JP2003321773A - Ｅｃｒスパッタリング装置 - Google Patents
Ｅｃｒスパッタリング装置Info
- Publication number
- JP2003321773A JP2003321773A JP2002126311A JP2002126311A JP2003321773A JP 2003321773 A JP2003321773 A JP 2003321773A JP 2002126311 A JP2002126311 A JP 2002126311A JP 2002126311 A JP2002126311 A JP 2002126311A JP 2003321773 A JP2003321773 A JP 2003321773A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- targets
- target
- composition ratio
- elements
- 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
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高精度な組成比を有する合金薄膜を安定的に
成膜することができるＥＣＲスパッタリング装置の提
供。 【解決手段】 電子サイクロトロン共鳴によりプラズマ
を生成し、生成されたプラズマでターゲットをスパッタ
リングして基板Ｓ上に複数の元素から成る薄膜を形成す
るＥＣＲスパッタリング装置において、薄膜を構成する
複数の元素Ａ，Ｂに対応して複数のターゲット１１Ａ，
１１Ｂを配設する。ターゲット１１Ａ，１１Ｂにはそれ
ぞれＤＣバイアス電源１２Ａ，１２Ｂが接続され、各バ
イアス電位を独立に設定することができる。ターゲット
１１Ａ，１１Ｂの各バイアス電位を制御することによ
り、薄膜の組成比を容易にかつ精度良く制御することが
可能となる。
成膜することができるＥＣＲスパッタリング装置の提
供。 【解決手段】 電子サイクロトロン共鳴によりプラズマ
を生成し、生成されたプラズマでターゲットをスパッタ
リングして基板Ｓ上に複数の元素から成る薄膜を形成す
るＥＣＲスパッタリング装置において、薄膜を構成する
複数の元素Ａ，Ｂに対応して複数のターゲット１１Ａ，
１１Ｂを配設する。ターゲット１１Ａ，１１Ｂにはそれ
ぞれＤＣバイアス電源１２Ａ，１２Ｂが接続され、各バ
イアス電位を独立に設定することができる。ターゲット
１１Ａ，１１Ｂの各バイアス電位を制御することによ
り、薄膜の組成比を容易にかつ精度良く制御することが
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、ＥＣＲ（Electron
Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）によ
り生成したプラズマでターゲットをスパッタリングし
て、基板上に膜を形成するＥＣＲスパッタリング装置で
あって、特に、ＭＲＡＭのセンスレイヤーやＴＭＲのセ
ンスレイヤーの形成に適したＥＣＲスパッタリング装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＥＣＲスパッタリング装置では、アルゴ
ン雰囲気のプラズマ生成室内に磁場を形成するとともに
マイクロ波導入窓からマイクロ波を導入し、電子サイク
ロトロン共鳴を利用してプラズマ生成室内にプラズマを
生成する。そして、生成されたプラズマ中のアルゴンイ
オンをターゲットに入射させてスパッタ粒子を放出さ
せ、このスパッタ粒子を基板上に堆積させることにより
ターゲット物質から成る薄膜を形成している。 【０００３】通常、複数の元素から成る合金薄膜を成膜
する場合には、それらの元素を含み、かつ、目的とする
合金薄膜の組成比にほぼ近い組成比を有するターゲット
材を焼結等により形成する。そして、そのターゲット材
をアルゴンイオンでスパッタして、所望の組成比を有す
る合金薄膜を形成するようにしている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同一エ
ネルギーのアルゴンイオンでスパッタしても、元素の種
類によってスパッタ率が異なり、スパッタ率の低い元素
の組成比が低下することが知られている。そのため、ス
パッタ率も考慮してターゲット材の組成比を設定する
が、単元素のターゲット材と異なり複数の元素から成る
ターゲット材の場合には種々の要因が絡み、期待した組
成比に対するズレが生じやすかった。 【０００５】そこで、合金薄膜のターゲット材を製作す
る場合には、実際に形成した合金薄膜の組成比を測定し
てその結果をターゲット材の組成比にフィードバックす
る方法が用いられている。そして、このフィードバック
作業を繰り返し行って、実際の薄膜製造に用いるターゲ
ット材の組成比を決定するようにしている。そのため、
ターゲット材の組成比を決定するのに時間とコストがか
かるという問題があった。 【０００６】本発明の目的は、高精度な組成比を有する
合金薄膜を安定的に成膜することができるＥＣＲスパッ
タリング装置を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、電子サイクロ
トロン共鳴によりプラズマを生成し、生成されたプラズ
マでターゲットをスパッタリングして基板上に複数の元
素から成る薄膜を形成するＥＣＲスパッタリング装置に
適用され、複数の元素に対応した複数のターゲットと、
各元素に対応したターゲット毎に独立したバイアス電位
を印加するバイアス電源と、各ターゲットに印加される
バイアス電位を独立に制御して薄膜の組成比を制御する
制御部とを備えて上述の目的を達成する。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１は本発明によるＥＣＲスパッタ
リング装置の一実施の形態を示す図である。ＥＣＲスパ
ッタリング装置１は、プラズマを生成するためのプラズ
マ生成室２と、成膜対象である基板Ｓが収容される成膜
室３とを備えている。１５は装置全体の制御を行う制御
装置である。プラズマ生成室２と成膜室３とはプラズマ
引き出し開口４を介して連通しており、真空ポンプ１０
により真空排気される。プラズマ生成室２の周囲には、
磁場発生用の空芯コイル５が設けられている。コイル５
はプラズマ生成室２内にＥＣＲ条件を満たす磁場（８
７．５ｍＴ）を形成するとともに、プラズマを開口４を
通して成膜室３に導くための発散磁界も形成する。 【０００９】６はマイクロ波源であり、２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波を発生する。マイクロ波源６で生成したマ
イクロ波は導波管７によりプラズマ生成室２まで導か
れ、プラズマ生成室２に設けられた石英ガラス製のマイ
クロ波導入窓８を通してプラズマ生成室２内に導入され
る。プラズマ生成室２は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波
に対して空洞共振器として機能するように構成されてい
る。９はプラズマ生成室２にプラズマ生成用のアルゴン
ガスを供給するガス供給装置である。 【００１０】アルゴン雰囲気のプラズマ生成室２内に８
７．５ｍＴの磁場を生成し、マイクロ波導入窓８から
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入すると、ＥＣＲによ
ってアルゴンガスがイオン化されて高密度なプラズマが
生成される。プラズマ生成室２内のプラズマは、コイル
５により形成された発散磁界の磁力線１３に沿って開口
４から成膜室３に引き出される。このとき、成膜室３に
引き出されたプラズマの分布は、開口４の中心軸Ｊに関
してほぼ回転対称となっている。 【００１１】本実施の形態は、２種類の元素Ａ，Ｂから
成る合金薄膜を成膜する場合を例に示したものであり、
成膜室３内の開口４と基板Ｓとの間には、元素Ａに対応
するターゲット１１Ａと元素Ｂに対応するターゲット１
１Ｂとが設けられている。１２Ａ，１２ＢはＤＣバイア
ス電源であり、ＤＣバイアス電源１２Ａ，１２Ｂを電圧
制御モードで動作させて、ターゲット１１Ａ，１１Ｂの
それぞれに独立してバイアス電位が印加される。ＤＣバ
イアス電源１２Ａ，１２Ｂは電圧が可変な電源であり、
それぞれ独立に電圧設定を行うことができる。ＤＣバイ
アス電源１２Ａ，１２Ｂとしてはアーキングの発生を低
減する目的でパルス状ＤＣを発生するものが望ましい
が、連続的に一定のＤＣ電圧を与えるものであっても良
い。 【００１２】基板Ｓは基板ステージ１４により保持され
ている。成膜の最中には、基板ステージ１４は開口４の
中心軸Ｊを回転中心として基板Ｓを自転運動させたり、
または、基板Ｓを軸Ｊの周りに公転させつつ自転運動さ
せたりする。基板ステージ１４のこのような動作によ
り、各ターゲット１１Ａ，１１Ｂから放出されたスパッ
タ粒子は基板Ｓ上に均一に堆積する。なお、基板Ｓの自
転速度は、２０（ｒｐｍ）〜１０００（ｒｐｍ）に設定
される。 【００１３】図２はターゲット１１Ａ，１１Ｂを基板ス
テージ１４側から見た図である。矩形のターゲット１１
Ａ，１１Ｂはそれぞれ２つずつ設けられており、それら
は軸Ｊを中心とする回転対称な位置に交互に配設されて
いる。これらのターゲット１１Ａ，１１Ｂは、図１に示
すように軸Ｊを中心軸とする仮想円錐面上に沿って配設
されている。本実施の形態では、図２のように一対のタ
ーゲット１１Ａには共通のＤＣバイアス電源１２Ａによ
りバイアス電位が印加され、一対のターゲット１１Ｂに
は共通のＤＣバイアス電源１２Ｂによりバイアス電位が
印加されているが、それぞれのターゲット１１Ａ，１１
Ｂに対応してＤＣバイアス電源を用意しても良い。 【００１４】ターゲット１１Ａ，１１Ｂの数は基本的に
は１つずつあれば良いが、２つずつ、３つずつ、４つず
つ、…、のように各ターゲット１１Ａ，１１Ｂの数を増
やすことにより、スパッタ成膜の効率をより向上させる
ことができる。すなわち、ターゲット１１Ａ，１１Ｂに
より軸Ｊの周りを隙間なく囲むことにより、図１の磁力
線１３に沿って引き出されたプラズマを有効に利用する
ことが可能となる。なお、図１のターゲット１１Ａ，１
１Ｂのターゲット面と軸Ｊとの成す角度は、３０(deg)
〜８０(deg)程度に設定される。 【００１５】なお、本実施の形態では２元素Ａ，Ｂから
成る合金薄膜を形成する場合を例に説明しているが、３
種類以上の元素から成る合金薄膜を形成する場合も同様
であって、元素の種類の数だけターゲットの種類を用意
すれば良い。その場合も、各ターゲットを軸Ｊに関して
回転対称な位置に配設することにより、薄膜の組成の均
一性をより向上させることができる。例えば、３元素
Ａ，Ｂ，Ｃの合金薄膜の場合、元素Ａ，Ｂ，Ｃ毎にター
ゲットを設ければ良い。 【００１６】プラズマ中のアルゴンイオンは、各ターゲ
ット１１Ａ，１１Ｂに印加されたバイアス電位により加
速されて各ターゲット１１Ａ，１１Ｂの表面を衝撃す
る。このアルゴンイオン衝撃によって、各ターゲット１
１Ａ，１１Ｂからターゲット材の原子や原子の固まりが
弾性散乱され、それぞれ基板Ｓ上に堆積する。その結
果、ターゲット１１Ａ，１１Ｂを合金元素とする合金薄
膜が基板Ｓ上に形成される。 【００１７】ところで、発明者は、薄膜を成膜する際の
成膜レートが、ターゲットに印加されたバイアス電位に
依存して増加することを実験的に見い出した。図３はタ
ーゲット材に酸化鉄（ＦｅＯｘ）を用いたときのバイア
ス電位（Ｖ）と成膜レート（nm／min）との関係を示し
たものである。図３において成膜レート曲線Ｌ１はマイ
クロ波のパワーが２００（Ｗ）の場合であり、成膜レー
ト曲線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４はマイクロ波パワーを順に４０
０（Ｗ）、６００（Ｗ）、９００（Ｗ）と設定したもの
である。マイクロ波パワーがいずれの場合であっても、
バイアス電位が大きいほど成膜レートが大きくなる。例
えば、マイクロ波パワーが９００（Ｗ）であるＬ４の場
合には、バイアス電位が３００（Ｖ）のときの成膜レー
トは約１５（nm／min）であるが、バイアス電位を４０
０（Ｖ）の増加すると成膜レートは約２０（nn／min）
に増大する。 【００１８】すなわち、図２において、ターゲット１１
Ａのバイアス電位とターゲット１１Ｂのバイアス電位と
を独立に制御することによって、合金薄膜における元素
Ａと元素Ｂとの組成比を制御することができる。例え
ば、ターゲット１１Ａ，１１Ｂの元素に関して、図４の
ような成膜レート曲線ＬＡ，ＬＢが得られた場合を考え
る。ここで、元素Ａと元素Ｂとの組成比が１：２である
合金薄膜を成膜する場合には、成膜レート比が１：２と
なるようなバイアス電位をターゲット１１Ａ，１１Ｂに
印加すれば良い。 【００１９】図４の例では、ターゲット１１Ａにバイア
ス電位ＶＡを印加し、ターゲット１１Ｂにバイアス電位
ＶＢを印加すれば良い。このとき、元素Ａの成膜レート
は１０（nm／min）で、元素Ｂの成膜レートは２０（nm
／min）である。さらに、このバイアス電位ＶＡ，ＶＢ
で成膜して得られた合金薄膜の組成比が１：２からずれ
ていた場合には、実際に得られる組成比が１：２となる
ようにターゲット１１Ａ，１１Ｂのバイアス電位を微調
整すれば良い。 【００２０】図５は合金薄膜の組成比が１：３の場合の
ターゲット配列を示したものである。元素Ａのターゲッ
ト１１Ａを３個と元素Ｂのターゲット１１Ｂの９個とを
軸Ｊを囲むように配設して、２種類のターゲットの数の
比を１：３としている。そして、形成される合金薄膜の
実際の組成比が１：３となるようにターゲット１１Ａ，
１１Ｂのバイアス電位を微調整する。このように、ター
ゲットの数の比を変えることにより、例えば、組成比が
１：５のように大きく離れていてバイアス電位の調整だ
けで対応できない場合であっても、対応可能となる。 【００２１】上述したように、本実施の形態のＥＣＲス
パッタリング装置では、合金薄膜を構成する元素毎にタ
ーゲットを設け、それらのバイアス電位を独立に制御す
ることによって組成比を制御するようにした。そのた
め、バイアス電位の電気的制御によって合金薄膜の組成
比を容易に制御できるとともに、ターゲット消耗のよう
な成膜条件の経時変化にも容易に対応することができ
る。その結果、多元素合金薄膜に関して、高精度かつ安
定した組成比を得ることが可能となる。さらに、安定し
た再現性も達成することができる。 【００２２】また、ターゲット１１Ａ，１１Ｂには元素
単体のターゲット材が用いられ、従来のように合金薄膜
とほぼ同じ組成比のターゲット材を用意する必要がな
い。そのため、ターゲット製造の時間およびコストを大
幅に低減することができる。 【００２３】ところで、従来のＥＣＲスパッタリング装
置では、合金薄膜とほぼ近い組成比を有する合金ターゲ
ットを用いているが、このようにしてターゲット材の組
成比を決定しても、ターゲット材の消耗度などのような
成膜条件の変化等によって合金薄膜の組成比が微妙に変
化することがある。そのため、合金薄膜の組成比に関し
てある一定の範囲内でしか管理できず、近年の高機能薄
膜への対応が困難となってきている。しかしながら、本
実施の形態では、各ターゲット１１Ａ，１１Ｂのバイア
ス電位を独立に制御するようにしているため、このよう
な問題の発生を回避することができる。 【００２４】なお、上述した実施の形態では、ＤＣバイ
アス電源１２Ａ，１２Ｂを電圧制御モードで動作させ、
ターゲット１１Ａ，１１Ｂに印加されたバイアス電位を
制御することによって合金薄膜の組成比を制御したが、
バイアス電流を制御して組成比を制御するようにしても
よい。例えば、パルスバイアスＤＣ電源の場合には、電
圧制御モードに加えて電流制御モードにより動作させる
ことができる。電流制御モードにより電流値を設定する
と、その電流値に応じたバイアス電位がターゲット１１
Ａ、１１Ｂに印加される。よって、バイアス電流値を制
御することにより、成膜レートを制御することが可能と
なる。 【００２５】さらに、本実施の形態では合金薄膜の成膜
を例に説明したが、従来はＭＯＣＶＤ装置で形成される
ＢＳＴ薄膜（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３）やＰＺＴ薄膜
（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等の誘電体膜の成膜にも、
本発明の装置を適用することができる。ＭＯＣＶＤ装置
の場合には成膜装置とは別に気化装置を設け、その気化
装置で金属液体材料を気化して原料ガスを生成してい
る。生成された原料ガスはＭＯＣＶＤ装置に送られ、Ｍ
ＯＣＶＤ装置側でそれらの原料ガスの流量等を制御して
所望の薄膜を形成するようにしている。そのため、設備
が大がかりになるとともに、組成比をガス流量や分圧等
によって制御しているので高精度な組成比を得るのが困
難であった。しかし、本実施の形態のＥＣＲスパッタリ
ング装置を使用することにより、高精度な組成比を有す
る誘電体膜を容易に得ることができる。 【００２６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の元素から成る薄膜の組成比を安定的に精度良く制
御することができるとともに、薄膜形成の再現性の向上
を図ることができる。また、ターゲット製造に関するコ
ストダウンおよび製作期間の短縮を大幅に図ることがで
きる。
Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）によ
り生成したプラズマでターゲットをスパッタリングし
て、基板上に膜を形成するＥＣＲスパッタリング装置で
あって、特に、ＭＲＡＭのセンスレイヤーやＴＭＲのセ
ンスレイヤーの形成に適したＥＣＲスパッタリング装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＥＣＲスパッタリング装置では、アルゴ
ン雰囲気のプラズマ生成室内に磁場を形成するとともに
マイクロ波導入窓からマイクロ波を導入し、電子サイク
ロトロン共鳴を利用してプラズマ生成室内にプラズマを
生成する。そして、生成されたプラズマ中のアルゴンイ
オンをターゲットに入射させてスパッタ粒子を放出さ
せ、このスパッタ粒子を基板上に堆積させることにより
ターゲット物質から成る薄膜を形成している。 【０００３】通常、複数の元素から成る合金薄膜を成膜
する場合には、それらの元素を含み、かつ、目的とする
合金薄膜の組成比にほぼ近い組成比を有するターゲット
材を焼結等により形成する。そして、そのターゲット材
をアルゴンイオンでスパッタして、所望の組成比を有す
る合金薄膜を形成するようにしている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同一エ
ネルギーのアルゴンイオンでスパッタしても、元素の種
類によってスパッタ率が異なり、スパッタ率の低い元素
の組成比が低下することが知られている。そのため、ス
パッタ率も考慮してターゲット材の組成比を設定する
が、単元素のターゲット材と異なり複数の元素から成る
ターゲット材の場合には種々の要因が絡み、期待した組
成比に対するズレが生じやすかった。 【０００５】そこで、合金薄膜のターゲット材を製作す
る場合には、実際に形成した合金薄膜の組成比を測定し
てその結果をターゲット材の組成比にフィードバックす
る方法が用いられている。そして、このフィードバック
作業を繰り返し行って、実際の薄膜製造に用いるターゲ
ット材の組成比を決定するようにしている。そのため、
ターゲット材の組成比を決定するのに時間とコストがか
かるという問題があった。 【０００６】本発明の目的は、高精度な組成比を有する
合金薄膜を安定的に成膜することができるＥＣＲスパッ
タリング装置を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、電子サイクロ
トロン共鳴によりプラズマを生成し、生成されたプラズ
マでターゲットをスパッタリングして基板上に複数の元
素から成る薄膜を形成するＥＣＲスパッタリング装置に
適用され、複数の元素に対応した複数のターゲットと、
各元素に対応したターゲット毎に独立したバイアス電位
を印加するバイアス電源と、各ターゲットに印加される
バイアス電位を独立に制御して薄膜の組成比を制御する
制御部とを備えて上述の目的を達成する。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１は本発明によるＥＣＲスパッタ
リング装置の一実施の形態を示す図である。ＥＣＲスパ
ッタリング装置１は、プラズマを生成するためのプラズ
マ生成室２と、成膜対象である基板Ｓが収容される成膜
室３とを備えている。１５は装置全体の制御を行う制御
装置である。プラズマ生成室２と成膜室３とはプラズマ
引き出し開口４を介して連通しており、真空ポンプ１０
により真空排気される。プラズマ生成室２の周囲には、
磁場発生用の空芯コイル５が設けられている。コイル５
はプラズマ生成室２内にＥＣＲ条件を満たす磁場（８
７．５ｍＴ）を形成するとともに、プラズマを開口４を
通して成膜室３に導くための発散磁界も形成する。 【０００９】６はマイクロ波源であり、２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波を発生する。マイクロ波源６で生成したマ
イクロ波は導波管７によりプラズマ生成室２まで導か
れ、プラズマ生成室２に設けられた石英ガラス製のマイ
クロ波導入窓８を通してプラズマ生成室２内に導入され
る。プラズマ生成室２は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波
に対して空洞共振器として機能するように構成されてい
る。９はプラズマ生成室２にプラズマ生成用のアルゴン
ガスを供給するガス供給装置である。 【００１０】アルゴン雰囲気のプラズマ生成室２内に８
７．５ｍＴの磁場を生成し、マイクロ波導入窓８から
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入すると、ＥＣＲによ
ってアルゴンガスがイオン化されて高密度なプラズマが
生成される。プラズマ生成室２内のプラズマは、コイル
５により形成された発散磁界の磁力線１３に沿って開口
４から成膜室３に引き出される。このとき、成膜室３に
引き出されたプラズマの分布は、開口４の中心軸Ｊに関
してほぼ回転対称となっている。 【００１１】本実施の形態は、２種類の元素Ａ，Ｂから
成る合金薄膜を成膜する場合を例に示したものであり、
成膜室３内の開口４と基板Ｓとの間には、元素Ａに対応
するターゲット１１Ａと元素Ｂに対応するターゲット１
１Ｂとが設けられている。１２Ａ，１２ＢはＤＣバイア
ス電源であり、ＤＣバイアス電源１２Ａ，１２Ｂを電圧
制御モードで動作させて、ターゲット１１Ａ，１１Ｂの
それぞれに独立してバイアス電位が印加される。ＤＣバ
イアス電源１２Ａ，１２Ｂは電圧が可変な電源であり、
それぞれ独立に電圧設定を行うことができる。ＤＣバイ
アス電源１２Ａ，１２Ｂとしてはアーキングの発生を低
減する目的でパルス状ＤＣを発生するものが望ましい
が、連続的に一定のＤＣ電圧を与えるものであっても良
い。 【００１２】基板Ｓは基板ステージ１４により保持され
ている。成膜の最中には、基板ステージ１４は開口４の
中心軸Ｊを回転中心として基板Ｓを自転運動させたり、
または、基板Ｓを軸Ｊの周りに公転させつつ自転運動さ
せたりする。基板ステージ１４のこのような動作によ
り、各ターゲット１１Ａ，１１Ｂから放出されたスパッ
タ粒子は基板Ｓ上に均一に堆積する。なお、基板Ｓの自
転速度は、２０（ｒｐｍ）〜１０００（ｒｐｍ）に設定
される。 【００１３】図２はターゲット１１Ａ，１１Ｂを基板ス
テージ１４側から見た図である。矩形のターゲット１１
Ａ，１１Ｂはそれぞれ２つずつ設けられており、それら
は軸Ｊを中心とする回転対称な位置に交互に配設されて
いる。これらのターゲット１１Ａ，１１Ｂは、図１に示
すように軸Ｊを中心軸とする仮想円錐面上に沿って配設
されている。本実施の形態では、図２のように一対のタ
ーゲット１１Ａには共通のＤＣバイアス電源１２Ａによ
りバイアス電位が印加され、一対のターゲット１１Ｂに
は共通のＤＣバイアス電源１２Ｂによりバイアス電位が
印加されているが、それぞれのターゲット１１Ａ，１１
Ｂに対応してＤＣバイアス電源を用意しても良い。 【００１４】ターゲット１１Ａ，１１Ｂの数は基本的に
は１つずつあれば良いが、２つずつ、３つずつ、４つず
つ、…、のように各ターゲット１１Ａ，１１Ｂの数を増
やすことにより、スパッタ成膜の効率をより向上させる
ことができる。すなわち、ターゲット１１Ａ，１１Ｂに
より軸Ｊの周りを隙間なく囲むことにより、図１の磁力
線１３に沿って引き出されたプラズマを有効に利用する
ことが可能となる。なお、図１のターゲット１１Ａ，１
１Ｂのターゲット面と軸Ｊとの成す角度は、３０(deg)
〜８０(deg)程度に設定される。 【００１５】なお、本実施の形態では２元素Ａ，Ｂから
成る合金薄膜を形成する場合を例に説明しているが、３
種類以上の元素から成る合金薄膜を形成する場合も同様
であって、元素の種類の数だけターゲットの種類を用意
すれば良い。その場合も、各ターゲットを軸Ｊに関して
回転対称な位置に配設することにより、薄膜の組成の均
一性をより向上させることができる。例えば、３元素
Ａ，Ｂ，Ｃの合金薄膜の場合、元素Ａ，Ｂ，Ｃ毎にター
ゲットを設ければ良い。 【００１６】プラズマ中のアルゴンイオンは、各ターゲ
ット１１Ａ，１１Ｂに印加されたバイアス電位により加
速されて各ターゲット１１Ａ，１１Ｂの表面を衝撃す
る。このアルゴンイオン衝撃によって、各ターゲット１
１Ａ，１１Ｂからターゲット材の原子や原子の固まりが
弾性散乱され、それぞれ基板Ｓ上に堆積する。その結
果、ターゲット１１Ａ，１１Ｂを合金元素とする合金薄
膜が基板Ｓ上に形成される。 【００１７】ところで、発明者は、薄膜を成膜する際の
成膜レートが、ターゲットに印加されたバイアス電位に
依存して増加することを実験的に見い出した。図３はタ
ーゲット材に酸化鉄（ＦｅＯｘ）を用いたときのバイア
ス電位（Ｖ）と成膜レート（nm／min）との関係を示し
たものである。図３において成膜レート曲線Ｌ１はマイ
クロ波のパワーが２００（Ｗ）の場合であり、成膜レー
ト曲線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４はマイクロ波パワーを順に４０
０（Ｗ）、６００（Ｗ）、９００（Ｗ）と設定したもの
である。マイクロ波パワーがいずれの場合であっても、
バイアス電位が大きいほど成膜レートが大きくなる。例
えば、マイクロ波パワーが９００（Ｗ）であるＬ４の場
合には、バイアス電位が３００（Ｖ）のときの成膜レー
トは約１５（nm／min）であるが、バイアス電位を４０
０（Ｖ）の増加すると成膜レートは約２０（nn／min）
に増大する。 【００１８】すなわち、図２において、ターゲット１１
Ａのバイアス電位とターゲット１１Ｂのバイアス電位と
を独立に制御することによって、合金薄膜における元素
Ａと元素Ｂとの組成比を制御することができる。例え
ば、ターゲット１１Ａ，１１Ｂの元素に関して、図４の
ような成膜レート曲線ＬＡ，ＬＢが得られた場合を考え
る。ここで、元素Ａと元素Ｂとの組成比が１：２である
合金薄膜を成膜する場合には、成膜レート比が１：２と
なるようなバイアス電位をターゲット１１Ａ，１１Ｂに
印加すれば良い。 【００１９】図４の例では、ターゲット１１Ａにバイア
ス電位ＶＡを印加し、ターゲット１１Ｂにバイアス電位
ＶＢを印加すれば良い。このとき、元素Ａの成膜レート
は１０（nm／min）で、元素Ｂの成膜レートは２０（nm
／min）である。さらに、このバイアス電位ＶＡ，ＶＢ
で成膜して得られた合金薄膜の組成比が１：２からずれ
ていた場合には、実際に得られる組成比が１：２となる
ようにターゲット１１Ａ，１１Ｂのバイアス電位を微調
整すれば良い。 【００２０】図５は合金薄膜の組成比が１：３の場合の
ターゲット配列を示したものである。元素Ａのターゲッ
ト１１Ａを３個と元素Ｂのターゲット１１Ｂの９個とを
軸Ｊを囲むように配設して、２種類のターゲットの数の
比を１：３としている。そして、形成される合金薄膜の
実際の組成比が１：３となるようにターゲット１１Ａ，
１１Ｂのバイアス電位を微調整する。このように、ター
ゲットの数の比を変えることにより、例えば、組成比が
１：５のように大きく離れていてバイアス電位の調整だ
けで対応できない場合であっても、対応可能となる。 【００２１】上述したように、本実施の形態のＥＣＲス
パッタリング装置では、合金薄膜を構成する元素毎にタ
ーゲットを設け、それらのバイアス電位を独立に制御す
ることによって組成比を制御するようにした。そのた
め、バイアス電位の電気的制御によって合金薄膜の組成
比を容易に制御できるとともに、ターゲット消耗のよう
な成膜条件の経時変化にも容易に対応することができ
る。その結果、多元素合金薄膜に関して、高精度かつ安
定した組成比を得ることが可能となる。さらに、安定し
た再現性も達成することができる。 【００２２】また、ターゲット１１Ａ，１１Ｂには元素
単体のターゲット材が用いられ、従来のように合金薄膜
とほぼ同じ組成比のターゲット材を用意する必要がな
い。そのため、ターゲット製造の時間およびコストを大
幅に低減することができる。 【００２３】ところで、従来のＥＣＲスパッタリング装
置では、合金薄膜とほぼ近い組成比を有する合金ターゲ
ットを用いているが、このようにしてターゲット材の組
成比を決定しても、ターゲット材の消耗度などのような
成膜条件の変化等によって合金薄膜の組成比が微妙に変
化することがある。そのため、合金薄膜の組成比に関し
てある一定の範囲内でしか管理できず、近年の高機能薄
膜への対応が困難となってきている。しかしながら、本
実施の形態では、各ターゲット１１Ａ，１１Ｂのバイア
ス電位を独立に制御するようにしているため、このよう
な問題の発生を回避することができる。 【００２４】なお、上述した実施の形態では、ＤＣバイ
アス電源１２Ａ，１２Ｂを電圧制御モードで動作させ、
ターゲット１１Ａ，１１Ｂに印加されたバイアス電位を
制御することによって合金薄膜の組成比を制御したが、
バイアス電流を制御して組成比を制御するようにしても
よい。例えば、パルスバイアスＤＣ電源の場合には、電
圧制御モードに加えて電流制御モードにより動作させる
ことができる。電流制御モードにより電流値を設定する
と、その電流値に応じたバイアス電位がターゲット１１
Ａ、１１Ｂに印加される。よって、バイアス電流値を制
御することにより、成膜レートを制御することが可能と
なる。 【００２５】さらに、本実施の形態では合金薄膜の成膜
を例に説明したが、従来はＭＯＣＶＤ装置で形成される
ＢＳＴ薄膜（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３）やＰＺＴ薄膜
（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等の誘電体膜の成膜にも、
本発明の装置を適用することができる。ＭＯＣＶＤ装置
の場合には成膜装置とは別に気化装置を設け、その気化
装置で金属液体材料を気化して原料ガスを生成してい
る。生成された原料ガスはＭＯＣＶＤ装置に送られ、Ｍ
ＯＣＶＤ装置側でそれらの原料ガスの流量等を制御して
所望の薄膜を形成するようにしている。そのため、設備
が大がかりになるとともに、組成比をガス流量や分圧等
によって制御しているので高精度な組成比を得るのが困
難であった。しかし、本実施の形態のＥＣＲスパッタリ
ング装置を使用することにより、高精度な組成比を有す
る誘電体膜を容易に得ることができる。 【００２６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の元素から成る薄膜の組成比を安定的に精度良く制
御することができるとともに、薄膜形成の再現性の向上
を図ることができる。また、ターゲット製造に関するコ
ストダウンおよび製作期間の短縮を大幅に図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＥＣＲスパッタリング装置の一実
施の形態を示す図である。 【図２】ターゲット１１Ａ，１１Ｂを基板ステージ１４
側から見た図である。 【図３】バイアス電位（Ｖ）と成膜レート（nm／min）
との関係を示す図である。 【図４】元素Ａおよび元素Ｂに関する成膜レートを示す
図である。 【図５】ターゲット１１Ａ，１１Ｂの配置の他の例を説
明する図である。 【符号の説明】 １ ＥＣＲスパッタリング装置 ２ プラズマ生成室 ３ 成膜室 ４ プラズマ引き出し開口 ５ 空芯コイル ６ マイクロ波源 ８ マイクロ波導入窓 １１Ａ，１１Ｂ ターゲット １２Ａ，１２Ｂ ＤＣバイアス電源 １４ 基板ステージ １５ 制御装置 Ｓ 基板
施の形態を示す図である。 【図２】ターゲット１１Ａ，１１Ｂを基板ステージ１４
側から見た図である。 【図３】バイアス電位（Ｖ）と成膜レート（nm／min）
との関係を示す図である。 【図４】元素Ａおよび元素Ｂに関する成膜レートを示す
図である。 【図５】ターゲット１１Ａ，１１Ｂの配置の他の例を説
明する図である。 【符号の説明】 １ ＥＣＲスパッタリング装置 ２ プラズマ生成室 ３ 成膜室 ４ プラズマ引き出し開口 ５ 空芯コイル ６ マイクロ波源 ８ マイクロ波導入窓 １１Ａ，１１Ｂ ターゲット １２Ａ，１２Ｂ ＤＣバイアス電源 １４ 基板ステージ １５ 制御装置 Ｓ 基板
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 電子サイクロトロン共鳴によりプラズマ
を生成し、生成されたプラズマでターゲットをスパッタ
リングして基板上に複数の元素から成る薄膜を形成する
ＥＣＲスパッタリング装置において、 前記複数の元素に対応した複数のターゲットと、 各元素に対応した前記ターゲット毎に独立したバイアス
電位を印加するバイアス電源と、 前記各ターゲットに印加されるバイアス電位を独立に制
御して前記薄膜の組成比を制御する制御部とを備えたこ
とを特徴とするＥＣＲスパッタリング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002126311A JP2003321773A (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | Ｅｃｒスパッタリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002126311A JP2003321773A (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | Ｅｃｒスパッタリング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003321773A true JP2003321773A (ja) | 2003-11-14 |
Family
ID=29540764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002126311A Pending JP2003321773A (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | Ｅｃｒスパッタリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003321773A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080210550A1 (en) * | 2004-07-26 | 2008-09-04 | Schott Ag | Vacuum Coating System and Method for Vacuum Coating |
| WO2013062221A1 (ko) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | 한국기계연구원 | 타이타늄-니켈 합금박막 및 다중 스퍼터링법을 이용한 타이타늄-니켈 합금박막의 제조 방법 |
-
2002
- 2002-04-26 JP JP2002126311A patent/JP2003321773A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080210550A1 (en) * | 2004-07-26 | 2008-09-04 | Schott Ag | Vacuum Coating System and Method for Vacuum Coating |
| WO2013062221A1 (ko) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | 한국기계연구원 | 타이타늄-니켈 합금박막 및 다중 스퍼터링법을 이용한 타이타늄-니켈 합금박막의 제조 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6328150B2 (ja) | 誘電性化学量論薄膜の高速反応性スパッタリング | |
| US5126033A (en) | Process and apparatus for reactively coating a substrate | |
| JP2009057637A (ja) | ヘリカル磁気共振コイルを利用したイオン化物理的気相蒸着装置 | |
| KR20010042128A (ko) | 2축으로 텍스처된 코팅의 침착 방법 및 장치 | |
| US20040089535A1 (en) | Process and apparatus for pulsed dc magnetron reactive sputtering of thin film coatings on large substrates using smaller sputter cathodes | |
| JP2021534323A (ja) | 水平方向に回転する基板ガイドを備えたコーティングシステムにおいて、均一性の高いコーティングを行うための装置及び方法 | |
| JP3779317B2 (ja) | 薄膜の形成方法 | |
| JP2946402B2 (ja) | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 | |
| Metel et al. | Products pre-treatment and beam-assisted deposition of magnetron sputtered coatings using a closed cylindrical grid inside a planetary rotation system | |
| JP2003321773A (ja) | Ｅｃｒスパッタリング装置 | |
| JP2010501042A (ja) | スパッタリング装置 | |
| KR100480357B1 (ko) | 동기화된 이온 빔 소스와 듀얼 마그네트론 스퍼터를가지는 박막 형성 장치 | |
| JPS6372875A (ja) | スパツタリング装置 | |
| JP4735291B2 (ja) | 成膜方法 | |
| JP7438853B2 (ja) | マグネトロンスパッタリング装置 | |
| JP2007031815A (ja) | プレーナマグネトロンスパッタ装置およびプレーナマグネトロンスパッタ成膜方法 | |
| JP4506382B2 (ja) | Ｅｃｒスパッタ装置 | |
| JPS596376A (ja) | スパツタ装置 | |
| KR20180054176A (ko) | 다층박막 코팅 장치 | |
| JP4396885B2 (ja) | マグネトロンスパッタ装置 | |
| JPH11172419A (ja) | 薄膜形成装置及び薄膜形成方法 | |
| JPS62174375A (ja) | 薄膜堆積装置 | |
| JP2005054251A (ja) | スパッタリング方法 | |
| JP2007119806A (ja) | 誘電体薄膜の形成方法および高周波マグネトロンスパッタリング装置 | |
| JP2000178714A (ja) | フッ化物薄膜の形成方法、該薄膜を有する光学部材及びスパッタ装置 |