JP2020084310A - 薄膜製造方法、対向ターゲット式スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】界面に異物が形成されず、また、特性の良い薄膜を形成することができる薄膜製造方法及びスパッタリング装置を提供する。【解決手段】アノード電極１５を切替装置２０によって接地電位に接続し、基板１０表面への薄膜形成開始時には切替装置２０を低インピーダンスにしてプラズマをアノード電極１５に引きつけ、薄膜が所定膜厚値に成長したところで切替装置を高インピーダンスに切り替えてプラズマを基板１０側に移動させ、プラズマ中の正イオンを基板１０の表面に入射させる。界面には異物が成長せず、特性のよい薄膜を形成することができる。【選択図】図１

Description

本発明はスパッタリング技術にかかり、特に、対向ターゲット式のスパッタリング装置に関する。

電子機器や太陽電池等に使用されるデバイスの中には、真空雰囲気中で形成される薄膜が形成されており、デバイスの高性能化には高品質な薄膜を形成することだけではなく、薄膜を形成する下地と薄膜との間の界面が良好に形成されることも重要となる。

しかしながら基板とターゲットとが対面するマグネトロン式スパッタ法では、薄膜の形成中に数百eV程度の高い運動エネルギーを持った粒子が基板表面に衝突するため、薄膜の膜質を悪化させ、また、界面の特性を低下させる場合がある。

特に、酸化物ターゲットを用いて酸素ガスが添加されたスパッタリングガスによって酸化物薄膜を形成する場合や、金属ターゲットを用いて酸素ガスが添加されたスパッタリングガスによって反応性スパッタを行って酸化物薄膜を形成する場合には、ターゲット表面付近で発生した酸素の負イオンが、カソードシースによってターゲット表面に対して垂直方向に数百eV程度に加速され、基板表面と衝突することで膜質および界面特性の低下を引き起こす。

一方、ターゲット表面に形成されるプラズマの電位（プラズマポテンシャル）と基板表面の電位差によって数十eV程度の低い運動エネルギーに加速された粒子（Arイオンなど）が基板表面に照射されると、形成中の薄膜の膜質が向上する場合があり、一般的にはイオンアシスト効果として知られている。

ただし、基板表面や下地膜の表面等が下地となり、下地上に酸化物薄膜を形成する場合は、下地と酸化物薄膜との間の界面が形成されるときに数十eV程度と小さい運動エネルギーの粒子が入射しても、界面に下地表面と酸化物薄膜とが混じった中間層が形成され、界面特性が低下する場合がある。

例えば、シリコン基板の表面に酸化アルミニウム薄膜を形成する場合はスパッタリングガス中に酸素ガスが含まれており、界面に酸素ガスの正イオンが入射するとシリコン酸化膜が形成され、形成する酸化アルミニウム薄膜の電気的特性が悪化する。

それに対し、二個のターゲットが対向して配置されると共に各ターゲットの間の空間の側方に配置された基板に薄膜が形成される構造の対向ターゲット式スパッタ法では、酸化膜形成時に発生した高エネルギーの負イオンは、ターゲットからターゲット表面に対して垂直な方向に放出されるため、基板表面には入射しない。従って、基板にはダメージが与えられず、高品質な酸化物薄膜を形成することができる。

一方、カソードとなるターゲット周囲にアノードを設置する構造や、ミラー磁場を設けてプラズマを閉じ込める構造は、対向するターゲット間にプラズマを拘束するためイオンアシスト効果を得ることはできない。
アノード電極を工夫した発明は下記の公報に記載されている。

特開２０１０−３７５６６号公報 実開平７−１９３６１号公報 特開２００６−１９９９８９号公報

本発明は上記従来技術の問題点を解決するために創作された発明であり、界面と薄膜とを、良好な特性で形成できるスパッタリング装置を提供することにある。

対向ターゲット式スパッタ装置においては、界面形成時期はイオンアシスト効果を抑制し、薄膜形成時期では運動エネルギーの高い負イオンのダメージを抑制しつつ、低エネルギーのイオンアシスト効果を用いることで膜質を向上させることができることを発見した。

本発明は上記知見に基づいて創作されたものであり、本発明は、離間して互いに対向配置された第一、第二のターゲットに交流電圧であるスパッタリング電圧をそれぞれ印加し、前記第一、第二のターゲットの間の空間であるスパッタ空間の側方に位置する基板表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記基板とは反対側の前記スパッタ空間の側方に配置されたアノード電極と接地電位の間を低インピーダンス値で接続して、前記第一、第二のターゲットのスパッタリングを開始して前記基板の表面に薄膜を成長させ、前記薄膜が所定膜厚に形成された後、前記アノード電極と接地電位との間を、前記低インピーダンス値よりも大きな高インピーダンス値で接続し、前記第一、第二のターゲットをスパッタリングして前記薄膜を成長させる薄膜製造方法である。
また、本発明は、前記スパッタ空間に導入されるスパッタリングガスには、酸素ガスと窒素ガスのうちのいずれか一方のガスから成り又は両方のガスから成る添加ガスと希ガスとを含有させ、前記第一、第二のターゲットのスパッタリングを開始して、前記第一、第二のターゲットの表面に露出する金属原子と前記添加ガスとの反応生成物の薄膜を前記基板の表面に前記所定膜厚に成長させる薄膜製造方法である。
また、本発明は、前記第一、第二のターゲットは同じ材料であり、前記第一、第二のターゲットは酸化アルミニウムと金属アルミニウムのうちのいずれか一方を用い、形成される前記薄膜は酸化アルミニウム薄膜であり、形成される前記酸化アルミニウム薄膜が４ｎｍ以上６ｎｍ以下の厚みに形成された後、前記アノード電極と接地電位との間を、前記高インピーダンス値で接続する薄膜製造方法である。
また、本発明は、離間して互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、前記第一、第二のターゲットに交流電圧であるスパッタリング電圧を印加する交流電源と、前記第一、第二のターゲットの間のスパッタ空間が内部に配置され、二個の開口を有する筒形形状を前記第一、第二のターゲットと共に構成するスパッタ槽と、前記スパッタ空間の側方であって、二個の前記開口のうちの一方の前記開口と対面する位置の成膜空間が配置される成膜槽と、前記スパッタ空間の側方であって、他方の開口と対面する位置に配置されたアノード電極と、前記アノード電極を接地電位に電気的に接続する切替装置と、を有し、前記切替装置は、前記スパッタリング電圧の周波数において、前記アノード電極と前記接地電位との間を低インピーダンスで接続する低インピーダンス装置と高インピーダンスで接続する高インピーダンス装置とを有し、前記第一、第二のターゲットをスパッタリングして前記成膜槽内に配置された基板に薄膜を形成するスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記低インピーダンス装置は、リアクタンス値を変更可能で、前記リアクタンス値を変更することで共振周波数の値を変更可能なＬＣ直列接続回路であり、前記ＬＣ直列接続回路のリアクタンス値を制御する制御装置を有するスパッタリング装置である。
また、本発明は、第一のインダクタンス素子と、前記制御装置によってキャパシタンス値が変更される第一のキャパシタンス素子とを有し、前記第一のインダクタンス素子と前記第一のキャパシタンス素子とが直列接続されて前記ＬＣ直列接続回路が構成され、前記第一のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値には、前記スパッタリング電圧の周波数において前記ＬＣ直列接続回路を直列共振させる値が含まれるスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一のインダクタンス素子に並列接続された第二のキャパシタンス素子を有し、前記高インピーダンス装置は前記第二のキャパシタンス素子と前記第一のインダクタンス素子とが並列接続された第一のＬＣ並列接続回路であり、前記第二のキャパシタンス素子は前記制御装置によってキャパシタンス値が変更可能であり、前記第二のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値の範囲には、前記スパッタリング電圧の周波数において前記第一のＬＣ並列接続回路を並列共振させる値が含まれているスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一のインダクタンス素子に並列接続された第二のキャパシタンス素子を有し、前記高インピーダンス装置は前記第二のキャパシタンス素子と前記第一のインダクタンス素子とが並列接続された第一のＬＣ並列接続回路であり、前記第一のＬＣ並列接続回路は前記スパッタリング電圧の周波数において並列共振にされたスパッタリング装置。
また、本発明は、前記一のキャパシタンス素子に並列接続された第二のインダクタンス素子を有し、前記高インピーダンス装置は前記第一のキャパシタンス素子と前記第二のインダクタンス素子とが並列接続された第二のＬＣ並列接続回路であり、前記第一のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値の範囲には、前記第二のＬＣ並列接続回路を並列共振させる値が含まれているスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一、第二のターゲットは同じ材料であり、酸化アルミニウムと金属アルミニウムのうちのいずれか一方であり、スパッタリングガス中には酸素が含有され、形成される前記薄膜は酸化アルミニウム薄膜であるスパッタリング装置である。

界面に不要な薄膜が形成されず、特性のよい薄膜を得ることができる。特に、下地と酸化物薄膜との間にも不要な薄膜は形成されず、特性の良い薄膜を形成することができる。

本発明のスパッタリング装置の一例 (ａ)〜(ｅ)：切替装置の内部回路を説明するための図 アノード電極と接地電位の間のインピーダンスが異なるときのスパッタリング電圧と基板ホルダに流れる電流値の関係を示すグラフ

＜スパッタリング装置＞
図１の符号２は本発明のスパッタリング装置であり、スパッタ槽１４と成膜槽１７とを有している。

スパッタ槽１４は、四角筒体形形状であり、長方形または正方形の四個の側面と、二個の開口３４、３５とを有している。

四個の側面のうち互いに対向する二面に取付孔１３ａ、１３ｂがそれぞれ設けられており、各取付孔１３ａ、１３ｂには、第一のターゲット装置１１ａと第二のターゲット装置１１ｂの一部がそれぞれ挿入されている。

第一、第二のターゲット装置１１ａ、１１ｂは第一、第二のバッキングプレート４２ａ、４２ｂをそれぞれ有しており、第一、第二のバッキングプレート４２ａ、４２ｂの片面には、第一、第二のターゲット５ａ、５ｂがそれぞれ固定されている。

第一、第二のバッキングプレート４２ａ、４２ｂの第一、第二のターゲット５ａ、５ｂが配置された部分は、第一、第二のターゲット装置１１ａ、１１ｂが取付孔１３ａ、１３ｂの縁に接触せず、第一、第二のターゲット５ａ、５ｂがスパッタ槽１４の内部に露出するように取付孔１３ａ、１３ｂにはめ込まれている。

その状態で、第一、第二のバッキングプレート４２ａ、４２ｂの縁付近の部分は、電気絶縁性を有するターゲット側絶縁部材１２ａ、１２ｂを介してスパッタ槽１４にそれぞれ取り付けられている。

スパッタ槽１４の内部に露出する第一、第二のターゲット５ａ、５ｂの表面は一定距離離間して互いに対向しており、第一、第二のターゲット５ａ、５ｂの表面で挟まれる空間をスパッタ空間１８と呼ぶと、開口３４、３５は、スパッタ空間１８の側方のうち、スパッタ槽１４の壁面や第一、第二のターゲット５ａ、５ｂが配置されていない部分である。

ここで、一方の開口３４と他方の開口３５とは、スパッタ空間１８を間にして互いに反対側に位置しており、一方の開口３４の側方位置には、成膜槽１７の内部空間である成膜空間１９が配置されており、他方の開口３５側の側方位置にはアノード電極１５が配置されており、アノード電極１５は、スパッタ空間１８を介して、成膜空間１９と対面する。
成膜槽１７は、槽間絶縁部材４６を介してスパッタ槽１４に取り付けられており、アノード電極１５は、ターゲット側絶縁部材１２ａ、１２ｂを介して第一、第二のバッキングプレート４２ａ、４２ｂに取り付けられている。

この例では成膜空間１９には基板ホルダ４５が配置されており、基板ホルダ４５には成膜対象物である基板１０が配置されている。符号５１は基板バイアス装置である。他の例として、成膜空間１９には、成膜空間１９の中を、表面がスパッタ空間１８に向けられた基板を保持しながら移動させる移動装置が設けられるスパッタリング装置も本発明に含まれる。

第一、第二のバッキングプレート４２ａ、４２ｂの両面のうち、第一、第二のターゲット５ａ、５ｂが取り付けられた面とは反対側の面にはリング形形状の磁石装置４３ａ、４３ｂがそれぞれ配置されている。

一方の磁石装置４３ａと他方の磁石装置４３ｂとは、互いに異なる極性の磁極がスパッタ空間１８側にそれぞれ向けられており、二個の磁石装置４３ａ、４３ｂ間には第一、第二のターゲット５ａ、５ｂを貫通する筒形形状の磁束が形成されており、スパッタ空間１８は、筒形形状の磁束と互いに対向する第一、第二のターゲット５ａ、５ｂとで取り囲まれている。磁石装置４３ａ、４３ｂのスパッタ空間１８とは反対側には、ヨーク４４ａ、４４ｂが取り付けられている。

スパッタ槽１４と第一、第二のターゲット装置１１ａ、１１ｂとは、金属製の筺体１６で覆われている。

筺体１６の外部にはスパッタ電源３１が配置されており、スパッタ電源３１の電圧出力端子３３は第一、第二のターゲット装置１１ａ、１１ｂの第一、第二のバッキングプレート４２ａ、４２ｂに接続されている。電圧出力端子３３は、第一、第二のバッキングプレート４２ａ、４２ｂに接続されており、スパッタ電源３１は、電圧出力端子３３に交流電圧であるスパッタリング電圧を出力し、スパッタリング電圧は第一、第二のバッキングプレート４２ａ、４２ｂに印加される。スパッタリング電圧の周波数は１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。

＜薄膜製造の手順＞
スパッタ槽１４または成膜槽１７の一方又は両方にはガス源５２が接続されており、また、スパッタ槽１４または成膜槽１７の一方又は両方には真空排気装置５３が接続されている。真空排気装置５３を動作させ、スパッタ槽１４の内部と成膜槽１７の内部とを真空排気して真空雰囲気を形成した後、真空雰囲気を維持しながら基板１０を成膜槽１７の内部に搬入し、スパッタ空間１８と対面させる。ここでは基板１０は基板ホルダ４５に配置され静止されているが、上述したように移動させても良い。

成膜槽１７と筺体１６は電気的に接続され接地電位にされている。アノード電極１５とスパッタ槽１４は、切替装置２０を介して接地電位に接続されている。
アノード電極１５とスパッタ槽１４とを電気的に接続させないこともできる。

切替装置２０は電極側端子２５と接地側端子２６とを有しており、電極側端子２５と接地側端子２６との間は、切替装置２０の内部回路のインピーダンスによって接続されている。切替装置２０には制御装置２８が接続されており、制御装置２８によって内部のインピーダンス値が変更される。

アノード電極１５は電極側端子２５に接続され、接地側端子２６は直接または筺体１６を介して接地電位に接続されており、ここでは、筺体１６は、接地電位であるスパッタ電源３１の接地端子に接続されているものとする。

図２(ａ)〜(ｅ)は、切替装置２０、２０₁〜２０₄の内部を示す回路図であり、図２(ａ)では、電極側端子２５と接地側端子２６との間を、オン状態では低インピーダンスで接続する低インピーダンス回路になり、オフ状態では高インピーダンスで接続する高インピーダンス回路になるスイッチ素子Ｓ₁を内部回路として有する切替装置２０が模式的に示されている。

このスイッチ素子Ｓ₁は制御装置２８によってオンとオフとが切り替えられており、スイッチ素子Ｓ₁がオンにされるとアノード電極１５は低インピーダンスで接地電位に接続される。切替装置２０の接地側端子２６が筺体１６に機械的・電気的に接続された部分は、スパッタ電源３１の接地端子が筺体１６に接続された部分と近い場所であり、従って、スイッチ素子Ｓ₁がオンにされると、アノード電極１５は短絡に近い状態で接地電位に電気的に接続される。

成膜槽１７は、筺体１６の端の位置で筺体１６に電気的に接続されており、成膜槽１７は、筺体１６がスパッタ電源３１の接地端子に接続された部分から遠い場所で筺体１６に機械的・電気的に接続されており、従って、成膜槽１７は、筺体１６のインピーダンスによって接地電位に電気的に接続されており、筺体１６のインピーダンスよりもスイッチ素子Ｓ₁がオン状態のときのインピーダンスは小さい値である。

それぞれ真空雰囲気にされたスパッタ槽１４の内部と成膜槽１７の内部とに、ガス源５２からスパッタリングガスを導入する。ガス源５２から導入されるスパッタリングガスには、アルゴンガス等の希ガスと、酸素ガスと窒素ガスのうち、いずれか一方のガス又は両方のガスとが含有されている。

制御装置２８はスイッチ素子Ｓ₁をオンの状態にしてスパッタ電源３１を動作させ、第一、第二のバッキングプレート４２ａ、４２ｂを介して第一、第二のターゲット５ａ、５ｂにスパッタリング電圧を印加し、スパッタ空間１８にプラズマを発生させる。

スパッタ空間１８には、アノード電極１５の表面と成膜槽１７の壁面とが対面しており、成膜槽１７よりもアノード電極１５の方が低インピーダンスで接地電位に接続されているときには、スパッタ空間１８の中のプラズマは、接地電位に近いアノード電極１５に引きつけられ、成膜空間１９に位置する基板１０まで広がるプラズマの量は少ない。

この状態で第一、第二のターゲット５ａ、５ｂがスパッタリングされ、基板１０の表面には、第一、第二のターゲット５ａ、５ｂの表面に露出する金属原子と添加ガスとが化学反応して得られた反応生成物の薄膜が成長する。

成膜槽１７よりもアノード電極１５の方が低インピーダンスで接地電位に接続された状態で基板１０の表面に薄膜が成長する際には、基板１０の表面や成長中の薄膜に入射するプラズマ中の正イオンは少ないため、基板１０と薄膜の間の界面に正イオンに影響された薄膜が形成されることはない。

この例では、第一、第二のターゲット５ａ、５ｂはアルミニウム板または酸化アルミニウム板であり、スパッタリングガスにはアルゴンガス等の希ガスと酸素ガスとが含有されており、例えば基板１０がシリコン基板の場合、その表面に酸化シリコンが形成されずに、基板１０の表面に酸化アルミニウム薄膜が成長する。

基板１０の表面の薄膜が所定膜厚に成長したところで、制御装置２８はスイッチ素子Ｓ₁をオフにさせ、アノード電極１５と接地電位との間のインピーダンス値を成膜槽１７と接地電位との間のインピーダンス値よりも大きくすると、スパッタ空間１８に形成されたプラズマは成膜槽１７の壁面に引き寄せられ、その結果、壁面とスパッタ空間１８との間に位置する基板１０の表面に成長中の薄膜にプラズマ中の正イオンが入射する。

この例では、酸化アルミニウム薄膜が４ｎｍ以上６ｎｍ以下の範囲の所定膜厚に成長したところで、制御装置２８によってスイッチ素子Ｓ₁がオン状態からオフ状態に変更され、切替装置２０のインピーダンスが低インピーダンスから高インピーダンスに変更されており、高インピーダンスに変更された後は正イオンが成長中の薄膜に入射するイオンアシスト効果によって緻密な酸化アルミニウム薄膜が形成される。

酸化アルミニウム薄膜が所定膜厚に成長したところで、スパッタリング電圧は停止されてプラズマが消滅され、酸化アルミニウム薄膜が形成された基板１０は成膜槽１７から他の真空処理装置の真空槽内に移動される。

スパッタリング電圧の停止後、スイッチ素子Ｓ₁はオン状態にされて切替装置２０が高インピーダンスから低インピーダンスに変更され新しく成膜槽１７の内部に搬入された基板１０の表面への薄膜の成長が開始される。

なお、第一、第二のターゲット５ａ、５ｂの表面に露出する金属原子と添加ガスとの反応生成物は、添加ガスが窒素ガスから成る場合は窒化金属であり、添加ガスが酸素ガスと窒素ガスとから成る場合は酸窒化金属である。

上記スイッチ素子Ｓ₁は、高インピーダンスと低インピーダンスの切替を模式的に示す素子であり、具体的には、例えば図２(ｂ)、(ｃ)の切替装置２０₁、２０₂が挙げられる。この切替装置２０₁、２０₂は第一、第二のキャパシタンス素子Ｃ₁、Ｃ₂と第一のインダクタンス素子Ｌ₁とを有しており、第一のインダクタンス素子Ｌ₁と第二のキャパシタンス素子Ｃ₂とは並列接続されて高インピーダンス回路であるＬＣ並列接続回路２１₁を構成している。

そして図２(ｂ)の切替装置２０₁では、ＬＣ並列接続回路２１₁の一端が接地側端子２６に接続され、他端が第一のキャパシタンス素子Ｃ₁によって電極側端子２５に接続され、図２(ｃ)の切替装置２０₂では、ＬＣ並列接続回路２１₁の一端が電極側端子２５に接続され、他端が第一のキャパシタンス素子Ｃ₁によって接地側端子２６に接続されており、図２(ｂ)、(ｃ)の切替装置２０₁，２０₂では、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁と第一のインダクタンス素子Ｌ₁とは直列接続されて低インピーダンス回路であるＬＣ直列接続回路２２が構成されている。

第一のキャパシタンス素子Ｃ₁と第二のキャパシタンス素子Ｃ₂とは、入力される制御信号によってキャパシタンスの値が変更される電子装置であり、例えば可変コンデンサと制御回路とから成り、制御信号が制御回路に入力されると、可変コンデンサのキャパシタンス値は、制御回路により、入力された制御信号の内容に応じた値に変更される例が挙げられる。

第一のキャパシタンス素子Ｃ₁の変更可能なキャパシタンス値には、スパッタリング電圧の周波数に於いてＬＣ直列接続回路２２を直列共振させる値が含まれており、スパッタリング電圧がスパッタ電源３１から出力される前に、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁に制御信号が入力され、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁は、スパッタリング電圧の周波数に於いてＬＣ直列接続回路２２が共振状態になるキャパシタンス値に変更される。

電極側端子２５と接地側端子２６とはＬＣ直列接続回路２２によって接続されているので、アノード電極１５は共振状態となった低インピーダンスのＬＣ直列接続回路２２によって接地電位に接続される。

なお、このとき、第二のキャパシタンス素子Ｃ₂にも制御信号を入力して、第二のキャパシタンス素子Ｃ₂を、スパッタリング電圧の周波数に於いてＬＣ並列接続回路２１₁が共振状態にならないキャパシタンス値に設定しておくことができる。

ＬＣ直列接続回路２２が共振状態にされた後、第一、第二のスパッタリングターゲット５ａ、５ｂのスパッタリングが開始され、プラズマがアノード電極１５に引きつけられた状態で薄膜が成長する。

第二のキャパシタンス素子Ｃ₂の変更可能なキャパシタンス値には、スパッタリング電圧の周波数に於いてＬＣ並列接続回路２１₁を並列共振させるキャパシタンス値が含まれている。

薄膜が所定膜厚に成長すると第一のキャパシタンス素子Ｃ₁に制御信号が入力され、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁は、ＬＣ直列接続回路２２の共振状態を解除される値のキャパシタンス値に変更されると共に、第二のキャパシタンス素子Ｃ₂にも制御信号が入力され、第二のキャパシタンス素子Ｃ₂はＬＣ並列接続回路２１₁が並列共振状態になるキャパシタンス値に設定され、アノード電極１５は、共振状態になった高インピーダンスのＬＣ並列接続回路２１₁によって接地電位に接続される。そのため、プラズマが基板１０側に移動し、基板１０に正イオンが入射する状態で薄膜が成長する。

なお、第二のキャパシタンス素子Ｃ₂には、キャパシタンス値が可変ではなく、スパッタリング電圧の周波数に於いてＬＣ並列接続回路２１₁を並列共振させるキャパシタンス値を有するコンデンサを用いれば、アノード電極１５はＬＣ直列接続回路２２が直列共振状態のときはＬＣ直列接続回路２２の低インピーダンスで接地電位に接続され、ＬＣ直列接続回路２２が直列共振を解除されると、並列共振状態のＬＣ並列接続回路２１₁の高インピーダンス値で接地電位に接続される。

また、図２(ｂ)、(ｃ)の切替装置２０₁，２０₂では、少なくとも第一のキャパシタンス素子Ｃ₁のキャパシタンス値を変更したが、第一、第二のキャパシタンス素子Ｃ₁、Ｃ₂にキャパシタンス値固定のコンデンサを用い、第一のインダクタンス素子Ｌ₁に、インダクタンス値可変の電子装置を用い、第一のインダクタンス素子Ｌ₁のインダクタンス値を変更することで、ＬＣ直列接続回路２２とＬＣ並列接続回路２１₁とを別々に共振状態にさせてもよい。

この場合、ＬＣ直列接続回路２２が共振状態になる第一のインダクタンス素子Ｌ₁のインダクタンス値と、ＬＣ並列接続回路２１₁が共振状態になる第一のインダクタンス素子Ｌ₁のインダクタンス値とは異なる値になるキャパシタンス値の第一、第二のキャパシタンス素子Ｃ₁、Ｃ₂を用いれば良い。

次に、図２(ｄ)、(ｅ)の切替装置２０₃，２０₄は第一のキャパシタンス素子Ｃ₁と第一、第二のインダクタンス素子Ｌ₁、Ｌ₂とを有しており、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁と第二のインダクタンス素子Ｌ₂とは並列接続されてＬＣ並列接続回路２１₂を構成している。

図２(ｄ)では、ＬＣ並列接続回路２１₂の一端が接地側端子２６に接続され、他端が第一のインダクタンス素子Ｌ₁によって電極側端子２５に接続され、図２(ｅ)では、ＬＣ並列接続回路２１₂の一端が電極側端子２５に接続され、他端が第一のインダクタンス素子Ｌ₁によって接地側端子２６に接続されている。図２(ｄ)、(ｅ)の切替装置２０₃，２０₄では、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁と第一のインダクタンス素子Ｌ₁とは直列接続されてＬＣ直列接続回路２２が構成されている。

スパッタリング電圧がスパッタ電源３１から出力される前に、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁に制御信号が入力され、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁は、スパッタリング電圧の周波数に於いて、ＬＣ直列接続回路２２が共振状態になるキャパシタンス値に設定され、アノード電極１５は共振状態となった低インピーダンスのＬＣ直列接続回路２２によって接地電位に接続される。

ＬＣ直列接続回路２２が共振状態にされて第一、第二のターゲット５ａ、５ｂのスパッタリングが開始され、所定膜厚に薄膜が形成された後、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁に制御信号が入力され、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁は、スパッタリング電圧の周波数に於いて、ＬＣ直列接続回路２２の直列共振状態が解除されると共に、ＬＣ並列接続回路２１₂が並列共振状態にされる。

並列共振状態のＬＣ並列接続回路２１₂のインピーダンス値は直列共振状態のＬＣ直列接続回路２２のインピーダンス値よりも大きいから、アノード電極は高インピーダンス値で接地電位に接続され、イオンアシスト効果がある雰囲気中で薄膜が成長される。

図２(ｄ)、(ｅ)の切替装置２０₃，２０₄では、少なくとも第一のキャパシタンス素子Ｃ₁のキャパシタンス値を変更したが、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁にキャパシタンス値固定のコンデンサを用い、少なくとも第一のインダクタンス素子Ｌ₁のインダクタンス値を制御して、ＬＣ直列接続回路２２とＬＣ並列接続回路２１₂とを、スパッタリング電圧の周波数に於いて、異なるインダクタンス値で共振状態にさせることもできる。第一のインダクタンス素子Ｌ₁のインダクタンス値だけを制御する場合は、第一のキャパシタンス素子Ｃ₁と第二のインダクタンス素子Ｌ₂とに、ＬＣ並列接続回路２１₂がスパッタリング電圧の周波数に於いて並列共振状態になるキャパシタンス値とインダクタンス値を有する素子を用いればよい。

図３は、スパッタリングの際に第一、第二のターゲット５ａ、５ｂに印加した１３．５６ＭＨｚの交流電圧(0.5Pa、200W)と、基板ホルダに流れる電流値との関係を示すグラフであり、アノード電極１５と接地電位との間のインピーダンス値は、符号Ａを付したグラフを測定したときは、符号Ｂを付したグラフを測定したときのインピーダンス値の１／３にされている。

アノード電極１５と接地電位との間のインピーダンス値が小さいグラフＡは、インピーダンス値が大きいグラフＢよりも電流が少なくなっており、アノード電極１５に多くの電流が流れていることが分かる。

２……スパッタリング装置
５ａ……第一のターゲット
５ｂ……第二のターゲット
１５……アノード電極
１８……スパッタ空間
１９……成膜空間
２０……切替装置
２１₁、２１₂……ＬＣ並列接続回路
２２……ＬＣ直列接続回路
３１……スパッタ電源
３４，３５……開口
Ｃ₁……第一のキャパシタンス素子
Ｃ₂……第二のキャパシタンス素子
Ｌ₁……第一のインダクタンス素子
Ｌ₂……第二のインダクタンス素子

Claims (10)

1. 離間して互いに対向配置された第一、第二のターゲットに交流電圧であるスパッタリング電圧をそれぞれ印加し、前記第一、第二のターゲットの間の空間であるスパッタ空間の側方に位置する基板表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
   前記基板とは反対側の前記スパッタ空間の側方に配置されたアノード電極と接地電位の間を低インピーダンス値で接続して、前記第一、第二のターゲットのスパッタリングを開始して前記基板の表面に薄膜を成長させ、
   前記薄膜が所定膜厚に形成された後、前記アノード電極と接地電位との間を、前記低インピーダンス値よりも大きな高インピーダンス値で接続し、前記第一、第二のターゲットをスパッタリングして前記薄膜を成長させる薄膜製造方法。
2. 前記スパッタ空間に導入されるスパッタリングガスには、酸素ガスと窒素ガスのうちのいずれか一方のガスから成り又は両方のガスから成る添加ガスと希ガスとを含有させ、
   前記第一、第二のターゲットのスパッタリングを開始して、前記第一、第二のターゲットの表面に露出する金属原子と前記添加ガスとの反応生成物の薄膜を前記基板の表面に前記所定膜厚に成長させる請求項１記載の薄膜製造方法。
3. 前記第一、第二のターゲットは同じ材料であり、
   前記第一、第二のターゲットは酸化アルミニウムと金属アルミニウムのうちのいずれか一方を用い、
   形成される前記薄膜は酸化アルミニウム薄膜であり、
   形成される前記酸化アルミニウム薄膜が４ｎｍ以上６ｎｍ以下の厚みに形成された後、前記アノード電極と接地電位との間を、前記高インピーダンス値で接続する請求項２記載の薄膜製造方法。
4. 離間して互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、
   前記第一、第二のターゲットに交流電圧であるスパッタリング電圧を印加する交流電源と、
   前記第一、第二のターゲットの間のスパッタ空間が内部に配置され、二個の開口を有する筒形形状を前記第一、第二のターゲットと共に構成するスパッタ槽と、
   前記スパッタ空間の側方であって、二個の前記開口のうちの一方の前記開口と対面する位置の成膜空間が配置される成膜槽と、
   前記スパッタ空間の側方であって、他方の開口と対面する位置に配置されたアノード電極と、
   前記アノード電極を接地電位に電気的に接続する切替装置と、を有し、
   前記切替装置は、前記スパッタリング電圧の周波数において、前記アノード電極と前記接地電位との間を低インピーダンスで接続する低インピーダンス装置と高インピーダンスで接続する高インピーダンス装置とを有し、前記第一、第二のターゲットをスパッタリングして前記成膜槽内に配置された基板に薄膜を形成するスパッタリング装置。
5. 前記低インピーダンス装置は、リアクタンス値を変更可能で、前記リアクタンス値を変更することで共振周波数の値を変更可能なＬＣ直列接続回路であり、
   前記ＬＣ直列接続回路のリアクタンス値を制御する制御装置を有する請求項４記載のスパッタリング装置。
6. 第一のインダクタンス素子と、前記制御装置によってキャパシタンス値が変更される第一のキャパシタンス素子とを有し、
   前記第一のインダクタンス素子と前記第一のキャパシタンス素子とが直列接続されて前記ＬＣ直列接続回路が構成され、
   前記第一のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値には、前記スパッタリング電圧の周波数において前記ＬＣ直列接続回路を直列共振させる値が含まれる請求項５記載のスパッタリング装置。
7. 前記第一のインダクタンス素子に並列接続された第二のキャパシタンス素子を有し、
   前記高インピーダンス装置は前記第二のキャパシタンス素子と前記第一のインダクタンス素子とが並列接続された第一のＬＣ並列接続回路であり、
   前記第二のキャパシタンス素子は前記制御装置によってキャパシタンス値が変更可能であり、前記第二のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値の範囲には、前記スパッタリング電圧の周波数において前記第一のＬＣ並列接続回路を並列共振させる値が含まれている請求項６記載のスパッタリング装置。
8. 前記第一のインダクタンス素子に並列接続された第二のキャパシタンス素子を有し、
   前記高インピーダンス装置は前記第二のキャパシタンス素子と前記第一のインダクタンス素子とが並列接続された第一のＬＣ並列接続回路であり、
   前記第一のＬＣ並列接続回路は前記スパッタリング電圧の周波数において並列共振にされた請求項６記載のスパッタリング装置。
9. 前記一のキャパシタンス素子に並列接続された第二のインダクタンス素子を有し、
   前記高インピーダンス装置は前記第一のキャパシタンス素子と前記第二のインダクタンス素子とが並列接続された第二のＬＣ並列接続回路であり、前記第一のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値の範囲には、前記第二のＬＣ並列接続回路を並列共振させる値が含まれている請求項６記載のスパッタリング装置。
10. 前記第一、第二のターゲットは同じ材料であり、酸化アルミニウムと金属アルミニウムのうちのいずれか一方であり、
    スパッタリングガス中には酸素が含有され、
    形成される前記薄膜は酸化アルミニウム薄膜である請求項４乃至請求項９のいずれか１項記載のスパッタリング装置。

Images