JPS61190070A - スパツタ装置 - Google Patents

スパツタ装置

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JPS61190070A
JPS61190070A JP3040885A JP3040885A JPS61190070A JP S61190070 A JPS61190070 A JP S61190070A JP 3040885 A JP3040885 A JP 3040885A JP 3040885 A JP3040885 A JP 3040885A JP S61190070 A JPS61190070 A JP S61190070A
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JP
Japan
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plasma
target
potential
substrate
film
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JP3040885A
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Yoichi Oshita
陽一 大下
Tadashi Sato
忠 佐藤
Tomoe Kurosawa
黒沢　巴
Yasunori Ono
康則 大野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、プラズマ発生用に高周波電源を使用したスパ
ッタ装置に係り、特に、プラズマ電位を自由に制御する
ことによシ、良質なスパッタ膜を形成する構造に関する
。
〔発明の背景〕
各種材料の薄膜化手法の一つとしてスパッタ法は知られ
ておシ、用途に応じて種々の改良がなされているが、基
本的には、成膜すべき基板と真空容器を同電位とし、ス
パッタ材料であるターゲットの間に、直流又は高周波の
１源を接続してプラズマ放電を発生し、この作用で成膜
するものが多い。このとき、プラズマ電位は周囲の露出
部材の電位に左右され、一般に、真空容器の電位である
接地電位に近いものとなる。一方、プラズマ電位に対す
る、基板電位の差であるバイアス電圧が、スパッタ材料
によっては、膜特性に影響することが見出されている。
このため、基板を真空容器から絶縁保持し、この間に父
流又は直流の′成膜を外部から印加する方法も試みられ
ている。しかし、これでもなお、プラズマ投入域力と、
スパッタ放出粒子の挙ｄＫ大きく作用するプラズマ、タ
ーゲット間電圧は任意に独立して制御することは出来な
い。
例えば、特開昭５４−１０３７８９号公報のように、高
周波ｗＬ＃により、コイルを介してプラズマに電力投入
する方式もあるが、これは、プラズマ投入域力と、プラ
ズマ電位、基板電位、ターゲット電位が独立に制御でき
ない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、プラズマ投入域力と、真空容器に対す
る基板電位、ターゲット電位を任意に独立して制御し、
良質の膜特性の得られるスパッタ装置ｔを提供すること
にある。
〔発明のＷｔ要〕
第１図に示す実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図において、真空容器１には、ガス給入口２、及び
、ガス排気口３を設けられ、接地線４によシ接地電位に
接続されている。ガス給入口２はガスボンベ、減圧弁、
ガス流量ｖＩ４壷升、ガス封止弁等よりなるガス給気系
に接続され、ガス排気口３は真空ポンプ等のガス排気装
置に接続される。スパッタ開始前に、真空ポンプで真空
容器１内を、例えば、１Ｏ−ＩＩＴｏｒｒ以下にしりめ
ト、ガス給気系で流量をａｌｌＥＬながら、Ａｒガス等
を供給し、圧力を、例えば、１０’″”　〜１０’　・
ｒｏｒｒ等の所望の値に維持する。
高周波コイル５は、絶縁支持吻６により真空容器１内に
保持され、インピーダンス整合回路を含めた、高周波゛
電源７にその両端を接続される。高周波コイル５は管状
の構成とし、その中を冷却水を通して、加熱を防止する
ことも可能でおる。高周波電源７は工業用割り当て周波
数の１３．５６ＭＨｚを便用されることが多い。高周波
コイル５に適度の電力が投入されると、電磁誘導作用に
よυ高周波の円筒状電界が誘起され、中に注入電力に応
じたグロー放電によるプラズマ密度が得られる。
円筒成極８ｒｉ絶縁物９によ）、Ｉｃ空容器１内に保持
され、絶縁物１０でシールされた導入端子１１により、
電気的に外部に接続されている。本実施例では構成の簡
単さのため接地電位としているが、当然のことながら、
任意の電位に設定可能である。
前述の高周波コイル５によシ誘起されたプラズマの電位
は、プラズマに対する露出面積の大きい、円筒１！７Ｌ
極８からの影響を受け、はぼ、接地電位と等しくなる。
ターゲット１２Ｖｉ、成膜すべき材料からなシ、ターゲ
ツト面以外からのスパッタを防止するためのアースシー
ルド１３に包囲され、絶縁物１４で７−ルされた導電性
のターゲットホルダ１５に支持されている。さらに、電
源１６によシプラズマに対し負の電位が与えられている
ため、プラズマ中のプラスイオンがターゲット１２の異
面にできた電界によシ加速され、ターゲット１２に衝突
する。その結果、ターゲット１２を構成する原子が多く
は中性のスパッタ粒子としてターゲット１２０表面よシ
放出される。ターゲット１２は入射するプラスイオンの
エネルギにより加熱され、高温になるため、ターゲット
ホルダ１５中に冷却水を流し、冷却することが多いが図
では省略した。
基板１７は絶縁物１８によシシールされた基板ホルダ１
９で支持され、電源２０によルミ位を付与される。この
場合の電位はさほど大きいものではなく成膜材質によシ
最適値が異なるが、最大でもプラズマ電位に対し負の１
００Ｖ根度であり、接地として使用可能な場合も多い。
基板温度につの構成によシ、ターゲット１２よシ放出さ
れたスパッタ粒子は基板１７面上に蓄積され、初期の膜
が形成される。
本構成例では省略し九が、プレスパツタ時の異常スパッ
タを防止するための、基板前面に設置するシャッター機
構、装置の状態、プラズマ状態をモニタするための各種
分析、測定装置等を通常備えて筐用されるが、これらは
本発明に含むものである。
本実施例では、高周波コイル５の内側に円筒電極８を設
け、これに独立した電位を与えるようにしたことによシ
、高周波コイル５の表面に生じる電位分布のプラズマ電
位に与える影響がなく、安定したプラズマが得られる。
〔発明の実施例〕
第２図及び第３図は円筒電極８について、高周波電流で
誘起されるうず電流による損失を防ぐため、軸方向にス
リットを設けた構成を示す。第２図では、電極部２１と
絶縁部２２を交互に張シ合わせ、電位を与える導体２３
を個別に接続したものである。第３図では円筒絶縁体２
４に電極部材を張シ合わせこれを構成しているう 第４図は、円筒電極８の外側にカスプ磁場発生用の磁石
２５を設けたものであシ、これによ勺磁場２６を発生さ
せ、プラズマを閉じ込め、円筒電極８への電子の損失を
軽減したものである。これにより、高周波コイル５を流
れる高゛周波電流によるプラズマ発生効率を向上させる
ことが出来る。
第５図は、ターゲット１２とターゲットホルダ１３の間
に空間を設け、この中にターゲット１２面上にプラズマ
閉じ込め用の磁場を発生させるためのマグネトロン磁石
２７を配したものである。
さらに、円筒′電極８の外周に円環状のカスプ磁場発生
用の磁石２５を設置している。この結果、ターゲット１
２面から円筒電極８の上端まで連続的に磁場２６が得ら
れ、プラズマ発生効率をさらに向上させることが出来る
。
第６図は真空容器１をプラズマに電位を付与する円筒電
極として用いたものである。この実施例では、真空容器
１を接地電位以外で便用するとき全体を絶縁して、大地
から電気的に浮かせて便用しなければならないが、反面
、簡単な構成で本発明の目的を果すことができる利点が
ある。
第７図は、ターゲット１２が絶縁物のときのターゲット
電位の与え方を示している。ターゲットホルダ１３に、
インピーダンス整合回路を含む高周波電源２８を接続し
、高周波電圧を印加している。この様な構成によシ、タ
ーゲツト面に直流バイアス電圧が誘起される。本方式は
、基板が絶縁物の場合にも適用でき、同様の効果が得ら
れる。
本発明では高周波コイル５でプラズマを発生し、円筒電
極８でプラズマ電位を与えているので、本構成例によれ
ば、絶縁物の基板、ターゲット、あるいは、双方に、プ
ラズマに対する任意の゛電圧を与えることができる。
第８図は、インピーダンス整合回路２９を介して基板、
ターゲットの電位を与えるために、高周波コイル用の高
周波電源７を共用した場合の構成例を示す。インピーダ
ンス整合回路は、一般に、Ｌ、Ｃの組み合わせで構成さ
れるが、構成の仕方は諸方式があり、本図に限ったもの
ではない。又、構成する要素の変更によシ、バイアス電
圧は任意に設定が可能である。本構成例に従えば１、一
台の高周波電源を共用できるため、装置の全体構成を簡
素化できる特徴がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、プラズマ注入電力、プラズマ電位、タ
ーゲット電位、基板電位を独立して制御できるようにな
シ、かつ高周波コイルに生じる電位分布がプラズマに影
響を及ぼさないので所望の条件で、安定した良質のスパ
ッタ膜を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の要部断面図、第２図ないし
第４図は異なる実施例を示す部分横断面第６１ｆｆｌ、
、ｄ異なる実施例を示す要部断面図である。 １・・・容器、１２・・・ターゲット、１７・・・基板
、７・・・高周波電源、５・・・高周波コイル、訃・・
第三の電極、２１・・・電極部、２２・・・絶縁部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、気密を保持された容器の中に保持された一対の、成
    膜材料からなるターゲットと、成膜すべき基板とからな
    るものにおいて、 前記ターゲットと前記基板の間隙にプラズマを発生し、
    これを維持するための電力を注入する高周波電源と高周
    波コイルを設け、前記高周波コイルの内側に、前記プラ
    ズマの電位を制御する電極を設けたことを特徴とするス
    パッタ装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記電極は、電極
    部と絶縁部が交互に組み合わされたものであることを特
    徴とするスパッタ装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記電極、前記ターゲット、前記基板の各電位は、少な
    くともその中の二つの電位差で制御可能であることを特
    徴とするスパッタ装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、 前記基板、もしくは前記ターゲットの電位は、直流もし
    くは高周波交流電圧を付与されることを特徴とするスパ
    ッタ装置。
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