(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成室内のＥＣＲプラズマで生成したプラズマを反応室に導入し、プラズマ中のイオンによりターゲットをスパッタしてスパッタ粒子を発生させ、当該スパッタ粒子とプラズマ中の酸素活性種とによって基板を成膜するＥＣＲプラズマ成膜装置において、
前記反応室内に、
前記プラズマが基板に向けて流れる流路に沿って配置するターゲット電極と、
前記ターゲット電極が前記基板と対向する面を除くターゲット電極の周囲を囲むと共に、当該ター  ゲット電極との間に所定距離を開けて配置するシールドとを備え、
前記ターゲット電極は、前記プラズマの流路側の内径面と、当該内径面の径よりも大径の外径面と、前記基板と対向する面を傾斜面とを有する断面形状が台形の環状電極であり、
前記シールドは、前記傾斜面を除くターゲット電極の周囲を囲むと共に、前記ターゲット電極の内径面と対向する面は、当該面と対向するターゲット電極の内径面よりも基板方向に延出することを特徴とする、ＥＣＲスパッタ装置。
【請求項２】
プラズマ生成室内のＥＣＲプラズマで生成したプラズマを反応室に導入し、プラズマ中のイオンによりターゲットをスパッタしてスパッタ粒子を発生させ、当該スパッタ粒子とプラズマ中の酸素活性種とによって基板を成膜するＥＣＲプラズマ成膜装置において、
前記反応室内に、
前記プラズマが基板に向けて流れる流路に沿って配置するターゲット電極と、
前記ターゲット電極が前記基板と対向する面を除くターゲット電極の周囲を囲むと共に、当該ターゲット電極との間に所定距離を開けて配置するシールドとを備え、
前記ターゲット電極は、前記プラズマの流路側を内径面と、前記基板と対向する平面とを有する断面形状が略矩形の環状電極であり、前記平面は前記基板と対向する傾斜面を形成し、
前記シールドは、前記傾斜面を除くターゲット電極の周囲を囲むと共に、前記ターゲット電極の内径面と対向する面は、当該面と対向するターゲット電極の内径面よりも基板方向に延出することを特徴とする、ＥＣＲスパッタ装置。
【請求項３】
前記シールドの内径面の径は、前記プラズマの流路方向に沿って同一径であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＥＣＲスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＣＲプラズマを利用したスパッタリング装置に関し、とくに、メタルモード領域で行うメタルモード成膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＣＲスパッタリング装置は、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマを生成し、プラズマ中のイオンによりターゲットをスパッタし、このスパッタによって放出されたスパッタ粒子を被処理基板の表面に堆積させて成膜する装置である。処理室内に反応性ガスを導入しておくと、ターゲットから飛散したスパッタ粒子は、飛散中にまたは被処理基板表面上で反応性ガスと化学反応を起こし、反応による生成物が被処理基板表面に薄膜として堆積する。この反応性ＥＣＲスパッタ法により、化合物半導体や圧電性セラミックなどの薄膜を形成することができる。従来、反応性ガスとしてＯ２ガスを処理室内に導入し、Ａｒイオンで金属亜鉛ターゲットをスパッタし、ターゲットからのＺｎ粒子をＯ２ガスと反応させてＺｎＯ膜を成膜するＥＣＲスパッタリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は従来のＥＣＲスパッタ成膜装置の概略構成を示す図である。図７において、ＥＣＲスパッタ成膜装置１０１は、プラズマ生成室１０２と反応室１０３とを備える。プラズマ生成室１０２の壁部にはマイクロ波導入孔１０４が設けられる。高周波電源（図示していない）で発生されたマイクロ波は、発信機およびＥＨチューナー（図示していない）でインピーダンス整合された後、マイクロ波導波管（図示していない）を通して導かれ、マイクロ波導入孔１０４のマイクロ波導入窓（図示していない）を通してプラズマ生成室１０２内に導入される。プラズマ生成室１０２の外周には磁場コイル１０５が設けられる。
【０００４】
反応室１０３は、プラズマ引き出し用の開口部を通してプラズマ生成室１０２と連通している。反応室１０３には、排気口１０６とガス導入口１０７とが設けられ、排気口１０６は反応室１０３の内部を真空排気し、ガス導入口１０７は他端をガス供給源に接続して反応室１０３内に反応ガス等を導入する。
【０００５】
プラズマ処理は、真空排気装置によって反応室１０３およびプラズマ生成室１０２内を所定圧力に減圧し、磁場コイル１０５に直流電流を供給し、ガス導入口１０７から反応室１０３およびプラズマ生成室１０２内に反応ガスを導入し、マイクロ波をプラズマ生成室１０２内に導入する。反応ガスは、マイクロ波の電界と磁場コイル１０５の磁場による電子サイクロトロン共鳴による高密度プラズマが生成され、正イオンと電子に分離する。
【０００６】
プラズマ内において、電子は軽量であるため高速で運動し、短時間でプラズマから抜け出して壁部に衝突して消滅する。一方、正イオンは電子に比べて質量が大きく低速であるため、プラズマ中に長く存在する。これにより、プラズマは全体として正の電荷となり、イオンシースを形成する。基板１１２を支持する基板支持部１１１は、このイオンシースの正電荷に誘引されて負電荷が蓄積され、負の自己バイアス電圧が発生する。プラズマ中の正イオンは、磁場コイル１０５の発散磁界によって反応室に輸送された後、この負の自己バイアス電圧によって加速されて基板１１２に衝突し、基板１１２上に蓄積して膜を形成する。
【０００７】
特許文献２には、従来のＥＣＲスパッタ成膜装置における問題点として、金属化合物薄膜を反応性成膜するときの安定性を確保することが困難となる場合があることを指摘している。上記特許文献２では、以下のように指摘している。
【０００８】
ＥＣＲプラズマ成膜法の大きな特徴として、金属ターゲットとアルゴン・酸素混合ガスとを用いて化合物薄膜を形成する反応性成膜がある。このような反応性成膜において、酸素流量をある微小な範囲に制御すると、ターゲット表面から金属元素がスパッタされて飛び出し、試料基板上に吸着した後に酸素が付着・反応して金属酸化物薄膜が形成されるようなプロセスで薄膜が成長する。これに対し、酸素流量を多くしていくとターゲット表面に酸素が付着して酸化し、酸化物の状態でスパッタされて飛び出すモードになる。前者のように、ターゲットから金属元素のままで飛び出す場合をメタルモード成膜、酸化物として飛び出す場合を酸化物モード成膜という。メタルモード成膜では、金属のスパッタリング効率が酸化物に比べて圧倒的に高いことから、成膜速度が大きく取れるという大きな利点がある。
【０００９】
一方で、酸素雰囲気中でターゲット表面を常に安定に金属の状態で保つことが難しく、成膜中に何らかの要因でターゲット表面が酸化されて酸化物モードに移行してしまう問題があった。メタルモード成膜を安定に保持できる酸素流量範囲をメタルモードマージンと言い、この範囲が広いほど安定な成膜が可能となる。Ｓｉターゲットを用いたＳｉＯ２成膜や、Ａｌターゲットを用いたＡｌ２Ｏ３成膜では十分なマージンが確保できるが、その他の高融点金属酸化物成膜などでは十分でない場合が多く、特にＴｉＯ２成膜では、これまで安定なメタルモード成膜が極めて困難であった。
【００１０】
特許文献２は、上記問題点を解決する手段として、ターゲットの下流側に粒子分布を制御する遮蔽リングの機構を設け、これによって成膜速度を下げて、試料基板への酸素供給時間を長くし、また、試料室側からターゲットへの酸素の供給を抑制し、試料基板に酸素を供給しつつターゲット表面の酸化を防ぐ点が記載されている。特許文献２の遮蔽リングは図７中において符号２００で示している。
【００１１】
ＥＣＲスパッタ成膜装置では、それぞれ異なる目的ではあるが、遮蔽部材を設けることによってプラズマや反応性ガスの流れを制御する構成も提案されている。
【００１２】
例えば、プラズマの流れを制御する構成として、ターゲットの下流側にプラズマ制限筒を設ける構成が提案されている（特許文献３参照）。この構成では、プラズマの拡がりを制限し、プラズマがチャンバー内壁に照射されるのを抑制し、ダストや異常プラズマによるダメージを抑制している。
【００１３】
また、反応性ガスの流れを制御する構成として、反応室内においてターゲットの下流側に遮蔽部材を設置する構成が提案されている（特許文献４参照）。この構成では、処理室内に、遮蔽部材と基板支持部で囲んだリング状空間を形成し、このリング状空間内に反応性ガスを導入することによって、反応性ガスのターゲットへの流れを規制し、ターゲットの酸化や窒化を抑制している。
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−０３０１７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１７１３２８号公報（段落０００６）
【特許文献３】特開２００３−１２９２３６号公報（段落０００６）
【特許文献４】特開２００５−２２６１３０号公報（段落００１９，００２６，００２８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記したように、メタルモード成膜では、金属のスパッタリング効率が酸化物に比べて圧倒的に高いことから、成膜速度が大きく取れるという大きな利点がある一方、酸素雰囲気中でターゲット表面を常に安定に金属の状態で保つことが難しいという問題があり、この問題を解決する手段として、特許文献２ではターゲットの下流側に粒子分布を制御する遮蔽リングの機構を設けている。
【００１６】
この遮蔽リングの機構は、成膜速度の低減することで試料基板への酸素供給時間を長くすること、反応室（試料室）側からターゲットへの酸素の供給を抑制することでターゲット表面の酸化を防ぐことによって、メタルモード成膜を安定化している。
【００１７】
しかしながら、この遮蔽リング機構によるメタルモード成膜の安定化は、ＥＣＲプラズマ成膜装置の構成において、プラズマが流れ込む反応室（試料室）内に反応性ガスを導入し、反応室内の基板の近傍で酸素活性種（ラジカル）を形成してターゲット粒子を基板上に成膜させる構成において有効であり、必ずしも他の構成のＥＣＲプラズマ成膜装置において有効とはならない。
【００１８】
ＥＣＲプラズマ成膜装置において、ターゲットよりも上流のプラズマ生成室に反応性ガスを導入して酸素活性種（ラジカル）を形成し、Ａｒイオンと共に反応室（試料室）内に導入し、Ａｒイオンでターゲットをスパッタしてスパッタ粒子を発生させて基板に飛来させると共に、酸素活性種（ラジカル）を基板に送ることによってターゲット粒子を基板上に成膜させる構成では、遮蔽リング機構によって反応室（試料室）側からターゲットへの酸素の供給抑制という作用を適用することができず、メタルモード成膜を安定化させることはできない。
【００１９】
図８は、イオンと酸素活性種（ラジカル）とをプラズマ生成室から反応室（試料室）内の供給する構成を示している。この構成において、ターゲット１１３の下流側の基板１１２との間に遮蔽リング２００を設けると、酸素活性種（ラジカル）Ｏ＊の流れは遮蔽リング２００によって制限され、基板１１２に供給される酸素活性種（ラジカル）Ｏ＊の流量が低下することになる。
【００２０】
図８に示すように、ターゲットの下流側に遮蔽リング機構を設けた場合には、プラズマ中の酸素活性種（ラジカル）はターゲット表面を通過して基板側に流れるため、酸素流量を増やしていくと酸素活性種（ラジカル）のターゲット表面の濃度は高くなり、所定量を超えた段階で急激にターゲット表面が酸化され、成膜レートが急激に低下してメタルモードから酸化物モードに移行する。この酸化物モードでは、基板は酸化物のターゲット粒子で成膜される。この酸化物モード成膜は不完全酸化物であり、完全な酸化に至らない。
【００２１】
また、基板に供給される酸素活性種（ラジカル）は遮蔽リング機構によって制限されるため、基板の表面付近の酸素活性種（ラジカル）の濃度が低くなって成膜レートが低下するおそれがある。
【００２２】
このため、従来のＥＣＲスパッタ装置では、酸化物薄膜を得るための反応性スパッタにおいて、成膜レートを高めるために酸素流量を増加させると、メタルモード領域から酸化物モードに移行し、メタルモード領域での完全酸化膜を生成することが困難であるという問題がある。また、酸化物モード成膜は不完全酸化物であるため、成膜の吸収係数ｋは大きくなり、高い反射特性を得ることができないという問題がある。
【００２３】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、プラズマ生成室内のＥＣＲプラズマで生成したプラズマを反応室に導入し、プラズマ中のイオンによるターゲットのスパッタにより発生するスパッタ粒子と、プラズマ中の酸素活性種（ラジカル）とによって基板を成膜するＥＣＲプラズマ成膜装置において、ターゲットから金属元素を金属の状態で放出させて成膜するメタルモード成膜を安定化させることを目的とする。
【００２４】
より詳細には、ターゲットの酸素活性種（ラジカル）による酸化を低減し、メタルモード成膜から酸化物モード成膜への移行を抑制し、これによって、ターゲットから酸化状態になく金属状態のままの金属元素をターゲット粒子として放出させ、このターゲット粒子の基板表面での酸化を促進することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、プラズマ生成室から基板に向かいプラズマの流路において、プラズマ中の酸素活性種（ラジカル）の流れを制御することによって、ターゲット表面での急激な酸化を抑制するともに、基板表面での酸化反応を促進することによって、メタルモード成膜を安定化させる。
【００２６】
本発明によるプラズマ中の酸素活性種の流れの制御は、磁場によって基板方向に輸送されるプラズマの流動比率を変更し、ターゲット表面に向かう比率を下げ、基板に向かう比率を上げることで行う。基板方向に向かうプラズマとターゲット方向に向かうプラズマの流動比率を変更することによって、ターゲット表面に向かう酸素活性種の量を抑制すると共に、基板に向かう酸素活性種の量を相対的に増大させる。
【００２７】
ターゲット表面に向かう酸素活性種の量を抑制することによって、ターゲット表面での急激な酸化を抑制し、基板に向かう酸素活性種の量を増すことによって基板表面での酸化反応を促進する。
【００２８】
本発明は、プラズマ生成室内のＥＣＲプラズマで生成したプラズマを反応室に導入し、プラズマ中のイオンによりターゲットをスパッタしてスパッタ粒子を発生させ、このスパッタ粒子とプラズマ中の酸素活性種とによって基板を成膜するＥＣＲプラズマ成膜装置において、反応室内に、プラズマが基板に向けて流れる流路に沿って配置するターゲット電極と、プラズマに流れを制御するシールドとを備える。
【００２９】
本発明のシールドは、基板方向に向かうプラズマとターゲット方向に向かうプラズマの流動比率を変更することによって、プラズマ中の酸素活性種（ラジカル）の流れを制御するものである。このシールドは、ターゲット電極が基板と対向する面を除くターゲット電極の周囲を囲むと共に、ターゲット電極との間に所定距離を開けて配置する。さらに、シールドの特徴的なものとして、シールドがプラズマの流路と対向する面は、ターゲット電極がプラズマの流路と対向する面よりも基板方向に延出した構成を備える。
【００３０】
本発明が備えるシールドは、プラズマの流路と対向する面が、ターゲット電極がプラズマの流路と対向する面よりも基板方向に延出した構成とすることによって、基板方向に向かうプラズマとターゲット方向に向かうプラズマの流動比率を変更し、ターゲット方向に向かうプラズマの量を低減させ、基板方向に向かうプラズマの量を増加させる。
【００３１】
このシールドによって、ターゲットに向かう酸素活性種の量は相対的に減少するが、ターゲットをスパッタするプラズマ中にイオンは、ターゲットに印加した負のバイアス電位によって引かれるため、ターゲット表面では、基板表面でメタルモード成膜を行うに充分な量の金属元素状態のターゲット粒子を放出することができる。
【００３２】
一方、プラズマ中の酸素活性種は電気的に中性な状態にあるため、ターゲットの負のバイアス電位によって引かれることなく、シールドに沿って基板方向に案内される。
【００３３】
また、シールドは、ターゲット電極と所定距離を開けて配置されると共に、絶縁あるいはアースされる。シールドとターゲット電極との間の距離は、アーク放電が生じない距離に設定することができる。シールドとターゲット電極との間のアーク放電を抑制することによって、アーク放電で放出される微粒子の発生を抑制し、また、ターゲット電極の損傷を防ぐことができる。
【００３４】
本発明の一形態において、ターゲット電極は、プラズマの流路側の内径面と、この内径面の径よりも大径の外径面と、基板と対向する面を傾斜面とを有する断面形状が台形の環状電極とし、シールドは、この傾斜面を除くターゲット電極の周囲を囲むと共に、ターゲット電極の内径面と対向する面を、この面と対向するターゲット電極の内径面よりも基板方向に延出させる構成とする。
【００３５】
本発明の他の形態において、ターゲット電極は、プラズマの流路側の内径面と、基板と対向する面を平面とを有する断面形状が矩形の環状電極とし、シールドは、この平面を除くターゲット電極の周囲を囲むと共に、ターゲット電極の内径面と対向する面を、この面と対向するターゲット電極の内径面よりも基板方向に延出させる構成とする。また、シールドの内径は、プラズマの流路方向に同一径とすることができる。
【００３６】
本発明の各形態は、シールドがプラズマと対向する面を、ターゲット電極の内径面よりも基板方向に延出させる構成とすることによって、ターゲット方向に向かうプラズマの量を低減させ、基板方向に向かうプラズマの量を増加させる。
【００３７】
また、本発明の形態によれば、酸素流量を増加させた場合であっても、シールドがターゲット表面に向かう酸素活性種の量の増加を抑制するため、ターゲット表面は急激に酸化されることなく金属状態のターゲット粒子が放出され、基板表面において成膜レートが高いメタルモード領域において酸化膜を得ることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、プラズマ生成室内のＥＣＲプラズマで生成したプラズマを反応室に導入し、プラズマ中のイオンによるターゲットのスパッタにより発生するスパッタ粒子と、プラズマ中の酸素活性種（ラジカル）とによって基板を成膜するＥＣＲプラズマ成膜装置において、ターゲットから金属元素を金属の状態で放出させて成膜するメタルモード成膜を安定化させることができる。
【００３９】
より詳細には、ターゲットの酸素活性種（ラジカル）による酸化を低減し、メタルモード成膜から酸化物モード成膜への移行を抑制し、これによって、ターゲットから酸化状態になく金属状態のままの金属元素をターゲット粒子として放出させ、このターゲット粒子の基板表面での酸化を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
図１は、本発明のＥＣＲスパッタ装置の構成例を説明するための概略図である。
【００４２】
ＥＣＲスパッタ装置１は、ＥＣＲプラズマを生成するためのプラズマ生成室２と、成膜対象物である基板１２が収容される反応室３とを備えている。プラズマ生成室２と反応室３とはプラズマ引き出し開口２ａを介して連通しており、反応室３は真空ポンプ（図示していない）により排気口６から真空排気される。
【００４３】
プラズマ生成室２には、マイクロ波導入孔４、ガス導入口７、および空芯の磁場コイル５が設けられている。高周波電源８で発生されたマイクロ波は、発振器およびＥＨチューナー９でインピーダンス整合された後、マイクロ波導波管１０を通して導かれ、マイクロ波導入孔４のマイクロ波導入窓（図示していない）を通してプラズマ生成室２内に導入される。
【００４４】
プラズマ生成室２は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波に対して空洞共振器として機能するように構成している。磁場コイル５により８７．５（ｍＴ）の磁場を生成し、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波導入窓から導入する。
【００４５】
プラズマ生成室２のガス導入口７には、ガスラインＬ１，Ｌ２によりガスが供給される。ガスラインＬ１はアルゴンガスを供給し、ガスラインＬ２は酸素ガスを供給する。ガスラインＬ１にはバルブＢ１を設け、バルブＢ１を開閉することによってアルゴンガスの供給を制御する。また、ガスラインＬ２には、バルブＢ２を設け、バルブＢ２を開閉することによって酸素ガスの供給を制御する。また、マスフローコントローラＭ１、マスフローコントローラＭ２は、アルゴンガスおよび酸素ガスの流量を制御する。
【００４６】
一方、反応室３内には、ターゲット電極１３と、このターゲット電極１３の一部の面を除いて周囲を囲むシールド２０と、基板１２を保持する基板支持部１１とを設ける。ターゲット電極１３は、例えば、プラズマの流路側の内径面と、この内径面よりも大径の外径面と、基板と対向する面を傾斜面とを有した断面形状が台形の環状電極とし、中央部分に貫通口が形成されたコーン形状の形状とする他、プラズマの流路側の内径面と、基板と対向する平面とを有した断面形状が矩形の環状電極とし、中央部分に貫通口が形成された円盤状の形状とすることができる。
【００４７】
このターゲット電極１３の中央部分に形成された貫通口は、プラズマ生成室のプラズマ引き出し開口２ａと基板１２との間に配置され、プラズマ引き出し開口２ａからのプラズマが流れ流路を形成する。
【００４８】
ターゲット電極１３の材料は、例えばアルミを使用する。ターゲット電極１３はＤＣ電源１４と接続し、ターゲット電極１３にＤＣパルス電圧を印加することができる。この場合、ターゲット電極１３には、電極の電位がプラズマに対してマイナス電位となるように、例えば、−２００〜−８００Ｖの電圧を印加する。なお、ターゲット電極１３にはＤＣパルス電圧の代りに、正極側を接地し、負極側をターゲット電極１３に接続した高周波電源を用いて高周波電圧を印加してもよい。
【００４９】
基板支持部１１には、基板１２を軸回転する駆動機構を設けてもよい。また、基板支持部１１に高周波電源１５と接続し、基板支持部１１の電位がプラズマに対してマイナス電位になるように高周波電圧を印加する。アーキングが発生しなければ高周波電源の代りにＤＣ電源を使用してもよい。
【００５０】
プラズマ処理は、真空排気装置（図示しない）によって反応室３およびプラズマ生成室２内を所定圧力に減圧し、磁場コイル５に直流電流を供給してプラズマ生成室２内に８７．５ｍＴの磁場を生成し、ガス導入口７から反応室３およびプラズマ生成室２内に反応性ガスを導入し、高周波電源８で発振させ発振器およびＥＨチューナー９でインピーダンス整合させた２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波導入孔４の窓からプラズマ生成室２内に導入する。
【００５１】
反応性ガスは、マイクロ波の電界と磁場コイル５の磁場を８７５ガウスとすることによって電子サイクロトロン共鳴による高密度プラズマが生成され、正イオンと電子に分離する。
【００５２】
プラズマ生成室２内では、ＥＣＲによってアルゴンガスがイオン化して高密度なプラズマが生成される。さらに酸素ガスをプラズマ生成室２に供給すると、ＥＣＲによって酸素ガスが活性化して酸素活性種（ラジカル）が生成される。プラズマ中には電子、アルゴンイオン、励起状態のアルゴン、アルゴン原子、酸素活性種、酸素原子が存在する。
【００５３】
プラズマ内において、移動度の大きな電子は磁場コイル５により形成された発散磁界の磁力線に沿って引き出し開口２ａから反応室３内に移動する。電子は軽量であるため高速で運動し、短時間でプラズマから抜け出して壁部に衝突して消滅する。一方、正イオンは電子に比べて質量が大きく低速であるため、プラズマ中に長く存在する。これにより、プラズマは全体として正の電荷となり、イオンシースを形成する。基板１２を支持する基板支持部１１は、このイオンシースの正電荷に誘引されて負電荷が蓄積され、負の自己バイアス電圧が発生する。
【００５４】
その結果、プラズマ生成室２のプラズマから見ると反応室３の電子が存在する空間はマイナス電位となっているため、プラズマ中のアルゴンイオンは磁場コイル５の発散磁界の磁力線に沿って反応室３へ移動する。また、酸素活性種（ラジカル）は拡散によって反応室３へ移動する。このようにして反応室３にプラズマは引き出される。
【００５５】
マイナス電位となるようにターゲット電極１３に電圧を印加すると、アルゴンイオンは、ターゲット電圧による電界によってターゲット電極１３の方向に加速され、ターゲット電極１３の表面に入射する。加速されたアルゴンイオンがターゲット電極１３に入射すると、スパッタ現象によりアルミのスパッタ粒子がターゲット電極１３から基板１２の方向に放出される。
【００５６】
基板１２には、ターゲット電極１３から放出されたアルミの酸化されていない金属状態の粒子と、プラズマ中の酸素活性種（ラジカル）とが存在し、これらが反応してメタルモード成膜が行われ、基板１２の表面にアルミ薄膜が成膜される。
【００５７】
シールド２０は、ターゲット電極１３が基板１２と対向する面を除くターゲット電極１３の周囲を囲むと共に、ターゲット電極１３との間に所定距離を開けて配置する。
【００５８】
図２はシールド２０の一構成例を示している。
【００５９】
図２において、ターゲット電極１３は、プラズマの流路側の内径面１３ａと、この内径面１３ａの径よりも大径の外径面１３ｂと、基板１２と対向する傾斜面１３ｃとを有する断面形状が台形の環状電極である。一方、シールド２０は、傾斜面１３ｃを除くターゲット電極１３の周囲を囲むと共に、ターゲット電極１３の内径面１３ａと対向する内径面２０ａは、この内径面２０ａと対向するターゲット電極１３の内径面１３ａよりも基板方向に延出して形成される。内径面２０ａの延出した長さは、その全長Ｄが少なくともターゲット電極１３の内径面１３ａの長さｄよりも長尺とし、例えば、内径面１３ａと外径面１３ｂとの中間の長さよりも長尺とする。
【００６０】
なお、この内径面２０ａの延出する長さは、ターゲット電極１３の形成、プラズマが流れる流路径、プラズマが移動する速度等に応じて定めることができる。また、シールド２０の内径は、プラズマの流路に沿って同一径とすることができる。
【００６１】
図３はシールド２０による作用、特に延出面による作用を説明するための図である。図３（ａ）は延出面を有するシールドの場合を示し、図３（ｂ）は延出面を有さないシールドの場合を示している。なお、図３では、プラズマ生成室から基板１２に向かうプラズマ中にアルゴンイオン（Ａｒ＋）と、酸素活性種として酸素ラジカル（Ｏ＊）が含まれる場合を示している。ここで“＊”は活性種であることを示している。
【００６２】
図３（ａ）において、プラズマ中のアルゴンイオン（Ａｒ＋）は、基板１２の方向に移動する間に、ＤＣ電源１４によって負電位に印加されたターゲット電極１３に誘引される。このとき、ターゲット電極１３は、傾斜面１３ｃを除く周囲の面はシールド２０によって囲まれ、このシールド２０は絶縁あるいはアースされているため、アルゴンイオン（Ａｒ＋）は傾斜面１３ｃのみに入射する。アルゴンイオン（Ａｒ＋）はターゲット電極１３の傾斜面１３ｃに入射し、この傾斜面１３ｃをスパッタして、ターゲットの金属原子を放出する。
【００６３】
一方、プラズマ中の酸素ラジカル（Ｏ＊）は、ターゲット電極１３の内径面１３ａと対向するシールド２０の内径面２０ａにガイドされて基板１２の方向に移動する。酸素ラジカル（Ｏ＊）は電気的に中性であるため、ターゲット電極１３に誘引されることなく、基板１２の方向に移動する。このとき、シールド２０の内径面２０ａは、基板１２の方向に延出した部分によって、酸素ラジカル（Ｏ＊）をターゲット電極１３側に拡散させることなく、基板１２方向に導く。
【００６４】
これによって、酸素ラジカル（Ｏ＊）がターゲット電極方向と基板方向に流れる流動比率を変更し、相対的に、ターゲット電極１３の表面に到達する酸素ラジカル（Ｏ＊）を低減させ、基板１２の表面に到達する酸素ラジカル（Ｏ＊）を増大させる。
【００６５】
ターゲット電極１３の表面では酸素ラジカル（Ｏ＊）の到達量が相対的に減少するため、仮に、酸素流量が増加した場合であっても、酸素ラジカル（Ｏ＊）によるターゲット電極が急激に酸化することを抑制し、ターゲット電極表面から放出されるターゲット粒子を金属のままとし酸化物の状態となることを抑制する。
【００６６】
また、基板１２の表面では酸素ラジカル（Ｏ＊）の到達量が相対的に増大するため、酸素ラジカル（Ｏ＊）の濃度が高まり、ターゲット電極１３から放出されたターゲット粒子をメタルモード領域で完全酸化させて成膜することができる。
【００６７】
一方、図３（ｂ）において、プラズマ中のアルゴンイオン（Ａｒ＋）は、基板１２の方向に移動する間に、ＤＣ電源１４によって負電位に印加されたターゲット電極１３に誘引される。このアルゴンイオン（Ａｒ＋）の誘引動作、およびアルゴンイオン（Ａｒ＋）のスパッタによるターゲット粒子の放出動作は図３（ａ）の場合と同様である。
【００６８】
一方、プラズマ中の酸素ラジカル（Ｏ＊）は、ターゲット電極１３の内径面１３ａと対向するシールド２０の内径面２０ａ′を通過した後、拡散する。このとき、シールド２０の内径面２０ａ′がターゲット電極１３の内径面１３ａと対向するだけの長さである場合には、酸素ラジカル（Ｏ＊）は、シールド２０の内径面２０ａ′を通過した後、基板１２の方向に移動する他に、ターゲット電極１３の傾斜面１３ｃの方向にも拡散する。このため、ターゲット電極１３の傾斜面１３ｃには、拡散したプラズマが流れこみ、相対的に、ターゲット電極１３の表面に到達する酸素ラジカル（Ｏ＊）が増え、基板１２の表面に到達する酸素ラジカル（Ｏ＊）が減少する。
【００６９】
ターゲット電極１３の表面では酸素ラジカル（Ｏ＊）の到達量が相対的に増大するため、仮に、酸素流量が増加した場合には、酸素ラジカル（Ｏ＊）によるターゲット電極が急激に酸化され、ターゲット電極表面ではメタルモード領域から酸化物モード領域に移行し、ターゲット電極１３の傾斜面１３ｃから放出されるターゲット粒子は酸化物となる。
【００７０】
また、基板１２の表面では酸素ラジカル（Ｏ＊）の到達量が相対的に減少するため、酸素ラジカル（Ｏ＊）の濃度が低下し、ターゲット電極１３から放出されたターゲット粒子をメタルモード領域で完全酸化させて成膜することが困難となる。
【００７１】
図４はシールド２０の別の構成例を示している。この構成例は、断面が平板状のターゲット電極に対応するシールドの例である。
【００７２】
図４において、ターゲット電極１３は、プラズマの流路側の内径面１３ａと、基板１２と対向する平面１３ｄとを有する断面形状が略矩形形状の環状電極であり、ターゲット電極１３の平面１３ｄが基板１２に対して斜めに設置される配置例である。
【００７３】
シールド２０は、平面１３ｄを除くターゲット電極１３の周囲を囲むと共に、ターゲット電極１３の内径面１３ａと対向する内径面２０ａは、この内径面２０ａと対向するターゲット電極１３の内径面１３ａよりも基板方向に延出して形成される。内径面２０ａの延出した全長の長さＤは、少なくともターゲット電極１３の内径面１３ａの長さｄよりも長尺とする。傾斜して配置するターゲット電極１３に対して、例えば、内径面１３ａと外周面１３ｂとの中間の長さよりも長尺とする。
【００７４】
なお、この内径面２０ａの延出する長さは、ターゲット電極１３の形成、プラズマが流れる流路径、プラズマが移動する速度等に応じて定めることができる。また、内径面２０ａの内径は、プラズマの流路に沿って同一径とすることができる。
【００７５】
図５は、本発明のシールド構造による効果を説明するための図である。図５において、横軸は、プラズマ生成室内に導入する酸素流量を示し、酸素流量sccmは一定温度で規格化された１分間あたりで表した流量cc（cm3）/minを示している。また、縦軸は成膜レート（Å/sec）、成膜の吸収係数ｋを表している。
【００７６】
図５において、酸素流量が少ない場合にはメタルモード領域で成膜され、図５中のＣで示す高い成膜レートを示す。一方、酸素流量が増加するとメタルモード領域から酸化物モード領域に移行して成膜が行われ、図５中のＤで示すように成膜レートが低下する。また、成膜の光学特性を評価する吸収係数ｋは、酸素流量が増加するほど低い値となる。
【００７７】
したがって、基板上に成膜する酸化物薄膜の吸収係数ｋを下げると共に、高い成膜レートを実現するには、図中のＣで示すメタルモード領域において、酸素流量を多くする必要がある。しかしながら、酸素流量を増大させると、メタルモード領域から酸化物領域に移行して成膜レートが低下する。そのため、メタルモード領域から酸化物領域に移行するときの酸素流量ができるだけ多くなる特性が望ましい。
【００７８】
ＡとＢの特性を比較すると、大きな酸素流量においてメタルモード領域から酸化物領域に移行する特性Ｂによれば、高い成膜レートと吸収係数ｋの両方を満たすことができる。
【００７９】
図５中の破線Ａは、図３（ｂ）の構成に示すように、シールド２０の内径面２０ａの長さをターゲット電極１３の内径面１３ａの長さとほぼ同程度とした構成において、酸素流量を増加させたときの成膜レートの変化を示している。また、図５中の実線Ｂは、図３（ａ）の構成に示すように、シールド２０の内径面２０ａの長さをターゲット電極１３の内径面１３ａよりも長く設定し、シールド２０の内径面２０ａを基板側に延出させた構成において、酸素流量を増加させたときの成膜レートの変化を示している。
【００８０】
したがって、シールド２０の内径面２０ａを基板側に延出させた構成とすることで、高い成膜レートと低吸係数ｋの両方を満たす特性を得ることができる。
【００８１】
次に、図６に本発明による成膜例を示す。ここでは成膜条件は以下の通りである。
成膜物質  ：Ａｌ２Ｏ３
ターゲット：高純度アルミ
導入ガス  ：Ａｒ、Ｏ２
成膜時圧力：０．１〜０．３パスカル
マイクロ波電力：５００〜１０００Ｗ
ターゲットバイアス電力：１００〜２００Ｗ
【００８２】
図６において、横軸は、プラズマ生成室内に導入する酸素流量sccmを示し、縦軸は成膜レート（Å/sec）、成膜の吸収係数ｋ、屈折率ｎを表している。
【００８３】
図３（ｂ）の構成に示すように、シールド２０の内径面２０ａの長さをターゲット電極１３の内径面１３ａの長さとほぼ同程度とした構成の場合には、図６中のＥで示す酸素流量のあたりでメタルモード領域から酸化物領域に移行して成膜レートが低下するのに対して、本発明のシールド構成のように基板側に延出さることで、メタルモード領域から酸化物領域に移行する酸素流量を増大させ、成膜の吸収係数ｋを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明のＥＣＲスパッタ装置の構成例を説明するための概略図である。
【図２】本発明のシールドの構成例を示す図である。
【図３】本発明のシールドによる作用を説明するための図である。
【図４】本発明のシールドの別の構成例を示す図である。
【図５】本発明のシールド構造による効果を説明するための図である。
【図６】本発明による成膜例の酸素流量と成膜レートとの関係を示す図である。
【図７】従来のＥＣＲスパッタ成膜装置の概略構成を示す図である。
【図８】従来の遮蔽リングを備えるＥＣＲスパッタ成膜装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１…ＥＣＲスパッタ装置、２…プラズマ生成室、２ａ…プラズマ引き出し開口、３…反応室、４…マイクロ波導入孔、５…磁場コイル、６…排気口、７…ガス導入口、８…高周波電源、９…発信器及びＥＨチューナー、１０…導波管、１１…基板支持部、１２…基板、１３…ターゲット電極、１３ａ…内径面、１３ｂ…外径面、１３ｃ…傾斜面、１３ｄ…平面、１４…バイアス電源、１５…高周波電源、２０…シールド、２０ａ、２０ａ′…内径面、１０１…スパッタ成膜装置、１０２…プラズマ生成室、１０３…反応室、１０４…マイクロ波導入孔、１０５…磁場コイル、１０６…排気口、１０７…ガス導入口、１１１…基板支持部、１１２…基板、１１３…ターゲット、２００…遮蔽リング、Ｂ１…バルブ、Ｂ２…バルブ、Ｌ１，Ｌ２…ガスライン、Ｍ１，Ｍ２…マスフローコントローラ、ｋ…吸収係数、ｎ…屈折率。
【図１】
0004650698.tif 000002
【図２】
0004650698.tif 000003
【図３】
0004650698.tif 000004
【図４】
0004650698.tif 000005
【図５】
0004650698.tif 000006
【図６】
0004650698.tif 000007
【図７】
0004650698.tif 000008
【図８】
0004650698.tif 000009