JP3639850B2 - Electron beam excited plasma sputtering system - Google Patents

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【0001】
【産業上の利用分野】
開示技術は、電子ビームを介して生成されるイオンプラズマ中からイオンを所定のターゲットに照射してスパッタリング粒子を励起させ所定の基板に金属合金,酸化物,窒化物等の膜を成膜させる装置の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
周知の如く、産業社会の隆盛は高度に発達した科学、就中、電子工学等に強力にバックアップされており、したがって、かかる電子工学の理論、及び、技術の更なる発展が強く求められている。
【0003】
そして、かかる電子工学等による科学技術の発達は産業社会にもミクロン単位を越えてサブミクロン単位の微細成形技術を晒すようになり、所謂スパッタリング加工技術としてガラス板,金属板,プラスチックフィルム,金属フィルム等に対する合成金属製の成膜等が行われるようになり、近時大面積化が求められる建築用の窓等の分野に適合させるために大面積のガラス基板や各種フィルムに対する成膜コーティング技術が実用可能になってきており、さらには、電子工学デバイスとしての液晶表示素子のディスプレー用の透明電極や太陽電池等の電極、さらには熱線反射ガラス,電磁遮蔽ガラス,低放射性ガラス等の用途にも用いられ、錫をドーピングしたり、酸化インジウム,弗素、または、アンチモンをドーピングした酸化物や金,アルミニウム,シリコン等の金属、または、これらの酸化物,窒化物等が成膜として適用可能となってきている。
【0004】
而して、スパッタリング膜をコーティングすることが基本的にイオン生成室に形成したプラズマ中から所定にイオンを引き出してターゲットに照射させ、該ターゲットからスパッタリング粒子を導出させて基板にコーティングさせ、該基板に他のイオンをアシスト的にカバーリング的に照射すること等が望まれるものであるが、図9に示す様な旧来態様のスパッタリング手段にあってはプラズマ生成用ガス7を供給させつつ直流電源1により陰極2を高圧印加し、冷却水3によりターゲット4を冷却しつつ、該ターゲット4に平行状に設けた陽極5に支持された基板6との間にプラズマを形成させ、シャッタ8を開閉することにより、スパッタリング粒子を基板6にコーティングさせるようにした態様や、図10に示す様な高周波スパッタリング手段にあっては高周波電源1´により電気計装9を介し、さらに、陰極2を介しターゲット4に、例えば、13.56メガヘルツの高周波電圧を印加し、また、プラズマ生成用ガス7を供給し、ターゲット4と壁面間でプラズマを生成し該プラズマ中のイオンをターゲット4にシャッタ8の回転を介し照射し、スパッタリング粒子を陽極5に支持された基板6にコーティングするようにしている態様が採られてはいた。
【0005】
しかしながら、当該図9に示す様な直流電圧印加方式のスパッタリング態様や図10に示す様な高周波電圧印加方式のスパッタリング手段にあっては成膜の堆積速度が遅く、作業効率が悪いというデメリットがあった。
【0006】
さらに、かかる従来態様のスパッタリング手段にあっては制御可能パラメータが少いためにターゲット4に流入するイオンのフラックス,エネルギー,プラズマ生成条件のガス圧力を相互独立に制御することができず、さらに、基板6に対するアシスト的に照射されるイオンの数やエネルギーをこれまた独立的に制御することができないという欠点があった。
【0007】
また、ターゲット4や基板6の相互位置関係をプラズマ生成等とは別途に独立して制御することができないという不都合さもあった。
【0008】
これに対処するに、図11,図12,図13に示すように、成膜速度を向上するべく該ターゲット4の周囲に磁石10を配設してマグネトロン方式を採るような図11に示す様なリングマグネトロンスパッタリング方式や図12に示す様なプレーナーマグネトロンスパッタリング方式の態様や図13に示す様な同軸マグネトロンスパッタリング方式等も採用されてはいる。
【0009】
而して、かかる方式については、例えば、特開平3−183763号公報や特開平2−301562号公報発明や特開平5−171435号公報発明等が開発されている。
【0010】
さりながら、該種マグネトロン方式によるスパッタリング手段にあっては、図9,図10に示した旧来態様同ようにターゲット4に吸入するイオンのフラックス,エネルギー,プラズマ生成条件等を相互独立に制御することが難しく、ターゲットに磁石10を拘束的に配設しているために相互位置関係をプラズマ生成とは独立して安定することが依然としてでき難いという不都合さがある。
【0011】
また、かかるマグネトロン方式のスパッタリング手段にあってはターゲット4の表面に於ける磁界分布が不均一になるために、局部的にスパッタリングされることが多く、結果的に利用効率が低くなるという欠点があった。
【0012】
また、当該態ようにあってはターゲット4の表面に於ける磁界分布が不均一なために、磁性体のスパッタリングコーティング形成のスパッタリングが困難であるという難点もあった。
【0013】
而して、さらに図14に示す様な矩形導波管11に、例えば、2.45ギガヘルツ等のマイクロ波12を石英窓13を通して導入し、プラズマ室14にて所定のプラズマを形成し、プラズマ室14からの窓を通してプラズマ15を導出し、その間、ターゲット4´をスパッタリング電源1´´に接続させて導出するプラズマ15により基板6に所定の成膜をコーティングするようにしているECRスパッタリング手段も開発されて、例えば、特開昭59−47728号公報発明等に開示されてはいる。
【0014】
しかしながら、該種ECRのスパッタリング方式では上述マグネトロン方式によるスパッタリング態様同ように基板位置に磁場があるために磁性体の成膜ができ難いという不都合さもあり、また、プラズマを引き出すためにプラズマ15の軸方向に空間電位の分布を引き起こし、プラズマ15中のイオンが当該電位差により軸方向,径方向に加速されてウエハ等の基板6に衝突する当該イオンのエネルギーが十数〜数十eVにもなり、成膜コーティングには該エネルギーが大きすぎるという不都合さがある。
【0015】
[発明の背景]
ところで、周知の如く、産業社会の隆盛は高度に発達した科学、就中、電子工学等に強力にバックアップされており、したがって、かかる電子工学の理論、及び、技術の更なる発展が強く求められている。
【0016】
而して、該電子工学においては各分野に於けるデータ等の情報のより高度な精細で正確な処理が、しかも、超高速でなされることがよりさらに強く求められ、したがって、かかるデータのより精細で、且つ、正確な超高速演算処理を行うデバイスのハイテク化,ダウンサイジング化がますます求められ、そのため、IC,LSI等の高度集積回路をなすシリコンウエハ等に対するより精密なドライエッチング技術が求められ、これに対処するに、例えば、特開昭63−138634号公報発明に示されている如く、イオン照射技術が開発されて、所謂DC放電プラズマ,RF放電プラズマ,ECR(電子サイクロトロン共鳴)放電プラズマ、さらには電子ビーム等によりプラズマを発生させ、該プラズマのイオンをシリコンウエハ等の試料の表面に生じる電界を介して照射する(EBEP)システムが開発されて実用化されるようになってきている。
【0017】
しかしながら、シリコンウエハ等の大口径の試料に対するイオンによる大きなダメージを残さずに、良好なイオンによるドライエッチングを有効に行うには低エネルギー領域において大きな断面積に亘り、均一な大電流密度のイオンを当該ターゲットに照射することが必要で、しかも、基本的に相反する条件のもとで行われなければならないことが分ってきた。
【0018】
しかしながら、旧式のイオン照射装置にあっては低エネルギーイオンにおいて、イオンの電流密度を大きくすると、大面積全体に亘り均一にイオンを当該試料に照射することに対処できないという問題があった。
【0019】
これに対処するに、例えば、特願平3−274960号公報発明に開示してある如く、大きなイオン電流密度が得られる高密度のプラズマを生成可能な所謂電子ビーム励起プラズマ技術(EBEP)が開発され、ビーム励起イオン照射装置が、例えば、特開昭57−203781号,特開昭63−190229号発明にみられるように実用化される設計が可能になってきており、ECR(電子サイクロトロン共鳴)放電プラズマ方式とは別の利点を有して産業的に実用化に至る開発がなされてきている。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
この出願の発明の目的は上述従来技術に基づくマグネトロン方式等によるスパッタリングによる基板上への成膜の問題点を解決すべき技術的課題とし、上述発明の背景に叙述したEBEP技術のイオンプラズマ生成領域に於ける軸方向、及び、径方向にプラズマ電位の差がなくプラズマの形状は逆磁場コイル電流を変化させることが可能である等の優れた利点を有する電子ビーム励起イオンプラズマ生成技術の電子ビームガンの利点を生かし、設計通りの成膜のコーティングが形成できるようにして電子産業における成膜技術利用分野に益する優れた電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置を提供せんとするものである。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上述した目的は、下記(1)〜(7)に記載の本発明によって達成される。
【0022】
(1) 電子ビーム励起プラズマを生成するための電子ビームガンと、
少なくとも1つのターゲットと基板とが相対向した状態で設けられるようになっている反応室と、
上記ターゲットと上記基板との相対位置を変化させることができるように構成され、上記ターゲットを保持するためのターゲットホルダと、
上記基板を保持するための基板ホルダと、
対向したままの状態で上記基板および上記ターゲットの相対位置が変化するように、当該基板の位置を変化させるための相対位置変化装置と、
上記電子ビームガンによって生成されたターゲット位置におけるプラズマの形状を変化させるための逆磁場コイルと、を有しており、
上記基板の位置および上記ターゲットの位置は、プラズマ生成条件とは独立して任意に設定できるようになっていることを特徴とする電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。
【0023】
(2) 上記ターゲットが複数であって、該複数のターゲットを個別に保持するためのターゲットホルダを有し、
上記ターゲットホルダは、上記基板と上記複数のターゲットのそれぞれとの相対位置を、別個に独立して変化させることができるように構成されていることを特徴とする上記(1)記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。
【0024】
(3) 前記基板ホルダは回転可能に構成されていることを特徴とする上記(1)又は(2)記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。
【0025】
(4) 上記ターゲットが導電性の場合にはDC電源によりプラズマに対し負の電圧を印加し、上記ターゲットが絶縁物の場合にはRF電源により自己バイアス電圧を当該ターゲット表面に生じさせて、生成した上記プラズマからイオンを引き込み、スパッタ粒子を生じさせ、スパッタ粒子の一部をプラズマ中でイオン化させることによって、基板上に堆積させて、それによって当該基板に対して成膜を生成させることを特徴とする上記(1)乃至(3)の何れかに記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。
【0026】
(5) 上記ターゲットは円筒状に形成されているとともに、内壁側がテーパ状に形成されていることを特徴とする上記(1)乃至(4)の何れかに記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。
【0027】
(6) 上記ターゲットは円筒状に形成されており、
当該円筒状ターゲットは、プラズマ通過部分を除いて、被覆部材によって被覆されていることを特徴とする上記(1)乃至(4)の何れかに記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。
【0028】
(7) 上記複数のターゲットは、それぞれ円筒状に形成され、異なる内径を有しており、上記基板により近接した位置にあるターゲットほどより大きな内径を有することを特徴とする上記(2)記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。
【0029】
すなわち、上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成は、前述課題を解決するために、プラズマ中からイオンをターゲットに照射し、該ターゲットからスパッタリング粒子を該ターゲットに併設した基板に照射し、合せて他のアシスタント的イオンをも該基板にアタックして該基板に所定のスパッタリング粒子をコーティングするに際し、該プラズマ生成領域に前設した電子ビームガンから加速されて放射される電子ビームを反応室内に導出してプラズマを形成し、該プラズマの形状については当該反応室外に設けた逆磁場コイルの電流を変化させることにより、所定形状に変化させ、ターゲットと基板は相対向してこれらの位置関係はプラズマ生成条件とは独立して設定可能にされ、また、各自に導入されるイオンのフラックスとエネルギーについては相互独立に制御することが可能であるようにされ、而して、ターゲットが導電性の場合はDC電源によりプラズマに対しマイナスの電圧を印加し、絶縁性の場合にはRF電源によりバイアス電圧をターゲット表面に生じさせ、プラズマからイオンを導入し、スパッタリング粒子を発生させ、発生されたスパッタリング粒子はプラズマ中で一部はイオン化され、基板上に堆積し、イオンのエネルギーは基板に印加されたバイアス用のDC、または、RF電源から印加された電圧による設定表面電位とプラズマの電位との差で設定可能にされ、また、ターゲットが軸方向設定複数段に多元スパッタリングとされたり、軸方向複数分割の多元スパッタリングとされ、多元系の材料を成膜する場合、当該多元のターゲットを使っても設計通りの成膜ができない場合があるが、その場合には当該ターゲットを上述の如く複数個設置し、各々のターゲットに印加する電圧を変えることにより導入されるイオンのエネルギーを変え、スパッタリングの量を変化させ、設計通りの組成の成膜が生成できるようされ、また、プラズマとターゲットの距離を所定に変化させることにより、イオンのフラックスの量を変えることも可能であるようにされ、基板とターゲットを対向させた場合に該基板に対しプラズマを均一に生成することが難しい場合があるが、その場合には電子ビームガンの加速電極の反応室寄りに設置した円筒状のターゲットを設置し、該円筒状のターゲットの内側に電子ビームを通過させ、高濃度のプラズマを生成するようにホールを形成し、ターゲットに印加された電圧により散出するスパッタリング粒子はプラズマにより直ちにイオン化され、電子ビームガンの加速電極に対向して設置された基板側に均一性良く、膜がコーティングされ、設計通りの多元系の膜のコーティングが形成されるようにした技術的手段を講じたものである。
【0030】
【実施例】
次に、この出願の発明の実施例を図1〜図8に基づいて説明すれば以下の通りである。
【0031】
なお、図9以下と同一態様部分は同一符号を用いて説明するものとする。
【0032】
また、全実施態様を通して同一態様部分は同一符号を付すものとする。
【0033】
図1に示す実施例において符号16は反応室を示す。反応室16のチャンバ17は円筒形状を成している。その前端部にはプラズマ形成用のアルゴンガス、または、他の反応性のガス19を供給するポート18が穿設されている。ポート18が対向する反対側にはガス19を排出する排気ポート18´が開口されて図示しない排気ポンプに接続されている。
【0034】
また、中央部寄りの一側には逆場コイル20が環設されており、プラズマ38の形状をその流過する電流変化により変化させることができるようにされている。
【0035】
なお、プラズマ38中には黒丸印の電子39とクロスハッチングの丸状のイオンが模式的に併設状に示されている。
【0036】
図1に示す実施例においては軸方向に平行姿勢でその基端部寄りにターゲット21がアウターパイプ22、及び、インナーパイプ22´に冷却水3の流過経路を有したホルダ(ターゲットホルダ)に固設されて適宜に径方向据え付け位置を変化することができるようにされている。そして、ホルダのアウターパイプ22はスパッタ電源としての高周波電源23が接続されて自己バイアス電圧をターゲット21の表面に印加させてプラズマ38からのイオン40を引き込み、スパッタリング粒子を生じさせるようにされている。
【0037】
基板6は、ターゲット21に対向して軸方向平行状態で陽極5によって所定に保持されている。陽極(基板ホルダ)5によって保持された基板6は、ターゲット21に相対向したままの状態で、相対位置変化装置24により相互位置姿勢を変化し得るようにされている。そして、陽極5にはバイアス用のRF電源25が接続されており、その表面に印加される電位とプラズマ電位の設定差がイオンのエネルギーに付与自在であるようにされている。
【0038】
反応室16の前段には該反応室に連通状に前述電子ビーム励起イオンプラズマ発生装置(EBEP)に用いられていると実質的に同一な電子ビームガン26が連通状に設けられている。チャンバ17の前半を成す放電領域27の基部には加熱陰極28が設けられている。さらに、加熱陰極28に側位してプラズマ放電用のアルゴンガス30を供給するポート29が開口してある。そして、加熱陰極28の下流側には同心的に補助電極31、放電電極32が設けられ、電源33に接続されている。さらに、反応室16寄りには加速電極34が設けられて加速電源35に接続されている。
【0039】
なお、放電電極32と加速電極34の間には排気ポート29´が設けられており、排気30´が行えるように所定のポンプ装置に接続されている。
【0040】
なお、図1において符号36は電子ビームガン26の加速領域である。
【0041】
また、放電電極32と加速電極34の外側にあっては同心的にこれらの電極から放出される電子ビーム39の収束状態をコントロールする電磁コイル37,37´が同心状に環設されている。
【0042】
上述構成において、基板6に所定の合金製の成膜コーティングするにあたっては、ポート29,18に所定のアルゴンガス30,19を供給し、所定圧を維持して排気ポート29´,18´から排気する。そして、電子ビームガン26の加熱陰極28を所定温度に加熱すると、放電領域27において供給されたアルゴンガス30が放電されてプラズマ形成され、その補助電極31、放電電極32から該プラズマ中の電子39が引き出される。そして、加速電極34により加速されて電子ビームとして反応室16内に打ち込まれ供給されるアルゴンガス19に衝突してプラズマ38を形成し、イオン40が励起される。
【0043】
形成されたプラズマ38は逆磁場コイル20によりその電流値を変化させることにより、所望形状に変化させることができるようになっている。また、ターゲット21と基板6は、独立的に、アウターパイプ22および相対位置変化装置24により相互位置変化ができるようになっている。したがって、プラズマ38の形状変化とターゲット21、基板6の相対位置姿勢が相互独立に設定可能であることから、各ターゲット21、基板6に飛び込むイオンのフラックスについては各々独立的に制御することが可能であり、さらにイオンのエネルギーはRF電源23によりバイアス電圧を該ターゲット21の表面に変化させて生じさせ、プラズマ電位との差により制御し、プラズマ38からはイオン40を引き込みスパッタリング粒子を生じせしめ、一部はさらにイオン化し、基板6上に成膜としてコーティング堆積される。
【0044】
なお、基板6を設置する基板ホルダ5は回転することにより成膜の均一性を向上することができる。
【0045】
さらに、基板に照射するアシスト用イオンのエネルギーは基板6に印加されるバイアス用のRF電源25によって設定される表面電位とプラズマ38の電位差で所定に設定可能である。
【0046】
このように電子ビームガン26によって形成されるビーム状の電子39により反応室16により形成されるプラズマ38の軸方向、及び、径方向の電位差はなく、ターゲットや基板に照射するイオンの電流密度とそのエネルギーが相互独立に制御されることと相俟って該反応室16に於ける基板6への所定金属合成成膜の基板は組織通りにされ得るものである。
【0047】
また、電子ビーム収束用コイル37,37´、及び、逆磁場コイル20の電流値を適当に設定することにより、反応室内の基板やターゲット周辺を含む広範囲の空間を無磁場の状態にすることが可能であるため、磁界分布の不均一に起因する局所的なスパッタリングが回避できる。
【0048】
次に、図2に示す実施例について説明する。
図2に示す実施例では、ターゲット21´複数個併設してある。そしてこの実施例では、インナーパイプ22´を有し各々冷却水を導通自在にすると共にスパッタリング電源23に各々接続させて相互複数種類のターゲット21´,21´,21´に印加する印加電圧を変えて所望の成膜のコーティングができるようにしてある。各々のターゲット21´に印加する電圧を変えることにより引き込むイオンのエネルギーを変化させ、また、プラズマ38と各ターゲット21´の相互距離をも変えることにより、イオン40のフラックスを変化させることが可能であって所望通りの合金組成の成膜が成形できるようになっている。
【0049】
次に、図3に示す実施例について説明する。
図3に示す実施例では、ターゲット21´´を電子ビームガン26のチャンバ17よりの加速電極34側に近接して配設してある。また、反応室16のチャンバ17の内側寄りには、マルチポール磁石26´を環設してある。円筒状ターゲット21´´においては図4に示すように、中心部に電子ビーム39´の導出ホール21´´´を所定に穿設してある。
【0050】
本実施例においては、ターゲット21´´にRF電源23´´を接続させて高周波電圧を該ターゲット21´´に印加させることにより、スパッタリング粒子群が散出される。そして、散出されたスパッタリング粒子群はプラズマ38により一部がイオン化され逆磁場コイル20とマルチポール磁石26´にコントロールされるようになっている。そして、加速電極34と対向して設置されたウエハの基板6´に均一性を良好にされて成膜されることとなる。
【0051】
当該実施例において電子ビームガン26の熱陰極28にあってフイラメント28´が加熱電源33´に接続され、また、基板(ウエハ)6´のホルダ27にバイアス用のRF電源25´が接続されているが、特段の意味はないものである。
【0052】
また、マルチポール磁石26´チャンバ17の外側に設置することも可能である。また、逆磁場コイル20は電子ビーム収束用コイル37´の外側に二重コイルにして設置することも可能である。
【0053】
また、図5に示すように、円筒状のターゲット21´´,21´´を軸方向所定数(複数段)設けて多元スパッタリングにする態様も設計変更例としては採用可能である。また、各ターゲット21´´の導出ホール(電子ビーム通過ホール)21´´´については逆磁場コイル20、マルチポール磁石26´による当該電子ビームの拡散通過に伴い図6に示すように、テーパー形状にする等も可能である。
【0054】
なお、この出願の発明の実施態様は上述各実施例に限るものでないことは勿論である。たとえば、多元スパッタリングに関しては、図7に示すように、周方向にターゲット211´,211´´,211´´´を隔膜41,41,41を介し周方向に所定数複数分割したターゲット211を用いてバイアス電源25´´…に接続させる等できることも可能である。
【0055】
また、図8に示すように、図5に示した多元スパッタリングの態様で相互にスパッタリングの影響が出るような虞がある場合には、各ターゲット21´´に電子ビーム通過ホール21´´´を除くディスク状の部分にカバーリング42を皮覆させてアースに落し、これに対処する等できるようにする等種々の態様が採用可能である。
【0056】
このように各ターゲット21´´にカバーリング42が被覆されていることにより、プラズマ側のみが開いてスパッタリングの相互影響が避けられる。
【0057】
また、バイアス用電源としてはRFのみならず、DCでも良いことは勿論のことである。
【0058】
さらに、上述実施例において反応室に導入するガスを反応性ガスにすることにより、酸化物や窒化物の成膜が可能になる。
【0059】
例えば、ターゲットをAl、反応性ガスがO2であればAl23の成膜ができ、反応性ガスがN2であればAlNの成膜ができる。
【0060】
また、ターゲットがSiで反応性ガスがO2であればSix1-x(x=0〜1)の成膜が可能になる。
【0061】
【発明の効果】
以上、この出願の発明によれば、基本的にターゲットに基板を併設させた反応室に電子ビームを照射してプラズマ中に形成されたイオンをして引き込み基板に成膜を形成させるようにするスパッタ成膜方法において、該プラズマ中にイオンを生成させるに、これまでに各種の研究に基づいて産業用に利用し得る程度に発達した電子ビーム励起イオン発生装置に用いる電子ビームガンから加速されて放出される電子ビームを用いることにより、イオンプラズマ形成領域の反応室中において、軸方向,径方向に電位差が生ぜず、したがって、形成されるプラズマは逆磁場コイル電流やマルチポール磁石により変化を受けるだけでターゲットに流入するイオンのフラックス,エネルギー,プラズマ生成条件(ガス圧力等)を相互独立に制御することができることにより、基板への成膜のコーティングが設計通りに行えるという優れた効果が奏される。
【0062】
また、ターゲットや基板とプラズマとの位置関係をプラズマ生成条件等は別に独立して設定することができることによっても当該基板に対する合成金属の成膜等を所望組織でコーティングすることができる効果が奏される。
【0063】
また、ターゲット上の表面磁界分布が均一になるために全面的にスパッタリングが行われ、稼動効率が向上する。
【0064】
また、基板周辺の磁場を無磁場にすることが容易なため磁性体のスパッタ成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この出願の発明の1実施例の模式縦断面図である。
【図2】 同、他の実施例の模式縦断面図である。
【図3】 同、別の実施例の模式断面図である。
【図4】 同、図3のターゲットの模式斜視図である。
【図5】 多元スパッタリングのターゲットの模式側面図である。
【図6】 同、多元スパッタリングのターゲットの1ユニットの模式縦断面図である。
【図7】 多元スパッタリングのターゲットの模式斜視図である。
【図8】 多元スパッタリングの別のターゲットの模式縦断面図である。
【図9】 2極直流スパッタリング方式の模式縦断面図である。
【図10】 同、従来技術に基づく高周波スパッタリング方式の模式縦断面図である。
【図11】 マグネトロン方式のスパッタリング手段の模式縦断面図である。
【図12】 マグネトロン方式のスパッタリング手段の模式縦断面図である。
【図13】 マグネトロン方式のスパッタリング手段の模式縦断面図である。
【図14】 ECR方式のスパッタリング手段の概略模式縦断面図である。
【符号の説明】
5 陽極(基板ホルダ)
6 基板
6´ 基板
16 反応室
17 チャンバ
18 ポート
18´ 排気ポート
19 反応ガス
20 逆磁場コイル
21 ターゲット
21´ ターゲット
21´´ ターゲット(円筒状ターゲット)
21´´´ 導出ホール(電子ビーム通過ホール)
22 アウターパイプ
22´ インナーパイプ
23 バイアス用電源
23´´ RF電源
24 相対位置変化装置
25 バイアス用電源
26 電子ビームガン
26´ マルチポール磁石
27 放電領域
28 加熱陰極
31 補助電極
32 放電電極
33 電源
29 ポート
29´ 排気ポート
30 アルゴンガス
30´ 排気
32 放電電極
34 加速電極
35 加速電源
36 電子ビームガンの加速領域
37,37´ 電磁コイル
38 プラズマ
39 電子ビーム
40 イオン
41 隔膜
42 カバーリング
211 ターゲット
211´ ターゲット
211´´ ターゲット
211´´´ ターゲット
[0001]
[Industrial application fields]
  In the disclosed technology, a predetermined target is irradiated with ions from ion plasma generated via an electron beam to excite sputtering particles, and a film of a metal alloy, oxide, nitride, or the like is formed on a predetermined substrate.EquipmentIt belongs to the technical field.
[0002]
[Prior art]
  As is well known, the prosperity of the industrial society is strongly backed up by highly developed science, especially electronics, and therefore further development of the theory and technology of such electronics is strongly demanded. .
[0003]
  And the development of science and technology by such electronic engineering has exposed the fine forming technology of submicron unit beyond the micron unit to the industrial society. As a so-called sputtering processing technology, glass plate, metal plate, plastic film, metal film. In order to adapt to the field of architectural windows, etc., which are recently required to increase the area, film coating technology for large areas of glass substrates and various films has been developed. It has become practical, and it can be used for applications such as transparent electrodes for display of liquid crystal display elements as electronic devices, electrodes for solar cells, heat ray reflective glass, electromagnetic shielding glass, low radiation glass, etc. Oxide, gold, doped with tin, indium oxide, fluorine or antimony, Aluminum, metal such as silicon, or oxides thereof, nitrides have become applicable as film forming.
[0004]
  Thus, the coating of the sputtering film is basically performed by extracting a predetermined ion from the plasma formed in the ion generation chamber and irradiating the target, and then deriving the sputtering particles from the target to coat the substrate. In the conventional sputtering means as shown in FIG. 9, the plasma generating gas 7 is supplied while the DC power source is supplied. 1 applies high voltage to the cathode 2 and cools the target 4 with cooling water 3, forms plasma with the substrate 6 supported by the anode 5 provided parallel to the target 4, and opens and closes the shutter 8. As a result, a mode in which the sputtered particles are coated on the substrate 6 or a high-frequency sputter as shown in FIG. For example, a high frequency voltage of, for example, 13.56 MHz is applied to the target 4 via the electric instrument 9 by the high frequency power source 1 ′ and further via the cathode 2, and the plasma generating gas 7 is supplied. In this embodiment, plasma is generated between the target 4 and the wall surface, ions in the plasma are irradiated to the target 4 through the rotation of the shutter 8, and the sputtering particles are coated on the substrate 6 supported by the anode 5. It was taken.
[0005]
  However, the DC voltage application type sputtering mode as shown in FIG. 9 and the high frequency voltage application type sputtering method as shown in FIG. 10 have the disadvantage that the deposition rate of the film formation is slow and the working efficiency is poor. It was.
[0006]
  Further, since the sputtering means of this conventional mode has few controllable parameters, the flux of ions flowing into the target 4, the energy, and the gas pressure of the plasma generation conditions cannot be controlled independently of each other. There is a drawback that the number and energy of ions radiated in an assisting manner to 6 cannot be controlled independently.
[0007]
  In addition, the mutual positional relationship between the target 4 and the substrate 6 cannot be controlled independently of plasma generation or the like.
[0008]
  In order to cope with this, as shown in FIGS. 11, 12, and 13, a magnet 10 is disposed around the target 4 in order to improve the deposition rate, and the magnetron method is adopted as shown in FIG. A ring magnetron sputtering method, a planar magnetron sputtering method as shown in FIG. 12, a coaxial magnetron sputtering method as shown in FIG. 13, and the like are also employed.
[0009]
  Thus, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 3-183763, 2-301562, and 5-171435 have been developed for such systems.
[0010]
  Needless to say, in the sputtering method using the seed magnetron method, the flux, energy, plasma generation conditions, and the like of ions sucked into the target 4 are controlled independently of each other as in the conventional mode shown in FIGS. However, since the magnet 10 is constrainedly disposed on the target, it is still difficult to stabilize the mutual positional relationship independently of plasma generation.
[0011]
  Further, in such a magnetron type sputtering means, since the magnetic field distribution on the surface of the target 4 becomes non-uniform, it is often sputtered locally, and as a result, the utilization efficiency is lowered. there were.
[0012]
  Further, in this state, since the magnetic field distribution on the surface of the target 4 is not uniform, there is a difficulty that sputtering for forming a magnetic material with a sputtering coating is difficult.
[0013]
  Thus, for example, a microwave 12 such as 2.45 GHz is introduced into a rectangular waveguide 11 as shown in FIG. 14 through a quartz window 13 to form a predetermined plasma in the plasma chamber 14. There is also an ECR sputtering means for deriving the plasma 15 through the window from the chamber 14 and coating the substrate 6 with a predetermined film by the plasma 15 derived by connecting the target 4 ′ to the sputtering power source 1 ″ during that time. It has been developed and disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-47728.
[0014]
  However, this kind of ECR sputtering method has the disadvantage that it is difficult to form a magnetic material because there is a magnetic field at the substrate position as in the above-described magnetron method, and the axis of the plasma 15 is used to extract plasma. The distribution of space potential in the direction causes ions in the plasma 15 to be accelerated in the axial and radial directions by the potential difference, and the energy of the ions colliding with the substrate 6 such as a wafer becomes ten to several tens eV, The film-forming coating has the disadvantage that the energy is too large.
[0015]
  [Background of the invention]
  By the way, as is well known, the prosperity of the industrial society is strongly backed up by highly developed science, especially electronics, and therefore further development of the theory and technology of such electronics is strongly demanded. ing.
[0016]
  Therefore, in the electronic engineering, it is more strongly demanded that more precise and accurate processing of information such as data in each field is performed at an ultra-high speed. There is an increasing demand for high-tech and down-sizing devices that perform precise and accurate ultra-high-speed arithmetic processing. For this reason, more precise dry etching technology for silicon wafers and other highly integrated circuits such as ICs and LSIs is required. In order to cope with this, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-138634, ion irradiation technology has been developed, so-called DC discharge plasma, RF discharge plasma, ECR (electron cyclotron resonance). A plasma is generated by a discharge plasma or an electron beam, and ions of the plasma are applied to a sample such as a silicon wafer. Irradiating through the electric field generated on the surface (EBEP) system has come to be put to practical use have been developed.
[0017]
  However, in order to effectively perform dry etching with good ions without leaving large damage to the large-diameter sample such as a silicon wafer, ions having a uniform large current density over a large cross-sectional area in a low energy region. It has been found that it is necessary to irradiate the target and that it must be carried out under basically conflicting conditions.
[0018]
  However, the old ion irradiation apparatus has a problem that, when the current density of ions is increased in low energy ions, it is impossible to cope with irradiation of the sample uniformly over the entire large area.
[0019]
  In order to cope with this, for example, as disclosed in Japanese Patent Application No. 3-274960, a so-called electron beam excited plasma technology (EBEP) capable of generating a high-density plasma capable of obtaining a large ion current density has been developed. The beam-excited ion irradiation apparatus has been designed to be put to practical use as seen in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-203781 and 63-190229, and is equipped with ECR (Electron Cyclotron Resonance) ) Development has been made industrially with advantages different from the discharge plasma method.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
  The object of the invention of this application is to solve the problem of film formation on a substrate by sputtering based on the magnetron method or the like based on the above-mentioned prior art, and the ion plasma generation region of the EBEP technology described in the background of the above-mentioned invention Electron Beam Gun of Electron Beam Excited Ion Plasma Generating Technology with Excellent Advantages such as No Difference in Plasma Potential in Axial Direction and Radial Direction and Plasma Shape Can Change Reverse Magnetic Field Coil Current Excellent electron beam excited plasma sputtering that benefits the field of application of film formation technology in the electronics industry by taking advantage ofapparatusIs intended to provide.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
  The object described above is achieved by the present invention described in the following (1) to (7).
[0022]
  (1) an electron beam gun for generating electron beam excited plasma;
  A reaction chamber in which at least one target and the substrate are arranged to face each other;
  A target holder configured to change the relative position of the target and the substrate, and holding the target;
  A substrate holder for holding the substrate;
  A relative position changing device for changing the position of the substrate so that the relative position of the substrate and the target changes while facing each other;
  A reversed magnetic field coil for changing the shape of the plasma at the target position generated by the electron beam gun,
  The position of the substrate and the position of the target can be arbitrarily set independently of plasma generation conditions.
[0023]
  (2) The target is a plurality, and has a target holder for holding the plurality of targets individually,
  The electron beam excitation according to (1), wherein the target holder is configured to be able to independently and independently change a relative position between the substrate and each of the plurality of targets. Plasma sputtering equipment.
[0024]
  (3) The electron beam excited plasma sputtering apparatus according to (1) or (2), wherein the substrate holder is configured to be rotatable.
[0025]
  (4) When the target is conductive, a negative voltage is applied to the plasma by a DC power source. When the target is an insulator, a self-bias voltage is generated on the target surface by an RF power source. In this method, ions are drawn from the plasma to generate sputtered particles, and a part of the sputtered particles is ionized in the plasma to be deposited on the substrate, thereby generating a film on the substrate. The electron beam excited plasma sputtering apparatus according to any one of (1) to (3) above.
[0026]
  (5) The electron beam excited plasma sputtering apparatus according to any one of (1) to (4), wherein the target is formed in a cylindrical shape and the inner wall side is formed in a tapered shape.
[0027]
  (6) The target is formed in a cylindrical shape,
  The electron beam-excited plasma sputtering apparatus according to any one of (1) to (4), wherein the cylindrical target is covered with a covering member except for a plasma passing portion.
[0028]
  (7) The plurality of targets are each formed in a cylindrical shape, have different inner diameters, and a target closer to the substrate has a larger inner diameter. Electron beam excited plasma sputtering equipment.
[0029]
  That is,In order to solve the above-mentioned problems, the structure of the invention of the present application, which is summarized in the scope of the above-mentioned claims along the above-mentioned purpose, irradiates the target with ions from the plasma, and sputters particles from the target to the target. Electrons emitted from an electron beam gun provided in advance in the plasma generation region when the substrate is irradiated with other assistant ions and the substrate is coated with predetermined sputtering particles. The beam is led into the reaction chamber to form plasma, and the shape of the plasma is changed to a predetermined shape by changing the current of the reverse magnetic field coil provided outside the reaction chamber, and the target and the substrate are opposed to each other. These positional relationships can be set independently of the plasma generation conditions, and the flow rate of ions introduced into each of them can be set. In the case where the target is conductive, a negative voltage is applied to the plasma by the DC power source, and in the case where the target is insulative, the RF and energy can be controlled independently of each other. A bias voltage is generated on the target surface by a power source, ions are introduced from the plasma, and sputtered particles are generated. The generated sputtered particles are partially ionized in the plasma and deposited on the substrate, and the energy of the ions is the substrate. Can be set by the difference between the set surface potential and the plasma potential by the voltage applied from the bias DC or RF power source, and the target is multi-source sputtering in a plurality of stages set in the axial direction. In the case of multi-component sputtering with multiple axial divisions, when a multi-component material is deposited, the multi-target However, in this case, a plurality of targets are installed as described above, and the energy of ions to be introduced is changed by changing the voltage applied to each target. The amount of sputtering can be changed to produce a film having a composition as designed, and the amount of ion flux can be changed by changing the distance between the plasma and the target to a predetermined value. However, when the substrate and the target face each other, it may be difficult to generate plasma uniformly on the substrate. In this case, a cylindrical target installed near the reaction chamber of the acceleration electrode of the electron beam gun is used. A hole is formed so that a high-concentration plasma is generated by passing an electron beam inside the cylindrical target. Sputtered particles that are scattered by the voltage applied to the substrate are immediately ionized by the plasma, and the film is coated with good uniformity on the substrate side facing the acceleration electrode of the electron beam gun. Technical measures were taken so that the coating was formed.
[0030]
【Example】
  Next, an embodiment of the invention of this application will be described with reference to FIGS.
[0031]
  In addition, the same aspect part as FIG. 9 and the following shall be demonstrated using the same code | symbol.
[0032]
  Moreover, the same code | symbol shall attach | subject the same code | symbol throughout all the embodiments.
[0033]
  In the embodiment shown in FIG.Sign16 is a reaction chamberIndicates. Reaction chamber 16The chamber 17 has a cylindrical shape.Yes.A port 18 for supplying argon gas for plasma formation or other reactive gas 19 is formed in the front end portion.ing. Port 18 facesOn the opposite side, an exhaust port 18 'for discharging the gas 19 is opened.,It is connected to an exhaust pump (not shown).
[0034]
  Also, on the side near the centerMagnetismA field coil 20 is provided in an annular manner so that the shape of the plasma 38 can be changed by a current change flowing therethrough.
[0035]
  In the plasma 38,,A black circle-shaped electron 39 and a cross-hatched round ion are schematically shown side by side.
[0036]
  As shown in FIG.In the example,A holder in which the target 21 has an outer pipe 22 and an inner pipe 22 ′ having a flow path for the cooling water 3 near the base end in a posture parallel to the axial direction.(Target holder)So that the radial installation position can be changed appropriately.Yes.The outer pipe 22 of the holder is connected to a high-frequency power source 23 as a sputtering power source, and a self-bias voltage is applied to the surface of the target 21 to attract ions 40 from the plasma 38 and generate sputtered particles. .
[0037]
  The substrate 6 is held by the anode 5 in a predetermined state facing the target 21 in an axially parallel state. The substrate 6 held by the anode (substrate holder) 5 isOpposite to target 21As it isThe relative position and posture can be changed by the relative position change device 24.Has been. AndAn RF power source 25 for bias is connected to the anode 5.AndA set difference between the potential applied to the surface and the plasma potential can be freely applied to the ion energy.
[0038]
  In front of the reaction chamber 16,When used in the electron beam excited ion plasma generator (EBEP) in communication with the reaction chamber, substantially the same electron beam gun 26 is provided in communication.Yes.At the base of the discharge region 27 forming the first half of the chamber 17,A heating cathode 28 is provided.ing. further,Beside the heating cathode 28,Port 29 for supplying argon gas 30 for plasma discharge is openIt is. AndOn the downstream side of the heating cathode 28,Concentrically,An auxiliary electrode 31 and a discharge electrode 32 are provided.TheConnected to power supply 33ing. further,Close to the reaction chamber 16,Acceleration electrode 34 is provided,An acceleration power source 35 is connected.
[0039]
  In addition, between the discharge electrode 32 and the acceleration electrode 34,,Exhaust port 29 'is providedAndIt is connected to a predetermined pump device so that exhaust 30 'can be performed.
[0040]
  In addition,1 in FIG.Reference numeral 36 denotes an acceleration region of the electron beam gun 26.
[0041]
  Further, outside the discharge electrode 32 and the acceleration electrode 34,,Electromagnetic coils 37 and 37 'for controlling the convergence state of the electron beam 39 emitted concentrically from these electrodes are provided.,It is concentrically arranged.
[0042]
  In the above configuration, the substrate 6 is coated with a predetermined alloy film.HitThe predetermined argon gas 30, 19 is supplied to the ports 29, 18, and the predetermined pressure is maintained to exhaust from the exhaust ports 29 ', 18'.To do. AndWhen the heating cathode 28 of the electron beam gun 26 is heated to a predetermined temperature, the argon gas 30 supplied in the discharge region 27 is discharged and plasma is discharged.ButThe electrons 39 in the plasma are extracted from the auxiliary electrode 31 and the discharge electrode 32.The AndAccelerated by the acceleration electrode 34 and driven into the reaction chamber 16 as an electron beam.,It collides with the supplied argon gas 19 to form plasma 38, and ions 40 are excited.
[0043]
  The formed plasma 38 is,By changing the current value by the reversed magnetic field coil 20, it can be changed to a desired shape.It has become so.The target 21 and the substrate 6 areIndependently, the outer pipe 22 andThe relative position change device 24 changes the mutual position.It can be done.Therefore, since the shape change of the plasma 38 and the relative position and orientation of the target 21 and the substrate 6 can be set independently of each other, the flux of ions jumping into each target 21 and the substrate 6 can be controlled independently. Further, the energy of the ions is generated by changing the bias voltage to the surface of the target 21 by the RF power source 23, and is controlled by the difference from the plasma potential, and the ions 40 are drawn from the plasma 38 to generate sputtered particles. A part is further ionized, and a coating is deposited on the substrate 6 as a film.
[0044]
  The substrate holder 5 on which the substrate 6 is installed is,By rotating, the uniformity of film formation can be improved.
[0045]
  In addition, the energy of assist ions irradiating the substrate is,The surface potential set by the bias RF power source 25 applied to the substrate 6 and the potential difference between the plasma 38 can be set to a predetermined value.
[0046]
  in this way,There is no potential difference between the axial direction and the radial direction of the plasma 38 formed by the reaction chamber 16 by the beam-like electrons 39 formed by the electron beam gun 26, and the current density and the energy of the ions irradiating the target and the substrate are mutually related. Combined with being controlled independently, the substrate for the predetermined metal composition film formation on the substrate 6 in the reaction chamber 16 can be made to conform to the structure.
[0047]
  In addition, by appropriately setting the current values of the electron beam focusing coils 37 and 37 ′ and the reverse magnetic field coil 20, a wide space including the substrate in the reaction chamber and the periphery of the target can be brought into a state of no magnetic field. As a result, local sputtering due to non-uniform magnetic field distribution can be avoided.
[0048]
  Next, the embodiment shown in FIG.Will be described.
  In the embodiment shown in FIG.Target 21 'ButMultipleIt is. And in this example,An inner pipe 22 'is provided, and each of the cooling waters can be made conductive and connected to the sputtering power source 23 to change the applied voltage applied to a plurality of types of targets 21', 21 ', 21' to form a desired film. To be able to coatIt is.It is possible to change the flux of ions 40 by changing the energy of ions to be drawn by changing the voltage applied to each target 21 ′ and also changing the mutual distance between the plasma 38 and each target 21 ′. So that the desired alloy composition can be formed.It has become.
[0049]
  Next, the embodiment shown in FIG.Will be described.
  In the embodiment shown in FIG.Target 21 ″,Accelerating electrode from chamber 17 of electron beam gun 2634Close to the sideIt is. AlsoThe multi-pole magnet 26 is disposed on the inner side of the chamber 17 of the reaction chamber 16.´RingIt is.In the cylindrical target 21 ″,As shown in FIG. 4, a lead-out hole 21 ″ ″ for the electron beam 39 ′ is formed at a predetermined center.
[0050]
  In this example,By connecting an RF power source 23 ″ to the target 21 ″ and applying a high frequency voltage to the target 21 ″,Sputtered particle groups are scattered. AndThe sputtered particle group spattered,Part is ionized by plasma 38,Reverse field coil 20 and multipole magnet 26´Controlled byIt has become so. AndThe film is formed on the wafer substrate 6 ′ facing the acceleration electrode 34 with good uniformity.The Rukoto.
[0051]
  In this embodiment, the filament 28 'is connected to the heating power source 33' in the hot cathode 28 of the electron beam gun 26, andsubstrateThe RF power source 25 'for bias is connected to the holder 27 of (wafer) 6', but there is no particular meaning.
[0052]
  In addition, the multipole magnet 26´Is,It can also be installed outside the chamber 17The Also,The reversed field coil 20,It is also possible to install a double coil outside the electron beam converging coil 37 '.
[0053]
  Also,As shown in FIG.In addition,Cylindrical targets 21 ″, 21 ″ are axially orientedInA mode in which a predetermined number (multiple stages) is provided and multi-source sputtering can be adopted as a design change example.TheEach target 21 ″Derivation hallAbout (electron beam passage hole) 21 "",Reverse field coil 20, multipole magnet 26´As the electron beam diffuses and passes, the taper shape can be formed as shown in FIG.
[0054]
  Of course, the embodiments of the invention of this application are not limited to the above-described embodiments.TheFor example, for multi-source sputteringAs shown in FIG.Targets obtained by dividing a predetermined number of targets 211 ′, 211 ″, 211 ″ ″ in the circumferential direction through the diaphragms 41, 41, 41 in the circumferential direction.211Using,It is also possible to connect to a bias power source 25 ″.
[0055]
  In addition, as shown in FIG. 8, when there is a possibility that the influence of sputtering may occur mutually in the aspect of multi-source sputtering shown in FIG. 5, an electron beam passage hole 21 '' '' is formed in each target 21 ''. Various modes such as covering the cover-like portion 42 with the disk-like portion to be removed and dropping it to the ground to cope with this can be adopted.
[0056]
  Thus, by covering each target 21 ″ with the cover ring 42, only the plasma side is opened and the mutual influence of sputtering can be avoided.
[0057]
  Of course, the bias power source may be not only RF but also DC.
[0058]
  Furthermore, by using a reactive gas as the gas introduced into the reaction chamber in the above-described embodiment, it becomes possible to form an oxide or nitride film.
[0059]
  For example, the target is Al and the reactive gas is O.2If Al2OThreeThe reactive gas is N2Then, AlN can be formed.
[0060]
  Also, the target is Si and the reactive gas is O2If SixO1-x(X = 0 to 1) can be formed.
[0061]
【The invention's effect】
  As described above, according to the invention of this application, basically, a reaction chamber in which a substrate is attached to a target is irradiated with an electron beam, and ions formed in the plasma are drawn to form a film on the substrate. In the sputter deposition method, ions are generated in the plasma, and are accelerated and emitted from an electron beam gun used in an electron beam excited ion generator that has been developed to the extent that it can be used industrially based on various studies so far. By using the generated electron beam, there is no potential difference in the axial and radial directions in the reaction chamber of the ion plasma formation region, and therefore the formed plasma is only changed by the reversed field coil current and the multipole magnet. To control the flux, energy, and plasma generation conditions (gas pressure, etc.) of ions flowing into the target independently of each other The ability, coating deposition on the substrate is achieved an excellent effect that allows as designed.
[0062]
  In addition, since the positional relationship between the target and the substrate and the plasma can be set independently of the plasma generation conditions and the like, the effect of being able to coat a synthetic metal film on the substrate with a desired tissue is also achieved. The
[0063]
  Further, since the surface magnetic field distribution on the target is uniform, sputtering is performed on the entire surface, and the operation efficiency is improved.
[0064]
  In addition, since it is easy to make the magnetic field around the substrate non-magnetic, it is possible to perform sputtering deposition of a magnetic material.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of one embodiment of the invention of this application.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of another embodiment.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another embodiment.
4 is a schematic perspective view of the target shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a schematic side view of a target for multi-source sputtering.
FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view of one unit of a multi-source sputtering target.
FIG. 7 is a schematic perspective view of a target for multi-source sputtering.
FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view of another target of multi-source sputtering.
FIG. 9 is a schematic longitudinal sectional view of a bipolar DC sputtering method.
FIG. 10 is a schematic longitudinal sectional view of a high-frequency sputtering method based on the prior art.
FIG. 11 is a schematic longitudinal sectional view of magnetron type sputtering means.
FIG. 12 is a schematic longitudinal sectional view of a magnetron type sputtering means.
FIG. 13 is a schematic longitudinal sectional view of a magnetron type sputtering means.
FIG. 14 is a schematic schematic longitudinal sectional view of an ECR sputtering means.
[Explanation of symbols]
5 Anode (substrate holder)
  6 Substrate
6 'substrate
  16 reaction chamber
17 chamber
18 ports
18 'exhaust port
  19 Reaction gas
20 Reverse field coil
  21 Target
21 'target
21 ″ target (cylindrical target)
21 ″ ″ Derivation hole (electron beam passage hole)
22 Outer pipe
22 'inner pipe
  23 Power supply for bias
23 ″ RF power supply
24 Relative position change device
  25 Bias power supply
26 Electron beam gun
26 'multipole magnet
27 Discharge area
28 Heating cathode
31 Auxiliary electrode
32 Discharge electrode
33 Power supply
29 ports
29 'exhaust port
30 Argon gas
30 'exhaust
32 Discharge electrode
34 Accelerating electrode
35 Acceleration power supply
36 Acceleration region of electron beam gun
  37, 37 'electromagnetic coil
  38 Plasma
  39 Electron beam
  40 ions
41 Diaphragm
42 Covering
211 target
211 'target
211 ″ target
211 "" target

Claims (7)

電子ビーム励起プラズマを生成するための電子ビームガンと、An electron beam gun for generating an electron beam excited plasma;
少なくとも1つのターゲットと基板とが相対向した状態で設けられるようになっている反応室と、A reaction chamber in which at least one target and the substrate are arranged to face each other;
上記ターゲットと上記基板との相対位置を変化させることができるように構成され、上記ターゲットを保持するためのターゲットホルダと、A target holder configured to change the relative position of the target and the substrate, and holding the target;
上記基板を保持するための基板ホルダと、A substrate holder for holding the substrate;
対向したままの状態で上記基板および上記ターゲットの相対位置が変化するように、当該基板の位置を変化させるための相対位置変化装置と、A relative position change device for changing the position of the substrate so that the relative position of the substrate and the target changes while facing each other;
上記電子ビームガンによって生成されたターゲット位置におけるプラズマの形状を変化させるための逆磁場コイルと、を有しており、A reversed magnetic field coil for changing the shape of the plasma at the target position generated by the electron beam gun,
上記基板の位置および上記ターゲットの位置は、プラズマ生成条件とは独立して任意に設定できるようになっていることを特徴とする電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。The position of the substrate and the position of the target can be arbitrarily set independently of the plasma generation conditions.
上記ターゲットが複数であって、該複数のターゲットを個別に保持するためのターゲットホルダを有し、The target is plural, and has a target holder for holding the plural targets individually,
上記ターゲットホルダは、上記基板と上記複数のターゲットのそれぞれとの相対位置を、別個に独立して変化させることができるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。The electron beam excited plasma according to claim 1, wherein the target holder is configured to be able to independently and independently change a relative position between the substrate and each of the plurality of targets. Sputtering equipment.
前記基板ホルダは回転可能に構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。The electron beam excited plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein the substrate holder is configured to be rotatable. 上記ターゲットが導電性の場合にはDC電源によりプラズマに対し負の電圧を印加し、上記ターゲットが絶縁物の場合にはRF電源により自己バイアス電圧を当該ターゲット表面に生じさせて、生成した上記プラズマからイオンを引き込み、スパッタ粒子を生じさせ、スパッタ粒子の一部をプラズマ中でイオン化させることによって、基板上に堆積させて、それによって当該基板に対して成膜を生成させることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。When the target is conductive, a negative voltage is applied to the plasma by a DC power source. When the target is an insulator, a self-bias voltage is generated on the target surface by an RF power source to generate the plasma. An ion is attracted from the substrate to generate sputtered particles, and a part of the sputtered particles is ionized in the plasma to be deposited on the substrate, thereby generating a film on the substrate. Item 4. The electron beam excited plasma sputtering apparatus according to any one of Items 1 to 3. 上記ターゲットは円筒状に形成されているとともに、内壁側がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。5. The electron beam excited plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein the target is formed in a cylindrical shape, and the inner wall side is formed in a tapered shape. 上記ターゲットは円筒状に形成されており、The target is formed in a cylindrical shape,
当該円筒状ターゲットは、プラズマ通過部分を除いて、被覆部材によって被覆されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。The electron beam-excited plasma sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the cylindrical target is covered with a covering member except for a plasma passing portion.
上記複数のターゲットは、それぞれ円筒状に形成され、異なる内径を有しており、上記基板により近接した位置にあるターゲットほどより大きな内径を有することを特徴とする請求項2記載の電子ビーム励起プラズマスパッタリング装置。3. The electron beam excited plasma according to claim 2, wherein each of the plurality of targets is formed in a cylindrical shape and has a different inner diameter, and a target closer to the substrate has a larger inner diameter. Sputtering equipment.
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