JPS6187867A - sputtering equipment - Google Patents
sputtering equipmentInfo
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- JPS6187867A JPS6187867A JP59207058A JP20705884A JPS6187867A JP S6187867 A JPS6187867 A JP S6187867A JP 59207058 A JP59207058 A JP 59207058A JP 20705884 A JP20705884 A JP 20705884A JP S6187867 A JPS6187867 A JP S6187867A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/354—Introduction of auxiliary energy into the plasma
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体製品の加工等の薄膜形成に用いられるス
パッタリング装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a sputtering apparatus used for forming thin films in processing semiconductor products and the like.
この種のスパッタリング装置としては、マグネトロンス
パッタリング装置が広く用いられている。Magnetron sputtering devices are widely used as this type of sputtering device.
この形式のスパッタリング装置は、例えば特公昭５３−
１９３１９号「カソードスパッタリング装置」に示され
るごとく、ターゲット材料を有する面を持つ陰瞳を設け
、この陰極のターゲツト面の反対側の面に一対の磁極を
設ける。この一対の磁極間に現われる磁力線の一部は、
ターゲット材料面上から出て湾曲し、この弧状の磁力線
と前記ターゲット材料面とに境界づけられた閉領域を形
成し、前記陰極と陽極間の印加電圧により発生した荷電
粒子を前記閉領域に保持している。この荷電粒子を該閉
領域に閉じ込めることによって２極スパツタリング装置
に比較し、低圧下での成膜あるいは、高密度プラズマに
よる高速成膜が可能となる。This type of sputtering equipment is, for example,
No. 19319, "Cathode Sputtering Apparatus," a negative pupil is provided with a surface having a target material, and a pair of magnetic poles is provided on the surface of the cathode opposite the target surface. Some of the lines of magnetic force that appear between this pair of magnetic poles are
Curving out from above the target material surface, forming a closed region bounded by the arc-shaped magnetic field lines and the target material surface, and holding charged particles generated by the applied voltage between the cathode and the anode in the closed region. are doing. By confining the charged particles in the closed region, film formation under low pressure or high-speed film formation using high-density plasma becomes possible compared to a bipolar sputtering apparatus.
この方法は、電極に印加する交流あるいは直流の電力に
よって、プラズマの維持とプラズマ内からターゲツト面
に入射してくるイオンのエネルギ供給を行なっている。In this method, alternating current or direct current power is applied to the electrodes to maintain the plasma and supply energy to the ions incident on the target surface from within the plasma.
この装置において成膜速度を上昇せしめようとすると、
印加電力を増加してプラズマ密度を高くしなければなら
ないが、印加電力を大きくするとターゲツト面に入射す
るイオンのエネルギが増加し、ターゲツト面はスパッタ
される際にこのエネルギーの大部分を熱としてもらい、
温度が上昇する。ターゲットの温度が高くなりすぎると
、ターゲット内に大きな温度ストレスの発生による破壊
が起こる虞れがあり、あるいはターゲツト面の背部の接
着部に融解を生じる虞れがあるので成膜速度が抑えられ
ていた。このターゲット温度上昇を抑えた状態で成膜速
度を高める方法として、特開昭５８−７５８３９号に記
載のように、プラズマの発生をマイクロ波によって行な
うものがある。この方法は、前記スパッタ装置に、マイ
クロ波発振器を設けたもので、マイクロ波電力によりプ
ラズマ密度が高くなるため、ターゲットへのイオン入射
エネルギーを増加させることなく成膜速度を上昇させる
ことができる。しかし、この方法では、プラズマ発生領
域が前記のように磁力線とターゲツト面で囲まれた閉領
域と限定しているため、ターゲットの侵食領域も限定さ
れてしまう。成膜速度をさらに高めるためにマイクロ波
電力を上げると、限定された領域にのみスパッタが集中
するため、ターゲット内に過大な熱応力が発生する虞れ
があり、また、ターゲットの背面側の接着部が融解する
虞れも有る。If you try to increase the deposition rate with this device,
The plasma density must be increased by increasing the applied power, but increasing the applied power increases the energy of the ions incident on the target surface, and the target surface converts most of this energy into heat during sputtering. ,
Temperature rises. If the temperature of the target becomes too high, there is a risk of destruction due to large temperature stress within the target, or melting of the bond on the back of the target surface will result in the deposition rate being suppressed. Ta. As a method of increasing the film formation rate while suppressing the rise in target temperature, there is a method of generating plasma using microwaves, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 75839/1983. In this method, the sputtering apparatus is equipped with a microwave oscillator, and since the plasma density is increased by the microwave power, the film formation rate can be increased without increasing the energy of ion injection into the target. However, in this method, since the plasma generation region is limited to a closed region surrounded by magnetic lines of force and the target surface as described above, the erosion region of the target is also limited. If the microwave power is increased to further increase the deposition rate, sputtering will concentrate only in a limited area, which may cause excessive thermal stress within the target, and may also cause adhesion on the back side of the target. There is also a risk that parts may melt.
本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので。 The present invention has been made in view of the above circumstances.
本発明の目的は、基板がプラズマによるダメージを受け
ることなく、ターゲット表面全体に高密度のプラズマを
発生させて成膜速度を上昇させることができ、しかも、
ターゲットの有効利用面積を拡大することのできるスパ
ッタリング装置を提供しようとするものである。An object of the present invention is to generate high-density plasma over the entire target surface without causing damage to the substrate due to plasma, and to increase the deposition rate.
The present invention aims to provide a sputtering device that can expand the effective use area of a target.
次に、上記目的を達成するための本発明の原理について
略述する。Next, the principle of the present invention for achieving the above object will be briefly described.
高密度のプラズマは、電子共振状態を作る様に磁場中に
マイクロ波を導入することによって作られる６前記プラ
ズマ内の荷電粒子は、磁力線を横切る方向への移動は制
限され、磁力線に沿った移動が支配的になるため、該磁
力線をターゲツト面に均等に引き込む手段を設けると、
基板がプラズマにさらされることなく、ターゲット全面
に高密度プラズマが生じ、ターゲットの利用率の向上と
高速成膜が可能となる。A high-density plasma is created by introducing microwaves into a magnetic field to create an electronic resonance state.6 Charged particles in the plasma are restricted from moving across the magnetic field lines, but move along the magnetic field lines. is dominant, so if a means is provided to draw the lines of magnetic force evenly onto the target surface,
High-density plasma is generated over the entire surface of the target without exposing the substrate to plasma, making it possible to improve target utilization and achieve high-speed film formation.
上述の原理に基づいて前記の目的を達成するため、本発
明に係るスパッタリング装置は、ターゲット材料を設置
した陰極に対向離間せしめて基板ホルダを設置したスパ
ッタリング装置において、基板ホルダに装着した基板と
これに対向する陰極との側方にマイクロ波発生源、及び
、マイクロ波によってプラズマを発生するプラズマ発生
室を設けたことを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object based on the above-mentioned principle, a sputtering apparatus according to the present invention is a sputtering apparatus in which a substrate holder is installed facing and spaced apart from a cathode on which a target material is installed. The present invention is characterized in that a microwave generation source and a plasma generation chamber for generating plasma by microwaves are provided on the side of the cathode facing the .
以下、本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。第１図はスパッタリング成膜部の構造を示す断面図
である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a sputtering film forming section.
陰極２の片面にターゲット１を設置し、該陰極２の裏側
の面（ターゲット取付面の反対側の面）に電磁石３を設
置する。A target 1 is installed on one side of the cathode 2, and an electromagnet 3 is installed on the back side of the cathode 2 (the side opposite to the target mounting surface).
前記のターゲット１に対向離間せしめて基板４を保持す
るように、基板ホルダ５を設置する。A substrate holder 5 is installed so as to hold a substrate 4 facing and spaced apart from the target 1 .
軸６は前記の陰極２を支承し、真空槽壁７に対して電気
的に絶縁してこれを貫通している。該陰極２は軸６を介
して高周波あるいは直流の電源８に接続する。一方、基
板ホルダ５はアースに接続されている。The shaft 6 supports the cathode 2 and extends through the vacuum chamber wall 7 in an electrically insulated manner. The cathode 2 is connected via a shaft 6 to a high frequency or direct current power source 8. On the other hand, the substrate holder 5 is connected to ground.
陰極２と基板ホルダ５とが対向している部分の側方に当
たる位置において、真空槽壁７に窓１０を設け、この窓
１０に対して導波管９の一端を気密に取付ける。この導
波管９の他端にマイクロ波導体板１１を気密に取り付け
て真空を保持する。上記のマイクロ波導体板１１は、例
えば石英、アルミナ磁器などの如く、大気を通過させず
マイクロ波を通過させる材料で構成した板状部材である
。A window 10 is provided in the vacuum chamber wall 7 at a position on the side where the cathode 2 and the substrate holder 5 face each other, and one end of the waveguide 9 is airtightly attached to the window 10. A microwave conductor plate 11 is airtightly attached to the other end of the waveguide 9 to maintain a vacuum. The microwave conductor plate 11 described above is a plate-like member made of a material that does not allow air to pass through but allows microwaves to pass through, such as quartz or alumina porcelain.
上記のマイクロ波導体板１１の外側に、導波管１２を介
してマイクロ波発生源１３を設置する。A microwave generation source 13 is installed outside the microwave conductor plate 11 described above via a waveguide 12 .
前記の導波管９はプラズマ発生部であり、該導波管９の
周囲には磁石１４．１５が配置しである。上記の磁石１
４は窓１０の近傍に、磁石１５はマイクロ波導体板１１
の周囲にそれぞれ配設する。これらの磁石１４．１５に
よる磁力線１６は、磁石３によるターゲツト面上の磁力
線の方向と同方向に設定する。スパッタ成膜室１７と導
波管９は、高真空排気された後雰囲気ガスを導入し所定
の真空度に保っておく。The waveguide 9 is a plasma generating section, and magnets 14 and 15 are arranged around the waveguide 9. Magnet 1 above
4 is located near the window 10, and the magnet 15 is located near the microwave conductor plate 11.
be placed around each. The magnetic lines of force 16 caused by these magnets 14 and 15 are set in the same direction as the lines of magnetic force on the target surface caused by the magnets 3. The sputtering film forming chamber 17 and the waveguide 9 are evacuated to a high vacuum, and then atmospheric gas is introduced thereinto to maintain a predetermined degree of vacuum.
マイクロ波発生ｇ１３から発振されたマイクロ波は導波
管１２に導びかれ、マイクロ波導体板ＩＩを通過して導
波管９に入り、該導波管９の内の雰囲気ガスを電離して
プラズマ状態とする。磁石１４．１５からなる導波管９
の内の磁場強度を、電子がマイクロ波によって共振を起
こす電子サイクロトロン共振条件（例えば周波数２．４
５ＧＨｚのマイクロ波の場合、 ８７５ Ｇ ａｕｓｓ
）以上にすることにより、マイクロ波はプラズマに吸収
されやすくなり、導波管９内の雰囲気ガスのプラズマは
高密度（プラズマ密度１０”／ａｍ３以上）になる。該
プラズマは磁石１４゜１５によって構成される閉じ込め
磁場（ミラー磁場）により、導波管９の管壁方向へのプ
ラズマの拡散を抑制する。The microwave oscillated from the microwave generator g13 is guided to the waveguide 12, passes through the microwave conductor plate II, enters the waveguide 9, and ionizes the atmospheric gas in the waveguide 9. Become a plasma state. Waveguide 9 consisting of magnets 14, 15
The magnetic field strength of
For 5GHz microwave, 875 Gauss
), the microwave is easily absorbed by the plasma, and the plasma of the atmospheric gas in the waveguide 9 becomes highly dense (plasma density 10"/am3 or more). The plasma is The constructed confinement magnetic field (mirror magnetic field) suppresses the diffusion of plasma toward the wall of the waveguide 9.
また、磁石Ｉ５による磁場強度を磁石１４よりも強くす
る。これにより、大部分のプラズマは磁力線１６に沿っ
てスパッタ成膜室１７に導かれる。そして上記の磁力線
１６は磁石３によりターゲット１に引き込まれるため、
プラズマは空間的に広がることなくターゲット１の全面
に分布する。このプラズマは前記のように高密度プラズ
マであるため、ターゲツト１全面からスパッタされた多
量の粒子による高速成膜が可能となる。またプラズマ密
度はマイクロ波電力によって制御できるため、陰極３に
設けられた電源８を制御してプラズマ中のイオンのター
ゲット１への引き込み状態を制御でき、イオンのターゲ
ットへの入射量およびイオンの加速電圧の制御が可能と
なる。これによりイオンの衝突エネルギーを大きくする
ことなくイオンの入射量を増やすことができ、ターゲッ
ト表面への熱負荷を大きくすることなく高速成膜ができ
る。Further, the magnetic field strength of the magnet I5 is made stronger than that of the magnet 14. As a result, most of the plasma is guided to the sputter film forming chamber 17 along the magnetic lines of force 16. And since the above magnetic lines of force 16 are drawn into the target 1 by the magnet 3,
The plasma is distributed over the entire surface of the target 1 without spatially spreading. Since this plasma is a high-density plasma as described above, high-speed film formation using a large amount of particles sputtered from the entire surface of the target 1 is possible. In addition, since the plasma density can be controlled by microwave power, the state in which ions in the plasma are drawn into the target 1 can be controlled by controlling the power supply 8 provided in the cathode 3, and the amount of ions incident on the target and the acceleration of ions can be controlled. Voltage control becomes possible. As a result, the amount of ions incident can be increased without increasing the ion collision energy, and high-speed film formation can be performed without increasing the thermal load on the target surface.
本実施例（第１図）においては、１個の窓１０と１組の
プラズマ発生・導入手段とを設けて、一方向（図の右方
）からのみプラズマを供給したが。In the present embodiment (FIG. 1), one window 10 and one set of plasma generation/introduction means were provided to supply plasma only from one direction (the right side of the figure).
複数個の窓ｌＯと複数組のプラズマ発生・導入手段とを
設けて多方向からプラズマを供給することもできる。Plasma can also be supplied from multiple directions by providing a plurality of windows IO and a plurality of sets of plasma generation/introduction means.
第２図は前記と異なる実施例を示す。本実施例（第２図
）が前例（第１図）と異なる点は、（ａ）。FIG. 2 shows a different embodiment from the above. The difference between this embodiment (Fig. 2) and the previous example (Fig. 1) is (a).
マイクロ波発生源−（図示せず）を一対設けて、矢印Ａ
、Ｂの如く対向する２方向からマイクロ波を供給するよ
うに構成したことと、（ｂ）、スパッタ成膜室内に設け
た磁石Ｉ８は、はぼ矩形に巻線してその平行な対向辺１
８ｂ、１８ｂを基板ホルダ（図示せず）の方向へ、即ち
本図において上方へ折り上げた形状に成形したことであ
る。１８ａは折り上げ成形の立ち上がり部、１８ｃは折
り上げていない辺である。A pair of microwave generation sources (not shown) are provided, and arrow A
(b) The magnet I8 installed in the sputtering film forming chamber is wound in a rectangular shape and its parallel opposite sides 1
8b and 18b are folded up toward the substrate holder (not shown), that is, upward in this figure. 18a is a rising portion of the folded-up molding, and 18c is a side that is not folded up.
この実施例（第２図）によれば、磁石１４．１５の磁力
線は磁石１８の立ち上がり部１８ａの作用により水平方
向に広がらず、該磁石１８の折り上げた辺１８ｂの作用
により上方（基板ホルダに向かう方向）への広がりも抑
えられ、該磁石１８の折り上げていない辺１８ｃの作用
によりターゲット１に導かれ、磁力線に沿って輸送され
るプラズマは前記実施例（第１図）に比して空間的な広
がりをより抑えているため、基板へのプラズマダメージ
の低減、及びプラズマ輸送効率の向上がさらに可能とな
る。According to this embodiment (FIG. 2), the lines of magnetic force of the magnets 14, 15 do not spread horizontally due to the action of the rising portions 18a of the magnets 18, and are prevented from spreading upward (toward the substrate holder) due to the action of the folded sides 18b of the magnets 18. The spread of the plasma in the direction toward Since the spatial spread is further suppressed, plasma damage to the substrate can be further reduced and plasma transport efficiency can be further improved.
上記２つの実施例（第１図、第２図）ともに、プラズマ
が空間的に拡散することなくターゲット全面に高密度で
発生し、かつプラズマの発生とターゲットへのイオンの
入射エネルギーの独立制御が行なえるため、スパッタリ
ング条件の最適化が可能となり、基板にプラズマダメー
ジを与えることなく成膜速度の増大、およびターゲット
全面にプラズマを発生させることによるターゲット利用
率の向上が可能となり、生産効率の向上に効果がある。In both of the above two embodiments (Figures 1 and 2), plasma is generated at high density over the entire surface of the target without spatially diffusing, and plasma generation and ion incident energy on the target can be independently controlled. This makes it possible to optimize sputtering conditions, increase the deposition rate without causing plasma damage to the substrate, and improve target utilization by generating plasma over the entire surface of the target, improving production efficiency. is effective.
またマイクロ波は、プラズマへの吸収効率が高いため、
高真空での成膜が行なえ、高速成膜と合わせて高純度の
膜が得られる利点もある。In addition, microwaves have a high absorption efficiency into plasma, so
It has the advantage of being able to form a film in a high vacuum, allowing high-speed film formation, and producing a high-purity film.
以上詳述したように１本発明のスパッタリング装置によ
れば、基板がプラズマによって損傷される虞れなく、タ
ーゲット表面全体に高密度のプラズマを発生させて成膜
速度を上昇させることができ、しかも、ターゲットの有
効利用面積を増大せしめることができるという優れた実
用的効果を奏する。As detailed above, according to the sputtering apparatus of the present invention, it is possible to generate high-density plasma over the entire target surface and increase the deposition rate without worrying that the substrate will be damaged by the plasma. This has an excellent practical effect of increasing the effective area of the target.
第１図及び第２図はそれぞれ本発明の一実施例を示し、
第１図は成膜部の断面図、第２図は同じく斜視図である
。
１・・・ターゲット、２・・・陰極、３・・・磁石、４
・・・基板、５・・・基板ホルダ、６・・・軸、７・・
・真空槽壁、８・・・電源、９・・・導波管、１０・・
・窓、１１・・マイクロ波導体板、 １２・・・導波管
、１３・・・マイクロ波源、１４・・磁石。
１５・・・磁石、１６・・磁力線、１７・スパッタ成膜
室、１８・・・磁石、１８ａ・・・折り上げ形成の立上
り部、１８ｂ・・・折り上げた辺、１８ｃ・・・折り上
げていない辺。1 and 2 each show an embodiment of the present invention,
FIG. 1 is a cross-sectional view of the film forming part, and FIG. 2 is a perspective view thereof. 1...Target, 2...Cathode, 3...Magnet, 4
... Board, 5... Board holder, 6... Axis, 7...
・Vacuum chamber wall, 8...power supply, 9...waveguide, 10...
・Window, 11...Microwave conductor plate, 12...Waveguide, 13...Microwave source, 14...Magnet. 15... Magnet, 16... Line of magnetic force, 17... Sputtering film forming chamber, 18... Magnet, 18a... Rising part of fold-up formation, 18b... Folded-up side, 18c... Fold-up The side that is not.
Claims (1)
基板ホルダを設置したスパッタリング装置において、基
板ホルダに装着した基板とこれに対向する陰極との側方
にマイクロ波発生源、及び、マイクロ波によってプラズ
マを発生するプラズマ発生室を設けたことを特徴とする
スパッタリング装置。 ２、前記の陰極は、ターゲットを設置した面の裏側に磁
石を設置し、この磁石の磁力線をプラズマ発生室に設け
た磁石の磁力線と連続せしめて、プラズマ発生室近傍の
磁力線がターゲットを通過するように誘導する構造であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のスパ
ッタリング装置。 ３、前記の陰極の裏側に設置した磁石は電磁石であって
、その励磁コイルをほぼ矩形に巻回して、その一対の対
向辺の部分をそれぞれ基板ホルダに近ずけるように折り
曲げた形状に構成したものであることを特徴とする特許
請求の範囲第２項に記載のスパッタリング装置。[Claims] 1. In a sputtering apparatus in which a substrate holder is installed facing and spaced apart from a cathode on which a target material is installed, a microwave generation source is provided on the side of the substrate mounted on the substrate holder and the cathode facing thereto; and a sputtering apparatus characterized by being provided with a plasma generation chamber that generates plasma using microwaves. 2. In the cathode, a magnet is installed on the back side of the surface where the target is installed, and the lines of magnetic force of this magnet are made to be continuous with the lines of magnetic force of the magnet installed in the plasma generation chamber, so that the lines of magnetic force near the plasma generation chamber pass through the target. The sputtering apparatus according to claim 1, characterized in that the sputtering apparatus has a structure that guides the sputtering in such a manner. 3. The magnet installed on the back side of the cathode is an electromagnet, and the excitation coil is wound into a substantially rectangular shape, with the pair of opposing sides bent so as to approach the substrate holder. The sputtering apparatus according to claim 2, characterized in that the sputtering apparatus is characterized in that:
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59207058A JPS6187867A (en) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | sputtering equipment |
| EP85110155A EP0173164B1 (en) | 1984-08-31 | 1985-08-13 | Microwave assisting sputtering |
| DE8585110155T DE3566194D1 (en) | 1984-08-31 | 1985-08-13 | Microwave assisting sputtering |
| KR1019850006013A KR900006488B1 (en) | 1984-08-31 | 1985-08-21 | Method and apparatus for microwave assising sputering |
| US06/769,505 US4721553A (en) | 1984-08-31 | 1985-08-23 | Method and apparatus for microwave assisting sputtering |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59207058A JPS6187867A (en) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | sputtering equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6187867A true JPS6187867A (en) | 1986-05-06 |
Family
ID=16533505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59207058A Pending JPS6187867A (en) | 1984-08-31 | 1984-10-04 | sputtering equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6187867A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62287072A (en) * | 1986-06-06 | 1987-12-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thin film forming apparatus |
| JPS63118064A (en) * | 1986-11-07 | 1988-05-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Vapor deposition equipment |
| JPH11288799A (en) * | 1998-01-26 | 1999-10-19 | Commiss Energ Atom | Linear microwave plasma generator using permanent magnet |
-
1984
- 1984-10-04 JP JP59207058A patent/JPS6187867A/en active Pending
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