JP2000144411A - Sputttering device and formation of film - Google Patents

Sputttering device and formation of film

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JP2000144411A
JP2000144411A JP10310639A JP31063998A JP2000144411A JP 2000144411 A JP2000144411 A JP 2000144411A JP 10310639 A JP10310639 A JP 10310639A JP 31063998 A JP31063998 A JP 31063998A JP 2000144411 A JP2000144411 A JP 2000144411A
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sputtering
target
magnetic field
vacuum chamber
process gas
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JP10310639A
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Japanese (ja)
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Yuichi Wada
優一 和田
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Applied Materials Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering device capable of generating the suitable magnetic field for allowing self-sputtering to stably occur and to provide a film forming method. SOLUTION: This device is provided with a vacuum chamber 12, a pedestal 18 for supporting a substrate 15 in the vacuum chamber 12, a target 16 provided in such a manner that an erosion face 16a is confronted with the substrate 15 supported by the pedestal 18, a gas feeding means 22 for feeding process gas into the vacuum chamber 12, a plasmatizing means for plasmatizing the fed process gas, a pressure reducing means 21 for reducing the pressure in the vacuum chamber 12, a magnetron unit 30 arranged on the side opposite to the erosion face 16a and a coil 27 in which a lead wire is coiled around a reference axis connecting the erosion face 16a and the surface of the substrate 15. By the magnetic field, the ionization of the particles to be sputtered is promoted, and self-sputtering stably occurs.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング装
置および成膜方法に関する。
[0001] The present invention relates to a sputtering apparatus and a film forming method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体デバイスの高集積化に伴い
配線パターンの微細化が進み、スパッタリング法により
コンタクトホール及びビアホール等に効率よく配線膜を
形成することが困難になりつつある。例えば、標準的な
マグネトロン式スパッタリング装置において、上記の微
細なホールを有する半導体ウエハ表面に対して成膜を行
った場合、ホールの入り口部にオーバーハングが生じ、
ボトムカバリッジ率が損なわれるという問題がある。
2. Description of the Related Art With the recent increase in the degree of integration of semiconductor devices, wiring patterns have become finer, and it has become difficult to efficiently form wiring films in contact holes, via holes, and the like by sputtering. For example, in a standard magnetron sputtering apparatus, when a film is formed on the surface of a semiconductor wafer having the fine holes, an overhang occurs at the entrance of the hole,
There is a problem that the bottom coverage ratio is impaired.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
めにコリメーションスパッタリング法、遠隔スパッタリ
ング法等の技術が開発されている。また、セルフスパッ
タリング(自己スパッタリング)法も、コリメーション
スパッタリング法および遠隔スパッタリング法にない長
所を有しているため、このような問題を解決する今後と
技術として有望である。
In order to solve this problem, techniques such as collimation sputtering and remote sputtering have been developed. In addition, the self-sputtering (self-sputtering) method has advantages that are not found in the collimation sputtering method and the remote sputtering method, and is therefore promising as a technology for solving such a problem in the future.

【0004】セルフスパッタリング現象は、ターゲット
をスパッタリングするイオンが、ターゲットからスパッ
タリングされた粒子自体によって行われる現象をいう。
この現象をスパッタリングに利用するためには、まず、
アルゴンをプロセスガスとして導入して、従来と同様に
スパッタリング粒子を発生させて、セルフスパッタリン
グに移行した後に、プロセスガスの供給を停止して、セ
ルフスパッタリングのみによってスパッタリングが進行
するようにすることが必要である。
[0004] The self-sputtering phenomenon refers to a phenomenon in which ions for sputtering a target are generated by particles themselves sputtered from the target.
In order to utilize this phenomenon for sputtering, first,
It is necessary to introduce argon as a process gas to generate sputtered particles in the same manner as before, and to shift to self-sputtering, then stop the supply of the process gas so that sputtering proceeds only by self-sputtering. It is.

【0005】しかしながら、セルフスパッタリングの発
生メカニズムには解明されていない部分もあるため、セ
ルフスパッタリングを安定して制御することが課題とし
て残されている。
[0005] However, since there is a part of the mechanism of self-sputtering that has not been elucidated, there is a need to stably control self-sputtering.

【0006】そこで、本発明の目的は、セルフスパッタ
リングを安定に生じさせるために適切な磁場を発生可能
なスパッタリング装置、およびセルフスパッタリングを
用いた成膜方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of generating an appropriate magnetic field for stably generating self-sputtering, and a film forming method using self-sputtering.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】発明者は、セルフスパッ
タリングを成膜技術に適用するために様々な試行錯誤を
行ってきた。その結果として、従来ではアルゴンのスパ
ッタリング用ターゲット上にターゲットの表面と水平方
向な磁場成分を高めるように設計を行っていた。ところ
が、セルフスパッタリングを発生し易くするためには、
ターゲット表面に垂直方向の磁場成分を水平方向の磁場
成分に比べて高くすることが必要であることが明らかに
なった。一方、セルフスパッタリングを発生し易い垂直
方向の磁場成分を高くすると、アルゴンの放電電圧を低
電圧化し難くなる。このため、スパッタリングを維持す
るために必要なプラズマの発生がセルフスパッタリング
に移行する途中で途切れてしまう場合があることが分か
った。したがって、発明者は、このような問題を解決す
るためには、スパッタリングのための磁場を適切に発生
し、また制御することが必要であるとの結論に至った。
The inventor has conducted various trials and errors in order to apply self-sputtering to a film forming technique. As a result, conventionally, a design has been performed on an argon sputtering target so as to increase a magnetic field component in a direction horizontal to the surface of the target. However, in order to facilitate self-sputtering,
It became clear that it was necessary to make the magnetic field component in the direction perpendicular to the target surface higher than that in the horizontal direction. On the other hand, if the magnetic field component in the vertical direction that easily causes self-sputtering is increased, it becomes difficult to lower the discharge voltage of argon. For this reason, it has been found that the generation of plasma necessary for maintaining sputtering may be interrupted during the transition to self-sputtering. Therefore, the inventor concluded that in order to solve such a problem, it is necessary to appropriately generate and control a magnetic field for sputtering.

【0008】そこで、本発明を以下のような構成とし
た。
Therefore, the present invention has the following configuration.

【0009】本発明に係わるスパッタリング装置は、真
空チャンバと、真空チャンバ内において基板を支持する
ための支持手段と、支持手段によって支持される基板に
エロージョン面が対面するように設けられたターゲット
と、真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガ
ス供給手段と、真空チャンバ内に供給されたプロセスガ
スをプラズマ化するためのプラズマ化手段と、真空チャ
ンバを減圧するための減圧手段と、ターゲットのエロー
ジョン面とは、反対の側に配置されたマグネトロンユニ
ットと、を備えるスパッタリング装置であって、ターゲ
ットのエロージョン面と支持手段によって支持される基
板の表面とを結ぶ基準軸の周りに、2つの端部を有する
導線が巻き回されたコイルと、を備える。
A sputtering apparatus according to the present invention comprises: a vacuum chamber; support means for supporting a substrate in the vacuum chamber; a target provided such that an erosion surface faces the substrate supported by the support means; Gas supply means for supplying a process gas into the vacuum chamber, plasma generating means for converting the process gas supplied into the vacuum chamber into plasma, pressure reducing means for reducing the pressure in the vacuum chamber, and erosion of the target A sputtering apparatus comprising: a surface and a magnetron unit disposed on opposite sides, wherein two ends are formed around a reference axis connecting an erosion surface of the target and a surface of the substrate supported by the support means. And a coil having a conductive wire wound therearound.

【0010】このようなスパッタリング装置では、マグ
ネトロンユニットによってプロセスガスはエロージョン
面の近傍においてプラズマ化される。このため、ターゲ
ットのエロージョン面からターゲット粒子がスパッタリ
ングされる。また、基準軸の周りに導線を巻き回して形
成されたコイルを設けたので、エロージョン面に垂直方
向の磁場成分が水平方向の磁場成分に比べて大きいよう
な磁場が真空チャンバ内においてエロージョン面の近傍
とは異なる領域に発生される。スパッタリングされた粒
子は、垂直成分が水平成分に比べて優勢な真空チャンバ
内の領域において効率的にイオン化される。このため、
コイルを用いて発生された磁場によってイオン化された
粒子は、エロージョン面に向けて加速され、エロージョ
ン面に衝突すると別のスパッタリング粒子が生成され
る。故に、セルフスパッタリングが連続的に生じる。
[0010] In such a sputtering apparatus, the process gas is converted into plasma near the erosion surface by the magnetron unit. For this reason, target particles are sputtered from the erosion surface of the target. In addition, since a coil formed by winding a conductive wire around the reference axis is provided, a magnetic field in which the magnetic field component in the direction perpendicular to the erosion surface is larger than the magnetic field component in the horizontal direction is generated in the erosion surface in the vacuum chamber. It is generated in an area different from the vicinity. The sputtered particles are efficiently ionized in regions within the vacuum chamber where the vertical component is dominant over the horizontal component. For this reason,
Particles ionized by the magnetic field generated using the coil are accelerated toward the erosion surface and collide with the erosion surface to generate another sputtered particle. Therefore, self-sputtering occurs continuously.

【0011】本発明に係わるスパッタリング装置では、
ガス供給手段、プラズマ化手段、マグネトロンユニッ
ト、およびコイルの作動を制御するための制御ユニット
を更に備えるようにしてもよい。
In the sputtering apparatus according to the present invention,
A control unit for controlling operations of the gas supply unit, the plasma generation unit, the magnetron unit, and the coil may be further provided.

【0012】このように制御ユニットを備えるようにす
れば、ガス供給手段、プラズマ化手段、マグネトロンユ
ニット、およびコイルの作動を相互に関連させて制御す
ることができる。このため、セルフスパッタリングを効
率的に生じさせるための条件、およびセルフスパッタリ
ングへスムーズに移行させるための条件がきめ細かく設
定可能になる。
By providing the control unit in this way, the operations of the gas supply means, the plasma generating means, the magnetron unit, and the coil can be controlled in relation to each other. For this reason, the conditions for efficiently causing self-sputtering and the conditions for smoothly shifting to self-sputtering can be set finely.

【0013】本発明に係わるスパッタリング装置では、
導線の一端および他端にそれぞれ接続され、パルス電圧
を発生可能であるコイル用電源を更に備えるようにして
もよい。
[0013] In the sputtering apparatus according to the present invention,
A coil power supply connected to one end and the other end of the conducting wire and capable of generating a pulse voltage may be further provided.

【0014】このように、パルス電圧が発生可能になる
と、発生される磁場がパルス電圧の値に応じて変更され
る。このため、磁場が十分に大きいときはセルフスパッ
タリングが十分に生じて、多数のスパッタリングされた
粒子が発生する。磁場が小さいときまたは磁場がないと
きはスパッタリングされた粒子は基板の表面に到達し
て、その上に膜を形成する。
As described above, when the pulse voltage can be generated, the generated magnetic field is changed according to the value of the pulse voltage. Therefore, when the magnetic field is sufficiently large, self-sputtering is sufficiently generated, and a large number of sputtered particles are generated. In low or no magnetic fields, the sputtered particles reach the surface of the substrate and form a film thereon.

【0015】本発明に係わる成膜方法は、真空チャンバ
内に設けられたターゲットからスパッタリングされた粒
子によってターゲットからスパッタリングされる粒子を
用いて膜を形成する成膜方法であって、成膜されるべき
表面を有する基板を真空チャンバ内に配置する工程と、
真空チャンバ内にプロセスガスを供給する供給工程と、
エロージョン面の近傍においてプロセスガスのプラズマ
を形成して、ターゲットからスパッタリング粒子を発生
させるするプラズマ工程と、ターゲットのエロージョン
面と基板の表面とを結ぶ基準軸に沿った磁場をターゲッ
トと基板との間の空間に発生することによって、セルフ
スパッタリングによって前記ターゲットからスパッタリ
ング粒子を発生させ、基板に成膜する成膜工程と、プロ
セスガスの供給を停止する停止工程と、を備える。
[0015] A film forming method according to the present invention is a film forming method for forming a film using particles sputtered from a target by particles sputtered from a target provided in a vacuum chamber. Placing a substrate having a surface to be placed in a vacuum chamber;
A supply step of supplying a process gas into the vacuum chamber,
A plasma process for forming a process gas plasma near the erosion surface to generate sputtering particles from the target, and a magnetic field along a reference axis connecting the erosion surface of the target and the surface of the substrate between the target and the substrate. A sputtering step of generating sputtered particles from the target by self-sputtering and generating a film on the substrate, and a stopping step of stopping supply of process gas.

【0016】このように、プロセスガスのプラズマをエ
ロージョン面近傍に形成するようにしたので、エロージ
ョン面からスパッタリングされた粒子が生成される。タ
ーゲットのエロージョン面と基板の表面とを結ぶ基準軸
に沿った磁場をターゲットと基板との間の領域に発生す
るようにしたので、ターゲットからスパッタリングされ
た粒子がイオン化される。イオン化された粒子がエロー
ジョン面に達すると、別の粒子をスパッタリングする。
このようにしてスパッタリング粒子を発生するようにし
たので、プロセスガスの供給を停止してもセルフスパッ
タリングが連続的に進行される。ターゲットからセルフ
スパッタリングされた粒子の一部は上記基準軸の沿って
進行し、基板の成膜されるべき表面に到達する。このた
め、セルフスパッタリングによって発生された粒子が順
次に基板の表面に堆積される。したがって、ボトムカバ
リッジが良好な膜が基板上に堆積される。
As described above, since the plasma of the process gas is formed near the erosion surface, particles sputtered from the erosion surface are generated. Since a magnetic field along the reference axis connecting the erosion surface of the target and the surface of the substrate is generated in a region between the target and the substrate, particles sputtered from the target are ionized. When the ionized particles reach the erosion surface, another particle is sputtered.
Since the sputtered particles are generated in this way, the self-sputtering proceeds continuously even when the supply of the process gas is stopped. Some of the particles sputtered from the target travel along the reference axis and reach the surface of the substrate on which the film is to be formed. Therefore, particles generated by self-sputtering are sequentially deposited on the surface of the substrate. Therefore, a film with good bottom coverage is deposited on the substrate.

【0017】本発明に係わる成膜方法では、成膜工程
は、磁場をパルス状に発生する工程を含むようにしても
よい。
In the film forming method according to the present invention, the film forming step may include a step of generating a magnetic field in a pulse shape.

【0018】このように、磁場がパルス状に発生すよう
にすると、セルフスパッタリングと成膜を交互に進行す
る。つまり、磁場が十分に大きいときはセルフスパッタ
リングが十分に生じて、多数のスパッタリングされた粒
子が発生する。磁場が小さいときまたは磁場がないとき
はスパッタリングされた粒子は基板の表面に到達して、
その上に膜が形成される。
As described above, when the magnetic field is generated in a pulse shape, self-sputtering and film formation alternately proceed. That is, when the magnetic field is sufficiently large, self-sputtering occurs sufficiently, and a large number of sputtered particles are generated. When the magnetic field is small or no magnetic field, the sputtered particles reach the surface of the substrate,
A film is formed thereon.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
しながら説明する。可能な場合には、同一の部分には同
一の符号を付してその説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. When possible, the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

【0020】本発明の実施の形態に係るスパッタリング
装置について説明する。図1は、本発明に従うマグネト
ロン式スパッタリング装置の概略構成図である。スパッ
タリング装置10は、内部に真空チャンバ12を形成す
るハウジング14と、ハウジング14の上部開口部を閉
じるように配置されたターゲット16を備えている。ハ
ウジング14およびターゲット16は両方とも導電性材
料から作られているので、ハウジング14とターゲット
16との間には絶縁部材13aが挟まれている。図1に
示す実施の形態では、ハウジング14は円形状の底面
と、この円形状の底面の周辺から所定の距離だけ延び出
した管状部を有し、例えば管状部は円柱殻状を有する。
ターゲット16の形状は円盤形である。ターゲット16
の円形状の一表面16a(以下、下面という)は、スパ
ッタリングによってエロージョンを受けるエロージョン
面となっている。
A description will be given of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetron type sputtering apparatus according to the present invention. The sputtering apparatus 10 includes a housing 14 in which a vacuum chamber 12 is formed, and a target 16 arranged to close an upper opening of the housing 14. Since the housing 14 and the target 16 are both made of a conductive material, an insulating member 13a is interposed between the housing 14 and the target 16. In the embodiment shown in FIG. 1, the housing 14 has a circular bottom surface and a tubular portion extending a predetermined distance from the periphery of the circular bottom surface. For example, the tubular portion has a cylindrical shell shape.
The shape of the target 16 is a disk shape. Target 16
The circular one surface 16a (hereinafter referred to as the lower surface) is an erosion surface that receives erosion by sputtering.

【0021】真空チャンバ12内には、支持手段として
ペディスタル18が配置されている。ペディスタル18
は、真空チャンバ12内において基板15を支持する。
このため、ペディスタル18は、処理されるべき基板1
5、例えば半導体ウエハW、をその一表面(以下、上面
という)18a上において保持する。ペディスタル18
の上面18aは、ターゲット16の下面16aに対面す
るように配置されている。ペディスタル18上の所定の
位置に保持された基板15(ウエハW)の堆積されるべ
き面15aは、ターゲット16の下面16aに対して平
行に配置される。基板15は、その中心がターゲット1
6の中心に合うように配置されている。本実施の形態で
は、ターゲット16の寸法、およペディスタル18とタ
ーゲット16との間隔については、従来の標準的なスパ
ッタリング装置と同様の値を有することができる。
In the vacuum chamber 12, a pedestal 18 is provided as a support means. Pedestal 18
Supports the substrate 15 in the vacuum chamber 12.
For this reason, the pedestal 18 is placed on the substrate 1 to be processed.
5, for example, a semiconductor wafer W is held on one surface (hereinafter referred to as an upper surface) 18a. Pedestal 18
Is arranged so as to face the lower surface 16 a of the target 16. A surface 15 a of the substrate 15 (wafer W) to be deposited, which is held at a predetermined position on the pedestal 18, is arranged parallel to the lower surface 16 a of the target 16. The center of the substrate 15 is the target 1
6 are arranged so as to be centered. In the present embodiment, the dimensions of the target 16 and the distance between the pedestal 18 and the target 16 can have the same values as in a conventional standard sputtering apparatus.

【0022】スパッタリング装置10は、被スパッタリ
ング粒子から真空チャンバ12の内壁面を保護するため
に、被スパッタリング粒子が内壁面に到達するのを防止
するシールド26を有している。シールド26の一辺の
縁部はハウジング14と絶縁部材13aとによって挟ま
れ、シールド26の一辺はハウジングの上部開口部の縁
端において固定されている。シールド26は、その一辺
の縁部から延在して、別の辺はペディスタル18の側面
に至る。別辺の縁部はペディスタル18の側面に沿って
絶縁部材13bを介して固定されている。このため、シ
ールド26は、ペディスタル18と電気的に絶縁されて
いる。
The sputtering apparatus 10 has a shield 26 for preventing the sputtered particles from reaching the inner wall surface in order to protect the inner wall surface of the vacuum chamber 12 from the sputtered particles. One edge of the shield 26 is sandwiched between the housing 14 and the insulating member 13a, and one edge of the shield 26 is fixed at the edge of the upper opening of the housing. The shield 26 extends from one edge of the shield 26 and another side reaches the side of the pedestal 18. The other edge is fixed along the side surface of the pedestal 18 via an insulating member 13b. For this reason, the shield 26 is electrically insulated from the pedestal 18.

【0023】ハウジング14には排気ポート20が形成
しされている。本実施の形態の場合には、排気ポート2
0には、クライオポンプ等の真空ポンプ21が接続され
ている。この真空ポンプ21を作動させることによっ
て、真空チャンバ12内が減圧されることができる。排
気ポート20および真空ポンプ21は減圧手段を構成す
る。プロセスガスとしてアルゴンガスが、供給ポート2
2を通してプロセスガス供給源25から真空チャンバ1
2内に供給される。供給ポート22は、バルブ23によ
って開閉可能である。このバルブ23を開閉すると、プ
ロセスガスの供給量および供給タイミングを制御でき
る。供給ポート22およびプロセスガス供給25源は、
ガス供給手段を構成する。
The housing 14 has an exhaust port 20 formed therein. In the case of the present embodiment, the exhaust port 2
0 is connected to a vacuum pump 21 such as a cryopump. By operating the vacuum pump 21, the pressure inside the vacuum chamber 12 can be reduced. The exhaust port 20 and the vacuum pump 21 constitute a pressure reducing unit. Argon gas as process gas, supply port 2
From the process gas supply source 25 through the vacuum chamber 1
2. The supply port 22 can be opened and closed by a valve 23. By opening and closing the valve 23, the supply amount and supply timing of the process gas can be controlled. The supply port 22 and the process gas supply 25 source
It constitutes gas supply means.

【0024】ターゲット16とシールド26とには、プ
ラズマ化手段として加速用電源24の陰極および陽極が
それぞれ接続されいる。真空チャンバ12内にプロセス
ガスであるアルゴンガスを導入して、ターゲット16と
シールド18との間に電圧を加えると、グロー放電が起
こりプラズマ状態となる。この放電によって発生したア
ルゴンイオンがターゲット16の下面16aに衝突する
と、ターゲット16を構成する原子(被スパッタリング
粒子)がはじき出される。このターゲット原子がウエハ
W上に到達して堆積されると、ウエハW上に薄膜が形成
される。
A cathode and an anode of an accelerating power supply 24 are connected to the target 16 and the shield 26, respectively, as plasma generating means. When an argon gas, which is a process gas, is introduced into the vacuum chamber 12 and a voltage is applied between the target 16 and the shield 18, glow discharge occurs and a plasma state is created. When the argon ions generated by this discharge collide with the lower surface 16a of the target 16, atoms (sputtered particles) constituting the target 16 are repelled. When the target atoms reach and accumulate on the wafer W, a thin film is formed on the wafer W.

【0025】ターゲット16の下面16aとは反対の
側、つまりターゲット16の上方には、ターゲット16
の近傍のプラズマ密度を高めるためのマグネトロンユニ
ット30が配置されている。図2は、各マグネトロンユ
ニットの配置位置を示すための上面図である。図2を参
照すると、マグネトロンユニット30は、円形のベース
プレート32と、ベースプレート32上に所定の配列で
固定された複数のマグネット34と、を備える。ベース
プレート32は、ターゲット16の上方に配置され、そ
の上面の中心には駆動用モータ36の回転軸38が接続
されている。したがって、駆動モータ36を作動させて
ベースプレート32を回転させると、各マグネット34
はターゲット16の上面に沿って旋回して、マグネット
34によって発生される磁界が一カ所に静止されること
を防止することができる。
On the opposite side of the lower surface 16a of the target 16, that is, above the target 16, the target 16
A magnetron unit 30 for increasing the plasma density in the vicinity of is provided. FIG. 2 is a top view showing the arrangement position of each magnetron unit. Referring to FIG. 2, the magnetron unit 30 includes a circular base plate 32 and a plurality of magnets 34 fixed on the base plate 32 in a predetermined arrangement. The base plate 32 is disposed above the target 16, and a rotation shaft 38 of a driving motor 36 is connected to a center of an upper surface of the base plate 32. Therefore, when the drive motor 36 is operated to rotate the base plate 32, each magnet 34
Can be turned along the upper surface of the target 16 to prevent the magnetic field generated by the magnet 34 from stopping at one place.

【0026】図3は、1個のマグネットの部分を拡大し
たマグネトロンユニットの拡大図である。各マグネット
34は、図3に明示するように、強磁性体から成る平板
状のヨーク部材40と、ヨーク部材40の各端部に固着
された棒磁石42、44とから構成されている。2本の
棒磁石42、44は同一方向に延び、マグネット34の
全体形状は略U字状となっている、また、一方の棒磁石
42の自由端はN極、他方の棒磁石44の自由端はS極
となっている。
FIG. 3 is an enlarged view of a magnetron unit in which a portion of one magnet is enlarged. As shown in FIG. 3, each magnet 34 includes a flat yoke member 40 made of a ferromagnetic material, and bar magnets 42 and 44 fixed to each end of the yoke member 40. The two bar magnets 42 and 44 extend in the same direction, and the entire shape of the magnet 34 is substantially U-shaped. The free end of one bar magnet 42 has an N pole, and the free end of the other bar magnet 44 is free. The end is an S pole.

【0027】各マグネット34(34o、34i)は、
これらの自由端がそれぞれターゲット16の下面16a
に対向する面16bと対面するようにターゲット16の
上方に配置されている。このようなマグネット34は、
ヨーク部材40の背面をベースプレート32に接触させ
た状態で適当な固定手段、例えばねじ46等によってベ
ースプレート32に固定されている。かかる構成では、
マグネット34は固定位置を自由に変更することが可能
である。マグネット34の配置は種々考えられるが、図
示されている実施の形態では、マグネット34は図2に
示されるように二重の環状配列に成っている。全環状マ
グネットは、内側環状マグネット34i群(添え字iは
内側の環状配列を表す)および外側環状マグネット34
o群(添え字oは外側の環状配列を表す)からなる。各
マグネット34i、34oは、ターゲット16の下面1
6a近傍の空間に磁界を形成することによって、当該空
間に形成されるプロセスガスのプラズマを制御すること
ができる。
Each magnet 34 (34o, 34i)
These free ends correspond to the lower surface 16a of the target 16, respectively.
The target 16 is disposed above the target 16 so as to face the surface 16b that faces the target. Such a magnet 34
The yoke member 40 is fixed to the base plate 32 by a suitable fixing means, for example, screws 46 in a state where the back surface of the yoke member 40 is in contact with the base plate 32. In such a configuration,
The fixed position of the magnet 34 can be freely changed. Although various arrangements of the magnets 34 are conceivable, in the illustrated embodiment, the magnets 34 have a double annular arrangement as shown in FIG. The all annular magnet includes an inner annular magnet 34i group (the subscript i represents an inner annular array) and an outer annular magnet 34i.
o (subscript o represents the outer ring arrangement). Each magnet 34i, 34o is located on the lower surface 1 of the target 16.
By forming a magnetic field in the space near 6a, the plasma of the process gas formed in the space can be controlled.

【0028】再び、図1および図2を参照すると、スパ
ッタリング装置10は、コイル27を更に備える。コイ
ル27は、スパッタリング装置10の真空チャンバ12
の外部に設けられ、またハウジング14の外側面に沿っ
て配置されている。図1および図2に示された実施の形
態では、コイル27は、2つの端部27a、27bを有
する導線27cがハウジング14の側面の周りに複数回
巻きまわされている。導線27cの両端部27a、27
bは、コイル用電源28の陰極および陽極にそれぞれ接
続されている。
Referring again to FIGS. 1 and 2, the sputtering apparatus 10 further includes a coil 27. The coil 27 is connected to the vacuum chamber 12 of the sputtering apparatus 10.
And is disposed along the outer surface of the housing 14. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the coil 27 has a conductor 27 c having two ends 27 a and 27 b wound a plurality of times around the side surface of the housing 14. Both ends 27a, 27 of the conducting wire 27c
b is connected to the cathode and anode of the coil power supply 28, respectively.

【0029】また、コイル27は、所定の基準軸の周り
に導線27cが順次に巻き回されながら基準軸に沿って
一方向に伸びていく。所定の基準軸は、ターゲット16
のエロージョン面16aと、ペディスタル18によって
支持されるウエハWの表面とを結ぶ軸の1つとして決定
されることが好ましい。この基準軸は、ペディスタル1
8の上面上に配置されたウエハWの中心点を通過するこ
とが好ましい。このような基準軸は、コイル27がエロ
ージョン面に垂直な磁場成分を真空チャンバ12内に主
に発生させることを目的とするので、エロージョン面と
所定の角度をなす方向であり、この方向は、好ましくは
エロージョン面に垂直な方向である。このようなコイル
27は内側の中空部分に磁場を閉じ込めることができる
ので、ソレノイドコイルであることが好ましい。本実施
の形態に好適なソレノイドコイル27は、ソレノイドコ
イル27の下端から基準軸の周りにソレノイドコイル2
7の上端に達するまで順次に導線27cを巻き回して形
成されている。断面が円形の中空領域を有し、この円筒
形の領域に真空チャンバ12が配置されている。本実施
の形態では、ソレノイドコイル27は単一のコイルとし
て形成されているけれども、同一の基準軸の周りに巻き
回された複数のコイルからなるコイル群(ソレノイドコ
イル群)として成形されることができる。
The coil 27 extends in one direction along the reference axis while the conductor 27c is sequentially wound around a predetermined reference axis. The predetermined reference axis is the target 16
Is preferably determined as one of the axes connecting the erosion surface 16a of the wafer W and the surface of the wafer W supported by the pedestal 18. This reference axis is pedestal 1
It is preferable to pass through the center point of the wafer W arranged on the upper surface of the wafer 8. Such a reference axis is a direction that forms a predetermined angle with the erosion surface because the coil 27 is intended to mainly generate a magnetic field component perpendicular to the erosion surface in the vacuum chamber 12. The direction is preferably perpendicular to the erosion surface. Since such a coil 27 can confine a magnetic field in an inner hollow portion, it is preferable to be a solenoid coil. The solenoid coil 27 suitable for the present embodiment includes a solenoid coil 2 extending from a lower end of the solenoid coil 27 around a reference axis.
The conductor 27c is formed by winding the conductor 27c in order until the upper end of the conductor 7 is reached. It has a hollow region with a circular cross section, in which the vacuum chamber 12 is arranged. In the present embodiment, the solenoid coil 27 is formed as a single coil, but may be formed as a coil group (solenoid coil group) including a plurality of coils wound around the same reference axis. it can.

【0030】ソレノイドコイル27またはソレノイドコ
イル群は、その上端の位置を含む平面がエロージョン面
16aと平行になるように、またその下端の位置を含む
平面がペディスタル18の上面18a、つまりウエハW
の表面に平行になるように配置されている。このように
配置すると、ソレノイドコイル27によって発生される
磁場Hの基準軸の方向の成分(垂直成分Hv)の大きさ
を最大化することができる。
The solenoid coil 27 or the group of solenoid coils is arranged such that a plane including the upper end thereof is parallel to the erosion surface 16a and a plane including the lower end thereof is formed on the upper surface 18a of the pedestal 18, ie, the wafer W.
Are arranged so as to be parallel to the surface. With this arrangement, the magnitude of the component of the magnetic field H generated by the solenoid coil 27 in the direction of the reference axis (vertical component Hv) can be maximized.

【0031】ソレノイドコイル27の上端の位置および
下端の位置はコイル27の長さを決定する。この長さ
は、エロージョン面16aとペディスタル18の上面1
8aとの間にある真空チャンバ12内の空間(以下、セ
ルフスパッタリング空間という)に形成される磁場Hの
垂直成分Hvの水平成分Hhに対する比率を主に支配す
る。ソレノイドコイル27を基準軸方向に相対的に長く
形成すると、中空部分に磁場が閉じ込められるので、基
準軸と平行な磁場成分を効率的に発生する。このため、
ソレノイドコイル27の両端部から離れたセルフスパッ
タリング空間内の各点においては、磁場Hの垂直成分H
vを水平成分Hhに比べて大きくできる。
The positions of the upper end and the lower end of the solenoid coil 27 determine the length of the coil 27. This length corresponds to the erosion surface 16a and the upper surface 1 of the pedestal 18.
8a mainly controls the ratio of the vertical component Hv of the magnetic field H formed in the space inside the vacuum chamber 12 (hereinafter referred to as a self-sputtering space) to the horizontal component Hh. If the solenoid coil 27 is formed relatively long in the direction of the reference axis, the magnetic field is confined in the hollow portion, so that a magnetic field component parallel to the reference axis is efficiently generated. For this reason,
At each point in the self-sputtering space apart from both ends of the solenoid coil 27, the vertical component H of the magnetic field H
v can be made larger than the horizontal component Hh.

【0032】コイルの胴径方向の巻き数はコイルの厚み
を決定する。この巻き数は、セルフスパッタリング空間
内の各点における磁場Hの強度を主に支配する。このた
め、磁場Hを強くすると、その強度に比例して垂直成分
Hvの大きさも強くなる。このため、セルフスパッタリ
ング空間内の各点、特にエロージョン面16aおよびペ
ディスタル18の上面18aとの間の中間領域において
磁場Hの垂直成分Hvを大きくするためには、ソレノイ
ドコイル27の胴径方向の巻き数を多くすることが好ま
しい。
The number of turns in the radial direction of the coil determines the thickness of the coil. The number of turns mainly governs the strength of the magnetic field H at each point in the self-sputtering space. Therefore, when the magnetic field H is increased, the magnitude of the vertical component Hv also increases in proportion to the intensity. For this reason, in order to increase the vertical component Hv of the magnetic field H at each point in the self-sputtering space, particularly at an intermediate region between the erosion surface 16a and the upper surface 18a of the pedestal 18, the winding of the solenoid coil 27 in the body radial direction is required. It is preferable to increase the number.

【0033】このように形成されたソレノイドコイル2
7は、加えられる電流方向に応じて、エロージョン面1
6aからペディスタル18の上面18aに向かう方向、
またはペディスタル18の上面18aからエロージョン
面16aに向かう方向、つまり基準軸に沿った方向に磁
場Hを発生する。この磁場Hは、自己スパッタリング空
間の多くの領域において、Hv>>Hh、すなわち垂直
成分が水平成分に比べて十分に大きいという関係を満た
すように発生されることが好ましい。
The solenoid coil 2 thus formed
7 is an erosion surface 1 according to the direction of the applied current.
Direction from 6a to the upper surface 18a of the pedestal 18,
Alternatively, the magnetic field H is generated in a direction from the upper surface 18a of the pedestal 18 toward the erosion surface 16a, that is, a direction along the reference axis. This magnetic field H is preferably generated in many regions of the self-sputtering space so as to satisfy Hv >> Hh, that is, the relationship that the vertical component is sufficiently larger than the horizontal component.

【0034】このようなスパッタリング装置では、マグ
ネトロンユニット30によってプロセスガスはエロージ
ョン面16aの近傍においてプラズマ化される。このた
め、ターゲット16のエロージョン面16aから被スパ
ッタリング粒子が生成される。また、基準軸の周りに導
線を巻き回して形成されたコイル27を設けたので、エ
ロージョン面16aに垂直方向の磁場成分が水平方向の
磁場成分に比べて大きいような磁場が真空チャンバ12
内においてエロージョン面16aの近傍とは異なる領域
に発生される。スパッタリングされた粒子は、垂直成分
が水平成分に比べて優勢な真空チャンバ12内の領域に
おいて効率的にイオン化される。このため、コイル27
を用いて発生された磁場によってイオン化された粒子
は、エロージョン面16aに向けて加速され、エロージ
ョン面16aに衝突すると別のスパッタリングされた粒
子が生成される。このため、セルフスパッタリングが連
続的に生じる。
In such a sputtering apparatus, the process gas is turned into plasma near the erosion surface 16a by the magnetron unit 30. Therefore, particles to be sputtered are generated from the erosion surface 16a of the target 16. Further, since the coil 27 formed by winding a conductive wire around the reference axis is provided, a magnetic field such that a magnetic field component in the vertical direction on the erosion surface 16a is larger than a magnetic field component in the horizontal direction is applied to the vacuum chamber 12.
Is generated in a region different from the vicinity of the erosion surface 16a. The sputtered particles are efficiently ionized in regions within the vacuum chamber 12 where the vertical component is dominant over the horizontal component. For this reason, the coil 27
Particles ionized by the magnetic field generated using are accelerated toward the erosion surface 16a, and collide with the erosion surface 16a to generate another sputtered particle. Therefore, self-sputtering occurs continuously.

【0035】ソレノイドコイル用電源28は、制御器2
9に接続されている。このように制御器29はマイクロ
コンピュータ、タイマ等を有しているため、電流のオン
及びオフの制御、電流値の変更等を時間的な制御も含め
て行うことができる。制御器29は、また、バルブ2
3、加速用電源24、および駆動用モータ36にも接続
されている。このため、これらの機器に対しても同様な
制御を行うことができる。さらに、バルブ23、加速用
電源24、ソレノイドコイル用電源28、および駆動用
モータ36は、同一の制御器29に制御線29aを介し
て接続されているので、これらの機器を相互に関連させ
ながら制御することがでいる。このため、プロセスガス
の供給、プロセスガスのプラズマ発生、セルフスパッタ
リングへの移行、等を所定のタイミングに対して同期し
て制御することができる。
The power supply 28 for the solenoid coil is connected to the controller 2
9 is connected. As described above, since the controller 29 includes the microcomputer, the timer, and the like, the control of turning on and off the current, the change of the current value, and the like can be performed including the temporal control. The controller 29 also controls the valve 2
3, the power supply 24 for acceleration, and the motor 36 for driving. Therefore, similar control can be performed for these devices. Further, the valve 23, the acceleration power supply 24, the solenoid coil power supply 28, and the drive motor 36 are connected to the same controller 29 via the control line 29a, so that these devices can be interconnected. You can control. Therefore, the supply of the process gas, the generation of the plasma of the process gas, the shift to the self-sputtering, and the like can be controlled in synchronization with a predetermined timing.

【0036】また、コイル用電源28は、パルス電圧を
発生可能である電源をあるようにしてもよい。このよう
に、パルス電圧が発生可能になると、発生される磁場が
パルス電圧の値に応じて変更される。このため、磁場が
十分に大きいときはセルフスパッタリングが十分に生じ
て、多数のスパッタリングされた粒子が発生する。磁場
が小さいとき叉は磁場がないときはスパッタリングされ
た粒子は基板の表面に到達して、その上に膜を形成す
る。
The coil power supply 28 may be a power supply capable of generating a pulse voltage. As described above, when the pulse voltage can be generated, the generated magnetic field is changed according to the value of the pulse voltage. Therefore, when the magnetic field is sufficiently large, self-sputtering is sufficiently generated, and a large number of sputtered particles are generated. When the magnetic field is low or when there is no magnetic field, the sputtered particles reach the surface of the substrate and form a film thereon.

【0037】図4を参照しながら、本実施の形態のスパ
ッタリング装置においてセルフスパッタリングが起こる
メカニズムについて説明する。図4は、図1に示された
スパッタリング装置10に形成される磁場を示した構成
図である。図4では、マグネトロンユニット30が有す
る各マグネット34、およびソレノイドコイル27のそ
れぞれによって発生される磁場を破線で示している。な
お、マグネトロンユニット30は駆動モータ36によっ
て回転されるので、各マグネット34i、34oによっ
て発生される磁場は実際のスパッタリング装置では駆動
軸38の周りに回転している。
Referring to FIG. 4, the mechanism by which self-sputtering occurs in the sputtering apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 4 is a configuration diagram showing a magnetic field formed in the sputtering apparatus 10 shown in FIG. In FIG. 4, the magnetic fields generated by each of the magnets 34 and the solenoid coils 27 of the magnetron unit 30 are indicated by broken lines. Since the magnetron unit 30 is rotated by the drive motor 36, the magnetic fields generated by the magnets 34i and 34o rotate around the drive shaft 38 in an actual sputtering apparatus.

【0038】以下の説明では、ターゲットは銅を主構成
元素としている場合について説明する。つまり、ウエハ
W上には、銅薄膜がスパッタリングによって堆積され
る。しかしながら、本実施の形態のスパッタリング装置
10が適用されるターゲット材料としては、銅に限られ
るものではない。このほかの元素でもセルフスパッタリ
ングを利用して成膜可能である。
In the following description, the case where the target is mainly copper is described. That is, a copper thin film is deposited on the wafer W by sputtering. However, the target material to which the sputtering apparatus 10 of the present embodiment is applied is not limited to copper. Other elements can be used to form a film using self-sputtering.

【0039】マグネトロンユニット30が有する各マグ
ネット34(34i、34o)は、図3において破線を
用いて示されるように、トロイダル磁場Aを形成する。
この環状の磁場Aは、ターゲット16のエロージョン面
16a近傍においては、この面16aに平行な磁場の成
分Hah(水平成分)が主要な成分である。この磁場成分
Hahは、ターゲット16のエロージョン面16a近傍に
アルゴンの放電によって形成されるプラズマ密度を高め
るように作用するため、この磁場成分Hahが大きい領域
(図1の破線領域P)では、アルゴンによるスパッタリ
ングが促進される。ところが、この磁場成分Hahは、被
スパッタリング粒子Cuに対してはイオン化、つまりプ
ラズマ化を促進しない。
Each magnet 34 (34i, 34o) of the magnetron unit 30 forms a toroidal magnetic field A as shown by a broken line in FIG.
In the vicinity of the erosion surface 16a of the target 16, the annular magnetic field A is mainly composed of a component Hah (horizontal component) of a magnetic field parallel to the surface 16a. Since this magnetic field component Hah acts to increase the plasma density formed by the discharge of argon in the vicinity of the erosion surface 16a of the target 16, in a region where the magnetic field component Hah is large (broken line region P in FIG. 1), argon is applied. Sputtering is promoted. However, the magnetic field component Hah does not promote ionization, that is, plasmaization of the particles to be sputtered Cu.

【0040】一方、エロージョン面16aと、ペディス
タル18の上面18aの間にあり、エロージョン面16
aの近傍領域とは異なる場所にあるセルフスパッタリン
グ空間では、ソレノイドコイル27が磁場Bが生成す
る。磁場Bは、この空間において、ソレノイドコイル2
7の軸方向に向く磁場成分(垂直成分)Hbvが主要な成
分となる。この成分は、エロージョン面16aに対して
垂直な磁場成分Hbvである。この磁場成分Hbvは、エロ
ージョン面16aに対して垂直な速度成分を有する銅原
子Cu(被スパッタリング粒子)から電子が脱離させて
銅原子Cuのイオン化を促進する作用がある。このた
め、ソレノイドコイル27によって発生される磁場B
は、以下のように作用する。
On the other hand, between the erosion surface 16a and the upper surface 18a of the pedestal 18, the erosion surface 16a
In a self-sputtering space at a location different from the area near a, a magnetic field B is generated by the solenoid coil 27. The magnetic field B is applied to the solenoid coil 2 in this space.
The main component is a magnetic field component (vertical component) Hbv directed in the axial direction of No. 7. This component is a magnetic field component Hbv perpendicular to the erosion surface 16a. The magnetic field component Hbv has an effect of promoting the ionization of copper atoms Cu by desorbing electrons from copper atoms Cu (particles to be sputtered) having a velocity component perpendicular to the erosion surface 16a. Therefore, the magnetic field B generated by the solenoid coil 27
Works as follows.

【0041】まず、アルゴンによってスパッタリングさ
れた銅原子Cuは、セルフスパッタリング空間をウエハ
Wに向かって進んでいく。この途中で、磁場Bの垂直成
分Hbvの作用を受けて、銅原子Cuは、ある割合でイオ
ン化され銅イオンCu+を生成する。イオン化された銅
Cu+は、シールド26からターゲット16へ向かう電
界と相互作用してクーロン力を受ける。このため、イオ
ン化した時に持っていた運動エネルギがポテンシャルエ
ネルギに比較して小さい原子は、ターゲット16のエロ
ージョン面16aの向きに運動方向を変える。そして、
それぞれのCu+のポテンシャルエネルギに応じて加速
されて、イオン化された時の運動エネルギおよびポテン
シャルエネルギに応じた運動エネルギでエロージョン面
16aに衝突する。この衝突の際のエネルギがターゲッ
トから別の原子をスパッタリングさせるために十分であ
るときは、Cu+によるスパッタリングによって次の被
スパッタリング原子が生成される。この原子は、その初
速度に応じて、セルフスパッタリング空間をウエハWに
向かって進んでいく。
First, the copper atom Cu sputtered by argon proceeds in the self-sputtering space toward the wafer W. On the way, under the action of the vertical component Hbv of the magnetic field B, the copper atoms Cu are ionized at a certain ratio to generate copper ions Cu + . The ionized copper Cu + interacts with an electric field from the shield 26 to the target 16 and receives Coulomb force. For this reason, an atom whose kinetic energy at the time of ionization is smaller than the potential energy changes its motion direction to the direction of the erosion surface 16 a of the target 16. And
It is accelerated according to the potential energy of each Cu + and collides with the erosion surface 16a with kinetic energy at the time of ionization and kinetic energy according to the potential energy. If the energy during this collision is sufficient to sputter another atom from the target, the next atom to be sputtered is produced by sputtering with Cu + . These atoms travel in the self-sputtering space toward the wafer W according to their initial velocity.

【0042】つまり、(1)スパッタリングによる銅原子
Cuの生成、(2)生成された銅原子の磁場中の飛行、
(3)このCu原子の垂直磁場成分によるイオン化、(4)
銅イオンCu+の電界による加速、(5)この銅イオンCu
+のターゲットへの衝突、(6)セルフスパッタリングによ
る別の銅原子の生成、(7)生成された銅原子の磁場中
の飛行、という順にプロセスが進行する。生成された銅
原子の一部は、イオン化されたものおよびイオン化され
なかったものも含めて、ウエハWの表面に到達し、そこ
に堆積される。
That is, (1) generation of copper atom Cu by sputtering, (2) flight of the generated copper atom in a magnetic field,
(3) ionization of this Cu atom by a vertical magnetic field component, (4)
Acceleration of copper ion Cu + by electric field, (5) This copper ion Cu
The process proceeds in the following order: + collision with the target, (6) generation of another copper atom by self-sputtering, (7) flight of the generated copper atom in a magnetic field. Some of the generated copper atoms, including those that have been ionized and those that have not been ionized, reach the surface of the wafer W and are deposited there.

【0043】このようなプロセスが進行して、イオン化
された銅イオン数が、イオン化されていない銅原子数よ
りも多くなると、セルフスパッタリングが維持される。
しかし、アルゴンガスの供給を停止してプロセスガスに
よって生成される銅原子の数をなくしてしまうと、銅原
子および銅イオンの数が十分でなくなりセルフスパッタ
リングが起こらなくなってしまう場合もある。一方、プ
ロセスガスを供給しなくても、イオン化された銅イオン
数がイオン化されていない銅原子数よりも多い状態が維
持されると、セルフスパッタリングが維持される。この
状態になると、プロセスガスとしてアルゴンガスを供給
しなくても、スパッタリングが進行する。つまり、セル
フスパッタリングが進行している。このような条件を整
えるために、ターゲットに対して垂直方向の磁場成分が
存在するという条件は重要である。また、この状態にい
たるまで、アルゴンガスを適切にプラズマ化して、初期
的に銅原子を供給することもまた重要である。
When such a process proceeds and the number of ionized copper ions becomes larger than the number of non-ionized copper atoms, self-sputtering is maintained.
However, if the supply of the argon gas is stopped to reduce the number of copper atoms generated by the process gas, the number of copper atoms and copper ions may not be sufficient and self-sputtering may not occur. On the other hand, if the state where the number of ionized copper ions is larger than the number of non-ionized copper atoms is maintained without supplying the process gas, self-sputtering is maintained. In this state, sputtering proceeds without supplying argon gas as a process gas. That is, self-sputtering is in progress. In order to adjust such a condition, it is important that a magnetic field component perpendicular to the target exists. It is also important that the argon gas be appropriately turned into plasma to initially supply copper atoms until reaching this state.

【0044】このようなセルフスパッタリング現象を本
実施の形態のスパッタリング装置において、好適に実現
する方法を説明する。図5は、スパッタリング装置を操
作するタイミングチャートを示している。図5は、バル
ブ23によって行われるアルゴン流量の制御、電源24
によって行われるターゲット16とシールド26との間
に電圧(パワー)の制御、コイル27の磁場の制御、を
横軸に時間軸をとって示している。
A method for suitably realizing such a self-sputtering phenomenon in the sputtering apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 5 shows a timing chart for operating the sputtering apparatus. FIG. 5 shows the control of the argon flow rate performed by the valve 23,
The control of the voltage (power) between the target 16 and the shield 26 and the control of the magnetic field of the coil 27 are shown on the time axis on the horizontal axis.

【0045】図5を参照すると、時刻t0において、電
源24からターゲット16とシールド26との間に電圧
をを加える。時刻t1において、バルブ23を開けて真
空チャンバ12内にプロセスガス(アルゴンガス)の供
給を開始する。時刻t2において、グロー放電するため
に好適な真空度に達したので、バルブ23を固定する。
ここまでの過程において、また、今後も、真空ポンプに
よって真空排気は連続的に行われている。図3には示さ
ないが、マグネトロンユニット30を動作させると、ア
ルゴンのプラズマがエロージョン面26a近傍(図1の
P領域)に効率よく形成される。このときに、電源24
からは、パワーP1が投入されている。アルゴンプラズ
マの働きによって、ターゲット16のエロージョン面1
6aからはスパッタリングされた銅原子が発生される。
この状態は、図6(a)に模式的に示されている。つま
り、アルゴンイオンがターゲットに衝突して、銅原子が
スパッタリングされる(通常スパッタリング状態)。
Referring to FIG. 5, at time t 0 , a voltage is applied between the target 16 and the shield 26 from the power supply 24. At time t 1 , the valve 23 is opened to start supplying a process gas (argon gas) into the vacuum chamber 12. At time t 2 , since the degree of vacuum suitable for glow discharge has been reached, the bulb 23 is fixed.
In the process so far, and in the future, vacuum evacuation is continuously performed by a vacuum pump. Although not shown in FIG. 3, when the magnetron unit 30 is operated, argon plasma is efficiently formed near the erosion surface 26a (P region in FIG. 1). At this time, the power supply 24
, Power P1 is supplied. The erosion surface 1 of the target 16 is formed by the action of the argon plasma.
From 6a, sputtered copper atoms are generated.
This state is schematically shown in FIG. That is, the argon ions collide with the target, and copper atoms are sputtered (normal sputtering state).

【0046】次いで、時刻t3から時刻t4にかけて、電
源24からさらにパワーを上昇する。時刻t4における
パワーは、P2である。このときの、アルゴンによるス
パッタリングは維持されている。
Next, from time t 3 to time t 4 , the power is further increased from the power supply 24. Power at time t 4 is a P2. At this time, sputtering by argon is maintained.

【0047】続いて、時刻t5において磁場Bを発生さ
せ、時刻t6にかけて徐々に上昇させる。このような過
程で、磁場Bがある程度の値になると、セルフスパッタ
リングが起こり出す。このとき、スパッタリングされた
銅原子は、アルゴンイオンによるものと、銅イオン自体
によるものとがある。しかしながら、磁場Bが適切な向
きになるように発生されているので、セルフスパッタリ
ングが維持される条件が満たされている。この状態は、
図6(b)に模式的に示されている。つまり、アルゴン
イオンがターゲットに衝突して銅原子がスパッタリング
される場合と、銅イオンがターゲットに衝突して銅原子
がスパッタリングされる場合とが共存している(遷移状
態)。
Subsequently, a magnetic field B is generated at time t 5 , and is gradually increased until time t 6 . In this process, when the magnetic field B reaches a certain value, self-sputtering starts. At this time, the sputtered copper atoms include those due to argon ions and those due to copper ions themselves. However, since the magnetic field B is generated so as to have an appropriate direction, the condition for maintaining the self-sputtering is satisfied. This state is
This is schematically shown in FIG. In other words, a case where the copper ions are sputtered by colliding with the target and a case where the copper ions are sputtered by colliding with the target coexist (the transition state).

【0048】一方、時刻t7からアルゴンの流量を減ら
しはじめて、時刻t8においてアルゴンの供給を停止す
る。時刻t6において、プロセスガスの供給が完全に停
止されると、セルフスパッタリングのみによって銅原子
は供給される。この状態は、図6(c)に模式的に示さ
れている。つまり、銅イオンがターゲットに衝突して、
銅原子がスパッタリングされる(セルフスパッタリング
状態)。
On the other hand, the flow of argon is started to be reduced from time t 7 , and the supply of argon is stopped at time t 8 . At time t 6, when the supply of the process gas is completely stopped, the copper atoms only by self-sputtering is supplied. This state is schematically shown in FIG. In other words, copper ions collide with the target,
Copper atoms are sputtered (self-sputtering state).

【0049】以上、プロセスガスのプラズマを発生し
て、このプラズマによって被スパッタリング粒子をした
後に、垂直磁場を発生させて、被スパッタリング粒子を
イオン化させるようにした。このため、通常スパッタリ
ング状態から遷移状態に移行できる。遷移状態において
は、プロセスガスのプラズマ領域と被スパッタリング粒
子のイオン化領域が異なっているので、相互に干渉する
ことなくセルフスパッタリングが安定して進行する。故
に、プロセスガスのプラズマを除いても、セルフスパッ
タリング状態が維持される。
As described above, after the process gas plasma is generated and the sputtered particles are generated by the plasma, a vertical magnetic field is generated to ionize the sputtered particles. Therefore, it is possible to shift from the normal sputtering state to the transition state. In the transition state, since the plasma region of the process gas is different from the ionization region of the particles to be sputtered, self-sputtering proceeds stably without mutual interference. Therefore, the self-sputtering state is maintained even if the plasma of the process gas is removed.

【0050】以上、説明したように、セルフスパッタリ
ング方法は、真空チャンバ内にプロセスガスを供給する
工程と、ターゲットのエロージョン面近傍においてプロ
セスガスをプラズマ化する工程と、基板表面と所定の角
度をなす基準軸に沿った磁場を真空チャンバ内に発生す
る工程と、を備える。このような所定の角度とは、被ス
パッタリング粒子が到達すべき基板表面に垂直であるこ
とが好ましい。
As described above, according to the self-sputtering method, the step of supplying the process gas into the vacuum chamber, the step of converting the process gas into plasma near the erosion surface of the target, and the step of forming a predetermined angle with the substrate surface are performed. Generating a magnetic field along the reference axis in the vacuum chamber. Such a predetermined angle is preferably perpendicular to the substrate surface to which the particles to be sputtered should reach.

【0051】このように、真空チャンバ12内にプロセ
スガスを供給した後に、ターゲット16のエロージョン
面16aの近傍領域においてプロセスガスをプラズマ化
するようにしたので、エロージョン面16aから被スパ
ッタリング粒子が生成される。また、エロージョン面1
6aと略直交する基準軸に沿った磁場を上記の近傍領域
とは異なる真空チャンバ12内の領域に発生させるよう
にしたので、基準軸と平行な方向の磁場成分がこれと直
交する成分に比べて優勢な領域が真空チャンバ内12に
形成される。この領域内では、被スパッタリング粒子は
容易にイオン化される。イオン化された粒子はターゲッ
ト16に向けて加速されて、この粒子がエロージョン面
16aに到達すると、別の被スパッタリング粒子を発生
させる。このため、通常のスパッタリングと共に、セル
フスパッタリングが連続的に進行する。
As described above, after the process gas is supplied into the vacuum chamber 12, the process gas is turned into plasma in a region near the erosion surface 16a of the target 16, so that particles to be sputtered are generated from the erosion surface 16a. You. Erosion surface 1
Since a magnetic field along a reference axis substantially perpendicular to 6a is generated in a region in the vacuum chamber 12 different from the above-described neighboring region, a magnetic field component in a direction parallel to the reference axis is smaller than a component perpendicular to the reference axis. A dominant region is formed in the vacuum chamber 12. Within this region, the sputtered particles are easily ionized. The ionized particles are accelerated toward the target 16, and when the particles reach the erosion surface 16a, generate another sputtered particle. For this reason, self-sputtering proceeds continuously with normal sputtering.

【0052】また、プロセスガスの供給を停止すると、
プロセスガスの分圧だけ真空度が高くなる。一方、磁場
発生工程において所定の磁場が発生されているので、プ
ロセスガスの供給がなくてもセルフスパッタリングによ
って被スパッタリング粒子の生成を維持される。また、
プロセスガスの粒子がスパッタリング粒子と衝突するこ
とがなくなる。
When the supply of the process gas is stopped,
The degree of vacuum is increased by the partial pressure of the process gas. On the other hand, since the predetermined magnetic field is generated in the magnetic field generating step, the generation of the particles to be sputtered is maintained by the self-sputtering without the supply of the process gas. Also,
The process gas particles do not collide with the sputtered particles.

【0053】更に、磁場発生工程に先だってプラズマ工
程を実行すると、磁場発生工程において発生される磁場
の大きさ及び方向に係わらずプロセスガスのプラズマを
安定して生成可能である。この後に、磁場発生工程を実
行すれば、プラズマ工程において生成されたスパッタリ
ング粒子をもとにしてスムーズにセルフスパッタリング
に移行可能となる。
Further, when the plasma process is performed prior to the magnetic field generating step, the plasma of the process gas can be generated stably regardless of the magnitude and direction of the magnetic field generated in the magnetic field generating step. After that, if the magnetic field generation step is performed, it is possible to smoothly shift to self-sputtering based on the sputtered particles generated in the plasma step.

【0054】このように、プロセスガスのプラズマをエ
ロージョン面近傍に形成するようにしたので、エロージ
ョン面からスパッタリングされた粒子が生成される。タ
ーゲットのエロージョン面と基板の表面とを結ぶ基準軸
に沿った磁場をターゲットと基板との間の領域に発生す
るようにしたので、ターゲットからスパッタリングされ
た粒子がイオン化される。イオン化された粒子がエロー
ジョン面に達すると、別の粒子をスパッタリングする。
このようにしてスパッタリング粒子を発生するようにし
たので、プロセスガスの供給を停止してもセルフスパッ
タリングが連続的に進行される。ターゲットからセルフ
スパッタリングされた粒子の一部は上記基準軸の沿って
進行し、基板の成膜されるべき表面に到達する。このた
め、セルフスパッタリングによって発生された粒子が順
次に基板の表面に堆積される。したがって、ボトムカバ
リッジが良好な膜が基板上に堆積される。
As described above, since the plasma of the process gas is formed near the erosion surface, particles sputtered from the erosion surface are generated. Since a magnetic field along the reference axis connecting the erosion surface of the target and the surface of the substrate is generated in a region between the target and the substrate, particles sputtered from the target are ionized. When the ionized particles reach the erosion surface, another particle is sputtered.
Since the sputtered particles are generated in this way, the self-sputtering proceeds continuously even when the supply of the process gas is stopped. Some of the particles sputtered from the target travel along the reference axis and reach the surface of the substrate on which the film is to be formed. Therefore, particles generated by self-sputtering are sequentially deposited on the surface of the substrate. Therefore, a film with good bottom coverage is deposited on the substrate.

【0055】このようなセルフスパッタリングを成膜方
法に適用すると、次のようになる。真空チャンバ内に設
けられたターゲットからスパッタリングされた粒子によ
ってターゲットからスパッタリングされる粒子を用いて
膜を形成する成膜方法であって、成膜されるべき表面を
有する基板を真空チャンバ内に配置する工程と、真空チ
ャンバ内にプロセスガスを供給する供給工程と、エロー
ジョン面の近傍においてプロセスガスのプラズマを形成
して、ターゲットからスパッタリング粒子を発生させる
するプラズマ工程と、ターゲットのエロージョン面と基
板の表面とを結ぶ基準軸に沿った磁場をターゲットのエ
ロージョン面と基板の表面との間の空間に発生して、セ
ルフスパッタリングによってターゲットからスパッタリ
ング粒子を発生するセルフスパッタリング工程と、セル
フスパッタリング工程の後に、プロセスガスの供給を停
止する停止工程と、を備える。
When such self-sputtering is applied to a film forming method, the following is obtained. A method for forming a film using particles sputtered from a target by particles sputtered from a target provided in a vacuum chamber, wherein a substrate having a surface to be formed is disposed in the vacuum chamber. A process of supplying a process gas into a vacuum chamber, a plasma process of forming a plasma of the process gas in the vicinity of the erosion surface to generate sputtered particles from the target, and an erosion surface of the target and a surface of the substrate. A self-sputtering step of generating a magnetic field along the reference axis connecting the target in the space between the erosion surface of the target and the surface of the substrate to generate sputtered particles from the target by self-sputtering, and after the self-sputtering step, the process Gas supply Comprising a stopping step of stopping, the.

【0056】このように、セルフスパッタリングによっ
て発生された粒子が順次に基板の表面に堆積させると、
ボトムカバリッジが良好な膜が基板上に堆積される。ま
た、プロセスガスの供給がなくても、適切な磁場および
電流が加えられているので、セルフスパッタリングによ
って被スパッタリング粒子の生成を維持される。一方、
プロセスガスの供給を停止すると、プロセスガスの分圧
だけ真空度が高くなる。このため、プロセスガスの粒子
がスパッタリング粒子と衝突することがなくなるので、
ボトムカバリッジ率が更に向上する。加えて、磁場がパ
ルス状に発生すようにすると、セルフスパッタリングと
成膜を交互に進行する。つまり、磁場が十分に大きいと
きはセルフスパッタリングが十分に生じて、多数のスパ
ッタリングされた粒子が発生する。磁場が小さいときま
たは磁場がないときはスパッタリングされた粒子は基板
の表面に到達して、その上に膜を形成する。
As described above, when the particles generated by the self-sputtering are sequentially deposited on the surface of the substrate,
A film with good bottom coverage is deposited on the substrate. In addition, even when the process gas is not supplied, the generation of the particles to be sputtered is maintained by the self-sputtering because the appropriate magnetic field and current are applied. on the other hand,
When the supply of the process gas is stopped, the degree of vacuum increases by the partial pressure of the process gas. Because the process gas particles do not collide with the sputtered particles,
The bottom coverage ratio is further improved. In addition, when a magnetic field is generated in a pulsed manner, self-sputtering and film formation alternately proceed. That is, when the magnetic field is sufficiently large, self-sputtering occurs sufficiently, and a large number of sputtered particles are generated. In low or no magnetic fields, the sputtered particles reach the surface of the substrate and form a film thereon.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わるスパッタリング装置では、マグネトロンユニットに
よってプロセスガスは、エロージョン面の近傍において
プラズマ化される。このため、ターゲットのエロージョ
ン面からターゲット粒子がスパッタリングされる。ま
た、基準軸の周りに導線を巻き回して形成されたコイル
を設けたので、エロージョン面に垂直方向の磁場成分が
水平方向の磁場成分に比べて大きいような磁場が真空チ
ャンバ内においてエロージョン面の近傍とは異なる領域
に発生される。スパッタリングされた粒子は、垂直成分
が水平成分に比べて優勢な真空チャンバ内の領域におい
て効率的にイオン化される。このため、コイルを用いて
発生された磁場によってイオン化された粒子は、エロー
ジョン面に向けて加速され、エロージョン面に衝突する
と別のスパッタリング粒子が生成される。故に、セルフ
スパッタリングが連続的に生じる。
As described above in detail, in the sputtering apparatus according to the present invention, the process gas is turned into plasma near the erosion surface by the magnetron unit. For this reason, target particles are sputtered from the erosion surface of the target. In addition, since a coil formed by winding a conductive wire around the reference axis is provided, a magnetic field in which the magnetic field component in the direction perpendicular to the erosion surface is larger than the magnetic field component in the horizontal direction is generated in the erosion surface in the vacuum chamber. It is generated in an area different from the vicinity. The sputtered particles are efficiently ionized in regions within the vacuum chamber where the vertical component is dominant over the horizontal component. For this reason, the particles ionized by the magnetic field generated using the coil are accelerated toward the erosion surface, and when the particles collide with the erosion surface, another sputtered particle is generated. Therefore, self-sputtering occurs continuously.

【0058】つまり、本発明に係わるスパッタリング装
置によれば、プロセスガスをプラズマ化と、被スパッタ
リング粒子のイオン化を空間的に分離して行うことを可
能な磁場を形成することができる。また、被スパッタリ
ング粒子のイオン化に好適な磁場が、プロセスガスのプ
ラズマ化にあまり影響を及ぼすことなく発生可能であ
る。このため、プロセスガス放電を比較的低い電圧にお
いて発生させることができる。また、セルフスパッタリ
ングへの移行中にも、この放電が切れてしまうことが防
止された。
That is, according to the sputtering apparatus of the present invention, it is possible to form a magnetic field capable of spatially separating the process gas into plasma and the ionization of particles to be sputtered. In addition, a magnetic field suitable for ionizing the particles to be sputtered can be generated without significantly affecting the process gas into plasma. Therefore, the process gas discharge can be generated at a relatively low voltage. In addition, this discharge was prevented from being cut off during the transition to the self-sputtering.

【0059】また、本発明に係わる成膜方法では、上記
のようなセルフスパッタリングを適用して被スパッタリ
ング粒子を発生するようにしたので、プロセスガスの供
給を停止してもセルフスパッタリングが連続的に進行さ
れる。ターゲットからセルフスパッタリングされた粒子
の一部は上記基準軸の沿って進行し、基板の成膜される
べき表面に到達する。このため、セルフスパッタリング
によって発生された粒子が順次に基板の表面に堆積され
る。したがって、ボトムカバリッジが良好な膜が基板上
に堆積される。
Further, in the film forming method according to the present invention, since the sputtered particles are generated by applying the above-described self-sputtering, the self-sputtering is continuously performed even when the supply of the process gas is stopped. Be advanced. Some of the particles sputtered from the target travel along the reference axis and reach the surface of the substrate on which the film is to be formed. Therefore, particles generated by self-sputtering are sequentially deposited on the surface of the substrate. Therefore, a film with good bottom coverage is deposited on the substrate.

【0060】したがって、セルフスパッタリングを安定
に生じさせるために適切な磁場を発生可能なスパッタリ
ング装置、およびセルフスパッタリングを利用した成膜
方法が提供される。
Accordingly, a sputtering apparatus capable of generating an appropriate magnetic field for stably generating self-sputtering, and a film forming method using self-sputtering are provided.

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

【図1】図1は、本発明に従うマグネトロン式スパッタ
リング装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetron type sputtering apparatus according to the present invention.

【図2】図2は、各マグネトロンユニットの配置位置を
示すための上面図である。
FIG. 2 is a top view showing an arrangement position of each magnetron unit.

【図3】図3は、1個のマグネットの部分を拡大したマ
グネトロンユニットの拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view of a magnetron unit in which a portion of one magnet is enlarged.

【図4】図4は、本発明に係わるスパッタリング装置に
形成される磁場を示した構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a magnetic field formed in a sputtering apparatus according to the present invention.

【図5】図5は、スパッタリング装置を操作するタイミ
ングチャートを示している。
FIG. 5 shows a timing chart for operating the sputtering apparatus.

【図6】図6は、通常スパッタリング状態、遷移状態お
よびセルフスパッタリング状態を説明するための模式図
である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a normal sputtering state, a transition state, and a self-sputtering state.

【符号の説明】 10…スパッタリング装置、12…真空チャンバ、13
a、13b…絶縁部材、14…ハウジング、15…基
板、16…ターゲット、18…ペディスタル、20…排
気ポート、21…真空ポンプ、22…供給ポート、23
…バルブ、24…加速用電源、25…プロセスガス供給
源、26…シールド、27…コイル、28…ソレノイド
コイル用電源、29…制御器、30…マグネトロンユニ
ット、32…ベースプレート、34…マグネット、36
…駆動モータ、38…駆動用モータ、40…ヨーク部
材、42、44…棒磁石、
[Description of Signs] 10: sputtering apparatus, 12: vacuum chamber, 13
a, 13b: insulating member, 14: housing, 15: substrate, 16: target, 18: pedestal, 20: exhaust port, 21: vacuum pump, 22: supply port, 23
... Valve, 24 ... Power supply for acceleration, 25 ... Process gas supply source, 26 ... Shield, 27 ... Coil, 28 ... Power supply for solenoid coil, 29 ... Controller, 30 ... Magnetron unit, 32 ... Base plate, 34 ... Magnet, 36
... drive motor, 38 ... drive motor, 40 ... yoke member, 42, 44 ... bar magnet,

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成11年5月17日(1999.5.1
7)
[Submission date] May 17, 1999 (1999.5.1
7)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Correction target item name] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 優一 千葉県成田市新泉14−3野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Fターム(参考) 4K029 BD02 DC33 DC45 EA09 4M104 BB04 5F103 AA08 BB14 BB22 BB59 DD28 NN05  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yuichi Wada 14-3 Shinizumi, Narita-shi, Chiba Pref. In Nogedaira Industrial Park Applied Materials Japan Co., Ltd. F-term (reference) 4K029 BD02 DC33 DC45 EA09 4M104 BB04 5F103 AA08 BB14 BB22 BB59 DD28 NN05

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内において基板を支持するための支持
手段と、 前記支持手段によって支持される基板にエロージョン面
が対面するように設けられたターゲットと、 前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガ
ス供給手段と、 前記真空チャンバ内に供給されたプロセスガスをプラズ
マ化するためのプラズマ化手段と、 前記真空チャンバを減圧するための減圧手段と、 前記ターゲットの前記エロージョン面とは、反対の側に
配置されたマグネトロンユニットと、を備えるスパッタ
リング装置であって、 前記ターゲットのエロージョン面と前記支持手段によっ
て支持される基板の表面とを結ぶ基準軸の周りに、2つ
の端部を有する導線が巻き回されたコイルと、を備える
スパッタリング装置。
A vacuum chamber; supporting means for supporting a substrate in the vacuum chamber; a target provided such that an erosion surface faces the substrate supported by the supporting means; A gas supply unit for supplying a process gas to the process chamber; a plasma generating unit for converting the process gas supplied into the vacuum chamber into a plasma; a depressurizing unit for depressurizing the vacuum chamber; The erosion surface is a sputtering apparatus including: a magnetron unit disposed on the opposite side; wherein a reference axis connecting the erosion surface of the target and the surface of the substrate supported by the support means is disposed around a reference axis. A coil wound around a conductive wire having two ends.
【請求項2】 前記ガス供給手段、前記プラズマ化手
段、前記マグネトロンユニット、および前記コイルの作
動を制御するための制御ユニットを更に備える請求項1
に記載のスパッタリング装置。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising a control unit for controlling the operation of the gas supply unit, the plasma generating unit, the magnetron unit, and the coil.
3. The sputtering apparatus according to 1.
【請求項3】 前記導線の一端および他端にそれぞれ接
続され、パルス電圧を発生可能であるコイル用電源を更
に備える、ことを特徴とする請求項1に記載のスパッタ
リング装置。
3. The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a coil power supply connected to one end and the other end of the conductive wire and capable of generating a pulse voltage.
【請求項4】 真空チャンバ内に設けられたターゲット
からスパッタリングされた粒子によって前記ターゲット
からスパッタリングされる粒子を用いて膜を形成する成
膜方法であって、 成膜されるべき表面を有する基板を前記真空チャンバ内
に配置する工程と、 前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給する供給工程
と、 前記エロージョン面の近傍において前記プロセスガスの
プラズマを形成して、前記ターゲットからスパッタリン
グ粒子を発生するプラズマ工程と、 前記ターゲットの前記エロージョン面と前記基板の前記
表面とを結ぶ基準軸に沿った磁場を前記ターゲットと前
記基板との間の空間に発生することによって、セルフス
パッタリングによって前記ターゲットからスパッタリン
グ粒子を発生し、前記基板に成膜する成膜工程と、 前記プロセスガスの供給を停止する停止工程と、を備え
る成膜方法。
4. A film forming method for forming a film using particles sputtered from a target provided in a vacuum chamber by using particles sputtered from the target, wherein a substrate having a surface on which a film is to be formed is formed. Disposing the process gas in the vacuum chamber; supplying the process gas into the vacuum chamber; and forming a plasma of the process gas in the vicinity of the erosion surface to generate sputtered particles from the target. And generating a magnetic field along a reference axis connecting the erosion surface of the target and the surface of the substrate in a space between the target and the substrate, thereby generating sputtered particles from the target by self-sputtering. Forming a film on the substrate; Film forming method and a stopping step of stopping the supply of the process gas.
【請求項5】 前記成膜工程は、前記磁場をパルス状に
発生する工程を含む、ことを特徴とする請求項1に記載
の成膜方法。
5. The film forming method according to claim 1, wherein the film forming step includes a step of generating the magnetic field in a pulse shape.
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