JPH06116724A - 薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成装置

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JPH06116724A
JPH06116724A JP4269016A JP26901692A JPH06116724A JP H06116724 A JPH06116724 A JP H06116724A JP 4269016 A JP4269016 A JP 4269016A JP 26901692 A JP26901692 A JP 26901692A JP H06116724 A JPH06116724 A JP H06116724A
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Kiyoshi Ogata
潔 緒方
Hiroya Kirimura
浩哉 桐村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ECRスパッタ装置の比較的低温で且つ高密
度プラズマのもとで薄膜を形成できるという利点と、マ
グネトロンスパッタ装置の高速成膜できる利点を活用
し、良質の薄膜を高速で形成できる薄膜形成装置を提供
する。 【構成】 スパッタターゲット6を電界とこれに交わる
磁界を利用してスパッタリングし、該スパッタ粒子を基
板3へ放出するためのマグネトロンスパッタ部5と、外
周に磁石体44を配置し、イオン加速電極7を設けたプ
ラズマ室41にガスとマイクロ波を導入してマイクロ波
プラズマを形成し、基板3へ向けイオン照射するための
マイクロ波プラズマ発生部4とを備え、マグネトロンス
パッタ部5の磁界の発生手段がプラズマ室41の外周に
隣合わせて間隔をおいて多重に配置したリング状磁石体
44、51からなり、該多重の磁石体のうちプラズマ室
41に最も近い内側の磁石体44がマイクロ波プラズマ
発生部4の磁石体44を兼ねており、スパッタターゲッ
ト6が基板3へ向けて磁石体44、51による磁界中に
配置される薄膜形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は各種半導体デバイスの製
造、基板上への超伝導膜の形成、機械部品等への耐食
性、耐摩耗性膜の形成等に利用する薄膜形成装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】この種の薄膜形成装置としては、ECR
(電子サイクロトロン共鳴)を利用して得られる高活性
マイクロ波プラズマと、固体ターゲットを原料とするス
パッタ法を組み合わせたECRスパッタ装置、高周波電
流又は直流による電界とこれに交わる磁界中に固体ター
ゲットを配置してスパッタするマグネトロンスパッタ装
置等が知られている。
【0003】前記ECRスパッタ装置では、通常、外周
に磁石体を配置したプラズマ室に原料ガスとマイクロ波
を導入することで高活性のプラズマを形成し、薄膜を形
成すべき目的物へ向け照射する一方、プラズマ室からの
プラズマ流を挟むように配置され、バイアス電圧が印加
されるスパッタターゲットを、プラズマ中の一部イオン
でスパッタリングし、そのスパッタ粒子をプラズマ流中
で目的物へ飛行させ、供給する。
【0004】このECRスパッタ装置は、目的物表面で
の薄膜形成が比較的低温で行われ、その結果、平滑性に
優れる、緻密で内部応力の低い薄膜が形成される等の利
点がある。また、マグネトロンスパッタ装置では、電界
と磁界の作用で電子がサイクロトロン運動するため、高
密度のプラズマが形成され、ターゲットのスパッタリン
グが円滑に行われるので、高速成膜が可能であるという
利点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ECRスパッ
タ装置では、次のような問題がある。すなわち、スパ
ッタターゲットの面が互いに対向しており、目的物に向
いていないため、スパッタ粒子が円滑に目的物へ到達し
難く、従って成膜速度が遅いうえ、目的物表面全体に均
一に到達せず、膜の均一性が悪くなる、目的物以外の
部分にスパッタ粒子が付着し易く、装置のメインテナン
ス性が悪化する、スパッタ粒子がプラズマ室に入る可
能性が高く、前回とは異種のターゲットを採用すると、
前回採用したターゲットから出てプラズマ室へ侵入し、
成膜されたものが、今回侵入してきたスパッタ粒子でス
パッタされ、今回のものと混ざり合うことになるので不
純物が発生し易い、プラズマ室外周磁石体の磁気コイ
ルが大型となり、安全性が低下するし、コスト高とな
る。
【0006】そこで本発明は、ECRスパッタ装置の問
題点を解消し、その利点、すなわち比較的低温で薄膜を
形成できるという利点と、マグネトロンスパッタ装置の
高速成膜できる利点を活用し、良質の薄膜を高速で形成
できる等の利点を有する薄膜形成装置を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的に従
い、スパッタターゲットを電界とこれに交わる磁界を用
いてスパッタリングし、該スパッタ粒子を薄膜を形成す
べき目的物へ放出するためのマグネトロンスパッタ部
と、外周に磁石体を配置したプラズマ室にガスとマイク
ロ波を導入してマイクロ波プラズマを形成し、前記目的
物へ向けイオン照射するためのマイクロ波プラズマ発生
部とを備え、前記マグネトロンスパッタ部の磁界の発生
手段が前記プラズマ室の外周に隣合わせて間隔をおいて
多重に配置した磁石体からなり、該多重の磁石体のうち
前記プラズマ室に最も近い内側の磁石体が前記マイクロ
波プラズマ発生部の磁石体を兼ねており、前記マイクロ
波プラズマ発生部のイオン放出口にイオン加速電極が配
置されており、前記スパッタターゲットが前記目的物へ
向けて前記多重配置の磁石体による磁界中に配置される
ことを特徴とする薄膜形成装置を提供するものである。
【0008】前記マグネトロンスパッタ部の多重配置の
各磁石体は、代表例としてリング形状のものを挙げるこ
とができる。また、スパッタ部の磁石体のホルダの一部
又は全部が前記マイクロ波プラズマ発生部におけるプラ
ズマ室を兼ねていてもよい。各磁石体は、電磁石でも永
久磁石でもよい。マグネトロンスパッタ部における電界
は交流によるもの、直流によるもの、いずれでもよい。
【0009】
【作用】本発明薄膜形成装置によると、マグネトロンス
パッタ部おいては、そこに存在するガスが電界と磁界の
作用でプラズマ化され、該プラズマ中のイオンによりス
パッタターゲットが円滑にスパッタリングされ、薄膜を
形成すべき目的物へ向けスパッタ粒子が放出される。
【0010】一方、マイクロ波プラズマ発生部では、プ
ラズマ室に低圧のガスとマイクロ波が導入され、磁界の
作用も加わって電子サイクロトロン共鳴のもとにマイク
ロ波プラズマが形成される。このプラズマ中のイオンが
イオン加速電極の作用で薄膜を形成すべき目的物へ向け
放出される。スパッタ部から放出されたスパッタ粒子は
目的物表面に供給され、イオンアシストのもとに該表面
に所望の薄膜を形成する。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は一実施例の概略断面図であり、図2は図1
の装置中の要部の配置関係を平面視で示す図である。こ
の薄膜形成装置は、成膜室1を有し、その内部は排気系
11により所定の成膜真空度に維持できる。成膜室1中
には基板ホルダ2が設置してあり、このホルダには表面
に薄膜を形成すべき基板3が支持される。
【0012】ホルダ2の下方にはマイクロ波プラズマ発
生部4が設けてあり、その周囲にマグネトロンスパッタ
部5が設けてある。プラズマ発生部4は、プラズマ室4
1、このプラズマ室にマイクロ波を導入する導波管4
2、ガスを導入するガス導入管43、プラズマ室41の
外周を囲繞するリング状マグネット(永久磁石)44を
備えている。導波管42から室41への入り口にはセラ
ミック窓421が設けてある。
【0013】プラズマ室41は定在波を発生させるよう
に空洞共振構造となっており、マグネット44は、2.
45GHzのマイクロ波を用いる場合、マグネット内部
の磁束密度が約875ガウスになるものを用いている。
一方、スパッタ部5は、前記マグネット44と、このマ
グネットの外側に所定の間隔をおいて重ね配置したリン
グ状マグネット(永久磁石)51と、これら両マグネッ
トのホルダ52とを備えている。
【0014】二重マグネット44、51のうち、内側の
マグネット44は上部にS極、下部にN極を有し、外側
のマグネット51は上部にN極を、下部にS極を有す
る。両マグネットの上端は同じ高さ位置に揃えてある。
マグネットホルダ52は内側マグネット44の内周に沿
って円筒状に立ち上がり、両マグネット44、51の上
端面及びその間の間隙を覆い、さらに外側マグネット5
1の外周に沿って円筒状に下がり、そのあと水平にフラ
ンジ状に外側へ延びている。このホルダの内側立ち上が
り部521は、プラズマ室41の外周壁の一部を兼ねて
いる。
【0015】両マグネット44、51の間隙には冷却用
の水Wを流すことができる。ホルダ52は絶縁部53を
介して成膜室1の下端部に接続されている。ホルダ52
の上面522は、スパッタターゲット6の支持面を兼ね
ており、ターゲットはここに支持されて、基板3に向け
られる。また、ホルダ52にはアースシールド板54が
被せられ、この板体は、全体が平面視で二重リング形状
をしており、ターゲット6が基板3に臨むことができる
窓541(二重リングの間)を残してホルダ52及びそ
の上のターゲット6に被せられ、その一部542はプラ
ズマ室41の部分に円筒状に下降し、プラズマ室41の
内周壁を形成している。
【0016】さらに、プラズマ室41の上端開口には絶
縁部材70を介してイオン加速電極7が設けられ、これ
には電圧可変電源71が接続されている。成膜室1及び
アースシールド板54は接地され、マグネットホルダ5
2には高周波電源55が接続される。なお、プラズマ室
41、マグネット44、51、ターゲット6を平面から
見た位置関係は図2に示すとおりである。図2におい
て、破線はターゲット6を、一点鎖線はマグネット4
4、51を示している。
【0017】以上説明した薄膜形成装置によると、基板
ホルダ2に基板3が取り付けられるとともに、マグネッ
トホルダ52の上面522にリング状のスパッタターゲ
ット6が配置され、アースシールド板54の窓541を
介して基板3に向けられる。この状態で成膜室1内が排
気系11にて10-5〜10-4Torr程度の所定成膜真
空度に維持される。
【0018】さらに、マイクロ波プラズマ発生部4で
は、プラズマ室41中へ、形成すべき薄膜に応じた不活
性ガス及び(又は)反応性ガスが真空度10-5〜10-4
Torr程度が維持されるように低圧で導入されるとと
もに、導波管42より2.45GHzのマイクロ波が導
入される。かくして、マグネット44の磁界作用のもと
にプラズマ室41中にはECR効果により高密度プラズ
マが形成され、プラズマ中のイオンが、電源71にてイ
オン加速電圧を印加されたイオン加速電極7の作用で加
速され、プラズマ室41から基板3へ向け放出される。
【0019】一方、マグネトロンスパッタ部5におい
て、マグネットホルダ乃至ターゲットホルダ52に電源
55から高周波電圧が印加され、これによる電界と直交
する方向に両マグネット44、51による磁界が作用し
てプラズマが発生し、該プラズマ中のイオンによりター
ゲット6が効率良く円滑にスパッタリングされ、スパッ
タ粒子Sがシールド板の窓541から放出され、基板3
表面全体に均一に到達し、堆積する。かくして該表面全
体にわたり、イオンアシストのもとに所望の薄膜が比較
的低温で均一に高速形成される。
【0020】マグネトロンスパッタ部5で発生する高エ
ネルギー電子は正電圧を印加されたイオン加速電極7に
トラップされ、この高エネルギー電子が多量に基板3へ
到達して膜を損傷するという弊害が抑制される。
【0021】
【発明の効果】本発明薄膜形成装置によると、次の利点
がある。 マイクロ波プラズマ発生部からの比較的低エネルギ
のイオン照射と、マグネトロンスパッタ部からのスパッ
タ粒子とを併用することができ、従ってイオンアシスト
とマグネトロンスパッタ粒子とで低温且つ高速成膜が可
能である。また、低温成膜が可能であるから、高品質の
膜を形成できる。 スパッタ粒子は、目的物へ向け放出され、それだけ
マイクロ波プラズマ発生部への混入が抑制されているの
で、高純度の膜を形成できる。 また、目的物以外の部分へスパッタ粒子が付着しに
くく、それだけ装置のメインテナンス性が向上する。 ECR条件に必要な磁界を、マグネトロンスパッタ
に用いる磁石体によって得ることができるので、それだ
け装置全体を小型安価に製作することができる。 マイクロ波プラズマ発生部とマグネトロンスパッタ
部とは一部磁石体を併用している点を除いて互いに独立
しているため、個々の制御が可能である。 形成される膜に損傷を与える高速電子の影響をイオ
ン加速電極により抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の概略断面図である。
【図2】図1の装置中の要部の配置関係を平面視で示す
図である。
【符号の説明】
1 成膜室 11 排気系 2 基板ホルダ 3 基板 4 マイクロ波プラズマ発生部 41 プラズマ室 42 マイクロ波導波管 421 セラミック窓 43 ガス導入管 44 マグネット 5 マグネトロンスパッタ部 51 マグネット 52 マグネットホルダ 53 絶縁部材 54 アースシールド板 541 シールド板の窓 55 高周波電源 6 スパッタターゲット 7 イオン加速電極 71 正電圧印加電源

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スパッタターゲットを電界とこれに交わ
    る磁界を用いてスパッタリングし、該スパッタ粒子を薄
    膜を形成すべき目的物へ放出するためのマグネトロンス
    パッタ部と、外周に磁石体を配置したプラズマ室にガス
    とマイクロ波を導入してマイクロ波プラズマを形成し、
    前記目的物へ向けイオン照射するためのマイクロ波プラ
    ズマ発生部とを備え、前記マグネトロンスパッタ部の磁
    界の発生手段が前記プラズマ室の外周に隣合わせて間隔
    をおいて多重に配置した磁石体からなり、該多重の磁石
    体のうち前記プラズマ室に最も近い内側の磁石体が前記
    マイクロ波プラズマ発生部の磁石体を兼ねており、前記
    マイクロ波プラズマ発生部のイオン放出口にイオン加速
    電極が配置されており、前記スパッタターゲットが前記
    目的物へ向けて前記多重配置の磁石体による磁界中に配
    置されることを特徴とする薄膜形成装置。
  2. 【請求項2】 前記マグネトロンスパッタ部における多
    重配置の各磁石体がリング状磁石体である請求項1記載
    の薄膜形成装置。
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