JP2010121184A - Sputtering system - Google Patents

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JP2010121184A JP2008296505A JP2008296505A JP2010121184A JP 2010121184 A JP2010121184 A JP 2010121184A JP 2008296505 A JP2008296505 A JP 2008296505A JP 2008296505 A JP2008296505 A JP 2008296505A JP 2010121184 A JP2010121184 A JP 2010121184A
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Noriaki Miyazaki
典明 宮崎
Yasukuni Iwasaki
安邦 岩崎
Atsuhiro Terakura
厚広 寺倉
Daisuke Akashi
大輔 明石
Masao Marunaka
正雄 丸中
Takayuki Tsuchiya
貴之 土屋
Etsuro Nishida
悦郎 西田
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Shinmaywa Industries Ltd
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Shinmaywa Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering system which can suitably and sufficiently improve the coverage properties of a sputtering deposited film. <P>SOLUTION: The sputtering system 100 includes: a vacuum film deposition chamber 30 where a substrate 70 and a target 35B are arranged; a plasma gun 40 guiding plasma 27 to a film deposition space 30A in the vacuum film deposition chamber 30 between the substrate 70 and the target 35B; a deflection electrode 60 arranged at the film deposition space 30A; a first power source 50 applying positive voltage to the deflection electrode 60; and a second power source 52 applying negative voltage to the target 35B. Then, based on such positive-negative voltage, the incidence direction to the target 35B of Ar<SP>+</SP>drifting from the plasma 27 to the target 35B is controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はスパッタリング装置に関する。   The present invention relates to a sputtering apparatus.

半導体デバイスの配線微細化や高速化に伴い、デバイス内の配線材料としてアルミよりも抵抗率が低い銅(Cu)が注目されている。シリコン基板へのCu電極配線の形成は、通常、スパッタリング技術と電解メッキ技術との組合せにより、以下のような方法で行われる。   With the miniaturization and speeding up of semiconductor device wiring, copper (Cu), which has a lower resistivity than aluminum, has attracted attention as a wiring material in the device. Formation of the Cu electrode wiring on the silicon substrate is usually performed by the following method by a combination of the sputtering technique and the electrolytic plating technique.

図6は、シリコン基板へのCu電極配線形成の一例について各工程を模式的に示した図である。   FIG. 6 is a diagram schematically showing each process for an example of forming a Cu electrode wiring on a silicon substrate.

まず、図6(a)に示すように、シリコン基板(図示せず)上のシリコン酸化層に配線用の溝やホールを設け、当該溝やホールにCu拡散防止用のタンタル(Ta)からなるバリア膜(以下、「Taバリア膜」と略す)がスパッタリング法によって形成される。   First, as shown in FIG. 6A, a trench or hole for wiring is provided in a silicon oxide layer on a silicon substrate (not shown), and the trench or hole is made of tantalum (Ta) for preventing Cu diffusion. A barrier film (hereinafter abbreviated as “Ta barrier film”) is formed by sputtering.

そして、図6(b)に示すように、このTaバリア膜を覆うように、電解メッキ時の下地電極膜の役割を果たすCuからなるシード膜(以下、「Cuシード膜」と略す)がスパッタリング法によって形成される。   Then, as shown in FIG. 6B, a seed film made of Cu (hereinafter abbreviated as “Cu seed film”) serving as a base electrode film at the time of electrolytic plating so as to cover the Ta barrier film is sputtered. Formed by law.

次いで、図6(c)に示すように、Cu電極配線が、Cuシード膜を覆うようにして、溝やホールに電解メッキ法により埋め込まれる。   Next, as shown in FIG. 6C, the Cu electrode wiring is buried in the groove or hole by electrolytic plating so as to cover the Cu seed film.

最後に、図6(d)に示すように、Cu電極配線が、適宜の平坦化法(例えば、CMP)により平坦化される。   Finally, as shown in FIG. 6D, the Cu electrode wiring is planarized by an appropriate planarization method (for example, CMP).

ところで、特許文献1には、プラズマガンからの円柱形のプラズマを、N極同士の一対の永久磁石で挟み、これにより、高密度の均一なシートプラズマを大面積に形成できることが記載されている。また、このようなシートプラズマをターゲットおよび基板間に誘導すると、シートプラズマ方式のスパッタリングを行えるとされている(特許文献2参照)。   By the way, Patent Document 1 describes that a cylindrical plasma from a plasma gun is sandwiched between a pair of permanent magnets having N poles, thereby forming a high-density uniform sheet plasma in a large area. . Further, when such sheet plasma is induced between the target and the substrate, it is said that sheet plasma sputtering can be performed (see Patent Document 2).

よって、上述のシートプラズマ技術を応用して、シリコン基板のホールや溝にTaバリア膜やCuシード膜を形成できると、半導体用配線プロセスにおいて、成膜面積の大面積化や成膜の効率化を行えるので都合がよい。
特公平4−23400号公報 特開2005−179767号公報
Therefore, if the Ta barrier film and Cu seed film can be formed in the holes and grooves of the silicon substrate by applying the above-mentioned sheet plasma technology, the film formation area can be increased and the film formation efficiency can be improved in the semiconductor wiring process. Is convenient.
Japanese Patent Publication No. 4-23400 JP 2005-179767 A

本件発明者等は、微細なホールや溝に高カバレッジのCuシード膜形成が行えるよう、シートプラズマ方式のスパッタリング装置の改良に取り組んでいる。そして、この場合、スパッタ粒子の飛散方向を適切に制御できると(具体的には、基板の中心方向におけるスパッタ粒子の直進性を改善できると)、Cuシード膜のカバレッジ性の改善が可能になると考えている。   The inventors of the present invention are working on improving a sheet plasma type sputtering apparatus so that a high-coverage Cu seed film can be formed in fine holes and grooves. In this case, if the scattering direction of the sputtered particles can be appropriately controlled (specifically, the straightness of the sputtered particles in the center direction of the substrate can be improved), the coverage of the Cu seed film can be improved. thinking.

なお、この点に関して、マグネトロンプラズマ方式のスパッタリング装置においては、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性の改善法として、イオン化されたスパッタ粒子の方向を、電界により制御できる構造がすでに提案されている(従来例としての特開2001−192824号公報)。   In this regard, in a magnetron plasma type sputtering apparatus, a structure in which the direction of ionized sputtered particles can be controlled by an electric field has already been proposed as a method for improving the coverage of a sputtering deposited film (as a conventional example) JP-A-2001-192824).

しかし、従来例のごとく、スパッタ粒子の方向を電界制御するには、スパッタ粒子のイオン化が前提となる。従って、従来例の構造では、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性が、スパッタ粒子のイオン化の割合に支配されるという問題がある。   However, as in the conventional example, ionization of sputtered particles is a prerequisite for controlling the electric field of the sputtered particles. Therefore, in the structure of the conventional example, there is a problem that the coverage of the sputtering deposited film is governed by the rate of ionization of the sputtered particles.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性を適切かつ充分に改善できるスパッタリング装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the sputtering device which can improve the coverage property of a sputtering deposit film appropriately and fully.

本件発明者等は、電界によりスパッタ粒子を偏向することに代えて、ターゲットの入射イオンを偏向することにより、上述の従来例の問題を解決できることに気がついた。   The inventors of the present invention have found that the problem of the above-described conventional example can be solved by deflecting the incident ions of the target instead of deflecting the sputtered particles by the electric field.

よって、本発明は、このような知見に基づいてはじめて案出できたものであり、
基板およびターゲットが配された真空成膜室と、
前記基板と前記ターゲットとの間の前記真空成膜室の成膜空間にプラズマを誘導するプラズマガンと、
前記成膜空間に配された偏向電極と、
前記偏向電極に正電圧を印加する第1電源と、
前記ターゲットに負電圧を印加する第2電源と、を備え、
前記正負電圧に基づいて、前記プラズマから前記ターゲットにドリフトする正イオンの前記ターゲットへの入射方向が制御されているスパッタリング装置を提供する。
Therefore, the present invention has been devised for the first time based on such knowledge,
A vacuum film formation chamber in which a substrate and a target are arranged;
A plasma gun for inducing plasma into a film formation space of the vacuum film formation chamber between the substrate and the target;
A deflection electrode disposed in the deposition space;
A first power source for applying a positive voltage to the deflection electrode;
A second power source for applying a negative voltage to the target,
Provided is a sputtering apparatus in which the incident direction of positive ions drifting from the plasma to the target is controlled based on the positive and negative voltages.

ここで、本発明では、前記偏向電極は、前記プラズマと前記ターゲットとの間に配されてもよい。   Here, in the present invention, the deflection electrode may be disposed between the plasma and the target.

また、筒状の前記偏向電極が、前記ターゲットの平面視において、前記ターゲットの周辺に沿って前記ターゲットを環状に囲んでもよい。そして、前記ターゲットは、前記偏向電極の内部に配されてもよい。   The cylindrical deflection electrode may surround the target in an annular shape along the periphery of the target in a plan view of the target. The target may be disposed inside the deflection electrode.

以上の構成により、本発明は様々な効果を奏する。   With the above configuration, the present invention has various effects.

例えば、偏向電極が、ターゲットの周辺に沿ってターゲットを環状に囲んでいるので、ターゲットの周囲全域において均等に、正イオンのターゲットへの入射方向を制御できる。また、ターゲットが、偏向電極の内部に配されているので、シートプラズマ方式のスパッタリング装置に上述の偏向電極を組み込む場合には、ターゲットとシートプラズマとの間の距離の調整を行える。   For example, since the deflection electrode surrounds the target in an annular shape along the periphery of the target, the incident direction of positive ions to the target can be controlled uniformly throughout the entire periphery of the target. In addition, since the target is disposed inside the deflection electrode, when the above-described deflection electrode is incorporated into a sheet plasma type sputtering apparatus, the distance between the target and the sheet plasma can be adjusted.

また、本発明では、前記正負電圧が作る電界により、前記正イオンのドリフトは、前記偏向電極内において前記ターゲットの周辺から中心に向かうように偏向されてもよい。   In the present invention, the positive ion drift may be deflected from the periphery of the target toward the center in the deflection electrode by an electric field generated by the positive and negative voltages.

これにより、正イオンがターゲットに斜めに入射する場合のスパッタ粒子の飛散分布の中心は、正イオンがターゲットに垂直に入射する場合のスパッタ粒子の飛散分布の中心に対して、基板の中心方向にオフセットされると考えられる。   As a result, the center of the spatter distribution of sputtered particles when positive ions are incident on the target obliquely is in the direction of the center of the substrate with respect to the center of the spattered distribution of sputtered particles when the positive ions are vertically incident on the target It is considered offset.

つまり、このようなスパッタ粒子の飛散現象をターゲットの全体においてマクロ的に見ると、スパッタ粒子の飛散分布が基板の中心に収束するので、基板の中心方向におけるスパッタ粒子の直進性が向上する。その結果、基板配線用の高アスペクト比のホールや溝などに、スパッタ粒子が適度の直進性を持って入射するので、スパッタ粒子をホールや溝などの底面まで効率良く到達できると考えられる。   That is, when the spattering phenomenon of the sputtered particles is seen macroscopically in the entire target, the sputtered particle scattering distribution converges on the center of the substrate, so that the straightness of the sputtered particles in the center direction of the substrate is improved. As a result, the sputtered particles are incident on the high aspect ratio holes and grooves for substrate wiring with appropriate straightness, so that it is considered that the sputtered particles can efficiently reach the bottom surfaces of the holes and grooves.

よって、ホールや溝の壁面においてスパッタリング堆積膜のカバレッジ性の改善が期待できる。なお、このことは、後述のスパッタ粒子の堆積実験で検証されている。   Therefore, improvement in the coverage of the sputtering deposited film can be expected on the walls of the holes and grooves. This has been verified by a sputter particle deposition experiment described later.

また、本発明では、前記プラズマを挟み、同磁極が向き合っている一対の磁界発生手段を更に備えてもよい。そして、前記プラズマは、前記磁界発生手段の対が作る磁界により前記ターゲットと平行なシート状に拡がり、前記シート状のプラズマが、前記成膜空間に誘導されてもよい。   The present invention may further comprise a pair of magnetic field generating means sandwiching the plasma and facing the same magnetic pole. The plasma may be spread in a sheet shape parallel to the target by a magnetic field generated by the pair of magnetic field generation means, and the sheet plasma may be induced in the film formation space.

このように、本発明では、シートプラズマ方式のスパッタリング装置に、偏向電極が組み込まれている。   Thus, in the present invention, the deflection electrode is incorporated in the sheet plasma type sputtering apparatus.

よって、シートプラズマとターゲットとの間を適切に離すことができる。このため、偏向電極によって正イオンのドリフト方向(ターゲットへの入射方向)を制御できる距離を充分に確保できるので好都合である。   Thus, the sheet plasma and the target can be appropriately separated. This is advantageous because a sufficient distance can be secured to control the drift direction of positive ions (incident direction to the target) by the deflection electrode.

本発明によれば、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性を適切かつ充分に改善できるスパッタリング装置が得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sputtering device which can improve the coverage property of a sputtering deposit film appropriately and fully is obtained.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態によるスパッタリング装置の一構成例を示した概略図である。   FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.

本実施形態のスパッタリング装置100は、放電プラズマ輸送の方向から見て順番に、放電プラズマを高密度に生成するプラズマガン40と、プラズマ輸送の方向を中心軸とした円筒状の非磁性(例えばステンレス製やガラス製)のシートプラズマ変形室20と、プラズマ輸送の方向と直交する方向を中心軸とした円筒状の非磁性(例えばステンレス製)の真空成膜室30と、を備える。   The sputtering apparatus 100 of this embodiment includes a plasma gun 40 that generates a high density of discharge plasma in order as viewed from the direction of discharge plasma transport, and a cylindrical nonmagnetic (for example, stainless steel) centering on the direction of plasma transport. A sheet plasma deformation chamber 20 (made of glass or glass) and a cylindrical non-magnetic (for example, stainless steel) vacuum film formation chamber 30 centering on a direction orthogonal to the direction of plasma transport.

なお、ここでは、詳細な説明は省略するが、これらの各部40、20、30は、プラズマを輸送する通路を介して互いに気密状態を保って連通されている。   In addition, although detailed description is abbreviate | omitted here, these each part 40,20,30 is mutually connected by maintaining the airtight state via the channel | path which conveys plasma.

まず、プラズマガン40の構成およびシートプラズマ変形室20の周辺の構成について概説する。   First, the configuration of the plasma gun 40 and the configuration around the sheet plasma deformation chamber 20 will be outlined.

スパッタリング装置100のプラズマガン40は、公知の圧力勾配型ガンであり、カソードユニット41および中間電極G1、G2を内蔵している。また、プラズマガン40には、放電により電離される放電ガス(ここでは、アルゴンガス)をプラズマガン40内の放電空間に導くことができる放電ガス供給手段(図示せず)も併設されている。 The plasma gun 40 of the sputtering apparatus 100 is a known pressure gradient gun, and includes a cathode unit 41 and intermediate electrodes G 1 and G 2 . The plasma gun 40 is also provided with discharge gas supply means (not shown) capable of guiding a discharge gas (here, argon gas) ionized by discharge to a discharge space in the plasma gun 40.

以上の構成により、上述のプラズマガン40では、プラズマガン電源(図示せず)を用いてカソードユニット41およびアノードA(後述)間に低電圧かつ大電流のアーク放電を発生できる。   With the above configuration, the above-described plasma gun 40 can generate a low voltage and high current arc discharge between the cathode unit 41 and the anode A (described later) using a plasma gun power source (not shown).

このようにして、放電プラズマの輸送中心に対して略等密度な分布の円柱状のアーク放電プラズマ(以下、「円柱プラズマ22」という)がプラズマガン40の放電空間に形成される。そして、この円柱プラズマ22が、図1に示すように、プラズマガン40からシートプラズマ変形室20に引き出される。   In this manner, a cylindrical arc discharge plasma (hereinafter referred to as “cylindrical plasma 22”) having a substantially equal density distribution with respect to the discharge plasma transport center is formed in the discharge space of the plasma gun 40. Then, the cylindrical plasma 22 is drawn from the plasma gun 40 to the sheet plasma deformation chamber 20 as shown in FIG.

また、シートプラズマ変形室20では、図1に示すように、一対の角形の棒磁石24A、24B(永久磁石;磁界発生手段の対)が、シートプラズマ変形室20のプラズマ輸送空間を挟むよう、一定の間隔をあけて配設されている。本実施形態では、これらの棒磁石24A、24BのN極同士が対向している。そして、第1電磁コイル23(空芯コイル)が作るコイル磁界と、棒磁石24A、24Bが作る磁石磁界との相互作用に基づいて、円柱プラズマ22は、その輸送方向の輸送中心を含む平面Sに沿って拡がるシート状のプラズマ(以下、「シートプラズマ27」という)に変形される。そして、このシートプラズマ27が、シートプラズマ変形室20から通路28を通り、真空成膜室30の成膜空間30Aに誘導される。   In the sheet plasma deformation chamber 20, as shown in FIG. 1, a pair of square bar magnets 24 </ b> A and 24 </ b> B (permanent magnets; a pair of magnetic field generating means) sandwich the plasma transport space of the sheet plasma deformation chamber 20. They are arranged at regular intervals. In the present embodiment, the N poles of these bar magnets 24A and 24B are opposed to each other. Then, based on the interaction between the coil magnetic field created by the first electromagnetic coil 23 (air core coil) and the magnet magnetic field created by the bar magnets 24A, 24B, the cylindrical plasma 22 has a plane S including the transport center in its transport direction. It is deformed into a sheet-like plasma (hereinafter referred to as “sheet plasma 27”) that spreads along the surface. The sheet plasma 27 is guided from the sheet plasma deformation chamber 20 through the passage 28 to the film formation space 30 </ b> A of the vacuum film formation chamber 30.

なお、以上の磁界によるシートプラズマ27の変形法は、すでに周知である。よって、この詳細な説明は、ここでは省略する。   The above-described method of deforming the sheet plasma 27 using a magnetic field is already well known. Therefore, this detailed description is omitted here.

次に、真空成膜室30の構成について説明する。   Next, the configuration of the vacuum film forming chamber 30 will be described.

真空成膜室30は、シートプラズマ27中のAr+(アルゴン正イオン)の衝突エネルギによりターゲット35Bの材料(例えば銅)をスパッタ粒子として放出する成膜チャンバに相当する。この真空成膜室30は、図1に示すように、接地されており、成膜空間30Aを有する。また、この成膜空間30Aは、バルブ37により開閉可能な排気口からターボポンプなどの真空ポンプ36により真空排気される。これにより、この成膜空間30Aはスパッタリングプロセス可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。 The vacuum film formation chamber 30 corresponds to a film formation chamber that releases the material of the target 35B (for example, copper) as sputtered particles by the collision energy of Ar + (argon positive ions) in the sheet plasma 27. As shown in FIG. 1, the vacuum film formation chamber 30 is grounded and has a film formation space 30A. The film formation space 30 </ b> A is evacuated by a vacuum pump 36 such as a turbo pump through an exhaust port that can be opened and closed by a valve 37. As a result, the deposition space 30A is quickly depressurized to a degree of vacuum that allows a sputtering process.

本実施形態では、円板状のターゲット35Bは、円板状のターゲットホルダ(図示せず)に装着された状態において、昇降装置35Aの駆動力により成膜空間30Aを上下(真空成膜室30の中心軸方向)に移動できる。これにより、ターゲット35Bとシートプラズマ27との間の好適な距離が設定される。   In the present embodiment, the disk-shaped target 35B is moved up and down (vacuum film forming chamber 30) by the driving force of the elevating device 35A when mounted on a disk-shaped target holder (not shown). In the direction of the central axis). Thereby, a suitable distance between the target 35B and the sheet plasma 27 is set.

同様に、円板状の基板70は、円板状の基板ホルダ34Bに装着された状態において、昇降装置34Aの駆動力により成膜空間30Aを上下(真空成膜室30の中心軸方向)に移動できる。これにより、基板70とシートプラズマ27との間の好適な距離が設定される。   Similarly, the disk-shaped substrate 70 is moved up and down (in the direction of the central axis of the vacuum film-forming chamber 30) in the film formation space 30A by the driving force of the elevating device 34A when mounted on the disk-shaped substrate holder 34B. I can move. Thereby, a suitable distance between the substrate 70 and the sheet plasma 27 is set.

このようにして、円板状のターゲット35Bおよび基板70が、シートプラズマ27の厚み方向に一定の好適な間隔Lをあけてシートプラズマ27を挟み、成膜空間30Aにおいて同軸状に対向して配されている。   In this manner, the disk-shaped target 35B and the substrate 70 are arranged so as to face each other in a coaxial manner in the film formation space 30A with the sheet plasma 27 sandwiched therebetween at a certain suitable distance L in the thickness direction of the sheet plasma 27. Has been.

また、本実施形態では、ターゲット35Bは、図1に示すように、直流バイアス電源52により負電圧(−1000V程度のマイナス電圧)が印加されている。   In the present embodiment, a negative voltage (a negative voltage of about −1000 V) is applied to the target 35B by the DC bias power supply 52, as shown in FIG.

このような負電圧により、シートプラズマ27中のAr+がターゲット35Bに向かって引き付けられ、Ar+がターゲット35Bに衝突する。すると、この衝突エネルギにより、ターゲット35Bからスパッタ粒子(ここでは、銅(Cu)粒子)が基板70に向かって放出される。 With such a negative voltage, Ar + in the sheet plasma 27 is attracted toward the target 35B, and Ar + collides with the target 35B. Then, sputtered particles (here, copper (Cu) particles) are emitted from the target 35 </ b> B toward the substrate 70 by the collision energy.

更に、本実施形態では、円筒状の偏向電極60(イオンリフレクタ)が、ターゲット35Bの周囲に配され、この偏向電極60は、直流バイアス電源50によりバイアス電圧(正電圧)が印加されている。   Further, in the present embodiment, a cylindrical deflection electrode 60 (ion reflector) is disposed around the target 35B, and a bias voltage (positive voltage) is applied to the deflection electrode 60 by a DC bias power supply 50.

これにより、Ar+のターゲット35Bへのドリフトの過程において、偏向電極60に印加される電圧の作用(電界)によって、図1に示すように、Ar+の軌跡が曲げられる。なお、このような偏向電極60の構成については、後程、詳述する。 Thereby, in the process of drift of Ar + to the target 35B, the locus of Ar + is bent as shown in FIG. 1 by the action (electric field) of the voltage applied to the deflection electrode 60. The configuration of the deflection electrode 60 will be described in detail later.

また、基板ホルダ34Bは、図1に示すように、高周波バイアス電源51により高周波(RF)電力が印加されている。   Further, as shown in FIG. 1, high frequency (RF) power is applied to the substrate holder 34 </ b> B by a high frequency bias power source 51.

これにより、シートプラズマ27を横切る際にシートプラズマ27の作用により電離されたCu粒子(Cu+)を、RF電力のセルフバイアスによって基板70に適切に引き込むことができる。 Thus, Cu particles (Cu + ) ionized by the action of the sheet plasma 27 when traversing the sheet plasma 27 can be appropriately drawn into the substrate 70 by RF power self-bias.

次に、真空成膜室30の周辺の構成を説明する。   Next, the configuration around the vacuum film forming chamber 30 will be described.

真空成膜室30のプラズマガン40と反対側の側方には、アノードAが配置され、真空成膜室30の側壁とアノードAとの間には、シートプラズマ27の通路29が設けられている。   An anode A is disposed on the side of the vacuum film forming chamber 30 opposite to the plasma gun 40, and a passage 29 for the sheet plasma 27 is provided between the side wall of the vacuum film forming chamber 30 and the anode A. Yes.

アノードAは、プラズマガン40のカソードユニット41に対して所定の基準電位が与えられる。これにより、アノードAは、カソードユニット41およびアノードAの間のアーク放電に基づくシートプラズマ27中の荷電粒子(特に電子)を回収する役割を有している。   The anode A is given a predetermined reference potential to the cathode unit 41 of the plasma gun 40. Thereby, the anode A has a role of collecting charged particles (particularly electrons) in the sheet plasma 27 based on the arc discharge between the cathode unit 41 and the anode A.

また、アノードAの裏面(カソードユニット41に対する対向面の反対側の面)には、アノードA側をS極、その反対側をN極とした永久磁石38が配されている。   Further, a permanent magnet 38 having an S pole on the anode A side and an N pole on the opposite side is disposed on the back surface of the anode A (the surface on the opposite side of the surface facing the cathode unit 41).

この永久磁石38のN極から出てS極に入る主面Sに沿った磁力線により、アノードAに向かうシートプラズマ27の幅方向(プラズマの拡がり方向)の拡散を抑えるようにシートプラズマ27が幅方向に収束される。その結果、シートプラズマ27の荷電粒子が、アノードAに適切に回収される。   The sheet plasma 27 has a width so as to suppress diffusion in the width direction (plasma spreading direction) of the sheet plasma 27 toward the anode A by the magnetic field lines along the main surface S that exits from the N pole of the permanent magnet 38 and enters the S pole. Converge in the direction. As a result, the charged particles of the sheet plasma 27 are properly collected by the anode A.

また、図1に示すように、第2電磁コイル32および第3電磁コイル33(いずれも空芯コイル)が、互いに対をなして、真空成膜室30の成膜空間30Aを挟み、異極同士(ここでは、第2電磁コイル32はN極、第3電磁コイル33はS極)を向かい合わせて配置されている。第2電磁コイル32は、棒磁石24A、24Bと真空成膜室30との間のプラズマ輸送方向の適所に配置され、第3電磁コイル33は、真空成膜室30とアノード15との間のプラズマ輸送方向の適所に配置されている。   Further, as shown in FIG. 1, the second electromagnetic coil 32 and the third electromagnetic coil 33 (both are air-core coils) are paired with each other and sandwich the film formation space 30A of the vacuum film formation chamber 30 so as to have different polarities. The two electromagnetic coils 32 are arranged facing each other (here, the second electromagnetic coil 32 is an N pole and the third electromagnetic coil 33 is an S pole). The second electromagnetic coil 32 is disposed at an appropriate position in the plasma transport direction between the bar magnets 24A and 24B and the vacuum film formation chamber 30, and the third electromagnetic coil 33 is disposed between the vacuum film formation chamber 30 and the anode 15. It is placed at the right place in the direction of plasma transport.

これらの第1および第2電磁コイル32、33の対が作るコイル磁界(例えば10G〜300G程度)により、シートプラズマ27は、プラズマの拡がり方向の拡散を適切に抑えるように整形される。   By the coil magnetic field (for example, about 10G to 300G) formed by the pair of the first and second electromagnetic coils 32 and 33, the sheet plasma 27 is shaped so as to appropriately suppress the diffusion in the plasma spreading direction.

次に、本発明の実施形態の特徴部である偏向電極60の構成について図面を参照しながら説明する。   Next, the configuration of the deflection electrode 60 that is a feature of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図2は、本発明の実施形態によるスパッタリング装置に用いる偏向電極の一構成例を示した斜視図である。   FIG. 2 is a perspective view showing one configuration example of the deflection electrode used in the sputtering apparatus according to the embodiment of the present invention.

また、図3は、図1の偏向電極によるAr+の偏向の様子、および、スパッタ粒子の飛散の様子を模式的に示した図である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing how Ar + is deflected by the deflection electrode of FIG. 1 and how sputtered particles are scattered.

なお、スパッタリング装置100の真空成膜室30の内部は、偏向電極60の中心軸200を中心とする対称な構造となっている。よって、図3では、真空成膜室30の内部の半分のみが図示されている。また、図面の簡素化を図る観点から、真空成膜室30内の構成要素の一部(例えば、昇降装置34A、35Aなど)の図示が省略されている。   The inside of the vacuum film forming chamber 30 of the sputtering apparatus 100 has a symmetric structure with the central axis 200 of the deflection electrode 60 as the center. Therefore, in FIG. 3, only the inner half of the vacuum film forming chamber 30 is shown. Further, from the viewpoint of simplifying the drawing, some of the components (for example, the lifting devices 34A and 35A) in the vacuum film forming chamber 30 are not shown.

図2および図3に示すように、偏向電極60は、円板状のターゲット35Bと直交する方向を中心軸200とする、ターゲット35Bと同軸状に配された金属製の円筒体である。そして、ターゲット35Bを平面視した場合には、偏向電極60(円筒体)およびターゲット35Bは相似形の形態を有しており、偏向電極60(円筒体)の内寸は、ターゲット35Bの外寸よりも若干大きめになっている。つまり、ターゲット35Bを平面視した場合には、偏向電極60が、ターゲット35Bの周辺に沿ってターゲット35Bの周辺を円環状に囲んでいる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the deflection electrode 60 is a metal cylindrical body arranged coaxially with the target 35 </ b> B with the direction orthogonal to the disk-shaped target 35 </ b> B as the central axis 200. When the target 35B is viewed in plan, the deflection electrode 60 (cylindrical body) and the target 35B have similar shapes, and the inner dimension of the deflection electrode 60 (cylindrical body) is the outer dimension of the target 35B. It is slightly larger than. That is, when the target 35B is viewed in plan, the deflection electrode 60 surrounds the periphery of the target 35B in an annular shape along the periphery of the target 35B.

更に、図1および図3に示すように、本実施形態では、ターゲット35Bは、偏向電極60に内包されている。これにより、ターゲット35Bは、上述のとおり、昇降装置35Aの駆動力により成膜空間30Aを上下(真空成膜室30の中心軸方向)に移動できる。   Furthermore, as shown in FIGS. 1 and 3, in this embodiment, the target 35 </ b> B is included in the deflection electrode 60. As a result, the target 35B can move up and down (in the direction of the central axis of the vacuum film formation chamber 30) in the film formation space 30A by the driving force of the lifting device 35A as described above.

ここで、本件発明者等は、以上の偏向電極60およびターゲット35Bに適宜の電圧を印加すると、Ar+のドリフトの方向を適切に制御できると考えた。そして、このようなAr+のドリフトの方向の制御の結果として、後述のとおり、Cu粒子の直線性が向上すると考えた。 Here, the present inventors considered that the direction of Ar + drift can be appropriately controlled by applying appropriate voltages to the deflection electrode 60 and the target 35B. As a result of the control of the Ar + drift direction, it was considered that the linearity of the Cu particles was improved as described later.

図4は、図3の偏向電極によるAr+の偏向の説明に用いる静電界シミュレーションの結果を示した図である。 FIG. 4 is a diagram showing the results of electrostatic field simulation used to explain the deflection of Ar + by the deflection electrode of FIG.

図4では、ターゲット35Bおよび偏向電極60による電界の様子を表した電気力線(矢印)、等電位線(実線)および電位分布(グレイスケール)の様子が図示されている。   In FIG. 4, electric field lines (arrows), equipotential lines (solid lines), and electric potential distribution (gray scale) representing the state of the electric field generated by the target 35 </ b> B and the deflection electrode 60 are illustrated.

このような静電界シミュレーションを行うに当たっては、図3に示したターゲット35Bや偏向電極60の形状と略同一形の解析モデルが、数値計算用の分割単位解析領域(メッシュ領域)によってコンピュータ上に生成されている。そして、ターゲット35Bに対応するメッシュ領域には、「−1000V」の電圧データが入力され、偏向電極60に対応するメッシュ領域には、「+50V」の電圧データが入力されている。   In performing such an electrostatic field simulation, an analysis model having substantially the same shape as the shape of the target 35B and the deflection electrode 60 shown in FIG. 3 is generated on a computer by a divided unit analysis region (mesh region) for numerical calculation. Has been. Then, “−1000 V” voltage data is input to the mesh region corresponding to the target 35 </ b> B, and “+50 V” voltage data is input to the mesh region corresponding to the deflection electrode 60.

但し、本シミュレーションについては、あくまで、ターゲット35Bおよび偏向電極60によるAr+の偏向効果を確認することに主眼が置かれている。よって、このような確認に影響を及ぼさない範囲内でモデルの簡略化がなされている。例えば、本静電界シミュレーションでは、シートプラズマ27自身が持つ浮遊電位(正の電位)のモデル化は省略されている。よって、ターゲット35Bから遠く離れたシートプラズマ近傍領域での解析結果については、必ずしも現実の電界分布と整合性が取れていない。 However, the main focus of this simulation is to confirm the Ar + deflection effect by the target 35B and the deflection electrode 60. Therefore, the model is simplified within such a range that does not affect the confirmation. For example, in this electrostatic field simulation, modeling of the floating potential (positive potential) of the sheet plasma 27 itself is omitted. Therefore, the analysis result in the region near the sheet plasma far from the target 35B is not necessarily consistent with the actual electric field distribution.

なお、静電界シミュレーションは、汎用の電磁場解析ソフトを用いているが、解析ソフトの説明は省略する。   The electrostatic field simulation uses general-purpose electromagnetic field analysis software, but description of the analysis software is omitted.

図4に示すように、ターゲット35Bの周辺近傍では、ターゲット35Bの負電圧および偏向電極60の正電圧に基づいて偏向電極60からターゲット35Bに向く電界Eが形成されている。   As shown in FIG. 4, in the vicinity of the periphery of the target 35B, an electric field E directed from the deflection electrode 60 to the target 35B is formed based on the negative voltage of the target 35B and the positive voltage of the deflection electrode 60.

この電界Eの作用により、ターゲット35Bの周辺部では、偏向電極60内をシートプラズマ27からターゲット35Bの方向にドリフトするAr+が、図3に示すように、ターゲット35Bの中心方向に偏向される。これにより、Ar+は、ターゲット35Bの中心方向に収束するように斜めに入射すると考えられる(以下、このようなAr+の入射を「Ar+斜め入射」と略す場合がある。)。そして、この場合、Ar+の衝突エネルギによって放出されるCu粒子の割合は、Ar+のターゲット35Bへの入射方向とは逆向きの、基板70の中心寄りの方向に主成分が存在して、この方向を中心に一定の角度成分を持つと予測される(図3中の二点鎖線参照)。 Due to the action of the electric field E, Ar + drifting in the deflection electrode 60 from the sheet plasma 27 toward the target 35B in the peripheral portion of the target 35B is deflected toward the center of the target 35B as shown in FIG. . Thus, Ar + is considered to be incident obliquely so as to converge toward the center of the target 35B (hereinafter, such Ar + incidence may be abbreviated as "Ar + oblique incident".). In this case, the ratio of Cu particles emitted by the impact energy of the Ar + is to the incident direction of the Ar + target 35B opposite, if there is the main component in the direction of the center side of the substrate 70, It is predicted to have a constant angle component around this direction (see the two-dot chain line in FIG. 3).

これに対して、ターゲット35Bの中心部では、偏向電極60内をシートプラズマ27からターゲット35Bの方向にドリフトするAr+が、図3に示すように、ターゲット35Bに垂直入射すると考えられる(以下、このようなAr+の入射を「Ar+垂直入射」と略す場合がある。)。そして、この場合、Ar+の衝突エネルギによって放出されるCu粒子の割合は、Ar+の入射方向とは逆向きの、基板70に垂直な方向に主成分が存在して、この方向を中心に一定の角度分布を持つと予測される(図3中の点線参照)。 On the other hand, at the center of the target 35B, Ar + drifting in the direction of the target plasma 35B from the sheet plasma 27 in the deflection electrode 60 is considered to be perpendicularly incident on the target 35B as shown in FIG. such Ar + incidence may be abbreviated as "Ar + normal incidence."). In this case, the ratio of Cu particles emitted by the impact energy of the Ar + is opposite to the incident direction of the Ar +, exist mainly composed in the direction perpendicular to the substrate 70, around this direction It is predicted to have a constant angular distribution (see dotted line in FIG. 3).

以上のとおり、Ar+斜め入射でのCu粒子の飛散分布の中心は、Ar+垂直入射でのCu粒子の飛散分布の中心に対して、基板70の中心方向にオフセットされると考えられる。 As described above, it is considered that the center of the Cu particle scattering distribution at the Ar + oblique incidence is offset toward the center of the substrate 70 with respect to the center of the Cu particle scattering distribution at the Ar + perpendicular incidence.

つまり、このようなCu粒子の飛散現象をターゲット35Bの全体においてマクロ的に見ると、Cu粒子の飛散分布が基板70の中心に収束するので、基板70の中心方向におけるCu粒子の直進性が向上する。その結果、高アスペクト比のCu配線用のホールや溝(以下、「ホール等71」と略す)に、Cu粒子が適度の直進性を持って入射するので、Cu粒子をホール等71の底面まで効率良く到達できると考えられる。   That is, when such a scattering phenomenon of Cu particles is viewed macroscopically in the entire target 35B, since the scattering distribution of the Cu particles converges on the center of the substrate 70, the straightness of the Cu particles in the center direction of the substrate 70 is improved. To do. As a result, since Cu particles enter the holes and grooves for high-aspect-ratio Cu wiring (hereinafter abbreviated as “holes 71”) with appropriate straightness, the Cu particles reach the bottom surfaces of the holes 71 and the like. It is thought that it can be reached efficiently.

よって、このホール等71の壁面においてCu堆積膜72(スパッタリング堆積膜)のカバレッジ性の改善が期待できる。なお、このことは、以下に述べるCu粒子の堆積実験により検証されている。   Therefore, improvement in the coverage of the Cu deposit film 72 (sputtering deposit film) can be expected on the wall surface of the hole 71 or the like. This has been verified by a Cu particle deposition experiment described below.

本実施例のCu粒子の堆積実験は、偏向電極60によるCu堆積膜72のカバレッジ性改善を検証する目的で行われた。   The Cu particle deposition experiment of this example was performed for the purpose of verifying the improvement in coverage of the Cu deposited film 72 by the deflection electrode 60.

図5は、偏向電極に正電圧を印加した場合と、電圧を印加しなかった場合と、において、シリコン基板のホール等へのCu粒子の堆積実験結果の断面写真を掲載した図である。   FIG. 5 is a view showing cross-sectional photographs of Cu particle deposition experiment results in holes or the like of a silicon substrate when a positive voltage is applied to the deflection electrode and when no voltage is applied.

図5(a)では、偏向電極60に「+50V」の電圧が印加された場合のCu堆積膜72の写真が掲載されている。図5(b)では、偏向電極60に電圧を印加しなかった場合のCu堆積膜72’の写真が掲載されている。   FIG. 5A shows a photograph of the Cu deposited film 72 when a voltage of “+50 V” is applied to the deflection electrode 60. FIG. 5B shows a photograph of the Cu deposited film 72 ′ when no voltage is applied to the deflection electrode 60.

なお、本堆積実験では、偏向電極60への電圧印加以外の各種の成膜パラメータ(例えば、真空度、成膜時間およびプラズマガン40の放電電流)については、両者間において同一にしている。また、本堆積実験における偏向電極60とターゲット35Bとの間の配置関係は、実施形態において述べたものとほぼ同じである。よって、当該配置関係の説明は省略する。更に、本堆積実験では、ターゲット35Bに、−1000V程度の電圧が印加されている。   In this deposition experiment, various film formation parameters (for example, the degree of vacuum, the film formation time, and the discharge current of the plasma gun 40) other than the voltage application to the deflection electrode 60 are the same between the two. Further, the positional relationship between the deflection electrode 60 and the target 35B in this deposition experiment is substantially the same as that described in the embodiment. Therefore, the description of the arrangement relationship is omitted. Further, in this deposition experiment, a voltage of about −1000 V is applied to the target 35B.

まず、図5に示すように、偏向電極60に「+50V」の電圧を印加した場合のシリコン基板の主面上(ホール等71以外の部分)のCu堆積膜72のトップ膜厚L1、L2は、偏向電極60に電圧を印加しなかった場合のCu堆積膜72’のトップ膜厚L1’、L2’とほほ同じであることが分かる。   First, as shown in FIG. 5, the top film thicknesses L1 and L2 of the Cu deposition film 72 on the main surface of the silicon substrate (portion other than holes etc. 71) when a voltage of “+50 V” is applied to the deflection electrode 60 are as follows. It can be seen that the top film thicknesses L1 ′ and L2 ′ of the Cu deposition film 72 ′ when no voltage is applied to the deflection electrode 60 are substantially the same.

このような状況において、ホール等71(深さL10、入口開口径L5)におけるCu堆積膜72のカバレッジ性に関連する各種の膜厚データ(サイド膜厚L3、L4、L6、L7やボトム膜厚L8など)について検討した。   Under such circumstances, various film thickness data (side film thicknesses L3, L4, L6, L7 and bottom film thickness) related to the coverage of the Cu deposited film 72 in the holes 71 (depth L10, inlet opening diameter L5). L8 etc.) were examined.

図5の写真から容易に目視評価できるように、偏向電極60に「+50V」の電圧を印加した場合のCu堆積膜72は、偏向電極60に電圧を印加しなかった場合のCu堆積膜72’に比べて、カバレッジ性が改善されていることが分かる。   As can be easily visually evaluated from the photograph of FIG. 5, the Cu deposited film 72 when the voltage of “+50 V” is applied to the deflection electrode 60 is the Cu deposited film 72 ′ when the voltage is not applied to the deflection electrode 60. It can be seen that the coverage is improved as compared with.

例えば、シリコン基板の中央部付近において、偏向電極60に「+50V」の電圧を印加した場合、Cu堆積膜72のカバレッジ性を表す一指標としてのCu堆積膜72の膜厚比率「ボトム膜厚L8/トップ膜厚L1(またはトップ膜厚L2)」が約60%であるのに対して、偏向電極60を印加しなかった場合、Cu堆積膜72’の膜厚比率「ボトム膜厚L8’/トップ膜厚L1’(またはトップ膜厚L2’)」が約40%であった。   For example, when a voltage of “+50 V” is applied to the deflection electrode 60 near the center of the silicon substrate, the film thickness ratio “bottom film thickness L8” of the Cu deposited film 72 as an index indicating the coverage of the Cu deposited film 72 / Top film thickness L1 (or top film thickness L2) "is about 60%, but when the deflection electrode 60 is not applied, the film thickness ratio of the Cu deposited film 72 'is" bottom film thickness L8' / The top film thickness L1 ′ (or the top film thickness L2 ′) ”was about 40%.

以上に述べた如く、本実施形態のスパッタリング装置100は、基板70およびターゲット35Bが配された真空成膜室30と、基板70とターゲット35Bとの間の真空成膜室30の成膜空間30Aにシートプラズマ27を誘導するプラズマガン40と、シートプラズマ27とターゲット35Bとの間の成膜空間30Aに配された円筒状の偏向電極60と、偏向電極60に正電圧を印加する直流バイアス電源50と、ターゲット35Bに負電圧を印加する直流バイアス電源52と、を備える。   As described above, the sputtering apparatus 100 of this embodiment includes the vacuum film formation chamber 30 in which the substrate 70 and the target 35B are disposed, and the film formation space 30A in the vacuum film formation chamber 30 between the substrate 70 and the target 35B. A plasma gun 40 for inducing the sheet plasma 27, a cylindrical deflection electrode 60 disposed in a film forming space 30A between the sheet plasma 27 and the target 35B, and a DC bias power source for applying a positive voltage to the deflection electrode 60 50 and a DC bias power source 52 for applying a negative voltage to the target 35B.

そして、このような正負電圧に基づいて、シートプラズマ27からターゲット35BにドリフトするAr+のターゲット35Bへの入射方向が制御されている。具体的には、正負電圧が作る電界により、Ar+のドリフトは、偏向電極60内においてターゲット35Bの周辺から中心に向かうように偏向される。 Based on such positive and negative voltages, the incident direction of Ar + drifting from the sheet plasma 27 to the target 35B to the target 35B is controlled. Specifically, the Ar + drift is deflected in the deflection electrode 60 from the periphery of the target 35B toward the center by the electric field generated by the positive and negative voltages.

また、本実施形態では、偏向電極60は、ターゲット35Bの平面視において、ターゲット35Bの周辺に沿ってターゲット35Bを環状に囲み、これにより、偏向電極60によるAr+のドリフト方向(ターゲット35Bへの入射方向)の制御がターゲット35Bの全周において均等に行える。 In the present embodiment, the deflection electrode 60 surrounds the target 35B in an annular shape along the periphery of the target 35B in a plan view of the target 35B, whereby the Ar + drift direction (to the target 35B toward the target 35B) (Incident direction) can be uniformly controlled over the entire circumference of the target 35B.

更に、本実施形態では、ターゲット35Bは、偏向電極60の内部に配されているので、ターゲット35Bとシートプラズマ27との間の距離の調整を、昇降装置35Aを用いて容易に行える。   Furthermore, in this embodiment, since the target 35B is disposed inside the deflection electrode 60, the distance between the target 35B and the sheet plasma 27 can be easily adjusted using the lifting device 35A.

以上の構成により、Ar+斜め入射でのCu粒子の飛散分布の中心は、Ar+垂直入射でのCu粒子の飛散分布の中心に対して、基板70の中心方向にオフセットされると考えられる。 With the above configuration, it is considered that the center of the Cu particle scattering distribution at Ar + oblique incidence is offset toward the center of the substrate 70 with respect to the center of the Cu particle scattering distribution at Ar + normal incidence.

つまり、Cu粒子の飛散現象をターゲット35Bの全体においてマクロ的に見ると、Cu粒子の飛散分布が基板70の中心に収束するので、基板70の中心方向におけるCu粒子の直進性が向上する。その結果、高アスペクト比のCu配線用のホール等71に、Cu粒子が適度の直進性を持って入射するので、Cu粒子をホール等71の底面まで効率良く到達できると考えられる。   That is, when the scattering phenomenon of Cu particles is viewed macroscopically in the entire target 35 </ b> B, since the scattering distribution of Cu particles converges on the center of the substrate 70, the straightness of the Cu particles in the center direction of the substrate 70 is improved. As a result, the Cu particles enter the holes 71 for Cu wiring having a high aspect ratio with appropriate straightness, so that it is considered that the Cu particles can efficiently reach the bottom surfaces of the holes 71.

よって、ホール等71の壁面においてCu堆積膜72(スパッタリング堆積膜)のカバレッジ性の改善が期待できる。なお、このことは、上述のCu粒子の堆積実験で検証されている。   Therefore, the improvement of the coverage of the Cu deposition film 72 (sputtering deposition film) on the wall surface of the hole 71 or the like can be expected. This has been verified in the Cu particle deposition experiment described above.

このようにして、本実施形態のスパッタリング装置100は、ターゲット35Bの入射イオンであるAr+に対して電界による偏向作用を与えている。 In this way, the sputtering apparatus 100 of the present embodiment applies a deflection action by the electric field to Ar + that is the incident ions of the target 35B.

よって、本実施形態のスパッタリング装置100では、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性がスパッタ粒子のイオン化の割合に支配されるという従来例の問題を根本的に解消できる。   Therefore, in the sputtering apparatus 100 of this embodiment, the problem of the conventional example that the coverage property of the sputtering deposited film is governed by the ionization ratio of the sputtered particles can be fundamentally solved.

また、本実施形態では、シートプラズマ方式のスパッタリング装置100に、偏向電極60が組み込まれ、これにより、本実施形態のスパッタリング装置100は、様々な効果を奏する。   Further, in the present embodiment, the deflection electrode 60 is incorporated in the sheet plasma type sputtering apparatus 100, whereby the sputtering apparatus 100 of the present embodiment has various effects.

例えば、シートプラズマ27とターゲット35Bとの間を適切に離すことができる。このため、偏向電極60によってAr+のドリフト方向(ターゲット35Bへの入射方向)を制御できる空間(距離)を充分に確保できるので好都合である。 For example, the sheet plasma 27 and the target 35B can be appropriately separated. This is advantageous because a sufficient space (distance) in which the deflection direction of the Ar + drift direction (incident direction to the target 35B) can be controlled by the deflection electrode 60 can be secured.

また、このようなシートプラズマ27を用いると、シートプラズマ27とターゲット35Bとの間の距離が、ターゲット35Bのほぼ全域に亘り一定となるので、偏向電極60によるAr+のドリフト方向(ターゲット35Bへの入射方向)の制御がターゲット35Bの全域において均等に行える。 Moreover, the use of such a sheet plasma 27, the distance between the sheet plasma 27 and the target 35B is, since constant over substantially the entire target 35B, due to the deflection electrodes 60 Ar + in the drift direction (target 35B (Incident direction) can be controlled uniformly over the entire area of the target 35B.

但し、本明細書の技術は、シートプラズマ方式のスパッタリング法との組合せにおいて、上述のような様々な効果を奏するが、必ずしも、シートプラズマ方式のスパッタリング装置の用途には限定されない。例えば、円柱状のプラズマを用いるスパッタリング法であっても、或いは、イオンビームスパッタリング(IBS)法であっても本技術を適用することができる。   However, the technique of the present specification has various effects as described above in combination with the sheet plasma type sputtering method, but is not necessarily limited to the use of the sheet plasma type sputtering apparatus. For example, the present technology can be applied to a sputtering method using columnar plasma or an ion beam sputtering (IBS) method.

本発明によれば、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性を適切かつ充分に改善できるスパッタリング装置が得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sputtering device which can improve the coverage property of a sputtering deposit film appropriately and fully is obtained.

よって、本発明は、例えば、シートプラズマ方式のスパッタリング装置として利用できる。   Therefore, the present invention can be used as, for example, a sheet plasma type sputtering apparatus.

本発明の実施形態によるスパッタリング装置の一構成例を示した概略図である。It is the schematic which showed one structural example of the sputtering device by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるスパッタリング装置に用いる偏向電極の一構成例を示した斜視図である。It is the perspective view which showed one structural example of the deflection | deviation electrode used for the sputtering device by embodiment of this invention. 図1の偏向電極によるAr+の偏向の様子、および、スパッタ粒子の飛散の様子を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the mode of deflection | deviation of Ar <+> by the deflection | deviation electrode of FIG. 1, and the mode of scattering of sputtered particles. 図3の偏向電極によるAr+の偏向の説明に用いる静電界シミュレーションの結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the electrostatic field simulation used for description of the deflection | deviation of Ar <+> by the deflection | deviation electrode of FIG. 偏向電極に正電圧を印加した場合と、電圧を印加しなかった場合と、において、シリコン基板のホール等へのCu粒子の堆積実験結果の断面写真を掲載した図である。(a)では、偏向電極に「+50V」の電圧が印加された場合のCu堆積膜の写真が掲載されている。(b)では、偏向電極に電圧を印加しなかった場合のCu堆積膜の写真が掲載されている。It is the figure which posted the cross-sectional photograph of the deposition experiment result of Cu particle | grains to the hole etc. of a silicon substrate in the case where a positive voltage is applied to a deflection electrode, and the case where a voltage is not applied. In (a), a photograph of a Cu deposited film when a voltage of “+50 V” is applied to the deflection electrode is shown. In (b), a photograph of a Cu deposited film when no voltage is applied to the deflection electrode is shown. シリコン基板へのCu電極配線形成の一例について、各工程を模式的に示した図である。It is the figure which showed each process typically about an example of Cu electrode wiring formation to a silicon substrate.

符号の説明Explanation of symbols

20 シートプラズマ変形室
22 円柱プラズマ
23 第1電磁コイル
24A、24B 棒磁石
36 真空ポンプ
37 バルブ
27 シートプラズマ
28、29 通路
30 真空成膜室
30A 成膜空間
32 第2電磁コイル
33 第3電磁コイル
34B 基板ホルダ
34A、35A 昇降装置
35B ターゲット(Cuターゲット)
38 永久磁石
40 プラズマガン
41 カソードユニット
50、52 直流バイアス電源
51 高周波バイアス電源
60 偏向電極
70 基板
71 ホール等
72 Cu堆積膜(スパッタリング堆積膜)
100 スパッタリング装置
200 偏向電極の中心軸
A アノード
1、G2 中間電極
S 主面
20 Sheet plasma deformation chamber 22 Cylindrical plasma 23 First electromagnetic coils 24A, 24B Bar magnet 36 Vacuum pump 37 Valve 27 Sheet plasma 28, 29 Passage 30 Vacuum film formation chamber 30A Film formation space 32 Second electromagnetic coil 33 Third electromagnetic coil 34B Substrate holders 34A, 35A Lifting device 35B Target (Cu target)
38 Permanent magnet 40 Plasma gun 41 Cathode unit 50, 52 DC bias power supply 51 High frequency bias power supply 60 Deflection electrode 70 Substrate 71 Hole etc. 72 Cu deposition film (sputtering deposition film)
100 Sputtering apparatus 200 Center axis A of deflection electrode Anode G 1 , G 2 Intermediate electrode S Main surface

Claims (6)

基板およびターゲットが配された真空成膜室と、
前記基板と前記ターゲットとの間の前記真空成膜室の成膜空間にプラズマを誘導するプラズマガンと、
前記成膜空間に配された偏向電極と、
前記偏向電極に正電圧を印加する第1電源と、
前記ターゲットに負電圧を印加する第2電源と、を備え、
前記正負電圧に基づいて、前記プラズマから前記ターゲットにドリフトする正イオンの前記ターゲットへの入射方向が制御されているスパッタリング装置。
A vacuum film formation chamber in which a substrate and a target are arranged;
A plasma gun for inducing plasma into a film formation space of the vacuum film formation chamber between the substrate and the target;
A deflection electrode disposed in the deposition space;
A first power source for applying a positive voltage to the deflection electrode;
A second power source for applying a negative voltage to the target,
A sputtering apparatus in which an incident direction of positive ions drifting from the plasma to the target is controlled based on the positive and negative voltages.
前記偏向電極は、前記プラズマと前記ターゲットとの間に配されている請求項1記載のスパッタリング装置。   The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the deflection electrode is disposed between the plasma and the target. 筒状の前記偏向電極が、前記ターゲットの平面視において、前記ターゲットの周辺に沿って前記ターゲットを環状に囲んでいる請求項2に記載のスパッタリング装置。   The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the cylindrical deflection electrode surrounds the target in an annular shape along the periphery of the target in a plan view of the target. 前記ターゲットは、前記偏向電極の内部に配されている請求項3に記載のスパッタリング装置。   The sputtering apparatus according to claim 3, wherein the target is disposed inside the deflection electrode. 前記正負電圧が作る電界により、前記正イオンのドリフトは、前記偏向電極内において前記ターゲットの周辺から中心に向かうように偏向されている請求項1ないし4のいずれかに記載のスパッタリング装置。   The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the drift of the positive ions is deflected from the periphery of the target toward the center in the deflection electrode by an electric field generated by the positive and negative voltages. 前記プラズマを挟み、同磁極が向き合っている一対の磁界発生手段を更に備え、
前記プラズマは、前記磁界発生手段の対が作る磁界により前記ターゲットと平行なシート状に拡がり、前記シート状のプラズマが、前記成膜空間に誘導されている請求項1ないし5のいずれかに記載のスパッタリング装置。
Further comprising a pair of magnetic field generating means sandwiching the plasma and facing the same magnetic pole,
6. The plasma according to claim 1, wherein the plasma spreads in a sheet shape parallel to the target by a magnetic field generated by the pair of magnetic field generating means, and the sheet-shaped plasma is induced in the film formation space. Sputtering equipment.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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