特許 7507067 スパッタリング装置

(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】2024-06-19

(45)【発行日】2024-06-27

(54)【発明の名称】スパッタリング装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20240620BHJP

   H01L 21/203 20060101ALI20240620BHJP

   H01L 21/363 20060101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

C23C14/34 M

H01L21/203 S

H01L21/363

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020189473

(22)【出願日】2020-11-13

(65)【公開番号】P2022078648

(43)【公開日】2022-05-25

【審査請求日】2023-06-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】大澤 篤史

【審査官】安齋 美佐子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－０４１７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１４８６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／１１６５６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】実開昭５７－１６２３７１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６３－０５０４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２６３２２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８

Ｈ０１Ｌ ２１／２０３

Ｈ０１Ｌ ２１／３６３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバと、
第１開口を有し、前記第１開口を通じて前記チャンバ内のスパッタ空間と基板空間とを繋げつつ、前記第１開口以外で前記スパッタ空間および前記基板空間を区画する仕切部材と、
前記基板空間内に設けられ、基板の主面が前記第１開口を向く姿勢で前記基板を保持する基板保持部と、
前記スパッタ空間内に設けられ、前記第１開口を通じて前記基板と向かい合うターゲットと、
前記スパッタ空間内に設けられた第１給気口を有し、スパッタガスを前記第１給気口から前記スパッタ空間内に供給するスパッタガス供給部と、
前記スパッタガスをプラズマ化させる第１プラズマ発生部と、
前記基板空間内において前記仕切部材と向かい合う位置に設けられた第２給気口を有し、前記第２給気口から前記基板空間内に反応性ガスを供給する反応性ガス供給部と、
前記反応性ガスをプラズマ化させる第２プラズマ発生部と、
前記スパッタ空間内に設けられた囲み部材と
を備え、
前記囲み部材は、
前記ターゲットを囲む側壁と、
前記側壁の端部に連結された庇部と
を含み、
前記庇部は、前記ターゲットと向かい合う位置に第２開口を有し、
前記第１給気口は、前記囲み部材の内部空間に設けられており、
前記第１開口の開口面積は前記第２開口の開口面積よりも小さい、スパッタリング装置。

【請求項2】

請求項１に記載のスパッタリング装置であって、
前記基板空間に開口する吸引口を有し、前記吸引口からガスを吸引する吸引機構を備える、スパッタリング装置。

【請求項3】

請求項２に記載のスパッタリング装置であって、
前記吸引口は、前記チャンバの天井部に設けられている、スパッタリング装置。

【請求項4】

請求項３に記載のスパッタリング装置であって、
前記吸引口は、前記基板保持部によって保持された前記基板と鉛直方向において対向する位置で、前記チャンバの前記天井部に設けられている、スパッタリング装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のスパッタリング装置であって、
前記反応性ガス供給部の前記第２給気口の鉛直方向における位置は、前記基板よりも前記仕切部材側であり、
前記第２給気口は、水平方向よりも前記基板側に傾斜した方向に前記反応性ガスを吐出する、スパッタリング装置。

【請求項6】

請求項５に記載のスパッタリング装置であって、
前記反応性ガス供給部は前記第２給気口を複数含み、
当該複数の第２給気口は、平面視において前記基板のまわりを囲むように並んで設けられる、スパッタリング装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のスパッタリング装置であって、
前記スパッタガス供給部は前記第１給気口を複数含み、
当該複数の第１給気口は、前記ターゲットの周囲から前記ターゲットの主面近傍の空間に向けて前記スパッタガスを吐出する、スパッタリング装置。

【請求項8】

請求項７に記載のスパッタリング装置であって、
当該複数の第１給気口は、平面視において前記ターゲットのまわりを囲むように並んで設けられる、スパッタリング装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一つに記載のスパッタリング装置であって、
前記スパッタガス供給部は、前記反応性ガスの流量よりも大きい流量で前記スパッタガスを吐出する、スパッタリング装置。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか一つに記載のスパッタリング装置であって、
前記第１プラズマ発生部は、前記ターゲットに第１電圧を印加する第１電源を含み、
前記第２プラズマ発生部は、
前記基板空間内に設けられた導電部材と、
前記導電部材に第２電圧を印加する第２電源と
を含み、
前記第１電源および前記第２電源の少なくとも一方は間欠的に動作する、スパッタリング装置。

【請求項11】

チャンバと、
第１開口を有し、前記第１開口を通じて前記チャンバ内のスパッタ空間と基板空間とを繋げつつ、前記第１開口以外で前記スパッタ空間および前記基板空間を区画する仕切部材と、
前記基板空間内に設けられ、基板の主面が前記第１開口を向く姿勢で前記基板を保持する基板保持部と、
前記スパッタ空間内に設けられ、前記第１開口を通じて前記基板と向かい合うターゲットと、
前記スパッタ空間内に設けられた第１給気口を有し、スパッタガスを前記第１給気口から前記スパッタ空間内に供給するスパッタガス供給部と、
前記スパッタガスをプラズマ化させる第１プラズマ発生部と、
前記基板空間内において前記仕切部材と向かい合う位置に設けられた第２給気口を有し、前記第２給気口から前記基板空間内に反応性ガスを供給する反応性ガス供給部と、
前記反応性ガスをプラズマ化させる第２プラズマ発生部と
を備え、
前記第１プラズマ発生部は、前記ターゲットに第１電圧を印加する第１電源を含み、
前記第２プラズマ発生部は、
前記基板空間内に設けられた導電部材と、
前記導電部材に第２電圧を印加する第２電源と
を含み、
前記第１電源および前記第２電源の少なくとも一方は間欠的に動作する、スパッタリング装置。

【請求項12】

請求項１０または請求項１１に記載のスパッタリング装置であって、
前記第１電源および前記第２電源は交互に前記第１電圧および前記第２電圧を出力し、
前記第２電源が前記第２電圧の出力を停止してから、前記第１電源および前記第２電源が前記第１電圧および前記第２電圧の出力を中断する第１中断期間の経過後に、前記第１電源が前記第１電圧を出力する、スパッタリング装置。

【請求項13】

請求項１２に記載のスパッタリング装置であって、
前記第１電源が前記第１電圧の出力を停止してから、前記第１電源および前記第２電源が前記第１電圧および前記第２電圧の出力を中断する第２中断期間の経過後に、前記第２電源が前記第２電圧を出力し、
前記第２中断期間は前記第１中断期間よりも短い、スパッタリング装置。

【請求項14】

請求項１０から請求項１３のいずれか一つに記載のスパッタリング装置であって、
前記スパッタガス供給部は前記第１電源が前記第１電圧の出力を中断しているときにも前記スパッタガスを供給する、スパッタリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、スパッタリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、基板の表面に薄膜を形成するスパッタリング装置が提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載のスパッタリング装置は、基板の表面にＩＩＩ族窒化物半導体層を形成する。具体的には、スパッタリング装置はチャンバと基板保持部とターゲットと第１プラズマ発生手段と第２プラズマ発生手段とを含む。

【0003】

基板保持部はチャンバ内に設けられ、基板を保持する。ターゲットはチャンバ内において、基板保持部によって保持された基板と向かい合うように設けられる。

【0004】

第１プラズマ発生手段はチャンバ内にアルゴンの第１プラズマを発生させる。アルゴンイオンはターゲットに衝突し、この衝突により、ターゲットから原料粒子が飛び出す。この原料粒子はチャンバ内の基板に供給され、基板上に積層される。第２プラズマ発生手段はチャンバ内に窒素の第２プラズマを発生させる。これにより反応性の高い窒素が基板の原料粒子と反応する。特許文献１では、第１プラズマ発生手段および第２プラズマ発生手段は第１プラズマおよび第２プラズマを交互に発生させる。これにより、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を成膜する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００９－１２４１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１のスパッタリング装置では、窒素ガスがチャンバ内の全体を流れやすい。窒素がターゲットの近傍に流れると、ターゲットが窒化する。

【0007】

このようにターゲットが反応性ガスと反応すると、ターゲットの品質が低下する。よって、当該ターゲットを用いた成膜処理では、基板に形成される薄膜の品質が劣化し、成膜レートも低下する。

【0008】

そこで、本願は、ターゲットと反応性ガスとの反応を抑制することができるスパッタリング装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

スパッタリング装置の第１の態様は、チャンバと、第１開口を有し、前記第１開口を通じて前記チャンバ内のスパッタ空間と基板空間とを繋げつつ、前記第１開口以外で前記スパッタ空間および前記基板空間を区画する仕切部材と、前記基板空間内に設けられ、基板の主面が前記第１開口を向く姿勢で前記基板を保持する基板保持部と、前記スパッタ空間内に設けられ、前記第１開口を通じて前記基板と向かい合うターゲットと、前記スパッタ空間内に設けられた第１給気口を有し、スパッタガスを前記第１給気口から前記スパッタ空間内に供給するスパッタガス供給部と、前記スパッタガスをプラズマ化させる第１プラズマ発生部と、前記基板空間内において前記仕切部材と向かい合う位置に設けられた第２給気口を有し、前記第２給気口から前記基板空間内に反応性ガスを供給する反応性ガス供給部と、前記反応性ガスをプラズマ化させる第２プラズマ発生部と、前記スパッタ空間内に設けられた囲み部材とを備え、前記囲み部材は、前記ターゲットを囲む側壁と、前記側壁の端部に連結された庇部とを含み、前記庇部は、前記ターゲットと向かい合う位置に第２開口を有し、前記第１給気口は、前記囲み部材の内部空間に設けられており、前記第１開口の開口面積は前記第２開口の開口面積よりも小さい。

【0010】

スパッタリング装置の第２の態様は、第１の態様にかかるスパッタリング装置であって、前記基板空間に開口する吸引口を有し、前記吸引口からガスを吸引する吸引機構を備える。

【0011】

スパッタリング装置の第３の態様は、第２の態様にかかるスパッタリング装置であって、前記吸引口は、前記チャンバの天井部に設けられている。

【0012】

スパッタリング装置の第４の態様は、第３の態様にかかるスパッタリング装置であって、前記吸引口は、前記基板保持部によって保持された前記基板と鉛直方向において対向する位置で、前記チャンバの前記天井部に設けられている。

【0013】

スパッタリング装置の第５の態様は、第１から第４のいずれか一つの態様にかかるスパッタリング装置であって、前記反応性ガス供給部の前記第２給気口の鉛直方向における位置は、前記基板よりも前記仕切部材側であり、前記第２給気口は、水平方向よりも前記基板側に傾斜した方向に前記反応性ガスを吐出する。

【0014】

スパッタリング装置の第６の態様は、第５の態様にかかるスパッタリング装置であって、前記反応性ガス供給部は前記第２給気口を複数含み、当該複数の第２給気口は、平面視において前記基板のまわりを囲むように並んで設けられる。

【0015】

スパッタリング装置の第７の態様は、第１から第６のいずれか一つの態様にかかるスパッタリング装置であって、前記スパッタガス供給部は前記第１給気口を複数含み、当該複数の第１給気口は、前記ターゲットの周囲から前記ターゲットの主面近傍の空間に向けて前記スパッタガスを吐出する。

【0016】

スパッタリング装置の第８の態様は、第７の態様にかかるスパッタリング装置であって、当該複数の第１給気口は、平面視において前記ターゲットのまわりを囲むように並んで設けられる。

【0017】

スパッタリング装置の第９の態様は、第１から第８のいずれか一つの態様にかかるスパッタリング装置であって、前記スパッタガス供給部は、前記反応性ガスの流量よりも大きい流量で前記スパッタガスを吐出する。

【0018】

スパッタリング装置の第１０の態様は、第１から第９のいずれか一つの態様にかかるスパッタリング装置であって、前記第１プラズマ発生部は、前記ターゲットに第１電圧を印加する第１電源を含み、前記第２プラズマ発生部は、前記基板空間内に設けられた導電部材と、前記導電部材に第２電圧を印加する第２電源とを含み、前記第１電源および前記第２電源の少なくとも一方は間欠的に動作する。
スパッタリング装置の第１１の態様は、チャンバと、第１開口を有し、前記第１開口を通じて前記チャンバ内のスパッタ空間と基板空間とを繋げつつ、前記第１開口以外で前記スパッタ空間および前記基板空間を区画する仕切部材と、前記基板空間内に設けられ、基板の主面が前記第１開口を向く姿勢で前記基板を保持する基板保持部と、前記スパッタ空間内に設けられ、前記第１開口を通じて前記基板と向かい合うターゲットと、前記スパッタ空間内に設けられた第１給気口を有し、スパッタガスを前記第１給気口から前記スパッタ空間内に供給するスパッタガス供給部と、前記スパッタガスをプラズマ化させる第１プラズマ発生部と、前記基板空間内において前記仕切部材と向かい合う位置に設けられた第２給気口を有し、前記第２給気口から前記基板空間内に反応性ガスを供給する反応性ガス供給部と、前記反応性ガスをプラズマ化させる第２プラズマ発生部とを備え、前記第１プラズマ発生部は、前記ターゲットに第１電圧を印加する第１電源を含み、前記第２プラズマ発生部は、前記基板空間内に設けられた導電部材と、前記導電部材に第２電圧を印加する第２電源とを含み、前記第１電源および前記第２電源の少なくとも一方は間欠的に動作する。

【0019】

スパッタリング装置の第１２の態様は、第１０または第１１の態様にかかるスパッタリング装置であって、前記第１電源および前記第２電源は交互に前記第１電圧および前記第２電圧を出力し、前記第２電源が前記第２電圧の出力を停止してから、前記第１電源および前記第２電源が前記第１電圧および前記第２電圧の出力を中断する第１中断期間の経過後に、前記第１電源が前記第１電圧を出力する。

【0020】

スパッタリング装置の第１３の態様は、第１２の態様にかかるスパッタリング装置であって、前記第１電源が前記第１電圧の出力を停止してから、前記第１電源および前記第２電源が前記第１電圧および前記第２電圧の出力を中断する第２中断期間の経過後に、前記第２電源が前記第２電圧を出力し、前記第２中断期間は前記第１中断期間よりも短い。

【0021】

スパッタリング装置の第１４の態様は、第１０から第１３のいずれか一つの態様にかかるスパッタリング装置であって、前記スパッタガス供給部は前記第１電源が前記第１電圧の出力を中断しているときにも前記スパッタガスを供給する。

【発明の効果】

【0022】

スパッタリング装置の第１の態様によれば、第２給気口が仕切部材と向かい合う位置に設けられている。よって、第２給気口からスパッタ空間に流れる反応性ガスの少なくとも一部は仕切部材によって遮られる。したがって、スパッタ空間に流入する反応性ガスの量を低減させることができ、反応性ガスとターゲットとが反応する可能性を低減させることができる。

【0023】

しかも、囲み部材によって、囲み部材の内部空間内に流れ込む反応性ガスの量を低減させることができ、反応性ガスとターゲットとが反応する可能性をさらに低減させることができる。

【0024】

しかも、第１開口を通じて基板空間からスパッタ空間に流入する反応性ガスの量を低減させつつも、基板の主面に適切に薄膜を形成することができる。

【0025】

スパッタリング装置の第２から第４の態様によれば、基板空間に吸引口が設けられるので、基板空間からスパッタ空間に流入する反応性ガスの量をさらに低減させることができる。

【0026】

スパッタリング装置の第５の態様によれば、反応性ガスは第２給気口から基板側に向かって吐出されるので、スパッタ空間に流入する反応性ガスの量をさらに低減させることができる。

【0027】

スパッタリング装置の第６の態様によれば、基板に反応性ガスをより均一に供給することができる。

【0028】

スパッタリング装置の第７の態様によれば、ターゲットの主面近傍の空間をスパッタガスでパージすることができる。よって、反応性ガスがターゲットに到達しにくく、ターゲットが反応性ガスと反応する可能性をさらに低減させることができる。

【0029】

スパッタリング装置の第８の態様によれば、ターゲットにスパッタガスをより均一に供給することができる。

【0030】

スパッタリング装置の第９の態様によれば、スパッタ空間内の圧力を基板空間内の圧力よりも高くすることができる。よって、スパッタ空間に流入する反応性ガスの流量をさらに低減させることができる。

【0031】

スパッタリング装置の第１０および第１１の態様によれば、第１電源が間欠的に動作する場合、ターゲットに第１電圧が印加されない期間が存在する。当該期間では、反応性ガスのイオンのターゲットへの引力が生じない。第２電源が間欠的に動作する場合、導電部材に第２電圧が印加されない期間が存在する。当該期間では、反応性ガスをプラズマ化しないので、反応性の高い粒子（イオン等）が発生しない。よって当該期間では、反応性の高い粒子が多く存在する場合に比して、ターゲットと当該粒子との反応を抑制できる。

【0032】

スパッタリング装置の第１２の態様によれば、第２電圧によって反応性ガスがプラズマ化した後の第１中断期間において、当該プラズマの少なくとも一部がガスに戻る。よって、当該プラズマが低減した状態で、第１電圧が出力される。したがって、ターゲットが当該プラズマ中の粒子（反応性ガスを基にしたプラズマ粒子）と反応する可能性を低減させることができる。

【0033】

スパッタリング装置の第１３の態様によれば、第２中断期間が第１中断期間よりも短いので、ターゲットが反応性ガスの構成元素と反応する可能性を低減させつつも、成膜レートを高めることができる。

【0034】

スパッタリング装置の第１４の態様によれば、スパッタガスの供給停止に伴うスパッタ空間の圧力低下を回避することができる。よって、第１電源が第１電圧の出力を中断しているときでも、基板空間からスパッタ空間への反応性ガスの流入を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】エッチング装置の構成の一例を概略的に示す側面図である。

【図2】エッチング装置の構成の一例を概略的に示す平面図である。

【図3】仕切部材およびチムニーの一例を概略的に示す斜視図である。

【図4】ターゲット、環状管およびチムニーの構成の一例を概略的に示す平面図である。

【図5】ターゲットと基板との間の距離を変更したときに基板の主面に形成される薄膜の膜厚分布の一例を模式的に示す図である。

【図6】制御部の構成の一例を概略的に示すブロック図である。

【図7】スパッタリング装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【図8】第１電源および第２電源の出力電圧の一例を示すグラフである。

【図9】第１電源および第２電源の出力電圧の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、添付の図面を参照しながら、実施の形態について説明する。なお、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本開示の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法または数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。

【0037】

相対的または絶対的な位置関係を示す表現（例えば「一方向に」「一方向に沿って」「平行」「直交」「中心」「同心」「同軸」など）は、特に断らない限り、その位置関係を厳密に表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる範囲で相対的に角度または距離に関して変位された状態も表すものとする。等しい状態であることを示す表現（例えば「同一」「等しい」「均質」など）は、特に断らない限り、定量的に厳密に等しい状態を表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる差が存在する状態も表すものとする。形状を示す表現（例えば、「四角形状」または「円筒形状」など）は、特に断らない限り、幾何学的に厳密にその形状を表すのみならず、同程度の効果が得られる範囲で、例えば凹凸または面取りなどを有する形状も表すものとする。一の構成要素を「備える」「具える」「具備する」「含む」または「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的表現ではない。「Ａ，ＢおよびＣの少なくともいずれか一つ」という表現は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、Ａ，ＢおよびＣのうち任意の２つ、ならびに、Ａ，ＢおよびＣの全てを含む。

【0038】

＜スパッタリング装置の概要＞
図１は、スパッタリング装置１００の構成の一例を概略的に示す図である。図２は、スパッタリング装置１００の構成の一例を概略的に示す図であり、図１のＡ－Ａ断面を下側から見た構成を示す。

【0039】

スパッタリング装置１００は、反応性スパッタリングによる成膜処理を基板Ｗに対して行う成膜装置である。基板Ｗは、例えばサファイア等の基板である。基板Ｗは例えば円板形状を有する。なお、基板Ｗの材料および形状はこれらに限らず、適宜に変更し得る。

【0040】

スパッタリング装置１００はチャンバ１と仕切部材２とターゲット３と基板保持部４とスパッタガス供給部５と反応性ガス供給部６と第１プラズマ発生部７と第２プラズマ発生部８と制御部９とを含んでいる。

【0041】

チャンバ１は箱形の中空形状を有している。チャンバ１の内部空間は、基板Ｗに対する成膜処理を行う処理空間に相当する。チャンバ１は真空チャンバとも呼ばれ得る。

【0042】

スパッタリング装置１００は吸引機構１０も含む。吸引機構１０は吸引口１０ａを有し、吸引口１０ａはチャンバ１の内部空間において開口する。吸引機構１０は吸引口１０ａからガスを吸引することにより、チャンバ１内の圧力を低下させ、当該圧力を所定の減圧範囲内に調整する。吸引機構１０の吸引動作は制御部９によって制御される。

【0043】

仕切部材２はチャンバ１内に設けられている。仕切部材２は第１開口２ａを有し、第１開口２ａ以外において、チャンバ１の内部空間をスパッタ空間（第１空間）１ａと基板空間（第２空間）１ｂとに区画する。スパッタ空間１ａおよび基板空間１ｂは第１開口２ａを通じて互いに繋がっている。図１の例では、仕切部材２は板状の形状を有しており、その厚み方向が鉛直方向に沿う姿勢で設けられる。第１開口２ａは鉛直方向において仕切部材２を貫通する。

【0044】

仕切部材２の外周縁はチャンバ１の内側面に連結される。図２の例では、チャンバ１の内側面は平面視において円形状を有している。仕切部材２の外周縁はチャンバ１の内側面と同様に平面視において円形状を有しており（図３も参照）、チャンバ１の内側面の全周に連結される。この仕切部材２はチャンバ１の内部空間を上部空間および下部空間に区画する。図１の例では、下部空間はスパッタ空間１ａに相当し、上部空間は基板空間１ｂに相当する。

【0045】

図２および図３の例では、仕切部材２の第１開口２ａは平面視において基板Ｗと同種の形状（ここでは円形状）を有している。

【0046】

基板保持部４は基板空間１ｂ内に設けられており、仕切部材２の第１開口２ａと鉛直方向において向かい合う。基板保持部４は、基板Ｗの主面（図では下面）Ｗａが第１開口２ａ側を向いた水平姿勢で基板Ｗを保持する。ここでいう水平姿勢とは、基板Ｗの厚み方向が鉛直方向に沿う姿勢である。基板Ｗが基板保持部４によって保持された状態で、基板Ｗの主面Ｗａは基板空間１ｂに露出する。

【0047】

図１の例では、スパッタリング装置１００はヒータ１１も含む。ヒータ１１はチャンバ１内において基板保持部４よりも鉛直上側に設けられている。ヒータ１１は制御部９によって制御され、基板保持部４によって保持された基板Ｗを加熱する。ヒータ１１は、例えば電熱線を含む電気抵抗式のヒータであってもよく、あるいは、加熱用の光（例えば赤外線）を基板Ｗに照射する光源を含む光学式のヒータであってもよい。ヒータ１１は基板Ｗの温度を、成膜処理に適した温度範囲内に調整する。

【0048】

ターゲット３はスパッタ空間１ａ内に設けられており、仕切部材２の第１開口２ａと鉛直方向において向かい合う。よって、ターゲット３は第１開口２ａを通じて、基板保持部４によって保持された基板Ｗと鉛直方向において向かい合う。言い換えれば、基板保持部４、基板Ｗ、第１開口２ａおよびターゲット３は鉛直方向に沿って並んで配置される。

【0049】

図２および図３の例では、ターゲット３は基板Ｗと同種の形状（ここでは円板形状）を有している。ターゲット３はターゲット保持部３０によって保持される。ターゲット保持部３０はターゲット３の主面（図では上面）３ａが第１開口２ａ側を向いた水平姿勢で、ターゲット３を保持する。ここでいう水平姿勢とは、ターゲット３の厚み方向が鉛直方向に沿う姿勢である。ターゲット３がターゲット保持部３０によって保持された状態で、ターゲット３の主面３ａはスパッタ空間１ａに露出する。

【0050】

ターゲット３の材料は、基板Ｗの主面Ｗａに形成する薄膜の種類に応じて選定される。例えば、窒化ガリウム膜または酸化ガリウム膜を基板Ｗの主面Ｗａに形成する場合、ターゲット３はガリウムを含む。より具体的な一例として、ターゲット３はガリウム製の金属ターゲットである。ガリウムの融点は２９．８度であるのに対して、スパッタリングによる加熱によってターゲット３の温度は数百度程度になり得る。よって、ターゲット３を冷却しなければ、ターゲット３は液化する。ターゲット保持部３０は、液化したターゲット３を保持することが可能である。例えばターゲット保持部３０は鉛直上側に開口する凹形状を有し、液化したターゲット３を貯留する。

【0051】

スパッタガス供給部５は、スパッタ空間１ａにおいて開口する第１給気口５ａを有する。つまり、第１給気口５ａはスパッタ空間１ａ内に配置される。スパッタガス供給部５はスパッタガスを第１給気口５ａからスパッタ空間１ａに供給する。スパッタガスは不活性ガスであり、例えばアルゴンガスまたはキセノンガスなどの希ガスである。

【0052】

第１プラズマ発生部７はチャンバ１内においてスパッタガスをプラズマ化させ、そのプラズマ中のイオン（例えばアルゴンイオン）をターゲット３の主面３ａに衝突させる。当該衝突によってスパッタ粒子（例えばガリウム粒子）がターゲット３の主面３ａから飛び出す。当該スパッタ粒子は仕切部材２の第１開口２ａを通過して基板Ｗの主面Ｗａに到達し、基板Ｗの主面Ｗａに積層される。

【0053】

図１の例では、スパッタリング装置１００はチムニー（囲み部材に相当）２０を含んでいる。チムニー２０はスパッタ空間１ａ内に設けられる。チムニー２０は箱形の中空形状を有し、ターゲット３を囲んでいる。

【0054】

図３は、仕切部材２およびチムニー２０の構成の一例を概略的に示す斜視図である。チムニー２０は庇部２１と側壁２２とを含む。側壁２２はターゲット３を取り囲む筒状形状を有しており、側壁２２の下端はチャンバ１の底面に連結されている。庇部２１は板状形状を有しており、その外周縁が側壁２２の上端に連結されている。庇部２１の下面は、ターゲット３の主面３ａよりも鉛直上側に位置している。庇部２１には、ターゲット３と鉛直方向において向かい合う位置で第２開口２０ａが形成されている。第２開口２０ａは庇部２１を鉛直方向において貫通する。図３の例では、第２開口２０ａはターゲット３と同種の形状（ここでは円形状）を有している。

【0055】

このようなスパッタリング装置１００において、基板Ｗ、第１開口２ａ、第２開口２０ａおよびターゲット３は鉛直方向において並んで配置される。基板Ｗ、第１開口２ａ、第２開口２０ａおよびターゲット３は例えば同軸上に配置され得る。

【0056】

図１の例では、スパッタガス供給部５の第１給気口５ａはチムニー２０の内部空間に設けられている。これにより、スパッタガス供給部５はターゲット３に近い位置でスパッタガスを供給することができる。よって、ターゲット３に近い位置でプラズマを発生させることができ、ターゲット３にイオンを衝突させやすい。

【0057】

反応性ガス供給部６は、基板空間１ｂにおいて開口する第２給気口６ａを有している。つまり、第２給気口６ａは基板空間１ｂ内に設けられる。より具体的には、第２給気口６ａは、鉛直方向において仕切部材２と向かい合う位置に設けられている。言い換えれば、第２給気口６ａは仕切部材２の第１開口２ａとは鉛直方向において対向せず、平面視において第１開口２ａと隣り合っている。

【0058】

反応性ガス供給部６は反応性ガスを第２給気口６ａから基板空間１ｂに供給する。反応性ガスとしては、基板Ｗの主面Ｗａに形成する薄膜の種類に応じたガスを採用することができる。例えば窒化ガリウム膜を基板Ｗの主面Ｗａに形成する場合、窒素を含むガスを反応性ガスとして採用する。具体的な一例として、反応性ガスは、窒素（Ｎ_２）ガスおよびアンモニア（ＮＨ_３）ガスの少なくともいずれかを含む。酸化ガリウム膜を基板Ｗの主面Ｗａに形成する場合には、反応性ガスとして、酸素を含むガスを採用する。酸素を含む反応性ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ_２）ガスを採用し得る。

【0059】

以下では主として、ターゲット３としてガリウムを採用し、反応性ガスとして窒素ガスを採用した場合について述べる。

【0060】

第２プラズマ発生部８はチャンバ１内（主として基板空間１ｂ）において反応性ガスをプラズマ化させる。これにより、反応性の高い窒素粒子（例えば窒素のイオンまたはラジカル）が生成され、当該窒素粒子が基板Ｗの主面Ｗａと反応する。

【0061】

スパッタリング装置１００の各種構成は制御部９によって制御される。具体的には、制御部９は、スパッタガス供給部５、反応性ガス供給部６、第１プラズマ発生部７、第２プラズマ発生部８、吸引機構１０およびヒータ１１を制御する。

【0062】

制御部９は吸引機構１０を制御して、チャンバ１内の圧力を成膜処理に適した減圧範囲内に調整し、ヒータ１１を制御して、基板Ｗの温度を成膜処理に適した温度範囲内に調整する。そして、制御部９はスパッタガス供給部５および反応性ガス供給部６を制御して、チャンバ１内にスパッタガスおよび反応性ガスを供給させ、第１プラズマ発生部７および第２プラズマ発生部８を制御して、スパッタガスおよび反応性ガスをプラズマ化させる。これにより、スパッタ粒子（具体的にはガリウム粒子）および反応性ガスのプラズマ粒子（例えば窒素粒子）が基板Ｗの主面Ｗａに供給され、基板Ｗの主面Ｗａに所定の薄膜（例えば窒化ガリウム膜）を形成する。

【0063】

ところで、もし窒素が基板空間１ｂからスパッタ空間１ａ内に流入し、ターゲット３と反応すると、ターゲット３が窒化する。このようにターゲット３が反応性ガスと反応すると、ターゲット３の品質が低下し、基板Ｗに対する成膜処理の成膜レートの低下、および、基板Ｗの主面Ｗａに形成される薄膜の品質低下を招く。

【0064】

しかもターゲット３がガリウム製の金属ターゲットである場合、その融点が低いので、成膜処理中にターゲット３は液化し得る。液化したターゲット３が窒素と反応すると、対流により窒素がターゲット３の内部に取り込まれ、ターゲット３の表面のみならず、その内部でも窒素濃度が高くなる。窒素濃度が高くなったターゲット３を用いると、成膜レートは大きく低下し、薄膜の品質も大きく低下してしまう。

【0065】

これに対して本実施形態では、チャンバ１の内部空間をスパッタ空間１ａおよび基板空間１ｂに区画する仕切部材２が設けられており、また、反応性ガス供給部６の第２給気口６ａは基板空間１ｂにおいて仕切部材２と鉛直方向で向かい合う位置に設けられている。このようなスパッタリング装置１００によれば、第２給気口６ａから吐出された反応性ガスは高真空度のチャンバ１内を広がるものの、鉛直下側に向かう反応性ガスの流れの一部は仕切部材２によって遮られる。つまり、仕切部材２はスパッタ空間１ａと基板空間１ｂとの間の通過領域（第１開口２ａ）の大きさを制限することで、基板空間１ｂからスパッタ空間１ａに流入する反応性ガスの量を低減させる。なお、仕切部材２はスパッタ空間１ａへの反応性ガスの流れを遮蔽することから、遮蔽部材であるともいえる。

【0066】

このスパッタリング装置１００によれば、スパッタ空間１ａに流入する反応性ガスの量を低減させることができるので、ターゲット３と反応性ガスとが反応する可能性を低減させることができる。よって、ターゲット３の品質の低下を抑制することができる。ひいては、成膜レートの低下および薄膜の品質の低下を抑制することができる。

【0067】

しかも上述の例では、チムニー２０も設けられている。チムニー２０はターゲット３を囲むので、チムニー２０の内部空間への反応性ガスの流入を抑制することができる。これによって、ターゲット３が反応性ガスと反応する可能性をさらに低減することができる。なお、チムニー２０はその内部空間と外部空間とを区画するので、仕切部材の一種であるともいえる。

【0068】

また上述の例では、ターゲット３の冷却機構を設けていない。よって、スパッタリング装置１００の構成を簡易化でき、その製造コストも低減させることができる。

【0069】

次に各構成の具体例について詳述する。

【0070】

＜吸引機構＞
吸引機構１０はチャンバ１内のガスを吸引する。図１の例では、吸引機構１０の吸引口１０ａは基板空間１ｂにおいて開口している。具体的な一例として、吸引口１０ａは基板保持部４よりも鉛直上側に設けられており、例えばチャンバ１の天井部に形成される。つまり、吸引口１０ａは、基板保持部４に対して仕切部材２の第１開口２ａとは反対側に形成される。吸引機構１０としては、例えば真空ポンプ、より具体的な一例としてターボ分子ポンプを採用することができる。

【0071】

吸引機構１０が作動すると、チャンバ１内のガスが吸引口１０ａに吸引される。具体的には、基板空間１ｂ内のガスは吸引口１０ａに向かって流れて吸引され、スパッタ空間１ａ内のガスは仕切部材２の第１開口２ａを通過して基板空間１ｂ内に流入し、基板空間１ｂ内を吸引口１０ａに向かって流れて吸引される。

【0072】

このようなガスの流れによれば、基板空間１ｂ内のガスはスパッタ空間１ａに流入しにくい。よって、反応性ガス供給部６によって基板空間１ｂ内に供給された窒素はスパッタ空間１ａに流入しにくく、ターゲット３の窒化をさらに抑制することができる。

【0073】

＜スパッタガス供給部＞
スパッタガス供給部５はスパッタ空間１ａにスパッタガスを供給する。図１の例では、スパッタガス供給部５は給気管５１とバルブ５２と流量調整部５３とを含んでいる。

【0074】

給気管５１は環状管５１１と中継管５１２とを含んでいる。環状管５１１はスパッタ空間１ａ内に設けられており、チムニー２０が設けられる場合には、チムニー２０の内部空間に設けられる。

【0075】

図４は、ターゲット３、環状管５１１およびチムニー２０の位置関係の一例を概略的に示す平面図である。図４の例では、環状管５１１は平面視においてターゲット３を囲む。図４の例では、ターゲット３は平面視において円形状を有しているので、環状管５１１は円環形状を有している。環状管５１１の内径はターゲット３の直径よりも大きい。また図４の例では、環状管５１１の内径はチムニー２０の第２開口２０ａの直径よりも大きい。よって、環状管５１１は鉛直方向においてチムニー２０の庇部２１と向かい合う。

【0076】

図１の例では、環状管５１１の鉛直方向における位置は、ターゲット３の主面３ａよりも第２開口２０ａ側（ここでは鉛直上側）である。具体的には、環状管５１１はチムニー２０の庇部２１とターゲット３との間の高さ位置に設けられている。

【0077】

環状管５１１の内周部分には、第１給気口５ａが形成されている。図４の例では、環状管５１１の内周部分には、複数の第１給気口５ａが周方向において間隔を空けて並んで形成されている。言い換えれば、第１給気口５ａはターゲット３のまわりを囲むように並んで設けられる。複数の第１給気口５ａは周方向において等間隔で設けられてもよい。環状管５１１は平面視においてターゲット３の周囲に設けられているので、第１給気口５ａもターゲット３の周囲に位置する。言い換えれば、第１給気口５ａは平面視においてターゲット３の周縁よりも外周側に位置する。第１給気口５ａの開口方向は、ターゲット３の主面３ａ近傍の空間に向かう方向である。図４の例では、第１給気口５ａの平面視における開口方向は、ターゲット３の中心に向かう方向である。第１給気口５ａの開口方向は水平方向に平行であってもよく、わずかに傾斜していてもよい。

【0078】

中継管５１２は環状管５１１とスパッタガス供給源５４とを接続する。図１の例では、中継管５１２は複数の分岐管５１２１と共通管５１２２とを含む。複数の分岐管５１２１の下流端は環状管５１１に接続される。例えば複数の分岐管５１２１は周方向において等間隔となる位置で環状管５１１に接続される。複数の分岐管５１２１の上流端は共通管５１２２に接続される。共通管５１２２の上流端はスパッタガス供給源５４に接続される。スパッタガス供給源５４は共通管５１２２の上流端にスパッタガスを供給する。

【0079】

バルブ５２は給気管５１に介装される。図１の例では、バルブ５２は共通管５１２２に介装される。バルブ５２は制御部９によって制御され、バルブ５２が開くことにより、スパッタガス供給源５４から給気管５１を通じてスパッタ空間１ａ内にスパッタガスが供給される。バルブ５２が閉じることにより、スパッタガスの供給が停止する。

【0080】

流量調整部５３は給気管５１に介装される。図１の例では、流量調整部５３は共通管５１２２に介装される。流量調整部５３は制御部９によって制御され、給気管５１を流れるスパッタガスの流量を調整する。流量調整部５３は例えばマスフローコントローラである。

【0081】

このようなスパッタガス供給部５によれば、複数の第１給気口５ａはターゲット３の周囲からターゲット３の主面３ａの近傍空間に向けてスパッタガスを吐出する。これにより、ターゲット３の主面３ａ近傍の空間をスパッタガスでパージすることができる。よって、窒素が基板空間１ｂから第１開口２ａおよび第２開口２０ａを通じてターゲット３の主面３ａに向かって流れたとしても、スパッタガスが窒素の流れを阻害するので、窒素はターゲット３の主面３ａに到達しにくい。よって、ターゲット３の窒化をさらに抑制することができる。

【0082】

また、上述の例では、複数の第１給気口５ａが周方向において等間隔に配置されており、ターゲット３の中心に向けてスパッタガスを吐出する。これによれば、ターゲット３の主面３ａ近傍の空間により均一にスパッタガスを供給することができる。したがって、ターゲット３に対してより均一にスパッタリングを行うことができる。

【0083】

＜第１プラズマ発生部＞
第１プラズマ発生部７はスパッタガスをプラズマ化させる。図１の例では、第１プラズマ発生部７は第１電源７１を含んでいる。第１電源７１はターゲット３にスパッタ用の直流または交流（高周波）の電力を供給する。ここでは、ターゲット３は導電性の金属ターゲットであるので、第１電源７１として直流電源を採用することができる。この場合、第１電源７１はターゲット３に直流電力を供給する。第１電源７１は例えばターゲット３とチャンバ１との間に直流電圧（第１電圧に相当）を出力する。より具体的には、第１電源７１は、ターゲット３に負電位が印加されるように直流電圧を出力する。図１に例示するように、チャンバ１は接地されてもよい。また、基板保持部４はチャンバ１と電気的に接続されてもよい。

【0084】

第１電源７１は例えばスイッチング電源回路（不図示）を含む。第１電源７１の出力は制御部９によって制御される。第１電源７１がターゲット３に直流電力を供給することにより、ターゲット３の周囲にはプラズマ用の電界が生じる。そして、当該電界がスパッタガスに作用することにより、スパッタガスが電離してプラズマ化する。

【0085】

図１の例では、第１プラズマ発生部７は磁石７２，７３をさらに含んでいる。磁石７２および磁石７３はターゲット３よりも鉛直下側に設けられ、ターゲット３の主面３ａ近傍の空間まで磁界を発生させる。図１の例では、磁石７２および磁石７３はチャンバ１よりも鉛直下側に設けられている。磁石７２および磁石７３は例えば永久磁石である。磁石７３は平面視において磁石７２を囲む環状形状を有する。磁石７２がターゲット３に向ける磁極の極性は、磁石７３がターゲット３に向ける磁極の極性と異なっている。

【0086】

磁石７２および磁石７３がターゲット３の主面３ａの近傍に磁界を発生させることにより、当該磁界の内部に電子を囲い込むことができる。これにより、当該磁界内において濃度の高いプラズマを発生させることができ、ターゲット３に対するスパッタリング速度を向上させることができる。よって、成膜レートを向上させることができる。

【0087】

＜反応性ガス供給部＞
反応性ガス供給部６は基板空間１ｂに反応性ガスを供給する。図１の例では、反応性ガス供給部６は給気管６１とバルブ６２と流量調整部６３とを含んでいる。

【0088】

給気管６１は環状管６１１と中継管６１２とを含む。環状管６１１は基板空間１ｂ内に設けられており、図２の例では、平面視において基板Ｗを囲む。図２の例では、基板Ｗは平面視において円形状を有しているので、環状管６１１は円環形状を有している。環状管６１１の内径は基板Ｗの直径よりも大きい。また、環状管６１１の内径は仕切部材２の第１開口２ａの直径よりも大きく、環状管６１１は鉛直方向において仕切部材２と向かい合う（図１も参照）。

【0089】

環状管６１１の鉛直方向における位置は、例えば基板Ｗの主面Ｗａよりも仕切部材２の第１開口２ａ側（ここでは鉛直下側）である。言い換えれば、環状管６１１は基板Ｗと仕切部材２との間の高さ位置に設けられている。

【0090】

環状管６１１の内周部分には、第２給気口６ａが形成されている。図２の例では、環状管６１１の内周部分には、複数の第２給気口６ａが周方向において間隔を空けて並んで形成されている。言い換えれば、複数の第２給気口６ａは基板Ｗのまわりを囲むように並んで設けられる。複数の第２給気口６ａは周方向において等間隔で設けられてもよい。環状管６１１は平面視において基板Ｗの周囲に設けられているので、第２給気口６ａも基板Ｗの周囲に位置する。言い換えれば、第２給気口６ａは基板Ｗの周縁よりも外周側に位置する。第２給気口６ａの平面視における開口方向は、基板Ｗの中心に向かう方向である。また図１の例では、第２給気口６ａの開口方向は、水平方向よりも基板Ｗ側（ここでは鉛直上側）に傾斜している。

【0091】

中継管６１２は環状管６１１と反応性ガス供給源６４とを接続する。図１の例では、中継管６１２は複数の分岐管６１２１と共通管６１２２とを含む。複数の分岐管６１２１の下流端は環状管６１１に接続される。例えば複数の分岐管６１２１は周方向において等間隔となる位置で環状管６１１に接続される。複数の分岐管６１２１の上流端は共通管６１２２に接続される。共通管６１２２の上流端は反応性ガス供給源６４に接続される。反応性ガス供給源６４は共通管６１２２の上流端に反応性ガスを供給する。

【0092】

バルブ６２は給気管６１に介装される。図１の例では、バルブ６２は共通管６１２２に介装される。バルブ６２は制御部９によって制御され、バルブ６２が開くことにより、反応性ガス供給源６４から給気管６１を通じてチャンバ１の基板空間１ｂ内に反応性ガスが供給される。バルブ６２が閉じることにより、反応性ガスの供給が停止する。

【0093】

流量調整部６３は給気管６１に介装される。図１の例では、流量調整部６３は共通管６１２２に介装される。流量調整部６３は制御部９によって制御され、給気管６１を流れる反応性ガスの流量を調整する。流量調整部６３は例えばマスフローコントローラである。

【0094】

このような反応性ガス供給部６によれば、複数の第２給気口６ａは平面視において基板Ｗの周囲に位置し、側面視において基板Ｗの主面Ｗａよりも少し鉛直下側に位置する。これによれば、基板Ｗの主面Ｗａ近傍の空間に反応性ガス（ここでは窒素ガス）を供給することができる。

【0095】

また上述の例では、複数の第２給気口６ａが周方向において等間隔に配置されており、基板Ｗの中心に向けて窒素ガスを吐出する。これによれば、基板Ｗの主面Ｗａ近傍の空間により均一に窒素ガスを供給することができる。したがって、基板Ｗの主面Ｗａのガリウムをより均一に窒化することができる。

【0096】

しかも上述の例では、第２給気口６ａの開口方向は水平よりも基板Ｗ側に傾斜しているので、反応性ガスは第２給気口６ａから基板Ｗ側に向かって吐出される。よって、窒素ガスは鉛直下側（つまりスパッタ空間１ａ）よりも鉛直上側に流れやすい。したがって、スパッタ空間１ａに流入する窒素の量をさらに低減させることができる。ひいては、ターゲット３の窒化をさらに抑制することができる。

【0097】

＜第２プラズマ発生部＞
第２プラズマ発生部８は反応性ガスをプラズマ化させる。図１の例では、第２プラズマ発生部８は誘導結合アンテナ８１と第２電源８２とを含んでいる。誘導結合アンテナ８１はＵ字状の導電部材８１１を含む。導電部材８１１はその両端部分が鉛直上側に位置する姿勢でチャンバ１の基板空間１ｂ内に設けられ、より具体的には、チャンバ１の天井部に取り付けられる。導電部材８１１の両端部分は例えばチャンバ１の天井部を貫通し、当該両端が第２電源８２に電気的に接続される。導電部材８１１はプラズマ発生用の電極（アンテナ）として機能する。

【0098】

図１に例示するように、誘導結合アンテナ８１は、導電部材８１１を保護する誘電部材８１２を含んでいるとよい。誘電部材８１２は導電部材８１１を覆う中空状のＵ字形状を有する。誘電部材８１２が設けられることにより、導電部材８１１がプラズマに曝されることを抑制できる。したがって、プラズマに起因した導電部材８１１の損耗を抑制することができる。

【0099】

図１および図２の例では、複数の誘導結合アンテナ８１が設けられており、平面視において、基板Ｗの周囲に設けられている。図１および図２の例では、２つの誘導結合アンテナ８１が平面視において基板保持部４に対して互いに反対側に設けられている。また図２の例では、２つの誘導結合アンテナ８１は平面視において環状管６１１よりも外周側に設けられている。

【0100】

第２電源８２は誘導結合アンテナ８１に高周波電力を供給する。第２電源８２は例えばインバータ回路および整合回路を含み、制御部９によってその出力が制御される。第２電源８２が誘導結合アンテナ８１（導電部材８１１）の両端に高周波電圧（第２電圧に相当）を印加することにより、誘導結合アンテナ８１の周囲にはプラズマ発生用の高周波誘導磁界が生じ、これが反応性ガスに作用することにより、反応性ガスが電離してプラズマ化する。このような誘導結合プラズマは、電子の空間密度が３×１０^１０個／ｃｍ^３以上の高密度プラズマである。

【0101】

また、本実施形態のようにＵ字状の誘導結合アンテナ８１は、巻数が一周未満の誘導結合アンテナに相当し、巻数が一周以上の誘導結合アンテナよりもインダクタンスが低い。このため、誘導結合アンテナ８１の両端に発生する高周波電圧が低減され、生成するプラズマへの静電結合に伴うプラズマ電位の高周波揺動が抑制される。このため、対地電位へのプラズマ電位揺動に伴う過剰な電子損失が低減され、プラズマ電位が特に低く抑えられる。これにより、基板Ｗへのダメージを低減することが可能となる。

【0102】

＜仕切部材およびチムニー＞
次に、仕切部材２の第１開口２ａとチムニー２０の第２開口２０ａの大小の一例について説明する。図１および図３の例では、第１開口２ａの開口面積は第２開口２０ａの開口面積よりも小さい。以下、この点について、図５も参照して説明する。図５は、ターゲット３と基板Ｗとの間の距離を変更したときに基板Ｗの主面Ｗａに形成される薄膜の膜厚分布の一例を模式的に示す図である。図５では、ターゲット３から第１距離だけ離れた位置に基板Ｗを配置したときの膜厚分布を曲線Ｇ１で示し、ターゲット３から第２距離だけ離れた位置に基板Ｗを配置したときの膜厚分布を曲線Ｇ２で示している。第２距離は第１距離よりも長い。

【0103】

図５に示すように、基板Ｗがターゲット３から離れるほど、十分な膜厚で成膜される成膜領域が狭くなる。これは、ターゲット３の主面３ａから飛び出したスパッタ粒子が広がりつつ基板Ｗに向かって移動するためと考えられる。

【0104】

そこで、ターゲット３に近いチムニー２０の第２開口２０ａの開口面積を、基板Ｗに近い仕切部材２の第１開口２ａの開口面積よりも大きく設定するとよい。ここでは、第１開口２ａおよび第２開口２０ａは円形状を有しているので、第２開口２０ａの直径Ｒ２を第１開口２ａの直径Ｒ１よりも大きく設定している。

【0105】

これによれば、ターゲット３の主面３ａから飛び出したスパッタ粒子はより広い第２開口２０ａを通過して基板Ｗに向かって移動する。したがって、より多くのスパッタ粒子を基板Ｗ側に移動させることができる。

【0106】

なお、図５に例示するように、第２開口２０ａの直径Ｒ２はターゲット３の直径Ｒ２１よりも大きくてもよい。これにより、ターゲット３の主面３ａからのスパッタ粒子の多くを基板Ｗ側に通過させることができる。

【0107】

スパッタ粒子は第２開口２０ａから基板Ｗに向かって移動する。そして、スパッタ粒子はより狭い第１開口２ａを通過して基板Ｗに向かって移動する。第１開口２ａは第２開口２０ａよりも狭いものの、ターゲット３から離れた位置での膜厚分布では、成膜領域は狭くなるので、第１開口２ａが狭くても膜厚に問題は生じない。逆に言えば、基板Ｗの主面Ｗａに適切に薄膜を形成できるように、第１開口２ａの大きさを第２開口２０ａよりも小さい範囲内で設定しつつ、基板Ｗとターゲット３との間の距離を設定すればよい。なお、第１開口２ａの直径Ｒ１は基板Ｗの直径Ｒ１１以上に設定されるとよい。

【0108】

また、仕切部材２の第１開口２ａの開口面積がチムニー２０の第２開口２０ａの開口面積よりも小さければ、第１開口２ａを通じて基板空間１ｂからスパッタ空間１ａに流入する反応性ガスの量を低減させることができる。したがって、ターゲット３の窒化をさらに抑制することができる。

【0109】

以上のように、第１開口２ａの開口面積を第２開口２０ａの開口面積よりも小さくすることにより、基板Ｗの主面Ｗａに対する成膜処理を適切に行いつつも、ターゲット３の窒化をさらに抑制することができる。

【0110】

＜制御部＞
図６は、制御部９の構成の一例を概略的に示すブロック図である。制御部９は電子回路機器であって、例えばデータ処理装置９１および記憶媒体９２を有していてもよい。データ処理装置９１は例えばＣＰＵ（Central Processor Unit）などの演算処理装置であってもよい。記憶媒体９２は非一時的な記憶媒体９２１（例えばＲＯＭ（Read Only Memory）またはハードディスク）および一時的な記憶媒体９２２（例えばＲＡＭ（Random Access Memory））を有していてもよい。非一時的な記憶媒体９２１には、例えば制御部９が実行する処理を規定するプログラムが記憶されていてもよい。データ処理装置９１がこのプログラムを実行することにより、制御部９が、プログラムに規定された処理を実行することができる。もちろん、制御部９が実行する処理の一部または全部が、論理回路などのハードウェア回路によって実行されてもよい。

【0111】

＜制御方法＞
次にスパッタリング装置１００の動作のより具体的な一例について述べる。図７は、スパッタリング装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。まず、不図示の基板搬送部が未処理の基板Ｗをチャンバ１内に搬送する（ステップＳ１）。次に、吸引機構１０がチャンバ１内のガスの吸引を開始し（ステップＳ２）、ヒータ１１が基板Ｗを加熱させ始める（ステップＳ３）。吸引機構１０はチャンバ１内の圧力を成膜処理に適した減圧範囲内に調整し、ヒータ１１は基板Ｗの温度を成膜処理に適した温度範囲内に調整する。

【0112】

次に、スパッタガス供給部５がスパッタガスの供給を開始し、反応性ガス供給部６が反応性ガスの供給を開始する（ステップＳ４）。具体的には、制御部９はバルブ５２およびバルブ６２を開く。これにより、チャンバ１内にスパッタガスおよび反応性ガスが並行して供給される。ここでは、成膜処理（後述のステップＳ５）において、スパッタガス供給部５はスパッタガスを供給し続け、反応性ガス供給部６は反応性ガスを供給し続ける。

【0113】

次に、第１プラズマ発生部７および第２プラズマ発生部８は交互にガスをプラズマ化させる（ステップＳ５）。具体的には、制御部９は第１電源７１および第２電源８２に交互に電圧を出力させる。図８は、第１電源７１および第２電源８２の出力電圧の一例を示すグラフである。図８に例示するように、第１電源７１による直流電圧と、第２電源８２による高周波電圧とが交互に出力される。出力電圧の切り替え周波数は例えば数千Ｈｚ（例えば５ｋＨｚ）程度である。

【0114】

第１電源７１が直流電圧を出力する期間Ｔ１では、ターゲット３とチャンバ１との間に直流電圧が印加される。よって、ターゲット３の周囲にプラズマ用の電界が生じ、当該電界によりスパッタガスがプラズマ化する。これにより、ターゲット３に対するスパッタリングが行われる。ターゲット３の主面３ａから飛び出したスパッタ粒子は第２開口２０ａおよび第１開口２ａを通じて基板Ｗに向かって移動し、基板Ｗの主面Ｗａに積層される。

【0115】

第２電源８２が高周波電圧を出力する期間Ｔ２では、誘導結合アンテナ８１に高周波電圧が印加される。これにより、誘導結合アンテナ８１の周囲に高周波誘導磁界が生じ、窒素ガスがプラズマ化する。プラズマ化によって生成された窒素粒子（イオンまたはラジカル）は高い反応性を有するので、基板Ｗの主面Ｗａと反応する。

【0116】

図８の例では、第２電源８２が高周波電圧の出力を停止してから、第１電源７１および第２電源８２の両方が電圧の出力を中断する所定の第１中断期間Ｔ３の経過後に、第１電源７１が直流電圧を出力している。つまり、高周波電圧の出力が停止に切り替わってから第１中断期間Ｔ３の経過後に第１電源７１が直流電圧を出力する。この技術的意義については後に述べる。

【0117】

ここでは、第１電源７１および第２電源８２は交互に動作するので、基板Ｗの主面３ａにはガリウムの成膜および当該ガリウムの窒化が交互に行われて、窒化ガリウム膜が形成され得る。

【0118】

ステップＳ５の成膜処理によって、基板Ｗに十分な膜厚で窒化ガリウム膜が形成されると、スパッタガスおよび反応性ガスの供給を停止し、第１電源７１および第２電源８２の電圧の出力を停止し、ヒータ１１による加熱を停止し、吸引機構１０による減圧を停止する（ステップＳ６）。次に、基板搬送部が処理済みの基板Ｗをチャンバ１から搬出する（ステップＳ７）。

【0119】

上述の動作によって、基板Ｗの主面Ｗａに所定の薄膜（ここでは窒化ガリウム膜）を形成することができる。

【0120】

しかも図８の例では、第２電源８２が高周波電圧の出力を停止した後に、第１中断期間Ｔ３において第１電源７１および第２電源８２の両方が電圧の出力を停止する。よって、第１中断期間Ｔ３において、反応性の高い窒素粒子が反応性の低いガスに戻る。つまり、第１中断期間Ｔ３では第１電源７１および第２電源８２の両方が電圧の出力を停止するので、チャンバ１内のプラズマの多くが時間の経過とともにガスに戻る。よって、反応性の高い窒素粒子の多くも反応性の低いガスに戻る。第１中断期間Ｔ３はプラズマがガスに戻るための期間であり、その長さは予め設定される。例えば第１中断期間Ｔ３は５０μ秒以上に設定される。

【0121】

続く期間Ｔ１において、第１電源７１は直流電圧を出力する。よって、第１電源７１は基板空間１ｂにおいて反応性の高い窒素粒子（例えば窒素イオン）が低減した状態で、直流電圧を出力する。したがって、期間Ｔ１の初期から窒素粒子がターゲット３と反応する可能性を低減させることができる。つまり、基板空間１ｂ内に窒素粒子が多く存在する状態で第１電源７１がターゲット３に負電位を印加すると、窒素イオンがターゲット３に引き寄せられて、ターゲット３が窒化する可能性がある。これに対して、図８の例では、第１中断期間Ｔ３において多くの窒素粒子をガスに戻してから期間Ｔ１において第１電源７１が直流電圧を出力する。よって、期間Ｔ１においてターゲット３の窒化をさらに抑制することができる。

【0122】

その一方で、図８の例では、第１電源７１が直流電圧の出力を停止に切り替えた時点とほぼ同時に、第２電源８２が高周波電圧を出力し始める。つまり、スパッタ空間１ａ内にアルゴンプラズマが存在していても、窒素粒子とガリウムとの反応に問題を生じさせないので、第１電源７１の出力停止とほぼ同時に第２電源８２が高周波電圧を出力し始める。これにより、第１電源７１から第２電源８２への電圧の切り替えの際に、一旦、第１電源７１および第２電源８２が電圧の出力を停止させる場合に比して、成膜レートを向上させることができる。

【0123】

もちろん、第１電源７１から第２電源８２への電圧の切り替えの際にも、第１電源７１および第２電源８２の両方が一旦電圧の出力を停止させてもよい。図９は、第１電源７１および第２電源８２の出力電圧の一例を示すグラフである。図９の例では、第１電源７１が直流電圧の出力を停止した時点からの所定の第２中断期間Ｔ４においても、第１電源７１および第２電源８２の両方が電圧の出力停止を維持する。この場合、第１中断期間Ｔ３を第２中断期間Ｔ４よりも長く設定するとよい。これによれば、第１中断期間Ｔ３が長いので、より多くの反応性の高い窒素粒子が反応性の低いガスに戻った状態で第１電源７１が直流電圧を出力させることができつつも、第２中断期間Ｔ４が短いので、成膜レートを向上させることができる。

【0124】

また、上述の動作例では、スパッタガスおよび反応性ガスの両方を並行して供給し続けている。ここで、チャンバ１内において反応性ガスおよびスパッタガスの入れ替えを行う場合について考察する。つまり、チャンバ１内の雰囲気をほぼスパッタガスとして第１電源７１が直流電圧を出力し、その後、スパッタガスの供給を停止して反応性ガスの供給を行うことで、チャンバ１内の雰囲気を反応性ガスとしてから、第２電源８２が高周波電圧を出力する場合について考察する。このような反応性ガスおよびスパッタガスの入れ替えにはある程度の入れ替え期間が必要であり、その入れ替え時間では成膜が中断する。この入れ替え期間は第１中断期間Ｔ３および第２中断期間Ｔ４に比べて非常に長いので、成膜レートが大幅に低下する。これに対して上述の動作例では、反応性ガスおよびスパッタガスの両方を並行して供給している。よって、このようなガスの入れ替えに伴う成膜レートの低下を回避することができる。

【0125】

また、スパッタガス供給部５は、第１電源７１が直流電圧を出力している期間Ｔ１のみならず、第１電源７１が直流電圧の出力を中断する期間Ｔ２においても、スパッタガスを供給している。つまり、スパッタガスをプラズマ化する必要がない期間Ｔ２においても、スパッタガスの供給が維持される。これによれば、期間Ｔ２においても、スパッタ空間１ａ内の圧力を維持することができる。したがって、期間Ｔ２においても、反応性ガスのスパッタ空間１ａへの流入を抑制することができる。さらに、ターゲット３の主面３ａの近傍においてスパッタガスによるパージを維持することもできる。

【0126】

また、上述の例では、スパッタガス供給部５は第１中断期間Ｔ３および第２中断期間Ｔ４においてもスパッタガスを供給し続ける。よって、第１中断期間Ｔ３および第２中断期間Ｔ４においても、スパッタ空間１ａ内の圧力を維持することができ、ターゲット３の主面３ａの近傍においてスパッタガスによるパージを維持することもできる。したがって、成膜処理の全期間においてターゲット３の窒化を抑制することができる。

【0127】

＜スパッタガスおよび反応性ガスの流量＞
スパッタガス供給部５は反応性ガスの流量よりも大きな流量でスパッタガスを供給してもよい。つまり、制御部９は、スパッタガスの流量が反応性ガスの流量よりも大きくなるように、スパッタガス供給部５および反応性ガス供給部６を制御してもよい。より具体的には、制御部９はスパッタガスの流量が反応性ガスの流量よりも大きくなるように、流量調整部５３および流量調整部６３を制御する。各流量は例えば予め設定される。

【0128】

スパッタ空間１ａに供給されるスパッタガスの流量が、基板空間１ｂに供給される反応性ガスの流量よりも大きければ、スパッタ空間１ａの圧力を基板空間１ｂの圧力よりも高めることができる。よって、基板空間１ｂから第１開口２ａを通じてスパッタ空間１ａに流入する窒素の量を低減させることができる。したがって、ターゲット３の窒化をさらに抑制することができる。

【0129】

＜変形例＞
上述の例では、ターゲット３はいわゆる平型ターゲットであるものの、回転型ターゲットであってもよい。

【0130】

また、上述の具体例では、第２プラズマ発生部８は誘導結合プラズマを発生させているものの、必ずしもこれに限らず、他の手法により、プラズマを発生させてもよい。

【0131】

また、上述の例では、第１プラズマ発生部７および第２プラズマ発生部８が交互にガスをプラズマ化させているものの、必ずしもこれに限らない。第１プラズマ発生部７および第２プラズマ発生部８が成膜処理中にガスをプラズマ化させ続けてもよい。これによっても、仕切部材２がチャンバ１をスパッタ空間１ａと基板空間１ｂとに区画するので、基板空間１ｂからスパッタ空間１ａに流入する窒素の量を低減させることができる。

【0132】

また、第１プラズマ発生部７および第２プラズマ発生部８のいずれか一方のみが間欠的にガスをプラズマ化させてもよい。言い換えれば、第１電源７１および第２電源８２のいずれか一方のみが間欠的に動作してもよい。第１プラズマ発生部７が間欠的に動作する場合、第１プラズマ発生部７が動作を中断する期間では、反応性の高い窒素粒子がガスに戻る。よって当該期間では、反応性の高い窒素粒子が多く存在する場合に比して、ターゲット３の窒化を抑制できる。第２プラズマ発生部８が間欠的に動作する場合、第２プラズマ発生部８が動作を中断する期間では、ターゲット３に負電位が印加されない。よって、電界による窒素イオンのターゲット３への引力が生じない。よって当該期間でも、ターゲット３の窒化を抑制できる。

【0133】

以上のように、このスパッタリング装置１００は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、このスパッタリング装置１００がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

【符号の説明】

【0134】

１ チャンバ
１０ 吸引機構
１０ａ 吸引口
１００ スパッタリング装置
１ａ スパッタ空間
１ｂ 基板空間
２ 仕切部材
２０ 囲み部材（チムニー）
２１ 庇部
２２ 側壁
２ａ 第１開口
２０ａ 第２開口
３ ターゲット
４ 基板保持部
５ スパッタガス供給部
５ａ 第１給気口
６ 反応性ガス供給部
６ａ 第２給気口
７ 第１プラズマ発生部
７１ 第１電源
８ 第２プラズマ発生部
８２ 第２電源
８１１ 導電部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】