JPH03253561A - スパッタ型粒子供給源およびそれを用いた加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、高密度プラズマによるスパッタリングを利用
したスパッタ型粒子供給源、およびそれを用いて薄膜等
を形成する加工装置に関するものである。

［従来の技術１ 半導体製造のプロセス技術として、ドライプロセスが半
導体装置の微細化および高集積化のために非常に重要な
技術となってきた。このようなドライプロセスにおいて
、エツチング、デポジション、イオン打ち込みなどをプ
ラズマ・イオンを用いて行う加工装置が最近使用されつ
つある。また、次世代材料の創成、材料の表面特性を改
質する新プロセス技術として、基板上に薄膜を形成する
と同時にイオン・プラズマを照射するイオン・プラズマ
アシスト技術が注目されている。これらの代表的な装置
例としては、プラズマＣＶＤ装置。

）★゛ノζノ栖’７−エ・す壬ング誌看、プラズマ流エ
ツチング装置、イオン打ち込み装置、ダイナミックイオ
ンビームミキシング装置、イオンアシストデポジション
装置等がある。これらの装置はいずれもターゲットにお
ける放電ガスをプラズマ状態にした後、このプラズマか
もしくはこのプラズマ中のイオンを取り出して、試料の
表面に照射している。すなわち、これらのプラズマ・イ
オン処理装置の共通点はプラズマ発生手段にあり、しか
もこれらの装置の性能はこのプラズマの性質に左右され
ている。さらに、ＥＣＲ放電（電子サイクロトロン共鳴
放電）によるプラズマ発生手段が、イオン化効率が高く
低ガス圧で動作し、イオンエネルギを低エネルギで制御
できるため、前記の種々の加工装置に使用されるように
なってきた。

第５図に従来のＥＣＲ放電を用いたプラズマ生成源とそ
れを用いたＥＣＲＣＶＤ装置の基本構成を示す（例えば
、Ｊｐｎ、　Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　ｖｏｌ、
２２．ｎｏ４゜（１９８３）Ｌ２１０〜２１２参照）。

ターゲットｌには、マイクロ波発振源（図示省略）から
アイソレータ、整合器（いずれも図示を省略）、導波管
２およびマイクロ波導入窓３を介してマイクロ波（例え
ば２゜４５ＧＨ２）を導く。ターゲット１の周囲には電
子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）のためのマグネットコ
イル４を配置する。ターゲット１にはガス導入口５より
プラズマ化すべきガスを導入する。６はターゲット１の
外壁に冷却水を導く冷却水通路である。

ターゲット１の底部にはプラズマリミッタ７を設け、タ
ーゲット１で発生させたプラズマを、このプラズマリミ
ッタ７を介してプラズマ流８として取り出し、試料室９
内に配置した試料台１０上の試料１１に導く。１２は試
料室９に対するガス導入口である。ターゲット１にガス
導入口５よりガスを、導波管３からマイクロ波（例えば
２．４５ＧＨ２）を導入し、マグネットコイル４によっ
て電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件の直流磁場（
８７５ガウス）をマイクロ波電界に対して直角方向に印
加すると、これらの相互作用で、プラズマ発生室１に導
入されたガスはプラズマになる。例えば、試料（Ｓｉ　
　ウェハ等）　１１の上にＳｉＯ□をデポジションする
場合には、ガス導入口５より酸素ガスを導入してプラズ
マ化し、ガス導入口１２よりＳｉＨ４を導入することに
より、試料を加熱することなく試料１１の上に緻密な膜
が低温で形成される。

また、試料１１の表面のＳｉＯ□をエツチングする場合
には、ガス導入口５から導入したＣＦ４などのガスをプ
ラズマ化し、試料１１を照射することによりＳｉＯ□が
エツチングされる。また、第５図の装置において、プラ
ズマの引き出口にイオン引き出し電極を取りつけて、プ
ラズマ中のイオンのみを取り出し、しかもそのイオンエ
ネルギを制御すれば、イオンジャワエツチング装置とし
て使用できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、この種のプラズマを用いた膜形成などの加工装
置では、プラズマ化すべき膜構成原子、分子等をガス状
で供給する必要があったため、膜を形成できる材料に限
定があった。そのため、この種の技術の適用範囲を拡大
するためには、ガスに限定されることなく、固体の形状
のままでも加工に用いる原子、分子を供給できる固体粒
子の供給法が望まれていた。即ち金属などの固体粒子を
供給するスパッタ源、さらにその粒子を励起状態、荷電
粒子状態にしたラジカル／プラズマ／イオンの生成源の
開発が望まれていた。このような目的に対処するために
、最近、応用物理、第５８巻、第８号、１２１７〜１２
２６ページ（１９８９）に示されているように、スパッ
タリングすべき材料からなる固体ターゲットをターゲッ
ト内もしくはターゲットの出口に設置して、マイクロ波
で生成したプラズマ中のイオンでターゲットをスパッタ
リングすることにより固定粒子を発生、イオン化させる
スパッタ源、プラズマ源、イオン源技術（以後これらの
供給源を特別な理由がないかぎり、総称してスパッタ型
粒子供給源と呼ぶ）が検討されており、注目されている
。

スパッタ型粒子供給源の性能としては、方向が揃い、均
一・高密度で大口径のスパッタ粒子が得られることが重
要である。しかしながら、これらの性能を満足した粒子
供給源は未だ開発されておらず、種々の構成法が比較検
討されている段階である。この様な装置を実現するため
には、■マイクロ波で高密度プラズマを生成し、■生成
した高密度プラズマで効率よくターゲットをスパッタリ
ングさせ、■指向性をもった均一な高密度スパッタ粒子
が得られるようにスパッタ型粒子供給源を構成する必要
があるが、これらの条件を同時に満足する最適な構成は
まだ実現されていない。

すなわち、従来のＥＣＲプラズマ生成源では、イオン化
すべき構成元素は通常ガスの形で供給されていた。さら
に、固体材料で構成元素を供給するためにスパッタター
ゲットを用いる場合は、ターゲットの周辺に円筒状ター
ゲットが配置されていたため、生成された高密度プラズ
マが有効にターゲットのスパッタリングに使われれなか
ったり、さらにターゲットを大きくするのに制限があっ
たため、均一で大口径のスパッタ粒子を得るのが困難で
あった。また、ターゲットの内部に円板状ターゲットを
設置する構成においては、磁力線の向きと直交するター
ゲットの横からマイクロ波を導入しており、電子サイク
ロトロン波モードの条件を満足することがないため、高
密度のプラズマを生成するのが困難であった。

そこで本発明の目的は、上述のような従来の問題点を解
消し、マイクロ波を用いて高密度プラズマを生成し、さ
らにこのプラズマを用いて効率良くターゲットをスパッ
タリングさせるとともに、均一で方向の揃った高密度の
スパッタ粒子を発生する新しい構成のプラズマ型粒子供
給源を提供することにある。

本発明の他の目的は、かかる固体ターゲット形式のスパ
ッタ型粒子供給源を用いた膜形成装置などの加工装置を
提供することにある。

【課題を解決するための手段１ このような目的を達成するために、本発明スパッタ型粒
子供給源は、ガスを導入してプラズマ生成室のプラズマ
生成用空胴部を有するターゲットと、前記プラズマ生成
用空胴部内の上端部に設けられ、スパッタ粒子を発生す
るターゲットと、生成室の周囲に設けられた少なくとも
１個のマイクロ波導入部と、前記ターゲットの周囲に配
設され、前記プラズマ生成用空胴部内に磁場を生成する
磁気回路部とを具えたことを特徴とする。

えたことを特徴とする。

本発明加工装置は、ガスを導入してプラズマ生成室のプ
ラズマ生成用空胴部を有するターゲットと、前記プラズ
マ生成用空胴部内の上端部に設けられ、スパッタ粒子を
発生するターゲットと、生成室の周囲に設けられた少な
くとも１個のマイクロ波導入部と、前記ターゲットの周
囲に配設され、前記プラズマ生成用空胴部内に磁場を生
成する磁気回路部と、前記ターゲットに結合され、内部
に基板支持部を有する試料室とを具えたことを特徴とす
る。

［作　用１ 本発明においては、ターゲットにスパッタ用のガスを導
入し、磁場の印加とマイクロ波の導入とを行うことによ
り高密度プラズマが生成される。

この生成されたプラズマは磁場の作用でプラズマ室中央
に設置されているスパッタリングする材料で構成されて
いる固体ターゲット表面の方向に動いてゆき、固体ター
ゲット表面に高密度プラズマが形成される。固体ターゲ
ットには負の電圧が印加されているので、このプラズマ
中の正電荷を帯びたイオンが加速されて、ターゲット表
面に高速で衝突する。よって、ターゲットからスパッタ
粒子がスパッタリングされる。このスパッタされた粒子
は、ターゲットに導入された中性ガスおよび生成された
プラズマとともに、ターゲットのターゲットと対向した
位置に設置されている粒子供給用の出口から均一な粒子
として取り出される。この時、引き出されたスパッタ粒
子の一部は、ターゲットに導入されたガスとともに、タ
ーゲットの内部で励起された電子との衝突やイオンとの
荷電変換で、励起・イオン化された活性な粒子となる。

特に本発明においては、マイクロ波を磁力線の向きと同
一の方向からマイクロ波導入窓を介してターゲットに導
入することにより、電子サイクロトロン波モードで効率
良く電子を励起できるため、低ガス圧・低マイクロ波電
力で高密度プラズマが生成される。さらに、スパッタリ
ングする材料で構成されている円板状の固体ターゲット
をターゲットの中心軸上に配置するとともに、高密度プ
ラズマがこの固体ターゲットの表面に形成されるように
磁気回路を構成しているので、広い面積にわたってしか
も均一で方向の揃った高密度スパッタ粒子が得られる。

従って、このように構成されたスパッタ型粒子供給源を
用いることによって高密度で均一なスパッタ粒子を発生
することができる。

［実施例１ 以下に、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

裏思班ユ 第１図は本発明による加工装置の一例としての膜形成装
置の構成図である。第１図において、ターゲット１３は
円筒状もしくは矩形状のプラズマ生成用空胴部１４を有
し、空胴部１４内にはスパッタリングされる固体材料か
らなる円板状のターゲット１５Ａを含む主ターゲット部
１５が設けられ、主ターゲット部１５と対向する端部に
粒子供給用の出口１６を有する。ターゲット１３には、
プラズマ生成室のガスがガス導入口１７から導入される
ようになっている。さらに、マグネットコイル４によっ
て生成される磁力線と同一方向からマイクロ波を導入で
きるようにターゲットｉ３の端面に、複数のマイクロ波
導入窓１８が結合されている。マイクロ波導入窓１８は
、それぞれ矩形もしくは円筒のマイクロ波導波管１９に
接続されている。図示しない整合器、マイクロ波電力計
、アイソレータ等のマイクロ波導入機構に接続されたマ
イクロ波発振源から、マイクロ波導波管１９．マイクロ
波導入窓１８を介して、マイクロ波がターゲット１３の
片側の端面から供給される。２０はプラズマリミッタで
ある。

本実施例では、マイクロ波導入窓１８をターゲット内に
設置されたターゲット１５Ａから直接見えない部分に配
置して、 ターゲット１５Ａからスパッタリングされた粒子がマイ
クロ波導入窓１８の表面に付着してマイクロ波の導入効
率を変動させないようにしている。マイクロ波導入窓１
８には、石英ガラス、アルミナ、窒化けい素などの誘電
体を単独、もしくは組み合わせて用いて、真空封じ、お
よびプラズマの生成領域を限定するとともに、インピー
ダンス整合させてマイクロ波が高密度プラズマと効率良
く結合するように導入窓を構成している。なお、このマ
イクロ波導入窓のかわりにアンテナ型でマイクロ波を導
入することも可能である。

先に述べたように、ターゲット１３の内部の上部には円
板状のターゲット１５Ａが設けられている。

プラズマ生成用空胴部１４は、通常１０〜１３ｃｍの円
筒状の空胴であるが、これに限定されることなく矩形状
、楕円状の空胴で構成されていても良い。

マイクロ波導入用導波管１９は、大きい固体ターゲット
が設置し易い矩形導波管が望ましいが、リッジ型導波管
、アンテナ型の同軸ケーブル、誘電体を挿入した円筒導
波管で構成されていてもよいことはいうまでもない。ま
た、複数のマイクロ波導入用導波管１９にマイクロ波を
供給するのに、１つのマイクロ波発振器から導波管や同
軸ケーブルを用いてマイクロ波を分岐して供給するのが
望ましいが、複数の発振器を用いて、それぞれ個別に供
給しても良い。さらに、第１図では、マイクロ波導入窓
が２か所になっているが、ターゲットの周囲から２か所
以上の導入窓を用いてマイクロ波を導入して良いことは
いうまでもない。

主ターゲット部１５の構成は、ターゲット１５Ａが水冷
可能な金属支持体１５Ｂに取り外し可能な機構で固定さ
れ、支持体１５Ｂおよびその突出端部１５ｃは絶縁体１
５Ｄによって周囲と電気的に絶縁されているとともにＯ
リングなどで真空封じされている。支持体１５Ｂおよび
その突出端部１５Ｃは電極を兼ね、直流、交流、もしく
は高周波の電源１５Ｆからターゲット１５Ａに負の電圧
を印加することができる。また、ターゲット１５Ａの側
面がスパッタされないように、シールド１５Ｅがターゲ
ット１５Ａと間隙をもって覆っている。円板状のターゲ
ット１５Ａが上下に移動できる機構に設置されて、ター
ゲット１５Ａが適切な位置に移動、固定できることが望
ましい。

ターゲット１３の外周には、すくなくとも−個のマグネ
ットコイル４を設けて磁気回路を構成し、これによって
ターゲット内で磁界を発生する。通常は２〜３個のマグ
ネットコイルを独立に制御できるようにして、磁場分布
を制御できるようにするのが望ましい。その際、マイク
ロ波による電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）の条件が
ターゲットの内部で成立するように磁気回路を構成する
。例えば、周波数２．４５ＧＨ，のマイクロ波に対して
は、ＥＣＲの条件は磁束密度８７５Ｇであるため、マグ
ネットコイル４は例えば１５００Ｇまでの磁束密度が得
られるように構成し、その磁束密度８７５Ｇがプラズマ
生成用空胴１４内のどこかで実現されるようにする。こ
れによって、プラズマ生成用空胴１４の内部でＥＣＲに
よって効率良く電子にエネルギが与えられるだけでなく
、この磁場は生成した電子やイオンが磁界に垂直方向に
散逸するのを防ぎ、その結果、低ガス圧中で高密度プラ
ズマが生成される。

さらに、プラズマ生成用空胴部１４の内部から主ターゲ
ット部１５のターゲット１５Ａの表面の方向に向けて、
磁場強度を弱くした発散磁場分布にすることにより、生
成された高密度プラズマはこの磁場の作用でターゲット
１５Ａの方向に動くので、ターゲット表面に高密度のプ
ラズマを形成できる。これによって、ターゲット１５Ａ
の表面に多量のイオンを供給して、ターゲットを高速に
スパッタリングすることができるので、スパッタ粒子を
効率良く多量に得ることができる。さらに、ターゲット
１３の内部の磁界分布を、プラズマ生成用の空胴部１４
の中央から粒子供給用の出口１６に向けて磁場を弱くし
た、発散磁界にしておくことにより、プラズマ生成用の
空胴部１４でプラズマ化されたガスおよびスパッタ粒子
は粒子供給用の出口方向に加速されて移動する。その結
果、 生成されたプラズマを効率良く粒子供給用の出口１６か
ら引き出して、加工対象である試料１１を照射できる。

ターゲット１３の下部には、試料室９がターゲット１３
と結合されている。試料室９にはガス導入口１２からガ
スを導入することができ、排気系によって高真空に排気
することができる。試料室９内には試料１１を保持する
ための試料ホルダ１０が設けられ、試料ホルダｌＯ上に
は図示しない開閉可能なシャッタが設けられている。試
料ホルダ１０にはヒータを内蔵して基板を加熱できるよ
うにするのが好ましく、また試料１１に直流あるいは高
周波の交流の電圧を印加して膜形成中の試料１１へのバ
イアス電圧の印加、基板のスパッタクリーニングか可能
なように構成するのが望ましい。

次に本装置の動作について説明する。ターゲット１３内
を高真空に排気した後、ガス導入口１７からガスを導入
し、さらにマイクロ波導入窓１８からマイクロ波を導入
するとともに、プラズマ生成用空胴部１４の内部の何処
かの一部に、電子サイクロトロン波モードに対応する磁
場を印加することにより、高密度プラズマを発生させる
。上述したように、プラズマ生成重工３の内部上面には
水冷された円板状のターゲット１５Ａが主ターゲット部
１５に配置されている。このようにして生成された高密
度プラズマは、発散磁場の作用でターゲット方向に移動
し、ターゲット１５Ａの表面に高密度プラズマが形成さ
れる。しかも、ターゲット１５Ａには負の電圧が印加さ
れているので、高密度プラズマ中のイオンはターゲット
１５Ａを高速にスパッタリングする。この固体ターゲッ
トからスパッタリングされた粒子の一部は導入されたガ
スとともに、励起された電子と衝突したり、イオンと衝
突して荷電変換で励起・イオン化される。このように、
スパッタリングされた粒子およびラジカル、イオン化さ
れた励起粒子は粒子供給用の出口１６から供給粒子２１
として取り出され、試料１１を照射することにより、膜
形成などの加工に使用される。

以上説明したように、本発明装置は磁力線と平行な方向
からマイクロ波を導入する構成なので、マイクロ波の電
界と外部磁気回路による磁界とが直交しており、ＥＣＲ
放電でプラズマを生成できる。そのため、低ガス圧で高
密度のプラズマが生成される。しかも、ターゲットｉ３
の内側の表面をターゲットで覆ったことにより、従来の
ようにターゲットの外部にターゲットを配置したのに比
べ、明らかにターゲットの表面積を増大できる。また、
ターゲット表面上に高密度プラズマを形成できるので、
スパッタ粒子の数が大幅に増大される。さらに、ターゲ
ット１５Ａの表面は、粒子供給用の出口１６の方向を向
いているので、生成されたスパッタ粒子は効率良く出口
から取り出される。従って、本装置を用いることによっ
て、多量の粒子の供給が可能なので、膜の堆積速度など
の加工速度が大幅に向上される。

さらに、本装置においては、１０−５〜１０−”Ｔｏｒ
ｒの低いガス圧で、膜形成に重要な役割を演じる活性な
プラズマが安定に放電するため、不純物の混入の少ない
活性なプラズマの作用により、低基板温度下でも結晶性
の良好な薄膜形成を実現できる。

すなわち、ターゲツト材としてＡ℃を用い、プラズマ生
成用のガスに不活性なＡｒガスを用いて、低温で高品質
なｌ膜が形成できた。また、プラズマ生成用のガスにＮ
２または０□を用いてＡβＮ膜またはＡβ２０３膜を形
成することができた。膜形成条件はガス流量毎分２〜５
　ＳＣＣＭ、ターゲット内のガス圧は３　Ｘ　１０−’
Ｔｏｒｒとし、マイクロ波電力２００〜ｉｏｏｏｗ　、
ターゲット印加電圧−３００〜−１ｏｏｏｖとした。

この実施例では、電源として直流電源を用い、ターゲッ
ト１５Ａとしてｌを用いているが、直流電源以外の交流
電源や高周波電源を用いても良く、ターゲットとして金
属または導電性材料でなく、酸化物、窒化物等の化合物
を用いてもよい。

例えば本装置に設けるターゲットとして、酸化ビスマス
、炭酸バリウム、酸化ストロンチウム、酸化第−銅等を
用いて、複合酸化物薄膜を形成することができる。

実施例では、スパッタガスとして、アルゴンガス、酸素
ガスまたは窒素ガスを用いる例を示したが、アルゴンガ
ス以外の不活性ガスを用いることができ、炭化物を形成
する場合には炭素および酸素を含むガスであればよく、
さらに、それ以外に殆どの反応性ガスを用いることがで
きる。しかも、それにより反応性スパッタリングを実現
できるのでスパッタリング速度をより高速化することも
可能である。

具体的な膜形成の例を述べると、スパッタターゲット１
５ＡをＡＩ２．　Ｇａ、　Ｚｎ、　Ｓｉ、　Ｔｉ、　Ｉ
ｎまたはＭ。

等で構成し、プラズマ生成用のガスとして０□。

ＮＺ＋　ＡｓＨ４，ＰＨ３，ＢＪｓ、　ＫｒまたはＡｒ
等のガスを用いることによって、酸化物、窒化物、はう
化物等の薄膜またはＧａＡｓおよびＧａＡｊ２Ａｓ等の
化合物半導体の薄膜の形成が可能であり、さらには不活
性ガスのプラズマ照射による膜質の制御など種々の膜形
成が可能である。

Ｘ施皿ｌ 第２図に本発明の他の実施例を示す。実施例１ではター
ゲット１３と試料室９との２室に分離した構成を示した
が、２室に分離することは必ずしも必要ではない。第２
図に示した装置は、ターゲット２２の下部にプラズマリ
ミッタを設けることなく、試料１１をターゲット２２に
近づけたもので、さらに、プラズマ生成用の空胴部２３
の内側壁に勾配を設け、供給粒子の流れをよりスムース
にしたものである。その他の構成は第１図に示した装置
と同じであり、その動作原理は第１図で説明した装置と
全く同様である。この装置の構成は、スパッタ粒子の角
度分布、吸収されないマイクロ波の照射の可能性、ガス
圧が高くなる可能性、高密度プラズマ照射による温度上
昇等の高品質の膜形成にあたっては留意すべき事項があ
るが、ターゲットと基板との距離を近づけられるので、
堆積速度を速くできる利点がある。しかも、 ターゲット内で励起された非常に反応性のある粒子が短
い時間で試料１１の表面に達するため、低い励起状態や
準安定状態に減衰することなく、高励起の粒子が膜形成
に寄与でき、低温で高品質の膜形成ができる。

実上軍糺旦 第３図に本発明のさらに他の実施例を示す。この装置は
、さらに高速の膜形成を可能にするため、補助ターゲッ
トを設置してターゲットから生じるγ電子を閉じ込めて
、より効率的にスパッタ粒子を生成するようにしたもの
である。すなわち、第３図の装置は、ターゲット２２の
下部にプラズマ生成用空胴部２３と同軸的に円筒状の補
助ターゲット部２５を設けたものであり、他の構成は第
１図の装置と同じである。なお、第３図には、内側面が
第２図と同様に勾配をもつプラズマ生成用空胴部２３を
例示したが、空胴部が第１図と同様の直円筒状であって
もよいことは言うまでもない。補助ターゲット部２５に
は円筒状のターゲット２５Ａが設置されている。ターゲ
ット２５Ａは金属の支持体２５Ｂに支持され、かつ絶縁
体により周囲から絶縁されており、支持体２５Ｂを介し
て電源２５Ｃから負の電圧が印加できるようになってい
る。さらに、ターゲット２５Ａは水冷され、その端部は
シールド２５Ｄによってプラズマから保護されている。

さらに、円板状ターゲット１５Ａと円筒状ターゲット２
５Ａは、円板状ターゲット１５Ａと円筒状ターゲット２
５Ａの面に磁気コイルによる磁束が流入するように、し
かもその磁束がターゲットのうちの一方のターゲットか
らでて他方のターゲットに入るように設置されている。

補助ターゲット部２５の下部には、供給粒子の出口２７
の大きさを規制するプラズマリミッタ２６が、絶縁体２
６Ａを介して取付けられている。

このような構成によって、ＥＣＲ放電で生成した高密度
プラズマが、負の電圧を印加した円筒状ターゲット２５
Ａと円板状ターゲット１５Ａに面することにより、高密
度プラズマ中のイオンが円筒状ターゲット２５Ａと円板
状ターゲット１５Ａをそれぞれをスパッタリングする。

従って、各ターゲットから所望のスパッタ粒子が放出さ
れる。また、それらターゲットに引き込まれたイオンが
ターゲット表面に衝突すると、ターゲット表面からスパ
ッタ粒子以外に二次電子（γ電子）が放出される。

このγ電子はそれぞれのターゲットがつくる電界で加速
され、それらのターゲット表面に走る磁束に拘束され、
スパイラル運動をしながら相手のターゲットに高速に移
動する。相手のターゲットに達したγ電子はまたそのタ
ーゲットがつくる電界で反射され、結果としてγ電子は
両ターゲット間にスパイラル運動しつつ閉じ込められる
ことになる。このγ電子の往復運動はそのエネルギが磁
束に束縛エネルギより小さくなるまで閉じ込められ、そ
の間中性粒子との衝突やプラズマとの相互作用により電
離を加速する。その結果、高速に電子がプラズマ電離に
有効に使用されるため、より電離効率が高まり高密度プ
ラズマが生成される。

本発明の膜形成装置では、前述のようにターゲットから
放出された中性のスパッタ粒子がプラズマ中でイオン化
される割合が高くなるため、プラズマのイオン化率が高
くなる。さらに、このイオン化されたターゲット構成粒
子がまたターゲットの電位で加速されて、再びターゲッ
トをスパッタするいわゆるセルフスパッタの割合も極め
て大きくなる。よって、プラズマ生成ガス（例えばＡｒ
）がごく希薄な場合でも上述のセルフスパッタを持続す
るので、高純度の膜形成を実現できるという特徴をもっ
ている。また、主ターゲット１５Ａと補助ターゲット２
５Ａを異なる材料で構成しておけば、この２つのターゲ
ットのスパッタ速度を各ターゲットに印加する電圧等で
制御することにより、形成膜の元素組成の比率を制御す
ることができる。

実１１艶丘 これまでの実施例については、膜形成装置の観点で説明
してきたが、第１図〜第３図のターゲット部を粒子供給
源として用いることができるため、この部分を他の装置
（例えば蒸着装置、ダイナミックイオンビームミキシン
グ装置）に載せてスパッタ粒子や励起粒子の供給源とし
て使用できる。また、生成された励起粒子のうちイオン
のみを引き出せば金属イオンなどの固体供給型のイオン
源としても使用可能である。

本発明の別の実施例であるイオン源の構成例を第４図に
示す。このイオン源は基本的には、第１図の粒子供給用
の出口１６の位置にイオン引き出し電極系を設置して、
プラズマ中からイオンビームを取り出すものである。タ
ーゲット２８は、第１図と同様の形状のプラズマ生成用
空胴部２９をもっているが、空胴部の形状は第２図、第
３図と同様の形状であってもよい。

プラズマリミッタ３０の下部にイオン引き出し電極系３
１が設けられている。電極系３１として、絶縁体３２に
よって互いに絶縁され、異なる電圧を印加することの可
能な３枚の電極からなる系が例示されている。引き出し
電極系３１により、プラズマ中からイオンビーム３４を
取り出すとともに、そのイオンエネルギを必要とするエ
ネルギに制御することができる。マグネットコイル３５
の内部にイオン引き出し電極系３１が設置されているの
は、高密度のイオン電流を得る目的でイオン引き出し電
極系３１のところで強い磁場にするためであり、引き出
し電極系３１のイオン引き出し部で強い磁場を得る構成
であれば、必ずしもこのようなマグネットコイルの内部
にイオン引き出し電極系３１を設置する必要はない。例
えば、イオン引き出し電極系３１の一部に軟鉄のような
透磁性の材料を用いることにより、マグネットコイル３
５の内部にイオン引き出し電極系３１を設置せずに高い
磁界を得る構成を容易に実現できる。第４図では、イオ
ン引き出し電極系として、３枚電極の構成例を示したが
、制御するエネルギに対応して、特に低いエネルギで引
き出す時は、２枚電極、１枚電極、単葉メツシュ電極等
の各種引き出し電極を使用できる。ターゲットにＡｎ　
、　Ｍｏ、　ＳＬ、　８４Ｃ，ＢｇＳｉ等の金属、半導
体、化合物を用いることにより種々のイオンを取り出す
ことができる。なお、Ｂ″″″イオン生する場合には、
有毒なりＦ、ガスを用いてプラズマを発生させるのでな
く、毒性のないＢ４Ｃ，ＢｇＳｉのような固体ターゲッ
トを用いて発生させるのが有効である。

なお、第４図の例では、ターゲット２８はその外周に冷
却水配管３３を配設して水冷されているが、冷却系が他
の実施例と同様であってよいことは言うまでもない。さ
らに、プラズマ生成用の空胴部２９の内部に第３図と同
様な構成で補助ターゲット部を設置すれば、より高密度
のイオンビームが可能であることは言うまでもない。

なお、今までの説明においては、ターゲットとして表面
がフラットな平面を有するターゲットの使用例を示した
が、本発明はこのような形状に限定されないことはいう
までもない。特に、主ターゲット部の円板状のターゲッ
トとして、中央部が凹んだ逆円錐状のターゲットがスパ
ッタ効率が高くなり、しかもターゲットの中央でスパッ
タ粒子が多くなるので有効である。このターゲットは、
イオン引き出し電極系３１の引き出し開口に対応する中
央部分のスパッタ粒子の密度を強くするので、イオン源
の主ターゲットとして特に有効である。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明は電子サイクロトロン共鳴
により生成されたマイクロ波プラズマを利用したスパッ
タを用いて、低ガス圧中で高効率にスパッタ粒子の生成
を実現するものであり、粒子の種類にかかわらず連続し
て長時間安定な活性粒子の生成を実現することができる
。

また、活性粒子のエネルギも数十ｅＶから数十ｅＶまで
の広い範囲で自由に制御でき、高活性プラズマを用いて
いるので、この装置を用いて、損傷の少ない良質の膜を
低基板温度で高速、高安定に連続形成することができる
。

また、イオン引き出し電極系を設置してイオン源として
使用すれば数１０ＫｅＶまでの高いエネルギまで加速で
きるので、ドーピング、表面改質などイオン注入装置、
イオンビームミキシング装置。

イオンアシストデポジション装置等のイオン源として有
望である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、それぞれ本発明のスパッタ型粒子供
給源を用いた膜形成装置の構成例を示す断面図、 第４図はイオン源として用いた本発明の粒子供給源の構
成例を示す断面図、 第５図は従来のＥＣＲＣＶＤ装置の構成例を示す断面図
である。 １　、１３．２２．２８・・・ターゲット、２・・・導
波管、 ３．１８・・・マイクロ波導入窓、 ４．３５・・・マグネットコイル、 ５、１２．１７・・・ガス導入口、 ７、２０．３０・・・プラズマリミッタ、８・・・プラ
ズマ流、 ９・・・試料室、 １０・・・試料台、 １１・・・試料、 １４、２３．２９・・・プラズマ生成用空胴部、１５・
・・主ターゲット部、 １６、２７・・・供給粒子の出口、 １９・・・マイクロ波導入導波管、 ２１・・・供給粒子、 ２５・・・補助ターゲット部、 ３１・・・イオン引き出し電極系、 ３２・・・絶縁体、 ３３・・・冷却水配管、 ３４・・・イオンビーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ガスを導入してプラズマを生成するためのプラズマ
   生成用空胴部を有するプラズマ生成室と、 前記プラズマ生成用空胴部内の上端部に設けられ、スパ
   ッタ粒子を発生するターゲットと、前記ターゲットの周
   囲に設けられた少なくとも１個のマイクロ波導入部と、 前記プラズマ生成室の周囲に配設され、前記プラズマ生
   成用空胴部内に磁場を生成する磁気回路部と を具えたことを特徴とするスパッタ型粒子供給源。 ２）前記磁気回路部によって生成された磁束密度が前記
   プラズマ生成用空胴部内で最大値を有し、かつその値が
   電子サイクロトロン共鳴条件より大きいことを特徴とす
   る請求項１に記載のスパッタ型粒子供給源。 ３）前記プラズマ生成室の前記ターゲットと対向する端
   部にスパッタリング材からなる補助ターゲットが配設さ
   れ、かつ前記磁気回路による磁束が前記ターゲットおよ
   び前記補助ターゲットの一方から出て他方に入ることを
   特徴とする請求項１または２に記載のスパッタ型粒子供
   給源。 ４）前記プラズマ生成室の下端部にイオン引き出し電極
   が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３の
   いずれかに記載のスパッタ型粒子供給源。 ５）ガスを導入してプラズマを生成するためのプラズマ
   生成用空胴部を有するプラズマ生成室と、 前記プラズマ生成用空胴部内の上端部に設けられ、スパ
   ッタ粒子を発生するターゲットと、前記ターゲットの周
   囲に設けられた少なくとも１個のマイクロ波導入部と、 前記プラズマ生成室の周囲に配設され、前記プラズマ生
   成用空胴部内に磁場を生成する磁気回路部と、 前記プラズマ生成室に結合され、内部に基板支持部を有
   する試料室と を具えたことを特徴とする加工装置。 ６）前記磁気回路部によって生成された磁束密度が前記
   プラズマ生成用空胴部内で最大値を有し、かつその値が
   電子サイクロトロン共鳴条件より大きいことを特徴とす
   る請求項５に記載の加工装置。 ７）前記プラズマ生成室の前記ターゲットと対向する端
   部にスパッタリング材からなる補助ターゲットが配設さ
   れ、かつ前記磁気回路による磁束が前記ターゲットおよ
   び前記補助ターゲットの一方から出て他方に入ることを
   特徴とする請求項５または６に記載の加工装置。 ８）前記プラズマ生成室の下端部にイオン引き出し電極
   が設けられていることを特徴とする請求項５ないし７の
   いずれかに記載の加工装置。 （以下余白）