JP6948126B2 - スパッタ装置及び電極膜の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタ装置及び電極膜の製造方法に関するものである。

薄膜を用いた電子部品において、電極となる薄膜には低抵抗な金属が用いられている。その成膜方法には様々あるが、膜密度や密着性が良好な方法としてスパッタ法が良く知られている。

スパッタ法により成膜を行うスパッタ装置は、カソードとアノードが対向するような構成になっており、カソードには成膜材料、アノードの一部には成膜される基板が配置されている。また、カソードの背面に磁石を配置し、発生する磁場によってカソード近傍の電子密度を高くしてスパッタするマグネトロンスパッタ法が広く使用されている。

カソードには円板型、矩形板型、円筒型など様々な形状があり、成膜範囲によって異なる。

低抵抗な電極膜を成膜する方法の一つに、成膜方向の角度制限を行うものがある。従来方法としては、成膜される基板に飛来してくるスパッタ粒子のうち、特定の方向のみ通過できるような構造物（制限部材）をカソードと基板の間に配置するものがよく知られている。その構造物には、１枚もしくは複数枚の板をカソード面に対して平行もしくは垂直に並べたものや、多数の穴が空いたコリメーター等が挙げられる（例えば特許文献１，２参照）。なお、構造物をカソード面に対して垂直に配置した場合には、平行に配置する場合よりも多くのスパッタ粒子の成膜角度制限が可能である。

前記構造物はカソードと基板の間に配置されるため、プラズマ空間に少なからずさらされる。その構造物が電気的に接地状態であれば、電子を受け取るアノードの役割も果たすことができる。

特開平７−３３１４３１号公報 特開２０１１−９９１６２号公報

しかしながら、カソード上にはマグネトロンスパッタを行うためのプラズマを生成する電子が運動しており、特に、構造物（制限部材）をカソード面に対して垂直に配置した場合、構造物が高密度なプラズマと干渉し、電子の運動を阻害する可能性がある。

電子の運動が阻害されると、電子がアノードに吸収されることになるためプラズマ電流が低下するが、一方で、プラズマ電力を保持するために、電源が電圧を上昇させるため、結果としてプラズマ電力は保たれる。

ところが、電源には電圧上限が設けられているため、電圧が上昇したままでは電源が出力可能なプラズマ電力量が限られてしまう。結果として、電源の定格どおりの出力を使用できない。

スパッタリングにおいて、プラズマ電力が高いほど低抵抗な膜質を得られるため、上記のような電圧の上昇は、良好な膜質を得る上で大きな問題となる。

上記特許文献１，２には上述の問題点への言及はなく、このような問題点を解決するための具体的手段の積極的な開示はない。

本発明は、上述のような問題点を解決すべくなされたもので、高密度なプラズマと制限部材との干渉を抑制してより低抵抗な膜質を得ることが可能なスパッタ装置及び電極膜の製造方法を提供するものである。

基板にスパッタ粒子を堆積させて成膜を行うスパッタ装置であって、
ターゲットが配置されるカソードと、
前記カソードと前記基板が配置される位置との間に配置された、スパッタ粒子の飛翔方向を制限する制限手段と、
前記ターゲットの前記基板と対向する面の第１領域の近傍に、前記面の前記第１領域とは別の第２領域よりもプラズマを高密度で集束させることにより、前記第１領域をエロージョン領域とする磁力発生手段と、を備え、
前記エロージョン領域は、前記面に沿った第１の方向において、前記第２領域を間に挟むように位置する第１部分と第２部分とを含み、
前記制限手段は、
前記エロージョン領域の前記第１部分、及び前記第２部分の少なくとも一方、並びに前記第２領域を跨ぐように、前記第１の方向に沿って延設された支持体と、
前記第２領域と対面するように前記支持体に支持され、前記第１の方向、及び前記支持体から前記ターゲットに向かう第２の方向を含む面に沿って延設される第１の板部と、
前記ターゲットの前記面の前記エロージョン領域より外側の領域と対面するように前記第１の方向に沿って延設された第２の板部と、を含み、
前記エロージョン領域の前記第１部分または前記第２部分における前記支持体と前記カソードとの間の第１の距離よりも、前記第２領域における前記第１の板部と前記カソードとの間の第２の距離が小さい
ことを特徴とするスパッタ装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、高密度なプラズマと制限部材との干渉を抑制してより低抵抗な膜質を得ることが可能なスパッタ装置及び電極膜の製造方法となる。

本実施例の概略説明横断面図である。 本実施例の概略説明縦断面図である。 別例１の概略説明図である。 本実施例の要部の概略説明斜視図である。 別例２の概略説明縦断面図である。 本実施例の要部の拡大概略説明断面図である。 別例３の概略説明横断面図である。 別例４の概略説明横断面図である。 別例５の概略説明横断面図である。 別例６の概略説明縦断面図である。 別例７の概略説明縦断面図である。 別例８の概略説明縦断面図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

エロージョン領域５の直上に生成される高密度なプラズマが干渉しないように、制限部材４の対面部６をエロージョン領域５から十分離すか若しくは制限部材４に対面部６が存在しない構成とすることで、高密度なプラズマと制限部材とが干渉せず、よって、制限部材による電子の吸収が抑制され、制限部材によりプラズマ粒子の飛翔方向を良好に制御しつつ、より低抵抗の膜質の薄膜を成膜可能となる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、図１，２に図示したように、真空槽12内に、カソード２とアノード（図示省略）が対向するように設けられ、カソード２にはターゲット１が配置され、アノードの一部には成膜される基板３が配置され、真空槽12内にＡｒ等の不活性ガスを導入しながら、基板３とカソード２との間に直流高電圧を印加してイオン化したＡｒをターゲット１に衝突させることで生じるスパッタ粒子を基板３に堆積させて成膜を行うスパッタ装置に本発明を適用した例である。なお、図１，２以外では真空槽12の図示は省略している。

また、本実施例は、カソード２の背面に磁石８を配置し、発生する磁場によってカソード２近傍の電子密度を高くしてスパッタするマグネトロンスパッタ法を用いるものである。このスパッタ装置は、例えば、ＬＥＤ照明装置の電極膜の製造に用いられる。

また、本実施例は、図１に図示したように、基板３がインライン搬送機構により順次搬送されるインラインスパッタ装置の例であるが、図３に図示した別例１のように基板３が回転ドラム13に保持された状態で順次ターゲットと対向するカルーセルスパッタ装置の場合も同様に本発明を適用できる。

図２、図４に図示したように、カソード２と基板３（が配置される位置）との間には、スパッタ粒子の飛翔方向を制限する制限部材４が設けられている。

制限部材４は、ターゲット１に形成されるエロージョン領域５を跨ぐように配置され、制限部材４のエロージョン領域５と対面する対面部６のカソード２（ターゲット１）からの距離αが、制限部材４の対面部６の間に位置するエロージョン領域５と対面しない非対面部７の前記カソード２（ターゲット１）からの距離βよりも大きく設定された構成としている。

なお、「エロージョン領域５と対面しない」とは、エロージョン領域５の近傍に発生する高密度のプラズマと干渉しない程度に、エロージョン領域５の内縁から離れていることを意味する。

本実施例の制限部材４は、後述する短手方向部材18間に架設される棒体11と、この棒体11に垂設される棒体11と同幅でターゲット１に対して略垂直に設けられる垂直板部10とで構成されている。垂直板部10はエロージョン領域５と対面しない非対面部７を構成し、棒体11のエロージョン領域５と対面する部分が対面部６を構成する。

本実施例の制限部材４は、真空槽12の底面に設けた台部14に立設される制限部材支持部15と、制限部材支持部15と対面部６及び非対面部７とを連結する連結部材16とで保持されている。

連結部材16は、平面視において左右のエロージョン領域５の外周を囲むように設けられるターゲット１の長手方向に沿ってターゲット面と略平行に配置される長手方向板部17と、ターゲット１の短手方向に沿ってターゲット面と略平行に配置される短手方向部材18とで構成されている。この長手方向板部17が制限部材支持部15に支持されており、短手方向部材18の下面側に棒体11の端部が夫々固定されている。なお、連結部材16（及び制限部材支持部15）によって、左右のエロージョン領域５より外側に飛翔するスパッタ粒子は制限される。

即ち、ターゲット１の上方には、制限部材４及び連結部材16で囲まれた開口が形成され、この開口を通じてスパッタ粒子が基板３に付着する。

なお、本実施例は、制限部材支持部15により制限部材４（連結部材16）を下方から支持する構成としているが、図５に図示した別例２のように、制限部材支持部15を真空槽12の天面側に固定した構成とし、この制限部材支持部15により連結部材16を介して制限部材４を上方から吊下げ状態で支持する構成としても良い。

また、本実施例においては、図６に図示したように、制限部材４が、磁石８によってターゲット面近傍に発生する水平磁場強度の最大値の２０％以下の範囲内に配置されるように構成している。即ち、対面部６及び非対面部７がターゲット面近傍に発生する水平磁場強度の最大値の２０％を超える領域には配置されない構成としている。制限部材４が水平磁場強度の最大値の２０％以下の領域にあれば、高密度なプラズマ領域の電子の運動を阻害せずに、スパッタ粒子の成膜角度制限が可能である。

また、制限部材４の非対面部７の下端は、水平磁場強度の最大値の２０％以下の範囲内で可及的にターゲット１に近接するように設けられる。

エロージョン領域５は、カソード２（ターゲット１）の背面側に配置された磁石８の磁場によってプラズマを高密度で集束させたことにより他の部分より強くスパッタリングされる環状の部分であり、本実施例では、互いに略平行に延びる２つの直線状部５ａと、この直線状部５ａの両端部同士を夫々連結する円弧状部５ｂとで構成されたトラック状である。

本実施例の制限部材４は、環状のエロージョン領域５を基板３側から見て複数に分けるように配置され、この制限部材４により、複数に分けられたエロージョン領域５から生じるスパッタ粒子の飛翔方向を夫々制限するように構成されている。

具体的には、エロージョン領域５の内側に垂直板部10から成る非対面部７が前記直線状部５ａと平行に配置され、棒体11の対面部６が前記円弧状部５ｂと対面するように配置されている。

また、図７に図示した別例３のように、制限部材４の非対面部７にターゲット面と略平行な板部19をエロージョン領域５にかからないように設ける構成としたり、図８に図示した別例４のように、非対面部７を、その幅が直線状部５ａ同士の間隔未満である直方体部20で構成したりして、左右のエロージョン領域５から制限部材４の方向に飛翔するスパッタ粒子を更に制限する構成としても良い。

また、制限部材４に基板３へのスパッタ粒子を遮蔽する成膜シャッター９を設け、カソード２に対して成膜シャッター９が相対移動する構成としても良い。

例えば、図９に図示した別例５のように制限部材４の上方（若しくは下方）に成膜シャッター９をスライド自在に設け、非成膜時には成膜シャッター９がターゲット１と対向して制限部材４及び連結部材16で囲まれた開口を閉塞するように構成しても良い。また、制限部材４と成膜シャッター９とが並設されるように、制限部材４に隣接して一体に成膜シャッター９を設け、制限部材４及び成膜シャッター９をカソード２に対して相対的に移動させることで、成膜時にはターゲット１と制限部材４が対向し、被成膜時にはターゲット１と成膜シャッター９とが対向するように構成しても良い。

また、非対面部７と対面部６との接続部は、垂直板部10の両端の下縁形状が外方側程徐々にエロージョン領域５から離間する形状として垂直板部10の端部が対面部６となるように、非対面部７と対面部６とを滑らかに接続するように構成しても良い。図１０は垂直板部10の両端の下縁形状を直線状とした別例６、図１１は曲線状（Ｒ形状）とした別例７である。この場合、制限部材４により分けられたエロージョン領域５間でのスパッタ粒子の移動を一層良好に制限できる。

また、図１２に図示した別例８のように、複数の基板に対して同時にスパッタリングする構成においては、各基板３に対応して夫々垂直板部10から成る非対面部７を設ける構成としても良い。

なお、対面部６を有さず前記非対面部７から成る制限部材４を保持する制限部材保持部が、エロージョン領域５を跨ぐように配置された構成としても高密度のプラズマと制限部材４との干渉を抑制することができる。制限部材保持部は、例えば、スパッタ粒子の飛翔を制限しない程度に細い棒状若しくは紐状の部材であり、一端が短手方向部材18に固定され他端が非対面部７に固定されて、非対面部７を保持するものである。

本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

１ ターゲット
２ カソード
３ 基板
４ 制限部材
５ エロージョン領域
５ａ 直線状部
５ｂ 円弧状部
６ 対面部
７ 非対面部
８ 磁石
９ 成膜シャッター
α 対面部のカソードからの距離
β 非対面部のカソードからの距離

Claims (12)

1. 基板にスパッタ粒子を堆積させて成膜を行うスパッタ装置であって、
   ターゲットが配置されるカソードと、
   前記カソードと前記基板が配置される位置との間に配置された、スパッタ粒子の飛翔方向を制限する制限手段と、
   前記ターゲットの前記基板と対向する面の第１領域の近傍に、前記面の前記第１領域とは別の第２領域よりもプラズマを高密度で集束させることにより、前記第１領域をエロージョン領域とする磁力発生手段と、を備え、
   前記エロージョン領域は、前記面に沿った第１の方向において、前記第２領域を間に挟むように位置する第１部分と第２部分とを含み、
   前記制限手段は、
   前記エロージョン領域の前記第１部分、及び前記第２部分の少なくとも一方、並びに前記第２領域を跨ぐように、前記第１の方向に沿って延設された支持体と、
   前記第２領域と対面するように前記支持体に支持され、前記第１の方向、及び前記支持体から前記ターゲットに向かう第２の方向を含む面に沿って延設される第１の板部と、
   前記ターゲットの前記面の前記エロージョン領域より外側の領域と対面するように前記第１の方向に沿って延設された第２の板部と、を含み、
   前記エロージョン領域の前記第１部分または前記第２部分における前記支持体と前記カソードとの間の第１の距離よりも、前記第２領域における前記第１の板部と前記カソードとの間の第２の距離が小さい
   ことを特徴とするスパッタ装置。
2. 前記制限手段は、前記磁力発生手段によってターゲット面近傍に発生する水平磁場強度の最大値の２０％以下の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
3. 前記エロージョン領域は環状であり、
   前記第２領域は、前記面において、前記エロージョン領域よりも内側の領域であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタ装置。
4. 前記第２の板部は、対で設けられ、前記第１の板部を挟んで互いに平行に配置されることを特徴とする請求項３に記載のスパッタ装置。
5. 前記制限手段は、さらに、前記面に沿い、かつ、前記第１の方向と交差する第３の方向に沿って延設され、前記ターゲットの前記面の前記外側の領域と対面する第３の板部を含むことを特徴とする請求項４に記載のスパッタ装置。
6. 前記第３の板部は、対の前記第２の板部の前記第１の方向における一方の端部同士、および他方の端部同士を、それぞれつなぐように、対で設けられることを特徴とする請求項５に記載のスパッタ装置。
7. 前記支持体の両端は、対の前記第３の板部にそれぞれ固定され、
   前記制限手段は、前記支持体、前記第２の板部、および前記第３の板部によって囲まれる開口を形成することを特徴とする請求項６に記載のスパッタ装置。
8. 前記第２の板部と前記第３の板部は、前記ターゲットのターゲット面と略平行な方向に沿って延設される板部であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
9. 前記エロージョン領域は環状であり、前記制限手段は、前記環状のエロージョン領域を基板側から見て複数に分けるように配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
10. 前記エロージョン領域は、互いに平行に延びる２つの直線状部と、この直線状部の両端部同士を夫々連結する円弧状部とで構成されており、
    前記第１の方向は、前記直線状部が延びる方向と略平行であることを特徴とする請求項９に記載のスパッタ装置。
11. 前記制限手段に前記基板へのスパッタ粒子を遮蔽する成膜シャッターを設け、
    前記カソードに対して前記成膜シャッターが相対移動することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のスパッタ装置を用いて基板に電極膜を成膜することを特徴とする電極膜の製造方法。

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