(57)【要約】【課題】  スパッタ効率を高め、成膜レートが大きいＥＣＲスパッタリング装置を提供すること。【解決手段】  ＥＣＲスパッタリング装置１００は、発散磁場空間にＥＣＲプラズマを生成させるプラズマ生成室１０と、ＥＣＲプラズマ中のイオンによりスパッタされるターゲット２１と基板Ｓを保持する基板ホルダー２２とを収納する処理室２０とを備える。処理室２０には、リング状磁石２５を配設し、発散磁場により処理室に導入されたＥＣＲプラズマの流れ（プラズマ流Ｐ）をターゲット２１の表面αへ導くための補正磁場ＭＦを生成する。補正磁場ＭＦにより、プラズマ流Ｐ中のより多くのイオンがターゲット２１に入射しスパッタ率を高める。【選択図】  図１
2005290442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＣＲプラズマを生成させるプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室に隣接して設けられ、発散磁場により前記ＥＣＲプラズマが導入される処理室と、
前記ＥＣＲプラズマ中のイオンによりスパッタされるターゲットと、
前記ターゲットから飛散するスパッタ粒子が堆積して成膜が行われる被処理基板を保持する基板保持手段と、
前記ターゲット近傍の前記発散磁場の強度を高め、前記処理室に導入されたＥＣＲプラズマの流れを前記ターゲットへ近づけるように補正磁場を生成する補正磁場生成手段とを備えることを特徴とするＥＣＲスパッタリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＣＲスパッタリング装置において、
前記補正磁場生成手段は、前記発散磁場と合成して前記ターゲット周辺にカスプ磁場を形成するように、前記補正磁場を生成することを特徴とするＥＣＲスパッタリング装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＥＣＲスパッタリング装置において、
前記補正磁場生成手段は、前記ターゲットの外周面を取り囲むリング状磁石であることを特徴とするＥＣＲスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＣＲプラズマを利用するスパッタリング装置に関する。
【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、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。処理室内に導入されたＥＣＲプラズマの流れ（プラズマ流）は、発散磁場により拡散していくが、プラズマ流は、被処理基板の方向だけではなく処理室の内壁へも拡散し、処理室の内壁に付着した不完全な膜をスパッタしてダストを処理室内に飛散させる。このダストの飛散を防止するために、ターゲットと被処理基板との間にプラズマの拡散を制限する筒を設けた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】
【特許文献１】特開２００３−１２９２３６号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のＥＣＲスパッタリング装置では、プラズマの拡散を制限する筒により、プラズマ流が処理室の側壁へ拡散するのを防止しているが、同時にスパッタ粒子の飛散をも制限してしまうので、被処理基板への成膜レートが小さくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１のＥＣＲスパッタリング装置は、ＥＣＲプラズマを生成させるプラズマ生成室と、プラズマ生成室に隣接して設けられ、発散磁場によりＥＣＲプラズマが導入される処理室と、ＥＣＲプラズマ中のイオンによりスパッタされるターゲットと、ターゲットから飛散するスパッタ粒子が堆積して成膜が行われる被処理基板を保持する基板保持手段と、ターゲット近傍の発散磁場の強度を高め、処理室に導入されたＥＣＲプラズマの流れをターゲットへ近づけるように補正磁場を生成する補正磁場生成手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項１のＥＣＲスパッタリング装置に備えられる補正磁場生成手段は、発散磁場と合成してターゲット周辺にカスプ磁場を形成するように、補正磁場を生成することが好ましい。また、補正磁場生成手段は、ターゲットの外周面を取り囲むリング状磁石であってもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、補正磁場生成手段によりＥＣＲプラズマの流れをターゲットへ導くようにしたので、スパッタ効率が高くなり、被処理基板上に形成される膜の成膜レートが大きくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態によるＥＣＲスパッタリング装置について、図１〜３を参照しながら説明する。図１は、第１の実施の形態によるＥＣＲスパッタリング装置の概略を模式的に示す全体構成図である。図２（ａ）は、図１のＥＣＲスパッタリング装置の主要部を模式的に示す構成図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ線で切断した部分断面図である。図１と図２では、同じ構成部品には同一符号を付す。
【０００８】
ＥＣＲスパッタリング装置１００は、ＥＣＲプラズマを生成させるプラズマ生成室１０と基板Ｓの表面に成膜処理する処理室２０とを備えている。プラズマ生成室１０と処理室２０は、いずれも密閉可能な容器であり、ｘ方向に沿って連結されており、開口Ａにより連通している。
【０００９】
プラズマ生成室１０の左側面には、マイクロ波Ｍを導入するための誘電体板１１とプロセスガスＧ１を導入するためのガス導入部１３とが配設され、プラズマ生成室１０の右側面には、開口Ａが形成されている。また、プラズマ生成室１０には、その左右側面を除く外周面を取り囲むように電磁コイル１２が配設されている。プロセスガスＧ１としては、通常、Ａｒガスが用いられる。
【００１０】
処理室２０には、中央に穴が明いたコーン形状のターゲット２１と基板Ｓを保持する基板ホルダー２２とが収納され、ターゲット２１と基板Ｓとは対向配置されている。ターゲット２１には、直流電源２４の負極側が接続されている。なお、直流電源２４の代わりに高周波電源を用い、その正極側を接地し、負極側をターゲット２１に接続してもよい。
【００１１】
基板ホルダー２２は、アースより電気的にフローティングされており、基板Ｓの法線廻り（ｘ軸廻り）に回転可能である。基板ホルダー２２は、必要に応じて加熱、冷却、電界印加が可能に構成されている。また、処理室２０には、室内を真空排気するための排気口２３が配設され、排気口２３は、高速で高真空に排気することができるターボ分子ポンプ（不図示）に配管接続されている。なお、反応性スパッタリングを行う場合は、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスのような反応性ガスを導入するためのガス導入部（不図示）が処理室２０に配設される。
【００１２】
図２を参照すると、ターゲット２１の外周付近には、ターゲット２１を取り囲むようにリング状磁石２５が配設されている。リング状磁石２５は、ｘ方向にＮ極、Ｓ極を有する永久磁石であり、ターゲット２１の外周部に磁場を形成する。この磁場を補正磁場ＭＦと呼ぶ。リング状磁石２５は、図２（ｂ）に示されるように、円形リング状であるが、多角形のリング状でもよい。なお、リング状磁石２５が永久磁石の場合は、処理室２０の内部でも外部でも配置できるが、電磁石の場合は、通常、処理室２０の外部に配置する。
【００１３】
以下、本実施の形態によるＥＣＲスパッタリング装置１００の作用について図１、図２を参照して説明する。不図示のマイクロ波導波管を伝搬する周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波Ｍは、誘電体板１１を介してプラズマ生成室１０内に導入される。プラズマ生成室１０内は、１×１０−５Ｐａ程度に真空排気された後、プロセスガスＧ１としてＡｒガスを導入して１０−１Ｐａ台の真空雰囲気に保持される。導入されたマイクロ波電力により、プラズマ生成室１０内のＡｒガスＧ１が電離してプラズマが形成される。一方、プラズマ生成室１０内には、電磁コイル１２による磁場（発散磁場）が形成されているので、プラズマ中の電子は、その発散磁場からローレンツ力を受け、磁力線を軸とする旋回運動をしながらｘ方向に進む。
【００１４】
このとき、電子の旋回運動の回転周波数がマイクロ波Ｍの周波数に一致すると、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件が満たされる。ＥＣＲ条件が成立すると、プラズマの電離効率が上昇し、概略０．０５〜０．５Ｐａのガス圧力下で高密度プラズマ（ＥＣＲプラズマ）を生成できる。このときの磁束密度（磁界強度）は８７５×１０−４Ｗｂ／ｍ２となる。磁界強度は、ｘ方向に進むにつれて緩やかに減少する。
【００１５】
ＥＣＲプラズマ中で旋回運動する多数の電子は、電磁コイル１２による発散磁場に導かれて開口Ａを通過して処理室２０内へ流入し、ターゲット２１の穴を通過して基板Ｓの方向へ向う。基板ホルダー２２はフローティングされているので、基板Ｓの周辺は負の空間電位となり、この負の空間電位を中和するようにＥＣＲプラズマ中の多数のイオンも開口Ａを通過して処理室２０内へ流入する。つまり、多数の電子とイオン（Ａｒイオン）を含むプラズマ流Ｐがプラズマ生成室１０から処理室２０へ流入する。このプラズマ流Ｐの方向は、電磁コイル１２による発散磁場の磁力線の向きと大体同じである。
【００１６】
ターゲット２１には負の直流電圧が印加されているので、プラズマ流Ｐ中のＡｒイオンの多くは、ターゲット２１に引き付けられ、ターゲット２１に入射する。Ａｒイオンは、ターゲット２１の電場の強さに応じた運動エネルギーをもつので、ターゲット２１表面から粒子を叩き出す。これがスパッタ粒子Ｔであり、スパッタ粒子Ｔの大半はｘ方向へ飛散する。
【００１７】
図２を参照して、補正磁場ＭＦの作用を説明する。電磁コイル１２による発散磁場の磁力線の向きは、プラズマ流Ｐを示す矢印の方向とほぼ等しい。リング状磁石２５による補正磁場ＭＦの磁力線は、図示のようにＮ極からＳ極へ向かっている。リング状磁石２５をこのように配置することによって、ターゲット２１の外周付近では、発散磁場と補正磁場ＭＦとが合成されてカスプ磁場が形成される。
【００１８】
そのため、ターゲット２１の穴を通過したプラズマ流は、カスプ磁場により流れの方向を曲げられ、実線で示されるプラズマ流Ｐのようにターゲット２１の基板Ｓ側の表面αに沿って進行する。もし、リング状磁石２５が配設されていない場合は、破線で示されるプラズマ流Ｐ´のように直線的に進行する。プラズマ流Ｐとプラズマ流Ｐ´を比較すると、プラズマ流Ｐの方がターゲット２１の表面αの近くを進行するので、より多くのＡｒイオンがターゲット２１に引き付けられ、ターゲット２１表面をスパッタする。すなわち、スパッタ率が高くなり、多くのスパッタ粒子Ｔがターゲット２１から叩き出され、基板Ｓの方向へ向かう。この結果、基板Ｓ上に堆積する薄膜の成膜レートが上がる。
【００１９】
ターゲット２１に入射しないＡｒイオンは、基板Ｓの方向へ直進するものと処理室２０の内壁に向かうものがある。ターゲット２１に印加されている負のバイアス電圧を高くすることによってもスパッタ率を上昇させることができるが、同時にターゲット２１表面で反射した運動エネルギーの高いＡｒイオンが基板Ｓに到達して、膜質の劣化やアーキング発生の原因となる。従って、単純にターゲット２１のバイアス電圧を高くして成膜レートを上げることは、望ましくない。
【００２０】
図３は、補正磁場ＭＦが有る場合と無い場合について、ターゲット電流とマイクロ波電力の関係を比較したグラフである。ターゲット電流は、ターゲット２１に入射するＡｒイオンの量に相当し、成膜レートに比例する成膜パラメータであるから、ターゲット電流を測定することによって成膜レートを知ることができる。ターゲット２１のバイアス電圧を−３５０Ｖに固定し、縦軸にターゲット電流、横軸にマイクロ波電力をとる。ターゲット電流とマイクロ波電力は、実測値である。
【００２１】
図中、線ａで示される補正磁場ＭＦが有る場合も、線ｂで示される補正磁場ＭＦが無い場合も、ターゲット電流は、マイクロ波電力とほぼ直線関係を有する。また、線ａと線ｂの傾きを比較すると、線ａは、線ｂに対して約１．２倍となっている。すなわち、リング状磁石２５を設けて補正磁場ＭＦを形成することによって、Ａｒイオンの利用効率を向上させ、同じバイアス電圧でも成膜レートを約１．２倍に高めることができる。
【００２２】
補正磁場ＭＦを形成せずに同じ成膜レートを得ようとすると、ターゲット２１のバイアス電圧を上げなければならないが、上述したように、膜質の劣化やアーキング発生の恐れがある。本実施の形態では、膜質の劣化やアーキング発生を招くことなしに補正磁場ＭＦを形成するだけで成膜レートを高めることができる。また、本実施の形態では、補正磁場ＭＦを形成用のリング状磁石２５を配設するだけなので、スパッタ粒子Ｔの基板Ｓへの飛行を妨げることもない。
【００２３】
以上説明した本実施の形態によるＥＣＲスパッタリング装置１００から分かるように、本発明は、ターゲット２１の外周付近にリング状磁石２５を配設して補正磁場ＭＦを形成し、プラズマ流Ｐの流れを補正することを特徴とする。従って、本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。例えば、本実施の形態では、ターゲット２１の全外周に補正磁場ＭＦを形成するが、複数個の小さい磁石をリング状磁石２５と同じ大きさの円形状または多角形状に所定間隔で配列させてもよい。この場合は、カプス磁場は、ターゲット２１の外周に沿って一様ではなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係るＥＣＲスパッタリング装置の概略を示す全体構成図である。
【図２】図２（ａ）は、図１のＥＣＲスパッタリング装置の主要部を模式的に示す構成図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ線で切断した部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＥＣＲスパッタリング装置を用いて、補正磁場ＭＦが有る場合と無い場合について、ターゲット電流とマイクロ波電力との関係を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１０：プラズマ生成室
１１：誘電体板
１２：電磁コイル
１３：ガス導入部
２０：処理室
２１：ターゲット
２２：基板ホルダー
２５：リング状磁石
１００：ＥＣＲスパッタリング装置
ＭＦ：補正磁場
Ｐ、Ｐ´：プラズマ流
Ｓ：基板
Ｔ：スパッタ粒子
【図１】
2005290442.tif 000003
【図２】
2005290442.tif 000004
【図３】
2005290442.tif 000005