JP2013253288A - Thin film deposition apparatus and thin film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜の形成装置および形成方法に関する。 The present invention relates to a thin film forming apparatus and a forming method.
図4を用いて従来の薄膜形成装置およびそれを用いた薄膜形成方法について説明する。
図4は従来の薄膜形成装置の構成を示す概略図である。
図4に示すように、従来の薄膜形成装置は、主材料による薄膜形成に使用される電子ビーム蒸着源71と、副材料による薄膜形成に使用される分子線セル蒸着源77とを、それぞれ独立に有している。
A conventional thin film forming apparatus and a thin film forming method using the same will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a schematic view showing the configuration of a conventional thin film forming apparatus.
As shown in FIG. 4, the conventional thin film forming apparatus has an electron beam evaporation source 71 used for forming a thin film using a main material and a molecular beam cell evaporation source 77 used for forming a thin film using a secondary material. Have.
より具体的には、まず、分子線セル蒸着源77に副材料となるCu(銅)を載置した状態で、ヌードイオン真空計74にて装置内の圧力を観測し、Cuの成膜速度が1nm/minとなるように分子線セル蒸着源77の温度を調整する。調整時は、分子線セル蒸着源用シャッター722とヌードイオンゲージ用シャッター724を開放し、調整の終了後は一旦、これらを閉じる。 More specifically, first, in the state where Cu (copper) as a secondary material is placed on the molecular beam cell deposition source 77, the pressure inside the apparatus is observed with a nude ion vacuum gauge 74, and the film formation rate of Cu is measured. The temperature of the molecular beam cell deposition source 77 is adjusted so as to be 1 nm / min. At the time of adjustment, the molecular beam cell deposition source shutter 722 and the nude ion gauge shutter 724 are opened, and these are temporarily closed after the adjustment is completed.
分子線セル蒸着源77の調整と同時に、主材料となるAl(アルミニウム)の載置された電子ビーム蒸着源71への投入電力を調整する。
分子線セル蒸着源77と電子ビーム蒸着源71との調整が終了すると、電子ビーム蒸着源用シャッター721、分子線セル蒸着源用シャッター722、基板用シャッター723を同時に開放する。そして、水晶振動子膜厚計75における成膜速度が一定となるように電子ビーム蒸着源71への投入電力を制御することで、主材料であるAlに対して副材料であるCuの添加されたAl−Cu合金膜715が基板714に形成される(例えば、特許文献1)。
Simultaneously with the adjustment of the molecular beam cell deposition source 77, the input power to the electron beam deposition source 71 on which Al (aluminum) as the main material is placed is adjusted.
When the adjustment of the molecular beam cell deposition source 77 and the electron beam deposition source 71 is completed, the electron beam deposition source shutter 721, the molecular beam cell deposition source shutter 722, and the substrate shutter 723 are simultaneously opened. Then, by controlling the electric power applied to the electron beam evaporation source 71 so that the film forming rate in the quartz oscillator film thickness meter 75 is constant, the auxiliary material Cu is added to the main material Al. An Al—Cu alloy film 715 is formed on the substrate 714 (for example, Patent Document 1).
しかしながら、図4に示す従来の構成では、主材料への副材料の添加に分子線セル蒸着法を使用するために精度を出せず、例えば1000ppmより小さいオーダーでの組成制御が困難であるという課題を有している。また、電子ビーム蒸着法と分子線セル蒸着法とを組み合わせた薄膜形成法であるため、形成される薄膜の付着強度が不充分という課題を有している。 However, in the conventional configuration shown in FIG. 4, since the molecular beam cell deposition method is used for the addition of the submaterial to the main material, accuracy cannot be obtained, and for example, it is difficult to control the composition on the order of less than 1000 ppm. have. Moreover, since it is a thin film formation method combining the electron beam vapor deposition method and the molecular beam cell vapor deposition method, there is a problem that the adhesion strength of the formed thin film is insufficient.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、組成を高精度に制御した膜を、高い付着強度で基板に成膜することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to form a film with a highly precise composition on a substrate with high adhesion strength.
上記目的を達成するために、本発明の薄膜形成装置は、中空部を有するターゲットと、基板を保持する基板ホルダと、前記中空部を介して前記基板ホルダと対向して配置されると共に蒸着材料を載置する蒸着源と、前記ターゲットと前記基板ホルダと前記蒸着源とを内部に有する真空チャンバと、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a thin film forming apparatus of the present invention includes a target having a hollow portion, a substrate holder that holds a substrate, and a vapor deposition material that is disposed to face the substrate holder through the hollow portion. And a vacuum chamber having therein the target, the substrate holder, and the vapor deposition source.
さらに、本発明の薄膜形成方法は、中空部を有するターゲットをスパッタリングして基板に付着させると同時に、前記中空部を通過させた蒸着材料を前記基板に蒸着することを特徴とする。 Furthermore, the thin film forming method of the present invention is characterized in that a target having a hollow portion is sputtered and attached to a substrate, and at the same time, a vapor deposition material that has passed through the hollow portion is vapor-deposited on the substrate.
以上のように、スパッタリング法と蒸着法とを用いて基板に膜を形成することにより、組成を高精度に制御した膜を、高い付着強度で基板に成膜することが可能となる。 As described above, by forming a film on a substrate by using a sputtering method and an evaporation method, a film with a highly accurate composition can be formed on the substrate with high adhesion strength.
本発明の実施の形態に係る薄膜形成装置および薄膜形成方法は、例えば、主材料である真性(intrinsic)シリコンに、副材料であるp型不純物(B:ボロン、等)やn型不純物(P:リン、等)をドープしたシリコン薄膜等を形成する際に用いることができる。 In the thin film forming apparatus and the thin film forming method according to the embodiment of the present invention, for example, intrinsic silicon as a main material is added to p-type impurities (B: boron, etc.) or n-type impurities (P : Phosphorus, etc.) can be used to form a silicon thin film or the like.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図3を参照しながら説明する。
図1は本実施の形態に係る薄膜形成装置の構成を示す概略図、図2は本実施の形態に係る薄膜形成装置における薄膜形成ユニットの構成を示す平面概略図である。図3は本実施の形態に係る薄膜形成装置における薄膜形成ユニットの構成を示す断面概略図であり、図2のA−A断面概略図である。なお、スパッタリングカソード7は、図2、図3のようにアースシールド100に囲まれているが、図1ではアースシールド100を省略している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a thin film forming apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic plan view showing a configuration of a thin film forming unit in the thin film forming apparatus according to the present embodiment. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the thin film forming unit in the thin film forming apparatus according to the present embodiment, and is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The sputtering cathode 7 is surrounded by the earth shield 100 as shown in FIGS. 2 and 3, but the earth shield 100 is omitted in FIG.
本実施の形態の薄膜形成装置は、図1から図3に示すように、形成する薄膜の主材料となる蒸着材料2を載置した蒸着源1の上方に、蒸着源1の外周より大きい内周の中空部7aを有する環状のスパッタリングカソード7が配置される。このスパッタリングカソード7に、添加材料となる成分を含む副材料からなる環状ターゲット8が載置される。環状ターゲット8は、中空部7aと同形同サイズの中空部8aを有し、中空部7aと中空部8aとの中心を合わせるように、スパッタリングカソード7と環状ターゲット8とが配置されている。これらのスパッタリングカソード7と環状ターゲット8とは、蒸着材料2の載置される蒸着源1と、基板14を保持する基板ホルダ13との間に設置される。この際、蒸着材料2は、スパッタリングカソード7の中空部7aおよび環状ターゲット8の中空部8aを介して基板ホルダ13と対向するように、蒸着源1に載置される。また、電子銃3は蒸着源1の周辺に設置され、蒸着材料2に電子ビーム5を照射して蒸着材料2を蒸発させて蒸着粒子6を発生させる。真空チャンバ17は、基板ホルダ13、スパッタリングカソード7および蒸着源1を内包する。 As shown in FIGS. 1 to 3, the thin film forming apparatus according to the present embodiment has an inner portion larger than the outer periphery of the vapor deposition source 1 above the vapor deposition source 1 on which the vapor deposition material 2 as the main material of the thin film to be formed is placed. An annular sputtering cathode 7 having a peripheral hollow portion 7a is disposed. On the sputtering cathode 7, an annular target 8 made of a sub-material containing a component as an additive material is placed. The annular target 8 has a hollow portion 8a having the same shape and size as the hollow portion 7a, and the sputtering cathode 7 and the annular target 8 are arranged so that the centers of the hollow portion 7a and the hollow portion 8a are aligned. The sputtering cathode 7 and the annular target 8 are installed between the vapor deposition source 1 on which the vapor deposition material 2 is placed and the substrate holder 13 that holds the substrate 14. At this time, the vapor deposition material 2 is placed on the vapor deposition source 1 so as to face the substrate holder 13 through the hollow portion 7 a of the sputtering cathode 7 and the hollow portion 8 a of the annular target 8. The electron gun 3 is installed around the vapor deposition source 1 and irradiates the vapor deposition material 2 with an electron beam 5 to evaporate the vapor deposition material 2 to generate vapor deposition particles 6. The vacuum chamber 17 contains the substrate holder 13, the sputtering cathode 7 and the vapor deposition source 1.
このような薄膜形成装置において、電子銃3に接続された電子ビーム発生用のEB電源4の印加電圧および印加電流を制御することにより蒸着材料2の基板14への蒸着量を調整する。また、これと独立して、スパッタリングカソード7に接続されたスパッタリング用のRF電源10の印加電力を制御することにより環状ターゲット8を構成する副材料のスパッタリング量を調整する。このように、副材料をスパッタリングにより添加することにより、高精度に副材料の添加量の調整を行うことができる。加えて、スパッタリング時に発生するプラズマ11中を蒸着粒子6が通過するため、プラズマ11中を通過しない場合に比べて、より高い強度で基板14に蒸着粒子6が付着する。 In such a thin film forming apparatus, the deposition amount of the deposition material 2 on the substrate 14 is adjusted by controlling the applied voltage and applied current of the EB power source 4 for generating an electron beam connected to the electron gun 3. Independently of this, the amount of sputtering of the secondary material constituting the annular target 8 is adjusted by controlling the applied power of the sputtering RF power source 10 connected to the sputtering cathode 7. In this way, by adding the secondary material by sputtering, the addition amount of the secondary material can be adjusted with high accuracy. In addition, since the vapor deposition particles 6 pass through the plasma 11 generated at the time of sputtering, the vapor deposition particles 6 adhere to the substrate 14 with higher strength than when the vapor deposition particles 6 do not pass through the plasma 11.
なお、環状ターゲット8の載置される環状のスパッタリングカソード7は、図3のように、絶縁材18を介して真空チャンバ17内に設置される。この際、スパッタリングカソード7の電力導入端子19が整合器9を介してRF電源10と接続される。 The annular sputtering cathode 7 on which the annular target 8 is placed is installed in the vacuum chamber 17 via an insulating material 18 as shown in FIG. At this time, the power introduction terminal 19 of the sputtering cathode 7 is connected to the RF power source 10 through the matching unit 9.
薄膜形成を行なう場合、まず、EB電源4から電力を供給することで、電子銃3より電子ビーム5が発生する。発生した電子ビーム5は電子ビーム偏向用磁石(図示しない)により進路を曲げられ、蒸着源1に載置した蒸着材料2に照射される。電子ビーム5が照射された蒸着材料2は溶融後に蒸発し、蒸気流として蒸着粒子6が発生する。発生した蒸着粒子6は基板14に向かって拡散しながら対流する。図1では、蒸着粒子6が直線的に拡散する場合を例示しているが、蒸着源1から離れるほどより大きく広がるように拡散する場合等、拡散の程度は一定ではなく、真空チャンバ17内の環境設定により拡散の程度は調整可能である。 When thin film formation is performed, first, the electron beam 5 is generated from the electron gun 3 by supplying electric power from the EB power source 4. The generated electron beam 5 is bent by an electron beam deflecting magnet (not shown), and is irradiated onto the vapor deposition material 2 placed on the vapor deposition source 1. The vapor deposition material 2 irradiated with the electron beam 5 evaporates after melting, and vapor deposition particles 6 are generated as a vapor flow. The generated vapor deposition particles 6 convect while diffusing toward the substrate 14. In FIG. 1, the case where the vapor deposition particles 6 diffuse linearly is illustrated, but the degree of diffusion is not constant, for example, when the vapor deposition particles 6 diffuse so as to spread more widely as they move away from the vapor deposition source 1. The degree of diffusion can be adjusted by setting the environment.
この際、圧力調整バルブ15を調整して真空ポンプ15a等の真空排気系にて真空チャンバ17内を10−2〜10−4Pa程度の圧力に保つ。合わせて、Ar(アルゴン)やHe(ヘリウム)等の不活性ガスを、ガス流量調整器16を通して真空チャンバ17に導入する。 At this time, the pressure adjusting valve 15 is adjusted to keep the inside of the vacuum chamber 17 at a pressure of about 10 −2 to 10 −4 Pa by a vacuum exhaust system such as a vacuum pump 15a. In addition, an inert gas such as Ar (argon) or He (helium) is introduced into the vacuum chamber 17 through the gas flow rate regulator 16.
次に、環状ターゲット8を載置した環状のスパッタリングカソード7に、スパッタリング用のRF電源10から負の電圧を印加(電力供給)し、整合器9を調整して整合を取ることで、真空チャンバ17に不活性ガスのプラズマ11が発生する。このプラズマ11中のプラズマイオンにより環状ターゲット8がスパッタリングされ、スパッタ粒子12が放出される。この際、RF電源10は、EB電源4と、独立して制御される。 Next, a negative voltage is applied (power supply) from the sputtering RF power source 10 to the annular sputtering cathode 7 on which the annular target 8 is placed, and the matching unit 9 is adjusted to achieve matching, thereby obtaining a vacuum chamber. 17, an inert gas plasma 11 is generated. The annular target 8 is sputtered by the plasma ions in the plasma 11 and the sputtered particles 12 are emitted. At this time, the RF power supply 10 is controlled independently of the EB power supply 4.
ここで、蒸着源1とスパッタリングカソード7とからなる薄膜形成ユニットと、それに対向する位置に設置した基板ホルダ13との間のシャッター板(図示していない)を開放することで、蒸着粒子6がプラズマ11中を通過して基板14に到達するとともに、スパッタ粒子12も基板14に到達する。 Here, by opening a shutter plate (not shown) between the thin film forming unit composed of the vapor deposition source 1 and the sputtering cathode 7 and the substrate holder 13 installed at a position opposite to the thin film formation unit, the vapor deposition particles 6 are formed. While passing through the plasma 11 and reaching the substrate 14, the sputtered particles 12 also reach the substrate 14.
このように、電子ビーム蒸着法とスパッタリング法とを同時に実施する。電子ビーム蒸着法は、高速成膜(成膜速度:10〜100μm/min)が可能であるため、主材料(蒸着材料2)を基板14に成膜する際に用いる。一方、スパッタリング法は、比較的成膜速度が遅い(特に、磁石を使用しないコンベンショナルスパッタリング法では成膜速度:〜10nm/min)が、形成する膜の制御が容易なため、スパッタリング法を副材料(環状ターゲット8)の添加の用途に採用する。これにより、例えば、1%以下(ppmオーダー)といった高い精度で副材料の添加量を制御した主材料を基板14に成膜することが可能となる。 Thus, the electron beam vapor deposition method and the sputtering method are performed simultaneously. The electron beam evaporation method is capable of high-speed film formation (deposition rate: 10 to 100 μm / min) and is therefore used when the main material (deposition material 2) is formed on the substrate 14. On the other hand, the sputtering method has a relatively slow film formation rate (particularly, in the conventional sputtering method in which no magnet is used, the film formation rate is 10 nm / min), but it is easy to control the film to be formed. Adopted for the application of (annular target 8). Thereby, for example, the main material in which the addition amount of the secondary material is controlled with high accuracy such as 1% or less (ppm order) can be formed on the substrate 14.
また、中空部7aと中空部8aとを介して基板ホルダ13と対向する位置に蒸着材料2が蒸着源1に保持されているため、蒸発した蒸着粒子6が、中空部8aを通って、基板ホルダ13に保持される基板14に蒸着される。このとき、スパッタリング法が実施されると、中空部8aと基板14との間の空間にプラズマ11が発生し、蒸着粒子6は、このプラズマ11中を通過する。プラズマ11中を通過した蒸着粒子6は、活性化およびイオン化が促進されるため、より緻密かつ付着強度の高い状態で基板14に成膜される。さらに、基板14がプラズマ11に直接暴露されることで、表面が洗浄され、蒸着粒子6の密着性がより高まる。 Further, since the vapor deposition material 2 is held by the vapor deposition source 1 at a position facing the substrate holder 13 through the hollow portion 7a and the hollow portion 8a, the vaporized vapor deposition particles 6 pass through the hollow portion 8a and pass through the substrate. Vapor deposition is performed on the substrate 14 held by the holder 13. At this time, when the sputtering method is performed, the plasma 11 is generated in the space between the hollow portion 8 a and the substrate 14, and the vapor deposition particles 6 pass through the plasma 11. Since the vapor deposition particles 6 that have passed through the plasma 11 are activated and ionized, they are deposited on the substrate 14 in a more dense and high adhesion strength state. Furthermore, when the substrate 14 is directly exposed to the plasma 11, the surface is cleaned and the adhesion of the vapor deposition particles 6 is further increased.
基本的には、蒸着粒子6とスパッタ粒子12とが基板14に十分に到達できるように基板14、蒸着源1および環状ターゲット8ならびにスパッタリングカソード7の位置や互いの距離を調整すればよい。例えば、図1に示すように、基板14の外周部と蒸着源1とを結んだ直線が、環状ターゲット8の中空部8aおよびスパッタリングカソード7の中空部7aを通過するように基板14、蒸着源1、環状ターゲット8およびスパッタリングカソード7を配置する。この際、図1および図2に示すように、蒸着粒子6が環状ターゲット8ならびにスパッタリングカソード7に遮られないように、環状ターゲット8ならびにスパッタリングカソード7の内周の大きさrを調節することがより望ましい。蒸着粒子6の成膜速度を低下させずに、プラズマ11の作用を受けて、より緻密かつ、付着強度の高い蒸着を実現するためである。詳細には、蒸着粒子6は拡散しながら基板14に向かって対流するため、蒸着粒子6が対流する途中に配置される環状ターゲット8の中空部8aおよびスパッタリングカソード7の中空部7aの径rが、その位置で蒸着粒子6が拡散する領域の幅wより大きくなるように環状ターゲット8およびスパッタリングカソード7を構成する。これにより、蒸着粒子6が環状ターゲット8およびスパッタリングカソード7に遮られることなく基板14に到達するため、効率的に成膜することができる。 Basically, the positions of the substrate 14, the vapor deposition source 1, the annular target 8, and the sputtering cathode 7 and the distance from each other may be adjusted so that the vapor deposition particles 6 and the sputter particles 12 can sufficiently reach the substrate 14. For example, as shown in FIG. 1, the substrate 14 and the evaporation source are arranged so that a straight line connecting the outer periphery of the substrate 14 and the evaporation source 1 passes through the hollow portion 8 a of the annular target 8 and the hollow portion 7 a of the sputtering cathode 7. 1. An annular target 8 and a sputtering cathode 7 are disposed. At this time, as shown in FIGS. 1 and 2, the inner circumference size r of the annular target 8 and the sputtering cathode 7 can be adjusted so that the vapor deposition particles 6 are not blocked by the annular target 8 and the sputtering cathode 7. More desirable. This is because the deposition of the vapor deposition particles 6 is not reduced, and the deposition of the deposit 11 is achieved with higher adhesion strength under the action of the plasma 11. Specifically, since the vapor deposition particles 6 are convected toward the substrate 14 while diffusing, the diameter r of the hollow portion 8a of the annular target 8 and the hollow portion 7a of the sputtering cathode 7 arranged in the middle of the convection of the vapor deposition particles 6 is. The annular target 8 and the sputtering cathode 7 are configured to be larger than the width w of the region where the vapor deposition particles 6 diffuse at that position. Thereby, since the vapor deposition particles 6 reach the substrate 14 without being blocked by the annular target 8 and the sputtering cathode 7, the film can be efficiently formed.
なお、蒸着源1に載置した蒸着材料2の表面から、基板14と対向する側の環状ターゲット8の表面までの最短距離である距離lを、基板14と対向する側の環状ターゲット8の表面から基板14の表面までの最短距離である距離Lよりも小さくするとより好適であることを発明者らは見出している。蒸着粒子6は、蒸着材料2の表面から離れる程に拡散する領域の幅wが広がるため、距離lが大きくなる程に中空部8aおよび中空部7aの径rを大きくする必要がある。しかし、中空部8aの径rが大き過ぎると、基板14と対向する環状ターゲット8の表面積が減少し、スパッタ粒子12が基板14に均一に付着しなくなる場合がある。具体的には、基板14における中空部8aの真上の領域に、スパッタ粒子12が付着しにくくなる(凹型分布)。一方、距離Lが大きくなる程にスパッタ粒子12の拡散する領域が広がるため、中空部8aの径rが大きい場合でも、基板14における中空部8aの真上の領域にもスパッタ粒子12が到達する場合がある。これらから、上述のように、距離lを距離Lよりも小さくした際に、中空部8aの径rを蒸着粒子6が拡散する領域の幅wよりも大きくしても、環状ターゲット8から基板14までの距離Lを十分確保できスパッタ粒子12を基板14の表面体に拡散させることができる。これにより、基板14に形成される膜に含まれる副材料の面内均一性が向上する。 Note that the distance l which is the shortest distance from the surface of the vapor deposition material 2 placed on the vapor deposition source 1 to the surface of the annular target 8 on the side facing the substrate 14 is the surface of the annular target 8 on the side facing the substrate 14. The inventors have found that it is more preferable to make the distance smaller than the distance L, which is the shortest distance from the surface to the surface of the substrate 14. Since the width w of the diffusion region of the vapor deposition particles 6 increases as the distance from the surface of the vapor deposition material 2 increases, it is necessary to increase the diameter r of the hollow portion 8a and the hollow portion 7a as the distance l increases. However, if the diameter r of the hollow portion 8a is too large, the surface area of the annular target 8 facing the substrate 14 may decrease, and the sputtered particles 12 may not adhere to the substrate 14 uniformly. Specifically, the sputtered particles 12 are less likely to adhere to the region immediately above the hollow portion 8a in the substrate 14 (concave distribution). On the other hand, since the region where the sputtered particles 12 diffuse becomes wider as the distance L increases, the sputtered particles 12 reach the region directly above the hollow portion 8a in the substrate 14 even when the diameter r of the hollow portion 8a is large. There is a case. From these, as described above, when the distance l is made smaller than the distance L, even if the diameter r of the hollow portion 8a is made larger than the width w of the region where the vapor deposition particles 6 diffuse, the annular target 8 to the substrate 14 A sufficient distance L can be secured, and the sputtered particles 12 can be diffused into the surface body of the substrate 14. Thereby, the in-plane uniformity of the secondary material contained in the film formed on the substrate 14 is improved.
さらに、基板14が円盤状で、環状ターゲット8がドーナツ状である場合、距離Lが、環状ターゲット8の外径Rの0.5倍以上かつ2倍以下にすると好適である。基板14の外周方向からスパッタ粒子12が基板14に到達する傾向にあるため、0.5倍未満では基板14と環状ターゲット8との距離が近すぎて、基板14の外周における副材料の濃度が濃く(凹型分布)なり、2倍より大きい場合では遠すぎて、基板14の中心付近の副材料の濃度が濃く(凸型分布)なる場合があるためである。 Furthermore, when the substrate 14 has a disk shape and the annular target 8 has a donut shape, it is preferable that the distance L be 0.5 times or more and 2 times or less the outer diameter R of the annular target 8. Since the sputtered particles 12 tend to reach the substrate 14 from the outer peripheral direction of the substrate 14, the distance between the substrate 14 and the annular target 8 is too short at less than 0.5 times, and the concentration of the secondary material on the outer periphery of the substrate 14 is low. This is because the concentration is deep (concave distribution), and when it is larger than twice, it is too far, and the concentration of the sub-material near the center of the substrate 14 may be high (convex distribution).
また、図1及び図2に示すように、中空部8aの径rを基板14の径Wより小さく、かつ環状ターゲット8の外径Rを基板14の径Wより大きくするとより好適である。この場合、基板14の中心を通る垂線上に環状ターゲット8の中空部8aの中心を配置する。すると、基板14の全体に満遍なくスパッタ粒子12が到達するため、基板14に形成される膜における副材料の面内均一性がさらに向上する。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, it is more preferable that the diameter r of the hollow portion 8 a is smaller than the diameter W of the substrate 14 and the outer diameter R of the annular target 8 is larger than the diameter W of the substrate 14. In this case, the center of the hollow portion 8 a of the annular target 8 is arranged on a perpendicular line passing through the center of the substrate 14. Then, since the sputtered particles 12 reach the entire substrate 14 evenly, the in-plane uniformity of the secondary material in the film formed on the substrate 14 is further improved.
さらに、環状ターゲット8と基板14との向き合う面を平行に配置し、環状ターゲット8の基板14と向かい合う面の面積が、基板14の面積の1/2以上2倍以下にすると、基板14に形成される膜内における副材料の分布が均一になることを発明者らは見出している。ここで言う向き合う面積とは、基板14上における環状ターゲット8の正射影の面積を示す。 Furthermore, when the surfaces of the annular target 8 and the substrate 14 facing each other are arranged in parallel, and the area of the surface of the annular target 8 facing the substrate 14 is ½ or more and twice or less than the area of the substrate 14, it is formed on the substrate 14. The inventors have found that the distribution of the secondary material in the film is uniform. The facing area here refers to the area of the orthogonal projection of the annular target 8 on the substrate 14.
これらを踏まえて、本実施の形態においては、一例として、基板14の径Wを300mm、環状ターゲット8の外径Rを400mm、中空部8aの径rを200mm、蒸着源1の内径raを100mm、距離Lを300mm、距離lを125mmとする。 Based on these, in the present embodiment, as an example, the diameter W of the substrate 14 is 300 mm, the outer diameter R of the annular target 8 is 400 mm, the diameter r of the hollow portion 8a is 200 mm, and the inner diameter ra of the vapor deposition source 1 is 100 mm. The distance L is 300 mm and the distance l is 125 mm.
なお、副材料としては、例えば、ボロンあるいはボロンとシリコンの合金等のp型半導体材料を採用できる。また、n型シリコン薄膜(n−Si)を形成する場合には、副材料として、例えば、リンあるいはリンとシリコンの合金等のn型半導体材料を採用できる。 As the secondary material, for example, a p-type semiconductor material such as boron or an alloy of boron and silicon can be employed. Further, when forming an n-type silicon thin film (n-Si), an n-type semiconductor material such as phosphorus or an alloy of phosphorus and silicon can be employed as a secondary material.
なお、本実施の形態においては、環状ターゲット8を円状として図示したが、矩形やそれ以外の形状であっても構わない。その場合も、中心部には、蒸着粒子6を基板14に供給できるように中空部8aを設ける必要がある。 In the present embodiment, the circular target 8 is illustrated as a circle, but may be a rectangle or other shapes. Also in that case, it is necessary to provide the hollow part 8a in the center part so that the vapor deposition particle 6 can be supplied to the board | substrate 14. FIG.
また、中空部8aと基板ホルダ13との間にプラズマ11の発生が可能であれば、スパッタリングカソード7および環状ターゲット8は、環状部の一部が途切れていても構わない。 Further, as long as the plasma 11 can be generated between the hollow portion 8 a and the substrate holder 13, a part of the annular portion of the sputtering cathode 7 and the annular target 8 may be interrupted.
なお、主材料とは、形成する膜に最も多く含まれる材料のことである。
また、上記説明では、主材料となる蒸着材料2を電子ビーム蒸着法により基板14に蒸着させているが、その他様々な方法で蒸着材料2を蒸発させることができる。
The main material is a material that is contained most in a film to be formed.
In the above description, the vapor deposition material 2 as the main material is vapor deposited on the substrate 14 by the electron beam vapor deposition method, but the vapor deposition material 2 can be vaporized by various other methods.
本発明は、太陽電池等に採用されるn型半導体やp型半導体等の膜を形成する際に有用である。 The present invention is useful when forming a film such as an n-type semiconductor or a p-type semiconductor employed in a solar cell or the like.
1 蒸着源
2 蒸着材料
3 電子銃
4 EB電源
5 電子ビーム
6 蒸着粒子
7 スパッタリングカソード
8 環状ターゲット
9 整合器
10 RF電源
11 プラズマ
12 スパッタ粒子
13 基板ホルダ
14 基板
15 圧力調整バルブ
15a 真空ポンプ
16 ガス流量調整器
17 真空チャンバ
18 絶縁材
71 電子ビーム蒸着源
74 ヌードイオン真空計
75 水晶振動子膜厚計
77 分子線セル蒸着源
100 アースシールド
714 基板
715 Al−Cu合金膜
721 電子ビーム蒸着源用シャッター
722 分子線セル蒸着源用シャッター
723 基板用シャッター
724 ヌードイオンゲージ用シャッター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Deposition source 2 Deposition material 3 Electron gun 4 EB power source 5 Electron beam 6 Deposition particle 7 Sputtering cathode 8 Annular target 9 Matching device 10 RF power source 11 Plasma 12 Sputtered particle 13 Substrate holder 14 Substrate 15 Pressure adjustment valve 15a Vacuum pump 16 Gas flow rate Adjuster 17 Vacuum chamber 18 Insulating material 71 Electron beam deposition source 74 Nude ion vacuum gauge 75 Quartz crystal thickness meter 77 Molecular beam cell deposition source 100 Earth shield 714 Substrate 715 Al-Cu alloy film 721 Shutter for electron beam deposition source 722 Shutter for molecular beam cell deposition source 723 Shutter for substrate 724 Shutter for nude ion gauge
Claims (7)
基板を保持する基板ホルダと、
前記中空部を介して前記基板ホルダと対向して配置されると共に蒸着材料を載置する蒸着源と、
前記ターゲットと前記基板ホルダと前記蒸着源とを内部に有する真空チャンバと、
を備える薄膜形成装置。 A target having a hollow portion;
A substrate holder for holding the substrate;
A vapor deposition source disposed opposite to the substrate holder through the hollow portion and placing a vapor deposition material;
A vacuum chamber having the target, the substrate holder, and the vapor deposition source therein;
A thin film forming apparatus comprising:
前記中空部を通過させた蒸着材料を前記基板に蒸着する薄膜形成方法。 At the same time as sputtering the target having a hollow part and attaching it to the substrate,
A thin film forming method for depositing a deposition material that has passed through the hollow portion on the substrate.
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