成膜装置及び成膜方法
【課題】予備スパッタの安定化を図ることにより膜質や膜厚制御性を向上させた成膜装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】シャッタ板１５は、回動経路Ｒに設けられてターゲット１８とシャッタ板１５との間にターゲット１８を遮蔽するための遮蔽面１５Ｕを有し、また、回動経路Ｒに設けられてターゲット１８とシャッタ板１５との間に基板Ｓ側に向かって凹設された凹部１５Ｂとを有する。そして、シャッタ板１５は、ターゲット１８のプレスパッタを実行するとき、その凹部１５Ｂとターゲット１８とを対向させ、ターゲット１８の本スパッタを実行するとき、その開口１５Ａとターゲット１８とを対向させる。
【解決手段】シャッタ板１５は、回動経路Ｒに設けられてターゲット１８とシャッタ板１５との間にターゲット１８を遮蔽するための遮蔽面１５Ｕを有し、また、回動経路Ｒに設けられてターゲット１８とシャッタ板１５との間に基板Ｓ側に向かって凹設された凹部１５Ｂとを有する。そして、シャッタ板１５は、ターゲット１８のプレスパッタを実行するとき、その凹部１５Ｂとターゲット１８とを対向させ、ターゲット１８の本スパッタを実行するとき、その開口１５Ａとターゲット１８とを対向させる。
【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】
半導体デバイスや磁気デバイスの製造工程では、スパッタリングターゲット（以下単に、ターゲットという。）をイオンによりスパッタしてターゲットから飛散するスパッタ粒子を基板表面に堆積させることにより薄膜を成膜する成膜装置としてのスパッタ装置が広く利用されている。こうしたスパッタ装置においては、一つのスパッタ空間で異なる成膜プロセスを実行する場合、ターゲットの表面にターゲット材料と異なる物質を付着させてしまう。ターゲットに付着する付着物は、スパッタ処理を実行するたびに飛散するため、異なるプロセス間で汚染（以下単に、クロスコンタミネーションという。）を招いてしまう。そこで、上記スパッタ装置では、従来から、こうしたクロスコンタミネーションを回避するための各種の提案がなされている。
【０００３】
特許文献１は、基板ステージとターゲットとの間に、成膜空間を区画するためのドーム状の遮蔽手段を回動自在に配設し、成膜空間に残存する汚染物質をターゲットに対して遮蔽する。そして、スパッタ装置は、ターゲットをスパッタするときに遮蔽手段を回動し、遮蔽手段の開口をターゲットに対向させてターゲットに対する遮蔽を解除する。これにより、特許文献１は、プロセス間におけるクロスコンタミネーションを回避させ、各成膜プロセスにおける膜特性の安定化を図ることができる。
【０００４】
スパッタ装置には、複数のターゲットを搭載して複数の異なる膜種を積層する、あるいは多成分系の膜種を成膜する多元スパッタ装置が知られている。多元スパッタ装置では、複数の異なるターゲット材料を一つのスパッタ空間に共存させるため、ターゲット間のクロスコンタミネーションの虞がある。そこで、多元スパッタ装置では、従来から、複数のターゲットと基板との間に上記遮蔽手段としてのシャッタ板を設け、シャッタ板の開口と対向するターゲットのみを選択的にスパッタすることにより、ターゲット間のクロスコンタミネーションを回避させている。
【特許文献１】特開２００６−３０７３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スパッタ装置では、成膜初期におけるターゲット表面の清浄化を図るため、本スパッタを実行する前に予備スパッタ（以下単に、プレスパッタという。）を実行する。予備スパッタとは、ターゲットに対してスパッタ処理を施し、基板に対してスパッタ粒子を堆積させることなくターゲットの表層をスパッタするものである。これにより、スパッタ装置では、基板上に薄膜を形成することなく、ターゲット表面の清浄化を図ることができ、成膜初期のターゲット状態を安定化させることができる。ひいては、基板上に形成される薄膜の膜質や膜厚に関する再現性を向上させることができる。
【０００６】
プレスパッタを実行する場合、ターゲット前をシャッタ板で遮蔽した状態で放電を開始する、すなわち、ターゲットよりも大きな板状の構造物をターゲットに対して対向させて放電を開始する。そのため、プレスパッタ時の放電状態は、成膜時の放電状態に比べて、カソード／アノード比率に大きな差異を有して、プラズマのインピーダンスも大きく異なり、また０．２Ｐａ未満の低い圧力領域では放電安定性が良くない。特に、上記シャッタを用いる場合、クロスコンタミネーションを抑えるために、シャッタ板とターゲットとの間の距離が極めて狭く設定されるため、本スパッタ時のインピーダンスとプレスパッタ時
のインピーダンスとの間に、極めて大きな差異を生じてしまう。この結果、上記スパッタ装置では、プレスパッタ時の放電状態、すなわち、ターゲットの清浄化の度合いにバラツキを来たして、薄膜の膜質や膜厚に関して再現性を損なう虞がある。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、予備スパッタの安定化を図ることにより膜質や膜厚制御性を向上させた成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の成膜装置は、開口を有して基板上で回動するシャッタ板と、前記シャッタ板上に配設されて前記開口の回動経路と対向するターゲットとを有する成膜装置であって、前記シャッタ板は、前記回動経路に設けられて、前記ターゲットと前記シャッタ板との間の距離が前記ターゲットを遮蔽するための第１の距離からなる遮蔽部と、前記回動経路に設けられて、前記ターゲットと前記シャッタ板との間の距離が前記第１の距離より大きい第２の距離からなる予備スパッタ部とを有すること、を要旨とする。
【０００９】
請求項１に記載の成膜装置によれば、ターゲットは、シャッタ板の遮蔽部と対向するときに遮蔽され、シャッタ板の予備スパッタ部と対向するときに予備スパッタを可能にする。したがって、本成膜装置は、シャッタ板を回動するだけで、ターゲットに対する遮蔽、予備スパッタ、及び本スパッタをそれぞれ選択的に実行することができる。よって、本成膜装置は、ターゲットの汚染を抑制することができ、かつ、ターゲットの予備スパッタを円滑に実行することができる。この結果、本成膜装置は、本スパッタを円滑に実行することができ、ひいては、薄膜の膜質や膜厚制御性を向上させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の成膜装置は、請求項１に記載の成膜装置であって、前記回動経路と対向する複数のターゲットを有し、前記開口は、前記複数のターゲットの各々と選択的に対向し、前記予備スパッタ部は、前記複数のターゲットの各々と選択的に対向することを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の成膜装置によれば、複数のターゲットの各々は、遮蔽部と対向するときに遮蔽され、予備スパッタ部と対向するときに予備スパッタを可能にする。そして、複数のターゲットの各々は、開口と対向するときに本スパッタを可能にする。したがって、この成膜装置は、シャッタ板を回動するだけで、複数のターゲットの各々に対して、遮蔽、予備スパッタ、及び本スパッタをそれぞれ選択的に実行することができる。よって、本成膜装置は、ターゲット間の汚染を抑制することができ、かつ、複数のターゲットの各々を選択的に予備スパッタすることができる。この結果、本成膜装置は、本スパッタを円滑に実行することができ、ひいては、複数のターゲットを用いて成膜する薄膜の膜質や膜厚制御性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の成膜装置は、請求項２に記載の成膜装置であって、前記シャッタ板は、一つの前記ターゲットと対向する位置に前記開口を有し、他の前記ターゲットと対向する位置に前記予備スパッタ部を有することを要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載の成膜装置によれば、一つのターゲットが開口を介して本スパッタを実行するとき、他のターゲットが予備スパッタを実行することができる。したがって、この成膜装置は、本スパッタと予備スパッタとを並行して処理することができる、よって、この成膜装置は、薄膜の膜質や膜厚制御性を、高いスループットの下で向上させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の成膜装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の成膜装置であって、前記シャッタ板は、前記開口に並設された前記予備スパッタ部を有することを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の成膜装置によれば、開口と予備スパッタ部とが並設されるため、選択されるターゲットは、開口と対向する直前に予備スパッタ部と対向することができる。したがって、選択されるターゲットは、本スパッタを実行する直前に予備スパッタを実行することができる。よって、この成膜装置は、薄膜の膜質や膜厚制御性を、より確実に向上させることができる。
【００１６】
請求項５に記載の成膜装置は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の成膜装置であって、前記予備スパッタ部は、前記遮蔽部に設けられた凹部であることを要旨とする。
請求項５に記載の成膜装置によれば、ターゲットは、予備スパッタを実行するとき、その基板の側を遮蔽部で囲まれる。したがって、この成膜装置は、ターゲットを予備スパッタするとき、ターゲットの汚染を、より効果的に抑えることができる。
【００１７】
請求項６に記載の成膜装置は、請求項１〜５のいずれか１つに記載の成膜装置であって、前記ターゲットの外周を囲うシールドを有し、前記予備スパッタ部は、前記シールドの内径と同じ内径を有して前記遮蔽部に設けられた円筒状凹部であることを要旨とする。
【００１８】
請求項６に記載の成膜装置によれば、ターゲットは、予備スパッタを実行するとき、自身の基板側を、シールドと円筒状凹部（予備スパッタ部）とによって覆うことができる。したがって、この成膜装置は、予備スパッタを実行するときに、ターゲットの汚染を、より確実に抑えることができる。よって、この成膜装置は、薄膜の膜質や膜厚制御性を、より確実に向上させることができる。
【００１９】
上記目的を達成するため、請求項７に記載の成膜方法は、開口を有するシャッタ板を基板上で回動し、前記開口の回動経路上に配設されたターゲットに対して前記開口を対向させ、前記開口を介して前記ターゲットをスパッタすることにより前記基板に薄膜を形成する成膜方法であって、前記シャッタ板における前記回動経路に設けられて前記ターゲットとの間に前記ターゲットを遮蔽するための第１の距離を有する遮蔽部を前記ターゲットに対向させることによって前記ターゲットを遮蔽する工程と、前記シャッタ板における前記回動経路に設けられて前記ターゲットとの間に前記第１の距離より大きい第２の距離を有する予備スパッタ部を前記ターゲットに対向させることによって前記ターゲットを予備スパッタする工程と、前記予備スパッタした前記ターゲットに前記開口を対向させて前記ターゲットを本スパッタすることにより前記基板に薄膜を形成する工程とを有する、ことを要旨とする。
【００２０】
請求項７に記載の成膜方法によれば、ターゲットと遮蔽部とを対向させることにより、該ターゲットが遮蔽され、シャッタ板を回動して該ターゲットと予備スパッタ部とを対向させることにより、該ターゲットが予備スパッタされる。したがって、本成膜方法は、シャッタ板を回動するだけで、複数のターゲットの各々の遮蔽を行うことができるため、ターゲット間の汚染を抑制することができる。そして、本成膜方法は、複数のターゲットの各々の予備スパッタと、本スパッタとを円滑に実行することができ、ひいては、薄膜の膜質や膜厚制御性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記したように、本発明によれば、予備スパッタの安定化を図ることにより膜質や膜厚制御性を向上させた成膜装置及び成膜方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。図１は、成膜装置としてのスパッタ装置１０を模式的に示す側断面図であり、図２は、シャッタ板１５を示す斜視図である。
【００２３】
図１において、スパッタ装置１０は、真空ポンプ等からなる排気系ＰＵに連結された真空槽（チャンバ本体１１）を有し、外部から搬送される基板Ｓをチャンバ本体１１の内部に搬入する。基板Ｓとしては、例えば、円盤状のシリコン基板、ガラス基板、ＡｌＴｉＣ基板等を用いることができる。
【００２４】
チャンバ本体１１には、スパッタガスを供給するためのガス供給系１２が連結され、ガス供給系１２からの所定流量のスパッタガスが供給される。スパッタガスとしては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等を用いることができる。また、スパッタガスとしては、窒素や一酸化炭素等の反応ガスを含む構成であっても良い。
【００２５】
チャンバ本体１１の内部には、基板Ｓを載置するための円盤状の基板ホルダ１３が配設され、基板ホルダ１３は、チャンバ本体１１に搬入される基板Ｓを位置決め固定する。基板ホルダ１３は、チャンバ本体１１の下方に配設されるホルダモータＭＨの駆動軸に連結され、ホルダモータＭＨからの駆動力を受けることにより、基板Ｓの中心を回動中心にして基板Ｓを回転させる。本実施形態では、基板Ｓの中心を含む鉛直線を中心軸線Ｃという。
【００２６】
チャンバ本体１１の内部には、基板ホルダ１３の外周面やチャンバ本体１１の内周面を覆う複数の防着板１４が配設され、複数の防着板１４の各々は、基板ホルダ１３の外周面やチャンバ本体１１の内壁に対し、スパッタ粒子の付着を抑える。
【００２７】
チャンバ本体１１の内部には、基板ホルダ１３の上方を覆うドーム状のシャッタ板１５が配設されている。シャッタ板１５は、チャンバ本体１１の内部空間（以下単に、成膜空間１１Ｓという。）を上下方向に区画する板材であって、成膜空間１１Ｓを上下方向に貫通する円形孔（以下単に、開口１５Ａという。）と、基板Ｓに向けて凹設された有底円筒状凹部（以下単に、凹部１５Ｂという。）とを有する。シャッタ板１５は、チャンバ本体１１の上方に配設されるシャッタモータＭＳの駆動軸に連結され、シャッタモータＭＳからの駆動力を受けることにより、中心軸線Ｃを回動中心にして回動する。
【００２８】
なお、図１においては、シャッタ板１５の全体を説明する便宜上、開口１５Ａと凹部１５Ｂの配置位置を模式的に示すが、図２に示すように、本実施形態の開口１５Ａと凹部１５Ｂとは、それぞれシャッタ板１５に並設されている。本実施形態では、シャッタ板１５の回動に伴って移動する開口１５Ａの軌跡を、回動経路Ｒ（図３参照）という。
【００２９】
チャンバ本体１１の上側には、複数のカソード１６が搭載されている。複数のカソード１６の各々は、それぞれバッキングプレート１７と、バッキングプレート１７の基板Ｓ側に搭載されるターゲット１８と、バッキングプレート１７を挟んでターゲット１８と対向する磁気装置ＡＭとを有している。
【００３０】
各バッキングプレート１７は、それぞれ対応するターゲット１８を支持固定し、各ターゲット１８をチャンバ本体１１の上部に位置決め固定する。各バッキングプレート１７は、それぞれ外部電源Ｇに接続され、外部電源Ｇからの所定の直流あるいは交流電力をターゲット１８に供給する。
【００３１】
各ターゲット１８は、それぞれ円盤状に形成され、基板Ｓの表面Ｓａ（本実施形態では
、水平面）に対して傾斜した内表面（以下単に、ターゲット面１８ａという。）を有する。各ターゲット１８のターゲット面１８ａは、シャッタ板１５が回動するとき、開口１５Ａあるいは凹部１５Ｂと対向する位置に配設されている。本実施形態では、各ターゲット面１８ａの法線を、それぞれターゲット軸線Ａ１とし、各ターゲット軸線Ａ１と中心軸線Ｃとのなす角度を、傾斜角という。
【００３２】
なお、図１においては、複数のカソード１６を説明する便宜上、２つターゲット１８の配置位置を模式的に示すが、図３（ｂ）に示すように、本実施形態では、３つのターゲット１８が回動経路Ｒと対向する位置に所定角度（本実施形態では、１２０°：以下単に、回動角θという。）で等配されている。
【００３３】
各ターゲット１８の外周には、それぞれターゲット１８の全周にわたってリング状に形成されるアースシールド１９が配設されている。各アースシールド１９は、それぞれターゲット１８の全周にわたりターゲット軸線Ａ１に沿って延びる凸部１９ａを有し、ターゲット面１８ａの全体を、シャッタ板１５の遮蔽面１５Ｕ（図２参照）と凸部１９ａとによって覆う。凸部１９ａと遮蔽面１５Ｕとの間の距離は、ターゲット１８を成膜空間１１Ｓに対して遮蔽するための距離（例えば、数ｍｍ）である。
【００３４】
各磁気装置ＡＭは、それぞれバッキングプレート１７と対向する磁気回路ＳＭを有し、磁気回路ＳＭは、バッキングプレート１７を挟んで対向するターゲット１８のターゲット面１８ａにマグネトロン磁場を形成する。各磁気回路ＳＭは、それぞれ回動モータＭＲの駆動軸に連結され、対応する回動モータＭＲからの駆動力を受けることにより、対向するターゲット面１８ａの周方向に回動し、該ターゲット面１８ａに沿って所望のマグネトロン磁場を形成する。
【００３５】
次に、上記開口１５Ａ、凹部１５Ｂ、及びターゲット１８について以下に詳述する。図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれシャッタ板１５及び各ターゲット１８を基板Ｓから見た図である。図４（ａ）、シャッタ板１５を基板Ｓから見た平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線端面図であって開口１５Ａを示す図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線端面図であって凹部１５Ｂを示す図である。
【００３６】
図３（ａ）において、シャッタ板１５の内側面１５Ｉには、中心軸線Ｃを中心とする略円環状の回動経路Ｒ（図３に示す二点鎖線）が仮想的に区画されている。回動経路Ｒは、中心軸線Ｃを中心にして回動する開口１５Ａの経路である。
【００３７】
回動経路Ｒにあって開口１５Ａの近傍には、凹部１５Ｂが並設されている。凹部１５Ｂは、開口１５Ａの内径と共通する直径（以下単に、開口径Ｄという。）を有する。この凹部１５Ｂは、シャッタ板１５が図３（ａ）の矢印方向に回動するとき、回動経路Ｒに沿って回動し、開口１５Ａは、その凹部１５Ｂに追従して回動する。
【００３８】
本実施形態では、この回動経路Ｒにある遮蔽面１５Ｕが遮蔽部を構成し、回動経路Ｒにある凹部１５Ｂが予備スパッタ部を構成する。すなわち、本実施形態では、予備スパッタ部が、遮蔽部により囲まれている。
【００３９】
図３（ｂ）において、３つのターゲット１８の各ターゲット面１８ａは、それぞれ回動経路Ｒと対向する部に等配されている。これら３つターゲット面１８ａは、シャッタ板１５が図３（ａ）の矢印方向に回動するとき、それぞれターゲット軸線Ａ１上で凹部１５Ｂと対向するまで、シャッタ板１５の遮蔽面１５Ｕ（図２参照）と対向し、凹部１５Ｂと対向した直後に、開口１５Ａと対向する。
【００４０】
図３（ｂ）において、３つアースシールド１９の凸部１９ａは、それぞれターゲット１８の全周にわたるリング状を呈し、その内径が開口径Ｄで形成されている。これら３つ凸部１９ａは、シャッタ板１５が図３（ａ）の矢印方向に回動するとき、それぞれターゲット軸線Ａ１上で凹部１５Ｂと対向するまで、シャッタ板１５の遮蔽面１５Ｕと対向する。この間、凸部１９ａは、該凸部１９ａに囲まれるターゲット面１８ａを、アースシールド１９と遮蔽面１５Ｕとによって覆い、ターゲット面１８ａを成膜空間１１Ｓに対して遮蔽する。
【００４１】
３つの凸部１９ａは、シャッタ板１５が図３（ａ）の矢印方向に回動するとき、それぞれ異なるタイミングで凹部１５Ｂと対向する。この際、凸部１９ａは、該凸部１９ａに囲まれるターゲット面１８ａを、アースシールド１９と凹部１５Ｂとによって覆い、ターゲット面１８ａを成膜空間１１Ｓに対して遮蔽する。このとき、ターゲット面１８ａは、凹部１５Ｂの容積の分だけ広い空間で遮蔽される。
【００４２】
３つの凸部１９ａは、シャッタ板１５が図３（ａ）の矢印方向に回動するとき、それぞれ異なるタイミングで開口１５Ａと対向する。この際、凸部１９ａは、該凸部１９ａに囲まれるターゲット面１８ａを、成膜空間１１Ｓに開放する。
【００４３】
図４（ｂ）は、ターゲット１８と開口１５Ａとが対向する状態を示す。図４（ｂ）において、ターゲット１８は、該ターゲット１８に対応するカソード１６が駆動するとき、該ターゲット１８からのスパッタ粒子を基板Ｓに向けて飛散させる。この際、成膜に寄与するスパッタ粒子の殆どは、開口１５Ａの内縁と基板Ｓの外縁とを結ぶ部を飛行する。本実施形態では、開口１５Ａの内縁と基板Ｓの外縁とを結ぶ３次元の空間を、堆積空間Ｆという。
【００４４】
図４（ｃ）は、ターゲット１８と凹部１５Ｂとが対向する状態を示す。図４（ｃ）において、ターゲット１８は、アースシールド１９と凹部１５Ｂとにより覆われる。ターゲット１８は、アースシールド１９の凸部１９ａの内径と凹部１５Ｂの内径とが共通する開口径Ｄで形成されるため、成膜空間１１Ｓに対して、より確実に遮蔽される。ターゲット１８は、該ターゲット１８に対応するカソード１６が駆動するとき、該ターゲット１８と凹部１５Ｂとの間で放電を開始する。この際、ターゲット１８は、自身とシャッタ板１５との間の距離を凹部１５Ｂの深さ分だけ広げるため、遮蔽面１５Ｕと対向する場合に比べて、円滑かつ安定にプラズマを生成する。ターゲット１８からのスパッタ粒子は、アースシールド１９と凹部１５Ｂとによって囲まれる空間に飛散する。すなわち、ターゲット１８からのスパッタ粒子は、その殆どが成膜空間１１Ｓに飛散することなく、凹部１５Ｂの底部に堆積する。
【００４５】
本実施形態では、凹部１５Ｂの深さを、放電ギャップＨという。放電ギャップＨとは、ターゲット１８と凹部１５Ｂとの間の圧力やターゲット１８と凹部１５Ｂとの間のガス種等に応じて決定されるものであって、該ターゲット１８の放電を円滑に開始するための距離である。また、放電ギャップＨとは、凹部１５Ｂの底部を堆積空間Ｆに侵入させない距離、すなわち、成膜に寄与するスパッタ粒子の飛行を凹部１５Ｂの底部により阻害しない距離である。
【００４６】
スパッタ装置１０は、基板Ｓに対して成膜処理を開始するとき、まず、チャンバ本体１１の内部に基板Ｓを搬入し、基板Ｓを基板ホルダ１３に載置して回転させる。また、スパッタ装置１０は、ガス供給系１２からのスパッタガスを成膜空間１１Ｓに導入して成膜空間１１Ｓの圧力を所定圧力に調整する。
【００４７】
次いで、スパッタ装置１０は、シャッタ板１５を回動することにより、選択するターゲ
ット１８（以下単に、選択ターゲットという。）と凹部１５Ｂとを対向させ、かつ、選択しないターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させる。これにより、スパッタ装置１０は、選択ターゲットのみを選択的に凹部１５Ｂで遮蔽し、他の２つのターゲット１８を遮蔽面１５Ｕで遮蔽する。
【００４８】
そして、スパッタ装置１０は、選択ターゲットに対応するカソード１６を駆動して、選択ターゲットのターゲット面１８ａにマグネトロン磁場を形成するとともに、該ターゲット面１８ａに所定の直流あるいは交流電圧を印加する。これにより、スパッタ装置１０は、選択ターゲットのターゲット面１８ａと凹部１５Ｂとの間でのみ放電を開始し、円滑かつ安定した状態で該ターゲット面１８ａのプレスパッタを実行する。プレスパッタを実行する間、該ターゲット面１８ａからのスパッタ粒子は、その殆どが成膜空間１１Ｓに飛散することなく、凹部１５Ｂの底部に堆積するため、他の２つのターゲット１８との間のクロスコンタミネーションを回避させることができる。
【００４９】
スパッタ装置１０は、所定のプロセス時間だけプレスパッタを実行すると、カソード１６を停止し、シャッタ板１５を回動することにより、選択ターゲットと対向する位置から凹部１５Ｂを退避させ、選択ターゲットと開口１５Ａとを対向させる。また、選択しないターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させる。これにより、スパッタ装置１０は、選択ターゲットのターゲット面１８ａのみを成膜空間１１Ｓに開放し、他の２つのターゲット１８を遮蔽面１５Ｕで遮蔽する。この際、スパッタ装置１０は、凹部１５Ｂと開口１５Ａとが並設される分だけ、シャッタ板１５の回動角を小さくすることができ、シャッタ板１５の開閉動作を短時間で実行ことができる。
【００５０】
そして、スパッタ装置１０は、選択ターゲットに対応するカソード１６を駆動して、選択ターゲットのターゲット面１８ａに再びマグネトロン磁場を形成するとともに、該ターゲット面１８ａに所定の直流あるいは交流電圧を再び印加する。これにより、スパッタ装置１０は、選択ターゲットのターゲット面１８ａと成膜空間１１Ｓとの間で放電を開始し、清浄化されたターゲット面１８ａを用いて本スパッタを実行する。本スパッタを実行する間、他の２つのターゲット１８がシャッタ板１５により遮蔽されるため、選択ターゲットからのスパッタ粒子は、ターゲット１８間のクロスコンタミネーションを回避させることができる。
（実施例１）
以下の条件の下でターゲット１８と凹部１５Ｂとを対向させてプレスパッタを実行し、プレスパッタ時における直流放電電圧を実施例１として計測した。実施例１の直流放電電圧は、放電の開始時から２〜３秒後に約２〜５Ｖ低下した。このプレスパッタにより、ターゲット面１８ａの清浄化が認められ、プレスパッタを円滑かつ安定に実行できることが認められた。
（プレスパッタ条件）
・ターゲット：Ｃｕターゲット
・スパッタ時間：３０秒
・スパッタ直流電力：３００Ｗ
・スパッタ圧力：０．０２Ｐａ〜０．０６Ｐａ
なお、ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させて他の条件を実施例１と同じくすることにより直流放電電圧の計測を試みたが、十分な放電現象を得ることができなかった。ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させる場合、放電現象を得るためには、スパッタ圧力を少なくとも０．２Ｐａ以上に変更しなければならず、本スパッタのスパッタ圧力と大きく異なる圧力を要し、プレスパッタと本スパッタとの間に大きな圧力変動を来たしてしまう。すなわち、ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させるプレスパッタでは、初期膜の不安定化を招いてしまう。しかも、この条件においても、放電電圧が２〜５Ｖ低下し安定になるまでには、約１０秒の時間を要することが認められた。
（実施例２）
以下の条件の下でターゲット１８と凹部１５Ｂとを対向させてプレスパッタを実行し、プレスパッタ時における高周波電力の反射波を実施例２として計測した。実施例２の高周波電力の反射波は、放電の開始時から約５秒後に０Ｗに低下した。このプレスパッタにより、ターゲット面１８ａの清浄化が認められ、プレスパッタを円滑かつ安定に実行できることが認められた。
（プレスパッタ条件）
・ターゲット：ＳｉＯ２ターゲット
・スパッタ時間：３０秒
・スパッタ高周波電力：５００Ｗ
・スパッタ圧力：０．０２Ｐａ〜０．０６Ｐａ
なお、ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させて他の条件を実施例１と同じくすることにより直流放電電圧の計測を試みたが、十分な放電現象を得ることができなかった。ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させる場合、放電現象を得るためには、スパッタ圧力を少なくとも０．２Ｐａ以上に変更しなければならず、本スパッタのスパッタ圧力と大きく異なる圧力を要し、プレスパッタと本スパッタとの間に大きな圧力変動を来たしてしまう。すなわち、ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させるプレスパッタでは、初期膜の不安定化を招いてしまう。しかも、この条件においても、放電電圧が２〜５Ｖ低下し安定になるまでには、約１０秒の時間を要することが認められた。
【００５１】
次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態において、シャッタ板１５は、回動経路Ｒに設けられてターゲット１８とシャッタ板１５との間にターゲット１８を遮蔽するための遮蔽面１５Ｕを有し、また、回動経路Ｒに設けられてターゲット１８とシャッタ板１５との間に基板Ｓ側に向かって凹設された凹部１５Ｂとを有する。そして、シャッタ板１５は、ターゲット１８のプレスパッタを実行するとき、その凹部１５Ｂとターゲット１８とを対向させ、ターゲット１８の本スパッタを実行するとき、その開口１５Ａとターゲット１８とを対向させる。
【００５２】
したがって、スパッタ装置１０は、シャッタ板１５を回動するだけで、ターゲット１８に対する遮蔽、プレスパッタ、及び本スパッタをそれぞれ選択的に実行することができる。よって、スパッタ装置１０は、ターゲット１８のクロスコンタミを抑制することができ、かつ、ターゲット１８のプレスパッタを円滑に実行することができる。
【００５３】
（２）上記実施形態において、シャッタ板１５は、開口１５Ａに並設された凹部１５Ｂを有する。したがって、スパッタ装置１０は、選択ターゲットと開口１５Ａと対向する直前に、選択ターゲットと凹部１５Ｂと対向させることができる。よって、スパッタ装置１０は、本スパッタを実行する直前にプレスパッタを実行することができる。この結果、スパッタ装置１０は、薄膜の膜質や膜厚制御性を、より確実に向上させることができる。
【００５４】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、開口１５Ａと凹部１５Ｂとが、回動経路Ｒに並設される例について説明した。これに限らず、例えば、図５に示すように、開口１５Ａと凹部１５Ｂとが並説されない構成であっても良く、さらには、開口１５Ａと凹部１５Ｂとが異なるターゲット１８と対向する構成であっても良い。
【００５５】
この構成によれば、スパッタ装置１０は、選択ターゲットの本スパッタを実行するとき、他のターゲット１８に対して予備スパッタを実行することができる。したがって、本スパッタと予備スパッタとをパラレル処理することができるため、本スパッタと予備スパッタとをシリアル処理する場合に比べ、スループットを向上させることができる。
【００５６】
・上記実施形態において、凹部１５Ｂが１つだけ設けられる例について説明した。これに限らず、例えば、図６に示すように、複数の凹部１５Ｂが回動経路Ｒに設けられる構成であっても良い。また、ターゲット１８の数量をＮｔ、開口１５Ａの数量をＮｍ、凹部１５Ｂの数量をＮｂとするとき、Ｎｂ＝Ｎｔ−Ｎｍであっても良く、さらには、Ｎｂ個の凹部１５Ｂが、それぞれターゲット１８と対向する構成であってもよい。
【００５７】
この構成によれば、スパッタ装置１０は、選択ターゲットを除いた複数のターゲット１８に関し、略同じタイミングの下で予備スパッタを実行することができる。したがって、予備スパッタの条件範囲を拡張させることができ、また、予備スパッタから本スパッタに移行する際の条件（例えば、シャッタ板１５の回動方向や回動速度等）の自由度を拡張させることができる。
【００５８】
・上記実施形態において、スパッタ装置１０は、シャッタ板１５を上下動させるための駆動機構を有し、ターゲット１８と凹部１５Ｂとの間の距離を変更する構成であっても良い。この構成によれば、プレスパッタにおけるインピーダンスの調整範囲を拡張させることができる。
【００５９】
・上記実施形態において、スパッタ装置１０は、予備スパッタから本スパッタに移行する間、カソード１６を停止する。これに限らず、スパッタ装置１０は、予備スパッタから本スパッタに移行する間、カソード１６を継続的に駆動し続ける構成であっても良い。
【００６０】
・上記実施形態においては、ターゲット面１８ａが基板Ｓの表面に対して傾斜する斜入射方式のスパッタ装置１０について説明した。これに限らず、例えば、スパッタ装置１０は、ターゲット面１８ａと基板Ｓの表面とは平行であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】成膜装置を模式的に示す断面図。
【図２】シャッタ板を示す斜視図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれシャッタ板及びターゲットを示す平面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれシャッタ板における凹部と開口の関係を示す図。
【図５】変更例のシャッタ板を示す平面図。
【図６】変更例のシャッタ板を示す平面図。
【符号の説明】
【００６２】
Ｒ…回動経路、Ｓ…基板、１０…成膜装置としてのスパッタ装置、１５…シャッタ板、１５Ａ…開口、１５Ｂ…凹部、１８…ターゲット。
【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】
半導体デバイスや磁気デバイスの製造工程では、スパッタリングターゲット（以下単に、ターゲットという。）をイオンによりスパッタしてターゲットから飛散するスパッタ粒子を基板表面に堆積させることにより薄膜を成膜する成膜装置としてのスパッタ装置が広く利用されている。こうしたスパッタ装置においては、一つのスパッタ空間で異なる成膜プロセスを実行する場合、ターゲットの表面にターゲット材料と異なる物質を付着させてしまう。ターゲットに付着する付着物は、スパッタ処理を実行するたびに飛散するため、異なるプロセス間で汚染（以下単に、クロスコンタミネーションという。）を招いてしまう。そこで、上記スパッタ装置では、従来から、こうしたクロスコンタミネーションを回避するための各種の提案がなされている。
【０００３】
特許文献１は、基板ステージとターゲットとの間に、成膜空間を区画するためのドーム状の遮蔽手段を回動自在に配設し、成膜空間に残存する汚染物質をターゲットに対して遮蔽する。そして、スパッタ装置は、ターゲットをスパッタするときに遮蔽手段を回動し、遮蔽手段の開口をターゲットに対向させてターゲットに対する遮蔽を解除する。これにより、特許文献１は、プロセス間におけるクロスコンタミネーションを回避させ、各成膜プロセスにおける膜特性の安定化を図ることができる。
【０００４】
スパッタ装置には、複数のターゲットを搭載して複数の異なる膜種を積層する、あるいは多成分系の膜種を成膜する多元スパッタ装置が知られている。多元スパッタ装置では、複数の異なるターゲット材料を一つのスパッタ空間に共存させるため、ターゲット間のクロスコンタミネーションの虞がある。そこで、多元スパッタ装置では、従来から、複数のターゲットと基板との間に上記遮蔽手段としてのシャッタ板を設け、シャッタ板の開口と対向するターゲットのみを選択的にスパッタすることにより、ターゲット間のクロスコンタミネーションを回避させている。
【特許文献１】特開２００６−３０７３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スパッタ装置では、成膜初期におけるターゲット表面の清浄化を図るため、本スパッタを実行する前に予備スパッタ（以下単に、プレスパッタという。）を実行する。予備スパッタとは、ターゲットに対してスパッタ処理を施し、基板に対してスパッタ粒子を堆積させることなくターゲットの表層をスパッタするものである。これにより、スパッタ装置では、基板上に薄膜を形成することなく、ターゲット表面の清浄化を図ることができ、成膜初期のターゲット状態を安定化させることができる。ひいては、基板上に形成される薄膜の膜質や膜厚に関する再現性を向上させることができる。
【０００６】
プレスパッタを実行する場合、ターゲット前をシャッタ板で遮蔽した状態で放電を開始する、すなわち、ターゲットよりも大きな板状の構造物をターゲットに対して対向させて放電を開始する。そのため、プレスパッタ時の放電状態は、成膜時の放電状態に比べて、カソード／アノード比率に大きな差異を有して、プラズマのインピーダンスも大きく異なり、また０．２Ｐａ未満の低い圧力領域では放電安定性が良くない。特に、上記シャッタを用いる場合、クロスコンタミネーションを抑えるために、シャッタ板とターゲットとの間の距離が極めて狭く設定されるため、本スパッタ時のインピーダンスとプレスパッタ時
のインピーダンスとの間に、極めて大きな差異を生じてしまう。この結果、上記スパッタ装置では、プレスパッタ時の放電状態、すなわち、ターゲットの清浄化の度合いにバラツキを来たして、薄膜の膜質や膜厚に関して再現性を損なう虞がある。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、予備スパッタの安定化を図ることにより膜質や膜厚制御性を向上させた成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の成膜装置は、開口を有して基板上で回動するシャッタ板と、前記シャッタ板上に配設されて前記開口の回動経路と対向するターゲットとを有する成膜装置であって、前記シャッタ板は、前記回動経路に設けられて、前記ターゲットと前記シャッタ板との間の距離が前記ターゲットを遮蔽するための第１の距離からなる遮蔽部と、前記回動経路に設けられて、前記ターゲットと前記シャッタ板との間の距離が前記第１の距離より大きい第２の距離からなる予備スパッタ部とを有すること、を要旨とする。
【０００９】
請求項１に記載の成膜装置によれば、ターゲットは、シャッタ板の遮蔽部と対向するときに遮蔽され、シャッタ板の予備スパッタ部と対向するときに予備スパッタを可能にする。したがって、本成膜装置は、シャッタ板を回動するだけで、ターゲットに対する遮蔽、予備スパッタ、及び本スパッタをそれぞれ選択的に実行することができる。よって、本成膜装置は、ターゲットの汚染を抑制することができ、かつ、ターゲットの予備スパッタを円滑に実行することができる。この結果、本成膜装置は、本スパッタを円滑に実行することができ、ひいては、薄膜の膜質や膜厚制御性を向上させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の成膜装置は、請求項１に記載の成膜装置であって、前記回動経路と対向する複数のターゲットを有し、前記開口は、前記複数のターゲットの各々と選択的に対向し、前記予備スパッタ部は、前記複数のターゲットの各々と選択的に対向することを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の成膜装置によれば、複数のターゲットの各々は、遮蔽部と対向するときに遮蔽され、予備スパッタ部と対向するときに予備スパッタを可能にする。そして、複数のターゲットの各々は、開口と対向するときに本スパッタを可能にする。したがって、この成膜装置は、シャッタ板を回動するだけで、複数のターゲットの各々に対して、遮蔽、予備スパッタ、及び本スパッタをそれぞれ選択的に実行することができる。よって、本成膜装置は、ターゲット間の汚染を抑制することができ、かつ、複数のターゲットの各々を選択的に予備スパッタすることができる。この結果、本成膜装置は、本スパッタを円滑に実行することができ、ひいては、複数のターゲットを用いて成膜する薄膜の膜質や膜厚制御性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の成膜装置は、請求項２に記載の成膜装置であって、前記シャッタ板は、一つの前記ターゲットと対向する位置に前記開口を有し、他の前記ターゲットと対向する位置に前記予備スパッタ部を有することを要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載の成膜装置によれば、一つのターゲットが開口を介して本スパッタを実行するとき、他のターゲットが予備スパッタを実行することができる。したがって、この成膜装置は、本スパッタと予備スパッタとを並行して処理することができる、よって、この成膜装置は、薄膜の膜質や膜厚制御性を、高いスループットの下で向上させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の成膜装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の成膜装置であって、前記シャッタ板は、前記開口に並設された前記予備スパッタ部を有することを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の成膜装置によれば、開口と予備スパッタ部とが並設されるため、選択されるターゲットは、開口と対向する直前に予備スパッタ部と対向することができる。したがって、選択されるターゲットは、本スパッタを実行する直前に予備スパッタを実行することができる。よって、この成膜装置は、薄膜の膜質や膜厚制御性を、より確実に向上させることができる。
【００１６】
請求項５に記載の成膜装置は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の成膜装置であって、前記予備スパッタ部は、前記遮蔽部に設けられた凹部であることを要旨とする。
請求項５に記載の成膜装置によれば、ターゲットは、予備スパッタを実行するとき、その基板の側を遮蔽部で囲まれる。したがって、この成膜装置は、ターゲットを予備スパッタするとき、ターゲットの汚染を、より効果的に抑えることができる。
【００１７】
請求項６に記載の成膜装置は、請求項１〜５のいずれか１つに記載の成膜装置であって、前記ターゲットの外周を囲うシールドを有し、前記予備スパッタ部は、前記シールドの内径と同じ内径を有して前記遮蔽部に設けられた円筒状凹部であることを要旨とする。
【００１８】
請求項６に記載の成膜装置によれば、ターゲットは、予備スパッタを実行するとき、自身の基板側を、シールドと円筒状凹部（予備スパッタ部）とによって覆うことができる。したがって、この成膜装置は、予備スパッタを実行するときに、ターゲットの汚染を、より確実に抑えることができる。よって、この成膜装置は、薄膜の膜質や膜厚制御性を、より確実に向上させることができる。
【００１９】
上記目的を達成するため、請求項７に記載の成膜方法は、開口を有するシャッタ板を基板上で回動し、前記開口の回動経路上に配設されたターゲットに対して前記開口を対向させ、前記開口を介して前記ターゲットをスパッタすることにより前記基板に薄膜を形成する成膜方法であって、前記シャッタ板における前記回動経路に設けられて前記ターゲットとの間に前記ターゲットを遮蔽するための第１の距離を有する遮蔽部を前記ターゲットに対向させることによって前記ターゲットを遮蔽する工程と、前記シャッタ板における前記回動経路に設けられて前記ターゲットとの間に前記第１の距離より大きい第２の距離を有する予備スパッタ部を前記ターゲットに対向させることによって前記ターゲットを予備スパッタする工程と、前記予備スパッタした前記ターゲットに前記開口を対向させて前記ターゲットを本スパッタすることにより前記基板に薄膜を形成する工程とを有する、ことを要旨とする。
【００２０】
請求項７に記載の成膜方法によれば、ターゲットと遮蔽部とを対向させることにより、該ターゲットが遮蔽され、シャッタ板を回動して該ターゲットと予備スパッタ部とを対向させることにより、該ターゲットが予備スパッタされる。したがって、本成膜方法は、シャッタ板を回動するだけで、複数のターゲットの各々の遮蔽を行うことができるため、ターゲット間の汚染を抑制することができる。そして、本成膜方法は、複数のターゲットの各々の予備スパッタと、本スパッタとを円滑に実行することができ、ひいては、薄膜の膜質や膜厚制御性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記したように、本発明によれば、予備スパッタの安定化を図ることにより膜質や膜厚制御性を向上させた成膜装置及び成膜方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。図１は、成膜装置としてのスパッタ装置１０を模式的に示す側断面図であり、図２は、シャッタ板１５を示す斜視図である。
【００２３】
図１において、スパッタ装置１０は、真空ポンプ等からなる排気系ＰＵに連結された真空槽（チャンバ本体１１）を有し、外部から搬送される基板Ｓをチャンバ本体１１の内部に搬入する。基板Ｓとしては、例えば、円盤状のシリコン基板、ガラス基板、ＡｌＴｉＣ基板等を用いることができる。
【００２４】
チャンバ本体１１には、スパッタガスを供給するためのガス供給系１２が連結され、ガス供給系１２からの所定流量のスパッタガスが供給される。スパッタガスとしては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等を用いることができる。また、スパッタガスとしては、窒素や一酸化炭素等の反応ガスを含む構成であっても良い。
【００２５】
チャンバ本体１１の内部には、基板Ｓを載置するための円盤状の基板ホルダ１３が配設され、基板ホルダ１３は、チャンバ本体１１に搬入される基板Ｓを位置決め固定する。基板ホルダ１３は、チャンバ本体１１の下方に配設されるホルダモータＭＨの駆動軸に連結され、ホルダモータＭＨからの駆動力を受けることにより、基板Ｓの中心を回動中心にして基板Ｓを回転させる。本実施形態では、基板Ｓの中心を含む鉛直線を中心軸線Ｃという。
【００２６】
チャンバ本体１１の内部には、基板ホルダ１３の外周面やチャンバ本体１１の内周面を覆う複数の防着板１４が配設され、複数の防着板１４の各々は、基板ホルダ１３の外周面やチャンバ本体１１の内壁に対し、スパッタ粒子の付着を抑える。
【００２７】
チャンバ本体１１の内部には、基板ホルダ１３の上方を覆うドーム状のシャッタ板１５が配設されている。シャッタ板１５は、チャンバ本体１１の内部空間（以下単に、成膜空間１１Ｓという。）を上下方向に区画する板材であって、成膜空間１１Ｓを上下方向に貫通する円形孔（以下単に、開口１５Ａという。）と、基板Ｓに向けて凹設された有底円筒状凹部（以下単に、凹部１５Ｂという。）とを有する。シャッタ板１５は、チャンバ本体１１の上方に配設されるシャッタモータＭＳの駆動軸に連結され、シャッタモータＭＳからの駆動力を受けることにより、中心軸線Ｃを回動中心にして回動する。
【００２８】
なお、図１においては、シャッタ板１５の全体を説明する便宜上、開口１５Ａと凹部１５Ｂの配置位置を模式的に示すが、図２に示すように、本実施形態の開口１５Ａと凹部１５Ｂとは、それぞれシャッタ板１５に並設されている。本実施形態では、シャッタ板１５の回動に伴って移動する開口１５Ａの軌跡を、回動経路Ｒ（図３参照）という。
【００２９】
チャンバ本体１１の上側には、複数のカソード１６が搭載されている。複数のカソード１６の各々は、それぞれバッキングプレート１７と、バッキングプレート１７の基板Ｓ側に搭載されるターゲット１８と、バッキングプレート１７を挟んでターゲット１８と対向する磁気装置ＡＭとを有している。
【００３０】
各バッキングプレート１７は、それぞれ対応するターゲット１８を支持固定し、各ターゲット１８をチャンバ本体１１の上部に位置決め固定する。各バッキングプレート１７は、それぞれ外部電源Ｇに接続され、外部電源Ｇからの所定の直流あるいは交流電力をターゲット１８に供給する。
【００３１】
各ターゲット１８は、それぞれ円盤状に形成され、基板Ｓの表面Ｓａ（本実施形態では
、水平面）に対して傾斜した内表面（以下単に、ターゲット面１８ａという。）を有する。各ターゲット１８のターゲット面１８ａは、シャッタ板１５が回動するとき、開口１５Ａあるいは凹部１５Ｂと対向する位置に配設されている。本実施形態では、各ターゲット面１８ａの法線を、それぞれターゲット軸線Ａ１とし、各ターゲット軸線Ａ１と中心軸線Ｃとのなす角度を、傾斜角という。
【００３２】
なお、図１においては、複数のカソード１６を説明する便宜上、２つターゲット１８の配置位置を模式的に示すが、図３（ｂ）に示すように、本実施形態では、３つのターゲット１８が回動経路Ｒと対向する位置に所定角度（本実施形態では、１２０°：以下単に、回動角θという。）で等配されている。
【００３３】
各ターゲット１８の外周には、それぞれターゲット１８の全周にわたってリング状に形成されるアースシールド１９が配設されている。各アースシールド１９は、それぞれターゲット１８の全周にわたりターゲット軸線Ａ１に沿って延びる凸部１９ａを有し、ターゲット面１８ａの全体を、シャッタ板１５の遮蔽面１５Ｕ（図２参照）と凸部１９ａとによって覆う。凸部１９ａと遮蔽面１５Ｕとの間の距離は、ターゲット１８を成膜空間１１Ｓに対して遮蔽するための距離（例えば、数ｍｍ）である。
【００３４】
各磁気装置ＡＭは、それぞれバッキングプレート１７と対向する磁気回路ＳＭを有し、磁気回路ＳＭは、バッキングプレート１７を挟んで対向するターゲット１８のターゲット面１８ａにマグネトロン磁場を形成する。各磁気回路ＳＭは、それぞれ回動モータＭＲの駆動軸に連結され、対応する回動モータＭＲからの駆動力を受けることにより、対向するターゲット面１８ａの周方向に回動し、該ターゲット面１８ａに沿って所望のマグネトロン磁場を形成する。
【００３５】
次に、上記開口１５Ａ、凹部１５Ｂ、及びターゲット１８について以下に詳述する。図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれシャッタ板１５及び各ターゲット１８を基板Ｓから見た図である。図４（ａ）、シャッタ板１５を基板Ｓから見た平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線端面図であって開口１５Ａを示す図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線端面図であって凹部１５Ｂを示す図である。
【００３６】
図３（ａ）において、シャッタ板１５の内側面１５Ｉには、中心軸線Ｃを中心とする略円環状の回動経路Ｒ（図３に示す二点鎖線）が仮想的に区画されている。回動経路Ｒは、中心軸線Ｃを中心にして回動する開口１５Ａの経路である。
【００３７】
回動経路Ｒにあって開口１５Ａの近傍には、凹部１５Ｂが並設されている。凹部１５Ｂは、開口１５Ａの内径と共通する直径（以下単に、開口径Ｄという。）を有する。この凹部１５Ｂは、シャッタ板１５が図３（ａ）の矢印方向に回動するとき、回動経路Ｒに沿って回動し、開口１５Ａは、その凹部１５Ｂに追従して回動する。
【００３８】
本実施形態では、この回動経路Ｒにある遮蔽面１５Ｕが遮蔽部を構成し、回動経路Ｒにある凹部１５Ｂが予備スパッタ部を構成する。すなわち、本実施形態では、予備スパッタ部が、遮蔽部により囲まれている。
【００３９】
図３（ｂ）において、３つのターゲット１８の各ターゲット面１８ａは、それぞれ回動経路Ｒと対向する部に等配されている。これら３つターゲット面１８ａは、シャッタ板１５が図３（ａ）の矢印方向に回動するとき、それぞれターゲット軸線Ａ１上で凹部１５Ｂと対向するまで、シャッタ板１５の遮蔽面１５Ｕ（図２参照）と対向し、凹部１５Ｂと対向した直後に、開口１５Ａと対向する。
【００４０】
図３（ｂ）において、３つアースシールド１９の凸部１９ａは、それぞれターゲット１８の全周にわたるリング状を呈し、その内径が開口径Ｄで形成されている。これら３つ凸部１９ａは、シャッタ板１５が図３（ａ）の矢印方向に回動するとき、それぞれターゲット軸線Ａ１上で凹部１５Ｂと対向するまで、シャッタ板１５の遮蔽面１５Ｕと対向する。この間、凸部１９ａは、該凸部１９ａに囲まれるターゲット面１８ａを、アースシールド１９と遮蔽面１５Ｕとによって覆い、ターゲット面１８ａを成膜空間１１Ｓに対して遮蔽する。
【００４１】
３つの凸部１９ａは、シャッタ板１５が図３（ａ）の矢印方向に回動するとき、それぞれ異なるタイミングで凹部１５Ｂと対向する。この際、凸部１９ａは、該凸部１９ａに囲まれるターゲット面１８ａを、アースシールド１９と凹部１５Ｂとによって覆い、ターゲット面１８ａを成膜空間１１Ｓに対して遮蔽する。このとき、ターゲット面１８ａは、凹部１５Ｂの容積の分だけ広い空間で遮蔽される。
【００４２】
３つの凸部１９ａは、シャッタ板１５が図３（ａ）の矢印方向に回動するとき、それぞれ異なるタイミングで開口１５Ａと対向する。この際、凸部１９ａは、該凸部１９ａに囲まれるターゲット面１８ａを、成膜空間１１Ｓに開放する。
【００４３】
図４（ｂ）は、ターゲット１８と開口１５Ａとが対向する状態を示す。図４（ｂ）において、ターゲット１８は、該ターゲット１８に対応するカソード１６が駆動するとき、該ターゲット１８からのスパッタ粒子を基板Ｓに向けて飛散させる。この際、成膜に寄与するスパッタ粒子の殆どは、開口１５Ａの内縁と基板Ｓの外縁とを結ぶ部を飛行する。本実施形態では、開口１５Ａの内縁と基板Ｓの外縁とを結ぶ３次元の空間を、堆積空間Ｆという。
【００４４】
図４（ｃ）は、ターゲット１８と凹部１５Ｂとが対向する状態を示す。図４（ｃ）において、ターゲット１８は、アースシールド１９と凹部１５Ｂとにより覆われる。ターゲット１８は、アースシールド１９の凸部１９ａの内径と凹部１５Ｂの内径とが共通する開口径Ｄで形成されるため、成膜空間１１Ｓに対して、より確実に遮蔽される。ターゲット１８は、該ターゲット１８に対応するカソード１６が駆動するとき、該ターゲット１８と凹部１５Ｂとの間で放電を開始する。この際、ターゲット１８は、自身とシャッタ板１５との間の距離を凹部１５Ｂの深さ分だけ広げるため、遮蔽面１５Ｕと対向する場合に比べて、円滑かつ安定にプラズマを生成する。ターゲット１８からのスパッタ粒子は、アースシールド１９と凹部１５Ｂとによって囲まれる空間に飛散する。すなわち、ターゲット１８からのスパッタ粒子は、その殆どが成膜空間１１Ｓに飛散することなく、凹部１５Ｂの底部に堆積する。
【００４５】
本実施形態では、凹部１５Ｂの深さを、放電ギャップＨという。放電ギャップＨとは、ターゲット１８と凹部１５Ｂとの間の圧力やターゲット１８と凹部１５Ｂとの間のガス種等に応じて決定されるものであって、該ターゲット１８の放電を円滑に開始するための距離である。また、放電ギャップＨとは、凹部１５Ｂの底部を堆積空間Ｆに侵入させない距離、すなわち、成膜に寄与するスパッタ粒子の飛行を凹部１５Ｂの底部により阻害しない距離である。
【００４６】
スパッタ装置１０は、基板Ｓに対して成膜処理を開始するとき、まず、チャンバ本体１１の内部に基板Ｓを搬入し、基板Ｓを基板ホルダ１３に載置して回転させる。また、スパッタ装置１０は、ガス供給系１２からのスパッタガスを成膜空間１１Ｓに導入して成膜空間１１Ｓの圧力を所定圧力に調整する。
【００４７】
次いで、スパッタ装置１０は、シャッタ板１５を回動することにより、選択するターゲ
ット１８（以下単に、選択ターゲットという。）と凹部１５Ｂとを対向させ、かつ、選択しないターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させる。これにより、スパッタ装置１０は、選択ターゲットのみを選択的に凹部１５Ｂで遮蔽し、他の２つのターゲット１８を遮蔽面１５Ｕで遮蔽する。
【００４８】
そして、スパッタ装置１０は、選択ターゲットに対応するカソード１６を駆動して、選択ターゲットのターゲット面１８ａにマグネトロン磁場を形成するとともに、該ターゲット面１８ａに所定の直流あるいは交流電圧を印加する。これにより、スパッタ装置１０は、選択ターゲットのターゲット面１８ａと凹部１５Ｂとの間でのみ放電を開始し、円滑かつ安定した状態で該ターゲット面１８ａのプレスパッタを実行する。プレスパッタを実行する間、該ターゲット面１８ａからのスパッタ粒子は、その殆どが成膜空間１１Ｓに飛散することなく、凹部１５Ｂの底部に堆積するため、他の２つのターゲット１８との間のクロスコンタミネーションを回避させることができる。
【００４９】
スパッタ装置１０は、所定のプロセス時間だけプレスパッタを実行すると、カソード１６を停止し、シャッタ板１５を回動することにより、選択ターゲットと対向する位置から凹部１５Ｂを退避させ、選択ターゲットと開口１５Ａとを対向させる。また、選択しないターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させる。これにより、スパッタ装置１０は、選択ターゲットのターゲット面１８ａのみを成膜空間１１Ｓに開放し、他の２つのターゲット１８を遮蔽面１５Ｕで遮蔽する。この際、スパッタ装置１０は、凹部１５Ｂと開口１５Ａとが並設される分だけ、シャッタ板１５の回動角を小さくすることができ、シャッタ板１５の開閉動作を短時間で実行ことができる。
【００５０】
そして、スパッタ装置１０は、選択ターゲットに対応するカソード１６を駆動して、選択ターゲットのターゲット面１８ａに再びマグネトロン磁場を形成するとともに、該ターゲット面１８ａに所定の直流あるいは交流電圧を再び印加する。これにより、スパッタ装置１０は、選択ターゲットのターゲット面１８ａと成膜空間１１Ｓとの間で放電を開始し、清浄化されたターゲット面１８ａを用いて本スパッタを実行する。本スパッタを実行する間、他の２つのターゲット１８がシャッタ板１５により遮蔽されるため、選択ターゲットからのスパッタ粒子は、ターゲット１８間のクロスコンタミネーションを回避させることができる。
（実施例１）
以下の条件の下でターゲット１８と凹部１５Ｂとを対向させてプレスパッタを実行し、プレスパッタ時における直流放電電圧を実施例１として計測した。実施例１の直流放電電圧は、放電の開始時から２〜３秒後に約２〜５Ｖ低下した。このプレスパッタにより、ターゲット面１８ａの清浄化が認められ、プレスパッタを円滑かつ安定に実行できることが認められた。
（プレスパッタ条件）
・ターゲット：Ｃｕターゲット
・スパッタ時間：３０秒
・スパッタ直流電力：３００Ｗ
・スパッタ圧力：０．０２Ｐａ〜０．０６Ｐａ
なお、ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させて他の条件を実施例１と同じくすることにより直流放電電圧の計測を試みたが、十分な放電現象を得ることができなかった。ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させる場合、放電現象を得るためには、スパッタ圧力を少なくとも０．２Ｐａ以上に変更しなければならず、本スパッタのスパッタ圧力と大きく異なる圧力を要し、プレスパッタと本スパッタとの間に大きな圧力変動を来たしてしまう。すなわち、ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させるプレスパッタでは、初期膜の不安定化を招いてしまう。しかも、この条件においても、放電電圧が２〜５Ｖ低下し安定になるまでには、約１０秒の時間を要することが認められた。
（実施例２）
以下の条件の下でターゲット１８と凹部１５Ｂとを対向させてプレスパッタを実行し、プレスパッタ時における高周波電力の反射波を実施例２として計測した。実施例２の高周波電力の反射波は、放電の開始時から約５秒後に０Ｗに低下した。このプレスパッタにより、ターゲット面１８ａの清浄化が認められ、プレスパッタを円滑かつ安定に実行できることが認められた。
（プレスパッタ条件）
・ターゲット：ＳｉＯ２ターゲット
・スパッタ時間：３０秒
・スパッタ高周波電力：５００Ｗ
・スパッタ圧力：０．０２Ｐａ〜０．０６Ｐａ
なお、ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させて他の条件を実施例１と同じくすることにより直流放電電圧の計測を試みたが、十分な放電現象を得ることができなかった。ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させる場合、放電現象を得るためには、スパッタ圧力を少なくとも０．２Ｐａ以上に変更しなければならず、本スパッタのスパッタ圧力と大きく異なる圧力を要し、プレスパッタと本スパッタとの間に大きな圧力変動を来たしてしまう。すなわち、ターゲット１８と遮蔽面１５Ｕとを対向させるプレスパッタでは、初期膜の不安定化を招いてしまう。しかも、この条件においても、放電電圧が２〜５Ｖ低下し安定になるまでには、約１０秒の時間を要することが認められた。
【００５１】
次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態において、シャッタ板１５は、回動経路Ｒに設けられてターゲット１８とシャッタ板１５との間にターゲット１８を遮蔽するための遮蔽面１５Ｕを有し、また、回動経路Ｒに設けられてターゲット１８とシャッタ板１５との間に基板Ｓ側に向かって凹設された凹部１５Ｂとを有する。そして、シャッタ板１５は、ターゲット１８のプレスパッタを実行するとき、その凹部１５Ｂとターゲット１８とを対向させ、ターゲット１８の本スパッタを実行するとき、その開口１５Ａとターゲット１８とを対向させる。
【００５２】
したがって、スパッタ装置１０は、シャッタ板１５を回動するだけで、ターゲット１８に対する遮蔽、プレスパッタ、及び本スパッタをそれぞれ選択的に実行することができる。よって、スパッタ装置１０は、ターゲット１８のクロスコンタミを抑制することができ、かつ、ターゲット１８のプレスパッタを円滑に実行することができる。
【００５３】
（２）上記実施形態において、シャッタ板１５は、開口１５Ａに並設された凹部１５Ｂを有する。したがって、スパッタ装置１０は、選択ターゲットと開口１５Ａと対向する直前に、選択ターゲットと凹部１５Ｂと対向させることができる。よって、スパッタ装置１０は、本スパッタを実行する直前にプレスパッタを実行することができる。この結果、スパッタ装置１０は、薄膜の膜質や膜厚制御性を、より確実に向上させることができる。
【００５４】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、開口１５Ａと凹部１５Ｂとが、回動経路Ｒに並設される例について説明した。これに限らず、例えば、図５に示すように、開口１５Ａと凹部１５Ｂとが並説されない構成であっても良く、さらには、開口１５Ａと凹部１５Ｂとが異なるターゲット１８と対向する構成であっても良い。
【００５５】
この構成によれば、スパッタ装置１０は、選択ターゲットの本スパッタを実行するとき、他のターゲット１８に対して予備スパッタを実行することができる。したがって、本スパッタと予備スパッタとをパラレル処理することができるため、本スパッタと予備スパッタとをシリアル処理する場合に比べ、スループットを向上させることができる。
【００５６】
・上記実施形態において、凹部１５Ｂが１つだけ設けられる例について説明した。これに限らず、例えば、図６に示すように、複数の凹部１５Ｂが回動経路Ｒに設けられる構成であっても良い。また、ターゲット１８の数量をＮｔ、開口１５Ａの数量をＮｍ、凹部１５Ｂの数量をＮｂとするとき、Ｎｂ＝Ｎｔ−Ｎｍであっても良く、さらには、Ｎｂ個の凹部１５Ｂが、それぞれターゲット１８と対向する構成であってもよい。
【００５７】
この構成によれば、スパッタ装置１０は、選択ターゲットを除いた複数のターゲット１８に関し、略同じタイミングの下で予備スパッタを実行することができる。したがって、予備スパッタの条件範囲を拡張させることができ、また、予備スパッタから本スパッタに移行する際の条件（例えば、シャッタ板１５の回動方向や回動速度等）の自由度を拡張させることができる。
【００５８】
・上記実施形態において、スパッタ装置１０は、シャッタ板１５を上下動させるための駆動機構を有し、ターゲット１８と凹部１５Ｂとの間の距離を変更する構成であっても良い。この構成によれば、プレスパッタにおけるインピーダンスの調整範囲を拡張させることができる。
【００５９】
・上記実施形態において、スパッタ装置１０は、予備スパッタから本スパッタに移行する間、カソード１６を停止する。これに限らず、スパッタ装置１０は、予備スパッタから本スパッタに移行する間、カソード１６を継続的に駆動し続ける構成であっても良い。
【００６０】
・上記実施形態においては、ターゲット面１８ａが基板Ｓの表面に対して傾斜する斜入射方式のスパッタ装置１０について説明した。これに限らず、例えば、スパッタ装置１０は、ターゲット面１８ａと基板Ｓの表面とは平行であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】成膜装置を模式的に示す断面図。
【図２】シャッタ板を示す斜視図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれシャッタ板及びターゲットを示す平面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれシャッタ板における凹部と開口の関係を示す図。
【図５】変更例のシャッタ板を示す平面図。
【図６】変更例のシャッタ板を示す平面図。
【符号の説明】
【００６２】
Ｒ…回動経路、Ｓ…基板、１０…成膜装置としてのスパッタ装置、１５…シャッタ板、１５Ａ…開口、１５Ｂ…凹部、１８…ターゲット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有して基板上で回動するシャッタ板と、前記シャッタ板上に配設されて前記開口の回動経路と対向するターゲットとを有する成膜装置であって、
前記シャッタ板は、
前記回動経路に設けられて、前記ターゲットと前記シャッタ板との間の距離が前記ターゲットを遮蔽するための第１の距離からなる遮蔽部と、
前記回動経路に設けられて、前記ターゲットと前記シャッタ板との間の距離が前記第１の距離より大きい第２の距離からなる予備スパッタ部とを有すること、
を特徴とする成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置であって、
前記回動経路と対向する複数のターゲットを有し、
前記開口は、前記複数のターゲットの各々と選択的に対向し、
前記予備スパッタ部は、前記複数のターゲットの各々と選択的に対向することを特徴とする成膜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の成膜装置であって、
前記シャッタ板は、
一つの前記ターゲットと対向する位置に前記開口を有し、他の前記ターゲットと対向する位置に前記予備スパッタ部を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
前記シャッタ板は、
前記開口に並設された前記予備スパッタ部を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
前記予備スパッタ部は、
前記遮蔽部に設けられた凹部であることを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
前記ターゲットの外周を囲うシールドを有し、
前記予備スパッタ部は、
前記シールドの内径と同じ内径を有して前記遮蔽部に設けられた円筒状凹部であることを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
開口を有するシャッタ板を基板上で回動し、前記開口の回動経路と対向するターゲットに対して前記開口を対向させ、前記開口を介して前記ターゲットをスパッタすることにより前記基板に薄膜を形成する成膜方法であって、
前記シャッタ板における前記回動経路に設けられて前記ターゲットとの間に前記ターゲットを遮蔽するための第１の距離を有する遮蔽部を前記ターゲットに対向させることによって前記ターゲットを遮蔽する工程と、
前記シャッタ板における前記回動経路に設けられて前記ターゲットとの間に前記第１の距離より大きい第２の距離を有する予備スパッタ部を前記ターゲットに対向させることによって前記ターゲットを予備スパッタする工程と、
前記予備スパッタした前記ターゲットに前記開口を対向させて前記ターゲットを本スパッタすることにより前記基板に薄膜を形成する工程とを有することを特徴とする成膜方法。
【請求項１】
開口を有して基板上で回動するシャッタ板と、前記シャッタ板上に配設されて前記開口の回動経路と対向するターゲットとを有する成膜装置であって、
前記シャッタ板は、
前記回動経路に設けられて、前記ターゲットと前記シャッタ板との間の距離が前記ターゲットを遮蔽するための第１の距離からなる遮蔽部と、
前記回動経路に設けられて、前記ターゲットと前記シャッタ板との間の距離が前記第１の距離より大きい第２の距離からなる予備スパッタ部とを有すること、
を特徴とする成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置であって、
前記回動経路と対向する複数のターゲットを有し、
前記開口は、前記複数のターゲットの各々と選択的に対向し、
前記予備スパッタ部は、前記複数のターゲットの各々と選択的に対向することを特徴とする成膜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の成膜装置であって、
前記シャッタ板は、
一つの前記ターゲットと対向する位置に前記開口を有し、他の前記ターゲットと対向する位置に前記予備スパッタ部を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
前記シャッタ板は、
前記開口に並設された前記予備スパッタ部を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
前記予備スパッタ部は、
前記遮蔽部に設けられた凹部であることを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
前記ターゲットの外周を囲うシールドを有し、
前記予備スパッタ部は、
前記シールドの内径と同じ内径を有して前記遮蔽部に設けられた円筒状凹部であることを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
開口を有するシャッタ板を基板上で回動し、前記開口の回動経路と対向するターゲットに対して前記開口を対向させ、前記開口を介して前記ターゲットをスパッタすることにより前記基板に薄膜を形成する成膜方法であって、
前記シャッタ板における前記回動経路に設けられて前記ターゲットとの間に前記ターゲットを遮蔽するための第１の距離を有する遮蔽部を前記ターゲットに対向させることによって前記ターゲットを遮蔽する工程と、
前記シャッタ板における前記回動経路に設けられて前記ターゲットとの間に前記第１の距離より大きい第２の距離を有する予備スパッタ部を前記ターゲットに対向させることによって前記ターゲットを予備スパッタする工程と、
前記予備スパッタした前記ターゲットに前記開口を対向させて前記ターゲットを本スパッタすることにより前記基板に薄膜を形成する工程とを有することを特徴とする成膜方法。
【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２００９−６８０７５（Ｐ２００９−６８０７５Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３７９１４（Ｐ２００７−２３７９１４）
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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