JP2003129236A - Thin film former - Google Patents

Thin film former

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JP2003129236A
JP2003129236A JP2001326061A JP2001326061A JP2003129236A JP 2003129236 A JP2003129236 A JP 2003129236A JP 2001326061 A JP2001326061 A JP 2001326061A JP 2001326061 A JP2001326061 A JP 2001326061A JP 2003129236 A JP2003129236 A JP 2003129236A
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JP
Japan
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plasma
chamber
thin film
target
forming apparatus
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Application number
JP2001326061A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshito Jin
好人 神
Toshiro Ono
俊郎 小野
Masaru Shimada
勝 嶋田
Seitaro Matsuo
誠太郎 松尾
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
MES Afty Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Afty Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a thin film in the state in which damages due to dust and abnormal plasma are suppressed. SOLUTION: A plasma confinement cylinder 113 that confines the scatter region of the ECR plasma delivered from a plasma formation chamber 102 is provided below the bottom of a target 105 (container 105a). The cylinder is made from a nonmagnetic material such as quartz or alumina. The cylinder 113 confines the scattering of a plasma stream delivered from the chamber 102 and passed through the region of the target 105 and confines the irradiation region of the plasma stream in the surface defined by the surface of a sample mount 104 within the region on the sample mount 104.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置や磁気
記憶装置などの電子装置に使われる薄膜を形成する薄膜
形成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming apparatus for forming a thin film used in electronic devices such as semiconductor devices and magnetic storage devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】最初に半導体装置の状況について述べ
る。シリコン(Si)基板上につくられる大規模集積回
路(LSI)は、素子を微細化することで素子の集積度
を上げることが行われてきた。素子を微細化する際、ゲ
ート電極/ゲート絶縁膜/半導体の構造からなるMOS
トランジスタのゲート長を短縮すると動作速度が向上す
る。微細化による集積度と動作速度の向上は、LSI技
術開発の原動力であり、様々な限界を打破すべく研究・
開発が行われている。微細化は、いわゆるスケーリング
によって成すことができ、電源電圧やゲート電圧もスケ
ーリングされる。
2. Description of the Related Art First, the situation of a semiconductor device will be described. A large-scale integrated circuit (LSI) formed on a silicon (Si) substrate has been made to be highly integrated by miniaturizing the elements. MOS with a structure of gate electrode / gate insulating film / semiconductor when miniaturizing devices
When the gate length of the transistor is shortened, the operation speed is improved. Improvements in integration and operating speed due to miniaturization are the driving force for LSI technology development, and research and research aiming to overcome various limitations.
Development is underway. The miniaturization can be performed by so-called scaling, and the power supply voltage and the gate voltage are also scaled.

【0003】ゲート電圧を低く抑えてMOSトランジス
タを動作させるには、半導体に反転層を生じさせるだけ
のMOS容量を与える必要があるため、ゲート絶縁膜を
薄くして容量を確保することが行われてきた。これによ
り、最近では、MOSトランジスタのゲート酸化膜が直
接トンネル電流が流れる程薄く(3nm以下)なってき
た。特に、低消費電力が要求される携帯電話やPDAを
含む携帯端末などの装置では、トンネル電流を抑えて電
力消費を抑えることが重要である。
In order to operate the MOS transistor while suppressing the gate voltage to a low level, it is necessary to provide the semiconductor with a MOS capacitance enough to generate an inversion layer. Therefore, the gate insulating film is thinned to secure the capacitance. Came. As a result, recently, the gate oxide film of the MOS transistor has become thinner (3 nm or less) so that a direct tunnel current flows. In particular, in devices such as mobile phones and mobile terminals including PDAs that require low power consumption, it is important to suppress tunneling current and power consumption.

【0004】最近では、これまでゲート酸化膜に用いら
れてきた二酸化シリコン(SiO2)膜よりも比誘電率
の大きい絶縁膜をゲート絶縁膜に用い、容量を確保しつ
つ膜厚を厚くすることにより、トンネル電流を抑える方
法が盛んに研究されている。
Recently, an insulating film having a relative dielectric constant larger than that of a silicon dioxide (SiO 2 ) film, which has been used as a gate oxide film, is used as a gate insulating film to increase the film thickness while ensuring the capacitance. Has actively researched methods for suppressing tunnel current.

【0005】二酸化シリコンに代わる高誘電率材料とし
て、シリコン酸窒化物(SiOxy)、アルミナ(Al
23)、二酸化チタン(TiO2)、二酸化ジルコニウ
ム(ZrO2)、二酸化ハフニウム(HfO2)、二酸化
ランタン(LaO2)、あるいは、二元合金の酸化物、
窒化シリコン(Si34)、窒化アルミニウム(Al
N)、窒化チタン(TiN)、窒化ジルコニウム(Zr
N)、窒化ハフニウム(HfN)、窒化ランタン(La
N)、あるいは、二元合金の窒化物などが有力な候補と
して挙げられている。さらに、これらの高誘電体材料を
層状に組み合わせてゲート絶縁膜に用いている。
Silicon oxynitride (SiO x N y ), alumina (Al
2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ), hafnium dioxide (HfO 2 ), lanthanum dioxide (LaO 2 ), or a binary alloy oxide,
Silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (Al
N), titanium nitride (TiN), zirconium nitride (Zr
N), hafnium nitride (HfN), lanthanum nitride (La)
N), or a nitride of a binary alloy, is listed as a strong candidate. Further, these high dielectric materials are combined in layers to be used for the gate insulating film.

【0006】このような材料をゲート絶縁膜として用い
るために、様々な薄膜形成装置および種々の薄膜形成方
法が試みられている。中でもスパッタ(スパッタリン
グ)法は、危険度の高いガスや有毒ガスなどが必要な
く、堆積する膜の表面(凹凸)モフォロジが比較的良い
などの理由により、有望な装置・方法の一つになってい
る。スパッタ法において化学量論的組成の膜を得るため
の優れた装置・方法として、酸素ガスや窒素ガスを供給
し、膜中の酸素や窒素が欠落するのを防止する装置・方
法、すなわち、反応性スパッタ装置・方法が有望であ
る。
In order to use such a material as a gate insulating film, various thin film forming apparatuses and various thin film forming methods have been tried. Among them, the sputtering method is one of the promising devices and methods because it does not require high-risk gases or toxic gases and has a relatively good surface (irregularity) morphology of the deposited film. There is. As an excellent apparatus / method for obtaining a film having a stoichiometric composition in the sputtering method, an apparatus / method for supplying oxygen gas or nitrogen gas to prevent the loss of oxygen or nitrogen in the film, that is, the reaction Promising sputtering equipment and method.

【0007】スパッタ法において、高誘電率膜を堆積す
るとき使用するターゲットとして、金属を用いる場合
と、形成する膜となる化合物を用いる場合とがあるが、
一般には金属の方がターゲットとして製造し易い。化合
物ターゲットは焼結等の工程を必要とし、整形や組成の
調整に難しさがある。
In the sputtering method, there are a case where a metal is used as a target used when depositing a high dielectric constant film and a case where a compound which becomes a film to be formed is used.
Generally, metal is easier to manufacture as a target. The compound target requires a process such as sintering, and has difficulty in shaping and adjusting the composition.

【0008】また、スパッタ膜の膜品質を改善する方法
として、電子サイクロトロン共鳴(ECR)と発散磁場
を利用してつくられたプラズマ流を基板に照射し、同時
に、ターゲットと接地間に高周波かまたは直流高電圧を
加え、上記ECRで発生させたプラズマ中のイオンをタ
ーゲットに衝突させてスパッタリングし、膜を基板に堆
積させる方法(以下、これをECRスパッタ法という)
がある(文献1:小野他、Jpn.J.Appl.Phys.23, No.8,
L534(1984))。
As a method for improving the film quality of the sputtered film, a plasma flow created by utilizing electron cyclotron resonance (ECR) and a divergent magnetic field is applied to the substrate, and at the same time, a high frequency wave is applied between the target and the ground. A method of applying a DC high voltage and causing ions in the plasma generated by the ECR to collide with a target for sputtering to deposit a film on a substrate (hereinafter, referred to as an ECR sputtering method)
(Reference 1: Ono et al., Jpn.J.Appl.Phys.23, No.8,
L534 (1984)).

【0009】一般によく知られているマグネトロンスパ
ッタ法では、0.1Pa程度以上でないと安定なプラズ
マは得られないのに対し、上記ECRスパッタ法では、
0.01Pa程度の分子流のガス圧力で、安定なECR
プラズマが得られる。また、ECRスパッタは、高周波
かまたは直流電圧により、ECRにより生成した粒子を
ターゲットに当ててスパッタリングを行うため、低い圧
力でスパッタリングができる。
In the generally well-known magnetron sputtering method, stable plasma cannot be obtained unless the pressure is about 0.1 Pa or more, whereas in the above ECR sputtering method,
Stable ECR with gas pressure of molecular flow of about 0.01 Pa
A plasma is obtained. Further, in ECR sputtering, particles generated by ECR are applied to a target by high frequency or direct current voltage to perform sputtering, so that sputtering can be performed at low pressure.

【0010】ECRスパッタ法では、基板にECRプラ
ズマ流とスパッタされた粒子が照射される。ECRプラ
ズマ流のイオンは、発散磁場により10eV〜数10e
Vのエネルギーに制御される。また、気体が分子流とし
て振る舞う程度の低い圧力でプラズマを生成・輸送して
いるため、基板に到達するイオンのイオン電流密度も大
きくとれる。従って、ECRプラズマ流のイオンは、ス
パッタされて基板上に飛来した原料粒子にエネルギーを
与えるとともに、原料粒子と酸素との結合反応を促進す
ることとなり、ECRスパッタ法で堆積した膜の膜質が
改善される。
In the ECR sputtering method, a substrate is irradiated with an ECR plasma stream and sputtered particles. Ions in the ECR plasma flow are 10 eV to several tens of e due to the divergent magnetic field.
Controlled to V energy. Further, since the plasma is generated and transported at a pressure low enough that the gas behaves as a molecular flow, the ion current density of the ions reaching the substrate can be large. Therefore, the ions of the ECR plasma flow give energy to the raw material particles that are sputtered and fly onto the substrate, and promote the binding reaction between the raw material particles and oxygen, which improves the film quality of the film deposited by the ECR sputtering method. To be done.

【0011】ECRスパッタ法では、特に、外部からの
加熱を必要としない室温に近い低い基板温度で、基板上
に高品質の膜が成膜できることが特徴になっている。E
CRスパッタ法でいかに高品質な薄膜を堆積し得るか
は、例えば、天澤他、ジャーナルオブバキュームサイエ
ンスアンドテクノロジー、第B17巻、第5号、222
2頁、1999年(J.Vac.Sci.Techno
1.B17,No.5.2222(1999).)(文
献2)を参照されたい。
The ECR sputtering method is particularly characterized in that a high quality film can be formed on a substrate at a low substrate temperature close to room temperature which does not require external heating. E
How to deposit a high quality thin film by the CR sputtering method is described in, for example, Amazawa et al., Journal of Vacuum Science and Technology, Volume B17, No. 5, 222.
P. 2, 1999 (J. Vac. Sci. Techno
1. B17, No. 5.2222 (1999). ) (Reference 2).

【0012】また、ECRスパッタ法で堆積した膜の表
面モフォロジは、原子スケールのオーダーで平坦であ
る。従って、ECRスパッタ法は、高誘電率ゲート絶縁
膜を形成するための有望な方法であるといえる。
The surface morphology of the film deposited by the ECR sputtering method is flat on the atomic scale order. Therefore, it can be said that the ECR sputtering method is a promising method for forming a high dielectric constant gate insulating film.

【0013】さらに、光通信装置と光学デバイスについ
ての状況について述べる。光学的な屈折率の異なる誘電
体膜を交互に積み重ねて形成する多層膜は、眼鏡などの
ガラス上およびプラスチック上での無反射コーティン
グ、ビデオカメラの色分解プリズム、各種光学フィル
タ、発光レーザの端面コーティングなどに使用されてい
る。また、最近の状況として広域波長多重通信(DWD
M通信)に用いる合波フィルタや分波フィルタの製造に
応用されるようになってきた。
Further, the situation of the optical communication device and the optical device will be described. A multilayer film formed by alternately stacking dielectric films with different optical refractive indexes is a non-reflective coating on glasses and plastics such as glasses, color separation prisms for video cameras, various optical filters, and end faces of light emitting lasers. It is used for coating. In addition, as a recent situation, wide-area wavelength division multiplexing (DWD)
It has come to be applied to the production of multiplexing filters and demultiplexing filters used for M communication).

【0014】多層膜に用いられる薄膜として、シリコン
(Si),水素化シリコン(SiH),二酸化シリコン
(SiO2),五酸化タンタル(Ta25),アルミナ
(Al23),二酸化チタン(TiO2),二酸化ジル
コニウム(ZrO2),二酸化ハフニウム(HfO2),
二酸化ランタン(LaO2),シリコン酸窒化物(Si
xy)、あるいは二元合金の酸化物,シリコン窒化物
(SiN),窒化アルミニウム(AlN),窒化ジルコ
ニウム(ZrN),窒化ハフニウム(HfN),窒化ラ
ンタン(LaN),フッ素化マグネシウム(MgF),
あるいは二元合金の窒化物などがある。
Thin films used for the multilayer film include silicon (Si), silicon hydride (SiH), silicon dioxide (SiO 2 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), alumina (Al 2 O 3 ), titanium dioxide. (TiO 2 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ), hafnium dioxide (HfO 2 ),
Lanthanum dioxide (LaO 2 ), silicon oxynitride (Si
O x N y), or oxides of binary alloys, silicon nitride (SiN), aluminum nitride (AlN), zirconium nitride (ZrN), hafnium nitride (HfN), lanthanum nitride (LaN), magnesium fluorinated (MgF ),
Alternatively, there are nitrides of binary alloys.

【0015】このような材料を積層して多層膜として形
成することを目的とし、様々な形成装置および形成方法
が試みられている。中でもスパッタ法は、前述したゲー
ト酸化膜の形成と同様の理由から、有望視されている。
さらに、ECRスパッタ法は、堆積した膜の表面モフォ
ロジが、原子スケールのオーダーで平坦であるので、多
層膜の形成に有望な方法として注目を集めている。
Various forming apparatuses and forming methods have been attempted for the purpose of forming a multilayer film by laminating such materials. Among them, the sputtering method is regarded as promising for the same reason as the above-mentioned formation of the gate oxide film.
Further, since the surface morphology of the deposited film is flat on an atomic scale order, the ECR sputtering method has been attracting attention as a promising method for forming a multilayer film.

【0016】一般に、薄膜形成を行うスパッタ装置で
は、薄膜の原料となる飛散させる粒子(スパッタ粒子)
が、基板が載置されている試料台以外、例えば、真空チ
ャンバー壁やシャッター板に付着し、堆積膜を形成する
ことが経験的に知られている。スパッタ源と試料台の位
置関係で、チャンバー壁に付着する堆積膜の量は変化す
る。しかし、従来は、基板への堆積に大きな影響がない
として、チャンバー壁への付着膜については、特別な対
策が施されていなかった。
Generally, in a sputtering apparatus for forming a thin film, scattered particles (sputtered particles) which are raw materials of the thin film.
However, it is empirically known to form a deposited film by adhering to a vacuum chamber wall or a shutter plate other than the sample stage on which the substrate is placed. The amount of the deposited film attached to the chamber wall changes depending on the positional relationship between the sputtering source and the sample stage. However, conventionally, no special measures have been taken for the film deposited on the chamber wall, assuming that the deposition on the substrate is not significantly affected.

【0017】発明者らは、薄膜形成後にウエハに付着す
るダストについて検討を行った結果、従来の薄膜形成方
法では、チャンバー壁に付着した膜が、膜の応力やプラ
ズマ中のイオン・電子の作用による静電破壊などにより
剥がれ、ダストの原因となっていることを発見した。発
見した内容は、以下の通りである。
As a result of investigating dust adhering to the wafer after forming the thin film, the inventors have found that in the conventional thin film forming method, the film adhering to the chamber wall has a stress of the film and an action of ions / electrons in plasma. It was discovered that it was peeled off due to electrostatic breakdown due to, causing dust. The findings are as follows.

【0018】(1)スパッタ粒子が試料台以外のチャン
バー壁に不完全な状態で付着する。 (2)上記不完全な堆積膜が、プラズマ中の電子・イオ
ンなどに曝されて静電破壊によりダストを発生させる。 (3)静電破壊によるダストの発生を防げたとしても、
付着する膜厚が増えるに従って、この膜応力により膜が
剥がれてダストが発生する。 (4)静電破壊時に、突発的な放電がおきプラズマが不
安定となり、基板上の薄膜にダメージを与える。
(1) Sputtered particles adhere incompletely to the chamber wall other than the sample stage. (2) The incompletely deposited film is exposed to electrons and ions in plasma to generate dust due to electrostatic breakdown. (3) Even if the generation of dust due to electrostatic breakdown can be prevented,
As the deposited film thickness increases, the film stress causes the film to peel off and generate dust. (4) During electrostatic breakdown, a sudden discharge occurs and the plasma becomes unstable, damaging the thin film on the substrate.

【0019】図10に、従来よりあるECRスパッタ装
置の構成を示す。ECRスパッタ装置は、チャンバー1
001とこれに連通するプラズマ生成室1002とを備
えている。チャンバー1001は、図示していない真空
排気装置に連通し、真空排気装置によりプラズマ生成室
1002とともに内部が真空排気される。チャンバー1
001には、膜形成対象の基板(ウエハ)1003が固
定される試料台1004が設けられている。また、チャ
ンバー1001内の、プラズマ生成室1002からのプ
ラズマが導入される開口領域において、開口領域を取り
巻くようにリング状のターゲット1005が備えられて
いる。ターゲット1005は、絶縁体からなる容器10
05a内に載置され、内側の面がチャンバー1001内
に露出している。
FIG. 10 shows the structure of a conventional ECR sputtering apparatus. ECR sputtering equipment is chamber 1
001 and a plasma generation chamber 1002 communicating with this are provided. The chamber 1001 communicates with a vacuum exhaust device (not shown), and the inside of the chamber 1001 is vacuum exhausted together with the plasma generation chamber 1002 by the vacuum exhaust device. Chamber 1
001 is provided with a sample table 1004 to which a substrate (wafer) 1003 for film formation is fixed. Further, in the opening region in the chamber 1001 where the plasma from the plasma generation chamber 1002 is introduced, a ring-shaped target 1005 is provided so as to surround the opening region. The target 1005 is a container 10 made of an insulator.
05a, and the inner surface is exposed in the chamber 1001.

【0020】また、プラズマ生成室1002は、真空導
波管1006に連通し、真空導波管1006は、石英窓
1007を介して導波管1008に接続されている。導
波管1008は、図示していないマイクロ波発生部に連
通している。なお、導波管1008の途中に、モード変
換器を設けるようにする構成もある。加えて、図10の
ECRスパッタ装置は、プラズマ生成室1002の周囲
およびプラズマ生成室1002の上部に、磁気コイル1
010を備えている。
The plasma generation chamber 1002 is connected to a vacuum waveguide 1006, and the vacuum waveguide 1006 is connected to a waveguide 1008 through a quartz window 1007. The waveguide 1008 communicates with a microwave generator (not shown). A mode converter may be provided in the middle of the waveguide 1008. In addition, the ECR sputtering apparatus of FIG. 10 has the magnetic coil 1 around the plasma generation chamber 1002 and above the plasma generation chamber 1002.
It is equipped with 010.

【0021】図10のECRスパッタ装置では、まず、
チャンバー1001およびプラズマ生成室1002内を
真空排気した後、不活性ガス導入部1011より不活性
ガスであるアルゴンガスを導入し、また、反応性ガス導
入部1012より酸素などの反応性ガスを導入し、プラ
ズマ生成室1002内を例えば10-3Pa程度の圧力に
する。この状態で、磁気コイル1010よりプラズマ生
成室1002内に0.0875Tの磁場を発生させた
後、導波管1008,石英窓1007を介してプラズマ
生成室1002内に2.45GHzのマイクロ波を導入
し、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマを発生
させる。
In the ECR sputtering apparatus of FIG. 10, first,
After the chamber 1001 and the plasma generation chamber 1002 have been evacuated to a vacuum, an inert gas, argon gas, is introduced from the inert gas introducing section 1011 and a reactive gas such as oxygen is introduced from the reactive gas introducing section 1012. The pressure inside the plasma generation chamber 1002 is set to, for example, about 10 −3 Pa. In this state, a magnetic field of 0.0875T is generated in the plasma generation chamber 1002 from the magnetic coil 1010, and then a microwave of 2.45 GHz is introduced into the plasma generation chamber 1002 through the waveguide 1008 and the quartz window 1007. Then, electron cyclotron resonance (ECR) plasma is generated.

【0022】以上のことによりプラズマを生成している
状態で、プラズマ生成室1002と試料台1004との
間に設けたリング状のターゲット1005に高周波電圧
を印加することで、ターゲット1005表面にプラズマ
を引き寄せてスパッタリングを行う。スパッタリングに
より、ターゲット1005表面よりターゲット材料の粒
子が飛び出し、プラズマ生成室1002より放出された
プラズマとともに基板1003上に到達する。また、こ
のとき、上記粒子とともに、プラズマにより活性化され
た反応性ガスも基板1003上に到達する。この結果、
基板1003上に、ターゲット材料の酸化膜が形成され
ることになる。
As described above, a high frequency voltage is applied to the ring-shaped target 1005 provided between the plasma generation chamber 1002 and the sample stage 1004 while plasma is being generated, so that plasma is generated on the surface of the target 1005. It attracts and sputters. By sputtering, particles of the target material jump out from the surface of the target 1005 and reach the substrate 1003 together with the plasma emitted from the plasma generation chamber 1002. At this time, the reactive gas activated by plasma reaches the substrate 1003 together with the particles. As a result,
An oxide film of the target material is formed on the substrate 1003.

【0023】ここで、ターゲット1005よりスパッタ
リングにより飛び出したスパッタ粒子の飛散領域と、発
散磁場およびプラズマ流の状態を考察すると、図11に
示すように、スパッタ粒子の一部は、チャンバー100
1内部側壁にも到達し、ここにターゲット材料が堆積す
る。電磁コイル1010により形成される発散磁場11
01は、プラズマ生成室1002で生成されたECRプ
ラズマの輸送領域に相当している。
Here, considering the scattered region of the sputtered particles sputtered from the target 1005 by sputtering, the state of the divergent magnetic field and the plasma flow, as shown in FIG.
1 The inner sidewall is also reached and the target material is deposited there. Divergent magnetic field 11 formed by electromagnetic coil 1010
01 corresponds to the transport region of the ECR plasma generated in the plasma generation chamber 1002.

【0024】前述したように、ターゲット1005に高
周波電圧を印加することにより、ターゲット1005に
プラズマ中のイオンが衝突してスパッタリング現象が起
こり、ターゲット1005を構成している粒子があらゆ
る方向に飛散する。この中で、試料台1004の方向に
飛散した粒子が、基板1003に付着して薄膜が形成さ
れるが、ここには発散磁界で引き出されたプラズマが照
射され、プラズマアシスト効果により強固で高品質な膜
となる。
As described above, when a high frequency voltage is applied to the target 1005, the ions in the plasma collide with the target 1005 to cause a sputtering phenomenon, and the particles constituting the target 1005 are scattered in all directions. Among them, particles scattered in the direction of the sample table 1004 adhere to the substrate 1003 to form a thin film, which is irradiated with plasma extracted by a divergent magnetic field and is strong and of high quality due to the plasma assist effect. It becomes a film.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スパッ
タリング現象により飛散したターゲットの粒子は、試料
台1004の方向以外のチャンバー1001内部側壁方
向にも飛散し、例えば堆積領域1102に堆積膜を形成
する。この堆積領域1102に形成された堆積膜のほと
んどの領域には、プラズマが照射されず、不完全なまま
の膜で付着することになる。
However, the particles of the target scattered by the sputtering phenomenon also scatter in the inner sidewall direction of the chamber 1001 other than the direction of the sample stage 1004, and form a deposited film in the deposition region 1102, for example. Most areas of the deposited film formed in the deposition area 1102 are not irradiated with plasma, and are deposited as an incomplete film.

【0026】また、堆積領域1102の一部にも、プラ
ズマ生成室1002より引き出されたプラズマ流の一部
があたるプラズマ照射領域1103が存在する。しかし
ながら、発散磁界でプラズマ生成室1002より引き出
されたプラズマ流は、プラズマ生成室1002を出る
と、発散磁界とともに磁力線に沿って急激に広がる。こ
のため、広がったプラズマ流は、全てが試料台1004
の領域に注がれず、周囲の部分がチャンバー1001の
内部側壁に照射され、プラズマ照射領域1103を形成
する。
A plasma irradiation region 1103, which is a part of the plasma flow drawn out from the plasma generation chamber 1002, also exists in a part of the deposition region 1102. However, when the plasma flow drawn out from the plasma generation chamber 1002 by the divergent magnetic field exits the plasma generation chamber 1002, it rapidly spreads along the magnetic force lines together with the divergent magnetic field. Therefore, the spread plasma flow is entirely in the sample stage 1004.
Area is not poured, but the peripheral portion is irradiated to the inner side wall of the chamber 1001 to form a plasma irradiation area 1103.

【0027】試料台1004をプラズマ生成室1002
に近づけることで、プラズマ流の全てを試料台1004
で受け止めるように構成することも可能である。しかし
ながら、このように近づけると発散磁界によるイオンの
加速が不足するため、基板1003上に形成される膜に
対するイオンアシスト効果が薄れることになる。従っ
て、一般的には、プラズマ生成室1002より引き出さ
れたプラズマ流の一部は、チャンバー1001の内部側
壁に到達し、プラズマ照射領域1103を形成すること
になる。
The sample table 1004 is connected to the plasma generation chamber 1002.
The entire plasma flow by moving the sample table 1004
It is also possible to configure so that it will be accepted by. However, if they are brought close to each other in this way, the acceleration of ions due to the divergent magnetic field is insufficient, so that the ion assist effect on the film formed on the substrate 1003 is weakened. Therefore, in general, a part of the plasma flow extracted from the plasma generation chamber 1002 reaches the inner side wall of the chamber 1001 and forms the plasma irradiation region 1103.

【0028】プラズマ照射領域1103は、堆積領域1
102の一部であり、堆積領域1102の一部はプラズ
マが照射されることになる。しかしながら、チャンバー
1001内部側壁に到達するプラズマは、密度が低く、
イオンのエネルギーも低くなるので、プラズマが照射さ
れていても不完全な膜となり易い。また、このプラズマ
照射領域1103には、不完全な膜が形成された領域に
プラズマが照射されるため、プラズマ発生初期に突発な
放電が発生しやすく、この放電や静電破壊などにより、
この部分に形成されている不完全な膜の一部が剥がれて
飛散することがある。
The plasma irradiation area 1103 is the deposition area 1
A part of the deposition area 1102, which is a part of 102, is irradiated with plasma. However, the plasma reaching the inner side wall of the chamber 1001 has a low density,
Since the energy of ions is also low, an incomplete film is likely to be formed even when plasma is irradiated. Further, in the plasma irradiation region 1103, plasma is irradiated to a region where an incomplete film is formed, so that sudden discharge is likely to occur at the initial stage of plasma generation, and due to this discharge or electrostatic breakdown,
A part of the incomplete film formed in this portion may be peeled off and scattered.

【0029】チャンバー1001内は、0.01Pa程
度以下の高真空状態であるため、粒子の平均自由行程が
10cmから1m程度もあり、飛散した膜の一部は、チ
ャンバー1001内を不規則に飛び回り、基板1003
上に付着してダストとなり、膜質を悪化させる原因とな
る。また、上述した突発的な放電は、プラズマの生成そ
のものを不安定にさせ、この不安定なプラズマが基板1
003上におよぶと、堆積している膜にダメージを与え
る場合もある。
Since the inside of the chamber 1001 is in a high vacuum state of about 0.01 Pa or less, the mean free path of particles is about 10 cm to 1 m, and a part of the scattered film flies around inside the chamber 1001 irregularly. , Substrate 1003
It adheres to the top and becomes dust, which causes deterioration of the film quality. Moreover, the above-mentioned sudden discharge makes the generation of plasma itself unstable, and this unstable plasma is generated by the substrate 1.
If it reaches above 003, the deposited film may be damaged.

【0030】上述したような、膜を形成するときのダス
トやダメージの発生は、例えばゲート絶縁膜や多層膜の
形成にとっては大きな問題であり、基板が大面積になる
に従ってこの影響は顕著になる。例えば、現在、直径が
300mmなどの大きな面積のウエハ(基板)上に、多
くのチップを同時に形成することが実現されてきてお
り、ダスト低減とダメージ低減に対する対策は、さらに
重要となってきている。本発明は、以上のような問題点
を解消するためになされたものであり、ダストや異常プ
ラズマによるダメージが抑制された状態で、薄膜が形成
できるようにすることを目的とする。
The generation of dust and damage at the time of forming a film as described above is a big problem for the formation of a gate insulating film or a multilayer film, for example, and the influence becomes more remarkable as the substrate becomes larger in area. . For example, at present, many chips are simultaneously formed on a wafer (substrate) having a large area such as a diameter of 300 mm, and measures for reducing dust and damage are becoming more important. . The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to enable a thin film to be formed in a state in which damage due to dust or abnormal plasma is suppressed.

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】本発明の一形態における
薄膜形成装置は、所定の圧力に真空排気されるチャンバ
ーと、このチャンバー内に配置されて処理対象の基板を
載置する試料台と、不活性ガスと反応性ガスとのプラズ
マを生成するプラズマ生成手段と、試料台上部に配置さ
れてプラズマ生成手段により生成されたプラズマにより
スパッタリングされるターゲットと、ターゲットと試料
台との間に、ターゲットより試料台の方向に向かう中心
線に平行に貫通方向を向けて配置され、プラズマ生成手
段により生成されたプラズマの拡散を制限する、非磁性
物質から構成されたプラズマ制限筒とを備えたものであ
る。この薄膜形成装置によれば、ターゲットと試料台と
の間のプラズマの広がりが制限され、プラズマがチャン
バー内壁に照射されるのが抑制されるようになる。
A thin film forming apparatus according to one aspect of the present invention comprises a chamber that is evacuated to a predetermined pressure, a sample table that is placed in the chamber and mounts a substrate to be processed. A plasma generating means for generating a plasma of an inert gas and a reactive gas, a target placed on the upper part of the sample table and sputtered by the plasma generated by the plasma generating means, and a target between the target and the sample table. A plasma limiting cylinder made of a non-magnetic substance, which is arranged with the penetrating direction parallel to the center line toward the direction of the sample stage and which limits diffusion of plasma generated by the plasma generating means. is there. According to this thin film forming apparatus, the spread of the plasma between the target and the sample stage is limited, and the irradiation of the plasma on the inner wall of the chamber is suppressed.

【0032】上記薄膜形成装置において、プラズマ生成
手段は、試料台に連通するプラズマ生成室と、このプラ
ズマ生成室に不活性ガスを導入するガス導入手段と、プ
ラズマ生成室からチャンバー方向に発散磁界を形成する
磁場形成手段と、プラズマ生成室にマイクロ波を供給す
るマイクロ波供給手段とから構成され、電子サイクロト
ロン共鳴によりプラズマ生成室内にプラズマを生成し、
発散磁界によりプラズマをチャンバー方向に引き出すも
のであり、ターゲットは、プラズマ生成室とチャンバー
との境界部に配置されてリング状に形成されたものであ
り、ターゲットに高周波電圧を印加する高周波電圧印加
手段を備えるものである。この薄膜形成装置において、
試料台のターゲットと反対の方向に配置され、磁場形成
手段により形成された磁場の発散を調整する補助磁場形
成手段を備えるようにしても良い。
In the thin film forming apparatus described above, the plasma generating means includes a plasma generating chamber communicating with the sample stage, a gas introducing means for introducing an inert gas into the plasma generating chamber, and a divergent magnetic field from the plasma generating chamber in the chamber direction. It is composed of a magnetic field forming means for forming and a microwave supplying means for supplying a microwave to the plasma generation chamber, and generates plasma in the plasma generation chamber by electron cyclotron resonance,
A divergent magnetic field is used to draw plasma toward the chamber, and the target is a ring-shaped one that is arranged at the boundary between the plasma generation chamber and the chamber, and applies a high-frequency voltage to the target. It is equipped with. In this thin film forming apparatus,
An auxiliary magnetic field forming means may be provided which is arranged in the direction opposite to the target of the sample stage and adjusts the divergence of the magnetic field formed by the magnetic field forming means.

【0033】上記薄膜形成装置において、プラズマ生成
手段は、チャンバー内に不活性ガスと反応性ガスとを導
入するガス導入手段と、試料台に対向配置されたRF電
極と、このRF電極に高周波電力を供給する電力供給手
段とを備え、ターゲットは、RF電極の試料台に対する
対向面に配置されたものである。また、上記薄膜形成装
置において、基板にイオンエネルギーを制限するバイア
スを印加するバイアス印加手段を備えるようにしてもよ
く、また、試料台を回転させる回転手段を備え、試料台
は、この表面の法線が、中心線とは異なる方向に向くよ
うに、傾けられているようにしてもよい。
In the thin film forming apparatus described above, the plasma generating means is a gas introducing means for introducing an inert gas and a reactive gas into the chamber, an RF electrode arranged to face the sample stage, and a high frequency power to the RF electrode. The target is disposed on the surface of the RF electrode facing the sample stage. Further, the thin film forming apparatus may be provided with a bias applying means for applying a bias for limiting the ion energy to the substrate, and with a rotating means for rotating the sample table, and the sample table is a method for measuring the surface of the sample. The line may be tilted so that it points in a direction different from the centerline.

【0034】また、上記薄膜形成装置において、不活性
ガスは、例えば希ガスであり、反応性ガスは、例えば酸
素ガス,窒素ガス,水素またはこれらの混合ガスのいず
れかであり、ターゲットは、例えば、アルミニウム,シ
リコン,リチウム,ベリリウム,マグネシウム,カルシ
ウム,スカンジウム,チタン,ストロンチウム,イット
リウム,ジルコニウム,ハフニウム,またはランタン系
列の元素のいずれか、もしくは複数から構成されたもの
である。
In the above thin film forming apparatus, the inert gas is, for example, a rare gas, the reactive gas is, for example, oxygen gas, nitrogen gas, hydrogen, or a mixed gas thereof, and the target is, for example, , Aluminum, silicon, lithium, beryllium, magnesium, calcium, scandium, titanium, strontium, yttrium, zirconium, hafnium, or a lanthanum series element, or a plurality thereof.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。なお、以降に示す実施の形態
は、本発明の1つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で具体的構造の変更あるいは改良を行い得る
ことは言うまでもない。また、1Pa=0.0076T
orrであり、1T=10000ガウスである。さら
に、sccmは、0℃・1.01325×105Paの流体
が、1分間に1cm3流れることを示すもので、以降で
は、ガス流量は窒素ガス置換したものを示している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It is needless to say that the embodiment described below is just an example of the present invention, and the specific structure can be changed or improved without departing from the spirit of the present invention. Also, 1 Pa = 0.0076T
orr, and 1T = 10000 gauss. Further, sccm indicates that a fluid at 0 ° C. and 1.01325 × 10 5 Pa flows 1 cm 3 per minute, and hereinafter, the gas flow rate indicates that nitrogen gas is replaced.

【0036】<実施の形態1>図1は、本発明の実施の
形態における薄膜形成装置の構成例を概略的に説明する
断面図である。図1の薄膜形成装置は、まず、チャンバ
ー101とこれに連通するプラズマ生成室102とを備
えている。チャンバー101は、図示していない真空排
気装置に連通し、真空排気装置によりプラズマ生成室1
02とともに内部が真空排気される。
<Embodiment 1> FIG. 1 is a sectional view schematically illustrating an example of the structure of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. The thin film forming apparatus of FIG. 1 firstly includes a chamber 101 and a plasma generation chamber 102 that communicates with the chamber 101. The chamber 101 communicates with a vacuum exhaust device (not shown), and the plasma generation chamber 1 is connected by the vacuum exhaust device.
With 02, the inside is evacuated.

【0037】チャンバー101には、膜形成対象の基板
(ウエハ)103が固定される試料台104が設けられ
ている。また、チャンバー101内の、プラズマ生成室
102からのプラズマが導入される開口領域において、
開口領域を取り巻くようにリング状のターゲット105
が備えられている。ターゲット105は、絶縁体からな
る容器105a内に載置され、内側の面がチャンバー1
01内に露出している。なお、ターゲット105は、上
面から見た状態で、円形状だけでなく、多角形状態であ
っても良い。
The chamber 101 is provided with a sample table 104 to which a substrate (wafer) 103 on which a film is to be formed is fixed. Further, in the opening region in the chamber 101 where the plasma from the plasma generation chamber 102 is introduced,
A ring-shaped target 105 that surrounds the opening area.
Is provided. The target 105 is placed in a container 105a made of an insulator, and the inside surface is the chamber 1
It is exposed in 01. The target 105 may have a polygonal shape as well as a circular shape when viewed from above.

【0038】また、プラズマ生成室102は、真空導波
管106に連通し、真空導波管106は、石英窓107
を介して導波管108に接続されている。導波管108
は、図示していないマイクロ波発生部に連通している。
また、プラズマ生成室102の周囲およびプラズマ生成
室102の上部には、磁気コイル(磁場形成手段)11
0が備えられている。これら、マイクロ波発生部、導波
管108,石英窓107,真空導波管106により、マ
イクロ波供給手段が構成されている。なお、導波管10
8の途中に、モード変換器を設けるようにする構成もあ
る。
Further, the plasma generation chamber 102 communicates with a vacuum waveguide 106, and the vacuum waveguide 106 has a quartz window 107.
Is connected to the waveguide 108 via. Waveguide 108
Communicate with a microwave generator (not shown).
A magnetic coil (magnetic field forming means) 11 is provided around the plasma generation chamber 102 and above the plasma generation chamber 102.
0 is provided. The microwave generator, the waveguide 108, the quartz window 107, and the vacuum waveguide 106 constitute microwave supply means. The waveguide 10
There is also a configuration in which a mode converter is provided in the middle of 8.

【0039】加えて、本実施の形態の薄膜形成装置で
は、ターゲット105(容器105a)の下部に、プラ
ズマ生成室102より引き出されたECRプラズマの飛
散領域を制限する筒状のプラズマ制限筒113を備え
る。プラズマ制限筒113は、例えば石英やアルミナな
どの非磁性材料から構成されたものである。プラズマ制
限筒113は、プラズマ生成室102より引き出されて
ターゲット105の領域を通過したプラズマ流の発散を
制限し、試料台104表面で規定される面におけるプラ
ズマ流の照射領域を、試料台104上の領域内に納める
ものである。
In addition, in the thin film forming apparatus of the present embodiment, a cylindrical plasma limiting tube 113 for limiting the scattering area of the ECR plasma drawn from the plasma generation chamber 102 is provided below the target 105 (container 105a). Prepare The plasma limiting cylinder 113 is made of, for example, a non-magnetic material such as quartz or alumina. The plasma limiting cylinder 113 limits the divergence of the plasma flow that has been drawn from the plasma generation chamber 102 and passed through the region of the target 105, so that the irradiation region of the plasma flow on the surface defined by the surface of the sample table 104 is located on the sample table 104. It is to be put in the area of.

【0040】図1のECRスパッタ装置では、まず、チ
ャンバー101およびプラズマ生成室102内を真空排
気した後、不活性ガス導入部111より不活性ガスであ
るアルゴンガスを導入し、また、反応性ガス導入部11
2より酸素などの反応性ガスを導入し、プラズマ生成室
102内を例えば10-3Pa程度の圧力にする。この状
態で、磁気コイル110よりプラズマ生成室102内に
0.0875Tの磁場を発生させた後、導波管108,
石英窓107を介してプラズマ生成室102内に2.4
5GHzのマイクロ波を導入し、電子サイクロトロン共
鳴(ECR)プラズマを発生させる。
In the ECR sputtering apparatus of FIG. 1, first, the chamber 101 and the plasma generation chamber 102 are evacuated, then an inert gas, argon gas, is introduced from the inert gas introducing section 111, and the reactive gas is also introduced. Introductory part 11
A reactive gas such as oxygen is introduced from 2 to bring the inside of the plasma generation chamber 102 to a pressure of about 10 −3 Pa, for example. In this state, after a magnetic field of 0.0875T is generated in the plasma generation chamber 102 by the magnetic coil 110, the waveguide 108,
2.4 into the plasma generation chamber 102 through the quartz window 107.
A microwave of 5 GHz is introduced to generate electron cyclotron resonance (ECR) plasma.

【0041】ECRプラズマは、磁気コイル110から
の発散磁場により、試料台104の方向にプラズマ流を
形成する。なお、図1の薄膜形成装置では、図示してい
ないマイクロ波発生部より供給されたマイクロ波電力
を、導波管108においていったん分岐し、プラズマ生
成室102上部の真空導波管106に、プラズマ生成室
102の側方から石英窓107を介して結合させてい
る。このようにすることで、石英窓107に対するター
ゲット105からの飛散粒子の付着が、防げるようにな
り、ランニングタイムを大幅に改善できるようになる。
The ECR plasma forms a plasma flow toward the sample stage 104 by the divergent magnetic field from the magnetic coil 110. In the thin film forming apparatus of FIG. 1, microwave power supplied from a microwave generator (not shown) is once branched in the waveguide 108, and the plasma is supplied to the vacuum waveguide 106 above the plasma generation chamber 102. The generation chamber 102 is connected from the side through a quartz window 107. By doing so, the adhesion of scattered particles from the target 105 to the quartz window 107 can be prevented, and the running time can be greatly improved.

【0042】以上のことによりプラズマを生成している
状態で、プラズマ生成室102と試料台104との間に
設けたリング状のターゲット105に高周波電圧を印加
することで、ターゲット105表面にプラズマを引き寄
せてスパッタリングを行う。スパッタリングにより、タ
ーゲット105表面よりターゲット材料の粒子が飛び出
し、プラズマ生成室102より放出されたプラズマとと
もに基板103上に到達する。また、このとき、上記粒
子とともに、プラズマにより活性化された反応性ガスも
基板103上に到達する。この結果、基板103上に、
ターゲット材料の酸化膜が形成されることになる。加え
て、基板103上には、発散磁界で引き出されたプラズ
マが照射されるので、照射されたプラズマのプラズマア
シスト効果により、基板103上に形成された膜は、よ
り強固で高品質なものとなる。
As described above, a high frequency voltage is applied to the ring-shaped target 105 provided between the plasma generation chamber 102 and the sample stage 104 while plasma is being generated, so that plasma is generated on the surface of the target 105. It attracts and sputters. By the sputtering, particles of the target material are ejected from the surface of the target 105 and reach the substrate 103 together with the plasma emitted from the plasma generation chamber 102. At this time, the reactive gas activated by plasma also reaches the substrate 103 together with the particles. As a result, on the substrate 103,
An oxide film of the target material will be formed. In addition, since the plasma extracted by the divergent magnetic field is irradiated onto the substrate 103, the film formed on the substrate 103 is more robust and of high quality due to the plasma assist effect of the irradiated plasma. Become.

【0043】ここで、ターゲット105よりスパッタリ
ングにより飛び出したスパッタ粒子の飛散領域と、発散
磁場およびプラズマ流の状態を考察する。図2に示すよ
うに、電磁コイル110が形成する磁力線は、試料台1
04の方向に向かって発散度が増している。この磁界を
発散磁界201とする。この発散磁界201により、前
述したように、プラズマ生成室102で生成されたEC
Rプラズマをプラズマ流202として引き出すことが可
能となる。
Here, the scattering region of the sputtered particles sputtered from the target 105 by sputtering, the state of the divergent magnetic field and the plasma flow will be considered. As shown in FIG. 2, the magnetic lines of force formed by the electromagnetic coil 110 are
The divergence increases in the direction of 04. This magnetic field is called a divergent magnetic field 201. The divergent magnetic field 201 causes the EC generated in the plasma generation chamber 102 as described above.
The R plasma can be extracted as the plasma flow 202.

【0044】ここで、本実施の形態では、プラズマ制限
筒113を備えるので、プラズマ生成室102より引き
出されたプラズマ流202は、チャンバー101内側の
側壁に照射することなく、ほぼ全てが試料台104上に
照射される。一方、図2に示すように、ターゲット10
5より飛散したスパッタ粒子の一部は、チャンバー10
1内部側壁にも到達し、ここにターゲット材料が堆積す
る。しかしながら、本実施の形態によれば、プラズマ制
限筒113を備えているので、チャンバー101内部側
壁に到達するスパッタ粒子も制限され、チャンバー10
1の側壁に対する膜の堆積が抑制されるようになる。
Here, in this embodiment, since the plasma limiting cylinder 113 is provided, the plasma flow 202 drawn out from the plasma generation chamber 102 does not irradiate the side wall inside the chamber 101, and almost all of the plasma flow 202 is provided on the sample stage 104. Irradiated on. On the other hand, as shown in FIG.
Part of the sputtered particles scattered from No. 5 is the chamber 10.
1 The inner sidewall is also reached and the target material is deposited there. However, according to the present embodiment, since the plasma limiting cylinder 113 is provided, the sputtered particles reaching the inner sidewall of the chamber 101 are also limited, and the chamber 10
The deposition of the film on the side wall of No. 1 is suppressed.

【0045】また、チャンバー101の側壁に、わずか
ながらもスパッタ粒子が到達して膜の堆積が発生して
も、ここにプラズマ流202が照射されることがないの
で、膜の剥離によるダスト発生原因となる絶縁破壊など
の誘発を防止することができる。この結果、本実施の形
態によれば、大幅なダストの低減が図れ、また、チャン
バー101内部側壁にプラズマ流が照射されないので、
異常プラズマの発生も抑制されるようになる。
Further, even if a small amount of sputtered particles reach the side wall of the chamber 101 and a film is deposited, the plasma flow 202 is not radiated there. It is possible to prevent the occurrence of dielectric breakdown and the like. As a result, according to the present embodiment, the dust can be significantly reduced, and since the plasma flow is not irradiated on the inner side wall of the chamber 101,
Generation of abnormal plasma is also suppressed.

【0046】なお、ターゲットより飛散したスパッタ粒
子の一部は、プラズマ制限筒113の内壁にも到達し、
ここに膜を形成するが、プラズマ制限筒113の内壁に
は高い密度のプラズマが照射されるので、形成された膜
は、完全で強固なものとなる。従って、プラズマ制限筒
113内壁にも膜が形成され、ここにプラズマが照射さ
れる状態となるが、突発的な放電を誘発することがな
く、また静電破壊などにより膜の一部が剥がれて飛散す
ることもない。
A part of the sputtered particles scattered from the target also reaches the inner wall of the plasma limiting cylinder 113,
A film is formed here, but since the plasma of the high density is irradiated to the inner wall of the plasma limiting cylinder 113, the formed film becomes complete and strong. Therefore, a film is formed on the inner wall of the plasma limiting cylinder 113, and the plasma is irradiated onto the inner wall of the plasma restricting cylinder 113, but a sudden discharge is not induced, and a part of the film is peeled off due to electrostatic breakdown or the like. It does not scatter.

【0047】<実施の形態2>つぎに、本発明の他の形
態について説明する。図3は、本発明の他の形態におけ
る薄膜形成装置の構成例を概略的に説明する断面図であ
る。この薄膜形成装置は、図1の薄膜形成装置とほぼ同
様であり、まず、チャンバー101とこれに連通するプ
ラズマ生成室102とを備え、チャンバー101は、図
示していない真空排気装置に連通している。チャンバー
101には、チャンバー101内の、プラズマ生成室1
02からのプラズマが導入される開口領域において、開
口領域を取り巻くようにリング状のターゲット105が
備えられている。ターゲット105は、絶縁体からなる
容器105a内に載置されている。
Second Embodiment Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration example of a thin film forming apparatus according to another embodiment of the present invention. This thin film forming apparatus is almost the same as the thin film forming apparatus shown in FIG. 1. First, a chamber 101 and a plasma generating chamber 102 communicating with the chamber 101 are provided, and the chamber 101 communicates with a vacuum exhaust device (not shown). There is. The chamber 101 includes a plasma generation chamber 1 in the chamber 101.
In the opening area into which the plasma from 02 is introduced, a ring-shaped target 105 is provided so as to surround the opening area. The target 105 is placed in a container 105a made of an insulator.

【0048】また、プラズマ生成室102は、真空導波
管106に連通し、真空導波管106は、石英窓107
を介して導波管108に接続され、プラズマ生成室10
2の周囲およびプラズマ生成室102の上部には、磁気
コイル110が備えられている。また、図3の薄膜形成
装置においても、ターゲット105(容器105a)の
下部に、プラズマ生成室102より引き出されたECR
プラズマの飛散領域を制限する筒状のプラズマ制限筒1
13を備える。加えて、図3の薄膜形成装置では、所望
の角度に傾斜し、かつ回転する試料台104a上に膜形
成対象の基板103が固定される構成とした。試料台1
04aは、図示しない回転機構により回転可能とされて
いる。
Further, the plasma generation chamber 102 communicates with a vacuum waveguide 106, and the vacuum waveguide 106 has a quartz window 107.
Is connected to the waveguide 108 via the plasma generation chamber 10
A magnetic coil 110 is provided around the periphery of the plasma generating chamber 102 and above the plasma generating chamber 102. Also in the thin film forming apparatus of FIG. 3, the ECR drawn from the plasma generation chamber 102 is located below the target 105 (container 105a).
Cylindrical plasma limiting tube 1 for limiting plasma scattering area
13 is provided. In addition, in the thin film forming apparatus of FIG. 3, the substrate 103 as the film forming target is fixed on the sample stage 104a which is inclined and rotated at a desired angle. Sample table 1
04a is rotatable by a rotating mechanism (not shown).

【0049】この実施の形態における薄膜形成装置にお
いても、図4に示すように、電磁コイル110が形成す
る磁力線は、試料台104aの方向に向かって発散度が
増している。この磁界による発散磁界201により、前
述したように、プラズマ生成室102で生成されたEC
Rプラズマをプラズマ流202として引き出すことが可
能となる。
Also in the thin film forming apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 4, the magnetic lines of force formed by the electromagnetic coil 110 have a divergence increasing toward the sample stage 104a. By the divergent magnetic field 201 due to this magnetic field, the EC generated in the plasma generation chamber 102 as described above.
The R plasma can be extracted as the plasma flow 202.

【0050】ここで、本実施の形態でも、プラズマ制限
筒113を備えるので、プラズマ生成室102より引き
出されたプラズマ流202は、チャンバー101内側の
側壁に照射することなく、ほぼ全てが試料台104a上
に照射される。一方、図4に示すように、ターゲット1
05より飛散したスパッタ粒子の一部は、チャンバー1
01内部側壁にも到達し、ここにターゲット材料が堆積
する。しかしながら、本実施の形態によれば、プラズマ
制限筒113を備えているので、チャンバー101内部
側壁に到達するスパッタ粒子も制限され、チャンバー1
01の側壁に対する膜の堆積が抑制されるようになる。
Here, also in this embodiment, since the plasma limiting cylinder 113 is provided, the plasma flow 202 drawn out from the plasma generation chamber 102 does not irradiate the side wall inside the chamber 101, and almost all of the plasma flow 202 is provided on the sample stage 104a. Irradiated on. On the other hand, as shown in FIG.
Part of the sputtered particles scattered from 05
01 The inner wall is also reached and the target material is deposited there. However, according to the present embodiment, since the plasma limiting cylinder 113 is provided, the sputtered particles reaching the inner side wall of the chamber 101 are also limited, and the chamber 1
The film deposition on the 01 side wall is suppressed.

【0051】また、チャンバー101の側壁に、わずか
ながらもスパッタ粒子が到達して膜の堆積が発生して
も、ここにプラズマ流202が照射されることがないの
で、膜の剥離によるダスト発生原因となる絶縁破壊など
の誘発を防止することができる。この結果、本実施の形
態によれば、大幅なダストの低減が図れ、また、チャン
バー101内部側壁にプラズマ流が照射されないので、
異常プラズマの発生も抑制されるようになる。
Further, even if a small amount of sputtered particles reach the side wall of the chamber 101 and a film is deposited, the plasma flow 202 is not radiated there. It is possible to prevent the occurrence of dielectric breakdown and the like. As a result, according to the present embodiment, the dust can be significantly reduced, and since the plasma flow is not irradiated on the inner side wall of the chamber 101,
Generation of abnormal plasma is also suppressed.

【0052】以下、図3の薄膜形成装置において、ター
ゲット105として純アルミニウムを用い、また、反応
性ガスとして酸素を用い、不活性ガスとしてアルゴンを
用いたアルミナ薄膜の形成について説明する。プラズマ
生成室102には、プラズマが安定に得られるだけのア
ルゴンを供給してプラズマを生成するようにする。例え
ば、アルゴンガスの供給流量20sccm、酸素ガスの供給
流量0〜10sccm、プラズマ生成室102に導入するマ
イクロ波電力は500W、ターゲット105に印加する
高周波電力は500Wとする。また、基板103は加熱
しない。
The formation of an alumina thin film using pure aluminum as the target 105, oxygen as the reactive gas, and argon as the inert gas in the thin film forming apparatus of FIG. 3 will be described below. Argon is supplied to the plasma generation chamber 102 so that plasma can be stably obtained, and plasma is generated. For example, the supply flow rate of argon gas is 20 sccm, the supply flow rate of oxygen gas is 0 to 10 sccm, the microwave power introduced into the plasma generation chamber 102 is 500 W, and the high frequency power applied to the target 105 is 500 W. The substrate 103 is not heated.

【0053】このようにしてシリコンからなる基板10
3上に形成したアルミナ薄膜の堆積速度と屈折率の酸素
流量依存性の代表的な特性を図5に示す。図5に示すよ
うに、アルミナの堆積速度は、供給する酸素ガス流量の
増加に伴って増加した後、酸素ガス流量が約4sccm付近
を最大に穏やかに減少し、酸素ガス流量が7sccm付近で
急激に減少し、最大値の約10分の1程度の小さな堆積
速度で落ち着く。酸素ガス流量が7sccm付近で急激に堆
積速度が減少するのは、ターゲット表面のアルミニウム
が酸化される割合が増加し、スパッタリングされにくい
アルミナになるためである。堆積速度は、スパッタ率が
大きいほど速くなるので、ターゲット表面がスパッタリ
ングしにくくなってスパッタ率が低下すれば、堆積速度
も低下する。この現象は、反応性スパッタ法においてよ
く知られている現象である(文献3:金原粲著、「スパ
ッタリング現象」、東京大学出版会、120〜132
頁)。
Thus, the substrate 10 made of silicon
FIG. 5 shows typical characteristics of the oxygen flow rate dependence of the deposition rate and the refractive index of the alumina thin film formed on No. 3. As shown in FIG. 5, the alumina deposition rate increased with the increase of the oxygen gas flow rate to be supplied, and then gradually decreased at the maximum oxygen gas flow rate of about 4 sccm, and then rapidly decreased at the oxygen gas flow rate of about 7 sccm. , And settles at a small deposition rate of about 1/10 of the maximum value. The reason that the deposition rate sharply decreases when the oxygen gas flow rate is around 7 sccm is that the ratio of the oxidized aluminum on the surface of the target increases and the alumina becomes difficult to be sputtered. The deposition rate increases as the sputter rate increases, so if the target surface becomes less likely to be sputtered and the sputter rate decreases, the deposition rate also decreases. This phenomenon is a well-known phenomenon in the reactive sputtering method (Reference 3: Yutaka Kanehara, "Sputtering Phenomenon", The University of Tokyo Press, 120-132).
page).

【0054】一方、形成されるアルミナ膜の屈折率は、
酸素ガス流量が4sccm付近で急激に減少し、屈折率が化
学量論的組成を満たすサファイア基板の屈折率に近い約
1.6から1.65の間では、ほぼ一定となる。エリプ
ソメータの測定でアルミナ膜として妥当な屈折率の値が
得られていることは、形成された膜の透明度が高く、膜
質も高いことを意味している。
On the other hand, the refractive index of the formed alumina film is
The oxygen gas flow rate sharply decreases near 4 sccm, and the refractive index is almost constant between about 1.6 and 1.65, which is close to the refractive index of the sapphire substrate satisfying the stoichiometric composition. The fact that the value of the refractive index appropriate for the alumina film is obtained by the measurement of the ellipsometer means that the formed film has high transparency and high film quality.

【0055】図6に、本実施の形態における薄膜形成装
置(ECRスパッタ装置)において、ターゲットに純ア
ルミニウムを用い、また、反応性ガスとして酸素ガス,
不活性ガスとしてアルゴンガスを用い、アルミナ膜を形
成した場合についての、積算膜厚に対する8インチ径の
シリコンウエハ(基板)内のダスト数を示す。ダストの
測定は、上記シリコンウエハに膜厚100nmのアルミ
ナ膜を形成した後、シリコンウエハの周辺5mmを除い
た部分に付着していたダストを、ダストカウンタ装置に
よって測定した。また、積算膜厚は、ダミープロセスを
含めた全ての堆積について、堆積速度と堆積時間から試
料台の堆積膜厚を換算して求めた。
FIG. 6 shows a thin film forming apparatus (ECR sputtering apparatus) according to the present embodiment in which pure aluminum is used as a target and oxygen gas is used as a reactive gas.
The following shows the number of dusts in a silicon wafer (substrate) having a diameter of 8 inches with respect to the integrated film thickness when an alumina film is formed using argon gas as an inert gas. The dust was measured by forming an alumina film having a film thickness of 100 nm on the silicon wafer, and then measuring the dust attached to a portion of the silicon wafer excluding 5 mm around the periphery with a dust counter device. Further, the integrated film thickness was obtained by converting the deposition film thickness of the sample stage from the deposition rate and the deposition time for all depositions including the dummy process.

【0056】図6に示すように、積算膜厚が増加するに
従って、ダスト数は若干増加する傾向が見られるが、3
0μmで約50個とかなり少なく、シリコンゲートプロ
セスに適応可能な値に抑えられている。上述した実施の
形態によるプラズマ制限筒を用いない一般的なスパッタ
法では、ダスト数は数千個以上となるのが普通であり、
ゲートプロセスには適応できないものとされていた。こ
れに対し、上述したプラズマ制限筒を設けることで、ダ
ストの発生を抑制してダスト数を大幅に減少させること
が可能となり、本実施の形態の薄膜形成装置は、シリコ
ンゲートプロセスなどのダスト数が考慮されるプロセス
への適応が可能となる。また、積算膜厚が、30μmと
なった後は、試料台やチャンバー内壁のクリーニングな
どのメンテナンスを適正に施すことにより、ダスト数の
増加を抑制しながら、薄膜形成装置を稼動させることが
可能となる。
As shown in FIG. 6, the number of dusts tends to increase slightly as the integrated film thickness increases.
The number is as small as about 50 at 0 μm, which is suppressed to a value applicable to the silicon gate process. In a general sputtering method that does not use the plasma limiting cylinder according to the above-described embodiment, the number of dusts is usually several thousand or more,
It was said that it could not be applied to the gate process. On the other hand, by providing the plasma limiting cylinder described above, it is possible to suppress the generation of dust and significantly reduce the number of dusts, and the thin film forming apparatus of the present embodiment is provided with the number of dusts in a silicon gate process or the like. Can be adapted to the process where Further, after the integrated film thickness reaches 30 μm, it is possible to operate the thin film forming apparatus while suppressing an increase in the number of dusts by properly performing maintenance such as cleaning of the sample table and the inner wall of the chamber. Become.

【0057】<実施の形態3>つぎに、本発明の他の形
態について説明する。図7は、本発明の他の形態におけ
る薄膜形成装置の構成例を概略的に説明する断面図であ
る。この薄膜形成装置は、図3に示した薄膜形成装置
に、新たに、補助コイル110aを加え、また、試料台
104aにイオンエネルギーを制御するバイアスを印加
する機構(バイアス印加手段)を設けるようにしたもの
である。補助コイル110aは、試料台104aのプラ
ズマが照射される側とは反対側の装置下部に配置する。
補助コイル110aによって、主となる磁気コイル11
0が形成する発散磁界の発散度を適度に制御することが
可能となり、プラズマ制限筒113の効果をさらに高め
ることが可能となる。
<Third Embodiment> Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration example of a thin film forming apparatus according to another embodiment of the present invention. In this thin film forming apparatus, an auxiliary coil 110a is newly added to the thin film forming apparatus shown in FIG. 3, and a mechanism (bias applying means) for applying a bias for controlling ion energy is provided to the sample stage 104a. It was done. The auxiliary coil 110a is arranged in the lower part of the apparatus on the side opposite to the side of the sample table 104a where the plasma is irradiated.
With the auxiliary coil 110a, the main magnetic coil 11
The degree of divergence of the divergent magnetic field formed by 0 can be controlled appropriately, and the effect of the plasma limiting cylinder 113 can be further enhanced.

【0058】<実施の形態4>つぎに、本発明の他の形
態について説明する。図8は、本発明の他の形態におけ
る薄膜形成装置の構成例を示す概略的な断面図である。
本実施の形態では、RFスパッタ装置に、石英やアルミ
ナなどの非磁性物質からなるプラズマ制限筒813を設
けるようにした。図8の薄膜形成装置(RFスパッタ装
置)は、図示しない真空排気装置により内部を真空排気
するチャンバー801内に、高周波電力供給手段より高
周波電力が供給されるRF電極802とこれに対向配置
されて複数の基板803を載置する試料台804を備え
る。
<Fourth Embodiment> Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic sectional view showing a configuration example of a thin film forming apparatus according to another embodiment of the present invention.
In this embodiment mode, the RF sputtering apparatus is provided with the plasma limiting cylinder 813 made of a nonmagnetic material such as quartz or alumina. The thin film forming apparatus (RF sputtering apparatus) shown in FIG. 8 is provided with an RF electrode 802 to which high-frequency power is supplied from a high-frequency power supply means and a RF electrode 802 facing the RF electrode in a chamber 801 whose inside is evacuated by an unillustrated vacuum exhaust apparatus. A sample table 804 on which a plurality of substrates 803 are placed is provided.

【0059】RF電極802は、上部をカソードシール
ド805に覆われ、下面にターゲット806が固定され
る。従って、ターゲット806と試料台804とが対向
配置された状態となる。プラズマ制限筒813は、ター
ゲット806下の領域を囲うように配置され、ターゲッ
ト806下に形成されるプラズマが、チャンバー801
内壁に到達しないように制限する。なお、RF電極80
2は、絶縁部材807によってチャンバー801上部に
固定されている。
An upper portion of the RF electrode 802 is covered with a cathode shield 805, and a target 806 is fixed to a lower surface of the RF electrode 802. Therefore, the target 806 and the sample table 804 are arranged to face each other. The plasma limiting cylinder 813 is arranged so as to surround a region below the target 806, and the plasma formed below the target 806 is supplied to the chamber 801.
Restrict the inner wall from reaching. The RF electrode 80
2 is fixed to the upper part of the chamber 801 by an insulating member 807.

【0060】図8のRFスパッタ装置では、チャンバー
801内を所定の真空度とした後、ガス導入部811よ
りスパッタガスと反応性ガスとを導入して適当なガス圧
とする。この後、RF電極802に高周波電圧を印加し
てRF電極802下部にRFプラズマを生成する。生成
されたプラズマは、プラズマ制限筒813の存在によ
り、チャンバー801内壁に到達することなく、プラズ
マ制限筒813の内側の領域に閉じ込められた状態とな
る。この状態で、ターゲット806には、イオンを引き
込む負のバイアスが印加されているので、プラズマ制限
筒813の内側のプラズマ中のイオン衝撃により、ター
ゲット806の表面はスパッタリングされ、この結果飛
散したスパッタ粒子が、基板803上に堆積して薄膜を
形成する。
In the RF sputtering apparatus of FIG. 8, the inside of the chamber 801 is made to have a predetermined vacuum degree, and then the sputtering gas and the reactive gas are introduced from the gas introduction section 811 to obtain an appropriate gas pressure. Then, a high frequency voltage is applied to the RF electrode 802 to generate RF plasma below the RF electrode 802. Due to the existence of the plasma limiting cylinder 813, the generated plasma is in a state of being confined in the region inside the plasma limiting cylinder 813 without reaching the inner wall of the chamber 801. In this state, since a negative bias for attracting ions is applied to the target 806, the surface of the target 806 is sputtered by the ion bombardment in the plasma inside the plasma limiting cylinder 813, and as a result, the sputtered particles scattered. , Is deposited on the substrate 803 to form a thin film.

【0061】また、スパッタリングの結果飛散するスパ
ッタ粒子は、あらゆる方向に飛散するが、プラズマ制限
筒813を設けてあるので、チャンバー801内壁に飛
散していくスパッタ粒子を制限することが可能となる。
この結果、図8の薄膜形成装置においても、チャンバー
801の側壁に対する膜の堆積が抑制されるようにな
る。また、チャンバー801の側壁に、わずかながらも
スパッタ粒子が到達して膜の堆積が発生しても、ここに
プラズマが照射されることが制限されるので、膜の剥離
によるダスト発生原因となる絶縁破壊などの誘発を防止
することができる。この結果、本実施の形態において
も、大幅なダストの低減が図れ、また、チャンバー80
1内部側壁にプラズマが照射されないので、異常プラズ
マの発生も抑制されるようになる。
Further, sputtered particles scattered as a result of sputtering are scattered in all directions, but since the plasma limiting cylinder 813 is provided, it is possible to limit the sputtered particles scattered to the inner wall of the chamber 801.
As a result, even in the thin film forming apparatus of FIG. 8, film deposition on the sidewall of the chamber 801 is suppressed. Further, even if a small amount of sputtered particles reach the side wall of the chamber 801, and a film is deposited, plasma irradiation is limited here, so that insulation that causes dust due to peeling of the film occurs. It is possible to prevent triggering such as destruction. As a result, even in the present embodiment, the dust can be significantly reduced, and the chamber 80
1. Since plasma is not irradiated on the inner side wall, generation of abnormal plasma is also suppressed.

【0062】なお、前述したように、プラズマ制限筒
は、円筒形に限るものではなく、楕円形の筒や多角形の
断面状態をもつ筒であっても良い。また、図9(a),
(b)に示すように、上部に庇状の部分を設けたプラズ
マ制限筒913,913aであっても良い。また、図9
(a),(b)に示すように、プラズマ制限筒913,
913aの上部が、ターゲット105の容器105a下
部より離間して配置されていても良い。プラズマ制限筒
913のようにすることで、差圧の影響が解消されるよ
うになる。また、図9(c)に示すように、ターゲット
105より離れるに従って、径が小さくなる形状のプラ
ズマ制限筒913bであっても良い。
As described above, the plasma limiting cylinder is not limited to the cylindrical shape, but may be an elliptical cylinder or a cylinder having a polygonal cross section. In addition, as shown in FIG.
As shown in (b), the plasma limiting cylinders 913 and 913a may be provided with an eaves-shaped portion on the upper portion. In addition, FIG.
As shown in (a) and (b), plasma limiting cylinders 913,
The upper portion of 913a may be arranged apart from the lower portion of the container 105a of the target 105. By using the plasma limiting cylinder 913, the influence of the differential pressure can be eliminated. Further, as shown in FIG. 9C, the plasma limiting cylinder 913b may have a shape in which the diameter becomes smaller as the distance from the target 105 increases.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、生
成されたプラズマの広がりを制限するようにしたので、
ダストや異常プラズマによるダメージが抑制された状態
で、薄膜が形成できるようになるという優れた効果が得
られる。
As described above, according to the present invention, the spread of the generated plasma is limited.
An excellent effect that a thin film can be formed in a state in which damage due to dust or abnormal plasma is suppressed is obtained.

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

【図1】 本発明の実施の形態における薄膜形成装置の
構成例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration example of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の部分を拡大して示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an enlarged part of FIG.

【図3】 本発明の他の形態における薄膜形成装置の構
成例を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of a thin film forming apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図4】 図3の部分を拡大して示す断面図である。4 is an enlarged sectional view showing a portion of FIG.

【図5】 アルミナ薄膜の堆積速度と屈折率の酸素流量
依存性の代表的な特性を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing typical characteristics of oxygen flow rate dependency of deposition rate and refractive index of an alumina thin film.

【図6】 本実施の形態における薄膜形成装置におけ
る、積算膜厚に対する基板内のダスト数を示す。
FIG. 6 shows the number of dust particles in the substrate with respect to the integrated film thickness in the thin film forming apparatus according to the present embodiment.

【図7】 本発明の他の形態における薄膜形成装置の構
成例を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example of a thin film forming apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の他の形態における薄膜形成装置の構
成例を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of a thin film forming apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の他の形態における薄膜形成装置の部
分構成例を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a partial configuration example of a thin film forming apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図10】 従来よりある薄膜形成装置の構成を示す断
面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a configuration of a conventional thin film forming apparatus.

【図11】 図10の部分を拡大して示す断面図であ
る。
11 is a cross-sectional view showing an enlarged part of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…チャンバー、102…プラズマ生成室、103
…基板(ウエハ)、104…試料台、105…ターゲッ
ト、106…真空導波管、107…石英窓、108…導
波管、110…磁気コイル、111…不活性ガス導入
部、112…反応性ガス導入部、113…プラズマ制限
筒。
101 ... Chamber, 102 ... Plasma generation chamber, 103
... Substrate (wafer), 104 ... Sample stage, 105 ... Target, 106 ... Vacuum waveguide, 107 ... Quartz window, 108 ... Waveguide, 110 ... Magnetic coil, 111 ... Inert gas introduction part, 112 ... Reactivity Gas introduction part, 113 ... Plasma limiting cylinder.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 俊郎 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 嶋田 勝 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 松尾 誠太郎 東京都三鷹市下連雀四丁目16番30号 エ ヌ・ティ・ティ・アフティ株式会社内 Fターム(参考) 2H048 GA04 GA60 4K029 AA06 AA24 BA01 BA03 BA17 BA35 BA43 BA44 BD01 CA05 DC02 DC27 DC35 DC48 5F045 AA19 AB31 AB32 AB33 AB34 BB15 DP03 DQ10 EH17 EH20   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Toshiro Ono             2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Masaru Shimada             2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Seitaro Matsuo             4-16-30 Shimorenjaku, Mitaka City, Tokyo             Inside Nutty Afty Co., Ltd. F-term (reference) 2H048 GA04 GA60                 4K029 AA06 AA24 BA01 BA03 BA17                       BA35 BA43 BA44 BD01 CA05                       DC02 DC27 DC35 DC48                 5F045 AA19 AB31 AB32 AB33 AB34                       BB15 DP03 DQ10 EH17 EH20

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の圧力に真空排気されるチャンバー
と、 このチャンバー内に配置されて処理対象の基板を載置す
る試料台と、 不活性ガスと反応性ガスとのプラズマを生成するプラズ
マ生成手段と、 前記試料台上部に配置されて前記プラズマ生成手段によ
り生成されたプラズマによりスパッタリングされるター
ゲットと、 前記ターゲットと前記試料台との間に、前記ターゲット
より前記試料台の方向に向かう中心線に平行に貫通方向
を向けて配置され、前記プラズマ生成手段により生成さ
れたプラズマの拡散を制限する、非磁性物質から構成さ
れたプラズマ制限筒とを備えたことを特徴とする薄膜形
成装置。
1. A chamber that is evacuated to a predetermined pressure, a sample stage that is placed in the chamber and mounts a substrate to be processed, and plasma generation that generates plasma of an inert gas and a reactive gas. Means, a target arranged on the upper part of the sample table and sputtered by the plasma generated by the plasma generating means, and a center line extending from the target toward the sample table between the target and the sample table. And a plasma limiting cylinder made of a non-magnetic material, which is arranged in parallel with the through direction and limits diffusion of the plasma generated by the plasma generating means.
【請求項2】 請求項1記載の薄膜形成装置において、 前記プラズマ生成手段は、 前記試料台に連通するプラズマ生成室と、 このプラズマ生成室に前記不活性ガスを導入するガス導
入手段と、 前記プラズマ生成室から前記チャンバー方向に発散磁界
を形成する磁場形成手段と、 前記プラズマ生成室にマイクロ波を供給するマイクロ波
供給手段とから構成され、電子サイクロトロン共鳴によ
り前記プラズマ生成室内にプラズマを生成し、前記発散
磁界により前記プラズマを前記チャンバー方向に引き出
すものであり、 前記ターゲットは、前記プラズマ生成室と前記チャンバ
ーとの境界部に配置されてリング状に形成されたもので
あり、 前記ターゲットに高周波電圧を印加する高周波電圧印加
手段を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
2. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the plasma generating unit includes a plasma generating chamber that communicates with the sample stage, a gas introducing unit that introduces the inert gas into the plasma generating chamber, It is composed of a magnetic field forming means for forming a divergent magnetic field from the plasma generation chamber in the chamber direction, and a microwave supply means for supplying microwaves to the plasma generation chamber, and generates plasma in the plasma generation chamber by electron cyclotron resonance. , The plasma is drawn out in the chamber direction by the divergent magnetic field, the target is arranged in a boundary portion between the plasma generation chamber and the chamber, and is formed in a ring shape. A thin film forming apparatus comprising a high frequency voltage applying means for applying a voltage.
【請求項3】 請求項2記載の薄膜形成装置において、 前記試料台の前記ターゲットと反対の方向に配置され、
前記磁場形成手段により形成された磁場の発散を調整す
る補助磁場形成手段を備えたことを特徴とする薄膜形成
装置。
3. The thin film forming apparatus according to claim 2, wherein the thin film forming apparatus is arranged in a direction opposite to the target of the sample stage,
A thin film forming apparatus comprising an auxiliary magnetic field forming means for adjusting the divergence of the magnetic field formed by the magnetic field forming means.
【請求項4】 請求項1記載の薄膜形成装置において、 前記プラズマ生成手段は、 前記チャンバー内に前記不活性ガスと前記反応性ガスと
を導入するガス導入手段と、 前記試料台に対向配置されたRF電極と、 このRF電極に高周波電力を供給する電力供給手段とを
備え、 前記ターゲットは、前記RF電極の前記試料台に対する
対向面に配置されたものであることを特徴とする薄膜形
成装置。
4. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the plasma generating unit is arranged to face the sample stage, and a gas introducing unit that introduces the inert gas and the reactive gas into the chamber. An RF electrode and power supply means for supplying high-frequency power to the RF electrode, and the target is arranged on a surface of the RF electrode facing the sample stage. .
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄
膜形成装置において、 前記基板にイオンエネルギーを制限するバイアスを印加
するバイアス印加手段を備えたことを特徴とする薄膜形
成装置。
5. The thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising a bias applying unit that applies a bias that limits ion energy to the substrate.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の薄
膜形成装置において、 前記試料台を回転させる回転手段を備え、 前記試料台は、この表面の法線が、前記中心線とは異な
る方向に向くように、傾けられていることを特徴とする
薄膜形成装置。
6. The thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising a rotating unit that rotates the sample table, wherein the sample table has a normal line to the center line. Is a thin film forming apparatus, which is inclined so as to face in different directions.
【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の薄
膜形成装置において、 前記不活性ガスは、希ガスであり、 前記反応性ガスは、酸素ガス,窒素ガス,水素またはこ
れらの混合ガスのいずれかであり、 前記ターゲットは、アルミニウム,シリコン,リチウ
ム,ベリリウム,マグネシウム,カルシウム,スカンジ
ウム,チタン,ストロンチウム,イットリウム,ジルコ
ニウム,ハフニウム,またはランタン系列の元素のいず
れか、もしくは複数から構成されたものであることを特
徴とする薄膜形成装置。
7. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the inert gas is a rare gas, and the reactive gas is oxygen gas, nitrogen gas, hydrogen, or a mixture thereof. The target is any one of a mixed gas, and the target is composed of any one or more of aluminum, silicon, lithium, beryllium, magnesium, calcium, scandium, titanium, strontium, yttrium, zirconium, hafnium, or a lanthanum series element. A thin film forming apparatus characterized in that
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