JP4717896B2 - スパッタリング装置及び成膜方法 - Google Patents
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Description
図7の符号110は従来技術の対向ターゲット式のスパッタリング装置を示している。このスパッタリング装置110は、真空槽111を有しており、該真空槽111内には、二台のターゲット121a、121bが表面を互いに一定距離だけ離間して平行に対向配置されている。各ターゲット121a、121bの裏面はカソード電極122a、122bに取りつけられ、
しかしながら、交流電場を印加した場合であっても、誘電体膜の成膜を続けると、ターゲット表面、防着板、カソードボックス(スパッタ室)の内壁等に誘電体膜が堆積し、異常アーク放電が起こった。
本発明はスパッタリング装置であって、前記第一、第二のターゲットは前記薄膜形成中の前記成膜対象物と前記第三、第四のターゲットの間に配置されたスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら移動させる移動機構を有するスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、前記第三、第四のターゲットは、前記薄膜形成中の前記成膜対象物が前記第三、第四のターゲットの間の空間と対面するように配置されたスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と、前記第三、第四のターゲットの間の空間に同時に対面させながら移動させる移動機構を有するスパッタリング装置である。
本発明は、表面が互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、表面が前記第一のターゲットの表面と平行にされた第三のターゲットと、表面が前記第二のターゲットの表面と平行にされ、前記第三のターゲットの表面と対向配置された第四のターゲットとを有するスパッタリング装置の、前記第一、第二のターゲット間の空間と対面する位置の成膜対象物に誘電体膜を成膜する成膜方法であって、前記第一、第二のターゲットに負電圧を印加し、前記第三、第四のターゲットに前記第一、第二のターゲットに対して正電圧を印加する第一の電圧期間と、前記第三、第四のターゲットに負電圧を印加し、前記第一、第二のターゲットに前記第三、第四のターゲットに対して正の電圧を印加する第二の電圧期間とが交互に繰り返される成膜方法である。
本発明は成膜方法であって、前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら前記成膜対象物を移動させて前記誘電体膜を成膜する成膜方法である。
本発明は成膜方法であって、前記成膜対象物の移動方向の先端が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置に到達してから、前記成膜対象物の移動方向の最後尾が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置を通過し終わるまでに、前記第一、第二の電圧期間とがそれぞれ2回以上繰り返される成膜方法である。
本発明は成膜方法であって、前記第一のターゲットの表面は、前記第三のターゲットの表面と同一平面内にあり、前記第二のターゲットの表面は、前記第四のターゲットの表面と同一平面内にある成膜方法である。
このスパッタリング装置1は、縦型のインターバック式の装置であり、真空槽11を有している。真空槽11は搬送室9と、後述するスパッタリングが行われるスパッタ室6とを有している。搬送室9内部には成膜対象物である基板5を搬送室9内で搬送する移動機構7が配置されている。
成膜対象物である基板5は、搬出入室から搬入口41を通って搬送室9内に搬入されると、キャリア13に保持されるようになっている。移動機構7は基板5の成膜面が同一平面14内に位置する状態を維持したまま搬入口41から搬出口42の間でキャリア13を基板5と一緒に直線移動させる。
第一〜第四のターゲット21a〜21dの周囲にはアースシールド24がそれぞれ設けられている。アースシールド24は真空槽11と同じ接地電位に接続されている。
基板5は、第一〜第四のターゲット21a〜21dの間の空間45、46と一定距離だけ離間した状態を維持して移動する。第一〜第四のターゲット21a〜21dの表面から放出されたスパッタ粒子は基板5の成膜面に略垂直に入射して薄膜が形成される。
第一〜第四の磁石部材25a〜25dはリング状の第一〜第四のリング磁石27a〜27dを有している。第一〜第四のリング磁石27a〜27dは、リングが位置する平面と第一〜第四のターゲット21a〜21d表面とが略平行にされ、リングの中心軸線が第一〜第四のターゲット21a〜21dの表面に対して略垂直になるよう配置されている。
第一、第二のリング磁石27a、27bは互い異なる極性の磁極が第一、第二のターゲット21a、21bに向けられ、第三、第四のリング磁石27c、27dも互いに異なる極性の磁極が第三、第四のターゲット21c、21dに向けられている。
第一、第二のリング磁石27a、27bの間には、第一、第二のターゲット21a、21bの表面を通る筒状に磁力線が形成され、第三、第四のリング磁石27c、27dの間には、第三、第四のターゲット21c、21dの表面を通る筒状の磁力線が形成される。
第一、第二のターゲット21a、21bとその間の空間45は第一、第二のリング磁石27a、27bが形成する筒状磁力線で取り囲まれ、第三、第四のターゲット21c、21dとその間の空間46は第三、第四の磁石部材25c、25dが形成する筒状磁力線で取り囲まれる。従って、第一、第二のターゲット21a、21bの間の空間45と、第三、第四のターゲット21c、21dの間の空間は互いに異なる筒状磁力線で取り囲まれる。
第一、第三のリング磁石27a、27cの間と、第二、第四のリング磁石27b、27dの間に第一〜第四のターゲット21a〜21d表面を貫く磁力線は形成されず、筒状の磁力線の磁束密度が減少しない。
従って、棒状磁石が無い場合に比べて筒状磁力線の密度は高くなる。このように、第一、第二のリング磁石27a、27bの間と、第三、第四のリング磁石27c、27dの間の筒状磁力線の磁束密度は高い。それゆえ、上述したスパッタリングの際には、筒状磁力線の内部にプラズマが閉じ込められる。
電源4は交流電源であって、第一、第二のターゲット21a、21bに接地電位に対して負電圧を印加する時には、第三、第四のターゲット21c、21dに第一、第二のターゲット21a、21bに対して正電圧を印加し、第三、第四のターゲット21c、21dに接地電位に対して負電圧を印加する時には、第一、第二のターゲット21a、21bに第三、第四のターゲット21c、21dに対して正電圧を印加するよう構成されている。
従って、第一、第二のターゲット21a、21b表面のスパッタリングと、第三、第四のターゲット21c、21d表面のスパッタリングが交互に起こる。
尚、活性ガスは、導電性材料と反応して誘電体材料を生成するガスである。ここでは、スパッタガスは希ガスである。
その結果、第一、第二のターゲット21a、21b表面と、第三、第四のターゲット21c、21d表面が交互にスパッタリングされる。
逆に、第三、第四のターゲット21c、21dがスパッタリングされる時には、その間の空間46のプラズマは開口16の手前で第一、第二のターゲット21a、21bの間の空間45に引き込まれる。従って、いずれの場合もプラズマは開口16から搬送室9内に引き込まれない。基板5はプラズマによってダメージを受けない。
しかし、第三、第四のターゲット21c、21dは、第一、第二のターゲット21a、21bと開口16からの距離と略等しくされている。第三、第四のターゲット21c、21dの間の空間46は第一、第二のターゲット21a、21bの間の空間45と同様に、直接開口16と面する。
搬送室9とスパッタ室6を接地電位に置いた状態で、第一〜第四のターゲット21a〜21dに交流電圧を印加する。
第一、第二のターゲット21a、21bに接地電位に対して負電圧が印加される時には、第三、第四のターゲット21c、21dは第一、第二のターゲット21a、21bに対して正電圧が印加される。
第三、第四のターゲット21c、21dに接地電位に対して負電圧が印加される時には、第一、第二のターゲット21a、21bに第三、第四のターゲット21c、21dに対して正電圧が印加される。第一、第二のターゲット21a、21b表面と、第三、第四のターゲット21c、21d表面は交互にスパッタリングされる。
基板5の中心から第三、第四のターゲット21c、21dまでの距離もそれぞれ等距離になるようにされている。その結果、基板5が開口16に近づく時と遠ざかる時のスパッタ粒子の量は均一になる。
この移動機構61は、上述した第一、第二例のスパッタリング装置1、50のいずれに用いてもよい。
スパッタガスの種類も特に限定されない。希ガス、例えば、Ar、Ne、Kr等を用いることができる。
この場合は、第一〜第四のターゲット21a〜21dとして導電性材料からなるものを用いる。その第一〜第四のターゲット21a〜21dを、酸化ガスのような活性ガスを導入させずにスパッタリングする。
スパッタリングされるターゲット21a〜21dが取り付けられたカソード電極22a〜22dには、直流電圧を印加することができる。更に、そのカソード電極22a〜22dには、交流電圧を印加して接地電位に対して負電圧と、該負電圧に対して正の電圧を交互に印加することができる。
また、開口16から基板5の移動経路までの距離も特に限定されない。例えば、上述したサイズの第一〜第四のターゲット21a〜21dと、第一〜第四の磁石部材25a〜25dを用いる場合、120mmである。
上記の方法で成膜したSiO2膜を分析した。そのSiO2膜は、光の吸収がほとんどない良好な光学薄膜であることが分かった。
その測定条件を説明する。キャリア13を開口16と対面する位置に固定した。キャリア13上の基板5の近傍位置にK熱電対を設置した。そのK熱電対をレコーダーに接続して成膜時間における温度上昇を測定した。
尚、本発明のスパッタリング装置1を用いた場合と、図7に示した従来技術のスパッタリング装置110を用いた場合では、成膜レートは同等であった。
Claims (9)
- 表面が互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、
表面が前記第一のターゲットの表面と平行にされた第三のターゲットと、
表面が前記第二のターゲットの表面と平行にされ、前記第三のターゲットの表面と対向配置された第四のターゲットと、
前記第一〜第四のターゲットの裏面に配置された第一〜第四のカソード電極とを有し、
前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置の成膜対象物表面に薄膜を形成するように構成され、
前記第一のターゲットの表面は、前記第三のターゲットの表面と同一平面内にあり、
前記第二のターゲットの表面は、前記第四のターゲットの表面と同一平面内にあり、
前記第一〜第四のカソード電極に接続され、交流電圧を出力するスパッタリング電源を有し、前記スパッタリング電源は、前記第一、第二のカソード電極に同じ極性で同じ大きさの電圧を印加し、前記第三、第四のカソード電極に同じ極性で同じ大きさの電圧を印加するように接続され、
前記スパッタリング電源は、前記第一、第二のカソード電極に負電圧が印加される時には、前記第三、第四のカソード電極に前記第一、第二のカソード電極に対して正電圧が印加され、
前記第三、第四のカソード電極に負電圧が印加される時には、前記第一、第二のカソード電極に前記第三、第四のカソード電極に対して正電圧が印加されるような交流電圧を出力するスパッタリング装置。 - 前記第一、第二のターゲットは前記薄膜形成中の前記成膜対象物と前記第三、第四のターゲットの間に配置された請求項1記載のスパッタリング装置。
- 成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら移動させる移動機構を有する請求項1記載のスパッタリング装置。
- 前記第三、第四のターゲットは、前記薄膜形成中の前記成膜対象物が前記第三、第四のターゲットの間の空間と対面するように配置された請求項1記載のスパッタリング装置。
- 成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と、前記第三、第四のターゲットの間の空間に同時に対面させながら移動させる移動機構を有する請求項4記載のスパッタリング装置。
- 表面が互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、
表面が前記第一のターゲットの表面と平行にされた第三のターゲットと、
表面が前記第二のターゲットの表面と平行にされ、前記第三のターゲットの表面と対向配置された第四のターゲットとを有するスパッタリング装置の、
前記第一、第二のターゲット間の空間と対面する位置の成膜対象物に誘電体膜を成膜する成膜方法であって、
前記第一、第二のターゲットに負電圧を印加し、前記第三、第四のターゲットに前記第一、第二のターゲットに対して正電圧を印加する第一の電圧期間と、
前記第三、第四のターゲットに負電圧を印加し、前記第一、第二のターゲットに前記第三、第四のターゲットに対して正の電圧を印加する第二の電圧期間とが交互に繰り返される成膜方法。 - 前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら前記成膜対象物を移動させて前記誘電体膜を成膜する請求項6記載の成膜方法。
- 前記成膜対象物の移動方向の先端が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置に到達してから、前記成膜対象物の移動方向の最後尾が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置を通過し終わるまでに、前記第一、第二の電圧期間とがそれぞれ2回以上繰り返される請求項7記載の成膜方法。
- 前記第一のターゲットの表面は、前記第三のターゲットの表面と同一平面内にあり、
前記第二のターゲットの表面は、前記第四のターゲットの表面と同一平面内にある請求項6記載の成膜方法。
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