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JP2002220663A - Magnetron sputtering equipment - Google Patents

Magnetron sputtering equipment

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Publication number
JP2002220663A
JP2002220663A JP2001020126A JP2001020126A JP2002220663A JP 2002220663 A JP2002220663 A JP 2002220663A JP 2001020126 A JP2001020126 A JP 2001020126A JP 2001020126 A JP2001020126 A JP 2001020126A JP 2002220663 A JP2002220663 A JP 2002220663A
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JP
Japan
Prior art keywords
target
substrate
sputtering apparatus
diameter
magnetron sputtering
Prior art date
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Granted
Application number
JP2001020126A
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Japanese (ja)
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JP4623837B2 (en
Inventor
Tomoko Matsuda
知子 松田
Hidetoshi Shimokawa
英利 下川
Kazuo Hirata
和男 平田
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.)
Canon Anelva Corp
Original Assignee
Anelva Corp
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Publication date
Application filed by Anelva Corp filed Critical Anelva Corp
Priority to JP2001020126A priority Critical patent/JP4623837B2/en
Publication of JP2002220663A publication Critical patent/JP2002220663A/en
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Publication of JP4623837B2 publication Critical patent/JP4623837B2/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、薄膜均一性及び高い生産性を維
持しつつ低温での成膜を可能とし、さらにはターゲット
の使用開始から寿命に至るまで、優れた膜厚均一性を継
続できるマグネトロンスパッタリング装置の提供を目的
とする。 【解決手段】 基板ホルダを自公転させながら薄膜を形
成するマグネトロンスパッタリング装置において、ター
ゲット中心軸と基板ホルダの公転軸とを一致させ、中心
軸を中心とした開口を有する中間体をターゲットを取り
囲んで配置し、その開口径Dを、基板最外周点の軌道径
とターゲット直径のいずれか小さい方よりも小さくし、
かつターゲット中心と基板最外周点とを結ぶ直線が中間
体に交わる交点とターゲット中心軸との距離の2倍以上
とするか、又は、0.18S+67.7<D<−0.3
6S+167(Sは基板径)としたことを特徴とする。
また、中間体をターゲットの垂直方向に移動可能に配置
したことを特徴とする。
(57) [Problem] The present invention enables film formation at a low temperature while maintaining uniformity of a thin film and high productivity, and furthermore, excellent film thickness uniformity from the start of use of a target to its life. It is an object of the present invention to provide a magnetron sputtering apparatus capable of maintaining the performance. SOLUTION: In a magnetron sputtering apparatus for forming a thin film while revolving a substrate holder on its own axis, a center axis of the target coincides with a revolving axis of the substrate holder, and an intermediate having an opening centered on the central axis surrounds the target. And the opening diameter D is made smaller than the smaller of the orbit diameter of the outermost peripheral point of the substrate and the target diameter,
In addition, the distance between the intersection of the straight line connecting the target center and the outermost point of the substrate with the intermediate and the center axis of the target is at least twice, or 0.18S + 67.7 <D <-0.3.
6S + 167 (S is the diameter of the substrate).
Further, the present invention is characterized in that the intermediate is arranged so as to be movable in the vertical direction of the target.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の自公転機構
を有するマグネトロンスパッタリング装置に係り、特
に、低温成膜を可能とするとともに、ターゲットの寿命
に至るまでの間を通して、高い膜厚均一性を継続して得
ることができるマグネトロンスパッタリング装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus having a substrate rotation mechanism, and more particularly to a magnetron sputtering apparatus capable of forming a film at a low temperature and having a high uniformity of film thickness throughout the life of a target. The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus capable of continuously obtaining the following.

【0002】[0002]

【従来の技術】マグネトロンスパッタリング法による薄
膜形成は、高品質の膜が得られ、しかも高速成膜が可能
であることから、様々な分野で実用化されている。半導
体デバイスや電子部品等の製造においても例外でなく、
これらデバイス等の特性を左右する重要な技術として位
置づけられている。半導体デバイスや電子部品等は近年
その高性能化及び高集積化(微細化)が急速に進み、薄
膜の品質及びその形成条件等についてもより厳しい要求
がなされ、例えば基板や薄膜自体の制約から成膜時の基
板温度の低温化やより薄膜均一性の一層の向上が求めら
れている。また、デバイス等の低コスト化のため、以上
の要求を満たした上で、複数基板の同時成膜を可能とし
たスループットの高い生産装置が望まれている。
2. Description of the Related Art Thin film formation by magnetron sputtering has been put to practical use in various fields since a high quality film can be obtained and high-speed film formation is possible. The manufacture of semiconductor devices and electronic components is no exception,
It is positioned as an important technology that affects the characteristics of these devices and the like. In recent years, high performance and high integration (miniaturization) of semiconductor devices and electronic components have rapidly progressed, and stricter requirements have been made on the quality of thin films and their forming conditions. There is a demand for lowering the substrate temperature during film formation and further improving the uniformity of the thin film. In addition, in order to reduce the cost of devices and the like, there is a demand for a high-throughput production apparatus capable of simultaneously forming a plurality of substrates while satisfying the above requirements.

【0003】この事情を、携帯端末の送受信回路のキー
デバイスとして用いられている表面弾性波(SAW)フ
ィルターを例に挙げて説明する。SAWフィルターは、
LTO基板(リチウムタンタルオキサイド;LiTaO
3)のような強誘電体基板上に櫛型形状の入力及び出力
電極を形成したものである。入力電極に高周波電圧を印
加すると、入力電極と強誘電体との接触面において強誘
電体表面に歪みが生じ、表面弾性波が発生する。この表
面弾性波は、強誘電体表面を伝播し、出力電極において
電圧として出力される。この伝播される表面弾性波は、
入力側および出力側の櫛型電極の形状に応じた周波数だ
けが通過するので、フィルターとして利用することがで
きる。表面弾性波の周波数は、櫛型電極の膜厚とそのパ
ターン形状により決定されるため、電極の膜厚均一性、
膜質(比抵抗)等はフィルター特性上極めて重要とな
る。例えば膜厚分布に関しては、高歩留まりの生産を行
うには、±0.5%又はそれ以下の均一性が望まれてお
り、生産性向上の観点から、このような均一性の高い薄
膜を多数の基板に同時成膜可能な生産装置が必要とな
る。
[0003] This situation is considered as the key of the transmitting / receiving circuit of the portable terminal.
Surface acoustic wave (SAW)
This will be described using a filter as an example. The SAW filter is
LTO substrate (lithium tantalum oxide; LiTaO)
Three) Comb-shaped input and output on a ferroelectric substrate
An electrode is formed. Apply high frequency voltage to input electrode
When applied, it is strongly induced at the contact surface between the input electrode and the ferroelectric.
Distortion occurs on the surface of the electric body, and surface acoustic waves are generated. This table
The surface acoustic wave propagates on the ferroelectric surface and
It is output as a voltage. This propagated surface acoustic wave is
The frequency depends on the shape of the comb electrodes on the input and output sides.
Can be used as a filter
Wear. The frequency of the surface acoustic wave depends on the thickness of the comb-shaped electrode and its pattern.
Because it is determined by the turn shape, the electrode thickness uniformity,
Film quality (resistivity) is extremely important for filter characteristics.
You. For example, with regard to film thickness distribution, production with high yield
Therefore, uniformity of ± 0.5% or less is desired.
From the viewpoint of productivity improvement.
Production equipment capable of simultaneously forming films on many substrates is required
You.

【0004】また、電極材料としては、エレクトロンマ
イグレーション及びストレスマイグレーション耐性の高
いAlCu(例えば1%Cu)材料が好適に用いられる
が、この薄膜は、成膜温度の上昇により膜中のCu元素
の形態が変わって比抵抗等が変化するため、できるだけ
低温で成膜する必要がある。さらに、LTO基板は焦電
性を有しているため、成膜中の温度上昇によって自発分
極が変化して基板ホルダーへ貼り付いてしまう場合があ
る。これは、すみやかな基板搬送を妨害し、生産性を著
しく低下させてしまうことからも基板の温度上昇を抑制
した薄膜形成法が必要となる。以上述べたように、SA
Wフィルターを高い歩留まりで生産するには、高均一性
薄膜の低温成膜が不可欠となり、その技術開発に向けて
種々の検討が精力的に行われている。
As an electrode material, an AlCu (for example, 1% Cu) material having high resistance to electron migration and stress migration is suitably used. Therefore, it is necessary to form a film at a temperature as low as possible. Furthermore, since the LTO substrate has pyroelectricity, spontaneous polarization may change due to a rise in temperature during film formation, and the LTO substrate may stick to the substrate holder. This hinders prompt substrate transfer and significantly reduces productivity, and therefore, a thin film forming method that suppresses a rise in substrate temperature is required. As described above, SA
In order to produce a W filter at a high yield, low-temperature deposition of a highly uniform thin film is indispensable, and various studies are being vigorously made for the technical development.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、まず、薄膜均一性及び高スループット生産の観点か
らスパッタリング方式及びその装置構成の検討を行い、
図8に示すように、複数の基板16をターゲット3に対
向させて回転させるとともに、ターゲットの周りに公転
させる自公転成膜方式を採用し、ターゲットと基板との
位置関係及び公転軌道を適切に選択することにより、5
枚の100mm径基板上に±0.5%以下の膜厚均一性
を有するAlCu薄膜の同時成膜を可能とした(特願2
000−65428)。
Therefore, the present inventors first studied the sputtering method and the apparatus configuration from the viewpoints of thin film uniformity and high throughput production.
As shown in FIG. 8, a plurality of substrates 16 are rotated so as to face the target 3, and a self-revolving film forming method of revolving around the target is adopted, so that the positional relationship between the target and the substrate and the revolving orbit are appropriately adjusted. By selecting, 5
It has become possible to simultaneously form an AlCu thin film having a film thickness uniformity of ± 0.5% or less on a single 100 mm diameter substrate (Japanese Patent Application No. 2000-115,197).
000-65428).

【0006】しかし、成膜を繰り返し行うとターゲット
は侵食され、そのエロージョン形状は変化するため膜厚
分布も徐々に変化する。図8に示したマグネトロンカソ
ードは、ターゲット侵食を均一化させるためにマグネッ
ト19を回転軸20の周りに回転させる回転機構を設け
ているが、この場合であっても、初期状態と終了時のエ
ロージョン形状は、図9に示したように変化し、エロー
ジョンが深さによりスパッタ粒子の放出角度が異なるた
め、±0.5%以下という高い膜厚均一性を得るのが難
かしくなる。そこで、膜厚分布の均一性を維持するため
に、定期的に、ターゲット−基板間距離やマグネット−
ターゲット間距離等の調整を行い膜厚分布を修正する必
要があるが、装置の構造上可変できる範囲が限定され均
一性の修正ができない場合がある。また、これらの調整
作業は試行錯誤的要素を含み、長時間を要するという問
題がある。
However, when the film formation is repeated, the target is eroded and its erosion shape changes, so that the film thickness distribution also changes gradually. The magnetron cathode shown in FIG. 8 is provided with a rotation mechanism for rotating the magnet 19 around the rotation axis 20 in order to make the target erosion uniform. Even in this case, the erosion in the initial state and the erosion at the end are provided. Since the shape changes as shown in FIG. 9 and the erosion varies the emission angle of sputtered particles depending on the depth, it is difficult to obtain a high film thickness uniformity of ± 0.5% or less. Therefore, in order to maintain the uniformity of the film thickness distribution, the distance between the target and the substrate and the magnet
It is necessary to adjust the distance between targets and the like to correct the film thickness distribution. However, there are cases where the variable range is limited due to the structure of the apparatus, and the uniformity cannot be corrected in some cases. Further, these adjustment operations involve a trial and error element, and have a problem that they require a long time.

【0007】さらに、図8の装置では、成膜中に基板温
度が上昇し、基板の貼りつき等上述した問題が起こりや
すくなる。基板温度上昇の防止には、基板ホルダに冷却
機構を取り付けるのが一般的ではあるが、自公転方式の
基板ホルダの機構は複雑でこれに冷却機構を取り付ける
のは容易でなく、基板自公転機構がより複雑、大型化
し、大幅なコストアップを招かざるを得なくなる。ま
た、ターゲット−基板間距離や公転径を大きくする対策
もあるが、装置の大型化、成膜速度の低下、不純物の膜
への混入確率の増加という問題が多く生じるわりにはそ
れほどの効果得られていない。
Further, in the apparatus shown in FIG. 8, the temperature of the substrate increases during the film formation, and the above-mentioned problems such as sticking of the substrate are likely to occur. In order to prevent the substrate temperature from rising, it is common to attach a cooling mechanism to the substrate holder. However, the mechanism of the self-revolving type substrate holder is complicated and it is not easy to attach the cooling mechanism to this. However, it becomes more complicated and bulky, resulting in a significant increase in cost. Although there are measures to increase the target-substrate distance and the orbital diameter, there are many problems such as an increase in the size of the apparatus, a decrease in the deposition rate, and an increase in the probability of impurities being mixed into the film. Not.

【0008】この基板温度上昇の要因としては、基板へ
の荷電粒子の衝撃・流入やターゲットの輻射熱等が挙げ
られ、特に、マグネトロンスパッタリング方式では、マ
グネトロンカソードからの漏れ磁界にのって基板に流入
する電子の寄与が大きくなるという事実がある。そこ
で、本発明者は、基板の温度上昇を抑える方策について
種々の調査検討を行った。例えば、特公昭61−274
63号公報には真空室外周に電磁石コイルを配置し、マ
グネトロンカソードからの漏れ磁界を打ち消して基板へ
の電子流入を防止するとともに、基板ホルダに正電圧を
印加してイオンの流入を防止する方法が開示されてい
る。また、特開平1−309966号公報には、基板裏
面に磁石を配置して、同様にマグネトロンカソードから
の漏れ磁界を打ち消す方法が提案されている。しかしな
がら、これらの方法は、漏れ磁界を打ち消すための磁界
強度によってプラズマ状態が変化してしまうため磁界強
度の調整が難しく、また、ターゲットのエロージョンに
応じて定期的にこの調整を行う必要がある等の欠点があ
る。
[0008] Factors of the substrate temperature rise include impact and inflow of charged particles to the substrate and radiant heat of the target. In particular, in the case of the magnetron sputtering method, the particles flow into the substrate due to the leakage magnetic field from the magnetron cathode. There is a fact that the contribution of the electrons to become large. Thus, the present inventors have conducted various investigations and studies on measures to suppress the temperature rise of the substrate. For example, Japanese Patent Publication No. 61-274
No. 63 discloses a method in which an electromagnet coil is arranged around the outer periphery of a vacuum chamber to cancel a leakage magnetic field from a magnetron cathode to prevent electrons from flowing into a substrate, and to apply a positive voltage to a substrate holder to prevent ions from flowing. Is disclosed. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-309966 proposes a method in which a magnet is arranged on the back surface of a substrate and a leakage magnetic field from a magnetron cathode is similarly canceled. However, in these methods, it is difficult to adjust the magnetic field strength because the plasma state changes depending on the magnetic field strength for canceling the leakage magnetic field, and it is necessary to perform this adjustment periodically according to the erosion of the target. There are disadvantages.

【0009】また、ターゲット中心部に補助電極をター
ゲット面を突出するように裏側から挿入配置し、これに
正の電圧を印加するとともに、ターゲット周辺に陽極を
配置し、基板への電子流入を防止したマグネトロンスパ
ッタリング装置も開示されているが(特公昭61−27
464号公報)、このように補助電極を配置すると安定
した放電の維持が容易でなく、また補助電極や陽極に膜
が付着しこれが剥離して薄膜中に混入しピンホールの原
因となるという問題や補助電極がスパッタされて薄膜に
混入してしまうという問題がある。
In addition, an auxiliary electrode is inserted from the back side at the center of the target so as to protrude from the target surface, a positive voltage is applied to the auxiliary electrode, and an anode is disposed around the target to prevent electrons from flowing into the substrate. A magnetron sputtering apparatus has also been disclosed (Japanese Patent Publication No. 61-27).
No. 464), when such an auxiliary electrode is disposed, it is not easy to maintain a stable discharge, and a film adheres to the auxiliary electrode and the anode, peels off, mixes into the thin film, and causes a pinhole. And the auxiliary electrode is sputtered and mixed into the thin film.

【0010】その他、特開平3−215664号公報に
は、ターゲット周辺に、電子をトラップさせるための絶
縁体シールドを配置したスパッタリング装置が開示され
ている。この方法は、電子をトラップしてプラズマのシ
ース電圧が低く抑えることによりターゲット温度を低く
するためのものであり、ターゲットの輻射熱に起因する
基板温度上昇はある程度抑えられるものの、漏れ磁界に
のって基板に流入する電子を阻止する効果は小さい。ま
た、このためには、ターゲットの1/5程度を絶縁体シ
ールドで覆う必要があることから、ターゲットの利用効
率が低くなり、しかも絶縁体シールドに付着する膜が剥
離してパーティクル発生源になるという問題がある。
In addition, JP-A-3-215664 discloses a sputtering apparatus in which an insulator shield for trapping electrons is arranged around a target. This method is for lowering the target temperature by trapping electrons and keeping the sheath voltage of the plasma low.Although the rise in the substrate temperature due to the radiant heat of the target can be suppressed to some extent, the method is applied to the leakage magnetic field. The effect of blocking electrons flowing into the substrate is small. Further, for this purpose, it is necessary to cover about 1/5 of the target with the insulator shield, so that the use efficiency of the target is reduced, and the film attached to the insulator shield is peeled off to become a particle generation source. There is a problem.

【0011】以上述べてきたように、従来の基板温度上
昇を防止する方策には一長一短があり、ピンホールフリ
ーの高品質薄膜の低温成膜を行うに適した方法、装置と
は言えず、上述した要求に応えることはできていないの
が現状である。なお、以上はSAWフィルターの電極形
成について述べてきたが、例えば、低温プロセスへの移
行が検討されている半導体製造プロセスにおいても事情
は全く同じである。
As described above, the conventional measures for preventing a rise in the substrate temperature have advantages and disadvantages, and cannot be said to be a method and an apparatus suitable for forming a pinhole-free high-quality thin film at a low temperature. At present, it has not been able to respond to such demands. In the above, the electrode formation of the SAW filter has been described. However, for example, the situation is completely the same in a semiconductor manufacturing process in which transition to a low-temperature process is being considered.

【0012】このような状況において、本発明は、基板
自公転方式の優れた特徴を生かし、薄膜均一性及び高い
生産性を維持しつつ、効果的に荷電粒子等の流入や輻射
熱を遮断して低温成膜を可能とするマグネトロンスパッ
タリング装置を提供することを目的とする。また、簡単
な操作で、ターゲットの使用開始から寿命に至るまで、
膜厚均一性に優れた薄膜の形成を継続できるマグネトロ
ンスパッタリング装置を提供することを目的とする。
In such a situation, the present invention takes advantage of the excellent features of the substrate revolving system to effectively block the inflow of charged particles and the like and radiant heat while maintaining uniformity of the thin film and high productivity. It is an object of the present invention to provide a magnetron sputtering apparatus that enables low-temperature film formation. In addition, with simple operation, from the start of use of the target to the end of its life,
An object of the present invention is to provide a magnetron sputtering apparatus capable of continuing formation of a thin film having excellent film thickness uniformity.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の第1のマグネト
ロンスパッタリング装置は、ターゲットを取り付けたマ
グネトロンカソードと該ターゲットに対向して自公転可
能に配置された複数の基板ホルダとを有し、該基板ホル
ダ上に載置される基板を自公転させながら薄膜を形成す
るマグネトロンスパッタリング装置において、前記ター
ゲット中心軸と前記基板ホルダの公転軸とを一致させ、
前記中心軸を中心とした開口を有する中間体を前記ター
ゲットを取り囲んで配置し、該中間体の開口径Dを、前
記基板の最外周点の軌道径及び前記ターゲットの直径の
いずれか小さい方よりも小さくし、かつ前記ターゲット
の中心と前記基板の最外周点とを結ぶ直線が前記中間体
に交わる交点と前記ターゲット中心軸との距離の2倍以
上としたことを特徴とする。このように、ターゲットの
中心軸と同軸に基板ホルダの公転軸を配置し、基板を自
公転させる構成としたため、極めて膜厚均一性に優れた
薄膜形成を同時に複数の基板について行うことができ
る。また、ターゲットと基板の間にプラズマを包囲する
ように中間体を設け、基板の少なくとも一部を覆って基
板に垂直入射する粒子等を低減する開口形状としたた
め、高エネルギ荷電粒子や輻射熱の基板への入射が制限
され、基板温度の上昇を抑制することが可能となる。ま
た、前記中間体の開口径を、前記ターゲットの中心と前
記基板の最外周点とを結ぶ直線が前記中間体に交わる交
点と前記ターゲット中心軸との距離の2倍以上とするこ
とにより、基板温度上昇を抑えた上に、膜厚均一性を更
に向上させることができる。
A first magnetron sputtering apparatus according to the present invention has a magnetron cathode having a target attached thereto, and a plurality of substrate holders which are arranged so as to be able to revolve around the target so as to rotate around the target. In a magnetron sputtering apparatus that forms a thin film while revolving a substrate placed on a substrate holder, the target central axis and the revolving axis of the substrate holder coincide with each other,
An intermediate having an opening centered on the central axis is arranged so as to surround the target, and the opening diameter D of the intermediate is determined by the smaller of the track diameter of the outermost peripheral point of the substrate and the diameter of the target. And the distance between the intersection of the straight line connecting the center of the target and the outermost point of the substrate with the intermediate and the central axis of the target is at least twice as large. As described above, since the revolving axis of the substrate holder is arranged coaxially with the center axis of the target and the substrate is revolved on its own axis, it is possible to simultaneously form a thin film with extremely excellent film thickness uniformity on a plurality of substrates. In addition, an intermediate body is provided between the target and the substrate so as to surround the plasma, and the opening shape is formed so as to cover at least a part of the substrate and reduce particles and the like which are perpendicularly incident on the substrate. Is restricted, and it is possible to suppress an increase in the substrate temperature. Further, by setting the opening diameter of the intermediate body to be at least twice the distance between an intersection point where a straight line connecting the center of the target and the outermost peripheral point of the substrate intersects the intermediate body and the target central axis, In addition to suppressing the temperature rise, the film thickness uniformity can be further improved.

【0014】また、本発明の第2のマグネトロンスパッ
タリング装置は、ターゲットを取り付けたマグネトロン
カソードと該ターゲットに対向して自公転可能に配置さ
れた複数の基板ホルダとを有し、該基板ホルダ上に載置
される基板を自公転させながら薄膜を形成するマグネト
ロンスパッタリング装置において、前記ターゲット中心
軸と前記基板ホルダの公転軸とを一致させ、前記中心軸
を中心とした開口を有する中間体を前記ターゲットを取
り囲んで配置し、該中間体の開口径Dを、前記基板の直
径をSとしたとき、 0.18S+67.7<D<−0.36S+167 が成立するように構成したことを特徴とする。この場合
も、基板の少なくとも一部が中間体で覆われるため、高
エネルギ荷電粒子や輻射熱の基板への入射が制限され、
基板温度の上昇を抑えることができ、しかもターゲット
使用開始から寿命に至るまで、膜厚均一性の高い薄膜形
成が可能となる。
Further, a second magnetron sputtering apparatus of the present invention has a magnetron cathode having a target attached thereto and a plurality of substrate holders which are arranged so as to be able to revolve and face the target, and are provided on the substrate holder. In a magnetron sputtering apparatus for forming a thin film while revolving a mounted substrate on its own axis, the target center axis and the revolving axis of the substrate holder coincide with each other, and an intermediate having an opening centered on the center axis is formed on the target. And the opening diameter D of the intermediate is defined as 0.18S + 67.7 <D <−0.36S + 167, where S is the diameter of the substrate. Also in this case, since at least a part of the substrate is covered with the intermediate, the incidence of high-energy charged particles and radiant heat on the substrate is limited,
It is possible to suppress a rise in the substrate temperature and to form a thin film having a high film thickness uniformity from the start of use of the target to the end of its life.

【0015】以上のスパッタリング装置にいて、中間体
の開口径は、基板中心の軌道径(即ち、公転軌道径)よ
り小さくするのが好ましく、さらには基板の最内周点の
軌道径以下とするのがより好ましい。公転軌道径以下と
することにより垂直入射粒子に常に曝される基板部分は
なくなり温度上昇防止効果はより向上し、基板全体を覆
うことによりこの効果は大きく向上する。
In the above sputtering apparatus, the opening diameter of the intermediate body is preferably smaller than the orbital diameter at the center of the substrate (that is, the orbital diameter of the revolution), and more preferably not more than the orbital diameter of the innermost peripheral point of the substrate. Is more preferred. When the diameter is equal to or less than the orbit of the orbit, there is no substrate portion constantly exposed to the vertically incident particles, and the effect of preventing temperature rise is further improved. By covering the entire substrate, this effect is greatly improved.

【0016】また、本発明の第3のマグネトロンスパッ
タリング装置は、ターゲットを取り付けたマグネトロン
カソードと該ターゲットに対向して自公転可能に配置さ
れた複数の基板ホルダとを有し、該基板ホルダ上に載置
される基板を自公転させながら薄膜を形成するマグネト
ロンスパッタリング装置において、前記ターゲット中心
軸と前記基板ホルダの公転軸とを一致させ、前記ターゲ
ットと基板ホルダとの間に、前記中心軸を中心とした開
口を有する中間体を前記ターゲットの垂直方向に移動可
能に配置したことを特徴とする。上述したように、ター
ゲットを使用し続けるとエロージョン形状は変化して膜
厚均一性は低下する。しかし、開口を有する中間体をタ
ーゲットの垂直方向に移動させることにより、膜厚分布
を変化させることができる。従って、ターゲットの使用
時間に応じて中間体とターゲット間の距離を適性化する
ことにより、ターゲットの使用初期時と同等の膜厚分布
を得ることが可能となる。ここで、中間体形状、開口形
状を上記第1のマグネトロンスパッタ装置と同様の形状
とすることにより、ターゲット寿命に至るまで、膜厚均
一性を維持しながら、低温成膜を行うことが可能とな
る。
A third magnetron sputtering apparatus according to the present invention includes a magnetron cathode having a target attached thereto, and a plurality of substrate holders arranged so as to be capable of revolving and facing the target. In a magnetron sputtering apparatus that forms a thin film while revolving a substrate to be mounted thereon, a center axis of the target coincides with a revolving axis of the substrate holder, and the center axis is set between the target and the substrate holder. An intermediate body having an opening is formed so as to be movable in the vertical direction of the target. As described above, if the target is used continuously, the erosion shape changes and the uniformity of the film thickness decreases. However, the thickness distribution can be changed by moving the intermediate having an opening in the vertical direction of the target. Therefore, by optimizing the distance between the intermediate and the target according to the use time of the target, it is possible to obtain a film thickness distribution equivalent to that in the initial use of the target. Here, by forming the shape of the intermediate and the shape of the opening similar to those of the first magnetron sputtering apparatus, it is possible to perform low-temperature film formation while maintaining the film thickness uniformity until the target life. Become.

【0017】本発明のマグネトロンスパッタリング装置
において、前記中間体のターゲット側の表面は、角のな
い曲面形状とし、かつ粗面とするのが好ましく、また、
少なくともターゲット側表面を、AlあるいはAl合金
で構成するのは好ましい。このように構成することによ
り、付着した膜の剥離を抑え、長期にわたりパーティク
ルフリーの薄膜を形成することができる。
In the magnetron sputtering apparatus according to the present invention, the surface of the intermediate on the target side is preferably a curved surface having no corners and a rough surface.
It is preferable that at least the target side surface is made of Al or an Al alloy. With such a configuration, peeling of the attached film can be suppressed, and a particle-free thin film can be formed for a long period of time.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明のマグネトロンス
パッタリング装置の一例を示す模式的断面図である。図
1に示すように、成膜室1には、ターゲット3を取り付
けたカソード2と、基板16を保持し自公転する複数の
基板ホルダ7とが配置されている。カソード2は、絶縁
体18を介して成膜室1に固定され、不図示の電源に接
続されている。カソード2内部には、ターゲット3表面
に環状の水平磁界を発生させるマグネット19が配置さ
れ、ターゲットのエロージョンを均一化させるためにマ
グネット19をその回転軸20の周りに回転させる回転
機構が設けられている。また、カソード2及びターゲッ
ト3の周りに接地電位のシールド17が配設されてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, a cathode 2 on which a target 3 is mounted and a plurality of substrate holders 7 which hold a substrate 16 and revolve on its own are arranged in the film forming chamber 1. The cathode 2 is fixed to the film forming chamber 1 via an insulator 18 and is connected to a power source (not shown). Inside the cathode 2, a magnet 19 for generating an annular horizontal magnetic field on the surface of the target 3 is provided, and a rotation mechanism for rotating the magnet 19 around its rotation axis 20 is provided in order to equalize the erosion of the target. I have. Further, a shield 17 of a ground potential is provided around the cathode 2 and the target 3.

【0019】ターゲット3を囲むようにして、開口を有
する中間体5が絶縁体12を介して成膜室1の壁に取り
付けられる。この開口径は、基板温度上昇防止の観点か
ら、基板の少なくとも一部を覆う大きさとし、薄膜均一
性の観点から、複数の基板16の最外周点とターゲット
中心とを結ぶ直線が中間体5と交わる交点とターゲット
中心軸との距離の2倍以上とする。このように配置する
ことにより、極めて膜厚均一性の高い薄膜形成が可能と
なる。
An intermediate 5 having an opening is attached to the wall of the film forming chamber 1 via an insulator 12 so as to surround the target 3. The opening diameter is set to a size that covers at least a part of the substrate from the viewpoint of preventing a temperature rise of the substrate. It should be at least twice the distance between the intersection point and the target center axis. With this arrangement, it is possible to form a thin film having extremely uniform film thickness.

【0020】また、中間体5のターゲット側の表面は、
角のない曲面形状とするのが好ましく、さらにすり鉢形
状とするのがより好ましい。さらにまた、その表面をブ
ラスト処理やAl溶射して、表面に所定の表面粗さを形
成するのが好ましい。これらにより、表面に堆積するス
パッタ粒子の薄膜が剥離しにくくなり、長期にわたりパ
ーティクルの発生を抑制できる。一方、中間体の基板ホ
ルダ側の表面は、電解研磨等により鏡面とするのが好ま
しく、中間体からの基板への輻射熱の入射を低減して基
板の温度上昇を抑えることができる。なお、図1の例で
は、成膜室壁に冷媒通路22が形成されているため、中
間体は低温に保たれ輻射熱を更に低減して、より低温で
の成膜を可能としている。冷却効率をさらに高めるに
は、中間体に直接冷媒を流す構成とすればよい。
The surface of the intermediate 5 on the target side is
It is preferably a curved shape having no corners, and more preferably a mortar shape. Further, it is preferable that the surface is subjected to blast treatment or Al thermal spraying to form a predetermined surface roughness on the surface. These make it difficult for the thin film of sputtered particles deposited on the surface to peel off, and can suppress generation of particles for a long period of time. On the other hand, the surface of the intermediate on the substrate holder side is preferably mirror-finished by electrolytic polishing or the like, so that the incidence of radiant heat from the intermediate to the substrate can be reduced and the temperature rise of the substrate can be suppressed. In the example of FIG. 1, since the coolant passage 22 is formed on the wall of the film forming chamber, the intermediate body is kept at a low temperature, and the radiant heat is further reduced, so that the film can be formed at a lower temperature. In order to further increase the cooling efficiency, a configuration may be adopted in which the refrigerant is directly passed through the intermediate.

【0021】一方、各基板ホルダ7はベアリング15を
介してパレット6に保持され、パレット6は磁性流体シ
ール11により成膜室1のベース板に支持される公転軸
10に連結されている。公転軸10には固定ギア8が取
り付けられ、これと噛合するように各基板ホルダ回転軸
14に遊星ギア9が取り付けられている。従って、モー
タ(不図示)により公転軸10を回転させると、パレッ
ト6は回転して基板ホルダ7は公転運動するとともに、
回転運動が固定ギア8,遊星ギア9を介して伝達され、
基板ホルダ7は自転することになる。この結果、基板1
6上に膜厚均一性に優れた薄膜の同時形成が可能とな
る。
On the other hand, each substrate holder 7 is held on a pallet 6 via a bearing 15, and the pallet 6 is connected to a revolution shaft 10 supported on a base plate of the film forming chamber 1 by a magnetic fluid seal 11. A fixed gear 8 is attached to the revolving shaft 10, and a planetary gear 9 is attached to each substrate holder rotating shaft 14 so as to mesh therewith. Therefore, when the revolving shaft 10 is rotated by a motor (not shown), the pallet 6 rotates and the substrate holder 7 revolves, and
The rotational motion is transmitted via the fixed gear 8 and the planetary gear 9,
The substrate holder 7 will rotate. As a result, the substrate 1
6, a thin film having excellent film thickness uniformity can be simultaneously formed.

【0022】以上の装置構成とし、成膜室内にAr等の
不活性ガスを導入し、カソードに電力を供給してプラズ
マを発生させると、ターゲットのスパッタリングが起こ
り、基板上へ薄膜を堆積させることができるが、中間体
の作用により基板温度の上昇を抑えた低温成膜が可能と
なる。この理由の詳細は現在のところ明かではないが次
のように考えられる。スパッタリングの際、電子やイオ
ン等の荷電粒子が発生及び放出される。これら荷電粒子
の多くはターゲット近傍の環状のトンネル空間に閉じこ
められるが、基板方向に向かうものもある。このうち、
ターゲットの垂直方向に進む荷電粒子は、中間体の開口
を基板の少なくと一部を覆う大きさとしたため、中間体
にトラップされ、基板には到達する荷電粒子は減少す
る。また、漏れ磁界にのって基板に向かう電子の多くは
その進行方向に中間体が配置されているため、基板に向
かう電子は中間体により阻止されることになる。一方、
斜め方向に放出された荷電粒子は基板に到達するが、こ
れらはガス分子等と繰り返し衝突し、基板に到達するま
でにはそのエネルギを失っているため、基板温度の上昇
が抑えられると考えられる。
With the above apparatus configuration, when an inert gas such as Ar is introduced into the film forming chamber and power is supplied to the cathode to generate plasma, sputtering of the target occurs and a thin film is deposited on the substrate. However, it is possible to perform low-temperature film formation while suppressing an increase in the substrate temperature by the action of the intermediate. The details of this reason are not clear at present, but are considered as follows. During sputtering, charged particles such as electrons and ions are generated and emitted. Most of these charged particles are confined in an annular tunnel space near the target, but some are directed toward the substrate. this house,
Since the charged particles traveling in the vertical direction of the target have a size such that the opening of the intermediate body covers at least a part of the substrate, the charged particles reaching the substrate are reduced by being trapped by the intermediate body. In addition, most of the electrons traveling toward the substrate due to the leakage magnetic field have the intermediate disposed in the traveling direction, so that the electrons traveling toward the substrate are blocked by the intermediate. on the other hand,
Although the charged particles emitted in the oblique direction reach the substrate, they repeatedly collide with gas molecules and the like, and lose their energy until they reach the substrate. Therefore, it is considered that the rise in the substrate temperature is suppressed. .

【0023】なお、中間体がフローティング状態にある
場合は、電子により負に帯電してもイオンが入射するた
め、継続して基板へ向かう電子を阻止することができ
る。また、中間体を接地電位としたり又は積極的に電子
を吸収するように正の電位を印加してしても良いが、こ
の場合は、大量の電子が流れるためジュール熱による中
間体の温度上昇を防止するための冷却機構を設けるのが
好ましい。中間体の材料としては、Al又はAl合金等
の金属が用いられるが、中間体をフローティングとする
場合には、石英等の絶縁体を用いることもできる。
When the intermediate is in a floating state, even if it is negatively charged by electrons, ions are incident, so that it is possible to continuously block electrons heading to the substrate. In addition, the intermediate may be set to the ground potential or a positive potential may be applied so as to positively absorb electrons. However, in this case, a large amount of electrons flow, and the temperature of the intermediate increases due to Joule heat. It is preferable to provide a cooling mechanism for preventing the above. As a material of the intermediate, a metal such as Al or an Al alloy is used. When the intermediate is floating, an insulator such as quartz can be used.

【0024】次に、本発明の効果を示すために、図1の
スパッタリング装置を用いて薄膜形成を繰り返し行った
実験結果を説明する。まず、不図示の基板収納室からゲ
ートバルブ4を通してロボットのハンドを侵入させて1
00mm径シリコンウエハを5つの基板ホルダ7上に順
次搭載した。5枚のウエハの一枚にサーモラベルを貼り
つけ、これにより成膜中の温度上昇分を測定した。
Next, in order to show the effect of the present invention, a description will be given of an experimental result obtained by repeatedly forming a thin film using the sputtering apparatus shown in FIG. First, a robot hand is inserted through a gate valve 4 from a substrate storage chamber (not shown) to
A 00 mm diameter silicon wafer was sequentially mounted on five substrate holders 7. A thermo label was attached to one of the five wafers, and the temperature rise during film formation was measured.

【0025】Arガスを導入し、0.15Paの圧力に
なったところで164mm径Crターゲットに1kWの
電力を供給して放電を開始し、モーターを回転させて基
板ホルダ7を自公転させる。同時にシャッタ13を開い
て、6分間成膜を行い、基板上にCr膜を形成した。こ
こで、中間体は、開口径120mmのAl製のものを用
いた。また、ターゲット−中間体開口部間距離74m
m、ターゲット−基板間距離190mm、公転軌道径2
10mmとした。従って、基板最内周点の軌道径は11
0mmとなり、基板はほぼ全面が中間体により覆われた
構成となっている。なお、中間体及び基板ホルダは、い
ずれもフローティング状態とした。成膜終了後、ロボッ
トによりウエハを取り出し、新たに基板をホルダ上に載
置して、同様の成膜を繰り返し行った。このときの基板
温度変化を図3に示す。比較のため、中間体を取り除い
た以外は同様にして繰り返し成膜を行ったときの基板温
度変化も併せて図3に示した。
When Ar gas is introduced and the pressure becomes 0.15 Pa, 1 kW of power is supplied to the 164 mm diameter Cr target to start discharging, and the motor is rotated to rotate the substrate holder 7 around its own axis. At the same time, the shutter 13 was opened, and a film was formed for 6 minutes to form a Cr film on the substrate. Here, an intermediate made of Al having an opening diameter of 120 mm was used. The distance between the target and the opening of the intermediate body is 74 m.
m, target-substrate distance 190 mm, orbit diameter 2
It was 10 mm. Therefore, the orbit diameter of the innermost peripheral point of the substrate is 11
0 mm, so that the substrate is almost entirely covered with the intermediate. The intermediate and the substrate holder were both in a floating state. After the film formation was completed, the wafer was taken out by a robot, a new substrate was placed on the holder, and the same film formation was repeated. FIG. 3 shows the substrate temperature change at this time. For comparison, FIG. 3 also shows the change in substrate temperature when film formation was repeated in the same manner except that the intermediate was removed.

【0026】図3から明らかなように、中間体を配置し
ない構成では、一回の成膜で、ウエハは室温から70℃
まで上昇するのに対し、中間体を配置した構成では45
℃に抑えることができた。また、成膜を繰り返すと基板
ホルダの蓄熱により基板温度は上昇するが、60℃で一
定となる。このように、中間体を配置することによっ
て、基板温度の上昇が抑えられ、低温成膜が可能となる
ことが分かる。なお、ウエハの膜厚分布は、(最大膜厚
−最小膜厚)/(最大膜厚+最小膜厚)=±0.5%と
なり、図1の構成で極めて優れた膜厚均一性が得られる
ことが確認された。
As is apparent from FIG. 3, in the configuration in which the intermediate is not arranged, the wafer is heated from room temperature to 70 ° C. in one film formation.
Up to 45% in the configuration with intermediates.
° C. When the film formation is repeated, the substrate temperature rises due to the heat storage of the substrate holder, but becomes constant at 60 ° C. Thus, it can be seen that by arranging the intermediate, the rise in the substrate temperature is suppressed, and low-temperature film formation is possible. The thickness distribution of the wafer is (maximum thickness−minimum thickness) / (maximum thickness + minimum thickness) = ± 0.5%, and the configuration shown in FIG. Was confirmed.

【0027】 また、中間体
の表面を粗面化することにより、膜剥離によるパーティ
クル発生を抑制できることを示すために行った実験を併
せて説明する。静止対向方式のスパッタリング装置を用
いて、種々の表面状態の基板にCr膜を形成し、膜の剥
離状況を調べた。ここで、100mm径Crターゲッ
ト、20mm角のAl基板を用い、ターゲット−基板間
距離40mm、Ar圧1.3Paでスパッタリングを行
った。この結果、未処理Al基板では20μm以下の膜
厚で剥離を起こしたのに対し、#60のアルミナブラス
ト処理を行った基板は1000μmまで剥離は認められ
ず、#60のアルミナブラスト処理後Al溶射処理を施
したものは、1200μmでも剥離は見られなかった。
このように、ブラスト処理やアルミナ溶射により表面を
粗面化することにより、膜剥離によるパーティクル発生
を大きく抑制できることが分かる。なお、ターゲット周
辺のシールド等にも膜は堆積し、その剥離した膜が落下
し、往々にしてパーティクル発生の原因となっている
が、本発明では、中間体が剥離膜を受け止めることがで
きるため、剥離膜の基板への混入を防止することができ
る。
An experiment conducted to show that the generation of particles due to film peeling can be suppressed by roughening the surface of the intermediate body will also be described. Using a stationary facing type sputtering apparatus, Cr films were formed on substrates having various surface states, and the peeling state of the films was examined. Here, sputtering was performed using a 100 mm diameter Cr target and a 20 mm square Al substrate at a target-substrate distance of 40 mm and an Ar pressure of 1.3 Pa. As a result, while the untreated Al substrate peeled off at a film thickness of 20 μm or less, the alumina-blasted substrate of # 60 did not peel off until 1000 μm, and the Al sprayed after the alumina blasting of # 60. No peeling was observed even at 1200 µm after the treatment.
Thus, it can be seen that by roughening the surface by blasting or alumina spraying, generation of particles due to film peeling can be greatly suppressed. Note that the film is deposited also on the shield and the like around the target, and the peeled film falls, often causing particles. However, in the present invention, since the intermediate can receive the peeled film, In addition, it is possible to prevent the release film from being mixed into the substrate.

【0028】(第2の実施の形態)次に、本発明の第2
の実施形態を図2に基づいて説明する。図1のスパッタ
リング装置を用いて成膜を繰り返しターゲットが侵食さ
れると、膜厚分布が変化する。このため、本発明者は、
膜厚分布の変化を抑える検討を合わせて行ったが、この
中で、中間体5の位置をターゲット中心軸方向に移動さ
せることにより、膜厚分布が変化することを見出した。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to FIG. When the target is eroded by repeating film formation using the sputtering apparatus of FIG. 1, the film thickness distribution changes. For this reason, the inventor
Investigation was also conducted to suppress the change in the film thickness distribution. In this study, it was found that the film thickness distribution was changed by moving the position of the intermediate 5 in the direction of the target central axis.

【0029】そこで、中間体の位置により膜厚分布を改
善させる検討の一環として、膜厚分布が中間体位置及び
開口径によりどのように変化するかについてシミュレー
ション実験を行った。このうち、ターゲット印加電圧1
kW、Ar圧力0.15Paの場合に、得られる膜厚分
布と中間体開口径D及びターゲット−中間体距離Lとの
関係を図4〜6に示す。図4〜6は、それぞれ基板径が
75mm、100mm、125mmの場合の膜厚分布の
等高線を示し、各線の間隔は±0.5%である。また、
図において、(a)はターゲット使用開始時、(b)は
ターゲット交換時(寿命時)の膜厚分布を示し、図9に
示したターゲットのエロージョン形状に対応する。な
お、ターゲット−基板間距離、公転軌道径は第1の実施
形態と同じとした。
Therefore, as part of a study to improve the film thickness distribution depending on the position of the intermediate, a simulation experiment was conducted on how the film thickness distribution changes depending on the position of the intermediate and the diameter of the opening. Of these, target applied voltage 1
In the case of kW and Ar pressure of 0.15 Pa, the relationship between the obtained film thickness distribution and the intermediate opening diameter D and the target-intermediate distance L is shown in FIGS. 4 to 6 show contour lines of the film thickness distribution when the substrate diameter is 75 mm, 100 mm, and 125 mm, respectively, and the interval between the lines is ± 0.5%. Also,
In the figure, (a) shows the film thickness distribution at the start of use of the target, and (b) shows the film thickness distribution at the time of replacement of the target (during life), and corresponds to the erosion shape of the target shown in FIG. Note that the distance between the target and the substrate and the diameter of the orbit of revolution were the same as those in the first embodiment.

【0030】また、図4〜6のデータから、一例とし
て、中間体開口径Dを120mmとした場合に、各基板
サイズにおいて膜厚分布±0.5%が得られるターゲッ
ト−中間体距離Lを抽出し、これを表1にまとめた。
Further, from the data of FIGS. 4 to 6, as an example, when the intermediate opening diameter D is 120 mm, the target-intermediate distance L at which a film thickness distribution of ± 0.5% is obtained for each substrate size is obtained. Extracted and summarized in Table 1.

【表1】 表1から、例えば、100mm径基板では、ターゲット
−中間体距離Lを48〜66mmの間に設定すれば、タ
ーゲット使用期間中、膜厚分布±0.5%を維持できる
ことが分かる。しかし、実際の系で得られる膜厚分布
は、マグネット及びその取り付け精度、ガス圧等の成膜
条件等により、以上のシミュレーションからずれてしま
う。即ち、等高線の形状が変わったりシフトしたりする
ため、シミュレーションによる概算値を実際に合わせて
調整する必要がある。そこで、図2に示したように、タ
ーゲットー中間体距離Lを可変できる装置構成とすれ
ば、簡単に膜厚分布の修正を行うことができ、実際の系
でもターゲット寿命時まで所望の膜厚分布を得ることが
可能となる。
[Table 1] From Table 1, it can be seen that for a 100 mm diameter substrate, for example, if the target-intermediate distance L is set between 48 and 66 mm, the film thickness distribution ± 0.5% can be maintained during the target usage period. However, the film thickness distribution obtained in an actual system deviates from the above simulation due to film forming conditions such as the magnet and its mounting accuracy, gas pressure, and the like. That is, since the shape of the contour line changes or shifts, it is necessary to adjust the approximate value by simulation in accordance with the actual value. Therefore, as shown in FIG. 2, if the apparatus is configured such that the target-intermediate distance L can be varied, the film thickness distribution can be easily corrected, and even in an actual system, a desired film thickness can be maintained until the target life. It is possible to obtain a distribution.

【0031】図2のスパッタリング装置は、以上の検討
により完成したものであり、中間体及びその周辺機構を
除いたその他の構成は、図1のスパッタリング装置と同
じである。中間体5はターゲット3とパレット6との間
に配置され、支持棒23により上下に移動可能としてあ
る。支持棒23はベローズ25を介して調整板26に固
定され、調整板を上下に移動させ不図示の固定手段によ
り所望のターゲット−中間体距離に固定される。なお、
24は、中間体の移動を滑らかに行うためのガイドであ
る。
The sputtering apparatus shown in FIG. 2 has been completed by the above study, and the other structure except for the intermediate and its peripheral mechanism is the same as that of the sputtering apparatus shown in FIG. The intermediate body 5 is disposed between the target 3 and the pallet 6 and can be moved up and down by a support rod 23. The support bar 23 is fixed to the adjustment plate 26 via the bellows 25, and the adjustment plate is moved up and down to be fixed at a desired target-intermediate distance by fixing means (not shown). In addition,
24 is a guide for smoothly moving the intermediate.

【0032】所望の基板サイズに応じて、ターゲット−
中間体距離Lを所望の膜厚分布となるように設定するこ
とにより、膜厚分布を低下させる角度で放出されるスパ
ッタ粒子は中間体により阻止されることになる。その結
果、極めて良好な均一性を有する薄膜を形成することが
できる。これは、ターゲットのエロージョン形状に対応
して簡単に行うことができるためターゲットの使用開始
時から寿命に至るまでの間、良好で任意の膜厚分布を得
ることができる。
According to a desired substrate size, a target
By setting the intermediate distance L so as to have a desired film thickness distribution, sputter particles emitted at an angle that reduces the film thickness distribution are blocked by the intermediate. As a result, a thin film having extremely good uniformity can be formed. This can be easily performed according to the erosion shape of the target, so that a favorable and arbitrary film thickness distribution can be obtained from the start of use of the target to the end of its life.

【0033】一方、図4〜6のデータから、各基板サイ
ズにおいて膜厚分布±0.5%が得られる中間体開口径
Dを抽出し、これを表1にまとめた。また、開口径Dと
基板直径Sとの関係を図7にプロットした。
On the other hand, from the data shown in FIGS. 4 to 6, the intermediate opening diameter D at which a film thickness distribution of ± 0.5% was obtained for each substrate size was extracted. The relationship between the opening diameter D and the substrate diameter S is plotted in FIG.

【表2】 図7の2つの直線は、ターゲット使用開始時及び寿命時
に±0.5%の膜厚均一性が得られる中間体開口径を示
している。従って、2つの直線に囲まれた領域(斜線
部)、すなわち、 0.18S+67.7<D<−0.36S+167 の領域から開口径を選択することにより、ターゲット使
用開始時からターゲット寿命時まで、膜厚分布を±0.
5%以下にすることができる。
[Table 2] The two straight lines in FIG. 7 indicate the intermediate opening diameter at which the film thickness uniformity of ± 0.5% can be obtained at the start of use of the target and at the end of its life. Therefore, by selecting an opening diameter from a region (hatched portion) surrounded by two straight lines, that is, a region of 0.18S + 67.7 <D <−0.36S + 167, from the start of use of the target to the life of the target, The film thickness distribution is ± 0.
It can be 5% or less.

【0034】なお、本実施の形態においては、図1の場
合と同様に、中間体のターゲット側表面を角のないすり
鉢状とし、更に表面を粗面にするのが好ましいことはい
うまでもない。また、中間体をフローティング状態とし
たり、あるいは正の電位を印加する構成としてもよい。
さらには、中間体を図1と同様にターゲットを囲む構造
としたり、開口径を基板最内周点の軌道径以下とするこ
とにより、一層低温での成膜が可能となる。
In the present embodiment, it is needless to say that it is preferable that the surface of the intermediate on the target side be formed in a mortar shape having no corners and the surface be made rough as in the case of FIG. . Further, the intermediate body may be in a floating state, or may be configured to apply a positive potential.
Further, by forming the intermediate body into a structure surrounding the target similarly to FIG. 1, or by setting the opening diameter to be equal to or less than the orbital diameter of the innermost peripheral point of the substrate, the film can be formed at a lower temperature.

【0035】また、以上は回転機構を有するマグネトロ
ンカソードについて説明してきたが、回転機構を具備し
ないマグネトロンカソードにも適用できることはいうま
でもなく、ターゲットの利用効率は劣るもののターゲッ
ト寿命まで膜厚均一性の高い薄膜を形成することができ
る。さらに、本発明は、DCスパッタリング装置のみな
らず、高周波スパッタリング装置にも適用できるもので
ある。
Although a magnetron cathode having a rotating mechanism has been described above, it is needless to say that the present invention can be applied to a magnetron cathode having no rotating mechanism. A thin film having a high thickness can be formed. Further, the present invention can be applied not only to a DC sputtering apparatus but also to a high-frequency sputtering apparatus.

【0036】[0036]

【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、基板温度上昇を抑えながら良好な膜厚均一性を
有する薄膜を複数基板上に同時に形成できることにな
り、高品質膜の作製に適した生産性の高いスパッタリン
グ装置を提供することが可能となる。また、本発明によ
り、簡単な操作で、ターゲットエロージョンに応じた膜
厚分布の修正が可能となり、ターゲット寿命まで高い膜
厚均一性を維持できるスパッタリング装置を提供するこ
とができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, a thin film having good film thickness uniformity can be simultaneously formed on a plurality of substrates while suppressing a rise in the substrate temperature. It is possible to provide a highly productive sputtering apparatus suitable for manufacturing. Further, according to the present invention, it is possible to correct the film thickness distribution according to the target erosion with a simple operation, and to provide a sputtering apparatus capable of maintaining high film thickness uniformity over the target life.

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

【図1】本発明のスパッタリング装置の一例を示す模式
的断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one example of a sputtering apparatus of the present invention.

【図2】本発明のスパッタリング装置の他の例を示す模
式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing another example of the sputtering apparatus of the present invention.

【図3】成膜中の基板温度変化を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a substrate temperature change during film formation.

【図4】膜厚分布と開口径及びターゲット−中間体距離
との関係を示すグラフである(基板径75mm)。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a film thickness distribution, an opening diameter, and a target-intermediate distance (substrate diameter: 75 mm).

【図5】膜厚分布と開口径及びターゲット−中間体距離
との関係を示すグラフである(基板径100mm)。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a film thickness distribution, an opening diameter, and a target-intermediate distance (substrate diameter: 100 mm).

【図6】膜厚分布と開口径及びターゲット−中間体距離
との関係を示すグラフである(基板径125mm)。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a film thickness distribution, an opening diameter, and a target-intermediate distance (a substrate diameter of 125 mm).

【図7】開口径と基板径との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a relationship between an opening diameter and a substrate diameter.

【図8】自公転方式のスパッタリング装置を示す模式的
断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a sputter device of a self-revolution type.

【図9】使用に伴うターゲットエロジョン形状の変化を
示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a change in target erosion shape with use.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 成膜室、 2 カソード、 3 ターゲット、 4 ゲートバルブ、 5 中間体、 6 パレット、 7 基板ホルダ、 8 固定ギア、 9 遊星ギア、 10 公転軸、 11 磁性流体シール、 12 絶縁体、 13 シャッタ、 14 基板ホルダ回転軸、 15 ベアリング、 16 基板、 17 シールド、 18 絶縁体、 19 マグネット、 20 マグネット回転軸、 21 回転シール、 22 冷媒通路、 23 支持棒、 24 ガイド、 25 ベローズ、 26 調整板。 Reference Signs List 1 film forming chamber, 2 cathode, 3 target, 4 gate valve, 5 intermediate, 6 pallet, 7 substrate holder, 8 fixed gear, 9 planetary gear, 10 orbital axis, 11 magnetic fluid seal, 12 insulator, 13 shutter, 14 substrate holder rotating shaft, 15 bearing, 16 substrate, 17 shield, 18 insulator, 19 magnet, 20 magnet rotating shaft, 21 rotating seal, 22 refrigerant passage, 23 support rod, 24 guide, 25 bellows, 26 adjusting plate.

フロントページの続き (72)発明者 平田 和男 東京都府中市四谷5丁目8番1号 アネル バ株式会社内 Fターム(参考) 4K029 DA10 DC39 JA03 5F103 AA08 BB16 BB22 BB38 DD30 HH10 LL20 NN01 RR04 RR06Continued on the front page (72) Inventor Kazuo Hirata 5-8-1, Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo F-term in Anelva Co., Ltd. 4K029 DA10 DC39 JA03 5F103 AA08 BB16 BB22 BB38 DD30 HH10 LL20 NN01 RR04 RR06

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ターゲットを取り付けたマグネトロンカ
ソードと該ターゲットに対向して自公転可能に配置され
た複数の基板ホルダとを有し、該基板ホルダ上に載置さ
れる基板を自公転させながら薄膜を形成するマグネトロ
ンスパッタリング装置において、 前記ターゲット中心軸と前記基板ホルダの公転軸とを一
致させ、前記中心軸を中心とした開口を有する中間体を
前記ターゲットを取り囲んで配置し、該中間体の開口径
Dを、前記基板の最外周点の軌道径及び前記ターゲット
の直径のいずれか小さい方よりも小さくし、かつ前記タ
ーゲットの中心と前記基板の最外周点とを結ぶ直線が前
記中間体に交わる交点と前記ターゲット中心軸との距離
の2倍以上としたことを特徴とするマグネトロンスパッ
タリング装置。
1. A thin film comprising: a magnetron cathode having a target mounted thereon; and a plurality of substrate holders arranged so as to be able to revolve and face the target. In the magnetron sputtering apparatus, the center axis of the target is coincident with the revolving axis of the substrate holder, and an intermediate having an opening centered on the central axis is arranged so as to surround the target, and the opening of the intermediate is performed. The diameter D is smaller than the smaller of the orbit diameter of the outermost point of the substrate and the diameter of the target, and a straight line connecting the center of the target and the outermost point of the substrate intersects the intermediate. A magnetron sputtering apparatus wherein the distance between the intersection and the center axis of the target is twice or more.
【請求項2】 ターゲットを取り付けたマグネトロンカ
ソードと該ターゲットに対向して自公転可能に配置され
た複数の基板ホルダとを有し、該基板ホルダ上に載置さ
れる基板を自公転させながら薄膜を形成するマグネトロ
ンスパッタリング装置において、 前記ターゲット中心軸と前記基板ホルダの公転軸とを一
致させ、前記中心軸を中心とした開口を有する中間体を
前記ターゲットを取り囲んで配置し、該中間体の開口径
Dを、前記基板の直径をSとしたとき、 0.18S+67.7<D<−0.36S+167 が成立するように構成したことを特徴とするマグネトロ
ンスパッタリング装置。
2. A thin film comprising: a magnetron cathode having a target mounted thereon; and a plurality of substrate holders arranged so as to be able to revolve around the target so that the substrate mounted on the substrate holder can revolve. In the magnetron sputtering apparatus, the center axis of the target coincides with the revolving axis of the substrate holder, and an intermediate having an opening centered on the central axis is arranged so as to surround the target, and the opening of the intermediate is performed. A magnetron sputtering apparatus, wherein 0.18S + 67.7 <D <-0.36S + 167 is satisfied when the diameter D is the diameter of the substrate.
【請求項3】 前記開口径を前記基板の最内周点の軌道
径以下とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の
マグネトロンスパッタリング装置。
3. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the diameter of the opening is equal to or less than the orbit diameter of the innermost peripheral point of the substrate.
【請求項4】 ターゲットを取り付けたマグネトロンカ
ソードと該ターゲットに対向して自公転可能に配置され
た複数の基板ホルダとを有し、該基板ホルダ上に載置さ
れる基板を自公転させながら薄膜を形成するマグネトロ
ンスパッタリング装置において、 前記ターゲット中心軸と前記基板ホルダの公転軸とを一
致させ、前記ターゲットと基板ホルダとの間に、前記中
心軸を中心とした開口を有する中間体を前記ターゲット
の垂直方向に移動可能に配置したことを特徴とするマグ
ネトロンスパッタリング装置。
4. A thin film comprising: a magnetron cathode having a target attached thereto; and a plurality of substrate holders arranged to be capable of revolving and facing the target, wherein the substrate mounted on the substrate holder is revolved by itself. In the magnetron sputtering apparatus, the center axis of the target coincides with the revolving axis of the substrate holder, and an intermediate having an opening centered on the central axis is provided between the target and the substrate holder. A magnetron sputtering apparatus, which is disposed so as to be movable in a vertical direction.
【請求項5】 前記中間体の開口径Dを、前記基板の直
径をSとしたとき、 0.18S+67.7<D<−0.36S+167 が成立するように構成したことを特徴とする請求項4に
記載のマグネトロンスパッタリング装置。
5. The apparatus according to claim 1, wherein 0.18S + 67.7 <D <−0.36S + 167 is satisfied when the opening diameter D of the intermediate body is S and the diameter of the substrate is S. 5. The magnetron sputtering apparatus according to 4.
【請求項6】 前記中間体のターゲット側の表面は、角
のない曲面形状とし、かつ粗面としたことを特徴とする
請求項1〜5のいずれか1項に記載のマグネトロンスパ
ッタリング装置。
6. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the surface of the intermediate on the target side has a curved surface with no corners and a rough surface.
【請求項7】 前記中間体を電気的に浮遊状態としたこ
とを特徴とする請求項1〜項6のいずれか1項に記載の
マグネトロンスパッタリング装置。
7. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the intermediate is in an electrically floating state.
【請求項8】 前記中間体の冷却機構を設けたことを特
徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のマグネト
ロンスパッタリング装置。
8. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a cooling mechanism for the intermediate.
【請求項9】 前記中間体の少なくともターゲット側表
面を、AlあるいはAl合金で構成したことを特徴とす
る請求項1〜8のいずれか1項に記載のマグネトロンス
パッタリング装置。
9. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein at least a target side surface of the intermediate is made of Al or an Al alloy.
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