JPH062132A - Magnetron-discharge treating device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To easily control the amt. and kinetic energy of the charged particles reaching a body to be treated by freely setting the potential of the body. CONSTITUTION:This device is provided with the cathode 2 and anode 4 arranged in a vacuum vessel 1 and a holder 3 for holding a body S to be treated at a position away from the closed region enclosed by the line of magnetic force leaving a part of the cathode 2 and entering the other part of the cathode 2 along the anode 4 and the cathode 2 surface. A magnetron discharge is generated between the cathode 2 and anode 4 by a discharge power source 22 while keeping the cathode 2 at a specified negative potential with respect to the anode 4, and the amt. and energy of the charged particles reaching the body S are controlled by a holder power source 32 while keeping the holder at a specified potential.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本願の発明は、マグネトロン放電
を利用した処理装置、例えばマグネトロンスパッタリン
グ装置やエッチング装置，表面改質装置等に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a processing apparatus utilizing magnetron discharge, such as a magnetron sputtering apparatus, an etching apparatus, a surface reforming apparatus and the like.

【０００２】[0002]

【従来の技術】直交電磁界中の電子のマグネトロン運動
を利用したマグネトロン放電は、半導体ウエハの表面処
理を始めとして、各種プロセスに多く利用されている。
図５は、従来のマグネトロン放電処理装置の模式図であ
る。図５に示すマグネトロン放電処理装置は、真空容器
１と、この真空容器１の内部に配置された陰極２と、同
様に真空容器１の内部に配置され、被処理体Ｓを陰極２
に対向させた状態で保持することが可能な被処理体ホル
ダ３と、陰極２と被処理体ホルダ３との間に電界を設定
してマグネトロン放電を生じさせるための電源６と、電
源６による電界に少なくとも一部が直交する磁界を発生
させる磁石５と、不要な部分での放電を防止するための
シールド７を備えている。磁石５は、図５に示すよう
に、中央に配置された円柱状の例えばＮ極と、このＮ極
を取り囲むようにして配置されたリング状のＳ極とから
構成されている。そして、この磁石５による磁力線は、
図５に示すように、陰極２の表面から出て放電空間にお
いて弧を描く。そして、その磁力線は、弧の頂部におい
て、平行に対面させた陰極２と被処理体ホルダ３との間
の電界に直交し、マグネトロン放電を実現させる。上記
マグネトロン放電処理装置において、例えばマグネトロ
ンスパッタを行う場合には、陰極２の放電空間を臨む面
にターゲットが配置されるし、エッチング等を行う場合
には、真空容器１に設けられたガス導入系１２から反応
性ガスが導入される。2. Description of the Related Art Magnetron discharge utilizing magnetron motion of electrons in an orthogonal electromagnetic field is widely used for various processes including surface treatment of semiconductor wafers.
FIG. 5 is a schematic diagram of a conventional magnetron discharge treatment device. The magnetron discharge treatment apparatus shown in FIG. 5 includes a vacuum container 1, a cathode 2 arranged inside the vacuum container 1, and a vacuum container 1 arranged inside the vacuum container 1 in the same manner.
The object holder 3 which can be held in a state of being opposed to the object 3, a power source 6 for setting an electric field between the cathode 2 and the object holder 3 to generate magnetron discharge, and the power source 6 A magnet 5 for generating a magnetic field, at least a portion of which is orthogonal to the electric field, and a shield 7 for preventing electric discharge at an unnecessary portion are provided. As shown in FIG. 5, the magnet 5 is composed of, for example, a columnar N pole arranged in the center and a ring-shaped S pole arranged so as to surround the N pole. And the line of magnetic force by this magnet 5 is
As shown in FIG. 5, an arc is drawn in the discharge space from the surface of the cathode 2. Then, the lines of magnetic force are orthogonal to the electric field between the cathode 2 and the object holder 3 which are parallel to each other at the top of the arc, and realize the magnetron discharge. In the above magnetron discharge treatment apparatus, for example, when performing magnetron sputtering, the target is placed on the surface of the cathode 2 facing the discharge space, and when performing etching or the like, a gas introduction system provided in the vacuum container 1 Reactive gas is introduced from 12.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述のようなマグネト
ロン放電は、高密度プラズマが得られるため高速処理の
点で適しているものの、被処理体に流入する荷電粒子の
量やその運動エネルギーの制御が一般に困難である問題
があった。というのは、従来のマグネトロン放電におい
ては、前述したように陰極と被処理体ホルダとの間の電
界によりマグネトロン放電が行われるため、被処理体の
電位は、必要な放電強度及び陰極の電位によって決定さ
れ、自由に変えることはできなかった。このため、被処
理体の電位を所定の負の電位にして、電子や負イオンの
流入を防止したり、所定量の陽イオンを被処理体に衝突
させてそのエネルギーを利用したりということが困難で
あった。また逆に、被処理体を所定の正電位にして特定
の目的のために電子の被処理体への流入を多くしたりす
るようなことも困難であった。The magnetron discharge described above is suitable for high-speed processing because high-density plasma can be obtained, but the amount of charged particles flowing into the object to be processed and its kinetic energy are controlled. There was a problem that was generally difficult. In the conventional magnetron discharge, since the magnetron discharge is performed by the electric field between the cathode and the object holder as described above, the potential of the object depends on the required discharge intensity and the potential of the cathode. It was decided and could not be changed freely. Therefore, the potential of the object to be processed may be set to a predetermined negative potential to prevent the inflow of electrons or negative ions, or a predetermined amount of cations may be made to collide with the object to be used to utilize its energy. It was difficult. On the contrary, it was difficult to increase the inflow of electrons into the object to be processed for a specific purpose by setting the object to be processed to a predetermined positive potential.

【０００４】本願の発明は、このような問題点を考慮し
てなされたものであり、被処理体の電位を自由に設定す
ることができるようにし、これによって、被処理体に到
達する荷電粒子の量やその運動エネルギーの制御を容易
なものにすることを目的としている。尚、本願で被処理
体に到達する荷電粒子の「制御」という場合、到達する
荷電粒子の量を零にする場合も含む。The invention of the present application has been made in consideration of such problems, and enables the potential of the object to be processed to be freely set, whereby charged particles reaching the object to be processed are provided. The purpose is to make it easy to control the amount of energy and its kinetic energy. In the present application, “controlling” the charged particles that reach the object to be processed includes the case where the amount of the charged particles that reach the object is zero.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明のマグネトロン放電処理装置は、真空容器
と、この真空容器の内部に配置された陰極と、真空容器
の内部に又は真空容器の一部として設けられ、陰極との
間でマグネトロン放電が行われる陽極と、真空容器の内
部に配置され、陰極と陽極との間の放電を利用して所定
の処理を行うことが可能な位置に被処理体を保持する被
処理体ホルダと、陰極と陽極との間に所定の電界を設定
してマグネトロン放電を行わせる放電用電源と、放電用
電源による電界に少なくとも一部が直交する磁界を発生
させる磁石とを備えたマグネトロン放電処理装置であっ
て、前記被処理体ホルダは、陰極の一部から出て前記陽
極に接し陰極の他の部分に入る磁力線と陰極の表面とに
よって囲まれた閉領域から離れた位置において被処理体
を保持するものである。上記構成に係るマグネトロン放
電装置では、陽極と陰極との間の電界によりマグネトロ
ン放電が行われる。放電により生じた電子は、磁力線に
捉えられながら閉領域に閉じこめられ、陽極に流入す
る。被処理体ホルダはマグネトロン放電の形成に関与し
なくなるから、陰極と陽極との間の放電を限度以上に妨
害しない限り自由な電位に保つことができる。In order to achieve the above object, a magnetron discharge treatment apparatus of the present invention comprises a vacuum container, a cathode arranged inside the vacuum container, an inside of the vacuum container or a vacuum container. An anode that is provided as a part of the vacuum vessel and a magnetron discharge is performed between the cathode and the cathode, and is located inside the vacuum container at a position where a predetermined process can be performed by utilizing the discharge between the cathode and the anode. A target object holder for holding a target object, a discharge power source for setting a predetermined electric field between a cathode and an anode to perform magnetron discharge, and a magnetic field at least a part of which is orthogonal to the electric field generated by the discharge power source. A magnetron discharge treatment apparatus comprising a magnet for generating, wherein the object holder is surrounded by magnetic field lines that come out of a part of the cathode, come into contact with the anode and enter the other part of the cathode, and the surface of the cathode. Closure At a position away from those that retain the target object. In the magnetron discharge device having the above configuration, the magnetron discharge is performed by the electric field between the anode and the cathode. The electrons generated by the discharge are trapped in the lines of magnetic force, are confined in the closed region, and flow into the anode. Since the object holder does not participate in the formation of the magnetron discharge, it can be kept at a free potential as long as it does not disturb the discharge between the cathode and the anode more than the limit.

【０００６】[0006]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明の実施例のマグネトロン放電処理装置の概略図で
ある。図１に示すマグネトロン放電装置は、真空容器１
と、この真空容器１の内部に配置された陰極２と、同様
に真空容器１の内部に配置され、被処理体Ｓを陰極２に
対向させた状態で保持することが可能な被処理体ホルダ
３と、真空容器の内部に設けられ、陰極との間でマグネ
トロン放電が行われる陽極４と、陰極２と陽極４との間
に所定の電界を設定する放電用電源２２と、被処理体ホ
ルダ３を所定の電位に保つホルダ用電源３２と、放電用
電源２２による電界に少なくとも一部が直交する磁界を
発生させる磁石５と、真空容器１の内部を排気するため
の排気系１１と、真空容器１の内部に所定のガスを導入
するガス導入系１２等から主に構成されている。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Figure 1
1 is a schematic diagram of a magnetron discharge treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. The magnetron discharge device shown in FIG.
And a cathode 2 disposed inside the vacuum container 1, and a target object holder that is also disposed inside the vacuum container 1 and can hold the target object S in a state of facing the cathode 2. 3, an anode 4 provided inside the vacuum container for performing magnetron discharge with a cathode, a discharge power source 22 for setting a predetermined electric field between the cathode 2 and the anode 4, and an object holder 3, a holder power supply 32 for keeping 3 at a predetermined potential, a magnet 5 for generating a magnetic field at least partially orthogonal to the electric field generated by the discharge power supply 22, an exhaust system 11 for exhausting the inside of the vacuum container 1, and a vacuum. It is mainly composed of a gas introduction system 12 for introducing a predetermined gas into the container 1.

【０００７】図１に示すマグネトロン放電処理装置は、
一例としてスパッタリング装置として構成する場合の例
が示されている。即ち、陰極２の放電空間を臨む面に
は、平板状のターゲット２０が配置されている。陰極２
及び磁石５の構造は、代表的な平板マグネトロン放電に
使用されるものとほぼ同様のものである。但し、磁石５
は、図５に示す従来のものと異なり、継鉄の上に配置し
た円柱状の中心磁石５１のみから構成され、中心磁石５
１を取り囲むリング状の部材は、鉄等の金属から形成さ
れた磁化されていない磁極片５２である。従って、中心
磁石５１から出た磁力線は、図１に示すように、大きく
弧を描いて、磁極片５２の側面部分等に達する。陰極２
は、中心磁石５１及び磁極片５２を内部に納めた円筒状
のものであり、その上部開口に前述のターゲット２０が
固定され、底板部に固定された陰極導通管２１を介して
真空容器１外の放電用電源２２に接続されている。尚、
陰極導通管２１と真空容器１の器壁との間には絶縁材１
０が介在されている。The magnetron discharge treatment apparatus shown in FIG.
As an example, an example in the case of being configured as a sputtering device is shown. That is, the flat target 20 is arranged on the surface of the cathode 2 facing the discharge space. Cathode 2
The structures of the magnet 5 and the magnet 5 are almost the same as those used in a typical flat plate magnetron discharge. However, the magnet 5
5 is different from the conventional one shown in FIG. 5 in that it is composed only of a cylindrical central magnet 51 arranged on the yoke.
The ring-shaped member surrounding 1 is a non-magnetized pole piece 52 formed of a metal such as iron. Therefore, the lines of magnetic force emitted from the central magnet 51 draw a large arc as shown in FIG. 1 and reach the side surface portion of the magnetic pole piece 52 and the like. Cathode 2
Is a cylindrical shape having a central magnet 51 and a magnetic pole piece 52 housed therein, and the target 20 described above is fixed to the upper opening of the vacuum magnet 1 via a cathode conducting tube 21 fixed to the bottom plate. Is connected to the discharging power source 22. still,
An insulating material 1 is provided between the cathode conduit 21 and the wall of the vacuum container 1.
0 is interposed.

【０００８】被処理体Ｓを保持する被処理体ホルダ３
も、スパッタリング装置に使用される通常の被処理体ホ
ルダ３と同様の構成であり、不図示の保持機構により放
電空間を臨む位置で被処理体Ｓを保持するものである。
尚、被処理体ホルダ３は、ホルダ導通管３１によって真
空容器１外のホルダ用電源３２に接続されており、所定
の電位に保持されるようになっている。An object holder 3 for holding an object S to be processed
Also has a structure similar to that of the normal object holder 3 used in the sputtering apparatus, and holds the object S at a position facing the discharge space by a holding mechanism (not shown).
The object holder 3 is connected to a holder power source 32 outside the vacuum container 1 by a holder conducting tube 31 and is held at a predetermined potential.

【０００９】次に、本実施例の特徴点の一つである陽極
４の構成について説明する。本実施例で使用された陽極
４は、短い長さの円筒状のものであり、図１に示すよう
に陰極２と被処理体ホルダ３との間の空間を取り囲むよ
うして真空容器１の内部に配置されている。この陽極４
は、陽極導通管４１によって真空容器１外の陽極用電源
４２に接続され、接地電位若しくは所定の正電位に保持
されるようになっている。陽極導通管４１は、真空容器
１内部での陽極４の機械的な保持手段の役割も兼ねてお
り、数本の陽極導通管４１が等間隔に放射状に配置され
て陽極４を保持している。尚、この陽極導通管４１も真
空容器１の器壁との間に絶縁材１０が介在されている。
また、陽極４は、内部が中空になっており冷媒の供給に
よって冷却されるようになっている。そして、陽極導通
管４１は、陽極４への冷媒の導入の役割を兼ねており、
不図示の冷却系から供給される冷媒が陽極導通管４１を
通って陽極４の内部に導入され、陽極４の冷却を行う。
このような冷却構造は、陰極導通管２１やホルダ導通管
３１でも同じである。Next, the structure of the anode 4, which is one of the features of this embodiment, will be described. The anode 4 used in this embodiment has a short cylindrical shape, and surrounds the space between the cathode 2 and the object holder 3 as shown in FIG. It is located inside. This anode 4
Is connected to an anode power source 42 outside the vacuum container 1 by an anode conduction tube 41 and is held at a ground potential or a predetermined positive potential. The anode conducting tube 41 also serves as a mechanical holding means for the anode 4 inside the vacuum container 1, and several anode conducting tubes 41 are radially arranged at equal intervals to hold the anode 4. . The insulating material 10 is also interposed between the anode conducting tube 41 and the wall of the vacuum container 1.
Further, the anode 4 has a hollow inside and is cooled by the supply of a refrigerant. Then, the anode conducting tube 41 also serves to introduce the refrigerant into the anode 4,
Refrigerant supplied from a cooling system (not shown) is introduced into the anode 4 through the anode conduit 41 to cool the anode 4.
Such a cooling structure is the same for the cathode conducting tube 21 and the holder conducting tube 31.

【００１０】この陽極４の空間的位置が本実施例では重
要であるので、次に詳説する。従来の技術の項で説明し
たように、陰極２の表面からは被処理体ホルダ３に向け
て弧状の磁力線が幾つも出ている。陽極４の空間的位置
に関する必要条件は、これらの磁力線のうち、陽極４に
接する磁力線５４が被処理体Ｓには接しないような位置
に配置されることである。つまり、図１において、陽極
４が無い場合には、図４と同様に被処理体接線磁力線５
３が閉領域を形成し、陰極２の表面と被処理体接線磁力
線５３との間に電子が捉えられる。しかし、上述の位置
に陽極４を配置すると、陽極４に接する磁力線（以下、
陽極接線磁力線）５４と陰極２の表面との間に電子が捉
えられるようになり、この領域に閉領域が限定される。
即ち、閉領域から離れた位置で被処理体Ｓが保持され
る。尚、この例では、ターゲット２０が陰極２の一部と
して配置されており、実際にはターゲット２０の表面が
閉領域を形成する。Since the spatial position of the anode 4 is important in this embodiment, it will be described in detail below. As described in the section of the conventional technique, a number of arc-shaped magnetic lines of force are emitted from the surface of the cathode 2 toward the target object holder 3. A necessary condition regarding the spatial position of the anode 4 is that the magnetic field lines 54 contacting the anode 4 are not in contact with the object S to be processed among these magnetic field lines. That is, in FIG. 1, when the anode 4 is not provided, the tangential magnetic field lines 5 of the object to be processed are the same as in FIG.
3 forms a closed region, and electrons are trapped between the surface of the cathode 2 and the tangential magnetic force line 53 of the object to be processed. However, when the anode 4 is arranged at the above-mentioned position, the magnetic field lines contacting the anode 4 (hereinafter,
Electrons are trapped between the anode tangential magnetic field line 54 and the surface of the cathode 2, and the closed region is limited to this region.
That is, the object S to be processed is held at a position away from the closed region. In this example, the target 20 is arranged as a part of the cathode 2, and the surface of the target 20 actually forms a closed region.

【００１１】このような位置に陽極４を配置すると、マ
グネトロン放電は専ら陽極４と陰極２との間で形成さ
れ、被処理体ホルダ３はマグネトロン放電の形成に積極
的に関与しなくなる。この結果、被処理体ホルダ３の電
位は、陰極２と陽極４との間の放電を妨害しない限り自
由な電位に保つことができるのである。尚、このような
陽極４としては、放電空間を取り囲む円筒状のものだけ
でなく他の種々の構成のものを採用し得る。例えば、図
１に二点破線で示すように、陰極２と被処理体Ｓの間に
小さな平板状の陽極４を配置するようにしても良い。こ
の場合にも、陰極２の一部から出てこの陽極４に接する
磁力線５４が、被処理体Ｓに接触してしないような位置
関係になっており、前述の効果が得られる。When the anode 4 is arranged at such a position, the magnetron discharge is formed exclusively between the anode 4 and the cathode 2, and the object holder 3 is not actively involved in the formation of the magnetron discharge. As a result, the potential of the object holder 3 can be kept at a free potential as long as it does not disturb the discharge between the cathode 2 and the anode 4. Incidentally, as such an anode 4, not only a cylindrical one surrounding the discharge space but also various other structures can be adopted. For example, as shown by a two-dot chain line in FIG. 1, a small flat plate-shaped anode 4 may be arranged between the cathode 2 and the object S to be processed. In this case as well, the magnetic field lines 54 that come out of a part of the cathode 2 and come into contact with the anode 4 are in a positional relationship such that they do not come into contact with the object S to be processed, and the above-mentioned effect is obtained.

【００１２】また一方、陽極４に接続された陽極用電源
４２は、陰極２に対して陽極４を所定の正電位に保てる
ようになっている。前述の放電用電源２２が印加する負
電位だけで充分にマグネトロン放電が達成される場合に
は、陽極４は単に接地電位に保持されるだけでよい。し
かし、電子や負イオンの捕集効果を高める等の特定の目
的のために、陽極４を所定の正電位に保って陽極４と被
処理体Ｓとの電位差を大きくする場合等が有り得る。On the other hand, the anode power source 42 connected to the anode 4 can keep the anode 4 at a predetermined positive potential with respect to the cathode 2. In the case where the magnetron discharge is sufficiently achieved only by the negative potential applied by the discharge power source 22 described above, the anode 4 need only be held at the ground potential. However, there may be a case where the anode 4 is kept at a predetermined positive potential to increase the potential difference between the anode 4 and the object to be processed S for a specific purpose such as enhancing the effect of collecting electrons or negative ions.

【００１３】排気系１１及びガス導入系１２の構成は、
従来周知のものを使用できるので、詳細な説明は省略す
る。排気系１１としては、拡散ポンプやロータリーポン
プ等を使用したものが採用でき、プロセス上の必要性に
応じて真空容器１の内部を所定の真空度まで排気する。
また、ガス導入系１２としては、Ａｒ等のガスを収納し
たタンクや可変コンダクタンスバルブ等から構成され
る。The structures of the exhaust system 11 and the gas introduction system 12 are as follows.
Since well-known ones can be used, detailed description will be omitted. As the exhaust system 11, a system using a diffusion pump, a rotary pump, or the like can be adopted, and the inside of the vacuum container 1 is exhausted to a predetermined degree of vacuum according to the necessity of the process.
The gas introduction system 12 is composed of a tank containing a gas such as Ar and a variable conductance valve.

【００１４】次に、上記構成に係る本実施例のマグネト
ロン放電処理装置の動作について説明する。引き続き、
スパッタリング処理を行う場合の動作について説明す
る。被処理体Ｓ（具体的には、半導体ウエハ等）は、不
図示の搬入口から真空容器１の内部に搬入され、被処理
体ホルダ３に予め保持される。まず、排気系１１が動作
して真空容器１の内部を所定の真空度まで排気し、その
後、ガス導入系１２のコンダクタンスバルブが開いてガ
スが真空容器１内に導入される。コンダクタンスバルブ
の開き量が調節されて、真空容器１の内部が処理に必要
な所定の真空度に保たれる。そして、放電用電源２２又
は陽極用電源４２が動作して陰極２と陽極４の間に電界
を発生させ、マグネトロン放電が動作する。その際、陽
極４又は陰極２に流る電流がモニタされて電源の出力電
圧が制御され、放電の強さが所定の値に保たれる。マグ
ネトロン放電により、イオン化したガスがターゲット２
０をスパッタし、スパッタされたターゲット２０の材料
は、放電空間を浮遊して被処理体Ｓに達して堆積する。
不図示の膜厚計により被処理体Ｓ表面の膜厚がモニタさ
れ、所定の膜厚に達すると、処理が終了する。Next, the operation of the magnetron discharge treatment apparatus of this embodiment having the above construction will be described. Continuing,
The operation when performing the sputtering process will be described. The object S to be processed (specifically, a semiconductor wafer or the like) is carried into the inside of the vacuum container 1 through a carry-in port (not shown), and is held in the object holder 3 in advance. First, the exhaust system 11 operates to exhaust the inside of the vacuum container 1 to a predetermined degree of vacuum, and then the conductance valve of the gas introduction system 12 opens to introduce the gas into the vacuum container 1. The opening amount of the conductance valve is adjusted so that the inside of the vacuum container 1 is maintained at a predetermined degree of vacuum necessary for processing. Then, the discharge power supply 22 or the anode power supply 42 operates to generate an electric field between the cathode 2 and the anode 4, and the magnetron discharge operates. At that time, the current flowing through the anode 4 or the cathode 2 is monitored to control the output voltage of the power supply, and the discharge intensity is maintained at a predetermined value. Target 2 with ionized gas by magnetron discharge
0 is sputtered, and the material of the sputtered target 20 floats in the discharge space, reaches the object S to be processed, and is deposited.
The film thickness on the surface of the object S to be processed is monitored by a film thickness meter (not shown), and when the film thickness reaches a predetermined value, the process ends.

【００１５】上記動作のマグネトロン放電処理装置にお
いて、放電空間には、強電界により陰極２から放出され
た電子やガス分子のイオン化により発生した電子、さら
にはスパッタの際にターゲット２０から放出された電子
等が存在している。これらの電子は、陰極２と陽極４の
間の電界により陽極４に引っ張られるとともに磁石５が
発生する磁界に捉えられ、ローレンツ力により運動を行
っている。尚、直交電磁界における電子の運動について
は、例えば、「応用物理」４１巻５号４５１頁以下に述
べられている。このように放電空間において磁界に捉え
られた電子は、ローレンツ力による運動を行いながら次
第に陽極４に近づき、ついには陽極４に流入する。尚、
放電空間の状態であるが、プラズマ状態になっていない
場合も有り得る。本願の発明者らの最近の研究による
と、高電界高磁場の平板マグネトロン放電の場合には、
１０^-1Ｐａ以下の高真空において、放電空間の状態がプ
ラズマ状態から負空間電荷が支配的な状態に変化するこ
とが確認されている（「真空」第３５巻第２号７０〜７
５頁）。In the magnetron discharge treatment apparatus having the above operation, in the discharge space, electrons emitted from the cathode 2 due to a strong electric field, electrons generated by ionization of gas molecules, and further electrons emitted from the target 20 during sputtering. And so on. These electrons are pulled by the anode 4 by the electric field between the cathode 2 and the anode 4 and are captured by the magnetic field generated by the magnet 5, and move by Lorentz force. The movement of electrons in the orthogonal electromagnetic field is described in, for example, "Applied Physics" Vol. 41, No. 5, page 451. In this way, the electrons captured in the magnetic field in the discharge space gradually approach the anode 4 while moving by the Lorentz force, and finally flow into the anode 4. still,
Although it is the state of the discharge space, it may not be in the plasma state. According to a recent study by the inventors of the present application, in the case of a flat magnetron discharge with a high electric field and a high magnetic field,
It has been confirmed that in a high vacuum of 10 ^-1 Pa or less, the state of the discharge space changes from a plasma state to a state in which negative space charges are dominant (“Vacuum”, Vol. 35, No. 2, 70 to 7).
Page 5).

【００１６】次に、本実施例における被処理体ホルダ３
の電位の取扱いについて、以下に説明する。被処理体ホ
ルダ３の電位は、被処理体Ｓに到達する荷電粒子の制御
のために適宜変更される。この荷電粒子の制御を大別す
ると、（１）被処理体に到達する荷電粒子の量又はエネ
ルギーが零になるように制御する場合，（２）所定量又
はエネルギーの陽イオンが到達するように制御する場
合，（３）所定量又はエネルギーの電子又は負イオンが
到達するように制御する場合の、三つの場合に分けられ
る。以下の説明では、（１）の制御を採り上げて詳説す
る。Next, the object holder 3 in this embodiment
The handling of the potential will be described below. The potential of the object holder 3 is appropriately changed to control the charged particles reaching the object S to be processed. The control of the charged particles is roughly classified into (1) when the amount or energy of the charged particles reaching the object to be processed is controlled to be zero, and (2) when a predetermined amount or energy of cations reaches. In the case of controlling, (3) it is divided into three cases of controlling so that electrons or negative ions of a predetermined amount or energy reach. In the following description, the control of (1) will be described in detail.

【００１７】図５に示す従来の装置においては、これま
での説明から明かなように、被処理体Ｓに接する磁力線
（以下、被処理体接線磁力線という。）５３が閉領域を
形成する磁力線となり、電子は、被処理体接線磁力線５
３が被処理体Ｓに接している付近において、被処理体Ｓ
に最もよく流入する。このような被処理体Ｓに対する局
部的な電子の流入があると、一般に被処理体Ｓを損傷さ
せる原因となる。例えば、マグネトロンスパッタ法によ
りＡｌ配線用の薄膜を形成させる場合等には、予め形成
したＭＯＳ素子等の部分が流入電子によって損傷を受
け、回路不良の原因となることがある。このような被処
理体Ｓの損傷は電子に限らず、陰極２等から発生した負
イオンの被処理体Ｓへの衝突等によっても生じる。例え
ば、最近注目されるようになってきたＩＴＯ等の導電性
光学薄膜を形成する場合には、酸素等の負イオンを発生
させる材料がターゲットとして使用されることが多く、
ターゲットから放出された負イオンが被処理体Ｓの接地
電位に引かれて被処理体Ｓに達し、被処理体Ｓに衝突し
たり流入したりすることがある。この場合、負イオンの
衝突により被処理体Ｓが損傷を受けたり、負イオンが薄
膜内に混入して導電率に影響を与えたりすることがあ
る。In the conventional apparatus shown in FIG. 5, as is clear from the above description, magnetic force lines 53 contacting the object S to be processed (hereinafter referred to as tangential magnetic force lines of the object to be processed) 53 become magnetic field lines forming a closed region. , The electron is the tangential magnetic field line 5 of the object to be processed
In the vicinity where 3 is in contact with the processing object S, the processing object S
Most often flows into. Such a local inflow of electrons into the object S to be processed generally causes damage to the object S to be processed. For example, when a thin film for Al wiring is formed by the magnetron sputtering method, a portion such as a MOS element formed in advance may be damaged by inflowing electrons, which may cause a circuit failure. Such damage to the object S to be processed is not limited to electrons, but is also caused by collision of negative ions generated from the cathode 2 or the like with the object S to be processed. For example, in the case of forming a conductive optical thin film such as ITO, which has been attracting attention recently, a material that generates negative ions such as oxygen is often used as a target,
Negative ions emitted from the target may be attracted to the ground potential of the object S to be processed, reach the object S to be processed, and may collide with or flow into the object S to be processed. In this case, the object S to be processed may be damaged by the collision of the negative ions, or the negative ions may be mixed in the thin film to affect the conductivity.

【００１８】本実施例の装置を使用すると、前述のよう
に陽極接線磁力線５４によって閉領域が形成され、電子
は専ら陽極４に流入するから、被処理体Ｓに達して被処
理体Ｓを損傷させることがない。この場合でも、被処理
体Ｓの電位が接地電位であったりして陰極２の電位より
も高い場合には、陰極２と被処理体Ｓとの間に電界があ
ることになるから、弧状の陽極接線磁力線５４の頂部付
近に達した電子が電界により被処理体Ｓに達する可能性
がある。そこで、本実施例において、被処理体ホルダ３
はホルダ用電源３２により所定の負電位に保持するによ
うにする。この結果、閉領域を突破しての電子の被処理
体Ｓへの到達が抑制される。被処理体ホルダ３の電位を
陰極２の負電位と同じ電位にしておくと、被処理体ホル
ダ３と陰極２との間には電界が無いことになるので、最
も効果的である。但し、あまり深い負電位にすると、陽
イオンであるガス分子の被処理体Ｓへの衝突や混入が問
題となる場合があり、注意を要する。When the apparatus of this embodiment is used, a closed region is formed by the tangential magnetic field lines 54 of the anode as described above, and the electrons exclusively flow into the anode 4, so that they reach the object S to be processed and damage the object S to be processed. There is nothing to do. Even in this case, if the potential of the object S to be processed is higher than the potential of the cathode 2 due to the ground potential or the like, there is an electric field between the cathode 2 and the object S to be processed. The electrons reaching the top of the anode tangential magnetic field lines 54 may reach the object S to be processed by the electric field. Therefore, in the present embodiment, the object holder 3
Is held at a predetermined negative potential by the holder power supply 32. As a result, it is possible to prevent the electrons from reaching the processing target S through the closed region. When the potential of the object holder 3 is set to the same potential as the negative potential of the cathode 2, there is no electric field between the object holder 3 and the cathode 2, which is most effective. However, if the negative potential is set too deep, there is a possibility that gas molecules, which are cations, may collide with or be mixed with the object S to be processed, and thus caution is required.

【００１９】（２）の所定量の陽イオンが到達するよう
に制御する場合としては、例えば、タンタル膜のスパッ
タの場合等が挙げられる。「薄膜作成の基礎」（1977
年，日刊工業新聞社発行）１７０〜１７３頁に述べられ
ているように、イオンボンバードしながらタンタル膜を
形成すると、形成される膜の抵抗値が改善される。そこ
で、本願の装置を使用して被処理体ホルダ３を所定の負
電位に保ち、所定量又はエネルギーの陽イオンを衝突さ
せながら薄膜形成を行えば、質の良いタンタル膜を得る
ことができる。Examples of the case (2) in which a predetermined amount of cations are controlled to reach include the case of sputtering a tantalum film. "Basics of Thin Film Making" (1977
, Nikkan Kogyo Shimbun Co., Ltd., pp. 170-173, forming a tantalum film while ion bombarding improves the resistance of the formed film. Therefore, a high-quality tantalum film can be obtained by using the apparatus of the present application to hold the object holder 3 at a predetermined negative potential and perform thin film formation while colliding positive ions of a predetermined amount or energy.

【００２０】また、（３）の所定量の電子又は負イオン
が到達するように制御する例としては、例えば超伝導薄
膜のスパッタが挙げられる。超伝導薄膜材料としては酸
化物等が使用されることが多いが、スパッタ法により超
伝導薄膜を形成する場合、スパッタされた超伝導材料が
放電空間を浮遊するうちに分解し、酸素元素がイオンの
状態で失われてしまう場合がある。この場合、本願の装
置を用いて被処理体ホルダ３を所定の負電位にし、所定
量の酸素イオンが被処理体Ｓに到達するようにすると、
失われた酸素元素を補充しながら薄膜形成を行うことが
できるので、質の良い超伝導薄膜の形成が行える。Further, as an example of (3) controlling so that a predetermined amount of electrons or negative ions arrive, there is, for example, sputtering of a superconducting thin film. Oxides are often used as the superconducting thin film material, but when forming a superconducting thin film by the sputtering method, the sputtered superconducting material decomposes while floating in the discharge space, and oxygen elements become ions. May be lost in the state of. In this case, when the object holder 3 is set to a predetermined negative potential using the device of the present application so that a predetermined amount of oxygen ions reach the object S to be treated,
Since a thin film can be formed while supplementing the lost oxygen element, a high-quality superconducting thin film can be formed.

【００２１】図２及び図３は、図１の装置における荷電
粒子制御効果を確かめるための実験の結果を示す図であ
る。両図とも、横軸が被処理体ホルダの電位，縦軸が電
流である。そして、Ｉｔが陰極電流，Ｉｓが被処理体ホ
ルダの電流（以下、ホルダ電流）を示している。まず、
図２に示した実験では、放電時の圧力が１０^-2Ｐａ，陰
極電圧は−６ｋＶの条件で、被処理体ホルダ３の電位を
＋４〜−７ｋＶの範囲で変化させ、陰極電流及びホルダ
電流を測定した。尚、陽極４は、接地電位に保持した。
また、図３に示した実験では、圧力が２×１０^-1Ｐａ
で、その他の条件は図２の場合と同じ条件で測定した。2 and 3 are diagrams showing the results of experiments for confirming the effect of controlling charged particles in the apparatus of FIG. In both figures, the horizontal axis represents the potential of the object holder and the vertical axis represents the current. Then, It is a cathode current, and Is is a current of the object holder (hereinafter, holder current). First,
In the experiment shown in FIG. 2, the potential of the target object holder 3 was changed in the range of +4 to -7 kV under the condition that the pressure during discharge was 10 ^-2 Pa and the cathode voltage was -6 kV. Was measured. The anode 4 was kept at the ground potential.
In the experiment shown in FIG. 3, the pressure was 2 × 10 ⁻¹ Pa.
Other conditions were measured under the same conditions as in FIG.

【００２２】図２では、被処理体ホルダ３の電位が−３
ｋＶの付近でホルダ電流が零になっている。従って、こ
の条件で被処理体に流入する荷電粒子を零にする制御を
行う場合には、被処理体ホルダ３の電位を−３ｋＶ程度
にしておけばよいことが分かる。また、図３では、−１
ｋＶの付近でホルダ電流が零になっており、この条件で
は−３ｋＶ程度の電位にしておけばよいことが分かる。
尚、当然のことであるが、ホルダ電流が零ということ
は、被処理体ホルダ３に流入する荷電粒子の量が零であ
る場合の他、正電荷流入量と負電荷の流入量とが同じ場
合も含まれる。被処理体ホルダ３の最適電位は、上述の
ように実験的に予め求めておいてもよいし、ホルダ電源
３２に制御回路を設けておいて被処理体ホルダ３に流れ
る電流を零にするような制御を行うようにしてもよい。
この実験からも明かなように、ホルダ用電源３２は、直
流だけでなく交流（低周波からマイクロ波等の超高周波
を含む）で良い。尚、陰極電流Ｉｔ及びホルダ電流Ｉｓ
は、図２と図３とで著しく異なる。これは、圧力の高い
図３の場合には、放電空間がプラズマ状態であるのに対
し、圧力の低い図２の状態では、前掲の「真空」の論文
で検討されている「負空間電荷放電」のような他の異質
な状態に放電空間が変化していることが原因であると考
えられる。In FIG. 2, the potential of the object holder 3 is -3.
The holder current is zero near kV. Therefore, it is understood that when the control for reducing the charged particles flowing into the object to be processed to zero under this condition, the potential of the object holder 3 is set to about -3 kV. Further, in FIG. 3, -1
The holder current is zero in the vicinity of kV, and it can be seen that under this condition, the potential should be about -3 kV.
As a matter of course, the zero holder current means that the positive charge inflow amount and the negative charge inflow amount are the same as in the case where the amount of charged particles flowing into the object holder 3 is zero. The case is also included. The optimum potential of the object holder 3 may be experimentally obtained in advance as described above, or a control circuit may be provided in the holder power supply 32 so that the current flowing through the object holder 3 is zero. Various controls may be performed.
As is clear from this experiment, the holder power supply 32 may be not only direct current but also alternating current (including low frequency to ultra high frequency such as microwave). The cathode current It and the holder current Is
Is significantly different between FIG. 2 and FIG. In the case of FIG. 3 where the pressure is high, the discharge space is in the plasma state, while in the state of FIG. 2 where the pressure is low, the “negative space charge discharge” discussed in the above-mentioned “Vacuum” paper. It is considered that the cause is that the discharge space is changed to another foreign state such as ".

【００２３】次に、この実施例の装置をエッチング等に
応用した場合に得られる処理の均一化の効果について説
明する。上記実施例のマグネトロン放電処理装置をエッ
チング等に応用する場合、フロン等の励起活性種を発生
させる反応性ガスをガス導入系１２によって真空容器１
内に導入するようにする。この場合、前述の通り電子が
閉じ込められた閉領域から離れた位置に被処理体Ｓが配
置されるので、閉領域にある電子の被処理体Ｓへの局部
的な流入が抑制され、被処理体Ｓの表面での不均一な反
応が防止される。そして、被処理体ホルダ３の電位をホ
ルダ用電源３２で調節すれば、被処理体Ｓに到達する荷
電粒子の量やエネルギーの制御が行えるので、マグネト
ロン放電により発生したプラズマを均一にかつ最適に利
用して被処理体Ｓの処理を行うことができるのである。
尚、上記実施例はスパッタリング装置へ応用するもので
あったため、被処理体Ｓは陰極２に対向させた状態で保
持されているが、エッチングや表面改質等に応用する場
合には、必ずしも対向させる必要はない。放電によるプ
ラズマを利用して処理できる位置で保持されていれば良
い。表面改質の例としては、例えば窒素プラズマを利用
したステンレス表面の硬化処理等が挙げられる。Next, the effect of uniformizing the processing obtained when the apparatus of this embodiment is applied to etching or the like will be described. When the magnetron discharge treatment apparatus of the above-mentioned embodiment is applied to etching or the like, the gas introduction system 12 supplies a reactive gas for generating excited active species such as CFCs to the vacuum vessel 1.
To be introduced inside. In this case, since the object S to be processed is arranged at a position away from the closed area where the electrons are confined as described above, local inflow of the electrons in the closed area to the object S to be processed is suppressed, and the object to be processed is suppressed. A non-uniform reaction on the surface of the body S is prevented. If the potential of the object holder 3 is adjusted by the holder power supply 32, the amount and energy of the charged particles reaching the object S can be controlled, so that the plasma generated by the magnetron discharge can be uniformly and optimally. The processing of the object to be processed S can be performed by utilizing it.
Since the above-described embodiment was applied to the sputtering apparatus, the object S to be processed is held in a state of facing the cathode 2. However, when applied to etching, surface modification, etc. You don't have to. It may be held at a position where it can be processed by utilizing plasma generated by electric discharge. Examples of surface modification include, for example, hardening treatment of stainless steel surface using nitrogen plasma.

【００２４】次に、本発明のマグネトロン放電装置の他
の実施例について説明する。図４は、本発明のマグネト
ロン放電処理装置の他の実施例の概略図である。この例
は、前述の実施例とは異なり、磁極片５２に代えて従来
と同様な周辺磁石５５を使用し、強力な磁場を用いる例
である。この例では、図４に示すように、磁力線は真空
容器１の中心よりの位置に集まるようになるので、陽極
４の位置は、図１の場合よりも真空容器１の中心よりの
位置に配置する必要がある。また、この例では、陰極２
の側方に廻り込む磁力線が発生するので、従来と同様な
シールド７を設ける必要がある。陰極２の側面とシール
ド７との隙間を充分小さくしておけば、陰極２から出た
電子は放電ガスをイオン化することなく直ちにシールド
７に流入するので、この部分で不必要な放電が防止され
る。Next, another embodiment of the magnetron discharge device of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic view of another embodiment of the magnetron discharge treatment apparatus of the present invention. This example is different from the above-described embodiment in that a peripheral magnet 55 similar to the conventional one is used instead of the pole piece 52 and a strong magnetic field is used. In this example, as shown in FIG. 4, the magnetic lines of force are gathered at a position closer to the center of the vacuum container 1, so that the position of the anode 4 is located closer to the position of the center of the vacuum container 1 than in the case of FIG. There is a need to. Also, in this example, the cathode 2
Since a magnetic field line that wraps around the side of is generated, it is necessary to provide the shield 7 similar to the conventional one. If the gap between the side surface of the cathode 2 and the shield 7 is made sufficiently small, the electrons emitted from the cathode 2 immediately flow into the shield 7 without ionizing the discharge gas, so unnecessary discharge is prevented in this portion. It

【００２５】以上説明した各実施例のマグネトロン放電
処理装置において、陽極４を真空容器１の一部で構成し
て兼用することもできる。この場合、真空容器１を小さ
くすることができるので、装置が簡略化されるメリット
がある。また、放電用電源２２としては、誘電体ターゲ
ットのスパッタの場合やエッチング処理等で効率よくプ
ラズマを形成する必要がある場合等では、高周波放電が
採用される。尚、ＤＣ電源と高周波電源とを切り替えた
り重畳させたりできる電源が市販されているから、この
ようなものを採用すると好適である。尚、図１において
は、放電用電源２２，ホルダ用電源３２及び陽極用電源
４２は別個の電源として図示されているが、実際の装置
としては、ある一つの電源の中の回路部分である場合も
ある。In the magnetron discharge treatment apparatus of each of the embodiments described above, the anode 4 can be constructed by using a part of the vacuum container 1 and can also be used. In this case, since the vacuum container 1 can be made small, there is an advantage that the device is simplified. Further, as the power source 22 for discharge, a high frequency discharge is used in the case of sputtering a dielectric target or in the case where it is necessary to efficiently form plasma by an etching process or the like. Since a power supply that can switch or superimpose the DC power supply and the high-frequency power supply is commercially available, it is preferable to adopt such a power supply. In FIG. 1, the discharge power source 22, the holder power source 32, and the anode power source 42 are shown as separate power sources, but in an actual device, a circuit portion in a certain power source is used. There is also.

【００２６】また、上記各実施例において、陽極４の形
状としては前述のようなリング状に限られず、棒状や球
状等の各種のものを採用できる。さらに、液晶基板プロ
セスにおける処理等の場合には、方形の被処理体Ｓを処
理することになるから、方形の磁石を備えた方形の陰極
を採用すると好適である。また、前述の実施例では磁石
５としては永久磁石を使用したものが開示されている
が、電磁石を使用しても良い。さらに、磁石５は、真空
容器１の外に配置することもできるし、複数の磁石を使
用して望ましい結果を得ることもできる。即ち、例えば
特開昭２−２５４１５８号の第４図及び第６図に開示さ
れているように、陰極２に対向させるか又は陰極２の上
方の空間を取り囲むようにしてもう一つの磁石を配置す
るようにすれば、磁場強度を弱めることなく図１に示す
ような分布の磁場を容易に得ることができる。特に同公
報の第６図の場合、リング状の磁石８６に本願の陽極４
の役割を兼用させることも可能である。Further, in each of the above embodiments, the shape of the anode 4 is not limited to the ring shape as described above, and various shapes such as a rod shape and a spherical shape can be adopted. Further, in the case of processing in the liquid crystal substrate process, since a square object S is to be processed, it is preferable to adopt a square cathode provided with a square magnet. Further, although the permanent magnet is used as the magnet 5 in the above embodiment, an electromagnet may be used. Further, the magnet 5 can be located outside the vacuum vessel 1 or multiple magnets can be used to achieve the desired results. That is, as disclosed in FIGS. 4 and 6 of JP-A-2-254158, another magnet is arranged so as to face the cathode 2 or surround the space above the cathode 2. By doing so, a magnetic field having a distribution as shown in FIG. 1 can be easily obtained without weakening the magnetic field strength. Particularly in the case of FIG. 6 of the publication, the ring-shaped magnet 86 is attached to the anode 4 of the present application.
It is also possible to combine the roles of.

【発明の効果】以上説明したように、本願の請求項１の
マグネトロン放電処理装置によれば、被処理体のホルダ
の電位を自由に変えることができるから、被処理体に到
達する荷電粒子の制御を自在に行うことができる。ま
た、被処理体への局部的な電子の流入が無くなるから、
エッチング等に応用した場合に均一な処理を行うことが
できる。As described above, according to the magnetron discharge treatment apparatus of claim 1 of the present application, the potential of the holder of the object to be processed can be freely changed, so that the charged particles reaching the object to be processed can be changed. It can be controlled freely. Further, since the local inflow of electrons to the object to be processed is eliminated,
When applied to etching or the like, uniform processing can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の実施例のマグネトロン放電処理装置の
概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a magnetron discharge treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図２】図１の装置における荷電粒子制御効果を確かめ
るための実験の結果を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a result of an experiment for confirming a charged particle control effect in the apparatus of FIG.

【図３】図１の装置における荷電粒子制御効果を確かめ
るための実験の結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a result of an experiment for confirming a charged particle control effect in the apparatus of FIG.

【図４】本発明のマグネトロン放電処理装置の他の実施
例の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of another embodiment of the magnetron discharge treatment apparatus of the present invention.

【図５】従来のマグネトロン放電処理装置の模式図であ
る。FIG. 5 is a schematic view of a conventional magnetron discharge treatment device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 真空容器 １０ 絶縁材 １１ 排気系 １２ ガス導入系 ２ 陰極 ２０ ターゲット ２１ 陰極導通管 ２２ 放電用電源 ３ 被処理体ホルダ ３１ ホルダ導通管 ３２ ホルダ用電源 Ｓ 被処理体 ４ 陽極 ４１ 陽極導通管 ４２ 陽極用電源 ５ 磁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 10 Insulating material 11 Exhaust system 12 Gas introduction system 2 Cathode 20 Target 21 Cathode conduction tube 22 Discharge power source 3 Processing object holder 31 Holder conduction tube 32 Holder power supply S Processing object 4 Anode 41 Anode conduction tube 42 Anode Power supply 5 magnet

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 真空容器と、この真空容器の内部に配置
された陰極と、真空容器の内部に又は真空容器の一部と
して設けられ、陰極との間でマグネトロン放電が行われ
る陽極と、真空容器の内部に配置され、陰極と陽極との
間の放電を利用して所定の処理を行うことが可能な位置
に被処理体を保持する被処理体ホルダと、陰極と陽極と
の間に所定の電界を設定してマグネトロン放電を行わせ
る放電用電源と、放電用電源による電界に少なくとも一
部が直交する磁界を発生させる磁石とを備えたマグネト
ロン放電処理装置であって、前記被処理体ホルダは、陰
極の一部から出て前記陽極に接し陰極の他の部分に入る
磁力線と陰極の表面とによって囲まれた閉領域から離れ
た位置において被処理体を保持するものであることを特
徴とするマグネトロン放電処理装置。1. A vacuum container, a cathode arranged inside the vacuum container, an anode provided inside the vacuum container or as a part of the vacuum container, and magnetron discharges between the cathode and the vacuum container, and a vacuum. A target object holder, which is disposed inside the container and holds the target object at a position where a predetermined process can be performed by utilizing discharge between the cathode and the anode, and a predetermined value between the cathode and the anode. A discharge power source for setting a desired electric field to perform a magnetron discharge, and a magnet for generating a magnetic field at least a part of which is orthogonal to the electric field generated by the discharge power source. Is characterized in that it holds the object to be processed at a position apart from a closed region surrounded by the magnetic field lines that come out of a part of the cathode and come into contact with the anode and enter the other part of the cathode, and the surface of the cathode. Magnetro Discharge processing equipment.