スパッタリング装置および成膜方法
【課題】装置を小型化でき且つ生産コストを低減できるデュアルカソード型のスパッタリング装置および成膜方法を提供する。
【解決手段】スパッタリング装置１Ａは、真空チャンバ３と、真空チャンバ３内に設けられ、成膜対象物Ｓ１に対向して配置された少なくとも一対のターゲット４，５と、該一対のターゲット４，５間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲット４，５に交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加する交流電源６と、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に重畳して印加される高周波電圧Ｖｒｆを発生する高周波電源１０と、高周波電源１０と一対のターゲット４，５との間に接続され、高周波電圧Ｖｒｆを一対のターゲット４，５のそれぞれに対し交互に切り替えて印加する高速スイッチング回路１１とを備える。
【解決手段】スパッタリング装置１Ａは、真空チャンバ３と、真空チャンバ３内に設けられ、成膜対象物Ｓ１に対向して配置された少なくとも一対のターゲット４，５と、該一対のターゲット４，５間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲット４，５に交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加する交流電源６と、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に重畳して印加される高周波電圧Ｖｒｆを発生する高周波電源１０と、高周波電源１０と一対のターゲット４，５との間に接続され、高周波電圧Ｖｒｆを一対のターゲット４，５のそれぞれに対し交互に切り替えて印加する高速スイッチング回路１１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング装置および成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、直流スパッタリング装置の放電維持電圧を低減して膜へのダメージを抑制するため、カソードとなるターゲットに高周波電圧（ＲＦ：Radio Frequency）を重畳する方式が多く用いられている。しかし、この方式では、抵抗率が高い材料或いは絶縁性の材料を成膜する場合、アノード周辺やチャンバの内壁がこれらの材料によって覆われアノードとして機能しなくなる、いわゆるアノード消失現象が発生して放電が不安定となる問題がある。
【０００３】
そこで、２台のターゲットをチャンバ内に配置し、これらのターゲットに対しカソードとなる電圧及びアノードとなる電圧を交互に切り替えて印加する方式が考え出された（いわゆるデュアルカソード方式）。例えば、特許文献１には真空チャンバ内に一対のターゲットを備えたスパッタリング装置が開示されている。
【０００４】
図７は、従来のデュアルカソード型スパッタリング装置の構成を概略的に示すブロック図である。図７に示すように、従来のスパッタリング装置１００は、チャンバ１０１内に配置された２台のターゲット１１１及び１２１と、これらのターゲット１１１及び１２１に中周波（ＭＦ：Mid Frequency）の交流電圧を印加するための交流電源（ＭＦ電源）１３０と、交流電源１３０とターゲット１１１及び１２１それぞれとの間に配置されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１２及び１２２とを備えている。また、スパッタリング装置１００は、ターゲット１１１に高周波電圧を印加するための高周波電源１１３と、ターゲット１１２に高周波電圧を印加するための高周波電源１２３とを更に備えている。そして、ターゲット１１１と高周波電源１１３との間にはインピーダンス整合のための高周波整合回路（マッチングボックス）１１４が設けられ、同様にターゲット１２１と高周波電源１２３との間には高周波整合回路１２４が設けられる。高周波電源１１３（１２３）は、交流電源１３０によりターゲット１１１（１２１）に負の電圧が印加されてカソードとなっている場合に、高周波電圧をターゲット１１１（１２１）に印加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２００４−２７２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７に示したように、従来のデュアルカソード型スパッタリング装置では、一つのターゲットにつき一台の高周波電源を使用しているので、装置の小型化や生産コストの抑制を妨げる一因となる。本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、装置を小型化でき且つ生産コストを低減できるデュアルカソード型のスパッタリング装置および成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、本発明によるスパッタリング装置は、真空チャンバと、真空チャンバ内に設けられ、成膜対象物に対向して配置された少なくとも一対のターゲットと、該一対のターゲット間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲットに交流電圧を印加する交流電源と、交流電圧に重畳して印加される高周波電圧を発生する高周波電源と、高周波電源と一対のターゲットとの間に接続され、高周波電圧を一対のターゲットのそれぞれに対し交互に切り替えて印加するスイッチング手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による成膜方法は、成膜対象物に対向して真空チャンバ内に配置された少なくとも一対のターゲットを用い、該一対のターゲット間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲットに交流電圧を印加することにより成膜対象物上に膜を形成する成膜方法であって、一対のターゲットに共用の高周波電源により生成された高周波電圧を、一対のターゲットのそれぞれに対し交互に切り替えつつ交流電圧に重畳して印加することを特徴とする。
【０００９】
上記したスパッタリング装置及び成膜方法においては、一対のターゲットに対して共通の高周波電源が用いられており、この高周波電源からの高周波電圧を一対のターゲットのそれぞれに交互に切り替えて印加している。このような構成により、一対のターゲットに対して高周波電源が一つで済むので、従来のデュアルカソード型スパッタリング装置と比較して装置を小型化でき、且つ生産コストを低減できる。
【００１０】
また、スパッタリング装置及び成膜方法は、（スイッチング手段が、）一対のターゲットに対する高周波電圧の切り替えを交流電圧に基づいて制御することを特徴としてもよい。これにより、カソードとアノードとが入れ替わる周期に合わせた高周波電圧の切り替えを容易に且つ精度よく実現できる。
【００１１】
その場合、スパッタリング装置及び成膜方法は、（スイッチング手段が、）一対のターゲットに対して高周波電圧を切り替えるタイミングを、交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングに一致させることを特徴としてもよい。或いは、スパッタリング装置及び成膜方法は、（スイッチング手段が、）一対のターゲットに対して高周波電圧を切り替えるタイミングを、交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングから所定時間だけシフトさせることを特徴としてもよい。特に、高周波電圧を切り替えるタイミングをシフトさせた場合には、例えば一方のターゲットがカソードからアノードに変化する前に他方のターゲットに対し高周波電圧を重畳させることにより、カソード／アノードの切り替え時に放電を継続させることが可能となり、高周波電源とターゲットとのインピーダンス整合を容易化できる。
【００１２】
また、スパッタリング装置は、スイッチング手段が、一対のターゲットに対して高周波電圧を切り替えるためのスイッチング素子と、交流電圧に基づいて生成されスイッチング素子の制御端子に入力される制御信号を遅延させる遅延回路とを有することを特徴としてもよい。これにより、高周波電圧を切り替えるタイミングを所定時間だけシフトさせるための構成を簡易に実現できる。
【００１３】
また、スパッタリング装置は、所定時間を交流電圧の半周期内で任意の時間に変更するための操作手段を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、成膜材料の違いによる上記所定時間の調整を容易にすることができる。
【００１４】
また、スパッタリング装置は、ターゲットが複数対設けられ、共通の高周波電源からスイッチング手段を介して複数対のターゲットへ高周波電圧が配分されることを特徴としてもよい。これにより、大面積の成膜対象物に対して効率良く成膜することができる。その場合、スパッタリング装置は、スイッチング手段と複数対のターゲットとの間に接続された位相調整器を更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるスパッタリング装置及び成膜方法によれば、装置を小型化でき且つ生産コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパッタリング装置１Ａの構成を示すブロック図である。
【図２】ターゲット４，５に対して高周波電圧を切り替えるタイミングを、交流電圧により該ターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングに一致させた場合における、（ａ）一方のターゲット４に印加される交流電圧、（ｂ）一方のターゲット４に印加される高周波電圧、（ｃ）他方のターゲット５に印加される交流電圧、及び（ｄ）他方のターゲット５に印加される高周波電圧をそれぞれ示すタイミングチャートである。
【図３】ターゲット４，５に対して高周波電圧を切り替えるタイミングを、交流電圧により該ターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングから所定時間Δｔ（２．５マイクロ秒）だけ前にシフトさせた場合における、（ａ）一方のターゲット４に印加される交流電圧、（ｂ）一方のターゲット４に印加される高周波電圧、（ｃ）他方のターゲット５に印加される交流電圧、及び（ｄ）他方のターゲット５に印加される高周波電圧をそれぞれ示すタイミングチャートである。
【図４】スパッタリング装置１Ａが備える（ａ）ローパスフィルタ７、（ｂ）高周波整合回路１２、及び（ｃ）高速スイッチング回路１１の各内部構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るスパッタリング装置１Ｂの構成を示すブロック図である。
【図６】第２実施形態の変形例としてスパッタリング装置１Ｃの構成を示すブロック図である。
【図７】従来のデュアルカソード型スパッタリング装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるスパッタリング装置および成膜方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１を参照すると、第１実施形態に係るスパッタリング装置１Ａは、いわゆるデュアルカソード型のスパッタリング装置であって、真空チャンバ３と、真空チャンバ３内に設けられた一対のターゲット４，５と、一対のターゲット４，５に交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加する交流電源６と、交流電源６と一対のターゲット４，５との間に設けられたローパスフィルタ７，８とを備えている。また、スパッタリング装置１Ａは、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に重畳して印加される高周波電圧Ｖｒｆを発生する高周波電源１０と、高周波電圧Ｖｒｆを一対のターゲット４，５のそれぞれに対し交互に切り替えて印加する高速スイッチング回路１１と、高速スイッチング回路１１と一対のターゲット４，５との間に設けられた高周波整合回路１２，１３とを備えている。
【００１９】
真空チャンバ３内には、成膜対象物Ｓ１が収容される。成膜対象物Ｓ１の表面に成膜される材料としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＳｉＣ等の半導体層、アモルファスシリコン等が挙げられる。ターゲット４，５は、このような成膜材料から成る平板状の部材であるが、円筒形をしたターゲットを使用しても良い。ターゲット４，５は、真空チャンバ３内において成膜対象物Ｓ１に対向して配置されており、成膜対象物Ｓ１の成膜対象面に沿った方向に並んで設置されている。
【００２０】
交流電源６は、一対のターゲット４，５のそれぞれと電気的に接続されており、一対のターゲット４，５間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように、各ターゲット４，５に交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加する。交流電源６が発生する交流電圧の周波数は、例えば１０［ｋＨｚ］〜４０［ｋＨｚ］といった中周波（ＭＦ）であり、一実施例としては２０［ｋＨｚ］である。また、交流電源６の定格出力は、例えば１０［ｋＷ］〜３０［ｋＷ］である。交流電源６は、ターゲット４，５に対して互いに逆位相となる交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加する。すなわち、交流電圧Ｖｍｆ１によってターゲット４の電位が負（カソード）となるときには交流電圧Ｖｍｆ２によってターゲット５の電位が正（アノード）となり、交流電圧Ｖｍｆ１によってターゲット４の電位が正（アノード）であるときには交流電圧Ｖｍｆ２によってターゲット５の電位が負（カソード）となる。
【００２１】
ローパスフィルタ７は、その一端が交流電源６に接続され、他端がターゲット４に接続される。また、ローパスフィルタ８は、その一端が交流電源６に接続され、他端がターゲット５に接続される。ローパスフィルタ７及び８は、高周波電源１０から出力された高周波電圧Ｖｒｆがターゲット４または５を介して交流電源６へ達することを防ぐために設けられる。すなわち、ローパスフィルタ７及び８は、上述した交流電源６から出力される交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２の周波数（１０〜４０［ｋＨｚ］）を通過させ、高周波電源１０から出力される高周波電圧Ｖｒｆの周波数を遮断するように設計される。
【００２２】
高周波電源１０は、交流電源６からターゲット４，５のそれぞれへ印加される交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に重畳して印加される高周波電圧Ｖｒｆを継続して発生する。高周波電源１０が発生する高周波電圧Ｖｒｆの周波数は、例えば１３．５６［ＭＨｚ］といった高周波（ＲＦ）である。高周波電源１０は、一対のターゲット４，５に対して１台のみ設けられる。高周波電源１０の定格出力は、例えば数百ワットである。
【００２３】
高速スイッチング回路１１は、本実施形態におけるスイッチング手段であり、高周波電源１０と一対のターゲット４，５との間に接続されている。高速スイッチング回路１１の入力端は高周波電源１０の出力端に接続されており、高周波電源１０から高周波電圧Ｖｒｆを入力する。スイッチング回路１１は、この高周波電圧Ｖｒｆを一対のターゲット４，５のそれぞれに対し、周期的に交互に切り替えて出力する。すなわち、スイッチング回路１１は、或る一定の周期のうち半周期ではターゲット４に高周波電圧Ｖｒｆを出力し、残りの半周期ではターゲット５に高周波電圧Ｖｒｆを出力するように、高周波電圧の経路を変更（スイッチング）する。こうして高周波電圧Ｖｒｆから生成された高周波電圧Ｖｒｆ１，Ｖｒｆ２が、ターゲット４，５の各々へ向けて高速スイッチング回路１１から出力される。
【００２４】
また、本実施形態の高速スイッチング回路１１には、交流電源６から制御信号Ｓｃが提供される。この制御信号Ｓｃは、高速スイッチング回路１１における一対のターゲット４，５に対する高周波電圧Ｖｒｆの切り替えを、交流電圧Ｖｍｆ１またはＶｍｆ２に基づいて制御するための信号である。この制御信号Ｓｃは、交流電圧Ｖｍｆ１またはＶｍｆ２そのものでもよく、交流電圧Ｖｍｆ１またはＶｍｆ２に基づいて生成された周期的な信号でもよい。高速スイッチング回路１１は、制御信号Ｓｃに基づいて、ターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングを、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングに一致させるか、或いは所定時間だけシフトさせる。
【００２５】
高周波整合回路１２，１３は、高周波電源１０及び高速スイッチング回路１１とターゲット４，５との間でインピーダンスを整合させるための回路（マッチングボックス）である。高周波整合回路１２は、その一端が高速スイッチング回路１１に接続され、他端がターゲット４に接続される。また、高周波整合回路１３は、その一端が高速スイッチング回路１１に接続され、他端がターゲット５に接続される。
【００２６】
ここで、図２及び図３は、（ａ）一方のターゲット４に印加される交流電圧Ｖｍｆ１、（ｂ）一方のターゲット４に印加される高周波電圧Ｖｒｆ１、（ｃ）他方のターゲット５に印加される交流電圧Ｖｍｆ２、及び（ｄ）他方のターゲット５に印加される高周波電圧Ｖｒｆ２、をそれぞれ例示するタイミングチャートである。
【００２７】
図２に示す例では、高速スイッチング回路１１は、ターゲット４への交流電圧Ｖｍｆ１が負となっている間（すなわちターゲット４がカソードとなっている間）に高周波電圧Ｖｒｆ１をターゲット４へ印加し、ターゲット５への交流電圧Ｖｍｆ２が負となっている間（すなわちターゲット５がカソードとなっている間）に高周波電圧Ｖｒｆ２をターゲット５へ印加する。また、図２では、ターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングＴａを、交流電圧Ｖｍｆ１（またはＶｍｆ２）によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングＴｂに一致させている。これにより、ターゲット４への交流電圧Ｖｍｆ１が負となっている期間（すなわちターゲット４がカソードとなっている期間）と、高周波電圧Ｖｒｆ１が印加されている期間とは完全に一致することとなる。なお、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２の周波数が２０［ｋＨｚ］の場合、ターゲット４，５の間でカソードが切り替わってから再び切り替わるまでの時間（図中のΔＴ）は２５マイクロ秒である。
【００２８】
また、図３に示す例では、高速スイッチング回路１１は、ターゲット４への交流電圧Ｖｍｆ１が主に負となっている間に高周波電圧Ｖｒｆ１をターゲット４へ印加し、ターゲット５への交流電圧Ｖｍｆ２が主に負となっている間に高周波電圧Ｖｒｆ２をターゲット５へ印加する。しかしながら、高速スイッチング回路１１は、ターゲット４，５に対して高周波電圧を切り替えるタイミングＴａを、交流電圧Ｖｍｆ１（またはＶｍｆ２）によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングＴｂから所定時間Δｔだけ前にシフトさせている。この所定時間Δｔは、例えばΔＴの１／１０であり、ΔＴが２５マイクロ秒である場合、Δｔは例えば２．５マイクロ秒である。なお、このΔｔは成膜材料の種類や成膜条件により最適な値が異なるため、スパッタリング装置１Ａにおいて操作者が調整可能であることが望ましい。また、ターゲット４，５に対して高周波電圧を切り替える際、印加終了側のターゲットへの高周波電圧の印加時間を若干遅れさせることにより、二つのターゲット４，５に対して瞬間的に同時に高周波電圧が印加されるようにしてもよい。この場合、ターゲット４，５に対する高周波電圧の印加時間は、上述したΔＴよりも若干長くなる。
【００２９】
図４は、スパッタリング装置１Ａが備える（ａ）ローパスフィルタ７、（ｂ）高周波整合回路１２、及び（ｃ）高速スイッチング回路１１の各内部構成の一例を示している。なお、本実施形態において、ローパスフィルタ８の構成はローパスフィルタ７の構成と同様であり、また高周波整合回路１３の構成は高周波整合回路１２の構成と同様である。
【００３０】
図４（ａ）を参照すると、ローパスフィルタ７は、入力端７ａ、出力端７ｂ、インダクタ１４及び１５、並びにコンデンサ１６によって構成されており、いわゆるＴ型ローパスフィルタの構成を有している。具体的には、入力端７ａと出力端７ｂとの間にインダクタ１４及び１５が直列に接続されており、コンデンサ１６の一方の電極がインダクタ１４とインダクタ１５との接点に、他方の電極が接地電位にそれぞれ接続されている。なお、入力端７ａは交流電源６の出力端に接続され、出力端７ｂはターゲット４に接続される。
【００３１】
また、図４（ｂ）を参照すると、高周波整合回路１２は、入力端１２ａ、出力端１２ｂ、容量可変コンデンサ１７及び１８、並びにインダクタ１９によって構成される。具体的には、容量可変コンデンサ１７の一方の電極がインダクタ１９を介して入力端１２ａと接続されており、他方の電極が出力端１２ｂと接続されている。また、容量可変コンデンサ１８の一方の電極が入力端１２ａに、他方の電極が接地電位にそれぞれ接続されている。なお、入力端１２ａは高速スイッチング回路１１に接続され、出力端１２ｂはターゲット４に接続される。
【００３２】
また、図４（ｃ）を参照すると、高速スイッチング回路１１は、入力端１１ａ，１１ｂ及び出力端１１ｃ，１１ｄと、例えばトランジスタといった一対のスイッチング素子２０，２１と、スイッチング素子２０，２１の動作を制御する制御回路２２と、遅延回路２３とを有する。一対のスイッチング素子２０，２１は、一対のターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるための素子である。スイッチング素子２０，２１は、その一方の電流端子同士が互いに接続され、これらの電流端子は更に入力端１１ａに接続されている。この入力端１１ａには、高周波電源１０から高周波電圧Ｖｒｆが入力される。また、スイッチング素子２０，２１の他方の電流端子は、それぞれ出力端１１ｃ，１１ｄに接続されている。スイッチング素子２０，２１の制御端子は、制御回路２２に接続されている。制御回路２２は、入力端１１ｂを介して交流電源６から制御信号Ｓｃを入力する。制御回路２２は、制御信号Ｓｃに基づいて、制御信号Ｓｃと同じ周期で互いに逆位相の２つの制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を生成し、これらをスイッチング素子２０，２１の制御端子（典型的にはベース端子）へ提供する。
【００３３】
遅延回路２３は、入力端１１ｂと制御回路２２との間に接続され、制御信号Ｓｃを遅延させる（ひいては、制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を遅延させる）ための回路である。例えば、遅延回路２３が制御信号Ｓｃを所定時間（ΔＴ−Δｔ）だけ遅延させることにより、スイッチング素子２０，２１のスイッチング動作が（ΔＴ−Δｔ）だけ遅延し、図３に示したように、タイミングＴａがタイミングＴｂから（ΔＴ−Δｔ）だけ遅延、すなわち所定時間Δｔだけ前にシフトすることと同義となる。
【００３４】
この遅延回路２３には、上記所定時間Δｔを交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２の半周期（ΔＴ）内で任意の時間に変更するための操作手段２４が接続されていることが好ましい。操作手段２４は操作者によって操作され、成膜材料の種類や成膜条件により最適なΔｔが設定される。これにより、遅延回路２３は、この最適なΔｔが実現されるように遅延時間（ΔＴ−Δｔ）を制御することが可能となる。なお、所定時間Δｔは負の値であっても条件によっては好ましい場合がある。
【００３５】
以上に説明した本実施形態のスパッタリング装置１Ａを用いた成膜方法は、次の通りである。すなわち、本実施形態に係る成膜方法は、成膜対象物Ｓ１と対向して真空チャンバ３内に配置された一対のターゲット４，５を用い、該一対のターゲット４，５間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲット４，５に交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加することにより成膜対象物Ｓ１上に膜を形成する。そして、この成膜の際に、ターゲット４，５に共用の高周波電源１０により生成された高周波電圧Ｖｒｆを、ターゲット４，５のそれぞれに対し交互に切り替えつつ交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に重畳して印加する。
【００３６】
また、本実施形態に係る成膜方法では、ターゲット４，５に対する高周波電圧Ｖｒｆの切り替えを交流電圧Ｖｍｆ１又はＶｍｆ２に基づいて制御する。そして、ターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングＴａを、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングＴｂに一致させるか、或いは所定時間Δｔだけシフトさせる。
【００３７】
本実施形態によるスパッタリング装置１Ａ及び成膜方法によれば、一対のターゲット４，５に対して高周波電源１０が一つで済むので、従来の高周波重畳型のデュアルカソード型スパッタリング装置と比較して装置を小型化でき、且つ生産コストを低減できる。
【００３８】
また、本実施形態のように、高速スイッチング回路１１は、ターゲット４，５に対する高周波電圧Ｖｒｆの切り替えを交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に基づいて制御することが好ましい。これにより、カソードとアノードとが入れ替わる周期に合わせた高周波電圧Ｖｒｆの切り替えを容易に且つ精度よく実現できる。
【００３９】
その場合、高速スイッチング回路１１は、本実施形態のように、ターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングＴａを、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングＴｂから所定時間Δｔ（但し、０＜｜Δｔ｜＜ΔＴ）だけシフトさせることが更に好ましい。これにより、例えば一方のターゲット４がカソードからアノードに変化する前に他方のターゲット５に対し高周波電圧Ｖｒｆを重畳させることができるので、カソード／アノードの切り替え時に放電（プラズマ）を継続させることが可能となる。一般的に、放電時と非放電時とでは高周波電源とターゲットとの間のインピーダンス整合条件が大きく異なるため、このように放電を継続させることにより、高周波電源１０とターゲット４，５との間の高周波整合回路１２，１３によるインピーダンス整合を容易化でき、またカソード／アノードの切り替え時に、いわゆるトリガー動作を省略して放電を開始させることも可能となる。
【００４０】
また、本実施形態のように、高速スイッチング回路１１は、一対のターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるためのスイッチング素子２０，２１と、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に基づいて生成されスイッチング素子２０，２１の制御端子に入力される制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を遅延させる遅延回路２３とを有することが好ましい。これにより、高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングＴａを所定時間Δｔだけシフトさせるための構成を簡易に実現できる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図５を参照すると、第２実施形態に係るスパッタリング装置１Ｂは、成膜対象物Ｓ２が収容される真空チャンバ３３内にターゲット４，５を複数対（図では３対）備えており、共通の高周波電源１０から高速スイッチング回路３１を介して複数対のターゲット４，５へ高周波電圧Ｖｒｆが配分される構成を備えている。
【００４２】
より詳細に説明すると、スパッタリング装置１Ｂは、真空チャンバ３３と、真空チャンバ３３内に設けられたＮ対（但しＮ≧２）のターゲット４，５と、Ｎ対のターゲット４，５に交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加するＮ個の交流電源６と、各交流電源６と各ターゲット４，５との間に設けられたＮ組のローパスフィルタ７，８とを備えている。また、スパッタリング装置１Ｂは、高周波電圧Ｖｒｆを発生する一つの高周波電源１０と、Ｎ対のターゲット４，５へ高周波電圧Ｖｒｆを配分するとともに、高周波電圧Ｖｒｆを各対のターゲット４，５において交互に切り替えて印加する高速スイッチング回路３１と、高速スイッチング回路３１とターゲット４，５との間に設けられたＮ組の高周波整合回路１２，１３とを備えている。なお、これらの構成要素のうち、交流電源６、ローパスフィルタ７，８、高周波電源１０、及び高周波整合回路１２，１３の構成については、既述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４３】
真空チャンバ３３内には、成膜対象物Ｓ２が収容される。複数のターゲット４，５は、真空チャンバ３３内において成膜対象物Ｓ２に対向して配置されており、成膜対象物Ｓ２の成膜対象面に沿った方向に並んで設置されている。
【００４４】
高速スイッチング回路３１は、本実施形態におけるスイッチング手段であり、高周波電源１０とＮ対のターゲット４，５との間に接続されている。高速スイッチング回路３１の入力端は高周波電源１０の出力端に接続されており、高周波電源１０から高周波電圧Ｖｒｆを入力する。スイッチング回路３１は、この高周波電圧ＶｒｆをＮ対のターゲット４，５のそれぞれに配分するとともに、対になる（互いに隣り合う）ターゲット４，５に対して周期的に交互に切り替えて高周波電圧Ｖｒｆを出力する。こうして高周波電圧Ｖｒｆから生成された高周波電圧Ｖｒｆ１，Ｖｒｆ２が、Ｎ対のターゲット４，５の各々へ向けて高速スイッチング回路３１から出力される。
【００４５】
また、高速スイッチング回路３１には、Ｎ個の交流電源６のそれぞれから制御信号Ｓｃが提供される。これらの制御信号Ｓｃは、各交流電源６に接続されたターゲット４，５に対する高周波電圧Ｖｒｆの切り替えを、当該ターゲット４，５に印加される交流電圧Ｖｍｆ１またはＶｍｆ２に基づいて制御するための信号である。第１実施形態と同様に、高速スイッチング回路３１は、制御信号Ｓｃに基づいて、ターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングＴａを、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングＴｂに一致させるか、或いは所定時間Δｔだけシフトさせる。なお、Ｎ個の交流電源６の出力の位相をそれぞれ同期させない場合には、第ｎ番目（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の交流電源６の制御信号Ｓｃを用いて、第ｎ番目のターゲット対４，５に入力される高周波電圧Ｖｒｆのスイッチングを制御する。
【００４６】
以上の構成を備える本実施形態のスパッタリング装置１Ｂによれば、ターゲット４，５が複数対設けられ、共通の高周波電源１０から高速スイッチング回路３１を介してターゲット４，５へ高周波電圧Ｖｒｆが配分されるので、大面積の成膜対象物Ｓ２に対しても効率良く成膜することができる。
【００４７】
（変形例）
図６は、上述した第２実施形態に係るスパッタリング装置１Ｂの変形例として、スパッタリング装置１Ｃの構成を示すブロック図である。本変形例に係るスパッタリング装置１Ｃと第２実施形態に係るスパッタリング装置１Ｂとの相違点は、本変形例に係るスパッタリング装置１Ｃが位相調整器（フェイズシフター）３４，３５を備えている点である。位相調整器３４，３５は、Ｎ対のターゲット４，５に対応してＮ組設けられており、位相調整器３４は高速スイッチング回路３１と高周波整合回路１２との間に接続され、位相調整器３５は高速スイッチング回路３１と高周波整合回路１３との間に接続される。位相調整器３４，３５は、高速スイッチング回路３１から出力されターゲット４，５へ提供される高周波電圧Ｖｒｆ１，Ｖｒｆ２の位相を、Ｎ対のターゲット４，５それぞれにおいて個別に調整することを可能にする。
【００４８】
本発明によるスパッタリング装置及び成膜方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２並びに高周波電圧Ｖｒｆが正弦波である場合について例示しているが、交流電圧や高周波電圧が矩形波や三角波、或いは任意の波形であっても、本発明の効果を好適に得ることができる。
【００４９】
また、上記第２実施形態ではＮ対のターゲットに対応してＮ個の交流電源６を設けた例を説明したが、交流電源はターゲット対の数より少なくてもよく、一つの交流電源を複数対のターゲットに使用してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…スパッタリング装置、３，３３…真空チャンバ、４，５…ターゲット、６…交流電源、７，８…ローパスフィルタ、１０…高周波電源、１１，３１…高速スイッチング回路、１２，１３…高周波整合回路、３４，３５…位相調整器、Ｓ１，Ｓ２…成膜対象物、Ｓｃ，Ｓｃ１，Ｓｃ２…制御信号、Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２…交流電圧、Ｖｒｆ，Ｖｒｆ１，Ｖｒｆ２…高周波電圧。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング装置および成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、直流スパッタリング装置の放電維持電圧を低減して膜へのダメージを抑制するため、カソードとなるターゲットに高周波電圧（ＲＦ：Radio Frequency）を重畳する方式が多く用いられている。しかし、この方式では、抵抗率が高い材料或いは絶縁性の材料を成膜する場合、アノード周辺やチャンバの内壁がこれらの材料によって覆われアノードとして機能しなくなる、いわゆるアノード消失現象が発生して放電が不安定となる問題がある。
【０００３】
そこで、２台のターゲットをチャンバ内に配置し、これらのターゲットに対しカソードとなる電圧及びアノードとなる電圧を交互に切り替えて印加する方式が考え出された（いわゆるデュアルカソード方式）。例えば、特許文献１には真空チャンバ内に一対のターゲットを備えたスパッタリング装置が開示されている。
【０００４】
図７は、従来のデュアルカソード型スパッタリング装置の構成を概略的に示すブロック図である。図７に示すように、従来のスパッタリング装置１００は、チャンバ１０１内に配置された２台のターゲット１１１及び１２１と、これらのターゲット１１１及び１２１に中周波（ＭＦ：Mid Frequency）の交流電圧を印加するための交流電源（ＭＦ電源）１３０と、交流電源１３０とターゲット１１１及び１２１それぞれとの間に配置されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１２及び１２２とを備えている。また、スパッタリング装置１００は、ターゲット１１１に高周波電圧を印加するための高周波電源１１３と、ターゲット１１２に高周波電圧を印加するための高周波電源１２３とを更に備えている。そして、ターゲット１１１と高周波電源１１３との間にはインピーダンス整合のための高周波整合回路（マッチングボックス）１１４が設けられ、同様にターゲット１２１と高周波電源１２３との間には高周波整合回路１２４が設けられる。高周波電源１１３（１２３）は、交流電源１３０によりターゲット１１１（１２１）に負の電圧が印加されてカソードとなっている場合に、高周波電圧をターゲット１１１（１２１）に印加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２００４−２７２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７に示したように、従来のデュアルカソード型スパッタリング装置では、一つのターゲットにつき一台の高周波電源を使用しているので、装置の小型化や生産コストの抑制を妨げる一因となる。本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、装置を小型化でき且つ生産コストを低減できるデュアルカソード型のスパッタリング装置および成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、本発明によるスパッタリング装置は、真空チャンバと、真空チャンバ内に設けられ、成膜対象物に対向して配置された少なくとも一対のターゲットと、該一対のターゲット間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲットに交流電圧を印加する交流電源と、交流電圧に重畳して印加される高周波電圧を発生する高周波電源と、高周波電源と一対のターゲットとの間に接続され、高周波電圧を一対のターゲットのそれぞれに対し交互に切り替えて印加するスイッチング手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による成膜方法は、成膜対象物に対向して真空チャンバ内に配置された少なくとも一対のターゲットを用い、該一対のターゲット間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲットに交流電圧を印加することにより成膜対象物上に膜を形成する成膜方法であって、一対のターゲットに共用の高周波電源により生成された高周波電圧を、一対のターゲットのそれぞれに対し交互に切り替えつつ交流電圧に重畳して印加することを特徴とする。
【０００９】
上記したスパッタリング装置及び成膜方法においては、一対のターゲットに対して共通の高周波電源が用いられており、この高周波電源からの高周波電圧を一対のターゲットのそれぞれに交互に切り替えて印加している。このような構成により、一対のターゲットに対して高周波電源が一つで済むので、従来のデュアルカソード型スパッタリング装置と比較して装置を小型化でき、且つ生産コストを低減できる。
【００１０】
また、スパッタリング装置及び成膜方法は、（スイッチング手段が、）一対のターゲットに対する高周波電圧の切り替えを交流電圧に基づいて制御することを特徴としてもよい。これにより、カソードとアノードとが入れ替わる周期に合わせた高周波電圧の切り替えを容易に且つ精度よく実現できる。
【００１１】
その場合、スパッタリング装置及び成膜方法は、（スイッチング手段が、）一対のターゲットに対して高周波電圧を切り替えるタイミングを、交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングに一致させることを特徴としてもよい。或いは、スパッタリング装置及び成膜方法は、（スイッチング手段が、）一対のターゲットに対して高周波電圧を切り替えるタイミングを、交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングから所定時間だけシフトさせることを特徴としてもよい。特に、高周波電圧を切り替えるタイミングをシフトさせた場合には、例えば一方のターゲットがカソードからアノードに変化する前に他方のターゲットに対し高周波電圧を重畳させることにより、カソード／アノードの切り替え時に放電を継続させることが可能となり、高周波電源とターゲットとのインピーダンス整合を容易化できる。
【００１２】
また、スパッタリング装置は、スイッチング手段が、一対のターゲットに対して高周波電圧を切り替えるためのスイッチング素子と、交流電圧に基づいて生成されスイッチング素子の制御端子に入力される制御信号を遅延させる遅延回路とを有することを特徴としてもよい。これにより、高周波電圧を切り替えるタイミングを所定時間だけシフトさせるための構成を簡易に実現できる。
【００１３】
また、スパッタリング装置は、所定時間を交流電圧の半周期内で任意の時間に変更するための操作手段を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、成膜材料の違いによる上記所定時間の調整を容易にすることができる。
【００１４】
また、スパッタリング装置は、ターゲットが複数対設けられ、共通の高周波電源からスイッチング手段を介して複数対のターゲットへ高周波電圧が配分されることを特徴としてもよい。これにより、大面積の成膜対象物に対して効率良く成膜することができる。その場合、スパッタリング装置は、スイッチング手段と複数対のターゲットとの間に接続された位相調整器を更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるスパッタリング装置及び成膜方法によれば、装置を小型化でき且つ生産コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパッタリング装置１Ａの構成を示すブロック図である。
【図２】ターゲット４，５に対して高周波電圧を切り替えるタイミングを、交流電圧により該ターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングに一致させた場合における、（ａ）一方のターゲット４に印加される交流電圧、（ｂ）一方のターゲット４に印加される高周波電圧、（ｃ）他方のターゲット５に印加される交流電圧、及び（ｄ）他方のターゲット５に印加される高周波電圧をそれぞれ示すタイミングチャートである。
【図３】ターゲット４，５に対して高周波電圧を切り替えるタイミングを、交流電圧により該ターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングから所定時間Δｔ（２．５マイクロ秒）だけ前にシフトさせた場合における、（ａ）一方のターゲット４に印加される交流電圧、（ｂ）一方のターゲット４に印加される高周波電圧、（ｃ）他方のターゲット５に印加される交流電圧、及び（ｄ）他方のターゲット５に印加される高周波電圧をそれぞれ示すタイミングチャートである。
【図４】スパッタリング装置１Ａが備える（ａ）ローパスフィルタ７、（ｂ）高周波整合回路１２、及び（ｃ）高速スイッチング回路１１の各内部構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るスパッタリング装置１Ｂの構成を示すブロック図である。
【図６】第２実施形態の変形例としてスパッタリング装置１Ｃの構成を示すブロック図である。
【図７】従来のデュアルカソード型スパッタリング装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるスパッタリング装置および成膜方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１を参照すると、第１実施形態に係るスパッタリング装置１Ａは、いわゆるデュアルカソード型のスパッタリング装置であって、真空チャンバ３と、真空チャンバ３内に設けられた一対のターゲット４，５と、一対のターゲット４，５に交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加する交流電源６と、交流電源６と一対のターゲット４，５との間に設けられたローパスフィルタ７，８とを備えている。また、スパッタリング装置１Ａは、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に重畳して印加される高周波電圧Ｖｒｆを発生する高周波電源１０と、高周波電圧Ｖｒｆを一対のターゲット４，５のそれぞれに対し交互に切り替えて印加する高速スイッチング回路１１と、高速スイッチング回路１１と一対のターゲット４，５との間に設けられた高周波整合回路１２，１３とを備えている。
【００１９】
真空チャンバ３内には、成膜対象物Ｓ１が収容される。成膜対象物Ｓ１の表面に成膜される材料としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＳｉＣ等の半導体層、アモルファスシリコン等が挙げられる。ターゲット４，５は、このような成膜材料から成る平板状の部材であるが、円筒形をしたターゲットを使用しても良い。ターゲット４，５は、真空チャンバ３内において成膜対象物Ｓ１に対向して配置されており、成膜対象物Ｓ１の成膜対象面に沿った方向に並んで設置されている。
【００２０】
交流電源６は、一対のターゲット４，５のそれぞれと電気的に接続されており、一対のターゲット４，５間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように、各ターゲット４，５に交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加する。交流電源６が発生する交流電圧の周波数は、例えば１０［ｋＨｚ］〜４０［ｋＨｚ］といった中周波（ＭＦ）であり、一実施例としては２０［ｋＨｚ］である。また、交流電源６の定格出力は、例えば１０［ｋＷ］〜３０［ｋＷ］である。交流電源６は、ターゲット４，５に対して互いに逆位相となる交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加する。すなわち、交流電圧Ｖｍｆ１によってターゲット４の電位が負（カソード）となるときには交流電圧Ｖｍｆ２によってターゲット５の電位が正（アノード）となり、交流電圧Ｖｍｆ１によってターゲット４の電位が正（アノード）であるときには交流電圧Ｖｍｆ２によってターゲット５の電位が負（カソード）となる。
【００２１】
ローパスフィルタ７は、その一端が交流電源６に接続され、他端がターゲット４に接続される。また、ローパスフィルタ８は、その一端が交流電源６に接続され、他端がターゲット５に接続される。ローパスフィルタ７及び８は、高周波電源１０から出力された高周波電圧Ｖｒｆがターゲット４または５を介して交流電源６へ達することを防ぐために設けられる。すなわち、ローパスフィルタ７及び８は、上述した交流電源６から出力される交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２の周波数（１０〜４０［ｋＨｚ］）を通過させ、高周波電源１０から出力される高周波電圧Ｖｒｆの周波数を遮断するように設計される。
【００２２】
高周波電源１０は、交流電源６からターゲット４，５のそれぞれへ印加される交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に重畳して印加される高周波電圧Ｖｒｆを継続して発生する。高周波電源１０が発生する高周波電圧Ｖｒｆの周波数は、例えば１３．５６［ＭＨｚ］といった高周波（ＲＦ）である。高周波電源１０は、一対のターゲット４，５に対して１台のみ設けられる。高周波電源１０の定格出力は、例えば数百ワットである。
【００２３】
高速スイッチング回路１１は、本実施形態におけるスイッチング手段であり、高周波電源１０と一対のターゲット４，５との間に接続されている。高速スイッチング回路１１の入力端は高周波電源１０の出力端に接続されており、高周波電源１０から高周波電圧Ｖｒｆを入力する。スイッチング回路１１は、この高周波電圧Ｖｒｆを一対のターゲット４，５のそれぞれに対し、周期的に交互に切り替えて出力する。すなわち、スイッチング回路１１は、或る一定の周期のうち半周期ではターゲット４に高周波電圧Ｖｒｆを出力し、残りの半周期ではターゲット５に高周波電圧Ｖｒｆを出力するように、高周波電圧の経路を変更（スイッチング）する。こうして高周波電圧Ｖｒｆから生成された高周波電圧Ｖｒｆ１，Ｖｒｆ２が、ターゲット４，５の各々へ向けて高速スイッチング回路１１から出力される。
【００２４】
また、本実施形態の高速スイッチング回路１１には、交流電源６から制御信号Ｓｃが提供される。この制御信号Ｓｃは、高速スイッチング回路１１における一対のターゲット４，５に対する高周波電圧Ｖｒｆの切り替えを、交流電圧Ｖｍｆ１またはＶｍｆ２に基づいて制御するための信号である。この制御信号Ｓｃは、交流電圧Ｖｍｆ１またはＶｍｆ２そのものでもよく、交流電圧Ｖｍｆ１またはＶｍｆ２に基づいて生成された周期的な信号でもよい。高速スイッチング回路１１は、制御信号Ｓｃに基づいて、ターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングを、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングに一致させるか、或いは所定時間だけシフトさせる。
【００２５】
高周波整合回路１２，１３は、高周波電源１０及び高速スイッチング回路１１とターゲット４，５との間でインピーダンスを整合させるための回路（マッチングボックス）である。高周波整合回路１２は、その一端が高速スイッチング回路１１に接続され、他端がターゲット４に接続される。また、高周波整合回路１３は、その一端が高速スイッチング回路１１に接続され、他端がターゲット５に接続される。
【００２６】
ここで、図２及び図３は、（ａ）一方のターゲット４に印加される交流電圧Ｖｍｆ１、（ｂ）一方のターゲット４に印加される高周波電圧Ｖｒｆ１、（ｃ）他方のターゲット５に印加される交流電圧Ｖｍｆ２、及び（ｄ）他方のターゲット５に印加される高周波電圧Ｖｒｆ２、をそれぞれ例示するタイミングチャートである。
【００２７】
図２に示す例では、高速スイッチング回路１１は、ターゲット４への交流電圧Ｖｍｆ１が負となっている間（すなわちターゲット４がカソードとなっている間）に高周波電圧Ｖｒｆ１をターゲット４へ印加し、ターゲット５への交流電圧Ｖｍｆ２が負となっている間（すなわちターゲット５がカソードとなっている間）に高周波電圧Ｖｒｆ２をターゲット５へ印加する。また、図２では、ターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングＴａを、交流電圧Ｖｍｆ１（またはＶｍｆ２）によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングＴｂに一致させている。これにより、ターゲット４への交流電圧Ｖｍｆ１が負となっている期間（すなわちターゲット４がカソードとなっている期間）と、高周波電圧Ｖｒｆ１が印加されている期間とは完全に一致することとなる。なお、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２の周波数が２０［ｋＨｚ］の場合、ターゲット４，５の間でカソードが切り替わってから再び切り替わるまでの時間（図中のΔＴ）は２５マイクロ秒である。
【００２８】
また、図３に示す例では、高速スイッチング回路１１は、ターゲット４への交流電圧Ｖｍｆ１が主に負となっている間に高周波電圧Ｖｒｆ１をターゲット４へ印加し、ターゲット５への交流電圧Ｖｍｆ２が主に負となっている間に高周波電圧Ｖｒｆ２をターゲット５へ印加する。しかしながら、高速スイッチング回路１１は、ターゲット４，５に対して高周波電圧を切り替えるタイミングＴａを、交流電圧Ｖｍｆ１（またはＶｍｆ２）によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングＴｂから所定時間Δｔだけ前にシフトさせている。この所定時間Δｔは、例えばΔＴの１／１０であり、ΔＴが２５マイクロ秒である場合、Δｔは例えば２．５マイクロ秒である。なお、このΔｔは成膜材料の種類や成膜条件により最適な値が異なるため、スパッタリング装置１Ａにおいて操作者が調整可能であることが望ましい。また、ターゲット４，５に対して高周波電圧を切り替える際、印加終了側のターゲットへの高周波電圧の印加時間を若干遅れさせることにより、二つのターゲット４，５に対して瞬間的に同時に高周波電圧が印加されるようにしてもよい。この場合、ターゲット４，５に対する高周波電圧の印加時間は、上述したΔＴよりも若干長くなる。
【００２９】
図４は、スパッタリング装置１Ａが備える（ａ）ローパスフィルタ７、（ｂ）高周波整合回路１２、及び（ｃ）高速スイッチング回路１１の各内部構成の一例を示している。なお、本実施形態において、ローパスフィルタ８の構成はローパスフィルタ７の構成と同様であり、また高周波整合回路１３の構成は高周波整合回路１２の構成と同様である。
【００３０】
図４（ａ）を参照すると、ローパスフィルタ７は、入力端７ａ、出力端７ｂ、インダクタ１４及び１５、並びにコンデンサ１６によって構成されており、いわゆるＴ型ローパスフィルタの構成を有している。具体的には、入力端７ａと出力端７ｂとの間にインダクタ１４及び１５が直列に接続されており、コンデンサ１６の一方の電極がインダクタ１４とインダクタ１５との接点に、他方の電極が接地電位にそれぞれ接続されている。なお、入力端７ａは交流電源６の出力端に接続され、出力端７ｂはターゲット４に接続される。
【００３１】
また、図４（ｂ）を参照すると、高周波整合回路１２は、入力端１２ａ、出力端１２ｂ、容量可変コンデンサ１７及び１８、並びにインダクタ１９によって構成される。具体的には、容量可変コンデンサ１７の一方の電極がインダクタ１９を介して入力端１２ａと接続されており、他方の電極が出力端１２ｂと接続されている。また、容量可変コンデンサ１８の一方の電極が入力端１２ａに、他方の電極が接地電位にそれぞれ接続されている。なお、入力端１２ａは高速スイッチング回路１１に接続され、出力端１２ｂはターゲット４に接続される。
【００３２】
また、図４（ｃ）を参照すると、高速スイッチング回路１１は、入力端１１ａ，１１ｂ及び出力端１１ｃ，１１ｄと、例えばトランジスタといった一対のスイッチング素子２０，２１と、スイッチング素子２０，２１の動作を制御する制御回路２２と、遅延回路２３とを有する。一対のスイッチング素子２０，２１は、一対のターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるための素子である。スイッチング素子２０，２１は、その一方の電流端子同士が互いに接続され、これらの電流端子は更に入力端１１ａに接続されている。この入力端１１ａには、高周波電源１０から高周波電圧Ｖｒｆが入力される。また、スイッチング素子２０，２１の他方の電流端子は、それぞれ出力端１１ｃ，１１ｄに接続されている。スイッチング素子２０，２１の制御端子は、制御回路２２に接続されている。制御回路２２は、入力端１１ｂを介して交流電源６から制御信号Ｓｃを入力する。制御回路２２は、制御信号Ｓｃに基づいて、制御信号Ｓｃと同じ周期で互いに逆位相の２つの制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を生成し、これらをスイッチング素子２０，２１の制御端子（典型的にはベース端子）へ提供する。
【００３３】
遅延回路２３は、入力端１１ｂと制御回路２２との間に接続され、制御信号Ｓｃを遅延させる（ひいては、制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を遅延させる）ための回路である。例えば、遅延回路２３が制御信号Ｓｃを所定時間（ΔＴ−Δｔ）だけ遅延させることにより、スイッチング素子２０，２１のスイッチング動作が（ΔＴ−Δｔ）だけ遅延し、図３に示したように、タイミングＴａがタイミングＴｂから（ΔＴ−Δｔ）だけ遅延、すなわち所定時間Δｔだけ前にシフトすることと同義となる。
【００３４】
この遅延回路２３には、上記所定時間Δｔを交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２の半周期（ΔＴ）内で任意の時間に変更するための操作手段２４が接続されていることが好ましい。操作手段２４は操作者によって操作され、成膜材料の種類や成膜条件により最適なΔｔが設定される。これにより、遅延回路２３は、この最適なΔｔが実現されるように遅延時間（ΔＴ−Δｔ）を制御することが可能となる。なお、所定時間Δｔは負の値であっても条件によっては好ましい場合がある。
【００３５】
以上に説明した本実施形態のスパッタリング装置１Ａを用いた成膜方法は、次の通りである。すなわち、本実施形態に係る成膜方法は、成膜対象物Ｓ１と対向して真空チャンバ３内に配置された一対のターゲット４，５を用い、該一対のターゲット４，５間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲット４，５に交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加することにより成膜対象物Ｓ１上に膜を形成する。そして、この成膜の際に、ターゲット４，５に共用の高周波電源１０により生成された高周波電圧Ｖｒｆを、ターゲット４，５のそれぞれに対し交互に切り替えつつ交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に重畳して印加する。
【００３６】
また、本実施形態に係る成膜方法では、ターゲット４，５に対する高周波電圧Ｖｒｆの切り替えを交流電圧Ｖｍｆ１又はＶｍｆ２に基づいて制御する。そして、ターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングＴａを、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングＴｂに一致させるか、或いは所定時間Δｔだけシフトさせる。
【００３７】
本実施形態によるスパッタリング装置１Ａ及び成膜方法によれば、一対のターゲット４，５に対して高周波電源１０が一つで済むので、従来の高周波重畳型のデュアルカソード型スパッタリング装置と比較して装置を小型化でき、且つ生産コストを低減できる。
【００３８】
また、本実施形態のように、高速スイッチング回路１１は、ターゲット４，５に対する高周波電圧Ｖｒｆの切り替えを交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に基づいて制御することが好ましい。これにより、カソードとアノードとが入れ替わる周期に合わせた高周波電圧Ｖｒｆの切り替えを容易に且つ精度よく実現できる。
【００３９】
その場合、高速スイッチング回路１１は、本実施形態のように、ターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングＴａを、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングＴｂから所定時間Δｔ（但し、０＜｜Δｔ｜＜ΔＴ）だけシフトさせることが更に好ましい。これにより、例えば一方のターゲット４がカソードからアノードに変化する前に他方のターゲット５に対し高周波電圧Ｖｒｆを重畳させることができるので、カソード／アノードの切り替え時に放電（プラズマ）を継続させることが可能となる。一般的に、放電時と非放電時とでは高周波電源とターゲットとの間のインピーダンス整合条件が大きく異なるため、このように放電を継続させることにより、高周波電源１０とターゲット４，５との間の高周波整合回路１２，１３によるインピーダンス整合を容易化でき、またカソード／アノードの切り替え時に、いわゆるトリガー動作を省略して放電を開始させることも可能となる。
【００４０】
また、本実施形態のように、高速スイッチング回路１１は、一対のターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるためのスイッチング素子２０，２１と、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２に基づいて生成されスイッチング素子２０，２１の制御端子に入力される制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を遅延させる遅延回路２３とを有することが好ましい。これにより、高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングＴａを所定時間Δｔだけシフトさせるための構成を簡易に実現できる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図５を参照すると、第２実施形態に係るスパッタリング装置１Ｂは、成膜対象物Ｓ２が収容される真空チャンバ３３内にターゲット４，５を複数対（図では３対）備えており、共通の高周波電源１０から高速スイッチング回路３１を介して複数対のターゲット４，５へ高周波電圧Ｖｒｆが配分される構成を備えている。
【００４２】
より詳細に説明すると、スパッタリング装置１Ｂは、真空チャンバ３３と、真空チャンバ３３内に設けられたＮ対（但しＮ≧２）のターゲット４，５と、Ｎ対のターゲット４，５に交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２を印加するＮ個の交流電源６と、各交流電源６と各ターゲット４，５との間に設けられたＮ組のローパスフィルタ７，８とを備えている。また、スパッタリング装置１Ｂは、高周波電圧Ｖｒｆを発生する一つの高周波電源１０と、Ｎ対のターゲット４，５へ高周波電圧Ｖｒｆを配分するとともに、高周波電圧Ｖｒｆを各対のターゲット４，５において交互に切り替えて印加する高速スイッチング回路３１と、高速スイッチング回路３１とターゲット４，５との間に設けられたＮ組の高周波整合回路１２，１３とを備えている。なお、これらの構成要素のうち、交流電源６、ローパスフィルタ７，８、高周波電源１０、及び高周波整合回路１２，１３の構成については、既述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４３】
真空チャンバ３３内には、成膜対象物Ｓ２が収容される。複数のターゲット４，５は、真空チャンバ３３内において成膜対象物Ｓ２に対向して配置されており、成膜対象物Ｓ２の成膜対象面に沿った方向に並んで設置されている。
【００４４】
高速スイッチング回路３１は、本実施形態におけるスイッチング手段であり、高周波電源１０とＮ対のターゲット４，５との間に接続されている。高速スイッチング回路３１の入力端は高周波電源１０の出力端に接続されており、高周波電源１０から高周波電圧Ｖｒｆを入力する。スイッチング回路３１は、この高周波電圧ＶｒｆをＮ対のターゲット４，５のそれぞれに配分するとともに、対になる（互いに隣り合う）ターゲット４，５に対して周期的に交互に切り替えて高周波電圧Ｖｒｆを出力する。こうして高周波電圧Ｖｒｆから生成された高周波電圧Ｖｒｆ１，Ｖｒｆ２が、Ｎ対のターゲット４，５の各々へ向けて高速スイッチング回路３１から出力される。
【００４５】
また、高速スイッチング回路３１には、Ｎ個の交流電源６のそれぞれから制御信号Ｓｃが提供される。これらの制御信号Ｓｃは、各交流電源６に接続されたターゲット４，５に対する高周波電圧Ｖｒｆの切り替えを、当該ターゲット４，５に印加される交流電圧Ｖｍｆ１またはＶｍｆ２に基づいて制御するための信号である。第１実施形態と同様に、高速スイッチング回路３１は、制御信号Ｓｃに基づいて、ターゲット４，５に対して高周波電圧Ｖｒｆを切り替えるタイミングＴａを、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２によりターゲット４，５間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングＴｂに一致させるか、或いは所定時間Δｔだけシフトさせる。なお、Ｎ個の交流電源６の出力の位相をそれぞれ同期させない場合には、第ｎ番目（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の交流電源６の制御信号Ｓｃを用いて、第ｎ番目のターゲット対４，５に入力される高周波電圧Ｖｒｆのスイッチングを制御する。
【００４６】
以上の構成を備える本実施形態のスパッタリング装置１Ｂによれば、ターゲット４，５が複数対設けられ、共通の高周波電源１０から高速スイッチング回路３１を介してターゲット４，５へ高周波電圧Ｖｒｆが配分されるので、大面積の成膜対象物Ｓ２に対しても効率良く成膜することができる。
【００４７】
（変形例）
図６は、上述した第２実施形態に係るスパッタリング装置１Ｂの変形例として、スパッタリング装置１Ｃの構成を示すブロック図である。本変形例に係るスパッタリング装置１Ｃと第２実施形態に係るスパッタリング装置１Ｂとの相違点は、本変形例に係るスパッタリング装置１Ｃが位相調整器（フェイズシフター）３４，３５を備えている点である。位相調整器３４，３５は、Ｎ対のターゲット４，５に対応してＮ組設けられており、位相調整器３４は高速スイッチング回路３１と高周波整合回路１２との間に接続され、位相調整器３５は高速スイッチング回路３１と高周波整合回路１３との間に接続される。位相調整器３４，３５は、高速スイッチング回路３１から出力されターゲット４，５へ提供される高周波電圧Ｖｒｆ１，Ｖｒｆ２の位相を、Ｎ対のターゲット４，５それぞれにおいて個別に調整することを可能にする。
【００４８】
本発明によるスパッタリング装置及び成膜方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では、交流電圧Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２並びに高周波電圧Ｖｒｆが正弦波である場合について例示しているが、交流電圧や高周波電圧が矩形波や三角波、或いは任意の波形であっても、本発明の効果を好適に得ることができる。
【００４９】
また、上記第２実施形態ではＮ対のターゲットに対応してＮ個の交流電源６を設けた例を説明したが、交流電源はターゲット対の数より少なくてもよく、一つの交流電源を複数対のターゲットに使用してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…スパッタリング装置、３，３３…真空チャンバ、４，５…ターゲット、６…交流電源、７，８…ローパスフィルタ、１０…高周波電源、１１，３１…高速スイッチング回路、１２，１３…高周波整合回路、３４，３５…位相調整器、Ｓ１，Ｓ２…成膜対象物、Ｓｃ，Ｓｃ１，Ｓｃ２…制御信号、Ｖｍｆ１，Ｖｍｆ２…交流電圧、Ｖｒｆ，Ｖｒｆ１，Ｖｒｆ２…高周波電圧。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、成膜対象物に対向して配置された少なくとも一対のターゲットと、
該一対のターゲット間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲットに交流電圧を印加する交流電源と、
前記交流電圧に重畳して印加される高周波電圧を発生する高周波電源と、
前記高周波電源と前記一対のターゲットとの間に接続され、前記高周波電圧を前記一対のターゲットのそれぞれに対し交互に切り替えて印加するスイッチング手段と
を備えることを特徴とする、スパッタリング装置。
【請求項２】
前記スイッチング手段は、前記一対のターゲットに対する前記高周波電圧の切り替えを前記交流電圧に基づいて制御することを特徴とする、請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記スイッチング手段は、前記一対のターゲットに対して前記高周波電圧を切り替えるタイミングを、前記交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングに一致させることを特徴とする、請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記スイッチング手段は、前記一対のターゲットに対して前記高周波電圧を切り替えるタイミングを、前記交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングから所定時間だけシフトさせることを特徴とする、請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記スイッチング手段は、
前記一対のターゲットに対して前記高周波電圧を切り替えるためのスイッチング素子と、
前記交流電圧に基づいて生成され前記スイッチング素子の制御端子に入力される制御信号を遅延させる遅延回路と
を有することを特徴とする、請求項４に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記所定時間を前記交流電圧の半周期内で任意の時間に変更するための操作手段を更に備えることを特徴とする、請求項４または５に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記ターゲットが複数対設けられ、共通の前記高周波電源から前記スイッチング手段を介して前記複数対のターゲットへ前記高周波電圧が配分されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記スイッチング手段と前記複数対のターゲットとの間に接続された位相調整器を更に備えることを特徴とする、請求項７に記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
成膜対象物に対向して真空チャンバ内に配置された少なくとも一対のターゲットを用い、該一対のターゲット間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲットに交流電圧を印加することにより前記成膜対象物上に膜を形成する成膜方法であって、
前記一対のターゲットに共用の高周波電源により生成された高周波電圧を、前記一対のターゲットのそれぞれに対し交互に切り替えつつ前記交流電圧に重畳して印加することを特徴とする、成膜方法。
【請求項１０】
前記一対のターゲットに対する前記高周波電圧の切り替えを前記交流電圧に基づいて制御することを特徴とする、請求項９に記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記一対のターゲットに対して前記高周波電圧を切り替えるタイミングを、前記交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングに一致させることを特徴とする、請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記一対のターゲットに対して前記高周波電圧を切り替えるタイミングを、前記交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングから所定時間だけシフトさせることを特徴とする、請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、成膜対象物に対向して配置された少なくとも一対のターゲットと、
該一対のターゲット間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲットに交流電圧を印加する交流電源と、
前記交流電圧に重畳して印加される高周波電圧を発生する高周波電源と、
前記高周波電源と前記一対のターゲットとの間に接続され、前記高周波電圧を前記一対のターゲットのそれぞれに対し交互に切り替えて印加するスイッチング手段と
を備えることを特徴とする、スパッタリング装置。
【請求項２】
前記スイッチング手段は、前記一対のターゲットに対する前記高周波電圧の切り替えを前記交流電圧に基づいて制御することを特徴とする、請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記スイッチング手段は、前記一対のターゲットに対して前記高周波電圧を切り替えるタイミングを、前記交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングに一致させることを特徴とする、請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記スイッチング手段は、前記一対のターゲットに対して前記高周波電圧を切り替えるタイミングを、前記交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングから所定時間だけシフトさせることを特徴とする、請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記スイッチング手段は、
前記一対のターゲットに対して前記高周波電圧を切り替えるためのスイッチング素子と、
前記交流電圧に基づいて生成され前記スイッチング素子の制御端子に入力される制御信号を遅延させる遅延回路と
を有することを特徴とする、請求項４に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記所定時間を前記交流電圧の半周期内で任意の時間に変更するための操作手段を更に備えることを特徴とする、請求項４または５に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記ターゲットが複数対設けられ、共通の前記高周波電源から前記スイッチング手段を介して前記複数対のターゲットへ前記高周波電圧が配分されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記スイッチング手段と前記複数対のターゲットとの間に接続された位相調整器を更に備えることを特徴とする、請求項７に記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
成膜対象物に対向して真空チャンバ内に配置された少なくとも一対のターゲットを用い、該一対のターゲット間でカソード及びアノードが交互に入れ替わるように各ターゲットに交流電圧を印加することにより前記成膜対象物上に膜を形成する成膜方法であって、
前記一対のターゲットに共用の高周波電源により生成された高周波電圧を、前記一対のターゲットのそれぞれに対し交互に切り替えつつ前記交流電圧に重畳して印加することを特徴とする、成膜方法。
【請求項１０】
前記一対のターゲットに対する前記高周波電圧の切り替えを前記交流電圧に基づいて制御することを特徴とする、請求項９に記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記一対のターゲットに対して前記高周波電圧を切り替えるタイミングを、前記交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングに一致させることを特徴とする、請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記一対のターゲットに対して前記高周波電圧を切り替えるタイミングを、前記交流電圧により該一対のターゲット間でカソード及びアノードが入れ替わるタイミングから所定時間だけシフトさせることを特徴とする、請求項１０に記載の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２４８５７７（Ｐ２０１０−２４８５７７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０００１９（Ｐ２００９−１０００１９）
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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