JP2002012970A

JP2002012970A - スパッタ装置及びスパッタ方法

Info

Publication number: JP2002012970A
Application number: JP2000237317A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Yamaguchi; 裕人山口; Katsunori Oya; 克典大矢; Atsushi Koike; 淳小池; Masahiro Kanai; 正博金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2002-01-15
Anticipated expiration: 2020-08-04
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Abstract

(57)【要約】【課題】基板への堆積膜を形成する速度を向上すると
ともに、成膜中の基板の昇温を防止することにより基板
材質の制約を受けることなくスパッタを行う。【解決手段】ターゲット２と基板９との間に配置さ
れ、スパッタ粒子をイオン化させる熱陰極方式のイオン
化手段６を備え、イオン化手段６近傍に磁場発生手段７
を配置して、磁場発生手段７により発生させた磁場によ
り、イオン化手段６から発生させた熱電子をターゲット
２側へ導くようにしている。これにより、主としてター
ゲット側でプロセスガスの励起が行われることとなり、
基板側へのプラズマの拡散が抑止することができる。そ
して、ターゲット近傍におけるスパッタ粒子が増加し
て、スパッタの効率を向上するため基板表面における成
膜速度を高めることができ、且つ、基板近傍へのプラズ
マの拡散を抑止することにより、基板温度の上昇を最小
限に抑えることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスな
どの製造において使用する成膜装置および成膜方法に関
するものであり、特に、スパッタ粒子をイオン化して基
板表面に堆積膜を形成するスパッタ装置及びスパッタ方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種半導体デバイスでは、配線の形成や
層間絶縁膜、および光磁気ディスクの磁性層等を形成す
る際に成膜プロセスが用いられている。その際に使用さ
れる成膜装置には種々の性能が求められるが、最近、基
板に形成されたホールの内面、特にボトム部分のカバレ
ージ性の改善が求められている。

【０００３】具体的に磁壁移動型の光磁気ディスクの例
をとり説明する、従来の光磁気ディスクやコンパクトデ
ィスクでは、ディスク上に溝（グルーブ）が同心円状に
形成されており、その溝の部分は情報を記録するために
使用されていなかった。しかしながら、磁壁移動型の光
ディスクでは溝の底のボトム部分（グルーブ）も記録す
る部分とするために、溝以外の平坦部分（ランド）と同
様機能膜を形成する必要がある。しかも、グルーブとラ
ンドの間で干渉しないように境界面である溝側面では光
磁気信号がでないようにしなければならず、溝側壁面へ
の着膜量を可能な限り少なくしなければならない。

【０００４】すなわち、磁壁移動型の光磁気ディスクで
はボトムカバレッジ率（溝の周囲の面への成膜速度に対
する溝底面への成膜速度の比）の高い膜形成が必要とさ
れている。

【０００５】ボトムカバレッジ率の高い成膜の手法とし
て、低圧遠隔スパッタやコリメートスパッタ、および特
開平１０−２５９４８０号公報で提案されている高周波
プラズマアシストイオン化スパッタ（略称）等の手法が
開発されてきた。

【０００６】低圧遠隔スパッタ法は、通常のスパッタ法
の圧力よりも低くして平均自由行程を長くしスパッタ粒
子が散乱せずまっすぐに飛行するようにするとともに、
ターゲットと基板との距離を長くして基板に垂直に飛行
しているスパッタ粒子を基板に堆積させる手法である。

【０００７】コリメートスパッタ法は、ターゲットと基
板との間に基板に垂直の方向に多数の穴が空いた円筒状
の筒（コリメーター）を設置し、基板に垂直に飛行する
スパッタ粒子のみを基板に到達、堆積させる手法であ
る。

【０００８】また、高周波プラズマアシストイオン化ス
パッタ法は、基板に高周波電圧を印加し基板近傍でプラ
ズマを形成し飛行してくるスパッタ粒子をプラズマ空間
内でイオン化して、プラズマにより基板表面に発生する
マイナス電圧（セルフバイアス）でイオン化したスパッ
タ粒子を基板に対して垂直の方向に引き込み、堆積させ
る手法である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低圧遠
隔スパッタ法は基板との距離を長くするため成膜速度が
低下し、原材料（ターゲット）の利用効率が低いという
問題があり、量産ではアスペクト比で４程度までのデバ
イスが限界であるといわれている。

【００１０】また、コリメートスパッタ法はコリメータ
ーの部分にスパッタ粒子が堆積して損失になるため成膜
速度が低下し、原材料の利用効率が低いという問題があ
り、アスペクト比３程度までのデバイスが限界である。

【００１１】高周波プラスマアシストイオン化スパッタ
法は、基板に高周波電圧を印加しプラズマを発生させる
ため、プラズマ中の荷電粒子が基板に飛び込み基板を加
熱してしまうことから、コンパクトディスクや光磁気デ
ィスク等で基板材料として用いられている樹脂等の低融
点材料に成膜することができないという問題がある。

【００１２】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたものであり、熱陰極イオン化機構を用いたイ
オン化スパッタ方法において、基板への堆積膜を形成す
る速度を向上すること、および成腹中の基板の昇温を防
止することにより基板材質を問わずに成膜を可能とする
イオン化スパッタ装置及びイオン化スパッタ方法を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタ装置
は、排気系を備えたスパッタチャンバーと、前記スパッ
タチャンバー内にプロセスガスを導入するためのガス導
入手段と、前記スパッタチャンバー内に配置されたター
ゲットとを備え、前記ターゲットから蒸発させたスパッ
タ粒子を基板表面に堆積させるスパッタ装置であって、
前記ターゲットと前記基板との間に配置され、前記スパ
ッタ粒子をイオン化させる熱陰極方式のイオン化手段
と、イオン化した前記スパッタ粒子が前記基板に入射さ
れるよう、前記基板近傍に電界を形成するための電界発
生手段とを備え、前記イオン化手段近傍に磁場発生手段
を配置して、前記磁場発生手段により発生させた磁場に
より、前記イオン化手段から発生させた熱電子を前記タ
ーゲット側へ導くようにしている。

【００１４】本発明のスパッタ装置の一態様例におい
て、前記磁場発生手段は、前記ターゲットと前記基板を
結ぶ方向に磁力線を形成する機能を有する。

【００１５】本発明のスパッタ装置の一態様例におい
て、前記磁場発生手段は、前記ターゲットと前記イオン
化手段との間に設けられた第１の磁石と、前記ターゲッ
トに対して前記基板と反対側の位置に設けられた第２の
磁石とから構成されている。

【００１６】本発明のスパッタ装置の一態様例におい
て、前記ターゲットは前記基板に対向して配置され、前
記イオン化手段、前記第１の磁石及び前記ガス導入手段
を前記基板と前記ターゲットとの間に配置し、前記ター
ゲット側へ導いた電子により前記ガス導入手段から導入
される前記プロセスガスを励起するようにしている。

【００１７】本発明のスパッタ装置の一態様例において
は、前記ガス導入手段が前記ターゲットと前記磁場印加
手段との間、あるいは当該磁場印加手段と前記イオン化
機構の間に設けられている。

【００１８】本発明のスパッタ装置の一態様例において
は、前記ガス導入手段が円管状のパイプの中心側面にガ
ス吹き出し穴が多数形成された構造で、前記イオン化空
間の中心部を取り囲むように配置されている。

【００１９】本発明のスパッタ装置の一態様例において
は、前記第１の磁石と前記ターゲットの間であって前記
ターゲットの中心から３０ｍｍの位置における前記磁場
の磁束密度を、１５０ガウス以上３００ガウス以下とし
ている。

【００２０】本発明のスパッタ装置の一態様例におい
て、前記電界発生手段は、接地電位に対して０又は負極
性の周期的に変動する電圧を与えられて前記電界を形成
する。

【００２１】本発明のスパッタ方法は、ターゲットから
蒸発させたスパッタ粒子をイオン化し、基板表面に形成
された電界に沿って前記スパッタ粒子を基板に入射させ
て前記基板表面に堆積膜を形成させるスパッタ方法であ
って、前記イオン化を行うイオン化空間の近傍に磁場を
形成し、前記イオン化空間に形成されるプラズマが前記
基板方向に拡散することを防止しながら前記堆積膜を形
成するようにしている。

【００２２】本発明のスパッタ方法の一態様例において
は、前記イオン化空間の近傍に形成した磁場により、前
記イオン化空間にて生成された熱電子を前記ターゲット
の方向に導く。

【００２３】本発明のスパッタ方法の一態様例において
は、前記磁場を、前記ターゲットと前記基板を結ぶ方向
の磁力線によって構成している。

【００２４】本発明のスパッタ方法の一態様例において
は、ガス導入手段が前記ターゲットと前記磁場印加手段
との間、あるいは当該磁場印加手段と前記イオン化機構
の間に設けられ、前記ガス導入手段から導入されるプロ
セスガスを励起させ、前記堆積膜を形成する。

【００２５】本発明のスパッタ方法の一態様例において
は、前記ガス導入手段が円管状のパイプの中心側面にガ
ス吹き出し穴が多数形成された構造で、前記イオン化空
間の中心部を取り囲むように配置され、前記ガス導入手
段から導入されるプロセスガスを励起させ、前記堆積膜
を形成する。

【００２６】本発明のスパッタ装置は、スパッタチャン
バーと、前記スパッタチャンバー内にプロセスガスを導
入するためのガス導入手段と、前記スパッタチャンバー
内に配置されたターゲットとを備え、前記ターゲットか
ら蒸発させたスパッタ粒子を基板表面に堆積させるスパ
ッタ装置であって、前記ターゲットと前記基板との間に
配置され、前記スパッタ粒子をイオン化させるイオン化
手段と、前記基板近傍に電界を形成するための電界発生
手段とを備え、前記イオン化手段近傍に磁場発生手段を
配置している。

【００２７】本発明のスパッタ方法は、ターゲットから
蒸発させたスパッタ粒子をイオン化し、前記スパッタ粒
子を基板に入射させて前記基板表面に堆積膜を形成させ
るスパッタ方法であって、前記イオン化を行う空間の近
傍に磁場を形成し、前記スパッタ粒子を蒸発させるため
のプラズマが前記基板方向に拡散することを防止しなが
ら前記堆積膜を形成するようにしている。

【００２８】

【作用】本発明は上記技術手段より成るので、イオン化
手段から発生させた熱電子が磁場発生手段によってター
ゲットの方向に導かれることとなり、主としてターゲッ
ト側でプロセスガスの励起が行われるため、基板側への
プラズマの拡散が抑止されることとなる。従って、ター
ゲット近傍におけるスパッタ粒子が増加して、スパッタ
の効率を向上するため基板表面における成膜速度を高め
ることができ、且つ、基板近傍へのプラズマの拡散を抑
止することにより、基板温度の上昇を最小限に抑えるこ
とが可能となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を適用した具体的な実施の形態について説明する。図１
は、本実施形態に係るイオン化スパッタ装置を説明する
模式図である。

【００３０】イオン化スパッタのメカニズムは、ターゲ
ット２から放出されるスパッタ粒子をイオン化機構６で
イオン化し、基板９表面のマイナス電界１１によりイオ
ン化されたスパッタ粒子を基板面に垂直に入射させ、基
板の温度を上昇させることなくボトムカバレッジ良く成
膜する手法である。

【００３１】以下、図面を参照しながら、本実施形態に
係るイオン化スパッタ装置の構成について説明する。ス
パッタチャンバー１はステンレス又はアルミ等の金属製
容器であり、電気的に接地されており、不図示のゲート
バルブにより気密が保てるようになっている。

【００３２】排気系１６は、大気圧から少なくとも１．
３３×１０^-5Ｐａ程度まで排気可能な複合排気システム
であり、不図示のオリフィスまたはコンダクタンスバル
ブ等の排気速度調整器により排気速度の調整が可能とな
っている。

【００３３】ターゲット２は、例えば厚さ３ｍｍ、直径
３インチ（７６．２ｍｍ）程度の円盤形状とされ、バッ
キングプレートおよび絶縁物を介してスパッタチャンバ
ー１内に設置されている。バッキングプレートは水冷に
より冷却されている。ターゲット２の背後には磁石機構
３が設置されており、マグネトロンスパッタを行なえる
ようになっている。

【００３４】スパッタ電源４は所定の電力をターゲット
２に印加するものであり、電圧は２００〜６００（Ｖ）
のマイナスの直流電圧が印加されるようになっている。

【００３５】ガス導入手段５は、アルゴン（Ａｒ）等の
スパッタ放電用のガス（プロセスガス）を導入するもの
で、円環状のパイプの中心側面にガス吹き出し穴を形成
した構造となっており、ターゲット２直上に均一にガス
が供給されるように配置されている。

【００３６】イオン化機構６はペニング電離を利用した
ものであり、ターゲット２から基体９へのスパッタ粒子
の飛行経路に設定されたイオン化空間６０ｆにおいて、
熱陰極から放出された熱電子をスパッタ粒子及びスパッ
タ放電用のガスの粒子に衝突させてスパッタ粒子をイオ
ン化するものである。詳しくは、スパッタ粒子のイオン
化は、熱陰極より放出された熱電子がスパッタ粒子に衝
突してイオン化される。また、別のスパッタ粒子は、熱
電子がスパッタ放電用のガス粒子に衝突し、生成された
スパッタ放電用のガスの励起種またはイオンがスパッタ
粒子に衝突することによりイオン化されるものである。

【００３７】図２は、イオン化スパッタ装置の別の例を
示す模式図である。図２の例では、イオン化機構６と磁
石機構７の間にガス導入手段５を配置している。イオン
化機構６、磁石機構７及びガス導入手段５の各機能は図
１のイオン化スパッタ装置と同様である。

【００３８】図３はイオン化機構６の構造を示す平面図
である。具体的には、イオン化機構６は、直列につなが
れたフィラメント６０ａに直流電源６０ｄより電流を流
し加熱して熱電子を放出させる。グリッド６０ｂは網目
構造であり、直流電源６０ｅによりプラスの電圧が印加
されることにより、フィラメント６０ａから放出された
熱電子がグリッド６０ｂに向かって加速される。

【００３９】加速された熱電子は、グリッド６０ｂを通
り抜けスパッタ粒子の軌道であるイオン化空間６０ｆに
至り、ターゲット２方向に導かれながらスパッタ粒子及
びアルゴン粒子と衝突し、スパッタ粒子及びアルゴン粒
子をイオン化又は励起した後に最終的にターゲット２直
上のシース部およびグリッド６０ｂに捕捉される。

【００４０】熱電子の衝突により活性化されたアルゴン
粒子がターゲット２から放出されたスパッタ粒子に衝突
し、スパッタ粒子をイオン化する。

【００４１】なお、フィラメント６０ａの材質はＲｅ
Ｗ，Ｗ、等の熱電子放出係数の大きなものが採用され、
グリッド６０ｂは巾１ｍｍ、ピッチ３ｍｍ程度の網目構
造のものが採用されている。

【００４２】また、フィラメント６０ａ、およびグリッ
ド６０ｂの片側、磁石機構７はケーシング６０ｃと同電
位であり、ケーシング６０ｃは直流電源６０ｇにより任
意の直流電圧を印加することが可能な構成となってお
り、本実施形態ではマイナスの直流電圧を印加してい
る。

【００４３】次に、本実施形態の大きな特徴点である磁
石機構７の機能について詳細に説明する。本実施形態の
磁石機構７は中心部分が空洞のドーナツ型の電磁石であ
り、ターゲット２とイオン化機構６の間に配置されてお
り、イオン化機構６に固定されている。

【００４４】ターゲット２から放出されたスパッタ粒子
は、磁石機構７の中心の空洞部を通り、イオン化空間に
至りイオン化され基板９に堆積する。磁石機構７により
形成される磁場は、本実施形態においてはターゲット２
側がＮ極、イオン化機構６側がＳ極となっている。

【００４５】磁石機構７の近傍に強磁性体および他の磁
石が存在しない場合に磁石機構７により形成される磁場
は図４に示すようになり、同心円状の磁力線３８が形成
されるが、本実施形態においてはマグネトロンスパッタ
用の磁石機構３が近傍に存在するため、図５に示すよう
な磁力線４８が形成される。

【００４６】なお、本実施形態においては磁石機構７に
電磁石を用いているが、同様の磁場を形成できる永久磁
石を用いることも可能である。

【００４７】フィラメント６０ａより放出された熱電子
はグリッド６０ｂに向かって加速され高エネルギーの電
子となり、磁力線４８に沿って螺旋運動をしながらター
ゲット２の方向に導かれアルゴン粒子と衝突しアルゴン
イオンおよびアルゴン励起種を生成する。

【００４８】生成されたアルゴンイオンは全てがスパッ
タ粒子のイオン化に使われるのではなく、一部はアルゴ
ンイオンのまま電子の動きに追従し、ターゲット２の方
向に導かれる。従って、ターゲット２近傍のアルゴンイ
オンの密度が増しターゲットに入射するアルゴンイオン
の数が増加することから、スパッタされるスパッタ粒子
の量が増加し、結果として基板９の成膜速度を大きくす
る効果が得られる。

【００４９】また、磁力線４８により熱電子およびアル
ゴンイオンがターゲット２方向に導かれることから、基
板９方向へのプラズマの拡散が防止され、イオン化空間
６０ｆにおいて高密度プラズマが維持されている。

【００５０】同様に、基板９方向へのプラズマの拡散が
防止されていることから、基板９への電子の入射が防止
され基板９の昇温が抑制される効果がある。

【００５１】なお、磁石機構７の配置位置は図１に示し
たとおりイオン化機構６の下部に接するかたちか、ある
いはイオン化機構６の外周に接する状態で配置すること
が望ましく、ターゲット２表面より２０ｍｍ〜８０ｍｍ
程度の距離を隔てて配置することが望ましい。また、磁
場強度については、ターゲット２の中心より３０ｍｍ程
イオン化機構６側の位置において、１５０ガウス〜３０
０ガウス程度の磁束密度の磁場を設定することが望まし
い。

【００５２】基板ホルダー１０は、絶縁体を介してスパ
ッタチャンバー１に気密に設置されており、ターゲット
２に対して平行に基板９を保持できるようになってい
る。基板ホルダー１０と基板９との間には絶縁物を介し
て、好ましくは基板９に対して平行に引込電極１２が取
付けられている。

【００５３】引込電極１２は信号発生器（ファンクショ
ンシンセサイザー）１３と電力増幅器１４により構成さ
れた電圧印加手段が接続されている。この電圧印加手段
により基準電位である接地電位に対して負極性の周期的
に変動する矩形波の電圧が引込電極１２に印加される。
図６は、引込電極１２に印加されるバイアス電圧の一例
を示している。バイアス電圧は、所定の周期で、０又は
負極性の最小電圧（基準電位に対して振幅が最小になる
電圧）Ｖ１と、負極性の最大電圧（基準電圧に対して振
幅が最大になる電圧）Ｖ２とに変化する電圧である。こ
のバイアス電圧により、基体表面に基板９に垂直な方向
に電界１１が形成され、イオン化したスパッタ粒子が電
界１１に沿って（基体７に対して垂直に）加速され基板
９に到達するようになっている。

【００５４】なお、電界１１は負極性の周期的に変動す
る電圧により形成されていることから、基板９として誘
電体基板を用いてもチャージアップ現象が発生せず電界
１１が形成され、イオン化したスパッタ粒子を基板９に
対して垂直に引き込むことが可能となっている。

【００５５】次に、図１を参照しながら、本発明のイオ
ン化成膜方法の動作について説明する。基板ホルダー１
０に基板９をセットし複合排気系１６によりスパッタチ
ャンバー内を少なくとも５．０×１０^-5Ｐａ程度まで排
気する。次に磁石機構７を動作させ磁力線８を形成する
とともにイオン化機構６を動作させる。

【００５６】すなわち、電磁石用電源７０１を動作しタ
ーゲット２とイオン化機構６の間のＡ点において１５０
ガウス〜３００ガウス程度の磁束密度が得られるように
設定するとともに、フローティング用直流電源６０ｇを
動作し任意の値に設定し、フィラメント用直流電源６０
ｄを動作しフィラメント６０ａを加熱し、グリッド用直
流電源６０ｅによりグリッド６０ｂに１０Ｖ〜２００Ｖ
程度のプラスの直流電圧を印加し、イオン化空間６０ｆ
に熱電子を放出させる。

【００５７】なお、スパッタの速度により条件は変わる
が、スパッタ粒子が十分にイオン化されるようにグリッ
ド６０ｂに流れ込む電流（エミッション）の値は成膜中
において５Ａ以上に設定することが望ましい。

【００５８】次に、ガス導入手段５によりアルゴンガス
等のプロセスガスを導入し、複合排気系１６の排気速度
調整器を制御してスパッタチャンバー１内を０．２Ｐａ
〜１０Ｐａ程度に維持し、スパッタ電源４を動作しスパ
ッタリング放電を生じさせ、スパッタを開始する、同時
に、信号発生器１３と電力増幅器１４を動作し引込電極
１２に高周波電圧を印加し、基板表面で基板９に垂直な
方向に引込み用電界１１を形成する。

【００５９】この時、引込電極１２に印加する電圧は、
例えば前述したように図６に示すような矩形波を用い、
矩形波の基準電圧０Ｖに近い負の最小電圧Ｖ１では電子
が入射可能となるように浮遊電位（電気的に絶縁された
基体がプラズマ中に置かれた場合にプラズマにより発生
する基体の電位である。本実施形態では引込電極１２に
電圧を印加しない場合に基体７に発生する電位）よりも
若干正になるようにする。具体的には負の最小電圧Ｖ１
の値を０Ｖから−１０Ｖの範囲から選択するとよい。矩
形波の負の最大電圧Ｖ２は逆スパッタの効果が発生し成
膜速度が著しく減少しないようにするため−２０Ｖから
−１００Ｖの範囲から選択される値に設定することが望
ましい。また、基体のチャージアップを防止しながらイ
オンを効率良く入射させるために、周波数は１００ＫＨ
ｚ以上とし、更には波形のデューティーは１対５０以
上、即ち、Ｖ２に印加している時間に対するＶ１を印加
している時間の比が５０分の１以下となるように設定す
ることが望ましい。

【００６０】次に、数分間そのままの状態でプレスパッ
タを行なった後に、基板シャッター１５を開け成膜を開
始する。スパッタ放電によりスパッタされた粒子は、イ
オン化空間６０ｆでイオン化されて基板９に向かって飛
行し、基板表面の引込電界１１により加速され基板９に
対して垂直に引き込まれ、基板９に形成されている溝の
底面に効率よく堆積する。

【００６１】堆積した薄膜が所定の厚さまで成膜された
後、シャッター１５を閉じ、信号発生器１３、電力増幅
器１４、スパッタ用電源４、およびガス導入手段５を停
止させ、次に、イオン化機構６のフィラメント電源６０
４、グリッド電源６０５、フローティング電源６０７、
電磁石用電源７０１を停止させる。最後に不図示のゲー
トバルブを閉じスパッタチャンバー１をリークさせ、基
板９を基板ホルダー１０より取り外す。

【００６２】

【実施例】（実施例１）実施例１では、上述した実施形
態において以下のような条件でスパッタを行った。・ターゲット２の材質：アルミニウム・ターゲット寸法：φ７６．２＊ｔ３ｍｍ・ターゲット２への投入電力：３００Ｗ・ターゲット⇔基板間距離：１５５ｍｍ・基板：Ｓｉウエハ・基板寸法：φ７６．２ｍｍ・膜厚：２０００Å ・スパッタチャンバー内圧力：１．０Ｐａ・プロセスガス種：アルゴン・プロセスガス流量：１４３ｓｃｃｍ・イオン化機構グリッド電圧：５０Ｖ・イオン化機構グリッド電流：１５Ａ・イオン化機構フローティング電源電圧：−４０Ｖ・引込電極交流電圧：最小値０Ｖ、最大値−３０Ｖ・引込電極交流電圧周波数：５００ｋＨｚ・引込電極交流電圧デューティー：１対１００

【００６３】図７は、実施例１の条件において電磁石用
電源７０ａを可変し、イオン化機構６の近傍に形成され
る磁場を変えて成膜を行ない、基板温度を測定した値を
示した図である。図中の横軸は、ターゲット２とイオン
化機構６の間のＡ点における磁束密度の値である。図７
に示すとおり、本発明の実施形態のイオン化スパッタ方
法およびイオン化スパッタ装置によると、成腹中の基板
温度の上昇が大幅に軽減されている。例えば、Ａ点にお
ける磁束密度を１５０Ｇ以上とした場合では基板温度を
５０℃以下で成膜することが可能である。この結果は、
低融点材料の基板への成膜が可能であることを意味して
おり、低融点材料の基板磁壁移動型光磁気ディスク等の
製作において極めて有効であることを示している。

【００６４】（実施例２）実施例２では、実施例１の条
件において、同様に電磁石用電源７０ａを可変しイオン
化機構６の近傍に形成される磁場を変えて成膜を行な
い、基板９に堆積する膜の形成速度を測定した。

【００６５】この結果を図８に示す。図８において、横
軸はターゲット２とイオン化機構６の間のＡ点における
磁束密度の値を示しており、縦軸は堆積膜の形成速度を
示している。図８に示すとおり、本発明の実施形態のイ
オン化スパッタ方法およびイオン化スパッタ装置によれ
ば、Ａ点における磁束密度を所定の値に設定することに
より、堆積膜の形成速度を向上させることができる。例
えば、Ａ点における磁束密度を１５０Ｇ以上とした場合
では、磁場を形成しない場合と比較して５０％以上堆積
膜の形成速度が増加している。

【００６６】（実施例３）実施例３では、実施例１の条
件において、基板のボトムカバレッジ率を測定した。具
体的には、イオン化機構６の近傍に形成される磁場をタ
ーゲット２とイオン化機構６の間のＡ点において２００
Ｇとし、ボトム幅０．２５μｍ、アスペクト比４のサン
プル基板に成膜を行ない、基板のボトムカバレッジ率を
測定したところ、４０％と良好なボトムカバレッジ率が
得られた。

【００６７】図９は、ボトムカバレッジ率が向上した状
態を示す概略断面図である。図９に示すように、溝１０
４が高アスペクト比で形成された基板９に成膜した場合
であっても、本実施形態によるイオン化スパッタ装置に
よれば、凸部１０３上にスパッタ膜１００を形成すると
ともに、溝１０４の底面及び側面１０１にもスパッタ膜
１０２を確実に形成することができ、良好なボトムカバ
レッジ率を得ることができた。

【００６８】（実施例４）実施例３の条件においてター
ゲット２としてＳｉＯ₂、Ａｌを用い、リアクティブイ
オンエッチングにより形成されたボトム巾０．２５μｍ
でアスペクト比４の溝が形成されているＡｌ基板のサン
プルに、ＳｉＯ₂：１０００Å、Ａｌ：２０００Åの順
番でイオン化スパッタを行い、Ａｌ基板と上層のＡｌ膜
との間の絶縁耐圧を測定したところ、５０Ｖと良好な絶
縁耐圧が得られた。

【００６９】（実施例５）以下のような条件でFe膜を作
製した。・ターゲット2の材質：Fe ・ターゲット寸法：φ76.2×t3 mm ・ターゲット2への投入電力：400W ・ターゲット⇔基体間距離：155mm ・基体寸法：φ2" （50.8mm）・膜厚：2000Å ・スパッタチャンバー内圧力：1Pa ・スパッタ放電用ガス種：アルゴン・Ａ点における磁束密度：200G ・イオン化機構グリッド電圧：50V ・イオン化機構グリッド電流：20A ・イオン化機構フローティング電源電圧：−40V ・引込電極電圧：最小値0V、最大値−60V ・引込電極電圧周波数：500kHz ・引込電極電圧デューティー：1対100 ・Ａ点における磁場強度：150Ｇ

【００７０】上述の条件において、アルゴンガスの導入
量及び複合排気系16のコンダクタンスバルブを固定する
ことによりスパッタチャンバー1内の圧力Pを2Pa、アル
ゴンガスのスパッタチャンバー1内の滞留時間τを0.3se
cとして、ボトム巾0.25μm、アスペクト比４のサンプル
基体に試料を作成した。

【００７１】また、ガス導入手段5の位置をターゲット2
と磁場発生手段7間のターゲット2の直上に移動したこと
を除いて、上記の実施例5と同じ条件にてボトム巾0.25
μm、アスペクト比４のサンプル基板に試料を作成し
た。

【００７２】（比較例１）ガス導入手段5の位置をイオ
ン化機構6と基体ホルダー10の間に移動したことを除い
て、上記の実施例5と同じ条件にてボトム巾0.25μm、ア
スペクト比４のサンプル基板に試料を作成した。

【００７３】（比較例２）ガス導入手段5を円環状の構
造とせず、一つの穴から噴出す構造としたこと除いて、
上記の実施例5と同じ条件にてボトム巾0.25μm、アスペ
クト比4のサンプル基板に試料を作成した。

【００７４】（比較例３）ガス導入手段5の位置を磁場
発生手段7の外周より10cm離れたところに移動したこと
を除いて、上記の比較例2と同じ条件にてボトム巾0.25
μm、アスペクト比４のサンプル基板に試料を作成し
た。

【００７５】各試料についてサンプル基体の中心部にお
いてボトムカバレッジ率を測定した。

【００７６】表1は結果を示しており、ガス導入手段の
位置を本実施例の位置に設置すること、また円環状の複
数穴の開いた構造にすることによって、比較例よりもボ
トムカバレッジ率が向上している。また従来例の低圧遠
隔スパッタでボトム巾0.25μm、アスペクト比４の基板
に成膜した場合には、ボトムカバレッジ率は16％程度と
なり、低圧遠隔スパッタと比較しても高ボトムカバレッ
ジ率の膜が得られていることがわかる。

【００７７】

【表１】

【００７８】（実施例６）実施例5の条件において、タ
ーゲットにCu（銅）を用い、同様に成膜を行った。

【００７９】（比較例）実施例5の比較例1，2、及び3の
条件において、ターゲットにCu（銅）を用い、同様に成
膜を行った。

【００８０】各試料についてサンプル基体の中心部にお
いてボトムカバレッジ率を測定した。

【００８１】表2に結果を示しており、ガス導入手段の
位置を本実施例の位置に設置すること、また円環状の複
数穴の開いた構造にすることによって、ボトムカバレッ
ジ率が向上している。

【００８２】

【表２】

【００８３】（実施例７）実施例５の条件において、タ
ーゲットにTbFeCoの3元合金のターゲットを用いて同様
に成膜を行った。

【００８４】（比較例）実施例５の比較例1，2、及び3
の条件において、ターゲットにTbFeCoの3元合金を用
い、同様に成膜を行った。

【００８５】各試料についてサンプル基体の中心部にお
いてボトムカバレッジ率を測定した。

【００８６】表3に結果を示しており、ガス導入手段の
位置を本実施例の位置に設置すること、また円環状の複
数穴の開いた構造にすることによって、ボトムカバレッ
ジ率が向上している。

【００８７】

【表３】

【００８８】（実施例８）実施例5の条件において、ス
パッタ用電源４にRF電源、ターゲットにSiO₂を用いて同
様に成膜を行なった。

【００８９】（比較例）実施例5の比較例1，2、及び3の
条件において、スパッタ用電源４にRF電源、ターゲット
にSiO₂を用い、同様に成膜を行った。

【００９０】各試料についてサンプル基体の中心部にお
いてボトムカバレッジ率を測定した。

【００９１】表4に結果を示しており、ガス導入手段の
位置を本実施例の位置に設置すること、また円環状の複
数穴の開いた構造にすることによって、ボトムカバレッ
ジ率が向上している。

【００９２】

【表４】

【００９３】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、イオン化機構６から発生させた熱電子を磁石機構
３，７によって形成した磁場（磁力線４８）によって、
ターゲット２の方向に導くため、ターゲット２の近傍に
おけるプロセスガスの励起を促進してターゲット２の近
傍にてプラズマを集中的に生成することができる。これ
により、基板９の近傍にプラズマが拡散することを抑止
することができ、基板９の温度の上昇を低減することが
でき、また、ターゲット２近傍におけるプラズマの生成
を促進することによりスパッタの効率を向上させること
が可能となる。

【００９４】

【発明の効果】本発明によれば、熱陰極イオン化機構を
用いたイオン化スパッタにおいて、基板への堆積膜を形
成する速度が向上し、成腹中の基板の昇温を防止するこ
とにより基板材質を問わずに成膜が可能となる。これに
より、高アスペクト比の溝又はホールを形成することが
でき、良好なボトムカバレッジ率が求められるデバイス
ヘの堆積膜の形成を効率良く行なうことができる。従っ
て、特に次世代ＤＲＡＭ等のデバイス、及び磁壁移動型
の光磁気ディスク等の製作に適用することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るイオン化スパッタ装
置の構成を示す模式図である。

【図２】本発明の一実施形態に係るイオン化スパッタ装
置の別の構成例を示す模式図である。

【図３】本発明の一実施形態に係るイオン化スパッタ装
置におけるイオン化機構の構成を示す平面図である。

【図４】本発明の一実施形態に係るイオン化スパッタ装
置において、ターゲットとイオン化機構との間に配置さ
れた磁石機構が単体で形成する磁力線を示す模式図であ
る。

【図５】本発明の一実施形態に係るイオン化スパッタ装
置において、ターゲットとイオン化機構との間に配置さ
れた磁石機構と、ターゲットの下部に配置された磁石機
構により形成される磁力線を示す模式図である。

【図６】本発明の一実施形態に係るイオン化スパッタ装
置において、引込電極に印加する交流電圧の波形を示す
特性図である。

【図７】本発明の一実施形態に係るイオン化スパッタ装
置において、具体的な実験例の評価結果を示す特性図で
ある。

【図８】本発明の一実施形態に係るイオン化スパッタ装
置において、具体的な実験例の評価結果を示す特性図で
ある。

【図９】本発明の一実施形態に係るイオン化スパッタ装
置による成膜により、ボトムカバレッジ率が向上した状
態を示す模式図である。

【符号の説明】

１スパッタチャンバー２ターゲット３磁石機構４スパッタリング電源５ガス導入手段６イオン化機構７磁石機構８磁力線９基板１０基板ホルダー１１引込電界１２引込電極１３信号発生器１４電力増幅器１５基板シャッター１６複合排気系３８，４８磁力線６０ａフィラメント６０ｂグリッド６０ｃケース６０ｄフィラメント用直流電源６０ｅグリッド用直流電源６０ｆイオン化空間６０ｇフローティング用直流電源７０ａ電磁石用電源１００，１０２スパッタ膜１０１（溝の）側面１０３凸部１０４溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小池淳東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金井正博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 BD01 DA06 DC00 DC43 5F103 AA08 BB06 BB09 BB14 BB16 BB22 BB23 BB32 DD27 DD28 DD30 HH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系を備えたスパッタチャンバーと、前記スパッタチャンバー内にプロセスガスを導入するた
めのガス導入手段と、前記スパッタチャンバー内に配置されたターゲットとを
備え、前記ターゲットから蒸発させたスパッタ粒子を基板表面
に堆積させるスパッタ装置であって、前記ターゲットと前記基板との間に配置され、前記スパ
ッタ粒子をイオン化させる熱陰極方式のイオン化手段
と、イオン化した前記スパッタ粒子が前記基板に入射される
よう、前記基板近傍に電界を形成するための電界発生手
段とを備え、前記イオン化手段近傍に磁場発生手段を配置して、前記
磁場発生手段により発生させた磁場により、前記イオン
化手段から発生させた熱電子を前記ターゲット側へ導く
ようにしたことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】前記磁場発生手段は、前記ターゲットと
前記基板を結ぶ方向に磁力線を形成する機能を有するこ
とを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】前記磁場発生手段は、前記ターゲットと
前記イオン化手段との間に設けられた第１の磁石と、前
記ターゲットに対して前記基板と反対側の位置に設けら
れた第２の磁石とから構成されていることを特徴とする
請求項１又は２に記載のスパッタ装置。
【請求項４】前記ターゲットは前記基板に対向して配
置され、前記イオン化手段、前記第１の磁石及び前記ガス導入手
段を前記基板と前記ターゲットとの間に配置し、前記ターゲット側へ導いた電子により前記ガス導入手段
から導入される前記プロセスガスを励起するようにした
ことを特徴とする請求項３に記載のスパッタ装置。
【請求項５】前記ガス導入手段が前記ターゲットと前
記磁場印加手段との間、あるいは当該磁場印加手段と前
記イオン化機構の間に設けられていることを特徴とする
請求項４に記載のスパッタ装置。
【請求項６】前記ガス導入手段が円管状のパイプの中
心側面にガス吹き出し穴が多数形成された構造で、前記
イオン化空間の中心部を取り囲むように配置されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の
スパッタ装置。
【請求項７】前記第１の磁石と前記ターゲットの間で
あって前記ターゲットの中心から３０ｍｍの位置におけ
る前記磁場の磁束密度を、１５０ガウス以上３００ガウ
ス以下としたことを特徴とする請求項３又は４に記載の
スパッタ装置。
【請求項８】前記電界発生手段は、設置電位に対して
０又は負極性の周期的に変動する電圧を与えられて前記
電界を形成することを特徴とする請求項３又は４に記載
のスパッタ装置。
【請求項９】ターゲットから蒸発させたスパッタ粒子
をイオン化し、基板表面に形成された電界に沿って前記
スパッタ粒子を基板に入射させて前記基板表面に堆積膜
を形成させるスパッタ方法であって、前記イオン化を行うイオン化空間の近傍に磁場を形成
し、前記イオン化空間に形成されるプラズマが前記基板
方向に拡散することを防止しながら前記堆積膜を形成す
るようにしたことを特徴とするスパッタ方法。
【請求項１０】前記イオン化空間の近傍に形成した磁
場により、前記イオン化空間にて生成された熱電子を前
記ターゲットの方向に導くことを特徴とする請求項９に
記載のスパッタ方法。
【請求項１１】前記磁場を、前記ターゲットと前記基
板を結ぶ方向の磁力線によって構成したことを特徴とす
る請求項９又は１０に記載のスパッタ方法。
【請求項１２】ガス導入手段が前記ターゲットと前記
磁場印加手段との間、あるいは当該磁場印加手段と前記
イオン化機構の間に設けられ、前記ガス導入手段から導
入されるプロセスガスを励起させ、前記堆積膜を形成す
ることを特徴とする請求項９に記載のスパッタ方法。
【請求項１３】前記ガス導入手段が円管状のパイプの
中心側面にガス吹き出し穴が多数形成された構造で、前
記イオン化空間の中心部を取り囲むように配置され、前
記ガス導入手段から導入されるプロセスガスを励起さ
せ、前記堆積膜を形成することを特徴とする請求項１２
に記載のスパッタ方法。
【請求項１４】スパッタチャンバーと、前記スパッタチャンバー内にプロセスガスを導入するた
めのガス導入手段と、前記スパッタチャンバー内に配置されたターゲットとを
備え、前記ターゲットから蒸発させたスパッタ粒子を基板表面
に堆積させるスパッタ装置であって、前記ターゲットと前記基板との間に配置され、前記スパ
ッタ粒子をイオン化させるイオン化手段と、前記基板近傍に電界を形成するための電界発生手段とを
備え、前記イオン化手段近傍に磁場発生手段を配置したことを
特徴とするスパッタ装置。
【請求項１５】ターゲットから蒸発させたスパッタ粒
子をイオン化し、前記スパッタ粒子を基板に入射させて
前記基板表面に堆積膜を形成させるスパッタ方法であっ
て、前記イオン化を行う空間の近傍に磁場を形成し、前記ス
パッタ粒子を蒸発させるためのプラズマが前記基板方向
に拡散することを防止しながら前記堆積膜を形成するよ
うにしたことを特徴とするスパッタ方法。