JPH08302464A

JPH08302464A - スパッタリングカソード及びスパッタリング装置

Info

Publication number: JPH08302464A
Application number: JP13612595A
Authority: JP
Inventors: Naoshi Yamamoto; 直志山本; Tadashi Morita; 正森田; Toshiharu Kurauchi; 倉内　　利春; Munehito Hakomori; 宗人箱守; Shunji Misawa; 三沢　　俊司; Masamichi Matsuura; 正道松浦
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 1996-11-19

Abstract

(57)【要約】【目的】スパッタ粒子の回り込みや侵入がないスパッ
タリングカソード、及びスパッタリング装置を提供す
る。【構成】ターゲット8₁,8₂と、誘導結合ＲＦコイル3₁,
3₂と、開閉可能なシャッター12₁,12₂とがこの順で配置
された薄膜源18₁,18₂の、前記誘導結合ＲＦコイル3₁,3₂
にプラズマの電位を制御するプラズマ電位制御装置32を
接続する。プラズマ電位を下げられるので、前記薄膜源
18₁,18₂周囲にカソードカバー9₁,9₂を設けることがで
き、基板表面に不純物が付着しなくなる。また、一つの
成膜室内に異なる成分のターゲットを有するスパッタリ
ングカソードを複数配置してもクロスコンタミネーショ
ンが発生しなくなる。前記カソードカバーに、前記プラ
ズマを構成するスパッタリングガスの導入孔を設け、ス
パッタ圧力を下げると、基板にプラズマダメージを与え
ないようにできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパッタリング装置にか
かり、特に誘導結合ＲＦコイルを使用したスパッタリン
グ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、スパッタリング装置はターゲッ
トをスパッタリングして基板上に薄膜を作るための装置
であり、特に誘導結合ＲＦコイルを備えたものは、プラ
ズマ密度が高く、高効率のスパッタリングを行えること
から近年注目されている。

【０００３】しかしながら従来技術のＲＦ誘導結合コイ
ルが設けられたスパッタリング装置では、基板上に成膜
される薄膜が汚染されてしまうことがあった。その原因
を、図面を用いて簡単に説明すると、図７を参照し、１
０２は従来技術のスパッタリング装置であり、成膜室１
０５を備えている。該成膜室１０５内には２つのターゲ
ットホルダー１１１₁、１１１₂が配置されており、該タ
ーゲットホルダー１１１₁、１１１₂上には、異なる成分
の物質から成るターゲット１０８₁、１０８₂と、誘導結
合ＲＦコイル１０３₁、１０３₂と、開閉可能なシャッタ
ー１１２₁、１１２₂とがこの順で配置されて、前記ター
ゲット１０８₁、１０８₂と、前記誘導結合ＲＦコイル１
０３₁、１０３₂と、前記シャッター１１２₁、１１２₂と
で、成膜源１０４₁、１０４₂を構成している。

【０００４】前記ターゲット１０８₁、１０８₂の裏面位
置には、マグネトロン放電用磁石１０７₁、１０７₂がそ
れぞれ設けられており、前記ターゲットホルダー１１１
₁、１１１₂は、それぞれマッチングボックス１１５₁、
１１５₂を介してＲＦ電源１１６₁、１１６₂に接続さ
れ、前記誘導結合ＲＦコイル１０３₁、１０３₂は、内部
にマッチングボックスを有するコイル用高周波電源１２
１₁、１２１₂にそれぞれ接続されている。

【０００５】また、前記成膜室１０５内には、基板ホル
ダー１１０が前記各ターゲット１０８₁、１０８₂に面す
るように設けられており、該基板ホルダー１１０に成膜
対象である基板を保持させると、その成膜面が、前記各
ターゲット１０８₁、１０８₂に向けられるように構成さ
れている。

【０００６】このＲＦスパッタリング装置１０２によ
り、前記２つのターゲット１０８₁、１０８₂を順次スパ
ッタリングし、前記ターゲット１０８₁を構成する物質
の薄膜と前記ターゲット１０８₂を構成する物質の薄膜
とをこの順で成膜し、前記基板ホルダー１１０に保持さ
せたシリコン基板１１３表面に多層膜を形成する場合を
例にとって説明する。

【０００７】先ず、前記成膜室１０５に接続された図示
しない真空ポンプを起動して、該成膜室１０５内を高真
空状態にした後、前記各誘導結合コイル１０３₁、１０
３₂上に配置されたシャッター１１２₁、１１２₂を閉じ
た状態にして、前記成膜室１０５に設けられたガス導入
孔１１９からＡｒガスから成るスパッタリングガスを１
０^-1Ｐａ程度の圧力まで導入し、１層目の薄膜を成膜す
るために、前記ＲＦ電源１１６₁と前記コイル用高周波
電源１２１₁とを起動し、前記マグネトロン放電用磁石
１０７₁と前記誘導結合ＲＦコイル１０３₁とが作る磁束
により、最初にスパッタリングするターゲット１０８₁
上に高密度のスパッタリングガスプラズマを発生させ、
シャッター１１２₁は閉じた状態で数分間プレスパッタ
リングを行い、前記ターゲット１０８₁表面に付着した
酸化物等の不純物をクリーニングした後、他方のターゲ
ット１０８₂のシャッター１１２₂は閉じたままでこのタ
ーゲット１０８₁のシャッター１１２₁を開けて、前記シ
リコン基板１１３表面への１層目の薄膜の成膜を開始す
る。

【０００８】所望膜厚の薄膜が成膜されたら、前記シャ
ッター１１２₁を閉じるとともに、前記ＲＦ電源１１６₁
と前記コイル用高周波電源１２１₁とを停止させて１層
目の薄膜の成膜作業を終了させる。次いで、２層目の薄
膜のターゲット１０８₂上に配置されたシャッター１１
２₂を閉じたまま、前記ＲＦ電源１１６₂と前記コイル用
高周波電源１２１₂を起動させてプレスパッタリングを
行い、２層目の薄膜のターゲット１０８₂表面の不純物
をクリーニングした後、前記シャッター１１２₂を開
け、前記１層目の薄膜上に前記ターゲット１０８₂の成
分から成る２層目の薄膜の成膜を行う。

【０００９】所望膜厚の２層目の薄膜が得られたら前記
シャッター１１２₂を閉じるとともに、前記ＲＦ電源１
１６₂と前記コイル用高周波電源１２１₂を停止させ、多
層膜の成膜作業を終了する。

【００１０】このように、プレスパッタリングの際にシ
ャッターを閉じておくのは、ターゲット表面から除去さ
れた不純物が基板表面に付着しないようにするためであ
り、また、一方のターゲットをスパッタリングする際、
他方のターゲット上のシャッターを閉じておくのは、ス
パッタリングを行っていないターゲットに、スパッタリ
ングされた異なる成分のターゲット物質が付着しないよ
うにするためである。

【００１１】しかしながら、前記ターゲット１０８₁、
１０８₂上には、それぞれ前記誘導結合ＲＦコイル１０
３₁、１０３₂が配置されているため、各シャッター１１
２₁、１１２₂を閉じた状態にしても、各シャッター１１
２₁、１１２₂と各ターゲット１１２₁、１１２₂の間には
４０ｍｍ程度の隙間１１８₁、１１８₂ができてしまう。

【００１２】従って、一方のターゲットをスパッタリン
グして基板表面へ薄膜を成膜している際、そのターゲッ
ト粒子が隙間から侵入し、他方のターゲット表面に不純
物として付着してしまう場合がある。

【００１３】従って、各ターゲットを使用して基板への
成膜を行う前に、そのターゲットをプレスパッタリング
し、他のターゲット粒子のクリーニングを行うことが必
要となるが、このプレスパッタリングの際に、隙間から
ターゲット粒子が漏れだし、アルゴンとの衝突を繰り返
して基板表面まで到達してしまい、不純物として付着し
てしまう場合がある(回り込み現象)。このような回り込
み現象が生じると、薄膜の特性が低下したり、歩留りが
低下したりする等の基板汚染の問題が発生し、解決が望
まれていた。

【００１４】このような回り込みは、ターゲットとシャ
ッターの間に隙間があることに起因するため、前記誘導
結合ＲＦコイル周囲にカソードカバーを設けて隙間をな
くす対策も考えられるが、単にカソードカバーを設けた
だけでは、カソードカバー表面や周辺構成部品表面がス
パッタリングされ、かえって不純物が増えてしまい、実
用化に到らなかった。

【００１５】また、従来技術のＲＦスパッタリング装置
では、プラズマが成膜室内いっぱいに広がるため、シャ
ッター等のターゲット以外の部材がスパッタリングされ
てしまい、薄膜中に不純物として混入したり、また、成
膜対象の基板がプラズマに曝されて薄膜の結晶性が低下
する等、プラズマダメージによる膜質の劣化、組成ずれ
等の不都合も生じていた。

【００１６】更に、従来の装置では、１×１０^-1Ｐａ以
下程度のスパッタ圧力にすると放電が不安定となるた
め、安定した成膜を行うためにはそれ以上の圧力にしな
ければならず、スパッタされた成膜物質が散乱されて成
膜速度が極端に遅くなり、それを避けるため基板とター
ゲットとを近接させると基板がプラズマダメージを受け
やすくなる等の基板ダメージの問題があり、解決が望ま
れていた。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記不都合を
解決するために創作されたものであり、その目的は、高
純度、高精度で結晶性のよい薄膜を成膜できるスパッタ
リングカソード、及びスパッタリング装置を提供するこ
とにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の発明は、ターゲットと、誘導結合ＲＦ
コイルと、開閉可能なシャッターとがこの順で配置され
た薄膜源を有するスパッタリングカソードであって、前
記薄膜源の周囲にカソードカバーが設けられ、前記誘導
結合ＲＦコイルには、前記ターゲットのスパッタリング
を行うプラズマの電位を制御するプラズマ電位制御装置
が接続されたことを特徴とし、

【００１９】請求項２記載の発明は、請求項１記載のス
パッタリングカソードであって、前記プラズマ電位制御
装置は、前記誘導結合ＲＦコイルの一端を直列接続され
たコイルと抵抗とを介して接地させ、前記抵抗の値を調
節して前記プラズマの電位を制御するように構成された
ことを特徴とし、

【００２０】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２のいずれか１項記載のスパッタリングカソードであ
って、前記カソードカバーに、前記ターゲットをスパッ
タリングするスパッタリングガスの導入孔が設けられた
ことを特徴とし、

【００２１】請求項４記載の発明は、スパッタリング装
置であって、カソード電位に置かれる成膜室内に請求項
１又は請求項３のいずれか１項記載のスパッタリングカ
ソードが複数配置されたことを特徴とする。

【００２２】

【作用】ターゲットと、誘導結合ＲＦコイルと、開閉可
能なシャッターとをこの順で配置して薄膜源とし、該薄
膜源をスパッタリングカソードの成膜室内に位置する部
分に設け、前記ターゲットをスパッタリングするスパッ
タリングガスを導入し、前記誘導結合ＲＦコイルで磁界
を発生させ、前記成膜室と前記スパッタリングカソード
との間に負電圧を印加すれば、前記ターゲット上に高密
度のプラズマが発生させることができ、効率の良いスパ
ッタリングを行うことができる。

【００２３】このスパッタリングカソードを、図５(ａ)
に示すカソード電極２０３で模式的に表すと、スパッタ
リングの際には成膜室がアノード電極２０４となり、前
記カソード電極２０３の面積に比べると前記アノード電
極２０４の面積が大きくなる。この場合、スパッタリン
グの際のカソード電極・アノード電極間の電位分布は、
アノード電位をグラウンド電位とすると、同図(ｂ)のグ
ラフように表すことができ、高密度プラズマのセルフバ
イアスＶ_S1(正電圧)は小さい値となる。

【００２４】ところが、薄膜源の周囲に、カソードカバ
ーを設け、これを接地させた場合には、図６(ａ)に模式
的に示したように、このカソードカバーがアノード電極
２１４となり、成膜室全体がアノード電極であった場合
に比べると、アノード電極面積が非常に小さくなり、接
地面積が減少してしまう。

【００２５】そのため、カソードカバーを設けたときの
カソード電極・アノード電極間の電位分布は、同図(ｂ)
に示すように、プラズマのセルフバイアスＶ_S2は図５
(ｂ)の場合に比べて大きくなり、プラズマは高エネルギ
ー状態となって、スパッタリングガスプラズマがアノー
ド電極２１４やその周辺部材に入射しやすくなってしま
う。このような入射が起こると、該アノード電極２１４
や誘導結合ＲＦコイルを含む周辺部材がスパッタリング
され、不純物粒子となってしまう。

【００２６】このような不純物粒子の発生は、プラズマ
のセルフバイアスが高いことに起因するため、前記誘導
結合ＲＦコイルにプラズマの電位を制御するプラズマ電
位制御装置を接続し、プラズマのセルフバイアスを小さ
くすれば、アノード電極がスパッタリングされることが
なくなる。

【００２７】また、このようなスパッタリングカソード
では、シャッターを閉じてプレスパッタを行うと、シャ
ッター裏面とカソードカバー内周面にスパッタされたタ
ーゲット粒子が付着し、スパッタリングカソード外部に
漏れ出すことはなくなるので、薄膜中に不純物が混入し
ないようになり、また、一つの成膜室内に複数のスパッ
タリングカソードを設けた場合でも、クロスコンタミネ
ーションが発生しなくなる。

【００２８】また、前記カソードカバーに、前記プラズ
マを構成するスパッタリングガスの導入孔を設けておく
と、ターゲット表面に直接スパッタリングガスを供給す
ることができるので、低い圧力でも放電が安定し、ター
ゲットと基板との距離を大きくとることができる。ま
た、プラズマが広がらないこと、及びターゲットと基板
の距離が大きいことから基板がプラズマに曝されなくな
り、基板が受けるダメージが少なくなる。

【００２９】

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。図
１を参照し、２は本発明の一実施例のスパッタリング装
置であり、本発明の一実施例のスパッタリングカソード
４₁、４₂が設けられた成膜室５を備えている。

【００３０】前記スパッタリングカソード４₁、４₂のう
ち、前記成膜室５内に位置する部分にはターゲットホル
ダー１１₁、１１₂がそれぞれ設けられており、各ターゲ
ットホルダー１１₁、１１₂上には異なる材料から成るタ
ーゲット８₁、８₂が取り付けられている。

【００３１】前記ターゲット８₁、８₂の裏面位置にはマ
グネトロン放電用磁石７₁、７₂が設けられており、前記
ターゲットホルダー１１₁、１１₂は、それぞれマッチン
グボックス１５₁、１５₂を介してＲＦ電源１６₁、１６₂
に接続されている。前記ターゲット８₁、８₂のおもて面
上には、誘導結合ＲＦコイル３₁、３₂と、開閉可能なシ
ャッター１２₁、１２₂とがこの順で配置されており、該
ターゲット８₁、８₂と、該誘導結合ＲＦコイル３₁、３₂
と、該シャッター１２₁、１２₂とで、薄膜源１８₁、１
８₂が構成されている。

【００３２】前記薄膜源１８₁、１８₂の周囲には、ステ
ンレスから成る導電性のカソードカバー９₁、９₂がそれ
ぞれ設けられており、該カソードカバー９₁、９₂は前記
成膜室５とともにグラウンド電位に置かれるように接続
されている。

【００３３】前記成膜室５内の前記各ターゲット８₁、
８₂に面する位置には、基板ホルダー１０が設けられて
おり、成膜対象であるシリコン基板を保持させるとその
成膜面が前記各ターゲット８₁、８₂に面するように構成
されている。

【００３４】前記誘導結合ＲＦコイル３₁、３₂の両端
は、接続点ａ₁、ｂ₁と接続点ａ₂、ｂ₂とで、それぞれコ
イル用高周波電源２１₁、２１₂に接続されており、該コ
イル用高周波電源２１₁、２１₂は、接続点ｃ₁、ｃ₂でそ
れぞれグラウンド電位に置かれている。

【００３５】この接続点ａ₁、ａ₂には、図２(ａ)の回路
ブロック図に示すように、マッチング装置３１内のコイ
ルＬ₂の一端が接続され、該コイルＬ₂の他端は可変容量
コンデンサＣ₃を介して、並列接続された高周波電圧ソ
ース３３と可変容量コンデンサＣ₄の一端に接続されて
おり、該高周波電圧ソース３３と該可変容量コンデンサ
Ｃ₄の他端は、前記各接続点ｃ₁、ｃ₂でグラウンド電位
に置かれるように接続されている。

【００３６】前記接続点ｂ₁、ｂ₂は、プラズマ電位制御
装置３２が有するコンデンサＣ₁(４５００ｐＦ)を介し
てグラウンド電位に置かれており、該コンデンサＣ₁で
高周波成分が接地されるように構成されており、また、
該接続点ｂ₁、ｂ₂には、高周波コイルＬ₁(９μＨ)の一
端が接続されており、該高周波コイルＬ₁の他端は、並
列接続された抵抗Ｒ₁(８００Ω)とコンデンサＣ₂(１５
００ｐＦ)を介して前記接続点ｃ₁、ｃ₂でグラウンド電
位に置かれるように構成されており、前記コンデンサＣ
₂で前記抵抗Ｒ₁のインピーダンスが調節され、前記高周
波コイルＬ₁で直流成分が接地されるように構成されて
いる。

【００３７】前記カソードカバー９₁、９₂には、各ター
ゲット８₁、８₂をスパッタリングするスパッタリングガ
スの導入孔６₁、６₂が設けられており、ここではアルミ
ニウムから成る前記ターゲット８₁のスパッタリングを
行うために、前記基板ホルダー１０にシリコン基板１３
₁を保持させ、前記成膜室５に設けられた図示しない真
空ポンプを起動して該成膜室５内を高真空状態にした
後、前記導入孔６₁からＡｒガスから成るスパッタリン
グガスを１０^-2〜１０^-1Ｐａ程度の圧力まで導入した。

【００３８】次に、前記シャッター１２₁を閉じた状態
で、前記ＲＦ電源１６₁により１３．５６ＭＨｚの高周
波電圧を印加するとともに前記コイル用高周波電源２１
₁を起動したところ、前記マグネトロン放電用磁石７₁と
前記誘導結合ＲＦコイル３₁とが作る磁界により、前記
ターゲット８₁上には高密度のスパッタリングガスプラ
ズマが発生し、ＲＦスパッタリングが開始された。

【００３９】この状態の前記ターゲット８₁のプレスパ
ッタリングを１時間３０分行い、前記成膜室から前記シ
リコン基板１３₁を取り出し、ＥＰＭＡ(Electron Probe
Micro Analyzer：電子探針微小部分分析装置)により表
面の分析を行ったところ、前記ターゲット８₁の成分
や、前記誘導結合ＲＦコイル３₁や前記カソードカバー
９₁の成分(鉄、クロム、銅等)は観察されなかった。

【００４０】これは、前記高周波コイルＬ₁は高周波成
分を遮断して直流成分を接地し、プラズマから前記誘導
結合ＲＦコイル３₁に流れ込む電子電流の経路を作って
いるが、前記高周波コイルＬ₁とグラウンド電位との間
に前記抵抗Ｒ₁を挿入したため、その電流経路のインピ
ーダンスが大きくなり、電子電流が流れずらくなり、ス
パッタリングガスプラズマから前記誘導結合ＲＦコイル
３₁に流れ込む電子が少なくなってプラズマ中の電子量
が増加し、セルフバイアスが小さくなった結果、前記誘
導結合ＲＦコイルＬ₁やカソードカバー９₁がスパッタさ
れなくなったためである。

【００４１】一方、従来技術のスパッタリング装置１０
２では、図２(ｂ)に示すように、誘導結合コイルの一端
はマッチング装置３１を介して高周波電圧ソース３３に
接続され、他端はそのまま接地されており、前記プラズ
マ電位制御装置３２を有していない。このスパッタリン
グ装置１０２の前記基板ホルダー１１０にシリコン基板
を保持させ、上記実施例と同様に、前記シャッター１１
２₁を閉じ、前記ターゲット１０８₁のプレスパッタリン
グを１時間行ってＥＰＭＡで表面を測定したところ、１
１０ｎｍの厚みの析出物が堆積されているのが検出され
た。この結果を次の表１にまとめて記す。

【００４２】

【表１】

【００４３】次に、前記基板ホルダー１０に前記シリコ
ン基板１３₁とは別のシリコン基板１３₂を保持させ、前
記成膜室５内を高真空状態にした後、前記各シャッター
１２₁、１２₂を閉じて前記導入孔６₁からアルゴンから
成るスパッタリングガスを導入し、０．６７Ｐａの圧力
で安定した後、前記ターゲット８₁のプレスパッタリン
グを数分間行い、次いで、前記シャッター１２₁を開
け、前記シリコン基板１３₂表面へのＡｌ薄膜(アルミニ
ウム薄膜)の成膜を開始した。該Ａｌ薄膜の成膜を２時
間行った後、前記成膜室５から前記シリコン基板１３₂
を取り出し、その表面のＡｌ薄膜をＥＰＭＡによって分
析した。

【００４４】また、別のシリコン基板１３₃を用い、同
様に、前記各シャッター１２₁、１２₂を閉じ、アルゴン
から成るスパッタリングガスを導入し、０．０５Ｐａの
圧力で数分間のプレスパッタリングを行った後、前記シ
ャッター１２₁を開けて、前記シリコン基板１３₃表面へ
のＡｌ薄膜の成膜を開始した。この条件でのＡｌ薄膜の
成膜を１．５時間行った後、前記成膜室５から前記シリ
コン基板１３₃を取り出して、表面のＡｌ薄膜をＥＰＭ
Ａにより分析した。

【００４５】更に、前記従来技術のスパッタリング装置
１０２とアルゴンガスから成るスパッタリングガスを用
い、前記シャッター１１２₁を閉じてプレスパッタリン
グを行った後、０．６７Ｐａの圧力でシリコン基板表面
にＡｌ薄膜の成膜を開始し、該Ａｌ薄膜の成膜を１．０
時間行った後、前記成膜室１０５から取り出し、そのＡ
ｌ薄膜表面をＥＰＭＡにより分析した。それらの分析結
果を次の表２にまとめて記す。

【００４６】

【表２】

【００４７】本発明のスパッタリング装置により成膜し
たＡｌ薄膜では、銅やステンレス成分(ＳＵＳ)等の不純
物は検出されなかった。一方、従来技術のスパッタリン
グ装置で成膜したＡｌ薄膜では、数％程度の銅やステン
レス成分が検出されているが、この不純物は、高いセル
フバイアスのプラズマにより、シャッターや成膜室内壁
を構成するＳＵＳや銅がスパッタされ、Ａｌ薄膜中に混
入してしまったものと考えられる。

【００４８】なお、本発明のスパッタリング装置では、
０．０５Ｐａと低いスパッタリングガス圧力でも安定し
た放電を維持できるが、従来技術のスパッタリング装置
では１×１０^-1Ｐａ以下の圧力では放電が不安定とな
り、スパッタリングを行えないので、従来技術のスパッ
タリング装置ではスパッタリング圧力０．０５Ｐａでの
成膜実験は行えなかった。

【００４９】次に、前記基板ホルダー１０にシリコン基
板１３₄を保持させ、前記成膜室５内を排気し、前記導
入孔６₁からアルゴンガスを導入すると共に、前記成膜
室５に設けられたガス導入孔１９から窒素ガスを導入
し、反応性スパッタリングを行い、前記シリコン基板１
３₄表面にＡｌＮ薄膜(窒化アルミニウム薄膜)を成膜し
た。そのシリコン基板１３₄を前記成膜室５から取り出
してＸ線回折装置によってそのＡｌＮ薄膜の結晶性を分
析した。また、同じＸ線回折条件にて前記従来技術のス
パッタリング装置１０２で成膜したＡｌＮ薄膜の結晶性
を分析した。それらの結果を図３に示す。

【００５０】本発明のスパッタリング装置により成膜し
たＡｌＮ薄膜のＸ線強度(intensity)の方が従来技術の
ＡｌＮ薄膜のＸ線強度よりも大きく、明らかに結晶性が
優れている。これは、本発明スパッタリング装置では、
プラズマが前記成膜室５内に広がらないために、ＡｌＮ
薄膜がプラズマダメージ受けなかったためである。

【００５１】なお、上記実施例ではＮ₂ガスを導入する
導入孔を成膜室５に設けたが、Ａｒガスを導入する導入
孔とともにカソードカバーに設けてもよい。また、前記
実施例で設けたターゲット裏面位置のマグネトロン放電
用磁石はなくてもよい。

【００５２】最後に、前記スパッタリング装置２でスパ
ッタリングを行っているときの、図２(ａ)に示したプラ
ズマ電位制御装置３２の抵抗Ｒ₁の両端の電圧値Ｖ_Bを測
定した。この電圧Ｖ_Bの値は、スパッタリング中のプラ
ズマの電位の大きさを反映しており、いわば、プラズマ
電位を間接的に測定していることになる。

【００５３】この抵抗Ｒ₁の抵抗値を０〜８００Ωの範
囲で２００Ω刻みで変化させて、スパッタリング圧力が
５×１０^-3Ｐａと５×１０^-4Ｐａの２種類の場合につい
て測定した。その結果を、前記抵抗Ｒ₁の抵抗値Ｒを横
軸にとり、測定結果の前記電圧値Ｖ_Bを左縦軸にとっ
て、図４のグラフに示す。■はスパッタ圧力が５×１０
^- ³Ｐａの場合、●は５×１０^-4Ｐａの場合である。

【００５４】前記抵抗値Ｒを大きくして行くと、前記電
圧値Ｖ_Bは負電位方向に大きくなっており、プラズマ電
位が下がっていっていることが分かる。

【００５５】また、前記電圧値Ｖ_Bを電流値ｉ_Bに換算
し、その電流値ｉ_Bを同じグラフの右横軸にとって示
す。前記各抵抗値Ｒ上の■には□、●には○を対応させ
て示した。抵抗値Ｒが大きくなるにつれ、電流値ｉ_Bが
小さくなり、誘導結合ＲＦコイルからアースに流れるプ
ラズマ中の電子量が抑えられていることがわかる。この
ように、抵抗値Ｒが大きくなるとプラズマ中の電子量が
増加するのでプラズマ電位が下がる。

【００５６】なお、上記実施例はＡｌ薄膜を成膜する場
合について説明したが、本発明のスパッタリングカソー
ドには、金属のターゲットを配置するものに限定される
ものではなく、絶縁物のターゲットを配置してもよく、
異なる成分の絶縁物から成る複数のターゲットを用いれ
ば、高純度、高精度の多層絶縁膜を成膜することが可能
である。

【００５７】

【発明の効果】ターゲット周囲の部材がスパッタリング
されることなく、プレスパッタリングの際にもスパッタ
されたターゲット粒子がスパッタリングカソードから漏
れだしたり、他のターゲットの粒子が回り込んで来るこ
うなことを防止でき、基板表面やターゲット表面に不純
物が付着しないので、純度の高い薄膜を得ることができ
る。

【００５８】また、プラズマが広がらないので基板に与
えるプラズマダメージが少なく、結晶性のよい薄膜を得
ることができる。

【００５９】更に、ガス導入孔をカソードカバー内に設
けることにより、低い圧力でも安定したプラズマが生成
できるので、ターゲットと基板の距離を離すことがで
き、プラズマダメージの少ない薄膜を得ることができ
る。

【００６０】また、ターゲット材の成分が異なる複数の
スパッタリングカソードを配置してもクロスコンタミネ
ーションが生じず、シャッターの開閉を順次切換えるだ
けで、高純度で膜厚精度の高い多層膜の成膜を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパッタリングカソードとスパッタ
リング装置の一実施例を示す図

【図２】 (ａ)プラズマ電位制御装置が設けられた高周
波電源の回路ブロック図の一例 (ｂ)従来の高周波電源
の回路ブロック図の一例

【図３】本発明の一実施例のスパッタリング装置で成
膜したＡｌＮ薄膜の結晶性を従来のＡｌＮ薄膜の結晶性
と比較した図

【図４】プラズマの電位を間接的に測定した結果を示
すグラフ

【図５】 (ａ)従来技術のスパッタリング装置のカソー
ド電極とアノード電極を説明するための図 (ｂ)そのカ
ソード電極・アノード電極間の電位分布を示すグラフ

【図６】 (ａ)本発明のスパッタリング装置のカソード
電極とアノード電極の一例を説明するための図 (ｂ)そ
のカソード電極・アノード電極間の電位分布を示すグラ
フ

【図７】従来技術のスパッタリング装置を説明するた
めの図

【符号の説明】

２……スパッタリング装置３₁、３₂……誘導結合ＲＦ
コイル４₁、４₂……スパッタリングカソード５……成膜室
６₁、６₂……導入孔８₁、８₂……ターゲット９₁、９₂……カソードカバー１２₁、１２₂……シャッター１８₁、１８₂……薄膜源３２……プラズマ電位制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者箱守宗人茨城県つくば市東光台５−９−７日本真空技術株式会社筑波超材料研究所内 (72)発明者三沢俊司茨城県つくば市東光台５−９−７日本真空技術株式会社筑波超材料研究所内 (72)発明者松浦正道茨城県つくば市東光台５−９−７日本真空技術株式会社筑波超材料研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットと、誘導結合ＲＦコイルと、
開閉可能なシャッターとがこの順で配置された薄膜源を
有するスパッタリングカソードであって、前記薄膜源の周囲にカソードカバーが設けられ、前記誘導結合ＲＦコイルには、前記ターゲットのスパッ
タリングを行うプラズマの電位を制御するプラズマ電位
制御装置が接続されたことを特徴とするスパッタリング
カソード。
【請求項２】前記プラズマ電位制御装置は、前記誘導
結合ＲＦコイルの一端を直列接続されたコイルと抵抗と
を介して接地させ、前記抵抗の値を調節して前記プラズ
マの電位を制御するように構成されたことを特徴とする
請求項１記載のスパッタリングカソード。
【請求項３】前記カソードカバーに、前記ターゲット
をスパッタリングするスパッタリングガスの導入孔が設
けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２のいず
れか１項記載のスパッタリングカソード。
【請求項４】カソード電位に置かれる成膜室内に請求
項１又は請求項３のいずれか１項記載のスパッタリング
カソードが複数配置されたことを特徴とするスパッタリ
ング装置。