JPH0691013B2 - プラズマ付着装置 - Google Patents
プラズマ付着装置Info
- Publication number
- JPH0691013B2 JPH0691013B2 JP59235304A JP23530484A JPH0691013B2 JP H0691013 B2 JPH0691013 B2 JP H0691013B2 JP 59235304 A JP59235304 A JP 59235304A JP 23530484 A JP23530484 A JP 23530484A JP H0691013 B2 JPH0691013 B2 JP H0691013B2
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- magnetic field
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/24—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using chemical vapour deposition [CVD]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
- H10P14/3411—Silicon, silicon germanium or germanium
Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，半導体集積回路などの電子デバイスの製造に
おいて，試料基板上に各種材料の薄膜を形成するための
付着装置に係り，特に，プラズマを利用して金属や金属
化合物の薄膜を低温で高品質に形成するプラズマ付着装
置に関するものである。
おいて，試料基板上に各種材料の薄膜を形成するための
付着装置に係り，特に，プラズマを利用して金属や金属
化合物の薄膜を低温で高品質に形成するプラズマ付着装
置に関するものである。
従来，プラズマを利用したSiO2,Si3N4などのシリコン系
薄膜形成においては、原料をSiH4,O2,N2などのガスの形
で供給し，高周波放電プラズマを用いるプラズマCVD（C
hemical Vapor Deposition）法がある。しかし，この方
法では，試料基板を250〜400℃に加熱する必要があるこ
と，また，形成された膜も緻密性の点で不十分であるな
どの問題があった。これに対し，マイクロ波を用いて電
子サイクロトロン共鳴条件によりプラズマを生成し，発
散磁界を用いて試料台上にプラズマを引出して適度のエ
ネルギーでイオン衝撃を与える構成としたCVD形ECR（El
ectron Cyclotron Resonance）プラズマ付着法（特願昭
55−57877号参照）では，試料基板を加熱しない低温で
高温CVD法に匹敵する緻密かつ高品質なシリコン系薄膜
を形成することができる。
薄膜形成においては、原料をSiH4,O2,N2などのガスの形
で供給し，高周波放電プラズマを用いるプラズマCVD（C
hemical Vapor Deposition）法がある。しかし，この方
法では，試料基板を250〜400℃に加熱する必要があるこ
と，また，形成された膜も緻密性の点で不十分であるな
どの問題があった。これに対し，マイクロ波を用いて電
子サイクロトロン共鳴条件によりプラズマを生成し，発
散磁界を用いて試料台上にプラズマを引出して適度のエ
ネルギーでイオン衝撃を与える構成としたCVD形ECR（El
ectron Cyclotron Resonance）プラズマ付着法（特願昭
55−57877号参照）では，試料基板を加熱しない低温で
高温CVD法に匹敵する緻密かつ高品質なシリコン系薄膜
を形成することができる。
これに対して，金属及び金属化合物膜については一般に
スパッタ法が広く用いられている。スパッタ法は，固体
ターゲットのスパッタリングにより金属原子を容易に供
給できる利点がある。
スパッタ法が広く用いられている。スパッタ法は，固体
ターゲットのスパッタリングにより金属原子を容易に供
給できる利点がある。
そこで,CVD形ECRプラズマ付着法とスパッタ法との両者
特徴を生かしてスパッタ形ECRプラズマ付着法が開発さ
れ（特願昭57−156843号参照），試料基板を加熱しない
低温で良質な金属膜や金属化合物膜の形成が可能となっ
た。さらに，ターゲット形状を円錐円筒形状から直円筒
形状にし，プラズマ流の一部がターゲットのスパッタ面
をよぎる配置にすることにより，ターゲット電流を大き
く増加させて膜形成速度，膜形成特性の向上が可能とな
った（特願昭58−155097号参照）。
特徴を生かしてスパッタ形ECRプラズマ付着法が開発さ
れ（特願昭57−156843号参照），試料基板を加熱しない
低温で良質な金属膜や金属化合物膜の形成が可能となっ
た。さらに，ターゲット形状を円錐円筒形状から直円筒
形状にし，プラズマ流の一部がターゲットのスパッタ面
をよぎる配置にすることにより，ターゲット電流を大き
く増加させて膜形成速度，膜形成特性の向上が可能とな
った（特願昭58−155097号参照）。
上記特願昭58−155097号の構成概要および膜形成原理を
第９図に示す断面図により述べる。第９図において,1は
プラズマ生成室,2は試料室,3はマイクロ波導入窓,4は矩
形導波管,5はプラズマ流,6はプラズマ引出し窓,7は試料
基板,8は試料台,9は排気系,10は磁気コイル,11は磁気シ
ールド,12は第１ガス導入系,13は第２ガス導入系,14A及
び14Bは夫々冷却水の給水口と排水口,15はスパッタリン
グ用のターゲット電極,16はシールド電極,17は冷却管,1
8はスパッタ電源である。プラズマは，排気系９により
プラズマ生成室１と試料室２とを高真空に排気した後，
第１ガス導入系12と第２ガス導入系の一方または両方よ
りガスを導入して10-3〜10-1Pa程度の圧力とし，マイク
ロ波源（図示省略）より矩形導波管4,マイクロ波導入窓
３を順次介して導入されるマイクロ波と，磁気コイル10
により形成される磁界とにより，プラズマ生成室１で電
子サイクロトロン共鳴を用いて形成する。そして，この
ように形成されたECRプラズマ及びターゲット電極15よ
りスパッタされた粒子はプラズマ流５として試料台８へ
輸送される。
第９図に示す断面図により述べる。第９図において,1は
プラズマ生成室,2は試料室,3はマイクロ波導入窓,4は矩
形導波管,5はプラズマ流,6はプラズマ引出し窓,7は試料
基板,8は試料台,9は排気系,10は磁気コイル,11は磁気シ
ールド,12は第１ガス導入系,13は第２ガス導入系,14A及
び14Bは夫々冷却水の給水口と排水口,15はスパッタリン
グ用のターゲット電極,16はシールド電極,17は冷却管,1
8はスパッタ電源である。プラズマは，排気系９により
プラズマ生成室１と試料室２とを高真空に排気した後，
第１ガス導入系12と第２ガス導入系の一方または両方よ
りガスを導入して10-3〜10-1Pa程度の圧力とし，マイク
ロ波源（図示省略）より矩形導波管4,マイクロ波導入窓
３を順次介して導入されるマイクロ波と，磁気コイル10
により形成される磁界とにより，プラズマ生成室１で電
子サイクロトロン共鳴を用いて形成する。そして，この
ように形成されたECRプラズマ及びターゲット電極15よ
りスパッタされた粒子はプラズマ流５として試料台８へ
輸送される。
マイクロ波源には，周波数2.45GHzのマグネトロンを用
いることができ，このときの電子サイクロトロン共鳴条
件は磁束密度875Gであり，プラズマ生成室１の少なくと
も一部でこの条件が満されている。プラズマ生成室１は
マイクロ波の電界強度を増し，放電効率を高めるため
に，マイクロ波空洞共振器の条件を満す構成とし，例え
ばTE112モードの空洞共振器を採用し，内のり寸法で直
径15cm,高さ15cmの円筒形状とし，そして，冷却水の給
水，排水口14A,14Bを用いて冷却されている。プラズマ
生成室１では，電子サイクロトロン共鳴により高エネル
ギー状態の円運動電子が形成され，ガス分子との衝撃電
離によりECRプラズマガスが形成されるが，上記電子
は，円運動による磁気モーメントをもつために，磁気コ
イル10により発生する試料台方向への発散磁界との相互
作用により，プラズマ引出し窓６から円運動しつつ加速
されて試料台８の方へ導き出される。さらに，試料台８
がプラズマ生成室１とは電気的に絶縁されているため
に，プラズマ生成室１と試料台８の間に，電子を減速さ
せイオンを加速する電界が発生し，プラズマがプラズマ
引出し窓６からプラズマ流５として試料台方向に引き出
される。この電界の効果によって，プラズマ流中のイオ
ンには膜形成に適度なイオンエネルギーが付与される。
いることができ，このときの電子サイクロトロン共鳴条
件は磁束密度875Gであり，プラズマ生成室１の少なくと
も一部でこの条件が満されている。プラズマ生成室１は
マイクロ波の電界強度を増し，放電効率を高めるため
に，マイクロ波空洞共振器の条件を満す構成とし，例え
ばTE112モードの空洞共振器を採用し，内のり寸法で直
径15cm,高さ15cmの円筒形状とし，そして，冷却水の給
水，排水口14A,14Bを用いて冷却されている。プラズマ
生成室１では，電子サイクロトロン共鳴により高エネル
ギー状態の円運動電子が形成され，ガス分子との衝撃電
離によりECRプラズマガスが形成されるが，上記電子
は，円運動による磁気モーメントをもつために，磁気コ
イル10により発生する試料台方向への発散磁界との相互
作用により，プラズマ引出し窓６から円運動しつつ加速
されて試料台８の方へ導き出される。さらに，試料台８
がプラズマ生成室１とは電気的に絶縁されているため
に，プラズマ生成室１と試料台８の間に，電子を減速さ
せイオンを加速する電界が発生し，プラズマがプラズマ
引出し窓６からプラズマ流５として試料台方向に引き出
される。この電界の効果によって，プラズマ流中のイオ
ンには膜形成に適度なイオンエネルギーが付与される。
ターゲット電極15は，高活性なECRプラズマを効率的に
スパッタリングに利用するために，直円筒状のものを試
料室２のプラズマ引出し窓６近傍に，プラズマ流５をよ
ぎる位置に配置され，スパッタ電源18に接続され，負の
電圧が印加されている。そして，ターゲット電極15は，
異常放電，不要なイオンの入射を防止するために，プラ
ズマ流５に面しない部分が接地電位のシールド電極16に
よって５〜10mmの間隙をもって覆われている。また，冷
却水の給水，排水口14A,14Bを介して冷却水を循環させ
て冷却管17によってシールド電極16を水冷することによ
り，ターゲット電極15を輻射熱伝導により冷却し，ター
ゲット電極の熱による試料基板７及び試料室２内部の温
度上昇を防止する構造としている。
スパッタリングに利用するために，直円筒状のものを試
料室２のプラズマ引出し窓６近傍に，プラズマ流５をよ
ぎる位置に配置され，スパッタ電源18に接続され，負の
電圧が印加されている。そして，ターゲット電極15は，
異常放電，不要なイオンの入射を防止するために，プラ
ズマ流５に面しない部分が接地電位のシールド電極16に
よって５〜10mmの間隙をもって覆われている。また，冷
却水の給水，排水口14A,14Bを介して冷却水を循環させ
て冷却管17によってシールド電極16を水冷することによ
り，ターゲット電極15を輻射熱伝導により冷却し，ター
ゲット電極の熱による試料基板７及び試料室２内部の温
度上昇を防止する構造としている。
以上の構成において，例えば，第１ガス導入系12からア
ルゴン（Ar）ガスを導入してプラズマを生成した場合，
プラズマ流５によりターゲット電源15の表面近傍に輸送
されたアルゴンイオンはターゲット電極15に印加された
負電圧によって加速され，ターゲット電極表面に入射し
て衝撃を与えることによってターゲット電極15を構成す
る原子がスパッタされてプラズマ流５中に飛び出す。こ
の原子は，プラズマ流５中でイオン化され，先に述べた
プラズマ流中に発生するイオン加速電界によって試料台
８の方向に運ばれ，適度なイオンエネルギーを付与され
て試料基板７に入射し，付着・堆積して低温で良質な膜
を形成する。このときのイオンエネルギーは５〜30eV程
度であり，マイクロ波電力やガス圧などによって制御が
可能であるために，広範な材料の薄膜に対して自由に膜
質を制御できる。
ルゴン（Ar）ガスを導入してプラズマを生成した場合，
プラズマ流５によりターゲット電源15の表面近傍に輸送
されたアルゴンイオンはターゲット電極15に印加された
負電圧によって加速され，ターゲット電極表面に入射し
て衝撃を与えることによってターゲット電極15を構成す
る原子がスパッタされてプラズマ流５中に飛び出す。こ
の原子は，プラズマ流５中でイオン化され，先に述べた
プラズマ流中に発生するイオン加速電界によって試料台
８の方向に運ばれ，適度なイオンエネルギーを付与され
て試料基板７に入射し，付着・堆積して低温で良質な膜
を形成する。このときのイオンエネルギーは５〜30eV程
度であり，マイクロ波電力やガス圧などによって制御が
可能であるために，広範な材料の薄膜に対して自由に膜
質を制御できる。
以上のように，前記特願昭58−155097号によれば，スパ
ッタ形ECRプラズマ付着法を用い，さらにターゲット形
状を直円筒形状にしてプラズマ流の一部がターゲットの
スパッタ面をよぎる配置とすることにより，ターゲット
電流を大きく増加させて膜形成速度・膜形成特性の向上
が可能となったが，しかし，プラズマ流による付着粒子
の効率的な輸送及び膜形成反応の促進を図り，膜形成特
性をさらに向上させるために，付着粒子のイオン化率・
活性度の増大が要望される。特に，スパッタされた金属
原子については，従来は，プラズマ流を直円筒形状のタ
ーゲット電極内を通過させる構造でイオン化・活性化を
行なっていたが，これに加えてターゲット表面でのマグ
ネトロン放電等を利用すれば，金属原子のイオン化・活
性化がさらに速算され，膜形成特性がガス圧，スパッタ
電圧のパラメータにより，さらに広範囲に制御可能とな
り，特性の飛躍的向上と種々の薄膜材料の開発に資する
ことが可能となるものと期待される。
ッタ形ECRプラズマ付着法を用い，さらにターゲット形
状を直円筒形状にしてプラズマ流の一部がターゲットの
スパッタ面をよぎる配置とすることにより，ターゲット
電流を大きく増加させて膜形成速度・膜形成特性の向上
が可能となったが，しかし，プラズマ流による付着粒子
の効率的な輸送及び膜形成反応の促進を図り，膜形成特
性をさらに向上させるために，付着粒子のイオン化率・
活性度の増大が要望される。特に，スパッタされた金属
原子については，従来は，プラズマ流を直円筒形状のタ
ーゲット電極内を通過させる構造でイオン化・活性化を
行なっていたが，これに加えてターゲット表面でのマグ
ネトロン放電等を利用すれば，金属原子のイオン化・活
性化がさらに速算され，膜形成特性がガス圧，スパッタ
電圧のパラメータにより，さらに広範囲に制御可能とな
り，特性の飛躍的向上と種々の薄膜材料の開発に資する
ことが可能となるものと期待される。
本発明は，以上の状況に鑑みてなされたもので，その目
的は,ECR放電に加えてマグネトロン放電を併用すること
により，ターゲット電流をさらに増大させて付着速度の
増大を図ると共に，スパッタされた金属粒子のイオン化
・活性化を向上させて低温で良質な金属膜や金属化合物
膜を制御性良く形成し得るプラズマ付着装置を提供する
ことにある。
的は,ECR放電に加えてマグネトロン放電を併用すること
により，ターゲット電流をさらに増大させて付着速度の
増大を図ると共に，スパッタされた金属粒子のイオン化
・活性化を向上させて低温で良質な金属膜や金属化合物
膜を制御性良く形成し得るプラズマ付着装置を提供する
ことにある。
本発明の特徴は，上記目的を達成するために膜形成すべ
き試料基板が配置される試料台を内含する試料室と，ガ
スを導入してプラズマを発生させるプラズマ生成室と，
発生したプラズマをプラズマ流として上記試料室に導く
プラズマ引出し窓と，このプラズマ引出し窓と上記試料
台との間に配置されるターゲット電極とを有し，このタ
ーゲット電極のスパッタリングにより試料基板上に薄膜
を付着・堆積させるプラズマ付着装置において，前記タ
ーゲット電極をそのスパッタ表面近傍に局所磁界を形成
する電極構造とし，上記局所磁界が形成する磁力線がス
パッタ電界とほぼ直交しさらに磁力線の一部がターゲッ
ト表面から出て再びターゲット表面に戻る局所磁界とす
ることにある。
き試料基板が配置される試料台を内含する試料室と，ガ
スを導入してプラズマを発生させるプラズマ生成室と，
発生したプラズマをプラズマ流として上記試料室に導く
プラズマ引出し窓と，このプラズマ引出し窓と上記試料
台との間に配置されるターゲット電極とを有し，このタ
ーゲット電極のスパッタリングにより試料基板上に薄膜
を付着・堆積させるプラズマ付着装置において，前記タ
ーゲット電極をそのスパッタ表面近傍に局所磁界を形成
する電極構造とし，上記局所磁界が形成する磁力線がス
パッタ電界とほぼ直交しさらに磁力線の一部がターゲッ
ト表面から出て再びターゲット表面に戻る局所磁界とす
ることにある。
即ち，本発明では，ターゲット電極15の構造を改変し
て，磁気コイル11により発生する発散磁界のうちの一部
分が，ターゲット電極15のスパッタ表面近傍において，
その磁力線がスパッタ表面のある部分から出て再び他の
部分に戻るよう局所磁界を発生する電極構造とし，こ
れにより，スパッタ表面でのスパッタ電界との間に
×の関係で表わされる電磁界を実現してスパッタ表面
近傍におけるマグネトロン放電を可能としようとするも
のである。このマグネトロン放電により，ターゲット電
流を増大して付着速度の飛躍的向上を図るとともに，ス
パッタ表面からスパッタされる金属粒子のイオン化・活
性化を促進し，プラズマ流による付着粒子の輸送効果・
イオン衝撃による膜質改善効果をさらに増大させようと
するものである。
て，磁気コイル11により発生する発散磁界のうちの一部
分が，ターゲット電極15のスパッタ表面近傍において，
その磁力線がスパッタ表面のある部分から出て再び他の
部分に戻るよう局所磁界を発生する電極構造とし，こ
れにより，スパッタ表面でのスパッタ電界との間に
×の関係で表わされる電磁界を実現してスパッタ表面
近傍におけるマグネトロン放電を可能としようとするも
のである。このマグネトロン放電により，ターゲット電
流を増大して付着速度の飛躍的向上を図るとともに，ス
パッタ表面からスパッタされる金属粒子のイオン化・活
性化を促進し，プラズマ流による付着粒子の輸送効果・
イオン衝撃による膜質改善効果をさらに増大させようと
するものである。
本発明の一実施例を第１図〜第５図により説明する。第
１図は実施例装置の断面図，第２図は局所磁界の発生に
軟鉄リングを用いた場合のターゲット部分の拡大断面
図，第３図は上記ターゲット構成での磁力線推定図，第
４図，第５図は夫々上記ターゲット構成により得られる
放電特性と膜形成特性についての実験結果を示す図であ
る。
１図は実施例装置の断面図，第２図は局所磁界の発生に
軟鉄リングを用いた場合のターゲット部分の拡大断面
図，第３図は上記ターゲット構成での磁力線推定図，第
４図，第５図は夫々上記ターゲット構成により得られる
放電特性と膜形成特性についての実験結果を示す図であ
る。
第１図実施例において，第９図の従来構造との相異はタ
ーゲット電極15の構成にあり，ターゲット電極15を除く
部分は両者の構成，その作用は同じである。ターゲット
電極15の部分の拡大図が第２図である。第２図は局所磁
界の発生に軟鉄リングを用いる場合の実施例で，ターゲ
ット電極15は，内径80mm,厚さ2mm,円筒軸方向の長さ55m
mの円筒化ターゲット材A15A,内径84mm,厚さ5mm,軸方向
長さ24mmの軟鉄リング15B,内径84mm,厚さ5mm,軸方向長
さ31mmの金属製支持リング15Cより構成されており，円
筒化ターゲット材15Aはスパッタ電源18に接続してい
る。16A,16B,16Cはシールド電極で接地電位に保たれ，
ターゲット電極の異常放電，ターゲット電極への不要な
イオンの入射を防止する。19は絶縁スペーサでターゲッ
ト電極とシールド電極とを電気的に絶縁する。20は電極
ピン,21は絶縁管,22はターゲット支持ねじ,23はターゲ
ット固定ねじである。
ーゲット電極15の構成にあり，ターゲット電極15を除く
部分は両者の構成，その作用は同じである。ターゲット
電極15の部分の拡大図が第２図である。第２図は局所磁
界の発生に軟鉄リングを用いる場合の実施例で，ターゲ
ット電極15は，内径80mm,厚さ2mm,円筒軸方向の長さ55m
mの円筒化ターゲット材A15A,内径84mm,厚さ5mm,軸方向
長さ24mmの軟鉄リング15B,内径84mm,厚さ5mm,軸方向長
さ31mmの金属製支持リング15Cより構成されており，円
筒化ターゲット材15Aはスパッタ電源18に接続してい
る。16A,16B,16Cはシールド電極で接地電位に保たれ，
ターゲット電極の異常放電，ターゲット電極への不要な
イオンの入射を防止する。19は絶縁スペーサでターゲッ
ト電極とシールド電極とを電気的に絶縁する。20は電極
ピン,21は絶縁管,22はターゲット支持ねじ,23はターゲ
ット固定ねじである。
この実施例構成により，軟鉄リング15Bは，磁気コイル1
0の作る発散磁界により磁化してターゲット材15Aの表面
に容易に局所磁界を発生する。第３図，ターゲット材15
Aの表面での磁界測定を行ない磁力線分布を推定したも
のである。24はターゲット表面近傍での磁力線,25は磁
界ベクトル（）,26はプラズマ生成室からプラズマ流
により輸送される電子,27はマグネトロン放電領域にと
じ込められた電子,28はスパッタ電界（）,29はマグネ
トロン放電領域である。磁力線24は，ターゲット材15A
の上部と下部でターゲット材表面に近づき，中央部でタ
ーゲット材表面から遠ざかる分布となり，また，その大
きさは200〜300Gである。そして，この局所磁界領域は
ターゲット材15Aの表面から10mm程度まで存在する。電
子は磁界ベクトル25と直交するスパッタ電界28から×
の運動エネルギーを得て磁力線に沿って回転しながら
運動するが，ターゲット材15Aの上部と下部では，スパ
ッタ電界のために反発される。このように，プラズマ生
成室からプラズマ流により輸送される電子26とスパッタ
により発生する２次電子は，ターゲット材15Aの表面近
傍に，上記電磁界の効果でとじ込められ，ターゲット材
15A表面に10mm程度の厚さを持つ高密度プラズマ領域が
形成され，マグネトロン領域29となる。
0の作る発散磁界により磁化してターゲット材15Aの表面
に容易に局所磁界を発生する。第３図，ターゲット材15
Aの表面での磁界測定を行ない磁力線分布を推定したも
のである。24はターゲット表面近傍での磁力線,25は磁
界ベクトル（）,26はプラズマ生成室からプラズマ流
により輸送される電子,27はマグネトロン放電領域にと
じ込められた電子,28はスパッタ電界（）,29はマグネ
トロン放電領域である。磁力線24は，ターゲット材15A
の上部と下部でターゲット材表面に近づき，中央部でタ
ーゲット材表面から遠ざかる分布となり，また，その大
きさは200〜300Gである。そして，この局所磁界領域は
ターゲット材15Aの表面から10mm程度まで存在する。電
子は磁界ベクトル25と直交するスパッタ電界28から×
の運動エネルギーを得て磁力線に沿って回転しながら
運動するが，ターゲット材15Aの上部と下部では，スパ
ッタ電界のために反発される。このように，プラズマ生
成室からプラズマ流により輸送される電子26とスパッタ
により発生する２次電子は，ターゲット材15Aの表面近
傍に，上記電磁界の効果でとじ込められ，ターゲット材
15A表面に10mm程度の厚さを持つ高密度プラズマ領域が
形成され，マグネトロン領域29となる。
第４図に本実施例の特性例としてターゲットの電圧−電
流特性を示す。第１ガス導入系からArガスを，第２ガス
導入系からO2ガスを導入し，ターゲット材料としてはAl
を用い，マイクロ波パワーを300Wとした場合である。Ar
ガス流量10SCCM,O2ガス流量5SCCM（1.8×10-1Pa）で
は，本実施例の場合，第９図に示した直円筒状ターゲッ
トのみとした場合に比較し，ターゲット電圧300V程度で
マグネトロン放電の発生に対応してターゲット電流が大
きく増加し，ターゲット電圧500Vでは1.5倍にも達す
る。この傾向は，ガス圧が増加すると著しくなり,Arガ
ス流量20SCCM,O2ガス流量10SCCMではターゲット電圧300
Vでターゲット電流は急激に増大し，ターゲット材表面
でマグネトロン放電が安定に生じていることがわかる。
流特性を示す。第１ガス導入系からArガスを，第２ガス
導入系からO2ガスを導入し，ターゲット材料としてはAl
を用い，マイクロ波パワーを300Wとした場合である。Ar
ガス流量10SCCM,O2ガス流量5SCCM（1.8×10-1Pa）で
は，本実施例の場合，第９図に示した直円筒状ターゲッ
トのみとした場合に比較し，ターゲット電圧300V程度で
マグネトロン放電の発生に対応してターゲット電流が大
きく増加し，ターゲット電圧500Vでは1.5倍にも達す
る。この傾向は，ガス圧が増加すると著しくなり,Arガ
ス流量20SCCM,O2ガス流量10SCCMではターゲット電圧300
Vでターゲット電流は急激に増大し，ターゲット材表面
でマグネトロン放電が安定に生じていることがわかる。
第５図にAl2O3についての膜形成特性を，本実施例構成
と，従来の直円筒状ターゲトを用いた構成とを用いた場
合について比較して示す。Arガス流量は18SCCM,ターゲ
ット電圧は400Vであり，従来構成の場合はマイクロ波パ
ワーを増大させてターゲット電流を，軟鉄リングを用い
た本実施例構成の場合と一致させた。屈折率は,O2ガス
流量2SCCM以上では，両方のターゲット構成とも1.6程度
とAl2O3膜固有の値を示す。しかし，本実施例構成の場
合，低酸素分圧領域で付着速度は大幅に向上し，付着効
率が増大している。
と，従来の直円筒状ターゲトを用いた構成とを用いた場
合について比較して示す。Arガス流量は18SCCM,ターゲ
ット電圧は400Vであり，従来構成の場合はマイクロ波パ
ワーを増大させてターゲット電流を，軟鉄リングを用い
た本実施例構成の場合と一致させた。屈折率は,O2ガス
流量2SCCM以上では，両方のターゲット構成とも1.6程度
とAl2O3膜固有の値を示す。しかし，本実施例構成の場
合，低酸素分圧領域で付着速度は大幅に向上し，付着効
率が増大している。
以上のように，第２図実施例に示したターゲット電極構
成としてターゲット近傍に局所磁界を形成することによ
り,ECR放電に加えて，ターゲット表面近傍にマグネトロ
ン放電モードの高密度プラズマ領域が低ガス圧で安定に
形成され，その結果，ターゲト電流が大きく増加すると
共に，スパッタ粒子を中心とした付着粒子のイオン化率
が向上するために，プラズマ流輸送により付着速度の加
速度的な増大が可能となる。また，本実施例によれば，
ターゲット材15Aの裏面に軟鉄リング15Bを配置するだけ
で，ターゲットから離れた部分の発散磁界に影響を与え
ずにターゲット表面に局所磁界を形成できる。
成としてターゲット近傍に局所磁界を形成することによ
り,ECR放電に加えて，ターゲット表面近傍にマグネトロ
ン放電モードの高密度プラズマ領域が低ガス圧で安定に
形成され，その結果，ターゲト電流が大きく増加すると
共に，スパッタ粒子を中心とした付着粒子のイオン化率
が向上するために，プラズマ流輸送により付着速度の加
速度的な増大が可能となる。また，本実施例によれば，
ターゲット材15Aの裏面に軟鉄リング15Bを配置するだけ
で，ターゲットから離れた部分の発散磁界に影響を与え
ずにターゲット表面に局所磁界を形成できる。
第６図は本発明の他の実施例の，局所磁界の形成構成を
示す。第６図は，径方向にＮ極及びＳ極に着磁したリン
グ状磁石15Dを，円筒化ターゲット材15Aの裏面の上部と
下部に，金属リング15Cを挟んで配置している。リング
状磁石15Dの材料としては，ターゲット表面が高温にな
ること及び導電性を考慮してアルニコ５などを用いる。
第６図はターゲット構成によれば，ターゲットをよぎる
磁力線が増加するので，ターゲット材表面に形成される
高密度プラズマ領域からの電子の散逸を抑えることがで
きるようになり,2次電子の発生効率の低いTaなどをター
ゲット材料に用いる場合にも，安定したマグネトロン放
電モードが得られる利点がある。
示す。第６図は，径方向にＮ極及びＳ極に着磁したリン
グ状磁石15Dを，円筒化ターゲット材15Aの裏面の上部と
下部に，金属リング15Cを挟んで配置している。リング
状磁石15Dの材料としては，ターゲット表面が高温にな
ること及び導電性を考慮してアルニコ５などを用いる。
第６図はターゲット構成によれば，ターゲットをよぎる
磁力線が増加するので，ターゲット材表面に形成される
高密度プラズマ領域からの電子の散逸を抑えることがで
きるようになり,2次電子の発生効率の低いTaなどをター
ゲット材料に用いる場合にも，安定したマグネトロン放
電モードが得られる利点がある。
第７図，第８図は本発明のさらに他の実施例を示す断面
図で，マグネトロン放電モードの効率化及び低ガス圧化
を図ったターゲット構成を示す。一般に，ターゲット電
極の下部では，ターゲット表面に形成された高密度プラ
ズマ中の電子は，接地電位に保たれているシールド電極
への流入，シールド電極によるスパッタ電界の乱れのた
めに，高密度プラズマ領域の外へ散逸しやすい。第７図
実施例構成では，以上の２点を改善するために，下部の
シールド電極16Cを石英板16Dを介して配置すると共に，
ターゲット材15Aの表面下部にターゲットつば31を付加
する。第７図実施例によれば，ターゲット構造が多少複
雑になるが，電子をターゲット表面の高密度プラズマ領
域に押し返すことができ，第４図と同様の電圧−電流特
性が，より低いガス圧で安定に得られる利点がある。
図で，マグネトロン放電モードの効率化及び低ガス圧化
を図ったターゲット構成を示す。一般に，ターゲット電
極の下部では，ターゲット表面に形成された高密度プラ
ズマ中の電子は，接地電位に保たれているシールド電極
への流入，シールド電極によるスパッタ電界の乱れのた
めに，高密度プラズマ領域の外へ散逸しやすい。第７図
実施例構成では，以上の２点を改善するために，下部の
シールド電極16Cを石英板16Dを介して配置すると共に，
ターゲット材15Aの表面下部にターゲットつば31を付加
する。第７図実施例によれば，ターゲット構造が多少複
雑になるが，電子をターゲット表面の高密度プラズマ領
域に押し返すことができ，第４図と同様の電圧−電流特
性が，より低いガス圧で安定に得られる利点がある。
さらに，第９図には，ターゲット電極の下部における電
子の高密度プラズマ領域外への散逸を防ぎ，マグネトロ
ン放電モードを安定化させるための別の実施例を示す。
このターゲット構成では，第７図に示す実施例と同様
に，石英板16Dを配置するとともに，ターゲット電極下
部にも上部に配置した軟鉄リングの1/2程度の長さを持
つ軟鉄リングをターゲット材15Aの裏面に配置する。こ
の構成では局所磁界に伴う磁力線は，その大部分がター
ゲット下部で終ることになり，磁力線に沿って運動する
電子を効率良くターゲット表面の高密度プラズマ領域に
とじ込めることが可能である。実際，このターゲット構
成により，低ガス圧においてターゲット電圧500Vでター
ゲット電流2A,Al2O3膜について膜形成速度1000Å/min程
度の良好な特性を得た。この時得られた膜は，屈折率が
1.65で,Al2O3膜のバルク値と同じ値が得られており，高
速付着においても充分に酸化反応の進んだAl2O3膜が得
られた。
子の高密度プラズマ領域外への散逸を防ぎ，マグネトロ
ン放電モードを安定化させるための別の実施例を示す。
このターゲット構成では，第７図に示す実施例と同様
に，石英板16Dを配置するとともに，ターゲット電極下
部にも上部に配置した軟鉄リングの1/2程度の長さを持
つ軟鉄リングをターゲット材15Aの裏面に配置する。こ
の構成では局所磁界に伴う磁力線は，その大部分がター
ゲット下部で終ることになり，磁力線に沿って運動する
電子を効率良くターゲット表面の高密度プラズマ領域に
とじ込めることが可能である。実際，このターゲット構
成により，低ガス圧においてターゲット電圧500Vでター
ゲット電流2A,Al2O3膜について膜形成速度1000Å/min程
度の良好な特性を得た。この時得られた膜は，屈折率が
1.65で,Al2O3膜のバルク値と同じ値が得られており，高
速付着においても充分に酸化反応の進んだAl2O3膜が得
られた。
以上説明したように，本発明によれば，スパッタ形ECR
プラズマ付着装置にECR放電による電子の供給でターゲ
ット材表面近傍で低ガス圧でのマグネトロン放電を可能
とすることにより，低ガス圧でのターゲット電流の増
大，付着速度の向上が可能となる。また，このマグネト
ロン放電により，スパッタされた金属粒子のイオン化・
活性化が促進され，プラズマ流による付着粒子の輸送効
果・イオン衝撃による膜質改善効果がさらに増大し，高
品質の金属膜や金属化合物を高付着効率で，膜質などの
制御性をさらに増して形成できる。特に金属化合物につ
いては，マグネトロン放電により反応性ガスも活性化さ
れることから，化学反応律則が緩和されて付着速度と膜
質の向上が可能となる。
プラズマ付着装置にECR放電による電子の供給でターゲ
ット材表面近傍で低ガス圧でのマグネトロン放電を可能
とすることにより，低ガス圧でのターゲット電流の増
大，付着速度の向上が可能となる。また，このマグネト
ロン放電により，スパッタされた金属粒子のイオン化・
活性化が促進され，プラズマ流による付着粒子の輸送効
果・イオン衝撃による膜質改善効果がさらに増大し，高
品質の金属膜や金属化合物を高付着効率で，膜質などの
制御性をさらに増して形成できる。特に金属化合物につ
いては，マグネトロン放電により反応性ガスも活性化さ
れることから，化学反応律則が緩和されて付着速度と膜
質の向上が可能となる。
第１図は本発明の一実施例の断面図，第２図は第１図中
の要部拡大図，第３図は第２図ターゲット構成での強力
線測定図，第４図，第５図は夫々上記ターゲッット構成
で得られる放電特性と膜形成特性の実験結果，第６図は
本発明の他の実施例を示す要部断面図，第７図，第８図
は本発明のさらに他の実施例を示すターゲット部の断面
図，第９図は従来構成を示す断面図である。 〈符号の説明〉 １……プラズマ生成室、２……試料室 ３……マイクロ波導入窓、４……矩形導波管 ５……プラズマ流、６……プラズマ引出し窓 ７……試料基板、８……試料台 ９……排気系、10……磁気コイル 11……磁気シールド、12,13……ガス導入系 14……冷却水の給水，排水口、15……ターゲット電極 15A……円筒化ターゲット材、15B……軟鉄リング 15C……金属製支持リング、15D……リング状磁石 16A,B,C……シールド電極、16D……石英板 17……冷却管、18……スパッタ電源 19……絶縁スペーサ、24……磁力線 25……磁界ベクトル、28……スパッタ電界 29……マグネトロン放電領域 31……ターゲットつば
の要部拡大図，第３図は第２図ターゲット構成での強力
線測定図，第４図，第５図は夫々上記ターゲッット構成
で得られる放電特性と膜形成特性の実験結果，第６図は
本発明の他の実施例を示す要部断面図，第７図，第８図
は本発明のさらに他の実施例を示すターゲット部の断面
図，第９図は従来構成を示す断面図である。 〈符号の説明〉 １……プラズマ生成室、２……試料室 ３……マイクロ波導入窓、４……矩形導波管 ５……プラズマ流、６……プラズマ引出し窓 ７……試料基板、８……試料台 ９……排気系、10……磁気コイル 11……磁気シールド、12,13……ガス導入系 14……冷却水の給水，排水口、15……ターゲット電極 15A……円筒化ターゲット材、15B……軟鉄リング 15C……金属製支持リング、15D……リング状磁石 16A,B,C……シールド電極、16D……石英板 17……冷却管、18……スパッタ電源 19……絶縁スペーサ、24……磁力線 25……磁界ベクトル、28……スパッタ電界 29……マグネトロン放電領域 31……ターゲットつば
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 誠太郎 神奈川県厚木市小野1839番地 日本電信電 話公社厚木電気通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−47728（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−44174（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】膜形成すべき試料基板が配置される試料台
を内含する試料室と、ガスを導入して磁気コイルにより
形成される磁界とマイクロ波による電子サイクロトロン
共鳴放電によりプラズマを発生させるプラズマ生成室
と、前記磁気コイルはプラズマを前記プラズマ生成室か
ら前記試料台に引き出すために磁界強度が前記プラズマ
生成室から前記試料台方向に向かって次第に弱くなる発
散磁界を生じる磁界源であり、発生したプラズマを前記
試料室に導くプラズマ引出し窓と、該プラズマ引出し窓
と上記試料台との間に配置されるターゲット電極とを有
し、このターゲット電極のスパッタリングにより試料基
板上に薄膜を付着・堆積させるプラズマ付着装置におい
て、 前記磁気コイルにより発生する発散磁界のうちの一部分
の磁力線がスパッタ表面のある部分から出て他の部分に
戻るような局所磁界を、前記ターゲット電極のスパッタ
表面近傍に、前記磁気コイルの作る発散磁界により磁化
することにより発生する軟鉄リングを有し、該軟鉄リン
グを直円筒状のターゲット材の外径側に密接して一体的
に配置した電極構造としたことを特徴とするプラズマ付
着装置。 - 【請求項２】膜形成すべき試料基板が配置される試料台
を内含する試料室と、ガスを導入して磁気コイルにより
形成される磁界とマイクロ波による電子サイクロトロン
共鳴放電によりプラズマを発生させるプラズマ生成室
と、前記磁気コイルはプラズマを前記プラズマ生成室か
ら前記試料台に引き出すために磁界強度が前記プラズマ
生成室から前記試料台方向に向かって次第に弱くなる発
散磁界を生じる磁界源であり、発生したプラズマを前記
試料室に導くプラズマ引出し窓と、該プラズマ引出し窓
と上記試料台との間に配置されるターゲット電極とを有
し、このターゲット電極のスパッタリングにより試料基
板上に薄膜を付着・堆積させるプラズマ付着装置におい
て、 前記ターゲット電極を、前記ターゲット電極のスパッタ
表面近傍において、前記磁気コイルにより発生する発散
磁界のうちの一部分の磁力線がスパッタ表面のある部分
から出て他の部分に戻るような局所磁界を、一つは径方
向にＳ極、Ｎ極に着磁されていて他の一つは、径方向に
Ｎ極、Ｓ極に着磁されていて直円筒状のターゲット材の
外径側に密接して一体的に配置されるリング状永久磁石
により発生させる構造としたことを特徴とするプラズマ
付着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59235304A JPH0691013B2 (ja) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | プラズマ付着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59235304A JPH0691013B2 (ja) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | プラズマ付着装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14068594A Division JP2502948B2 (ja) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | プラズマ付着方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61114518A JPS61114518A (ja) | 1986-06-02 |
| JPH0691013B2 true JPH0691013B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=16984129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59235304A Expired - Lifetime JPH0691013B2 (ja) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | プラズマ付着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0691013B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07120648B2 (ja) * | 1987-01-12 | 1995-12-20 | 日本真空技術株式会社 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
| JPH07305173A (ja) * | 1994-03-17 | 1995-11-21 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 超硬質炭素皮膜を有する物体の製造方法およびその装置 |
| JP4529855B2 (ja) | 2005-09-26 | 2010-08-25 | 日新電機株式会社 | シリコン物体形成方法及び装置 |
-
1984
- 1984-11-09 JP JP59235304A patent/JPH0691013B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61114518A (ja) | 1986-06-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |