JP2006241598A - Sputtering system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a bottom coverage rate while maintaining a required film deposition rate even in the case of a large substrate. <P>SOLUTION: In a magnet mechanism 4 composing a cathode 2, leakage lines of magnetic force going from one part in the surface of a target 5 and entering the other part in the surface of the target 5 is circularly ranged onto the surface of the target 5, so as to set a plurality of circular magnetic fields. In this way, a plurality of erosion regions 50 made into circular shape upon the stillness of the magnet mechanism 4 are formed without being crossed. Among the erosion regions 50, in the part on which sputter particles are made incident from the deepest part of the erosion at the widest incident angle, the incident angle is made narrow compared with the case of one erosion region. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本願の発明は、スパッタリング装置、特に、半導体集積回路等の製作の際の成膜工程で使用されるスパッタリング装置に関する。   The invention of the present application relates to a sputtering apparatus, and more particularly to a sputtering apparatus used in a film forming process in manufacturing a semiconductor integrated circuit or the like.

スパッタリングによる薄膜作成、とりわけ高集積化した半導体デバイスの製作における成膜工程に用いられるスパッタリングでは、高アスペクト比の微細ホール底部へ被覆性よく成膜すること、即ちボトムカバレッジ率の向上が強く求められている。
こうした要求に対して、入射角の小さなスパッタ粒子のみを微細ホールに入射させて成膜する工夫がなされてきた。この一つが、コリメートスパッタと呼ばれるものである。
Thin film formation by sputtering, especially sputtering used in the film formation process in the production of highly integrated semiconductor devices, requires a high coverage on the bottom of fine holes with a high aspect ratio, that is, improved bottom coverage. ing.
In response to such demands, a device has been devised in which only sputtered particles having a small incident angle are incident on a fine hole to form a film. One of these is called collimated sputtering.

図10は、ボトムカバレッジ率を向上させた従来のスパッタリング装置の一例であるコリメートスパッタリング装置の概略を説明した図である。図10に示す装置は、真空容器1内にカソード2と基板ホルダ3とを対向配置している。カソード2は、磁石機構4と、磁石機構4の前側に配設されたターゲット5とから構成され、基板ホルダ3の前面には成膜する基板30が載置される。
そして、カソード2と基板ホルダ3との間の空間には、コリメーター6が設けられる。コリメーター6は、基板30に対して垂直な方向(以下、軸方向)が高さ方向となるような小さな筒状の部材をセグメント状に多数配置した構造であり、軸方向に沿ったスパッタ粒子の流路がセグメント状に多数形成されるようにしている。このような構造であり、しばしば「格子状」又は「蜂の巣状」等と称せられる。
FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of a collimated sputtering apparatus which is an example of a conventional sputtering apparatus with an improved bottom coverage rate. In the apparatus shown in FIG. 10, a cathode 2 and a substrate holder 3 are disposed to face each other in a vacuum vessel 1. The cathode 2 includes a magnet mechanism 4 and a target 5 disposed on the front side of the magnet mechanism 4, and a substrate 30 on which a film is formed is placed on the front surface of the substrate holder 3.
A collimator 6 is provided in the space between the cathode 2 and the substrate holder 3. The collimator 6 has a structure in which a large number of small cylindrical members are arranged in a segment shape such that a direction perpendicular to the substrate 30 (hereinafter referred to as an axial direction) is a height direction, and sputter particles along the axial direction. A large number of flow paths are formed in segments. Such a structure is often referred to as “lattice” or “honeycomb”.

ターゲット5から放出されるスパッタ粒子は余弦則に従う分布を持っているため、コリメーター6には入射角の大きなスパッタ粒子も多く入射する。しかし、このようなスパッタ粒子の多くは、コリメーター6の各流路の壁面の部分に付着するため、結果的にコリメーター6の部分を出射するスパッタ粒子は、出射角の小さなものがほとんどとなる。このため、基板30には入射角の小さなもののみが入射するようになり、基板30の表面に形成された微細ホールの底部に対する被覆性が向上する。
しかしながら、上記コリメートスパッタリング装置では、コリメーター6へのスパッタ粒子の付着によって、コリメーター6の各流路の断面積が小さくなり、コリメーター6を通過できるスパッタ粒子の量が経時的に減少する。このため、スパッタ速度が経時的に低下してしまう。
Since the sputtered particles emitted from the target 5 have a distribution according to the cosine law, many sputtered particles having a large incident angle also enter the collimator 6. However, since many of such sputtered particles adhere to the wall portion of each flow path of the collimator 6, as a result, most of the sputtered particles that exit the collimator 6 have a small emission angle. Become. For this reason, only a small incident angle is incident on the substrate 30 and the coverage of the bottom of the fine holes formed on the surface of the substrate 30 is improved.
However, in the collimating sputtering apparatus, the cross-sectional area of each flow path of the collimator 6 is reduced due to adhesion of the sputtered particles to the collimator 6, and the amount of sputtered particles that can pass through the collimator 6 decreases with time. For this reason, the sputtering rate decreases with time.

このような問題のない高ボトムカバレッジ率のスパッタリング装置として、ターゲット−基板間の距離(以下、TS距離)を長く(従来比3〜6倍)した低圧遠隔スパッタリング装置と呼ばれる装置が最近開発されている。図11は、従来のスパッタリング装置の他の例である低圧遠隔スパッタリング装置の概略を説明した図である。
図11に示す装置は、図10と同様、真空容器1の内部にカソード2と基板ホルダ3を対向配設し、磁石機構4の前側にターゲット5を設けるとともに基板ホルダ3の前面に基板を載置するようにする。TS距離は、例えば150mm〜360mm程度とされる。また、真空容器1内の圧力は、従来より低く1mTorr程度以下としている。これは、スパッタ粒子の平均自由行程を長くしてスパッタ粒子の散乱を少なくするためである。スパッタ粒子の散乱が少なく結果、基板にほぼ垂直な向きに多くスパッタ粒子を入射させることが可能になり、微小ホールのボトムカバレッジ率を向上させることができる。
具体例を述べると、例えば特開平7−292474号公報では、ターゲット直径250mm、基板直径200mm、TS距離300mm、圧力3×10-2Paの条件で、ボトムカバレッジ率の向上が見られるとしている。
特開平04−074861号公報 特開昭62−001865号公報 特開平05−209267号公報 特開平07−292474号公報
As a sputtering apparatus having a high bottom coverage rate without such a problem, an apparatus called a low-pressure remote sputtering apparatus having a long target-to-substrate distance (hereinafter referred to as TS distance) (3 to 6 times the conventional) has been recently developed. Yes. FIG. 11 is a diagram illustrating an outline of a low-pressure remote sputtering apparatus which is another example of a conventional sputtering apparatus.
In the apparatus shown in FIG. 11, as in FIG. 10, the cathode 2 and the substrate holder 3 are disposed opposite to each other inside the vacuum vessel 1, the target 5 is provided on the front side of the magnet mechanism 4, and the substrate is mounted on the front surface of the substrate holder 3. To place. The TS distance is, for example, about 150 mm to 360 mm. Moreover, the pressure in the vacuum vessel 1 is lower than that of the prior art and is about 1 mTorr or less. This is to increase the mean free path of the sputtered particles and reduce the scattering of the sputtered particles. As a result of less scattering of sputtered particles, more sputtered particles can be incident in a direction substantially perpendicular to the substrate, and the bottom coverage rate of minute holes can be improved.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-292474 discloses that the bottom coverage rate is improved under the conditions of a target diameter of 250 mm, a substrate diameter of 200 mm, a TS distance of 300 mm, and a pressure of 3 × 10 −2 Pa.
Japanese Patent Laid-Open No. 04-074861 JP-A-62-2001865 Japanese Patent Laid-Open No. 05-209267 JP 07-292474 A

しかしながら、上記公報の表3に記載されている通り、ボトムカバレッジ率向上のためTS距離を長くすると、成膜速度が大幅に減少する。このため、低圧遠隔スパッタは、256メガビット以降のプロセス(線幅0.25μm,アスペクト比4〜6)における微細ホールへの成膜に有効であるとされつつも、生産性の点で課題を残している。成膜速度を上げるためTS距離を近づけると、ボトムカバレッジ率が低下するため、256メガビット以降のプロセスへの適用が困難となる。つまり、低圧遠隔スパッタにおいて、成膜速度とボトムカバレッジ率は、トレードオフの関係にあり、両立しない。   However, as described in Table 3 of the above publication, when the TS distance is increased in order to improve the bottom coverage rate, the film formation rate is significantly reduced. For this reason, low-pressure remote sputtering is effective for forming a fine hole in a process after 256 megabits (line width: 0.25 μm, aspect ratio: 4 to 6), but remains a problem in terms of productivity. ing. When the TS distance is shortened in order to increase the film formation speed, the bottom coverage rate decreases, so that it is difficult to apply to processes of 256 megabits and beyond. That is, in low-pressure remote sputtering, the film formation rate and the bottom coverage rate are in a trade-off relationship and are not compatible.

一方、スパッタプロセスに要請されている別の点は、基板の大型化への対応である。上述のような半導体デバイスのプロセスでは、一枚の基板から産出されるデバイスの数を多くして生産性を向上させるため、基板サイズは大型化する傾向がある。また、液晶ディスプレイを製作する際のガラス基板へのスパッタプロセスでも、表示面積を大きくするため基板が大型化する傾向がある。
このような基板サイズの大型化は、上記低圧遠隔スパッタにおけるTS距離や成膜速度のファクターに複雑に絡み合ってくる。
まず、基板サイズが大型化すると、前述のような低圧遠隔スパッタでも、中心から離れた基板の周辺部では、ボトムカバレッジ率が不十分になるという問題が生ずる。この点を図12及び図13を使用して説明する。
On the other hand, another point required for the sputtering process is to cope with an increase in the size of the substrate. In the semiconductor device process as described above, since the number of devices produced from one substrate is increased to improve productivity, the substrate size tends to increase. Also, in the sputtering process on a glass substrate when manufacturing a liquid crystal display, the substrate tends to be enlarged in order to increase the display area.
Such an increase in substrate size is intricately intertwined with factors such as TS distance and film formation speed in the low-pressure remote sputtering.
First, when the substrate size is increased, there arises a problem that the bottom coverage rate becomes insufficient in the peripheral portion of the substrate far from the center even in the low-pressure remote sputtering as described above. This point will be described with reference to FIGS.

図12及び図13は、図11に示す装置を使用して、大型の基板に成膜する場合の問題点を説明した図であり、図12は装置中のターゲットと基板の部分図、図13は、基板の中心付近及び周辺部のボトムカバレッジ率を示した断面図である。
図12に示すように、ターゲット5と基板30とは平行に対向して配置され、その中心軸20(中心を通り表面に垂直な軸)は同一直線上に位置する。尚、図12には、中心軸20から片側の部分が例示されている。
12 and 13 are diagrams for explaining problems in forming a film on a large substrate using the apparatus shown in FIG. 11. FIG. 12 is a partial view of a target and a substrate in the apparatus. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the bottom coverage ratio in the vicinity of the center and the periphery of the substrate.
As shown in FIG. 12, the target 5 and the substrate 30 are arranged to face each other in parallel, and the central axis 20 (the axis passing through the center and perpendicular to the surface) is located on the same straight line. FIG. 12 illustrates a portion on one side from the central axis 20.

スパッタが行われると、ターゲット5の表面には図12に斜線で示すようなエロージョン(侵食)が生ずる。この際、基板30に形成された微小ホール301への成膜の状態は、中心付近と周辺部とでは、図13に示すように異なる。即ち、図13(A)に示すように、基板30の中心付近では、微小ホール301の底部に被覆性よく膜302が堆積する。しかしながら、ターゲット5の径より大きな部分の基板30の周辺部では、図13(B)に示すように、中心軸側から大きな入射角で入射するスパッタ粒子が多くなるため、微細ホール301のうち、基板30の周縁側の壁面には膜302が堆積するものの、中心軸側の壁面や底面には堆積しない状態となる。
このような状態は、コンタクトホール内面へのバリアメタル(拡散防止膜)の形成などの場合に致命的な欠陥となってしまう。従って、基板が大型化する場合、それに応じてターゲットを大型化させなければならない。
When the sputtering is performed, erosion (erosion) as shown by hatching in FIG. 12 occurs on the surface of the target 5. At this time, the state of film formation on the minute hole 301 formed in the substrate 30 differs between the vicinity of the center and the peripheral portion as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 13A, in the vicinity of the center of the substrate 30, a film 302 is deposited on the bottom of the minute hole 301 with good coverage. However, in the peripheral portion of the substrate 30 that is larger than the diameter of the target 5, as shown in FIG. 13B, the number of sputtered particles incident at a large incident angle from the central axis side increases. Although the film 302 is deposited on the peripheral wall surface of the substrate 30, it is not deposited on the wall surface and bottom surface on the central axis side.
Such a state becomes a fatal defect in the case of forming a barrier metal (diffusion prevention film) on the inner surface of the contact hole. Therefore, when the substrate is enlarged, the target must be enlarged accordingly.

さて、このような基板の大型化の問題が、前述した成膜速度とボトムカバレッジ率のために必要なTS距離との非両立性の問題に複雑に絡み合い、問題をさらに増長させる。この点を、出願人の社内的なデータを使用しながら説明する。
図14から図17は、低圧遠隔スパッタに関する実験データを示したものである。このうち図14は、ボトムカバレッジ率の圧力及びTS距離依存性を示すデータであり、図15は、得られた薄膜のシート抵抗分布の圧力及びTS距離依存性を示すデータである。また、図16及び図17は、アスペクト比に対するボトムカバレッジ率の関係を示すデータであり、図16がTS距離340mm、図17がTS距離が260mmの場合のデータである。尚、これらのデータは、基板直径6インチ、ターゲット直径269mmの条件で得られている。
Now, such a problem of increasing the size of the substrate is intricately entangled with the above-mentioned problem of incompatibility between the film formation speed and the TS distance necessary for the bottom coverage rate, and the problem is further increased. This will be explained using the applicant's internal data.
14 to 17 show experimental data on low-pressure remote sputtering. Among these, FIG. 14 is data showing the pressure and TS distance dependency of the bottom coverage rate, and FIG. 15 is data showing the pressure and TS distance dependency of the sheet resistance distribution of the obtained thin film. 16 and 17 are data showing the relationship of the bottom coverage ratio with respect to the aspect ratio. FIG. 16 shows data when the TS distance is 340 mm, and FIG. 17 shows data when the TS distance is 260 mm. These data are obtained under conditions of a substrate diameter of 6 inches and a target diameter of 269 mm.

まず、図14に示すように、低圧側においてボトムカバレッジ率の向上が見られ、TS距離65mmに比べTS距離100mmの場合に高いボトムカバレッジ率が得られている。また、基板の中心付近に比べ、周辺部において高いボトムカバレッジ率が得られている。
また、図15に示すように、TS距離を長くするとシート抵抗分布の均一性が悪化する傾向があるが、圧力を低くするとこの傾向は緩和される。即ち、2.0mTorr以下にすると、TS距離を長くしてもシート抵抗分布は殆ど変化していない。
First, as shown in FIG. 14, the bottom coverage rate is improved on the low pressure side, and a higher bottom coverage rate is obtained when the TS distance is 100 mm compared to the TS distance of 65 mm. Further, a higher bottom coverage rate is obtained in the peripheral portion than in the vicinity of the center of the substrate.
Further, as shown in FIG. 15, when the TS distance is increased, the uniformity of the sheet resistance distribution tends to deteriorate, but when the pressure is decreased, this tendency is alleviated. That is, when the length is 2.0 mTorr or less, the sheet resistance distribution hardly changes even when the TS distance is increased.

次に、アスペクト比とボトムカバレッジ率の関係を見ると、図16に示す様に、アスペクト比2において40〜45%のボトムカバレッジ率が得られている。一般的にボトムカバレッジ率は15%程度あればデバイスの諸特性において問題が無いといわれており、このようなことからも低圧遠隔スパッタ法は格段に優れた技術であることが分かる。ちなみに、図10に示すようなコリメートスパッタリング装置による場合、ボトムカバレッジ率は15%程度であり、これと比べると低圧遠隔スパッタ法の優秀性が改めて分かる。   Next, looking at the relationship between the aspect ratio and the bottom coverage ratio, a bottom coverage ratio of 40 to 45% is obtained at an aspect ratio of 2, as shown in FIG. Generally, if the bottom coverage ratio is about 15%, it is said that there are no problems in various characteristics of the device. From this, it can be seen that the low-pressure remote sputtering method is a remarkably excellent technique. Incidentally, in the case of the collimated sputtering apparatus as shown in FIG. 10, the bottom coverage rate is about 15%, and the superiority of the low-pressure remote sputtering method can be seen again compared with this.

尚、図16中、○印は基板の中心付近のボトムカバレッジ率を示し、●印は周辺部のボトムカバレッジ率を示している。両データとも殆ど同一線上に並んでおり、基板の面内におけるボトムカバレッジ率は高い均一性を維持していることが分かる。尚、成膜速度は、コリメートスパッタ法と同程度の600オングストローム毎分程度であり、従来のスパッタに比べて約1/3〜1/4程に低下してしまっている。
一方、TS距離を260mmに縮めると、成膜速度は1000オングストローム毎分に改善されるが、図17に示すように、ボトムカバレッジ率はアスペクト比2で28〜35%程度まで減少してしまう。ただ、この場合でも、コリメートスパッタ法の15%よりは高い。
In FIG. 16, the ◯ marks indicate the bottom coverage rate near the center of the substrate, and the ● marks indicate the bottom coverage rate at the periphery. Both data are almost aligned on the same line, and it can be seen that the bottom coverage rate in the plane of the substrate maintains high uniformity. The deposition rate is about 600 angstroms per minute, which is the same as that of the collimated sputtering method, and is reduced to about 1/3 to 1/4 compared with the conventional sputtering.
On the other hand, when the TS distance is shortened to 260 mm, the deposition rate is improved to 1000 angstroms per minute, but the bottom coverage ratio is reduced to about 28 to 35% at an aspect ratio of 2, as shown in FIG. However, even in this case, it is higher than 15% of the collimated sputtering method.

さて、これらの結果から、基板が大型化して例えば直径300mmになった場合、ボトムカバレッジ率や成膜速度がどうなるかを検討する。図18は、基板の大型化がボトムカバレッジ率及び成膜速度に与える影響について検討した結果の図である。尚、図18において、ターゲット5におけるエロージョンの断面形状が斜線で示されている。
まず、図17に示した通り、ターゲット直径269mm、TS距離340mmの条件により、優れたボトムカバレッジ率が得られる(図18(a))。これは、基板30がターゲット5より小さい直径8インチの場合も同様である。
次に、基板30がターゲット5よりも大きい300mmになった場合、前述したようにターゲット5も基板30と同程度まで大型化させる必要がある。この場合、同様のボトムカバレッジ率を得るためには、TS距離をさらに長くしなければならないと考えられる。
Now, from these results, it will be examined what happens to the bottom coverage rate and the film formation rate when the substrate is enlarged to a diameter of, for example, 300 mm. FIG. 18 is a diagram showing the results of studying the influence of the increase in the size of the substrate on the bottom coverage rate and the deposition rate. In FIG. 18, the cross-sectional shape of erosion in the target 5 is indicated by oblique lines.
First, as shown in FIG. 17, an excellent bottom coverage rate can be obtained under the conditions of a target diameter of 269 mm and a TS distance of 340 mm (FIG. 18A). This is the same when the substrate 30 has a diameter of 8 inches smaller than the target 5.
Next, when the substrate 30 becomes 300 mm larger than the target 5, it is necessary to enlarge the target 5 to the same extent as the substrate 30 as described above. In this case, in order to obtain the same bottom coverage rate, it is considered that the TS distance must be further increased.

上記の点を、エロージョン最深部からのスパッタ粒子の飛行経路に代表させて説明する。多くのスパッタリングでは、ターゲット上のエロージョンが生ずる領域(以下、エロージョン領域)のうち、ターゲットの径方向における特定の部分が最も深く侵食される傾向があり(以下、この部分をエロージョン最深部とよぶ)、この部分から放出されるスパッタ粒子が成膜状況に最も支配的な影響を与える。このようなエロージョン最深部の形状は、現在主流である平板マグネトロンスパッタリング等では、エロージョン領域が周状であることから、多くの場合周状の形状を描く。
図19及び図20は、エロージョン最深部が周状となる点について説明した図であり、図19が従来の装置における磁石機構の斜視概略図、図20が従来の装置におけるカソードの斜視概略図である。図10や図11のような装置では、平板状のターゲット5の裏側に配設された磁石機構4は、円盤状のヨーク411の上に固定された中央の柱状の中心磁石412と中心磁石412を間隙をおいて取り囲む筒状の周辺磁石413とから構成されている。
The above point will be described by representing the flight path of sputtered particles from the deepest part of the erosion. In many sputtering, a specific portion in the radial direction of the target tends to be eroded most deeply in a region where erosion occurs on the target (hereinafter referred to as erosion region) (hereinafter, this portion is referred to as the deepest erosion portion). The sputtered particles emitted from this portion have the most dominant influence on the film formation state. The shape of the deepest part of erosion is drawn in many cases because the erosion region is circumferential in flat-plate magnetron sputtering or the like which is currently mainstream.
19 and 20 are diagrams for explaining the point where the deepest erosion portion has a circumferential shape. FIG. 19 is a schematic perspective view of a magnet mechanism in a conventional apparatus, and FIG. 20 is a schematic perspective view of a cathode in the conventional apparatus. is there. 10 and 11, the magnet mechanism 4 disposed on the back side of the flat target 5 includes a central columnar central magnet 412 and a central magnet 412 fixed on a disk-shaped yoke 411. And a cylindrical peripheral magnet 413 that surrounds with a gap.

中心磁石412の前面と周辺磁石413の前面とは異なる磁極が現れるようようになっておいる。例えば中心磁石412がN極であり、周辺磁石413がS極である場合、中心磁石412から出た磁力線は、ターゲット5を透過してターゲット5の表面のある場所から出て漏洩し、図19及び図20に示すように弧状に膨らんだ後、ターゲット5の表面の他の場所に入り、ターゲット5を透過して周辺磁石413に達する。そして、このような漏洩磁力線は、中心磁石412と周辺磁石413との間隙部分の形状に沿って連なり、図19及び図20に示すような周状磁界が形成される。   Different magnetic poles appear on the front surface of the central magnet 412 and the front surface of the peripheral magnet 413. For example, when the center magnet 412 has an N-pole and the peripheral magnet 413 has an S-pole, the magnetic field lines emitted from the center magnet 412 pass through the target 5 and leak out from a place on the surface of the target 5, and FIG. As shown in FIG. 20, after swelling in an arc shape, it enters another place on the surface of the target 5, passes through the target 5 and reaches the peripheral magnet 413. Such leakage lines of magnetic force continue along the shape of the gap between the center magnet 412 and the peripheral magnet 413, and a circumferential magnetic field as shown in FIGS. 19 and 20 is formed.

マグネトロンスパッタリングなど、磁界の作用を利用したスパッタリングでは、磁界によって電子を捉えて、気体分子の電離効率を向上させている。従って、イオンによってターゲット5がスパッタされる領域即ちエロージョン領域50の形状は、磁界の形状に相応したものとなり、周状磁界を設定する上記の例では周状になる。
また、マグネトロンスパッタリングでは、電界と磁界が直交する部分で電子がマグネトロン運動を行い、電離効率は最高となる。従って、図19及び図20に示すような構成では、弧状の漏洩磁力線の頂上の部分で電界と磁界の直交関係が成立し、この部分の下方の部分に強いエロージョンを生ずる傾向がある。つまり、エロージョン最深部は、弧状の漏洩磁力線の頂上部分の下方に位置する周状の形状を描くことになる。
In sputtering using the action of a magnetic field such as magnetron sputtering, electrons are captured by the magnetic field and the ionization efficiency of gas molecules is improved. Therefore, the shape of the region where the target 5 is sputtered by ions, that is, the erosion region 50, corresponds to the shape of the magnetic field, and is circumferential in the above example in which the circumferential magnetic field is set.
In magnetron sputtering, electrons perform magnetron motion at a portion where an electric field and a magnetic field are orthogonal, and ionization efficiency is maximized. Accordingly, in the configuration shown in FIGS. 19 and 20, an orthogonal relationship between the electric field and the magnetic field is established at the top portion of the arc-shaped leakage magnetic field lines, and strong erosion tends to occur in a portion below this portion. That is, the erosion deepest part draws a circumferential shape located below the top part of the arc-shaped leakage magnetic field lines.

さて、前述したようにエロージョン最深部からは盛んにスパッタ粒子が放出されるので、エロージョン最深部の幾何学的配置は基板上への成膜の状態に最も影響を与えると考えられる。ここで、図10や図11に示すようにターゲット5と基板30とが同軸上に対向配置されている場合、ターゲット5の片側の半周分のエロージョン最深部は、基板30の同じ側の半分の領域に対する成膜に影響を与え、反対側の半分の領域への成膜には影響を与えないと考えられる。その反対側の基板30の表面には、やはりターゲット5の反対側の半周分のエロージョンが影響を与えるからである。
この半周分のエロージョン最深部から放出されるスパッタ粒子を考えると、基板30に入射する入射角が最も大きくなるのは、基板30の中心付近に入射するスパッタ粒子である。エロージョン最深部の半径がターゲット5の半径の1/2以下であるときは、基板30の周辺部に入射するスパッタ粒子が最も入射角が小さくなるが、このような場合はまれである。
As described above, since sputtered particles are actively emitted from the deepest erosion portion, the geometrical arrangement of the deepest erosion portion is considered to have the most influence on the state of film formation on the substrate. Here, when the target 5 and the substrate 30 are coaxially disposed opposite to each other as shown in FIGS. 10 and 11, the erosion deepest part of one half of the target 5 is half of the same side of the substrate 30. It is considered that the film formation on the region is affected and the film formation on the other half region is not affected. This is because the erosion for the half circumference on the opposite side of the target 5 also affects the surface of the substrate 30 on the opposite side.
Considering the sputtered particles emitted from the deepest erosion portion of this half circumference, the incident angle incident on the substrate 30 has the largest incident angle near the center of the substrate 30. When the radius of the deepest erosion portion is ½ or less of the radius of the target 5, sputtered particles incident on the peripheral portion of the substrate 30 have the smallest incident angle, but this is rare.

さて、前述したターゲット直径269mmである図18(a)の例において、エロージョン最深部が中心軸20から例えば70mm(直径140mm)の位置に発生した場合、基板30の中心付近へのスパッタ粒子への入射角θは、TS距離340mmの条件から、11.6°程度となる。
一方、基板30が大型化して300mmになった場合、前述したようにターゲット5も同様なサイズまで大型化させなければならない。図18(b)に示すように、基板30より少し大きな直径314mmのターゲット5を用い、エロージョン最深部が直径163mmの位置に生じた場合、TS距離を同一とすると、中心付近へのスパッタ粒子の入射角θは13.5°程度まで拡大してしまう。従って、図18(a)の場合と同様の入射角にして同様のボトムカバレッジ率を得るためには、TS距離を実に397mmにまで拡大しなければならなくなる。ここまでTS距離を長くすると、成膜速度は実用化不可能な程度迄低下してしまう。
Now, in the example of FIG. 18A in which the target diameter is 269 mm, when the deepest erosion occurs at a position of, for example, 70 mm (diameter 140 mm) from the central axis 20, The incident angle θ is about 11.6 ° under the condition of the TS distance of 340 mm.
On the other hand, when the substrate 30 is increased to 300 mm, the target 5 must be increased to a similar size as described above. As shown in FIG. 18B, when the target 5 having a diameter of 314 mm slightly larger than the substrate 30 is used and the deepest erosion portion is generated at a position having a diameter of 163 mm, if the TS distance is the same, the sputtered particles near the center The incident angle θ is enlarged to about 13.5 °. Accordingly, in order to obtain the same bottom coverage rate with the same incident angle as in FIG. 18A, the TS distance must be actually increased to 397 mm. If the TS distance is increased so far, the film forming speed is reduced to a level where it cannot be put to practical use.

そこで、図18(d)に示すように、TS距離を実用的な範囲である303mm(基板直径と同程度)にすると、中心付近への入射角θは、15.0°となり、図18(b)の場合に比べ、(15.0/11.3)=1.3倍程度まで拡大する。この15.0°という入射角は、従前の269mmサイズのターゲット5(エロージョン最深部直径140mm)を使用する場合、TS距離を260mm程度にするのと同じである(図18(c))。この構成は、図17のデータが得られたスパッタリングそのものであり、アスペクト比2の微小ホールに対して28〜35%程度のボトムカバレッジ率しか得られない。
このように、基板が大型化していく中、必要な成膜速度を維持してボトムカバレッジ率を向上させることは、低圧遠隔スパッタといえどもこれまでの構成では困難であった。
Therefore, as shown in FIG. 18 (d), when the TS distance is set to a practical range of 303 mm (approximately the same as the substrate diameter), the incident angle θ near the center becomes 15.0 °, and FIG. Compared to the case of b), it is enlarged to (15.0 / 11.3) = about 1.3 times. This incident angle of 15.0 ° is the same as when the TS distance is set to about 260 mm when the conventional 269 mm size target 5 (the deepest erosion diameter 140 mm) is used (FIG. 18C). This configuration is the sputtering itself from which the data of FIG. 17 was obtained, and only a bottom coverage rate of about 28 to 35% is obtained for a minute hole with an aspect ratio of 2.
As described above, it is difficult to maintain the necessary film formation rate and improve the bottom coverage rate while the substrate is enlarged, even with the low pressure remote sputtering.

上記課題を解決するため、本願の請求項1の発明は、排気系を備えた真空容器と、真空容器内の所定の位置に配置された円板状のターゲットと、ターゲットの表面側に磁界を設定する磁石機構とを具備し、ターゲットに対向させて円形の基板を同一中心軸上に平行に配置し、前記磁石機構が作る磁界によって電子を捉えながらターゲットをスパッタして基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタリング装置であって、
前記磁石機構は、ターゲットの表面のある場所から出てターゲットの表面の他の場所に入る漏洩磁力線を設定するとともにこのような漏洩磁力線をターゲットの表面上に周状に連ねて形成される周状磁界を設定するものであり、当該磁石機構がターゲットに対して相対的に静止している場合には周状となるエロージョン領域がこの周状磁界によってターゲットの表面上に形成されるスパッタリング装置において、
前記磁石機構は、ターゲット側の表面が第一の磁極である第一磁極磁石と、ターゲット側の表面の磁極が第一の磁極とは異なる第二の磁極である第二磁極磁石とを有しており、
第一磁極磁石は、平面で見た際、ターゲットの周縁に沿って延びるとともにターゲットの中心軸上に中心がある円周部と、円周部の内側を区画する区画部とから成り、区画部は、ターゲットの中心軸を外れた位置において延びていて円周部の内側を大きさの異なる二つの領域に区画しており、
第二磁極磁石は、第一磁極磁石の区画部によって区画された円周部内の二つの領域にそれぞれ配置されており、
第一磁極磁石及び各第二磁極磁石により、ターゲットの表面上に前記周状磁界が複数設定され、前記周状となるエロージョン領域が交差しないようにして複数形成されるようになっているという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、上記請求項1の構成において、前記基板は前記ターゲットから150mm以上360mm以下の距離にて配置されるという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項3記載の発明は、上記請求項1の構成において、前記磁石機構をターゲットの中心軸の周りに回転させる回転機構を具備しているという構成を有する。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 of the present application is directed to a vacuum vessel provided with an exhaust system, a disk-shaped target disposed at a predetermined position in the vacuum vessel, and a magnetic field on the surface side of the target. And a magnet mechanism for setting, a circular substrate is arranged in parallel on the same central axis so as to face the target, and the target is sputtered while capturing the electrons by the magnetic field generated by the magnet mechanism, and is applied to the surface of the substrate. A sputtering apparatus for producing a thin film,
The magnet mechanism sets a leakage magnetic field line that exits from a place on the surface of the target and enters another place on the surface of the target, and has a circumferential shape formed by continuously connecting the leakage magnetic field lines on the surface of the target. In a sputtering apparatus in which a magnetic field is set, and an erosion region that is circumferential when the magnet mechanism is stationary relative to the target is formed on the surface of the target by the circumferential magnetic field,
The magnet mechanism has a first magnetic pole magnet whose surface on the target side is the first magnetic pole, and a second magnetic pole magnet whose magnetic pole on the surface on the target side is a second magnetic pole different from the first magnetic pole. And
The first magnetic pole magnet, when viewed in a plane, includes a circumferential portion that extends along the periphery of the target and has a center on the center axis of the target, and a partition portion that partitions the inside of the circumferential portion. Is extended at a position off the central axis of the target and divides the inside of the circumference into two regions of different sizes,
The second magnetic pole magnets are respectively disposed in two regions in the circumferential portion defined by the partitioning portion of the first magnetic pole magnet,
A plurality of circumferential magnetic fields are set on the surface of the target by the first magnetic pole magnet and each second magnetic pole magnet, and a plurality of circumferential erosion regions are formed so as not to intersect with each other. Have
Similarly, in order to solve the above-described problem, the invention according to claim 2 has a configuration in which the substrate is arranged at a distance of 150 mm or more and 360 mm or less from the target in the configuration of claim 1.
Similarly, in order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 3 has a configuration in which the rotation mechanism for rotating the magnet mechanism around the central axis of the target is provided in the configuration of claim 1.

以下に説明する通り、本願の各請求項記載の発明によれば、大型の基板に対しても必要な成膜速度を維持してボトムカバレッジ率を向上させることができるので、次世代の集積回路用の実用的な成膜技術として最適なものとなる。
また、請求項3記載の発明によれば、上記効果に加え、ターゲットのエロージョンが均一化され、ターゲットの利用効率の向上が図れる。
As described below, according to the invention described in each claim of the present application, the bottom coverage rate can be improved while maintaining a necessary film forming rate even for a large-sized substrate. As a practical film forming technique for use, it is optimal.
According to the invention of claim 3, in addition to the above effect, the erosion of the target is made uniform, and the utilization efficiency of the target can be improved.

以下、本願発明の実施の形態について説明する。
図1は、本願発明の第一の実施形態に係るスパッタリング装置の概略を説明する図である。図1に示すスパッタリング装置は、排気系11を備えた真空容器1と、真空容器1内に対向して配置されたカソード2及び基板ホルダ3と、真空容器1内に所定のガスを導入するガス導入系7と、カソード2に所定の電圧を与えるカソード電源21等から主に構成されている。
図1の装置は、カソード2の構成に大きな特徴がある。図2及び図3は、図1の装置におけるカソード2の構成を説明する図であり、図2は磁石機構4の構成を説明する斜視概略図、図3は図2の磁石機構4によるターゲット5上の周状磁界の構成を説明する斜視概略図である。
カソード2は、磁石機構4と磁石機構4の前側に配設されたターゲット5とから構成され、カソード電源21によって所定の電圧が印加される。本実施形態の特徴的な点は、ターゲット5の表面上に周状磁界を複数設定して周状となるエロージョン領域が交差しないようにして複数形成されるようにする点である。
具体的に説明すると、磁石機構4は、円盤状のヨーク421と、このヨーク421の上に固定された一つのN極磁石422及び二つのS極磁石423,424とから構成されている。N極磁石422は、図2に示すように、ヨーク421の周縁に沿って延びるリング状の円周部と、中心から外れた位置で円周部の内側の空間を仕切るように延びる区画部とからなる形状である。また、二つのS極磁石のうちの一方は、外周部によって仕切られた空間のうち大きい方の空間の中央に位置する第一S極磁石423であり、他方は、小さい方の空間の中央に位置する第二S極磁石424になっている。尚、中心軸20は、第一S極磁石423とN極磁石422の区画部との間の間隙の中心付近を通るよう構成されている。また、図2及び図3から解るように、N極磁石422の円周部は、ターゲット5の周縁に沿って延びるものとなっている。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of a sputtering apparatus according to the first embodiment of the present invention. A sputtering apparatus shown in FIG. 1 includes a vacuum vessel 1 having an exhaust system 11, a cathode 2 and a substrate holder 3 arranged to face the vacuum vessel 1, and a gas for introducing a predetermined gas into the vacuum vessel 1. The system is mainly composed of an introduction system 7 and a cathode power source 21 that applies a predetermined voltage to the cathode 2.
The apparatus of FIG. 1 has a great feature in the configuration of the cathode 2. 2 and 3 are views for explaining the structure of the cathode 2 in the apparatus of FIG. 1, FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining the structure of the magnet mechanism 4, and FIG. 3 is a target 5 by the magnet mechanism 4 of FIG. It is a perspective schematic diagram explaining the structure of the above surrounding magnetic field.
The cathode 2 includes a magnet mechanism 4 and a target 5 disposed on the front side of the magnet mechanism 4, and a predetermined voltage is applied by a cathode power source 21. A characteristic point of this embodiment is that a plurality of circumferential magnetic fields are set on the surface of the target 5 so that circumferential erosion regions do not intersect with each other.
More specifically, the magnet mechanism 4 includes a disc-shaped yoke 421, one N-pole magnet 422 fixed on the yoke 421, and two S-pole magnets 423 and 424. As shown in FIG. 2, the N-pole magnet 422 includes a ring-shaped circumferential portion extending along the periphery of the yoke 421, and a partition portion extending so as to partition a space inside the circumferential portion at a position off the center. It is the shape which consists of. One of the two S-pole magnets is a first S-pole magnet 423 located at the center of the larger space among the spaces partitioned by the outer periphery, and the other is at the center of the smaller space. The second S-pole magnet 424 is located. The central axis 20 is configured to pass near the center of the gap between the first S-pole magnet 423 and the partition portion of the N-pole magnet 422. As can be seen from FIGS. 2 and 3, the circumferential portion of the N-pole magnet 422 extends along the periphery of the target 5.

上記構成に係る磁石機構4によると、図3に示すようにターゲット5表面上に大きさの異なる周状磁界が二つ設定される。即ち、N極磁石422から出て第一S極磁石423に達する弧状の漏洩磁力線は、第一S極磁石423の周囲の上方に周状に連なって第一の周状磁界が設定され、N極磁石422から出て第二S極磁石424に達する弧状の漏洩磁力線は、第二S極磁石424の周囲の上方に周状に連なって第二の周状磁界を設定する。そして、このような二つの周状磁界によって、図3に示すような二つの周状となるエロージョン領域50が交差せずに形成されるのである。   According to the magnet mechanism 4 according to the above configuration, two circumferential magnetic fields having different sizes are set on the surface of the target 5 as shown in FIG. That is, the arc-shaped leakage magnetic field lines that come out of the N-pole magnet 422 and reach the first S-pole magnet 423 are connected to the upper circumference around the first S-pole magnet 423 to form a first circumferential magnetic field. The arc-shaped leakage magnetic field lines that come out of the pole magnet 422 and reach the second S-pole magnet 424 form a second circumferential magnetic field that continues in a circumferential manner above the periphery of the second S-pole magnet 424. Then, such two circumferential magnetic fields form two circumferential erosion regions 50 as shown in FIG. 3 without intersecting each other.

尚、本実施形態における磁石機構4は、後述するように回転機構22によって回転させられるが、上記エロージョン領域50の複数形成は、いうまでもなく磁石機構4の静止時の状態である。磁石機構4が回転すると、エロージョン領域50が中心軸20の周りに回転するので、エロージョン領域はターゲット5のほとんど全面に広がる(領域の数としては一つ)。
さて、このように周状となるエロージョン領域50がターゲット5上に交差せずに複数形成されると、そのエロージョン領域50のエロージョン最深部の直径(エロージョン最深部の形状が円形でない場合、周の中心を通り周上の任意の2点を結んだ直線の長さ(幅)のうち最も短いものとする)は、エロージョン領域50が一つである従来のエロージョン最深部の直径に比べ、常に小さくなる。そして、エロージョン最深部の直径が小さくなると、TS距離を拡大することなしにスパッタ粒子の入射角が小さくできる。
The magnet mechanism 4 in the present embodiment is rotated by the rotating mechanism 22 as will be described later. Needless to say, the formation of a plurality of the erosion regions 50 is a state in which the magnet mechanism 4 is stationary. When the magnet mechanism 4 rotates, the erosion region 50 rotates around the central axis 20, so that the erosion region spreads over almost the entire surface of the target 5 (the number of regions is one).
When a plurality of erosion regions 50 having a circumferential shape are formed on the target 5 without intersecting with each other, the diameter of the deepest erosion portion of the erosion region 50 (if the shape of the deepest erosion portion is not circular, The length (width) of the straight line connecting any two points on the circumference passing through the center is the shortest), which is always smaller than the diameter of the conventional deepest erosion portion having one erosion region 50. Become. And if the diameter of the erosion deepest part becomes small, the incident angle of sputtered particles can be made small, without expanding TS distance.

上記の点を、図4を利用して詳しく説明する。図4は、図1から図3に示す実施形態の作用効果を説明する断面概略図である。
図4に斜線で示したターゲット5のエロージョンの断面形状において、エロージョン最深部から基板30を見込んだとき、入射角が左右同じで最も入射角が大きくなる基板30の表面上の箇所は、図18に示すのと同様に、周状のエロージョン最深部の中心と同軸上に位置する箇所である。そして、エロージョン最深部からこの箇所に入射するスパッタ粒子の入射角θは、図18に示すような一つのエロージョン領域の場合に比べ明らかに小さくなる。図4に示すように、中心を通る方向で見たエロージョン最深部の幅(以下、単にエロージョン最深部の幅)をφ1、φ2とする。
The above point will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the effects of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3.
In the erosion cross-sectional shape of the target 5 shown by oblique lines in FIG. 4, when the substrate 30 is viewed from the deepest part of the erosion, the positions on the surface of the substrate 30 where the incident angles are the same and the incident angles are the same are shown in FIG. In the same manner as shown in Fig. 5, the position is located coaxially with the center of the deepest part of the circumferential erosion. Then, the incident angle θ of the sputtered particles incident on this portion from the deepest erosion portion is clearly smaller than that in the case of one erosion region as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the width of the deepest erosion portion viewed in the direction passing through the center (hereinafter simply referred to as the width of the deepest erosion portion) is φ1 and φ2.

このように、本実施形態の構成によれば、TS距離を長くすることなしにスパッタ粒子の入射角を小さくすることができる。このため、必要な成膜速度を確保しつつボトムカバレッジ率の向上を図ることができ、さらに高集積化する次世代の集積回路用の実用的な成膜技術として最適なものとなる。
尚、二つのエロージョン領域50の離間距離が大きくなると、その離間部分に対向する基板30上の箇所において最も入射角が大きくなることがあり得る。従って、エロージョン領域50の離間距離はできるだけ小さくすべきであり、エロージョン最深部の幅の1/2以下にすることが理想的である。
Thus, according to the configuration of the present embodiment, the incident angle of sputtered particles can be reduced without increasing the TS distance. Therefore, it is possible to improve the bottom coverage rate while ensuring a necessary film forming speed, and it is optimal as a practical film forming technique for the next generation integrated circuit that is further highly integrated.
Note that when the distance between the two erosion regions 50 is increased, the incident angle may be maximized at a location on the substrate 30 facing the separated portion. Therefore, the separation distance of the erosion region 50 should be as small as possible, and ideally it should be ½ or less of the width of the deepest part of the erosion.

また、各々のエロージョン最深部の幅は、基板直径以下とすることがボトムカバレッジ率改善の点から好ましい。基板30の直径以上になった場合、従来と同様にスパッタ粒子の入射角が限度以上に大きくなってしまう。但し、基板に比べて異常に大きなターゲットを使用したり、ターゲットに比して異常に小さな基板を使用したりしなければ、このような事態にはならないと想定される。
さらに、TS距離に対する各々のエロージョン最深部の幅の大きさの限度は、被覆する微小ホールのアスペクト比等によって決まる。図5は、TS距離に対する各々のエロージョン最深部の幅とアスペクト比との関係について説明した図である。
Moreover, it is preferable from the point of the bottom coverage rate improvement that the width | variety of each erosion deepest part shall be below a board | substrate diameter. When the diameter exceeds the diameter of the substrate 30, the incident angle of the sputtered particles becomes larger than the limit as in the conventional case. However, it is assumed that this situation does not occur unless a target that is abnormally large compared to the substrate or a substrate that is abnormally small compared to the target is used.
Further, the limit of the width of each erosion deepest part with respect to the TS distance is determined by the aspect ratio of the minute hole to be covered. FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the width of each erosion deepest portion and the aspect ratio with respect to the TS distance.

前述のように、256メガビット以降の集積回路の製作には、アスペクト比2以上の微小ホールに対する成膜が求められている。ここで、TS距離に等しいエロージョン最深部によってアスペクト比2の微小ホール301に成膜する場合を考えると、図5に示す通り、エロージョン最深部から出たスパッタ粒子はホールの開口の縁303の付近を通ってホール底部の反対側の縁304に達する。つまり、アスペクト比2の微小ホールに対する成膜では、(エロージョン最深部幅)=(TS距離)が限度であり、それ以上にエロージョン最深部の幅が大きくなると、ボトムカバレッジ率が著しく低下する。従って、アスペクト比2以上の次世代の成膜技術のためには、エロージョン最深部の幅をTS距離以下とすることが望ましい。   As described above, in order to manufacture an integrated circuit of 256 megabits or more, film formation for minute holes having an aspect ratio of 2 or more is required. Here, considering the case where the film is formed in the minute hole 301 having the aspect ratio of 2 by the deepest erosion portion equal to the TS distance, the sputtered particles emitted from the deepest erosion portion are near the edge 303 of the hole opening as shown in FIG. Through to the opposite edge 304 of the bottom of the hole. That is, in the film formation with respect to a minute hole having an aspect ratio of 2, (erosion deepest part width) = (TS distance) is the limit, and if the width of the erosion deepest part becomes larger than that, the bottom coverage ratio is remarkably lowered. Therefore, for the next-generation film forming technology having an aspect ratio of 2 or more, it is desirable that the width of the deepest erosion portion is equal to or less than the TS distance.

次に、本実施形態のその他の部分の構成及び全体の動作について簡単に説明する。
まず、排気系11は、10−8Torr程度まで排気可能なものが採用され、成膜時には、真空容器1内にアルゴン等の放電用ガスを導入して0.3mTorr程度の真空圧力を維持し、前述した低圧遠隔スパッタと同様にスパッタ粒子散乱防止効果が得られるようにする。
真空容器1の器壁は、不図示のゲートバルブが設けられ、ゲートバルブを通して基板30を搬入搬出する不図示の搬送系が備え付けられている。また、真空容器1には、不図示のロードロックチャンバがゲートバルブを介して並設され、真空容器1から隔絶されたロードロックチャンバ内において、基板30を大気圧雰囲気に戻すようになっている。
Next, the configuration of the other parts of this embodiment and the overall operation will be briefly described.
First, an exhaust system 11 that can exhaust to about 10 −8 Torr is adopted. During film formation, a discharge gas such as argon is introduced into the vacuum vessel 1 to maintain a vacuum pressure of about 0.3 mTorr. As in the low-pressure remote sputtering described above, the effect of preventing the scattering of sputtered particles is obtained.
The vessel wall of the vacuum vessel 1 is provided with a gate valve (not shown), and is provided with a transfer system (not shown) that loads and unloads the substrate 30 through the gate valve. In addition, a load lock chamber (not shown) is arranged in parallel in the vacuum container 1 via a gate valve, and the substrate 30 is returned to an atmospheric pressure atmosphere in the load lock chamber isolated from the vacuum container 1. .

カソード2の構成は上述の通りであるが、本実施形態では、カソード2を中心軸20の周りに回転させる回転機構22が付設されている。回転機構22は、ターゲット5上のエロージョンを均一にするものであり、ヨーク421の裏面に接続された中心軸20と同軸上の回転軸221と、回転軸221を回す駆動源222などから構成されている。尚、前述した通り、ターゲット5の中心軸20付近がエロージョン領域50に含まれるので、磁石機構4を回転させた際にこの部分がエロージョンされずに残ってしまうことが防止され、さらにターゲット5の利用効率が向上する。   The configuration of the cathode 2 is as described above, but in this embodiment, a rotating mechanism 22 that rotates the cathode 2 around the central axis 20 is attached. The rotation mechanism 22 makes the erosion on the target 5 uniform, and includes a rotation shaft 221 that is coaxial with the central shaft 20 connected to the back surface of the yoke 421, a drive source 222 that rotates the rotation shaft 221, and the like. ing. As described above, since the vicinity of the center axis 20 of the target 5 is included in the erosion region 50, this portion is prevented from remaining without being eroded when the magnet mechanism 4 is rotated. Use efficiency improves.

基板ホルダ3には、基板30を静電吸着によって吸着保持する機構や成膜中に基板30を所定温度まで加熱する加熱機構が設けられる。また、基板30に所定のバイアス電圧を与えるためのバイアス用電源が必要に応じて基板ホルダ3に接続される。
ガス導入系7は、スパッタ放電に必要なガスを真空容器1内に導入するものであり、不図示のボンベに繋がれた配管71と、配管上に設けられた流量調整器72やバルブ73などで構成される。また、反応性スパッタ等を行う場合、反応性のガスを放電用のガスに混ぜて導入する場合がある。
The substrate holder 3 is provided with a mechanism for attracting and holding the substrate 30 by electrostatic attraction and a heating mechanism for heating the substrate 30 to a predetermined temperature during film formation. A bias power source for applying a predetermined bias voltage to the substrate 30 is connected to the substrate holder 3 as necessary.
The gas introduction system 7 introduces a gas necessary for sputtering discharge into the vacuum vessel 1, and includes a pipe 71 connected to a cylinder (not shown), a flow regulator 72 and a valve 73 provided on the pipe, and the like. Consists of. When reactive sputtering or the like is performed, a reactive gas may be mixed with a discharge gas and introduced.

カソード電源21は、スパッタ放電に必要な所定の負の直流電圧又は高周波電圧をカソード2に印加するよう構成される。ターゲット5が金属の場合には負の直流電圧が印加され、誘電体等の場合には高周波電圧が印加される場合が多い。尚、真空容器1やバイアスをかけない場合の基板ホルダ3等は接地され、電気的には接地電位に保たれる。カソード2に与えられた電圧は、これらの部材との間で電界を発生させ、この電界によってスパッタ放電が生じるようになっている。   The cathode power source 21 is configured to apply a predetermined negative DC voltage or high-frequency voltage necessary for sputtering discharge to the cathode 2. When the target 5 is a metal, a negative DC voltage is applied. When the target 5 is a dielectric or the like, a high-frequency voltage is often applied. The vacuum vessel 1 and the substrate holder 3 when no bias is applied are grounded, and are electrically maintained at the ground potential. The voltage applied to the cathode 2 generates an electric field with these members, and sputter discharge is generated by this electric field.

上記構成に係る本実施形態のスパッタリング装置では、基板30は不図示の搬送系によって不図示のゲートバルブを通して真空容器1内に搬送され、基板ホルダ3上に載置される。次に、ガス導入系7を動作させて所定のガスを真空容器1内に導入しながら、カソード電源21を動作させて所定の電圧をカソード2に印加し、上述の通りスパッタ放電を生じさせる。これによってターゲット5からはスパッタ粒子が放出され、このスパッタ粒子30板に到達して堆積することにより所定の成膜が行われる。   In the sputtering apparatus of the present embodiment having the above-described configuration, the substrate 30 is transported into the vacuum vessel 1 through a gate valve (not shown) by a transport system (not shown) and placed on the substrate holder 3. Next, while operating the gas introduction system 7 to introduce a predetermined gas into the vacuum vessel 1, the cathode power source 21 is operated to apply a predetermined voltage to the cathode 2 to generate sputter discharge as described above. As a result, sputtered particles are released from the target 5 and reach the sputtered particle 30 plate for deposition to form a predetermined film.

ここで、上述の通り本実施形態では、直径の小さなエロージョン領域50がターゲット5上に形成されるので、基板30に入射するスパッタ粒子の入射角が小さくなる。従って、微小ホールへのボトムカバレッジ率が従来に比べ格段に向上する。
次に、本願発明の第二の実施形態について説明する。
図6は、本願発明の第二の実施形態におけるカソードの構成を説明する斜視概略図である。この第二の実施形態では、図6に示す通り三つの周状磁界が設定されるようになっている。即ち、本実施形態では、カソード2を構成する磁石機構4は、ヨーク431上に固定されたN極磁石432と三つのS極磁石433とからなり、N極磁石432は、ヨーク431の周縁に沿ったリング状の外周部と、外周部の内部を三つの空間に区画部とから構成された形状を有している。そして、外周部内の三つの空間の中心位置には、それぞれS極磁石433が配設されている。
Here, as described above, in this embodiment, since the erosion region 50 having a small diameter is formed on the target 5, the incident angle of the sputtered particles incident on the substrate 30 is reduced. Therefore, the bottom coverage ratio to the minute holes is remarkably improved as compared with the conventional case.
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a schematic perspective view illustrating the configuration of the cathode according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, three circumferential magnetic fields are set as shown in FIG. In other words, in the present embodiment, the magnet mechanism 4 constituting the cathode 2 includes an N-pole magnet 432 fixed on the yoke 431 and three S-pole magnets 433, and the N-pole magnet 432 is disposed on the periphery of the yoke 431. A ring-shaped outer peripheral portion along the inner periphery, and the inside of the outer peripheral portion has a shape composed of three spaces. And the S pole magnet 433 is each arrange | positioned in the center position of the three spaces in an outer peripheral part.

図6に示す三つの周状磁界によって、ターゲット5上には三つのエロージョン領域50が交差せずに形成される。従って、エロージョン最深部の直径はこの第二の実施形態においても小さくなり、第一の実施形態と同様にスパッタ粒子の入射角の低減作用が得られる。また、第一の実施形態と比較すると、三つの周状磁界を設定する本実施形態では、二つの周状磁界の場合に比べてエロージョン領域50の直径をさらに小さくできる場合が多い。
磁石機構4の部分以外は、前述した第一の実施形態と同様に構成できるので、説明を省略する。
Three erosion regions 50 are formed on the target 5 without intersecting by the three circumferential magnetic fields shown in FIG. Therefore, the diameter of the deepest part of erosion is reduced also in the second embodiment, and the effect of reducing the incident angle of sputtered particles can be obtained as in the first embodiment. Further, in comparison with the first embodiment, in the present embodiment in which three circumferential magnetic fields are set, the diameter of the erosion region 50 can be further reduced as compared with the case of two circumferential magnetic fields.
Since the configuration other than the magnet mechanism 4 can be the same as that of the first embodiment described above, the description thereof is omitted.

次に、本願発明の第三の実施形態について説明する。図7及び図8は本願発明の第三の実施形態を説明する図であり、図7は平面図、図8は側断面図である。前述した第一第二の実施形態では、磁石機構4が永久磁石から構成されていたが、この第三の実施形態では、電磁石によって構成されている。即ち、磁石機構4は、板状の鉄心体441と、鉄心体441の上に固定されターゲット5上に磁力線を漏洩させる第一から第五の五つの磁極体442,443,444,445,446と、鉄心体441に巻かれた磁界コイル447とから主に構成されている。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. 7 and 8 are views for explaining a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a plan view and FIG. 8 is a side sectional view. In the first and second embodiments described above, the magnet mechanism 4 is composed of a permanent magnet, but in the third embodiment, it is composed of an electromagnet. That is, the magnet mechanism 4 includes a plate-shaped iron core body 441 and first to fifth five magnetic pole bodies 442, 443, 444, 445, and 446 that are fixed on the iron core body 441 and leak magnetic lines of force on the target 5. And a magnetic field coil 447 wound around the iron core body 441.

鉄心体441は、長方形の板状の部材であり、ターゲット5と平行に配置される。五つの磁極体442,443,444,445,446は、幅方向をターゲット5に向かう側に向けて配置された帯板状の部材であり、それぞれ鉄心体441の表面に溶接等により固定される。五つの磁極体442,443,444,445,446は、長方形の鉄心体441の短辺の方向が長さ方向になる姿勢で固定されている。具体的には、鉄心体441の向かい合う短辺の部分の縁にN極となる第一及び第五の磁極体442,446がそれぞれ固定され、長辺の方向の中程より第五磁極体446よりの位置に、同じくN極となる第三磁極体444が固定されている。そして、第一磁極体442と第三磁極体444との中間の位置にS極となる第二磁極体443が固定され、第三磁極体444と第五磁極体446との中間の位置に同じくS極となる第四磁極体445が固定されている。   The iron core body 441 is a rectangular plate-like member and is arranged in parallel with the target 5. The five magnetic pole bodies 442, 443, 444, 445, and 446 are band plate-like members arranged with the width direction directed toward the target 5, and are fixed to the surface of the iron core body 441 by welding or the like. . The five magnetic pole bodies 442, 443, 444, 445, 446 are fixed in a posture in which the direction of the short side of the rectangular iron core body 441 is the length direction. Specifically, first and fifth magnetic pole bodies 442 and 446 having N poles are fixed to the edges of the short side portions of the iron core body 441 facing each other, and the fifth magnetic pole body 446 is arranged from the middle in the long side direction. Further, a third magnetic pole body 444 that is also an N pole is fixed at a further position. Then, the second magnetic pole body 443 serving as the S pole is fixed at an intermediate position between the first magnetic pole body 442 and the third magnetic pole body 444, and is similarly positioned at an intermediate position between the third magnetic pole body 444 and the fifth magnetic pole body 446. A fourth magnetic pole body 445 serving as an S pole is fixed.

また、第一磁極体442と第二磁極体443の間、第二磁極体443と第三磁極体444の間、第三磁極体444と第四磁極体445の間、及び、第四磁極体445と第五磁極体446の間の鉄心体441の部分には、それぞれ磁界コイル447が巻かれている。そして、それぞれの磁界コイル447に所定の向きの直流電流が流されることによって、N極である第一磁極体442及び第三磁極体444から出てS極である第二磁極体443に達する第一の漏洩磁力線と、N極である第三磁極体444及び第五磁極体446から出てS極である第四磁極体445に達する第二の漏洩磁力線とがそれぞれ設定される。   Further, between the first magnetic pole body 442 and the second magnetic pole body 443, between the second magnetic pole body 443 and the third magnetic pole body 444, between the third magnetic pole body 444 and the fourth magnetic pole body 445, and the fourth magnetic pole body. Magnetic field coils 447 are wound around portions of the iron core body 441 between the 445 and the fifth magnetic pole body 446, respectively. Then, when a direct current of a predetermined direction flows through each magnetic field coil 447, the first magnetic pole body 442 that is the N pole and the second magnetic pole body 443 that is the S pole are output from the first magnetic pole body 442 and the second magnetic pole body 443. One leakage magnetic field line and a second leakage magnetic field line that exits from the third magnetic pole body 444 as the N pole and the fifth magnetic pole body 446 and reaches the fourth magnetic pole body 445 as the S pole are set.

また、上記鉄心体441の両側には、図8に示すように八つの補助鉄心体451,452,453,454,455,456,457,458が配設されている。八つの補助鉄心体451,452,453,454,455,456,457,458は、四分割の扇状のような形状の板状を成している。それぞれの補助鉄心体451,452,453,454,455,456,457,458は、扇の周縁の部分に沿って固定された帯板状の周縁磁極体459と扇の中心部分に固定された柱状の中心磁極体460とを備えている。   Further, eight auxiliary iron core bodies 451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, and 458 are arranged on both sides of the iron core body 441 as shown in FIG. The eight auxiliary iron cores 451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, and 458 are formed in a plate-like shape like a four-segment fan. Each of the auxiliary iron cores 451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, and 458 is fixed to a belt-shaped peripheral magnetic pole body 459 fixed along the peripheral part of the fan and the central part of the fan. A columnar central magnetic pole body 460 is provided.

八つの補助鉄心体の451,452,453,454,455,456,457,458うち、第一から第四の四つの補助鉄心体451,452,453,454は、第一第三の磁極体442,444と第二の磁極体443の離間距離にほぼ等しい半径のものであり、第五から第八の補助鉄心体455,456,457,458は、第三第五の磁極体444,446と第四磁極体445の離間距離にほぼ等しい半径のものになっている。また、各々の補助鉄心体451,452,453,454,455,456,457,458には、弧状の漏洩磁力線が周縁磁極体459と中心磁極体460にまたがって設定されるよう磁界コイル447が巻かれている。   Of the eight auxiliary iron cores 451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, and 458, the first to fourth auxiliary iron cores 451, 452, 453, and 454 are the first and third magnetic pole bodies. The fifth to eighth auxiliary iron cores 455, 456, 457, and 458 have a radius that is substantially equal to the separation distance between the second magnetic pole body 443 and the second magnetic pole body 443, and the fifth to eighth auxiliary iron core bodies 455, 456, 457, and 458 And the fourth magnetic pole body 445 have a radius substantially equal to the separation distance. Each auxiliary iron core body 451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458 has a magnetic field coil 447 so that arc-shaped leakage magnetic field lines are set across the peripheral magnetic pole body 459 and the central magnetic pole body 460. It is rolled up.

そして、図7に示すように、第一から第四の補助鉄心体451,452,453,454は、それらの中心磁極460が第二磁極体443の両端付近に位置するとともに、それらの周縁磁極体459が第一磁極体442及び第三磁極体443とともに周状を成すよう配置されている。同様に、第五から第八の補助鉄心体455,456,457,458は、それらの中心磁極体460が第四磁極体445の両端付近に位置するとともに、それらの周縁磁極体459が第三磁極体444及び第五磁極体446とともに周状を成すよう配置されている。
このような配置によって、各磁極体によって設定される弧状の磁力線が周状に連なり、周状磁界が二つ並設されるようになっている。そして、第二磁極体443と第三磁極体444との間の中間部分が中心軸20になるようにしてターゲット5を同軸上に配置すれば、図2に示す磁石機構4とほぼ等価なカソード2の構成が電磁石によって達成される。この第三実施形態においても、中心軸20の周りに磁石機構4を回転させれば、エロージョンの均一化が図られ、ターゲット5の利用効率が向上できる。
As shown in FIG. 7, the first to fourth auxiliary iron cores 451, 452, 453, and 454 have their center magnetic poles 460 located in the vicinity of both ends of the second magnetic pole body 443 and their peripheral magnetic poles. The body 459 is arranged so as to form a circumferential shape together with the first magnetic pole body 442 and the third magnetic pole body 443. Similarly, in the fifth to eighth auxiliary iron cores 455, 456, 457, and 458, the central magnetic pole body 460 is located in the vicinity of both ends of the fourth magnetic pole body 445, and the peripheral magnetic pole body 459 is the third magnetic pole body 459. The magnetic pole body 444 and the fifth magnetic pole body 446 are arranged so as to form a circumferential shape.
With such an arrangement, arc-shaped magnetic field lines set by the magnetic pole bodies are arranged in a circumferential shape, and two circumferential magnetic fields are arranged side by side. Then, if the target 5 is arranged coaxially so that the intermediate portion between the second magnetic pole body 443 and the third magnetic pole body 444 is the central axis 20, the cathode substantially equivalent to the magnet mechanism 4 shown in FIG. Two configurations are achieved by electromagnets. Also in the third embodiment, if the magnet mechanism 4 is rotated around the central axis 20, the erosion can be made uniform and the utilization efficiency of the target 5 can be improved.

電磁石を用いた上述の第三実施形態では、各々の磁界コイル447への供給電流を制御することで磁界分布を調整し、膜厚分布の改善等を図ることができる。この点を図9を用いて説明する。図9は、図7及び図8に示す第三実施形態において、各磁界コイルへの供給電流を独立して制御する電流制御手段を付加した応用例の説明図である。
この例における電流制御手段は、各々の磁界コイル447A,447B,……447Lに直流電流を供給する直流電源448と、直流電源448からの磁界コイル447A,447B,……447Lへの各供給回路上に設けられた電流調整器449と、電流調整器449を制御して各磁界コイル447A,447B,……447Lへの電流供給量を調整するプログラマブルコントローラ450とから主に構成されている。
In the third embodiment using an electromagnet, the magnetic field distribution can be adjusted by controlling the current supplied to each magnetic field coil 447 to improve the film thickness distribution. This point will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram of an application example in which current control means for independently controlling the current supplied to each magnetic field coil is added in the third embodiment shown in FIGS. 7 and 8.
In this example, the current control means includes a DC power supply 448 that supplies a DC current to each of the magnetic field coils 447A, 447B,... 447L, and on each supply circuit from the DC power supply 448 to the magnetic field coils 447A, 447B,. Are mainly composed of a current regulator 449 and a programmable controller 450 that controls the current regulator 449 to adjust the amount of current supplied to each of the magnetic field coils 447A, 447B,.

図7及び図8に示すカソード2を使用して成膜を行った場合、例えば基板30の周辺部分の成膜速度が中心部分に比べて低く、膜厚分布の面内均一性が充分でないと判断される場合、八つの補助鉄心体451,452,453,454,455,456,457,458に巻かれた磁界コイル447への電流供給量を相対的に多くするよう制御する。例えば、電流調整器449として、サイリスタ等を用いて所定周期で電流をオンオフできるようなものを採用し、プログラマブルコントローラ450からの信号によって、そのオンオフ周期を調整するようにする。
そして、図7に示す鉄心体441に巻かれた四つの磁界コイル447への電流のオン周期に比べ、補助鉄心体451,452,453,454,455,456,457,458に巻かれた八つの磁界コイル447への電流のオン周期を相当程度長くする。これによって、補助鉄心体451,452,453,454,455,456,457,458の部分の漏洩磁力線の磁束密度が相対的に高くなり、ターゲット5の周辺部分のエロージョンが強化される結果、基板30の周辺部の成膜速度が改善され膜厚分布の面内均一性が向上する。
When the film formation is performed using the cathode 2 shown in FIGS. 7 and 8, for example, the film formation rate in the peripheral part of the substrate 30 is lower than that in the central part, and the in-plane uniformity of the film thickness distribution is not sufficient. When the determination is made, control is performed so that the amount of current supplied to the magnetic field coil 447 wound around the eight auxiliary iron cores 451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458 is relatively increased. For example, as the current regulator 449, a current regulator that can turn on and off the current in a predetermined cycle using a thyristor or the like is adopted, and the on / off cycle is adjusted by a signal from the programmable controller 450.
And compared with the ON period of the current to the four magnetic field coils 447 wound around the iron core body 441 shown in FIG. 7, the eight coils wound around the auxiliary iron core bodies 451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, 458 The ON period of the current to the two magnetic field coils 447 is lengthened considerably. As a result, the magnetic flux density of the leakage magnetic field lines in the portions of the auxiliary iron core bodies 451, 452, 453, 454, 455, 456, 457, and 458 becomes relatively high, and the erosion in the peripheral portion of the target 5 is strengthened. The film forming speed in the peripheral portion of 30 is improved, and the in-plane uniformity of the film thickness distribution is improved.

このような供給電流量の独立制御は、二つの周状磁界を設定する二つの電磁石の群同士で独立制御可能としてもよいし、個々の電磁石すべてについて独立制御可能としてもよい。少なくとも二つの群について独立制御可能であれば、何らかの磁界分布調整機能が発揮される。
上述した各実施形態の構成において、周状磁界の数は2又は3であったが、4もしくはそれ以上であってもよい。周状磁界の数を多くすれば同一TS距離におけるスパッタ粒子の入射角は一般的には小さくなるので、ボトムカバレッジ率向上の点から好適である。
Such independent control of the amount of supplied current may be independently controllable between groups of two electromagnets that set two circumferential magnetic fields, or may be independently controllable for all individual electromagnets. If independent control is possible for at least two groups, some sort of magnetic field distribution adjustment function is exhibited.
In the configuration of each embodiment described above, the number of circumferential magnetic fields is 2 or 3, but it may be 4 or more. Increasing the number of circumferential magnetic fields generally reduces the incident angle of sputtered particles at the same TS distance, which is preferable from the viewpoint of improving the bottom coverage ratio.

また、回転機構22は、磁石機構4を回転させる代わりにターゲット5を回転するようにしてもよい。さらに、磁石機構4の中心軸20をターゲット5の中心軸から所定距離偏心させて配置し、ターゲット5の中心軸の周りに磁石機構4を回転させる場合もある。
尚、本明細書における「周状」は最も広い意味を有し、円周状、楕円周状、長円周状、角周状、波線のように入りくんだ周状等のあらゆる形状を含む。また、完全につながった周状でなくともよく、一部にとぎれている場合もよい。例えば一部にとぎれた部分がある周状磁界や周状のエロージョン領域50ではあっても、それに起因する膜厚不均一化等の問題が限度以下であればかまわない。
Further, the rotation mechanism 22 may rotate the target 5 instead of rotating the magnet mechanism 4. Further, the central axis 20 of the magnet mechanism 4 may be arranged eccentrically by a predetermined distance from the central axis of the target 5, and the magnet mechanism 4 may be rotated around the central axis of the target 5.
In addition, the “circumferential shape” in the present specification has the widest meaning and includes all shapes such as a circumferential shape, an elliptical circumferential shape, an elliptical circumferential shape, a rectangular circumferential shape, and a circumferential shape enveloping like a wavy line. . Moreover, it does not need to be a completely connected circumferential shape, and may be partially cut off. For example, even in the case of a circumferential magnetic field or a circumferential erosion region 50 with a part of the part, problems such as non-uniform film thickness due to the magnetic field may be less than the limit.

また、エロージョン最深部は、線状ではなくて帯状即ち相当の幅を有する場合がある。さらに、最深部分の深さから相当程度浅い部分までをエロージョン最深部とすることがある。エロージョン最深部は、エロージョン領域のどの部分が成膜に最も影響を与えているかをみる概念なので、成膜への影響度に応じて適宜決定される。
また尚、エロージョン領域とは、磁界の作用によって実質的なエロージョンが生じている場所のことである。エロージョン領域外に拡散して基板に到達したごく少数のイオンがターゲットをたたくことによって、エロージョン領域以外でも経時的にごく浅いエロージョンが生ずることがあるが、そのようなエロージョンは、成膜の状況に影響を与えるものではないので、実質的なエロージョンではないと判断される。例えば、エロージョン領域の平均エロージョン速度を100とした場合、5%以下の速度のエロージョンが生じている領域は、実質的にはエロージョン領域ではないとされる。
Further, the deepest erosion portion may not be linear but may have a band shape, that is, a considerable width. Further, the erosion deepest part may be from the deepest part to a considerably shallow part. The deepest erosion part is a concept for determining which part of the erosion region has the most influence on the film formation, and is therefore determined appropriately according to the degree of influence on the film formation.
Further, the erosion region is a place where substantial erosion occurs due to the action of a magnetic field. A very small number of ions that diffuse out of the erosion region and reach the substrate hit the target, so that a shallow erosion may occur over time outside the erosion region. Since it does not affect, it is judged that it is not substantial erosion. For example, assuming that the average erosion speed in the erosion region is 100, a region where erosion at a speed of 5% or less occurs is not substantially an erosion region.

次に、上記第一の実施形態に属する実施例について例示して説明する。第一の実施形態において、
ターゲット直径:314mm、
TS距離:303mm、
基板直径:300mm、
圧力:0.3mTorr、
カソードへの供給電圧:−600V、
N極磁石の直線部の偏心距離(図2の距離d):40mm、
第一のエロージョン最深部の幅(図4のφ1):200mm、
第二のエロージョン最深部の幅(図4のφ2):100mm、
磁石機構の回転速度:200rpm、
基板温度:300℃、
ターゲット材料:チタン、
放電用ガス:アルゴン、
の条件でスパッタリングを行ったところ、アスペクト比2の微小ホールに対してボトムカバレッジ率40〜45%で成膜が行えることが確認された。またその際の成膜速度は1000オングストローム毎分であった。
Next, examples belonging to the first embodiment will be described as examples. In the first embodiment,
Target diameter: 314mm,
TS distance: 303mm,
Substrate diameter: 300 mm,
Pressure: 0.3 mTorr,
Supply voltage to the cathode: -600V,
Eccentric distance of the linear part of the N pole magnet (distance d in FIG. 2): 40 mm,
First erosion deepest part width (φ1 in FIG. 4): 200 mm,
Second erosion deepest part width (φ2 in FIG. 4): 100 mm,
Rotation speed of magnet mechanism: 200 rpm
Substrate temperature: 300 ° C.
Target material: Titanium,
Discharge gas: Argon,
As a result of sputtering under the above conditions, it was confirmed that film formation can be performed at a bottom coverage ratio of 40 to 45% with respect to minute holes having an aspect ratio of 2. At this time, the deposition rate was 1000 angstroms per minute.

本願発明の第一の実施形態に係るスパッタリング装置の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the sputtering device which concerns on 1st embodiment of this invention. 図1の装置におけるカソードの構成を説明する図であり、磁石機構の構成を説明する斜視概略図である。It is a figure explaining the structure of the cathode in the apparatus of FIG. 1, and is a schematic perspective view explaining the structure of a magnet mechanism. 図1の装置におけるカソードの構成を説明する図であり、磁石機構によるターゲット上の周状磁界の構成を説明する斜視概略図である。It is a figure explaining the structure of the cathode in the apparatus of FIG. 1, and is a schematic perspective view explaining the structure of the circumferential magnetic field on the target by a magnet mechanism. 図1から図3に示す実施形態の作用効果を説明する図であり、図2のX−Xの方向での断面図である。It is a figure explaining the effect of embodiment shown in FIGS. 1-3, and is sectional drawing in the XX direction of FIG. TS距離に対する各々のエロージョン最深部の幅とアスペクト比との関係について説明した図である。It is the figure explaining the relationship between the width | variety of each erosion deepest part with respect to TS distance, and an aspect-ratio. 本願発明の第二の実施形態におけるカソードの構成を説明する斜視概略図である。It is a perspective schematic diagram explaining the structure of the cathode in 2nd embodiment of this invention. 本願発明の第三の実施形態を説明する平面図である。It is a top view explaining 3rd embodiment of this invention. 本願発明の第三の実施形態を説明する側断面図である。It is a sectional side view explaining 3rd embodiment of this invention. 図7及び図8に示す第三実施形態において、各磁界コイルへの供給電流を独立して制御する電流制御手段を付加した応用例の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of an application example in which a current control unit for independently controlling a supply current to each magnetic field coil is added in the third embodiment shown in FIGS. 7 and 8. ボトムカバレッジ率を向上させた従来のスパッタリング装置の一例であるコリメートスパッタリング装置の概略を説明した図である。It is the figure explaining the outline of the collimated sputtering apparatus which is an example of the conventional sputtering apparatus which improved the bottom coverage rate. 従来のスパッタリング装置の他の例である低圧遠隔スパッタリング装置の概略を説明した図である。It is the figure explaining the outline of the low voltage | pressure remote sputtering apparatus which is another example of the conventional sputtering apparatus. 図11に示す装置を使用して大型の基板に成膜する場合の問題点を説明した図であり、装置中のターゲットと基板の部分図である。It is the figure explaining the problem at the time of forming into a film on a large sized board | substrate using the apparatus shown in FIG. 11, and is a partial figure of the target and board | substrate in an apparatus. 図12と同様に、図11に示す装置を使用して大型の基板に成膜する場合の問題点を説明した図であり、基板の中心付近及び周辺部のボトムカバレッジ率を示した断面図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a problem in the case of forming a film on a large substrate using the apparatus shown in FIG. 11 as in FIG. 12, and is a cross-sectional view showing the bottom coverage ratio near the center of the substrate and in the peripheral portion. is there. 低圧遠隔スパッタに関する実験データを示すものであり、ボトムカバレッジ率の圧力及びTS距離依存性を示すデータである。The experimental data regarding a low-pressure remote sputtering is shown, and it is the data which shows the pressure and TS distance dependence of a bottom coverage rate. 同じく低圧遠隔スパッタに関する実験データを示すものであり、得られた薄膜のシート抵抗分布の圧力及びTS距離依存性を示すデータである。Similarly, it shows experimental data relating to low-pressure remote sputtering, and is data showing the pressure and TS distance dependence of the sheet resistance distribution of the obtained thin film. 同じく低圧遠隔スパッタに関する実験データを示すものであり、TS距離が340mmの場合のアスペクト比に対するボトムカバレッジ率の関係を示すデータである。Similarly, it shows experimental data regarding low-pressure remote sputtering, and is data showing the relationship of the bottom coverage ratio to the aspect ratio when the TS distance is 340 mm. 同じく低圧遠隔スパッタに関する実験データを示すものであり、TS距離が260mmの場合のアスペクト比に対するボトムカバレッジ率の関係を示すデータである。Similarly, experimental data regarding low-pressure remote sputtering is shown, and is a data showing the relationship of the bottom coverage ratio to the aspect ratio when the TS distance is 260 mm. 基板の大型化がボトムカバレッジ率及び成膜速度に与える影響について検討した結果の図である。It is a figure of the result of having examined about the influence which the enlargement of a board | substrate has on the bottom coverage rate and the film-forming rate. エロージョン最深部が周状となる点について説明した図であり、従来の装置における磁石機構の斜視概略図である。It is a figure explaining the point where the erosion deepest part becomes circumferential shape, and is a schematic perspective view of a magnet mechanism in a conventional apparatus. エロージョン最深部が周状となる点について説明した図であり、従来の装置におけるカソードの斜視概略図である。It is a figure explaining the point where the erosion deepest part becomes circumferential shape, and is a perspective schematic view of a cathode in a conventional device.

符号の説明Explanation of symbols

1 真空容器
11 排気系
2 カソード
20 中心軸
22 回転機構
3 基板ホルダ
30 基板
4 磁石機構
5 ターゲット
50 エロージョン領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 11 Exhaust system 2 Cathode 20 Center axis 22 Rotation mechanism 3 Substrate holder 30 Substrate 4 Magnet mechanism 5 Target 50 Erosion area

Claims (3)

排気系を備えた真空容器と、真空容器内の所定の位置に配置された円板状のターゲットと、ターゲットの表面側に磁界を設定する磁石機構とを具備し、ターゲットに対向させて円形の基板を同一中心軸上に平行に配置し、前記磁石機構が作る磁界によって電子を捉えながらターゲットをスパッタして基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタリング装置であって、
前記磁石機構は、ターゲットの表面のある場所から出てターゲットの表面の他の場所に入る漏洩磁力線を設定するとともにこのような漏洩磁力線をターゲットの表面上に周状に連ねて形成される周状磁界を設定するものであり、当該磁石機構がターゲットに対して相対的に静止している場合には周状となるエロージョン領域がこの周状磁界によってターゲットの表面上に形成されるスパッタリング装置において、
前記磁石機構は、ターゲット側の表面が第一の磁極である第一磁極磁石と、ターゲット側の表面の磁極が第一の磁極とは異なる第二の磁極である第二磁極磁石とを有しており、
第一磁極磁石は、平面で見た際、ターゲットの周縁に沿って延びるとともにターゲットの中心軸上に中心がある円周部と、円周部の内側を区画する区画部とから成り、区画部は、ターゲットの中心軸を外れた位置において延びていて円周部の内側を大きさの異なる二つの領域に区画しており、
第二磁極磁石は、第一磁極磁石の区画部によって区画された円周部内の二つの領域にそれぞれ配置されており、
第一磁極磁石及び各第二磁極磁石により、ターゲットの表面上に前記周状磁界が複数設定され、前記周状となるエロージョン領域が交差しないようにして複数形成されるようになっていることを特徴とするスパッタリング装置。
A vacuum vessel provided with an exhaust system, a disk-shaped target arranged at a predetermined position in the vacuum vessel, and a magnet mechanism for setting a magnetic field on the surface side of the target, and a circular shape facing the target A sputtering apparatus in which a substrate is arranged in parallel on the same central axis, a target is sputtered while capturing electrons by a magnetic field created by the magnet mechanism, and a predetermined thin film is formed on the surface of the substrate,
The magnet mechanism sets a leakage magnetic field line that exits from a place on the surface of the target and enters another place on the surface of the target, and has a circumferential shape formed by continuously connecting the leakage magnetic field lines on the surface of the target. In a sputtering apparatus in which a magnetic field is set, and an erosion region that is circumferential when the magnet mechanism is stationary relative to the target is formed on the surface of the target by the circumferential magnetic field,
The magnet mechanism has a first magnetic pole magnet whose surface on the target side is the first magnetic pole, and a second magnetic pole magnet whose magnetic pole on the surface on the target side is a second magnetic pole different from the first magnetic pole. And
The first magnetic pole magnet, when viewed in a plane, includes a circumferential portion that extends along the periphery of the target and has a center on the center axis of the target, and a partition portion that partitions the inside of the circumferential portion. Is extended at a position off the central axis of the target and divides the inside of the circumference into two regions of different sizes,
The second magnetic pole magnets are respectively disposed in two regions in the circumferential portion defined by the partitioning portion of the first magnetic pole magnet,
A plurality of the circumferential magnetic fields are set on the surface of the target by the first magnetic pole magnet and each of the second magnetic pole magnets, and a plurality of circumferential erosion regions are formed so as not to intersect with each other. A sputtering apparatus characterized.
前記基板は前記ターゲットから150mm以上360mm以下の距離にて配置されることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the substrate is disposed at a distance of 150 mm to 360 mm from the target. 前記磁石機構をターゲットの中心軸の周りに回転させる回転機構を具備していることを特徴とする請求項1又は2記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a rotation mechanism that rotates the magnet mechanism around a central axis of the target.
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