JP2003221666A

JP2003221666A - イオン化成膜方法及び装置

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Publication number: JP2003221666A
Application number: JP2002018721A
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: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-08-08
Anticipated expiration: 2022-01-28
Also published as: JP4078084B2; US20030143868A1; US6812164B2; US20050029090A1

Abstract

(57)【要約】【目的】表面に深い溝が形成されている基体であって
も、高ボトムカバレッジ率で堆積膜の形成が可能なイオ
ン化成膜方法及び成膜装置を提供すること。【構成】熱陰極方式のイオン化機構を用いて蒸発粒子
をイオン化し基体に入射させて堆積膜を形成するイオン
化成膜方法において、イオン化空間中心から見て熱陰極
フィラメントの背面又は該熱陰極フィラメントとグリッ
ドの間等のイオン化機構内部にＨｅガスを導入する。
又、熱陰極方式のイオン化機構を用いて蒸発粒子をイオ
ン化し、基体に入射させて堆積膜を形成するイオン化成
膜装置において、イオン化空間中心から見て熱陰極フィ
ラメントの背面又は該熱陰極フィラメントとグリッドの
間等のイオン化機構内部にイオン化用材料ガスを導入す
るガス導入手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩのような半
導体デバイスや光磁気ディスクのような記録媒体等の製
造において用いられるイオン化成膜方法及び成膜装置に
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
層間絶縁膜の形成に、記録媒体では磁性層や保護層等を
形成する際に様々な成膜方法が用いられている。その際
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、基体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】図６に従来のスパッタ法により堆積した膜
の形状を示している。

【０００４】基体８の溝上部１０３に堆積している膜１
００の厚さに比べて、溝底部１０４に堆積している膜１
０２の厚さが極めて薄く、カバレージ性が悪いことが分
かる。又、溝側面１０１にも膜が堆積していることが分
かる。カバレージ性の悪化や側面への着膜は、良好な膜
形成には悪影響を及ぼす。

【０００５】一例として特開平６−２９０４９６号公報
に開示されている磁壁移動型の光磁気ディスクの場合に
ついて説明する。

【０００６】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）と同様に
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。即ち、
磁壁移動型の光磁気ディスクでは指向性が強く、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。

【０００７】従来、ボトムカバレッジ率の高い成膜の手
法として、特開平１０−１３０８３２号公報等で開示さ
れている低圧遠隔スパッタ法が知られている。低圧遠隔
スパッタ法とは、チャンバー内の圧力を通常のスパッタ
法の圧力よりも低くして平均自由行程を長くしているた
め、スパッタ粒子が散乱せず、真っ直ぐに飛行する。こ
れとともに、ターゲットと基体との距離を長くすること
により、基体に対して垂直に飛行してくるスパッタ粒子
を選択的に基体に堆積させる手法である。

【０００８】又、他の方法としてはコリメートスパッタ
法が知られており、この方法はターゲットと基体との間
に基体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、基体に垂直に飛行するスパッタ
粒子のみを基体に到達させ、成膜する手法である。

【０００９】又、他の方法としては本出願人の出願した
特願平１１−３３９２４１号のイオン化成膜法があり、
この方法は、熱陰極方式のイオン化機構を用いてスパッ
タ放電用ガスを励起し、スパッタ粒子に衝突させてスパ
ッタ粒子をイオン化し、基板表面近傍に形成された電界
によりイオン化したスパッタ粒子を基板に垂直に引き込
み堆積させる手法である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低圧遠
隔スパッタ法はターゲットと基体との距離を長くするた
めに成膜速度が低下し、原材料（ターゲット）の利用効
率が低く、量産では溝のアスペクト比が最大で４程度ま
での被成膜基体への使用が限界であると言われている。

【００１１】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に成膜速
度が低下し、原材料の利用効率が低いという問題があ
り、溝のアスペクト比が最大３程度までの被成膜基体へ
の使用が限界であった。

【００１２】特願平１１−３３９２４１号公報に記載さ
れたイオン化成膜法は、イオン化用材料ガスとしてスパ
ッタ用放電ガスを併用しているため、スパッタ放電用ガ
スのイオンが熱陰極フィラメントに衝突してスパッタ
し、フィラメントが消耗して寿命が短いという問題があ
った。

【００１３】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、表面に深い溝が形成されてい
る基体であっても、高ボトムカバレッジ率で堆積膜の形
成が可能なイオン化成膜方法及び成膜装置を提供するこ
とにある。

【００１４】又、本発明の別の目的は、イオン化機構内
部で生成されたＨｅの準安定励起原子を蒸発粒子に衝突
させることにより、蒸発粒子のイオン化効率を向上させ
たイオン化成膜方法及び成膜装置を提供することにあ
る。

【００１５】更に、本発明の別の目的は、イオン化用ガ
ス材料としてＨｅガスを使用することにより、イオン化
用材料ガスが励起され生成されたイオンによる熱陰極フ
ィラメントのスパッタを防止し、熱陰極フィラメントの
寿命を大幅に向上させることができるイオン化成膜方法
及び成膜装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、熱陰極方式のイオン化機構を用いて蒸発
粒子をイオン化し基体に入射させて堆積膜を形成するイ
オン化成膜方法において、イオン化空間中心から見て熱
陰極フィラメントの背面又は該熱陰極フィラメントとグ
リッドの間等のイオン化機構内部にＨｅガスを導入する
ことを特徴とする。

【００１７】又、本発明は、熱陰極方式のイオン化機構
を用いて蒸発粒子をイオン化し、基体に入射させて堆積
膜を形成するイオン化成膜装置において、イオン化空間
中心から見て熱陰極フィラメントの背面又は該熱陰極フ
ィラメントとグリッドの間等のイオン化機構内部にイオ
ン化用材料ガスを導入するガス導入手段を設けたことを
特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１９】図１は本発明に係るイオン化成膜装置の断
面図であり、同図において、５は蒸発粒子をイオン化す
るためのイオン化機構、６はイオン化空間に磁場を形成
するための磁場発生手段、１１は基体近傍に電界を形成
するための電界発生手段である。そして、イオン化機構
５内部にイオン化空間５０ｈより見て熱陰極フィラメン
ト５０ｂの背面にイオン化用材料ガス用のガス導入手段
５０ａを配置している。ガス導入手段５０ａは円筒状の
パイプ中心のフィラメント側面にガス吹き出し穴が多数
形成された構造をしたものを用いている。

【００２０】イオン化蒸着法のメカニズムは、坩堝３か
ら蒸発した蒸発粒子をイオン化空間５０ｈでイオン化
し、基体８表面のマイナス電界１２によりイオン化され
た蒸発粒子を基体面に垂直に入射させる方法である。

【００２１】以下、図面を参照しながら本実施の形態に
係るイオン化成膜装置の構成について説明する。

【００２２】チャンバー１はステンレス鋼又はアルミ等
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たれるようになってい
る。チャンバー１の容積は、坩堝２及び基体９の大きさ
により変わるが、特殊な場合を除き２０ｌ（リットル）
〜１０００ｌ（リットル）程度のものが使用される。排
気系１６は大気圧から１×10^−５Ｐａ程度まで排気可能
な複合排気システムであり、不図示の排気速度調整器で
あるコンダクタンスバルブにより排気速度を調整しイオ
ン化用材料ガスのチャンバー内での滞留時間の制御が可
能となっている。ガス導入手段５０ａは、イオン化用材
料ガスであるＨｅガスを導入するもので、円筒状のパイ
プ中心のフィラメント側面にガス吹き出し穴が多数形成
された構造となっている。

【００２３】蒸着試料２を乗せる坩堝３は、例えば直径
１ｍｍ程度のタングステンワイヤーを巻いた直径２ｃ
ｍ、高さ２ｃｍ程度の半球状のもの、又は厚さ０．５ｍ
ｍ、幅１ｃｍ、長さ５ｃｍ程度のタングステンボートで
あり、絶縁物を介してチャンバー１に設置されている。
蒸着電源４は所定の電力を坩堝３に印加するものであ
り、直流電源又は交流電源により電力を印加することに
より、坩堝３を加熱して蒸着試料２を蒸発させるもので
ある。

【００２４】イオン化機構５は、ペニング電離を利用し
た熱陰極方式であり、フィラメント背面より導入された
Ｈｅガスにフィラメント５０ｂから放出された熱電子が
衝突することによりＨｅの準安定励起原子及びＨｅイオ
ンを生成し、坩堝３から基体８への蒸発粒子の飛行経路
に設定されたイオン化空間５０ｈにおいて、Ｈｅの準安
定励起原子及びＨｅイオンが蒸発粒子に衝突することに
より蒸発粒子をイオン化するものである。

【００２５】図３はイオン化機構５の構造を示す平面図
である。

【００２６】具体的には、イオン化機構５は、直列に繋
がれたフィラメント５０ｂに直流電源５０ｅより電流を
流し加熱して熱電子を放出させる。グリッド５０ｃは網
目構造であり、直流電源５０ｆによりプラスの電圧が印
加されことにより、フィラメント５０ｂから放出された
熱電子がグリッド５０ｅに向かって加速される。加速さ
れた熱電子は、フィラメント５０ｂとグリッド５０ｃの
間のイオン化機構５内部及びイオン化空間５０ｈにおい
て、フィラメント５０ｂ背面より導入されたＨｅガスと
衝突しＨｅの準安定励起原子及びＨｅイオンを生成し、
生成されたＨｅの準安定励起原子及びＨｅイオンはイオ
ン化空間５０ｈに至り、蒸発粒子に衝突することにより
蒸発粒子をイオン化する。

【００２７】又、フィラメント５０ｂより放出された熱
電子の一部は、Ｈｅガスと衝突せずグリッド５０ｃを通
り抜けてイオン化空間５０ｈに至り、蒸発粒子と衝突し
て蒸発粒子をイオン化するものもある。上記の作用をし
た後の熱電子及びＨｅガスがイオン化されたときに放出
された電子は、最終的にグリッド５０ｃに捕捉される。

【００２８】尚、フィラメント５０ｂの材質はＲｅＷ、
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５０ｃ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。又、フィラメント５０ｂ及びグリ
ッド５０ｃの片側、磁場発生手段６はケーシング５０ｄ
と同電位であり、ケーシング５０ｄは直流電源５０ｇ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、本実施の形態ではマイナスの直流電圧を印加し
ている。

【００２９】本発明の特徴であるＨｅガスの導入位置及
び導入ガス種について説明する。

【００３０】Ｈｅの準安定励起原子及びHeイオンの生成
は、主にイオン化機構５内部のグリッド５０ｃの近傍、
特にフィラメント５０ｂとグリッド５０ｃの間で起こる
ため、Ｈｅガスの導入位置は、フィラメント５０ｂの背
面又はフィラメント５０ｂとグリッド５０ｃの間等のイ
オン化機構内部に設置されるのが好適である。

【００３１】一般に、イオン化用材料ガスとしてはＮ
ｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガスが用いられる。しかし
ながら、これらのガスに熱電子が衝突し生成されたイオ
ンはスパッタ率が高く、これらのイオンが周囲の物質に
入射した場合容易にスパッタをおこしてしまう。従っ
て、イオン化機構内部５及びイオン化空間５０ｈの壁面
は常にスパッタされている状態となる。特に、フィラメ
ント５０ｂは、細い線材又は薄いリボン状のものが使用
されているため、スパッタされ消耗すると寿命が著しく
低下してしまう。又、スパッタされた物質が基板に到達
し取り込まれてしまうこともある。特に、機能性薄膜の
成膜では、これらのコンタミが大きな問題となる場合が
ある。

【００３２】それと比較してＨｅをイオン化用材料ガス
として使用した場合、生成されたＨｅイオンのスパッタ
率は上記のイオン種と比べて極めて小さく、Ｈｅイオン
の入射による周囲のもののスパッタが極めて少ない。例
えば、フィラメント材料として用いられるタングステン
のスパッタ率を比較すると、イオンの入射エネルギーを
４００ｅＶとした場合、Ａｒイオンのスパッタ率は０．
６程度であるのに対してＨｅイオンのスパッタ率は０．
０５以下であり、ＨｅイオンはＡｒイオンの１／１０以
下のスパッタ率である。従って、Ｈｅイオンの入射によ
るフィラメントの消耗は極めて少なく、フィラメントの
寿命を延ばすことが可能となるとともに、膜中へのスパ
ッタ物質のコンタミを防止することができる。

【００３３】Ｈｅガスをイオン化用材料ガスとして用い
る他の目的は、生成されるＨｅの準安定励起原子の寿命
が長く、その寿命の長い準安定励起原子を蒸発粒子のイ
オン化に用いることである。一般に準安定励起原子の多
くは、寿命がμ秒オーダーと非常に短いが、Ｈｅの準安
定励起原子のうち幾つかの状態は非常に安定であり、例
えば１Ｓ、２Ｓ、３Ｓでは数千秒も寿命がある。この寿
命の長い安定なＨｅの準安定励起原子を蒸発原子に衝突
させることにより効率良く蒸発粒子をイオン化すること
が可能となる。

【００３４】磁場発生手段６は中心部分が空洞のドーナ
ツ型の電磁石であり、坩堝３とイオン化機構５の間に配
置されており、イオン化機構５に固定されている。坩堝
３から放出された蒸発粒子は磁場発生手段６の中心の空
洞部を通り、イオン化空間５０ｈに至りイオン化され基
体８に堆積する。磁場発生手段６により形成される磁場
は、本実施の形態においては坩堝３側がＮ極、イオン化
機構５側がＳ極となっているが、極性を逆にしても構わ
ない。尚、本実施の形態においては、磁場発生手段６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。

【００３５】磁場発生手段６による磁力線７の機能は、
基体８方向へのプラズマの拡散が防止され、イオン化空
間５０ｈのプラズマが高密度のまま維持され、イオン化
効率を向上させることを可能とすることでる。又、加え
て基体９への電子入射防止による基体８の昇温抑制の効
果も挙げられる。尚、磁場発生手段６の配置位置は図１
に示した通りイオン化機構５の下部に接する形か、イオ
ン化機構５の外周部に配置することが望ましい。又、磁
場強度については、坩堝３の中心より３０ｍｍ程イオン
化機構５側の位置において、１５０〜３００Ｇ程度の磁
束密度の磁場を設定することが望ましい。

【００３６】基体ホルダー９は、絶縁体を介してチャン
バー１に気密に設置されており、坩堝３に対して平行に
基体８を保持できるようになっている。基体ホルダー９
と基体８との間には、絶縁物１０を介して、好ましくは
基体８に対して平行に引込電極１１が取り付けられてい
る。引込電極１１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、台形波、鋸波等の電圧が引込電極１１に印
加される。

【００３７】図５は引込電極１１に印加されるバイアス
電圧の一例を示している。

【００３８】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（基準電位に対して振幅
が最大となる電圧）Ｖ２とに変化する電圧である。この
バイアス電圧により、基体表面に基体８に垂直な方向に
電界１２が形成され、イオン化した蒸発粒子が電界１２
に沿って（基体８に対して垂直に）加速され基体８に到
達するようになっている。尚、電界１２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、基体
８として誘電体基体を用いてもチャージアップ現象が発
生せず、電界１２が形成され、イオン化したスパッタ粒
子を基体８に対して垂直に引き込むことが可能となって
いる。又、基体８が導電体の場合は、基体ホルダー９と
基体８の間に配置されている絶縁体を取り外し、引込電
極１１に基体８が接する形とすることにより、信号発生
器１３及び電力増幅器１４の代わりに直流電源を用いる
ことが可能であり、引込電極１１に直流電圧を印加する
ことにより同様の効果が得られる。

【００３９】次に、図１を用いて本発明のイオン化成膜
法の動作について説明する。

【００４０】基体ホルダー９に基体８をセットし複合排
気系１６によりチャンバー内を５×１０^−５Ｐａ程度ま
で排気する。次に、磁場発生手段６を動作させ磁力線７
を形成するとともにイオン化機構５を動作させる。即
ち、電磁石用電源６０ａを動作させ、坩堝３とイオン化
機構５の間のＡ点において１５０〜３００Ｇ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５０ｇを動作させて任意の値に設定し、フィラ
メント用直流電源５０ｅを動作しフィラメント５０ｂを
加熱し、イオン化空間５０ｈに熱電子を放出させる。

【００４１】次に、イオン化用材料ガス導入手段５０ａ
によりＨｅガスを導入し、複合排気系１６の排気速度調
整器を制御してチャンバー１内の圧力を調整する。次
に、蒸着電源４を動作させて坩堝３を加熱し蒸着物質２
を加熱蒸発を開始する。同時に、信号発生器１３と電力
増幅器１４を動作し引込電極１１に電圧を印加し、基体
表面で基体８に垂直な方向に引込み用電界１２を形成す
る。このとき、引込電極１１に印加する電圧は、例えば
前述したように図５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
体の電位であり、本実施の形態では引込電極１１に電圧
を印加しない場合に基体８に発生する電位）とプラズマ
電位の間の電位に設定する。

【００４２】具体的には、負の最小電圧V1の値を０Ｖ〜
−１０Ｖの範囲から選択すると良い。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〜−１００Ｖの範
囲から選択される値に設定することが望ましい。又、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１００ｋＨｚ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を印
加している時間に対するＶ１を印加している時間の比が
１／５０以下となるように設定することが望ましい。

【００４３】次に、数分間そのままの状態で蒸発が安定
するのを待ち、基体シャッター１５を開け、成膜を開始
する。蒸発粒子は、イオン化空間５０ｈでイオン化さ
れ、基体８に向かって飛行し、基体表面の引込電界１２
により加速され、基体８に対して垂直に引き込まれ、基
体８に形成されている溝の底面に効率良く堆積する。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、蒸着電源４及びガス導
入手段５０ａを停止させ、次に、イオン化機構５のフィ
ラメント電源５０ｅ、グリッド電源５０ｆ、フローティ
ング電源５０ｇ、電磁石用電源６０ａを停止させる。最
後に不図示のゲートバルブを閉じ、チャンバー１をリー
クさせ、基体８を基体ホルダー９より取り外す。

【００４４】次に、本発明の熱陰極方式のイオン化機構
を用いたイオン化スパッタ装置について説明する。

【００４５】図２は本発明のイオン化スパッタ装置を表
す図面である。

【００４６】図１のイオン化成膜装置の構成との違い
は、蒸発源として、ターゲット１７を用いたスパッタ法
を用いていることである。そして、ターゲットを取り囲
むようにして、ターゲットの直上にスパッタ放電用ガス
のガス導入手段２０を配置している。スパッタ放電用ガ
ス導入手段２０は、円環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をしたものを用いるとタ
ーゲット表面へのガス導入が偏りなく均一に行えるので
好適である。

【００４７】イオン化スパッタ法のメカニズムは、図１
のイオン化成膜法と同様にターゲット２から放出される
スパッタ粒子をイオン化機構５でイオン化し、基体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
子を基体面に垂直に入射させる方法である。

【００４８】以下、図面を参照しながら、本実施の形態
に係るイオン化スパッタ装置の構成について、実施の形
態１のイオン化成膜装置と比較して相違している点を説
明する。

【００４９】排気系16は大気圧から１×１０^−５Ｐａ程
度まで排気可能な複合排気システムであり、不図示の排
気速度調整器であるコンダクタンスバルブにより排気速
度を調整し、放電用ガスのチャンバー内での滞留時間の
制御が可能となっている。

【００５０】ターゲット２は、例えば厚さ３ｍｍ、直径
３インチ（７６．２ｍｍ）程度の円板状であり、バッキ
ングプレート及び絶縁物を介してスパッタチャンバー１
に設置されている。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えるよう
になっている。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、直流電源又はＲＦ電源等
の高周波電源により２０0 〜６００（Ｖ）のマイナスの
電圧が印加されるようになっている。

【００５１】ターゲット２の直上に配置されたスパッタ
放電用ガス導入手段２０より導入されるガスは、イオン
化したときにスパッタ率の高いＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希
ガスが使用される。スパッタ放電によりイオン化したＡ
ｒ、Ｋｒ、Ｘｅの大部分は、ターゲット近傍に形成され
ている電界により加速され、ターゲットに入射し、ター
ゲットをスパッタする。一部の希ガスイオンは、イオン
化空間に至るものもあるが、実施の形態１のイオン化成
膜装置と同様にイオン化機構５内にはイオン化用材料ガ
スの導入手段が配置されており、Ｈｅガス、Ｈｅの準安
定励起原子及びＨｅイオンで満たされているためにイオ
ン化機構内部に至ることはない。

【００５２】従って、スパッタ率の高いＡｒ、Ｋｒ、Ｘ
ｅイオンによるフィラメント５０ｂのスパッタが起こら
ず、フィラメント５０ｂの消耗を防止できる。このよう
に、スパッタ放電用ガス導入手段２０とイオン化用材料
ガス導入手段５０ａを分離導入することにより、同一箇
所から導入した場合と比較してフィラメント５０ｂの寿
命を延ばすことが可能となる。

【００５３】又、同一箇所からスパッタ放電用ガスとイ
オン化用材料ガスを導入した場合では、ターゲット２表
面にＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅのスパッタ放電用ガスイオンとと
もにスパッタ率の低いＨｅイオンが入射するため、ター
ゲット２のスパッタ効率（蒸発速度）を低下させてしま
うが問題があるが、上記の構成のように分離導入するこ
とにより、ターゲット２近傍はスパッタ放電用ガスで満
たされるため、ターゲット２近傍にＨｅイオンが到達し
難く、スパッタ効率（蒸発効率）を低下させることなく
成膜することが可能となる。

【００５４】磁場発生手段６の配置位置は実施の形態１
のイオン化成膜装置と同様の位置であるが、近傍に形成
される磁場はマグネトロンスパッタ用の磁石機構３と干
渉し合い、図４に示すような磁力線４７が形成される。
磁力線４７の機能は、スパッタ放電用ガスイオンをター
ゲット２方向に導きスパッタ効率を向上させることと、
実施の形態１のイオン化成膜装置と同様にプラズマの拡
散、基体８への電子の入射防止効果である。

【００５５】磁場発生手段６により形成される磁場と、
マグネトロンスパッタ用の磁石機構３の極性の組み合わ
せは、本実施の形態においては、磁場発生手段６の極性
が、ターゲット２側をＮ極、イオン化機構５側をＳ極と
し、マグネトロンスパッタ用磁石機構３の極性は、ター
ゲット中心のターゲット表面側をＳ極、ターゲット外周
部のターゲット表面側をＮ極としている。即ち、ターゲ
ット中心部において、磁場発生手段６により形成される
磁場と、マグネトロンスパッタ用の磁石機構３の極性が
同極性で相向かい合うようにすることにより上記の効果
が得られる。

【００５６】尚、本実施の形態においては、磁場発生手
段６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。磁場発生手段６の
配置位置及び磁場強度は実施の形態１のイオン化成膜装
置と同等とすることが望ましい。基体ホルダー９に関し
ては、実施形態１と同等とすることが望ましい。

【００５７】次に、図２を用いて、本発明のイオン化ス
パッタ法の動作について説明する。基体ホルダー９に基
体８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５×１０^−５Ｐａ程度まで排気する。次に、磁
場発生手段６を動作させて磁力線8 を形成するとともに
イオン化機構５を動作させる。即ち、電磁石用電源６０
ａを動作させ、ターゲット２とイオン化機構５の間のＡ
点において１５０〜３００Ｇ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５０ｇ
を動作させて任意の値に設定し、フィラメント用直流電
源５０ｅを動作させてフィラメント５０ｂを加熱し、イ
オン化空間５０ｈに熱電子を放出させる。

【００５８】次に、イオン化用材料ガス導入手段５０ａ
によりＨｅガスをスパッタ放電用ガス導入手段２０によ
りアルゴンガス等のスパッタ放電用ガスを導入し、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内の圧力調整する。次に、スパッタ電源４を動作
させてスパッタ放電を生じさせ、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を動作させ、
引込電極１１に電圧を印加し、基体表面で基体８に垂直
な方向に引込み用電界１２を形成する。このとき、引込
電極１１に印加する電圧は、実施の形態１のイオン化成
膜装置と同等である。

【００５９】次に、数分間そのままの状態でプレスパッ
タを行った後に基体シャッター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５０ｈでイオン化され、基体８に向かって飛行
し、基体表面の引込電界１２により加速され基体８に対
して垂直に引き込まれ、基体８に形成されている溝の底
面に効率良く堆積する。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１
４、スパッタ用電源４及びガス導入手段５０ａ、２０を
停止させ、次に、イオン化機構５のフィラメント電源５
０ｅ、グリッド電源５０ｆ、フローティング電源５０
ｇ、電磁石用電源６０ａ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、基体８を基体ホルダー９より取り外す。

【００６０】以下に本発明の実施例について具体的に説
明する。

【００６１】［実施例１］上述した実施の形態１に倣っ
て連続してイオン化成膜を行い、フィラメント５０ｂの
寿命を測定した。

【００６２】・蒸発材質：Ｆｅ・坩堝と基体間距離：１５５ｍｍ・基体寸法：φ２”（５０．８ｍｍ）・スパッタチャンバー内圧力：０．５Ｐａ・イオン化用材料ガス種：Ｈｅ・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＜比較例１＞イオン化用材料ガスとしてＡｒ、Ｘｅガス
を用いたことを除いて、実施例１と同じ条件で連続して
イオン化成膜を行い、フィラメント５０ｂの寿命を測定
した。

【００６３】表１には結果を示しており、イオン化用材
料ガスとして本実施例のＨｅとすることにより、フィラ
メント５０ｂの寿命が大幅に延びている。

【００６４】［実施例２］前記実施例１と同じ条件にて
ボトム巾０．２５μｍ、アスペクト比４のサンプル基体
にイオン化成膜を行い試料を作成した。

【００６５】＜比較例２＞イオン化用材料ガス導入手段
５０ａの位置をフィラメントとグリッドの間に移動した
ことを除いて、前記実施例２と同じ条件にてボトム巾
０．２５μｍ、アスペクト比４のサンプル基体に試料を
作成した。

【００６６】＜比較例３＞イオン化用材料ガス導入手段
５０ａの位置を坩堝３側面部に移動したことを除いて、
前記実施例２と同じ条件にてボトム巾０．２５μｍ、ア
スペクト比４のサンプル基体に試料を作製した。又、イ
オン化用材料ガス導入手段５０ａの位置をイオン化機構
５の底面に接する形とし、前記実施例２と同じ条件にて
ボトム巾０．２５μｍ、アスペクト比４のサンプル基体
に試料を作製した。

【００６７】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。図７はボトムカバ
レッジ率の算出方法を示した図である。

【００６８】表２に結果を示しており、イオン化用材料
ガス導入手段５０ａの位置をイオン化機構５内にするこ
とにより、他の位置より導入した比較例３よりもボトム
カバレッジ率が向上している。又、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分かる。

【００６９】［実施例３］上述した実施形態２に倣って
連続してイオン化スパッタを行い、フィラメント５０ｂ
の寿命を測定した。

【００７０】・ターゲット２の材質：ＴｂＦｅＣｏ・ターゲット寸法：φ７６．２×ｔ３ｍｍ・ターゲット２への投入電力：４００Ｗ・ターゲットと基体間距離：１５５ｍｍ・基体寸法：φ２”（５０．８ｍｍ）・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：１５０Ｇ・イオン化用材料ガス種：ヘリウム・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＜比較例４＞イオン化用材料ガス導入手段５０ａからは
ガスを導入せず、イオン化用材料ガスＨｅとスパッタ放
電用ガスＡｒを混合ガスとしスパッタ放電用ガス導入手
段２０から混合ガスを導入したことを除いて、実施例３
と同じ条件で連続してイオン化スパッタを行い、フィラ
メント５０ｂの寿命を測定した。

【００７１】表３に結果を示しており、イオン化用材料
ガスとスパッタ放電用ガスを分離導入することにより、
フィラメント５０ｂの寿命が大幅に延びている。

【００７２】［実施例４］実施例３の条件において、３
分間イオン化スパッタを行い、ガラス基体に試料を作製
した。

【００７３】＜比較例５＞比較例４の条件において、３
分間イオン化スパッタを行い、ガラス基体に試料を作製
した。

【００７４】各試料についてガラス基体の中心部におい
て膜厚を測定し、単位時間当たりの成膜速度を算出し
た。

【００７５】表４に結果を示しており、イオン化用材料
ガスとスパッタ放電用ガスを分離導入することにより、
成膜速度が向上している。

【００７６】［実施例５］上記の実施例３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
体にイオン化成膜を行い試料を作製した。

【００７７】＜比較例６＞比較例４の条件において、ボ
トム巾０．２５μｍ、アスペクト比４のサンプル基体に
イオン化成膜を行い試料を作製した。

【００７８】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。

【００７９】表５に結果を示しており、イオン化用材料
ガスとスパッタ放電用ガスを分離導入することにより、
比較例よりもボトムカバレッジ率が向上している。

【００８０】

【表１】

【００８１】

【表２】

【００８２】

【表３】

【００８３】

【表４】

【００８４】

【表５】

【００８５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、高アスペクト比の溝に対し、ボトムカバレッジ
率良く成膜を行うことができ、又、熱陰極フィラメント
の寿命を大幅に延ばすことができる。従って、本発明
は、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大きな威力を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るイオン化成膜装置の構成を示す断
面図である。

【図２】本発明に係るイオンスパッタ装置の構成を示す
断面図である。

【図３】本発明に用いられるイオン化機構の一例を示す
模式的断面図である。

【図４】本発明に用いられる磁石機構により形成される
磁力線を示す模式的断面図である。

【図５】本発明に用いられる引込電極に印加される電圧
の波形を示した図である。

【図６】従来のスパッタにより堆積した膜の形状を示す
模式的断面図である。

【図７】ボトムカバレッジ率の算出方法を説明するため
の模式図である。

【符号の説明】

１チャンバー２蒸着試料３坩堝４蒸着電源４７磁力線５イオン化機構５０ａイオン化用材料ガス導入手段５０ｂフィラメント５０ｃグリッド５０ｄケース５０ｅフィラメント用直流電源５０ｆグリッド用直流電源５０ｉ水冷配管５０ｈイオン化空間５０ｇフローティング用直流電源６磁場発生手段６０ａ電磁石用電源７磁力線８基体９基体ホルダー１０誘電体１１引込電極１２引込電界１３信号発生器１４電力増幅器１５基体シャッター１６複合排気系１７ターゲット１８マグネトロンスパッタ放電用磁石機構１９スパッタ電源２０スパッタ放電用ガス導入機構

───────────────────────────────────────────────────── 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 BD02 BD12 CA03 DA06 DD04 5D075 GG02 GG12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱陰極方式のイオン化機構を用いて蒸発
粒子をイオン化し基体に入射させて堆積膜を形成するイ
オン化成膜方法において、イオン化空間中心から見て熱陰極フィラメントの背面又
は該熱陰極フィラメントとグリッドの間等のイオン化機
構内部にＨｅガスを導入することを特徴とするイオン化
成膜方法。
【請求項２】イオン化用材料ガスとスパッタ放電用ガ
スを分離導入することを特徴とする請求項１記載のイオ
ン化成膜方法。
【請求項３】熱陰極方式のイオン化機構を用いて蒸発
粒子をイオン化し、基体に入射させて堆積膜を形成する
イオン化成膜装置において、イオン化空間中心から見て熱陰極フィラメントの背面又
は該熱陰極フィラメントとグリッドの間等のイオン化機
構内部にイオン化用材料ガスを導入するガス導入手段を
設けたことを特徴とするイオン化成膜装置。
【請求項４】前記イオン化用材料ガスとスパッタ放電
用ガスを分離導入可能なガス導入手段を有することを特
徴とする請求項３記載のイオン化成膜装置。