JP2018053272A - Film deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、プラズマスパッタリング技術を用いて基板表面に成膜する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for forming a film on a substrate surface using a plasma sputtering technique.
プラズマスパッタリング技術により、基板表面に例えばITO(酸化インジウム・スズ)などの金属酸化物の薄膜を形成する技術がある。この技術においては、形成される膜の特性を改善するために、成膜時のスパッタガスに反応性ガスとしての水蒸気を含ませることが提案されている。例えば特許文献1には、ITOのプラズマスパッタリング成膜において、ガス中の水蒸気分圧を調整することで膜の結晶性を制御することが記載されている。また、特許文献2には、酸化物半導体のプラズマスパッタリング成膜において、成膜速度を低下させるガス中の酸素分圧を下げつつ膜中のキャリア濃度の低下を抑制するために、ガス中に水蒸気を添加することが記載されている。
There is a technique for forming a thin film of a metal oxide such as ITO (indium tin oxide) on the surface of a substrate by a plasma sputtering technique. In this technique, in order to improve the characteristics of a film to be formed, it has been proposed to include water vapor as a reactive gas in a sputtering gas during film formation. For example,
近年では、膜質のさらなる改善を目的として、ガス中の水蒸気濃度をさらに高めることが求められるケースが出てきている。例えば、反応性ガスとして酸素を使わず、これに代えて水蒸気を用いるプロセスも検討されている。しかしながら、スパッタガスに添加する水蒸気の量がある程度以上に多くなると、膜の特性の面内均一性が低下することがある。例えばITO膜では、成膜時の水蒸気量が適正でないと膜の抵抗率が位置により大きく変動することがわかっている。 In recent years, there have been cases in which it is required to further increase the water vapor concentration in the gas for the purpose of further improving the film quality. For example, a process using water vapor instead of oxygen as a reactive gas has been studied. However, when the amount of water vapor added to the sputtering gas is increased to a certain extent, the in-plane uniformity of the film characteristics may be reduced. For example, in the case of an ITO film, it is known that the resistivity of the film varies greatly depending on the position unless the water vapor amount at the time of film formation is appropriate.
これにより、成膜時の水蒸気量を増加させることが困難になっており、膜特性の面内均一性をより向上させることのできる技術が望まれている。 This makes it difficult to increase the amount of water vapor during film formation, and a technique that can further improve the in-plane uniformity of film characteristics is desired.
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、プラズマスパッタリング技術を用いて基板表面に成膜する成膜装置において、ガス中に水蒸気を含む成膜プロセスにより、膜特性の面内均一性が良好な膜を形成することのできる技術を提供することを目的とする。 This invention is made in view of the said subject, In the film-forming apparatus which forms into a film | membrane surface using plasma sputtering technology, the in-plane uniformity of a film | membrane characteristic is favorable according to the film-forming process which contains water vapor | steam in gas. It is an object of the present invention to provide a technique capable of forming a simple film.
この発明の一の態様は、壁面で囲まれた内部空間を有する処理チャンバーと、基板を、前記処理チャンバー内で当該基板表面の成膜対象領域を露出させた状態で保持する基板保持手段と、前記基板の表面に平行な一の基準方向における前記成膜対象領域の長さを有効長とするとき、前記処理チャンバー内で、前記基準方向における長さが前記有効長より長いターゲットを前記基板の前記成膜対象領域に臨ませて保持するターゲット保持手段と、前記ターゲットの表面領域のうち前記成膜対象領域に臨み前記基準方向における長さが前記有効長よりも長い帯状領域の近傍にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記処理チャンバーの内部空間のうち前記プラズマが生成されるプラズマ空間に、水蒸気を含むガスを供給するガス供給手段と、前記プラズマ空間の外部で前記処理チャンバー内の雰囲気から水蒸気を除去する水蒸気除去手段とを備え、前記水蒸気除去手段は、前記基準方向における位置を互いに異ならせて前記処理チャンバー内に設けられた1対の取り込み口から水蒸気を取り込み、前記取り込み口のそれぞれでは、開口の少なくとも一部が、前記基準方向における前記成膜対象領域の端部よりも外側にある成膜装置である。 One aspect of the present invention is a processing chamber having an internal space surrounded by a wall surface, a substrate holding means for holding the substrate in a state in which a film formation target region on the surface of the substrate is exposed in the processing chamber, When the length of the film formation target region in one reference direction parallel to the surface of the substrate is an effective length, a target whose length in the reference direction is longer than the effective length is set in the processing chamber. A target holding means for holding and facing the film formation target region; and plasma in the vicinity of a band-shaped region of the surface area of the target that faces the film formation target region and has a length in the reference direction longer than the effective length. Plasma generating means for generating; and gas supply means for supplying a gas containing water vapor to a plasma space in which the plasma is generated in the internal space of the processing chamber; A water vapor removing unit that removes water vapor from the atmosphere in the processing chamber outside the plasma space, and the water vapor removing unit is provided in a pair in the processing chamber with different positions in the reference direction. Water vapor is taken in from the intake port, and at each of the intake ports, at least a part of the opening is a film deposition apparatus outside the end of the film formation target region in the reference direction.
本願発明者の知見によれば、水蒸気を含む成膜プロセスにおいて膜特性が面内で不均一となる原因の1つは、成膜が行われる基板表面付近での水蒸気濃度のばらつきである。すなわち、膜の特性は成膜時の水蒸気濃度に対する感受性が高く、位置に対する水蒸気濃度のばらつきが膜特性の面内不均一性を生じさせる。 According to the knowledge of the inventor of the present application, one of the causes of in-plane film characteristics non-uniformity in a film forming process including water vapor is a variation in water vapor concentration near the substrate surface on which film formation is performed. That is, the characteristics of the film are highly sensitive to the water vapor concentration at the time of film formation, and variations in the water vapor concentration with respect to the position cause in-plane non-uniformity of the film characteristics.
さらに、基板表面に臨んで配置されたターゲットの表面のうち、一の基準方向に沿って長く延びる帯状領域をプラズマスパッタリングして成膜を行う場合、帯状領域の中央部分に臨む基板表面の中央部で良好な膜特性が得られたとしても、帯状領域の基準方向における両端部に対応する基板の周縁部では中央部より特性が劣っていることがある。本願発明者は、この現象が、プラズマ空間の外部、特に処理チャンバーの壁面付近に高濃度に存在する水蒸気がプラズマ空間に入り込んで帯状領域の端部付近の水蒸気濃度を上昇させるために生じていることを見出した。 Further, in the case where film formation is performed by plasma sputtering of a band-like region that extends long along one reference direction among the target surfaces arranged facing the substrate surface, the central part of the substrate surface that faces the central part of the band-like region Even if good film characteristics are obtained, the peripheral edge portion of the substrate corresponding to both end portions in the reference direction of the belt-like region may be inferior to the central portion. The present inventor has caused this phenomenon because water vapor present at a high concentration outside the plasma space, particularly near the wall of the processing chamber, enters the plasma space and raises the water vapor concentration near the end of the belt-like region. I found out.
そこで本発明では、水蒸気除去手段が、基板表面の成膜対象領域のうち基準方向における両端部よりも外側に設けられた1対の取り込み口から水蒸気を取り込んで、プラズマ空間の外部の雰囲気から水蒸気を除去する構成となっている。このような構成によれば、基準方向における成膜対象領域の両端部と処理チャンバー壁面との間の水蒸気濃度を低減させることが可能である。これにより、後に詳述するように、過剰な水蒸気に起因する膜特性の面内均一性の悪化を効果的に抑制することができた。 Therefore, in the present invention, the water vapor removing means takes in the water vapor from a pair of intake ports provided outside the both end portions in the reference direction in the film formation target region on the substrate surface, so that the water vapor is removed from the atmosphere outside the plasma space. It is the structure which removes. According to such a configuration, it is possible to reduce the water vapor concentration between the both end portions of the film formation target region in the reference direction and the processing chamber wall surface. As a result, as described in detail later, it was possible to effectively suppress the deterioration of the in-plane uniformity of the film characteristics caused by excessive water vapor.
上記のように、本発明によれば、処理チャンバー内、特に処理チャンバーの壁面付近に存在する過剰な水蒸気を除去することにより、プラズマ空間における水蒸気濃度の不均一さを抑制し、膜特性の面内均一性が良好な膜を形成することが可能となる。 As described above, according to the present invention, by removing excess water vapor present in the processing chamber, particularly in the vicinity of the wall of the processing chamber, the non-uniformity of the water vapor concentration in the plasma space is suppressed, and the surface of the film characteristics is reduced. It becomes possible to form a film with good internal uniformity.
図1は本発明にかかる成膜装置の一実施形態を示す図である。より具体的には、図1は、本発明の一実施形態である成膜装置1の内部構造を示す側面図および上面図である。以下の説明における方向を統一的に示すために、図1に示すようにXYZ直交座標軸を設定する。XY平面が水平面を表す。また、Z軸が鉛直軸を表し、より詳しくは(−Z)方向が鉛直下向き方向を表している。
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention. More specifically, FIG. 1 is a side view and a top view showing an internal structure of a
図2はこの成膜装置の主要部を示す拡大図である。なお、図2に示すこの成膜装置1の主要な構成は、本願出願人が先に開示した特開2015−189800号公報に記載されたものと概ね同じである。そこで、本明細書において言及のない装置各部の動作原理等については同公報を参照することとして、ここでは主に装置の主要な構成およびその動作について詳しく説明する。
FIG. 2 is an enlarged view showing a main part of the film forming apparatus. The main configuration of the
この成膜装置1は、反応性スパッタリングにより処理対象である基板Sの表面に皮膜を形成する装置である。例えば、基板Sとしてのガラス基板や、樹脂製の平板、シート、フィルム等の一方表面に、酸化インジウム・スズ(ITO)などの金属酸化物皮膜を形成する目的に、この成膜装置1を適用することが可能である。なお、ここでは矩形、枚葉タイプの基板Sに対し成膜を行う場合を例として説明するが、基板Sは任意の形状を有するものであってよく、また長尺シート状のものであってもよい。
The
成膜装置1は、真空チャンバー10と、その内部に配置された基板Sを搬送する搬送機構3およびスパッタソース5と、成膜装置1全体を統括制御する制御部19とを備えている。真空チャンバー10は略直方体形状の外形を有する中空の箱型部材であり、底板の上面が水平姿勢となるように配置されている。真空チャンバー10は例えばステンレス、アルミニウム等の金属を主たる材料として構成されるが、チャンバー内を視認可能とするために、例えば石英ガラス製の透明窓が部分的に設けられてもよい。
The
搬送機構3は、基板Sをその下面を開放した状態で保持するキャリア31と、キャリア31の下面に当接してキャリア31を支持する複数の搬送ローラ32と、搬送ローラ32を回転させることでキャリア31をX方向に移動させる搬送駆動部(図示省略)とを備えている。搬送駆動部は制御部19により制御される。
The
キャリア31は、平板に基板Sの外形より若干小さい開口311が設けられた構造となっており、基板Sの下面を開口311に臨ませて基材Sの下面周縁部に当接することで、基板Sをその下面中央部の大部分を露出させた状態で保持する。基板Sの下面のうち中央部の露出した領域が、後述するプラズマスパッタリングによる成膜を受ける「成膜対象領域」となる。なお、キャリアは、基板Sの上面を吸着保持することで基板Sの下面全体を露出した状態で保持する構造であってもよい。この場合、基板Sの下面全体を成膜対象領域とすることができる。
The
このように構成された搬送機構3は、真空チャンバー10内で基板Sを水平姿勢に保持しつつ搬送して、基板SをX方向に移動させる。搬送機構3による基板Sの移動は、図1に点線矢印で示すように往復移動であってもよく、また(+X)方向または(−X)方向のいずれか一方向であってもよい。
The
真空チャンバー10のX方向における両端部には、ゲート160,161がそれぞれ設けられている。必要に応じてゲート160またはゲート161が開かれることで、成膜装置1への基板Sの搬入および成膜装置1からの基板Sの搬出が可能となる。成膜装置1がゲート160,161を介して他の真空チャンバーと接続されていれば、真空チャンバー10内の真空状態を維持したまま基板Sの搬入および搬出が可能である。
搬送機構3により真空チャンバー10内を搬送される基板Sの下方にスパッタソース5が設けられている。図2に詳細が示されるように、スパッタソース5は、回転カソード51,52と、回転カソード51,52の内部にそれぞれ設けられた磁石ユニット53,54と、回転カソード51,52をそれぞれ保持しつつ回転させる回転駆動部55,56と、真空チャンバー10内に高周波電界を生じさせるための誘導結合アンテナ57とを備えている。
A sputtering
回転カソード51と磁石ユニット53とは一体としてマグネトロン型回転カソードを構成する。同様に、回転カソード52と磁石ユニット54とは一体としてマグネトロン型回転カソードを構成する。このように、この実施形態は、X方向に位置を異ならせて配置される1対のマグネトロン型回転カソードを有する。1対のマグネトロン型回転カソードはYZ平面に関して互いに対称な形状を有しているが、基本的な構造は同じである。
The rotating
回転カソード51(52)は、図2紙面に直交するY方向を軸方向および長手方向とする円筒状のベース部材511(521)と、ベース部材511(512)の外周を被覆するターゲット材512(522)とを備えている。ベース部材511(512)は導電体であり、Y方向の両端部に対応して回転駆動部55(56)に設けられた軸受部(図示省略)により、中心軸周りに回転自在に支持されている。回転駆動部55(56)は制御部19により制御される。
The rotary cathode 51 (52) includes a cylindrical base member 511 (521) whose axial direction and longitudinal direction are the Y direction orthogonal to the plane of FIG. 2, and a target material 512 (which covers the outer periphery of the base member 511 (512)). 522). The base member 511 (512) is a conductor, and is supported rotatably around the central axis by bearings (not shown) provided in the rotation drive unit 55 (56) corresponding to both ends in the Y direction. Yes. The rotation drive unit 55 (56) is controlled by the
ターゲット材512(522)は基板S上に成膜される膜の材料の全てまたは一部を含むものであり、膜材料の一部が反応性ガスとして供給される態様では当該成分がターゲット材に含まれる必要は必ずしもない。形成される膜がITO膜である場合には、例えば酸化スズと酸化インジウムとの混合焼結体をターゲット材として用いることができる。ターゲット材が導電性を有するものである場合、ベース部材を省略することが可能である。すなわち、予め円筒形状に成形されたターゲット材が用いられることで、ベース部材が省かれてもよい。この場合、回転駆動部55(56)はターゲット材を直接支持しつつ回転させるように構成される。 The target material 512 (522) includes all or a part of the material of the film formed on the substrate S. In an aspect in which a part of the film material is supplied as a reactive gas, the component is applied to the target material. It need not be included. When the film to be formed is an ITO film, for example, a mixed sintered body of tin oxide and indium oxide can be used as a target material. When the target material is conductive, the base member can be omitted. That is, the base member may be omitted by using a target material that is previously formed into a cylindrical shape. In this case, the rotation drive unit 55 (56) is configured to rotate while directly supporting the target material.
処理空間PSにプラズマを発生させるプロセスの進行中においてターゲット材512(522)が回転することで、処理空間PSに露出するターゲット材512(522)の表面が常時移動する。これにより、ターゲット材512(522)表面の特定の位置だけがスパッタされて消耗することが回避されるため、ターゲット材料の利用効率を高めることができる。また、ターゲットの局所的な変形に起因する電界集中が抑制されるため、アーキング等の異常放電に対する耐性を高めることができる。 During the process of generating plasma in the processing space PS, the target material 512 (522) rotates, so that the surface of the target material 512 (522) exposed to the processing space PS is constantly moved. Thereby, since it is avoided that only a specific position on the surface of the target material 512 (522) is sputtered and consumed, the utilization efficiency of the target material can be increased. In addition, since electric field concentration caused by local deformation of the target is suppressed, resistance to abnormal discharge such as arcing can be increased.
回転カソード51(52)の内部に配置された磁石ユニット53(54)は、透磁鋼などの磁性材料により形成されたヨーク531(541)と、ヨーク531(541)上に設けられた複数の磁石、すなわち中央磁石532(542)およびこれを囲むように設けられた周辺磁石533(543)とを備えている。ヨーク531はY方向に延設された平板状部材であり、回転カソード51の内周面に対向して配置されている。
A magnet unit 53 (54) disposed inside the rotary cathode 51 (52) includes a yoke 531 (541) formed of a magnetic material such as magnetically permeable steel, and a plurality of pieces provided on the yoke 531 (541). A magnet, that is, a central magnet 532 (542) and a peripheral magnet 533 (543) provided to surround the magnet are provided. The
ヨーク531の上面のうち長手方向(Y方向)に沿った中心線上には、Y方向に延在する中央磁石532が配置されている。また、ヨーク531の上面の外縁部には、中央磁石532の周囲を囲む環状(無端状)の周辺磁石533が設けられる。中央磁石532および周辺磁石533は例えば永久磁石である。回転カソード51の内周面に対向する側の中央磁石532および周辺磁石533の極性は互いに異なっている。
A
ヨーク531(541)の下面には、固定部材534(544)の一端が固定され、固定部材534(544)の他端は回転カソード51(52)の中心部にY方向に延設された棒状の支持部材535(545)に取り付けられている。支持部材535(545)は回転カソード51(52)の回転によって回転せず、したがって固定部材534(544)の位置も固定されている。回転カソード51に設けられた固定部材534は支持部材535から上向きに、ただしもう1つの回転カソード52側に傾けて配置される。一方、回転カソード52に設けられた固定部材544は支持部材545から上向きに、もう1つの回転カソード51側に傾けて配置される。したがって、磁石ユニット53,54により処理空間PSに集中的に静磁場が形成される。
One end of a fixing member 534 (544) is fixed to the lower surface of the yoke 531 (541), and the other end of the fixing member 534 (544) is a rod-like shape extending in the Y direction at the center of the rotating cathode 51 (52). The support member 535 (545) is attached. The support member 535 (545) is not rotated by the rotation of the rotary cathode 51 (52), and therefore the position of the fixing member 534 (544) is also fixed. The fixing
1対の回転カソード51,52に挟まれた空間に向けて突出するように、真空チャンバー10の底面には誘導結合アンテナ57が設けられている。誘導結合アンテナ57はLIA(Low Inductance Antenna:株式会社イー・エム・ディーの登録商標)とも称されるものであり、略U字型に形成された導体571の表面が例えば石英などの誘電体572で被覆された構造を有する。誘導結合アンテナ57は、U字を上下逆向きにした状態で、真空チャンバー10の底面を貫通してY方向に延設される。誘導結合アンテナ57は、Y方向に位置を異ならせて複数個並べて配置される。導体571の表面が誘電体572で被覆された構造とすることで、導体571がプラズマに曝露されることが防止される。これにより、導体571の構成元素が基板S上の膜に混入することが回避される。
An
このように構成された誘導結合アンテナ57は、X方向を巻回軸方向とし巻回数が1未満のループアンテナと見ることができる。そのため、低インダクタンスである。このような小型のアンテナを、巻回軸方向と直交する方向に複数並べて配置することで、インダクタンスの増大を抑えつつ、後述するプラズマ発生のための誘導電界を広い範囲に形成することが可能である。
The inductively coupled
成膜装置1はまた、上記のスパッタソース5の周囲を取り囲むように真空チャンバー10内に配置された、上部がY方向に沿って細長く開口する筒状または箱状の遮蔽部材であるチムニー11を備えている。チムニー11は、スパッタソース5において発生するプラズマやターゲットからスパッタされたスパッタ粒子の飛散範囲を制限するシールドとしての機能を有する。
The
回転カソード51,52の上面と、キャリア31により保持される基板Sの下面とは、チムニー11上部の開口111を介して対向している。後述するように、これらに囲まれた空間PSが、プラズマを発生させてターゲットをスパッタリングし基板Sに成膜を行う処理空間となる。
The upper surfaces of the
処理空間PSには、反応性ガス供給部6から反応性ガスが、またスパッタガス供給部7からスパッタガスとしての不活性ガスが導入される。具体的には、反応性ガス供給部6は、少なくとも水蒸気を含む反応性ガスを供給する反応性ガス供給源61と、反応性ガスを処理空間PSに案内する配管62と、チムニー11の内部に設けられ配管62を介して反応性ガス供給源61と連通する1対のノズル63,63と、配管62の途中に設けられた流量調整部64とを備えている。
A reactive gas is introduced into the processing space PS from the reactive
ノズル63,63は回転カソード51,52の上方に配置されており、処理空間PSにおいて対向する回転カソード51,52と基板Sとの間に反応性ガスを吐出する。流量調整部64は、制御部19からの制御指令に応じて、処理空間PSに供給される反応性ガスの流量を制御する機能を有する。流量調整部64は、反応性ガスの流量を自動的に制御することができるものであることが好ましく、例えばマスフローコントローラを備えたものとすることができる。
The
一方、スパッタガス供給部7は、スパッタガスとして処理空間PSに導入される不活性ガス、例えばアルゴンガスまたはキセノンガスを供給するスパッタガス供給源71と、真空チャンバー10内にスパッタガスを吐出する1対のノズル73,73と、スパッタガス供給源71とノズル73,73との間を接続する配管72と、配管72の途中に設けられた流量調整部74とを備えている。
On the other hand, the sputtering
1対のノズル73,73は、誘導結合アンテナ57を挟むように真空チャンバー10の底面に設けられており、真空チャンバー10内の処理空間PSにスパッタガスとしての不活性ガスを吐出する。流量調整部74は、制御部19からの制御指令に応じて、処理空間PSに供給されるスパッタガスの流量を制御する機能を有する。流量調整部74は、スパッタガスの流量を自動的に制御することができるものであることが好ましく、例えばマスフローコントローラを備えたものとすることができる。
The pair of
回転カソード51,52と誘導結合アンテナ57との間には、電源ユニット8から適宜の電圧が印加される。具体的には、回転カソード51,52のベース部材511,521には、電源ユニット8に設けられたマグネトロン電源81が接続されており、マグネトロン電源81から適宜の電位が与えられる。一方、誘導結合アンテナ57には、電源ユニット8に設けられた高周波電源82が整合回路83を介して接続されており、高周波電源82から適宜の高周波電圧が印加される。マグネトロン電源81および高周波電源82のそれぞれから出力される電圧値やその波形は制御部19により制御される。
An appropriate voltage is applied from the
マグネトロン電源81から回転カソード51,52に適宜の電位が与えられることで、回転カソード51,52の表面、より具体的には処理空間PSに臨むターゲット材512,522の表面近傍に電界が形成され、これによりスパッタガスのプラズマ(マグネトロンプラズマ)が生成される。すなわち、マグネトロン電源81は、磁石ユニット53,54が形成する静磁場によって処理空間PSにマグネトロンプラズマが発生するのに必要な電圧を回転カソード51,52に印加する。マグネトロン電源81の出力電圧は、直流電圧、交流電圧、直流電圧に交流電圧またはパルス電圧が重畳された波形を有する電圧など、種々のものとすることができる。また2つの回転カソード51,52に逆位相の交流電圧が印加される構成であってもよい。
By applying an appropriate potential from the
また、高周波電源82から誘導結合アンテナ57に高周波電力(例えば周波数13.56MHzの高周波電力)が供給されることで、誘導結合アンテナ57と回転カソード51,52との間に高周波誘導電界が生じ、処理空間PSに供給されるスパッタガスおよび反応性ガスの誘導結合プラズマ(Inductivity Coupled Plasma;ICP)が発生する。このようにして生成されるプラズマも、処理空間PSに形成される静磁場に引き寄せられる。その結果、2つの回転カソード51,52の表面および基板Sの下面で囲まれる処理空間PSのうち、回転カソード51,52の表面近傍のプラズマ空間PLに、高密度のプラズマが生成される。
Further, by supplying high frequency power (for example, high frequency power of 13.56 MHz) from the high
回転カソード51,52、磁石ユニット53,54および誘導結合アンテナ57は、いずれも図2紙面に垂直なY方向に沿って長く延びている。したがって、プラズマ空間PLも、回転カソード51,52、の表面に沿ってY方向に長く延びた形状を有する空間領域となる。
The rotary cathodes 51 and 52, the
こうしてプラズマ空間PLに生成されるプラズマによりターゲット材512,522の表面がスパッタされ、微細なターゲット材料粒子が反応性ガスとともに基板Sの下面に付着することで基板Sの表面(下面)に成膜が行われる。具体的には、基板S下面の成膜対象領域のうちY方向に沿った帯状の領域にプラズマスパッタリングによる成膜が行われ、基板Sが、その主面に平行でY方向と直交する方向、つまりX方向に走査移動されることで、成膜対象領域の全体に二次元的に成膜が行われる。
The surfaces of the
このとき、反応性ガスに水蒸気を加えることで、膜の特性が向上する。具体的には、ITO膜の抵抗率が小さくなり、導電膜としての電気的特性が向上する。これは、水蒸気のプラズマ化により生成されるH、O、OHラジカル等による膜表面の改質効果によるものと考えられる。 At this time, the characteristics of the film are improved by adding water vapor to the reactive gas. Specifically, the resistivity of the ITO film is reduced, and the electrical characteristics as a conductive film are improved. This is thought to be due to the effect of modifying the film surface by H, O, OH radicals and the like generated by the plasma conversion of water vapor.
また、水蒸気を添加したプラズマスパッタリングにより成膜された金属酸化物膜は、弱酸に対するエッチング性が良好であることがわかっている。弱酸エッチング性が向上することにより、微細パターンの形成に適した膜とすることができる。というのは、エッチング性が向上することでエッチング処理時の残渣が生じにくくなり、微細パターンの隙間に残渣が入り込んで欠陥となることが抑制されるからである。この点からも、水蒸気添加されたプラズマスパッタリング法は有用である。 Further, it has been found that a metal oxide film formed by plasma sputtering to which water vapor is added has good etching properties against weak acids. By improving the weak acid etching property, a film suitable for forming a fine pattern can be obtained. This is because the improvement in etching property makes it difficult for residues to occur during the etching process, and it is possible to suppress the residues from entering the gaps in the fine pattern and causing defects. Also from this point, the plasma sputtering method added with water vapor is useful.
処理空間PS内を上記のようなプラズマスパッタリングに適した雰囲気に制御するための雰囲気制御手段170として、真空チャンバー10の底面には、真空ポンプ171および水蒸気トラップ173が設けられている。より詳しくは、真空チャンバー10の底面のうち、スパッタソース5の近傍かつY方向における中央付近に開口172が設けられており、該開口172に、真空ポンプ171が接続されている。真空ポンプ171は、真空チャンバー10内の雰囲気を排気して、真空チャンバー10内を高真空状態とする。プラズマ空間PLにおいてプラズマが発生され基板Sへの成膜が行われる際には、真空チャンバー10内の気圧は所定の成膜圧力に制御される。真空ポンプ171としては例えばターボ分子ポンプを用いることができる。
A
また、開口172を挟むように、Y方向に位置を異ならせて1対の開口174,174が真空チャンバー10の底面に設けられている。開口174のそれぞれには、真空チャンバー10内の雰囲気から水蒸気を除去する水蒸気トラップ173が接続されている。水蒸気トラップ173としては例えば、冷却された低温部材(図示省略)の表面にガス分子を吸着させて除去するクライオポンプを用いることができる。
Further, a pair of
ただし、雰囲気中の水蒸気のみが選択的に除去され、他のガス成分、例えばスパッタガスであるアルゴン、キセノン等の不活性ガスは除去されないことが好ましい。この目的のために、低温部材の温度は80Kないし130K、より好ましくは100Kないし120Kに設定される。このような温度設定であれば、雰囲気中の水蒸気を高速に除去することができる一方、アルゴン、キセノン等の不活性ガスや酸素ガス、窒素ガス等はほとんど除去されない。 However, it is preferable that only water vapor in the atmosphere is selectively removed, and other gas components, for example, inert gases such as argon and xenon, which are sputtering gases, are not removed. For this purpose, the temperature of the low temperature member is set to 80K to 130K, more preferably 100K to 120K. With such a temperature setting, water vapor in the atmosphere can be removed at high speed, while inert gases such as argon and xenon, oxygen gas, nitrogen gas, and the like are hardly removed.
こうすることで、真空チャンバー10内の気圧は真空ポンプ171によって一元的に管理され、水蒸気トラップ173は真空チャンバー10内の気圧に影響を与えることなく水蒸気のみを除去するように作用する。これにより、真空チャンバー10内の気圧およびガス組成を互いに独立にかつ安定的に制御することができる。
In this way, the atmospheric pressure in the
真空チャンバー10内の雰囲気制御を実現するために、成膜装置1は、処理空間PSにおけるプラズマ発光を検出するための機構および処理空間PS内の気圧を検出するための機構を備えている。具体的には、処理空間PSに窒素ガスを供給するノズル63の近傍に、例えば光ファイバーからなるプローブ191が配置されており、処理空間PSにおいて発生するプラズマ発光の一部がプローブ191に入射する。プローブ191は分光器192に接続され、分光器192の出力信号が制御部19に入力される。
In order to realize the atmosphere control in the
制御部19は、分光器192の出力信号に基づき、プラズマエミッション法(PEM)により処理空間PSにおけるプラズマ強度を検出し、必要に応じ流量調整部64を制御して、処理空間PSに供給される反応性ガスの流量を制御する。
The
雰囲気中の反応性ガスの量をより精密に検出するために、質量分析計195を用いることもできる。すなわち、図1に示すように、真空ポンプ171が接続される開口172の近傍に質量分析計195を設置することで、真空チャンバー10内の雰囲気の組成比を検出することができる。質量分析計195としては、例えば4重極質量分析計を用いることができる。制御部19は、質量分析計195からの検出信号に基づき、例えば雰囲気中の水蒸気の分圧を求めることができる。
A
また、真空チャンバー10内には処理空間PSにおける気圧に応じた信号を制御部19に出力する圧力センサ193が設けられる。該信号に応じて制御部19が真空ポンプ171を制御することで、成膜時の処理空間PSにおける気圧、すなわち成膜圧力が所定値に制御される。
In the
なお、制御部19は、各種演算処理を行うCPU、CPUが実行するプログラムや各種データを記憶するメモリーおよびストレージ、外部装置およびユーザとの間での情報のやり取りを担うインターフェース等を備えている。例えば汎用のコンピュータ装置を制御部19として使用することが可能である。
The
上記のように構成された成膜装置1は、低インダクタンスの小型アンテナである誘導結合アンテナ57をY方向に複数並べ、これらに高周波電力を供給することで、プラズマ発生用の高周波誘導電界を形成する。このような構成によれば、低電位かつ低温で高密度なプラズマを発生させることが可能である。また、アンテナの配置を適宜に設定することによって任意の形状、大きさを有する均一なプラズマ生成が可能である。
The
さらに、マグネトロン型回転カソードとして機能する回転カソード51,52を併用することにより、処理空間PS内の限られた領域(プラズマ空間PL)に特に高密度のプラズマを集中的に発生させることが可能である。
Furthermore, by using together the
図3は真空チャンバー内をX方向に見たときの内部構造を示す図である。より具体的には、図3は、開口172,174を通りYZ平面に平行な断面で成膜装置1を切断したときの真空チャンバー10の内部を、(+X)方向から(−X)方向に見たときの断面図である。図3に示すように、回転カソード52に設けられたターゲット材522のY方向長さは、基板S下面のうちキャリア31に当接する周縁部を除いた露出部分である成膜対象領域FRのY方向長さよりも長い。つまり、成膜対象領域FRのY方向長さを基板Sの「有効長」とすると、ターゲット材522のY方向長さは有効長より長い。
FIG. 3 is a diagram showing an internal structure when the inside of the vacuum chamber is viewed in the X direction. More specifically, FIG. 3 shows the inside of the
また、Y方向において、ターゲット材522の両端部のそれぞれは、一点鎖線で示される基板Sの成膜対象領域FRの両端部の位置よりも外側まで延びている。ターゲット材522の筒内に設けられた磁石ユニット54も、基板Sの有効長よりも長く、両端部が成膜対象領域FRの両端部よりも外側まで延びている。図においてターゲット材522の奥にあるもう1つのターゲット材512および磁石ユニット53についても同様である。
In the Y direction, both end portions of the
したがって、ターゲット材512,522の表面近傍に形成されるプラズマ空間PLも、基板Sの成膜対象領域FRの両端部よりも外側にまで広がる。このようにすることで、プラズマ空間PLに生成される高密度のプラズマが、Y方向における成膜対象領域FRの全域にわたって均一なものとなる。これにより、プラズマスパッタリングにより成膜対象領域FRに成膜される膜の品質が、Y方向において均一なものとなることが期待される。
Accordingly, the plasma space PL formed in the vicinity of the surfaces of the
しかしながら、次に説明するように、基板Sに成膜されるITO膜では、Y方向における基板Sの両端部において抵抗率が上昇する傾向がある。図3に示す真空ポンプ171および水蒸気トラップ173,173の配置は、この問題を解決するための手段として考案されたものである。この構造を説明する前に、まずこの問題に関する本願発明者の知見について説明する。
However, as described below, in the ITO film formed on the substrate S, the resistivity tends to increase at both ends of the substrate S in the Y direction. The arrangement of the
図4および図5は成膜されるITO膜の抵抗率の変化を模式的に示す図である。より詳しくは、図4は、成膜装置1により雰囲気中の水蒸気の分圧を種々に変化させて得られるITO膜の(Y方向中央部分での)抵抗率の測定結果を模式的に示す図である。また、図5はY方向におけるITO膜の抵抗率の位置依存性を模式的に示す図である。
4 and 5 are diagrams schematically showing changes in resistivity of the ITO film to be formed. More specifically, FIG. 4 is a diagram schematically showing the measurement results of the resistivity (at the center in the Y direction) of the ITO film obtained by variously changing the partial pressure of water vapor in the atmosphere by the
図4に実線で示すように、処理空間PS内の水蒸気分圧(H2O分圧)を多段階に異ならせて各段階で成膜を行うと、得られるITO膜の抵抗率が水蒸気分圧によって変化する。すなわち、ITO膜の電気的特性の1つである抵抗率については、成膜時の水蒸気分圧に対する感受性を有する。例えば一点鎖線で示される十分に低い抵抗率を得るためには、成膜時の水蒸気分圧に好ましい範囲があり、この範囲よりも水蒸気分圧が低い場合、高い場合のいずれにおいても抵抗率は上昇する傾向にある。これは、成膜中の水蒸気分圧の位置的および時間的変動が、膜の特性が不均一になる原因になり得るということでもある。 As shown by a solid line in FIG. 4, when the film formation is performed at each stage with the water vapor partial pressure (H 2 O partial pressure) in the processing space PS being varied in multiple stages, the resistivity of the obtained ITO film becomes the water vapor content. Varies with pressure. That is, the resistivity, which is one of the electrical characteristics of the ITO film, is sensitive to the water vapor partial pressure during film formation. For example, in order to obtain a sufficiently low resistivity indicated by a one-dot chain line, there is a preferable range for the water vapor partial pressure during film formation, and when the water vapor partial pressure is lower than this range, the resistivity is high in both cases It tends to rise. This also means that positional and temporal fluctuations in the water vapor partial pressure during film formation can cause non-uniform film characteristics.
また、抵抗率の位置依存性については、図5の符号Aのように、位置によらず一定であり、しかも値が小さいことが理想的である。しかしながら、成膜時の水蒸気量が不適切であると、符号Bで示すように抵抗率が高くなってしまう。また、水蒸気量が適切に設定されている場合でも、符号Cで示すように、Y方向における基板Sの中央部では低抵抗が得られているにも関わらず、端部に近づくにつれて抵抗率が上昇する場合がある。 Further, the position dependency of the resistivity is ideally constant regardless of the position and has a small value as indicated by reference symbol A in FIG. However, if the amount of water vapor at the time of film formation is inappropriate, the resistivity becomes high as indicated by the symbol B. Further, even when the amount of water vapor is set appropriately, as indicated by reference numeral C, the resistivity increases as it approaches the end portion even though a low resistance is obtained at the central portion of the substrate S in the Y direction. May rise.
一般的なマグネトロンプラズマスパッタリング成膜装置においてはこの傾向が特に顕著である。ここでいう一般的な成膜装置とは、図1に記載された成膜装置1の構成のうち誘導結合アンテナ57および水蒸気トラップ173を持たないものである。誘導結合アンテナを設けないマグネトロンプラズマスパッタリング成膜装置では、プラズマ空間PLのうちY方向における両端部でプラズマ密度が低くなりやすく、このことが端部での抵抗率の上昇を招く原因になると考えられる。
This tendency is particularly remarkable in a general magnetron plasma sputtering film forming apparatus. The general film forming apparatus referred to here is one that does not have the inductively coupled
Y方向を長手方向とする低インダクタンスアンテナ(LIA)である誘導結合アンテナ57が設けられることで、プラズマ空間PLにおけるプラズマ密度の均一性が改善されるので、上記のような端部での抵抗率の上昇はある程度抑えられる。しかしながら、水蒸気分圧が高くなる成膜条件においては、依然として端部での抵抗率の上昇が生じることがある。
By providing the inductively coupled
本願発明者の知見では、このような抵抗率の上昇は、Y方向における基板Sの端部付近で水蒸気濃度が高くなっていることに起因すると考えられる。図4に示したように、ITO膜の抵抗率には水蒸気分圧に対する感受性があり、成膜時の水蒸気分圧が適正範囲を外れると抵抗率が上昇する。基板Sの中央部では水蒸気分圧が適正で低抵抗が得られたとしても、端部で水蒸気分圧が高くなっているとその部分で抵抗率は増大する。 According to the knowledge of the inventor of the present application, such an increase in resistivity is considered to be caused by an increase in the water vapor concentration in the vicinity of the edge of the substrate S in the Y direction. As shown in FIG. 4, the resistivity of the ITO film is sensitive to the water vapor partial pressure, and the resistivity increases when the water vapor partial pressure at the time of film formation is out of the proper range. Even if the water vapor partial pressure is appropriate and a low resistance is obtained at the center of the substrate S, the resistivity increases at that portion if the water vapor partial pressure is high at the end.
ここで、プラズマ空間PLから水蒸気の一部が漏れ出した場合を考えると、このような水蒸気は水分子の形で真空チャンバー10内の各部に吸着されている可能性がある。このような水分子は不規則に雰囲気中に遊離してくる。特に、図3に示すように真空チャンバー10の側壁面101,102に近い位置にある基板Sの両端部の近傍では、側壁面101,102から遊離した水分子により水蒸気濃度が高くなりがちである。
Here, considering a case where a part of the water vapor leaks from the plasma space PL, such water vapor may be adsorbed to each part in the
このことに鑑み、本実施形態の成膜装置1では、真空チャンバー10内に、プラズマ空間PLの外部に浮遊する水分子を雰囲気中から除去するための水蒸気トラップ173が設けられている。図3に示すように、真空チャンバー10の底面103のうち、水蒸気トラップ173が接続される開口174は、その開口部の少なくとも一部が、Y方向において基板Sの成膜対象領域FRの端部よりも外側まで達している。言い換えれば、Y方向において、成膜対象領域FRの両端部と真空チャンバー10の側壁面101,102との間に水蒸気トラップ173につながる開口174が設けられている。
In view of this, in the
このため、真空チャンバー10の側壁面101,102や底面103から遊離する水蒸気は、基板Sの端部付近に到達する前に水蒸気トラップ173に捕捉されて除去される。これにより、基板端部付近での水蒸気濃度の増大が防止され、これに起因する抵抗率の上昇は抑制される。水蒸気トラップ173にクライオポンプが用いられる場合、その温度設定により水蒸気を選択的に除去することが可能となる上に、原理的に高い排気速度を有しているため、真空チャンバー10の壁面から遊離した水蒸気を効果的に除去することが可能である。
For this reason, the water vapor liberated from the side wall surfaces 101 and 102 and the
実際に、成膜装置1において回転カソード51,52によるマグネトロンプラズマと、誘導結合アンテナ57による誘導結合プラズマと、水蒸気トラップ173による水蒸気除去とを組み合わせて成膜を行うと、図5に符号Aで示すように、低抵抗かつ位置依存性の少ないITO膜を得ることができた。また、図4に破線で示すように、低抵抗が得られる水蒸気分圧の範囲がより高圧側に広がるという効果も確認された。したがって、水蒸気分圧を従来よりも高めて成膜を行うことができる。また、抵抗率の水蒸気分圧に対する感受性が低くなっていると言えることから、成膜中の水蒸気分圧の変動による膜特性の変化も抑えることが可能となる。
Actually, when film formation is performed by combining the magnetron plasma by the rotating
なお、この成膜装置1では、開口174と水蒸気トラップ173との間に、制御部19からの制御指令により開度を調整可能なゲートバルブ175が設けられている。これにより、雰囲気中からの水蒸気除去の強さを加減することが可能となっている。つまり、この成膜装置1では、真空ポンプ171による排気速度とは独立に、水蒸気トラップ173による水蒸気除去の強さを調整することが可能である。したがって、ゲートバルブ175の開度調整により、真空ポンプ171により規定される真空度を維持しつつ、水蒸気濃度の偏りを解消することが可能である。
In the
クライオポンプは原理的に高い排気能力を有しているため、真空チャンバー10内の気圧を成膜圧力に保つ目的で使用することも可能である。しかしながら、継続的に真空チャンバー10内に供給されるスパッタガス等を長時間にわたって吸収し続けることが難しいため、連続動作には適していない。また、水蒸気の除去能力を排気能力と独立して調整することができない。これらのことから、真空チャンバー10内の気圧を保つための排気ポンプ171と、水蒸気分圧の均一化を目的とする水蒸気トラップ173とは分離されている方が好ましい。
Since the cryopump has a high exhaust capacity in principle, it can be used for the purpose of keeping the pressure in the
排気ポンプ171が接続される開口172が真空チャンバー10の底面103のY方向における中央付近に設けられることで、真空チャンバー10内の(−Y)側領域と(+Y)側領域との間で偏りなく排気を行うことができる。そして、開口172を挟むように、それぞれ水蒸気トラップ173が接続される1対の開口174,174が設けられることで、排気ポンプ171では排気しきれない、真空チャンバー10の側壁面101,102の近傍に偏在する水蒸気を効果的に排出することができる。
Since the
開口174,174が真空チャンバー10底面の中央寄りに設けられた構成では、側壁面101,102近傍での水蒸気濃度の上昇を十分に抑えることが難しい。基板Sの中央部から端部まで水蒸気濃度を一定に維持するためには、開口174,174のうち少なくとも一部は基板Sの端部よりも外側に位置していることが望ましい。
In the configuration in which the
開口174およびこれに接続される水蒸気トラップ173を1組だけ設けた場合も、基板Sの両端部それぞれにおける水蒸気濃度の上昇をともに抑えることは困難である。このため、Y方向における基板Sの両端部それぞれに対応して、1対の水蒸気トラップ173が設けられることが好ましい。
Even in the case where only one set of the
処理空間PSから漏れ出した水蒸気が付着するのを抑制するために、図3に示すように、真空チャンバー10の側壁面101,102にヒーター121,122が設けられてもよい。ヒーター121,122は、例えば制御部19により温度調節されるラバーヒーター等の発熱部材であってもよく、また温水など適宜の熱搬送媒体が流通する配管網であってもよい。水蒸気付着防止効果、エネルギー効率および部材の耐久性等の観点から、側壁面101,102の加熱温度は90℃以下であることが好ましい。
In order to suppress adhesion of water vapor leaking from the processing space PS,
次に、上記のように構成された成膜装置1を使用して基板Sに成膜を行う処理について説明する。ここでは、枚葉タイプの1枚の基板Sに対して成膜を行う場合について主に説明するが、後述するように、複数枚を連続的に処理する場合や長尺シート状の基板に対し連続的に処理を行う場合にも対応可能である。
Next, a process for forming a film on the substrate S using the
図6はこの実施形態における成膜処理を示すフローチャートである。この処理は、ユーザからの指示入力に応じて制御部19が所定の制御プログラムを実行し、装置各部に所定の動作をさせることにより実現される。最初に、ゲート160またはゲート161が開かれて、回転カソード51(52)のベース部材511(521)に、ターゲット材512(522)が取り付けられる(ステップS101)。あるいは、ターゲット材512(522)が表面に装着されたベース部材511(521)が、成膜装置1本体に取り付けられる態様であってもよい。
FIG. 6 is a flowchart showing the film forming process in this embodiment. This process is realized by the
ゲートが閉じられると、真空ポンプ171により真空チャンバー10の排気が開始される(ステップS102)。ある程度の真空度に達した段階で水蒸気トラップ173が作動開始される(ステップS103)。続いて、ゲート160またはゲート161を介して基板Sが真空チャンバー10内に搬入される(ステップS104)。
When the gate is closed, evacuation of the
図7は基板の搬入経路を示す図である。ここでは、ゲート160を介して成膜装置1に搬入されるものとする。図7に示すように、成膜装置1はゲート160を介してロードロックチャンバー20に接続されている。ロードロックチャンバー20には真空ポンプ201が接続され、内部空間を真空チャンバー10と同程度の真空状態まで減圧することができる。また、ロードロックチャンバー20には外部空間との間を開閉するゲート202が設けられている。ゲート202を介して、外部空間とロードロックチャンバー20の内部空間との間での基板Sの出し入れが行われる。このときロードロックチャンバー20の内部空間は大気開放される。
FIG. 7 is a diagram showing a substrate carry-in route. Here, it is assumed that the film is loaded into the
ロードロックチャンバー20に搬入された基板Sは、予めロードロックチャンバー20に設置されたキャリア31にセットされる。あるいは、基板Sがキャリア31にセットされた状態でロードロックチャンバー20に搬入されてもよい。その後、真空ポンプ201によりロードロックチャンバー20内が減圧され、真空チャンバー10と同程度の真空状態になってから、ゲート160が開かれてキャリア31が真空チャンバー10内に搬入される。したがって、基板Sを搬入するためにゲート160が開かれても、真空チャンバー10の真空状態は破壊されない。
The substrate S carried into the
前記したように、真空チャンバー10の壁面に吸着された水蒸気が成膜時に遊離することで、膜の特性が大きく変動する。基板Sの搬入および搬出時に真空チャンバー10を大気開放することは、真空チャンバー10への新たな水蒸気の進入を許すこととなるため、回避されることが望ましい。真空排気されたロードロックチャンバー20を介して基板Sが搬入、搬出されるようにすることで、この問題を解消することができる。
As described above, the water vapor adsorbed on the wall surface of the
この時点では、基板Sを保持するキャリア31は、図1に実線で示すように、スパッタソース5の直上位置からは大きく退避した位置に位置決めされる。真空ポンプ171が接続される開口172を挟んでスパッタソース5とは反対側に退避されることが好ましい。
At this point, the
図6に戻って、次に、スパッタガス供給部7から真空チャンバー10へのスパッタガスの供給および電源ユニット8から各部への電圧供給が開始される(ステップS105)。これにより、処理空間PS内にはスパッタガスによるプラズマが発生し(プラズマ点灯)、ターゲットのスパッタリングが開始される。この時点では、真空チャンバー10内に水蒸気を含む反応性ガスは導入されていない。
Returning to FIG. 6, next, the supply of the sputtering gas from the sputtering
このとき、ターゲット表面に付着していた異物がスパッタガスのプラズマにより叩き出されて真空ポンプ171により排出されることで、ターゲット表面が清浄化される(プレスパッタリング)。基板Sはスパッタソース5から退避した位置にあるため、ターゲット表面から遊離した異物が基板Sに付着することはない。また、このような異物を吸着するための部材がスパッタソース5の上方に設けられてもよい。
At this time, the foreign matter adhering to the target surface is beaten out by the sputtering gas plasma and discharged by the
続いて、反応性ガス供給部6から水蒸気を含む反応性ガスの供給が開始される(ステップS106)。このとき、予め決められた水蒸気量が一気に供給されるのではなく、プラズマ発光強度の検出結果または質量分析の結果を確認しながら、導入される水蒸気量が少しずつ増加される。検出される水蒸気量が所定値に達すると(ステップS107)、水蒸気量の増加は停止される。
Subsequently, the supply of the reactive gas containing water vapor from the reactive
前記したように、基板S周辺での水蒸気濃度の変動が膜特性のばらつきの原因となる。本実施形態では、Y方向に沿って長く延びるプラズマ空間を形成することでプラズマ密度の均一化が図られている。またY方向における基板S両端部に対応して水蒸気トラップ173が設けられることで、基板Sの周縁部近傍の過剰な水蒸気が除去されている。このため、水蒸気濃度の変動は抑えられている。しかしながら、より有効な対策は、真空チャンバー10内に過剰な水蒸気を発生させないことである。
As described above, fluctuations in the water vapor concentration around the substrate S cause variations in film characteristics. In this embodiment, the plasma density is made uniform by forming a plasma space that extends long along the Y direction. Further, by providing the water vapor traps 173 corresponding to both ends of the substrate S in the Y direction, excess water vapor in the vicinity of the peripheral edge of the substrate S is removed. For this reason, the fluctuation | variation of water vapor | steam density | concentration is suppressed. However, a more effective measure is not to generate excessive water vapor in the
いったん真空チャンバー10の壁面に吸着された水分子は、不規則なタイミングで真空チャンバー10から遊離してチャンバー内の水蒸気分圧を上昇させる。特に、連続的に長時間の成膜を行うケースでは、最初に真空チャンバー10に水分子を付着させてしまうと、成膜の期間中、常に上記した遊離のリスクが残ることになる。したがって、このような水分子の付着を当初より生じさせないために、チャンバー内に導入される水蒸気の量は徐々に増加されることが好ましい。
The water molecules once adsorbed on the wall surface of the
プラズマ点灯前には水蒸気を導入しないことも同じ理由による。すなわち、プラズマ未発生の状態で真空チャンバー10内に導入された水蒸気は、水分子の形態のまま処理空間PSから真空チャンバー10内に広がり、チャンバー内の各部に付着する。このような水分子がプラズマ点灯後に壁面から遊離することで、チャンバー内の水蒸気濃度が不安定になる。このような問題を回避するために、水蒸気の導入はプラズマ点灯後に開始される。
For the same reason, water vapor is not introduced before the plasma is turned on. That is, the water vapor introduced into the
また、プラズマ発生空間PLにおいて水蒸気濃度の急激な変動が生じると、回転カソード51,52において異常放電(アーキング)が発生しやすくなる。これを防止するためにも、水蒸気濃度は徐々に増加することが好ましい。例えば、水蒸気分圧の目標値の1%相当量を増加させるのに10秒以上をかけるようにしてもよい。このために、水蒸気の導入が開始されてから水蒸気分圧が目標値に達するまでに数分を要してもよい。
Further, when the water vapor concentration rapidly changes in the plasma generation space PL, abnormal discharge (arcing) is likely to occur in the
水蒸気量が安定するまでしばらく時間を空けた後、基板Sの走査移動が開始される(ステップS108)。すなわち、搬送機構3が作動してキャリア31が退避位置からスパッタソース5に向けてX方向に移動し、基板Sの下面をチムニー11上部の開口部111に臨ませる。これにより基板Sへの成膜が開始される。基板Sがチムニー11上部を一定速度で走査されることにより、基板Sの成膜対象領域FRに一定厚さの膜が形成される(スキャン成膜)。基板Sの走査移動は1回のみでもよく、往復移動により複数回なされてもよい。
After a while until the water vapor amount becomes stable, the scanning movement of the substrate S is started (step S108). That is, the
予め定められた走査移動が終了すると(ステップS109)、基板Sはゲート160を介してロードロックチャンバー20に搬出される(ステップS110)。引き続き成膜を行う必要がなければプラズマの発生が停止される。すなわち、真空チャンバー10へのスパッタガスおよび反応性ガスの供給が停止され、各部への電圧印加も停止される(ステップS111)。これにより成膜処理は終了する。
When the predetermined scanning movement is completed (step S109), the substrate S is carried out to the
引き続き他の基板への成膜が行われる場合には、ステップS110において基板Sが排出された後、処理はステップS104に進んで新たな基板Sが搬入される。この場合、プラズマ点灯状態が維持されているので、ステップS105において新たにガスや電圧の供給がなされることはない。基板Sの入れ替えの間にもプラズマ点灯状態が維持されることで、プラズマのオン・オフに起因して生じるプラズマ密度の過渡的な変動や異物の発生が抑制され、複数の基板Sに対して品質の安定した膜を連続的に形成することが可能となる。 When film formation is continuously performed on another substrate, after the substrate S is discharged in step S110, the process proceeds to step S104, and a new substrate S is carried in. In this case, since the plasma lighting state is maintained, no new gas or voltage is supplied in step S105. By maintaining the plasma lighting state during the replacement of the substrate S, transient fluctuations in the plasma density and the generation of foreign matter caused by the on / off of the plasma are suppressed, and a plurality of substrates S can be controlled. A film having a stable quality can be continuously formed.
基板Sの入れ替えに際しては種々の方法が考えられる。最も基本的な方法は、処理済みの基板がキャリア31とともにロードロックチャンバー20に搬出された後、ロードロックチャンバー20を大気開放して基板を交換する方法である。しかしながら、この方法では成膜装置1の待機時間が長くなる。より生産性を高めるためには、例えば、予めロードロックチャンバー20に搬入された複数の基板をロードロックチャンバー20内に設置された搬送ロボットにより入れ替えることが考えられる。また、予めキャリア31が複数用意され、複数の基板がそれぞれキャリア31にセットされた状態でロードロックチャンバー20に搬入されていてもよい。
Various methods can be considered when replacing the substrate S. The most basic method is a method of exchanging the substrate by releasing the
また、基板の搬送方向を一方向に固定して、真空チャンバー10の両端に設けられたゲート160,161の一方から未処理の基板を真空チャンバー10に搬入して成膜を行い、処理済みの基板を他方のゲートから搬出するようにしてもよい。
In addition, the substrate transfer direction is fixed in one direction, and an unprocessed substrate is carried into the
また、長尺シート状の基板に成膜を行う場合には、ロール状に巻回された基板および処理済みの基板を巻き取る巻取ローラが真空チャンバー10の内部に設置されてもよい。また、ゲート160,161の一方から未処理の基板が一定速度で送り込まれて成膜が行われ、成膜後の基板が他方のゲートから送出されて外部で巻き取られる構成であってもよい。
In addition, when film formation is performed on a long sheet-like substrate, a take-up roller that takes up the substrate wound in a roll shape and the processed substrate may be installed inside the
図8は成膜処理における雰囲気中の水蒸気分圧の変化の一例を示す図である。時刻T0は図6のステップS104の実行後に対応しており、この時点で基板Sは真空チャンバー10内に搬入されており、真空チャンバー10内は所定圧力に減圧されているものとする。この状態で、時刻T1においてスパッタガスの供給および電圧の印加が開始されることで、プラズマ空間PLにおいてプラズマが点灯される。これにより、ターゲット表面をスパッタリングにより清浄化するプレスパッタリングが開始される。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a change in the partial pressure of water vapor in the atmosphere in the film forming process. Time T0 corresponds to the time after execution of step S104 in FIG. 6. At this time, the substrate S is carried into the
その後、時刻T2において水蒸気を含む反応性ガスの導入が開始され(ステップS106)、これにより雰囲気中の水蒸気分圧が徐々に上昇する。一気に大量の水蒸気が導入されると、プラズマ空間PLから漏れ出した過剰な水蒸気が処理チャンバー10の壁面に付着してしまうおそれがある。これを回避するために、導入される水蒸気量は、雰囲気中の水蒸気量(または水蒸気分圧)を検出しながら少しずつ増加される。
Thereafter, introduction of a reactive gas containing water vapor is started at time T2 (step S106), whereby the water vapor partial pressure in the atmosphere gradually increases. When a large amount of water vapor is introduced at once, excessive water vapor leaking from the plasma space PL may adhere to the wall surface of the
時刻T3において水蒸気分圧が所定値に達すると水蒸気量の増量が停止されるが(ステップS107)、図8に示すように、このときの水蒸気量(水蒸気分圧)の「所定値」は本来の成膜時の目標値よりも低い値とされる。水蒸気量が増加されてからその変化が検出されるまでに一定の時間遅れがあるため、目標値に達した時点で増加を停止しても、大きなオーバーシュートを生じてしまうおそれがあるからである。 When the water vapor partial pressure reaches a predetermined value at time T3, the increase in the water vapor amount is stopped (step S107). As shown in FIG. 8, the “predetermined value” of the water vapor amount (water vapor partial pressure) at this time is originally The value is lower than the target value at the time of film formation. This is because there is a certain time lag from when the amount of water vapor is increased until the change is detected, so even if the increase is stopped when the target value is reached, a large overshoot may occur. .
本実施形態では、マグネトロンプラズマと誘導結合プラズマとを組み合わせたスパッタソース5、および、基板端部での過剰な水蒸気を除去する水蒸気トラップ173が奏する効果により、水蒸気分圧の変化が膜特性(抵抗率)に及ぼす影響が軽減されている。しかしながら、オーバーシュートによる過剰な水蒸気がいったん真空チャンバー10内に放出されてしまうと、その影響を完全には除ききれないケースが生じるおそれがある。これを回避するために、検出される水蒸気分圧が目標値に達する前に水蒸気量の増加は停止される。
In the present embodiment, a change in the partial pressure of water vapor is caused by the effect of the
検出の時間遅れに起因して、水蒸気の導入量が固定された後の水蒸気分圧は、増加が停止された時点よりも高い値に到達する。この値が仮に目標値に一致していなかったとしても、本実施形態では膜特性の水蒸気分圧に対する感受性が低くなっているため、膜質への影響は少ない。 Due to the detection time delay, the water vapor partial pressure after the amount of water vapor introduced is fixed reaches a higher value than when the increase is stopped. Even if this value does not coincide with the target value, in the present embodiment, the sensitivity of the film characteristics to the partial pressure of water vapor is low, so that the influence on the film quality is small.
時刻T4において水蒸気分圧が概ね安定した後、時刻T5において、基板Sの走査移動により成膜が開始される。この時点では水蒸気分圧が安定しているため、形成される膜の品質も安定したものとなる。 After the water vapor partial pressure is substantially stabilized at time T4, film formation is started by scanning movement of the substrate S at time T5. Since the water vapor partial pressure is stable at this point, the quality of the formed film is also stable.
以上のように、この実施形態の成膜装置1では、基板S(より厳密には成膜対象領域FR)の端部と真空チャンバー10の側壁面101,102との間に開口する開口174を介して、水蒸気トラップ173により雰囲気中の水蒸気が除去される。これにより、側壁面101,102に付着した水蒸気が遊離して基板Sの端部付近で水蒸気濃度を上昇させることが防止される。水蒸気トラップ173が奏する効果には、処理空間PSに供給された水蒸気が漏れ出して側壁面101,102に付着するのを未然に防止する効果と、側壁面101,102から遊離した水蒸気が基板Sに接近するのを防止する効果との両方が含まれる。
As described above, in the
これにより、基板Sの中央部に対する端部付近での水蒸気濃度の上昇に起因する膜特性の悪化が抑制され、特性の面内均一性が良好な膜を形成することが可能となる。 Thereby, the deterioration of the film characteristics due to the increase in the water vapor concentration in the vicinity of the edge with respect to the central part of the substrate S is suppressed, and a film with excellent in-plane uniformity of characteristics can be formed.
また、この実施形態では、一の方向(Y方向)を基準方向としたとき、基準方向に沿って長く延びる回転カソード51,52および磁石ユニット53,54により発生されるマグネトロンプラズマと、同方向に長く延びる低インダクタンスの誘導結合アンテナ57により発生される誘導結合プラズマとが組み合わされることで、基準方向に長く延びるプラズマ空間PLに均一かつ高密度のプラズマが生じる。これにより、基準方向における膜特性のばらつきが抑えられ、特性の面内均一性がさらに良好なものとなる。
In this embodiment, when one direction (Y direction) is set as a reference direction, the same direction as the magnetron plasma generated by the rotating
低インダクタンスアンテナとマグネトロン型回転カソードとの組み合わせによるプラズマ発生プロセスでは、低温、低電位で高密度なプラズマを局所的に、かつ均一に発生させることが可能である。プラズマをターゲット近傍に集中的に発生させることで、ターゲットを高いレートでスパッタリングすることができる一方、基板Sへのダメージを抑えることができる。これにより、基板S表面に均一かつ良質の膜を形成することができる。 In a plasma generation process using a combination of a low-inductance antenna and a magnetron rotary cathode, high-density plasma can be generated locally and uniformly at low temperature and low potential. By generating plasma intensively in the vicinity of the target, the target can be sputtered at a high rate, while damage to the substrate S can be suppressed. Thereby, a uniform and good quality film can be formed on the surface of the substrate S.
そして、同じ基準方向において、水蒸気トラップ173により水蒸気濃度の均一化が図られているので、基準方向における膜特性の均一性が極めて良好なものとなる。この状態で、基板Sが基準方向と直交する方向(X方向)に走査移動されることで、膜全体において特性の面内均一性が良好な膜を形成することが可能となる。
Since the water vapor concentration is made uniform by the
なお、真空チャンバー10の側壁面からの水蒸気の遊離に起因する水蒸気濃度の上昇の影響を抑えるためには、基板Sとチャンバー壁面とを遠ざけることも考えられる。しかしながら、これにより真空チャンバーが大型化し、排気すべき容量も増大してしまうため、現実的とは言えない。言い換えれば、上記構成とすることで、基板とチャンバー壁面との近接が許容される。その結果、真空チャンバーの大型化を抑制し、装置全体の小型化、低コスト化を図ることが可能となっている。
In order to suppress the influence of the increase in water vapor concentration caused by the liberation of water vapor from the side wall surface of the
以上説明したように、この実施形態の成膜装置1においては、真空チャンバー10が本発明の「処理チャンバー」として機能し、搬送機構3、特にキャリア31が本発明の「基板保持手段」として機能している。また、本実施形態では、回転カソード51(52)のベース部材511(521)と回転駆動部55(56)とが一体として本発明の「ターゲット保持手段」として機能している。また、上記実施形態ではY方向が本発明の「基準方向」に相当している。
As described above, in the
また、上記実施形態では、誘導結合アンテナ57、磁石ユニット53,54、電源ユニット8等が一体として本発明の「プラズマ発生手段」として機能しており、これらのうち磁石ユニット53,54が本発明の「磁界形成部」、マグネトロン電源81が本発明の「電圧印加部」、高周波電源82が本発明の「高周波電源」にそれぞれ相当している。
Further, in the above embodiment, the inductively coupled
また、上記実施形態では、反応性ガス供給部6およびスパッタガス供給部7が一体的に本発明の「ガス供給手段」として機能している。そして、水蒸気トラップ173および真空ポンプ171がそれぞれ本発明の「水蒸気除去手段」および「排気手段」として機能している。また、開口174および開口172が、それぞれ本発明の「取り込み口」および「排気口」に相当している。また、制御部19、プローブ191、分光器192、質量分析計195等が一体として、本発明の「水蒸気量調整手段」として機能する。
Moreover, in the said embodiment, the reactive
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では処理空間PSに臨ませて2組のマグネトロン型回転カソードが設けられているが、回転カソードは1組であってもよい。また、回転カソードよりもターゲットの利用効率が低下するが、平板カソードを用いる装置にも本発明を適用することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, two sets of magnetron type rotary cathodes are provided facing the processing space PS, but one set of rotary cathodes may be provided. Moreover, although the utilization efficiency of the target is lower than that of the rotating cathode, the present invention can also be applied to an apparatus using a flat cathode.
また、上記実施形態では、水蒸気トラップ173が真空チャンバー10の底面103に設けられている。これに代えて、真空チャンバー10の側壁面101,102に水蒸気トラップが設けられてもよい。この場合、チャンバー内に供給される水蒸気を過剰に吸収してプラズマ空間PLにおける水蒸気分圧が不安定となることを避ける必要がある。このために、水蒸気トラップの配設位置やゲートバルブの開度についてはさらなる検討が必要である。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態の成膜装置1は、スパッタソース5の上方において上向きに開口するチムニー11を備えており、該開口の上部を通過する基板Sの下面にITO膜を形成する。しかしながら、スパッタソースと成膜対象である基板との位置関係はこれに限定されない。例えば、略垂直姿勢で搬送される基板の側方にスパッタソースが配置された構成であってもよい。また例えば、スパッタソースの下方を搬送される基板の上面に成膜が行われる態様でもよいが、この場合には、スパッタによりターゲット表面に生じて遊離する小粒子等の汚染物質が基板表面に落下するのを防止する対策がなされることが好ましい。
Further, the
また、上記実施形態は、Y方向に沿って延びるプラズマ空間PLにおいてスパッタリングを行うスパッタソース5を1組有し、スパッタソース5との対向位置で基板SをX方向に走査移動させることで成膜を行う、いわゆるスキャン成膜装置である。これとは別に、複数のスパッタソースをプラズマ空間の形成方向と直交する方向に並べ、基板を静止させた状態で成膜(静止成膜)を行う装置がある。このような装置に対しても、本発明を適用することが可能である。
In the above-described embodiment, one set of the
また、上記説明では、成膜材料としてITO膜を例示したが、成膜材料はこれに限定されるものではない。特にアモルファス系の金属酸化物膜の成膜において、本実施形態の成膜装置1は有効に機能するものである。
In the above description, the ITO film is exemplified as the film forming material, but the film forming material is not limited to this. Particularly in the formation of an amorphous metal oxide film, the
以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明において、プラズマ発生手段は、ターゲットの表面近傍に磁界を形成する磁界形成部と、ターゲットに電圧を印加する電圧印加部とを有し、プラズマ空間にマグネトロンプラズマを発生させるものであってもよい。このような構成によれば、プラズマ空間をターゲットの表面近傍に集中させることができるので、高密度のプラズマによる高いスパッタ速度が得られる。これにより成膜される膜の均一性および成膜レートを向上させることができる。 As described above, the specific embodiments have been described by way of example. In the present invention, the plasma generating means includes a magnetic field forming unit that forms a magnetic field near the surface of the target, a voltage applying unit that applies a voltage to the target, And may generate magnetron plasma in the plasma space. According to such a configuration, since the plasma space can be concentrated near the surface of the target, a high sputtering rate by high-density plasma can be obtained. Thereby, the uniformity of the film to be formed and the film formation rate can be improved.
また例えば、基板保持手段は、筒状に形成されたターゲットの軸方向を基準方向と一致させて保持しながら回転させ、ターゲットの筒内に磁界形成部が配置される構成であってもよい。このような構成によれば、プラズマ空間に臨むターゲット表面の位置が回転により変化するため、ターゲットの特定部分だけがスパッタされるという問題が起きにくい。このため、ターゲットの利用効率が高くなり、またアーキング等の異常放電に対する耐性も高くなる。 In addition, for example, the substrate holding unit may be configured to rotate while holding the axial direction of the target formed in a cylindrical shape so as to coincide with the reference direction, and the magnetic field forming unit may be disposed in the target cylinder. According to such a configuration, since the position of the target surface facing the plasma space changes due to the rotation, the problem that only a specific portion of the target is sputtered hardly occurs. For this reason, the utilization efficiency of a target becomes high and the tolerance with respect to abnormal discharges, such as arcing, also becomes high.
この場合において、筒状のターゲットが複数、互いの軸方向を平行にして設けられてもよい。こうすることで、プラズマをより限られた空間に集中させることができ、ターゲット粒子の密度も増大させることができる。そのため、成膜される膜の特性のさらなる均一化および成膜レートの向上を図ることができる。 In this case, a plurality of cylindrical targets may be provided with their axial directions parallel to each other. By doing so, the plasma can be concentrated in a more limited space, and the density of the target particles can also be increased. Therefore, the characteristics of the film to be formed can be further uniformed and the film formation rate can be improved.
また例えば、プラズマ発生手段は、プラズマ空間に誘導結合電界を発生させる誘導結合アンテナと、誘導結合アンテナに高周波電力を供給する高周波電源とを有するものであってもよい。このような構成によれば、比較的低温、低電圧のプラズマを発生させることが可能であり、プラズマによる基板へのダメージを抑えることができる。またアンテナ形状によりプラズマ空間の形状を制御することができるので、特定の範囲にのみプラズマを発生させる用途に好適である。特に、低インダクタンスの誘導結合アンテナによる誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとの併用によって、形状が制御された均一かつ高密度のプラズマを発生させることができるので、均一な成膜を行うのに特に好適なものとなる。 Further, for example, the plasma generating means may include an inductively coupled antenna that generates an inductively coupled electric field in the plasma space and a high frequency power source that supplies high frequency power to the inductively coupled antenna. According to such a configuration, it is possible to generate plasma at a relatively low temperature and low voltage, and damage to the substrate due to the plasma can be suppressed. In addition, since the shape of the plasma space can be controlled by the antenna shape, it is suitable for use in generating plasma only in a specific range. In particular, the combined use of inductively coupled plasma and magnetron plasma with a low inductance inductively coupled antenna can generate a uniform and high density plasma with a controlled shape, which is particularly suitable for uniform film formation. It will be a thing.
また例えば、水蒸気吸収手段は、取り込み口から取り込んだ水蒸気を冷却された低温部材により吸着する構成であってもよい。このような原理で動作する装置としてクライオポンプがあり、高い排気速度で高真空状態を創出することが可能である。このため、処理チャンバー内の水蒸気を高速に除去することが可能であり、基板周辺における水蒸気濃度の変動を強力に抑え込むことができる。 Further, for example, the water vapor absorbing means may be configured to adsorb the water vapor taken in from the intake port by a cooled low temperature member. A cryopump is a device that operates on such a principle, and can create a high vacuum state at a high exhaust speed. For this reason, it is possible to remove the water vapor in the processing chamber at a high speed, and the fluctuation of the water vapor concentration around the substrate can be strongly suppressed.
この場合において、低温部材の温度は、例えば80Kないし130Kであることが好ましい。このような構成によれば、水蒸気(水分子)を強力に吸着することができる一方、他の反応性ガスやスパッタガスの吸着を抑えることができる。つまり、水蒸気のみを選択的に除去することが可能になる。 In this case, the temperature of the low temperature member is preferably, for example, 80K to 130K. According to such a configuration, water vapor (water molecules) can be strongly adsorbed, while adsorption of other reactive gas and sputtering gas can be suppressed. That is, it becomes possible to selectively remove only water vapor.
また例えば、1対の取り込み口の間に設けられた排気口から処理チャンバー内の雰囲気を排気して内部空間の圧力を所定の成膜圧力に調整する排気手段がさらに設けられてもよい。排気手段と水蒸気吸収手段とが個別に設けられることで、内部空間の気圧の調整と水蒸気濃度の調整とを独立して行うことが可能となる。 Further, for example, an exhaust unit that exhausts the atmosphere in the processing chamber from an exhaust port provided between the pair of intake ports and adjusts the pressure in the internal space to a predetermined film formation pressure may be further provided. By separately providing the exhaust means and the water vapor absorbing means, it is possible to independently adjust the pressure in the internal space and the water vapor concentration.
また例えば、基板保持手段は、基板を基準方向と直交し基板の表面と平行な方向に搬送するものであってもよい。このような構成によれば、基準方向において均一な成膜がこれと直交する方向に継続的に実行されることで、面内均一性の良好な成膜を行うことが可能である。 Further, for example, the substrate holding means may transport the substrate in a direction orthogonal to the reference direction and parallel to the surface of the substrate. According to such a configuration, a uniform film formation in the reference direction is continuously performed in a direction orthogonal to the reference direction, whereby a film formation with excellent in-plane uniformity can be performed.
また例えば、内部空間における水蒸気量を検出し、検出結果に基づきガス中の水蒸気量を調整する水蒸気量調整手段がさらに設けられてもよい。成膜時の水蒸気量により膜の品質が変化するので、水蒸気量を検出しつつ導入量が調整されることで、品質の安定した成膜を行うことが可能となる。 Further, for example, a water vapor amount adjusting means for detecting the water vapor amount in the internal space and adjusting the water vapor amount in the gas based on the detection result may be further provided. Since the quality of the film changes depending on the amount of water vapor during film formation, it is possible to perform film formation with stable quality by adjusting the introduction amount while detecting the amount of water vapor.
この発明は、特性の面内均一性が良好なアモルファスITO膜を成膜する目的に特に好適に利用可能であるが、これに限定されず、水蒸気を含むガスを用いるプラズマスパッタリング成膜技術全般に適用することが可能である。 The present invention can be particularly suitably used for the purpose of forming an amorphous ITO film with good in-plane uniformity of characteristics, but is not limited to this, and plasma sputtering film forming techniques using a gas containing water vapor are generally not limited thereto. It is possible to apply.
1 成膜装置
3 搬送機構
6 反応性ガス供給部(ガス供給手段)
7 スパッタガス供給部(ガス供給手段)
8 電源ユニット(プラズマ発生手段)
10 真空チャンバー(処理チャンバー)
19 制御部(水蒸気量調整手段)
31 キャリア(基板保持手段)
51,52 回転カソード(ターゲット保持手段、プラズマ発生手段)
53,54 磁石ユニット(磁界形成部、プラズマ発生手段)
55,56 回転駆動部(ターゲット保持手段)
57 誘導結合アンテナ(プラズマ発生手段)
81 マグネトロン電源(電圧印加部、プラズマ発生手段)
82 高周波電源(プラズマ発生手段)
171 真空ポンプ(排気手段)
172 開口(排気口)
173 水蒸気トラップ(水蒸気除去手段)
174 開口(取り込み口)
191 プローブ(水蒸気量調整手段)
195 質量分析計(水蒸気量調整手段)
511,521 ベース部材(ターゲット保持手段)
S 基板
DESCRIPTION OF
7 Sputtering gas supply unit (gas supply means)
8 Power supply unit (plasma generating means)
10 Vacuum chamber (processing chamber)
19 Control unit (water vapor amount adjusting means)
31 Carrier (substrate holding means)
51, 52 Rotating cathode (target holding means, plasma generating means)
53, 54 Magnet unit (magnetic field forming unit, plasma generating means)
55, 56 Rotation drive part (target holding means)
57 Inductively coupled antenna (plasma generating means)
81 Magnetron power supply (voltage application unit, plasma generation means)
82 High frequency power supply (plasma generating means)
171 Vacuum pump (exhaust means)
172 Opening (exhaust port)
173 Water vapor trap (water vapor removal means)
174 Opening (uptake port)
191 probe (water vapor amount adjusting means)
195 Mass spectrometer (water vapor amount adjusting means)
511, 521 Base member (target holding means)
S substrate
Claims (10)
基板を、前記処理チャンバー内で当該基板表面の成膜対象領域を露出させた状態で保持する基板保持手段と、
前記基板の表面に平行な一の基準方向における前記成膜対象領域の長さを有効長とするとき、前記処理チャンバー内で、前記基準方向における長さが前記有効長より長いターゲットを前記基板の前記成膜対象領域に臨ませて保持するターゲット保持手段と、
前記ターゲットの表面領域のうち前記成膜対象領域に臨み前記基準方向における長さが前記有効長よりも長い帯状領域の近傍にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記処理チャンバーの内部空間のうち前記プラズマが生成されるプラズマ空間に、水蒸気を含むガスを供給するガス供給手段と、
前記プラズマ空間の外部で前記処理チャンバー内の雰囲気から水蒸気を除去する水蒸気除去手段と
を備え、
前記水蒸気除去手段は、前記基準方向における位置を互いに異ならせて前記処理チャンバー内に設けられた1対の取り込み口から水蒸気を取り込み、前記取り込み口のそれぞれでは、開口の少なくとも一部が、前記基準方向における前記成膜対象領域の端部よりも外側にある成膜装置。 A processing chamber having an internal space surrounded by wall surfaces;
A substrate holding means for holding the substrate in a state in which the film formation target region on the surface of the substrate is exposed in the processing chamber;
When the length of the film formation target region in one reference direction parallel to the surface of the substrate is an effective length, a target whose length in the reference direction is longer than the effective length is set in the processing chamber. Target holding means for holding and facing the film formation target region;
Plasma generating means for generating plasma in the vicinity of a band-shaped region having a length in the reference direction that is longer than the effective length and facing the film formation target region of the surface region of the target;
Gas supply means for supplying a gas containing water vapor to the plasma space in which the plasma is generated in the internal space of the processing chamber;
Water vapor removing means for removing water vapor from the atmosphere in the processing chamber outside the plasma space;
The water vapor removing means takes in water vapor from a pair of intake ports provided in the processing chamber by making the positions in the reference direction different from each other, and at each of the intake ports, at least a part of the opening is the reference The film-forming apparatus which exists outside the edge part of the said film-forming object area | region in a direction.
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