JPH0474863A - バイアススパッタ成膜方法及びその装置 - 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〕 本発明はバイアススパッタ成膜方法及びバイアススパッ
タ成膜装置に係り、特に被膜形成基板へ入射するイオン
量及びイオンエネルギを計測し、これらの量をモニタす
ることにより成膜プロセスの制御を行い、目的とする膜
質にあった成膜条件を設定することのできるバイアスス
パッタ成膜方法及びバイアススパッタ成膜装置に関する
。〔従来の技術〕 従来のバイアススパッタ装置は、ターゲット電極と基板
電極にそれぞれ独立に電力を供給できる様になっている
ものの、基板へ入射する例えば、アルゴンイオンＡｒ＋
の如き放電ガスのイオン量やイオンエネルギを測定でき
る様にはなっていなかった・ 即ち、従来のバイアススパッタ装置では、基板へバイア
ス電圧として印加した直流電圧や、高周波電源を印加し
た際に表われる基板または基板を支持する基板ホルダで
の直流電圧成分等をモニタして、これを入射イオンエネ
ルギとしていた。

しかし、基板近傍のプラズマのプラズマポテンシャルを
考慮していないので、プラズマポテンシャル（通常のグ
ロー放電では２〜３０ｅＶ）の分、入射エネルギが低く
見積られ、基板へ入射するイオンの正確なエネルギを測
定していなかった。

今日、ＬＳＩの配線膜形成プロセスにおいて、膜のち密
化による低抵抗膜の形成が可能な為バイアススパッタ法
が用いられてきているが、高いバイアス電圧を印加する
とプラズマを形成するガス（通常はアルゴン）が膜中に
とり込まれ、膜質を劣化させるので、低エネルギイオン
衝撃（通常、２０〜１００ｅＶ、高くとも＜２００ｅＶ
膜材料に依存する）によるバイアススパッタ成膜が必須
となってきている。

この様な低エネルギでは、プラズマポテンシャルを無視
することはできないので、高品質な膜を形成する為の条
件設定にはプラズマポテンシャルをも考慮した真の入射
イオンエネルギを求める必要がある。

なお、この種の低エネルギイオン衝撃に関するものとし
ては、例えばアプライド・フィジカル・レター、第５３
巻１３号、第１１７５頁（１９８８年９月）［Ａｐｐｌ
、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　５３（１３）、　Ｓｅｐ
、　’８８　Ｐ１１７５）が挙げられる。

また、バイアススパッタにおける膜のち密化は、膜の成
長過程において、イオン衝撃等により外部から膜を構成
する粒子そのものにエネルギを与え。

成膜粒子を膜表面や膜中に存在する空孔へ移動させるこ
とによる。したがって、膜のち密化にはエネルギを付与
するイオンのエネルギだけでなくイオン量も重要な影響
を及ぼす。

ところが従来のスパッタ装置では、バイアススパッタ時
の基板への入射イオンエネルギが正確に測定できず、ま
たイオン量についてはモニタする機能がなく、基板に入
射するイオン量を制御できなかった。したがって、成膜
材料の種類、組成に応じた、またはその用途に応じた膜
特性を最適にする成膜条件を設定することができなかっ
た。

即ち、この用途に応した膜特性とは、例えば耐摩耗性を
持たせるとか、抵抗値を特定の低抵抗値に設定するとか
、基板材が配線導体層に拡散しないようにバリア特性を
持たせると云ったものであり、その他スパッタ膜の利用
分野に応じて、種々な最適膜の特性が要求されるように
なってきた。

前述のように特にＬＳＩ等の半導体装置の製造プロセス
にこのバイアススパッタが採用されるようになってから
、基板へ入射するイオンエネルギ及びイオン量の制御が
大きな問題となってきた。

なお、この種のスパッタ装置に関するものとしては、例
えば特公昭６３−９５８４号公報を挙げることができる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがって、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消することに有り、その第１の目的は基板に入射する
イオン量とイオンエネルギとを正確に計測し、この計測
データに基づき成膜条件を最適条件下に設定して高品質
の薄膜を形成することのできる改良されたバイアススパ
ッタ成膜方法を、そして第２の目的はそれを実現する改
良されたバイアススパッタ成膜装置を、それぞれ提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明者等は種々実験検討し
た結果、以下に述べるような知見を得た。

先ず、プラズマ放電により生成した放電ガスのイオンが
、基板中へどの程度入射したが、この入射イオン量とイ
オンエネルギを求める為に、プラズマ工学で既知のラン
グミュアプローブと同一原理のプローブを、基板を保持
する基板ホルダへ設置した。スパッタ成膜において導体
膜を形成する際、プローブに膜が付着し、イオンや電子
の入射する面積が変化すると、正確な入射イオン量やイ
オンエネルギを求めることができないので、上記プロー
ブは、後述する様に、プローブのイオンや電子を採集す
る面積（以下、プローブ面積と呼ぶ）を一定に保つ工夫
が必要であった。

基板へ入射するイオン量の制御には、スパッタ電極に成
膜材料を放出するターゲット電極とは別に、新たな第２
のプラズマ発生源となるカソード電極を設け、このプラ
ズマを発散磁場によって基板側へ輸送し、上記カソード
電極（第２の電極）への投入電力の制御によって行なう
。

入射イオンのエネルギ制御については、基板にバイアス
電圧が印加できる様に構成している。基板が導体の場合
は、基板に直流もしくは高周波のバイアス電源を直接接
続でき、基板が絶縁物の場合には、基板の背面に導体を
設ける等して基板電極とする。

先に膜のち密化には基板への入射イオンエネルギとその
量が重要な要因になると述べたが、成膜中に基板にイオ
ン照射を伴うバイアススパッタでは、基板へ入射する成
膜粒子量と入射イオン量の比が重要である。これについ
ては既に例えばジャーナル・オブ・サイエンス・テクノ
ロジーＡ４（２）３／４、第１８４頁（１９８６年）　
［Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、Ｔｅｃｈ　Ａ４（２）３／
４　’８６．　Ｐ２Ｓ５　）に詳しく知られている。

したがって、より精密な成膜条件を設定するには、成膜
速度をモニタできる手段（例えば水晶発振式成膜速度モ
ニタ等）を基板ホルダへ設置すれば、成膜速度と入射イ
オン量の比を最適になる様に制御することができる。

本発明は、これらの知見に基づいてなされたもので、以
下に本発明の目的達成手段につき具体的に説明する。

上記本発明の第１の目的は、 （１）、スパッタ電力が投入されるターゲット電極とバ
イアス電圧が印加される基板電極とを備え、前記各電極
にそれぞれ独立に電力を印加し、ターゲット材料をスパ
ッタして基板上に成膜するバイアススパッタ成膜方法に
おいて、前記基板電極側に、基板へ入射するイオン量と
イオンエネルギとを検出する手段を配設すると共に、前
記検出手段により求めたイオン量とイオンエネルギとを
それぞれ独立に制御する手段とを有し、これらイオン量
とイオンエネルギとをそれぞれ所定値に制御することに
より所定の膜特性に応したスパッタ膜を形成するように
成したバイアススパッタ成膜方法により、また、 （２）、上記イオン量とイオンエネルギとを検出する手
段が、上記基板電極側に配設されたラングミュアプロー
ブに電流計を介して任意の電圧に制御できる直流電源を
接続して構成され、この直流印加電圧を変化させて前記
プローブに流れる電流−電圧特性曲線からイオン量とプ
ラズマポテンシャルとを求め、しかもこのプラズマポテ
ンシャルと上記基板電極に投入された既知のバイアス電
圧との和から真のイオンエネルギを求めるようにして成
る上記（１）記載のバイアススパッタ成膜方法により、
また、 （３）、上記イオン量の制御は、上記ターゲット電極に
隣接して、前記ターゲット電極とは独立にプラズマが発
生するように設けられたカソード電極へ投入される電力
で行ない、上記イオンエネルギの制御は、上記基板電極
に印加するバイアス電圧で行なうようにして成る上記（
１）記載のバイアススパッタ成膜方法により、そしてま
た、（４）、上記基板電極近傍に成膜速度を計測する手
段を配設して、成膜速度と基板に入射するイオン量との
比を最適化し得るようにして成る上記（１）乃至（３）
何れか記載のバイアススパッタ成膜方法により、達成さ
れる。

また、上記本発明の第２の目的は、 （５）、内部に基板電極を収容し、一面に開口部を有す
る真空容器と、前記真空容器の開口部に装着されたスパ
ッタ電極とを備え、しかも前記スパッタ電極にはターゲ
ット電極が前記基板電極に対面して配設され、かつマグ
ネトロン放電機構を有して前記ターゲット電極上にプラ
ズマを発生するように構成されたバイアススパッタ成膜
装置において、前記基板電極側に、基板へ入射するイオ
ン量とイオンエネルギとを検出する手段と、前記基板へ
入射するイオン量とイオンエネルギとを所定値に設定す
る制御手段とを配設して成るバイアススパッタ成膜装置
により、また、 （６）、スパッタ電力が投入されるターゲラ１〜電極と
、バイアス電圧が印加される基板電極と、前記各電極に
それぞれ独立に電力を印加する手段とを備え、ターゲッ
ト材料をスパッタして前記基板上に成膜するバイアスス
パッタ成膜装置において。

前記基板電極側に、基板へ入射するイオン量とイオンエ
ネルギとを検出する手段と、中空構造を有する前記ター
ゲット電極の中央部に、前記ターゲット電極とは独立し
て第２のプラズマを発生することのできるカソード電極
と、前記検出手段により求めたイオン量とイオンエネル
ギとをそれぞれ独立に制御し、所定値に設定する手段と
を有して成り、前記カソード電極に直流または高周波放
電によって第２のプラズマを発生させ、かつこのプラズ
マを磁場によって基板電極側へ輸送するように構成して
成るバイアススパッタ成膜装置により、また、 （７）、上記真空容器内に収容された基板電極近傍に成
膜速度を計測する手段を配設し、成膜速度をモニターす
ると共に、基板に入射するイオン量との比を最適化する
手段を具備して成る上記（５）記載のバイアススパッタ
成膜装置により、また、（８）、上記スパッタ電極のタ
ーゲット電極中央部からその外部に貫通する開口部を設
け、しかもこの開口部に前記スパッタ電極とは独立に直
流または高周波放電によって第２のプラズマを発生させ
ることのできるカソード電極を設け、このカソード電極
に発生した第２のプラズマを前記スパッタ電極に設けら
れた磁場印加手段により発生した基板電極側に伸びる発
散磁場に沿って基板電極側へ輸送するように構成して成
る上記（５）記載のバイアススパッタ成膜装置により、
また、 （９）、上記カソード電極が、ターゲット中央部とスパ
ッタ電極の中心軸を取り囲む、中空円環状のカソード電
極面を有し、このカソード電極面にほぼ平行で、かつ磁
力線がこのカソード電極の一面から出て、再び同一面の
異なる部分へ入射する磁場を発生する手段を有すると共
に、ターゲット面上では、ターゲットの一面から出て再
びこの同一ターゲット面の異なる部分へ入射する磁力線
を形成する磁場発生手段を有して成る上記（５）記載の
バイアススパッタ成膜装置により、そしてまた、（１０
）、上記基板電極側の外部に、第２の磁場発生手段を配
設し、上記スパッタ電極に配設した磁場発生手段からの
磁場との相互作用により基板上にミラー磁場もしくはカ
スプ磁場を形成し得る磁場制御手段を具備して成る上記
（５）乃至（９）何れか記載のバイアススパッタ成膜装
置により、達成される。

〔作用〕

以下に上記目的を達成する為の個々の技術的手段の作用
について説明する。

基板ホルダに設置されたラングミュアプローブへ、印加
する直流電圧■を変化させることによりプローブに流れ
る電流■を求め、このＩ−Ｖ特性からプラズマポテンシ
ャルとプローブに入射するイオン量を求める。これらを
求める計算式は、プラズマ工学の教科書等に表わされて
おり、例えばＰｌａｓｍａ　Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ　Ｔ
ｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｅｄ、　Ｒ，Ｈ。

ｔ（ｕｄｄｌｅｓｔｏｎｅ他Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅ
ｓｓ（１９６５）に記載されている。プラズマポテンシ
ャルが分かれば、基板電極（基板または基板ホルダー）
に印加するバイアス電位は、接続されたバイアス電源（
直流もしくは高周波）から既知であるので、基板に入射
するイオンの真のエネルギは、上記基板電極へ印加した
バイアス電位とプラズマポテンシャルとの和によって求
められる。プローブの面積は既知であり、プローブに入
射する単位面積当りの入射イオン量が求められる。プロ
ーブを基板ホルダーに複数個配置すれば、基板へ入射す
るイオン量の分布をも知ることができる。したがって、
これらのイオン量を積分すれば、基板へ入射するイオン
量が分かる。本発明のスパッタ電極は、第１のプラズマ
発生源であり、かつ成膜材料を放出するターゲット電極
と、それとは独立に第２のプラズマの発生源となるカソ
ード電極とを具備しており、ターゲット電極へ投入する
電力により成膜速度を、第２のプラズマ発生源となるカ
ソード電極に投入する電力により、基板への入射イオン
量を制御する。

入射イオンエネルギについては、基板に印加するバイア
ス電圧と、上記プローブにより測定したプラズマポテン
シャルにより制御を行なう。

基板ホルダに配設した成膜速度モニターは、基板に入射
する成膜粒子量を検知する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

実施例１゜ 第１図は、本発明のバイアススパッタ成膜方法及びその
装置の一例を説明するための装置構成の一部断面ブロッ
ク図である。

同図において、１は真空容器で、その内部には基板ホル
ダ１２とバイアス電位印加機構１８ａに装着された導体
からなる爪１８により弾性的に支持された基板１７を収
容し、その一面に設けられた開口部にはターゲット材を
兼ねたターゲット電極７を装着したスパッタ電極２が絶
縁物２４を介して気密に接続されている。

真空容器１は成膜する材料の膜質に悪影響を及ぼさない
程度の残留ガス分圧（通常１０−５〜１Ｏ−９Ｐａ）ま
で排気され、この後、スパッタ成膜処理を行なう為に所
定の圧力（通常１〜１Ｏ−２Ｐａ）までスパッタ用の放
電ガスを導入する。通常、このガスとしてはアルゴンが
用いられる。窒化膜等の成膜では窒素や窒素とアルゴン
との混合ガスが用いられる。真空容器の一面には開口が
あり、スパッタ電極２が設置されている。なお、この真
空容器１にはその他排気装置やガス導入の配管、圧力調
整弁、ガス流量調整弁等も接続されているが、ここでは
省略し図示していない。

このスパッタ電極２には、その中心軸のまわりに円筒状
に巻かれた磁場発生手段としてのコイル３と、コイルに
電力を供給する電源２１と、コイルの内側と外側に円環
状の導体からなる磁性体（例えば軟鉄）４．５が配置し
である。これら二つの円環状磁性体４，５は、軸中心部
に開口の設けられた同じく磁性体からなる円板６により
接続され、一体構造となっている。この一体構造の磁性
体はさらにハウジング２５に溶接されており、全体でス
パッタ電極２のケーシングとなっている。

上記磁性体円板６の反対側には成膜材料であるターゲッ
ト７が着脱自在な構成で取り付けられている。ターゲッ
ト７やコイル３はそれぞれ、この図面では省略されてい
るが水冷されており、通電時の過昇温を防止している。

ターゲット７には導体である磁性体４を介して電源８（
直流電源または高周波電源）が接続されており、ターゲ
ット７表面に負の高電圧を印加している。以下、コイル
３を囲んでいる磁性体４．５をスパッタ陰極と呼ぶこと
にする。ターゲット７の中央とスパッタ陰極の中央には
連通した開口があり、この開口に、第２のカソード電極
２８が絶縁物２４を介して設けである。なお、ここでは
ターゲット７を第１のカソード電極とも呼べるので、そ
れに対してカソード電極２８を第２のカソード電極と呼
ぶ。

この第２のカソード電極２８は、導体部材９とこれに一
端で着脱自在に嵌合する部材１０とから構成されている
。導体部材９の一端にはコツプ状の導体部材１０を嵌合
する凹部が設けられ、他端には冷却水が循環する冷却手
段が設けられ、部材９が水冷されると共に、この部材９
を介して部材１０が冷却される構成と成っている。

部材１０には部材９を介して電源（直流または高周波電
源）２０が接続され、部材１０の表面に負の高電圧を印
加している。部材１０の表面には、部材１０の表面から
出て再び部材１０の表面へ入る磁力線が、上記コイル３
と磁性体５及び６とにより発生するようになっている。

この結果、部材１０には、マグネトロン放電による高密
度プラズマが上記ターゲット７とは独立に形成されるよ
うになっている。ここで形成されたプラズマは、上記コ
イル３と磁性体５及び６によって発生し７たターゲット
７の中央から呂て、ターゲット７に対向して配設された
基板１７側へ発散する磁場１１により輸送される。この
第２のカソード２８を構成する部材１０へ電源２０から
投入する電力を制御することにより、部材１０の表面で
発生するプラズマ密度を制御でき、その結果、基板７八
入射するイオン量を制御することが可能である。当然の
ことながら部材１ｏもスパッタされるので、部材１０は
ターゲット７を構成する材料と同一のもので構成するこ
とが望ましい。しかし１部材１０はコツプ形状をしてお
り、磁場との関係から磁場と電界が直交する部分に高密
度のプラズマが形成される為、主に円環状の内壁面がス
パッタリングを受ける。このためターゲット７から放出
される成膜粒子量に対して無視できる程度である。

以上のように、ターゲット７とコイル３による磁場印加
手段と基板７へ入射するイオン量を制御するカソード電
極２８とを備えたスパッタ電極２は、ハウジング２５に
より＃＠縁初物２４介して電気的に絶縁されて真空容器
ｌに気密封じされる。

一方、基板ホルダ１２には基板ホルダからＩ！、ａされ
た状態でプローブ１３が配設されている。

このプローブ１３には、電圧が正から負にわたって電圧
値を任意にコントロールできる電源１４及びコントロー
ラ１５が設置され、かつプローブへ流れる電流値を知る
ことができるように電流計１６が挿入されている。この
プローブ１３により、プローブに印加する電圧■を変化
させ、その時のプローブへ流れる電流■を求め、このＩ
−Ｖ特性から周知の手法によりプラズマポテンシャルと
入射イオン量を求める。なお、この測定の時は、基板１
７を取り除いてプローブ１３を真空容器内に露出させて
測定する。基板が載置される領域を避けて、基板ホルダ
１２の周辺にプローブを設置してもよい。しかしこの場
合には、あらかじめ基板へ入射するイオン量とプローブ
へ入射するイオン量との相関を取っておく必要がある。

なお、プローブ１３の構造については、後はど第２図で
詳述する。

基板１７は、バイアス印加機構１８ａに固定された爪１
８により基板ホルダ１２に弾性的に押付は保持されてお
り、かつこの爪には直流もしくは高周波電源１９により
、電圧が印加される。この電圧は通常バイアス電気圧と
呼ばれる。

さて以上プローブによってプラズマポテンシャルと入射
イオン量が求められ、基板または基板ホルダに印加した
バイアス電圧から、基板へ入射するイオンのエネルギと
イオン量が求められる。これらのパラメータをその他の
成膜条件、例えば成膜圧力等とともに変化させ、その時
の膜質を評価することによって、用途に応した膜質を得
る最適条件が求められる。また膜材料が変われば、用途
が同じでも良い膜質を得る条件は変化するので、本実施
例の様なスパッタ成膜装置によれば、容易に成膜材料や
その用途が変化してもその用途に合った膜質を容易に得
ることができ、フレキシブルに対応できる。

第２図に第１図で用いた入射イオン量とプラズマポテン
シャルを測定するプローブ１３の詳細例を示す。第２図
（ａ）は平面図を、そして第２図（ｂ）はそのｘ−ｘ　
’線における断面図を示す。

基板ホルダ１２の中央に基板ホルダとは電気的に［１し
てプローブ端子２２が埋め込まれている。

絶縁碍子２３は、プローブ端子２２と基板ホルダ１２と
の電気的絶縁を取る一方、外部形状を凹凸にすることに
より碍子に成膜粒子が付着するのを防止し、プローブ面
積が成膜粒子の付着によって変化しない様に構成してい
る。

本発明のように基板１７への入射イオン量をモニタし、
かつそのイオン量が制御できると、次のような成膜方法
が実現できる。例えば、ＬＳＩの配線膜形成についてみ
ると、シリコンウェハ等に既に形成されたデバイス間の
接続の場合、バイアススパッタ時の入射イオンによるデ
バイスへのダメージを防止する為、成膜初期は、少ない
入射イオン量で低エネルギでのバイアススパッタ成膜を
行ない、膜が積層するにつけ、これらの量を増していく
様な成膜方法が実現できる。

また、４Ｍ　ｂｉｔ　ＤＲＡＭ等の配線膜は、ＴｉＷ膜
の上にＡｎ合金膜（例えばＡＱ−３ｉ−Ｃｕ）を形成し
、さらにその上にＴｉＷ膜を形成する様な積層構造とな
っている。ＡＱ合金膜の上下にどのような材料の膜を形
成するかは各社各様であるが、本発明によれば、どんな
膜構成に対してもユーザーにより最適条件出しが行なえ
、装置の汎用性が高い。この様な異種材料からなる積層
構造膜を形成する場合には、マルチ処理チェンバーから
なるプラズマ処理装置に本発明のバイアススパッタ電極
部（すなわち、スパッタ電極部と基板にバイアスを印加
できる機構をもった基板ホルダ部及びプローブからなる
）を設置すればよい。マルチ処理チェンバーからなるプ
ラズマ処理装置については、例えば特開昭６３−３２９
３１号公報に提案されているものである。

実施例２゜ 本発明の第２の実施例を第３図及び第４図により説明す
る。

この図も前記実施例１の第１図と同様に、装置構成の一
部断面ブロック図を示したものである。

第１図と異なるところは、基板電極側にも第２の磁場発
生手段として第２のコイル２６を設けている点である。

このコイル２６とスパッタ電極側のコイル３とによって
、基板１７へ入射するイオン量の分布を制御することが
できる。

例えば、上記２組のコイル３及び２６の相互作用により
、第３図に示すように、両コイルに同方向の電流を流せ
ば、ターゲット７と基板１７との間にミラー磁場１１−
１　を構成することができ、基板中央で入射イオン量が
増大し、基板周辺では入射イオン量が少ない分布とする
ことができる。

また、第４図に示すように、両コイルに逆方向の電流を
流せば、ターゲット７と基板１７との間にカスプ磁場１
１−２　を構成することができ、大面積の基板へ均一に
イオンを入射させることができる。

この基板１７への入射イオン量分布は、基板ホルダ１２
内に第２図に示したようなプローブ１３を離間して複数
個設置することにより求めることができる。よって、入
射イオン量をモニターしながら、上記２組のコイル３及
び２６へ通電するコイル電流を変化させることで、所望
の入射イオン量分布を得ることができる。本実施例にお
いても、その具備する機能から実施例１と同様な効果を
得ることができるのは明らかである。

また、第５図に示すように、基板ホルダ１２内に、例え
ば、水晶発振式の成膜速度モニター２７を具備すると、
成膜粒子に対する入射イオン量の比がモニターできるの
で、より精密な膜成長制御が行える。

実施例３゜ 本発明の第３の実施例を第６図に示す。この図も前記実
施例１の第１図と同様に、装置構成の一部断面ブロック
図を示したものである。

これまでの実施例と異なるところは、スパッタ電極２に
付設した第２のカソード電極２８の代わりに、マイクロ
波によるＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）放電により
、ターゲット７の面とは独立にプラズマを発生させ得る
構造としている点である。第６図で、マイクロ波は導波
管３１により伝搬し石英板３０を通して真空中へ導入さ
れている。コイル３によりＥＣＲ条件（２，４５ＧＨｚ
のマイクロ波に対して８７５ガウスの磁束密度）の磁場
を発生させる。プラズマ中の電子が磁場中でマイクロ波
と共鳴することによりプラズマ発生部３２に高密度プラ
ズマを発生させ、かつマイクロ波電力によってプラズマ
密度を制御する。実施例１と同様、上記プラズマを発散
磁場１１により基板側へ輸送している。本実施例におい
ても、その具備する機能から実施例１と同様な効果を得
ることができた。

本実施例特有の効果としては、マイクロ波が、ＥＣＲ条
件を満足する磁束密度の所で吸収されることからＥＣＲ
条件を満たす磁束密度の位置をスパッタ電極の中心軸に
そって変化させることによっても、基板１７へ入射する
イオン量を制御することができる。例えば、ＥＣＲ条件
を満足する磁束密度の位置を基板方向に近づけると基板
への入射イオン量を増すことができる。

なお、この実施例のようにマイクロ波によるＥＣＲ（電
子サイクロトロン共鳴）放電により、ターゲット７の面
とは独立にプラズマを発生させ得る構造とした装置につ
いても、第３図及び第４図に示したと同様に第２の磁場
発生用コイル２６を付設して、コイル３との相互作用に
より基板上の発散磁場１１を制御することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、基板ｌ＼入射するイオンエネルギとイ
オン量とを所定値に制御でき、かつそれらをモニタでき
るので、成膜材料に見合った成膜条件を容易に設定でき
る効果がある。また、同一材料の膜においてもその用途
によって必要とされる膜質は異なるが１本発明によれば
、その用途に応じた膜質を得る為の条件出しが容易に行
なえる。

これによって高品質な膜形成が可能となる。

また本発明により、膜材料に見合った成膜条件が容易に
得られるので、ＬＳＩ等の配線膜のように積層構造の膜
を高品質に形成することができる。

さらにまた、形成する膜材料が変化しても、ターゲット
材料を変えるだけで、その材料に見合った成膜条件が設
定できるので、装置が多種類材料に適用でき、汎用性が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すバイアススパッタ装置
の縦断面図、第２図（ａ）はプローブを基板ホルダに設
置した平面図、第２図（ｂ）はその断面図、第３図は本
発明の他の実施例を示すもので、ターゲットと基板間に
ミラー磁場を発生させた場合の装置断面図、同じく第４
図はターゲットと基板間にカスプ磁場を発生させた場合
の装置断面図図、第５図は基板ホルダに成膜速度モニタ
を付設した異なる実施例を示す装置断面図、そして第６
図はマイクロ波によるＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴
）放電を用いたさらに異なる実施例の装置断面図である
。 符号の説明 １・・・真空容器、　　　　２・・・スパッタ電極、３
．２６・・・コイル、　４．５．６・・磁性体、７・・
・ターゲット、　　　８・・・スパッタ用電源、９、］
Ｏ・・・第２のカソードを構成する部材、１１・・発散
磁場、　　　１２・・・基板ホルダ、１３・・・プロー
ブ　　　１４・・・プローブ用電源、１５・・コントロ
ーラ、１６・・・電流計、１７・・・基板、１８・・・
爪、　　　　　　１８ａ・・・バイアス印加機構、１９
・・基板バイアス用電源、 ２０・・・第２のカソード用電源、 ２１．２９・・・コイル用電源、 ２４・・絶縁碍子、　　２５・・・ハウジング２７・・
成膜速度モニタ、 ２８・・第２のカソード電極。 ３１・・マイクロ波導波管、３２・・・プラズマ発生部
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スパッタ電力が投入されるターゲット電極とバイア
   ス電圧が印加される基板電極とを備え、前記各電極にそ
   れぞれ独立に電力を印加し、ターゲット材料をスパッタ
   して基板上に成膜するバイアススパッタ成膜方法におい
   て、前記基板電極側に、基板へ入射するイオン量とイオ
   ンエネルギとを検出する手段を配設すると共に、前記検
   出手段により求めたイオン量とイオンエネルギとをそれ
   ぞれ独立に制御する手段とを有し、これらイオン量とイ
   オンエネルギとをそれぞれ所定値に制御することにより
   所定の膜特性に応じたスパッタ膜を形成するように成し
   たバイアススパッタ成膜方法。 ２、上記イオン量とイオンエネルギとを検出する手段が
   、上記基板電極側に配設されたラングミュアプローブに
   電流計を介して任意の電圧に制御できる直流電源を接続
   して構成され、この直流印加電圧を変化させて前記プロ
   ーブに流れる電流−電圧特性曲線からイオン量とプラズ
   マポテンシャルとを求め、しかもこのプラズマポテンシ
   ャルと上記基板電極に投入された既知のバイアス電圧と
   の和から真のイオンエネルギを求めるようにして成る請
   求項１記載のバイアススパッタ成膜方法。 ３、上記イオン量の制御は、上記ターゲット電極に隣接
   して、前記ターゲット電極とは独立にプラズマが発生す
   るように設けられたカソード電極へ投入される電力で行
   ない、上記イオンエネルギの制御は、上記基板電極に印
   加するバイアス電圧で行なうようにして成る請求項１記
   載のバイアススパッタ成膜方法。 ４、上記基板電極近傍に成膜速度を計測する手段を配設
   して、成膜速度と基板に入射するイオン量との比を最適
   化し得るようにして成る請求項１乃至３何れか記載のバ
   イアススパッタ成膜方法。 ５、内部に基板電極を収容し、一面に開口部を有する真
   空容器と、前記真空容器の開口部に装着されたスパッタ
   電極とを備え、しかも前記スパッタ電極にはターゲット
   電極が前記基板電極に対面して配設され、かつマグネト
   ロン放電機構を有して前記ターゲット電極上にプラズマ
   を発生するように構成されたバイアススパッタ成膜装置
   において、前記基板電極側に、基板へ入射するイオン量
   とイオンエネルギとを検出する手段と、前記基板へ入射
   するイオン量とイオンエネルギとを所定値に設定する制
   御手段とを配設して成るバイアススパッタ成膜装置。 ６、スパッタ電力が投入されるターゲット電極と、バイ
   アス電圧が印加される基板電極と、前記各電極にそれぞ
   れ独立に電力を印加する手段とを備え、ターゲット材料
   をスパッタして前記基板上に成膜するバイアススパッタ
   成膜装置において、前記基板電極側に、基板へ入射する
   イオン量とイオンエネルギとを検出する手段と、中空構
   造を有する前記ターゲット電極の中央部に前記ターゲッ
   ト電極とは独立して第２のプラズマを発生することので
   きるカソード電極と、前記検出手段により求めたイオン
   量とイオンエネルギとをそれぞれ独立に制御し、所定値
   に設定する手段とを有して成り、前記カソード電極に直
   流または高周波放電によって第２のプラズマを発生させ
   、かつこのプラズマを磁場によって基板電極側へ輸送す
   るように構成して成るバイアススパッタ成膜装置。 ７、上記真空容器内に収容された基板電極近傍に成膜速
   度を計測する手段を配設し、成膜速度をモニターすると
   共に、基板に入射するイオン量との比を最適化する手段
   を具備して成る請求項５記載のバイアススパッタ成膜装
   置。 ８、上記スパッタ電極のターゲット電極中央部からその
   外部に貫通する開口部を設け、しかもこの開口部に前記
   スパッタ電極とは独立に直流または高周波放電によって
   第２のプラズマを発生させることのできるカソード電極
   を設け、このカソード電極に発生した第２のプラズマを
   前記スパッタ電極に設けられた磁場印加手段により発生
   した基板電極側に伸びる発散磁場に沿って基板電極側へ
   輸送するように構成して成る請求項５記載のバイアスス
   パッタ成膜装置。 ９、上記カソード電極が、ターゲット中央部とスパッタ
   電極の中心軸を取り囲む、中空円環状のカソード電極面
   を有し、このカソード電極面にほぼ平行で、かつ磁力線
   がこのカソード電極の一面から出て、再び同一面の異な
   る部分へ入射する磁場を発生する手段を有すると共に、
   ターゲット面上では、ターゲットの一面から出て再びこ
   の同一ターゲット面の異なる部分へ入射する磁力線を形
   成する磁場発生手段を有して成る請求項５記載のバイア
   ススパッタ成膜装置。 １０、上記基板電極側の外部に、第２の磁場発生手段を
   配設し、上記スパッタ電極に配設した磁場発生手段から
   の磁場との相互作用により基板上にミラー磁場もしくは
   カスプ磁場を形成し得る磁場制御手段を具備して成る請
   求項５乃至９何れか記載のバイアススパッタ成膜装置。