JP2020002441A - 対向ターゲット式スパッタ成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対向ターゲット式スパッタ成膜装置において、ターゲット表面における非エロージョン領域の発生を阻止し、非エロージョン領域の膜剥がれによるパーティクルの発生を抑制する技術を提供する。【解決手段】それぞれ放電空間２１を挟んで配置されるバッキングプレート６Ａ、６Ｂと、放電空間２１を挟んで対向配置されるターゲット５Ａ、５Ｂと、バッキングプレート６Ａ、６Ｂの背面側でターゲット５Ａ、５Ｂの縁部に対応する位置に異なる磁極が対向するようにそれぞれ配置された磁石装置９Ａ、９Ｂとを有し、バッキングプレート６Ａ、６Ｂにそれぞれ高周波電力を供給する高周波電源２２を備える。ターゲット５Ａ、５Ｂの周囲をそれぞれ近接して取り囲むように、ターゲット５Ａ、５Ｂの表面との間の結合容量がそれぞれ調整されたアノード電極７Ａ、７Ｂが設けられている。【選択図】 図１

Description

本発明は、スパッタリングによって成膜を行う装置に関し、特に一対のスパッタリングターゲット（以下、適宜「ターゲット」という。）を対向させて高周波電源を用いて放電させることにより成膜を行うスパッタ成膜装置の技術に関する。

近年、種々のデバイス（半導体、電子、ディスプレイ、太陽電池など）の高性能化、微細化が進んでいる。
このようなデバイスを製造するには、真空中においてパーティクルの発生が少なく高品質な薄膜形成技術が重要である。

かかる薄膜形成技術としては、従来より、マグネトロン式スパッタリング装置と対向ターゲット式スパッタリング装置が知られている。
しかし、マグネトロン式スパッタリング装置では、成膜中に高い運動エネルギーを持った粒子が基板表面に衝突し膜質の低下を引き起こすという問題がある。

これに対し、対向ターゲット式スパッタリング装置は、一対のターゲットが対向し基板はその側方に設置する構造であるため、成膜中に高い運動エネルギーを持った粒子が基板表面に衝突するのを抑制することでができ、これにより高品質の薄膜を形成することができる。

しかし、対向ターゲット式スパッタリング装置は、ターゲットが対向する構造であるため、ターゲット表面に非エロージョン領域が存在すると、この非エロージョン領域に膜が堆積し、その結果、長期間にわたって使用すると、非エロージョン領域から膜が剥離し、パーティクルが発生するという問題がある。

従来の対向ターゲット式スパッタリング装置では、対向するターゲットの背面側に設置した永久磁石が形成する磁場構造によりターゲットの中心部分がスパッタされる一方、ターゲットの縁部近傍には全くスパッタされないためターゲットの縁部に非エロージョン領域が形成される。
したがって、パーティクルの発生を抑制するためには、ターゲット表面に非エロージョン領域が発生しないように放電させることが重要である。

これに対し、従来、ターゲットの非エロージョン領域の表面に防着板を設置してパーティクルの発生を抑制する技術も提案されている（例えば特許文献１参照）。
しかし、この従来技術の防着板はプラズマの影響で加熱され易く、かつ、構造的に冷却しにくいため、成膜時と非成膜時の熱サイクルにより防着板が熱膨張と収縮を繰り返し、その結果、長期的に使用するとパーティクルが発生するという問題がある。

国際公開第２０１５／１６２７７８号公報 特開平１０−００８２４６号公報

本発明は、このような従来の技術の課題を考慮してなされたもので、その目的とするところは、対向ターゲット式スパッタ成膜装置において、ターゲット表面における非エロージョン領域の発生を阻止し、非エロージョン領域の膜剥がれによるパーティクルの発生を抑制する技術を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明は、接地された真空槽内で一対のスパッタリングターゲットを対向させてスパッタ成膜を行う対向ターゲット式スパッタ成膜装置であって、第１及び第２のカソード電極と、前記第１及び第２のカソード電極に電気的にそれぞれ接続され、放電空間を挟んで対向配置される第１及び第２のスパッタリングターゲットと、前記第１及び第２のカソード電極の背面側で前記第１及び第２のスパッタリングターゲットの縁部に対応する位置に、前記放電空間を挟んで異なる磁極が対向するようにそれぞれ配置された第１及び第２の磁石装置と、前記第１及び第２のカソード電極の電力供給端子と前記真空槽の接地端子との間にそれぞれ高周波電力を供給する高周波電源とを備え、前記第１及び第２のスパッタリングターゲットの周囲をそれぞれ近接して取り囲むように、当該第１及び第２のスパッタリングターゲットのターゲット表面との間の結合容量がそれぞれ調整された第１及び第２のアノード電極が設けられているものである。
本発明では、前記第１及び第２のアノード電極は、前記第１及び第２のスパッタリングターゲットのターゲット表面側の部分に凹凸が設けられていることも効果的である。
本発明では、前記第１及び第２のスパッタリングターゲットのターゲット表面に対する第１及び第２のアノード電極の表面の角度がそれぞれ−４５°以上９０°以下となるように構成されていることも効果的である。
本発明では、前記第１及び第２のスパッタリングターゲットと前記第１及び第２のアノード電極との間にそれぞれ所定の厚さの絶縁体が設けられていることも効果的である。
本発明では、前記第１及び第２のカソード電極に対してそれぞれ１３．５６ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の高周波電力を供給するように構成されていることも効果的である。
本発明では、前記第１及び第２のカソード電極の中央部に対してそれぞれ前記高周波電力を供給するように構成されていることも効果的である。
本発明では、前記第１及び第２のカソード電極に対してそれぞれ直流電力を更に供給するように構成されていることも効果的である。
本発明では、前記第１及び第２のカソード電極に高周波電力を供給した場合において当該第１及び第２のカソード電極の各部分のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段がそれぞれ設けられていることも効果的である。

本発明にあっては、対向ターゲット式スパッタ成膜装置において、第１及び第２のカソード電極の背面側で第１及び第２のスパッタリングターゲットの縁部に対応する位置にそれぞれ第１及び第２の磁石装置が放電空間を挟んで配置され、第１及び第２のスパッタリングターゲットの周囲をそれぞれ近接して取り囲むように、第１及び第２のスパッタリングターゲットのターゲット表面との間の結合容量がそれぞれ調整されたアノード電極が設けられているため、第１及び第２のスパッタリングターゲットに対して高周波電力（例えば１３．５６ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下）を供給した場合に、一対のスパッタリングターゲットの中央部分の間、並びに、一対のスパッタリングターゲットの縁部と一対のアノード電極との間においてそれぞれ放電を生じさせることができる。

その結果、本発明によれば、各スパッタリングターゲットにおいて全面的に放電が生じスパッタリングが行われるため、各スパッタリングターゲットのターゲット表面における非エロージョン領域の発生を阻止し、非エロージョン領域の膜剥がれによるパーティクルの発生を抑制することができる。

また、本発明によれば、各スパッタリングターゲットの全面をエロージョン領域とすることができるので、スパッタリングターゲットの使用効率を向上させることができる。

さらに、従来、例えば金属ターゲットを用いて酸素や窒素ガスを用いた反応性スパッタにおいて、成膜速度を高く保つためターゲットのターゲット表面をメタルの状態を保ちつつ、基板表面に酸化膜、窒化膜もしくは酸窒化膜を形成する方法が知られている（メタルモードスパッタ）が、その際、ターゲットのターゲット表面に非エロージョン部分が存在するとその表面には酸化膜、窒化膜もしくは酸窒化膜が堆積することがあり、この膜が絶縁性の場合、放電時にＡｒイオンがチャージされた絶縁膜が形成されてしまう。

この場合、所定量のチャージが溜まると絶縁膜に絶縁破壊が生じイオン電流が絶縁膜から金属ターゲットに流れるか、メタル状態のエロージョン部に流れ、これにより異常放電が発生する。

しかし、本発明によれば、各スパッタリングターゲットにおいて全面的に放電が生じスパッタリングが行われるため、上述した異常放電を防止することができる。

本発明において、第１及び第２のアノード電極の第１及び第２のスパッタリングターゲットのターゲット表面側の部分に凹凸が設けられている場合、第１及び第２のスパッタリングターゲットのターゲット表面に対する第１及び第２のアノード電極の表面の角度がそれぞれ−４５°以上９０°以下となるように構成されている場合、又は第１及び第２のスパッタリングターゲットと第１及び第２のアノード電極との間に所定の厚さの絶縁体が設けられている場合には、第１及び第２のアノード電極と第１及び第２のスパッタリングターゲットのターゲット表面との間の結合容量をそれぞれ容易に調整することができる。

本発明において、第１及び第２のカソード電極に高周波電力を供給した場合において第１及び第２のカソード電極の各部分のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段がそれぞれ設けられている場合には、第１及び第２のスパッタリングターゲットのターゲット表面との間の結合容量がそれぞれ調整されたアノード電極による作用と相俟って第１及び第２のスパッタリングターゲットの各部分においてそれぞれ均一に放電させることができ、これにより第１及び第２のスパッタリングターゲットの縁部の各部分とアノード電極間においてもそれぞれ均一に放電させることができる。

本発明に係る対向ターゲット式スパッタ成膜装置の内部構成を示す概略図 （ａ）〜（ｃ）：第１及び第２のアノード電極の表面と、第１及び第２のターゲットのターゲット表面との間の結合容量をそれぞれ調整する手段を模式的に示す説明図 （ａ）（ｂ）：本発明の原理を説明するための図で、図３（ａ）は本実施の形態の磁気回路によって発生した磁場（磁束）の分布を模式的に示す説明図、図３（ｂ）は本実施の形態において生成されたプラズマの分布を模式的に示す説明図 （ａ）（ｂ）：ターゲット及びバッキングプレートの形状が正方形形状の場合のインピーダンス調整手段の例を示す概略構成図 （ａ）（ｂ）：ターゲット及びバッキングプレートの形状が長方形形状の場合のインピーダンス調整手段の例を示す概略構成図

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る対向ターゲット式スパッタ成膜装置の内部構成を示す概略図である。

図１に示すように、本実施の形態の対向ターゲット式スパッタ成膜装置１は、成膜対象物である基板１５が配置される例えば箱形状の真空成膜室２を有している。

この真空成膜室２は、例えばその一方側の部分に、図示しない真空排気装置に接続された排気部２ａと、アルゴンガスを含むプロセスガスを導入するためのガス導入部２ｂが設けられている。
また、真空成膜室２は、その外壁部に設けられた接地端子２ｄを介して接地されている。

真空成膜室２の例えば上記排気部２ａ及びガス導入部２ｂが設けられた側と反対側の部分には、真空成膜室２の開口部２ｃ側に取り付けられ、高周波が外部の空間に発散するのを抑制する高周波シールドカバー部３が設けられている。

高周波シールドカバー部３内には、基本的な構成が同一である一対の第１及び第２のスパッタ部４Ａ、４Ｂが、真空成膜室２と連通され真空成膜室２と同等の真空雰囲気が維持されるように設けられた放電空間２１を挟んで設けられている。

本実施の形態の第１のスパッタ部４Ａと第２のスパッタ部４Ｂは、それぞれターゲット部を構成する筐体２０Ａ、２０Ｂに組み付けられた第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂを含む複数の部材を有し、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂのスパッタ面が対向して平行になるように配置されている。

本発明においては、上述した真空成膜室２と、第１及び第２のスパッタ部４Ａ、４Ｂの筐体２０Ａ、２０Ｂによって真空槽が構成されている。

ここで、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂは、同一の材料（例えば酸化物）からなり、本例ではそれぞれ円板形状に形成されている。そして、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂは、それぞれのスパッタ面が基板１５の成膜面に対して垂直になるように、カソード電極である第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂにそれぞれ取り付けられている。

第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの周囲には、導電性の金属材料（例えばアルミニウムを主成分とする合金）からなる第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂが、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂ及び第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂを取り囲むようにそれぞれ設けられている。本例の第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂは、それぞれ円形リング状に形成されている。

これら第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂは、絶縁体７０によって第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂ、第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂに対してそれぞれ電気的に絶縁され、真空成膜室２の外壁部と電気的に接続されている。

さらに、第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂは、第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂを取り囲むように設けられ絶縁性材料からなるフランジ部材８Ａ、８Ｂによっても第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂに対してそれぞれ電気的に絶縁されている。

この場合、第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂは、それぞれの内周部が、絶縁体７０を介して第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの外周部と近接するように配置されている。

そして、第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂは、後述するように、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂのターゲット表面との間の結合容量がそれぞれ調整された状態になるように構成されている。

第１及び第２のスパッタ部４Ａ、４Ｂには、第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂの第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂのスパッタ面と反対側の即ち背面側の部分に、例えば永久磁石からなる第１及び第２の磁石装置９Ａ、９Ｂがそれぞれヨーク板１０Ａ、１０Ｂに取り付けられて固定されている。

これら第１及び第２の磁石装置９Ａ、９Ｂは、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの縁部に沿う形状（例えば円形リング形状）に形成され、放電空間２１を挟んで異なる極性の部分が対向するように配置されている。

このような構成により、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂ間の放電空間２１においては、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの縁部に沿う形状、本例では後述する円筒形状の対向磁場が生成される。

一方、高周波シールドカバー部３の外部には、高周波電源２２が設けられ、この高周波電源２２において発生させた高周波電力を、マッチングボックス２３を介して第１及び第２のスパッタ部４Ａ、４Ｂの第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂにそれぞれ供給するように構成されている。

本実施の形態の場合は、第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂの中央部の第１及び第２の電力供給端子６ａ、６ｂに対してそれぞれ高周波電力を供給する。

本発明の場合、第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂに供給する高周波電力の周波数は特に限定されることはないが、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの縁部を確実にスパッタリングする観点からは、１３．５６ＭＨｚ以上とすることが好ましく、より好ましくは、２７ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下である。

高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚより小さいと、ＤＣ電源を用いた場合と同様に第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの縁部に生成される高周波プラズマの密度が小さいため、スパッタリングの速度より膜が堆積する速度の方が大きくなってしまう。

一方、高周波電力の周波数が１００ＭＨｚより大きい場合には、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの縁部に生成される高周波プラズマの密度が大きくなると、第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂに供給する高周波電力が同高周波プラズマを経由して第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂに流れやすくなる。そのため、ターゲット中央部分に対して高周波電力が届かなくなり、プラズマ密度が低下し、スパッタリングの速度より膜が堆積する速度の方が大きくなってしまう。

すなわち、本発明では、供給する高周波電力の周波数により、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの中央部分／縁部におけるスパッタリング速度を調整する。

また、本発明では、特に限定されることはないが、第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂに対し、それぞれ高周波電力に直流電力を更に重畳して供給するように構成することもできる。

すなわち、第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂに対して供給する高周波電力の周波数が大きくなるに従い、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの縁部に生成される高周波プラズマの密度が大きくなり、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂに印加される直流電圧成分（Ｖ_DC）が小さくなるため、スパッタリングのレートが低下する問題が生ずる場合がある。

そこで、第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂに対し、それぞれ高周波電力に直流電力を更に重畳して供給することによって、供給する高周波電力の周波数を大きくした場合であっても、スパッタリングのレートの低下を防止することができる。

図２（ａ）〜（ｃ）は、第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂの表面（放電空間側の面）と、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂのターゲット表面（放電空間側の面）との間の結合容量をそれぞれ調整する手段を模式的に示す説明図である。

以下、図２（ａ）〜（ｃ）では、上記第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂをターゲット５とし、上記第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂをバッキングプレート６とし、上記第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂをアノード電極７ａ〜７ｃとして包括的に説明する。

まず、図２（ａ）に示す例は、アノード電極７ａに、例えばアノード電極７ａの表面７Ｓに、凹凸としてアノード電極７ａの表面７Ｓに対して直交する方向に延びる複数の穴部７１を形成したものである。

これら穴部７１の開口形状は、円形状、四角形状、多角形状等とすることができる。
また、穴部７１内の壁部にプラズマが確実に接触することを考慮すると、穴部７１の開口径は、例えば円形状の場合に５ｍｍ以上に設定することが好ましい。

本例は、アノード電極７ａの表面７Ｓに対して直交する方向に延びる複数の穴部７１を形成することによって、アノード電極７ａの表面７Ｓの面積が、当該穴部７１を形成しない場合に比べて大きくなるように構成したものである。

このような構成を有する本例では、アノード電極７ａの表面７Ｓと、カソード電極であるバッキングプレート６に電気的に接続されたターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間の結合容量が当該穴部７１を形成しない場合に比べて大きくなり、これによってアノード電極７ａの表面７Ｓとターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間のインピーダンスが相対的に小さくなる。

その結果、本例によれば、ターゲット５のターゲット表面５Ｓからアノード電極７ａの表面７Ｓに高周波電力が流れやすくなり、ターゲット５の縁部に生成される高周波プラズマの密度を向上させることができる。

なお、本例では、アノード電極７ａに設ける穴部７１の開口面積、深さ並びに穴部７１の個数を調整することにより、アノード電極７ａの表面７Ｓの面積を調整してターゲット５の縁部に生成される高周波プラズマの密度を最適の値に調整することができる。

図２（ｂ）に示す例は、ターゲット５のターゲット表面５Ｓに対するアノード電極７ｂの表面７Ｓの角度を変えるようにしたものである。
この場合、ターゲット５のターゲット表面５Ｓに対するアノード電極７ｂの表面７Ｓの角度が０°より大きい場合（θ₁）には、アノード電極７ｂの表面７Ｓとターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間の距離がターゲット５のターゲット表面５Ｓに対するアノード電極７ｂの表面７Ｓの角度が０°の場合に比べて小さくなるため、アノード電極７ｂの表面７Ｓとターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間の結合容量が相対的に大きくなり、これによってアノード電極７ｂの表面７Ｓとターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間のインピーダンスが相対的に小さくなる。

その結果、ターゲット５のターゲット表面５Ｓからアノード電極７ｂの表面７Ｓに高周波電力が流れやすくなり、ターゲット５の縁部に生成される高周波プラズマの密度が増加する。

一方、ターゲット５のターゲット表面５Ｓに対するアノード電極７ｂの表面７Ｓの角度が０°より小さい場合（θ₂）には、アノード電極７ｂの表面７Ｓとターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間の距離がターゲット５のターゲット表面５Ｓに対するアノード電極７ｂの表面７Ｓの角度が０°の場合に比べて大きくなるため、アノード電極７ｂの表面７Ｓとターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間の結合容量が相対的に小さくなり、これによってアノード電極７ｂの表面７Ｓとターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間のインピーダンスが相対的に大きくなる。

その結果、ターゲット５のターゲット表面５Ｓからアノード電極７ｂの表面７Ｓに高周波電力が流れにくくなり、ターゲット５の縁部に生成される高周波プラズマの密度が減少する。

本発明の場合、特に限定されることはないが、ターゲット５のターゲット表面５Ｓに対するアノード電極７ｂの表面７Ｓの角度が−４５°以上９０°以下となるように構成すれば、ターゲット５の縁部に生成される高周波プラズマの密度を最適の値に調整することができる。

図２（ｃ）に示す例は、ターゲット５とアノード電極７ｃとの間に設けられた絶縁体７０の厚さを変えるようにしたものである。
この場合、ターゲット５とアノード電極７ｃとの間に設けられた絶縁体７０の厚さを小さくすると（Ｄ₁＞Ｄ₂）、アノード電極７ｃの表面７Ｓとターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間の距離が小さくなるため、アノード電極７ｃの表面７Ｓと、カソード電極であるバッキングプレート６に電気的に接続されたターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間の結合容量が相対的に大きくなり、これによってアノード電極７ｃの表面７Ｓとターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間のインピーダンスが相対的に小さくなる。

その結果、ターゲット５のターゲット表面５Ｓからアノード電極７ｃの表面７Ｓに高周波電力が流れやすくなり、ターゲット５の縁部に生成される高周波プラズマの密度を向上させることができる。

このように、本例では、ターゲット５とアノード電極７ｃとの間に設けられた絶縁体７０の厚さを調整することにより、アノード電極７ｃの表面７Ｓとターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間の距離を調整してターゲット５の縁部に生成される高周波プラズマの密度を最適の値に調整することができる。

本発明の場合、特に限定されることはないが、ターゲット５とアノード電極７との間に設けられる絶縁体の厚さを３ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることにより、ターゲットの縁部に生成される高周波プラズマの密度を最適の値に調整することができる。

なお、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して記載した、アノード電極７の表面７Ｓと、ターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間の結合容量を調整する手段は、組み合わせて構成することもできる。

図３（ａ）（ｂ）は、本発明の原理を説明するための図で、図３（ａ）は本実施の形態の磁気回路によって発生した磁場（磁束）の分布を模式的に示す説明図、図３（ｂ）は本実施の形態において生成されたプラズマの分布を模式的に示す説明図である。

図３（ａ）に示すように、本実施の形態では、第１のスパッタ部４Ａの第１の磁石装置９ＡのＮ極と、第２のスパッタ部４Ｂの第２の磁石装置９ＢのＳ極が対向するように配置されている。

これにより、本実施の形態では、第１の磁石装置９Ａから第２の磁石装置９Ｂに向かう方向の磁力線を有する対向磁場３０が発生する。この対向磁場３０は、第１のターゲット５Ａ及び第２のターゲット５Ｂの縁部をそれぞれ貫くように形成される。

上述したように、第１及び第２の磁石装置９Ａ、９Ｂは円形リング状に形成されているから、発生した対向磁場３０は、放電空間２１内において円筒形状に形成される。

また、第１のスパッタ部４Ａでは、第１の磁石装置９Ａのリングの内側に、そのＮ極からＳ極へ向かう方向の第１のマグネトロン磁場３１が発生する。
一方、第２のスパッタ部４Ｂでは、第２の磁石装置９Ｂのリングの内側に、そのＮ極からＳ極へ向かう方向の第２のマグネトロン磁場３２が発生する。

このような磁場が形成された状態において、真空下の真空成膜室２内にプロセスガスを導入し、高周波電源２２にて発生させた高周波電力をマッチングボックス２３を介して第１及び第２のスパッタ部４Ａ、４Ｂの第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂの中央部の第１及び第２の電力供給端子６ａ、６ｂにそれぞれ供給すると、これらの高周波電力は、表皮効果によりそれぞれ第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂの縁部及び第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの縁部を介して第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂのスパッタ面の中央部分に向って流れる。

その結果、第１のターゲット５Ａと、第２のターゲット５Ｂの間の放電空間２１において放電が生じ、図３（ｂ）に示すように、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの中央部分において対向プラズマ３５が生成される。

この対向プラズマ３５は、第１の磁石装置９Ａと第２の磁石装置９Ｂとの間の放電空間２１において生成された円筒形状の対向磁場３０によってこの対向磁場３０の内側に閉じこめられた状態になる。

この場合、対向プラズマ３５中の電子は、放電空間２１内において第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂ間を往復するように飛翔する。また、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの近傍では、上述した第１及び第２のマグネトロン磁場３１、３２により、対向プラズマ３５中の電子がそれぞれの磁力線に沿って周回するように飛翔する。

そして、この対向プラズマ３５中のアルゴンイオンが第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの中央部分に衝突することにより、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの中央部分においてスパッタリングが行われる。

その一方で、上述したように、第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂの中央部の第１及び第２の電力供給端子６ａ、６ｂにそれぞれ供給された高周波電力は、それぞれ第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂの縁部及び第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの縁部を介して第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂのスパッタ面の中央部分に向って流れる際に、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂと、それぞれの周囲に近接配置された第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂとの間においても放電が生じ、図３（ｂ）に示すように、それぞれプラズマ３６、３７が生成される。

この場合、例えば上述した図２（ａ）〜（ｃ）に示す手段を用い、第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂの表面と、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの表面との間の結合容量をそれぞれ適切な値に調整することにより、プラズマ３６、３７のプラズマ密度を最適な状態で生成することができる。

そして、これらプラズマ３６、３７中のアルゴンイオンが第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの縁部に衝突することにより、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの縁部においてスパッタリングが行われる。

このように、本実施の形態では、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂに対して高周波電力（例えば１３．５６ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下）を供給した場合に、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの中央部分の間、並びに、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの縁部と第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂとの間においてそれぞれ放電を生じさせることができ、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂにおいてそれぞれ全面的にスパッタリングが行われる。

そして、このようなスパッタリング工程を経て第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂから飛び出したスパッタ粒子が真空成膜室２内の基板１５の表面に到達することにより、基板１５の表面に第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの材料の膜が形成される。

以上述べた本実施の形態によれば、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの表面における非エロージョン領域の発生を阻止し、非エロージョン領域の膜剥がれによるパーティクルの発生を抑制することができる。

ところで、上記実施の形態のように、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂ及びこれに対応する第１及び第２のバッキングプレート６Ａ、６Ｂの形状が円形の場合には、カソード電極であるバッキングプレート６Ａ、６Ｂの中央部の第１及び第２の電力供給端子６ａ、６ｂに高周波電力を供給する場合、第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの中央部から縁部及び第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂまでの距離は第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂの全周にわたって等しく、このため第１及び第２のターゲット５Ａ、５Ｂ及び第１及び第２のアノード電極７Ａ、７Ｂの全周にわたって均一に放電が行われる。

しかし、ターゲット及びこれに対応するバッキングプレートの形状が正方形形状や長方形形状のような矩形形状である場合には、ターゲットの中央部と縁部及びアノード電極との距離がターゲットの中央部から縁部に延びる線分の回転角度によって異なり、その結果、インピーダンスも同線分の回転角度によって異なるから、バッキングプレートの中央部に高周波電力を供給した場合には、第１及び第２のターゲット間の各部分、並びに、第１及び第２のターゲットの縁部の各部分と第１及び第２のアノード電極間において均一に放電させることができない。
具体的には、高周波電力の電力供給端子と放電部との距離が大きくなるに従いインピーダンスが大きくなり、生成されるプラズマの密度が小さくなる。

そこで、本発明では、以下のような手段を採用することにより、上述した課題を解決することができる。
図４（ａ）（ｂ）は、ターゲット及びバッキングプレートの形状が正方形形状の場合のインピーダンス調整手段の例を示す概略構成図である。以下、本発明の理解を容易にするために、上述した第１及び第２のスパッタ部４Ａ、４Ｂのように一対のスパッタ部のうち、一方のスパッタ部を例にとって説明する。

図４（ａ）に示す例では、正方形形状のターゲット４０の背面側に正方形形状のバッキングプレート４１が設けられ、これらターゲット４０及びバッキングプレート４１の周囲を取り囲むように正方形リング形状のアノード電極４２が設けられている。

本例では、バッキングプレート４１の背面側の表面に、「＋」形状の高周波電力拡散部材４３が設けられている。
この高周波電力拡散部材４３は、例えば銅（Ｃｕ）等のバッキングプレート４１と同様に導電率の小さい金属材料からなり、バッキングプレート４１（ターゲット４０）に対して電気的に接続されている。

ここで、高周波電力拡散部材４３は、ターゲット４０及びバッキングプレート４１の中央部４１ａに対して等しい長さを有する四つの直線状の拡散部４３ａがそれぞれ９０度の回転角度で設けられ、これら直線状の拡散部４３ａがバッキングプレート４１の四つの隅部に向って延びるように設けられている。

この場合、高周波電力拡散部材４３は、各拡散部４３ａの端部とバッキングプレート４１の四つの隅部とがそれぞれ電気的に接続され、高周波電力拡散部材４３のその他の部分とバッキングプレート４１との間に所定の空間を設けるように構成することが好ましい。

そして、ターゲット４０及びバッキングプレート４１の中央部４１ａと対応する位置に設けられた高周波電力拡散部材４３の電力供給端子６０ａに対して高周波電力を供給するように構成されている。

本例では、高周波電力拡散部材４３の四つの直線状の部分は、同一の幅で形成されている。
このような構成を有する本例において高周波電力拡散部材４３の電力供給端子６０ａに対して高周波電力を供給すると、高周波電力拡散部材４３の四つの拡散部４３ａに沿って高周波電力が供給されるようになる。

その結果、本例によれば、ターゲット４０及びバッキングプレート４１の中央部４１ａに対する距離が最も大きい各隅部に対し、より大きい高周波電力を供給することができるので、ターゲット４０の各部分において均一に放電させることができ、これによりターゲット４０の縁部の各部分とアノード電極４２間においても均一に放電させることができる。

そして、他方のスパッタ部についても上記同一の構成を採用することにより、上述した作用により、第１及び第２のターゲット間の各部分、並びに、第１及び第２のターゲットの縁部の各部分と第１及び第２のアノード電極間においてそれぞれ均一に放電させることができる。

図５（ａ）（ｂ）は、ターゲット及びバッキングプレートの形状が長方形形状の場合インピーダンスの調整手段の例を示す概略構成図である。以下、理解を容易にするために、一対のスパッタ部のうち、一方のスパッタ部を例にとって説明する。

図５（ａ）に示す例では、長方形形状のターゲット５０の背面側に長方形形状のバッキングプレート５１が設けられ、これらターゲット５０及びバッキングプレート５１の周囲を取り囲むように長方形リング形状のアノード電極５２が設けられている。

本例では、バッキングプレート５１の背面側の表面に、幅の異なる拡散部を有する高周波電力拡散部材５３が設けられている。
図５（ｂ）に示すように、本例の高周波電力拡散部材５３は、長方形形状のバッキングプレート５１の中央部分に、バッキングプレート５１の長辺部と平行な直線状の第１の拡散部５３ａが設けられている。

そして、この第１の拡散部５３ａの両端部に、第１の拡散部５３ａと連続しバッキングプレート５１の四隅に向ってそれぞれ直線状に延びる第２の拡散部５３ｂが設けられている。

さらに、バッキングプレート５１の中央部分には、バッキングプレート５１の対向する長辺部に向ってそれぞれ直線状に延びる複数の第３の拡散部５３ｃが設けられている。

さらにまた、バッキングプレート５１の上記第２の拡散部５３ｂの間には、バッキングプレート５１の短辺部に向ってそれぞれ直線状に延びる第４の拡散部５３ｄが設けられている。

ここで、高周波電力拡散部材５３は、第２の拡散部５３ｂの端部とバッキングプレート５１の四つの隅部と、第３の拡散部５３ｃの端部とバッキングプレート５１の長辺部と、第４の拡散部５３ｄの端部とバッキングプレート５１の短辺部とが電気的に接続され、高周波電力拡散部材５３のその他の部分とバッキングプレート５１との間には所定の空間を設けるように構成することが好ましい。

本例の場合、第１の拡散部５３ａの幅が、第３及び第４の拡散部５３ｃ、５３ｄの幅より大きくなるようにそれぞれの寸法が設定されている。
また、第２の拡散部５３ｂの長さが、第３及び第４の拡散部５３ｃ、５３ｄの長さより長くなるようにそれぞれの寸法が設定されている。

これは、直線状の導電性部材のインピーダンスは、その幅が小さくなるに従い大きくなること、また第１の拡散部５３ａからバッキングプレート５１の長辺部及び短辺部に向かう方向の距離と四隅に向かう方向との距離の差を考慮し、ターゲット表面において均一に放電させるようにしたものである。

このような構成を有する本例によれば、図５（ａ）に示すバッキングプレート５１の中央部５１ａに対する距離が最も大きい各隅部に対し、より大きい高周波電力を供給することができるので、ターゲット５０の各部分において均一に放電させることができ、これによりターゲット５０の縁部の各部分とアノード電極間においても均一に放電させることができる。

そして、他方のスパッタ部についても上記同一の構成を採用することにより、上述した作用により、第１及び第２のターゲット間の各部分、並びに、第１及び第２のターゲットの縁部の各部分と第１及び第２のアノード電極間においてそれぞれ均一に放電させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られず、種々の変更を行うことができる。 例えば、上記実施の形態では、バッキングプレートに対して一つの電力供給端子に対して高周波電力を供給するように構成したが、本発明はこれに限られず、バッキングプレートに対して二つ以上の電力供給端子に対して高周波電力を供給することもできる。

この場合、高周波電力を供給する位置については、バッキングプレートの中央部に限られず、例えば正方形形状のバッキングプレートでは各隅部に高周波電力を供給することもでき、また、長方形形状のバッキングプレートでは、その長手方向の両端部に高周波電力を供給することもできる。

さらに、図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）（ｂ）に示すインピーダンス調整手段に、図２（ａ）〜（ｃ）に示すアノード電極７ａ〜７ｃの表面７Ｓとターゲット５のターゲット表面５Ｓとの間の結合容量を調整する手段を組み合わせることもできる。

１……対向ターゲット式スパッタ成膜装置
２……真空成膜室
２ｄ…接地端子
３……高周波シールドカバー部
４Ａ…第１のスパッタ部
４Ｂ…第２のスパッタ部
５Ａ…第１のスパッタリングターゲット
５Ｂ…第２のスパッタリングターゲット
６Ａ…第１のバッキングプレート（第１のカソード電極）
６Ｂ…第２のバッキングプレート（第２のカソード電極）
６ａ…第１の電力供給端子
６ｂ…第２の電力供給端子
７Ａ…第１のアノード電極
７Ｂ…第２のアノード電極
９Ａ…第１の磁石装置
９Ｂ…第２の磁石装置
１５…基板
２１…放電空間

Claims (8)

1. 接地された真空槽内で一対のスパッタリングターゲットを対向させてスパッタ成膜を行う対向ターゲット式スパッタ成膜装置であって、
   第１及び第２のカソード電極と、
   前記第１及び第２のカソード電極に電気的にそれぞれ接続され、放電空間を挟んで対向配置される第１及び第２のスパッタリングターゲットと、
   前記第１及び第２のカソード電極の背面側で前記第１及び第２のスパッタリングターゲットの縁部に対応する位置に、前記放電空間を挟んで異なる磁極が対向するようにそれぞれ配置された第１及び第２の磁石装置と、
   前記第１及び第２のカソード電極の電力供給端子と前記真空槽の接地端子との間にそれぞれ高周波電力を供給する高周波電源とを備え、
   前記第１及び第２のスパッタリングターゲットの周囲をそれぞれ近接して取り囲むように、当該第１及び第２のスパッタリングターゲットのターゲット表面との間の結合容量がそれぞれ調整された第１及び第２のアノード電極が設けられている対向ターゲット式スパッタ成膜装置。
2. 前記第１及び第２のアノード電極は、前記第１及び第２のスパッタリングターゲットのターゲット表面側の部分に凹凸が設けられている請求項１記載の対向ターゲット式スパッタ成膜装置。
3. 前記第１及び第２のスパッタリングターゲットのターゲット表面に対する第１及び第２のアノード電極の表面の角度がそれぞれ−４５°以上９０°以下となるように構成されている請求項１又は２のいずれか１項記載の対向ターゲット式スパッタ成膜装置。
4. 前記第１及び第２のスパッタリングターゲットと前記第１及び第２のアノード電極との間にそれぞれ所定の厚さの絶縁体が設けられている請求項１乃至３のいずれか１項記載の対向ターゲット式スパッタ成膜装置。
5. 前記第１及び第２のカソード電極に対してそれぞれ１３．５６ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の高周波電力を供給するように構成されている請求項１乃至４のいずれか１項記載の対向ターゲット式スパッタ成膜装置。
6. 前記第１及び第２のカソード電極の中央部に対してそれぞれ前記高周波電力を供給するように構成されている請求項１乃至５のいずれか１項記載の対向ターゲット式スパッタ成膜装置。
7. 前記第１及び第２のカソード電極に対してそれぞれ直流電力を更に供給するように構成されている請求項１乃至６のいずれか１項記載の対向ターゲット式スパッタ成膜装置。
8. 前記第１及び第２のカソード電極に高周波電力を供給した場合において当該第１及び第２のカソード電極の各部分のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段がそれぞれ設けられている請求項１乃至７のいずれか１項記載の対向ターゲット式スパッタ成膜装置。

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