが絞られた括れ部２０有している。具体的には、括れ部２０は、その両端が膨れて中央部が細くなっている。言い換えると、括れ部２０は、図１に示すようにスパッタ源１の深さ方向に向けて形成され、その深さ方向と直交する方向の断面積が両端部側で最大であり、中央部側に向けて徐々に小さくなっている。
【００１８】
括れ部２０は、開口部３の対向する内壁３１、３２からそれぞれ突出する突出部２２、２４により形成されている。突出部２２は、傾斜部２２１、２２２を有している。同様に、突出部２４は、傾斜部２４１、２４２を有している。
傾斜部２２１は、突出部２２の中央側から成膜室１側に向けて低く傾斜するようになっている。傾斜部２２２は、突出部２２の中央側から成膜室１とは反対側に向けて低く傾斜するようになっている。突出部２４の傾斜部２４１および傾斜部２４２も同様に傾斜している。
ここで、突出部２２、２４は、開口部３などの内壁にスパッタ膜が付着するのを防止する防着板としても機能する。
【００１９】
次に、第１実施形態により基板Ｗの被成膜面に成膜を形成する方法について、図１を参照して説明する。
まず、スパッタガス供給手段１５により、スパッタ源１（筐体４）内にスパッタガスとしてアルゴンガスを導入しながら、ターゲット５、６に直流電力を供給することで、ターゲット５、６に挟まれる空間にプラズマを発生させる。具体的には、ターゲット５、６の表面にそれぞれ磁場を発生させ、プラズマ雰囲気中のアルゴンイオンをターゲット５、６に衝突させることで、ターゲット５、６から成膜材料（シリコン）をスパッタ粒子として叩き出す。
【００２０】
このように、スパッタ源１内にアルゴンガスを導入してターゲット５、６の空間にプラズマを発生させたのち、反応ガス供給手段１８から成膜室２内に反応ガスとして酸素ガスが導入させる。また、酸素ガスの導入とともに、基板搬送装置１６により基板Ｗの搬送を開始し、基板Ｗが反応ガス導入路１７の出口側の近傍に到達すると、反応ガス導入路１７の出口から出る酸素ガスが基板Ｗの被成膜面に当たる。
【００２１】
そして、スパッタ源１のターゲット５、６から成膜室２内に飛来したスパッタ粒子と、成膜室２内に導入される酸素ガスとが、基板Ｗの被成膜面上で反応することで、金属酸化物の薄膜が基板Ｗの被成膜面上に形成される。
この第１実施形態では、スパッタ源１の開口部３に、突出部２２、２４からなる括れ部２０を設けるようにした。このため、成膜室２内に比べてスパッタ源１内の方が圧力が高くなり、成膜室２側からスパッタ源１側に侵入（流入）しようとする反応ガスを押し戻すことになる。したがって、スパッタ源１内に反応ガスが侵入することにより、スパッタ源１内に金属化合物が生じるのを抑制できる。
一方、成膜室２とスパッタ源１の接続部分の空間内の反応ガスはスパッタ粒子と反応して基板Ｗの被成膜面上への成膜に消費され、消費されない未反応ガスはそのまま反応ガス排気口１９などから排気される。
【００２２】
次に、括れ部２０を形成する突出部２２、２４について説明する。
括れ部２０を形成する突出部２２、２４は、成膜室２内からスパッタ源１内への反応ガスの流入防止のためであるが、スパッタ源１のカソード５、６からのスパッタ粒子の基板Ｗに対する成膜への寄与も考慮する必要がある。
そこで、成膜への寄与も考慮した場合の突出部２２、２４の配置領域や形状を決定する具体的な手順について、図１〜図４を参照して説明する。
まず、突出部２２、２４の開口部３内における配置領域について、図１および図３を参照して説明する。
ターゲット５、６の表面のそれぞれの有効範囲内から放出されるターゲット粒子のうち、成膜室２内の基板Ｗの成膜への寄与が最も大きいのは、図３に示すように、ターゲット５、６のそれぞれの有効範囲内のうち成膜室２から一番近い位置である上端部から放出され、開口部３の開口端部を経由して成膜室２内まで直進して飛行する経路４１、４２のものである。
【００２３】
一方、ターゲット５、６の表面のそれぞれの有効範囲内から放出されるターゲット粒子のうち、成膜室２内の基板Ｗの成膜への寄与が最も小さいのは、ターゲット５、６のそれぞれの有効範囲内のうち成膜室２から一番遠い位置である下端部から放出され、開口部３の開口端部を経由して成膜室２内まで直進して飛行する経路４３、４４のものである。
そこで、突出部２２は、図３に示すように、ターゲット５の有効領域の上端部から放出され、開口部３の開口端部を経由して成膜室２内まで直進する経路４１と、ターゲット６の有効領域の下端部から放出され、開口部３の開口端部を経由して成膜室２内まで直進する経路４４と、スパッタ源１の内壁３１と、で囲まれた設置領域５１内に設置するようにした。
【００２４】
また、突出部２４は、図３に示すように、ターゲット６の有効領域の上端部から放出され、開口部３の開口端部を経由して成膜室２内まで直進する経路４２と、ターゲット５の有効領域の下端部から放出され、開口部３の開口端部を経由して成膜室２内まで飛行する経路４３と、スパッタ源１の内壁３２と、で囲まれた設置領域５２内に設置するようにした。
【００２５】
次に、突出部２２、２４の形状などの一例について、図４を参照して説明する。
突出部２２は、例えば図４に示すように、開口部３の内壁３１から突出するとともに、設置領域５１内に配置され、傾斜部２２１と傾斜部２２２とを有するようにした。そして、傾斜部２２１は経路４４に沿って平行に設け、傾斜部２２２は経路４１に沿って平行に設けるようにした。さらに、突出部２２（傾斜部２２１、２２２）は、開口部３の内壁３１の上下の両端部を除く部分に設けるようにした。
【００２６】
同様に、突出部２４は、図４に示すように、開口部３の内壁３２から突出するとともに、設置領域５２内に配置され、傾斜部２４１と傾斜部２４２とを有するようにした。そして、傾斜部２４１、２４２は、経路４３、４２に沿って平行に設けるようにした。さらに、突出部２４（傾斜部２４１、２４２）は、開口部３の内壁３２の上下の両端部を除く部分に設けるようにした。
【００２７】
ここで、上記のように傾斜部２２１、２２２は、経路４４、４１に沿って平行に設けるようにしたが、経路４４、４１に沿うように設ければ良く、必ずしも平行に設ける必要はない。この点は傾斜部２４１、２４２についても同様である。
ところで、設置領域５１、５２内に配置可能な突出部２２、２４は、図４の実線で示す場合の他に、例えば破線で示す突出部２２ａ、２４ａ、あるいは破線で示す突出部２２ｂ、２４ｂが考えられる。
【００２８】
しかし、突出部２２ａ、２４ａの場合には、突出部２２、２４に比べてサイズが小さすぎる上に、その配置位置がスパッタ源１側から離れすぎ、かつ、成膜室２側に近寄りすぎている。このため、成膜室２内からスパッタ源１内への反応ガスの流入防止が図れない上に、スパッタ源１内にスパッタガスが溜まりにくくなる。
また、突出部２２ｂ、２４ｂの場合には、突出部２２、２４に比べて配置位置が僅かに異なる上に、突出部２２、２４に比べてサイズが若干小さくなる。このため、突出部２２、２４に比べて、成膜室２内からスパッタ源１内への反応ガスの流入防止の機能が低下する上に、スパッタ源１内へのスパッタガスの溜まり易さも低下する。
【００２９】
そこで、この例では、突出部２２、２４の形状については上記の条件を満たし、突出部２２、２４のサイズや配置位置について図４の実線で示すようにした。
このため、このような構成の突出部２２、２４によれば、成膜室２内からスパッタ源１内への反応ガスの流入防止ができる上に、スパッタ源１のターゲット５、６からのスパッタ粒子は基板Ｗに対する成膜に寄与できる。また、スパッタ源１内にスパッタガスが溜まり易くなる。
【００３０】
次に、突出部２２、２４のサイズおよび配置位置などの具体的な数値例について、図５を参照して説明する。
この具体例は、図５に示すように、ターゲット５、６の配置間隔Ｌ１が１００ｍｍ、開口部３の長さＬ２が５０〜１００ｍｍの場合である。
この場合には、突出部２２、２４の各サイズは、長さＬ３が３０〜４０ｍｍ、高さＨ１が１０ｍｍ程度である。また、突出部２２、２４と成膜室２との間のそれぞれの距離Ｌ４は１０ｍｍ以上である。
【００３１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。
この第２実施形態に係る直流反応性スパッタ装置は、図１に示す第１実施形態の構成を基本とし、その一部に後述の構成要素を追加したものである。
このため、第１実施形態と同一の構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、追加の構成要素について説明する。
すなわち、第２実施形態では、成膜室２とスパッタ源１とが接続される部分であって、成膜室２の下流側に、反応ガス導入路１７から導入された反応ガスのうち未反応ガスを流れ込ませる未反応ガス流入空間６０を設けるようにした。未反応ガス流入空間６０を構成する一部であって、その空間６０の下流側には、未反応ガスを外部に排出させる排出口１９が設けられている。排気口１９は、図示しない排気手段に接続されている。
【００３２】
また、成膜室２とスパッタ源１とが接続される部分であって、基板Ｗの成膜終了位置側の位置に、基板Ｗへの成膜の形成を制限する成膜制限部材７０を設けるようにした。そして、成膜制限部材７０は、基板Ｗの被成膜面と対向するように配置させている。
このような構成からなる第２実施形態では、第１実施形態と同様に、スパッタ源１の開口部３に、突出部２２、２４からなる括れ部２０を設けるようにした。
このため、成膜室２内に比べてスパッタ源１内の方が圧力が高くなり、成膜室２側からスパッタ源１側に侵入しようとする反応ガスを押し戻すことになる。したがって、スパッタ源１内に反応ガスが侵入することにより、スパッタ源１内に金属化合物が生じるのを抑制できる。
【００３３】
一方、成膜室２とスパッタ源１の接続部分の空間内の反応ガスはスパッタ粒子と反応して基板Ｗの被成膜面上への成膜に消費され、消費されない未反応ガスはそのまま反応ガス排気口１９などから排気される。
未反応ガスが成膜室２とスパッタ源１の接続部分の空間内に溜まっている場合には、その未反応ガスがスパッタ源１内に侵入してくる危険がある。しかし、その接続部分の下流側に未反応ガス流入空間６０を設けているので、この空間６０を排気することにより、未反応ガスはスパッタ源１内に向かうことなく排気口１９から速やかに排気される。
【００３４】
また、第２実施形態は、基板搬送装置１６により基板Ｗを搬送しながら成膜するスキャン方式であり、基板Ｗの成膜開始位置側から成膜室２内の基板Ｗに向けて反応ガスが導入される。このため、基板Ｗの成膜が初期段階では反応ガスと未反応のまま成膜されるスパッタ粒子（金属粒子）は存在しない。
しかし、成膜が進んで基板Ｗが成膜終了位置側にくるときには反応ガスの大半はスパッタ粒子と反応して消費されるので、反応ガスとの反応が不十分なスパッタ粒子が基板Ｗに堆積するおそれがある。そこで、基板Ｗの成膜終了位置側に成膜制限部材７０を設けるようにしたので、反応ガスとの反応が不十分なスパッタ粒子が基板Ｗに堆積するのを防止できる。
【符号の説明】
【００３５】
Ｗ・・・基板、１・・・スパッタ源、２・・・成膜室、３・・・開口部、４・・・筐体、５、６・・・ターゲット、７、８・・・電極、９、１０・・・バッキングプレート、１１・・・防着板、１２、１３・・・側壁、１４・・・スパッタガス導入口、１５・・・スパッタガス供給手段、１６・・・基板搬送装置、１７・・・反応ガス導入路、１８・・・反応ガス供給手段、１９・・・反応ガス排気口、２０・・・括れ部、２２、２４・・・突出部、３１、３２・・・内壁、４１〜４４・・・経路、５１、５２・・・設置領域、２２１、２２２、２４１、２４２・・・傾斜部
【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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