JP2023113083A - Sputtering device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、スパッタ装置に関する。 The present disclosure relates to sputtering apparatus.
スパッタ装置は、被処理物と、被処理物に対向して配置されるターゲットとを収容する真空容器を備え、プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして被膜を被処理物上に成膜する。このようなスパッタ装置として、高周波磁場を通す高周波窓として使用する誘電体の筐体及びファラデーシールドと、高周波磁場を発生させるアンテナとを配置するものが知られている。 The sputtering apparatus includes a vacuum vessel containing an object to be processed and a target arranged to face the object to be processed, and uses plasma to sputter the target to form a coating on the object to be processed. As such a sputtering apparatus, there is known one in which a dielectric housing and a Faraday shield used as a high-frequency window for passing a high-frequency magnetic field, and an antenna for generating a high-frequency magnetic field are arranged.
上記のような真空容器の外部にアンテナを設けたスパッタ装置では、ターゲット付近のプラズマ密度を高めにくい。真空容器の外部にアンテナを設けたスパッタ装置において、より効率的にターゲット近傍のプラズマ密度を高めることができることが望まれる。 It is difficult to increase the plasma density in the vicinity of the target in the sputtering apparatus having the antenna outside the vacuum vessel as described above. In a sputtering apparatus in which an antenna is provided outside a vacuum vessel, it is desired to be able to increase the plasma density in the vicinity of the target more efficiently.
本開示は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ターゲット近傍のプラズマ密度を高くすることができるスパッタ装置を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a sputtering apparatus capable of increasing the plasma density in the vicinity of the target.
上記の課題を解決するために、本開示の一側面に係るスパッタ装置は、被処理物を載置するためのステージを収容する真空容器と、前記ステージ上に載置される被処理物に対向するように、前記真空容器の内部に配置されたターゲットと、スリットを有する金属板と前記金属板に重畳する誘電体とを備えて前記真空容器の内部でプラズマを発生させるために、高周波磁場を前記真空容器の内部に導入させるとともに、前記真空容器の前記ターゲットが取り付けられた壁面に設けられた高周波窓と、前記真空容器の外部で前記高周波窓に近接して配置されるとともに、前記高周波磁場を発生させる直線状のアンテナと、を備え、前記高周波窓は、軸が前記壁面に平行となるように設けられた半円筒状部を有する。 In order to solve the above problems, a sputtering apparatus according to one aspect of the present disclosure includes a vacuum vessel that houses a stage for placing an object to be processed, and a vacuum vessel that faces the object to be processed placed on the stage. a target disposed inside the vacuum vessel, a metal plate having a slit, and a dielectric superimposed on the metal plate to generate a plasma inside the vacuum vessel, and a high-frequency magnetic field is applied to A high-frequency window is introduced into the vacuum vessel and provided on the wall surface of the vacuum vessel to which the target is attached, and the high-frequency magnetic field is arranged outside the vacuum vessel and close to the high-frequency window. and a linear antenna for generating the high-frequency window, the high-frequency window having a semi-cylindrical portion with an axis parallel to the wall surface.
本開示の一態様によれば、ターゲット近傍のプラズマ密度を高くすることができるスパッタ装置を提供することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to provide a sputtering apparatus capable of increasing plasma density in the vicinity of a target.
〔実施形態1〕
以下、本開示の実施形態1について、図1及び図2を用いて詳細に説明する。図1は、本開示の実施形態1に係るスパッタ装置1の平面図である。図2は、上記スパッタ装置1の要部構成を軸方向から見たときの断面図である。
[Embodiment 1]
Hereinafter,
<スパッタ装置1>
図1及び図2に示すように、本実施形態のスパッタ装置1は、真空容器2と、真空容器2に対して着脱可能に設けられるとともに、真空容器2の内部にターゲットTrを配置するためのターゲットホルダ3と、を備える。また、本実施形態のスパッタ装置1は、真空容器2の内部にプラズマを発生させるプラズマ源10を具備する。真空容器2は、被処理物H1と被処理物H1を載置するためのステージHを収容するようになっている。
<
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、真空容器2では、被処理物H1及びステージHが図示しない搬送装置によって真空容器2と外部との間で搬入出される。プラズマ源10は、真空容器2の内部でプラズマを発生させるための電磁場の発生源である(詳細は後述。)。尚、図2において、被処理物H1とターゲットTrとの対向方向は、真空容器2の上下方向であり、ターゲットTrは、例えば、真空容器2の上側の天井面に設けられている。
In the
真空容器2の内部では、所定の真空度を保った状態で、プラズマを用いてターゲットTrをスパッタリングして、被処理物H1上に被膜を成膜する成膜処理が被処理物H1に行われる。被処理物H1は、例えば、液晶パネルディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)パネルディスプレイなどに用いられるガラス基板、合成樹脂基板であり得る。また被処理物H1は、各種用途に用いられる半導体基板であり得る。スパッタ装置1は、上記成膜処理によって酸化物半導体や磁性材料などの所定の被膜を被処理物H1上に成膜する。
Inside the
また、真空容器2には、図示しないガス供給機構が接続されており、当該ガス供給機構によって、例えば、アルゴンガスなどの不活性ガスが真空容器2の内部に供給されるようになっている。そして、スパッタ装置1では、不活性ガスの雰囲気下において、上記成膜処理が実施されるよう構成されている。
A gas supply mechanism (not shown) is connected to the
<ターゲットホルダ3>
ターゲットホルダ3は、ターゲットホルダ本体3aと、ターゲットホルダ本体3aの外周部に設けられてターゲットホルダ本体3aを真空容器2に気密に取り付ける矩形の絶縁フランジ5と、バッキングプレート6とを備える。ターゲットホルダ本体3aには、絶縁フランジ5内に設けられてターゲットTrを冷却するバッキングプレート6が取り付けられている。バッキングプレート6は、上記成膜処理に応じたターゲットTrを適宜保持するように構成されている。
<Target holder 3>
The
バッキングプレート6は、例えば、冷却水等の冷却媒体がそれぞれ流入及び流出される流入口6a及び流出口6bと、これらの流入口6a及び流出口6bに連通する流路6cと、を備えている。そして、ターゲットTrが、例えば、バッキングプレート6の下面に接着されている。
The
ターゲットホルダ3は、上記成膜処理の際に、ターゲットTrの主面がステージH上に載置された被処理物H1での被膜の形成面と互いに平行な状態で対向するように、ターゲットTrを保持する。また、ターゲットホルダ3には、ターゲットTrの端部での異常放電を防止するために、間隙を介してターゲットTrの表面を覆う接地電極(アノード電極)7が設けられている。この接地電極7は、真空容器2に電気的に接続されており、真空容器2を介して接地される。
The
ターゲットTrには、バッキングプレート6を介して電源8が接続されており、上記成膜処理の際に電源8からパルス状の直流電圧、または交流電圧がターゲットTrに対してバイアス電圧として印加されるようになっている。このバイアス電圧は、真空容器2の内部のプラズマ中のイオン(例えば、アルゴンイオン(Ar+))をターゲットTrに引き込んでスパッタさせる電圧であり、例えば、-200V~-1kVの範囲内の値に設定されている。なお、図2にL1にて示すように、ターゲットTrの長さ寸法は、例えば、150mmである。
A
<プラズマ源10の構成>
プラズマ源10は、真空容器2の内部でプラズマを発生させるために、高周波磁場を真空容器2の内部に導入させる高周波窓11を備える。また、プラズマ源10は、真空容器2の外部で高周波窓11に近接して配置されるとともに、上記高周波磁場を発生させる直線状のアンテナ14とを備える。
<Configuration of
The
<高周波窓11>
高周波窓11は、スリット12sを有する金属板12と、金属板12に重畳する誘電体13とを備えるとともに、真空容器2のターゲットTrが取り付けられた壁面に設けられている。つまり、高周波窓11では、図2に示すように、誘電体13よりも真空容器2の内部側に設けられた金属板12が誘電体13と互いに重なり合った状態で配置されている。また、高周波窓11は、ターゲットTrが取り付けられた壁面、つまり、真空容器2の上面(天井面)に取り付けられている。
<
The high-
高周波窓11は、図2に示すように、断面視で半円筒形状を有する半円筒状部11aを有している。この半円筒状部11aでは、ターゲットTrが取り付けられた真空容器2の壁面に対して軸が平行となるように設けられている。また、半円筒状部11aは、上記軸の軸心である、曲率中心C1を中心として、所定の曲率半径(例えば、20mm~90mm)を有するように形成されている。
The high-
また、本実施形態では、半円筒状部11aの曲率半径を20mm~90mmの範囲内の値とすることにより、アンテナ14に流れる電流が大きくなるのを抑えて、高周波磁場を効率よく発生させることができる。更に、ターゲットTrと被処理物H1との距離が大きくなるのを抑制して、被処理物H1に対して効率よく成膜処理を行うことができる。
In addition, in this embodiment, by setting the radius of curvature of the
尚、半円筒状部11aの曲率半径を20mm未満の値とした場合には、アンテナ14が金属板12に近付くため、誘導電流が発生し易くなり、アンテナ14に流れる電流が消費される。このため、高周波磁場を効率よく発生させることが困難となる。また、半円筒状部11aの曲率半径を90mm超過の値とした場合には、真空容器2の内部に半円筒状部11aが大きく突出することとなる。このため、ターゲットTrと被処理物H1との距離が大きくなるのを抑制することができずに、被処理物H1に対して効率よく成膜処理を行うことが難しくなる。
If the radius of curvature of the
また、高周波窓11は、図2に示すように、半円筒状部11aが上記壁面から真空容器2の内部に突出するように配置されている。具体的には、図2にL2にて示すように、半円筒状部11aは、真空容器2の内側表面から、例えば、40mmの寸法で上記壁面から真空容器2の内部に突出するように配置されている。
2, the high-
<金属板12>
金属板12は、例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、錫、ケイ素、チタン、鉄、クロム、ニオブ、炭素、モリブデン、タングステン、あるいはコバルトを含んだ群から選択される1つの金属、またはそれらの合金を用いて構成されている。
<
The
金属板12は、例えば、1mm~5mm程度の厚みを有している。金属板12は、真空容器2の壁面に取り付けられる金属フランジ部12aと、複数のスリット12sが形成されるとともに、誘電体13と当接して誘電体13を支持する誘電体支持部12bと、を備える。
The
金属フランジ部12aは、真空容器2の上記壁面に対して、気密に取り付けられている。これにより、金属板12は、真空容器2を介して接地されている。誘電体支持部12bには、図1に示すように、アンテナ14の長手方向に沿って、複数のスリット12sが互いに所定間隔をおいて設けられている。これにより、金属板12は、アンテナ14で発生させた高周波磁場を真空容器2の内部に透過させるとともに、アンテナ14で発生させた電界が真空容器2の内部に入り込むのを阻止するように構成されている。
The
尚、上記の説明では、金属フランジ部12aを有する金属板12を用いた構成について説明したが、本実施形態の金属板はスリットを有するものであれば何等限定されるものでない。例えば、金属フランジ部12aを金属板に設けることなく、誘電体支持部12bと別体に構成された取付部材を介在させて当該金属板を上記壁面に取り付ける構成でもよい。
In the above description, the configuration using the
<誘電体13>
誘電体13は、例えば、厚さ1mm~5mm程度のフッ素樹脂などの合成樹脂フィルムを用いて構成されている。また、この誘電体13は、金属板12上に重ね合わせられたときに、上記複数のスリット12sを閉塞するように構成されている。そして、高周波窓11では、誘電体13はアンテナ14からの高周波磁場を真空容器2の内部に透過を許容しつつ、真空容器2の内部の真空状態を維持できるようになっている。
<
The dielectric 13 is made of, for example, a synthetic resin film such as fluororesin having a thickness of about 1 mm to 5 mm. Moreover, the dielectric 13 is configured to block the plurality of
尚、上記の説明以外に、誘電体13は、透磁体であればよく、例えば、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス材料、あるいは石英ガラス、無アルカリガラス等の無機材料を用いて構成してもよい。また、誘電体13は、低誘電正接であることが好ましく、より具体的には、高周波による加熱の元で誘電正接が0.001以下であるものが好ましい。また、誘電体13として、誘電正接が0.001以上の材料では、金属板12とアンテナ14との距離を適切に設定することが好ましい。
In addition to the above description, the dielectric 13 may be a magnetically permeable material, for example, ceramic materials such as alumina, silicon carbide, and silicon nitride, or inorganic materials such as quartz glass and alkali-free glass. may The dielectric 13 preferably has a low dielectric loss tangent, and more specifically, preferably has a dielectric loss tangent of 0.001 or less under high frequency heating. Further, when the dielectric 13 is made of a material having a dielectric loss tangent of 0.001 or more, it is preferable to appropriately set the distance between the
<アンテナ14>
アンテナ14は、例えば、パイプ状の金属材料(例えば、銅、アルミニウム、あるいはこれらの合金またはステンレスなど)を用いて構成されており、半円筒状部11aの内部で高周波窓11に近接して配置されている。さらに、アンテナ14は、半円筒状部11aの内部において、ターゲットTrに近い側に配置されている。尚、上述の金属材料では、低抵抗金属または合金を表皮厚み以上の厚みで被覆していることが好ましい。
<
The
すなわち、アンテナ14は、図2に示すように、半円筒状部11aの内部において、その曲率中心C1よりもターゲットTrに近い、図2の右側に配置されている。具体的には、図2にL3にて示すように、アンテナ14の中心14cを通り、上記上下方向に平行な垂線と、半円筒状部11aに近い側の接地電極7のターゲットTrの中心側の端面との間の距離は、例えば、50mmとされている。
That is, as shown in FIG. 2, the
また、アンテナ14の一端部には、高周波電源15が接続され、アンテナ14の他端部は、接地されている。そして、アンテナ14には、上記高周波電源15から、例えば、13.56MHzの周波数の高周波電流が供給されるようになっている。スパッタ装置1では、アンテナ14に高周波電流が流れることにより、真空容器2内に誘導電界が発生して誘導結合型のプラズマPが生成される。また、アンテナ14の内部には、アンテナ14を冷却する冷却媒体(例えば、冷却水)を流す流路が形成されている。
A high-
<効果>
以上のように構成された本実施形態のスパッタ装置1は、ステージH上に載置される被処理物H1に対向するように、真空容器2の内部に配置されたターゲットTrを備える。また、本実施形態のスパッタ装置1は、スリット12sを有する金属板12と誘電体13とを備えて真空容器2の内部でプラズマを発生させるために、高周波磁場を真空容器2の内部に導入させるとともに、真空容器2のターゲットTrが取り付けられた壁面に設けられた高周波窓11を具備する。また、本実施形態のスパッタ装置1は、真空容器2の外部で高周波窓11に近接して配置されるとともに、高周波磁場を発生させる直線状のアンテナ14と、を備える。
<effect>
The
また、本実施形態のスパッタ装置1では、高周波窓11は、軸が上記壁面に平行となるように設けられた半円筒状部(11a)を有する。これにより、本実施形態のスパッタ装置1では、図2に示したように、誘電体13は断面視で半円筒形状とされるので、誘電体13の強度をより高めることができる。この結果、本実施形態のスパッタ装置1では、誘電体13の膜厚を容易に薄くすることができ、アンテナ14とターゲットTrとの間の距離を小さくして、ターゲットTr近傍のプラズマ密度を高くすることできる。
Further, in the
また、本実施形態のスパッタ装置1では、真空容器2の内部のプラズマが高周波窓11の半円筒状部11aを介して真空容器2の内部側に放出されるので、ターゲットTrに対してプラズマをより均一に広げて付与することができる。これにより、本実施形態のスパッタ装置1では、成膜処理を効率よく行うことができ、被処理物H1での被膜の成膜を短時間で行うことが可能となる。
Further, in the
さらに、本実施形態のスパッタ装置1では、ターゲットTrの方向に高周波窓11の半円筒状部11aから高周波磁場をより導入させることが可能となり、ターゲットTr近傍のプラズマ密度をより高くすることができる。
Furthermore, in the
また、本実施形態のスパッタ装置1では、高周波窓11に半円筒状部11aを設けてスリット12sを半円筒状部11aに形成しているので、スリット12sの開口面積を平板状の高周波窓に設けたスリットの開口面積に比べて、大きくすることができる。これにより、本実施形態のスパッタ装置1では、スリット12sを透過したプラズマに含まれた、例えば、酸素イオン(O2
-)などの活性種をより広範囲に広げることができる。この結果、本実施形態のスパッタ装置1では、被処理物H1がプラズマ源10の直下に移動したときでも、被処理物H1に対して成膜処理を行うことができる。
In addition, in the
また、本実施形態のスパッタ装置1では、アンテナ14は半円筒状部11aの内部において、ターゲットTrに近い側に配置されている。これにより、本実施形態のスパッタ装置1では、ターゲットTr近傍において効率よくプラズマを発生させることができる。
Further, in the
また、本実施形態のスパッタ装置1では、金属板12は壁面に取り付けられる金属フランジ部12aと、スリット12sが形成されるとともに、誘電体13と当接して誘電体13を支持する誘電体支持部12bとを備えている。これにより、本実施形態のスパッタ装置1では、半円筒状の金属板12を介在させて誘電体13が真空容器2の外部に設けられることとなり、誘電体13を強固に支持することができる。
In addition, in the
<試験結果例>
ここで、図3~図9も参照して、本実施形態のスパッタ装置1の具体的な効果について説明する。図3は、比較例1の要部構成を説明する図である。図4は、本実施形態品と比較例1の各々における、ターゲット中心からの距離に対するプラズマ密度の測定結果例を示す図である。図5は、本実施形態品と比較例1の各々における、ターゲット中心からの距離に対するプラズマ密度の電源出力との比の値の測定結果例を示す図である。
<Example of test results>
Here, specific effects of the
図6は、本実施形態品での上部評価位置及び下部評価位置の一例を説明する図である。図7は、比較例2での上部評価位置及び下部評価位置の一例を説明する図である。図8は、本実施形態品と比較例2の各々における、アンテナからの水平距離に対するプラズマ密度の測定結果例を示す図である。図9は、本実施形態品と比較例2の各々における、アンテナからの水平距離に対するプラズマ密度の下部評価位置での測定結果例を示す図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the upper evaluation position and the lower evaluation position in the product of this embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an upper evaluation position and a lower evaluation position in Comparative Example 2. FIG. FIG. 8 is a diagram showing an example of measurement results of plasma density with respect to the horizontal distance from the antenna in each of the product of the present embodiment and Comparative Example 2. In FIG. FIG. 9 is a diagram showing an example of measurement results at the lower evaluation position of the plasma density with respect to the horizontal distance from the antenna in each of the product of the present embodiment and Comparative Example 2. In FIG.
図3において、比較例1は、ターゲットTrとターゲットTrを冷却する冷却機構106とを有し、真空容器102に取り付けられたターゲットホルダ103を備える。また、比較例1は、スリット112aを有する平板状の金属板112とアンテナ114の下方で金属板112上に設けられた誘電体113を有し、真空容器102に取り付けられた高周波窓111を備えている。
In FIG. 3, Comparative Example 1 includes a
比較例1では、図2に示した本実施形態品と異なり、図3に示すように、ターゲットTrの表面と平板状の高周波窓111との開き角が180度の角度となるように真空容器102に設けられている。 In Comparative Example 1, unlike the product of this embodiment shown in FIG. 2, as shown in FIG. 102.
ここで、比較例1において、高周波窓111から真空容器102の内部に導入した高周波磁場によってプラズマを真空容器102の内部に発生させると、図3にC2にて示したターゲットTrの中心からの距離に応じて、プラズマ密度が異なる。
Here, in Comparative Example 1, when plasma is generated inside the
つまり、真空容器102の内部でのプラズマ密度の最大値を1とした場合に、図4に黒塗りの四角形にて示すように、比較例1では、ターゲットTrの中心に近付くにつれて、プラズマ密度の相対比の値は著しく小さくなる。そして、ターゲットTrの中心に至るまでにほぼ零の値となる。なお、図4の縦軸は、プラズマ密度を示し、図4の横軸は、例えば、図3にC2で示したターゲット中心からの距離を示している。
That is, assuming that the maximum value of the plasma density inside the
また、比較例1では、図5に黒塗りの四角形にて示すように、プラズマ密度の電源出力との比の値は、ターゲットTrの中心に近付くにつれて、大きく低下した。なお、図5の縦軸は、プラズマ密度の電源出力との比の値としてプラズマ密度/高周波電力の値で示し、図5の横軸は、例えば、上記ターゲット中心からの距離を示している。 Further, in Comparative Example 1, as indicated by black squares in FIG. 5, the value of the ratio of the plasma density to the power output decreased significantly as the center of the target Tr was approached. The vertical axis of FIG. 5 indicates the value of plasma density/RF power as the value of the ratio of plasma density to power output, and the horizontal axis of FIG. 5 indicates, for example, the distance from the center of the target.
一方、本実施形態品では、図4に黒塗りの円形にて示すように、真空容器2の内部でのプラズマ密度の最大値を1とした場合に、ターゲットTrの中心に近付くにつれて、プラズマ密度の相対比の値は小さくなるが、ターゲットTrの中心でも、零の値とならない。また、本実施形態品では、ターゲットTrのプラズマ源10と反対側の端部を通り越した位置、例えば、ターゲットTrの中心から130mmの位置において、プラズマ密度の相対比の値はほぼ零の値となる。
On the other hand, in the product of the present embodiment, as shown by the black circle in FIG. becomes smaller, but does not become zero even at the center of the target Tr. Further, in the product of the present embodiment, the value of the relative ratio of the plasma densities is almost zero at a position passing the end of the target Tr opposite to the
また、本実施形態品では、図5に黒塗りの円形にて示すように、プラズマ密度の電源出力との比の値は、ターゲットTrの中心に近付いても、比較例1に比べて、減少率が小さく、ターゲットTrの上記反対側の端部でも十分な値を示すことが確認された。 In addition, in the product of the present embodiment, as shown by the black circle in FIG. It was confirmed that the ratio is small and sufficient values are exhibited even at the opposite end of the target Tr.
以上のように、本実施形態品では、比較例1に比べてターゲットTr近傍のプラズマ密度を高くすることができることを実証することができた。 As described above, it was demonstrated that the plasma density in the vicinity of the target Tr can be increased in the product of the present embodiment as compared with the first comparative example.
また、本実施形態品の実証試験を行う際に、図6に示すように、上部評価位置UP及び下部評価位置DPでのプラズマの測定結果を検出した。なお、上部評価位置UPは、アンテナ14の中心14cから真空容器2の内部側に距離L4(例えば、17mm)だけ下方の位置である。また、下部評価位置DPは、アンテナ14の中心14cから真空容器2の内部側に距離L5(例えば、92mm)だけ下方の位置である。
Further, when performing the demonstration test of the product of the present embodiment, as shown in FIG. 6, plasma measurement results were detected at the upper evaluation position UP and the lower evaluation position DP. Note that the upper evaluation position UP is a position below the
また、比較例2では、図7に示すように、スリット112aが真空容器102に対して、120度の角度となるように、金属板112及び誘電体113を含んだ高周波窓が真空容器102に設けられている。そして、比較例2では、実証試験を行う際に、図7に示すように、上部評価位置UP1及び下部評価位置DP1でのプラズマの測定結果を検出した。なお、上部評価位置UP1は、アンテナ114の中心114cから真空容器102の内部側に距離L6(例えば、20mm)だけ下方の位置である。また、下部評価位置DP1は、アンテナ114の中心114cから真空容器102の内部側に距離L7(例えば、98mm)だけ下方の位置である。
Further, in Comparative Example 2, as shown in FIG. 7, the high frequency window including the
そして、実証試験では、比較例2において、アンテナ114の中心114cからの水平距離が異なる位置での上部評価位置UP1及び下部評価位置DP1におけるプラズマ密度を求めた。そして、上部評価位置UP1及び下部評価位置DP1において、アンテナ114の中心114cから30mmの距離でのプラズマ密度の値を1として、そのプラズマ密度の相対比の値を取得して、図8の縦軸にプラズマ密度として示す。また、上記上部評価位置UP1及び下部評価位置DP1での試験結果をそれぞれ図8の黒塗りの円形及び白塗りの円形で示す。
In the demonstration test, in Comparative Example 2, the plasma densities at the upper evaluation position UP1 and the lower evaluation position DP1 at different horizontal distances from the
また、実証試験では、本実施形態品において、アンテナ14の中心14cからの水平距離が異なる位置での上部評価位置UP及び下部評価位置DPにおけるプラズマ密度を求めた。そして、上部評価位置UP及び下部評価位置DPにおいて、アンテナ14の中心14cから30mmの距離でのプラズマ密度の値を1として、そのプラズマ密度の相対比の値を取得して、図8の縦軸にプラズマ密度として示す。また、上記上部評価位置UP及び下部評価位置DPでの試験結果をそれぞれ図8の黒塗りの三角形及び白塗りの三角形で示す。
In the demonstration test, plasma densities were obtained at the upper evaluation position UP and the lower evaluation position DP at different horizontal distances from the
図8から明らかなように、本実施形態品では、上部評価位置及び下部評価位置の各々において、比較例2に比べて、プラズマ密度が大きいことが確認された。また、本実施形態品では、アンテナ14の中心14cからの水平距離が同じ位置である場合(例えば、100mmの場合)での上部評価位置UP及び下部評価位置DPでの試験結果の差が比較例2のものに比べて小さいことが確かめられた。なお、図8の縦軸は、上述のプラズマ密度を示し、図8の横軸は、アンテナ14または114の中心14cまたは中心114cからの距離を示している。
As is clear from FIG. 8, it was confirmed that in the product of the present embodiment, the plasma density was higher than in Comparative Example 2 at each of the upper evaluation position and the lower evaluation position. In the product of the present embodiment, when the horizontal distance from the
以上のように、本実施形態品では、比較例2に比べて、ターゲットTrに対してプラズマをより均一に広げて付与することができることが実証された。 As described above, in the product of the present embodiment, it was demonstrated that the plasma can be more uniformly spread and applied to the target Tr as compared with the second comparative example.
さらに、本実施形態品では、図9から明らかなように、下部評価位置DPにおいて、アンテナ14の直下の位置(つまり、水平距離が0の位置)において、プラズマ密度は、比較例2での下部評価位置DP1のものよりも大きいことが確認された。すなわち、本実施形態品では、被処理物H1がプラズマ源10の直下に移動したときでも、成膜処理を適切に行って被処理物H1での被膜の成膜も適切に行うことができることが確かめられた。なお、図9の縦軸は、図8の縦軸と同様に、中心14cまたは中心114cから30mmの距離でのプラズマ密度の値を1とした相対比の値であるプラズマ密度を示している。図9の横軸は、アンテナ14または114の中心14cまたは中心114cからの距離を示している。
Furthermore, in the product of the present embodiment, as is clear from FIG. It was confirmed to be larger than that of the evaluation position DP1. That is, in the product of the present embodiment, even when the object H1 to be processed moves directly under the
〔実施形態2〕
本開示の実施形態2について、図10を用いて具体的に説明する。図10は、本開示の実施形態2に係るスパッタ装置1の主要部の構成例を説明する図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 2]
本実施形態2では、被処理物H1とターゲットTrとの対向方向に平行な直線、半円筒状部11aの曲率中心C1、及びアンテナ14の中心14cを用いて、アンテナ14の配置が規定されている。
In
本実施形態2のスパッタ装置1では、図10に示すように、アンテナ14は、アンテナ14の中心14cを通る垂線S1と、アンテナ14の延伸方向に垂直であって半円筒状部11aの曲率中心C1及び中心14cを通る直線S2と、の成す角度θが30度以上60度以下となるように配置されている。
In the
尚、垂線S1は、被処理物H1とターゲットTrとの対向方向に平行な直線の一例であり、角度θは当該平行な直線と上記直線S2との成す角度である。 The perpendicular line S1 is an example of a straight line parallel to the direction in which the workpiece H1 and the target Tr face each other, and the angle θ is the angle between the parallel straight line and the straight line S2.
以上の構成により、本実施形態2のスパッタ装置1は、ターゲットTr近傍のプラズマ密度を確実により高くすることができる。
With the above configuration, the
<試験結果例>
ここで、図11も参照して、本実施形態2のスパッタ装置1の具体的な効果について説明する。図11は、図10に示したスパッタ装置1での角度θを変更した場合における、アンテナ14からの水平距離に対するプラズマ密度の測定結果例を示す図である。なお、図11の縦軸は、プラズマ密度を示し、図11の横軸は、アンテナ14(の中心)からの距離を示している。
<Example of test results>
Here, with reference also to FIG. 11, specific effects of the
図11に黒塗りの三角形及び白塗りの円形にてそれぞれ示す角度θを15度及び75度とした場合に比べ、図11に黒塗りの円形、白塗りの四角形、及び白塗りの菱形にてそれぞれ示す角度θを30度、45度、及び60度とした場合の方が、アンテナ14からの水平距離に関わらず、プラズマ密度を大きくすることが確認された。
In FIG. 11, black circles, white squares, and white rhombuses show the angle θ of 15 degrees and 75 degrees, respectively, indicated by black triangles and white circles. It was confirmed that the plasma density was increased when the angles θ indicated were 30 degrees, 45 degrees, and 60 degrees, respectively, regardless of the horizontal distance from the
すなわち、本実施形態2では、30度以上60度以下となるように上記角度θを設定することにより、ターゲットTr近傍のプラズマ密度を確実により高くすることができることが確かめられた。 That is, in the second embodiment, it was confirmed that the plasma density in the vicinity of the target Tr can be reliably increased by setting the angle θ to be 30 degrees or more and 60 degrees or less.
〔実施形態3〕
本開示の実施形態3について、図12を用いて具体的に説明する。図12は、本開示の実施形態3に係るスパッタ装置1の要部構成を説明する図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 3]
本実施形態3と上記実施形態1との主な相違点は、複数のアンテナ14が1つの高周波窓11に近接して配置した点である。
The main difference between the third embodiment and the first embodiment is that a plurality of
本実施形態3のスパッタ装置1では、図12に示すように、ターゲットTrを各々保持する、2つのターゲットホルダ3がプラズマ源10を挟むように互いに平行に真空容器2に取り付けられている。2つのターゲットホルダ3に挟持されたプラズマ源10では、1つの高周波窓11に対して、複数、例えば、2つのアンテナ14が設けられている。
In the
これらの2つのアンテナ14では、一方及び他方のアンテナ14はそれぞれプラズマ源10を挟持する一方及び他方のターゲットホルダ3に近い側に近接して半円筒状部11aの内部に配置されている。一方及び他方のアンテナ14は、それぞれ一方及び他方のターゲットホルダ3のターゲットTrに対してプラズマを発生させる。
Of these two
また、一方及び他方のターゲットホルダ3の各々において、2つのアンテナ14を有するプラズマ源10とは反対側に、1つのアンテナ14を有するプラズマ源10が設けられている。すなわち、本実施形態3のスパッタ装置1では、図12に例示するように、2つのターゲットホルダ3と、3つのプラズマ源10とが直線状に設けられている。
A
これにより、本実施形態3のスパッタ装置1では、各ターゲットTrにおいて、ターゲットTrを挟持する2つの高周波窓11からのプラズマが付与されるようになっている。この結果、本実施形態3のスパッタ装置1では、実施形態1のものに比べて、プラズマを用いて大型の被処理物H1に対する被膜の成膜を容易に行うことができる。
Thus, in the
以上のように、本実施形態3のスパッタ装置1は、複数のアンテナ14が1つの高周波窓11に近接して配置されている。これにより、本実施形態3では、複数のターゲットTrに対してプラズマを発生させる場合でも、各ターゲットTr近傍のプラズマ密度を高くすることができるコンパクトなスパッタ装置1を容易に構成することが可能となる。
As described above, in the
〔実施形態4〕
本開示の実施形態4について、図13を用いて具体的に説明する。図13は、本開示の実施形態4に係るスパッタ装置1の要部構成を説明する図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 4]
本実施形態4と上記実施形態1との主な相違点は、真空容器2の壁面に取り付けられる誘電体フランジ部22aと、半円筒状に構成されるとともに、金属板23と当接して金属板23を支持する金属板支持部22bとを誘電体22に設けた点である。
The main difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that the
本実施形態4のスパッタ装置1では、図13に示すように、誘電体22が金属板23よりも真空容器2の内部側に設けられている。この誘電体22は、例えば、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス材料、あるいは石英ガラス、無アルカリガラス等の無機材料、またはフッ素樹脂等の合成樹脂材料を用いて構成されている。
In the
また、誘電体22は、真空容器2の壁面に対して、気密に取り付けられる誘電体フランジ部22aと、金属板23に設けられた複数のスリット(図示せず)を閉塞するように、金属板23と当接して金属板23を支持する金属板支持部22bと、を備える。また、金属板支持部22bは、図13に示すように、断面形状が半円筒状に形成されており、高周波窓21の半円筒状部を構成している。
The dielectric 22 has a
金属板23は、上記金属板12と同様に、例えば、1mm~5mm程度の厚みを有する。また、金属板23は、例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、錫、ケイ素、チタン、鉄、クロム、ニオブ、炭素、モリブデン、タングステン、あるいはコバルトを含んだ群から選択される1つの金属、またはそれらの合金を用いて構成されている。また、金属板23は、例えば、真空容器2に電気的に接続されることにより、真空容器2を介して接地されている。
The
すなわち、金属板23は、ファラデーシールドを構成しており、アンテナ14で生じた高周波磁場を真空容器2の内部に透過させるとともに、アンテナ14で生じた電界が真空容器2の内部に入り込むのを阻止するように構成されている。
That is, the
以上の構成により、本実施形態4のスパッタ装置1は、実施形態1のものと同様な効果を奏する。また、本実施形態4のスパッタ装置1では、誘電体22は真空容器2の壁面に取り付けられる誘電体フランジ部22aと、半円筒状に構成されるとともに、金属板23と当接して金属板23を支持する金属板支持部22bとを備えている。
With the above configuration, the
これにより、本実施形態4のスパッタ装置1では、真空容器2は凹凸形状が設けられていない平滑な誘電体によって気密に封止されているので、真空容器2の内部にスリットの形状などに応じた凹凸部が配置されるのを抑制することができる。この結果、本実施形態4のスパッタ装置1では、スリットに起因するパーティクルの発生を抑えることができる。
As a result, in the
尚、上記の説明では、誘電体フランジ部22aを有する誘電体22を用いた構成について説明したが、本実施形態の誘電体は上記スリットを閉塞するものであれば何等限定されるものではない。例えば、誘電体フランジ部22aを誘電体に設けることなく、金属板支持部22bと別体に構成された取付部材を介在させて当該誘電体を上記壁面に取り付ける構成でもよい。
In the above description, the configuration using the dielectric 22 having the
〔まとめ〕
上記の課題を解決するために、本開示の一側面に係るスパッタ装置は、被処理物を載置するためのステージを収容する真空容器と、前記ステージ上に載置される被処理物に対向するように、前記真空容器の内部に配置されたターゲットと、スリットを有する金属板と前記金属板に重畳する誘電体とを備えて前記真空容器の内部でプラズマを発生させるために、高周波磁場を前記真空容器の内部に導入させるとともに、前記真空容器の前記ターゲットが取り付けられた壁面に設けられた高周波窓と、前記真空容器の外部で前記高周波窓に近接して配置されるとともに、前記高周波磁場を発生させる直線状のアンテナと、を備え、前記高周波窓は、軸が前記壁面に平行となるように設けられた半円筒状部を有する。
〔summary〕
In order to solve the above problems, a sputtering apparatus according to one aspect of the present disclosure includes a vacuum vessel that houses a stage for placing an object to be processed, and a vacuum vessel that faces the object to be processed placed on the stage. a target disposed inside the vacuum vessel, a metal plate having a slit, and a dielectric superimposed on the metal plate to generate a plasma inside the vacuum vessel, and a high-frequency magnetic field is applied to A high-frequency window is introduced into the vacuum vessel and provided on the wall surface of the vacuum vessel to which the target is attached, and the high-frequency magnetic field is arranged outside the vacuum vessel and close to the high-frequency window. and a linear antenna for generating the high-frequency window, the high-frequency window having a semi-cylindrical portion with an axis parallel to the wall surface.
上記構成によれば、ターゲット近傍のプラズマ密度を高くすることができるスパッタ装置を提供することができる。 According to the above configuration, it is possible to provide a sputtering apparatus capable of increasing the plasma density in the vicinity of the target.
上記一側面に係るスパッタ装置において、前記高周波窓は、前記半円筒状部が前記壁面から前記真空容器の内部に突出するように配置されてもよい。 In the sputtering apparatus according to the above aspect, the high-frequency window may be arranged such that the semi-cylindrical portion protrudes from the wall surface into the vacuum vessel.
上記構成によれば、高周波窓とターゲットとの間の距離を確実に小さくすることが可能となり、ターゲット近傍のプラズマ密度をより高くすることができる。 According to the above configuration, the distance between the high-frequency window and the target can be reliably reduced, and the plasma density in the vicinity of the target can be increased.
上記一側面に係るスパッタ装置において、前記アンテナは、前記半円筒状部の内部において、前記ターゲットに近い側に配置されてもよい。 In the sputtering apparatus according to the one aspect described above, the antenna may be arranged on a side closer to the target inside the semi-cylindrical portion.
上記構成によれば、ターゲットにおいて効率よくプラズマを発生させることができる。 According to the above configuration, plasma can be efficiently generated in the target.
上記一側面に係るスパッタ装置において、前記アンテナは、前記被処理物と前記ターゲットとの対向方向に平行な直線と、前記アンテナの延伸方向に垂直であって前記半円筒状部の曲率中心及び当該アンテナの中心を通る直線と、の成す角度が30度以上60度以下となるように、配置されてもよい。 In the sputtering apparatus according to one aspect described above, the antenna includes a straight line parallel to the direction in which the object to be processed and the target face each other, a center of curvature of the semi-cylindrical portion perpendicular to the extending direction of the antenna, and It may be arranged so that the angle formed by the straight line passing through the center of the antenna is 30 degrees or more and 60 degrees or less.
上記構成によれば、ターゲット近傍のプラズマ密度を確実により高くすることができる。 According to the above configuration, it is possible to reliably increase the plasma density in the vicinity of the target.
上記一側面に係るスパッタ装置において、複数の前記アンテナが、1つの前記高周波窓に近接して配置されてもよい。 In the sputtering apparatus according to one aspect described above, a plurality of the antennas may be arranged close to one of the high-frequency windows.
上記構成によれば、複数のターゲットに対してプラズマを発生させる場合でも、各ターゲット近傍のプラズマ密度を高くすることができるコンパクトなスパッタ装置を容易に構成することが可能となる。 According to the above configuration, even when plasma is generated for a plurality of targets, it is possible to easily configure a compact sputtering apparatus capable of increasing the plasma density near each target.
上記一側面に係るスパッタ装置において、前記金属板は、前記誘電体よりも前記真空容器の内部側に設けられてもよい。 In the sputtering apparatus according to one aspect described above, the metal plate may be provided closer to the inside of the vacuum vessel than the dielectric.
上記構成によれば、半円筒状の金属板を介在させて誘電体が真空容器の外部に設けられることとなり、当該誘電体を強固に支持することができる。 According to the above configuration, the dielectric is provided outside the vacuum vessel with the semi-cylindrical metal plate interposed therebetween, so that the dielectric can be firmly supported.
上記一側面に係るスパッタ装置において、前記誘電体は、前記金属板よりも前記真空容器の内部側に設けられてもよい。 In the sputtering apparatus according to one aspect, the dielectric may be provided closer to the inside of the vacuum vessel than the metal plate.
上記構成によれば、真空容器はスリットを介在させることなく誘電体によって気密に封止されることとなり、スリットに起因するパーティクルの発生を抑えることができる。 According to the above configuration, the vacuum vessel is airtightly sealed by the dielectric without the interposition of the slit, and the generation of particles due to the slit can be suppressed.
本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。 The present disclosure is not limited to each embodiment described above, various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present disclosure.
1 スパッタ装置
2 真空容器
11、21 高周波窓
11a 半円筒状部
12、23 金属板
12s スリット
13、22 誘電体
14 アンテナ
H ステージ
H1 被処理物
Tr ターゲット
Claims (7)
前記ステージ上に載置される被処理物に対向するように、前記真空容器の内部に配置されたターゲットと、
スリットを有する金属板と前記金属板に重畳する誘電体とを備えて前記真空容器の内部でプラズマを発生させるために、高周波磁場を前記真空容器の内部に導入させるとともに、前記真空容器の前記ターゲットが取り付けられた壁面に設けられた高周波窓と、
前記真空容器の外部で前記高周波窓に近接して配置されるとともに、前記高周波磁場を発生させる直線状のアンテナと、を備え、
前記高周波窓は、軸が前記壁面に平行となるように設けられた半円筒状部を有する、スパッタ装置。 a vacuum vessel that houses a stage for placing an object to be processed;
a target arranged inside the vacuum vessel so as to face the object to be processed placed on the stage;
A high-frequency magnetic field is introduced into the interior of the vacuum vessel, and the target of the vacuum vessel is provided with a metal plate having a slit and a dielectric superimposed on the metal plate to generate plasma within the vacuum vessel. a high-frequency window provided on the wall surface to which the
a linear antenna disposed outside the vacuum vessel and close to the high-frequency window and generating the high-frequency magnetic field;
The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the high-frequency window has a semi-cylindrical portion with an axis parallel to the wall surface.
6. The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein said dielectric is provided closer to the inside of said vacuum vessel than said metal plate.
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