JP2002069632A

JP2002069632A - スパッタ装置およびスパッタ方法

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Publication number: JP2002069632A
Application number: JP2000268725A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Nobumiya; 利昭信宮; Kenji Ando; 謙二安藤; Yasuyuki Suzuki; 康之鈴木; Hidehiro Kanazawa; 秀宏金沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2002-03-08

Abstract

(57)【要約】【課題】スパッタ時の、負イオンダメージ、正イオン
・電子ダメージ、基体温度上昇を抑える。【解決手段】真空チャンバー１０内のターゲットホル
ダー１２に円筒状ターゲット１３が配設され、その底面
にアノード電極４１がある。円筒状ターゲット１３を取
り囲む円筒状のヨーク１６に、２個のリング状永久磁石
１４が取り付けられている。２個の永久磁石１４は、互
いの極性の向きが同じになっている。円筒状ターゲット
１３の上方では、基体７０が保持されている。真空チャ
ンバー１０内を高真空状態にした後、スパッタガス導入
手段３０からＨｅガスを、反応性ガス導入手段３１から
Ａｒ希釈のＦ₂ガスを導入し、電力供給手段８０より直
流電力を印加すると、円筒状ターゲット１３のスパッタ
面では、スパッタ面に平行な磁界とスパッタ面に垂直な
電界が発生し、マグネトロンスパッタが行われ、基体７
０上に薄膜が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターゲットをスパ
ッタリングして、基体ホルダーに取り付けられた基体上
に薄膜を成膜するスパッタ装置およびスパッタ方法に関
し、特に、スパッタガスにフッ化物系ガスを導入してプ
ラズマダメージに非常に弱いフッ素化合物の光学薄膜
や、プラズマダメージに非常に弱いプラスチック基体に
低温で薄膜を形成するスパッタ装置およびスパッタ方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に示す、従来から広く用いられてい
る平行平板型のマグネトロンスパッタ装置は、真空チャ
ンバー１１０内に、薄膜の材料となるターゲット１１３
と、基板ホルダー（基体ホルダー）１７１に取り付けら
れた基体１７０とを対向するように配置した上で、プラ
ズマを生成してターゲット１１３をスパッタリングし、
スパッタリングによって叩き出されたスパッタリング粒
子を基体１７０上に堆積させることにより、基体上に薄
膜を成膜する装置である。真空チャンバー１１０には、
真空チャンバー１０内の空気を排気する真空ポンプ等か
らなる排気手段１２０と、スパッタガス導入手段１３０
と、反応性ガス導入手段１３１とが、それぞれ弁を介し
て接続されている。真空チャンバー１１０内には、絶縁
部材１１１を介してターゲットホルダー１１２が固着さ
れ、このターゲットホルダー１２に前記した平板状のタ
ーゲット１１３が配設されている。ターゲット１１３の
下方に、磁界発生手段である３個の永久磁石１４が取り
付けられており、ターゲットホルダー１１２の内部に
は、ターゲット１１３および永久磁石１１４を冷却する
水冷手段１１５が配設されている。また、スパッタ電力
を供給する電力供給手段１８０が設けられている。この
マグネトロンスパッタ装置を用いると、他の方法に比べ
簡便で高速成膜や大面積成膜ができ、ターゲットの寿命
が長いなどの優れた特撒がある。

【０００３】近年、光学膜分野において、このようなス
パッタ装置を用いて低屈折率材料であるフッ化アルミニ
ウムやフッ化マグネシウム等のフッ化物スパッタリング
を行うことが検討されている。

【０００４】しかしながら、ＮＦ₃やＦ₂ガス等の反応性
ガスを導入してレンズ等にフッ化物材料を成膜する場
合、ターゲットから飛び出したフッ素やフッ化化合物の
負イオンがカソードシース電圧で加速され、生成された
高エネルギー粒子に起因する組成ずれを生じたり、形成
された膜にダメージを与えたり、また、ターゲット材料
やスパッタリング条件によっては膜が生成されず逆に基
体がエッチングされるなどの負イオンダメージの問題
や、基体表面に形成されたイオンシースで加速された正
イオンや電子によるダメージにより基体の温度上昇や光
学的光吸収のある膜しか形成されないなどの正イオン・
電子ダメージの問題があった。

【０００５】このような問題に対し、従来様々な解決策
が提案されてきた。

【０００６】負イオン対策としては、以下のような装置
および方法が提案されている。１．スパッタリング圧力を通常の圧力より高くした条件
下で成膜することによりガスとの衝突回数を増やし、高
エネルギー粒子の運動エネルギーを減少させる。２．強い磁界を用いることにより放電インピーダンスを
下げ、プラズマ維持電圧を下げ、カソードシース電圧を
下げることにより、高エネルギー粒子の密度を減少させ
る。３．通常用いられている高周波電源のＲＦ帯周波数（１
３．５６ＭＨｚ）を、ＶＨＦ帯（１００ＭＨｚ）の周波
数に変えてスパッタリングすることにより、カソードシ
ース電圧を下げて高エネルギー粒子のエネルギーを減少
させる。４．通常の平行平板のターゲットと基体の配置構成から
基体あるいはターゲットを９０度回転したオフアクシス
型スパッタ装置（特開平６−１７２４８号公報に開示）
や、スパッタ面に対し空間を隔てて対面するようにスパ
ッタ面に垂直な方向の磁界を発生する手段を設け、この
磁界発生手段と夕一ゲットとの間の空間の側方に基体を
配置して薄膜を形成する対向ターゲットスパッタ装置
（特開平５−１８２９１１号公報に開示）等の構成を採
用することにより、高エネルギー粒子が基体表面に直接
衝突しないようにする。

【０００７】また、正イオン・電子ダメージ対策として
は、以下のような装置および方法が提案されている。５．通常用いられている高周波電源の代わりにＤＣ電力
をターゲットに供給してＤＣスパッタを行うことによ
り、基体近傍のプラズマ密度を下げダメージの減少を図
る。６．プラズマを生成するプラズマ生成室とプラズマ
処理すべき被処理物を配置するプラズマ処理室との間
に、少なくとも１枚のプラズマ分離用のメッシュプレー
トが配置されており、このメッシュプレートには複数の
開口部が設けられており、開口部の径がプラズマのデバ
イ長の２倍以下であるプラズマ処理装置（特開平８−１
６７５９６号公報に開示）が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の解決策は、高エネルギー粒子に起因するダメージの問
題や正イオン・電子ダメージの問題、成膜時の基体温度
の上昇の問題を十分に解決することができず、膜質の低
下を招いていた。例えば、ＭｇＦ₂膜を成膜する場合、
負イオンからなる高エネルギー粒子が基体に堆積した膜
をスパッタリングしたり、また、正イオン・電子ダメー
ジによりＭｇと結合したＦを切り離しダングリングボン
ド（未結合手）が発生する。このダングリングポンド
は、光エネルギーを吸収する吸収膜になり、光学膜とし
て用いるには問題がある。特に、高精度の膜が要求され
る半導体露光装置などは、露光波長の短波長化に伴い、
このダングリングポンドによる光吸収の改善および成膜
中の熱歪みによるＣａＦ₂レンズの面変形の改善等大き
な効果を与える。

【０００９】しかし、前記した解決策１，２，３のよう
に、スパッタリング圧力を高くしたり、強い磁界やＶＨ
Ｆ帯の周波数を用いる方法によると、放電インピーダン
スが低い条件下では、ターゲットにかかるセルフバイア
ス電圧が低下する。セルフバイアス電圧が低下すると、
電圧が低下する分だけ工ネルギーが低下するので高工ネ
ルギー粒子を低く抑えられるが、負イオン、正イオン・
電子による基体へのダメージや基体温度の上昇を完全に
なくすことはできない。また、高圧力条件下で成膜した
場合には、膜の厚さ方向に屈折率が変化する不均質な膜
が形成され、膜質の低下を招くことになる。

【００１０】前記した解決策４のオフアクシス型スパッ
タ装置の場合は、ターゲットまたは基体が、平行平板の
ターゲットおよび基体の配置構成から９０度回転した状
態である側面配置であるため、ターゲット面で生成され
た負イオンによるダメージの少ない膜形成が可能であ
る。しかし、正イオン・電子による基体へのダメージや
基体温度の上昇は前記と同様に完全になくすことはでき
ない。また、側面配置構成であるがゆえに成膜速度を大
幅に犠牲にした成膜方法である。

【００１１】また、対向ターゲット式スパッタ装置で負
イオンを生成しやすい材料のスパッタリングを行うと、
対向ターゲットが基体に対して空間を隔てて対面してい
るため、ターゲット表面で生成された負イオンによるダ
メージの少ない膜形成が可能である。しかし、プラズマ
の閉じ込めが完全にはできないため、正イオン・電子に
よる基体へのダメージや基体の温度上昇が発生する。さ
らに、対向ターゲット式スパッタ装置の欠点は、放電印
加電力の増大とともにターゲットのエロージョン領域が
ターゲット中央に集中する現象が見られることである。
特に、ターゲットが非磁性材料の場合には、かかる現象
が顕著である。このようなエロージョン領域の集中は、
成膜速度を低下させるばかりでなく、膜厚分布に悪影響
を及ぼす。さらに、スパッタリングの高速化を図るため
に大電力を印加すると、スパークの原因にもなり好まし
いものではない。

【００１２】前記した解決策５のように、通常用いられ
ている高周波電源の代わりにＤＣ電力をターゲットに供
給してＤＣスパッタをすることにより、基体近傍のプラ
ズマ密度を下げダメージの減少を図る方法では、基体近
傍でのダメージは完全に抑えることができず、正イオン
・電子による基体へのダメージや基体の温度上昇が発生
する。

【００１３】前記した解決策６のように、プラズマ生成
室とプラズマ処理室の間に、プラズマのデバイ長の２倍
以下の穴を複数有するメッシュプレートを配置した装置
では、プラズマを完全に抑えることができる。しかし、
プラズマ生成室でスパッタを行う場合に、ターゲットと
基体との間に、例えば、開口率５０％のメッシュプレー
トが存在すると、スパッタ粒子の約半数はメッシュプレ
ートで捕捉されるため、効率が悪く成膜速度が低下す
る。この穴は、デバイ長の２倍以下、すなわち約１ｍｍ
以下であるので、開口率を上げるのは現実的に難しい。

【００１４】そこで、本発明の第１の目的は、前記した
欠点を克服するために、従来とは異なったスパッタカソ
ードを搭載し、負イオンの発生しやすいターゲット材料
等のフッ化膜を形成するときに負イオンの遮断をより効
果的に行うことができ、負イオンによる損傷を抑制でき
るスパッタ装置およびスパッタ方法を提供することにあ
る。

【００１５】さらに、本発明の第２の目的は、プラズマ
の閉じ込めをより効果的に行うことができ、正イオン・
電子によるプラズマダメージを受けやすいプラスチック
基体に薄膜を形成するときやフッ化膜を形成するときな
どに、大面積基体に低温、高速、低ダメージで良質な薄
膜を形成し得るスパッタ装置およびスパッタ方法を提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記した第１および第２
の目的を達成するため、本発明では、真空槽内に、ター
ゲットと、基体とを配設し、プラズマを生成してターゲ
ットをスパッタリングし、基体上に薄膜を堆積させるス
パッタ方法において、ターゲット表面を金属状態でスパ
ッタする。詳しくは、ターゲット材料がＭｇ，Ａｌ，Ｌ
ａ，Ｎｄ，Ｔｈの１種または複数種の合金で、フッ素系
の反応ガスを用いて反応スパッタでフッ化膜を形成する
方法で、スパッタガスがＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ
から選択される少なくとも１種の不活性ガスであり、反
応ガスがＦ₂，ＮＦ₃，ＣＦ₄，Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ₃Ｆ₈，ＣＨ
Ｆ₃，ＳＦ₆から選択される少なくとも１種の反応性ガス
であることが好ましい。

【００１７】また、スパッタ装置のターゲットが円筒状
または楕円筒状でその内面がスパッタ面であり、ターゲ
ット近傍で基体の反対側に、基体と対向するアノード電
極を有し、ターゲットとアノード電極とに囲まれた空間
内にアノード電極から不活性ガスを供給する手段と、円
筒状または楕円筒状のターゲットの裏面後方に配置され
たターゲット冷却手段と、ターゲットの裏面後方に、互
いに間隔をあけて配置され極性が同方向を向いている２
個のリング状磁石と、スパッタ面で磁界と電界が直交す
るマグネトロン磁場を発生する手段と、２つのリング状
磁石を取り囲む強磁性体からなり基体近傍における発散
磁界を減少させるヨークとを有することが好ましい。

【００１８】本発明によると、円筒状または楕円筒状の
ターゲットの内側のスパッタ面では、ターゲット表面に
垂直な電界と、径方向にほぼ垂直な磁界とが交差する同
軸マグネトロン放電条件となり、電子が、ターゲット表
面に垂直な弧（サイクロイド曲線）を描き、スパッタガ
ス分子と衝突してそれをイオン化させながら周方向に閉
ループを形成するように移動する、マグネトロン放電を
発生させることができる。イオン化されたスパッタガス
分子は、負電位にバイアスされたターゲットの表面に向
かって加速し、この表面に衝突してスパッタリングが開
始される。このとき、Ａｌ，Ｍｇなど負イオンを発生さ
せやすいターゲットを使用する、ＡｌＦ ₃やＭｇＦ₂など
のフッ化物の通常の反応性スパッタリングによる成膜方
法では、反応性ガスの影響でターゲット表面にＦ，ＡＩ
Ｆ₃，ＭｇＦ₂等が結合した薄い化合物膜が形成される。

【００１９】化合物膜が形成されたスパッタ面をスパッ
タリングすると、負イオンまたは負イオンが結合した化
合物が一部形成され、形成された負イオンはイオンシー
ス電圧で加速され大きな運動エネルギーと方向性を持っ
た負イオンとなる。一般に、負イオンまたは負イオンが
結合した化合物は、非常に不安定なために、ガス分子と
の衝突で中和されて中性粒子となる。こうして形成され
た、大きな運動エネルギーと方向性とを持った中性粒子
は、例えば正面に基体が配置されていた場合、基体と衝
突して基体または成膜された膜に大きなダメージを与え
る。また、スパッタリング条件によっては、負イオンま
たは中和された中性粒子のエッチング速度が成膜速度よ
り速い場合もあり、膜が形成されないこともある。そこ
で、円筒状または楕円筒状ターゲット内面のスパッタ面
の正面にスパッタ面を配置し、高エネルギー粒子を、対
向する面のターゲットに衛突させる構成とすることが好
ましい。すなわち、スパッタ面が円筒状または楕円筒状
の内面で、その法線が基体ホルダーの基体成膜面と交わ
らないように配置することにより、本発明の第１の目的
を達成して基体に負イオンダメージを与えないスパッタ
装置が得られる。

【００２０】さらに、本発明では、円筒状または楕円筒
状のターゲットの近傍で基体と反対側に、基体と対面す
るように配設されたアノード電極から、円筒状または楕
円筒状のターゲットとアノード電極で囲まれた空間内
に、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅから選択される少な
くとも１種の不活性ガスおよびＦ₂，ＮＦ₃，ＣＦ₄，Ｃ₂
Ｆ₆，Ｃ₃Ｆ₈，ＣＨＦ₃，ＳＦ₆から選択される少なくと
も１種の反応性ガスの分圧を調整したガスを供給して、
ターゲット表面を金属状態でスパッタすることにより、
ターゲット表面上での負イオンの発生を抑え負イオンダ
メージを抑えることができる。

【００２１】本発明の構成では、円筒状または楕円筒状
のターゲットとアノード電極とで囲まれた空間にプラズ
マを閉じ込めることにより、正イオン・電子ダメージを
小さくすることができる。すなわち、スパッタ面で磁界
と電界が直交するマグネトロン磁場が形成され、ターゲ
ットに、直流の電力、または誘電体膜を形成するときの
電子の蓄積を中和し異常放電防止のための直流に極性が
反転するパルスを重畳した電力を供給することにより、
前記したＤＣマグネトロン放電が生じ、プラズマ密度の
高いプラズマを円筒状または楕円筒状内面に閉じ込め
る。マグネトロン磁場で閉じ込められなくなったほとん
どの電子はアノード電極に向かって進む。このように円
筒状または楕円筒状内面部分のカソードと、その円筒状
または楕円筒状底面部分のアノード電極が近傍に配置さ
れることで強い電界が生じ電子の大部分がアノード電極
で捕捉される。また、ターゲットとアノード電極との
間、ターゲットと真空チャンバーとの間に、それぞれ独
立した電力供給手段を設け、真空槽よりアノード電極の
電位を高電位にすることで、さらに強い電子捕捉効果を
得ることもできる。

【００２２】また、一部の電子はターゲットから基体に
向かう発散磁界に巻き付いて進行するが、極性が同方向
となるように配置した２つのリング状の磁石の外周を強
磁性体のヨークで取り囲んで発散磁界を抑えることによ
り、基体付近の電子温度、電子密度、プラズマ電位、プ
ラズマ密度を減少させることが可能である。実際に磁界
分布を計測したところ、ヨークを配置することで発散磁
界が抑えられていることが確認でき、この発散磁界の減
少により、基体近傍でのプラズマ密度も減少していると
思われる。

【００２３】ターゲットと基体との間の空間に、多数の
穴の開いた強磁性体で構成される磁気シールドを配置す
ることにより、発散磁界をさらに低く抑えることができ
る。

【００２４】絶縁物の基体近傍では、電子密度とほぼ同
数のイオンが存在しており、プラズマ電位とフローテイ
ング電位の電位差で加速され基体と衝突する。一般のＲ
ＦまたはＤＣマグネトロンスパッタでは、電子温度は５
ｅＶ〜十数ｅＶ、電子密度は１０⁹〜１０¹¹個／ｃｍ³、
プラズマ電位とフローテイング電位の電位差は数十ｅＶ
あり、基体に大きなダメージを与えるが、本発明の構成
を採用することにより、プラズマダメージを大幅に減少
させることができる。

【００２５】しかし、基体近傍のプラズマ密度の低下は
プラズマダメージの抑制には大きな効果があるが、反応
性スパッタの場合基体表面での反応性が低下する欠点が
ある。基体表面での反応を促進するため、本発明では反
応性ガスおよびスパッタガスである不活性ガスをアノー
ドから導入して、円筒状または構円筒状ターゲットとア
ノードで囲まれた空間に閉じ込められた高密度プラズマ
中に供給して反応ガスを効率よく活性励起状態にした
後、基体まで輪送し基体表面での反応を促進させてい
る。さらに、スパッタガスとしてＨｅガスを用い、円筒
状または楕円筒状ターゲットとアノードで囲まれた空間
に閉じ込められた高密度プラズマ中に導入することで、
Ｈｅガスの準安定状態を効率よく作り出せる。Ｈｅの準
安定状態は長寿命であるため、基体まで輸送されて基体
表面での衝突で工ネルギーを与え反応を促進させる。

【００２６】通常、成膜中の基体の温度が上昇する原因
は主に２つある。１つは電子衝突による温度上昇であ
り、もう１つはターゲットからの輻射である。前者に関
しては、前記したように基体近傍の電子温度および電子
密度を低下させることで、基体の温度上昇を抑えること
ができる。後者に関しては、スパッタ面が、円筒形状ま
たは楕円筒状のターゲットの内面に位置し、その法線が
基体ホルダーの基体成膜面と交わらないようにターゲッ
トを取り付けるように、基体ホルダーを構成すること
で、スパッタ面からの輻射を低減し基体温度の上昇を抑
えることができる。

【００２７】このように本発明の構成のスパッタ装置に
することで、従来方法と比較して負イオンダメージ、正
イオン・電子ダメージと同時に基体の温度上昇も抑え、
従来のスパッタ方法では困難であったフッ素系の光学薄
膜の成膜や、高温に弱いプラスチックへの低温下での薄
膜の成膜が可能になる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００２９】（第１の実施形態）図１は本発明の第１の
実施形態のスパッタ装置の断面図である。

【００３０】図１に示すように、真空チャンバー１０
に、真空チャンバー１０内の空気を排気する真空ポンプ
等からなる排気手段２０と、スパッタガス導入手段３０
と、反応性ガス導入手段３１とが、それぞれ弁を介して
接続されている。そして、真空チャンバー１０内には、
絶縁部材１１を介してターゲットホルダー１２が固着さ
れ、このターゲットホルダー１２には円筒状ターゲット
１３が配設されている。円筒状ターゲット１３の底面に
は、円筒状ターゲット１３と同じ材料からなるアノード
電極４１が、絶縁部材４０を介して固着されている。

【００３１】円筒状ターゲット１３の周囲を取り囲むよ
うに、強磁性体からなる円筒状のヨーク１６が配設され
ている。ヨーク１６は、ターゲット方向に磁界を集中さ
せ、すなわち、円筒状ターゲット１３上に大きな磁界を
発生させ、かつ、円筒状ターゲット１３から離れた位置
における磁界を減少させるように配置されている。この
ヨーク１６に、磁界発生手段である２個のリング状の一
体型永久磁石１４が取り付けられている。２個の永久磁
石１４は、円筒状夕ーゲット１３内面のスパッタ面に平
行に、かつ互いの極性の向きが同じ（図１では上部がＳ
極、下部がＮ極）になるように配置されている。ターゲ
ットホルダー１２の内部には、円筒状ターゲット１３お
よび永久磁石１４を冷却する水冷手段１５が配設されて
いる。

【００３２】また、スパッタ電力を供給する電力供給手
段８０が設けられ、プラス側はアノード電極４１および
真空チャンバー１０に、マイナス側はターゲットホルダ
ー１２を介して円筒状ターゲット１３に、それぞれ接続
されている。この電力供給手段８０は、直流の電力また
は直流に極性が反転するパルスを重畳した電力を供給す
る。

【００３３】真空チャンバー１０内の、円筒状ターゲッ
ト１３の上方には、スパッタ膜が形成されるべき基体７
０を保持する基板ホルダー７１が設けられている。基板
ホルダー（基体ホルダー）は、基体７０の被製膜面が、
円筒状ターゲット１３の内面のスパッタ面の法線とは交
わらない位置に配されるように、構成されている。

【００３４】次に、このスパッタ装置を用いた成膜方法
について説明する。本実施形態では、円筒状ターゲット
１３として金属Ｍｇターゲットを、基体７０として石英
基板を用い、紫外領域でも適応できるＭｇＦ₂膜を成膜
する。

【００３５】まず、石英からなる基体７０を基板ホルダ
ー７１にて保持し、真空チャンバー１０内を真空ポンプ
（排気手段）２０で高真空状態にした後、スパッタガス
導入手段３０からＨｅガスを導入し、反応性ガス導入手
段３１からＡｒ希釈のＦ₂ガスを導入し、スパッタ圧力
を０．３〜３Ｐａ程度にする。次に電力供給手段８０よ
り直流電力を印加する。この時、円筒状ターゲット１３
とアノード電極４１との間に異常放電が発生するようで
あれば、直流にパルスを重畳した電力を印加する。

【００３６】円筒状ターゲット１３のスパッタ面では、
リング状永久磁石１４によりスパッタ面に平行な磁界が
発生し、また、スパッタ面に垂直な電界が発生する。こ
の電界および磁界の影響を受けて、電子はサイクロイド
運動しながら円筒の周方向に運動する。運動する電子は
ＨｅやＡｒに衝突してイオン化し、このイオンは円筒状
ターゲット１３の電極で加速されて円筒状ターゲット１
３に衝突しターゲットをはじき出す、マグネトロンスパ
ッタが開始される。この状態でしばらく放置すると、石
英基体７０上にＭｇＦ₂の薄膜が形成される。

【００３７】本発明では、永久磁石１４から基体７０に
向かう発散磁界を抑えることで、プラズマ・電子ダメー
ジを抑えている。

【００３８】強磁性体によるヨーク１６がない状態で
は、円筒状ターゲット１３上で約４００ガウス、基体７
０の位置で約２０ガウスの磁束密度であったが、本実施
形態では、ヨーク１６を配置することにより、基体７０
の位置の磁束密度を５ガウス以下に低減することがで
き、良質のＭｇＦ₂膜が形成されている。

【００３９】なお、ターゲットは、楕円筒状であっても
よい。

【００４０】（第２の実施形態）図２は第２の実施形態
の断面図である。第１実施例と同様の部分については同
一の符号を付与し説明は省略する。第２の実施形態で
は、第１の実施形態の構成に加えて、強磁性体で構成さ
れ多数の穴が開いた磁気シールド５０と、磁気シールド
５０を保持する磁気シールドホルダー５１とが追加され
ている。磁気シールド５０の穴の開口率が低いとスパッ
タ効率が下がるため、開口率は高いことが望ましい。な
お、開口率が高くても十分な磁気シールド効果が得られ
る。磁気シールド５０を配置することで、第１の実施形
態よりさらに基体付近の発散磁界を抑えることができ、
プラズマ・電子ダメージは減少する。

【００４１】本実施形態のように磁気シールド５０を設
けることは、基体７０や形成された薄膜がプラズマ・電
子ダメージに弱い場合に特に有効である。ただし、成膜
速度は低下する。

【００４２】（第３の実施形態）図３は第３の実施形態
の断面図である。第１実施例と同様の部分については同
一の符号を付与し説明は省略する。第３の実施形態で
は、第１の実施形態の構成に加えて、独立した電力供給
手段８１が設けられている。この電力供給手段８１は、
アノード電極４１に電力を供給し、さらにアノード電極
４１から真空チャンバー１０に正の電力を印加する。こ
れによって、発散磁界に沿った基体７０方向への電子の
流出が抑えられる。流出した電子はガスと衝突してイオ
ン化するため、本実施形態では、流出電子を抑えること
により、第１の実施形態よりさらに基体７０付近のプラ
ズマ密度を抑えることができ、プラズマ・電子ダメージ
は減少する。基体７０や形成された薄膜がプラズマ・電
子ダメージに弱い場合に特に有効である。

【００４３】

【発明の効果】本発明によると、ターゲット表面上での
負イオンの発生を抑え、負イオンダメージを抑えること
ができる。さらに、円筒状または楕円筒状のターゲット
とアノード電極とで囲まれた空間にプラズマを閉じ込め
ることにより正イオン・電子ダメージを小さくすること
ができる。

【００４４】円筒状または楕円筒状のターゲットの内面
部分にあるカソードと、ターゲットの底面部分にあるア
ノード電極とが近傍に配置されることで、強い電界が生
じ、電子の大部分がアノード電極で捕捉される。また、
ターゲットとアノード電極との間、ターゲットと真空チ
ャンバーとの間にそれぞれ独立した電力供給手段を設け
ると、真空槽よりもアノード電極の電位が高電位にな
り、さらに強い電子捕捉効果を得ることができる。

【００４５】極性が同方向となるように配置した２つの
リング状磁石の外周を、強磁性体のヨークで取り囲むこ
とにより、発散磁界が抑えられ、基体付近の電子温度、
電子密度、プラズマ電位、プラズマ密度を減少させるこ
とが可能である。さらに、ターゲットと基体との間の空
間に、多数の穴の開いた強磁性体からなる磁気シールド
を配置すると、発散磁界をより低く抑えられる。

【００４６】反応性ガスおよびスパッタガスである不活
性ガスをアノード電極から導入して、円筒状または構円
筒状のターゲットとアノード電極とで囲まれた空間に閉
じ込められた高密度プラズマ中に供給すると、反応ガス
を効率よく活性励起状態にした後で基体まで輪送し基体
表面での反応を促進させることができる。

【００４７】基体近傍の電子温度、電子密度を低下させ
ることで、電子衝突による基体の温度上昇を抑えること
ができる。また、スパッタ面を円筒形状または楕円筒状
の内面に位置させ、その法線が基体ホルダーの基体成膜
面と交わらないような配置にすることにより、ターゲッ
トのスパッタ面からの輻射を低減し基体温度の上昇を抑
えることができる。

【００４８】このように、本発明の構成のスパッタ装置
にすることで、従来方法と比較して負イオンダメージ、
正イオン・電子ダメージを抑えるとともに基体の温度上
昇も抑え、従来のスパッタ方法では困難であったフッ素
系の光学薄膜の成膜や、高温に弱いプラスチックへの低
温での薄膜の成膜が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のスパッタ装置の断面
図である。

【図２】本発明の第２の実施形態のスパッタ装置の断面
図である。

【図３】本発明の第３の実施形態のスパッタ装置の断面
図である。

【図４】従来のスパッタ装置の断面図である。

【符号の説明】

１０真空チャンバー１１絶縁部材１２ターゲットホルダー１３円筒状ターゲット１４永久磁石１５水冷手段１６ヨーク１７ヨーク２０排気手段３０スパッタガス導入手段３１反応性ガス導入手段４０絶縁部材４１アノード電極５０磁気シールド５１磁気シールドホルダー７０基体７１基板ホルダー（基体ホルダー）８０電力供給手段８１電力供給手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木康之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金沢秀宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 CA06 DC01 DC03 DC04 DC13 DC20 DC33 DC34 DC42 DC43 EA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽内に、ターゲットと、基体を取り
付けるための基体ホルダーとが配設されており、プラズ
マを生成して前記ターゲットをスパッタリングし、薄膜
を前記基体上に堆積させるスパッタ装置において、前記基体ホルダーは、前記ターゲットを、そのスパッタ
面の法線が前記基体と交わらないように取り付けるよう
に構成されていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】前記ターゲットが円筒状または楕円筒状
でその内面が前記スパッタ面であり、前記ターゲットの
近傍で前記基体と反対側に、前記基体と対向するアノー
ド電極を有し、前記ターゲットと前記アノード電極とで
囲まれた空間内に前記アノード電極から不活性ガスおよ
び反応性ガスが供給される、請求項１に記載のスパッタ
装置。
【請求項３】前記アノード電極への電力供給手段と、
真空槽への電力供給手段とが、互いに独立して設けられ
ている、請求項２に記載のスパッタ装置。
【請求項４】前記ターゲットの裏面後方に、ターゲッ
ト冷却手段と、間隔をおいて配設され極性が同方向を向
いている２個のリング状磁石とが配置されており、前記２個のリング状磁石を取り囲む強磁性体ヨークを有
し、前記スパッタ面で磁界と電界とが直交するマグネトロン
磁場を生じさせる、請求項２または３に記載のスパッタ
装置。
【請求項５】前記ターゲットには、直流の電力または
直流に極性が反転するパルスを重畳した電力が供給され
る、請求項４に記載のスパッタ装置。
【請求項６】前記ターゲットと前記基体との間の空間
に、多数の穴を有する強磁性体からなる磁気シールドが
配置されている、請求項４に記載のスパッタ装置。
【請求項７】真空槽内に、薄膜の材料となるターゲッ
トと、基体とを配置し、プラズマを生成して前記ターゲ
ットをスパッタリングし、薄膜を前記基体上に堆積させ
るスパッタ方法において、前記ターゲットが円筒状または楕円筒状でその内面が前
記スパッタ面であり、該ターゲットを、前記スパッタ面
の法線が前記基体と交わらないように配置し、前記ターゲットの近傍で前記基体と反対側に、前記基体
と対面するように配設されたアノード電極から、前記タ
ーゲットと前記アノード電極とで囲まれた空間内に、不
活性ガスおよび反応性ガスを供給することを特徴とする
スパッタ方法。
【請求項８】前記ターゲットの裏面後方に、ターゲッ
ト冷却手段と、間隔をあけて配設され極性が同方向を向
いている２個のリング状磁石とを配置し、さらに、２個
の前記リング状磁石を取り囲む強磁性体ヨークを配置
し、前記スパッタ面で磁界と電界とが直交するマグネトロン
磁場を発生させる、請求項７に記載のスパッタ方法。
【請求項９】前記ターゲットに、直流の電力または直
流に極性が反転するパルスを重畳した電力を供給する、
請求項８に記載のスパッタ方法。
【請求項１０】前記ターゲットと前記基体との間の空
間に、多数の穴を有する強磁性体からなる磁気シールド
を配置する、請求項８に記載のスパッタ装置。
【請求項１１】前記ターゲット表面を金属状態でスパ
ッタする、請求項７〜１０のいずれか１項に記載のスパ
ッタ方法
【請求項１２】ターゲット材料がＭｇ，Ａｌ，Ｌａ，
Ｎｄ，Ｔｈのうちの１種または複数種の合金であり、フ
ッ素系の反応ガスの反応性スパッタでフッ化膜を形成す
る、請求項１１に記載のスパッタ方法。
【請求項１３】スパッタガスがＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，×ｅから選択される少なくとも１種の不活性ガスで
あり、反応ガスがＦ₂，ＮＦ₃，ＣＦ₄，Ｃ₂Ｆ ₆，Ｃ
₃Ｆ₈，ＣＨＦ₃，ＳＦ₆から選択される少なくとも１種の
反応性ガスである、請求項１１に記載のスパッタ方法。