成膜装置及び成膜方法
【課題】反応性直流スパッタ放電の安定性を向上させるとともに、パーティクルの発生による欠陥を抑えることのできる成膜装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】本発明の反応性直流型の成膜装置１は、直流電源１２と、直流電源１２に接続される金属ターゲット１０と、金属ターゲット１０の外周を取り囲むようにして配置される誘電体枠部材１４と、金属ターゲット１０の背面側に配置される電極部９と、金属ターゲット１０及び誘電体枠部材１４上にプラズマ発生領域１３がかかるように磁場を発生させる磁石対８とを備える。
【解決手段】本発明の反応性直流型の成膜装置１は、直流電源１２と、直流電源１２に接続される金属ターゲット１０と、金属ターゲット１０の外周を取り囲むようにして配置される誘電体枠部材１４と、金属ターゲット１０の背面側に配置される電極部９と、金属ターゲット１０及び誘電体枠部材１４上にプラズマ発生領域１３がかかるように磁場を発生させる磁石対８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の誘電体（ＳｉＯ２等）の成膜は、高周波スパッタが主流であるが、成膜装置全体の自由度の問題や成膜レートなどの課題により、近年においては、直流反応性スパッタ法が提案されてきている。直流反応性スパッタ法では、ターゲットに金属もしくは導電体を用い、直流電圧により放電を発生させてスパッタリングを行うため、装置全体がシンプルで成膜レートが早いというメリットがある。しかし、チャンバ内に酸素などを導入して気相中や基板表面にてスパッタ粒子を酸化させて誘電体薄膜（酸化膜）を形成するため、金属ターゲットの表面にも酸化膜が形成されやすい。そのため、エロージョンエリア以外のターゲット表面に形成された酸化膜がチャージアップして異常放電が発生するという課題があった。
このような問題を解決する方法として、高周波の重畳やパルス重畳の手法、マグネットを移動してターゲット表面の酸化膜を除去して異常放電を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平７−３４２４２号公報
【特許文献２】特開平７−２４３０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この手法においても、エロージョンエリアの外側となるターゲット側面や、シールド板の下に回り込んで酸化膜が形成されることを抑制することができない。特に、「直流反応性スパッタ・対向ターゲット方式」を採用する場合には、シールド板の下のバッキングプレート上における酸化膜の形成が顕著であり、異常放電による放電の不安定要因や、異常放電が原因となるパーティクルの発生が増加して成膜品質が低下するという問題を有する。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、反応性直流スパッタ放電の安定性を向上させるとともに、パーティクルの発生による欠陥を抑えることのできる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の成膜装置は、上記課題を解決するために、反応性直流型の成膜装置において、
直流電源と、前記直流電源に接続される金属ターゲットと、前記金属ターゲットの外周を取り囲むようにして配置される誘電体枠部材と、前記金属ターゲットの背面側に配置される電極部と、前記金属ターゲット及び前記誘電体枠部材の背面側に配置される磁場発生手段と、を有し、前記磁場発生手段の少なくとも一部が前記誘電体枠部材に沿うように配置されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の成膜装置によれば、プラズマ発生領域が、金属ターゲットの表面上から誘電体枠部材上にかけて形成されるので、金属ターゲット端部がエロージョンエリアとなって、金属ターゲットの表面や側面にスパッタ粒子が付着することを抑制することができる。これによって、酸化膜形成による異常放電の発生が防止されて安定した放電を維持することができるようになり、その結果、パーティクルの発生が低減されて膜性能が向上する。また、装置稼働率が向上し、生産性アップに繋がる。
【０００７】
また、前記誘電体枠部材の厚みは、放電中に誘電体上にチャージアップされ絶縁破壊を起こさない厚さであることが好ましい。
本発明によれば、誘電体枠部材の厚さを放電中に誘電体上にチャージアップし絶縁破壊を起こさない厚さに形成しておくことにより、誘電体枠部材がアークで破壊されるようなことが防止される。例えば、誘電体枠部材の厚さを１ｍｍ程度とするか、あるいは金属ターゲットの厚さと同じにすることによって、放電中にチャージアップしても絶縁破壊が生じないものとなる。
また、誘電体枠部材の厚さを金属ターゲットの厚さと等しくすることで金属ターゲットの側面を誘電体枠部材で覆うことができるので、側面に対するスパッタ粒子の付着を確実に防止することができる。
【０００８】
また、誘電体枠部材は、前記金属ターゲットと同一の成分を含む金属酸化物もしくは金属窒化物からなることが好ましい。
本発明によれば、例えば、酸素を導入して基板上に酸化膜を成膜する場合には、誘電体枠部材を金属ターゲットと同一の成分を含む金属酸化物とし、窒素ガスを導入して基板上に窒化膜を成膜する場合には、誘電体枠部材を金属ターゲットと同一の成分を含む金属窒化物とすることによって、誘電体枠部材がスパッタされても成膜への影響をなくすことができる。
【０００９】
また、前記誘電体枠部材上であってプラズマ発生領域の外側にシールド板が配置され、前記プラズマ発生領域が前記金属ターゲットの平面領域よりも大きいことが好ましい。
本発明によれば、少なくとも金属ターゲットの全表面をスパッタすることができるので、成膜レートが向上し生産効率が向上する。
【００１０】
また、前記プラズマ発生領域を挟んで対向配置された複数の前記金属ターゲットを備えることもできる。
本発明によれば、２枚の金属ターゲットを用いることによってライン状成膜が可能となり、基板を搬送して成膜することにより大型基板への適応も可能となる。
【００１１】
また、前記複数の金属ターゲットの背面側に前記磁場発生手段がそれぞれ配置され、前記プラズマ発生領域を挟んで配置された前記複数の金属ターゲットの対向方向に磁界を発生させることが好ましい。
本発明によれば、対向する金属ターゲット間の空間内にプラズマを良好に閉じ込めることができるので、スパッタ効率を向上させることができる。
【００１２】
また、前記磁場発生手段が、前記金属ターゲットの面方向に沿って偏心運動することが好ましい。
本発明によれば、磁場発生手段を偏心運動させる際、該磁場発生手段の一部が常に誘電体枠部材と平面的に重なるようにすることで、その磁場も移動し、少なくとも金属ターゲットの全表面及び誘電体枠部材の一部をエロージョン領域とすることができる。
【００１３】
本発明の成膜方法は、上記した成膜装置を用いた成膜方法であって、前記金属ターゲット上及び該金属ターゲットの外周を取り囲むようにして配置される前記誘電体枠部材上に、プラズマ発生領域がかかるように磁場を発生させることを特徴とする。
本発明の成膜方法によれば、金属ターゲットの側面や表面上にスパッタ粒子が付着することを阻止することができるので、酸化膜形成による異常放電の発生が防止されて、安定した放電を維持することができる。これにより、パーティクルの発生が低減されるので成膜精度が向上する。また、装置稼働率が向上し、生産性アップに繋がる。
【００１４】
また、前記金属ターゲットに０Ｖもしくは０Ｖ近傍もしくは位相反転させた電圧を含むパルス状直流電圧を印加することが好ましい。
本発明によれば、金属ターゲットに０Ｖもしくは０Ｖ近傍もしくは位相反転させた電圧を含むパルス状直流電圧を印加することによって、エロージョンエリア以外の領域に短時間で形成される薄い酸化膜のチャージアップを防止し、より安定に放電を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である成膜装置の一実施形態を示す概略構成図である。図２（ａ）は、磁石対の平面図、図２（ｂ）は金属ターゲット、誘電体枠部材及び磁石対の位置関係を示す平面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の成膜装置１は、真空雰囲気内に配置された金属ターゲット１０上にプラズマを生成し、その生成されたプラズマによってターゲット原子を放出させ、その放出粒子をワークホルダ７に保持された基板Ｗ上に付着及び堆積させる反応性直流スパッタ法を用いた成膜装置である。この成膜装置１は、直流電源１２及び磁石対８（磁場発生手段）等を主体としたスパッタ装置３を具備する。
【００１８】
直流反応性スパッタは、直流スパッタにおいて反応性ガスを導入し、金属粒子（スパッタ粒子）を酸化させて基板Ｗ上に誘電体薄膜を形成する技術である。この技術は、直流電源１２で放電を発生させてスパッタを行うため、装置構成がシンプルで成膜レートが速いというメリットがある。
【００１９】
本実施形態の成膜装置について詳述する。
図１に示すように、本実施形態の成膜装置１は、成膜室として真空状態の維持を可能とした真空チャンバ２と、真空チャンバ２内に収容された基板Ｗの表面に無機材料からなる薄膜をスパッタ法により形成するスパッタ装置３とを備えている。
真空チャンバ２は、内部を減圧雰囲気にするための真空排気系４と、真空チャンバ２内に放電用のスパッタリングガスをその流量を調整しながら供給するための第１のガス供給手段５と、真空チャンバ２内に反応性ガスをその流量を調整しながら供給するための第２のガス供給手段６と、内部に基板を保持するためのワークホルダ７とを有してなる。
【００２０】
真空チャンバ２には真空排気系４が接続されているので、この真空排気系４が稼動すると真空チャンバ２の内部が排気されて真空雰囲気となる。その後、真空チャンバ２内に第１のガス供給手段５を通してスパッタリングガスとしてのアルゴンガス（Ａｒ）が導入され、所定の真空度に設定される。スパッタ成膜を行う対象物としての基板Ｗはこの真空雰囲気内に配置される。
【００２１】
また、スパッタ装置３は、磁石対８が配置された電極部９と、電極部９に支持され且つ金属ターゲット１０を保持するバッキングプレート１１と、電極部９を介して金属ターゲット１０に接続された直流電源１２とを有し、電圧を印加することで金属ターゲット１０の表面上にプラズマ発生領域１３を形成する。
本実施形態においては、バッキングプレート１１上に配置される金属ターゲット１０の外周を取り囲むようにして誘電体枠部材１４が配置されている。
【００２２】
電極部９は、マグネトロンカソードとして公知のもので、真空チャンバ２外に配置され直流電源１２から電力が供給される。この電極部９内には金属ターゲット１０の表面に磁界を与える磁石対８が配置されており、永久磁石、電磁石、或いはこれらを組み合わせた磁石等からなる。図２（ａ）に示すように、磁石対８は同心円状の永久磁石であって、中心磁石８Ｂとそれを取り囲む環状磁石８Ａとで極性が異なる。
【００２３】
図１に示すように、金属ターゲット１０は、電極部９に支持されたバッキングプレート１１上に配置され、基板上に形成する無機膜の構成物質を含む材料、例えばシリコンからなるものとされる。金属ターゲット１０（電極部９）には直流電源１２が接続されており、直流電源１２から電極部９を介して金属ターゲット１０に電圧が印加され、金属ターゲット１０の表面上にプラズマを発生させるようになっている。
【００２４】
金属ターゲット１０の外周を取り囲む誘電体枠部材１４は、金属ターゲット１０と同一材料を用いた酸化物素材（ＳｉＯ２）もしくは窒化物素材（ＳｉＮ）などからなり、該誘電体枠部材１４と金属ターゲット１０とでバッキングプレート１１の表面全体を覆う形状となっている。誘電体枠部材１４は、所定の厚みを有して形成され、その厚さは直流電源１２により印加された電圧がチャージアップして異常放電が発生しない厚さとされ、本実施形態においては金属ターゲット１０と同じ厚さとされている。金属ターゲット１０と同じ厚さとすることで、金属ターゲット１０の側面が誘電体枠部材１４によって覆われることになる。
なお、誘電体枠部材１４は、バッキングプレート１１と別体であっても一体に形成されていてもよい。
【００２５】
誘電体枠部材１４の背面側には、上記した磁石対８の環状磁石８Ａが、誘電体枠部材１４の内周端あるいは外周端に沿うようにして配置されている。磁石対８の環状磁石８Ａを金属ターゲット１０よりも面方向外側であって、誘電体枠部材１４と（バッキングプレート１１を介して）対向するように配置することによって、磁石対８による磁界が誘電体枠部材１４上にまで及ぶことになる。このように、金属ターゲット１０の全表面及び誘電体枠部材１４にかかるようにプラズマ発生領域１３が制御された磁場を形成することによって、少なくとも金属ターゲット１０の全表面をエロージョン領域とすることができる。
【００２６】
また、スパッタ装置３には、バッキングプレート１１を介して金属ターゲット１０を冷却するための冷却手段１６が接続されている。バッキングプレート１１には冷媒を流通させるための冷却流路（図示略）が形成されており、冷却手段１６はかかる冷却流路に対して冷媒の循環を行うことによって金属ターゲット１０の冷却を行うようになっている。
【００２７】
真空チャンバ２内には、カソードであるターゲット１０の放電領域を規制するためのシールド板１７が設けられており、カソードシースより小さくなるようにカソードとのギャップを設け、カソード周辺にアースに接続され設置される。シールド板１７は、電極部９及び誘電体枠部材１４の外周を取り囲むようにして真空チャンバ２の底部に立設されており、誘電体枠部材１４上に位置する遮蔽部１７ａに金属ターゲット１０の平面領域よりも大きい開口１７ｂが形成されている（図２（ｂ）参照）。
【００２８】
［成膜方法］
上述した構成の成膜装置１を使用して反応性直流スパッタにより基板Ｗに無機酸化膜を形成するには、まず、真空チャンバ２内を排気してスパッタ用のアルゴンガス（Ａｒ）を電極部９近傍の第１のガス供給手段５から適宜導入して圧力を調整した後、直流電源１２により直流電圧を金属ターゲット１０に印加すると、金属ターゲット１０の全面及び誘電体枠部材１４上にプラズマが発生する。導入されたアルゴンガスは、プラズマによって励起及びイオン化される。そして、プラズマ雰囲気中のアルゴンイオン等によって金属ターゲット１０及び誘電体枠部材１４がスパッタされる。また、磁石対８の磁界により、プラズマ密度の高いプラズマ発生領域１３が発生し、アルゴンイオンの金属ターゲット１０への衝突量が増加する。そして、その領域、すなわちエロージョンエリアからスパッタ粒子が飛散することになる。
【００２９】
本実施形態におけるエロージョン領域は、金属ターゲット１０の全表面及び誘電体枠部材１４の表面の一部を含む範囲である。基板Ｗの被成膜面上に飛来したスパッタ粒子は、第２のガス供給手段６から導入された酸素（Ｏ２）と反応することで、金属酸化膜を基板Ｗ上に形成することができる。本実施形態では、シリコン（Ｓｉ）を使用していることからＳｉＯ２の無機酸化膜を形成することができる。
【００３０】
なお、金属ターゲット１０には、化合して金属酸化膜を形成する各種の金属の使用が可能である。また、金属ターゲット１０の種類だけでなく、反応性ガスを適宜選択することで種々の絶縁膜を形成することができ、例えば、窒素ガスを導入することによって、基板上に金属窒化膜を形成することができる。このとき、外周に設置される誘電体材料１４は、反応性ガスと同一元素を含む金属化合物としておく必要があり、窒素ガスを用いる場合は、金属窒化物を用いる。
【００３１】
本実施形態では、金属ターゲット１０上及び誘電体枠部材１４上にプラズマ発生領域１３がかかるように磁場を発生させることができるので、少なくとも金属ターゲット１０の全表面がエロージョン領域となる。そのため、金属ターゲット１０の表面に酸化膜が形成されることがなく、異常放電の発生を極めて低くすることができる。誘電体枠部材１４上がプラズマ発生領域１３に晒されても、直流電圧下においてはプラズマプローティング電位にチャージアップはするが原理的にスパッタされるほどのバイアスが殆どかからないため、イオン拡散によるスパッタリングのみで僅かしか削れず成膜に影響は及ばない。たとえ誘電体枠部材１４がスパッタされたとしても、そのスパッタ粒子は金属ターゲット１０と同一の成分を含む金属酸化物であることから成膜への影響はない。
【００３２】
また、誘電体枠部材１４は、数ミリ以上のバルクから形成されているので、プラズマに晒されて表面がチャージアップしても絶縁破壊による異常放電は生じない。したがって、誘電体枠部材１４を設けても異常放電によるプラズマの不安定化やパーティクルの発生は起きない。また、誘電体枠部材１４によって金属ターゲット１０の側面やバッキングプレート１１上が覆われているので、これらにスパッタ粒子が付着することが防止される。
【００３３】
また、シールド板１７の下方にスパッタ粒子が廻りこんで、エロージョン領域以外の誘電体枠部材１４上に反応性スパッタによる酸化膜が形成された場合でも、成膜材料と同一の材料であることから密着性が良く膜剥がれもし難い。
【００３４】
以上により、金属ターゲット１０の側面やバッキングプレート１１上の酸化膜形成による異常放電の発生が防止されて、安定した放電を維持することができる。これにより、パーティクルの発生が低減されるので膜性能が向上する。また、装置稼働率が向上し、生産性アップに繋がる。
【００３５】
［第２実施形態の成膜装置］
図３は、本発明の第２実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
以下の説明では、先の実施形態の同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
本実施形態は、２枚の金属ターゲットを対向配置してなる対向ターゲット方式の成膜装置である。
【００３６】
図３に示すように、本実施形態の成膜装置１８は、基板Ｗを収容する真空チャンバ２と、真空チャンバ２内の基板Ｗの被成膜面に金属酸化膜を形成するスパッタ装置４０とが装置接続部２２を介して接続された構成を備えている。
【００３７】
スパッタ装置４０は、金属ターゲット１０ａ、磁石対８、電極部９、バッキングプレート１１、直流電源１２、冷却手段１６を有するプラズマ発生手段２０Ａと、金属ターゲット１０ｂ、磁石対８、電極部９、バッキングプレート１１、直流電源１２、冷却手段１６を有するプラズマ発生手段２０Ｂとを備えており、真空チャンバ２内に配置された基板Ｗの被成膜面（表面）に対して２枚の金属ターゲット１０ａ，１０ｂが垂直姿勢に保持されている。
【００３８】
各金属ターゲット１０ａ，１０ｂは、各々の外周が誘電体枠部材１４ａ、１４ｂによって取り囲まれており、金属ターゲット１０ａ，１０ｂ同士の対向面及び誘電体枠部材１４ａ，１４ｂ同士の対向面が略平行となるように設置されている。
【００３９】
各金属ターゲット１０ａ、１０ｂ（各電極部９，９）にはそれぞれ直流電源１２が接続され、各直流電源１２から供給される電力によって金属ターゲット１０ａ，１０ｂ及び誘電体枠部材１４ａ，１４ｂ同士が対向する空間にそれぞれプラズマを発生させるようになっている。
【００４０】
スパッタ装置４０は、そのプラズマ発生領域１３に放電用のアルゴンガス（Ａｒ）を流通させる第１のガス供給手段５を備えており、金属ターゲット１０ａ，１０ｂに挟まれるプラズマ発生領域１３に対して真空チャンバ２と反対側に配置された側壁部材２１に接続されている。第１のガス供給手段５から供給されるアルゴンガス（Ａｒ）は、側壁部材２１側からプラズマ発生領域１３に流入し、装置接続部２２を介して真空チャンバ２の上方に向けて流入するようになっている。一方、真空チャンバ２には、その内部に反応性ガスとして酸素（Ｏ２）を供給するための第２のガス供給手段６が備えられており、基板Ｗの近傍に酸素（Ｏ２）が流入するようになっている。
【００４１】
また、各シールド板１７は、第１の実施形態と同じように、各誘電体枠部材１４ａ，１４ｂの外周を取り囲むようにして配置されており、遮蔽部１７ａの端部が誘電体枠部材１４ａ，１４ｂ上に位置している。すなわち、シールド板１７の開口１７ｂが、金属ターゲット１０ａ，１０ｂの平面領域よりも大きくなっている
【００４２】
なお、本実施形態においても、各電極部９に接続された冷却手段１６によって、各電極部９内に形成される冷却流路Ｒに対して冷媒の循環を行う構成となっており、バッキングプレート１１，１１を介して各金属ターゲット１０ａ，１０ｂを所望の温度に冷却する。
【００４３】
［成膜方法］
本実施形態の成膜装置１８により基板Ｗ上に金属酸化膜を形成するには、図３に示すように、第１のガス供給手段５からアルゴン（Ａｒ）ガスを導入しながら、金属ターゲット１０ａ及び金属ターゲット１０ｂに直流電力を供給することで、これら２枚の金属ターゲット１０ａ，１０ｂに挟まれる空間にプラズマを発生させる。具体的には、各金属ターゲット１０ａ，１０ｂの全表面と各誘電体枠部材１４ａ，１４ｂの表面の一部にプラズマ発生領域１３がかかるようにそれぞれ磁場を発生させ、プラズマ雰囲気中のアルゴンイオン等を各金属ターゲット１０ａ，１０ｂに衝突させることで、各金属ターゲット１０ａ，１０ｂから成膜材料（シリコン）をスパッタ粒子としてたたき出す。
【００４４】
第１のガス供給手段５からアルゴンガスを導入してプラズマを発生した後、真空チャンバ２内に第２のガス供給手段６から酸素ガスを導入する。そして、スパッタ装置４０側から飛来したスパッタ粒子と、基板Ｗの近傍に設けられた第２のガス供給手段６から供給された酸素ガスとを基板Ｗの被成膜面上で反応させることで、金属酸化物からなる薄膜を基板Ｗ上にそれぞれ形成するようになっている。
【００４５】
このように、本実施形態においても、上記第１の実施形態同様の作用効果を得ることができる。本実施形態では、２枚の金属ターゲット１０ａ，１０ｂを用いることによってライン状成膜が可能となり、基板を搬送して成膜することにより大型基板への適応も可能となる。また、金属ターゲット１０ａ，１０ｂ同士の間隔を狭くすることにより、スパッタ装置４０から装置接続部２２を解して対向するターゲット方位に関して放出されるスパッタ粒子の指向性を高めることができるので、形成される金属酸化膜の成膜品質を向上させることができる。
【００４６】
［第３実施形態の成膜装置］
図４は、本発明の第３実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
以下の説明では、先の実施形態の同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
本実施形態は、第２実施形態同様に、２枚の金属ターゲットを対向配置してなる対向ターゲット方式の成膜装置であるが、磁場発生手段の構成において異なる。
【００４７】
図４に示すように、本実施形態のスパッタ装置５０における各プラズマ発生手段２５Ａ，２５Ｂには、金属ターゲット１０ａ，１０ｂの外周端に沿うような環状の磁石からなる磁場発生手段２６ａ，２６ｂが設けられている。第１の磁場発生手段２６ａは誘電体枠部材１４ａの背面側に配置され、第２の磁場発生手段２６ｂは誘電体枠部材１４ｂの背面側に配置されている。したがって、第１の磁場発生手段２６ａと第２の磁場発生手段２６ｂとは、対向配置された金属ターゲット１０ａ，１０ｂの周縁部外側において互いに対向配置されている。
なお、これら第１の磁場発生手段２６ａと第２の磁場発生手段２６ｂとの極性は異なっている。
【００４８】
成膜動作に際して、これら対向する磁場発生手段２６ａ，２６ｂによって金属ターゲット１０ａ，１０ｂを取り囲む磁場が形成される。そのため、本実施形態の成膜装置２７では、かかる磁界によってプラズマに含まれる電子を捕捉ないし反射させることができるので、対向する金属ターゲット１０ａ，１０ｂの間の空間内にプラズマを良好に閉じ込めることができる。
【００４９】
［第４実施形態の成膜装置］
図５は、本発明の第４実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
以下の説明では、先の実施形態の同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図５に示すように、本実施形態はマグネットスキャン式の成膜装置３０であって、同心円状にＮ極、Ｓ極を配置した円状の磁場発生手段３２をスパッタ装置６０に備える。
【００５０】
磁場発生手段３２は電極部９（金属ターゲット１０）の中心より偏って配置され、少なくとも環状の磁石３１が金属ターゲット１０の周縁部よりも外側、すなわち誘電体枠部材１４の背面側となるように配置されている。このような磁場発生手段３２は、複数の磁石３１を金属ターゲット１０の面方向（図中の矢印で示す方向）に沿って偏心運動できるように構成されている。
【００５１】
成膜動作を行う際には磁場発生手段３２を偏心運動させることになるが、このとき、磁場発生手段３２を構成する環状の磁石３１の一部が、常に誘電体枠部材１４と平面的に重なるように偏心運動をさせる。このように、複数の磁石３１を、金属ターゲット１０に対して相対的に偏心移動させることでその磁場も移動し、少なくとも金属ターゲット１０の全表面及び誘電体枠部材１４の一部をエロージョン領域とすることができる。
【００５２】
なお、磁石３１の形状は、上記した形状に限ったものではなく、同心円状のマグネット構造ではなく、四角状などの複数の磁石の組み合わせによって長円状としてもよい。
【００５３】
以上述べたように、本発明によれば、金属ターゲット１０の全表面及び誘電体枠部材１４上にプラズマ発生領域１３がかかるように磁場を形成することによって、少なくとも金属ターゲット１０の全表面をエロージョンエリアとすることができる。そのため、金属ターゲット１０の表面にスパッタ粒子（酸化物）が堆積することが防止される。また、金属ターゲット１０の外周を取り囲む誘電体枠部材１４によって、金属ターゲット１０の側面やバッキングプレート１１上にスパッタ粒子（酸化物）が堆積することが防止される。このように、所定の厚さを有した誘電体枠部材１４を設けることにより、エロージョンエリア以外の部分に堆積する酸化物のチャージアップを防止することができる。また、金属ターゲット１０やバッキングプレート１１に対する酸化物の堆積を抑制して異常放電を防止し、プラズマを安定させることとなる。
【００５４】
したがって、膜質均一性が向上し、パーティクルを減少させることができる。また、金属ターゲット１０の表面全体がエロージョン領域となることから成膜速度が向上する。
さらに、スパッタ率の低い酸化物の堆積が抑制されるため成膜速度の低下を防止できるなどの効果を発揮する。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５６】
上記実施形態においては、ターゲット形状を円状とし、磁石対の形状を同心円状としたが、磁石対のうち一方の磁石を細棒状とし、これを取り囲む他方の磁石を矩形枠状としても良い。また、ターゲットは四角であって、磁石形状もそれに準じた構造としても構わない。
また、直流電源１２の他に高周波電源を設けるようにしても良い。直流電圧に加えて高周波電圧を同時に印加することにより、酸化物のチャージアップを防止してプラズマを安定化することができる。
また、金属ターゲット１０と電極部９との間に直流電圧をパルス状に印加しても良い。これにより、エロージョンエリア以外の領域に酸化膜が形成されたとしても、その酸化膜のチャージアップを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態の成膜装置の全体構成図。
【図２】（ａ）磁石対の平面図、（ｂ）金属ターゲット、誘電体枠部材及び磁石対の位置関係を示す平面図。
【図３】第２実施形態の成膜装置の全体構成図。
【図４】第３実施形態の成膜装置の全体構成図。
【図５】第４実施形態の成膜装置の全体構成図。
【図６】第４実施形態における磁場発生手段を示す平面図。
【符号の説明】
【００５８】
１，１８，２７，３０…成膜装置、１２…直流電源、１４，１４ａ，１４ｂ…誘電体枠部材、９…電極部、１３…プラズマ発生領域、１０，１０ａ，１０ｂ…金属ターゲット、８…磁石対（磁場発生手段）、８Ａ…中心磁石、８Ｂ…環状磁石、１６…冷却手段、１７…シールド板、１７ｂ…開口、２６ａ，２６ｂ…磁場発生手段、３１…磁石、３２…磁場発生手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の誘電体（ＳｉＯ２等）の成膜は、高周波スパッタが主流であるが、成膜装置全体の自由度の問題や成膜レートなどの課題により、近年においては、直流反応性スパッタ法が提案されてきている。直流反応性スパッタ法では、ターゲットに金属もしくは導電体を用い、直流電圧により放電を発生させてスパッタリングを行うため、装置全体がシンプルで成膜レートが早いというメリットがある。しかし、チャンバ内に酸素などを導入して気相中や基板表面にてスパッタ粒子を酸化させて誘電体薄膜（酸化膜）を形成するため、金属ターゲットの表面にも酸化膜が形成されやすい。そのため、エロージョンエリア以外のターゲット表面に形成された酸化膜がチャージアップして異常放電が発生するという課題があった。
このような問題を解決する方法として、高周波の重畳やパルス重畳の手法、マグネットを移動してターゲット表面の酸化膜を除去して異常放電を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平７−３４２４２号公報
【特許文献２】特開平７−２４３０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この手法においても、エロージョンエリアの外側となるターゲット側面や、シールド板の下に回り込んで酸化膜が形成されることを抑制することができない。特に、「直流反応性スパッタ・対向ターゲット方式」を採用する場合には、シールド板の下のバッキングプレート上における酸化膜の形成が顕著であり、異常放電による放電の不安定要因や、異常放電が原因となるパーティクルの発生が増加して成膜品質が低下するという問題を有する。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、反応性直流スパッタ放電の安定性を向上させるとともに、パーティクルの発生による欠陥を抑えることのできる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の成膜装置は、上記課題を解決するために、反応性直流型の成膜装置において、
直流電源と、前記直流電源に接続される金属ターゲットと、前記金属ターゲットの外周を取り囲むようにして配置される誘電体枠部材と、前記金属ターゲットの背面側に配置される電極部と、前記金属ターゲット及び前記誘電体枠部材の背面側に配置される磁場発生手段と、を有し、前記磁場発生手段の少なくとも一部が前記誘電体枠部材に沿うように配置されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の成膜装置によれば、プラズマ発生領域が、金属ターゲットの表面上から誘電体枠部材上にかけて形成されるので、金属ターゲット端部がエロージョンエリアとなって、金属ターゲットの表面や側面にスパッタ粒子が付着することを抑制することができる。これによって、酸化膜形成による異常放電の発生が防止されて安定した放電を維持することができるようになり、その結果、パーティクルの発生が低減されて膜性能が向上する。また、装置稼働率が向上し、生産性アップに繋がる。
【０００７】
また、前記誘電体枠部材の厚みは、放電中に誘電体上にチャージアップされ絶縁破壊を起こさない厚さであることが好ましい。
本発明によれば、誘電体枠部材の厚さを放電中に誘電体上にチャージアップし絶縁破壊を起こさない厚さに形成しておくことにより、誘電体枠部材がアークで破壊されるようなことが防止される。例えば、誘電体枠部材の厚さを１ｍｍ程度とするか、あるいは金属ターゲットの厚さと同じにすることによって、放電中にチャージアップしても絶縁破壊が生じないものとなる。
また、誘電体枠部材の厚さを金属ターゲットの厚さと等しくすることで金属ターゲットの側面を誘電体枠部材で覆うことができるので、側面に対するスパッタ粒子の付着を確実に防止することができる。
【０００８】
また、誘電体枠部材は、前記金属ターゲットと同一の成分を含む金属酸化物もしくは金属窒化物からなることが好ましい。
本発明によれば、例えば、酸素を導入して基板上に酸化膜を成膜する場合には、誘電体枠部材を金属ターゲットと同一の成分を含む金属酸化物とし、窒素ガスを導入して基板上に窒化膜を成膜する場合には、誘電体枠部材を金属ターゲットと同一の成分を含む金属窒化物とすることによって、誘電体枠部材がスパッタされても成膜への影響をなくすことができる。
【０００９】
また、前記誘電体枠部材上であってプラズマ発生領域の外側にシールド板が配置され、前記プラズマ発生領域が前記金属ターゲットの平面領域よりも大きいことが好ましい。
本発明によれば、少なくとも金属ターゲットの全表面をスパッタすることができるので、成膜レートが向上し生産効率が向上する。
【００１０】
また、前記プラズマ発生領域を挟んで対向配置された複数の前記金属ターゲットを備えることもできる。
本発明によれば、２枚の金属ターゲットを用いることによってライン状成膜が可能となり、基板を搬送して成膜することにより大型基板への適応も可能となる。
【００１１】
また、前記複数の金属ターゲットの背面側に前記磁場発生手段がそれぞれ配置され、前記プラズマ発生領域を挟んで配置された前記複数の金属ターゲットの対向方向に磁界を発生させることが好ましい。
本発明によれば、対向する金属ターゲット間の空間内にプラズマを良好に閉じ込めることができるので、スパッタ効率を向上させることができる。
【００１２】
また、前記磁場発生手段が、前記金属ターゲットの面方向に沿って偏心運動することが好ましい。
本発明によれば、磁場発生手段を偏心運動させる際、該磁場発生手段の一部が常に誘電体枠部材と平面的に重なるようにすることで、その磁場も移動し、少なくとも金属ターゲットの全表面及び誘電体枠部材の一部をエロージョン領域とすることができる。
【００１３】
本発明の成膜方法は、上記した成膜装置を用いた成膜方法であって、前記金属ターゲット上及び該金属ターゲットの外周を取り囲むようにして配置される前記誘電体枠部材上に、プラズマ発生領域がかかるように磁場を発生させることを特徴とする。
本発明の成膜方法によれば、金属ターゲットの側面や表面上にスパッタ粒子が付着することを阻止することができるので、酸化膜形成による異常放電の発生が防止されて、安定した放電を維持することができる。これにより、パーティクルの発生が低減されるので成膜精度が向上する。また、装置稼働率が向上し、生産性アップに繋がる。
【００１４】
また、前記金属ターゲットに０Ｖもしくは０Ｖ近傍もしくは位相反転させた電圧を含むパルス状直流電圧を印加することが好ましい。
本発明によれば、金属ターゲットに０Ｖもしくは０Ｖ近傍もしくは位相反転させた電圧を含むパルス状直流電圧を印加することによって、エロージョンエリア以外の領域に短時間で形成される薄い酸化膜のチャージアップを防止し、より安定に放電を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である成膜装置の一実施形態を示す概略構成図である。図２（ａ）は、磁石対の平面図、図２（ｂ）は金属ターゲット、誘電体枠部材及び磁石対の位置関係を示す平面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の成膜装置１は、真空雰囲気内に配置された金属ターゲット１０上にプラズマを生成し、その生成されたプラズマによってターゲット原子を放出させ、その放出粒子をワークホルダ７に保持された基板Ｗ上に付着及び堆積させる反応性直流スパッタ法を用いた成膜装置である。この成膜装置１は、直流電源１２及び磁石対８（磁場発生手段）等を主体としたスパッタ装置３を具備する。
【００１８】
直流反応性スパッタは、直流スパッタにおいて反応性ガスを導入し、金属粒子（スパッタ粒子）を酸化させて基板Ｗ上に誘電体薄膜を形成する技術である。この技術は、直流電源１２で放電を発生させてスパッタを行うため、装置構成がシンプルで成膜レートが速いというメリットがある。
【００１９】
本実施形態の成膜装置について詳述する。
図１に示すように、本実施形態の成膜装置１は、成膜室として真空状態の維持を可能とした真空チャンバ２と、真空チャンバ２内に収容された基板Ｗの表面に無機材料からなる薄膜をスパッタ法により形成するスパッタ装置３とを備えている。
真空チャンバ２は、内部を減圧雰囲気にするための真空排気系４と、真空チャンバ２内に放電用のスパッタリングガスをその流量を調整しながら供給するための第１のガス供給手段５と、真空チャンバ２内に反応性ガスをその流量を調整しながら供給するための第２のガス供給手段６と、内部に基板を保持するためのワークホルダ７とを有してなる。
【００２０】
真空チャンバ２には真空排気系４が接続されているので、この真空排気系４が稼動すると真空チャンバ２の内部が排気されて真空雰囲気となる。その後、真空チャンバ２内に第１のガス供給手段５を通してスパッタリングガスとしてのアルゴンガス（Ａｒ）が導入され、所定の真空度に設定される。スパッタ成膜を行う対象物としての基板Ｗはこの真空雰囲気内に配置される。
【００２１】
また、スパッタ装置３は、磁石対８が配置された電極部９と、電極部９に支持され且つ金属ターゲット１０を保持するバッキングプレート１１と、電極部９を介して金属ターゲット１０に接続された直流電源１２とを有し、電圧を印加することで金属ターゲット１０の表面上にプラズマ発生領域１３を形成する。
本実施形態においては、バッキングプレート１１上に配置される金属ターゲット１０の外周を取り囲むようにして誘電体枠部材１４が配置されている。
【００２２】
電極部９は、マグネトロンカソードとして公知のもので、真空チャンバ２外に配置され直流電源１２から電力が供給される。この電極部９内には金属ターゲット１０の表面に磁界を与える磁石対８が配置されており、永久磁石、電磁石、或いはこれらを組み合わせた磁石等からなる。図２（ａ）に示すように、磁石対８は同心円状の永久磁石であって、中心磁石８Ｂとそれを取り囲む環状磁石８Ａとで極性が異なる。
【００２３】
図１に示すように、金属ターゲット１０は、電極部９に支持されたバッキングプレート１１上に配置され、基板上に形成する無機膜の構成物質を含む材料、例えばシリコンからなるものとされる。金属ターゲット１０（電極部９）には直流電源１２が接続されており、直流電源１２から電極部９を介して金属ターゲット１０に電圧が印加され、金属ターゲット１０の表面上にプラズマを発生させるようになっている。
【００２４】
金属ターゲット１０の外周を取り囲む誘電体枠部材１４は、金属ターゲット１０と同一材料を用いた酸化物素材（ＳｉＯ２）もしくは窒化物素材（ＳｉＮ）などからなり、該誘電体枠部材１４と金属ターゲット１０とでバッキングプレート１１の表面全体を覆う形状となっている。誘電体枠部材１４は、所定の厚みを有して形成され、その厚さは直流電源１２により印加された電圧がチャージアップして異常放電が発生しない厚さとされ、本実施形態においては金属ターゲット１０と同じ厚さとされている。金属ターゲット１０と同じ厚さとすることで、金属ターゲット１０の側面が誘電体枠部材１４によって覆われることになる。
なお、誘電体枠部材１４は、バッキングプレート１１と別体であっても一体に形成されていてもよい。
【００２５】
誘電体枠部材１４の背面側には、上記した磁石対８の環状磁石８Ａが、誘電体枠部材１４の内周端あるいは外周端に沿うようにして配置されている。磁石対８の環状磁石８Ａを金属ターゲット１０よりも面方向外側であって、誘電体枠部材１４と（バッキングプレート１１を介して）対向するように配置することによって、磁石対８による磁界が誘電体枠部材１４上にまで及ぶことになる。このように、金属ターゲット１０の全表面及び誘電体枠部材１４にかかるようにプラズマ発生領域１３が制御された磁場を形成することによって、少なくとも金属ターゲット１０の全表面をエロージョン領域とすることができる。
【００２６】
また、スパッタ装置３には、バッキングプレート１１を介して金属ターゲット１０を冷却するための冷却手段１６が接続されている。バッキングプレート１１には冷媒を流通させるための冷却流路（図示略）が形成されており、冷却手段１６はかかる冷却流路に対して冷媒の循環を行うことによって金属ターゲット１０の冷却を行うようになっている。
【００２７】
真空チャンバ２内には、カソードであるターゲット１０の放電領域を規制するためのシールド板１７が設けられており、カソードシースより小さくなるようにカソードとのギャップを設け、カソード周辺にアースに接続され設置される。シールド板１７は、電極部９及び誘電体枠部材１４の外周を取り囲むようにして真空チャンバ２の底部に立設されており、誘電体枠部材１４上に位置する遮蔽部１７ａに金属ターゲット１０の平面領域よりも大きい開口１７ｂが形成されている（図２（ｂ）参照）。
【００２８】
［成膜方法］
上述した構成の成膜装置１を使用して反応性直流スパッタにより基板Ｗに無機酸化膜を形成するには、まず、真空チャンバ２内を排気してスパッタ用のアルゴンガス（Ａｒ）を電極部９近傍の第１のガス供給手段５から適宜導入して圧力を調整した後、直流電源１２により直流電圧を金属ターゲット１０に印加すると、金属ターゲット１０の全面及び誘電体枠部材１４上にプラズマが発生する。導入されたアルゴンガスは、プラズマによって励起及びイオン化される。そして、プラズマ雰囲気中のアルゴンイオン等によって金属ターゲット１０及び誘電体枠部材１４がスパッタされる。また、磁石対８の磁界により、プラズマ密度の高いプラズマ発生領域１３が発生し、アルゴンイオンの金属ターゲット１０への衝突量が増加する。そして、その領域、すなわちエロージョンエリアからスパッタ粒子が飛散することになる。
【００２９】
本実施形態におけるエロージョン領域は、金属ターゲット１０の全表面及び誘電体枠部材１４の表面の一部を含む範囲である。基板Ｗの被成膜面上に飛来したスパッタ粒子は、第２のガス供給手段６から導入された酸素（Ｏ２）と反応することで、金属酸化膜を基板Ｗ上に形成することができる。本実施形態では、シリコン（Ｓｉ）を使用していることからＳｉＯ２の無機酸化膜を形成することができる。
【００３０】
なお、金属ターゲット１０には、化合して金属酸化膜を形成する各種の金属の使用が可能である。また、金属ターゲット１０の種類だけでなく、反応性ガスを適宜選択することで種々の絶縁膜を形成することができ、例えば、窒素ガスを導入することによって、基板上に金属窒化膜を形成することができる。このとき、外周に設置される誘電体材料１４は、反応性ガスと同一元素を含む金属化合物としておく必要があり、窒素ガスを用いる場合は、金属窒化物を用いる。
【００３１】
本実施形態では、金属ターゲット１０上及び誘電体枠部材１４上にプラズマ発生領域１３がかかるように磁場を発生させることができるので、少なくとも金属ターゲット１０の全表面がエロージョン領域となる。そのため、金属ターゲット１０の表面に酸化膜が形成されることがなく、異常放電の発生を極めて低くすることができる。誘電体枠部材１４上がプラズマ発生領域１３に晒されても、直流電圧下においてはプラズマプローティング電位にチャージアップはするが原理的にスパッタされるほどのバイアスが殆どかからないため、イオン拡散によるスパッタリングのみで僅かしか削れず成膜に影響は及ばない。たとえ誘電体枠部材１４がスパッタされたとしても、そのスパッタ粒子は金属ターゲット１０と同一の成分を含む金属酸化物であることから成膜への影響はない。
【００３２】
また、誘電体枠部材１４は、数ミリ以上のバルクから形成されているので、プラズマに晒されて表面がチャージアップしても絶縁破壊による異常放電は生じない。したがって、誘電体枠部材１４を設けても異常放電によるプラズマの不安定化やパーティクルの発生は起きない。また、誘電体枠部材１４によって金属ターゲット１０の側面やバッキングプレート１１上が覆われているので、これらにスパッタ粒子が付着することが防止される。
【００３３】
また、シールド板１７の下方にスパッタ粒子が廻りこんで、エロージョン領域以外の誘電体枠部材１４上に反応性スパッタによる酸化膜が形成された場合でも、成膜材料と同一の材料であることから密着性が良く膜剥がれもし難い。
【００３４】
以上により、金属ターゲット１０の側面やバッキングプレート１１上の酸化膜形成による異常放電の発生が防止されて、安定した放電を維持することができる。これにより、パーティクルの発生が低減されるので膜性能が向上する。また、装置稼働率が向上し、生産性アップに繋がる。
【００３５】
［第２実施形態の成膜装置］
図３は、本発明の第２実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
以下の説明では、先の実施形態の同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
本実施形態は、２枚の金属ターゲットを対向配置してなる対向ターゲット方式の成膜装置である。
【００３６】
図３に示すように、本実施形態の成膜装置１８は、基板Ｗを収容する真空チャンバ２と、真空チャンバ２内の基板Ｗの被成膜面に金属酸化膜を形成するスパッタ装置４０とが装置接続部２２を介して接続された構成を備えている。
【００３７】
スパッタ装置４０は、金属ターゲット１０ａ、磁石対８、電極部９、バッキングプレート１１、直流電源１２、冷却手段１６を有するプラズマ発生手段２０Ａと、金属ターゲット１０ｂ、磁石対８、電極部９、バッキングプレート１１、直流電源１２、冷却手段１６を有するプラズマ発生手段２０Ｂとを備えており、真空チャンバ２内に配置された基板Ｗの被成膜面（表面）に対して２枚の金属ターゲット１０ａ，１０ｂが垂直姿勢に保持されている。
【００３８】
各金属ターゲット１０ａ，１０ｂは、各々の外周が誘電体枠部材１４ａ、１４ｂによって取り囲まれており、金属ターゲット１０ａ，１０ｂ同士の対向面及び誘電体枠部材１４ａ，１４ｂ同士の対向面が略平行となるように設置されている。
【００３９】
各金属ターゲット１０ａ、１０ｂ（各電極部９，９）にはそれぞれ直流電源１２が接続され、各直流電源１２から供給される電力によって金属ターゲット１０ａ，１０ｂ及び誘電体枠部材１４ａ，１４ｂ同士が対向する空間にそれぞれプラズマを発生させるようになっている。
【００４０】
スパッタ装置４０は、そのプラズマ発生領域１３に放電用のアルゴンガス（Ａｒ）を流通させる第１のガス供給手段５を備えており、金属ターゲット１０ａ，１０ｂに挟まれるプラズマ発生領域１３に対して真空チャンバ２と反対側に配置された側壁部材２１に接続されている。第１のガス供給手段５から供給されるアルゴンガス（Ａｒ）は、側壁部材２１側からプラズマ発生領域１３に流入し、装置接続部２２を介して真空チャンバ２の上方に向けて流入するようになっている。一方、真空チャンバ２には、その内部に反応性ガスとして酸素（Ｏ２）を供給するための第２のガス供給手段６が備えられており、基板Ｗの近傍に酸素（Ｏ２）が流入するようになっている。
【００４１】
また、各シールド板１７は、第１の実施形態と同じように、各誘電体枠部材１４ａ，１４ｂの外周を取り囲むようにして配置されており、遮蔽部１７ａの端部が誘電体枠部材１４ａ，１４ｂ上に位置している。すなわち、シールド板１７の開口１７ｂが、金属ターゲット１０ａ，１０ｂの平面領域よりも大きくなっている
【００４２】
なお、本実施形態においても、各電極部９に接続された冷却手段１６によって、各電極部９内に形成される冷却流路Ｒに対して冷媒の循環を行う構成となっており、バッキングプレート１１，１１を介して各金属ターゲット１０ａ，１０ｂを所望の温度に冷却する。
【００４３】
［成膜方法］
本実施形態の成膜装置１８により基板Ｗ上に金属酸化膜を形成するには、図３に示すように、第１のガス供給手段５からアルゴン（Ａｒ）ガスを導入しながら、金属ターゲット１０ａ及び金属ターゲット１０ｂに直流電力を供給することで、これら２枚の金属ターゲット１０ａ，１０ｂに挟まれる空間にプラズマを発生させる。具体的には、各金属ターゲット１０ａ，１０ｂの全表面と各誘電体枠部材１４ａ，１４ｂの表面の一部にプラズマ発生領域１３がかかるようにそれぞれ磁場を発生させ、プラズマ雰囲気中のアルゴンイオン等を各金属ターゲット１０ａ，１０ｂに衝突させることで、各金属ターゲット１０ａ，１０ｂから成膜材料（シリコン）をスパッタ粒子としてたたき出す。
【００４４】
第１のガス供給手段５からアルゴンガスを導入してプラズマを発生した後、真空チャンバ２内に第２のガス供給手段６から酸素ガスを導入する。そして、スパッタ装置４０側から飛来したスパッタ粒子と、基板Ｗの近傍に設けられた第２のガス供給手段６から供給された酸素ガスとを基板Ｗの被成膜面上で反応させることで、金属酸化物からなる薄膜を基板Ｗ上にそれぞれ形成するようになっている。
【００４５】
このように、本実施形態においても、上記第１の実施形態同様の作用効果を得ることができる。本実施形態では、２枚の金属ターゲット１０ａ，１０ｂを用いることによってライン状成膜が可能となり、基板を搬送して成膜することにより大型基板への適応も可能となる。また、金属ターゲット１０ａ，１０ｂ同士の間隔を狭くすることにより、スパッタ装置４０から装置接続部２２を解して対向するターゲット方位に関して放出されるスパッタ粒子の指向性を高めることができるので、形成される金属酸化膜の成膜品質を向上させることができる。
【００４６】
［第３実施形態の成膜装置］
図４は、本発明の第３実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
以下の説明では、先の実施形態の同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
本実施形態は、第２実施形態同様に、２枚の金属ターゲットを対向配置してなる対向ターゲット方式の成膜装置であるが、磁場発生手段の構成において異なる。
【００４７】
図４に示すように、本実施形態のスパッタ装置５０における各プラズマ発生手段２５Ａ，２５Ｂには、金属ターゲット１０ａ，１０ｂの外周端に沿うような環状の磁石からなる磁場発生手段２６ａ，２６ｂが設けられている。第１の磁場発生手段２６ａは誘電体枠部材１４ａの背面側に配置され、第２の磁場発生手段２６ｂは誘電体枠部材１４ｂの背面側に配置されている。したがって、第１の磁場発生手段２６ａと第２の磁場発生手段２６ｂとは、対向配置された金属ターゲット１０ａ，１０ｂの周縁部外側において互いに対向配置されている。
なお、これら第１の磁場発生手段２６ａと第２の磁場発生手段２６ｂとの極性は異なっている。
【００４８】
成膜動作に際して、これら対向する磁場発生手段２６ａ，２６ｂによって金属ターゲット１０ａ，１０ｂを取り囲む磁場が形成される。そのため、本実施形態の成膜装置２７では、かかる磁界によってプラズマに含まれる電子を捕捉ないし反射させることができるので、対向する金属ターゲット１０ａ，１０ｂの間の空間内にプラズマを良好に閉じ込めることができる。
【００４９】
［第４実施形態の成膜装置］
図５は、本発明の第４実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
以下の説明では、先の実施形態の同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図５に示すように、本実施形態はマグネットスキャン式の成膜装置３０であって、同心円状にＮ極、Ｓ極を配置した円状の磁場発生手段３２をスパッタ装置６０に備える。
【００５０】
磁場発生手段３２は電極部９（金属ターゲット１０）の中心より偏って配置され、少なくとも環状の磁石３１が金属ターゲット１０の周縁部よりも外側、すなわち誘電体枠部材１４の背面側となるように配置されている。このような磁場発生手段３２は、複数の磁石３１を金属ターゲット１０の面方向（図中の矢印で示す方向）に沿って偏心運動できるように構成されている。
【００５１】
成膜動作を行う際には磁場発生手段３２を偏心運動させることになるが、このとき、磁場発生手段３２を構成する環状の磁石３１の一部が、常に誘電体枠部材１４と平面的に重なるように偏心運動をさせる。このように、複数の磁石３１を、金属ターゲット１０に対して相対的に偏心移動させることでその磁場も移動し、少なくとも金属ターゲット１０の全表面及び誘電体枠部材１４の一部をエロージョン領域とすることができる。
【００５２】
なお、磁石３１の形状は、上記した形状に限ったものではなく、同心円状のマグネット構造ではなく、四角状などの複数の磁石の組み合わせによって長円状としてもよい。
【００５３】
以上述べたように、本発明によれば、金属ターゲット１０の全表面及び誘電体枠部材１４上にプラズマ発生領域１３がかかるように磁場を形成することによって、少なくとも金属ターゲット１０の全表面をエロージョンエリアとすることができる。そのため、金属ターゲット１０の表面にスパッタ粒子（酸化物）が堆積することが防止される。また、金属ターゲット１０の外周を取り囲む誘電体枠部材１４によって、金属ターゲット１０の側面やバッキングプレート１１上にスパッタ粒子（酸化物）が堆積することが防止される。このように、所定の厚さを有した誘電体枠部材１４を設けることにより、エロージョンエリア以外の部分に堆積する酸化物のチャージアップを防止することができる。また、金属ターゲット１０やバッキングプレート１１に対する酸化物の堆積を抑制して異常放電を防止し、プラズマを安定させることとなる。
【００５４】
したがって、膜質均一性が向上し、パーティクルを減少させることができる。また、金属ターゲット１０の表面全体がエロージョン領域となることから成膜速度が向上する。
さらに、スパッタ率の低い酸化物の堆積が抑制されるため成膜速度の低下を防止できるなどの効果を発揮する。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５６】
上記実施形態においては、ターゲット形状を円状とし、磁石対の形状を同心円状としたが、磁石対のうち一方の磁石を細棒状とし、これを取り囲む他方の磁石を矩形枠状としても良い。また、ターゲットは四角であって、磁石形状もそれに準じた構造としても構わない。
また、直流電源１２の他に高周波電源を設けるようにしても良い。直流電圧に加えて高周波電圧を同時に印加することにより、酸化物のチャージアップを防止してプラズマを安定化することができる。
また、金属ターゲット１０と電極部９との間に直流電圧をパルス状に印加しても良い。これにより、エロージョンエリア以外の領域に酸化膜が形成されたとしても、その酸化膜のチャージアップを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態の成膜装置の全体構成図。
【図２】（ａ）磁石対の平面図、（ｂ）金属ターゲット、誘電体枠部材及び磁石対の位置関係を示す平面図。
【図３】第２実施形態の成膜装置の全体構成図。
【図４】第３実施形態の成膜装置の全体構成図。
【図５】第４実施形態の成膜装置の全体構成図。
【図６】第４実施形態における磁場発生手段を示す平面図。
【符号の説明】
【００５８】
１，１８，２７，３０…成膜装置、１２…直流電源、１４，１４ａ，１４ｂ…誘電体枠部材、９…電極部、１３…プラズマ発生領域、１０，１０ａ，１０ｂ…金属ターゲット、８…磁石対（磁場発生手段）、８Ａ…中心磁石、８Ｂ…環状磁石、１６…冷却手段、１７…シールド板、１７ｂ…開口、２６ａ，２６ｂ…磁場発生手段、３１…磁石、３２…磁場発生手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性直流型の成膜装置において、
直流電源と、
前記直流電源に接続される金属ターゲットと、
前記金属ターゲットの外周を取り囲むようにして配置される誘電体枠部材と、
前記金属ターゲットの背面側に配置される電極部と、
前記金属ターゲット及び前記誘電体枠部材の背面側に配置される磁場発生手段と、を有し、
前記磁場発生手段の少なくとも一部が前記誘電体枠部材に沿うように配置されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記誘電体枠部材の厚みは、放電中に誘電体上にチャージアップされ絶縁破壊を起こさない厚さであることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記誘電体枠部材は、前記金属ターゲットと同一の成分を含む金属酸化物もしくは金属窒化物からなることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記誘電体枠部材上であってプラズマ発生領域の外側にシールド板が配置され、
前記プラズマ発生領域が前記金属ターゲットの平面領域よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記プラズマ発生領域を挟んで対向配置された複数の前記金属ターゲットを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記複数の金属ターゲットの背面側に前記磁場発生手段がそれぞれ配置され、
前記プラズマ発生領域を挟んで配置された前記複数の金属ターゲットの対向方向に磁界を発生させることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
【請求項７】
前記磁場発生手段が、前記金属ターゲットの面方向に沿って偏心運動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置を用いた成膜方法であって、
前記金属ターゲット上及び該金属ターゲットの外周を取り囲むようにして配置される前記誘電体枠部材上に、プラズマ発生領域がかかるように磁場を発生させることを特徴とする成膜方法。
【請求項９】
前記金属ターゲットに０Ｖもしくは０Ｖ近傍もしくは位相反転させた電圧を含むパルス状直流電圧を印加することを特徴とする請求項８記載の成膜方法。
【請求項１】
反応性直流型の成膜装置において、
直流電源と、
前記直流電源に接続される金属ターゲットと、
前記金属ターゲットの外周を取り囲むようにして配置される誘電体枠部材と、
前記金属ターゲットの背面側に配置される電極部と、
前記金属ターゲット及び前記誘電体枠部材の背面側に配置される磁場発生手段と、を有し、
前記磁場発生手段の少なくとも一部が前記誘電体枠部材に沿うように配置されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記誘電体枠部材の厚みは、放電中に誘電体上にチャージアップされ絶縁破壊を起こさない厚さであることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記誘電体枠部材は、前記金属ターゲットと同一の成分を含む金属酸化物もしくは金属窒化物からなることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記誘電体枠部材上であってプラズマ発生領域の外側にシールド板が配置され、
前記プラズマ発生領域が前記金属ターゲットの平面領域よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記プラズマ発生領域を挟んで対向配置された複数の前記金属ターゲットを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記複数の金属ターゲットの背面側に前記磁場発生手段がそれぞれ配置され、
前記プラズマ発生領域を挟んで配置された前記複数の金属ターゲットの対向方向に磁界を発生させることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
【請求項７】
前記磁場発生手段が、前記金属ターゲットの面方向に沿って偏心運動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置を用いた成膜方法であって、
前記金属ターゲット上及び該金属ターゲットの外周を取り囲むようにして配置される前記誘電体枠部材上に、プラズマ発生領域がかかるように磁場を発生させることを特徴とする成膜方法。
【請求項９】
前記金属ターゲットに０Ｖもしくは０Ｖ近傍もしくは位相反転させた電圧を含むパルス状直流電圧を印加することを特徴とする請求項８記載の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１９１３４０（Ｐ２００９−１９１３４０Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３５６４３（Ｐ２００８−３５６４３）
【出願日】平成２０年２月１８日（２００８．２．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１８日（２００８．２．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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