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JP2016216767A - Mirror tron sputtering apparatus - Google Patents

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JP2016216767A JP2015100818A JP2015100818A JP2016216767A JP 2016216767 A JP2016216767 A JP 2016216767A JP 2015100818 A JP2015100818 A JP 2015100818A JP 2015100818 A JP2015100818 A JP 2015100818A JP 2016216767 A JP2016216767 A JP 2016216767A
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文平 田中
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Abstract

PURPOSE: To provide a mirror tron sputtering apparatus capable of easily preventing a substrate from being heated up to high temperature by radiant heat from a heated shield part only by adding a simple structure even when the shield part adjacent to a plasma generation space is heated as a whole by sputtering for a long time.CONSTITUTION: The mirror tron sputtering apparatus comprises: a vacuum vessel; each cathode part arranged in the vacuum vessel, each shield part arranged at a position on the side of the substrate to be processed of each cathode part; and each cooling pipe having water and the other coolants flowing inside and arranged so as to face the substrate to be processed in the longitudinal direction parallel or approximately parallel to the sputtering surface of each target in a portion closest to the substrate to be processed in each shield part or in the vicinity thereof.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はミラートロンスパッタ装置に関し、特にスパッタ時の輻射熱で被処理基板がダメージを受けることを防止することができる、基板加熱抑制機能付きミラートロンスパッタ装置に関する。   The present invention relates to a mirrortron sputtering apparatus, and more particularly to a mirrortron sputtering apparatus with a substrate heating suppression function capable of preventing a substrate to be processed from being damaged by radiant heat during sputtering.

従来より、高速かつ低温でのスパッタが可能なスパッタ装置として、例えば図6に示すようなミラートロンスパッタ装置(対向ターゲット式スパッタ装置)が知られている(特許文献1参照)。この図6に示す従来のミラートロンスパッタ装置は、一対のターゲット109を真空容器101内に間隔をおいて対向配置すると共に、前記各ターゲット109,109間に磁場空間Hを形成するための磁石112a,112bを互いに異なる磁極が対向するように前記各ターゲット109の背面側に配置し、さらに、被処理基板122をその成膜面が磁場空間Hと対峙するように前記各ターゲット109,109間の空間の側方に配置したものである。このような従来のミラートロンスパッタ装置においては、前記基板122の近傍に酸素ガスや窒素ガス等の反応性ガスを供給するためのガス供給パイプ119が設けられ、前記各ターゲット109,109間の側方近傍にアルゴンガス等の不活性ガスを供給するためのガス供給パイプ120が設けられている。   Conventionally, for example, a mirrortron sputtering apparatus (opposite target sputtering apparatus) as shown in FIG. 6 is known as a sputtering apparatus capable of performing sputtering at high speed and low temperature (see Patent Document 1). In the conventional mirrortron sputtering apparatus shown in FIG. 6, a pair of targets 109 are arranged opposite to each other in the vacuum vessel 101, and a magnet 112a for forming a magnetic field space H between the targets 109 and 109 is provided. , 112b are arranged on the back side of each target 109 so that different magnetic poles face each other, and further, the substrate to be processed 122 is placed between the targets 109, 109 so that the film formation surface faces the magnetic field space H. It is arranged on the side of the space. In such a conventional mirrortron sputtering apparatus, a gas supply pipe 119 for supplying a reactive gas such as oxygen gas or nitrogen gas is provided in the vicinity of the substrate 122, and the side between the targets 109, 109 is provided. A gas supply pipe 120 for supplying an inert gas such as argon gas is provided in the vicinity.

なお、図6において、114は前記各磁石112a,112bの端部に接合されたヨーク、108は各ターゲット109をそれぞれ支持するターゲットホルダー、118は前記各ターゲットホルダー108の前記基板122側の位置に配置された隔壁、118aは前記隔壁118の前記基板122と対向する位置に形成された開口部である。また、116は、前記各ターゲットホルダー108などがスパッタされたり前記基板122の成膜面以外の部分にスパッタ粒子が付着することを阻止するために、前記各ターゲット109の外周縁部の周辺及びターゲットホルダー108の前記磁場空間H側及び前記隔壁118側(基板122側)に配置されたシールド部(カソードシールド)、116aは前記各シールド部116中の前記各ターゲット109のスパッタ面と対向する部分に形成された開口部である。   In FIG. 6, 114 is a yoke joined to the end of each of the magnets 112a and 112b, 108 is a target holder for supporting each target 109, and 118 is a position on the substrate 122 side of each target holder 108. The partition wall 118 a is an opening formed at a position facing the substrate 122 of the partition wall 118. Reference numeral 116 denotes a peripheral portion of each target 109 and a target in order to prevent the target holder 108 and the like from being sputtered or to prevent sputter particles from adhering to a portion other than the film formation surface of the substrate 122. Shield portions (cathode shields) and 116a disposed on the magnetic field space H side and the partition wall 118 side (substrate 122 side) of the holder 108 are portions of the shield portions 116 facing the sputtering surfaces of the targets 109, respectively. It is the formed opening.

このような従来のミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行うときは、前記真空容器101内を真空とするため排気した後、前記ガス供給パイプ120からアルゴンガス等の不活性ガスを供給し、その後、前記各ターゲット109を陰極とすべく直流電源(図示省略)から前記ターゲット109に電圧を印加し、前記各ターゲット109,109間に存在する不活性ガスをイオン化しプラズマ化させる。このようにして発生したプラズマは、前記磁場空間H内に閉じ込められた状態で前記各ターゲット109,109間を往復運動しながら前記各ターゲット109,109をスパッタする。スパッタされた粒子は、前記磁場空間Hから飛び出し、前記ガス供給パイプ119から供給された酸素ガスや窒素ガス等の反応性ガスと反応した後、前記基板122の表面上に付着、堆積する。これにより、前記基板122の表面に薄膜が形成される。   When performing sputtering using such a conventional mirrortron sputtering apparatus, after evacuating the inside of the vacuum vessel 101 to supply a vacuum, an inert gas such as argon gas is supplied from the gas supply pipe 120, Thereafter, a voltage is applied to the target 109 from a DC power source (not shown) so that each target 109 serves as a cathode, and an inert gas existing between the targets 109 and 109 is ionized to be turned into plasma. The plasma generated in this manner sputters the targets 109 and 109 while reciprocating between the targets 109 and 109 while being confined in the magnetic field space H. The sputtered particles jump out of the magnetic field space H, react with a reactive gas such as oxygen gas or nitrogen gas supplied from the gas supply pipe 119, and then adhere and deposit on the surface of the substrate 122. As a result, a thin film is formed on the surface of the substrate 122.

特許第3505459号公報Japanese Patent No. 3505559

ところで、前述のようなミラートロンスパッタ装置は、基板がプラズマ発生空間(プラズマが発生し且つ閉じ込められる磁場空間H)から離れている構造上、基板がプラズマに晒されることがなく低温スパッタが可能であることに優位性があるとされている。しかし、例えばスパッタ時間が長くなるとプラズマ発生空間に近接するシールド部が全体として加熱され、この加熱されたシールド部から発生する輻射熱により基板が加熱されてしまうことがある。基板が加熱されて高温化すると、例えば有機膜が成膜された基板を用いる場合や基板が樹脂材から構成されている場合などに、基板上に成膜された有機膜が変性することや基板を構成する樹脂材が変形することなどの不都合が生じてしまう。他方、前記シールド部からの輻射熱による基板の高温化を防止するため前記シールド部全体に冷却機構を設けるようにするときはスパッタ装置が全体として複雑化してしまうという問題もある。   By the way, the mirrortron sputtering apparatus as described above has a structure in which the substrate is separated from the plasma generation space (the magnetic field space H in which the plasma is generated and confined), so that the substrate can be sputtered at low temperature without being exposed to the plasma. It is said that there is an advantage in certain things. However, for example, when the sputtering time becomes long, the shield part close to the plasma generation space is heated as a whole, and the substrate may be heated by the radiant heat generated from the heated shield part. When the substrate is heated to a high temperature, for example, when the substrate on which the organic film is formed is used or the substrate is made of a resin material, the organic film formed on the substrate may be modified or This causes inconveniences such as deformation of the resin material constituting the. On the other hand, when a cooling mechanism is provided in the entire shield part in order to prevent the substrate from being heated due to radiant heat from the shield part, there is a problem that the sputtering apparatus becomes complicated as a whole.

本発明はこのような従来技術の問題点に着目して為されたものであって、スパッタ時間が長くなってプラズマ発生空間に近接するシールド部が全体として加熱されてしまうような場合でも、加熱された前記シールド部からの輻射熱により基板が高温化して基板上に成膜されている有機膜が変性したり基板を構成する樹脂材が変形してしまうなどの不都合を、簡単な構成を付加するだけで容易に防止することができる、基板加熱抑制機能付きミラートロンスパッタ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made by paying attention to such problems of the prior art, and even if the shield part close to the plasma generation space is heated as a whole due to a long sputtering time, the heating is performed. A simple structure is added to the inconvenience that the substrate is heated by the radiant heat from the shield portion and the organic film formed on the substrate is modified or the resin material constituting the substrate is deformed. An object of the present invention is to provide a mirrortron sputtering apparatus with a function of suppressing substrate heating, which can be easily prevented only by this.

以上のような課題を解決するための本発明による基板加熱抑制機能付きミラートロンスパッタ装置は、真空容器と、前記真空容器内に配置される各カソード部であって、各ターゲットのスパッタ面が被処理基板の成膜面に対向する空間を介して互いに対向するように各ターゲットを保持する各ターゲット保持部及び前記各ターゲット間の空間をプラズマを閉じ込める磁場空間とする各磁石をそれぞれ含む各カソード部と、前記各カソード部の被処理基板側の位置にそれぞれ配置される各シールド部と、を備えたミラートロンスパッタ装置であって、内部に水その他の冷媒が流されている冷却パイプであって、前記各シールド部中の被処理基板に最も近い部分又はその近傍に、被処理基板に対向するように且つ自らの長手方向が前記各ターゲットのスパッタ面と平行な方向又はそれに近い方向に沿うように、配置されている各冷却パイプ、を備えたものである。   In order to solve the above problems, a mirrortron sputtering apparatus with a substrate heating suppression function according to the present invention includes a vacuum vessel and each cathode portion disposed in the vacuum vessel, and a sputtering surface of each target is covered. Each cathode unit including each target holding unit that holds each target so as to face each other through a space facing the film formation surface of the processing substrate, and each magnet that uses the space between each target as a magnetic field space for confining plasma. And a mirrortron sputtering apparatus provided with each shield part disposed at a position on the substrate to be processed of each cathode part, and a cooling pipe in which water or other refrigerant is flowed. In the shield part, the part closest to the substrate to be processed or the vicinity thereof is opposed to the substrate to be processed and its longitudinal direction is the target. Along the sputtering surface in a direction parallel or a direction close thereto, those having a respective cooling pipes, which are arranged.

また、本発明による基板加熱抑制機能付きミラートロンスパッタ装置においては、前記各シールド部に、L字状、円弧状又はこれらに近似した形状の断面を有しており且つ自らの長手方向が前記各ターゲットのスパッタ面と平行な方向又はそれに近い方向に沿うように形成されている段差を形成し、この段差の上に前記冷却パイプを配置するようにしてもよい。   Further, in the mirrortron sputtering apparatus with a substrate heating suppressing function according to the present invention, each shield part has a cross section of an L shape, an arc shape, or a shape similar to these, and the longitudinal direction of each of the shield portions is the above. A step formed so as to be along a direction parallel to or close to the sputtering surface of the target may be formed, and the cooling pipe may be disposed on the step.

また、本発明による基板加熱抑制機能付きミラートロンスパッタ装置においては、前記各シールド部に、前記各シールド部の前記段差上に配置される前記冷却パイプ(第1の冷却パイプ)以外に、前記各シールド部中の前記各ターゲットの斜め上方の部分の上に配置される第2の冷却パイプを備えるようにしてもよい。   Further, in the mirrortron sputtering apparatus with a substrate heating suppression function according to the present invention, each of the shield parts, in addition to the cooling pipe (first cooling pipe) arranged on the step of the shield part, You may make it provide the 2nd cooling pipe arrange | positioned on the diagonally upper part of each said target in a shield part.

また、本発明による基板加熱抑制機能付きミラートロンスパッタ装置においては、前記各ターゲットに対向して配置された各ターゲットシールドをそれぞれ冷却するために、前記各ターゲットシールドの前記磁場空間側の位置に前記各ターゲットシールドと対向するように配置された各ターゲットシールド冷却パイプをさらに備えるようにしてもよい。   Further, in the mirrortron sputtering apparatus with a substrate heating suppression function according to the present invention, in order to cool each target shield arranged to face each target, the target shield is positioned at the position on the magnetic field space side. You may make it further provide each target shield cooling pipe arrange | positioned so that each target shield may be opposed.

本発明においては、前記各シールド部中の被処理基板に最も近い部分又はその近傍の部分に冷却パイプを配置するようにした。よって、本発明においては、スパッタ時間が長くなって前記シールド部が全体として加熱されてしまう場合でも、前記シールド部中の被処理基板に最も近い部分及びその周辺部分は前記冷却パイプにより部分的に冷却されるため、前記シールド部中の被処理基板に近い部分及びその周辺部分から基板に向けて大量の輻射熱が放射されることが有効に防止される。またシールド部全体ではなくシールド部中の一部(被処理基板に近い部分及びその周辺部分)だけを冷却する構成としたので装置を全体として複雑化しなくて済む。よって、本発明によれば、スパッタ時間が長くなって前記シールド部が全体として加熱されてしまう場合でも、前記シールド部の前記部分からの輻射熱により基板が高温化し基板上に成膜される有機膜が変性したり基板を構成する樹脂材が変形してしまうなどの不都合が生じることを、前記冷却パイプを前記シールド部の被処理基板に最も近い部分又はその近傍に配置するという簡単な構成を付加するだけで、容易に且つ装置全体を複雑化することなく、防止できるようになる。   In the present invention, the cooling pipe is arranged in a portion closest to the substrate to be processed in each shield portion or a portion in the vicinity thereof. Therefore, in the present invention, even when the sputtering time becomes long and the shield part is heated as a whole, the part closest to the substrate to be processed in the shield part and the peripheral part thereof are partially formed by the cooling pipe. Since it is cooled, it is effectively prevented that a large amount of radiant heat is radiated from the portion near the substrate to be processed in the shield portion and its peripheral portion toward the substrate. Further, since only a part of the shield part (a part close to the substrate to be processed and its peripheral part) is cooled, not the entire shield part, the apparatus does not have to be complicated as a whole. Therefore, according to the present invention, even when the sputtering time becomes long and the shield part is heated as a whole, the organic film is formed on the substrate due to the high temperature of the substrate due to the radiant heat from the part of the shield part. The simple structure that the cooling pipe is arranged in the vicinity of the substrate to be processed or in the vicinity thereof is added to the problem that the resin material constituting the substrate is deformed or the substrate is deformed. This makes it easy to prevent the entire apparatus from becoming complicated.

また、本発明において、前記各シールド部に、L字状、円弧状又はこれらに近似した形状の断面を有しており且つ自らの長手方向が前記各ターゲットのスパッタ面と平行な方向又はそれに近い方向に沿うように形成されている段差を形成し、この段差の上に前記冷却パイプを載置するようにしたときは、「シールド部に設けた冷却パイプがシールド部から基板方向に突出してしまい(スパッタされた粒子が基板方向に移動する空間中に、前記冷却パイプが突出するように存在してしまい)この突出した冷却パイプがスパッタ粒子の基板方向への移動を妨げてしまう」という不都合を回避できると共に、前記冷却パイプの前記シールド部への取り付け作業を効率化・容易化することができる。   Further, in the present invention, each shield part has a cross section of an L shape, an arc shape, or a shape similar thereto, and its longitudinal direction is parallel to or close to the sputtering surface of each target. When a step formed along the direction is formed and the cooling pipe is placed on this step, the cooling pipe provided in the shield portion protrudes from the shield portion toward the substrate. (In the space in which the sputtered particles move in the direction of the substrate, the cooling pipe protrudes. This protruding cooling pipe hinders the movement of the sputtered particles in the direction of the substrate). In addition to avoiding this, it is possible to make the work of attaching the cooling pipe to the shield part efficient and easy.

また、本発明において、前記各シールド部の前記段差上に冷却パイプ(第1の冷却パイプ)を配置するだけでなく、前記各シールド部中の前記各ターゲットの斜め上方の部分の上に第2の冷却パイプを配置するようにしたときは、前記シールド部中の被処理基板に近い部分及びその周辺部から基板に放射される輻射熱の量をより大きく低減でき、基板が高温化することをより確実に防止できるようになる。   Further, in the present invention, not only a cooling pipe (first cooling pipe) is disposed on the step of each shield part, but also a second part on the diagonally upper portion of each target in each shield part. When the cooling pipe is arranged, the amount of radiant heat radiated to the substrate from the portion near the substrate to be processed in the shield portion and its peripheral portion can be greatly reduced, and the temperature of the substrate can be increased. It can be surely prevented.

また、本発明において、前記各ターゲットシールドの前記磁場空間側に、各ターゲットシールド冷却パイプを備えるようにしたときは、スパッタ時間が長くなるような場合でも、前記各ターゲットシールドの加熱を抑えて、前記各ターゲットシールドからの輻射熱が基板に影響を与えることを防止できるようになる。   Moreover, in the present invention, when each target shield cooling pipe is provided on the magnetic field space side of each target shield, even when the sputtering time is prolonged, the heating of each target shield is suppressed, It becomes possible to prevent the radiant heat from each of the target shields from affecting the substrate.

本発明の実施形態に係るミラートロンスパッタ装置の概略を示す部分側面図である。It is a partial side view which shows the outline of the mirrortron sputtering device which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係るミラートロンスパッタ装置の概略を示す部分平面図である。It is a partial top view which shows the outline of the mirrortron sputtering device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るミラートロンスパッタ装置の概略を示す部分正面図である。It is a partial front view which shows the outline of the mirrortron sputtering device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るミラートロンスパッタ装置の概略を示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows the outline of the mirrortron sputtering device which concerns on this embodiment. 本発明者による、本実施形態の水冷パイプが有する、基板の温度上昇抑制効果の実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result of the temperature rise inhibitory effect which the water cooling pipe of this embodiment has by this inventor. 従来のミラートロンスパッタ装置の概略を示す部分側面図である。It is a partial side view which shows the outline of the conventional mirrortron sputtering device.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るミラートロンスパッタ装置の概略を示す部分側面図、図2はその部分平面図、図3はその部分正面図、図4はその部分斜視図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a partial side view schematically showing a mirrortron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial plan view thereof, FIG. 3 is a partial front view thereof, and FIG. 4 is a partial perspective view thereof.

図1〜4において、1は被処理体としての基板、2は基板1の成膜面1aに対向する空間Hを介して互いに各スパッタ面が対向するように配置される一対のターゲット、3は前記各ターゲット2をそれぞれ保持するターゲット保持部である。4は、前記各ターゲット2のスパッタ面に垂直な方向の磁界を発生させて、前記各ターゲット2間の空間を周辺部では磁束密度が高く中央部では磁束密度が低い磁場空間Hとするために、前記各ターゲット2の外周縁部又はその近傍の背面側(スパッタ面の反対側)にそれぞれ、互いに異なる磁極が対向するように配置される各磁石である。5は、前記各ターゲット2の外周縁部及びその近傍の非エロージョン領域にスパッタ粒子が付着、堆積したり前記領域がスパッタされたりすることを防止するために、前記各ターゲット2の磁場空間H側にそれぞれ配置されたターゲットシールドであって、前記各ターゲットのエロージョン領域と対向する部分が開口部5aとなっている、平面略リング状のターゲットシールドである。   1-4, 1 is a substrate as an object to be processed, 2 is a pair of targets arranged so that the respective sputtering surfaces face each other through a space H facing the film formation surface 1a of the substrate 1, A target holding unit for holding each of the targets 2. 4 for generating a magnetic field in a direction perpendicular to the sputtering surface of each target 2 so that the space between the targets 2 is a magnetic field space H having a high magnetic flux density in the peripheral portion and a low magnetic flux density in the central portion. The magnets are arranged such that different magnetic poles face each other on the outer peripheral edge of each target 2 or on the back side in the vicinity thereof (opposite the sputtering surface). 5 is a magnetic field space H side of each target 2 in order to prevent sputter particles from adhering to and depositing on the outer peripheral edge of each target 2 and the non-erosion region in the vicinity thereof, and to prevent the region from being sputtered. Each of the target shields is a substantially ring-shaped target shield in which a portion facing the erosion region of each target is an opening 5a.

また、図1〜4において、6は前記各ターゲット保持部3及び各磁石4などから成るカソード部の基板1側の位置に配置されるシールド部(ターゲット以外のものがスパッタされたり基板以外のものにスパッタ粒子が付着することなどを防止するために設けられるシールド部)、6aは前記シールド部6中の前記基板1に最も近い部分(図1では前記各ターゲット2の上方部分)に形成された断面略L字状の段差、7は前記段差6a上に配置されてこれに溶接・固定された断面四角形状の水冷パイプ、7aは前記水冷パイプ7中に冷媒としての水を流通させる配管、8は前記シールド部6中の前記各ターゲット2の斜め上方部分(前記段差6aの近傍部分)6bの上に載置されてこれに溶接・固定された断面四角形状の水冷パイプ、8aは前記水冷パイプ8中に冷媒としての水を流通させる配管、9は前記ターゲットシールド5の前記磁場空間H側に配置された平面略リング状のターゲットシールド用水冷パイプ、9aは前記ターゲットシールド用水冷パイプ9に冷媒としての水を流通させる配管である。なお、本実施形態において、図1〜4に関して説明した前記各要素は、いずれも真空容器(図示省略)内に配置されている。また図3では、前記配管7a,8a,9aなどは図示省略されている。   1 to 4, reference numeral 6 denotes a shield part (a part other than the target is sputtered or a part other than the substrate) disposed at a position on the substrate 1 side of the cathode part composed of each target holding part 3 and each magnet 4. , 6a is formed in a portion closest to the substrate 1 in the shield portion 6 (upper portion of each target 2 in FIG. 1). A step having an approximately L-shaped cross section, 7 is a water-cooled pipe having a quadrangular cross-section disposed on and welded to the step 6a, 7a is a pipe for circulating water as a coolant in the water-cooled pipe 7, 8 Is a water-cooled pipe having a quadrangular cross section placed on an obliquely upper portion (the vicinity of the step 6a) 6b of each target 2 in the shield portion 6 and welded and fixed thereto, 8a A pipe for circulating water as a refrigerant in the water-cooled pipe 8, 9 is a substantially ring-shaped target-shield water-cooled pipe disposed on the magnetic field space H side of the target shield 5, and 9 a is the target-shield water-cooled pipe 9. It is piping which distribute | circulates the water as a refrigerant | coolant. In the present embodiment, all the elements described with reference to FIGS. 1 to 4 are arranged in a vacuum vessel (not shown). In FIG. 3, the pipes 7a, 8a, 9a and the like are not shown.

次の本実施形態の動作を説明する。本実施形態に係るミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行うときは、前記真空容器(図示省略)内を真空とするため排気した後、前記磁場空間Hの近傍などに配置されたガス供給パイプ(図示省略)からアルゴンガス等の不活性ガスを供給し、その後、前記各ターゲット2を陰極とすべく直流電源(図示省略)から前記ターゲット2に電圧を印加し、前記各ターゲット2,2間に存在する不活性ガスをイオン化しプラズマ化させる。このようにして発生したプラズマは、前記磁場空間H内に閉じ込められた状態で前記各ターゲット2,2間を往復運動しながら前記各ターゲット2,2をスパッタする。スパッタされた粒子は、前記磁場空間Hから飛び出し、前記基板1の近傍などに配置されたガス供給パイプ(図示省略)から供給された酸素ガスや窒素ガス等の反応性ガスと反応した後、前記基板1の表面上に付着、堆積する。これにより、前記基板1の表面に薄膜が形成される。   Next, the operation of the present embodiment will be described. When performing sputtering using the Millertron sputtering apparatus according to the present embodiment, the gas supply pipe disposed in the vicinity of the magnetic field space H and the like after evacuating the vacuum container (not shown) to make a vacuum. An inert gas such as argon gas is supplied from (not shown), and then a voltage is applied to the target 2 from a DC power source (not shown) to make each target 2 a cathode. The inert gas present in the gas is ionized and turned into plasma. The plasma generated in this manner sputters the targets 2 and 2 while reciprocating between the targets 2 and 2 while being confined in the magnetic field space H. The sputtered particles jump out of the magnetic field space H and react with a reactive gas such as oxygen gas or nitrogen gas supplied from a gas supply pipe (not shown) disposed in the vicinity of the substrate 1. It adheres and deposits on the surface of the substrate 1. Thereby, a thin film is formed on the surface of the substrate 1.

本発明者は、前述のような本実施形態に係るミラートロンスパッタ装置に備えられた前記水冷パイプ(図1の7,8参照)の、基板の温度上昇に対する抑制効果の実験を、行った。本実験においては、本実施形態の装置を使用して基板へのCu成膜を行う場合に、前記水冷パイプ(図1の7,8参照)へ冷却水を流す場合と流さない場合とで、基板温度の変化を確認した。具体的には、下表1に示すような成膜条件で、すなわちスパッタ電流を5A,10A,15A,20Aと順次変化させたときのそれぞれの基板の温度を、水冷ONと水冷OFFの場合のそれぞれについて、サーモラベルで計測し、グラフにプロットした。計測する各場合の条件を同等とするため、前記各スパッタ電流値での各成膜前に、その電流値での30分のエージングを行った。   The inventor conducted an experiment on the effect of suppressing the temperature rise of the substrate of the water-cooled pipe (see FIGS. 7 and 8 in FIG. 1) provided in the mirrortron sputtering apparatus according to the present embodiment as described above. In this experiment, when performing Cu film formation on the substrate using the apparatus of the present embodiment, depending on whether or not to flow cooling water to the water cooling pipe (see 7 and 8 in FIG. 1), Changes in the substrate temperature were confirmed. Specifically, under the film forming conditions as shown in Table 1 below, that is, when the sputtering current is sequentially changed to 5A, 10A, 15A, and 20A, the temperature of each substrate is the case of water cooling ON and water cooling OFF. Each was measured with a thermolabel and plotted on a graph. In order to make the conditions for each measurement equal, aging for 30 minutes at each current value was performed before each film formation at each sputtering current value.

Figure 2016216767
Figure 2016216767

本実験結果においては、図5に示すとおり、前記水冷パイプ(図1の7,8参照)へ冷却水を流通させた場合は、前記水冷パイプ(図1の7,8参照)へ冷却水を流通させなかった場合と比較して、基板温度の上昇が有効に抑制されること、特にスパッタ電流が高くなるにつれて水冷の効果により基板の温度上昇が大きく抑制されることが確認できた。   In this experimental result, as shown in FIG. 5, when cooling water is circulated through the water cooling pipe (see FIGS. 7 and 8), the cooling water is supplied to the water cooling pipe (see FIGS. 7 and 8). It was confirmed that the substrate temperature increase was effectively suppressed as compared with the case where the substrate was not circulated, and that the substrate temperature increase was largely suppressed by the effect of water cooling as the sputtering current increased.

以上のように、本実施形態においては、前記各シールド部6中の基板1に最も近い部分に形成された段差6a上に冷却パイプ7を配置し溶接・固定するようにしたので、スパッタ時間が長くなって前記シールド部6が全体として加熱されてしまう場合でも、少なくとも前記シールド部6中の基板1に最も近い部分及びその周辺部分(前記段差6aの周辺部分)は、前記冷却パイプ7中を流れる冷却水が前記部分の熱を持ち去るため、部分的に冷却される。その結果、本実施形態では、前記シールド部6中の基板1に近い部分及びその周辺部分から基板1に向けて大量の輻射熱が放射されることが、有効に防止される。よって、本実施形態によれば、スパッタ時間が長くなって前記シールド部6が全体として加熱されてしまう場合でも、前記シールド部6の前記部分からの輻射熱により基板1が高温化して基板1上に成膜されている有機膜が変性したり基板1を構成する樹脂材が変形してしまうなどの不都合が生じることを、前記冷却パイプ7を前記シールド部6の基板1に最も近い部分又はその近傍に配置するという簡単な構成を付加するだけで、容易に且つ装置全体を複雑化することなく、防止できるようになる。   As described above, in the present embodiment, the cooling pipe 7 is arranged on the step 6a formed in the portion closest to the substrate 1 in each shield portion 6 and is welded and fixed. Even when the shield portion 6 is heated as a whole as a whole, at least a portion of the shield portion 6 closest to the substrate 1 and its peripheral portion (peripheral portion of the step 6a) pass through the cooling pipe 7. Since the flowing cooling water takes away the heat of the part, it is partially cooled. As a result, in this embodiment, it is effectively prevented that a large amount of radiant heat is radiated from the portion near the substrate 1 in the shield portion 6 and the peripheral portion toward the substrate 1. Therefore, according to the present embodiment, even when the sputtering time becomes long and the shield part 6 is heated as a whole, the substrate 1 is heated by the radiant heat from the part of the shield part 6, so that it is on the substrate 1. Inconvenience that the formed organic film is denatured or the resin material constituting the substrate 1 is deformed, the cooling pipe 7 is the portion of the shield portion 6 closest to the substrate 1 or its vicinity. It is possible to easily prevent the entire apparatus from being complicated only by adding a simple configuration.

また、本実施形態においては、前記各シールド部6に、L字状、円弧状又はこれらに近似した形状の断面を有しており且つその長手方向が前記各ターゲットのスパッタ面と平行な方向又はそれに近い方向に沿うように形成されている段差6aをそれぞれ形成し、この各段差6a上に前記各冷却パイプ7をそれぞれ配置するようにしたので、前記各冷却パイプ7が前記各シールド部6から基板1方向に突出してしまいこの突出した各冷却パイプ7がスパッタ粒子の基板1方向への移動を妨げてしまうなどの不都合を回避できると共に、前記各冷却パイプ7の前記各シールド部6への取り付け作業を効率化・容易化することができる。   Further, in the present embodiment, each shield portion 6 has a cross section of an L shape, an arc shape, or a shape similar to these, and the longitudinal direction thereof is a direction parallel to the sputtering surface of each target or Since each step 6a formed so as to be along a direction close thereto is formed and each cooling pipe 7 is arranged on each step 6a, each cooling pipe 7 is connected to each shield portion 6 from each shield portion 6. It is possible to avoid inconveniences such as projecting in the direction of the substrate 1 and preventing the projected cooling pipes 7 from moving the sputtered particles in the direction of the substrate 1, and attaching the cooling pipes 7 to the shield portions 6. Work can be made more efficient and easier.

また、本実施形態においては、前記各シールド部6の前記段差6a上に各冷却パイプ7を配置するだけでなく、前記各シールド部6中の前記各ターゲット2の斜め上方の部分6b(前記段差6aの近傍の部分)の上にも各冷却パイプ8を配置するようにしたので、前記各シールド部6中の基板1に近い部分及びその周辺部分から基板1に放射される輻射熱の量を、より大きく低減でき、基板1が高温化することをより確実に防止できるようになる。   Further, in the present embodiment, not only the cooling pipes 7 are arranged on the steps 6a of the shield portions 6, but also the portions 6b (the steps) obliquely above the targets 2 in the shield portions 6. Since each cooling pipe 8 is also arranged on the portion near 6a), the amount of radiant heat radiated to the substrate 1 from the portion close to the substrate 1 in each shield portion 6 and the peripheral portion thereof, Thus, the temperature of the substrate 1 can be prevented more reliably.

また、本実施形態においては、前記各ターゲットシールド5の前記磁場空間H側に、各ターゲットシールド冷却パイプ9を備えるようにしたので、スパッタ時間が長くなるような場合でも、前記各ターゲットシールド5の加熱を抑えて、前記各ターゲットシールド5からの輻射熱が基板1に影響を与えることを防止できるようになる。   Further, in the present embodiment, since each target shield cooling pipe 9 is provided on the magnetic field space H side of each target shield 5, even when the sputtering time becomes long, the target shield 5. By suppressing the heating, it is possible to prevent the radiant heat from each target shield 5 from affecting the substrate 1.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態として述べたものに限定されるものではなく、様々な修正及び変更が可能である。例えば、前記実施形態においては、シールド部6中のターゲット2の上方部分(基板1に最も近い部分)に断面略L字状の段差6aを形成し、この段差6a上に断面四角形状の冷却パイプ7を配置・固定するようにしたが、本発明ではこれに限られるものではなく、例えばシールド部6中の上記部分に断面円弧状の段差を形成し、この段差上に断面円形状の冷却パイプを配置・固定するようにしてもよい。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes can be made. For example, in the above-described embodiment, a step 6a having a substantially L-shaped cross section is formed in the upper portion of the target 2 in the shield portion 6 (the portion closest to the substrate 1), and a cooling pipe having a square cross section is formed on the step 6a. However, the present invention is not limited to this. For example, a step having an arcuate cross section is formed in the above-mentioned portion in the shield part 6, and a cooling pipe having a circular cross section is formed on the step. May be arranged and fixed.

1 基板
1a 成膜面
2 ターゲット
3 ターゲット保持部
4 磁石
5 ターゲットシールド
5a 開口部
6 シールド部
6a 段差
6b シールド部中のターゲットの斜め上方の部分
7,8 水冷パイプ
9 ターゲットシールド用水冷パイプ
7a,8a,9a 配管
H 磁場空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 1a Film-forming surface 2 Target 3 Target holding part 4 Magnet 5 Target shield 5a Opening part 6 Shield part 6a Step 6b The part 7 and 8 water cooling pipe 9 of the target in the shield part Water cooling pipe 7a and 8a for target shields 9a Piping H Magnetic field space

Claims (4)

真空容器と、前記真空容器内に配置される各カソード部であって、各ターゲットのスパッタ面が被処理基板の成膜面に対向する空間を介して互いに対向するように各ターゲットを保持する各ターゲット保持部及び前記各ターゲット間の空間をプラズマを閉じ込める磁場空間とする各磁石をそれぞれ含む各カソード部と、前記各カソード部の被処理基板側の位置にそれぞれ配置される各シールド部と、を備えたミラートロンスパッタ装置であって、
内部に水その他の冷媒が流されている冷却パイプであって、前記各シールド部中の被処理基板に最も近い部分又はその近傍に、被処理基板に対向するように且つ自らの長手方向が前記各ターゲットのスパッタ面と平行な方向又はそれに近い方向に沿うように、配置されている各冷却パイプ、を備えた基板加熱抑制機能付きミラートロンスパッタ装置。
A vacuum vessel and cathodes disposed in the vacuum vessel, each holding the target such that the sputtering surface of each target faces each other through a space facing the film formation surface of the substrate to be processed Cathode portions each including magnets that make the space between each target holding portion and each target a magnetic field space for confining plasma, and each shield portion disposed at a position of each cathode portion on the substrate to be processed. A mirrortron sputtering apparatus comprising:
It is a cooling pipe in which water or other refrigerant is flowed inside, in the portion closest to the substrate to be processed in each shield part or in the vicinity thereof, and the longitudinal direction of the cooling pipe is opposed to the substrate to be processed. A mirrortron sputtering apparatus with a substrate heating suppression function, comprising cooling pipes arranged so as to be along a direction parallel to or near the sputtering surface of each target.
前記各シールド部には、L字状、円弧状又はこれらに近似した形状の断面を有しており且つ自らの長手方向が前記各ターゲットのスパッタ面と平行な方向又はそれに近い方向に沿うように形成されている段差が形成されており、前記段差の上に前記冷却パイプが配置されている、請求項1に記載の基板加熱抑制機能付きミラートロンスパッタ装置。   Each shield part has an L-shape, a circular arc shape, or a cross-section similar to these, and the longitudinal direction of the shield part is along a direction parallel to or close to the sputtering surface of each target. The mirrortron sputtering apparatus with a substrate heating suppressing function according to claim 1, wherein the formed step is formed, and the cooling pipe is disposed on the step. 前記各シールド部には、前記各シールド部の前記段差上に配置される前記冷却パイプ(第1の冷却パイプ)以外に、前記各シールド部中の前記各ターゲットの斜め上方の部分の上に配置される第2の冷却パイプが備えられている、請求項2に記載の基板加熱抑制機能付きミラートロンスパッタ装置。   In addition to the cooling pipes (first cooling pipes) arranged on the steps of the shield parts, the shield parts are arranged on portions diagonally above the targets in the shield parts. The mirrortron sputtering apparatus with a substrate heating suppression function according to claim 2, wherein the second cooling pipe is provided. 前記各ターゲットに対向して配置された各ターゲットシールドをそれぞれ冷却するために、前記各ターゲットシールドの前記磁場空間側の位置に前記各ターゲットシールドと対向するように配置された各ターゲットシールド冷却パイプを、さらに備えた、請求項1から3までのいずれかに記載の基板加熱抑制機能付きミラートロンスパッタ装置。
In order to cool each target shield arranged to face each target, each target shield cooling pipe arranged to face each target shield at a position on the magnetic field space side of each target shield. The mirrortron sputtering apparatus with a substrate heating suppressing function according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
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