JPS6330986B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスパツタリングによる反応性膜析出方
法及び装置に関するものであり、特にバイアスス
パツタリングによる反応性膜析出方法及び装置に
関するものである。

スパツタ被覆は低圧ガス雰囲気で適当な電圧差
で維持される陰極と陽極間で作られる低圧ガス電
気放電（グロー放電）の陰極から浸食される材料
で基板を被覆する周知の技術である。グロー放電
は複数の電子と低圧ガス原子との衝突によつて形
成される多くの正帯電イオンを含む。そのように
して形成されるイオンは負帯電陰極に引きつけら
れかなりのエネルギで衝突する。このイオン衝突
は陰極表面原子を放出させ該陰極近くに配置され
たどんな対象物の表面にも凝縮し、それによつて
被覆する。

スパツタリングは低圧工程なので、先づ排気さ
れその後、通常アルゴンのような適当なスパツタ
リングガスで充填され次に通常５ないし40ミリト
ールの適当なスパツタリングに維持される密閉シ
ール画室内で実施されねばならない。

多くの被覆処理では被覆される基板はガス放電
の陽極に配置される。というのは陽極は放出せし
められた陰極原子が被覆される適当な位置で通常
陰極に対して真に対向しているからである。たい
ていのスパツタリング装置では陽極をアース電位
で用い且つ大きな負電圧を陰極に印加する。アー
スされたスパツタリング画室は補助陽極となる。

バイアススパツタリングは変形されたスパツタ
被覆技術であり通常負のバイアス電位が被覆され
る基板に印加される。このバイアス電位によつ
て、机出工程中にガス放電イオンは基板に引きつ
けられる。そのイオン衝突はスパツタ被覆の特性
を好ましく変化させることが出る。バイアススパ
ツタリング技術の重要な用途はいわゆる反応性ス
パツタリング法においてである。反応性スパツタ
リングでは酸素又は窒素のような化学的活性ガス
が通常の不活性ガス（例えばアルゴン）の代わり
に添加されたり置換されたりする。そのような活
性ガスの反応種は通常のアルゴンイオンに沿つた
グロー放電領域で作られ、且つこれらの反応種は
基板に机出したターゲツト原子と反応し望ましい
化合物を形成する。このように反応性スパツタリ
ング技術は例えばアルミニウムの如き純金属ター
ゲツトからのスパツタリングによつて基板上に
（例えば酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム
のような）化合物被覆（反応性膜）を作る。反応
性スパツタリングは金属ターゲツトからのスパツ
タリング速度が金属化合物からなるターゲツトか
らの該速度より非常に早いので経済的利点を有す
る。

基板に負の電位を与えたバイアススパツタリン
グは種々の中にあつて正に帯電した反応種又はイ
オンを引きつけることによつて化学反応速度を増
加する。基板バイアスはイオンボンバードが望ま
しくない基板加熱や該被覆にガスイオン注入をひ
きおこすためある制限を有する。従つて問題はそ
れ程の高エネルギイオンボンバードにならずに基
板表面での化学反応過程に十分な低エネルギイオ
ンフラツクス（20ないし100eVのエネルギ準位）
を得ることである。

反応性スパツタリングとバイアススパツタリン
グを含む先行技術であるスパツタ技術の多くは
B.M.Chapman（J.Wiley ＆ Sons、1980）著の
“ガス放電法”及びJ.L.VossenとW.Kern
（Academic Press.Inc.、1978）編の“薄膜法”
に記載されている。ガス放電イオン化を増す先行
技術で周知の方法は磁界捕獲（trap）が用いられ
る。そのような磁気増長スパツタリングは米国特
許第2146025号に記載されているようにPenning
によつて先づ開発された。種々のPenning構造は
十分な高速スパツタリング陰極を達成するために
用いられている（米国特許第3282815号；第
3282816号；第3325394号；第3369991号；第
3711398号；第3878085号；第3995187号；第
4030996号；第4031424号；第4041353号；第
4111782号；第4116793号；第4166018号；第
4194062号；第4198283号）。更に、上記に引用し
たVossenテキストは32ページに、陰極と、バイ
アス電極を支持する基板との間に磁界を発生させ
る陰極と陽極両方の磁石を有する無線周波数
（rf）電力バイアススパツタリング装置が示され
ている。しかしながら、これらの磁石は基板支持
面を包むくぼみ形界磁石の電子トラツプを作るこ
とが不可能である。その閉鎖ループ磁石は高速ス
パツタリングソース（source）（すなわち陰極）
に接続してのみ用いられている。

本発明の第１の目的は先行技術のバイアススパ
ツタリング方法と装置と比較して基板加熱又はイ
オン注入を増加させないでバイアスされた基板に
分配されたイオン束及び反応ラジカルを増加する
バイアススパツタリングによる反応性膜析出方法
及び装置を提供することである。

これらのそして他の目的は 被覆ソースと少なくとも１つの基板を、低圧ガ
ス環境を有する放電室内の基板支持台上に、該基
板の表面の該被覆ソースに露出するように、設
け；該基板支持台から発して、前記支持台と被覆
ソース間の前記露出基板表面に到達し、そして前
記露出基板表面を包むために電子トラツプ磁界内
で前記基板に再び入る磁力線を有する磁界を設
け；前記被覆ソースを活性化し前記露出基板表面
に堆積するために材料の粒子を放出させ、そして
所定の高速で該露出基板表面に近い該ガス環でガ
ス原子をイオン化しそして該イオン化ガス原子を
ひきつけて前記露出基板表面に衝突させるに十分
なバイアス電圧を前記基板支持台に印加する工程
を含む反応性膜析出方法において；前記磁界の強
度が前記露出基板表面から離れるにつれ減少し、 前記被覆ソースが金属粒子のソースであり、前
記低圧ガス環境が反応ガスを含み、該反応ガスの
イオンが該露出基板表面に堆積された金属被覆ソ
ースと反応し前記金属材料の化合物からなる堆積
膜を形成し、そして 前記バイアスが前記反応ガスイオンと金属材料
との反応速度が高く該基板からの逆スパツタリン
グ速度が低くなるように制御される、ことを特徴
とする反応膜析出方法によつて達成される。

本方法は更に少なくとも１つの基板を前記基板
支持台に配設する工程が１つの近接表面に複数の
基板を一定の間隔で配設することを含み且つ被覆
ソースからの粒子を各基板上に析出させ一方、全
基板の露出面に非常に近接した密なグロー放電を
連続的に維持することを含む。

本発明は上記方法を実施するための装置、特に 低圧ガス環境を有する放電チヤンバであつて該
チヤンバ内に配置された被覆ソースと該チヤンバ
から電気的に絶縁され被覆ソースに露出した被覆
される基板を支持するための少なくとも１つの基
板支持台を該チヤンバ内に有するバイアス電極を
具備する放電チヤンバ； 前記バイアス電極から出て前記支持台表面と被
覆ソース間で該支持台表面に到達しそして前記バ
イアス電極に再び入り電子トラツプ磁界で前記基
板支持台表面を完全に包む磁力線を有する磁界を
設けるたの磁石手段； 被覆材料の粒子を放出するために該被覆ソース
を活性化する手段；及び 前記低圧ガス環境の原子をイオン化し、前記イ
オン化したガス原子をひきつけて該露出基板表面
に当たるのに十分なバイアス電圧を該基板支持台
表面に印加する手段を具備するバイアススパツタ
リングによる反応性膜析出用装置において； 前記被覆ソースが金属粒子のソースであり、前
記低圧ガス環境が反応ガスを有し該ガスのイオン
は、該金属被覆ソースから露出基板表面に堆積し
た金属粒子と所定の金属化合物を形成するために
反応することが可能であり、 前記磁石手段が露出基板支持台表面後方に配置
され前記基板支持台表面から離れるにつれ減少す
る磁界強度を与える第１及び第２の反対極性の離
れた磁極手段を有し、そして前記バイアス電圧が
該反応ガスと該基板上に堆積した金属粒子との高
反応速度と前記基板からの逆スパツタリングの低
速を与えるように制御されることを特徴とする。

好ましい実施態様ではバイアス電極が１つの軸
を囲む複数の平端面−前記面は少なくとも１つの
基板支持台表面を含む−を有する角柱体と、その
軸の周りを回転する該角柱体を支持する手段とを
含み且つ前記磁石手段が、を含み各極手段が該角
柱体の表面から外側に突出しており、且つ該角柱
体の周りに完全に伸びている反対の極性の第１及
び第２の離れた磁極手段の各々を有する前記内周
面の内側に配置され、且つ該基板支持台表面が第
１及び第２の極手段の間に配置されそれによつて
該磁界が該第１及び第２の極手段間のバイアス電
極の本体の周りに連続帯を形成し且つ前記被覆ソ
ースが該バイアス電極の対称軸に垂直なライン上
に配置された固体スパツタリングターゲツトを含
み、且つ前記装置が該バイアス電極を回転させる
手段を更に含みそれによつて各基板支持台表面が
該スパツタリングターゲツトを通過することが出
来るものである。

本発明の上記及び他の目的及び特徴及び先行技
術に対する利点は添付図面に関連した以下の詳細
な記載からより明らかになろう。

第１図は、本発明に係る基板支持構造の１つの
実施態様を組込んだ且つ本発明の方法に基づいて
実施出来るバイアススパツタリング装置を本概略
的に示す。

本装置は上シール板１３と底シール板１４によ
つて密閉された開放端シエル１２を有する密閉画
室１１を含む。単純化のため画室の必要な真空を
得るのに必要なボルト、ナツトのような従来の締
付け具及びＯリングシールのような従来のシール
は示されていない。

底板にあるポンプアウト開口部１５は真空ポン
プ１６に接続する。アルゴンのような不活性ガス
と酸素や窒素のような反応性ガスはそれぞれバル
ブ１９と２０及び入口部２１を介してそれぞれの
ソース１７と１８から選択的に画室に導入され
る。

画室シエル側壁の開口部２２は孤立絶縁リング
２４及び従来方法による適当な締付け、シール装
置（図示せず）によつて、スパツタリングソース
２３のような被覆材料ソースを装備出来る。スパ
ツタリングソースは基板上にスパツタ被覆するの
に望ましい材料のターゲツトを含み且つ支持と冷
却構造、暗空間シールド等を備えた従来の構造で
可能である。

画室の上板の他の開口部２５を介してバイアス
電極基板支持部品２６は画室内に伸びており、装
備板２７と適当な締め具とシール（図示せず）に
よつて上板１３に密閉して取付けられている。

バイアス電極基板支持体の構造は第２図に基づ
いて詳細に記載する。それは装備板２７に溶接さ
れ又は他の方法で取付けられた管状軸部品３０に
掛つている、（図示した実態態様には６角形断面
の）角柱糸巻状電極２８を含む。上シール板１３
に取付けられたブラケツト３２に装備された駆動
モータ３１は綱車３３と３４及びＶベルト３５に
よつて垂直軸の廻りで選択的に指示しバイアス電
極２８を連続的に回転するために軸２９に係合さ
れる。該モータはギヤや他の適当な従来の装置に
よつて軸２９に係合出来る。

６角形バイアス電極の各々の面に、集積回路の
製造に用いられた従来のセラミツクデイスク又は
ウエハのような基板Ｓを具備されている。駆動モ
ータ３１によるバイアス電極の回転は電極が連続
的にスピツトのように回転するように断続的であ
れ、連続的であれ各基板をスパツタリングソース
２３に面するように指示可能で、且つ多くの析出
物を基板が受けるようにすることが出来る。無線
周波数（rf）及び／又は直流（dc）電力は電源３
６からライン３７を経由してスパツタリングソー
ス２３にそしてライン３８を経由して絶縁物４０
によつて管状軸２９の上端に装備されたカツプリ
ング３９に供給される。電源は従来のバイアスス
パツタリング方式に用いられるどんな市販の型式
でもよい。カツプリング３９は冷却水の流れがバ
イアス電極２８の内側へ入るように入口及び出口
接続を具備している。

第２図に関してみれば、バイアス電極基板支持
体２６は角柱バイアス電極２８と、装備板２７か
らバイアス電極を懸架する関連支持構造とを基本
的に含みそれによつて電極はその軸の廻りに回転
せしめられ且つ電力と冷却流体が該部品２６に分
配される。

電極２８は銅あるいはアルミニウムのような電
極非磁性材料の角柱体４１を含み且つ上端４２と
下端４３とを有する部品である。

前記のように、該角柱体は、第１図で示した実
施態様では６角形であるように多角形断面を有す
るがどんな数の側面でもよく各側面は電極の種々
の１つの面を構成する。角柱体４１の各面は基板
デイスクＳを保持するための適当な従来の締め具
（図示せず）を具備した浅い円形溝４４を有する。
角柱体４１は又その上端４２から同軸に開けられ
た中央ウエルホール４５と、下端からその軸に平
行に伸びる多くの角状空間ポケツト４６を有し、
該ポケツトは各々棒磁石４７をスライド可能に保
持するような大きさである。

ねじ４９によつて各棒磁石の上端に締められた
平板６角極片４８は、電極体４１の上端を囲む６
角バンドの形態で極片５０への磁路を具備する。
該極片４８、ねじ４９及び極片５０は全て軟鉄又
は他の透磁性材料からなる。

同じような磁路は、ねじ５２によつて電極体４
１の下端４３上に締付けられる平板６角片５１に
よつて具備せしめられ、極片５０に対応し、電極
体４１の下端を囲む各棒磁石の下端と、極片５３
の内側面に接触する。極片５１と５３は透磁材料
からなる。

そのバイアス電極体は角柱糸巻き形状を有し、
極片５０と５３は機械ねじ５４によつて電極体４
１に締付けられている。

全ての棒磁石は同じ方向に向けられており、図
示したようにＮ極が電極体の上端に近いか下端に
近いかは問題でない。極片は磁気構造を伸ばしそ
れによつて糸巻き形状電極の上フランジは単一極
（例えば図示した実施態様中のＮ）を構成し且つ
下フランジは反対磁石を構成し、各極は角柱電極
体のそれぞれの端部の廻りにバンド状に伸びる。

破線５５で示された磁力線はこれらの極間の空
間にわたつて伸び、且つ電極構造と関連して、基
板の露出面に直接近い密閉電子トラツプ又は捕獲
を形成するために環状カーテン又はベルトのよう
に電極面を囲む。この磁界の強さは約100ないし
約1000ガウスの範囲であるのが好ましい。

第３図及び本発明の装置の操作に関連させて以
下更に触細に記するように電力が電極に印加され
ると密なグロー放電又はプラズマがこの電子トラ
ツプ内で作られる。この放電がバイアス電極体の
近接面に伸びるのを防ぐためにカツプ形状下暗空
間シールド５６がねじ５７によつて絶縁物５８に
取付けられており、該絶縁体５８は代わりにねじ
５９によつて極片５１に締め付けられている。対
応かさ型上暗空間シールド６０はカラー６３のフ
ランジ６２にねじ６１によつて取付けられてお
り、該フランジ自身はねじ６４によつて前記回転
可能な管状軸２９の下端に装備されている。更
に、基板Ｓに形成される膜の汚染を防ぐために環
状極片カバー６５と６６がそれぞれ極片５０と５
３の露出面にねじ６７によつて留められている。
該カバーの材料はスパツタリングソース２３のタ
ーゲツトの材料か又はグロー放電中の反応種に不
活性な材料であるのが好ましい。

前記のように、管状軸２９は固定管状部品３０
内で回転用に同軸で装備される。該装備が上ベア
リング６８と下ベアリング６９によつて行なわれ
る。更に、従来設計の回転真空シール７０は固定
管状部品の上端で、該部品の内面と回転可能な軸
２９の外面間に取付けられる。

管状軸２９を固定管３０内に組立てる前に、冷
却剤戻し管７２の解放下端部７１はフランジの付
いた支持ソケツトの３を介して、電極体４１の内
のウエルホール４５の上端の端ぐり７５内に挿入
される。該フランジの付いた支持ソケツト７３は
極片４８に溶接その他で取付けられ絶縁スリーブ
７４を支持する。端ぐり７５にはＯリング用（図
示せず）、又は電極体と管７２間に真空密閉シー
ルを確保するための他の装置用の管状溝７６を具
備し、一方同時に管７２を電極部品から摺動可能
に取りはずし出来る。絶縁スリーブ７４が適当な
締め具（図示せず）で固定される軸２９の下端の
端ぐり部７７内にすえ付けられる迄冷却剤戻し管
７２は、管状軸２９内に挿入される。

次に前記絶縁物４０は冷却剤戻し管７２の上端
をおゝつて、且つ管状軸２９の上端内に該軸が段
差７７にはまる迄挿入される。絶縁物はクリツプ
７８及びねじ７９又は適当な装置によつて軸２９
の先端に取付けられる。それによつてバイアス電
極は冷却剤戻し管及び絶縁物４０と７４を経由し
て管状軸２９に堅固に取付けられる。

ねじ８２によつてカツプリングのカツプ状下端
内側に締め付けられているシール用ブツシユが冷
却剤戻し管７２の上端に適合し絶縁物４０に座す
る迄冷却剤戻し管７２を介して、前記カツプリン
グ３９がその上端に固定されている冷却剤供給管
８０を挿入することによつてその部品の組立が完
成される。

供給管８０の長さは部品組立が終了する際下端
がウエルホール４５の底からわずか離すように選
択される。これによつて入口８４を介してカツプ
リング内に導入される冷却液が管８０を下りウエ
ルホールの底から出て次に管８０の外面と、該ウ
エルホールの穴及び戻し管７２の内面間の環状空
間を介して上方へ流すことが出来る。次にその流
体は管７２の上端を出てカツプリング３９内の出
口通路８５を介して流出する。カツプリング３９
と冷却剤戻し管７２はバイアス電力を電極２８に
分配する装置として作用する。

本発明の方法を実施するための上記磁気的に増
長したバイアス基板支持電極の操作を第１図及び
第３図に基づいて説明する。被覆される基板がバ
イアス電極２８上に載置された後、真空ポンプ１
６を回転し、スパツタリング画室１１を排気す
る。画室内の露出面から排気を行なうに十分な時
間好ましい真空水準を維持したら、実施される被
覆の種類によつて不活性ガス、反応性ガス又は不
活性ガスと反応性ガスは好ましい操作圧に達する
迄バルブ１９と２０を介して画室に導入される。
これは５ないし50ミリトールの範囲が代表的であ
る。次にスパツタリング電力がスパツタリングソ
ース２３に印加され一方、真空密閉ブツシユ８８
内で垂直に摺動するロツド８７に取付けられたシ
ヤツタ８６がスパツタリングソースの前に載置さ
れている。これによつてスパツタリングターゲツ
ト面がきれいで基板上に非汚染材料を析出する準
備がされて初めてソースからスパツタされる材料
がシヤツタ上に析出せしめられる。適当な時間に
rf電力が基板支持電力２８に印加され同様に基板
をスパツタ浄化させる。

これ迄記載された方法は従来のもので当業界で
周知のものである。（例えば、J.V.Vossen及びW.
Kern編、Academic Press、Inc.“薄膜方法”の
パート−１及びB.M.Chapman著、J.Wiley
＆ Sons、1980“ガス放電方法”の第７章におけ
る議論を参照せよ。） 駆動モータ３１はrf電力が基板支持電極に印加
された時同じく回転せしめられ電極をゆつくり回
転させ、そしてスパツタ浄化処理を終えるとシヤ
ツタを下降させスパツタ材料を基板Ｓ上に析出さ
せる。好ましい被覆厚さが各基板上に得られた
後、シヤツタを上昇させ、電力を切りそして駆動
モータを停止させる。

本発明の基板支持電極用の完全遮へい磁気電子
トラツプを用いる利点は第３図から最もよく理解
される。この第３図は支持電極２８上に装備され
た基板Ｓの１つに近接した領域の拡大詳細図であ
る。

rf電力をこの電極に印加することによつて濃縮
ガス放電又はプラズマが形成されその放電は電極
の周囲に伸びる磁気帯域に収束され第３図の断面
図中破線５５で示される。グロー放電自身は対角
線８９内に含まれる領域で発生する。もし負の
dc電位が電極に印加されるならば限られた放電
を生ずる。磁極片５０と５３は磁気空間に近い領
域でプラズに暴される。このためにそれらの磁極
片はそれぞれ極片カバ６５と６６でそれぞれ覆わ
れ、そのガバーは、もし反応性ガスが該被覆工程
で用いられるならば該反応性種に不活性な材料か
らなる。

プラズマ領域は電極電位に維持される面の方に
伸びるがその面に到達も接触もしないことは注目
すべきことである。プラズマが存在しない空間９
０はプラズマシース（sheath）領域として知られ
ている。電極がef電源に容量的に対をなしている
とプラズマの整流特性によつて電極面とプラズマ
間にdcバイアスを発生させることは周知である。
（例えばB.N Chapman著“ガス放電方法”第５
章を参照せよ。）そのバイアスは各rfサイクル間
で非常に短期間を除いてプラズマが電極に対して
正であるようになつている。このdcバイアスは
電極に対してどこでも垂直であるプラズマシース
領域内で電界を作る。電界ラインは第３図中の矢
印９１で示される。プラズマはそれ自身実質的に
電界がない。プラズマ中でのイオン形成（及び反
応性が用いられた場合の反応性ラジカルの形成）
機構は負にバイアスされた電極面からの電子の放
出で開始する。これらのいわゆる一次電子はプラ
ズマシース９０内の電界によつてプラズマの方へ
加速されイオン化及び中性ガス原子との衝突にお
ける反応性種の形成を得るのに十分なエネルギー
を得る。磁界がない場合一次電子の大部分は電極
面から連続的に離れ、それによつてグロー放電
を、電極面からかなり除去される領域に伸ばす。
更に、その電子が陽極面に到達する前にガス原子
とその多くが衝突せず、イオン化と反応性種の発
生度が限定される。

第３図の遮へい磁界は電子経路を変え、この状
況を見事に改良するものである。例えば、電極面
９２及び基板Ｓの露出面から放出される電子を考
察しない。こゝではシース電界ライン９１は磁界
ライン５５に垂直である。その結果、EXB電子
ドリフト運動は第３図の平面から向けられ、角柱
電極の周囲に電子を回転させ、いつも基板Ｓに非
常に近い磁気帯内に溜まり、それによつて、これ
らの電子によつて誘導されたイオン化又は反応性
種の発生が電極面に近いプラズマ領域に限定され
る。

極片面９３と９４（第３図）から放出される電
子は種々の方法で制限される。こゝではシース電
界ラインは磁界ラインに平行であり、プラズマ領
域内に加速された後、電子は磁界ラインに平行な
渦巻状に動き続ける。この運動によつて電子は反
対側の面に運ばれる。すなわち表面９３から放出
された電子は表面９４の方へ移動し且つその反対
もある。しかしながら、反対のシース磁界に達す
ると電子をプラズマ内にはね返され従つて前後に
ゆれその結果基板表面近くで捕獲される。

このように全ての電子は閉鎖ループEXBドリ
フトと前後への振動との組合わされた動作によつ
て捕獲される。電子はガス原子との衝突によつて
磁界ラインを横切る際電気的にアースされた暗い
空間シールド６０又は浮遊する暗い空間シールド
５６に最終的に移動する迄この捕獲から逃れるこ
とが出来、そこで放電から除かれる。電極面９２
と、シールド５６と６０によつて規定された平面
間の放射状空間はプラズマ帯の厚みをほゞ決定す
る。該プラズマ帯は第３図からわかるように基板
面に非常に近い。

正イオンの経路は同じプラズマシース電界によ
つて決定されるが正イオンはこの装置で用いられ
る磁界（典型的には100ないし600ガウス）によつ
て影響されない。というのは正イオンの重量が電
子の重量より非常に大きいからである。シース磁
界はいくつかの正イオンを電極面９２，９３及び
９４の方へそして基板表面の方へも加速させ、そ
れによつて電極から不必要なスパツタリングを引
きおこし、そして基板からバツクスパツタリング
を生ずる。本発明のバイアス電極電磁界の形状は
どんなバツクスパツタリングをも可能とし、同時
に反応性スパツタ被覆を実施する際に結果を改善
する２つの付随的な利点を提供する。

先ず電極面に平行に且つ近接して伸びる磁界は
プラズマシース領域の電界を実質的に減少する。
この電界は基板の露出面方向に加速されるイオン
又は反応種の運動量を規定するので、電界が減少
しするとイオン運動量と基板面に当たる際に変化
するエネルギが同様に減少する。衝撃の際低平均
イオンエネルギは勿論バツクスパツタリングが少
なくなる。

衝撃の際の低イオンエネルギは基板加熱を減少
するが反応種と、基板表面に析出したスパツタリ
ングソースからの材料の原子間の反応速度を弱め
ない。この反応速度はもし基板に当たる反応粒子
のエネルギが比較的低いレベルより上方に増加す
るなら目立つて増加しない。

次に組合わせ電極面磁界配置による電子の効果
的な捕獲は濃縮限定プラズマ生じ、該プラズマは
反応性スパツタ被覆を実施した際基板表面に非常
に近い領域で反応性イオンの高いレベルを作り、
それによつて所望の入力の反応速度を増加させ
る。

本発明の有利な効果は第１図と第２図に示され
れ基板支持電極の実施態様に限定されない。実際
磁界を伴ない、且つ磁力線が電極面から出てそし
て再び入り且つ露出基板面に非常に近くを通るほ
とんどの電極形状が所望の電子閉じ込め条件を満
足するだろう。

例えば第４図と第５図は第１図と第２図の基板
支持電極の逆配置を概略的に示すものでトロイダ
ル電極１０１の連続的な内面の周りを閉磁カーテ
ンが伸びる。電極は電極体中の穴に装備した永久
棒磁石１０２を有する。該磁石は極片１０３と１
０４に接しトロイダル電極の内部周囲に閉鎖ルー
プ磁界を形成する。なお磁界はラインは電極表面
１０７上に装備された基板１０６の露出面１０５
に平行でしかも非常に近接して伸びている。従つ
て基板は前記操作条件下で第２図の電極実施態様
で生ずる濃縮ガス放電の同一タイプに露出する。
暗空間シールド極片リド及び電極と気密室にrf電
力を印加する手段は示されておらないがその全て
は前記実施態様のそれらと同じものでよい。

被覆ソースとしてスパツタリングソース１０８
が第２図の基板支持電極の装備と同じ方法でトロ
イルダル電極の軸の周りを回転するように装備せ
しめられてもよい。代わりに固定円筒スパツタリ
ングターゲツトを電極の中心に配備してもよい。

どの実施態様にも使用される本発明の被覆ソー
スはイオンメツキとして知られた被覆技術で用い
られる従来の気相成長ソースである。

実施例 本発明から得られる利点を示すために、第２図
の実施態様の構造を有する基板支持電極は第１図
のそれに同じで且つセラミツクウエハをアルミニ
ウムターゲツトから反応性スパツタリングによつ
て酸化アルミニウム膜で被覆するために用いられ
るスパツタリング型式内に取り付けられた。画室
内の最初の排気の後、アルゴンと酸素の混合物は
酸化物形成がアルミニウムスパツタリングターゲ
ツトに残らないように酸素量を限定して導入され
た。特にアルゴンの分圧を約15ミリトールに維持
し、且つ酸素分圧を約３ミリトールに維持した。

初め該装置をアルミニウムターゲツト（すなわ
ちスパツタリングソース）に5kWのスパツタリ
ング電力を印加し基板支持電極には印加せずに作
動した。これらの電力と動作圧で、アルミニウム
金属スパツタリング速度を維持した。陰極酸化を
回避するのが必須でない工程で同じガス圧で達成
され得る速度と比較して約10倍該アルミニウム金
属スパツタリング速度が早かつた。低酸素圧はま
た基板上での充分な酸化被覆を防止した。それは
基板上に析出した黒い不透明な膜の外観から明ら
かであつた。

次に第３図に関連して前述したようにrf電圧を
基板に近い領域ですぐにグロー放電を生ずるのに
十分なだけ印加した。これによつて析出膜が不透
明黒色から十分に酸化された酸化アルミニウム被
覆を示す明らかに透明な外観に変えられた。この
条件はrfバイアス電力レベルで300ワツトの基板
電極になつた。

第２のテストを、棒磁石が基板支持電極から除
かれそれによつて磁界を増加させないということ
を除いて同じ条件で行なつた。このテスト条件を
変えて、基板電極に1500ワツトのrf電力レベルを
要して透明な被覆を得たがその膜は霜のついた外
観を有した。顕微鏡による次の試験によつて、析
出膜の逆スパツタによる強度の表面ピツトがわか
つた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る基板支持構造を含むスパ
ツタリング装置の部分断面概略正面図であり、第
２図は第１図の基板支持構造の断面側面図であ
り、第３図は第２図の基板支持構造のグロー放電
領域の部分拡大図であり、第４図は本発明に係る
基板支持構造の他の実施態様の断面正面図であ
り、第５図は第４図の線−についての基板支
持構造の半分の平面図であり該構造の他の半分は
図に示された構造に対称的である。 １１……気密室、２３……被覆表面、２６……
基板支持体（バイアス電極）、４１……角柱体、
４４……基板支持台表面、４８，５０……磁極手
段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被覆ソースと少なくとも１つの基板を、低圧
   ガス環境を有する放電室内の基板支持台上に、該
   基板の表面が該被覆ソースに露出するように設
   け；該基板支持台から発して、前記支持台と被覆
   ソース間の前記露出基板表面に到達し、そして前
   記露出基板表面を包むために電子トラツプ磁界内
   で前記基板に再び入る磁力線を有する磁界を設
   け；前記被覆ソースを活性化し前記露出基板表面
   に堆積するために材料の粒子を放出させ、そして
   所定の高速で該露出基板表面に近い該ガス環でガ
   ス原子をイオン化しそして該イオン化ガス原子を
   ひきつけて前記露出基板表面に衝突させるに十分
   なバイアス電圧を前記基板支持台に印加する工程
   を含む反応性膜析出方法において； 前記磁界の強度が前記露出基板表面から離れる
   につれ減少し、 前記被覆ソースが金属粒子のソースであり、 前記低圧ガス環境が反応ガスを含み、該反応ガ
   スのイオンが該露出基板表面に堆積された金属被
   覆ソースと反応し前記金属材料の化合物からなる
   堆積膜を形成し、そして 前記バイアスが前記反応ガスイオンと金属材料
   との反応速度が高く該基板からの逆スパツタリン
   グ速度が低くなるように制御される、ことを特徴
   とする反応性膜析出方法。 ２ 前記磁力線が少なくとも１つの基板の露出面
   にほぼ平行に伸びることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ３ 少なくとも１つの基板を前記基板支持台に配
   設する工程が１つの近接表面に複数の基板を一定
   の間隔で配設することを含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４ 該近接表面が角柱面であることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５ 前記基板が前記近接表面の周囲に載置される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項又は第４
   項記載の方法。 ６ 前記被覆ソースからの粒子を各基板上に析出
   させ一方、全基板の露出面に非常に近接した密な
   グロー放電を連続的に維持することを特徴とする
   特許請求の範囲第３〜５項のいづれかに記載の方
   法。 ７ 前記基板にバイアス電圧を印加する工程が前
   記基板支持台に容量的に対となつたrf電圧を印加
   することを含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１〜６項のいづれかに記載の方法。 ８ 前記基板支持台にバイアス電圧を印加する工
   程が前記支持台にdc電圧を印加することを含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜７項のい
   づれかに記載の方法。 ９ 前記磁界の強度が100と1000ガウスの間にあ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜８項の
   いづれかに記載の方法。 １０ 前記被覆ソースがスパツタリングターゲツ
   トであることを特徴とする特許請求の範囲第１〜
   ９項のいづれかに記載の方法。 １１ 少なくとも１つのガスを前記気密室内に導
   入する工程が不活性ガスと反応性ガスの混合物を
   ５ないし500ミリトールの圧力で導入することを
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１〜１０
   項のいづれかに記載の方法。 １２ 低圧ガス環境を有する放電チヤンバであつ
   て該チヤンバ内に配置された被覆ソースと該チヤ
   ンバから電気的に絶縁され被覆ソースに露出した
   被覆される基板を支持するための少なくとも１つ
   の基板支持台を該チヤンバ内に有するバイアス電
   極を具備する放電チヤンバ； 前記バイアス電極から出て前記支持台表面と被
   覆ソース間で該支持台表面に到達しそして前記バ
   イアス電極に再び入り電子トラツプ磁界で前記基
   板支持台表面を完全に包む磁力線を有する磁界を
   設けるための磁石手段； 被覆材料の粒子を放出するために該被覆ソース
   を活性化する手段；及び 前記低圧ガス環境の原子をイオン化し、前記イ
   オン化したガス原子をひきつけて該露出基板表面
   に当たるのに十分なバイアス電圧を該基板支持台
   表面に印加する手段を具備する反応性膜析出用装
   置において； 前記被覆ソースが金属粒子のソースであり、 前記低圧ガス環境が反応ガスを有し該ガスのイ
   オンは、該金属被覆ソースから露出基板表面に堆
   積した金属粒子と所定の金属化合物を形成するた
   めに反応することが可能であり、 前記磁石手段が露出基板支持台表面後方に配置
   され、前記基板支持台表面から離れるにつれ減少
   する磁界強度を与える第１及び第２の反対極性の
   離れた磁極手段を有し、そして 前記バイアス電圧が該反応ガスと該基板上に堆
   積した金属粒子との高反応速度と前記基板からの
   逆スパツタリングの低速を与えるように制御され
   ることを特徴とする反応性膜析出用装置。 １３ 前記基板支持表面が前記バイアス電極の少
   なくとも一部の周囲面を含み、前記磁石手段が前
   記周囲面の内側に配置され反対磁極の第１及び第
   ２の離れた磁極手段４８，５０が放射状に出て前
   記周囲面迄に完全に伸び、しかも前記基板表面が
   該第１及び第２の磁極手段間に配置されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の反応性
   膜析出装置。 １４ 前記バイアス電極が１つの軸を囲む複数の
   平端面−前記面は少なくとも１つの基板支持台表
   面を含む−を有する角柱体４１と、その軸の周り
   を回転する該角柱体を支持する手段とを含み且つ
   前記磁石手段が、前記角柱体の内部にあり各磁極
   手段が該角柱体の表面から放射状に出ており、且
   つ該角柱体の周りに完全に伸びており、且つ該基
   板支持台表面が第１及び第２の極手段の間に配置
   され、それによつて該磁界が該第１及び第２の極
   手段間のバイアス電極の本体の周りに連続帯を形
   成することを特徴とする特許請求の範囲第１２項
   記載の反応性膜析出用装置。 １５ 前記被覆ソース２３が前記バイアス電極の
   軸に垂直なライン上に配置された固体スパツタリ
   ングターゲツトを含み、且つ前記装置が該バイア
   ス電極２６を回転させる手段３１を更に含みそれ
   によつて各基板支持台表面が該スパツタリングタ
   ーゲツトに対面することが出来ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１４項記載の反応性膜析出用
   装置。 １６ 前記バイアス電極２６を回転させる手段３
   １が前記電極を連続的に回転させる手段を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１５項記載の反
   応性膜析出用装置。 １７ 該バイアス電極をその軸の周りを回転させ
   るために支持する前記手段が該電極体へ及び電極
   体からの冷却流体の流れのそれぞれ分配及び戻し
   のために前記軸と同軸の内及び外管８０，７２を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１５項記
   載の反応性膜析出用装置。 １８ 前記離れた第１及び第２の磁極手段の各々
   に近接した電極基板の支持台表面から離れた暗空
   間シールドを更に含み該暗空間シールドが前記電
   子捕獲磁界の外限界用の電子捕獲シールドとして
   作用することを特徴とする特許請求の範囲第１２
   項記載の反応性膜析出用装置。