JP2012052191A

JP2012052191A - Sputtering apparatus

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Publication number: JP2012052191A
Application number: JP2010196170A
Authority: JP
Inventors: Harunori Iwai; 治憲岩井; Masashi Kubo; 昌司久保; Takayuki Ozawa; 隆之小沢
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2030-09-01
Also published as: JP5527894B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering apparatus that can form a film on a substrate surface at high speed without doing damage to the surface and is less likely to cause abnormal electrical discharge.SOLUTION: The sputtering apparatus 10 includes: first and second cylindrical sputter targets provided apart from each other in a chamber; a voltage-applying unit for applying voltages to the first and second cylindrical sputter targets, respectively; a gas-introducing system 70 for introducing a sputter gas into the chamber; a first magnet device 60A provided in the first cylindrical sputter target and having a magnet that faces the second cylindrical sputter target; and a second magnet device 60B provided in the second cylindrical sputter target, having a magnet that faces the magnet of the first magnet device, and forming magnetic fields between the first and second magnet devices.

Description

本発明はスパッタ装置に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus.

ターゲットをスパッタすることで成膜を行うスパッタ装置の一つである対向ターゲット型のスパッタ装置としては、第１、及び第２の平板ターゲットのスパッタ面が対向しており、各ターゲットに電圧を印加し放電させて、第１、及び第２のターゲット間においてプラズマを形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、ターゲット間に形成されたプラズマによりターゲットがスパッタされる。スパッタによりターゲットから飛び出したスパッタ粒子は、ターゲットとは交差する方向においてプラズマに対向するように設置された基板の表面に到達し、成膜を行う。このようなターゲット型のスパッタ装置は、２つの平板ターゲットを用いて成膜を行うことから、基板表面にダメージを与えずに高速成膜することができる。 As a counter target type sputtering apparatus that is one of sputtering apparatuses that form a film by sputtering a target, the sputtering surfaces of the first and second flat plate targets are opposed to each other, and a voltage is applied to each target. A device is known that discharges and discharges to form plasma between the first and second targets (see, for example, Patent Document 1). Then, the target is sputtered by the plasma formed between the targets. Sputtered particles that have jumped out of the target by sputtering reach the surface of the substrate placed so as to face the plasma in a direction crossing the target, and form a film. Since such a target-type sputtering apparatus performs film formation using two flat plate targets, high-speed film formation can be performed without damaging the substrate surface.

特開２０１０−１３７２４号公報JP 2010-13724 A

しかしながら、かかるスパッタ装置では、基板に付着しなかったスパッタ粒子が、成膜室の内壁や、ターゲットの表面端部を保持する保持部材に堆積してしまう。この膜にチャージアップして長期的には異常放電が発生しやすく、成膜状態が不安定になってしまうことがあるという問題がある。特に、誘電体膜を形成する場合に、かかるスパッタ装置では異常放電が発生しやすい。 However, in such a sputtering apparatus, sputtered particles that did not adhere to the substrate are deposited on the inner wall of the film forming chamber and the holding member that holds the surface end of the target. There is a problem that the film is charged up and abnormal discharge is likely to occur in the long term, and the film formation state may become unstable. In particular, when forming a dielectric film, such a sputtering apparatus tends to cause abnormal discharge.

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、基板表面にダメージを与えずに高速成膜できると共に、異常放電が発生しにくいスパッタ装置を提供しようとするものである。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a sputtering apparatus that can form a film at a high speed without damaging the substrate surface and is less likely to cause abnormal discharge. is there.

本発明のスパッタ装置は、チャンバ内に離間して設置された第１、第２の円筒状スパッタターゲットと、第１、第２の円筒状スパッタターゲットにそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段と、チャンバ内にスパッタガスを導入するガス導入系と、前記第１の円筒状スパッタターゲットの内部に設けられ、前記第２の円筒状スパッタターゲットに対向する磁石を有する第１の磁石装置と、前記第２の円筒状スパッタターゲットの内部に設けられ、前記第１の磁石装置の磁石に対向する磁石を有し、前記第１の磁石装置との間に磁場を形成する第２の磁石装置とを備えたことを特徴とする。 The sputtering apparatus of the present invention includes first and second cylindrical sputter targets that are spaced apart from each other in a chamber, voltage applying means for applying a voltage to each of the first and second cylindrical sputter targets, and a chamber A gas introduction system for introducing a sputtering gas therein, a first magnet device provided inside the first cylindrical sputter target and having a magnet facing the second cylindrical sputter target, and the second And a second magnet device that has a magnet facing the magnet of the first magnet device and that forms a magnetic field with the first magnet device. It is characterized by that.

本発明のスパッタ装置は、第１の磁石装置と第２の磁石装置との間に磁場が形成され、スパッタ時にこれらの間でプラズマが形成されて第１、第２の円筒状スパッタターゲットがスパッタされることで、基板表面にダメージを与えずに高速成膜できる。かつ、円筒状スパッタターゲットを用いることで、保持部材がターゲット表面に存在しないので異常放電が発生しにくい。 In the sputtering apparatus of the present invention, a magnetic field is formed between the first magnet apparatus and the second magnet apparatus, and plasma is formed between them during sputtering, and the first and second cylindrical sputtering targets are sputtered. As a result, high-speed film formation can be performed without damaging the substrate surface. In addition, since the holding member is not present on the target surface by using the cylindrical sputter target, abnormal discharge is unlikely to occur.

本発明の好ましい実施形態としては、前記第１、及び第２の磁石装置は、それぞれ、前記第１、第２の円筒状スパッタターゲットの長手方向に沿って設けられた直線状の磁石片と、この直線状の磁石片から離間させてその周縁部に亘って設けられた額縁状の磁石片と、該直線状の磁石片と該額縁状の磁石片とを保持する磁石保持部材とを備え、対向する磁石装置に向かっている前記直線状の磁石片の磁極と前記額縁状の磁石片の磁極とは同一方向を向いていることがあげられる。 As a preferred embodiment of the present invention, the first and second magnet devices are linear magnet pieces provided along the longitudinal direction of the first and second cylindrical sputter targets, respectively. A frame-shaped magnet piece provided over the peripheral edge of the linear magnet piece, and a magnet holding member for holding the linear magnet piece and the frame-shaped magnet piece; It can be mentioned that the magnetic pole of the linear magnet piece and the magnetic pole of the frame-shaped magnet piece facing the opposing magnet device are in the same direction.

前記直線状の磁石片が、前記額縁状の磁石片よりも、幅狭であることが好ましい。このように構成されることで、環状磁場が抑制されて、第１の磁石装置から第２の磁石装置へと延びる磁場を形成でき、高密度なプラズマを形成することが可能である。 The linear magnet piece is preferably narrower than the frame-shaped magnet piece. By being configured in this way, the annular magnetic field is suppressed, a magnetic field extending from the first magnet device to the second magnet device can be formed, and high-density plasma can be formed.

前記チャンバ内に、アノード電極が設置されていることが好ましい。アノード電極が設置されることで、プラズマの形成位置がずれずに、高密度なプラズマを形成することが可能である。 An anode electrode is preferably installed in the chamber. By installing the anode electrode, it is possible to form high-density plasma without shifting the plasma formation position.

基板表面に到達したスパッタ粒子と反応する反応性ガスを前記チャンバに導入する反応性ガス導入手段が設けられていることが好ましい。反応性ガスを導入するように構成することで、金属酸化物や金属窒化物などの絶縁体膜を形成することが可能である。 It is preferable that a reactive gas introduction unit is provided for introducing a reactive gas that reacts with the sputtered particles that have reached the substrate surface into the chamber. By configuring so as to introduce a reactive gas, it is possible to form an insulator film such as a metal oxide or a metal nitride.

本発明のスパッタ装置によれば、基板表面にダメージを与えずに高速成膜できると共に、異常放電が発生しにくいという優れた効果を奏し得る。 According to the sputtering apparatus of the present invention, it is possible to achieve an excellent effect that high-speed film formation can be performed without damaging the substrate surface, and abnormal discharge hardly occurs.

本実施形態のスパッタ装置の概略構成を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing a schematic structure of a sputtering device of this embodiment. スパッタカソード機構の概略構成を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows schematic structure of a sputtering cathode mechanism. 磁石装置の説明をするための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating a magnet apparatus. 本実施形態のスパッタ装置の磁石装置により形成される磁場を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic field formed with the magnet apparatus of the sputtering device of this embodiment. 他の実施形態の磁石装置の説明をするための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the magnet apparatus of other embodiment. 他の実施形態の磁石装置により形成される磁場を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic field formed with the magnet apparatus of other embodiment. 他の実施形態の磁石装置の説明をするための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the magnet apparatus of other embodiment. 他の実施形態の磁石装置により形成される磁場を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic field formed with the magnet apparatus of other embodiment. 参考例の磁石装置の説明をするための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the magnet apparatus of a reference example. 参考例の磁石装置により形成される磁場を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic field formed with the magnet apparatus of a reference example.

（実施形態１）
図１は、スパッタ装置の概略構成を示す図である。本実施形態のスパッタ装置１０は、絶縁膜である金属酸化膜をスパッタ法により形成するものである。図１に示すように、スパッタ装置１０は、基板搬送室２０及び成膜手段設置室３０からなる。基板搬送室２０及び成膜手段設置室３０とは、開口１１により連通していて、同一雰囲気になるように構成されている。基板搬送室２０に搬送された基板に対して、開口１１を介して成膜手段設置室３０に設置された成膜手段により成膜が行われる。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a sputtering apparatus. The sputtering apparatus 10 of this embodiment forms a metal oxide film that is an insulating film by a sputtering method. As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus 10 includes a substrate transfer chamber 20 and a film forming means installation chamber 30. The substrate transfer chamber 20 and the film forming means installation chamber 30 communicate with each other through the opening 11 and are configured to have the same atmosphere. Film formation is performed on the substrate transferred to the substrate transfer chamber 20 by the film forming means installed in the film forming means setting chamber 30 through the opening 11.

基板搬送室２０には、基板搬入口２１と、基板搬出口２２とが基板搬送室の長手方向の端面に設けられている。基板搬入口２１は、例えば加熱室にバルブ２３を介して連通しており、基板搬出口２２は、例えばアンロード室にバルブ２３を介して連通している。基板搬送室２０の基板搬入口２１付近には、真空排気手段２４が設けられており、真空排気手段２４により、スパッタ装置１０内の排気を行うことができる。 In the substrate transfer chamber 20, a substrate carry-in port 21 and a substrate carry-out port 22 are provided on the end surface in the longitudinal direction of the substrate transfer chamber. The substrate carry-in port 21 communicates with the heating chamber via a valve 23, for example, and the substrate carry-out port 22 communicates with the unload chamber via a valve 23, for example. A vacuum exhaust unit 24 is provided in the vicinity of the substrate carry-in entrance 21 of the substrate transfer chamber 20, and the vacuum exhaust unit 24 can exhaust the sputtering apparatus 10.

また、基板搬送室２０には、図示しない基板搬送手段が設けられて、スパッタ装置１０、即ち基板搬送室２０に基板搬入口２１から搬入された被処理基板Ｓを基板搬出口２２へ搬送する。被処理基板Ｓは、搬送中にその表面に成膜が行われる。 Further, the substrate transfer chamber 20 is provided with a substrate transfer means (not shown), and transfers the substrate S to be processed, which is carried into the sputtering apparatus 10, that is, the substrate transfer chamber 20 from the substrate carry-in port 21, to the substrate carry-out port 22. The substrate S to be processed is formed on its surface during transportation.

成膜手段設置室３０には、成膜手段として、一対のスパッタカソード機構４０が設けられている。本実施形態では、図１中右側のスパッタカソード機構４０を、第１スパッタカソード機構４０Ａとし、左側のスパッタカソード機構４０を、第２スパッタカソード機構４０Ｂとする。スパッタカソード機構４０は、それぞれ、回転軸４１に対して回転可能に支持された円筒状のターゲット５０と、ターゲット５０の内部に配される磁石装置６０とを備えている。またスパッタカソード機構４０は、ターゲット５０に電力を供給するＤＣ電源４２を備える。ＤＣ電源４２は、ターゲット５０の裏面側にＤＣ電源４２の負電源側から電圧を印加するように構成されている。 In the film forming means installation chamber 30, a pair of sputtering cathode mechanisms 40 are provided as film forming means. In the present embodiment, the right sputtering cathode mechanism 40 in FIG. 1 is a first sputtering cathode mechanism 40A, and the left sputtering cathode mechanism 40 is a second sputtering cathode mechanism 40B. Each of the sputtering cathode mechanisms 40 includes a cylindrical target 50 that is rotatably supported with respect to the rotation shaft 41, and a magnet device 60 that is disposed inside the target 50. The sputtering cathode mechanism 40 includes a DC power source 42 that supplies power to the target 50. The DC power source 42 is configured to apply a voltage from the negative power source side of the DC power source 42 to the back side of the target 50.

ターゲット５０は、金属製のバッキングチューブ５１の外周面に所定の材料からなるターゲット層５２を均一に形成したものである。即ち、バッキングチューブ５１の表面はターゲット層５２により覆われており、ターゲット５０の表面にバッキングチューブ５１は露出していない。このようなターゲット層５２の材料としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｂがあげられ、本実施形態では、Ｓｉである。 The target 50 is obtained by uniformly forming a target layer 52 made of a predetermined material on the outer peripheral surface of a metal backing tube 51. That is, the surface of the backing tube 51 is covered with the target layer 52, and the backing tube 51 is not exposed on the surface of the target 50. Examples of the material of the target layer 52 include Ti, Zr, Mo, Hf, Si, Al, Ta, and Nb. In this embodiment, Si is Si.

磁石装置６０は、ターゲット層５２の表面に磁場を発生させるためのものである。磁石装置６０について、図２を用いて説明する。図２は、スパッタカソード機構の概略斜視図である。図２に示すように、スパッタカソード機構４０を構成する磁石装置６０は、ターゲット５０の内部に配されている。磁石装置６０では、中央磁石６１は、回転軸４１に沿って直線状に配置されている。即ち、中央磁石（直線状の磁石片）６１は、ターゲット５０の周方向に直交する長手方向に沿って設けられている。周囲磁石（額縁状の磁石片）６２は、中央磁石６１の周縁部から所定距離をおいて額縁状に配置されている。これら中央磁石６１と周囲磁石６２とがその表面が露出した状態でヨーク６３に埋め込まれている。なお、以下説明のため、第１スパッタカソード機構４０Ａの内側に設けられた磁石装置６０を第１磁石装置６０Ａとし、第２スパッタカソード機構４０Ｂの内側に設けられた磁石装置６０を第２磁石装置６０Ｂとする。 The magnet device 60 is for generating a magnetic field on the surface of the target layer 52. The magnet device 60 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic perspective view of the sputtering cathode mechanism. As shown in FIG. 2, the magnet device 60 constituting the sputtering cathode mechanism 40 is arranged inside the target 50. In the magnet device 60, the central magnet 61 is arranged linearly along the rotation axis 41. That is, the central magnet (linear magnet piece) 61 is provided along the longitudinal direction orthogonal to the circumferential direction of the target 50. The surrounding magnets (frame-shaped magnet pieces) 62 are arranged in a frame shape at a predetermined distance from the peripheral edge of the central magnet 61. The central magnet 61 and the surrounding magnet 62 are embedded in the yoke 63 with their surfaces exposed. For the following description, the magnet device 60 provided inside the first sputter cathode mechanism 40A is referred to as a first magnet device 60A, and the magnet device 60 provided inside the second sputter cathode mechanism 40B is referred to as a second magnet device. 60B.

図３は、第１磁石装置６０Ａと第２磁石装置６０Ｂのそれぞれ長手方向に直交する面での断面図である。図３に示すように、第１磁石装置６０Ａと第２磁石装置６０Ｂとは、互いに向かい合う磁極が異なるものとなるように中央磁石６１と周囲磁石６２とが配されている。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the first magnet device 60 A and the second magnet device 60 B on the surfaces orthogonal to the longitudinal direction. As shown in FIG. 3, the first magnet device 60 A and the second magnet device 60 B are provided with a central magnet 61 and a peripheral magnet 62 so that the magnetic poles facing each other are different.

即ち、第１磁石装置６０Ａでは、中央磁石６１及び周囲磁石６２は、それぞれ露出面がＮ極となるように配置されていると共に、第２磁石装置６０Ｂでは、中央磁石６１及び周囲磁石６２は、それぞれ露出面がＳ極となるように配置されている。このように配置されていることで、第１磁石装置６０Ａと第２磁石装置６０Ｂとの間で、Ｎ極からＳ極に向かった磁場が形成される。 That is, in the first magnet device 60A, the central magnet 61 and the surrounding magnet 62 are arranged so that the exposed surfaces are N poles respectively, and in the second magnet device 60B, the central magnet 61 and the surrounding magnet 62 are Each of the exposed surfaces is arranged to be an S pole. With this arrangement, a magnetic field from the N pole toward the S pole is formed between the first magnet device 60A and the second magnet device 60B.

この場合に、本実施形態では、磁石装置６０の構成を最も好ましい構成とすることで、より環流磁場を抑制して、対向する第１磁石装置６０Ａと第２磁石装置６０Ｂとの間に形成される磁場の強度を上げている。これにより、磁場に閉じこめられるプラズマの密度を上げると共に、プラズマの形成位置を固定することができるので、成膜効率がよく、かつ、異常放電を抑制できる。 In this case, in this embodiment, the configuration of the magnet device 60 is the most preferable configuration, so that the reflux magnetic field is further suppressed and the magnet device 60 is formed between the first magnet device 60A and the second magnet device 60B facing each other. The strength of the magnetic field is increased. Accordingly, the density of the plasma confined in the magnetic field can be increased and the plasma formation position can be fixed, so that the film formation efficiency is good and abnormal discharge can be suppressed.

具体的には、磁石装置６０では、中央磁石６１は、周囲磁石６２よりも幅狭となるように設けられている。より詳細には、磁石装置６０では、例えばヨーク６３は厚さ３０ｍｍ×幅５０ｍｍの板状となっている。中央磁石６１は、幅５ｍｍ、厚み５ｍｍであり、周囲磁石６２は、幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍとなっている。このような磁石装置６０である第１磁石装置６０Ａと第２磁石装置６０Ｂとにより形成される磁場は、図４に示すようになっている。図４は、本実施形態の磁石装置６０による磁場を説明するために行ったシミュレーション結果を示す図である。図４に示すように、本実施形態の磁石装置６０によれば、形成される磁場は、環流磁場が少なく、かつ、対向する磁石装置６０に向かう磁場成分が多い。これにより、磁場に閉じこめられるプラズマの密度を上げると共に、プラズマの形成位置を固定することができるので、成膜効率がよく、かつ、異常放電を抑制できる。 Specifically, in the magnet device 60, the central magnet 61 is provided to be narrower than the surrounding magnet 62. More specifically, in the magnet device 60, for example, the yoke 63 has a plate shape with a thickness of 30 mm and a width of 50 mm. The central magnet 61 has a width of 5 mm and a thickness of 5 mm, and the surrounding magnet 62 has a width of 10 mm and a thickness of 5 mm. The magnetic field formed by the first magnet device 60A and the second magnet device 60B, which are such magnet devices 60, is as shown in FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a simulation result performed to explain the magnetic field by the magnet device 60 of the present embodiment. As shown in FIG. 4, according to the magnet device 60 of the present embodiment, the formed magnetic field has a small recirculating magnetic field and a large amount of magnetic field components toward the opposing magnet device 60. Accordingly, the density of the plasma confined in the magnetic field can be increased and the plasma formation position can be fixed, so that the film formation efficiency is good and abnormal discharge can be suppressed.

また、図１に示すように、成膜手段設置室３０には、アノード電極３３が設けられている。アノード電極３３は、ＤＣ電源４２の正電源側に接続されている。アノード電極３３を設けることで、プラズマが基板側に引き込まれることを抑制でき、より長期的にプラズマ形成位置が安定する。これにより、ターゲットの成膜面が高効率でスパッタされることができ、より異常放電を抑制することができる。また、アノード電極３３とスパッタカソード機構４０との間には、シールド３４が設けられている。シールド３４が設けられていることで、スパッタ粒子はシールド３４に付着してアノード電極３３に付着しないので、アノード電極３３の表面に薄膜が形成されることがない。このようなシールド３４は、絶縁材料で構成してもよく、また、導電性材料で構成してもよい。導電性材料で構成した場合には、ターゲット５０に印加されている電圧に近いが放電を妨げないような電圧を印加して、アノード電極として機能しないようにしておくことが好ましい。 Further, as shown in FIG. 1, an anode electrode 33 is provided in the film forming means installation chamber 30. The anode electrode 33 is connected to the positive power source side of the DC power source 42. By providing the anode electrode 33, it is possible to suppress the plasma from being drawn to the substrate side, and the plasma formation position is stabilized for a longer period. Thereby, the film formation surface of the target can be sputtered with high efficiency, and abnormal discharge can be further suppressed. A shield 34 is provided between the anode electrode 33 and the sputter cathode mechanism 40. By providing the shield 34, the sputtered particles adhere to the shield 34 and do not adhere to the anode electrode 33, so that a thin film is not formed on the surface of the anode electrode 33. Such a shield 34 may be made of an insulating material or may be made of a conductive material. In the case of a conductive material, it is preferable to apply a voltage that is close to the voltage applied to the target 50 but does not hinder the discharge so that it does not function as an anode electrode.

本実施形態のスパッタ装置においては、成膜手段設置室３０に、スパッタの際に導入されるスパッタガス導入手段７０を備えている。スパッタガス導入手段７０は、スパッタガスを封入したガス封入部７１と、バルブ７２とを備える。バルブ７２の開度を調整することにより、ガス封入部７１に封入されたスパッタガスの成膜手段設置室３０への導入量を調整することができる。スパッタガスとしては、Ａｒガス、Ｘｅガスなどを用いることができる。 In the sputtering apparatus of this embodiment, the film forming means installation chamber 30 is provided with a sputtering gas introducing means 70 introduced during sputtering. The sputter gas introducing means 70 includes a gas sealing portion 71 in which a sputter gas is sealed and a valve 72. By adjusting the opening degree of the valve 72, the amount of the sputter gas sealed in the gas sealing portion 71 introduced into the film forming means installation chamber 30 can be adjusted. As the sputtering gas, Ar gas, Xe gas, or the like can be used.

また、本実施形態では、スパッタ装置１０には、基板搬送室２０の中央部に、スパッタにより形成された薄膜と反応させる反応性ガスを導入するための反応性ガス導入手段８０を備えている。反応性ガス導入手段８０は、反応性ガスを封入した反応性ガス封入部８１と、反応性ガスバルブ８２とを備える。反応性ガスバルブ８２の開度を調整することにより、反応性ガス封入部８１に封入された反応性ガスの基板搬送室２０への導入量を調整することができる。 In the present embodiment, the sputtering apparatus 10 is provided with a reactive gas introduction means 80 for introducing a reactive gas to be reacted with the thin film formed by sputtering, in the central portion of the substrate transfer chamber 20. The reactive gas introduction means 80 includes a reactive gas sealing portion 81 in which a reactive gas is sealed, and a reactive gas valve 82. By adjusting the opening degree of the reactive gas valve 82, the amount of the reactive gas sealed in the reactive gas sealing portion 81 can be adjusted into the substrate transfer chamber 20.

反応性ガスとしては、酸化膜を形成する場合には、Ｏ_２ガス等の酸素含有ガスがあげられる。窒化膜を形成する場合には、Ｎ_２ガスなどの窒素含有ガスがあげられる。 Examples of the reactive gas include an oxygen-containing gas such as O ₂ gas when an oxide film is formed. In the case of forming a nitride film, a nitrogen-containing gas such as N ₂ gas can be used.

かかるスパッタ装置１０を用いた成膜方法について説明する。 A film forming method using the sputtering apparatus 10 will be described.

初めに、図示しない高真空排気手段によりスパッタ装置１０内を高真空排気する。スパッタガス導入手段７０からスパッタガスとしてＡｒガスを導入しスパッタ装置１０内の圧力を２〜１０ｍＴｏｒｒに維持する。スパッタガスは、真空排気手段２４によりスパッタカソード機構４０間を通って基板搬送室２０側へ流れて、真空排気手段２４から排気される。この状態で、円筒型のターゲット５０を回転させながら、ＤＣ電源４２によりターゲット５０に電力密度１〜８ｗ／ｃｍ^２の電力を投入する。また第１磁石装置６０Ａ及び第２磁石装置６０Ｂによって第１スパッタカソード機構４０Ａと第２スパッタカソード機構４０Ｂとの間のターゲット５０の表面に磁場を発生させる。 First, the inside of the sputtering apparatus 10 is evacuated to high vacuum by means of high vacuum evacuation means (not shown). Ar gas is introduced as a sputtering gas from the sputtering gas introducing means 70, and the pressure in the sputtering apparatus 10 is maintained at 2 to 10 mTorr. The sputtering gas flows through the sputtering cathode mechanism 40 to the substrate transfer chamber 20 side by the vacuum exhaust unit 24 and is exhausted from the vacuum exhaust unit 24. In this state, while rotating the cylindrical target 50, power having a power density of 1 to 8 w / cm ² is applied to the target 50 by the DC power source 42. A magnetic field is generated on the surface of the target 50 between the first sputter cathode mechanism 40A and the second sputter cathode mechanism 40B by the first magnet device 60A and the second magnet device 60B.

これにより、スパッタガスのプラズマが形成され、このプラズマにより励起されたスパッタガスのイオンが、ターゲット層５２に衝突して原子を飛び出させる。対向する第１スパッタカソード機構４０Ａと第２スパッタカソード機構４０Ｂとから飛び出した原子は、衝突して、第１スパッタカソード機構４０Ａと第２スパッタカソード機構４０Ｂとの隙間に対向する基板Ｓ上に付着する。 Thereby, a plasma of sputtering gas is formed, and ions of the sputtering gas excited by this plasma collide with the target layer 52 and eject atoms. The atoms ejected from the opposing first sputter cathode mechanism 40A and second sputter cathode mechanism 40B collide and adhere onto the substrate S facing the gap between the first sputter cathode mechanism 40A and the second sputter cathode mechanism 40B. To do.

さらに、基板搬送室２０には、反応性ガス導入手段８０から反応性ガス（Ｏ_２ガス）が導入される。これにより、基板Ｓ上に付着した粒子が反応性ガスと反応し、反応生成物からなる薄膜を形成することができる。この場合に、スパッタ装置１０内に導入された反応性ガスは、真空排気手段２４により基板Ｓの周囲を流れて排気されるので、成膜手段設置室３０側へ流入することが防止されている。 Further, a reactive gas (O ₂ gas) is introduced into the substrate transfer chamber 20 from the reactive gas introduction means 80. Thereby, the particles adhering to the substrate S react with the reactive gas, and a thin film made of a reaction product can be formed. In this case, since the reactive gas introduced into the sputtering apparatus 10 flows around the substrate S by the vacuum exhaust unit 24 and is exhausted, it is prevented from flowing into the film forming unit installation chamber 30 side. .

本実施形態では、このようにして金属酸化物である誘電体膜を、二つのスパッタカソード機構４０を設けることで、基板表面にダメージを与えずに高速成膜できる。さらに、スパッタカソード機構４０として、円筒状のスパッタカソード機構４０を用いていることで、異常放電が発生しにくい。即ち、平板ターゲットを用いたスパッタカソード機構４０を用いる場合には、平板ターゲットを保持するための保持部材が表面に露出してしまい、この保持部材がプラズマにさらされて誘電体膜形成時のパーティクルが付着して、異常放電の原因となる場合があった。しかし、本実施形態では、円筒状のターゲット５０を用いていることで、ターゲットの表面に保持部材が露出することがない。従って、異常放電の発生が抑制される。 In this embodiment, a dielectric film made of a metal oxide can be formed at high speed without damaging the substrate surface by providing the two sputtering cathode mechanisms 40 in this way. Furthermore, the use of the cylindrical sputter cathode mechanism 40 as the sputter cathode mechanism 40 makes it difficult for abnormal discharge to occur. That is, when the sputtering cathode mechanism 40 using a flat plate target is used, a holding member for holding the flat plate target is exposed on the surface, and this holding member is exposed to plasma to form particles at the time of forming the dielectric film. In some cases, causing abnormal discharge. However, in this embodiment, since the cylindrical target 50 is used, the holding member is not exposed on the surface of the target. Therefore, the occurrence of abnormal discharge is suppressed.

また、本実施形態では、所定の磁石装置６０を用いていることから、二つの磁石装置６０間に磁石装置６０の並設方向に対して垂直な磁場が形成され、かつ環流磁場の発生を抑制できる。これにより、プラズマの形成位置がずれないので、異常放電を抑制するだけでなくプラズマが高密度で形成され、スパッタの効率がよい。さらに、円筒状のターゲット５０を用いたスパッタカソード機構４０を用いていることで、ターゲットの使用効率を上昇させることができる。 In this embodiment, since the predetermined magnet device 60 is used, a magnetic field perpendicular to the direction in which the magnet devices 60 are arranged is formed between the two magnet devices 60, and the generation of the reflux magnetic field is suppressed. it can. Accordingly, since the plasma formation position does not shift, not only abnormal discharge is suppressed, but also plasma is formed at a high density, and the sputtering efficiency is good. Furthermore, the use efficiency of the target can be increased by using the sputtering cathode mechanism 40 using the cylindrical target 50.

以下、本発明における磁石装置の異なる構成例について説明する。なお、以下の構成例において、磁石装置の長手方向に直交する方向での断面図を示している。図５に示すように、実施形態１の磁石装置６０とは異なる構成で磁石装置６０Ｃ、６０Ｄを構成してもよい。即ち、図５に示す磁石装置の実施形態では、磁石装置６０Ｃ、６０Ｄは、ヨーク６３に埋め込まれた中央磁石６１と周囲磁石６２との幅が同一である。この場合に発生する磁場を、図６に示す。 Hereinafter, different configuration examples of the magnet device according to the present invention will be described. In the following configuration example, a cross-sectional view in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the magnet device is shown. As shown in FIG. 5, you may comprise magnet apparatus 60C, 60D by the structure different from the magnet apparatus 60 of Embodiment 1. FIG. That is, in the embodiment of the magnet device shown in FIG. 5, in the magnet devices 60 C and 60 D, the central magnet 61 and the surrounding magnet 62 embedded in the yoke 63 have the same width. The magnetic field generated in this case is shown in FIG.

図６に示すように、環流磁場が小さく、実施形態１に示すほどではなくが、互いに対向する磁石装置に向かって直線的な磁場成分が多かった。 As shown in FIG. 6, the circulating magnetic field was small, and not as shown in the first embodiment, but there were many linear magnetic field components toward the magnet devices facing each other.

また、図７に示す磁石装置の実施形態では、磁石装置６０Ｅ、６０Ｆは、一枚の平板磁石６４のみがヨーク６３に埋め込まれ、その表面のみが露出しているものである。この場合に発生する磁場を、図８に示す。 In the embodiment of the magnet device shown in FIG. 7, the magnet devices 60E and 60F are such that only one flat magnet 64 is embedded in the yoke 63 and only the surface thereof is exposed. The magnetic field generated in this case is shown in FIG.

図８に示す磁場は、図６同様に、環流磁場が小さく、実施形態１に示すほどではないが、互いに対向する磁石装置に向かって直線的な磁場成分が多かった。 As in FIG. 6, the magnetic field shown in FIG. 8 has a small circulating magnetic field, and although not as shown in the first embodiment, there are many linear magnetic field components toward the magnet devices facing each other.

図６及び図８から、磁石装置６０Ｃ〜６０Ｆによる磁場形状は、それぞれほとんど変化がなく、それぞれ環流磁場が小さく、実施形態１に示すほどではないが、互いに対向する磁石装置に向かって直線的な磁場成分が多かった。 From FIG. 6 and FIG. 8, the magnetic field shapes by the magnet devices 60C to 60F are almost unchanged, the circulating magnetic field is small, and not as shown in the first embodiment, but linear toward the magnet devices facing each other. There were many magnetic field components.

従って、これらの磁石装置を用いたとしても、実施形態１ほどではないが実施形態１と同様の効果を得ることができる。なお、参考例として、図９に示す磁石装置６０Ｇ、６０Ｈを用いた場合に発生する磁場を図１０に示す。図９に示す磁石装置６０Ｇ、６０Ｈでは、ヨーク６３は矩形の対向する角部を除去した６角形状である。また、３つの磁石６５は、ターゲットの形状に沿った円弧状となるようにヨーク６３の表面に配置されている。即ち、上述した実施形態では、磁石装置の磁石は、それぞれ断面視においてその表面（磁場形成面）が同一平面となるように構成したが、参考例においては、磁石装置の磁石６５断面視において同一平面とならずに円弧状となるように、それぞれ異なる方向に向かって磁場を形成するように構成されている。図１０に示すように、この場合には環流磁場の影響が大きく、プラズマを磁場内に高密度で形成することができない場合があることが分かった。 Therefore, even if these magnet devices are used, the same effects as in the first embodiment can be obtained, although not as much as in the first embodiment. As a reference example, FIG. 10 shows a magnetic field generated when the magnet devices 60G and 60H shown in FIG. 9 are used. In the magnet devices 60G and 60H shown in FIG. 9, the yoke 63 has a hexagonal shape in which the rectangular corners are removed. The three magnets 65 are arranged on the surface of the yoke 63 so as to have an arc shape along the shape of the target. That is, in the above-described embodiment, the magnets of the magnet device are configured such that their surfaces (magnetic field forming surfaces) are the same plane in a sectional view, but in the reference example, they are the same in a sectional view of the magnet 65 of the magnet device. The magnetic fields are formed in different directions so as to be arcuate rather than flat. As shown in FIG. 10, in this case, it was found that the influence of the circulating magnetic field is large, and there is a case where the plasma cannot be formed at a high density in the magnetic field.

上述した実施形態では、金属酸化物からなる誘電体膜を形成するために反応性ガスも導入するような装置構成としているがこれに限定されず、金属膜を形成するために反応性ガスを導入しない装置構成とすることも可能である。 In the above-described embodiment, the device configuration is such that a reactive gas is also introduced to form a dielectric film made of a metal oxide. However, the present invention is not limited to this, and a reactive gas is introduced to form a metal film. It is also possible to adopt a device configuration that does not.

上述した実施形態では、アノード電極３３は、スパッタカソード機構４０の基板側とは反対側に設けているがこれに限定されない。例えば、アノード電極３３を設けなくても良い。 In the embodiment described above, the anode electrode 33 is provided on the side opposite to the substrate side of the sputtering cathode mechanism 40, but is not limited thereto. For example, the anode electrode 33 may not be provided.

本発明のスパッタ装置は、成膜に用いることができる。従って、例えば半導体製造産業分野において利用可能である。 The sputtering apparatus of the present invention can be used for film formation. Therefore, for example, it can be used in the semiconductor manufacturing industry.

１０スパッタ装置
２０基板搬送室
２１基板搬入口
２２基板搬出口
２３バルブ
２４真空排気手段
３０成膜手段設置室
３３アノード電極
３４シールド
４０、４０Ａ、４０Ｂスパッタカソード機構
４１回転軸
４２ＤＣ電源
５０ターゲット
５１バッキングチューブ
５２ターゲット層
６０、６０Ａ〜６０Ｇ磁石装置
６１中央磁石
６２周囲磁石
６３ヨーク
６４平板磁石
６５磁石
７０スパッタガス導入手段
７１ガス封入部
７２バルブ
８０反応性ガス導入手段
８１反応性ガス封入部
８２反応性ガスバルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sputtering apparatus 20 Substrate transfer chamber 21 Substrate carry-in port 22 Substrate carry-out port 23 Valve 24 Vacuum exhaust unit 30 Deposition unit setting chamber 33 Anode electrode 34 Shield 40, 40A, 40B Sputter cathode mechanism 41 Rotating shaft 42 DC power supply 50 Target 51 Backing Tube 52 Target layer 60, 60A-60G Magnet device 61 Central magnet 62 Peripheral magnet 63 Yoke 64 Flat magnet 65 Magnet 70 Sputter gas introduction means 71 Gas enclosure 72 Valve 80 Reactive gas introduction means 81 Reactive gas enclosure 82 Reactivity Gas valve

Claims

First and second cylindrical sputter targets spaced apart in the chamber;
Voltage applying means for applying a voltage to each of the first and second cylindrical sputter targets;
A gas introduction system for introducing sputtering gas into the chamber;
A first magnet device having a magnet provided inside the first cylindrical sputter target and facing the second cylindrical sputter target;
A second magnet device provided inside the second cylindrical sputter target, having a magnet facing the magnet of the first magnet device, and forming a magnetic field with the first magnet device; A sputtering apparatus comprising:

The first and second magnet devices are respectively linear magnet pieces provided along the longitudinal direction of the first and second cylindrical sputter targets,
A frame-shaped magnet piece that is spaced from the linear magnet piece and is provided over the periphery thereof; and
A magnet holding member that holds the linear magnet piece and the frame-shaped magnet piece;
2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the magnetic poles of the linear magnet pieces facing the opposing magnet apparatus and the magnetic poles of the frame-shaped magnet pieces face the same direction.

The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the linear magnet piece is narrower than the frame-shaped magnet piece.

The sputtering apparatus according to claim 1, wherein an anode electrode is installed in the chamber.

5. The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a reactive gas introduction unit that introduces into the chamber a reactive gas that reacts with the sputtered particles that have reached the substrate surface.