JPS6372875A - スパツタリング装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空中で薄膜を形成する成膜装置として用いら
れるスパッタリング装置にかかわシ、特に、基板にバイ
アス電圧を印加して基板表面にイオンを引き込みながら
膜を形成する場合に好適な、高密度プラズマ発生手段を
有するスパッタリング装置に関する。

〔従来の技術〕

基板上の微細なパターンへの薄膜の付回り性を向上させ
るために、従来のマグネトロン型スパッタリング装置に
おいては、基板ホルダにバイアス電圧を印加して、ター
ゲラ）または基板近傍に発生したプラズマ中のイオンを
引き込み、そのイオンのもつ運動エネルギーを利用する
方法が検討されてきた。しかし、この方法では、基板に
飛び込むイオンの量とエネルギーとを独立に制御するこ
とが難しく、成膜条件の設定が難しかった。

上記問題を解決する手段として、例えば特開昭６０−４
３４８１号公報に記載のように、高周波電圧を印加する
プラズマ励起用コイル（リング）をターゲットと基板ホ
ルダとの中間に設けた構造のものが提案されている。こ
れは、プラズマ励起用コイルにより発生させたプラズマ
によシ、ターゲットからスパッタされ九粒子（原子）や
放電維持用ガス（Ａｒ　）をイオン化して、負のバイア
ス電圧を印加した基板ホルダ上の基板に引き付けるもの
であシ、コイル電圧（を流）と基板ホルダ印加電圧とを
それぞれ制御して、イオン化率と基板に飛び込むスパッ
タ粒子（原子）や放電維持用ガス（ｋ）の運動エネルギ
ーとを独立に制御しようとしたものである。

この方法は、イオンブレーティング装置においても従来
から採用されている。

しかし、このプラズマ励起リングを用いた方法では、十
分なプラズマ密度が得られず、基板に到達する粒子（原
子）のうち、基板ホルダに印加した電圧によ）その運動
エネルギーが制御されるものの割合は非常に小さく、膜
の生成に対してイオン化率の向上およびイオンエネルギ
ー制御の効果が十分に得られていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、プラズマ励起用コイルにおいて高密度
のプラズマを発生させる点について配慮がされておらず
、基板ホルダに印加したバイアス電圧で制御される粒子
（原子）の割合が小さく。

膜特性（膜付着力、膜硬度、ガス混入率等）や成膜仕様
（膜厚均一性、基板上パターンの段差被覆性等）を十分
に満足するような成膜条件を設定するのが難しかった＠ 本発明の目的は、成膜条件の設定を容易にするために、
基板ホルダに印加したバイアス電圧で制御される粒子（
原子）の割合を増やすことができる高密度プラズマ発生
手段を具備したスパッタリング装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、スパッタリング用ターゲットと、バイアス
電圧印加手段をもつ基板ホルダとの間に、熱電子放出用
フィラメント、熱電子引出し用メッシュ電極、高周波電
極（カソード電極）、７ノード電極、および電磁石を、
基板ホルダの中心軸とその中心軸が同一直線上にある中
空円筒形状に配置してなる高密度プラズマ発生用電極を
設け、篩密度プラズマを発生させることによ）、達成さ
れる。

〔作用〕

上記構成において、フィラメントは抵抗加熱によシ十分
に高温に加熱され、大量の熱電子を放出する。フィラメ
ントから放出された熱電子は、熱電子引出し用メッシ為
電極によってつくられる電界で加速され、！磁石によっ
て形成される磁界の磁力線に沿って進み、円筒状の電極
の内側に導かれる。この円筒状の電極には高周波電圧が
印加され、円筒状の電極の周囲に配されたアノード電極
との間で高周波放電が発生する。

上記のようにフィラメントによる熱電子放出の補助を受
けない、円筒状の電極だけによる高周波グロー放電では
、ｒ機構による２次電子放出で放電が維持されるのに対
し１本発明による高密度プラズマ発生電極では、熱電子
シャワーがプラズマ中に供給されるとともに、′ｉ！磁
石の磁界による補助を受けるため、よシ高密度なプラズ
マが得られる。

ターゲットからスパッタされて飛び出した粒子（原子）
は、上記高密度プラズマ中を通過するときにイオン化さ
れ、基板ホルダに印加した負バイアス電圧による電界に
よって、基板上に引き寄せられる＠また、このとき、同
時にプラズマ中で発生した放電維持用ガス（Ａｒガス）
の大量のイオンも基板上に引き寄せられるので、基板に
到達する粒子←原子）のうち基板電極電界によシその運
動エネルギーが制御されるものの割合が増え、成膜条件
の設定が比較的容易になるＣ 〔実施例〕 以上、本発明の一実施例を第１図および第２図によ）説
明する。第１図は該実施例のスノ（ツタリング装置の縦
断面図、第２図は第１因中の高密度プラズマ発生電極の
詳細断面図であるＯまず、装置の構成について説明する
。第１図において、１は真空槽、２はカソード電極、５
はアルミニウム（ＡＩりからなるターゲット、４は永久
磁石、５は７ノード電極、６はシャッタ、７はシャッタ
駆動源、８は基板、９は基板ホルダ、１０はアースシー
ルドである。

高密度プラズマ発生電極上上は、第２図に示すように、
熱電子放出フィラメント１２、熱電子引出し用メツシュ
電極１３、円筒状高周波を極１４、電磁石１５、アノー
ド電極１６、フィラメントカバー１７、メツシュ電極１
５とフィラメントカバー１７とを絶縁する絶縁板１８、
アノード電極１６とフィラメントカバー１７とを絶縁す
る絶縁板１９、アノード電極１６を冷却する冷却パイプ
２０、フィラメントカバー１７を冷却する冷却パイプ２
１、円筒状高周波電極１４を冷却する冷却パイプ２２、
アノード電極１６と冷却パイプ２２とを絶縁する絶縁板
２３とからなっている０ また第１図において２４はガス導入パルプ、２５は真空
ポンプ（図示せず）Ｋ接続された排気口である。２６は
カソード電極２に接続された電源、２７は基板ホルダ９
に接続された電源、２８は円筒状高周波電極１４に接続
された高周波電源である◎２９，５０および３１は電源
で、それぞれフィラメント１２、メツシュ電極１３、’
Ｑ［石＋ｓに接続されている。

次に、各部の動作について説明する。

真空槽１の内部には、ガス導入パルプ２４を介シテアル
ゴン（Ａｒ）ガスが供給され、排気口２５から排気され
ながら、一定の圧力に保たれている０ここで、まず、シ
ャッタ６をターゲット３の真下にもってきた閉じた状態
で、永久磁石４を内蔵したカソード電極２に電源２６に
よシミ圧を印加すると、ターゲット３の表面近傍でマグ
ネトロン放電が起こシ、プラズマ５２が発生する。プラ
ズマ３２のアルゴンイオン（Ａｒ”）によジターゲット
３はスパッタされ、ターゲット６０表面がクリーニング
される。次に、シャッタ駆動源７を用いてシャッタ６を
開くと、ターゲット５のスパッタによシ放出されたアル
ミニウム（ＡＩ）粒子（ｗ、子）が真空槽１内へ飛び出
し、その一部が基板８に付着して、薄膜として成長する
。

ここで、ターゲット３と基板ホルダ９との中間に位置す
る中空円筒状の高密度プラズマ発生電極１１のフィラメ
ント１２およびその内側に位置するメツシュ電極１５に
、電源２９．３０によりそれぞれ電圧を印加すると、フ
ィラメント１２は抵抗加熱により発熱して大量の熱電子
を放出し、その熱電子はフィラメント１２に対して負の
電位にあるメツシュ電極１６の電界により加速され高密
度プラズマ発生電極上ユの内ｍＶｃ引き出される。

一方、！磁石１５は、電源３１によシミ圧を印加して発
生する磁界の磁力線の一部が、メツシュ電極１３を横切
シ、円筒状高周波電極１４の内側を通るような位置に、
設置されている。そこで、メツシュ電極１６によシ高密
度プラズマ発生電極只の内側に引き出された熱電子は、
上記したｔ磁石１５により発生し九電界に捕えられてそ
の磁力線に沿って進み、円筒状高周波電極１４の内側に
達する。円筒状高周波電極１４には、電源２８により高
周波電圧が印加され、アノード電極１６との間でプラズ
マが発生する。高周波電界だけで発生するグロー放電プ
ラズマ中では、ｒ機構による２次電子の発生が放電を維
持するが、これに加えて上記熱電子がシャワー状に供給
されると、プラズマ中でその分たけ電子の量が増えるた
めに、プラズマ３３の中ではプラズマ密度が増加する。

上記高密度のプラＸ７３３の中を、前記したスパッタ粒
子（原子）が通過すると、従来例で述べた高周波コイル
単独で発生させたプラズマ中を通過する場合に比べて、
高い割合でイオン化する。

上記のようにしてイオン化され九スパッタ粒子（原子）
Ａｖおよび放電維持ガスＡｒ＋は、電源２７を基板ホル
ダ９に印加して発生した負の電界によ）その運動エネル
ギーが制御されて、基板８の備に引き寄せられる。

一方、円筒状高周波電極１４．アノード電極１６および
フィラメントカバー１７は、それぞれ冷却パイプ２２，
２０．２１により冷却されているために、高密度プラズ
マ発生電極ユニの内部では、安定した放電が持続される
。

本実施例によれば、ターゲット３と基板ホルダ９との間
に発生するプラズマを、熱電子シャワーと磁界との補助
を受けた高周波放電によシ実施することによって高密度
化できるので、基板ホルダ９に印加する負のバイアス電
圧を制御することによって、種々の１１４Ｉ性や膜仕様
を満足させるような成膜条件の設定が容易になる０ なお、上記実施例では、電磁石１５（第２図）をアノー
ド電極１６の外側に配置したが、第３図に示すように、
を磁石１５′を基板ホルダ９の下側に配置してもよい。

さらに、第２図と第３図の構造を組み合わせ、２つの電
磁石を同時に組み合わせて用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スパッタリング装置において、ターゲ
ット近傍のマグネトロン放電によるプラズマとは別に、
ターゲットと基板ホルダとの間に発生させた熱電子およ
び磁界の補助を受けた高密度のプラズマと、基板ホルダ
に印加する負のバイアス電圧とを用いて、基板に到達す
るスパッタ粒子（原子）や放電維持ガスの運動エネルギ
ーを制御することが可能になるため、成膜時に制御可能
なｌｉ＋素が増え、種々な膜特性や膜仕様を満足させる
ような成膜条件の設定が容易になるという効果が得られ
る。

さらに、この高密度プラズマ中から負のバイアス電圧を
印加した基板ホルダ上の基板には、大量のイオンが引き
込まれるために、イオンによる運動のエネルギーを同じ
量だけ得るに必要なバイアス電圧を、従来の方法に比べ
て小さくすることができる０そのため生成する膜中に放
電維持ガス（Ａｒ）が混入する童を少なくでき、高品質
の膜が得られるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスパッタリング装置の１！
部を示す縦断面図、第２図は第１図中の高密度プラズマ
発生電極１１の詳細断面図、第３図は本発明の他の実施
例における基板ホルダと電磁石との関係を示す断面図で
ある。 １・・・真空槽、３・・・ターゲット、８・・・基板、
９・・・基板ホルダ、１１−・・高密度プラズマ発生電
極、１２・・・熱電子放出フィラメント、１３・・・熱
電子引出し用メッシュ電極、１４・・・円筒状高周波電
極、１５゜１５′・・・電磁石、１６・・・アノード電
極、３３・・・プラズマ◎ 一ゝ＼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部を所定の圧力に維持する手段を有する真空槽と
   、該真空槽の内部に配置されたスパッタリング用ターゲ
   ットと、該ターゲット表面近傍にプラズマを発生させる
   プラズマ発生手段と、前記真空槽の内部に配置された基
   板ホルダとからなり、該基板ホルダ上に載置した基板上
   に前記ターゲットからスパッタされた粒子または原子を
   付着させて薄膜を形成するスパッタリング装置において
   、 前記ターゲットと前記基板ホルダとの間に、熱電子放出
   用フィラメントと、熱電子引出し用メッシュ電極と、カ
   ソード電極の機能を成す高周波電極と、アノード電極と
   、電磁石とからなる高密度のプラズマ発生手段を設けた
   ことを特徴とするスパッタリング装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のスパッタリング装置
   において、 前記高密度のプラズマ発生手段は、円筒状構造を有し、
   その中心軸が前記基板ホルダの中心軸と同一直線上に配
   置されたものであることを特徴とするスパッタリング装
   置。 ３、特許請求の範囲第１項に記載のスパッタリング装置
   において、 スパッタリング装置がプレーナマグネトロン型であるこ
   とを特徴とするスパッタリング装置。 ４、特許請求の範囲第１項に記載のスパッタリング装置
   において、 前記基板ホルダが、バイアス電圧印加手段を具備するこ
   とを特徴とするスパッタリング装置。