JP2023183209A - Sputtering apparatus and film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液相状態のターゲット材料を用いた反応性スパッタ装置およびその成膜方法に関する。 The present invention relates to a reactive sputtering apparatus using a target material in a liquid phase and a film forming method thereof.
近年、液相状態のターゲット材料を用いた反応性スパッタ装置が提案されている。例えば特許文献1には、ラジカルガン部の放出口から真空槽内に配置された基板に窒素ラジカルを照射しながら金属ガリウムのターゲットをプラズマによってスパッタすることで、基板上に窒化ガリウム薄膜を形成するスパッタ装置が記載されている。
In recent years, reactive sputtering apparatuses using target materials in a liquid phase have been proposed. For example,
液相状態のターゲット材料を用いた反応性スパッタ装置においては、ターゲット材料の液面にプラズマ反応物からなる皮膜が形成され、特に、ターゲット材料の液面の非エロージョン領域においては皮膜の形成が顕著に進行する。一方、液相状態の金属材料(以下、液体金属ともいう)をターゲット材料としてマグネトロンスパッタする場合、液体金属に印加される電界と磁界によって金属材料の粒子にローレンツ力が作用し、液体金属に対流を引き起こす。対流は、ターゲット面内の電界や磁界の分布あるいは強弱により不均一に発生するため、皮膜の局所的な滞留あるいは飛散が生じやすい。皮膜は絶縁性であるため、プラズマに曝されることで帯電し、これが原因で異常放電を生じさせる。 In a reactive sputtering device that uses a target material in a liquid phase, a film made of plasma reactants is formed on the liquid surface of the target material, and the formation of the film is particularly noticeable in the non-erosion region of the liquid surface of the target material. Proceed to. On the other hand, when magnetron sputtering is performed using a metal material in a liquid phase (hereinafter also referred to as liquid metal) as a target material, the Lorentz force acts on the particles of the metal material due to the electric and magnetic fields applied to the liquid metal, causing convection in the liquid metal. cause. Since convection occurs non-uniformly due to the distribution or strength of the electric field or magnetic field within the target plane, local retention or scattering of the film tends to occur. Since the film is insulating, it becomes charged when exposed to plasma, which causes abnormal discharge.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、液相状態のターゲット材料のマグネトロンスパッタに際して、異常放電の発生を抑制することできるスパッタ装置および成膜方法を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus and a film forming method that can suppress the occurrence of abnormal discharge during magnetron sputtering of a target material in a liquid phase.
本発明の一形態に係るスパッタ装置は、チャンバと、基板支持部と、容器と、磁気回路と、回転機構とを具備する。
前記チャンバは、減圧雰囲気を維持可能に構成される。
前記基板支持部は、前記チャンバ内に配置され、基板を支持する。
前記容器は、液相状態のターゲット材料を収容可能な凹部が表面に形成される。
前記磁気回路は、前記容器の背面に対向して配置され、前記表面側に磁場を形成する磁石部を有する。
前記回転機構は、前記磁気回路に接続される第1の回転軸を有し、前記第1の回転軸のまわりに前記磁気回路を回転させる。
A sputtering apparatus according to one embodiment of the present invention includes a chamber, a substrate support, a container, a magnetic circuit, and a rotation mechanism.
The chamber is configured to be able to maintain a reduced pressure atmosphere.
The substrate support part is disposed within the chamber and supports a substrate.
The container has a recess formed on its surface that can accommodate the target material in a liquid phase.
The magnetic circuit includes a magnet portion that is arranged to face the back surface of the container and forms a magnetic field on the surface side.
The rotation mechanism has a first rotation shaft connected to the magnetic circuit, and rotates the magnetic circuit around the first rotation shaft.
本発明のスパッタ装置は、磁気回路を回転させる回転機構を備えているため、磁気回路の回転によりターゲット表面に形成される磁場がターゲット表面に対して相対的に移動し、プラズマの分布を周期的に変化させる。これによりターゲット材料のエロージョン領域が拡大し液面への皮膜の成長を阻止できるため、異常放電の発生を抑えることができる。 Since the sputtering apparatus of the present invention is equipped with a rotation mechanism that rotates the magnetic circuit, the magnetic field formed on the target surface due to the rotation of the magnetic circuit moves relative to the target surface, and the plasma distribution is periodically changed. change to This expands the erosion area of the target material and prevents the growth of a film on the liquid surface, thereby suppressing the occurrence of abnormal discharge.
前記第1の回転軸は、前記容器の中心に対して偏心した位置に配置されてもよい。
これにより、非エロージョン領域を極力小さくすることができるため、異常放電の発生をさらに抑制することができる。
The first rotation axis may be located eccentrically with respect to the center of the container.
Thereby, the non-erosion region can be made as small as possible, so that the occurrence of abnormal discharge can be further suppressed.
前記基板支持部は、前記基板をその中心のまわりに回転させることが可能な第2の回転軸を有し、前記第2の回転軸は、前記容器の中心に対して偏心した位置に配置されてもよい。 The substrate support part has a second rotation axis capable of rotating the substrate around its center, and the second rotation axis is arranged at an eccentric position with respect to the center of the container. You can.
前記基板支持部は、前記基板を所定温度に加熱可能な加熱部を有してもよい。 The substrate support section may include a heating section that can heat the substrate to a predetermined temperature.
前記ガス導入部は、前記反応性ガスのラジカルを前記基板へ照射するラジカル源であってもよい。 The gas introduction section may be a radical source that irradiates the substrate with radicals of the reactive gas.
前記容器は、底壁部と周壁部とを有し、前記底壁部と前記周壁部とのなす角は、角度120度以上の鈍角であってもよい。 The container may have a bottom wall and a peripheral wall, and the bottom wall and the peripheral wall may form an obtuse angle of 120 degrees or more.
前記スパッタ装置は、シールド部をさらに具備してもよい。前記シールド部は、前記容器の前記表面に間隙を介して配置され、前記凹部の周囲をプラズマから遮蔽する。 The sputtering apparatus may further include a shield section. The shield portion is disposed on the surface of the container with a gap therebetween, and shields the periphery of the recess from plasma.
本発明の一形態に係る成膜方法は、前記スパッタ装置を用いた成膜方法であって、
減圧雰囲気に維持された前記チャンバ内に前記ガス導入部から反応性ガスを導入し、
前記回転機構により前記磁気回路を回転させながら前記容器に収容された前記ターゲット材料をスパッタすることで、前記基板上に前記ターゲット材料を成膜する。
A film forming method according to one embodiment of the present invention is a film forming method using the sputtering apparatus, comprising:
Introducing a reactive gas from the gas introduction part into the chamber maintained in a reduced pressure atmosphere,
The target material is deposited on the substrate by sputtering the target material housed in the container while rotating the magnetic circuit by the rotation mechanism.
本発明によれば、液相状態のターゲット材料のマグネトロンスパッタに際して、異常放電の発生を抑制することできる。 According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge during magnetron sputtering of a target material in a liquid phase.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るスパッタ装置100を示す概略構成図である。図においてX軸、Y軸およびZ軸は相互に直交する3軸であり、X軸およびY軸は水平方向、Z軸は高さ方向をそれぞれ示している。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a
本実施形態のスパッタ装置100は、基板W上に窒化ガリウム(GaN)膜をエピタキシャル成長させる成膜装置として構成される。
The sputtering
[全体構成]
スパッタ装置100は、チャンバ10と、基板支持部20と、スパッタ源30と、反応ガス源40と、制御部80とを備える。
[overall structure]
The
(チャンバ)
チャンバ10は金属製であり、内部に成膜室11を形成する。チャンバ10は、真空ポンプ12に接続されており、成膜室11を減圧雰囲気に維持可能に構成される。チャンバ10は、典型的にはグランド電位に接続される。チャンバ10には図示せずとも、チャンバ10の外部と内部との間で基板Wの搬出入を行うためのゲートバルブが設けられる。
(chamber)
The
(基板支持部)
基板支持部20は、チャンバ10の天面に設置される。基板支持部20は、成膜室11に配置される基板ホルダ21を有する。基板ホルダ21は円筒形状を有し、その下端の開口端部には基板Wの成膜面をチャンバ10の底部に向けた状態で基板Wの周縁部を支持する環状の爪部22が設けられる。
(Board support part)
The
基板支持部20はさらに、基板ホルダ21をZ軸まわりに回転させる回転軸23a(第2の回転軸)を有するモータ23を有する。モータ23はチャンバ10の外側(大気)に設置され、回転軸23aは、真空シール機能を備えた回転導入機構24を介して基板ホルダ21に接続される。回転軸23aは、基板ホルダ21をその軸心のまわりに回転させることが可能なように基板ホルダ21の上面中心部に接続される。基板ホルダ61は、グランド電位に接続される。
The
なお、基板Wとしては、半導体基板が用いられる。半導体基板としては、窒化ガリウム基板、サファイア基板、シリコン基板等が挙げられる。基板Wの大きさは特に限定されず、本実施形態では、8インチウエハが用いられる。 Note that as the substrate W, a semiconductor substrate is used. Examples of the semiconductor substrate include a gallium nitride substrate, a sapphire substrate, a silicon substrate, and the like. The size of the substrate W is not particularly limited, and in this embodiment, an 8-inch wafer is used.
基板支持部20はさらに、基板Wを所定温度に加熱可能な加熱部25を有する。加熱部25は、例えば、抵抗加熱式ヒータやランプヒータであり、基板ホルダ21内(例えばチャンバ10の天面)に静止状態で配置され、基板Wの裏面全域を加熱可能に構成される。上記所定温度は特に限定されず、基板W上に堆積した窒化ガリウム膜がエピタキシャル成長するのに必要な温度(例えば、300℃以上900℃以下)とされる。
The
(反応ガス源)
反応ガス源40は、窒素ラジカル47を生成するラジカルガンである。反応ガス源40は、反応筒41と、反応筒41の周囲に設けられたコイル42と、反応筒41およびコイル42を収容する収容部43とを有する。
(reactive gas source)
The
収容部43はチャンバ10の底部に設置され、収容部43の内部は成膜室11と連通する。収容部43の外側(大気)には、反応筒41の内部に反応ガスを供給するガス源44と、コイル42へ高周波電力を入力する高周波電源45とがそれぞれ設置される。コイル42は高周波電源が入力されることで反応筒41の内部に交番磁場を形成し、反応筒41内に供給された反応ガスを活性化させて窒素ラジカル47を生成する。反応ガスの供給量は特に限定されず、例えば、10sccmである。高周波電源45の周波数および電力は特に限定されず、例えば、周波数が13.56MHz、電力は400Wである。
The
生成された窒素ラジカル47は、収容部43の開口部46を通って成膜室11へ放出される。反応筒41の開口部は基板支持部20に向けて配置されており、反応筒41から放出された窒素ラジカル47は、基板支持部20に支持された基板Wの成膜面へ照射される。
The generated
反応ガスは、典型的には、窒素(N2)である。これ以外にも、窒化水素、酸化窒素などの窒素を含む他のガスが採用可能である。 The reactant gas is typically nitrogen ( N2 ). In addition to this, other gases containing nitrogen such as hydrogen nitride and nitrogen oxide can be used.
(スパッタ源)
スパッタ源30は、チャンバ10の底部に設置される。スパッタ源30は、ターゲット材料Tを収容可能な凹部32が表面に形成された容器31と、容器31の背面に対向して配置された磁気回路50と、磁気回路50をZ軸方向に平行な軸まわりに回転させることが可能な回転機構60とを有する。
(Sputter source)
Sputter
容器31は、ターゲット材料Tよりも融点が高い金属材料で形成された円盤状に形成される。容器31は、ターゲット材料Tとの濡れ性が比較的良好な材料で形成されるのが好ましい。本実施形態では、ターゲット材料Tが金属ガリウム(Ga)であり、容器31はステンレス鋼で形成される。容器31は、チャンバ10の底部に設けられた円筒状の防着板33の内部に設置される。
The
図2は、スパッタ源30の要部の拡大断面図である。凹部32は、典型的には円形の凹部であり、容器31の成膜室11に面する表面31aに形成される。凹部32の中心は、容器31の中心(中心軸C1)と一致する。容器31は、底壁部311と周壁部312とを有し、凹部32はこれら底壁部311と周壁部312との間に形成される。凹部32の大きさは特に限定されず、例えば直径が約100mm(4インチ)、深さが約5mmである。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the main parts of the sputtering
容器31は、基板支持部20とZ軸方向に対向する位置に配置される。図1に示すように、容器31の中心(中心軸C1)は、基板ホルダ21の回転軸23a(中心軸C3)とは偏心した位置に配置される。
The
図2に示すように凹部32の隅部321に相当する底壁部311と周壁部312との境界部は、角部ができないように曲面で形成されるのが好ましい。これにより、凹部32の隅部321と液相のターゲット材料T(液体金属)との間に空隙が形成されにくくなり、当該空隙を原因とする異常放電(スプラッシュ)の発生を抑制することができる。図2において隅部321の曲率半径は、例えば2mm以上である。また、底壁部311と周壁部312との間のなす角は、120°以上の鈍角であるのが好ましい。これにより、凹部32の隅部321と液体金属との濡れ性が高まるため、上記空隙の形成が抑制される。
As shown in FIG. 2, the boundary between the
容器32の表面31aとは反対側の背面(裏面)31bは、平坦面で形成される。容器32の背面31bは、銅などの熱伝導性に優れたバッキングプレート34(図1参照)に接合されてもよい。接合方法は特に限定されず、例えば、ろう接、溶接等の適宜の手法が採用可能である。バッキングプレート34には、冷却媒体が循環する冷却通路が設けられてもよい。あるいは、容器31の底壁部311および周壁部312の内部に、冷却媒体が循環する冷却通路が設けられてもよい。これにより、スパッタ成膜時に形成されるプラズマP(図1)の熱から容器31を保護することができる。
A back surface (rear surface) 31b of the
容器31はさらに、スパッタ電源35に接続されることで、スパッタ電極を構成する。スパッタ電源35は、高周波電源(RF)であるが、これに限られず、直流電源(DC)であってもよい。容器31は、バッキングプレート34を介してスパッタ電源35に接続されてもよい。高周波電源の周波数および電力は特に限定されず、例えば、周波数が13.56MHz、電力は80Wである。
The
なお図1に示すように、スパッタ源30は、成膜室11にスパッタガスを供給するガス源37を有する。スパッタガスは、プラズマを形成するためのガスであり、典型的には、アルゴン(Ar)である。スパッタガスの導入位置は特に限定されず、例えば、防着板33と容器31との間にスパッタガスが導入される。スパッタガスの導入量は特に限定されず、例えば、60sccmである。
Note that, as shown in FIG. 1, the sputtering
また、容器31の凹部32の周囲には、グランド電位に接続されたシールド板36が配置される。シールド板36は凹部32の開口径よりやや小さい内径を有する環状の金属板である。シールド板36は、図2に示すように凹部31の表面31aとの間に間隙Gを介して凹部31の表面31aに対向配置される。
Further, a
シールド板36は、容器31の表面31aをプラズマPから遮蔽することで、プラズマPによるスパッタから表面31aを保護するシールド部として機能する。また、シールド板36が凹部32の開口径より小さい内径を有することにより、容器31とターゲット材料Tとの界面における異常放電を抑えることができる。間隙Gの大きさは、容器31との導通を回避できる大きさであれば特に限定されず、本実施形態では、1mm以上1.5mm以下の範囲で異常放電の発生回数を大幅に削減できたことが確認された。
The
磁気回路50は、容器31の背面31bに対向して配置される。磁気回路50は、チャンバ10の外部(大気)に配置される。磁気回路50は、容器31の表面31a側に磁場Bを形成する磁石部51と、磁石部51を支持するヨーク52と、磁石部51およびヨーク52を収容する収容部53とを有する。
The
磁石部51は、複数の磁石で構成される。例えば図2に示すように、磁石部51は、第1磁石部51aと、第1磁石部51aを中心として環状に配置された複数の第2磁石部51bとを有する。第1磁石部51aと第2磁石部51bは、容器31の背面31bに対向する磁極が互いに異なり、例えば、第1磁石51aがN極に、第2磁石部51bがS極とされる。これら第1磁石51aおよび第2磁石51bとの間に形成される磁力線は、容器31の表面31a側に漏洩し、その漏洩磁場Bが凹部32の直上にマグネトロン放電(プラズマP)を発生させる磁場成分を形成する。
The
ヨーク52は、円盤形状を有し、高透磁率の磁性材料で形成される。ヨーク52の直径は特に限定されず、例えば3インチである。第1磁石51aはヨーク52の中心に配置され、第2磁石51bは、ヨーク52の中心と同心的に配置される。ヨーク52の中心は、磁気回路50の中心(中心軸C2)と一致し、容器51の中心(中心軸C1)に対して偏心した位置に配置されている。
The
回転機構60は、磁気回路50を支持する回転台61と、回転台61に接続される回転軸62a(第1の回転軸)を有しこの回転軸62aのまわりに磁気回路50を回転させる駆動モータ62とを有する。駆動モータ62は、磁気回路50の収容部53の外側に配置され、回転軸62aは収容部53の底部を貫通して回転台61に接続される。
The
回転軸62aは、容器31の中心軸C1上に配置される。つまり、回転軸62aは、磁気回路50の中心軸C2とは偏心した位置に配置される。このため、駆動モータ62によって磁気回路50は、容器51の中心に対して偏心回転する。中心軸C1と中心軸C2との間の偏心量ΔCは特に限定されず、例えば10mm以上20mm以下である。
The
(制御部)
制御部80は、チャンバ10の外部(大気)に設置され、基板支持部20、スパッタ源30、反応ガス源40等のスパッタ装置100の動作を統括的に制御する。制御部80は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等のコンピュータに用いられるハードウェア要素および必要なソフトウェアにより実現され得る。CPUに代えて、またはこれに加えて、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のPLD(Programmable Logic Device)、あるいは、DSP(Digital Signal Processor)、その他ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等が用いられてもよい。
(control unit)
The
[成膜方法]
続いて以上のように構成される本実施形態のスパッタ装置100の典型的な動作について説明する。
[Film formation method]
Next, a typical operation of the
基板支持部20の基板ホルダ21に基板Wが支持された後、真空ポンプ12により成膜室11が所定の圧力(例えば0.3Pa)に排気される。成膜室11が所定の圧力に到達すると、加熱部25によって基板Wを所定温度に加熱しながらモータ23を駆動し、基板ホルダ21および基板Wを所定回転数で回転させる。なお基板Wの回転数は、目的とする面内分布が得られる大きさに任意に調整される。
After the substrate W is supported by the
反応ガス源40においては、反応筒41に反応ガス(窒素ガス)が供給されるとともにコイル42に高周波電源が入力されることで窒素ラジカル47が生成され、生成された窒素ラジカル47は、基板Wへ向けて照射される。
In the
スパッタ源30においては、ガス源37から成膜室11へスパッタガスが供給されるとともに、容器31に高周波電力が印加されることにより、容器31と基板ホルダ21との間にスパッタガス(Ar)のプラズマPが形成される。プラズマPの密度は、容器31の表面31a側に漏洩する磁気回路50の磁場Bが電界と直交する領域で最大となり、主としてこの最大密度のプラズマ領域において容器31の凹部32に収容されたターゲット材料Tがスパッタされる(マグネトロンスパッタリング)。
In the sputtering
金属ガリウムであるターゲット材料TはプラズマPの熱で溶融し、プラズマPにより生成されたArイオンによりターゲット材料Tの表面(液面)がスパッタされる。スパッタされたターゲット粒子38(図1)は基板Wに向けて飛散し、基板Wの成膜面(下面)上で窒素ラジカル47と反応する。ターゲット粒子38と窒素ラジカル47との反応生成物である窒化ガリウム粒子は、基板Wの熱でエピタキシャル成長することで、基板W上に窒化ガリウム膜が形成される。
The target material T, which is metallic gallium, is melted by the heat of the plasma P, and the surface (liquid surface) of the target material T is sputtered by Ar ions generated by the plasma P. The sputtered target particles 38 (FIG. 1) scatter toward the substrate W and react with
ここで、液相状態のターゲット材料を用いた反応性スパッタ装置においては、ターゲット材料の液面にプラズマ反応物からなる皮膜が形成されやすい。特に、ターゲット材料の液面の非エロージョン領域においては皮膜の形成が顕著に進行する。一方、液相状態の金属材料(液体金属)をターゲット材料としてマグネトロンスパッタする場合、液体金属に印加される電界と磁界によって金属材料の粒子にローレンツ力が作用し、液体金属に対流を引き起こす。対流は、ターゲット面内の電界や磁界の分布あるいは強弱により不均一に発生するため、皮膜の局所的な滞留あるいは飛散が生じやすい。皮膜は絶縁性であるため、従来のこの種のスパッタ装置においては、皮膜がプラズマに曝されることで帯電し、これが原因で異常放電を生じさせるおそれがあった。 Here, in a reactive sputtering apparatus using a target material in a liquid phase, a film made of a plasma reactant is likely to be formed on the liquid surface of the target material. Particularly, film formation progresses significantly in the non-erosion region of the liquid surface of the target material. On the other hand, when magnetron sputtering is performed using a metal material in a liquid phase (liquid metal) as a target material, a Lorentz force acts on the particles of the metal material due to the electric and magnetic fields applied to the liquid metal, causing convection in the liquid metal. Since convection occurs non-uniformly due to the distribution or strength of the electric field or magnetic field within the target plane, local retention or scattering of the film tends to occur. Since the film is insulating, in conventional sputtering apparatuses of this type, the film becomes charged when exposed to plasma, which may cause abnormal discharge.
これに対して本実施形態のスパッタ装置100においては、磁気回路50を回転させる回転機構60を備えているため、磁気回路50の回転によりターゲット表面に形成される磁場がターゲット表面に対して相対的に移動し、プラズマの分布を周期的に変化させる。これにより、ローレンツ力によるターゲット材料Tの液面対流の不均一性が解消される。また、磁気回路50の回転により、ターゲット材料Tのエロージョン領域が拡大する。これにより、液面への皮膜の成長を阻止できるとともに、皮膜の帯電に起因する異常放電の発生を抑えることができる。その結果、異常放電に起因して発生するパーティクルの基板Wへの到達を阻止して、窒化ガリウム膜の膜質の低下を防ぐことができる。
On the other hand, since the
また本実施形態においては、磁気回路50の回転軸62aが容器31の中心に対して偏心量ΔCだけ偏心した位置に配置されている。これにより、非エロージョン領域を極力小さくすることができるため、異常放電の発生をさらに抑制することができる。
Further, in this embodiment, the
本実施形態において磁気回路50の回転数は、3rpm以上20rpm以下とされる。磁気回路50の回転数が3rpm未満の場合、磁気回路50によるターゲット材料Tの撹拌作用が弱く単位時間あたりの液面の移動量が小さいため、皮膜の形成を阻止できずに異常放電の抑制効果が小さくなる。また、磁気回路50の回転数が20rpmを超えると、ターゲット材料Tの撹拌作用が強すぎて、容器31からターゲット材料Tが溢出しやすくなる。
In this embodiment, the rotation speed of the
また本実施形態において、容器13の中心軸C1と磁気回路50の中心軸C2との間の距離である偏心量ΔCは、10mm以上であることが好ましい。偏心量ΔCが10mm未満の場合、ターゲット材料Tの中心部に非エロージョン領域が生じてしまい、皮膜の形成およびこれに起因する異常放電の発生を抑制できない。
Further, in this embodiment, the eccentricity ΔC, which is the distance between the central axis C1 of the container 13 and the central axis C2 of the
ここで図3は、容器31の凹部32と磁気回路50との関係を示すZ軸方向から見た概略平面図である。本実施形態では図3に示すように、磁気回路50の中心軸C2と、容器31の表面31a側に形成される磁気回路50の漏洩磁場Bが電界と直交する位置B⊥との間の距離をa[mm]としたとき、偏心量ΔC[mm]は、以下の関係を満たすように決定される。
(a-15)≦ΔC≦(a+15)
FIG. 3 is a schematic plan view showing the relationship between the
(a-15)≦ΔC≦(a+15)
また、凹部32の隅部321(図2)の曲率半径が4mmの場合、上記aは、ターゲット材料Tの液面の半径(凹部32の最大半径)をDとしたとき、上記a、DおよびΔCは、例えば以下の関係を満たすように調整されるのが好ましい。
D>ΔC+a
これにより、位置B⊥がターゲット材料Tの液面領域に位置するため、ターゲット材料Tの液面上に高密度プラズマを安定に形成することができる。
Further, when the radius of curvature of the corner 321 (FIG. 2) of the
D>ΔC+a
Thereby, since the position B⊥ is located in the liquid surface area of the target material T, high-density plasma can be stably formed on the liquid surface of the target material T.
さらに本実施形態においては、図4に示すように、ターゲット材料Tのエロージョン領域の面積S1が、ターゲット材料Tの液面の面積S2の90%以上、より好ましくは93%以上となるように偏心量ΔCあるいは磁気回路50の磁石部51のレイアウトが調整される。これにより、皮膜の形成領域を小さくできるので、異常放電の発生量を効果的に抑えることができる。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the eccentricity is adjusted so that the area S1 of the erosion region of the target material T is 90% or more, more preferably 93% or more of the area S2 of the liquid surface of the target material T. The amount ΔC or the layout of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be modified in various ways.
例えば以上の実施形態では、ターゲット材料T(液体金属)としてガリウム(Ga)を例に挙げて説明したが、これ以外にも、ガリウム-アルミニウム合金(GaAl)、ガリウム-インジウム合金(GaIn)、マグネシウム(Mg)等の他の金属材料が適用可能である。なおターゲット材料Tは、金属材料に限られず、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)などの半金属であってもよい。 For example, in the above embodiments, gallium (Ga) was used as an example of the target material T (liquid metal), but other examples include gallium-aluminum alloy (GaAl), gallium-indium alloy (GaIn), magnesium Other metallic materials such as (Mg) are applicable. Note that the target material T is not limited to a metal material, and may be a semimetal such as silicon (Si) or germanium (Ge).
また以上の実施形態では、金属ガリウムの反応性スパッタを行うためのスパッタ装置を例に挙げて説明したが、これに加えて、窒化ガリウム膜にSiやPなどの導電性不純物元素(添加元素)を同時にスパッタするコスパッタ装置(多元スパッタ装置)にも、本発明は適用可能である。 Furthermore, in the above embodiments, a sputtering apparatus for performing reactive sputtering of metal gallium was used as an example. The present invention is also applicable to a co-sputtering apparatus (multiple sputtering apparatus) that sputters simultaneously.
10…チャンバ
11…成膜室
20…基板支持部
21…基板ホルダ
23a…回転軸(第2の回転軸)
25…加熱部
30…スパッタ源
31…容器
32…凹部
40…反応ガス源
50…磁気回路
60…回転機構
62a…回転軸(第2の回転軸)
100…スパッタ装置
P…プラズマ
T…ターゲット材料(液体金属)
W…基板
DESCRIPTION OF
25...
100...Sputtering device P...Plasma T...Target material (liquid metal)
W...Substrate
Claims (8)
前記チャンバ内に配置され、基板を支持する基板支持部と、
前記チャンバ内に反応性ガスを導入するガス導入部と、
液相状態のターゲット材料を収容可能な凹部が表面に形成された容器と、
前記容器の背面に対向して配置され、前記表面側に磁場を形成する磁石部を有する磁気回路と、
前記磁気回路に接続される第1の回転軸を有し、前記第1の回転軸のまわりに前記磁気回路を回転させる回転機構と
を具備するスパッタ装置。 A chamber configured to maintain a reduced pressure atmosphere,
a substrate support part disposed in the chamber and supporting the substrate;
a gas introduction part that introduces a reactive gas into the chamber;
a container having a recess formed on its surface capable of accommodating a target material in a liquid phase;
a magnetic circuit having a magnet section that is arranged to face the back surface of the container and forms a magnetic field on the surface side;
A sputtering apparatus comprising: a rotation mechanism that has a first rotation axis connected to the magnetic circuit and rotates the magnetic circuit around the first rotation axis.
前記第1の回転軸は、前記容器の中心に対して偏心した位置に配置される
スパッタ装置。 The sputtering apparatus according to claim 1,
The first rotating shaft is arranged at an eccentric position with respect to the center of the container. The sputtering apparatus.
前記基板支持部は、前記基板をその中心のまわりに回転させることが可能な第2の回転軸を有し、
前記第2の回転軸は、前記容器の中心に対して偏心した位置に配置される
スパッタ装置。 The sputtering apparatus according to claim 2,
The substrate support part has a second rotation axis capable of rotating the substrate around its center,
The second rotating shaft is arranged at a position eccentric to the center of the container. The sputtering apparatus.
前記基板支持部は、前記基板を所定温度に加熱可能な加熱部を有する
スパッタ装置。 The sputtering apparatus according to claim 3,
The substrate support section has a heating section that can heat the substrate to a predetermined temperature. Sputtering apparatus.
前記ガス導入部は、前記反応性ガスのラジカルを前記基板へ照射するラジカル源である
スパッタ装置。 The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The gas introduction section is a radical source that irradiates the substrate with radicals of the reactive gas. The sputtering apparatus.
前記容器は、底壁部と周壁部とを有し、前記底壁部と前記周壁部とのなす角は、角度120度以上の鈍角である
スパッタ装置。 The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The container has a bottom wall part and a peripheral wall part, and the angle formed by the bottom wall part and the peripheral wall part is an obtuse angle of 120 degrees or more. The sputtering apparatus.
前記容器の前記表面に間隙を介して配置され、前記凹部の周囲をプラズマから遮蔽するシールド部をさらに具備する
スパッタ装置。 The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The sputtering apparatus further includes a shield part that is disposed on the surface of the container with a gap therebetween and shields the periphery of the recessed part from plasma.
減圧雰囲気に維持された前記チャンバ内に前記ガス導入部から反応性ガスを導入し、
前記回転機構により前記磁気回路を回転させながら前記容器に収容された前記ターゲット材料をスパッタすることで、前記基板上に前記ターゲット材料を成膜する
成膜方法。 A film forming method using the sputtering apparatus according to claim 1,
Introducing a reactive gas from the gas introduction part into the chamber maintained in a reduced pressure atmosphere,
A film forming method, wherein the target material contained in the container is sputtered while rotating the magnetic circuit by the rotation mechanism, thereby forming the target material onto the substrate.
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