JP5969856B2

JP5969856B2 - スパッタリング装置

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Publication number: JP5969856B2
Application number: JP2012178720A
Authority: JP
Inventors: 浩二羽田; 義伸岡本; 光郎井上
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: JP2014037555A

Description

本発明は、プラズマによりターゲットをスパッタし、基板表面に所定の薄膜を形成するスパッタリング装置に関する。

従来より、チャンバー（真空チャンバー）内に金属スパッタリングターゲット（カソード）と基板を対向するように配置した平行平板型スパッタリング薄膜形成装置が多く用いられている。この装置では、アルゴンガスなどの不活性ガスをチャンバー内に導入し、スパッタリングターゲットに直流電圧又は高周波電圧を印加することで、チャンバー内にプラズマを発生させ、プラズマ中のイオンによりターゲットをスパッタし、基板の表面に目的の薄膜を形成する。

また、高速製膜を可能にするスパッタリング薄膜形成装置の一例として、マグネトロンスパッタリング装置が挙げられる。マグネトロンスパッタリング装置では、ターゲットの背面に設けられた電磁石又は永久磁石によりターゲットの表面近傍の空間にこの表面と平行な磁界を印加すると共に、ターゲットに直流電圧又は高周波電圧を印加してこの表面と垂直な電界を生成する。これら磁界及び電界を利用して、ターゲット表面近傍にプラズマを局在化させて生成し、そこでのプラズマ密度を高めることにより、プラズマから正イオンをターゲットに照射してターゲットを効率よくスパッタする。マグネトロンスパッタリング装置では磁界を用いない場合に比べて、膜の生成速度が速い、基板の温度上昇が少ないため基板の損傷を抑制しやすい、などの特長がある。

しかしながら、このようなマグネトロンスパッタリング装置によっても、ターゲット表面近傍のプラズマ密度を十分には高くすることができず、スパッタリング速度を十分に速くすることができない。

特許文献１には、ターゲット表面近傍のプラズマ密度をさらに高くするために、プラズマ発生を支援する複数の低インダンクタンスアンテナ（Low Inductance Antenna：ＬＩＡ（株式会社イー・エム・ディーの登録商標））を、ターゲットに沿って複数配置することにより、ターゲットの全域にわたって密度の高い誘導結合型プラズマを発生させて、ターゲットに対向して静止した基板上に対するスパッタリング速度の向上を図るスパッタリング装置が開示されている。

当該装置では、ＬＩＡを使用することにより、コイル状（渦巻き状）のアンテナを用いて誘導結合プラズマを発生させる手法に比べて、アンテナのインダクタンスが低いためにアンテナの電圧を下げられるので、プラズマダメージを抑制できる。また、アンテナ長を、高周波の波長の１／４以下に短くすることで、定在波の影響によるプラズマのむらに起因したスパッタむら（不均一さ）を抑制することが出来る。また、アンテナをチャンバー内に収容できるのでスパッタ効率を向上できる。さらに、成膜対象の基板サイズに応じて、ＬＩＡの個数を増加させることにより基板サイズが大きい場合でも、スパッタリング速度の向上を図ることが出来る。

特開２０１１−１７９０６１号公報

しかしながら、特許文献１のスパッタリング装置には、成膜対象の基板サイズが大きくなるほど、ＬＩＡの個数が増大するとともに、各ＬＩＡに高周波電力を供給する高周波電源の個数が増加することにより、装置のコスト増を招く問題や、基板サイズの変更に応じてＬＩＡの配置などを変更する必要があるために、基板のサイズ変更への柔軟な対応が困難になるといった問題がある。

本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、スパッタリング速度を向上させつつ、基板サイズの増大に対する装置コストの増大を抑制するとともに、基板サイズの変更に対して容易に対応可能なスパッタリング技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、第１の態様に係るスパッタリング装置は、真空排気されたチャンバーと、前記チャンバー内にプラズマ生成ガスを導入するプラズマ生成ガス導入部と、前記チャンバー内に設けられたターゲット保持部と、前記ターゲット保持部に保持されたターゲットの表面と、成膜対象の基板の表面とが所定の距離を隔てて対向するように、当該基板を保持する基板保持部と、前記ターゲットと、前記基板保持部に保持された前記基板との間にスパッタ用の電界を生成する電界生成部と、前記基板保持部に保持された前記基板を、前記基板の表面に略平行な所定の走査方向に、前記ターゲットに対して相対的に走査する走査機構と、前記ターゲットの側面に接触することなく当該側面に沿って配置された線状のプラズマ源を備えるとともに、当該プラズマ源によって、前記ターゲットの表面に沿った分布形状が帯状の高周波誘導結合プラズマを、当該帯状の高周波誘導結合プラズマの長手方向が前記走査方向を横切る方向となるように前記ターゲットの表面を含む領域に発生させるプラズマ発生部とを備え、前記プラズマ発生部が発生させた前記プラズマ生成ガスの高周波誘導結合プラズマによる前記ターゲットのスパッタリングによって前記基板上の二次元領域に成膜を行い、前記ターゲットの表面を当該表面に垂直な方向から見たときに、前記プラズマ生成ガス導入部は、前記チャンバー内に前記プラズマ生成ガスを導入するガス導入口が前記ターゲットの側面と、前記プラズマ源との間に位置するように、当該ガス導入口を備える。
第２の態様に係るスパッタリング装置は、第１の態様に係るスパッタリング装置であって、前記プラズマ生成ガス導入部が、複数の前記ガス導入口を備える。

第３の態様に係るスパッタリング装置は、第１または第２の態様に係るスパッタリング装置であって、前記ターゲットの前記側面の長さが、前記基板の表面に平行であるとともに前記走査方向に垂直な方向についての、前記基板保持部が基板を保持可能な領域の最大長さに略等しい。

第４の態様に係るスパッタリング装置は、第１から第３の何れか１つの態様に係るスパッタリング装置であって、前記プラズマ発生部が、前記ターゲットの互いに対向する２つの側面のそれぞれに対して、当該側面に沿って配置された前記プラズマ源を１以上備える。

第５の態様に係るスパッタリング装置は、第４の態様に係るスパッタリング装置であって、前記ターゲット保持部が、前記走査方向に配列された複数の前記ターゲットを、前記走査方向の距離が略一定の隙間が隣り合うターゲット間に形成されるように保持し、前記プラズマ発生部が、当該複数の前記ターゲットのうち互いに隣り合うターゲットの対のそれぞれに対して、ターゲット間の隙間に配置された前記プラズマ源を１以上備える。

第６の態様に係るスパッタリング装置は、第１から第３の何れか１つの態様に係るスパッタリング装置であって、前記プラズマ発生部が、前記ターゲットの各側面のうち前記走査方向の上流側と下流側とにおいて互いに対向する２つの側面の何れか一方のみに沿って配置された前記プラズマ源を１以上備える。

第７の態様に係るスパッタリング装置は、第１から第３の何れか１つの態様に係るスパッタリング装置であって、前記ターゲット保持部が、前記走査方向に配列された複数の前記ターゲットを、前記走査方向の距離が略一定の隙間が隣り合うターゲット間に形成されるように保持し、前記プラズマ発生部が、当該複数の前記ターゲットのうち互いに隣り合うターゲットの対のそれぞれに対して、ターゲット間の隙間に配置された前記プラズマ源を１以上備える。

第８の態様に係るスパッタリング装置は、第１から第７の何れか１つの態様に係るスパッタリング装置であって、前記プラズマ源が、高周波アンテナである。

第９の態様に係るスパッタリング装置は、第８の態様に記載のスパッタリング装置であって、前記高周波アンテナは、巻数が一周未満の導体である。

第１０の態様に係るスパッタリング装置は、第８の態様に係るスパッタリング装置であって、前記高周波アンテナが、Ｕ字形または円弧状である。

第１１の態様に係るスパッタリング装置は、第１から第７の何れか１つの態様に係るスパッタリング装置であって、前記プラズマ源が、ＥＣＲプラズマ源である。

第１２の態様に係るスパッタリング装置は、第１から第１１の何れか１つの態様に係るスパッタリング装置であって、前記プラズマ発生部が前記プラズマ源を複数備える場合に、当該複数の前記プラズマ源にそれぞれ供給される各電力が、相互に独立して制御可能である。

第１３の態様に係るスパッタリング装置は、第１から第１２の何れか１つの態様に係るスパッタリング装置であって、前記プラズマ発生部が前記プラズマ源を複数備える場合に、当該複数の前記プラズマ源のそれぞれと前記基板の表面との各距離が、相互に独立して調整可能である。

第１４の態様に係るスパッタリング装置は、第１から第１３の何れか１つの態様に係るスパッタリング装置であって、前記プラズマ発生部が前記プラズマ源を複数備える場合に、前記プラズマ生成ガス導入部が、当該複数の前記プラズマ源にそれぞれ対応して設けられた各前記ガス導入口から前記チャンバー内に導入する前記プラズマ生成ガスの各導入量を、相互に独立して調整可能である。

第１５の態様に係るスパッタリング装置は、第１の態様に係るスパッタリング装置であって、前記ターゲット保持部が、前記ターゲットを複数保持し、当該複数の前記ターゲットのそれぞれの表面は、互いに略合同な平行四辺形であって、前記平行四辺形の４辺のうち互いに平行な一対の辺の方向は、前記走査方向に対して垂直であり、当該複数の前記ターゲットの表面を当該表面に垂直な方向から見たときに、当該複数の前記ターゲットは、それぞれに対応する前記平行四辺形が、隣り合う平行四辺系同士が隙間を隔てるとともに、当該隙間を形成する２辺も互いに平行となるように、前記互いに平行な一対の辺の方向に沿って配列されており、前記プラズマ発生部が、前記複数の前記ターゲットのうち互いに隣り合うターゲットの対のそれぞれに対して、ターゲット間の隙間に配置された前記プラズマ源を備える。

本発明によれば、帯状の高周波誘導結合プラズマがターゲットの表面を含む領域に発生させられ、当該帯状の高周波誘導結合プラズマの長手方向を横切る方向である走査方向に基板が、ターゲットに対して相対的に移動される。従って、基板サイズの短辺の長さに応じた線状のプラズマ源を用意すれば成膜可能であるため、基板サイズの変動に対して容易に対応出来得るとともに、基板サイズの増大への対応に要する装置の製造コストを抑制でき得る。また、高周波誘導結合プラズマが使用されるので、当該プラズマが使用されない場合に比べて、スパッタリング速度をより向上できる。

実施形態に係るスパッタリング装置の全体構成の概略を例示する図である。実施形態に係るスパッタリング装置の全体構成の概略を例示する図である。スパッタリング装置の要部の概略構成を示す図である。高周波アンテナの例を示す側面図である。基板保持部と基板を例示する図である。基板保持部と基板を例示する図である。走査機構を例示する図である。走査機構を例示する図である。ターゲットに対する高周波アンテナの配置例を示す図である。ターゲットに対する高周波アンテナの配置例を示す図である。ターゲットに対する高周波アンテナの配置例を示す図である。ターゲットに対する高周波アンテナの配置例を示す図である。ターゲットに対する高周波アンテナの配置例を示す図である。ターゲットに対する高周波アンテナの配置例を示す図である。ターゲットに対する高周波アンテナの配置例を示す図である。ターゲットに対する高周波アンテナの配置例を示す図である。ターゲットと高周波アンテナとガス導入口との配置関係を例示する図である。基板と高周波アンテナとの距離の調整を説明する図である。高周波アンテナに供給される電力の制御を説明する図である。ガスの導入量の調整を説明する図である。基板と高周波アンテナとの距離の調整を説明する図である。高周波アンテナに供給される電力の制御を説明する図である。ガスの導入量の調整を説明する図である。高周波アンテナと高周波電源との対応関係の一例を示す図である。プラズマ密度の分布例を示す図である。実施形態に係るスパッタリング装置による処理手順を例示するフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。また、各図面は模式的に示されたものであり、例えば、各図面における表示物のサイズおよび位置関係等は必ずしも正確に図示されたものではない。また、一部の図面には、方向を説明するためにＸＹＺ直交座標軸が附されている。該座標軸におけるＺ軸の方向は、鉛直線の方向を示し、ＸＹ平面は水平面である。

＜実施形態＞
＜１．スパッタリング装置の構成＞
図１および図２は、実施形態に係るスパッタリング装置１０の全体構成の概略を例示する図である。図１は、側面図であり、図２は、上面図である。図３は、スパッタリング装置１０の要部の概略構成を示す図である。図４は、高周波アンテナ８０の例を示す側面図である。

図５および図６は、基板ホルダ７０（基板保持部）と基板７４を例示する図である。図６は、図５に示された基板ホルダ７０および基板７４の断面図である。図７および図８は、走査機構３７５を例示する図である。図７は、側面図であり、図８は、上面図である。以下に、図１〜図８を適宜参照しつつ、スパッタリング装置１０の構成について説明する。

スパッタリング装置１０は、板状のターゲット６０をプラズマによりスパッタし、基板７４（図５）の表面に所定の薄膜を形成するためのものである。

スパッタリング装置１０は、真空ポンプ（図示せず）により内部を真空にすることが可能なチャンバー１１と、真空排気されたチャンバー１１内にプラズマ生成ガスを導入するプラズマ生成ガス導入部１９と、チャンバー１１内に設けられ、ターゲット６０を保持するターゲット保持部２４と、成膜対象の基板７４を保持する基板ホルダ（「基板保持部」）７０と、スパッタ用電源（「電界生成部」）１６２とを備える。

基板ホルダ７０は、ターゲット保持部２４（図３）に保持されたターゲット６０の表面（図３のターゲット６０の上側、すなわち＋Ｚ側の面）と、基板７４の表面（図３の基板７４の下側、すなわち−Ｚ側の面）とが所定の距離を隔てて対向するように、基板７４を保持する。また、スパッタ用電源１６２は、ターゲット６０と、基板ホルダ７０に保持された基板７４との間にスパッタ用の電界を生成する。スパッタ用電源１６２は、ターゲットの種類や、スパッタ手法の種類に応じて、交流、直流、およびパルスＤＣのうち適した電力を供給するものであっても良い。

また、スパッタリング装置１０は、基板ホルダ７０に保持された基板７４を、基板７４の表面に略平行な所定の走査方向Ｘ１（図１、図３）に、ターゲット６０に対して相対的に走査する走査機構３７５（図５）と、チャンバー１１内に導入されたプラズマ生成ガスの高周波誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生部９０をさらに備える。走査機構３７５は、チャンバー１１内において、基板ステージ１５と、防着板３０１、３０２（それぞれ図３）との間の部分に設けられている。また、基板ステージ１５は、サセプタ３１１（図１）の下側に設けられている。

また、プラズマ発生部９０は、ターゲット６０の側面に接触することなく当該側面に沿ってその近傍に配置された線状の高周波アンテナ８０（「プラズマ源」）を備える。そして、プラズマ発生部９０は、高周波アンテナ８０によって、ターゲット６０の表面に沿った分布形状が帯状の高周波誘導結合プラズマを、当該帯状の高周波誘導結合プラズマの長手方向が走査方向Ｘ１を横切る方向（例えば、図２のＹ軸方向）となるようにターゲット６０の表面を含む領域に発生させる。

そして、スパッタリング装置１０は、プラズマ発生部９０が発生させたプラズマ生成ガスの高周波誘導結合プラズマによるターゲット６０のスパッタリングによって基板７４上の二次元領域に成膜を行う。なお、図２に示される例では、ターゲット６０の側面のうち、高周波アンテナ８０が近傍に配設される側面の長さは、基板７４の表面（および裏面）に平行であるとともに走査方向Ｘ１に垂直な方向、すなわち図２のＹ軸方向について前記基板保持部が基板を保持可能な領域の最大長さに略等しい。

チャンバー１１内には、図１に示されるように基板ホルダ７０の保持位置に対して上方（＋Ｚ側）に、チャンバー１１の内部の保護等を行うサセプタ３１１が設けられている。サセプタ３１１は、チャンバー１１の上面覆うようにチャンバー１１内に配設されており、石英（あるいは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等であってもよい）などによって形成されている。

また、チャンバー１１の側面には、開閉可能なゲート３５１、３５２が設けられている。基板７４を保持した基板ホルダ７０は、ゲート３５１からチャンバー１１内に搬入され、走査機構３７５によって走査方向Ｘ１に走査（搬送）されて、ゲート３５２からチャンバー１１の外部に搬出される。基板７４への成膜が行われるときには、成膜に先立って、基板７４がチャンバー１１内に搬入されて、ゲート３５１、３５２が閉鎖された状態で、不図示の真空ポンプによってチャンバー１１の内部空間１１３が真空排気される。そして、各ゲートが閉じられた状態でプラズマ生成ガス導入部１９のガス導入口２０からプラズマ生成ガスがチャンバー１１内に導入されることにより、内部空間１１３は、一定圧力下、一定のガス分圧下に維持される。ガス導入口２０は、例えば、誘電体窓１８３（図３）における高周波アンテナ８０とターゲット６０との間の部分に形成される。プラズマ発生部９０が複数の高周波アンテナ８０を備える場合には、ガス導入口２０は、例えば、各高周波アンテナ８０に対応する位置にそれぞれ設けられる。

スパッタリング装置１０が反応性スパッタリングでないスッパッタリングを行う場合には、プラズマ生成ガスとしては、不活性ガスであるＡｒガスまたはＫｒガスなどが採用される。スパッタリング装置１０が反応性スパッタリングを行う場合において、酸化膜を形成する場合には、プラズマ生成ガスとしての不活性ガスに加えて、反応性ガスとしての酸素（Ｏ_２ガス）が採用される。また、スパッタリング装置１０が窒化膜を形成する場合には、窒素（Ｎ_２ガス）が、炭化膜を形成する場合には、メタンガス（ＣＨ_３）が、硫化膜を形成する場合には硫化水素（Ｈ_２Ｓ）がそれぞれ採用される。

チャンバー１１の底部には、開口が設けられると共に、その開口を下側から塞ぐように、ベース板１４及びマグネトロンスパッタ用磁石１２、並びに高周波アンテナ８０を収容するためのターゲット・アンテナ配置部１８が取り付けられている。ターゲット・アンテナ配置部１８とチャンバー１１の底部との接続部はシール材により気密性が確保されている。従って、ターゲット・アンテナ配置部１８の壁はチャンバー１１の壁の一部としての役割を有する。ターゲット・アンテナ配置部１８には、基板ステージ１５の直下の位置にターゲット配置室（ターゲット配置部）１８１が設けられている。それと共に、ターゲット・アンテナ配置部１８の壁内（即ちチャンバー１１の壁内）であってターゲット配置室１８１の側方に、ターゲット配置室１８１を挟むように１対の高周波アンテナ配置室１８２が設けられている。

ターゲット配置室１８１は上端でチャンバー１１の内部空間１１３と連通している。ターゲット配置室１８１室内にはマグネトロンスパッタ用磁石１２が載置されている。マグネトロンスパッタ用磁石１２の上面にはベース板１４が設けられるとともに、ベース板１４に対向する基板ステージ１５がチャンバー１１の内部空間１１３に設けられる。基板ステージ１５は、アースされている。マグネトロンスパッタ用磁石１２の上下方向の位置は、その上面に設けられたベース板１４に載置されるターゲット６０の上面がターゲット・アンテナ配置部１８の上端付近（上端と同じ位置である必要はない）に配置されるように調整されている。また、ターゲット６０は、ベース板１４と、ターゲット保持部２４とによってベース板１４上面に保持されている。このようにマグネトロンスパッタ用磁石１２及びベース板１４が設けられることにより、ターゲット６０はチャンバー１１の内部空間１１３と連通した空間内に配置される。

マグネトロンスパッタ用磁石１２は、発生させる磁場（マグネトロン磁場）によって、ターゲット保持部２４に保持されたターゲット６０の表面部分のプラズマ密度を高める。ターゲット６０の表面部分におけるプラズマの広がり方は、チャンバー１１に導入されたプラズマ生成ガスの分圧や、マグネトロンスパッタ用磁石１２が発生させるマグネトロン磁場の強度などによって大きく変動する。なお、マグネトロンスパッタ用磁石１２が設けられないとしても、高周波アンテナ８０により高密度のプラズマが生成されるとともに、基板７４の走査による基板７４への成膜がおこなわれるので、本発明の有用性を損なうものではない。

また、ターゲット配置室１８１上端とチャンバー１１の内部空間１１３との境界には、ターゲット配置室１８１の側壁から内側に向かって延び、ターゲット６０の４辺の縁付近（縁を含む部分）を上から覆うように庇１８９が設けられている。この庇１８９はアノードとして機能する。

高周波アンテナ配置室１８２内には下側から高周波アンテナ８０が挿入されている。また、スパッタリング装置１０は、高周波アンテナ８０に高周波電力を供給する高周波電源１６１を備えている。高周波電源１６１は整合回路１６３を介して高周波アンテナ８０に接続されている。

高周波アンテナ８０は、例えば、図４に示されるように、金属製のパイプ状導体をＵ字形に曲げたものであり、２つの高周波アンテナ配置室１８２内に３個ずつ（図２）、「Ｕ」の字を上下逆向きにした状態で立設されている。なお、後述するように、高周波アンテナ８０の配置態様は、種々に変更可能である。高周波アンテナ８０の形状として、例えば、円弧状の形状が採用されても良い。また、高周波アンテナ８０の巻数は、好ましくは、一周未満である。定在波の発生を防止するために、高周波アンテナ８０の長さは、好ましくは、高周波電源１６１が供給する電力の波長の１／４以下の長さに設定される。高周波アンテナの一端から高周波電力が供給され、他端は接地される。これにより誘導結合プラズマが生成される。また、高周波アンテナ８０に代えて、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ源が採用されても良い。

Ｕ字形の高周波アンテナは巻数が１回未満の誘導結合アンテナに相当し、巻数が1回以上の誘導結合アンテナよりもインダクタンスが低いため、高周波アンテナの両端に発生する高周波電圧が低減され、生成するプラズマへの静電結合に伴うプラズマ電位の高周波揺動が抑制される。このため、対地電位へのプラズマ電位揺動に伴う過剰な電子損失が低減され、プラズマ電位が低減される。これにより、基板上での低イオンダメージの薄膜形成プロセスが可能となる。高周波アンテナ８０の金属性パイプ状導体は、スパッタリング装置１０の使用時に水などの冷媒１５１を通過させることにより高周波アンテナ８０を冷却する機能を有する。高周波アンテナ８０の高さ方向の位置は、「Ｕ」の字の底部とターゲット６０の上面が同程度の高さ（完全に同じである必要はない）になるように調整されている。なお、ターゲット６０、ベース板１４、およびアースされる基板ステージ１５なども非常に高温になるため、好ましくは、高周波アンテナ８０と同様に、冷媒１５１によって冷却される。

高周波アンテナ配置室１８２とチャンバー１１の内部空間１１３の間には誘電体製の窓（誘電体窓）１８３が設けられている。高周波アンテナ８０の上端側の一部は、誘電体窓１８３を貫通して、誘電体窓１８３からチャンバー１１の内部側に突設されている。高周波アンテナ８０の該突設部分は、石英などからなる誘電体の保護パイプ４１１により覆われている。以上のように高周波アンテナ８０、および誘電体窓１８３が設けられることにより、高周波アンテナ８０のうちチャンバー１１の内部空間１１３側に突設された突設部分は、チャンバー１１の内部空間１１３のプラズマに晒されることなく、ターゲット６０に対する該突設部分の配置を調整することが出来る。高周波アンテナ８０のうち高周波アンテナ配置室１８２の内部に配設されている部分は、チャンバー１１の内部空間１１３に発生するプラズマに晒されることがない。従って、高周波アンテナ８０のメンテナンスの容易さを保ちつつ、高周波アンテナ８０が発生するプラズマ密度の向上を図ることが出来る。

高周波アンテナ８０の２本の脚（「Ｕ」の字における２本の縦線に相当）にはフィードスルーを介して蓋１８５が取り付けられている。蓋１８５は高周波アンテナ配置室１８２の下部に取り付けられるものであり、真空シールにより、高周波アンテナ配置室１８２及びチャンバー１１により構成される領域と外部の境界を気密に閉塞することができる。そして、蓋１８５に対する高周波アンテナ８０の位置を調整することにより、高周波アンテナ８０の上端部分と、ターゲット６０の上面との位置関係を調整することが出来る。

図５、６に示されるように、基板７４は、基板ホルダ７０の下部に設けられた爪によって保持された状態で、走査機構３７５（図７、図８）により所定の走査方向Ｘ１に走査される。基板ホルダ７０としては、例えば、板部材の周縁部以外の部分に１つの大きな貫通穴が空けられたものや、図５、図６の例のように、格子状の枠部により隣り合う貫通穴が隔てられた行列状の複数の貫通穴７２が板部材に形成されたものなどが採用される。基板ホルダ７０の各貫通穴７２には、下面側の部分の穴径が、上面側の部分の穴径よりも小さくなるように、下面側に爪状等の突起部が形成されており、該突起部によって穴部にはめ込まれた基板７４は、該突起部によって支持される。従って、基板７４は、表面と裏面とがひっくり返されたそれぞれの状態で、該突起部によって支持されることによって、両面に成膜され得る。

基板ホルダ７０は、複数の基板７４を保持することが出来る。基板７４のサイズが、基板ホルダ７０と同程度に大きい場合には、基板７４は、走査機構３７５によって直接保持されて、走査方向Ｘ１に走査される。従って、この場合には、走査機構３７５が、基板保持部および走査機構として動作する。基板ホルダ７０は、例えば、カーボンコンポジットで成型される。また、基板７４は、シリコンの角型ウエハなどにより構成される。

図７、図８に示されるように、走査機構３７５は、複数の搬送ローラ３７１と駆動ベルト３７３とを備えて構成される。基板ホルダ７０は、複数の搬送ローラ３７１が走査方向Ｘ１（Ｘ軸方向）に配列された各ローラ列によって、−Ｙ側の端部と、＋Ｙ側の端部とのそれぞれにおいて、表裏面のそれぞれを挟まれた状態で、ローラ列を構成する各搬送ローラ３７１が回転することにより、走査方向Ｘ１に走査される。また、基板ホルダ７０の＋Ｙ側の端部に配された各ローラ列を形成する各搬送ローラ３７１は、ローラ列に接する駆動ベルト３７３の移動によって回転可能に構成されている。また、基板７４のサイズが基板ホルダ７０のサイズと同程度である場合には、基板ホルダ７０は不要となり、各ローラが基板７４の表裏面に直接接した状態で、基板７４が走査方向Ｘ１に走査される。以上の構成より、走査機構３７５は、基板ホルダ７０または基板７４を走査方向Ｘ１方向に一定速度で走査（搬送）する。

図３に示されるように、防着板３０１、３０２は、ターゲット６０の上方部分に基板が存在しない場合に、サセプタ３１１やチャンバー内の他の部分に対して成膜が行われることを防止するために設けられた板状の部材である。防着板３０１は、搬送歯車３０３の回転により矢印Ｘ２方向に搬送され、防着板３０２は、搬送歯車３０４の回転により矢印Ｘ３方向に搬送される。また、基板ステージ１５などへの成膜を効果的に防止するために、防着板３０１は、ターゲット６０の上方部分を走査される基板ホルダ７０の先端（＋Ｘ側端部）と、防着板３０１の後端（−Ｘ側端部）とのＸ軸方向の位置が等しくなるように搬送される。同様に、防着板３０２は、ターゲット６０の上方部分を走査される基板ホルダ７０の後端（−Ｘ側端部）と防着板３０２の先端（＋Ｘ側端部）とのＸ軸方向の位置が等しくなるように搬送される。防着板３０１、３０２は、スパッタリング装置１０の動作期間が長くなるにつれて汚れていくため、定期的なクリーニングまたは交換が必要となる。

＜２．ターゲットに対する高周波アンテナの配置＞
図９〜１６は、ターゲット６０に対する高周波アンテナ８０の配置例をそれぞれ示す図である。スパッタリング装置１０は、ターゲット６０に対して密度ムラの少ない帯状の高密度プラズマを発生させるために、ターゲット６０と高周波アンテナ８０との種々の配置態様を採用し得る。

図２に示される例では、プラズマ発生部９０が、ターゲット６０の互いに対向する２つの側面のそれぞれに対して、当該側面に沿って配置された高周波アンテナ８０を３本備えている。図９に示される例では、プラズマ発生部９０は、２つのターゲット６０が列設され、その間、および両側にそれぞれ、ターゲット６０の側面に沿って高周波アンテナが３本ずつ備えている。

図１０、図１１に示される例では、走査方向Ｘ１に沿って配列された複数のターゲット６０が、隣り合うターゲット間に、走査方向Ｘ１の距離が略一定である隙間が形成されるように設けられている。そして、プラズマ発生部９０が、複数のターゲット６０のうち互いに隣り合うターゲットの対のそれぞれに対して、ターゲット間の隙間に配置された高周波アンテナ８０を１以上備えている。また、図９には、図１０の配置例に対して、さらに、両端のターゲット６０には、両側面のそれぞれに沿った高周波アンテナ８０が３本配置されている。

また、図９の配置例は、図１０の配置例において、配列された複数のターゲット６０のうちの両端のターゲット６０が、他のターゲット６０が存在しない側の側面に沿って、３本の高周波アンテナ８０を備えている。

図１２に示される例では、プラズマ発生部９０が、ターゲット６０の各側面のうち走査方向Ｘ１の上流側と下流側とにおいて互いに対向する２つの側面の何れか一方のみに沿って配置された高周波アンテナ８０を１以上備えている。図１２の例では、ターゲット６０の−Ｘ側の側面のみに沿って、高周波アンテナ８０が設けられているが、＋Ｘ側の側面のみに沿って、高周波アンテナ８０が設けられてもよい。また、図１３の例は、図１２のターゲット６０が複数配列された例である。また、図１４の例は、図１３の例が、Ｚ軸周りに１８０度回転された状態である。

図１５に示される例では、プラズマ発生部９０が、ターゲット６０の側面と、対向する他側面とのそれぞれに沿って、複数ずつターゲット６０を挟んで配置された複数の高周波アンテナ８０を備えている。そして、当該複数の高周波アンテナ８０は、−Ｘ側の側面と＋Ｘ側の側面とで、配置位置をこれらの側面に平行な方向に沿ってずらされることによって、Ｘ側の側面と＋Ｘ側の側面とで、側面に平行な方向に互い違いに配置されている。これによって、走査方向と垂直方向のプラズマ密度のさらなる均一化を図っている。

図１６に示される例では、それぞれの表面が互いに略合同な平行四辺形である複数のターゲット６０が設けられている。当該平行四辺形の４辺のうち互いに平行な一対の辺の方向は、走査方向Ｘ１（Ｘ軸）に対して垂直なＹ軸方向であり、当該複数のターゲット６０の表面を当該表面に垂直な方向から見たときに、複数のターゲット６０は、それぞれに対応する平行四辺形が、隣り合う平行四辺系同士が隙間を隔てるとともに、当該隙間を形成する２辺も互いに平行となるように、Ｙ軸方向に沿って配列されている。そして、プラズマ発生部９０が、複数のターゲット６０のうち互いに隣り合うターゲットの対のそれぞれに対して、ターゲット間の隙間に配置された高周波アンテナ８０を備える。これによって、走査方向と垂直方向のプラズマ密度のさらなる均一化を図っている。

なお、図９、図１０、図１３、図１４の例では、ターゲット６０を挟んで互いに対向する高周波アンテナ８０が設けられている。

スパッタリング装置１０は、上述したようなターゲット６０と高周波アンテナ８０との種々の配置を採用することにより、生成されるプラズマの密度むらを抑制できる。なお、上記の例では線状のプラズマ源は、３本以上の高周波アンテナであったが、一本でも２本でもよく、線状のプラズマ源となる配置であればいずれの本数でもよい。

＜３．複数の高周波アンテナに対応した調整等＞
図１７は、ターゲット６０と高周波アンテナ８０とガス導入口２０との配置関係を例示する図である。図１８および図２１は、基板７４と高周波アンテナ８０との距離の調整を説明する図である。図１９および図２２は、高周波アンテナに供給される電力の制御を説明する図である。図２０および図２３は、プラズマ生成ガスの導入量の調整を説明する図である。

図１７に示されるように、スパッタリング装置１０は、例えば、ターゲット６０の表面を当該表面に垂直な方向から見たときに、ターゲット６０の側面と、高周波アンテナ８０との間にガス導入口２０が位置するように、複数のガス導入口２０を備えている。そして、ガス導入口２０は、各高周波アンテナ８０に対応して設けられている。

また、図１８に示されるように、高周波アンテナ８０が、Ｙ軸方向、すなわち帯状の高周波誘導結合プラズマの長手方向に沿って複数備えられている場合には、当該複数の高周波アンテナ８０のそれぞれと、基板７４（基板ホルダ７０）の表面との各距離は、相互に独立して調整可能である。

同様に、図２１に示されるように、高周波アンテナ８０が、Ｘ軸方向、すなわち走査方向Ｘ１に沿って複数備えられている場合には、当該複数の高周波アンテナ８０のそれぞれと、基板７４（基板ホルダ７０）の表面との各距離は、相互に独立して調整可能である。

また、図１９に示されるように、高周波アンテナ８０が、Ｙ軸方向に沿って複数備えられている場合には、当該複数の高周波アンテナ８０にそれぞれ供給される各電力は、相互に独立して制御可能である。同様に、図２２に示される例では、Ｘ軸方向に沿って複数備えられている場合には、当該複数の高周波アンテナ８０にそれぞれ供給される各電力は、相互に独立して制御可能である。

また、図２０に示されるように、高周波アンテナ８０が、Ｙ軸方向に沿って複数備えられている場合には、当該複数の高周波アンテナ８０にそれぞれ対応して設けられた各ガス導入口２０からチャンバー１１の内部空間１１３に導入するプラズマ生成ガスの各導入量は、相互に独立して調整可能である。同様に、図２３に示されるように、高周波アンテナ８０が、Ｘ軸方向に沿って複数備えられている場合には、当該複数の高周波アンテナ８０にそれぞれ対応して設けられた各ガス導入口２０からチャンバー１１の内部空間１１３に導入するプラズマ生成ガスの各導入量は、相互に独立して調整可能である。

図２４は、高周波アンテナ８０と高周波電源１６１との対応関係の一例を示す図である。図２４に示される例では、１個の高周波電源１６１が、分配板３８５を介して複数（６個）の高周波アンテナ８０に対する電力の供給を行っている。分配板３８５に代えて分配器が採用されても良い。上述したように、高周波アンテナ８０が複数備えられる場合には、各高周波アンテナ８０毎に独立した電力の供給が可能であるが、独立して電力制御する必要のない高周波アンテナ８０が含まれる場合もある。そして、独立して制御する高周波アンテナ８０に対して１つの共通の高周波電源１６１から電力を供給することによって、高価な高周波電源１６１の個数を削減して、スパッタリング装置１０の製造コストを削減できる。

図２５は、プラズマ密度の分布例を示す図である。グラフＧ１は、ターゲット６０の側面（ターゲット６０の長手方向の側面）に沿って配置された複数（６個）の高周波アンテナ８０のそれぞれよって生成されたプラズマのプラズマ密度を示している。そして、グラフＧ２は、これら複数の高周波アンテナ８０が生成したプラズマが合成されたプラズマの密度分布を示している。図２５の例では、ターゲット６０の側面（ターゲット６０の長手方向の側面）に沿って配置された複数の高周波アンテナ８０のそれぞれよって生成されたプラズマ密度のうち、端部の高周波アンテナ８０が、端部以外の高周波アンテナ８０よりも分布密度が高い高周波誘導結合プラズマを発生させている。そして、このような制御によって、合成されたプラズマの密度は、ターゲット長手方向の均一性が向上している。すなわち、全体的に密度が均一な帯状のプラズマが生成されている。

＜４．スパッタリング装置の動作＞
図２６は、実施形態に係るスパッタリング装置１０によるスパッタリングの手順を例示するフローチャートである。

先ず、ターゲット６０、基板７４を保持した基板ホルダ７０がゲート３５１からチャンバー１１の内部空間１１３に搬入される。そして、ターゲット６０がベース板１４に、基板ホルダ７０が走査機構３７５に、それぞれ取り付けられて、全てのゲートが閉鎖される（ステップＳ１１０）。

次に、真空ポンプによりチャンバー１１内を真空にした後、チャンバー１１の内部空間１１３が所定の圧力（ガス分圧）になるように、プラズマ生成ガス導入部１９がプラズマ生成ガスをチャンバー１１内に導入する（ステップＳ１２０）。

続いて、マグネトロンスパッタ用磁石１２の電磁石に直流電流を流すことにより、マグネトロンスパッタ用磁石１２から、ターゲット６０の近傍であって高周波アンテナ８０の導体を含む領域内に磁界を形成する。そして、それと共に、ベース板１４と基板ステージ１５を電極として両者の間にスパッタ用電源１６２により、例えば、直流電圧を印加（バイアスの印加）し、両電極間に直流電界を形成する。さらに、高周波電源１６１から高周波アンテナ８０に高周波電力を投入することにより、高周波アンテナ８０の周囲に高周波誘導電界を形成する（ステップＳ１３０）。そして、基板ホルダ７０（基板７４）の搬送（走査）によるスパッタリング成膜が行われる（ステップＳ１４０）。

より詳細には、上記磁界、上記直流電界及び上記高周波誘導電界により、プラズマ生成ガスの分子が電離してプラズマが生成される。そして、このプラズマから供給される電子は、上記磁界及び上記電界が直交した領域でのＥ×Ｂドリフトにより効果的に閉じ込められ、ガス分子の電離が促進され、多量の陽イオンが生成される。これら陽イオンがターゲット６０の表面に衝突することにより、ターゲット６０の表面からスパッタ粒子が飛び出す。そのスパッタ粒子はターゲット６０の表面から、ターゲット６０の上方を走査されている基板７４の表面に輸送され、基板７４の表面に付着する。こうして基板７４の表面にスパッタ粒子が堆積することにより、薄膜が形成される。

基板ホルダ７０（基板７４）の走査が終了すると、ベース板１４と基板ステージ１５を電極として両者の間へのスパッタ用電源１６２によるバイアスの印加が停止されるとともに、高周波電源１６１から高周波アンテナ８０への高周波電力の供給が停止される（ステップＳ１５０）。次に、ゲート３５２が解放されて、基板ホルダ７０に保持された状態で、基板７４がチャンバー１１の内部空間１１３から搬出される（ステップＳ１６０）。

以上のように構成された本実施形態に係るスパッタリング装置によれば、帯状の高周波誘導結合プラズマがターゲットの表面を含む領域に発生させられ、当該帯状の高周波誘導結合プラズマの長手方向を横切る方向に、走査方向に基板が、ターゲットに対して相対的に走査される。従って、基板サイズが変動しても同じ装置構成により成膜できる可能性が高められるので、基板サイズの変動に対して容易に対応出来得るとともに、基板サイズの増大への対応に要する装置の製造コストを抑制でき得る。また、高周波誘導結合プラズマが使用されるので、当該プラズマが使用されない場合に比べて、スパッタリング速度をより向上できる。また、基板の走査方向についての膜質は、線状のプラズマ源によるプラズマ密度は安定しているので、線状のプラズマ源の長手方向のプラズマ密度の分布を均一にすれば、２次元領域に均一な特性の膜を形成することができる。また、種々の成膜条件（高周波アンテナー基板間距離、ガス供給量、高周波アンテナへの印加電圧）を独立調整可能な装置を提供することで、種々のプロセス応じた適切なプロセス条件を設定可能とし、希望する膜を形成することができる。

また、以上のように構成された本実施形態に係るスパッタリング装置によれば、ターゲット６０の側面のうち高周波アンテナ８０が近傍に接して設けられる側面の長さが、基板の表面に平行であるとともに走査方向Ｘ１に垂直な方向についての、基板ホルダ７０が基板を保持可能な領域の最大長さに略等しいので、１つのターゲット６０によって、スパッタリング装置１０が当該垂直な方向について成膜し得る最大の幅を成膜し得る。

本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、スパッタリング装置１０が、走査方向Ｘ１（主走査方向）に垂直な副走査方向に基板を走査可能な走査機構をさらに備えることにより、各種の基板サイズへの対応がより容易となる。また、当該二次元走査において、成膜を意図しない領域への成膜を抑制できるマスクが採用されれば、成膜の品質を向上させることができる。また、ターゲット６０が、棒状かシリンダー状の長いものであり、それに沿った高周波アンテナ８０が設けられても良い。また、高周波アンテナは、メンテナンス性能を向上させるため、そのＵ形状の中央部分の直線部分を突設させることなく誘電体窓の下側に配置してもよいし、また、メンテナンス性とプラズマの生成能力のバランスから判断して、その直線部分の上側半分だけが、突設するように配置してもよい。

１０スパッタリング装置
１１チャンバー
１６２スパッタ用電源
１９プラズマ生成ガス導入部
２４ターゲット保持部
３７５走査機構
６０ターゲット
７０基板ホルダ
８０高周波アンテナ
９０プラズマ発生部

Claims

真空排気されたチャンバーと、
前記チャンバー内にプラズマ生成ガスを導入するプラズマ生成ガス導入部と、
前記チャンバー内に設けられたターゲット保持部と、
前記ターゲット保持部に保持されたターゲットの表面と、成膜対象の基板の表面とが所定の距離を隔てて対向するように、当該基板を保持する基板保持部と、
前記ターゲットと、前記基板保持部に保持された前記基板との間にスパッタ用の電界を生成する電界生成部と、
前記基板保持部に保持された前記基板を、前記基板の表面に略平行な所定の走査方向に、前記ターゲットに対して相対的に走査する走査機構と、
前記ターゲットの側面に接触することなく当該側面に沿って配置された線状のプラズマ源を備えるとともに、当該プラズマ源によって、前記ターゲットの表面に沿った分布形状が帯状の高周波誘導結合プラズマを、当該帯状の高周波誘導結合プラズマの長手方向が前記走査方向を横切る方向となるように前記ターゲットの表面を含む領域に発生させるプラズマ発生部と、
を備え、前記プラズマ発生部が発生させた前記プラズマ生成ガスの高周波誘導結合プラズマによる前記ターゲットのスパッタリングによって前記基板上の二次元領域に成膜を行い、
前記ターゲットの表面を当該表面に垂直な方向から見たときに、
前記プラズマ生成ガス導入部は、
前記チャンバー内に前記プラズマ生成ガスを導入するガス導入口が前記ターゲットの側面と、前記プラズマ源との間に位置するように、当該ガス導入口を備えるスパッタリング装置。
請求項１に記載のスパッタリング装置であって、
前記プラズマ生成ガス導入部が、複数の前記ガス導入口を備えるスパッタリング装置。
請求項１または請求項２に記載のスパッタリング装置であって、
前記ターゲットの前記側面の長さが、前記基板の表面に平行であるとともに前記走査方向に垂直な方向についての、前記基板保持部が基板を保持可能な領域の最大長さに略等しいスパッタリング装置。
請求項１から請求項３の何れか１つの請求項に記載のスパッタリング装置であって、
前記プラズマ発生部が、
前記ターゲットの互いに対向する２つの側面のそれぞれに対して、当該側面に沿って配置された前記プラズマ源を１以上備えるスパッタリング装置。
請求項４に記載のスパッタリング装置であって、
前記ターゲット保持部が、前記走査方向に配列された複数の前記ターゲットを、前記走査方向の距離が略一定の隙間が隣り合うターゲット間に形成されるように保持し、
前記プラズマ発生部が、
当該複数の前記ターゲットのうち互いに隣り合うターゲットの対のそれぞれに対して、ターゲット間の隙間に配置された前記プラズマ源を１以上備えるスパッタリング装置。
請求項１から請求項３の何れか１つの請求項に記載のスパッタリング装置であって、
前記プラズマ発生部が、
前記ターゲットの各側面のうち前記走査方向の上流側と下流側とにおいて互いに対向する２つの側面の何れか一方のみに沿って配置された前記プラズマ源を１以上備えるスパッタリング装置。
請求項１から請求項３の何れか１つの請求項に記載のスパッタリング装置であって、
前記ターゲット保持部が、前記走査方向に配列された複数の前記ターゲットを、前記走査方向の距離が略一定の隙間が隣り合うターゲット間に形成されるように保持し、
前記プラズマ発生部が、
当該複数の前記ターゲットのうち互いに隣り合うターゲットの対のそれぞれに対して、ターゲット間の隙間に配置された前記プラズマ源を１以上備えるスパッタリング装置。
請求項１から請求項７の何れか１つの請求項に記載のスパッタリング装置であって、
前記プラズマ源が、高周波アンテナであるスパッタリング装置。
請求項８に記載のスパッタリング装置であって、
前記高周波アンテナは、巻数が一周未満の導体であるスパッタリング装置。
請求項８に記載のスパッタリング装置であって、
前記高周波アンテナが、Ｕ字形または円弧状であるスパッタリング装置。
請求項１から請求項７の何れか１つの請求項に記載のスパッタリング装置であって、
前記プラズマ源が、ＥＣＲプラズマ源であるスパッタリング装置。
請求項１から請求項１１の何れか１つの請求項に記載のスパッタリング装置であって、
前記プラズマ発生部が前記プラズマ源を複数備える場合に、
当該複数の前記プラズマ源にそれぞれ供給される各電力が、相互に独立して制御可能であるスパッタリング装置。
請求項１から請求項１２の何れか１つの請求項に記載のスパッタリング装置であって、
前記プラズマ発生部が前記プラズマ源を複数備える場合に、
当該複数の前記プラズマ源のそれぞれと前記基板の表面との各距離が、相互に独立して調整可能であるスパッタリング装置。
請求項１から請求項１３の何れか１つの請求項に記載のスパッタリング装置であって、
前記プラズマ発生部が前記プラズマ源を複数備える場合に、
前記プラズマ生成ガス導入部が、
当該複数の前記プラズマ源にそれぞれ対応して設けられた各前記ガス導入口から前記チャンバー内に導入する前記プラズマ生成ガスの各導入量を、相互に独立して調整可能であるスパッタリング装置。
請求項１に記載のスパッタリング装置であって、
前記ターゲット保持部が、前記ターゲットを複数保持し、
当該複数の前記ターゲットのそれぞれの表面は、互いに略合同な平行四辺形であって、
前記平行四辺形の４辺のうち互いに平行な一対の辺の方向は、前記走査方向に対して垂直であり、
当該複数の前記ターゲットの表面を当該表面に垂直な方向から見たときに、
当該複数の前記ターゲットは、
それぞれに対応する前記平行四辺形が、隣り合う平行四辺系同士が隙間を隔てるとともに、当該隙間を形成する２辺も互いに平行となるように、前記互いに平行な一対の辺の方向に沿って配列されており、
前記プラズマ発生部が、
前記複数の前記ターゲットのうち互いに隣り合うターゲットの対のそれぞれに対して、ターゲット間の隙間に配置された前記プラズマ源を備えるスパッタリング装置。