JPH11193459A

JPH11193459A - 対向マグネトロン複合スパッタ装置および薄膜形成方法

Info

Publication number: JPH11193459A
Application number: JP9361042A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kameyama; 誠亀山; Atsumichi Ishikura; 淳理石倉; Toshiaki Yoshikawa; 俊明吉川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】従来不可能であった周辺部のスパッタ効率を
高め、より高速でターゲット利用効率を高めること。タ
ーゲット中心部への磁束の集中がなく、アーク放電の少
ない安定したスパッタを長時間持続すること。【解決手段】スパッタ面が対向するように配置された
ターゲットと、該ターゲットの背面に設けられた前記ス
パッタ面に垂直な方向に磁界を発生させるための磁界発
生手段とを備え、スパッタ面の側方の空間に対面するよ
うに配置してある基板上に膜を形成する対向マグネトロ
ン複合スパッタ装置において、一対の対向する第１、第
２ターゲットを所定の間隔で対向する同心形状でスパッ
タ面が外側ターゲットの内面および内側ターゲットの外
面で磁界発生手段が内側ターゲットから外側ターゲット
へ放射状に発生させる手段を有し、スパッタ面の片側一
方の該空間に対向するように無終端形状の第３のターゲ
ットを配置したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一組のターゲット
を所定の間隔で対面させ、その片側一側方に配置した基
板上に薄膜を形成するようにした対向ターゲット式スパ
ッタ装置および薄膜形成方法に関し、更に詳しくは形成
される薄膜の膜厚分布の調整が容易で、均一膜厚の形成
が高速で長時間かつ大面積に形成でき、更に、ターゲッ
トの使用効率の向上した対向ターゲット式スパッタ装置
対向マグネトロン複合スパッタ装置および薄膜形成方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の対向ターゲット式スパッタ装置
は、「応用物理」第４８巻（１９７９）第６号ｐ５８８
〜ｐ５５９で公知の通り、図８に示すように、陰極とな
る一対のターゲットｔ１，ｔ２をそのスパッタ面が空間
を隔てて対面するように設けると共に、該スパッタ面に
垂直な方向の磁界Ｈを発生する手段ｈ１，ｈ２を設け、
ターゲット間の空間の側方に配したホルダー６を取り付
けた基板５上に薄膜形成をするようにしたスパッタ装置
で、高速低温の膜形成ができる優れたものである。

【０００３】すなわち、この報告の第８図において、ス
パッタ面ｔ１ｓ，ｔ２ｓに垂直な方向に３００〜５００
Ｏｅの磁界Ｈを発生させれば対向ターゲット間の空間Ｓ
内に該スパッタ面ｔ１ｓ，ｔ２ｓから放出された高エネ
ルギーの電子を閉じ込めることができる。

【０００４】したがって、この多数の電子が基板５まで
到達しなくなるのでイオンを収束する電界が形成され
ず、スパッタガスのイオン化が促進されてスパッタ速度
が高くなり、更に基板５への電子衝突がほとんどないの
で基板温度は余り上昇しない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た長方形ターゲットを有する対応ターゲット装置でスパ
ッタリングを行う場合は、図９に示すように印加電力の
増大と共にターゲットのエロージョン領域がターゲット
中央に集中する現象がみられる。これは対向するターゲ
ット間の空間において、高エネルギーの電子は空間内部
で多く、反対に空間周辺部では空間外へ拡散するため少
なくなるからである。特にターゲットが非磁性体の場合
にかかる現象は顕著である。このようなエロージョン領
域の集中は膜厚分布に悪影響を及ぼすばかりでなく、ス
パッタの高速化をはかるために大電力を印加するときの
スパークの原因ともなり好ましいものではない。また、
ターゲット中央部のエロージョンでターゲット寿命が規
定される結果となり、ターゲット利用効率は必ずしも充
分なものではない。更に、ターゲットのシールドカバー
に工夫を加える方法では、中央部での放電の集中は防止
されるものの、周辺部での有効なスパッタを行うことが
できず、膜厚の分布、ターゲットの利用効率等の点で完
全には解決されていない。

【０００６】また、長時間スパッタを続けるとエロージ
ョンの進行と共にターゲット表面形状が変化し、磁界分
布が変化するために、放電強度が変化し、膜厚分布を悪
くするという問題があった。更に電界と磁界が略平行と
なる領域がターゲット中心部に集中すると供給される電
力のパワー集中により異常放電を発生することがある。

【０００７】更に、大面積基板における長尺方向の膜厚
分布の改善に関しては、ターゲットの長尺方向の長さを
基板の有効巾に対して大きくとる対策がとられ、装置形
態としては対向ターゲット間の空間Ｓの側面を基板が通
過する方法がとられていた。しかしながら、この方法で
は、ターゲットの有効利用率や成膜速度が低下しかつ装
置が大型になるなどの欠点があり、必ずしも有効な方法
とはいえなかった。また、特公平６−４３６３０号公報
には、凹形状のターゲット９が、マグネトロン放電を発
生させるスパッタリング装置が開示されている。しかし
ながら該装置は、マグネトロン放電のみによってスパッ
タリングを行うものであり、また発生するプラズマを凹
部において十分にとじこめておくことが困難であり、そ
の結果基板を被覆するのに要する時間が長くかかる。

【０００８】本発明の目的は、ターゲットのエロージョ
ン領域の時間変化を完全に阻止することにより、基板上
に形成される成膜速度を高速にかつ膜厚を均一にすると
共にスパッタ速度を一定にし、更にターゲットの使用効
率を向上させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、第１のタ
ーゲットの無終端の外壁面からなる第１のスパッタ面
に、第２のターゲットの無終端の対向壁面からなる第２
のスパッタ面が対向するように該第１および第２のター
ゲットを配設するための対向ターゲット配置手段と、前
記第１のスパッタ面と前記第２のスパッタ面との間の空
間に対向して第３のスパッタ面が位置するように第３の
ターゲットを配置するためのターゲット配置手段と、前
記第１のターゲットと前記第２のターゲットとの前記第
３のターゲットで囲まれた空間の開口に対向して基板を
配置するための基板保持部材と、前記第１および第２の
スパッタ面に垂直な方向に磁界を発生させるための磁界
発生手段とを有する対向マグネトロン複合スパッタ装置
であって、前記第１および第２のターゲットのスパッタ
面で対向放電を形成させるための第１の電力供給手段
と、前記第３のターゲットの前記第３のスパッタ面でマ
グネトロンを形成させるための前記第１の電力供給手段
と独立して電力を供給する第２の電界供給手段とを有す
ることを特徴とする対向マグネトロン複合スパッタ装置
を提供することによって達成される。

【００１０】上記した本発明において、前記第１のター
ゲットは円筒形状である事が好ましい。

【００１１】また、前記第１のターゲットは角がとれた
矩形形状である事または多角形状である事が好ましい。

【００１２】前記第１のターゲットと前記第２のターゲ
ットと前記第３のターゲットとからなるターゲット集合
体が少なくとも２組以上配置されている事が好ましい。

【００１３】本発明はままた、第１のターゲットの無終
端の外壁面からなる第１のスパッタ面に、第２のターゲ
ットの無終端の対向壁面からなる第２のスパッタ面が対
向するように該第１および該第２のターゲットを配置
し、前記第１のスパッタ面と前記第２のスパッタ面との
間の空間に対向して第３のスパッタ面が位置するように
第３のスパッタ面を配置し、かつ前記第１のターゲット
と前記第２のターゲットと前記第３のターゲットで囲ま
れた開口に対向して基板を配置し、前記第１および第２
のスパッタ面のそれぞれに垂直な方向に磁界をかけた状
態で、前記第１および第２のターゲットのスパッタ面に
第１の電力供給手段が電力を供給して対向放電を発生さ
せるとともに、前記第３のターゲットの前記第３のスパ
ッタ面に第２の電力供給手段が電力を供給してマグネト
ロン放電を生じさせて、前記基板上に薄膜を形成するこ
とを特徴とする対向放電とマグネトロン放電との複合放
電による薄膜形成方法をも提供するものである。

【００１４】上記した本発明において、前記第１のター
ゲットは円筒形状である事、角がとれた矩形形状である
事または多角形状である事が好ましい。

【００１５】前記第１の電力供給手段と前記第２の電力
供給手段の少なくともいずれか一方が直流電流または交
流電流を供給する事が好ましい。更に、前記第１の電力
供給手段と前記第２の電力供給手段の少なくともいずれ
か一方が高周波電流を供給する事が好ましい。

【００１６】前記第１のターゲットと前記第２のターゲ
ットに供給する交流電界の位相と異なる交流電界の位相
を前記第３のターゲットに供給する事が好ましい。

【００１７】前記第１および第２および第３のスパッタ
面が同一部材である事が好ましく、前記部材は金属、半
導体、酸化物、窒化物群から選択されるいずれか１つで
ある事が好ましい。

【００１８】更に、前記半導体装置を構成する薄膜を形
成する事が好ましく、前記半導体装置は薄膜トランジス
タ乃至エレクトロルミネッセンス素子のいずれか１方で
ある事が好ましい。

【００１９】（作用）上記した本発明によれば、一対の
第１、第２のターゲットを対向する無終端形状でスパッ
タ面が外側ターゲットの内面および内側ターゲットの外
面で、磁界発生を内側ターゲットから外側ターゲットに
放射状に発生させる手段を設け、スパッタ面開口部の片
側一方の空間に対面するように第３のターゲットを配置
することにより、前記一対の第１、第２のターゲット中
心のどの領域においても電界と磁界が平行となる条件は
同一となり、対向放電を閉ループに発生させることがで
きる。また更に、前記リング状の第３のターゲットのス
パッタ面に略平行に均一な磁場が形成されることによ
り、前記第３のターゲットのスパッタ面全域で電界と磁
界が略直交することとなり、閉ループの均一なマグネト
ロン放電を発生させることができる。また、放電によっ
て発生した高エネルギー電子が、第１、第２、第３のタ
ーゲットによって囲まれた空間内にとどまり易くなる。
その結果、第１、第２、第３のターゲットのスパッタ面
の外周部は、いずれも中央部と同程度にスパッタされ
る。従って、第１、第２、第３のターゲットのいずれも
利用効率が向上する。また、ターゲット形状を円筒形状
あるいは角のとれた矩形形状にして長辺と短辺方向の長
さを最適化することにより、大面積基板上に薄膜を均一
形成することが可能となる。

【００２０】また、本発明によれば、本発明のスパッタ
装置が電力を第１、第２のターゲットと第３のターゲッ
トのそれぞれに電気的に独立して供給する電力供給手段
を有するので、対向放電とマグネトロン放電とを同時に
発生させることが出来る。

【００２１】更に、前記ターゲットをブロック状に複数
組配置することにより成膜速度の向上を図ることができ
るようになる。

【００２２】したがって、従来と比較して大面積基板上
の膜厚分布が一層均一になりかつ時間の経過に伴う分布
の変化を減少させて膜厚の分布を均一に保つことも可能
になる。また、大電力が印加できかつ複数組配置するこ
とによりスパッタ速度も速くなり、ターゲットの使用効
率も向上する。

【００２３】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下に本発
明の詳細を図面により説明する。図１は本発明の第１の
実施の形態に係る複合対向ターゲット式スパッタ装置を
説明するための装置断面図、図２はそのターゲット部の
１具体例を示す正面図である。

【００２４】図１において、１０は真空チャンバー、２
０はチャンバー１０を排気する真空ポンプなどからなる
排気系、３０はガス導入系である。そして真空チャンバ
ー１０内には、図示のごとく、チャンバー１０に絶縁部
材１１，１２，１３，１４を介して固着されたターゲッ
トホルダー５５，１５，１６が設けられ、該ホルダ−１
５，１６には一対の円筒状の第１、第２のターゲットＴ
１，Ｔ２が空間を隔てて平行に対面するように配設して
あり、該ホルダー５５には該空間の片側一方（基板が通
過する反対側）の開口部を塞ぐようにリング状の第３の
ターゲットＴ３が配設してある。ターゲットＴ１，Ｔ
２，Ｔ３はいずれも互いに接触である。

【００２５】この円筒状ターゲットＴ１，Ｔ２の背後に
は磁界発生手段であるリング状永久磁石１５１と１６１
がそれぞれ対向して配置してある。ターゲットＴ１，Ｔ
２，Ｔ３とそれに対応するターゲットホルダー１５，１
６，５５には、冷却パイプ１５４，１６４を介して冷却
水が循環し、ターゲットＴ１，Ｔ２，Ｔ３、永久磁石１
５１，１６１が冷却されるようになっている。

【００２６】磁石１５１，１６１はターゲットＴ１，Ｔ
２に関してＮ極：Ｓ極が対面するように設けてあり、更
に一対の円筒状ターゲットＴ１，Ｔ２の空間部分の磁石
密度を高めるために、パーマロイや軟鉄などの強磁性体
で形成されたコア１７や永久磁石１５１，１６１によっ
て閉ループが形成されている。なお、１８，１９は絶縁
部材１１，１２，１３，１４およびターゲットホルダー
１５，１６の防着板として用いられるシールドカバーで
あり、一方で陽極としても働く。また、シールドカバー
１８，１９は、真空チャンバー１０に接し、アースによ
って接地されている。

【００２７】また、薄膜が形成される長尺の基板４０を
保持する基板保持手段４１は、基板搬送系５０により第
１、第２のターゲットＴ１，Ｔ２の面に対して直角方向
でかつ第３のターゲットＴ３の面に対して平行方向に保
持された状態で、図面の前後方向に往復運動することが
可能であり、したがって基板４０もスパッタ面Ｔ１，Ｔ
２に対して直角方向で、Ｔ３に対して平行方向に移動可
能である。なお、基板４０の裏面から温度調節が可能な
加熱手段４２を有している。

【００２８】一方、スパッタ電力を供給する第１、第２
の電力供給手段６０，６１は、互いに電気的に独立して
おり、電力供給手段６０はターゲットＴ１，Ｔ２を、ま
た電力供給手段６１はターゲットＴ３にそれぞれ電力供
給し、それぞれプラス側をアースに、マイナス側をター
ゲットＴ１，Ｔ２，Ｔ３に接続する。また、第１、第２
の電力供給手段６０，６１は、直流電流を供給する電源
であり、チャンバー１０を介して接地している。よって
各放電はターゲットＴ１，Ｔ２，Ｔ３とアースであるシ
ールドカバー１８，１９との間の電位差を利用して発生
する。なお、プリスパッタ時に基板４０を保護するた
め、基板４０とターゲットＴ１，Ｔ２との間に出入りす
るシャッター（図示せず）が設けてある。

【００２９】ところで、前述のとおり、第１、第２のタ
ーゲットＴ１，Ｔ２の背後には、永久磁石および閉ルー
プを形成するコアからなる磁界発生手段が設けられてお
り、磁束は中央部の磁石からターゲットＴ１表面を垂直
に横切り更に空間部分を通り、外周部に設置されたター
ゲットＴ２表面を垂直に横切って外周部磁石に達する。
外周部磁石を横切った磁束は、強磁性体で形成されたコ
ア１７内部を通り内側の磁石に達し、閉ループを形成さ
せる。このように閉ループを形成させることにより、タ
ーゲットＴ１，Ｔ２表面を垂直に横切ると共に、Ｔ３表
面近傍を略水平に横切る磁場を形成させることができ
る。更に、ターゲットＴ１，Ｔ２，Ｔ３を円筒状の無終
端形状にすることにより、ターゲットのどの位置におい
ても同様な磁場を形成することができる。

【００３０】したがって、Ａｒなどのガスを導入して電
力を印加すると、ターゲットＴ１，Ｔ２表面に垂直の電
界が形成される。このように、磁界と電界が平行に形成
されると、電子は磁界を取り巻くように回転してガス分
子と衝突してイオン化されプラズマが発生する。ターゲ
ットＴ１，Ｔ２には直流電源から負の電圧が印加されて
いるので、イオン化されたガス分子はターゲットＴ１，
Ｔ２に加速しながら引き寄せられ、ターゲットに衝突し
ターゲット材料をはじき出す対向スパッタが生じ、同時
にターゲットＴ３にも直流電源から負の電圧が印加され
電界と磁界が略直交することで、電子はＴ３上をマグネ
トロン運動してマグネトロンスパッタが生じる。このと
き、前記したようにターゲットＴ１，Ｔ２は円筒状の形
状で電界と磁界がターゲットＴ１，Ｔ２表面に垂直でか
つ放射状に形成されるため、今までの対向スパッタと異
なり、ターゲット中央部にエロージョン領域が集中する
ことなくリングターゲット全域において対向スパッタが
起こり、ターゲットの有効利用効率を向上することがで
きる。

【００３１】次に対向放電とマグネトロン放電の特性の
違いを説明する。第７図は本発明のスパッタ装置を用い
て直流電流を第１の電力供給手段６０が一対のターゲッ
トＴ１，Ｔ２のみに供給した場合と、第２の電力供給手
段がターゲットＴ３のみに電力を供給した場合のそれぞ
れの電圧―電流曲線（Ｖ−ｉ曲線）を示したグラフであ
る。

【００３２】対向放電は、電圧値が電流値の増加に伴い
増加する。これに対してマグネトロン放電は、電流値が
増加しても電圧値がわずかにしか増加しない。また、マ
グネトロン放電は、電流値の増加に対する電圧値の増加
が対向放電のそれよりも小さく、また或一定の電流値以
上の電流を供給しても電圧値は増加しなくなるという現
象が現れる。これはマグネトロン放電における電流値と
電圧値との関係が供給されるガスの量によって制限され
るためであり、電流を過剰に供給しても電圧値は限界を
示す。このように対向放電とマグネトロン放電の両放電
の特性の違いは、それぞれのＶ−ｉ曲線をみることで知
ることが出来る。

【００３３】このときターゲットＴ１、Ｔ２の間の対向
放電に寄与する最大磁束密度とターゲットＴ３近傍でタ
ーゲットＴ３表面に平行なマグネトロン放電に寄与する
最大磁束密度とが等しい。またマグネトロン放電の方が
対向放電よりもインピーダンスが低い。また本発明のス
パッタ装置によって対向放電は８００〜１０００Ｖの範
囲で発生する。またマグネトロン放電は４００〜６００
Ｖの範囲で発生する。これはマグネトロン放電が対向放
電よりも低いインピーダンスの状態で発生することを示
す。

【００３４】このようにマグネトロン放電が対向放電よ
り低インピーダンス下で発生するため、たとえば対向放
電とマグネトロン放電とに供給する電力を電気的に独立
していない状態で供給すると、対向放電を発生させるた
めに供給される電力の多くがマグネトロン放電を発生さ
せるための電力として消費される。

【００３５】供給する電力を有効に利用するために本発
明のスパッタ装置は、電気的に独立した第１、第２の電
力供給手段６０，６１を設け、それぞれが第１、第２の
ターゲットＴ１，Ｔ２と第３のターゲットＴ３とに電力
を供給する。その結果対向放電とマグネトロン放電の両
放電をスパッタに必要な程度に発生させることが出来、
且つ両放電を制御する事が出来る。

【００３６】また、本発明では、ターゲットＴ１，Ｔ
２，Ｔ３によって囲まれた空間内でプラズマが発生する
のでターゲット中心部のエロージョン、つまりターゲッ
トの形状の変化やプラズマの閉じ込め効率アップに伴い
高効率で大電力を投入することが出来たり、あるいはタ
ーゲットと基板間の距離を近づけることが可能となり、
基板の成膜速度を速めることが可能となる。

【００３７】また、本発明によれば、前記したようにプ
ラズマの閉じ込め効率アップによるターゲットと基板間
の距離を近づけた成膜が可能となることで、基板のどの
微少領域においても膜厚の構成比は、スパッタ面のうち
基板近傍から飛来するスパッタ粒子とスパッタ面のうち
基板から遠く離れた部分から飛来するスパッタ粒子の構
成比において、前者を増加させることができる。したが
ってスパッタ条件を変更したりターゲットの材質をかえ
てもスパッタ粒子がスパッタ面から放出される際の放出
角度に大きな違いが生じず膜厚分布の均一な薄膜を基板
上に成膜することができる。

【００３８】更に、マグネトロン放電単独では放電を維
持することが不可能な低真空領域においても、プラズマ
の閉じ込め効率アップによりスパッタが可能となり、ス
パッタガスなどの不純物混入の少ない良質の膜形成が可
能となる。なお、ターゲットＴ１とＴ２はスパッタされ
る面積が異なるので、ターゲット寿命を同じにするため
には面積の小さい内側のターゲットＴ１の厚さをＴ２よ
り厚くした方が好ましい。

【００３９】また、本発明の第１のターゲットの形状は
発生する電界の密度分布が不均一にならないようにその
形状を決定する事が好ましく、具体的には無終端形状に
することが好ましい。また無終端形状の具体例として上
述した円筒形状のほかに、図３に示すように長辺と短辺
との長さを異ならしめ、且つ角が取れた矩形形状として
もよい。

【００４０】また第１、第２のターゲットＴ１，Ｔ２お
よび第３ターゲットＴ３を図３に示すように角のとれた
矩形形状にしてターゲットＴ１の長尺方向を基板搬送方
向と垂直方向のサイズに対して最適化することが好まし
い。また複数の複合対向ターゲットを基板搬送方向に対
して並べたり、あるいは複数の円筒形状の複合対向ター
ゲットを基板中心部に比べ周辺部により多く配置するこ
とによって、均一な薄膜を大面積にわたって作成するこ
とができる。

【００４１】また或いは第１のターゲットを無終端の多
角形形状として、第１のターゲットにあわせて第２、第
３のターゲットも無終端の多角形形状としてもよい。

【００４２】また本発明は電力供給手段６０が図１に示
すように、一対のターゲットＴ１，Ｔ２の両方に電力を
供給する形態のほかに電力供給手段６０を２つ設けて
（不図示）一方の電力供給手段６０がターゲットＴ１の
みへ電力を供給し、ターゲットＴ１のみに供給される電
力とは電気的に独立している他方の電力供給手段６０が
Ｔ２のみへ電力を提供する形態であってもよい。

【００４３】また、本発明に用いられるターゲットＴ
１，Ｔ２，Ｔ３は、いずれも同一部材である事が好まし
い。このとき使用されるターゲットとして、アルミニウ
ム、チタン、タングステン、クロム、銅、モリブデン、
白金、タンタル等の単一材料からなる金属や、アルミニ
ウムとシリコンと銅から構成される合金や、ボロンや燐
がドープされたシリコン等の半導体、或いは希土類金
属、或いはＩＴＯ、酸化シリコン、酸化アルミニウム等
の酸化物、或いは窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化
タングステン、窒化シリコン等を含む窒化物等を用いる
ことが好ましい。

【００４４】また、本発明の対向マグネトロン複合スパ
ッタ装置を用いて形成される薄膜は、半導体装置を構成
する半導体薄膜、または絶縁体薄膜もしくは導電性薄膜
として用いることが好ましい。また、半導体装置は、薄
膜トランジスタ、エレクトロルミネッセンス素子等とし
て用いることが出来る。また、本発明の薄膜を有した薄
膜トランジスタを用いて太陽電池等の光電変換素子を作
成することも好ましい。

【００４５】（第２の実施の形態）第２の実施の形態は
図４に示すように、電力供給手段６０がターゲットＴ
１，Ｔ２に交流電界を供給し、また電力供給手段６０と
電気的に独立している電力供給手段６１がターゲットＴ
３に交流電界を供給する形態である。このとき電力供給
手段６０、６１は供給する交流電界の位相を整合させる
ために位相変換装置７０によって接続される。位相変換
装置は一対のターゲットＴ１，Ｔ２とターゲットＴ３の
それぞれに供給される交流電界の位相を任意に制御する
ことができ、例えばターゲットＴ３に供給される交流電
界の位相を一対のターゲットＴ１，Ｔ２に供給される交
流電界の位相に対して１８０度ずらすことが出来る。こ
のようにそれぞれの交流電界の位相を１８０度ずらすこ
とで、Ｔ３をＴ１，Ｔ２に対して逆極の電極に保つこと
が出来る。その結果、一対の第１、第２のターゲットと
リング状の第３のターゲットにそれぞれ位相が異なるよ
うに交流電界を印加しスパッタすることにより、ターゲ
ットがカソードとアノードに交互に切り替わることとな
り、局部的にたまる余分なチャージを互いにキャンセル
し合うことで直流電界を供給した場合に発生する可能性
があるアーク放電を防止する効果があり、長時間安定な
放電を持続することが可能となる。

【００４６】またその他については第１の実施の形態で
示したことと同様である。

【００４７】また本発明は一方の電力供給手段が直流電
力を供給し、他方の電力供給手段が交流電力を供給して
もよい。この場合、直流電界を供給するターゲット側で
直流電界が交流電界によって干渉され異状をきたすこと
を防ぐために不図示の制御回路を設けてアーク放電が発
生することを防ぐことが好ましい。

【００４８】（第３の実施の形態）第３の実施の形態
は、図５に示すように電力供給手段６０、６１が高周波
（１３．５６ＭＨｚ）のＲＦ（Ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ）供給手段であり、ＲＦ供給手段と接続するタ
ーゲットとの間にインピーダンスを整合させるための不
図示のマッチングボックス８０を設けることが好まし
い。またその他については第２の実施の形態と同様であ
る。

【００４９】また本発明は、電力供給手段６０、６１の
一方がＲＦ供給手段であり、他方の電力供給手段が供給
する電力が自由に交流或いは直流を選択して供給するこ
とも出来る。

【００５０】また本実施の形態では特に絶縁体を一対の
ターゲットＴ１，Ｔ２として使用することが出来る。

【００５１】（第４の実施の形態）第４の実施の形態
は、薄膜形成工程を少なくとも２以上の多段階の工程に
よって行うことを特徴とする。このとき薄膜形成工程は
工程の前半で大まかに薄膜形成を行い、工程の後半、つ
まり薄膜形成工程終了段階で仕上げの薄膜形成工程を行
い、一連の薄膜形成工程を完了させる実施の形態であ
る。また、その他の点については第１乃至第３の実施の
形態と同じである。

【００５２】また本発明は対向放電とマグネトロン放電
をそれぞれ独立させて発生させる事が出来るので、対向
放電とマグネトロン放電の両方を同時に用いて成膜する
工程の後に成膜が更に必要な箇所をマグネトロン放電の
みによって成膜する工程を続けてもよい。

【００５３】或いは薄膜形成工程前半として対向放電の
みによるスパッタによって基板に薄膜を大まかに形成さ
せ、次いで薄膜形成工程後半としてマグネトロン放電に
よるスパッタによって前記大まかに形成された薄膜表面
上に極薄い膜を堆積させる。或いは工程前半にマグネト
ロン放電によるスパッタを行い、工程後半で対向放電に
よるスパッタを行ってもよい。

【００５４】なお第４の実施の形態において電力供給手
段６０、６１がターゲットＴ１，Ｔ２，Ｔ３に供給する
電界は、いずれも直流電界でもよいし交流電界でもよい
し或いはいずれか一方のみが直流電界でもよい。

【００５５】以下、上述の点を具体的に説明する。

【００５６】実施例１図１ないし図３に示す本発明の対向ターゲットスパッタ
装置を用い第１の実施の形態で説明したスパッタ装置を
用いて成膜実験を行った。まず、基板４０には厚さ１．
１ｍｍで３００ｍｍ×３００ｍｍサイズの青板ガラス基
板を用い、ターゲットＴ１，Ｔ２，Ｔ３にはターゲット
材料として９９．９９％の純度の銅（Ｃｕ）を用い、基
板の搬送方向に対して直角方向に小判形状の長尺方向が
向くようにして配置し、外側ターゲットＴ２の長尺方向
の内径を３２０ｍｍとし、厚みは６ｍｍのものを用い
た。また、Ｔ２ターゲットには厚さ１２ｍｍのものを用
い、Ｔ３ターゲットには厚さ６ｍｍのものを用いた。Ｔ
１，Ｔ２円筒状ターゲットの高さはそれぞれ１００ｍｍ
とし、内側ターゲットＴ１と外側ターゲットＴ２とのス
パッタ面の間隔距離は６０ｍｍとした。また、そのとき
のＴ１スパッタ面からＴ２スパッタ面に略垂直方向に向
かう磁界の強度は４００Ｏｅであった。

【００５７】スパッタリングの主な条件としては、Ａｒ
ガス圧力を３×１０^-3Ｔｏｒｒとし、ターゲット端部か
ら基板までの距離を３０ｍｍとした。（ターゲット端部
から基板面までの距離を１０ｍｍより短くすると、熱・
電子・イオンなどによるプラズマダメージが無視できな
い領域となり、一方、６０ｍｍを越える距離にすると膜
が基板以外の壁面や搬送駆動系などに付着し、コンタミ
およびパーティクルの発生要因となる。したがって、基
板とターゲット端部との間隔は１０ｍｍから６０ｍｍの
範囲が好ましい。）。また、基板の搬送スピードは２１
０ｍｍ／分とし、第１、第２の電力供給手段６０，６１
によって第１、第２のターゲットＴ１，Ｔ２にスパッタ
投入電力として８ｋＷの直流電界を，そして第３のター
ゲットＴ３に４ｋＷの直流電界を印加した。

【００５８】以上のようにして銅からなる薄膜をガラス
基板上にスパッタ成膜した、この条件で成膜される銅膜
の厚みは約１μであり、３００ｍｍ□基板内での膜厚分
布を測定したところ、図４に示すように基板全域で±１
０％以内の誤差に納まる良好な結果を得た。

【００５９】比較例１上記実施例の比較として図６に示した従来の対向ターゲ
ットスパッタ装置を用いて同様な成膜実験を行った。対
向するターゲットｔ１，ｔ２にターゲット材料として９
９．９９％の純度の銅（Ｃｕ）からなる厚さ６ｍｍで３
２０ｍｍ×１００ｍｍの長方形ターゲットを用い、基板
の搬送方向と直角方向にターゲットの長尺方向が向くよ
うにし、長尺面側を基板が通過するようにした。また、
ターゲット間距離は１００ｍｍとし、またそのときのｔ
１スパッタ面からｔ２スパッタ面に略垂直方向に向かう
磁界の強度は実施例１と同様に４００Ｏｅとした。スパ
ッタリングの主な条件としては、Ａｒガス圧力を３×１
０^-3Ｔｏｒｒとし、ターゲット端部から基板までの距離
を３０ｍｍとした。また、基板の搬送スピードは１５０
ｍｍ／分とし、ｔ１，ｔ２にスパッタ投入電力として８
ｋＷの直流電界を印加した。

【００６０】以上のようにして銅からなる薄膜をガラス
基板上に従来の方法でスパッタ成膜した。この条件で成
膜される銅膜の厚みは搬送方向に対して均一であった。
しかしながら搬送方向と垂直な方向では周辺部が薄いこ
とがわかった。図４に示すように、銅膜の厚みは３００
ｍｍ□基板の中心で約１μｍであり、３００ｍｍ□基板
内での膜厚分布を測定したところ、図４に示すように±
１０％の膜厚分布領域は基板幅３００ｍｍに対し約半分
の１５０ｍｍ程度であった。

【００６１】実施例２次に１．１ｍｍ厚で３００ｍｍ□のガラス基板に液晶カ
ラーフィルターを作成するために用いられる熱硬化性樹
脂である三洋化成製の平坦化膜ＬＣ２０４０を１μｍス
ピンコートし、ポストベークを行った後、実施例１およ
び比較例１と同様にして、ターゲット材質のみを銅から
ＡｌＳｉＣｕ合金材に変更して従来の対向ターゲットス
パッタ装置および本発明の対向ターゲットスパッタ装置
をそれぞれ用いてターゲットの端部から基板までの距離
を３０ｍｍと前記例と同様にして、ＡｌＳｉＣｕ合金膜
を形成する実験を行った。その際、基板の裏側にＷａｈ
ｌ社製の色変化による温度測定器であるテンプ・プレー
トを貼り、基板の上昇温度測定を行った。

【００６２】その結果、本発明の対向ターゲットスパッ
タ装置で成膜を行った場合は、１枚目から１００枚目ま
での基板温度は１１０℃〜１２１℃の範囲で安定し、膜
面に特に異常は観られなかったのに対し、従来の対向タ
ーゲットスパッタ装置で成膜したものは、１枚目から１
００枚目までに１１５℃〜１７１℃まで上昇し、枚数を
重ねるにつれ上昇する傾向にあった。

【００６３】更に、９０枚目以降の基板には平坦化膜Ｌ
Ｃ２０４０の熱ダメージと観られるシワが、膜面に発生
した。

【００６４】実施例３次にターゲットＴ１，Ｔ２およびＴ３にそれぞれ透明導
電膜材料であるＩＴＯの燒結体（充填率９５％）を用
い、第２の実施の形態で説明したスパッタ装置を用い、
上記実施例１と同様にして成膜実験を行った。主なスパ
ッタリング条件として、Ａｒガスに１．５％の酸素ガス
を混合し、スパッタ圧力を３×１０^-3Ｔｏｒｒとし、Ｔ
１，Ｔ２とＴ３との位相が１８０度ずれるように４０ｋ
Ｈｚの交流電界を印加しスパッタを行った。その際、ラ
ンドマークテクノロジー社製のマイクロアークモニター
を設置し、アーク放電回数を測定した。その結果、１０
時間連続成膜した場合のアーク回数は３回であった。

【００６５】これはＴ１，Ｔ２とＴ３とがアノードとカ
ソードとに交互になるためアーク放電を発生させるチャ
ージがキャンセルされるためと考えられる。

【００６６】この実験からわかるように、Ｔ１，Ｔ２と
Ｔ３との位相がずれるように交流電界を印加すること
で、アーク放電の発生回数が極めて少ない安定したスパ
ッタを行うことができる。

【００６７】実施例４本発明の複合対向ターゲット式スパッタ装置を用いて、
ターゲットＴ１，Ｔ２，Ｔ３を、使用限界（どこか一カ
所穴が開く直前）まで使用し、また、比較例で用いたタ
ーゲットｔ１，ｔ２を使用限界まで使用し、それぞれの
重さを測定し、利用効率〔（使用前重量−使用後重量）
／使用前重量〕を測定した結果、従来の対向スパッタに
よるターゲット利用効率は約２０％であった。それに対
し、本発明によるターゲットの利用効率は約４３％であ
った。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下に述
べる効果を有する。

【００６９】（１）従来の対向スパッタの長所を取り入
れ、高速低温スパッタが行えるのに加え、従来スパッタ
では不可能であった周辺部を効率よくスパッタすること
ができるため、より高速でターゲット利用効率の高いス
パッタが行える。

【００７０】（２）ターゲット中心部への磁束の集中を
迎え、ターゲットの利用効率を高めることができる。

【００７１】（３）量産化が容易に行える。

【００７２】（４）膜厚分布が良好な部分が広範囲に設
定でき、かつ経時変化を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す複合対向ター
ゲットスパッタ装置の断面図

【図２】本発明の複合対向ターゲットの正面図

【図３】本発明の複合対向ターゲットの別の構成をあら
わす正面図

【図４】本発明の第２の実施の形態で示す複合対向ター
ゲットスパッタ装置の断面図

【図５】本発明の第３の実施の形態で示す複合対向ター
ゲットスパッタ装置の断面図

【図６】膜厚分布を示すグラフ

【図７】対向放電とマグネトロン放電のそれぞれのＶ−
ｉ曲線をあらわすグラフ

【図８】従来の対向ターゲットスパッタ装置を説明する
ための図

【図９】従来の対向ターゲットスパッタ装置を用いた場
合のターゲット使用後のエロージョンを示す図

【符号の説明】

１０真空チャンバー２０真空排気系１１，１２，１３，１４絶縁部材５５，１５，１６ターゲットホルダーＴ１，Ｔ２，Ｔ３，ｔ１，ｔ２ターゲット１７閉磁路形成用コア１８，１９シールドカバー３０ガス導入系５，４０基板６，４１基板保持手段４２基板加熱手段５０基板搬送系６０第１の電力供給手段６１第２の電力供給手段１５１，１６１永久磁石１５４，１６４冷却パイプ７０移相変換装置８０マッチングボックス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のターゲットの無終端の外壁面から
なる第１のスパッタ面に、第２のターゲットの無終端の
対向壁面からなる第２のスパッタ面が対向するように該
第１および第２のターゲットを配設するための対向ター
ゲット配置手段と、前記第１のスパッタ面と前記第２のスパッタ面との間の
空間に対向して第３のスパッタ面が位置するように第３
のターゲットを配置するためのターゲット配置手段と、前記第１のターゲットと前記第２のターゲットと前記第
３のターゲットで囲まれた空間の開口に対向して基板を
配置するための基板保持部材と、前記第１および第２のスパッタ面に垂直な方向に磁界を
発生させるための磁界発生手段とを有する対向マグネト
ロン複合スパッタ装置であって、前記第１および第２のターゲットのスパッタ面で対向放
電を形成させるための第１の電力供給手段と、前記第３のターゲットの前記第３のスパッタ面でマグネ
トロンを形成させるための前記第１の電力供給手段と独
立して電力を供給する第２の電界供給手段とを有するこ
とを特徴とする対向マグネトロン複合スパッタ装置。
【請求項２】前記第１のターゲットは円筒形状である
事を特徴とする請求項１記載の対向マグネトロン複合ス
パッタ装置。
【請求項３】前記第１のターゲットは角がとれた矩形
形状である事を特徴とする請求項１記載の対向マグネト
ロン複合スパッタ装置。
【請求項４】前記第１のターゲットは多角形状である
事を特徴とする請求項１記載の対向マグネトロン複合ス
パッタ装置。
【請求項５】前記第１のターゲットと前記第２のター
ゲットと前記第３のターゲットとからなるターゲット集
合体が少なくとも２組以上配置されている事を特徴とす
る請求項１記載の対向マグネトロン複合スパッタ装置。
【請求項６】第１のターゲットの無終端の外壁面から
なる第１のスパッタ面に、第２のターゲットの無終端の
対向壁面からなる第２のスパッタ面が対向するように該
第１および該第２のターゲットを配置し、前記第１のス
パッタ面と前記第２のスパッタ面との間の空間に対向し
て第３のスパッタ面が位置するように第３のスパッタ面
を配置し、かつ前記第１のターゲットと前記第２のター
ゲットと前記第３のターゲットで囲まれた開口に対向し
て基板を配置し、前記第１および第２のスパッタ面のそ
れぞれに垂直な方向に磁界をかけた状態で、前記第１お
よび第２のターゲットのスパッタ面に第１の電力供給手
段が電力を供給して対向放電を発生させるとともに、前
記第３のターゲットの前記第３のスパッタ面に第２の電
力供給手段が電力を供給してマグネトロン放電を生じさ
せて、前記基板上に薄膜を形成することを特徴とする対
向放電とマグネトロン放電との複合放電による薄膜形成
方法。
【請求項７】前記第１のターゲットは円筒形状である
事を特徴とする請求項６記載の薄膜形成方法。
【請求項８】前記第１のターゲットは角がとれた矩形
形状である事を特徴とする請求項６記載の薄膜形成方
法。
【請求項９】前記第１のターゲットは多角形状である
事を特徴とする請求項６記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】前記第１の電力供給手段と前記第２の
電力供給手段の少なくともいずれか一方が直流電流を供
給する事を特徴とする請求項６記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】前記第１の電力供給手段と前記第２の
電力供給手段の少なくともいずれか一方が交流電流を供
給する事を特徴とする請求項６記載の薄膜形成方法。
【請求項１２】前記第１の電力供給手段と前記第２の
電力供給手段の少なくともいずれか一方が高周波電流を
供給する事を特徴とする請求項６記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】前記第１のターゲットと前記第２のタ
ーゲットに供給する交流電界の位相と異なる交流電界の
位相を前記第３のターゲットに供給することを特徴とす
る請求項６記載の薄膜形成方法。
【請求項１４】前記第１および第２および第３のスパ
ッタ面が同一部材である事を特徴とする請求項６記載の
薄膜形成方法。
【請求項１５】前記部材は金属、半導体、酸化物、窒
化物群から選択されるいずれか１つである事を特徴とす
る請求項１４記載の薄膜形成方法。
【請求項１６】半導体装置を構成する薄膜を形成する
ことを特徴とする請求項６記載の薄膜形成方法。
【請求項１７】前記半導体装置は薄膜トランジスタ乃
至エレクトロルミネッセンス素子のいずれか１方である
ことを特徴とする請求項１６記載の薄膜形成方法。