JPH0583632B2 - - Google Patents
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- JPH0583632B2 JPH0583632B2 JP59223944A JP22394484A JPH0583632B2 JP H0583632 B2 JPH0583632 B2 JP H0583632B2 JP 59223944 A JP59223944 A JP 59223944A JP 22394484 A JP22394484 A JP 22394484A JP H0583632 B2 JPH0583632 B2 JP H0583632B2
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- magnetic field
- plasma
- microwave
- generating
- Prior art date
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
- H01J37/3405—Magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/354—Introduction of auxiliary energy into the plasma
- C23C14/357—Microwaves, e.g. electron cyclotron resonance enhanced sputtering
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- Materials Engineering (AREA)
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- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体素子等の薄膜生成工程におけ
るスパツタリング装置に係り、特にスパツタ成膜
速度及びターゲツト寿命の増大、並びに薄膜の膜
厚均一化に好適なスパツタ源に関する。
るスパツタリング装置に係り、特にスパツタ成膜
速度及びターゲツト寿命の増大、並びに薄膜の膜
厚均一化に好適なスパツタ源に関する。
スパツタ成膜は、陰極上におかれたターゲツト
材料に、所定値以上のエネルギーを有するイオン
を衝突させ、これにより放出されるターゲツト材
料の構成原子又は粒子が半導体基板上に付着堆積
して薄膜を形成することにより行われる。
材料に、所定値以上のエネルギーを有するイオン
を衝突させ、これにより放出されるターゲツト材
料の構成原子又は粒子が半導体基板上に付着堆積
して薄膜を形成することにより行われる。
スパツタ成膜を行う装置としては、特公昭53−
19319号公報に記載されたものがある。この装置
によれば、陰極のターゲツト材料面の裏側に磁気
装置の一対の磁極を設け、前記陰極面に沿つて前
記磁気装置によつて生ぜしめられる弧状の磁力線
を形成する。そして陽陰電極間に電圧を印加して
発生させたプラズマの荷電粒子を、前記磁力線に
よりサイクロトロン運動させて保持することによ
り、２極スパツタリング装置に比較して高密度の
プラズマを生ぜしめ、高い成膜速度が得られるよ
うになつていた。
19319号公報に記載されたものがある。この装置
によれば、陰極のターゲツト材料面の裏側に磁気
装置の一対の磁極を設け、前記陰極面に沿つて前
記磁気装置によつて生ぜしめられる弧状の磁力線
を形成する。そして陽陰電極間に電圧を印加して
発生させたプラズマの荷電粒子を、前記磁力線に
よりサイクロトロン運動させて保持することによ
り、２極スパツタリング装置に比較して高密度の
プラズマを生ぜしめ、高い成膜速度が得られるよ
うになつていた。
この方法では、プラズマ領域がリング状とな
ること、高周波又は直流電力によりプラズマの
発生とイオンのターゲツトへの衝突エネルギーを
供給していること、の２点から、成膜速度を上げ
る目的で供給電力を増加させると、イオンのター
ゲツトへの衝突エネルギーが過大となり、ターゲ
ツト表面の温度上昇を招き、大きな温度ストレス
に帰因するターゲツトの破壊が起こる。又、この
方法では、プラズマ領域がリング状となり、ター
ゲツトの侵食領域も同様の形状となるため、ター
ゲツト材料の一部が成膜に寄与するのみで、か
つ、ターゲツト寿命が短かつた。
ること、高周波又は直流電力によりプラズマの
発生とイオンのターゲツトへの衝突エネルギーを
供給していること、の２点から、成膜速度を上げ
る目的で供給電力を増加させると、イオンのター
ゲツトへの衝突エネルギーが過大となり、ターゲ
ツト表面の温度上昇を招き、大きな温度ストレス
に帰因するターゲツトの破壊が起こる。又、この
方法では、プラズマ領域がリング状となり、ター
ゲツトの侵食領域も同様の形状となるため、ター
ゲツト材料の一部が成膜に寄与するのみで、か
つ、ターゲツト寿命が短かつた。
イオン衝突エネルギーを低減する方法の１つと
して、特開昭58−75839号公報に示されるように、
プラズマの発生電力としてマイクロ波を用いるも
のがある。この方法ではプラズマの荷電粒子を磁
力線により保持する陰極に、マイクロ波を供給
し、そのエネルギーを吸収させて高密度のプラズ
マを発生させる一方で、陽陰電極間に印加した電
圧により、プラズマの荷電粒子を加速しターゲツ
トに衝突させ、スパツタ成膜を行う。
して、特開昭58−75839号公報に示されるように、
プラズマの発生電力としてマイクロ波を用いるも
のがある。この方法ではプラズマの荷電粒子を磁
力線により保持する陰極に、マイクロ波を供給
し、そのエネルギーを吸収させて高密度のプラズ
マを発生させる一方で、陽陰電極間に印加した電
圧により、プラズマの荷電粒子を加速しターゲツ
トに衝突させ、スパツタ成膜を行う。
この方法ではプラズマ密度が高い分だけ、ター
ゲツトに衝突するイオンの数が増すため、前記装
置より大きい成膜速度が得られるが、ターゲツト
の侵食、温度ストレスによるターゲツトの破壊、
ターゲツト材の成膜への寄与率の低さといつた問
題は解決されない。
ゲツトに衝突するイオンの数が増すため、前記装
置より大きい成膜速度が得られるが、ターゲツト
の侵食、温度ストレスによるターゲツトの破壊、
ターゲツト材の成膜への寄与率の低さといつた問
題は解決されない。
本発明の目的は、ターゲツト表面のほぼ全面に
高密度プラズマを発生させ、ターゲツトの侵食領
域をターゲツト表面のほぼ全域とし、イオンの衝
突エネルギを極端に大きくすることなくターゲツ
ト内の温度ストレスの小さい状態で高速成膜を可
能とし、かつターゲツトの使用効率を増大させ、
またスパツタ成膜における薄膜の膜厚均一化の図
れるスパツタ装置を提供することにある。
高密度プラズマを発生させ、ターゲツトの侵食領
域をターゲツト表面のほぼ全域とし、イオンの衝
突エネルギを極端に大きくすることなくターゲツ
ト内の温度ストレスの小さい状態で高速成膜を可
能とし、かつターゲツトの使用効率を増大させ、
またスパツタ成膜における薄膜の膜厚均一化の図
れるスパツタ装置を提供することにある。
本発明は、真空容器の内部でターゲツトをスパ
ツタして前記ターゲツトと対向する基板電極上に
載置した基板の表面に薄膜を形成するスパツタリ
ング方法であつて、前記ターゲツトは中央部に開
口を有し、前記ターゲツトの表面近傍を弧状に覆
う磁場を発生させ、前記ターゲツトに電力を印加
すると共に前記開口を通して前記ターゲツトと前
記基板電極との間にマイクロ波と磁場との相互作
用により発生させた高密度のプラズマを導入し、
前記表面近傍を弧状に覆う磁場により前記ターゲ
ツトの表面近傍に前記高密度のプラズマを閉じ込
めて前記ターゲツトをスパツタリングすることに
より前記基板上に薄膜を形成することを特徴とす
るスパツタリング方法及びその装置である。
ツタして前記ターゲツトと対向する基板電極上に
載置した基板の表面に薄膜を形成するスパツタリ
ング方法であつて、前記ターゲツトは中央部に開
口を有し、前記ターゲツトの表面近傍を弧状に覆
う磁場を発生させ、前記ターゲツトに電力を印加
すると共に前記開口を通して前記ターゲツトと前
記基板電極との間にマイクロ波と磁場との相互作
用により発生させた高密度のプラズマを導入し、
前記表面近傍を弧状に覆う磁場により前記ターゲ
ツトの表面近傍に前記高密度のプラズマを閉じ込
めて前記ターゲツトをスパツタリングすることに
より前記基板上に薄膜を形成することを特徴とす
るスパツタリング方法及びその装置である。
すなわち本発明は、プラズマ発生部の静磁界
（ミラー磁場）と平行ないし静磁場に沿う方向に
マイクロ波を入射し、この静磁界の強度を電子サ
イクロトロン共鳴条件（マイクロ波周波数2.45G
Hzでは磁界強度875ガウス）以上とし、このミラ
ー磁場を発生させる磁気装置の一部をターゲツト
面上でプラズマを拘束するための磁界発生に用い
ることで、プラズマ輸送距離を最短とし、プラズ
マの拡散を小さくすると共に、この磁気装置を複
数個の磁気回路で構成することによりターゲツト
上での磁力線の強度分布、形状等を制御可能とす
る構成としたものである。
（ミラー磁場）と平行ないし静磁場に沿う方向に
マイクロ波を入射し、この静磁界の強度を電子サ
イクロトロン共鳴条件（マイクロ波周波数2.45G
Hzでは磁界強度875ガウス）以上とし、このミラ
ー磁場を発生させる磁気装置の一部をターゲツト
面上でプラズマを拘束するための磁界発生に用い
ることで、プラズマ輸送距離を最短とし、プラズ
マの拡散を小さくすると共に、この磁気装置を複
数個の磁気回路で構成することによりターゲツト
上での磁力線の強度分布、形状等を制御可能とす
る構成としたものである。
次にプラズマの発生及び密度について説明を補
足する。
足する。
マイクロ波によるプラズマの発生においては、
マイクロ波がいかに有効にプラズマ発生に寄与す
るかが重要で、これによりプラズマ密度が決定さ
れる。
マイクロ波がいかに有効にプラズマ発生に寄与す
るかが重要で、これによりプラズマ密度が決定さ
れる。
磁界のないプラズマ中での電磁波は、波数ベク
トルκで表現すると、 κ＝ω2−ωp 2／c2 但し、ω ：入射電磁波周波数 ωp ：プラズマ周波数 で与えられ、ω＜ωpではκが負となり、電磁波
はプラズマ中に伝搬し得ない。換言すれば、例え
ば、2.45GHzのマイクロ波ではプラズマ密度が7.4
×1010／cm3を超えるプラズマ中には伝搬し得な
い。すなわち2.45GHzのマイクロ波で生成するプ
ラズマは磁場がない状態ではプラズマ密度は7.4
×1010／cm3以上にはならないことがわかる。
トルκで表現すると、 κ＝ω2−ωp 2／c2 但し、ω ：入射電磁波周波数 ωp ：プラズマ周波数 で与えられ、ω＜ωpではκが負となり、電磁波
はプラズマ中に伝搬し得ない。換言すれば、例え
ば、2.45GHzのマイクロ波ではプラズマ密度が7.4
×1010／cm3を超えるプラズマ中には伝搬し得な
い。すなわち2.45GHzのマイクロ波で生成するプ
ラズマは磁場がない状態ではプラズマ密度は7.4
×1010／cm3以上にはならないことがわかる。
一方、静磁界のあるプラズマ中での電磁波は、
その電磁波の進行方向と磁界とのなす角度により
伝搬状態が異なる。特に磁界と平行になるように
電磁波をプラズマ中に入射した場合は、右回り円
偏波の分散式は、 κ2C2／ω2＝１−ωp 2／（ω−ωce）（ω−ωci） 但し、 ωce ：電子サイクロトロン周波数 ωci ：イオンサイクロトロン周波数 で与えられ、０＜ω＜ωceとなる周波数の電磁波
はプラズマ密度に関係なくプラズマ中を伝搬す
る。
その電磁波の進行方向と磁界とのなす角度により
伝搬状態が異なる。特に磁界と平行になるように
電磁波をプラズマ中に入射した場合は、右回り円
偏波の分散式は、 κ2C2／ω2＝１−ωp 2／（ω−ωce）（ω−ωci） 但し、 ωce ：電子サイクロトロン周波数 ωci ：イオンサイクロトロン周波数 で与えられ、０＜ω＜ωceとなる周波数の電磁波
はプラズマ密度に関係なくプラズマ中を伝搬す
る。
すなわち静磁界を設け、かつ、この静磁界と平
行にマイクロ波を入射することができれば、この
静磁界の強度を電子サイクロトロン共鳴（2.45G
Hzでは875G）以上とすることにより、右円偏波
はプラズマ中を伝搬し、マイクロ波電力をプラズ
マに供給するため、プラズマ周波数、ωpは、ωp
＞ωとなり、プラズマ密度は7.4×1010／cm3より
はるかに大きな値（1012／cm3以上）になることが
知られている。
行にマイクロ波を入射することができれば、この
静磁界の強度を電子サイクロトロン共鳴（2.45G
Hzでは875G）以上とすることにより、右円偏波
はプラズマ中を伝搬し、マイクロ波電力をプラズ
マに供給するため、プラズマ周波数、ωpは、ωp
＞ωとなり、プラズマ密度は7.4×1010／cm3より
はるかに大きな値（1012／cm3以上）になることが
知られている。
上記の様にして発生させたプラズマは、磁気装
置により拘束する必要がある。こうしないとプラ
ズマは発散してしまい、高密度とならず、マイク
ロ波電力の損失が大きくなる。またプラズマは発
生後、速やかにターゲツト付近まで輸送されねば
ならない。輸送途中で拡散によりプラズマ密度が
低下するからである。
置により拘束する必要がある。こうしないとプラ
ズマは発散してしまい、高密度とならず、マイク
ロ波電力の損失が大きくなる。またプラズマは発
生後、速やかにターゲツト付近まで輸送されねば
ならない。輸送途中で拡散によりプラズマ密度が
低下するからである。
以下本発明の実施例を第１図から第４図により
説明する。
説明する。
第１図、第２図は、第１の実施例のスパツタリ
ング装置のスパツタ成膜部の構造を示す断面図で
ある。ターゲツト１と基板２は平面対向してお
り、ターゲツト１は裏面にパツキングプレート３
を介して陰極４に密接して設置れ、該陰極４は絶
縁物５を介して真空槽６に設置されている。ま
た、前記陰極４の絶縁物５を介して陰極７が設置
され、該陽極７は絶縁板８を介して真空槽６に設
置されている。この陽陰電極間に電源９が設置さ
れる。ここでターゲツト１の中央部１０は空洞と
なつており、この部分にプラズマ発生室１１が配
設されており、該プラズマ発生室１１の外周には
導波管１２が絶縁物１３を介して陰極４に設置し
てある。前記導波管１２にはフランジ１４により
別の導波管１５が取付けられ、該導波管１５の他
端にはマイクロ波発生源１６が設置されている。
更に、前記導波管１５のフランジ１４の外周に磁
気装置１７が設置され、もう１つの磁気装置１８
が前記陰極４の裏面に設置されている。ここで該
磁気装置１８は、複数個の磁気コイル１８ａ，１
８ｂ，１８ｃより構成され、それぞれ独立に磁界
強度が制御可能となつている。
ング装置のスパツタ成膜部の構造を示す断面図で
ある。ターゲツト１と基板２は平面対向してお
り、ターゲツト１は裏面にパツキングプレート３
を介して陰極４に密接して設置れ、該陰極４は絶
縁物５を介して真空槽６に設置されている。ま
た、前記陰極４の絶縁物５を介して陰極７が設置
され、該陽極７は絶縁板８を介して真空槽６に設
置されている。この陽陰電極間に電源９が設置さ
れる。ここでターゲツト１の中央部１０は空洞と
なつており、この部分にプラズマ発生室１１が配
設されており、該プラズマ発生室１１の外周には
導波管１２が絶縁物１３を介して陰極４に設置し
てある。前記導波管１２にはフランジ１４により
別の導波管１５が取付けられ、該導波管１５の他
端にはマイクロ波発生源１６が設置されている。
更に、前記導波管１５のフランジ１４の外周に磁
気装置１７が設置され、もう１つの磁気装置１８
が前記陰極４の裏面に設置されている。ここで該
磁気装置１８は、複数個の磁気コイル１８ａ，１
８ｂ，１８ｃより構成され、それぞれ独立に磁界
強度が制御可能となつている。
前記プラズマ発生室１１は、マイクロ波は通過
するが真空は保持する材料（例えば石英、アルミ
ナ磁器など）より成り、真空槽へは真空を保持し
うるように設置される。
するが真空は保持する材料（例えば石英、アルミ
ナ磁器など）より成り、真空槽へは真空を保持し
うるように設置される。
また基板２は、基板ホルダ１９上に載置され、
該基板ホルダ１９は、軸２０により絶縁物２１を
介して電気的に絶縁されかつ真空を保持しうる状
態で設置される。
該基板ホルダ１９は、軸２０により絶縁物２１を
介して電気的に絶縁されかつ真空を保持しうる状
態で設置される。
以上の構成において、磁気装置１７，１８はミ
ラー磁場を構成し、磁力線は第２図に示すよう
に、磁気装置１７の磁力線２２は、磁気装置１８
との中間で磁束密度が小さくなり広がつて磁気装
置１８の中心でまた絞り込まれ、さらにターゲツ
ト１上で磁力線２３は、ターゲツト１の空洞部１
０から出て、ターゲツト１上でほぼターゲツト１
表面と平行となり、ターゲツト１端で陰極４内へ
はいり込む磁気装置構成としておく。ここでスパ
ツタ成膜室２４は雰囲気ガス（例えばアルゴンガ
スなど）の所定の真空状態（10-2から10-4Torr
程度）に排気しておく。
ラー磁場を構成し、磁力線は第２図に示すよう
に、磁気装置１７の磁力線２２は、磁気装置１８
との中間で磁束密度が小さくなり広がつて磁気装
置１８の中心でまた絞り込まれ、さらにターゲツ
ト１上で磁力線２３は、ターゲツト１の空洞部１
０から出て、ターゲツト１上でほぼターゲツト１
表面と平行となり、ターゲツト１端で陰極４内へ
はいり込む磁気装置構成としておく。ここでスパ
ツタ成膜室２４は雰囲気ガス（例えばアルゴンガ
スなど）の所定の真空状態（10-2から10-4Torr
程度）に排気しておく。
マイクロ波発生源１６よりマイクロ波を発振す
ると、マイクロ波は導波管１５により導びかれ、
導波管１２へ送られ、さらにプラズマ発生室１１
を通過する。この際、磁気装置１７，１８により
作られる静磁界によつて、当該マイクロ波はプラ
ズマ発生室１１内の雰囲気ガスを電離しプラズマ
状態にする。
ると、マイクロ波は導波管１５により導びかれ、
導波管１２へ送られ、さらにプラズマ発生室１１
を通過する。この際、磁気装置１７，１８により
作られる静磁界によつて、当該マイクロ波はプラ
ズマ発生室１１内の雰囲気ガスを電離しプラズマ
状態にする。
ここで、磁気装置１７の中心磁界強度を磁気装
置１８の中心磁界強度より大きくすることによ
り、プラズマは磁力線２２に沿つてターゲツト１
の空洞部１０に送られ、さらに磁力線２３に沿つ
てターゲツト１の表面全面に輸送され、ターゲツ
ト１表面上にプラズマ２５が発生する。ここで、
プラズマ発生室１１内のプラズマは、静磁界を有
しかつ磁力線２２がマイクロ波の進行方向に沿う
方向であるため高密度のプラズマ（プラズマ密度
ne＝1011／cm3以上）状態となる。このプラズマ発
生室１１とターゲツト１の表面が近いことかつ陰
極４に電力を印加することにより、荷電粒子は磁
力線２３に沿つてサイクロトロン運動し、ターゲ
ツト１の円周方向にドリフトしながら回転するた
め、ターゲツト１の表面のプラズマ２５も高密度
プラズマ状態となる。
置１８の中心磁界強度より大きくすることによ
り、プラズマは磁力線２２に沿つてターゲツト１
の空洞部１０に送られ、さらに磁力線２３に沿つ
てターゲツト１の表面全面に輸送され、ターゲツ
ト１表面上にプラズマ２５が発生する。ここで、
プラズマ発生室１１内のプラズマは、静磁界を有
しかつ磁力線２２がマイクロ波の進行方向に沿う
方向であるため高密度のプラズマ（プラズマ密度
ne＝1011／cm3以上）状態となる。このプラズマ発
生室１１とターゲツト１の表面が近いことかつ陰
極４に電力を印加することにより、荷電粒子は磁
力線２３に沿つてサイクロトロン運動し、ターゲ
ツト１の円周方向にドリフトしながら回転するた
め、ターゲツト１の表面のプラズマ２５も高密度
プラズマ状態となる。
陽陰電極管に電源９により電力を印加すること
でターゲツト１表面に負の電界が発生し、これに
よりプラズマ中のイオンが加速されターゲツト１
表面に衝突する。その結果ターゲツト１表面から
はじき出された原子又は粒子が基板２の表面上に
付着堆積して薄膜を形成する。
でターゲツト１表面に負の電界が発生し、これに
よりプラズマ中のイオンが加速されターゲツト１
表面に衝突する。その結果ターゲツト１表面から
はじき出された原子又は粒子が基板２の表面上に
付着堆積して薄膜を形成する。
ターゲツト１面上のプラズマ２５は密度が高い
ため、プラズマ中のイオンの数が多く、電源９に
より印加する電圧は低くて足りる。この結果、タ
ーゲツト１表面の負の電界が過渡に強まることが
なく、またプラズマ２５は、ほぼターゲツト全面
にわたるため、ターゲツト１の侵食領域も大きく
ターゲツト１に与える温度ストレスは小さいもの
となる。
ため、プラズマ中のイオンの数が多く、電源９に
より印加する電圧は低くて足りる。この結果、タ
ーゲツト１表面の負の電界が過渡に強まることが
なく、またプラズマ２５は、ほぼターゲツト全面
にわたるため、ターゲツト１の侵食領域も大きく
ターゲツト１に与える温度ストレスは小さいもの
となる。
またターゲツトは中央が空洞となつているた
め、従来見られた中央部からの原子又は粒子の飛
来がなく、ターゲツト全面が侵食領域になつても
基板２表面に付着堆積する薄膜の膜厚も均一性が
向上し、ターゲツト径を極端に大きくしなくてす
み、ターゲツト１からはじき出された原子又は粒
子が基板２に付着堆積する割合が大きくスパツタ
成膜の効率が良い。
め、従来見られた中央部からの原子又は粒子の飛
来がなく、ターゲツト全面が侵食領域になつても
基板２表面に付着堆積する薄膜の膜厚も均一性が
向上し、ターゲツト径を極端に大きくしなくてす
み、ターゲツト１からはじき出された原子又は粒
子が基板２に付着堆積する割合が大きくスパツタ
成膜の効率が良い。
磁気装置１８の複数個の磁気コイル１８ａ，１
８ｂ，１８ｃをそれぞれ独立に制御することが可
能である。このためターゲツトの半径方向におけ
る、ターゲツト１と平行な磁界の強度を制御で
き、これによつてプラズマ２５の半径方向密度分
布を制御可能としている。この結果、プラズマ密
度の高いところほどターゲツト１からはじき出さ
れる原子又は粒子の数が多いこととなり、基板２
上に付着堆積する基板の半径方向での膜厚を制御
できる。
８ｂ，１８ｃをそれぞれ独立に制御することが可
能である。このためターゲツトの半径方向におけ
る、ターゲツト１と平行な磁界の強度を制御で
き、これによつてプラズマ２５の半径方向密度分
布を制御可能としている。この結果、プラズマ密
度の高いところほどターゲツト１からはじき出さ
れる原子又は粒子の数が多いこととなり、基板２
上に付着堆積する基板の半径方向での膜厚を制御
できる。
次に本発明の第２の実施例を第３図、第４図に
より説明する。本実施例のスパツタリング装置の
スパツタ成膜部の構成は、第１の実施例と同様で
あるが、ターゲツト１′は円錐形をしており、該
ターゲツト１′の外周面にパツキングプレート
３′が設置されさらにその外周面に陰極４′が密接
して設置されている。該陰極４′は絶縁物５′を介
して真空槽６に設置され、該陰極４′にはまた前
記絶縁物５１を介して陰極７′が絶縁板８を介し
て真空槽６に設置されている。この陽陰電極間に
電源９を設置する。ターゲツト１′の中央部１
０′は第１の実施例と同様に空洞となつており、
ここにマイクロ波は通し真空は保持する材料より
成るプラズマ発生室１１、導波管１２が絶縁物１
３′を介して陰極４′に設置され、導波管１２には
フランジ１４で別の導波管１５が取付られ、該導
波管１５の他端にはマイクロ波発生源１６が設置
される。前記導波管１２，１５のフランジ１４の
外周に磁気装置１７が設置され、さらに前記陰極
４′の円錐状外周面にもう１つの磁気装置１８が
複数個の磁気コイル１８ａ，１８ｂ，１８ｃより
構成され、それぞれが前記陰極４′にそうように
設置される。基板２は第１の実施例と同様であ
る。また磁気装置１７，１８の構成も第１の実施
例と同様でミラー磁場を構成し、プラズマ発生室
１１内では磁力線は２２′となり、ターゲツト
１′の中央部１０′の空洞を通り磁力線は２３′の
ようになりターゲツト１′の外周部で陰極４′内へ
はいり込む。
より説明する。本実施例のスパツタリング装置の
スパツタ成膜部の構成は、第１の実施例と同様で
あるが、ターゲツト１′は円錐形をしており、該
ターゲツト１′の外周面にパツキングプレート
３′が設置されさらにその外周面に陰極４′が密接
して設置されている。該陰極４′は絶縁物５′を介
して真空槽６に設置され、該陰極４′にはまた前
記絶縁物５１を介して陰極７′が絶縁板８を介し
て真空槽６に設置されている。この陽陰電極間に
電源９を設置する。ターゲツト１′の中央部１
０′は第１の実施例と同様に空洞となつており、
ここにマイクロ波は通し真空は保持する材料より
成るプラズマ発生室１１、導波管１２が絶縁物１
３′を介して陰極４′に設置され、導波管１２には
フランジ１４で別の導波管１５が取付られ、該導
波管１５の他端にはマイクロ波発生源１６が設置
される。前記導波管１２，１５のフランジ１４の
外周に磁気装置１７が設置され、さらに前記陰極
４′の円錐状外周面にもう１つの磁気装置１８が
複数個の磁気コイル１８ａ，１８ｂ，１８ｃより
構成され、それぞれが前記陰極４′にそうように
設置される。基板２は第１の実施例と同様であ
る。また磁気装置１７，１８の構成も第１の実施
例と同様でミラー磁場を構成し、プラズマ発生室
１１内では磁力線は２２′となり、ターゲツト
１′の中央部１０′の空洞を通り磁力線は２３′の
ようになりターゲツト１′の外周部で陰極４′内へ
はいり込む。
以上の構成において、第１の実施例と同様マイ
クロ波放電によりプラズマ２５′を発生させ、ス
パツタ成膜する。
クロ波放電によりプラズマ２５′を発生させ、ス
パツタ成膜する。
本実施例においては、第１の実施例の特徴に加
えさらに、ターゲツト１′が円錐状をしており、
これらの面が基板をかこむように傾斜している。
えさらに、ターゲツト１′が円錐状をしており、
これらの面が基板をかこむように傾斜している。
この結果、基板２表面への付着堆積する率が向
上し、同一電力を供給し、ターゲツトから同一の
ターゲツト原子又は粒子をはじき出した場合でも
基板への薄膜の付着堆積速度が増大する。
上し、同一電力を供給し、ターゲツトから同一の
ターゲツト原子又は粒子をはじき出した場合でも
基板への薄膜の付着堆積速度が増大する。
ターゲツト１′表面からはじき出された原子又
は粒子の飛翔方向と量とについてcosine則が成り
立つことが、実験結果から知られている（例え
ば、東京大学出版会、金原粲著「スパツタリング
現象」、1984年３月発行）。
は粒子の飛翔方向と量とについてcosine則が成り
立つことが、実験結果から知られている（例え
ば、東京大学出版会、金原粲著「スパツタリング
現象」、1984年３月発行）。
本発明によれば、マイクロ波と磁場の組合せ高
密度プラズマ（プラズマ密度ne＝1011／cm3以上）
を発生させ、これを短い距離にてターゲツト表面
に輸送すると共にプラズマ発生用磁場とターゲツ
ト印加電力により荷電粒子を閉込め、ターゲツト
表面上のほぼ全域にわたり高密度プラズマ状態と
できる。この結果、プラズマ中のイオンの数が増
大するため、陽陰電極間へ大電力を印加しても、
電流の増加により電圧を低く抑制でき、従つてイ
オンの衝突エネルギを低くおさえられ、ターゲツ
トへの熱衝撃の少ないスパツターを行うことがで
きる。さらにイオンによりターゲツトの侵食領域
を増大できるため、ターゲツトからはじきだされ
る原子又は粒子の数が増大しスパツタ成膜の高速
化が行えるばかりでなく、ターゲツト侵食領域を
増大するためターゲツトの利用率を大幅に向上で
きる。
密度プラズマ（プラズマ密度ne＝1011／cm3以上）
を発生させ、これを短い距離にてターゲツト表面
に輸送すると共にプラズマ発生用磁場とターゲツ
ト印加電力により荷電粒子を閉込め、ターゲツト
表面上のほぼ全域にわたり高密度プラズマ状態と
できる。この結果、プラズマ中のイオンの数が増
大するため、陽陰電極間へ大電力を印加しても、
電流の増加により電圧を低く抑制でき、従つてイ
オンの衝突エネルギを低くおさえられ、ターゲツ
トへの熱衝撃の少ないスパツターを行うことがで
きる。さらにイオンによりターゲツトの侵食領域
を増大できるため、ターゲツトからはじきだされ
る原子又は粒子の数が増大しスパツタ成膜の高速
化が行えるばかりでなく、ターゲツト侵食領域を
増大するためターゲツトの利用率を大幅に向上で
きる。
また、原子又は粒子の飛翔方向及び量を考慮し
ターゲツトを傾斜させることによりターゲツトか
らはじき出された原子又は粒子の基板への付着堆
積する割合を増大できる。さらに、プラズマ発生
はマイクロ波を用い、イオンのターゲツトへの衝
突エネルギは別電源を使用するため、ターゲツト
への衝突イオンの数とそのエネルギを個別制御で
きターゲツト材質にあつたスパツタリング条件の
設定が可能となるので、生産効率及び材料使用効
率及び使用電力効率の向上の効果がある。
ターゲツトを傾斜させることによりターゲツトか
らはじき出された原子又は粒子の基板への付着堆
積する割合を増大できる。さらに、プラズマ発生
はマイクロ波を用い、イオンのターゲツトへの衝
突エネルギは別電源を使用するため、ターゲツト
への衝突イオンの数とそのエネルギを個別制御で
きターゲツト材質にあつたスパツタリング条件の
設定が可能となるので、生産効率及び材料使用効
率及び使用電力効率の向上の効果がある。
第１図は、本発明の第１の実施例のスパツタリ
ング装置の成膜部の構造を示す断面図、第２図は
第１図の成膜部での磁力線及びプラズマを表わす
断面図、第３図は本発明の第２の実施例のスパツ
タリング装置の成膜部の構造を示す断面図、第４
図は第３図の成膜部での磁力線及びプラズマを表
わす断面図である。 １，１′……ターゲツト、２……基板、４，
４′……陰極、７，７′……陽極、１１……プラズ
マ発生室、１４，１５……導波管、１６……マイ
クロ波発生源、９……電源、１７，１８……磁気
装置、６……真空槽、２２，２２′，２３，２
３′……磁力線、２５，２５′……プラズマ。
ング装置の成膜部の構造を示す断面図、第２図は
第１図の成膜部での磁力線及びプラズマを表わす
断面図、第３図は本発明の第２の実施例のスパツ
タリング装置の成膜部の構造を示す断面図、第４
図は第３図の成膜部での磁力線及びプラズマを表
わす断面図である。 １，１′……ターゲツト、２……基板、４，
４′……陰極、７，７′……陽極、１１……プラズ
マ発生室、１４，１５……導波管、１６……マイ
クロ波発生源、９……電源、１７，１８……磁気
装置、６……真空槽、２２，２２′，２３，２
３′……磁力線、２５，２５′……プラズマ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 真空容器の内部でターゲツトをスパツタして
前記ターゲツトと対向する基板電極上に載置した
基板の表面に薄膜を形成するスパツタリング方法
であつて、前記ターゲツトは中央部に開口を有
し、前記ターゲツトの表面近傍を弧状に覆う磁場
を発生させ、前記ターゲツトに電力を印加すると
共に前記開口を通して前記ターゲツトと前記基板
電極との間にマイクロ波と磁場との相互作用によ
り発生させた高密度のプラズマを導入し、前記表
面近傍を弧状に覆う磁場により前記ターゲツトの
表面近傍に前記高密度のプラズマを閉じ込めて前
記ターゲツトをスパツタリングすることにより前
記基板上に薄膜を形成することを特徴とするスパ
ツタリング方法。 ２ 真空容器の内部に薄膜を形成する材料からな
るターゲツトと、該ターゲツトを支持する電極手
段と、該電極手段に前記真空容器の外部から電力
を印加する電力印加手段と、前記ターゲツトと所
定の間隔を隔てて対向する基板電極手段と、前記
ターゲツトの裏側にあつて磁力線が前記ターゲツ
トの表面近傍を弧状に覆う磁場を発生させる磁場
発生手段と、マイクロ波により発生させたプラズ
マを前記ターゲツトの中央に設けた開口部を通し
て前記真空容器内に供給するマイクロ波プラズマ
供給手段とを有し、前記マイクロ波プラズマ供給
手段から供給されたプラズマを前記磁場で前記タ
ーゲツト表面近傍に閉じ込めることにより前記タ
ーゲツトの表面近傍に高密度のプラズマを発生さ
せ、前記電力印加手段により前記電極手段を介し
て前記ターゲツトに電力を印加することにより、
前記ターゲツトを前記高密度プラズマでスパツタ
リングして前記基板電極手段の上に載置した基板
の表面に薄膜を形成することを特徴とするスパツ
タリング装置。 ３ 前記マイクロ波プラズマ供給手段は前記プラ
ズマを前記真空容器内に供給する部分の近傍に磁
場発生部を有し、該磁場発生部は前記磁場発生手
段と対をなして前記マイクロ波プラズマ発生手段
の内部にミラー磁場を形成し、該ミラー磁場とマ
イクロ波との相互作用によりプラズマを発生する
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のス
パツタリング装置。 ４ 前記磁場発生部により発生する前記マイクロ
波プラズマ発生手段の内部の磁場強度、及び、前
記磁場発生手段により発生する前記マイクロ波プ
ラズマ発生手段の内部の磁場強度が、共に前記マ
イクロ波の周波数に応じた電子サイクロトロン共
鳴条件を満たす臨界磁場強度以上であることを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載のスパツタリ
ング装置。 ５ 前記磁場発生部により発生する前記マイクロ
波プラズマ発生手段の内部の磁場強度が、前記磁
場発生手段により発生する前記マイクロ波プラズ
マ発生手段の内部の磁場強度より強いことを特徴
とする特許請求の範囲第２項記載のスパツタリン
グ装置。 ６ 前記ターゲツトの中央に設けた開口部の径が
前記マイクロ波の遮断寸法以下であることを特徴
とする特許請求の範囲第２項記載のスパツタリン
グ装置。 ７ 前記ターゲツトの裏側にある前記磁場発生手
段が、複数の磁場発生部により構成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のスパ
ツタリング装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223944A JPS61104074A (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | スパッタリング方法及びその装置 |
| DE8585110155T DE3566194D1 (en) | 1984-08-31 | 1985-08-13 | Microwave assisting sputtering |
| EP85110155A EP0173164B1 (en) | 1984-08-31 | 1985-08-13 | Microwave assisting sputtering |
| KR1019850006013A KR900006488B1 (ko) | 1984-08-31 | 1985-08-21 | 마이크로파 여기 스퍼터링 방법 및 장치 |
| US06/769,505 US4721553A (en) | 1984-08-31 | 1985-08-23 | Method and apparatus for microwave assisting sputtering |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223944A JPS61104074A (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | スパッタリング方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61104074A JPS61104074A (ja) | 1986-05-22 |
| JPH0583632B2 true JPH0583632B2 (ja) | 1993-11-26 |
Family
ID=16806146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59223944A Granted JPS61104074A (ja) | 1984-08-31 | 1984-10-26 | スパッタリング方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61104074A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107663629A (zh) * | 2016-07-27 | 2018-02-06 | 丰田自动车株式会社 | 高频波供给构造 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0621352B2 (ja) * | 1985-12-25 | 1994-03-23 | 株式会社日立製作所 | スパツタリング装置 |
| JPH07107189B2 (ja) * | 1986-03-24 | 1995-11-15 | 日本電信電話株式会社 | 薄膜形成装置 |
| JPH0715145B2 (ja) * | 1988-05-10 | 1995-02-22 | 松下電器産業株式会社 | スパッタ装置 |
| FR2774251B1 (fr) * | 1998-01-26 | 2000-02-25 | Commissariat Energie Atomique | Source a plasma micro-onde lineaire en aimants permanents |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5875839A (ja) * | 1981-10-30 | 1983-05-07 | Fujitsu Ltd | スパツタ装置 |
| JPS58161774A (ja) * | 1982-03-17 | 1983-09-26 | Fujitsu Ltd | スパツタリング処理方法 |
| JPS6050167A (ja) * | 1983-08-26 | 1985-03-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | プラズマ付着装置 |
-
1984
- 1984-10-26 JP JP59223944A patent/JPS61104074A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107663629A (zh) * | 2016-07-27 | 2018-02-06 | 丰田自动车株式会社 | 高频波供给构造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61104074A (ja) | 1986-05-22 |
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