JP2002363740A - Plasma treatment device for sputtering film deposition - Google Patents

Plasma treatment device for sputtering film deposition

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JP2002363740A JP2001167163A JP2001167163A JP2002363740A JP 2002363740 A JP2002363740 A JP 2002363740A JP 2001167163 A JP2001167163 A JP 2001167163A JP 2001167163 A JP2001167163 A JP 2001167163A JP 2002363740 A JP2002363740 A JP 2002363740A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacity-coupling type plasma treatment device for sputtering film deposition in which ion flux is uniformly deposited on a surface of a substrate at high concentration, but not re-deposited on a target. SOLUTION: The plasma treatment device comprises an upper electrode 1 having a capacity-coupling type mechanism, a target member 2 fitted to the upper electrode and formed of a non-magnetic substance, a plurality of magnets 6 which are disposed on an upper surface of the target member having alternately changing polarity at equal intervals between the two magnets, a lower electrode 3 disposed parallel to the upper electrode, a wafer 17 mounted on the lower electrode, and a high frequency power source 16 which is operated at the frequency in a range of 10-300 MHz, and connected to the upper electrode via a matching circuit 15.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上応用の分野】本発明は、スパッタ成膜応用のた
めのプラズマ処理装置に関し、特に、半導体産業におい
て集積回路の製造工程の間に金属あるいは誘電体物質の
スパッタ処理に有用な高周波(HFまたはVHF)電極
でのプラズマイオン密度とイオンエネルギを独立に制御
できる改善されたプラズマ源を有するプラズマ支援スパ
ッタリング装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for sputter film forming applications, and more particularly to a high frequency (HF) useful for sputter processing of a metal or a dielectric material during an integrated circuit manufacturing process in the semiconductor industry. Or a plasma assisted sputtering apparatus having an improved plasma source capable of independently controlling the plasma ion density and ion energy at the VHF) electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】径方向に高い均一性を有する大面積高密
度プラズマ源は、大面積基板を、当該基板の表面に組み
付けられているデバイスに電荷誘導ダメージを与えるこ
となく処理することが高く要求されている。特に、堆積
膜の高い均一性を備える、金属と誘電体物質のスパッタ
処理のための新しいプラズマ源の開発が重要である。従
来のプラズマ源において上記特性を得ることの困難性
が、図6〜図9に示されるごとく、2つの従来の構成を
用いて説明され、これらの従来の構成は通常200ミリ
ウェハまたは平板パネルのプラズマ処理装置において適
用される。
2. Description of the Related Art A large-area high-density plasma source having high radial uniformity requires a large-area substrate to be processed without causing charge-induced damage to devices mounted on the surface of the substrate. Have been. In particular, it is important to develop a new plasma source for sputtering metal and dielectric materials with high uniformity of the deposited film. The difficulties in obtaining the above characteristics in a conventional plasma source are illustrated using two conventional configurations, as shown in FIGS. 6-9, which are typically associated with a 200 mm wafer or flat panel plasma. Applied in processing equipment.

【0003】図6は、半導体産業におけるスパッタ成膜
応用のために用いる簡略化された従来のマグネトロン型
プラズマ源を示す。反応容器101は、非磁性金属で作
られた上部電極102、円筒形側壁103、そして下部
電極104から成っている。上部電極102は反応容器
101の天井板を形成し、下部電極104は反応容器1
01の底板105の上に設けられている。上部電極10
2と下部電極104は、反応容器101の少なくとも一
部にわたって互いに平行である。側壁103と底板10
5は、例えばステンレスのような金属で作られている。
側壁103と底板105は接地されている。側壁103
の上側部分は、反応容器の外側に室を作るため、上方に
延びている。側壁103は誘電体リング106を有して
いる。スパッタされる必要のある物質で作られたターゲ
ットプレート107は上部電極102の下面に固定され
ている。通常、ターゲットプレート107は上部電極1
02に比較してわずかにより小さい寸法を有している。
上部電極102とターゲットプレート107の合成され
た構造は、反応容器101の残りの部分から電気的に絶
縁するため、誘電体リング106の上に置かれている。
上部電極102の上面上に円形およびリング形状をした
2つのマグネット108A,108Bが図6と図7に示
されるように同心円的位置関係にて配置されている。2
つのマグネット108A,108Bは上部電極102に
固定され、2つのマグネット108Aと108Bの上に
磁路として用いられるプレート121が配置される。中
央のマグネット108Aは円柱形の形状を有し、図7に
示されるごとくいかなるキャビティ(空洞)も持たな
い。外側のマグネット108Bはリング形状を有してい
る。マグネット108A,108Bの各々の高さと幅は
重要なことではなく、反応容器101の他の寸法に従っ
て選択される。マグネット108A,108Bは、反応
容器101の内側に向かって反対の極性を有するように
上部電極102の上に配置される。マグネット108
A,108Bの配列は、これらの2つのマグネットの間
に曲線的な磁界109を生成する。
FIG. 6 shows a simplified conventional magnetron-type plasma source used for sputter deposition applications in the semiconductor industry. The reaction vessel 101 comprises an upper electrode 102 made of a non-magnetic metal, a cylindrical side wall 103, and a lower electrode 104. The upper electrode 102 forms the ceiling plate of the reaction vessel 101, and the lower electrode 104
01 is provided on the bottom plate 105. Upper electrode 10
2 and the lower electrode 104 are parallel to each other over at least a part of the reaction vessel 101. Side wall 103 and bottom plate 10
5 is made of a metal such as stainless steel, for example.
The side wall 103 and the bottom plate 105 are grounded. Side wall 103
The upper part extends upwardly to create a chamber outside the reaction vessel. The side wall 103 has a dielectric ring 106. A target plate 107 made of a material that needs to be sputtered is fixed to the lower surface of the upper electrode 102. Usually, the target plate 107 is the upper electrode 1
It has dimensions that are slightly smaller than 02.
The combined structure of the upper electrode 102 and the target plate 107 is placed on a dielectric ring 106 to provide electrical insulation from the rest of the reaction vessel 101.
On the upper surface of the upper electrode 102, two magnets 108A and 108B having a circular shape and a ring shape are arranged in a concentric positional relationship as shown in FIGS. 2
The two magnets 108A and 108B are fixed to the upper electrode 102, and a plate 121 used as a magnetic path is disposed on the two magnets 108A and 108B. The central magnet 108A has a cylindrical shape and does not have any cavities as shown in FIG. The outer magnet 108B has a ring shape. The height and width of each of the magnets 108A, 108B is not critical and is selected according to other dimensions of the reaction vessel 101. The magnets 108A and 108B are arranged on the upper electrode 102 so as to have opposite polarities toward the inside of the reaction vessel 101. Magnet 108
The arrangement of A, 108B creates a curved magnetic field 109 between these two magnets.

【0004】上部電極102は整合回路111を介して
0.1MHzから300MHzの範囲の周波数で動作す
る高周波電源110に接続されている。高周波電源11
0の周波数は通常13.56MHzである。高周波電源
が上部電極102に電力を供給するとき、プラズマは容
量結合型機構によって生成される。いったんプラズマが
作られると、プラズマ内の電子は曲線の磁界の中に閉じ
込められ、このことがその領域におけるプラズマ密度の
増加をもたらす。
The upper electrode 102 is connected via a matching circuit 111 to a high-frequency power supply 110 operating at a frequency in the range of 0.1 MHz to 300 MHz. High frequency power supply 11
The frequency of 0 is usually 13.56 MHz. When a high frequency power supply powers the upper electrode 102, plasma is generated by a capacitively coupled mechanism. Once the plasma is created, the electrons in the plasma are trapped in a curved magnetic field, which results in an increase in the plasma density in that region.

【0005】基板112は下部電極104の上に配置さ
れ、この下部電極は絶縁物質113を介して底板105
から電気的に絶縁されている。下部電極104は高周波
電源から高周波電力を与えられてもよいし、与えられな
くてもよい。もし高周波電力が高周波電源114によっ
て整合回路115を介して下部電極104に与えられる
のであるならば、図6に示すように、高周波電源の周波
数は通常0.1MHzから30MHzの範囲に存在す
る。高周波電流が下部電極104に与えられるとき、そ
れは負にバイアスされ、そのため基板112の表面の上
にイオン衝突を起こす原因となる。イオン衝突は基板1
12に堆積された膜の上をエッチング処理する原因にな
るけれども、下部電極104の自己バイアス電圧は、膜
堆積速度が基板112上の膜エッチング速度を超えるよ
うに、制御される。
[0005] The substrate 112 is disposed on the lower electrode 104, and the lower electrode is interposed between the bottom plate 105 and the insulating material 113.
Electrically insulated from The lower electrode 104 may or may not be supplied with high-frequency power from a high-frequency power supply. If high frequency power is to be provided by the high frequency power supply 114 to the lower electrode 104 via the matching circuit 115, the frequency of the high frequency power supply will typically be in the range of 0.1 MHz to 30 MHz, as shown in FIG. When a high frequency current is applied to the lower electrode 104, it is negatively biased and thus causes ion bombardment on the surface of the substrate 112. Ion collision on substrate 1
The self-bias voltage of the lower electrode 104 is controlled such that the film deposition rate exceeds the film etching rate on the substrate 112, although it causes etching on the film deposited on the substrate 12.

【0006】図8に示された他の従来のマグネトロン型
のスパッタ源は、図6で与えられた前述のプラズマ源の
わずかな改良である。ここで、中央のマグネット108
Aは上部電極102の下側で非対称の磁界109を形成
するために偏芯(off-axis)のモードで配置されている。
このマグネット配列の平面図が図9に示されている。こ
のマグネットの構成は上部電極102の中心軸(図にお
いて点線116として示されている)の周りに回転させ
される。図8と図9に示されたマグネット108A,1
08Bによって形成されるマグネットの配列は非対称に
回転する。
Another conventional magnetron-type sputter source shown in FIG. 8 is a slight modification of the aforementioned plasma source provided in FIG. Here, the center magnet 108
A is arranged in an off-axis mode to form an asymmetric magnetic field 109 below the upper electrode 102.
A plan view of this magnet arrangement is shown in FIG. The configuration of this magnet is rotated about the central axis of the upper electrode 102 (shown as dotted line 116 in the figure). Magnets 108A, 1 shown in FIGS. 8 and 9
The arrangement of magnets formed by 08B rotates asymmetrically.

【0007】[0007]

【発明によって解決されるべき問題】図6に示された平
行平板型プラズマ反応容器は、平行電極間の大面積プラ
ズマ、プラズマの容易な発火、そして下部電極表面にお
けるプラズマイオンエネルギ制御可能性、といういくつ
かの利点を有している。図6において与えられたマグネ
ット配列を用いれば、上部電極102の下側にドーナツ
形状の曲げられた磁界が生成される。いったんプラズマ
が発火されると、ドーナツの形状をしたより高い密度の
プラズマが電子の磁界による閉じ込めの作用によって上
部電極102の下側に形成される。このより高い密度の
プラズマは主にマグネット108A,108Bの磁極の
間の領域内に閉じ込められるので、マグネットの磁極の
近傍においては低いプラズマ密度が存在する。
The parallel plate type plasma reactor shown in FIG. 6 has a large area plasma between parallel electrodes, easy ignition of plasma, and controllability of plasma ion energy on the lower electrode surface. It has several advantages. When the magnet arrangement given in FIG. 6 is used, a donut-shaped bent magnetic field is generated below the upper electrode 102. Once the plasma is ignited, a higher density plasma in the form of a donut is formed below the upper electrode 102 by the confinement effect of the electron's magnetic field. Since this higher density plasma is primarily confined in the region between the poles of the magnets 108A, 108B, there is a lower plasma density near the magnet poles.

【0008】さらに、磁界の強さは磁極の方向に向かっ
て増大する。これは電子のミラー反射の原因となり、当
該ミラー反射はマグネット108A,108Bの磁極に
おいて低い電子密度をもたらす原因となる。電子密度が
低いとき、イオン密度は、同様にまた、イオンが電子に
よって生成された静電界によってプラズマの中でトラッ
プされるので、低くなる。
Further, the strength of the magnetic field increases in the direction of the magnetic pole. This causes a mirror reflection of electrons, which causes a low electron density at the magnetic poles of the magnets 108A and 108B. When the electron density is low, the ion density is also low, as the ions are trapped in the plasma by the electrostatic field created by the electrons.

【0009】上述したように2つの理由のため、磁極で
のイオンの流れはより小さくなり、低いスパッタリング
速度という結果をもたらす。しかしながら、マグネット
108Aと,108Bの各磁極の間にドーナツの形状で
高密度プラズマが存在するので、2つのマグネットの間
の領域に対応するターゲットプレート107の面は強く
スパッタされることになる。これらのスパッタされた原
子の一部はガス分子による散乱が原因でもとの方向へ反
射され、そしてターゲットプレート107の上に再び堆
積する。磁極に対応するターゲットプレート表面の場所
でスパッタ速度が相対的により小さいので、これらの場
所におけるスパッタされた原子の堆積が支配的となる。
しかしながら、再度堆積した膜は低い密度を有し、ター
ゲットプレート107の上に緩くくっつき、こうしてそ
れは容易にパーティクルとして離れる。さらに、ドーナ
ツ形状をした領域のみのエッチングが原因で、ターゲッ
トの利用効率が非常に減少する。
As mentioned above, the flow of ions at the pole is smaller for two reasons, resulting in a lower sputtering rate. However, since high-density plasma exists in the form of a donut between the magnetic poles of the magnets 108A and 108B, the surface of the target plate 107 corresponding to the region between the two magnets is strongly sputtered. Some of these sputtered atoms are reflected back in the original direction due to scattering by gas molecules, and redeposit on the target plate 107. The deposition of sputtered atoms at these locations is dominant because the sputtering rate is relatively small at the locations of the target plate surface corresponding to the magnetic poles.
However, the redeposited film has a low density and loosely adheres to the target plate 107, so that it easily breaks off as particles. Furthermore, the efficiency of target utilization is greatly reduced due to the etching of only the donut shaped regions.

【0010】ターゲットプレート107上のスパッタさ
れた物質の再堆積を避けるため、図8に示されるよう
に、マグネット108A,108Bは非対称に配置さ
れ、そして上部電極の中心軸116の周りに回転させら
れる。磁極に対応する場所にスパッタ物質の再堆積があ
るとしたとしても、再堆積した膜はすぐにマグネットの
回転が原因でプラズマの中にスパッタされて戻される。
従って、プラズマにおけるパーティクルの源は除去され
る。
To avoid redeposition of sputtered material on target plate 107, magnets 108A and 108B are arranged asymmetrically and rotated about central axis 116 of the upper electrode, as shown in FIG. . Even if there is redeposition of sputtered material at the location corresponding to the pole, the redeposited film is immediately sputtered back into the plasma due to rotation of the magnet.
Thus, the source of particles in the plasma is eliminated.

【0011】しかしながら、図8に与えられた構成で生
成されるプラズマは径方向に不均一である。このことが
基板112の表面の上に不均一なイオンの流れをもたら
す原因となる。これは、特に、もし基板112が下部電
極104に対し高周波電力を与えることによって負にバ
イアスされているならば、基板表面の上に作られた局所
的電荷増大の原因となり、それは基板107の上でのサ
ブミクロン大の素子の電気的ブレークダウンという結果
をついにはもたらす。
[0011] However, the plasma generated with the configuration given in FIG. 8 is non-uniform in the radial direction. This causes a non-uniform ion flow over the surface of the substrate 112. This causes a local charge build-up on the substrate surface, especially if the substrate 112 is negatively biased by applying high frequency power to the And finally results in electrical breakdown of submicron devices.

【0012】本発明の目的は、ウェハまたは基板の表面
におけるより高いイオンの濃度とより高いイオンの束(f
lux)の均一性を備え、そしてターゲット部材へのスパッ
タされた物質の戻りによる再堆積を生じない、スパッタ
成膜応用のための磁気的に強められた容量結合型のプラ
ズマ処理装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a higher ion concentration and higher ion flux (f) at the surface of a wafer or substrate.
lux) and provide a magnetically enhanced capacitively coupled plasma processing apparatus for sputter deposition applications that does not cause redeposition due to return of sputtered material to the target member. It is in.

【0013】[0013]

【問題を解決するための手段】本発明によるスパッタ成
膜応用のためのプラズマ処理装置は、反応容器、上部電
極、ターゲット部材、複数のマグネット、そして高周波
電源を有している。反応容器は、ガス導入用入り口部と
真空排気出口部を有している。上部電極は、容量結合型
機構を備え、反応容器に設けられている。ターゲット部
材は非磁性物質で作られ、上部電極に取り付けられてい
る。複数のマグネットは、ターゲット部材の上面の上方
に設けられ、上部電極とターゲット部材の間のキャビテ
ィ内に設けられ、それらの2つの間に等しい距離を持
ち、そして交互に替わる極性を持っている。下部電極は
反応容器内で上部電極に平行に配置され、そして処理さ
れるべきウェハ(あるいは基板)が下部電極の上に搭載
されている。高周波電源は10MHzから300MHz
の範囲における周波数で動作し、整合部を経由して上部
電極に接続されている。上記のスパッタ成膜応用のため
のプラズマ処理装置において、好ましくは、複数のマグ
ネットは上部電極の中心軸の周りに回転機構によって回
転させられる。上記のスパッタ成膜応用のためのプラズ
マ処理装置において、好ましくは、回転機構は、モー
タ、モータに接続された第1のギヤ装置、マグネットを
備えたシートに設けられた第2のギヤ装置、そして第1
と第2のギヤ装置を接続する絶縁物質で作られたロッド
から構成されている。スパッタ成膜応用のためのプラズ
マ処理装置において、好ましくは、上部電極は高周波カ
ットオフフィルタを介して直流(DC)電源に接続され
ている。スパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置に
おいて、好ましくは、上部電極は整合部を介して第2の
高周波電源に接続されている。スパッタ成膜応用のため
のプラズマ処理装置において、好ましくは、ターゲット
部材の上面の上側に配置されたマグネットの高さは径方
向に変えられる。スパッタ成膜応用のためのプラズマ処
理装置において、好ましくは、ターゲット部材の上面の
上側に配置されたマグネットの強さは径方向に変えられ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A plasma processing apparatus for sputter deposition according to the present invention includes a reaction vessel, an upper electrode, a target member, a plurality of magnets, and a high frequency power supply. The reaction vessel has a gas inlet and a vacuum exhaust outlet. The upper electrode has a capacitive coupling mechanism and is provided in the reaction vessel. The target member is made of a non-magnetic substance and is attached to the upper electrode. A plurality of magnets are provided above the upper surface of the target member, are provided in a cavity between the upper electrode and the target member, have an equal distance between the two, and have alternating polarities. The lower electrode is arranged in the reaction vessel parallel to the upper electrode, and the wafer (or substrate) to be processed is mounted on the lower electrode. High frequency power supply is 10MHz to 300MHz
And is connected to the upper electrode via the matching section. In the above-described plasma processing apparatus for sputter deposition, preferably, the plurality of magnets are rotated by a rotation mechanism around the center axis of the upper electrode. In the above-described plasma processing apparatus for sputtering film forming application, preferably, the rotation mechanism includes a motor, a first gear device connected to the motor, a second gear device provided on a sheet provided with a magnet, and First
And a rod made of an insulating material connecting the second gearing. In the plasma processing apparatus for sputter deposition application, preferably, the upper electrode is connected to a direct current (DC) power supply via a high frequency cutoff filter. In a plasma processing apparatus for sputter deposition application, preferably, the upper electrode is connected to a second high-frequency power supply via a matching section. In a plasma processing apparatus for sputter deposition application, preferably, the height of the magnet disposed above the upper surface of the target member is changed in the radial direction. In a plasma processing apparatus for sputter deposition application, preferably, the strength of a magnet disposed above the upper surface of the target member is changed in the radial direction.

【0014】上記の本発明の構成は、ターゲット部材下
側に、磁気的に強められた容量結合型のプラズマを維持
する。マグネットはターゲット部材の下側に多く(clust
er:集団)のポイントカスプ磁界(磁場)を生成するた
めに設けられ、それ故、ターゲット部材の近傍において
より高い磁界強度が存在し、それがより高いプラズマ密
度を結果的にもたらす。ウェハが配置される下部電極に
向かって磁界が急速に弱くなるため、ウェハは磁界がな
い環境にある。このことはウェハに負のバイアス電圧を
与える目的で下部電極に対して高周波電力を与えること
が容易となる。さらに、マグネット配列の回転のため
に、ターゲット上でスパッタされた原子が再堆積するの
を防止され、そしてターゲットのエロージョンの形状が
ほとんど均一となる。
According to the above-described structure of the present invention, a magnetically enhanced capacitively coupled plasma is maintained below the target member. Many magnets (clust
er) to provide a point cusp magnetic field (magnetic field), so that there is a higher magnetic field strength near the target member, which results in a higher plasma density. The wafer is in an environment without a magnetic field because the magnetic field rapidly weakens toward the lower electrode where the wafer is located. This makes it easier to apply high-frequency power to the lower electrode for the purpose of applying a negative bias voltage to the wafer. In addition, the rotation of the magnet arrangement prevents sputtered atoms from redepositing on the target and makes the erosion shape of the target nearly uniform.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、好ましい実施形態が添付
された図面に従って説明される。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.

【0016】本発明の第1実施形態は図1と図2に従っ
て説明される。図1と図2は第1実施形態のプラズマ処
理装置のために用いられるプラズマ源の図を示してい
る。図1はプラズマ処理装置の断面図を示し、図2はマ
グネット配列を示す。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 show views of a plasma source used for the plasma processing apparatus of the first embodiment. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a plasma processing apparatus, and FIG. 2 shows a magnet arrangement.

【0017】上記のプラズマ処理装置において、反応容
器50は、上部電極1、ターゲット部材2、下部電極
3、円筒形側壁21、天井板(トッププレート)22
a、底板(ボトムプレート)22b、そしてウェハホル
ダ23から構成されている。ターゲット部材2は上部電
極1の面に設けられている。複数のマグネット6はター
ゲット部材2の上面の上側であって上部電極1とターゲ
ット部材2の間のキャビティ(空洞)13に設けられて
いる。さらに、反応容器50はガス導入部4と真空排気
部5を有している。この真空排気部5は真空ポンプ(図
示されず)に接続されている。
In the above-described plasma processing apparatus, the reaction vessel 50 includes the upper electrode 1, the target member 2, the lower electrode 3, the cylindrical side wall 21, and the ceiling plate (top plate) 22.
a, a bottom plate (bottom plate) 22 b, and a wafer holder 23. The target member 2 is provided on the surface of the upper electrode 1. The plurality of magnets 6 are provided in a cavity 13 above the upper surface of the target member 2 and between the upper electrode 1 and the target member 2. Further, the reaction vessel 50 has a gas introduction unit 4 and a vacuum exhaust unit 5. The evacuation unit 5 is connected to a vacuum pump (not shown).

【0018】上部電極1は例えばAl(アルミニウム)
のような金属で作られており、誘電体物質、例えばセラ
ミックで作られたリング14aの上に配置されている。
上部電極1は円形の形状を有している。上部電極11の
寸法は重要なことではなく、処理されるべき基板の大き
さに依存している。円筒形側壁21、天井板22a、そ
して底板22bは金属で作られており、電気的に接地さ
れている。
The upper electrode 1 is made of, for example, Al (aluminum).
And is disposed on a ring 14a made of a dielectric material, for example, ceramic.
The upper electrode 1 has a circular shape. The dimensions of the upper electrode 11 are not critical and depend on the size of the substrate to be processed. The cylindrical side wall 21, the ceiling plate 22a, and the bottom plate 22b are made of metal and are electrically grounded.

【0019】ターゲット部材2は例えば銅のような金属
で作られており、スパッタされる必要があり、ウェハ1
7の表面に堆積される。このウェハ17はウェハホルダ
23に設けられた下部電極3の上に搭載される。ターゲ
ット部材2は上部電極1に対して例えばボルトまたは拡
散接合によって強く固定されている。上部電極1とター
ゲット部材2の形状は上部電極1とターゲット部材2の
間にキャビティ13が存在するように設計されている。
上部電極とターゲット部材の直径は重要な事項ではな
く、ウェハ17の直径に依存して選択される。例えば、
もしウェハの直径が200mmであるならば、ターゲッ
トの直径は200mmから350mmの範囲に存在す
る。マグネット6の下側のターゲット部材2の厚みは同
様にまた重要な事項ではなく、通常、およそ15mm程
度である。
The target member 2 is made of a metal such as copper, for example, and needs to be sputtered.
7 is deposited on the surface. The wafer 17 is mounted on the lower electrode 3 provided on the wafer holder 23. The target member 2 is strongly fixed to the upper electrode 1 by, for example, bolts or diffusion bonding. The shapes of the upper electrode 1 and the target member 2 are designed such that a cavity 13 exists between the upper electrode 1 and the target member 2.
The diameters of the upper electrode and the target member are not important, and are selected depending on the diameter of the wafer 17. For example,
If the diameter of the wafer is 200 mm, the diameter of the target is in the range from 200 mm to 350 mm. The thickness of the target member 2 below the magnet 6 is likewise not critical and is usually of the order of 15 mm.

【0020】上部電極1とターゲット部材2の間のキャ
ビティ13内にあるマグネット6の配列は図2に示され
ている。複数のマグネット6は円形シート7に固定され
ている。マグネット6はお互いに等しい距離で配列さ
れ、交互に替わる極性を有している。いかなる2つの隣
り合うマグネット6の間の間隔は重要な事項ではなく、
10mmから50mmの範囲において変わり得る。各マ
グネットの寸法は同じである。マグネット6の断面形状
は四角形状あるいは円形状である。もし断面の形状が円
の形状であるならば、その直径は5mmから40mmの
範囲において変わり得る。もし断面の形状が四角の形状
であるならば、同等の寸法が採用される。マグネット6
の高さは重要な事項ではなく、5mmから30mmの範
囲にすることができる。さらに、マグネット6の磁界2
4の強さは同様にまた重要な事項ではない。通常、マグ
ネット6の強さは、ターゲット部材2の下面でおよそ1
00ガウスから600ガウスの強さの磁界を生成するよ
うに選択される。
The arrangement of the magnets 6 in the cavity 13 between the upper electrode 1 and the target member 2 is shown in FIG. The plurality of magnets 6 are fixed to the circular sheet 7. The magnets 6 are arranged at an equal distance from each other and have alternating polarities. The spacing between any two adjacent magnets 6 is not important,
It can vary from 10 mm to 50 mm. The dimensions of each magnet are the same. The cross-sectional shape of the magnet 6 is square or circular. If the cross-sectional shape is a circular shape, its diameter can vary from 5 mm to 40 mm. If the cross-sectional shape is a square shape, equivalent dimensions are employed. Magnet 6
Is not critical and can range from 5 mm to 30 mm. Further, the magnetic field 2 of the magnet 6
The strength of 4 is also not important. Usually, the strength of the magnet 6 is about 1 at the lower surface of the target member 2.
It is selected to produce a magnetic field strength between 00 Gauss and 600 Gauss.

【0021】先に説明されたようにターゲット部材2の
上にマグネット6が配列されるとき、いずれの磁極から
出る磁界ライン24はすぐに最も近い反対の極性を有す
る磁極に向かって曲がる。それ故に、このマグネット配
列は多くのポイントカスプ磁界を作り出す。マグネット
6はお互いに接近するように配列されているので、磁界
ライン24はマグネット6から短い距離で曲がる。それ
故、このマグネット配列は、ターゲット部材2の内側領
域の近傍で強い磁界24を作り、下部電極3に向かって
非常に急速に衰える。従って、ターゲット部材2と下部
電極3の間の適当な距離を維持することによって、下部
電極3の表面で磁界に拘束されない環境を得ることがで
きる。
When the magnets 6 are arranged on the target member 2 as described above, the magnetic field lines 24 emanating from either pole immediately bend towards the nearest opposite pole. Therefore, this magnet arrangement creates many point cusp fields. Since the magnets 6 are arranged close to each other, the magnetic field line 24 bends at a short distance from the magnet 6. Therefore, this magnet arrangement creates a strong magnetic field 24 near the inner region of the target member 2 and decays very quickly towards the lower electrode 3. Therefore, by maintaining an appropriate distance between the target member 2 and the lower electrode 3, it is possible to obtain an environment that is not restricted by a magnetic field on the surface of the lower electrode 3.

【0022】各マグネット6の1つの磁極はシート7に
取り付けられ、このシートは好ましくは金属で作られて
いる。各マグネット6の他の磁極はプラズマ処理反応容
器50の内部に対向している。マグネット6が取り付け
られたシート7は上部電極1とターゲット部材2の間の
キャビティ13内であって、ベアリング8の支持部を備
えて固定されている。シート7は上部電極の1の中心軸
の周りに回転させることができる。さらに、マグネット
6の下面とターゲット部材の上面との間に小さい間隔、
好ましくは、およそ1mmの間隔を持つように設けられ
ている。複数のマグネット6を備えたシート7を回転さ
せるために、シート7の上面は適当なギヤ装置10a,
10bを介してモータ9につながっている。シート7の
上面におけるギヤ装置10a,10bは絶縁物質で作ら
れたロッド11によって接続されている。このことはモ
ータ9とマグネット6に高周波電流が流れるのを取り除
くために重要なことである。絶縁物質で作られたロッド
11は上部電極1に形成された小さな孔12を通過させ
られる。上部電極1に作られた小さな孔12の直径はで
きるだけ小さいものとされ、これは上部電極1とターゲ
ット部材2の間のキャビティに高周波電流が通電するの
を防止するためである。シート7を含むマグネット配列
は予め定められた周波数、通常およそ5〜10Hzで回
転させられる。モータ9は好ましくは反応容器50の側
壁21の外側に配置され、DCまたはAC電流によって
動作させられる。先に説明されたようにマグネット配列
は回転させられるのであるが、当該マグネット配列を回
転させるためには異なる他の技術を用いることもでき、
例えば小さな孔12を用いることを省略できる或る種の
磁気結合を用いることができる。
One pole of each magnet 6 is attached to a sheet 7, which is preferably made of metal. The other magnetic pole of each magnet 6 faces the inside of the plasma processing reaction vessel 50. The sheet 7 to which the magnet 6 is attached is located inside the cavity 13 between the upper electrode 1 and the target member 2 and is fixed with a support for the bearing 8. The sheet 7 can be rotated about one central axis of the upper electrode. Furthermore, a small gap between the lower surface of the magnet 6 and the upper surface of the target member,
Preferably, it is provided so as to have an interval of about 1 mm. In order to rotate the seat 7 provided with the plurality of magnets 6, the upper surface of the seat 7 is provided with a suitable gear device 10a,
It is connected to the motor 9 via 10b. The gearing 10a, 10b on the upper surface of the seat 7 is connected by a rod 11 made of an insulating material. This is important for removing high-frequency current flowing through the motor 9 and the magnet 6. A rod 11 made of an insulating material is passed through a small hole 12 formed in the upper electrode 1. The diameter of the small hole 12 made in the upper electrode 1 is made as small as possible to prevent high-frequency current from flowing through the cavity between the upper electrode 1 and the target member 2. The magnet arrangement including the sheet 7 is rotated at a predetermined frequency, usually about 5 to 10 Hz. The motor 9 is preferably arranged outside the side wall 21 of the reaction vessel 50 and is operated by DC or AC current. Although the magnet array is rotated as described above, other different techniques can be used to rotate the magnet array,
For example, some kind of magnetic coupling can be used that can omit the use of small holes 12.

【0023】上部電極1、ターゲット部材2、そしてマ
グネット配列から成る合成構造は誘電体リング14A,
14Bを配置することによって反応容器50の他の部分
から電気的に絶縁されている。上部電極1は整合回路1
5を介して高周波電源16に接続されている。高周波電
源16の周波数は、重要な事項ではなく、10MHzか
ら300MHzの範囲に存在させることができる。
The composite structure including the upper electrode 1, the target member 2, and the magnet arrangement is a dielectric ring 14A,
By arranging 14B, it is electrically insulated from other parts of the reaction vessel 50. The upper electrode 1 is a matching circuit 1
5 is connected to a high-frequency power supply 16. The frequency of the high frequency power supply 16 is not critical and can be in the range of 10 MHz to 300 MHz.

【0024】下部電極3は整合回路19を介して高周波
電源18に接続される。下部電極3は高周波電源18か
ら高周波電力を与えられる。高周波電源18の周波数
は、重要な事項ではなく、0.1MHzから300MH
zの範囲において変えることができる。高周波電源18
は省略することもできる。下部電極3に高周波電力が与
えられないのであるならば、下部電極3の電気的状態は
浮遊状態であるかまたは接地状態である。下部電極3の
正確な電気的な状態は各ウェハの処理技術によって決定
される。
The lower electrode 3 is connected to a high frequency power supply 18 via a matching circuit 19. The lower electrode 3 is supplied with high frequency power from a high frequency power supply 18. The frequency of the high frequency power supply 18 is not important, and is 0.1 MHz to 300 MHz.
It can be changed in the range of z. High frequency power supply 18
Can be omitted. If no high-frequency power is applied to the lower electrode 3, the electrical state of the lower electrode 3 is in a floating state or a ground state. The exact electrical state of the lower electrode 3 is determined by the processing technique for each wafer.

【0025】図1に示されるようにプラズマ処理反容器
50のガス導入装置が存在する。複数のガス入り口4を
備えた円形管20は側壁21の内面に固定されている。
しかしながら、反応容器50の中にプロセスガスを導入
する異なる技術を採用することもできる。
As shown in FIG. 1, there is a gas introduction device for the plasma processing counter-container 50. A circular pipe 20 having a plurality of gas inlets 4 is fixed to the inner surface of the side wall 21.
However, different techniques for introducing the process gas into the reaction vessel 50 can be employed.

【0026】高周波電源16から上部電極1に対して高
周波電力が適用されるとき、ターゲット部材2の下面へ
高周波電流が流れ、そして容量結合型機構によってプラ
ズマを生成する。ターゲット部材2の近傍における磁界
24のため、プラズマ中の電子はサイクロトロン回転を
行い、ターゲット部材2に接近させて閉じ込める。この
ことは、プラズマ密度の増加という結果をもたらす。マ
グネット6はターゲット部材2の下面を通して複数の曲
げられた磁界24を作るように設けられているので、高
密度プラズマは、曲げられた磁界ライン24の各組の中
に生成される。設けられたマグネット6の数に依存し
て、局所的な高密度プラズマサイトの数は変化する。多
くの互いに接近するマグネット6を調整することによっ
て、高密度プラズマの生成サイトの総数は増加させるこ
とができる。それ故にターゲット部材2の下側の平均的
プラズマ密度は従来技術の欄で説明された従来のプラズ
マ源のそれらに比較して非常に増加させることができ
る。
When high-frequency power is applied from the high-frequency power supply 16 to the upper electrode 1, a high-frequency current flows to the lower surface of the target member 2, and plasma is generated by a capacitive coupling mechanism. Due to the magnetic field 24 in the vicinity of the target member 2, electrons in the plasma rotate in a cyclotron and are confined by approaching the target member 2. This has the consequence of increasing the plasma density. Since the magnet 6 is provided to create a plurality of bent magnetic fields 24 through the lower surface of the target member 2, a high density plasma is generated in each set of bent magnetic field lines 24. Depending on the number of magnets 6 provided, the number of local high-density plasma sites changes. By adjusting the number of magnets 6 approaching each other, the total number of high-density plasma generation sites can be increased. Therefore, the average plasma density below the target member 2 can be greatly increased compared to those of the conventional plasma sources described in the background section.

【0027】プラズマの生成で、ターゲット部材は負に
バイアスされ、それはターゲット部材2の表面面積が、
プラズマが接触している接地された表面の面積よりも小
さくなるからである。この負の自己バイアス電圧が原因
で、プラズマ中のイオンはターゲット部材2に向かって
加速し、エネルギを得てターゲット2の上に衝突する。
これはターゲット部材2をスパッタし、スパッタされも
のがプラズマに向かう。ターゲット部材2からのスパッ
タされた原子の一部はプラズマを通り抜けて通過し、ウ
ェハ17の表面に堆積する。スパッタされた原子の他の
一部はターゲット部材2に再び堆積し、これはガス状態
におけるスキャッタリング(散乱)によるものである。
残りのスパッタされた原子はプラズマに晒された円筒形
側壁21、そして他の表面の上に堆積する。
In the production of the plasma, the target member is negatively biased, which means that the surface area of the target member 2 is
This is because the area becomes smaller than the area of the grounded surface with which the plasma is in contact. Due to the negative self-bias voltage, the ions in the plasma accelerate toward the target member 2 and gain energy to collide with the target 2.
This sputters the target member 2 and the sputtered material goes to the plasma. Some of the sputtered atoms from the target member 2 pass through the plasma and deposit on the surface of the wafer 17. Another part of the sputtered atoms deposits again on the target member 2, which is due to scattering in the gaseous state.
The remaining sputtered atoms deposit on the cylindrical sidewall 21 exposed to the plasma, and other surfaces.

【0028】いったんプラズマがターゲット部材2の下
側に生成されると、ターゲット部材2の近傍の電子とイ
オンはE×Bによって駆動される。ここで、EとBはそ
れぞれターゲット表面での直流電界と磁界である。しか
しながら、このプラズマのE×Bドリフトは、マグネッ
ト6の間隔によって定義されるより小さい領域に局所的
に存在させられる。何故なら、マグネット6は隣り合う
マグネットのE×Bドリフトをなくさせるように設けら
れている。それ故にこのマグネット配列はターゲット部
材2の下側数cmの所で拡散プロセスによってほとんど
径方向に均一なプラズマを作る。さらにマグネット6の
回転のため、ターゲット部材2の上で再堆積サイトは全
く存在しない。このことは、同様にまた、ターゲット部
材2のほとんど均一なエロージョンの原因となり、これ
はターゲットの利用効率の増大という結果をもたらす。
Once the plasma is generated below the target member 2, electrons and ions near the target member 2 are driven by E × B. Here, E and B are a DC electric field and a magnetic field on the target surface, respectively. However, the ExB drift of this plasma is locally present in a smaller area defined by the spacing of the magnets 6. This is because the magnet 6 is provided so as to eliminate the E × B drift of the adjacent magnet. This magnet arrangement therefore produces an almost radially uniform plasma by a diffusion process at a few cm below the target member 2. Furthermore, due to the rotation of the magnet 6, there are no redeposition sites on the target member 2. This also results in an almost uniform erosion of the target member 2, which results in increased target utilization.

【0029】先に説明されたように下部電極の表面では
全く磁界は存在しない。それ故に、高周波電源18から
供給される高周波電力はウェハ表面上のプラズマ均一性
を乱すことなく下部電極3に与えられる。もしウェハの
表面で磁界が存在するならば、プラズマはE×Bドリフ
トのため反応容器50の他の側に向かって移動し、ここ
でEとBはそれぞれウェハ表面における直流電界と磁界
の強さである。下部電極に対して適当な高周波電力を与
えることによってその自己バイアス電圧は変化させら
れ、それによってウェハの表面に衝突するイオンのエネ
ルギは変化させられる。
As described above, no magnetic field exists on the surface of the lower electrode. Therefore, the high frequency power supplied from the high frequency power supply 18 is applied to the lower electrode 3 without disturbing the plasma uniformity on the wafer surface. If a magnetic field is present at the surface of the wafer, the plasma moves toward the other side of the reaction vessel 50 due to the E × B drift, where E and B are the DC and magnetic field strength at the wafer surface, respectively. It is. By applying the appropriate high frequency power to the bottom electrode, its self-bias voltage is changed, thereby changing the energy of ions impacting the surface of the wafer.

【0030】第1実施形態のプラズマ処理装置は従来の
プラズマ源のそれらと比較してターゲット部材の下側に
高い密度のプラズマを作ることができる。それは均一な
成膜速度とターゲット部材の均一なエロージョン速度で
ウェハ上の金属の膜のスパッタ堆積を容易化できる。さ
らに、それは、上部電極1と下部電極2のそれぞれに与
えられる高周波電力を制御することによってプラズマ密
度(あるいはイオン束)と、ウェハ表面上に衝突するイ
オンのエネルギの独立した制御を容易にすることができ
る。
The plasma processing apparatus according to the first embodiment can generate a high-density plasma under the target member as compared with those of the conventional plasma source. It can facilitate sputter deposition of a metal film on a wafer with a uniform deposition rate and a uniform erosion rate of the target member. Furthermore, it facilitates independent control of the plasma density (or ion flux) and the energy of the ions impinging on the wafer surface by controlling the high frequency power applied to each of the upper electrode 1 and the lower electrode 2. Can be.

【0031】次に本発明の第2実施形態が図3に基づい
て説明される。この実施形態は第1実施形態の拡張であ
る。第2実施形態における上部電極1は高周波電源16
からの高周波電力に加えて直流電源25からの直流バイ
アス電圧を供給される。この直流電力は高周波カットオ
フフィルタ26を経由して供給され、このカットオフフ
ィルタは高周波電源16からの高周波電流から直流電源
25を保護する。この付加された構造を除いて、すべて
の他の構成は第1実施形態で説明されたものと同じであ
る。第1実施形態で説明されたそれらと実質的に同じで
ある図3に示された他の構成要素は、それぞれ、同じ参
照番号が付されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an extension of the first embodiment. The upper electrode 1 in the second embodiment is a high-frequency power supply 16
, And a DC bias voltage from the DC power supply 25 is supplied. This DC power is supplied via a high frequency cutoff filter 26, which protects the DC power supply 25 from high frequency current from the high frequency power supply 16. Except for this added structure, all other configurations are the same as those described in the first embodiment. The other components shown in FIG. 3 that are substantially the same as those described in the first embodiment are each provided with the same reference numerals.

【0032】第2実施形態において、プラズマによって
作られる自己バイアス電圧よりも大きい負の直流電圧の
応用はターゲット部材2のスパッタリング速度の増大を
もたらす。これは結果的にウェハ17の表面での成膜速
度の増大をもたらす。
In the second embodiment, the application of a negative DC voltage greater than the self-bias voltage created by the plasma results in an increase in the sputtering rate of the target member 2. This results in an increase in the deposition rate on the surface of the wafer 17.

【0033】図4を参照して第3の実施形態が説明され
る。第3実施形態は同様にまた第1実施形態の拡張であ
る。この実施形態における上部電極1は整合回路28を
介して第2の高周波電源27から他の高周波電流が供給
される。上部電極1に対する第2の高周波電流の印加に
伴い2つの高周波フィルタ29,30が電気回路に付加
される。高周波フィルタ29は高周波電源16から到来
する高周波電流をカットオフし、高周波フィルタ30は
高周波電源27から到来する高周波電流をカットオフす
る。この変形を除いて、すべての他の構成要素は第1実
施形態で説明されたそれらと同じである。
A third embodiment will be described with reference to FIG. The third embodiment is also an extension of the first embodiment. The upper electrode 1 in this embodiment is supplied with another high-frequency current from a second high-frequency power supply 27 via a matching circuit 28. With the application of the second high-frequency current to the upper electrode 1, two high-frequency filters 29 and 30 are added to the electric circuit. The high frequency filter 29 cuts off the high frequency current coming from the high frequency power supply 16, and the high frequency filter 30 cuts off the high frequency current coming from the high frequency power supply 27. Except for this modification, all other components are the same as those described in the first embodiment.

【0034】第2の高周波電源27の周波数は基本の高
周波電源16よりも低くなっており、好ましくは0.1
MHzから30MHzの範囲に存在する。第2の高周波
電源27からのより低い高周波の交流電流の印加はター
ゲット部材上での自己バイアス電圧の増大をもたらす。
このことは、ターゲット部材2のより高いスパッタ速度
の原因となり、それによってウェハの表面により高い成
膜速度をもたらす。
The frequency of the second high frequency power supply 27 is lower than that of the basic high frequency power supply 16, and is preferably 0.1
It is in the range from 30 MHz to 30 MHz. The application of a lower high frequency alternating current from the second high frequency power supply 27 causes an increase in the self-bias voltage on the target member.
This causes a higher sputtering rate of the target member 2, thereby resulting in a higher deposition rate on the surface of the wafer.

【0035】図5に従って第4実施形態が説明される。
この実施形態は同様にまた上記の実施形態の拡張であ
る。すなわち、第4実施形態のハードウェア的な構成は
マグネットの配列を除いて各実施形態のそれと同じであ
る。マグネット配列のみが変更されているので、マグネ
ット配列のみが図5に示される。図5は複数のマグネッ
トとシート7の側面図を示している。
The fourth embodiment will be described with reference to FIG.
This embodiment is also an extension of the above embodiment. That is, the hardware configuration of the fourth embodiment is the same as that of each embodiment except for the arrangement of the magnets. Since only the magnet arrangement has been changed, only the magnet arrangement is shown in FIG. FIG. 5 shows a side view of the plurality of magnets and the sheet 7.

【0036】各マグネット6の高さを除いてマグネット
の他の寸法、マグネットの強さ、マグネット間の間隔
は、第1実施形態で説明されたそれらと同じである。マ
グネット6の高さは径方向に変化させている。例えば、
マグネット6の高さはシート7の中心に向かってあるい
はターゲット部材2に向かって図5に示されるごとくよ
り短くなる。他の方法としてマグネット6の高さを変え
ることもできる。例えば、マグネットの高さはシート7
の外縁に向かって短くしてもよい。マグネットの高さの
変化の基準は次の通りである。
Except for the height of each magnet 6, the other dimensions of the magnet, the strength of the magnet, and the distance between the magnets are the same as those described in the first embodiment. The height of the magnet 6 is changed in the radial direction. For example,
The height of the magnet 6 becomes shorter toward the center of the sheet 7 or toward the target member 2 as shown in FIG. As another method, the height of the magnet 6 can be changed. For example, the height of the magnet is sheet 7
May be shortened toward the outer edge of the. The criteria for the change in magnet height are as follows.

【0037】第1実施形態において説明されたように磁
界24が存在するとき、プラズマ密度は増加し、プラズ
マは磁界24の領域の中に閉じ込められるようになる。
プラズマ密度の増加と閉じ込めの強さが磁界の強さに依
存して変化する。それ故に、マグネットの高さを変化さ
せることによって、ターゲット部材2の下側の磁界の強
さは変化させられ、それによってプラズマ密度とプラズ
マ閉じ込めは変化させられる。すなわち、マグネットの
高さはターゲット部材の近傍におけるプラズマ密度のパ
ラメータを制御するものとして扱うことができる。ウェ
ハプロセスの形式、与えられる電力、採用される圧力に
依存して、ウェハ表面で均一な成膜を得るためにターゲ
ット部材2の近傍でプラズマ密度の径方向の外形(プロ
ファイル)を変化させることは重要である。これらの状
況において、マグネットの高さはウェハ上で均一な膜を
得るため、上述されたごとく適当に変化させられる。
When a magnetic field 24 is present, as described in the first embodiment, the plasma density increases and the plasma becomes confined within the region of the magnetic field 24.
The increase in plasma density and the strength of confinement vary depending on the strength of the magnetic field. Therefore, by changing the height of the magnet, the strength of the magnetic field below the target member 2 is changed, thereby changing the plasma density and the plasma confinement. That is, the height of the magnet can be treated as controlling the parameter of the plasma density near the target member. Depending on the type of wafer process, the applied power, and the pressure employed, changing the radial profile of the plasma density in the vicinity of the target member 2 to obtain a uniform film on the wafer surface is not possible. is important. In these situations, the height of the magnet is appropriately varied as described above to obtain a uniform film on the wafer.

【0038】同様に、磁界の異なる強さを持つマグネッ
トを選択することによって、それらを径方向に対照的パ
ターンで配列することによってターゲット部材2の下側
で磁界24の強さを変化させることができる。
Similarly, by selecting magnets with different strengths of the magnetic field, it is possible to vary the strength of the magnetic field 24 below the target member 2 by arranging them in a radially symmetric pattern. it can.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によるプラズマ処理装置は所定の
配列を有する複数のマグネットを用いることで多くのポ
イントカスプ磁界を作ることによってターゲット部材の
下側に高密度プラズマを作ることができる。本発明のプ
ラズマ処理装置は均一な成膜速度と均一なターゲット部
材のエロージョン速度でウェハの上に金属膜のスパッタ
リング堆積を容易に行うことができる。それは上部電極
と下部電極の各々に与えられる高周波電力を制御するこ
とによってプラズマ密度(あるいはイオン束)とウェハ
表面に衝突するイオンエネルギの独立な制御を容易に行
うことができる。本発明は、基板表面でのより高いイオ
ン濃度、より高いイオン束の均一性で、かつターゲット
部材に戻るスパッタ物質の再堆積を生じさせないこと
で、スパッタ成膜応用のための磁気的に強められた容量
結合型のプラズマ処理装置を提供できる。
According to the plasma processing apparatus of the present invention, a high-density plasma can be generated under the target member by generating a large number of point cusp magnetic fields by using a plurality of magnets having a predetermined arrangement. The plasma processing apparatus of the present invention can easily perform sputtering deposition of a metal film on a wafer at a uniform deposition rate and a uniform erosion rate of a target member. It can easily perform independent control of plasma density (or ion flux) and ion energy hitting the wafer surface by controlling the high frequency power applied to each of the upper and lower electrodes. The present invention is magnetically enhanced for sputter deposition applications by having a higher ion concentration at the substrate surface, higher ion flux uniformity, and not causing redeposition of sputtered material back to the target member. And a capacitively coupled plasma processing apparatus.

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

【図1】この図は、容量結合型の電極、ターゲット部
材、そしてマグネット配列を示す第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 capacitively coupled electrode, a target member, and a magnet arrangement.

【図2】この図は、第1実施形態で用いられたマグネッ
ト配列を示す。
FIG. 2 shows a magnet arrangement used in the first embodiment.

【図3】この図は、第2実施形態の縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the second embodiment.

【図4】この図は、第4実施形態の縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a fourth embodiment.

【図5】この図は、第4実施形態におけるシートとマグ
ネットの側面図である。
FIG. 5 is a side view of a sheet and a magnet according to a fourth embodiment.

【図6】この図は、プラズマ処理のために用いられる第
1の従来のプラズマ源を示す概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a first conventional plasma source used for plasma processing.

【図7】この図は、図6で示された上部電極の上面図で
ある。
FIG. 7 is a top view of the upper electrode shown in FIG. 6;

【図8】この図は、プラズマ処理のために用いられた第
2の従来のプラズマ源を示す概略図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a second conventional plasma source used for plasma processing.

【図9】この図は、図8で示された上部電極の上面図で
ある。
FIG. 9 is a top view of the upper electrode shown in FIG.

【参照符合の説明】[Description of reference numerals]

1 上部電極 2 ターゲットプレート 3 下部電極 6 マグネット 17 ウェハ 21 円筒形側壁 21b 底板 23 ウェハホルダ 50 反応容器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Upper electrode 2 Target plate 3 Lower electrode 6 Magnet 17 Wafer 21 Cylindrical side wall 21b Bottom plate 23 Wafer holder 50 Reaction vessel

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長浜 華子 東京都府中市四谷5丁目8番1号 アネル バ株式会社内 (72)発明者 佐藤 誠 東京都府中市四谷5丁目8番1号 アネル バ株式会社内 (72)発明者 水野 茂 東京都府中市四谷5丁目8番1号 アネル バ株式会社内 Fターム(参考) 4K029 BA08 BC03 BD01 CA05 DC03 DC42 DC43 EA09 5F103 AA08 BB06 BB09 BB14 NN10 RR04  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hanako Nagahama 5-8-1, Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Inside Anelva Co., Ltd. (72) Inventor Makoto Sato 5-81-1, Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Anelva (72) Inventor Shigeru Mizuno 5-8-1, Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Anelva Corporation F-term (reference) 4K029 BA08 BC03 BD01 CA05 DC03 DC42 DC43 EA09 5F103 AA08 BB06 BB09 BB14 NN10 RR04

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガス導入部と真空排気部を備える反応容
器と、 前記反応容器に設けられた、容量結合型機構を備える上
部電極と、 前記上部電極に取り付けられた非磁性物質によるターゲ
ット部材と、 前記ターゲット部材の上面の上方であって前記上部電極
と前記ターゲット部材の間のキャビティ内に設けられ、
2つの間の等しい距離と交互に異なる極性を有するよう
に配列された複数のマグネットと、 前記反応容器にて前記上部電極に平行であり、処理され
るべきウェハが搭載される下部電極と、そして整合部を
介して前記上部電極に接続され10MHzから300M
Hzの範囲における周波数で動作する高周波電源と、 から成ることを特徴とするスパッタ成膜応用のためのプ
ラズマ処理装置。
A reaction container having a gas introduction unit and a vacuum exhaust unit; an upper electrode provided in the reaction container and having a capacitive coupling mechanism; and a target member made of a non-magnetic substance attached to the upper electrode. Provided above the upper surface of the target member and in a cavity between the upper electrode and the target member,
A plurality of magnets arranged to have an equal distance between the two and alternating polarities; a lower electrode parallel to the upper electrode in the reaction vessel, on which a wafer to be processed is mounted; and Connected to the upper electrode through a matching section from 10 MHz to 300 M
A high-frequency power supply operating at a frequency in the range of Hz, and a plasma processing apparatus for sputter deposition application.
【請求項2】 前記複数のマグネットは前記上部電極の
中心軸の周りに回転機構によって回転させられることを
特徴とする請求項1記載のスパッタ成膜応用のためのプ
ラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of magnets are rotated around a central axis of the upper electrode by a rotation mechanism.
【請求項3】 前記回転機構はモータ、このモータに接
続される第1のギヤ装置、前記マグネットを備えたシー
トに設けられる第2のギヤ装置、前記第1と第2のギヤ
装置を接続する絶縁物で作られたロッドから成ることを
特徴とする請求項2記載のスパッタ成膜応用のためのプ
ラズマ処理装置。
3. The rotating mechanism connects a motor, a first gear device connected to the motor, a second gear device provided on a seat provided with the magnet, and the first and second gear devices. 3. The plasma processing apparatus according to claim 2, comprising a rod made of an insulating material.
【請求項4】 前記上部電極は高周波カットオフフィル
タを介して直流電源に接続されることを特徴とする請求
項1〜3のいずれか1項に記載のスパッタ成膜応用のた
めのプラズマ処理装置。
4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the upper electrode is connected to a DC power supply via a high-frequency cut-off filter. .
【請求項5】 前記上部電極は整合部を介して第2の高
周波電源に接続されることを特徴とする請求項1〜4の
いずれか1項に記載のスパッタ成膜応用のためのプラズ
マ処理装置。
5. The plasma processing for sputter deposition according to claim 1, wherein the upper electrode is connected to a second high-frequency power supply via a matching section. apparatus.
【請求項6】 前記ターゲット部材の上面側に配列され
た前記マグネットの高さは径方向に変化することを特徴
とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のスパッタ成
膜応用のためのプラズマ処理装置。
6. The sputter film forming application according to claim 1, wherein the height of the magnets arranged on the upper surface side of the target member changes in a radial direction. Plasma processing equipment.
【請求項7】 前記ターゲット部材の上面側に配列され
た前記マグネットの強さは径方向に変化することを特徴
とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のスパッタ成
膜応用のためのプラズマ処理装置。
7. The method according to claim 1, wherein the strength of the magnets arranged on the upper surface of the target member changes in a radial direction. Plasma processing equipment.
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