JPH07238370A

JPH07238370A - スパッタリング式成膜装置

Info

Publication number: JPH07238370A
Application number: JP2977194A
Authority: JP
Inventors: Jiro Kitayama; 二朗北山; Takashi Tsukasaki; 尚塚崎; Shinichi Inoue; 晋一井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-09-12

Abstract

(57)【要約】【目的】高品質の薄膜を安定に形成できるスパッタリ
ング式成膜装置を得ることを目的とする。【構成】放電室１０内で放電によってターゲット６を
スパッタリングし、成膜室１内に設置された基板３上に
スパッタ粒子を堆積させるスパッタリング式成膜装置に
おいて、放電室を誘電体で形成すると共に放電室の基板
との対向端面に小径な開口からなるノズルを有する誘電
体製隔壁７を備え、この誘電体製隔壁と放電室内に配置
されたターゲットを電極として放電させてスパッタ粒子
を発生させ、ノズルを通過したスパッタ粒子を基板に照
射して薄膜を形成するように構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターゲットをスパッタ
リングして生じたスパッタ粒子を、ターゲットから放出
されたときの指向性を利用して、基板上に堆積させて薄
膜を形成するスパッタリング式成膜装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のスパッタリング式成膜装
置としては、例えば刊行物（電気通信学会技術報告ＥＤ
８８−２４（１９８８）１５頁）に記載されたものがあ
る。この第１の従来例による成膜装置を図１４によって
説明する。図１４は従来のスパッタリング式成膜装置の
概略構成を示す断面図である。同図において、１は成膜
室であり、ステンレス製の真空槽を用いる。該成膜室１
内には成膜用基板３が装着されている。４は上記成膜室
１、および後述する放電室内を減圧して予め定めた圧力
に維持するための排気装置で、例えばロータリーポンプ
と油拡散ポンプとによって構成されている。２はスパッ
タ粒子を生成するための放電装置である。この放電装置
２は、円筒状に形成されたターゲット６と、このターゲ
ット６の一端開口部を閉塞する放電ガス導入部材１２
と、上記ターゲット６の外周部に装着された水冷式冷却
部材８等とから形成されており、ターゲット６と放電ガ
ス導入部材１２とが電源（図示せず）に接続されてい
る。９ａ、９ｂはターゲット６を放電ガス導入部材１２
および成膜室１から電気的に隔離するための絶縁板であ
る。上記ターゲット６は銅、鉄あるいはチタンによって
形成され、中空部が成膜室１の導入用開口１ａに対向す
るように位置づけられている。また、上記基板３はこの
ターゲット６の中空部と対向する位置に配置されてい
る。上記放電ガス導入部材１２は略円板状に形成され、
ターゲット６の中空部と対応する部分に放電ガス導入口
１２ａが開口している。この放電ガス導入口１２ａは、
放電ガス導入部材１２に一体に形成された管部１２ｂお
よび放電ガス流量制御器（図示せず）を介してアルゴン
ガス供給源（図示せず）に連通されている。すなわち、
このように構成された放電装置２では、ターゲット６の
中空部内に、成膜室１の導入用開口１ａを介して成膜室
１に連通された放電室１０が形成されることになる。

【０００３】次に、上述したように構成された従来のス
パッタリング式成膜装置によって基板３に薄膜を形成す
る手順を説明する。まず、成膜室１内に基板３を装着
し、排気装置４によって成膜室１と放電室１０内を、例
えば２×１０-6Torr以下となるように予備排気する。そ
して、キャリアガスとしてのアルゴンガスをマスフロー
コントローラを通して放電ガス導入口１２ａから放電室
１０に導入する。このようにすると、アルゴンガスは放
電室１０から導入用開口１ａを介して成膜室１内に流れ
込む。その後、排気装置４によりアルゴンガスを排出さ
せることによって、放電室１０から成膜室１に流入する
アルゴンガスの流量を一定にし、この状態で、アース電
位にある放電ガス導入部材１２と成膜室１に対して負の
電圧をターゲット６に印加する。なお、このようにアル
ゴンガス流が生じるようにすると、成膜室１および放電
室１０の圧力は１Torr程度に高められる。このように電
圧をターゲット６に印加すると、グロー放電が放電室１
０内で発生する。アルゴンガス流量を例えば２００cc／
min．とし、圧力を１Torrとすると、ターゲット６とし
て銅を使用した場合には約３５０Ｖ、鉄では約３３０
Ｖ、チタンでは約２５０Ｖ程度の電圧において放電が安
定する。上述したように放電室１０内で放電が発生する
と、ターゲット６の内周面がスパッタリングされ、ター
ゲット６からスパッタ粒子１１がたたき出される。そし
て、このスパッタ粒子１１は、放電室１０から成膜室１
へ流入するアルゴンガスと共に成膜室１へ流され、基板
３上に堆積する。このようにスパッタ粒子１１が基板３
上に堆積することによって薄膜が形成される。

【０００４】また、別の従来のスパッタリング式成膜装
置としては、例えば特開平５−２４３１５５号公報に記
載されたものがある。この第２の従来例による成膜装置
を図１５によって説明する。図１５は別の従来のスパッ
タリング式成膜装置の概略構成を示すものであり、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。図１５におい
て、図１４と同一符号は同一または相当部分を示し、５
７ａはウェハホルダ５６に対向するカソード５３の側面
近傍に配置された円周状のガス導入管であり、カソード
５３の円周全方向から反応性ガスを一様にカソード中心
に向けて導入できるように、その内側に例えば多数の穴
（またはスリット）６３ａが設けられている。また５７
ｂは半導体基板５５の裏面からウェハホルダ５６の中央
部分を経由して半導体基板５５周囲から反応性ガスを導
入できるように構成されたガス導入管である。５８はカ
ソード５３後方の側面近傍に取り付けられたリング状の
真空排気管（排気手段）であり、反応後の残留ガスをカ
ソード５３後方の周辺から均一に吸引できるよう、上記
ガス導入管５７ａ同様に多数の穴（またはスリット）６
３ｂが設けられている。６０は半導体基板５５の裏面及
び周辺部とウェハホルダ５６との間の隙間である。さら
に５９は上記ウェハホルダ５６に支持された半導体基板
５５の前面に配置され、ガス導入管５７ｂからのガスの
流れの一部を変えるためのガス方向転換器（ガス方向転
換手段）である。このガス方向転換器５９は半導体基板
５５よりも少し大きい形状に形成され、上記隙間６０か
らのガスの一部がその外側を通り、残りが半導体基板５
５の表面中央部に向けて流れていくような形状を有して
いる。なお図１５（ａ）ではガス方向転換器５９は省略
されている。

【０００５】次に動作について説明する。まず最初に、
ガス導入管５７ａ、５７ｂに入射粒子となるアルゴンガ
ス（Ａｒ）及びターゲット粒子と反応する反応性ガス
（Ｎ₂）を同時に供給する。このときガス導入管５７ａ
の内側の多数の穴（またはスリット）６３ａから反応性
ガスがカソード５３の中心に向けて一様に吹き出され、
それによりターゲット６の中央表面上のガス分布が均一
となる。また、ガス導入管５７ｂは図１５（ｂ）に示す
ように、上記反応性ガスを、半導体基板５５を保持する
ウェハホルダ５６の中心部分を経由して半導体基板５５
の裏面側から供給し、半導体基板５５とウェハホルダ５
６との間の隙間６０よりガスを一様に放出する。このた
め、半導体基板５５の外周表面上のガス分布が均一とな
る。さらに、ウェハホルダ５６前面に取り付けられたガ
ス方向転換器５９により、ガス導入管５７ｂから供給さ
れた反応性ガスの流れの一部が、半導体基板５５の中心
方向へ導かれ、半導体基板５５の中央表面上のガス分布
が均一となる。一方、カソード５３後方の側面に配置さ
れた円周状の真空排気管５８の多数の穴（またはスリッ
ト）６３ｂにより、カソード５３後方周辺から均一に残
留ガスが装置外部に真空排気される。以上の状態で、従
来と同様にスパッタを行い、半導体基板５５上にＴｉＮ
等の金属窒化膜を形成する。

【０００６】また、さらに別の従来のスパッタリング式
成膜装置としては、例えば特開平５−６５６４２号公報
に記載されたものがある。この第３の従来例による成膜
装置を図１６〜１８によって説明する。図１６はさらに
別の従来のスパッタリング式成膜装置の概略構成を示す
断面図である。図１７は同装置のカソード部分の断面図
で、図１８（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ図１７のカソ
ード部分をａ−ａ’、ｂ−ｂ’、ｃ−ｃ’線を鉛直下向
きに見た平断面図である。以上の図において上記図１
４、１５で説明したものと同一もしくは同等部材につい
ては、同一符号を付し詳細な説明は省略する。

【０００７】図１６〜１８において、７４はカソード本
体でマグネトロン放電発生用の磁気回路７１が設置され
ている。２５はバッキングプレートで全周にわたり環状
のスリットすなわち環状の溝７５が形成されている。バ
ッキングプレート２５にはターゲット６が固定される面
と反対の面の一部にガス導入用の小孔７６が設けられ、
筒状溝７５まで貫通され、ガス導入管７３が接続されて
いる。ターゲット６のエロージョン領域７７にはガス吹
き出し用の多数の小孔７８が形成され、インジウムハン
ダ等でバッキングプレート２５に固定されている。

【０００８】次に動作について説明する。まず成膜室１
内を真空排気口６４から真空ポンプ（図示せず）により
高真空（１０^-7Torr程度）になるまで排気する。つぎ
に、ガス導入管７３から成膜室１内に放電ガス６７を供
給する。放電ガス６７はガス導入管７３からガス導入用
の小孔７６、バッキングプレート２５に形成された筒状
の溝７５、さらにターゲット６の複数の小孔７８を通
り、ターゲット６のエロージョン領域７７から成膜室１
内に供給される。一方、反応性ガス用導入管６５により
反応性ガス６８を成膜室１内に供給する。この時の成膜
室１内の圧力は１０^-3〜１０^-2Torr程度に保ち、それぞ
れのガス流量はガス流量制御器６６により制御されてい
る。そして、電源７０によりターゲット６を取り付けた
マグネトロンカソード６９に負の電圧を印加し、マグネ
トロンカソード６９内に設置された磁気回路７１による
磁場と、電源７０による電場との作用によって、ターゲ
ット６表面近傍にマグネトロン放電によるプラズマが発
生する。この従来例では、放電ガス６７をターゲット６
のエロージョン領域７７から成膜室１内に供給している
ため、ターゲット６近傍には主に放電ガス６７が分布し
ており、ターゲット６の表面近傍で形成される、マグネ
トロン放電によるプラズマの発生に寄与するガスの大部
分が放電ガス６７となる。一方、反応性ガス６８はター
ゲット６近傍以外に分布しているため、ターゲット材と
反応してターゲット６表面に化合物を形成しにくく、タ
ーゲット６から放出されるスパッタ粒子１１を妨げるも
のはない。したがって、このスパッタ粒子１１は基板３
上で反応性ガス６８と反応する際、基板３に形成される
化合物薄膜の形成速度が低下することなくスパッタリン
グを行うことができる。

【０００９】また、さらに別の従来のスパッタリング式
成膜装置としては、例えば特開平４−３１８１６６号公
報に記載されたものがある。この第４の従来例による成
膜装置を図１９によって説明する。図１９はさらに別の
従来のスパッタリング式成膜装置の概略構成を示す断面
図である。上記スパッタリング式成膜装置は、成膜する
材料からなる直径３８０ｍｍの円板状電極７９と、それ
に対向し円板状電極７９と同一直径で円板状電極７９と
の距離が中心から１４０ｍｍまでが３２ｍｍ、半径１４
０ｍｍから１８０ｍｍにかけて、３２ｍｍから２６ｍｍ
までなめらかに変化するわん曲をもつ基板からなるわん
曲電極８０を持っている。そして、上記円板状電極７９
には５ｋＷの高周波電源８１が接続され、また、上記わ
ん曲電極８０には５００Ｗの高周波電源８２が接続され
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述したよ
うに構成された第１の従来例による成膜装置では、円筒
状ターゲット６の内部に放電を発生させてその内面をス
パッタリングする構造をとるため、大部分のスパッタ粒
子１１の速度成分が基板３の方向には向いておらず、ま
たスパッタ粒子１１は比較的高圧力下における拡散過程
により成膜室１へ流されるため基板３への指向性は悪
く、ターゲット６の利用効率も低い。したがって、この
スパッタ粒子１１の指向性を基板３へ向けるためには、
大量のガスを導入しこのガスフローを利用することが必
要であった。このため、成膜室１の真空度は放電室１０
における圧力と同等になり、従来の成膜装置では、成膜
された薄膜の膜質が低くなり易いという問題があった。
すなわち、上述したように圧力が比較的高い（成膜室１
内のアルゴン分子が多い）状態で成膜を行うと、基板表
面には１秒当たり例えば１００万原子層分の気体分子
（アルゴン分子）が衝突し、その一部が薄膜表面に吸着
されて滞留することになる。そして、薄膜はこれらの気
体分子を取り込みながら形成されるため、結晶が緻密に
なり難く、膜質が低くなってしまう。

【００１１】さらに、１Torr前後の圧力下におけるスパ
ッタ粒子１１の平均自由行程は０．１mm程度であり、放
電室１０からアルゴンガスとともに成膜室１へ流入する
スパッタ粒子は直ちにアルゴンガス中で超微粒子に凝縮
されるため、ターゲットから離れた基板３上への膜の堆
積速度は非常に遅くなるという問題があった。高い堆積
速度を得ようとすると、できる限り基板３をターゲット
６に近づけて設置する必要があるため、基板３は放電室
１０で発生したプラズマにさらされることになり、基板
３に堆積した膜は、プラズマ中のイオンあるいは電子の
衝撃によるダメージを受けて膜質が低くなる。

【００１２】さらに、第１の従来例による成膜装置に用
いた放電装置２は、特に高速の成膜速度を得ようとする
と放電圧力、印加電圧の変動によって放電がアーク放電
に移行するため、均一な放電を安定に発生させるための
放電圧力、放電電力の範囲に制約があった。すなわち、
放電が放電ガス導入部材１２側に集中し易くなってしま
う。このため、ターゲット６からたたき出されるスパッ
タ粒子１１の量が不安定になる。

【００１３】また、第１の従来例による成膜装置では成
膜室１および放電ガス導入部材１２を一方の電極として
いるため、成膜室１および放電ガス導入部材１２でもス
パッタリングが生じ、成膜室１や放電ガス導入部材１２
を構成する金属材料が不純物として薄膜中に混入すると
いう問題があった。

【００１４】さらに、第２の従来例に示したスパッタリ
ング装置では、放電ガスを供給するためのパイプが放電
空間に晒されるため、このパイプがスパッタされて形成
された薄膜中に不純物として混入する恐れがある。同様
に、カソードの一部も放電空間に晒されるので、カソー
ドからのスパッタ粒子が薄膜中に不純物として混入す
る。

【００１５】第３の従来例ではターゲット６表面にガス
供給用の複数の小孔７８を設けているが、噴出後のガス
の拡散方向はターゲット表面に対して法線方向であり、
このため、放電ガスをターゲット表面に沿って均一に分
布させることが困難である。また、高密度のプラズマが
生成される位置は小孔７８の近傍に限定され、ターゲッ
トのエロージョン領域もこの付近に限定されるので、タ
ーゲットの利用効率に問題があった。

【００１６】第４の従来例では、基板周辺部の成膜速度
の向上を目的とし、ターゲットの周辺部を基板に近づけ
るためにターゲットの形状に凹凸を設けている。しかし
ながら、これは基板中央部と周辺部での成膜速度を均一
にすることが目的であり、基板全面にわたって成膜速度
を増大させる手段とはならない。

【００１７】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、高品質の薄膜を安定に形成できるス
パッタリング式成膜装置を得ることを目的とする。さら
に、成膜速度を増大させることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
るスパッタリング式成膜装置は、放電室内で放電によっ
てターゲットをスパッタリングし、成膜室内に設置され
た基板上にスパッタ粒子を堆積させるスパッタリング式
成膜装置において、上記放電室を誘電体で形成すると共
に放電室の上記基板との対向端面に小径な開口からなる
ノズルを有する誘電体製隔壁を備え、この誘電体製隔壁
と上記放電室内に配置されたターゲットを電極として放
電させてスパッタ粒子を発生させ、上記ノズルを通過し
たスパッタ粒子を上記基板に照射して薄膜を形成するよ
うに構成したものである。

【００１９】請求項２記載の発明に係わるスパッタリン
グ式成膜装置は、放電室内で放電によってターゲットを
スパッタリングし、成膜室内に設置された基板上にスパ
ッタ粒子を堆積させるスパッタリング式成膜装置におい
て、上記放電室側壁を誘電体で形成すると共に放電室の
上記基板との対向面に小径な開口からなるノズルを有し
上記ターゲットと同じ材質よりなる隔壁を備え、この隔
壁と上記ターゲットを電極として放電させてスパッタ粒
子を発生させ、上記ノズルを通過したスパッタ粒子を上
記基板に照射して薄膜を形成するように構成したもので
ある。

【００２０】請求項３記載の発明に係わるスパッタリン
グ式成膜装置は、上記請求項２記載のターゲットと同じ
材質で形成された隔壁のノズル先端部を上記ターゲット
よりスパッタリング率の小さい材質で形成したものであ
る。

【００２１】請求項４記載の発明に係わるスパッタリン
グ式成膜装置は、上記請求項１ないし３の何れかのもの
において、少なくとも放電ガスをターゲット表面に沿っ
た流れを与えつつターゲット表面近傍に供給する手段を
備えると共に、上記ガス供給手段のうち少なくとも放電
空間に晒される部分を上記ターゲットよりスパッタリン
グ率の小さい材質またはターゲットと同じ材質で形成し
たものである。

【００２２】請求項５記載の発明に係わるスパッタリン
グ式成膜装置は、上記請求項４記載の放電ガスの供給
は、ターゲットの外周部および中心部の少なくとも一方
から複数の小径な開口またはスリットを介して行うもの
である。

【００２３】請求項６記載の発明に係わるスパッタリン
グ式成膜装置は、請求項１ないし５記載のものにおい
て、放電室の側面外周部にスパッタリング用電極を配置
したものである。

【００２４】請求項７記載の発明に係わるスパッタリン
グ式成膜装置は、請求項１ないし５記載ものにおいて、
スパッタリング粒子がターゲットからノズルに向けて放
出されるようにターゲット中央部を凹ませたものであ
る。

【００２５】

【作用】請求項１記載の発明によれば、放電室を誘電体
で形成すると共に放電室の基板との対向端面に小径な開
口からなるノズルを有する誘電体製隔壁を備え、この誘
電体製隔壁と上記放電室内に配置されたターゲットを電
極として放電させてスパッタ粒子を発生させ、上記ノズ
ルを通過したスパッタ粒子を上記基板に照射して薄膜を
形成するように構成したので、放電室内に供給された放
電ガスは放電室から成膜室に流れ込み難くなるから、放
電室の圧力を放電が発生するために必要な圧力に高める
に当たり、放電ガスの流量を従来の装置より低減でき
る。また、基板は放電空間にに晒されず、基板の設置さ
れた成膜室の真空度も向上されるので、不純物や異物の
少ない良質な薄膜を形成することができる。さらに、こ
の隔壁の成膜室側に金属製電極を設置し隔壁とともに誘
電体電極を形成したので、誘電体を介した電極とターゲ
ットとの間で放電が発生して、ターゲットの表面全域に
わたる広い範囲でスパッタリングのための放電が均一に
しかも安定して発生するようになるから、長時間にわた
り安定に動作可能であると共にターゲットの利用効率も
向上する。したがって、結晶が緻密な薄膜を形成するこ
とに加え、放電が局所に集中するのを防止して広い放電
室圧力範囲、印加電圧範囲で均一な放電を安定に発生さ
せることができるので、ターゲットからのスパッタ粒子
発生数が安定して薄膜を均質に形成できる。

【００２６】請求項２記載の発明によれば、放電室側壁
を誘電体で形成すると共に放電室の上記基板との対向面
に小径な開口からなるノズルを有しターゲットと同じ材
質よりなる隔壁を備え、この隔壁と上記ターゲットを電
極として放電させてスパッタ粒子を発生させ、上記ノズ
ルを通過したスパッタ粒子を上記基板に照射して薄膜を
形成するように構成したので、請求項１記載の発明と同
様に放電室の圧力を放電が発生するために必要な圧力に
高めるに当たり、放電ガスの流量を従来の装置より低減
できる。また、基板は放電空間に晒されず、基板の設置
された成膜室の真空度も向上されるので、不純物や異物
の少ない良質な薄膜を形成することができる。さらに、
隔壁の材料もターゲットと同じであるため隔壁からも成
膜したい材料のスパッタ粒子が得られるので、スパッタ
粒子の量が増加し成膜速度が増大する。

【００２７】請求項３記載の発明によれば、上記請求項
２記載のターゲットと同じ材質で形成された隔壁のノズ
ル先端部を上記ターゲットよりスパッタリング率の小さ
い材質で形成したので、隔壁からは成膜したい材料のス
パッタ粒子が得られる一方で、長時間の作動においても
ノズル形状の変化が見られないので、成膜速度が増大す
ると共に長時間にわたり安定に動作することが可能であ
る。したがって、成膜速度を速めるとともに、均質な薄
膜を形成できるようになる。

【００２８】請求項４記載の発明によれば、少なくとも
放電ガスをターゲット表面に沿った流れを与えつつター
ゲット表面近傍に供給する手段を備えると共に、上記ガ
ス供給手段のうち少なくとも放電空間に晒される部分を
上記ターゲットよりスパッタリング率の小さい材質また
はターゲットと同じ材質で形成したので、ターゲット表
面付近では局所的にガス粒子数が多くなると共に粒子の
分布は一様であるからから、ターゲット６表面に高密度
で一様なプラズマが生成され成膜速度の増加とともにタ
ーゲット利用効率の向上がはかれる。また、放電空間に
晒される部分をターゲットよりスパッタリング率の小さ
い材質またはターゲットと同じ材質で形成したので、ス
パッタリングされにくい、またはスパッタリングされて
ターゲットと同じスパッタ粒子が放出されるので、膜中
に不純物が混入することもない。

【００２９】請求項５記載の発明によれば、上記請求項
４記載の放電ガスの供給は、ターゲットの外周部および
中心部の少なくとも一方から複数の小径な開口またはス
リットを介して行うので、放電ガスをターゲット表面全
域にわたり一様に供給できると共にターゲット表面では
局所的にガス粒子数が多くなるので、ターゲット６表面
に高密度で一様なプラズマが生成され、成膜速度の増加
とターゲット利用効率の向上が図れる。

【００３０】請求項６記載の発明によれば、放電室の側
面外周部にスパッタリング用電極を配置したので、放電
室の側面部分も誘電体電極として機能し、放電室側壁の
内壁に付着したスパッタ粒子は再スパッタリングによっ
て再度放電空間に放出されるため、内壁に堆積したター
ゲット材は数百〜数千オングストローム程度の膜厚以上
は堆積しない。さらに、放電室の内壁にターゲット材料
が付着することで放電室を構成する誘電体がスパッタさ
れることはない。したがって、均質で不純物混入のない
良質な薄膜を形成することが可能である。

【００３１】請求項７記載の発明によれば、スパッタリ
ング粒子がターゲットからノズルに向けて放出されるよ
うにターゲット中央部を凹ませたので、ノズルを通過す
るターゲット粒子の量を増大させて成膜速度を速めるこ
とができる。

【００３２】

【実施例】

実施例１．以下、請求項１記載の発明の一実施例を図
１、２をもとに詳細に説明する。図１は請求項１記載の
発明の一実施例によるスパッタリング式成膜装置の概略
構成を示す断面図である。同図において、上記図１４〜
図１９で説明したものと同一もしくは同等部材について
は、同一符号を付し詳細な説明は省略する。図１におい
て、放電装置２は例えば石英ガラスで構成された誘電体
製放電室側壁５と放電室側壁５の上端開口部に設置され
た例えば石英ガラスで構成された誘電体製ノズル付隔壁
７、および上記放電室側壁５の下端開口部に設けられた
蓋部材１５により形成される放電室１０、放電室１０内
に設置されたターゲット６、並びに例えばステンレス鋼
で構成された金属製水冷式ターゲットホルダー８により
構成される。蓋部材１５は、ターゲット６およびターゲ
ットホルダー８と成膜室１とが電気的に導通されないよ
うな構造となっている。ここでは、放電室側壁５と隔壁
７は石英を溶着し、一体化したものを使用している。な
お放電室側壁５の構成材料としては、上記石英の他にア
ルミナ、ジルコニア、チタニアなどのセラミックや耐熱
性の高いガラスを使用することができる。そして、ノズ
ル付隔壁７の成膜室１側の表面には隔壁７のノズルより
も数mm程度大きな開口径を持った金属製電極１３が設置
され、ノズル付隔壁７とともに誘電体電極を構成してい
る。これらノズル７および電極１３の開口部は放電室１
０の中心部（ターゲット６の中心部）と対応するよう形
成されている。

【００３３】なお、図１では誘電体電極の構成としてノ
ズル付隔壁７を石英ガラスで形成し、その上面に金属製
電極１３を設置する方法を示したが、この他にも例え
ば、図２に示す放電装置の断面図のように、金属製電極
１３の表面に誘電体材料１７をコーティングしたものを
誘電体電極として使用することもできる。

【００３４】次に、このように構成された成膜装置によ
って基板３に薄膜を形成する手順について説明する。ま
ず、成膜室１内に基板３を装着し、真空排気装置４によ
って成膜室１内および放電室１０内を高真空となるよう
に減圧させる。その後、放電装置内で放電を発生させる
ための放電ガスとしてのアルゴンガスを放電装置のガス
導入口１２から放電室１０内に導入する。このとき、放
電室１０と成膜室１とはノズルを介して連通しているだ
けであり、放電ガスは放電室１０から成膜室１に流れ込
み難くなる関係から、放電室１０の圧力は成膜室１の圧
力より高く保たれる。そして、ノズルから図１中に破線
矢印で示すような範囲に比較的高速な放電ガスの流れが
生じる。例えばノズルの内径が３０mm、ノズル長さが３
mm、放電ガスの流量が２５cc/min.、真空排気装置の排
気流量が２０００l/sである場合には、放電室１０の圧
力が１０^-2Torrであるのに対して成膜室１の圧力は１０
^-4Torrになる。このような場合、１秒当たりに基板３の
表面に衝突する気体粒子数を１００原子層分にまで低下
させることができる。このように放電ガスを放電室１０
に導入した後、真空排気装置４による排気を継続させな
がら放電を起こさせる。この放電はターゲット６と、圧
力隔壁を兼ねた誘電体電極のうちいずれか一方をアース
電位に接続し、他方に周波数が１ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚ
の交流電圧を印加することによって発生する。なお、タ
ーゲット６の表面と誘電体電極の放電室内壁面との距離
は例えば３０mmとした。

【００３５】上記のように構成された放電装置では、誘
電体隔壁７を介して電極１３とターゲット６との間で放
電が発生する。このとき、放電室１０には無声放電が発
生し、放電で発生した電荷がターゲット６と電極１３と
の間に介在する石英ガラス製の放電室側壁７に到達する
と、この表面に電荷が滞留し逆電界を形成して放電が停
止するようになる。したがって、微細なパルス放電が連
続して放電室１０の略全域に起こることになり、放電の
局所集中が防止される。すなわち、ターゲット６の表面
全域にわたる広い範囲でスパッタリングのための放電が
均一にしかも安定して発生するようになる。そして、こ
の放電で発生したガスイオンによってターゲット６から
たたき出されたスパッタ粒子１１は、スパッタリングさ
れたときの運動エネルギーと、放電室１０と成膜室１間
の圧力差から与えられる運動エネルギーとによってノズ
ルを通過して成膜室１内に放出される。このとき、スパ
ッタ粒子１１は基板３の方向に強い指向性をもって放出
されることになる。このように、ノズルを通過して強い
指向性をもって成膜室１に放出されたスパッタ粒子１１
が基板３上に堆積して、薄膜が形成されることになる。

【００３６】よって上述のように構成された請求項１記
載の発明による成膜装置では、放電室１０と成膜室１と
の間に隔壁７を設けることによって放電ガスが放電室１
０から成膜室１に流れ込み難くなるから、放電室１０内
部の圧力を放電が発生するために必要な圧力に高めるに
当たり、従来の装置に比較して放電ガスの流量を低減で
きる。さらに、成膜室１の真空度が従来装置に比べ３〜
４桁程度向上し、基板３の表面に衝突する気体分子の数
量を大幅に低減できるので、生成された膜の結晶性が改
善され膜質の著しい劣化を防ぐことができる。これに加
え、放電室１０を構成している壁は低スパッタリング率
の誘電体である例えば石英で形成されているので、放電
室１０内で放電空間に直接晒されているのはターゲット
６と石英のみとなるからターゲット材料以外のスパッタ
粒子は生じない。

【００３７】実施例２．次に、請求項２記載の発明の一
実施例を図３をもとに詳細に説明する。図３は請求項２
記載の発明の一実施例によるスパッタリング式成膜装置
の概略構成を示す断面図である。同図において上記図１
および図２で説明したものと同一または同等部材につい
ては、同一符号を付し詳細な説明は省略する。図３にお
ける放電装置は、誘電体、例えば石英ガラス製の放電室
側壁５と、放電室側壁５の上端開口部に固着されたター
ゲット材料と同じ材質からなる隔壁１８、および下端開
口部に設けられた蓋部材１５で形成される放電室１０、
放電室１０内部に設置されたターゲット６、並びに水冷
式ターゲットホルダー８から構成されている。蓋部材１
５は、ターゲット６およびターゲットホルダー８と成膜
室１とが電気的に導通されないような構造となってい
る。隔壁１８にはターゲット６の軸心と対応する位置に
小径な開口からなるノズル１９が形成されている。スパ
ッタリングのための放電は、ターゲット６と隔壁１８の
うちいずれか一方をアース電位に接続し、他方に数ＭＨ
ｚ〜十数ＭＨｚ程度の交流電圧を印加することによって
発生させる。ターゲット６が導電性材料である場合には
直流電圧であってもよい。なお、この放電装置は、隔壁
１８のノズル１９を基板３に対向させて成膜室１内に位
置決め固定されている。

【００３８】このように構成された成膜装置では、放電
室１０と成膜室１との間にノズル１９を有する隔壁１８
を設けたことにより、放電室１０の圧力を放電が発生す
るために必要な圧力に高めるに当たり、放電ガスの流量
を従来の装置より低減することができる。さらに、放電
室１０を形成する壁をターゲット６、石英からなる放電
室側壁壁５、およびターゲットと同じ材質で形成された
隔壁１８により構成しているので、放電室１０内におい
て放電空間に直接晒されているのはターゲット６と低ス
パッタリング材料である石英製部材のみとなる。したが
って実施例１と同様にターゲット材料以外のスパッタ粒
子は発生せず、薄膜中への不純物混入の可能性は少な
い。また、隔壁１８からもターゲット材料のスパッタ粒
子がたたき出されるためスパッタ粒子の発生数が増大
し、その結果として成膜速度が増す。

【００３９】実施例３．次に、請求項３記載の発明の一
実施例を図４をもとに詳細に説明する。図４は請求項３
記載の発明の一実施例によるるスパッタリング式成膜装
置の概略構成を示す断面図である。図４における放電装
置は上記図３で示されたスパッタリング式成膜装置と同
様に、誘電体、例えば石英ガラス製の放電室側壁５と、
ターゲットと同じ材質で形成され放電室側壁５の上端開
口部に固着された隔壁１８、および下端開口部に設けら
れた蓋部材１５で形成される放電室１０、放電室１０内
部に設置されたターゲット６、並びに水冷式ターゲット
ホルダー８から構成されている。蓋部材１５は、ターゲ
ット６およびターゲットホルダー８と成膜室１とが電気
的に導通されないような構造となっている。さらに、こ
の例では、図３と同様にターゲット材料と同じ材質で形
成された隔壁１８のノズル先端部を、石英ガラス等のタ
ーゲットよりスパッタリング率の低い材料２１で形成し
ている。隔壁１８、および低スパッタリング率の材料で
形成されたそのノズル先端部分２１は、ターゲット６の
軸心と対応する位置に設置されている。また、この放電
装置は、隔壁１８のノズル２１を基板３に対向させて成
膜室１内に位置決め固定されている。

【００４０】このように構成された成膜装置によれば、
上記図３のスパッタリング式成膜装置と同様に、放電室
１０の圧力を放電が発生するために必要な圧力に高める
に当たり、放電ガスの流量を従来の装置より低減でき
る。また、放電室１０内において放電空間に直接晒され
ているのはターゲット６と、低スパッタリング率の材料
で形成された放電室内壁面５と、ノズルのみであるから
ターゲット材料以外のスパッタ粒子の発生を抑えること
ができる。さらに、ノズル先端部２１は低スパッタリン
グ率の材料で形成されており、スパッタリングによって
ノズルの形状が変化して放電状態が変化したり、ノズル
前後での差圧維持が困難になるといったような恐れがな
いので、長時間にわたり安定に動作させることができる
放電装置が得られる。

【００４１】実施例４．次に、請求項４記載の発明の一
実施例を図５をもとに詳細に説明する。図５は請求項４
記載の発明の一実施例によるスパッタリング式成膜装置
の概略構成を示す断面図である。図５に示す放電装置
は、上記請求項１〜３記載の発明に係わるスパッタリン
グ式成膜装置において、放電ガスをターゲット６の表面
近傍に供給するための放電ガス供給パイプ２３が、放電
室１０内部に設置されている。放電ガス供給パイプ２３
は、放電装置２を成膜室１とは電気的に絶縁し、かつ成
膜室１に支持固定するための蓋部材１５を介して放電室
１０の内部に貫通固着されている。そして、この放電ガ
ス供給パイプ２３は、放電室１０内部で放電ガスにター
ゲット６の表面近傍に沿った流れが与えられるように噴
出口をターゲット６の表面に概ね平行な方向に向けて設
置されている。第２の従来例で説明した特開平５−２４
３１５５号公報で類似のガス供給構造が示されている
が、この従来例では放電ガスを供給するためのパイプが
放電空間に晒されるため、このパイプがスパッタされて
形成された薄膜中に不純物として混入する恐れがあっ
た。これに対し、この発明ではターゲット材料以外のス
パッタ粒子の発生を抑えて膜中への不純物混入を防止す
るため、パイプ２３は低スパッタリング率の材料、例え
ばアルミナや石英などで形成するか、あるいはターゲッ
トと同じ材質で形成する。

【００４２】このように構成された成膜装置によれば、
図１〜４で示した上記実施例１〜３と同等の効果が得ら
れると共に、放電ガス供給パイプ２３によりターゲット
６の表面付近では一様にガス粒子数が多くなるから、タ
ーゲット表面に高密度プラズマが発生して、ターゲット
６をスパッタするガスイオンが増加し成膜速度が増大す
る。したがって、スパッタ粒子の量を増大させることが
できるから、成膜速度を速めることができる。また、放
電空間に晒される部分をターゲットよりスパッタリング
率の小さい材質またはターゲットと同じ材質で形成した
ので、膜中に不純物が混入することもない。

【００４３】なお、放電ガス供給パイプ２３の配置は例
えばターゲット６の外端部に等間隔に複数個配置すれ
ば、ターゲット表面でのガス粒子の分布が均一になって
ターゲット６が一様にスパッタされるため、ターゲット
６の利用効率が上昇する。

【００４４】実施例５．次に、請求項５記載の発明の一
実施例を図６をもとに詳細に説明する。図６は請求項５
記載の発明の一実施例によるスパッタリング式成膜装置
の概略構成を示す断面図である。図６における放電装置
は、石英ガラス製の放電室側壁５と、放電室側壁５の上
端開口部に設置されたノズル付隔壁７と、放電室側壁５
の下端開口部に設けた蓋部材１５とにより形成される放
電室１０、放電室１０内に設置されたターゲット６、お
よび水冷式ターゲットホルダー２６により構成される。
なお、蓋部材１５は、ターゲット６およびターゲットホ
ルダー２６と成膜室１とが電気的に導通されないような
構造となっている。そして、隔壁７の成膜室１側の表面
には、隔壁のノズルよりも数mm程度大きな開口径を持っ
た金属製電極１３が設置され、隔壁７とともに誘電体電
極部を構成している。これらノズルおよび電極１３の開
口部は放電室１０の中心部（ターゲット６の中心部）と
対応するよう形成されている。さらに、ターゲット６が
設置されているバッキングプレート２５と一体化された
水冷式ターゲットホルダー２６により、ターゲット給電
用の電極２７が構成されている。この電極２７には、そ
の中心部に水冷用中空部の直下までガス供給穴２８が開
けられており、供給穴２８はこの位置で、電極２７の側
面からその中心方向に向けて複数個開けられたガス噴出
用トンネル２９と接続されている。また、ターゲット給
電用電極２７の外周部には、ガス噴出用トンネル２９を
通過した放電ガスをターゲット６表面に向けて供給する
ため、ターゲット給電用電極２７との間にわずかな間
隙、具体的には０．５〜５mmの間隙を形成するように円
筒状の電極カバー３０が設けられている。さらに電極カ
バー３０の上部には、ターゲット給電用電極２７と電極
カバー３０との間隙を通過した放電ガスの流れの方向が
ターゲット表面に沿う方向に変換されるようにターゲッ
トカバー３１が設置されている。第２の従来例で説明し
た特開平５−２４３１１５号公報のものと比較して、こ
の発明では電極カバー３０とターゲット６の間隙を精密
に設定することにより、放電ガスがターゲット表面に沿
って概ね平行な方向に噴出される。

【００４５】このように構成された成膜装置によれば、
上記図１〜図５に示した実施例と同様に、放電室の圧力
を放電が発生するために必要な圧力に高めるに当たり、
放電ガスの流量を従来の装置に比べ低減することができ
る。また、電極カバー３０とターゲットカバー３１は、
前述のように放電ガスの供給経路を形成しているだけで
はなく、バッキングプレート２５および水冷式ターゲッ
トホルダー２６から構成されるターゲット給電電極２７
が、直接放電空間に晒されることを防止するシールドの
機能をも有する。したがって、放電室１０内部で直接放
電空間に晒されているのはターゲット６と低スパッタリ
ング率の石英ガラス製の放電室内壁５とターゲットカバ
ー３１のみであるから、ターゲットカバー３１を低スパ
ッタリング率の材料またはターゲット６と同質の材料で
形成すればターゲット材料以外のスパッタ粒子の発生を
抑えることができ、不純物混入の恐れはない。また、ガ
ス供給穴２８から放電室１０内に供給される放電ガス
は、水冷式ターゲットホルダー２６内でガス噴出用トン
ネル２９によって、その流れの方向をジャケットの軸方
向から半径方向に変換されて放射状に拡散された後、さ
らに電極カバー３０、ターゲットカバー３１を介してタ
ーゲット６外周部より一様にターゲット６表面に沿って
平行な方向に向けて供給されるので、ターゲット６表面
では局所的にガス粒子数が多くなるとともに粒子の分布
は一様であるから、ターゲット６表面に高密度で一様な
プラズマが生成され成膜速度の増加とともにターゲット
利用効率の向上がはかれる。

【００４６】実施例６．次に、請求項５記載の発明の他
の実施例を図７をもとに詳細に説明する。図７は請求項
５記載の発明の他の実施例によるスパッタリング式成膜
装置の概略構成を示す断面図である。図７において、３
４は中心部に、低スパッタリング率の材料、例えば石英
ガラスで形成されたガス噴出用ノズル３３を設けるため
に小径な開口を有するリング状ターゲットである。上記
図６で示された実施例と同様に、中心部に小径な開口を
有しリング状ターゲット３４が設置されたバッキングプ
レート３５と、このバッキングプレート３５と一体化さ
れ、中心部に放電ガス供給用穴３６の開けられた水冷式
ターゲットホルダー３７により、ターゲット給電用の電
極３８が構成されている。さらに、この電極の外周部を
覆うように円筒状のシールド３９が設置されている。

【００４７】水冷式ターゲットホルダー３７の中心部の
開口より導入された放電ガスは、バッキングプレート３
５の開口を経由してガス噴出用ノズル３３まで導かれ
る。このノズル３３は低スパッタリング率の石英ガラス
製で一端が閉塞された円筒形状になっており、その側面
にはターゲット表面に対して概ね平行な方向に放電ガス
を噴出し、放射状にガスを供給できるよう複数のノズル
が形成されている。

【００４８】このように構成された成膜装置によれば、
上記図１〜図６に示した実施例と同様に、放電室の圧力
を放電が発生するために必要な圧力に高めるに当たり、
放電ガスの流量を従来の装置に比べ低減することができ
る。また、ターゲット給電用電極３８を覆うようにシー
ルド３９が設置されているため、放電室１０内部で直接
放電空間に晒されているのはターゲット３４、石英ガラ
ス製の放電室内壁５、シールド３９、およびガス噴出用
ノズル３３であるから、ガス噴出用ノズル３３とシール
ド３９を低スパッタリング率の材料で形成すれば、ター
ゲット材料以外のスパッタ粒子の発生を抑えることがで
きる。

【００４９】図１６〜１８で示した第３の従来の技術と
して、特開平５−６５６４２号公報で提案されているタ
ーゲット表面にガス供給穴を設けた構造では、噴出後の
ガスの拡散方向はターゲット表面に対して法線方向であ
り、放電ガスをターゲット表面に沿って均一に分布させ
ることが困難であった。また、高密度のプラズマが生成
される位置は小孔７８の近傍に限定され、ターゲットの
エロージョン領域もこの付近に限定されるので、ターゲ
ットの利用効率に問題があった。しかしながらこの実施
例におけるガス供給穴３６から放電室１０内に供給され
る放電ガスは、ガス噴出用ノズル３３により、その流れ
の方向をターゲットホルダーの軸方向から半径方向に変
換されて、ターゲット中心部よりターゲット表面へ放射
状に供給されるので、ターゲット表面では局所的にガス
粒子数が多くなるとともに粒子の分布は一様であるか
ら、ターゲット表面に高密度で一様なプラズマが生成さ
れ成膜速度の増加とともにターゲット利用効率の向上が
はかれる。

【００５０】なお、この例ではターゲット３４中心部か
ら複数の小径な開口３３を介してターゲット表面近傍に
沿った流れを与えつつ放電ガスをターゲット表面近傍に
供給する場合について示したが、複数の小径な開口３３
はスリットであってもよく、同様の効果が得られる。

【００５１】実施例７．請求項５記載の発明のさらに他
の実施例について説明する。上記図７で示した実施例に
おいては、ガス噴出用ノズル３３およびシールド３９は
スパッタリング率の低い材料で形成されているが、この
ノズル３３およびシールド３９をターゲット６、３４材
料と同じ材質で形成してもよい。このように構成するこ
とにより、上記図７で示された実施例と同等の効果が得
られるとともに、スパッタされるターゲットの表面積が
増加するので、成膜速度のさらなる増大をはかることが
できる。

【００５２】実施例８．請求項５記載の発明のさらに他
の実施例について説明する。上記実施例４〜７で示した
放電装置は、放電室１０と成膜室１とを分離する隔壁７
として小径な開口からなるノズルを有した石英ガラス板
を使用しているが、上記実施例２および３の図３および
４で示した様にターゲット６、３４材料と同じ材質で形
成された隔壁１８を有する放電装置に適用しても同等の
効果が得られる。

【００５３】この場合、スパッタリングのための放電
は、ターゲット６、３４と隔壁１８のうちいずれか一方
をアース電位に接続し、他方に数ＭＨｚ〜十数ＭＨｚ程
度の交流電圧を印加することによって発生させる。スパ
ッタ粒子はターゲット６と隔壁１８の双方から発生する
ため、スパッタ粒子が増加し成膜速度の増大をはかるこ
とができる。

【００５４】実施例９．請求項５記載の発明のさらに他
の実施例について説明する。図８に示すように、請求項
１または２記載の発明に係わるスパッタリング式成膜装
置において、ターゲット３４の外周部および中心部の両
方から放電ガスを供給する、すなわち図６と７で示され
た放電ガスの供給方法を組み合せた放電装置を使用する
ことができる。図８に示された放電装置は、上記図６で
示された実施例と同様に、リング状ターゲット３４が設
置され、中心部に小径な開口を有するバッキングプレー
ト３５と一体化され、中心部に放電ガス供給用穴３６が
開けられた水冷式ターゲットホルダー４１により、ター
ゲット給電用の電極が構成されている。さらに、この電
極には、その中心部に、水冷のための中空部の直下まで
ガス供給穴３６が開けられており、供給穴３６はこの位
置で、ターゲット給電用電極の側面からその中心方向に
向けて複数個開けられたガス噴出用トンネル２９と接続
されている。さらに、水冷式ターゲットホルダー４１の
外周部には、ガス噴出用トンネル２９を通過した放電ガ
スをターゲット表面に向けて供給するため、水冷式ター
ゲットホルダー４１との間にわずかな間隙を形成するよ
うに円筒状の電極カバー３０が設けられている。電極カ
バー３０の上部には、水冷式ターゲットホルダー４１と
電極カバー３０との間隙を通過した放電ガスの流れの方
向がターゲット表面に変換されるようにターゲットカバ
ー３１が設置されている。

【００５５】水冷式ターゲットホルダー４１の中心部の
開口より導入された放電ガスは、バッキングプレート３
５の開口を経由してガス噴出用ノズル３３まで導かれ
る。ここで、ターゲットホルダー４１の開口より導入さ
れたガスは、その流れがジャケットの軸方向を向いてい
るため、ガス噴出用トンネル２９にも放電ガスが供給さ
れるよう、軸方向への流れを制限するゲート４３が設置
されている。このゲート４３を通過した放電ガスがノズ
ル３３に導入される。ノズル３３は低スパッタリング率
の石英ガラス製で一端が閉塞された円筒形状になってお
り、その側面にはターゲット表面に向けて放射状に放電
ガスを供給できるよう複数の小径なノズルが形成されて
いる。

【００５６】このように構成された成膜装置によれば、
上記実施例５および６に示された２通りの放電ガス供給
法を組み合せているので、上記実施例５、６と同様の効
果が得られると共に、ターゲット表面におけるガス粒子
の分布をより均一にできることからターゲット利用効率
をさらに上げることが可能となる。また、上記実施例７
や８に示されたようにノズル３３や隔壁７をターゲット
６、３４と同じ材質で形成してもよく、さらに成膜速度
を高めることが可能となる。

【００５７】実施例１０．次に、請求項６記載の発明の
一実施例を図９をもとに詳細に説明する。図９は請求項
６記載の発明の一実施例によるスパッタリング式成膜装
置の概略構成を示す断面図で、同図に示した放電装置
は、図１に示したスパッタリング式成膜装置において、
放電室１０の側面５を形成している石英ガラスの外周壁
面を包み込むような形状で形成された金属製電極４５が
設置されているものである。この金属製電極４５は、タ
ーゲット６および隔壁７のノズル直径よりも数ｍｍ程
度、具体的には２〜１５ｍｍ程度大きな開口直径を有
し、隔壁７と放電室側壁５を包み込むように連続して形
成されている。

【００５８】このように構成された成膜装置によれば、
図９に矢印で示された方向に放電を発生させることによ
って放電室の側面５部分も誘電体電極として機能し、放
電室側壁５の内壁に付着したスパッタ粒子は再スパッタ
リングによって再度放電空間に放出されるため、内壁に
堆積したターゲット材は数百〜数千オングストローム程
度の膜厚以上は堆積しない。さらに、放電室の内壁にタ
ーゲット材料が付着することで放電室を構成する誘電体
がスパッタされることはない。したがって、均質で不純
物混入のない良質な薄膜を形成することが可能である。
また、基板上に到達するターゲット粒子数をさらに増加
させることができ、成膜速度が増大するとともにターゲ
ット６の利用効率が向上する。

【００５９】実施例１１．図１０は請求項６記載の発明
の他の実施例によるスパッタリング式成膜装置の概略構
成を示す断面図であり、同図に示した放電装置は、図１
に示したスパッタリング式成膜装置において、誘電体製
隔壁７の成膜室１側の表面に取り付けられた金属製電極
１３に加えて、放電室側壁の石英ガラス５の外周壁面に
も金属製電極４７が設けられているものである。このよ
うに、放電装置の金属電極を形成するに当たり、図１０
に示すように隔壁７の上面と、放電室側壁５の外周部と
に２種類の電極１３、４７を配置することができる。

【００６０】このように構成された放電装置では、電極
１３と電極４７を同電位として、これら２つの電極とタ
ーゲットのうちいずれか一方をアース電位とし、他方に
高周波電圧を印加して電極とターゲットの間で放電を発
生させることも、あるいは図１０に矢印で示すように電
極１３と電極４７のうちいずれか一方をアース電位と
し、他方に高周波電圧を印加して両電極間で放電を発生
させることも可能であり、上記実施例１０の場合と同様
の効果が得られる。

【００６１】実施例１２．請求項６記載の発明のさらに
他の実施例について説明する。上記図９で示した放電装
置は、ターゲット６に通電して放電を発生させる構造を
とっていたが、図１１に示すようにターゲット６に通電
せずに放電を発生させることも可能である。図におい
て、４９、５０は誘電体製の放電室側壁５にその外周部
を取り巻くような帯状に形成され、放電室１０の軸方向
に間隔をおいて設置された金属製電極であり、２つの電
極４９、５０のうち一方をアース電位にされ、他方に高
周波電圧が印加される構造になっている。このように構
成しても、放電室１０内に無声放電を発生させて放電室
１０内に設置されたターゲット６をスパッタできるか
ら、上記図１０に示した実施例と同等の効果が得られ
る。

【００６２】さらに、このような電極構成にした場合、
電極４９と５０の間隙で誘電体を介した沿面放電により
放電が発生するので、ターゲット６と電極との間で放電
を発生させる放電装置よりもさらに低圧力域での動作が
可能となる。したがって放電室１０の圧力を放電を発生
させるために必要な圧力に高めるに当たり、放電ガスの
流量をさらに低減することができるので、成膜室の真空
度は一定に保ちながら隔壁７に設けられたノズルの径を
拡げることができる。これにより、スパッタ粒子のノズ
ル透過率が上昇するので成膜速度を増加させることが可
能であり、かつ成膜領域を拡大することもできる。

【００６３】実施例１３．請求項６記載の発明のさらに
他の実施例について説明する。上記実施例１２で示され
た成膜装置は、成膜室１と放電室１０を分離するための
ノズル付隔壁７が低スパッタリング率の材料である例え
ば石英ガラスで形成されていたが、図３に示したように
このノズル付隔壁７をターゲット材料と同じ材質で形成
することもでき、さらに図４に示したようにこの隔壁の
ノズル部のみを低スパッタリング率の材料で形成するこ
とも可能である。

【００６４】このように構成された成膜装置では、上記
実施例１２で示された成膜装置と同等の効果が得られる
とともに、隔壁からもスパッタ粒子が発生するため、さ
らに成膜速度を速めることができる。

【００６５】実施例１４．次に、請求項７記載の発明の
一実施例によるスパッタリング式成膜装置を図１２
（ａ）（ｂ）をもとに詳細に説明する。請求項７記載の
発明に係わるスパッタリング式成膜装置は、成膜速度を
速めるために、上述の各実施例で示された放電装置にお
いて放電室１０内でターゲット６よりスパッタされたス
パッタ粒子のうち、成膜室１と放電室１０とを分離する
隔壁に設けられたノズルを通過する粒子の数を増大でき
るよう、図１２（ａ）（ｂ）にそれぞれ斜視図および断
面図で示すようにターゲット中央部に凹部を設けたもの
である。すなわち、円盤状のターゲット６の放電空間に
晒される上面部分に円錐状の凹部６ａが設けられてい
る。なお、ターゲット６以外の部材は上記各実施例で示
された放電装置と同等に形成されている。

【００６６】一般に、ターゲット６表面に入射したガス
イオンによってスパッタされるターゲット粒子は、ター
ゲット６表面の法線方向にたたき出される確率が最も高
いので、この例のようにターゲット６に傾斜角度が適正
化された円錐状の凹部６ａを設けることにより、ターゲ
ット表面全域からスパッタされるスパッタ粒子の飛翔方
向をノズルに向けることが可能となる。このようなター
ゲットの形状としては、従来例４として特開平４−３２
８１６６号公報に類似のものが示されている。この従来
例４は、基板周辺部での成膜速度増大を目的としたもの
であるのに対し、この発明ではスパッタ粒子のノズル通
過率を向上させ、基板全面での成膜速度増大を図ってい
ることが特徴である。さらに、ターゲット６を上記図１
２のような構造にすると、放電空間に晒される表面積が
増加するので、ガスイオンにスパッタされるスパッタ粒
子の数が増加し、スパッタ粒子のノズル透過率も向上さ
れるため、成膜速度をさらに速めることができる。

【００６７】実施例１５．請求項７記載の発明の他の実
施例について説明する。上記図１２（ａ）（ｂ）ではタ
ーゲット６の上面に円錐状の凹部６ａを設けた例を示し
たが、図１３（ａ）（ｂ）に示すようにターゲット６に
円錐台状の凹部６ｂを形成することもできる。

【００６８】前述したように、大半のスパッタ粒子の飛
翔方向はターゲット６表面の法線方向に一致するため、
ターゲット６表面で、隔壁に設けられたノズルの径より
も小さい面内からたたき出されたスパッタ粒子は、ター
ゲット６表面が平坦であってもノズルを通過する。よっ
て、本実施例ではターゲット６表面のノズル径よりも小
さな領域を平坦とし、ノズル径よりも大きい外端部に傾
斜を設けた円錐台状の凹部６ｂを形成し、スパッタ粒子
のノズル透過率の向上を可能にしている。このような形
状をしたターゲットを用いても、上記実施例１４で示さ
れた成膜装置と同等の効果が得られる。

【００６９】実施例１６．上記図１〜図１３に示した各
実施例ではスパッタリング率の低い誘電体として石英ガ
ラスを用いたが、低スパッタリング率材料であるアルミ
ナ、窒化珪素などの酸化物誘電体あるいは窒化物誘電体
を用いても同等の効果が得られる。

【００７０】実施例１７．さらに、上記各実施例では放
電ガスとしてアルゴンガスを考えたが、ガスの種類はこ
れに限定されるものではない。放電ガスとして酸素、窒
素等の反応性ガスを適用すると、放電室内においてスパ
ッタ材料の酸化反応あるいは窒化反応を促進させなが
ら、酸化物薄膜あるいは窒化物薄膜を形成できる。さら
に、ガス供給穴を成膜室１にも設け、放電維持用のアル
ゴンガスを放電室１０に供給し、反応用の酸素、窒素ガ
スを成膜室１のガス供給穴から導入すると、ターゲット
６表面の反応の抑制と、形成する薄膜の酸化あるいは窒
化の促進の両方を図ることができる。

【００７１】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、放電室を誘電体で形成すると共に放電室の基板と
の対向端面に小径な開口からなるノズルを有する誘電体
製隔壁を備え、この誘電体製隔壁と上記放電室内に配置
されたターゲットを電極として放電させてスパッタ粒子
を発生させ、上記ノズルを通過したスパッタ粒子を上記
基板に照射して薄膜を形成するように構成したので、放
電室内に供給された放電ガスは放電室から成膜室に流れ
込み難くなるから、放電室の圧力を放電が発生するため
に必要な圧力に高めるに当たり、放電ガスの流量を従来
の装置より低減できる。また、基板は放電空間にに晒さ
れず、基板の設置された成膜室の真空度も向上されるの
で、不純物や異物の少ない良質な薄膜を形成することが
できる。さらに、この隔壁の成膜室側に金属製電極を設
置し隔壁とともに誘電体電極を形成したので、誘電体を
介した電極とターゲットとの間で放電が発生して、ター
ゲットの表面全域にわたる広い範囲でスパッタリングの
ための放電が均一にしかも安定して発生するようになる
から、長時間にわたり安定に動作可能である。したがっ
て、結晶が緻密な薄膜を形成することに加え、放電が局
所に集中するのを防止して広い放電室圧力範囲、印加電
圧範囲で均一な放電を安定に発生させることができるの
で、ターゲットからのスパッタ粒子発生数が安定して薄
膜を均質に形成できる。

【００７２】請求項２記載の発明によれば、放電室側壁
を誘電体で形成すると共に放電室の上記基板との対向面
に小径な開口からなるノズルを有しターゲットと同じ材
質よりなる隔壁を備え、この隔壁と上記ターゲットを電
極として放電させてスパッタ粒子を発生させ、上記ノズ
ルを通過したスパッタ粒子を上記基板に照射して薄膜を
形成するように構成したので、請求項１記載の発明と同
様に放電室の圧力を放電が発生するために必要な圧力に
高めるに当たり、放電ガスの流量を従来の装置より低減
できる。また、基板は放電空間にに晒されず、基板の設
置された成膜室の真空度も向上されるので、不純物や異
物の少ない良質な薄膜を形成することができる。さら
に、隔壁の材料もターゲットと同じであるため隔壁から
も成膜したい材料のスパッタ粒子が得られるので、スパ
ッタ粒子の量が増加し成膜速度が増大する。

【００７３】請求項３記載の発明によれば、上記請求項
２記載のターゲットと同じ材質で形成された隔壁のノズ
ル先端部を上記ターゲットよりスパッタリング率の小さ
い材質で形成したので、隔壁からは成膜したい材料のス
パッタ粒子が得られる一方で、長時間の作動においても
ノズル形状の変化が見られないので、成膜速度が増大す
ると共に長時間にわたり安定に動作することが可能であ
る。したがって、成膜速度を速めるとともに、均質な薄
膜を形成できるようになる。

【００７４】請求項４記載の発明によれば、少なくとも
放電ガスをターゲット表面に沿った流れを与えつつター
ゲット表面近傍に供給する手段を備えると共に、上記ガ
ス供給手段のうち少なくとも放電空間に晒される部分を
上記ターゲットよりスパッタリング率の小さい材質また
はターゲットと同じ材質で形成したので、ターゲット６
表面では局所的にガス粒子数が多くなるとともに粒子の
分布は一様であるから、ターゲット６表面に高密度で一
様なプラズマが生成され成膜速度の増加とともにターゲ
ット利用効率の向上がはかれる。また、放電空間に晒さ
れる部分をターゲットよりスパッタリング率の小さい材
質またはターゲットと同じ材質で形成したので、スパッ
タリングされにくい、またはスパッタリングされてター
ゲットと同じスパッタ粒子が放出され、膜中に不純物が
混入することもない。

【００７５】請求項５記載の発明によれば、上記請求項
４記載の放電ガスの供給は、ターゲットの外周部および
中心部の少なくとも一方から複数の小径な開口またはス
リットを介して行うので、放電ガスをターゲット表面全
域にわたり一様に供給でき、請求項４と同様の効果が得
られる。

【００７６】請求項６記載の発明によれば、放電室の側
面外周部にスパッタリング用電極を配置したので、放電
室の側面部分も誘電体電極として機能し、放電室側壁の
内壁に付着したスパッタ粒子は再スパッタリングによっ
て再度放電空間に放出されるため、スパッタ粒子数が増
加し、成膜速度を速めることができる。さらに、放電室
の内壁にターゲット材料が付着することで放電室を構成
する誘電体がスパッタされることはない。したがって、
均質で不純物混入のない良質な薄膜を形成することが可
能である。

【００７７】請求項７記載の発明によれば、スパッタリ
ング粒子がターゲットからノズルに向けて放出されるよ
うにターゲット中央部を凹ませたので、ノズルを通過す
るターゲット粒子の量を増大させて成膜速度を速めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１によるスパッタリング式成膜装置の概
略構成を示す断面図である。

【図２】実施例１によるスパッタリング式成膜装置の要
部の概略構成を示す断面図である。

【図３】実施例２によるスパッタリング式成膜装置の要
部の概略構成を示す断面図である。

【図４】実施例３によるスパッタリング式成膜装置の要
部の概略構成を示す断面図である。

【図５】実施例４によるスパッタリング式成膜装置の要
部の概略構成を示す断面図である。

【図６】実施例５によるスパッタリング式成膜装置の要
部の概略構成を示す断面図である。

【図７】実施例６によるスパッタリング式成膜装置の要
部の概略構成を示す断面図である。

【図８】実施例９によるスパッタリング式成膜装置の要
部の概略構成を示す断面図である。

【図９】実施例１０によるスパッタリング式成膜装置の
要部の概略構成を示す断面図である。

【図１０】実施例１１によるスパッタリング式成膜装置
の要部の概略構成を示す断面図である。

【図１１】実施例１２によるスパッタリング式成膜装置
の要部の概略構成を示す断面図である。

【図１２】実施例１４によるスパッタリング式成膜装置
の要部を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図であ
る。

【図１３】実施例１５によるスパッタリング式成膜装置
の要部を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図であ
る。

【図１４】従来のスパッタリング式成膜装置の概略構成
を示す断面図である。

【図１５】別の従来のスパッタリング式成膜装置の概略
構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。

【図１６】さらに別の従来のスパッタリング式成膜装置
の概略構成を示す断面図である。

【図１７】図１６に示されたスパッタリング式成膜装置
のカソード部分を示す断面図である。

【図１８】図１７に示されたスパッタリング式成膜装置
のカソード部分の概略構成を示し、（ａ）は図１７のカ
ソード部分をａ−ａ’線を鉛直下向きに見た平断面図、
（ｂ）は図１７のカソード部分をｂ−ｂ’線を鉛直下向
きに見た平断面図、（ｃ）は図１７のカソード部分をｃ
−ｃ’線を鉛直下向きに見た平断面図である。

【図１９】さらに別の従来のスパッタリング式成膜装置
の概略構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１成膜室２放電装置３基板４排気装置６ターゲット６ａ円錐状の凹部６ｂ円錐台状の凹部７誘電体製隔壁８水冷式ターゲットホルダー１０放電室１１スパッタ粒子１２放電ガス導入口１３金属製電極１５蓋部材１８ターゲット材製隔壁１９ノズル２３放電ガス供給管２５バッキングプレート２６水冷式ターゲットホルダー２７ターゲット給電電極２８ガス供給穴２９ガス噴出トンネル３０電極カバー３１ターゲットカバー３３ガス噴出ノズル３４リング状ターゲット３６ガス供給穴３８ターゲット給電電極４１ターゲットホルダー４３ゲート４５金属製電極４７帯状電極４９電極５０電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電室内で放電によってターゲットをス
パッタリングし、成膜室内に設置された基板上にスパッ
タ粒子を堆積させるスパッタリング式成膜装置におい
て、上記放電室を誘電体で形成すると共に放電室の上記
基板との対向端面に小径な開口からなるノズルを有する
誘電体製隔壁を備え、この誘電体製隔壁と上記放電室内
に配置されたターゲットを電極として放電させてスパッ
タ粒子を発生させ、上記ノズルを通過したスパッタ粒子
を上記基板に照射して薄膜を形成するように構成したこ
とを特徴とするスパッタリング式成膜装置。
【請求項２】放電室内で放電によってターゲットをス
パッタリングし、成膜室内に設置された基板上にスパッ
タ粒子を堆積させるスパッタリング式成膜装置におい
て、上記放電室側壁を誘電体で形成すると共に放電室の
上記基板との対向面に小径な開口からなるノズルを有し
上記ターゲットと同じ材質よりなる隔壁を備え、この隔
壁と上記ターゲットを電極として放電させてスパッタ粒
子を発生させ、上記ノズルを通過したスパッタ粒子を上
記基板に照射して薄膜を形成するように構成したことを
特徴とするスパッタリング式成膜装置。
【請求項３】請求項２記載のターゲットと同じ材質で
形成された隔壁は、ノズル先端部を上記ターゲットより
スパッタリング率の小さい材質で形成したものであるこ
とを特徴とする請求項２記載のスパッタリング式成膜装
置。
【請求項４】少なくとも放電ガスをターゲット表面に
沿った流れを与えつつターゲット表面近傍に供給する手
段を備えると共に、上記ガス供給手段のうち少なくとも
放電空間に晒される部分を上記ターゲットよりスパッタ
リング率の小さい材質またはターゲットと同じ材質で形
成したことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記
載のスパッタリング式成膜装置。
【請求項５】放電ガスの供給は、ターゲットの外周部
および中心部の少なくとも一方から複数の小径な開口ま
たはスリットを介して行うことを特徴とする請求項４記
載のスパッタリング式成膜装置。
【請求項６】放電室の側面外周部にスパッタリング用
電極を配置したことを特徴とする請求項１ないし５の何
れかに記載のスパッタリング式成膜装置。
【請求項７】スパッタリング粒子がターゲットからノ
ズルに向けて放出されるようにターゲット中央部を凹ま
せたことを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載
のスパッタリング式成膜装置。