JP6151401B1 - スパッタリングカソード、スパッタリング装置および成膜体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平板状の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができるスパッタリングカソード、スパッタリング装置および成膜体の製造方法を提供する。【解決手段】スパッタリングカソードは、横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有する。このスパッタリングカソードを用い、スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方においてスパッタリングターゲットの長辺部よりも幅が狭い成膜領域を有する被成膜体をスパッタリングターゲットの一端面に平行に、かつ長辺部に垂直な方向に一定速度で移動させながら、スパッタリングターゲットの内面に沿って周回するプラズマが発生するように放電を行ってスパッタリングガスにより発生するプラズマ中のイオンによりスパッタリングターゲットの長辺部の内面をスパッタリングして被成膜体の成膜領域に成膜を行う。【選択図】図７

Description

この発明は、スパッタリングカソード、スパッタリング装置および成膜体の製造方法に関し、スパッタリング法により薄膜を成膜する各種のデバイスの製造に適用して好適なものである。

従来より、半導体デバイス、太陽電池、液晶ディスプレイ、有機ＥＬなどの各種のデバイスにおいて電極を形成する工程においては、電極材料の成膜に真空蒸着装置が多く用いられている。しかしながら、真空蒸着法は膜厚分布の制御が空間的にも時間的にも難点を有するため、スパッタリング法による電極材料の成膜が求められている。

従来、スパッタリング装置としては、平行平板マグネトロン式スパッタリング装置、ＲＦ方式スパッタリング装置、対向ターゲット式スパッタリング装置などが知られている。このうち対向ターゲット式スパッタリング装置においては、同じ材料で作られた二つの円形あるいは正方形あるいは矩形の同寸ターゲットを互いに平行に対向させ、それらの間の空間にスパッタリングガスを導入して放電を行わせることによりターゲットをスパッタリングすることにより成膜を行う（例えば、非特許文献１〜３参照。）。この対向ターゲット式スパッタリング装置は、二つのターゲット間に挟まれた空間にプラズマを拘束し、マグネトロン式スパッタリング装置におけるプラズマ拘束に遜色のない高真空、低電圧放電によりスパッタ粒子の発生を実現することができるとともに、プラズマ空間への磁場の形成によりプラズマを拘束することで被成膜基板の表面の中性反射プロセスガス衝撃を防止することができるという利点を有するとされている。

一方、リング状スパッタリングターゲットを用い、このリング状スパッタリングターゲットの内部のスパッタリング空間の軸方向に糸状または円筒状の被成膜体を移動させ、あるいは軸方向に固定した状態でスパッタリングを行うことにより被成膜体に成膜を行うスパッタリング装置が知られている（特許文献１参照。）。

特開２００９−２５６６９８号公報

J. Vac. Soc. Jpn. Vol.44, No.9, 2001, pp.808-814 東京工芸大学工学部紀要 Vol.30 No.1(2007)pp.51-58 ULVAC TECHNICAL JOURNAL No.64 2006, pp.18-22

しかしながら、上述の対向ターゲット式スパッタリング装置においては、対向する二つのターゲット間のプラズマ密度が低く、十分に高い成膜速度を得ることができないという欠点がある。

一方、特許文献１に提案されたスパッタリング装置では、平板状の被成膜体に成膜を行うことは困難であるという欠点がある。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、平板状の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができるスパッタリングカソード、スパッタリング装置および成膜体の製造方法を提供することである。

前記課題を解決するために、この発明は、
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有することを特徴とするスパッタリングカソードである。

また、この発明は、
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有するスパッタリングカソードと、
前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有し、
前記スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方において前記スパッタリングターゲットの前記長辺部よりも幅が狭い成膜領域を有する被成膜体を前記スパッタリングターゲットに対し、前記スパッタリングターゲットの前記長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、前記スパッタリングターゲットの内面に沿って周回するプラズマが発生するように放電を行ってスパッタリングガスにより発生するプラズマ中のイオンにより前記スパッタリングターゲットの前記長辺部の内面をスパッタリングすることにより前記被成膜体の前記成膜領域に成膜を行うことを特徴とするスパッタリング装置である。

また、この発明は、
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有するスパッタリングカソードを用い、
前記スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方において前記スパッタリングターゲットの前記長辺部よりも幅が狭い成膜領域を有する被成膜体を前記スパッタリングターゲットに対し、前記スパッタリングターゲットの前記長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、前記スパッタリングターゲットの内面に沿って周回するプラズマが発生するように放電を行ってスパッタリングガスにより発生するプラズマ中のイオンにより前記スパッタリングターゲットの前記長辺部の内面をスパッタリングすることにより前記被成膜体の前記成膜領域に成膜を行うことを特徴とする成膜体の製造方法である。

前記の発明においては、典型的には、スパッタリングターゲットの互いに対向する一対の長辺部の間の距離は、スパッタリングカソードをスパッタリング装置に取り付けて使用するときに、スパッタリングターゲットの上方の空間に向かうスパッタ粒子の数を十分に確保するとともに、スパッタリングターゲットの表面近傍に発生するプラズマから発生する光がスパッタリングターゲットの上方の空間を移動する被成膜体に照射されるのを防止する観点より、好適には、５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、より好適には、６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、最も好適には７０ｍｍ以上９０ｍｍ以下である。また、スパッタリングターゲットの一対の長辺部の間の距離に対する長辺部の長さの比は典型的には２以上、好適には５以上である。この比の上限は特に存在しないが、一般的には４０以下である。

スパッタリングターゲットの一対の長辺部は、典型的には互いに平行であるが、これに限定されるものではなく、互いに傾斜してもよい。スパッタリングターゲットの横断面形状は、典型的には、一対の長辺部が互いに平行であり、これらの長辺部に垂直な互いに対向する一対の短辺部を有する。この場合、スパッタリングターゲットは、横断面形状が矩形の角管状の形状を有する。スパッタリングターゲットの横断面形状は、例えば、長辺部に平行な方向の両端部が外側に向かって凸の互いに対向する一対の曲面部（例えば、半円形部）からなるものであってもよい。横断面形状が矩形の角管状の形状を有するスパッタリングターゲットは、典型的には、一対の長辺部を構成する第１平板および第２平板と、長辺部に垂直な互いに対向する一対の短辺部を構成する第３平板および第４平板とからなる。この場合、これらの第１平板〜第４平板を別々に作製し、これらを角管状に配置することによりスパッタリングターゲットを組み立てることができる。一対の長辺部を構成する第１平板および第２平板は、一般的には、成膜を行う材料と同じ組成の材料により構成されるが、互いに異なる材料により構成されたものであってもよい。例えば、第１平板を材料Ａにより構成し、第２平板を材料Ｂにより構成し、第１平板からのスパッタ粒子束と第２平板からのスパッタ粒子束とを被成膜体に入射させることにより、ＡとＢとからなる薄膜を成膜することができ、必要に応じて材料Ａ、Ｂとして二元以上の材料を用いることにより、多元系材料からなる薄膜を成膜することができる。より具体的には、例えば、第１平板を単一元素からなる金属Ｍ₁ により構成し、第２平板を単一元素からなる金属Ｍ₂ により構成することにより、Ｍ₁ とＭ₂ とからなる二元合金薄膜を成膜することが可能である。これは、真空蒸着法における二元蒸着法と同様な成膜法をスパッタリング装置で実現することができることを意味する。さらに、例えば、被成膜体とスパッタリングターゲットとの間に出し入れ可能な遮蔽板を挿入することで、例えば第２平板からのスパッタ粒子束を遮断し、被成膜体を移動させながら、第１平板からのスパッタ粒子束を被成膜体に入射させることにより被成膜体上にまずＡからなる薄膜を成膜し、続いて、第１平板からのスパッタ粒子束を遮断し、被成膜体を逆方向に移動させながら、第２平板からのスパッタ粒子束を被成膜体に入射させることにより被成膜体上にＢからなる薄膜を成膜することができる。こうすることで、被成膜体上にＡからなる薄膜とその上に形成されたＢからなる薄膜との二層構造の薄膜を成膜することができる。

一般的には、スパッタリングターゲットの一対の長辺部以外の部分からのスパッタ粒子束は成膜に積極的に使用しないが、意図しない元素の混入を防止するため、典型的には、スパッタリングターゲットの一対の長辺部以外の部分は長辺部と同種の材料により構成される。しかしながら、スパッタリングターゲットの一対の長辺部以外の部分からのスパッタ粒子束を成膜に積極的に使用する場合には、スパッタリングターゲットの一対の長辺部以外の部分は一対の長辺部と異なる材料により構成されることもある。

スパッタリングターゲットからは、スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方だけでなく、下方にもスパッタ粒子束を取り出すことができるため、必要に応じて、スパッタリングターゲットに囲まれた空間の下方において、別の被成膜体をスパッタリングターゲットに対し、このスパッタリングターゲットの長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、この被成膜体の成膜領域に成膜を行うようにしてもよい。

この発明によれば、スパッタリングカソードのスパッタリングターゲットが横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状、すなわち四方が囲まれた形状を有し、エロージョン面が内側を向いていることにより、スパッタリング装置にこのスパッタリングカソードを取り付けて放電を行ったとき、スパッタリングターゲットのエロージョン面側にスパッタリングターゲットの内面を周回するプラズマを発生させることができる。このため、プラズマ密度を高くすることができることにより、成膜速度を十分に高くすることができる。また、プラズマが多く生成される場所はスパッタリングターゲットの表面近傍に限定されるため、プラズマから発光する光が被成膜体に照射されることにより損傷が生じるおそれを最小限にすることができる。

この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードを示す平面図である。 この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置においてスパッタリングターゲットの表面近傍にプラズマが発生した状態を示す縦断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置においてスパッタリングターゲットの表面近傍にプラズマが発生した状態を示す平面図である。 この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置の実施例としてのスパッタリングカソードおよびアノードの構成を示す平面図である。 この発明の第３の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。 この発明の第３の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。 この発明の第３の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。 この発明の第３の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。 この発明の第３の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。 この発明の第４の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。 この発明の第５の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードを示す平面図である。

以下、発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）について図面を参照しながら説明する。

〈第１の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
図１および図２は第１の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図および平面図であり、スパッタリング装置の真空容器の内部に設けられたスパッタリングカソードおよびアノード付近の構成を示したものである。図１は図２のＸ−Ｘ線に沿っての断面図である。

図１および図２に示すように、このスパッタリング装置においては、横断面形状が矩形の角管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット１０と、このスパッタリングターゲット１０の外側に設けられた永久磁石２０と、この永久磁石２０の外側に設けられたヨーク３０とを有する。これらのスパッタリングターゲット１０、永久磁石２０およびヨーク３０によりスパッタリングカソードが形成されている。このスパッタリングカソードは、一般的には、電気的に絶縁された状態で真空容器に対して固定される。また、永久磁石２０およびヨーク３０により磁気回路が形成されている。永久磁石２０の極性は図１に示す通りであるが、各々が全く逆の極性でも何ら差し支えない。スパッタリングターゲット１０と永久磁石２０との間には、好適には冷却用のバッキングプレートが設けられ、このバッキングプレートの内部に設けられた流路に例えば冷却水が流される。スパッタリングターゲット１０により囲まれた直方体状の空間の下端の近傍に、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面が露出するようにＬ字型の断面形状を有するアノード４０が設けられている。このアノード４０は、一般的には、接地された真空容器に接続される。また、スパッタリングターゲット１０により囲まれた直方体状の空間の上端の近傍に、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面が露出するようにＬ字型の断面形状を有する光線遮断シールド５０が設けられている。光線遮断シールド５０は導電体、典型的には金属により形成される。光線遮断シールド５０はアノードを兼用し、アノード４０と同様に、一般的には、接地された真空容器に接続される。

図２に示すように、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部の間の距離をａ、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の短辺部の間の距離をｂとすると、ｂ／ａは２以上に選ばれ、一般的には４０以下に選ばれる。ａは一般的には５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に選ばれる。

このスパッタリング装置においては、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方において、図示省略した所定の搬送機構に保持された基板Ｓ（被成膜体）に対して成膜を行うようになっている。成膜は、基板Ｓを、スパッタリングターゲット１０に対し、スパッタリングターゲット１０の長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら行う。図１においては、一例として、基板Ｓを、スパッタリングターゲット１０の上端面に平行かつスパッタリングターゲット１０の長辺部に垂直な方向（図１中、矢印で示す方向）に一定速度で移動させる場合が示されている。スパッタリングターゲット１０の長辺部に平行な方向の基板Ｓの成膜領域の幅は、ｂより小さく選ばれ、成膜時にはスパッタリングターゲット１０の内側の互いに対向する一対の短辺部の間に収まるようになっている。基板Ｓの成膜領域の幅は基板Ｓの全面に成膜を行う場合は基板Ｓの幅と一致する。基板Ｓは、基本的にはどのようなものであってもよく、特に限定されない。基板Ｓは、いわゆるロールツーロールプロセスで用いられるようなロールに巻かれた長尺のフィルム状のものであってもよい。

［スパッタリング装置による成膜方法］
真空容器を真空ポンプにより高真空に排気した後、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間にスパッタリングガスとしてＡｒガスを導入し、アノード４０とスパッタリングカソードとの間に、所定の電源によりプラズマ発生に必要な、一般的には直流の高電圧を印加する。一般的には、アノード４０が接地され、スパッタリングカソードに負の高電圧（例えば、−４００Ｖ）が印加される。これによって、図３および図４に示すように、スパッタリングターゲット１０の表面近傍にこのスパッタリングターゲット１０の内面に沿って周回するプラズマ６０が発生する。

基板Ｓは、成膜前は、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方から十分に離れた位置にある。

スパッタリングターゲット１０の内面に沿って周回するプラズマ６０中のＡｒイオンによりスパッタリングターゲット１０がスパッタリングされる結果、スパッタリングターゲット１０を構成する原子がスパッタリングターゲット１０により囲まれた空間から上方に飛び出す。このとき、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面のうちプラズマ６０の近傍の部分の至る所から原子が飛び出すが、スパッタリングターゲット１０の内側の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子は、基本的には成膜に使用しない。このためには、スパッタリングターゲット１０の長辺方向の両端部を遮蔽するようにスパッタリングターゲット１０の上方に水平遮蔽板を設けることにより、スパッタリングターゲット１０の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子が成膜時に基板Ｓに到達しないようにすればよい。あるいは、スパッタリングターゲット１０の長手方向の幅ｂを基板Ｓの幅より十分に大きくすることにより、スパッタリングターゲット１０の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子が成膜時に基板Ｓに到達しないようにしてもよい。スパッタリングターゲット１０から飛び出る原子の一部は光線遮断シールド５０により遮られる結果、スパッタリングターゲット１０の長辺部のエロージョン面から、図５に示すようなスパッタ粒子束７０、８０が得られる。スパッタ粒子束７０、８０は、スパッタリングターゲット１０の長手方向にほぼ均一な強度分布を有する。

安定なスパッタ粒子束７０、８０が得られるようになった時点で、基板Ｓを、スパッタリングターゲット１０に対し、スパッタリングターゲット１０の長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、スパッタ粒子束７０、８０により成膜を行う。基板Ｓが、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方に向かって移動すると、まずスパッタ粒子束７０が基板Ｓに入射して成膜が開始する。基板Ｓの先端がスパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の中央付近の上方に差しかかった時点の様子を図６に示す。この時点では、スパッタ粒子束８０は成膜に寄与していない。基板Ｓがさらに移動し、スパッタ粒子束８０が入射するようになると、スパッタ粒子束７０に加えてスパッタ粒子束８０も成膜に寄与するようになる。基板Ｓがスパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の真上に移動した時の様子を図７に示す。図７に示すように、基板Ｓにスパッタ粒子束７０、８０が入射して成膜が行われる。こうして成膜を行いながら基板Ｓをさらに移動させる。そして、図８に示すように、基板Ｓが、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方から十分に離れ、基板Ｓに対してスパッタ粒子束７０、８０が入射しなくなる位置まで移動させる。こうして、基板Ｓ上に薄膜Ｆが成膜される。

［スパッタリング装置のスパッタリングカソードおよびアノードの実施例］
図９に示すように、スパッタリングターゲット１０を四つの板状のスパッタリングターゲット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにより形成し、永久磁石２０を四つの板状あるいは棒状の永久磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄにより形成し、ヨーク３０を四つの板状のヨーク３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄにより形成する。また、スパッタリングターゲット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと永久磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄとの間にそれぞれバッキングプレート９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄを挿入する。スパッタリングターゲット１０ａとスパッタリングターゲット１０ｃとの間の距離は８０ｍｍ、スパッタリングターゲット１０ｂとスパッタリングターゲット１０ｄとの間の距離は２００ｍｍ、スパッタリングターゲット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの高さは８０ｍｍとする。

ヨーク３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの外側には四つの板状のアノード１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄを設ける。これらのアノード１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄはアノード４０とともに、接地された真空容器に接続される。

以上のように、この第１の実施の形態によれば、スパッタリングカソードが、横断面形状が矩形の角管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット１０を有することにより、次のような種々の利点を得ることができる。すなわち、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面側にこのスパッタリングターゲット１０の内面を周回するプラズマ６０を発生させることができる。このため、プラズマ６０の密度を高くすることができることにより、成膜速度を十分に高くすることができる。また、プラズマ６０が多く生成される場所はスパッタリングターゲット１０の表面近傍に限定されるため、光線遮断シールド５０が設けられていることと相まって、プラズマ６０から発光する光が基板Ｓに照射されることにより損傷が生じるおそれを最小限に抑えることができる。また、永久磁石２０およびヨーク３０により形成される磁気回路により発生する磁力線はスパッタリングカソードに拘束され、基板Ｓに向かわないため、プラズマ６０や電子線により基板Ｓに損傷が生じるおそれがない。また、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部から得られるスパッタ粒子束７０、８０を用いて成膜を行うので、反射スパッタ中性ガスのエネルギーの高い粒子により基板Ｓが衝撃され、損傷が生じるのを最小限に抑えることができる。さらに、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部から得られるスパッタ粒子束７０、８０はこの長辺部に平行な方向に均一な強度分布を有するため、基板Ｓをこの長辺部を横断する方向、例えばこの長辺部に垂直な方向に一定速度で移動させながら成膜を行うことと相まって、基板Ｓ上に成膜される薄膜Ｆの膜厚のばらつきを小さくすることができ、例えば膜厚分布を±５％以下にすることができる。このスパッタリング装置は、例えば、半導体デバイス、太陽電池、液晶ディスプレイ、有機ＥＬなどの各種のデバイスにおいて電極材料の成膜に適用して好適なものである。

〈第２の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
このスパッタリング装置においては、スパッタリングターゲット１０として、図９に示すようにスパッタリングターゲット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄからなるものが用いられる。ただし、互いに対向する長辺部のスパッタリングターゲット１０ａ、１０ｃは互いに異なる材料により形成されている。このスパッタリング装置のその他の構成は第１の実施の形態によるスパッタリング装置と同様である。

［スパッタリング装置による成膜方法］
第１の実施の形態と同様に、基板Ｓを移動させながら、スパッタ粒子束７０、８０を用いて基板Ｓの成膜領域に成膜を行う。この場合、スパッタリングターゲット１０ａ、１０ｃが互いに異なる材料により形成されていることから、スパッタ粒子束７０の成分原子とスパッタ粒子束８０の成分原子とは互いに異なる。このため、基板Ｓ上に成膜される薄膜Ｆは、スパッタ粒子束７０の成分原子とスパッタ粒子束８０の成分原子とが混合した組成、言い換えると、概ね、スパッタリングターゲット１０ａを構成する材料の構成原子とスパッタリングターゲット１０ｃを構成する材料の構成原子とが混合した組成を有する。

この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、スパッタリングターゲット１０ａを構成する材料の構成原子とスパッタリングターゲット１０ｃを構成する材料の構成原子とが混合した組成を有する薄膜Ｆの成膜を行うことができるという利点を得ることができる。このため、例えば、スパッタリングターゲット１０ａを薄膜の密着性を向上させる機能を有するチタンにより形成し、スパッタリングターゲット１０ｃを他の金属により形成することで、チタンと他の金属とが混合した組成の薄膜Ｆの成膜を行うことができ、基板Ｓに対する密着性が優れた薄膜Ｆを得ることができる。

〈第３の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
図１０は第３の実施の形態によるスパッタリング装置を示す。このスパッタリング装置においては、第２の実施の形態によるスパッタリング装置と同様に、スパッタリングターゲット１０として、図９に示すようにスパッタリングターゲット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄからなり、互いに対向する長辺部のスパッタリングターゲット１０ａ、１０ｃが互いに異なる材料により形成されているものが用いられる。また、図１０に示すように、このスパッタリング装置においては、基板Ｓの高さと光線遮断シールド５０の高さとの間の高さにおいて、スパッタリングターゲット１０ｃからのスパッタ粒子束８０を遮断し、あるいは、スパッタリングターゲット１０ａからのスパッタ粒子束７０を遮断することができるように、図示省略した搬送機構に保持された水平遮蔽板９０を設置することができるようになっている。このスパッタリング装置のその他の構成は第１の実施の形態によるスパッタリング装置と同様である。

［スパッタリング装置による成膜方法］
例えば、まず、スパッタ粒子束７０だけで基板Ｓ上に薄膜の成膜を行うために、水平遮蔽板９０を図１０の一点鎖線で示す位置に移動する。この時点で、この水平遮蔽板９０によりスパッタ粒子束８０は遮断される。この状態で、図１０において矢印で示す方向に基板Ｓを移動させながら、図１１に示すように、スパッタ粒子束７０だけを用いて基板Ｓの成膜領域に成膜を行う。図１２に示すように、スパッタリングターゲット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにより囲まれた空間の上方から外れる位置まで基板Ｓを移動させる。こうして、薄膜Ｆ₁ の成膜が行われる。この薄膜Ｆ₁ は、スパッタ粒子束７０の成分原子、概ね、スパッタリングターゲット１０ａを構成する材料の構成原子からなる。次に、水平遮蔽板９０を、図１０に示すようにスパッタ粒子束７０が遮断される二点鎖線で示す位置まで水平方向に移動する。この状態で、図１０において矢印で示す方向と逆方向に基板Ｓを移動させながら、図１３に示すように、スパッタ粒子束８０だけを用いて基板Ｓの成膜領域に成膜を行う。図１４に示すように、スパッタリングターゲット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにより囲まれた空間の上方から外れる位置まで基板Ｓを移動させる。こうして、薄膜Ｆ₁ 上に薄膜Ｆ₂ の成膜が行われる。この薄膜Ｆ₂ は、スパッタ粒子束８０の成分原子、概ね、スパッタリングターゲット１０ｃを構成する材料の構成原子からなる。以上により、基板Ｓ上に互いに組成が異なる薄膜Ｆ₁ と薄膜Ｆ₂ とからなる二層膜の成膜を行うことができる。

薄膜Ｆ₁ の構成原子に、スパッタリングターゲット１０ｃを構成する材料の構成原子ができるだけ含まれず、逆に、薄膜Ｆ₂ の構成原子に、スパッタリングターゲット１０ａを構成する材料の構成原子ができるだけ含まれないようにするために、例えば、図１０に示すように、スパッタリングターゲット１０ａとスパッタリングターゲット１０ｃとの間の空間の中央部に垂直遮蔽板１００を挿入し、スパッタ粒子束７０にスパッタリングターゲット１０ｃを構成する材料の構成原子が混入しないようにするとともに、スパッタ粒子束８０にスパッタリングターゲット１０ａを構成する材料の構成原子が混入しないようにしてもよい。このように、垂直遮蔽板１００を挿入することができるのは、四つの板状のスパッタリングターゲット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの表面近傍をプラズマ６０が周回しており、スパッタリングターゲット１０ａとスパッタリングターゲット１０ｃとの間の空間の中央部にはプラズマ６０が形成されない本スパッタリングカソードの特徴の一つである。なお、垂直遮蔽板１００の代わりに、垂直方向に対して傾斜した遮蔽板を用いてもよい。

この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、例えば、基板Ｓ上に互いに組成が異なる薄膜Ｆ₁ と薄膜Ｆ₂ とからなる二層膜の成膜を行うことができるという利点を得ることができる。このため、例えば、スパッタリングターゲット１０ａを薄膜の密着性を向上させる機能を有するチタンにより形成し、スパッタリングターゲット１０ｃを他の金属により形成することで、基板Ｓに対する密着性が優れたチタンからなる薄膜Ｆ₁ の成膜を最初に行い、その上に他の金属からなる薄膜Ｆ₂ の成膜を行うことができ、基板Ｓに対する密着性が優れた薄膜Ｆ₁ と薄膜Ｆ₂ とからなる二層膜を得ることができる。

〈第４の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
第４の実施の形態によるスパッタリング装置は、基本的には第１の実施の形態によるスパッタリング装置と同様な構成を有するが、第１の実施の形態においては、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方に取り出されるスパッタ粒子束７０、８０を用いて基板Ｓを移動させながら成膜を行うのに対し、この第４の実施の形態においては、これと同時に、図１５に示すように、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する長辺部からこのスパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の下方に取り出されるスパッタ粒子束７０´、８０´を用いて別の基板に対しても成膜を行う。ここで、このスパッタリング装置においては、例えば、スパッタリングカソードおよびアノード４０を真空容器の側壁内面に固定することなどにより、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の下方に成膜を行うスペースを確保することができる。

［スパッタリング装置による成膜方法］
図１５に示すように、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方にスパッタ粒子束７０、８０を取り出すと同時に、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の下方にスパッタ粒子束７０´、８０´を取り出す。そして、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方においては、このスパッタリングターゲット１０に対し、このスパッタリングターゲット１０の長辺部を横断する方向に基板Ｓを移動させながら、スパッタ粒子束７０、８０を用いて基板Ｓ上に成膜を行うと同時に、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の下方においては、このスパッタリングターゲット１０に対し、このスパッタリングターゲット１０の長辺部を横断する方向に基板Ｓ´を移動させながら、スパッタ粒子束７０´、８０´を用いてこの基板Ｓ´上に成膜を行う。すなわち、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方において基板Ｓ上に成膜を行うと同時に、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の下方において基板Ｓ´上に成膜を行うことができる。

この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、二枚の基板Ｓ、Ｓ´に同時に成膜を行うことができるため、大幅な生産性の向上を図ることができるという利点を得ることができる。

〈第５の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
第５の実施の形態によるスパッタリング装置は、スパッタリングターゲット１０として図１６に示すようなものを用いる点が、第１の実施の形態によるスパッタリング装置と異なる。すなわち、図１６に示すように、スパッタリングターゲット１０は、互いに平行に対向する一対の長辺部とこれらの長辺部に連結した半円形部とからなる。スパッタリングターゲット１０の外側に設けられた永久磁石２０も、この永久磁石２０の外側に設けられたヨーク３０も、スパッタリングターゲット１０と同様な形状を有する。このスパッタリング装置のその他の構成は第１の実施の形態によるスパッタリング装置と同様である。

［スパッタリング装置による成膜方法］
このスパッタリング装置による成膜方法は第１の実施の形態と同様である。

以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、材料、構造、形状などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状などを用いてもよい。

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…スパッタリングターゲット、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ…永久磁石、３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ…ヨーク、４０…アノード、５０…光線遮断シールド、６０…プラズマ、７０、７０´、８０、８０´…スパッタ粒子束、９０…水平遮蔽板、１００…垂直遮蔽板、Ｓ、Ｓ´…基板

Claims (9)

1. 横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有することを特徴とするスパッタリングカソード。
2. 前記スパッタリングターゲットの横断面形状が互いに平行な前記一対の長辺部に垂直な互いに対向する一対の短辺部または外側に向かって凸の互いに対向する一対の曲面部を有することを特徴とする請求項１記載のスパッタリングカソード。
3. 前記スパッタリングターゲットの前記一対の長辺部の間の距離が５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のスパッタリングカソード。
4. 前記スパッタリングターゲットの前記一対の長辺部の間の距離に対する前記長辺部の長さの比が２以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のスパッタリングカソード。
5. 前記スパッタリングターゲットは、前記一対の長辺部を構成する第１平板および第２平板と、前記長辺部に垂直な互いに対向する一対の短辺部を構成する第３平板および第４平板とからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のスパッタリングカソード。
6. 前記第１平板と前記第２平板とが互いに異なる材料からなることを特徴とする請求項５記載のスパッタリングカソード。
7. 横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有するスパッタリングカソードと、
   前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有し、
   前記スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方において前記スパッタリングターゲットの前記長辺部よりも幅が狭い成膜領域を有する被成膜体を前記スパッタリングターゲットに対し、前記スパッタリングターゲットの前記長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、前記スパッタリングターゲットの内面に沿って周回するプラズマが発生するように放電を行ってスパッタリングガスにより発生するプラズマ中のイオンにより前記スパッタリングターゲットの前記長辺部の内面をスパッタリングすることにより前記被成膜体の前記成膜領域に成膜を行うことを特徴とするスパッタリング装置。
8. 前記スパッタリングターゲットの前記一対の長辺部の間の空間の中央部に遮蔽板を設置可能に構成されていることを特徴とする請求項７記載のスパッタリング装置。
9. 横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有するスパッタリングカソードを用い、
   前記スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方において前記スパッタリングターゲットの前記長辺部よりも幅が狭い成膜領域を有する被成膜体を前記スパッタリングターゲットに対し、前記スパッタリングターゲットの前記長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、前記スパッタリングターゲットの内面に沿って周回するプラズマが発生するように放電を行ってスパッタリングガスにより発生するプラズマ中のイオンにより前記スパッタリングターゲットの前記長辺部の内面をスパッタリングすることにより前記被成膜体の前記成膜領域に成膜を行うことを特徴とする成膜体の製造方法。

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