JPH08236448A - Device and method for sputtering - Google Patents

Device and method for sputtering

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Publication number
JPH08236448A
JPH08236448A JP3377195A JP3377195A JPH08236448A JP H08236448 A JPH08236448 A JP H08236448A JP 3377195 A JP3377195 A JP 3377195A JP 3377195 A JP3377195 A JP 3377195A JP H08236448 A JPH08236448 A JP H08236448A
Authority
JP
Japan
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dielectric plate
vacuum container
microwave
vacuum
metal electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP3377195A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Kimura
忠司 木村
Zenichi Yoshida
善一 吉田
Shinichi Mizuguchi
信一 水口
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP3377195A priority Critical patent/JPH08236448A/en
Publication of JPH08236448A publication Critical patent/JPH08236448A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To uniformly treat a substrate with high-density plasma having a high degree of vacuum even when the area of the substrate is large. CONSTITUTION: A ring-like microwave supplying port is provided around the side face of the dielectric plate 18 of a target set as part of a vacuum vessel 11 having an evacuating means and reactive gas introducing port 15 so that the port can be communicated with the vessel 11 and a metallic electrode 20 is installed to the back of the plate 18. Therefore, the target is evenly sputtered, because microwave power is uniformly radiated in the vessel 11 and high-density plasma is generated from a reactive gas due to the interaction between a magnetic field and reactive gas, and then, the ions in the uniform plasma are made incident to the dielectric plate 18 of the target in an accelerated state by the high-frequency power impressed upon the electrode on the back of the plate 18 and the sputtering takes place.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ表面処理技術に
係り、半導体や液晶パネル、太陽電池等の薄膜形成工程
に用いられる誘電体膜形成用のスパッタリング装置およ
びスパッタリング方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma surface treatment technique, and more particularly to a sputtering apparatus and a sputtering method for forming a dielectric film used in a thin film forming process for semiconductors, liquid crystal panels, solar cells and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、スパッタリング装置は、デバイス
の高機能化とその処理コストの低減のために、高品質
化、高速化、大面積化、低ダメージ化を実現する取り組
みが盛んに行なわれている。以下に従来のマイクロ波ス
パッタリング装置について説明する。従来のマイクロ波
スパッタリング装置の例としては、スパッタ型ECR
(Electron Cyclotron Resonance )マイクロ波プラ
ズマ付着装置として、「応用物理」(松岡,小野:,第
57巻,P1301,1988)に示されているものが
ある。このマイクロ波スパッタリング装置は高真空でも
安定に放電することが特徴である。以下このマイクロ波
スパッタリング装置について説明する。
2. Description of the Related Art In recent years, in a sputtering apparatus, efforts have been actively made to realize high quality, high speed, large area, and low damage in order to improve the function of the device and reduce its processing cost. There is. The conventional microwave sputtering apparatus will be described below. As an example of a conventional microwave sputtering device, a sputter type ECR is used.
(Electron Cyclotron Resonance) A microwave plasma deposition apparatus is disclosed in "Applied Physics" (Matsuoka, Ono: Vol. 57, P1301, 1988). This microwave sputtering device is characterized by stable discharge even in high vacuum. The microwave sputtering device will be described below.

【0003】図5は従来のマイクロ波スパッタリング装
置の反応室の断面図である。図5において、1は共鳴室
で、基本的にはマイクロ波の真空中での円筒共振モード
TE112形状をとっている。その共鳴室1に導波管2
から真空シールド窓3を通して2.45GHzのマイク
ロ波を導入する。その共鳴室1内で、2.45GHzの
マイクロ波に対してECR条件を満足するように875
ガウスの磁場強度を外部コイル4により印加している。
放電ガスとしてアルゴン等をガス導入口5により共鳴室
1内に入れる。プラズマ引出し口6に接し、プラズマ流
7を取り囲むように円筒状のターゲット8を設置してい
る。その下方には基板ホルダー9とその上に基板10が
設置してある。
FIG. 5 is a sectional view of a reaction chamber of a conventional microwave sputtering apparatus. In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a resonance chamber, which basically has a cylindrical resonance mode TE112 shape in a microwave vacuum. Waveguide 2 in the resonance chamber 1
2.45 GHz microwave is introduced through the vacuum shield window 3 from. 875 so that the ECR condition is satisfied for the microwave of 2.45 GHz in the resonance chamber 1.
Gaussian magnetic field strength is applied by the external coil 4.
Argon or the like as a discharge gas is introduced into the resonance chamber 1 through the gas inlet 5. A cylindrical target 8 is installed so as to be in contact with the plasma outlet 6 and surround the plasma flow 7. A substrate holder 9 and a substrate 10 are installed below the substrate holder 9.

【0004】以上のように構成されたマイクロ波スパッ
タリング装置について、以下その動作を説明する。ま
ず、放電ガスとしてアルゴンを用い、10-4〜10-3
orrの圧力範囲で共鳴室1にプラズマを生成する。プ
ラズマはコイル4の発散磁場勾配により低エネルギーイ
オン(数eV〜数十eV)のプラズマ流7としてプラズ
マ引出し孔6から流れ出る。このときターゲット8に負
の電圧(直流または高周波:13.56MHz)を印加
すると、プラズマ流7中のイオンがターゲット8中に入
射してスパッタリングが起こる。ターゲット8からスパ
ッタされる粒子の一部は基板10の方向へ飛来し、薄膜
が形成される。また別のマイクロ波スパッタリング装置
の例としては、特開平4−36465号公報にマイクロ
波プラズマ発生装置として示されている。
The operation of the microwave sputtering apparatus constructed as above will be described below. First, using argon as a discharge gas, 10 −4 to 10 −3 T
Plasma is generated in the resonance chamber 1 in the pressure range of orr. The plasma flows out from the plasma extraction hole 6 as a plasma flow 7 of low energy ions (several eV to several tens eV) due to the divergent magnetic field gradient of the coil 4. At this time, when a negative voltage (DC or high frequency: 13.56 MHz) is applied to the target 8, the ions in the plasma flow 7 are incident on the target 8 and sputtering occurs. Some of the particles sputtered from the target 8 fly toward the substrate 10 to form a thin film. Further, as another example of the microwave sputtering apparatus, it is shown in JP-A-4-36465 as a microwave plasma generating apparatus.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の第
1の従来構成では、プラズマ発生部とスパッタリング部
が分離しているために装置が大型化する。また、ターゲ
ットがリング状なのでターゲットが加工しにくく高価で
あるという問題点を有していた。また、上記第2の従来
構成では、同軸導波管の開放端からマイクロ波が放射さ
れるために、ターゲット中心部分のマイクロ波電界強度
が周囲よりも強く不均一となり、ターゲットの中央部分
の消耗が早くなって利用効率が低下する上、スパッタリ
ング堆積膜の均一性も悪いという問題点を有していた。
However, in the above-mentioned first conventional structure, the size of the apparatus is increased because the plasma generating section and the sputtering section are separated. In addition, since the target is ring-shaped, it is difficult to process the target and is expensive. Further, in the second conventional configuration, since the microwave is radiated from the open end of the coaxial waveguide, the microwave electric field strength in the central portion of the target becomes stronger and more uneven than that in the surroundings, and the central portion of the target is consumed. However, there is a problem in that the sputtering efficiency becomes faster, the utilization efficiency is lowered, and the uniformity of the sputtering deposited film is poor.

【0006】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、高真空度で使用でき、また、円板ターゲットを利用
効率よく使用でき、しかも小型で均一性のよいスパッタ
リング装置を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a sputtering apparatus which can be used at a high degree of vacuum and a disk target can be used efficiently, and which is small and has good uniformity. To aim.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の第1の構成のスパッタリング装置は、真空容
器の一部として設置された誘電体板と、前記誘電体板の
外周側面が同軸導波管の中心導体と外導体がなす空隙と
連通するように設置した同軸導波管と、前記同軸導波管
に接続されたマイクロ波電力供給手段と、前記誘電体板
の真空容器外側平面に設置した金属電極と、前記金属電
極に高周波電力を印加する手段と、前記真空容器内の前
記誘電体板表面部分に磁界を発生させる手段とを備えて
いる。
In order to achieve this object, a sputtering apparatus having a first structure according to the present invention has a dielectric plate installed as a part of a vacuum container and an outer peripheral side surface of the dielectric plate. A coaxial waveguide installed so as to communicate with a space formed by the central conductor and the outer conductor of the coaxial waveguide, microwave power supply means connected to the coaxial waveguide, and the outside of the dielectric plate vacuum container. It is provided with a metal electrode placed on a plane, a means for applying high frequency power to the metal electrode, and a means for generating a magnetic field on the surface portion of the dielectric plate in the vacuum container.

【0008】また、本発明の第2の構成のスパッタリン
グ装置によれば、中心導体と外導体の中心部分にそれぞ
れ開口部分を有し、かつマイクロ波電力供給手段を有す
半同軸空胴共振器と、前記半同軸空胴共振器の中心導体
と外導体の中心部分の開口部に真空容器の一部をなすよ
う設置した誘電体板と、前記誘電体板の真空容器外側平
面に設置した金属電極と、前記金属電極に高周波電力を
印加する手段と、前記真空容器内側の前記誘電体板表面
部分に磁界を発生させる手段とを備えることが好まし
い。
According to the second aspect of the sputtering apparatus of the present invention, the semi-coaxial cavity resonator having the central conductor and the outer conductor each having an opening at the center and having microwave power supply means. A dielectric plate installed so as to form a part of a vacuum container in an opening of a central conductor of the semi-coaxial cavity resonator and a central part of an outer conductor; and a metal installed on a plane outside the vacuum container of the dielectric plate. It is preferable to include an electrode, a unit for applying high-frequency power to the metal electrode, and a unit for generating a magnetic field on the surface of the dielectric plate inside the vacuum container.

【0009】また、本発明に係るプラズマ処理方法は、
真空容器の一部として設置し、かつ真空容器外側平面に
金属電極を有す誘電体板の外周側面から中心に向かい逆
放射状に同軸導波管によってマイクロ波電力を供給する
ことにより、前記誘電体板表面から放射するマイクロ波
の表面波と前記表面波の放射領域に形成した磁界との相
互作用によって発生させたプラズマと、前記誘電体板の
金属電極に供給した高周波電力のバイアス電位とを用い
て、誘電体板をスパッタリングし、被処理基板に誘電体
薄膜を堆積させることを特徴とする。
The plasma processing method according to the present invention is
The dielectric material is installed as a part of the vacuum container, and the microwave power is supplied by a coaxial waveguide in a reverse radial direction from the outer peripheral side of the dielectric plate having a metal electrode on the outer surface of the vacuum container toward the center. Using plasma generated by the interaction between the surface wave of the microwave radiated from the plate surface and the magnetic field formed in the radiation region of the surface wave, and the bias potential of the high frequency power supplied to the metal electrode of the dielectric plate. Then, the dielectric plate is sputtered, and the dielectric thin film is deposited on the substrate to be processed.

【0010】[0010]

【作用】本発明の第1の構成によれば、同軸導波管のリ
ング状のマイクロ波放射部から誘電体板の外周側面に中
心に向かって逆放射状に供給されたマイクロ波電力は、
誘電体板の被処理基板側に表面波を円周方向及び径方向
にも均一に発生させて、真空容器内にマイクロ波電力が
均一に放射され、磁界と相互作用して反応ガスを均一に
高密度にプラズマ化する。その均一なプラズマ中のイオ
ンが誘電体板裏面の電極に印加された高周波電力により
ターゲットである誘電体板に加速入射し、スパッタリン
グが起こる。従って、ターゲットを均一にスパッタリン
グするので成膜の均一性がよく、また、ターゲットの利
用効率も向上することができる。しかも、高真空度で高
密度のプラズマ生成とスパッタリングが可能で、装置サ
イズも小型化することができる。
According to the first configuration of the present invention, the microwave power supplied from the ring-shaped microwave radiating portion of the coaxial waveguide to the outer peripheral side surface of the dielectric plate in the reverse radial direction toward the center is:
Surface waves are evenly generated in the circumferential and radial directions on the substrate side of the dielectric plate, and the microwave power is uniformly radiated into the vacuum vessel, which interacts with the magnetic field to make the reaction gas uniform. Turn into high density plasma. Ions in the uniform plasma are accelerated and incident on the target dielectric plate by the high frequency power applied to the electrode on the back surface of the dielectric plate, and sputtering occurs. Therefore, since the target is uniformly sputtered, the uniformity of film formation is good, and the utilization efficiency of the target can be improved. Moreover, high-density plasma generation and sputtering can be performed with a high degree of vacuum, and the device size can be reduced.

【0011】また、本発明の第2の構成によれば、半同
軸空胴共振器を用いるという好ましい構成によれば、大
面積の基板を処理するときなどでも、同軸導波管を大口
径に拡大していく必要がなく、装置の小型化が図れる。
Further, according to the second configuration of the present invention, according to the preferable configuration of using the semi-coaxial cavity resonator, the coaxial waveguide has a large diameter even when processing a large-area substrate. There is no need to expand, and the device can be downsized.

【0012】また、本発明の構成によれば、高真空、高
密度のプラズマでスパッタリングを行なうので、基板を
高速、均一に処理でき、また、ターゲットの利用効率も
向上させることが出来る。
Further, according to the structure of the present invention, since the sputtering is performed with high-vacuum and high-density plasma, the substrate can be uniformly processed at high speed, and the utilization efficiency of the target can be improved.

【0013】[0013]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図1は本発明に係るスパッタリン
グ装置の第1の実施例における反応室の断面図である。
(Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a reaction chamber in a first embodiment of a sputtering apparatus according to the present invention.

【0014】図1において、11は金属性の真空容器、
12は真空排気系、13は基板保持台、14は被処理基
板、15は反応ガスを導入するためのガス導入口、16
は同軸導波管の中心導体、17は同軸導波管の外導体
で、中心導体16と外導体17で同軸導波管を形成しマ
イクロ波を輸送する。18はターゲットとなるSiO2
の誘電体板(外径φ500mm、厚み25mm、誘電率3.
8)で、19は同心円状の永久磁石で、真空容器11内
に磁界を形成する。その表面磁場強度は2.5キロガウ
スである。20は誘電体板18の背面に設置した金属電
極で、高周波電源25から高周波電力が印加される。2
1は金属電極20を絶縁するための絶縁物である。22
は2.45GHzのマイクロ波発振器(図示せず)に接
続され、マイクロ波を輸送する矩形導波管、23は矩形
導波管22から同軸導波管に変換するためのリッジ、2
4はマイクロ波の整合を取るプランジャーである。25
は高周波電源である。
In FIG. 1, 11 is a metallic vacuum container,
12 is a vacuum exhaust system, 13 is a substrate holder, 14 is a substrate to be processed, 15 is a gas inlet for introducing a reaction gas, 16
Is a center conductor of the coaxial waveguide, and 17 is an outer conductor of the coaxial waveguide. The center conductor 16 and the outer conductor 17 form a coaxial waveguide and transport microwaves. 18 is the target SiO 2
Dielectric plate (outer diameter φ500 mm, thickness 25 mm, dielectric constant 3.
In 8), 19 is a concentric permanent magnet that forms a magnetic field in the vacuum chamber 11. Its surface magnetic field strength is 2.5 kilogauss. Reference numeral 20 denotes a metal electrode installed on the back surface of the dielectric plate 18, to which high frequency power is applied from a high frequency power supply 25. Two
Reference numeral 1 is an insulator for insulating the metal electrode 20. 22
Is a rectangular waveguide connected to a 2.45 GHz microwave oscillator (not shown) for transporting microwaves, 23 is a ridge for converting the rectangular waveguide 22 into a coaxial waveguide, 2
4 is a plunger for matching the microwave. 25
Is a high frequency power supply.

【0015】この同軸導波管(16,17)は中心導体外径2
1.3mm、外導体内径49mmのものから、中心導体外径
522mm、外導体内径550mmのものへマイクロ波の進
行方向へ45度のテーパー状に拡大した後、誘電体板1
8の側面へリング状にマイクロ波を導入するよう接続
し、ドアノブ状の形状としている。
This coaxial waveguide (16, 17) has a center conductor outer diameter of 2
Dielectric plate 1 after expanding from 1.3mm, outer conductor inner diameter 49mm to center conductor outer diameter 522mm, outer conductor inner diameter 550mm in the direction of microwave propagation in a 45 degree taper
8 is connected to the side surface so as to introduce the microwave into a ring shape and has a door knob shape.

【0016】本実施例の構成によれば、図2(a)に示
すように、マイクロ波は誘電体板18内を外周から中心
方向に向かい逆放射状にほぼTEM近似モードで進む。
このときマイクロ波は誘電体板18の表面で表面波と結
合し、図2(b)に示すように、誘電体板18の縁から
表面波を放射する。マイクロ波は誘電体板18内を周囲
から中央に向かって表面波を放射しながら進み、エネル
ギーとしては弱まっていくが、中央に行くほど、マイク
ロ波は重なり合うので、均一な表面波の放射が行えると
考えられる。ここで、例えばTMモードの表面波は誘電
体板18の厚みをhとすると、 h>(6.79tan-1ε)/{f√(ε−1)} の時結合する。
According to the structure of the present embodiment, as shown in FIG. 2A, the microwaves travel in the dielectric plate 18 from the outer circumference toward the center toward the center in a reverse radial manner in a substantially TEM approximation mode.
At this time, the microwave is combined with the surface wave on the surface of the dielectric plate 18, and the surface wave is radiated from the edge of the dielectric plate 18 as shown in FIG. The microwaves travel in the dielectric plate 18 from the periphery toward the center while radiating surface waves, and the energy weakens. However, the microwaves overlap toward the center, so that uniform surface waves can be radiated. it is conceivable that. Here, for example, the TM mode surface wave is coupled when h> (6.79 tan −1 ε) / {f√ (ε−1)} where h is the thickness of the dielectric plate 18.

【0017】ここで、fはマイクロ波の周波数、εは誘
電体板18の誘電率である。本実施例においてはSiO
2 の誘電体板18の初期の厚みは上式を満たし、被処理
基板4内で表面波の放射が均一となるように最適化した
値を用いたが、表面波はTMモードに限られる訳ではな
く、マイクロ波の周波数と被処理面積に合わせ厚みは誘
電体板の消耗を考慮して最適化すればよい。なお、本実
施例の構成の場合、ターゲットは誘電体である必要があ
る。
Here, f is the microwave frequency, and ε is the dielectric constant of the dielectric plate 18. In this embodiment, SiO
The initial thickness of the dielectric plate 18 of No. 2 satisfies the above formula, and a value optimized so that the surface wave radiation is uniform in the substrate 4 to be processed was used, but the surface wave is limited to the TM mode. Instead, the thickness may be optimized in consideration of the microwave frequency and the area to be processed in consideration of consumption of the dielectric plate. In the case of the configuration of this embodiment, the target needs to be a dielectric.

【0018】以上のように構成されたスパッタリング装
置について、以下図1を用いてその動作を説明する。ま
ず、真空容器11を真空排気し、ガス導入口15より例
えばArガスを導入し、0.3mTorrに調圧する。次に、
マイクロ波電力を同軸導波管(16, 17)に同軸モードのマ
イクロ波をTEMモードを基本波として500W伝搬さ
せ、SiO2 誘電体板18の外周側面から中心に向かい
逆放射状にマイクロ波を導入させる。このマイクロ波は
表面波と結合し、誘電体板18の縁から真空容器11内
に均一に放射される。この表面波は永久磁石19により
形成される磁界と相互作用する事により、プラズマ中の
電子に回転運動を与え、ガス粒子との衝突確立を増加
し、高密度の均一プラズマが発生する。このArガスプ
ラズマ内のイオンは電極20に印加した100Wの高周
波電力25によって発生する負のバイアス電位によって
加速されて、ターゲットであるSiO2 の誘電体板18
に入射衝突しスパッタリングが起こる。このとき、被処
理基板14上にはSiO2 膜が0.15μm/分の成膜
速度、およびφ420mm面内で±4.3%の均一性で成
膜できた。
The operation of the sputtering apparatus configured as described above will be described below with reference to FIG. First, the vacuum container 11 is evacuated and Ar gas, for example, is introduced from the gas inlet 15 to adjust the pressure to 0.3 mTorr. next,
The microwave power is propagated through the coaxial waveguides (16, 17) by 500 W using the TEM mode as a fundamental wave, and the microwave is introduced in the reverse radial direction from the outer peripheral side surface of the SiO 2 dielectric plate 18 toward the center. Let This microwave is combined with the surface wave and is uniformly radiated from the edge of the dielectric plate 18 into the vacuum container 11. This surface wave interacts with the magnetic field formed by the permanent magnet 19 to impart a rotational motion to the electrons in the plasma, increase the probability of collision with gas particles, and generate a high-density uniform plasma. The ions in the Ar gas plasma are accelerated by the negative bias potential generated by the high frequency power 25 of 100 W applied to the electrode 20, and the target is the dielectric plate 18 of SiO 2.
The incident beam collides with and sputtering occurs. At this time, a SiO 2 film could be formed on the substrate 14 to be processed at a film forming rate of 0.15 μm / min and a uniformity of ± 4.3% within a φ420 mm plane.

【0019】以上のように本実施例によれば、真空容器
11の一部として設置されたターゲットである誘電体板
18と、誘電体板18の外周側面が中心導体16と外導
体17がなす空隙と連通するように設置したマイクロ波
電力を供給するための同軸導波管と、誘電体板18の真
空容器外側平面に設置した金属電極20と、金属電極2
0に高周波電力を印加する高周波電源25と、真空容器
内の誘電体板表面部分に磁界を発生させる永久磁石19
とを備えることにより、ターゲットである誘電体板18
を均一にスパッタリングするので成膜の均一性がよく、
また、ターゲットの利用効率も向上することができる。
しかも、高真空度で高密度のプラズマ生成とスパッタリ
ングが可能で、装置サイズも小型化することができる。
As described above, according to this embodiment, the dielectric plate 18 which is the target installed as a part of the vacuum container 11 and the outer peripheral side surface of the dielectric plate 18 are formed by the center conductor 16 and the outer conductor 17. A coaxial waveguide for supplying microwave power installed so as to communicate with the air gap, a metal electrode 20 installed on the outer surface of the vacuum plate of the dielectric plate 18, and a metal electrode 2
High frequency power source 25 for applying high frequency power to 0, and permanent magnet 19 for generating a magnetic field on the surface of the dielectric plate in the vacuum container.
And the dielectric plate 18 which is the target.
As the film is evenly sputtered, the uniformity of film formation is good,
In addition, the utilization efficiency of the target can be improved.
Moreover, high-density plasma generation and sputtering can be performed with a high degree of vacuum, and the device size can be reduced.

【0020】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図3は本発明に係
るスパッタリング装置の第2の実施例における反応室の
断面図である。
(Embodiment 2) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a sectional view of the reaction chamber in the second embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.

【0021】図3において、26は磁界発生手段である
電磁石コイルで、真空容器1内に磁界を形成する。その
他のものは第1の実施例と同じものである。
In FIG. 3, reference numeral 26 is an electromagnet coil which is a magnetic field generating means and forms a magnetic field in the vacuum container 1. Others are the same as those in the first embodiment.

【0022】上記のように構成されたスパッタリング装
置について、以下その動作を説明する。真空容器1内に
Arガス等を供給し、マイクロ波の表面波を放射するの
と、ターゲットに高周波バイアスを印加することによ
り、高密度のプラズマを生成させるのは第1の実施例と
同様である。第1の実施例と異なるのはターゲット18
表面に形成する磁界を永久磁石から、大型化するが磁界
の均一性に優れる電磁石コイルにしている点である。こ
のことにより、スパッタリング処理の均一性の向上と、
ターゲットの消耗領域(エロージョン)を均一に拡大し
ターゲット利用効率を向上させることができる。
The operation of the sputtering apparatus configured as described above will be described below. It is the same as in the first embodiment that Ar gas or the like is supplied into the vacuum container 1 to radiate microwave surface waves, and high-frequency plasma is generated by applying a high frequency bias to the target. is there. The difference from the first embodiment is the target 18
The point is that the magnetic field formed on the surface is changed from a permanent magnet to an electromagnet coil that is large in size but excellent in magnetic field uniformity. This improves the uniformity of the sputtering process,
The consumption area (erosion) of the target can be uniformly expanded to improve the target utilization efficiency.

【0023】(実施例3)以下本発明の第3の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図4は本発明に係
るスパッタリング装置の第3の実施例における反応室の
断面図である。
(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a sectional view of a reaction chamber in the third embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.

【0024】図4において、27は中心導体と外導体そ
れぞれ中心付近に開口部を有す半同軸空胴共振器で、2
8は半同軸空胴共振器27にマイクロ波を供給する導波
管であり、その他のものは第1の実施例と同じものであ
る。第1の実施例と大きく異なるのは、ターゲットであ
るSiO2 の誘電体板18側面へ半同軸空胴共振器27
からマイクロ波を逆放射状に供給する点である。このこ
とにより、第1の実施例のように同軸導波管をテーパー
上に拡大する必要がなく、装置サイズを小型化すること
ができる。
In FIG. 4, reference numeral 27 denotes a semi-coaxial cavity resonator having an opening near the center of each of the center conductor and the outer conductor.
Reference numeral 8 is a waveguide for supplying a microwave to the semi-coaxial cavity resonator 27, and other components are the same as those in the first embodiment. A big difference from the first embodiment is that a semi-coaxial cavity resonator 27 is provided to the side surface of the dielectric plate 18 of SiO 2 which is a target.
Is a point that supplies microwaves in a reverse radial direction. As a result, it is not necessary to enlarge the coaxial waveguide on the taper as in the first embodiment, and the device size can be reduced.

【0025】なお、第1〜3の実施例においてターゲッ
トの誘電体板18をSiO2 としたがマイクロ波を透過
する材質であればよく、例えばアルミナ、BN、Si3
4、Ta25、テフロン、等を用いてもよい。また、
第3の実施例において、半同軸空胴共振器27へのマイ
クロ波の供給を導波管で行なったが、半同軸空胴共振器
中へ挿入したアンテナを用いてもよい。
Although the target dielectric plate 18 is SiO 2 in the first to third embodiments, it may be made of any material that transmits microwaves, such as alumina, BN and Si 3.
N 4 , Ta 2 O 5 , Teflon, or the like may be used. Also,
In the third embodiment, the microwave is supplied to the semi-coaxial cavity resonator 27 by a waveguide, but an antenna inserted in the semi-coaxial cavity resonator may be used.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上のように、本発明の第1の構成のス
パッタリング装置に依れば、ターゲットを均一にスパッ
タリングするので成膜の均一性がよく、また、ターゲッ
トの利用効率も向上することができ、しかも、高真空度
で高密度のプラズマ生成とスパッタリングが可能で、装
置サイズも小型化することができる。
As described above, according to the sputtering apparatus of the first structure of the present invention, the target is uniformly sputtered, so that the film formation is good and the utilization efficiency of the target is improved. In addition, plasma generation and sputtering with high vacuum and high density are possible, and the device size can be reduced.

【0027】また、本発明の半同軸空胴共振器を用いる
第2の構成によれば、大面積の基板を処理するときなど
でも、同軸導波管を大口径に拡大していく必要がなく、
装置の小型化が図れる。
Further, according to the second structure using the semi-coaxial cavity resonator of the present invention, it is not necessary to expand the coaxial waveguide to a large diameter even when processing a large-area substrate. ,
The size of the device can be reduced.

【0028】また、本発明のスパッタリング方法によれ
ば、高真空、高密度のプラズマでスパッタリングを行な
うので、基板を高速、均一に処理でき、また、ターゲッ
トの利用効率も向上させることが出来る。
Further, according to the sputtering method of the present invention, since sputtering is performed with high vacuum and high density plasma, the substrate can be uniformly processed at high speed, and the utilization efficiency of the target can be improved.

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

【図1】本発明に係るスパッタリング装置の第1の実施
例における反応室の断面図
FIG. 1 is a sectional view of a reaction chamber in a first embodiment of a sputtering apparatus according to the present invention.

【図2】(a)は本実施例の表面波の電磁界分布図 (b)は本実施例の誘電体板内を進むマイクロ波の様子
を示す概略図
FIG. 2A is an electromagnetic field distribution diagram of surface waves of this embodiment, and FIG. 2B is a schematic diagram showing a state of microwaves traveling in a dielectric plate of this embodiment.

【図3】本発明に係るスパッタリング装置の第2の実施
例における反応室の断面図
FIG. 3 is a cross-sectional view of a reaction chamber in a second embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.

【図4】本発明に係るスパッタリング装置の第3の実施
例における反応室の断面図
FIG. 4 is a sectional view of a reaction chamber in a third embodiment of a sputtering apparatus according to the present invention.

【図5】従来のスパッタリング処理装置における反応室
の断面図
FIG. 5 is a sectional view of a reaction chamber in a conventional sputtering processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 真空容器 12 真空排気系 13 基板保持台 14 被処理基板 15 ガス導入口 16 同軸導波管の中心導体 17 同軸導波管の外導体 18 誘電体板 19 永久磁石 20 金属電極 21 絶縁物 22 矩形導波管 23 リッジ変換器 24 プランジャー 25 高周波電源 26 電磁石コイル 27 半同軸空胴共振器 28 導波管 11 Vacuum Container 12 Vacuum Evacuation System 13 Substrate Holding Table 14 Target Substrate 15 Gas Inlet 16 Central Conductor of Coaxial Waveguide 17 Outer Conductor of Coaxial Waveguide 18 Dielectric Plate 19 Permanent Magnet 20 Metal Electrode 21 Insulator 22 Rectangle Waveguide 23 Ridge converter 24 Plunger 25 High frequency power supply 26 Electromagnetic coil 27 Semi-coaxial cavity resonator 28 Waveguide

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空排気手段と反応ガス導入口を有する真
空容器と、前記真空容器内に設置された被処理基板保持
手段と、前記真空容器の一部として設置された誘電体板
と、前記誘電体板の外周側面が同軸導波管の中心導体と
外導体がなす空隙と連通するように設置した同軸導波管
と、前記同軸導波管に接続されたマイクロ波電力供給手
段と、前記誘電体板の真空容器外側平面に設置した金属
電極と、前記金属電極に高周波電力を印加する手段と、
前記真空容器内の前記誘電体板表面部分に磁界を発生さ
せる手段とを備えたスパッタリング装置。
1. A vacuum container having a vacuum evacuation unit and a reaction gas inlet, a substrate holder to be processed installed in the vacuum container, a dielectric plate installed as a part of the vacuum container, A coaxial waveguide installed so that an outer peripheral surface of the dielectric plate communicates with a space formed by a central conductor and an outer conductor of the coaxial waveguide; a microwave power supply unit connected to the coaxial waveguide; A metal electrode installed on the outer surface of the vacuum vessel of the dielectric plate, and means for applying high-frequency power to the metal electrode,
And a means for generating a magnetic field on the surface of the dielectric plate in the vacuum container.
【請求項2】磁界を発生させる手段が金属電極内に設置
した永久磁石である請求項1記載のスパッタリング装
置。
2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the means for generating a magnetic field is a permanent magnet installed in a metal electrode.
【請求項3】磁界を発生させる手段が真空容器外側に設
置した電磁石コイルである請求項1記載のスパッタリン
グ装置。
3. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the means for generating a magnetic field is an electromagnet coil installed outside the vacuum container.
【請求項4】真空排気手段と反応ガス導入口を有する真
空容器と、前記真空容器内に設置された被処理基板保持
手段と、中心導体と外導体の中心部分にそれぞれ開口部
分を有し、かつマイクロ波電力供給手段を有する半同軸
空胴共振器と、前記半同軸空胴共振器の中心導体と外導
体の中心部分の開口部に真空容器の一部をなすよう設置
した誘電体板と、前記誘電体板の真空容器外側平面に設
置した金属電極と、前記金属電極に高周波電力を印加す
る手段と、前記真空容器内側の前記誘電体板表面部分に
磁界を発生させる手段とを備えたスパッタリング装置。
4. A vacuum container having a vacuum evacuation unit and a reaction gas introduction port, a substrate holder to be processed placed in the vacuum container, and an opening portion at each of the central portions of the central conductor and the outer conductor, And a semi-coaxial cavity resonator having microwave power supply means, and a dielectric plate installed so as to form a part of a vacuum container in an opening of a central portion of the semi-coaxial cavity resonator and a central portion of an outer conductor. A metal electrode installed on the outer surface of the dielectric plate in the vacuum container, means for applying high-frequency power to the metal electrode, and means for generating a magnetic field on the surface of the dielectric plate inside the vacuum container. Sputtering equipment.
【請求項5】半同軸空洞共振器へのマイクロ波供給手段
が、前記半同軸空洞共振器に結合した導波管である請求
項4記載のスパッタリング装置。
5. The sputtering apparatus according to claim 4, wherein the microwave supplying means to the semi-coaxial cavity resonator is a waveguide coupled to the semi-coaxial cavity resonator.
【請求項6】半同軸空洞共振器へのマイクロ波供給手段
が、前記半同軸空洞共振器内に挿入したマイクロ波放射
アンテナである請求項4記載のスパッタリング装置。
6. The sputtering apparatus according to claim 4, wherein the microwave supplying means to the semi-coaxial cavity resonator is a microwave radiating antenna inserted in the semi-coaxial cavity resonator.
【請求項7】真空排気手段と反応ガス導入手段を有する
真空容器内に発生させたプラズマにより誘電体をスパッ
タリングし、前記真空容器内に設けた被処理基板に誘電
体薄膜を堆積させるスパッタリング方法であって、前記
真空容器の一部として設置し、前記真空容器外側平面に
金属電極を有する誘電体板の外周側面から中心に向かい
逆放射状に同軸導波管によってマイクロ波電力を供給す
ることにより、前記誘電体板表面から放射するマイクロ
波の表面波と前記表面波の放射領域に形成した磁界との
相互作用によって発生させたプラズマと、前記誘電体板
の金属電極に供給した高周波電力のバイアス電位とを用
いて、誘電体板をスパッタリングし、被処理基板に誘電
体薄膜を堆積させることを特徴とするスパッタリング方
法。
7. A sputtering method in which a dielectric is sputtered by plasma generated in a vacuum container having a vacuum exhaust means and a reaction gas introducing means, and a dielectric thin film is deposited on a substrate to be processed provided in the vacuum container. It is installed as a part of the vacuum container, by supplying microwave power by a coaxial waveguide in a reverse radial direction from the outer peripheral side of the dielectric plate having a metal electrode on the vacuum container outer plane toward the center, Plasma generated by the interaction between the surface wave of the microwave radiated from the surface of the dielectric plate and the magnetic field formed in the radiation region of the surface wave, and the bias potential of the high frequency power supplied to the metal electrode of the dielectric plate. And a method of sputtering a dielectric plate to deposit a dielectric thin film on a substrate to be processed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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