JPH0617247A - 高効率交流マグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents
高効率交流マグネトロンスパッタリング装置Info
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- JPH0617247A JPH0617247A JP19773092A JP19773092A JPH0617247A JP H0617247 A JPH0617247 A JP H0617247A JP 19773092 A JP19773092 A JP 19773092A JP 19773092 A JP19773092 A JP 19773092A JP H0617247 A JPH0617247 A JP H0617247A
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- cathode
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Abstract
(57)【要約】
【構成】一対の円筒状回転カソード４と、これらの間に
交流電圧を供給できる交流電源６とを有し、導入部１か
らカソードと基体９間にマイクロ波を導入し、ＥＣＲプ
ラズマを発生させつつ成膜を行うマグネトロンスパッタ
リング装置。 【効果】高性能の膜を高速で成膜できる。
交流電圧を供給できる交流電源６とを有し、導入部１か
らカソードと基体９間にマイクロ波を導入し、ＥＣＲプ
ラズマを発生させつつ成膜を行うマグネトロンスパッタ
リング装置。 【効果】高性能の膜を高速で成膜できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、真空中で薄膜を基体上
に形成するためのスパッタリング装置に関するものであ
る。
に形成するためのスパッタリング装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパ
ッタリング装置、一対型交流（ＡＣ）スパッタリング装
置、円筒状の回転カソードスパッタリング装置は、個々
に知られているが、それぞれに下記に示すような特徴と
欠点を有していた。
ッタリング装置、一対型交流（ＡＣ）スパッタリング装
置、円筒状の回転カソードスパッタリング装置は、個々
に知られているが、それぞれに下記に示すような特徴と
欠点を有していた。
【０００３】ＥＣＲスパッタリング装置は、プラズマの
発生にＥＣＲ現象を利用し、スパッタリングを行うもの
で、その高密度で、温度の高い電子のために高密度のプ
ラズマをターゲット近傍に効率よく形成できる。
発生にＥＣＲ現象を利用し、スパッタリングを行うもの
で、その高密度で、温度の高い電子のために高密度のプ
ラズマをターゲット近傍に効率よく形成できる。
【０００４】この装置の特徴は、高密度のプラズマをタ
ーゲット近傍に容易に形成できるために、成膜速度を落
とさずに高性能の薄膜を形成できる。しかし、従来のマ
グネトロンスパッタリング装置同様にアーキングのため
に成膜速度を一定の値以上には上げることができない。
さらに、ターゲット磁石の不均一な磁場分布のためにタ
ーゲットの消耗の程度が場所によって極端に異なり、タ
ーゲットを有効に利用できないという欠点を有してい
た。
ーゲット近傍に容易に形成できるために、成膜速度を落
とさずに高性能の薄膜を形成できる。しかし、従来のマ
グネトロンスパッタリング装置同様にアーキングのため
に成膜速度を一定の値以上には上げることができない。
さらに、ターゲット磁石の不均一な磁場分布のためにタ
ーゲットの消耗の程度が場所によって極端に異なり、タ
ーゲットを有効に利用できないという欠点を有してい
た。
【０００５】一対型交流（ＡＣ）スパッタリング装置
は、一対のカソード間に１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの交流電力
を印加することによって、アーキング無しでスパッタリ
ングを行うもので、大電力を投入してもアーキングが発
生しにくい為に、従来以上に高い成膜速度が得られると
いう特徴をもつ。
は、一対のカソード間に１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの交流電力
を印加することによって、アーキング無しでスパッタリ
ングを行うもので、大電力を投入してもアーキングが発
生しにくい為に、従来以上に高い成膜速度が得られると
いう特徴をもつ。
【０００６】しかし、この装置も従来のマグネトロンス
パッタ装置と同様に高密度のプラズマが得られないため
に、高性能の薄膜が容易に得られないという欠点を有し
ていた。さらに、ターゲット磁場による不均一な磁場分
布のためにターゲットを有効に利用できないという欠点
を有していた。
パッタ装置と同様に高密度のプラズマが得られないため
に、高性能の薄膜が容易に得られないという欠点を有し
ていた。さらに、ターゲット磁場による不均一な磁場分
布のためにターゲットを有効に利用できないという欠点
を有していた。
【０００７】また、円筒状の回転カソードスパッタリン
グ装置は、従来の平面状のカソードでは、ターゲットの
有効利用がはかれないという欠点の解消を目的とし提案
されたもので従来の平面型カソードのターゲット利用
率、２０〜３０％をこのカソードにより７０〜８０％ま
で高められるという特徴を有する。
グ装置は、従来の平面状のカソードでは、ターゲットの
有効利用がはかれないという欠点の解消を目的とし提案
されたもので従来の平面型カソードのターゲット利用
率、２０〜３０％をこのカソードにより７０〜８０％ま
で高められるという特徴を有する。
【０００８】しかし、これだけでは、高密度のプラズマ
が得られないために、高性能の薄膜が容易に得られな
い。さらに、アーキング発生の制限のために成膜速度を
一定の値以上には上げることができないという欠点を有
していた。
が得られないために、高性能の薄膜が容易に得られな
い。さらに、アーキング発生の制限のために成膜速度を
一定の値以上には上げることができないという欠点を有
していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の有していた前述の欠点を解消しようとするもので
あり、従来技術に比較して、高速で高性能の薄膜が容易
に得られ、しかもターゲットの利用効率が高い高効率ス
パッタリング装置を新規に提供することを目的とするも
のである。
技術の有していた前述の欠点を解消しようとするもので
あり、従来技術に比較して、高速で高性能の薄膜が容易
に得られ、しかもターゲットの利用効率が高い高効率ス
パッタリング装置を新規に提供することを目的とするも
のである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、真空装置内で薄膜を基
体上に形成するマグネトロンスパッタリング装置におい
て、円筒状のカソードであって、その回転中心軸のまわ
りに回転できる一対のカソードと、これらのカソードと
カソードの間にスパッタリングのための交流電力を供給
できる交流電源と、カソード表面、あるいはカソードと
基体間にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入部
と、マイクロ波源とを有し、ＥＣＲプラズマを発生させ
つつ成膜を行うことが可能な高効率交流マグネトロンス
パッタリング装置を提供するものである。
解決すべくなされたものであり、真空装置内で薄膜を基
体上に形成するマグネトロンスパッタリング装置におい
て、円筒状のカソードであって、その回転中心軸のまわ
りに回転できる一対のカソードと、これらのカソードと
カソードの間にスパッタリングのための交流電力を供給
できる交流電源と、カソード表面、あるいはカソードと
基体間にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入部
と、マイクロ波源とを有し、ＥＣＲプラズマを発生させ
つつ成膜を行うことが可能な高効率交流マグネトロンス
パッタリング装置を提供するものである。
【００１１】図１は本発明の装置の例の一部断面斜視図
である。本発明の円筒状回転カソード４としては、その
側面上に薄膜の原料となるターゲット材料３を配置し、
回転中心軸１０のまわりに回転できる機構を有し、その
内部には、ターゲット表面に電子を有効に捕捉するため
の磁場２を形成する永久磁石などの磁場形成手段７が配
置される。この場合、磁場形成手段７は、広い領域でタ
ーゲット表面に水平で、その強度が強くなるように、か
つ放電の安定化とターゲットの有効利用のために固定さ
れるのが好ましい。
である。本発明の円筒状回転カソード４としては、その
側面上に薄膜の原料となるターゲット材料３を配置し、
回転中心軸１０のまわりに回転できる機構を有し、その
内部には、ターゲット表面に電子を有効に捕捉するため
の磁場２を形成する永久磁石などの磁場形成手段７が配
置される。この場合、磁場形成手段７は、広い領域でタ
ーゲット表面に水平で、その強度が強くなるように、か
つ放電の安定化とターゲットの有効利用のために固定さ
れるのが好ましい。
【００１２】また、本発明の一対型交流スパッタ法とし
ては、２つ以上のカソード４間に交流電源６により周波
数１０Ｈｚ〜１ＭＨｚ程度の交流電圧を印加し、２つの
ターゲット間でスパッタ電圧を発生させる構造をなす。
成膜速度の時間的安定化、アーキングの低減、さらにマ
ッチングボックスが不要という観点から３０ｋＨｚ〜５
００ｋＨｚの交流電源を用いるのが好ましい。
ては、２つ以上のカソード４間に交流電源６により周波
数１０Ｈｚ〜１ＭＨｚ程度の交流電圧を印加し、２つの
ターゲット間でスパッタ電圧を発生させる構造をなす。
成膜速度の時間的安定化、アーキングの低減、さらにマ
ッチングボックスが不要という観点から３０ｋＨｚ〜５
００ｋＨｚの交流電源を用いるのが好ましい。
【００１３】ＥＣＲ部分としては、カソード近傍にマイ
クロ波導入部１とＥＣＲ条件を満足させるための磁場を
発生するための磁場形成手段を有し、導波管等により外
部よりマイクロ波５をカソード近傍に投入できる構造を
有する。構造の単純化とマイクロ波とプラズマの整合と
いう点から、新たな磁場形成手段の導入なしで、すなわ
ち、回転カソード内部の磁場形成手段７のみでＥＣＲ磁
場条件を満足することが好ましい。
クロ波導入部１とＥＣＲ条件を満足させるための磁場を
発生するための磁場形成手段を有し、導波管等により外
部よりマイクロ波５をカソード近傍に投入できる構造を
有する。構造の単純化とマイクロ波とプラズマの整合と
いう点から、新たな磁場形成手段の導入なしで、すなわ
ち、回転カソード内部の磁場形成手段７のみでＥＣＲ磁
場条件を満足することが好ましい。
【００１４】特に、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を使用する場合には、回転カソード内部の磁場形成手段
によってターゲット近傍に８７５ガウスの磁場が形成で
きるようにすることが好ましい。
を使用する場合には、回転カソード内部の磁場形成手段
によってターゲット近傍に８７５ガウスの磁場が形成で
きるようにすることが好ましい。
【００１５】また、図１のような円筒状のカソード、交
流電源、マイクロ波源を２組以上設けて、大面積あるい
は高速成膜可能となるようにしてもよい。
流電源、マイクロ波源を２組以上設けて、大面積あるい
は高速成膜可能となるようにしてもよい。
【００１６】
【作用】本発明において、円筒状回転カソードは、カソ
ード内部の磁場形成手段によって形成された磁場中をタ
ーゲットが回転移動するにつれて、ターゲット上の消耗
領域がターゲット全域に広がり、ターゲット利用効率
が、３〜４倍に向上する。さらに、ターゲット上の放電
領域が回転によって移動し、プラズマによる加熱と、冷
却水による冷却がくり返されるため、ターゲットの温度
上昇がおさえられる。従ってプラズマによるターゲット
の熱的な破壊が生じにくく、より高いスパッタ電力が印
加できる。
ード内部の磁場形成手段によって形成された磁場中をタ
ーゲットが回転移動するにつれて、ターゲット上の消耗
領域がターゲット全域に広がり、ターゲット利用効率
が、３〜４倍に向上する。さらに、ターゲット上の放電
領域が回転によって移動し、プラズマによる加熱と、冷
却水による冷却がくり返されるため、ターゲットの温度
上昇がおさえられる。従ってプラズマによるターゲット
の熱的な破壊が生じにくく、より高いスパッタ電力が印
加できる。
【００１７】一方、磁場形成手段は、固定されているた
めに安定した放電が確保できる。ＡＣスパッタリング
は、スパッタリング電源として１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの交
流電源を用いるが、この周波数領域においては、電子だ
けでなくイオンも電場の変動に応答することができ、一
対のターゲットは、交互にカソードとアノードの役割を
することができる。
めに安定した放電が確保できる。ＡＣスパッタリング
は、スパッタリング電源として１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの交
流電源を用いるが、この周波数領域においては、電子だ
けでなくイオンも電場の変動に応答することができ、一
対のターゲットは、交互にカソードとアノードの役割を
することができる。
【００１８】しかし、プラズマは、整流作用を持つため
ターゲットが負にバイアスされたときには、十分な電圧
が印加されるが、正にバイアスされたときには、＋３０
Ｖ程度の電圧しかかからない。したがって、ターゲット
が負にバイアスされたときには、十分なスパッタリング
が確保でき、正にバイアスされたときには、安定したア
ノードとして機能するだけでなく、アーキングの原因と
なるターゲット表面上での帯電を防止できる。すなわ
ち、アーキングなしで大電力をターゲットに投入でき、
その結果安定した高速成膜が容易に達成できるという効
果が得られる。
ターゲットが負にバイアスされたときには、十分な電圧
が印加されるが、正にバイアスされたときには、＋３０
Ｖ程度の電圧しかかからない。したがって、ターゲット
が負にバイアスされたときには、十分なスパッタリング
が確保でき、正にバイアスされたときには、安定したア
ノードとして機能するだけでなく、アーキングの原因と
なるターゲット表面上での帯電を防止できる。すなわ
ち、アーキングなしで大電力をターゲットに投入でき、
その結果安定した高速成膜が容易に達成できるという効
果が得られる。
【００１９】加えて、マイクロ波を導入し、プラズマ中
にＥＣＲ状態を形成することによって、高温、高密度の
プラズマが得られ、さらに、ＥＣＲ条件を満足させるた
めに、ターゲット表面近傍に強磁場を形成するので、低
電圧、高電流の低インピーダンス放電が容易に実現でき
る。
にＥＣＲ状態を形成することによって、高温、高密度の
プラズマが得られ、さらに、ＥＣＲ条件を満足させるた
めに、ターゲット表面近傍に強磁場を形成するので、低
電圧、高電流の低インピーダンス放電が容易に実現でき
る。
【００２０】すなわち、放電電圧を上昇させずに、さら
に投入電力を増加させることができ、薄膜にダメージを
与える高速粒子の発生が抑えられ、かつ、高密度のプラ
ズマにより、成膜物質の化学的活性度が高まり、高性能
の薄膜が容易に、しかもさらに高速で形成できるという
効果を有する。
に投入電力を増加させることができ、薄膜にダメージを
与える高速粒子の発生が抑えられ、かつ、高密度のプラ
ズマにより、成膜物質の化学的活性度が高まり、高性能
の薄膜が容易に、しかもさらに高速で形成できるという
効果を有する。
【００２１】
［実施例］図１に示すようなスパッタリング装置を用
い、スパッタリングターゲットとして、酸化錫が１０重
量％添加された酸化インジウム（ＩＴＯ）の焼結体を用
い、あらかじめ２００℃に加熱された無アルカリガラス
（旭硝子製ＡＮガラス）にＩＴＯ薄膜を形成した。
い、スパッタリングターゲットとして、酸化錫が１０重
量％添加された酸化インジウム（ＩＴＯ）の焼結体を用
い、あらかじめ２００℃に加熱された無アルカリガラス
（旭硝子製ＡＮガラス）にＩＴＯ薄膜を形成した。
【００２２】まず、成膜室内を１×１０-5Ｔｏｒｒ以下
に排気した後、アルゴンと酸素の混合ガスを２×１０-3
〜６×１０-3Ｔｏｒｒになるように導入し、一対の円筒
カソード（各カソード内の磁石は、ターゲット表面上で
磁力線がターゲットと平行になる位置において８７５ガ
ウスとなる磁場分布を形成するようにした）を回転さ
せ、カソード間に４０ｋＨｚのＡＣスパッタリング電圧
を印加した。その後２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入
し、１０分間のプレスパッタリングを行い、シャッター
を開け、ＥＣＲ条件下でＩＴＯ膜を成膜した。
に排気した後、アルゴンと酸素の混合ガスを２×１０-3
〜６×１０-3Ｔｏｒｒになるように導入し、一対の円筒
カソード（各カソード内の磁石は、ターゲット表面上で
磁力線がターゲットと平行になる位置において８７５ガ
ウスとなる磁場分布を形成するようにした）を回転さ
せ、カソード間に４０ｋＨｚのＡＣスパッタリング電圧
を印加した。その後２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入
し、１０分間のプレスパッタリングを行い、シャッター
を開け、ＥＣＲ条件下でＩＴＯ膜を成膜した。
【００２３】その結果、表１に示すように、従来のプレ
ーナー型マグネトロンスパッタリング装置に比較して、
本装置では、アーキングの発生もほとんど見られず、比
抵抗値が従来の半分となり、１２０μΩｃｍと高性能の
膜が従来の成膜速度の約３倍の速度で形成でき、しか
も、ターゲット利用効率が７０％と従来例の約３．５倍
に向上する。
ーナー型マグネトロンスパッタリング装置に比較して、
本装置では、アーキングの発生もほとんど見られず、比
抵抗値が従来の半分となり、１２０μΩｃｍと高性能の
膜が従来の成膜速度の約３倍の速度で形成でき、しか
も、ターゲット利用効率が７０％と従来例の約３．５倍
に向上する。
【００２４】［比較例１］（回転カソードのみの効果） 図１に示すようなスパッタリング装置を用い、スパッタ
リングターゲットとして、酸化錫が１０重量％添加され
た酸化インジウム（ＩＴＯ）の焼結体を用い、あらかじ
め２００℃に加熱された無アルカリガラス（旭硝子製Ａ
Ｎガラス）にＩＴＯ薄膜を形成した。
リングターゲットとして、酸化錫が１０重量％添加され
た酸化インジウム（ＩＴＯ）の焼結体を用い、あらかじ
め２００℃に加熱された無アルカリガラス（旭硝子製Ａ
Ｎガラス）にＩＴＯ薄膜を形成した。
【００２５】まず、成膜室内を１×１０-5Ｔｏｒｒ以下
に排気した後、アルゴンと酸素の混合ガスを２×１０-3
〜６×１０-3Ｔｏｒｒになるように導入し、２本の円筒
カソード（各カソード内の磁石は、ターゲット表面上で
磁力線がターゲットと平行になる位置において８７５ガ
ウスとなる磁場分布を形成するようにした）を回転さ
せ、各カソードとアース間にＤＣスパッタリング電圧を
印加した。その後、１０分間のプレスパッタリングを行
い、シャッターを開け、ＩＴＯ膜を成膜した。
に排気した後、アルゴンと酸素の混合ガスを２×１０-3
〜６×１０-3Ｔｏｒｒになるように導入し、２本の円筒
カソード（各カソード内の磁石は、ターゲット表面上で
磁力線がターゲットと平行になる位置において８７５ガ
ウスとなる磁場分布を形成するようにした）を回転さ
せ、各カソードとアース間にＤＣスパッタリング電圧を
印加した。その後、１０分間のプレスパッタリングを行
い、シャッターを開け、ＩＴＯ膜を成膜した。
【００２６】その結果、表１に示すようにターゲットの
利用効率は従来例の約３．５倍に向上するが、比抵抗値
の改善は見られず、さらに、アーキングの発生のために
投入可能な最大スパッタリング電力は制限され、その結
果、成膜速度も９００Å／分以上に向上できなかった。
利用効率は従来例の約３．５倍に向上するが、比抵抗値
の改善は見られず、さらに、アーキングの発生のために
投入可能な最大スパッタリング電力は制限され、その結
果、成膜速度も９００Å／分以上に向上できなかった。
【００２７】［比較例２］（回転カソードおよび一対型
交流スパッタの効果） 図１に示すようなスパッタリング装置を用い、スパッタ
リングターゲットとして、酸化錫が１０重量％添加され
た酸化インジウム（ＩＴＯ）の焼結体を用い、あらかじ
め２００℃に加熱された無アルカリガラス（旭硝子製Ａ
Ｎガラス）にＩＴＯ薄膜を形成した。
交流スパッタの効果） 図１に示すようなスパッタリング装置を用い、スパッタ
リングターゲットとして、酸化錫が１０重量％添加され
た酸化インジウム（ＩＴＯ）の焼結体を用い、あらかじ
め２００℃に加熱された無アルカリガラス（旭硝子製Ａ
Ｎガラス）にＩＴＯ薄膜を形成した。
【００２８】まず、成膜室内を１×１０-5Ｔｏｒｒ以下
に排気した後、アルゴンと酸素の混合ガスを２×１０-3
〜６×１０-3Ｔｏｒｒになるように導入し、一対の円筒
カソード（各カソード内の磁石は、ターゲット表面上で
磁力線がターゲットと平行になる位置において８７５ガ
ウスとなる磁場分布を形成するようにした）を回転さ
せ、カソード間に４０ｋＨｚのＡＣスパッタリング電圧
を印加した。その後、１０分間のプレスパッタリングを
行い、シャッターを開け、ＩＴＯ膜を成膜した。
に排気した後、アルゴンと酸素の混合ガスを２×１０-3
〜６×１０-3Ｔｏｒｒになるように導入し、一対の円筒
カソード（各カソード内の磁石は、ターゲット表面上で
磁力線がターゲットと平行になる位置において８７５ガ
ウスとなる磁場分布を形成するようにした）を回転さ
せ、カソード間に４０ｋＨｚのＡＣスパッタリング電圧
を印加した。その後、１０分間のプレスパッタリングを
行い、シャッターを開け、ＩＴＯ膜を成膜した。
【００２９】その結果、表１に示すように、アーキング
の発生が抑制された。しかしながら吸収性の膜が形成さ
れてしまうため、成膜速度は１８００Å／分に制限され
た。ターゲットの利用効率は７０％まで向上できる。し
かし、比抵抗値の向上は見られなかった。
の発生が抑制された。しかしながら吸収性の膜が形成さ
れてしまうため、成膜速度は１８００Å／分に制限され
た。ターゲットの利用効率は７０％まで向上できる。し
かし、比抵抗値の向上は見られなかった。
【００３０】［比較例３］（一対型交流スパッタおよび
ＥＣＲスパッタの効果） 図１に示すようなスパッタリング装置を用い、スパッタ
リングターゲットとして、酸化錫が１０重量％添加され
た酸化インジウム（ＩＴＯ）の焼結体を用い、あらかじ
め２００℃に加熱された無アルカリガラス（旭硝子製Ａ
Ｎガラス）にＩＴＯ薄膜を形成した。
ＥＣＲスパッタの効果） 図１に示すようなスパッタリング装置を用い、スパッタ
リングターゲットとして、酸化錫が１０重量％添加され
た酸化インジウム（ＩＴＯ）の焼結体を用い、あらかじ
め２００℃に加熱された無アルカリガラス（旭硝子製Ａ
Ｎガラス）にＩＴＯ薄膜を形成した。
【００３１】まず、成膜室内を１×１０-5Ｔｏｒｒ以下
に排気した後、アルゴンと酸素の混合ガスを２×１０-3
〜６×１０-3Ｔｏｒｒになるように導入し、円筒カソー
ド（各カソード内の磁石は、ターゲット表面上で磁力線
がターゲットと平行になる位置において８７５ガウスと
なる磁場分布を形成するようにした）を停止させたま
ま、カソード間に４０ｋＨｚのＡＣスパッタリング電圧
を印加した。その後２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入
し、１０分間のプレスパッタリングを行い、シャッター
を開け、ＩＴＯ膜を成膜した。
に排気した後、アルゴンと酸素の混合ガスを２×１０-3
〜６×１０-3Ｔｏｒｒになるように導入し、円筒カソー
ド（各カソード内の磁石は、ターゲット表面上で磁力線
がターゲットと平行になる位置において８７５ガウスと
なる磁場分布を形成するようにした）を停止させたま
ま、カソード間に４０ｋＨｚのＡＣスパッタリング電圧
を印加した。その後２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入
し、１０分間のプレスパッタリングを行い、シャッター
を開け、ＩＴＯ膜を成膜した。
【００３２】その結果、表１に示すようにアーキングの
発生は抑制されたが、カソードの回転が停止しているた
めに、冷却効率が低下し、ターゲットの温度が上昇した
ために、カソードにあまり電力を印加できず、成膜速度
は１２５０Å／分とあまり高速にはできなかった。比抵
抗値は従来例の半分の１３０μΩｃｍに向上した。ま
た、ターゲットは固定したエロージョン領域のみで消費
され、その利用効率は２０％と非常に低い。
発生は抑制されたが、カソードの回転が停止しているた
めに、冷却効率が低下し、ターゲットの温度が上昇した
ために、カソードにあまり電力を印加できず、成膜速度
は１２５０Å／分とあまり高速にはできなかった。比抵
抗値は従来例の半分の１３０μΩｃｍに向上した。ま
た、ターゲットは固定したエロージョン領域のみで消費
され、その利用効率は２０％と非常に低い。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【発明の効果】本発明は、第一に、固定された磁場形成
手段を有する円筒状のカソード／ターゲットを回転させ
ることによって、プラズマ領域を変動させずに、ターゲ
ットの利用効率を飛躍的に向上できるという効果を有す
る。第二に、一対のカソード／ターゲット間に１０Ｈｚ
〜１ＭＨｚ程度の交流スパッタリング電力を印加するこ
とによって、大電力投入時でもアーキングの発生が抑制
され、従来例の３倍以上の成膜速度が得られるという効
果も有する。第三に、スパッタリング領域にマイクロ波
を導入し、電子サイクロトロン共鳴状態（ＥＣＲ）を作
ることによって、プラズマ中の電子密度や電子温度を容
易に上昇できる。
手段を有する円筒状のカソード／ターゲットを回転させ
ることによって、プラズマ領域を変動させずに、ターゲ
ットの利用効率を飛躍的に向上できるという効果を有す
る。第二に、一対のカソード／ターゲット間に１０Ｈｚ
〜１ＭＨｚ程度の交流スパッタリング電力を印加するこ
とによって、大電力投入時でもアーキングの発生が抑制
され、従来例の３倍以上の成膜速度が得られるという効
果も有する。第三に、スパッタリング領域にマイクロ波
を導入し、電子サイクロトロン共鳴状態（ＥＣＲ）を作
ることによって、プラズマ中の電子密度や電子温度を容
易に上昇できる。
【００３５】その結果、放電インピーダンスが低減し、
スパッタリング電力を低下させることなく、低い電圧に
よるスパッタリングが可能となり、高速粒子によるダメ
ージの少ない高性能の薄膜が容易に形成できるという優
れた効果を同時に有し、特に、円筒状カソード内部に配
置された磁場形成手段の作る磁場を強力にし、その値を
ターゲット表面近傍でＥＣＲ条件を満足するような値
（例えば、マイクロ波周波数：２．４５ＧＨｚのとき、
８７５ガウス）に設定することによって、装置構成が単
純になるばかりでなく、放電インピーダンスを支配する
ターゲット近傍（ダークスペース）での磁場がより強く
なり、電子の束縛効率が向上し、放電インピーダンスが
より低減でき、より高性能の薄膜を形成できるという効
果も認められる。
スパッタリング電力を低下させることなく、低い電圧に
よるスパッタリングが可能となり、高速粒子によるダメ
ージの少ない高性能の薄膜が容易に形成できるという優
れた効果を同時に有し、特に、円筒状カソード内部に配
置された磁場形成手段の作る磁場を強力にし、その値を
ターゲット表面近傍でＥＣＲ条件を満足するような値
（例えば、マイクロ波周波数：２．４５ＧＨｚのとき、
８７５ガウス）に設定することによって、装置構成が単
純になるばかりでなく、放電インピーダンスを支配する
ターゲット近傍（ダークスペース）での磁場がより強く
なり、電子の束縛効率が向上し、放電インピーダンスが
より低減でき、より高性能の薄膜を形成できるという効
果も認められる。
【００３６】加えて、目的とする薄膜によっては、カソ
ードの回転を停止したり、スパッタリング電源を直流、
あるいは、ＲＦ電源に取り替えることによって、さらに
マイクロ波電力をゼロにすることによって、容易に従来
のマグネトロンスパッタリング装置として機能させるこ
とができるという利点も有する。
ードの回転を停止したり、スパッタリング電源を直流、
あるいは、ＲＦ電源に取り替えることによって、さらに
マイクロ波電力をゼロにすることによって、容易に従来
のマグネトロンスパッタリング装置として機能させるこ
とができるという利点も有する。
【図１】本発明の装置の例の一部断面斜視図
１：マイクロ波導入部 ２：磁場 ３：ターゲット ４：円筒状回転カソード ５：マイクロ波 ６：交流電源 ７：磁場形成手段 ８：ＥＣＲプラズマ ９：成膜基体 １０：カソード回転軸／ＡＣ電力投入端子／冷却水導入
口
口
Claims (5)
- 【請求項１】真空装置内で薄膜を基体上に形成するマグ
ネトロンスパッタリング装置において、円筒状のカソー
ドであって、その回転中心軸のまわりに回転できる一対
のカソードと、これらのカソードとカソードの間にスパ
ッタリングのための交流電力を供給できる交流電源と、
カソード表面、あるいはカソードと基体間にマイクロ波
を導入するためのマイクロ波導入部と、マイクロ波源と
を有し、ＥＣＲプラズマを発生させつつ成膜を行うこと
が可能な高効率交流マグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項２】円筒状のカソードは、その側面部分に薄膜
の原料となるターゲット物質を有し、さらにカソード内
部に、ターゲット表面上で磁力線がターゲットと平行に
なる位置において、その強度が５００ガウス以上となる
磁場分布を作る磁場形成手段を有することを特徴とする
請求項１の高効率交流マグネトロンスパッタリング装
置。 - 【請求項３】一対のカソード間に交流電源が供給する交
流電力は、周波数１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの交流電力である
ことを特徴とする請求項１または２の高効率交流マグネ
トロンスパッタリング装置。 - 【請求項４】マイクロ波源として、２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波源を有し、ターゲット表面、あるいはターゲッ
トと成膜基体間でＥＣＲ条件を満足する磁場強度８７５
ガウスの磁場を形成する磁場形成手段を有することを特
徴とする請求項１〜３いずれか１項の高効率交流マグネ
トロンスパッタリング装置。 - 【請求項５】請求項１〜４いずれか１項に記載された、
円筒状のカソード、交流電源とマイクロ波源を２組以上
有することを特徴とする高効率交流マグネトロンスパッ
タリング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19773092A JPH0617247A (ja) | 1992-07-01 | 1992-07-01 | 高効率交流マグネトロンスパッタリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19773092A JPH0617247A (ja) | 1992-07-01 | 1992-07-01 | 高効率交流マグネトロンスパッタリング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0617247A true JPH0617247A (ja) | 1994-01-25 |
Family
ID=16379391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19773092A Withdrawn JPH0617247A (ja) | 1992-07-01 | 1992-07-01 | 高効率交流マグネトロンスパッタリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0617247A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1992
- 1992-07-01 JP JP19773092A patent/JPH0617247A/ja not_active Withdrawn
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