JP2005290550A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常放電や非エロージョン部を低減し、膜厚分布が均一な膜を成膜可能な成膜装置を提供する。
【解決手段】本発明の成膜装置１は複数のターゲット３１ａ〜３１ｆを有しており、異なるターゲット３１ａ〜３１ｆに同じ異なる極性の交流電圧が印加される。一方のターゲット３１ａ〜３１ｆが負電位に置かれる時には他方のターゲット３１ａ〜３１ｆが正電位に置かれ、アノード電極として作用するので、隣合うターゲット３１ａ〜３１ｆの間にアノード電極を配置する必要がない。隣合うターゲット３１ａ〜３１ｆの間には何も配置されていないので、ターゲット３１ａ〜３１ｆ間の距離ｓを短くすることが可能であり、ターゲット３１ａ〜３１ｆが配置された領域のうち、スパッタ粒子が放出されない面積の割合が少なくなるので、スパッタ粒子が基板５に均一に到達し、膜厚分布が均一になる。
【選択図】図１

Description

本発明はスパッタリング装置に関する。

図８の符号１０１は従来技術の成膜装置を示している。
成膜装置１０１は真空槽１０２と、真空槽１０２内部に配置された複数のターゲット１３１ａ〜１３１ｅとを有している。

各ターゲット１３１ａ〜１３１ｅは細長の板状であって、真空槽１０２内部に配置された基板１０５にスパッタ面が向けられた状態で一定以上の間隔を空けて互いに平行に配置されている。

真空排気系１１２により真空槽１０２内部を真空排気しながら、ガス供給系１１３から真空槽１０２内部にスパッタガスを導入し、真空槽１０２内部に成膜雰囲気を形成した状態で、電極１３５ａ〜１３５ｅが接続された電源１１７ａ〜１１７ｅを起動し、真空槽１０２と基板１０４を接地電位に置いた状態で各ターゲット１３１ａ〜１３１ｅに交流電圧を印加すると、ターゲット１３１ａ〜１３１ｅの表面がスパッタされる。

複数のターゲット１３１ａ〜１３１ｅを同時にスパッタする場合、接地電位に置かれたシールド１１１がターゲット１３１ａ〜１３１ｅの周辺部だけに配置されていると、シールド１１１が配置された方向にプラズマが偏ってしまうが、この成膜装置１０１ではターゲット１３１ａ〜１３１ｅの間にも接地電位に置かれたシールド１１１が配置されているため、プラズマが偏らず、各ターゲット１３１ａ〜１３１ｅが均一にスパッタされる。

ターゲット１３１ａ〜１３１ｅのスパッタ面とは反対側には細長の磁界形成手段１４０ａ〜１４０ｅがターゲット１３１ａ〜１３１ｅの長手方向に沿って配置されている。磁界形成手段１４０ａ〜１４０ｅの幅はターゲット１３１ａ〜１３１ｅの幅よりも短く、不図示の移動手段によってターゲット１３１ａ〜１３１ｅの幅方向の一端から他端まで往復移動するようになっている。

従って磁界形成手段１４０ａ〜１４０ｅによって形成される磁界もターゲット１３１ａ〜１３１ｅ表面を移動するので、プラズマ密度の高い部分がターゲット１３１ａ〜１３１ｅ表面を移動し、ターゲット１３１ａ〜１３１ｅの広い領域がスパッタされることになる。

複数のターゲットを用いた成膜装置では、ターゲットの数が多い分、広い領域にスパッタ粒子が放出されるため、大面積の基板１０５に成膜を行うことが可能である。

しかしながら、従来の成膜装置には以下に述べる問題点があった。先ず、第一に、シールド１１１が位置する部分からはスパッタ粒子が放出されないため、基板１０５の表面のシールド１１１上に位置する部分と、ターゲット１３１ａ〜１３１ｅ上に位置する部分で膜厚分布及び膜質分布に不均一が生じる。

また、上述したように磁界形成手段１４０ａ〜１４０ｅを移動させながら、ターゲット１３１ａ〜１３１ｅに交流電圧を印加する場合には、磁界形成手段１４０ａ〜１４０ｅの移動に伴い、プラズマ密度の高い部分も移動してしまう。

従って、スパッタガスと一緒に酸素ガスのような反応性ガスを導入してスパッタリングを行う場合には、プラズマ密度が高い部分が移動してしまうと、スパッタ面のプラズマ密度が薄くなった部分でターゲット材料と反応性ガスが反応して反応物の膜（例えば酸化膜）が形成されてしまい、異常放電の原因となる。

磁界形成手段１４０ａ〜１４０ｅを移動させずに固定してスパッタリングを行えば、プラズマ密度の高い部分の移動は起こらないが、ターゲット１３１ａ〜１３１ｅ内（特にターゲット１３１ａ〜１３１ｅの幅方向の中央部分）に非エロージョン部が生じ、この非エロージョン部が異常放電の原因となったり、また非エロージョン部が剥離してパーティクルが発生する原因ともなる。

特表２００２−５０８４４７号公報 特開平１１−２４１１５９号公報 特開平９−１３１６０号公報

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、エロージョン領域が広く、異常放電がなく、膜厚分布が均一な薄膜を形成できる成膜装置を提供するものである。

上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、真空槽と、複数の長手方向を有する板状のターゲットと、前記ターゲットに交流電圧を印加する交流電源とを有し、前記複数のターゲットのうち、異なるターゲットに同じ交流電源から極性が異なる交流電圧が印加され、前記複数のターゲットはスパッタ面が同じ方向に向けられた状態で、隣合う前記ターゲットの長手方向の側面が、前記真空槽中の雰囲気のみを介して互いに直接対向するように配置された成膜装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の成膜装置であって、互いに対向する前記側面同士の距離は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下にされた成膜装置である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜装置であって、前記交流電源部の周波数は１kHz以上100kHz以下であることを特徴とする成膜装置である。
請求項４記載の発明は、真空槽と、前記真空槽の内部に配置された複数の細長の板状ターゲットとを有し、前記各ターゲットは長手方向の側面同士が対向するように互いに平行に配置され、前記各ターゲットの真裏位置には、細長の磁界形成手段が前記ターゲットの長手方向に沿ってそれぞれ配置され、前記磁界形成手段が配置された領域の外側であって、前記ターゲットの真裏位置よりも外側には、細長の補助磁界形成手段が前記ターゲットの長手方向に沿って配置された成膜装置である。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の成膜装置であって、前記各磁界形成手段は複数の磁石を有し、前記複数の磁石のうち、前記補助磁界形成手段に隣接して配置された磁石の前記ターゲット側に向けられた面の磁極は、前記補助磁界形成手段の前記ターゲット側に向けられた面の磁極と同じ極性にされた成膜装置である。
請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５のいずれか１項記載の成膜装置であって、前記磁界形成手段と前記補助磁界形成手段を、前記ターゲットに対して相対的に移動させる移動手段を有する成膜装置である。

本発明は上記のように構成されており、隣接するターゲット同士の間にアース電極も絶縁物も配置されておらず、従って真空槽内部を真空排気したときに、隣合うターゲットの長手方向の側面が対向する領域にも真空雰囲気が形成され、該真空雰囲気の幅は、側面同士の距離と等しくなる。

何も配置されていない分、側面同士の距離を１ｍｍ以上１０ｍｍ以下と小さくすることが可能であるので、スパッタ粒子が放出されない領域が狭くなり、従って基板に到達するスパッタ粒子の量の分布が均一になる。

磁界形成手段の幅をターゲットの幅と略等しくすれば、磁界形成手段を移動させずにスパッタを行っても、ターゲットの表面全域のプラズマ密度を高くすることができるが、上述したようにターゲット同士の間隔が短い場合には、磁界形成手段同士の間隔も短くなってしまう。磁界形成手段を複数台近接させて配置した場合、隣接しあう磁界形成手段同士の磁場干渉で磁場バランスが崩れてしまう。特に、交流電源を用いてスパッタを行う場合は対になるカソード（ターゲット）同士の放電インピーダンスが異なるために、膜厚、膜質分布の劣化、さらには対になるカソード同士のターゲット使用効率の劣化が問題となる。

本発明の成膜装置では、ターゲットが配置された領域よりも外側であって、最も外側に配置された磁界形成手段の近傍位置に補助磁界形成手段を有しており、この補助磁界形成手段によって、磁界形成手段を近接させた場合の磁場干渉が緩和されるので、磁場強度のバランスが崩れず、各ターゲットの表面で磁束密度の分布が均一になる。

磁界形成手段をターゲットに対して相対的に移動させながら、スパッタリングを行う場合には、磁力線が遠ざかり、プラズマ密度が少なくなった部分はスパッタされず、ターゲットの表面に反応性ガスとの反応物（例えば酸化物）が形成されてしまい、その反応物が異常放電やパーティクルの原因になるが、上述したように本発明では磁界形成手段を移動させる必要がなく、ターゲットに対して固定した状態でスパッタリングを行えるので、異常放電が起こらない。

本発明の成膜装置を用いれば、大型基板に成膜した場合であっても、膜厚分布、および膜質分布が良い膜が得られることができる。また、アースシールド部品が不要となったため、アースシールド部品部分からのパーティクルが低減された。さらに、従来装置と比べ、アースシールド部品、磁気回路の揺動機構、電源の異常放電防止機構が必要なくなったため、部品点数が削減でき、コスト削減、装置メンテナンス性の改善ができた。

図１の符号１は本発明の成膜装置の一例を示しており、この成膜装置１は真空槽２と、真空槽２内部に配置された基板ホルダ４と、真空槽２内部の基板ホルダ４と対向する位置に配置されたスパッタ源３とを有している。スパッタ源３は複数のスパッタ部３０ａ〜３０ｆを有している。各スパッタ部３０ａ〜３０ｆは板状のターゲット３１ａ〜３１ｆをそれぞれ有しており、各ターゲット３１ａ〜３１ｆのスパッタされる面をスパッタ面とすると、各スパッタ部３０ａ〜３０ｆは各スパッタ面が同じ平面上に位置するように配置されている。

各ターゲット３１ａ〜３１ｆは長手方向を有する細長に成形されており、各スパッタ面も長手方向を有する細長になっている。各ターゲット３１ａ〜３１ｆはそれぞれ同一形状であり、スパッタ面の長手方向の縁部分（側面）が互いに所定間隔を空けて平行に配置されている。

隣り合うターゲット３１ａ〜３１ｆの側面同士は一定距離だけ離間するように形成されており、従って、隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆの側面は平行になる。本発明ではターゲット３１ａ〜３１ｆ間には電極もシールドも配置されておらず、ターゲット３１ａ〜３１ｆの側面同士は直接面するようになっている。

各ターゲット３１ａ〜３１ｆの裏面には、ターゲット３１ａ〜３１ｆと同じ幅、同じ長さの電極３５ａ〜３５ｆが、ターゲット３１ａ〜３１ｆの外周からはみ出さないように密着して取り付けられている。

真空槽２の外部には交流電源１７ａ〜１７ｃが配置されており、各交流電源１７ａ〜１７ｃの２つの端子のうち、一方の端子は隣接する２つの電極３５ａ〜３５ｆのうち一方の電極３５ａ、３５ｃ、３５ｅに接続され、他方の端子は他方の電極３５ｂ、３５ｄ、３５ｆに接続されている。

各交流電源１７ａ〜１７ｃの２つの端子は正負の異なる極性の電圧を出力するようになっており、ターゲット３１ａ〜３１ｆは電極３５ａ〜３５ｆに密着して取り付けられているので、隣接する２つのターゲット３１ａ〜３１ｆには互いに異なる極性の交流電圧が交流電源１７ａ〜１７ｃから印加される。従って、互いに隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆのうち、一方が正電位に置かれる時には他方が負電位に置かれた状態になる。

電極３５ａ〜３５ｆのターゲット３１ａ〜３１ｆとは反対側の面には絶縁板３３ａ〜３３ｆが取り付けられており、ターゲット３１ａ〜３１ｆ及び電極３５ａ〜３５ｆは、後述する磁界形成手段４０ａ〜４０ｆや他の部材から絶縁されるようになっている。

電極３５ａ〜３５ｆのターゲット３１ａ〜３１ｆとは反対側の面には磁界形成手段４０ａ〜４０ｆが配置されている。図２を参照し、各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆは、外周がターゲット３１ａ〜３１ｆの外周と略等しい大きさの細長のリング状磁石４２ａ〜４２ｆと、リング状磁石４２ａ〜４２ｆの長さよりも短い棒状磁石４３ａ〜４３ｆとそれぞれ有している。

各リング状磁石４２ａ〜４２ｆは、対応する１個のターゲット３１ａ〜３１ｆの真裏位置で、ターゲット３１ａ〜３１ｆの長手方向に対して平行に配置されている。上述したように、ターゲット３１ａ〜３１ｆは所定間隔を空けて平行配置されているので、リング状磁石４２ａ〜４２ｆはターゲット３１ａ〜３１ｆと同じ間隔を空けて配置された状態になっている。

棒状磁石４３ａ〜４３ｆは、リング状磁石４２ａ〜４２ｆのリングの内部にターゲット３１ａ〜３１ｆの長手方向に沿って配置されている。従って、棒状磁石４３ａ〜４３ｆの長手方向の側面の両側には、リング状磁石４２ａ〜４２ｆが配置された状態になっている。

磁界形成手段４０ａ〜４０ｆの磁石のうち、両側に配置され磁石（リング状磁石）を第一の磁石４２ａ〜４２ｆとし、第一の磁石４２ａ〜４２ｆの間に配置された磁石（棒状磁石）を第二の磁石４３ａ〜４３ｆとすると、第一、第二の磁石４２ａ〜４２ｆ、４３ａ〜４３ｆの磁極は、厚み方向の両端、即ち表面側と裏面側に位置しており、ターゲット３１ａ〜３１ｆ側に向けられた面を表面とすると、第一、第二の磁石４２ａ〜４２ｆ、４３ａ〜４３ｆの裏面側には板状のヨーク４１ａ〜４１ｆが密着されている。

従って、第一、第二の磁石４２ａ〜４２ｆ、４３ａ〜４３ｆの裏面側の磁極の間に発生する磁力線は、ヨーク４１ａ〜４１ｆの内部を通るようになっている。ヨーク４１ａ〜４１ｆの平面形状は第一の磁石４２ａ〜４２ｆのリングの外周と等しく、第一の磁石４２ａ〜４２ｆはヨーク４１ａ〜４１ｆの縁からはみ出さないように配置されている。上述したように第一の磁石４２ａ〜４２ｆの形状はターゲット３１ａ〜３１ｆと略等しいので、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆの平面形状もターゲット３１ａ〜３１ｆと略等しくなる。
ここでは、各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆは対応する１つのターゲット３１ａ〜３１ｆの真裏位置で配置されているので、各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆはターゲット１３ａ〜３１ｆの外周からはみ出さず、各磁界形成手段４０ａ〜４１ｆが２つのターゲット３１ａ〜３１ｆに渡って配置されてはいない。

第一の磁石４２ａ〜４２ｆは表面側の磁極の磁性がＮ極の場合は、第二の磁石４３ａ〜４３ｆの表面側の磁極の磁性はＳ極、第一の磁石４２ａ〜４２ｆの表面側の磁極の磁性がＳ極の場合は、第二の磁石４３ａ〜４３ｆの表面側の磁極の磁性はＮ極になっており、従って、第一の磁石４２ａ〜４２ｆの表面と、第二の磁石４３ａ〜４３ｆの表面の間には、電極３５ａ〜３５ｆを通る磁力線が形成される。

各電極３５ａ〜３５ｆの内部の、第一、第二の磁石４２ａ〜４２ｆ上の位置には、透磁性材料（ここでは純度99.8％の純鉄）からなる磁性体３６ａ〜３６ｆがそれぞれ配置されており、電極３５ａ〜３５ｆを通る磁力線はこの磁性体３６ａ〜３６ｆによってターゲット３１ａ〜３１ｆ側に引き付けられ、ターゲット３１ａ〜３１ｆの表面を通るようになっている。

各スパッタ部３０ａ〜３０ｆの第一の磁石４２ａ〜４２ｆの同じ極性の磁極は、同じ面側に位置しており、従って第一の磁石４２ａ〜４２ｆのターゲット３１ａ〜３１ｆ側の極性は全てがＮ極、又はＳ極のいずれかになっている。

上述したように、第二の磁石４３ａ〜４３ｆは第一の磁石４２ａ〜４２ａと同じ面側の磁極の極性は、第一の磁石４２ａ〜４２ｆとは反対になっているので、第一の磁石４２ａ〜４２ｆのターゲット３１ａ〜３１ｆ側の極性が全てＮ極の場合は、第二の磁石４３ａ〜４３ｆのターゲット３１ａ〜３１ｆ側の極性は全てがＳ極になっており、第一の磁石４２ａ〜４２ｆのターゲット３１ａ〜３１ｆ側の極性が全てＳ極の場合は、第二の磁石４３ａ〜４３ｆのターゲット３１ａ〜３１ｆ側の極性は全てＮ極になっている。

従って、同じスパッタ部３０ａ〜３０ｆの第一、第二の磁石４２ａ〜４２ｆ、４３ａ〜４３ｆの間には磁力線が形成されるが、異なるスパッタ部３０ａ〜３０ｆの隣接する第一の磁石４２ａ〜４２ｆ間には磁力線が形成されないようになっている。

スパッタ源３は補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂを有している。補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂは第一の磁石４２ａ〜４２ｆの長さと略等しい長さの細長の棒状磁石で構成されており、第一の磁石４２ａ〜４２ｆの並べられた領域の外側に、第一の磁石４２ａ〜４２ｆの長手方向に沿って配置されている。

補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂは、第一、第二の磁石４２ａ〜４２ｆ、４３ａ〜４３ｆと同じ高さに位置している。図１の符号４２ａと符号４２ｆは、第１の磁石４２ａ〜４２ｆのうち、列の先頭と終わりに位置する第一の磁石を示している。列の先頭と終わりに位置する第一の磁石４２ａ、４２ｆの２つの長手方向の側面のうち、列の中心方向を向く側面ではなく、外方向に面する側面を端部面とすると、その端部面は補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂの長手方向の側面と密着又は離間している。

図３は第一、第二の磁石４２ａ〜４２ｆ、４３ａ〜４３ｆと補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂとの磁極の関係の一例を示す図である。補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂの磁極は厚み方向の両端、即ち表面側と裏面側に位置し、第一、第二の磁石４２ａ〜４２ｆ、４３a〜４３ｆの表面と同じ側に向けられた面を表面とすると、補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂの裏面はヨーク１６ａ、１６に密着しており、従って補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂの裏面側の磁極から発生する磁力線はヨーク１６ａ、１６ｂの内部を通るようになっている。

補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂの表面側の磁極の磁性は、第一の磁石４２ａ〜４２ｆの表面側の磁極の磁性と同じになっている。従って、第一の磁石４２ａ〜４２ｆの表面側の磁極の磁性がＮ極の場合には、補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂの表面側の磁極の磁性はＮ極であり、第一の磁石４２ａ〜４２ｆの表面側の磁極の磁性がＳ極の場合は、補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂの表面側の磁極の磁性はＳ極になる。

上述したように、補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂは最も外側に位置する第一の磁石４２ａ、４２ｆに沿って配置されているので、補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂと、最も外側に位置する第一の磁石４２ａ、４２ｆとが１つの磁石として機能し、その磁石の表面と、隣接する第二の磁石４３ａ、４３ｆ表面との間で、最も外側に位置するターゲット３１ａ、３１ｆを通る磁力線が発生する。

ここでは、列の先頭と終わりに位置するターゲット３１ａ、３１ｆの、２つの長手方向の側面のうち、列の中心方向を向く側面でなく、外方向に面する側面の真下には、第１の磁石４２ａ、４２ｆの端部面が位置している。
従って、補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂは、最も外側に位置するターゲット３１ａ、３１ｆの真裏位置よりも外側に配置されており、最も外側に位置するターゲット３１ａ、３１ｆの表面を通る磁力線の磁束強度は、そのターゲット３１ａ、３１ｆの端部位置でも弱くならない。

図６はスパッタ部３０ａ〜３０ｅを５個並べて配置し、最も外側に位置する第一の磁石１５ａ、１５ｅに近接して補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂを配置した場合の、ターゲット３１ａ〜３１ｅ表面の磁束密度を測定した結果を、磁界形成手段４０ａ〜４０ｅ及び補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂの位置と一緒に表した図である。尚、図６と後述する図７の符号Ｂｖはターゲット３１ａ〜３１ｅの表面に対して垂直方向の磁束密度を、符号Ｂｈはターゲット３１ａ〜３１ｅの表面に対して平行方向の磁束密度を、横軸は５個のターゲット３１ａ〜３１ｅの列の中央位置をゼロとした場合の中央からの距離を、縦軸は磁束密度（Ｇ：ガウス）をそれぞれ示している。

図６示すように、磁束密度は平行方向の分布は台型で、かつ垂直方向の分布は０を交差する点が２点以上（ここでは３点）存在するような形状を示している。このような磁場形状の磁力線が形成されることにより、磁石を揺動しなくても、後述するスパッタリングの工程で各ターゲット３１ａ〜１ｅのほぼ全面がスパッタされ、非エロージョン部分が殆ど無い状態が実現されることが推測される。

更に、補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂが配置されることで、最も外側に位置するターゲット３１ａ、３１ｆの幅方向の端部でも、中央部分と同程度の磁場強度が維持される。

これに対し、図７は補助磁界形成手段１５ａ、１５ｆを配置しなかった場合に、
各ターゲット３１ａ〜３１ｅ表面の磁束密度を測定した結果と、磁界形成手段４０ａ〜４０ｅの位置関係と一緒に表した図である。この場合の磁束密度は平行方向の分布は台形で、かつ垂直方向の分布はゼロを交差する点が２点以上存在する形状を示したが、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆ同士が隣接するため、磁界形成手段４０ａ〜４０ｅ同士の磁場干渉により、ターゲット３１ａ〜３１ｅの列の両端部では磁場強度のバランスが崩れ、スパッタ源３の中央部分に比べ磁束密度が弱くなった。

次に、この成膜装置１を用いて基板表面に薄膜を形成する工程について説明する。成膜装置１はそれぞれ真空槽２に接続された真空排気系１２とガス供給系１３とを有しており、真空排気系１２によって真空槽２内部を真空排気すると、ターゲット３１ａ〜３１ｆの互いに対向する側面の間も真空排気され、その領域に真空雰囲気が形成される。

図１の符号ｓはターゲット３１ａ〜３１ｆの互いに対向する側面同士の距離を示しており、本発明の成膜装置１では隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆ間には電極やシールド等の固体も、冷却水のような液体も配置されてはおらず、ターゲット３１ａ〜３１ｆの長手方向の側面が、真空槽２内部のの雰囲気のみを介して直接対向するようになっている。従ってターゲット３１ａ〜３１ｆの互いに対向する側面の間に形成される真空雰囲気の、側面同士の距離ｓ方向の長さは、側面同士の距離ｓの長さと同じになる。

次に、真空排気を続けながら、ガス供給系１３からスパッタガスと反応性ガスとを一緒に供給し、真空槽２内部に所定圧力の成膜雰囲気を形成する。予め基板ホルダ４には基板５が保持されており、基板５と真空槽２を接地電位に置いた状態で、成膜雰囲気を維持しながら、交流電源１７ａ〜１７ｃを起動する。

上述したように、交流電源１７ａ〜１７ｃから１ｋＨｚ以上１００ＫＨｚ以下交流電圧を印加すると、隣接する２つのターゲット３１ａ〜３１ｆのうち一方が接地電位に対して正電位に置かれ、他方が接地電位に対して負電位に置かれるので、正電位に置かれたターゲット３１ａ〜３１ｆがアノード電極として働き、負電位に置かれたターゲット３１ａ〜３１ｆのスパッタ面がスパッタされ、スパッタ粒子が放出される。

ターゲット３１ａ〜３１ｆの電位は交流電圧の周波数に応じて正電位から負電位、又は負電位から正電位に切り替わるので、ターゲット３１ａ〜３１ｆは交互にスパッタされ、結局全てのターゲット３１ａ〜３１ｆがスパッタされる。

基板５の膜が形成される面を成膜面とすると、基板５は成膜面が各ターゲット３１ａ〜３１ｆのスパッタ面と対向するように配置されているので、スパッタ面から放出されたスパッタ粒子は基板５の表面に到達し、基板５の表面で反応性ガスと反応し、基板５の表面にターゲット材料と反応性ガスとの反応物からなる膜が成長する。

上述したように、隣合うターゲット３１ａ〜３１ｆの間には何も配置されておらず、ターゲット３１ａ〜３１ｆの互いに対向する側面同士の距離ｓは１ｍｍ以上１０ｍｍと小さくなっているので、その距離ｓが小さい分だけスパッタ粒子が放出されない面積の割合が小さくなる。従って、基板５表面には均一にスパッタ粒子が到達することになり、結果として基板５表面に形成される膜の膜厚分布は均一になる。

尚、この成膜装置１は防着板であるシールド１１を有しており、シールド１１はスパッタ部３０ａ〜３０ｆが並べられた領域の周囲と、補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂとを取り囲むように配置されており、スパッタ面以外の部分はシールド１１から露出しないようになっている。従って、電極３５ａ〜３５ｆや磁界形成手段４０ａ〜４０ｆは、このシールド１１によってスパッタ粒子から遮蔽されるので、スパッタ粒子が付着しない。

＜実施例＞
上述した成膜装置１を用い、 幅1100ｍｍ、長さl250ｍｍ、厚さ0.7ｍｍのガラス基板５を加熱せずに３０秒間スパッタリングを行い、基板５表面に膜厚１０００Å（１００ｎｍ）のＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜を形成した。

ここでは、In₂O₃-10wt%SnO₂（ＩＴＯ）からなり、幅200ｍｍ、長さ1700ｍｍ、厚さ10ｍｍのターゲット３１ａ〜３１ｆを６枚用い、各ターゲット３１ａ〜３１ｆを基板５の幅方向に平行に、距離ｓが２ｍｍになるように配置した。磁界形成手段４０ａ〜４０ｆの幅はターゲット３１ａ〜３１ｆと同じ２００ｍｍであった。ガス供給系１３からスパッタガスであるＡｒガスを２００ｓｃｃｍ供給すると共に、反応性ガス(Ｈ₂Ｏ、Ｏ₂）も供給し、最適流量をコントロールするために、各反応性ガスの流量を0sccm以上5sccm以下の間で変化させ、０．７Ｐａの成膜雰囲気を形成した。交流電圧の印加は、出力を０ｋｗから徐々に上げていき、最終的に20kwまで投入した。交流電圧の周波数は50kHzであった。

成膜されたＩＴＯ膜の膜厚を３５点で測定した。その測定結果を図５に示す。
図５に示すように基板５面内の膜厚の偏りは小さく、膜厚分布は35点測定で士8％と良好な値が得られた。このことから、スパッタ中にはプラズマの偏りが小さかったことがわかる。また、スパッタリングの際には異常放電が見られず、放電も安定しており、成膜された膜に混入するパーティクルも殆ど見られなかった。

また、反応性ガスとしてＯ₂ガスを用いず、Ｈ₂Ｏガスのみを用い、Ｈ₂Ｏガスの流量を０ｓｃｃｍから５ｓｃｃｍまで変化させた以外は上記実施例と同じ条件で成膜を行い、ＩＴＯ膜を形成し、成膜直後のＩＴＯ膜のシート抵抗（Ω／□）と、成膜後に加熱処理（アニール化処理）したもののシート抵抗（Ω／□）とをそれぞれ測定したところ、成膜直後ではガス流量を変えた場合でもシート抵抗は変わらず、高い値を示した。アニール化をした場合では成膜直後の場合に比べてシート抵抗の値が低く、特にＨ₂Ｏガスの流量が２ｓｃｃｍの時が最もシート抵抗が低かった。

更に、反応性ガスとしてＨ₂ＯガスとＯ₂ガスの両方を用い、Ｈ₂Ｏガスの流量を２ｓｃｃｍに固定し、Ｏ₂ガスの流量を０から２．０ｓｃｃｍの間で変化させてＩＴＯ膜の成膜を行い、成膜直後とアニール化処理後でシート抵抗（Ω／□）を測定したところ、成膜直後よりもアニール化処理後でシート抵抗が低くなり、特に、Ｏ₂ガスの流量が１．０ｓｃｃｍの時が最もシート抵抗が低くなった。従って、反応性ガスの最適流量は、Ｈ₂Ｏガスが2sccm、Ｏ₂ ガスが１sccmであることがわかる。

更に、反応性ガスの流量が最適流量であった場合の、ＩＴＯ膜のシート抵抗分布を求めたところ、シート抵抗の最大値は２６．８Ω／□であり、最小値は２３．４Ω／□であり、平均値は２５．１Ω／□であり、シート抵抗分布は±６．７％であった。このことから、本発明の成膜装置１を用いれば、シート抵抗分布の良好なＩＴＯ膜を得られ、そのシート抵抗分布はターゲットの形状や配置を反映したような分布にはならないことがわかる。

更に、本発明の成膜装置１で長時間成膜を行った場合でも、放電は安定し異常放電は見られなかった。放電後にITOターゲット３１ａ〜３１ｆ表面を確認したところ、ターゲット３１ａ〜３１ｆ表面に非エロージョン領域は確認されなかった。

＜比較例＞
成膜装置として、上述した成膜装置１の磁界形成手段４０ａ〜４０ｆに変え、ターゲット３１ａ〜３１ｆよりも幅狭（130ｍｍ幅）の棒状磁石を配置し、ターゲットの幅方向に80mm揺動し、ターゲット表面磁場が時間的に変化するよう外部より制御を行った。棒状磁石の揺動速度はlOmm/secの等速反転制御を行った。

ターゲット３１ａ〜３１ｆは上記実施例と同じものを用い、同じ間隔を空けて配置した。成膜雰囲気はガス供給系１３からArガスを200sccm供給し、0.7Paの圧力とした。周波数５０ｋＨｚで隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆの電位を正負に切り替え、電力をOkwから徐々に上げていったところ、lOkwの電力を投入した際にターゲット上で激しい異常放電が目視で確認され、それ以上の電力を投入することができなくなってしまった。放電テスト後、真空槽内を確認したところ、シールド１１において異常放電痕が確認された。以上のことから、本発明の成膜装置１を用いれば、スパッタの際に異常放電が起こらず、また、ターゲットに非エロージョン領域も形成されないことがわかる。

以上は、隣合うターゲット３１ａ〜３１ｂに同じ交流電源１７ａ〜１７ｃから交流電圧を印加する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図４に示すように、隣接しない異なる２つのターゲット３１ａ〜３１ｆに、同じ交流電源１７ａ〜１７ｃから交流電圧を印加することもできる。この場合も、隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆに異なる極性の電位に交互に置かれるように電圧を印加することが好ましい。

以上はＩＴＯからなる透明導電膜について説明したが、本発明の成膜装置の成膜目的は特に限定されず、金属薄膜、透明導電膜、誘電体膜等種々の膜を成膜し、液晶、PDP（Plasma display panel)もしくはFED(Field Emission Display)もしくはEL(Electro Luminescence)等のフラットパネルディスプレイの製造に用いることができる。

本発明に用いる基板５は特に限定されるものではなく、ガラス基板、樹脂膜付き基板、又は樹脂基板等種々のものを用いることができる。本発明によれば、複数のターゲット３１ａ〜３１ｆを用いることで、成膜面積が広くなるので、平面形状の面積が１ｍ²以上の大型基板の表面に薄膜を形成することができる。

磁界形成手段４０ａ〜４０ｆをターゲット３１ａ〜３１ｆと同じ真空槽２内部に配置する場合には、磁石４２ａ〜４２ｆ、４３ａ〜４３ｆ及びヨーク４１ａ〜４１ｆの表面に、スパッタ成膜された膜質に影響を及ぼさないような材質や、表面処理、およびヨーク材との接着方法を施してあることが好ましい。さらに、放電空間と同等の雰囲気中であるため、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆのＳ極、Ｎ極間の空間にてプラズマが生成されないように、非磁性体でかつスパッタ成膜された膜質に影響を及ぼさないような表面処理を施してある材料でＳ極、Ｎ極間の空間が満たすことが好ましい。

以上は、磁性体３６ａ〜３６ｆが電極３５ａ〜３５ｆの内部に配置された場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した図６に示したような磁場形状の磁力線が形成されるのであれば、例えば磁性体３６ａ〜３６ｆを配置しなくても良く、また、磁性体３６ａ〜３６ｆを配置する場合にも、その位置は特に限定されるものではなく、例えば磁性体３６ａ〜３６ｆを第一、第二の磁石４２ａｂ〜４２ｆ、４３ａ〜４３ｆと同じヨーク４１ａ〜４１ｆの上に配置してもよい。

また、上述した図６に示したような磁場形状の磁力線が形成されるのであれば第一、第二の磁石４２ａ〜４２ｆ、４３ａ〜４３ｆの形状や配置や数も特に限定されるものではない。

各ターゲット３１ａ〜３１ｆの長さは、成膜する基板の長さ以上であり、その一例は１５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下である。また、各ターゲット３１ａ〜３１ｆの幅の一例は１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下である。

ターゲットの台数の一例は、ターゲット台数×ターゲット幅十ターゲット台数×ターゲット間距離で表されるカソード外形Ｗが、基板の幅以上になる台数であり、その一例は１２００ｍｍ≦Ｗ≦１９００ｍｍになる台数である。

隣合うターゲット３１ａ〜３１ｆの互いに対向する側面の距離ｓの一例は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。ターゲット３１ａ〜３１ｆのスパッタ面から基板５の成膜面までの距離の一例は６０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。

ターゲット３１ａ〜３１ｆのスパッタ面は同じ平面上に配置されることが好ましい。ターゲット３１ａ〜３１ｆの厚さは特に限定されるものではないが、その一例は５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

電極３５ａ〜３５ｆに冷却手段を取り付ければ、ターゲット３１ａ〜３１ｆを冷却しながらスパッタリングを行うことができる。ターゲット３１ａ〜３１ｆを取り付ける電極３５ａ〜３５ｆの厚さは特に限定されるものではないが、その一例は５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

ターゲット３１ａ〜３１ｆ及び電極３５ａ〜３５ｆを、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆから電気的に絶縁する絶縁板３３ａ〜３３ｆの厚さの一例は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

また、真空槽２内部にターゲット３１ａ〜３１ｆの長手方向に沿って、ガス管を配置し、該ガス管によって隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆの間からスパッタガスや反応ガスを流せば、放電空間に直接ガスが供給されるので、ガスの供給律速におちいりにくくなる。この場合、基板の側面の周囲に排気口を設ければ、放電空間に供給されたガスが速やかに排気される。

ターゲット３１ａ〜３１ｆへの電力供給の一例は、１つの交流電源１７ａ〜１７ｃに接続された２つのターゲット３１ａ〜３１ｆに対して、その出力密度Ｐが、１Ｗ／ｃｍ²以上１０Ｗ／ｃｍ²以下である。また、金属ターゲット３１ａ〜３１ｆを用いる場合には、出力密度Ｐの一例は５Ｗ／ｃｍ²以上４０Ｗ／ｃｍ²である。

また、ターゲット３１ａ〜３１ｆへの電力供給の一例は、基板上の膜厚の分布を調整するために、複数並べらたターゲット３１ａ〜３１ｆのうち、最も外側に位置するターゲット３１ａ、３１ｆへの供給が、中央位置にあるターゲット３１ｃ、３１ｄへの供給量の１００％以上１３０％以下となるように供給する。

また、スパッタリングの際には、ターゲット３１ａ〜３１ｆに印加する電圧の一例は、接地電位に対して−３０００Ｖ以上の交流電圧である。

以上は１つの補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂを１つの細長の磁石で構成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つの補助磁界形成手段を複数個の磁石で構成し、各磁石をターゲットの長手方向に沿って、磁界形成手段の配置された領域の外側に配置してもよい。また、補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂと、隣接する第一の磁石４２ａ、４２ｆが密着している場合には、これらの磁石を一体成形してもよい。

上述した成膜装置１では、磁界形成手段４０ａ〜４０ｂと補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂを移動させずにスパッタリングを続けても、ターゲット３１ａ〜３１ｆのほぼ全面がスパッタされるが、ターゲット３１ａ〜３１ｆ表面上の磁束密度が均一ではないと、磁束密度が高い部分と低い部分でスパッタリングによる膜厚減少量に差が生じてしまう。

この問題を解決するための本発明第二例の成膜装置を図９に示す。この成膜装置７は、磁性体３６ａ〜３６ｆ以外の上記成膜装置１の構成を全て有している。成膜装置７は、更に移動手段１４を有しており、各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと、各補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂは、移動手段１４に接続され、移動手段１４と一緒に移動するようになっている。
移動手段１４は不図示のモータによって、ターゲット３１ａ〜３１ｆの表面に対して平行な面内で、ターゲット３１ａ〜３１ｆに対して相対的に移動するように構成されているので、各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと、各補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂも、ターゲット３１ａ〜３１ｆの表面に対して平行な面内で移動する。

従って、ターゲット３１ａ〜３１ｆの平面と、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆの平面との距離は変わらない。また、各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと各補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂは同じ移動手段１４に固定されていて、移動手段１４に対して静止しているから、各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと、各補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂの相対的な位置関係は変わりがない。従って、ターゲット３１ａ〜３１ｆ表面上の磁束密度の形状には変化はないが、磁束密度の形状とターゲット３１ａ〜３１ｆ表面の相対的な位置関係が変化する。

ここでは移動手段１４の移動方向は、ターゲット３１ａ〜３１ｆの並べられた方向に沿っており、従って磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂは、ターゲット３１ａ〜３１ｆの並べられた方向に沿って移動する。
図１０（ａ）は磁界形成手段４０ａ〜４０ｆが対応するターゲット３１ａ〜３１ｆの真裏位置に配置された初期状態を示しており、移動手段１４が移動すると、図１０（ｂ）に示すように、磁界形成手段４０ａ〜４０ｂが対応するターゲット３１ａ〜３１ｆの真裏位置からずれ、列の先頭又は終わりのターゲット３１ａ、３１ｆの端部が磁界形成手段４０ａ〜４０ｆの列からはみ出した状態になるが、移動によってその端部の真下位置には補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂが近づくので、結局、各ターゲット３１ａ〜３１ｆの表面には、移動方向の一端から他端まで磁力線が通る。

次に、この成膜装置７を用いて成膜を行う工程について説明する。
成膜終了後の基板５と新たな基板５とを交換する間に、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂを、上記対応するターゲット３１ａ〜３１ｆに隣接するターゲット３１ａ〜３１ｆの真裏位置に、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆが入り込まない移動量Ｄで移動させ、新たな基板５の表面に成膜を行う際には、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと補助磁界形成手段１５ａ、１５とを、ターゲット３１ａ〜３１ｆに対して静止させてスパッタリングを行う。

磁界の形状とターゲット３１ａ〜３１ｆ表面の位置関係が変化すると、ターゲット３１ａ〜３１ｆ表面上の磁束密度の高い部分が移動するので、ターゲット３１ａ〜３１ｆの膜厚減少量の少なかった部分が多くスパッタされ、逆に膜厚減少量が多かった部分が少なくスパッタされる。
磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂの移動と、ターゲット３１ａ〜３１ｆのスパッタリングとを繰り返せば、ターゲット３１ａ〜３１ｆの表面が均一に膜厚減少するので、ターゲット３１ａ〜３１ｆの使用効率が高い。

尚、図１の成膜装置１ではスパッタ部３０ａ〜３０ｆに磁性体３６ａ〜３６ｆを配置することで、ターゲット３１ａ〜３１ｆ表面での磁束密度が均一になり、ターゲット３１ａ〜３１ｆの膜厚減少が均一になっていたが、第二例の成膜装置７では磁性体３６ａ〜３６ｆが無くても、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと補助磁界形成手段１５ａ、１５ｆを移動させることで、結果的にターゲット３１ａ〜３１ｆの膜厚減少量が均一になる。

以上は、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと、補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂを一緒に移動させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、ターゲット３１ａ〜３１ｆがスパッタされる時に、各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと各補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂが、互いの相対的な位置関係を変えずに、ターゲット３１ａ〜３１ｆに対する相対的な位置関係を変えているのであれば、各磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと各補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂを別々に移動させても良い。
また、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂを静止させ、ターゲット３１ａ〜３１ｆを移動させてもよいし、磁界形成手段４０ａ〜４０ｆと補助磁界形成手段１５ａ、１５ｂを互いの相対的な位置関係を変化させずに移動させると共に、ターゲット３１ａ〜３１ｆを移動させても良い。

本発明の一例の成膜装置を説明する断面図 スパッタ源の一例を説明する斜視図 磁界形成手段と補助磁界形成手段を説明する断面図 ターゲットと交流電源の接続の関係の他の例を説明する図 膜厚分布を説明する図 磁界形成手段と補助磁界形成手段を配置した場合の磁束密度と位置関係を説明する図 磁界形成手段を配置した場合の磁束密度と位置関係を説明する図 従来技術の成膜装置を説明する図 本発明の第二例の成膜装置を説明する断面図 （ａ）本発明の第二例の成膜装置の初期状態と、（ｂ）移動後の状態を説明する断面図

符号の説明

１……成膜装置 ２……真空槽 ３……スパッタ源 ４……基板ホルダ ５……基板 １５ａ、１５ｂ……補助磁界形成手段 １７ａ〜１７ｃ……交流電源 ３０ａ〜３０ｆ……スパッタ部 ３１ａ〜３１ｆ……ターゲット ４０ａ〜４０ｆ……磁界形成手段 ４２ａ〜４２ｆ……第一の磁石 ４３ａ〜４３ｆ……第二の磁石

Claims (6)

1. 真空槽と、複数の長手方向を有する板状のターゲットと、前記ターゲットに交流電圧を印加する交流電源とを有し、
   前記複数のターゲットのうち、異なるターゲットに同じ交流電源から極性が異なる交流電圧が印加され、
   前記複数のターゲットはスパッタ面が同じ方向に向けられた状態で、隣合う前記ターゲットの長手方向の側面が、前記真空槽中の雰囲気のみを介して互いに直接対向するように配置された成膜装置。
2. 互いに対向する前記側面同士の距離は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下にされた請求項１記載の成膜装置。
3. 前記交流電源部の周波数は１kHz以上100kHz以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜装置。
4. 真空槽と、前記真空槽の内部に配置された複数の細長の板状ターゲットとを有し、
   前記各ターゲットは長手方向の側面同士が対向するように互いに平行に配置され、
   前記各ターゲットの真裏位置には、細長の磁界形成手段が前記ターゲットの長手方向に沿ってそれぞれ配置され、
   前記磁界形成手段が配置された領域の外側であって、前記ターゲットの真裏位置よりも外側には、細長の補助磁界形成手段が前記ターゲットの長手方向に沿って配置された成膜装置。
5. 前記各磁界形成手段は複数の磁石を有し、
   前記複数の磁石のうち、前記補助磁界形成手段に隣接して配置された磁石の前記ターゲット側に向けられた面の磁極は、前記補助磁界形成手段の前記ターゲット側に向けられた面の磁極と同じ極性にされた請求項４記載の成膜装置。
6. 前記磁界形成手段と前記補助磁界形成手段を、前記ターゲットに対して相対的に移動させる移動手段を有する４又は請求項５のいずれか１項記載の成膜装置。

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