JP2973058B2 - High vacuum / high speed ion processing equipment - Google Patents

High vacuum / high speed ion processing equipment

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JP2973058B2
JP2973058B2 JP4199962A JP19996292A JP2973058B2 JP 2973058 B2 JP2973058 B2 JP 2973058B2 JP 4199962 A JP4199962 A JP 4199962A JP 19996292 A JP19996292 A JP 19996292A JP 2973058 B2 JP2973058 B2 JP 2973058B2
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processing apparatus
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ムシル インドリッヒ
正司 三宅
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高真空中に設けた基板
に高速で成膜し、或いは高速で基板若しくは基板上の薄
膜をエッチングするイオン処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion processing apparatus for forming a film on a substrate provided in a high vacuum at a high speed or etching a substrate or a thin film on the substrate at a high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、真空中で基板の表面に薄膜を形成
する手法としてスパッタリングやイオンプレーティング
が知られており、また、真空中で基板の表面や該表面に
形成された膜を除去する手法としてイオンエッチングが
知られている。これらの成膜やエッチングは、真空中で
発生させたArガスやO2ガス等の処理用ガスのプラズ
マ中のイオンを利用して基板の処理を行ない、例えばL
SIの製造工程に於ける基板の処理に利用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, sputtering and ion plating are known as methods for forming a thin film on the surface of a substrate in a vacuum. In addition, the surface of the substrate and the film formed on the surface are removed in a vacuum. Ion etching is known as a technique. In these film formation and etching, the substrate is processed using ions in a plasma of a processing gas such as an Ar gas or an O 2 gas generated in a vacuum.
It is used for processing substrates in the SI manufacturing process.

【0003】スパッタリングのための装置の1例は図1
に示す如くであり、真空室a内にターゲットbと基板ホ
ルダーcに取付けた成膜用の基板dとを互いに対向して
設け、該真空室aにはスパッタガスの導入口eと該真空
室内を真空に排気する排気系に接続された排気口fとを
設け、該真空室内又は該真空室外に、該ターゲットbの
材料をスパッタするためのイオンを発生させるプラズマ
発生手段を設けて構成される。この例はターゲットbの
前面に電界と直交する磁界gを発生させるための主磁石
hと任意に設けられる磁界を非平衡モードにするための
補助磁石iを備えたマグネトロンスパッタ装置を示し、
プラズマ発生手段を前記基板dと対向する面にターゲッ
トbを設けたカソード電極jと、基板ホルダーcを利用
したアノード電極とで構成し、これらの電極をRF電源
kに接続したものである。該補助磁石iは設けられない
場合が多い。この装置は真空室a内に例えばArガスを
導入して10- 4Torr程度の真空圧に調整し、RF電源
kからの通電によりカソード電極jと基板ホルダーcの
アノード電極の間には磁界gに拘束されたマグネトロン
放電が発生し、比較的高速で基板dにターゲットbの材
料の薄膜を形成できる。尚、図示してないが主磁石h、
補助磁石iのない形式のスパッタリング装置やRF電源
kの代りにDC電源を使用したスパッタリング装置も知
られている。カソード電極jに基板dを取付けて真空室
a内にプラズマを発生させれば、基板dのエッチングが
行なえる。
One example of an apparatus for sputtering is shown in FIG.
A target b and a film-forming substrate d mounted on a substrate holder c are provided in a vacuum chamber a so as to face each other, and a sputter gas introduction port e and the vacuum chamber a are provided in the vacuum chamber a. An exhaust port f connected to an exhaust system for exhausting the target to a vacuum, and plasma generating means for generating ions for sputtering the material of the target b in the vacuum chamber or outside the vacuum chamber. . This example shows a magnetron sputtering apparatus including a main magnet h for generating a magnetic field g orthogonal to an electric field on the front surface of a target b, and an auxiliary magnet i for setting an optional magnetic field to a non-equilibrium mode,
The plasma generating means comprises a cathode electrode j provided with a target b on the surface facing the substrate d, and an anode electrode using a substrate holder c, and these electrodes are connected to an RF power source k. In many cases, the auxiliary magnet i is not provided. This device was introduced, for example, Ar gas into the vacuum chamber a 10 - 4 was adjusted to a vacuum pressure of about Torr, magnetic field g between the cathode electrode j and the anode electrode of the substrate holder c energized from RF power supply k Generates a magnetron discharge confined to the substrate d, and a thin film of the material of the target b can be formed on the substrate d at a relatively high speed. Although not shown, the main magnet h,
There are also known a sputtering apparatus having no auxiliary magnet i and a sputtering apparatus using a DC power supply instead of the RF power supply k. If the substrate d is attached to the cathode electrode j and plasma is generated in the vacuum chamber a, the substrate d can be etched.

【0004】図2に示したスパッタリング装置は、図1
の装置とプラズマ発生手段が異なり、電子サイクロトロ
ン共鳴(ECR)によるプラズマ発生手段を備えたもの
である。このECRプラズマ発生手段は、真空室aの一
端の外部に設けたマイクロ波導波管lと、該真空室aの
外周に設けた複数個の磁石mとイオンを引き出すための
電位が与えられたターゲットnを有し、真空室aの内部
の導波管l寄りの部分に該磁石mによりマイクロ波の入
口側で磁界が大きくその出口側で小さくなった875ガ
ウスの共鳴磁場を有する勾配磁場を形成しておき、該真
空室a内にO2ガスやArガスの処理ガスを導入して圧
力を調整したのち2.45GHzのマイクロ波を導入する
と、処理ガスがプラズマ化してイオンが発生し、イオン
は基板dの前方に設けたイオンを引き出す電位が与えら
れたターゲットnに衝突してターゲット材をスパッタ
し、基板dにはスパッタされたターゲット材が堆積して
薄膜が形成される。該ターゲットbの代りに格子状のイ
オン引出電極nを用意すれば、基板dをイオンでエッチ
ングすることが可能である。尚、上記のスパッタリング
装置に於いて、スパッタイールド(スパッタ率)を増や
すために、ターゲットに少し負のバイアス電圧、或いは
高周波をかける場合もある。
[0004] The sputtering apparatus shown in FIG.
The apparatus is different from the above-described apparatus in that the apparatus includes a plasma generating means based on electron cyclotron resonance (ECR). The ECR plasma generating means includes a microwave waveguide 1 provided outside one end of a vacuum chamber a, a plurality of magnets m provided on the outer periphery of the vacuum chamber a, and a target given a potential for extracting ions. The magnet m forms a gradient magnetic field having a resonance magnetic field of 875 gauss in which a magnetic field is large on the entrance side of the microwave and reduced on the exit side in the portion near the waveguide 1 inside the vacuum chamber a. In advance, when a processing gas such as an O 2 gas or an Ar gas is introduced into the vacuum chamber a to adjust the pressure, and then a microwave of 2.45 GHz is introduced, the processing gas is turned into plasma to generate ions. Collides with a target n provided with a potential for extracting ions provided in front of the substrate d to sputter the target material, and the sputtered target material is deposited on the substrate d to form a thin film. If a lattice-like ion extraction electrode n is prepared instead of the target b, the substrate d can be etched with ions. In the above sputtering apparatus, a slightly negative bias voltage or a high frequency may be applied to the target in order to increase the sputter yield (sputter rate).

【0005】最近、ヘリコン波をプラズマ処理に適用し
ようとする考えが発表されている(J.Vac.Sc
i.Technol.B9(2),Mar/Apr19
91)が、まだ十分な実用的な技術的手法は発表されて
いない。
[0005] Recently, the idea of applying helicon waves to plasma processing has been announced (J. Vac. Sc.).
i. Technol. B9 (2), Mar / Apr19
91) However, sufficient practical technical methods have not yet been published.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のスパッタやエッ
チングの装置は、その真空室の内部の圧力を10- 4Tor
r以下の比較的低真空にしなければ運転できず、10- 6
Torr程度の高真空での運転は困難であった。そして、こ
れら従来の装置に於いて成膜速度やエッチング速度を上
げようとすると、更に真空室に処理用ガスを導入して1
- 1〜10- 2Torrの悪い真空度で運転するしかなかっ
た。真空室の壁からは水、酸素、炭化水素などの不純物
が放出され、これらは基板に成膜された膜質に重大な影
響を与えることが知られている。また、低真空ではガス
の利用効率が悪く、大部分がそのまま或いは2次生成物
を生成して捨てられる。これら不純物や2次生成物の一
部は不純物、ダスト粒子として基板の膜に混入したり、
基板に付着し、LSIの基板の場合、回路のショートや
断線等の原因、製品の歩留まりの悪さの原因になって好
ましくない。半導体メモリーは高集積化のために微細加
工が要求されるが、これら不純物や2次生成物は微細加
工を妨げる最大の要因である。こうした不純物や2次生
成物の発生は、マグネトロン放電、ECR放電等が先に
述べたような低真空でしか発生しないこと、これらの放
電ではガスのイオン化効率が10%にも達せずマグネト
ロン放電では数%以下にすぎないという放電形式自体か
らくる制約が原因である。
[Problems that the Invention is to provide a device of the conventional sputtering or etching, the pressure inside the vacuum chamber 10 - 4 Tor
r not be operated unless the following relatively low vacuum, 10 - 6
Operation in a high vacuum of about Torr was difficult. In order to increase the film forming rate or the etching rate in these conventional apparatuses, a processing gas is further introduced into the vacuum chamber to increase the rate.
0 - 1 to 10 - had no choice but to operate at 2 Torr bad vacuum. It is known that impurities such as water, oxygen, and hydrocarbons are released from the walls of the vacuum chamber, and these have a significant effect on the quality of the film formed on the substrate. Further, the gas utilization efficiency is low at a low vacuum, and most of the gas is discarded as it is or as a secondary product. Some of these impurities and secondary products are mixed into the substrate film as impurities and dust particles,
In the case of an LSI substrate, it adheres to the substrate and causes an undesired short circuit or disconnection of the circuit and a low yield of the product. Semiconductor memory requires fine processing for high integration, and these impurities and secondary products are the biggest factors that hinder fine processing. Generation of such impurities and secondary products is that magnetron discharge, ECR discharge, and the like are generated only in the low vacuum as described above. In these discharges, the ionization efficiency of gas does not reach 10%, and in magnetron discharge, This is due to the restriction from the discharge type itself that it is only a few percent or less.

【0007】本発明は、不純物や2次生成物の発生の少
ないスパッタリングやエッチングのイオン処理を行なえ
る装置を提供することを目的とするものである。本発明
の第2の目的は、高真空中でプラズマの発生を持続させ
得ると共に処理用ガスのイオン化率が高く高速でイオン
処理の可能な装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus capable of performing ion processing for sputtering and etching with less generation of impurities and secondary products. A second object of the present invention is to provide an apparatus capable of sustaining generation of plasma in a high vacuum and having a high ionization rate of a processing gas and capable of high-speed ion processing.

【0008】本発明では、上記の目的の達成のために、
真空室内に導入したArガスやO2ガス等の処理用ガス
をプラズマにより電離させ、これにより発生するイオン
で該真空室内に用意した基板に成膜又はエッチングのイ
オン処理を施す装置に於いて、該真空室の真空排気口に
高真空排気系を接続し、該基板の前方で且つ該真空室の
外部に、該基板の板面と直交するコイル中心軸を有し且
つ高周波発振源に接続されると共にこれより通電され
ヘリカルコイルから成るヘリカルアンテナを設けるよう
にした。本発明は、成膜装置或いはエッチング装置とし
て適用するために請求項2以下に記載の構成を採ること
が可能である。
In the present invention, in order to achieve the above object,
In an apparatus for ionizing a processing gas such as an Ar gas or an O 2 gas introduced into a vacuum chamber by plasma, and performing ion processing of film formation or etching on a substrate prepared in the vacuum chamber with ions generated by the plasma, A high vacuum evacuation system is connected to a vacuum evacuation port of the vacuum chamber , and in front of the substrate and in the vacuum chamber.
Outside, and so Keru set the helical antenna consisting of and high frequency is connected to the oscillation source Rutotomoni helical coil is energized than this has a coil center axis perpendicular to the plate surface of the substrate. The present invention can adopt the configuration described in claim 2 or later for application as a film forming apparatus or an etching apparatus.

【0009】[0009]

【作用】本発明をマグネトロンスパッタリング装置に適
用した場合、真空室の排気口から高真空排気系により室
内を高真空に排気し、該室内にArガス等の処理用ガス
を導入して該室内を例えば10- 5Torrの高真空に調整
する。該室内が真空排気されると、真空室の壁から水、
酸素、炭化水素などの不純物が放出されるが、該室内が
高真空になるとこれらの不純物の放出は少なくなる。
When the present invention is applied to a magnetron sputtering apparatus, the chamber is evacuated to a high vacuum from a vacuum chamber exhaust port by a high vacuum exhaust system, and a processing gas such as Ar gas is introduced into the chamber to evacuate the chamber. for example 10 - it is adjusted to a high vacuum of 5 Torr. When the chamber is evacuated, water from the walls of the vacuum chamber
Although impurities such as oxygen and hydrocarbons are released, the release of these impurities decreases when the inside of the chamber becomes a high vacuum.

【0010】不純物の放出が収まったときにカソード電
極とアノード電極にRF電源を接続すると共にヘリカル
アンテナのヘリカルコイルに高周波発振源から数MHzか
ら13.56MHz或いはそれ以上の周波数の電流を通電
すると、該ヘリカルアンテナで囲まれた空間内に10-
5Torrの高真空であるにもかかわらず高密度のプラズマ
が発生し、プラズマ中のイオンがカソード電極に設けた
ターゲットをスパッタする。スパッタされたターゲット
材は基板に衝突してそこに薄膜が形成される。処理用ガ
スのイオン化率は約100%のイオン化率になり、高真
空によりガス分子の個数が減少してもイオン化率が高い
ためにイオンの絶対数が増えてその分スパッタ量が増
え、処理用ガスがイオン化されずに排気口から捨てられ
てしまう量が少なくなるので、処理用ガスの2次生成物
も少なくなる。従って、不純物の少ない高真空中で高速
の成膜を行なえ、膜質が良く不良品発生率も少なくな
る。
[0010] When the emission of the impurities stops, an RF power source is connected to the cathode electrode and the anode electrode, and a current having a frequency of several MHz to 13.56 MHz or more is supplied to the helical coil of the helical antenna from the high frequency oscillation source. 10 to the helical antenna in an enclosed space -
Despite the high vacuum of 5 Torr, high-density plasma is generated, and ions in the plasma sputter a target provided on the cathode electrode. The sputtered target material collides with the substrate and a thin film is formed there. The ionization rate of the processing gas is about 100%. Even if the number of gas molecules decreases due to high vacuum, the ionization rate is high, so the absolute number of ions increases, and the sputtering amount increases accordingly. Since the amount of gas that is not ionized and discarded from the exhaust port is reduced, the amount of secondary products of the processing gas is also reduced. Therefore, high-speed film formation can be performed in a high vacuum with few impurities, and the quality of the film is good and the occurrence rate of defective products is reduced.

【0011】本発明をエッチングのイオン処理を施す装
置に適用した場合でも基板に高真空・高速で不純物によ
る障害の少ないエッチングの処理を施せる。また、プラ
ズマ発生手段が例えばECR放電に代っても高真空・高
速でイオン処理を行なえる。
[0011] Even when the present invention is applied to an apparatus for performing ion processing for etching, the substrate can be subjected to high-vacuum, high-speed etching processing with little obstacles due to impurities. Further, even if the plasma generating means is replaced with, for example, ECR discharge, ion processing can be performed at high vacuum and high speed.

【0012】[0012]

【実施例】本発明の実施例を図面に基づき説明すると、
図3はマグネトロンスパッタ装置に適用した実施例を示
し、同図の符号1は、Arガス等の不活性ガスやO2
スの処理用ガスを導入するガス導入口2と、真空排気口
3を備えた真空室を示す。該真空室1の内部にはRF電
源4に接続したカソード電極5と基板ホルダー6に保持
された基板7とが対向して設けられ、該カソード電極5
の前面にはターゲット8が設けられる。該カソード電極
5の背面にはターゲット8の前面に平行なマグネトロン
磁界9を形成するための電磁石10と該磁界9を非平衡
モードにするための補助磁石11とが設けられる。該基
板7には各種の材料が使用されるが、代表的には半導体
デバイスの場合シリコンであり、該基板7の表面には導
電膜又は絶縁膜の薄膜が形成される。基板ホルダー6は
アノードとなるようにアースに接続した。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
FIG. 3 shows an embodiment applied to a magnetron sputtering apparatus. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a gas inlet 2 for introducing an inert gas such as Ar gas or a processing gas for O 2 gas, and a vacuum exhaust port 3. 1 shows a vacuum chamber provided. Inside the vacuum chamber 1, a cathode electrode 5 connected to an RF power source 4 and a substrate 7 held by a substrate holder 6 are provided to face each other.
A target 8 is provided on the front side. An electromagnet 10 for forming a magnetron magnetic field 9 parallel to the front surface of the target 8 and an auxiliary magnet 11 for setting the magnetic field 9 to a non-equilibrium mode are provided on the rear surface of the cathode electrode 5. Various materials are used for the substrate 7, typically silicon for a semiconductor device, and a thin film of a conductive film or an insulating film is formed on the surface of the substrate 7. The substrate holder 6 was connected to ground so as to serve as an anode.

【0013】以上の構成は従来のマグネトロンスパッタ
装置と特に変わりがないが、本発明の場合、該基板7の
前方に、該基板7の板面7aと交叉するコイル中心軸1
2を有するヘリカルコイル13と、該コイル13に接続
した数MHzから13.56MHz或いはそれ以上の高周波を
出す高周波発振源14とで構成したヘリカルアンテナ1
5を設け、真空排気口3にスパッタイオンポンプやクラ
イオポンプなどの10- 6Torr以上に排気可能な高真空
ポンプ16を備えた高真空排気系17を接続した。
Although the above configuration is not particularly different from the conventional magnetron sputtering apparatus, in the case of the present invention, the coil center axis 1 crossing the plate surface 7a of the substrate 7 is provided in front of the substrate 7.
Antenna 1 comprising a helical coil 13 having a frequency band 2 and a high-frequency oscillation source 14 connected to the coil 13 and emitting a high frequency of several MHz to 13.56 MHz or more.
5 is provided, 10, such as sputter ion pumps and cryopump to a vacuum exhaust port 3 - Connect the high vacuum evacuation system 17 which includes a evacuable high vacuum pump 16 to 6 Torr or more.

【0014】該ヘリカルコイル13は1本の導線で形成
したが、複数本の導線で2重以上にコイルして形成して
もよい。また、該ヘリカルコイル13の設置場所は基板
7の板面7aの前方であればよく、図4のように真空室
1の内部に限らず図5のように真空室1の外部に設ける
ことも可能で、図6或いは図7に示すように基板7寄り
或いはターゲット8寄りに片寄らせて設けることも可能
である。尚、真空室1の外部にヘリカルコイル13を設
ける場合、真空室1の材料は、クオーツ或いはセラミッ
クのような誘電体、或いは絶縁体でなければならない。
該ヘリカルコイル13の代りにレジターノコイル、ポス
ウエルアンテナ等の波長減少アンテナを使用してもよ
い。また、該ヘリカルコイル13の外周に、真空室1内
に発生する電子が室壁に衝突して消滅することを防ぐた
めの永久磁石18或いは電磁石を設け、磁石18により
図8のような多極カスプ磁場、或いは図9のようなミラ
ー型磁場を真空室1内に形成して電子の室壁への衝突を
最小限にするようにした方がよい。
Although the helical coil 13 is formed by one conductor, it may be formed by coiling a plurality of conductors into two or more coils. The helical coil 13 may be installed at a position in front of the plate surface 7a of the substrate 7, and may be provided not only inside the vacuum chamber 1 as shown in FIG. 4 but also outside the vacuum chamber 1 as shown in FIG. It is possible, as shown in FIG. 6 or FIG. 7, to be provided so as to be shifted toward the substrate 7 or the target 8. When the helical coil 13 is provided outside the vacuum chamber 1, the material of the vacuum chamber 1 must be a dielectric such as quartz or ceramic, or an insulator.
Instead of the helical coil 13, a wavelength reducing antenna such as a Registano coil or a Poswell antenna may be used. Further, a permanent magnet 18 or an electromagnet is provided around the outer periphery of the helical coil 13 to prevent electrons generated in the vacuum chamber 1 from colliding with the chamber wall and disappearing. It is preferable to form a cusp magnetic field or a mirror type magnetic field as shown in FIG. 9 in the vacuum chamber 1 so as to minimize the collision of electrons with the chamber wall.

【0015】図3に示す装置の作動を説明すると、真空
排気口3から高真空排気系17により室内を10- 8Tor
r程度の高真空に排気すると、真空室1の室壁から水、
酸素等の不純物が放出され、その放出量が少なくなると
ガス導入口2から室内にArガス等の処理用ガスを導入
し、該室内を例えば10- 5Torrの高真空に調整する。
そしてマグネトロン磁界9が形成されたカソード電極5
にRF電源4を接続すると共にヘリカルアンテナ15の
ヘリカルコイル13に高周波発振源14から数MHzから
13.56MHz或いはそれ以上の周波数の電流を通電す
る。真空室内が高真空であると、通常の場合はカソード
電極5とアノードの基板ホルダー6との間で生じる放電
はすぐに消えてしまうが、本発明の場合はヘリカルアン
テナ15で囲まれた空間内に10- 5Torrの高真空であ
るにもかかわらず高密度のプラズマが発生し、処理用ガ
スの約100%がイオン化される場合もある。イオン化
率はターゲット8に流れるイオン電流を測定することに
より知ることができ、従来は10- 5Torrではプラズマ
が点火しないが、本発明の場合には従来の10- 3Torr
程度の真空度の場合と同程度のイオン量が得られる。プ
ラズマ中に発生するイオンは電位の低いカソード電極5
に向かって飛行し、カソード電極5の前面に取付けたタ
ーゲット8に突入して該ターゲット8の材料をスパッタ
し、スパッタ物が基板7に薄膜状に付着する。イオン量
と成膜速度は比例関係にあり、従って本発明の場合、1
- 5Torrの高真空でありながら従来の10- 3Torrのと
きと同じ成膜速度で基板7に成膜を行なえ、高真空でし
かもイオン化率が高いので不純物、2次生成物の発生が
少なくなり、膜質と歩留まりが向上する。ヘリカルアン
テナ15がプラズマの生成に寄与する理由の詳細はまだ
解明されていないが、高真空中で一旦発生したプラズマ
に高周波がよく吸収されてプラズマに高エネルギーが与
えられ、そのためプラズマ放電が維持されると共にプラ
ズマ中の電子が速く長く走り、周りの気体分子をイオン
化させてイオン化率が高まるためと考えられる。
[0015] Describing the operation of the apparatus shown in FIG. 3, the chamber from the vacuum exhaust port 3 by the high vacuum evacuation system 17 10 - 8 Tor
When evacuated to a high vacuum of about r, water
The impurities such as oxygen release, and introducing a processing gas of Ar gas and the like when the emission decreases from the gas inlet 2 into the room, the inside of the chamber, for example, 10 - adjusted to 5 Torr in a high vacuum.
Then, the cathode electrode 5 on which the magnetron magnetic field 9 is formed
To the helical coil 13 of the helical antenna 15 and a current having a frequency of several MHz to 13.56 MHz or more from the high frequency oscillation source 14 is applied. When the vacuum chamber is at a high vacuum, the discharge generated between the cathode electrode 5 and the anode substrate holder 6 is usually immediately extinguished, but in the case of the present invention, the discharge in the space surrounded by the helical antenna 15 is performed. to 10 - 5 Torr despite the high density of plasma is high vacuum is generated, approximately 100% of the treated gas is sometimes ionized. Ionization rate can be known by measuring the ionic current flowing through the target 8, conventionally 10 - 5 but Torr in the plasma is not ignited, in the case of the present invention is conventional 10 - 3 Torr
The same amount of ions as in the case of the degree of vacuum is obtained. The ions generated in the plasma are the cathode electrode 5 having a low potential.
And sputters into the target 8 attached to the front surface of the cathode electrode 5 to sputter the material of the target 8, and the sputter adheres to the substrate 7 in a thin film form. The ion amount and the deposition rate are in a proportional relationship, and therefore, in the case of the present invention, 1
0 - 5 Torr in a high vacuum, yet conventional 10 - 3 Torr perform the deposition on the substrate 7 at the same deposition rate as when the impurities so high vacuum, yet ionization rate is high, the occurrence of secondary products And the film quality and yield are improved. Although the details of the reason why the helical antenna 15 contributes to the generation of the plasma have not been elucidated yet, the high frequency is well absorbed by the plasma once generated in a high vacuum and high energy is given to the plasma, so that the plasma discharge is maintained. It is considered that the electrons in the plasma run faster and longer, and the surrounding gas molecules are ionized, thereby increasing the ionization rate.

【0016】図10に示す実施例はECR放電を利用し
たスパッタリング装置に本発明を適用した実施例であ
り、その基本的構成は図2の場合と同様であり、そのプ
ラズマ発生手段は、真空室1の内部に電子サイクロトロ
ン共鳴用磁場を形成するために該真空室1の外周に設け
た3個の磁石19a,19b,19cと、該真空室1の
一端にセラミック窓20を介して設けたマイクロ波の導
波管21と、負電位を与えてイオン引き出しできるよう
にしたターゲット22とで構成され、本発明の特徴とす
るヘリカルアンテナ15のヘリカルコイル13が真空室
1の放電部1a内に設けられ、真空排気口3にスパッタ
イオンポンプやクライオポンプなどの10- 6Torr以上
に排気可能な高真空ポンプ16を備えた高真空排気系1
7が接続される。この場合、基板7に成膜を行なうに
は、高真空排気系17を作動さて真空室1内を10- 8T
orrの高真空に排気したのちガス導入口2からArガス
やO2ガスを導入して圧力を10- 5Torr程度に調整し、
ヘリカルアンテナ15を作動させると共にマイクロ波を
導波管21から放電部1aに導入すると、該放電部1a
内に高密度のプラズマが発生し、プラズマ中のイオンが
電位の低いターゲット8に衝突してスパッタし、ターゲ
ット8のスパッタされた材料が基板7に薄膜状に付着す
る。通常は10- 6Torrの高真空ではマイクロ波放電が
持続しないが、本発明のようにヘリックスアンテナ15
を設けることでイオン化率が100%と高いマイクロ波
放電を行なえる。
The embodiment shown in FIG. 10 is an embodiment in which the present invention is applied to a sputtering apparatus utilizing ECR discharge, and its basic configuration is the same as that of FIG. 2, and its plasma generating means is a vacuum chamber. 1. Three magnets 19a, 19b, and 19c provided on the outer periphery of the vacuum chamber 1 for forming a magnetic field for electron cyclotron resonance inside the vacuum chamber 1, and a micro-machine provided at one end of the vacuum chamber 1 through a ceramic window 20. The helical coil 13 of the helical antenna 15, which is constituted by a wave waveguide 21 and a target 22 capable of extracting ions by applying a negative potential, is provided in the discharge part 1 a of the vacuum chamber 1. are, such as sputter ion pumps and cryopump to a vacuum exhaust port 3 10 - 6 high vacuum evacuation system 1 having the evacuable high vacuum pump 16 above Torr
7 is connected. In this case, to perform deposition on the substrate 7, the working now vacuum chamber 1 a high vacuum evacuation system 17 10 - 8 T
was adjusted to about 5 Torr, - the pressure 10 from the gas inlet port 2 After evacuated to a high vacuum of orr while introducing Ar gas or O 2 gas
When the helical antenna 15 is operated and microwaves are introduced from the waveguide 21 into the discharge unit 1a, the discharge unit 1a
A high-density plasma is generated in the inside, and ions in the plasma collide with a target 8 having a low potential to be sputtered, and the sputtered material of the target 8 adheres to the substrate 7 in a thin film form. Typically 10 - Although the microwave discharge is not sustained in a high vacuum of 6 Torr, helix antenna 15 as in the present invention
, Microwave discharge having an ionization rate as high as 100% can be performed.

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【発明の効果】以上のように本発明に於いては、処理用
ガスのイオンで基板に成膜又はエッチングのイオン処理
を施す装置の真空室の真空排気口に高真空排気系を接続
し、該基板の前方に該基板の板面と交叉するコイル中心
軸を有し且つ高周波発振源に接続されると共にこれより
通電されたヘリカルコイルから成るヘリカルアンテナを
設けたので、高真空中で高密度のプラズマを発生させ得
ると共にイオン化率を大きく向上させることができ、成
膜又はエッチングのイオン処理を高真空中で高速で行な
え、不純物や2次生成物が少ないので膜質が良くダスト
による不良品発生の少ないイオン処理を行なえる等の効
果がある。
As described above, in the present invention, a high vacuum exhaust system is connected to a vacuum exhaust port of a vacuum chamber of an apparatus for performing film forming or etching ion processing on a substrate with ions of a processing gas. A coil center axis intersecting the plate surface of the substrate in front of the substrate and connected to a high-frequency oscillation source;
A helical antenna consisting of energized helical coils is provided, so high-density plasma can be generated in a high vacuum and the ionization rate can be greatly improved. Since there are few impurities and secondary products, there is an effect that the ion treatment can be performed with good film quality and little occurrence of defective products due to dust.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上のように本発明に於いては、処理用
ガスのイオンで基板に成膜又はエッチングのイオン処理
を施す装置の真空室の真空排気口に高真空排気系を接続
し、該基板の前方に該基板の板面と交叉するコイル中心
軸を有し且つ高周波発振源に接続したヘリカルコイルか
ら成るヘリカルアンテナを設けたので、高真空中で高密
度のプラズマを発生させ得ると共にイオン化率を大きく
向上させることができ、成膜又はエッチングのイオン処
理を高真空中で高速で行なえ、不純物や2次生成物が少
ないので膜質が良くダストによる不良品発生の少ないイ
オン処理を行なえる等の効果がある。
As described above, in the present invention, a high vacuum exhaust system is connected to a vacuum exhaust port of a vacuum chamber of an apparatus for performing film forming or etching ion processing on a substrate with ions of a processing gas. Since a helical antenna having a coil center axis crossing the plate surface of the substrate and having a helical coil connected to a high-frequency oscillation source is provided in front of the substrate, high-density plasma can be generated in high vacuum. The ionization rate can be greatly improved, the film formation or etching ion processing can be performed at high speed in a high vacuum, and the ion processing can be performed with less impurities and secondary products, resulting in good film quality and less occurrence of defective products due to dust. And so on.

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

【図1】 従来のマグネトロンスパッタ装置の要部の截
断側面図
FIG. 1 is a cutaway side view of a main part of a conventional magnetron sputtering apparatus.

【図2】 従来のECR型スパッタ装置の要部の截断側
面図
FIG. 2 is a cutaway side view of a main part of a conventional ECR type sputtering apparatus.

【図3】 本発明をマグネトロンスパッタ装置に適用し
た実施例の要部の截断側面図
FIG. 3 is a cutaway side view of a main part of an embodiment in which the present invention is applied to a magnetron sputtering apparatus.

【図4】 図3の変形例の截断側面図FIG. 4 is a sectional side view of a modification of FIG. 3;

【図5】 図3の第2変形例の截断側面図FIG. 5 is a cutaway side view of a second modification of FIG. 3;

【図6】 図3の第3変形例の截断側面図FIG. 6 is a cutaway side view of a third modification of FIG. 3;

【図7】 図3の第4変形例の截断側面図FIG. 7 is a sectional side view of a fourth modification of FIG. 3;

【図8】 本発明の装置に適用される磁場の1例の説明
線図
FIG. 8 is an explanatory diagram of an example of a magnetic field applied to the apparatus of the present invention.

【図9】 本発明の装置に適用される磁場の他の1例の
説明線図
FIG. 9 is an explanatory diagram of another example of the magnetic field applied to the apparatus of the present invention.

【図10】 本発明をECR型スパッタ装置に適用した
実施例の要部の截断側面
FIG. 10 is a cutaway side view of a main part of an embodiment in which the present invention is applied to an ECR type sputtering apparatus .

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 14/00 - 14/58 C23F 4/00 H01L 21/203 H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 14/00-14/58 C23F 4/00 H01L 21/203 H01L 21/3065

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】真空室内に導入したArガスやO2ガス等
の処理用ガスをプラズマにより電離させ、これにより発
生するイオンで該真空室内に用意した基板に成膜又はエ
ッチングのイオン処理を施す装置に於いて、該真空室の
真空排気口に高真空排気系を接続し、該基板の前方で且
つ該真空室の外部に、該基板の板面と直交するコイル中
心軸を有し且つ高周波発振源に接続されると共にこれよ
り通電されたヘリカルコイルから成るヘリカルアンテナ
を設けたことを特徴とする高真空・高速イオン処理装
置。
1. A processing gas such as an Ar gas or an O 2 gas introduced into a vacuum chamber is ionized by plasma, and ions generated thereby are subjected to film forming or etching ion processing on a substrate prepared in the vacuum chamber. In the apparatus, a high-vacuum exhaust system is connected to a vacuum exhaust port of the vacuum chamber, and in front of the substrate ,
One outside the vacuum chamber, Rutotomoni which is connected to and the high-frequency oscillation source has a coil center axis perpendicular to the plate surface of the substrate
Helical Antenna Consisting of Helical Coil Energized
High vacuum and high-speed ion processing apparatus characterized by setting digit of.
【請求項2】 真空室内にターゲットと成膜用の基板と
を互いに対向して設け、該真空室にはスパッタガスの導
入口と該真空室内を真空に排気する排気系に接続された
排気口とを設け、該真空室内又は該真空室外に、該ター
ゲットの材料をスパッタするためのイオンを発生させる
プラズマ発生手段を設けた成膜装置に於いて、該ターゲ
ットと基板の間の空間の側方周囲を高周波発振源に接続
されると共にこれより通電されたヘリカルコイルから成
るヘリカルアンテナで囲み、該排気口に高真空排気系を
接続したことを特徴とする高真空・高速イオン処理装
置。
2. A target and a substrate for film formation are provided in a vacuum chamber so as to face each other. The vacuum chamber has an inlet for sputter gas and an exhaust port connected to an exhaust system for evacuating the vacuum chamber. In a film forming apparatus provided with plasma generating means for generating ions for sputtering the material of the target outside the vacuum chamber or outside the vacuum chamber, a side surface of a space between the target and the substrate is provided. Connect the surroundings to a high-frequency oscillation source
A high-vacuum / high-speed ion processing apparatus, wherein a high-vacuum exhaust system is connected to the exhaust port by being surrounded by a helical antenna composed of a helical coil energized by this .
【請求項3】 上記プラズマ発生手段は、上記基板と対
向する面にターゲットを設けたカソード電極と、導電体
または導電体から成る真空室の室壁または基板ホルダー
のアノード電極とで構成し、これらの電極はDCまたは
RF電源に接続したことを特徴とする請求項2に記載の
高真空・高速イオン処理装置。
3. The plasma generating means comprises a cathode electrode provided with a target on a surface facing the substrate, a conductor or a chamber wall of a vacuum chamber made of a conductor or an anode electrode of a substrate holder. 3. The high-vacuum / high-speed ion processing apparatus according to claim 2, wherein said electrode is connected to a DC or RF power supply.
【請求項4】 上記プラズマ発生手段は、上記基板と対
向する面にターゲットを取付け且つ該面にマグネトロン
の磁界を形成する磁石を備えたカソード電極と、導電体
または導電体から成る真空室の室壁または基板のホルダ
ーのアノード電極とで構成し、これらの電極をDC又は
RF電源に接続したことを特徴とする請求項2に記載の
高真空・高速イオン処理装置。
4. A plasma generating means comprising: a cathode electrode having a magnet attached to a surface facing the substrate and having a magnet forming a magnetron magnetic field on the surface; and a conductor or a vacuum chamber made of a conductor. The high-vacuum / high-speed ion processing apparatus according to claim 2, comprising an anode electrode on a wall or a substrate holder, and connecting these electrodes to a DC or RF power supply.
【請求項5】 真空室内にカソード電位のスパッタリン
グ或いはエッチング用の基板を設け、該真空室にはスパ
ッタリング或いはエッチングガスの導入口と該真空室内
を真空に排気する排気系に接続された排気口とを設け、
該真空室内又は該真空室外に、該スパッタリング或いは
エッチングガスをイオン化するためのプラズマ発生手段
を設けたスパッタリング或いはエッチング装置に於い
て、該基板の前方の空間の側方周囲を高周波発振源に接
されると共にこれより通電されたヘリカルコイルから
成るヘリカルアンテナで囲み、該排気口に高真空排気系
を接続したことを特徴とする高真空・高速イオン処理装
置。
5. A substrate for sputtering or etching at a cathode potential is provided in a vacuum chamber, and an inlet for a sputtering or etching gas and an exhaust port connected to an exhaust system for evacuating the vacuum chamber are provided in the vacuum chamber. Is established,
In a sputtering or etching apparatus provided with a plasma generating means for ionizing the sputtering or etching gas outside or inside the vacuum chamber, a side periphery of a space in front of the substrate is connected to a high frequency oscillation source. A high-vacuum / high-speed ion processing apparatus, wherein a high-vacuum exhaust system is connected to the exhaust port by being surrounded by a helical antenna composed of a helical coil energized by this .
【請求項6】 上記プラズマ発生手段は、上記基板を取
付けたカソード電極と、導電体または導電体から成る真
空室の室壁のアノード電極とで構成し、これらの電極を
DCまたはRF電源に接続したことを特徴とする請求項
5に記載の高真空・高速イオン処理装置。
6. The plasma generating means comprises a cathode electrode on which the substrate is mounted and an anode electrode on a chamber wall of a conductor or a vacuum chamber made of a conductor, and these electrodes are connected to a DC or RF power supply. The high-vacuum / high-speed ion processing apparatus according to claim 5, wherein:
【請求項7】 上記プラズマ発生手段は、上記基板を取
付け且つ該基板の前面にマグネトロンの磁界を形成する
磁石を備えたカソード電極と、導電体または導電体から
成る真空室の室壁のアノード電極とで構成し、これらの
電極をDCまたはRF電源に接続したことを特徴とする
請求項5に記載の高真空・高速イオン処理装置。
7. The plasma generating means includes: a cathode electrode having a magnet mounted on the substrate and forming a magnetron magnetic field on the front surface of the substrate; and an anode electrode on a chamber wall of a vacuum chamber made of a conductor or a conductor. The high vacuum / high speed ion processing apparatus according to claim 5, wherein the electrodes are connected to a DC or RF power supply.
【請求項8】 上記プラズマ発生手段は、真空室の内部
に電子サイクロトロン共鳴用磁場を形成するための磁石
と、該真空室内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入
管と、イオン引出電極とで構成したことを特徴とする請
求項2又は請求項5に記載の高真空・高速イオン処理装
置。
8. The plasma generating means includes a magnet for forming an electron cyclotron resonance magnetic field inside a vacuum chamber, a microwave introduction tube for introducing microwaves into the vacuum chamber, and an ion extraction electrode. The high-vacuum / high-speed ion processing apparatus according to claim 2 or 5, wherein:
【請求項9】 上記ヘリカルアンテナの外周にミラー磁
場または多極カスプ磁場を形成する磁石を設けたことを
特徴とする請求項2または請求項5に記載の高真空・高
速イオン処理装置。
9. The high vacuum / high speed ion processing apparatus according to claim 2, wherein a magnet for forming a mirror magnetic field or a multi-pole cusp magnetic field is provided on an outer periphery of the helical antenna.
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