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JP2017088973A - Plasma sputtering equipment - Google Patents

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JP2017088973A JP2015222679A JP2015222679A JP2017088973A JP 2017088973 A JP2017088973 A JP 2017088973A JP 2015222679 A JP2015222679 A JP 2015222679A JP 2015222679 A JP2015222679 A JP 2015222679A JP 2017088973 A JP2017088973 A JP 2017088973A
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悦治 竹田
正仁 金沢
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正仁 金沢
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Abstract

【課題】プラズマスパッタに際し、プラズマ生成の効率と、スパッタ材料に移動の円滑化を可能にする。【解決手段】ターゲット材を保持するターゲット材保持部と、プラズマ生成面を有するプラズマ生成部とを有し、プラズマ生成部は、ターゲット材保持部に保持されるターゲット材表面の側方にプラズマ生成面が位置し、かつプラズマ生成面がターゲット材表面側に向いてターゲット材表面と鈍角をなすように設置されており、プラズマ生成面が前記ターゲット生成面に対し、鉛直方向+20度〜鉛直方向+45度の角度を有しているのが好適であり、これによりスパッタ効率が向上し、かつスパッタ材料の移動が円滑になり、被堆積材にスパッタ材料の堆積を行う際に堆積の効率がよくなり、スパッタリング中における被堆積材への熱ダメージを最小限にし、低温プロセスを実現する。【選択図】図1In plasma sputtering, plasma generation efficiency and smooth movement of a sputtering material are made possible. A target material holding unit for holding a target material and a plasma generation unit having a plasma generation surface, the plasma generation unit generating plasma on the side of the surface of the target material held by the target material holding unit. The surface is positioned and the plasma generation surface faces the target material surface side so as to form an obtuse angle with the target material surface, and the plasma generation surface is perpendicular to the target generation surface in the vertical direction +20 degrees to the vertical direction +45. It is preferable to have an angle of degrees, which improves the sputtering efficiency, facilitates the movement of the sputtered material, and improves the deposition efficiency when depositing the sputtered material on the deposition target material. The thermal damage to the material to be deposited during sputtering is minimized, and a low temperature process is realized. [Selection] Figure 1

Description

この発明は、プラズマを生成してターゲット材をスパッタするプラズマスパッタ装置に関するものであり、好適には、半導体及びディスプレイ(以下、半導体と総称する)デバイスの製造においてスパッタ製膜によって材料層を堆積させるためのプラズマ生成の装置に適用可能な技術分野に関する。   The present invention relates to a plasma sputtering apparatus that generates plasma and sputters a target material, and preferably deposits a material layer by sputtering deposition in the manufacture of semiconductors and display (hereinafter referred to as semiconductor) devices. The present invention relates to a technical field applicable to a plasma generation apparatus.

スパッタ堆積プロセスは、様々な半導体デバイスの製造に用いられるプロセスである。代表的なスパッタ堆積プロセスでは、半導体基板上に材料を堆積させるため、電界を発生させるプラズマ生成部によってスパッタターゲット材の近傍にプラズマが生成される。このスパッタターゲット材には負のバイアスを与えることができる。プラズマの内部で生成した電子は、ターゲット材近傍で移動して、プラズマ内でイオンを生成し、これがターゲット材表面を叩き、ターゲット材から材料を追い出す(即ち「スパッタする」)。スパッタされた粒子は、半導体基板の表面に移動してそこに堆積する。また、磁界を用いたマグネトロンスパッタでは、プラズマがマグネットにより発生するマグネトロン磁界の影響下にあり、プラズマはマグネトロン磁界の周りを凡そらせん状の経路で進んでターゲット材表面を効率よく叩くことができる。工業的に広く普及しているスパッタ装置の方式は基板とターゲットを平行に配置する平行平板型のマグネトロンスパッタであるが、基板が直接プラズマにさらされることからのダメージを問題に対して、一対のターゲット間でプラズマを発生させ、そこからスパッタ粒子のみを基板に飛来させる「対対向ターゲット方式」が特許文献1に提案されている。   A sputter deposition process is a process used in the manufacture of various semiconductor devices. In a typical sputter deposition process, plasma is generated in the vicinity of a sputter target material by a plasma generator that generates an electric field in order to deposit a material on a semiconductor substrate. A negative bias can be applied to the sputter target material. Electrons generated inside the plasma move in the vicinity of the target material and generate ions in the plasma that strike the surface of the target material and expel the material from the target material (ie, “sputter”). The sputtered particles move to the surface of the semiconductor substrate and deposit there. Further, in magnetron sputtering using a magnetic field, the plasma is under the influence of a magnetron magnetic field generated by a magnet, and the plasma can travel around the magnetron magnetic field along a spiral path and strike the surface of the target material efficiently. A widely used industrial sputtering system is a parallel plate type magnetron sputter in which a substrate and a target are arranged in parallel. However, the damage caused by direct exposure of the substrate to the plasma is a problem. Patent Document 1 proposes a “counter-on-target method” in which plasma is generated between targets and only sputtered particles fly to the substrate therefrom.

特開平10−330936号公報JP-A-10-330936

ところで、スパッタ粒子は、ターゲット材から、堆積しようとする基板へと進むときに、基板表面に対して射角となる直線経路を進む傾向がある。一方、その飛行経路上に高密度プラズマの領域が重なるという問題がある。その結果、プラズマによってイオン化された分子(例えばAr)と、ターゲット材から叩き出されたスパッタ粒子がターゲット材と基板との間で交錯(混在)する。特に、高密度プラズマによるスパッタでは通常、チャンバを比較的高い圧力で操作することが必要となり、その結果、プラズマイオンとスパッタ材の材料原子との間で衝突の頻度が高くなり、堆積原子の散乱も同様に増大する。この堆積原子の散乱により、スパッタの効率の悪化が発生する。   By the way, when the sputtered particles proceed from the target material to the substrate to be deposited, there is a tendency that the sputtered particles travel along a straight path having an angle of incidence with respect to the substrate surface. On the other hand, there is a problem that regions of high-density plasma overlap on the flight path. As a result, molecules ionized by the plasma (eg, Ar) and sputtered particles knocked out of the target material cross (mix) between the target material and the substrate. In particular, sputtering with high-density plasma usually requires that the chamber be operated at a relatively high pressure, resulting in a high frequency of collisions between the plasma ions and the material atoms of the sputter material, and the scattering of deposited atoms. Increases as well. Due to the scattering of the deposited atoms, the sputtering efficiency is deteriorated.

また、基板上の堆積層の厚さについて、基板の中でターゲットの中心に調心される部分で厚くなり、外側の領域で薄くなる(膜の不均一性やステップカバレージの悪化を招く)。また、成膜速度を上げるためにプラズマへの投入電力を増やすと上記の構造から高熱の電子が多数発生しこれが堆積原子に伴われて基板に到達することで基板が高温化する事で熱ダメージを与えることになる。
また、平行平板や対向電極の課題として、「蒸着原子がターゲットから基板に向かう経路に高密度プラズマ雲が有り、それを突き抜けて基板に至るために「成膜効率が悪い」「スパッタ粒子に付着した熱電子の影響で基板温度が上がる」「スパッタ原料以外の分子が膜中に残留する(膜質が悪くなる)」「プラズマの印加電力によりスパッタ粒子の軌道が変化してしまう」などの問題がある。
Further, the thickness of the deposited layer on the substrate becomes thicker at the portion of the substrate that is aligned with the center of the target, and becomes thinner at the outer region (which causes film non-uniformity and deterioration of step coverage). In addition, if the input power to the plasma is increased to increase the deposition rate, a large number of hot electrons are generated from the above structure and reach the substrate along with the deposited atoms, causing the substrate to become hot and causing thermal damage. Will give.
In addition, the problem with parallel plates and counter electrodes is that “the deposition atom has a high-density plasma cloud in the path from the target to the substrate and penetrates it to reach the substrate. The problem is that the substrate temperature rises due to the influence of the thermal electrons, “molecules other than the sputtering material remain in the film (the film quality deteriorates)” and “orbit of the sputtered particles changes due to the power applied to the plasma”. is there.

本願発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、スパッタ粒子とプラズマ粒子の移動を円滑にして効果的なプラズマスパッタ処理を行うことができるプラズマスパッタ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made against the background of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a plasma sputtering apparatus capable of performing an effective plasma sputtering process by smoothly moving the sputtering particles and the plasma particles.

すなわち、本発明のプラズマスパッタ装置のうち、第1の本発明は、ターゲット材を保持するターゲット材保持部と、
プラズマ生成面を有するプラズマ生成部と、を有し、
前記プラズマ生成部は、前記ターゲット材保持部に保持されるターゲット材表面の側方に前記プラズマ生成面が位置し、かつ前記プラズマ生成面が前記ターゲット材表面側に向いて前記ターゲット材表面と鈍角をなすように設置されていることを特徴とする。
That is, in the plasma sputtering apparatus of the present invention, the first aspect of the present invention is a target material holding portion for holding a target material,
A plasma generation unit having a plasma generation surface,
The plasma generation unit is located at a side of a target material surface held by the target material holding unit, and the plasma generation surface faces the target material surface side and is obtuse with the target material surface. It is installed to make.

他の形態のプラズマスパッタ装置は、前記形態の本発明において、前記プラズマ生成面は、前記ターゲット材表面に対し、鉛直方向+20度〜鉛直方向+45度の角度を有していることを特徴とする。   In another form of the plasma sputtering apparatus according to the present invention, the plasma generation surface has an angle of vertical direction +20 degrees to vertical direction +45 degrees with respect to the target material surface. .

他の形態のプラズマスパッタ装置は、前記形態の本発明において、前記ターゲット保持部で保持されるターゲット材表面と対面する位置に、被堆積材を位置させる被堆積材保持部を有していることを特徴とする。   In another aspect of the present invention, the plasma sputtering apparatus of the present invention has a deposition material holding unit that positions the deposition material at a position facing the target material surface held by the target holding unit. It is characterized by.

他の形態のプラズマスパッタ装置は、前記形態の本発明において、前記プラズマ生成部は、前記プラズマ生成面を複数有することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma sputtering apparatus according to the aspect of the invention, wherein the plasma generation unit includes a plurality of the plasma generation surfaces.

他の形態のプラズマスパッタ装置は、前記形態の本発明において、複数の前記プラズマ生成面は、少なくとも対面する位置に二つを有することを特徴とする。   The plasma sputtering apparatus of another form is characterized in that, in the present invention of the form described above, the plurality of plasma generation surfaces have at least two facing surfaces.

他の形態のプラズマスパッタ装置は、前記形態の本発明において、前記プラズマ生成部は、前記プラズマ生成面で囲まれた箇所に、前記ターゲット材表面と前記プラズマ生成面との間の空間にプラズマガスを導入するプラズマガス導入口を有することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided the plasma sputtering apparatus according to the aspect of the invention, in which the plasma generation unit is disposed in a space surrounded by the plasma generation surface in a space between the target material surface and the plasma generation surface. It has the plasma gas inlet which introduce | transduces.

他の形態のプラズマスパッタ装置は、前記形態の本発明において、前記プラズマ生成面に沿って高周波アンテナを有することを特徴とする。   In another aspect of the present invention, the plasma sputtering apparatus includes a high-frequency antenna along the plasma generation surface.

他の形態のプラズマスパッタ装置は、前記形態の本発明において、前記ターゲット保持部にバイアス電圧を付与するバイアス電源を有することを特徴とする。   In another aspect of the present invention, the plasma sputtering apparatus includes a bias power supply that applies a bias voltage to the target holding unit.

他の形態のプラズマスパッタ装置は、前記形態の本発明において、前記プラズマ生成部が、前記プラズマ生成面の内側に磁場を発生させる磁界発生部を有することを特徴とする。   In another form of the plasma sputtering apparatus according to the present invention, the plasma generation unit has a magnetic field generation unit that generates a magnetic field inside the plasma generation surface.

本発明によれば、スパッタ効率が向上し、かつスパッタ材料の移動が円滑になる。被堆積材にスパッタ材料の堆積を行う際に堆積の効率がよくなり、また、スパッタリング中における被堆積材への熱ダメージを最小限にし、低温プロセスを実現することにも貢献する効果がある。   According to the present invention, the sputtering efficiency is improved and the movement of the sputtered material becomes smooth. When depositing the sputter material on the material to be deposited, the efficiency of the deposition is improved, and thermal damage to the material to be deposited during sputtering is minimized, contributing to the realization of a low temperature process.

本発明の一実施形態のプラズマスパッタ装置でターゲット材を保持した状態を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the state holding the target material with the plasma sputtering device of one Embodiment of this invention. 同じく、断面斜視図である。Similarly, it is a cross-sectional perspective view. 同じく、保護板を省略したプラズマ生成部を示す拡大斜視図である。Similarly, it is an enlarged perspective view showing a plasma generation unit in which a protective plate is omitted. 本発明の一実施形態において、ターゲット材表面とプラズマ生成面との傾斜角度を説明する図である。In one Embodiment of this invention, it is a figure explaining the inclination angle of the target material surface and a plasma production surface. 本発明の一実施形態のプラズマスパッタ装置における動作時の模式図である。It is a schematic diagram at the time of operation | movement in the plasma sputtering apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態のプラズマスパッタ装置でターゲット材を保持した状態を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the state which hold | maintained the target material with the plasma sputtering apparatus of other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態のプラズマスパッタ装置におけるプラズマ生成部を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the plasma production | generation part in the plasma sputtering device of further another embodiment of this invention.

以下に、本発明の一実施形態のプラズマスパッタ装置1を添付図面に基づいて説明する。
プラズマスパッタ装置1は、図1、2に示すように、密閉構造の処理室2を備え、図示しない真空装置によって処理室2内を真空引きすることができる。
処理室2は、天板部2bと底板部2cとを有し、天板部2bよりも底板部2cの幅を小さくして底板部に対して傾斜させた両側の傾斜壁2a、2aを有しており、天板部2bおよび底板部2cは同じ幅(図示左右方向)で長さ方向(図示奥行き方向)に伸長している。すなわちこの実施形態では、断面略V型のチャンバを備えている。
なお、処理室2の設置位置や設置角度は特に限定されるものではない。
Below, plasma sputtering device 1 of one embodiment of the present invention is explained based on an accompanying drawing.
As shown in FIGS. 1 and 2, the plasma sputtering apparatus 1 includes a sealed processing chamber 2, and the inside of the processing chamber 2 can be evacuated by a vacuum device (not shown).
The processing chamber 2 has a top plate portion 2b and a bottom plate portion 2c, and has inclined walls 2a and 2a on both sides which are inclined with respect to the bottom plate portion by making the width of the bottom plate portion 2c smaller than the top plate portion 2b. The top plate portion 2b and the bottom plate portion 2c extend in the length direction (the illustrated depth direction) with the same width (the illustrated left and right direction). That is, in this embodiment, a chamber having a substantially V-shaped cross section is provided.
In addition, the installation position and installation angle of the processing chamber 2 are not particularly limited.

処理室2の底板部2c上には、ターゲット材保持部3を有しており、その上面にターゲット材100が設置される。ターゲット材保持部3には、バックバイアス電圧を付与するバイアス電源10が電気的に接続されている。
処理室2の天板部2b下面側には基板保持部4を有しており、図5に示すように、基板保持部4に下面を露出した状態で基板110を保持することができる。基板110は被堆積材に相当する。なお、ターゲット材保持部3と基板保持部4とは、基板110の表面がターゲット材保持部3に設置されたターゲット材100の表面と対面する位置関係にある。
A target material holding unit 3 is provided on the bottom plate 2c of the processing chamber 2, and the target material 100 is installed on the upper surface thereof. A bias power supply 10 for applying a back bias voltage is electrically connected to the target material holding unit 3.
A substrate holding part 4 is provided on the lower surface side of the top plate part 2b of the processing chamber 2, and the substrate 110 can be held with the lower surface exposed to the substrate holding part 4 as shown in FIG. The substrate 110 corresponds to a material to be deposited. Note that the target material holding unit 3 and the substrate holding unit 4 are in a positional relationship in which the surface of the substrate 110 faces the surface of the target material 100 installed in the target material holding unit 3.

傾斜壁2a、2aの両方には、プラズマ生成部5が設置されており、その内面側が処理室2内の空間に向いた平面形状のプラズマ生成面5aになっている。したがって、この例では、両側のプラズマ生成面5a、5a同士が互いに対面する位置にある。
すなわち、この実施形態では、プラズマチャンバに断面略V型にプラズマ生成部5が位置している。また、この実施形態では、ターゲット材は底面に配置されているが、3面において、ターゲット材とプラズマ発生ユニットの個数及び取付位置はアプリケーションにより自由である。
Both of the inclined walls 2 a and 2 a are provided with a plasma generation unit 5, and the inner surface thereof is a planar plasma generation surface 5 a facing the space in the processing chamber 2. Therefore, in this example, the plasma generation surfaces 5a and 5a on both sides are at positions facing each other.
That is, in this embodiment, the plasma generation unit 5 is positioned in the plasma chamber with a substantially V-shaped cross section. Further, in this embodiment, the target material is disposed on the bottom surface, but the number of target materials and plasma generation units and their mounting positions on the three surfaces are free depending on the application.

この実施形態では、傾斜壁2a、2aは、ターゲット材保持部3に設置されるターゲット材100の表面と鈍角となる角度を有しており、傾斜壁2aに設けられるプラズマ生成部5では、図4に示すように、プラズマ生成面5aが傾斜壁2aと同じ傾斜角度θを有している。すなわち、プラズマ生成面5aとターゲット材100の表面とが鈍角θをなす。
本願発明では、上記傾斜角度θが鈍角であればよく、特定の角度に限定されるものではないが、上記傾斜角度は、鉛直方向+20度〜鉛直方向+45度の範囲が望ましく、さらには、鉛直方向+32度±10度の範囲が一層望ましい。
In this embodiment, the inclined walls 2a, 2a have an obtuse angle with the surface of the target material 100 installed on the target material holding unit 3, and the plasma generating unit 5 provided on the inclined wall 2a As shown in FIG. 4, the plasma generation surface 5a has the same inclination angle θ as that of the inclined wall 2a. That is, the plasma generation surface 5a and the surface of the target material 100 form an obtuse angle θ.
In the present invention, the inclination angle θ may be an obtuse angle, and is not limited to a specific angle. However, the inclination angle is preferably in the range of vertical direction +20 degrees to vertical direction +45 degrees, A range of +32 degrees ± 10 degrees in the direction is more desirable.

プラズマ生成面の傾斜によって、スパッタ粒子の飛行経路と高密度プラズマ領域とを分離することができる。特にプラズマ生成面の傾斜角度を上記範囲とすることで、プラズマ密度の最も高い領域をスパッタ粒子の飛行経路から遠ざけることができる。プラズマ生成面の傾斜角度が鉛直方向+20度よりも小さい傾斜角度なる場合は、スパッタ粒子の飛行経路と高密度プラズマ領域との分離が不十分であり、鉛直方向+45度よりも大きい傾斜角度となる場合は、スパッタ粒子の飛行経路と高密度プラズマ領域との分離には問題ないが、プラズマ領域で発生するプラズマイオンを電界によってターゲット表面に誘導する効率が落ちるので好ましくない。   The flight path of the sputtered particles and the high-density plasma region can be separated by the inclination of the plasma generation surface. In particular, by setting the tilt angle of the plasma generation surface within the above range, the region having the highest plasma density can be kept away from the flight path of the sputtered particles. When the tilt angle of the plasma generation surface is smaller than the vertical direction +20 degrees, the separation between the flight path of the sputtered particles and the high-density plasma region is insufficient, and the tilt angle is larger than the vertical direction +45 degrees. In this case, there is no problem in separating the flight path of the sputtered particles from the high-density plasma region, but it is not preferable because the efficiency of inducing plasma ions generated in the plasma region to the target surface by an electric field decreases.

プラズマ生成部5では、図5に示すように、プラズマ生成面5aで高周波電界を発生させる高周波電源11を有しており、所定の周波数で高周波電力が通電される。
また、プラズマ生成面5aの高さ方向中央部には、長手方向に沿ってプラズマガス導入部6を有しており、処理室2の外部からプラズマガスが供給される。この実施形態ではプラズマガスとしてArガスが使用される。ただし、本願発明としては、プラズマガスの種別が特定のものに限定されるものではない。
なお、この実施形態は、マグネトロンフリーな(マグネトロンのない)構造からなる。但し、本発明としてはマグネトロンを有する構造とするものであってもよい。
As shown in FIG. 5, the plasma generation unit 5 includes a high frequency power source 11 that generates a high frequency electric field on the plasma generation surface 5a, and high frequency power is supplied at a predetermined frequency.
In addition, a plasma gas introduction part 6 is provided along the longitudinal direction at the center part in the height direction of the plasma generation surface 5 a, and plasma gas is supplied from the outside of the processing chamber 2. In this embodiment, Ar gas is used as the plasma gas. However, the present invention is not limited to a specific type of plasma gas.
This embodiment has a magnetron-free (no magnetron) structure. However, the present invention may have a structure having a magnetron.

また、傾斜壁2aでは、図5に示すようにプラズマ生成部5の上方側に反応ガス導入部7が形成されており、処理室2の外部から反応ガスが供給される。なお、図1、2では、反応ガス導入部7の図示は省略している。この実施形態では反応ガスとして酸素が供給される。本発明としては反応ガスの種別が特定のものに限定されるものではなく、複数種の反応ガスを用いるものであってもよい。また、本発明としては反応ガスを用いないものであってもよい。   Further, in the inclined wall 2 a, as shown in FIG. 5, a reaction gas introduction unit 7 is formed above the plasma generation unit 5, and a reaction gas is supplied from the outside of the processing chamber 2. 1 and 2, the reaction gas introduction unit 7 is not shown. In this embodiment, oxygen is supplied as a reaction gas. In the present invention, the type of reaction gas is not limited to a specific type, and a plurality of types of reaction gas may be used. In the present invention, a reaction gas may not be used.

なお、上記説明では、ターゲット材保持部3は処理室2の底板部2cに有し、基板保持部4が処理室2の天板部2bに設けられているものとして説明したが、これらの位置関係が特に限定されるものではない。また、この実施形態では、処理室2内に基板保持部4を有するものとして説明したが、基板保持部4が処理室2外に存在するものであってもよく、本願発明としては基板保持部の位置が特に限定されるものではない。   In the above description, the target material holding unit 3 is described as having the bottom plate 2c of the processing chamber 2 and the substrate holding unit 4 being provided on the top plate 2b of the processing chamber 2. The relationship is not particularly limited. In this embodiment, the substrate holding unit 4 is described as being included in the processing chamber 2. However, the substrate holding unit 4 may exist outside the processing chamber 2. The position of is not particularly limited.

次に、プラズマ生成部5の詳細を図3に基づいて説明する。
プラズマ生成部5では、二つの金属プレート50、51が上下に間隔を開けて端縁を対峙して長手方向に配置されている。二つの金属プレート50、51の間には、長尺な窪み部6aが形成され、該窪み部6a内に間隔を置いて長手方向に並んだ複数のスリット6bが設けられ、これにガス供給部が接続されてプラズマガス導入部6が形成されている。プラズマガスは、スリット6bを通して処理室2のチャンバ内に導入される。
Next, details of the plasma generator 5 will be described with reference to FIG.
In the plasma generation unit 5, two metal plates 50 and 51 are arranged in the longitudinal direction with their edges facing each other with an interval in the vertical direction. A long recess 6a is formed between the two metal plates 50 and 51, and a plurality of slits 6b arranged in the longitudinal direction at intervals in the recess 6a are provided. Are connected to form a plasma gas inlet 6. The plasma gas is introduced into the chamber of the processing chamber 2 through the slit 6b.

金属プレート50、51の上面には、窪み部6aの周囲を除いてセラミック製の保護板52で覆われており、プラズマに対し金属プレート50、51が損傷を受けないように保護されている。
金属プレート50、51には、長手方向に沿って両端の端縁に通電線50a、51aが接合されており、通電線50a、51aの両端には、それぞれ高周波電源11の給電部が接続されている。これにより、通電線50a、51aにそれぞれ高周波電流を流すことで、金属プレート50、51間の空隙に高周波電界を生じさせることができる。
The upper surfaces of the metal plates 50 and 51 are covered with a ceramic protection plate 52 except for the periphery of the recess 6a, and the metal plates 50 and 51 are protected from being damaged by plasma.
Conductive wires 50a and 51a are joined to the edges of both ends of the metal plates 50 and 51 along the longitudinal direction, and a power feeding portion of the high frequency power supply 11 is connected to both ends of the conductive wires 50a and 51a, respectively. Yes. Thus, a high frequency electric field can be generated in the gap between the metal plates 50 and 51 by flowing a high frequency current through the conductive lines 50a and 51a, respectively.

次に、上記実施形態のプラズマスパッタ装置の動作について図5の模式図を用いて説明する。
ターゲット材保持部3に所望の材料のターゲット材100を保持し、基板保持部4に、所望の基板110を設置する。本発明においては、ターゲット材の材料の種別や基板の種別が特に限定されるものではない。
その後、処理室2内を図示しない真空装置で真空引きし、プラズマガス導入部6からArガスを処理室2内に導入し、反応ガス導入部7からO2ガスを処理室2内に導入する。さらに、高周波電源11によって通電線50a、51aに通電して金属プレート50、51間の空隙に高周波電界を発生させ、バイアス電源10によってターゲット材保持部3にバックバイアスを印加する。
Next, the operation of the plasma sputtering apparatus of the above embodiment will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
A target material 100 of a desired material is held on the target material holding unit 3, and a desired substrate 110 is installed on the substrate holding unit 4. In the present invention, the type of the target material and the type of the substrate are not particularly limited.
Thereafter, the inside of the processing chamber 2 is evacuated by a vacuum device (not shown), Ar gas is introduced into the processing chamber 2 from the plasma gas introduction unit 6, and O 2 gas is introduced into the processing chamber 2 from the reaction gas introduction unit 7. Further, the high frequency power supply 11 supplies current to the conductive wires 50 a and 51 a to generate a high frequency electric field in the gap between the metal plates 50 and 51, and the bias power supply 10 applies a back bias to the target material holding unit 3.

プラズマガス導入部6から吹き出されたプラズマガスは、高周波電界によってプラズマ化される。この際にプラズマガス導入部6の窪み部6aからスリット6bを通してプラズマガスが導入されることで、ガスと電界との接触時間が充分に得られ、ガスのプラズマ化が向上する。
一方、ターゲット材保持部3では、バイアス電圧が印加されており、上記で生成されたプラズマがターゲット材100側に引きつけられてターゲット材100がプラズマで叩かれる。この際に、プラズマ生成面5aは、ターゲット材100の表面に対し、鈍角を有する傾斜角度を有しているため、プラズマの流れは遠方には飛びにくくなり、ターゲット材100表面の中央側に偏ることはなく、高密度プラズマ領域がプラズマ生成部5の近傍に限定され、ターゲット材100表面の中央側よりもやや外側へのプラズマの流れが多くなる。
The plasma gas blown out from the plasma gas introduction unit 6 is turned into plasma by a high frequency electric field. At this time, the plasma gas is introduced from the recess 6a of the plasma gas introduction part 6 through the slit 6b, so that a sufficient contact time between the gas and the electric field is obtained, and the gas is improved into plasma.
On the other hand, in the target material holding unit 3, a bias voltage is applied, and the plasma generated above is attracted to the target material 100 side and the target material 100 is hit with the plasma. At this time, since the plasma generation surface 5a has an obtuse angle with respect to the surface of the target material 100, the plasma flow is less likely to fly far away and is biased toward the center of the surface of the target material 100. In other words, the high-density plasma region is limited to the vicinity of the plasma generation unit 5, and the flow of plasma to the outside slightly increases from the center side of the surface of the target material 100.

ターゲット材100では、プラズマで叩かれることによってスパッタ粒子100aが飛びだして基板110へ向かう。このときに、ターゲット材100の表面中央ではプラズマ粒子の流れが少なくなっており、スパッタ粒子100aとプラズマ粒子との交錯状態が減少し、ターゲット材100から飛び出すスパッタ粒子100aの流れを損なうことがない。
したがって、スパッタ粒子の飛行経路と高密度プラズマ領域を分離できて好ましい。
上記実施形態では、プラズマ生成部とターゲット材とをV型に配置することにより、プラズマによるAr分子のイオン化とスパッタ粒子の発生領域を別けることにより、「プラズマイオンでのAr分子のイオン化」と「スパッタ粒子による成膜」の効率を上げることが可能となる。また、スパッタ粒子に付着した熱電子の影響で基板温度が上がる現象を抑えることができる。
In the target material 100, the sputtered particles 100a fly out toward the substrate 110 by being hit with plasma. At this time, the flow of the plasma particles is reduced at the center of the surface of the target material 100, the crossing state between the sputtered particles 100a and the plasma particles is reduced, and the flow of the sputtered particles 100a jumping out of the target material 100 is not impaired. .
Therefore, it is preferable that the flight path of the sputtered particles and the high-density plasma region can be separated.
In the above-described embodiment, by arranging the plasma generation unit and the target material in a V shape, the ionization of Ar molecules by plasma and the generation region of sputtered particles are separated, thereby “ionization of Ar molecules by plasma ions” and “ The efficiency of “film formation with sputtered particles” can be increased. Moreover, the phenomenon that the substrate temperature rises due to the influence of the thermal electrons attached to the sputtered particles can be suppressed.

また、マグネトロンを利用していない装置よりも高密度プラズマ領域が広くなる一般的なマグネトロンを利用したプラズマ源であっても、ターゲット生成面の傾斜角度を上記範囲に定めて配置することによりプラズマ密度の最も高い領域をスパッタ粒子の飛行経路から遠ざけることができる。   In addition, even for a plasma source using a general magnetron, which has a wider high-density plasma region than an apparatus that does not use a magnetron, the plasma density can be increased by arranging the tilt angle of the target generation surface within the above range. Can be kept away from the flight path of the sputtered particles.

なお、上記実施形態では、対面する二つのプラズマ生成面を有するものについて説明したが、本発明としては、プラズマ生成面の数は特定の数に限定されるものではない。
図6は、傾斜壁2aの一方にのみプラズマ生成部5を設けたプラズマスパッタ装置1aを示すものである。この実施形態においても、プラズマによるプラズマガスのイオン化とスパッタ粒子の発生領域を別けることができ、プラズマ化とスパッタ粒子による成膜の効率を上げることができる。
In addition, although the said embodiment demonstrated what has two plasma production surfaces to face, as this invention, the number of plasma production surfaces is not limited to a specific number.
FIG. 6 shows a plasma sputtering apparatus 1a in which the plasma generator 5 is provided only on one of the inclined walls 2a. Also in this embodiment, ionization of plasma gas by plasma and the generation region of sputtered particles can be separated, and the efficiency of film formation by plasma and sputtered particles can be increased.

また、上記実施形態では、板状のアンテナを対にして配置し、板状のアンテナ間で高周波電界を形成するものについて説明したが、プラズマ生成面を得られるものであればよく、アンテナの形状や配置について特に限定されるものではない。
図7は、プラズマ生成部15において蛇行状にアンテナ16を配置したものである。アンテナ16の両端に高周波電源の供給部を接続することで、アンテナ16の周囲に高周波電界を形成することができる。アンテナ16の内面側にはセラミックなどの保護板17を設ける。この実施形態では、保護板17の内側に平面状のプラズマ生成面15aが形成される。プラズマ生成面15aは、前記したように、ターゲット材表面に対し鈍角をなすように、プラズマ生成部15が設置されることで、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the above-described embodiment, the plate-shaped antennas are arranged in pairs and the high-frequency electric field is formed between the plate-shaped antennas. However, any shape can be used as long as a plasma generation surface can be obtained. There is no particular limitation on the arrangement.
FIG. 7 shows the antenna 16 arranged in a meandering manner in the plasma generator 15. By connecting high-frequency power supply units to both ends of the antenna 16, a high-frequency electric field can be formed around the antenna 16. A protective plate 17 such as ceramic is provided on the inner surface side of the antenna 16. In this embodiment, a planar plasma generation surface 15 a is formed inside the protective plate 17. As described above, the plasma generation surface 15a is installed so that the plasma generation surface 15a forms an obtuse angle with respect to the surface of the target material, so that the same effect as in the above embodiment can be obtained.

次に、本発明の実施例について説明する。
上記実施形態で説明した本発明のプラズマスパッタ装置(図1参照)を用いた。また同じ装置に対して基板とターゲットの裏面にそれぞれ、DC電源を追加して平行平板型のマグネトロンスパッタの構成を模して比較例とした。なお、実験チャンバー容量は30cmであり、プラズマ発生用の高周波電力は実施例、比較例とも300w入力とした。
基板上にサーモラベルを貼り、プラズマスパッタ装置の動作の結果、実施例では1時間の放電では50℃以下、6時間放電でも100℃以下となる結果を得た。
一方、比較例では放電開始5分で基板は100℃を超えてしまった。
Next, examples of the present invention will be described.
The plasma sputtering apparatus (see FIG. 1) of the present invention described in the above embodiment was used. In addition, a DC power source was added to the same apparatus on the back side of the substrate and the target, respectively, and a parallel plate type magnetron sputtering configuration was simulated as a comparative example. The experimental chamber capacity was 30 cm 3 , and the high frequency power for plasma generation was 300 w input in both the examples and the comparative examples.
As a result of the operation of the plasma sputtering apparatus, a thermolabel was applied on the substrate, and in the examples, the results were 50 ° C. or lower for 1 hour discharge and 100 ° C. or lower for 6 hour discharge.
On the other hand, in the comparative example, the substrate exceeded 100 ° C. within 5 minutes from the start of discharge.

以上、上記実施形態および実施例に基づいて本発明を説明したが、無論、本発明の様々な特徴における変形は、当業者には自明なものであると、あるいは、ルーティン的な機械的又は電気的なデザインの問題であるその他の検討の後に自明となるものもあると、理解されるべきである。また、この他の具体例も可能であり、その特定のデザインは用途に依存するものである。このように、本発明の範囲はここに記載した特定の具体例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びこれと均等な事項によってのみ限定されるべきである。   Although the present invention has been described based on the above-described embodiments and examples, it goes without saying that modifications in various features of the present invention are obvious to those skilled in the art, or are routine mechanical or electrical. It should be understood that some may become obvious after other considerations that are specific design issues. Other specific examples are also possible, the specific design of which depends on the application. Thus, the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments described herein, but should be limited only by the appended claims and equivalents thereof.

1 プラズマスパッタ装置
1a プラズマスパッタ装置
2 処理室
2a 傾斜壁
3 ターゲット材保持部
4 基板保持部
5 プラズマ生成部
5a プラズマ生成面
6 プラズマガス導入部
6a 窪み部
6b スリット
7 反応ガス導入部
10 バイアス電源
11 高周波電源
15 プラズマ生成部
15a プラズマ生成面
16 アンテナ
17 保護板
50 金属プレート
51 金属プレート
52 保護板
100 ターゲット材
100a スパッタ粒子
110 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma sputtering apparatus 1a Plasma sputtering apparatus 2 Processing chamber 2a Inclined wall 3 Target material holding part 4 Substrate holding part 5 Plasma generation part 5a Plasma generation surface 6 Plasma gas introduction part 6a Depression part 6b Slit 7 Reactive gas introduction part 10 Bias power supply 11 High-frequency power supply 15 Plasma generation unit 15a Plasma generation surface 16 Antenna 17 Protection plate 50 Metal plate 51 Metal plate 52 Protection plate 100 Target material 100a Sputtered particle 110 Substrate

Claims (9)

ターゲット材を保持するターゲット材保持部と、
プラズマ生成面を有するプラズマ生成部と、を有し、
前記プラズマ生成部は、前記ターゲット材保持部に保持されるターゲット材表面の側方に前記プラズマ生成面が位置し、かつ前記プラズマ生成面が前記ターゲット材表面側に向いて前記ターゲット材表面と鈍角をなすように設置されていることを特徴とするプラズマスパッタ装置。
A target material holding part for holding the target material;
A plasma generation unit having a plasma generation surface,
The plasma generation unit is located at a side of a target material surface held by the target material holding unit, and the plasma generation surface faces the target material surface side and is obtuse with the target material surface. A plasma sputtering apparatus, which is installed so as to form
前記プラズマ生成面は、前記ターゲット材表面に対し、鉛直方向+20度〜鉛直方向+45度の角度を有していることを特徴とする請求項1記載のプラズマスパッタ装置。   The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein the plasma generation surface has an angle of vertical direction +20 degrees to vertical direction +45 degrees with respect to the target material surface. 前記ターゲット保持部で保持されるターゲット材表面と対面する位置に、被堆積材を位置させる被堆積材保持部を有していることを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマスパッタ装置。   3. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, further comprising: a deposition target holding unit that positions a deposition target at a position facing the target material surface held by the target holding unit. 前記プラズマ生成部は、前記プラズマ生成面を複数有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のプラズマスパッタ装置。   The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein the plasma generation unit includes a plurality of the plasma generation surfaces. 複数の前記プラズマ生成面は、少なくとも対面する位置に二つを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のプラズマスパッタ装置。   5. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein the plurality of plasma generation surfaces have at least two facing surfaces. 6. 前記プラズマ生成部は、前記プラズマ生成面で囲まれた箇所に、前記ターゲット材表面と前記プラズマ生成面との間の空間にプラズマガスを導入するプラズマガス導入口を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のプラズマスパッタ装置。   The plasma generation unit has a plasma gas introduction port for introducing a plasma gas into a space between the target material surface and the plasma generation surface at a location surrounded by the plasma generation surface. The plasma sputtering apparatus according to any one of 1 to 5. 前記プラズマ生成面に沿って高周波アンテナを有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のプラズマスパッタ装置。   The plasma sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a high-frequency antenna along the plasma generation surface. 前記ターゲット保持部にバイアス電圧を付与するバイアス電源を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のプラズマスパッタ装置。   The plasma sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a bias power supply that applies a bias voltage to the target holding unit. 前記プラズマ生成部が、前記プラズマ生成面の内側に磁場を発生させる磁界発生部を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のプラズマスパッタ装置。   The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein the plasma generation unit includes a magnetic field generation unit that generates a magnetic field inside the plasma generation surface.
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