JP7369411B1 - スパッタリング成膜源および成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被成膜体に与えるダメージの大幅な低減を図ることができるとともに、絶縁体を成膜する場合のアノード消失効果を防止することができることにより長時間安定に絶縁体を成膜することができ、しかも低コストで実現することができるスパッタリング成膜源およびこのスパッタリング成膜源を用いた成膜装置を提供する。【解決手段】スパッタリング成膜源は、ターゲット（１ａ、１ｂ）と、作動時にプラズマが形成される空間にターゲットの少なくとも一つのエロージョン部に対向または隣接して設けられた断面積が０．０３ｍｍ2以上３ｍｍ2以下の線状のアノード（２、３）とを有する。ターゲットはプレーナーターゲットまたはロータリーターゲットである。【選択図】図１
Description
この発明は、スパッタリング成膜源および成膜装置に関し、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等の製造に適用して好適なものである。
対向ターゲット式スパッタリング成膜源は、ダメージに弱い材料へのダメージを低減させて薄膜を形成する目的で開発された成膜源である（例えば、特許文献１、２参照）。しかしながら、従来の対向ターゲット式スパッタリング成膜源では、多かれ少なかれプラズマが被成膜体方向へ漏れ出してしまうため、被成膜体へのダメージを十分に低減することができなかった。そのため、例えば、有機ＥＬ表示素子の上部透明導電膜、ペロブスカイト太陽電池の上部透明導電膜、タンデム型太陽電池における透明導電膜からなる中間電極等の形成を十分な性能を以て実現することができなかった。
一方、被成膜体とプレーナーターゲットとが互いに対向するスパッタリング成膜源を用いて絶縁体を反応性スパッタリングにより成膜する際には、アノード表面が経時的に絶縁体で覆われていくため、アノード消失現象が発生し、長時間安定にスパッタリング成膜を継続することができない。このため、２枚のターゲットを並べてそれらを交互にカソードおよびアノードに速い周期で切り替えて使用するデュアルターゲット式スパッタリング成膜源（例えば、特許文献３参照）を用いないと、一般的な１枚のプレーナーターゲットでは長時間安定に成膜することができなかった。しかしながら、従来のデュアルターゲット式スパッタリング成膜源では、スパッタリング成膜源を配置する真空容器の容積が２倍になり、設置面積および真空排気ポンプ容量が大きくなることから、スパッタリング成膜源およびこのスパッタリング成膜源を用いた成膜装置のコストの上昇を招いていた。
また、真空の成膜室内のカソードに設けたターゲットと対向した静止または移動する基板上にスパッタ成膜を行うスパッタ装置において、ターゲットと基板との間に直径３ｍｍの棒状の導電体で構成された格子状のアノードを設置することが記載されている（特許文献４参照）。しかしながら、特許文献４に記載されたスパッタ装置では、作動中に、格子状のアノードの表面にスパッタ粒子が堆積してしまうため、絶縁体を反応性スパッタリングにより成膜する際には、アノード消失現象が発生し、長時間安定にスパッタリング成膜を継続することができない。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、被成膜体に与えるダメージの大幅な低減を図ることができるとともに、絶縁体を成膜する場合のアノード消失効果を防止することができることにより長時間安定に絶縁体を成膜することができ、しかも低コストで実現することができるスパッタリング成膜源およびこのスパッタリング成膜源を用いた成膜装置を提供することである。
上記課題を解決するために、この発明は、
少なくとも一つのターゲットと、
作動時にプラズマが形成される空間に上記ターゲットの少なくとも一つのエロージョン部に対向または隣接して設けられた断面積が０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下の少なくとも１本の線状のアノードと、
を有するスパッタリング成膜源である。
少なくとも一つのターゲットと、
作動時にプラズマが形成される空間に上記ターゲットの少なくとも一つのエロージョン部に対向または隣接して設けられた断面積が０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下の少なくとも１本の線状のアノードと、
を有するスパッタリング成膜源である。
ターゲットは一つであっても複数、例えば一対であってもよい。ターゲットは、典型的にはプレーナーターゲットまたはロータリーターゲットであるが、これに限定されるものではない。典型的には、線状のアノードはプレーナーターゲットまたはロータリーターゲットに平行である。線状のアノードは、典型的には、スパッタリング電源のプラス極に直接または間接的に接続され、一般的には、スパッタリング成膜源が収容される真空容器と接続されて真空容器と同電位になる。こうすることで、線状のアノードの電位はプラズマ電位より高くなるため、プラスイオン、例えばアルゴンイオン（Ａｒ+ ）によるスパッタリングがされることはなく、線状のアノードの材料がスパッタリングされた膜中に混入するのを防止することができる。線状のアノードは、ターゲットのエロージョン部（スパッタリング領域）が二つ以上ある場合は、これらのエロージョン部の数に合わせた本数設けてもよい。線状のアノードは、例えば、ワイヤーまたはリボンからなる。線状のアノードの断面積は０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下の範囲内でスパッタリング電力条件等に応じて適宜選択されるが、熱容量を小さくし、加熱されやすいようにする観点から、好適には、０．０３ｍｍ2 以上１ｍｍ2 以下とされる。線状のアノードの断面形状は特に限定されず、必要に応じて選択されるが、典型的には、円形である。線状のアノードは、少なくとも一部がらせん状の形状またはジグザグ形状（山谷形状）を有する。らせん状の形状またはジグザグ形状を有する部分は一つまたは複数設けられる。このように線状のアノードの少なくとも一部がらせん状の形状またはジグザグ形状を有することにより、断面積が０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下と小さいこともあって、線状のアノードにスプリング機能を持たせることができる。このため、線状のアノードの両端を真空容器の内壁等に固定する場合、このスプリング機能を用いて、断面積が０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下と小さいにもかかわらず、線状のアノードの両端を引っ張った状態で直線状に張り渡すことができる。線状のアノードの材料は必要に応じて選択されるが、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、カーボン（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）あるいはこれらのうちの二種類以上の元素の合金、あるいはニクロム（ニッケル－クロム合金）等である。必要に応じて、線状のアノードの近傍にこの線状のアノードにプラズマが誘導されるように磁気回路が設けられる。
スパッタリング成膜源の作動時には、線状のアノードがプラズマに晒されることにより加熱されるととも、線状のアノードが優先的にプラズマ中の電子を取り込んでアノード電流が流れることによりジュール熱が発生して加熱される。この結果、線状のアノードは、断面積が０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下と小さいことにより、例えば５００℃以上３５００℃以下の高温に加熱される。このため、絶縁体を成膜する場合でも、この線状のアノードの表面にスパッタ粒子が堆積しないため、デュアルターゲット式スパッタリング成膜源を用いずともアノード消失効果を解消することができる。このため、絶縁体を長時間安定して成膜することができる。この場合、線状のアノードの加熱用電源は不要であるため、省エネルギー化を図ることができる。また、線状のアノードが優先的にプラズマ中の電子を取り込むため、プラズマが被成膜体の方向へ漏れ出すのを効果的に抑えることができ、被成膜体のダメージの大幅な低減を図ることができる。また、このスパッタリング成膜源は、従来の一般的なスパッタリング成膜源に線状のアノードを付加するだけで構成することができるため、上述のように優れた性能を有するスパッタリング成膜源を低コストで実現することができる。
また、この発明は、
少なくとも一つのスパッタリング成膜源を有し、
上記スパッタリング成膜源が、
少なくとも一つのターゲットと、
作動時にプラズマが形成される空間に上記ターゲットの少なくとも一つのエロージョン部に対向または隣接して設けられた断面積が０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下の少なくとも１本の線状のアノードと、
を有するスパッタリング成膜源
である成膜装置である。
少なくとも一つのスパッタリング成膜源を有し、
上記スパッタリング成膜源が、
少なくとも一つのターゲットと、
作動時にプラズマが形成される空間に上記ターゲットの少なくとも一つのエロージョン部に対向または隣接して設けられた断面積が０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下の少なくとも１本の線状のアノードと、
を有するスパッタリング成膜源
である成膜装置である。
成膜装置は、特に制限はないが、例えば、被成膜体、典型的には基板を一方向に搬送しながら、あるいは往復運動を繰り返しながら、あるいはこれらの両方を繰り返しながら成膜を行うタイプの成膜装置、被成膜体を静止させて成膜を行うタイプの成膜装置、被成膜体を一方向に回転させながら、あるいはこの一方向の回転と逆方向の回転とを繰り返しながら、あるいはこれらの両方を繰り返しながら成膜を行うタイプの成膜装置、ロール状の被成膜体フィルムを一方向に搬送しながら、あるいは往復運動を繰り返しながら、あるいはこれらの両方を繰り返しながら成膜を行うロールツーロールタイプの成膜装置等である。
この成膜装置の発明においては、上記以外のことは、上記のスパッタリング成膜源の発明に関連して説明したことが成立する。
この発明によれば、作動時にプラズマが形成される空間にターゲットの少なくとも一つのエロージョン部に対向または隣接して設けられた断面積が０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下の少なくとも１本の線状のアノードを有することにより、被成膜体に与えるダメージの大幅な低減を図ることができるとともに、絶縁体を成膜する場合のアノード消失効果を防止することができることにより長時間安定に絶縁体を成膜することができ、しかも低コストなスパッタリング成膜源を実現することができ、この優れたスパッタリング成膜源を用いて高性能の成膜装置を実現することができる。
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〉
［スパッタリング成膜源］
図１は第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図１に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一対のプレーナーターゲット１ａ、１ｂが互いに対向し、かつ一般的には互いに平行に設けられている。プレーナーターゲット１ａ、１ｂの平面形状は特に限定されず、必要に応じて選択されるが、例えば長方形、正方形、円形等である。図１においては、プレーナーターゲット１ａ、１ｂの平面形状が長方形である場合が示されている。プレーナーターゲット１ａとプレーナーターゲット１ｂとの間の空間には、作動時にプラズマが形成される空間に、プレーナーターゲット１ａのエロージョン部に対向し、かつ平行または概ね平行に線状のアノード２が設けられているとともに、プレーナーターゲット１ｂのエロージョン部に対向し、かつ平行または概ね平行に線状のアノード３が設けられている。線状のアノード２、３はそれぞれプレーナーターゲット１ａ、１ｂの上下の辺と平行または概ね平行に延びている。これらの線状のアノード２、３の長さはこれらの線状のアノード２、３に平行な方向のプレーナーターゲット１ａ、１ｂの長さより大きくなっている。線状のアノード２、３の断面積は０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下である。線状のアノード２、３の断面形状は例えば円形である。線状のアノード２、３は、例えば既に述べた材料のいずれかにより構成される。線状のアノード２、３の両端は、このスパッタリング成膜源が収容される真空容器（図示せず）に接続されている。線状のアノード２は、プレーナーターゲット１ａに対向する部分の例えば２箇所にらせん状部２ａを有する。同様に、線状のアノード３は、プレーナーターゲット１ｂに対向する部分の例えば２箇所にらせん状部３ａを有する。
［スパッタリング成膜源］
図１は第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図１に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一対のプレーナーターゲット１ａ、１ｂが互いに対向し、かつ一般的には互いに平行に設けられている。プレーナーターゲット１ａ、１ｂの平面形状は特に限定されず、必要に応じて選択されるが、例えば長方形、正方形、円形等である。図１においては、プレーナーターゲット１ａ、１ｂの平面形状が長方形である場合が示されている。プレーナーターゲット１ａとプレーナーターゲット１ｂとの間の空間には、作動時にプラズマが形成される空間に、プレーナーターゲット１ａのエロージョン部に対向し、かつ平行または概ね平行に線状のアノード２が設けられているとともに、プレーナーターゲット１ｂのエロージョン部に対向し、かつ平行または概ね平行に線状のアノード３が設けられている。線状のアノード２、３はそれぞれプレーナーターゲット１ａ、１ｂの上下の辺と平行または概ね平行に延びている。これらの線状のアノード２、３の長さはこれらの線状のアノード２、３に平行な方向のプレーナーターゲット１ａ、１ｂの長さより大きくなっている。線状のアノード２、３の断面積は０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下である。線状のアノード２、３の断面形状は例えば円形である。線状のアノード２、３は、例えば既に述べた材料のいずれかにより構成される。線状のアノード２、３の両端は、このスパッタリング成膜源が収容される真空容器（図示せず）に接続されている。線状のアノード２は、プレーナーターゲット１ａに対向する部分の例えば２箇所にらせん状部２ａを有する。同様に、線状のアノード３は、プレーナーターゲット１ｂに対向する部分の例えば２箇所にらせん状部３ａを有する。
このスパッタリング成膜源においては、成膜が行われる被成膜体１０はプレーナーターゲット１ａとプレーナーターゲット１ｂとの間の空間の上方に配置され、あるいは、この空間の上方を搬送される。
図２はこのスパッタリング成膜源における電気配線の一例を示す。図２に示すように、プレーナーターゲット１ｂにスパッタリング電源２０のマイナス極が直接または間接的に接続され、図示は省略するが、同様にプレーナーターゲット１ａにもスパッタリング電源２０のマイナス極が直接または間接的に接続され、従ってプレーナーターゲット１ａ、１ｂは同電位になっている。本実施の形態では、スパッタリング電源２０をプレーナーターゲット１ａ、１ｂへの共通の電力供給源として使用しているが、プレーナーターゲット１ａ、１ｂのそれぞれに互いに独立したスパッタリング電源で電力を供給してもよい。スパッタリング電源２０は直流電力またはパルス化された直流電力を供給する。スパッタリング電源２０のプラス極は、このスパッタリング成膜源が収容される真空容器に接続される。プレーナーターゲット１ａの外周部にこのプレーナーターゲット１ａに近接してターゲットシールドアノード２１が設けられている。同様に、プレーナーターゲット１ｂの外周部にこのプレーナーターゲット１ｂに近接してターゲットシールドアノード２２が設けられている。これらのターゲットシールドアノード２１、２２は、真空容器と直接または間接的に接続されている。既に述べたように、線状のアノード２、３も真空容器と直接または間接的に接続されている。従って、ターゲットシールドアノード２１、２２および線状のアノード２、３はスパッタリング電源２０のプラス極と同電位になっている。
［スパッタリング成膜源の作動方法］
真空容器を真空ポンプにより高真空に排気した後、プレーナーターゲット１ａ、１ｂの間の空間にスパッタリングガス（例えばアルゴン（Ａｒ）ガス）を導入し、スパッタリング電源２０をオンとする。これによって、プラズマ放電が起こり、プレーナーターゲット１ａ、１ｂの表面近傍にプラズマが発生し、エロージョン部からスパッタ粒子が発生することにより被成膜体１０上に成膜が行われる。このプラズマから流れ出る電子は、アノード電流という形でターゲットシールドアノード２１、２２および線状のアノード２、３を介してスパッタリング電源２０のプラス極に戻る。このため、プラズマ放電が維持される。このとき、線状のアノード２、３はプラズマから与えられる熱と線状のアノード２、３に流れ込むアノード電流によるジュール熱との相乗効果により５００℃以上３５００℃以下（例えば９００℃）の高温に加熱されることで、線状のアノード２、３にはターゲットシールドアノード２１、２２よりも相対的に多くのアノード電流が流れ込み、プラズマ放電を維持するための機能を多く担うことになる。この結果、プレーナーターゲット１ａ、１ｂの表面近傍にプラズマがより多く存在するようになるため、被成膜体１０の存在する方向にはプラズマが拡散されず、極めて低いダメージでスパッタリング成膜を行うことができる。
真空容器を真空ポンプにより高真空に排気した後、プレーナーターゲット１ａ、１ｂの間の空間にスパッタリングガス（例えばアルゴン（Ａｒ）ガス）を導入し、スパッタリング電源２０をオンとする。これによって、プラズマ放電が起こり、プレーナーターゲット１ａ、１ｂの表面近傍にプラズマが発生し、エロージョン部からスパッタ粒子が発生することにより被成膜体１０上に成膜が行われる。このプラズマから流れ出る電子は、アノード電流という形でターゲットシールドアノード２１、２２および線状のアノード２、３を介してスパッタリング電源２０のプラス極に戻る。このため、プラズマ放電が維持される。このとき、線状のアノード２、３はプラズマから与えられる熱と線状のアノード２、３に流れ込むアノード電流によるジュール熱との相乗効果により５００℃以上３５００℃以下（例えば９００℃）の高温に加熱されることで、線状のアノード２、３にはターゲットシールドアノード２１、２２よりも相対的に多くのアノード電流が流れ込み、プラズマ放電を維持するための機能を多く担うことになる。この結果、プレーナーターゲット１ａ、１ｂの表面近傍にプラズマがより多く存在するようになるため、被成膜体１０の存在する方向にはプラズマが拡散されず、極めて低いダメージでスパッタリング成膜を行うことができる。
このように、第１の実施の形態によれば、作動時にプラズマが形成される空間に、プレーナーターゲット１ａのエロージョン部に対向して線状のアノード２が設けられているとともに、プレーナーターゲット１ｂのエロージョン部に対向して線状のアノード３が設けられていることにより、被成膜体１０に与えるダメージの大幅な低減を図ることができるとともに、絶縁体を成膜する場合のアノード消失効果を防止することができることにより長時間安定に絶縁体を成膜することができ、しかも低コストなスパッタリング成膜源を実現することができる。また、線状のアノード２、３はそれぞれ２箇所にらせん状部２ａ、３ａを有することにより次のような利点を得ることができる。すなわち、これらのらせん状部２ａ、３ａの部位のプラズマ密度が相対的に高くなることにより、当該部位と対向する部分の被成膜体１０の表面に堆積するスパッタリング粒子からなる膜の厚さが厚くなるため、膜厚分布を調整することができる。加えて、線状のアノード２、３はらせん状部２ａ、３ａを有することによりスプリング機能を有するため、線状のアノード２、３の両端を真空容器の内壁等に固定する場合、断面積が０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下と小さいにもかかわらず、線状のアノード２、３の両端を引っ張った状態で直線状に張り渡すことができる。これは、特許文献４のように直径３ｍｍの棒状の導電体からなるアノードを用いる場合には到底不可能なことである。このスパッタリング成膜源によれば、例えば、有機ＥＬ表示素子の上部透明導電膜、ペロブスカイト太陽電池の上部透明導電膜、タンデム型太陽電池における透明導電膜からなる中間電極等の膜をダメージに弱い発光材料あるいは発電材料からなる膜に関して十分な性能を以て形成することができる。また、このスパッタリング成膜源では、線状のアノード２、３の加熱用電源は不要であるため、昨今の社会的課題となっているＳＤＧｓおよびカーボンニュートラルに関して省エネルギーという観点で貢献することができる。
〈第２の実施の形態〉
［スパッタリング成膜源］
図３は第２の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図３に示すように、このスパッタリング成膜源においては、線状のアノード２、３がプレーナーターゲット１ａ、１ｂの上下方向に互いに離れて、かつそれぞれプレーナーターゲット１ａ、１ｂのエロージョン部に対向してそれぞれ２本設けられていることが第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と異なり、その他のことは第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
［スパッタリング成膜源］
図３は第２の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図３に示すように、このスパッタリング成膜源においては、線状のアノード２、３がプレーナーターゲット１ａ、１ｂの上下方向に互いに離れて、かつそれぞれプレーナーターゲット１ａ、１ｂのエロージョン部に対向してそれぞれ２本設けられていることが第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と異なり、その他のことは第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
［スパッタリング成膜源の作動方法］
このスパッタリング成膜源の作動方法は、線状のアノード２、３がプレーナーターゲット１ａ、１ｂの上下方向に互いに離れてそれぞれ２本設けられていることを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
このスパッタリング成膜源の作動方法は、線状のアノード２、３がプレーナーターゲット１ａ、１ｂの上下方向に互いに離れてそれぞれ２本設けられていることを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
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を得ることができる。さらには、プレーナーターゲット１ａ、１ｂの表面におけるエロージョン部が上下方向に発生する場合は、線状のアノード２、３の効果がより一層高まる。
〈第３の実施の形態〉
［スパッタリング成膜源］
図４は第３の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図４に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一対のロータリーターゲット３１ａ、３１ｂが互いに対向し、かつ一般的には互いに平行に設けられている。ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂは全体として円筒状の形状を有する。ロータリーターゲット３１ａとロータリーターゲット３１ｂとの間の空間の下部には、作動時にプラズマが形成される空間に、ロータリーターゲット３１ａのエロージョン部に対向し、かつ平行または概ね平行に線状のアノード２が設けられているとともに、ロータリーターゲット３１ｂのエロージョン部に対向し、かつ平行または概ね平行に線状のアノード３が設けられている。線状のアノード２、３は第１の実施の形態と同様である。
［スパッタリング成膜源］
図４は第３の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図４に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一対のロータリーターゲット３１ａ、３１ｂが互いに対向し、かつ一般的には互いに平行に設けられている。ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂは全体として円筒状の形状を有する。ロータリーターゲット３１ａとロータリーターゲット３１ｂとの間の空間の下部には、作動時にプラズマが形成される空間に、ロータリーターゲット３１ａのエロージョン部に対向し、かつ平行または概ね平行に線状のアノード２が設けられているとともに、ロータリーターゲット３１ｂのエロージョン部に対向し、かつ平行または概ね平行に線状のアノード３が設けられている。線状のアノード２、３は第１の実施の形態と同様である。
［スパッタリング成膜源の作動方法］
このスパッタリング成膜源の作動方法は、ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂを用いていることを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
このスパッタリング成膜源の作動方法は、ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂを用いていることを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
第３の実施の形態によれば、ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂを用いた場合に第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第４の実施の形態〉
［スパッタリング成膜源］
図５は第４の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図５に示すように、このスパッタリング成膜源においては、水平に設けられた一つのプレーナーターゲット１に対向し、かつ平行に線状のアノード２が設けられている。線状のアノード２は第１の実施の形態と同様である。なお、プレーナーターゲット１の表面におけるエロージョン部が複数箇所に発生する場合は、その数に合わせて線状のアノードの本数を選択してもよい。
［スパッタリング成膜源］
図５は第４の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図５に示すように、このスパッタリング成膜源においては、水平に設けられた一つのプレーナーターゲット１に対向し、かつ平行に線状のアノード２が設けられている。線状のアノード２は第１の実施の形態と同様である。なお、プレーナーターゲット１の表面におけるエロージョン部が複数箇所に発生する場合は、その数に合わせて線状のアノードの本数を選択してもよい。
［スパッタリング成膜源の作動方法］
このスパッタリング成膜源の作動方法は、一つのプレーナーターゲット１と一つの線状のアノード２とを用いていることを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
このスパッタリング成膜源の作動方法は、一つのプレーナーターゲット１と一つの線状のアノード２とを用いていることを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
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を得ることができる。
〈第５の実施の形態〉
［スパッタリング成膜源］
図６は第５の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図６に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一つのロータリーターゲット３１のエロージョン部に対向し、かつ平行に線状のアノード２が設けられている。線状のアノード２は第１の実施の形態と同様である。なお、ロータリーターゲット３１の表面におけるエロージョン部が複数箇所に発生する場合は、その数に合わせて線状のアノードの本数を選択してもよい。
［スパッタリング成膜源］
図６は第５の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図６に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一つのロータリーターゲット３１のエロージョン部に対向し、かつ平行に線状のアノード２が設けられている。線状のアノード２は第１の実施の形態と同様である。なお、ロータリーターゲット３１の表面におけるエロージョン部が複数箇所に発生する場合は、その数に合わせて線状のアノードの本数を選択してもよい。
［スパッタリング成膜源の作動方法］
このスパッタリング成膜源の作動方法は、一つのロータリーターゲット３１と一つの線状のアノード２とを用いていることを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
このスパッタリング成膜源の作動方法は、一つのロータリーターゲット３１と一つの線状のアノード２とを用いていることを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第６の実施の形態〉
［スパッタリング成膜源］
図７は第６の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図７に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一対のプレーナーターゲット１ａ、１ｂの間の空間の下部の作動時にプラズマが形成される空間に、プレーナーターゲット１ａ、１ｂのエロージョン部に対向して線状のアノード２、３が設けられているが、これらの線状のアノード２、３はそれぞれプレーナーターゲット１ａ、１ｂに対向する部分の２箇所にそれぞれジグザグ状部２ｂ、３ｂを有することが第１の実施の形態と異なり、その他のことは第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
［スパッタリング成膜源］
図７は第６の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図７に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一対のプレーナーターゲット１ａ、１ｂの間の空間の下部の作動時にプラズマが形成される空間に、プレーナーターゲット１ａ、１ｂのエロージョン部に対向して線状のアノード２、３が設けられているが、これらの線状のアノード２、３はそれぞれプレーナーターゲット１ａ、１ｂに対向する部分の２箇所にそれぞれジグザグ状部２ｂ、３ｂを有することが第１の実施の形態と異なり、その他のことは第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
［スパッタリング成膜源の作動方法］
スパッタリング成膜源の作動方法は、線状のアノード２、３がジグザグ状部２ｂ、３ｂを有することを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
スパッタリング成膜源の作動方法は、線状のアノード２、３がジグザグ状部２ｂ、３ｂを有することを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様である。
第６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次のような利点を得ることができる。すなわち、線状のアノード２、３がジグザグ状部２ｂ、３ｂを有するため、第１の実施の形態のように線状のアノード２、３がらせん状部２ａ、３ａを有する場合に比べて、線状のアノード２、３の電気的なインダクタンス成分を減少させることができる。このため、スパッタリング電源２０から供給される電力が高周波あるいはパルス化された直流であっても、線状のアノード２、３をアノードとして有効に機能させることができ、スパッタリング成膜される膜の膜厚分布を調整することができる。
〈第７の実施の形態〉
図８は第７の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図８に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一対のロータリーターゲット３１ａ、３１ｂの間の空間の作動時にプラズマが形成される空間にこれらのロータリーターゲット３１ａ、３１ｂのエロージョン部に対向し、かつ平行に１本の線状のアノード２が設けられている。線状のアノード２は第１の実施の形態と同様である。この線状のアノード２の下方にはプラズマ誘導磁気回路４０が設けられている。このプラズマ誘導磁気回路４０は、永久磁石とヨークとを組み合わせることにより構成され、線状のアノード２にプラズマを誘導するような磁力線が発生するように構成される。なお、ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂの表面におけるエロージョン部が複数箇所に発生する場合は、その数に合わせて線状のアノードの本数を選択してもよい。
図８は第７の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図８に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一対のロータリーターゲット３１ａ、３１ｂの間の空間の作動時にプラズマが形成される空間にこれらのロータリーターゲット３１ａ、３１ｂのエロージョン部に対向し、かつ平行に１本の線状のアノード２が設けられている。線状のアノード２は第１の実施の形態と同様である。この線状のアノード２の下方にはプラズマ誘導磁気回路４０が設けられている。このプラズマ誘導磁気回路４０は、永久磁石とヨークとを組み合わせることにより構成され、線状のアノード２にプラズマを誘導するような磁力線が発生するように構成される。なお、ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂの表面におけるエロージョン部が複数箇所に発生する場合は、その数に合わせて線状のアノードの本数を選択してもよい。
図９にロータリーターゲット３１ａ、３１ｂおよびプラズマ誘導磁気回路４０の詳細を示す。図９に示すように、プラズマ誘導磁気回路４０は、ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂの中心軸を含む平面に平行な平面に設けられた長方形の平板状のヨーク４１、このヨーク４１の両端部上に磁化方向がこのヨーク４１に垂直となるように設けられた永久磁石４２ａ、４２ｂおよびこのヨーク４１の中央部に設けられた、永久磁石４２ａ、４２ｂと逆極性の永久磁石４３からなる。永久磁石４２ａ、４２ｂ、４３のＮ極およびＳ極は図９に示す通りである。これらの永久磁石４２ａ、４２ｂ、４３上には非磁性の金属板４４が設けられている。この金属板４４は、このスパッタリング成膜源が収容される真空容器（図示せず）に接続されている。線状のアノード２はこの金属板４４を介して真空容器に接続されている。一方、ロータリーターゲット３１ａには、このロータリーターゲット３１ａの中心軸方向に延在するヨーク５１、このヨーク５１の外周部上に磁化方向がこのヨーク５１に垂直となるように設けられた永久磁石５２およびこのヨーク５１の中央部に設けられた、永久磁石５２と逆極性の永久磁石５３からなるスパッタリング磁気回路５０が内蔵されている。同様に、ロータリーターゲット３１ｂには、このロータリーターゲット３１ｂの中心軸方向に延在するヨーク６１、このヨーク６１の外周部上に磁化方向がこのヨーク６１に垂直となるように設けられた永久磁石６２およびこのヨーク６１の中央部に設けられた、永久磁石６２と逆極性の永久磁石６３からなるスパッタリング磁気回路６０が内蔵されている。スパッタリング磁気回路５０とスパッタリング磁気回路６０とは互いに対向している。スパッタリング磁気回路５０、６０のヨーク５１、６１はプラズマ誘導磁気回路４０の永久磁石４２と対応する位置に設けられている。永久磁石５２、５３、６２、６３のＮ極およびＳ極は図９に示す通りである。これらのプラズマ誘導磁気回路４０およびスパッタリング磁気回路５０、６０により、線状のアノード２を通る磁力線７０ａ、７０ｂが形成される。これらの磁力線７０ａ、７０ｂによって線状のアノード２にプラズマが誘導される。
［スパッタリング成膜源の作動方法］
スパッタリング成膜源の作動方法は、一対のロータリーターゲット３１ａ、３１ｂと線状のアノード２とを用いていることを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と基本的には同様であるが、この場合、プラズマ誘導磁気回路４０およびスパッタリング磁気回路５０、６０により発生する磁力線７０ａ、７０ｂにより、プラズマが線状のアノード２に誘導される。このため、線状のアノード２の材料がスパッタリングにより成膜された膜中に混入するのをより防止することができる。
スパッタリング成膜源の作動方法は、一対のロータリーターゲット３１ａ、３１ｂと線状のアノード２とを用いていることを除いて第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と基本的には同様であるが、この場合、プラズマ誘導磁気回路４０およびスパッタリング磁気回路５０、６０により発生する磁力線７０ａ、７０ｂにより、プラズマが線状のアノード２に誘導される。このため、線状のアノード２の材料がスパッタリングにより成膜された膜中に混入するのをより防止することができる。
第７の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第８の実施の形態〉
［スパッタリング成膜源］
図１０は第８の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図１０に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一対のロータリーターゲット３１ａ、３１ｂの間の空間の下部の作動時にプラズマが形成される空間にこれらのロータリーターゲット３１ａ、３１ｂのエロージョン部に対向し、かつ平行に線状のアノード２、３が設けられている。線状のアノード２、３は第１の実施の形態と同様である。これらの線状のアノード２、３の下方にはプラズマ誘導磁気回路４０が設けられている。このプラズマ誘導磁気回路４０は、永久磁石とヨークとを組み合わせることにより構成され、線状のアノード２、３にプラズマを誘導するような磁力線が発生するように構成される。なお、ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂの表面におけるエロージョン部が複数箇所に発生する場合は、その数に合わせて線状のアノードの本数を選択してもよい。
［スパッタリング成膜源］
図１０は第８の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図１０に示すように、このスパッタリング成膜源においては、一対のロータリーターゲット３１ａ、３１ｂの間の空間の下部の作動時にプラズマが形成される空間にこれらのロータリーターゲット３１ａ、３１ｂのエロージョン部に対向し、かつ平行に線状のアノード２、３が設けられている。線状のアノード２、３は第１の実施の形態と同様である。これらの線状のアノード２、３の下方にはプラズマ誘導磁気回路４０が設けられている。このプラズマ誘導磁気回路４０は、永久磁石とヨークとを組み合わせることにより構成され、線状のアノード２、３にプラズマを誘導するような磁力線が発生するように構成される。なお、ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂの表面におけるエロージョン部が複数箇所に発生する場合は、その数に合わせて線状のアノードの本数を選択してもよい。
図１１にロータリーターゲット３１ａ、３１ｂおよびプラズマ誘導磁気回路４０の詳細を示す。図１１に示すように、プラズマ誘導磁気回路４０は、ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂの中心軸を含む平面に平行な平面に設けられた長方形の平板状のヨーク４１と、このヨーク４１の両端部上に磁化方向がこのヨーク４１に垂直となり、かつ互いに逆極性となるように設けられた永久磁石４４、４５とからなる。これらの永久磁石４４、４５上には非磁性の金属板４４が設けられている。この金属板４４は、このスパッタリング成膜源が収容される真空容器（図示せず）に接続されている。線状のアノード２、３はこの金属板４４を介して真空容器に接続されている。一方、ロータリーターゲット３１ａ、３１ｂには、第７の実施の形態と同様なスパッタリング磁気回路５０、６０がそれぞれ内蔵されている。これらのプラズマ誘導磁気回路４０およびスパッタリング磁気回路５０、６０により、線状のアノード２、３を通る磁力線７０ａ、７０ｂが形成される。これらの磁力線７０ａ、７０ｂによって線状のアノード２にプラズマが誘導される。永久磁石５２、５３、６２、６３のＮ極およびＳ極は図１１に示す通りである。
［スパッタリング成膜源の作動方法］
スパッタリング成膜源の作動方法は、一対のロータリーターゲット３１ａ、３１ｂと線状のアノード２、３とを用いていることを除いて基本的には第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様であるが、この場合、プラズマ誘導磁気回路４０およびスパッタリング磁気回路５０、６０により発生する磁力線７０ａ、７０ｂにより、プラズマが線状のアノード２、３に誘導される。このため、線状のアノード２、３の材料がスパッタリングにより成膜された膜中に混入するのをより防止することができる。
スパッタリング成膜源の作動方法は、一対のロータリーターゲット３１ａ、３１ｂと線状のアノード２、３とを用いていることを除いて基本的には第１の実施の形態によるスパッタリング成膜源と同様であるが、この場合、プラズマ誘導磁気回路４０およびスパッタリング磁気回路５０、６０により発生する磁力線７０ａ、７０ｂにより、プラズマが線状のアノード２、３に誘導される。このため、線状のアノード２、３の材料がスパッタリングにより成膜された膜中に混入するのをより防止することができる。
第８の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第９の実施の形態〉
［スパッタリング成膜源］
図１２は第９の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図１２に示すように、このスパッタリング成膜源においては、プレーナーターゲット１の周りを囲むようにターゲットシールドアノード２１が設けられている。ターゲットシールドアノード２１は、このスパッタリング成膜源が収容される真空容器（図示せず）に接続されている。図示は省略するが、この場合、被成膜体１０は、プレーナーターゲット１の上方に配置され、あるいは上方をプレーナーターゲット１に平行な方向に移動される。ターゲットシールドアノード２１の両端部の上方にそれぞれ線状のアノード２、３がプレーナーターゲット１のエロージョン部に隣接して設けられている。線状のアノード２、３は第１の実施の形態と同様である。プレーナーターゲット１の下方には第７の実施の形態と同様な構成のスパッタリング磁気回路５０が設けられている。ターゲットシールドアノード２１の両端部の下方にはそれぞれプラズマ誘導磁気回路４０ａ、４０ｂが設けられている。プラズマ誘導磁気回路４０ａは、ヨーク４１ａおよびこのヨーク４１ａの外側の一端部に磁化方向がこのヨーク４１ａと垂直になるように、かつスパッタリング磁気回路５０の永久磁石５２と逆極性になるように設けられた永久磁石４６からなる。ヨーク４１ａはスパッタリング磁気回路５０のヨーク５１と同一平面上にこのヨーク５１と結合または近接して設けられている。永久磁石４６は線状のアノード２とほぼ対応した位置に設けられている。同様に、プラズマ誘導磁気回路４０ｂは、ヨーク４１ｂおよびこのヨーク４１ｂの外側の一端部に磁化方向がこのヨーク４１ｂと垂直になるように、かつスパッタリング磁気回路５０の永久磁石５２と逆極性になるように設けられた永久磁石４７からなる。ヨーク４１ｂはスパッタリング磁気回路５０のヨーク５１と同一平面上にこのヨーク５１と結合または近接して設けられている。永久磁石４７は線状のアノード３とほぼ対応した位置に設けられている。永久磁石４６、４７、５２、５３のＮ極およびＳ極は図１２に示す通りである。線状のアノード２、３はそれぞれターゲットシールドアノード２１に接続され、従ってターゲットシールドアノード２１を介して真空容器に接続されている。プラズマ誘導磁気回路４０ａ、４０ｂにより、それぞれ線状のアノード２、３を通る磁力線９０ａ、９０ｂが形成される。これらの磁力線９０ａ、９０ｂによって線状のアノード２、３にプラズマが誘導される。
［スパッタリング成膜源］
図１２は第９の実施の形態によるスパッタリング成膜源を示す。図１２に示すように、このスパッタリング成膜源においては、プレーナーターゲット１の周りを囲むようにターゲットシールドアノード２１が設けられている。ターゲットシールドアノード２１は、このスパッタリング成膜源が収容される真空容器（図示せず）に接続されている。図示は省略するが、この場合、被成膜体１０は、プレーナーターゲット１の上方に配置され、あるいは上方をプレーナーターゲット１に平行な方向に移動される。ターゲットシールドアノード２１の両端部の上方にそれぞれ線状のアノード２、３がプレーナーターゲット１のエロージョン部に隣接して設けられている。線状のアノード２、３は第１の実施の形態と同様である。プレーナーターゲット１の下方には第７の実施の形態と同様な構成のスパッタリング磁気回路５０が設けられている。ターゲットシールドアノード２１の両端部の下方にはそれぞれプラズマ誘導磁気回路４０ａ、４０ｂが設けられている。プラズマ誘導磁気回路４０ａは、ヨーク４１ａおよびこのヨーク４１ａの外側の一端部に磁化方向がこのヨーク４１ａと垂直になるように、かつスパッタリング磁気回路５０の永久磁石５２と逆極性になるように設けられた永久磁石４６からなる。ヨーク４１ａはスパッタリング磁気回路５０のヨーク５１と同一平面上にこのヨーク５１と結合または近接して設けられている。永久磁石４６は線状のアノード２とほぼ対応した位置に設けられている。同様に、プラズマ誘導磁気回路４０ｂは、ヨーク４１ｂおよびこのヨーク４１ｂの外側の一端部に磁化方向がこのヨーク４１ｂと垂直になるように、かつスパッタリング磁気回路５０の永久磁石５２と逆極性になるように設けられた永久磁石４７からなる。ヨーク４１ｂはスパッタリング磁気回路５０のヨーク５１と同一平面上にこのヨーク５１と結合または近接して設けられている。永久磁石４７は線状のアノード３とほぼ対応した位置に設けられている。永久磁石４６、４７、５２、５３のＮ極およびＳ極は図１２に示す通りである。線状のアノード２、３はそれぞれターゲットシールドアノード２１に接続され、従ってターゲットシールドアノード２１を介して真空容器に接続されている。プラズマ誘導磁気回路４０ａ、４０ｂにより、それぞれ線状のアノード２、３を通る磁力線９０ａ、９０ｂが形成される。これらの磁力線９０ａ、９０ｂによって線状のアノード２、３にプラズマが誘導される。
［スパッタリング成膜源の作動方法］
スパッタリング成膜源の作動方法は、プレーナーターゲット１と一対の線状のアノード２、３とを用いてスパッタリングを行う。この場合、プラズマ誘導磁気回路４０ａ、４０ｂにより発生する磁力線９０ａ、９０ｂにより、プラズマが線状のアノード２、３に誘導される。このため、線状のアノード２、３の材料がスパッタリングにより成膜された膜中に混入するのをより防止することができる。
スパッタリング成膜源の作動方法は、プレーナーターゲット１と一対の線状のアノード２、３とを用いてスパッタリングを行う。この場合、プラズマ誘導磁気回路４０ａ、４０ｂにより発生する磁力線９０ａ、９０ｂにより、プラズマが線状のアノード２、３に誘導される。このため、線状のアノード２、３の材料がスパッタリングにより成膜された膜中に混入するのをより防止することができる。
第９の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
以上、この発明の実施の形態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、上述の実施の形態において挙げた数値、材料、構造、形状等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、形状等を用いてもよい。
また、必要に応じて、第１～第６の実施の形態における線状のアノード２、３に対して第７、第８および第９の実施の形態と同様な磁気回路を設けてもよい。
１、１ａ、１ｂ…プレーナーターゲット、２、３…線状のアノード、２ａ、３ａ…らせん状部、２ｂ、３ｂ…ジグザグ状部、１０…被成膜体、２０…スパッタリング電源、２１、２２…ターゲットシールドアノード、３１、３１ａ、３１ｂ…ロータリーターゲット、４０、４０ａ、４０ｂ…プラズマ誘導磁気回路、４１、４１ａ、４１ｂ、５１、６１…ヨーク、５０、６０…スパッタリング磁気回路
Claims (9)
- 少なくとも一つのターゲットと、
作動時にプラズマが形成される空間に上記ターゲットの少なくとも一つのエロージョン部に対向または隣接して設けられた断面積が０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下の少なくとも１本の線状のアノードと、
を有し、
上記線状のアノードの少なくとも一部がらせん状の形状またはジグザグ形状を有することにより上記線状のアノードは膜厚分布調整機能およびスプリング機能を有し、
上記線状のアノードはスパッタリング電源のプラス極に直接または間接的に接続されるスパッタリング成膜源。 - 作動時に、上記線状のアノードはプラズマから与えられる熱と上記線状のアノードに流れ込むアノード電流によるジュール熱との相乗効果により５００℃以上３５００℃以下の高温に加熱される請求項１記載のスパッタリング成膜源。
- 上記ターゲットがプレーナーターゲットまたはロータリーターゲットである請求項１記載のスパッタリング成膜源。
- 一つまたは互いに対向した一対の上記プレーナーターゲットまたは上記ロータリーターゲットを有する請求項３記載のスパッタリング成膜源。
- 上記線状のアノードが上記プレーナーターゲットまたは上記ロータリーターゲットに平行である請求項３記載のスパッタリング成膜源。
- 上記線状のアノードがワイヤーまたはリボンからなる請求項１記載のスパッタリング成膜源。
- 上記ターゲットが互いに対向した一対のロータリーターゲットであり、
上記一対のロータリーターゲットの間の空間の下部の作動時にプラズマが形成される空間に上記一対のロータリーターゲットのエロージョン部に対向し、かつ平行に１本の上記線状のアノードが設けられ、
上記線状のアノードの下方に上記線状のアノードにプラズマが誘導されるように磁気回路が設けられ、
上記磁気回路は、上記一対のロータリーターゲットの中心軸を含む平面に平行な平面に設けられた長方形の平板状のヨーク、当該ヨークの上記一対のロータリーターゲット側の面の両端部上に磁化方向が当該ヨークに垂直となるように設けられた一対の永久磁石および当該ヨークの中央部に設けられた上記一対の永久磁石と逆極性の永久磁石からなる請求項１記載のスパッタリング成膜源。 - 上記ターゲットが互いに対向した一対のロータリーターゲットであり、
上記一対のロータリーターゲットの間の空間の下部の作動時にプラズマが形成される空間に上記一対のロータリーターゲットのエロージョン部に対向し、かつ平行に２本の上記線状のアノードが設けられ、
上記２本の上記線状のアノードの下方に上記２本の上記線状のアノードにプラズマが誘導されるように磁気回路が設けられ、
上記磁気回路は、上記一対のロータリーターゲットの中心軸を含む平面に平行な平面に設けられた長方形の平板状のヨークおよび当該ヨークの上記一対のロータリーターゲット側の面の両端部上に磁化方向が当該ヨークに垂直となり、かつ互いに逆極性となるように設けられた一対の永久磁石からなる請求項１記載のスパッタリング成膜源。 - 少なくとも一つのスパッタリング成膜源を有し、
上記スパッタリング成膜源が、
少なくとも一つのターゲットと、
作動時にプラズマが形成される空間に上記ターゲットの少なくとも一つのエロージョン部に対向または隣接して設けられた断面積が０．０３ｍｍ2 以上３ｍｍ2 以下の少なくとも１本の線状のアノードと、
を有し、
上記線状のアノードの少なくとも一部がらせん状の形状またはジグザグ形状を有することにより上記線状のアノードは膜厚分布調整機能およびスプリング機能を有し、
上記線状のアノードはスパッタリング電源のプラス極に直接または間接的に接続されるスパッタリング成膜源
である成膜装置。
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| WO (1) | WO2024180949A1 (ja) |
Citations (6)
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- 2023-02-28 JP JP2023029171A patent/JP7369411B1/ja active Active
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2024
- 2024-01-23 WO PCT/JP2024/001819 patent/WO2024180949A1/ja unknown
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