WO2015162778A1 - ミラートロンスパッタ装置 - Google Patents

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target
outer peripheral
peripheral edge
film formation
erosion region
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鋭司 田尾
一規 青江
文平 田中
真吾 末永
教彰 濱永
一樹 大田
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長州産業株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering

Definitions

  • the present invention relates to a mirrortron sputtering apparatus, and more particularly to a mirrortron sputtering apparatus capable of maintaining stable sputtering.
  • a mirrortron (opposite target type) sputtering apparatus as shown in FIG. 9 is used as a sputtering apparatus that meets the demands for increasing the size of a substrate, increasing the speed of thin film formation, and reducing the damage of a thin film during processing. It is known (see Patent Document 1).
  • a pair of targets 9 are arranged opposite to each other in the vacuum vessel 1, and magnets 12 a for forming a magnetic field space H between the targets 9 and 9. 12b is arranged on the back side of each target 9 so that different magnetic poles face each other, and further, on the side between the targets 9 and 9 so that the substrate 22 to be processed faces the magnetic field space H. It is arranged.
  • a gas supply pipe 19 for supplying a reactive gas such as oxygen gas or nitrogen gas is provided in the vicinity of the substrate 22, and in the vicinity of the side between the targets 9, 9.
  • a gas supply pipe 20 is provided for supplying an inert gas such as argon gas.
  • 14 is a yoke joined to the end of each of the magnets 12a and 12b, 8 is a target holder for supporting each target 9, and 18 is a position on the substrate 22 side of each target holder 8.
  • the partition wall 18 a is an opening formed at a position facing the substrate 22 of the partition wall 18.
  • argon gas is supplied from the gas supply pipe 20, and then A voltage is applied to the target 9 from a DC power source (not shown) so that the target 9 is a cathode. Then, the argon gas existing between the targets 9 is ionized into plasma.
  • the plasma generated in this manner sputters the targets 9 and 9 while reciprocating between the targets 9 and 9 while being confined in the magnetic field space H.
  • the sputtered particles jump out of the magnetic field space H, are oxidized by, for example, oxygen gas supplied from the gas supply pipe 19, and adhere and deposit on the surface of the substrate 22. As a result, a thin film is formed on the surface of the substrate 22.
  • each target 9 and its periphery are covered on the magnetic field space H side of each target 9, for example, made of stainless steel.
  • a target shield (shield cover) 16 made of a flat frame is provided.
  • the target shield 16 has an erosion region (the erosion, that is, a reduction in wall thickness caused by the sputtering, which is sputtered by the plasma in the surface of each target 9 so as not to prevent the sputtering of each target 9 by the plasma.
  • An opening 16a having an outer peripheral edge that faces the area) and coincides with the outer peripheral edge of the erosion area is formed.
  • the sputtered particles adhere to and accumulate on the outer portion (non-erosion region) of the erosion region in the surface of each target 9, and abnormal discharge occurs due to this. This is to prevent the adhered particles from peeling off and generating particles.
  • the target shield 16 is electrically connected to the wall surface of the vacuum vessel 1 so as to have a ground potential (0 V) (the target shield 16 is electrically connected to the wall surface of the vacuum vessel 1. It may be kept in an electrically floating state by being insulated.
  • the discharge voltage often increases with time or abnormal discharge occurs during film formation.
  • There have been problems such as that particles are incident and the thin film in the process is damaged, discharge voltage rises or abnormal discharge occurs, and stable sputtering cannot be sustained.
  • the present invention has been made paying attention to such problems of the prior art, and lowers the initial discharge voltage during film formation when sputtering is performed using a mirrortron sputtering apparatus.
  • Phenomenon that discharge voltage rises during film formation phenomenon that abnormal discharge occurs during film formation, phenomenon that plasma existing in magnetic field space moves visually during film formation, and during film formation It is possible to prevent the spatter particles from adhering to the outer peripheral side of the erosion region of the target. As a result, high energy particles are incident on the substrate during film formation, and the thin film in the process is damaged.
  • An object of the present invention is to provide a mirrortron sputtering apparatus capable of maintaining stable sputtering while preventing this.
  • the present inventor changed the shape and opening size of the outer peripheral edge (the inner peripheral edge of the frame-like body constituting the target shield) of the target shield in various ways, and various shapes thus changed.
  • initial discharge voltage during film formation and increase of discharge voltage during film formation when continuous film formation was performed using a Mirrortron sputtering apparatus equipped with target shields having openings of different sizes
  • Experiments and measurements were carried out to determine whether or not there was any abnormal discharge during film formation, and whether or not there was a phenomenon in which plasma existing in the magnetic field space during film formation moved visually.
  • the inventor opens the opening of the target shield with an outer peripheral edge of a substantially circular or substantially elliptical shape that is substantially similar to the outer peripheral edge of the target erosion region (usually substantially circular or substantially elliptical). And having an outer peripheral edge that extends to the outer peripheral side by about 1 to 11 mm (more preferably about 3 to 5 mm) in the radial direction or the long axis direction from a position that coincides with the outer peripheral edge of the erosion region.
  • the initial discharge voltage during film formation can be lowered, the discharge voltage can be prevented from rising during film formation, and the occurrence of abnormal discharge during film formation can be suppressed.
  • the mirrortron sputtering apparatus includes a vacuum container in which a substrate to be processed is disposed, a pair of targets disposed to face each other at a predetermined interval in the vacuum container, and each of the targets.
  • a pair of magnets arranged so that different magnetic poles face each other at a position on the back side or a side of a face of each target that is at or near the outer peripheral edge of each of the targets, and
  • a mirrortron sputtering apparatus comprising: a pair of target shields, each of which is disposed at a position on the magnetic field space side so as to face the target, and has a pair of target shields each having an opening facing the erosion region of each target.
  • each target shield has a substantially circular or substantially elliptical shape in the surface of each target.
  • An outer peripheral edge having a shape substantially similar to the outer peripheral edge of the John region, and is located on the outer peripheral side by about 1 to 11 mm in the radial direction or the major axis direction from the outer peripheral edge of the erosion region. It is formed like that.
  • the mirrortron sputtering apparatus includes a vacuum container in which a substrate to be processed is disposed, a pair of targets disposed to face each other with a predetermined interval in the vacuum container, and each of the targets A pair of magnets arranged so that different magnetic poles face each other at a position on the back side or a side of a face of each target that is at or near the outer peripheral edge of each of the targets, and A mirrortron sputtering apparatus comprising: a pair of target shields, each of which is disposed at a position on the magnetic field space side so as to face the target, and has a pair of target shields each having an opening facing the erosion region of each target.
  • each target shield has a substantially circular or substantially elliptical erosion in each target surface.
  • An outer peripheral edge having a shape substantially similar to the outer peripheral edge of the outer region, and is located on the outer peripheral side by about 3 to 5 mm in the radial direction or the major axis direction from the outer peripheral edge of the erosion region. As such, it is formed.
  • the opening facing the erosion region of each target shield is an outer peripheral portion having a shape substantially similar to the outer peripheral portion of the substantially circular or elliptical erosion region in each target surface.
  • the outer peripheral edge of the erosion region is configured to have an outer peripheral edge having a size that is approximately 1 to 11 mm larger in the radial direction or longer axis direction than the outer peripheral edge of the erosion region (so as to extend to the outer peripheral side by approximately 1 to 11 mm) Therefore, when sputtering is performed using a mirrortron sputtering apparatus, the initial discharge voltage during film formation can be lowered, the discharge voltage increases during film formation, and abnormal discharge occurs during film formation.
  • the present invention it is possible to prevent an increase in discharge voltage or abnormal discharge while preventing high energy particles from being incident on the substrate during film formation and damaging the thin film being processed. And stable sputtering can be maintained.
  • the outer peripheral edge having a shape substantially similar to the outer peripheral edge of the substantially circular or elliptical erosion area in each target surface, the opening facing the erosion area of each target shield.
  • an outer peripheral edge portion having a size larger by about 3 to 5 mm in the radial direction or the longer axis direction than the outer peripheral edge portion of the erosion region (so as to spread to the outer peripheral side by about 3 to 5 mm) Since it is configured, when performing sputtering using a mirrortron sputtering apparatus, the initial discharge voltage during film formation can be lowered, and the discharge voltage rises during film formation.
  • Phenomenon that abnormal discharge occurs phenomenon that plasma existing in magnetic field space moves visually during film formation, and outer periphery side of target erosion area during film formation Sputtered particles it is possible to prevent a phenomenon that adhere. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent an increase in discharge voltage or abnormal discharge while preventing high energy particles from being incident on the substrate during film formation and damaging the thin film being processed. And stable sputtering can be maintained.
  • FIG. 6 is a diagram showing measurement results of discharge voltage and the like when continuous film formation is performed.
  • a mirrortron sputtering apparatus having a target shield having an opening having an outer peripheral edge located on the outer peripheral side by a length of 11 mm or less from the outer peripheral edge of the erosion region of the target is used. Then, it is a figure which shows the measurement results, such as a discharge voltage when it forms into a continuous film.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the state which can be seen when visually observing the plasma in the magnetic field space H in each case when it forms continuously into a film using a plurality of types of mirrortron sputtering apparatuses having different target shield opening sizes.
  • the initial discharge voltage, the stability of the discharge voltage, the degree of increase in the discharge voltage, and the state of plasma observation when continuously forming films using multiple types of mirrortron sputtering equipment with different target shield opening sizes It is a figure which shows each measurement result about abnormal discharge and film peeling. It is the schematic which shows the conventional mirrortron sputtering device.
  • FIG. 1 is a plan view showing a target shield according to an embodiment of the present invention.
  • 31 is a frame-shaped target shield made of, for example, a stainless steel flat plate
  • 32 is an opening formed inside the target shield
  • 32 a is an outer peripheral edge of the opening 32 (the target shield 31 is replaced with the target shield 31. It is the inner peripheral edge of the frame-shaped body to constitute.
  • A is the outer peripheral edge of the target (see 9 in FIG. 9) facing the target shield 31, and B is the outer peripheral edge of the erosion region (surface sputtered by plasma) on the target (surface sputtered by plasma). The boundary portion between the erosion region and the non-erosion region).
  • the target shield (see 16 in FIG. 9) in the conventional mirrortron sputtering apparatus has an outer peripheral edge portion of the opening (see 16a in FIG. 9), and the outer peripheral edge portion B (see FIG. 1) of the erosion region. Reference) was configured to match.
  • the target shield 31 of the mirrortron sputtering apparatus of this embodiment has a substantially elliptical shape in which the opening 32 is substantially similar to the outer peripheral edge B of the erosion region of the target.
  • the outer peripheral edge of the shape extends to the outer peripheral side by about 1 to 11 mm, for example, about 3 to 5 mm in the major axis direction from the position facing and coincident with the outer peripheral edge B of the erosion area (the outer peripheral edge of the erosion area).
  • the outer peripheral edge portion 32a is configured to have a size larger by about 1 to 11 mm, more preferably about 3 to 5 mm than the portion B in the major axis direction.
  • the initial discharge voltage during film formation is reduced.
  • the present inventor using the formed target shield (conventional target shield) so that the outer peripheral edge of the opening coincides with the outer periphery of the erosion area of the target, Al 2 O 3 film (average to the substrate A film having a thickness of 1800 mm was continuously formed, and the discharge voltage during the film formation, the presence or absence of occurrence of abnormal discharge, the state of plasma by visual observation, the degree of adhesion of sputtered particles to the outer periphery of the target, and the like were measured. In this case, as shown in FIG.
  • the initial discharge voltage was as high as 520 V, the discharge voltage tended to increase with time during film formation, and abnormal discharge also occurred.
  • the plasma in the magnetic field space H is visually moving and a red-white color is generated (a phenomenon indicating that the plasma is not stable). It was observed. Therefore, from the experiment shown in FIG. 2, the film is continuously formed using a target shield (conventional target shield) formed so that the outer peripheral edge of the opening coincides with the outer peripheral edge of the erosion region of the target. Indicates that the initial discharge voltage during film formation is high, the discharge voltage tends to increase during film formation, abnormal discharge occurs during film formation, and the magnetic field space H during film formation. It was confirmed that the inner plasma was moving visually.
  • the inventor uses a target shield formed on the outer peripheral side of the outer peripheral edge portion of the opening in the long axis direction with respect to the outer peripheral edge portion of the target erosion region by about 1 mm or more, and in this experiment, only 1 mm.
  • the Al 2 O 3 film (average film thickness 1800 mm) is continuously formed, the discharge voltage during the film formation, the presence or absence of abnormal discharge, the state of the plasma by visual observation, the adhesion of sputtered particles to the outer periphery of the target The degree was measured.
  • the initial discharge voltage is 430 V, which is lower than the conventional example, and the discharge voltage does not increase over time during film formation, and abnormal discharge occurs.
  • the inventor uses the target shield formed on the outer peripheral side of the outer peripheral edge portion of the opening in the major axis direction to be approximately 11 mm or less than the outer peripheral edge portion of the erosion region of the target.
  • the Al 2 O 3 film (average film thickness 1800 mm) is continuously formed, the discharge voltage during the film formation, the presence or absence of abnormal discharge, the state of the plasma by visual observation, the adhesion of sputtered particles to the outer periphery of the target The degree was measured.
  • the initial discharge voltage is 427 V, which is lower than the conventional example, and the discharge voltage does not increase over time during film formation, and abnormal discharge occurs. I didn't.
  • the inventor uses a target shield formed on the outer peripheral side of the outer peripheral edge portion of the opening by about 11 mm longer than the outer peripheral edge portion of the erosion region of the target in the major axis direction, for example, 15 mm in this experiment. Then, the Al 2 O 3 film (average film thickness 1800 mm) is continuously formed on the substrate, and the discharge voltage during the film formation, the presence or absence of abnormal discharge, the state of the plasma by visual observation, the target periphery of the sputtered particles The degree of adhesion to the part was measured. In this experiment, as shown in FIGS.
  • the initial discharge voltage is 348V, which is significantly lower than that of the conventional example, and the discharge voltage does not increase over time during film formation. Did not occur.
  • FIG. 6B in the observation of the image showing the plasma in the magnetic field space H, the phenomenon that the plasma is moving visually (the phenomenon that the plasma is not stable). ), No red-white coloration, only Ar plasma coloration was observed.
  • FIG. 7B a phenomenon occurs in which a large amount of sputtered particles adhere to the outer peripheral side of the erosion region of the target and the film formed by the adhesion peels off. I could not.
  • the outer peripheral edge of the opening was continuously formed using a target shield formed on the outer peripheral side by a length exceeding the outer peripheral edge of the target erosion region by about 11 mm in the major axis direction.
  • the discharge voltage does not increase during film formation, abnormal discharge does not occur during film formation, and the magnetic field space during film formation
  • a large amount of sputtered particles adhered to the outer peripheral side of the erosion region of the target during film formation, and the film formed by the adhesion was peeled off. It was confirmed that the phenomenon occurred and continuous film formation was impossible.
  • FIG. 8 summarizes the experiments and measurement results described with reference to FIGS. 2 to 5 so that they can be easily compared with each other. From FIG. 8, the initial discharge voltage at the time of film formation is lowered, so that the discharge voltage does not increase during film formation, and abnormal discharge does not occur during film formation. This prevents a phenomenon in which the plasma in the magnetic field space H moves visually, and a large amount of sputtered particles adhere to the outer peripheral side of the erosion region of the target during film formation, and the formed film is peeled off. In order to prevent the phenomenon from occurring, it has been found desirable to form the opening of the target shield so that it extends to the outer peripheral side by about 1 to 11 mm from the erosion region of the target.

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Abstract

スパッタ時に、放電電圧を低下させることができ異常放電の発生などを防いで安定的なスパッタを持続できるミラートロンスパッタ装置を提供する。本発明のミラートロンスパッタ装置は、真空容器内に配置される各ターゲットの外周縁部又はその近傍の位置であって前記各ターゲットの前記磁場空間側の位置にそれぞれ前記ターゲットと対向するように配置され且つ前記各ターゲットのエロージョン領域と対向する開口部を有する一対のターゲットシールドを備えている。前記各ターゲットシールドは、前記各ターゲットのエロージョン領域の外周縁部と略相似の関係の外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約１～１１ｍｍ又は約３～５ｍｍだけ外周側に位置する外周縁部を有する開口部を備えている。

Description

ミラートロンスパッタ装置
　本発明はミラートロンスパッタ装置に関し、特に安定したスパッタを持続させることができるミラートロンスパッタ装置に関する。
　従来より、基板の大型化、薄膜形成の高速化、及びプロセス中の薄膜の低ダメージ化などの要請に適合するスパッタ装置として、例えば図９に示すようなミラートロン（対向ターゲット式）スパッタ装置が知られている（特許文献１参照）。この図９に示す従来のミラートロンスパッタ装置は、一対のターゲット９を真空容器１内に間隔をおいて対向配置すると共に、各ターゲット９，９間に磁場空間Ｈを形成するための磁石１２ａ，１２ｂを、互いに異なる磁極が対向するように、各ターゲット９の背面側に配置し、さらに、被処理対象である基板２２を磁場空間Ｈと対峙するように各ターゲット９，９間の側方に配置したものである。この従来のミラートロンスパッタ装置においては、前記基板２２の近傍に酸素ガスや窒素ガス等の反応性ガスを供給するためのガス供給パイプ１９が設けられ、前記各ターゲット９，９間の側方近傍にアルゴンガス等の不活性ガスを供給するためのガス供給パイプ２０が設けられている。なお、図９において、１４は前記各磁石１２ａ，１２ｂの端部に接合されたヨーク、８は各ターゲット９をそれぞれ支持するターゲットホルダー、１８は前記各ターゲットホルダー８の前記基板２２側の位置に配置された隔壁、１８ａは前記隔壁１８の前記基板２２と対向する位置に形成された開口部である。
　このような従来のミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行うときは、前記真空容器１内を真空とするため排気した後、前記ガス供給パイプ２０から例えばアルゴンガスを供給し、その後、前記各ターゲット９を陰極とすべく直流電源（図示省略）から前記ターゲット９に電圧を印加する。すると、前記各ターゲット９，９間に存在するアルゴンガスは、イオン化してプラズマとなる。このようにして発生したプラズマは、前記磁場空間Ｈ内に閉じ込められた状態で前記各ターゲット９，９間を往復運動しながら、前記各ターゲット９，９をスパッタする。スパッタされた粒子は、前記磁場空間Ｈから飛び出し、前記ガス供給パイプ１９から供給された例えば酸素ガスにより酸化されて、前記基板２２の表面上に付着、堆積する。これにより、前記基板２２の表面に薄膜が形成される。
　また、このような従来のミラートロンスパッタ装置においては、図９に示すように、前記各ターゲット９の前記磁場空間Ｈ側に、前記各ターゲット９の外周縁部及びその周辺を覆う例えばステンレス鋼製平板の枠状体から成るターゲットシールド（シールドカバー）１６が備えられている。このターゲットシールド１６には、前記プラズマによる前記各ターゲット９へのスパッタを妨げないように、前記各ターゲット９の表面中の前記プラズマによりスパッタされるエロージョン領域（スパッタによってエロージョンすなわち肉厚減少が進行する領域）と対向し前記エロージョン領域の外周縁部と一致する外周縁部を有する開口部１６ａが形成されている。
　このようなターゲットシールド１６は、前記各ターゲット９の表面中のエロージョン領域の外側部分（非エロージョン領域）に前記スパッタされた粒子が付着し堆積すること、そしてそのことにより異常放電が発生したり前記付着した粒子が剥がれ落ちてパーティクルが発生することなどを、防止するためのものである。
　なお、前記ターゲットシールド１６は、前記真空容器１の壁面に電気的に接続されることによりアース電位（０Ｖ）とされている（前記ターゲットシールド１６は、前記真空容器１の壁面に対して電気的に絶縁されることにより、電気的にフローティング状態に保持されていてもよい）。
特許第３５０５４５９号公報
　しかしながら、前述のような従来のミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行う場合においては、成膜時において放電電圧が経時的に上昇したり異常放電が発生して装置を停止せざるを得ない場合が少なくなかった。また、前述のような従来のミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行う場合においては、成膜時に前記磁場空間Ｈ内のプラズマを示す画像を目視で観察したとき、その画像中では赤白い発光が見られ、前記プラズマが目視的に動いている現象を確認することが少なくなかった。
　このように、従来のミラートロンスパッタ装置においては、成膜中に放電電圧が経時的に上昇したり異常放電が発生したりすることが少なくないため、また前記磁場空間Ｈ内に存在するプラズマが目視的に動く現象（安定的なスパッタを持続するためには前記プラズマが目視的に動いていないことが望ましい）が発生してしまうことが少なくなく、そのため、成膜中に基板に高エネルギーの粒子が入射してプロセス中の薄膜がダメージを受けてしまう、放電電圧の上昇や異常放電などが発生して安定的なスパッタを持続できなくなってしまう、などの問題があった。
　本発明はこのような従来技術の問題点に着目してなされたものであって、ミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行う場合において、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化することができ、成膜中に放電電圧が上昇する現象、成膜中に異常放電が発生してしまう現象、成膜中に磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動く現象、及び成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着してしまう現象を防止することができ、それらの結果、成膜中に高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜がダメージを受けてしまうことを防止しながら安定的なスパッタを持続することができるミラートロンスパッタ装置を提供することを目的とする。
　従来のミラートロンスパッタにおいては、成膜時に各ターゲット９に－５００Ｖ程度の負電位が印加されるため、このターゲット電位と等しい高エネルギーを有する粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜にダメージを与えてしまっていた。また、従来のミラートロンスパッタにおいては、成膜中に放電電圧が経時的に上昇したり異常放電が発生して高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜にダメージを与えてしまうという問題があった。
　そこで、本発明者は、ターゲットシールドの開口部の外周縁部（ターゲットシールドを構成する枠状体の内周縁部）の形状や開口サイズを様々に変更し、そのようにして変更した様々な形状やサイズの開口部を有する各ターゲットシールドを備えたミラートロンスパッタ装置を使用して連続成膜を行った場合における、成膜時の初期の放電電圧の大きさ、成膜中の放電電圧の上昇の有無、成膜中の異常放電の発生の有無、及び成膜中の磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動いている現象の発生の有無などを実験、測定した。
　その結果、本発明者は、ターゲットシールドの開口部を、ターゲットのエロージョン領域（通常は略円形又は略楕円形状）の外周縁部の略相似形である略円形又は略楕円形状の外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部と一致する位置よりも半径方向又は長軸方向において約１～１１ｍｍ（より望ましくは約３～５ｍｍ）だけ外周側に広がる外周縁部を有するように構成したとき、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化させることができ、成膜中に放電電圧が上昇することを抑制することができ、成膜中に異常放電が発生することを抑制することができ、成膜中の磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動く現象の発生を防止することができ、且つターゲットのエロージョン領域の外周部へのスパッタ粒子の付着を抑えることができるようになり、それらの結果、高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜にダメージを与えてしまうことを防止しながら安定的なスパッタを持続できるようになることを突き止めた。その結果、本発明者は、次のような新規なターゲットシールドを備えたミラートロンスパッタ装置の発明を完成するに至った。
　すなわち、本発明によるミラートロンスパッタ装置は、被処理対象となる基板が内部に配置された真空容器と、前記真空容器内に所定の間隔を介して対向配置された一対のターゲットと、前記各ターゲットの外周縁部又はその近傍の位置であって前記各ターゲットの互いに対向する面の背面側又は側方の位置にそれぞれ互いに異なる磁極が対向するように配置された一対の磁石と、前記各ターゲットの前記磁場空間側の位置にそれぞれ前記ターゲットと対向するように配置され前記各ターゲットのエロージョン領域と対向する開口部を有する枠状体から成る一対のターゲットシールドとを備えたミラートロンスパッタ装置であって、前記各ターゲットシールドの開口部は、それぞれ、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約１～１１ｍｍだけ外周側に位置する外周縁部を有するように形成されている、ものである。
　また、本発明によるミラートロンスパッタ装置は、被処理対象となる基板が内部に配置された真空容器と、前記真空容器内に所定の間隔を介して対向配置された一対のターゲットと、前記各ターゲットの外周縁部又はその近傍の位置であって前記各ターゲットの互いに対向する面の背面側又は側方の位置にそれぞれ互いに異なる磁極が対向するように配置された一対の磁石と、前記各ターゲットの前記磁場空間側の位置にそれぞれ前記ターゲットと対向するように配置され前記各ターゲットのエロージョン領域と対向する開口部を有する枠状体から成る一対のターゲットシールドとを備えたミラートロンスパッタ装置であって、前記各ターゲットシールドの開口部は、それぞれ、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約３～５ｍｍだけ外周側に位置する外周縁部を有するように、形成されている、ものである。
　本発明においては、前記各ターゲットシールドの前記エロージョン領域と対向する開口部を、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約１～１１ｍｍだけ大きなサイズから成る外周縁部を有するように（前記約１～１１ｍｍだけ外周側に広がるように）構成したので、ミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行う場合において、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化することができ、成膜中に放電電圧が上昇する現象、成膜中に異常放電が発生してしまう現象、成膜中に磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動く現象、及び成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着してしまう現象を防止することができるようになる。よって、本発明によれば、成膜中に高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜がダメージを受けてしまうことを防止しながら、放電電圧の上昇や異常放電などの発生を防止して安定的なスパッタを持続することができるようになる。
　また、本発明においては、前記各ターゲットシールドの前記エロージョン領域と対向する開口部を、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約３～５ｍｍだけ大きなサイズから成る外周縁部を有するように（前記約３～５ｍｍだけ外周側に広がるように）構成したので、ミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行う場合において、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化することができ、成膜中に放電電圧が上昇する現象、成膜中に異常放電が発生してしまう現象、成膜中に磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動く現象、及び成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着してしまう現象を防止することができるようになる。よって、本発明によれば、成膜中に高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜がダメージを受けてしまうことを防止しながら、放電電圧の上昇や異常放電などの発生を防止して安定的なスパッタを持続することができるようになる。
本発明の一実施形態に係るターゲットシールドを示す平面図である。 従来の、ターゲットのエロージョン領域の外周縁部と一致する外周縁部を有する開口部を有するターゲットシールドを備えたミラートロンスパッタ装置を使用して、連続成膜したときの放電電圧等の測定結果を示す図である。 本発明の一実施形態による、ターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも１ｍｍ以上の長さだけ外周側に位置する外周縁部を有する開口部を有するターゲットシールドを備えたミラートロンスパッタ装置を使用して、連続成膜したときの放電電圧等の測定結果を示す図である。 本発明の他の実施形態による、ターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも１１ｍｍ以下の長さだけ外周側に位置する外周縁部を有する開口部を有するターゲットシールドを備えたミラートロンスパッタ装置を使用して、連続成膜したときの放電電圧等の測定結果を示す図である。 比較例による、ターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも１１ｍｍを超える長さだけ外周側に位置する外周縁部を有する開口部を有するターゲットシールドを備えたミラートロンスパッタ装置を使用して、連続成膜したときの放電電圧等の測定結果を示す図である。 互いにターゲットシールドの開口部のサイズが異なる複数種類のミラートロンスパッタ装置を使用して連続成膜したときの、それぞれの場合における磁場空間Ｈ内のプラズマを目視したときに見える状態を示す図である。 互いにターゲットシールドの開口部のサイズが異なる複数種類のミラートロンスパッタ装置を使用して連続成膜したときの、それぞれの場合におけるターゲットのエロージョン領域の周辺部へのスパッタ粒子の付着の状態を示す図である。 互いにターゲットシールドの開口部のサイズが異なる複数種類のミラートロンスパッタ装置を使用して連続成膜したときの、それぞれの初期放電電圧、放電電圧の安定性、放電電圧の上昇度、プラズマ目視の状態、異常放電、及び膜剥がれなどについての各測定結果を示す図である。 従来のミラートロンスパッタ装置を示す概略図である。
　図１は本発明の実施形態に係るターゲットシールドを示す平面図である。図１において、３１は例えばステンレス鋼製平板から成る枠状のターゲットシールド、３２は前記ターゲットシールド３１の内側に形成された開口部、３２ａは前記開口部３２の外周縁部（前記ターゲットシールド３１を構成する枠状体の内周縁部）である。
　また図１において、Ａは前記ターゲットシールド３１と対向するターゲット（図９の９参照）の外周縁部、Ｂは前記ターゲットの表面（プラズマによりスパッタされる面）中のエロージョン領域の外周縁部（エロージョン領域と非エロージョン領域との境界部分）、を示している。
　従来のミラートロンスパッタ装置におけるターゲットシールド（図９の１６参照）は、前述のように、その開口部（図９の１６ａ参照）の外周縁部が、前記エロージョン領域の外周縁部Ｂ（図１参照）と一致するように、構成されていた。これに対して、本実施形態のミラートロンスパッタ装置のターゲットシールド３１は、図１に示すように、その開口部３２が、前記ターゲットのエロージョン領域の外周縁部Ｂと略相似形となる略楕円形状の外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部Ｂと対向及び一致する位置よりも長軸方向において約１～１１ｍｍ、例えば約３～５ｍｍだけ外周側に広がる（前記エロージョン領域の外周縁部Ｂよりも長軸方向において前記約１～１１ｍｍ、より望ましくは約３～５ｍｍだけ大きなサイズから成る）外周縁部３２ａを有するように、構成されて成るものである。
　本発明者の各種の実験（後述）によれば、前述のようなターゲットシールド３１を備えた本実施形態を使用してスパッタを行うようにしたときは、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化することができ、成膜中に放電電圧が上昇する現象、成膜中に異常放電が発生してしまう現象、成膜中に磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動く現象、及び成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着してしまう現象を防止することができるので、高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜にダメージを与えてしまうことを防止しながら安定的なスパッタを持続できるようになる。
　次に、本発明者が本発明の実施形態に関して行った複数の実験及び測定結果について、説明する。まず、本発明者が行った第１の実験について説明する。本発明者は、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部と一致するように形成したターゲットシールド（従来のターゲットシールド）を使用して、基板へのＡｌ２Ｏ３膜（平均膜厚１８００Å）の連続成膜を行い、その成膜中における放電電圧、異常放電の発生の有無、目視によるプラズマの状態、スパッタ粒子のターゲット外周部への付着の程度などを測定した。この場合は、図７（ａ）に示すように、ターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着、堆積する現象は見られなかった。しかし、この場合は、図２及び図８に示すように、初期放電電圧が５２０Ｖと高いものであり、放電電圧が成膜中に経時的に上昇する傾向が見られ、異常放電も発生した。また、この場合は、図６（ａ）に示すように、前記磁場空間Ｈ内のプラズマが目視的に動いており且つ赤白色の発色が出る現象（プラズマが安定していないことを示す現象）が見られた。よって、上記図２に示す実験からは、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部と一致するように形成したターゲットシールド（従来のターゲットシールド）を使用して連続成膜したときは、成膜時の初期の放電電圧が高電圧であること、成膜中に放電電圧が上昇傾向を示したこと、成膜中に異常放電が発生したこと、さらに成膜中の磁場空間Ｈ内のプラズマが目視的に動いていることなどが確認できた。
　次に、本発明者が行った第２の実験について説明する。本発明者は、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約１ｍｍ以上、本実験では１ｍｍだけ、外周側に形成したターゲットシールドを使用して、基板へのＡｌ２Ｏ３膜（平均膜厚１８００Å）の連続成膜を行い、その成膜中における放電電圧、異常放電の発生の有無、目視によるプラズマの状態、スパッタ粒子のターゲット外周部への付着の程度などを測定した。本実験では、図３及び図８に示すように、初期放電電圧は４３０Ｖという従来例と比較すると低い電圧であり、放電電圧が成膜中に経時的に上昇する現象はなく、異常放電が発生することもなかった。また、本実験では、図６（ｂ）に示すように、前記磁場空間Ｈ内のプラズマを示す画像の観察において、プラズマが目視的に動いている現象（プラズマが安定していないことを示す現象）はなく、赤白色の発色はなく、Ａｒプラズマの発色が見られるだけであった。さらに、本実験では、図７（ａ）に示すように、ターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着する現象も見られなかった。よって、本実験からは、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約１ｍｍ以上外周側に形成したターゲットシールドを使用して連続成膜したときは、成膜時の初期の放電電圧が低電圧化され、成膜中に放電電圧が上昇することがなく、成膜中に異常放電が発生することがなく、成膜中の磁場空間Ｈ内のプラズマが目視的に動く現象が発生することがなく、さらに成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着しないこと、などが確認できた。
　次に、本発明者が行った第３の実験について説明する。本発明者は、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約１１ｍｍ以下、本実験では１１ｍｍだけ、外周側に形成したターゲットシールドを使用して、基板へのＡｌ２Ｏ３膜（平均膜厚１８００Å）の連続成膜を行い、その成膜中における放電電圧、異常放電の発生の有無、目視によるプラズマの状態、スパッタ粒子のターゲット外周部への付着の程度などを測定した。本実験では、図４及び図８に示すように、初期放電電圧は４２７Ｖという従来例と比較すると低い電圧であり、放電電圧が成膜中に経時的に上昇する現象はなく、異常放電が発生することもなかった。また、本実験では、図６（ｂ）に示すように、前記磁場空間Ｈ内のプラズマを示す画像の観察において、プラズマが目視的に動いている現象（プラズマが安定していないことを示す現象）はなく、赤白色の発色はなく、Ａｒプラズマの発色が見られるだけであった。さらに、本実験では、図７（ａ）に示すように、ターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着する現象も見られなかった。よって、本実験からは、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約１１ｍｍ以下の長さだけ外周側に形成したターゲットシールドを使用して連続成膜したときは、成膜時の初期の放電電圧が低電圧化され、成膜中に放電電圧が上昇することがなく、成膜中に異常放電が発生することがなく、成膜中の磁場空間Ｈ内のプラズマが目視的に動く現象が発生することがなく、さらに成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着しないこと、などが確認できた。
　次に、本発明者が行った第４の実験について説明する。本発明者は、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約１１ｍｍを超える長さだけ、本実験では例えば１５ｍｍだけ、外周側に形成したターゲットシールドを使用して、基板へのＡｌ２Ｏ３膜（平均膜厚１８００Å）の連続成膜を行い、その成膜中における放電電圧、異常放電の発生の有無、目視によるプラズマの状態、スパッタ粒子のターゲット外周部への付着の程度などを測定した。本実験では、図５及び図８に示すように、初期放電電圧は３４８Ｖという従来例と比較すると大幅に低い電圧であり、放電電圧が成膜中に経時的に上昇する現象はなく、異常放電が発生することもなかった。また、本実験では、図６（ｂ）に示すように、前記磁場空間Ｈ内のプラズマを示す画像の観察において、プラズマが目視的に動いている現象（プラズマが安定していないことを示す現象）はなく、赤白色の発色はなく、Ａｒプラズマの発色が見られるだけであった。しかし、本実験では、図７（ｂ）に示すように、ターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が多量に付着しその付着により形成された膜が剥がれる現象が発生してしまい、連続成膜ができなかった。よって、本実験からは、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約１１ｍｍを超える長さだけ外周側に形成したターゲットシールドを使用して連続成膜したときは、成膜時の初期の放電電圧が低電圧化され、成膜中に放電電圧が上昇することがなく、成膜中に異常放電が発生することがなく、且つ成膜中の磁場空間Ｈ内のプラズマが目視的に動く現象も発生しなかったが、他方において、成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が多量に付着しその付着により形成された膜が剥がれてしまう現象が発生してしまい連続成膜ができなくなったことが確認できた。
　図８は以上の図２～５に関して説明した各実験及び測定結果を、互いに容易に比較できるように纏めたものである。図８から、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化し、成膜中に放電電圧が上昇することがないようにし、成膜中に異常放電が発生することがないようにし、成膜中の磁場空間Ｈ内のプラズマが目視的に動く現象が発生しないようにし、且つ成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が多量に付着しその付着により形成された膜が剥がれてしまう現象が発生しないようにするためには、ターゲットシールドの開口部を、ターゲットのエロージョン領域よりも約１～１１ｍｍだけ外周側に広がるように形成することが望ましいことが分かった。
１     真空容器
８     ターゲットホルダー
９     ターゲット
１２ａ，１２ｂ 磁石
１６，３１    ターゲットシールド
１６ａ，１８ａ，３２ 開口部
１８   隔壁
１９   ガス供給パイプ
２０   ガス供給パイプ
２２   基板
３２ａ 開口部の外周縁部
Ａ     ターゲットの外周縁部
Ｂ     ターゲット表面のエロージョン領域の外周縁部
Ｈ     磁場空間
 

Claims (2)

  1. 　被処理対象となる基板が内部に配置された真空容器と、前記真空容器内に所定の間隔を介して対向配置された一対のターゲットと、前記各ターゲットの外周縁部又はその近傍の位置であって前記各ターゲットの互いに対向する面の背面側又は側方の位置にそれぞれ互いに異なる磁極が対向するように配置された一対の磁石と、前記各ターゲットの前記磁場空間側の位置にそれぞれ前記ターゲットと対向するように配置され前記各ターゲットのエロージョン領域と対向する開口部を有する枠状体から成る一対のターゲットシールドとを備えたミラートロンスパッタ装置であって、
    　前記各ターゲットシールドの開口部は、それぞれ、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約１～１１ｍｍだけ外周側に位置する外周縁部を有するように、形成されている、ミラートロンスパッタ装置。
  2. 　被処理対象となる基板が内部に配置された真空容器と、前記真空容器内に所定の間隔を介して対向配置された一対のターゲットと、前記各ターゲットの外周縁部又はその近傍の位置であって前記各ターゲットの互いに対向する面の背面側又は側方の位置にそれぞれ互いに異なる磁極が対向するように配置された一対の磁石と、前記各ターゲットの前記磁場空間側の位置にそれぞれ前記ターゲットと対向するように配置され前記各ターゲットのエロージョン領域と対向する開口部を有する枠状体から成る一対のターゲットシールドとを備えたミラートロンスパッタ装置であって、
    　前記各ターゲットシールドの開口部は、それぞれ、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約３～５ｍｍだけ外周側に位置する外周縁部を有するように、形成されている、ミラートロンスパッタ装置。
     
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