JPH06145976A

JPH06145976A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH06145976A
Application number: JP4301255A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Mukai; 康雄向井; Toshio Adachi; 俊男安達; Yumi Nakamachi; 由美中町; Hiroto Yamaguchi; 裕人山口; Hideo Takakura; 英夫高倉; Takeshi Kurokawa; 岳黒川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-11-11
Filing date: 1992-11-11
Publication date: 1994-05-27
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: JP3076463B2

Abstract

(57)【要約】【目的】装置を大型化したり複雑にすることなく良好
な薄膜を安定して形成させる。【構成】真空槽１０の内部には、プラズマ発生用電源
４が接続されたバッキングプレート２が設けられ、バッ
キングプレート２上にはターゲット１が支持される。タ
ーゲット１には図示左方に搬送されるポリエステルフィ
ルム５が対向配置される。ターゲット１の背面には磁石
ユニット３が配置される。磁石ユニット３は、ポリエス
テルフィルム５の搬送方向に間隔をおいて互いに平行に
配置された２つの磁石３ａを有し、その磁極は互いに逆
に配置される。これにより、ターゲット１の表面に作ら
れる平行磁場のピーク値を結んだ尾根線が閉ループを形
成しないので、プラズマ中の電子が特定箇所に滞留せ
ず、均一な膜厚の薄膜が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体、磁気記録媒
体、太陽電池、液晶ディスプレイ等の製造における成膜
工程で使用される薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の薄膜形成装置の一例とし
て、ロール・ツー・ロール型のマグネトロンスパッタ装
置が知られている。図１９は、従来のロール・ツー・ロ
ール型のマグネトロンスパッタ装置の概略構成図であ
る。図１９に示すように、真空槽１０１０の内部には、
送り出しロール１００６および巻き取りロール１００７
がそれぞれ矢印方向に回転自在に軸支されている。送り
出しロール１００６には被薄膜形成部材である試料ウェ
ブ１００５が巻回されるとともに、試料ウェブ１００５
の一端は巻き取りロール１００７に結合されており、送
り出しロール１００６および巻き取りロール１００７を
図示矢印方向に回転させることで、試料ウェブ１００５
が図示左方に搬送される構成となっている。また、真空
槽１０１０内部の、試料ウェブに１００５対向する部位
には、電極であるバッキングプレート１００２上に支持
されたターゲット１００１が配置されている。バッキン
グプレート１００２には、高電圧印加手段であるプラズ
マ発生用電源１００４が接続されており、さらに、バッ
キングプレート１００２の背面には磁石ユニット１００
３が設けられている。磁石ユニット１００３は、図１９
および図２０に示すようにバッキングプレート１００２
側にＮ極が向くように配置されたループ状の第１の磁石
１００ａと、第１の磁石１００３ａの中心部に、バッキ
ングプレート１００２側にＳ極が向くように配置された
第２の磁石１００３ｂとを有する。

【０００３】上述した構成に基づいて、まず真空槽１０
０１内を排気した後、真空槽１００１に不活性ガスを導
入して所定の圧力とする。その後、バッキングプレート
１００２を介してターゲット１００１に直流電圧を印加
すると、試料ウェブ１００５とターゲット１００１間に
放電が起き、不活性ガスがイオン化してプラズマが形成
される。そして、プラズマ中の陽イオンが陰極であるタ
ーゲット１００１に加速衝突することでターゲット１０
０１から原子あるいは分子が放出され、これが試料ウェ
ブ１００５に付着して薄膜が形成される。このとき、各
磁石１００３ａ、１００３ｂの磁界によりプラズマはタ
ーゲット１００１近傍の第１の磁石１００３ａと第２の
磁石１００３ｂとに挟まれた部分に対応する空間に閉じ
込められているので、プラズマ中の電子はターゲット１
００１上のプラズマ内部をサイクロイド運動して不活性
ガスのイオンの発生を増進させるため、プラズマの密度
が高くなり、ターゲット１００１のスパッタ効率が向上
する。

【０００４】また、ターゲットの不必要部のスパッタを
防止する目的で、図２３に示すように、ターゲット１０
１１の表面の外周部に枠状のダークスペースシールド１
０１８を配置したスパッタリング装置も知られている。
ダークスペースシールド１０１８は、その内側の端部に
おいて全周にわたって形成された凸部１０１８ａを有
し、この凸部１０１８ａがターゲット１０１１の表面の
外周部に対向している。これにより、凸部１０１８ａに
はスパッタされたターゲット物質が付着堆積する。ダー
クスペースシールド１０１８の形状としては、図２３に
示したようなテーパー状の凸部１０１８ａが形成された
ものや、図２４に示すように、矩形状の凸部１０２８ａ
が形成されたのも等がある。そして、図２３に示した凸
部１０１８ａおよび図２４に示した凸部１０２８ａの端
面は、いずれも曲率半径が１ｍｍ程度に曲面加工が施さ
れている。

【０００５】さらに、薄膜の形成により真空槽内にはプ
ラズマ反応に伴う様々な反応生成物からなる不純物が発
生する。これが真空槽の内壁に付着して不純物ガスの発
生源となり真空槽内の真空度を下げたり、真空槽の内壁
から剥離してゴミとなり、これが被薄膜形成部材に付着
してプラズマ反応の再現性や品質の劣化原因となってい
た。これを防止するために、薄膜形成前に真空槽内を加
熱して真空槽の内壁に付着している不純物をガスとして
放出させる脱ガスを行なう装置も知られている。この脱
ガスを行なう方法としては、以下に示すものがある。

【０００６】（１）真空槽内に赤外線ランプヒータやシ
ーズヒータ等の抵抗加熱手段を設け、この抵抗加熱手段
により真空槽内を加熱することにより真空槽の内壁に付
着した不純物を放出させる方法。

【０００７】（２）真空槽内を所定の圧力まで排気した
後、真空槽内にＡｒガスまたはＮ₂ガスを導入してプラ
ズマを発生させ、このときに発生する熱を利用して真空
槽の内壁に付着した不純物を放出させる方法。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述した従来のマグネトロンスパッタ装置では、ターゲッ
トは、第１の磁石と第２の磁石とに挟まれた部分に対応
する部分のみが強くスパッタされるので、試料ウェブに
もそれに対向する部分の膜厚が厚くなってしまう。すな
わち、試料ウェブにはドーナツ状にターゲット物質が付
着するので、試料ウェブを移動させることによってその
移動方向には均一な厚さの膜が形成されるが、試料ウェ
ブの移動方向と直交する方向（以下、「幅方向」とい
う）では膜厚は均一にならず、図２１に示すように、薄
膜１００９は特に幅方向の端部付近で厚くなるという問
題が生じる。これを解決するためには、試料ウェブの幅
に比べて十分に大きなターゲットを使用することが考え
られるが、この方法ではスパッタ装置自体が大型にな
り、装置コストが高くなるというデメリットがあった。

【０００９】また、ターゲットに着目すると、ターゲッ
トは上述したように特定の部分のみが強くスパッタされ
るので、図２２に示すようにターゲット１００１にはド
ーナツ状の深いエロージョン１００１ａが形成され、タ
ーゲット１００１の使用効率が著しく悪くなってしま
う。これの解決手段として、ターゲットに対して磁石ユ
ニットを試料ウェブの搬送方向と平行に往復移動させて
プラズマ領域を移動させることによって、より広い領域
でスパッタさせようとするものも提案されていはいる
が、それでもなお、幅方向の端部付近では深いエロージ
ョンが形成されてしまい、思ったほどの効果が得られな
いのが現状である。

【００１０】一方、図２３および図２４に示した、ター
ゲットの表面にダークスペースシールドを配置したもの
では、ダークスペースシールドの凸部の端面の曲率半径
が小さいので、端面に付着堆積したターゲット物質が端
面から剥離しやすく、放電が不安定になったり、試料に
生成される膜にピンホールが発生したりして、安定した
膜質の薄膜が形成されにくいという問題点があった。

【００１１】さらに、真空槽内の不純物を減少させるた
めに脱ガスを行なうものについても以下に示す問題点が
あった。すなわち、抵抗加熱手段を設けたものでは、ヒ
ータの温度をコントロールするための電源や温度調整シ
ステム等を設ける必要があり、装置構成が複雑になって
しまい、また、真空槽内を均一に加熱することが困難で
あった。そして、ＡｒガスやＮ₂ガスで発生するプラズ
マを利用するものでは、スパッタリング装置の場合には
真空槽の内部にターゲット物質の膜が堆積してしまい装
置のメンテナンスサイクルが短くなってしまい、プラズ
マＣＶＤ装置等の場合にはＲＦ電極がスパッタされてし
まうという問題点があった。

【００１２】本発明の目的は、装置を大型化したり複雑
にすることなく良好な薄膜を安定して形成することがで
きる薄膜形成装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置される被薄膜
形成部材に対向してターゲットを支持する電極と、前記
被薄膜形成部材と前記ターゲットとの間にプラズマ発生
用の放電を起こさせるための、前記電極に接続された高
電圧印加手段と、前記電極の背面に配置された、前記高
電圧印加手段により発生する電界と直交する磁界を発生
するための複数個の磁石とを有する薄膜形成装置におい
て、前記各磁石は、それぞれ前記ターゲットの前記被薄
膜形成部材との対向面に作られる平行磁場のピーク値を
結んだ尾根線が閉ループを形成しないように配置されて
いることを特徴とする。

【００１４】また、前記各磁石のうち少なくとも１つの
磁石が、前記ターゲットと前記被薄膜形成部材との対向
面と平行に、前記電極に対して相対的に移動可能に設け
られているものでもよい。

【００１５】さらに、真空槽と、前記真空槽内に配置さ
れる被薄膜形成部材に対向してターゲットを支持する電
極と、前記被薄膜形成部材と前記ターゲットとの間にプ
ラズマ発生用の放電を起こさせるための、前記電極に接
続された高電圧印加手段と、前記ターゲットの外周に配
置され、前記ターゲットの前記被薄膜形成部材との対向
面の外周部に突出する凸部が形成されたダークスペース
シールドとを有する薄膜形成装置において、前記ダーク
スペースシールドの凸部は、その端面の曲率半径が３ｍ
ｍ以上であることを特徴とするものでもよい。

【００１６】そして、真空槽と、前記真空槽内に配置さ
れる被薄膜形成部材に対向してターゲットを支持する電
極と、前記真空槽内にプラズマ発生用のガスを導入する
ガス導入手段と、前記被薄膜形成部材と前記ターゲット
との間にプラズマ発生用の放電を起こさせるための、前
記電極に接続された高電圧印加手段とを有する薄膜形成
装置において、前記ガス導入手段は、薄膜形成時に使用
されるガスを導入するための成膜用ガス源と、薄膜形成
の前に、前記真空槽内の吸着物質を前記真空槽から放出
させる脱ガス時に使用されるガスを導入するための脱ガ
ス用ガス源とを有し、前記成膜用ガス源のガスあるいは
前記脱ガス用ガス源のガスのいずれか一方を前記真空槽
内に選択的に導入するものであってもよく、この場合
に、前記脱ガス用ガス源のガスは、前記成膜用ガス源の
ガスよりもスパッタ率が低く、かつ熱伝導率が高いガス
であってもよい。

【００１７】

【作用】上記のとおり構成された請求項１に記載の発明
では、真空排気された真空槽内に不活性ガスを所定の圧
力で導入した状態で、高電圧印加手段によりターゲット
に電力を供給すると、被薄膜形成部材とターゲット間に
放電が起き、不活性ガスがイオン化してプラズマが形成
される。そして、プラズマは各磁石の磁界によりターゲ
ットの近傍の各磁石に挟まれた部分に対応する空間に高
密度に分布しているので、プラズマ中の電子はターゲッ
ト上のプラズマ内部をサイクロイド運動する。このプラ
ズマ中の陽イオンが陰極であるターゲットに加速衝突す
ることでターゲットから原子あるいは分子が放出され、
被薄膜形成部材に付着して薄膜が形成される。

【００１８】このとき、各磁石はそれぞれターゲットの
被薄膜形成部材との対向面（表面）に作られる平行磁場
のピーク値を結んだ尾根線が閉ループを形成しないよう
に配置されているので、ターゲットの表面で電子が閉ル
ープを描いて特定箇所に滞留することがなく、ターゲッ
トの表面が被薄膜形成部材の幅方向に均一にスパッタさ
れる。その結果、被薄膜形成部材の薄膜形成面には全体
にわたって均一な膜厚の薄膜が形成される。

【００１９】請求項２に記載の発明では、各磁石のうち
少なくとも１つの磁石が、ターゲットと被薄膜形成部材
との対向面と平行に、電極に対して相対的に移動可能に
設けられているので、磁石の移動に伴って、ターゲット
のスパッタされる部位も移動する。これにより、ターゲ
ットを均一にスパッタさせることができ、ターゲットの
利用効率が向上する。

【００２０】請求項３に記載の発明では、ターゲットの
不必要部のスパッタを防止するためのダークスペースシ
ールドを有するものであるが、ダークスペースシールド
の凸部の端面を３ｍｍ以上の曲率半径で加工することに
より、ダークスペースシールドに付着堆積したターゲッ
ト物質が、ダークスペースシールドから剥離しにくくな
る。その結果、真空槽内にはゴミが発生しにくくなりる
ので、欠陥の少ない良好な薄膜が形成される。

【００２１】請求項４に記載の発明では、真空槽内を真
空排気した後、真空槽に脱ガス用ガスを導入し、高電圧
印加手段により真空槽内にプラズマを発生させる。これ
により真空槽内は加熱され、真空槽の内壁や構造物に付
着していた吸着物質はガスとなって前記内壁や構造物か
ら放出される。これを再び真空排気した後、真空槽に成
膜用ガスを導入し、高電圧印加手段により真空槽内にプ
ラズマを発生させ、被薄膜形成部材に薄膜を形成するこ
とで、真空槽内への薄膜の付着が減少して良好な薄膜が
形成される。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２３】（第１実施例）図１は、本発明の薄膜形成
装置の第１実施例の概略構成図である。図１に示すよう
に本実施例の薄膜形成装置は、被薄膜形成部材を搬送し
つつ、この被薄膜形成部材に薄膜を形成するロール・ツ
ー・ロール型のマグネトロンスパッタ装置であり、真空
槽１０の内部には、送り出しロール６および巻き取りロ
ール７がそれぞれ矢印方向に回転自在に軸支されてい
る。送り出しロール６には、被薄膜形成部材としてのポ
リエステルフィルム５が巻回されている。本実施例で用
いたポリエステルフィルム５は、厚みが３０μｍ、幅が
３００ｍｍのものである。このポリエステルフィルム５
の一端は巻き取りロール７に結合されており、送り出し
ロール６および巻き取りロール７を矢印方向に回転させ
ることで、ポリエステルフィルム５が図示左方に搬送さ
れる構成となっている。

【００２４】また、真空槽１０内部の、ポリエステルフ
ィルム５に対向する部位には、電極としての金属製のバ
ッキングプレート２上に支持されたターゲット１が配置
され、ポリエステルフィルム５とターゲット１の表面と
の間隔は８０ｍｍとなっている。さらに、バッキングプ
レート２の背面には後述する磁石ユニット３が設けられ
ている。バッキングプレート２には、真空槽１０内にプ
ラズマを発生させるための高電圧印加手段としてのプラ
ズマ発生用電源４が接続されている。このプラズマ発生
用電源４は直流電源であり、バッキングプレート２を介
してターゲット１に２ｋＷの電力を供給するものであ
る。また、ターゲット１はアルミニウム製で、その大き
さは、ポリエステルフィルム５の搬送方向の長さが１５
０ｍｍ、ポリエステルフィルム５の幅方向の長さが３６
０ｍｍ、厚みが８ｍｍである。

【００２５】磁石ユニット３は、プラズマ発生用電源４
により発生する電界と直交する磁界を発生するためのも
のであり、図１および図２に示すように、ポリエステル
フィルム５の搬送方向に間隔をおいて、互いにポリエス
テルフィルム５の幅方向に平行に配置された１対の磁石
３ａを有する。各磁石３ａは、それぞれＳｍ−Ｃｏ磁石
であり、その磁極は、一方がバッキングプレート２側に
Ｎ極が向くように配置され、他方がバッキングプレート
２側にＳ極が向くように配置されている。すなわち、各
磁石３ａは、それぞれターゲット１の表面に作られる平
行磁場のピーク値を結んだ尾根線が閉ループを形成しな
いように配置されている。

【００２６】次に、本実施例の動作について説明する。

【００２７】まず真空槽１０内を、その圧力が１０^-4Ｐ
ａになるまで排気した後、真空槽１０内にＡｒガスを１
２０ｃｃ／分の流量で供給して、その圧力が０．５Ｐａ
になるように調整する。その後、プラズマ発生用電源４
によりターゲット１に２ｋＷの電力を供給するととも
に、送り出しロール６および巻き取りロール７を矢印方
向に回転させてポリエステルフィルム５を図示左方に５
０ｍｍ／分の速度で搬送する。これにより、ポリエステ
ルフィルム５とターゲット１間に放電が起き、Ａｒガス
がイオン化してプラズマが形成される。そして、各磁石
３ａの磁界によりプラズマはターゲット１の近傍の各磁
石ａに挟まれた部分に対応する空間に高密度に分布して
いるので、プラズマ中の電子はターゲット１上のプラズ
マ内部をサイクロイド運動して不活性ガスのイオンの発
生を増進させる。このプラズマ中の陽イオンが陰極であ
るターゲット１に加速衝突することでターゲット１から
原子あるいは分子が放出され、ポリエステルフィルム５
に付着してアルミニウムの薄膜が形成される。

【００２８】このとき、磁石ユニット３には上述したよ
うに各磁石３ａが配置されているので、ターゲット１の
表面で電子が閉ループを描いて特定箇所に滞留すること
がなく、ターゲット１の表面がポリエステルフィルム５
の幅方向に均一にスパッタされる。その結果、図３に示
すようにポリエステルフィルム５の薄膜形成面には全体
にわたって均一な膜厚の薄膜９が形成される。

【００２９】このように、各磁石３ａを、ターゲット１
の表面に作られる平行磁場のピーク値を結んだ尾根線が
閉ループを形成しないように配置することで、ターゲッ
ト１を大きくすることなく均一な厚さで薄膜を形成する
ことができる。

【００３０】本実施例では、磁石ユニット３に１対の磁
石３ａを配置させたものの例を示したが、それに限ら
ず、図４に示す磁石ユニット１３のように各磁石１３ａ
の中間部にもう１対の磁石１３ｂを、その磁極が隣り合
う磁石の磁極と逆になるように配置してもよい。これに
より、成膜速度をより速くすることが可能となる。ま
た、各磁石の配置は、ターゲットの形状が角形の場合で
も円形の場合でも、その形状にかかわらず同様な配置と
することができる。

【００３１】図５に、上述した条件で３０分間スパッタ
成膜を行なったときの、アルミニウム薄膜の膜厚をポリ
エステルフィルムの幅方向に沿って測定した結果のグラ
フを示す。図５において、図２に示した磁石ユニットを
用いたものを実験例１、図４に示した磁石ユニットを用
いたものを実験例２で表わした。また、比較のために、
図２０で示した従来の磁石ユニットを用いたものを比較
例１で表わした。各例における膜厚の測定箇所は、それ
ぞれ１１箇所である。

【００３２】図５から明らかなように、比較例１におい
ては、薄膜の膜厚はポリエステルフィルム幅方向の両端
部が中心部に比べ１５％程度厚くなっているが、実験例
１および実験例２においては、ポリエステルフィルムの
中心部から両端までほぼ均一な厚さの薄膜が得られた。
また、実験例１と実験例２とを比較すると、実験例２の
方が厚く成膜されていることがわかる。

【００３３】（第２実施例）図６は、本発明の薄膜形成
装置の第２実施例の概略構成図である。本実施例の薄膜
形成装置も、第１実施例のものと同様のロール・ツー・
ロール型のマグネトロンスパッタ装置であるが、以下の
点で第１実施例のものと異なる。

【００３４】（１）磁石ユニット２３の各磁石２３ａの
間隔を小さくするとともに、磁石ユニット２３がポリエ
ステルフィルム３０の搬送方向と平行に往復移動可能に
設けられている。なお、本実施例で用いた磁石ユニット
２３では、その移動可能距離が１００ｍｍ、また、各磁
石の間隔が５０ｍｍとした。

【００３５】（２）ポリエステルフィルム３０は、厚さ
が１５μｍのものを用いた。

【００３６】その他の構成については第１実施例のもの
と同様であるので、その説明は省略する。

【００３７】上述した構成に基づいて、ターゲット２１
のスパッタを行なう際には、磁石ユニット２３を図示左
右に移動させながら行なう。これにより、各磁石２３ａ
の磁界により生じる、プラズマを閉じ込める空間は磁石
ユニット２３の移動に伴ってポリエステルフィルム３０
の搬送方向に移動するので、ポリエステルフィルム３０
の搬送方向においてターゲット２１は均一にスパッタさ
れる。また、ポリエステルフィルム３０の幅方向におい
ても、第１実施例で述べたようにターゲット２１は均一
にスパッタされる。その結果、図７に示すようにターゲ
ット２１の表面は全域にわたってほぼ均一にスパッタさ
れて全体的に浅いエロージョン２１ａが形成され、特定
の部分のみに深いエロージョンが形成されることがなく
なるので、ターゲット２１を有効に利用することがで
き、ターゲット２１の利用限界を飛躍的に延ばすことが
できる。

【００３８】以下に、本実施例のマグネトロンスパッタ
装置を用いて薄膜を形成した実験結果を示す。本実験例
では、磁石ユニットの移動速度を変えたもの（実験例３
〜５）と、図８に示すように、ターゲット３１、磁石ユ
ニット３３、およびプラズマ発生用電源３４の組を３組
備えたもの（実験例６）と、磁石ユニットの磁石を図２
０に示したようにループ型に配置したもの（比較例２）
とで、それぞれ１００時間のスパッタ成膜し、薄膜の膜
厚分布とターゲットのエロージョン深さを測定したもの
である。その結果を表１に示す。なお、その他の成膜条
件は第１実施例と同様であり、また、薄膜の膜厚分布
は、成膜後のポリエステルフィルムの任意の部分を１ｍ
切り取ったもので、膜厚を長さ方向に１ｃｍ間隔で１０
０箇所測定し、そのばらつきの割合を求めたものであ
る。さらに、磁石ユニットの移動に際しては、成膜中に
磁石ユニットが移動可能範囲の最左端に達した場合に
は、直ちに最右端に戻って再び左方に移動するようにし
た。

【００３９】

【表１】表１より、実験例４については、磁石ユニットの移動速
度がポリエステルフィルムの搬送速度と同じで、ターゲ
ットのスパッタされる部分とポリエステルフィルムのタ
ーゲット物質が付着する部分との相対的な位置関係が変
化しないので、膜厚分布が大きくなっているが、これ
は、実験例６のように複数個のターゲットを用いること
により改善されていることがわかる。また、磁石ユニッ
トの移動速度は、ポリエステルフィルムの搬送速度と大
きく異なる方が膜厚分布は小さくなり、より均一な薄膜
が形成される。さらに、１００時間成膜時の最大エロー
ジョン深さは、比較例２では３．５ｍｍであったのに対
し、実験例３〜６ではいずれも１．２〜１．３ｍｍであ
り、磁石を平行に配置することによりターゲットは均一
にスパッタされていることがわかる。

【００４０】表２に、前記実験例３〜６および比較例２
について、ターゲットのエロージョンの最大深さが６ｍ
ｍとなるまでの時間と、その時のターゲット利用効率を
示す。

【００４１】

【表２】表２より、エロージョンの最大深さが６ｍｍとなる時間
は、実験例３〜６はいずれも比較例２に対して大幅に延
びており、それに伴ってターゲット利用効率も一段と向
上していることがわかる。

【００４２】本実施例では、磁石ユニットに１対の磁石
を配置させたものの例を示したが、それに限らず、図４
に示したような配置とすることもできるし、また、ター
ゲットの形状が角形の場合でも円形の場合でも、その形
状にかかわらず同様な配置とすることができる。さら
に、本実施例では各磁石が一体となって移動するものの
例を示したが、それに限らず、各磁石は、各磁石の間隔
が変化するように移動するものであってもよい。

【００４３】（第３実施例）図９は、本発明の薄膜形成
装置の第３実施例の、ターゲット近傍の断面図である。
図９に示すように、本実施例もマグネトロンスパッタ装
置であり、被薄膜形成部材としてのウエハ（不図示）に
対向配置されるターゲット４１を表面に支持する電極と
してのバッキングプレート４２には、真空槽５０内にプ
ラズマを発生させるための高電圧印加手段としてのプラ
ズマ発生用電源４４が、導電性の部材を介して接続され
ている。本実施例では、ターゲット４１としてＳｉＯ₂
を用いたので、プラズマ発生用電源４４は高周波電源が
使用される。また、バッキングプレート４２の背面に
は、プラズマ発生用電源４４により発生する電界と直交
する磁界を発生するための、複数個の磁石を有する磁石
ユニット４３が配置されている。

【００４４】また、バッキングプレート４２の表面に
は、ターゲット４１の不必要部のスパッタを防止する目
的でダークスペースシールド４８が固定されている。ダ
ークスペースシールド４８は、図９および図１０に示す
ように枠状の構造体であり、その内側の端部には、全周
にわたって凸部４８ａが形成され、この凸部４８ａがタ
ーゲット４１の表面の外周部に対向して突出している。
そして、この凸部４８ａの端面は、３ｍｍ以上の曲率半
径で曲面に加工されたものである。

【００４５】上述したようにダークスペースシールド４
８の凸部４８ａを加工することにより、ターゲット４１
のスパッタの際には、ダークスペースシールド４８の凸
部４８ａにはスパッタされたターゲット物質が付着堆積
するが、凸部４８ａの曲率は大きいものとなっているの
で凸部４８ａに付着したターゲット物質が凸部４８ａか
ら剥離しにくくなる。これにより、真空槽５０の内部に
は凸部４８ａから剥離したターゲット物質のゴミが発生
しにくくなり、ウエハにピンホール等の欠陥の少ない良
好な薄膜を安定して形成することができる。また、通常
は、装置の運転に伴って次第に真空槽５０内のゴミが増
加していくので、所定の時間ごとに装置のメンテナンス
を行なって真空槽５０内のゴミを除去するが、真空槽５
０内にゴミが発生しにくくなるので装置のメンテナンス
をするまでの累積運転時間を延ばすことが可能となる。
その結果、装置のメンテナンスの頻度が減少し、装置の
保守が容易になる。

【００４６】図１１に、凸部４８ａの曲率半径を変えて
スパッタしたときの、積算スパッタ時間とウエハに付着
したゴミの数との関係のグラフを示す。図１１のグラフ
において、縦軸は５インチウエハ１枚当りに付着したゴ
ミの数を示し、横軸は装置のメンテナンス後からの累積
スパッタ時間を示す。また、ダークしペースシールドの
凸部の曲率半径は、１ｍｍ、３ｍｍ、および５ｍｍの３
種類のものを用いた。なお、本実験での成膜条件は、真
空槽内の圧力が０．９Ｐａ、Ａｒガスの流量が６０ｃｃ
／分、投入電力が２ｋＷであった。

【００４７】図１１から明らかなように、凸部の曲率半
径が３ｍｍのものおよび５ｍｍのものについては、１ｍ
ｍのものに比較して格段にゴミが付着しにくいことがわ
かる。また、ゴミの数が１００個に達した時点をメンテ
ナンスが必要な時間とすると、凸部の曲率半径が１ｍｍ
の場合には累積スパッタ時間が４０時間であるのに対
し、曲率半径が３ｍｍの場合には４８時間、さらには曲
率半径が５ｍｍでは５０時間と、それぞれメンテナンス
までのスパッタ時間を２０％以上も延長することができ
る。

【００４８】（第４実施例）図１２は、本実施例の薄膜
形成装置の第４実施例の、ターゲット近傍の断面図であ
り、図１３は、図１２に示したダークスペースシールド
の斜視図である。本実施例の薄膜形成装置も、第３実施
例のマグネトロンスパッタリング装置と同様にダークス
ペースシールド５８を有するマグネトロンスパッタリン
グ装置であるが、以下の点で第３実施例のマグネトロン
スパッタリング装置と異なる。

【００４９】（１）ターゲット５１は、Ｓｉ₃Ｎ₄からな
るものを使用した。

【００５０】（２）ダークスペースシールド５８は円環
状で、その凸部５８ａの端面の曲率半径は５ｍｍとし
た。

【００５１】その他の構成については第３実施例と同様
でよいのでその説明は省略する。

【００５２】本実施例においても、第３実施例と同様に
累積スパッタ時間とウエハ１枚当りに付着するゴミの数
との関係についての実験を、ダークスペースシールドの
凸部の曲率半径が１ｍｍの場合と比較して行なったとこ
ろ、装置のメンテナンスまでの時間で約８時間の延長が
可能となった。なお、本実験での成膜条件は、真空槽内
の圧力が０．１Ｐａ、Ａｒガスの流量が１００ｃｃ／
分、投入電力が１ｋＷであった。

【００５３】（第５実施例）図１４は、本発明の薄膜形
成装置の第５実施例の、ターゲット近傍の断面図であ
る。図１４に示すように本実施例の薄膜形成装置もマグ
ネトロンスパッタ装置であるが、バッキングプレート６
２は円筒形のものであり、真空槽の側壁７０ａに回転自
在に軸支されているものである。バッキングプレート６
２には高周波電源であるプラズマ発生用電源６４が接続
されているとともに、バッキングプレート６２の円筒面
には、その全周にわたってＩＴＯからなるターゲット６
１が設けられている。また、真空槽内にはターゲット６
１の一部位に対向配置されるウエハ（不図示）が設けら
れており、バッキングプレート６２の内部の、ウエハに
対向する部位には磁石ユニット６３が配置されている。
このような構成のマグネトロンスパッタ装置は、バッキ
ングプレート６２を回転させながらターゲット６１スパ
ッタを行なうことで、ターゲット６１を有効に使用しよ
うとするものである。さらに、真空槽７０の側壁には、
ターゲット６１を取り囲むダークスペースシールド６８
が固定されている。ダークスペースシールド６８は、ウ
エハと対向する部位に開口を有し、開口の凸部６８ａの
端面はその曲率半径が５ｍｍで加工されている。

【００５４】本実施例においても、第３実施例と同様に
累積スパッタ時間とウエハ１枚当りに付着するゴミの数
との関係についての実験を、ダークスペースシールドの
凸部の曲率半径が１ｍｍの場合と比較して行なったとこ
ろ、装置のメンテナンスまでの時間で約８時間の延長が
可能となった。なお、本実験での成膜条件は、真空槽内
の圧力が０．３Ｐａ、Ａｒガスの流量が８０ｃｃ／分、
投入電力が６００Ｗであった。

【００５５】（第６実施例）図１５は、本発明の薄膜形
成装置の第６実施例の概略構成図である。本実施例の薄
膜形成装置もスパッタリング装置であり、図１５に示す
ように、真空槽８０の内部には、真空槽８０の内壁に薄
膜が付着するのを防止するための防着機構８１が着脱自
在に取り付けられているとともに、ターゲット７１を支
持し、かつ高電圧印加手段としてのプラズマ発生用電源
７４に接続された、電極としてのバッキングプレート７
２が設けられている。また、真空槽８０内の、ターゲッ
ト７１に対向する部位には被薄膜形成部材としてのウエ
ハ７５が配置されている。さらに、真空槽８０には、真
空槽８０を真空排気するための真空排気手段８２と、真
空槽８０内にプラズマ発生用のガスを導入するためのガ
ス導入手段が設けられている。このガス導入手段は、成
膜用ガス源としてのＡｒガスボンベ８４が接続されたＡ
ｒガス導入手段８５と、脱ガス用ガス源としてのＨｅガ
スボンベ８３が接続されたＨｅガス導入手段８６とを有
する。これにより、真空槽８０内にはＡｒガスまたはＨ
ｅガスのいずれか一方が選択的に導入される構成となっ
ている。これら各ガスのうち、Ａｒガスはウエハ７５へ
の薄膜形成時に使用するガスであり、Ｈｅガスは薄膜形
成に先だって真空槽８０内のＨ₂Ｏ等の吸着物質を放出
させる脱ガス時に使用するガスである。

【００５６】次に、本実施例のスパッタリング装置の動
作について説明する。

【００５７】まず、真空槽８０内を真空排気手段８２で
所定の圧力まで真空排気する。次いで、Ｈｅガス導入手
段８６により真空槽８０内にＨｅガスを導入して、真空
槽８０内の圧力をプラズマ発生圧力まで上昇させる。そ
の後、プラズマ発生用電源７４から電力を供給し、真空
槽８０内にプラズマを発生させる。これにより、真空槽
８０内が加熱され、防着機構８１に付着していたＨ₂Ｏ
等の吸着物質はガスとなって真空槽８０内に放出され
る。Ｈｅガスは、熱伝導率が高いので真空槽８０内を効
率よく加熱することができ、さらにスパッタ率が小さい
ので防着機構８１への膜堆積は非常に小さいものとな
る。

【００５８】プラズマの発生によってＨ₂Ｏ等の吸着物
質が十分に放出されたら、プラズマ発生用電源７４によ
る電力供給およびＨｅガス導入手段８６によるＨｅガス
の導入を停止させ、再び真空排気手段８２により真空槽
８０内を真空排気する。

【００５９】そして、今度はＡｒガス導入手段８４によ
り真空槽８０内にＡｒガスを導入するとともにプラズマ
発生用電源７４により真空槽８０内にプラズマを発生さ
せてターゲット７１をスパッタし、ウエハ７５へ薄膜を
形成する。

【００６０】以下に、本実施例での実験結果を示す。本
実験例では、薄膜形成前にＨｅガスの導入による４時間
のプラズマ加熱を行なった場合（実験例７）と、プラズ
マ加熱を行なわない場合（比較例３）とでそれぞれ直径
が５インチのウエハに薄膜を形成し、累積スパッタ時間
に対する薄膜の膜厚の安定性を調べた。なお、成膜レー
トは１μｍとし、プラズマか熱条件は、真空槽内の圧力
が１．３Ｐａ、Ｈｅガス流量が１００ｃｃ／分、供給電
力が２ｋＷであった。その結果を図１６のグラフに示
す。

【００６１】図１６から、プラズマ加熱を行なわない場
合（比較例３）には、成膜レートまで達するのに約４時
間かかっているが、Ｈｅガスで４時間プラズマ加熱した
場合（実験例７）には、最初から成膜レートどおりの薄
膜が形成されていることがわかる。このことは、真空槽
内がプラズマ加熱され脱ガスされていることを示してい
る。

【００６２】さらに、上述した実験例７および比較例３
において、累積スパッタ時間とウエハ１枚当りに付着し
たゴミの数との関係を調べ、この結果を図１７に示す。

【００６３】図１７から、Ｈｅガスで４時間プラズマ加
熱した場合（実験例７）と、プラズマ加熱を行なわない
場合（比較例３）とでは、ゴミの発生し始める時間には
変化がないことがわかる。ゴミの発生は、防着機構に付
着した膜の剥離によるものであることから、図１７に示
した累積スパッタ時間以前に行なったプラズマ加熱では
防着機構に付着した膜は非常に少なく、防着機構に吸着
しているＨ₂Ｏ等の物質を減少させることができること
がわかる。

【００６４】以上説明した本実施例では、Ｈｅガスでプ
ラズマ加熱するものの例を示したが、プラズマ加熱の際
に用いるガスとしては、熱伝導率が高く、スパッタ率の
小さいガスであればＨｅガスに限られるものではない。
表３に、各種ガスの熱伝導率とスパッタ率を示す。

【００６５】

【表３】表３より、Ｈｅガスの他にＨ₂ガスも熱伝導率が高く、
かつスパッタ率が小さいのでプラズマ加熱の際に用いる
ガスとして適していることがわかる。

【００６６】（第７実施例）図１８は、本発明の薄膜形
成装置の第７実施例の概略構成図である。本実施例の薄
膜形成装置はプラズマＣＶＤ装置であり、図１５に示し
たスパッタリング装置のターゲット７１をＲＦ電極９１
に置き換えたものである。その他の構成および動作は図
１５に示したスパッタリング装置と同様であるのでその
説明は省略する。

【００６７】本実施例のように、プラズマＣＶＤ装置に
おいて、成膜に先だってスパッタ率の小さいＨｅガスで
プラズマ加熱することで、ＡｒガスやＮ₂ガスでプラズ
マ加熱する場合に比較してＲＦ電極９１はスパッタされ
にくくなり、ＲＦ電極９１のダメージを小さくすること
ができる。また、Ｈｅガスは熱伝導率が高いので真空槽
１００内が加熱されやすくなり、効率よく脱ガスを行な
うことができる。脱ガス状態を示すデータとして、Ｑマ
スで放出ガスを測定した結果、Ｈ₂ガスで０．１〜１ｐ
ｐｍであった。脱ガスが不十分の場合には、Ｈ₂ガスの
濃度は１０００ｐｐｍ程度であるから、脱ガスの効果が
十分にあると認められる。なお、本実施例でのＨｅガス
によるプラズマ加熱条件は、真空槽内の圧力が１．３Ｐ
ａ、Ｈｅガス流量が１００ｃｃ／分、供給電力が２ｋＷ
であった。

【００６８】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり構成されて
いるので、以下に記載する効果を奏する。

【００６９】請求項１に記載の発明では、電極の背面に
配置された複数個の磁石を、それぞれターゲットの被薄
膜形成部材との対向面に作られる平行磁場のピーク値を
結んだ尾根線が閉ループを形成しないように配置させる
ことで、プラズマ中の電子がターゲットの表面で閉ルー
プを描いて特定箇所に滞留することがなくなるので、被
薄膜形成部材に均一な厚さの薄膜を形成することができ
る。また、これによりターゲットを大きくする必要もな
くなるので、装置の小型化にも寄与する。

【００７０】請求項２に記載の発明では、各磁石のうち
少なくとも１つの磁石を、ターゲットと被薄膜形成部材
との対向面と平行に、電極に対して相対的に移動可能に
設けることで、ターゲットを均一にスパッタさせること
ができるので、ターゲットの利用効率を向上させ、ター
ゲットの利用限界時間を延ばすことができる。

【００７１】請求項３に記載の発明では、ダークスペー
スシールドの凸部の端面の曲率半径を３ｍｍ以上とする
ことで、端面に付着したターゲット物質の膜が剥離しに
くくなるので、真空槽内のゴミの発生も少なくなり、欠
陥の少ない良好な薄膜を安定して形成することができ
る。また、ゴミの発生を抑えることにより装置のメンテ
ナンスの頻度を少なくすることができ、装置の保守が容
易になる。

【００７２】請求項４に記載の発明では、成膜用ガス源
と脱ガス用ガス源とを備え、薄膜を形成する前に真空槽
内に脱ガス用ガスを導入し、プラズマを発生させること
で、真空槽内を加熱するためのヒータ等の加熱手段を設
けなくても、真空槽の脱ガスを行なうことができる。そ
の結果、真空槽内への薄膜の付着が減少し、欠陥の少な
い良好な薄膜を形成することができる。

【００７３】また、脱ガス用ガスとして、スパッタ率の
低く、かつ熱伝導率の高いガスを用いることで、真空槽
の内壁や構造物、およびプラズマＣＶＤ装置においては
ＲＦ電極へのダメージを減少させることができるととも
に、真空槽内の加熱を効率的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜形成装置の第１実施例の概略構成
図である。

【図２】図１に示した磁石ユニットの平面図である。

【図３】図１に示した薄膜形成装置によって薄膜が形成
されたポリエステルフィルムの、図１に示したＡ−Ａ線
断面図である。

【図４】図２に示した磁石ユニットに、もう１対の磁石
を配置した場合の磁石ユニットの平面図である。

【図５】図１に示した薄膜形成装置において、磁石ユニ
ットを替えて薄膜を形成したときの、ポリエステルフィ
ルムの幅方向に沿って薄膜の厚さを測定した結果を示す
グラフである。

【図６】本発明の薄膜形成装置の第２実施例の概略構成
図である。

【図７】図６に示した薄膜形成装置でスパッタした後
の、ターゲットの断面図である。

【図８】図６に示した薄膜形成装置の変形例であり、磁
石ユニットおよびターゲットの組を３組備えた薄膜形成
装置の概略構成図である。

【図９】本発明の薄膜形成装置の第３実施例の、ターゲ
ット近傍の断面図である。

【図１０】図９に示したダークスペースシールドの斜視
図である。

【図１１】ダークスペースシールドを有するスパッタリ
ング装置でのスパッタにおいて、ダークスペースシール
ドの凸部の曲率半径を変えてスパッタしたときの、累積
スパッタ時間とウエハに付着したゴミの数との関係のグ
ラフである。

【図１２】本発明の薄膜形成装置の第４実施例の、ター
ゲット近傍の断面図である。

【図１３】図１２に示したダークスペースシールドの斜
視図である。

【図１４】本発明の薄膜形成装置の第５実施例の、ター
ゲット近傍の断面図である。

【図１５】本発明の薄膜形成装置の第６実施例の概略構
成図である。

【図１６】図１５に示した薄膜形成装置で薄膜を形成し
たときの、累積スパッタ時間と膜厚との関係を示すグラ
フである。

【図１７】図１５に示した薄膜形成装置で薄膜を形成し
たときの、累積スパッタ時間とウエハ１枚当りに付着し
たゴミの数との関係を示すグラフである。

【図１８】本発明の薄膜形成装置の第７実施例の概略構
成図である。

【図１９】従来のロール・ツー・ロール型マグネトロン
スパッタ装置の概略構成図である。

【図２０】図１９に示した磁石ユニットの平面図であ
る。

【図２１】図１９に示したマグネトロンスパッタ装置に
よって薄膜が形成された試料ウェブの、図１９に示した
Ａ−Ａ線断面図である。

【図２２】図１９に示したマグネトロンスパッタ装置で
スパッタした後のターゲットを示し、同図（ａ）はその
平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示したＢ−Ｂ線断面
図である。

【図２３】ターゲット表面にダークスペースシールドを
配置した従来のマグネトロンスパッタ装置の一例の、タ
ーゲット近傍の断面図である。

【図２４】ターゲット表面にダークスペースシールドを
配置した従来のマグネトロンスパッタ装置の他の例の、
ターゲット近傍の断面図である。

【符号の説明】

１、２１、３１、４１、６１、７１ターゲット２、４２、６２、７２バッキングプレート３、１３、２３、３３、４３、６３磁石ユニット３ａ、１３ａ、１３ｂ、２３ａ磁石４、３４、４４、６４、７４プラズマ発生用電源５ポリエステルフィルム６送り出しロール７巻き取りロール９薄膜１０、５０、７０、８０、１００真空槽２１ａエロージョン４８、６８ダークスペースシールド４８ａ、６８ａ凸部７５ウエハ８１防着機構８２真空排気手段８３Ｈｅガスボンベ８４Ａｒガスボンベ８５Ａｒガス導入手段８６Ｈｅガス導入手段９１ＲＦ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口裕人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者高倉英夫東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者黒川岳東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽と、前記真空槽内に配置される被
薄膜形成部材に対向してターゲットを支持する電極と、
前記被薄膜形成部材と前記ターゲットとの間にプラズマ
発生用の放電を起こさせるための、前記電極に接続され
た高電圧印加手段と、前記電極の背面に配置された、前
記高電圧印加手段により発生する電界と直交する磁界を
発生するための複数個の磁石とを有する薄膜形成装置に
おいて、前記各磁石は、それぞれ前記ターゲットの前記被薄膜形
成部材との対向面に作られる平行磁場のピーク値を結ん
だ尾根線が閉ループを形成しないように配置されている
ことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】前記各磁石のうち少なくとも１つの磁石
が、前記ターゲットと前記被薄膜形成部材との対向面と
平行に、前記電極に対して相対的に移動可能に設けられ
ている請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】真空槽と、前記真空槽内に配置される被
薄膜形成部材に対向してターゲットを支持する電極と、
前記被薄膜形成部材と前記ターゲットとの間にプラズマ
発生用の放電を起こさせるための、前記電極に接続され
た高電圧印加手段と、前記ターゲットの外周に配置さ
れ、前記ターゲットの前記被薄膜形成部材との対向面の
外周部に突出する凸部が形成されたダークスペースシー
ルドとを有する薄膜形成装置において、前記ダークスペースシールドの凸部は、その端面の曲率
半径が３ｍｍ以上であることを特徴とする薄膜形成装
置。
【請求項４】真空槽と、前記真空槽内に配置される被
薄膜形成部材に対向してターゲットを支持する電極と、
前記真空槽内にプラズマ発生用のガスを導入するガス導
入手段と、前記被薄膜形成部材と前記ターゲットとの間
にプラズマ発生用の放電を起こさせるための、前記電極
に接続された高電圧印加手段とを有する薄膜形成装置に
おいて、前記ガス導入手段は、薄膜形成時に使用されるガスを導
入するための成膜用ガス源と、薄膜形成の前に、前記真空槽内の吸着物質を前記真空槽
から放出させる脱ガス時に使用されるガスを導入するた
めの脱ガス用ガス源とを有し、前記成膜用ガス源のガスあるいは前記脱ガス用ガス源の
ガスのいずれか一方を前記真空槽内に選択的に導入する
ものであることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項５】前記脱ガス用ガス源のガスは、前記成膜
用ガス源のガスよりもスパッタ率が低く、かつ熱伝導率
が高いガスである請求項４に記載の薄膜形成装置。