JP2005290442A - Ecr sputtering system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ECRプラズマを利用するスパッタリング装置に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus using ECR plasma.
ECRスパッタリング装置は、ECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマを生成し、プラズマ中のイオンによりターゲットをスパッタし、スパッタ粒子を被処理基板の表面に堆積させて成膜する装置である。処理室内に導入されたECRプラズマの流れ(プラズマ流)は、発散磁場により拡散していくが、プラズマ流は、被処理基板の方向だけではなく処理室の内壁へも拡散し、処理室の内壁に付着した不完全な膜をスパッタしてダストを処理室内に飛散させる。このダストの飛散を防止するために、ターゲットと被処理基板との間にプラズマの拡散を制限する筒を設けたECRスパッタリング装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 The ECR sputtering apparatus is an apparatus that generates ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma, sputters a target with ions in the plasma, and deposits sputtered particles on the surface of a substrate to be processed to form a film. The flow of ECR plasma (plasma flow) introduced into the processing chamber is diffused by the divergent magnetic field, but the plasma flow is diffused not only in the direction of the substrate to be processed but also to the inner wall of the processing chamber. Sputter is applied to the incomplete film adhering to the substrate to disperse dust into the processing chamber. In order to prevent the scattering of dust, an ECR sputtering apparatus is known in which a cylinder for limiting the diffusion of plasma is provided between a target and a substrate to be processed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1のECRスパッタリング装置では、プラズマの拡散を制限する筒により、プラズマ流が処理室の側壁へ拡散するのを防止しているが、同時にスパッタ粒子の飛散をも制限してしまうので、被処理基板への成膜レートが小さくなるという問題がある。 In the ECR sputtering apparatus of Patent Document 1, the plasma flow is prevented from diffusing to the side wall of the processing chamber by the tube that restricts the diffusion of the plasma, but at the same time, the scattering of the sputtered particles is also restricted. There is a problem that the deposition rate on the processing substrate is reduced.
(1)請求項1のECRスパッタリング装置は、ECRプラズマを生成させるプラズマ生成室と、プラズマ生成室に隣接して設けられ、発散磁場によりECRプラズマが導入される処理室と、ECRプラズマ中のイオンによりスパッタされるターゲットと、ターゲットから飛散するスパッタ粒子が堆積して成膜が行われる被処理基板を保持する基板保持手段と、ターゲット近傍の発散磁場の強度を高め、処理室に導入されたECRプラズマの流れをターゲットへ近づけるように補正磁場を生成する補正磁場生成手段とを備えることを特徴とする。
(2)請求項1のECRスパッタリング装置に備えられる補正磁場生成手段は、発散磁場と合成してターゲット周辺にカスプ磁場を形成するように、補正磁場を生成することが好ましい。また、補正磁場生成手段は、ターゲットの外周面を取り囲むリング状磁石であってもよい。
(1) An ECR sputtering apparatus according to a first aspect of the present invention includes a plasma generation chamber for generating ECR plasma, a processing chamber provided adjacent to the plasma generation chamber, into which ECR plasma is introduced by a divergent magnetic field, and ions in the ECR plasma The target to be sputtered by the substrate, the substrate holding means for holding the substrate to be processed on which the sputtered particles scattered from the target are deposited, the strength of the divergent magnetic field in the vicinity of the target is increased, and the ECR introduced into the processing chamber And a correction magnetic field generation means for generating a correction magnetic field so as to bring the plasma flow closer to the target.
(2) Preferably, the correction magnetic field generating means provided in the ECR sputtering apparatus of the first aspect generates a correction magnetic field so as to form a cusp magnetic field around the target by combining with the divergent magnetic field. Further, the correction magnetic field generation means may be a ring magnet surrounding the outer peripheral surface of the target.
本発明によれば、補正磁場生成手段によりECRプラズマの流れをターゲットへ導くようにしたので、スパッタ効率が高くなり、被処理基板上に形成される膜の成膜レートが大きくなる。 According to the present invention, since the flow of the ECR plasma is guided to the target by the correction magnetic field generating means, the sputtering efficiency is increased and the film formation rate of the film formed on the substrate to be processed is increased.
以下、本発明の実施の形態によるECRスパッタリング装置について、図1〜3を参照しながら説明する。図1は、第1の実施の形態によるECRスパッタリング装置の概略を模式的に示す全体構成図である。図2(a)は、図1のECRスパッタリング装置の主要部を模式的に示す構成図であり、図2(b)は、図2(a)のI−I線で切断した部分断面図である。図1と図2では、同じ構成部品には同一符号を付す。 Hereinafter, an ECR sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram schematically showing an outline of the ECR sputtering apparatus according to the first embodiment. 2A is a configuration diagram schematically showing the main part of the ECR sputtering apparatus of FIG. 1, and FIG. 2B is a partial cross-sectional view taken along the line II of FIG. 2A. is there. In FIG. 1 and FIG. 2, the same components are denoted by the same reference numerals.
ECRスパッタリング装置100は、ECRプラズマを生成させるプラズマ生成室10と基板Sの表面に成膜処理する処理室20とを備えている。プラズマ生成室10と処理室20は、いずれも密閉可能な容器であり、x方向に沿って連結されており、開口Aにより連通している。
The ECR
プラズマ生成室10の左側面には、マイクロ波Mを導入するための誘電体板11とプロセスガスG1を導入するためのガス導入部13とが配設され、プラズマ生成室10の右側面には、開口Aが形成されている。また、プラズマ生成室10には、その左右側面を除く外周面を取り囲むように電磁コイル12が配設されている。プロセスガスG1としては、通常、Arガスが用いられる。
A
処理室20には、中央に穴が明いたコーン形状のターゲット21と基板Sを保持する基板ホルダー22とが収納され、ターゲット21と基板Sとは対向配置されている。ターゲット21には、直流電源24の負極側が接続されている。なお、直流電源24の代わりに高周波電源を用い、その正極側を接地し、負極側をターゲット21に接続してもよい。
In the
基板ホルダー22は、アースより電気的にフローティングされており、基板Sの法線廻り(x軸廻り)に回転可能である。基板ホルダー22は、必要に応じて加熱、冷却、電界印加が可能に構成されている。また、処理室20には、室内を真空排気するための排気口23が配設され、排気口23は、高速で高真空に排気することができるターボ分子ポンプ(不図示)に配管接続されている。なお、反応性スパッタリングを行う場合は、O2ガス、N2ガスのような反応性ガスを導入するためのガス導入部(不図示)が処理室20に配設される。
The
図2を参照すると、ターゲット21の外周付近には、ターゲット21を取り囲むようにリング状磁石25が配設されている。リング状磁石25は、x方向にN極、S極を有する永久磁石であり、ターゲット21の外周部に磁場を形成する。この磁場を補正磁場MFと呼ぶ。リング状磁石25は、図2(b)に示されるように、円形リング状であるが、多角形のリング状でもよい。なお、リング状磁石25が永久磁石の場合は、処理室20の内部でも外部でも配置できるが、電磁石の場合は、通常、処理室20の外部に配置する。
Referring to FIG. 2, a ring-
以下、本実施の形態によるECRスパッタリング装置100の作用について図1、図2を参照して説明する。不図示のマイクロ波導波管を伝搬する周波数2.45GHzのマイクロ波Mは、誘電体板11を介してプラズマ生成室10内に導入される。プラズマ生成室10内は、1×10−5Pa程度に真空排気された後、プロセスガスG1としてArガスを導入して10−1Pa台の真空雰囲気に保持される。導入されたマイクロ波電力により、プラズマ生成室10内のArガスG1が電離してプラズマが形成される。一方、プラズマ生成室10内には、電磁コイル12による磁場(発散磁場)が形成されているので、プラズマ中の電子は、その発散磁場からローレンツ力を受け、磁力線を軸とする旋回運動をしながらx方向に進む。
Hereinafter, the operation of the ECR sputtering
このとき、電子の旋回運動の回転周波数がマイクロ波Mの周波数に一致すると、電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件が満たされる。ECR条件が成立すると、プラズマの電離効率が上昇し、概略0.05〜0.5Paのガス圧力下で高密度プラズマ(ECRプラズマ)を生成できる。このときの磁束密度(磁界強度)は875×10−4Wb/m2となる。磁界強度は、x方向に進むにつれて緩やかに減少する。 At this time, when the rotational frequency of the electron swivel motion matches the frequency of the microwave M, the electron cyclotron resonance (ECR) condition is satisfied. When the ECR condition is satisfied, the ionization efficiency of the plasma is increased, and high density plasma (ECR plasma) can be generated under a gas pressure of approximately 0.05 to 0.5 Pa. The magnetic flux density (magnetic field strength) at this time is 875 × 10 −4 Wb / m 2 . The magnetic field strength gradually decreases as it proceeds in the x direction.
ECRプラズマ中で旋回運動する多数の電子は、電磁コイル12による発散磁場に導かれて開口Aを通過して処理室20内へ流入し、ターゲット21の穴を通過して基板Sの方向へ向う。基板ホルダー22はフローティングされているので、基板Sの周辺は負の空間電位となり、この負の空間電位を中和するようにECRプラズマ中の多数のイオンも開口Aを通過して処理室20内へ流入する。つまり、多数の電子とイオン(Arイオン)を含むプラズマ流Pがプラズマ生成室10から処理室20へ流入する。このプラズマ流Pの方向は、電磁コイル12による発散磁場の磁力線の向きと大体同じである。
A large number of electrons swirling in the ECR plasma are guided by the divergent magnetic field generated by the
ターゲット21には負の直流電圧が印加されているので、プラズマ流P中のArイオンの多くは、ターゲット21に引き付けられ、ターゲット21に入射する。Arイオンは、ターゲット21の電場の強さに応じた運動エネルギーをもつので、ターゲット21表面から粒子を叩き出す。これがスパッタ粒子Tであり、スパッタ粒子Tの大半はx方向へ飛散する。
Since a negative DC voltage is applied to the
図2を参照して、補正磁場MFの作用を説明する。電磁コイル12による発散磁場の磁力線の向きは、プラズマ流Pを示す矢印の方向とほぼ等しい。リング状磁石25による補正磁場MFの磁力線は、図示のようにN極からS極へ向かっている。リング状磁石25をこのように配置することによって、ターゲット21の外周付近では、発散磁場と補正磁場MFとが合成されてカスプ磁場が形成される。
The operation of the correction magnetic field MF will be described with reference to FIG. The direction of the magnetic field lines of the divergent magnetic field generated by the
そのため、ターゲット21の穴を通過したプラズマ流は、カスプ磁場により流れの方向を曲げられ、実線で示されるプラズマ流Pのようにターゲット21の基板S側の表面αに沿って進行する。もし、リング状磁石25が配設されていない場合は、破線で示されるプラズマ流P´のように直線的に進行する。プラズマ流Pとプラズマ流P´を比較すると、プラズマ流Pの方がターゲット21の表面αの近くを進行するので、より多くのArイオンがターゲット21に引き付けられ、ターゲット21表面をスパッタする。すなわち、スパッタ率が高くなり、多くのスパッタ粒子Tがターゲット21から叩き出され、基板Sの方向へ向かう。この結果、基板S上に堆積する薄膜の成膜レートが上がる。
Therefore, the direction of the flow of the plasma flow that has passed through the hole of the
ターゲット21に入射しないArイオンは、基板Sの方向へ直進するものと処理室20の内壁に向かうものがある。ターゲット21に印加されている負のバイアス電圧を高くすることによってもスパッタ率を上昇させることができるが、同時にターゲット21表面で反射した運動エネルギーの高いArイオンが基板Sに到達して、膜質の劣化やアーキング発生の原因となる。従って、単純にターゲット21のバイアス電圧を高くして成膜レートを上げることは、望ましくない。
Ar ions that are not incident on the
図3は、補正磁場MFが有る場合と無い場合について、ターゲット電流とマイクロ波電力の関係を比較したグラフである。ターゲット電流は、ターゲット21に入射するArイオンの量に相当し、成膜レートに比例する成膜パラメータであるから、ターゲット電流を測定することによって成膜レートを知ることができる。ターゲット21のバイアス電圧を−350Vに固定し、縦軸にターゲット電流、横軸にマイクロ波電力をとる。ターゲット電流とマイクロ波電力は、実測値である。
FIG. 3 is a graph comparing the relationship between the target current and the microwave power with and without the correction magnetic field MF. Since the target current corresponds to the amount of Ar ions incident on the
図中、線aで示される補正磁場MFが有る場合も、線bで示される補正磁場MFが無い場合も、ターゲット電流は、マイクロ波電力とほぼ直線関係を有する。また、線aと線bの傾きを比較すると、線aは、線bに対して約1.2倍となっている。すなわち、リング状磁石25を設けて補正磁場MFを形成することによって、Arイオンの利用効率を向上させ、同じバイアス電圧でも成膜レートを約1.2倍に高めることができる。
In the figure, the target current has a substantially linear relationship with the microwave power both when there is a correction magnetic field MF indicated by a line a and when there is no correction magnetic field MF indicated by a line b. Further, when the inclinations of the line a and the line b are compared, the line a is about 1.2 times the line b. That is, by providing the ring-shaped
補正磁場MFを形成せずに同じ成膜レートを得ようとすると、ターゲット21のバイアス電圧を上げなければならないが、上述したように、膜質の劣化やアーキング発生の恐れがある。本実施の形態では、膜質の劣化やアーキング発生を招くことなしに補正磁場MFを形成するだけで成膜レートを高めることができる。また、本実施の形態では、補正磁場MFを形成用のリング状磁石25を配設するだけなので、スパッタ粒子Tの基板Sへの飛行を妨げることもない。
If an attempt is made to obtain the same film formation rate without forming the correction magnetic field MF, the bias voltage of the
以上説明した本実施の形態によるECRスパッタリング装置100から分かるように、本発明は、ターゲット21の外周付近にリング状磁石25を配設して補正磁場MFを形成し、プラズマ流Pの流れを補正することを特徴とする。従って、本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。例えば、本実施の形態では、ターゲット21の全外周に補正磁場MFを形成するが、複数個の小さい磁石をリング状磁石25と同じ大きさの円形状または多角形状に所定間隔で配列させてもよい。この場合は、カプス磁場は、ターゲット21の外周に沿って一様ではなくなる。
As can be seen from the
10:プラズマ生成室
11:誘電体板
12:電磁コイル
13:ガス導入部
20:処理室
21:ターゲット
22:基板ホルダー
25:リング状磁石
100:ECRスパッタリング装置
MF:補正磁場
P、P´:プラズマ流
S:基板
T:スパッタ粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Plasma production chamber 11: Dielectric board 12: Electromagnetic coil 13: Gas introduction part 20: Processing chamber 21: Target 22: Substrate holder 25: Ring magnet 100: ECR sputtering apparatus MF: Correction magnetic field P, P ': Plasma Flow S: Substrate T: Sputtered particles
Claims (3)
前記プラズマ生成室に隣接して設けられ、発散磁場により前記ECRプラズマが導入される処理室と、
前記ECRプラズマ中のイオンによりスパッタされるターゲットと、
前記ターゲットから飛散するスパッタ粒子が堆積して成膜が行われる被処理基板を保持する基板保持手段と、
前記ターゲット近傍の前記発散磁場の強度を高め、前記処理室に導入されたECRプラズマの流れを前記ターゲットへ近づけるように補正磁場を生成する補正磁場生成手段とを備えることを特徴とするECRスパッタリング装置。 A plasma generation chamber for generating ECR plasma;
A treatment chamber provided adjacent to the plasma generation chamber and into which the ECR plasma is introduced by a divergent magnetic field;
A target sputtered by ions in the ECR plasma;
Substrate holding means for holding a substrate to be processed on which sputtered particles scattered from the target are deposited to form a film;
An ECR sputtering apparatus comprising: a correction magnetic field generating means for increasing the intensity of the divergent magnetic field in the vicinity of the target and generating a correction magnetic field so that the flow of ECR plasma introduced into the processing chamber approaches the target. .
前記補正磁場生成手段は、前記発散磁場と合成して前記ターゲット周辺にカスプ磁場を形成するように、前記補正磁場を生成することを特徴とするECRスパッタリング装置。 The ECR sputtering apparatus according to claim 1,
The ECR sputtering apparatus, wherein the correction magnetic field generation unit generates the correction magnetic field so as to combine with the divergent magnetic field to form a cusp magnetic field around the target.
前記補正磁場生成手段は、前記ターゲットの外周面を取り囲むリング状磁石であることを特徴とするECRスパッタリング装置。 The ECR sputtering apparatus according to claim 1 or 2,
The ECR sputtering apparatus, wherein the correction magnetic field generating means is a ring magnet surrounding the outer peripheral surface of the target.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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---|---|---|---|---|
JP2007308758A (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-29 | Denso Corp | Film deposition apparatus and film deposition method |
JP2009179826A (en) * | 2008-01-29 | 2009-08-13 | Shimadzu Corp | Ecr sputtering apparatus |
RU2601903C2 (en) * | 2015-03-11 | 2016-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method for deposition of thin-film coatings on surface of semiconductor heteroepitaxial structures by magnetron sputtering |
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2004
- 2004-03-31 JP JP2004105075A patent/JP2005290442A/en active Pending
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JP4650698B2 (en) * | 2008-01-29 | 2011-03-16 | 株式会社島津製作所 | ECR sputtering equipment |
RU2601903C2 (en) * | 2015-03-11 | 2016-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method for deposition of thin-film coatings on surface of semiconductor heteroepitaxial structures by magnetron sputtering |
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