(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にガスを供給しつつ排気し、所定の圧力に制御しながら、ターゲットを載置するスパッタリング電極に高周波或いは直流電力を印加することで真空容器内にプラズマを発生させ、前記ターゲットに対向して設けられた防着板を移動させながら、前記ターゲットに対向して配設された基板を処理するスパッタリング方法であって、
前記防着板は開口部を有すると共に前記基板の表面と平行かつ前記基板から外側に延びた底面と、前記ターゲットに向けて突出した側面とで構成され、前記開口部には前記基板が位置すること
を特徴とするスパッタリング方法。
【請求項２】
真空を維持することが可能な真空容器と、真空容器内にあり、プラズマによって処理される基板を載置する基板ホルダと、前記基板と対向して設置されたターゲットを載置するスパッタリング電極と、このスパッタリング電極に高周波或いは直流電力を印加する高周波電源と、前記スパッタリング電極に対向して配置された移動可能な防着板と、真空容器内にガスを供給しつつ排気するガス供排気手段からなるスパッタリング装置において、
前記防着板は開口部を有すると共に前記基板ホルダの表面と平行かつ前記基板ホルダから外側に延びた底面と、前記スパッタリング電極に向けて突出した側面とで構成され、前記開口部には前記基板ホルダが位置すること
を特徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】
ターゲットの状態に応じて、前記ターゲットと防着板との距離を狭めること
を特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
少なくとも一方の防着板の外形の長さが、ターゲットの外形の長さと大略同一であること
を特徴とする請求項２または３に記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体部品や液晶部品、光ディスク部品や電子部品デバイスなどの製造に利用されるスパッタリング方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体などの電子デバイスは、急速に細密化が進んでおり、高精度の加工処理が求められている。このような微細加工技術のうち、特に薄膜形成工程では、スパッタリング法を用いた成膜方法が一般的となっている。
【０００３】
スパッタリング法とは、低真空雰囲気で気体放電を引き起こすことによりプラズマを発生させ、このプラズマの陽イオンをスパッタリング電極と呼ばれる負極に設置されたターゲットに衝突させ、その衝突によりスパッタされた粒子が被処理基板に付着して薄膜形成させる方法である。このように、スパッタリング法は、組成の制御や装置の操作性が比較的容易であることから、成膜過程で広く利用されているのが現状である。
【０００４】
以下、図９を参照しながら、従来のスパッタリング法を説明する。
【０００５】
まず、可動バルブ１とメインバルブ２を調節し、ガス排気装置３を起動させることで、真空容器４内を１０-5Ｐａ程度まで排気する。次にバルブ５を調節し、ガス導入装置６を起動させることで、真空容器４に放電ガスを導入し、真空容器４内の圧力を０．２〜数Ｐａ程度に保つ。
【０００６】
このとき、ターゲット７が載置されるスパッタリング電極８に直流或いは高周波の放電用電源９から電力を供給することで電場を発生させ、ターゲット７の裏面に設置された磁石１０による磁場の作用効果で、ターゲット７表面付近にプラズマが発生し、ターゲット７から放出されたスパッタ粒子により基板ホルダ１１に載置された基板１２の表面に薄膜が形成される。このとき、真空容器４とスパッタリング電極８は絶縁体１３を介して電気的に絶縁されている。
【０００７】
なお、放電用電源９から電力を供給した際、ターゲット８の表面にプラズマが発生しない場合は、スパッタリング電極８に電力を供給するタイミングとほぼ同時に、バルブ１４を調節し、トリガガス導入装置１５からトリガガスを真空容器４に導入し、真空容器４の圧力を一時的に数十Ｐａ程度に高めることでプラズマ放電を開始させる。
【０００８】
以上のような方法で、基板１２への成膜処理が行われるが、近年の薄膜デバイスの飛躍的な高機能化に対応するため、一層の膜厚及び膜質の均一性向上が求められている。また、同時に薄膜デバイスのコスト削減が求められており、この対策の一つとして、近年では基板とターゲットとの距離を小さく抑えた狭ギャップ成膜技術が盛んに行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述する従来技術では、図１０に示すように、ターゲット７の浸食度合いに応じて、基板１２は膜厚分布を生じることになる。つまり、薄膜形成の初期段階（ターゲット７の浸食度合いが低い場合）では、比較的均一に膜厚及び膜質分布となるのに対し、薄膜形成が進行した段階（ターゲット７がある程度使用された場合）では、基板１２表面で均一に膜厚及び膜質分布が得られなくなることを意味する。
【００１０】
特に、ターゲット７と基板１２との距離が狭い場合（狭ギャップ）での薄膜形成を必要とする場合には、その影響が顕著に現れ、本来得られるべき膜の機能が得られなくなることが多い。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ターゲットの浸食度合いに因らず、均一に高品質な薄膜形成を行うことが可能なスパッタリング方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載されたスパッタリング方法は、真空容器内にガスを供給しつつ排気し、所定の圧力に制御しながら、ターゲットを載置するスパッタリング電極に高周波或いは直流電力を印加することで真空容器内にプラズマを発生させ、前記ターゲットに対向して設けられた防着板を移動させながら、前記ターゲットに対向して配設された基板を処理するスパッタリング方法であって、前記防着板は開口部を有すると共に前記基板の表面と平行かつ前記基板から外側に延びた底面と、前記ターゲットに向けて突出した側面とで構成され、前記開口部には前記基板が位置することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載されたスパッタリング装置は、真空を維持することが可能な真空容器と、真空容器内にあり、プラズマによって処理される基板を載置する基板ホルダと、前記基板と対向して設置されたターゲットを載置するスパッタリング電極と、このスパッタリング電極に高周波或いは直流電力を印加する高周波電源と、前記スパッタリング電極に対向して配置された移動可能な防着板と、真空容器内にガスを供給しつつ排気するガス供排気手段からなるスパッタリング装置において、前記防着板は開口部を有すると共に前記基板ホルダの表面と平行かつ前記基板ホルダから外側に延びた底面と、前記スパッタリング電極に向けて突出した側面とで構成され、前記開口部には前記基板ホルダが位置することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３に記載されたスパッタリング装置は、請求項２のスパッタリング装置において、ターゲットの状態に応じて、前記ターゲットと防着板との距離を狭めることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４に記載されたスパッタリング装置は、請求項２または３のスパッタリング装置において、少なくとも一方の防着板の外形の長さが、ターゲットの外形の長さと大略同一であることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスパッタリング方法及び装置に係る実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１に本願第１の実施形態に係るスパッタリング装置の概略図を示す。
【００２２】
従来技術で説明したスパッタリング装置とは、基板７の周囲に可動式の防着板１６が配置されており、更に、防着板１６はシリンダ１７に接続されており、シリンダ１７を動作させることで、防着板１６は上下方向に移動させることが可能となる点で異なる。なお、防着板１６とシリンダ１７は、真空容器４を介して接地されているものとする。
【００２３】
以上のように構成されたスパッタリング装置を利用した動作手順を説明する。
【００２４】
まず、真空容器４内に放電ガスとしてアルゴンガスを導入し、可動バルブ１とメインバルブ２を調節し、ガス排気装置３を起動させることで、真空容器４内の圧力を０．２Ｐａに調圧する。更に、スパッタリング電極８に直流の放電用電源９から電力を供給することで、基板１２の表面に薄膜を形成することができる。
【００２５】
一般に、薄膜形成が行われる回数に比例して、ターゲット７の浸食が進行するため、基板１２に形成される薄膜分布は、ターゲット７の浸食状況に応じて変化する。
【００２６】
図２は、積算の投入電力が１ｋＷｈと１００ｋＷｈとの場合の膜厚分布を示す。
【００２７】
同図は、成膜処理が開始されて間もない場合（例えば積算電力が１ｋＷｈの時）には、基板１２の中心から離れた場所でも、中心付近とそれほど膜厚が変わらず、成膜処理が行われるのに対し、成膜処理がある程度経過した場合（例えば積算電力が１００ｋＷｈの時）には、基板１２の中心から離れた場所では、中心付近との膜厚が顕著に異なるという膜厚特性を示すものである。
【００２８】
この特性を有効に活用する方法が、防着板１６を変動させる手法である。初期段階（成膜開始時）において、ターゲット７と基板１２との距離ｌをｌ＝３０ｍｍ、防着板１６のターゲット７に対向する面とターゲット７との距離ＬをＬ＝３０ｍｍとして成膜処理を開始する。積算電力が増加するに連れて、シリンダ１７を作動させ、防着板１６をターゲット７が配置される方向に移動させ、ターゲット１２との距離を２８ｍｍまで変動させる。
【００２９】
例えば、図３に示すように、１００ｋＷｈごとに防着板１６を変動させ、積算の投入電力が５００ｋＷｈになるまでの防着板１６を調整することで、基板１２の表面を均一に薄膜形成することができる。具体的には、積算の放電電力が１００ｋＷｈの時点でＬ＝２９ｍｍに、２００ｋＷｈの時点でＬ＝２８ｍｍに、３００ｋＷｈの時点でＬ＝２７ｍｍに、４００ｋＷｈの時点でＬ＝２６ｍｍに、５００ｋＷｈの時点でＬ＝２５ｍｍに変化させている。
【００３０】
以上のように、膜厚特性に応じて防着板の位置を変動させることにより、基板上に発生するプラズマを均一に発生することができ、その結果、ターゲットの浸食に伴う膜厚のバラツキを低減させることが可能となる。
【００３１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、単数の防着板を上下に変動させることで、基板表面の膜厚のバラツキを低減させる方法を示したが、本実施形態では、複数の防着板を制御する方法を示す。
【００３２】
図４に本願第２の実施形態に係るスパッタリング装置の概略図を示す。
【００３３】
第１の実施形態と相違する点は以下の通りである。１６ａは１番目の防着板であり、ターゲット７の外形と大略同様である。１６ｂは第２番目の防着板であり、第１の防着板１６ａの周囲に配置されている。また、１７ａ及び１７ｂは第１のシリンダと第２のシリンダであり、第１の防着板１６ａと第２の防着板１６ｂをそれぞれ、上下方向に移動することができる。
【００３４】
以上のように構成されたスパッタリング装置を利用した動作手順を説明する。なお、第１の実施形態と同様の動作手順は省略し、図５を参照しながら相違点のみを説明する。
【００３５】
図５は、基板１２とターゲット７との距離ｌがｌ＝３０ｍｍであり、積算の放電電力に対する第１の防着板１６ａ及び第２の防着板１６ｂとターゲット７との距離を示したものである。つまり、ターゲット７の大きさと大略同一である第１の防着板１６ａはプラズマ密度変化の影響度が高く、第２の防着板１６ｂは第１の防着板１６ａと比べると、プラズマ密度変化の影響度は低いことから、微小にプラズマ密度を変化させることができ、ターゲットの浸食に伴う膜厚分布の変化を小さくできることを意味する。
【００３６】
具体的には、まず、第１の防着板１６ａは、積算の放電電力が２００ｋＷｈまでターゲット７との距離Ｌ1をＬ1＝３０ｍｍ（不変）にしておく。一方、第２の防着板１６ｂは、積算の放電電力がおおよそ１６７ｋＷｈの時点でターゲット７との距離Ｌ2をＬ2＝２８ｍｍから２７ｍｍに変化させる。第１の防着板１６ａは、２００ｋＷｈになった時点で、Ｌ1＝３０ｍｍから２９ｍｍに変化させる。このように、積算の放電電力がおおよそ３３３ｋＷｈの時点で第２の防着板１６ｂを２６ｍｍに、４００ｋＷｈの時点で第１の防着板１６ａを２８ｍｍに、おおよそ４６７ｋＷｈの時点で第２の防着板１６ｂを２５ｍｍに、おおよそ５３３ｋＷｈの時点で第１の防着板１６ａを２７ｍｍに変化させる。
【００３７】
なお、本実施形態では、移動可能な防着板が二つの場合について説明したが、膜圧特性が既知であれば三つ以上の移動可能な防着板であってもよい。また、本実施形態では、第１の防着板１６ａの大きさをターゲット７の大きさと大略同一にする例を示したが、必ずしも大略同一である必要はなく、プラズマへの影響度の異なる複数の接地面があればよい。
【００３８】
以上のように、膜厚特性に応じて２つの防着板の位置を変動させることにより、基板上に発生するプラズマを均一に発生することができ、その結果、ターゲットの浸食に伴う膜厚のバラツキを低減させることが可能となる。
【００３９】
（第３の実施形態）
図６〜８を参照しながら、本実施形態に係るスパッタリング方法及び装置を詳述する。なお、第１及び第２の実施形態で説明したものと同一の構成要素については同一参照番号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００４０】
図６は、ターゲット７と基板１２との距離が３０ｍｍであり、１枚の基板を処理する際の成膜時間に対する第１の防着板１６ａ及び第２の防着板１６ｂとターゲット７との距離を示したものである。また、図７は第１の防着板１６ａとターゲット７との距離、及び第２の防着板１６ｂのターゲット７との距離がそれぞれ３０ｍｍ、２８ｍｍ及び２７ｍｍ、２５ｍｍのときの膜厚分布を示したものである。
【００４１】
すなわち、１枚の基板１２の処理途中に第１の防着板１６ａとターゲット７との距離、及び第２の防着板１６ｂとターゲット７との距離を図６のように変化させることにより、基板１２に形成される薄膜の膜厚分布は図７に示す二つの膜厚分布の総和になり、図８に示すような膜厚分布を得ることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、移動可能な防着板が二つの場合について説明したが、膜圧特性が既知であれば一つ若しくは三つ以上の移動可能な防着板であってもよい。また、本実施形態では、ターゲットと第１及び第２の防着板との距離が二段階とする例を示したが、必ずしも二段階とする必要はなく、多段階で制御してもよい。
【００４３】
以上のように、膜厚特性に応じて２つの防着板の位置を変動させることにより、基板上に発生するプラズマを均一に発生することができ、その結果、ターゲットの浸食に伴う膜厚のバラツキを低減させることが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
本願発明のスパッタリング方法によれば、ターゲット使用開始時はもとより、ターゲットがある程度使用された場合においても、安定的に高品質な膜を形成することができるスパッタリング方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスパッタリング装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る膜厚分布の変化図
【図３】本発明の第１の実施形態に係るターゲットと防着板との距離の変化図
【図４】本発明の第２の実施形態に係るスパッタリング装置の概略構成図
【図５】本発明の第２の実施形態に係るターゲットと第１及び第２の防着板との距離の変化を示す図
【図６】本発明の第３の実施形態に係る成膜時間に対するターゲットと第１及び第２の防着板との距離の変化を示す図
【図７】本発明の第３の実施形態に係る第１及び第２の防着板とターゲットとの距離がそれぞれ３０ｍｍ、２８ｍｍ及び２７ｍｍ、２５ｍｍのときの膜厚分布を示す図
【図８】本発明の第３の実施形態に係る図７の配置を組み合わせたときの膜厚分布を示す図
【図９】従来例のスパッタリング装置の概略構成図
【図１０】従来例のターゲット浸食に伴う膜厚分布変化を示す図
【符号の説明】
３  ガス排気装置
４  真空容器
６  ガス導入装置
７  ターゲット
８  スパッタリング電極
９  放電用電源
１０  磁石
１１  基板ホルダ
１２  基板
１６  防着板
１７  シリンダ
【図１】
0003941453.tif 000002
【図２】
0003941453.tif 000003
【図３】
0003941453.tif 000004
【図４】
0003941453.tif 000005
【図５】
0003941453.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003941453.tif 000008
【図８】
0003941453.tif 000009
【図９】
0003941453.tif 000010
【図１０】
0003941453.tif 000011