JPH01309955A - Plasma apparatus - Google Patents

Plasma apparatus

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Publication number
JPH01309955A
JPH01309955A JP13930688A JP13930688A JPH01309955A JP H01309955 A JPH01309955 A JP H01309955A JP 13930688 A JP13930688 A JP 13930688A JP 13930688 A JP13930688 A JP 13930688A JP H01309955 A JPH01309955 A JP H01309955A
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JP
Japan
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plasma
target
magnetic field
permanent magnet
substrate
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Application number
JP13930688A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasunori Ono
康則 大野
Yukio Nakagawa
中川 由岐夫
Kenichi Natsui
健一 夏井
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01309955A publication Critical patent/JPH01309955A/en
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Abstract

PURPOSE:To efficiently form a thin film excellent in uniformity on a specimen by providing a plasma-producing means and also providing magnetic means generating a multopolar magnetic field to the position in the vicinity of a specimen to be treated in a plasma apparatus so as to generate a uniform and high- density plasma only in a part necessary for film formation. CONSTITUTION:At the time of forming a thin film of Al2O3 constituting a target 1 on the surface of a glass substrate 3 by means of sputtering in a plane- parallel plate-type sputtering device, the inside of a vacuum vessel 20 is evacuated and Ar gas is supplied, and a high-frequency voltage is impressed from a high-frequency electric power source 23 on a holder 2 of a target 1 to initiate electric discharge and produce plasma, by which Ar ls ionized and allowed to bombard the target 1 and a thin film of Al2O3 is formed on the surface of the glass substrate 3. At this time, by providing many permanent magnets or magnetic means 5 electrifying a superconductor in the vicinity of the target and the substrate, the plasma is localized only in a space enclosed with the target, the glass substrate, and the magnetic means, by which the thin film of Al2O3 excellent in uniformity can be formed on the glass substrate 3 at high speed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ装置の改良に係り、特に、高速で均一
な成膜やエツチングが可能な平行平板型スパッタ装置等
のプラズマ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to improvements in plasma devices, and particularly to plasma devices such as parallel plate sputtering devices that can perform uniform film formation and etching at high speed.

C従来の技術〕 半導体デバイス、あるいは、薄膜磁気ヘッド等の機能性
薄膜素子の製造プロセスでは、平行平板型のスパッタ装
置やエツチング装置が広く用いられている。また、近年
はマイクロ波放電を用いたエツチング装置も使用される
ようになった。
C. Prior Art] Parallel plate sputtering equipment and etching equipment are widely used in the manufacturing process of semiconductor devices or functional thin film elements such as thin film magnetic heads. Furthermore, in recent years, etching apparatuses using microwave discharge have also come into use.

下行平板型のエツチング装置に関して、加工品質、加工
速度を向上させるために、磁界を用いることが提案され
ている。例えば、特公昭6〇−58794号公報では、
容器の壁面近傍にのみ磁界を発生する多極磁界発生手段
を設けたプラズマ加工装置について論じられている。類
似の装置として特開昭59−143330号公報が挙げ
られる。これら装置は、加工に用いる電離気体(プラズ
マ)の生成される領域と、加工室の形状がほぼ相似形と
なるエツチング装置である。これら従来技術では、加工
に必要なプラズマの領域と加工室の形状が太きく異なる
場合、例えば、シャッタ付のスパッタ装置の場合につい
ては考慮されていなかった。
Regarding a descending flat plate type etching device, it has been proposed to use a magnetic field in order to improve processing quality and processing speed. For example, in Japanese Patent Publication No. 60-58794,
A plasma processing apparatus equipped with a multipolar magnetic field generating means that generates a magnetic field only near the wall surface of a container is discussed. A similar device is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 143330/1983. These devices are etching devices in which the region where ionized gas (plasma) used for processing is generated and the shape of the processing chamber are almost similar. These conventional techniques do not take into consideration the case where the plasma region required for processing and the shape of the processing chamber are significantly different, for example, in the case of a sputtering apparatus with a shutter.

マイクロ波エツチング装置でも、加工に必要なプラズマ
の領域と加工室の形状が大きく異なっている。この装置
では、消費電力を削減するため、プラズマ発生部から被
加工物までプラズマを輸送するのに磁界を利用する方法
が搾案されている。
Even in microwave etching equipment, the plasma area required for processing and the shape of the processing chamber differ greatly. In order to reduce power consumption in this device, a method has been devised in which a magnetic field is used to transport plasma from the plasma generating section to the workpiece.

例えば、特公昭53−34463号公報では、有磁場マ
イクロ波放電を行なわせるだめの電磁石と被加工物の後
方に置かれた永久磁石により、被加工物とほぼ垂直な方
向に磁界を印加している。一方、特開昭57−8295
5号公報では、マイクロ波を放電空間に導入する部分と
基板後方に匝かれた永久磁石により、被加工物とほぼ垂
直な方向に磁界を印加している。これらの装置では、効
率的なプラズマ輸送が可能であるが、前者に関しては電
磁石や電源の関係で、大型の装置を実現するのが難しい
For example, in Japanese Patent Publication No. 53-34463, a magnetic field is applied in a direction almost perpendicular to the workpiece using an electromagnet that causes magnetic field microwave discharge and a permanent magnet placed behind the workpiece. There is. On the other hand, JP-A-57-8295
In Publication No. 5, a magnetic field is applied in a direction substantially perpendicular to the workpiece by a part that introduces microwaves into the discharge space and a permanent magnet placed behind the substrate. Although these devices enable efficient plasma transport, it is difficult to realize large-scale devices due to the electromagnets and power supply required for the former.

後者に関しては、マイクロ波を通過させる永久磁石が長
期使用に対して劣化するという問題がある。
Regarding the latter, there is a problem in that the permanent magnet that allows microwaves to pass through deteriorates after long-term use.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は5加工や成膜に必要なプラズマの領域と
、加工室、あるいは、成膜室の形状が大きく異なる場合
のプラズマの制御方法については十分考慮されておらず
、加工や成膜の空間的な均一性が十分でないという問題
があった。
The above-mentioned conventional technology does not sufficiently consider the plasma control method when the plasma area required for processing or film formation and the shape of the processing chamber or film formation chamber are significantly different. There was a problem that spatial uniformity was insufficient.

本発明の目的は、加工室や成膜室の一部分で、加工や成
膜に必要な部分にのみ、高密度で均一なプラズマを生成
し、高速で均一性の良いエツチングや成膜が可能なプラ
ズマ装置を提供することにある。
The purpose of the present invention is to generate high-density, uniform plasma only in parts of the processing chamber or film-forming chamber necessary for processing or film-forming, thereby enabling high-speed, highly uniform etching and film-forming. The purpose of the present invention is to provide a plasma device.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的は、加工室や成膜室となる真空容器と、その内
部に配置されるプラズマ発生手段、並びに、被処理試料
からなるプラズマ装置において、プラズマ発生手段の近
傍から被処理試料の近傍にかけて多極磁界を発生する磁
気的手段を設け、かつ、その磁気的手段を被処理試料に
対して、移動可能とすることにより達成される。すなわ
ち、この磁気的手段により1発生したプラズマはプラズ
マ発生手段と被処理試料の間に局在化し、プラズマが真
空容器の全体に広がることによるプラズマ密度の低下、
及び、均一性の劣化を防ぐことができる。
The above purpose is to achieve the above objective in a plasma apparatus consisting of a vacuum vessel serving as a processing chamber or a film forming chamber, a plasma generating means disposed inside the chamber, and a sample to be processed. This is achieved by providing a magnetic means for generating a polar magnetic field and by making the magnetic means movable relative to the sample to be processed. That is, the plasma generated by this magnetic means is localized between the plasma generation means and the sample to be processed, and the plasma spreads throughout the vacuum container, resulting in a decrease in plasma density.
Moreover, deterioration of uniformity can be prevented.

この結果、高速で、均一性の良いエツチングや成膜が可
能となる。
As a result, it becomes possible to perform etching and film formation at high speed and with good uniformity.

〔作用〕[Effect]

プラズマ発生手段と被処理試料とプラズマを局在させる
ための磁気的手段を備えた真空容器を、真空に排気する
。プラズマ発生手段により、導入ガスのプラズマが生成
される。プラズマは拡散し、真空容器全体に広がろうと
するが、磁気的手段、例えば、多極磁界により形成され
る磁気的な容器に閉じ込められる。このため、放電によ
って生じたプラズマは、プラズマ発生手段と被処理試料
の間の空間に局在され、高密度で均一性の良いプラズマ
が得られる。このプラズマを用いて、エツチングや成膜
が行なわれ、高速で均一性の良いエツチングや成膜が可
能である6 また、装置にシャッタを使用する必要がある場合は、こ
の磁気的手段を移動可能とするため、シャッタの開閉に
は何ら支障はない。被処理試料の出]、入れに関しても
類似の機構を設けることにより全く問題はない。
A vacuum container equipped with a plasma generating means, a sample to be processed, and a magnetic means for localizing the plasma is evacuated. Plasma of the introduced gas is generated by the plasma generating means. The plasma tries to diffuse and spread throughout the vacuum vessel, but is confined by magnetic means, for example a magnetic vessel formed by a multipolar magnetic field. Therefore, the plasma generated by the discharge is localized in the space between the plasma generation means and the sample to be processed, resulting in high density and uniform plasma. Etching and film formation are performed using this plasma, and it is possible to perform etching and film formation at high speed and with good uniformity.6 Additionally, if it is necessary to use a shutter in the device, this magnetic means can be moved. Therefore, there is no problem in opening and closing the shutter. There is no problem at all with regard to the loading and unloading of the sample to be processed by providing a similar mechanism.

〔実施例〕〔Example〕

以下1本発明の一実施例を、第1図、第2図を用いて説
明する。第1図は本実施例の斜視断面図で、第2図は本
実施例の縦断面図である。これは、平行平板型の高周波
スパッタ装置である。真空容器20中には、ターゲット
ホールダ2に取付けられたターゲット1.基板ホールダ
4に取付けられた基板3.多極磁界を形成する永久磁石
6、アースシールド5、シャッタ8が配置されている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a perspective sectional view of this embodiment, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of this embodiment. This is a parallel plate type high frequency sputtering device. In the vacuum vessel 20, a target 1. attached to the target holder 2 is placed. Board 3 attached to board holder 4. A permanent magnet 6, an earth shield 5, and a shutter 8 are arranged to form a multipolar magnetic field.

ターゲットホールダ2は、絶縁物10を介して、電気的
に絶縁されている高周波端子10と電気的に結ばれてお
り、高周波電源23から、マツチングボックス22を経
て、13.56MHXの高周波電力が印加される。基板
ホールダ4と電気的に結ばれている高周波端子は、接地
されている。真空容器20、アースシールド5も接地さ
れる。
The target holder 2 is electrically connected to an electrically insulated high-frequency terminal 10 via an insulator 10, and a high-frequency power of 13.56 MHX is supplied from a high-frequency power supply 23 through a matching box 22. applied. The high frequency terminal electrically connected to the substrate holder 4 is grounded. The vacuum container 20 and the earth shield 5 are also grounded.

永久磁石6は、第3図(A)にその横断面図を示すよう
に、円周方向にN極、S極が交互に配置されている。こ
れにより25のような磁界が形成される。それぞれの永
久磁石6は1円環状の板に取付けられており、それぞれ
の永久磁石6の位置を変えることなく、昇降機構7によ
って真空中で上、下に移動できる。なお、永久磁石6は
図では省略したが、ステンレススチールのケースに納め
られている。これは、永久磁石6にプラズマが直接触れ
るのを防ぐためである。また、このようなケースを用い
る代りに、ステンレススチールよりもスパッタ率の小さ
い金属、例えば、モリブデンを永久磁石6の表面にコー
ティングして使用してもよい。この方法で、ステンレス
スチールのケースに入れる場合よりも、真空容器20内
の不純物を更に低減できる。シャッタ8は、レール9で
支持され、図では省略しである機構により、左右に移動
できる。シャッタ8は接地電位としている。
The permanent magnet 6 has N poles and S poles arranged alternately in the circumferential direction, as shown in a cross-sectional view in FIG. 3(A). This creates a magnetic field such as 25. Each permanent magnet 6 is attached to an annular plate, and can be moved up and down in vacuum by a lifting mechanism 7 without changing the position of each permanent magnet 6. Although the permanent magnet 6 is not shown in the figure, it is housed in a stainless steel case. This is to prevent plasma from directly touching the permanent magnet 6. Further, instead of using such a case, the surface of the permanent magnet 6 may be coated with a metal having a lower sputtering rate than stainless steel, such as molybdenum. In this way, impurities in the vacuum vessel 20 can be further reduced than when the vacuum vessel 20 is placed in a stainless steel case. The shutter 8 is supported by a rail 9 and can be moved left and right by a mechanism not shown in the figure. The shutter 8 is at ground potential.

真空容器20を、図示していない排気装置により真空度
10′−4Pa程度まで排気する。アルゴンガスを、真
空容器20内で、1〜2Pa導入する。
The vacuum container 20 is evacuated to a degree of vacuum of about 10'-4 Pa using an evacuation device (not shown). Argon gas is introduced into the vacuum container 20 at a pressure of 1 to 2 Pa.

高周波11@23から、13.56MHzの高周波電力
をターゲヅトホールダ(ターゲット側電極と呼ぶ)に印
加すると、放電を開始するとプラズマが生成される。タ
ーゲットの近傍には、イオンシースと呼ばれ電位差があ
られれ、その電界によりプラズマ中のイオンが加速され
、ターゲットを衝撃することにより、ターゲットの粒子
をスパッタする。このスパッタ粒子が対向する基板4の
上に堆積することで成膜がなされる。その際、永久磁石
6がなければプラズマは、容器全体に広がるが本実施例
では、ターゲット1と基板4と永久磁石6に囲まれた空
間にのみ局在させることができた。
When high frequency power of 13.56 MHz is applied to the target holder (referred to as target side electrode) from the high frequency 11@23, plasma is generated when discharge starts. A potential difference called an ion sheath is created near the target, and the ions in the plasma are accelerated by the electric field and impact the target, thereby sputtering target particles. A film is formed by depositing these sputtered particles on the opposing substrate 4. At this time, if the permanent magnet 6 were not present, the plasma would spread throughout the container, but in this example, the plasma could be localized only in the space surrounded by the target 1, the substrate 4, and the permanent magnet 6.

発明片らの行なった実験の結果を示す。使用したターゲ
ット1は、99.99%のアルミナで、径が200mで
、水冷されている。基板は0.5m厚さのガラス基板で
、水冷されている。永久磁石6を使用しない場合、2K
Wの高周波電力をターゲット電極に投入して、基板側電
極中心で1.5μm/時の成膜速度を得ている。成膜速
度が±5%で均一となるのは、電極直径200mmのう
ち、直径1201111+1の範囲であった。放電によ
り生成されたアルゴンプラズマの密度の分布を、画電極
のほぼ中間の高さで調べたところ、第3図(B)の破線
で示すようになった。直径200nn+の電極に対し、
直径1100aの範囲では均一であるが、放電空間の周
辺に近づくのに従って密度が低下する。
The results of experiments conducted by the inventors are shown. The target 1 used was made of 99.99% alumina, had a diameter of 200 m, and was water-cooled. The substrate is a 0.5 m thick glass substrate and is water cooled. 2K if permanent magnet 6 is not used
A high frequency power of W was applied to the target electrode to obtain a film forming rate of 1.5 μm/hour at the center of the electrode on the substrate side. The film forming rate was uniform within ±5% within the range of diameter 1201111+1 out of the electrode diameter of 200 mm. When the density distribution of the argon plasma generated by the discharge was examined at approximately the middle height of the picture electrode, it became as shown by the broken line in FIG. 3(B). For an electrode with a diameter of 200 nn+,
Although the density is uniform within the diameter 1100a, the density decreases as it approaches the periphery of the discharge space.

一方、多極磁界を発生する永久磁石6を取付けて、同様
の実験を行なったところ、プラズマ密度の分布は、第3
図(B)の実線で示すようになった。同図中の磁石あり
、なしのグラフは最大値で正規化している。磁石ありの
場合の基板側電極中心での成膜速度は、ターゲットに2
KWの高周波電力を投入した場合、アルミナの成膜速度
は1.8μm/時になり、成膜速度が±5%以下で均一
となるのは、直径140mmの範囲となった。
On the other hand, when a similar experiment was conducted with a permanent magnet 6 that generates a multipolar magnetic field, the plasma density distribution was
This is now shown by the solid line in Figure (B). The graphs with and without magnets in the figure are normalized by the maximum value. The deposition rate at the center of the electrode on the substrate side when a magnet is present is as follows:
When KW high frequency power was input, the alumina film formation rate was 1.8 μm/hour, and the film formation rate was uniform within ±5% within a diameter of 140 mm.

この結果から、多極磁界を発生する永久磁石6を取付け
ることにより、平行平板型のスパッタ装置で、成膜速度
の高速化と均一化が実現できる。
From this result, by attaching the permanent magnet 6 that generates a multipolar magnetic field, it is possible to achieve a faster and more uniform film deposition rate using a parallel plate type sputtering apparatus.

これまでの説明では、シャッタ8の動作を説明しなかっ
たが、実プロセスではシャッタ8は不可欠である。すな
わち、成膜に先立ち、永久磁石6を昇降機構7により引
き下げ、シャッタ8をターゲット1と基板3の間に挿入
し、ターゲット1とシャッタ8の間で高周波放電を行な
い、ターゲット1の表面をスパッタして、ターゲット表
面を清浄にする。その後、放電を停止し、シャッタ8を
ターゲット1と基板3の間から引き抜き、永久磁石6を
上方に押し上げ、ターゲット側電極と基板側電極の間で
高周波放電を再度行ない、成I摸を行なう。成膜された
膜が所定の厚さに達した時、高周波放電を停止し、永久
磁石6を下降させ、基板3を取出す。
Although the operation of the shutter 8 has not been explained in the explanation so far, the shutter 8 is essential in the actual process. That is, prior to film formation, the permanent magnet 6 is lowered by the lifting mechanism 7, the shutter 8 is inserted between the target 1 and the substrate 3, and a high frequency discharge is generated between the target 1 and the shutter 8 to sputter the surface of the target 1. to clean the target surface. Thereafter, the discharge is stopped, the shutter 8 is pulled out from between the target 1 and the substrate 3, the permanent magnet 6 is pushed upward, and the high frequency discharge is performed again between the target side electrode and the substrate side electrode to perform the formation I simulation. When the formed film reaches a predetermined thickness, the high frequency discharge is stopped, the permanent magnet 6 is lowered, and the substrate 3 is taken out.

成膜速度が、所定の厚さに達したかどうかは、スパッタ
時間設定、あるいは、膜厚のモニタによって決定する。
Whether the film formation rate has reached a predetermined thickness is determined by setting the sputtering time or monitoring the film thickness.

この装置の動作は、マイクロコンピュータを用いた自動
制御で行なっても良い。
The operation of this device may be automatically controlled using a microcomputer.

本実施例によれば、ターゲット側電極と基板側電極によ
り形成される放電空間の周囲を多極磁界を発生する永久
磁石6により囲むことにより、高周波放電により発生し
たプラズマを閉じ込め、放電空間全体の密度をほぼ均一
にすることにより、高速で均一性の良い成膜が可能であ
り、また、多極磁界を発生する永久磁石6を移動可能と
することにより、シャッタの動作に関しては何ら障害と
ならない6 本発明の第二の実施例を、第4図の縦断面図を用いて説
明する。本実施例は、高周波スパッタ装置であり、その
構造は、第1図、第2図の実施例とほとんど同じである
。ターゲットホールダ2に高周波を印加する点は、いず
れも同じであるが、基板ホールダについては、第1図、
第2図の実施例では接地電位が与えられるのに対し、第
4図の実施例では高周波が与えられる点が異なっている
According to this embodiment, by surrounding the discharge space formed by the target-side electrode and the substrate-side electrode with the permanent magnet 6 that generates a multipolar magnetic field, the plasma generated by the high-frequency discharge is confined, and the entire discharge space is By making the density almost uniform, it is possible to form a film with good uniformity at high speed, and by making the permanent magnet 6 that generates the multipolar magnetic field movable, there is no problem with the operation of the shutter. 6 A second embodiment of the present invention will be described using the longitudinal sectional view of FIG. 4. This embodiment is a high frequency sputtering apparatus, and its structure is almost the same as the embodiments shown in FIGS. 1 and 2. The point that high frequency is applied to the target holder 2 is the same in both cases, but the substrate holder shown in FIG.
The difference is that in the embodiment of FIG. 2, a ground potential is applied, whereas in the embodiment of FIG. 4, a high frequency is applied.

具体的には、発振器24で発生した信号を増幅器26で
増幅し、マツチングボックス22を経て。
Specifically, the signal generated by the oscillator 24 is amplified by the amplifier 26 and then passed through the matching box 22.

ターゲットホールダ2に印加する。上述の信号を移相器
25を通過させることにより、位相を変化させる。その
信号を増幅し、マツチングボックスを経て、基板ホール
ダ4に印加する。これにより、ターゲットホールダ2と
塙板ホールダ4に印加する位相と投入電力を変化させら
れる。
The voltage is applied to the target holder 2. By passing the above-mentioned signal through the phase shifter 25, the phase is changed. The signal is amplified and applied to the substrate holder 4 via a matching box. Thereby, the phase and applied power applied to the target holder 2 and the wall plate holder 4 can be changed.

発明者らの行なった実験によれば、基板側に高周波電力
を投入してバイアスをかけると、成膜速度が増加すると
ともに、膜の密着性が向上する。
According to experiments conducted by the inventors, when high-frequency power is applied to the substrate side to apply a bias, the film formation rate increases and the adhesion of the film improves.

多極磁界を発生する永久磁石6を取付けない場合、ター
ゲット投入電力2KWに対し、成膜速度は3.2μm/
時である。永久磁石6を取付けた場合は、同じターゲッ
ト投入電力に対し、成膜速度は3.8μm/時である。
When the permanent magnet 6 that generates the multipolar magnetic field is not attached, the film formation speed is 3.2 μm/3 for a target input power of 2 KW.
It's time. When the permanent magnet 6 is attached, the film formation rate is 3.8 μm/hour for the same target input power.

成膜速度の均一性に関しては、永久磁石6の有無によら
ず、ほぼ同様であった。
Regarding the uniformity of the film formation rate, it was almost the same regardless of the presence or absence of the permanent magnet 6.

本実施例によれば、多極磁界によるプラズマ閉じ込めに
よって、第1図、第2図の実施例について述べたのと同
様の効果がある。
According to this embodiment, plasma confinement by a multipolar magnetic field provides the same effects as described for the embodiments of FIGS. 1 and 2.

本発明の第三の実施例を、第5図の斜視断面図を用いて
説明する。本実施例も、高周波スパッタ装置であり、そ
の構造は、第1図、第2図の実施例とほとんど同じであ
る。異なっている点は、第1図、第2図の実施例では、
多極磁界を発生するために永久磁石6を用いているのに
、本実施例では、導体3oに電流を流していることであ
る。発生したプラズマを効率的に閉じ込めるためには、
大きな電流を流す必要があるため、消費電力を軽減する
には、超電導体の導体30を使用するのが好ましい。
A third embodiment of the present invention will be described using the perspective sectional view of FIG. This embodiment is also a high-frequency sputtering apparatus, and its structure is almost the same as the embodiments shown in FIGS. 1 and 2. The difference is that in the embodiments shown in FIGS. 1 and 2,
Although the permanent magnet 6 is used to generate a multipolar magnetic field, in this embodiment, current is passed through the conductor 3o. In order to efficiently confine the generated plasma,
Since a large current needs to flow, it is preferable to use a superconductor conductor 30 to reduce power consumption.

本実施例によれば、多極磁界によるプラズマ閉じ込めに
よって、第1図、第2図の実施例について述べたのと同
様の効果がある。
According to this embodiment, plasma confinement by a multipolar magnetic field provides the same effects as described for the embodiments of FIGS. 1 and 2.

本発明の第四の実施例k、第6図の縦断面図を用いて説
明する。本実施例は、インライン型のスパッタ装置で、
三層の異なる種類の膜を成膜する装置である。この装置
は、基板装着室51、三つの成膜室52、基板取出し室
53からなり、それぞれの室は、図には示していない排
気装置で排気されている。成膜時にはゲート弁53が閉
じられる。基板3は、基板トレー55に取付けられ、室
間の移動は、基板トレー55ごと、トレー移動機構56
により行なう、成膜時には基板トレーは接地電位となり
、高周波が印加されるターゲット電極54の間で、放電
を起こし、プラズマが発生する。両?EwA54.55
の周囲には、多極磁界を形成する永久磁石が配置されて
いるため、プラズマが発生するのは、画電極54.55
と永久磁石6に囲まれた円柱状の領域にかぎられる。な
お、基板トレー55が移動する場合には、永久磁石6は
昇降機構7によって上方移動するため、基板トレー55
の水平の移動には何ら障害とならない。
A fourth embodiment (k) of the present invention will be described using the vertical cross-sectional view of FIG. This example is an in-line sputtering device,
This is a device that forms three different types of films. This apparatus consists of a substrate mounting chamber 51, three film forming chambers 52, and a substrate unloading chamber 53, and each chamber is evacuated by an exhaust device not shown in the figure. The gate valve 53 is closed during film formation. The substrate 3 is attached to a substrate tray 55, and the substrate tray 55 is moved between chambers using a tray moving mechanism 56.
During film formation, the substrate tray is at ground potential, and a discharge occurs between the target electrodes 54 to which high frequency waves are applied, generating plasma. Both? EwA54.55
Since permanent magnets that form a multipolar magnetic field are placed around the image electrodes 54 and 55, plasma is generated.
and a cylindrical area surrounded by permanent magnets 6. Note that when the substrate tray 55 moves, the permanent magnet 6 is moved upward by the lifting mechanism 7, so that the substrate tray 55
There is no obstacle to the horizontal movement of the

本実施例でも、多極磁界によるプラズマ閉じ込めによっ
て、第1図、第2図の実施例と同様の効果がある。
This embodiment also has the same effect as the embodiments shown in FIGS. 1 and 2 due to the plasma confinement by the multipolar magnetic field.

本発明の第五の実施例を、第7図を用いて説明する。本
実施例は、プラズマエツチング装置の縦断面である。こ
の装置は、真空容器20と気密を保った放電室62とか
らなっている。放電室62には、導波管60を通じてマ
イクロ波(2,45GHz)が導入され、動作ガスが供
給される。放電室の周囲には、壁付近で軸方向の磁界を
発生するための永久磁石63が配置されている。真空容
器2o内には、基板3が取付けられた基板ホールダ4と
それを囲む多極磁界発生用の永久磁石6が設置されてい
る。また、基板ホールダ4は昇降機構7で上下させるこ
とができ、基板3の取出しが容易となっている。
A fifth embodiment of the present invention will be described using FIG. 7. This example is a longitudinal section of a plasma etching apparatus. This device consists of a vacuum vessel 20 and an airtight discharge chamber 62. Microwaves (2.45 GHz) are introduced into the discharge chamber 62 through the waveguide 60, and a working gas is supplied. Permanent magnets 63 are arranged around the discharge chamber to generate an axial magnetic field near the wall. Inside the vacuum container 2o, a substrate holder 4 to which a substrate 3 is attached and a permanent magnet 6 for generating a multipolar magnetic field surrounding the substrate holder 4 are installed. Furthermore, the substrate holder 4 can be moved up and down by a lifting mechanism 7, making it easy to take out the substrate 3.

有磁場マイクロ波放電で、放電室62内に発生したプラ
ズマは、真空容器20のほうに拡散してくるが、永久磁
石6のつくる多極磁界でプラズマを閉じ込めているため
、真空容器の他の部分はほとんど拡散しないため、投入
したマイクロ波電力の利用効率が良くなるばかりでなく
、基板近傍のプラズマ密度はどこでもほぼ等しくなるた
め、均一なエツチングが可能である。
Plasma generated in the discharge chamber 62 due to magnetic field microwave discharge diffuses toward the vacuum vessel 20, but since the plasma is confined by the multipolar magnetic field created by the permanent magnet 6, other parts of the vacuum vessel Since there is almost no diffusion, not only is the efficiency of using the input microwave power improved, but also the plasma density near the substrate is almost the same everywhere, so uniform etching is possible.

第8図は、従来のマイクロ波プラズマエツチング装置の
縦断面図である。マイクロ波放電を用いてプラズマを発
生させている点、基板付近でプラズマを輸送するのに永
久磁石80のつくる磁界を利用する点は、第7図の実施
例と同じであるが、基板付近の磁界は基板3に垂直な方
向に加わる点 4が異なっている。基板3に垂直な方向
に加オ〕る磁界によっても、第7図の実施例と同様に、
プラズマの拡散を防ぎ、投入したマイクロ波電力の利用
効率を良くできる。しかし、第8図の実施例では永久磁
石80のマイクロ波を通過させるが、第7図の実施例で
は、永久磁石6にマイクロ波を通過させる必要がないた
め、長時間使用時の劣化はほとんど問題とならない。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a conventional microwave plasma etching apparatus. It is the same as the embodiment shown in FIG. 7 in that the plasma is generated using microwave discharge and that the magnetic field created by the permanent magnet 80 is used to transport the plasma near the substrate. The difference is that the magnetic field is applied in a direction perpendicular to the substrate 3. Similarly to the embodiment shown in FIG. 7, a magnetic field applied in a direction perpendicular to the substrate 3 causes
This prevents plasma diffusion and improves the efficiency of using the input microwave power. However, in the embodiment shown in FIG. 8, the microwave is passed through the permanent magnet 80, but in the embodiment shown in FIG. Not a problem.

第7図の実施例によれば、マイクロ波放電により生じた
プラズマを永久磁石のつくる多極磁界で閉じ込めている
ため、閉じ込められた領域で密度でほぼ一定となり、均
一なエツチング速度が得られるという効果がある。
According to the example shown in Fig. 7, the plasma generated by microwave discharge is confined in a multipolar magnetic field created by a permanent magnet, so the density is almost constant in the confined area, and a uniform etching rate can be obtained. effective.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、発生したプラズマをプラズマ発生手段
と被処理試料(基板)の間に局在化し、プラズマが真空
容器全体に広がるのを防げるため、平行平板型のスパッ
タ装置では、成膜速度、エツチング速度、および、それ
らの均一性が向上する。
According to the present invention, the generated plasma is localized between the plasma generation means and the sample to be processed (substrate), and the plasma can be prevented from spreading throughout the vacuum chamber. , the etching speed, and their uniformity are improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の斜視断面図、第2図は同実
施例の縦断面図、第3図は本発明の効果を示す説明図、
第4図、第6図および第7図は本発明の第二、第三およ
び第四の実施例の縦断面図、第5図は本発明の第五の実
施例の斜視断面図、第8図は従来装置の縦断面図である
。 1・・・ターゲット、3・・・基板、6・・・永久磁石
、7・・・第1図 第2図 第3図 (、’1) (Bン イa  置  χ。 ′84図 第50
FIG. 1 is a perspective sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a vertical sectional view of the same embodiment, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing the effects of the present invention.
4, 6, and 7 are longitudinal cross-sectional views of second, third, and fourth embodiments of the present invention; FIG. 5 is a perspective cross-sectional view of the fifth embodiment of the present invention; and FIG. The figure is a longitudinal sectional view of a conventional device. 1...Target, 3...Substrate, 6...Permanent magnet, 7...Figure 1, Figure 2, Figure 3 (,'1)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、真空容器と、その内部に配置され、あるいは、気密
を保つて前記真空容器に隣接して配置されたプラズマ発
生手段と、前記真空容器の内部に配置された被処理試料
とからなるプラズマ装置において、 前記プラズマ発生手段の近傍から前記被処理試料の近傍
にかけて、多極磁界を発生する磁気的手段を設けたこと
を特徴とするプラズマ装置。 2、特許請求の範囲第1項において、 前記磁気的手段を、前記被処理試料に対して相対的に移
動できる機構を備えていることを特徴とするプラズマ装
置。 3、特許請求の範囲第1項において、 複数の永久磁石により発生する多極磁界を用いたことを
特徴とするプラズマ装置。 4、特許請求の範囲第1項において、 前記プラズマ発生手段として、平行平板型の直流ないし
は高周波放電を用いたことを特徴とするプラズマ装置。 5、特許請求の範囲第1項において、 前記プラズマ発生手段として、マイクロ波放電を用いた
ことを特徴とするプラズマ装置。6、特許請求の範囲第
1項において、 前記磁気的手段として、導体に電流を流すことにより発
生する多極磁界を用いたことを特徴とするプラズマ装置
。 7、特許請求の範囲第6項において、 前記導体は超電導体であることを特徴とするプラズマ装
置。 8、特許請求の範囲第3項において、 前記永久磁石として、永久磁石の表面にステンレススチ
ールよりもスパッタ率の小さい金属や合金をコーティン
グしたものを使用したことを特徴とするプラズマ装置。 9、特許請求の範囲第4項において、 前記平行平板の間に挿入できるシャッタを備えたことを
特徴とするプラズマ装置。 10、特許請求の範囲第9項において、 前記磁気的手段を前記プラズマ発生側か被処理試料側の
いずれかに移動させた状態で、シャッタを開閉する使用
方法。 11、特許請求の範囲第9項において、 外部からの指令及び処理の進度を自動的に検出すること
により、前記磁気的手段を移動させて、シャッタを開閉
することを自動的に行なう制御方法。 12、特許請求の範囲第4項のものを、成膜に用いたと
き、前記平行平板電極の近傍ではどの部分でも、ほぼ等
しい密度のプラズマを発生させ、成膜を行なわせる成膜
方法。 13、特許請求の範囲第4項において、 前記平行平板電極に、互いに異なる位相の高周波電力を
印加することを特徴とするプラズマ装置。
[Scope of Claims] 1. A vacuum vessel, a plasma generating means disposed inside the vacuum vessel, or a plasma generating means disposed airtightly adjacent to the vacuum vessel, and a processing target disposed inside the vacuum vessel. A plasma apparatus comprising: a sample, further comprising magnetic means for generating a multipolar magnetic field from the vicinity of the plasma generation means to the vicinity of the sample to be processed. 2. The plasma apparatus according to claim 1, further comprising a mechanism that allows the magnetic means to be moved relative to the sample to be processed. 3. A plasma device according to claim 1, characterized in that a multipolar magnetic field generated by a plurality of permanent magnets is used. 4. A plasma device according to claim 1, characterized in that a parallel plate type direct current or high frequency discharge is used as the plasma generating means. 5. The plasma device according to claim 1, characterized in that microwave discharge is used as the plasma generating means. 6. A plasma device according to claim 1, characterized in that the magnetic means is a multipolar magnetic field generated by passing a current through a conductor. 7. The plasma device according to claim 6, wherein the conductor is a superconductor. 8. The plasma apparatus according to claim 3, wherein the permanent magnet is coated with a metal or alloy having a lower sputtering rate than stainless steel on the surface of the permanent magnet. 9. The plasma device according to claim 4, further comprising a shutter that can be inserted between the parallel plates. 10. The usage method according to claim 9, wherein the shutter is opened and closed while the magnetic means is moved to either the plasma generation side or the sample to be processed side. 11. A control method according to claim 9, wherein the magnetic means is moved to automatically open and close the shutter by automatically detecting an external command and the progress of processing. 12. When the method of claim 4 is used for film formation, a film formation method in which plasma of substantially equal density is generated anywhere near the parallel plate electrodes to form a film. 13. The plasma device according to claim 4, wherein high frequency power having mutually different phases is applied to the parallel plate electrodes.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100321536B1 (en) * 1993-12-28 2002-06-20 히가시 데쓰로 Dipole ring magnet for magnetron sputtering or magnetron etching

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