WO2017026343A1

WO2017026343A1 - スパッタ装置及び成膜方法

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Publication number: WO2017026343A1
Application number: PCT/JP2016/072763
Authority: WO
Inventors: 佳孝瀬戸口
Original assignee: 日新電機株式会社
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2017-02-16
Also published as: JP2017036466A

Abstract

装置の製造コストを低減可能なスパッタ装置及び成膜方法を提供する。一実施形態にスパッタ装置１００は、真空容器１０と、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２を周方向に沿って並列に保持する柱状のターゲットホルダ２０と、真空容器内において被処理物Ｓを保持するターゲットホルダに対向配置される被処理物保持部３２と、ターゲットホルダの中心軸Ｃの周りに被処理物保持部を回転させる第１回転部３１と、ターゲットホルダ及び被処理物保持部にプラズマ生成用電力及びバイアス印加用電力を供給する第１及び第２電力供給部４１，４２と、被処理物保持部の回転軌道とターゲットホルダとの間においてターゲットホルダの中心軸の周りに交互に配置される遮蔽領域Ａ１と非遮蔽領域Ａ２とを含むシャッター部５２と、ターゲットホルダの中心軸の周りにシャッター部を回転させる第２回転部５１と、を含むシャッター機構５０と、を備える。

Description

スパッタ装置及び成膜方法

本発明は、スパッタ装置及び成膜方法に関する。

スパッタ装置を利用して、基板上に、種類の異なる材料を含む層を形成する技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１記載の技術では、真空装置内には、アノードである回転テーブルと、カソードである３つのターゲット保持部が配置されている。回転テーブルには負バイアスを印加するためのパルス直流電源が接続されており、３つのターゲット保持部のそれぞれにはパルス直流電源が接続されている。基板は、回転テーブル上のホルダに保持されている。３つのターゲット保持部のうち２つには固体カーボンターゲットが設けられ、残りの一つには添加金属からなる金属ターゲットが設けられている。そして、真空容器内に炭化水素及び不活性ガスを導入した状態で、プラズマを発生させ、そのプラズマで固体カーボンターゲット及び金属ターゲットをスパッタリングして、基板上に添加金属と炭素と水素とからなる非晶質炭素被膜を形成している。なお。回転テーブルは所定の回転速度で回転させている。

特開２００３－２４７０６０号公報

特許文献１に記載の技術では、スパッタ装置を利用して、基板上に、種類の異なる材料を含む層を形成可能である。この技術分野では、装置コストのより一層の低減が求められている。そこで、本発明は、装置の製造コストを低減可能なスパッタ装置及びそのスパッタ装置を利用した成膜方法を提提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るスパッタ装置は、ターゲットをプラズマによりスパッタリングして被処理物上に膜を形成するスパッタ装置であって、真空容器と、真空容器内に配置されており導電性を有するターゲットホルダであり、互いに種類の異なる原料からなる第１ターゲット及び第２ターゲットを外周面上に周方向に沿って並列に保持する、柱状のターゲットホルダと、真空容器内において被処理物を保持すると共に導電性を有し、ターゲットホルダの外周面に対向配置される被処理物保持部と、ターゲットホルダの中心軸の周りに被処理物保持部をターゲットホルダに対して相対的に回転させる第１回転部と、ターゲットホルダにプラズマ生成用電力を供給する第１電力供給部と、被処理物保持部にバイアス印加用電力を供給する第２電力供給部と、第１回転部の回転軌道とターゲットホルダとの間においてターゲットホルダの中心軸の周りに交互に配置される遮蔽領域と非遮蔽領域とを含むシャッター部と、ターゲットホルダの中心軸の周りにシャッター部をターゲットホルダに対して相対的に回転させる第２回転部と、を含むシャッター機構と、を備える。

上記構成では、ターゲットホルダに、種類の異なる第１及び第２ターゲットを周方向に並列に交互に配置できる。また、ターゲットホルダに第１電力供給部によりプラズマ生成用電力を供給することで、真空容器内にプラズマを生成し得る。そのため、そのプラズマで第１及び第２ターゲットをスパッタリングできる。よって、ターゲットホルダに対向配置された被処理物保持部に被処理物を保持しておくことで、第１及び第２ターゲットからスパッタされた原料（以下、「ターゲット原料」とも称す）からなる膜を被処理物上に形成できる。スパッタ装置では、第１回転部の回転軌道と、ターゲットホルダとの間に、遮蔽領域と非遮蔽領域とを含むシャッター部が設けられている。スパッタ装置では、第１回転部及び第２回転部により被処理物保持部及びシャッター部をターゲットホルダの中心軸の周りにターゲットホルダに対して相対的に回転可能である。よって、第２回転部によりシャッター部が有する非遮蔽領域の位置を調整し、第１回転部により被処理物保持部の位置を調整することで、第１及び第２ターゲットのうちの所望の領域からスパッタされた原料を、非遮蔽領域を通して、被処理物保持部に保持された被処理物上に堆積し、第１及び第２ターゲットのターゲット原料を所望の組成比率で含む膜を形成可能である。スパッタ装置では、ターゲットホルダは一つでよいため、第１電力供給部も一つでよい。その結果、装置の製造コストを低減可能である。

上記遮蔽領域及び非遮蔽領域は、ターゲットホルダに第１及び第２ターゲットを保持した場合において、ターゲットホルダの中心軸から外側に向かう方向における、第１ターゲット及び第２ターゲットの一方の前方に非遮蔽領域が位置しているときに、他方の前方には遮蔽領域が位置するように、配置されていてもよい。

これにより、例えば、第１及び第２ターゲットそれぞれのターゲット原料を含む膜とは別に、第１ターゲット及び第２ターゲットのターゲット原料の一方を含まない膜も形成可能である。このように、一つのスパッタ装置で、第１及び第２ターゲットのターゲット原料を両方含む膜と共に、第１ターゲット及び第２ターゲットのターゲット原料の一方を含まない膜も形成可能である。

上記ターゲットホルダは、周方向に沿って偶数個に等分に分割されたターゲット保持領域を有し、シャッター部の遮蔽領域及び非遮蔽領域は、ターゲットホルダの中心軸を中心軸とする仮想の中空柱状体を周方向にターゲット保持領域と同じ数の仮想領域に等分に分割した場合において、周方向において隣接する仮想領域それぞれの位置に設けられていてもよい。

この構成では、例えば、一対の第１及び第２ターゲットを１セットとした場合に、複数セットを、第１及び第２ターゲットが周方向に交互に配置された状態でターゲットホルダに保持可能である。この場合、ターゲットホルダの中心軸に対して同じ種類のターゲットが対向して配置され得る。そして、遮蔽領域及び非遮蔽領域が上記のように設けられていることで、第１ターゲット及び第２ターゲットの一方の前方に非遮蔽領域が位置しているときに、他方の前方には遮蔽領域が位置する。そのため、一つのスパッタ装置で、第１及び第２ターゲットのターゲット原料を両方含む膜と共に、第１ターゲット及び第２ターゲットのターゲット原料の一方を含まない膜も形成可能である。

上記第１ターゲットは金属からなり、第２ターゲットは固体カーボンからなっていてもよい。この場合、金属と固体カーボンとを含む混合膜を形成可能である。

本発明の他の側面に係る成膜方法は、ターゲットをプラズマによりスパッタリングして被処理物上に膜を形成する成膜方法であって、真空容器内に配置された柱状のターゲットホルダの外周面に周方向に沿って種類の異なる第１ターゲット及び第２ターゲットを並列に保持するターゲット保持工程と、ターゲットホルダの外周面に対向配置された被処理物保持部により被処理物を保持する被処理物保持工程と、ターゲットホルダ及び被処理物保持部それぞれにプラズマ生成用電力及びバイアス印加用電力を供給して真空容器内に生成されたプラズマによって第１及び第２ターゲットをスパッタして、被処理物保持部に保持された被処理物上に、第１及び第２ターゲットそれぞれの原料を含む混合膜を形成する混合膜形成工程と、を備える。上記混合膜形成工程では、被処理物が保持された被処理物保持部を、ターゲットホルダの中心軸の周りにターゲットホルダに対して相対的に回転させると共に、被処理物保持部の回転軌道とターゲットホルダとの間に配置されており、ターゲットホルダの中心軸の周りに交互に配置される遮蔽領域と非遮蔽領域とを含むシャッター部を、ターゲットホルダの中心軸の周りにターゲットホルダに対して相対的に回転させる。

上記構成では、ターゲット保持工程において、ターゲットホルダに、種類の異なる第１及び第２ターゲットを周方向に並列に交互に配置する。また、被処理物保持工程で、ターゲットホルダの外周面に対向配置された被処理物保持部により被処理物を保持する。そして、混合膜形成工程で、ターゲットホルダ及び被処理物保持部それぞれにプラズマ生成用電力及びバイアス印加用電力を供給して真空容器内に生成されたプラズマによって第１及び第２ターゲットをスパッタして、被処理物保持部に保持された被処理物上に、第１及び第２ターゲットそれぞれの原料を含む混合膜を形成する。

この混合膜形成工程では、被処理物が保持された被処理物保持部を、ターゲットホルダの中心軸の周りにターゲットホルダに対して相対的に回転させると共に、被処理物保持部の回転軌道とターゲットホルダとの間に配置されており、ターゲットホルダの中心軸の周りに交互に配置される遮蔽領域と非遮蔽領域とを含むシャッター部を、ターゲットホルダの中心軸の周りにターゲットホルダに対して相対的に回転させている。第２回転部によるシャッター部の回転で、第１及び第２ターゲットに対する非遮蔽領域の位置も回転する。第１回転部によって被処理物保持部も回転しているので、非遮蔽領域が回転しても、被処理物上に第１及び第２ターゲットのターゲット原料を堆積可能である。シャッター部の回転に伴って非遮蔽領域が回転することにより、被処理物保持部に保持された被処理物に飛来する第１及び第２ターゲットのターゲット原料の割合も非遮蔽領域の位置に応じて変化し得る。そのため、上記成膜方法では、第１及び第２ターゲットの原料を所望の組成比率で含む膜を形成可能である。そして、この成膜方法では、ターゲットホルダは一つでよいため、ターゲットホルダにプラズマ生成用電力を供給する電力供給部も一つでよい。その結果、上記成膜方法を実現するためのスパッタ装置の製造コストを低減可能である。

上記成膜方法は、ターゲットホルダ及び被処理物保持部それぞれにプラズマ生成用電力及びバイアス印加用電力を供給して真空容器内に生成されたプラズマによって第１ターゲットをスパッタして、被処理物保持部に保持された被処理物上に、第１ターゲットの原料からなる第１の膜を形成する、第１の膜形成工程と、ターゲットホルダ及び被処理物保持部それぞれにプラズマ生成用電力及びバイアス印加用電力を供給して真空容器内に生成されたプラズマによって第２ターゲットをスパッタして、上記混合膜上に、第２ターゲットの原料からなる第２の膜を形成する、第２の膜形成工程と、を更に備えてもよい。この形態では、第１の膜形成工程では、上記中心軸の周りにおいて非遮蔽領域の位置を第１ターゲットの位置に合わせることによって、シャッター部における遮蔽領域で第２ターゲットを遮蔽しておき、第２の膜形成工程では、上記中心軸の周りにおいて非遮蔽領域の位置を第２ターゲットの位置に合わせることによって、シャッター部における前記遮蔽領域で第１ターゲットを遮蔽しておき、混合膜形成工程では、第１の膜上に混合膜を形成してもよい。

この成膜方法では、被処理物と混合膜との間に、第２ターゲットの原料を含まない膜である第１の膜を形成可能であり、混合膜上に、第１ターゲットの原料を含まない膜である第２の膜を形成可能である。

本発明によれば、装置の製造コストを低減可能なスパッタ装置及びそのスパッタ装置を利用した成膜方法を提供できる。

一実施形態に係るスパッタ装置で形成される膜の構成の一例を示す模式図である。一実施形態に係るスパッタ装置の概略構成を示す模式図である。図２に示したスパッタ装置の真空容器内の主要部の概略構成を示す斜視図である。一実施形態に係る成膜方法における第１の膜形成工程を説明するための図面である。一実施形態に係る成膜方法における混合膜形成工程を説明するための図面である。一実施形態に係る成膜方法における第２の膜形成工程を説明するための図面である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。同一の要素には同一符号を付する。重複する説明は省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、一実施形態に係るスパッタ装置を利用して被処理物上に形成したコーティング膜の構成の一例を示す図面である。図１では、被処理物Ｓの一例である基板を図示しているが、被処理物Ｓは基板に限定されず、コーティングが施されるべき部品であればよい。コーティング膜１は、金属膜２と、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜３と、傾斜膜４とを含む。

金属膜２は、被処理物Ｓの表面上に形成されている。金属膜２の材料の例は、タングステン（Ｗ），タンタル（Ｔａ），モリブデン（Ｍｏ）及びニオブ（Ｎｂ）を含む。金属膜２の膜厚の例は、０．１μｍ～０．５μｍである。ＤＬＣ膜３は、金属膜２上に傾斜膜４を介して形成されている。ＤＬＣ膜３は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）から構成されている。ＤＬＣ膜３の膜厚の例は、０．５μｍ～５．０μｍである。傾斜膜４は、金属膜２とＤＬＣ膜３との間に設けられた中間層である。傾斜膜４は、金属膜２を構成する金属と、ＤＬＣ膜３を構成するＤＬＣとの混合膜である。傾斜膜４は、金属膜２側からＤＬＣ膜３側に向けて金属組成が例えば１００％から０％に徐々に減少している。傾斜膜４の厚さの例は、０．１μｍ～２．０μｍである。

ＤＬＣは、硬質、潤滑性、化学的安定性、表面平滑性、離型性及び耐焼付き性などの特長を有する。そのため、各種部品のコーティング材料として使用され得る。その成膜方法として化学気相成長（ＣＶＤ）法、イオンプレーティング法及びスパッタリング法に代表される物理気相成長（ＰＶＤ）法が知られている。この中で、スパッタリング法を採用すれば、硬質な膜形成が可能であり、また、高融点金属を容易に添加可能である。ただし、ＤＬＣ膜自体をコーティング膜として被処理物Ｓに直接形成すると、ＤＬＣ膜時の内部応力などで被処理物Ｓとの密着性が弱く剥離し易い。

そこで、図１に示したコーティング膜１では、被処理物ＳとＤＬＣ膜３との間に、金属膜２と傾斜膜４とを設けている。この傾斜膜４では、金属とＤＬＣとの組成比が、ＤＬＣ膜３側に向けて金属の比率が減少する一方、ＤＬＣの比率が増加している。そのため、コーティング膜１は、先に例示したＤＬＣの特長を有しながら、被処理物Ｓから剥がれ難くなっている。

次に、図１に示したコーティング膜１を形成可能なスパッタ装置１００について説明する。図２は、一実施形態に係るスパッタ装置の構成を概略的に示す模式図である。図２では、後述するターゲットホルダ２０の中心軸Ｃに直交する、スパッタ装置の断面の構成を模式的に示している。図２中において、電気的な配線構造は破線で示している。図３は、図１に示したスパッタ装置における主要部の斜視図である。

図２及び図３に示したように、スパッタ装置１００は、真空容器１０と、ターゲットホルダ２０と、被処理物保持機構３０と、電力供給部４０と、シャッター機構５０とを備える。図２及び図３では、説明の便宜のため、ターゲットホルダ２０にターゲットが保持された状態を示している。

真空容器１０は、例えば金属製の容器であり、電気的に接地されている。真空容器１０の材料の例は、アルミニウム又はステンレスである。真空容器１０は、その内部にプラズマを生成するプラズマチャンバ―であり得る。また、真空容器１０内でプラズマを利用したスパッタが行われるので、スパッタ室でもある。

真空容器１０内は、真空容器１０の排気口１１に接続された排気系によって真空排気される。排気系は、ターボ分子ポンプといった排気装置、その排気装置と排気口とを接続する排気管及び排気管上に設けられ流量を制御するバルブなど、真空排気に用いられる公知の装置又は部品を有し得る。

真空容器１０内には、ガス導入口１２に接続されたガス供給系を経由してガスＧが導入される。ガス供給系は、ガス供給源、ガス供給源とガス導入口１２とを接続するガス導入管及び真空容器１０内に供給するガスの流量を調整するマスフローコントローラ等の公知の装置及び部品を有し得る。ガスＧは、例えば、アルゴンガスといった不活性ガス又は不活性ガスに水素を混合した混合ガスである。混合ガスの例は、アルゴン等の不活性ガスとメタンガス等の炭化水素ガスとの混合ガスである。ガスＧの種類は、スパッタ装置１００の用途に応じて適宜選択され得る。

ターゲットホルダ２０は、真空容器１０内に配置されており、所定方向（例えば、真空容器１０の底壁の法線方向）に延在した柱状を呈する。ターゲットホルダ２０は、スパッタ用の２つの第１ターゲットＴ１及び２つの第２ターゲットＴ２を外周面２１上に保持する。第１ターゲットＴ１は、図１に示した金属膜２を構成する金属からなるターゲットである。第２ターゲットＴ２は、固体カーボンであるグラファイト等の炭素からなるターゲットである。ここでは、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２がそれぞれターゲットホルダ２０に保持される形態を例示しているが、ターゲットホルダ２０は、少なくとも１つの第１ターゲットＴ１と、少なくとも１つの第２ターゲットＴ２が保持できればよい。

ターゲットホルダ２０は、支持体２２と、バッキングプレート２３とを有する。ターゲットホルダ２０（具体的には、支持体２２及びバッキングプレート２３）は、導電性を有しており、プラズマ生成時におけるカソードとして機能する。ターゲットホルダ２０の中心軸Ｃに直交する断面の形状は、図２に例示したように円形であり得るが、多角形でもよい。ターゲットホルダ２０の断面形状（中心軸Ｃに直交する断面の形状）が円形である場合、角部がないため、ターゲットホルダ２０には高電圧が印加されても、多角形の場合のような角部への電力集中が生じない。

支持体２２は、柱状を呈しており、支持体２２の中心軸がターゲットホルダ２０の中心軸Ｃに対応する。支持体２２は、中空柱状を呈してもよい。図２及び図３では、中空円柱状、すなわち、円筒状の支持体２２が例示されている。支持体２２が中空柱状を呈する場合、例えば、支持体２２の内側には、例えば、冷却水などが流され得る。通常、ターゲットホルダ２０の形状は、支持体２２の形状と同様の形状であり得る。

バッキングプレート２３は、支持体２２の外周面上に設けられており、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２を保持する。よって、バッキングプレート２３の外面（支持体２２と反対側の面）は、ターゲットホルダ２０の外周面２１であり、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２を保持するターゲット保持面である。

図３に示したように、上記構成のターゲットホルダ２０は、周方向に等分に分割された第１～第４ターゲット保持領域２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを有する。第１～第４ターゲット保持領域２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、周方向に沿ってこの順に配置されている。第１及び第３ターゲット保持領域２０ａ，２０ｃは、ターゲットホルダ２０の中心軸Ｃに対して対称であり、第２及び第４ターゲット保持領域２０ｂ，２０ｄは、ターゲットホルダ２０の中心軸Ｃに対して対称である。

第１ターゲット保持領域２０ａ上には、２つの第１ターゲットＴ１のうちの一つが保持され、第３ターゲット保持領域２０ｃ上には、他方の第１ターゲットＴ１が保持される。第１ターゲット保持領域２０ａ及び第３ターゲット保持領域２０ｃに隣接する第２ターゲット保持領域２０ｂ及び第４ターゲット保持領域２０ｄには、それぞれ第２ターゲットＴ２が保持される。従って、ターゲットホルダ２０には、第１ターゲットＴ１及び第２ターゲットＴ２が周方向に交互に並列配置される。

図２及び図３では、バッキングプレート２３は、中空柱状を呈しているが、例えば、支持体２２の外周面において、第１～第４ターゲット保持領域２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに対応する領域にそれぞれ別体のバッキングプレートが配置されていてもよい。

被処理物保持機構３０は、回転テーブル（第１回転部）３１と、被処理物保持部（被処理物保持部）３２とを有する。回転テーブル３１は、ターゲットホルダ２０と同心に設けられたテーブルであり、ターゲットホルダ２０の中心軸Ｃを中心として回転可能に真空容器１０内に設けられている。回転テーブル３１の形状は、ターゲットホルダ２０を囲み、その周りに回転可能であれば、特に限定されない。図２及び図３に示したように、ターゲットホルダ２０が円筒状を呈している形態では、回転テーブル３１の平面視形状（中心軸方向から見た形状）は、リング状（或いはドーナツ状）である。

被処理物保持部３２は、回転テーブル３１上に、ターゲットホルダ２０の外周面２１に対向して設けられている。被処理物保持部３２は、回転テーブル３１と電気的に接続された状態で回転テーブル３１上に設けられている。被処理物保持部３２は、回転テーブル３１の回転に伴い回転するため、被処理物保持部３２の回転軌道は、回転テーブル３１の平面視形状と同様である。

電力供給部４０は、第１電力供給部４１と、第２電力供給部４２とを有する。第１電力供給部４１は、ターゲットホルダ２０に電気的に接続されており、ターゲットホルダ２０にプラズマ生成用電力（又はスパッタ源電力）を供給する。第１電力供給部４１の一例は、ターゲットホルダ２０にプラズマ生成用電力としての直流パルス電力（具体的には直流パルス電圧）を印加する直流パルス電源である。第２電力供給部４２は、被処理物保持部３２に電気的に接続されており、被処理物保持部３２に、生成されたイオンを引き込むためのバイアス印加用電力を供給する。第２電力供給部４２の一例は、負のバイアス印加用電圧としての直流パルス電圧を印加する直流パルス電源である。図２では、第２電力供給部４２は、回転テーブル３１を介して被処理物保持部３２に電気的に接続されているが、第２電力供給部４２は、直接的に被処理物保持部３２に接続されてもよい。この場合、回転テーブル３１は導電性を有さなくてもよい。

シャッター機構５０は、ターゲットホルダ２０と回転テーブル３１との間に設けられており、ターゲットホルダ２０に保持された第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２のうち所望の領域以外からのターゲット原料（スパッタ粒子）の被処理物Ｓへの飛来を防止するためのものである。シャッター機構５０は、回転テーブル（第２回転部）５１と、シャッター部５２とを有する。

回転テーブル５１は、ターゲットホルダ２０と、回転テーブル３１との間において、ターゲットホルダ２０の中心軸Ｃを中心として回転可能に真空容器１０内に設けられている。回転テーブル３１の材料の例は、ステンレスやアルミニウムである。回転テーブル３１の形状は、ターゲットホルダ２０を囲みその周りに回転可能であれば、特に限定されない。図２及び図３に示したように、ターゲットホルダ２０が円筒状を呈していれば、回転テーブル３１の平面視形状（中心軸Ｃ方向から見た形状）は、リング状（又はドーナツ状）である。

シャッター部５２は、回転テーブル５１上において、ターゲットホルダ２０の中心軸Ｃの周りに離散的に配置された一対の遮蔽部材５２ａを有する。よって、シャッター部５２は、ターゲットホルダ２０と、回転テーブル３１の回転軌道との間に配置されている。一対の遮蔽部材５２ａは、中心軸Ｃに対して対向配置されている。一対の遮蔽部材５２ａは、板状部材であり、同じ形状及び大きさを有し得る。一実施形態において、遮蔽部材５２ａと、ターゲットホルダ２０との間の距離は、パッシェンの法則に基づいて、それらの間にプラズマが生成されない距離とし得る。遮蔽部材５２ａの材料の例は、ステンレスやアルミニウムである。

遮蔽部材５２ａは、シャッター部５２において遮蔽領域Ａ１として機能し、中心軸Ｃ周りにおいて一対の遮蔽部材５２ａの間の領域（開口部）が、シャッター部５２における非遮蔽領域Ａ２として機能する。図２では、非遮蔽領域Ａ２を便宜的に一点鎖線で示している。この構成では、シャッター部５２は、ターゲットホルダ２０の中心軸Ｃの周りに離散的に配置された２つの遮蔽領域Ａ１と、２つの遮蔽領域Ａ１の間に配置された２つの非遮蔽領域Ａ２とを有する。そして、シャッター部５２において、遮蔽領域Ａ１と非遮蔽領域Ａ２とは、中心軸Ｃ周りに交互に配置されている。

以下の説明において、遮蔽部材５２ａ又は遮蔽領域Ａ１でターゲットを覆う又は遮蔽するとは、ターゲットの前方に遮蔽部材５２ａ又は遮蔽領域Ａ１が位置していることを意味する。また、ターゲットの前方とは、ターゲットホルダ２０の中心軸Ｃに直交する断面において中心軸Ｃから外に向かう方向におけるターゲットの前方を意味しており、例えば、ターゲットホルダ２０が円筒状を呈している場合は、その径方向におけるターゲットの前方を意味している。

第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２のうち非遮蔽領域Ａ２が前方に位置する部分は、シャッター機構５０より外側からみた場合、非遮蔽領域Ａ２から露出（又は開放）されている部分である。よって、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２のうち非遮蔽領域Ａ２が前方に位置する部分を、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２のうちの露出部分とも称する場合もある。

シャッター部５２は、例えば、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２の一方の前方に非遮蔽領域Ａ２が位置している場合には、遮蔽領域Ａ１が他方を遮蔽しているように、構成されている。図２及び図３に示したように、ターゲットホルダ２０が周方向に等分に分割された第１～第４ターゲット保持領域２０ａ～２０ｄを有している形態では、シャッター部５２は次のように構成され得る。

すなわち、ターゲットホルダ２０の中心軸Ｃを中心軸とする仮想的な中空柱状体を周方向に４つの仮想領域に分割し、対向する一対の仮想領域（隣接する仮想領域の一方）にそれぞれ遮蔽部材５２ａを配置することで、シャッター部５２を構成できる。この形態では、遮蔽部材５２ａ（遮蔽領域Ａ１）は、第１～第４ターゲット保持領域２０ａ～２０ｄのそれぞれと実質的に同じ形状及び大きさであり、遮蔽部材５２ａ及び非遮蔽領域Ａ２の形状及び大きさも実質的に同一である。

ここでは、シャッター部５２は、２つの遮蔽部材５２ａを有するとしたが、例えば、上記中空柱状体を周方向に４つの仮想領域に分割し、隣接する仮想領域の一方に開口を設けてもよい。

一実施形態において、図２に示したように、スパッタ装置１００は、回転テーブル３１，５１を制御する制御部６０を備え得る。制御部６０は、回転テーブル３１に電気的に接続されており回転テーブル３１を制御する第１制御部６１と、回転テーブル５１に電気的に接続されており回転テーブル５１を制御する第２制御部６２とを含み得る。回転テーブル３１，５１の制御は、回転テーブル３１，５１の回転を制御することを意味しており、回転速度の制御も含む。制御部６０は、ＣＰＵを含むコンピュータとし得る。

次に、スパッタ装置１００を使用して被処理物Ｓ上にコーティング膜１を成膜する方法の一例について図４～図６を利用して説明する。以下の説明では、遮蔽部材５２ａは、前述したように、パッシェンの法則に基づいて、遮蔽部材５２ａと、それに対向するターゲットホルダ２０の領域との間にプラズマが生成されない距離に設置されているとする。また、ガスＧには、先に例示した種々のガスを使用できるが、ここでは、ガスＧは、アルゴンガスとする。

まず、図４に示したように、ターゲットホルダ２０に、第１ターゲットＴ１、第２ターゲットＴ２、第１ターゲットＴ１及び第２ターゲットＴ２をこの順に周方向に沿って並列に保持する（ターゲット保持工程）。また、ＤＬＣ膜３を形成する被処理物Ｓを被処理物保持部３２にセットする（被処理物保持工程）。ターゲット設置工程と被処理物保持工程との実施の順番はどちらでもよい。

その後、真空容器１０内を、排気口１１を介して排気装置（例えば、ターボ分子ポンプ）で例えば５×１０－６Ｐａ以下に真空引きすると共に、ガス導入口１２を介してガス供給源からガスＧを真空容器１０内に導入して真空容器１０内を所定の圧力にする。導入するガスＧはアルゴンガスである。ガスＧを真空容器１０内に導入する際には、例えば、マスフローコントローラといった流量コントローラで流量を制御しておけばよい。ガス流量は、真空容器１０内の容積に依存して適宜設定しておけばよい。真空容器１０内の圧力は、プラズマが点灯し易い圧力であり、且つ、優れたＤＬＣ膜特性が得られる条件に設定しておけばよい。一般的には、真空容器１０内の圧力は、０．１Ｐａ～１０Ｐａに設定される。好ましい圧力は、０．３Ｐａ～３．０Ｐａである。

次に、第１ターゲットＴ１をプラズマでスパッタリングして金属膜（第１の膜）２を形成する（金属膜形成工程又は第１の膜形成工程）。

具体的には、回転テーブル３１を、所定の回転速度（例えば、１～１０ｒｐｍ）で回転させる。また、図４に示したように、第１制御部６１により回転テーブル３１を回転させて、遮蔽部材５２ａで第２ターゲットＴ２を覆う。シャッター部５２は、非遮蔽領域Ａ２を第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２の一方の前方に配置している場合には、遮蔽領域Ａ１が他方を遮蔽しているように、構成されている。そのため、遮蔽部材５２ａで第２ターゲットＴ２を覆うようにシャッター部５２を配置しておけば、２つの第１ターゲットＴ１それぞれの前方には非遮蔽領域Ａ２が位置し、２つの第１ターゲットＴ１が露出する。

この状態で、第１電力供給部４１によりターゲットホルダ２０にプラズマ生成用の電力としてのパルス直流電力を印加し、第２電力供給部４２により被処理物保持部３２に負バイアス電圧である直流パルス電圧を印加する。これによって、真空容器１０内にプラズマが生成される（プラズマ生成工程）。ターゲットホルダ２０及び被処理物保持部３２に供給されるパルス直流電力及びパルス直流電圧は、プラズマを生成可能に調整されていればよい。前述したように、ここでの成膜方法の説明では、遮蔽部材５２ａは、遮蔽部材５２ａと、それに対向するターゲットホルダ２０の領域との間にプラズマが生成されない距離に設置されている。よって、プラズマは、中心軸Ｃ周りにおいては、非遮蔽領域Ａ２が前方に位置している部分、すなわち、実質的に第１ターゲットＴ１上に生成されている。

このようにして点灯したプラズマ中で発生したアルゴンイオンは、第１ターゲットＴ１の負バイアス電圧に引き込まれ、第１ターゲットＴ１のターゲット原料、すなわち、金属粒子をはじき出す（スパッタする）。はじき出された金属粒子（スパッタ粒子）は、シャッター部５２の非遮蔽領域Ａ２を通って対向する被処理物Ｓ上に堆積することから、被処理物Ｓ上に金属膜２が形成される。

具体的には、被処理物保持部３２は、回転テーブル３１の回転に伴い回転していることから、被処理物保持部３２が非遮蔽領域Ａ２の前を通過する毎に、被処理物Ｓ上に第１ターゲットＴ１からの金属粒子が堆積される。よって、一定時間（例えば、５分）、金属膜形成工程を実施することで、被処理物上に金属膜２が形成される。従って、金属膜２の膜厚は、金属膜形成工程の実施時間で制御すればよい。

所定の膜厚の金属膜２を形成した後、図５に示したように、金属膜２上に傾斜膜（混合膜）４を形成する（傾斜膜形成工程又は混合膜形成工程）。この工程について具体的に説明する。

この工程でも、金属膜２を形成する工程に引き続き、被処理物保持部３２を、金属膜２を形成する工程の場合と同様の回転速度で回転させておく。更に、図５に示したように、第２制御部６２を制御して回転テーブル５１を、回転テーブル５１の回転速度より遅い所定の回転速度（例えば、３°／分）で回転させる。この回転テーブル５１の回転により、非遮蔽領域Ａ２（或いは遮蔽部材５２ａ）が回転し、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２のうち、遮蔽部材５２ａで覆われていない領域、すなわち、前方に非遮蔽領域Ａ２が位置する部分（露出部分）上にプラズマが点灯する。よって、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２のうち露出部分がプラズマによりスパッタされる。

被処理物保持部３２は、回転テーブル３１により回転しており、その回転速度は、回転テーブル５１の回転速度より速い。従って、非遮蔽領域Ａ２からみて、被処理物保持部３２は、非遮蔽領域Ａ２の周りを回転していることになる。そして、被処理物保持部３２が非遮蔽領域Ａ２の前を通過する度に、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２のターゲット原料が非遮蔽領域Ａ２を通って金属膜２上に堆積する。そのため、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２のそれぞれの露出部分の面積比率に応じた組成比率で、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２のターゲット原料が金属膜２上に堆積する。そして、回転テーブル５１が回転しているので、その回転に伴い、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２の露出部分の面積比率が変化するので、組成比率が変化した傾斜膜４を金属膜２上に形成できる。本実施形態では、第１ターゲットＴ１の前方に非遮蔽領域Ａ２が位置していた金属膜形成工程の後に、シャッター部５２を回転させているので、傾斜膜４のいける金属組成は、１００％～０％に徐々に減少する。

傾斜膜４における第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２の原料の組成比率、すなわち、金属とカーボンとの組成比率の変化は、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２の露出部分の面積比率に比例する。よって、傾斜膜４の組成比率の変化は、傾斜膜４を形成するシャッター部５２の回転速度を制御することで制御すればよい。傾斜膜４の膜厚は、傾斜膜４を形成する工程の実施時間で制御できる。傾斜膜４の膜厚にも依存するが、傾斜膜４を形成する工程の実施時間の例は、３０分である。

傾斜膜４を形成した後、傾斜膜４上にＤＬＣ膜３を形成する（ＤＬＣ膜形成工程又は第２の膜形成工程）。

具体的には、金属膜２を形成する工程及び傾斜膜４を形成する工程に引き続き、被処理物保持部３２を、ＤＬＣ膜３を形成する工程では、金属膜２及び傾斜膜４を形成する工程の場合と同様の回転速度で回転させておく。そして、第２制御部６２により回転テーブル５１を操作して、図６に示したように、２つの遮蔽部材５２ａで第２ターゲットＴ２を覆う位置にシャッター部５２を配置し、第２ターゲットＴ２を開放状態にする。このシャッター部５２の配置状態の相違点以外は、金属膜形成工程と同様にして、ＤＬＣ膜３を形成する。

すなわち、シャッター部５２が第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２に対して上記のように配置することで、金属膜２を形成した場合と同様に、非遮蔽領域Ａ２で覆われていない第２ターゲットＴ２上に選択的にプラズマが生成され、第２ターゲットＴ２がプラズマでスパッタリングされる。その結果、第２ターゲットＴ２からはじき出された第２ターゲットＴ２のターゲット原料が、非遮蔽領域Ａ２を通過して、傾斜膜４上に堆積し、ＤＬＣ膜３が形成される。ＤＬＣ膜３を形成しているときもＤＬＣ膜３の膜厚は、ＤＬＣ膜形成工程の実施時間を調整することで制御され得る。ＤＬＣ膜３の膜厚に依存するが、ＤＬＣ膜３を形成する工程の実施時間の例は、１８０分である。

上記成膜方法の説明では、遮蔽部材５２ａは、パッシェンの法則に基づいて、遮蔽部材５２ａと、それに対向するターゲットホルダ２０の領域との間にプラズマが生成されない距離に設置されていた。しかしながら、遮蔽部材５２ａと、それに対向するターゲットホルダ２０の領域との間の距離は、例示した距離に限定されない。

スパッタ装置１００では、上述した成膜方法により、図１に示した構成のコーティング膜１を形成することが可能である。スパッタ装置１００では、第１及び第２ターゲットＴ１，Ｔ２を保持すると共に、プラズマ生成用のカソードとして機能するターゲットホルダ２０は一つである。そのため、ターゲットホルダ２０に、プラズマ生成用電力を供給する第１電力供給部４１も一つでよい。従って、ＤＬＣ膜３を被処理物Ｓに形成するために、図１に示したように、金属膜２及び傾斜膜４をＤＬＣ膜３と被処理物Ｓとの間に含むコーティング膜１を形成可能なスパッタ装置１００の製造コストの低減が図れている。その結果、スパッタ装置１００及びそれを利用した成膜方法は、高性能なＤＬＣ膜３の価格低減に資する。

スパッタ装置１００を利用してスパッタリング法で、ＤＬＣ膜３を形成可能であることから、水素が混入していない高硬度のＤＬＣ膜３を形成できる。なお、積極的にＤＬＣ膜３に水素を含めたい場合には、ガスＧを、例えば、メタンガスとアルゴンとの混合ガスのように水素を含むガスとすればよい。

傾斜膜４における組成比率を、シャッター部５２の回転速度で制御できるので、組成比率の制御が容易である。また、同様の理由からより高精度で組成比率を制御可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、第２ターゲットとしてグラファイトを例示したが、固体カーボンであればよい。更に、第１ターゲット及び第２ターゲットは、異なる種類の原料からなるターゲットであればよい。

ターゲットホルダは、第１ターゲット及び第２ターゲットをそれぞれ一つ保持できればよい。シャッター部は、第１及び第２ターゲットのうちの一方の前方に非遮蔽領域が位置しているときに、他方の前方に遮蔽領域が位置しているように構成されていればよい。

ターゲットホルダが４つのターゲット保持領域を有する形態を例示して説明したが、ターゲットホルダが有するターゲット保持領域の数はこれに限定されない。例えば、ターゲットホルダは、偶数個に等分に分割されたターゲット保持領域を有し得る。この場合、シャッター部の遮蔽領域及び非遮蔽領域は、ターゲットホルダの中心軸を中心軸とする仮想の中空柱状体を周方向にターゲット保持領域と同じ数の仮想領域に等分に分割した場合において、周方向において隣接する仮想領域のそれぞれの位置に設けられ得る。

被処理物保持部及びシャッター部は、ターゲットホルダに対して相対的に回転しておけばよい。ただし、ターゲットホルダには、冷却用の配管などが取り付けられる場合もあるので、被処理物保持部及びシャッター部を回転させることで装置を構成し易い。被処理物保持部及びシャッター部を回転させる第１及び第２回転部の例として回転テーブルを例示したが、それらを回転可能な構成であれば回転テーブルに特に限定されない。例えば、真空容器の底壁に、それら回転軌道を規定するガイドレールとそのガイドレール上において、被処理物保持部及びシャッター部を支持する支持部とを備えた構成でもよい。

シャッター部の回転は、連続的な回転に限らず、例えば、ステップ上に回転（或いは移動）させてもよい。また、混合膜を形成する工程では、シャッター部の回転速度より早い回転速度で被処理物保持部を回転させていたが、例えば、シャッター部の非遮蔽領域の前方に被処理物保持部が位置するように、シャッター部と同期させて被処理物保持部を回転させてもよい。

これまでの説明では、第１及び第２ターゲットそれぞれの原料を含む膜と、第１及び第２ターゲットのうちの一方の原料を含まない膜との積層構造を有する膜を形成する形態を説明した。しかしながら、本発明に係るスパッタ装置及びそれを利用した成膜方法は、第１及び第２ターゲットそれぞれの原料を含む膜のみを形成する場合にも適用され得る。更に、本発明に係るスパッタ装置及びそれを利用した成膜方法は、コーティング膜を形成する場合以外にも適用され得る。

２…金属膜（第１の膜）、４…傾斜膜（混合膜）、１０…真空容器、２０…ターゲットホルダ、２０ａ…第１ターゲット保持領域、２０ｂ…第２ターゲット保持領域、２０ｃ…第３ターゲット保持領域、２０ｄ…第４ターゲット保持領域、３１…回転テーブル（第１回転部）、３２…被処理物保持部、４１…第１電力供給部、４２…第２電力供給部、５０…シャッター機構、５１…回転テーブル（第２回転部）、５２…シャッター部、６０…制御部、１００…スパッタ装置、Ａ１…遮蔽領域、Ａ２…非遮蔽領域、Ｃ…中心軸、Ｓ…被処理物、Ｔ１…第１ターゲット、Ｔ２…第２ターゲット。

Claims

  ターゲットをプラズマによりスパッタリングして被処理物上に膜を形成するスパッタ装置であって、
  真空容器と、
  前記真空容器内に配置されており導電性を有するターゲットホルダであり、互いに種類の異なる原料からなる第１ターゲット及び第２ターゲットを外周面上に周方向に沿って並列に保持する、柱状のターゲットホルダと、
  前記真空容器内において前記被処理物を保持すると共に導電性を有し、前記ターゲットホルダの前記外周面に対向配置される被処理物保持部と、
  前記ターゲットホルダの中心軸の周りに前記被処理物保持部を前記ターゲットホルダに対して相対的に回転させる第１回転部と、
  前記ターゲットホルダにプラズマ生成用電力を供給する第１電力供給部と、
  前記被処理物保持部にバイアス印加用電力を供給する第２電力供給部と、
  前記第１回転部による前記第１回転部の回転軌道と前記ターゲットホルダとの間において前記ターゲットホルダの前記中心軸の周りに交互に配置される遮蔽領域と非遮蔽領域とを含むシャッター部と、前記ターゲットホルダの中心軸の周りに前記シャッター部を前記ターゲットホルダに対して相対的に回転させる第２回転部と、を含むシャッター機構と、を備える、
スパッタ装置。
前記遮蔽領域及び前記非遮蔽領域は、前記ターゲットホルダに前記第１及び第２ターゲトを保持した場合において、前記ターゲットホルダの前記中心軸から外側に向かう方向における、前記第１ターゲット及び前記第２ターゲットの一方の前方に前記非遮蔽領域が位置しているときに、他方の前方には前記遮蔽領域が位置するように、配置されている、
請求項１に記載のスパッタ装置。
前記ターゲットホルダは、周方向に沿って偶数個に等分に分割されたターゲット保持領域を有し、
前記シャッター部の前記遮蔽領域及び前記非遮蔽領域は、前記ターゲットホルダの中心軸を中心軸とする仮想の中空柱状体を周方向に前記ターゲット保持領域と同じ数の仮想領域に等分に分割した場合において、周方向において隣接する仮想領域のそれぞれの位置に設けられている、
請求項１又は２に記載のスパッタ装置。
前記第１ターゲットは金属からなり、
前記第２ターゲットは固体カーボンからなる、
請求項１～３の何れか一項に記載のスパッタ装置。
前記第１及び第２回転部の回転速度を制御する制御部を更に備える、
請求項１～４の何れか一項に記載のスパッタ装置。
  ターゲットをプラズマによりスパッタリングして被処理物上に膜を形成する成膜方法であって、
  真空容器内に配置された柱状のターゲットホルダの外周面に周方向に沿って種類の異なる第１ターゲット及び第２ターゲットを並列に保持するターゲット保持工程と、
  前記ターゲットホルダの前記外周面に対向配置された被処理物保持部により被処理物を保持する被処理物保持工程と、
  前記ターゲットホルダ及び前記被処理物保持部それぞれにプラズマ生成用電力及びバイアス印加用電力を供給して前記真空容器内に生成されたプラズマによって前記第１及び第２ターゲットをスパッタして、前記被処理物保持部に保持された前記被処理物上に、前記第１及び第２ターゲットそれぞれの原料を含む混合膜を形成する混合膜形成工程と、
を備え、
  前記混合膜形成工程では、前記被処理物が保持された前記被処理物保持部を、前記ターゲットホルダの中心軸の周りに前記ターゲットホルダに対して相対的に回転させると共に、前記被処理物保持部の回転軌道と前記ターゲットホルダとの間に配置されており、前記ターゲットホルダの前記中心軸の周りに交互に配置される遮蔽領域と非遮蔽領域とを含むシャッター部を、前記ターゲットホルダの中心軸の周りに前記ターゲットホルダに対して相対的に回転させる、
成膜方法。
  前記ターゲットホルダ及び前記被処理物保持部それぞれにプラズマ生成用電力及びバイアス印加用電力を供給して前記真空容器内に生成されたプラズマによって前記第１ターゲットをスパッタして、前記被処理物保持部に保持された前記被処理物上に、前記第１ターゲットの原料からなる第１の膜を形成する、第１の膜形成工程と、
  前記ターゲットホルダ及び前記被処理物保持部それぞれにプラズマ生成用電力及びバイアス印加用電力を供給して前記真空容器内に生成されたプラズマによって前記第２ターゲットをスパッタして、前記混合膜上に、前記第２ターゲットの原料からなる第２の膜を形成する、第２の膜形成工程と、
を更に備え、
  前記第１の膜形成工程では、前記中心軸の周りにおいて前記非遮蔽領域の位置を前記第１ターゲットの位置に合わせることによって、前記シャッター部における前記遮蔽領域で前記第２ターゲットを遮蔽しておき、
  前記第２の膜形成工程では、前記中心軸の周りにおいて前記非遮蔽領域の位置を前記第２ターゲットの位置に合わせることによって、前記シャッター部における前記遮蔽領域で前記第１ターゲットを遮蔽しておき、
  前記混合膜形成工程では、前記第１の膜上に前記混合膜を形成する、
請求項６に記載の成膜方法。