JP2005097647A - Film deposition method and sputtering system - Google Patents

Film deposition method and sputtering system Download PDF

Info

Publication number
JP2005097647A
JP2005097647A JP2003330090A JP2003330090A JP2005097647A JP 2005097647 A JP2005097647 A JP 2005097647A JP 2003330090 A JP2003330090 A JP 2003330090A JP 2003330090 A JP2003330090 A JP 2003330090A JP 2005097647 A JP2005097647 A JP 2005097647A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
target
film
particles
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003330090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Owaku
健 大和久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2003330090A priority Critical patent/JP2005097647A/en
Publication of JP2005097647A publication Critical patent/JP2005097647A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition method and a sputtering system capable of improving the film quality and uniformity in film thickness of a film deposited on a substrate. <P>SOLUTION: Regarding the sputtering system where a metallic target material 15b is collided with argon ions in a vacuum chamber 11, metallic clusters emitted from the metallic target material 15b are deposited on a silicon wafer 50 to deposit a metallic film, a planar target 13 ionizing the surfaces of the metallic clusters emitted from the metallic target material 15b to an optional direction, a collimator 23 allowing only the metallic clusters 40a to 40c emitted from the metallic target material 15b and progressing to a specified direction to pass and capturing the metallic clusters progressing to the other directions; and a pair of electrode plates 25 forming an electric field E in a direction crossed with the specified direction on a space 31 on the progressing passage of the metallic clusters 40a to 40c are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、真空状態のチャンバ内でターゲットに所定のイオンを衝突させ、当該ターゲットから放出された粒子を基板上に堆積させて膜を形成する成膜方法及びスパッタリング装置に関するものである。   The present invention relates to a film forming method and a sputtering apparatus for forming a film by causing a predetermined ion to collide with a target in a vacuum chamber and depositing particles emitted from the target on a substrate.

従来から、半導体装置の製造工程では、シリコンウエーハ上に電極や、配線用の金属膜を形成する成膜装置として、スパッタリング装置が使用されている(例えば、特許文献1、2参照。)。この種のスパッタリング装置は、真空状態を維持することが可能な真空チャンバと、この真空チャンバ内に配置された金属ターゲットと、この真空チャンバ内で金属ターゲットと向かい合うように配置された基板ホルダと、この真空チャンバ内で基板ホルダと金属ターゲットとの間に配置されたコリメータ等から構成されている。   Conventionally, in a semiconductor device manufacturing process, a sputtering apparatus has been used as a film forming apparatus for forming an electrode or a metal film for wiring on a silicon wafer (see, for example, Patent Documents 1 and 2). This type of sputtering apparatus includes a vacuum chamber capable of maintaining a vacuum state, a metal target disposed in the vacuum chamber, a substrate holder disposed to face the metal target in the vacuum chamber, The vacuum chamber includes a collimator disposed between the substrate holder and the metal target.

これらの中で、コリメータは、金属ターゲットから任意の方向に放出された金属の粒子(以下で、金属クラスタという)を、その進行方向に応じてフィルタリングする装置である。具体的には、このコリメータは、アルゴンイオン(Ar)等の衝突により金属ターゲットから放出されて当該コリメータの表面にほぼ垂直な入射角度で入ってきた金属クラスタの垂直成分だけを通過させ、斜めの入射角度で入ってきた金属クラスタの斜め成分を捕獲する。 Among these, the collimator is a device that filters metal particles (hereinafter referred to as metal clusters) emitted from a metal target in an arbitrary direction according to the traveling direction. Specifically, this collimator passes only the vertical component of the metal cluster that is emitted from the metal target by collision of argon ions (Ar + ) and the like and enters the surface of the collimator at a substantially perpendicular incident angle, The oblique component of the metal cluster that entered at an incident angle of is captured.

従来のスパッタリング装置では、特許文献1等に記載されているように、このコリメータが基板ホルダと金属ターゲットの両方に対してそれぞれ平行となるように、当該金属ターゲットと該基板ホルダとの間に配置されている。このような構成により、金属ターゲットから放出された金属クラスタの垂直成分だけをシリコンウエーハ上に堆積して、金属膜を形成することができた。
特開平10−92767号公報 特開2001−303247号公報
In the conventional sputtering apparatus, as described in Patent Document 1 and the like, the collimator is disposed between the metal target and the substrate holder so as to be parallel to both the substrate holder and the metal target. Has been. With such a configuration, only the vertical component of the metal cluster emitted from the metal target was deposited on the silicon wafer, thereby forming a metal film.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-92767 JP 2001-303247 A

ところで、上記の従来例に係るスパッタリング装置によれば、金属ターゲットから放出された金属クラスタの垂直成分だけを選別し、この選別された金属クラスタだけをシリコンウエーハ上に堆積させて金属膜を形成していた。これにより、金属膜のカバレッジ特性を向上させることができ、例えばアスペクト比の大きい接続孔の底部に対して金属膜を十分な膜厚に形成することができた。   By the way, according to the above-described conventional sputtering apparatus, only the vertical components of the metal clusters emitted from the metal target are selected, and only the selected metal clusters are deposited on the silicon wafer to form a metal film. It was. Thereby, the coverage characteristic of the metal film can be improved, and for example, the metal film can be formed with a sufficient film thickness with respect to the bottom of the connection hole having a large aspect ratio.

しかしながら、アルゴンイオン等の衝突によってターゲットから放出される金属クラスタは通常10〜10個の金属原子が集合した粒子であり、この金属クラスタの大きさ(質量)には正規分布で現されるようなバラツキがある。
このため、従来例のスパッタリング装置では、この正規分布の中央に相当する正常な大きさ(質量)の金属クラスタに混じって、正規分布の裾に相当するような異常な大きさ(質量)の金属クラスタもシリコンウエーハ上に堆積してしまうという問題があった。このような正規分布の裾に相当するような異常な大きさ(質量)の金属クラスタがシリコンウエーハ上の金属膜に含まれてしまうと、この金属膜の膜厚と膜質の均一性が低下してしまうおそれがある。
However, the metal clusters released from the target by collision of argon ions or the like are usually particles in which 10 to 10 3 metal atoms are aggregated, and the size (mass) of the metal clusters appears as a normal distribution. There are various variations.
For this reason, in the sputtering apparatus of the conventional example, a metal having an abnormal size (mass) corresponding to the tail of the normal distribution mixed with a normal size (mass) metal cluster corresponding to the center of the normal distribution. There was a problem that the clusters were also deposited on the silicon wafer. If a metal cluster having an abnormal size (mass) corresponding to the tail of such a normal distribution is included in the metal film on the silicon wafer, the uniformity of the film thickness and film quality of the metal film is lowered. There is a risk that.

そこで、この発明はこのような問題を解決したものであって、基板上に形成される膜の膜質及び膜厚の均一性を向上できるようにした成膜方法及びスパッタリング装置の提供を目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a film forming method and a sputtering apparatus capable of improving the film quality and film thickness uniformity of a film formed on a substrate. .

上記した課題を解決するために、本発明に係る成膜方法によれば、真空状態のチャンバ内でターゲットに所定のイオンを衝突させ、当該ターゲットから放出された粒子を基板上に堆積させて膜を形成する成膜方法において、前記ターゲットから放出されて特定方向に進む前記粒子をその質量別に選別し、選別された前記粒子のうち所望の質量を有する前記粒子を前記基板上に集めて堆積させることを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problem, according to the film forming method of the present invention, a film is formed by causing predetermined ions to collide with a target in a vacuum chamber and depositing particles emitted from the target on the substrate. In the film forming method, the particles emitted from the target and traveling in a specific direction are sorted according to their masses, and the particles having a desired mass among the sorted particles are collected and deposited on the substrate. It is characterized by this.

ここで、所定のイオンとは、例えばアルゴンイオンのことである。また、ターゲットとは、例えばアルミ、又はタングステン等の金属ターゲットのことである。このアルゴンイオン等の衝突によって金属ターゲットから放出される粒子(金属クラスタ)は、通常10〜10個の金属原子が3次元に集合した集合体であり、この金属クラスタの大きさ(質量)にはばらつきがある。 Here, the predetermined ions are, for example, argon ions. Moreover, a target is metal targets, such as aluminum or tungsten, for example. Particles emitted from the metal target by the collision of the argon ions or the like (metallic clusters) is a collection of normal 10 to 10 three metal atoms are assembled into three-dimensional, the size (mass) of the metal clusters Vary.

本発明に係る成膜方法によれば、ほぼ同質量の粒子だけを基板上に集めて堆積し膜を形成するので、この膜の膜質及び膜厚の均一性を向上させることができる。
本発明に係る第1のスパッタリング装置は、真空状態のチャンバ内でターゲットに所定のイオンを衝突させ、当該ターゲットから放出された粒子を基板上に堆積させて膜を形成するスパッタリング装置において、前記ターゲットから放出されて特定方向に進む前記粒子だけを通過させ、その他の方向に進む前記粒子を捕獲する粒子選別手段と、前記粒子選別手段によって選別された前記粒子が次に通る前記チャンバ内の空間に前記特定方向と交わる向きの電界を形成する電界形成手段と、前記電界形成手段によって前記電界が形成される前記空間に前記粒子が到達する前に、当該粒子の表面をイオン化する粒子イオン化手段と、を備えたことを特徴とするものである。
According to the film forming method of the present invention, only particles having substantially the same mass are collected and deposited on the substrate to form a film, so that the film quality and film thickness uniformity of this film can be improved.
A first sputtering apparatus according to the present invention is a sputtering apparatus that forms a film by colliding predetermined ions with a target in a vacuum chamber and depositing particles emitted from the target on a substrate. A particle sorting means for passing only the particles that are emitted from and traveling in a specific direction and capturing the particles traveling in the other direction; and a space in the chamber through which the particles sorted by the particle sorting means pass next Electric field forming means for forming an electric field in a direction intersecting with the specific direction, and particle ionizing means for ionizing the surface of the particles before the particles reach the space where the electric field is formed by the electric field forming means, It is characterized by comprising.

本発明に係る第1のスパッタリング装置によれば、粒子イオン化手段によって表面がイオン化された粒子は、その大きさ(質量)が大きいものほどその内部にイオン化されていない原子を多く含むことになるので、粒子の大きさ(質量)が大きいものほどその単位質量当りの電荷量は小さい。従って、ターゲットから放出されて特定方向に進む粒子に当該特定方向と交わる向きの電界をかけることで、その進行方向をその大きさ(質量)に応じて変化させることができ、この粒子をその大きさ(質量)別に選別することができる。これにより、ほぼ同質量の粒子だけを基板上に集めて堆積し膜を形成することができるので、この膜の膜質及び膜厚の均一性を向上させることができる。   According to the first sputtering apparatus of the present invention, the particles whose surfaces are ionized by the particle ionization means contain more atoms that are not ionized as the size (mass) of the particles increases. The larger the particle size (mass), the smaller the amount of charge per unit mass. Therefore, by applying an electric field in a direction crossing the specific direction to the particles emitted from the target and traveling in the specific direction, the traveling direction can be changed according to the size (mass). Sort by size (mass). As a result, only particles having substantially the same mass can be collected and deposited on the substrate to form a film, so that the film quality and uniformity of the film can be improved.

本発明に係る第2のスパッタリング装置は、真空状態のチャンバ内でターゲットに所定のイオンを衝突させ、当該ターゲットから放出された粒子を基板上に堆積させて膜を形成するスパッタリング装置において、前記ターゲットから放出されて特定方向に進む前記粒子だけを通過させ、その他の方向に進む前記粒子を捕獲する粒子選別手段と、前記粒子選別手段によって選別された前記粒子が次に通る前記チャンバ内の空間に前記特定方向と交わる向きの磁界を形成する磁界形成手段と、前記磁界形成手段によって前記磁界が形成される前記空間に前記粒子が到達する前に、当該粒子の表面をイオン化する粒子イオン化手段と、を備えたことを特徴とするものである。   A second sputtering apparatus according to the present invention is a sputtering apparatus that forms a film by colliding predetermined ions with a target in a vacuum chamber and depositing particles emitted from the target on a substrate. A particle sorting means for passing only the particles that are emitted from and traveling in a specific direction and capturing the particles traveling in the other direction; and a space in the chamber through which the particles sorted by the particle sorting means pass next Magnetic field forming means for forming a magnetic field in a direction intersecting with the specific direction, particle ionizing means for ionizing the surface of the particles before the particles reach the space where the magnetic field is formed by the magnetic field forming means, It is characterized by comprising.

本発明に係る第2のスパッタリング装置によれば、ターゲットから放出されて特定方向に進む粒子に当該特定方向と交わる向きの磁界をかけることで、その進行方向をその大きさ(質量)に応じて変化させることができ、この粒子をその大きさ(質量)別に選別することができる。これにより、ほぼ同質量の粒子だけを基板上に集めて堆積し膜を形成することができるので、この膜の膜質及び膜厚の均一性を向上させることができる。   According to the second sputtering apparatus of the present invention, by applying a magnetic field in a direction intersecting with the specific direction to particles emitted from the target and traveling in the specific direction, the traveling direction is determined according to the size (mass). The particles can be selected and sorted according to their size (mass). As a result, only particles having substantially the same mass can be collected and deposited on the substrate to form a film, so that the film quality and uniformity of the film can be improved.

本発明に係る第3のスパッタリング装置は、上述した第1、第2のスパッタリング装置において、前記特定方向と交わる向きとは、当該特定方向と直交する向きであることを特徴とするものである。
本発明に係る第3のスパッタリング装置によれば、上述した第1、第2のスパッタリング装置において、特定方向に進む粒子に当該特定方向と直交する向きの力を最も効率良く伝えることができるので、この粒子の進行方向をその大きさ(質量)に応じて効率良く変化させることができる。
The third sputtering apparatus according to the present invention is characterized in that, in the first and second sputtering apparatuses described above, the direction intersecting with the specific direction is a direction orthogonal to the specific direction.
According to the third sputtering apparatus according to the present invention, in the first and second sputtering apparatuses described above, the force in the direction orthogonal to the specific direction can be most efficiently transmitted to the particles traveling in the specific direction. The traveling direction of the particles can be efficiently changed according to the size (mass).

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る成膜方法及びスパッタリング装置について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るスパッタリング装置100の構成例を示す概念図である。このスパッタリング装置100は、真空チャンバ内で金属ターゲット材にアルゴンイオン等を衝突させ、当該金属ターゲット材から放出された金属クラスタをシリコンウエーハ上に堆積させて金属膜を形成する装置である。図1に示すように、このスパッタリング装置100は、真空チャンバ11と、マッチングボックス13と、プレーナーターゲット15と、高周波電源21と、コリメータ23と、一対の電極板25と、基板ホルダ27等から構成されている。
Hereinafter, a film forming method and a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a sputtering apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The sputtering apparatus 100 is an apparatus for forming a metal film by causing argon ions or the like to collide with a metal target material in a vacuum chamber and depositing metal clusters released from the metal target material on a silicon wafer. As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus 100 includes a vacuum chamber 11, a matching box 13, a planar target 15, a high frequency power source 21, a collimator 23, a pair of electrode plates 25, a substrate holder 27, and the like. Has been.

これらの中で、真空チャンバ11は、例えば0.1〜1.0[Pa]程度の真空状態を維持可能な成膜処理室である。この真空チャンバ11は、図示しないロードロック室と、ガス供給系と、ガス排気系等に接続している。シリコンウエーハ上に金属膜を形成する場合には、密閉された真空チャンバ11の内側にガス供給系を介してアルゴン(Ar)ガスが供給される。   Among these, the vacuum chamber 11 is a film forming chamber capable of maintaining a vacuum state of about 0.1 to 1.0 [Pa], for example. The vacuum chamber 11 is connected to a load lock chamber (not shown), a gas supply system, a gas exhaust system, and the like. When forming a metal film on a silicon wafer, argon (Ar) gas is supplied to the inside of the sealed vacuum chamber 11 through a gas supply system.

また、図1に示すように、マッチングボックス13は、真空チャンバ11の内側に取り付けられている。このマッチングボックス13は高周波電源に接続しており、プレーナーターゲット15に高周波電圧をその値を制御しながら印加するものである。さらに、プレーナーターゲット15は、真空チャンバ11の内側に取り付けられており、マグネット15aと、このマグネット15a上に取り付けられた金属ターゲット材15bとから構成されている。この金属ターゲット材15bは、例えばアルミ、又はタングステン等の金属材料からなるものである。   Further, as shown in FIG. 1, the matching box 13 is attached to the inside of the vacuum chamber 11. The matching box 13 is connected to a high-frequency power source, and applies a high-frequency voltage to the planar target 15 while controlling its value. Further, the planar target 15 is attached to the inside of the vacuum chamber 11, and is composed of a magnet 15a and a metal target material 15b attached on the magnet 15a. The metal target material 15b is made of a metal material such as aluminum or tungsten.

このマッチングボックス13からプレーナーターゲット15に高周波電圧が印加されると、このプレーナーターゲット15から飛び出した電子が磁力線17によって当該プレーナーターゲット15の表面近傍にトラップされ、このプレーナーターゲット15の表面近傍に高密度のプラズマ19が形成される。アルゴンイオンの衝突によって任意の方向に放出された金属クラスタは、このプラズマ19によってその表面近傍(表面及びその近傍)がイオン化される。この実施形態では、例えば、金属ターゲット材15がアルミからなり、このプラズマによってアルミからなるクラスタがAlにイオン化したとする。 When a high frequency voltage is applied from the matching box 13 to the planar target 15, electrons that have jumped out of the planar target 15 are trapped near the surface of the planar target 15 by the magnetic lines 17, and high density is formed near the surface of the planar target 15. The plasma 19 is formed. The metal cluster emitted in an arbitrary direction by the collision of argon ions is ionized in the vicinity of the surface (the surface and the vicinity thereof) by the plasma 19. In this embodiment, for example, it is assumed that the metal target material 15 is made of aluminum, and a cluster made of aluminum is ionized to Al + by this plasma.

また、図1に示すコリメータ23は、真空チャンバ11内側の金属ターゲット材15bと向かう位置に取り付けられている。このコリメータ23は、金属ターゲット材15bから放出されて当該コリメータ23の入射口にほぼ垂直な入射角度で入ってきた金属クラスタの垂直成分だけを通過させ、斜めの入射角度で入ってきた金属クラスタの斜め成分を捕獲するものである。プラズマ19によって、表面近傍がイオン化された金属クラスタは、このコリメータ19にその入射口から入る。そして、このコリメータ19に入った金属クラスタのうち、その垂直成分だけが当該コリメータ19の内部を通過し出射口から出て、電極板25に挟まれた空間31へ進む。   Further, the collimator 23 shown in FIG. 1 is attached at a position facing the metal target material 15 b inside the vacuum chamber 11. The collimator 23 passes only the vertical component of the metal cluster that is emitted from the metal target material 15b and enters the entrance of the collimator 23 at a substantially perpendicular incident angle, and passes through the metal cluster that enters at an oblique incident angle. It captures diagonal components. The metal cluster whose surface is ionized by the plasma 19 enters the collimator 19 from its entrance. Of the metal clusters that enter the collimator 19, only the vertical component passes through the interior of the collimator 19, exits the emission port, and proceeds to the space 31 sandwiched between the electrode plates 25.

図1に示すように、電極板25は、正(+)の電極板25aと、負(−)の電極板25bとから構成されている。この電極板25は、例えばコリメータ23を挟んで金属ターゲット材15bと向かい合う位置の空間31を両サイドから挟み込むように、真空チャンバ11の内側に取り付けられている。電極板25a及び25b間の電圧値は、任意に設定することが可能である。   As shown in FIG. 1, the electrode plate 25 includes a positive (+) electrode plate 25a and a negative (−) electrode plate 25b. For example, the electrode plate 25 is attached to the inside of the vacuum chamber 11 so as to sandwich a space 31 at a position facing the metal target material 15b across the collimator 23 from both sides. The voltage value between the electrode plates 25a and 25b can be set arbitrarily.

ところで、アルゴンイオン等の衝突によって金属ターゲット材から放出される多数の金属クラスタは、当該金属クラスタを構成する原子の数、即ち、当該クラスタの大きさ(質量)がそれぞれ異なる。この種の金属クラスタは、通常10〜10個の金属原子が3次元に集合した集合体であり、金属クラスタの大きさ(質量)には、例えば正規分布で現されるようなばらつきがある。 By the way, the number of atoms constituting the metal cluster, that is, the size (mass) of the cluster is different from each other in many metal clusters released from the metal target material by collision of argon ions or the like. This type of metal cluster is usually an aggregate in which 10 to 10 3 metal atoms are gathered in a three-dimensional manner, and the size (mass) of the metal cluster varies, for example, as shown in a normal distribution. .

図3は、金属クラスタの大きさ(質量)のばらつきの一例を示す図である。図3において、横軸は金属クラスタの大きさ(質量)を示し、縦軸は金属クラスタの分布率を示す。図3において、例えば、金属クラスタの大きさ(質量)が平均値±3σの範囲内にあるものを金属クラスタ40bとする。また、その大きさ(質量)が、平均値−3σよりも小さいものを金属クラスタ40a、平均値+3σよりも大きいものを金属クラスタ40cとする。これらの金属クラスタ40a〜40cは、プラズマ19(図1参照)によってその表面近傍がイオン化された状態で、図2に示すように、電極板25a及び25bに挟まれた空間31へ進む。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of variations in the size (mass) of metal clusters. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the size (mass) of the metal clusters, and the vertical axis indicates the distribution ratio of the metal clusters. In FIG. 3, for example, a metal cluster 40b is a metal cluster having a size (mass) within an average value ± 3σ. Further, a metal cluster 40a having a size (mass) smaller than the average value −3σ is referred to as a metal cluster 40c, and a metal cluster 40c having a size (mass) larger than the average value + 3σ. These metal clusters 40a to 40c proceed to a space 31 sandwiched between the electrode plates 25a and 25b, as shown in FIG. 2, with the vicinity of the surface thereof ionized by the plasma 19 (see FIG. 1).

ここで、金属クラスタ40a〜40cは、その大きさ(質量)が大きいものほどその内部にイオン化されていない原子を多く含んでいることが多く、金属クラスタ40a〜40cの単位質量当りの電荷量は、通常、その質量の大きいものほど小さい傾向がある。
具体的には、金属クラスタ40aの質量をMとし、金属クラスタ40bの質量をMとし、金属クラスタ40cの質量をMとする。また、金属クラスタ40aが持つ電荷量をQとする。金属クラスタ40bが持つ電荷量をQとし、金属クラスタ40cが持つ電荷量をQとする。このとき、金属クラスタ40a〜40cの単位質量当りの電荷量Q/Mには、(Q/M)<(Q/M)<(Q/M)の関係が成り立つ。そして、単位質量当りの電荷量Q/Mが大きい金属クラスタほど、電界から影響を受け易い。
Here, the larger the size (mass) of the metal clusters 40a to 40c, the greater the number of non-ionized atoms contained therein, and the amount of charge per unit mass of the metal clusters 40a to 40c is Usually, the larger the mass, the smaller the tendency.
Specifically, the mass of metal clusters 40a and M a, a mass of metal clusters 40b and M b, the mass of metal clusters 40c and M c. Further, the amount of charge possessed by the metal clusters 40a and Q a. The amount of charge possessed by the metal cluster 40b and Q b, the amount of charge possessed by the metal clusters 40c and Q c. At this time, the charge amount Q / M per unit mass of the metal cluster 40a~40c is satisfied the relationship of (Q c / M c) < (Q b / M b) <(Q a / M a). A metal cluster having a larger charge amount Q / M per unit mass is more susceptible to an electric field.

従って、図2に示すように、大きさ(質量)の小さい金属クラスタ40aは電界Eによってその進行方向が(−)側に大きく曲がり、大きさ(質量)の大きい金属クラスタ40cはその進行方向があまり曲がらない。これにより、金属クラスタ40a〜40bをその大きさ(質量)別に選別することができる。
図2に示すように、スパッタリング装置100では、大きさ(質量)が平均値±3σの範囲内にある金属クラスタ40bの電界Eによって曲げられた進行方向の先に基板ホルダ27が配置されている。また、この金属クラスタ40bの電界Eによって曲げられた後の進行方向と、基板ホルダ27上に配置されるシリコンウエーハ50の表面とが直交するように、この基板ホルダ27の傾きが調整されている。これにより、金属クラスタ40bは、シリコンウエーハ50の表面に対して垂直方向から当該シリコンウエーハ50上に堆積する。また、異常な大きさ(質量)の金属クラスタ40a及び40cは、そのほとんどが基板ホルダ27上から逸れるので、シリコンウエーハ50上にほとんど堆積しない。
Therefore, as shown in FIG. 2, the traveling direction of the metal cluster 40a with a small size (mass) is greatly bent toward the (−) side by the electric field E, and the traveling direction of the metal cluster 40c with a large size (mass) It doesn't turn very much. Thereby, metal cluster 40a-40b can be sorted according to the size (mass).
As shown in FIG. 2, in the sputtering apparatus 100, the substrate holder 27 is disposed at the tip of the traveling direction bent by the electric field E of the metal cluster 40 b whose size (mass) is within the range of the average value ± 3σ. . The inclination of the substrate holder 27 is adjusted so that the traveling direction of the metal cluster 40b after being bent by the electric field E is orthogonal to the surface of the silicon wafer 50 disposed on the substrate holder 27. . Thereby, the metal cluster 40 b is deposited on the silicon wafer 50 from a direction perpendicular to the surface of the silicon wafer 50. Further, most of the abnormally large (mass) metal clusters 40 a and 40 c deviate from the substrate holder 27, so that they are hardly deposited on the silicon wafer 50.

このように、本発明に係るスパッタリング装置100によれば、プラズマ19によって表面がイオン化された金属クラスタ40a〜40cは、その大きさ(質量)が大きいものほどその内部にイオン化されていない金属原子を多く含むので、金属クラスタの質量が大きいものほどその単位質量当りの電荷量は小さい。
従って、金属ターゲット材15bから放出されて特定方向に進む金属クラスタ40a〜40cに当該特定方向と交わる向きの電界Eをかけることで、これらの金属クラスタ40a〜40cの進行方向をその大きさ(質量)に応じて変化させることができ、金属クラスタ40a〜40cをその大きさ(質量)別に選別することができる。これにより、ほぼ同質量の金属クラスタ40bだけをシリコンウエーハ50上に集めて堆積し金属膜を形成することができるので、この金属膜の膜質及び膜厚の均一性を向上させることができる。
As described above, according to the sputtering apparatus 100 according to the present invention, the metal clusters 40a to 40c whose surfaces are ionized by the plasma 19 include metal ions that are not ionized in the interior as the size (mass) increases. Since many are included, the larger the mass of the metal cluster, the smaller the amount of charge per unit mass.
Therefore, by applying an electric field E in a direction intersecting with the specific direction to the metal clusters 40a to 40c emitted from the metal target material 15b and proceeding in the specific direction, the traveling direction of these metal clusters 40a to 40c can be set to the magnitude (mass). ) And the metal clusters 40a to 40c can be sorted according to their size (mass). Thus, only the metal clusters 40b having substantially the same mass can be collected and deposited on the silicon wafer 50 to form a metal film, so that the film quality and film thickness uniformity of the metal film can be improved.

この実施形態では、真空チャンバ11が本発明のチャンバに対応し、金属ターゲット材15bが本発明のターゲットに対応している。また、この金属ターゲット材15に衝突させるアルゴンイオンが本発明の所定のイオンに対応し、特定方向に進む粒子が本発明の金属クラスタ40a〜40bに対応している。また、シリコンウエーハ50が本発明の基板に堆積し、金属膜が本発明の膜に対応している。さらに、コリメータ23が本発明の粒子選別手段に対応し、一対の電極板25が本発明の電界形成手段に対応している。また、プレーナーターゲット15が本発明の粒子イオン化手段に対応し、スパッタリング装置100が本発明のスパッタリング装置に対応している。   In this embodiment, the vacuum chamber 11 corresponds to the chamber of the present invention, and the metal target material 15b corresponds to the target of the present invention. Further, argon ions colliding with the metal target material 15 correspond to predetermined ions of the present invention, and particles traveling in a specific direction correspond to the metal clusters 40a to 40b of the present invention. Further, the silicon wafer 50 is deposited on the substrate of the present invention, and the metal film corresponds to the film of the present invention. Further, the collimator 23 corresponds to the particle sorting means of the present invention, and the pair of electrode plates 25 corresponds to the electric field forming means of the present invention. The planar target 15 corresponds to the particle ionization means of the present invention, and the sputtering apparatus 100 corresponds to the sputtering apparatus of the present invention.

なお、この実施形態では、特定方向に進む金属クラスタ40a〜40cに、当該特定方向と直交するような電界Eをかけて、その進行方向をそれぞれ別方向に曲げる場合について説明した。しかしながら、図4に示すように、これらの金属クラスタ40a〜40cに、特定方向と直交するような電界Eではなく、特定方向と直行するような磁界Bをかけても良い。この場合でも、上記の実施形態と同様に、金属クラスタ40a〜40bをその大きさ(質量)別に選別することができる。この磁界Bは、例えば図示しない永久磁石等によって発生させると良い。   In the present embodiment, the case has been described in which an electric field E orthogonal to the specific direction is applied to the metal clusters 40a to 40c traveling in the specific direction, and the traveling directions are bent in different directions. However, as shown in FIG. 4, a magnetic field B that is orthogonal to the specific direction may be applied to these metal clusters 40 a to 40 c instead of the electric field E that is orthogonal to the specific direction. Even in this case, the metal clusters 40a to 40b can be sorted by size (mass) as in the above embodiment. The magnetic field B may be generated by a permanent magnet (not shown), for example.

実施形態に係るスパッタリング装置100の構成例を示す概念図。The conceptual diagram which shows the structural example of the sputtering device 100 which concerns on embodiment. 特定方向に進む金属クラスタ40a〜40bの一例を示す図。The figure which shows an example of the metal cluster 40a-40b which advances to a specific direction. 金属クラスタの大きさ(質量)のばらつきの一例を示す図。The figure which shows an example of the dispersion | variation in the magnitude | size (mass) of a metal cluster. スパッタリング装置100の他の構成例を示す概念図Conceptual diagram showing another configuration example of the sputtering apparatus 100

符号の説明Explanation of symbols

11 真空チャンバ、13 マッチングボックス、15 プレーナーターゲット、15a マグネット、15b 金属ターゲット材、17 プラズマ、21 高周波電源、23 コリメータ、25 電極板、25a 電極板(+)、25b 電極板(−)、27 基板ホルダ、31 空間、40a〜40c、(特定方向に進む)金属クラスタ、50 シリコンウエーハ、100 スパッタリング装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Vacuum chamber, 13 Matching box, 15 Planar target, 15a Magnet, 15b Metal target material, 17 Plasma, 21 High frequency power supply, 23 Collimator, 25 Electrode plate, 25a Electrode plate (+), 25b Electrode plate (-), 27 Substrate Holder, 31 space, 40a to 40c, metal cluster (going in a specific direction), 50 silicon wafer, 100 sputtering apparatus

Claims (4)

真空状態のチャンバ内でターゲットに所定のイオンを衝突させ、当該ターゲットから放出された粒子を基板上に堆積させて膜を形成する成膜方法において、
前記ターゲットから放出されて特定方向に進む前記粒子をその質量別に選別し、
選別された前記粒子のうち所望の質量を有する前記粒子を前記基板上に集めて堆積させることを特徴とする成膜方法。
In a film forming method of forming a film by colliding predetermined ions with a target in a vacuum chamber and depositing particles emitted from the target on a substrate,
Sorting the particles emitted from the target and traveling in a specific direction by their mass;
A film forming method, wherein the particles having a desired mass among the selected particles are collected and deposited on the substrate.
真空状態のチャンバ内でターゲットに所定のイオンを衝突させ、当該ターゲットから放出された粒子を基板上に堆積させて膜を形成するスパッタリング装置において、
前記ターゲットから放出されて特定方向に進む前記粒子だけを通過させ、その他の方向に進む前記粒子を捕獲する粒子選別手段と、
前記粒子選別手段によって選別された前記粒子が次に通る前記チャンバ内の空間に前記特定方向と交わる向きの電界を形成する電界形成手段と、
前記電界形成手段によって前記電界が形成される前記空間に前記粒子が到達する前に、当該粒子の表面をイオン化する粒子イオン化手段と、を備えたことを特徴とするスパッタリング装置。
In a sputtering apparatus that forms a film by colliding predetermined ions with a target in a vacuum chamber and depositing particles emitted from the target on a substrate.
A particle sorting means for passing only the particles emitted from the target and traveling in a specific direction and capturing the particles traveling in the other direction;
An electric field forming means for forming an electric field in a direction intersecting with the specific direction in a space in the chamber through which the particles selected by the particle selecting means pass next;
A sputtering apparatus comprising: a particle ionization unit that ionizes a surface of the particle before the particle reaches the space where the electric field is formed by the electric field forming unit.
真空状態のチャンバ内でターゲットに所定のイオンを衝突させ、当該ターゲットから放出された粒子を基板上に堆積させて膜を形成するスパッタリング装置において、
前記ターゲットから放出されて特定方向に進む前記粒子だけを通過させ、その他の方向に進む前記粒子を捕獲する粒子選別手段と、
前記粒子選別手段によって選別された前記粒子が次に通る前記チャンバ内の空間に前記特定方向と交わる向きの磁界を形成する磁界形成手段と、
前記磁界形成手段によって前記磁界が形成される前記空間に前記粒子が到達する前に、当該粒子の表面をイオン化する粒子イオン化手段と、を備えたことを特徴とするスパッタリング装置。
In a sputtering apparatus that forms a film by colliding predetermined ions with a target in a vacuum chamber and depositing particles emitted from the target on a substrate.
A particle sorting means for passing only the particles emitted from the target and traveling in a specific direction and capturing the particles traveling in the other direction;
Magnetic field forming means for forming a magnetic field in a direction intersecting with the specific direction in a space in the chamber through which the particles selected by the particle selecting means pass next;
A sputtering apparatus, comprising: a particle ionization unit that ionizes a surface of the particle before the particle reaches the space where the magnetic field is formed by the magnetic field forming unit.
前記特定方向と交わる向きとは、当該特定方向と直交する向きであることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のスパッタリング装置。   4. The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the direction intersecting with the specific direction is a direction orthogonal to the specific direction. 5.
JP2003330090A 2003-09-22 2003-09-22 Film deposition method and sputtering system Pending JP2005097647A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003330090A JP2005097647A (en) 2003-09-22 2003-09-22 Film deposition method and sputtering system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003330090A JP2005097647A (en) 2003-09-22 2003-09-22 Film deposition method and sputtering system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005097647A true JP2005097647A (en) 2005-04-14

Family

ID=34459163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003330090A Pending JP2005097647A (en) 2003-09-22 2003-09-22 Film deposition method and sputtering system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005097647A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013231728A (en) * 2006-03-24 2013-11-14 Eta Sa Manufacture Horlogere Suisse Micro-mechanical part incorporated into timepiece mechanism
JP6122169B1 (en) * 2016-03-15 2017-04-26 株式会社東芝 Processing device and collimator

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013231728A (en) * 2006-03-24 2013-11-14 Eta Sa Manufacture Horlogere Suisse Micro-mechanical part incorporated into timepiece mechanism
JP6122169B1 (en) * 2016-03-15 2017-04-26 株式会社東芝 Processing device and collimator
JP2017166014A (en) * 2016-03-15 2017-09-21 株式会社東芝 Processor and collimator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4724060A (en) Sputtering apparatus with film forming directivity
US6500321B1 (en) Control of erosion profile and process characteristics in magnetron sputtering by geometrical shaping of the sputtering target
EP1184483A2 (en) Thin-film formation system and thin-film formation process
JPH09500690A (en) Static perforated plate used for reactive sputter deposition
CN1275938A (en) Apparatus and method for utilizing a plasma density gradient to produce a flow of particles
TW201237204A (en) RF impedance matching network with secondary DC input
US5362372A (en) Self cleaning collimator
WO2007066548A1 (en) Sheet plasma film-forming apparatus
TWI464285B (en) Film formation equipment and film formation method
JPS63310965A (en) Sputtering device
EP0523695B1 (en) A sputtering apparatus and an ion source
WO2009157439A1 (en) Sputtering apparatus and sputtering method
SG171398A1 (en) Sputtering apparatus and sputtering method
WO2009157438A1 (en) Cathode unit and spattering device having same
EP0703598A1 (en) Electrode between sputtering target and workpiece
JP2005097647A (en) Film deposition method and sputtering system
CN102471879A (en) Film-forming apparatus
JP3336421B2 (en) Sputtering equipment
US10184171B2 (en) Sputtering apparatus and method thereof
JPS6345367A (en) Film formation by transporting type sputtering
JP2016117923A (en) Sputtering apparatus
JP3810452B2 (en) Magnetron sputter deposition system
JP3949205B2 (en) Metal wiring sputtering equipment with magnetron cathode
Haberland et al. A new low temperature thin film deposition process: Energetic cluster impact (ECI)
CN101597789A (en) Electrostatic clamping device and use the semiconductor processing equipment of this electrostatic clamping device