JPH02254161A - Ecr sputtering device - Google Patents

Ecr sputtering device

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Publication number
JPH02254161A
JPH02254161A JP7443289A JP7443289A JPH02254161A JP H02254161 A JPH02254161 A JP H02254161A JP 7443289 A JP7443289 A JP 7443289A JP 7443289 A JP7443289 A JP 7443289A JP H02254161 A JPH02254161 A JP H02254161A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
plasma
substrate
potential
cavity
Prior art date
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Pending
Application number
JP7443289A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Harada
寛 原田
Kimisumi Yamamoto
山元 公純
Yoshito Kamatani
鎌谷 吉人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP7443289A priority Critical patent/JPH02254161A/en
Publication of JPH02254161A publication Critical patent/JPH02254161A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain ion assistant effect without connecting the other bias power source to a base plate by providing both a third electrode placed in the position brought into contact with plasma and a power source connected thereto and changing the voltage of the third electrode. CONSTITUTION:This ECR sputtering device is formed of a cavity 2, the magnetic field generating sources 3 for an electron cyclotron provided around it, a vacuum chamber 6, a first electrode 7, a second electrode 5, a third electrode 8 and a power source 9 connected to the third electrode 8. The above-mentioned cavity 2 is provided to the introduction port of a micro semiconductor waveguide 1. Further a base plate is fitted to the first electrode 7 and a target is fitted to the second electrode 5. Furthermore the third electrode 8 is provided in the position brought into contact with plasma. Then the electric potential of this plasma is regulated.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野) 本発明は、緻密で高品質な薄膜形成を行なうことができ
るイオンアシスト(沈着粒子をイオンで叩きながら成膜
する)機能を具備したECR(電子サイクロトIコン共
鳴型)スパックリング装置に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention is directed to an ECR (ECR) equipped with an ion assist function (forming a film by hitting deposited particles with ions) that can form a dense, high-quality thin film. This invention relates to an electron cyclotron resonance type (electronic cyclotron resonance type) spackling device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

スパツタリングによる成膜において、被膜基板にバイア
ス電圧を印加することにより被膜基板子〇こ形成し5た
微細孔に膜を形成したり、被膜基板−1−における膜の
41着力を増加させることを目的としたバイアススバッ
タリングが行われている。
In film formation by sputtering, the purpose is to apply a bias voltage to the coated substrate to form a film in the micropores of the coated substrate, and to increase the adhesion of the film on the coated substrate -1-. There is some biased battering going on.

また、最近ではアルゴン(A1)等による基板−・のイ
オンアシス]・効果で、特殊機能膜を形成することも試
みられている。
Recently, attempts have also been made to form a special functional film using the ion auxiliary effect of a substrate using argon (A1) or the like.

従来のECRスパッタリングにおいては1、マイクロ波
、磁界、アルゴンガスにより発生したプラズマ中のアル
ゴンイオンは、ターゲラ+1第2の電極)をマイナス高
電圧にすることにより加速されてターゲットに衝突し、
スパッタ粒子がアースされた基板(第1の電極)へ到達
し沈着する。このとき、基板及びターゲソ[・利が導電
性であり且つ基板がアース電位となっている場合は、イ
オンは基板へ到達せず沈着粒子をイオンで叩くイオンア
シスト効果は11.IJ待できない。従って、イオンア
シスト効果を得るためには基板(第1の電極)をマイナ
ス電位としなければならない。これがバイアス電位とい
われているものである。
In conventional ECR sputtering, 1. Argon ions in the plasma generated by microwaves, magnetic fields, and argon gas are accelerated by applying a negative high voltage to the target layer (second electrode) and collide with the target.
The sputtered particles reach and deposit on the grounded substrate (first electrode). At this time, if the substrate and the target material are conductive and the substrate is at ground potential, the ions will not reach the substrate and the ion assist effect will hit the deposited particles. I can't wait for IJ. Therefore, in order to obtain the ion assist effect, the substrate (first electrode) must be at a negative potential. This is called a bias potential.

一方、基板もしくはターゲットが誘電体の場合は、基板
に到達した電子により基板にナイナス電位(セルフバイ
アス)が発4tL、基板にバイアスをかけたときと同じ
効果が現れる。
On the other hand, if the substrate or target is a dielectric, the electrons reaching the substrate generate a negative potential (self-bias) at 4tL, producing the same effect as when a bias is applied to the substrate.

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

しかしながら従来のECRスパックリングにおけるセル
フバイアスは、外部からの調整が困難でありアシスト用
イオンの加速エネルギーのコントロールを行なうことが
できないという欠点があった。
However, the self-bias in conventional ECR spackle has the disadvantage that it is difficult to adjust it from the outside and the acceleration energy of the assisting ions cannot be controlled.

また、基板がフィルム状の時や基板回転、基板昇降等の
構造が複雑な場合は、基板にバイアス電位を与えるため
に、例えばスリップリング、絶縁RFバイアス電源を使
用したときは高周波シールド等が必要になり、構造的に
1.くなる欠点があった。
In addition, if the substrate is in the form of a film or if the structure is complicated such as substrate rotation or substrate lifting, a high frequency shield, etc. is required to apply a bias potential to the substrate, such as a slip ring or when using an insulated RF bias power supply. , and structurally 1. There were some drawbacks.

本発明は、L記の欠点を解決するためになされたもので
、基板にバイアス電源を連結することなく、プラズマ電
位をコントロールすること乙こより、バイアスをかけた
場合と同様の効果を発揮し、前記イオンアシストするこ
とにより良質の薄膜が形成できるようにしたECRスパ
ッタリング装置を得ることを目的とする。
The present invention was made to solve the drawbacks listed in item L, and by controlling the plasma potential without connecting a bias power source to the substrate, it can exhibit the same effect as when applying a bias. The object of the present invention is to obtain an ECR sputtering apparatus that can form a high-quality thin film by ion assisting.

〔課題を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

本発明に係るECRスパッタリング装置は、プラズマに
接触する位置に設けられた第3の電極と、この第3の電
極に接続された電源とを設けている。
The ECR sputtering apparatus according to the present invention includes a third electrode provided at a position in contact with plasma, and a power source connected to the third electrode.

〔作 用〕[For production]

第3の電極の電圧を変化することにより、プラズマの電
位を調整可能とする。
By changing the voltage of the third electrode, the potential of the plasma can be adjusted.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について実施例を説明するまえに、本発明
の基本となる知見について説明する。
Next, before describing embodiments of the present invention, the basic knowledge of the present invention will be explained.

第2図(a)、  (b)は基板ハ・イアスミ位とプラ
ズマ電位の関係を示した説明図である。ここで、同図(
a)は従来のECRスパッタリング装置を示し、同図(
b)は本発明のECRスパッタリング装置を示している
FIGS. 2(a) and 2(b) are explanatory diagrams showing the relationship between the substrate high-atomization level and the plasma potential. Here, the same figure (
a) shows a conventional ECR sputtering device;
b) shows the ECR sputtering apparatus of the present invention.

図において、■、はアース電位、■、は基板電位、VT
はターゲット電位、■、はプラズマ電位、EAばアシス
トエネルギー、E、はスパッタエネルギーである。
In the figure, ■, is the ground potential, ■, is the substrate potential, VT
is the target potential, ■ is the plasma potential, EA is the assist energy, and E is the sputtering energy.

さて、第2図(a)において、プラズマ電位は略アース
電位となるため、ターゲット(第2の電極)電位点プラ
ズマ電位(アース電位)の差がスバ、7タするためのア
ルゴンイオン(A゛)の加速エネルギーとなる。従って
、基板(第1の電極)にバイアス電圧を与えると、基板
電位V、とプラズマ電位(アース電位Vt)の差が基板
を叩く(イオンアシスト)のエネルギーEAとなる。
Now, in FIG. 2(a), since the plasma potential is approximately the ground potential, the argon ion (A ) is the acceleration energy. Therefore, when a bias voltage is applied to the substrate (first electrode), the difference between the substrate potential V and the plasma potential (earth potential Vt) becomes the energy EA for hitting the substrate (ion assist).

一方、第2図(b)は、キャビティで発生したプラズマ
に接触する位置に第3の電極を設け、この電極にプラス
の電位を与え、基板をアース電位■。とする。これによ
り、プラズマは導体とみなせるため、第3の電極で与え
たプラスの電位までプラズマ電位■、が上昇する。
On the other hand, in FIG. 2(b), a third electrode is provided at a position in contact with the plasma generated in the cavity, a positive potential is applied to this electrode, and the substrate is brought to the ground potential (2). shall be. As a result, since plasma can be regarded as a conductor, the plasma potential (2) rises to the positive potential given by the third electrode.

また、定電流放電の場合、放電インピーダンスは一定で
スパッタエネルギーは変化しないが、プラズマ電位が上
昇した分、見かけの放電インピーダンス(アース電位V
、とターゲット電位V□の差)は減少する。同図(b)
はこの関係を示す。
In addition, in the case of constant current discharge, the discharge impedance is constant and the sputtering energy does not change, but the apparent discharge impedance (earth potential V
, and the target potential V□) decreases. Same figure (b)
indicates this relationship.

従って、基板電位をアース電極としたままでも、プラズ
マ電位、即ち第3の電極の電位が基板を叩くイオンの加
速エネルギー(イオンアシス1−エネルギーEA)とな
り、前記基板にバイアス電圧をかけたのと同等の効果を
有することになる。
Therefore, even if the substrate potential is left as the ground electrode, the plasma potential, that is, the potential of the third electrode becomes the acceleration energy of the ions hitting the substrate (ion assist 1 - energy EA), which is equivalent to applying a bias voltage to the substrate. This will have the effect of

即ち、基板(第1の電極)にバイアス電源を連結せずア
ース電位にしておき、前記第3の電極の調整によってイ
オンアシスト機能を持たせることができ、装置を簡略化
できる。
That is, the substrate (first electrode) is not connected to a bias power source and is kept at ground potential, and the third electrode can be adjusted to provide an ion assist function, thereby simplifying the apparatus.

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示すECPスパッタリング
装置の構成図である。
FIG. 1 is a block diagram of an ECP sputtering apparatus showing an embodiment of the present invention.

図において、1はマイクロ波(例えば、2.45 G 
Hz )を伝播する導波管、2ばイオン化を行なうキャ
ビティ、2aはキャビティ2の開口部、3ばキャビティ
2の周りに設けられた電子ザイクIll +−ロン用ソ
レノイドコイル、4はキャビティと真空チャンバーを絶
縁するための絶縁体、5は開ID部2aの外周近傍に設
けられた戴頭円錐筒状をしたターゲット(第2の電極)
、6は真空チャンバー、7は被膜用の基板(第1の電極
)、8は本発明に係る第3の電極、9は第3の電極8が
アースに対しプラス電位になるように設けられたプラズ
マ引きだし電源、10はターゲットがアースに対してマ
イナス電位になるように設けられたDC(直流)電源、
11はアルゴンガスの供給管、12は冷却水の供給管、
13は冷却水の排水管、14は図示していない真空ポン
プに連結する排気口である。
In the figure, 1 is a microwave (e.g. 2.45 G
Hz) waveguide, 2 a cavity for ionization, 2 a the opening of the cavity 2, 3 a solenoid coil for electronic zaik provided around the cavity 2, 4 the cavity and the vacuum chamber. 5 is a truncated conical cylindrical target (second electrode) provided near the outer periphery of the open ID portion 2a.
, 6 is a vacuum chamber, 7 is a coating substrate (first electrode), 8 is a third electrode according to the present invention, and 9 is provided so that the third electrode 8 has a positive potential with respect to the ground. A plasma drawing power supply, 10, a DC (direct current) power supply provided so that the target has a negative potential with respect to the ground;
11 is an argon gas supply pipe, 12 is a cooling water supply pipe,
13 is a cooling water drain pipe, and 14 is an exhaust port connected to a vacuum pump (not shown).

次に、ECRスパッタリング装置の成膜動作について説
明する。まず、キャビティ2内に供給管11よりアルゴ
ン(Ar)ガスを供給する。次に、導波管を介してマイ
クロ波(周波数2.45GH2)を与えることによりキ
ャビティ内の電子eはソレノイドコイル3とマイクロ波
による電磁界によりキャビティ2内で円運動を始める。
Next, the film forming operation of the ECR sputtering apparatus will be explained. First, argon (Ar) gas is supplied into the cavity 2 from the supply pipe 11 . Next, by applying microwaves (frequency 2.45 GH2) through the waveguide, the electrons e within the cavity begin circular motion within the cavity 2 due to the electromagnetic field caused by the solenoid coil 3 and the microwave.

この電子により、アルゴンはAr”及びe−に励起され
る。このとき、電子の回転周期をWcとするとWc=Z
eB/mc で表わすことができる。但し、Zeは電子の電荷、Bは
磁束密度、mは質量、Cは光速である。これにより、キ
ャビティ2内にプラズマが生成される。
By these electrons, argon is excited to Ar'' and e-.At this time, if the rotation period of the electron is Wc, then Wc=Z
It can be expressed as eB/mc. However, Ze is the electric charge of the electron, B is the magnetic flux density, m is the mass, and C is the speed of light. As a result, plasma is generated within the cavity 2.

次に、電源9により第3の電極8にプラスの電圧を印加
する。これにより、プラズマ電位がプラス側に上昇し、
プラズマがアース電位であるチャンバー6内に連結した
開口部2aより放出される。
Next, a positive voltage is applied to the third electrode 8 by the power source 9. This increases the plasma potential to the positive side,
Plasma is emitted from the opening 2a connected to the chamber 6, which is at ground potential.

そして、一部のプラスイオンはターゲット5に印加され
た電源10のマイナス電圧により加速されてターゲット
5をスパッタする。このとき、ターゲット5をスパッタ
するエネルギーは、電源10により調整することができ
る。
Then, some of the positive ions are accelerated by the negative voltage of the power source 10 applied to the target 5 and sputter the target 5. At this time, the energy for sputtering the target 5 can be adjusted by the power source 10.

一方、クーゲソ1−5をスパッタしなかった残りのプラ
スイオン(Ar”)は、アシスト効果イオンとして基板
7を叩くチャンバー6に達する。このとき、基板7を叩
くプラスイオンのエネルギーは、プラズマ電位とアース
電位との差、即ち第3の電極8に印加されるプラズマ引
き出し電源9の電圧で決定される。
On the other hand, the remaining positive ions (Ar") that did not sputter Kugeso 1-5 reach the chamber 6 where they hit the substrate 7 as assist effect ions. At this time, the energy of the positive ions hitting the substrate 7 is equal to the plasma potential. It is determined by the difference from the ground potential, that is, the voltage of the plasma extraction power source 9 applied to the third electrode 8.

このように、本実施例におけるECRスパッタリング装
置は、キャビティ2から放出された一部のプラスイオン
によりターゲット5をスパッタさせ、余分のプラス・イ
オンをアシスト用として基板7に到達させるこ止ができ
る。
In this manner, the ECR sputtering apparatus of this embodiment can sputter the target 5 with some of the positive ions emitted from the cavity 2, and can prevent excess positive ions from reaching the substrate 7 for assisting purposes.

また、各電源の調整を独立して行なえるので、スパッタ
イオンのエフ、ルギー、アシストイオンのエネルギー、
スパッタイオンの粒子数及びアシストイオンの粒子数を
独立に制御することができる。
In addition, since each power source can be adjusted independently, the energy of sputtered ions, energy, and assist ions
The number of sputter ion particles and the number of assist ion particles can be controlled independently.

また、本実施例におけるECRスパッタリング装置の別
の使用法としてTiN膜等のりアクティブスパッタをあ
げることができる。これは、プラズマ中に活性ガスを導
入することによりスパッタ原子と反応させ、ターゲット
5の物質と異なる化合物薄膜を形成する方法である。こ
ごで、この化合物薄膜のできる要件としては、プラズマ
中のプラスイオンが励起状態の中で最も高いエネルギー
に励起された状態であること。そして、最外殻の電子が
1個取り去られ、より化合力の強い原子又は分子軌道を
とる場合があることがあげられる。
Another method of using the ECR sputtering apparatus in this embodiment is active sputtering of a TiN film or the like. This is a method in which an active gas is introduced into plasma to react with sputtered atoms to form a thin film of a compound different from the material of the target 5. The requirement for this compound thin film to be made is that the positive ions in the plasma are excited to the highest energy among the excited states. In some cases, one electron in the outermost shell is removed and an atomic or molecular orbital with a stronger combining force is taken.

なお、上記実施例においては、プラズマに接触する位置
に第3の電極を設けて行なったが、キャビティ自身を他
のものと絶縁して、これを第3の電極の代わりに用いて
も良い。
In the above embodiment, the third electrode was provided at a position in contact with the plasma, but the cavity itself may be insulated from others and used instead of the third electrode.

また、上記実施例においては、電源10にDC(直流)
電源を用いたが、RF(高周波)電源を用いてもよい。
In addition, in the above embodiment, the power supply 10 is powered by DC (direct current).
Although a power source is used, an RF (radio frequency) power source may also be used.

また、上記実施例においては、ターゲット5を戴頭円錐
筒状としたが、平板や筒状にしてもよい。
Further, in the above embodiment, the target 5 has a truncated conical cylinder shape, but it may have a flat plate or a cylindrical shape.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明のように本発明は、下記乙こ示ず優れた効果を
有する。
As explained above, the present invention has excellent effects including the following.

(1)プラズマ電位を第3の電極に与える電圧によりコ
ントロールしてアシスト用工不ルキ−ヲ得ているので、
基板に別のバイアス電源を連結することなく、簡単な装
置でバイアス電源・ツタによるイオンアシスト効果を得
ることができる。
(1) Since the plasma potential is controlled by the voltage applied to the third electrode to obtain assist efficiency,
It is possible to obtain the ion assist effect using a bias power supply and ivy with a simple device without connecting a separate bias power supply to the substrate.

(2)基板が誘電体の場合でもDC(直流)電源でアシ
スト効果を得ることができる。ただし、基板のチャージ
アップが問題になる場合は、基板近傍にイオンを中性化
フるニュウートライザーを設置する必要がある。
(2) Even if the substrate is a dielectric, the assist effect can be obtained with a DC (direct current) power source. However, if charge-up of the substrate becomes a problem, it is necessary to install a neutralizer near the substrate to neutralize ions.

(3)キャビティから放出された一部のプラスイオンで
ターゲットをスパッタし、残りのプラスイオンでアシス
ト効実用イオンとして基板に到達させることができる。
(3) Some of the positive ions emitted from the cavity can sputter the target, and the remaining positive ions can reach the substrate as assisting ions.

このため、スパッタイオンのエネルギー、アシストイオ
ンのエネルギー、スパッタ粒子の数、アシスト粒子の数
を独立に制御することができる。
Therefore, the energy of sputtered ions, the energy of assist ions, the number of sputtered particles, and the number of assist particles can be independently controlled.

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

第1図は本発明の一実施例を示すECRスパッタリング
装置の構成図、第2図(a)、  (b)は基板バイア
ス電位とプラズマ電位の関係を示した説明図である。 1・・・導波管、2・・・キャビティ、2a・・・開口
部、3・・・電子サイクロトロン用ソレドコイル、4・
・・絶縁体、5・・・ターう(第2の電極)、6・・・
真空チャンバー、・基板(第1の電極)、8・・・第3
の電・・・プラズマ引きだし電源、10・ (直流)電源。 ノイ ノI・ 7・・ 極、9 DC
FIG. 1 is a block diagram of an ECR sputtering apparatus showing an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) and 2(b) are explanatory diagrams showing the relationship between substrate bias potential and plasma potential. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Waveguide, 2... Cavity, 2a... Opening, 3... Soled coil for electron cyclotron, 4...
... Insulator, 5... Teru (second electrode), 6...
Vacuum chamber, substrate (first electrode), 8... third
Electricity...Plasma drawing power supply, 10. (DC) power supply. Noino I・7・・Koku, 9 DC

Claims (1)

【特許請求の範囲】  マイクロ半導体導波管の導入口に設けられたキャビテ
ィと、このキャビディの周りに設けられた電子サイクロ
トロン用磁界発生源と、前記キャビティと連通して設け
られた真空チャンバーと、基板が取付けられる第1の電
極と、ターゲットが取付けられる第2の電極とから構成
されたECRスパッタリング装置において、 プラズマに接触する位置に設けられた第3の電極と、こ
の第3の電極に接続された電源とを設け、前記プラズマ
の電位を調整可能にしたことを特徴とするECRスパッ
タリング装置。
[Claims] A cavity provided at an inlet of a micro semiconductor waveguide, a magnetic field generation source for an electron cyclotron provided around the cavity, and a vacuum chamber provided in communication with the cavity. In an ECR sputtering apparatus that is composed of a first electrode to which a substrate is attached and a second electrode to which a target is attached, a third electrode is provided at a position in contact with the plasma, and a third electrode is connected to the third electrode. 1. An ECR sputtering apparatus characterized in that an ECR sputtering apparatus is provided with a power source, and the potential of the plasma can be adjusted.
JP7443289A 1989-03-27 1989-03-27 Ecr sputtering device Pending JPH02254161A (en)

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