JP4111375B2 - Sputtering equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、半導体、電子部品、磁気ヘッド等の製造工程において用いられ、真空中において基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置に関する。本発明は、より詳細には、基板上に薄膜を形成する際に、基板上における当該薄膜の膜圧分布、膜質分布を均一化することを目的とするスパッタリング装置に関する。また、本発明は、スパッタリング法により、基板上に薄膜を形成する半導体、電子部品等の製造方法にも関する。
【0002】
【従来技術】
スパッタリング装置は、対向配置された基板ホルダおよび成膜すべき膜材料等からなるターゲット、およびこれらを内包する真空チャンバとから構成される。真空チャンバには、放電に用いられる例えばアルゴン等のガスが導入可能であり、カソードにおいて実質的に電極として作用するターゲットに対しては、直流あるいは交流の電圧が印可可能となっている。
【0003】
成膜時においては、真空チャンバ内の空気が排気された後、所定圧力となるように放電用のガスが導入される。ガス導入後、ターゲットに所定電圧を印可することによって、ホルダに保持された基板とターゲットとの間に放電が生じ、プラズマが発生する。当該プラズマ中でイオン化されたガス分子等がターゲット表面をスパッタし、このスパッタによって叩き出されたターゲット構成元素が基板表面に付着、堆積することで薄膜形成が行われる。
【0004】
通常、上述のスパッタ装置において、基板上に形成される薄膜の膜圧分布あるいは膜質分布の均一化を図るために、基板よりも大きな表面積を有するターゲットが用いられている。基板とターゲットとの間隔、あるいは放電時の圧力にもよるが、単純に、ある程度以上の膜厚等の均一性を得ようとした場合には、基板の表面積に対してターゲットの表面積をおよそ4倍とすることを要するといわれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年、スパッタリング装置を用いて薄膜を形成する、液晶ディスプレイ、半導体等の製造工程においては、生産効率を高めるために基板の大化型が積極的に進められている。しかし、当該基板に対応した表面積を有するターゲットを用いた場合、ターゲット自体が大型化し、これに印可すべき電圧は非常に高くなる。このため、例えば異常放電を起こした場合にはターゲットの割れ、電源の故障等装置に対して多大なダメージを与える恐れがある。また、全面積において均質な特性を有したターゲットの製造は、ターゲット価格の高騰を招き、且つその材質によっては製造自体が困難となる場合もあった。
【0006】
また、近年、半導体素子においては、多層配線構造が多く用いられる。この多層配線構造では、異なる層に存在する配線を結ぶために層間に設けられた絶縁層に微細孔を形成し、且つこの孔をスパッタ法によって金属で埋める操作が行われる。その際、スパッタによって基板に到達するターゲット構成元素等は微細孔の底面に集中的に堆積することが好ましい。しかしながら、ターゲットから放出される元素等は余弦則に従って放射されるために、大型ターゲットを用いた場合には、微細孔の側壁に多く付着、堆積することとなり、微細孔を確実に埋めることが困難となる。
【0007】
本発明は、上記課題を解決するために案出されたものであり、基板に対して小さな表面積を有したターゲットを用いて、均一な膜厚、膜質の分布を示す薄膜を形成することが可能となるスパッタリング装置を提供することを目的としている。また、小さな面積を有したターゲットを用いることで、上述の微細孔を確実に埋めることができるスパッタリング装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るスパッタリング装置は、真空槽内に基板、ターゲットおよびターゲットを保持するカソードを配置し、ターゲットをスパッタすることによって、基板表面にターゲットの構成元素を主たる成分とする薄膜を形成するスパッタリング装置であって、カソードを支持するアームと、アームを支持し、且つ駆動装置に接続されて、駆動装置により所定の軸を中心としてアームを揺動する揺動軸を有し、カソードの中心と所定の軸との間に特定の距離が設けられていることを特徴としている。
【0009】
なお、上記スッパタリング装置においては、カソードは、アームにおける所定位置においてアームに支持され、アームは所定位置とは異なる位置において揺動軸に支持されることが好ましい。また、上記スパッタリング装置においては、カソードの中心が基板の中心上を通る軌道となる様に、揺動軸を介してカソードが駆動装置によって揺動されることが好ましい。また、上記スパッタリング装置においては、カソードに対する給電、ガスの供給および冷却水の供給は、揺動軸を介して為されることが好ましい。
【0010】
また、上記スパッタリング装置においては、基板は、基板に対して略垂直な軸を中心として回転駆動されることが好ましい。また、基板は、基板の表面と平行な所定方向に対する直動駆動、あるいは基板の表面と平行な平面上において二軸駆動されることが好ましい。また、上記スパッタリング装置においては、揺動軸を介して駆動装置によってなされるカソードの揺動運動は、揺動範囲における揺動中心とその端部分とで移動速度が異なることが好ましい。また、上記スパッタリング装置においては、ターゲットの外周部から前方に張り出したホーン形状のアースシールドをさらに有し、アースシールドにおけるホーン形状の内部に向かってガスの供給が為されることが好ましい。
【0011】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る半導体および電子部品の製造方法は、真空槽内に基板、ターゲットおよび前記ターゲットを保持するカソードを配置し、ターゲット近傍に放電用のガスを導入し、カソードに給電を行うことによってターゲット表面近傍にプラズマを生じさせ、プラズマ中に生じたイオン種によってターゲットをスパッタし、スパッタにより放出されたターゲットの構成元素を主たる成分として基板上に薄膜を形成する半導体および電子部品の製造方法であって、プラズマを生じさせた状態で基板上に薄膜を形成する工程が、カソードの中心とは異なる場所に位置する軸を中心としてカソードが揺動されながら行われることを特徴としている。
【0012】
なお、上記方法においては、カソードの揺動運動におけるカソードの中心の軌跡は、基板の中心上を通ることが好ましい。また、上記方法においては、カソードの揺動運動において、その揺動範囲における中央部と端部分とでカソードの移動速度が異なることが好ましい。また、上記方法においては、カソードの揺動運動において、その揺動範囲における中央部と端部分とでカソードに対する給電量が異なることとしても良い。
【0013】
【実施例】
本発明に係るスパッタリング装置について、その主要部の概略構成を示す部分断面図を図1に、図1における線2−2において装置を切断し、図1における当該切断面を下方より見た場合の概略構成を図2に示す。スパッタリング装置1は、真空槽10、アーム20に支持されたターゲット保持ヘッド40、当該保持ヘッドに保持されたターゲット41、基板61を保持する基板ホルダ60、シャッター15等から構成される。なお、真空槽10は、ターボ分子ポンプ等からなる不図示の真空排気系に接続されている。
【0014】
基板ホルダ60は、真空槽10外部に設けられた基板回転用モータ62と接続されており、軸Aについて回転可能となっている。また、不図示の水冷機構等がその内部に設けられており、基板61の温度を制御することが可能となっている。なお、基板61の受け渡しを行う際に用いられる基板昇降用のシリンダー、基板外周を覆うマスク等は、本発明と直接関係がないため、ここでの説明は省略する。
【0015】
シャッター15は、ターゲット41表面の酸化膜除去等のために予備放電を行う場合等、放電は行うが実際の成膜はまだ行わない様な場合に、スパッタされたターゲット構成元素等が周囲に付着、堆積することを防止するために用いられる。このため、軸Bについて回転可能となっており、放電時にターゲット41正面に移動し、且つ成膜時には放電に対して影響を与えない場所に移動する。なお、図中では、駆動機構を示していないが、実際には真空槽10外部に駆動用のエアシリンダ等が配置され、これら機構によって回動される。
【0016】
ターゲット保持ヘッド40を支持するアーム20は、軸Cについて揺動可能となるよう、真空槽10外部においてアーム揺動用モータ23と接続されている。カソードを構成するターゲット保持ヘッド20は、その電極となるようにターゲット41を保持している。アーム20は、基板ホルダ60に保持された基板61に対して、これと対向する平面内をターゲット41が移動するように揺動される。本実施例においては、図2に示すように、ターゲット41の中心が基板61の中心上を通過するように駆動されている。
【0017】
次に、アーム20、ターゲット保持ヘッド40およびターゲット41等の略断面を示す図3を参照し、これら構成について詳述する。揺動軸21は、真空槽10に固定された軸受部12によって揺動可能に支持されると共に、真空槽10と軸受部12との間に配置されたシール13によって、大気側から真空側への揺動軸21の挿通を可能としている。なお、シール13のシール作用を確実なものとするために、当該シール部には、真空槽10とは独立して当該部分を不図示の真空系によって排気する、いわゆる中間排気が施されている。
【0018】
揺動軸21の大気側端部にはギア24が固定されている。ギア24は、駆動装置であるアーム揺動用モータ23の出力軸に固定された駆動ギア25と係合し、モータ23は、これらギアを介して揺動軸21の揺動を行う。また、揺動軸21の大気側端面には、ターゲット(カソード)に対する給電、冷却水の供給、ガスの供給を行うための給電端子26、冷却水導入ポート27、ガス導入ポート28がそれぞれ設けられている。
【0019】
なお、揺動軸21は接地電位とされることから、給電端子26およびこれとターゲットとを電気的に接続する導電体32は、絶縁体33によって揺動軸21等から電気的に絶縁されている。また、冷却水導入ポート27およびガス導入ポート28は、それぞれ、揺動軸21内部に設けられた冷却水通路34およびガスライン35に繋がっている。
【0020】
揺動軸21は、その真空側端部において、アーム20の回転中心部となるその一方の端部に接続され、これを支持している。前述の導電体32、絶縁体33、および冷却水通路34は、当該アーム20内部にも設けられており、これらは揺動軸21内部から連通している。なお、ガスライン35については、装置作成上の都合から、アーム20の外部に配置されているが、これをアーム20の内部に配置することとしても良い。アーム20は、一方の端部において揺動軸21に支持されており、且つ他方の端部においてターゲット保持ヘッド40を支持している。
【0021】
ターゲット保持ヘッド40は、ターゲットを実際に保持する絶縁部42と、ターゲット周囲に配置された接地電位部46とから構成される。絶縁部42は、絶縁板43、バッキングプレート44、永久磁石45、ターゲット41とから構成される。ターゲット41とバッキングプレート44とからカソードが構成され、ターゲット41が放電電極として作用する。なお、本実施例においてはターゲット41およびバッキングプレート44は円盤状の形状から成り、これらの中心はカソード中心と一致している。
【0022】
絶縁板43は、導電体32、バッキングプレート44を介してターゲット41に対して電圧を印可可能とするために、当該ターゲット41を接地電位から電気的に絶縁する働きを有する。ターゲット41は、冷却水通路34を介して導入される冷却水によって温度制御が為されるバッキングプレート44に固定され、電圧の印可は導電体32、バッキングプレート44を介して行われる。
【0023】
なお、本実施例においては、低電圧で放電が可能であり且つ大きな成膜速度が容易に得られるマグネトロンカソードを用いることとしている。当該カソードは、永久磁石等による磁場を用いることで電子を効率的にトラップし、これら効果を得るものである。本実施例においては、永久磁石45は、絶縁板43とバッキングプレート44の間に配置され、非磁性のバッキングプレート44を透過してターゲット41表面の空間に漏洩する磁場を形成する。
【0024】
接地電位部46は、保持ヘッド外周部47とアースシールド48とからなる。保持ヘッド外周部47は、絶縁板43あるいは永久磁石45の外周を包囲して、これを所定位置に固定、保持する。また、アースシールド48は、バッキングプレート44およびターゲット41の外周部をこれらと微少間隔を空けて覆うように配置され、且つターゲット41正面の空間をホーン状に覆ってこれら周囲での余分な放電をカットする。また、本実施例においては、ガスライン35は、保持ヘッド外周部47を介してアースシールド48に形成されたガスライン開口部49に連通している。放電時に用いられるガスは、ガスライン35を経て、当該開口部49より、当該シールドによって形成されるホーン状の空間内部に導入される。
【0025】
以上の構成により、本スパッタリング装置においては、ターゲット41表面での放電を維持しながら、当該ターゲット41を、軸Cを中心とする所定の平面内で揺動することが可能となる。なお、揺動時にターゲット41の中心(本実施例においてはカソード中心と一致する。)は、基板の中心上を通過する軌跡を描く。これにより、ターゲットの表面積よりも大きな領域に対して、膜厚等が均一となる薄膜の形成が可能となる。
【0026】
また、本発明においては、アースシールド48によって、ターゲット構成元素等の余弦則に従った放射を制限することが可能である。従って、ターゲット41に垂直な方向へ開口する微細孔の底面に対して、効率的に放出元素等の堆積を行うことが可能となる。また、ターゲット41を揺動して、より大きな基板に対して薄膜の形成を行った場合であっても、この効果は同様に得られる。
【0027】
次に、当該装置において、特定の基板上に薄膜を形成し、半導体あるいは電子部品を製造する工程について簡単に述べる。まず、特定の基板61を基板ホルダ60上に載置し、固定する。その際、真空槽10内部は既に排気されていても良く、あるいは基板載置後に排気することとしても良い。所定の圧力まで真空槽10内部を排気した後、ガスライン35等を介してガスライン開口部49よりアルゴン等の放電用のガスを導入し、真空槽10の内部を所定の放電圧力とする。なお、この状態において、ターゲット41の正面にはシャッター15が位置しているが、これらの配置は、基板61の直上となる真空槽10の中央部であっても良く、基板上部から離れた真空槽10の隅であっても良い。
【0028】
ここで、導電体32等を介してターゲット41に対して所定の電圧を印可し放電を生じさせ、プラズマを発生させる。ターゲット41表面の酸化物等がスパッタされ、且つ放電状態が安定するのに充分な時間が経過した後に、シャッター15をターゲット41の正面から退避させる。同時に、ターゲット41の軸C中心の揺動を開始し、基板61上への成膜を開始する。その際、基板回転用モータ62により、基板ホルダ60および基板61を回転させることで、より大きな基板に対しても、膜厚等が均一な薄膜の形成が可能となる。
【0029】
一般的に、円形のターゲット単体から得られる膜厚の分布はその中央部分がもっと厚くなり、周辺部に行くに従って徐々に膜厚が薄くなるプロファイルを示す。本実施例においては、マグネトロンカソードを用いている。従って、形成される磁場を適当なものとすることで、ターゲット41単体から得られる膜厚分布を改善することが可能であるが、その周辺部が徐々に薄くなるプロファイルは同様である。このため、ターゲット41の揺動によって得られる帯状の成膜領域においては、その中心線に沿って膜厚が厚くなるプロファイルが得られる。この帯状の成膜領域を基板が通過することで平坦なプロファイルを有した薄膜の形成が可能となる。
【0030】
しかしながら、基板を回転させた場合には、基板中央から離れるに従ってその周方向の移動速度は大きくなり、成膜が行われ得る領域に位置する時間が短くなる。また、基板の回転速度とターゲット41の揺動周期がある関係を満たす場合には基板上に模様等を形成する場合も生じ得る。従って、実際の成膜時においては、以上のことを考慮し、例えば揺動範囲におけるターゲット41の移動速度を揺動位置に応じて変更することが好ましい。
【0031】
例えば、図2に示すように基板とターゲット等が配置される場合には揺動範囲の中心部分でのターゲットの移動速度は大きくし、揺動範囲の端部での移動速度を小さくすることが好ましい。なお、揺動速度等を変化させる代わりに、ターゲットに印可する電圧を変化させても同様の効果が得られる。具体的には、基板中央部に接近するに従って印可電圧を低下させ、成膜速度を低下させれば良い。
【0032】
また、例えば酸化物、窒化物等の薄膜を形成する際に用いられる、いわゆる反応性のスパッタリング法に対しても、本発明は好適と考えられる。この場合、基板上に成膜される膜は、ターゲット構成元素を主たる成分とする膜となる。ターゲットを移動させて成膜を行う場合、ターゲット位置の変化に応じて酸素、窒素等の反応性ガスのターゲット周辺への供給状態が変化し、その結果膜中の酸素濃度、窒素濃度等が成膜位置によって変化する恐れがある。しかし、本発明においては、アースシールド48に設けられたガスライン開口部49より、定量の新鮮な反応性ガスの供給が安定して行われる。従って、ターゲット41のいかなる揺動位置においても、一定の酸素濃度、窒素濃度等を有する膜を形成することが可能となる。
【0033】
なお、本実施例においては、ターゲット41等が、基板61等に対して上方に位置する構成を示したが、本発明はこれに限定されず、これらの上下配置を入れ替えても良く、また、鉛直方向に並設する形式としても良い。また、真空槽10に単一のターゲット41が配置される装置を示しているが、例えば複数のターゲットおよびこれらを支持する複数のアーム等が配置される構成としても良い。その際、ターゲットとしては、同一構成材料からなるものを複数配置することとし、ターゲットの消耗度に応じて順次用いるターゲットを変更することで装置の稼働率を高めることとしても良い。また、異なる構成材料からなることとし、順次これらターゲットによる成膜を行って積層膜を形成することとしても良い。
【0034】
また、本実施例においては、円形のターゲットを用いているが、楕円形等種々の形状のターゲットを用いることが可能である。また、本実施例においてアースシールド48を配置している部分に、例えばターゲット41とはまた別個にターゲットを配置した様な、いわゆる対向ターゲットをターゲット保持ヘッド40が保持する構成としても良い。すなわち、本発明は、ターゲット保持ヘッド40が保持し得る構成であれば、現在知られている全てのカソードを用いることが可能である。その場合、カソード中心と揺動軸の軸心とが隔置されていれば良い。
【0035】
また、印可される電圧は、直流、低周波および高周波等の交流等、種々の形態のものが印可可能である。また、その際には、用いる形態に応じて導電体32の形状を適宜変更することが好ましい。また、ガスの導入位置は、本実施例に限定されず、例えば、アーム20とは別個のガス導入系等をさらに設けることとしても良い。また、複数種類のガスをそれぞれ別個に導入し、例えばアースシールド48におけるターゲット表面に対しての近傍位置と最も離れた位置との様に、異なった位置から導入することとしても良い。
【0036】
また、本実施例においては、基板ホルダー60は軸Aについて回転可能としているが、本発明はこれに限定されない。例えば、所定方向についての直動、X−Y平面のような二次元平面動作等、種々の移動を行うことが可能である。また、複数のアームにより複数のカソードを揺動し、基板はこれらカソードとと対向してその正面を通過する形式としても良い。
【0037】
また、本実施例において、アームの一方の端部において揺動軸に支持され、他方の端部においてターゲット保持ヘッドを支持しているが、これらの支持位置は、アームの端部に限定されない。具体的には、揺動軸の軸心であるアームの回転中心とカソードの中心部とが一致せず、特定の距離を有する構成であればよい。また、アームにおけるカソードの支持位置は、アームが揺動軸に支持される所定位置とは異なる位置であれば良い。また、本実施例において、揺動軸は大気側端部において揺動用モータの駆動ギアと係合するギアを有し、真空側端部においてアームを支持しているが、ギアの保持位置およびアームの支持位置は端部に限定されない。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、基板に対して小さな表面積を有したターゲットを基板上の成膜面に対して平行に揺動することによって、均一な膜厚、膜質の分布を示す薄膜を形成することが可能となる。また、小さな面積を有したターゲットを用い、且つターゲットからの元素の放出方向を効率的に制限することで、微細孔を確実に埋めることが可能となる。
【0039】
また、本発明においては、ターゲットをカソードとして用いる際に必要となる電圧の印可、冷却水の供給、放電用のガスの導入および各シール部分に対して施されるいわゆる中間真空排気は、全て揺動軸を通して為されている。従って、これら構成は可動部として真空容器内に露出することが無く且つ簡単な構成によって電圧の印可等を行うことが可能となる。このため、真空槽内の環境を清浄且つ安定な状態に保つことが可能となる。
【0040】
また、小口径のターゲットを使用することにより、小さな入力電圧でも成膜を行うことが可能となり、省電力化が可能となる。また、入力電圧が小さいため、異常放電の発生自体を押さえることが可能であり、仮に発生したとしても、装置自体に対して与えるダメージは従来装置の場合と比較してその影響は小さく押さえられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るスパッタリング装置の断面における概略構成を示す図である。
【図2】図1に示す装置に関し、2−2における断面を図中下方より見た状態を示す図である。
【図3】本発明に係るスパッタリング装置における揺動可能な電極の断面における概略構成を示す図である。
【符号の説明】
1: スパッタリング装置
10: 真空槽
12: 軸受部
13: シール
15: シャッター
20: アーム
21: 揺動軸
22: ギア
23: アーム揺動用モータ
24: ギア
26: 給電端子
27: 冷却水導入ポート
28: ガス導入ポート
32: 導電体
33: 絶縁体
34: 冷却水通路
35: ガスライン
40: ターゲット保持ヘッド
41: ターゲット
42: 絶縁部
43: 絶縁板
44: バッキングプレート
45: 永久磁石
46: 接地電位部
47: 保持ヘッド外周部
48: アースシールド
49: ガスライン開口部
60: 基板ホルダ
61: 基板
62: 基板回転用モータ[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a sputtering apparatus that is used in manufacturing processes of semiconductors, electronic components, magnetic heads, and the like and forms a thin film on a substrate in a vacuum. More particularly, the present invention relates to a sputtering apparatus for uniformizing the film pressure distribution and film quality distribution of the thin film on the substrate when the thin film is formed on the substrate. The present invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor, an electronic component or the like in which a thin film is formed on a substrate by a sputtering method.
[0002]
[Prior art]
The sputtering apparatus includes a substrate holder, a target made of a film material to be formed, and the like, and a vacuum chamber containing them. A gas such as argon used for discharge can be introduced into the vacuum chamber, and a direct current or alternating current voltage can be applied to a target that substantially acts as an electrode at the cathode.
[0003]
At the time of film formation, after the air in the vacuum chamber is exhausted, a discharge gas is introduced so that a predetermined pressure is obtained. By applying a predetermined voltage to the target after introducing the gas, a discharge is generated between the substrate held by the holder and the target, and plasma is generated. Gas molecules and the like ionized in the plasma sputter the target surface, and target constituent elements knocked out by the sputtering adhere to and deposit on the substrate surface to form a thin film.
[0004]
Usually, in the above-described sputtering apparatus, a target having a surface area larger than that of the substrate is used in order to make the film pressure distribution or film quality distribution of the thin film formed on the substrate uniform. Although depending on the distance between the substrate and the target or the pressure at the time of discharge, when trying to obtain uniformity such as a film thickness of a certain level or more, the surface area of the target is about 4 times the surface area of the substrate. It is said that it is necessary to double.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, in the manufacturing process of a liquid crystal display, a semiconductor, and the like in which a thin film is formed using a sputtering apparatus, a large-sized substrate has been actively promoted in order to increase production efficiency. However, when a target having a surface area corresponding to the substrate is used, the target itself becomes large and the voltage to be applied to it becomes very high. For this reason, for example, when an abnormal discharge occurs, there is a possibility that a great deal of damage is caused to the device such as cracking of the target or failure of the power source. In addition, the production of a target having uniform characteristics over the entire area may cause the target price to rise, and depending on the material, the production itself may be difficult.
[0006]
In recent years, a multilayer wiring structure is often used in a semiconductor element. In this multilayer wiring structure, an operation is performed in which fine holes are formed in an insulating layer provided between layers in order to connect wirings existing in different layers, and the holes are filled with metal by a sputtering method. At this time, it is preferable that target constituent elements and the like that reach the substrate by sputtering are concentrated on the bottom surface of the micropores. However, since the elements emitted from the target are radiated according to the cosine law, when a large target is used, it adheres and accumulates on the sidewalls of the micropores, making it difficult to reliably fill the micropores. It becomes.
[0007]
The present invention has been devised to solve the above-described problems, and it is possible to form a thin film having a uniform film thickness and film quality distribution by using a target having a small surface area with respect to the substrate. It aims at providing the sputtering device used. It is another object of the present invention to provide a sputtering apparatus that can reliably fill the aforementioned fine holes by using a target having a small area.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a sputtering apparatus according to the present invention has a substrate, a target, and a cathode for holding the target in a vacuum chamber, and the target is sputtered to form the main constituent elements of the target on the substrate surface. A sputtering apparatus for forming a thin film, comprising: an arm that supports a cathode; and a swing shaft that supports the arm and is connected to a drive device and swings the arm about a predetermined axis by the drive device. And having a specific distance between the center of the cathode and a predetermined axis.
[0009]
In the above sputtering apparatus, the cathode is preferably supported by the arm at a predetermined position in the arm, and the arm is preferably supported by the swing shaft at a position different from the predetermined position. In the sputtering apparatus, it is preferable that the cathode is swung by a driving device via a swinging shaft so that the center of the cathode becomes a track passing over the center of the substrate. In the sputtering apparatus, it is preferable that power supply to the cathode, supply of gas, and supply of cooling water are performed via a swing shaft.
[0010]
In the sputtering apparatus, it is preferable that the substrate is rotationally driven about an axis substantially perpendicular to the substrate. Further, it is preferable that the substrate is linearly driven in a predetermined direction parallel to the surface of the substrate or biaxially driven on a plane parallel to the surface of the substrate. In the sputtering apparatus, it is preferable that the movement speed of the cathode swinging motion performed by the driving device via the swing shaft is different between the swing center and the end portion in the swing range. The sputtering apparatus preferably further includes a horn-shaped earth shield projecting forward from the outer peripheral portion of the target, and gas is preferably supplied toward the horn-shaped interior of the earth shield.
[0011]
Furthermore, in order to solve the above-described problems, a semiconductor and electronic component manufacturing method according to the present invention includes a substrate, a target, and a cathode that holds the target in a vacuum chamber, and a discharge gas is introduced in the vicinity of the target. Then, plasma is generated near the target surface by supplying power to the cathode, the target is sputtered by the ion species generated in the plasma, and a thin film is formed on the substrate with the constituent elements of the target released by sputtering as the main components. A method of manufacturing a semiconductor and an electronic component, wherein a step of forming a thin film on a substrate in a state where plasma is generated is performed while the cathode is swung around an axis located at a location different from the center of the cathode. It is characterized by being.
[0012]
In the above method, the locus of the center of the cathode in the swinging motion of the cathode preferably passes over the center of the substrate. In the above method, it is preferable that the moving speed of the cathode is different between the central portion and the end portion in the swinging range in the swinging motion of the cathode. In the above method, the amount of power supplied to the cathode may be different between the central portion and the end portion in the swinging range in the swinging motion of the cathode.
[0013]
【Example】
FIG. 1 is a partial sectional view showing a schematic configuration of the main part of the sputtering apparatus according to the present invention, and the apparatus is cut along a line 2-2 in FIG. 1, and the cut surface in FIG. A schematic configuration is shown in FIG. The sputtering apparatus 1 includes a
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
Next, these configurations will be described in detail with reference to FIG. 3 showing a schematic cross section of the
[0018]
A
[0019]
Since the oscillating
[0020]
The oscillating
[0021]
The
[0022]
The insulating
[0023]
In the present embodiment, a magnetron cathode that can be discharged at a low voltage and can easily obtain a large film forming rate is used. The cathode efficiently traps electrons by using a magnetic field by a permanent magnet or the like, and obtains these effects. In this embodiment, the
[0024]
The ground
[0025]
With the above configuration, in this sputtering apparatus, the
[0026]
In the present invention, the
[0027]
Next, a process of forming a thin film on a specific substrate and manufacturing a semiconductor or an electronic component in the apparatus will be briefly described. First, a
[0028]
Here, a predetermined voltage is applied to the
[0029]
Generally, the distribution of film thickness obtained from a single circular target shows a profile in which the central part becomes thicker and the film thickness gradually decreases toward the peripheral part. In this embodiment, a magnetron cathode is used. Therefore, it is possible to improve the film thickness distribution obtained from the
[0030]
However, when the substrate is rotated, the moving speed in the circumferential direction increases as the distance from the center of the substrate increases, and the time for positioning in a region where film formation can be performed is shortened. In addition, when the relationship between the rotation speed of the substrate and the swing cycle of the
[0031]
For example, when the substrate and the target are arranged as shown in FIG. 2, the moving speed of the target at the center of the swinging range can be increased and the moving speed at the end of the swinging range can be decreased. preferable. Note that the same effect can be obtained by changing the voltage applied to the target instead of changing the rocking speed or the like. Specifically, the applied voltage may be reduced and the film formation rate may be reduced as the distance from the center of the substrate approaches.
[0032]
In addition, the present invention is also considered suitable for a so-called reactive sputtering method used when forming a thin film such as an oxide or a nitride. In this case, the film formed on the substrate is a film containing a target constituent element as a main component. When film formation is performed by moving the target, the supply state of the reactive gas such as oxygen and nitrogen around the target changes according to the change in the target position, and as a result, the oxygen concentration, nitrogen concentration, etc. in the film are formed. There is a risk of changing depending on the film position. However, in the present invention, a constant amount of fresh reactive gas is stably supplied from the gas line opening 49 provided in the
[0033]
In the present embodiment, the
[0034]
In this embodiment, a circular target is used, but various shapes such as an ellipse can be used. Further, in the present embodiment, the
[0035]
The applied voltage can be applied in various forms such as direct current, alternating current such as low frequency and high frequency. In that case, it is preferable to appropriately change the shape of the
[0036]
In the present embodiment, the
[0037]
In this embodiment, the arm is supported by the swing shaft at one end, and the target holding head is supported at the other end. However, the support position is not limited to the end of the arm. Specifically, any configuration is possible as long as the center of rotation of the arm, which is the center of the swing shaft, does not coincide with the center of the cathode and has a specific distance. The support position of the cathode in the arm may be a position different from a predetermined position where the arm is supported by the swing shaft. Further, in this embodiment, the swing shaft has a gear that engages with the drive gear of the swing motor at the atmospheric end and supports the arm at the vacuum end. The support position is not limited to the end.
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, a thin film having a uniform film thickness and film quality distribution can be formed by swinging a target having a small surface area with respect to the substrate in parallel with the film formation surface on the substrate. It becomes possible. Further, by using a target having a small area and efficiently limiting the direction of element emission from the target, it is possible to reliably fill the fine holes.
[0039]
In the present invention, the application of the voltage required when the target is used as a cathode, the supply of cooling water, the introduction of a gas for discharge, and the so-called intermediate vacuum exhaust applied to each seal part are all shaken. It is done through the dynamic axis. Therefore, these structures are not exposed as a movable part in the vacuum vessel, and voltage can be applied with a simple structure. For this reason, the environment in the vacuum chamber can be kept clean and stable.
[0040]
Further, by using a small-diameter target, film formation can be performed even with a small input voltage, and power saving can be achieved. Further, since the input voltage is small, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge itself, and even if it occurs, the damage given to the device itself is suppressed to a smaller extent than in the case of the conventional device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration in a cross section of a sputtering apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state of the apparatus shown in FIG. 1 as viewed from below in the cross section at 2-2.
FIG. 3 is a view showing a schematic configuration in a section of a swingable electrode in a sputtering apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Sputtering apparatus 10: Vacuum chamber 12: Bearing part 13: Seal 15: Shutter 20: Arm 21: Oscillating shaft 22: Gear 23: Arm oscillating motor 24: Gear 26: Feeding terminal 27: Cooling water introduction port 28: Gas introduction port 32: Conductor 33: Insulator 34: Cooling water passage 35: Gas line 40: Target holding head 41: Target 42: Insulating part 43: Insulating plate 44: Backing plate 45: Permanent magnet 46: Ground potential part 47 : Holding head outer periphery 48: Earth shield 49: Gas line opening 60: Substrate holder 61: Substrate 62: Substrate rotating motor
Claims (12)
前記カソードを支持するアームと、
前記アームを支持し、且つ駆動装置に接続されて前記駆動装置により所定の軸を中心として前記アームを揺動する揺動軸と、
前記ターゲットの外周部より前方に張り出したホーン形状のアースシールドと、を有し、
前記カソードの中心と前記所定の軸との間に特定の距離が設けられており、
前記アースシールドにおける前記ホーン形状の内部空間に向けてガスの供給が為されていることを特徴とするスパッタリング装置。A sputtering apparatus for disposing a substrate, a target, and a cathode for holding the target in a vacuum chamber, and forming a thin film mainly comprising constituent elements of the target on the substrate surface by sputtering the target,
An arm for supporting the cathode;
An oscillating shaft that supports the arm and is connected to a driving device and oscillates the arm around a predetermined axis by the driving device ;
A horn-shaped earth shield projecting forward from the outer periphery of the target ,
A specific distance is provided between the center of the cathode and the predetermined axis ;
A sputtering apparatus characterized in that gas is supplied toward the horn-shaped internal space of the earth shield .
前記ダーゲットの外周部より前方に張り出したホーン形状のアースシールドにおける前記ホーン形状の内部空間に対して前記ガスの導入が為され、
前記プラズマを生じさせた状態で前記基板上に薄膜を形成する工程が、前記ガスの導入を継続して前記プラズマを維持し、且つ前記カソードの中心とは異なる場所に位置する軸を中心として前記カソードが揺動されながら行われることを特徴とする製造方法。A substrate, a target, and a cathode for holding the target are disposed in a vacuum chamber, a discharge gas is introduced in the vicinity of the target, and power is supplied to the cathode to generate plasma in the vicinity of the target surface. A method of manufacturing a semiconductor and an electronic component, wherein the target is sputtered by ion species generated therein, and a thin film is formed on the substrate with a constituent element of the target released by the sputtering as a main component,
The gas is introduced into the horn-shaped internal space in the horn-shaped earth shield projecting forward from the outer periphery of the darget,
The step of forming a thin film on the substrate in a state where the plasma is generated maintains the plasma by continuing the introduction of the gas, and is centered on an axis located at a location different from the center of the cathode. A production method characterized by being carried out while the cathode is swung.
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