JP2003055764A

JP2003055764A - 対向ターゲット式スパッタ装置

Info

Publication number: JP2003055764A
Application number: JP2001243999A
Authority: JP
Inventors: Hideo Iwase; 秀夫岩瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2003-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】対向ターゲット式スタッパ法において、ター
ゲットの中央部と外側のスパッタ速度の差をなくし、タ
ーゲットを均一にスパッタする。また、ターゲットを均
一にスパッタすることにより、ＩＴＯの成膜時に発生す
るターゲット上の突起物（ノジュール）の発生を防ぐ。【解決手段】スタッパ面で挟まれた空間の内側と外側
の両方に磁場を発生させる。外側の磁場を内側の磁場よ
り強くすることにより、ターゲットの外周部付近に高密
度のプラズマを発生させ、ターゲットの外周部のスパッ
タ速度を上げる。この際、スパッタ面で挟まれた空間の
内側の磁場に匂配を付けることによって、スパッタの均
一化をはかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターゲット材を有
効に活用すると共に、ＩＴＯのスパッタ成膜プロセスに
おいて、ターゲット表面に発生する突起物（ノジュー
ル）を抑制する対向ターゲット式スパッタ装置及びＩＴ
Ｏ透明導電膜に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】対向ターゲット式スパッタ法は、例え
ば、「応用物理」第４８巻（１９７９）第６号Ｐ５５８
〜Ｐ５５９等で公知の通り、真空槽内で対向させたター
ゲットを有し、基板上に膜を形成するスパッタ方法であ
り、マグネトロンスパッタ法を使用した成膜が難しい磁
性体膜を高速で形成できる特徴を有している。以下、図
１を用いて、対向ターゲット式スパッタ装置の特徴を説
明する。対向ターゲット式スパッタ装置は、真空槽内に
陰極となる一対のターゲット２ａ、２ｂをそれぞれスパ
ッタ面４ａ、４ｂが空間Ｓを置いて対面するように設け
られていると共に、両スパッタ面に垂直な方向の磁場Ｈ
を発生する手段を設け、前記ターゲット間の空間の側方
に配したホルダーに取り付けた基板５上に薄膜を形成す
るようにしたスパッタ装置である。マグネトロンスパッ
タ装置と異なり、電子を束縛するための磁場は、スパッ
タ面に対して垂直であり、ターゲットとして磁性体を用
いた場合でも、空間Ｓに有効な磁場を発生させることが
できる。したがって、磁性体膜の生産においても、スパ
ッタ面前の空間に高密度プラズマを形成することによっ
て、高速成膜を達成することができる。また、基板がカ
ソード電極であるターゲットと垂直に配置されており、
かつ高密度プラズマの発生が空間Ｓとその周辺に限られ
ていることから、プラズマ内で発生した高エネルギー電
子および高エネルギーイオンが基板に殆ど到達せず、そ
れらのダメージの少ない膜形成が可能である。特に、透
明電極として使用されるＩＴＯ膜は酸素イオンの基板へ
の衝突により電気抵抗率が上昇することが知られてお
り、対向ターゲットスパッタ法のＩＴＯ膜への応用が盛
んに研究されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
対向ターゲット式スパッタ法を使用した場合、スパッタ
面へのイオンの衝突が一様ではなく、膜材料を１００％
利用することはできないという問題が生じていた。即
ち、図２で示されるように、スパッタ後のターゲット
は、ターゲットの中央部に集中的に消費されるため、外
周部を全て使い切ることができない。

【０００４】対向ターゲット式スパッタ法のターゲット
使用効率を上げる公知の方法として、特公平３−２２３
１号公報、特公昭６３−５４７８９号公報および特開平
１０−２５９４７８号公報を挙げることができる。しか
し、これらの方法を用いても、完全に問題を解決するこ
とはできない。

【０００５】以下に前記公知の内容を具体的に示す。ま
ず、特公平３−２２３１号公報および特公昭６３−５４
７８９号公報は電子を束縛するための手段がターゲット
およびターゲットホルダーの周囲にのみ配置されている
対向ターゲット式スパッタ装置である。これらの方法を
用いれば、エロージョンがターゲットの外周部に拡大す
ることが知られている。しかし、電子を十分に束縛でき
ず、成膜速度が遅いという問題が生じてしまう。これら
の方法を改良した公知の方法として、特公平５−７５８
２７号公報がある。しかし、そこで述べられている方法
は、ターゲットの外周部に電子を反射するための負電位
の電極を設けるものであり、それら電極に材料膜が付
着、剥離し異常放電およびゴミの発生原因となってしま
う。

【０００６】次に、特開平１０−２５９４７８号公報で
述べられている方法は、ドーナツ状のターゲットを使用
することにより、スパッタ面におけるターゲット外周部
の面積を少なくするものである。しかし、この方法は、
ターゲット外周部のターゲット使用効率を向上するもの
ではない。

【０００７】また、ＩＴＯターゲットをマグネトロンス
パッタ法でスパッタする場合、エロージョンの側面にノ
ジュールが発生し、成膜速度の低下、ゴミの発生、およ
び最適酸素分圧の経時変化の問題が生じる。これらノジ
ュールの発生は、対向ターゲットスパッタ装置を使用し
た場合にも、ターゲット表面の中央部に形成されるエロ
ージョンの周りで観測され、ＩＴＯ成膜する上で大きな
障害となっていた。図２および図３に、対向ターゲット
スパッタ装置とマグネトロンスパッタ法で使用したター
ゲットの断面図の形状、およびノジュールの発生の様子
を示す。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記の課題を
解決するために、本発明は、スパッタ面が空間を隔てて
対面するように設置された一対のターゲットと、両スパ
ッタ面に垂直な方向の磁場を発生させる磁場発生手段と
を有し、前記ターゲットに挟まれた空間の側方に配置さ
れた基板上に膜を形成するようになした対向ターゲット
式スパッタ装置において、両スパッタ面に垂直な磁場
は、両スパッタ面に挟まれた空間だけでなく、その外側
の空間にも存在し、かつ磁場強度は両スパッタ面に挟ま
れた空間よりもその外周部の方が強いことを特徴とする
対向ターゲット式スパッタ装置を提供するものである。

【０００９】対向ターゲット式スパッタ装置におけるタ
ーゲットの外周部が中央部よりエロージョンのできる原
因として、ターゲットの周りに施された保護シールドの
前に形成されるシース電位などにより、スパッタ面の近
傍に形成されるプラズマの密度が、ターゲット中央部よ
りもターゲットの外周部の方が小さく、スパッタイオン
の衝突頻度が小さいことが考えられている。本発明は、
磁場強度に勾配がある空間を電子が運動する場合に電子
が磁束密度の大きい空間に引き付けられる性質を利用し
て、ターゲットの外周部近傍に高密度のプラズマを形成
し、ターゲット外周部のスパッタ速度を上げるものであ
る。

【００１０】このような磁場を発生させる手段として、
我々は、コイルによる方法と永久磁石による方法の２つ
を挙げることができる。コイルにより上記の磁場を発生
させる場合、コイルにより両ターゲットに挟まれた空
間、およびその周囲に磁場を発生させておき、そのター
ゲットに挟まれた空間の外側に磁束が集中するようにコ
アを配置する。

【００１１】また、磁場の発生手段として永久磁石を使
用する場合、ターゲットの外周の外側に、永久磁石を配
置する方法がある。対向ターゲット法において、ターゲ
ットの外周の外側に磁場の発生手段を配置する公知の例
として、前述の特公平３−２２３１号公報と特公昭６３
−５４７８９号公報、および特開平５−１４０７４１号
公報がある。しかし、前述した通り、特公平３−２２３
１号公報と特公昭６３−５４７８９号公報は、ターゲッ
トの外周部の外側のみに磁場を生じさせ電子をターゲッ
ト面で挟まれた空間に閉じ込めようとするものであり、
本発明とは、装置の構成、および目的が異なっている。
また、特開平５−１４０７４１号公報で述べられている
方法は、ターゲットの外周部に配置された保護シールド
を磁化させることにより、磁性体膜の剥離を防止しよう
とするものであり、本発明とは相容れないものである。

【００１２】また、本発明は、スパッタ面に垂直な磁場
に磁束密度の勾配を付けることによりスパッタ面近傍の
プラズマ密度を制御しようとするものであることから、
スパッタ面の面積が広い場合には、スパッタ面に挟まれ
た領域内にも適当な磁束密度の制御を行なうことによ
り、スパッタ面上でのより均一なスパッタを達成するこ
とが可能である。また、本発明は、ターゲット材料の有
効活用のみならず、ＩＴＯのスパッタ成膜におけるノジ
ュールの発生も抑制することが可能である。通常の対向
ターゲット式スパッタ法およびマグネトロンスパッタ法
では、図２および図３で見られるようにエロージョンの
側面にノジュールが発生する。しかし、我々の観測で
は、スパッタ時間が長期にわたってもエロージョンの底
部にはノジュールが発生しないことが分かっている。こ
れは、エロージョンの底部はスパッタされる速度が速
く、ノジュールの原因となるスパッタされた粒子の再付
着が起こらない為と考えられる。このことから、ＩＴＯ
のスパッタ成膜において、ターゲットのスパッタ面を均
一かつ高速にスパッタすることができれば、ノジュール
の発生しないＩＴＯのスパッタ成膜が可能になることが
期待できる。本発明は、この期待に応えるのに十分なも
のであり、磁性体の成膜のみならず、非磁性体の成膜に
おいても良質な膜の生産を可能にするスパッタ法を提供
するものである。

【００１３】さらに、本発明を詳細に整理すれば、下記
の構成によって上記課題を解決できた。

【００１４】（１）スパッタ面が空間を隔てて対面する
ように設置された一対のターゲットと、両スパッタ面に
垂直な方向の磁場を発生させる磁場発生手段とを有し、
前記ターゲットに挟まれた空間の側方に配置された基板
上に膜を形成するようになされた対向ターゲット式スパ
ッタ装置において、両スパッタ面に垂直な磁場は、両ス
パッタ面に挟まれた空間だけでなく、その外側の空間に
も存在し、かつ磁束密度は両スパッタ面に挟まれた空間
よりもその外側の方が大きいことを特徴とする対向ター
ゲット式スパッタ装置。

【００１５】（２）両スパッタ面に垂直な磁場を発生さ
せるための手段が、両スパッタ面に挟まれた空間及びそ
の外側の空間に磁場を発生させるためのコイルと、ター
ゲットの外周の外側に配置されたコアであることを特徴
とする前記（１）記載の対向ターゲット式スパッタ装
置。

【００１６】（３）両スパッタ面に挟まれた空間の磁場
は、ターゲットの中央部よりもターゲットの外周部の方
が、磁束密度が大きいことを特徴とする前記（１）記載
の対向ターゲット式スパッタ装置。

【００１７】（４）両スパッタ面に垂直な磁場を発生さ
せるための手段が、ターゲットのスパッタ面と反対側に
配置された永久磁石と、ターゲットの外周の外側に配置
された永久磁石であることを特徴とする前記（１）記載
の対向ターゲット式スパッタ装置。

【００１８】（５）両スパッタ面に垂直な磁場を発生さ
せるための手段が、ターゲットのスパッタ面と反対側に
配置された永久磁石であり、それら永久磁石は、ターゲ
ット中央部と、それを取り囲む帯状の複数の永久磁石か
ら構成されることを特徴とする前記（３）記載の対向タ
ーゲット式スパッタ装置。

【００１９】（６）ターゲットの材質がインジウムと錫
の酸化物であることを特徴とする、前記（１）記載の対
向ターゲット式スパッタ装置。

【００２０】（７）ターゲットの材質がインジウムと錫
の酸化物であることを特徴とする、前記（２）記載の対
向ターゲット式スパッタ装置。

【００２１】（８）ターゲットの材質がインジウムと錫
の酸化物であることを特徴とする、前記（３）記載の対
向ターゲット式スパッタ装置。

【００２２】（９）ターゲットの材質がインジウムと錫
の酸化物であることを特徴とする、前記（４）記載の対
向ターゲット式スパッタ装置。

【００２３】（１０）ターゲットの材質がインジウムと
錫の酸化物であることを特徴とする、前記（５）記載の
対向ターゲット式スパッタ装置。

【００２４】（１１）前記（６）記載の対向ターゲット
式スパッタ装置により制作された、ＩＴＯ透明導電膜。

【００２５】（１２）前記（７）記載の対向ターゲット
式スパッタ装置により制作された、ＩＴＯ透明導電膜。

【００２６】（１３）前記（８）記載の対向ターゲット
式スパッタ装置により制作された、ＩＴＯ透明導電膜。

【００２７】（１４）前記（９）記載の対向ターゲット
式スパッタ装置により制作された、ＩＴＯ透明導電膜。

【００２８】（１５）前記（１０）記載の対向ターゲッ
ト式スパッタ装置により制作された、ＩＴＯ透明導電
膜。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施例を説明する。

【００３０】（実施例１）図４は、実施例１で説明する
対向ターゲットスパッタ装置の、ターゲット、バッキン
グプレート及び保護シールドを含むカソード電極部分
と、磁場を発生させる為のコイル及びコアの断面を模式
的に示したものである。以下、実施例を説明する図にお
いて、本発明に直接関係しない装置の細部は省略してあ
る。コイルは両スパッタ面を包囲するように配置されて
おり、それらスパッタ面に囲まれた空間およびその周囲
に磁場を発生させる。コイルにより発生させられる磁場
は、その内部に磁束を収束させる物質が配置されていな
ければ、中央部（図４の点Ａ）は、外周部（図４の点
Ｂ）よりも磁束密度が大きい。そこで、実施例１の装置
では、ターゲットの外周部の外側に磁束を集めるための
コア１５が配置されている。このコアにより、磁束密度
はターゲットに中央部よりも外周のまわりのほうが大き
くなり、ターゲットの一様なスパッタが可能となる。図
４における矢印Ｈの太さは、両ターゲット間の磁束密度
の大きさを模式的に表わしたものである。

【００３１】（実施例２）図５は、実施例２の対向ター
ゲットスパッタ装置の、ターゲット、バッキングプレー
ト及び保護シールドを含むカソード電極部分の断面を模
式的に示したものである。図６は、図５で描かれるカソ
ード電極のターゲットと磁石をスパッタ面方向から見た
模式図である。対向するターゲットの間にスパッタ面と
垂直な磁場を形成するためのマグネットは、ターゲット
の中央部に配置されたものと、それを取り巻く２つの帯
状のものから構成される。それらマグネットを、ターゲ
ットの中央から順に、マグネットＡ、マグネットＢ、マ
グネットＣとする。スパッタ面からターゲットとマグネ
ットを眺めた場合、最も外側に配置されたマグネットＣ
は、ターゲットの外周の外側に配置されており、対向す
るターゲットで挟まれた領域を取り囲むように磁場を形
成する。発生させる磁場の強度は、マグネットＡ、マグ
ネットＢ，マグネットＣの順に強くなっており、ターゲ
ットに挟まれた領域およびその周りに、ターゲットの中
央部から外部にゆくにしたがって強くなる不均一な磁場
を発生させる。図５の矢印Ｈの太さは、両ターゲット間
の磁束密度の大きさを模式的に表わしたものである。

【００３２】（実施例３）図７は、実施例３の対向ター
ゲットスパッタ装置における、カソード電極のターゲッ
トと磁石をスパッタ面方向から見た模式図である。カソ
ード電極の基本構成は、実施例２に等しい。図７から分
かるように、本発明は、実施例２で描かれるような円形
のターゲットに限ったものではない。実施例３は、直方
形のターゲットを使用した場合の例であり、図７のよう
にターゲットの外周に沿って永久磁石を配置することに
より実施例２と同様の効果を持つ磁場を形成することが
できる。

【００３３】（実施例４）図８は、実施例４の対向ター
ゲットスパッタ装置における、カソード電極のターゲッ
トと磁石をスパッタ面方向から見た模式図である。カソ
ード電極の基本構成は、実施例２に等しい。図８から分
かるように、本発明は、実施例２で描かれるようなター
ゲットの中央部に配置された１つの永久磁石と、ターゲ
ットの外周に沿った２つの帯状の永久磁石に限ったもの
ではない。実施例４は、ターゲットの外周部に三つの帯
状の永久磁石を配置したものであり、ターゲットの面積
が広く、三種類の永久磁石ではターゲットを一様にスパ
ッタする磁場が発生できない場合に利用される。この実
施例４のように、本発明はそのターゲットの大きさに対
応して、使用する磁石の種類を増やし、ターゲットを均
一にスパッタすることを可能にする。

【００３４】

【発明の効果】以上に説明したように本発明は、両スパ
ッタ面に挟まれた空間だけでなく、その外側の空間にも
磁場を形成し、かつ両スパッタ面に挟まれた空間よりも
その外側の方が磁束密度は大きい対向ターゲット式スパ
ッタ装置であり、従来の対向ターゲット式スパッタ装置
におけるターゲット前のプラズマ密度の偏りを改善し、
ターゲットの均一なスパッタを実現した。本発明によ
り、従来の対向ターゲット式スパッタ装置のターゲット
使用効率が５割程度であるのに対し、ほぼ１０割のター
ゲットの使用効率を達成することができた。

【００３５】また、ＩＴＯの成膜に本発明を使用するこ
とにより、ターゲットが均一にスパッタされ、ノジュー
ルが発生しないＩＴＯのスパッタが実現した。これによ
り、従来ＩＴＯのスパッタプロセスで発生していた異常
放電、およびゴミの問題が緩和され、良質なＩＴＯ膜の
生産が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】対向ターゲット式スパッタ装置構成の模式図

【図２】従来の対向ターゲット式スパッタ法による、
スパッタ後のＩＴＯターゲットの断面図

【図３】マグネトロンスパッタ法による、スパッタ後
のＩＴＯターゲットの断面図

【図４】本発明の実施例１に係る対向ターゲット式ス
パッタ装置のカソード部分、及び磁場発生装置の断面図

【図５】本発明の実施例２に係る対向ターゲット式ス
パッタ装置のカソード部分の断面図

【図６】図５で示される対向ターゲット式スパッタ装
置のカソード部分を、スパッタ面方向から眺めた図

【図７】本発明の実施例３に係る対向ターゲット式ス
パッタ装置のカソード部分を、スパッタ面方向から眺め
た図

【図８】本発明の実施例４に係る対向ターゲット式ス
パッタ装置のカソード部分を、スパッタ面方向から眺め
た図

【符号の説明】

１真空チャンバー２ターゲット３磁場発生装置４スパッタ面５基板６真空排気装置７スパッタガス導入装置８スパッタ電源９ＩＴＯターゲットに発生したノジュール１０エロージョン１１バッキングプレート１２保護シールド１３冷却水経路１４０リング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタ面が空間を隔てて対面するよう
に設置された一対のターゲットと、両スパッタ面に垂直
な方向の磁場を発生させる磁場発生手段とを有し、前記
ターゲットに挟まれた空間の側方に配置された基板上に
膜を形成するようになされた対向ターゲット式スパッタ
装置において、両スパッタ面に垂直な磁場は、両スパッ
タ面に挟まれた空間だけでなく、その外側の空間にも存
在し、かつ磁束密度は両スパッタ面に挟まれた空間より
もその外側の方が大きいことを特徴とする対向ターゲッ
ト式スパッタ装置。
【請求項２】両スパッタ面に垂直な磁場を発生させる
ための手段が、両スパッタ面に挟まれた空間及びその外
側の空間に磁場を発生させるためのコイルと、ターゲッ
トの外周の外側に配置されたコアであることを特徴とす
る請求項１記載の対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項３】両スパッタ面に挟まれた空間の磁場は、
ターゲットの中央部よりもターゲットの外周部の方が、
磁束密度が大きいことを特徴とする請求項１記載の対向
ターゲット式スパッタ装置。
【請求項４】両スパッタ面に垂直な磁場を発生させる
ための手段が、ターゲットのスパッタ面と反対側に配置
された永久磁石と、ターゲットの外周の外側に配置され
た永久磁石であることを特徴とする請求項１記載の対向
ターゲット式スパッタ装置。
【請求項５】両スパッタ面に垂直な磁場を発生させる
ための手段が、ターゲットのスパッタ面と反対側に配置
された永久磁石であり、それら永久磁石は、ターゲット
中央部と、それを取り囲む帯状の複数の永久磁石から構
成されることを特徴とする請求項３記載の対向ターゲッ
ト式スパッタ装置。
【請求項６】ターゲットの材質がインジウムと錫の酸
化物であることを特徴とする、請求項１記載の対向ター
ゲット式スパッタ装置。
【請求項７】ターゲットの材質がインジウムと錫の酸
化物であることを特徴とする、請求項２記載の対向ター
ゲット式スパッタ装置。
【請求項８】ターゲットの材質がインジウムと錫の酸
化物であることを特徴とする、請求項３記載の対向ター
ゲット式スパッタ装置。
【請求項９】ターゲットの材質がインジウムと錫の酸
化物であることを特徴とする、請求項４記載の対向ター
ゲット式スパッタ装置。
【請求項１０】ターゲットの材質がインジウムと錫の
酸化物であることを特徴とする、請求項５記載の対向タ
ーゲット式スパッタ装置。
【請求項１１】請求項６記載の対向ターゲット式スパ
ッタ装置により制作された、ＩＴＯ透明導電膜。
【請求項１２】請求項７記載の対向ターゲット式スパ
ッタ装置により制作された、ＩＴＯ透明導電膜。
【請求項１３】請求項８記載の対向ターゲット式スパ
ッタ装置により制作された、ＩＴＯ透明導電膜。
【請求項１４】請求項９記載の対向ターゲット式スパ
ッタ装置により制作された、ＩＴＯ透明導電膜。
【請求項１５】請求項１０記載の対向ターゲット式ス
パッタ装置により制作された、ＩＴＯ透明導電膜。