JPH08193265A

JPH08193265A - Ｅｃｒスパッタ装置

Info

Publication number: JPH08193265A
Application number: JP458595A
Authority: JP
Inventors: Michiya Kamiyama; 道也神山
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1995-01-17
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】ＥＣＲプラズマを生成するプラズマ室と連通す
る成膜室に被成膜基板とターゲットとを配するＥＣＲス
パッタ装置を、膜厚の均一化と複数基板への同時成膜と
が可能な装置とする。【構成】プラズマ室１０と成膜室３０との連通口近傍に
被成膜基板４１を配するとともにＥＣＲプラズマ生成の
ための磁界により生ずる発散磁界に沿って上記連通口か
ら成膜室３０内へ流入したプラズマ流中にターゲット５
１を置く装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被成膜基板にスパッ
タリングにより各種材料の薄膜を形成するスパッタ装置
であって、電子サイクロトロン共鳴プラズマを生成する
プラズマ室と、このプラズマ室と連通し内部に被成膜基
板とターゲットとが配される成膜室とを有するＥＣＲス
パッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から少なくとも１種類以上のガスを
真空容器内に導入し、プラズマによりそのガスを分解
し、分解したガスを金属や絶縁物等からなるターゲット
に衝突させ、衝突時の衝突エネルギーによりターゲット
材をスパッタして被成膜基板に薄膜を形成するいわゆる
スパッタ装置は各種材料の薄膜形成装置として広く用い
られている。

【０００３】そして、そのスパッタ装置として、図２に
示すような真空容器からなる成膜室３０内に、ターゲッ
ト５１と基板４１とを向かい合わせて配置し、両者の間
に直流あるいは高周波電力を供給できるよう電源部５５
を取り付け、さらに真空容器３０にはガス導入系３２と
真空排気系７１とを有するスパッタ装置が最も一般的に
知られている。

【０００４】しかし、この方法の場合、成膜速度を上げ
装置の生産性を向上させるためには供給電力を増加させ
る方法が取られているが、電力が増すと当然分解したガ
スが受けとる衝突エネルギーが大きくなり、衝突した時
に発生する電子等も高エネルギーを持って基板４１へと
飛来し、基板や膜にダメージを与えてしまうという欠点
が出てくる。

【０００５】一方、最近、電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）型プラズマ処理装置が、１０ ^-4Ｔｏｒｒ台の低い
圧力で高密度なプラズマが得られかつプラズマ粒子の平
均自由行程が大きく、プラズマ粒子の反応活性が大きい
ことから、低温で良質の膜の形成が可能であることによ
り注目されているが、図３に示したようなＥＣＲを用い
たスパッタ装置がJapanese Journal of Opplied Physic
s,Vol 23,No.8 August,1984pp, L534-L536に示された。
この装置は、プラズマ室１０にマイクロ波発振器からの
マイクロ波が導波管２０，マイクロ波窓２１を通して供
給され、電磁コイル８０の磁界による電子サイクロトロ
ン運動周波数とマイクロ波の周波数とが一致したとき共
鳴現象が生じ、電子は１０^-4Ｔｏｒｒ台の低い圧力領域
においても高密度プラズマを安定に発生することが可能
となり、発散磁界により数１０ｅＶの低いエネルギーイ
オンをプラズマ室１０から成膜室３０内へ引き出す。イ
オン引出し口（プラズマ室１０と成膜室３０との連通口
１３）近傍にドーナッツ状のターゲット５１を配し、外
部からターゲット５１に負の直流バイアス５２を印加す
ることで引き出されたイオンをターゲットに衝突させ、
スパッタリングを行い、基板４１に薄膜を形成させよう
とする装置である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図３に示したＥＣＲプ
ラズマを利用したスパッタ装置は、プラズマ室で解離し
たイオンが発散磁界によってプラズマ室から引き出さ
れ、負にバイアスされたターゲットに引き寄せられ、タ
ーゲットと衝突するが、この時ターゲットからスパッタ
される粒子は、イオンのターゲット表面への入射角の分
布にもよるが、基板に対し平行に飛び出す成分が多部分
を占めると考えられる。従って膜は不必要な部分に多く
形成されるとともに、基板に対して平行に成膜粒子が飛
ぶため、基板への均一成膜が非常に困難となる。特に基
板の面積が大きくなるほど均一性を求めることが難しく
なる。また、構造からも明らかなように、基板の処理は
１枚毎であり、装置が生産性に欠ける。

【０００７】本発明の目的は、上記の問題点を解決し、
面積の大きな基板の上にも均一な膜を形成できかつ複数
枚基板の同時処理も可能となるＥＣＲスパッタ装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、冒頭記載の構成によるＥＣＲス
パッタ装置すなわち、電子サイクロトロン共鳴プラズマ
を生成するプラズマ室と、このプラズマ室と連通し内部
に被成膜基板とターゲットとが配される成膜室とを有す
るＥＣＲスパッタ装置を、請求項１に記載のごとく、被
成膜基板が前記プラズマ室と成膜室との連通口近傍に配
されるとともに、ターゲットが、電子サイクロトロン共
鳴を発生させる磁界により生ずる発散磁界に沿って前記
連通口から流出してくるプラズマ流中に被成膜基板と対
向して設置される装置とする。

【０００９】ここで、さらに、請求項２記載のごとく、
ターゲットに直流または高周波バイアスを印加可能とす
るための直流電源または高周波電源を備えた装置とすれ
ば極めて好適である。さらに、請求項３に記載のごと
く、電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁界により生
ずる発散磁界を一方の磁界成分としてターゲットの近傍
にカスプ磁界またはミラー磁界を形成可能にするための
磁界発生手段を備えた装置とすればさらに好適である。

【００１０】

【作用】このように、被成膜基板をプラズマ室と成膜室
との連通口近傍に配し、ターゲットを電子サイクロトロ
ン共鳴を発生させる磁界により生ずる発散磁界に沿って
連通口から流出してくるプラズマ中に被成膜基板と対向
して配置する装置とすれば、プラズマ粒子の衝突により
ターゲット表面から飛び出すスパッタ粒子の飛散方向の
被成膜基板表面への垂直成分が大きくなり、基板表面に
付着した膜の膜厚分布が図３に示したものと比べてはる
かに均一化される。また、被成膜基板は連通口を囲ん
で、あるいは挟んで配置することができるので、複数の
基板に同時に成膜することが可能になる。そして、被成
膜基板の径が大きい場合には、例えばターゲットに平板
状のものを使用するときは、ターゲット表面の面積や、
基板とターゲットとの間隔の調整などにより、あるいは
ターゲットに表面形状が円錐状あるいは逆円錐状のもの
を使用するときは、円錐面と発散磁界との交差角の調整
などにより膜厚を均一化することができる。

【００１１】そして、さらに、請求項２に記載のよう
に、ターゲットが金属の場合には直流電源を用いてター
ゲットに対成膜室壁面に負極性の直流バイアスを印加可
能とし、ターゲットが絶縁物の場合には高周波電源を用
いてターゲットに高周波バイアスを印加可能として、タ
ーゲットの表面電位を対成膜室壁面負極性とすることに
より、ターゲット表面に近接したプラズマ中のイオンが
ターゲット表面へ向けて加速され、運動エネルギーを増
してターゲット表面に衝突するので、衝突イオンの量は
同じでもスパッタ粒子の発生量が増え、基板表面の成膜
速度が向上する。この場合、ターゲット表面の対成膜室
壁面負極性電位は、高密度のプラズマを発生させるため
のものではないから、さほど大きくする必要はなく、従
って衝突するプラズマは、図２の装置におけるように正
負両電極間の電位差によって生じたものではないので、
高密度のプラズマでありながら、図２の装置のように成
膜速度を上げるために電位差を増す結果、ターゲット表
面からターゲット粒子とともに飛び出す電子が加速され
て電子が高エネルギーをもって基板に衝突し、基板や膜
にダメージを与えるといった現象を生じない。

【００１２】さらに、請求項３に記載のように、電子サ
イクロトロン共鳴を発生させる磁界により生ずる発散磁
界を一方の磁界成分としてターゲットの近傍にカスプ磁
界またはミラー磁界を形成可能にするための磁界発生手
段を備えた装置とすれば、ターゲットの成膜室内の位置
を、複数基板や大径基板への均一成膜のために大幅に移
動可能とせずとも、ターゲット表面と磁界との交差角や
ターゲット表面の磁界の面分布を変えることができるた
め、複数基板や大径基板への均一成膜が可能になる。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例について図に従って説明す
る。図１は本発明に係る実施例の１つであるＥＣＲスパ
ッタ装置の概略図である。このＥＣＲスパッタ装置は、
プラズマ室１０と成膜室３０とを有し、プラズマ室１０
には、マイクロ波電力は通過させるがプラズマ室１０側
の真空を保てる絶縁物製のマイクロ波窓２１を介してマ
イクロ波導波管２０が接続され、プラズマ室１０の外側
に励磁用コイル８０が配置されている。また、成膜室３
０の内部には、複数の被成膜基板４１を保持するため
の，底面が多角形の角錐台状の試料台４０と，試料台４
０の基板保持面の総面積とほぼ同じ面積を有するターゲ
ット５１を支持するためのターゲット支持台５０とが互
いに対向する形で設置され、ターゲット支持台５０の裏
側には真空排気系７０につながる排気口７１が設けられ
ている。また、プラズマ室１０にはスパッタ用ガス導入
系１１が、成膜室３０には膜成分ガス導入系３１がそれ
ぞれ設置されている。また、ターゲット５１には、対成
膜室壁面負極性の直流バイアス５２を印加できるように
なっている。このＥＣＲスパッタ装置の作用効果につい
て、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜を成膜する場合を例に説明す
る。

【００１４】スパッタ用ガス導入系１１からＡｒまたは
ＡｒとＯ₂との混合ガスをプラズマ室１０に導入すると
ともに膜成分ガス導入系３１からＯ₂ガスを成膜室３０
に導入し、マイクロ波導波管２０からマイクロ波窓２１
を介してマイクロ波電力を導入する。このマイクロ波の
エネルギーがＥＣＲによりこれらのガスに吸収されてガ
スが解離され、高密度のプラズマが発生する。プラズマ
室１０内には励磁用コイル８０により発散磁界が形成さ
れており、この磁界の勾配によりプラズマは成膜室３０
側に引き出される。成膜室３０に引き出されたプラズマ
中のＡｒイオン，Ｏイオンは負バイアスを印加されたＺ
ｎのターゲット５１に引き寄せられ、ターゲット５１と
衝突し、ターゲット材であるＺｎ粒子をスパッタする。
スパッタされたＺｎ粒子は非常に活性であり、プラズマ
中のＯと容易に反応してＺｎＯとなり、基板４１に付着
し、膜厚の均一性の良いＺｎＯ膜となる。

【００１５】上記実施例ではＺｎＯ膜形成の場合を例に
本装置の作用効果につき説明したが、ターゲットが例え
ば石英のような絶縁物である場合には、対成膜室壁面負
極性の直流バイアスに換えて高周波バイアスを印加する
ことにより、ターゲット５１の表面に対成膜室壁面負極
性の表面電位を形成して高速成膜を行うことができる。

【００１６】なお、ここには図示していないが、各基板
に形成される薄膜の膜厚均一性をさらに向上させるため
に各基板をその中心軸まわりに回転できるよう、例え
ば、角錐台状試料台４０の各テーパ面に肉厚の薄い傘歯
車をテーパ面にほぼ密着状態に、かつその中心軸まわり
に回転可能に取り付けて各基板を各歯車の面に取り付け
るようにし、この傘歯車を、成膜室底面を外部から垂直
に貫通させた駆動軸先端の傘歯車により駆動するように
するとともに全駆動軸を同時に回転駆動して全基板を同
時に回転させる構造も考えられる。

【００１７】なお、図中破線で示した第２の励磁用コイ
ル９０は、膜厚の均一性をさらに改善するため、励磁用
コイル８０により形成される磁界を一方の磁界線分とし
てターゲット５１近傍にカプス磁界あるいはミラー磁界
を形成するためのコイルである。

【００１８】

【発明の効果】本発明においては、ＥＣＲスパッタ装置
を以上の構成としたので、以下に記載する効果が得られ
る。請求項１記載の構成では、ターゲット表面から飛び
出すスパッタ粒子の飛散方向の被成膜基板表面への垂直
成分が大きくなり、膜厚の均一性が改善され、使用可能
な基板面積の歩留りが向上した。また、複数の被成膜基
板の同時成膜が可能となり、装置の生産性が向上した。

【００１９】請求項２記載の構成では、ターゲットの表
面が対成膜室壁面負極性の電位をもつため、ターゲット
表面に近傍したプラズマ中のイオンがターゲット表面へ
向けて加速され、高エネルギーをもってターゲット表面
に衝突するので、同一プラズマ入射量でもスパッタ粒子
の量が増し、各基板への高速成膜が可能となり、装置の
生産性がさらに向上する。なお、ターゲット表面に近接
する高密度のプラズマは、ターゲットの対成膜室壁面電
位とは関係なく得られるので、従来装置のように高密度
プラズマを得るためにターゲット表面の電界強度を強く
する必要がなく、このため、ターゲット表面からスパッ
タ粒子とともに飛び出した電子の基板への衝突エネルギ
ーが小さくなり、基板や膜にダメージを与えない。従っ
てターゲットへの直流あるいは高周波バイアスの印加に
より、歩留り上の問題点を生じることなく装置の生産性
を向上させることができる。

【００２０】請求項３の構成では、ターゲットを成膜室
で大幅に移動させることなく膜厚均一性を改善する磁界
をターゲット近傍に形成することができ、成膜室が小形
になるメリットが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるＥＣＲスパッタ装置の
断面図

【図２】従来一般のスパッタ装置の概略構成図

【図３】従来のＥＣＲスパッタ装置構成の一例を示す断
面図

【符号の説明】

１０プラズマ室１１スパッタ用ガス導入系２３連通口２１マイクロ波窓３０成膜室３１膜成分ガス導入系４０試料台４１基板（被成膜基板）５０ターゲット支持台５１ターゲット５２直流電源８０励磁用コイル９０第２の励磁用コイル（磁界発生手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子サイクロトロン共鳴プラズマを生成す
るプラズマ室と、このプラズマ室と連通し内部に被成膜
基板とターゲットとが配される成膜室とを有するＥＣＲ
スパッタ装置において、被成膜基板が前記プラズマ室と
成膜室との連通口近傍に配されるとともに、ターゲット
が、電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁界により生
ずる発散磁界に沿って前記連通口から流出してくるプラ
ズマ流中に被成膜基板と対向して設置されることを特徴
とするＥＣＲスパッタ装置。
【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、ターゲッ
トに直流または高周波バイアスを印加可能とするための
直流電源または高周波電源を備えていることを特徴とす
るＥＣＲスパッタ装置。
【請求項３】請求項１または２に記載のもおのにおい
て、電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁界により生
ずる発散磁界を一方の磁界成分としてターゲットの近傍
にカスプ磁界またはミラー磁界を形成可能にするための
磁界発生手段を備えていることを特徴とするＥＣＲスパ
ッタ装置。