(57)【要約】【課題】安定した放電を長時間にわたって持続可能なスパッタ装置を提供する。【解決手段】アノード体及びターゲットによって囲まれる放電空間に臨んでターゲットに対向される成膜対象物に絶縁膜をスパッタ成膜するスパッタ装置であって、アノード体の内壁面の近傍に、一端側が放電空間に臨み他端側がアノード体の内壁面へと通じる隙間が設けられ、その隙間の長さをＬ、放電空間内の気体分子の平均自由行程をλ１、放電空間内の電子の平均自由行程をλ２とすると、λ１＜Ｌ＜λ２である。【選択図】図１
2009203494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード体及びターゲットによって囲まれる放電空間に臨んで前記ターゲットに対向される成膜対象物に絶縁膜をスパッタ成膜するスパッタ装置であって、
前記アノード体の内壁面の近傍に、一端側が前記放電空間に臨み他端側が前記アノード体の内壁面へと通じる隙間が設けられ、
前記隙間の長さをＬ、前記放電空間内の気体分子の平均自由行程をλ１、前記放電空間内の電子の平均自由行程をλ２とすると、λ１＜Ｌ＜λ２であることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記アノード体の内壁面に、取り外し交換可能な前記隙間を有するリフレクターが設けられていることを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタ装置において、成膜対象物である基板以外のチャンバー内構造物に膜が付着すると、その清掃が難しくなるため、着脱自在なリフレクターをチャンバー内に設け、そのリフレクターを取り外すことで付着堆積物を除去することが従来より行われている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３１４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的にスパッタ装置において、カソード面（ターゲット面）と、アノード面との面積を比較した場合、アノード面の方がカソード面よりも十分大きな面積が確保されていることが多い。そのため、絶縁体のスパッタ成膜において、アノード面に絶縁膜が付着しても、電子がアノード面に突入する経路を絶縁膜で阻害されるケースは少なく、アノード面のすべてが絶縁膜によって覆われる期間よりも、膜が剥がれ落ちて異物付着、異常放電となる前に清掃する周期の方が短いので、電子の逃げ場がなくなることによる異常放電や放電停止はあまり問題視されていなかった。
【０００４】
しかし、近年の装置小型化やコスト削減化に伴い、カソード面に対するアノード面の面積比率が小さくなってきており、さらに処理の高速化により、短期間でアノード面のすべてを絶縁膜が覆ってしまい、アノード面への電子の流れが阻害されて放電が安定に持続しなくなってしまうことが懸念される。
【０００５】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、安定した放電を長時間にわたって持続可能なスパッタ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、アノード体及びターゲットによって囲まれる放電空間に臨んで前記ターゲットに対向される成膜対象物に絶縁膜をスパッタ成膜するスパッタ装置であって、前記アノード体の内壁面の近傍に、一端側が前記放電空間に臨み他端側が前記アノード体の内壁面へと通じる隙間が設けられ、前記隙間の長さをＬ、前記放電空間内の気体分子の平均自由行程をλ１、前記放電空間内の電子の平均自由行程をλ２とすると、λ１＜Ｌ＜λ２であることを特徴とするスパッタ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、安定した放電を長時間にわたって持続可能なスパッタ装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係るスパッタ装置の要部断面構造を示す模式図である。
【００１０】
このスパッタ装置は、成膜対象物として例えばディスク状記録媒体の樹脂製基板１０に対して一枚ずつ枚葉式で絶縁膜をスパッタ成膜するスパッタ装置である。
【００１１】
基板１０は、支持体１５に支持されている。スパッタ成膜時、基板１０はその被成膜面を、アノード体２０及びターゲット１１によって囲まれる放電空間５に臨ませた図１に示す位置（成膜位置）にセットされる。
【００１２】
放電空間５の上部には、例えば円盤状に形成されたターゲット１１が、その被スパッタ面を放電空間５に臨ませて、バッキングプレート等を介して保持されている。ターゲット１１には、図示しない電源から電圧が印加される。本実施形態に係るスパッタ装置は、例えばＤＣ（直流）スパッタ装置であり、ターゲット１１はカソードとして機能し、ターゲットには負電圧が印加される。基板１０は、その被成膜面をターゲット１１に対向させて、図１に示す成膜位置にセットされる。
【００１３】
アノード体２０は、例えば、金属などの導電性材料からなり、接地されている。アノード体２０は、全体としては略円筒形状に形成され、大きく分けると、放電空間５の周囲を囲むアノード体２１と、ターゲット１１の周囲を囲みターゲット１１と共に放電空間５の天井壁として機能するアノード体２２とを有する。
【００１４】
アノード体２０の下部中央には、成膜時に基板１０がセットされる円形状の開口１９が形成されている。ターゲット１１の中心部からはセンターマスク１３が開口１９に向けて延在している。また、放電空間５の周囲を囲むアノード体２１における下部には、開口１９に向けて径内方に突出する環状のアウターマスク１４が設けられている。
【００１５】
基板１０が図１に示す成膜位置にセットされると、センターマスク１３は、中央孔を有するディスク状の基板１０のその中央孔を含む中央部を覆い、アウターマスク１４の先端部（内周側縁部）は、基板１０の最外周縁部を覆う。基板１０においてそれらマスク１３、１４で覆われた部分には成膜されない。
【００１６】
基板１０の支持体１５は、ロッド１２を介して図示しない駆動装置に連結されている。その駆動装置の駆動によりロッド１２が図１の成膜位置から下降することで、成膜を終えた基板１０は成膜位置から離間して、搬送室内に搬送される。逆に、搬送室にある成膜前の基板１０は、ロッド１２の上昇により図１に示す成膜位置にセットされる。
【００１７】
円盤状のターゲット１１の側面の周囲を囲むアノード体２２には、リフレクター２５が固定もしくは着脱自在に保持されている。リフレクター２５は、放電空間５内におけるアノード体２２の下方に設けられ、アノード体２２と同様、環状に形成されている。
【００１８】
リフレクター２５は、アノード体２２に取り付けられた取付部２５ａと、取付部２５ａの下端部から径外方に延在する平面部２５ｂと、平面部２５ｂの径外方側の端部からアノード体２２に向かって略直角に屈曲した屈曲部２５ｃとを有する。平面部２５ｂは、アノード体２２の内壁面２２ａに対して離間して略平行に対向している、屈曲部２５ｃの先端は、アノード体２２の内壁面２２ａにまで到達しておらず、アノード体２２の内壁面２２ａに対して離間している。
【００１９】
放電空間５の周囲を囲むアノード体２１における上部の内壁面と、リフレクター２５の屈曲部２５ｃの外周面との間には、隙間３０が形成されている。この隙間３０は、ターゲット１１の中心及び基板１０の中心を通る中心線Ｃを中心とする環状に形成されている。
【００２０】
隙間３０は、一端側が放電空間５に臨み、他端側がアノード体２２の内壁面２２ａへと通じている。すなわち、隙間３０は、図１において下方を向いて放電空間５に臨む第１の開口３１と、第１の開口３１よりも放電空間５に対して奥側（図１において上方）に位置すると共に、アノード体２２の内壁面２２ａに向き合う第２の開口３２とを有する。第２の開口３２は、アノード体２２の内壁面２２ａと、リフレクター２５の平面部２５ｂとの間に形成された空間に通じている。
【００２１】
次に、上述した本実施形態に係るスパッタ装置を用いたスパッタ成膜処理について説明する。
【００２２】
放電空間５内には、図示しないガス導入機構を介して、例えばアルゴンガス、窒素ガス、酸素ガスなどが導入され、また図示しない真空排気系により所定の減圧雰囲気にされている。
【００２３】
そして、基板１０が図１に示す成膜位置にセットされて、ターゲット１１に電圧を印加すると放電空間５内に放電が生じ、導入されたガスが電離して放電空間５内にプラズマが生起され、加速されたイオンによってターゲット１１がスパッタされる。
【００２４】
本実施形態では、反応性スパッタ成膜を行っており、ターゲット１１から叩き出されたターゲット構成原子は、放電空間５内に導入されたガスと反応して、絶縁膜として基板１０の被成膜面に成膜される。例えば、シリコンターゲットを用いた場合、窒素ガスを導入すればシリコン窒化膜が基板１０に成膜され、酸素ガスを導入すればシリコン酸化膜が基板１０に成膜される。
【００２５】
このようなスパッタ成膜を、複数枚の基板１０に対して一枚ずつ次々と繰り返し行っていくと、基板１０以外の、アノード体２０の内壁面にも絶縁膜が付着堆積していく。放電空間５中の電子が、接地されたアノード体２０に飛び込むことで、アノード体２０を介して放電空間５とグランドとの間に電流が流れ放電が持続するため、アノード体２０の内壁面（アノード面）が絶縁膜によって覆われてしまうと、放電空間５中の電子のアノード体への突入先がなくなり、異常放電や放電停止などをきたす。
【００２６】
そこで、本実施形態では、アノード体２０の内壁面の近傍に、前述した隙間３０を設けている。隙間３０は、放電空間５に臨む第１の開口３１から、これよりも放電空間５に対して奥側（図１の例ではアノード体２２の内壁面２２ａ側）に位置する第２の開口３２にかけて続く細い通路となっている。その隙間３０の長さＬを適正に設定することで、絶縁膜を構成する気体分子（飛翔中の気体分子）の通過に対しては障害となるが、電子は通り抜けやすくする隙間３０としている。
【００２７】
具体的には、隙間３０における第１の開口３１と、第２の開口３２とを結ぶ方向の長さをＬ、放電空間５内の気体分子の平均自由行程をλ１、放電空間５内の電子の平均自由行程をλ２とすると、λ１＜Ｌ＜λ２の関係を満足する。
【００２８】
「平均自由行程」は、気体分子または電子が他の気体分子に一度衝突してから次に衝突するまでの平均飛行距離であり、放電空間５内の温度をＴ［Ｋ］、放電空間５内の圧力をＰ［Ｐａ］、放電空間５内の気体分子の直径をＤ［ｍ］とすると、平均自由行程λ［ｍ］＝（３．１×１０−２４×Ｔ）／（Ｐ×Ｄ２）で表される。
【００２９】
すなわち、本実施形態では、気体分子と電子との平均自由行程の差を利用している。隙間３０の長さＬは気体分子の平均自由行程λ１より長いので、放電空間５内を飛翔している気体分子は隙間３０を囲む壁面に衝突付着するなどして隙間３０を通り抜ける確率が低い。したがって、近傍に隙間３０が設けられていないアノード体２１の内壁面には絶縁膜１００が付着堆積していっても、隙間３０を通り抜けなければ到達することができないアノード体２２の内壁面２２ａには絶縁膜が付着堆積せず、電子の飛び込むアノード面が確保される。また、隙間３０のギャップｇ（放電空間５の中心線Ｃのまわりに環状に形成された隙間３０の径方向の幅）は、気体分子の直径よりも十分に大きいため、隙間３０の入口（第１の開口３１）が気体分子によって塞がれることもない。
【００３０】
隙間３０の長さＬは電子の平均自由行程λ２より短いため、電子は第１の開口３１から第２の開口３２へと隙間３０を通り抜けてアノード体２２の内壁面２２ａに突入する確率が高い。この結果、放電空間５とグランド間の電子の流れを確保でき、長時間にわたる安定放電の持続が可能となる。
【００３１】
表１には、圧力２．０［Ｐａ］の条件における、アルゴンガス分子、窒素ガス分子、電子のそれぞれの平均自由行程［ｍｍ］を一例として示す。
【００３２】
【表１】
2009203494.tif 000003
【００３３】
この表１に示すように、気体分子と電子の平均自由行程は５〜６倍程度違う。これは気体分子と電子の直径の差が大きく関係している。表１の条件の場合には、隙間３０の長さＬ（すなわちリフレクター２５の屈曲部２５ｃの長さ）を、１０ｍｍ程度にすればよい。また、隙間３０のギャップｇは１ｍｍ程であり、放電空間５の中心線（ターゲット１１の中心と基板１０の中心とを結ぶ中心線）Ｃと、隙間３０の外周面との間の距離ｒは１５０ｍｍ程である。
【００３４】
また、隙間３０は、放電空間５の中心線Ｃのまわりに環状に対称的に設けられている。したがって、電子がアノード体２２の内壁面２２ａに飛び込む経路が放電空間５内において偏らず、中心線Ｃのまわりに均一に放電が生じ、結果として基板１０に形成される絶縁膜の面内膜厚分布のばらつきを抑えることができる。
【００３５】
図２は、本発明の他の実施形態に係るスパッタ装置の要部断面構造を示す模式図である。なお、上記実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
本実施形態では、円盤状のターゲット１１の側面の周囲を囲むアノード体２２に取り付けられたリフレクター５１と、放電空間５の周囲を囲むアノード体２１に取り付けられたリフレクター５２との間に隙間４０が形成されている。リフレクター５１は、アノード体２１の内壁面２１ａには接しておらず、その内壁面２１ａに対して離間している。
【００３７】
隙間４０は、図２において中心線Ｃに向いて放電空間５に臨む第１の開口４１と、第１の開口４１よりも放電空間５に対して奥側（径外方）に位置すると共に、アノード体２１の上部の内壁面２１ａに向き合う第２の開口４２とを有する。第２の開口４２は、アノード体２１の内壁面２１ａと、リフレクター５１との間に形成された空間に通じている。隙間４０は、中心線Ｃを中心とする環状に形成されている。
【００３８】
上記実施形態の隙間３０が、中心線Ｃの方向に延びる縦長であったのに対して、本実施形態における隙間４０は径方向に延びる横長となっている。
【００３９】
隙間４０は、一端側が放電空間５に臨み、他端側がアノード体２１の内壁面２１ａへと通じている。隙間４０は、放電空間５に臨む第１の開口４１から、これよりも放電空間５に対して奥側（アノード体２１の内壁面２１ａ側）に位置する第２の開口４２にかけて続く細い通路となっており、本実施形態でも、その第１の開口４１と第２の開口４２とを結ぶ方向の長さＬを適正に設定することで、絶縁膜を構成する気体分子（飛翔中の気体分子）の通過に対しては障害となるが、電子は通り抜けやすくする隙間４０としている。
【００４０】
すなわち、隙間４０における第１の開口４１と、第２の開口４２とを結ぶ方向の長さをＬ、放電空間５内の気体分子の平均自由行程をλ１、放電空間５内の電子の平均自由行程をλ２とすると、λ１＜Ｌ＜λ２の関係を満足する。例えば、上記表１の条件の場合には、隙間４０の長さＬを１０ｍｍ程度にすればよい。
【００４１】
本実施形態においても、隙間４０の長さＬは気体分子の平均自由行程λ１より長いので、放電空間５内を飛翔している気体分子は隙間４０を囲む壁面に衝突付着するなどして隙間４０を通り抜ける確率が低い。隙間４０を通り抜けなければ到達することができないアノード体２１の内壁面２１ａには絶縁膜が付着堆積せず、電子の飛び込むアノード面が確保される。また、隙間４０のギャップｇ（中心線Ｃの方向の幅）は、気体分子の直径よりも十分に大きいため、隙間４０の入口（第１の開口４１）が気体分子によって塞がれることもない。
【００４２】
隙間４０の長さＬは電子の平均自由行程λ２より短いため、電子は第１の開口４１から第２の開口４２へと隙間４０を通り抜けてアノード体２１の内壁面２１ａに突入する確率が高い。この結果、放電空間５とグランド間の電子の流れを確保でき、長時間にわたる安定放電の持続が可能となる。
【００４３】
隙間４０を有するリフレクター５１、５２は、取り外し交換可能にアノード体内壁面に設けられている。そして、内壁面２１ａには絶縁膜が付着しないので、リフレクター５１、５２の交換のみで簡単に隙間４０の所望のギャップｇを維持（再生）することができる。リフレクター交換の作業性や取り扱い性を考えると、リフレクター５１、５２は一体構造とするのが好ましい。
【００４４】
なお、前述した「長さＬを有する隙間」は、アノード体２０の内壁面近傍であればどこに設けても、絶縁膜によって覆われないアノード面を確保することができるが、膜構成物が飛来しにくくその堆積速度が比較的遅いターゲット１１近傍に設けることが好ましい。
【００４５】
また、基板１０が樹脂等の絶縁体の場合、基板１０への電子の突入がないので損傷の心配は少ないが、基板１０が金属などの導体の場合だと基板１０に電子が突入し、基板１０が損傷してしまう可能性がある。この基板１０への電子突入を抑制する観点からも、上記「隙間」をターゲット１１近傍に設けて、電子が基板１０から離れたアノード体に飛び込むようにすることが好ましい。
【００４６】
また、本発明者は、図３に示すようなリフレクター７０を実際に設けてスパッタ成膜を行い、放電空間５内堆積物の様子を確認した。
【００４７】
リフレクター７０は放電空間５を囲むリング状に形成され、チャンバー上壁となるアノード体２２から下方に垂下して設けられている。リフレクター７０の外周面は、チャンバー側壁となるアノード体２１の内壁面に隙間を隔てて対向している。このリフレクター７０を設けることによって、一端側が放電空間５に臨み他端側がアノード体２２の内壁面２２ａへと通じる隙間６０が形成される。
【００４８】
本実施形態においても、隙間６０の長さをＬ、放電空間５内の気体分子の平均自由行程をλ１、放電空間５内の電子の平均自由行程をλ２とすると、λ１＜Ｌ＜λ２の関係を満足する。
【００４９】
ここでの隙間６０の長さＬは、厳密に考えると、リフレクター７０の下端とアノード体２１との間のギャップにおける放電空間５側の開口６１から、アノード体２２の内壁面２２ａへと至る経路の長さに対応する。ただし、リフレクター７０の厚みは薄いため、リフレクター７０の下端より下方における隙間の経路長はほとんど無視でき、隙間６０の長さＬを設定するにあたっては、実質、リフレクター７０の縦方向長さＬ１を隙間６０の長さＬとみなすことができる。
【００５０】
リフレクター７０の下端と、アノード体２１もしくはアウターマスク１４との間の隙間のギャップｇは２ｍｍ、リフレクター７０の縦方向長さＬは１５ｍｍとした。シリコンのターゲット１１を用い、ターゲット印加電力を３．５ｋＷとし、アルゴンガスと窒素ガス（分圧６０％）とを放電空間５内に導入して２パスカルの圧力を維持し、光ディスクの保護膜を形成するＤＣマグネトロンスパッタを行った。
【００５１】
これと同条件ではあるがリフレクター７０を設けなかった場合には、異常放電に起因する発光が観測された。具体的には、処理枚数が数枚ほどでわずかな発光が観測され始め、３０〜４０枚程度でかなり激しい発光に至るのが観測された。
【００５２】
これに対して、上記リフレクター７０を設けた場合には、数百枚程度で初めてわずかな発光が観測され、以降それ以上発光が激しくなることはなかった。計１５００枚の光ディスクに対してスパッタ成膜を行った後に確認したところ、リフレクター７０とアノード体２１やマスク１４との間の隙間への堆積物の進入は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態に係るスパッタ装置の要部断面構造を示す模式図。
【図２】本発明の他の実施形態に係るスパッタ装置の要部断面構造を示す模式図。
【図３】本発明のさらに他の実施形態に係るスパッタ装置におけるリフレクターが設けられた部分を示す模式図。
【符号の説明】
【００５４】
５…放電空間、１０…成膜対象物（基板）、１１…ターゲット、１３…センターマスク、１４…アウターマスク、２０，２１，２２…アノード体、２５，５１，５２，７０…リフレクター、３０，４０，６０…隙間、３１，４１…第１の開口、３２，４２…第２の開口
【図１】
2009203494.tif 000004
【図２】
2009203494.tif 000005
【図３】
2009203494.tif 000006