JP2003313662A - スパッタリング装置 - Google Patents
スパッタリング装置Info
- Publication number
- JP2003313662A JP2003313662A JP2002124228A JP2002124228A JP2003313662A JP 2003313662 A JP2003313662 A JP 2003313662A JP 2002124228 A JP2002124228 A JP 2002124228A JP 2002124228 A JP2002124228 A JP 2002124228A JP 2003313662 A JP2003313662 A JP 2003313662A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target
- sputtering
- high frequency
- plasma
- supplied
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/354—Introduction of auxiliary energy into the plasma
- C23C14/358—Inductive energy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
- H01J37/3405—Magnetron sputtering
- H01J37/3408—Planar magnetron sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
Abstract
(57)【要約】
【課題】 誘導結合型高周波プラズマスパッタ装置にお
いて、成膜速度を高めて生産性を向上させる。 【解決手段】 真空室１内に、直流電力または高周波電
力が供給されるターゲット２と、高周波電力が供給され
る高周波コイル３とを備え、前記ターゲット２のスパッ
タ面を、プラズマ密度の高い高周波コイル３の内側に配
置して高密度のプラズマを効率よく利用している。
いて、成膜速度を高めて生産性を向上させる。 【解決手段】 真空室１内に、直流電力または高周波電
力が供給されるターゲット２と、高周波電力が供給され
る高周波コイル３とを備え、前記ターゲット２のスパッ
タ面を、プラズマ密度の高い高周波コイル３の内側に配
置して高密度のプラズマを効率よく利用している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超微細加工技術や
表面処理技術の分野で特に必要とされる各種の高品質、
高機能薄膜を効率よく創成するのに好適なスパッタリン
グ装置に関し、さらに詳しくは、誘導結合型高周波放電
によって高密度プラズマを得るようにしたスパッタリン
グ装置に関する。
表面処理技術の分野で特に必要とされる各種の高品質、
高機能薄膜を効率よく創成するのに好適なスパッタリン
グ装置に関し、さらに詳しくは、誘導結合型高周波放電
によって高密度プラズマを得るようにしたスパッタリン
グ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜形成法の一つであるスパッタ法は、
薄膜化材料の種類を広範囲に選ぶことができることや形
成膜の基板への付着強度が高いことなど数多くの特長を
有している。また、スパッタ成膜速度についても、初期
の直流平板二極スパッタ法や高周波二極スパッタ法で
は、成膜速度が遅く、生産装置への応用に限界があった
が、マグネトロンスパッタ装置や対向ターゲット型スパ
ッタ装置の開発によってこの問題は大いに改善されてい
る。このため、現在では、これらのスパッタ法は、各種
の薄膜形成法の中では、中心的な地位を占めている。
薄膜化材料の種類を広範囲に選ぶことができることや形
成膜の基板への付着強度が高いことなど数多くの特長を
有している。また、スパッタ成膜速度についても、初期
の直流平板二極スパッタ法や高周波二極スパッタ法で
は、成膜速度が遅く、生産装置への応用に限界があった
が、マグネトロンスパッタ装置や対向ターゲット型スパ
ッタ装置の開発によってこの問題は大いに改善されてい
る。このため、現在では、これらのスパッタ法は、各種
の薄膜形成法の中では、中心的な地位を占めている。
【０００３】一方、これらのスパッタ法では、スパッタ
粒子の殆どが電気的に中性状態にあり、またスパッタ粒
子が基板に向かって飛翔中にアルゴン等の放電サポート
ガス粒子との衝突によって散乱するため、基板表面に入
射する堆積スパッタ粒子のエネルギーやその軌道を制御
するのは、非常に困難である。従って、目覚しい発展を
遂げている応用分野、例えば、高品質薄膜を必要とする
超小型、超高密度電子回路の製作や新しい高機能素子の
開発には対応が困難になってきている。
粒子の殆どが電気的に中性状態にあり、またスパッタ粒
子が基板に向かって飛翔中にアルゴン等の放電サポート
ガス粒子との衝突によって散乱するため、基板表面に入
射する堆積スパッタ粒子のエネルギーやその軌道を制御
するのは、非常に困難である。従って、目覚しい発展を
遂げている応用分野、例えば、高品質薄膜を必要とする
超小型、超高密度電子回路の製作や新しい高機能素子の
開発には対応が困難になってきている。
【０００４】これらの問題を解決する手段の一つとし
て、近年、従来型のマグネトロンスパッタ装置のターゲ
ットの前方にヘリカルアンテナコイルを設置し、これに
高周波電力を供給するようにした高周波放電プラズマ支
援型マグネトロンスパッタ装置が開発されている。この
装置では、高速スパッタに必要な高密度度プラズマは、
主としてターゲットに供給する直流電力または高周波電
力によるマグネトロン放電によって発生しており、ヘリ
カルアンテナコイルは、専ら放電サポートガスやスパッ
タ粒子のイオン化の役目を担うようになっている。
て、近年、従来型のマグネトロンスパッタ装置のターゲ
ットの前方にヘリカルアンテナコイルを設置し、これに
高周波電力を供給するようにした高周波放電プラズマ支
援型マグネトロンスパッタ装置が開発されている。この
装置では、高速スパッタに必要な高密度度プラズマは、
主としてターゲットに供給する直流電力または高周波電
力によるマグネトロン放電によって発生しており、ヘリ
カルアンテナコイルは、専ら放電サポートガスやスパッ
タ粒子のイオン化の役目を担うようになっている。
【０００５】この方法では、ターゲット材料の裏側に磁
石を設置して、これの表面近傍にマグネトロン放電に必
要な磁界を発生させる必要がある。このため、ターゲッ
トを保持する陰極電極の構造が複雑になるだけでなく、
ターゲットの厚みに制約がある。特に鉄のような強磁性
体材料では、これの厚みが数ｍｍ以下に制限される。ま
た、スパッタ材料が、局部的に消耗して、材料の利用効
率を非常に悪くしている。
石を設置して、これの表面近傍にマグネトロン放電に必
要な磁界を発生させる必要がある。このため、ターゲッ
トを保持する陰極電極の構造が複雑になるだけでなく、
ターゲットの厚みに制約がある。特に鉄のような強磁性
体材料では、これの厚みが数ｍｍ以下に制限される。ま
た、スパッタ材料が、局部的に消耗して、材料の利用効
率を非常に悪くしている。
【０００６】この強磁性体材料の高速スパッタを可能に
したものとして、誘導結合型高周波プラズマスパッタ装
置が当該特許出願人によって考案され、文献、例えば、
Ｍ.Ｙamashita:Ｊ.Ｖac.Ｓci.Ｔechnol.,Ａ7，(1989)15
1．Ｍutsuo Ｙamashita:Ｊ.Ｖac.Ｓci.Ｊpn（真空），
Ｖol.44,Ｎo5,(2001)32で、既に公開されている。
したものとして、誘導結合型高周波プラズマスパッタ装
置が当該特許出願人によって考案され、文献、例えば、
Ｍ.Ｙamashita:Ｊ.Ｖac.Ｓci.Ｔechnol.,Ａ7，(1989)15
1．Ｍutsuo Ｙamashita:Ｊ.Ｖac.Ｓci.Ｊpn（真空），
Ｖol.44,Ｎo5,(2001)32で、既に公開されている。
【０００７】この誘導結合型高周波プラズマスパッタ装
置は、図４に示すように、平板状のターゲット２と、基
板５を保持する基板保持台６との間に、高周波アンテナ
コイル３を設置し、この高周波アンテナコイル３に対し
て、高周波電源装置８からインピーダンス整合回路（マ
ッチングボックス）７を介して高周波電力を供給するこ
とによってスパッタ空間９に予め高密度のプラズマを発
生させた後、ターゲット２に、直流電源１１から直流電
力を供給して高速スパッタを行なうようにしている。な
お、４はプラズマ遮蔽格子、２４は真空室１内を真空に
排気するための排気口、２５はアルゴンガスなどのスパ
ッタガスを導入するガス導入口である。
置は、図４に示すように、平板状のターゲット２と、基
板５を保持する基板保持台６との間に、高周波アンテナ
コイル３を設置し、この高周波アンテナコイル３に対し
て、高周波電源装置８からインピーダンス整合回路（マ
ッチングボックス）７を介して高周波電力を供給するこ
とによってスパッタ空間９に予め高密度のプラズマを発
生させた後、ターゲット２に、直流電源１１から直流電
力を供給して高速スパッタを行なうようにしている。な
お、４はプラズマ遮蔽格子、２４は真空室１内を真空に
排気するための排気口、２５はアルゴンガスなどのスパ
ッタガスを導入するガス導入口である。
【０００８】このスパッタ装置は、マグネトロン型スパ
ッタ装置や高周波放電プラズマ支援型マグネトロンスパ
ッタ装置に比べて次のような特長を持っている。 （１）高速スパッタとスパッタ粒子のイオン化に必要な
プラズマは、専ら高周波アンテナコイル３に供給する高
周波電力によって発生し、発生したプラズマは、このコ
イル３の中に閉じ込められる。このためターゲット２周
辺に特別な磁気回路を構成しなくてもスパッタ空間のプ
ラズマ密度は、例えば、１０12／ｃｍ2以上の高密度に
なる。 （２）上記（１）のことからターゲット２を保持する陰
極電極の構造が簡単になり、１０ｍｍ以上の厚みをもつ
強磁性体材料に対しても非磁性体と同様に高速スパッタ
が可能になるので、ターゲット材料の種類や形状に対す
る制約が大幅に緩和される。 （３）ターゲット２の材料がスパッタ面全域でほぼ均一
に消耗するので、材料の利用効率が非常によく、長時間
運転した後でも放電特性やスパッタ特性（スパッタ速
度、スパッタ粒子の方向性等）が殆ど変わらない。 （４）スパッタ速度は、ターゲット２の電圧と高周波電
力の何れに対しても直線的に増加するので、スパッタ速
度の制御性が非常によい。また放電ガス圧力、ターゲッ
ト電圧等の変動に対する安定性も非常に優れている。 （５）スパッタ粒子のイオン化率が、通常のスパッタ装
置のそれに比べて格段に高く、且つイオンのエネルギー
が揃っているので、電界や磁界によって形成膜質を大幅
に制御することができる。
ッタ装置や高周波放電プラズマ支援型マグネトロンスパ
ッタ装置に比べて次のような特長を持っている。 （１）高速スパッタとスパッタ粒子のイオン化に必要な
プラズマは、専ら高周波アンテナコイル３に供給する高
周波電力によって発生し、発生したプラズマは、このコ
イル３の中に閉じ込められる。このためターゲット２周
辺に特別な磁気回路を構成しなくてもスパッタ空間のプ
ラズマ密度は、例えば、１０12／ｃｍ2以上の高密度に
なる。 （２）上記（１）のことからターゲット２を保持する陰
極電極の構造が簡単になり、１０ｍｍ以上の厚みをもつ
強磁性体材料に対しても非磁性体と同様に高速スパッタ
が可能になるので、ターゲット材料の種類や形状に対す
る制約が大幅に緩和される。 （３）ターゲット２の材料がスパッタ面全域でほぼ均一
に消耗するので、材料の利用効率が非常によく、長時間
運転した後でも放電特性やスパッタ特性（スパッタ速
度、スパッタ粒子の方向性等）が殆ど変わらない。 （４）スパッタ速度は、ターゲット２の電圧と高周波電
力の何れに対しても直線的に増加するので、スパッタ速
度の制御性が非常によい。また放電ガス圧力、ターゲッ
ト電圧等の変動に対する安定性も非常に優れている。 （５）スパッタ粒子のイオン化率が、通常のスパッタ装
置のそれに比べて格段に高く、且つイオンのエネルギー
が揃っているので、電界や磁界によって形成膜質を大幅
に制御することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のスパッタ装置では、以下のような課題があ
る。 （１）スパッタ速度とスパッタ粒子のイオン化に直接関
係するプラズマ密度は、高周波アンテナコイル３の中心
部で高くなる。しかしながら、ターゲット２のスパッタ
面が図４に示されるように、このプラズマ密度の高い領
域から外れた高周波アンテナコイル３の外側にあるため
に、発生した高密度プラズマがスパッタのために効率よ
く利用されていない。 （２）スパッタ条件によっては、僅かではあるが高周波
アンテナコイル材料の一部がスパッタし、特に、高周波
アンテナコイル３のターゲット２に臨んでいない側の部
分は、スパッタされたターゲット材料が付着しないため
に、高周波アンテナコイル材料がスパッタされ、これが
形成膜中に混入して形成膜の純度を低下させることがあ
る。 （３）ターゲット２に供給する電力が直流電力だけであ
るので、石英やアルミナといった誘電体材料をスパッタ
することができない。 （４）スパッタ特性が放電ガス圧力の減少とともに悪化
し、１０-1Ｐａ以下の低ガス圧力領域では、放電が停止
してスパッタ成膜ができなくなる。 （５）ターゲット２は、高速スパッタによって急速に浸
食、消耗するので、長時間に亘って連続運転するときに
は、これの寿命が大いに問題とになる。
うな従来のスパッタ装置では、以下のような課題があ
る。 （１）スパッタ速度とスパッタ粒子のイオン化に直接関
係するプラズマ密度は、高周波アンテナコイル３の中心
部で高くなる。しかしながら、ターゲット２のスパッタ
面が図４に示されるように、このプラズマ密度の高い領
域から外れた高周波アンテナコイル３の外側にあるため
に、発生した高密度プラズマがスパッタのために効率よ
く利用されていない。 （２）スパッタ条件によっては、僅かではあるが高周波
アンテナコイル材料の一部がスパッタし、特に、高周波
アンテナコイル３のターゲット２に臨んでいない側の部
分は、スパッタされたターゲット材料が付着しないため
に、高周波アンテナコイル材料がスパッタされ、これが
形成膜中に混入して形成膜の純度を低下させることがあ
る。 （３）ターゲット２に供給する電力が直流電力だけであ
るので、石英やアルミナといった誘電体材料をスパッタ
することができない。 （４）スパッタ特性が放電ガス圧力の減少とともに悪化
し、１０-1Ｐａ以下の低ガス圧力領域では、放電が停止
してスパッタ成膜ができなくなる。 （５）ターゲット２は、高速スパッタによって急速に浸
食、消耗するので、長時間に亘って連続運転するときに
は、これの寿命が大いに問題とになる。
【００１０】本発明は、以上のような点に鑑みて為され
たものであって、誘導結合型高周波プラズマスパッタ装
置がもつ数多くの優れた特長を活かしながら、上記の諸
問題点を解決することによって本装置の飛躍的な性能の
向上と応用範囲の拡大を図るものである。
たものであって、誘導結合型高周波プラズマスパッタ装
置がもつ数多くの優れた特長を活かしながら、上記の諸
問題点を解決することによって本装置の飛躍的な性能の
向上と応用範囲の拡大を図るものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。
を達成するために、次のように構成している。
【００１２】すなわち、本発明のスパッタリング装置
は、真空室内に、直流電力が供給されるターゲットと、
高周波電力が供給される高周波コイルとを備え、前記タ
ーゲットのスパッタ面を、前記高周波コイルの内側に配
置している。
は、真空室内に、直流電力が供給されるターゲットと、
高周波電力が供給される高周波コイルとを備え、前記タ
ーゲットのスパッタ面を、前記高周波コイルの内側に配
置している。
【００１３】本発明によると、ターゲットのスパッタ面
を、プラズマ密度の高い高周波コイルの内側に配置した
ので、発生した高密度のプラズマがスパッタのために効
率よく利用されることになり、成膜速度が高まり、生産
性が向上する。
を、プラズマ密度の高い高周波コイルの内側に配置した
ので、発生した高密度のプラズマがスパッタのために効
率よく利用されることになり、成膜速度が高まり、生産
性が向上する。
【００１４】本発明の一つの実施態様においては、前記
ターゲットには、前記直流電力に代えて、高周波電力を
供給可能としている。
ターゲットには、前記直流電力に代えて、高周波電力を
供給可能としている。
【００１５】本発明によると、ターゲットには、直流電
力に代えて、高周波電力を供給することもできるので、
石英やアルミナといった誘電体材料をスパッタすること
も可能となる。
力に代えて、高周波電力を供給することもできるので、
石英やアルミナといった誘電体材料をスパッタすること
も可能となる。
【００１６】本発明の他の実施態様においては、前記タ
ーゲットを、長手方向に延びる棒状体とし、その長手方
向の一端側を、前記高周波コイルの内側に挿入して前記
スパッタ面とするとともに、前記一端側のターゲット材
料の消耗に応じて、該一端側のスパッタ面が、前記高周
波コイルの内側に位置するように前記ターゲットを長手
方向に移動させて補給するものである。
ーゲットを、長手方向に延びる棒状体とし、その長手方
向の一端側を、前記高周波コイルの内側に挿入して前記
スパッタ面とするとともに、前記一端側のターゲット材
料の消耗に応じて、該一端側のスパッタ面が、前記高周
波コイルの内側に位置するように前記ターゲットを長手
方向に移動させて補給するものである。
【００１７】ここで、棒状体は、長手方向に棒状に延び
るものであれば、必ずしも直線状に限らず、また、その
太さは限定されず、細い線状体や柱状体などを含むもの
である。
るものであれば、必ずしも直線状に限らず、また、その
太さは限定されず、細い線状体や柱状体などを含むもの
である。
【００１８】本発明によると、ターゲットが高速スパッ
タによって急速に浸食、消耗しても長手方向に延びる棒
状体のターゲットを移動させることによって、ターゲッ
ト材料を補給できることになり、これによって、長時間
に亘る連続運転が可能となる。
タによって急速に浸食、消耗しても長手方向に延びる棒
状体のターゲットを移動させることによって、ターゲッ
ト材料を補給できることになり、これによって、長時間
に亘る連続運転が可能となる。
【００１９】本発明の好ましい実施態様においては、前
記ターゲットを主ターゲットとし、該主ターゲットは、
前記高周波コイルの一端寄りに配置され、前記真空室内
に、直流電力が供給される環状の補助ターゲットを、前
記高周波コイルの他端側に配置している。
記ターゲットを主ターゲットとし、該主ターゲットは、
前記高周波コイルの一端寄りに配置され、前記真空室内
に、直流電力が供給される環状の補助ターゲットを、前
記高周波コイルの他端側に配置している。
【００２０】ここで、主ターゲットと補助ターゲットの
材料は、同一であってもよいし、異なるものであってよ
く、異なる材料としたときには、異なる材料が混合した
成膜を行なうことができる。
材料は、同一であってもよいし、異なるものであってよ
く、異なる材料としたときには、異なる材料が混合した
成膜を行なうことができる。
【００２１】本発明によると、高周波コイルの一端寄り
に主ターゲットを、他端側の補助ターゲットを配置した
ので、高周波コイルには、ターゲット材料が、両ターゲ
ットから付着し、これによって、高周波コイル材料のス
パッタを防止して形成膜の純度低下を防止することがで
きるとともに、二つのターゲットを同時にスパッタする
ので成膜速度を高めることができる。
に主ターゲットを、他端側の補助ターゲットを配置した
ので、高周波コイルには、ターゲット材料が、両ターゲ
ットから付着し、これによって、高周波コイル材料のス
パッタを防止して形成膜の純度低下を防止することがで
きるとともに、二つのターゲットを同時にスパッタする
ので成膜速度を高めることができる。
【００２２】本発明の他の実施態様においては、前記補
助ターゲットには、前記直流電力に代えて、高周波電力
を供給可能としている。
助ターゲットには、前記直流電力に代えて、高周波電力
を供給可能としている。
【００２３】本発明によると、直流電力に代えて、高周
波電力を供給することもできるので、石英やアルミナと
いった誘電体材料をスパッタすることも可能となる。
波電力を供給することもできるので、石英やアルミナと
いった誘電体材料をスパッタすることも可能となる。
【００２４】本発明の更に他の実施態様においては、ス
パッタ空間に、前記高周波コイルの内側の中心軸に対し
て垂直方向の直流磁界を加える磁界印加手段を備えてい
る。
パッタ空間に、前記高周波コイルの内側の中心軸に対し
て垂直方向の直流磁界を加える磁界印加手段を備えてい
る。
【００２５】本発明によると、例えば、１０-2Ｐａ台の
低ガス圧力領域でも安定した高速スパッタが可能とな
り、スパッタ粒子の直進性を大幅に高めることができ
る。
低ガス圧力領域でも安定した高速スパッタが可能とな
り、スパッタ粒子の直進性を大幅に高めることができ
る。
【００２６】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は、本発明
の一つの実施の形態に係るスパッタリング装置の概略構
成図である。
の一つの実施の形態に係るスパッタリング装置の概略構
成図である。
【００２７】真空室１は、例えば、直径１６０ｍｍ、高
さ１００ｍｍの円筒状をしており、金属、例えば、ステ
ンレス鋼からなり、接地されている。この真空室１の内
部には、平板状の主ターゲット２、螺旋状の高周波アン
テナコイル３、プラズマ遮蔽格子４が設置されるととも
に、主ターゲット２に対向して、基板５が、基板保持台
６に保持されている。なお、２４は真空室１内を真空に
排気するための排気口、２５はアルゴンガスなどのスパ
ッタガスを導入するガス導入口である。
さ１００ｍｍの円筒状をしており、金属、例えば、ステ
ンレス鋼からなり、接地されている。この真空室１の内
部には、平板状の主ターゲット２、螺旋状の高周波アン
テナコイル３、プラズマ遮蔽格子４が設置されるととも
に、主ターゲット２に対向して、基板５が、基板保持台
６に保持されている。なお、２４は真空室１内を真空に
排気するための排気口、２５はアルゴンガスなどのスパ
ッタガスを導入するガス導入口である。
【００２８】主ターゲット２は、例えば、直径４０ｍｍ
から１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状をしており、背面
から水冷が施されている。
から１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状をしており、背面
から水冷が施されている。
【００２９】プラズマ励起用の高周波アンテナコイル３
は、例えば、直径６ｍｍの銅パイプを用いて、直径６０
ｍｍ〜１２０ｍｍ、巻き数４〜６回になるように螺旋状
に曲げ加工し、この銅パイプの中に冷却水を通すように
している。この高周波アンテナコイル３は、インピーダ
ンス整合回路７を介して、周波数１３．５６ＭＨｚの高
周波電源装置８に接続されている。
は、例えば、直径６ｍｍの銅パイプを用いて、直径６０
ｍｍ〜１２０ｍｍ、巻き数４〜６回になるように螺旋状
に曲げ加工し、この銅パイプの中に冷却水を通すように
している。この高周波アンテナコイル３は、インピーダ
ンス整合回路７を介して、周波数１３．５６ＭＨｚの高
周波電源装置８に接続されている。
【００３０】ステンレス鋼などからなる２４メッシュ程
度のプラズマ遮蔽格子（メッシュグリッド電極）４は、
高周波エネルギーによって発生するプラズマを高周波ア
ンテナコイル３の中に閉じ込めてスパッタ空間９のプラ
ズマ密度を高めると同時に、成膜時にプラズマが基板５
に接触するのを防ぎ、さらに、図示しない整合回路に接
続された自己バイアス抵抗によって制御できるプラズマ
電位を利用して基板５に入射するイオン化スパッタ粒子
のエネルギーを制御するときに重要な働きをする。
度のプラズマ遮蔽格子（メッシュグリッド電極）４は、
高周波エネルギーによって発生するプラズマを高周波ア
ンテナコイル３の中に閉じ込めてスパッタ空間９のプラ
ズマ密度を高めると同時に、成膜時にプラズマが基板５
に接触するのを防ぎ、さらに、図示しない整合回路に接
続された自己バイアス抵抗によって制御できるプラズマ
電位を利用して基板５に入射するイオン化スパッタ粒子
のエネルギーを制御するときに重要な働きをする。
【００３１】この実施の形態では、主ターゲット２は、
スパッタ面が、高周波アンテナコイル３の一端から、例
えば、１０ｍｍ程度中にくるように、すなわち、螺旋の
内側に位置するように設置される。
スパッタ面が、高周波アンテナコイル３の一端から、例
えば、１０ｍｍ程度中にくるように、すなわち、螺旋の
内側に位置するように設置される。
【００３２】さらに、高周波アンテナコイル３の他端側
には、例えば、外径１００ｍｍ、内径６０ｍｍの円環状
の補助ターゲット１０が、配置されており、この補助タ
ーゲット１０は、水冷されている。
には、例えば、外径１００ｍｍ、内径６０ｍｍの円環状
の補助ターゲット１０が、配置されており、この補助タ
ーゲット１０は、水冷されている。
【００３３】これら二つのターゲット２，１０には、直
流電源１１，１２からの直流電力または高周波電源装置
１３，１４からインピーダンス整合回路１５，１６を介
して１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、切換えて供給で
きるように切換回路１７，１８が設けられている。
流電源１１，１２からの直流電力または高周波電源装置
１３，１４からインピーダンス整合回路１５，１６を介
して１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、切換えて供給で
きるように切換回路１７，１８が設けられている。
【００３４】基板保持台６は、図に示されるように、必
要に応じて基板バイアス用の直流電圧、例えば、０〜−
３００Ｖまたは周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を
印加できるようになっている。
要に応じて基板バイアス用の直流電圧、例えば、０〜−
３００Ｖまたは周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を
印加できるようになっている。
【００３５】次に、この実施の形態の装置の作動につい
て説明する。
て説明する。
【００３６】先ず、真空室１内を排気した後、真空室１
内に高純度のアルゴンガスを導入してそのガス圧力を所
定の圧力、例えば、５Ｐａにし、周波数１３．５６ＭＨ
ｚの所定の高周波電力、例えば、３００Ｗを高周波アン
テナコイル３に加える。このときアルゴンガスの放電が
始まり、発生したプラズマは、高周波アンテナコイル３
の中にほぼ完全に閉じ込められて、例えば、１０12／ｃ
ｍ3台の高密度となり、アルゴンガス特有の赤紫色で強
烈に発光する。
内に高純度のアルゴンガスを導入してそのガス圧力を所
定の圧力、例えば、５Ｐａにし、周波数１３．５６ＭＨ
ｚの所定の高周波電力、例えば、３００Ｗを高周波アン
テナコイル３に加える。このときアルゴンガスの放電が
始まり、発生したプラズマは、高周波アンテナコイル３
の中にほぼ完全に閉じ込められて、例えば、１０12／ｃ
ｍ3台の高密度となり、アルゴンガス特有の赤紫色で強
烈に発光する。
【００３７】次に、主ターゲット２と補助ターゲット１
０とにそれぞれ−２００Ｖ〜−１０００Ｖのスパッタ用
直流電圧を加えると、８００ｍＡ以上の多量の衝撃イオ
ン電流が流れて高速スパッタが始まる。このようにして
発生した高密度のスパッタ粒子は、基板５に向かって飛
翔中にさらにイオン化に必要なエネルギーを高周波電磁
界やアルゴンイオンあるいは準安定準位に励起したアル
ゴン原子から受け取って非常に高い割合でイオン化す
る。このときのスパッタ空間の色は、ターゲット材料特
有のものに変わる。例えば、鉄の場合には青色に、銅の
場合には緑色になる。
０とにそれぞれ−２００Ｖ〜−１０００Ｖのスパッタ用
直流電圧を加えると、８００ｍＡ以上の多量の衝撃イオ
ン電流が流れて高速スパッタが始まる。このようにして
発生した高密度のスパッタ粒子は、基板５に向かって飛
翔中にさらにイオン化に必要なエネルギーを高周波電磁
界やアルゴンイオンあるいは準安定準位に励起したアル
ゴン原子から受け取って非常に高い割合でイオン化す
る。このときのスパッタ空間の色は、ターゲット材料特
有のものに変わる。例えば、鉄の場合には青色に、銅の
場合には緑色になる。
【００３８】この実施の形態では、高密度プラズマの発
生は専ら高周波アンテナコイル３に加えられる高周波エ
ネルギーによって行なわれており、両ターゲット２，１
０に加える直流または高周波エネルギーは、プラズマ中
の正イオンをこれの表面に衝突させてスパッタさせるこ
とに使われ、プラズマの発生には殆ど寄与していない。
したがって、種々の形状、例えば、棒状や細線状などの
薄膜化材料をターゲットとして使用できる。
生は専ら高周波アンテナコイル３に加えられる高周波エ
ネルギーによって行なわれており、両ターゲット２，１
０に加える直流または高周波エネルギーは、プラズマ中
の正イオンをこれの表面に衝突させてスパッタさせるこ
とに使われ、プラズマの発生には殆ど寄与していない。
したがって、種々の形状、例えば、棒状や細線状などの
薄膜化材料をターゲットとして使用できる。
【００３９】（実施の形態２）図２は、本発明の他の実
施の形態に係るスパッタリング装置の概略構成図であ
り、上述の実施の形態に対応する部分には、同一の参照
符号を付す。
施の形態に係るスパッタリング装置の概略構成図であ
り、上述の実施の形態に対応する部分には、同一の参照
符号を付す。
【００４０】この実施の形態では、平板状の主ターゲッ
ト２に代えて、例えば、直径１５ｍｍの棒状の主ターゲ
ット２−１を使用しており、この主ターゲット２−１の
一端側である先端部２−１ａが、高周波アンテナコイル
３の中心部にくるように設置するとともに、これの先端
部、例えば、１０ｍｍ〜１５ｍｍを残して他の部分を接
地電位に保った、例えば、直径２０ｍｍの銅パイプ１９
で覆っている。これによって、イオンが主ターゲット２
−１の先端部２−１ａのみを衝撃するようになる。した
がって、この先端部２−１ａは、高速でスパッタされる
と同時に局部的に温度が上昇する。この温度上昇によっ
てスパッタ量が増すだけではなく、材料によっては昇華
あるいは蒸発を伴うようになり、成膜速度が急速に増す
ことになる。
ト２に代えて、例えば、直径１５ｍｍの棒状の主ターゲ
ット２−１を使用しており、この主ターゲット２−１の
一端側である先端部２−１ａが、高周波アンテナコイル
３の中心部にくるように設置するとともに、これの先端
部、例えば、１０ｍｍ〜１５ｍｍを残して他の部分を接
地電位に保った、例えば、直径２０ｍｍの銅パイプ１９
で覆っている。これによって、イオンが主ターゲット２
−１の先端部２−１ａのみを衝撃するようになる。した
がって、この先端部２−１ａは、高速でスパッタされる
と同時に局部的に温度が上昇する。この温度上昇によっ
てスパッタ量が増すだけではなく、材料によっては昇華
あるいは蒸発を伴うようになり、成膜速度が急速に増す
ことになる。
【００４１】この実施の形態では、銅パイプ１９の基部
の外側には、環状の磁石２０を配置するとともに、銅パ
イプ１９内の主ターゲット２−１の他端２−１ｂには、
ニッケル等の強磁性体２１が装着されるとともに、支持
部材２２によって主ターゲット２−１が長手方向（軸方
法）に摺動可能に支持されている。
の外側には、環状の磁石２０を配置するとともに、銅パ
イプ１９内の主ターゲット２−１の他端２−１ｂには、
ニッケル等の強磁性体２１が装着されるとともに、支持
部材２２によって主ターゲット２−１が長手方向（軸方
法）に摺動可能に支持されている。
【００４２】これによって、多量のスパッタ材料を蓄え
ておき、運転中に消耗する分量を、磁石２０を移動させ
て主ターゲット２−１を移動させることによって、ター
ゲット材料を、連続的に補給することができる。
ておき、運転中に消耗する分量を、磁石２０を移動させ
て主ターゲット２−１を移動させることによって、ター
ゲット材料を、連続的に補給することができる。
【００４３】なお、長尺のベローズなどを用いたトラン
スファーロッド等によって主ターゲット２−１の移動機
構を構成してもよい。また、ウィルソンシールなどによ
って、ターゲット材料を、真空室外から補給できるよう
にしてもよい。
スファーロッド等によって主ターゲット２−１の移動機
構を構成してもよい。また、ウィルソンシールなどによ
って、ターゲット材料を、真空室外から補給できるよう
にしてもよい。
【００４４】この実施の形態のスパッタリング装置は、
このように長時間に亘る連続した高速スパッタ成膜に適
するだけでなく、細線状の希少材料に対しても適用する
ことができる。
このように長時間に亘る連続した高速スパッタ成膜に適
するだけでなく、細線状の希少材料に対しても適用する
ことができる。
【００４５】その他の構成は、上述の実施の形態１と同
様である。
様である。
【００４６】（実施の形態３）図３は、本発明の更に他
の実施の形態に係るスパッタリング装置の概略構成図で
あり、上述の実施の形態１に対応する部分には、同一の
参照符号を付す。
の実施の形態に係るスパッタリング装置の概略構成図で
あり、上述の実施の形態１に対応する部分には、同一の
参照符号を付す。
【００４７】この実施の形態では、真空室１の外側に
は、スパッタ空間９に対して、高周波アンテナコイル３
の内側の仮想線で示される螺旋の中心軸２６に対して垂
直方向の直流磁界を加える磁界印加手段としての一対の
磁石２３を、真空室１を挟んで対向配置している。
は、スパッタ空間９に対して、高周波アンテナコイル３
の内側の仮想線で示される螺旋の中心軸２６に対して垂
直方向の直流磁界を加える磁界印加手段としての一対の
磁石２３を、真空室１を挟んで対向配置している。
【００４８】この実施の形態では、これら磁石２３によ
って、例えば、数十ガウス、好ましくは、１０〜３０ガ
ウスの直流磁界を加えることによって、一種のＥＣＲ放
電の状態となり、例えば、１０-1Ｐａ〜１０-2Ｐａ台の
低ガス圧力領域でも安定した高速スパッタができるよう
になった。
って、例えば、数十ガウス、好ましくは、１０〜３０ガ
ウスの直流磁界を加えることによって、一種のＥＣＲ放
電の状態となり、例えば、１０-1Ｐａ〜１０-2Ｐａ台の
低ガス圧力領域でも安定した高速スパッタができるよう
になった。
【００４９】なお、磁石２３は、一対に限らず、１個あ
るいは３個以上であってもよい。
るいは３個以上であってもよい。
【００５０】その他の構成は、上述の実施の形態１と同
様である。
様である。
【００５１】（その他の実施の形態）上述の実施の形態
２において、実施の形態３の磁石２３を設けて直流磁界
を印加するように構成してもよい。
２において、実施の形態３の磁石２３を設けて直流磁界
を印加するように構成してもよい。
【００５２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ターゲッ
トのスパッタ面を、プラズマ密度の高い高周波コイルの
内側に配置したので、発生した高密度のプラズマがスパ
ッタのために効率よく利用されることになり、成膜速度
が向上して生産性が向上する。
トのスパッタ面を、プラズマ密度の高い高周波コイルの
内側に配置したので、発生した高密度のプラズマがスパ
ッタのために効率よく利用されることになり、成膜速度
が向上して生産性が向上する。
【００５３】また、高周波コイルの一端寄りに主ターゲ
ットを、他端側に補助ターゲットを配置したので、高周
波コイル材料のスパッタを防止して形成膜の純度低下を
防止することができるとともに、二つのターゲットを同
時にスパッタするので成膜速度を一層高めることができ
る。
ットを、他端側に補助ターゲットを配置したので、高周
波コイル材料のスパッタを防止して形成膜の純度低下を
防止することができるとともに、二つのターゲットを同
時にスパッタするので成膜速度を一層高めることができ
る。
【００５４】さらに、ターゲットが高速スパッタによっ
て急速に浸食、消耗しても長手方向に延びる棒状体のタ
ーゲットを移動させることによって、ターゲット材料を
補給することができ、これによって、長時間に亘る連続
運転が可能となる。
て急速に浸食、消耗しても長手方向に延びる棒状体のタ
ーゲットを移動させることによって、ターゲット材料を
補給することができ、これによって、長時間に亘る連続
運転が可能となる。
【図１】本発明の一つの実施の形態の概略構成図であ
る。
る。
【図２】本発明の他の実施の形態の概略構成図である。
【図３】本発明の更に他の実施の形態の概略構成図であ
る。
る。
【図４】従来例の概略構成図である。
１ 真空室
２，２−１ 主ターゲット
３ 高周波アンテナコイル
４ プラズマ遮蔽格子
５ 基板
９ スパッタ空間
１０ 補助ターゲット
２３ 磁石
Claims (6)
- 【請求項１】 真空室内に、直流電力が供給されるター
ゲットと、高周波電力が供給される高周波コイルとを備
え、 前記ターゲットのスパッタ面を、前記高周波コイルの内
側に配置したことを特徴とするスパッタリング装置。 - 【請求項２】 前記ターゲットには、前記直流電力に代
えて、高周波電力を供給可能とした請求項１記載のスパ
ッタリング装置。 - 【請求項３】 前記ターゲットを、長手方向に延びる棒
状体とし、その長手方向の一端側を、前記高周波コイル
の内側に挿入にして前記スパッタ面とするとともに、前
記一端側のターゲット材料の消耗に応じて、該一端側の
スパッタ面が、前記高周波コイルの内側に位置するよう
に前記ターゲットを長手方向に移動させて補給する請求
項１または２記載のスパッタリング装置。 - 【請求項４】 前記ターゲットを主ターゲットとし、該
主ターゲットは、前記高周波コイルの一端寄りに配置さ
れ、 前記真空室内に、直流電力が供給される環状の補助ター
ゲットを、前記高周波コイルの他端側に配置した請求項
１〜３のいずれかに記載のスパッタリング装置。 - 【請求項５】 前記補助ターゲットには、前記直流電力
に代えて、高周波電力を供給可能とした請求項４記載の
スパッタリング装置。 - 【請求項６】 スパッタ空間に、前記高周波コイルの内
側の中心軸に対して垂直方向の直流磁界を加える磁界印
加手段を備える請求項１〜５のいずれかに記載のスパッ
タリング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002124228A JP2003313662A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | スパッタリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002124228A JP2003313662A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | スパッタリング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003313662A true JP2003313662A (ja) | 2003-11-06 |
Family
ID=29539304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002124228A Pending JP2003313662A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | スパッタリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003313662A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005066385A1 (ja) * | 2004-01-06 | 2005-07-21 | Ideal Star Inc. | イオン注入方法、及び、イオン注入装置 |
| JP2007046124A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Hitachi Zosen Corp | マグネトロンスパッタリング装置および薄膜形成方法 |
| JPWO2005090633A1 (ja) * | 2004-03-23 | 2008-02-07 | 株式会社イデアルスター | 材料膜の製造方法及び製造装置 |
| WO2009040964A1 (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-02 | Shinmaywa Industries, Ltd. | シートプラズマ成膜装置及びそれを用いた成膜方法 |
| WO2010023878A1 (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-04 | 株式会社イー・エム・ディー | スパッタリング薄膜形成装置 |
| JP2011179061A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Emd:Kk | スパッタリング薄膜形成装置 |
| WO2012070195A1 (ja) * | 2010-11-24 | 2012-05-31 | 株式会社アルバック | スパッタリング方法 |
| US20140216928A1 (en) * | 2011-08-30 | 2014-08-07 | Emd Corporation | Thin-film formation sputtering device |
| CN111020515A (zh) * | 2020-01-13 | 2020-04-17 | 兰州广合新材料科技有限公司 | 非超高真空环境离子镀膜制备低氧含量易氧化薄膜的装置及方法 |
-
2002
- 2002-04-25 JP JP2002124228A patent/JP2003313662A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005066385A1 (ja) * | 2004-01-06 | 2005-07-21 | Ideal Star Inc. | イオン注入方法、及び、イオン注入装置 |
| JP4769083B2 (ja) * | 2004-01-06 | 2011-09-07 | 株式会社イデアルスター | イオン注入方法、及び、イオン注入装置 |
| JPWO2005090633A1 (ja) * | 2004-03-23 | 2008-02-07 | 株式会社イデアルスター | 材料膜の製造方法及び製造装置 |
| JP2007046124A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Hitachi Zosen Corp | マグネトロンスパッタリング装置および薄膜形成方法 |
| WO2009040964A1 (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-02 | Shinmaywa Industries, Ltd. | シートプラズマ成膜装置及びそれを用いた成膜方法 |
| JP5022442B2 (ja) * | 2007-09-27 | 2012-09-12 | 新明和工業株式会社 | シートプラズマ成膜装置及びそれを用いた成膜方法 |
| WO2010023878A1 (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-04 | 株式会社イー・エム・ディー | スパッタリング薄膜形成装置 |
| US8916034B2 (en) | 2008-08-28 | 2014-12-23 | Emd Corporation | Thin-film forming sputtering system |
| JP2011179061A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Emd:Kk | スパッタリング薄膜形成装置 |
| WO2012070195A1 (ja) * | 2010-11-24 | 2012-05-31 | 株式会社アルバック | スパッタリング方法 |
| US20140216928A1 (en) * | 2011-08-30 | 2014-08-07 | Emd Corporation | Thin-film formation sputtering device |
| CN111020515A (zh) * | 2020-01-13 | 2020-04-17 | 兰州广合新材料科技有限公司 | 非超高真空环境离子镀膜制备低氧含量易氧化薄膜的装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7404879B2 (en) | Ionized physical vapor deposition apparatus using helical self-resonant coil | |
| JP5346178B2 (ja) | プラズマの発生及びスパッタのためのコイル | |
| TWI495743B (zh) | 濺鍍薄膜形成裝置 | |
| EP0801413A1 (en) | Inductively coupled plasma reactor with faraday-sputter shield | |
| US5298137A (en) | Method and apparatus for linear magnetron sputtering | |
| US8911602B2 (en) | Dual hexagonal shaped plasma source | |
| JPH07188917A (ja) | コリメーション装置 | |
| JPH0627323B2 (ja) | スパツタリング方法及びその装置 | |
| EP1292717A1 (en) | Pulsed highly ionized magnetron sputtering | |
| JP4945566B2 (ja) | 容量結合型磁気中性線プラズマスパッタ装置 | |
| JP5417437B2 (ja) | 成膜方法及び成膜装置 | |
| US8377269B2 (en) | Sputtering apparatus | |
| KR890004171B1 (ko) | 진공 스퍼터링 장치 | |
| TW408358B (en) | Improved inductively coupled plasma source | |
| JP2003313662A (ja) | スパッタリング装置 | |
| TWI296813B (en) | Improvements in and relating to magnetron sputtering | |
| CN213203180U (zh) | 溅射镀膜设备 | |
| JP6824701B2 (ja) | 成膜方法及び成膜装置 | |
| JPS61231170A (ja) | プレーナペニングマグネトロンスパツタリング装置 | |
| CN111394707B (zh) | 一种等离子体源及其用于镀膜的装置、系统和方法 | |
| JP2000156374A (ja) | スパッタ処理応用のプラズマ処理装置 | |
| JP3712553B2 (ja) | スパッタリング装置 | |
| JP2007314842A (ja) | プラズマ生成装置およびこれを用いたスパッタ源 | |
| JPH06108238A (ja) | スパッタリング装置 | |
| JP3778501B2 (ja) | スパッタリング装置およびスパッタリング方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20050414 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071225 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080115 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20080520 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |