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JPH0867981A - Sputtering device - Google Patents

Sputtering device

Info

Publication number
JPH0867981A
JPH0867981A JP22577594A JP22577594A JPH0867981A JP H0867981 A JPH0867981 A JP H0867981A JP 22577594 A JP22577594 A JP 22577594A JP 22577594 A JP22577594 A JP 22577594A JP H0867981 A JPH0867981 A JP H0867981A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
substrate
electrode
anode electrode
voltage
Prior art date
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Granted
Application number
JP22577594A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3562595B2 (en
Inventor
Kiyoushiyoku Kin
京植 金
Hiroshi Iwata
寛 岩田
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.)
ANERUBA KK
Original Assignee
ANERUBA KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ANERUBA KK filed Critical ANERUBA KK
Priority to JP22577594A priority Critical patent/JP3562595B2/en
Publication of JPH0867981A publication Critical patent/JPH0867981A/en
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Publication of JP3562595B2 publication Critical patent/JP3562595B2/en
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Abstract

PURPOSE: To enhance the practicability and mass productivity of a sputtering device arranged with an anode electrode between a substrate and a target by preventing the generation of abnormal discharge between a substrate tray or the substrate and the anode electrode and executing film formation with high reproducibility, reliability and high stability. CONSTITUTION: This sputtering device has a cathode electrode mechanism 15 which includes the target 18 and a magnet 19 for forming a magnetic field on this target, a gas introducing mechanism 24 which introduces a process gas and a power source 21 which impresses voltage to this cathode electrode mechanism. The process gas is converted to plasma by the magnetic field and the voltage and the target is sputtered by this plasma, by which thin films are formed on the substrate 22 arranged to face the target. The anode electrode 25 impressed with a positive voltage is arranged between the target and substrate of this sputtering device and a grounding electrode 31 held at grounding potential is arranged between the anode electrode and the substrate.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はスパッタ装置に関し、特
に、半導体デバイスや電子部品等で素子や配線となる薄
膜を形成するスパッタ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus, and more particularly to a sputtering apparatus for forming a thin film which will be an element or wiring in a semiconductor device, an electronic component or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4を参照して従来の一般的なスパッタ
装置の構成と作用を説明する。処理室11を形成する真
空容器12の下壁の孔13の箇所に、絶縁性の真空シー
ル部材14を介してカソード電極機構15を設ける。カ
ソード電極機構15は、裏板16を備えたカソード本体
17と、裏板16上に配置されたターゲット18と、裏
板16の背面外側に設けられたマグネット19を備え
る。マグネット19は、棒状の中心磁石(上面がN極)
と中心磁石を囲むように配置された環状の周囲磁石(上
面がS極)とによって構成される。ターゲット18は、
下壁の孔13から処理室11内に臨む。カソード本体1
7と接地20との間には直流電源21が接続され、これ
によりカソード本体17、裏板16、ターゲット18は
所定の負電位に保持される。
2. Description of the Related Art The structure and operation of a conventional general sputtering apparatus will be described with reference to FIG. A cathode electrode mechanism 15 is provided at a hole 13 in the lower wall of the vacuum container 12 forming the processing chamber 11 via an insulating vacuum seal member 14. The cathode electrode mechanism 15 includes a cathode main body 17 having a back plate 16, a target 18 arranged on the back plate 16, and a magnet 19 provided outside the back surface of the back plate 16. The magnet 19 is a rod-shaped central magnet (upper surface is N pole).
And an annular surrounding magnet (the top surface is the S pole) arranged so as to surround the central magnet. The target 18 is
The inside of the processing chamber 11 is exposed through the hole 13 in the lower wall. Cathode body 1
A DC power supply 21 is connected between 7 and the ground 20, whereby the cathode body 17, the back plate 16, and the target 18 are held at a predetermined negative potential.

【0003】カソード電極機構15のターゲット18の
上方位置には、図示しない基板搬入・搬出機構によって
処理室11内に導入された基板22が、ターゲット表面
に対向する状態で配置される。基板22は基板トレイ2
3で支持されている。また処理室11内にはガス導入機
構24によってプロセスガスが導入される。さらにター
ゲット18と基板22の間には、例えばリング板形状の
アノード電極25が配置され、アノード電極25は直流
電源26によって所定の正電位に保持される。また真空
容器12は接地27に接続され、接地電位に保持されて
いる。28はアノード電極25に電圧を印加する導線2
9を通すための端子部である。
A substrate 22 introduced into the processing chamber 11 by a substrate loading / unloading mechanism (not shown) is arranged above the target 18 of the cathode electrode mechanism 15 so as to face the target surface. Substrate 22 is substrate tray 2
Supported by 3. A process gas is introduced into the processing chamber 11 by the gas introduction mechanism 24. Further, a ring plate-shaped anode electrode 25 is disposed between the target 18 and the substrate 22, and the anode electrode 25 is held at a predetermined positive potential by a DC power supply 26. The vacuum container 12 is connected to the ground 27 and is maintained at the ground potential. 28 is a lead wire 2 for applying a voltage to the anode electrode 25.
9 is a terminal portion for passing through.

【0004】処理室11内にプロセスガスを導入し、タ
ーゲット18を負電位に保持した状態において、ターゲ
ット18の上にはマグネット19によって生成される磁
界に対応してプラズマが生成される。プラズマ内のイオ
ンが負電位のターゲット18に衝突すると、ターゲット
18から電子が放出され、放出された電子の一部がター
ゲット18の負電位により反発・加速されて、基板22
に衝突する。
When the process gas is introduced into the processing chamber 11 and the target 18 is held at a negative potential, plasma is generated on the target 18 corresponding to the magnetic field generated by the magnet 19. When the ions in the plasma collide with the target 18 having a negative potential, electrons are emitted from the target 18, and a part of the emitted electrons are repelled and accelerated by the negative potential of the target 18, and the substrate 22
Collide with

【0005】またターゲット18の上では、直交する電
界と磁界の作用で電子にローレンツ力が加わり、電子の
運動軌道がサイクロイド状の軌道をとる。その結果、タ
ーゲット18の近傍で、磁界がない場合に比較してより
多くの衝突・電離を繰り返す。その際、アルゴンイオン
(Ar+ )、電子、ターゲットが酸化物かまたは酸素を
用いるリアクティブスパッタの場合には酸素イオン(O
- ,O2 + 等)が発生し、これらがプラズマを形成す
る。アルゴンイオンは、負電位にあるターゲット18中
の金属原子または酸化物原子をはじき飛ばす。そして、
はじき飛ばされた原子は基板22に付着し、薄膜が形成
される。また電子や酸素負イオンは、ターゲット18の
負電位(Vcath)により反発され、加速され、浮遊電位
(Vf ) または接地電位(VG ) にある基板22にVf
−VcathまたはVG −Vcathの電圧差で入射し、成膜さ
れた薄膜を再スパッタする。
On the target 18, the Lorentz force is applied to the electrons by the action of the electric field and the magnetic field which are orthogonal to each other, and the orbit of the electrons takes a cycloidal orbit. As a result, more collisions and ionizations are repeated in the vicinity of the target 18 as compared with the case where there is no magnetic field. At that time, in the case of argon ion (Ar + ), electron, reactive sputtering using oxide or oxygen as a target, oxygen ion (O 2
- , O 2 +, etc.) are generated, and these form plasma. Argon ions repel metal or oxide atoms in the target 18 at negative potential. And
The repelled atoms adhere to the substrate 22 to form a thin film. The electrons and negative oxygen ions, are repelled by the negative potential of the target 18 (V cath) is accelerated, the floating potential (V f) or V to the substrate 22 at the ground potential (V G) f
Incident at a voltage difference of -V cath or V G -V cath, re sputtered deposited thin films.

【0006】負イオン等に関する再スパッタついては、
次のような問題が提起される。
Regarding re-sputtering for negative ions, etc.,
The following issues are raised.

【0007】基板上の薄膜が化合物の場合には、組成比
を変えてしまう等のダメージを与えるという報告がなさ
れている。例えば、酸化物超電導膜であれば、YBa C
u Oの例がS.M.Rossnagel and J.J.Cuomo, American In
stitute of Physics, 1988,PP106-113 、透明電導膜で
あれば、S.Ishibashi,etc., "Proc,1st Int'l Symp,on
ISSP '91 Tokyo, 1991, PP153-158に報告されている。
It has been reported that when the thin film on the substrate is a compound, it causes damage such as changing the composition ratio. For example, in the case of an oxide superconducting film, YBaC
An example of uO is SM Rossnagel and JJCuomo, American In
Institute of Physics, 1988, PP106-113, S.Ishibashi, etc., "Proc, 1st Int'l Symp, on
Reported in ISSP '91 Tokyo, 1991, PP 153-158.

【0008】また、成膜時にはターゲットに衝突したA
+ がその電荷を失い、スキャッタして高速度のAr原
子として基板上に成膜した薄膜を再びスパッタする現象
も報告されている。例えば、D.W.Hoffman and J.S.Badg
ley, J.Vac.Sci.Technol. A6(3),May/June,1988, PP169
1-1692にはターゲットからのスキャッタ原子の再スパッ
タが報告されている。またアルゴンイオン(Ar+
は、基板上の薄膜にプラズマ電位と浮遊電位の差(Vp
−Vf )のエネルギで衝突するので、Ar+ も膜特性に
関与していると考えられる。例えば大見忠弘、NIKKEI M
ICRODEVICES, 10月号,1990,PP108-114 にはSi成膜
で、良好な膜の特性を得るために最適のイオンエネルギ
がある等の報告がある。
Further, when the film was formed, A
It has also been reported that r + loses its charge, scatters, and again sputters a thin film formed on the substrate as high-speed Ar atoms. For example, DWHoffman and JSBadg
ley, J.Vac.Sci.Technol. A6 (3), May / June, 1988, PP169
Re-sputtering of scatter atoms from the target was reported in 1-1692. Argon ion (Ar + )
Is the difference between the plasma potential and the floating potential (V p
Since collisions occur at an energy of −V f ), Ar + is also considered to be involved in the film characteristics. For example, Tadahiro Omi, NIKKEI M
In ICRODEVICES, October issue, 1990, PP108-114, there is a report that there is an optimum ion energy for obtaining good film characteristics in Si film formation.

【0009】以上に述べたように、従来のスパッタ装置
では、高エネルギ電子や高エネルギ負イオンや高エネル
ギ反跳中性原子が再スパッタによって、基板上の薄膜の
膜質に影響するという報告がなされている。従って膜質
を改善するには、(1)高エネルギの負の荷電粒子を取
り除く、(2)基板に衝突する高エネルギ粒子のエネル
ギを低下させる、(3)Ar+ イオンエネルギ量を最適
にコントロールする等の改善法が考えられる。上記の
(1)と(2)の改善法は、基板上の薄膜における高エ
ネルギ粒子による膜のダメージを軽減することによって
膜質を改善する。(3)の改善法は、最適なイオンエネ
ルギを有するイオンを基板へ照射することによって膜質
を改善する。
As described above, in the conventional sputtering apparatus, it has been reported that high-energy electrons, high-energy negative ions, and high-energy recoil neutral atoms affect the film quality of the thin film on the substrate by resputtering. ing. Therefore, in order to improve the film quality, (1) remove high-energy negative charged particles, (2) reduce the energy of high-energy particles that collide with the substrate, and (3) optimally control the amount of Ar + ion energy. The improvement method such as The improvement methods (1) and (2) described above improve the film quality by reducing the damage of the film due to the high energy particles in the thin film on the substrate. The improvement method of (3) improves the film quality by irradiating the substrate with ions having an optimum ion energy.

【0010】また特開平4−254579号公報には、
基板とターゲット間にアノード電極を配置し、アノード
電極に、ターゲットの印加電位よりも高い正電位を印加
する構成を有した成膜装置が開示される。この成膜装置
によれば、従来のスパッタ装置に比較して、低抵抗のI
TO膜を得ることができる。アノード電極を基板とター
ゲットの間に配置することにより、(1)負の荷電粒子
を集め、高エネルギの負の荷電粒子の数を減らせる、
(2)ターゲット上の放電インピーダンスを低くでき
る、(3)プラズマ電位を制御できる、(4)基板近傍
のプラズマ密度を増加できる等の効果を生じさせること
ができる。このようにして基板とターゲットの間にアノ
ード電極を設けることにより、膜特性を改善できる。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 4-254579 discloses that
Disclosed is a film forming apparatus having a configuration in which an anode electrode is arranged between a substrate and a target and a positive potential higher than the potential applied to the target is applied to the anode electrode. According to this film forming apparatus, compared to the conventional sputtering apparatus, I
A TO film can be obtained. By disposing the anode electrode between the substrate and the target, (1) collecting negatively charged particles and reducing the number of high-energy negatively charged particles,
(2) The discharge impedance on the target can be lowered, (3) the plasma potential can be controlled, and (4) the plasma density near the substrate can be increased. By thus providing the anode electrode between the substrate and the target, the film characteristics can be improved.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、図4に
示した従来装置の構成を有するインライン装置におい
て、基板とターゲットの間にアノード電極を挿入し、タ
ーゲットにITOターゲット(In2 3 と10%wtS
nO2 )を使用し、プロセスガス(ArとO2 )を用い
て、成膜実験を行った。その結果、アノード電極に正電
圧を印加すると、搬送中の基板トレイや基板の上にアー
ク状の異常放電が継続的に発生し、基板に成膜される薄
膜において膜厚変化や抵抗率等の膜特性に変化が生じた
り、基板がガラス基板である場合には異常放電によるキ
ズが基板に生じたりして、成膜の再現性、信頼性に関し
て問題を生じた。また異常放電の際に膜剥れが発生し、
パーティクルの発生原因の一つとなった。このように、
従来装置の構成によるインライン装置ではアノード電極
を設けるだけでは各種の問題が生じ、実際の生産装置と
しては実用性が極めて低いという不具合がある。
In the in-line device having the configuration of the conventional device shown in FIG. 4, the present inventors insert an anode electrode between the substrate and the target, and target the ITO target (In 2 O 3). 3 and 10% wtS
nO 2 ) was used, and a process gas (Ar and O 2 ) was used to perform a film forming experiment. As a result, when a positive voltage is applied to the anode electrode, an arc-shaped abnormal discharge is continuously generated on the substrate tray or the substrate being transported, and the thin film formed on the substrate may have a change in film thickness or resistivity. The film characteristics changed, and when the substrate was a glass substrate, scratches were generated on the substrate due to abnormal discharge, which caused problems in reproducibility and reliability of film formation. In addition, film peeling occurs during abnormal discharge,
It became one of the causes of particle generation. in this way,
In the in-line device having the configuration of the conventional device, various problems occur only by providing the anode electrode, and there is a problem that the practical production is extremely low in practicality.

【0012】本発明の目的は、上記問題を解決するた
め、基板とターゲットの間にアノード電極を挿入した構
成において、基板トレイとアノード電極の間または基板
とアノード電極の間での異常放電の発生を防止し、再現
性、信頼性、安定性の優れた薄膜を量産できる実用性の
高いスパッタ装置を提供することにある。
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to generate an abnormal discharge between the substrate tray and the anode electrode or between the substrate and the anode electrode in the structure in which the anode electrode is inserted between the substrate and the target. Another object of the present invention is to provide a highly practical sputtering device capable of mass-producing thin films having excellent reproducibility, reliability, and stability while preventing the above.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係るスパッタ装
置は、上記の目的を達成するために、ターゲットとこの
ターゲット上に磁界を生成するマグネットとを含むカソ
ード電極機構と、プロセスガスを導入するガス導入機構
と、カソード電極機構に電圧を印加する電源を備え、磁
界および電圧によりプロセスガスをプラズマ化し、この
プラズマによってターゲットをスパッタし、ターゲット
に対向して配置された基板に薄膜を作製するスパッタ装
置であり、ターゲットと基板の間に正電圧が印加された
第1電極(アノード電極)を配置し、この第1電極と基
板の間に接地電位の第2電極(接地電極)を配置するよ
うに構成される。
In order to achieve the above-mentioned object, a sputtering apparatus according to the present invention introduces a process gas and a cathode electrode mechanism including a target and a magnet for generating a magnetic field on the target. A gas supply mechanism and a power source for applying a voltage to the cathode electrode mechanism are used, and the process gas is turned into plasma by the magnetic field and voltage, and the target is sputtered by this plasma, and a thin film is formed on the substrate placed facing the target. A device, in which a first electrode (anode electrode) to which a positive voltage is applied is arranged between a target and a substrate, and a second electrode (ground electrode) having a ground potential is arranged between the first electrode and the substrate. Is composed of.

【0014】前記の構成において、好ましくは、第1電
極と第2電極はリング板形状で形成され、かつ第1電極
と第2電極は少なくとも一部が重なるように平行に配置
される。
In the above structure, preferably, the first electrode and the second electrode are formed in a ring plate shape, and the first electrode and the second electrode are arranged in parallel so that at least a part thereof overlaps.

【0015】[0015]

【作用】本発明では、正電位に保持される第1電極によ
って高エネルギの負の荷電粒子を吸収し基板に衝突する
負の荷電粒子の数を低減すると共に、接地電位に保持さ
れる第2電極によって第1電極と基板または基板トレイ
との間に生じる異常放電を抑制する。異常放電の発生を
防止することにより、作製される薄膜の再現性、信頼
性、安定性を高め、膜剥れの発生を抑制する。
According to the present invention, the first electrode held at the positive potential reduces the number of the negative charged particles absorbing the high energy negative charged particles and colliding with the substrate, and the second electrode held at the ground potential. The electrodes suppress abnormal discharge that occurs between the first electrode and the substrate or substrate tray. By preventing the occurrence of abnormal discharge, the reproducibility, reliability, and stability of the thin film to be produced are improved, and the occurrence of film peeling is suppressed.

【0016】[0016]

【実施例】以下に、本発明の好適実施例を添付図面に基
づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0017】図1は本発明に係るスパッタ装置の第1の
実施例を示す。図1において、図4で説明した要素と実
質的に同一の要素には同一の符号を付している。
FIG. 1 shows a first embodiment of a sputtering apparatus according to the present invention. In FIG. 1, elements that are substantially the same as the elements described in FIG. 4 are given the same reference numerals.

【0018】処理室11を形成する真空容器12の下壁
の孔13に真空シール部材(絶縁部材)14を介してカ
ソード電極機構15を設ける。カソード電極機構15
は、裏板16を備えたカソード本体17とターゲット1
8とマグネット19を備える。ターゲット18は、IT
O膜を作製するためには、例えばIn2 3 と10%wt
SnO2 で形成される。マグネット19は棒状の中心磁
石と環状の周囲磁石によって構成される。ターゲット1
8は孔13から処理室11内に臨む。カソード本体17
と接地20との間には直流電源21が接続され、カソー
ド本体17、裏板16、ターゲット18は負電位に保持
される。ターゲット18の上方位置には、基板トレイ2
3に支持された基板22が対向状態で配置される。処理
室11内にはガス導入機構24によってプロセスガス
(ArとO2 )が導入される。また真空容器12は接地
27に接続され、接地電位に保持されている。
A cathode electrode mechanism 15 is provided in a hole 13 in the lower wall of the vacuum container 12 forming the processing chamber 11 via a vacuum seal member (insulating member) 14. Cathode electrode mechanism 15
Is a cathode body 17 having a back plate 16 and a target 1
8 and a magnet 19. Target 18 is IT
In order to form an O film, for example, In 2 O 3 and 10% wt.
It is formed of SnO 2 . The magnet 19 is composed of a rod-shaped central magnet and an annular peripheral magnet. Target 1
8 faces the inside of the processing chamber 11 through the hole 13. Cathode body 17
A DC power supply 21 is connected between the ground and the ground 20, and the cathode body 17, the back plate 16, and the target 18 are held at a negative potential. The substrate tray 2 is located above the target 18.
Substrates 22 supported by 3 are arranged to face each other. A process gas (Ar and O 2 ) is introduced into the processing chamber 11 by the gas introduction mechanism 24. The vacuum container 12 is connected to the ground 27 and is maintained at the ground potential.

【0019】ターゲット18の表面上にはマグネット1
9によって磁力線30が分布しており、磁界が生成され
る。マグネット19によってターゲット表面上に生成さ
れる磁界は環形状またはドーナツ形状を有している。な
おマグネット19として、ターゲット上でターゲット面
に平行な磁界強度が約1000Gauss 以上となるものが
使用されることが好ましい。
The magnet 1 is provided on the surface of the target 18.
Magnetic field lines 30 are distributed by 9 and a magnetic field is generated. The magnetic field generated on the target surface by the magnet 19 has a ring shape or a donut shape. As the magnet 19, it is preferable to use a magnet having a magnetic field strength on the target parallel to the target surface of about 1000 Gauss or more.

【0020】ターゲット18と基板22の間には、直流
電源26によって所定の正電位に保持された例えばリン
グ板形状のアノード電極25が配置される。アノード電
極25に電圧を印加する導線29は電流導入端子部28
を通って配線される。
Between the target 18 and the substrate 22, an anode electrode 25 having a ring plate shape, for example, which is held at a predetermined positive potential by a DC power supply 26, is arranged. The conducting wire 29 for applying a voltage to the anode electrode 25 is a current introducing terminal portion 28.
Wired through.

【0021】またアノード電極25と基板22の間に
は、さらに、例えばリング板形状の接地電極31が配置
される。接地電極31はアノード電極25に対して平行
に配置され、かつ好ましくは接地電極31の一部がアノ
ード電極25と重なるように配置される。接地電極31
は導線32によって真空容器12に接続される。真空容
器12は接地されているので、接地電極31も接地電位
に保持される。ターゲット18とアノード電極25の
間、およびアノード電極25と接地電極31の間には、
例えばリング形状の絶縁部材33a〜33dが介設さ
れ、ターゲット18、アノード電極25、接地電極31
のそれぞれの位置関係を保持している。絶縁部材33a
〜33dには、例えば耐熱性の高いセラミックス、例え
ばアルミナセラミックス等が使用される。
Between the anode electrode 25 and the substrate 22, a ring plate-shaped ground electrode 31 is further arranged. The ground electrode 31 is arranged parallel to the anode electrode 25, and preferably a part of the ground electrode 31 is arranged so as to overlap the anode electrode 25. Ground electrode 31
Is connected to the vacuum vessel 12 by a conductor 32. Since the vacuum container 12 is grounded, the ground electrode 31 is also held at the ground potential. Between the target 18 and the anode electrode 25, and between the anode electrode 25 and the ground electrode 31,
For example, ring-shaped insulating members 33a to 33d are provided, and the target 18, the anode electrode 25, and the ground electrode 31 are provided.
Holds the respective positional relationships of. Insulation member 33a
Ceramics having high heat resistance, for example, alumina ceramics are used for the elements 33d to 33d.

【0022】上記のスパッタ装置の動作を説明する。図
示しない排気機構によって真空容器12内の処理室11
を排気する。処理室11を所望の圧力まで排気した後、
ガス導入機構24によってプロセスガスを所定の圧力ま
で導入する。その後、アノード電極25に対し直流電源
26から端子部28および導線29を通して所望の正の
直流電圧を印加する。基板トレイ23に支持された基板
22をターゲット18上に移動させながら、ターゲット
18から飛び出したスパッタ原子を基板22に付着させ
て薄膜を作製する。またアノード電極25と基板22の
間に挿入・配置された接地電極31により、異常放電の
発生を防止することができる。
The operation of the above sputtering apparatus will be described. A processing chamber 11 in the vacuum container 12 is provided by an exhaust mechanism (not shown).
Exhaust. After exhausting the processing chamber 11 to a desired pressure,
The gas introducing mechanism 24 introduces the process gas to a predetermined pressure. After that, a desired positive DC voltage is applied to the anode electrode 25 from the DC power supply 26 through the terminal portion 28 and the lead wire 29. While moving the substrate 22 supported by the substrate tray 23 onto the target 18, the sputtered atoms ejected from the target 18 are attached to the substrate 22 to form a thin film. Further, the ground electrode 31 inserted / disposed between the anode electrode 25 and the substrate 22 can prevent abnormal discharge from occurring.

【0023】上記に対して、接地電極31の代わりに正
電位のアノード電極を配置した場合には、「発明が解決
しようとする課題」の箇所で説明した通り、基板22、
基板上の薄膜、アノード電極25、基板トレイ23の各
々の上にアーク状の異常放電が発生し、正常な成膜を行
うことが困難であることが実験的に見出された。
On the other hand, when an anode electrode having a positive potential is arranged instead of the ground electrode 31, as described in the section "Problems to be solved by the invention", the substrate 22,
It was experimentally found that arc-shaped abnormal discharge occurs on each of the thin film on the substrate, the anode electrode 25, and the substrate tray 23, and it is difficult to perform normal film formation.

【0024】接地電極31を設けない図4に示した構成
で、安定放電状態にてアノード電極25に正電圧V3
印加し、In2 3 と10%wtSnO2 を含むターゲッ
ト18を用いてターゲット電圧、ターゲット電流、アノ
ード電極電流(I3 )への効果を調べてみると、アノー
ド電極電流I3 のアノード電極電圧V3 に対する依存特
性において、I3 はV3 の増加に伴って単調に増加し、
3 の増加に伴ってターゲット電流が増加するという結
果が得られた。すなわち、アノード電極25からの電力
投入より放電インピーダンスが小さくなり、プラズマが
ターゲット18の上方に広がりかつ高密度化され、増加
したイオンがターゲット18に流入するために、ターゲ
ット電流が増加し、ターゲット電圧が減少するという現
象が見られた。なお上記の場合、ターゲット電力を0.
45KW、圧力を1〜5mTorr 、アルゴン/酸素流量を
105/0.5sccmとした。
In the structure shown in FIG. 4 in which the ground electrode 31 is not provided, a positive voltage V 3 is applied to the anode electrode 25 in a stable discharge state, and a target 18 containing In 2 O 3 and 10% wtSnO 2 is used. When the effects on the target voltage, the target current, and the anode electrode current (I 3 ) are examined, in the dependence characteristic of the anode electrode current I 3 on the anode electrode voltage V 3 , I 3 monotonously increases with V 3. Increased,
The result is that the target current increases with the increase of I 3 . That is, the discharge impedance becomes smaller than the power input from the anode electrode 25, the plasma spreads over the target 18 and is densified, and the increased ions flow into the target 18, so that the target current increases and the target voltage increases. There was a phenomenon that the value decreased. In the above case, the target power is 0.
The pressure was 45 kW, the pressure was 1 to 5 mTorr, and the argon / oxygen flow rate was 105 / 0.5 sccm.

【0025】以上のことから、明細書の「従来の技術」
の箇所で記述した高エネルギの負の荷電粒子を、次の2
つの理由により抑制できる。第1に、ターゲットの放電
インピーダンスを減少し、ターゲット電圧を低くするこ
と、第2に、アノード電極が負の荷電粒子を吸収し、基
板に入射される高エネルギの負の荷電粒子量を減少する
ことである。従って、アノード電極25を設けることに
より基板22における負の荷電粒子の衝突エネルギを減
少させることができる。実際に目視ではあるが、アノー
ド電極25の電位を高めると、プラズマがシールド間全
体に広がり基板22近傍のプラズマ密度が増大すること
が確認できた。そのため、基板22に衝突するAr+
オンの数が増大し膜質を変えることが確認された。
From the above, "conventional art" in the specification
The high-energy negative charged particles described in
It can be suppressed for one reason. First, it reduces the discharge impedance of the target and lowers the target voltage, and secondly, the anode electrode absorbs the negatively charged particles and reduces the amount of high energy negatively charged particles incident on the substrate. That is. Therefore, by providing the anode electrode 25, the collision energy of the negatively charged particles on the substrate 22 can be reduced. Although actually visually observed, it was confirmed that when the potential of the anode electrode 25 was increased, the plasma was spread over the entire shield and the plasma density near the substrate 22 was increased. Therefore, it was confirmed that the number of Ar + ions colliding with the substrate 22 was increased and the film quality was changed.

【0026】本実施例では、図1に示すように、前述の
アノード電極25をターゲット18と基板22の間に配
置し、さらにアノード電極25の上に複数のリング状絶
縁部材33a〜33dを介して接地電極31を配置する
ようにしたため、異常放電の発生を防止することが可能
となり、成膜の再現性を良好にし、異常放電のない安定
な状態で低抵抗の薄膜を得ることができる。ターゲット
18がIn2 3 と10%wtSnO2 からなる材料で作
られ、プロセスガスにArとO2 が使用された場合、作
製される薄膜はITO膜となる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the above-mentioned anode electrode 25 is arranged between the target 18 and the substrate 22, and a plurality of ring-shaped insulating members 33a to 33d are further provided on the anode electrode 25. Since the ground electrode 31 is arranged by means of the ground electrode 31, it is possible to prevent the occurrence of abnormal discharge, improve the reproducibility of film formation, and obtain a low-resistance thin film in a stable state without abnormal discharge. When the target 18 is made of a material composed of In 2 O 3 and 10% wtSnO 2 and Ar and O 2 are used as the process gas, the thin film produced is an ITO film.

【0027】ターゲット18の材料は、(In2 3
10%wtSnO2 )に限定されるものではない。また、
接地電極31とアノード電極25の形状は、ターゲット
のエロージョン部を囲むような前述のリング状電極でも
よく、あるいは平板状の2本の電極を平行に配置しても
よい。各電極の形状等は、プラズマ分布を考慮して、最
適形状とする。この場合、接地電極31とアノード電極
25の配置関係は任意に設定することができる。
The material of the target 18 is (In 2 O 3 +
It is not limited to 10% wtSnO 2 ). Also,
The shape of the ground electrode 31 and the anode electrode 25 may be the above-mentioned ring-shaped electrode surrounding the erosion portion of the target, or two flat plate-shaped electrodes may be arranged in parallel. The shape of each electrode is set to an optimum shape in consideration of the plasma distribution. In this case, the positional relationship between the ground electrode 31 and the anode electrode 25 can be set arbitrarily.

【0028】図2および図3は他の実施例を示す。図2
および図3で、接地電極およびアノード電極については
図1と同様な符号を付す。図2の実施例では、リング板
形状の接地電極31の内縁および外縁がアノード電極2
5の内縁および外縁よりも内方または外方へ延設され、
アノード電極25を安全に覆った実施例を示す。接地電
極31はアノード電極25よりも広い幅を有する。33
eは例えばリング状(棒状またはブロック状)の絶縁部
材である。図3の実施例では、リング形状の接地電極3
1とアノード電極25の電極幅を等しくしている。
2 and 3 show another embodiment. Figure 2
In FIG. 3, the ground electrode and the anode electrode are denoted by the same reference numerals as those in FIG. In the embodiment of FIG. 2, the inner edge and the outer edge of the ring plate-shaped ground electrode 31 are the anode electrode 2.
5 extends inward or outward from the inner and outer edges of 5,
An example in which the anode electrode 25 is safely covered is shown. The ground electrode 31 has a wider width than the anode electrode 25. 33
e is, for example, a ring-shaped (rod-shaped or block-shaped) insulating member. In the embodiment of FIG. 3, the ring-shaped ground electrode 3
1 and the anode electrode 25 have the same electrode width.

【0029】また本発明によるスパッタ装置ではターゲ
ットの取付位置を特に限定しない。すなわち、ターゲッ
ト18の取付位置が上置または横置等であっても、ター
ゲット、アノード電極、接地電極、基板の相対位置が上
記実施例と同様な位置関係に維持されれば、本発明を適
用することができる。
In the sputtering apparatus according to the present invention, the target mounting position is not particularly limited. That is, even if the mounting position of the target 18 is on the upper side or the horizontal position, the present invention is applied as long as the relative positions of the target, the anode electrode, the ground electrode, and the substrate are maintained in the same positional relationship as in the above embodiment. can do.

【0030】以上のように、アノード電極25を設ける
ことにより、プラズマ電位の低減、カソード電極のイン
ピーダンスの低減、負の高エネルギ荷電粒子の基板入射
量の制御を行えると共に、アノード電極25の上方に接
地電極31を設けることにより、基板トレイ23とアノ
ード電極25の間、基板22とアノード電極25の間の
異常放電を防止し、薄膜作製における再現性および信頼
性を高め、パーティクルの発生を低減することができ
る。
As described above, by providing the anode electrode 25, the plasma potential can be reduced, the impedance of the cathode electrode can be reduced, the amount of negative high energy charged particles incident on the substrate can be controlled, and the anode electrode 25 can be provided above the anode electrode 25. By providing the ground electrode 31, abnormal discharge between the substrate tray 23 and the anode electrode 25 and between the substrate 22 and the anode electrode 25 is prevented, reproducibility and reliability in thin film production are improved, and generation of particles is reduced. be able to.

【0031】前記実施例ではスパッタ装置に関して説明
したが、本発明による電極構造はCVD装置、エッチン
グ装置等の成膜装置に適用することができる。
Although the sputtering apparatus has been described in the above embodiments, the electrode structure according to the present invention can be applied to a film forming apparatus such as a CVD apparatus or an etching apparatus.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、正電圧を印加した第1電極(アノード電極)と基
板の間に負電位の第2電極(接地電極)を設けたため、
異常放電の発生を防止し、安定性、再現性、信頼性の優
れた膜質を有する薄膜を量産することができ、膜剥れを
低減することができ、実用性の高い成膜装置を実現でき
る。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the second electrode (ground electrode) of negative potential is provided between the first electrode (anode electrode) to which a positive voltage is applied and the substrate.
It is possible to prevent abnormal discharge from occurring, mass-produce thin films with excellent stability, reproducibility, and reliability, reduce film peeling, and realize a highly practical film forming apparatus. .

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

【図1】本発明に係るスパッタ装置の第1実施例を示す
縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a first embodiment of a sputtering apparatus according to the present invention.

【図2】アノード電極と接地電極の配置構造の他の実施
例を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the arrangement structure of the anode electrode and the ground electrode.

【図3】アノード電極と接地電極の配置構造の他の実施
例を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a vertical sectional view showing another embodiment of the arrangement structure of the anode electrode and the ground electrode.

【図4】従来のスパッタ装置の縦断面図である。FIG. 4 is a vertical sectional view of a conventional sputtering apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 処理室 12 真空容器 15 カソード電極 17 カソード本体 18 ターゲット 19 マグネット 22 基板 23 基板トレイ 24 ガス導入機構 25 アノード電極 31 接地電極 33a〜33e 絶縁部材 11 processing chamber 12 vacuum container 15 cathode electrode 17 cathode main body 18 target 19 magnet 22 substrate 23 substrate tray 24 gas introduction mechanism 25 anode electrode 31 ground electrodes 33a to 33e insulating member

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ターゲットとこのターゲット上に磁界を
生成するマグネットとを含むカソード電極機構と、プロ
セスガスを導入するガス導入機構と、前記カソード電極
機構に電圧を印加する電源を備え、前記磁界および前記
電圧により前記プロセスガスをプラズマ化し、このプラ
ズマによって前記ターゲットのターゲット物質をスパッ
タし、前記ターゲットに対向して配置された基板上に薄
膜を作製するスパッタ装置において、 前記ターゲットと前記基板の間に正電圧が印加された第
1電極を配置し、この第1電極と前記基板の間に接地電
位の第2電極を配置したことを特徴とするスパッタ装
置。
1. A cathode electrode mechanism including a target and a magnet that generates a magnetic field on the target, a gas introduction mechanism that introduces a process gas, and a power source that applies a voltage to the cathode electrode mechanism. In the sputtering apparatus, the process gas is turned into plasma by the voltage, the target material of the target is sputtered by the plasma, and a thin film is formed on a substrate arranged to face the target, between the target and the substrate. A sputtering apparatus, wherein a first electrode to which a positive voltage is applied is arranged, and a second electrode having a ground potential is arranged between the first electrode and the substrate.
【請求項2】 請求項1記載のスパッタ装置において、
前記第1電極と前記第2電極はリング板形状で形成さ
れ、かつ前記第1電極と前記第2電極は少なくとも一部
が重なるように平行に配置されることを特徴とするスパ
ッタ装置。
2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein
The sputtering apparatus, wherein the first electrode and the second electrode are formed in a ring plate shape, and the first electrode and the second electrode are arranged in parallel so that at least a part of them overlaps each other.
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