WO2007086276A1

WO2007086276A1 - スパッタリング装置及び成膜方法

Info

Publication number: WO2007086276A1
Application number: PCT/JP2007/050479
Authority: WO
Inventors: Satoru Takasawa; Sadayuki Ukishima; Noriaki Tani; Satoru Ishibashi
Original assignee: Ulvac, Inc.
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2007-08-02
Also published as: EP1978127A4; TW200732489A; US8147657B2; CN101356297B; TWI362426B; EP1978127A1; CN101356297A; JPWO2007086276A1; KR20080064125A; US20080245657A1; KR101006057B1; JP4717896B2

Abstract

本発明のスパッタリング装置１は第一～第四のターゲット２１ａ～２１ｄを有している。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは表面が互いに対向配置されている。第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄも表面が互いに対向配置されている。誘電体膜を成膜する時には、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂと、第三、第四のターゲット２１ｃ、２１ｄを交互にスパッタリングする。表面が互いに対面する２枚のターゲット２１ａ～２１ｄがスパッタリングされる時に、他の２枚のターゲット２１ａ～２１ｄはアースとして機能する。その結果、異常放電が抑制される。

Description

明細書

スパッタリング装置及び成膜方法

技術分野

[0001] 本発明はスパッタリング装置と、それを用いた成膜方法に関する。

背景技術

[0002] 酸化物薄膜等の誘電体薄膜を製造する方法として、活性ガスをスパッタリング空間に導入し、ターゲットから得られるスパッタ材料と上記活性ガスとを反応させて化合物膜を堆積させる反応性スパッタリングによる製造方法が知られている。

[0003] この反応性スパッタリングでは、通常、力ソードが基板と平行に配置されて、る。そのため、力ソード上のターゲットから垂直に放出されるスパッタ粒子が基板上に入射する。そのようなスパッタ粒子は高エネルギーなため、基板上に形成誘電体膜を形成する際、その誘電体膜にダメージを与えるという問題があった。

[0004] 従来、この問題を解決するために、対向ターゲット式スパッタリングによる製造方法が提案されている。この製造方法は、一対のターゲットを空間を隔てて互いに対向するように配置し、それらのターゲットに対し、垂直方向に磁界を発生させてぺユング放電させる。（特許:特公昭 62— 56575号公報）

図 7の符号 110は従来技術の対向ターゲット式のスパッタリング装置を示している。このスパッタリング装置 110は、真空槽 111を有しており、該真空槽 111内には、二台のターゲット 121a、 121bが表面を互いに一定距離だけ離間して平行に対向配置されている。各ターゲット 121a、 121bの裏面は力ソード電極 122a、 122bに取りつけられ、

[0005] 力ソード電極 122a、 122bの裏面〖こは、磁石部材 115a、 115bが配置されている。

磁石咅材 115a、 115biま、ヨーク 129a、 129bにリング状の磁石 123a、 123b力 S取りつけられて構成されている。

[0006] 各磁石 123a、 123bは、それぞれ一方の磁極をターゲット 121a、 121b向け、他方の磁極をターゲットとは反対方向に向けて配置されている。且つ、二個の磁石 123a 、 123bは、異なる極性の磁極がターゲット 121a、 121bに向けられている。 [0007] 要するに、一方の磁石 123aが、ターゲット 121aに N極を向けている場合、他方の磁石 123bは、ターゲット 121bに S極を向けている。磁石 123a、 123bはリング状であるので、磁石 123a、 123bの間には筒状の磁力線が形成される。

[0008] 真空排気系 116によって真空槽 111内を真空排気し、ガス導入系 117からスパッタガスを導入し、ターゲット 121a、 121bに電圧を印カロすると、ターゲット 121a、 121b で挟まれた空間にスパッタガスのプラズマが発生し、ターゲット 121a、 121bの表面がスパッタされる。

[0009] ターゲット 121a、 121bで挟まれた空間の側方には、成膜対象物 113が配置されている。ターゲット 121a、 121bから斜めに飛び出し、真空槽 111内に放出されたスパッタ粒子によって、成膜対象物 113表面に薄膜が形成される。

[0010] このスパッタリング装置 110によれば、高速エネルギーをもった粒子を筒状の磁力線により、一対のターゲット間に閉じ込めることができる。従って、高速エネルギー粒子が基板に入射することを防止することが可能になり、低ダメージな薄膜の製造が可能であった。

[0011] なお、通常のスパッタリングでは、スパッタガスとして不活性ガスのみを用いる力上記反応性スパッタリングでは、スパッタガスとして不活性ガスに活性ガスをカ卩え、ターゲットから飛び出してくる固体粒子と活性ガスとの反応物を成膜することを特徴とする

[0012] 酸化物薄膜を成膜するの場合、スパッタガスに、活性ガスとして酸素ガスを同時に導入する。そのため、ターゲット表面が酸化され、さらに防着板やアースシールド等にも誘電体膜が堆積し、異常アーク放電が頻繁に発生する恐れがある。

[0013] この異常アーク放電を解消するために、従来、上記対向する二つのターゲットに位相を 180度ずらした交流電場を印加することが提案されて、る。（特許：特開平 11 29862号公報）

し力しながら、交流電場を印カロした場合であっても、誘電体膜の成膜を続けると、タ一ゲット表面、防着板、力ソードボックス (スパッタ室)の内壁等に誘電体膜が堆積し、異常アーク放電が起こった。

[0014] 更に、誘電体膜の成膜を続け、力ソードボックスの内壁全体に誘電体膜が堆積すると、プラズマが接地電位を求めて筒状磁力線の内部から基板が配置された側の空間に噴出し、基板がプラズマによってダメージを受けるという問題があった。

特許文献 1：特公昭 62— 56575号公報

特許文献 2：特開平 11― 29862号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0015] 本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、誘電体膜を成膜する場合であっても、異常放電が発生しな、スパッタリング装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0016] 上記課題を解決するために本発明は、表面が互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、表面が前記第一のターゲットの表面と平行にされた第三のターゲットと、表面が前記第二のターゲットの表面と平行にされ、前記第三のターゲットと対向配置された第四のターゲットと、前記第一〜第四のターゲットの裏面に配置された第一〜第四の力ソード電極とを有し、前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置の成膜対象物表面に薄膜を形成するように構成されたスパッタリング装置である。本発明はスパッタリング装置であって、前記第三、第四のターゲットの表面は、それぞれ前記第一、第二のターゲットの表面と同じ平面内に位置するスパッタリング装置である。

本発明はスパッタリング装置であって、前記第一、第二のターゲットは前記薄膜形成中の前記成膜対象物と前記第三、第四のターゲットの間に配置されたスパッタリング装置である。

本発明はスパッタリング装置であって、成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら移動させる移動機構を有するスパッタリング装置である本発明はスパッタリング装置であって、前記第三、第四のターゲットは、前記薄膜形成中の前記成膜対象物が前記第三、第四のターゲットの間の空間と対面するように配置されたスパッタリング装置である。本発明はスパッタリング装置であって、成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と、前記第三、第四のターゲットの間の空間に同時に対面させながら移動させる移動機構を有するスパッタリング装置である。

本発明はスパッタリング装置であって、前記第一〜第四の力ソード電極に接続され、交流電圧を出力するスパッタリング電源を有し、前記スパッタリング電源は、前記第一、第二の力ソード電極に同じ極性で同じ大きさの電圧を印加し、前記第三、第四の力ソード電極に同じ極性で同じ大きさの電圧を印加するように接続されたスパッタリング装置である。

本発明はスパッタリング装置であって、前記スパッタリング電源は、前記第一、第二の力ソード電極に負電圧が印加される時には、前記第三、第四の力ソード電極に前記第一、第二の力ソード電極に対して正電圧が印加され、前記第三、第四の力ソード電極に負電圧が印加される時には、前記第一、第二の力ソード電極に前記第三、第四の力ソード電極に対して正電圧が印加されるような交流電圧を出力するスパッタリング装置である。

本発明は、表面が互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、表面が前記第一のターゲットの表面と平行にされた第三のターゲットと、表面が前記第二のターゲットの表面と平行にされ、前記第三のターゲットと対向配置された第四のターゲットとを有するスパッタリング装置の、前記第一、第二のターゲット間の空間と対面する位置の成膜対象物に誘電体膜を成膜する成膜方法であって、前記第一、第二のターゲットに負電圧を印加し、前記第三、第四のターゲットに前記第一、第二のターゲットに対して正電圧を印加する第一の電圧期間と、前記第三、第四のターゲットに負電圧を印加し、前記第一、第二のターゲットに前記第三、第四のターゲットに対して正の電圧を印加する第二の電圧期間とが交互に繰り返される成膜方法である。

本発明は成膜方法であって、前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら前記成膜対象物を移動させて前記誘電体膜を成膜する成膜方法である。

本発明は成膜方法であって、前記成膜対象物の移動方向の先端が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置に到達してから、前記成膜対象物の移動方向の最後尾が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置を通過し終わるまでに、前記第一、第二の電圧期間とがそれぞれ 2回以上繰り返される成膜方法である。

[0017] 本発明は上記のように構成されており、第一〜第四のターゲットは、裏面側に配置された第一〜第四の力ソード電極にそれぞれ電気的に接続され、第一〜第四のターゲットは、その裏面側に配置された力ソード電極と同じ電圧が印加されるように構成されている。

[0018] 第一、第二のターゲットに負電圧を印加してスパッタリングすると、第一、第二のタ一ゲットの間の空間にスパッタ粒子が放出され、第三、第四のターゲットに負電圧を印加してスパッタリングすると、第三、第四のターゲットの間の空間にスパッタ粒子が放出される。

[0019] 第一、第二のターゲットは、移動経路と第三、第四のターゲットの間に位置しているから、第三、第四のターゲットから放出されたスパッタ粒子は前記第一、第二のターゲットの間の空間を通過して、前記成膜対象物に到達する。

発明の効果

[0020] 第一〜第四のターゲットのうち、対向する 2枚のターゲットに負電圧を印加してスパッタリングする時には、該負電圧に対し正の電圧力対向する他の 2枚のターゲットに印加され、スパッタリングされないターゲットがスパッタリングされるターゲットに対してアースとして機能するので、スパッタ室内壁やアースシールドが誘電体膜で覆われても異常放電が起こり難い。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]本発明のスパッタリング装置の断面図

[図 2]第一例のスパッタリング装置のスパッタ室を模式的に示す斜視図

[図 3]第二例のスパッタリング装置のスパッタ室を模式的に示す斜視図

圆 4]移動機構の他の例を説明する断面図

[図 5]フラットバンドシフトと誘電体膜の膜厚の関係を示すグラフ

[図 6]基板温度と成膜時間の関係を示すグラフ

[図 7]従来技術のスパッタリング装置を説明する断面図

符号の説明 [0022] 1……スパッタリング装置 4……電源 5……成膜対象物 (基板） 6……スパッタ室 7……移動機構 21a〜21d……第一〜第四のターゲット 22a〜22d ……第一〜第四の力ソード電極 25a〜25d……第一〜第四の磁石部材発明を実施するための最良の形態

[0023] 図 1の符号 1は、本発明の第一例のスパッタリング装置を示している。

このスパッタリング装置 1は、縦型のインターバック式の装置であり、真空槽 11を有している。真空槽 11は搬送室 9と、後述するスパッタリングが行われるスパッタ室 6とを有して、る。搬送室 9内部には成膜対象物である基板 5を搬送室 9内で搬送する移動機構 7が配置されている。

[0024] 搬送室 9には搬入口 41と搬出口 42が設けられている。搬入口 41には不図示の搬出入室が接続され、搬出口 42には不図示の後処理室が接続されている。

成膜対象物である基板 5は、搬出入室力も搬入口 41を通って搬送室 9内に搬入されると、キャリア 13に保持されるようになっている。移動機構 7は基板 5の成膜面が同一平面 14内に位置する状態を維持したまま搬入口 41から搬出口 42の間でキャリア 13を基板 5と一緒に直線移動させる。

[0025] 搬送室 9の壁面には搬入口 41と搬出口 42の間の位置に開口 16が設けられている。スパッタ室 6は開口 16を介して搬送室 9に気密に接続されている。基板 5は成膜面を開口 16に向けた状態で、開口 16と対面する位置を通過するようになっている。

[0026] スパッタ室 6の内部には板状の第一〜第四のターゲット 21a〜21dが配置されている。第一、第二のターゲット 21a、 21bは表面が互いに対向して位置し、第三、第四のターゲット 21c、 21dも表面が互いに対向して位置している（図 2)。

[0027] 第三、第四のターゲット 21c、 21dの表面は、それぞれ第一、第二のターゲット 21a 、 21bの表面と平行である。ここでは、第三、第四のターゲット 21c、 21dの表面は、第一、第二のターゲット 21a、 21bの表面とそれぞれ同一平面内に位置している。

[0028] 第一、第二のターゲット 21a、 21bは、第三、第四のターゲット 21c、 21dよりも開口 1 6から近くに配置されている。第一、第二のターゲット 21a、 21b間の空間 45の中心と、第三、第四のターゲット 21c、 21dの間の空間 46の中心を結ぶ直線の延長線上に、基板 5が直線移動する経路が位置している。第三、第四のターゲット 21c、 21dの間の空間 46は、第一、第二のターゲット 21a、 21bの間の空間 45を介して開口 16と面している。

[0029] 第一〜第四のターゲット 21a〜21dの裏面側には第一〜第四の磁石部材 25a〜2 5dがそれぞれ配置されて、る。第一〜第四の磁石部材 25a〜25dによって第一〜第四のターゲット 21a〜21dの表面に磁力線が形成されるように構成されている。

[0030] 第一〜第四のターゲット 21a〜21dの裏面には第一〜第四の力ソード電極 22a〜2 2dが配置されている。第一〜第四のターゲット 21a〜21dは第一〜第四の力ソード電極 22a〜22dの表面にそれぞれ密着して取り付けられている。

第一〜第四のターゲット 21a〜21dの周囲にはアースシールド 24がそれぞれ設けられて、る。アースシールド 24は真空槽 11と同じ接地電位に接続されて、る。

[0031] 真空槽 11の外部には電源 4が配置されている。真空排気系 19は真空槽 11内を真空排気する。ガス導入系 18から、スパッタガスと、必要に応じて活性ガスが真空槽 11 内に導入され、成膜雰囲気が形成される。第一〜第四のターゲット 21a〜21d表面に磁力線を形成した状態で電源 4から力ソード電極 22a〜22dに電圧を印加すると、第一〜第四のターゲット 21a〜21dに電圧が印加され、第一〜第四のターゲット 21a 〜21dの表面がスパッタされ、スパッタ粒子が放出されるように構成される。

[0032] 図 1の符号 Vで基板 5の移動する移動方向を表す。同図の符号 Aは第一、第三のタ一ゲット 21a、 21c表面が位置する平面を表す。同図の符号 Bは第二、第四のターゲット 21b、 21d表面が位置する平面を表す。平面 A、 Bは、移動方向 Vと直交するようになっている。

基板 5は、第一〜第四のターゲット 21a〜21dの間の空間 45、 46と一定距離だけ離間した状態を維持して移動する。第一〜第四のターゲット 21a〜21dの表面力も放出されたスパッタ粒子は基板 5の成膜面に略垂直に入射して薄膜が形成される。

[0033] 次に、誘電体膜を成膜する場合のスパッタリング装置 1の構成について説明する。

第一〜第四の磁石部材 25a〜25dはリング状の第一〜第四のリング磁石 27a〜27 dを有している。第一〜第四のリング磁石 27a〜27dは、リングが位置する平面と第一〜第四のターゲット 21a〜21d表面とが略平行にされ、リングの中心軸線が第一〜第四のターゲット 21a〜21dの表面に対して略垂直になるよう配置されている。 [0034] 第一〜第四のリング磁石 27a〜27dは第一〜第四のターゲット 21a〜21dに向けられた面に磁極が形成されている。

第一、第二のリング磁石 27a、 27bは互い異なる極性の磁極が第一、第二のターゲット 21a、 21bに向けられ、第三、第四のリング磁石 27c、 27dも互いに異なる極性の磁極が第三、第四のターゲット 21c、 21dに向けられている。

第一、第二のリング磁石 27a、 27bの間には、第一、第二のターゲット 21a、 21bの表面を通る筒状に磁力線が形成され、第三、第四のリング磁石 27c、 27dの間には、第三、第四のターゲット 21c、 21dの表面を通る筒状の磁力線が形成される。

[0035] 第一〜第四のターゲット 21a〜21dの平面形状は、第一〜第四のリング磁石 27a〜 27dのリング外周よりも小さぐ第一〜第四のターゲット 21a〜21dは、裏面に位置するリング磁石 27a〜27dの外周からはみ出な!/、ようにされて!、る。

第一、第二のターゲット 21a、 21bとその間の空間 45は第一、第二のリング磁石 27 a、 27bが形成する筒状磁力線で取り囲まれ、第三、第四のターゲット 21c、 21dとその間の空間 46は第三、第四の磁石部材 25c、 25dが形成する筒状磁力線で取り囲まれる。従って、第一、第二のターゲット 21a、 21bの間の空間 45と、第三、第四のタ一ゲット 21c、 21dの間の空間は互いに異なる筒状磁力線で取り囲まれる。

[0036] 同じ平面 A、 B内で隣接する磁石部材 25a〜25dは、同じ極性の磁極をターゲット 2 la〜21dに向けている。即ち、第一、第三のリング磁石 27a、 27cの第一、第三のタ一ゲット 21a、 21cに向けられた磁極の極性は同じである。第二、第四のリング磁石 2 7b、 27dの第二、第四のターゲット 21b、 21dに向けられた磁極の極性も同じになつている。

第一、第三のリング磁石 27a、 27cの間と、第二、第四のリング磁石 27b、 27dの間に第一〜第四のターゲット 21a〜21d表面を貫く磁力線は形成されず、筒状の磁力線の磁束密度が減少しな、。

[0037] 第一〜第四のリング磁石 27a〜27dの裏面側には第一〜第四のヨーク 26a〜26d がそれぞれ配置されている。第一〜第四のリング磁石 27a〜27dは第一〜第四のタ一ゲット 21a〜21d側の磁極と反対の磁極が形成された面が第一〜第四のヨーク 26 a〜26dにそれぞれ密着している。磁力線は第一〜第四のターゲット 21a〜21dとは反対側に膨らまな、ようになって、る。

[0038] ここでは、第一〜第四のリング磁石 27a〜27dの内側に第一〜第四の棒状磁石 28 a〜28dがそれぞれは位置されている。第一〜第四の棒状磁石 28a〜28dは、その周囲のリング磁石 27a〜27dと同じ極性の磁極が第一〜第四のターゲット 21a〜21d に向けられている。

[0039] 従って、この第一〜第四の磁石部材 25a〜25dでは、第一〜第四のターゲット 21a 〜21d側の磁極の間隔が、棒状磁石が無い場合に比べて狭い。第一〜第四のターゲット 21a〜21d表面を貫く磁力線は、同じ磁石部材 25a〜25dに戻らない。

従って、棒状磁石が無い場合に比べて筒状磁力線の密度は高くなる。このように、第一、第二のリング磁石 27a、 27bの間と、第三、第四のリング磁石 27c、 27dの間の筒状磁力線の磁束密度は高い。それゆえ、上述したスパッタリングの際には、筒状磁力線の内部にプラズマが閉じ込められる。

[0040] 搬送室 9とスパッタ室 6は接地電位に接続されて、る。

電源 4は交流電源であって、第一、第二のターゲット 21a、 21bに接地電位に対して負電圧を印加する時には、第三、第四のターゲット 21c、 21dに第一、第二のターゲット 21a、 21bに対して正電圧を印加し、第三、第四のターゲット 21c、 21dに接地電位に対して負電圧を印加する時には、第一、第二のターゲット 21a、 21bに第三、第四のターゲット 21c、 21dに対して正電圧を印加するよう構成されている。

従って、第一、第二のターゲット 21a、 21b表面のスパッタリングと、第三、第四のタ一ゲット 21c、 21d表面のスパッタリングが交互に起こる。

[0041] 第一、第二のターゲット 21a、 21bに印加される電圧の大きさは正負いずれの場合も同じである。同様に、第三、第四のターゲット 21c、 21dに印加される電圧の大きさも正負いずれの場合も同じになっている。従って、互いに対向する 2枚のターゲット 2 la〜21dの間には電位差が生じない。その結果、第一、第二のターゲット 21a、 21b は均一にスパッタリングされ、第三、第四のターゲット 21c、 21dも均一にスパッタリングされる。

[0042] 誘電体膜を成膜する時には、導電性材料力もなる第一〜第四のターゲット 21a〜2 Idを第一〜第四の力ソード電極 22a〜22dに取付けておく。真空槽 11内を所定圧力まで真空排気する。真空排気を続けながら、活性ガスを、スパッタガスと共に真空槽 11内に導入して成膜雰囲気を形成する。

尚、活性ガスは、導電性材料と反応して誘電体材料を生成するガスである。ここでは、スパッタガスは希ガスである。

[0043] 搬送室 9とスパッタ室 6を接地電位に置く。成膜雰囲気を維持しながら、電源 4から第一〜第四のターゲット 21a〜21dに交流電圧を印加する。その交流電圧によって、第一、第二のターゲット 21a、 21bに接地電位に対して負電圧が印加される時に、第三、第四のターゲット 21c、 21dに第一、第二のターゲット 21a、 21bに対して正電圧が印加される。また、第三、第四のターゲット 21c、 21dに接地電位に対して負電圧が印加される時に、第一、第二のターゲット 21a、 21bに第三、第四のターゲット 21c 、 21dに対して正電圧が印加される。

その結果、第一、第二のターゲット 21a、 21b表面と、第三、第四のターゲット 21c、 21d表面が交互にスパッタリングされる。

[0044] 予め搬送室 9に基板 5を搬入しておく。第一、第二のターゲット 21a、 21b表面のスパッタリングと、第三、第四のターゲット 21c、 21dの表面のスパッタリングを続けながら、基板 5を上述した移動機構 7によって移動させる。

[0045] 基板 5は開口 16と面する位置に到達すると、開口 16を介して第一、第二のターゲット 21a、 21bの間の空間 45と対面し、成膜面にスパッタリング粒子が到達し始める。

[0046] 電源 4が出力する交流電圧の周波数は、基板 5の移動方向 V先端が開口 16と面する位置に到達してから、移動方向 V最後尾が開口 16と面する位置を通過し終わる間に、第一、第二のターゲット 21a、 21bの表面と、第三、第四のターゲット 21c、 21dの表面が複数回ずつスパッタリングされるように設定されて、る。

[0047] 第三、第四のターゲット 21c、 21dは第一、第二のターゲット 21a、 21bよりも開口 16 力も遠い位置にある。従って、 1枚の基板 5には開口 16から遠い位置で放出されたスパッタ粒子と、開口 16から近い位置で放出されたスパッタ粒子が交互に複数回ずつ到達することになる。

[0048] 開口 16から遠、位置で放出されたスパッタ粒子は、開口 16から近、位置で放出されたスパッタ粒子に比べて基板 5に到達する割合が少ない。しかし、本発明の成膜方法では、開口 16から遠い位置で放出されたスパッタ粒子と、開口 16から近い位置で放出されたスパッタ粒子が交互に複数回ずつ同じ基板 5に到達する。その結果、成膜面の各部分に到達するスパッタ粒子の量が平均化される。

[0049] スパッタ粒子は、第一〜第四のターゲット 21a〜21d表面力も基板 5の成膜面へ到達する間、又は基板 5の成膜面に到達してから、活性ガスと反応して誘電体材料が生成される。従って、基板 5表面には誘電体膜が形成される。上述したように、基板 5 成膜面の各部分に到達するスパッタ粒子の量は平均化されている。従って、成膜面には膜厚均一な誘電体膜が形成される。

[0050] 活性ガスを供給しながら、第一〜第四のターゲット 21a〜21dのスパッタリングを続けると、スパッタ室 6の内壁やアースシールド 24の表面にも誘電体膜が形成される。その結果、スパッタ室 6やアースシールド 24がアースとして機能しなくなる。

[0051] 本発明では、 2枚の対向するターゲット 21a〜21dの表面がスパッタリングされる時には、他の 2枚の対向するターゲット 21a〜21d力スパッタされるターゲット 21a〜2 Idに対して正の電圧に置かれる。その結果、スパッタされないターゲット 21a〜21d がアースとして機能する。

[0052] し力も、 2枚の対向するターゲット 21a〜21dと他の 2枚のターゲット 21a〜21dは交互にスパッタリングされる。ターゲット 21a〜21d表面に誘電体膜が付着しても、スパッタリングによって誘電体膜が除去される。そのため、スパッタ室 6内には常にアースが存在することになる。そのアースが異常放電を防止する。

[0053] 搬送室 9は接地電位に接続されている。スパッタ室 6の内壁が誘電体膜で覆われると、第一〜第四のターゲット 21a〜21d間の空間 45、 46のプラズマは接地電位を求めて搬送室 9に弓 Iき付けられる。

[0054] しかし、搬送室 9よりも近くにアースとして機能するターゲット 21a〜21dがある。第一、第二のターゲット 21a、 21bがスパッタリングされる時には、その間の空間 45のプラズマは開口 16から引き出されず、第三、第四のターゲット 21c、 21dの間の空間 46 に引き込まれる。

逆に、第三、第四のターゲット 21c、 21dがスパッタリングされる時には、その間の空間 46のプラズマは開口 16の手前で第一、第二のターゲット 21a、 21bの間の空間 45 に引き込まれる。従って、いずれの場合もプラズマは開口 16から搬送室 9内に引き込まれな、。基板 5はプラズマによってダメージを受けな!/、。

[0055] 上記第一例のスパッタリング装置 1では、第三、第四のターゲット 21c、 21dの間の空間 46力第一、第二のターゲット 21a、 21bの間の空間 45を介して開口 16と面した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

[0056] 図 3の符号 50は本発明第二例のスパッタリング装置を示している。このスパッタリング装置 50は、第三、第四のターゲット 21c、 21d表面がそれぞれ第一、第二のターゲット 21a、 21b表面と平行な面 (ここでは同一面）にある点で第一例のスパッタリング装置 1と同じである。

しかし、第三、第四のターゲット 21c、 21dは、第一、第二のターゲット 21a、 21bと開口 16からの距離と略等しくされている。第三、第四のターゲット 21c、 21dの間の空間 46は第一、第二のターゲット 21a、 21bの間の空間 45と同様に、直接開口 16と面する。

[0057] 従って、第二例のスパッタリング装置 50では、第三、第四のターゲット 21c、 21dから放出されるスパッタ粒子は、第一、第二のターゲット 21a、 21bの間の空間 45を通らない。そのスパッタ粒子は、直接開口 16から基板 5に向けて飛行する。

[0058] 第二例のスパッタリング装置 50においても、第一例のスパッタリング装置 1と同様に、第一〜第四のターゲット 21a〜21dの裏面側に第一〜第四の磁石部材 25a〜25d が配置されて、る（ここでは第一〜第四の磁石部材 25a〜25dを図示しな、)。それらの磁石部材 25a〜25dによって、第一〜第四のターゲット 21a〜21d表面を通る磁力線がそれぞれ形成される。

[0059] 第二例のスパッタリング装置 50は、第一例のスパッタリング装置 1と同様に、第一〜第四の磁石部材 25a〜25dが第一〜第四のリング磁石 27a〜27dを有する。第一、第二のターゲット 21a、 21dの間の空間 45を取り囲む筒状の磁力線と、第三、第四のターゲット 21c、 21dの間の空間 46を取り囲む筒状の磁力線とがそれぞれ形成される

[0060] 次に、このスパッタリング装置 50で誘電体膜を成膜する工程について説明する。導電体材料からなる第一〜第四のターゲット 21a〜21dを力ソード電極 22a〜22dに取り付け、第一例のスパッタリング装置 1で誘電体膜を成膜する場合と同様に、成膜雰囲気を形成する。

搬送室 9とスパッタ室 6を接地電位に置いた状態で、第一〜第四のターゲット 21a〜 21dに交流電圧を印加する。

第一、第二のターゲット 21a、 21bに接地電位に対して負電圧が印加される時には、第三、第四のターゲット 21c、 21dは第一、第二のターゲット 21a、 21bに対して正電圧が印加される。

第三、第四のターゲット 21c、 21dに接地電位に対して負電圧が印加される時には、第一、第二のターゲット 21a、 21bに第三、第四のターゲット 21c、 21dに対して正電圧が印加される。第一、第二のターゲット 21a、 21b表面と、第三、第四のターゲット 21c、 21d表面は交互にスパッタリングされる。

[0061] このスパッタリング装置 50においても、スパッタリングされないターゲット 21a〜21d がアースとして機能する。そのため異常放電が起こらない。また、第一〜第四のターゲット 21a〜21d間の空間 45、 46からプラズマが搬送室 9に引き出されない。従って、基板 5はダメージを受けない。

[0062] 第二例のスパッタリング装置 50は、第三、第四のターゲット 21c、 21dが開口 16と直接面する。そのため、第一例のスパッタリング装置 1に比べて、スパッタ粒子が広い範囲に放出される。第二例のスパッタリング装置 50は、第一例のスパッタリング装置 1よりも成膜面積の広い基板 5を成膜するのに適している。しかしながら、薄膜の膜厚分布は、第一例のスパッタリング装置 1の方力第二例のスパッタリング装置 50よりも均一になる。

[0063] 以上は、基板 5が搬送室 9内で直線移動する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではな、。図 4の符号 61は本発明に用いる移動機構の他の例を示している。

[0064] この移動機構 61は搬送ドラム 67を有している。搬送ドラム 67は搬送室 9内部の開口 16と対面する位置で、側面が開口 16に向けて配置されている。搬送ドラム 67は不図示の駆動機構に接続されている。駆動機構を動作させると、搬送ドラム 67がその中心軸線と開口 16との相対的な位置関係を維持したまま、中心軸線を中心として回転するように構成されて、る。

[0065] 基板 5は、搬出入室力も搬送室 9に搬入されると、搬送ドラム 67の側面に取り付けられる。搬送ドラム 67を回転させると、基板 5は搬送ドラム 67の中心軸線を中心とする円周に沿って回転移動する。基板 5は移動する途中に開口 16と対面する位置を通過する。

[0066] 図 4の符号 Vは基板 5の移動方向を示して、る。移動方向 Vが第一、第三のターゲット 21a、 21cの表面が位置する平面 Aと、第二、第四のターゲット 21b、 21dの表面が位置する平面 Bと垂直になった時に、基板 5の中心力も第一、第二のターゲット 21a、 21bまでの距離はそれぞれ等距離になる。

基板 5の中心から第三、第四のターゲット 21c、 21dまでの距離もそれぞれ等距離になるようにされている。その結果、基板 5が開口 16に近づく時と遠ざかる時のスパッタ粒子の量は均一になる。

この移動機構 61は、上述した第一、第二例のスパッタリング装置 1、 50のいずれに用いてもよい。

[0067] 以上は、ターゲットの枚数力枚の場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。第一〜第四のターゲット 21a〜21dの他に、互いに対向する 2枚のターゲットの組を 1組以上スパッタ室 6に配置してもよい。

[0068] また、スパッタ室 6の数も 1つに限定されない。 2つ以上のスパッタ室を同じ搬送室 9 に接続し、基板 5が搬送室 9内を移動する間に、成膜面に 2種類以上の膜を積層してちょい。

[0069] 上記誘電体膜の成膜に用いる第一〜第四のターゲット 21a〜21dの具体例を述べる。例えば、鉄や、アルミニウム等の金属ターゲットや、シリコンターゲットである。シリコンターゲットには必要に応じてホウ素等のドーパントを 1種類以上添加してもよい。

[0070] 活性ガスの種類も特に限定されなヽ。例えば、導電性材料を酸化させて酸化物を生成する酸化ガス、導電性材料を窒化させて窒化物を生成する窒化ガスがある。酸化ガスと窒化ガスの、ずれか一方又は両方を用いることが可能である。酸ィ匕ガスとしては O、 O、 H 0、 COのうち少なくとも 1種類を用いることができる。窒化ガスとして

2 3 2 2

は N、 NHのうち少なくとも 1種類を用いることができる。 [0071] また、活性ガスゃスパッタガスと一緒にキャリアガスを真空槽 11内に導入することもできる。活性ガスの濃度ゃスパッタガスの濃度をキャリアガスで調整することができるスパッタガスの種類も特に限定されない。希ガス、例えば、 Ar、 Ne、 Kr等を用いることができる。

[0072] 本発明のスパッタリング装置 1、 50を用いて成膜可能な誘電体膜は、例えば、 SiO

2 薄膜、 Al O薄膜、 SiN薄膜、 ITO薄膜、 SnO薄膜、 ZnO薄膜、 IZO薄膜等である

2 3 2

[0073] 第一〜第四のターゲット 21a〜21dに導電性材料で構成されたものを用いなくてもよい。例えば、誘電体材料力もなる第一〜第四のターゲット 21a〜21dを用いて誘電体膜を成膜してもょヽ。この場合は活性ガスを導入せずに成膜雰囲気を形成してもよい。また、酸素原子や窒素原子を補完するために活性ガスを導入して成膜雰囲気を形成してもよい。

[0074] また、第一、第二例のスパッタリング装置 1、 50は、誘電体膜の成膜に用いられるだけでなく導電性膜の成膜に用いることもできる。

この場合は、第一〜第四のターゲット 21a〜21dとして導電性材料力もなるものを用いる。その第一〜第四のターゲット 21a〜21dを、酸ィ匕ガスのような活性ガスを導入させずにスパッタリングする。

[0075] 導電性膜を成膜する場合は、スパッタ室 6の内壁やアースシールド 24表面に誘電体膜が形成されない。そのため、プラズマを第一〜第四のターゲット 21a〜21dの間の空間 45、 46に捕捉する必要がない。従って、第一〜第四のターゲット 21a〜21d 全部に負電圧を印加して第一〜第四のターゲット 21a〜21dを同時にスパッタリングしてちよい。

[0076] 以上は、第一、第二のターゲット 21a、 21bと、第三、第四のターゲット 21c、 21dを交互にスパッタリングする場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

[0077] 例えば、第一〜第四の力ソード電極 22a〜22dのうち、対向する 2つの力ソード電極 22a〜22dを真空槽 11と同じ接地電位に置く。その状態を維持したまま、他の 2つの力ソード電極 22a〜22dに接地電位に対して負電圧を印加する。その結果、負電圧が印加された力ソード電極 22a〜22d上のターゲット 21a〜21dだけがスパッタリングされる。

[0078] この場合、接地電位に置く力ソード電極 22a〜22dにはターゲット 21a〜21dを取り付けてもよいし、ターゲット 21a〜21dを取り付けなくてもよい。

スパッタリングされるターゲット 21a〜21dが取り付けられた力ソード電極 22a〜22d には、直流電圧を印加することができる。更に、その力ソード電極 22a〜22dには、交流電圧を印加して接地電位に対して負電圧と、該負電圧に対して正の電圧を交互に印加することができる。

[0079] 尚、本発明で力ソード電極 22a〜22dに印加する負電圧とは、真空槽 11が置かれた接地電位に対して負の電圧である。また、負電圧が印加された力ソード電極 22a〜 22dに対して正の電圧とは、その負電圧よりも絶対値が小さい負電圧と、真空槽 11と同じ接地電位と、接地電位に対して正の電圧とがある。

[0080] 第一〜第四のターゲット 21a〜21dは同じ材料で構成されたものを用いてもよい。

また、第一〜第四のターゲット 21a〜21dは異なる材料で構成されたものを用いてもよい。第一〜第四のターゲット 21a〜21dに異なる材料のものを用いれば、基板 5の成膜面に形成される薄膜は 2種類以上の材料で構成された複合膜となる。

[0081] 第一〜第四のターゲット 21a〜21dに印加する電圧は、直流電圧でもよいし、交流電圧でもよいし、パルス状の直流電圧（交番電圧)でもよい。更に、それらを重畳した電圧を印加してもよい。第一〜第四のターゲット 21a〜21dが誘電体材料で構成される場合には交流電圧を印加することが好ま、。

[0082] 第一〜第四の磁石部材 25a〜25dの配置場所は特に限定されない。第一〜第四の磁石部材 25a〜25dは真空槽 11の内部又は外部に配置することができる。第一〜第四の磁石部材 25a〜25dを真空槽 11 (スパッタ室 6)外部に配置する場合は、スノッタ室 6を磁力線が透過可能な透磁性材料で構成することが望ましい。

[0083] 尚、第一〜第四のターゲット 21a〜21dの形状や大きさ、第一〜第四のリング磁石 27a〜27dの形状や大きさも特に限定されるものではない。例えば、第一〜第四のタ一ゲット 21a〜21dは横 70mm、縦 330mmの長方形の板状である。第一、第二のタ一ゲット 21a、 21b間の距離と、第三、第四のターゲット 21c、 21d間の距離はそれぞれ 100mmである。

[0084] この第一〜第四のターゲット 21a〜21dの裏面側に配置する第一〜第四の磁石部材 25a〜25dの一例を述べる。第一〜第四のリング磁石 27a〜27dがリングの幅は 1 Ommである。そのリングの外周は横 90mm、縦 340mmの長方形形状である。第一〜第四のヨーク 26a〜26dは横 90mm、縦 340mmの長方形の板状である。第一〜第四の棒状磁石 28a〜28dは横 10mm、長さ 270mmの長方形形状である。

[0085] この第一〜第四の磁石部材 25a〜25dにおいて、第一〜第四の棒状磁石 28a〜2 8dの短辺から、第一〜第四のリング磁石 27a〜27dのリング内周までの距離は 25m mである。第一〜第四の棒状磁石 28a〜28dの長辺から、第一〜第四のリング磁石 2 7a〜27dのリング内周までの距離は 30mmである。

[0086] 第一〜第四のターゲット 21a〜21dのスパッタリングされる側の面から第一〜第四の磁石部材 25a〜25dまでの距離は、例えば 30mmである。

また、開口 16から基板 5の移動経路までの距離も特に限定されない。例えば、上述したサイズの第一〜第四のターゲット 21a〜21dと、第一〜第四の磁石部材 25a〜2 5dを用いる場合、 120mmである。

[0087] 第一〜第四の磁石部材 25a〜25dを構成する磁石の種類や配置は特に限定されない。例えば、第一〜第四のリング磁石 27a〜27dの内側に棒状磁石を配置しなくてもいい。この場合、各リング磁石 27a〜27dのリングの幅が狭ぐターゲット 21a〜21d に向けられた磁極間の距離が短ければ、棒状電極が無くても筒状磁力線の磁束密度は低くならない。

[0088] 以上は、第一、第三のターゲット 21a、 21cが同一平面 Aに位置し、第二、第四のタ一ゲット 21b、 21dが同一平面 Bに位置し、第一、第二のターゲット 21a、 21bの間の距離と、第三、第四のターゲット 21c、 21dの距離が略等しい場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、第一、第二のターゲット 21a、 21b 間の距離に比べて、第三、第四のターゲット 21c、 21dの距離が小さくてもいい。逆に、第一、第二のターゲット 21a、 21b間の距離に比べて、第三、第四のターゲット 21c 、 21dの距離が逆に大きくてもいい。 [0089] 以上は、基板 5を移動させながらスパッタリングを行うスパッタリング装置について説明した。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、基板 5を開口 16と対面する位置で静止させ、基板 5と第一〜第四のターゲット 21a〜21dの相対的な位置関係を変えずにスパッタリングすることができる。そのようなスパッタリングが可能なスパッタリング装置と、成膜方法も本発明には含まれる。

実施例

[0090] 基板 5として成膜面に膜厚 2nmの熱酸化膜が形成された Siウェハー基板及びガラス基板を用意した。基板 5を図 1の装置のキャリア 13に取付けた。真空槽 11内を 5 X 10— ⁵Paまで排気した。ガス導入系 18からスパッタガスであるアルゴンガス（流量 110s ccm)と、酸ィ匕ガスである酸素ガス (流量 90sccm)を導入し、真空槽 11内部に圧力 0 . 67Paの成膜雰囲気を形成した。

[0091] 2対の対向力ソード（第一〜第四の力ソード電極 22a〜22d)間に AC電源 1. 5kW( 力ソード電極の表面の面積 lcm²当たり 6. 7W)を投入した。キャリア 13を搬送速度 1 5mmZ分で開口 16と対面する位置を通過させて成膜を行った。第一〜第四のターゲット 21a〜21dとしては Siからなるものを用いた。

上記の方法で成膜した SiO膜を分析した。その SiO膜は、光の吸収がほとんどな

2 2

い良好な光学薄膜であることが分力つた。

[0092] 製造された上記 SiO膜表面に A1電極を加熱蒸着で形成し、 C V測定を行った。

2

熱酸ィ匕膜での結果と比較したところ、フラットバンドシフトは 0. 04Vと良好な特性を得ることができた（図 5)。

[0093] 図 7に示したような、 1対の対向ターゲットを有する従来技術のスパッタリング装置 1 10で SiO膜を成膜した。ガス流量は図 1の装置を用いた場合の条件と同じにした。

2

投入パワーは DC電源 3. OkW (力ソード電極の表面の面積 lcm²当たり 6. 7W)とした。基板キャリアを搬送速度 15mmZ分で通過させ成膜を行った。

[0094] 光学特性は図 1の装置を用いた場合と同等な良好な特性が得られたが、フラットバンドシフトは 1. 0Vと増加した（図 5)。尚、フラットバンドシフトが大きいと、基板 5の下地膜に対するダメージが大きいことがわかる。さらに、図 7のスパッタリング装置 110では、スパッタ室の内壁に SiO膜が堆積しプラズマが安定しない問題が発生した。 [0095] 本発明のスパッタリング装置 1と、従来技術のスパッタリング装置は成膜レートは同等である。従って本発明のスパッタリング装置 1を用いれば、光学特性に優れた誘電体膜を、成膜レートを落とさずに成膜可能である。し力も、本発明のスパッタリング装置 1は異常放電による基板 5に対するダメージ無しに成膜可能である。

[0096] さらに、成膜時に基板 5が受けるダメージについて解析を行うため基板温度測定を行った。

その測定条件を説明する。キャリア 13を開口 16と対面する位置に固定した。キヤリァ 13上の基板 5の近傍位置に K熱電対を設置した。その K熱電対をレコーダーに接続して成膜時間における温度上昇を測定した。

尚、本発明のスパッタリング装置 1を用いた場合と、図 7に示した従来技術のスパッタリング装置 110を用いた場合では、成膜レートは同等であった。

[0097] 図 6を見ると、本発明のスパッタリング装置 1を用いた方力従来技術のスパッタリング装置 110を用いた場合よりも、基板 5の温度上昇が小さい。従って、本発明のスパッタリング装置 1は、低温で成膜可能であることが分力つた。

Claims

請求の範囲

[1] 表面が互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、

表面が前記第一のターゲットの表面と平行にされた第三のターゲットと、表面が前記第二のターゲットの表面と平行にされ、前記第三のターゲットと対向配置された第四のターゲットと、

前記第一〜第四のターゲットの裏面に配置された第一〜第四の力ソード電極とを有し、

前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置の成膜対象物表面に薄膜を形成するように構成されたスパッタリング装置。

[2] 前記第三、第四のターゲットの表面は、それぞれ前記第一、第二のターゲットの表面と同じ平面内に位置する請求項 1記載のスパッタリング装置。

[3] 前記第一、第二のターゲットは前記薄膜形成中の前記成膜対象物と前記第三、第四のターゲットの間に配置された請求項 1記載のスパッタリング装置。

[4] 成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら移動させる移動機構を有する請求項 1記載のスパッタリング装置。

[5] 前記第三、第四のターゲットは、前記薄膜形成中の前記成膜対象物が前記第三、第四のターゲットの間の空間と対面するように配置された請求項 1記載のスパッタリング装置。

[6] 成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの間の空間と、前記第三、第四のターゲットの間の空間に同時に対面させながら移動させる移動機構を有する請求項 5記載のスパッタリング装置。

[7] 前記第一〜第四の力ソード電極に接続され、交流電圧を出力するスパッタリング電源を有し、前記スパッタリング電源は、前記第一、第二の力ソード電極に同じ極性で同じ大きさの電圧を印加し、前記第三、第四の力ソード電極に同じ極性で同じ大きさの電圧を印加するように接続された請求項 1記載のスパッタリング装置。

[8] 前記スパッタリング電源は、前記第一、第二の力ソード電極に負電圧が印加される時には、前記第三、第四の力ソード電極に前記第一、第二の力ソード電極に対して正電圧が印加され、前記第三、第四の力ソード電極に負電圧が印加される時には、前記第一、第二の力ソード電極に前記第三、第四の力ソード電極に対して正電圧が印加されるような交流電圧を出力する請求項 7記載のスパッタリング装置。

[9] 表面が互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、

表面が前記第一のターゲットの表面と平行にされた第三のターゲットと、表面が前記第二のターゲットの表面と平行にされ、前記第三のターゲットと対向配置された第四のターゲットとを有するスパッタリング装置の、

前記第一、第二のターゲット間の空間と対面する位置の成膜対象物に誘電体膜を成膜する成膜方法であって、

前記第一、第二のターゲットに負電圧を印加し、前記第三、第四のターゲットに前記第一、第二のターゲットに対して正電圧を印加する第一の電圧期間と、

前記第三、第四のターゲットに負電圧を印加し、前記第一、第二のターゲットに前記第三、第四のターゲットに対して正の電圧を印加する第二の電圧期間とが交互に繰り返される成膜方法。

[10] 前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面させながら前記成膜対象物を移動させて前記誘電体膜を成膜する請求項 9記載の成膜方法。

[11] 前記成膜対象物の移動方向の先端が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置に到達してから、前記成膜対象物の移動方向の最後尾が前記第一、第二のターゲットの間の空間と対面する位置を通過し終わるまでに、前記第一、第二の電圧期間とがそれぞれ 2回以上繰り返される請求項 10記載の成膜方法。