WO2012095961A1 - プラズマ装置 - Google Patents

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WO2012095961A1
WO2012095961A1 PCT/JP2011/050363 JP2011050363W WO2012095961A1 WO 2012095961 A1 WO2012095961 A1 WO 2012095961A1 JP 2011050363 W JP2011050363 W JP 2011050363W WO 2012095961 A1 WO2012095961 A1 WO 2012095961A1
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plasma
target
electrode
target members
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PCT/JP2011/050363
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靖典 安東
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日新電機株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414Targets
    • H01J37/3417Arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414Targets
    • H01J37/3426Material

Definitions

  • the present invention relates to a plasma apparatus.
  • a conventional plasma apparatus includes a target made of a dielectric, a magnet, a high-frequency power source, and a matching circuit (Non-Patent Document 1).
  • a magnet is placed on the back side of the target to place a magnetic field on the surface of the target.
  • the high frequency power source is connected to the target.
  • the matching circuit is connected between the high-frequency power source and the target.
  • the target is water cooled.
  • the substrate to be processed and the substrate holder are arranged at positions facing the target.
  • the substrate to be processed and the substrate holder are connected to a low frequency power source or a DC power source having a frequency lower than the frequency of the high frequency power source connected to the target in order to apply a bias according to the purpose.
  • the operation of the conventional plasma apparatus is as follows.
  • the high frequency voltage applied to the target generates plasma due to capacitive coupling between the target, the vacuum vessel, and the substrate.
  • capacitively coupled high-frequency discharge causes high-frequency reflection due to plasma as the plasma density increases.
  • high-frequency power does not enter the plasma effectively, and it is difficult to further increase the density.
  • a high density is realized by creating a magnetic field near the surface of the target, capturing electrons in the plasma with this magnetic field, and causing a magnetron discharge.
  • Electrons in the plasma reciprocate between the target and the substrate or vacuum vessel by an alternating electric field generated by a high-frequency voltage applied to the target, but a variable capacitor connected in series in a matching circuit and a dielectric that is a target material As a result, a negative DC bias is superimposed on the high-frequency voltage on the surface of the target.
  • the positive ions in the plasma are attracted by this negatively charged DC bias and enter the target surface with high energy.
  • the target surface is sputtered.
  • the surface of the target is accompanied by a temperature rise, and the cooling of the target is necessary to stabilize the target surface and suppress the rise in the temperature of the opposing substrate due to radiation from the target.
  • the particles sputtered on the target surface fly to the opposing substrate and form a film having an element configuration equivalent to that of the target. While the target is negatively charged, the substrate and the vacuum vessel have a relatively positive potential, so that the electrons that are negatively charged particles also fly to the substrate surface at the same time as the sputtered particles fly to the substrate surface. .
  • the plasma on the target surface has a strong non-uniformity with the magnetic field distribution.
  • a structure in which magnetic lines of force are arranged between the center and the periphery of the target is created.
  • a donut-shaped high-density plasma is generated, and sputtering of the target also occurs in a donut shape. .
  • an object of the present invention is to provide a plasma apparatus capable of suppressing the temperature rise of the substrate and the damage to the film formed on the substrate. .
  • the plasma apparatus includes a plurality of electrodes, a plurality of target members, and first and second power supplies.
  • the plurality of electrodes are arranged in a planar shape, and each has a rectangular planar shape.
  • the plurality of target members are provided corresponding to the plurality of electrodes, each of which is made of a dielectric, and is disposed in contact with the surface of the corresponding electrode on the substrate side.
  • the first power supply causes a high-frequency current having a first frequency to flow through the plurality of electrodes from one end of the plurality of electrodes.
  • the second power supply applies a voltage having a second frequency to the plurality of electrodes so that a voltage having a second frequency lower than the first frequency is alternately applied to the two electrodes.
  • plasma is generated by inductive coupling in the vicinity of the surfaces of a plurality of target members arranged in contact with the plurality of electrodes by causing the first power source to pass a high-frequency current through the plurality of electrodes. To do. Then, when the second power source applies a voltage having the second frequency to the plurality of electrodes, electrons and positive ions in the plasma flow into different target members, respectively, and between the plurality of electrodes and the plurality of target members. It stays near the surface.
  • FIG. 1 is a schematic view of a plasma device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a vacuum vessel, an electrode, a target member, a gas pipe 1 and a substrate holder between line II-II shown in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a region REG shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a vacuum vessel, an electrode, a target member, and a substrate holder between lines IV-IV shown in FIG. It is a conceptual diagram for demonstrating operation
  • FIG. 1 is a schematic view of a plasma apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a plasma apparatus 10 according to an embodiment of the present invention includes a vacuum vessel 1, electrodes 2 and 3, target members 4 and 5, capacitors 6, 7, 13 to 15, and variable inductance 8 , 9, a matching circuit 11, a high frequency power source 12, a low frequency power source 16, filters 17 and 18, gas pipes 19 to 21, and a substrate holder 22.
  • the vacuum vessel 1 has a hollow rectangular parallelepiped shape and is made of stainless steel.
  • Each of the electrodes 2 and 3 has a rectangular planar shape and is made of metal.
  • the electrodes 2 and 3 are arranged in a plane along the ceiling 1 ⁇ / b> A of the vacuum vessel 1 outside the vacuum vessel 1. In this case, the electrode 2 is separated from the electrode 3 by a certain distance.
  • the target members 4 and 5 are provided corresponding to the electrodes 2 and 3, respectively. And each of the target members 4 and 5 is inserted in the through-hole provided in the ceiling 1A of the vacuum vessel 1, and is fixed to the ceiling 1A.
  • the target member 4 is disposed in contact with the surface of the electrode 2 on the substrate 30 side, and the target member 5 is disposed in contact with the surface of the electrode 3 on the substrate 30 side.
  • each of the target members 4 and 5 is made of a dielectric such as SiO 2 and Si 3 N 4 .
  • the target members 4 and 5 are water cooled by a water cooling mechanism (not shown).
  • capacitor 6 and the variable inductance 8 are connected in series between one end of the electrode 2 and the matching circuit 11.
  • Capacitor 7 and variable inductance 9 are connected in series between one end of electrode 3 and matching circuit 11.
  • the matching circuit 11 is connected between the high-frequency power source 12 and the variable inductances 8 and 9 and between the high-frequency power source 12 and the ground potential GND.
  • the matching circuit 11 includes variable capacitors 111 and 112.
  • the variable capacitor 111 is connected between the high frequency power supply 12 and the variable inductances 8 and 9.
  • Variable capacitor 112 is connected between high-frequency power supply 12 and ground potential GND.
  • the high frequency power supply 12 is connected to the variable capacitors 111 and 112 of the matching circuit 11.
  • the capacitor 13 is connected between the other end of the electrode 2 and the capacitor 15.
  • the capacitor 14 is connected between the other end of the electrode 3 and the capacitor 15.
  • Capacitor 15 is connected between capacitors 13 and 14 and ground potential GND.
  • the low frequency power supply 16 is connected to the filters 17 and 18.
  • the filter 17 is connected between the low frequency power supply 16 and the electrode 2.
  • the filter 18 is connected between the low frequency power supply 16 and the electrode 3.
  • the gas pipes 19 to 21 are arranged in the vacuum vessel 1. And the gas piping 19 is arrange
  • the gas pipe 20 is disposed between the adjacent electrodes 2 and 3 along the long side direction DR1 of the electrodes 2 and 3.
  • the gas pipe 21 is disposed along the long side direction DR1 of the electrodes 2 and 3 on the outer side on the other side in the width direction of the electrodes 2 and 3 disposed in a plane.
  • the substrate holder 22 is fixed to the bottom surface 1B of the vacuum vessel 1 by a support mechanism (not shown).
  • the substrate holder 22 incorporates a heater.
  • the substrate 30 is disposed so as to face the target members 4 and 5.
  • An exhaust system that exhausts the gas in the vacuum container 1 is connected to the vacuum container 1.
  • This exhaust system has, for example, a structure in which a turbo molecular pump and a rotary pump are connected in series, and the turbo molecular pump is connected to the vacuum vessel 1 side.
  • the capacitor 6 supplies a high-frequency current (frequency: 1 MHz to 13.56 MHz) supplied via the variable inductance 8 to the electrode 2 from one end of the electrode 2.
  • the capacitor 7 supplies the high frequency current supplied via the variable inductance 9 to the electrode 3 from one end of the electrode 3.
  • variable inductances 8 and 9 allow the high-frequency current supplied from the high-frequency power source 12 through the matching circuit 11 to flow evenly through the electrodes 2 and 3.
  • the high-frequency current I1 supplied to the electrode 2 and the high-frequency current I2 supplied to the electrode 3 are measured, and the variable inductances 8 and 9 are adjusted so that the measured high-frequency currents I1 and I2 are equal.
  • the inductance value when the high-frequency currents I1 and I2 are equal may be measured in advance, and the inductance value may be set to the variable inductances 8 and 9.
  • the matching circuit 11 supplies the high-frequency current supplied from the high-frequency power source 12 to the variable inductances 8 and 9 while suppressing the reflected wave.
  • the high frequency power source 12 generates a high frequency current and supplies the generated high frequency current to the matching circuit 11.
  • the capacitor 13 supplies a high-frequency current that has flowed through the electrode 2 to the capacitor 15.
  • the capacitor 14 supplies the high frequency current flowing through the electrode 3 to the capacitor 15.
  • Capacitor 15 allows the high-frequency current from capacitors 13 and 14 to flow to ground potential GND.
  • the low frequency power supply 16 generates an alternating voltage in the range of 50 Hz to 50 kHz, and applies the generated alternating voltage to the electrodes 2 and 3 via the filters 17 and 18.
  • This alternating voltage is a voltage that alternately changes positive and negative with respect to the ground potential.
  • the filter 17 removes the high frequency component of the alternating voltage from the low frequency power supply 16 and applies the alternating voltage from which the high frequency component has been removed to the electrode 2.
  • the filter 18 removes the high frequency component of the alternating voltage from the low frequency power supply 16 and applies the alternating voltage from which the high frequency component has been removed to the electrode 3.
  • Each of the gas pipes 19 to 21 supplies, for example, argon gas (Ar gas) from the cylinder into the vacuum chamber 1.
  • argon gas Ar gas
  • the substrate holder 22 supports the substrate 30 and heats the substrate 30 to a desired temperature.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the vacuum vessel 1, electrodes 2 and 3, target members 4 and 5, gas pipes 19 to 21, and substrate holder 22 between the lines II and II shown in FIG.
  • the target member 4 is bonded (bonded) to the electrode 2
  • the target member 5 is bonded (bonded) to the electrode 3.
  • the electrode 2 and the target member 4 are arranged so that the target member 4 forms one plane with the ceiling 1A of the vacuum vessel 1. Further, the electrode 3 and the target member 5 are arranged so that the target member 5 forms one plane with the ceiling 1 ⁇ / b> A of the vacuum vessel 1.
  • Each of the insulating flanges 25 and 26 has a substantially L-shaped cross-sectional shape.
  • the insulating flange 25 is disposed between the electrode 2 and the target member 4 and the ceiling 1A of the vacuum vessel 1
  • the insulating flange 26 is disposed between the electrode 3 and the target member 5 and the ceiling 1A of the vacuum vessel 1. Is done.
  • the grounding frames 23 and 24 are made of, for example, aluminum or stainless steel, and are fixed to the ceiling 1A of the vacuum vessel 1.
  • the ground frame 23 closes one end side of the insulating flange 25.
  • the ground frame 24 closes one end side of the insulating flange 26.
  • Each of the electrodes 2 and 3 has a width W1.
  • the distance between the electrode 2 and the electrode 3 is a distance D1.
  • the width W1 is, for example, 50 mm to 200 mm, and the distance D1 is, for example, 100 mm to 200 mm.
  • the electrodes 2 and 3 have the same area.
  • the target members 4 and 5 have the same area as the electrodes 2 and 3, respectively.
  • the distance between the target members 4 and 5 and the substrate 30 is, for example, 20 mm to 100 mm.
  • the vacuum vessel 1 has an exhaust port EXH on the bottom surface 1B.
  • the exhaust system is connected to the exhaust port EXH and exhausts the gas in the vacuum vessel 1.
  • the gas pipes 19 to 21 have holes 19A, 20A, and 21A, respectively.
  • the holes 19 ⁇ / b> A, 20 ⁇ / b> A, and 21 ⁇ / b> A are directed in a direction opposite to the direction from the electrodes 2 and 3 toward the substrate 30.
  • a plurality of holes 19A, 20A, 21A are provided in the long side direction DR1 of the electrodes 2, 3 as shown in FIG.
  • the low frequency power supply 16 applies an alternating voltage to the electrodes 2 and 3.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the region REG shown in FIG.
  • a through hole 401 is provided in the insulating flange 25 and the electrode 2, and a tap hole 402 is provided in the ceiling 1 ⁇ / b> A of the vacuum vessel 1.
  • the insulating collar 403 is inserted into the through hole 401.
  • the bolt 404 passes through the insulating collar 403 and is screwed to the tap hole 402.
  • the insulating collar 403 is provided to insulate the bolt 404 from the electrode 2.
  • an O-ring 405 is disposed on the ceiling 1A of the vacuum vessel 1 in contact with the insulating flange 25, and an O-ring 406 is disposed on the electrode 2 in contact with the insulating flange 25.
  • the O-rings 405 and 406 maintain the airtightness of the vacuum container 1.
  • the insulating flange 25 has one end located in the space 410.
  • the distance D2 between the one end side of the insulating flange 25 and the ceiling 1A of the vacuum vessel 1A and the distance D3 between the one end side of the insulating flange 25 and the target member 4 are set to be less than 1 mm.
  • the interval D2 may be the same as or different from the interval D3.
  • a tapped hole 407 is provided in the ceiling 1A of the vacuum vessel 1, and a through hole 408 is provided in the ground frame 23.
  • the bolt 409 passes through the through hole 408 and is screwed to the tap hole 407.
  • the ground frame 23 is fixed to the ceiling 1A of the vacuum vessel 1 so as to close the space 410 without contacting the target member 4 and the insulating flange 25.
  • the grounding frame 23 is provided to prevent discharge in the space 410 and to prevent the insulating flange 25 from being exposed to plasma when plasma is generated in the vacuum vessel 1.
  • the other electrode 2, the target member 4, the ground frame 23, and the insulating flange 25 shown in FIG. 2 have the same structure as that shown in FIG. 3. Further, the electrode 3 and the target member 5 shown in FIG. 2 are also fixed to the ceiling 1A of the vacuum vessel 1 by the same method as the electrode 2 and the target member 4 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the vacuum vessel 1, the electrode 3, the target member 5, and the substrate holder 22 along the line IV-IV shown in FIG.
  • the target member 5 is fixed to the ceiling 1A of the vacuum vessel 1 by the ground frame 24 at both ends in the long side direction DR1.
  • the electrode 3 is fixed to the ground frame 24 by the insulating flange 26 so as to be in contact with the target member 5 at both ends in the long side direction DR1. Note that the electrode 3, the target member 5, the ground frame 24, and the insulating flange 26 have the same structure as that shown in FIG.
  • the high frequency power supply 12 supplies a high frequency current to the electrode 3 from one end 3A of the electrode 3.
  • the mechanism in which the electrode 2 is fixed to the ceiling 1A of the vacuum vessel 1 in the long side direction DR1 of the electrodes 2 and 3 is the same as the mechanism in which the electrode 3 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the operation of the plasma apparatus 10 shown in FIG.
  • the inside of the vacuum vessel 1 is exhausted to 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa or less using an exhaust system.
  • Ar gas is introduced into the vacuum vessel 1 through the gas pipes 19 to 21.
  • the flow rate of Ar gas is, for example, 50 to 200 sccm.
  • Ar gas is supplied into the vacuum container 1 from the holes 19A, 20A, and 21A of the gas pipes 19 to 21 toward the ceiling 1A of the vacuum container 1. Then, the pressure in the vacuum vessel 1 is set in the range of 0.13 Pa to 133.3 Pa using the exhaust system.
  • the high frequency power source 12 generates, for example, 5 kW high frequency power, and the generated 5 kW high frequency power is supplied to one end of the electrodes 2 and 3 via the matching circuit 11, the variable inductances 8 and 9, and the capacitors 6 and 7. Supply.
  • the low frequency power supply 16 applies 5 kW low frequency power to the electrodes 2 and 3 via the filters 17 and 18. Thereby, an alternating voltage is applied to the electrodes 2 and 3.
  • a high-frequency current having an equal current value flows through the electrodes 2 and 3 in the long side direction DR1.
  • An induction electric field is generated around the target members 4 and 5 by the high-frequency current flowing through the electrodes 2 and 3 in the long-side direction DR1, and plasma 40 is generated by Ar gas introduced into the vacuum vessel 1.
  • the charged particles (electrons and positive ions) in the plasma 40 remain in the region extending between the electrodes 2 and 3 and flow into the target members 4 and 5. Then, when positive ions flow in, the target members 4 and 5 are sputtered, and a film having substantially the same structure as the constituent elements of the target members 4 and 5 is deposited on the substrate 30.
  • the high frequency power supply 12 stops supplying high frequency power
  • the low frequency power supply 16 stops supplying low frequency power. Then, the supply of Ar gas into the vacuum container 1 is stopped, and the inside of the vacuum container 1 is exhausted to 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa or less by an exhaust system. This completes the operation of forming a film by sputtering.
  • a high frequency current is passed through the flat electrodes 2 and 3 from one end to the long side direction DR1.
  • an induced electric field is generated in the vicinity of the surface of the target members 4 and 5 by the high-frequency current flowing through the electrodes 2 and 3, and the inductively coupled plasma 40 using Ar gas introduced into the vacuum vessel 1 is generated in the target members 4 and 5. Occurs near the surface.
  • the distribution of the plasma 40 is not biased, and the target members 4 and 5 are consumed uniformly by sputtering. Therefore, the utilization efficiency of the target members 4 and 5 can be improved.
  • the decomposition efficiency of the gas species is high, and the elements of the target members 4 and 5 and the decomposition species of the gas can be reacted efficiently.
  • the plasma apparatus 10 uses plasma by inductive coupling, high-density plasma can be generated even under a low gas pressure, and a film can be generated in an environment with a good degree of vacuum. As a result, impurities in the formed film can be reduced.
  • the Ar gas is ejected from the gas pipes 19 to 21 toward the ceiling 1A of the vacuum vessel 1, the direct influence of the Ar gas on the substrate 30 can be avoided, and the Ar gas can be avoided. It can be dispersed throughout the vacuum vessel 1.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing another electrode arrangement in the plasma apparatus 10 shown in FIG.
  • electrodes 2 and 3 are replaced with electrodes 31 to 33
  • target members 4 and 5 are replaced with target members 34 to 36
  • variable inductances 8 and 9 are replaced with variable inductances 51 to 53. It may be replaced with.
  • the plasma apparatus 10 further includes inductances 41 to 43.
  • Each of the electrodes 31 to 33 has the same rectangular planar shape as the electrodes 2 and 3, and is made of aluminum.
  • the electrodes 31 to 33 are arranged in contact with the target members 34 to 36 by the same method as the electrodes 2 and 3, respectively.
  • the target members 34 to 36 are provided corresponding to the electrodes 31 to 33, respectively.
  • the target members 34 to 36 are fixed to the ceiling 1A of the vacuum vessel 1 in a planar manner by the same method as the target members 4 and 5.
  • the target members 34 to 36 have the same area as the electrodes 31 to 33, respectively, and are disposed in contact with the surface of the electrodes 31 to 33 on the substrate 30 side.
  • the filter 17 removes the high frequency component of the alternating voltage received from the low frequency power supply 16 and applies the alternating voltage from which the high frequency component has been removed to the electrodes 31 and 33 via the inductances 41 and 42.
  • the filter 18 removes the high frequency component of the alternating voltage received from the low frequency power supply 16 and applies the alternating voltage from which the high frequency component has been removed to the electrode 32 via the inductance 43.
  • the low frequency power supply 16 applies an alternating voltage to the electrodes 31 to 33 so that the electrodes 31 and 33 have the same polarity and the electrode 32 has the opposite polarity to the electrodes 31 and 33. Apply to.
  • the high frequency power supply 12 supplies a high frequency current to the electrodes 31 to 33 from one end 31A, 32A, 33A in the long side direction of the electrodes 31, 32, 33.
  • the high frequency currents flowing through the electrodes 31 to 33 are I 31 to I 33
  • the inductance value when the above relationship is established may be measured in advance, and the measured inductance value may be set in the variable inductances 51 to 53.
  • capacitors corresponding to the capacitors 6 and 7 are omitted.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing still another electrode arrangement in the plasma apparatus 10 shown in FIG.
  • electrodes 2 and 3 are replaced with electrodes 61 to 6n (n is an odd number of 3 or more)
  • target members 4 and 5 are replaced with target members 71 to 7n
  • variable inductance 8 , 9 may be replaced with variable inductances 91-9n.
  • the plasma apparatus 10 further includes inductances 81 to 8n.
  • Each of the electrodes 61 to 6n has the same rectangular planar shape as the electrodes 2 and 3, and is made of aluminum.
  • the electrodes 61 to 6n are arranged in contact with the target members 71 to 7n by the same method as the electrodes 2 and 3, respectively.
  • the target members 71 to 7n are provided corresponding to the electrodes 61 to 6n, respectively.
  • the target members 71 to 7n are fixed to the ceiling 1A of the vacuum vessel 1 in a planar shape by the same method as the target members 4 and 5.
  • the target members 71 to 7n have the same area as the electrodes 61 to 6n, respectively, and are arranged in contact with the surface of the electrodes 61 to 6n on the substrate 30 side.
  • the filter 17 removes the high-frequency component of the alternating voltage received from the low-frequency power supply 16, and the alternating voltage from which the high-frequency component has been removed is applied to the electrodes 61, 63, 65 via the inductances 81, 83, 85,. ,..., 6n.
  • the filter 18 removes the high-frequency component of the alternating voltage received from the low-frequency power supply 16, and the alternating voltage from which the high-frequency component has been removed is supplied to the electrodes 62, 64 via the inductances 82, 84,. ,..., 6n-1.
  • the low frequency power supply 16 has electrodes 61, 63,..., 6n having the same polarity, and electrodes 62, 64,.
  • An alternating voltage is applied to the electrodes 61 to 6n so as to have a polarity opposite to that of 63,.
  • the high frequency power supply 12 supplies a high frequency current to the electrodes 61 to 6n from one end 61A to 6nA in the long side direction of the electrodes 61 to 6n.
  • variable inductance inductance value thereof measured 91 may be set to ⁇ 9n.
  • capacitors corresponding to the capacitors 6 and 7 are omitted.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing still another electrode arrangement in the plasma apparatus 10 shown in FIG.
  • electrodes 2 and 3 are replaced with electrodes 101 to 104
  • target members 4 and 5 are replaced with target members 105 to 108
  • variable inductances 8 and 9 are variable inductances 121 to 124. It may be replaced with.
  • the plasma apparatus 10 further includes inductances 113 to 116.
  • Each of the electrodes 101 to 104 has the same rectangular planar shape as the electrodes 2 and 3, and is made of aluminum.
  • the electrodes 101 to 104 are disposed in contact with the target members 105 to 108 by the same method as the electrodes 2 and 3, respectively.
  • the electrodes 101 to 104 are arranged in a plane with the above-described distance D1.
  • the electrodes 101 to 104 have the same area.
  • the target members 105 to 108 are provided corresponding to the electrodes 101 to 104, respectively.
  • the target members 105 to 108 are fixed to the ceiling 1A of the vacuum vessel 1 in a planar shape by the same method as the target members 4 and 5.
  • the target members 105 to 108 have the same area as the electrodes 101 to 104, and are disposed in contact with the surface of the electrodes 101 to 104 on the substrate 30 side.
  • the filter 17 removes the high-frequency component of the alternating voltage received from the low-frequency power source 16 and applies the alternating voltage from which the high-frequency component has been removed to the electrodes 105 and 107 via the inductances 113 and 114.
  • the filter 18 removes the high frequency component of the alternating voltage received from the low frequency power supply 16 and applies the alternating voltage from which the high frequency component has been removed to the electrodes 106 and 108 via the inductances 115 and 116.
  • the low frequency power supply 16 applies an alternating voltage to the electrode 101 so that the electrodes 101 and 103 have the same polarity and the electrodes 102 and 104 have the opposite polarity to the electrodes 101 and 103. To 104.
  • the high frequency power supply 12 supplies a high frequency current to the electrodes 101 to 104 from one end 101A, 102A, 103A, 104A in the long side direction of the electrodes 101, 102, 103, 104.
  • the variable inductances 121 to 124 adjust the high frequency currents flowing through the electrodes 101 to 104 so that the high frequency currents flowing through the electrodes 101 to 104 are equal to each other.
  • variable inductances 121 to 124 may be adjusted to be equal to each other, or the inductance value when the high-frequency currents flowing through the electrodes 101 to 104 are equal to each other is measured in advance, and the measured inductance value is variable.
  • the inductances 121 to 124 may be set.
  • the electrodes 101 and 103 When the electrodes 101 and 103 are positively biased, electrons in the plasma 40 flow into the target members 105 and 107, and positive ions in the plasma 40 flow into the target members 106 and 108. Further, when the electrodes 101 and 103 are negatively biased, electrons in the plasma 40 flow into the target members 106 and 108, and positive ions in the plasma 40 flow into the target members 105 and 107.
  • the areas of the electrodes 101 to 104 are equal to each other as described above. As a result, the area of the target member into which electrons flow is equal to the area of the target member into which positive ions flow, and the plasma 40 is stabilized.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing still another electrode arrangement in the plasma apparatus 10 shown in FIG.
  • electrodes 2 and 3 are replaced with electrodes 131 to 13m (m is an even number of 4 or more)
  • target members 4 and 5 are replaced with target members 141 to 14m
  • variable inductance 8 , 9 may be replaced with variable inductances 151 to 15m.
  • the plasma apparatus 10 further includes inductances 161 to 16m.
  • Each of the electrodes 131 to 13m has the same rectangular planar shape as the electrodes 2 and 3, and is made of aluminum.
  • the electrodes 131 to 13m are arranged in contact with the target members 141 to 14m by the same method as the electrodes 2 and 3, respectively.
  • the electrodes 131 to 13m are arranged in a plane with the above-described distance D1.
  • the areas of the electrodes 131 to 13m are equal to each other.
  • the target members 141 to 14m are provided corresponding to the electrodes 131 to 13m, respectively.
  • the target members 141 to 14m are fixed to the ceiling 1A of the vacuum vessel 1 in a planar manner by the same method as the target members 4 and 5.
  • the target members 141 to 143m have the same area as the electrodes 131 to 13m, respectively, and are disposed in contact with the surface of the electrodes 131 to 13m on the substrate 30 side.
  • the filter 17 removes the high-frequency component of the alternating voltage received from the low-frequency power supply 16, and the alternating voltage from which the high-frequency component has been removed is passed through the inductances 161, 163, ..., 16m-1 to the electrodes 131, 133,. ..Apply to 13m-1.
  • the filter 18 removes the high-frequency component of the alternating voltage received from the low-frequency power supply 16, and the alternating voltage from which the high-frequency component has been removed is passed through the inductances 162, 164,..., 16m to the electrodes 132, 134,. ..Apply to 13m.
  • the low frequency power supply 16 has electrodes 131, 133,..., 13m-1 having the same polarity, and electrodes 132, 134,.
  • An alternating voltage is applied to the electrodes 131 to 13m so as to have a polarity opposite to that of 133,.
  • the high frequency power supply 12 supplies a high frequency current to the electrodes 131 to 13m from one end 131A to 13mA in the long side direction of the electrodes 131 to 13m.
  • the high frequency currents flowing through the electrodes 131 to 13m are adjusted so that the high frequency currents flowing through the electrodes 131 to 13m are equal to each other.
  • the high-frequency current supplied to the electrodes 131 to 13m is measured.
  • variable inductances 151 to 15m may be adjusted to be equal to each other, or the inductance value when the high-frequency currents flowing through the electrodes 131 to 13m are equal to each other is measured in advance, and the measured inductance value is variable.
  • the inductance may be set to 151 to 15 m.
  • the electrodes 131, 133,..., 13m-1 When the electrodes 131, 133,..., 13m-1 are positively biased, the electrons in the plasma 40 flow into the target members 141, 143,. It flows into the target members 142, 144, ..., 14m. In addition, when the electrodes 131, 133,..., 13m-1 are negatively biased, positive ions in the plasma 40 flow into the target members 141, 143,. Electrons flow into the target members 142, 144,. The areas of the electrodes 131 to 13m are equal to each other as described above. As a result, the area of the target member into which electrons flow is equal to the area of the target member into which positive ions flow, and the plasma 40 is stabilized.
  • a high-frequency current is caused to flow from one end in the long side direction to two or more electrodes, and near the surface of the target member.
  • a plasma 40 is generated by inductive coupling.
  • the charged particles (electrons and positive ions) in the plasma 40 remain between the electrodes and in the vicinity of the surface of the target member.
  • FIG. 10 is a schematic view of another plasma apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the plasma apparatus according to the embodiment of the present invention may be a plasma apparatus 10A shown in FIG.
  • plasma apparatus 10A is the same as plasma apparatus 10 except that electrodes 2 and 3 of plasma apparatus 10 shown in FIG.
  • the electrodes 201 and 301 are disposed in contact with the target members 4 and 5 in the same manner as the electrodes 2 and 3, respectively.
  • the electrodes 201 and 301 have the same area.
  • FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view of the electrode 201 shown in FIG.
  • FIG. 11A is a plan view
  • FIG. 11B is a cross-sectional view.
  • electrode 201 includes a flat plate member 2010 and capacitive elements 2020 to 2023.
  • the flat plate member 2010 has a rectangular planar shape and is made of metal.
  • the capacitive elements 2020 to 2023 are arranged in the long side direction DR1 of the electrode 201 at regular intervals D4.
  • the interval D4 is determined according to the length of the electrode 201, and is, for example, 150 to 300 mm.
  • Each of the capacitive elements 2020 to 2023 is provided on the surface 2010A of the flat plate member 2010 on the substrate 30 side over the entire width W1 of the flat plate member 2010.
  • Each of the capacitive elements 2020 to 2023 has a width W2 in the long side direction DR1 of the electrode 201.
  • the width W2 is, for example, 10 to 40 mm.
  • the capacitor element 2020 includes a through hole 2011, metal plates 2012 and 2013, capacitors 2014 and 2015, and an insulator 2016.
  • the through hole 2011 passes through the flat plate member 2010 and has a width W2.
  • Each of the metal plates 2012 and 2013 has a substantially L-shaped cross-sectional shape.
  • One end of the metal plate 2012 is electrically connected to the flat plate member 2010 on one side of the through hole 2011.
  • One end of the metal plate 2013 is electrically connected to the flat plate member 2010 on the other side of the through hole 2011.
  • the capacitors 2014 and 2015 are connected in parallel between the metal plate 2012 and the metal plate 2013.
  • the insulator 2016 is filled in the through hole 2011 so as to cover a part of the metal plates 2012 and 2013 and the capacitors 2014 and 2015.
  • Each of the capacitive elements 2021 to 2023 has the same configuration as the capacitive element 2020.
  • the electrode 201 has a configuration in which the inductance and the capacitance are electrically connected in series in the long side direction DR1. As a result, the impedance in the long side direction DR1 of the electrode 201 is lowered.
  • the impedance of the electrode 201 is the smallest when the resonance condition is satisfied, and the potential difference between both ends of the electrode 201 consists only of the potential difference due to the resistance component.
  • the electrode 301 shown in FIG. 10 has the same configuration as the electrode 201 shown in FIG.
  • the operation of forming a film on the substrate 30 by sputtering in the plasma apparatus 10A is the same as the operation of forming a film on the substrate 30 by sputtering in the plasma apparatus 10.
  • the plasma apparatus 10A includes the electrodes 201 and 301 in which the plurality of capacitive elements 2020 to 2023 arranged in the long side direction DR1 are arranged at a constant interval D2, and thus the long side direction DR1 of the electrodes 201 and 301 is included.
  • the impedance at the time decreases, and more high-frequency current flows in the long side direction DR1 of the electrodes 201 and 301.
  • the density of the plasma 40 by inductive coupling can be increased. Further, in the plasma apparatus 10A, plasma with a small potential difference can be generated even if the lengths of the electrodes 201 and 301 are increased.
  • the plurality of capacitive elements 2020 to 2023 may not be arranged at a constant interval D2 in the long side direction DR1 of the electrodes 201 and 301. If the capacitive elements 2020 to 2023 are arranged so as to be orthogonal to the direction of the high-frequency current, the impedance in the long-side direction DR1 of the electrodes 201 and 301 is reduced compared to the case where the capacitive elements 2020 to 2023 are not arranged, and the plasma 40 This is because the plasma density can be increased and plasma with a small potential difference can be generated.
  • the same changes may be made as in the case where the electrodes 2 and 3 are replaced with the electrodes 31 to 33, the electrodes 61 to 6n, the electrodes 101 to 104, and the electrodes 131 to 13m in the plasma apparatus 10. Therefore, in the plasma apparatus 10A as well, a film can be formed on the substrate 30 having an arbitrary size while suppressing the temperature rise and damage to the film during film formation.
  • Ar gas is used as the sputtering gas.
  • the present invention is not limited thereto, and a mixed gas of Ar gas and oxygen gas or nitrogen gas is used as the sputtering gas. It may be used.
  • each of the plasma devices 10 and 10A is disposed along the long side direction DR1 of the electrodes 2 and 3 and the like, and is a hole directed from the substrate 30 toward the target member (target members 4 and 5 and the like).
  • the gas pipes 19 to 21 having 19A, 20A, and 21A are provided, in the embodiment of the present invention, the plasma apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited to this. What is necessary is just to provide the gas piping which introduces gas.
  • the plasma device is arranged in a planar shape, each provided with a plurality of electrodes each having a rectangular planar shape, each corresponding to the plurality of electrodes, each made of a dielectric, and A plurality of target members arranged in contact with the surface of the corresponding electrode on the substrate side, a first power source for flowing a high-frequency current having a first frequency from one end of the plurality of electrodes to the plurality of electrodes, And a second power source that applies a voltage having the second frequency to the plurality of electrodes so that a voltage having a second frequency lower than the first frequency is alternately applied to the two electrodes.
  • the plasma apparatus includes a plurality of electrodes, a plurality of target members, and a first power source and a second power source, a high frequency current is caused to flow to the plurality of electrodes by the first power source.
  • a high frequency current is caused to flow to the plurality of electrodes by the first power source.
  • plasma due to inductive coupling can be generated, and by applying a voltage having the second frequency to the plurality of electrodes alternately by the second power source, electrons and positive ions in the plasma flow into different target members.
  • electrons and positive ions in the plasma remain between the plurality of electrodes and in the vicinity of the surfaces of the plurality of target members, and suppress the temperature rise and damage to the film during film formation, thereby forming a film on the substrate 30. This is because it can be formed.
  • This invention is applied to a plasma apparatus.

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Abstract

ガス配管(19~21)は、Arガスを真空容器(1)内へ供給する。高周波電源(12)は、平面状の電極(2,3)の一方端から高周波電流を電極(2,3)に流す。これによって、ターゲット部材(4,5)の表面近傍に誘導結合によるプラズマが発生する。低周波電源(16)は、交番電圧を電極(2,3)に印加する。これによって、プラズマ中の電子は、正にバイアスされた電極(電極(2,3)の一方)に接して配置されたターゲット部材(ターゲット部材(4,5)の一方)に流入し、プラズマ中の正イオンは、負にバイアスされた電極(電極(2,3)の他方)に接して配置されたターゲット部材(ターゲット部材(4,5)の他方)に流入する。そして、プラズマ中の電子および正イオンは、電極(2,3)間およびターゲット部材(4,5)の表面近傍に留まる。

Description

プラズマ装置
 この発明は、プラズマ装置に関するものである。
 従来のプラズマ装置は、誘電体からなるターゲットと、磁石と、高周波電源と、整合回路とを備える(非特許文献1)。磁石は、ターゲットの表面に磁場を配置するためにターゲットの裏面に設置される。高周波電源は、ターゲットに接続される。整合回路は、高周波電源とターゲットとの間に接続される。ターゲットは、水冷される。
 そして、被処理基板および基板ホルダーは、ターゲットに対向する位置に配置される。また、被処理基板および基板ホルダーは、目的に応じてバイアスを印加するためにターゲットに接続される高周波電源の周波数よりも低い周波数の低周波電源または直流電源が接続される。
 従来のプラズマ装置における動作は、次のようになる。ターゲットに印加された高周波電圧によって、ターゲットと真空容器および基板との間で容量結合によるプラズマが発生する。一般に、容量結合型の高周波放電は、プラズマ密度の増加に伴い、プラズマによる高周波の反射が生じることになり、結果として高周波電力が有効にプラズマに入らず、更なる高密度化が困難である。
 そこで、ターゲットの表面近傍に磁場を作り、この磁場でプラズマ中の電子を捕捉し、マグネトロン放電させることによって高密度化を実現させている。
 プラズマ中の電子は、ターゲットに印加された高周波電圧による交番電界によってターゲットと基板または真空容器との間を往復運動するが、整合回路内に直列に接続された可変コンデンサおよびターゲット材料である誘電体によって帯電することになり、その結果、ターゲットの表面においては、負の直流バイアスが高周波電圧に重畳することになる。
 プラズマ中の正イオンは、この負に帯電した直流バイアスによって引き込まれ、ターゲットの表面に高エネルギーで入射する。その結果、ターゲット表面は、スパッタされることになる。なお、同時に、ターゲットの表面は、温度上昇を伴い、ターゲットの冷却は、ターゲット表面の安定化およびターゲットからの輻射による対向する基板温度の上昇を抑えるために必要である。
 ターゲット表面でスパッタされた粒子は、対向する基板に飛来し、ターゲットの構成元素と同等の元素構成からなる被膜を形成する。ターゲットが負に帯電するのに対して、基板および真空容器は、相対的に正電位になるため、スパッタ粒子の基板表面への飛来と同時に、負の荷電粒子である電子も基板表面に飛来する。
 ターゲット表面のプラズマは、磁場分布に伴って強い不均一性を生じる。一般的に、円形のターゲットの場合、ターゲットの中央と周辺との間に磁力線を配置させる構造が作られるが、その結果、ドーナツ状の高密度プラズマが発生し、ターゲットのスパッタリングもドーナツ状に生じる。
大石祐一、小林大士、磯部辰徳、新井 真、清田淳也、小松 孝、石橋 暁、斉藤一也、佐藤重光、末代政輔,"大型基盤向けTFT用スパッタリング装置およびそのカソード",ULVAC TECHNICAL JOURNAL No.64 2006.
 しかし、従来のプラズマ装置においては、スパッタ粒子の基板表面への飛来と同時に、負の荷電粒子である電子も基板表面に飛来するため、エネルギーを持った電子によって基板が加熱されるとともに、基板上に形成された膜にダメージを与えるという問題がある。
 そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板の温度上昇と基板上に形成された膜に対するダメージとを抑制可能なプラズマ装置を提供することである。
 この発明の実施の形態によれば、プラズマ装置は、複数の電極と、複数のターゲット部材と、第1および第2の電源とを備える。複数の電極は、平面状に配置され、各々が長方形の平面形状を有する。複数のターゲット部材は、複数の電極に対応して設けられ、各々が誘電体からなり、かつ、対応する電極の基板側の表面に接して配置される。第1の電源は、複数の電極の一方端から第1の周波数を有する高周波電流を複数の電極に流す。第2の電源は、第1の周波数よりも低い第2の周波数を有する電圧が2つの電極に交互に印加されるように第2の周波数を有する電圧を複数の電極に印加する。
 この発明の実施の形態によるプラズマ装置においては、第1の電源が高周波電流を複数の電極に流すことによって複数の電極に接して配置された複数のターゲット部材の表面近傍に誘導結合によるプラズマが発生する。そして、第2の電源が第2の周波数を有する電圧を複数の電極に印加することによってプラズマ中の電子および正イオンは、それぞれ、異なるターゲット部材に流入し、複数の電極間および複数のターゲット部材の表面近傍に留まる。
 従って、基板の温度上昇および基板上に形成された膜に対するダメージを抑制できる。
この発明の実施の形態によるプラズマ装置の概略図である。 図1に示す線II-II間における真空容器、電極、ターゲット部材、ガス配管1および基板ホルダーの断面図である。 図2に示す領域REGの拡大図である。 図1に示す線IV-IV間における真空容器、電極、ターゲット部材、および基板ホルダーの断面図である。 図1に示すプラズマ装置の動作を説明するための概念図である。 図1に示すプラズマ装置における他の電極配置を示す概念図である。 図1に示すプラズマ装置における更に他の電極配置を示す概念図である。 図1に示すプラズマ装置における更に他の電極配置を示す概念図である。 図1に示すプラズマ装置における更に他の電極配置を示す概念図である。 この発明の実施の形態による他のプラズマ装置の概略図である。 図10に示す電極の平面図および断面図である。
 本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
 図1は、この発明の実施の形態によるプラズマ装置の概略図である。図1を参照して、この発明の実施の形態によるプラズマ装置10は、真空容器1と、電極2,3と、ターゲット部材4,5と、コンデンサ6,7,13~15と、可変インダクタンス8,9と、整合回路11と、高周波電源12と、低周波電源16と、フィルタ17,18と、ガス配管19~21と、基板ホルダー22とを備える。
 真空容器1は、中空の直方体形状を有し、ステンレスからなる。
 電極2,3の各々は、長方形の平面形状を有し、金属からなる。そして、電極2,3は、真空容器1の外部において、真空容器1の天井1Aに沿って平面状に配置される。この場合、電極2は、電極3から一定の距離だけ離されている。
 ターゲット部材4,5は、それぞれ、電極2,3に対応して設けられる。そして、ターゲット部材4,5の各々は、真空容器1の天井1Aに設けられた貫通孔に挿入され、天井1Aに固定される。また、ターゲット部材4は、電極2の基板30側の表面に接して配置され、ターゲット部材5は、電極3の基板30側の表面に接して配置される。更に、ターゲット部材4,5の各々は、SiOおよびSi等の誘電体からなる。更に、ターゲット部材4,5は、水冷機構(図示せず)によって水冷される。
 コンデンサ6および可変インダクタンス8は、電極2の一方端と整合回路11との間に直列に接続される。コンデンサ7および可変インダクタンス9は、電極3の一方端と整合回路11との間に直列に接続される。
 整合回路11は、高周波電源12と可変インダクタンス8,9との間、および高周波電源12と接地電位GNDとの間に接続される。そして、整合回路11は、可変コンデンサ111,112からなる。可変コンデンサ111は、高周波電源12と可変インダクタンス8,9との間に接続される。可変コンデンサ112は、高周波電源12と接地電位GNDとの間に接続される。
 高周波電源12は、整合回路11の可変コンデンサ111,112に接続される。コンデンサ13は、電極2の他方端とコンデンサ15との間に接続される。コンデンサ14は、電極3の他方端とコンデンサ15との間に接続される。コンデンサ15は、コンデンサ13,14と接地電位GNDとの間に接続される。
 低周波電源16は、フィルタ17,18に接続される。フィルタ17は、低周波電源16と電極2との間に接続される。フィルタ18は、低周波電源16と電極3との間に接続される。
 ガス配管19~21は、真空容器1内に配置される。そして、ガス配管19は、平面状に配置された電極2,3の幅方向における一方側の外側において、電極2,3の長辺方向DR1に沿って配置される。ガス配管20は、隣接する電極2,3間において、電極2,3の長辺方向DR1に沿って配置される。ガス配管21は、平面状に配置された電極2,3の幅方向における他方側の外側において、電極2,3の長辺方向DR1に沿って配置される。
 基板ホルダー22は、支持機構(図示せず)によって真空容器1の底面1Bに固定される。そして、基板ホルダー22は、ヒーターを内蔵する。
 なお、プラズマ装置10においては、基板30は、ターゲット部材4,5に対向するように配置される。また、真空容器1内のガスを排気する排気システムが真空容器1に接続されている。この排気システムは、例えば、ターボ分子ポンプとロータリーポンプとを直列に接続した構造からなり、ターボ分子ポンプが真空容器1側に接続される。
 コンデンサ6は、可変インダクタンス8を介して供給された高周波電流(周波数:1MHz~13.56MHz)を電極2の一方端から電極2に供給する。コンデンサ7は、可変インダクタンス9を介して供給された高周波電流を電極3の一方端から電極3に供給する。
 可変インダクタンス8,9は、整合回路11を介して高周波電源12から供給された高周波電流を均等に電極2,3に流す。この場合、電極2に供給される高周波電流I1と電極3に供給される高周波電流I2とを測定し、その測定した高周波電流I1,I2が等しくなるように可変インダクタンス8,9を調整してもよいし、高周波電流I1,I2が等しくなるときのインダクタンス値を予め測定しておき、そのインダクタンス値を可変インダクタンス8,9に設定するようにしてもよい。
 整合回路11は、高周波電源12から供給された高周波電流を反射波を抑制して可変インダクタンス8,9に供給する。
 高周波電源12は、高周波電流を発生し、その発生した高周波電流を整合回路11に供給する。コンデンサ13は、電極2を流れた高周波電流をコンデンサ15に供給する。コンデンサ14は、電極3を流れた高周波電流をコンデンサ15に供給する。コンデンサ15は、コンデンサ13,14からの高周波電流を接地電位GNDに流す。
 低周波電源16は、50Hz~50kHzの範囲の交番電圧を発生し、その発生した交番電圧をフィルタ17,18を介して電極2,3に印加する。この交番電圧は、接地電位を基準として正負に交互に変化する電圧である。
 フィルタ17は、低周波電源16からの交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧を電極2に印加する。フィルタ18は、低周波電源16からの交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧を電極3に印加する。
 ガス配管19~21の各々は、例えば、アルゴンガス(Arガス)をボンベから真空容器1内に供給する。
 基板ホルダー22は、基板30を支持するとともに、基板30を所望の温度に加熱する。
 図2は、図1に示す線II-II間における真空容器1、電極2,3、ターゲット部材4,5、ガス配管19~21および基板ホルダー22の断面図である。
 図2を参照して、ターゲット部材4は、電極2に接合(ボンディング)されており、ターゲット部材5は、電極3に接合(ボンディング)されている。
 そして、電極2およびターゲット部材4は、ターゲット部材4が真空容器1の天井1Aと一つの平面を形成するように配置される。また、電極3およびターゲット部材5は、ターゲット部材5が真空容器1の天井1Aと一つの平面を形成するように配置される。
 絶縁フランジ25,26の各々は、略L字形の断面形状を有する。そして、絶縁フランジ25は、電極2およびターゲット部材4と真空容器1の天井1Aとの間に配置され、絶縁フランジ26は、電極3およびターゲット部材5と真空容器1の天井1Aとの間に配置される。
 接地枠23,24は、例えば、アルミニウムまたはステンレスからなり、真空容器1の天井1Aに固定されている。そして、接地枠23は、絶縁フランジ25の一方端側を塞ぐ。また、接地枠24は、絶縁フランジ26の一方端側を塞ぐ。
 電極2,3の各々は、幅W1を有する。そして、電極2と電極3との間隔は、間隔D1である。幅W1は、例えば、50mm~200mmであり、間隔D1は、例えば、100mm~200mmである。そして、電極2,3は、相互に等しい面積を有する。また、ターゲット部材4,5は、それぞれ、電極2,3と同じ面積を有する。
 ターゲット部材4,5と基板30との距離は、例えば、20mm~100mmである。
 真空容器1は、底面1Bに排気口EXHを有する。排気システムは、排気口EXHに接続され、真空容器1内のガスを排気する。
 ガス配管19~21は、それぞれ、孔19A,20A,21Aを有する。そして、孔19A,20A,21Aは、電極2,3から基板30へ向かう方向と反対方向を向いている。また、孔19A,20A,21Aは、図1に示すように、電極2,3の長辺方向DR1に複数個設けられている。
 そして、低周波電源16は、交番電圧を電極2,3に印加する。
 図3は、図2に示す領域REGの拡大図である。図3を参照して、絶縁フランジ25および電極2には、貫通穴401が設けられており、真空容器1の天井1Aには、タップ穴402が設けられている。そして、絶縁カラー403は、貫通穴401に挿入されている。ボルト404は、絶縁カラー403を通り、タップ穴402にネジ止めされている。これによって、接合された電極2およびターゲット部材4は、真空容器1の天井1Aに固定される。なお、絶縁カラー403は、ボルト404と電極2とを絶縁するために設けられる。
 また、真空容器1の天井1Aには、絶縁フランジ25に接してOリング405が配置されており、電極2には、絶縁フランジ25に接してOリング406が配置されている。そして、Oリング405,406によって、真空容器1の気密性が保持される。
 絶縁フランジ25は、その一方端側が空間410内に位置する。そして、絶縁フランジ25の一方端側と真空容器1Aの天井1Aとの間隔D2、および絶縁フランジ25の一方端側とターゲット部材4との間隔D3は、1mm未満に設定される。この場合、間隔D2は、間隔D3と同じであってもよく、異なっていてもよい。
 また、真空容器1の天井1Aには、タップ穴407が設けられており、接地枠23には、貫通穴408が設けられている。そして、ボルト409は、貫通穴408を通り、タップ穴407にネジ止めされている。これによって、接地枠23は、ターゲット部材4および絶縁フランジ25に接触せず、空間410を塞ぐように真空容器1の天井1Aに固定される。接地枠23は、真空容器1内でプラズマが発生した場合、空間410内での放電を防止するとともに、絶縁フランジ25がプラズマに晒されるのを防止するために設けられる。
 なお、図2に示す他方側の電極2、ターゲット部材4、接地枠23および絶縁フランジ25の部分も、図3に示す構造と同じ構造からなる。また、図2に示す電極3およびターゲット部材5も、図3に示す電極2およびターゲット部材4と同じ方法によって真空容器1の天井1Aに固定される。
 図4は、図1に示す線IV-IV間における真空容器1、電極3、ターゲット部材5、および基板ホルダー22の断面図である。
 図4を参照して、ターゲット部材5は、長辺方向DR1の両端においても接地枠24によって真空容器1の天井1Aに固定される。そして、電極3は、長辺方向DR1の両端においても、ターゲット部材5に接するように絶縁フランジ26によって接地枠24に固定される。なお、電極3、ターゲット部材5、接地枠24および絶縁フランジ26の部分は、図3に示す構造と同じ構造からなる。
 そして、高周波電源12は、電極3の一方端3Aから高周波電流を電極3に供給する。
 電極2,3の長辺方向DR1において電極2が真空容器1の天井1Aに固定される機構についても、図4に示す電極3が真空容器1の天井1Aに固定される機構と同じである。
 プラズマ装置10における動作について説明する。図5は、図1に示すプラズマ装置10の動作を説明するための概念図である。プラズマ装置10を用いてスパッタリングによって膜を基板30上に形成する場合、排気システムを用いて真空容器1内を1×10-3Pa以下に排気する。
 そして、Arガスをガス配管19~21を介して真空容器1内に導入する。この場合、Arガスの流量は、例えば、50~200sccmである。また、Arガスは、ガス配管19~21の孔19A,20A,21Aから真空容器1の天井1Aに向けて真空容器1内へ供給される。そして、排気システムを用いて真空容器1内の圧力を0.13Pa~133.3Paの範囲に設定する。
 そうすると、高周波電源12は、例えば、5kWの高周波電力を発生し、その発生した5kWの高周波電力を整合回路11、可変インダクタンス8,9およびコンデンサ6,7を介して電極2,3の一方端へ供給する。
 また、低周波電源16は、5kWの低周波電力をフィルタ17,18を介して電極2,3に印加する。これによって、交番電圧が電極2,3に印加される。
 その結果、等しい電流値の高周波電流が長辺方向DR1に電極2,3を流れる。そして、電極2,3を長辺方向DR1に流れる高周波電流によってターゲット部材4,5の周辺に誘導電界が発生し、真空容器1内に導入したArガスによるプラズマ40が発生する。
 そして、交番電圧によって電極2が正にバイアスされたとき、プラズマ40中の電子がターゲット部材4に流入し、プラズマ40中の正イオンがターゲット部材5に流入する。また、交番電圧によって電極2が負にバイアスされたとき、プラズマ40中の正イオンがターゲット部材4に流入し、プラズマ40中の電子がターゲット部材5に流入する。
 その結果、プラズマ40中の荷電粒子(電子および正イオン)は、電極2,3間に跨る領域に留まるとともに、ターゲット部材4,5に流入する。そして、正イオンが流入することによって、ターゲット部材4,5は、スパッタされ、ターゲット部材4,5の構成元素とほぼ同じ構成の膜が基板30上に堆積される。
 基板30上に膜が堆積されると、高周波電源12は、高周波電力の供給を停止し、低周波電源16は、低周波電力の供給を停止する。そして、Arガスの真空容器1内への供給を停止し、排気システムによって真空容器1内を1×10-3Pa以下に排気する。これによって、スパッタリングによって膜を形成する動作が終了する。
 このように、プラズマ装置10においては、平板状の電極2,3に一方端から長辺方向DR1に高周波電流を流す。その結果、電極2,3を流れる高周波電流によって誘導電界がターゲット部材4,5の表面近傍に発生し、真空容器1内に導入されたArガスによる誘導結合型のプラズマ40がターゲット部材4,5の表面近傍に発生する。また、低周波電源によって交番電圧が電極2,3に印加されるので、プラズマ40中の電子がターゲット部材4およびターゲット部材5に交互に流入するとともに、プラズマ40中の正イオンがターゲット部材5およびターゲット部材4に交互に流入し、プラズマ40中の荷電粒子(電子および正イオン)がターゲット部材4,5の近傍に留まる。
 従って、プラズマ40中の荷電粒子の基板30への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
 また、プラズマ装置10においては、誘導結合によってプラズマを発生するので、磁場を用いることなく、高密度プラズマをターゲット部材4,5の近傍に生成できる。
 更に、プラズマ装置10においては、磁場を用いないので、プラズマ40の分布が偏らず、ターゲット部材4,5は、スパッタリングによって一様に消費される。従って、ターゲット部材4,5の利用効率を向上できる。
 更に、プラズマ装置10においては、誘導結合によるプラズマを用いるので、ガス種の分解効率が高く、ターゲット部材4,5の元素とガスの分解種とを効率良く反応させることができる。
 更に、プラズマ装置10においては、誘導結合によるプラズマを用いるので、低ガス圧下でも高密度のプラズマを生成でき、真空度の良い環境で膜を生成できる。その結果、形成した膜中の不純物を低減できる。
 更に、プラズマ装置10においては、Arガスは、ガス配管19~21から真空容器1の天井1Aに向かって噴出するので、Arガスの基板30への直接の影響を避けることができ、Arガスを真空容器1内の全体へ分散させることができる。
 図6は、図1に示すプラズマ装置10における他の電極配置を示す概念図である。図6を参照して、プラズマ装置10においては、電極2,3を電極31~33に代え、ターゲット部材4,5をターゲット部材34~36に代え、可変インダクタンス8,9を可変インダクタンス51~53に代えてもよい。この場合、プラズマ装置10は、インダクタンス41~43を更に備える。
 電極31~33の各々は、電極2,3と同じ長方形の平面形状を有し、アルミニウムからなる。電極31~33は、電極2,3と同じ方法によってそれぞれターゲット部材34~36に接して配置される。そして、電極31~33は、上述した間隔D1で平面状に配置される。また、電極31~33の面積をそれぞれS31~S33とすると、S31+S33=S32の関係が成立する。
 ターゲット部材34~36は、それぞれ、電極31~33に対応して設けられる。ターゲット部材34~36は、ターゲット部材4,5と同じ方法によって真空容器1の天井1Aに平面状に固定される。そして、ターゲット部材34~36は、それぞれ、電極31~33と同じ面積を有し、電極31~33の基板30側の表面に接して配置される。
 フィルタ17は、低周波電源16から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス41,42を介して電極31,33に印加する。
 また、フィルタ18は、低周波電源16から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス43を介して電極32に印加する。
 3個の電極31~33が用いられる場合、低周波電源16は、電極31,33が同じ極性になり、電極32が電極31,33と逆の極性になるように交番電圧を電極31~33に印加する。
 電極31~33が用いられる場合、高周波電源12は、電極31,32,33の長辺方向における一方端31A,32A,33Aから電極31~33に高周波電流を供給する。この場合、電極31~33に流れる高周波電流をそれぞれI31~I33とすると、可変インダクタンス51~53は、I31+I33=I32の関係が成立するように電極31~33に流れる高周波電流I31~I33を調整する。そして、I31+I33=I32の関係が成立するように電極31~33に流れる高周波電流I31~I33を調整する場合、電極31~33に供給される高周波電流I31~I33を測定し、その測定した高周波電流I31~I33の間にI31+I33=I32の関係が成立するように可変インダクタンス51~53を調整してもよいし、I31+I33=I32の関係が成立するときのインダクタンス値を予め測定しておき、その測定したインダクタンス値を可変インダクタンス51~53に設定するようにしてもよい。
 電極31,33が正にバイアスされたとき、プラズマ40中の電子がターゲット部材34,36に流入し、プラズマ40中の正イオンがターゲット部材35に流入する。また、電極31,33が負にバイアスされたとき、プラズマ40中の電子がターゲット部材35に流入し、プラズマ40中の正イオンがターゲット部材34,36に流入する。そして、電極31~33の面積S31~S33の間には、上述したように、S31+S33=S32の関係が成立する。その結果、電子が流入するターゲット部材の面積は、正イオンが流入するターゲット部材の面積と等しくなり、プラズマ40が安定する。
 従って、プラズマ装置10が3個の電極31~33を備える場合も、上述したように、プラズマ40中の荷電粒子(電子および正イオン)は、隣接する電極間(=電極31,32間および電極32,33間)とターゲット部材34~36の表面近傍とに留まる。よって、プラズマ40中の荷電粒子の基板30への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
 なお、図6においては、コンデンサ6,7に相当するコンデンサが省略されている。
 図7は、図1に示すプラズマ装置10における更に他の電極配置を示す概念図である。図7を参照して、プラズマ装置10においては、電極2,3を電極61~6n(nは3以上の奇数)に代え、ターゲット部材4,5をターゲット部材71~7nに代え、可変インダクタンス8,9を可変インダクタンス91~9nに代えてもよい。この場合、プラズマ装置10は、インダクタンス81~8nを更に備える。
 電極61~6nの各々は、電極2,3と同じ長方形の平面形状を有し、アルミニウムからなる。電極61~6nは、電極2,3と同じ方法によってそれぞれターゲット部材71~7nに接して配置される。そして、電極61~6nは、上述した間隔D1で平面状に配置される。また、電極61~6nの面積をそれぞれS61~S6nとすると、S61+S63=S62,S63+S65=S64,・・・,S6n-2+S6n=S6n-1の関係が成立する。
 ターゲット部材71~7nは、それぞれ、電極61~6nに対応して設けられる。ターゲット部材71~7nは、ターゲット部材4,5と同じ方法によって真空容器1の天井1Aに平面状に固定される。そして、ターゲット部材71~7nは、それぞれ、電極61~6nと同じ面積を有し、電極61~6nの基板30側の表面に接して配置される。
 フィルタ17は、低周波電源16から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス81,83,85,・・・,8nを介して電極61,63,65,・・・,6nに印加する。
 また、フィルタ18は、低周波電源16から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス82,84,・・・,8n-1を介して電極62,64,・・・,6n-1に印加する。
 n個の電極61~6nが用いられる場合、低周波電源16は、電極61,63,・・・,6nが同じ極性になり、電極62,64,・・・,6n-1が電極61,63,・・・,6nと逆の極性になるように交番電圧を電極61~6nに印加する。
 電極61~6nが用いられる場合、高周波電源12は、電極61~6nの長辺方向における一方端61A~6nAから電極61~6nに高周波電流を供給する。この場合、電極61~6nに流れる高周波電流をそれぞれI61~I6nとすると、可変インダクタンス91~9nは、I61+I63=I62,I63+I65=I64,・・・,I6n-2+I6n=I6n-1の関係が成立するように電極61~6nに流れる高周波電流I61~I6nを調整する。そして、I61+I63=I62,I63+I65=I64,・・・,I6n-2+I6n=I6n-1の関係が成立するように電極61~6nに流れる高周波電流I61~I6nを調整する場合、電極61~6nに供給される高周波電流I61~I6nを測定し、その測定した高周波電流I61~I6nの間にI61+I63=I62,I63+I65=I64,・・・,I6n-2+I6n=I6n-1の関係が成立するように可変インダクタンス91~9nを調整してもよいし、I61+I63=I62,I63+I65=I64,・・・,I6n-2+I6n=I6n-1の関係が成立するときのインダクタンス値を予め測定しておき、その測定したインダクタンス値を可変インダクタンス91~9nに設定するようにしてもよい。
 電極61,63,・・・,6nが正にバイアスされたとき、プラズマ40中の電子がターゲット部材71,73,・・・,7nに流入し、プラズマ40中の正イオンがターゲット部材72,74,・・・,7n-1に流入する。また、電極61,63,・・・,6nが負にバイアスされたとき、プラズマ40中の正イオンがターゲット部材71,73,・・・,7nに流入し、プラズマ40中の電子がターゲット部材72,74,・・・,7n-1に流入する。そして、電極61~6nの面積S61~S6nの間には、上述したように、S61+S63=S62,S63+S65=S64,・・・,S6n-2+S6n=S6n-1の関係が成立する。その結果、電子が流入するターゲット部材の面積は、正イオンが流入するターゲット部材の面積と等しくなり、プラズマ40が安定する。
 従って、プラズマ装置10が3個以上の奇数個の電極61~6nを備える場合も、上述したように、プラズマ40中の荷電粒子(電子および正イオン)は、隣接する電極間(=電極61,62間、電極62,63間、・・・、電極6n-1,6n間)とターゲット部材71~7nの表面近傍とに留まる。よって、プラズマ40中の荷電粒子の基板30への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
 なお、図6においては、コンデンサ6,7に相当するコンデンサが省略されている。
 図8は、図1に示すプラズマ装置10における更に他の電極配置を示す概念図である。図8を参照して、プラズマ装置10においては、電極2,3を電極101~104に代え、ターゲット部材4,5をターゲット部材105~108に代え、可変インダクタンス8,9を可変インダクタンス121~124に代えてもよい。この場合、プラズマ装置10は、インダクタンス113~116を更に備える。
 電極101~104の各々は、電極2,3と同じ長方形の平面形状を有し、アルミニウムからなる。電極101~104は、電極2,3と同じ方法によってそれぞれターゲット部材105~108に接して配置される。そして、電極101~104は、上述した間隔D1で平面状に配置される。また、電極101~104は、相互に等しい面積を有する。
 ターゲット部材105~108は、それぞれ、電極101~104に対応して設けられる。ターゲット部材105~108は、ターゲット部材4,5と同じ方法によって真空容器1の天井1Aに平面状に固定される。そして、ターゲット部材105~108は、それぞれ、電極101~104と同じ面積を有し、電極101~104の基板30側の表面に接して配置される。
 フィルタ17は、低周波電源16から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス113,114を介して電極105,107に印加する。
 また、フィルタ18は、低周波電源16から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス115,116を介して電極106,108に印加する。
 4個の電極101~104が用いられる場合、低周波電源16は、電極101,103が同じ極性になり、電極102,104が電極101,103と逆の極性になるように交番電圧を電極101~104に印加する。
 電極101~104が用いられる場合、高周波電源12は、電極101,102,103,104の長辺方向における一方端101A,102A,103A,104Aから電極101~104に高周波電流を供給する。この場合、可変インダクタンス121~124は、電極101~104に流れる高周波電流が相互に等しくなるように電極101~104に流れる高周波電流を調整する。そして、電極101~104に流れる高周波電流が相互に等しくなるように電極101~104に流れる高周波電流を調整する場合、電極101~104に供給される高周波電流を測定し、その測定した高周波電流が相互に等しくなるように可変インダクタンス121~124を調整してもよいし、電極101~104に流れる高周波電流が相互に等しくなるときのインダクタンス値を予め測定しておき、その測定したインダクタンス値を可変インダクタンス121~124に設定するようにしてもよい。
 電極101,103が正にバイアスされたとき、プラズマ40中の電子がターゲット部材105,107に流入し、プラズマ40中の正イオンがターゲット部材106,108に流入する。また、電極101,103が負にバイアスされたとき、プラズマ40中の電子がターゲット部材106,108に流入し、プラズマ40中の正イオンがターゲット部材105,107に流入する。そして、電極101~104の面積は、上述したように、相互に等しい。その結果、電子が流入するターゲット部材の面積は、正イオンが流入するターゲット部材の面積と等しくなり、プラズマ40が安定する。
 従って、プラズマ装置10が4個の電極101~104を備える場合も、上述したように、プラズマ40中の荷電粒子(電子および正イオン)は、隣接する電極間(=電極101,102間、電極102,103間、および電極103,104間)とターゲット部材105~108の表面近傍とに留まる。よって、プラズマ40中の荷電粒子の基板30への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
 図9は、図1に示すプラズマ装置10における更に他の電極配置を示す概念図である。図9を参照して、プラズマ装置10においては、電極2,3を電極131~13m(mは4以上の偶数)に代え、ターゲット部材4,5をターゲット部材141~14mに代え、可変インダクタンス8,9を可変インダクタンス151~15mに代えてもよい。この場合、プラズマ装置10は、インダクタンス161~16mを更に備える。
 電極131~13mの各々は、電極2,3と同じ長方形の平面形状を有し、アルミニウムからなる。電極131~13mは、電極2,3と同じ方法によってそれぞれターゲット部材141~14mに接して配置される。そして、電極131~13mは、上述した間隔D1で平面状に配置される。また、電極131~13mの面積は、相互に等しい。
 ターゲット部材141~14mは、それぞれ、電極131~13mに対応して設けられる。ターゲット部材141~14mは、ターゲット部材4,5と同じ方法によって真空容器1の天井1Aに平面状に固定される。そして、ターゲット部材141~143mは、それぞれ、電極131~13mと同じ面積を有し、電極131~13mの基板30側の表面に接して配置される。
 フィルタ17は、低周波電源16から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス161,163,・・・,16m-1を介して電極131,133,・・・,13m-1に印加する。
 また、フィルタ18は、低周波電源16から受けた交番電圧の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去した交番電圧をインダクタンス162,164,・・・,16mを介して電極132,134,・・・,13mに印加する。
 m個の電極131~13mが用いられる場合、低周波電源16は、電極131,133,・・・,13m-1が同じ極性になり、電極132,134,・・・,13mが電極131,133,・・・,13m-1と逆の極性になるように交番電圧を電極131~13mに印加する。
 電極131~13mが用いられる場合、高周波電源12は、電極131~13mの長辺方向における一方端131A~13mAから電極131~13mに高周波電流を供給する。この場合、電極131~13mに流れる高周波電流が相互に等しくなるように電極131~13mに流れる高周波電流を調整する。そして、電極131~13mに流れる高周波電流が相互に等しくなるように電極131~13mに流れる高周波電流を調整する場合、電極131~13mに供給される高周波電流を測定し、その測定した高周波電流が相互に等しくなるように可変インダクタンス151~15mを調整してもよいし、電極131~13mに流れる高周波電流が相互に等しくなるときのインダクタンス値を予め測定しておき、その測定したインダクタンス値を可変インダクタンス151~15mに設定するようにしてもよい。
 電極131,133,・・・,13m-1が正にバイアスされたとき、プラズマ40中の電子がターゲット部材141,143,・・・,14m-1に流入し、プラズマ40中の正イオンがターゲット部材142,144,・・・,14mに流入する。また、電極131,133,・・・,13m-1が負にバイアスされたとき、プラズマ40中の正イオンがターゲット部材141,143,・・・,14m-1に流入し、プラズマ40中の電子がターゲット部材142,144,・・・,14mに流入する。そして、電極131~13mの面積は、上述したように、相互に等しい。その結果、電子が流入するターゲット部材の面積は、正イオンが流入するターゲット部材の面積と等しくなり、プラズマ40が安定する。
 従って、プラズマ装置10が4個以上の偶数個の電極131~13mを備える場合も、上述したように、プラズマ40中の荷電粒子(電子および正イオン)は、隣接する電極間(=電極131,132間、電極132,133間、・・・、電極13m-1,13m間)とターゲット部材141~14mの表面近傍とに留まる。よって、プラズマ40中の荷電粒子の基板30への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
 上述したように、プラズマ装置10は、平面形状が長方形である2個以上の電極を備えている場合、高周波電流を長辺方向の一方端から2個以上の電極に流し、ターゲット部材の表面近傍に誘導結合によるプラズマ40を発生する。そして、プラズマ40中の荷電粒子(電子および正イオン)は、電極間およびターゲット部材の表面近傍に留まる。
 従って、電極が2個以上である場合、荷電粒子の基板30への流入が抑制され、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制できる。
 また、上述した各種の電極2,3、電極31~33、電極61~6n、電極101~104および電極131~13mを用いることによって、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制して任意のサイズの基板30上に膜を形成できる。
 図10は、この発明の実施の形態による他のプラズマ装置の概略図である。この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、図10に示すプラズマ装置10Aであってもよい。
 図10を参照して、プラズマ装置10Aは、図1に示すプラズマ装置10の電極2,3をそれぞれ電極201,301に代えたものであり、その他は、プラズマ装置10と同じである。
 電極201,301は、それぞれ、電極2,3と同じ方法によってターゲット部材4,5に接して配置される。そして、電極201,301は、相互に同じ面積を有する。
 図11は、図10に示す電極201の平面図および断面図である。なお、図11の(a)は、平面図であり、図11の(b)は、断面図である。
 図11を参照して、電極201は、平板部材2010と、容量素子2020~2023とを含む。平板部材2010は、長方形の平面形状を有し、金属からなる。容量素子2020~2023は、一定の間隔D4毎に電極201の長辺方向DR1に配置される。間隔D4は、電極201の長さに応じて決定され、例えば、150~300mmである。そして、容量素子2020~2023の各々は、平板部材2010の幅W1の全てにわたって平板部材2010の基板30側の表面2010Aに設けられる。また、容量素子2020~2023の各々は、電極201の長辺方向DR1において、幅W2を有する。幅W2は、例えば、10~40mmである。
 容量素子2020は、貫通孔2011と、金属板2012,2013と、コンデンサ2014,2015と、絶縁物2016とを含む。貫通孔2011は、平板部材2010を貫通し、幅W2を有する。
 金属板2012,2013の各々は、略L字形の断面形状を有する。金属板2012は、一方端が貫通孔2011の一方側の平板部材2010と電気的に接続される。金属板2013は、一方端が貫通孔2011の他方側の平板部材2010と電気的に接続される。
 コンデンサ2014,2015は、金属板2012と金属板2013との間に並列に接続される。
 絶縁物2016は、金属板2012,2013の一部およびコンデンサ2014,2015を覆うように貫通孔2011内に充填される。
 容量素子2021~2023の各々は、容量素子2020と同じ構成からなる。
 このように、電極201は、電気的に、長辺方向DR1にインダクタンスとキャパシタンスとが直列に接続された構成からなる。その結果、電極201の長辺方向DR1におけるインピーダンスが低下する。そして、電極201のインピーダンスは、共振条件を満たす場合に最も小さくなり、電極201の両端間の電位差は、抵抗成分による電位差のみからなる。
 従って、電極201の長辺方向DR1における距離が長くなっても、電位差の小さいプラズマを生成できる。
 なお、図10に示す電極301は、図11に示す電極201と同じ構成からなる。
 また、プラズマ装置10Aにおいて、スパッタリングによって基板30上に膜を形成する動作は、プラズマ装置10において、スパッタリングによって基板30上に膜を形成する動作と同じである。
 上述したように、プラズマ装置10Aは、長辺方向DR1に配置された複数の容量素子2020~2023を一定の間隔D2で配置した電極201,301を備えるので、電極201,301の長辺方向DR1におけるインピーダンスが低下し、より多くの高周波電流が電極201,301の長辺方向DR1に流れる。
 従って、プラズマ装置10Aにおいては、プラズマ装置10における効果に加え、誘導結合によるプラズマ40の密度を高くできる。また、プラズマ装置10Aにおいては、電極201,301の長さを長くしても電位差の小さいプラズマを生成できる。
 なお、プラズマ装置10Aにおいては、複数の容量素子2020~2023は、電極201,301の長辺方向DR1において、一定の間隔D2で配置されていなくてもよい。高周波電流の方向に直交するように容量素子2020~2023が配置されていれば、容量素子2020~2023が配置されない場合に比べ、電極201,301の長辺方向DR1におけるインピーダンスが低下し、プラズマ40の密度を高くできるとともに、電位差の小さいプラズマを生成できるからである。
 また、プラズマ装置10Aにおいても、プラズマ装置10において電極2,3を電極31~33、電極61~6n、電極101~104および電極131~13mに代えたのと同じ変更がなされてもよい。従って、プラズマ装置10Aにおいても、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制して任意のサイズの基板30上に膜を形成できる。
 上記においては、スパッタ用のガスとしてArガスを用いると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、Arガスと酸素ガスまたは窒素ガスとの混合ガスをスパッタ用のガスとして用いてもよい。
 また、上記においては、プラズマ装置10,10Aの各々は、電極2,3等の長辺方向DR1に沿って配置され、基板30からターゲット部材(ターゲット部材4,5等)の方向へ向いた孔19A,20A,21Aを有するガス配管19~21を備えると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、真空容器1内にArガスを導入するガス配管を備えていればよい。
 そして、この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、平面状に配置され、各々が長方形の平面形状を有する複数の電極と、複数の電極に対応して設けられ、各々が誘電体からなり、かつ、対応する電極の基板側の表面に接して配置される複数のターゲット部材と、複数の電極の一方端から第1の周波数を有する高周波電流を複数の電極に流す第1の電源と、第1の周波数よりも低い第2の周波数を有する電圧が2つの電極に交互に印加されるように第2の周波数を有する電圧を複数の電極に印加する第2の電源とを備えていればよい。
 この発明の実施の形態によるプラズマ装置は、複数の電極と、複数のターゲット部材と、第1および第2の電源とを備えていれば、第1の電源によって複数の電極に高周波電流を流すことにより誘導結合によるプラズマを発生でき、第2の電源によって第2の周波数を有する電圧を複数の電極に交互に印加することにより、プラズマ中の電子および正イオンが相互に異なるターゲット部材に流入する。その結果、プラズマ中の電子および正イオンが複数の電極の間および複数のターゲット部材の表面近傍に留まり、成膜中の膜の温度上昇および膜へのダメージを抑制して基板30上に膜を形成できるからである。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 この発明は、プラズマ装置に適用される。

Claims (7)

  1.  平面状に配置され、各々が長方形の平面形状を有する複数の電極と、
     前記複数の電極に対応して設けられ、各々が誘電体からなり、かつ、対応する電極の基板側の表面に接して配置される複数のターゲット部材と、
     前記複数の電極の一方端から第1の周波数を有する高周波電流を前記複数の電極に流す第1の電源と、
     前記第1の周波数よりも低い第2の周波数を有する電圧が2つの電極に交互に印加されるように前記第2の周波数を有する電圧を前記複数の電極に印加する第2の電源とを備えるプラズマ装置。
  2.  前記複数の電極の各々は、
     前記平面形状を有し、金属からなる平板部材と、
     前記平板部材の長辺方向において前記平板部材の前記基板側の表面に形成された複数の貫通孔に挿入され、各々の両端が前記平板部材に電気的に接続された複数の容量素子と、
     前記複数の容量素子を覆う複数の絶縁物とを含む、請求項1に記載のプラズマ装置。
  3.  前記複数の容量素子の各々は、前記平板部材に並列に接続された複数のコンデンサからなる、請求項2に記載のプラズマ装置。
  4.  前記複数の貫通孔は、一定の間隔で前記平板部材に形成されている、請求項2または請求項3に記載のプラズマ装置。
  5.  前記第1の電源と前記複数の電極との間に配置され、前記複数の電極に流れる複数の前記高周波電流を同等に設定する複数のインダクタンスを更に備える、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のプラズマ装置。
  6.  隣接する2つの電極間と前記複数の電極の外側とにおいて、前記電極の長辺方向に沿って配置された複数のガス配管を更に備える、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のプラズマ装置。
  7.  前記複数のガス配管の各々は、前記電極から前記基板へ向かう方向と反対方向を向いている複数の孔を有する、請求項6に記載のプラズマ装置。
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