JP2000156374A - Plasma processing apparatus applying sputtering process - Google Patents

Plasma processing apparatus applying sputtering process

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JP2000156374A
JP2000156374A JP11144954A JP14495499A JP2000156374A JP 2000156374 A JP2000156374 A JP 2000156374A JP 11144954 A JP11144954 A JP 11144954A JP 14495499 A JP14495499 A JP 14495499A JP 2000156374 A JP2000156374 A JP 2000156374A
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陽一郎 沼沢
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma sputtering device capable of attaining high ion concentration, excellent efficiency in utilizing targets, high film forming velocity and uniformity in film thickness. SOLUTION: A plasma processing device to which sputtering is applied is provided with an reaction container 100 comprising an upper electrode 1 and a lower electrode 23 facing in parallel each other via at least one part of the inner space in the reaction container, and a target plate 7 secured on the upper electrode. An electrode 27 which requires a processing by a sputtering process is mounted on the lower electrode. One of the first rf power source 18 which works in an HF region or a VHF region and the other power source which works in an MF region are connected to the upper power source.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はスパッタ処理応用のプラ
ズマ処理装置に関し、特に、半導体産業において集積回
路を製造する工程の間で金属または誘電体物質のスパッ
タリング工程に役立つ、rf電極におけるプラズマイオ
ン密度とイオンエネルギを独立に制御できるように改善
されたプラズマ源を備えた、プラズマ支援スパッタリン
グ装置のようなプラズマ処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for sputter processing applications, and more particularly to a plasma ion density at an rf electrode, which is useful in the semiconductor industry during the process of manufacturing integrated circuits during the sputtering of metal or dielectric materials. And a plasma processing apparatus, such as a plasma-assisted sputtering apparatus, having an improved plasma source capable of independently controlling ion energy.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体産業での将来の要求に関して、大
面積基板を処理するための大面積でかつ高密度のプラズ
マ源が必要とされる。特に、堆積膜の均一性を高めかつ
ターゲットの利用効率を高めた状態で金属または誘電体
物質をスパッリングする工程のための新しいプラズマ源
の開発は重要である。これらの事実は図7〜10に従っ
て2つの従来のプラズマ源を用いて説明され、これらの
プラズマ源は、通常、200mmウェハ、もしくはフラ
ットパネルプラズマ処理装置に用いられる。
BACKGROUND OF THE INVENTION With future demands in the semiconductor industry, large area, high density plasma sources are needed to process large area substrates. In particular, it is important to develop a new plasma source for the process of spattering a metal or a dielectric material while increasing the uniformity of the deposited film and increasing the utilization efficiency of the target. These facts are illustrated using two conventional plasma sources according to FIGS. 7-10, which are typically used in 200 mm wafer or flat panel plasma processing equipment.

【0003】図10〜12は半導体産業におけるスパッ
タ応用のために用いられる従来のマグネトロン型のプラ
ズマ源を簡素化した図を示している。反応容器50は、
基本的に、非磁性金属で作られた上部電極51と、円筒
形の側壁52と、底部プレート53と、下部電極59と
によって構成されている。上部電極51と下部電極59
は反応容器50の少なくとも主要部分(内部空間)を介
して互いに平行である。側壁52と底部プレート53は
例えばステンレス鋼のような金属で作られている。側壁
52の上側部分は絶縁物54で作られており、その絶縁
物54の上に上部電極51が配置されている。スパッタ
されることを必要とされる物質で作られたターゲットプ
レート55は上部電極51の下側表面に固定されてい
る。ターゲットプレート55は上部電極51よりも少し
小さい寸法を有している。上部電極51の上側表面の上
に中心磁石56aと外側磁石56bが同心円的に配置さ
れている。中心磁石56aは円形の形状をしたブロック
である。外側磁石56bはリング形状をしている。磁石
56a,56bの高さと幅は重要な事項ではなく、反応
容器の寸法に従って選択され得る。磁石56a,56b
は、上部電極51の上に、反応容器50の内部に向かう
反対の磁極を有するように配置されている。これらの磁
石のかかる配置は、図11に示されるように、中心から
周辺に向かうあるいはその逆に向かう磁界57を生成す
る。
FIGS. 10 to 12 show simplified views of a conventional magnetron-type plasma source used for sputtering applications in the semiconductor industry. The reaction vessel 50
Basically, it is constituted by an upper electrode 51 made of a non-magnetic metal, a cylindrical side wall 52, a bottom plate 53, and a lower electrode 59. Upper electrode 51 and lower electrode 59
Are parallel to each other via at least a main part (inner space) of the reaction vessel 50. The side walls 52 and the bottom plate 53 are made of metal, for example, stainless steel. The upper part of the side wall 52 is made of an insulator 54, and the upper electrode 51 is disposed on the insulator 54. A target plate 55 made of a material that needs to be sputtered is fixed to the lower surface of the upper electrode 51. The target plate 55 has a slightly smaller dimension than the upper electrode 51. A center magnet 56a and an outer magnet 56b are concentrically arranged on the upper surface of the upper electrode 51. The center magnet 56a is a block having a circular shape. The outer magnet 56b has a ring shape. The height and width of the magnets 56a, 56b are not critical and can be selected according to the dimensions of the reaction vessel. Magnets 56a, 56b
Are arranged on the upper electrode 51 so as to have opposite magnetic poles toward the inside of the reaction vessel 50. Such an arrangement of these magnets generates a magnetic field 57 that is directed from the center to the periphery and vice versa, as shown in FIG.

【0004】処理されるべき基板58は、絶縁物60の
上に置くことによって、底部プレート53から電気的に
絶縁された下部電極59の上に搭載される。下部電極5
9には、整合回路64を通してrf電源(高周波電源)
63からrf電力が与えられてもよいし、また与えられ
なくてもよい。もし下部電極59にrf電力が供給され
るならば、rf電源63の周波数は、通常、MF領域に
存在する。rf電流が下部電極59に与えられるとき、
下部電極59は負にバイアスされ、それによって基板5
8の表面にイオン衝突がもたらされる。イオン衝突は、
基板の表面に堆積された膜のエッチングの原因になる
が、下部電極59の自己バイアス電圧は、膜の堆積速度
が膜のエッチング速度を越えるように制御される。
[0004] A substrate 58 to be processed is mounted on a lower electrode 59 which is electrically insulated from the bottom plate 53 by placing it on an insulator 60. Lower electrode 5
9, an rf power supply (high-frequency power supply) through a matching circuit 64
Rf power from 63 may or may not be provided. If rf power is supplied to the lower electrode 59, the frequency of the rf power supply 63 is usually in the MF range. When the rf current is applied to the lower electrode 59,
The lower electrode 59 is negatively biased, thereby causing the substrate 5
An ion bombardment is brought about on the surface of FIG. Ion collisions
The self-bias voltage of the lower electrode 59 is controlled so that the deposition rate of the film exceeds the etching rate of the film, which causes etching of the film deposited on the surface of the substrate.

【0005】上部電極51は整合回路62を通してrf
電源61に接続される。rf電源61の周波数は通常1
3.56MHzで作用する。上部電極51にrf電力が
適用されるとき、プラズマは容量結合の機構によって生
成される。
The upper electrode 51 passes through a matching circuit 62 to rf
Connected to power supply 61. The frequency of the rf power supply 61 is usually 1
Operates at 3.56 MHz. When rf power is applied to the upper electrode 51, a plasma is generated by a capacitive coupling mechanism.

【0006】図13に示されるように、他の従来のマグ
ネトロン型スパッタリング源において、レーストラック
形状の磁界領域65が用いられる。中心磁石66aと外
側磁石66bの形状を除いてすべての他の部分は図10
〜12に示された部分と同じである。磁石66aと磁石
66bは丸いコーナを備えた矩形の形状であり、生成さ
れるプラズマは類似の形状となる。それ故に、このプラ
ズマ源を使用する場合には、基板表面の全体にわたって
均一な膜堆積を得るため、基板はプラズマ領域を通過さ
せられる必要がある。
As shown in FIG. 13, a racetrack-shaped magnetic field region 65 is used in another conventional magnetron type sputtering source. Except for the shapes of the center magnet 66a and the outer magnet 66b, all other parts are shown in FIG.
12 are the same as those shown in FIGS. The magnets 66a and 66b have a rectangular shape with rounded corners, and the generated plasma has a similar shape. Therefore, when using this plasma source, the substrate needs to be passed through a plasma region to obtain a uniform film deposition over the substrate surface.

【0007】[0007]

【発明が解決すべき課題】図10に示された平行平板プ
ラズマ反応容器は、接近した平行な電極51,59によ
る大面積プラズマ、プラズマの容易な放電開始(ignitio
n)、そして電極表面でのプラズマのイオンエネルギの制
御可能性というような、いくつかの利点を有する。しか
しながら、容量結合プラズマの固有な属性のため、特に
もし例えば13.56MHzのような低いrf周波数に
よる励起が使用されるならば、これらのプラズマ源のイ
オン密度は低くなる。イオン密度は、rf励起周波数を
増大させることによって増大させられる。しかしなが
ら、励起周波数の増大は、イオンエネルギの減少、それ
によってスパッタリング速度の減少という結果をもたら
す自己バイアス電圧の減少の原因となる。このように、
このタイプのプラズマ源の主たる欠点の1つは、自己バ
イアス電圧とプラズマイオン密度を独立に制御すること
ができないということである。
The parallel plate plasma reactor shown in FIG. 10 has a large-area plasma by close parallel electrodes 51 and 59, and easy ignition of plasma.
n) and has several advantages, such as controllability of the ion energy of the plasma at the electrode surface. However, due to the inherent attributes of capacitively coupled plasmas, the ion density of these plasma sources will be low, especially if excitation is used with a low rf frequency, eg, 13.56 MHz. The ion density is increased by increasing the rf excitation frequency. However, an increase in the excitation frequency causes a decrease in the self-bias voltage, which results in a decrease in ion energy and thereby a decrease in sputtering rate. in this way,
One of the major disadvantages of this type of plasma source is that the self-bias voltage and plasma ion density cannot be controlled independently.

【0008】平行平板プラズマ反応容器に関する第2の
問題は、上部電極51に接続されたターゲットプレート
55の不均一なエッチング速度である。プラズマが生成
されるとき、2つの磁石56a,56bの間にある電子
は磁界57によって閉じ込められ、プラズマ密度の増大
をもたらす。磁界57はドーナツ形状をした領域に存在
するので、より高い密度のプラズマもまた同じ形状を持
つ。それ故に、磁石56a,56bの間のターゲップレ
ート55の材質部分がより高い速度でスパッタされる。
対照的に、中心領域と周辺領域でのプラズマ密度が相対
的により弱くなり、それ故にこれらの領域に対応するタ
ーゲット部分でのスパッタリング速度はより小さくな
る。ターゲットプレート55のこの不均一なスパッタリ
ング速度のため、長時間の動作の後、その断面形状の輪
郭は図12に示されるようになる。ターゲットプレート
55の表面における中心と周辺の間の領域が最初に使え
なくなることになる。最も高いエッチング速度の領域が
ターゲットプレート55の寿命を決めることとなるの
で、磁石56a,56bの構成はターゲット材料の利用
効率を低下させる。
A second problem with parallel plate plasma reactors is the non-uniform etching rate of the target plate 55 connected to the upper electrode 51. When a plasma is created, the electrons between the two magnets 56a, 56b are confined by the magnetic field 57, resulting in an increase in the plasma density. Since the magnetic field 57 is present in the donut shaped region, the higher density plasma also has the same shape. Therefore, the material portion of the target plate 55 between the magnets 56a and 56b is sputtered at a higher speed.
In contrast, the plasma density in the central and peripheral regions is relatively weaker, and therefore, the sputtering rate at the target portion corresponding to these regions is lower. Due to this non-uniform sputtering rate of the target plate 55, after prolonged operation, the profile of its cross-sectional shape becomes as shown in FIG. The area between the center and the periphery of the surface of the target plate 55 will be initially unusable. Since the region having the highest etching rate determines the life of the target plate 55, the configuration of the magnets 56a and 56b lowers the utilization efficiency of the target material.

【0009】第3の問題は、ターゲットプレート55の
下側に生成されるプラズマが放射状のラインに沿って高
い不均一性を有することである。これはターゲットプレ
ート55から基板58へのターゲット材料の不均一な流
れの原因となり、このことが基板58の表面における膜
堆積の不均一性をもたらす。スパッタされる材料の均一
な流れを得るため基板58は反応容器50でさらに下側
に取り付けられなければならず、このことが反応容器5
0のアスペクト比をさらに高くさせる原因となる。しか
しながら、電極の間隔を長くすることは膜堆積速度の低
下という結果をもたらす。
A third problem is that the plasma generated below the target plate 55 has a high degree of non-uniformity along the radial lines. This causes a non-uniform flow of target material from the target plate 55 to the substrate 58, which leads to non-uniform film deposition on the surface of the substrate 58. In order to obtain a uniform flow of material to be sputtered, the substrate 58 must be mounted further down in the reaction vessel 50, which
This causes the aspect ratio of 0 to be further increased. However, increasing the electrode spacing results in a reduced film deposition rate.

【0010】第4の問題は、もしプラズマが不均一であ
るならば、基板の表面上に不均一なイオンの流れを生じ
させるということである。このことは、特にもし下部電
極59にrf電力を適用することによって基板58が負
にバイアスされているならば、当該基板の表面上で局地
的な電荷蓄積の原因となり、結局は基板58におけるサ
ブミクロン規模の要素の電気的破損という結果をもたら
す。この電荷蓄積による損傷は特に図13に示された磁
石配列での発生が予測される。何故ならば、一般的には
基板の一部のみがプラズマにさらされるためである。
[0010] A fourth problem is that if the plasma is non-uniform, it will cause a non-uniform ion flow over the surface of the substrate. This causes local charge accumulation on the surface of the substrate 58, especially if the substrate 58 is negatively biased by applying rf power to the This results in electrical breakdown of sub-micron scale elements. Damage due to this charge accumulation is expected to occur particularly in the magnet arrangement shown in FIG. This is because generally only a part of the substrate is exposed to the plasma.

【0011】従来のスパッタリング装置の第5の問題
は、微細なコントクトホールにおける底部被覆の不良で
ある。この問題は、粒子に方向性を持たせた(collimate
d)スパッタ装置、もしくは互いの電極をさらに離しその
間隔を大きくしたロング・スロー・スパッタ装置を用い
ることによって解決することができるが、この装置は成
膜速度を低下させるという問題を作り出す。
[0011] A fifth problem of the conventional sputtering apparatus is poor bottom coverage in fine contact holes. The problem was that the particles were oriented (collimate
d) The problem can be solved by using a sputtering apparatus or a long throw sputtering apparatus in which the electrodes are further separated from each other and the interval between them is increased, but this apparatus creates a problem that the film forming speed is reduced.

【0012】基板表面に対して平行なイオンの流れを得
る他の方法は、基板58に対してバイアス電圧を与える
ことである。この工程は、イオン化スパッタリングと呼
ばれている。イオン化スパッタリングは、微細なコンタ
クトホールにおける良好な底部被覆を実現する。この工
程において、スパッタされた物質は電荷移動衝突によっ
て電極51,59の間でイオン化される。それ故に、よ
り高い成膜速度を達成するため、プラズマにおけるイオ
ン集中が増大させられなければならない。しかしなが
ら、プラズマイオン密度は13.56MHzの放電では
低い。さらにこれらのイオンの少部分がターゲットプレ
ート55によって消費される。それ故に、スパッタされ
た原子をイオン化するための十分なイオン集中は存在せ
ず、低い成膜速度という結果をもたらす。
Another way to obtain a flow of ions parallel to the substrate surface is to apply a bias voltage to the substrate 58. This step is called ionization sputtering. Ionized sputtering achieves good bottom coverage in fine contact holes. In this step, the sputtered material is ionized between the electrodes 51 and 59 by charge transfer collision. Therefore, to achieve higher deposition rates, the concentration of ions in the plasma must be increased. However, the plasma ion density is low for a 13.56 MHz discharge. Further, a small portion of these ions are consumed by the target plate 55. Therefore, there is not enough ion concentration to ionize sputtered atoms, resulting in a low deposition rate.

【0013】本発明の目的は、より高いイオン集中、よ
り良いターゲット利用効率、より高い成膜速度、そして
より良い薄膜の厚み均一性を伴うスパッタ処理応用のた
めのプラズマ処理装置を提供することにある。
[0013] It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus for sputter processing applications with higher ion concentration, better target utilization efficiency, higher deposition rate, and better thin film thickness uniformity. is there.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明に係るスパッタ処
理応用のプラズマ処理装置は、前述の目的を達成するた
め、次のように構成される。
According to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus to which the present invention is applied.

【0015】プラズマ処理装置は、反応容器の内部空間
の少なくとも一部を介して平行に互いに向かい合う上部
電極と下部電極を備えてなる当該反応容器と、上部電極
に固定されたターゲットプレートとを有している。処理
されるべき基板は下部電極の上に搭載され、スパッタ工
程によって処理される。さらにプラズマ処理装置は、上
部電極に接続されかつHF領域またはVHF領域で動作
する1つのrf電源(高周波電源)を備え、上部電極に
接続されかつMF領域で動作する他のrf電源(高周波
電源)を備えている。
The plasma processing apparatus includes a reaction vessel having an upper electrode and a lower electrode facing each other in parallel via at least a part of the internal space of the reaction vessel, and a target plate fixed to the upper electrode. ing. The substrate to be processed is mounted on the lower electrode and processed by a sputtering process. Further, the plasma processing apparatus includes one rf power supply (high-frequency power supply) connected to the upper electrode and operating in the HF region or the VHF region, and another rf power supply (high-frequency power supply) connected to the upper electrode and operating in the MF region. It has.

【0016】プラズマ処理装置は、上記第2のrf電源
の代わりに、上部電極に接続されるDC電源を備えるこ
とができる。
The plasma processing apparatus can include a DC power supply connected to the upper electrode instead of the second rf power supply.

【0017】前述のプラズマ処理装置において、上部電
極は非磁性金属で作られており、複数の磁石が上部電極
の外側に個々に離れて配置されており、当該磁石の反応
容器の内側に面する磁極は二者択一的に(N極とS極の
うちからいずれか一方になるように)変化されかつこれ
らの磁石は上部電極の内側表面の近くで閉じた磁束の磁
界を生成する。
In the above-described plasma processing apparatus, the upper electrode is made of a non-magnetic metal, and a plurality of magnets are separately arranged outside the upper electrode and face the inside of the reaction vessel of the magnet. The poles are alternatively changed (to be either north or south pole) and these magnets create a magnetic field of closed magnetic flux near the inner surface of the top electrode.

【0018】前述のプラズマ処理装置において、上部電
極は平板状の円形または矩形の形状を有し、磁石は上部
電極の表側表面の上に直接に配置されている。
In the above-described plasma processing apparatus, the upper electrode has a plate-like circular or rectangular shape, and the magnet is disposed directly on the front surface of the upper electrode.

【0019】前述のプラズマ処理装置において、複数の
磁石は、同じ極性を有する2つの隣り合う磁石の間の距
離の少なくとも1/2を動くことができる。
In the above-described plasma processing apparatus, the plurality of magnets can move at least half the distance between two adjacent magnets having the same polarity.

【0020】前述のプラズマ処理装置において、MF領
域、HF領域、VHF領域のいずれか1つで動作する他
のrf電源が下部電極に接続される。
In the above-described plasma processing apparatus, another rf power source that operates in one of the MF region, the HF region, and the VHF region is connected to the lower electrode.

【0021】前述のプラズマ処理装置において、MFの
rf電源はローパスフィルタを介して上部電極に接続さ
れている。
In the above-described plasma processing apparatus, the rf power source of the MF is connected to the upper electrode via a low-pass filter.

【0022】スパッタ処理応用のための前述のプラズマ
処理装置において、好ましくは、複数の棒状マグネット
が、側壁の内側表面の近くで線状カスプ磁界を生成する
ように、反応容器の内側に向かう二者択一の極性を備え
て、反応容器の円筒形側壁の表面の周りにて、すなわち
例えば側壁の外側または内側の表面で、あるいはこれら
の表面の近傍で間隔をあけて、あるいは側壁の内部に垂
直に配置される。
In the above-described plasma processing apparatus for sputter processing applications, preferably, a plurality of bar-shaped magnets are directed toward the inside of the reaction vessel so as to generate a linear cusp magnetic field near the inner surface of the side wall. With an alternative polarity, around the surface of the cylindrical side wall of the reaction vessel, i.e., spaced at or near the outer or inner surface of the side wall, or perpendicular to the inside of the side wall Placed in

【0023】スパッタ処理応用のための前述のプラズマ
処理装置において、好ましくは、複数のマグネットが、
側壁の内側表面の近くで点状カスプ磁界を生成するよう
に、反応容器の内側に向かう二者択一の磁極を備えて、
反応容器の円筒形側壁の表面の周りにて、すなわち、さ
らに好ましくは側壁の外側表面で、個々に配置されてい
る。
In the above-described plasma processing apparatus for sputter processing application, preferably, the plurality of magnets are
Providing alternative magnetic poles toward the inside of the reaction vessel to generate a point cusp magnetic field near the inner surface of the side wall;
They are individually arranged around the surface of the cylindrical side wall of the reaction vessel, ie more preferably on the outer surface of the side wall.

【0024】棒状マグネットまたはマグネットを利用し
た前述のカスプ磁界を生成するための構造によって、当
該カスプ磁界は側壁の内側表面との接触によるプラズマ
損失を防止できる。
The above-described structure for generating the cusp magnetic field using the bar-shaped magnet or the magnet can prevent the cusp magnetic field from causing plasma loss due to contact with the inner surface of the side wall.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下に、添付された図面を参照し
て好ましい実施形態が説明される。実施形態の説明を通
して本発明の詳細が明らかにされる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings. Details of the present invention will be made clear through the description of the embodiments.

【0026】本発明の第1実施形態は図1に従って説明
される。図1は第1実施形態のプラズマ処理装置に用い
られるプラズマ源の断面図を示す。このプラズマ処理装
置は容量結合型のタイプであり、スパッタ成膜応用に使
用される。この反応容器100は実質的に前述した従来
の反応容器50と同じである。反応容器100は本質的
に上部電極1、円筒形の側壁3、底部プレート2、下部
電極23から構成されている。反応容器100はまた例
えばガス排出ポートを備えている。当該ガス排出ポート
は容易化のために図1において示されていない。上部電
極1と下部電極23は、反応容器100の少なくとも主
要部分(内部空間)を介して互いに平行である。側壁3
と底部プレート2は例えばステンレス鋼のごとき金属に
よって作られている。スパッタされるべき必要のある材
料で作られたターゲットプレート7は上部電極1の下側
面に固定されている。ターゲットプレート7は上部電極
1よりも少し小さい寸法を有している。上部電極1はA
l(アルミニウム)のような金属で作られており、円筒
形側壁の上部部分4の上に配置されている。上部部分4
は誘電体物質(あるいは絶縁物質)によって作られてい
る。上部電極1は円形形状あるいは四角形状としてもよ
い。いずれの形状においてもその寸法は重要なことでは
なく、処理されるべき必要のある基板の大きさに依存し
て変化させることができる。上部電極1は反応容器10
0の内部に配置され、そのときそれは天井部に組み込ま
れる部分となる。側壁3と底部プレート2は電気的に接
地されている。
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view of a plasma source used in the plasma processing apparatus of the first embodiment. This plasma processing apparatus is of a capacitive coupling type, and is used for sputter deposition. The reaction vessel 100 is substantially the same as the conventional reaction vessel 50 described above. The reaction vessel 100 essentially comprises an upper electrode 1, a cylindrical side wall 3, a bottom plate 2, and a lower electrode 23. The reaction vessel 100 also includes, for example, a gas exhaust port. The gas exhaust port is not shown in FIG. 1 for simplicity. The upper electrode 1 and the lower electrode 23 are parallel to each other via at least a main part (internal space) of the reaction vessel 100. Side wall 3
And the bottom plate 2 are made of metal such as, for example, stainless steel. A target plate 7 made of a material that needs to be sputtered is fixed to the lower surface of the upper electrode 1. The target plate 7 has a slightly smaller dimension than the upper electrode 1. Upper electrode 1 is A
It is made of a metal such as l (aluminum) and is located on the upper part 4 of the cylindrical side wall. Upper part 4
Is made of a dielectric material (or insulating material). The upper electrode 1 may have a circular shape or a square shape. The dimensions of any shape are not critical and can vary depending on the size of the substrate that needs to be processed. The upper electrode 1 is a reaction vessel 10
0, which then becomes the part that is built into the ceiling. The side wall 3 and the bottom plate 2 are electrically grounded.

【0027】ターゲットプレート7は例えばTi、Ti
NあるいはSiO2 によって作られている。ターゲット
プレート7の形状は上部電極1の形状に類似している。
もし上部電極1が円形形状であるならば、ターゲットプ
レート7もまた円形形状である。ターゲットプレート7
の寸法は上部電極1よりも小さい。ターゲットプレート
7の厚みは通常5〜10mmである。
The target plate 7 is made of, for example, Ti, Ti
It is made of N or SiO 2 . The shape of the target plate 7 is similar to the shape of the upper electrode 1.
If the upper electrode 1 is circular, the target plate 7 is also circular. Target plate 7
Are smaller than the upper electrode 1. The thickness of the target plate 7 is usually 5 to 10 mm.

【0028】ターゲットプレート7の縁は通常シールド
プレートと呼ばれる金属板8によって覆われている。タ
ーゲットプレート7とシールドプレート8の間の間隔は
およそ1〜3mmである。シールドプレート8は側壁3
に向かって延び、かつ電気的に接地された状態にある。
The edge of the target plate 7 is covered with a metal plate 8 usually called a shield plate. The distance between the target plate 7 and the shield plate 8 is about 1 to 3 mm. The shield plate 8 is the side wall 3
And is electrically grounded.

【0029】上部電極1の厚みは重要なことではなく、
通常20〜40mmである。上部電極1は通常冷却機構
に結合されている(図1では示されていない)。上部電
極1の冷却工程は重要であり、何故ならば、上部電極1
とターゲットプレート7はターゲット材料上へのより高
いイオンの流れによる作用の間中加熱されるので、ター
ゲットプレート7は真空遮蔽を施して上部電極1に固定
されなければならない。
The thickness of the upper electrode 1 is not important.
Usually it is 20 to 40 mm. The upper electrode 1 is usually connected to a cooling mechanism (not shown in FIG. 1). The step of cooling the upper electrode 1 is important because the upper electrode 1
Since the target plate 7 and the target plate 7 are heated during the action due to the higher ion flow onto the target material, the target plate 7 must be secured to the upper electrode 1 with a vacuum shield.

【0030】プロセスガス、好ましくはArは、側壁3
に形成されたガス導入ポート(図示されず)を通して反
応容器100へ供給される。反応容器100の内部圧力
は、ガスの流速とガス排出ポートに配置されたよく知ら
れた可変オリフィス(図示されず)とを調節することに
よって、制御される。反応容器100の内部圧力はプラ
ズマプロセスのタイプに依存して1 mTorrから100 m
Torrに至るまで変化させられる。
The process gas, preferably Ar, is applied to the side wall 3
The gas is supplied to the reaction vessel 100 through a gas introduction port (not shown) formed in the reaction vessel 100. The internal pressure of the reaction vessel 100 is controlled by adjusting the gas flow rate and a well-known variable orifice (not shown) located at the gas exhaust port. The internal pressure of the reactor 100 ranges from 1 mTorr to 100 m depending on the type of plasma process.
Can be changed up to Torr.

【0031】反応容器100は高周波(HF)または超
高周波(VHF)のrf電源(電力源)18を備えてい
る。rf電源18の周波数はおよそ10〜100MHz
の範囲にあり、代表的には13.56MHzあるいは6
0MHzで動作する。rf電源18は通常低いインピー
ダンスを持ち、代表的にはおよそ50オーム (Ohm)であ
り、0.5〜5kWのrf電力を作ることができる。当
該rf電源18の出力は整合回路19を通して上部電極
1へ供給される。
The reaction vessel 100 has a high frequency (HF) or very high frequency (VHF) rf power source (power source) 18. The frequency of the rf power supply 18 is about 10 to 100 MHz
And typically 13.56 MHz or 6
Operates at 0 MHz. The rf power supply 18 typically has low impedance, typically around 50 ohms (Ohm), and can produce 0.5-5 kW of rf power. The output of the rf power supply 18 is supplied to the upper electrode 1 through the matching circuit 19.

【0032】反応容器100はさらに中間周波(MF)
のrf電源20を備えている。MF・rf電源20の周
波数は0.5〜5MHzの範囲にあり、代表的に1.6
MHzで動作する。当該rf電源20は通常低いインピ
ーダンスを有し、代表的におよそ50オームであり、
0.5〜3kWのrf電力を生成することができる。r
f電源20の出力は整合回路21を通して上部電極1に
供給される。さらにローパスフィルタ22が、上部電極
1から流れるHFあるいはVHFのrf電流がMF・r
f電源20へ流れるのを遮断するため、上部電極1と整
合回路21の間に加えられる。
The reaction vessel 100 further includes an intermediate frequency (MF)
Rf power supply 20 is provided. The frequency of the MF / rf power supply 20 is in the range of 0.5 to 5 MHz, typically 1.6.
Operates at MHz. The rf power supply 20 typically has a low impedance, typically around 50 ohms,
An rf power of 0.5 to 3 kW can be generated. r
The output of the f power supply 20 is supplied to the upper electrode 1 through the matching circuit 21. Further, the low-pass filter 22 detects that the HF or VHF rf current flowing from the upper electrode 1 is MF · r
f is added between the upper electrode 1 and the matching circuit 21 to block the flow to the power supply 20.

【0033】下部電極23は絶縁体28を介して底部プ
レート2に固定されている。下部電極23は電気的に底
部プレート2から絶縁されている。基板27は下部電極
23の上に配置されている。
The lower electrode 23 is fixed to the bottom plate 2 via an insulator 28. The lower electrode 23 is electrically insulated from the bottom plate 2. The substrate 27 is disposed on the lower electrode 23.

【0034】反応容器100は、下部電極23に接続さ
れる第3のrf電源を持つこともできるし、持たなくて
もよい。図1に示された構成では、反応容器100は第
3のrf電源24を備えている。もし反応容器100が
第3のrf電源24を備え、それによってrf電力が下
部電極23に与えられるならば、rf電力の周波数はM
F領域、HF領域あるいはVHF領域にある。このrf
電源24は同様にまた低いインピーダンスを持ち、代表
的に50オームであり、1kWまでのrf電力を生成す
ることができる。当該rf電力は整合回路25を介して
下部電極23に与えられる。ここでハイパスフィルタ2
6の一端は下部電極23と整合回路25の間の伝送線に
接続される。ハイパスフィルタ26の他の端は接地され
ている。ハイパスフィルタを使用する目的は、下部電極
23から到来するHFのrf電流の接地通路を作るため
である。この方法は、第3のrf電源24の、HFのr
f電流による損傷可能性から保護する。
The reaction vessel 100 may or may not have a third rf power supply connected to the lower electrode 23. In the configuration shown in FIG. 1, the reaction vessel 100 has a third rf power supply 24. If the reaction vessel 100 is provided with a third rf power supply 24, whereby rf power is applied to the lower electrode 23, the frequency of the rf power is M
It is in the F region, HF region or VHF region. This rf
Power supply 24 also has a low impedance, typically 50 ohms, and can produce up to 1 kW of rf power. The rf power is supplied to the lower electrode 23 via the matching circuit 25. Here high-pass filter 2
One end of 6 is connected to a transmission line between lower electrode 23 and matching circuit 25. The other end of the high-pass filter 26 is grounded. The purpose of using the high-pass filter is to create a ground path for the rf current of HF coming from the lower electrode 23. This method uses the rf r of the third rf power supply 24.
Protects against potential damage from f-currents.

【0035】前述のプラズマ源を備えた反応容器100
におけるプラズマ生成の仕組みが説明される。rf電源
18とrf電源20から上部電極1に対してMFからV
HFの領域で作用するrf電流が与えられるとき、プラ
ズマは、これらのrf電力の容量的結合の機構によって
生成される。電子はイオンよりも高い熱速度を持ってい
るので、上部電極1は負にバイアスされる。上部電極1
における自己バイアス電圧はプラズマの励起周波数に大
きく依存する。プラズマの励起周波数の増大は、自己バ
イアス電圧の減少とプラズマ密度の増大の原因となる。
上部電極1における負のバイアス電圧の値は、同様にま
た、アノード面積に対する上部電極の表面面積の比に依
存する。ここで、アノード面積は、接地されたすべての
表面の全体の表面面積である。アノード面積は、通常、
どのようなプラズマ源においても、上部電極(カソー
ド)の表面面積よりもより大きい。このことは上部電極
1の負の自己バイアス電圧の原因となる。この負のバイ
アスのために、プラズマにおけるイオンは上部電極1に
向かって加速され、ターゲットプレートの材料をプラズ
マ中に向けてスパッタリングする原因となる。より高い
スパッタリング速度を得るために、イオン密度と上部電
極1の自己バイアス電圧は両方とも増大させられなけれ
ばならない。
Reaction vessel 100 provided with the above-mentioned plasma source
Will be described. From the rf power supply 18 and the rf power supply 20 to the
When given an rf current acting in the region of the HF, a plasma is created by the mechanism of capacitive coupling of these rf powers. Since the electrons have a higher thermal velocity than the ions, the upper electrode 1 is negatively biased. Upper electrode 1
The self-bias voltage at depends greatly on the excitation frequency of the plasma. Increasing the plasma excitation frequency causes a decrease in self-bias voltage and an increase in plasma density.
The value of the negative bias voltage at the top electrode 1 also depends on the ratio of the surface area of the top electrode to the anode area. Here, the anode area is the total surface area of all grounded surfaces. The anode area is usually
In any plasma source, it is larger than the surface area of the top electrode (cathode). This causes a negative self-bias voltage of the upper electrode 1. Due to this negative bias, ions in the plasma are accelerated toward the upper electrode 1 and cause the target plate material to be sputtered into the plasma. In order to obtain a higher sputtering rate, both the ion density and the self-bias voltage of the upper electrode 1 must be increased.

【0036】rf電力の増大はプラズマイオン密度を増
大させる。しかしながら、もしプラズマ励起周波数がV
HF領域、例えば60MHzにある場合には、より高い
rf電力であっても、自己バイアス電圧は経済的なスパ
ッタ速度にとって十分ではない。それ故に、他の中間周
波数のrf電流が上部電極1に与えられる。プラズマに
対するより低い周波数のrf電流の容量的結合は、上部
電極のより高い負のバイアス電圧という結果をもたら
す。負のバイアス電圧の値はMFのrf電流を変化させ
ることによって独立に制御される。それ故に、HFのr
f電流とMFのrf電流との結合または組み合わせは、
プラズマイオン密度とイオンエネルギの独立な制御に対
する解決方法を与える。
[0036] Increasing the rf power increases the plasma ion density. However, if the plasma excitation frequency is V
When in the HF region, eg, 60 MHz, even at higher rf powers, the self-bias voltage is not sufficient for economical sputtering rates. Therefore, another intermediate frequency rf current is provided to the upper electrode 1. Capacitive coupling of the lower frequency rf current to the plasma results in a higher negative bias voltage on the top electrode. The value of the negative bias voltage is independently controlled by changing the rf current of the MF. Therefore, the HF r
The combination or combination of the f current and the rf current of the MF is
A solution is provided for independent control of plasma ion density and ion energy.

【0037】スパッタされた原子のイオン化率は、VH
F電流によって生成された高密度プラズマによって増大
させられる。イオン化された原子は、rf電流(第3の
rf電源)の応用による下部電極23上に生成されたバ
イアスポテンシャルによって基板表面に向かって加速さ
れ、運動方向が平行になる。もし下部電極23に与えら
れるrf電流がVHF領域にあるならば、高い密度のプ
ラズマが下部電極23に接近して生成される。このこと
は、スパッタされた原子のイオン化率を高め、より高い
成膜速度という結果をもたらす。この機構は、成膜速度
を劣化させることなく、パターンを形成された基板にお
ける良好な底部被覆を作り出す。
The ionization rate of the sputtered atoms is VH
Augmented by the high density plasma generated by the F current. The ionized atoms are accelerated toward the substrate surface by the bias potential generated on the lower electrode 23 due to the application of the rf current (third rf power supply), and the movement direction becomes parallel. If the rf current applied to the lower electrode 23 is in the VHF region, a high density plasma will be generated close to the lower electrode 23. This increases the ionization rate of the sputtered atoms, resulting in a higher deposition rate. This mechanism produces good bottom coverage on the patterned substrate without degrading the deposition rate.

【0038】次に第2の実施形態が図2を参照して説明
される。第2の実施形態において、上部電極1への電気
的接続を除いて、すべての他の構成は前述の第1実施形
態で与えられた構成と同じである。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, except for the electrical connection to the upper electrode 1, all other configurations are the same as those provided in the first embodiment.

【0039】上部電極1は、第1実施形態に類似し、整
合回路19を介してHF領域またはVHF領域で動作す
るrf電源18に接続されている。rf電源18の詳細
は、第1実施形態で与えられたものと同じである。さら
に上部電極1は誘電体(L)30を通してDC電圧供給
源29に接続されている。キャパシタ(C)31の1つ
の端子はインダクタ30と上部電極1の間の伝送線に接
続されている。キャパシタ31の他の端子は接地されて
いる。この電気的接続はDC電圧供給源29を寄生的な
rf電流から保護する。DC電圧供給源29は−100
0ボルトまでの電圧を与えることができる。
The upper electrode 1 is connected to an rf power supply 18 operating in the HF region or the VHF region via a matching circuit 19, similar to the first embodiment. The details of the rf power supply 18 are the same as those given in the first embodiment. Further, the upper electrode 1 is connected to a DC voltage supply 29 through a dielectric (L) 30. One terminal of the capacitor (C) 31 is connected to a transmission line between the inductor 30 and the upper electrode 1. The other terminal of the capacitor 31 is grounded. This electrical connection protects DC voltage supply 29 from parasitic rf currents. DC voltage source 29 is -100
Voltages up to 0 volts can be provided.

【0040】前述した第2実施形態の構成によれば、r
f電流が上部電極1に与えられたとき、プラズマが容量
結合の仕組みによって生成される。与えられたrf電力
を制御することによって、プラズマにおけるイオン密度
が調整される。第2実施形態における上部電極1は、電
気的にVHF電流に関して接地される。それ故に自己バ
イアス電圧は、上部電極1に印加されるrf電流により
上部電極1上で生じない。その代わりに、DC電圧供給
源29が上部電極1に負のバイアスを与えるように用い
られ、この負のバイアスはターゲットプレート7上へイ
オンを加速するために必要とされる。上部電極1上への
負のDCバイアスの重畳はプラズマポテンシャルに対し
影響を与えない。従ってプラズマのイオン密度と上部電
極1のバイアス電圧は、第1実施形態に類似したこの構
成で、独立に制御することができる。第2実施形態の主
たる利点は、上部電極1に対しrf電源が1台のみ必要
とされるということである。すなわち図1に示されたM
Fのrf電源20、整合回路21、そしてローパスフィ
ルタ回路22を省略することができる。
According to the configuration of the second embodiment described above, r
When an f-current is applied to the upper electrode 1, a plasma is generated by a capacitive coupling mechanism. By controlling the applied rf power, the ion density in the plasma is adjusted. The upper electrode 1 in the second embodiment is electrically grounded with respect to the VHF current. Therefore, no self-bias voltage is generated on the upper electrode 1 by the rf current applied to the upper electrode 1. Instead, a DC voltage supply 29 is used to apply a negative bias to the upper electrode 1, which is required to accelerate the ions onto the target plate 7. The superposition of a negative DC bias on the upper electrode 1 has no effect on the plasma potential. Therefore, the ion density of the plasma and the bias voltage of the upper electrode 1 can be independently controlled with this configuration similar to the first embodiment. The main advantage of the second embodiment is that only one rf power supply is required for the upper electrode 1. That is, M shown in FIG.
The rf power supply 20, matching circuit 21, and low-pass filter circuit 22 of F can be omitted.

【0041】次に第3の実施形態が図3〜5に従って説
明される。図3は第3実施形態の全体の構成を示す。こ
の構成は、上部電極1の上にマグネットを追加したこと
を除いて、大部分第1実施形態に類似している。図3〜
5において、第1実施形態で説明された要素に相当する
要素の各々は、同じ参照符号または参照数字を持ってい
る。さらに例えば底部プレート2に2つのガス排出ポー
ト17が形成されている。複数の磁石5は、上部電極1
の外側において、個々に離れて配置されている。複数の
磁石5における反応容器100の内部に面した極性は二
者択一的に(N極とS極のうちからいずれか一方になる
ように)変えられ、かつ磁石5は上部電極1の内側表面
に近いところで閉じた磁束を伴う磁界6を生成する。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows the overall configuration of the third embodiment. This configuration is largely similar to the first embodiment except that a magnet is added on the upper electrode 1. FIG. 3-
In 5, each of the elements corresponding to the elements described in the first embodiment has the same reference number or reference numeral. Furthermore, for example, two gas discharge ports 17 are formed in the bottom plate 2. The plurality of magnets 5 are connected to the upper electrode 1
Outside, are individually spaced apart. The polarity of the plurality of magnets 5 facing the interior of the reaction vessel 100 is alternatively changed (to be one of the north pole and the south pole), and the magnet 5 is positioned inside the upper electrode 1. A magnetic field 6 with a closed magnetic flux near the surface is generated.

【0042】上部電極1の厚みは重要なことではなく、
通常20〜40mmが採用される。上部電極1の上側に
は、磁石5を配置するため複数の溝9が作られている。
溝9のコーナ部分は、磁石5の断面形状に依存して四角
または円形形状となる。溝9の幅は磁石5の幅よりもお
よそ1mm大きくなるように選択されている。溝9の長
さは、同じ極性を持つ隣り合う磁石5の間の距離がxで
あるとき、少なくとも(1/2) ×xとなるように選択され
ている。溝9の深さは、磁石の底表面が反応容器100
の内部空間に接近するように、通常上部電極1の厚みよ
りも短い2〜5mmとして採用されている。しかしなが
ら、磁石の下部表面がターゲットプレート7に接触する
かまたはもっと接近するように、上部電極1を貫通する
溝を持つようにすることもできる。
The thickness of the upper electrode 1 is not important.
Usually, 20 to 40 mm is adopted. Above the upper electrode 1, a plurality of grooves 9 are provided for disposing the magnet 5.
The corner portion of the groove 9 has a square or circular shape depending on the sectional shape of the magnet 5. The width of the groove 9 is selected to be approximately 1 mm larger than the width of the magnet 5. The length of the groove 9 is selected to be at least (1/2) × x when the distance between adjacent magnets 5 having the same polarity is x. The depth of the groove 9 is such that the bottom surface of the magnet is
Is usually adopted as 2 to 5 mm shorter than the thickness of the upper electrode 1 so as to approach the internal space of the upper electrode 1. However, it is also possible to have a groove passing through the upper electrode 1 so that the lower surface of the magnet contacts or comes closer to the target plate 7.

【0043】複数の磁石5に関する配列は、反応容器1
00の内部空間でより高い磁界を作り出す。溝9は、好
ましくは、図3に示されるごとく、各2つの溝の線の間
にスペースが存在するように、平行な溝の線を持つよう
に作られる。これらのスペースにおいて上部電極1の内
部に長い通路が形成され、これらの通路は互いに図5に
示されるようにジグザグ形状の通路10を持つように接
続されている。ジグザグ形状の通路10の断面形状は円
形、正方形、あるいは長方形の形状である。このジグザ
グ形状の通路10は、出発点と終了点を除いて、上部電
極1の中に完全に埋まっている。図5に示されるよう
に、出発点は水取込みポート11に接続され、終了点は
水排出ポート12に接続される。従って、装置の動作の
間、水は、上部電極1を冷却すべく、上部電極1内のジ
グザク形状通路10の中を流れる。上部電極1とターゲ
ットプレート7は、装置動作の間、ターゲット材料への
より高いイオン束の照射が原因で加熱されるので、上部
電極1の水冷却工程は重要である。上部電極1の温度の
上昇は磁石5の磁界強度を減少させる原因となる。上部
電極1を冷却するための異なる方法を用いることができ
るということを注意してほしい。
The arrangement relating to the plurality of magnets 5 corresponds to the reaction vessel 1
A higher magnetic field is created in the internal space of 00. The grooves 9 are preferably made with parallel groove lines, as shown in FIG. 3, so that there is a space between each two groove lines. In these spaces, long passages are formed inside the upper electrode 1, and these passages are connected to each other so as to have a zigzag-shaped passage 10 as shown in FIG. The cross-sectional shape of the zigzag passage 10 is circular, square, or rectangular. The zigzag-shaped passage 10 is completely buried in the upper electrode 1 except for the start point and the end point. As shown in FIG. 5, the starting point is connected to the water intake port 11 and the ending point is connected to the water discharge port 12. Thus, during operation of the device, water flows through the zigzag-shaped passages 10 in the upper electrode 1 to cool the upper electrode 1. The water cooling step of the upper electrode 1 is important because the upper electrode 1 and the target plate 7 are heated during operation of the device due to the irradiation of the target material with a higher ion flux. The rise in the temperature of the upper electrode 1 causes the magnetic field strength of the magnet 5 to decrease. Note that different methods for cooling the upper electrode 1 can be used.

【0044】磁石5の形状は、好ましくは立方体、矩形
あるいは円筒形(もしくは円柱形)の形状である。上部
電極1上に形成された溝9の各々において磁石5が配置
される。複数の磁石は等しい距離で配置され、例えば上
部電極1の上に描かれた個々の正方形の角に配置され
る。複数の磁石の極性は、図4に示されるように、二者
択一的に変えられる。磁石5の断面の寸法は重要なこと
ではない。もし断面の形状が円形であるならば、その直
径は5〜15mmの範囲にある。もし断面の形状が正方
形であるならば、円形形状のそれの寸法に匹敵するもの
が採用される。いかなる2つの隣り合う磁石の間の間隔
は重要ではなく、15〜50mmで変わり得る。次にす
べての磁石5の上部表面は共に金属板(strip :細長い
板)13を用いて連結されている。各金属板13の一方
の端は、電気モータ16によって回転される回転板15
に引き続いて結合される他の金属板14に連結されてお
り、この回転板15の回転によって磁石5のすべてが溝
9の内部で水平に動かされる。動く距離は回転板15の
直径を変更することによって変えることができ、一方、
移動速度は回転板15の回転速度を変えることによって
選択できる。
The shape of the magnet 5 is preferably cubic, rectangular or cylindrical (or cylindrical). The magnet 5 is arranged in each of the grooves 9 formed on the upper electrode 1. The plurality of magnets are arranged at equal distances, for example, at the corners of individual squares drawn on top electrode 1. The polarity of the plurality of magnets can be alternatively changed as shown in FIG. The dimensions of the cross section of the magnet 5 are not important. If the cross-section is circular, its diameter is in the range of 5 to 15 mm. If the cross-sectional shape is square, one comparable to that of a circular shape is employed. The spacing between any two adjacent magnets is not critical and can vary from 15 to 50 mm. Next, the upper surfaces of all the magnets 5 are connected together using a metal plate (strip: elongated plate) 13. One end of each metal plate 13 has a rotating plate 15 rotated by an electric motor 16.
The rotation of the rotating plate 15 causes all of the magnets 5 to move horizontally inside the groove 9. The moving distance can be changed by changing the diameter of the rotating plate 15, while
The moving speed can be selected by changing the rotating speed of the rotating plate 15.

【0045】この磁石5の配列は、図4に示されるよう
に、上部電極1の下側に磁界カスプを作る。すなわち磁
界を表す線6は、反応容器100の中に深く侵入するこ
となく、隣の磁石に向かって直接的に曲がっている。上
部電極1に対して平行な磁界線6は反対の極性を有する
2つの磁石の間で強くなっており、こうして電子の閉込
めが2つの反対の磁石5の間で強くなっている。磁界線
6は同じ極性を持つ2つの間では弱い。すなわち電子の
閉込めは同じ極性を持つ2つの磁石の間では弱い。それ
故に、反対の極性を持つ2つの磁石の間でトラップされ
た電子は、同じ極性を持つ2つの磁石の間のスペースを
通って逃げることができる。従って、前述した磁石配列
は、部分的にのみ電子を閉じ込める。この電子の部分閉
込めのため、それら電子は上部電極1に対し衝撃を与え
ることができ、上部電極1に対し負のバイアス電圧を作
り出す。さらに電子の部分的閉込めによって、上部電極
1へのより高いイオンの流れが電子によって容易に電気
的に中和されて、その結果、安定したプラズマ環境をも
たらす。
The arrangement of the magnets 5 forms a magnetic field cusp below the upper electrode 1 as shown in FIG. That is, the line 6 representing the magnetic field is bent directly toward the adjacent magnet without penetrating deeply into the reaction vessel 100. The magnetic field lines 6 parallel to the upper electrode 1 are stronger between two magnets having opposite polarities, and thus the confinement of electrons is stronger between two opposite magnets 5. The magnetic field line 6 is weak between two having the same polarity. That is, electron confinement is weak between two magnets having the same polarity. Thus, electrons trapped between two magnets of opposite polarity can escape through the space between two magnets of the same polarity. Therefore, the above-described magnet arrangement only partially confines electrons. Due to the partial confinement of the electrons, they can impact the upper electrode 1 and create a negative bias voltage for the upper electrode 1. Furthermore, due to the partial confinement of the electrons, the higher ion flow to the upper electrode 1 is easily electrically neutralized by the electrons, resulting in a stable plasma environment.

【0046】以下にプラズマの均一性とターゲットの利
用効率が説明される。ターゲットプレート7は、第1実
施形態に類似して、真空遮蔽を施した状態で上部電極1
に固定される。ターゲットプレート7に接して不均一な
磁界の故にプラズマは不均一である。しかしながら、複
数の磁石5は接近して配列されているので、上記不均一
なプラズマは、ターゲットプレート7から短い間隔をお
けば均一なプラズマとなる。こうして基板表面にわたっ
て均一なプラズマが存在する。例えばターゲットプレー
ト7における2つの反対の極性の磁石の間、そして同じ
極性の磁石の間におけるスパッタ速度が異なっていると
しても、それらの領域はお互いに接近して存在する。そ
れ故に、ターゲットプレートからのスパッタされた材料
はターゲットプレートから短い距離の範囲内で拡散し、
基板27の表面の上に均一な薄膜を形成する。
Hereinafter, the uniformity of the plasma and the utilization efficiency of the target will be described. Similar to the first embodiment, the target plate 7 holds the upper electrode 1 in a state where a vacuum shield is applied.
Fixed to The plasma is non-uniform due to the non-uniform magnetic field in contact with the target plate 7. However, since the plurality of magnets 5 are arranged close to each other, the non-uniform plasma becomes uniform plasma at a short distance from the target plate 7. Thus, there is a uniform plasma over the substrate surface. For example, even if the sputtering rates between two opposite polarity magnets on the target plate 7 and between magnets of the same polarity are different, their regions are close to each other. Therefore, the sputtered material from the target plate diffuses within a short distance from the target plate,
A uniform thin film is formed on the surface of the substrate 27.

【0047】ターゲット板7の表面において磁石の間の
領域に比較して、磁石の極の近くにおけるエッチング速
度が低いまたは0であることが、ターゲットプレートに
接近したプラズマの不均一性の結果、観察される。ター
ゲットプレート7の最も高いエッチング速度は、ターゲ
ットプレート7の表面に直交する磁束の密度が最も少な
いところである磁石5の中心で観察される。それ故に、
磁石5が固定されているときには、ターゲットプレート
における均一なエッチング速度を観察することはできな
い。磁石が(1/2) ×xで動かされるとき、磁極は最も高
いエッチング速度位置に来る。それ故に、(1/2) ×xに
よる磁石の振動によってターゲット材料の時間平均され
た均一のエッチング速度が得られる。これはターゲット
の利用効率を増大する。
The low or zero etching rate near the poles of the magnet compared to the area between the magnets on the surface of the target plate 7 is a consequence of the non-uniformity of the plasma close to the target plate, Is done. The highest etching rate of the target plate 7 is observed at the center of the magnet 5 where the density of the magnetic flux perpendicular to the surface of the target plate 7 is lowest. Therefore,
When the magnet 5 is fixed, a uniform etching rate on the target plate cannot be observed. When the magnet is moved at (1/2) × x, the pole is at the highest etch rate position. Therefore, the time-averaged uniform etching rate of the target material is obtained by the vibration of the magnet by (1/2) × x. This increases target utilization efficiency.

【0048】次に図6を参照して第4実施形態を説明す
る。図6は第4実施形態の断面図を示す。上部電極1に
作られた電気的接続の構成を除いて、すべての他の構成
は第3実施形態のものと同じである。上部電極1に対し
て作られる電気的接続は第2実施形態のものに類似して
いる。実際に、第4実施形態は、第2実施形態と第3実
施形態の組み合わせに相当する。図6で、第2と第3の
実施形態にで説明された構成要素に相当する要素の各々
は、同じ参照符号または参照番号を有する。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a sectional view of the fourth embodiment. All other configurations are the same as those of the third embodiment except for the configuration of the electrical connection made to the upper electrode 1. The electrical connection made to the upper electrode 1 is similar to that of the second embodiment. Actually, the fourth embodiment corresponds to a combination of the second embodiment and the third embodiment. In FIG. 6, each of the components corresponding to the components described in the second and third embodiments has the same reference numeral or reference number.

【0049】図6に示された上部電極1は整合回路19
を介してVHFのrf電源18に接続されている。当該
VHFのrf電源18の詳細は、第1実施形態において
与えられたものと同じである。また上部電極1はインダ
クタ30を介してDC電圧供給源29に接続されてい
る。キャパシタ31の一方の端子はインダクタ30と上
部電極1の間の伝送線に接続されている。キャパシタ3
1の他の端子は接地されている。この電気的接続はDC
電圧供給源29を寄生のrf電流から保護する。DC電
圧供給源29は−1000ボルトまでの電圧を供給でき
る。
The upper electrode 1 shown in FIG.
Is connected to the rf power supply 18 of the VHF. The details of the VHF rf power supply 18 are the same as those given in the first embodiment. The upper electrode 1 is connected to a DC voltage supply 29 via an inductor 30. One terminal of the capacitor 31 is connected to a transmission line between the inductor 30 and the upper electrode 1. Capacitor 3
One other terminal is grounded. This electrical connection is DC
Protects voltage supply 29 from parasitic rf currents. DC voltage source 29 can supply voltages up to -1000 volts.

【0050】この構成によって上部電極1は電気的にr
f電流に対して接地されるようになる。それ故、上部電
極1に与えられるrf電流のため、負のバイアスを得る
ことができない。その代わりに、上部電極1に対して負
のバイアスを与えるため、DC電圧供給原29が用いら
れる。上部電極1における負のバイアスはターゲットプ
レート7上ヘイオンを加速する。第4実施形態の主たる
利点は、それが上部電極1に対して唯一のrf電源を採
用しているということである。すなわち、この構成によ
って、前述したMFのrf電源、ローパスフィルタ回
路、整合回路を省略することができる。
With this configuration, the upper electrode 1 is electrically
It becomes grounded for f current. Therefore, a negative bias cannot be obtained due to the rf current applied to the upper electrode 1. Instead, a DC voltage supply 29 is used to provide a negative bias to the upper electrode 1. The negative bias on the upper electrode 1 accelerates ions on the target plate 7. The main advantage of the fourth embodiment is that it employs only one rf power supply for the upper electrode 1. That is, with this configuration, the rf power supply of the MF, the low-pass filter circuit, and the matching circuit described above can be omitted.

【0051】本発明の第5実施形態を図7と図8に従っ
て説明する。図7は第5実施形態の断面図を示し、これ
は図1に類似しており、図8は図7におけるA−A線断
面図である。図7と図8に示された構成要素の参照番号
は、図1に示されたそれらのものに対応している。マグ
ネットとこの構造に関連する部分とに関する構造を除い
て、第5実施形態の残りの構造は、図1に示されたもの
と同じである。従ってここでは、残りの構造に関する説
明は省略される。この実施形態において、反応容器10
0の円筒形側壁3はアルミニウムのごとき非磁性金属で
作られ、そして複数の(あるいはいくつかの)棒状マグ
ネット32が、それらは反応容器100の内側に向かう
二者択一の極性(N極とS極のうちのいずれか一方の極
性)を持つように、図7に示されるごとく円筒形側壁3
の外側表面の周りで垂直方向に配置される。円筒形側壁
3を取り囲む棒状マグネット32の配列は図8に示され
ている。これらの棒状マグネット32は、側壁3の外側
表面に直接に取り付けられるか、あるいは小さな間隔を
あけて外側表面の上に配置される。もし棒状マグネット
32と側壁3の間に間隔が設けられるならば、その間隔
は通常10mm以下である。
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows a sectional view of the fifth embodiment, which is similar to FIG. 1, and FIG. 8 is a sectional view taken along line AA in FIG. The reference numerals of the components shown in FIGS. 7 and 8 correspond to those shown in FIG. Except for the structure related to the magnet and the parts related to this structure, the remaining structure of the fifth embodiment is the same as that shown in FIG. Therefore, description of the remaining structure is omitted here. In this embodiment, the reaction vessel 10
The zero cylindrical side wall 3 is made of a non-magnetic metal such as aluminum, and a plurality (or several) of bar magnets 32 are provided with alternative polarities (N-pole and As shown in FIG. 7, the cylindrical side wall 3 has one of the south poles.
Arranged vertically around the outer surface of the The arrangement of the bar magnets 32 surrounding the cylindrical side wall 3 is shown in FIG. These bar magnets 32 are mounted directly on the outer surface of the side wall 3 or are arranged on the outer surface with a small spacing. If an interval is provided between the bar-shaped magnet 32 and the side wall 3, the interval is usually 10 mm or less.

【0052】棒状マグネット32の外側表面は、通常、
例えば軟鉄のごとき強磁性金属(ferromagnetic metal)
33の板によって連結されている。棒状マグネット32
の大きさは重要なことではない。棒状マグネット32の
断面の形状は、通常、正方形または長方形である。もし
断面形状が正方形であるならば、その大きさは5×5m
2 から30×30mm2 までの範囲に存在する。もし
断面形状が長方形であるならば、その大きさは正方形の
形状の表面面積に匹敵するような表面面積を持つように
選択される。垂直方向における棒状マグネット32の長
さは、通常、シールドプレート8と基板搬入/搬出スロ
ット36との間の距離に等しい。基板搬入/搬出スロッ
ト36は、基板27を取り込み、そして取り出すために
使用される開口であり、通常、ゲートを備えている。2
つの隣り合う棒状マグネット32の間の間隔は同様にま
た重要なことではなく、通常、20mmから100mm
の範囲にある。通常、棒状マグネット32は等しい間隔
で配置されている。棒状マグネット32の磁極における
磁界の強さは同様にまた重要なことではなく、500Ga
uss (ガウス)から12kGauss(キロガウス)の範囲に
選択される。しかしながら、棒状マグネットの磁界の強
さ、およびマグネット間の間隔は、磁界の強さが基板2
7の表面で無視できるようになる程度に選択されなけれ
ばならない。棒状マグネット32の磁界の強さと、隣り
合う2つの棒状マグネット32の間の間隔との関係は、
磁界の強さの増大が間隔の減少を促進するというもので
あり、その逆も成り立つものである。
The outer surface of the rod-shaped magnet 32 is usually
Ferromagnetic metal such as soft iron
They are connected by 33 plates. Rod magnet 32
The size is not important. The cross-sectional shape of the bar-shaped magnet 32 is usually a square or a rectangle. If the cross section is square, its size is 5 × 5m
It is in the range from m 2 to 30 × 30 mm 2 . If the cross-sectional shape is rectangular, its size is chosen to have a surface area comparable to that of a square shape. The length of the bar-shaped magnet 32 in the vertical direction is usually equal to the distance between the shield plate 8 and the substrate loading / unloading slot 36. The substrate loading / unloading slot 36 is an opening used for loading and unloading the substrate 27, and usually includes a gate. 2
The spacing between two adjacent bar magnets 32 is likewise not critical and is typically between 20 mm and 100 mm.
In the range. Usually, the bar-shaped magnets 32 are arranged at equal intervals. The strength of the magnetic field at the poles of the bar magnet 32 is likewise not critical,
The range is selected from uss (gauss) to 12 kGauss (kilogauss). However, the strength of the magnetic field of the bar-shaped magnet and the distance between the magnets are different depending on the strength of the magnetic field of the substrate 2.
7 must be chosen to be negligible on the surface. The relationship between the magnetic field strength of the bar-shaped magnet 32 and the distance between two adjacent bar-shaped magnets 32 is as follows.
Increasing the strength of the magnetic field promotes a decrease in the spacing, and vice versa.

【0053】前述の構造を有するいくつかの棒状マグネ
ット32が反応容器100の円筒形側壁3の周りに配置
されるとき、カスプ(線状カスプ)磁界34が円筒形側
壁3の内側上、すなわち、図8に示されるように、側壁
の内側表面の近くに形成される。これらのカスプ磁界3
4は、カスプ磁界34によって電子をトラッピングする
ことにより、円筒形側壁3でのプラズマの損失を減少さ
せる。このことは、プラズマにおけるプラズマ密度の増
大という結果をもたらし、この結果はスパッタリング効
率の増大をもたらす。
When several bar magnets 32 having the above-described structure are arranged around the cylindrical side wall 3 of the reaction vessel 100, a cusp (linear cusp) magnetic field 34 is generated on the inside of the cylindrical side wall 3, that is, As shown in FIG. 8, it is formed near the inner surface of the sidewall. These cusp magnetic fields 3
4 reduces plasma loss at the cylindrical side wall 3 by trapping electrons by the cusp magnetic field 34. This results in increased plasma density in the plasma, which results in increased sputtering efficiency.

【0054】図7において、下部電極23は絶縁体28
を介して底部プレート2に固定されている。しかしなが
ら、固定された下部電極の代わりに移動可能な下部電極
を用いることができる。もし移動可能な下部電極が用い
られたとすると、基板27は棒状マグネット32の下側
端部を越える高さまで持ち上げられ、その場所ではプラ
ズマは非常に良い状態で閉じ込められている。この過程
は、スパッタされた物質の成膜速度をより高くすること
ができる。
In FIG. 7, lower electrode 23 is made of insulator 28.
And is fixed to the bottom plate 2 via. However, a movable lower electrode can be used instead of a fixed lower electrode. If a movable lower electrode were used, the substrate 27 would be raised to a height above the lower end of the bar magnet 32, where the plasma would be very well confined. This process can increase the deposition rate of the sputtered material.

【0055】第5実施形態は第1実施形態で説明された
プラズマ処理装置を用いることによって説明されたが、
棒状マグネット32に関する同じ構造は、前述の実施形
態2,3,4で説明されたプラズマ処理装置に、同じ利
益を得る目的で応用することができる。
The fifth embodiment has been described by using the plasma processing apparatus described in the first embodiment.
The same structure of the rod-shaped magnet 32 can be applied to the plasma processing apparatus described in the second, third, and fourth embodiments for the same purpose.

【0056】さらに、前述の棒状マグネットの配列を側
壁3の内側表面の周りに、すなわち内側に、あるいは側
壁3の内側表面上に、あるいは側壁の内部に配置するこ
ともできる。しかしながら、側壁の内側での配列の場合
には、各棒状マグネットは絶縁部材または非磁性金属に
よって覆われなければならない。棒状マグネットが側壁
3の内側にあるか、あるいは外側にあるかどうかという
ことに拘らず、基板ステージの位置において磁界がゼロ
になるように、棒状マグネット32における磁界の強さ
と、棒状マグネット32の間の間隔とを調整することが
重要である。
Furthermore, the arrangement of the bar magnets described above can also be arranged around the inside surface of the side wall 3, ie inside, on the inside surface of the side wall 3, or inside the side wall. However, in the case of the arrangement inside the side wall, each bar magnet must be covered with an insulating member or a non-magnetic metal. Regardless of whether the bar magnet is inside or outside the side wall 3, the magnetic field between the bar magnet 32 and the strength of the magnetic field at the bar magnet 32 is adjusted so that the magnetic field becomes zero at the position of the substrate stage. It is important to adjust the spacing.

【0057】本発明の第6実施形態を図9に従って説明
する。図9は反応容器100の円筒形側壁3と側壁の外
側における他のマグネット配列を示す外観図である。簡
略化のため、図9においてプラズマ処理装置の他の部分
は示されていない。さらに、第5実施形態と同様に、反
応容器は前述の実施形態1,2,3,4で与えられた同
じ構成を持っている。反応容器の側壁3は非磁性金属、
例えばアルミニウムのごとき金属で作られている。複数
のマグネット35が、反応容器の内側に向かって二者択
一の極性を持ちながら、側壁3の外側表面上に配置され
ている。磁石35における反応容器の外側を向いた他の
磁極は、例えば軟鉄のごとき強磁性金属板36によって
連結されている。図9では、図を理解しやすいように少
数の強磁性金属板37のみが示されている。マグネット
35の大きさと形は重要なことではない。もし立方体の
マグネット35が用いられるとすれば、その大きさは5
×5×5mm3 から20×20×20mm3 の間で変り
得る。もし円柱形のマグネットが用いられるならば、そ
の断面の大きさは5mmから20mmで変わることにな
り、その高さは5mmから50mmで変り得る。マグネ
ット35の磁極における磁界の強さと、マグネットの間
の間隔とは、基板ステージおいて磁界がゼロになるよう
に選択される。通常、磁界の強さは500Gauss から1
2KGaussで変えることができ、マグネットの間の間隔は
5mmから40mmで変えることができる。
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an external view showing the cylindrical side wall 3 of the reaction vessel 100 and another magnet arrangement outside the side wall. For simplicity, other parts of the plasma processing apparatus are not shown in FIG. Further, as in the fifth embodiment, the reaction vessel has the same configuration as that in the first, second, third, and fourth embodiments. The side wall 3 of the reaction vessel is made of a non-magnetic metal,
For example, it is made of metal such as aluminum. A plurality of magnets 35 are arranged on the outer surface of the side wall 3 with either polarity towards the inside of the reaction vessel. The other magnetic pole of the magnet 35 facing the outside of the reaction vessel is connected by a ferromagnetic metal plate 36 such as soft iron, for example. In FIG. 9, only a small number of ferromagnetic metal plates 37 are shown for easy understanding. The size and shape of the magnet 35 are not important. If a cubic magnet 35 is used, its size is 5
It can vary between × 5 × 5 mm 3 and 20 × 20 × 20 mm 3 . If a cylindrical magnet is used, its cross-sectional size will vary from 5 mm to 20 mm and its height can vary from 5 mm to 50 mm. The strength of the magnetic field at the magnetic poles of the magnet 35 and the distance between the magnets are selected so that the magnetic field becomes zero at the substrate stage. Usually, the magnetic field strength is from 500 Gauss to 1
It can be changed by 2KGauss, and the distance between magnets can be changed from 5mm to 40mm.

【0058】複数のマグネット35が図9に示されるご
とく配列されるとき、カスプ(点状カスプ)磁界が円筒
形側壁3の内側表面上に作られる。何故ならば、磁界の
磁束線は、反応容器の内部に深く入ることなく、最も近
い反対の磁極に向かって曲がる。プラズマが生成される
とき、電子はこれらの点状カスプ磁界によってトラップ
され、その結果、側壁での電子損失の減少という結果を
もたらす。このことはプラズマ密度の増加をもたらし、
それによって、第1実施形態で説明された例と同様にス
パッタ効率の増加をもたらす。
When a plurality of magnets 35 are arranged as shown in FIG. 9, a cusp (point cusp) magnetic field is created on the inner surface of the cylindrical side wall 3. Because the magnetic flux lines of the magnetic field bend towards the nearest opposite pole without penetrating deep into the interior of the reaction vessel. When the plasma is created, electrons are trapped by these point cusp fields, resulting in reduced electron losses at the sidewalls. This leads to an increase in plasma density,
This leads to an increase in sputtering efficiency as in the example described in the first embodiment.

【0059】前述のマグネット35は、棒状マグネット
33と同様に、側壁3の外側表面あるいは内側表面の周
りに存する。
The aforementioned magnet 35 exists around the outer surface or the inner surface of the side wall 3, similarly to the bar-shaped magnet 33.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によるプラズマ処理装置は、イオ
ン密度とイオンエネルギの独立した制御とターゲット材
料の均一なエッチング速度とを伴って、基板の全表面に
わたる平面において均一に分散された大きな面積の高密
度プラズマを作り出すことができ、かつ低いアスペクト
比を有するプラズマ源を実現することができる。
The plasma processing apparatus according to the present invention has a large area uniformly distributed over a plane over the entire surface of the substrate, with independent control of ion density and ion energy and a uniform etching rate of the target material. A high-density plasma can be created, and a plasma source having a low aspect ratio can be realized.

【0061】さらに、カスプ磁界を生成するための棒状
マグネットまたはマグネットを備えたプラズマ処理で、
側壁の内側表面に起因するプラズマ損失を防止すること
ができる。
Further, a plasma treatment with a rod-shaped magnet or a magnet for generating a cusp magnetic field,
Plasma loss due to the inner surface of the side wall can be prevented.

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

【図1】この図は、反応容器と、容量性電極およびそれ
らの電気的接続関係とを示す第1実施形態の断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment showing a reaction vessel, capacitive electrodes, and their electrical connection relationships.

【図2】この図は、反応容器と、容量性電極およびそれ
らの電気的関係とを示す第2実施形態の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a second embodiment showing a reaction vessel, capacitive electrodes, and their electrical relationships.

【図3】この図は、本発明によるプラズマ処理装置の内
部と外部の特徴的構造を示す第3実施形態の外観の解説
図である。
FIG. 3 is an explanatory view of the external appearance of a third embodiment showing the internal and external characteristic structures of the plasma processing apparatus according to the present invention.

【図4】この図は、複数の磁石の配列と第3実施形態の
内部構造を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an arrangement of a plurality of magnets and an internal structure of a third embodiment.

【図5】この図は、磁石を動かすために磁石に取り付け
られた金属板を示さない状態での上部電極の平面図であ
る。
FIG. 5 is a plan view of the upper electrode without showing a metal plate attached to the magnet for moving the magnet.

【図6】この図は、プラズマ源の内外の構造を示す第4
実施形態の断面図である。
FIG. 6 is a fourth view showing the inner and outer structures of the plasma source.
It is a sectional view of an embodiment.

【図7】この図は、第5実施形態のプラズマ処理装置の
断面図である。
FIG. 7 is a sectional view of a plasma processing apparatus according to a fifth embodiment.

【図8】この図は、図7におけるA−A線断面図であ
る。
FIG. 8 is a sectional view taken along line AA in FIG.

【図9】この図は、反応容器の円筒形側壁と側壁の外側
におけるマグネット配列を示す外観図である。
FIG. 9 is an external view showing a cylindrical side wall of the reaction vessel and an arrangement of magnets outside the side wall.

【図10】この図は、プラズマ処理に使用される第1の
従来のプラズマ源を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a first conventional plasma source used for plasma processing.

【図11】この図は、上記第1の従来のプラズマ源にお
いて使用される磁石によって形成される磁界の解説図で
ある。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a magnetic field formed by a magnet used in the first conventional plasma source.

【図12】この図は、不均一なエッチングを示す従来の
ターゲットプレートの断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional target plate showing non-uniform etching.

【図13】この図は、プラズマ処理に用いられる第2の
従来のプラズマ源における磁石の配列を示す概略図であ
る。
FIG. 13 is a schematic diagram showing an arrangement of magnets in a second conventional plasma source used for plasma processing.

【参照符号の説明】[Description of reference numerals]

1 上部電極 2 底部プレート 3 側壁 5 磁石 6 磁界線 7 ターゲットプレート 9 溝 10 ジグザグ通路 13,14 金属板 15 回転板 16 モータ 18 HFまたはVHFのrf電源 20 MFのrf電源 22 ローパスフィルタ 23 下部電極 24 MFのrf電源 26 ハイパスフィルタ 27 基板 29 DC電源(DC電圧供給源) 32 棒状マグネット 33,36 強磁性金属 34 カスプ磁界 35 マグネット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Top electrode 2 Bottom plate 3 Side wall 5 Magnet 6 Magnetic field line 7 Target plate 9 Groove 10 Zigzag passage 13, 14 Metal plate 15 Rotating plate 16 Motor 18 rf power supply of HF or VHF 20 rf power supply of MF 22 Low pass filter 23 Lower electrode 24 MF rf power supply 26 High pass filter 27 Substrate 29 DC power supply (DC voltage supply source) 32 Rod magnet 33, 36 Ferromagnetic metal 34 Cusp magnetic field 35 Magnet

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも反応容器の内部空間の一部を
介して互いに平行に向かい合う上部電極と下部電極を備
えてなる当該反応容器と、前記上部電極に固定されたタ
ーゲットプレートとを備えてなり、前記下部電極の上に
搭載された基板がスパッタリングの工程によって処理さ
れるプラズマ処理装置であり、 前記上部電極に接続されかつHF領域またはVHF領域
で動作する第1のrf電源と、 前記上部電極に接続されかつMF領域で動作する第2の
rf電源とによって構成されるスパッタ処理応用のプラ
ズマ処理装置。
1. A reaction container comprising an upper electrode and a lower electrode facing each other in parallel through at least a part of the internal space of the reaction container, and a target plate fixed to the upper electrode, A plasma processing apparatus in which a substrate mounted on the lower electrode is processed by a sputtering process; a first rf power supply connected to the upper electrode and operating in an HF region or a VHF region; And a second rf power supply connected and operating in the MF region.
【請求項2】 少なくとも反応容器の内部空間の一部を
横切って互いに平行に向かい合う上部電極と下部電極を
備えてなる当該反応容器と、前記上部電極に固定された
ターゲットプレートとを備えてなり、前記下部電極の上
に搭載された基板がスパッタリングの工程によって処理
されるプラズマ処理装置であり、 前記上部電極に接続されかつHF領域またはVHF領域
で動作する第1のrf電源と、 前記上部電極に接続されるDC電源とによって構成され
るスパッタ処理応用のプラズマ処理装置。
2. A reaction vessel comprising an upper electrode and a lower electrode facing each other in parallel across at least a part of the internal space of the reaction vessel, and a target plate fixed to the upper electrode, A plasma processing apparatus in which a substrate mounted on the lower electrode is processed by a sputtering process; a first rf power supply connected to the upper electrode and operating in an HF region or a VHF region; A plasma processing apparatus for sputter processing, which is configured by a DC power supply connected thereto.
【請求項3】 前記上部電極は非磁性金属で作られ、複
数の磁石が前記上部電極の外側に個々に配列され、前記
磁石における前記反応容器の内部に面した極性は二者択
一的に変化するようにされかつ複数の前記磁石は前記上
部電極の内側表面に近い所で閉じた磁束で形成される磁
界を生成する請求項1または2記載のスパッタ処理応用
のプラズマ処理装置。
3. The upper electrode is made of a non-magnetic metal, a plurality of magnets are individually arranged outside the upper electrode, and the polarity of the magnet facing the inside of the reaction vessel is alternatively selected. 3. A plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein said magnet is varied and said plurality of magnets generate a magnetic field formed by a closed magnetic flux near an inner surface of said upper electrode.
【請求項4】 前記上部電極は平板状の円形または矩形
の形状であり、前記磁石は前記上部電極の外側表面に直
接に配置される請求項3記載のスパッタ処理応用のプラ
ズマ処理装置。
4. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the upper electrode has a flat circular or rectangular shape, and the magnet is disposed directly on an outer surface of the upper electrode.
【請求項5】 複数の前記磁石は、隣り合う2つの同じ
極性をもつ磁石の間の距離の少なくとも2分の1を可動
する請求項3または4記載のスパッタ処理応用のプラズ
マ処理装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the plurality of magnets move at least one half of a distance between two adjacent magnets having the same polarity.
【請求項6】 MF、HF、VHFの領域のいずれかで
動作する他のrf電源が前記下部電極に接続される請求
項1〜5のいずれか1項に記載のスパッタ処理応用のプ
ラズマ処理装置。
6. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein another rf power source operating in one of MF, HF, and VHF regions is connected to the lower electrode. .
【請求項7】 前記MFのrf電源はローパスフィルタ
を介して前記上部電極に接続される請求項1記載のスパ
ッタ処理応用のプラズマ処理装置。
7. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein an rf power source of the MF is connected to the upper electrode via a low-pass filter.
【請求項8】 前記反応容器の円筒形側壁の表面の周り
で垂直に配置され、前記側壁の内側表面の近くにカスプ
磁界を生成するように前記反応容器の内側に向かう二者
択一の極性を有する複数の棒状マグネットを備えること
を特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のスパ
ッタ処理応用のプラズマ処理装置。
8. An alternate polarity disposed vertically around the surface of the cylindrical side wall of the reaction vessel and toward the inside of the reaction vessel to generate a cusp magnetic field near an inner surface of the side wall. The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a plurality of rod-shaped magnets having the following.
【請求項9】 前記反応容器の円筒形側壁の表面の周り
で個々に配置され、前記側壁の内側表面の近くにカスプ
磁界を生成するように前記反応容器の内側に向いた二者
択一の極性を有する複数のマグネットを備えることを特
徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のスパッタ
処理応用のプラズマ処理装置。
9. An alternative, individually disposed around the surface of the cylindrical side wall of the reaction vessel, facing towards the inside of the reaction vessel to generate a cusp magnetic field near the inner surface of the side wall. The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a plurality of magnets having polarities.
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