(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内に配置されたターゲットと基板の間に電圧を印加し、前記真空チャンバー内に発生したプラズマにより前記基板の上に成膜するに際し、
前記真空チャンバー内の圧力を放電開始可能圧力ｐ１からこの放電開始可能圧力ｐ１よりも低圧の目的圧力ｐ２に変化させ、
放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までの状態では、真空チャンバー内の前記基板に対向する第１のターゲットの前記基板と対向する面の裏面の外周に配設された第２のターゲットに電力を印加して前記第１のターゲットには電力を印加せずに運転して第２のターゲットに放電を発生させ、
目的圧力ｐ２の状態では、第１のターゲットに電力を印加して前記基板の上に成膜する
マグネトロンスパッタ方法。
【請求項２】
前記第２のターゲットを、第１のターゲットの外周に位置する環状に形成し、この第２のターゲットの内側に磁気回路を形成して第２のターゲットの表面に磁気トンネルを形成させて放電を発生させる
請求項１のマグネトロンスパッタ方法。
【請求項３】
真空チャンバー内に配置されたターゲットと基板の間に電圧を印加し、前記真空チャンバー内に発生したプラズマにより前記基板の上に成膜するに際し、
前記真空チャンバー内の圧力を放電開始可能圧力ｐ１からこの放電開始可能圧力ｐ１よりも低圧の目的圧力ｐ２に変化させ、
放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までの状態では、真空チャンバー内の前記基板に対向する第１のターゲットの前記基板と対向する面の裏面の外周に配設された第２のターゲットの側の電磁石に電流を流して前記第１のターゲットの側の電磁石に電流を流さずに運転して第２のターゲットに放電を発生させ、
目的圧力ｐ２の状態では、第１のターゲットの側の電磁石に電流を流して前記基板の上に成膜する
マグネトロンスパッタ方法。
【請求項４】
真空チャンバー内に配置されたターゲットと基板の間に電圧を印加し、前記真空チャンバー内に発生したプラズマにより前記基板の上に成膜するに際し、
前記真空チャンバー内の圧力を放電開始可能圧力ｐ１からこの放電開始可能圧力ｐ１よりも低圧の目的圧力ｐ２に変化させ、
放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までの状態では、真空チャンバー内の前記基板に対向する第１のターゲットの前記基板と対向する面の裏面の外周に配設された第２のターゲットの側に固定された第２の電磁石に電流を流して第２のターゲットに磁気トンネルを形成して放電を発生させるとともに、前記第１のターゲット上に磁気トンネルを形成する第１の電磁石を第１のターゲットから離間させて運転し、
目的圧力ｐ２の状態では、前記第１の電磁石を第１のターゲットに近づけて第１のターゲット上に磁気トンネルを形成して前記基板の上に成膜する
マグネトロンスパッタ方法。
【請求項５】
真空チャンバー内に基板に対向して配置された第１のターゲットと、
真空チャンバー内に基板に対向しないように配置された真空チャンバー内の前記基板に対向する第１のターゲットの前記基板と対向する面の裏面の外周に配設された第２のターゲットと、
前記基板と第１のターゲットの間に電圧を印加する第１の電源と、
前記基板と第２のターゲットの間に電圧を印加する第２の電源と、
放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までは第２のターゲットのみ電力を印加し、目的圧力ｐ２になった時点で第１のターゲットに電力を印加して前記基板に成膜する制御部と
を設けたマグネトロンスパッタ装置。
【請求項６】
真空チャンバー内に基板に対向して配置された対向面とこの対向面の外周部に前記基板とは反対側に突出して形成された環状面を有するターゲットと、
前記基板と前記ターゲットの間に電圧を印加する電源と、
前記ターゲットの対向面の前記基板とは反対側に配設された第１の電磁石と、
前記ターゲットの環状面の内側に配設された第２の電磁石と、
放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までは前記第２の電磁石のみに電流を流し、目的圧力ｐ２になった時点で第１の電磁石に電流を流して前記基板に成膜する制御部と
を設けたマグネトロンスパッタ装置。
【請求項７】
真空チャンバー内に基板に対向して配置された対向面とこの対向面の外周部に前記基板とは反対側に突出して形成された環状面を有するターゲットと、
前記基板と前記ターゲットの間に電圧を印加する電源と、
前記ターゲットの対向面の前記基板とは反対側に接近離間可能に配設された第１の電磁石と、
前記ターゲットの環状面の内側に配設された第２の電磁石と、
放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までは第１の電磁石をターゲットの対向面から離間させ、放電開始とともに圧力を下げて目的圧力ｐ２になった時点で前記第１の電磁石をターゲットの対向面に近接させる制御部と
を設けたマグネトロンスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク、電子部品などの薄膜形成に用いられるマグネトロンスパッタリング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に従来のマグネトロンスパッタ装置の構成を示す。全体は中心軸１９に対して対称である。
真空チャンバ１０に基板５とターゲット１が対向して配置され、供給ライン１１から真空チャンバ１０にガスが供給され、排気ライン１２から排気されている。１３はチャンバ内の圧力を監視する真空計である。１４は絶縁体である。
【０００３】
ターゲット１には直流または交流の電源１５が接続されている。図示していないがターゲット１の電圧をモニタする装置も備えている。またターゲット１の裏には磁気回路３０が配置されている。この装置は次のように動作する。
まず、排気ライン１２を使ってガスを排気しながら、Ａｒなどのガスを供給ライン１１から導入する。
【０００４】
電源１５により高電圧をかけると放電４１が起こりＡｒがイオンと電子に電離したプラズマが発生する。イオンは負にバイアスされたターゲット１に衝突し、ターゲット原子を叩き出す（スパッタ）。そのときスパッタされたターゲット原子が基板５に付着し基板５上に薄膜が形成される。
特に、マグネトロンスパッタ装置では、磁力線８がターゲット上でトンネル形状を作るよう構成されており、磁場によりプラズマを閉じこめることで低圧力における放電維持を可能としている。
【０００５】
近年、膜質の点から低圧力での成膜が望まれるが、低圧力では電子とスパッタガスの衝突確率が低く放電開始が困難である。
そこで以下のような動作にて放電を開始して低圧での成膜を行う。
まず、真空チャンバ１０の圧力を目的圧力ｐ２より高いが放電開始可能な圧力ｐ１になるようＡｒの流量または排気ラインの開度を調整する。つぎに、電源にて高電圧をかける。放電が開始すれば多量の電子が真空チャンバ１０内に発生し、磁場の閉じ込めによって低圧でも放電を維持することが出来るので、ターゲットの電圧変化をモニタし放電開始を確認した後、所望の膜質を得るための圧力ｐ２になるようＡｒの流量または排気ラインの開度を調整する。このようにして低圧での成膜が可能となる。図５にこの動作における圧力とスパッタ電力のタイミングチャートを示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この図５に示す従来のマグネトロンスパッタ方法では、時間ｔ１から時間ｔ２までの間の圧力が目的圧力になっておらず、この間に成膜された膜が膜質を劣化させるという問題点がある。
本発明は、放電開始可能な圧力ｐ１より低い圧力ｐ２で成膜する成膜装置において、目的圧力ｐ２以外での膜の堆積を極力抑え、膜質の向上を実現できるマグネトロンスパッタ方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のマグネトロンスパッタ方法は、真空チャンバー内にターゲットに対向して基板を配置し、前記ターゲットと前記基板の間に電圧を印加し、ターゲット面上に発生したプラズマにより前記基板上に真空チャンバー圧力が放電開始可能圧力ｐ１よりも低圧の目的圧力ｐ２の状態で成膜するに際し、真空チャンバー内に基板に対向する第１のターゲットと基板に対向しない第２のターゲットを形成し、放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までは第２のターゲット上のプラズマ密度を第１のターゲット上のプラズマ密度より高くし、目的圧力ｐ２になった時点で第１のターゲット上のプラズマ密度を第２のターゲット上のプラズマ密度より高くして成膜することを特徴とする。
【０００８】
この本発明の構成によると、基板と対向していないターゲット面上で放電開始する。この放電開始から目的圧力になるまでは、この放電が発生しているターゲット面が基板と対向していないので、基板に膜が堆積することはほとんどない。またこの放電が電子の供給源となるので、基板と対向しているターゲット面での放電を低圧で開始せしめることができる。よって目的圧力以外での膜の堆積を極力抑え、低圧で成膜する膜質の向上を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載のマグネトロンスパッタ方法は、真空チャンバー内に配置されたターゲットと基板の間に電圧を印加し、前記真空チャンバー内に発生したプラズマにより前記基板の上に成膜するに際し、前記真空チャンバー内の圧力を放電開始可能圧力ｐ１からこの放電開始可能圧力ｐ１よりも低圧の目的圧力ｐ２に変化させ、放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までの状態では、真空チャンバー内の前記基板に対向する第１のターゲットの前記基板と対向する面の裏面の外周に配設された第２のターゲットに電力を印加して前記第１のターゲットには電力を印加せずに運転して第２のターゲットに放電を発生させ、目的圧力ｐ２の状態では、第１のターゲットに電力を印加して前記基板の上に成膜することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２記載のマグネトロンスパッタ方法は、請求項１において、前記第２のターゲットを、第１のターゲットの外周に位置する環状に形成し、この第２のターゲットの内側に磁気回路を形成して第２のターゲットの表面に磁気トンネルを形成させて放電を発生させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３記載のマグネトロンスパッタ方法は、真空チャンバー内に配置されたターゲットと基板の間に電圧を印加し、前記真空チャンバー内に発生したプラズマにより前記基板の上に成膜するに際し、前記真空チャンバー内の圧力を放電開始可能圧力ｐ１からこの放電開始可能圧力ｐ１よりも低圧の目的圧力ｐ２に変化させ、放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までの状態では、真空チャンバー内の前記基板に対向する第１のターゲットの前記基板と対向する面の裏面の外周に配設された第２のターゲットの側の電磁石に電流を流して前記第１のターゲットの側の電磁石に電流を流さずに運転して第２のターゲットに放電を発生させ、目的圧力ｐ２の状態では、第１のターゲットの側の電磁石に電流を流して前記基板の上に成膜することを特徴とする。
本発明の請求項４記載のマグネトロンスパッタ方法は、真空チャンバー内に配置されたターゲットと基板の間に電圧を印加し、前記真空チャンバー内に発生したプラズマにより前記基板の上に成膜するに際し、前記真空チャンバー内の圧力を放電開始可能圧力ｐ１からこの放電開始可能圧力ｐ１よりも低圧の目的圧力ｐ２に変化させ、放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までの状態では、真空チャンバー内の前記基板に対向する第１のターゲットの前記基板と対向する面の裏面の外周に配設された第２のターゲットの側に固定された第２の電磁石に電流を流して第２のターゲットに磁気トンネルを形成して放電を発生させるとともに、前記第１のターゲット上に磁気トンネルを形成する第１の電磁石を第１のターゲットから離間させて運転し、目的圧力ｐ２の状態では、前記第１の電磁石を第１のターゲットに近づけて第１のターゲット上に磁気トンネルを形成して前記基板の上に成膜することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項５記載のマグネトロンスパッタ装置は、真空チャンバー内に基板に対向して配置された第１のターゲットと、真空チャンバー内に基板に対向しないように配置された真空チャンバー内の前記基板に対向する第１のターゲットの前記基板と対向する面の裏面の外周に配設された第２のターゲットと、前記基板と第１のターゲットの間に電圧を印加する第１の電源と、前記基板と第２のターゲットの間に電圧を印加する第２の電源と、放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までは第２のターゲットのみ電力を印加し、目的圧力ｐ２になった時点で第１のターゲットに電力を印加して前記基板に成膜する制御部とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項６記載のマグネトロンスパッタ装置は、真空チャンバー内に基板に対向して配置された対向面とこの対向面の外周部に前記基板とは反対側に突出して形成された環状面を有するターゲットと、前記基板と前記ターゲットの間に電圧を印加する電源と、前記ターゲットの対向面の前記基板とは反対側に配設された第１の電磁石と、前記ターゲットの環状面の内側に配設された第２の電磁石と、放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までは前記第２の電磁石のみに電流を流し、目的圧力ｐ２になった時点で第１の電磁石に電流を流して前記基板に成膜する制御部とを設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項７記載のマグネトロンスパッタ装置は、真空チャンバー内に基板に対向して配置された対向面とこの対向面の外周部に前記基板とは反対側に突出して形成された環状面を有するターゲットと、前記基板と前記ターゲットの間に電圧を印加する電源と、前記ターゲットの対向面の前記基板とは反対側に接近離間可能に配設された第１の電磁石と、前記ターゲットの環状面の内側に配設された第２の電磁石と、放電開始可能圧力ｐ１から目的圧力ｐ２までは第１の電磁石をターゲットの対向面から離間させ、放電開始とともに圧力を下げて目的圧力ｐ２になった時点で前記第１の電磁石をターゲットの対向面に近接させる制御部とを設けたことを特徴とする。
【００１６】
以下、本発明のマグネトロンスパッタ方法を具体的な各実施の形態に基づいて説明する。なお、従来例を示す図４と同じ記号は同じ構成要素を表す。全体は中心軸１９に対して対称である。
〔実施の形態１〕
図１は〔実施の形態１〕を示す。
【００１７】
真空チャンバ１０に基板５とターゲット１，２が配置されている。ターゲット１は基板５と対向して配置され、環状のターゲット２は基板５に対向しないように、ターゲット１の裏面の外周にターゲット１とは電気的に絶縁して配置されている。
真空チャンバ１０におけるターゲット１，２の支持構造は、ターゲット２が絶縁体１４ａを介して真空チャンバ１０に取り付けられ、ターゲット１が絶縁体１４ｂを介してターゲット２に取り付けられている。
【００１８】
ターゲット１には電源１５から電圧が印加されており、ターゲット２には電源１５とは別の高圧の電源１６から電圧が印加されている。
ターゲット２の内側には、ターゲット２の表面に磁気トンネル９を構成するよう磁気回路３１が配置されている。
基板５への成膜は制御部４３によってコントロールされて下記の工程で実施される。
【００１９】
まず、排気ライン１２を使ってガスを排気しながら、Ａｒなどのガスを供給ライン１１から導入する。
目的圧力ｐ２よりも高い放電開始圧力ｐ１では電源１５の印加電力はゼロにして電源１６のみ印加し、ターゲット２上での放電４２の開始を確認したら圧力を下げて目的圧力ｐ２に達した時点で電源１５の電力を印加して成膜する。
【００２０】
この方法によると、放電４２が電子の供給源となり、放電４１は所望の低圧力から開始される。放電４２によるスパッタされた粒子はターゲット２が基板５と対向していないので基板５に付着することはほとんどなく、放電４１によってスパッタされた粒子のみが基板５に付着する。したがって、成膜は常に目的圧力ｐ２で行われ、従来方式より膜質を向上できる。
【００２１】
またこのとき、ターゲット２が環状でその裏にターゲット２表面に磁気トンネル９を構成するよう磁気回路３１を配置しておくと、磁気トンネル９による無終端の閉じこめが可能となり、放電４２を低圧で安定化させることができる。磁気回路３１を設けずに装置を構成することもできる。
〔実施の形態２〕
図２は〔実施の形態２〕を示す。
【００２２】
〔実施の形態１〕のマグネトロンスパッタ装置では、２つの電源１５，１６と２つのターゲット１，２を使用したが、この〔実施の形態２〕のマグネトロンスパッタ装置では単一の電源と単一のターゲットで構成されている点が異なっている。
円盤状のターゲット１は、基板５と対向する面１ａと裏面の外周に形成されて環状面１ｂとで形成されている。面１ａの裏には面１ａ上に磁気トンネル８を形成するように電磁石３２が配置される。電磁石３２はコイル３３とヨーク３４からなる。コイル３３には電源２１より電流を供給する。また環状面１ｂの内側にも電磁石３５を配置する。電磁石３５に電源２２より電流を供給すると、環状面１ｂの上にも磁気トンネル９が形成される。
【００２３】
基板５への成膜は制御部４３によってコントロールされて下記の工程で実施される。
まず、排気ライン１２を使ってガスを排気しながら、Ａｒなどのガスを供給ライン１１から導入する。
真空チャンバ１０の圧力を放電開始可能圧力ｐ１とする。電源１５の電力を印加し、コイル３３の電流はゼロとし電磁石３５のみ電流を流す。このようにして環状面１ｂを中心とした放電４２を起こす。
【００２４】
放電４２の開始を確認後、真空チャンバ１０の圧力を目的圧力ｐ２まで下げる。目的圧力ｐ２まで下がったところでコイル３３に電流を流す。これによってターゲット１の基板５と対向する面１ａ上でも強い放電４１が始まり、基板５上に膜が堆積する。
このように、所望の低圧力ｐ２より高い状態では、放電の電力はターゲット１の基板５と対向していない環状面１ｂ上に集中し、面１ａ上でのスパッタはおこらない。したがって、目的圧力ｐ２になるまでは基板５上に膜が付着することはほとんどない。また１ｂ上の放電４２により電子の供給を受けるので低圧力で１ａ上の放電４１を開始することができる。このようにして低圧力の状態から成膜が始まるので膜質を向上できる。
【００２５】
〔実施の形態３〕
図３（ａ）（ｂ）は〔実施の形態３〕を示す。
〔実施の形態２〕のマグネトロンスパッタ装置では、ターゲットの前記基板５に対向する部分に作用する電磁石への通電を制御して磁束の発生を制御したが、この〔実施の形態３〕ではターゲットの前記基板５に対向する部分に作用する磁気回路としての永久磁石を移動させて目的を達成している点で異なっている。
【００２６】
ターゲット１は基板５に対向する面１ａと基板５に対向しない環状面１ｂを持つ。基板５に対向しない面１ｂの裏側に固定され環状面１ｂに磁気トンネル９をつくる永久磁石３６と、ターゲット面１ａからの距離が可変でターゲット面１ａに近づいたときに前記永久磁石３６とともにターゲット面１ａ上の磁気トンネル８を形成する磁気回路としての永久磁石３７とこの永久磁石３７を移動させる昇降装置３８を備えている。
【００２７】
基板５への成膜は制御部４３によってコントロールされて下記の工程で実施される。
まず、排気ライン１２を使ってガスを排気しながら、Ａｒなどのガスを供給ライン１１から導入する。
真空チャンバ１０の圧力を放電開始可能圧力ｐ１とする。永久磁石３７を（図３（ａ）に示すようにターゲットから遠ざけた状態で電源１５の電力を印加して面１ｂを中心とした放電４２を起こす。
【００２８】
放電４２の開始を確認後、真空チャンバ１０の圧力を目的圧力ｐ２まで下げる。目的圧力ｐ２まで下がったところで磁気回路３７を（図３（ｂ））ターゲットに近づける。面１ａ上で強い放電４１が始まり基板５上に膜が堆積する。
このように、所望の低圧力ｐ２より高い状態では放電の電力は環状壁１ｂ上に集中し面１ａ上でのスパッタはおこらない。環状壁１ｂは基板に対向していないので、目的圧力ｐ２になるまでは基板上に膜が付着することはほとんどない。また環状面１ｂ上の放電４２により電子の供給を受けるので低圧力で放電４１を開始することができる。このようにして低圧力の状態から成膜が始まるので膜質を向上できる。
【００２９】
以上の〔実施の形態１〕〜〔実施の形態３〕を互いに比較すると、〔実施の形態１〕は低圧になるまで、基板と対向するターゲット面での放電を確実に抑えるという点で〔実施の形態２〕〔実施の形態３〕より有利である。〔実施の形態２〕はスパッタ電源やマッチングネットワークが一つですむという点で〔実施の形態１〕より有利であり、放電の切り替えが速いという点で〔実施の形態３〕より有利である。〔実施の形態３〕はスパッタ電源やマッチングネットワークが一つですむという点で〔実施の形態１〕より有利であり、電磁石電源が不要という点で〔実施の形態２〕より有利である。
【００３０】
上記各実施の形態における磁気回路は、電磁石または永久磁石の何れで構成することもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板に膜を付着させない放電によって放電開始でき、その放電からの電子供給により、スパッタ成膜に使われる放電を目的圧力で開始できる。したがって、放電開始可能圧力より低い圧力で成膜するスパッタ装置においても、目的圧力以外での膜の堆積を極力抑え、膜質の向上を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の〔実施の形態１〕を示すマグネトロンスパッタ装置の構成図
【図２】本発明の〔実施の形態２〕を示すマグネトロンスパッタ装置の構成図
【図３】本発明の〔実施の形態３〕を示すマグネトロンスパッタ装置の放電開始時の状態と目的圧力での状態を示す工程図
【図４】従来のマグネトロンスパッタ装置の構成図
【図５】同従来例のタイミングチャート図
【符号の説明】
ｐ１    放電開始圧力
ｐ２    成膜する目的圧力
１，２    ターゲット
１ａ    ターゲットの基板と対向する面
１ｂ    ターゲットの基板と対向しない環状面
５    基板
９    磁気トンネル
１０    真空チャンバ
１１    供給ライン
１２    排気ライン
１３    真空計
１４，１４ａ，１４ｂ    絶縁体
１５，１６    電源
１９    中心軸
２１，２２    電源
３０    磁気回路
３１    磁気回路
３２    電磁石
３３    コイル
３４    ヨーク
３５    電磁石
３６    永久磁石
３７    永久磁石
３８    昇降装置
４１，４２    放電
４３    制御部
【図１】
0003784203.tif 000002
【図２】
0003784203.tif 000003
【図３】
0003784203.tif 000004
【図４】
0003784203.tif 000005
【図５】
0003784203.tif 000006