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JP2009299191A - Plasma-assisted sputter film-forming apparatus - Google Patents

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JP2009299191A
JP2009299191A JP2009215434A JP2009215434A JP2009299191A JP 2009299191 A JP2009299191 A JP 2009299191A JP 2009215434 A JP2009215434 A JP 2009215434A JP 2009215434 A JP2009215434 A JP 2009215434A JP 2009299191 A JP2009299191 A JP 2009299191A
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JP
Japan
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electrode
wafer
plasma
donut
shaped electrode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2009215434A
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Japanese (ja)
Inventor
Wikuramanayaka Snil
ウィクラマナヤカ スニル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Anelva Corp
Original Assignee
Canon Anelva Corp
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Publication date
Application filed by Canon Anelva Corp filed Critical Canon Anelva Corp
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Abstract

【課題】良好でかつ要求された特性を維持することができ、膜堆積の間停止状態にある温度制御性の良好なウェハーホルダを有するプラズマ支援スパッタ成膜装置を提供すること。
【解決手段】プラズマ支援スパッタ成膜装置は次の構成からなる。プラズマの生成のため使用されるプロセスガスが導入される反応容器1と、プラズマによってスパッタされる物質で作られるドーナツ型電極であって、その下面はウェハーの表面に対し傾斜されているドーナツ型電極2と、ドーナツ型電極の上方の円の上を移動しながらその中心軸で回転する回転プレートであって、その下面に取付けられかつドーナツ型電極の表面に平行なマグネット配列4を含む回転プレート3と、ドーナツ型電極に接続された電力源10と、そして膜堆積のためウェハー9を配置するためのウェハーホルダ5であって、膜堆積の間停止状態にあるウェハーホルダとから構成される。
【選択図】図4
Disclosed is a plasma-assisted sputter deposition apparatus having a wafer holder with good temperature controllability that can maintain good and required characteristics and is stopped during film deposition.
A plasma-assisted sputter deposition apparatus has the following configuration. A reaction vessel 1 into which a process gas used for plasma generation is introduced, and a donut-shaped electrode made of a material sputtered by the plasma, the lower surface of which is inclined with respect to the wafer surface 2 and a rotating plate 3 that rotates on its central axis while moving on a circle above the donut-shaped electrode, and includes a magnet array 4 attached to the lower surface thereof and parallel to the surface of the donut-shaped electrode And a power source 10 connected to the donut-shaped electrode, and a wafer holder 5 for placing the wafer 9 for film deposition, which is in a stopped state during film deposition.
[Selection] Figure 4

Description

本発明はプラズマ支援スパッタ成膜装置に関し、特に、ウェハーの上に薄膜を堆積するためのプラズマ支援スパッタ成膜装置であって、ウェハーホルダは膜堆積の間停止しており、良好な膜の均一性を有し、高い精度の膜厚み制御を有するプラズマ支援スパッタ成膜装置に関する。  The present invention relates to a plasma assisted sputter film forming apparatus, and more particularly to a plasma assisted sputter film forming apparatus for depositing a thin film on a wafer, wherein the wafer holder is stopped during film deposition, and good film uniformity is achieved. The present invention relates to a plasma assisted sputtering film forming apparatus having high accuracy and high precision film thickness control.

マグネトロンDCまたはマグネトロンRFのスパッタ装置は、半導体産業において用いられる基板の上に薄い膜を堆積させるため、広く応用されている。基板の上に膜を堆積することにおいて主要な要求の1つは、例えば、シリコンウェハーの上での膜の均一性である。より高い膜の均一性を備えて膜を堆積させるために、ウェハーの表面に関して、傾斜電極を有するDCスパッタリング装置が発明され、利用されている(特許文献1,特許文献2参照)。しかしながら、この装置は、基板温度を制御すること、堆積した膜が再びスパッタリングされること、パーティクルを減少させることにおいて、いくつかの問題を有している。これらの問題を図5を参照して詳細に説明する。  Magnetron DC or magnetron RF sputtering devices are widely applied to deposit thin films on substrates used in the semiconductor industry. One of the major requirements in depositing a film on a substrate is, for example, film uniformity on a silicon wafer. In order to deposit a film with higher film uniformity, a DC sputtering apparatus having an inclined electrode is invented and used with respect to the surface of the wafer (see Patent Document 1 and Patent Document 2). However, this apparatus has several problems in controlling the substrate temperature, sputtering the deposited film again, and reducing particles. These problems will be described in detail with reference to FIG.

図5は、傾斜電極を有するDCスパッタリング装置の断面図を示す。反応容器100は電極101、ウェハーホルダ102、ガス導入部103、およびガス排出部104から成っている。電極101は金属で作られ、スパッタされかつウェハー112の上に堆積される必要のある例えばAl,Ti,Ta等の金属で作られている。電極101は誘電体物質105を用いて反応容器100から電気的に絶縁されている。一般的に、電極101の状面の上には、いくつかの特別な配列を有した複数のマグネット106が配置されている。さらに、電極101に設けられたマグネット106は電極101の偏り軸または中心軸の周りに回転されている。円形の矢印121は中心軸の周りの回転動作の状態を示す。電極101はDC電力源107に接続されている。  FIG. 5 shows a cross-sectional view of a DC sputtering apparatus having an inclined electrode. The reaction vessel 100 includes an electrode 101, a wafer holder 102, a gas introduction unit 103, and a gas discharge unit 104. The electrode 101 is made of a metal, such as Al, Ti, Ta, etc. that needs to be sputtered and deposited on the wafer 112. The electrode 101 is electrically insulated from the reaction vessel 100 using a dielectric material 105. In general, a plurality of magnets 106 having some special arrangement are arranged on the surface of the electrode 101. Further, the magnet 106 provided on the electrode 101 is rotated around the deflection axis or the central axis of the electrode 101. A circular arrow 121 indicates the state of rotation around the central axis. The electrode 101 is connected to a DC power source 107.

通常、ウェハーホルダ102は、金属電極108、誘電体物質109、側壁110、および軸部111から構成されている。軸部111は、円形の矢印122で示されるごとくその中心軸でウェハーホルダ102を回転させるため、電気モータに接続されている。当該電気モータは、図において示されていない。  In general, the wafer holder 102 includes a metal electrode 108, a dielectric material 109, a side wall 110, and a shaft portion 111. Shaft 111 is connected to an electric motor to rotate wafer holder 102 about its central axis as indicated by circular arrow 122. The electric motor is not shown in the figure.

反応容器100の中には、電極101にDC電流を与えることによって、反応容器100の内部を低い圧力に維持しながらDCプラズマが生成される。電極101のより高い負の電圧のために、プラズマの中のイオンは電極101に対して加速され、スパッタが行われる。これらのスパッタされた原子は、その後、プラズマを通り抜けて移動し、ウェハー112の上に堆積し、そしてプラズマに対して露出したその他の表面の上に堆積する。  In the reaction vessel 100, a DC current is applied to the electrode 101 to generate DC plasma while maintaining the inside of the reaction vessel 100 at a low pressure. Due to the higher negative voltage of electrode 101, ions in the plasma are accelerated relative to electrode 101 and sputtered. These sputtered atoms then travel through the plasma, deposit on the wafer 112, and deposit on other surfaces exposed to the plasma.

傾斜電極101から到来するスパッタされた原子の流れはウェハーの表面の上で均一ではない。ウェハーの表面の上で均一な膜を得るために、ウェハーホルダ102はその中心軸の周りに回転させられる。このことは均一な膜をもたらす結果となる。  The flow of sputtered atoms coming from the tilt electrode 101 is not uniform over the surface of the wafer. In order to obtain a uniform film on the surface of the wafer, the wafer holder 102 is rotated about its central axis. This results in a uniform film.

前述したPVD装置におけるすべての問題は、回転するようにされたウェハーホルダ102が原因となっている。  All problems in the PVD apparatus described above are due to the wafer holder 102 being made to rotate.

第1の問題は、膜堆積の間ウェハーの温度を制御することができないということである。このことは金属電極108に対して液体を基礎にした冷却機構を組込むことが難しいということが原因である。金属電極108に加熱機構を組込むことも同様に難しい。これらの困難性は機構的な難しさであり、ウェハーホルダ102の回転に起因して生じるものである。制御された温度で膜を堆積させることは望ましい物理的かつ電気的特性を備えた膜を得るために重要なことである。例えば、電気メッキのプロセスのため種になる層としてCu(銅)の膜を堆積することは、より良い表面滑らかさを得るため、零度よりも低い温度で実行されなければならない。  The first problem is that the temperature of the wafer cannot be controlled during film deposition. This is because it is difficult to incorporate a liquid-based cooling mechanism into the metal electrode 108. It is similarly difficult to incorporate a heating mechanism into the metal electrode 108. These difficulties are mechanical difficulties and are caused by the rotation of the wafer holder 102. Depositing the film at a controlled temperature is important to obtain a film with desirable physical and electrical properties. For example, depositing a Cu (copper) film as a seed layer for the electroplating process must be performed at temperatures below zero degrees to obtain better surface smoothness.

第2の問題は、静電力を用いてウェハーをクランプするため金属電極108の上に静電チャック(ESC)を作ることが、電気的接続を設計することの複雑性のため困難であるということである。ESCを用いてウェハーをクランプすることは、ウェハーの温度における制御が膜堆積プロセスの間必要とされる場合に重要である。  The second problem is that it is difficult to make an electrostatic chuck (ESC) on the metal electrode 108 to clamp the wafer using electrostatic forces due to the complexity of designing electrical connections. It is. Clamping the wafer using ESC is important when control over the temperature of the wafer is required during the film deposition process.

第3の問題は、金属電極108へRF電流を供給することが、同様にまた、回転するウェハーホルダ102への電気的接続を作ることが困難である、という理由に基づき容易ではないということである。金属電極108へRF電力を与えることは、膜堆積がソフトイオンの衝突で実行されなければならない場合、または堆積された膜が再びスパッタされる必要がある場合には必要である。  A third problem is that supplying RF current to the metal electrode 108 is not as easy as it is also difficult to make an electrical connection to the rotating wafer holder 102. is there. Applying RF power to the metal electrode 108 is necessary when film deposition must be performed with soft ion bombardment or when the deposited film needs to be sputtered again.

第4の問題は、ウェハーホルダ102の連続回転が原因で反応容器内にパーティクルが発生するということである。ウェハーホルダ102の回転はその外側部分および周辺部分の振動を生じさせる。これは、堆積した薄膜が振動する表面から薄片となって分離することを容易にし、そのことが最終的にウェハー表面におけるパーティクルコンタミネーションの原因となる。  A fourth problem is that particles are generated in the reaction vessel due to the continuous rotation of the wafer holder 102. The rotation of the wafer holder 102 causes the outer portion and the peripheral portion to vibrate. This facilitates the separation of the deposited thin film as a flake from the vibrating surface, which ultimately causes particle contamination on the wafer surface.

加えて、ドーナツ型のカソードまたはターゲットに関する技術として次の特許文献3,特許文献4が挙げられる。  In addition, the following Patent Document 3 and Patent Document 4 can be cited as techniques relating to a donut-type cathode or target.

特開2002−167661号公報JP 2002-167661 A 特開2002−296413号公報JP 2002-296413 A 特開平7−126847号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-126847 特開平5−189762号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-189762

本発明の課題は、前述した4つの問題を解決することである。本発明によって提案されるマグネトロンDCまたはマグネトロンRFのスパッタリング装置において、ウェハーホルダは、電極および関連する部分の構造を変更しまたは改善することによって、ウェハーを処理している時に停止状態にある。  An object of the present invention is to solve the four problems described above. In the magnetron DC or magnetron RF sputtering apparatus proposed by the present invention, the wafer holder is at rest when processing the wafer by changing or improving the structure of the electrodes and associated parts.

本発明の目的は、傾斜した表面を有するドーナツ型電極と、自転しかつ公転(衛星運動)するマグネットの構成と、そして膜の堆積の間停止状態にある温度の制御性が良好なウェハーホルダとを採用することによって、前述した問題を解決することができ、かつ膜の均一性および厚みの制御性の点で良好なかつ要求された品質を維持することができるプラズマ支援スパッタ成膜装置を提供することにある。  An object of the present invention is to provide a donut-shaped electrode having an inclined surface, a structure of a magnet that rotates and revolves (satellite motion), and a wafer holder that has good controllability of temperature during a film deposition. By providing the plasma-assisted sputter deposition apparatus, the above-described problems can be solved, and the desired quality can be maintained in terms of film uniformity and thickness controllability. There is.

本発明に係るプラズマ支援スパッタ成膜装置は、前述の目的を達成するため、次のように構成される。  The plasma assisted sputter deposition apparatus according to the present invention is configured as follows in order to achieve the above-described object.

プラズマ支援スパッタ成膜装置は次の構成から成る。プラズマの生成のため使用されるプロセスガスが導入される反応容器と、プラズマによってスパッタされる物質で作られるドーナツ型電極であって、その下面はウェハーの表面に対し傾斜されているドーナツ型電極と、ドーナツ型電極の上方の円の上を移動しながらその中心軸で回転する回転プレートであって、その下面に取付けられかつドーナツ型電極の表面に平行なマグネット配列を含む回転プレートと、ドーナツ型電極に接続された電力源と、そして膜堆積のためウェハーを配置するためのウェハーホルダであって、膜堆積の間停止状態にあるウェハーホルダとから構成される。  The plasma assisted sputter deposition apparatus has the following configuration. A reaction vessel into which a process gas used for plasma generation is introduced, and a donut-shaped electrode made of a material sputtered by the plasma, the lower surface of which is inclined with respect to the surface of the wafer; A rotating plate rotating on its central axis while moving on a circle above the donut-shaped electrode, the rotating plate including a magnet array attached to the lower surface thereof and parallel to the surface of the donut-shaped electrode, and a donut-shaped A power source connected to the electrodes and a wafer holder for placing the wafer for film deposition, the wafer holder being stopped during film deposition.

上記のプラズマ支援スパッタ成膜装置において、好ましくは、回転プレートの下面におけるマグネット配列は回転軸の周りに対称である。  In the above plasma assisted sputter deposition apparatus, the magnet arrangement on the lower surface of the rotating plate is preferably symmetrical about the rotation axis.

上記のプラズマ支援スパッタ成膜装置において、好ましくは、回転プレートの下面に設けられたマグネット配列はその回転軸の周りに非対称である。  In the above plasma assisted sputter deposition apparatus, the magnet array provided on the lower surface of the rotating plate is preferably asymmetric around the rotation axis.

プラズマ支援スパッタ成膜装置は次の構成から成る。プラズマの生成のため使用されるプロセスガスが導入される反応容器と、プラズマによってスパッタされる物質で作られるドーナツ型電極であって、その下面はウェハーの表面に対し傾斜されているドーナツ型電極と、ドーナツ型電極の下側に1つまたはそれ以上の閉じたループ状磁束線を生成するため、電極に対向し、交互の磁極を有しかつ異なるに直径を持ち、ドーナツ型電極の上方に配置される2つまたはそれ以上の円形のマグネットと、ドーナツ型電極に接続された電力源と、そして膜堆積のためウェハーを配置するためのウェハーホルダであって、膜堆積の間停止状態にあるウェハーホルダとから構成される。  The plasma assisted sputter deposition apparatus has the following configuration. A reaction vessel into which a process gas used for plasma generation is introduced, and a donut-shaped electrode made of a material sputtered by the plasma, the lower surface of which is inclined with respect to the surface of the wafer; To create one or more closed loop magnetic flux lines under the donut-shaped electrode, facing the electrode, having alternating magnetic poles and having different diameters, placed above the donut-shaped electrode Two or more circular magnets, a power source connected to a donut-shaped electrode, and a wafer holder for placing a wafer for film deposition, wherein the wafer is in a stopped state during film deposition It consists of a holder.

本発明によるプラズマ支援スパッタ成膜装置は、傾斜した表面を有するドーナツ型電極、自転しかつ公転するマグネット構成、そして膜堆積の間停止状態にある温度制御性の可能なウェハーホルダを採用することによって、膜の均一性および膜厚みの制御性のごとき良好なかつ要求された特性を維持することができる。  The plasma-assisted sputter deposition apparatus according to the present invention employs a donut-shaped electrode having an inclined surface, a rotating and revolving magnet configuration, and a temperature-controllable wafer holder that is stopped during film deposition. Good and required properties such as film uniformity and film thickness controllability can be maintained.

この図は、本発明の第1実施形態の装置の縦断面図である。This figure is a longitudinal sectional view of the apparatus according to the first embodiment of the present invention. この図は、ドーナツ型電極の斜視図である。This figure is a perspective view of a donut-shaped electrode. この図は、ドーナツ型電極に対する回転プレートの運動を伴った当該ドーナツ型電極の模式的平面図である。This figure is a schematic plan view of the donut-shaped electrode accompanied by the movement of the rotating plate relative to the donut-shaped electrode. この図は、本発明の第2実施形態の装置の縦断面図である。This figure is a longitudinal sectional view of an apparatus according to the second embodiment of the present invention. この図は、従来の装置の縦断面図である。This figure is a longitudinal sectional view of a conventional apparatus.

以下に、添付した図面に従って好ましい実施形態が説明される。当該実施形態の説明を通して本発明の詳細が明らかにされる。  Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. Details of the present invention will be clarified through the description of the embodiment.

図1〜図3に従って本発明の第1実施形態が説明される。図1は、本発明のプラズマ支援スパッタ成膜装置の第1実施形態の縦断面図を示す。  1st Embodiment of this invention is described according to FIGS. 1-3. FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a first embodiment of the plasma-assisted sputter deposition apparatus of the present invention.

反応容器1は、その天井壁1Aに設けられた電極2と、その底板17に設けられたウェハーホルダ5とを備えている。上側の支持壁1Bは天井壁1Aを支持する。天井壁1Aはリング形状の傾斜した周辺部分を有している。電極2は、天井壁1Aのリング形状の傾斜した周辺部分に配置されている。  The reaction vessel 1 includes an electrode 2 provided on the ceiling wall 1A and a wafer holder 5 provided on the bottom plate 17 thereof. The upper support wall 1B supports the ceiling wall 1A. The ceiling wall 1A has a ring-shaped inclined peripheral portion. The electrode 2 is arranged on the ring-shaped inclined peripheral portion of the ceiling wall 1A.

電極2は、Al,Ti,Ta等のごとき、スパッタされる必要がありかつウェハーホルダ5の上に配置されたウェハー9の上に堆積される金属で作られている。電極2は誘電体物質8を用いて反応容器1から電気的に絶縁されている。電極2はDC電力源10が接続されている。  The electrode 2 is made of a metal, such as Al, Ti, Ta, etc., which needs to be sputtered and is deposited on a wafer 9 placed on the wafer holder 5. The electrode 2 is electrically insulated from the reaction vessel 1 using a dielectric material 8. The electrode 2 is connected to a DC power source 10.

第1実施形態の反応容器1において、電極2はドーナツ型または円形リング形状の形態を有し、そして底板17にはガス導入部6があり、そして底板17の近くの側壁20の下側部分にはガス排出部7がある。電極2の裏側の空間には、マグネット配列4が取付けられた回転プレートまたは回転ディスク3が存在する。  In the reaction vessel 1 of the first embodiment, the electrode 2 has a donut shape or a circular ring shape, and the bottom plate 17 has a gas introduction portion 6, and in the lower part of the side wall 20 near the bottom plate 17. Has a gas discharge part 7. In the space on the back side of the electrode 2, there is a rotating plate or a rotating disk 3 to which the magnet array 4 is attached.

電極2はスパッタされかつウェハー9の上に堆積されるべき物質で作られている。電極2の形状は、図2に示されるごとく、中心に孔を有した円形である。電極2の内側直径および外側直径は重要な事項ではなく、ウェハーの直径およびウェハーから電極2までの高さを考慮することにより決定される。電極2の内側および外側の直径の中心、およびウェハー9の中心は同じ直線の上に存在する。電極2の表面は傾斜されており、これによってこれらの表面の延長されたものは円錐形の構造を作る。図1において“α”によって示される、電極表面と水平線との間の傾斜角度は重要な事項ではなく、一般的に45度よりも小さいものである。図2において“t”によって示された電極2の厚みは同様にまた重要な事項ではなく、2mmから20mmの範囲にあるものである。より薄い電極2は、その下面でより強い磁束を作るので、好ましい。電極2は、反応容器1の残りの各部分から電気的に絶縁するため絶縁材8によって覆われており、そしてDCまたはrfの電力を与えられている。1つの例としてDC電源10が図1に示されている。  The electrode 2 is made of a material to be sputtered and deposited on the wafer 9. The shape of the electrode 2 is a circle having a hole in the center as shown in FIG. The inner and outer diameters of the electrode 2 are not critical and are determined by considering the wafer diameter and the height from the wafer to the electrode 2. The inner and outer diameter centers of the electrode 2 and the center of the wafer 9 are on the same straight line. The surfaces of the electrodes 2 are inclined so that the extended ones of these surfaces create a conical structure. The inclination angle between the electrode surface and the horizontal line, indicated by “α” in FIG. 1, is not important and is generally less than 45 degrees. The thickness of the electrode 2 indicated by “t” in FIG. 2 is likewise not critical and is in the range of 2 mm to 20 mm. A thinner electrode 2 is preferred because it creates a stronger magnetic flux on its lower surface. The electrode 2 is covered by an insulating material 8 to electrically insulate from the remaining portions of the reaction vessel 1 and is supplied with DC or rf power. As an example, a DC power supply 10 is shown in FIG.

複数のマグネットから構成されるマグネット配列4は、回転プレート3に固定されている。回転プレート3は、通常、金属で作られている。回転プレート3の直径は、通常、図2で“d”で示された電極2の幅よりも少しばかり短くなるように定められている。しかしながら、適当なハードウェアの変形を施して電極の幅“d”よりもより大きい回転プレートを採用することもできる。  A magnet array 4 composed of a plurality of magnets is fixed to the rotating plate 3. The rotating plate 3 is usually made of metal. The diameter of the rotating plate 3 is usually set to be slightly shorter than the width of the electrode 2 indicated by “d” in FIG. However, rotating plates larger than the electrode width “d” may be employed with appropriate hardware modifications.

回転プレート3はその中心軸16で絶えず回転している。加えて、マグネット配列4を備えた回転プレート3は電極2の上方の円形軌道で衛星運動に類似した運動で移動する。この場合において、回転プレート3はドーナツ型電極2の表面に平行である。これらの運動は、図3で模式的に示されている。図3において、矢印31はスピン運動(自転運動)を示し、矢印32は衛星運動(公転運動)を示している。スピン運動および衛星運動を作るための機構は、中心軸16に結合されたモータ33、上側支持壁1Bの側壁20に固定されたギア機構を備えたリング形状ガイド部材、およびモータ33とリング形状ガイド部材34を連結するための連結部材から構成されている。モータ33が動作する時、中心軸35が回転され、モータ33と回転プレート3を含むユニットは、ギア機構によってリング形状ガイド部材34に沿って移動する。  The rotating plate 3 is constantly rotating around its central axis 16. In addition, the rotating plate 3 with the magnet array 4 moves in a circular orbit above the electrode 2 with a movement similar to satellite movement. In this case, the rotating plate 3 is parallel to the surface of the donut electrode 2. These movements are shown schematically in FIG. In FIG. 3, an arrow 31 indicates a spin motion (spinning motion), and an arrow 32 indicates a satellite motion (revolution motion). A mechanism for generating the spin motion and the satellite motion includes a motor 33 coupled to the central shaft 16, a ring-shaped guide member having a gear mechanism fixed to the side wall 20 of the upper support wall 1B, and the motor 33 and the ring-shaped guide. It is comprised from the connection member for connecting the member 34. As shown in FIG. When the motor 33 operates, the central shaft 35 is rotated, and the unit including the motor 33 and the rotating plate 3 moves along the ring-shaped guide member 34 by the gear mechanism.

回転プレート3の下側のマグネット配列4は重要な事項ではなく、いかなる対称または非対称の形態を有したマグネット配列であってもよい。  The magnet array 4 on the lower side of the rotating plate 3 is not important, and may be a magnet array having any symmetric or asymmetric form.

ウェハーホルダ5は底板17に固定されている。それは金属電極11、静電チャック(ESC)12、および絶縁体13から構成されている。金属電極11には、液体導入部14および液体排出部15を経由して温度制御液体が供給される。温度制御液体は金属電極11において通常100℃〜−100℃の範囲で一定温度に維持するために用いられる。もし、より高い温度、一般的に100℃を越える温度が必要とされるならば、金属電極11の内部に電気的加熱システムを設けることができる。ESCを形成するために金属電極の上面の上に薄い誘電体層12が存在する。この誘電体層12の中に、ESCの一部として非常に薄い金属電極またはいくつかの電極を設けてもよい。さらに、ウェハー9とESCの間で熱的伝導性を増加させるためESCに対しガス供給機構を設けるようにしてもよい。ESCの構成についての詳細な説明は、一般的文献において利用可能であるので、ここでは与えない。ウェハーホルダ5は反応容器1の底板17上に固定されている。このことが、電気的な配線、および冷却/加熱機構を設けることを容易にする。しかしながら、前述されたすべての装置構成を備えて垂直方向に移動するようにウェハーホルダ5を作ることも可能である。ウェハーホルダ5の重要な特徴は、従来技術で説明されたものに比較して、ウェハーおよびウェハーホルダが膜堆積の間停止状態にあるということである。すなわち、ウェハーホルダ5にはいかなる回転部分も存在しないということである。  The wafer holder 5 is fixed to the bottom plate 17. It is composed of a metal electrode 11, an electrostatic chuck (ESC) 12, and an insulator 13. A temperature control liquid is supplied to the metal electrode 11 via the liquid introduction part 14 and the liquid discharge part 15. The temperature control liquid is usually used to maintain a constant temperature in the range of 100 ° C. to −100 ° C. in the metal electrode 11. If higher temperatures are required, typically above 100 ° C., an electrical heating system can be provided inside the metal electrode 11. A thin dielectric layer 12 is present on the top surface of the metal electrode to form the ESC. In this dielectric layer 12, a very thin metal electrode or several electrodes may be provided as part of the ESC. Furthermore, a gas supply mechanism may be provided for the ESC in order to increase the thermal conductivity between the wafer 9 and the ESC. A detailed description of the structure of the ESC is not given here as it is available in the general literature. The wafer holder 5 is fixed on the bottom plate 17 of the reaction vessel 1. This facilitates the provision of electrical wiring and cooling / heating mechanisms. However, it is also possible to make the wafer holder 5 so as to move in the vertical direction with all the device configurations described above. An important feature of the wafer holder 5 is that the wafer and the wafer holder are stationary during film deposition compared to those described in the prior art. That is, there is no rotating part in the wafer holder 5.

前述した構造の作動を説明する。ウェハー搬入/搬出ドア18を通して反応容器1の内部に導入されたウェハー9は、固定されたウェハーホルダ5の上に配置される。ウェハーホルダ5におけるウェハー9はESCの上に静電的にクランプされる。ESCは冷却媒体またはヒータによって支援されて一定温度になるよう維持されている。ガスが反応容器1の中に供給され、そして反応容器は所望の圧力に維持される。反応容器1の内部の圧力は重要な事項ではなく、0.1ミリトール(mTorr)から100ミリトールの範囲において変化させることができる。DC電力がDC電源10から電極2に供給され、これによりプラズマを発生させ、維持する。電極2に供給されたDC電流による電力は重要な事項ではなく、要求される成膜速度および他のパラメータによって決定される。特に、膜厚の正確な制御が必要とされる場合、成膜は例えば10nm(ナノメートル)/分の低い速度で行われなければならない。この場合において、例えば50ワット(W)の低いDC電力が電極2に与えられる。たとえDC電源10によって与えられる同じ負電圧を電極2の全体が受けたとしても、プラズマが磁界によって閉じ込められるので、プラズマは回転プレート3の下側に集中する。この濃度の高いプラズマは、マグネット配列4を備えた回転プレート3の運動に伴って、電極2の下側で円形軌道上にて移動する。スパッタリングの現象は濃いプラズマが存在する場所において主に起き、そしてスパッタされた原子はウェハーの表面に角度を保って到達する。それ故に、成膜のプロセスは、従来技術の箇所で説明したそれとほとんど同じであり、非常に良好な膜均一性を備えた膜を生じさせるという結果となる。  The operation of the structure described above will be described. The wafer 9 introduced into the reaction vessel 1 through the wafer loading / unloading door 18 is placed on the fixed wafer holder 5. The wafer 9 in the wafer holder 5 is electrostatically clamped on the ESC. The ESC is maintained at a constant temperature supported by a cooling medium or a heater. Gas is fed into the reaction vessel 1 and the reaction vessel is maintained at the desired pressure. The pressure inside the reaction vessel 1 is not critical and can be varied in the range of 0.1 mTorr to 100 mTorr. DC power is supplied from the DC power source 10 to the electrode 2, thereby generating and maintaining plasma. The power by the DC current supplied to the electrode 2 is not an important matter and is determined by the required deposition rate and other parameters. In particular, when precise control of the film thickness is required, the film formation must be performed at a low rate of, for example, 10 nm (nanometer) / min. In this case, a low DC power of, for example, 50 watts (W) is applied to the electrode 2. Even if the entire electrode 2 receives the same negative voltage provided by the DC power supply 10, the plasma is confined by the magnetic field, so that the plasma is concentrated on the lower side of the rotating plate 3. This high-concentration plasma moves on a circular orbit below the electrode 2 as the rotary plate 3 provided with the magnet array 4 moves. The phenomenon of sputtering occurs mainly in the presence of a dense plasma, and the sputtered atoms reach the wafer surface at an angle. Therefore, the film formation process is almost the same as that described in the prior art section, resulting in a film with very good film uniformity.

ウェハーホルダ5における金属電極11はrf電流を与えられてもよいし、与えられなくてもよい。たとえrf電力が与えられたとしても、rf電源36からのrf電流による電力は、通常、堆積した膜での過度のスパッタが起きないように低い値に保持される。  The metal electrode 11 in the wafer holder 5 may or may not be supplied with an rf current. Even if the rf power is applied, the power due to the rf current from the rf power source 36 is usually kept at a low value so that excessive spattering in the deposited film does not occur.

第1実施形態のスパッタリング装置は、ウェハーの温度を所望の値に維持できると共に、非常に高い精度で膜厚の制御性が良好な、非常に均一性のよい膜を作ることができる。さらに膜堆積は、ソフトなイオン衝突または再スパッタプロセスで行われる。  The sputtering apparatus according to the first embodiment can maintain a wafer temperature at a desired value, and can produce a highly uniform film with very high accuracy and good film thickness controllability. Further, film deposition is performed by a soft ion bombardment or resputtering process.

第1実施形態によれば、ウェハーホルダ5は停止された状態にあり、電極2の下側の領域に作られるプラズマは、回転プレート3のマグネット配列に対応し、回転プレート3の衛星運動(公転運動)と共に回転する。それ故に、ウェハーホルダ5がそれ自体が回転しなくても、均一な薄膜がウェハーホルダ5上のウェハー9の上に堆積する。  According to the first embodiment, the wafer holder 5 is in a stopped state, and the plasma generated in the lower region of the electrode 2 corresponds to the magnet arrangement of the rotating plate 3 and the satellite motion (revolution) of the rotating plate 3. Rotate with motion). Therefore, even if the wafer holder 5 itself does not rotate, a uniform thin film is deposited on the wafer 9 on the wafer holder 5.

次に、図4を参照して第2実施形態が説明される。それは第1実施形態のわずかな変形例である。この装置における唯一の変形は、第1実施形態に比較して、上記の回転プレート3を用いることなく、マグネット配列4に対応するマグネット配列の新しい構造を用いることである。ここで、電極2の外側表面の上に2つまたはそれ以上の円形マグネット19a,19bが配置され、それらは電極の表面に対向し、交互に異なる極性を有している。それらは移動しない。図4では、例えば、2つの円形のマグネット19a,19bを有する構成が示されている。これらの2つのマグネット19a,19bは、永久的に、電極の上において固定され、または例えば1mmの狭い間隔をあけて電極表面に平行にわずかばかり移動された状態で配置されている。2つの円形マグネット19a,19bの間には磁束線37が存在する。当該磁束線37は電極2を貫き、反応容器1の内部に至る。円形マグネット19a,19bのわずかな動きは、電極の利用効率の改善という結果をもたらす。  Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. It is a slight modification of the first embodiment. The only modification in this apparatus is to use a new structure of the magnet arrangement corresponding to the magnet arrangement 4 without using the rotating plate 3 as compared with the first embodiment. Here, two or more circular magnets 19a, 19b are arranged on the outer surface of the electrode 2, which face the surface of the electrode and have alternately different polarities. They do not move. In FIG. 4, for example, a configuration having two circular magnets 19a and 19b is shown. These two magnets 19a, 19b are either permanently fixed on the electrode or arranged slightly moved in parallel to the electrode surface with a narrow spacing of for example 1 mm. A magnetic flux line 37 exists between the two circular magnets 19a and 19b. The magnetic flux lines 37 penetrate the electrode 2 and reach the inside of the reaction vessel 1. A slight movement of the circular magnets 19a, 19b results in improved electrode utilization efficiency.

電極2に対してDC電源またはrf電源を応用することは第1実施形態で説明されたものと同じである。しかしながら、当該マグネット配列を用いることにより、電極2の下側に強いドーナツ型のプラズマが生成され、かつ同時にドーナツ型表面の上にスパッタリング現象が起きる。それ故に、この構成を用いると、成膜速度が増大することになる。  The application of a DC power source or an rf power source to the electrode 2 is the same as that described in the first embodiment. However, by using the magnet arrangement, a strong donut-shaped plasma is generated on the lower side of the electrode 2 and, at the same time, a sputtering phenomenon occurs on the donut-shaped surface. Therefore, when this configuration is used, the film forming speed increases.

前述した変更された部分を除いて、その他のすべての構造、機能、手順、および結果は第1実施形態で説明されたそれらと同じである。  Except for the modified part described above, all other structures, functions, procedures, and results are the same as those described in the first embodiment.

本発明は、ウェハーホルダを回転させないプラズマ支援マグネトロンスパッタリングに用いられ、膜の均一性および膜厚の制御性、そして温度制御性の良好なウェハー上の膜堆積に有用である。  The present invention is used for plasma-assisted magnetron sputtering without rotating a wafer holder, and is useful for film deposition on a wafer with good film uniformity, film thickness controllability, and temperature controllability.

1 反応容器
2 ドーナツ型電極
3 回転プレート
4 マグネット配列
5 ウェハーホルダ
8 絶縁材
9 ウェハー
10 DC電源
11 金属電極
12 誘電体層(ESC)
13 誘電体層
19a 円形マグネット
19b 円形マグネット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction container 2 Donut type electrode 3 Rotating plate 4 Magnet arrangement 5 Wafer holder 8 Insulation material 9 Wafer 10 DC power supply 11 Metal electrode 12 Dielectric layer (ESC)
13 Dielectric layer 19a Circular magnet 19b Circular magnet

Claims (1)

プラズマの生成に使用されるプロセスガスが導入される反応容器と、
前記プラズマによってスパッタされる必要のある物質で作られ、その下面がウェハーの表面に対して傾斜されたドーナツ型電極と、
前記ドーナツ型電極の下側に1つまたはそれ以上の閉じたループ状磁束線を生成するため、前記電極に対向し、交互の磁極を有しかつ異なるに直径を持ち、前記ドーナツ型電極の上方に配置される2つまたはそれ以上の円形のマグネットと、
前記ドーナツ型電極に接続された電力源と、そして、
膜堆積のため前記ウェハーを配置し、膜堆積の間静止しているウェハーホルダと、
から構成されるプラズマ支援スパッタ成膜装置。
A reaction vessel into which a process gas used to generate plasma is introduced;
A donut-shaped electrode made of a material that needs to be sputtered by the plasma, the lower surface of which is inclined with respect to the surface of the wafer;
To generate one or more closed loop magnetic flux lines under the donut-shaped electrode, facing the electrode, having alternating magnetic poles and having different diameters, above the donut-shaped electrode Two or more circular magnets arranged in the
A power source connected to the donut electrode; and
Placing the wafer for film deposition, and a wafer holder stationary during film deposition;
A plasma assisted sputter deposition system comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10580627B2 (en) 2018-04-26 2020-03-03 Keihin Ramtech Co., Ltd. Sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering apparatus
US11081323B2 (en) 2018-04-26 2021-08-03 Keihin Ramtech Co., Ltd. Sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering apparatus
US11081324B2 (en) 2018-04-26 2021-08-03 Keihin Ramtech Co., Ltd. Sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering apparatus
US11348770B2 (en) 2018-04-26 2022-05-31 Keihin Ramtech Co., Ltd. Sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering apparatus
JP2019189933A (en) * 2018-05-10 2019-10-31 京浜ラムテック株式会社 Sputtering cathode and sputtering apparatus

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