JP5094557B2 - スパッタリング装置及びスパッタリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空中でスパッタリングによって成膜を行う技術に関し、特に、成膜対象物に対してダメージの少ないスパッタリング技術に関する。

従来、スパッタリングの際に基板に対して低ダメージの所謂ダメージレススパッタリング法は、例えば、対向スパッタリング法など古くから種々の方法が提案されている。
しかしながら、従来のダメージレススパッタ法においては、成膜速度が遅い、放電が不安定になる等の課題がある。
特許２８０７７８３号公報

本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、成膜速度の大きい低ダメージのスパッタリング技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、安定した放電が可能な低ダメージのスパッタリング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請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内において成膜対象物を保持して当該真空槽の一端部から他端部に向って又は他端部から一端部に向って往復移動可能な保持機構と、前記真空槽内においてそれぞれ平板状のターゲットを保持する第１及び第２のカソード部を有するスパッタ源と、スパッタ粒子を通過させるための開口部を有するスリット機構とを備え、前記スパッタ源は、第１及び第２のカソード部をそれぞれ取り付けるための第１及び第２の取付面を有する支持部を備え、前記第１のカソード部は、当該第１のターゲットの粒子放出面が前記成膜対象物の成膜面に対して対向せず、かつ、当該第１のターゲットの粒子放出面が前記成膜対象物の成膜面に対して６０°〜８０°の角度となるように前記支持部の第１の取付面に取り付けられ、前記第２のカソード部は、当該第２のターゲットの粒子放出面が前記成膜対象物の成膜面に対して対向するように前記支持部の第２の取付面に取り付けられ、前記スリット機構は、当該開口部が前記成膜対象物の成膜面に対向する位置で前記第１のカソード部の第１のターゲットから放出されるスパッタ粒子の飛翔領域に配置され、前記保持機構を前記真空槽内の一端部から他端部に向って移動させることにより、前記第１のカソード部によって前記成膜対象物の成膜面上に成膜を行う一方で、前記保持機構を前記真空槽内の他端部から一端部に向って移動させることにより、前記第２のカソード部によって前記成膜対象物の成膜面上に成膜を行うように構成されているスパッタリング装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記スリット機構は、その開口部が、第２のカソード部に装着された第２のターゲットの粒子放出面の延長線に対して当該粒子放出面の法線方向に離れる側に位置するものである。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、前記保持機構が、当該スパッタ粒子の飛翔方向と交差する方向に往復移動可能に構成されているものである。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記第１のカソード部に保持されるターゲットとして、前記第２のカソード部に保持されるターゲットより前記成膜対象物の移動方向に対して直交する部分の長さの短いものを用いるものである。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスパッタリング装置を用いるスパッタリング方法であって、前記保持機構を前記真空槽内の一端部の第１の成膜位置から他端部に向って移動させることにより、前記第１のカソード部によって前記成膜対象物の成膜面上に成膜を行う第１のスパッタリング工程と、前記第１のスパッタリング工程の後、前記保持機構を前記真空槽内の他端部の第２の成膜位置から一端部に向って移動させることにより、前記第２のカソード部によって前記成膜対象物の成膜面上に成膜を行う第２のスパッタリング工程とを有するものである。

本発明の場合、第１のカソード部は、第１のターゲットの粒子放出面が成膜対象物の成膜面に対して対向せず、かつ、第１のターゲットの粒子放出面が前記成膜対象物の成膜面に対して６０°〜８０°の角度となるように支持部の第１の取付面に取り付けられており、この状態で第１のスパッタリング工程により成膜を行うことによって、成膜対象物の成膜面に低エネルギーのスパッタ粒子を堆積させることができる。

さらに、第２のカソード部は、第２のターゲットの粒子放出面が成膜対象物の成膜面に対して対向するように支持部の第２の取付面に取り付けられており、この状態で第２のスパッタリング工程により成膜を行うことによって成膜対象物上のターゲット材料層上に高エネルギーのスパッタ粒子を堆積させることができる。

このような本発明によれば、第１のスパッタリング工程では、第１のカソード部による成膜を行うことによって、成膜対象物の成膜面に対してダメージを与えることなくターゲット材料層を形成することができる。さらに、第２のスパッタリング工程では、このターゲット材料層の存在によって成膜対象物の成膜面に対してダメージを与えることなく、第２のカソード部によって新たなターゲット材料を高成膜速度で堆積させることができ、成膜速度の大きく低ダメージのスパッタリング成膜を行うことができる。

また、本発明によれば、成膜方向を変更しただけの通常の平行平板によるマグネトロンスパッタであるため、安定した放電状態において、スパッタリングを行うことができる。
特に、本発明装置によれば、簡素な構成で効率良く第１及び第２のスパッタリング工程を行い、低ダメージのスパッタリング成膜を行うことができる。

本発明によれば、成膜速度の大きく低ダメージで、かつ、安定した放電が可能なスパッタリング技術を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るスパッタリング装置の実施の形態の内部構成を示す断面図である。
図１に示すように、本実施の形態のスパッタリング装置１は、図示しない真空排気系に接続された真空槽２を有している。なお、この真空槽２は、接地状態となっている。
真空槽２内の例えば上部には、平板状の基板（成膜対象物）２０を保持する基板ホルダー（保持機構）３が配設されている。

ここで、基板２０は、平面状の成膜面２０ａが水平となるように下方に向けて基板ホルダー３に装着されている。そして、この基板ホルダー３は、基板２０を保持した状態で、後述するスパッタ粒子４０（４０ａ、４０ｂ）の飛翔方向と交差する方向（本実施の形態では基板２０の成膜面２０ａに対して平行な例えば水平方向）に、真空槽２の一端部から他端部に向って又は他端部から一端部に向って往復移動するように構成されている。

なお、真空槽２内の一端部側の底部及び側壁近傍には、スパッタ粒子４０を遮蔽するための防着部材２ａが設けられ、また、真空槽２内の他端部側の側壁近傍には、同様の防着部材２ｂが設けられている。
一方、真空槽２内の例えば下部には、以下に説明するスパッタ源４が配設されている。

本実施の形態のスパッタ源４は、第１及び第２の取付面５１、５２を有する支持部５に、第１及び第２のカソード部６、７が取り付けられている。
第１のカソード部６は、例えば永久磁石からなる磁気回路生成部を有するバッキングプレート６１を備え、このバッキングプレート６１に平板状の第１のターゲット２１が取り付けられて構成されている。

そして、第１のカソード部６は、第１のターゲット２１の粒子放出面２１ａの基板２０の成膜面２０ａに対する角度θが、鋭角（９０°未満）となるように支持部５の第１の取付面５１に取り付けられている。
本発明の場合、特に限定されることはないが、第１のターゲット２１の粒子放出面２１ａの基板２０の成膜面２０ａに対する角度θを、６０°〜８０°に設定することが好ましい。

なお、第１のカソード部６は電源１１に接続され、この電源１１から所定の電力が供給されるようになっている。
また、基板２０に対するダメージをより低減する観点からは、第１のターゲット２１として、以下に説明する第２のターゲット２２より幅の狭い（図１において紙面に対して垂直方向の長さが短い）ものを用いることが好ましい。

一方、第２のカソード部７は、例えば永久磁石からなる磁気回路生成部を有するバッキングプレート７１を備え、このバッキングプレート７１に平板状の第２のターゲット２２が取り付けられて構成されている。

そして、第２のカソード部７は、第２のターゲット２２の粒子放出面２２ａが、基板２０の成膜面２０ａに対して平行となるように支持部５の第２の取付面５２に取り付けられている。
なお、第２のカソード部７は電源１２に接続され、この電源１２から所定の電力が供給されるようになっている。

一方、第１のカソード部６と基板ホルダー３との間には、第１のターゲット２１から放出される低エネルギーのスパッタ粒子４０ｂの飛翔領域に、平板状のスリット機構９が設けられている。

このスリット機構９は、基板２０の大きさに対応した例えば細長形状の開口部１０を有している。本実施の形態では、スリット機構９の開口部１０が、第１のカソード部６に装着された第１のターゲット２１の粒子放出面２１ａの延長線（図中一点鎖線）に対して粒子放出面２１ａの法線方向に離れる側に位置するように構成されている。

これにより、第１のターゲット２１から放出されるスパッタ粒子４０のうち、ターゲット３０の縁部方向（側方）に放出される低エネルギーのスパッタ粒子４０ａのみが、スリット機構９の開口部１０を介して基板２０の表面に到達する。

図２は、本実施の形態におけるスパッタリング方法の例を示す動作説明図（第１のスパッタリング工程）、図３は、本実施の形態におけるスパッタリング方法の例を示す動作説明図（第２のスパッタリング工程）である。

本実施の形態において基板２０の成膜面２０ａ上に膜を形成する場合には、真空槽２内を真空排気した状態で、まず、図２に示すように、基板ホルダ３を真空槽２内の一端部側の第１の成膜位置に配置し、第１のターゲット２１のみに対して所定の電力を供給する。

これにより第１のターゲット２１と基板２０の間において放電が発生し、第１のターゲット２１から放出されるスパッタ粒子４０ａ、４０ｂのうち、第１のターゲット２１の縁部方向（側方）に放出される低エネルギーのスパッタ粒子４０ａが、スリット機構９の開口部１０を介して基板２０の表面に到達する。

この状態において、基板ホルダー３を真空槽２内の他端部に向って水平方向に移動させることにより、基板２０の成膜面２０ａ上に全面的にスパッタ粒子４０ａを堆積させて成膜を行う。
なお、第１のターゲット２１から放出される高エネルギーのスパッタ粒子４０ｂは、防着部材２ａに付着するため、真空槽２の内壁には付着しない。

次に、図３に示すように、基板ホルダ３を真空槽２内の他端部側の第２の成膜位置に配置し、第２のターゲット２２のみに対して所定の電力を供給し、第２のターゲット２２と基板２０の間において放電を発生させる。

この状態において、基板ホルダー３を真空槽２内の一端部に向って水平方向に移動させることにより、第２のターゲット２２から放出される低エネルギーのスパッタ粒子４０ａ及び高エネルギーのスパッタ粒子４０ｂを、基板２０の成膜面２０ａに到達させて成膜を行う。

以上述べた本実施の形態によれば、第１のスパッタリング工程では、低エネルギーのスパッタ粒子４０ａにより、基板２０の成膜面２０ａに対してダメージを与えることなくターゲット材料層を形成することができる。

さらに、第２のスパッタリング工程では、このターゲット材料層上によって基板２０の成膜面２０ａに対してダメージを与えることなく、高エネルギーのスパッタ粒子４０ｂにより、新たなターゲット材料を高速度で堆積させることができ、これにより成膜速度の大きく低ダメージのスパッタリング成膜を行うことができる。

また、本実施の形態によれば、成膜方向を変更しただけの通常の平行平板によるマグネトロンスパッタであるため、安定した放電状態において、スパッタリングを行うことができる。

さらにまた、本実施形態装置によれば、簡素な構成で効率良く第１及び第２のスパッタリング工程を行い、低ダメージのスパッタリング成膜を行うことができる。

本発明に係るスパッタリング装置の実施の形態の内部構成を示す断面図 同実施の形態におけるスパッタリング方法の例を示す動作説明図（第１のスパッタリング工程） 同実施の形態におけるスパッタリング方法の例を示す動作説明図（第２のスパッタリング工程）

符号の説明

１…スパッタリング装置、２…真空槽、３…基板ホルダー（保持機構）、４…スパッタ源、５…支持部、６…第１のカソード部、７…第２のカソード部、２０…基板（成膜対象物）、２０ａ…成膜面、２１…第１のターゲット、２１ａ…粒子放出面、２２…第２のターゲット、２２ａ…粒子放出面、４０（４０ａ、４０ｂ）…スパッタ粒子

Claims (5)

1. 真空槽と、
   前記真空槽内において成膜対象物を保持して当該真空槽の一端部から他端部に向って又は他端部から一端部に向って往復移動可能な保持機構と、
   前記真空槽内においてそれぞれ平板状のターゲットを保持する第１及び第２のカソード部を有するスパッタ源と、スパッタ粒子を通過させるための開口部を有するスリット機構とを備え、
   前記スパッタ源は、第１及び第２のカソード部をそれぞれ取り付けるための第１及び第２の取付面を有する支持部を備え、
   前記第１のカソード部は、当該第１のターゲットの粒子放出面が前記成膜対象物の成膜面に対して対向せず、かつ、当該第１のターゲットの粒子放出面が前記成膜対象物の成膜面に対して６０°〜８０°の角度となるように前記支持部の第１の取付面に取り付けられ、
   前記第２のカソード部は、当該第２のターゲットの粒子放出面が前記成膜対象物の成膜面に対して対向するように前記支持部の第２の取付面に取り付けられ、
   前記スリット機構は、当該開口部が前記成膜対象物の成膜面に対向する位置で前記第１のカソード部の第１のターゲットから放出されるスパッタ粒子の飛翔領域に配置され、
   前記保持機構を前記真空槽内の一端部から他端部に向って移動させることにより、前記第１のカソード部によって前記成膜対象物の成膜面上に成膜を行う一方で、前記保持機構を前記真空槽内の他端部から一端部に向って移動させることにより、前記第２のカソード部によって前記成膜対象物の成膜面上に成膜を行うように構成されているスパッタリング装置。
2. 前記スリット機構は、その開口部が、第２のカソード部に装着された第２のターゲットの粒子放出面の延長線に対して当該粒子放出面の法線方向に離れる側に位置する請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 前記保持機構が、当該スパッタ粒子の飛翔方向と交差する方向に往復移動可能に構成されている請求項１又は２のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
4. 前記第１のカソード部に保持されるターゲットとして、前記第２のカソード部に保持されるターゲットより前記成膜対象物の移動方向に対して直交する部分の長さの短いものを用いる請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスパッタリング装置を用いるスパッタリング方法であって、
   前記保持機構を前記真空槽内の一端部の第１の成膜位置から他端部に向って移動させることにより、前記第１のカソード部によって前記成膜対象物の成膜面上に成膜を行う第１のスパッタリング工程と、
   前記第１のスパッタリング工程の後、前記保持機構を前記真空槽内の他端部の第２の成膜位置から一端部に向って移動させることにより、前記第２のカソード部によって前記成膜対象物の成膜面上に成膜を行う第２のスパッタリング工程と、
   を有するスパッタリング方法。

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