特許 7488166 ターゲットおよび成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-13

(45)【発行日】2024-05-21

(54)【発明の名称】ターゲットおよび成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20240514BHJP

【ＦＩ】

C23C14/34 C

C23C14/34 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020160577

(22)【出願日】2020-09-25

(65)【公開番号】P2022053772

(43)【公開日】2022-04-06

【審査請求日】2023-03-13

(73)【特許権者】

【識別番号】514140573

【氏名又は名称】ＪＳＷアフティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鳥居 博典

【審査官】山本 一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１７１３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１２２１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－２２１０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１１８８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

成膜対象物を保持するワーク保持部と、
プラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記ワーク保持部と前記プラズマ生成部との間に設けられたターゲットと、
前記ターゲットと前記プラズマ生成部との間に設けられたリング形状の第１シールド部材と、
前記ターゲットと前記ワーク保持部との間に設けられたリング形状の第２シールド部材と、
を備え、
前記ターゲットは、
円筒形状のターゲット部材と、
前記ターゲット部材の周囲に配置され、前記ターゲット部材を支持する支持部材と、
を有し、
前記第１シールド部材、前記第２シールド部材、および前記ターゲット部材のそれぞれは、第１方向に延びる第１軸を中心軸として第１方向に積層され、
前記第１方向において、前記第１シールド部材、前記ターゲット部材、および前記第２シールド部材のそれぞれは、互いに離間するように配置され、
前記第１シールド部材の内径は、ターゲット部材の内径より小さい、成膜装置。

【請求項2】

請求項１に記載の成膜装置において、
前記第１シールド部材の内径は、前記第２シールド部材の内径より小さい、成膜装置。

【請求項3】

請求項１に記載の成膜装置において、
前記第１シールド部材は、前記第１方向において前記ターゲットの前記支持部材と重なる第１部分と、前記第１方向において前記ターゲットと重ならない第２部分と、を有し、
前記第２部分の厚さは、前記第１部分の厚さより薄く、
前記ターゲット部材のうち、前記第１シールド部材と対向する面を含む面を基準面とすると、前記第２部分から前記基準面までの最短距離は、前記第１部分から前記基準面までの最短距離より大きい、成膜装置。

【請求項4】

請求項３に記載の成膜装置において、
前記第１シールド部材は、前記第１部分と前記第２部分との間に段差部を有し、
前記段差部よりも外側の部分の厚さは、前記第１部分の厚さと等しく、
前記段差部よりも内側の部分の厚さは、前記第２部分の厚さと等しい、成膜装置。

【請求項5】

請求項４に記載の成膜装置において、
前記段差部は、前記第１方向において前記ターゲット部材と重なる、成膜装置。

【請求項6】

請求項３に記載の成膜装置において、
前記第２部分の前記ターゲット側の面は、前記第１方向に直交する第２方向に対して傾斜する傾斜面になっている、成膜装置。

【請求項7】

請求項１に記載の成膜装置において、
前記第１シールド部材の内径は、前記ターゲット部材の内径に対して９０％以上である。

【請求項8】

請求項１に記載の成膜装置において、
前記第１シールド部材の内径は、前記ターゲット部材の内径に対して９９％以下である。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ターゲットおよび成膜装置並びに成膜対象物の製造技術に関し、例えば、プラズマを利用して成膜対象物に膜を形成する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

特開昭５９－４７７２８号公報（特許文献１）には、電子サイクロトロン共鳴現象（Electron Cyclotron Resonance：ＥＣＲ）を利用して発生させたプラズマに含まれるイオンをターゲット部材に衝突させることにより、ターゲット部材から飛び出してきたターゲット粒子を成膜対象物に被着させて、成膜対象物に膜を形成する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭５９－４７７２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

スパッタリング技術では、プラズマに含まれるイオンをターゲット部材に衝突させて、ターゲット部材から飛び出してきたターゲット粒子を成膜対象物に被着させることにより、成膜対象物に膜を形成する。ターゲット部材の上方および下方には、ターゲット部材を支持する支持部材にプラズマが照射されることを防止するためのシールド部材が配置される。シールド部材は、ターゲット部材とのショートを抑制するため、ターゲット部材から離間するように配置される。ところが、成膜工程を継続的に実施することにより、シールド部材に形成される堆積物が成長すると、堆積物に起因してスパッタリングが安定しないことが判った。

【0005】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施の形態における成膜装置は、成膜対象物を保持するワーク保持部と、プラズマを生成するプラズマ生成部と、前記ワーク保持部と前記プラズマ生成部との間に設けられたターゲットと、前記ターゲットと前記プラズマ生成部との間に設けられたリング形状の第１シールド部材と、前記ターゲットと前記ワーク保持部との間に設けられたリング形状の第２シールド部材と、を備える。前記ターゲットは、円筒形状のターゲット部材と、前記ターゲット部材の周囲に配置され、前記ターゲット部材を支持する支持部材と、を有する。前記第１シールド部材、前記第２シールド部材、および前記ターゲット部材のそれぞれは、第１方向に延びる第１軸を中心軸として第１方向に積層され、前記第１方向において、前記第１シールド部材、前記ターゲット部材、および前記第２シールド部材のそれぞれは、互いに離間するように配置され、前記第１シールド部材の内径は、ターゲット部材の内径より小さい。

【0007】

他の実施態様である成膜装置が備える前記第１シールド部材の内径は、前記第２シールド部材の内径より小さい。

【0008】

他の実施態様である成膜装置が備える前記第１シールド部材は、前記第１方向において前記ターゲットの前記支持部材と重なる第１部分と、前記第１方向において前記ターゲットと重ならない第２部分と、を有する。前記第２部分の厚さは、前記第１部分の厚さより薄い。前記ターゲット部材のうち、前記第１シールド部材と対向する面を含む面を基準面とすると、前記第２部分から前記基準面までの最短距離は、前記第１部分から前記基準面までの最短距離より大きい。

【0009】

他の実施態様である成膜装置は、前記第１シールド部材は、前記第１部分と前記第２部分との間に段差部を有する。前記段差部よりも外側の部分の厚さは、前記第１部分の厚さと等しい。前記段差部よりも内側の部分の厚さは、前記第２部分の厚さと等しい。

【0010】

他の実施態様である成膜装置が備える前記段差部は、前記第１方向において前記ターゲット部材と重なる。

【0011】

他の実施態様である成膜装置の前記第２部分の前記ターゲット側の面は、前記第１方向に直交する第２方向に対して傾斜する傾斜面になっている。前記第１シールド部材の内径は、前記ターゲット部材の内径に対して９０％以上である。

【0012】

他の実施態様である成膜装置の前記第１シールド部材の内径は、前記ターゲット部材の内径に対して９９％以下である。

【発明の効果】

【0013】

一実施の形態によれば、シールド部材上に堆積物が形成された場合でもスパッタリングを安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】成膜装置の模式的な構成を示す図である。

【図2】図１に示す成膜装置を用いて行う成膜方法の各工程を示すフローチャートである。

【図3】図１の成膜装置で使用されるターゲットの外観構成を示す斜視図である。

【図4】図１の成膜装置で使用されるシールド部材の外観構成を示す斜視図である。

【図5】成膜装置内におけるシールド部材とターゲットとの位置関係を示す断面図である。

【図6】図５に対する検討例である成膜装置内におけるシールド部材とターゲットとの位置関係を示す断面図である。

【図7】図６に示すターゲットおよびシールド部材の一部分において、ターゲット部材がスパッタされた状態示す拡大断面図である。

【図8】図５に示すターゲットおよびシールド部材の一部分において、ターゲット部材がスパッタされた状態示す拡大断面図である。

【図9】図８に示す成膜装置に対する変形例を示す拡大断面図である。

【図10】図９に示す成膜装置に対する変形例を示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

【0016】

＜成膜装置の構成＞
図１は、成膜装置の模式的な構成を示す図である。図１において、成膜装置１は、成膜室であるチャンバ１０を有する。このチャンバ１０には、ワーク保持部１１が配置されており、このワーク保持部１１によって、例えば、基板に代表される成膜対象物ＳＵＢが保持されている。このチャンバ１０には、ガス導入口１０ａとガス排気口１０ｂとが設けられている。

【0017】

次に、チャンバ１０には、ワーク保持部１１に保持された成膜対象物ＳＵＢと対向する位置にプラズマ生成部１３が設けられている。このプラズマ生成部１３は、プラズマを生成するように構成されており、プラズマ生成部１３の周囲には、例えば、コイルから構成される磁場発生部１４が配置されている。また、プラズマ生成部１３には、導波管１５が接続されており、導波管１５を伝搬するマイクロ波がプラズマ生成部１３に導入されるようになっている。さらに、ワーク保持部１１とプラズマ生成部１３の間であって、プラズマ生成部１３に近接する位置に、例えば、円筒形状からなるターゲットＴＡが配置されており、このターゲットＴＡは、高周波電源、直流電源、およびパルス電源を供給可能な電源１６と電気的に接続されている。これにより、ターゲットＴＡは、電源１６からの高周波電圧が印加されるように構成されている。このターゲットＴＡは、固定部１７によって固定されている。

【0018】

また、成膜装置１は、リング形状のシールド部材（第１シールド部材）３０と、リング形状のシールド部材（第２シールド部材）４０と、を有する。プラズマ生成部１３からワーク保持部１１に向かう方向をＺ方向とすると、シールド部材３０はＺ方向において、ターゲットＴＡとプラズマ生成部１３との間に設けられている。また、シールド部材４０は、ターゲットＴＡとワーク保持部１１との間に設けられている。

【0019】

＜成膜方法＞
続いて、成膜装置１を用いた成膜方法について説明する。図２は、図１に示す成膜装置を用いて行う成膜方法の各工程を示すフローチャートである。

【0020】

まず、図１において、プラズマ生成部１３には、例えば、アルゴンガスに代表されるガスが導入されている。そして、プラズマ生成部１３の周囲に配置されている磁場発生部１４から磁場を発生させると、プラズマ生成部１３に導入されているガスに含まれる電子がローレンツ力を受けることにより、円運動する。このとき、電子の円運動の周期（あるいは周波数）と同じ周期（あるいは周波数）を有するマイクロ波（電磁波）を導波管１５からプラズマ生成部１３に導入すると、円運動する電子とマイクロ波とが共鳴して、マイクロ波のエネルギーが円運動する電子に効率良く供給される（電子サイクロトロン共鳴現象）（図２のステップＳ１０１）。この結果、ガスに含まれる電子の運動エネルギーが大きくなって、ガスが、正イオンと電子とに分離する。これにより、正イオンと電子とからなるプラズマが生成される（図２のステップＳ１０２）。

【0021】

次に、図１において、電源１６からターゲットＴＡに対して高周波電圧を供給する。この場合、高周波電圧が供給されたターゲットＴＡには、正電位と負電位とが交互に印加されることになる。ここで、プラズマを構成する正イオンと電子のうち、ターゲットＴＡに印加される高周波電圧に追従することができるのは、質量の軽い電子である一方、質量の重い正イオンは、高周波電圧に追従することができない。この結果、追従する電子を引き付ける正電位が電子の有する負電荷によって相殺される一方、負電位が残存するため、高周波電力の平均値は、０Ｖから負電位にシフトする。このことは、ターゲットＴＡに対して高周波電圧が印加されているにも関わらず、あたかも、ターゲットＴＡに負電位が印加されているとみなすことができることを意味している。これにより、正イオンは、平均的に負電位が印加されているとみなされるターゲットＴＡに引き付けられて、ターゲットＴＡに衝突する（図２のステップＳ１０３）。

【0022】

続いて、正イオンがターゲットＴＡに衝突すると、ターゲットＴＡを構成するターゲット粒子が、正イオンの運動エネルギーの一部を受けとって、ターゲットＴＡからチャンバ１０の内部空間に飛び出す（図２のステップＳ１０４）。その後、チャンバ１０の内部空間に飛び出したターゲット粒子の一部は、ワーク保持部１１で保持されている成膜対象物ＳＵＢの表面に付着する（図２のステップＳ１０５）。そして、このような現象が繰り返されることによって、成膜対象物ＳＵＢの表面に多数のターゲット粒子が付着する結果、成膜対象物ＳＵＢの表面上に膜が形成される（図２のステップＳ１０６）。

【0023】

例えば、ターゲットＴＡをアルミニウムから構成する場合、ターゲット粒子は、アルミニウム原子であり、成膜対象物ＳＵＢに形成される膜は、アルミニウム膜である。ただし、図１に示す成膜装置１のチャンバ１０に設けられているガス導入口１０ａから酸素ガスや窒素ガスを導入しながら、上述した成膜動作を実施すると、成膜対象物ＳＵＢの表面には、酸化アルミニウム膜や窒化アルミニウム膜を形成することができる。

【0024】

同様に、例えば、ターゲットＴＡをシリコンから構成する場合、ターゲット粒子は、シリコン原子であり、成膜対象物ＳＵＢに形成される膜は、シリコン膜である。ただし、図１に示す成膜装置１のチャンバ１０に設けられているガス導入口１０ａから酸素ガスや窒素ガスを導入しながら、上述した成膜動作を実施すると、成膜対象物ＳＵＢの表面には、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を形成することができる。

【0025】

＜成膜装置の利点＞
上述した成膜装置１は、電子サイクロトロン共鳴現象（ＥＣＲ）と発散磁場を利用して作られたプラズマ流を成膜対象物ＳＵＢに照射し、同時に、ターゲットＴＡとグランドとの間に高周波電圧を加えることにより、プラズマ中のイオンをターゲットＴＡに衝突させて成膜対象物ＳＵＢに膜を形成する方法である。この成膜方法をＥＣＲスパッタリング法と呼ぶことにすると、このＥＣＲスパッタリング法には、以下に示す利点がある。

【0026】

例えば、マグネトロンスパッタリング法では、１０^－３Ｔｏｒｒ（１０^－３×１３３．３２Ｐａ）のオーダ以上でないと安定なプラズマを得ることができない。これに対し、ＥＣＲスパッタリング法では、安定なＥＣＲプラズマを１０^－４Ｔｏｒｒ（１０^－４×１３３．３２Ｐａ）のオーダの圧力で得ることができる。また、ＥＣＲスパッタリング法では、高周波電圧により、プラズマ中の粒子（正イオン）をターゲットＴＡに当ててスパッタリングを行なうため、低い圧力で成膜対象物ＳＵＢに膜を形成できる。

【0027】

ＥＣＲスパッタリング法では、成膜対象物ＳＵＢにＥＣＲプラズマ流とスパッタリングされた粒子が照射される。ＥＣＲプラズマ流のイオンは、１０ｅＶ～数十ｅＶのエネルギーを持っており、低い圧力のため、成膜対象物ＳＵＢに到達するイオンのイオン電流密度も大きくとれる。したがって、ＥＣＲプラズマ流のイオンは、スパッタリングされて成膜対象物ＳＵＢ上に飛来した原料粒子にエネルギーを与えるとともに、原料粒子と酸素との結合反応を促進することになり、ＥＣＲスパッタリング法で成膜対象物ＳＵＢに堆積した膜の膜質が改善される。このようなＥＣＲスパッタリング法では、特に、低い基板温度（成膜対象物ＳＵＢの温度）で、成膜対象物上に高品質の膜を成膜できることが利点である。

【0028】

以上のことから、成膜装置１は、高品質な膜を形成できる点で優れている。特に、成膜装置１では、成膜対象物ＳＵＢに高温に曝すことなく、成膜対象物の表面に高品質な膜を形成することができる点で非常に優れていると言える。つまり、成膜装置１では、成膜対象物ＳＵＢに与えるダメージを低減しながら、成膜対象物ＳＵＢの表面に高品質な膜を形成できる点で非常に優れていると言える。

【0029】

＜ターゲット＞
図３は、図１の成膜装置で使用されるターゲットの外観構成を示す斜視図である。図３に示すように、ターゲットＴＡは、円筒形状から成る。ターゲットＴＡは、例えば、銅材からなる円筒形状のバッキングチューブ（支持部材）２０を有し、このバッキングチューブ２０の内壁に、図示しないボンディング材（接着材）によって、例えば、アルミニウムからなる円筒形状のターゲット部材２１が接着されている。

【0030】

このように構成されている円筒形状のターゲットＴＡを利用した成膜方法の場合、一般的に使用されている円盤形状のターゲットを使用する場合に比べて、図１に示す成膜対象物ＳＵＢに与えるダメージを低減することができる。円筒形状のターゲットＴＡを用いて成膜する場合、円盤形状のターゲットを用いて成膜する場合と比較して、ターゲット部材２１に衝突した後に反跳したイオン（例えばアルゴンイオン）が成膜対象物ＳＵＢに衝突する確率が小さくなる。このため、円筒形状のターゲットＴＡを使用して成膜対象物ＳＵＢの表面上に膜を形成する構成の成膜装置では、反跳したアルゴンイオンが成膜対象物ＳＵＢに衝突する確率が小さくなる結果、反跳したアルゴンイオンが成膜対象物ＳＵＢに衝突することで、成膜対象物ＳＵＢにダメージを与えることを低減できる。

【0031】

＜シールド部材＞
図４は、図１の成膜装置で使用されるシールド部材の外観構成を示す斜視図である。図５は、成膜装置内におけるシールド部材とターゲットとの位置関係を示す断面図である。図４に示すように、シールド部材３０および４０のそれぞれは、リング形状から成る。

【0032】

図４および図５に示すように、シールド部材３０、シールド部材４０、およびターゲット部材２１のそれぞれは、Ｚ方向に延びる軸（仮想線）ＶＬ１を中心軸として、Ｚ方向に積層される。詳しくは、プラズマ生成部１３（図１参照）側から順に、シールド部材３０、ターゲット部材２１、およびシールド部材４０の順で、互いに離間して積層される。

【0033】

シールド部材３０および４０は、ターゲット部材２１を保持するバッキングチューブ２０へのプラズマの衝突を抑制するための保護部材である。Ｚ方向において、ターゲット部材２１と重なる位置にシールド部材３０および４０を配置することにより、ターゲット部材２１の外側に配置されるバッキングチューブ２０へのプラズマの衝突の発生頻度を低減させることができる。この結果、バッキングチューブ２０へのプラズマによるスパッタリングを抑制することができる。

【0034】

また、シールド部材３０および４０は、Ｚ方向において、ターゲット部材２１を挟んで、互いに対向するように配置される。これにより、ターゲットＴＡに供給される高周波電圧がターゲット部材２１の周辺に拡散することを抑制できる。言い換えれば、シールド部材３０および４０はターゲットＴＡに供給される高周波電圧の拡散を防止する拡散防止部材としての機能を備える。

【0035】

保護部材としての機能、および拡散防止部材としての機能を効果的に発揮させる観点から、シールド部材３０および４０のそれぞれは、金属材料から成ることが好ましい。シールド部材３０および４０を構成する金属材料としては、例えばステンレス鋼を例示できる。金属から成るシールド部材３０および４０と、ターゲット部材２１との短絡を防止するため、シールド部材３０および４０のそれぞれは、ターゲット部材２１と離間して配置される。言い換えれば、シールド部材３０および４０のそれぞれは、ターゲット部材２１と電気的に分離されている。ただし、ターゲット部材２１とシールド部材３０および４０のそれぞれとの離間距離が、極端に大きくなると、ターゲット部材２１とシールド部材３０および４０のそれぞれとの隙間からプラズマが侵入する確率が上昇するので、上記離間距離は小さいことが好ましい。本願発明者の検討によれば、ターゲット部材２１とシールド部材３０との離間距離Ｇ１、およびターゲット部材２１とシールド部材３０との離間距離Ｇ２のそれぞれは、５ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以下であることが特に好ましい。ただし、離間距離Ｇ１およびＧ２のそれぞれは、０ｍｍより大きいことが必要である。

【0036】

プラズマ生成部１３（図１参照）で生成されたプラズマは、リング形状のシールド部材３０の開口部３０Ｈを通過してターゲット部材２１に衝突する。このため、プラズマのイオンをターゲット部材２１に効率的に衝突させるためには、シールド３０の開口部３０Ｈの内径Ｄ１が、円筒形状のターゲット部材２１の内径Ｄ２と同じであることが好ましいと考えられていた。

【0037】

本願発明者の検討によれば、シールド３０の開口部３０Ｈの内径Ｄ１が、円筒形状のターゲット部材２１の内径Ｄ２と同じである場合、他の課題が生じることが判った。以下、図５に対応する検討例として図６に示す成膜装置１００を用いて説明する。図６は、図５に対する検討例である成膜装置内におけるシールド部材とターゲットとの位置関係を示す断面図である。図７は、図６に示すターゲットおよびシールド部材の一部分において、ターゲット部材がスパッタされた状態示す拡大断面図である。なお、本明細書で説明するターゲット部材２１の内径Ｄ２とは、特に異なる意味であることを明示した場合を除き、プラズマの照射処理を行う前の新品状態におけるターゲット部材２１の内径Ｄ２を意味する。ターゲット部材２１にプラズマのイオンが衝突することにより、ターゲット部材２１の厚さは徐々に薄くなるので、内径Ｄ２の値も変化する。そこで、本明細書では、原則として、新品のターゲット部材２１の内径Ｄ２の値を指標として用いる。

【0038】

図６に示す成膜装置１００は、ターゲット部材２１の内径Ｄ２とシールド部材３０の内径Ｄ１とが同じである点で、図５に示す成膜装置１００とは相違する。その他の点は図５に示す成膜装置１と同様である。ターゲット部材２１およびシールド部材３０のそれぞれは軸ＶＬ１を中心軸として配置されている。このため、ターゲット部材２１の内壁面２１ａおよびシールド部材３０の内壁面３０ａのそれぞれはＺ方向において面一（ツライチ）に配置されている（言い換えれば同一面内に配置されている）。このような構成の場合、離間距離Ｇ１の値を５ｍｍ以下とすることにより、プラズマのイオンがバッキングチューブ２０に衝突することを抑制できる。また、Ｚ方向において、ターゲット部材２１の全体がシールド部材３０と重畳するので、ターゲットＴＡに供給される高周波電圧がターゲット部材２１の周辺に拡散することを抑制できる。

【0039】

ところが、本願発明者の検討によれば、成膜装置１００の場合、シールド部材３０上に堆積する堆積物５０（図７参照）に起因する以下の課題があることが判った。例えば、ターゲット部材２１が金属などの導電性材料から成る場合、堆積物５０は導電性を備える。堆積物５０が成長し、ターゲット部材２１あるいはバッキングチューブ２０と、堆積物５０との距離が近くなると、ターゲット部材２１が放電時に生成されるバイアス電圧及び電源から供給する電力により、シールド部材３０と堆積物５０との間で異常放電が生じ、成膜が不安定になる場合がある。堆積物５０が絶縁材料から成る場合、あるいは、半導電性材料から成る場合にも、成長した堆積物５０に電荷が蓄積すれば、異常放電の原因になる。また、堆積物５０がさらに成長し、ターゲット部材２１あるいはバッキングチューブ２０と、堆積物５０とが接触すると、ターゲットＴＡとシールド部材３０とがショートする場合がある。成膜の不安定化やシールド部材３０の短絡を回避するためには、堆積物５０がある程度成長した段階で成膜処理を中止し、シールド部材３０を交換する必要がある。このため、成膜処理の効率が低下する原因となる。なお、図７に示す堆積物５０および５１のそれぞれは、ターゲット粒子の一部がシールド部材３０または４０に付着することにより形成される物質である。このため、成膜処理を行えば、堆積物５０および５１は成長する。

【0040】

そこで、本願発明者は、成膜処理の効率を向上させるための方法として、堆積物５０の成長速度を低減させる方法、および、堆積物が成長したとしても、成膜の不安定化やショートを防ぐ方法について検討した。図８は、図５に示すターゲットおよびシールド部材の一部分において、ターゲット部材がスパッタされた状態示す拡大断面図である。

【0041】

図５に示す成膜装置１の場合、シールド３０の開口部３０Ｈの内径Ｄ１が、円筒形状のターゲット部材２１の内径Ｄ２（上記したように成膜処理を実施する前の新品状態のターゲット部材２１の内径Ｄ２）よりも小さい。この構成により、ターゲットＴＡのシールド部材３０側においてプラズマ密度が高くなることを抑制できる。

【0042】

詳しくは、図１を用いて説明したように、円筒形状のターゲットＴＡは、プラズマ生成部１３と成膜対象物ＳＵＢとの間に配置される。この場合、ターゲットＴＡのプラズマ生成部１３側のプラズマ密度は、ターゲットＴＡの成膜対象物ＳＵＢ側のプラズマ密度よりも高くなる。言い換えれば、ターゲットＴＡの成膜対象物ＳＵＢ側のプラズマ密度は、ターゲットＴＡのプラズマ生成部１３側のプラズマ密度よりも低くなる。このようにターゲットＴＡの近傍において、プラズマ密度の分布に差異が生じる場合、プラズマ密度が相対的に高い部分において、アルゴンイオンによるスパッタリング現象の頻度が高くなる。

【0043】

図７に示す成膜装置の例の場合、ターゲット部材２１の近傍のＺ方向におけるプラズマ密度の分布は、シールド部材３０側の方がシールド部材４０側よりも高いので、ターゲット部材２１のシールド部材３０側では、スパッタリング現象の頻度がシールド部材４０側よりも高い。この結果、ターゲット部材２１の消費の程度を比較すると、ターゲットＴＡのシールド部材３０側では、ターゲットＴＡのシールド部材４０側よりもターゲット部材２１の消費が大きくなる。

【0044】

堆積物５０および５１は、ターゲット部材２１がスパッタされることにより飛び出したターゲット粒子からなる堆積物なので、スパッタリング現象の頻度が相対的に高いシールド部材３０に形成される堆積物５０は、シールド部材４０に形成される堆積物５１よりも成長速度が速い。

【0045】

図８に示す成膜装置１の場合、図７と比較して判るように、リング形状のシールド部材３０の内径が小さいので、シールド部材３０の内壁面３０ａは、ターゲット部材２１の内壁面２１ａよりも内側に突出している。言い換えれば、Ｚ方向において、ターゲット部材２１は、シールド部材３０の内側のヒサシ部分（バイザー部分）３１に覆われている。プラズマのイオンは、シールド部材３０の内側の開口部を経由してターゲット部材２１に達するので、シールド部材３０がヒサシ部分３１を備えている場合、ターゲット部材２１のうち、シールド部材３０の近傍においてプラズマ密度が高くなることを抑制することができる。

【0046】

この結果、図８に示すように、ターゲット部材２１のシールド部材３０側の部分が、他の部分と比較して早く消費されることを抑制できる。これにより、堆積物５０の成長速度を遅くすることができるので、シールド部材３０の交換頻度を低減させることができる。

【0047】

また、堆積物５０は、シールド部材３０の開口部３０Ｈ（図５参照）との境界付近に主に形成される。したがって、図８に示すように、Ｚ方向と直交するＸ方向において、ヒサシ部分３１が突出する長さＬ３１を長くとることにより、堆積物５０が成長したとしても、ターゲット部材２１と堆積物５０との離間距離が小さくなり難い。このため、ターゲット部材２１に印加される成膜の不安定化、あるいは、ターゲット部材２１とシールド部材３０との短絡の発生を防止することができる。言い換えれば、成膜の不安定化やシールド部材３０の短絡を抑制しつつ、ターゲット部材２１が消費されるまでの間、シールド部材３０を交換することなく使用することができる。さらに言い換えれば、堆積物５０が形成された場合でも、スパッタリングを安定化させることができる。

【0048】

なお、Ｚ方向と直交するＸ方向において、ヒサシ部分３１が突出する長さＬ３１は以下のように定義する。すなわち、バッキングチューブ２０のターゲット部材２１との対向する面をターゲット保持面２０ａとする。この時、長さＬ３１は、シールド部材３０のうち、ターゲット保持面２０ａの延長面と重なる位置を基準位置として、この基準位置からシールド部材３０の内壁面３０ａまでの距離を長さＬ３１と定義する。この定義によれば、長さＬ３１は、少なくとも、新品状態のターゲット部材２１の厚さよりは大きい。

【0049】

ところで、本願発明者の検討によれば、図５に示すシールド部材３０の内径Ｄ２を調整すれば、堆積物５０の成長速度を低減させ、かつ、スパッタリングの発生頻度の低下を抑制できることが判った。図５に示すターゲット部材２１の内径Ｄ１を基準にシールド部材３０の内径Ｄ１の好ましい範囲を記載すると、内径Ｄ１は内径Ｄ２に対して９０％以上であれば、スパッタリングの発生頻度の低下を抑制できる。一方、ヒサシ部分３１の効果により、堆積物５０の成長を抑制する観点からは、内径Ｄ１は、内径Ｄ２に対して、９９％以下であることが好ましい。また、成長した堆積物５０と、ターゲット部材２１との接触を防止する観点からは、内径Ｄ１は、内径Ｄ２に対して、９６％以下であることが好ましい。

【0050】

図８に示す例の場合、離間距離Ｇ１およびＧ２のそれぞれは、例えば３ｍｍである。新品状態のターゲット部材２１の厚さ（バッキングチューブ２０との対向面である外壁面から内壁面２０ａまでの距離）は、例えば３ｍｍである。ターゲット部材２１の内径Ｄ２（図５参照）は、例えば１２０ｍｍである。シールド部材３０の内径Ｄ１（図５参照）は、１１４ｍｍである。この場合、内径Ｄ１は、内径Ｄ２対して、９６％である。Ｘ方向において、ヒサシ部分３１が突出する長さＬ３１は、３.０ｍｍである。シールド部材３０の厚さ（Ｚ方向における長さ）は、例えば２ｍｍである。

【0051】

また、図５に示すシールド層４０に形成される堆積物５１は、堆積物５０よりさらに小さい。このため、ターゲット部材２１の内壁面２１ａおよびシールド部材４０の内壁面４０ａのそれぞれはＺ方向において面一（ツライチ）に配置されている（言い換えれば同一面内に配置されている）。このため、シールド部材３０の内径Ｄ１とシールド部材４０の内径Ｄ３とを比較すると、以下のように表現できる。すなわち、シールド部材３０の内径Ｄ１は、シールド部材４０の内径Ｄ３より小さい。

【0052】

なお、図示は省略するが、図５に対する変形例としてシールド部材４０の内径Ｄ３がターゲット部材２１の内径Ｄ２より小さい実施態様がある。この変形例の場合、堆積物５１の影響により高周波電圧が不安定化することを抑制できる。ただし、上記したように、堆積物５１は堆積物５０と比較して成長しにくいので、図５に示す構造であっても、高周波電圧が不安定化する程度まで堆積物５１が成長する可能性は低い。一方、ターゲット部材２１から飛び出したターゲット粒子を効率的に成膜対象物ＳＵＢ（図１参照）に運ぶ観点からは、開口部４０Ｈが大きい方が好ましい。図８に示すように、シールド部材３０の内径Ｄ１は、シールド部材４０の内径Ｄ３より小さい場合、ターゲット粒子を効率的に成膜対象物ＳＵＢに到達させることができる点で好ましい。

【0053】

＜変形例＞
次に、図５および図８に示す成膜装置に対する変形例について説明する。図９は、図８に示す成膜装置に対する変形例を示す拡大断面図である。なお、図９に示す成膜装置１０１は、以下で説明する相違点を除き、図１に示す成膜装置１と同様である。以下では成膜装置１との相違点について説明し、重複する説明は原則として省略する。また、成膜装置１０１のシールド部材３０Ａは、図４に示すシールド部材３０と同様にリング形状を成す。リング状のシールド部材３０Ａは全周に亘って図９に示す拡大断面と同様の構造を備える。また、図９では、新品状態のターゲット部材２１と部分３４との位置関係を明示するため、図８とは異なり、消費される前の新品状態のターゲット部材２１を図示している。

【0054】

図９に示す成膜装置１０１は、以下の点で、図８に示す成膜装置１と相違する。すなわち、成膜装置１０１のシールド部材３０Ａは、Ｚ方向においてターゲットＴＡのバッキングチューブ２０と重なる部分（第１部分）３３と、Ｚ方向においてターゲットＴＡと重ならない部分（第２部分）３４と、を有する。なお、部分３４は、ターゲット部材２１が消費される前の、新品状態であってもターゲットＴＡと重ならない部分である。部分３４の厚さＴ２は、部分３３の厚さＴ１より薄い。また、ターゲット部材２１のうち、シールド部材３０Ａと対向する面を基準面２１ｂとすると、部分３４から基準面２１ｂまでの最短距離は、部分３３から基準面２１ｂまでの最短距離より大きい。言い換えれば、部分３４は、ターゲットＴＡと重ならない部分３４において、ターゲットＴＡ側の面が削られ、薄肉化されている。

【0055】

部分３４のターゲットＴＡ側を削って薄肉化する場合、部分３４とターゲット部材２１との間のスペースを大きくすることができる。堆積物５０は、部分３４上に形成されるので、部分３４の厚さを薄くする程、堆積物５０とターゲット部材２１との距離を遠ざけることができる。

【0056】

本変形例の場合、Ｚ方向において、堆積物５０とターゲット部材２１との離間距離を確保することができる。このため、図８を用いて説明した成膜装置１の場合と比較して、長さＬ３１を短くした場合でも、高周波電圧が不安定化すること、あるいはシールド部材３０Ａとターゲット部材２１との短絡を抑制することができる。

【0057】

部分３４の厚さＴ２は、部分３４が変形しない程度の厚さは必要であるが、可能な限り薄いことが好ましい。例えば、図９に示す例では、厚さＴ１が２ｍｍであり、厚さＴ２は１ｍｍである。

【0058】

成膜装置１０１の場合、部分３４が一様な厚さを有している。すなわち、シールド部材３０Ａは、部分３３と部分３４との間に段差部３５を有する。段差部３５よりも外側（シールド部材３０Ａの外周側）の部分の厚さは、部分３３の厚さと等しく、段差部３５よりも内側（シールド部材３０Ａの開口部側）の部分の厚さは、部分３４の厚さと等しい。このように、部分３４の厚さＴ２が一様になっている場合、部分３４のどの位置に堆積物５０が形成された場合でもターゲット部材２１と堆積物５０との離間距離を確保することができる。

【0059】

また、図９に示すように、段差部３５はＺ方向において、ターゲット部材２１と重なる。図９に対する変形例として、段差部３５の位置が、バッキングチューブ２０と重なる位置、あるいは、固定部１７と重なる位置である場合もある。ただし、シールド部材３０Ａが備える機能のうち、バッキングチューブ２０へのイオンの衝突を防止する機能を考慮すると、バッキングチューブ２０とシールド部材３０Ａとの離間距離が近い方が好ましい。段差部３５がターゲット部材２１と重なる位置に配置される場合、バッキングチューブ２０とシールド部材３０Ａとの離間距離を低減し、かつ、部分３４とターゲット部材２１との離間距離を大きくすることができる。

【0060】

図１０は、図９に対する他の変形例を示す拡大断面図である。なお、図１０に示す成膜装置１０２は、以下で説明する相違点を除き、図９を用いて説明した成膜装置１０１と同様である。以下では成膜装置１０１との相違点について説明し、重複する説明は原則として省略する。また、成膜装置１０２のシールド部材３０Ｂは、図４に示すシールド部材３０と同様にリング形状を成す。リング状のシールド部材３０Ｂは全周に亘って図１０に示す拡大断面と同様の構造を備える。また、図１０では、新品状態のターゲット部材２１と部分３４との位置関係を明示するため、図８とは異なり、消費される前の新品状態のターゲット部材２１を図示している。

【0061】

図１０に示す成膜装置１０２は、部分３４のターゲットＴＡ側の面が、Ｚ方向に直交するＸ方向に対して傾斜する傾斜面となっている点で、図９に示す成膜装置１０１と相違する。成膜装置１０２のシールド部材３０Ｂの場合、図９に示す段差部３５が存在しない。また、シールド部材３０Ｂの場合、シールド部材３０Ｂの内側の先端に近づく程、部分３４の厚さＴ２が小さくなる。ただし、図１０に示すように、傾斜面の起点３６は、ターゲット部材２１と重なる位置にある。また、Ｘ方向に対する傾斜面の傾斜角度は一様である。このため、部分３４の厚さＴ２が最も厚い場所でも、その厚さＴ２は、部分３３の厚さＴ１より薄い。

【0062】

シールド部材３０Ｂの場合、図９に示すシールド部材３０Ａと比較して、部分３４の強度を向上させることができるので、シールド部材３０Ａよりも先端部分（図５に示す開口部３０Ｈに近い部分）の厚さを薄くすることができる。シールド部材３０Ｂの先端部分に堆積物５０が特に厚く形成される場合には、図１０に示すシールド部材３０Ｂの方が図９に示すシールド部材３０Ａよりも有利である。

【0063】

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0064】

１，１００，１０１，１０２ 成膜装置
１０ チャンバ
１０ａ ガス導入口
１０ｂ ガス排気口
１１ ワーク保持部
１３ プラズマ生成部
１４ 磁場発生部
１５ 導波管
１６ 電源
１７ 固定部
２０ バッキングチューブ（支持部材）
２０ａ 内壁面
２０ａ ターゲット保持面
２１ ターゲット部材
２１ａ 内壁面
２１ｂ 基準面
３０，３０Ａ，３０Ｂ シールド部材（第１シールド部材）
３０ａ 内壁面
３０Ｈ，４０Ｈ 開口部
３１ ヒサシ部分（バイザー部分）
３３ 部分（第１部分）
３４ 部分（第２部分）
３５ 段差部
３６ 起点
４０ シールド部材（第２シールド部材）
４０ａ 内壁面
５０，５１ 堆積物
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 内径
Ｇ１，Ｇ２ 離間距離
Ｓ１０１～Ｓ１０６ ステップ
ＳＵＢ 成膜対象物
ＴＡ ターゲット
ＶＬ１ 軸（仮想線）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】