JP4825742B2 - Deposition equipment - Google Patents
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Description
本発明は、矩形状のターゲットをスパッタリングする成膜装置に関するものである。 The present invention relates to a film forming apparatus for sputtering a rectangular target.
従来、円筒ドラムの外周に基材を取り付け、前記円筒ドラムの周面に対向する位置にターゲットを配置し、前記円筒ドラムを回転させながらＡＣマグネトロンスパッタするためのカルーセル式の成膜装置が、例えば、特許文献１に開示されている。
この種の装置において、円筒ドラムに対向する位置に配置されるターゲットは、通常、細長片の形状をしている。このターゲットを、ターゲットの背面側に設けられたマグネトロン磁気回路により磁気を生じさせてスパッタする場合に、中央部に非エロージョン部が発生する。この非エロージョン部は、ターゲットの使用効率を低下させ、チャージアップによる異常放電の原因となる。
この問題に対して、磁気回路を揺動させて、中央部の非エロージョンをなくす方法がある。しかしながら、ターゲットの四隅近傍において、円形状にエロージョン部が形成されるために、エロージョン部の外周側には、非エロージョンが残るという問題がある。
また、ターゲットの形状をエロージョンパターンに合わせる方法もある。しかし、ターゲットの外周部に設けられたアースシールドによって、ターゲットの外周部近傍におけるプラズマの密度が低くなり、外周部に非エロージョン部が残ってしまう。
従って、上記いずれの方法を採用しても、結果として、ターゲットの外周部には、非エロージョン部が生じ、この部位において、チャージアップによる異常放電が発生して、パーティクルが発生し、基材上に形成された膜の質に悪影響を及ぼすことが問題であった。
Conventionally, a carousel type film forming apparatus for attaching a base material to the outer periphery of a cylindrical drum, arranging a target at a position facing the peripheral surface of the cylindrical drum, and performing AC magnetron sputtering while rotating the cylindrical drum is, for example, Patent Document 1 discloses this.
In this type of apparatus, the target disposed at a position facing the cylindrical drum is usually in the shape of an elongated piece. When this target is sputtered by generating magnetism with a magnetron magnetic circuit provided on the back side of the target, a non-erosion portion is generated in the central portion. This non-erosion part decreases the use efficiency of the target and causes abnormal discharge due to charge-up.
In order to solve this problem, there is a method of eliminating non-erosion at the center by swinging the magnetic circuit. However, since the erosion part is formed in a circular shape in the vicinity of the four corners of the target, there is a problem that non-erosion remains on the outer peripheral side of the erosion part.
There is also a method of matching the shape of the target to the erosion pattern. However, the density of plasma in the vicinity of the outer periphery of the target is lowered by the earth shield provided on the outer periphery of the target, and a non-erosion portion remains in the outer periphery.
Therefore, even if any of the above methods is adopted, as a result, a non-erosion portion is generated in the outer peripheral portion of the target, and abnormal discharge due to charge-up occurs in this portion, and particles are generated on the substrate. It has been a problem to adversely affect the quality of the film formed.
そこで、本発明は、カルーセル式の成膜装置において、細長片形状のターゲットの外周部の非エロージョンからの異常放電を抑制し、成膜過程においてパーティクルの発生を低減することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a film forming apparatus capable of suppressing abnormal discharge from non-erosion of the outer peripheral portion of an elongated strip-shaped target in a carousel type film forming apparatus and reducing generation of particles in the film forming process. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために本発明者等は鋭意検討の結果、アノードを備えたＤＣパルスカソードによりスパッタリングすることにより、ターゲット外周部での非エロージョンでの異常放電を抑制し、パーティクルが生じにくいことを知見して以下の解決手段を見出した。
即ち、本発明の成膜装置は、請求項１に記載の通り、真空チャンバ内に、その周面に基材を配置することができるように構成された回転可能な円筒ドラムを設け、前記基材に対向する位置に配置され、且つ、前記回転ドラムの接線方向に延出するように形成された細長片形状のターゲットをスパッタして酸化することにより前記基材に成膜を行う成膜装置であって、前記成膜装置は、前記細長片形状のターゲットをスパッタするためのＤＣパルスカソードと、前記細長片形状のターゲットの被スパッタ面と対面する位置にＤＣパルスアノードとを備え、前記ＤＣパルスアノードは、前記円筒ドラムよりも前記ターゲットの近傍に配置され、且つ、酸化のための反応ガス導入口を、前記ターゲットに対して前記ＤＣパルスアノードよりも離れた側に配置したことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies and, as a result of sputtering with a DC pulse cathode provided with an anode, abnormal discharge caused by non-erosion at the outer periphery of the target is suppressed and particles are not easily generated. As a result, they found the following solutions.
That is, the film forming apparatus according to the present invention includes, as described in claim 1, a rotatable cylindrical drum configured so that a substrate can be disposed on a peripheral surface thereof in a vacuum chamber, and the base A film forming apparatus for forming a film on the substrate by sputtering and oxidizing a strip-shaped target disposed at a position facing the material and extending in a tangential direction of the rotating drum a is, the film forming apparatus, wherein comprising strip and DC pulse cathode target for sputtering a shape, and a DC pulse anode at the position facing the target sputtering surface of said strip-shaped targets, the DC The pulse anode is disposed closer to the target than the cylindrical drum, and the reaction gas inlet for oxidation is further away from the DC pulse anode than the target. Characterized by being arranged to.
本発明によれば、細長片形状のターゲットを使用しても、ターゲット外周部におけるチャージアップを抑制してパーティクルの発生を抑制することができる。また、ＡＣスパッタに比べてコストを抑えることができる。 According to the present invention, even if an elongated piece-shaped target is used, it is possible to suppress the charge-up at the outer periphery of the target and suppress the generation of particles. In addition, costs can be reduced compared to AC sputtering.
図１は、本発明のカルーセル式光学薄膜用成膜装置を示す略断面図である。図１を参照して、装置を構成するチャンバ１内の略中央部分には、基材２が載置された状態で回転する回転ドラム３を備えた基材回転機構４が設置されている。そして、回転ドラム３を介した対称位置に、回転ドラム３の接線方向に延出するようにして細長片形状に形成されたＴｉターゲット５と、同様に細長片形状に形成されたＳｉターゲット６とが、ともに回転ドラム３上を回転する基材２に対向可能な状態で配置される。 FIG. 1 is a schematic sectional view showing a carousel type optical thin film forming apparatus of the present invention. With reference to FIG. 1, a base material rotating mechanism 4 including a rotating drum 3 that rotates while a base material 2 is placed is installed at a substantially central portion in a chamber 1 constituting the apparatus. Then, a Ti target 5 formed in a strip shape so as to extend in a tangential direction of the rotary drum 3 at a symmetrical position via the rotary drum 3, and a Si target 6 similarly formed in a strip shape, However, they are arranged so as to be able to face the substrate 2 rotating on the rotary drum 3.
Ｔｉターゲット５は、磁気回路７を介してチャンバ１外部のＤＣパルスカソード８と一体的に構成され、更にＤＣパルスカソード８はＤＣパルス電源９に接続される。この構成は、回転ドラム３を介してチャンバ１内に配置されるＳｉターゲット６においても同様である。 The Ti target 5 is integrally formed with a DC pulse cathode 8 outside the chamber 1 via a magnetic circuit 7, and the DC pulse cathode 8 is further connected to a DC pulse power source 9. This configuration is the same for the Si target 6 disposed in the chamber 1 via the rotary drum 3.
また、チャンバ１内には、スパッタガス導入口１４と反応ガス導入口１５が設けられ、それぞれの導入口に連なる導入管１６、１７には、連動して流量調整が可能なコンダクタンスバルブ１８、１９が設けられる。 Further, a sputtering gas introduction port 14 and a reaction gas introduction port 15 are provided in the chamber 1, and conductance valves 18, 19 capable of adjusting the flow rate in conjunction with the introduction pipes 16, 17 connected to the respective introduction ports. Is provided.
また、細長片形状に形成されたＴｉターゲット５及びＳｉターゲット６の被スパッタ面と対面する位置にＤＣパルスで作動するＤＣパルスアノード２０、２１を設けるようにし、更に、ＤＣパルスアノード２０、２１の近傍に酸素ガスを導入できるようにコンダクタンスバルブ２２、２３を設けるようにした。尚、図示したものでは、ＤＣパルスカソード８とＤＣパルス電源９を共用しているため、同一のパルスで作動することとなる。 Further, DC pulse anodes 20 and 21 that are operated by DC pulses are provided at positions facing the sputtered surfaces of the Ti target 5 and the Si target 6 that are formed in an elongated strip shape. Conductance valves 22 and 23 are provided so that oxygen gas can be introduced in the vicinity. In the illustrated example, since the DC pulse cathode 8 and the DC pulse power source 9 are shared, they operate with the same pulse.
そして、このような装置構成を有する成膜装置で、図外の排気系により所定の圧力条件（例えば１０−３Ｐａ程度）に設定されたチャンバ１内で回転ドラム３を回転させ、スパッタガス導入口１４から所定流量（例えば１００ｓｃｃｍ程度）のアルゴンガスを導入した状態とする。 Then, in the film forming apparatus having such an apparatus configuration, the rotating drum 3 is rotated in the chamber 1 set to a predetermined pressure condition (for example, about 10 −3 Pa) by an exhaust system (not shown) to introduce the sputtering gas. Argon gas at a predetermined flow rate (for example, about 100 sccm) is introduced from the port 14.
そして、装置内に設置したＴｉ及びＳｉの両ターゲット５、６のうち、一方のＴｉターゲット５の電源９のみを印加し、Ｓｉターゲット６の電源１３を切断したままにする。この状態で、基材２を保持する基材ホルダを兼ねる回転ドラム３の回転機構４を回転させる。更に、反応ガス導入口１５から、ＥＣＲ等の酸化源より酸素ガスを所定流量（例えば１００ｓｃｃｍ程度）導入された状態で、スパッタガス導入口１４からのアルゴンガスにより、Ｔｉターゲット５がスパッタされる。この際、ＤＣパルスアノード２０の近傍に、コンダクタンスバルブ２２を介してアルゴンガスを導入した状態で、所定の電力でＤＣパルスアノード２０を作動させるようにする。これにより、基材２上にＴｉＯ２膜が形成される際に、細長辺形状のＴｉターゲット５の被スパッタ面の外周部の非エロージョン部による異常放電を抑制することが可能となり、パーティクルの発生を抑えることができる。その結果として、優れた膜質のＴｉＯ２を得ることが可能となる。 And only the power supply 9 of one Ti target 5 is applied among both the Ti and Si targets 5 and 6 installed in the apparatus, and the power supply 13 of the Si target 6 is kept disconnected. In this state, the rotation mechanism 4 of the rotary drum 3 that also serves as a base material holder that holds the base material 2 is rotated. Further, the Ti target 5 is sputtered by the argon gas from the sputter gas inlet 14 in a state where oxygen gas is introduced from the reaction gas inlet 15 from an oxidation source such as ECR at a predetermined flow rate (for example, about 100 sccm). At this time, the DC pulse anode 20 is operated with a predetermined power in a state where argon gas is introduced through the conductance valve 22 in the vicinity of the DC pulse anode 20. As a result, when a TiO 2 film is formed on the substrate 2, it is possible to suppress abnormal discharge due to the non-erosion portion of the outer peripheral portion of the surface to be sputtered of the elongated side-shaped Ti target 5, thereby generating particles. Can be suppressed. As a result, it is possible to obtain TiO 2 with excellent film quality.
次に、他方のＳｉターゲット６の電源１３のみを印加し、Ｔｉターゲット５の電源９を切断したままにする。この状態で、基材２を保持する基材ホルダを兼ねる回転ドラム３の回転機構４を回転させる。更に、反応ガス導入口１５から所定流量の酸素ガスが導入された状態で、アルゴンガスにより、Ｓｉターゲット６がスパッタされる。この際、ＤＣパルスアノード２１の近傍に、コンダクタンスバルブ２３を介してアルゴンガスを導入した状態で、所定の電力でＤＣパルスアノード２１を作動させるようにする。これにより、基材２上にＳｉＯ２膜が形成される際に、細長辺形状のＳｉターゲット５の被スパッタ面の外周部の非エロージョン部による異常放電を抑制することが可能となり、パーティクルの発生を抑えることができる。その結果として、優れた膜質のＳｉＯ２を得ることが可能となる。 Next, only the power source 13 of the other Si target 6 is applied, and the power source 9 of the Ti target 5 is kept disconnected. In this state, the rotation mechanism 4 of the rotary drum 3 that also serves as a base material holder that holds the base material 2 is rotated. Further, the Si target 6 is sputtered with argon gas in a state where oxygen gas having a predetermined flow rate is introduced from the reaction gas inlet 15. At this time, the DC pulse anode 21 is operated with a predetermined power in a state where argon gas is introduced through the conductance valve 23 in the vicinity of the DC pulse anode 21. As a result, when the SiO 2 film is formed on the substrate 2, it becomes possible to suppress abnormal discharge due to the non-erosion portion of the outer peripheral portion of the surface to be sputtered of the Si target 5 having an elongated side shape, thereby generating particles Can be suppressed. As a result, it is possible to obtain SiO 2 having excellent film quality.
そして、Ｔｉ及びＳｉの両ターゲット５、６のいずれか一方を用いる成膜工程を交互に繰り返すことにより、交互多層膜の成膜を行うことができる。尚、Ｔｉ及びＳｉの両ターゲット５、６のいずれを作動させる場合も、コンダクタンスバルブ１８、１９は、図外の制御系によりそれぞれの開度の増減を調整できるようにされている。これにより、導入されるアルゴン及び酸素の両ガスはそれぞれ流量が増減される。 Then, alternating multilayer films can be formed by alternately repeating the film forming process using either one of the Ti and Si targets 5 and 6. Note that, when both the Ti and Si targets 5 and 6 are operated, the conductance valves 18 and 19 can be adjusted to increase or decrease their opening degree by a control system (not shown). As a result, the flow rates of both the argon and oxygen gases introduced are increased or decreased.
尚、ＤＣパルスアノード２０、２１は細長片形状のターゲット５、６と対面する位置にあればよいが、好ましくは、円筒ドラム３よりもターゲット５、６側（図示の通り）に配置する。
また、上記説明したＤＣパルスカソード８、８とＤＣパルスアノード２０、２１は、同じ電力、且つ、同じパルスを使用したが、必ずしも同一である必要はない。
The DC pulse anodes 20 and 21 may be located at a position facing the elongated strip-shaped targets 5 and 6, but are preferably arranged on the targets 5 and 6 side (as shown) from the cylindrical drum 3.
The DC pulse cathodes 8 and 8 and the DC pulse anodes 20 and 21 described above use the same power and the same pulse, but are not necessarily the same.
次に、本発明の一実施例を比較例を参照して説明する。
（実施例１）
上記発明を実施するための最良の形態で説明した構成の装置を使用して、厚さ525±25μmのウエハ上に厚さ５００ÅのＳｉＯ２膜の成膜を行った。尚、本実施例では、上記Ｔｉターゲットのスパッタを行った側のＤＣパルスカソード８とＤＣパルスアノード２０等の片側のみを使用した。
成膜時のＤＣパルスアノード２０の条件は、次の通りとした。
コンダクタンスバルブ２２からのアルゴンガス導入量を８０ｓｃｃｍ、ＤＣ電力を１．５ｋＷ（電圧は２９７Ｖ）、パルス周波数を３５０ｋＨｚ、パルス幅を１．１μｓｅｃとした。
また、酸化源として、ＥＣＲ酸化源を使用し、酸素導入口１５からのＯ２導入量を２００ｓｃｃｍ、酸化源に印加する電力を１４００Ｗとした。
尚、ＤＣパルスカソード５のＤＣ電力及びパルスの条件は、ＤＣパルスアノードと同じにした。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to a comparative example.
Example 1
Using the apparatus having the configuration described in the best mode for carrying out the invention, a SiO 2 film having a thickness of 500 mm was formed on a wafer having a thickness of 525 ± 25 μm. In this embodiment, only one side such as the DC pulse cathode 8 and the DC pulse anode 20 on the side where the Ti target was sputtered was used.
The conditions of the DC pulse anode 20 during film formation were as follows.
The amount of argon gas introduced from the conductance valve 22 was 80 sccm, the DC power was 1.5 kW (voltage was 297 V), the pulse frequency was 350 kHz, and the pulse width was 1.1 μsec.
Further, an ECR oxidation source was used as the oxidation source, the amount of O 2 introduced from the oxygen inlet 15 was 200 sccm, and the power applied to the oxidation source was 1400 W.
The DC power of the DC pulse cathode 5 and the pulse conditions were the same as those of the DC pulse anode.
（比較例１）
実施例１の装置構成及び条件に対して、アノード２０をチャンバ１（アース）に接続させた状態とした以外は、実施例１と同様とした。
(Comparative Example 1)
The apparatus configuration and conditions of Example 1 were the same as Example 1 except that the anode 20 was connected to the chamber 1 (earth).
実施例１及び比較例１で成膜されたウエハのパーティクルの密度を図２に示す。
図２から、パーティクル粒径０．６２２〜４．１７μmの範囲の全てにおいて、成膜過程におけるパーティクルの発生を低減することができることがわかった。
FIG. 2 shows the particle density of the wafers formed in Example 1 and Comparative Example 1.
From FIG. 2, it was found that the generation of particles during the film formation process can be reduced in the entire particle diameter range of 0.622 to 4.17 μm.
１ チャンバ
２ 基材
３ 回転ドラム
４ 基材回転機構
５ Ｔｉターゲット
６ Ｓｉターゲット
７ 磁気回路
８ ＤＣパルスカソード
９ ＤＣパルス電源
１４ スパッタガス導入口（スパッタ成膜源）
１５ 反応ガス導入口（反応ガス源）
１６ 導入管
１７ 導入管
１８ コンダクタンスバルブ
１９ コンダクタンスバルブ
２０ ＤＣパルスアノード
２２ コンダクタンスバルブ
２３ コンダクタンスバルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Base material 3 Rotating drum 4 Base material rotating mechanism 5 Ti target 6 Si target 7 Magnetic circuit 8 DC pulse cathode 9 DC pulse power supply 14 Sputtering gas inlet (sputtering film forming source)
15 Reactive gas inlet (reactive gas source)
16 Introduction pipe 17 Introduction pipe 18 Conductance valve 19 Conductance valve 20 DC pulse anode 22 Conductance valve 23 Conductance valve
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