JP2022082039A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧環境下において、円筒状のターゲット表面にプラズマを安定して生起する。【解決手段】スパッタリング法によって成膜を行う成膜装置であって、成膜原料からなる円筒状のターゲットが設置され、前記ターゲットの円筒軸を回転軸として前記ターゲットを回転させる回転機構を備えるカソード部と、成膜に用いるガスを供給するガス供給部と、を有し、前記ガス供給部が、前記ターゲットの前記回転軸方向の端部から前記ターゲットの曲面に沿って前記ガスを供給することを特徴とする【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリーカソードを用いてスパッタリングを行う成膜装置に関する。

近年、スパッタリング法を用いた成膜において、ターゲットの利用効率を高めるため、円筒状のカソードを回転させて成膜を行うロータリーカソードが注目されている。

特許文献１には、チャンバ内に２つの回転可能な円筒状のターゲットと、２つターゲットの間にターゲットの回転軸に沿って管状および／またはロッド状のガス供給源とを備える成膜装置が開示されている。ガス供給源は、２つのターゲットよりも被成膜基材から離れて設置されており、ガス供給源とターゲットのプラズマ発生位置との間には、ターゲットの直径程度の距離がある。

特表２０１８－５１７８４９号公報

光学機器用レンズや眼鏡用レンズなどの光学部品の上に反射防止膜を形成する場合、光学設計に従って所望の屈折率を有する膜を形成するため、低圧環境下で成膜が行われる。ところが、低圧環境下で、特許文献１の装置のように、プラズマ発生位置から離れた位置から成膜に必要なガスを供給すると、ターゲットのエロ―ジョン近傍のガス密度を高くすることができず、プラズマを安定的に生起させることができない。エロ―ジョン近傍のガス密度を高くするためガスの供給量を増やすと、チャンバ内の圧力が高まり、スパッタ粒子が互いに衝突して基材到達時のエネルギーが低下し、密度の低い膜が形成されてしまう。そのため、所望の屈折率を有する膜を形成することが困難になってしまう。

本発明は、低圧環境下において、円筒状のターゲット表面にプラズマを安定して生起させることを目的とするものである。

本発明にかかる成膜装置は、スパッタリング法によって成膜を行う成膜装置であって、成膜原料からなる円筒状のターゲットが設置され、前記ターゲットの円筒軸を回転軸として前記ターゲットを回転させる回転機構を備えるカソード部と、成膜に用いるガスを供給するガス供給部と、を有し、前記ガス供給部が、前記ターゲットの前記回転軸方向の端部から前記ターゲットの曲面に沿って前記ガスを供給することを特徴とする。

本発明にかかる装置によれば、低圧環境において、円筒状のターゲット表面にプラズマを安定して生起させることが可能となる。

第１の実施形態にかかる成膜装置の構成例を示す図である。 （ａ）はターゲット２１ａとガス供給部７５ａの斜視図であり、（ｂ）はカソード部の回転軸方向からみた、カソード部の断面とガス供給部とを示す図である。 第２の実施形態にかかる成膜装置の構成例を示す図である。 第３の実施形態にかかる成膜装置の構成例を示す図である。 第３の実施形態にかかる成膜装置における基材ホルダの被成膜面側とカソード部との位置関係を示す図である。 （ａ）は、従来の成膜装置のターゲットとガス供給部とを示す斜視図、（ｂ）はマグネットの傾斜角θ＝５°の時のカソード部の断面を示す図、（ｃ）はマグネットの傾斜角θ＝１５°の時のカソード部の断面を示す図である。 （ａ）は、第２の実施形態にかかる成膜装置にて成膜を行っている時の経過時間に対するＯ_２ガス流量の変化を示す図、（ｂ）は、従来の成膜装置にて成膜を行っている時の経過時間に対するＯ_２ガス流量の変化を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して例示的に説明する。実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、限定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、反応性スパッタリングを行う成膜装置の構成例を示す図である。成膜装置は、チャンバ１内に、ターゲット（成膜原料）２１が設置されるカソード部２と、被成膜基材（以下、基材と記述する）４を支持する基材支持機構５を備えている。さらに、カソード部２に電力を供給する電源６、成膜に必要なガスを供給するガス供給ライン７、チャンバ１に接続された排気装置８、成膜装置の動作を制御する制御装置９、プラズマ発光モニタ１３を備えている。

基材支持機構５は、チャンバ１の天板に設置され、天板と平行に、基材４を基材ホルダ３ごと支持する構造となっており、搬送機構３０によってターゲット２１の上方を水平に搬送される。このような構造を採用することにより、基材４の上に均一な膜を形成することができる。

カソード部２は、不図示の駆動機構に接続されており、軸Ｏを中心に回転させることができる。カソード部２には、バッキングチューブの表面に成膜材料が接着された、円筒状のターゲット２１が設置される。円筒状のターゲット２１がカソード部に設置されたとき、軸Ｏとターゲット２１の円筒軸とは一致する。なお。ここでいう「一致」は、完全な一致に限定するものではなく、５ｍｍ以内のずれは許容される。

カソード部２にターゲット２１を設置した際、カソード部２がバッキングチューブによって覆われる領域には、軸Ｏを中心に回転可能なマグネットケースシャフト２２が設置されている。マグネットケースシャフト２２の内部には、マグネット２３が設置されている。マグネット２３は、極性方向を変えて配置された複数のマグネットを含んでおり、マグネット２３によって、ターゲット２１の表面に磁場が生成される。この磁場によって、成膜の際に生成されるプラズマがターゲット２１の表面に引き付けられ、ターゲット表面から成膜材料がスパッタされるエロージョンが形成される。エロージョンがリング状に形成されるようにマグネットを配置すると、プロセスガスをイオン化するための電子をターゲット表面に留めることができ、効率よく成膜を行うことができる。以下、軸Ｏを回転軸Ｏと記述する。

カソード部２には、電源６が接続されており、プラズマを生起させるための電力がターゲット２１に供給される。電力を供給する電源６には、ＡＣ電源やＤＣパルス電源を採用することができる。

カソード部２には、ターゲット２１の表面に生起したプラズマによってターゲット表面の温度が上昇するのを抑制するため、ターゲット２１を冷却するための冷却構造が設けられている。例えば、バッキングプレートとマグネットケースシャフト２２との間に冷却水を流す流路を設けてターゲット２１を冷却するとよい。

反応性スパッタリングを行う装置の場合は、カソード部２に金属ターゲットが設置され、ガス供給ライン７からは、プロセスガスと反応性ガスが供給される。プロセスガスと反応性ガスは、それぞれマスフローコントローラー７１～７３によって流量が制御され、混合された後にガス供給部７５からチャンバ内に供給される。プロセスガスは、スパッタに必要なイオンを供給することができるガスであればよく、Ａｒガスが広く用いられる。反応性ガスは、反応性モードもしくは遷移モードでスパッタリングを行うために供給され、例えば、金属のターゲットの材料表面を酸化させながらスパッタリングを行う場合は、反応性ガスとしてＯ_２ガスが供給される。本発明では、プロセスガスと反応性ガスをまとめて成膜ガスと呼ぶ。

プラズマ発光モニタ１３は、成膜中に生成されるプラズマの発光を検出する検出部１３１と、検出部１３１で検出されたプラズマ光を伝搬する光ファイバ１３２と、取得したプラズマ光を線スペクトルに分光する分光器１３３とを備えている。検出部１３１は、ターゲット２１の外周部に、受光部が回転軸Ｏと平行な方向を向くように設けられている。分光器１３３は、取得した発光を線スペクトルに分光してプラズマに含まれる所定波長の発光強度を検出する。

検出した所定波長の発光強度に関する情報は、制御装置９へと送信される。制御装置９は、ターゲット材料に関係する波長の発光強度や、反応性ガスに関係する波長の発光強度、プロセスガスに関係する波長の発光強度などを分光器１３３から取得する。制御装置９では、取得した発光強度の値、もしくは取得した二つの波長の発光強度の比を制御値とし、その値を安定させるように制御信号を生成する。この制御信号は、反応性ガス供給ライン７のマスフローコントローラー７１～７４に送られ、反応性ガスの流量が随時制御される。制御装置９の制御アルゴリズムは、比例積分微分（ＰＩＤ）制御として実行される。制御部９は、ガス流量の他に、搬送機構３０、カソード部２、排気装置８なども制御する。

図２（ａ）に、ターゲット２１とガス供給部７５（７５ａ、７５ｂ）の斜視図を示す。ガス供給部７５ａ、７５ｂは、ターゲット２１の両端に、ターゲット２１の回転機構とは切り離して設けられている。ガス供給部７５ａと７５ｂが互いに対向する面には、ガス供給口７６として、ターゲット２１の円周に沿って、回転軸Ｏを中心に等角度で複数の孔が設けられている。

図２（ｂ）に、カソード部２の回転軸方向からみた、カソード部２の断面構造とガス供給部７５ａとを示す。ガス供給口７６は、回転軸Ｏを中心とする半径ｒ_１、中心角２θ_１の円弧上に、等間隔で設けられており、回転軸Ｏとマグネット２３の中心とを結ぶ線分Ｘは、中心角２θ_１を等分する。回転軸Ｏとマグネット２３の端部とを結ぶ線分Ｙと線分Ｘとの成す角をθ_２とすると、θ_２≦θ_１が好ましい。このような構成により、マグネット２３の磁場によって形成されるターゲット２１のエロ―ジョンに、選択的に成膜ガスを供給してガス密度を高め、安定して成膜を行うことが可能となる。ここで、マグネット２３の中央とは、回転軸Ｏに垂直なカソード部２の断面において、マグネット２３によってエロ―ジョンを形成するための磁場が生成される面の中心を指し、マグネット２３の端部とは、磁場が生成される面の端を指す。

エロ―ジョンにより効率的に成膜ガスを供給し、低圧環境を維持しやすくするためには、マグネットによって形成される磁場の範囲や成膜条件などにもよるが、一般的には０ｍｍ＜（２ｒ_１θ_１－２ｒ_１θ_２）≦３０ｍｍが好ましい。より好ましくは、５ｍｍ≦（２ｒ_１θ_１－２ｒ_１θ_２）≦２０ｍｍである。

ターゲットのスパッタされる面が、回転軸Ｏに垂直な断面において半径ｒ_２の円であるとすると、ｒ_２≦ｒ_１が好ましい。より効率的に成膜ガスをエロ―ジョンに供給するためにはｒ_２≦ｒ_１≦（ｒ_２＋５０ｍｍ）が好ましく、ｒ_２≦ｒ_１≦（ｒ_２＋３０ｍｍ）がより好ましい。

このように、ターゲット２１の端部からターゲットの曲面に沿って、ターゲット２１のエロ―ジョン近傍に選択的にガスを噴出するようにガス供給口７６を設けることによって、低圧環境でも安定的にプラズマを生成することが可能となる。

なお、ガス供給口７６の間隔やガス供給口７６とマグネット２３との位置関係は、図２（ｂ）に示すレイアウトに限定されるものではなく、カソード部２の設計に応じて適宜変更することが可能である。図２（ｂ）では、線分Ｘを対象軸として、ガス供給口７６が対象に配置される例を示しているが、エロ―ジョンに効率的に成膜ガスを供給できれば、対称に配置される必要はない。

ガス供給口７６の間隔（ガス供給口７６間を結ぶ直線距離）は、１ｃｍ～３ｃｍが好ましいが、設計に応じて決めればよい。ガス供給口７６は、複数の孔に限定されるものではなく、スリットでも構わない。

ガス供給部７５は、必ずしもターゲット２１の両端に設ける必要はなく、ターゲット２１の円筒軸方向の長さが２０～７０ｍｍ程度と短い場合は、ターゲット２１のどちらか一方の端部のみにガス供給部７５を設けてよい。ガス供給部７５ｂを設ける場合は、ガス供給部７５ａと同様にしてガス供給口７６を設けるとよい。

図１では、プロセスガスと反応性ガスを混合してから、チャンバ内に供給する構成を示しているが、ガスの種類ごとにガス供給部を設ける構成も好ましい。プロセスガスと反応性ガスを個別に供給すると、プラズマ発光モニタ１３によって取得した特定波長の発光強度の情報に基づく反応性ガス流量の制御性が向上する。ガスの種類ごとにガス供給部を設ける場合も、それぞれのガス供給口は前述の条件に基づいて配置するとよい。本実施形態の装置によれば、低圧環境において、円筒状のターゲット表面にプラズマを安定して生起させることができ、所望の屈折率を有する膜を形成することが可能となる。

（第２の実施形態）
図３は、凹面レンズや凸面レンズなど、曲面を有する基材への成膜に適した成膜成膜装置の構成例を示す図である。第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、共通する点は省略する場合がある。

成膜装置は、チャンバ１内に、ターゲット２１が設置されるカソード部２と、基材４を支持する基材支持機構５を備えている。さらに、カソード部２に電力を供給する電源６、成膜に必要なガスを供給するガス供給ライン７、チャンバ１に接続された排気装置８、成膜装置の動作を制御する制御装置９、シャッター１１、プラズマ発光モニタ１３を備えている。シャッター１１は、不図示の回転機構によって、回転軸１２を中心に回転させることができ、シャッター１１の位置によって被成膜基板４への着膜を制限することができる。

基材支持機構５は、チャンバ１の天板に設置され、天板と平行に、基材４を基材ホルダ３ごと支持する構造となっている。このような構造を採用することにより、外部であらかじめ基材ホルダ３に基材４を設置し、基材ホルダ３ごと搬送口（不図示）からチャンバ１内に搬入して成膜位置に配置することができるため、作業性に優れる。ただし、基材支持機構５は、基材ホルダ３を介して基材４を支持する構成に限定されるものではなく、基材４を直接支持する構成であっても構わない。また、図１では複数の基材４を支持しているが、１枚の基材４を支持する構成であっても構わない。

基材支持機構５は、回転昇降機構１０に接続されており、回転軸Ｐ（第１の軸）を中心とした回転と、鉛直方向の昇降が可能となっている。基材支持機構５による基材ホルダ３の支持動作を補助するため、回転昇降機構１０に基材支持機構５を揺動させたりする機構を追加しても良い。

マグネットケースシャフト２２は、不図示の駆動機構によってカソード部２の回転軸Ｏを中心に回転可能となっており、マグネットケースシャフト２２を回転させることによって、マグネット２３の傾斜角を変更することができる。マグネット２３の傾斜角を変更することで、スパッタ粒子の基材４への入射角を変えることができ、基材の曲面に形成される膜の膜厚分布を調整することが可能となる。マグネット２３は、回転軸Ｏとマグネット２３の中心線とを結ぶ線分が鉛直方向に対して角度θ傾いた位置を中心に、角度を±θ_ｍの範囲で角度が変更可能となっている。

カソード部２と基材支持機構５は、鉛直方向において、カソード部２の回転軸Ｏと基材ホルダ３の基材支持面とが、距離Ｍだけ離れた位置に配置されている。さらに、水平方向において、カソード部２の回転軸Ｏと基材支持機構５の回転軸Ｐとが距離Ｌとなる位置に配置されている。図１では、回転軸Ｏと回転軸Ｐとがねじれの位置にある状態が示されているが、距離Ｌは基材４の被成膜面の形状に応じて決めればよく、０≦Ｌであればよい。

円筒状のターゲット２１の両端には、ターゲット２１およびマグネットケースシャフト２２の回転機構とは切り離して、ガス供給部７５ａ、７５ｂが設けられる。ガス供給部７５ａと７５ｂとが互いに対向する面には、第１の実施形態と同様にターゲット２１の円周に沿って、回転軸Ｏを中心として等角度に複数のガス供給口７６が設けられている。

回転軸Ｏとマグネット２３の中心線とを結ぶ線分が、鉛直方向に対して角度θ傾いているため、ガス供給部７５ａ、７５ｂは鉛直方向に対して角度θ傾いて設けられている。ガス供給口７６は、回転軸Ｏとマグネット２３の可動中心とを結ぶ線分と、傾斜角が最大のときの、回転軸Ｏと前記マグネットの端部とを通る線分との成す角をθ_２ｍａｘとすると、θ_２ｍａｘ≦θ_１を満たすように設けるとよい。さらには、θ_２ｍａｘが０ｍｍ＜（２ｒ_１θ_１－２ｒ_１θ_２ｍａｘ）≦３０ｍｍを満たすことが好ましく、５ｍｍ≦（２ｒ_１θ_１－２ｒ_１θ_２ｍａｘ）≦２０ｍｍを満たすことが好ましい。

本実施形態の装置構成によれば、低圧環境において、円筒状のターゲット表面にプラズマを安定して生起させることができ、所望の屈折率を有する膜を形成することが可能となる。さらに、基材支持機構５の回転軸Ｐとカソード部２の回転軸Ｏとをねじれの位置に配置すると共に、マグネット２３と基材４との相対位置を変化させることにより、曲面を有する基材の上に均一な膜厚で成膜することが可能となる。

（第３の実施形態）
図４は、カソード部を複数備え、カソード部毎にガス供給部が設けられた成膜装置の概略図である。この構成により、複数のターゲットを設置して、半開角の大きな凹面あるいは凸面に形成される膜の膜むらをより低減することが可能となる。装置を構成する各部材は、第２の実施形態と同様であるため、異なる点を中心に説明する。

カソード部２ａ、２ｂは、不図示の駆動機構に接続されており、それぞれ基材支持機構５の回転軸Ｐと空間的にねじれの位置にある軸Ｏａ、Ｏｂを中心に回転させることができる。軸Ｏａ、Ｏｂは互いに平行になるように設置されている。

カソード部２ａ、２ｂには、同じ材質からなるターゲット２１ａ、２１ｂが設置されるが、目的によっては互いに異なる材質のターゲットを設置しても構わない。

カソード部２ａ、２ｂと基材支持機構５は、鉛直方向において、カソード部２ａと基材ホルダ３の基材支持面との距離Ｍａと、カソード部２ｂと基材支持面との距離Ｍｂが、Ｍａ＜Ｍｂを満たす位置に配置されている。さらに、水平方向において、カソード部２ａの回転軸Ｏａと基材支持機構５の回転軸Ｐとの距離Ｌａと、カソード部２ｂの回転軸Ｏｂと回転軸Ｐとの距離Ｌｂとは、Ｌａ＞Ｌｂの関係を満たすように配置されている。

バッキングチューブ２２ａ、２２ｂおよびマグネットケースシャフト２２ａ、２２ｂは、それぞれ回転軸Ｏａ、Ｏｂを中心に回転が可能な構造となっており、それぞれの回転は互いに独立して制御される。

プラズマ発光モニタ１３の検出部１３１は、ターゲット２１ａ、２１ｂの少なくとも一方で生起させるプラズマの発光を検出するように設けられる。図４では、ターゲット２１ａに対して検出部１３１を設置する例を示しているが、ターゲット２１ｂに対して検出部１３１を設置してもよいし、両方のターゲットに対して設けてもよい。両方のターゲットに対して検出部１３１を設ける場合は、光ファイバ１３２および分光器１３３を検出部ごとに設けてもよいし、ターゲット２１ａ、２１ｂの検出部１３１を１つの分光器１３３に導入し、ターゲット２１ａ、２１ｂの発光を交互にモニタしてもよい。ターゲット毎の発光に応じて反応ガスの流量を制御するためには、ガス導入部７もターゲット毎に設けると良い。

カソード部２ａ、２ｂには、１つの電源６から電力が供給される構成になっているが、ターゲット２１ａ、２１ｂごとに電源を設置してもよい。

図５は、基材ホルダ３の被成膜面側とカソード部２ａ、２ｂとの位置関係を示す図である。基材ホルダ３には、回転軸Ｐを中心に等角度で基材４が設置されており、基材支持機構５に支持される基材４の被成膜面のうち回転軸Ｐから最も離れた点は、点線Ｒで示したように半径Ｓ_１の円を描く。

カソード部２ａと２ｂは、ターゲット設置領域の回転軸方向における幅の中心線Ｑａ、Ｑｂが基材支持機構５の回転軸Ｐを通り、かつ、カソード部２ａと２ｂの回転軸Ｏが、基材支持機構５の回転軸Ｐを通らない位置に設けられている。このような構成は、特に図に示した基材ホルダ３を用いて成膜する場合に好適である。マグネット２３ａの傾斜角をマグネット２３ｂの傾斜角よりも小さくすると、基材支持機構５の回転によって基材４の中心が描く円Ｓ_２より外側の被成膜面を主にターゲット２１ａ、内側の被成膜面を主にターゲット２１ｂで成膜することができる。その結果、第２の実施形態の成膜装置よりも、より均一な膜を実現することが可能となる。

本実施形態では、基材支持機構５の回転軸Ｐに対して、カソード２ａ、２ｂを同じ側に配置しているが、Ｍａ＜ＭｂおよびＬａ＞Ｌｂの関係を満たしていれば、カソード２ａ、２ｂを、回転軸Ｐを挟んで対象に配置しても良い。ただし、装置の床面積低減の観点から、図４に示すように回転軸Ｐに対して、カソード２ａ、２ｂを同じ側に配置する構成が好ましい。また、カソードの基数を２基としたが、３基以上設けても良い。カソードを３基以上設ける場合も、カソード部毎にガス供給部が設けられる。

以上、反応性スパッタリングを行う成膜装置について説明したが、本発明は反応性スパッタリングに限定されるものではない。反応性スパッタリングを行わない装置の場合は、反応性ガス供給ラインやプラズマ発光モニタを省略することができる。

本実施形態の装置構成によれば、低圧環境において、円筒状のターゲット表面にプラズマを安定して生起させることができ、所望の屈折率を有する膜を形成することが可能となる。さらに、２つのカソード部２ａ、２ｂを配置し、それぞれに設けられたマグネット２３ａ、２３ｂと基材４との相対位置を変化させることにより、半開角の大きな曲面を有する基材の上に均一な膜厚で成膜することが可能となる。

図３に示した第２の実施例にかかる成膜装置でプラズマを生起させた場合と、後述する従来の成膜装置でプラズマを生起させた場合について、プラズマ発光モニタにてプラズマに含まれる特定波長の発光強度を検出して反応性ガスの流量を制御した。

まず、従来の成膜装置について説明する。図６（ａ）は、ターゲット２１と、ガス供給部７７とを示す斜視図である。他の構成は、図３と同様である。図６（ｂ）、（ｃ）に、回転軸Ｏに垂直な方向の断面図を示す。

管状のガス供給部７７は、カソード２１のエロ―ジョン、すなわちマグネット２３の磁場が影響する領域を避けて、カソード部２の回転軸Ｏと平行に設けられている。ターゲット２１と対向する面には、ガス供給口として回転軸Ｏに沿って複数の孔７８が等間隔に設けられている。本実施例では、２０ｍｍ間隔にφ０．５の孔を１２個設けた。

円筒状のターゲット２１の材種はＳｉとし、ターゲット２１の寸法は、外径をφ１０１ｍｍ、円筒軸方向の幅を２００ｍｍとした。プロセスガスにはＡｒ、反応性ガスには酸素（Ｏ_２）を採用し、Ａｒ流量は１００ｓｃｃｍで一定とした。また、プロセスガスと反応性ガスは、チャンバ１内の到達圧力が１０^－３Ｐａ未満になってから流すようにした。ターゲット２１への電力の供給には、ＡＣ電源を用い、周波数４０ｋＨｚ、投入電力４ｋＷとした。プラズマの生成中は、回転軸Ｏを中心に、ターゲット２１を時計周りに５０ｒｐｍで回転させた。

プラズマ発光モニタで、Ｓｉに関係する波長（２５１．６ｎｍ）とＡｒに関係する波長（４１６ｎｍ）の発光強度を取得し、両者の強度比が目標値となるように、Ｏ_２流量を制御した。マグネット２３の傾斜角θ＝５°（図６（ｂ））、θ＝１５°（図６（ｃ））それぞれでプラズマを生成したが、ＰＩＤ制御における設計パラメータ（Ｋ_Ｐ、Ｋ_Ｉ、Ｋ_Ｄ）は変更しなかった。

図７（ｂ）は、従来の成膜装置を用いて成膜を行っている時の、成膜開始から終了までの時間に対するＯ_２ガス流量の変化を示す図である。マグネット２３の傾斜角θ＝５°でプラズマを生起した場合にもＯ_２ガス流量の変動が見られたが、θ＝１５°に変化させると、Ｏ_２ガス流量の変動幅が４．２ｓｃｃｍとさらに大きくなることが分かった。

このようにＯ_２ガス流量の変動幅が大きいと、プラズマが不安定になるので好ましくない。傾斜角θが大きくなるに従ってＯ_２ガス流量の変動幅が大きくなるのは、低圧環境ではガスの平均自由工程が極めて長いことに起因すると考えられる。具体的には、ガスの平均自由工程が長くなるにつれてガスの流れがターゲット２１の曲面に沿わなくなり、傾斜角θが大きくなってマグネット２３とガス供給口７８との間の距離が広がるほど、エロ―ジョンのガスの密度の不均一になるためと考えられる。

図７（ａ）は、図３に記載の成膜装置において、プラズマを生成させて成膜を行っている時の、成膜開始から終了までの時間に対するＯ_２ガス流量を示す図である。傾斜角度θ＝５°とθ＝１５°でプラズマを生起させた場合、Ｏ_２ガス流量の変動幅が、同図において重なり合っており、１．６ｓｃｃｍ程度とほとんど変わっていないことが分かる。さらに傾斜角度θ＝２０°、θ＝２５°と大きくして成膜を行ったが、Ｏ_２ガス流量の変動幅はθ＝５°、１５°と同程度であった。これらの変動幅を、従来の成膜装置で得られた結果を示す図７（ｂ）の変動幅と比較すると、１／３～１／２程度であった。

以上のことから、本発明の成膜装置を用いると、低圧環境において、プラズマを生起させる際のマグネットの傾斜角を変更しても、安定なプラズマが生成されることがわかった。これは、ターゲット２１の端部から、ターゲットの曲面に沿って成膜に必要なガスを供給することによって、傾斜角θに依らず、ターゲットのエロ―ジョンに均一な密度となるようにガス（もくしくはフラックス）が供給できているためと考えられる。

本実施例では、マグネット２３の位置を変更する図３の装置構成について、プラズマの安定性、即ち成膜の安定性の確認を行ったが、図１や図４の装置構成においても、同様の効果を得ることができる。

１ チャンバ
２ カソード部
４ 基材
７ ガス供給部
９ 制御装置
１３ プラズマ発光モニタ
２１ ターゲット
２３ マグネット

Claims (19)

1. スパッタリング法によって成膜を行う成膜装置であって、
   成膜原料からなる円筒状のターゲットが設置され、前記ターゲットの円筒軸を回転軸として前記ターゲットを回転させる回転機構を備えるカソード部と、
   成膜に用いるガスを供給するガス供給部と、を有し、
   前記ガス供給部が、前記ターゲットの前記回転軸方向の端部から前記ターゲットの曲面に沿って前記ガスを供給することを特徴とする成膜装置。
2. 前記ガス供給部は、前記ターゲットの前記回転軸方向の両端から前記ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記回転軸方向からみて、前記ターゲットがスパッタされる面である円の半径ｒ_２をとすると、前記ガス供給部は、前記回転軸を中心とする半径ｒ_１、中心角２θ_１の円弧上に前記ガスを噴出するガス供給口を有しており、
   ｒ_２≦ｒ_１であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記半径ｒ_１が、ｒ_２≦ｒ_１≦（ｒ_２＋５０ｍｍ）を満たすことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
5. 前記半径ｒ_１が、ｒ_２≦ｒ_１≦（ｒ_２＋３０ｍｍ）を満たすことを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
6. 前記カソード部が、前記回転軸に沿ってマグネットを備えており、
   前記回転軸方向からみて、前記回転軸と前記マグネットの中心とを通る線分と前記回転軸と前記マグネットの端部とを通る線分との成す角をθ_２とすると、θ_２≦θ_１であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の成膜装置。
7. ０ｍｍ＜（２ｒ_１θ_１－２ｒ_１θ_２）≦３０ｍｍを満たすことを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
8. ５ｍｍ≦（２ｒ_１θ_１－２ｒ_１θ_２）≦２０ｍｍを満たすことを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
9. 前記マグネットは、鉛直方向に対する傾斜角が変更可能であり、
   前記傾斜角が最大のときの、前記回転軸と前記マグネットの端部とを通る線分との成す角をθ_２ｍａｘとすると、θ_２ｍａｘ≦θ_１であることを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
10. ０ｍｍ＜（２ｒ_１θ_１－２ｒ_１θ_２ｍａｘ）≦３０ｍｍを満たすことを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
11. ５ｍｍ≦（２ｒ_１θ_１－２ｒ_１θ_２ｍａｘ）≦２０ｍｍを満たすことを特徴とする請求項１０に記載の成膜装置。
12. 前記ガス供給口が、スリットまたは複数の孔であることを特徴とする請求項３乃至１１のいずれか１項に記載の成膜装置。
13. 前記ガス供給部は、前記回転機構から切り離されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の成膜装置。
14. 前記カソード部を複数備え、前記ガス供給部を前記カソード部ごとに有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の成膜装置。
15. 前記チャンバ内に供給するガスの種類ごとに前記ガス供給部を備えることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の成膜装置。
16. 成膜中に生成されるプラズマに含まれる所定波長の発光強度を検出するプラズマ発光モニタと、
    検出された前記所定波長の発光強度に基づいて前記ガスの流量を制御する制御部と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の成膜装置。
17. 成膜原料からなる円筒状のターゲットを回転させながらスパッタリング法にて成膜を行う成膜方法であって、成膜に必要なガスを前記ターゲットの端部から前記ターゲットの曲面に沿って供給することを特徴とする成膜方法。
18. 成膜中に生成されるプラズマに含まれる所定波長の発光強度を検出し、検出された前記所定波長の発光強度に基づいて前記ガスの流量を制御することを特徴とする請求項１７に記載の成膜方法。
19. 前記ガスには反応性ガスが含まれており、前記反応性ガスと前記成膜原料とを反応させながら成膜を行うことを特徴とする請求項１７または１８に記載の成膜方法。
    
    

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