JP2003073822A

JP2003073822A - 対向ターゲットスパッタ法

Info

Publication number: JP2003073822A
Application number: JP2001257840A
Authority: JP
Inventors: Hideo Iwase; 秀夫岩瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-03-12

Abstract

(57)【要約】【課題】対面する二枚のターゲットに高周波電力を供
給する際に生ずる両ターゲット間のＤＣバイアス電位の
不一致を無くし、成膜上の問題を解決する方法を提供す
る。【解決手段】二枚のターゲットを一定の間隔をおいて
対面するように設置し、ターゲットの表面に垂直な磁場
を発生させ、スパッタリングガス雰囲気中でターゲット
に直流電力と高周波電力を同時に供給し、両ターゲット
間で挟まれた空間内にプラズマを収束させ、スパッタリ
ング現象を利用して両ターゲット間で挟まれた空間の外
側に置かれた基板表面に薄膜を形成する対向ターゲット
スパッタ法において、二枚のターゲットに高周波電力を
供給する際、一方のターゲットに高周波電力が供給され
ている間は、他方のターゲットヘの高周波電力の供給は
停止されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対向ターゲットス
パッタ法に関し、特に、対面する二枚のターゲットに高
周波電力を印加する際のＤＣバイアス電位の不一致によ
り生ずる成膜上の問題を除去する対向ターゲットスパッ
タ法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】対向ターゲットスパッタ法は、例えば、
「応用物理Ｊ第４８巻（１９７９）第６号Ｐ５５８〜Ｐ
５５９等で公知の通り、二枚のターゲットを−定の間隔
をおいて対面するように設置し、その表面に垂直な磁場
を発生させ、スパッタリングガス雰囲気中で前記ターゲ
ットに直流電力あるいは高周波電力を印加し、両ターゲ
ット間で挟まれた空間内にプラズマを発生させ、スパッ
タリング現象を利用して両ターゲット間で挟まれた空間
の外側に置かれた基板表面に薄膜を形成する成膜法あ
る。図１に、対向ターゲットスパッタ装置の概要を示
す。磁場をターゲット表面と平行に印加するプレーナー
マグネトロンスパッタ装置と異なり、電子を収束するた
めの磁場をターゲット表面に対して垂直に印加するた
め、ターゲット材料として強磁性体を用いた場合でもそ
の影響を殆ど受けず、空間Ｓに磁場を発生させることが
できる。前述の対向ターゲットスパッタ法は、このター
ゲット表面に垂直な磁場により高密度プラズマを形成す
ることができ、磁性体膜を高速で形成することが可能で
ある。

【０００３】また、基板がカソード電極であるターゲッ
トと垂直に配置されており、かつ高密度プラズマの発生
が空間Ｓ内に限られていることから、プラズマ内で発生
した高エネルギー電子および高エネルギーイオンが基板
に殆ど到達せず、それらのダメージの少ない膜形成が可
能である。

【０００４】対向ターゲットスパッタ法は、直流電力の
みならず、高周波電力をターゲットに印加しての成膜も
盛んに行われている。ターゲットに直流電力と高周波電
力を同時に印加することにより、絶縁物の成膜が可能と
なるだけでなく、直流電力だけを印加した場合と比較し
てターゲットの電位の直流成分（以下、この電位をＤＣ
バイアス電位と呼ぶ。）を減少させることができる。タ
ーゲットのＤＣバイアス電位は、ターゲットの前にシー
スと呼ばれる電位勾配を形成する。シースにより加速さ
れた負イオンは、ターゲットと衝突してスパッタリング
現象を引き起こす一方で、その一部はターゲットの表面
に到達する前にスパッタ粒子と衝突し、電荷を失って飛
散する。この中性粒子は、高エネルギーを持っているた
め、基板に衝突すると、膜の内部まで入り込み、膜質に
悪影響を及ぼす。飛散する中性粒子のエネルギーは、イ
オンの加速エネルギーに依存するため、中性高エネルギ
ー粒子のダメージを少なくするためには、ターゲットの
ＤＣバイアス電位を減らすことが必要である。直流電力
と高周波電力をターゲットに同時に印加することによ
り、ＤＣバイアス電位を適当な値にコントロールするこ
とができ、前記粒子による基板へのダメージを回避する
ことが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
対向ターゲットスパッタ法において、ターゲットに高周
波電力を印加した場合、それぞれのターゲットにおける
放電状態に差が発生して、十分なＤＣバイアス電位の減
少が得られないという問題が生じていた。以下で、その
詳細を説明する。

【０００６】図２で示すように、通常、対向した二枚の
ターゲットには、共通の水晶発振器を持つ、異なる高周
波電源が、それぞれのマッチングボックスを介して接続
される。また、高周波電力と同時に直流電力をターゲッ
トに印加する場合は、高周波が直流電源に入ることを防
ぐため、直流電源とターゲットの間にローパス・フィル
ターが接続される。ターゲットに高周波電力または高周
波電力と直流電力の両方を印加した場合のターゲットの
電位を図３に示す。ターゲット電位には太い矢印で示さ
れるような電圧の直流成分（ＤＣバイアス電位）が生ず
る。上記の装置を用いた場合、ＤＣバイアス電位の大き
さが、対面する二枚のターゲット間で異なってしまう現
象がよく発生する。図４は、一定の直流電力を印加した
ターゲットに高周波電力を増加させながら印加していっ
たときの、両ターゲットのＤＣバイアス電位の絶対値で
ある。実験は、１００ｍｍ離して設置されたφ７５ｍｍ
の円形ＩＴＯターゲットを使用し、チャンバー内の圧力
は０．４Ｐａの環境下で行なった。スパッタガスはアル
ゴンに酸素を体積比で１％加えたものを使用した。図４
から、高周波の印加電力が３Ｗを超えると、両ターゲッ
トのＤＣバイアス電位に５０Ｖ近い差が生ずることが分
かる。この差は、一台の高周波電源からの出力を分配器
により分け、二枚のターゲットにそれぞれ印加した場合
にも生ずることが分かっている。

【０００７】図４から分かるように、ターゲット間のＤ
Ｃバイアス電位の差が存在する場合、高周波電力を印加
しても、ＤＣバイアス電位は最大で６０Ｖ程度しか減少
しない。すなわち、ターゲットのスパッタリングに必要
なＤＣバイアス電位は２００Ｖ程度であるのに対し、図
４では４８０Ｖ以上のＤＣバイアス電位がターゲットに
かかってしまう。中性高エネルギー粒子のダメージを十
分に回避するためには、さらにＤＣバイアス電位を減少
させることが必要である。

【０００８】ＤＣバイアス電位が両ターゲット間で異な
る原因としては、共通の水晶発振器を使用しても、両タ
ーゲットに印加される高周波信号には位相差が残ってい
ることが挙げられる。また、一台の高周波電源から両タ
ーゲットに電力を供給する場合でも、装置を完全に対称
に設計することは難しいため、全く等しく高周波信号を
ターゲットに印加することができず、同様の現象が生ず
ると思われる。

【０００９】また、ＤＣバイアス電位の差は、各ターゲ
ットから見たプラズマのインピーダンスの差にも起因し
ていると考えられる。ターゲットから見たプラズマのイ
ンピーダンスは、チャンバーや基板などを含めた装置の
構造に起因する。通常、インラインの対向ターゲット法
においては、ターゲットが対面する方向と平行に基板を
搬送させることが多く、移動している基板の位置によ
り、ターゲットに対して装置の非対称性が存在してしま
う。したがって、装置および電源の構成から、両ターゲ
ットから見たプラズマのインピーダンスの差をなくすこ
とは非常に困難である。

【００１０】本発明の目的は、対向ターゲットスパッタ
法において、高周波電力を印加する際に生ずる両ターゲ
ット間のＤＣバイアス電位の不一致を無くし、ＤＣバイ
アス電位の不一致から生ずる様々な成膜上の問題を解決
する方法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の対向ターゲット
スパッタ法は、二枚のターゲットを一定の間隔をおいて
対面するように設置し、ターゲットの表面に垂直な磁場
を発生させ、スパッタリングガス雰囲気中でターゲット
に直流電力と高周波電力を同時に供給し、両ターゲット
間で挟まれた空間内にプラズマを発生させ、スパッタリ
ング現象を利用して両ターゲット間で挟まれた空間の外
側に置かれた基板表面に薄膜を形成する対向ターゲット
スパッタ法において、ターゲットに高周波電力を供給す
る際、片方のターゲットのみに高周波電力を供給するこ
とを特徴とする。また、本発明の対向ターゲットスパッ
タ法は、二枚のターゲットを一定の間隔をおいて対面す
るように設置し、ターゲットの表面に垂直な磁場を発生
させ、スパッタリングガス雰囲気中でターゲットに直流
電力と高周波電力を同時に供給し、両ターゲット間で挟
まれた空間内にプラズマを発生させ、スパッタリング現
象を利用して両ターゲット間で挟まれた空間の外側に置
かれた基板表面に薄膜を形成する対向ターゲットスパッ
タ法において、二枚のターゲットに高周波電力を供給す
る際、一方のターゲットに高周波電力が供給されている
間は、他方のターゲットヘの高周波電力の供給は停止さ
れていることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて、具体的な実施例を説明する。

【００１３】二枚のターゲットに挟まれた空間には、プ
ラズマが十分な密度で閉じ込められており、片方のター
ゲットに高周波電力を印加することにより発生した高密
度のプラズマは、対面する他方のターゲットの放電およ
びスパッタリングにも寄与する。そのため、ターゲット
に高周波電力を供給する場合、両方のターゲットに同じ
大きさの高周波電力を供給する必要はない。すなわち、
対面する二枚のターゲットに異なる高周波電力を供給す
ることにより、両ターゲット間のＤＣバイアス電位の不
一致を無くし、ＤＣバイアス電位の不一致から生ずる成
膜上の問題を解決することができる。

【００１４】図５を用いて具体的に説明する。直流電力
のみを供給した場合、放電により発生した電子は磁界に
捕らえられて、ターゲット間を往復運動する。その間、
電子はチャンバー内のスパッタガスをイオン化させ、高
密度のプラズマを形成する。この状態で一方のターゲッ
トに高周波電力を印加した場合、電子の往復運動に高周
波電力による振動が加わり、スパッタガスとの衝突頻度
が増すことにより、さらに高密度のプラズマが形成され
る。高周波によりターゲットに挟まれた空間に発生した
高密度のプラズマは、両方のターゲットに同様に作用す
るため、片方のターゲットにのみ高周波電力を印加する
ことにより、複数の高周波を印加するときに生ずる問題
を起こさずに、高周波を印加させたときの効果を得るこ
とができる。（実施例１）図６は、二枚のターゲットに
印加する高周波の出力の経時変化である。両方のターゲ
ットは、直流電源の陰極と接続されており、成膜工程の
間中、７０Ｗの直流電力が印加されている。高周波電力
は、片方のターゲットにのみ印加する。成膜装置は、１
００ｍｍ離して設置されたφ７５ｍｍの円形ＩＴＯター
ゲットを使用し、チヤンバー内の圧力は０．４Ｐａの環
境下で成膜を行なった。スパッタガスはアルゴンに酸素
を体積比で１％加えたものを使用した。（実施例２）図７は、二枚のターゲットに印加する高周
波の出力の経時変化である。両方のターゲットは、直流
電源の陰極と接続されており、成膜工程の間中、７０Ｗ
の直流電力が印加されている。高周波電力は、オンとオ
フを周期的に繰り返しながら印加される。高周波電力が
印加されている時間は、高周波電力が印加されていない
時間と同等、若しくはそれより短い。高周波電力がオン
・オフされるタイミングは、ターゲット間で異なってお
り、常に、片方のターゲットに高周波電力が印加されて
いるときは、もう一方には高周波電力の印加が停止する
ように、タイミングが調整されている。成膜装置および
成膜条件は、実施例１と等しくした。

【００１５】

【発明の効果】図８は、実施例１において、高周波の電
力を変化させた場合のターゲットのＤＣバイアス電位の
変化である。図４と比較して、高周波電力を印加して
も、ターゲット間にＤＣバイアス電位の差が殆ど生じな
いことが分かる。また、ＤＣバイアス電位の減少量も、
６０Ｖから１００Ｖに増加している。

【００１６】実施例２の場合も、実施例１と同様の効果
が得られることが確認されている。

【００１７】本発明により、対向ターゲットスパッタ法
に高周波電力を印加した場合でも、両ターゲットのＤＣ
バイアス電位を等しく保つことが可能になり、ターゲッ
トのＤＣ電位を十分に減少させることができ、ターゲッ
ト前に形成されるシースから飛来する、中性高エネルギ
ー粒子のダメージを減らすことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】対向ターゲットスパッタ装置の概要を示す図。

【図２】対向ターゲットスパッタ装置への高周波電源の
接続方法を示す図。

【図３】ターゲットにかかる、ＤＣバイアス電位を示す
図。

【図４】図２で示される装置において、高周波の電力を
変化させたときのＤＣバイアス電位の変化。

【図５】対面するターゲットに挟まれた領域の、プラズ
マ粒子の運動、および空間電位を表す図。

【図６】実施例１における、ターゲットに印加される高
周波電力の時間変化を示す図。

【図７】実施例２における、ターゲットに印加される高
周波電力の時間変化を示す図。

【図８】実施例１において、高周波電力を変化させたと
きの、ターゲットのＤＣバイアス電位の変化を示す図。

【符号の説明】

１真空チヤンバー２ａ、２ｂターゲット３ａ、３ｂ磁場発生装置４基板５真空排気装置６スパッタガス導入装置７ＤＣ電源８高周波電源９マッチングボックス１０ローパス・フィルター１１水晶発振器１２電子１３負イオン（負アルゴンイオン）１４中性高エネルギーイオン（反跳アルゴン）１５スパッタ粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二枚のターゲットを一定の間隔をおいて
対面するように設置し、前記ターゲットの表面に垂直な
磁場を発生させ、スパッタリングガス雰囲気中で前記タ
ーゲットに直流電力と高周波電力を同時に印加し、両タ
ーゲット間で挟まれた空間内にプラズマを発生させ、ス
パッタリング現象を利用して両ターゲット間で挟まれた
空間の外側に置かれた基板表面に薄膜を形成する対向タ
ーゲットスパッタ法において、前記二枚のターゲットに高周波電力を印加する際、一方
のターゲットに高周波電力が印加されている間は、他方
のターゲットヘの高周波電力の印加は停止されているこ
とを特徴とする対向ターゲットスパッタ法。
【請求項２】二枚のターゲットを一定の間隔をおいて
対面するように設置し、前記ターゲットの表面に垂直な
磁場を発生させ、スパッタリングガス雰囲気中で前記タ
ーゲットに直流電力と高周波電力を同時に印加し、両タ
ーゲット間で挟まれた空間内にプラズマを発生させ、ス
パッタリング現象を利用して両ターゲット間で挟まれた
空間の外側に置かれた基板表面に薄膜を形成する対向タ
ーゲットスパッタ法において、前記ターゲットに高周波電力を印加する際、片方のター
ゲットのみに高周波電力を印加することを特徴とする対
向ターゲットスパッタ法。