JPH0328367A - Plasma sticking device - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、半導体集積回路などの電子デバイスの製造お
よび各種材料の表面処理にあたり、試料基板上に各種材
料の薄膜を形戒するためのプラズマ付着装置に関するも
のであり、特に、プラズマを利用して金属や金属化合物
の薄膜を低温で高品質に形成するためのプラズマ付着装
置に関するものである。Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention is directed to plasma processing for forming thin films of various materials on sample substrates in the manufacture of electronic devices such as semiconductor integrated circuits and surface treatment of various materials. The present invention relates to a deposition apparatus, and particularly relates to a plasma deposition apparatus for forming thin films of metals and metal compounds at low temperatures and with high quality using plasma.
［従来の技術］
従来、プラズマを利用する薄膜形成法として、原料をガ
スの形で供舶するプラズマＣｖＤ法が広く用いられてい
る。しかし、この方法では試料基板を２５０〜４００℃
に加熱する必要があること、また、形成された膜も緻密
性の点で不十分であるなどの問題があった。これに対し
、マイクロ波による電子サイクロトロン共鳴プラズマを
利用するＣＶＤ形ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌ
ｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ付着法（特
開昭５６−１５５５３５号公報）では、試料基板を加熱
しない低温で、高温ＣｖＤに匹敵する緻密かつ高品質な
薄膜を形成できる。[Prior Art] Conventionally, as a thin film forming method using plasma, a plasma CVD method in which raw materials are supplied in the form of gas has been widely used. However, in this method, the sample substrate is heated to 250 to 400°C.
There were other problems, such as the need to heat the film to a certain temperature, and the formed film to be insufficiently dense. On the other hand, CVD type ECR (Electron Cycle
The Otron Resonance plasma deposition method (Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-155535) allows formation of dense and high-quality thin films comparable to high-temperature CvD at low temperatures without heating the sample substrate.
これに対して、金属および金属化合物膜については、一
般にスバッタ法が広く用いられている。On the other hand, the sputtering method is generally widely used for metal and metal compound films.
スバッタ法では、固体ターゲットのスパッタリングによ
り容易に金属原料を供給できる利点がある。そこでＣＶ
Ｄ形ＥＣＲプラズマ付着法とスバッタ法との利点を生か
してスパッタ形ＥＣＲプラズマ付着法（特開昭５９−４
７７２８号公報）が開発され、直円筒形ターゲットの開
発（特開昭６０−５０１６７号公報），マグネトロンモ
ード放電の利用（特開昭６１−１１４５１８号公報）に
より、ターゲット電流を大きく向上させて膜形戒速度，
膜形戒特性の向上が可能となった。The sputtering method has the advantage that metal raw materials can be easily supplied by sputtering a solid target. So CV
Taking advantage of the advantages of the D-type ECR plasma deposition method and the sputtering method, the sputter-type ECR plasma deposition method (Japanese Patent Laid-Open No. 59-4
With the development of a right cylindrical target (Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-50167) and the use of magnetron mode discharge (Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-114518), the target current was greatly improved and film form command speed,
It has become possible to improve the membrane shape characteristics.
上記特開昭６０−５０１６７号公報に開示された装置の
構成の概要および膜形成原理を第６図Ｃより述べる。第
６図において、１はプラズマ生成室、２は試料室、３は
マイクロ波導入窓、４は矩形導波管、５はプラズマ流、
６はプラズマ引出し窓、７は試料基板、８は試料台、９
は排気系、ｌＯは磁気コイル、１１は磁気シールド、１
２は第１ガス導入系、１３は第２ガス導入系、１４は冷
却水配管、ｌ５はスパッタリング用ターゲット、ｌ６は
シールド電極、１６Ａは絶縁体、１７は冷却水配管、１
８はスバッタ電源である。排気系９によりプラズマ生成
室１と試料室２とを高真空定排気した後、第１ガス導入
系１２とＳ２ガズ導入系１３の二方または両方よりガス
を導入してｌＯ−３〜１０−’Ｐａ程度の圧力とし、マ
イクロ波源（図示省略）より矩形導波管４、マイクロ波
導入窓３を介して導入されるマイクロ波と、磁気コイル
ｌＯにより形成される磁界とにより、プラズマ生成室１
で電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを生成する
。プラズマはプラズマ引出し窓６から試料台の方向に引
き出され、プラズマ流５を形成する。プラズマ流５と接
し、かつ、それを取り囲むようにターゲットｌ５が配置
されているので、スバッタ電源ｌ８によりターゲットｌ
５に負の電圧を印加してプラズマ流５中のイオンによっ
てスパッタリングする。The outline of the structure and film formation principle of the apparatus disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-50167 will be described with reference to FIG. 6C. In FIG. 6, 1 is a plasma generation chamber, 2 is a sample chamber, 3 is a microwave introduction window, 4 is a rectangular waveguide, 5 is a plasma flow,
6 is a plasma extraction window, 7 is a sample substrate, 8 is a sample stage, 9
is the exhaust system, lO is the magnetic coil, 11 is the magnetic shield, 1
2 is a first gas introduction system, 13 is a second gas introduction system, 14 is a cooling water pipe, 15 is a sputtering target, 16 is a shield electrode, 16A is an insulator, 17 is a cooling water pipe, 1
8 is a spatter power supply. After the plasma generation chamber 1 and the sample chamber 2 are evacuated to a high vacuum by the exhaust system 9, gas is introduced from one or both of the first gas introduction system 12 and the S2 gas introduction system 13 to obtain lO-3 to 10- The plasma generation chamber 1 is heated to a pressure of about 10 Pa by microwaves introduced from a microwave source (not shown) through a rectangular waveguide 4 and a microwave introduction window 3, and a magnetic field formed by a magnetic coil IO.
generates plasma using electron cyclotron resonance. The plasma is extracted from the plasma extraction window 6 toward the sample stage, forming a plasma flow 5. Since the target l5 is arranged so as to be in contact with and surround the plasma flow 5, the target l5 is
A negative voltage is applied to 5 to cause sputtering by ions in the plasma stream 5.
マイクロ波源には、周波数２．４５１；Ｈｚのマグネト
ロンを用いることができ、この時の電子サイクロトロン
共鳴条件は磁束密度８７５Ｇであり、プラズマ生成室１
の少なくとも一部でこの条件が満たされている。プラズ
マ生成室１はマイクロ波の電界強度を増し、プラズマ生
成の効率を高めるために、マイクロ波空洞共振器の構成
とし、例えば、ＴＥｌ１２モードの空洞共振器を採用し
、内のり寸法で直径１５ｃｍ、高さ１５ｃｍの円筒形状
とし、プラズマによる加熱を防止するため冷却水配管ｌ
４により冷却されている。磁気コイル１０による磁界は
プラズマ生成室１に電子サイクロトロン共鳴条件の磁束
密度を与えるとともに、プラズマ生成室１から試料台８
の方向に弱くなる発散磁界を形成する．また、外部への
磁界の不要な広がりを防止するため磁気シールド１１が
設けられている。プラズマ生成室１では、電子サイクロ
トロン共鳴により高エネルギー状態の円運動電子が形成
され、ガス分子との衝突電離によりプラズマが形成され
る。円運動電子は自己の持つ磁気モーメンドと磁気コイ
ルｌＯにより発生する発散磁界との相互作用により、プ
ラズマ引出し窓６から円運動しながら加速されて試料台
８の方向に導かれる。試判台８がプラズマ生成室１とは
電気的に絶縁されているため、プラズマ生成室１と試料
台８の間に、電子を減速させイオンを加速する電界が発
生し、プラズマがプラズマ引出し窓６からプラズマ流５
として試料台方向に引き出される。この電界の効果によ
って、プラズマ流中のイオンには膜形成に適度なイオン
エネルギーが付与される。A magnetron with a frequency of 2.451 Hz can be used as the microwave source, and the electron cyclotron resonance condition at this time is a magnetic flux density of 875 G, and the plasma generation chamber 1
This condition is met in at least some of the cases. The plasma generation chamber 1 is configured as a microwave cavity resonator in order to increase the electric field strength of the microwave and increase the efficiency of plasma generation. It has a cylindrical shape with a diameter of 15 cm, and cooling water piping is installed to prevent heating by plasma.
4. The magnetic field generated by the magnetic coil 10 provides magnetic flux density under electron cyclotron resonance conditions to the plasma generation chamber 1, and also extends from the plasma generation chamber 1 to the sample stage 8.
It forms a divergent magnetic field that weakens in the direction of . Further, a magnetic shield 11 is provided to prevent unnecessary spread of the magnetic field to the outside. In the plasma generation chamber 1, high-energy circularly moving electrons are formed by electron cyclotron resonance, and plasma is formed by collision ionization with gas molecules. The circularly moving electrons are accelerated in a circular motion from the plasma extraction window 6 and guided toward the sample stage 8 due to the interaction between their own magnetic moments and the divergent magnetic field generated by the magnetic coil IO. Since the test stand 8 is electrically insulated from the plasma generation chamber 1, an electric field is generated between the plasma generation chamber 1 and the sample stand 8 that decelerates electrons and accelerates ions, and the plasma flows through the plasma extraction window. 6 to plasma flow 5
The specimen is pulled out in the direction of the sample stage. Due to the effect of this electric field, appropriate ion energy is imparted to the ions in the plasma stream to form a film.
スパッタリング用ターゲットｌ５は、高活性なＥＣＲプ
ラズマを効率的にスパッタリングに利用するために、直
円筒形状とし試料室２のプラズマ引出し窓６近傍に、プ
ラズマ流５に接し、かつそれを囲む位置に配置されてい
る。ターゲットｌ５はスバッタ電源ｌ８に接続され、負
の電圧が印加されている．さらに、ターゲットｌ５は異
常放電、不用なイオンの入射を防止するために、プラズ
マ流５に面しない部分が接地電位のシールド＠ｇｌ６に
よって５〜１０ｍｍの間隙をもって覆われている。また
、ターゲット１５はスパッタリングによる加熱を防止す
るため、冷却水配管Ｉ７により冷却されている。In order to efficiently utilize highly active ECR plasma for sputtering, the sputtering target 15 has a right cylindrical shape and is placed in the vicinity of the plasma extraction window 6 of the sample chamber 2, in contact with and surrounding the plasma flow 5. has been done. Target l5 is connected to spatter power supply l8, and a negative voltage is applied to it. Furthermore, in order to prevent abnormal discharge and incidence of unnecessary ions, the target l5 has a portion not facing the plasma flow 5 covered with a shield @gl6 at ground potential with a gap of 5 to 10 mm. Further, the target 15 is cooled by a cooling water pipe I7 to prevent heating due to sputtering.
［発明が解決しようとする課題］
以上の構戒において、例えば、第１ガス導入系ｌ２から
Ａｒを、第２ガス導入系ｌ３から０２を導入し、ターゲ
ットｌ５にＡＪ２を用いた場合には、５００人／ｍｉｎ
以上の高速で、高品質なアルよナ（Ａｕ２ｏｓ）膜が形
成されている。これは、スバッタによる金属原料の高速
供給．活性化．およびプラズマ流による膜形成に適度の
イオン衝撃による反応促進効果によるものである。しか
し、これ以上の付着速度を得ようとすると、ターゲット
の電界がプラズマ流中におよび、異常放電が発生すると
ともに、ＥＣＲ法の大きな特徴であるプラズマ流による
低エネルギーイオンの輸送が不安定になり、安定な膜形
成が困難であった。[Problems to be Solved by the Invention] In the above structure, for example, when Ar is introduced from the first gas introduction system 12, 02 is introduced from the second gas introduction system 13, and AJ2 is used for the target 15, 500 people/min
A high-quality argon (Au2os) film is formed at the above-mentioned high speed. This is a high-speed supply of metal raw materials using spatter. activation. This is due to the reaction promotion effect of moderate ion bombardment on film formation by plasma flow. However, when trying to obtain a deposition rate higher than this, the electric field of the target extends into the plasma flow, causing abnormal discharge, and the transport of low-energy ions by the plasma flow, which is a major feature of the ECR method, becomes unstable. However, it was difficult to form a stable film.
以上のように、特開昭８０−５０１８７号公報定開示の
装置によれば、スバッタ形ＥＣＲプラズマ付着法による
銹電膜の形戒において膜形戒速度．膜形成特性の向上が
可能となった。しかし、さらにスバッタ放電の安定化，
イオンエネルギーの制御性を向上し、金属．金属化合物
の高品質な薄膜形成の実現が望まれている．
本発明は、以上の状況に鑑みてなされたもので、その目
的は、スパッタ形ＥＣＲプラズマ付着法において、プラ
ズマ流中へのスパッタ電界の広がりを制限して、スパッ
タ放電特性．イオン流照射による膜形成特性を安定化さ
せ、種々の金属．金属化合物薄膜を制御性，信頼性高く
形成し得るプラズマ付着装置を提供することにある。As described above, according to the apparatus disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 80-50187, it is possible to obtain a film-forming rate when forming a galvanic film using the spatter-type ECR plasma deposition method. It has become possible to improve film formation characteristics. However, in addition, stabilization of spatter discharge,
Improved controllability of ion energy and improved the controllability of ion energy. It is desired to realize the formation of high-quality thin films of metal compounds. The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to limit the spread of the sputtering electric field into the plasma flow and improve the sputter discharge characteristics in the sputter type ECR plasma deposition method. It stabilizes the film formation characteristics by ion flow irradiation, and is suitable for various metals. The object of the present invention is to provide a plasma deposition apparatus that can form metal compound thin films with high controllability and reliability.
［課題を解決するための手段コ
本発明はガスを導入してプラズマを発生させるプラズマ
生成室と、膜形成すべき試料基板を配置するための試料
台を配置した試料室と、プラズマ生成室と試料室との間
に配置されプラズマをプラズマ流としてプラズマ生成室
から試料室に導入するためのプラズマ引出し窓と、スパ
ッタリング材料で形成されプラズマ流を取り囲みプラズ
マ流と接するように配置されたターゲットとを具え、タ
ーゲットをスパッタするためのイオンを、プラズマ流の
一部から引き出してターゲットに入射させ、ターゲット
のスパッタリングにより試料基板上に薄膜を付着，堆積
させるプラズマ付着装置において、ターゲットの近くで
、かつターゲット上に生じるプラズマシースの厚さより
も離れた位置のプラズマ中に、プラズマが通過可能であ
り、しかもターゲットにより発生する電界がプラズマ生
成室および試料室にほとんど及ばない構成のシールド電
極を有することを特徴とする．
［作 用］
本発明においては、プラズマが自由に通過する寸法の網
状シールド電極をターゲットのプラズマシースよりも十
分離れた位置に配置することにより、安定なスパッタリ
ングが実現でき、さらにイオンエネルギーの制御を行う
ことができるので、安定に，信頼性，制御性高く膜形成
することができる。[Means for Solving the Problems] The present invention comprises a plasma generation chamber in which gas is introduced to generate plasma, a sample chamber in which a sample stage is arranged for placing a sample substrate on which a film is to be formed, and a plasma generation chamber. A plasma extraction window is placed between the sample chamber and the plasma flow to introduce the plasma from the plasma generation chamber into the sample chamber, and a target is formed of a sputtering material and is placed to surround the plasma flow and be in contact with the plasma flow. In a plasma deposition apparatus that attaches and deposits a thin film on a sample substrate by sputtering the target, the ions for sputtering the target are extracted from a part of the plasma flow and made incident on the target. It is characterized by having a shield electrode configured so that the plasma can pass through the plasma at a position farther than the thickness of the plasma sheath generated above, and the electric field generated by the target hardly reaches the plasma generation chamber and the sample chamber. Suppose that [Function] In the present invention, stable sputtering can be achieved by arranging a mesh shield electrode with dimensions that allow plasma to freely pass through it at a position sufficiently distant from the plasma sheath of the target, and furthermore, ion energy can be controlled. Therefore, the film can be formed stably, reliably, and with high controllability.
［実施例］
以下に本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。[Examples] Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図は本発明の第１の実施例装置の断面図、第２図は
第１の実施例装置のターゲット部分の拡大図、第３図は
ターゲット電界分布の模式図、第４図は本発明の第２の
実施例装置の断面図、第５図は本発明の第３の実施例装
置の断面図である．
第１図の実施例において、第６図の従来構造との相違は
ターゲットとプラズマが接する領域近傍にプラズマが自
由に通過できる網状シールド電極１９が配置されている
ことであり、これを除く部分は両者の構戒、その作用は
同じである。第２図は第１の実施例装置のターゲット近
傍の拡大図であり、本発明の第１の実施装置の詳細につ
いて第２図を参照して説明する．
第２図においてはターゲットｌ５、シールド電極１６、
プラズマ流５、プラズマ引出し窓６、試料台８、網状シ
ールド電極ｌ９、プラズマシース２０の配置を示してい
る。綱状シールド電極１９は直径ｌＩＩｍのモリブデン
線Ｃより５■角の正方格子を形成したものを用い、スパ
ッタターゲットｌ５との間隔を１５ｍｍとした．
第２図によって最初にスバッタ放電の安定化について説
明する。ターゲットｌ５に負電位を印加してスパッタリ
ングを行う場合、電界の大部分はターゲット表面近傍の
シース部分に印加され、残りはプラズマを介して周辺の
接地面との空間に印加される。これを模式的に示したの
が第３図の破線（ａ）である。一方、バーシエンの法則
によれば、平等電界ギャップにおいて火花放電の起きる
電圧（火花電圧）は、ガス種．ガス圧力およびギャップ
間隔により異なる。例えば、Ａｒガス圧ＩＸＩＯ−”Ｔ
ｏｒｒ，ギャップ間隔１００ｃ＋ｓにおける火花電圧は
２００ｖである。火花放電の生じるギャップ間隔および
火花電圧はすでに電子やイオンが存在する場合やプラズ
マが存在する場合には著しく小さくなって火花放電を発
生しやすくなることが知られている。スパッタリングに
おける異常放電は火花放電をきっかけとするものと推定
できる．第３図の破線（ａ）のようにターゲット電界が
ターゲット表面と接地面との間に印加される場合には、
この間の距離、電圧がバーシエンの法則に合致すると、
異常放電が生じ易くなる。第６図に示した従来の構成で
は、ターゲットに印加した電圧はプラズマを介してプラ
ズマ生成室１、試料台８の広い範囲に及ぶのでバーシエ
ンの法則に合致する距離が実現され易く、このため異常
放電が発生し易い。これに対し、第１図および第２図に
示す本発明の構成では、ターゲットｌ５の近傍に綱状シ
ールド電極ｌ９を配置している。網状シールド電極１９
はプラズマが自由に通過できる寸法で、かつ、ターゲッ
ト表面に形成されるプラズマシースの厚さ（〜１ ｍｍ
）よりも十分離れた位置に配置してあるので、スパッタ
リング特性は従来のものと同じである。ただし、ターゲ
ット面から接地面に至る電位分布は第３図の実線（ｂ）
に示すようにターゲット面と綱状シールド電極の間に制
限されている。このため、バーシエンの法則に合致する
距離、電圧が実現されにくく、安定なスパッタリングが
実現できる．実験では＾ｒガス圧がＩ Ｘ １０−’Ｔ
ｏｒｒで、八立ターゲットを用いた場合、第６図の従来
の構成では５００ｖで異常放電が発生したが、第１図に
示す本発明の構成ではＩＯＯＯＶ ｅおいても安定なス
パッタリングが実現できた。FIG. 1 is a cross-sectional view of the device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of the target portion of the device of the first embodiment, FIG. 3 is a schematic diagram of the target electric field distribution, and FIG. A sectional view of a device according to a second embodiment of the invention, and FIG. 5 is a sectional view of a device according to a third embodiment of the invention. The difference between the embodiment shown in FIG. 1 and the conventional structure shown in FIG. 6 is that a mesh shield electrode 19 is placed near the area where the target and plasma come into contact, through which the plasma can freely pass. The precepts and effects of both are the same. FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the target of the first embodiment apparatus, and details of the first embodiment apparatus of the present invention will be explained with reference to FIG. In FIG. 2, target l5, shield electrode 16,
The arrangement of a plasma flow 5, a plasma extraction window 6, a sample stage 8, a mesh shield electrode 19, and a plasma sheath 20 is shown. The rope-shaped shield electrode 19 was made of a molybdenum wire C having a diameter lIIm forming a 5 square square lattice, and the distance from the sputter target l5 was set to 15 mm. First, stabilization of spatter discharge will be explained with reference to FIG. When sputtering is performed by applying a negative potential to the target l5, most of the electric field is applied to the sheath portion near the target surface, and the rest is applied to the space between the target and the ground plane through plasma. This is schematically shown by the broken line (a) in FIG. On the other hand, according to Berthien's law, the voltage at which a spark discharge occurs in a uniform electric field gap (spark voltage) is dependent on the gas type. Depends on gas pressure and gap spacing. For example, Ar gas pressure IXIO-”T
orr, the spark voltage at a gap interval of 100c+s is 200V. It is known that the gap distance and spark voltage at which spark discharge occurs become significantly smaller in the presence of electrons or ions or in the presence of plasma, making it easier to generate spark discharge. It can be assumed that the abnormal discharge during sputtering is triggered by spark discharge. When the target electric field is applied between the target surface and the ground plane as shown by the broken line (a) in Figure 3,
If the distance and voltage between them match Berthien's law, then
Abnormal discharge is likely to occur. In the conventional configuration shown in Fig. 6, the voltage applied to the target spreads over a wide range of the plasma generation chamber 1 and the sample stage 8 via the plasma, so it is easy to achieve a distance that conforms to Berthien's law, which causes abnormalities. Electric discharge is likely to occur. In contrast, in the configuration of the present invention shown in FIGS. 1 and 2, a wire-shaped shield electrode 19 is arranged near the target 15. Reticular shield electrode 19
is the size that allows the plasma to freely pass through, and the thickness of the plasma sheath formed on the target surface (~1 mm
), the sputtering characteristics are the same as the conventional one. However, the potential distribution from the target surface to the ground plane is shown by the solid line (b) in Figure 3.
It is confined between the target surface and the wire-shaped shield electrode as shown in . For this reason, it is difficult to achieve distances and voltages that match Berthien's law, and stable sputtering can be achieved. In the experiment, the gas pressure was I x 10-'T
orr, when using a Hachitate target, abnormal discharge occurred at 500V in the conventional configuration shown in Figure 6, but stable sputtering was achieved even at IOOOV e with the configuration of the present invention shown in Figure 1. .
次に、第２図によってＥＣＲプラズマ流によるイオンエ
ネルギー制御の安定化について説明する．ＥＣＲプラズ
マ法ではイオンはプラズマ流中に発生するプラズマ流中
電界および試料表面に発生するプラズマシース電界によ
って連続的に加速，輸送される。プラズマ流中電界はｌ
Ｏ〜４０Ｖであり、ガス圧、マイクロ波電力等により制
御する。また、プラズマシース電界はおおむねＩＯＶで
ある．このため、ガス圧、マイクロ波電力等を制御する
ことにより、膜形成に適度なｌＯ〜５０ｅＶのエネルギ
ーを付与してプラズマ生成室１から試料表面にイオンを
輸送できる．第６図に示した従来の構成では、スバッタ
電界がプラズマ流５全体に及ぶので、このようなＥＣＲ
プラズマ法の特徴である低エネルギ一イオン輸送の条件
が乱され、膜形成に悪影響を及ぼす．さらに、プラズマ
流５を介してプラズマ生成室ｌの内部にもスバッタ電界
が及ぶので、ＥＣＨによるプラズマ生成に対しても影響
する．これに対し、本発明社よる第２図心示す構成では
、前述のようじスバッタ電界のほとんどがターゲットと
網状シールド電極の間に制限され、試料に照射するプラ
ズマ流５および、プラズマ生成室１に影響しないので、
スパッタリングと独立して安定に信頼性高くイオンエネ
ルギー制御できる．さらに、第４図Ｃ本発明の第２の実
施例装置の構成を示す．本実施例はターゲットをプラズ
マ生成室構成面の一部に配置したものであり、プラズマ
生成室１のマイクロ波導入窓３の面にターゲットｌ５、
網状シールド電極１９を配置している。網状シールド電
極ｌ９の寸法、配置位置は前述の第１図．第２図の場合
と同じである。この場合もターゲットによる電界がター
ゲットと網状シールド電極の間に制限されて、スパッタ
リング、ＥｃＲによるプラズマ生成が安定に実現できる
のは前述の第１図．第２図の実施例の場合と同様である
。さらに加えて本構成では、網状シールド電極が円形空
洞共振器の一方の構成面として、ターゲット表面電界、
さらにはターゲット表面のプラズマシースに影響されず
に信頼性高く作用するので、マイクロ波の電界強度を高
めて高活性なプラズマを生成できるとともに、プラズマ
流によるイオン輸送が信頼性高く実現できる。Next, stabilization of ion energy control by ECR plasma flow will be explained with reference to FIG. In the ECR plasma method, ions are continuously accelerated and transported by an in-plasma flow electric field generated in the plasma flow and a plasma sheath electric field generated on the sample surface. The electric field in the plasma flow is l
0 to 40V, and is controlled by gas pressure, microwave power, etc. Furthermore, the plasma sheath electric field is approximately IOV. Therefore, by controlling the gas pressure, microwave power, etc., it is possible to apply energy of 10 to 50 eV appropriate for film formation and transport ions from the plasma generation chamber 1 to the sample surface. In the conventional configuration shown in FIG.
This disturbs the conditions for low-energy ion transport, which is a characteristic of the plasma method, and has a negative impact on film formation. Furthermore, since the spatter electric field extends to the inside of the plasma generation chamber l via the plasma flow 5, it also affects plasma generation by ECH. On the other hand, in the configuration of the present invention showing the second centroid, most of the above-mentioned tooth splatter electric field is restricted between the target and the mesh shield electrode, and it affects the plasma flow 5 irradiating the sample and the plasma generation chamber 1. Because I don't
Ion energy can be controlled stably and reliably independently of sputtering. Furthermore, FIG. 4C shows the configuration of a device according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the target is placed on a part of the surface constituting the plasma generation chamber, and the target 15,
A mesh shield electrode 19 is arranged. The dimensions and location of the mesh shield electrode 19 are as shown in FIG. 1 above. This is the same as in FIG. In this case as well, the electric field caused by the target is limited between the target and the mesh shield electrode, and plasma generation by sputtering and EcR can be stably realized as shown in Figure 1 above. This is similar to the case of the embodiment shown in FIG. In addition, in this configuration, the mesh shield electrode serves as one constituent surface of the circular cavity resonator, and the target surface electric field
Furthermore, since it works reliably without being affected by the plasma sheath on the target surface, it is possible to increase the microwave electric field strength to generate highly active plasma, and to achieve highly reliable ion transport by plasma flow.
さらにまた、第５図に本発明の第３の実施例を示す。本
実施例はターゲット！５をプラズマ生成室構成面の一部
に配置するとともに、プラズマ流５の方向と直交してマ
イクロ波を導入するようにしたものである。マイクロ波
の導入方向は異なるが、本実施例においても第４図の実
施例と同様の効果により、プラズマ生成，スパッタリン
グ，イオン流によるイオン輸送等を信頼性高く安定に実
現できる．
以上の説明では、従来例、本発明の実施例共に、電子サ
イクロトロン共鳴プラズマを用いた場合について説明し
た．しかし、本発明を他のプラズマ生成法、例えばマイ
クロ波放電プラズマ，高周波放電プラズマ，直流放電プ
ラズマを用いた場合に適用しても同様の効果があり、ス
パッタターゲットに接するプラズマからプラズマ中のイ
オンを、高精度にエネルギー制御して安定かつ信頼性高
く利用することができる．また、以上の説明は直流スパ
ッタリングを例として説明したが、本発明はターゲッ゛
トに高周波電界を印加してスパッタリングを行う高周波
スパッタリングを用いる場合にも適用できる。さらに、
本発明では固体ターゲットのスパッタリングによる膜形
成に利用する場合について説明したが、スパッタリング
を用いた金属イオン源、さらにはプラズマ室等のプラズ
マの接する部分Ｃ電気的バイアスを印加してスバッタク
リーニングする場合などにも適用できる．［発明の効果
］
以上説明したように、本発明によればプラズマ室に生成
されたイオンを引出し、ターゲットに導いてスパッタリ
ングするプラズマ付着装置において、プラズマは自由に
通過する寸法の網状シールド電極をターゲットのプラズ
マシースよりも十分離れた位置に配置することにより、
安定に，信頼性，制御性高く膜形成することができる。Furthermore, FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. This example is a target! 5 is disposed on a part of the surface constituting the plasma generation chamber, and microwaves are introduced perpendicularly to the direction of the plasma flow 5. Although the direction of introduction of microwaves is different, in this example, plasma generation, sputtering, ion transport by ion flow, etc. can be realized reliably and stably due to the same effects as in the example shown in Fig. 4. In the above explanation, both the conventional example and the embodiment of the present invention use electron cyclotron resonance plasma. However, even if the present invention is applied to other plasma generation methods, such as microwave discharge plasma, high frequency discharge plasma, or DC discharge plasma, the same effect can be obtained, and the ions in the plasma can be removed from the plasma in contact with the sputter target. , it can be used stably and reliably with highly precise energy control. Further, although the above description has been made using DC sputtering as an example, the present invention can also be applied to the case of using high frequency sputtering in which sputtering is performed by applying a high frequency electric field to a target. moreover,
In the present invention, the case where it is used for film formation by sputtering of a solid target has been explained, but when using a metal ion source using sputtering, and furthermore, when performing sputter cleaning by applying an electrical bias to a part of a plasma chamber such as a plasma chamber. It can also be applied to [Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, in a plasma deposition apparatus that extracts ions generated in a plasma chamber and guides them to a target for sputtering, the target is connected to a net-shaped shield electrode with dimensions that allow plasma to freely pass through. By placing it far enough away from the plasma sheath of
Films can be formed stably, reliably, and with high controllability.
さらに、本発明のプラズマ付着装置を半導体など電子部
品の製造に適用した場合には、基板に損傷を与えること
なく、高品質の電子部品が実現できる。Furthermore, when the plasma deposition apparatus of the present invention is applied to the production of electronic components such as semiconductors, high quality electronic components can be realized without damaging the substrate.
さらに、本発明は電子部品の製造分野に限らず、種々の
材料への薄膜形成にも適用でき、その効果は大きい。Furthermore, the present invention is applicable not only to the field of manufacturing electronic components but also to the formation of thin films on various materials, and its effects are significant.
第１図は本発明の第１の実施例装置の断面図、
第２図は第１の実施例装置のターゲット部分の拡大断面
図、
第３図はターゲット電界分布の模式図、第４図は本発明
の第２の実施例装置の断面図、第５図は本発明の第３の
実施例装置の断面図、第６図は従来のプラズマ付着装置
の断面図である。
ｌ・・・プラズマ生成室、
２・・・試料室、
３・・・マイクロ波導入窓、
４・・・矩形導波管、
５・・・プラズマ流、
６・・・プラズマ引出し窓、
７・・・試料基板、
８・・・試料台、
９・・・排気系、
ｌＯ・・・磁気コイル、
１１・・・磁気シールド、
ｌ２・・・第１ガス導入系、
１３・・・第２ガス導入系、
１４・・・冷却水配管、
Ｊ５・・・スパッタリング用ターゲット、ｌ６・・・シ
ールド電極、
ｌ７・・・冷却水配管、
１８・・・スバッタ電源、
１９・・・網状シールド電極、
２０・・・プラズマシース。
２０ プうス゛マシースFIG. 1 is a sectional view of the first embodiment of the device of the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view of the target portion of the first embodiment of the device, FIG. 3 is a schematic diagram of the target electric field distribution, and FIG. 4 is a schematic diagram of the target electric field distribution. FIG. 5 is a sectional view of an apparatus according to a second embodiment of the invention, FIG. 5 is a sectional view of an apparatus according to a third embodiment of the invention, and FIG. 6 is a sectional view of a conventional plasma deposition apparatus. 1... Plasma generation chamber, 2... Sample chamber, 3... Microwave introduction window, 4... Rectangular waveguide, 5... Plasma flow, 6... Plasma extraction window, 7. ... Sample substrate, 8... Sample stage, 9... Exhaust system, 1O... Magnetic coil, 11... Magnetic shield, 12... First gas introduction system, 13... Second gas Introduction system, 14... Cooling water pipe, J5... Sputtering target, l6... Shield electrode, l7... Cooling water pipe, 18... Spatter power supply, 19... Mesh shield electrode, 20 ...Plasma sheath. 20 Pusumasis
Claims (1)
室と、膜形成すべき試料基板を配置するための試料台を
配置した試料室と、前記プラズマ生成室と前記試料室と
の間に配置されプラズマをプラズマ流として前記プラズ
マ生成室から前記試料室に導入するためのプラズマ引出
し窓と、スパッタリング材料で形成され前記プラズマ流
を取り囲み前記プラズマ流と接するように配置されたタ
ーゲットとを具え、前記ターゲットをスパッタするため
のイオンを、前記プラズマ流の一部から引き出して前記
ターゲットに入射させ、前記ターゲットのスパッタリン
グにより試料基板上に薄膜を付着，堆積させるプラズマ
付着装置において、前記ターゲットの近くで、かつ前記
ターゲット上に生じるプラズマシースの厚さよりも離れ
た位置のプラズマ中に、前記プラズマが通過可能であり
、しかも前記ターゲットにより発生する電界が前記プラ
ズマ生成室および前記試料室にほとんど及ばない構成の
シールド電極を有することを特徴とするプラズマ付着装
置。 ２）請求項１に記載のプラズマ付着装置において、前記
ターゲットはプラズマ生成室の構成面の一部に配置され
ることを特徴とするプラズマ付着装置。 ３）請求項１ないし２のいずれかに記載のプラズマ付着
装置において、前記プラズマが前記プラズマ生成室にお
いてマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴放電を用
いて生成されることを特徴とするプラズマ付着装置。 ４）請求項１ないし２のいずれかに記載のプラズマ付着
装置において、前記プラズマが前記プラズマ生成室にお
いて高周波放電を用いて生成されることを特徴とするプ
ラズマ付着装置。 ５）請求項１ないし４のいずれかに記載のプラズマ付着
装置において、前記プラズマ生成室から前記試料室に向
けて磁界強度が適当な勾配で弱くなる発散磁界の磁界分
布をもつ磁気コイルを有することを特徴とするプラズマ
付着装置。 ６）請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ付着
装置において、前記試料台と前記プラズマ生成室とが電
気的に絶縁されていることを特徴とするプラズマ付着装
置。[Scope of Claims] 1) A plasma generation chamber in which gas is introduced to generate plasma, a sample chamber in which a sample stage is arranged for placing a sample substrate on which a film is to be formed, and the plasma generation chamber and the sample chamber. a plasma extraction window disposed between the plasma flow chamber and the plasma flow window for introducing plasma from the plasma generation chamber into the sample chamber; and a target formed of a sputtering material and disposed to surround the plasma flow and be in contact with the plasma flow. A plasma deposition apparatus comprising: extracting ions for sputtering the target from a part of the plasma flow and making them incident on the target, and attaching and depositing a thin film on the sample substrate by sputtering the target; The plasma can pass through the plasma at a position near the target and further away than the thickness of the plasma sheath generated on the target, and the electric field generated by the target can be applied to the plasma generation chamber and the sample chamber. A plasma deposition apparatus characterized by having a shield electrode having a configuration that is almost unmatched. 2) The plasma deposition apparatus according to claim 1, wherein the target is disposed on a part of a constituent surface of the plasma generation chamber. 3) The plasma deposition apparatus according to claim 1, wherein the plasma is generated in the plasma generation chamber using electron cyclotron resonance discharge using microwaves. 4) The plasma deposition apparatus according to claim 1, wherein the plasma is generated in the plasma generation chamber using high frequency discharge. 5) The plasma deposition apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a magnetic coil having a diverging magnetic field distribution in which the magnetic field strength weakens with an appropriate gradient from the plasma generation chamber toward the sample chamber. A plasma deposition device characterized by: 6) The plasma deposition apparatus according to claim 1, wherein the sample stage and the plasma generation chamber are electrically insulated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16082989A JP2777657B2 (en) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Plasma deposition equipment |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0328367A true JPH0328367A (en) | 1991-02-06 |
| JP2777657B2 JP2777657B2 (en) | 1998-07-23 |
Family
ID=15723310
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2777657B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2689143A1 (en) * | 1992-03-31 | 1993-10-01 | Commissariat Energie Atomique | Sputtering device using a plasma generated by microwaves. |
| CN102677160A (en) * | 2012-05-29 | 2012-09-19 | 上海中电振华晶体技术有限公司 | Seeding method and system for growing sapphire by using kyropoulos method |
-
1989
- 1989-06-26 JP JP16082989A patent/JP2777657B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2689143A1 (en) * | 1992-03-31 | 1993-10-01 | Commissariat Energie Atomique | Sputtering device using a plasma generated by microwaves. |
| CN102677160A (en) * | 2012-05-29 | 2012-09-19 | 上海中电振华晶体技术有限公司 | Seeding method and system for growing sapphire by using kyropoulos method |
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|---|---|
| JP2777657B2 (en) | 1998-07-23 |
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