JP2003073824A - Method for forming thin film - Google Patents
Method for forming thin filmInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタにて成膜
する薄膜作成方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film forming method for forming a film by sputtering.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ターゲットに電力を供給して基板に薄膜
を形成するスパッタ装置において、プラズマダメージに
よる膜質の低下等の問題があった。この様な問題に対し
従来はプラズマダメージの少ない成膜方法として、ター
ゲットに直流（ＤＣ）電力を供給するＤＣスパッタ、タ
ーゲットにＤＣ電力を供給し基板に高周波（ＶＨＦ）電
力を供給するバイアススパッタ、またはターゲットを対
面に配置した対向スパッタ等の手法が一般に行われてい
た。2. Description of the Related Art A sputtering apparatus for supplying electric power to a target to form a thin film on a substrate has a problem such as deterioration of film quality due to plasma damage. Conventionally, as a film forming method with less plasma damage against such problems, DC sputtering for supplying direct current (DC) power to a target, bias sputtering for supplying DC power to a target and high frequency (VHF) power to a substrate, Alternatively, a method such as facing sputtering in which targets are arranged facing each other has been generally performed.
【０００３】特開平１０−３６９６２号公報では、基板
と対向しない形態を示しているが、プラズマを閉じ込め
るには至らず、プラズマ電位と基板電位の差から生ずる
正イオンのダメージが懸念される。また、この方法で
は、プラズマの空間分布により、基板上での膜質の斑
（むら）が生ずることが考えられる。Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-36962 discloses a mode in which the substrate is not opposed to the substrate, but the plasma is not confined, and there is a concern that positive ions may be damaged due to the difference between the plasma potential and the substrate potential. Further, in this method, it is conceivable that unevenness of the film quality on the substrate may occur due to the spatial distribution of plasma.
【０００４】また、特開平９−８７８３９号公報では、
基板の裏に磁場を生成させることにより正イオンによる
ダメージを減らしているが、負イオンに関しては、対策
がなされていない。Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-87839,
Although a magnetic field is generated on the back side of the substrate to reduce damage due to positive ions, no measures have been taken for negative ions.
【０００５】また、特開平５−２２６２５０号公報およ
び特開平５−３９５７１号公報では、メッシュ電極を基
板とターゲット間に設置しているが、この方式でも基板
は負イオンのダメージから逃れられない。負イオンは、
寿命が短く、シースで加速された後すぐに中性化してし
まうので、メッシュ電極は無意味である。Further, in JP-A-5-226250 and JP-A-5-39571, the mesh electrode is installed between the substrate and the target, but even with this method, the substrate cannot escape from the damage of negative ions. Negative ions
Mesh electrodes are meaningless because they have a short life and neutralize shortly after being accelerated by the sheath.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】プラズマダメージに敏
感な膜の成膜において、従来の手法ではプラズマダメー
ジにより吸収膜しか得られない等の問題があった。その
原因としては、プラズマによって生ずる正イオン、負イ
オン、及び電子が、プラズマの電位によって加速され、
基板に到達することによって生じている。In forming a film sensitive to plasma damage, the conventional method has a problem that only an absorption film can be obtained due to plasma damage. The cause is that positive ions, negative ions, and electrons generated by the plasma are accelerated by the potential of the plasma,
It is caused by reaching the substrate.
【０００７】そこで、本発明の目的は、プラズマによっ
て生ずる負イオンを除去し、さらに正イオンおよび電子
の基板に到達する数およびエネルギーを制御することを
可能な薄膜作成法を提供することである。Therefore, an object of the present invention is to provide a thin film forming method capable of removing negative ions generated by plasma and controlling the number and energy of positive ions and electrons reaching a substrate.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜作成法は、
スパッタにて成膜する際、ターゲット電圧により加速さ
れた負イオンが基板に到達しないようにするためにスパ
ッタ面を成膜される基板に対面しない位置に配置して行
なう薄膜作成法において、プラズマ中の正イオン及び電
子の軌道を制御することにより、基板に入射する正イオ
ン及び電子のそれぞれの量及びエネルギーを制御して成
膜することを特徴としている。The thin film forming method of the present invention comprises:
When forming a film by sputtering, in order to prevent negative ions accelerated by the target voltage from reaching the substrate, the sputtering surface is placed in a position not facing the substrate to be formed By controlling the trajectories of the positive ions and electrons, the amount and energy of each of the positive ions and electrons incident on the substrate are controlled to form a film.
【０００９】なお、プラズマ中の正イオンおよび電子の
軌道を制御する方法は、正または負の電場もしくは、ア
ース電位をかけることができる導体または半導体からな
る電極を操作する方法、あるいは、磁場を用いた機構を
操作する方法、であることが好ましい。The method of controlling the trajectories of positive ions and electrons in the plasma is as follows: operating a positive or negative electric field or an electrode made of a conductor or semiconductor capable of applying a ground potential, or using a magnetic field. It is preferable that the method is a method of operating the existing mechanism.
【００１０】また、上述のターゲットは、円柱形状をし
ていることも好ましい。It is also preferable that the above-mentioned target has a cylindrical shape.
【００１１】なおまた、成膜された膜は弗化物を主原料
とするものであること、さらに、この弗化物は、弗化マ
グネシウム（ＭｇＦ2 ）であること、も好ましい。It is also preferable that the formed film is mainly composed of fluoride, and that the fluoride is magnesium fluoride (MgF 2 ).
【００１２】（作用）本発明では、さらに、プラズマダ
メージの少ない成膜装置および方法を提供することによ
り、可視領域から真空紫外領域まで光吸収の少ない弗化
膜を作成することが可能となる。具体的には、プラズマ
によって生ずる正イオン、負イオンおよび電子がすべて
の基板に到達する数、およびエネルギーを制御すること
により、可能となる。(Function) The present invention further provides a film forming apparatus and method with less plasma damage, which makes it possible to form a fluoride film with less light absorption from the visible region to the vacuum ultraviolet region. Specifically, it is possible by controlling the number and energy of positive ions, negative ions and electrons generated by plasma reaching all the substrates.
【００１３】まず、負イオンを除去するために、ターゲ
ットと基板を向かい合わないように配置した。負イオン
は、プラズマとターゲット間のシースによって加速され
るので、基板位置が負イオンの加速方向にない位置にす
ればよい。次に電子および正イオンは、主にプラズマ中
に多く存在する。したがって、プラズマ近傍に電界およ
び磁界を形成することによりプラズマの分布を制御する
ことができる。基板近傍にプラズマが来ないように、閉
じ込めることにより、基板への荷電粒子によるダメージ
は大幅に軽減される。First, in order to remove negative ions, the target and the substrate were arranged so as not to face each other. Since the negative ions are accelerated by the sheath between the plasma and the target, the substrate position may be set at a position not in the negative ion acceleration direction. Second, electrons and positive ions are mainly present in the plasma. Therefore, the distribution of plasma can be controlled by forming an electric field and a magnetic field near the plasma. By confining the plasma so that it does not come near the substrate, damage to the substrate due to charged particles is significantly reduced.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１５】図１は、本発明の薄膜作成法の一実施例の
ための装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for one embodiment of the thin film forming method of the present invention.
【００１６】スパッタ面が円柱状マグネシウムＭｇター
ゲット１０３の内面で、基板１０２に対面しない配置で
ある。ターゲット底面に基板１０２と反対側に対面する
アノードがある構成であり、アルゴンＡｒおよび弗素Ｆ
2 等の反応性ガスをアノードから供給してＤＣスパッタ
で弗化マグネシウムＭｇＦ2 膜を形成する。The sputtering surface is the inner surface of the cylindrical magnesium Mg target 103, and is arranged so as not to face the substrate 102. The target has a structure in which an anode facing the opposite side of the substrate 102 is provided on the bottom surface, and argon Ar and fluorine F are used.
A reactive gas such as 2 is supplied from the anode to form a magnesium fluoride MgF 2 film by DC sputtering.
【００１７】この時プラズマ閉じ込め効果を高めるため
にリング状ターゲットの外側にマグネットを配置しター
ゲット表面で電界と磁界が直交するマグネトロン磁場を
形成する。また、基板１０２とターゲット１０３間に電
極１０５を設けて偏向用の電界を形成し、ターゲット１
０３から基板１０２に向かって飛行する正負イオンおよ
び電子の軌道を反らし、基板１０２に到達する正イオン
および電子の数およびエネルギーを制御する機構を備え
ている。At this time, in order to enhance the plasma confinement effect, a magnet is arranged outside the ring-shaped target to form a magnetron magnetic field in which the electric field and the magnetic field are orthogonal to each other on the target surface. Further, an electrode 105 is provided between the substrate 102 and the target 103 to form an electric field for deflection, and the target 1
A mechanism for deflecting the trajectories of positive and negative ions and electrons flying from 03 toward the substrate 102 and controlling the number and energy of positive ions and electrons reaching the substrate 102 is provided.
【００１８】以上のようなダメージを少なくする構成お
よび方法をとることにより可視領域から真空紫外領域ま
で低吸収な弗化マグネシウムＭｇＦ2 膜が得られた。A magnesium fluoride MgF 2 film having a low absorption from the visible region to the vacuum ultraviolet region was obtained by adopting the structure and method for reducing the damage as described above.
【００１９】（第２の実施例）図２は、本発明の薄膜作
成法の第２の実施例のための装置の概略構成図である。(Second Embodiment) FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an apparatus for a second embodiment of the thin film forming method of the present invention.
【００２０】本例は、スパッタ面がリング状マグネシウ
ムＭｇターゲットの内面で基板に対面しないように配置
されている点では実施例１と同じである。ターゲット近
傍に基板と反対側に対面するアノードがある構成でアル
ゴンおよびＦ2 等の反応性ガスをアノードから供給して
ＤＣスパッタでＭｇＦ2 膜を形成する。この時プラズマ
を閉じこめる効果を高めるために、リング状ターゲット
の外側にマグネットを配置しターゲット表面で電界と磁
界が直交するマグネトロン磁場を形成する。また、基板
とターゲット間に磁石を用いて偏向用の磁場を形成し、
ターゲットから基板に向かって飛行する正負イオンおよ
び電子の軌道を反らし、基板に到達する正イオンおよび
電子の数およびエネルギーを制御する機構を備えてい
る。This example is the same as Example 1 in that the sputtering surface is arranged so as not to face the substrate on the inner surface of the ring-shaped magnesium Mg target. In a structure in which an anode facing the substrate is provided in the vicinity of the target in the vicinity of the target, argon and a reactive gas such as F 2 are supplied from the anode to form a MgF 2 film by DC sputtering. At this time, in order to enhance the effect of confining the plasma, a magnet is arranged outside the ring-shaped target to form a magnetron magnetic field in which the electric field and the magnetic field are orthogonal to each other on the target surface. In addition, a magnetic field for deflection is formed using a magnet between the substrate and the target,
A mechanism is provided for deflecting the trajectories of positive and negative ions and electrons flying from the target toward the substrate, and controlling the number and energy of positive ions and electrons reaching the substrate.
【００２１】以上のようなダメージを少なくする構成お
よび方法をとることにより可視領域から真空紫外領域ま
で低吸収な弗化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）膜が得られ
た。A magnesium fluoride (MgF 2 ) film having low absorption from the visible region to the vacuum ultraviolet region was obtained by adopting the structure and method for reducing the damage as described above.
【００２２】（第３の実施例）図３は、本発明の薄膜作
成法の第３の実施例における、ターゲットとその近傍の
概略断面図である。(Third Embodiment) FIG. 3 is a schematic sectional view of a target and its vicinity in a third embodiment of the thin film forming method of the present invention.
【００２３】ターゲット３０１はマグネシウムＭｇ、ア
ルミニウムＡｌ等の金属でできており、円筒形状をして
いる。ターゲットには、可変ＤＣ電源が繋がれている。
その底面３０３には、ターゲットと同材料でできている
電極を配置し、その電位を可変とする。荷電粒子の捕捉
効率向上、および電極で加速された荷電粒子が、基板に
直接入射しないように、本実施例では電極３０３は、円
錐形状にしている。また、ターゲット上部には、シール
ド板を兼ねたアノード３０２を配置し、放電によって生
成されるプラズマ３０４からの荷電粒子捕捉の役割をし
ている。成膜される基板はターゲットの底面３０３と対
峙しており、ターゲットのスパッタ面３０１からの法線
領域にはない。The target 301 is made of a metal such as magnesium Mg or aluminum Al and has a cylindrical shape. A variable DC power source is connected to the target.
An electrode made of the same material as the target is arranged on the bottom surface 303 to make the potential variable. In this embodiment, the electrode 303 has a conical shape so that the efficiency of trapping charged particles is improved and the charged particles accelerated by the electrode do not directly enter the substrate. Further, an anode 302 also serving as a shield plate is arranged above the target, and plays a role of trapping charged particles from plasma 304 generated by discharge. The substrate on which the film is formed faces the bottom surface 303 of the target and is not in the normal region from the sputtering surface 301 of the target.
【００２４】この方法でプラズマの電子密度分布測定を
したところ、プラズマによる荷電粒子は、アノード３０
２および電極３０３によって捕捉され、基板近傍では大
幅に低下していることが観測できた。When the electron density distribution of the plasma was measured by this method, the charged particles due to the plasma were found to be in the anode 30.
2 and the electrode 303, it was observed that it was significantly reduced near the substrate.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、正または
負の電場もしくは、アース電位をかけることができる導
体または半導体からなる電極を操作する方法、あるい
は、磁場を用いた機構を操作する方法等により、プラズ
マ中の正イオンおよび電子の軌道を制御し、基板に入射
する正イオンおよび電子のそれぞれの量およびエネルギ
ーを制御して成膜するので、プラズマによって生ずる負
イオンを除去し、さらに正イオンおよび電子の基板に到
達する数およびエネルギーを制御することが可能な薄膜
作成法を提供できる効果がある。As described above, the present invention is a method for operating an electrode made of a conductor or semiconductor capable of applying a positive or negative electric field or earth potential, or a method for operating a mechanism using a magnetic field. And the like to control the trajectories of positive ions and electrons in the plasma, and to control the amount and energy of each of the positive ions and electrons incident on the substrate to form a film. There is an effect that a thin film forming method capable of controlling the number and energy of ions and electrons reaching the substrate can be provided.
【図１】本発明の薄膜作成法の一実施例のための装置の
概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for one embodiment of a thin film forming method of the present invention.
【図２】本発明の薄膜作成法の第２の実施例のための装
置の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an apparatus for a second embodiment of the thin film forming method of the present invention.
【図３】本発明の薄膜作成法の第３の実施例における、
ターゲットとその近傍の概略断面図である。FIG. 3 is a third example of the thin film forming method of the present invention,
It is a schematic sectional drawing of a target and its vicinity.
１０１，２０１ 真空チャンバー １０２，２０２ 基板 １０３，２０３ Ｍｇ円柱状ターゲット １０４，２０４ 真空ポンプ １０５， ３０３ 電極 １０６，２０５，２０６ 磁石 ３０１ 円筒状ターゲット ３０２ アノード ３０４ プラズマ 101,201 vacuum chamber 102,202 substrate 103,203 Mg cylindrical target 104,204 Vacuum pump 105, 303 electrodes 106,205,206 magnet 301 cylindrical target 302 Anode 304 plasma
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 謙二 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 鈴木 康之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 信宮 利昭 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 枇榔 竜二 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 CA05 DC05 DC13 DC28 DC34 DC43 EA06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Kenji Ando 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Non non corporation (72) Inventor Yasuyuki Suzuki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Non non corporation (72) Inventor Toshiaki Nobumiya 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Non non corporation (72) Inventor Ryoji Birei 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Non non corporation F-term (reference) 4K029 CA05 DC05 DC13 DC28 DC34 DC43 EA06
Claims (6)
圧により加速された負イオンが基板に到達しないように
するためにスパッタ面を成膜される基板に対面しない位
置に配置して行なう薄膜作成法において、 プラズマ中の正イオン及び電子の軌道を制御することに
より、基板に入射する正イオン及び電子のそれぞれの量
及びエネルギーを制御して成膜することを特徴とする、
薄膜作成方法。1. When forming a film by sputtering, in order to prevent negative ions accelerated by a target voltage from reaching the substrate, a thin film is formed by arranging the sputtering surface at a position not facing the substrate to be formed. In the method, the orbits of positive ions and electrons in the plasma are controlled to control the amount and energy of each of the positive ions and electrons incident on the substrate to form a film.
Thin film making method.
道を制御する方法は、正または負の電場もしくは、アー
ス電位をかけることができる導体または半導体からなる
電極を操作する方法である、請求項１記載の薄膜作成方
法。2. The method for controlling the trajectories of positive ions and electrons in the plasma is a method of operating an electrode made of a conductor or semiconductor capable of applying a positive or negative electric field or earth potential. 1. The method for forming a thin film as described in 1.
道を制御する方法は、磁場を用いた機構を操作する方法
である、請求項１記載の薄膜作成方法。3. The thin film forming method according to claim 1, wherein the method of controlling the trajectories of positive ions and electrons in the plasma is a method of operating a mechanism using a magnetic field.
る、請求項１記載の薄膜作成方法。4. The thin film forming method according to claim 1, wherein the target has a cylindrical shape.
ものである、請求項１から４までのいずれか１項記載の
薄膜作成方法。5. The method of forming a thin film according to claim 1, wherein the film to be formed is mainly composed of fluoride.
Ｆ2 ）である、請求項５記載の薄膜作成方法。6. The magnesium fluoride (Mg)
The method for forming a thin film according to claim 5, which is F 2 ).
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|---|---|---|---|
| JP2001261286A JP4775923B2 (en) | 2001-08-30 | 2001-08-30 | Method for making fluoride thin film |
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