JP2674995B2 - Substrate processing method and apparatus - Google Patents
Substrate processing method and apparatusInfo
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- JP2674995B2 JP2674995B2 JP62054005A JP5400587A JP2674995B2 JP 2674995 B2 JP2674995 B2 JP 2674995B2 JP 62054005 A JP62054005 A JP 62054005A JP 5400587 A JP5400587 A JP 5400587A JP 2674995 B2 JP2674995 B2 JP 2674995B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、真空に排気された処理室内で発生させたプ
ラズマにより試料を処理する方法およびその装置に係
り、特に微細なパターンを表面に形成した半導体基板を
高速かつ均一に処理するのに適した基板処理方法および
その装置に関するものである。
〔従来の技術〕
本発明に最も近い従来技術としては、米国特許第3,32
5,394号明細書及び図面、特開昭60−121268号公報、及
び特開昭61−87868号公報がある。
従来スパッタによる高速薄膜形成法としては、米国特
許第3,325,394号明細書及び図面、特開昭60−121268号
公報に記載のように、ターゲット電極と基板電極を対向
に配置し、二組の磁気装置によりカスプ磁界を形成しタ
ーゲットと基板の間にプラズマを閉込めるものがある。
上記技術は、ターゲット電極に印加した電界により発生
した雰囲気ガスのプラズマをカスプ磁界によりターゲッ
ト電極上に広範囲にかつ高密度に閉込め、ターゲットの
利用効率を高め、成膜速度を向上させるものである。
また特開昭61−87868号公報に記載のように、カスプ
磁界利用の電極構成において、基板電極に負電圧を印加
し基板表面に付着堆積した薄膜表面にイオンを衝突さ
せ、膜表面を再スパッタしたり、付着粒子に衝突してエ
ネルギを与えることで付着粒子のマイグレーション性を
向上させるバイアススパッタ法がある。上記技術は、カ
スプ磁界によりウェハ上にも高密度プラズマを閉じ込め
るので大量のイオンを基板表面に衝突させることがで
き、成膜表面の再スパッタおよびマイグレーション性能
を向上させるものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、成膜速度・ターゲット利用効率・基
板への流入イオン量の向上等に優れているが、カスプ磁
界中にターゲット電極と基板電極を対向して配置してい
るため、基板側磁気装置により形成される磁力線は、タ
ーゲット側磁気装置より発せられた磁力線をターゲット
前面に圧着させた後に基板電極中央へ集束し基板を横切
る形となる。プラズマ中の荷電粒子、中でも質量の小さ
い電子は、磁界中では磁力線に沿ったサイクロトロン運
動をする。このため、プラズマ中の電子は前記基板側磁
気装置より発生する磁力線に沿って基板中央に集中入射
する。
これに類することは、ジャーナル オブ アプライド
フィジックスボリューム34.4.(1963年)第760頁から
第768頁(Journal of Applied Physics Vol.34 No.4(1
963)PP760〜768)に記載されている。上記文献によれ
ば、基板をアノードとしてスパッタ成膜した場合、基板
の中心部に電流が集中し、この部分が異常に昇温する。
我々の実験において基板への入射電子エネルギ密度及
び入射イオン電流密度の測定を行った結果を第6図に示
す。これにより、基板中央部に高エネルギ電子の集中入
射が起り、イオン電流も周辺部の2倍が中心部に集まっ
ていることが明らかとなった。これは特にAl等の低融点
物質を成膜する場合に中央部の溶融や、膜質の不均一と
いった問題をおこす。さらに、基板電極に負電圧を印加
し、イオンを基板表面に入射させるバイアススパッタ法
においても、基板電極上中央部に集中する電子に伴い、
入射イオン密度も中央部が高くなりバイアス電力の不均
一が生じ、中央部での異常昇温の問題他に、バイアス電
力に依るマイグレーション性能が位置により異なり成膜
の信頼性に問題があった。
本発明の目的は、磁場中で発生させた高密度プラズマ
中から高エネルギ電子が基板中央部へ集中入射すること
を防止して、磁場中で発生させた高密度プラズマにより
基板全面に亘って均一な処理を行うことが可能な基板処
理方法およびその装置を提供することにある。
〔問題を解決するための手段〕
上記目的は、第一の磁気装置手段により第一の電極近
傍に形成したカスプ磁界中にプラズマを発生させてこの
プラズマにより第二の電極上に載置した基板を処理する
基板処理方法において、カスプ磁界を形成する磁束のう
ち第二の電極を横切る磁束が基板より外側を横切るよう
に磁束を制御して基板を処理することにより、また、第
一の磁気装置手段により第一の電極近傍に形成したカス
プ磁界中にプラズマを発生させてこのプラズマにより第
二の電極上に載置した基板を処理する基板処理方法にお
いて、第二の電極の側に設けた第二の磁気装置手段によ
りカスプ磁界を形成する磁束を制御してカスプ磁界を形
成する磁束のうち第二の電極を横切る磁束が基板より外
側を横切るようにして基板を処理することにより、更
に、第一の磁気装置手段により第一の電極近傍に形成し
たカスプ磁界中にプラズマを発生させてこのプラズマに
より第二の電極上に載置した基板上に薄膜を形成する基
板処理方法において、第二の電極の側に設けた第二の磁
気装置手段によりカスプ磁界を形成する磁束を制御して
プラズマ中から基板に入射する荷電粒子の密度分布をほ
ぼ均一にした状態で基板上に薄膜を形成することにより
達成される。
更に、本発明は、基板処理装置を、基板を載置する載
置手段と、この載置手段と対向して設けた電極手段と、
この電極手段と載置手段との間にカスプ磁界を形成する
第一の磁気装置手段と、第一の磁気装置手段で形成した
磁界中にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、基
板載置手段の側に有ってカスプ磁界を形成する磁束のう
ち載置手段を横切る磁束が載置した基板より外側を通る
ように磁束の分布を制御する磁界を発生させる第二の磁
気装置手段とを備えて構成したことにより達成される。
〔作用〕
上記手段における作用を、本発明をスパッタ成膜装置
に適用した場合について以下に説明する。ターゲット電
極と基板電極を対向配置し、ターゲット側と基板側の磁
気装置により前記電極間にカスプ磁界を形成し、該磁気
装置において前記電極間にプラズマを閉じ込める構成に
おいて、前記の基板側の磁気装置の磁力線が基板中央部
を横切ること無く基板の周辺に導かれる様な磁気装置を
構成することにより、ターゲット側磁気装置の磁力線は
基板側磁気装置の磁力線によりターゲット上に押し込め
られてターゲット上の磁力線はターゲット表面に沿うよ
うに形成され、ターゲット上に高密度のプラズマを広い
範囲に渡り閉じ込め、このターゲット側磁気装置の磁力
線をターゲットに押し込めた基板側の磁気装置の磁力線
は基板中央部を横切ること無く基板周辺へ導かれるた
め、ターゲット上に閉じ込められたプラズマ中の電子は
基板には集中入射しない。このプラズマによりターゲッ
トがスパッタにより侵食される領域も広い範囲となりタ
ーゲットの利用効率の向上と高速成膜・良好な膜厚分布
が得られる。
〔実施例〕
本発明の第一の実施例を第1図により、以下に説明す
る。
真空容器1の開口2に絶縁物3を介しターゲット電極
4が取り付けられている。該ターゲット電極4の真空室
側には成膜材料より成るターゲット5、大気側には磁界
発生用のターゲットコイル6、およびヨーク7が、さら
に該ターゲット5の外周には該ターゲットとの間に放電
を生じない距離だけターゲットより隔てて、絶縁物8を
介して真空容器1にアノード28が取り付けられている。
ヨーク7はターゲットコイル6により発生する漏えい磁
束密度を強めるために用いられる。アノード28の電位は
必要に応じて、フローティング、アースあるいは任意の
正負の電圧とする。
該真空容器1の一方の開口9には基板25を載置する基
板電極10があり、基板電極10の周囲には真空シール機能
を持つ絶縁物11を介して、ターゲット5と基板電極10表
面に垂直な方向に移動可能な基板押え12が、さらに該基
板押え12の周囲には真空シール機能を持つ絶縁体13を介
してシールド14が、真空容器1に固定されている。また
基板電極10を中心として、真空容器1に真空シールされ
た状態で取り付けられるコイル容器16の中に基板外コイ
ル17が取り付けられている。さらに基板電極10の内部に
は、基板内コイル30が収納されている。基板電極10は水
冷もしくは加熱され一定温度に保たれる。基板電極10の
中心には冷却ガス導入管29があり、基板25と基板電極10
との間にArなどの温度制御用ガスが導入される。
真空容器1内は排気手段18により真空排気されるとと
もに、ガス導入手段19により典型的には103Torr台の圧
力に保たれる。
ターゲット電極4、基板電極10、基板押え12、ターゲ
ットコイル6、基板外コイル17基板内コイル30には各々
ターゲット電源20、高周波電源21、直流電源22、ターゲ
ットコイル電源23、基板外コイル電源24、基板内コイル
電源31が、また真空容器1はアースに接続されている。
基板表面に直流バイアス電圧を印加する場合は高周波
電源21が、高周波バイアスを印加する場合には直流電源
22が各々不要である。また高周波バイアス電圧を印加す
る場合には、基板押え12は高周波プラズマのシールドの
ため、絶縁物で作られる。
ターゲットコイル6とターゲットコイル電源23は電磁
石に限らず、これと等価な磁界を発生する永久磁石を用
いてもよい。
スパッタ成膜処理を受ける基板25は、基板押え12がタ
ーゲット5側に移動した状態で図示しない搬送機構によ
り基板電極10上に載置された後、基板押え12で保持され
る。
以上の構成の本実施例は以下のように動作する。
図示しない搬送機構により搬送された基板25は、基板
電極10に載置された後、基板押え12により固定される。
排気手段18により、真空容器1内を高真空排気した後、
ガス導入手段19によりArガスを導入し、所定のスパッタ
圧に保つ。
直流電源22より基板押さえ12を介して基板25の表面に
直流バイアス電圧を印加するか、高周波電源21より基板
電極10に高周波電力を印加し、基板25上に高周波プラズ
マを発生させ、バイアス電圧を誘起することにより基板
表面を負のバイアス電位に保つ。また、ターゲットコイ
ル電源23、基板外コイル電源24、基板内コイル電源31よ
り、各々ターゲットコイル6、基板内コイル30が同じ方
向に磁界を発生し、それらとは逆方向に基板外コイル17
が磁界を発生するように電流を印加することにより、磁
力線26が形成される。磁力線26のシミュレーション計算
結果を第2図に示す。主な計算条件は、ターゲットコイ
ル6の中心磁束密度は338G、基板内コイル30では280G、
基板外コイル17では250Gである。基板側の内・外コイル
の間より発する磁束cの影響により、ターゲットコイル
6のヨーク7の中央先端より発生する磁束a及びbの
内、磁束aはターゲット5表面に沿うように形成され、
磁束bは基板内コイル30の内側へ入射するように形成さ
れる。次にターゲット電極4にターゲット電源20よりス
パッタ電力を印加することにより、ターゲット5から基
板電極10の表面にかけて、電界と直交する磁束a及び磁
束cに閉じ込められるように高密度プラズマが発生す
る。このときターゲット5上では、磁束bの領域より磁
束aの領域の方がプラズマ密度の高いことが観測出来
た。主に磁束aの領域のプラズマからのイオン入射によ
りターゲットから大量の2次電子が発生し、該2次電子
はターゲット・プラズマ間の電位差(数百v)により高
速に加速されプラズマ中に放出される。この高エネルギ
電子はプラズマ中を通る磁力線a及びcに沿ってらせん
運動をしながら移動するが、磁束aではターゲット上で
弧状をしているため衝突による損失の他は電子はこの磁
束中に閉じ込められる。磁束c中の電子は磁束cに沿っ
て基板25側に流れるが、磁束cが基板25上を通ることな
く基板25外周を横切るため基板25中に高エネルギ電子が
入射することはない。一方磁束b中の電子は、磁束a上
の高エネルギ電子がイオンや中性粒子等との衝突により
拡散して来たものが主であり、電子は十分低速になって
いる。この電子は磁束bに沿って基板25上に移動する
が、磁束bはターゲット5中央部の十分小さい面積より
基板25上にほぼ均一な磁束密度で広がるため、電子の基
板25への入射は平均化される。また基板25上に均一な密
度で磁束bが入射するため、バイアス電位が印加されて
いる基板25表面にプラズマ27から磁束bに沿って入射す
るイオン量も平均化される。さらにターゲット上での磁
界は磁束aが磁束cにより圧着された形となり高密度プ
ラズマを広い範囲で形成できる。
次に第3図に基板内コイル30の中心磁束密度に対する
基板25上に流入するイオン電流及び電子エネルギ密度を
示す。基板には−100Vのバイアス電圧を印加し、ターゲ
ットコイルの中心磁束密度は338G、基板外コイルの中心
磁束密度は248Gである。基板内コイルの磁束密度が0の
場合は従来のカスプ磁界と同様の磁界分布であり、基板
内コイルの中心磁束密度を高めるに従い中心への偏りは
解消されて行き、260Gを越えた所でイオン入射量は均一
となり、高エネルギ電子の入射は無くなる。さらに一定
温度に保たれている基板電極10と基板25との間に温度制
御用ガスを導入することにより基板25の温度を制御し、
膜質を維持できる。
以上述べた構成により、従来のカスプ磁界形バイアス
スパッタ法で生じた基板中央の異常昇温、入射イオン量
偏在による微細段差・穴への材料付回り性不均一を解消
し、成膜速度が高く、膜質が均一で、かつ充分なマイグ
レーション性能を基板全面に均一に有するバイアススパ
ッタ方法および装置を実現することができた。
第4図に本発明の第二の実施例を示す。前記第一の実
施例に対し、基板内コイル30、同外コイル17以外は同じ
構成である。本実施例では、基板側磁気装置として基板
25の背面で基板25を囲むような環状に形成された基板側
永久磁石33を用いる。永久磁石33は環状の外側に発する
磁力線によりターゲットコイル6と協調してカスプ磁界
を形成するとともに、環状の内側に発する磁力線により
第1図と同様の磁力線分布を得られ、第一の実施例と同
様の効果を得ることができる。
第5図に本発明の第三の実施例を示す。前記第一の実
施例に対し、基板内コイル30、同外コイル17以外は同じ
構成である。本実施例では、基板側磁気装置として基板
コイル17′を設置し、該基板コイル17′の内側および基
板コイル17′の、ターゲット5と反対面側に位置する基
板側ヨーク32を載置する。これにより基板コイル17′に
より発生する磁力線の内基板コイル17′の中心軸側磁力
線は基板側ヨーク32に引きつけられる結果、第1図と同
様の磁力線分布が得られ、第一の実施例と同様の効果を
得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、対向する一対の磁石により形成され
るカスプ磁界に更に基板側に設けた磁気装置により磁力
線が基板中央を横切らないように基板の周辺に導くよう
にした改良型カスプ磁界により、このカスプ磁界中に閉
じこめられたプラズマから基板に入射する電子やイオン
等の荷電粒子の密度分布を制御することができるように
なり、基板をほぼ全面に亘って均一に処理することがで
きるという効果が得られる。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for processing a sample by plasma generated in a processing chamber evacuated to vacuum, and particularly to forming a fine pattern on the surface. The present invention relates to a substrate processing method and apparatus suitable for processing a semiconductor substrate at high speed and uniformly. [Prior Art] As a prior art closest to the present invention, US Pat.
There are 5,394 specifications and drawings, JP-A-60-121268, and JP-A-61-87868. As a conventional high-speed thin film forming method by sputtering, as described in U.S. Pat. No. 3,325,394 and drawings, JP-A-60-121268, a target electrode and a substrate electrode are arranged to face each other, and two sets of magnetic devices are arranged. In some cases, a cusp magnetic field is formed by this to confine the plasma between the target and the substrate.
The above-mentioned technique is to confine the plasma of the atmospheric gas generated by the electric field applied to the target electrode on the target electrode in a wide range and at high density by the cusp magnetic field, thereby increasing the utilization efficiency of the target and improving the deposition rate. . Further, as described in JP-A-61-87868, in an electrode configuration using a cusp magnetic field, a negative voltage is applied to the substrate electrode to cause ions to collide with the thin film surface adhered and deposited on the substrate surface, and the film surface is re-sputtered. There is a bias sputtering method which improves the migration property of the adhered particles by applying energy by colliding with the adhered particles or applying energy. The above-mentioned technique confine high-density plasma on the wafer by the cusp magnetic field, so that a large amount of ions can be made to collide with the substrate surface, and the re-sputtering and migration performance of the film-forming surface is improved. [Problems to be Solved by the Invention] Although the above-mentioned conventional techniques are excellent in film formation speed, target utilization efficiency, improvement of the amount of ions flowing into the substrate, etc., the target electrode and the substrate electrode are opposed to each other in a cusp magnetic field. Since the magnetic lines of force formed by the magnetic device on the substrate side are pressed against the front face of the target, the magnetic lines of force formed by the magnetic device on the substrate side are focused on the center of the substrate electrode and traverse the substrate. Charged particles in plasma, especially electrons with a small mass, perform cyclotron motion along magnetic field lines in a magnetic field. Therefore, the electrons in the plasma are concentrated and incident on the center of the substrate along the lines of magnetic force generated by the magnetic device on the substrate side. Similar to this, Journal of Applied Physics Vol.34 No.4 (13.4), pages 760 to 768 (1963).
963) PP 760-768). According to the above-mentioned document, when the substrate is used as an anode to form a film by sputtering, the current is concentrated in the central portion of the substrate, and the temperature of this portion is abnormally increased. Figure 6 shows the results of measurements of the incident electron energy density and incident ion current density on the substrate in our experiments. As a result, it became clear that concentrated injection of high-energy electrons occurred in the central part of the substrate, and the ion current was twice as concentrated in the central part as in the peripheral part. This causes problems such as melting of the central portion and non-uniformity of film quality especially when a low melting point material such as Al is formed into a film. Furthermore, even in the bias sputtering method in which a negative voltage is applied to the substrate electrode and ions are made incident on the substrate surface, with the electrons concentrated in the central portion on the substrate electrode,
The incident ion density was also high in the central part, causing non-uniformity of the bias power, and in addition to the problem of abnormal temperature rise in the central part, the migration performance depending on the bias power varied depending on the position, and there was a problem in film formation reliability. An object of the present invention is to prevent high-energy electrons from being concentratedly injected into the central part of the substrate from the high-density plasma generated in the magnetic field, and to make the high-density plasma generated in the magnetic field uniform over the entire surface of the substrate. It is an object of the present invention to provide a substrate processing method and apparatus capable of performing various kinds of processing. [Means for Solving the Problem] The above-mentioned object is to generate plasma in a cusp magnetic field formed in the vicinity of the first electrode by the first magnetic device means, and the substrate placed on the second electrode by the plasma. In the substrate processing method for processing a substrate, the magnetic flux is controlled so that a magnetic flux that forms a cusp magnetic field and that crosses the second electrode crosses the outside of the substrate. In the substrate processing method for generating a plasma in a cusp magnetic field formed in the vicinity of the first electrode by means, and processing the substrate placed on the second electrode by the plasma, The second magnetic device means controls the magnetic flux that forms the cusp magnetic field to process the substrate such that the magnetic flux that forms the cusp magnetic field and that crosses the second electrode crosses the outside of the substrate. Further, the substrate processing method of further generating plasma in the cusp magnetic field formed in the vicinity of the first electrode by the first magnetic device means to form a thin film on the substrate placed on the second electrode by the plasma. In the above, the second magnetic device means provided on the side of the second electrode controls the magnetic flux that forms the cusp magnetic field so that the density distribution of the charged particles incident on the substrate from the plasma is substantially uniform on the substrate. This is achieved by forming a thin film. Furthermore, the present invention provides a substrate processing apparatus, mounting means for mounting a substrate, and electrode means provided so as to face the mounting means,
The first magnetic device means for forming a cusp magnetic field between the electrode means and the mounting means, the plasma generating means for generating plasma in the magnetic field formed by the first magnetic device means, and the substrate mounting means A second magnetic device means for generating a magnetic field that controls the distribution of the magnetic flux so that the magnetic flux that crosses the mounting means out of the magnetic flux that exists on the side and that forms the cusp magnetic field passes through the outside of the substrate on which the magnetic field is mounted. It is achieved by configuring. [Operation] The operation of the above means will be described below when the present invention is applied to the sputtering film forming apparatus. In a configuration in which a target electrode and a substrate electrode are arranged to face each other, a cusp magnetic field is formed between the electrodes by a magnetic device on the target side and a substrate side, and plasma is confined between the electrodes in the magnetic device, the magnetic device on the substrate side. By constructing a magnetic device in which the magnetic field lines of the target side magnetic device are guided to the periphery of the substrate without traversing the central part of the substrate, the magnetic field lines of the target side magnetic device are pushed onto the target by the magnetic field lines of the substrate side magnetic device and Is formed along the surface of the target, confines high-density plasma on the target in a wide range, and the magnetic field lines of the magnetic device on the substrate side that press the magnetic field lines of the target side magnetic device into the target must cross the central part of the substrate. Electrons in the plasma confined on the target are guided to the substrate because they are guided around the substrate without Do not concentrate incident. The area of the target that is corroded by sputtering due to this plasma is wide, and the utilization efficiency of the target is improved, high-speed film formation and a good film thickness distribution can be obtained. [Embodiment] A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. A target electrode 4 is attached to the opening 2 of the vacuum container 1 via an insulator 3. A target 5 made of a film forming material is provided on the vacuum chamber side of the target electrode 4, a target coil 6 for generating a magnetic field and a yoke 7 are provided on the atmosphere side, and a discharge is generated between the target 5 and the target 5 on the outer circumference thereof. The anode 28 is attached to the vacuum container 1 via the insulator 8 with a distance from the target that does not cause the above phenomenon.
The yoke 7 is used to enhance the leakage magnetic flux density generated by the target coil 6. The potential of the anode 28 may be floating, ground, or any positive or negative voltage as required. A substrate electrode 10 on which a substrate 25 is placed is provided in one opening 9 of the vacuum container 1, and the target 5 and the surface of the substrate electrode 10 are surrounded by an insulator 11 having a vacuum sealing function around the substrate electrode 10. A substrate holder 12 movable in a vertical direction and a shield 14 around the substrate holder 12 are fixed to the vacuum container 1 via an insulator 13 having a vacuum sealing function. An outer coil 17 is mounted in a coil container 16 which is mounted in the vacuum container 1 in a vacuum-sealed state centering on the substrate electrode 10. Furthermore, the in-substrate coil 30 is housed inside the substrate electrode 10. The substrate electrode 10 is water-cooled or heated and kept at a constant temperature. At the center of the substrate electrode 10, there is a cooling gas introduction pipe 29, which can
A temperature control gas such as Ar is introduced between and. The inside of the vacuum container 1 is evacuated by the evacuation means 18 and is maintained at a pressure of typically 10 3 Torr by the gas introduction means 19. A target power source 20, a high frequency power source 21, a DC power source 22, a target coil power source 23, an outside-board coil power source 24 are connected to the target electrode 4, the substrate electrode 10, the substrate retainer 12, the target coil 6, the outside coil 17 and the inside coil 30, respectively. The in-board coil power supply 31 and the vacuum chamber 1 are connected to the ground. The high frequency power supply 21 is used when applying a DC bias voltage to the substrate surface, and the DC power supply is used when applying a high frequency bias.
No 22 is required. When a high frequency bias voltage is applied, the substrate retainer 12 is made of an insulating material for shielding high frequency plasma. The target coil 6 and the target coil power supply 23 are not limited to electromagnets, and permanent magnets that generate a magnetic field equivalent thereto may be used. The substrate 25 subjected to the sputtering film formation process is placed on the substrate electrode 10 by the transport mechanism (not shown) with the substrate holder 12 moved to the target 5 side, and then held by the substrate holder 12. The present embodiment having the above configuration operates as follows. The substrate 25 transported by a transport mechanism (not shown) is placed on the substrate electrode 10 and then fixed by the substrate retainer 12.
After evacuating the inside of the vacuum container 1 to a high vacuum by the exhaust means 18,
Ar gas is introduced by the gas introduction means 19 to maintain a predetermined sputtering pressure. A DC bias voltage is applied from the DC power source 22 to the surface of the substrate 25 through the substrate retainer 12, or a high frequency power is applied to the substrate electrode 10 from the high frequency power source 21 to generate high frequency plasma on the substrate 25, and a bias voltage is applied. The induction keeps the substrate surface at a negative bias potential. The target coil power supply 23, the outside-board coil power supply 24, and the inside-board coil power supply 31 generate magnetic fields in the same direction in the target coil 6 and the inside-board coil 30, respectively, and the outside-board coil 17 in the opposite direction.
A magnetic field line 26 is formed by applying an electric current so that the magnetic field generates a magnetic field. The simulation calculation result of the magnetic field lines 26 is shown in FIG. The main calculation conditions are as follows: the center magnetic flux density of the target coil 6 is 338G, and the in-board coil 30 is 280G.
The off-board coil 17 is 250G. Due to the influence of the magnetic flux c generated between the inner and outer coils on the substrate side, of the magnetic fluxes a and b generated from the central tip of the yoke 7 of the target coil 6, the magnetic flux a is formed along the surface of the target 5,
The magnetic flux b is formed so as to enter the inside of the in-substrate coil 30. Next, by applying sputtering power from the target power source 20 to the target electrode 4, high density plasma is generated from the target 5 to the surface of the substrate electrode 10 so as to be confined in the magnetic flux a and magnetic flux c orthogonal to the electric field. At this time, on the target 5, it was observed that the area of the magnetic flux a had a higher plasma density than the area of the magnetic flux b. A large amount of secondary electrons are generated mainly from the target due to the ion injection from the plasma in the region of the magnetic flux a, and the secondary electrons are accelerated into the plasma at a high speed due to the potential difference (several hundreds of volts) between the target and the plasma and are emitted into the plasma. It The high-energy electrons move in a spiral motion along the magnetic lines of force a and c passing through the plasma, but the magnetic flux a forms an arc on the target, and therefore electrons are confined in this magnetic flux except for loss due to collision. To be The electrons in the magnetic flux c flow toward the substrate 25 along the magnetic flux c, but since the magnetic flux c does not pass over the substrate 25 and crosses the outer periphery of the substrate 25, high-energy electrons do not enter the substrate 25. On the other hand, the electrons in the magnetic flux b are mainly those in which high-energy electrons on the magnetic flux a have diffused due to collision with ions, neutral particles, etc., and the electrons are sufficiently slow. The electrons move along the magnetic flux b onto the substrate 25, but since the magnetic flux b spreads over the substrate 25 with a substantially uniform magnetic flux density than the sufficiently small area of the center of the target 5, the incidence of electrons on the substrate 25 is average. Be converted. Further, since the magnetic flux b is incident on the substrate 25 with a uniform density, the amount of ions incident along the magnetic flux b from the plasma 27 on the surface of the substrate 25 to which the bias potential is applied is also averaged. Further, the magnetic field on the target is such that the magnetic flux a is pressure-bonded by the magnetic flux c, and high-density plasma can be formed in a wide range. Next, FIG. 3 shows the ion current and electron energy density flowing into the substrate 25 with respect to the central magnetic flux density of the in-substrate coil 30. A bias voltage of -100V was applied to the substrate, the center magnetic flux density of the target coil was 338G, and the center magnetic flux density of the coil outside the substrate was 248G. When the magnetic flux density of the in-substrate coil is 0, the magnetic field distribution is the same as the conventional cusp magnetic field, and the bias toward the center is eliminated as the central magnetic flux density of the in-substrate coil is increased, and when the ion density exceeds 260 G The incident amount becomes uniform and high energy electrons are not incident. Further, the temperature of the substrate 25 is controlled by introducing a temperature control gas between the substrate electrode 10 and the substrate 25 which are kept at a constant temperature,
The film quality can be maintained. With the configuration described above, abnormal temperature rise at the center of the substrate and uneven distribution of materials to minute steps and holes due to uneven distribution of incident ion amount, which have been caused by the conventional cusp magnetic field bias sputtering method, are eliminated, and the deposition rate is high. A bias sputtering method and apparatus having uniform film quality and having sufficient migration performance over the entire surface of the substrate can be realized. FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. The configuration is the same as that of the first embodiment except for the in-board coil 30 and the outer coil 17. In this embodiment, the substrate is used as the substrate side magnetic device.
A substrate-side permanent magnet 33 formed in an annular shape so as to surround the substrate 25 on the back surface of 25 is used. The permanent magnet 33 forms a cusp magnetic field in cooperation with the target coil 6 by the magnetic field lines emitted to the outside of the ring, and the magnetic field lines emitted to the inside of the ring can obtain the same magnetic field line distribution as in the first embodiment. The same effect can be obtained. FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. The configuration is the same as that of the first embodiment except for the in-board coil 30 and the outer coil 17. In this embodiment, a substrate coil 17 'is installed as a substrate-side magnetic device, and a substrate-side yoke 32 located inside the substrate coil 17' and on the side of the substrate coil 17 'opposite to the target 5 is placed. As a result, the magnetic force lines generated by the substrate coil 17 'are attracted to the central axis side magnetic force line of the substrate coil 17' to the substrate side yoke 32. As a result, a magnetic force line distribution similar to that of FIG. 1 is obtained, which is the same as the first embodiment. The effect of can be obtained. [Advantages of the Invention] According to the present invention, the cusp magnetic field formed by a pair of facing magnets is further improved by a magnetic device provided on the substrate side so that magnetic force lines are guided to the periphery of the substrate so as not to cross the center of the substrate. The cusp magnetic field makes it possible to control the density distribution of charged particles such as electrons and ions entering the substrate from the plasma confined in the cusp magnetic field, and the substrate is uniformly processed over almost the entire surface. The effect that can be obtained is obtained.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例の縦断面図、第2図は本
発明の第一の実施例でターゲット基板間の磁界分布を示
す図、第3図は本発明の第一の実施例での基板流入イオ
ン電流密度と、流入電子エネルギ密度のデータを示す
図、第4図は本発明の第二の実施例の縦断面図、第5図
は本発明の第三の実施例の縦断面図、第6図は従来のカ
スプ磁界スパッタ装置でのイオン電流及び流入電子エネ
ルギ分布データを示す図である。
符号の説明
1……真空容器、3……絶縁物、4……ターゲット電極
5……ターゲット、6……ターゲットコイル
7……ヨーク、8……絶縁物、9……開口、
10……基板電極、11……絶縁物、12……基板押え
13……絶縁物、14……シールド、15……開口
16……コイル容器、17……基板外コイル
18……排気手段、19……ガス導入手段
20……ターゲット電源、21……高周波電源
22……直流電源、23……ターゲットコイル電源
24……基板外コイル電源、25……基板、26……磁力線
27……プラズマ、28……アノード
29……冷却ガス導入管、30……基板内コイル
31……基板内コイル用電源、33……永久磁石BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a magnetic field distribution between target substrates in the first embodiment of the present invention, and FIG. Is a diagram showing data of ion current density and substrate electron inflow energy density in the first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a third embodiment of the invention, and FIG. 6 is a diagram showing ion current and inflowing electron energy distribution data in a conventional cusp magnetic field sputtering apparatus. Explanation of reference numerals 1 ... vacuum container, 3 ... insulator, 4 ... target electrode 5 ... target, 6 ... target coil 7 ... yoke, 8 ... insulator, 9 ... opening, 10 ... substrate Electrode, 11 ... Insulator, 12 ... Board holder 13 ... Insulator, 14 ... Shield, 15 ... Opening 16 ... Coil container, 17 ... Outside-board coil 18 ... Exhaust means, 19 ... Gas Introducing means 20 …… Target power supply, 21 …… High frequency power supply 22 …… DC power supply, 23 …… Target coil power supply 24 …… Outside substrate coil power supply, 25 …… Substrate, 26 …… Magnetic field 27 …… Plasma, 28 …… Anode 29: Cooling gas introduction tube, 30: In-board coil 31: In-board coil power supply, 33: Permanent magnet
Claims (1)
たカスプ磁界中にプラズマを発生させて該プラズマによ
り第二の電極上に載置した基板を処理する基板処理方法
であって、前記カスプ磁界を形成する磁束のうち前記第
二の電極を横切る磁束が前記基板より外側を横切るよう
に前記磁束を制御して前記基板を処理することを特徴と
する基板処理方法。 2.前記第一の電極がスパッタターゲットを備えたスパ
ッタ電極であり、前記基板の処理が、スパッタ成膜処理
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
基板処理方法。 3.前記基板の処理を、前記基板に電圧を印加しながら
行うことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の基
板処理方法。 4.前記基板の処理を、前記基板の温度を制御しながら
行うことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の基
板処理方法。 5.第一の磁気装置手段により第一の電極近傍に形成し
たカスプ磁界中にプラズマを発生させて該プラズマによ
り第二の電極上に載置した基板を処理する基板処理方法
であって、前記第二の電極の側に設けた第二の磁気装置
手段により前記カスプ磁界を形成する前記磁束を制御し
て前記カスプ磁界を形成する磁束のうち前記第二の電極
を横切る磁束が前記基板より外側を横切るようにして前
記基板を処理することを特徴とする基板処理方法。 6.前記第一の電極がスパッタターゲットを備えたスパ
ッタ電極であり、前記基板の処理が、スパッタ成膜処理
であることを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載の
基板処理方法。 7.前記基板の処理を、前記基板に電圧を印加しながら
行うことを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載の基
板処理方法。 8.前記基板の処理を、前記基板の温度を制御しながら
行うことを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載の基
板処理方法。 9.第一の磁気装置手段により第一の電極近傍に形成し
たカスプ磁界中にプラズマを発生させて該プラズマによ
り第二の電極上に載置した基板上に薄膜を形成する基板
処理方法であって、前記第二の電極の側に設けた第二の
磁気装置手段により前記カスプ磁界を形成する前記磁束
を制御して前記プラズマ中から前記基板に入射する荷電
粒子の密度分布をほぼ均一にした状態で前記基板上に薄
膜を形成することを特徴とする基板処理方法。 10.前記基板上に形成する薄膜が、スパッタ成膜処理
により形成されることを特徴とする特許請求の範囲第9
項に記載の基板処理方法。 11.前記スパッタ成膜処理を、前記基板に電圧を印加
しながら行うことを特徴とする特許請求の範囲第9項に
記載の基板処理方法。 12.前記スパッタ成膜処理を、前記基板の温度を制御
しながら行うことを特徴とする特許請求の範囲第9項に
記載の基板処理方法。 13.基板を載置する載置手段と、該載置手段と対向し
て設けた電極手段と、該電極手段と前記載置手段との間
にカスプ磁界を形成する第一の磁気装置手段と、該第一
の磁気装置手段で形成した磁界中にプラズマを発生させ
るプラズマ発生手段と、前記基板載置手段の側に有って
前記カスプ磁界を形成する磁束のうち前記載置手段を横
切る磁束が前記載置した基板より外側を通るように前記
磁束の分布を制御する磁界を発生させる第二の磁気装置
手段とを備えたことを特徴とする基板処理装置。 14.前記電極手段がスパッタターゲットを備えたスパ
ッタ電極であることを特徴とする特許請求の範囲第13項
に記載の基板処理装置。 15.前記載置手段は、前記基板に電圧を印加する電圧
印加部を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第13項
に記載の基板処理装置。 16.前記載置手段は、前記基板の温度を制御する温度
制御部を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第13項
に記載の基板処理装置。(57) [Claims] A substrate processing method for generating a plasma in a cusp magnetic field formed in the vicinity of a first electrode by a first magnetic device means to process a substrate placed on a second electrode by the plasma, wherein the cusp magnetic field is The substrate processing method is characterized in that the substrate is processed by controlling the magnetic flux so that the magnetic flux that crosses the second electrode crosses the outside of the substrate among the magnetic flux that forms the. 2. The substrate processing method according to claim 1, wherein the first electrode is a sputter electrode provided with a sputter target, and the process of the substrate is a sputter film forming process. 3. The substrate processing method according to claim 1, wherein the processing of the substrate is performed while applying a voltage to the substrate. 4. The substrate processing method according to claim 1, wherein the processing of the substrate is performed while controlling the temperature of the substrate. 5. A substrate processing method, wherein plasma is generated in a cusp magnetic field formed in the vicinity of the first electrode by the first magnetic device means, and the substrate placed on the second electrode is processed by the plasma. Of the magnetic flux that forms the cusp magnetic field by controlling the magnetic flux that forms the cusp magnetic field by the second magnetic device means provided on the side of the electrode, the magnetic flux that crosses the second electrode crosses the outside of the substrate. A method for treating a substrate, which comprises treating the substrate in this manner. 6. The substrate processing method according to claim 5, wherein the first electrode is a sputtering electrode provided with a sputtering target, and the processing of the substrate is a sputtering film forming processing. 7. The substrate processing method according to claim 5, wherein the processing of the substrate is performed while applying a voltage to the substrate. 8. The substrate processing method according to claim 5, wherein the processing of the substrate is performed while controlling the temperature of the substrate. 9. A substrate processing method for forming a thin film on a substrate placed on a second electrode by generating plasma in a cusp magnetic field formed in the vicinity of a first electrode by a first magnetic device means, With the second magnetic device provided on the second electrode side controlling the magnetic flux forming the cusp magnetic field to make the density distribution of charged particles incident on the substrate from the plasma substantially uniform. A substrate processing method comprising forming a thin film on the substrate. 10. 10. The thin film formed on the substrate is formed by a sputtering film forming process.
Substrate processing method according to item. 11. The substrate processing method according to claim 9, wherein the sputtering film formation process is performed while applying a voltage to the substrate. 12. The substrate processing method according to claim 9, wherein the sputtering film formation process is performed while controlling the temperature of the substrate. 13. Mounting means for mounting the substrate; electrode means provided to face the mounting means; first magnetic device means for forming a cusp magnetic field between the electrode means and the mounting means; The plasma generating means for generating plasma in the magnetic field formed by the first magnetic device means, and the magnetic flux which is on the side of the substrate mounting means and which forms the cusp magnetic field crosses the mounting means. 2. A substrate processing apparatus, comprising: a second magnetic device unit that generates a magnetic field that controls the distribution of the magnetic flux so as to pass outside the substrate on which it is placed. 14. 14. The substrate processing apparatus according to claim 13, wherein the electrode means is a sputter electrode provided with a sputter target. 15. 14. The substrate processing apparatus according to claim 13, wherein the placing unit includes a voltage applying unit that applies a voltage to the substrate. 16. 14. The substrate processing apparatus according to claim 13, wherein the placing unit includes a temperature control unit that controls the temperature of the substrate.
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US5592358A (en) * | 1994-07-18 | 1997-01-07 | Applied Materials, Inc. | Electrostatic chuck for magnetic flux processing |
KR20120023792A (en) | 2009-07-17 | 2012-03-13 | 가부시키가이샤 아루박 | Film-forming apparatus |
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JP5373903B2 (en) * | 2009-07-17 | 2013-12-18 | 株式会社アルバック | Deposition equipment |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6112866A (en) * | 1984-06-26 | 1986-01-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Plasma concentration type high-speed sputtering device |
-
1987
- 1987-03-11 JP JP62054005A patent/JP2674995B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPS6112866A (en) * | 1984-06-26 | 1986-01-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Plasma concentration type high-speed sputtering device |
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