JPH0721993B2 - スパッタ型イオン源 - Google Patents
スパッタ型イオン源Info
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- JPH0721993B2 JPH0721993B2 JP20011388A JP20011388A JPH0721993B2 JP H0721993 B2 JPH0721993 B2 JP H0721993B2 JP 20011388 A JP20011388 A JP 20011388A JP 20011388 A JP20011388 A JP 20011388A JP H0721993 B2 JPH0721993 B2 JP H0721993B2
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- plasma
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、試料基板上に各種材料の薄膜を形成したり、
または薄膜表面のエッチング、あるいは表面改質をする
ためのイオンを引き出す装置に関するものであり、特に
高密度プラズマによるスパッタリングを利用して各種イ
オンを高電流密度、高効率で連続して長時間安定に引き
出すための新規なスパッタ型イオン源に関するものであ
る。
または薄膜表面のエッチング、あるいは表面改質をする
ためのイオンを引き出す装置に関するものであり、特に
高密度プラズマによるスパッタリングを利用して各種イ
オンを高電流密度、高効率で連続して長時間安定に引き
出すための新規なスパッタ型イオン源に関するものであ
る。
［従来の技術］ 従来から、プラズマ中で生じたイオンをグリッド等の引
出し機構を用いて引き出すいわゆるイオン源は、各種材
料や薄膜のエッチングや加工に各方面で広く用いられて
いる。中でも第13図に示すような熱電子放出用フィラメ
ントを備えたカウフマン型イオン源がもっとも一般的に
用いられている。カウフマン型イオン源はプラズマ生成
室１の内部に熱電子放出用のフィラメント２を有し、こ
のフィラメント２を陰極としてプラズマ安定化磁界発生
用の電磁石３によって発生した磁界中で放電を起こさせ
ることによりプラズマ４を発生させ、このプラズマ４中
のイオンを数枚の引出しグリッド５を用いてイオンビー
ム６として引き出すものである。
出し機構を用いて引き出すいわゆるイオン源は、各種材
料や薄膜のエッチングや加工に各方面で広く用いられて
いる。中でも第13図に示すような熱電子放出用フィラメ
ントを備えたカウフマン型イオン源がもっとも一般的に
用いられている。カウフマン型イオン源はプラズマ生成
室１の内部に熱電子放出用のフィラメント２を有し、こ
のフィラメント２を陰極としてプラズマ安定化磁界発生
用の電磁石３によって発生した磁界中で放電を起こさせ
ることによりプラズマ４を発生させ、このプラズマ４中
のイオンを数枚の引出しグリッド５を用いてイオンビー
ム６として引き出すものである。
従来のカウフマンイオン源に代表されるイオン源はプラ
ズマ生成用の熱電子をフィラメントを用いて取り出して
いるため、そのフィラメント材料がスパッタされ不純物
として引出しイオンに含まれてしまう。さらにプラズマ
生成用ガスとして酸素等の反応性ガスを用いた場合に
は、その反応性ガスがフィラメントと反応し、長時間連
続したイオン引出しができないという大きな欠点があっ
た。しかも引出しイオンはAr等のガスを原料としたもの
に限られていた。
ズマ生成用の熱電子をフィラメントを用いて取り出して
いるため、そのフィラメント材料がスパッタされ不純物
として引出しイオンに含まれてしまう。さらにプラズマ
生成用ガスとして酸素等の反応性ガスを用いた場合に
は、その反応性ガスがフィラメントと反応し、長時間連
続したイオン引出しができないという大きな欠点があっ
た。しかも引出しイオンはAr等のガスを原料としたもの
に限られていた。
金属イオン源として、アンテナ型マイクロ波型金属イオ
ン源があるが、スパッタによるアンテナの消耗により長
時間連続してイオン引出しができず、しかも大面積にわ
たるイオン引出しができない。
ン源があるが、スパッタによるアンテナの消耗により長
時間連続してイオン引出しができず、しかも大面積にわ
たるイオン引出しができない。
また従来のイオン源においては、プラズマ中のガスや粒
子のイオン化が十分でなかった。
子のイオン化が十分でなかった。
スパッタを利用して大電流イオン源を実現するにはプラ
ズマ密度を高密度に高効率に保つ必要がある。そのため
には、ターゲットから放出される２次電子（γ電子）を
効率的に閉じ込めることが重要であるが、上記の技術で
はこの２次電子の閉じ込めが不十分で、高エネルギー電
子のエネルギーを有効にプラズマに伝えることができ
ず、大電流スパッタ型イオン源技術として十分とは言い
難い。
ズマ密度を高密度に高効率に保つ必要がある。そのため
には、ターゲットから放出される２次電子（γ電子）を
効率的に閉じ込めることが重要であるが、上記の技術で
はこの２次電子の閉じ込めが不十分で、高エネルギー電
子のエネルギーを有効にプラズマに伝えることができ
ず、大電流スパッタ型イオン源技術として十分とは言い
難い。
［発明が解決しようとする課題］ イオン源として望まれる条件をまとめると、 （１）大収量（大イオン電流）であること、 （２）不純物が少ないこと、 （３）イオンのエネルギーが広い範囲にわたって制御で
きること、 （４）不活性ガスのみでなく金属イオン等の各種イオン
も取り出せること、 が挙げられる。
きること、 （４）不活性ガスのみでなく金属イオン等の各種イオン
も取り出せること、 が挙げられる。
しかし、このような条件を満足するイオン源はこれまで
実現されていない。
実現されていない。
本発明は従来の欠点を改善し、上記各条件を満たし得る
イオン源を提供することにある。
イオン源を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ このような目的を達するために、本発明はガスを導入し
てプラズマを発生させるプラズマ生成室と、前記プラズ
マ生成室の端部に設けられたイオン引出し機構と、プラ
ズマ生成室の内部の両端部に設けられたそれぞれスパッ
タリング材料よりなる第１および第２のターゲットと、
第１および第２のターゲットにそれぞれプラズマ生成室
に対して負の電位を印加する少なくとも１個の電源と、
プラズマ生成室の内部に設けられたプラズマ制御用電極
と、プラズマ生成室の内部に磁場を形成し、かつ第１お
よび第２のターゲットのうちの一方のターゲットから出
てもう片方のターゲットに入る磁束を生成する手段とを
備えたことを特徴とする。
てプラズマを発生させるプラズマ生成室と、前記プラズ
マ生成室の端部に設けられたイオン引出し機構と、プラ
ズマ生成室の内部の両端部に設けられたそれぞれスパッ
タリング材料よりなる第１および第２のターゲットと、
第１および第２のターゲットにそれぞれプラズマ生成室
に対して負の電位を印加する少なくとも１個の電源と、
プラズマ生成室の内部に設けられたプラズマ制御用電極
と、プラズマ生成室の内部に磁場を形成し、かつ第１お
よび第２のターゲットのうちの一方のターゲットから出
てもう片方のターゲットに入る磁束を生成する手段とを
備えたことを特徴とする。
［作用］ 本発明は、低い圧力のガス中で高密度プラズマを発生さ
せ、そのプラズマを用いたスパッタを行い、そこで生じ
たイオンを高電流密度、高効率に連続して引き出せるも
のである。すなわち本発明においては、プラズマ生成室
内の両端部にスパッタリング材料からなるターゲットを
設置し、プラズマ生成室の周囲に設けた磁石によってタ
ーゲットの一方から他方へ通ずる磁束を発生せしめると
共に、ターゲットにプラズマ生成室に対して負の電位を
印加することによって、ターゲットから放出される２次
電子（γ電子）をプラズマ中に反射する電界のミラー効
果を用い、ターゲット間に形成されている磁界の閉じ込
め効果を利用して低加速電圧、高密度プラズマを容易に
生成できる。本発明によれば高速電子のエネルギーがさ
らに有効にプラズマに伝えられ、結果として、より高効
率の高密度プラズマ生成、ひいては大電流イオン引出し
が可能となる。
せ、そのプラズマを用いたスパッタを行い、そこで生じ
たイオンを高電流密度、高効率に連続して引き出せるも
のである。すなわち本発明においては、プラズマ生成室
内の両端部にスパッタリング材料からなるターゲットを
設置し、プラズマ生成室の周囲に設けた磁石によってタ
ーゲットの一方から他方へ通ずる磁束を発生せしめると
共に、ターゲットにプラズマ生成室に対して負の電位を
印加することによって、ターゲットから放出される２次
電子（γ電子）をプラズマ中に反射する電界のミラー効
果を用い、ターゲット間に形成されている磁界の閉じ込
め効果を利用して低加速電圧、高密度プラズマを容易に
生成できる。本発明によれば高速電子のエネルギーがさ
らに有効にプラズマに伝えられ、結果として、より高効
率の高密度プラズマ生成、ひいては大電流イオン引出し
が可能となる。
［実施例］ 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明によるスパッタ型イオン源の実施例の断
面図である。
面図である。
プラズマ生成室７にはプラズマを生成するためのガスが
導入口８から導入されるようになっている。プラズマ生
成室７の一端部にはイオン引出し用グリッド９が設けら
れている。本実施例ではグリッド９は２枚の多孔グリッ
ド9Aおよび9Bからなり、各グリッドは絶縁体10を介して
プラズマ生成室の底部をなす壁7Aに取付けられ、グリッ
ド9Aおよび9Bには電源11Aおよび11Bから電圧が印加され
る。そのとき9Aにはプラズマ生成室７から負の電位を、
9Bには接地電位から負の電位を与えた方が望ましい。プ
ラズマ生成室７の内部の他端部には平板状のターゲット
12が、グリッド９の近傍には円筒状のターゲット13が設
けられている。ターゲット12は水冷可能な金属製支持体
12Aに取り外し可能に固定され、支持体12Aはねじ蓋12B
によってプラズマ生成室７の上部の壁7Bに固定される。
支持体12Aと壁7Bとは絶縁体12Cによって絶縁されてい
る。同様にターゲット13は水冷可能な金属製支持体13A
に取り外し可能に固定され、支持体13Aは絶縁体13Bを介
してねじ蓋13Cによって壁7Cに固定される。支持体12Aお
よび13Aのそれぞれの突出端部12Dおよび13Dは電極を兼
ね、直流電源14および15からターゲット12および13にプ
ラズマ生成室７に対して負の電圧を印加することができ
る。プラズマ生成室７には電源28からの正の電位を印加
するのが好ましい。プラズマ生成室側のグリッド9Aには
プラズマ生成室７に対して−数十Ｖから−200Vの電圧を
印加しておくと、グリッドに加速されたイオンがグリッ
ド上に堆積した膜を取り除く効果がある。
導入口８から導入されるようになっている。プラズマ生
成室７の一端部にはイオン引出し用グリッド９が設けら
れている。本実施例ではグリッド９は２枚の多孔グリッ
ド9Aおよび9Bからなり、各グリッドは絶縁体10を介して
プラズマ生成室の底部をなす壁7Aに取付けられ、グリッ
ド9Aおよび9Bには電源11Aおよび11Bから電圧が印加され
る。そのとき9Aにはプラズマ生成室７から負の電位を、
9Bには接地電位から負の電位を与えた方が望ましい。プ
ラズマ生成室７の内部の他端部には平板状のターゲット
12が、グリッド９の近傍には円筒状のターゲット13が設
けられている。ターゲット12は水冷可能な金属製支持体
12Aに取り外し可能に固定され、支持体12Aはねじ蓋12B
によってプラズマ生成室７の上部の壁7Bに固定される。
支持体12Aと壁7Bとは絶縁体12Cによって絶縁されてい
る。同様にターゲット13は水冷可能な金属製支持体13A
に取り外し可能に固定され、支持体13Aは絶縁体13Bを介
してねじ蓋13Cによって壁7Cに固定される。支持体12Aお
よび13Aのそれぞれの突出端部12Dおよび13Dは電極を兼
ね、直流電源14および15からターゲット12および13にプ
ラズマ生成室７に対して負の電圧を印加することができ
る。プラズマ生成室７には電源28からの正の電位を印加
するのが好ましい。プラズマ生成室側のグリッド9Aには
プラズマ生成室７に対して−数十Ｖから−200Vの電圧を
印加しておくと、グリッドに加速されたイオンがグリッ
ド上に堆積した膜を取り除く効果がある。
プラズマ生成室７の内側には、プラズマ制御用電極とし
て円筒状のアノード電極30を設け、このアノード30には
電源29からプラズマ生成室７に対して正の電位を与えて
おく。30Aは絶縁体である。このアノード30の印加電位
によってプラズマ電位が制御でき、結果としてイオンの
引出し効率を改善できる。
て円筒状のアノード電極30を設け、このアノード30には
電源29からプラズマ生成室７に対して正の電位を与えて
おく。30Aは絶縁体である。このアノード30の印加電位
によってプラズマ電位が制御でき、結果としてイオンの
引出し効率を改善できる。
プラズマ生成室７の外周には、プラズマ生成室の内部に
磁界を形成するための電磁石16が設けられている。電磁
石16が発生する磁束17が両ターゲット面を横切り、磁束
が一方のターゲットの表面からでて他方の表面に入るよ
うに、電磁石16およびターゲット12と13の位置を定め
る。プラズマ生成室は水冷可能とするのが望まし。ター
ゲット12および13の側面をプラズマから保護するため
に、プラズマ生成室の内面にはシールド7Dおよび7Eを設
けることが好ましい。
磁界を形成するための電磁石16が設けられている。電磁
石16が発生する磁束17が両ターゲット面を横切り、磁束
が一方のターゲットの表面からでて他方の表面に入るよ
うに、電磁石16およびターゲット12と13の位置を定め
る。プラズマ生成室は水冷可能とするのが望まし。ター
ゲット12および13の側面をプラズマから保護するため
に、プラズマ生成室の内面にはシールド7Dおよび7Eを設
けることが好ましい。
プラズマ生成室７内を高真空に排気した後、ガス導入口
８からガスを導入して、電磁石16による磁界中でターゲ
ット12,13に印加する電圧を増加すると放電を生じプラ
ズマが発生する。プラズマ中のイオンをイオンビーム18
として引き出すことができる。ターゲット間の磁束はタ
ーゲット表面から生成された２次電子（γ電子）が磁界
に垂直方向に散逸するのを防ぎ、さらにプラズマを閉じ
込める効果をもち、その結果低ガス圧中で高密度プラズ
マが生成される。
８からガスを導入して、電磁石16による磁界中でターゲ
ット12,13に印加する電圧を増加すると放電を生じプラ
ズマが発生する。プラズマ中のイオンをイオンビーム18
として引き出すことができる。ターゲット間の磁束はタ
ーゲット表面から生成された２次電子（γ電子）が磁界
に垂直方向に散逸するのを防ぎ、さらにプラズマを閉じ
込める効果をもち、その結果低ガス圧中で高密度プラズ
マが生成される。
第２図は第１図に示したイオン源を利用した薄膜形成装
置の一例の断面図である。イオン引出し用グリッド９を
挟んで試料室19がプラズマ生成室７と結合されている。
試料室19とプラズマ生成室７とは絶縁するのがよい。試
料室19にはガス導入口20からガスを導入することがで
き、排気系21によって高真空に排気することができる。
試料室19内には基板22を保持するための基板ホルダ23が
設けられ、基板ホルダ23とイオン引出しグリッド９との
間に開閉可能なシャッタ24が設けられている。基板ホル
ダ23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、また基板22に直流あるいは交流の電圧を
印加して膜形成中の基板へのバイアス電圧の印加、基板
のスパッタクリーニングが可能なように構成するのが望
ましい。
置の一例の断面図である。イオン引出し用グリッド９を
挟んで試料室19がプラズマ生成室７と結合されている。
試料室19とプラズマ生成室７とは絶縁するのがよい。試
料室19にはガス導入口20からガスを導入することがで
き、排気系21によって高真空に排気することができる。
試料室19内には基板22を保持するための基板ホルダ23が
設けられ、基板ホルダ23とイオン引出しグリッド９との
間に開閉可能なシャッタ24が設けられている。基板ホル
ダ23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、また基板22に直流あるいは交流の電圧を
印加して膜形成中の基板へのバイアス電圧の印加、基板
のスパッタクリーニングが可能なように構成するのが望
ましい。
プラズマの生成に影響を与える要因は、プラズマ生成室
のガス圧、ターゲットへの投入電力、磁場分布、ターゲ
ット間距離等である。
のガス圧、ターゲットへの投入電力、磁場分布、ターゲ
ット間距離等である。
引出したイオンのエネルギーは主にプラズマ生成室７と
イオン引出しグリッド９に印加する電圧の相対差、ある
いは円筒状アノードに印加した電位である加速電圧によ
り制御することができる。
イオン引出しグリッド９に印加する電圧の相対差、ある
いは円筒状アノードに印加した電位である加速電圧によ
り制御することができる。
第３図に、第２図に示した薄膜形成装置における磁束方
向の磁場分布の例を示した。磁場は発散磁場である。
向の磁場分布の例を示した。磁場は発散磁場である。
ここで本発明のイオン源における高密度プラズマ生成の
原理を第４図により詳細に説明する。
原理を第４図により詳細に説明する。
プラズマ生成室にガスを導入し、ターゲット12,13に負
の電圧を印加して、ガス中に放電を生ぜしめ、ガスを電
離する。負電圧VaおよびVa′を印加されたターゲットに
高速イオンが衝突するとそのターゲット表面から高速の
２次電子（γ電子）25が放出される。このターゲットか
ら放出されたγ電子25は両ターゲットの電界で反射さ
れ、両ターゲット間に走る磁束17の回りをサイクロトン
運動しながらターゲット間を往復運動する。両ターゲッ
ト12,13の電界はγ電子に対してミラーとして作用す
る。γ電子はそのエネルギーが磁束の束縛エネルギーよ
り小さくなるまで両ターゲット間に閉じ込められ、その
間中性粒子との衝突によりイオン化が促進される。ま
た、そのターゲット間を往復する高速の電子流（電子ビ
ーム）はプラズマとの相互作用により中性粒子の電離を
一層加速する。以上のように、低いガス圧中でも高密度
のプラズマを生成できる。
の電圧を印加して、ガス中に放電を生ぜしめ、ガスを電
離する。負電圧VaおよびVa′を印加されたターゲットに
高速イオンが衝突するとそのターゲット表面から高速の
２次電子（γ電子）25が放出される。このターゲットか
ら放出されたγ電子25は両ターゲットの電界で反射さ
れ、両ターゲット間に走る磁束17の回りをサイクロトン
運動しながらターゲット間を往復運動する。両ターゲッ
ト12,13の電界はγ電子に対してミラーとして作用す
る。γ電子はそのエネルギーが磁束の束縛エネルギーよ
り小さくなるまで両ターゲット間に閉じ込められ、その
間中性粒子との衝突によりイオン化が促進される。ま
た、そのターゲット間を往復する高速の電子流（電子ビ
ーム）はプラズマとの相互作用により中性粒子の電離を
一層加速する。以上のように、低いガス圧中でも高密度
のプラズマを生成できる。
本発明の装置では、10-5Torr台のより低いガス圧でも放
電が安定に形成でき、高速イオン引出しを実現してい
る。
電が安定に形成でき、高速イオン引出しを実現してい
る。
次に、実施例のイオン源を用いてAlイオンを引出し、膜
を形成した結果について説明する。試料室19の真空度を
５×10-7Torrまで排気した後、Arガスを毎分2.5cc,およ
び5ccのフロー速度で導入しプラズマ生成室７内のガス
圧を５×10-4Torrおよび１×10-3Torrとして放電させた
時の放電特性を第５図に示す。ここでは平板状ターゲッ
ト12に印加する電圧を−300Vに固定している。いずれも
ある電圧から放電電流が雪崩的に増加する定電流放電特
性を示し、高密度プラズマの増殖が行われていることを
示している。本発明のイオン源では、円筒状ターゲット
13と平板状ターゲット12に印加する電圧は第５図に示し
た例のように、それらが異なるも十分高密度なプラズマ
生成ができる。また、それらの電圧が同じである場合で
場合でも十分高効率なプラズマ生成が実現できる。円筒
状のAlターゲット13に投入する電力を300〜600Wとして
スパッタを行った。第６図にイオン引出し特性の例を示
した。このとき円筒状アノード30にはプラズマ生成室に
対して＋70Vの電位を印加している。横軸のイオン引出
し電圧はプラズマ生成室７に印加した電圧に円筒状アノ
ードに印加した電圧を加えた値である。引出しイオンの
エネルギーを300eVに固定し、基板ホルダを加熱しない
で常温度で膜形成を行った結果、１〜12nm/minの堆積速
度で長時間連続して安定に効率よくAl膜を堆積できた。
を形成した結果について説明する。試料室19の真空度を
５×10-7Torrまで排気した後、Arガスを毎分2.5cc,およ
び5ccのフロー速度で導入しプラズマ生成室７内のガス
圧を５×10-4Torrおよび１×10-3Torrとして放電させた
時の放電特性を第５図に示す。ここでは平板状ターゲッ
ト12に印加する電圧を−300Vに固定している。いずれも
ある電圧から放電電流が雪崩的に増加する定電流放電特
性を示し、高密度プラズマの増殖が行われていることを
示している。本発明のイオン源では、円筒状ターゲット
13と平板状ターゲット12に印加する電圧は第５図に示し
た例のように、それらが異なるも十分高密度なプラズマ
生成ができる。また、それらの電圧が同じである場合で
場合でも十分高効率なプラズマ生成が実現できる。円筒
状のAlターゲット13に投入する電力を300〜600Wとして
スパッタを行った。第６図にイオン引出し特性の例を示
した。このとき円筒状アノード30にはプラズマ生成室に
対して＋70Vの電位を印加している。横軸のイオン引出
し電圧はプラズマ生成室７に印加した電圧に円筒状アノ
ードに印加した電圧を加えた値である。引出しイオンの
エネルギーを300eVに固定し、基板ホルダを加熱しない
で常温度で膜形成を行った結果、１〜12nm/minの堆積速
度で長時間連続して安定に効率よくAl膜を堆積できた。
このときアノードに電圧を印加しない場合にくらべてイ
オン引出し量がおよそ20％向上した。また、アノードに
印加する電圧のみによっても引出しイオンのエネルギー
が制御できることから、イオンエネルギーの制御性によ
りすぐれている。
オン引出し量がおよそ20％向上した。また、アノードに
印加する電圧のみによっても引出しイオンのエネルギー
が制御できることから、イオンエネルギーの制御性によ
りすぐれている。
第７図に本発明によるイオン源の他の実施例の断面図
を、第８図にこのイオン源を利用した薄膜形成装置の一
例の断面図を示す。
を、第８図にこのイオン源を利用した薄膜形成装置の一
例の断面図を示す。
本実施例のイオン源は、スパッタを行うためのターゲッ
トが２個の円筒状ターゲット13および26である点が第１
図に示した実施例と異なっている。ターゲット26は水冷
可能な金属製支持体26Aに取外し可能に固定され、支持
体26Aはねじ蓋26Bによって壁7Cに固定され、かつ絶縁体
26Cによって壁7Cから絶縁されている。支持体26Aの突出
端部26Dは電極を兼ね、電源27からターゲット26にプラ
ズマ生成室に対して負の電圧が印加される。電磁石16に
よる磁束はターゲット26および13の一方の表面から出て
他方の表面に入る。
トが２個の円筒状ターゲット13および26である点が第１
図に示した実施例と異なっている。ターゲット26は水冷
可能な金属製支持体26Aに取外し可能に固定され、支持
体26Aはねじ蓋26Bによって壁7Cに固定され、かつ絶縁体
26Cによって壁7Cから絶縁されている。支持体26Aの突出
端部26Dは電極を兼ね、電源27からターゲット26にプラ
ズマ生成室に対して負の電圧が印加される。電磁石16に
よる磁束はターゲット26および13の一方の表面から出て
他方の表面に入る。
第９図に本実施例における磁束方向の磁場強度分布の一
例を示す。磁場は発散磁場である。
例を示す。磁場は発散磁場である。
第10図に示すように、本実施例においても負電圧Va,V
a′が印加されているターゲットに高速イオンが衝突す
るとそのターゲット表面から高速の２次電子（γ電子）
25が放出される。このターゲットから放出されたγ電子
25は両ターゲットの電界で反射され、両ターゲット間に
走る磁束17の回りをサイクロトン運動しながらターゲッ
ト間を往復運動する。そして先に説明したのと全く同様
に本実施例においても低いガス圧中で高密度のプラズマ
を生成することができる。
a′が印加されているターゲットに高速イオンが衝突す
るとそのターゲット表面から高速の２次電子（γ電子）
25が放出される。このターゲットから放出されたγ電子
25は両ターゲットの電界で反射され、両ターゲット間に
走る磁束17の回りをサイクロトン運動しながらターゲッ
ト間を往復運動する。そして先に説明したのと全く同様
に本実施例においても低いガス圧中で高密度のプラズマ
を生成することができる。
次に、本実施例のスパッタ型イオン源を用いてAlイオン
を引出し、膜を形成した結果について説明する。試料室
19の真空度を５×10-7Torrまで排気した後、Arガスを毎
分5cc,および1ccのフロー速度で導入しプラズマ生成室
７内のガス圧を５×10-3Torrおよび８×10-4Torrとして
放電させた時の放電特性を第11図に示す。ここでは両円
筒状ターゲットに印加する電圧を同じ値にしている。い
ずれもある電圧から放電電流が雪崩的に増加する定電流
放電特性を示し、高密度プラズマの増殖が行われている
ことを示している。本発明のスパッタ型イオン源では、
円筒状ターゲット13および26に印加する電圧は第11図に
示した例のように、それらが同じ場合でも、またそれら
が異なる場合でも十分高密度なプラズマ生成ができる。
を引出し、膜を形成した結果について説明する。試料室
19の真空度を５×10-7Torrまで排気した後、Arガスを毎
分5cc,および1ccのフロー速度で導入しプラズマ生成室
７内のガス圧を５×10-3Torrおよび８×10-4Torrとして
放電させた時の放電特性を第11図に示す。ここでは両円
筒状ターゲットに印加する電圧を同じ値にしている。い
ずれもある電圧から放電電流が雪崩的に増加する定電流
放電特性を示し、高密度プラズマの増殖が行われている
ことを示している。本発明のスパッタ型イオン源では、
円筒状ターゲット13および26に印加する電圧は第11図に
示した例のように、それらが同じ場合でも、またそれら
が異なる場合でも十分高密度なプラズマ生成ができる。
第12図にAlイオンの引出し特性の例を示す。円筒状のAl
ターゲット13および26に投入する電力を300〜600Wとし
てスパッタを行った。このとき円筒状アノード30にはプ
ラズマ生成室に対して＋70Vの電位を印加している。横
軸のイオン引出し電圧はプラズマ生成室７に印加した電
圧に円筒状アノードに印加した電圧を加えた値である。
引出しイオンのエネルギーを300eVに固定し、基板ホル
ダを加熱しない常温で膜形成を行った結果、１〜12nm/m
inの堆積速度で長時間連続して安定に効率よくAl膜を堆
積できた。
ターゲット13および26に投入する電力を300〜600Wとし
てスパッタを行った。このとき円筒状アノード30にはプ
ラズマ生成室に対して＋70Vの電位を印加している。横
軸のイオン引出し電圧はプラズマ生成室７に印加した電
圧に円筒状アノードに印加した電圧を加えた値である。
引出しイオンのエネルギーを300eVに固定し、基板ホル
ダを加熱しない常温で膜形成を行った結果、１〜12nm/m
inの堆積速度で長時間連続して安定に効率よくAl膜を堆
積できた。
このときアノードに電圧の印加しない場合にくらべてイ
オン引出し量がおよそ20％向上した。また、アノードに
印加する電圧のみによっても引出しイオンのエネルギー
が制御できることから、イオンエネルギーの制御性によ
りすぐれている。
オン引出し量がおよそ20％向上した。また、アノードに
印加する電圧のみによっても引出しイオンのエネルギー
が制御できることから、イオンエネルギーの制御性によ
りすぐれている。
また導入するガスとしてほとんどの反応性ガスを用いる
ことができるため、それにより反応スパッタを利用した
イン引出しにより化合物膜の形成も実現できる。
ことができるため、それにより反応スパッタを利用した
イン引出しにより化合物膜の形成も実現できる。
またターゲットとしては平板状ターゲットや円筒状ター
ゲットの代わりにリング状ターゲットを用いることもで
きる。
ゲットの代わりにリング状ターゲットを用いることもで
きる。
さらに、以上示した実施例では、電磁石16によってプラ
ズマ生成室内に形成される磁界の最大値が500G以上の値
としているが、これは100G程度でも十分高密度なプラズ
マ生成が実現できる。
ズマ生成室内に形成される磁界の最大値が500G以上の値
としているが、これは100G程度でも十分高密度なプラズ
マ生成が実現できる。
以上の実施例では必要な磁場を電磁石によって得ている
が、これは種々の永久磁石を用いて、あるいはそれらを
組み合わせて形成しても全く同様の効果をもつことは明
らかである。
が、これは種々の永久磁石を用いて、あるいはそれらを
組み合わせて形成しても全く同様の効果をもつことは明
らかである。
一方、上記各実施例では、プラズマ制御用のアノード電
極として円筒状のアノードを用いているが、これは平板
状や線状のアノードを用いてもよく、同様の効果をもち
その形状によらない。
極として円筒状のアノードを用いているが、これは平板
状や線状のアノードを用いてもよく、同様の効果をもち
その形状によらない。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、高密度プラズマ
を利用したスパッタを用いて、低いガス圧中で高効率の
イオン引出しを連続して長時間安定に実現することがで
きる。本発明によるイオン源は、損傷の少ない良質の膜
を低基板温度で高速度、高安定に連続形成することや材
料表面改質、あるいはエッチングにも応用できる。
を利用したスパッタを用いて、低いガス圧中で高効率の
イオン引出しを連続して長時間安定に実現することがで
きる。本発明によるイオン源は、損傷の少ない良質の膜
を低基板温度で高速度、高安定に連続形成することや材
料表面改質、あるいはエッチングにも応用できる。
第１図は本発明のスパッタ型イオン源の実施例の断面
図、 第２図は第１図のスパッタ型イオン源を適用した薄膜形
成装置の一例の断面図、 第３図は第２図に示された本発明のスパッタ型イオン源
の実施例における磁束方向の磁場強度分布を示す図、 第４図は本発明のスパッタ型イオン源の高密度プラズマ
生成機構を説明する図、 第５図は第１図のスパッタ型イオン源においてターゲッ
トをAlとしたときの放電特性の一例を示す図、 第６図はイオン引出し特性の一例を示す図、 第７図は本発明のスパッタ型イオン源の他の実施例の断
面図、 第８図は第７図のスパッタ型イオン源を適用した薄膜形
成装置の一例の断面図、 第９図は第８図に示されたスパッタ型イオン源の実施例
における磁束方向の磁場強度分布を示す図、 第10図は本発明のスパッタ型イオン源の高密度プラズマ
生成機構を説明する図、 第11図は第７図のスパッタ型イオン源においてターゲッ
トをAlとしたときの放電特性の一例を示す図、 第12図はイオン引出し特性の一例を示す図、 第13図は従来のカウフマン型イオン源の概要を示す断面
図である。 １……プラズマ生成室、２……フィラメント、３……プ
ラズマ安定化電磁石、４……プラズマ、５……イオン引
出し用グリッド、６……イオンビーム、７……プラズマ
生成室、８……ガス導入口、９……イオン引出し用グリ
ッド、10……絶縁体、11A,11B,14,15,27,28,29……電
源、12……平板状ターゲット、13,26……円筒状ターゲ
ット、16……電磁石、17……磁束、18……イオンビー
ム、19……試料室、22……基板、23……基板ホルダー、
24……シャッター、25……２次電子、30……円筒状アノ
ード。
図、 第２図は第１図のスパッタ型イオン源を適用した薄膜形
成装置の一例の断面図、 第３図は第２図に示された本発明のスパッタ型イオン源
の実施例における磁束方向の磁場強度分布を示す図、 第４図は本発明のスパッタ型イオン源の高密度プラズマ
生成機構を説明する図、 第５図は第１図のスパッタ型イオン源においてターゲッ
トをAlとしたときの放電特性の一例を示す図、 第６図はイオン引出し特性の一例を示す図、 第７図は本発明のスパッタ型イオン源の他の実施例の断
面図、 第８図は第７図のスパッタ型イオン源を適用した薄膜形
成装置の一例の断面図、 第９図は第８図に示されたスパッタ型イオン源の実施例
における磁束方向の磁場強度分布を示す図、 第10図は本発明のスパッタ型イオン源の高密度プラズマ
生成機構を説明する図、 第11図は第７図のスパッタ型イオン源においてターゲッ
トをAlとしたときの放電特性の一例を示す図、 第12図はイオン引出し特性の一例を示す図、 第13図は従来のカウフマン型イオン源の概要を示す断面
図である。 １……プラズマ生成室、２……フィラメント、３……プ
ラズマ安定化電磁石、４……プラズマ、５……イオン引
出し用グリッド、６……イオンビーム、７……プラズマ
生成室、８……ガス導入口、９……イオン引出し用グリ
ッド、10……絶縁体、11A,11B,14,15,27,28,29……電
源、12……平板状ターゲット、13,26……円筒状ターゲ
ット、16……電磁石、17……磁束、18……イオンビー
ム、19……試料室、22……基板、23……基板ホルダー、
24……シャッター、25……２次電子、30……円筒状アノ
ード。
Claims (1)
- 【請求項１】ガスを導入してプラズマを発生させるプラ
ズマ生成室と、 前記プラズマ生成室の端部に設けられたイオン引出し機
構と、 前記プラズマ生成室の内部の両端部に設けられたそれぞ
れスパッタリング材料よりなる第１および第２のターゲ
ットと、 該第１および第２のターゲットにそれぞれ前記プラズマ
生成室に対して負の電位を印加する少なくとも１個の電
源と、 前記プラズマ生成室の内部に設けられたプラズマ制御用
電極と、 前記プラズマ生成室の内部に磁場を形成し、かつ前記第
１および第２のターゲットのうち一方のターゲットから
出てもう片方のターゲットに入る磁束を生成する手段と
を備えたことを特徴とするスパッタ型イオン源。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20011388A JPH0721993B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | スパッタ型イオン源 |
| KR1019890001268A KR920003789B1 (ko) | 1988-02-08 | 1989-02-03 | 플라즈마 스퍼터링을 이용한 박막 형성 장치 및 이온원 |
| DE68915012T DE68915012T2 (de) | 1988-02-08 | 1989-02-06 | Anlage zur Erzeugung von Dünnschichten und Ionenquelle unter Anwendung von Plasmazerstäubung. |
| EP89102042A EP0328033B1 (en) | 1988-02-08 | 1989-02-06 | Thin film forming apparatus and ion source utilizing plasma sputtering |
| US07/307,342 US4941915A (en) | 1988-02-08 | 1989-02-07 | Thin film forming apparatus and ion source utilizing plasma sputtering |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20011388A JPH0721993B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | スパッタ型イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0251827A JPH0251827A (ja) | 1990-02-21 |
| JPH0721993B2 true JPH0721993B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=16419045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20011388A Expired - Fee Related JPH0721993B2 (ja) | 1988-02-08 | 1988-08-12 | スパッタ型イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0721993B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2506779Y2 (ja) * | 1990-08-30 | 1996-08-14 | 日新電機株式会社 | イオン源 |
-
1988
- 1988-08-12 JP JP20011388A patent/JPH0721993B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0251827A (ja) | 1990-02-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |