JPH11106914A - 対向マグネトロン複合スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板以外の装置部分に付着するスパッタ粒子
や基板に付着する斜め入射成分を極力押えた構成にする
ことにより、スパッタ粒子の捕獲効率を高め（ターゲッ
ト利用効率アップ）、基板上に形成される成膜速度を高
速に且つ膜厚を均一にするとともに膜質を一定にし、更
に装置の稼動を長期安定にさせ稼動効率を向上させるこ
と。 【解決手段】 ２つの筒状ターゲットの一方の内側に他
方を挿入してこれらのターゲットのスパッタ面間にドー
ナッツ状の空間を形成し、その底部にさらに他のターゲ
ットを配置した状態で、筒状ターゲット間にスパッタ面
に垂直な方向の磁界をかけるとともに、筒状ターゲット
間に対向放電を、さらに底部に配置したターゲットにマ
グネトロン放電を生じさせ、筒状構造（ドーナッツ状空
間）の頭部開口に面して配置した基板にスパッタにより
薄膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同心状に所定の間
隔をもって配置された外筒部材と内筒部材とを有する二
重構造中の外筒部材内周面、内筒部材外周面およびその
一方の端部にそれぞれターゲットを配置し、他方の開口
に面して基板を配置して、これらターゲットが形成する
スパッタ面を利用して基板上に薄膜等を形成するための
対向マグネトロン複合スパッタ装置に関し、形成される
薄膜の膜厚分布の調整が容易で長時間均一膜厚の形成し
が高速で大面積に形成でき、かつ、ターゲットから飛び
出したスパッタ粒子の捕獲効率を向上させ又チャンバー
内壁に飛来するスパッタ粒子を極力押さえ長期間安定し
た成膜が可能となる対向マグネトロン複合スパッタ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の対向ターゲット式スパッタ装置は
「応用物理」第４８巻（１９７９）第６号ｐ５８８−ｐ
５５９で公知の通り、図７に示すように、陰極となる一
対のターゲットｔ１、ｔ２をそのスパッタ面が空間を隔
てて対面するように設けると共に、該スパッタ面に垂直
な方向の磁界Ｈを発生する手段ｈ１、ｈ２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６に取り付
けた基板５上に薄膜形成をするようにしたスパッタ装置
で、高速低温の膜形成ができる優れたものである。

【０００３】すなわち、図７において、ターゲットｔ
１、ｔ２におけるスパッタ面ｔ１ｓ、ｔ２ｓに垂直な方
向に３００〜５００Ｏｅの磁界Ｈを発生させれば対向タ
ーゲット間の空間内に該スパッタ面ｔ１ｓ、ｔ２ｓから
放出された高エネルギーの電子を閉じ込めることができ
る。

【０００４】従って、この多数の電子が基板５まで到達
しなくなるのでイオンを収束する電界が形成されず、形
成スパッタガスのイオン化が促進されてスパッタ速度が
高くなる。また、基板５への電子衝突がほとんど無いの
で基板温度はあまり上昇しない。

【０００５】又マグネトロンスパッタ装置では「平坦な
ターゲット及び凹状ターゲットを有するマグネトロンス
パッタリング装置」（特開昭６１−３９５２２号公報）
や「陰極スパッタリング装置で基板を被覆するスパッタ
リング陰極」（特公平６−４３６３０号公報）等が提案
されている。

【０００６】特に「陰極スパッタリング装置で基板を被
覆するスパッタ陰極」に於いては形状が類似しているが
スパッタリングの主放電モードがマグネトロン放電で突
出部はマグネトロン放電を閉じ込める為に磁力線がスパ
ッタ面に実質的に垂直に入射する位置まで距離を延ばす
カソード構成である。磁石端面をスパッタ面より上部の
位置に配置することによりターゲット侵食による磁界強
度の高い勾配変化を著しく減少せしめ、極めて厚いター
ゲットを長期間一定のスパッタリング特性を可能にする
ことがで出来る効果を有する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た長方形ターゲットを有する対向ターゲット装置でスパ
ッタリングを行う装置では、対向ターゲットの特徴を生
かし、基板をターゲット近傍迄近づける事が可能である
が、スパッタ粒子はターゲット側面（ターゲットの面方
向における端部）から種々の方向に飛来しその全方向に
基板を配置してスパッタ粒子を捕獲する装置構造を採用
することは非常に困難で、特定の方向、例えば１方向又
は２方向に基板が配置されているのが一般的である。と
ころが、基板が配置されていない端部空間から飛来した
スパッタ粒子はチャンバー内壁や基板搬送系機構等に達
してそこに膜付着を生じさせる場合がある。

【０００８】また、マグネトロンスパッタ装置の場合は
ターゲットと基板を近づけるとターゲット面からの熱輻
射や電子、イオン衝撃等の基板温度上昇やイオンダメー
ジによる膜質劣化等が生じる場合がある。この様な影響
を回避する為マグネトロンスパッタの場合５０ｍｍ以上
の基板距離を有するのが一般的である。５０ｍｍ以上の
基板距離を有する場合、前記同様ターゲットと基板の隙
間を通ったスパッタ粒子はチャンバー内壁や基板搬送系
機構等に達し、膜付着を生じさせる原因となる場合があ
る。チャンバー内壁や基板搬送系機構等に長期間付着し
た膜は剥離等を介して異常放電や膜中へのごみ混入や搬
送系トラブル等の原因となり又、大気開放した時の膜付
着による表面積増加に伴う水分等の吸着で排気速度を低
下させる原因となる。

【０００９】また、前記対向スパッタ装置では、ターゲ
ットと基板を近づける事は可能だが放電印加電力の増大
とともにターゲットのエロージョン領域がターゲット中
央に集中する現象がみられる。特にターゲットが非磁性
体の場合にかかる現象は顕著である。このようなエロー
ジョン領域の集中は膜厚分布に悪影響を及ぼすばかりで
なく、スパッタの高速化をはかるために大電力を印加す
るときのスパークの原因ともなり好ましいものではな
い。

【００１０】一方、マグネトロンスパッタの場合は前記
に示した様に基板温度上昇やイオンダメージ等により基
板を近づけるのは非常に困難な為、５０ｍｍ以上の基板
距離を確保するのが好ましいが、このようなターゲット
−基板間距離を採用した場合、スパッタ粒子の散乱等で
基板に付着するスパッタ粒子の低下（レート低下）や基
板中央部と周辺部で膜中のスパッタ粒子斜入射成分が異
なり膜厚分布や膜質に悪影響を及ぼす場合がある。

【００１１】更に、大面積基板の対応には長尺方向の膜
厚分布の改善に対してはターゲットの長尺方向の長さを
基板の有効巾に対して大きくとる対策がとられ装置形態
としては対向ターゲット間の空間の側面を基板が通過す
る方法がとられていたが、この方法では、ターゲットの
有効利用率や成膜速度が低下し、かつ、装置が大型にな
るなどの欠点があり必ずしも有効な方法といえなかっ
た。

【００１２】本発明の目的は、基板以外の装置部分に付
着するスパッタ粒子や基板に付着する斜め入射成分を極
力押えた構成にすることにより、スパッタ粒子の捕獲効
率を高め（ターゲット利用効率アップ）、基板上に形成
される成膜速度を高速に且つ膜厚を均一にするとともに
膜質を一定にし、更に装置の稼動を長期安定にさせ稼動
効率を向上させることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の対向マグネトロ
ン複合スパッタ装置は、筒状に配置された第１のターゲ
ットの外内側に、筒状に配置された第２のターゲットを
同心状に配置し、前記第１のターゲットによって形成さ
れる筒状形状の外周面をなすスパッタ面に対して前記第
２のターゲットによって形成される筒状形状の内周面を
なすスパッタ面を所定の距離で対向して配置するための
対向ターゲット配置手段と、前記第１のターゲットと前
記第２のターゲットとの空間の底部を覆い、該空間に対
向してスパッタ面が位置するように第３のターゲットを
配置するための底部ターゲット配置手段と、前記第１の
ターゲットと前記第２のターゲットとの空間の頭部を開
口とし、該開口に対向して基板を配置するための基板保
持部材と、前記第１および第２のスパッタ面のそれぞれ
に垂直な方向に磁界を発生させるための磁界発生手段と
を有する対向マグネトロン複合スパッタ装置であって、
前記第１および第２のターゲットのスパッタ面で形成さ
れる主放電が対向放電であり、前記第３のターゲットの
スパッタ面で形成される主放電がマグネトロン放電であ
ることを特徴とする。

【００１４】本発明の薄膜形成方法は、筒状に配置され
た第１のターゲットの外側に、筒状に配置された第２の
ターゲットを同心状に配置し、前記第１のターゲットに
よって形成される筒状形状の外周面をなすスパッタ面に
対して前記第２のターゲットによって形成される筒状形
状の内周面をなすスパッタ面を所定の距離で対向させ、
前記第１のターゲットと前記第２のターゲットとの空間
の底部に第３のターゲットのスパッタ面を配置し、かつ
前記第１のターゲットと前記第２のターゲットとの空間
の頭部を開口とし、該開口に対向して基板を配置し、前
記第１および第２のスパッタ面のそれぞれに垂直な方向
に磁界をかけた状態で、前記第１および第２のターゲッ
トのスパッタ面に対向放電を発生させるととともに、前
記第３のターゲットのスパッタ面にマグネトロン放電を
生じさせて、前記基板上に薄膜を形成することを特徴と
する。

【００１５】本発明によれば、対向する第１のターゲッ
トのスパッタ面と第２のターゲットのスパッタ面との間
の空間の底部に第３のターゲットを配置したことで、底
部からのスパッタ粒子の拡散が防止され、スパッタ粒子
は効率よくこれらスパッタ面の頭部の開口から該開口に
対向して設けられた基板上に供給される。すなわち、基
板以外の装置部分での不要な薄膜形成が効果的に防止で
きる。

【００１６】更に、第１のターゲットと第２のターゲッ
トとの間に対向放電を生じさせ、第３のターゲットにマ
グネトロン放電を生じさせることで、スパッタ粒子の捕
獲効率をさらに高め（ターゲット利用効率アップ）、基
板上に形成される成膜速度を高速に且つ膜厚を均一にす
るとともに膜質を一定にし、更に装置の稼動を長期安定
にさせ稼動効率を向上させることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明のスパッタ装置の構造を図
面を参照しつつ説明する。１〜３は、本発明のスパッタ
装置の一例の要部を示す図である。 図１は第１のター
ゲットと第２のターゲットとから構成される二重筒状構
造、すなわち第１のターゲットと第２のターゲットとの
間にドーナッツ状の空間を形成した二重筒状構造の同心
軸に方向おける縦断面図であり、図２は円筒状の第１お
よび第２のターゲットを用いた場合における頭部開口側
からの平面図、図３は小判状の筒状形状を有する第１お
よび第２のターゲットを用いた場合における頭部開口側
からの平面図である。なお、図１においては二重筒状構
造の軸が水平方向に配置されているが、この軸の配置方
向は図示した例に限定されず、所望に応じて変更可能で
ある。

【００１８】図１において、１０は内部を真空にし得る
真空チャンバー、２０はチャンバー１０を排気する真空
ポンプ等からなる排気系、３０はガス導入系である。そ
して真空チャンバー１０内には、図示の如く、チャンバ
ー１０、絶縁部材１１、１２、１３を介して固着された
ターゲットホルダー１４が設けられ、該ホルダー１４に
は一対の円筒状ターゲットＴ１、Ｔ２が空間を隔てて平
行に対面するように配設して更にターゲットＴ１、Ｔ２
側面にドーナツ状の平板ターゲットＴ３が配設してあ
る。

【００１９】このターゲットＴ１、Ｔ２の背後には磁界
発生手段である円筒状永久磁石１５と１６がそれぞれ対
向して配置してある。ターゲットＴ１、Ｔ２、Ｔ３とそ
れに対応するターゲットホルダー１４の部分には、冷却
パイプ１７１、１７２を介して冷却水が循環し、ターゲ
ットＴ１、Ｔ２、Ｔ３、永久磁石１５、１６が冷却され
るようになっている。磁石１５、１６はターゲットＴ
１、Ｔ２に関してＮ極、Ｓ極が対面するように設けてあ
り、更に一対の円筒状ターゲットＴ１、Ｔ２の空間部分
の磁束密度を高める為にパーマロイや軟鉄等の強磁性体
で形成されたコア１８で永久磁石１５、１６の閉ループ
を形成させている。コア１８は磁界移動手段７０と連結
されＴ１、Ｔ２と平行に移動調整する事が出来る。な
お、１９は絶縁部材１１、１２、及びターゲットホルダ
ー１４、防着板として用いられるシールドカバーであ
り、一方で陽極としても働く。

【００２０】また、薄膜が形成される長尺の基板４０を
保持する基板保持手段４１は基板搬送系５０によりター
ゲットＴ１、Ｔ２のスパッタ面に対して直角方向に保持
された状態で図の紙面垂直方向に往復運動することが出
来る。従って基板４０もターゲットＴ１、Ｔ２のそれぞ
れのスパッタ面に対して直角方向に移動可能である。な
お、基板４０の裏面から温度調節が可能な加熱手段４２
を有している。

【００２１】一方、スパッタ電力を供給する直流電源か
らなる電力供給手段６０はプラス側をアースに、マイナ
ス側をターゲットＴ１、Ｔ２、Ｔ３にそれぞれ接続す
る。なお、プリスパッタ時に基板４０を保護するため基
板４０とターゲットＴ１、Ｔ２との間に出入りするシャ
ッター（図示せず）が設けてある。

【００２２】ところで、ターゲットＴ１、Ｔ２の背後に
は永久磁石及び閉ループを形成するコアからなる磁界発
生手段が設けられており磁束８０は中央部の磁石からタ
ーゲットＴ１表面を垂直に横切り更に空間部分を通り外
周部に設置されたターゲットＴ２表面を垂直に横切り外
周部磁石に達する。外周部磁石を横切った磁束は強磁性
体で形成されたコア内部を通り内側の磁石に達し閉ルー
プを形成させる。この様に閉ループを形成させることに
よりターゲットＴ１、Ｔ２表面に垂直に横切る磁場を効
率良く形成させる事が出来る。又磁石１５、１６がコア
と固定された状態でコアと連結された磁界移動手段で対
向磁場とマグネトロン磁場が最適となる様に位置調整が
可能で対向放電とマグネトロン放電を共存させる事がで
きる。

【００２３】この様に同一電源で一組のターゲットの対
向放電とターゲットＴ３のマグネトロン放電を行う構成
とした場合は、各放電のインピーダンスが異なるので、
各放電を共存させるには下記の条件を満足させるのが好
ましい。

【００２４】１）ターゲットＴ３の表面（スパッタ面）
でこの表面に平行な最大磁束密度Ｂｍと、ターゲットＴ
１、Ｔ２の中央部に於けるターゲットＴ１、Ｔ２のスパ
ッタ面に垂直な方向での最大磁束密度Ｂｔとの関係がＢ
ｔ＞Ｂｍである。

【００２５】２）図８に示すように、ターゲットＴ１、
Ｔ２の上端のターゲットＴ３のスパッタ面からの高さＨ
と、ターゲットＴ１とＴ２との間隔Ｗとの関係が、Ｈ≧
Ｗ／２を満足する。

【００２６】すなわち放電インピーダンスの（電圧、電
流特性）低い放電条件で放電を行うのが好ましい。放電
面積が同じで最大磁束密度Ｂｔ＝Ｂｍの場合はマグネト
ロン放電の方がインピーダンスが低い為マグネトロン放
電で決定される電圧がターゲットに供給される。流れる
電流はインピーダンスの低いマグネトロン放電の方が電
流は多く流れ対向放電のターゲットより大きいパワーが
供給されることになる。この様な問題を回避する為には
対向放電の低インピーダンス化及びマグネトロン放電の
高インピーダンス化が必要である。具体的には１）の対
向放電に寄与する最大磁束密度Ｂｔを上げマグネトロン
放電に寄与する最大磁束密度Ｂｍを下げる方法と２）の
マグネトロン放電面積より対向放電面積を大きくする方
法がある。従って１）には磁界発生を内側ターゲットＴ
１から外側ターゲットＴ２に放射状に発生させる手段と
磁界発生手段がＴ３ｓよりターゲットＴ１、Ｔ２側に配
置され、一対のターゲットＴ１、Ｔ２のスパッタ面Ｔ１
ｓ、Ｔ２ｓに平行に移動可能な手段を設ける事により磁
場強度化の調整が出来、放電インピーダンス調整が可能
となる。又２）に於いて、Ｈ＝Ｄ／２の時対向放電とマ
グネトロン放電の面積が等しい為、対向放電の低インピ
ーダンス化及びマグネトロン放電の高インピーダンス化
にはＨ＞Ｄ／２の条件が必要となる。

【００２７】前記の様な条件を満足させ又調整すること
によりターゲットＴ１、Ｔ２には対向放電がターゲット
Ｔ３にはマグネトロン放電が偏ることなく形成出来下記
の様な利点を生じる。

【００２８】ａ）基板に近い部分の放電が対向放電なの
で対向放電の利点である低温成膜が生かせる事が出来、
基板を出来る限りターゲットに近い配置が可能となる。
この様なカソードと基板位置構成によれば、ターゲット
Ｔ１、Ｔ２およびＴ３の各スパッタ面によってスパッタ
粒子の形成領域が取り囲まれた状態となりスパッタされ
た粒子は他のスパッタ面もしくは基板に捕獲され、スパ
ッタ粒子の捕獲効率を向上（ターゲット使用効率向上）
させる事が出来る。又基板以外のチャンバー内壁や基板
搬送機構等への成膜を極力低減させることが可能とな
り、残留ガスによる膜質低下、排気速度の低下、膜中へ
のごみ混入等を改善出来更に膜付着による基板搬送機構
のトラブルを減少せしめる事が可能となる。なお、この
ような観点からは、ターゲットＴ３がターゲットＴ１と
Ｔ２の間の空間の図１における左側端部の開口部分をタ
ーゲット３の設置手段によって閉鎖され、ターゲットＴ
３がこの閉鎖部分のほぼ全体を占めるように配置するの
が好ましい。

【００２９】ｂ）出来る限りターゲットに近い配置が可
能となる事により成膜速度を高め、膜質や膜厚分布を低
下させる基板への斜め入射スパッタ粒子成分を減少させ
膜厚分布の改善や膜質の改善が可能となった。

【００３０】なお、大面積基板に対しては、ターゲット
形状を図３に示すように小判型形状にして長辺と短辺方
向の長さを最適化することにより、二重筒状構造の開口
面に面した位置を通過する大面積基板上に薄膜を均一形
成することが可能となる。

【００３１】一方、図１に示す二重筒状構造は、その複
数を同一装置内に配置して、複数の二重筒状構造で１つ
の基板を処理したり、各二重筒状構造で１つの基板を処
理して複数基板の並行処理を行うなど、成膜速度や成膜
効率の向上を図ることが出来る。

【００３２】すなわち、従来と比較して基板以外に付着
するスパッタ粒子や基板に付着する斜め入射スパッタ粒
子成分を極力押さえた構成にすることによりスパッタ粒
子の捕獲効率を高め（ターゲット利用効率アップ）、基
板上に形成される成膜速度を高速に且つ膜厚を均一にす
ると共に膜質を一定にし、更に装置の稼動を長期間安定
にさせ稼動効率を向上させることが出来る。更に大面積
基板上の膜厚分布が一層均一になり、且つ、時間の経過
にともなう分布の変化を減少させて膜厚の分布を均一に
保つことも可能である。また、複数組配置することによ
りスパッタ速度も速くなり、ターゲットの使用効率も向
上する事が出来る。

【００３３】なお、ターゲットＴ１およびＴ２の筒状の
形状は、本発明の目的、効果を達成できる形状であれば
所望に応じて選択可能であり、図２に示す円筒状や図３
に示す小判状にする事によりターゲットのどの位置に於
いても同様な磁場を形成することが出来る。

【００３４】なお、図１〜３に示す例では、各ターゲッ
トは連続した一枚構造を有するものであるが、これらの
ターゲットは、所定形状のスパッタ面を形成できるもの
であれば、連続した一枚のものでも良いし、分割された
複数の部分から構成されたものでもよい。

【００３５】以上の構成を有する装置においては、Ａｒ
等のガスを導入し、直流電力を印加するとターゲットＴ
１、Ｔ２、Ｔ３表面は垂直の電界が形成される。この様
にターゲットＴ１、Ｔ２では磁界と電界が平行に形成さ
れると電子は磁界をとりまく様に回転してガス分子は電
子と衝突してイオン化され対向放電が形成出来る。ター
ゲットＴ３表面では磁界と電界がほぼ垂直に交差するよ
うに形成され電子は曲げられサイクロイド運動しながら
同心ターゲットの周方向に回転し前記同様ガス分子はイ
オン化されマグネトロン放電が形成できる。ターゲット
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３には直流電源６０から負の電圧が印加
されているのでイオン化されたガス分子はターゲットＴ
１、Ｔ２、Ｔ３に加速しながら引き寄せられターゲット
に衝突しターゲット材料をはじき出す対向スパッタ及び
マグネトロンスパッタが生じる。このとき、前記した様
にターゲットＴ１、Ｔ２は円筒形状で電界と磁界がター
ゲットＴ１、Ｔ２表面に垂直で且つ放射状に形成される
為、今迄の対向スパッタと異なりターゲット中央部にエ
ロージョン領域が集中することなく円筒状ターゲット全
域に於いて対向スパッタが起こりターゲットの有効利用
効率を向上する事が出来る。又ターゲットＴ１、Ｔ２で
形成された対向スパッタ面とターゲットＴ３で形成され
たマグネトロンスパッタ面と基板でほぼ全域を囲む構成
となりスパッタ面から飛び出したスパッタリング粒子は
基板又はターゲット面に付着する。ターゲット面に付着
した粒子は再スパッタされ基板に付着しスパッタ粒子の
捕獲効率を高め更にターゲットの利用効率を向上する事
が出来る。

【００３６】今迄の対向スパッタやマグネトロンスパッ
タでは放射状に飛び出したスパッタ粒子を基板に付着す
る以外の空間部分が広く存在していたので捕獲効率の低
く、又対向スパッタ独特の電界と磁界がほぼ平行となる
領域がターゲット中心部に形成されエロージョン領域の
集中等ターゲットの利用効率は低かったが、本発明で
は、対向スパッタのエロージョン領域の高域化やプラズ
マの閉じこめ効率アップに伴い大電力を投入する事が出
来、更にターゲットと基板間の距離を近づける事が可能
となり成膜速度を早めスパッタ粒子の捕獲効率を高める
事が出来た。

【００３７】更にターゲットと基板を近づける事やター
ゲットＴ１、Ｔ２が斜め入射の壁となり膜厚に対する斜
め入射成分の比を下げる事が可能となり膜質と膜厚分布
の改善が出来た。尚ターゲットＴ１、とＴ２はスパッタ
される面積が異なるのでターゲット寿命を同じにする
為、面積の小さい内側のターゲットＴ１の厚さをＴ２よ
り厚くしたほうが好ましい。

【００３８】次に長尺方向の膜厚分布の均一化は以下で
示す方法で均一化を保つことができる。一般に、スパッ
タ中、基板４０を搬送成膜する場合搬送方向の膜厚均一
化は図れるが搬送方向と垂直な方向では周辺部が薄くな
ってしまう場合がある。そのような場合が不都合を生じ
るような際には、円筒状ターゲットＴ１、Ｔ２の代わり
に図３に示すような小判形状のターゲットＴ１、Ｔ２を
用い、基板搬送方向と基板搬送と垂直方向のサイズを最
適化することや複数の円筒状ターゲットを基板中心部に
比べ周辺部により多く配置することによって均一な薄膜
を大面積にわたって得ることができる。

【００３９】従って、本発明によれば前記した様に対向
放電とマグネトロン放電を共存させることによりターゲ
ットと基板間の距離を近づけた高速成膜が可能となりス
パッタ粒子の捕獲効率を高め、基板のどの微少領域に於
いても膜付着の構成比を基板近傍のエロージョンから飛
来するスパッタ粒子と遠く離れたエロージョンから飛来
するスパッタ粒子の構成比の前者を増加させた良質の膜
形成が出来、スパッタ条件や種々のターゲットにおける
放出角度分布の違いが膜厚分布の均一化を広い領域にわ
たって緩和でき、最適化を図ることが可能となる。

【００４０】

【実施例】

実施例１ 図１乃至図２、図３に示す本発明の対向マグネトロン複
合スパッタ装置を用いて成膜実験を行った。まず基板４
０には厚さ１．１ｍｍで３００ｍｍ×３００ｍｍサイズ
の青板ガラス基板を用い、ターゲットＴ１、Ｔ２、Ｔ３
にはターゲット材料として９９．９９％の純度の銅（Ｃ
ｕ）を用い基板の搬送方向に対して直角方向に小判形状
の長尺方向が向く様にして配置し外側ターゲットＴ２の
長尺方向の内径を３２０ｍｍとし、厚みは６ｍｍのもの
を用いた、またＴ１ターゲットには厚さ１２ｍｍ、Ｔ３
ターゲットには厚さ６ｍｍのものを用い、円筒状ターゲ
ットＴ１、Ｔ２の高さ（図８におけるＨ）はそれぞれ１
００ｍｍとし、内側ターゲットＴ１と外側ターゲットＴ
２とのスパッタ面の間隔距離（図８にけるＷ）は６０ｍ
ｍとした。また、磁石移動手段７０で磁石位置を調整し
その時のＴ１スパッタ面からＴ２スパッタ面にほぼ垂直
方向に向かう磁界の強度は４００ＯｅでＴ３ターゲット
表面に水平方向の磁界強度は１５０Ｏｅであった。

【００４１】スパッタリングの主な条件としては、Ａｒ
ガス圧力を３×１０^-3Ｔｏｒｒとしターゲット端部から
基板までの距離を３０ｍｍとした、（ターゲット端部か
ら基板面までの距離を１０ｍｍより短くすると熱・電子
・イオン等によるプラズマダメージが無視できない領域
となり、一方６０ｍｍを越える距離にすると膜が基板以
外の壁面や搬送駆動系等に付着し搬送系装置トラブルや
コンタミ及びパーティクルの発生要因となる。従って基
板とターゲット端部との間隔距離は１０ｍｍから６０ｍ
ｍの範囲が好ましい。）また、基板の搬送スピードは１
００ｍｍ／分とし、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３にスパッタ投入電
力として８ｋｗの直流電界を印加した。

【００４２】以上のようにして銅からなる薄膜をガラス
基板上にスパッタ成膜した、この条件で成膜される銅膜
の厚みは約１μであり、３００ｍｍ□基板内での膜厚分
布を測定したところ、図４に示すように基板全域で±１
０％以内の誤差に収まる良好な結果を得た。更に２４時
間連続スパッタリングをしてチャンバー内壁を目視で観
察したところ膜付着は認められなかった。

【００４３】比較例１ 上記実施例１の比較として従来の対向ターゲットスパッ
タ装置を用いて同様な成膜実験を行った。対向するター
ゲットｔ１ｔ２にターゲット材料として９９．９９％の
純度の銅（Ｃｕ）からなる厚さ６ｍｍで３２０ｍｍ×１
００ｍｍの長方形ターゲットを用い、基板の搬送方向と
直角方向にターゲットの長尺方向が向くようにし、長尺
面側を基板が通過するようにした。またターゲット間距
離は１００ｍｍとし、またその時のｔ１スパッタ面から
ｔ２スパッタ面にほぼ垂直方向に向かう磁界の強度は実
施例１と同様に４００Ｏｅとした。スパッタリングの主
な条件としては、Ａｒガス圧力を３×１０^-3Ｔｏｒｒと
しターゲット端部から基板までの距離を３０ｍｍとし
た、また、基板の搬送スピードは１５０ｍｍ／分とし、
Ｔ１、Ｔ２にスパッタ投入電力として８ｋｗの直流電界
を印加した。

【００４４】以上のようにして銅からなる薄膜をガラス
基板上に従来の方法でスパッタ成膜した、この条件で成
膜される銅膜の厚みは３００ｍｍ□基板の中心で約１μ
ｍであり、３００ｍｍ□基板内での膜厚分布を測定した
ところ、図４に示すように±１０％の膜厚分布領域は基
板幅３００ｍｍに対し約半分の１５０ｍｍ程度であっ
た。更に２４時間連続スパッタリングをしてチャンバー
内壁を目視で観察したところターゲットＴ１、Ｔ２が囲
まれていない方向のチャンバー内壁や搬送機構等に大量
の膜付着が認められた。

【００４５】実施例２ 次に、直流電源６０を１３．５６ＭＨｚの高周波電源に
交換して整合器を高周波電源とカソード間に取り付けタ
ーゲット材質を銅から純度９９．９９％のＳｉＯ₂材に
変更して基板を１．１ｍｍ厚で３００ｍｍ□のＢＫ−７
ガラス基板を使用し更にスパッタリングガスとしてアル
ゴンガスと酸素ガスを９対１の比率で導入して高周波電
力を５Ｋｗ、基板の搬送スピード３０ｍｍ／分で成膜し
た。他条件は前記実施例１及び比較例１と同条件にし
て、従来の対向ターゲットスパッタ装置及び本発明の対
向マグネトロン複合スパッタ装置をそれぞれ用いてＳｉ
Ｏ₂膜を形成した後、大塚電子社製のマルチ測光（ＭＣ
ＰＤ１０００）を用い真空中から大気開放直後、更に５
時間放置後の反射特性変化で膜質を評価する実験を行っ
た。その際基板の放置環境は温度２０℃、湿度４５％の
クリーンルーム雰囲気に放置して測定を行った。

【００４６】その結果、図５で示す様に、本発明の対向
マグネトロン複合スパッタ装置で成膜を行ったＳｉＯ₂
膜の基板周辺部（基板搬送方向に対し垂直方向の周辺
部）及び中心部の反射特性変化は真空中から大気開放直
後、５時間放置後まで変化は見られなかったのに対し、
従来の対向ターゲットスパッタ装置で成膜したものは基
板中央部の反射特性変化は図５と同様変化は見られなか
ったが図６に示す様に基板周辺部の反射特性は、真空中
初期の反射率の低下がみられ更に大気開放直後から５時
間放置後の反射率変化は上昇する傾向であった。

【００４７】実施例３ 実施例１で説明したターゲットＴ１、Ｔ２、Ｔ３及び比
較例で用いたターゲットｔ１、ｔ２を使用限界程度（ど
こか一カ所穴が明く直前）まで使用し、そのそれぞれの
重さを測定し、更に基板に付着した膜の重さ（膜厚分布
を考慮した基板１枚の膜の重さ×基板処理枚数）を計算
してスパッタ粒子捕獲効率を求めた。スパッタ粒子捕獲
効率＝基板に付着した膜の重さ／（ターゲット使用前重
量−ターゲット使用後重量）の値を求めた結果、従来対
向スパッタによるスパッタ粒子捕獲効率は約３０％であ
った。それに対し本発明によるスパッタ粒子捕獲効率は
約９０％であった。

【００４８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明は以下に述べ
る効果を有する。 （１）従来の対向スパッタの長所を取り入れ、高速低温
スパッタが行えるのに加え、従来スパッタでは不可能で
あった周辺部を効率良くスパッタすることができるた
め、より高速でスパッタ粒子捕獲効率の高いスパッタが
おこなえる。 （２）基板全域に於いて形成される膜中のゴミを減少さ
せ又スパッタ粒子の斜め入射成分比を下げ良好な膜質を
得ることができる。 （３）チャンバー内壁の膜付着を防止できチャンバー内
部の駆動機構の安定性を増し排気速度の変動等、量産装
置に必要な安定性を向上させる事が出来る。 （４）高価な電源一台で対向放電とマグネトロン放電が
共存した放電を得る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対向マグネトロン複合スパッタ装置の
一例の要部を示す筒状ターゲットの軸方向における縦断
面図である。

【図２】本発明で用いられる二重円筒構造の平面図であ
る。

【図３】本発明で用いられる小判形状からなる二重筒状
構造の平面図である。

【図４】実施例１と比較例１にける膜厚分布比較を示す
図である。

【図５】本発明の対向マグネトロン複合スパッタ装置で
形成した基板周辺部のＳｉＯ₂膜反射特性変化を示す図
である。

【図６】従来方式の対向スパッタ装置で形成した基板周
辺部のＳｉＯ₂膜反射特性変化を示す図である。

【図７】従来方式の対向スパッタ装置の断面図である。

【図８】本発明の装置におけるスパッタ面の配置態様を
説明するための図である。

【符号の説明】

１０ 真空チャンバー １１、１２、１３ 絶縁部材 １４ ターゲットホルダー １５、１６ 永久磁石 １８ コア １９ シールド板 ２０ 排気系 ３０ ガス導入系 ４０ 基板 ４１ 基板保持手段 ４２ 加熱手段 ５０ 基板搬送系 ６０ 電力供給手段 ７０ 磁界移動手段 ８０ 磁束 １７１、１７２ 冷却パイプ Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ ターゲット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 枇榔 竜二 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 金沢 秀宏 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状に配置された第１のターゲットの外
   側に、筒状に配置された第２のターゲットを同心状に配
   置し、前記第１のターゲットによって形成される筒状形
   状の外周面をなすスパッタ面に対して前記第２のターゲ
   ットによって形成される筒状形状の内周面をなすスパッ
   タ面を所定の距離で対向して配置するための対向ターゲ
   ット配置手段と、 前記第１のターゲットと前記第２のターゲットとの空間
   の底部を覆い、該空間に対向してスパッタ面が位置する
   ように第３のターゲットを配置するための底部ターゲッ
   ト配置手段と、 前記第１のターゲットと前記第２のターゲットとの空間
   の頭部を開口とし、該開口に対向して基板を配置するた
   めの基板保持部材と、 前記第１および第２のスパッタ面に垂直な方向に磁界を
   発生させるための磁界発生手段とを有する対向マグネト
   ロン複合スパッタ装置であって、 前記第１および第２のターゲットのスパッタ面で形成さ
   れる主放電が対向放電であり、前記第３のターゲットの
   スパッタ面で形成される主放電がマグネトロン放電であ
   ることを特徴とする対向マグネトロン複合スパッタ装
   置。
2. 【請求項２】 前記磁界発生手段が前記第２のターゲッ
   トから前記第１のターゲットへ磁界を放射状に発生さ
   せ、更に前記第１及び第２のターゲットのスパッタ面に
   垂直な磁束密度と前記第３のターゲットのスパッタ面に
   平行な磁束密度の強度比を可変出来る磁界発生手段であ
   る請求項１記載の対向マグネトロン複合スパッタ装置。
3. 【請求項３】 前記第１及び第２のターゲットの上端か
   ら第３のターゲットのスパッタ面までの距離が、前記第
   １及び第２のターゲット間の距離の０．５倍以上である
   請求項１記載の対向マグネトロン複合スパッタ装置。
4. 【請求項４】 前記磁界発生手段が前記第１及び第２の
   ターゲットのスパッタ面に平行な方向に移動可能であ
   り、磁界発生部の中心位置が前記第３のターゲットの対
   向マグネトロン複合スパッタ面より上部に位置する請求
   項１又は２に記載のスパッタ装置。
5. 【請求項５】 前記第１及び第２のターゲットが複数組
   配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の対向マ
   グネトロン複合スパッタ装置。
6. 【請求項６】 筒状に配置された第１のターゲットの外
   側に、筒状に配置された第２のターゲットを同心状に配
   置し、前記第１のターゲットによって形成される筒状形
   状の外周面をなすスパッタ面に対して前記第２のターゲ
   ットによって形成される筒状形状の内周面をなすスパッ
   タ面を所定の距離で対向させ、前記第１のターゲットと
   前記第２のターゲットとの空間の底部に第３のターゲッ
   トのスパッタ面を配置し、かつ前記第１のターゲットと
   前記第２のターゲットとの空間の頭部を開口とし、該開
   口に対向して基板を配置し、前記第１および第２のスパ
   ッタ面のそれぞれに垂直な方向に磁界をかけた状態で、
   前記第１および第２のターゲットのスパッタ面に対向放
   電を発生させるととともに、前記第３のターゲットのス
   パッタ面にマグネトロン放電を生じさせて、前記基板上
   に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
7. 【請求項７】 前記磁界発生手段が前記第２のターゲッ
   トから前記第１のターゲットへ磁界を放射状に発生さ
   せ、更に前記第１及び第２のターゲットのスパッタ面に
   垂直な磁束密度と前記第３のターゲットのスパッタ面に
   平行な磁束密度の強度比を変化させて成膜を行う請求項
   ６に記載の薄膜形成方法。
8. 【請求項８】 前記第１及び第２のターゲットの上端か
   ら第３のターゲットのスパッタ面までの距離が、前記第
   １及び第２のターゲット間の距離の０．５倍以上である
   請求項６記載の薄膜形成方法。
9. 【請求項９】 前記磁界発生手段が前記第１及び第２の
   ターゲットのスパッタ面に平行な方向に移動可能とし、
   磁界発生部の中心位置を前記第３のターゲットの対向マ
   グネトロン複合スパッタ面より上部に位置させて薄膜を
   形成する請求項６又は７に記載の薄膜形成装置。
10. 【請求項１０】 前記第１及び第２のターゲットが複数
    組配置されている請求項６〜９のいずれかに記載の薄膜
    形成方法。