JP2552700B2 - Plasma generating apparatus and thin film forming apparatus using plasma - Google Patents

Plasma generating apparatus and thin film forming apparatus using plasma

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JP2552700B2
JP2552700B2 JP63044214A JP4421488A JP2552700B2 JP 2552700 B2 JP2552700 B2 JP 2552700B2 JP 63044214 A JP63044214 A JP 63044214A JP 4421488 A JP4421488 A JP 4421488A JP 2552700 B2 JP2552700 B2 JP 2552700B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、高密度のプラズマを形成することのできる
プラズマ生成装置、および高密度プラズマによるスパッ
タリングを利用して各種薄膜を高速度、高効率で連続し
て長時間安定に形成するための新規な薄膜形成装置に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention uses a plasma generation device capable of forming high-density plasma and various thin films at high speed and high efficiency by utilizing sputtering by high-density plasma. The present invention relates to a novel thin film forming apparatus for continuously and stably forming for a long time.

[従来の技術] 従来から、プラズマ中で薄膜形成要素としてのターゲ
ットをスパッタして膜を形成するいわゆるスパッタ装置
は、各種材料の薄膜形成に各方面で広く用いられてい
る。中でも第22図に示すようなターゲット1と基板2と
を向かい合わせた通常の2極(rf,dc)スパッタ装置が
もっとも一般的で、ターゲット1と薄膜を付着させる基
板2を有する真空槽4、図示を省略したガス導入系およ
び排気系からなり、真空槽4の内部にプラズマを発生さ
せるものである。
[Prior Art] Conventionally, a so-called sputtering apparatus for forming a film by sputtering a target as a thin film forming element in plasma has been widely used in various fields for forming a thin film of various materials. Among them, a normal two-pole (rf, dc) sputtering device in which the target 1 and the substrate 2 are opposed to each other as shown in FIG. 22 is the most general, and the vacuum chamber 4 having the target 1 and the substrate 2 for depositing a thin film is used. It is composed of a gas introduction system and an exhaust system (not shown), and generates plasma inside the vacuum chamber 4.

従来のスパッタ装置で膜堆積速度を高めようとする
と、必然的にプラズマを高密度に保つ必要があるが、第
22図に代表されるスパッタ装置では、プラズマを高密度
にするほどターゲット印加電圧も急激に上昇し、そのた
めに基板は高エネルギー粒子の入射、あるいはプラズマ
中の高速電子入射の衝撃により急激に加熱されるととも
に、形成される膜の結晶自体も損傷を受ける。このた
め、高速スパッタ堆積は特定の耐熱基板や、膜材料およ
び、膜組成にしか適用することができない。
In order to increase the film deposition rate with a conventional sputtering apparatus, it is necessary to keep the plasma at a high density.
In the sputtering equipment typified by Fig. 22, the higher the plasma density, the more rapidly the target applied voltage rises, which causes the substrate to be rapidly heated by the impact of high-energy particles or high-speed electron incidence in plasma. In addition, the crystal of the formed film itself is damaged. Therefore, the high speed sputter deposition can be applied only to a specific heat resistant substrate, film material and film composition.

また従来のスパッタ装置による膜形成においては、い
ずれもプラズマ中のガスや粒子のイオン化が十分でな
く、スパッタされた膜堆積要素としての中性粒子はその
ほとんどが中性粒子のままで基板に入射するため、反応
性の点から言えば活性が十分でない。そのために一部の
酸化物や熱非平衡物質を得るには500℃〜800℃程度の高
い基板温度を必要としていた。しかもプラズマに投入さ
れた電力のほどんどが熱エネルギーとして消費されてし
まい、投入電力にしめるプラズマ形成(電離)に用いら
れる電力の割合が低いため、電力効率がひくいという欠
点があった。
In addition, in the film formation by the conventional sputtering device, the gas and particles in the plasma are not sufficiently ionized, and most of the sputtered neutral particles as film deposition elements enter the substrate as neutral particles. Therefore, the activity is not sufficient from the viewpoint of reactivity. Therefore, to obtain some oxides and thermal non-equilibrium substances, a high substrate temperature of about 500 ℃ -800 ℃ was required. Moreover, most of the electric power supplied to the plasma is consumed as thermal energy, and the ratio of the electric power used for plasma formation (ionization) that constitutes the supplied electric power is low, so that there is a drawback that the power efficiency is low.

さらに従来のスパッタ装置では、10-3Torr以下の低ガ
ス圧では放電が安定に形成できず、不純物がそれだけ多
くの膜中にとりこまれるという欠点があった。
Furthermore, the conventional sputtering apparatus has a drawback in that discharge cannot be stably formed at a low gas pressure of 10 −3 Torr or less, and impurities are trapped in as many films as that.

電子サイクロトロン共鳴(ECR)を利用したマイクロ
波放電によるスパッタ型プラズマ付着装置(特開昭60−
50167号)やさらにミラー磁界による電子の閉じ込めを
利用した薄膜形成装置(特開昭62−222064号)が提案さ
れ、それらは種々の特徴を生かした優れた薄膜形成装置
として注目されている。
Sputter-type plasma deposition device by microwave discharge using electron cyclotron resonance (ECR) (JP-A-60-
No. 50167) and a thin film forming apparatus utilizing confinement of electrons by a mirror magnetic field (Japanese Patent Laid-Open No. 62-222204) have been proposed, and they have attracted attention as excellent thin film forming apparatuses utilizing various characteristics.

しかしながら、スパッタを利用した高速膜形成技術と
して見た場合、ターゲットから放出された二次電子(γ
電子)を効率的に閉じ込めることが重要であるが、それ
らの技術ではこの二次電子の閉じ込めが不十分で、高エ
ネルギー電子のエネルギーを有効にプラズマに伝えるこ
とができず、高速膜形成技術として十分とは言い難い。
However, when viewed as a high-speed film forming technique using sputtering, secondary electrons (γ
It is important to efficiently confine electrons), but these technologies do not sufficiently confine secondary electrons, and the energy of high-energy electrons cannot be effectively transferred to plasma. It's hard to say enough.

[発明が解決しようとする課題] 本発明は、上述した従来の欠点を解決し、低い圧力の
ガス中で高密度プラズマを発生させうる装置、およびそ
のプラズマを用いてスパッタを行い、試料基板を低温に
保ったままで、高品質の薄膜を高速度、高効率に連続し
て形成できる薄膜形成装置を提供することを目的とす
る。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention solves the above-mentioned conventional drawbacks, an apparatus capable of generating high-density plasma in a gas at a low pressure, and sputtering using the plasma to form a sample substrate. An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus capable of continuously forming a high quality thin film at a high speed and with a high efficiency while keeping it at a low temperature.

[課題を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明プラズマ生
成装置は、ガスを導入してプラズマを発生させるプラズ
マ生成室と、プラズマ生成室に結合され、プラズマの軸
方向にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入窓
と、プラズマ生成室内部の両端部に設けられたそれぞれ
のスパッタリング材料からなるリング状の第1のターゲ
ットおよび筒状の第2のターゲットと、第1および第2
のターゲットにそれぞれプラズマ生成室に対して負の電
圧を印加する少なくとも1個の電源と、プラズマ生成室
の内部に磁場を形成し、かつ第1および第2のターゲッ
トの一方からでて他方に入る磁束を生成する磁界形成手
段とを具え、リング状のターゲットの中央からマイクロ
波が導入されることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, the plasma generating apparatus of the present invention includes a plasma generating chamber for introducing a gas to generate plasma, and a plasma generating chamber coupled to the plasma generating chamber. A microwave introduction window for introducing microwaves in a direction, a ring-shaped first target and a cylindrical second target made of respective sputtering materials provided at both ends of the plasma generation chamber, 1 and 2
At least one power supply for applying a negative voltage to each of the targets of the plasma generation chamber, and forming a magnetic field inside the plasma generation chamber, and entering from one of the first and second targets to the other. A magnetic field forming means for generating a magnetic flux is provided, and the microwave is introduced from the center of the ring-shaped target.

本発明薄膜形成装置は、上述したプラズマ生成装置
に、さらにプラズマ生成室に結合され、内部に基板ホル
ダを有する試料室を具えたことを特徴とする。
The thin film forming apparatus of the present invention is characterized in that the above-described plasma generation apparatus further comprises a sample chamber which is coupled to the plasma generation chamber and has a substrate holder therein.

[作 用] 本発明は、高い活性度の高密度プラズマを発生させ、
そのプラズマを用いてスパッタを行い、試料基板を低温
に保ったままで、生成膜材料の導電性がその膜形成の障
害とならず、高品質の薄膜を高速度、高効率に連続して
形成できるものである。すなわち本発明は、電子サイク
ロトロン共鳴(ECR)によりプラズマを生成および加熱
し、その高密度プラズマを利用したスパッタを行い、数
evから数十evの低エネルギーイオンの引出しと、高活性
なプラズマの生成を両立させる。本発明においてはマイ
クロ波がプラズマの軸方向に導入されるので電力効率が
高い。
[Operation] The present invention generates a high-activity high-density plasma,
Sputtering is performed using the plasma, and the conductivity of the generated film material does not hinder the film formation while the sample substrate is kept at a low temperature, and high quality thin films can be continuously formed at high speed and high efficiency. It is a thing. That is, according to the present invention, plasma is generated and heated by electron cyclotron resonance (ECR), and the high density plasma is used for sputtering.
Both extraction of low-energy ions of tens of ev from ev and generation of highly active plasma are made compatible. In the present invention, microwaves are introduced in the axial direction of plasma, so that power efficiency is high.

さらに、高エネルギー電子をプラズマ中に反射するタ
ーゲット構造をとるため、高速膜形成が実現できる。
Furthermore, since a target structure that reflects high-energy electrons into the plasma is adopted, high-speed film formation can be realized.

また周囲をヨークで囲んた真空導波管を使用した場合
には、真空導波管内の磁場強度が弱く、プラズマ生成室
との境界でその磁場強度が急激に変化するように、その
真空導波管がプラズマ生成室に接合されるため、真空導
波管へのプラズマの加速が抑制され、その結果、マイク
ロ波導入窓の導電性材料膜の付着によるマイクロ波の反
射が無視でき、金属等の導電性材料膜をも連続して長時
間安定に形成することが可能である。
If a vacuum waveguide with a yoke surrounding it is used, the magnetic field strength in the vacuum waveguide is weak and the magnetic field strength changes sharply at the boundary with the plasma generation chamber. Since the tube is bonded to the plasma generation chamber, the acceleration of plasma to the vacuum waveguide is suppressed, and as a result, the reflection of microwaves due to the adhesion of the conductive material film on the microwave introduction window can be ignored, and metal such as metal It is possible to continuously form a conductive material film stably for a long time.

[実施例] 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明による薄膜形成装置の実施例の断面図
である。プラズマ生成室11はプラズマ生成部11Pおよび
ターゲット保持部11Sからなっている。プラズマ生成室1
1にはプラズマを生成するためのガスが導入口11Aから導
入されるようになっている。またプラズマ生成室11には
マイクロ波導入窓6が結合されている。マイクロ波導入
窓6は、さらにマイクロ波導波管7に接続され、さらに
図示しない整合器、マイクロ波電力計、アイソレータ等
のマイクロ波導入機構に接続されたマイクロ波源からプ
ラズマ生成室11にマイクロ波がプラズマの軸方向に供給
される。本実施例では、プラズマ生成室11内に設置され
たターゲットから直接見えない部分に配置されたマイク
ロ波導入窓6には石英ガラス板を用いている。マイクロ
波源としては、たとえば2.45GHzのマグネトロンを用い
ている。プラズマ生成室11の内部の頂部にはリング状の
ターゲット14が、ターゲット保持部11Sの内側面には円
筒状のターゲット13が設けられている。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a thin film forming apparatus according to the present invention. The plasma generation chamber 11 includes a plasma generation unit 11P and a target holding unit 11S. Plasma generation chamber 1
A gas for generating plasma is introduced into 1 through an inlet 11A. A microwave introduction window 6 is connected to the plasma generation chamber 11. The microwave introduction window 6 is further connected to a microwave waveguide 7, and microwaves are introduced into the plasma generation chamber 11 from a microwave source connected to a microwave introduction mechanism such as a matching device, a microwave power meter, an isolator, etc. (not shown). It is supplied in the axial direction of the plasma. In this embodiment, a quartz glass plate is used for the microwave introduction window 6 arranged in a portion which is not directly visible from the target placed in the plasma generation chamber 11. As the microwave source, for example, a magnetron of 2.45 GHz is used. A ring-shaped target 14 is provided on the top inside the plasma generation chamber 11, and a cylindrical target 13 is provided on the inner side surface of the target holder 11S.

ターゲット13および14のプラズマ生成室への取付け方
法を第2A図および第2B図に示す。図示するようにターゲ
ット13は水冷可能な金属製支持体13Bの取外し可能に固
定され、支持体13Bはねじ蓋13Cによってプラズマ生成室
11の側部の壁11Bに固定される。支持体13Bと壁11Bとは
絶縁体13Dによって絶縁されている。同様にターゲット1
4は水冷可能な金属製支持体14Bに取外し可能に固定さ
れ、支持体14Bは絶縁体14Dを介してねじ蓋14Cによって
壁11Cに固定される。支持体13Bおよび14Bのそれぞれの
突出端部13Eおよび14Eは電極を兼ね、直流電源13Aおよ
び14Aからターゲット13および14に負の電圧を印加する
ことができる。
A method of attaching the targets 13 and 14 to the plasma generation chamber is shown in FIGS. 2A and 2B. As shown in the figure, the target 13 is detachably fixed to a water-coolable metal support 13B, and the support 13B is fixed to the plasma generation chamber by a screw lid 13C.
It is fixed to the wall 11B on the side of 11. The support 13B and the wall 11B are insulated by the insulator 13D. Target 1 as well
4 is detachably fixed to a water-coolable metal support 14B, which is fixed to a wall 11C by a screw lid 14C via an insulator 14D. The protruding ends 13E and 14E of the supports 13B and 14B also serve as electrodes, and a negative voltage can be applied to the targets 13 and 14 from the DC power supplies 13A and 14A.

プラズマ生成部11Pは、マイクロ波空洞共振器の条件
として、一例として、円形空洞共振モードTE113を採用
し、内のりで直径20cm、高さ20cmの円筒形状を用いてマ
イクロ波の電界強度を高め、マイクロ波放電の効率を高
めるようにした。プラズマ生成部11Pの下端、すなわち
ターゲット保持部11Sとの界面には、10cm径の穴があい
ており、その面はマイクロ波に対する反射面ともなり、
プラズマ生成部11Pは空洞共振器として作用している。
The plasma generation unit 11P adopts, as an example, a circular cavity resonance mode TE 113 as a condition of the microwave cavity resonator, and increases the electric field strength of the microwave by using a cylindrical shape having a diameter of 20 cm and a height of 20 cm in the inner ring, The efficiency of microwave discharge was increased. The lower end of the plasma generation unit 11P, that is, the interface with the target holding unit 11S, has a hole with a diameter of 10 cm, and its surface also serves as a reflection surface for microwaves.
The plasma generation unit 11P acts as a cavity resonator.

プラズマ生成室11の外周には、少なくとも1個の電磁
石8を設け、これによってプラズマ生成室内で磁界を発
生する。その際、マイクロ波による電子サイクロトロン
共鳴(ECR)の条件がプラズマ生成部11Pの内部で成立す
るように各構成条件を決定する。例えば周波数2.45GHz
のマイクロ波に対しては、ECRの条件は磁束密度875Gで
あるため、両端の電磁石16A,16Bは例えば最大2000Gまで
の磁束密度が得られるように構成し、その磁束密度875G
がプラズマ生成部11Pの内部のどこかで実現されてい
る。プラズマ生成部11Pの内部でECRによって効率よく電
子にエネルギーが与えられるだけでなく、この磁場は生
成したイオンや電子が磁界に垂直方向に散逸するのを防
ぎ、その結果、低ガス圧中で高密度プラズマが生成され
る。
At least one electromagnet 8 is provided on the outer circumference of the plasma generation chamber 11 to generate a magnetic field in the plasma generation chamber. At that time, each constituent condition is determined so that the condition of the electron cyclotron resonance (ECR) by the microwave is satisfied inside the plasma generation unit 11P. For example, the frequency 2.45GHz
For the microwave of, the ECR condition is a magnetic flux density of 875G, so the electromagnets 16A and 16B at both ends are configured to obtain a magnetic flux density of up to 2000G, for example.
Is realized somewhere inside the plasma generation unit 11P. Not only is the ECR efficiently energizing the electrons inside the plasma generation unit 11P, but this magnetic field also prevents the generated ions and electrons from being dissipated in the direction perpendicular to the magnetic field, and as a result, high energy is generated at low gas pressure. Density plasma is generated.

リング状ターゲット14と円筒状ターゲット13は、リン
グ状ターゲット14と円筒状ターゲット13の面に電磁石8
による磁束5が流入するように、しかもその磁束がター
ゲットのうち一方のターゲットから出て他方のターゲッ
トに入るように設置してある。
The ring-shaped target 14 and the cylindrical target 13 have the electromagnet 8 on the surfaces of the ring-shaped target 14 and the cylindrical target 13.
Is installed so that the magnetic flux 5 due to the magnetic flux flows from one target to the other target.

プラズマ生成室は水冷可能とするのが望ましい。ター
ゲット13および14の側面をプラズマから保護するため
に、プラズマ生成室の内面にはシールド11Dおよび11Eを
設けることが好ましい。
It is desirable that the plasma generation chamber be water-coolable. In order to protect the side surfaces of the targets 13 and 14 from the plasma, it is preferable to provide shields 11D and 11E on the inner surface of the plasma generation chamber.

プラズマ生成室11内を高真空に排気した後、ガス導入
口11Aからガスを導入して、マイクロ波を導入し、ECR条
件で放電を生ぜじめ、高密度プラズマを発生させる。タ
ーゲット間の磁束はターゲット表面から生成された二次
電子(γ電子)が磁界に垂直方向に散逸するのを防ぎ、
さらにプラズマを閉じ込める効果をもち、その結果低ガ
ス圧中で高密度プラズマが生成される。プラズマによっ
てターゲットをスパッタしてイオンおよび中性粒子を生
ぜしめ、スパッタ粒子として引出すことができる。
After the inside of the plasma generation chamber 11 is evacuated to a high vacuum, gas is introduced from the gas introduction port 11A to introduce microwaves and discharge is generated under ECR conditions to generate high density plasma. The magnetic flux between the targets prevents the secondary electrons (γ electrons) generated from the target surface from being dissipated in the direction perpendicular to the magnetic field,
Furthermore, it has the effect of confining the plasma, and as a result, a high-density plasma is generated in a low gas pressure. The target can be sputtered by the plasma to generate ions and neutral particles, which can be extracted as sputtered particles.

プラズマ生成室11の下部には試料室9がプラズマ生成
室11と結合されている。試料室9にはガス導入口9Bから
ガスを導入することができ、排気系9Aによって高真空に
排気することができる。試料室9内には基板2を保持す
るために基板ホルダ2Aが設けられ、基板ホルダ2A上には
図示しない開閉可能なシャッタが設けられている。基板
ホルダ2Aにはヒータを内蔵して基板を加熱できるように
するのが好ましく、また基板2に直流あるいは交流の電
圧を印加して膜形成中の基板へのバイアス電圧の印加、
基板のスパッタクリーニングが可能なように構成するの
が望ましい。
A sample chamber 9 is connected to the plasma generation chamber 11 below the plasma generation chamber 11. Gas can be introduced into the sample chamber 9 through the gas introduction port 9B and can be evacuated to a high vacuum by the exhaust system 9A. A substrate holder 2A for holding the substrate 2 is provided in the sample chamber 9, and an openable shutter (not shown) is provided on the substrate holder 2A. It is preferable that a heater is built in the substrate holder 2A so that the substrate can be heated, and a DC or AC voltage is applied to the substrate 2 to apply a bias voltage to the substrate during film formation,
It is desirable to configure the substrate so that it can be sputter cleaned.

第3図に第1図に示した装置における磁束方向の磁場
強度の分布の例を示す。磁場は発散磁場である。
FIG. 3 shows an example of the distribution of the magnetic field strength in the magnetic flux direction in the device shown in FIG. The magnetic field is a divergent magnetic field.

ここで第4図を参照して、本実施例におけるプラズマ
の増殖機構を説明する。プラズマ生成室にガスを導入し
て、ECR条件下でプラズマを生成させる。上述したよう
に、プラズマ生成室の内部上面には水冷却されたリング
状のターゲット14を設置している。またプラズマ生成室
の試料室側出口にはプラズマを囲むように水冷された円
筒状のターゲット13を設置している。
Here, with reference to FIG. 4, the plasma multiplication mechanism in the present embodiment will be described. Gas is introduced into the plasma generation chamber to generate plasma under ECR conditions. As described above, the water-cooled ring-shaped target 14 is installed on the inner upper surface of the plasma generation chamber. Further, a water-cooled cylindrical target 13 is installed at the sample chamber side outlet of the plasma generation chamber so as to surround the plasma.

マイクロ波導入窓6はリング状ターゲット14の中央に
配置され、マイクロ波がリング状ターゲット14の中央か
らプラズマ生成室11に導入されるようにする。
The microwave introduction window 6 is arranged in the center of the ring-shaped target 14 so that microwaves are introduced into the plasma generation chamber 11 from the center of the ring-shaped target 14.

電磁石による磁束5はリング状ターゲット14と円筒状
ターゲット13の表面の間を走るように、即ちその磁束が
片方のターゲット表面からもう片方のターゲット表面に
入る様に設計されている。
The magnetic flux 5 of the electromagnet is designed to run between the surfaces of the ring-shaped target 14 and the cylindrical target 13, that is, the magnetic flux enters from one target surface to the other target surface.

このように磁界が空間的にゆるやかに変化している場
合には、生成された高密度プラズマ中の電子はイオンに
比べて極めて大きな移動度を有し、磁束5に拘束されて
磁束5の回りをスパイラル運動しながら、その角運動量
を保持しつつ、磁場勾配にともなって基板方向に加速さ
れる。
When the magnetic field changes spatially gently in this way, the electrons in the generated high-density plasma have a significantly higher mobility than the ions, and are bound by the magnetic flux 5 to move around the magnetic flux 5. While spirally moving, while maintaining its angular momentum, it is accelerated toward the substrate due to the magnetic field gradient.

以上のようにして生成された高密度プラズマに面した
円筒状ターゲット13とリング状ターゲット14にそれぞれ
負の電位Va C,Va Pを印加することにより、高密度プラズ
マ中のイオンを円筒状ターゲット13とリング状ターゲッ
ト14に効率よく引き込みスパッタをおこさせる。それら
ターゲットに引き込まれたイオンがターゲット表面に衝
突すると、ターゲット表面から二次電子(γ電子)15が
放出される。このγ電子15はそれぞれのターゲットが作
る電界で加速されそれらターゲット表面に走る磁束5に
拘束されスパイラル運動しながら相手のターゲットに高
速で移動する。相手のターゲットに達したγ電子15はま
たターゲットが作る電界で反射され、結果としてγ電子
15は両ターゲット間にスパイラル運動しつつ閉じ込めら
れることになる。このγ電子15の往復運動はそのエネル
ギーが磁束の束縛エネルギーより小さくなるまで閉じ込
められ、その間中性粒子との衝突やプラズマとの相互作
用により電離を加速する。
By applying negative potentials V a C and V a P to the cylindrical target 13 and the ring-shaped target 14 facing the high-density plasma generated as described above, the ions in the high-density plasma are cylindrically shaped. The target 13 and the ring-shaped target 14 are efficiently drawn and sputtered. When the ions attracted to these targets collide with the target surface, secondary electrons (γ electrons) 15 are emitted from the target surface. The γ-electrons 15 are accelerated by the electric field created by the respective targets and are restrained by the magnetic flux 5 running on the surfaces of those targets, and move to the opponent's target at high speed while making a spiral motion. The γ electron 15 that reaches the target of the other party is also reflected by the electric field created by the target, and as a result, the γ electron
15 will be trapped in a spiral motion between both targets. The reciprocating motion of the γ-electron 15 is confined until its energy becomes smaller than the binding energy of the magnetic flux, and during that time, ionization is accelerated by collision with neutral particles and interaction with plasma.

プラズマが活性であるため、10-5Torr台のより低いガ
ス圧でも放電が安定に形成できるのみならず、活性種が
薄膜形成の重要な役割を演じる比較的高いガス圧中でも
活性なプラズマの作用により低基板温度下でも結晶性の
良好な薄膜形成を実現できる。
Since the plasma is active, not only can the discharge be stably formed even at a lower gas pressure on the order of 10 -5 Torr, but the active species also play an important role in thin film formation. Thus, it is possible to form a thin film having good crystallinity even at a low substrate temperature.

本発明の薄膜形成装置では、前述のようにプラズマの
イオン化率が高いため、ターゲットから放出された中性
のスパッタ粒子がプラズマ中でイオン化される割合が高
いが、このイオン化されたターゲット構成粒子がまたタ
ーゲットの電位で加速されて、またターゲットをスパッ
タするいわゆるセルフスパッタの割合も極めて大きくな
る。即ち、プラズマ生成用ガス(例えばAr)がごく希薄
な場合、あるいはガスを用いない場合でも上述のセルフ
スパッタを持続し、ひいては高純度の膜形成も実現でき
るという特徴ももっている。
In the thin film forming apparatus of the present invention, since the ionization rate of the plasma is high as described above, the neutral sputtered particles emitted from the target have a high rate of being ionized in the plasma, but the ionized target constituent particles are Further, the rate of so-called self-sputtering in which the target is sputtered and accelerated by the potential of the target becomes extremely large. That is, even when the plasma generating gas (for example, Ar) is extremely dilute, or when the gas is not used, the above-mentioned self-sputtering can be continued, and a high-purity film can be formed.

次に、本発明装置を用いてAlN膜を形成した結果につ
いて説明する。試料室9の真空度を5×10-7Torrまで排
気した後、窒素(N2)ガスを毎分2ccのフロー速度で導
入し、プラズマ生成室内のガス圧を3×10-4Torrとし
て、マイクロ波電力100〜500W、円筒状のAlターゲット1
3に投入する電力を100〜800Wで膜を形成した。このとき
試料台は300℃に加熱して膜形成をおこなった。この結
果、3〜40nm/minの堆積速度で長時間連続して安定に効
率よくAlN膜を堆積できた。
Next, the result of forming an AlN film using the device of the present invention will be described. After evacuating the vacuum of the sample chamber 9 to 5 × 10 −7 Torr, nitrogen (N 2) gas was introduced at a flow rate of 2 cc / min, and the gas pressure in the plasma generation chamber was set to 3 × 10 −4 Torr, and the micro Wave power 100-500W, cylindrical Al target 1
The film was formed by applying an electric power of 3 to 100 to 800 W. At this time, the sample stage was heated to 300 ° C. to form a film. As a result, the AlN film could be deposited stably and efficiently continuously for a long time at the deposition rate of 3 to 40 nm / min.

第5図に本実施例における放電特性の一例を、第6図
に堆積速度のターゲット投入電力依存成を示した。この
実施例ではリング状ターゲットの印加する電圧は−500V
に、窒素ガス圧は3mTorrに、マイクロ波電力は300およ
び80Wに固定している。本例における様に、リング状タ
ーゲット14と円筒状ターゲット13に印加する電圧が異な
る場合でも十分高密度プラズマを生成でき、またその電
圧が同じ場合、即ち両ターゲットを電気的に接続した場
合でも十分高効率に高密度プラズマが生成できる。
FIG. 5 shows an example of the discharge characteristics in this embodiment, and FIG. 6 shows the target input power dependence of the deposition rate. In this embodiment, the voltage applied to the ring-shaped target is -500V.
The nitrogen gas pressure was fixed at 3 mTorr and the microwave power was fixed at 300 and 80 W. As in this example, it is possible to generate sufficiently high-density plasma even when the voltages applied to the ring-shaped target 14 and the cylindrical target 13 are different, and when the voltages are the same, that is, both targets are electrically connected, it is sufficient. High-density plasma can be generated with high efficiency.

このときのイオンの平均エネルギーは5eVから30eVま
で変化した。
The average energy of the ions at this time changed from 5 eV to 30 eV.

本発明の薄膜形成装置は、AlN膜の形成のみならず、
ほとんどすべての薄膜の形成に用いることができ、また
導入ガスとし窒素ガスに限らずほとんどの反応性ガスを
用いることができ、それにより反応スパッタが実現出来
る。またターゲットとして各種化合物も用いることがで
き、ほとんどの材料の膜形成が実現できる。
The thin film forming apparatus of the present invention not only forms the AlN film,
It can be used for forming almost all thin films, and most reactive gases can be used as the introduction gas, not limited to nitrogen gas, and thereby reactive sputtering can be realized. Further, various compounds can be used as a target, and film formation of most materials can be realized.

第7図に本発明の他の実施例を示す。電磁石8による
磁場勾配が基板方向に加速されるイオンのエネルギーや
ターゲットの侵食分布、あるいはプラズマの形状に大き
く影響を与えるが、本実施例に示した様に、基板の周囲
等に磁場勾配制御用の補助電磁石16を設置してそれらを
制御することもできる。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. Although the magnetic field gradient by the electromagnet 8 has a great influence on the energy of the ions accelerated in the substrate direction, the erosion distribution of the target, or the shape of the plasma, as shown in the present embodiment, the magnetic field gradient control is performed around the substrate or the like. Auxiliary electromagnets 16 can be installed to control them.

第8図に第7図の実施例における補助電磁石16に流す
電流に対するイオンのエネルギーの変化を示す。ここで
電流が正の場合は、補助電磁石16によって形成される磁
界方向が電磁石8によって形成されている磁界方向と同
一方向となる場合に対応し、負の場合はそれらが逆の場
合に相当する。
FIG. 8 shows the change in ion energy with respect to the current passed through the auxiliary electromagnet 16 in the embodiment of FIG. Here, the positive current corresponds to the case where the magnetic field direction formed by the auxiliary electromagnet 16 is the same as the magnetic field direction formed by the electromagnet 8, and the negative case corresponds to the opposite case. .

第9図に本発明の他の実施例を示す。 FIG. 9 shows another embodiment of the present invention.

本実施例においては、マイクロ波導入窓6は真空導波
管10を介してプラズマ生成室11に結合される。リング状
ターゲット14の中央部からプラズマ生成室11に接続され
た真空導波管10の周囲には、その真空導波管内の磁束を
吸収し、かつプラズマ生成室と真空導波管との接続部分
で磁界強度を急峻に変化させる様にヨーク17を設置して
いる。
In the present embodiment, the microwave introduction window 6 is coupled to the plasma generation chamber 11 via the vacuum waveguide 10. Around the vacuum waveguide 10 connected to the plasma generation chamber 11 from the center of the ring-shaped target 14, a magnetic flux in the vacuum waveguide is absorbed, and a connection portion between the plasma generation chamber and the vacuum waveguide. The yoke 17 is installed so that the magnetic field strength changes sharply.

第10図に、第9図に示した実施例における磁束方向の
磁場強度分布の例を示した。
FIG. 10 shows an example of the magnetic field strength distribution in the magnetic flux direction in the embodiment shown in FIG.

第11図によって、本実施例におけるプラズマ増殖機構
を説明する。前述したように、磁界が空間的にゆるやか
に変化している場合には、生成された高密度プラズマ中
の電子はイオンに比べて極めて大きな移動度を有し、磁
束5に拘束されて磁束5の回りをスパイラル運動しなが
ら、その角運動量を保持しつつ、磁場勾配にともなって
基板方向に加速される。
The plasma breeding mechanism in this embodiment will be described with reference to FIG. As described above, when the magnetic field is gradually changing spatially, the electrons in the generated high-density plasma have an extremely large mobility as compared with the ions, and are confined by the magnetic flux 5 and thus the magnetic flux 5 While maintaining its angular momentum while spiraling around, it is accelerated toward the substrate due to the magnetic field gradient.

真空導波管10の周囲には、電磁石8により発生された
真空導波管内の磁束を吸収し、真空導波管とプラズマ生
成室との境界で急激な磁界強度の変化を生じる様にヨー
ク17が配置されている。
Around the vacuum waveguide 10, the yoke 17 absorbs the magnetic flux in the vacuum waveguide generated by the electromagnet 8 and causes a sudden change in magnetic field strength at the boundary between the vacuum waveguide and the plasma generation chamber. Are arranged.

生成された高密度プラズマに面した円筒状ターゲット
13とリング状ターゲット14に負の電位を印加することに
より、高密度プラズマ中のイオンを円筒状ターゲット13
とリング状ターゲット14に効率よく引き込みスパッタを
おこさせる。それらターゲットに引き込まれたイオンが
ターゲット表面に衝突すると、そのターゲット表面から
二次電子(γ電子)15が放出される。このγ電子15はそ
れぞれのターゲットが作る電界で加速され、それらター
ゲット表面に走る磁束5に拘束され、スパイラル運動し
ながら相手のターゲットに高速で移動する。相手のター
ゲットに達したγ電子15はまたそのターゲットが作る電
界で反射され、結果としてγ電子15は両ターゲット間に
スパイラル運動しつつ閉じ込められることになる。この
γ電子15の往復運動はそのエネルギーが磁束の束縛エネ
ルギーより小さくなるまで閉じ込められ、その間中性粒
子との衝突やプラズマとの相互作用により電離を加速す
る。
Cylindrical target facing the generated high-density plasma
By applying a negative potential to the ring-shaped target 14 and the ring-shaped target 14, the ions in the high-density plasma are guided to the cylindrical target 13
And the ring-shaped target 14 is efficiently drawn to cause sputtering. When the ions attracted to these targets collide with the target surface, secondary electrons (γ electrons) 15 are emitted from the target surface. The γ-electrons 15 are accelerated by the electric field created by the respective targets, are restrained by the magnetic flux 5 running on the surfaces of the targets, and move to the opponent's target at high speed while making a spiral motion. The γ electrons 15 reaching the target of the other party are also reflected by the electric field created by the target, and as a result, the γ electrons 15 are confined in a spiral motion between both targets. The reciprocating motion of the γ-electron 15 is confined until its energy becomes smaller than the binding energy of the magnetic flux, and during that time, ionization is accelerated by collision with neutral particles and interaction with plasma.

導電性材料膜を形成する場合、マイクロ波導入窓が曇
ると、長時間にわたってプラズマ生成ができない。ここ
で単にマイクロ波導入窓をプラズマ生成室から離して真
空導波管を用いた場合には、第12図に示した様に、真空
導波管中でも共鳴条件が達成されるため、その真空導波
管中でプラズマが生成され、濃いプラズマ柱19が生成さ
れる。しかもマイクロ波波導入方向へプラズマが加速さ
れるため有効なマイクロ波電力の投入ができない。これ
に対して、ヨーク17によって囲まれた真空導波管10がプ
ラズマ生成室に接続されている場合には、第13図に示す
様に、真空導波管10内の磁束強度が低く、しかもプラズ
マ生成室と真空導波管との境界でその磁界強度が急激に
変化するため、プラズマが真空導波管内で励起されず、
しかもその真空導波管方向には加速されない。その結果
プラズマはマイクロ波導入方向に加速されることはな
い。一方、プラズマ生成室11中に設置された円筒状ター
ゲット13やリング状ターゲット14からスパッタされた粒
子のうち、イオン化されない中性の粒子は磁界や電界の
影響をうけず、そのターゲットからほぼ直進して飛来す
る。このため、マイクロ波導入窓6をターゲットから直
接見えない位置に設置することにより、マイクロ波導入
窓6のスパッタ粒子による曇りも防止することができ
る。このようにして、生成膜の導電性によらず、またそ
の膜厚にもよらず、さらにマイクロ波導入窓が曇ること
なく、ほとんどの材料の膜を連続して長時間安定に形成
することが可能である。
When forming the conductive material film, if the microwave introduction window becomes cloudy, plasma cannot be generated for a long time. Here, when the microwave introduction window is simply separated from the plasma generation chamber and the vacuum waveguide is used, the resonance condition is achieved even in the vacuum waveguide as shown in FIG. Plasma is generated in the wave tube, and a dense plasma column 19 is generated. Moreover, since the plasma is accelerated in the microwave introduction direction, effective microwave power cannot be input. On the other hand, when the vacuum waveguide 10 surrounded by the yoke 17 is connected to the plasma generation chamber, the magnetic flux intensity in the vacuum waveguide 10 is low, as shown in FIG. Since the magnetic field strength of the boundary between the plasma generation chamber and the vacuum waveguide rapidly changes, plasma is not excited in the vacuum waveguide,
Moreover, it is not accelerated in the direction of the vacuum waveguide. As a result, the plasma is not accelerated in the microwave introduction direction. On the other hand, of the particles sputtered from the cylindrical target 13 or the ring-shaped target 14 installed in the plasma generation chamber 11, neutral particles that are not ionized are not affected by the magnetic field or electric field, and go straight from the target. Come flying. Therefore, by disposing the microwave introduction window 6 at a position that is not directly visible from the target, it is possible to prevent the microwave introduction window 6 from being fogged by sputtered particles. In this way, it is possible to continuously and stably form a film of almost any material, without depending on the conductivity of the generated film, and without depending on the film thickness, and without the microwave introduction window becoming cloudy. It is possible.

次に、本発明装置を用いてAl膜を形成した結果につい
て説明する。試料室9の真空度を5×10-7Torrまで排気
した後、Arガスを毎分2ccのフロー速度で導入し、プラ
ズマ生成室内のガス圧を3×10-4Torrとして、マイクロ
波電力100〜500W、円筒状のAlターゲット13に投入する
電力を100〜800Wで膜を形成した。このとき試料台は加
熱しないで常温で膜形成がおこなった。この結果、10〜
150nm/minの堆積速度で長時間連続して安定に効率よくA
l膜を堆積できた。
Next, the result of forming an Al film using the device of the present invention will be described. After exhausting the vacuum of the sample chamber 9 to 5 × 10 −7 Torr, Ar gas was introduced at a flow rate of 2 cc / min, the gas pressure in the plasma generation chamber was 3 × 10 −4 Torr, and the microwave power was 100. The film was formed with a power of ˜500 W and an electric power of 100-800 W applied to the cylindrical Al target 13. At this time, a film was formed at room temperature without heating the sample table. As a result, 10 ~
A at a deposition rate of 150 nm / min for a long period of time stably and efficiently
l The film could be deposited.

第14図に本実施例における放電特性の一例を、第15図
に堆積速度のターゲット投入電力依存成を示した。この
例ではリング状ターゲットの印加する電圧は−500Vに、
Arガス圧は0.3mTorrに、マイクロ波電力は300および80W
に固定している。本例における様に、リング状ターゲッ
ト14と円筒状ターゲット13に印加する電圧が異なる場合
でも十分高密度プラズマを生成でき、またその電圧が同
じ場合、即ち両ターゲットを電気的に接続した場合でも
十分高効率に高密度プラズマが生成できる。
FIG. 14 shows an example of the discharge characteristics in this example, and FIG. 15 shows the dependence of the deposition rate on the target input power. In this example, the voltage applied to the ring target is -500V,
Ar gas pressure 0.3 mTorr, microwave power 300 and 80 W
It is fixed to. As in this example, it is possible to generate sufficiently high-density plasma even when the voltages applied to the ring-shaped target 14 and the cylindrical target 13 are different, and when the voltages are the same, that is, both targets are electrically connected, it is sufficient. High-density plasma can be generated with high efficiency.

このときのイオンの平均エネルギーは5eVから30eVま
で変化した。
The average energy of the ions at this time changed from 5 eV to 30 eV.

第16図に本発明のさらに他の実施例を示す。第7図に
示した実施例と同様に、基板の周囲などに磁場勾配制御
用の補助電磁石16を設け、基板方向に加速されるイオン
のエネルギーやターゲットの侵食分布、あるいはプラズ
マの形状に与える磁場勾配の影響を制御することができ
る。
FIG. 16 shows still another embodiment of the present invention. Similar to the embodiment shown in FIG. 7, an auxiliary electromagnet 16 for controlling the magnetic field gradient is provided around the substrate, etc., and the energy of the ions accelerated in the substrate direction, the erosion distribution of the target, or the magnetic field given to the shape of the plasma is given. The influence of the gradient can be controlled.

第17図に第16図の実施例における補助電磁石に流す電
流に対するイオンのエネルギーの変化を示す。ここで電
流が正の場合は、補助電磁石によって形成される磁界方
向が電磁石によって形成されている磁界方向と同一方向
となる場合に対応し、負の場合はそれらが逆の場合に相
当する。
FIG. 17 shows a change in ion energy with respect to a current flowing through the auxiliary electromagnet in the embodiment of FIG. Here, the positive current corresponds to the case where the magnetic field direction formed by the auxiliary electromagnet is the same as the magnetic field direction formed by the electromagnet, and the negative case corresponds to the opposite case.

第18図ないし第21図にそれぞれ本発明の他の実施例を
示す。
18 to 21 show other embodiments of the present invention.

第18図および第19図は、それぞれ第1図および第9図
に示した実施例における電磁石8を2個の永久磁石12で
置き換えたものである。これらの実施例も、第1図およ
び第9図に示した実施例と同様に動作する。永久磁石12
とヨークを組合わせ用いることも可能である。
18 and 19 show the electromagnet 8 in the embodiment shown in FIGS. 1 and 9 replaced by two permanent magnets 12, respectively. These embodiments also operate in the same manner as the embodiments shown in FIGS. 1 and 9. Permanent magnet 12
It is also possible to use a combination of the and yoke.

第20図および第21図は、それぞれ第1図および第9図
の実施例におけるターゲットに印加する電圧を高周波電
力としたものである。すなわち第20図および第21図に示
したように、rf発振器20からのrf電力を整合回路21を通
してターゲットに投入しても同様な効果が得られる。し
かもこの場合、ターゲットに導電性がない場合でも安定
なイオン引出しができる。
FIGS. 20 and 21 show high frequency power as the voltage applied to the target in the embodiments of FIGS. 1 and 9, respectively. That is, as shown in FIGS. 20 and 21, the same effect can be obtained even if the rf power from the rf oscillator 20 is applied to the target through the matching circuit 21. Moreover, in this case, stable ion extraction can be performed even if the target has no conductivity.

[発明の効果] 以上説明した様に、本発明は、電子サイクロトロン共
鳴により生成されたマイクロ波プラズマを生成し、この
プラズマを利用したスパッタを用いて、低いガス圧中で
高効率の低温膜形成を実現するものであり、膜の導電性
や膜厚によらず連続して長時間安定な膜形成を実現する
ことができる。また粒子のエネルギーも数eVから数十eV
までの広い範囲で自由に制御でき、高活性プラズマを用
いているので、この装置を用いて、損傷の少ない良質の
膜を低基板温度で高速、高安定に連続形成することがで
きる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a microwave plasma generated by electron cyclotron resonance is generated, and a sputtering using this plasma is used to form a highly efficient low temperature film in a low gas pressure. It is possible to realize continuous and stable film formation for a long time regardless of the conductivity and film thickness of the film. Also, the energy of particles is from several eV to several tens eV
Since it can be freely controlled in a wide range up to, and high-activity plasma is used, a high-quality film with little damage can be continuously formed at low substrate temperature at high speed and high stability by using this apparatus.

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

第1図は本発明の薄膜形成装置の実施例の断面図、 第2図はターゲットの取付けを示す詳細断面図、 第3図は第1図に示した薄膜形成装置の実施例における
磁束方向の磁場強度分布図、 第4図は本発明の薄膜形成装置における高速二次電子
(γ電子)の運動の様子を説明する図、 第5図は本発明の薄膜形成装置の実施例における放電特
性の一例を示す特性図、 第6図は本発明の薄膜形成装置の実施例における膜堆積
速度のターゲット投入電力依存性を示す特性図、 第7図は本発明の薄膜形成装置の他の実施例の断面図、 第8図は補助磁石電流と平均イオンエネルギーの関係を
示す特性図、 第9図は本発明のさらに他の実施例の断面図、 第10図は第9図に示した薄膜形成装置の実施例における
磁束方向の磁場強度分布図、 第11図は第9図に示した薄膜形成装置における高速二次
電子(γ電子)の運動の様子を説明する図、 第12図は単に真空導波管を用いた場合のプラズマ生成状
態図、 第13図は真空導波管とヨークを組み合わせて用いた場合
のプラズマ生成状態図、 第14図は第13図に示した実施例における放電特性の一例
を示す特性図、 第15図は第13図に示した実施例における膜堆積速度のタ
ーゲット投入電力依存性を示す特性図、 第16図は本発明の薄膜形成装置の他の実施例の断面図、 第17図は補助電磁石電流と平均イオンエネルギーの関係
を示す特性図、 第18図ないし第21図はそれぞれ本発明のさらに他の実施
例の断面図、 第22図は従来の2極スパッタ装置の断面図である。 1……ターゲット、 2……基板、 3……プラズマ、 4……真空槽、 5……磁束、 6……マイクロ波導入窓、 7……マイクロ波導入管、 8……磁界発生用電磁石、 9……試料室、 10……真空導波管、 11……プラズマ生成室、 12……永久磁石、 13……円筒状ターゲット、 14……リング状ターゲット、 15……高速二次電子(γ電子)、 16……補助電磁石、 17……ヨーク、 18……プラズマ加速方向、 19……濃いプラズマ柱。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the thin film forming apparatus of the present invention, FIG. 2 is a detailed sectional view showing attachment of a target, and FIG. 3 is a magnetic flux direction of the embodiment of the thin film forming apparatus shown in FIG. Magnetic field intensity distribution chart, FIG. 4 is a diagram for explaining the state of motion of fast secondary electrons (γ electrons) in the thin film forming apparatus of the present invention, and FIG. 5 is a discharge characteristic in the embodiment of the thin film forming apparatus of the present invention. FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example, FIG. 6 is a characteristic diagram showing the target input power dependency of the film deposition rate in the embodiment of the thin film forming apparatus of the present invention, and FIG. 7 is another embodiment of the thin film forming apparatus of the present invention. Sectional view, FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the auxiliary magnet current and the average ion energy, FIG. 9 is a sectional view of yet another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is the thin film forming apparatus shown in FIG. 11 is a magnetic field strength distribution diagram in the magnetic flux direction in the embodiment of FIG. FIG. 12 is a diagram for explaining the state of motion of high-speed secondary electrons (γ electrons) in the thin film forming apparatus shown in FIG. 12, FIG. 12 is a plasma generation state diagram when simply using a vacuum waveguide, and FIG. 13 is a vacuum waveguide. And FIG. 14 is a characteristic diagram showing an example of discharge characteristics in the embodiment shown in FIG. 13, and FIG. 15 is a film in the embodiment shown in FIG. A characteristic diagram showing the target input power dependency of the deposition rate, FIG. 16 is a sectional view of another embodiment of the thin film forming apparatus of the present invention, FIG. 17 is a characteristic diagram showing the relationship between the auxiliary electromagnet current and the average ion energy, 18 to 21 are sectional views of still another embodiment of the present invention, and FIG. 22 is a sectional view of a conventional bipolar sputtering apparatus. 1 ... Target, 2 ... Substrate, 3 ... Plasma, 4 ... Vacuum tank, 5 ... Magnetic flux, 6 ... Microwave introduction window, 7 ... Microwave introduction tube, 8 ... Electromagnetic field generating magnet, 9 ... Sample chamber, 10 ... Vacuum waveguide, 11 ... Plasma generation chamber, 12 ... Permanent magnet, 13 ... Cylindrical target, 14 ... Ring target, 15 ... High-speed secondary electron (γ Electron), 16 …… auxiliary electromagnet, 17 …… yoke, 18 …… plasma acceleration direction, 19 …… dark plasma column.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ガスを導入してプラズマを発生させるプラ
ズマ生成室と、 該プラズマ生成室に結合され、プラズマの軸方向にマイ
クロ波を導入するためのマイクロ波導入窓と、 前記プラズマ生成室内部の両端部に設けられたそれぞれ
スパッタリング材料からなるリング状の第1のターゲッ
トおよび筒状の第2のターゲットと、 該第1および第2のターゲットにそれぞれ前記プラズマ
生成室に対して負の電圧を印加する少なくとも1個の電
源と、 前記プラズマ生成室の内部に磁場を形成し、かつ前記第
1および第2のターゲットの一方からでて他方に入る磁
束を生成する磁界形成手段とを具え、 前記リング状のターゲットの中央からマイクロ波が導入
されることを特徴とするプラズマ生成装置。
1. A plasma generation chamber for introducing a gas to generate plasma, a microwave introduction window coupled to the plasma generation chamber for introducing a microwave in an axial direction of the plasma, and the inside of the plasma generation chamber. A ring-shaped first target and a cylindrical second target, each of which is made of a sputtering material, are provided at both ends of the plasma generation chamber, and a negative voltage with respect to the plasma generation chamber is applied to each of the first and second targets. At least one power source to be applied, and a magnetic field forming means for forming a magnetic field inside the plasma generation chamber and generating a magnetic flux from one of the first and second targets and entering the other, A plasma generation device in which a microwave is introduced from the center of a ring-shaped target.
【請求項2】前記マイクロ波導入窓が真空導波管を介し
て前記プラズマ生成室に結合され、かつ該真空導波管の
周囲に、前記磁界形成手段によって発生された磁界を吸
収し、前記真空導波管内の磁界強度を低下させ、前記真
空導波管と前記プラズマ生成室との境界で磁界強度を急
激に変化させるヨークが設置されていることを特徴とす
る請求項1記載のプラズマ生成装置。
2. The microwave introduction window is coupled to the plasma generation chamber via a vacuum waveguide, and the magnetic field generated by the magnetic field forming means is absorbed around the vacuum waveguide, The plasma generation according to claim 1, further comprising a yoke for reducing a magnetic field intensity in the vacuum waveguide and for rapidly changing the magnetic field intensity at a boundary between the vacuum waveguide and the plasma generation chamber. apparatus.
【請求項3】前記マイクロ波導入窓が前記第1および第
2のターゲットの面から直接見えない部分に設置されて
いることを特徴とする請求項1または2に記載のプラズ
マ生成装置。
3. The plasma generating apparatus according to claim 1, wherein the microwave introduction window is installed in a portion which is not directly visible from the surfaces of the first and second targets.
【請求項4】請求項1、2および3のいずれかに記載の
プラズマ生成装置に、さらに前記プラズマ生成室に結合
され、内部に基板ホルダを有する試料室を具えたことを
特徴とする薄膜形成装置。
4. A thin film formation, comprising: the plasma generation apparatus according to claim 1, further comprising a sample chamber having a substrate holder therein, the sample chamber being coupled to the plasma generation chamber. apparatus.
【請求項5】前記磁界形成手段の形成する磁界を補正す
るための補助磁界形成手段を具えたことを特徴とする請
求項4記載の薄膜形成装置。
5. The thin film forming apparatus according to claim 4, further comprising auxiliary magnetic field forming means for correcting the magnetic field formed by the magnetic field forming means.
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