JP5133232B2 - Film forming apparatus and film forming method - Google Patents
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Description
本発明は、ターゲットをスパッタすることにより薄膜を形成する成膜装置及び成膜方法に関するものである。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for forming a thin film by sputtering a target.
トンネル磁気抵抗素子において高出力化を実現する技術の一つには、磁気抵抗素子を構成するトンネル絶縁膜にMgO膜を適用する技術が一般に知られており、こうしたMgO膜を形成する成膜装置としては、MgOからなるターゲットをスパッタして該ターゲットから飛散するMgO粒子を基板に堆積させる、所謂スパッタ装置が採用されている(例えば、特許文献1)。 As a technique for realizing high output in a tunnel magnetoresistive element, a technique for applying an MgO film to a tunnel insulating film constituting the magnetoresistive element is generally known, and a film forming apparatus for forming such an MgO film For example, a so-called sputtering apparatus is used in which a target made of MgO is sputtered and MgO particles scattered from the target are deposited on the substrate (for example, Patent Document 1).
ところで、上述するような高出力化を実現する条件としては、MgO膜を挟む一対の磁性膜に対して(001)面方位の高い結晶配向性が必要とされており、このような結晶配向性を磁性膜へのアニール処理により発現させるためには、同磁性膜の結晶配向性を制御し得る上記MgO膜に対して(001)面方位の高い結晶配向性が要求されている。 By the way, as a condition for realizing the high output as described above, a crystal orientation having a high (001) plane orientation is required for a pair of magnetic films sandwiching the MgO film. In order to cause the magnetic film to be expressed by annealing the magnetic film, the MgO film capable of controlling the crystal orientation of the magnetic film is required to have a crystal orientation with a high (001) plane orientation.
上述するスパッタ装置を用いてこの(001)配向を実現するためには、まず基板の表面の性状として非晶質性が必要とされており、さらに、こうした基板の表面に入射するMgO粒子に対しては、同粒子の多結晶化と(001)面への優先配向とを成し得る入射エネルギーが必要とされている。
一方、上述するMgO粒子の入射エネルギーが成膜過程において過剰に高くなる場合にあっては、非晶質である基板の表面に過剰なエネルギーが供給されてしまい、こうした過剰なエネルギーによって下地表面の非晶質性が損なわれてしまう。また、上述するスパッタ法を用いて薄膜を形成する過程にあっては、上記ターゲットをスパッタするスパッタガスがターゲットからの反跳粒子として基板の表面へ入射するために、こうした反跳粒子の入射エネルギーが過剰になる場合にあっても、上記と同じく下地表面の非晶質性を損なうことになる。その結果、結晶化した基板表面の情報が同基板表面に堆積するMgO膜へ反映されてしまい、所望する(001)配向がMgO膜において実現できなくなってしまう。 On the other hand, if the incident energy of the MgO particles described above becomes excessively high during the film formation process, excessive energy is supplied to the surface of the amorphous substrate, and such excessive energy causes the underlying surface Amorphousness is impaired. In addition, in the process of forming a thin film using the sputtering method described above, since the sputtering gas for sputtering the target is incident on the surface of the substrate as recoil particles from the target, the incident energy of these recoil particles is Even if it becomes excessive, the amorphousness of the underlying surface is impaired as described above. As a result, the information on the crystallized substrate surface is reflected on the MgO film deposited on the substrate surface, and the desired (001) orientation cannot be realized in the MgO film.
こうしたMgO膜の結晶配向性に関わる問題はスパッタ粒子の入射エネルギーに大きく起因したものであるがため、入射エネルギーのばらつきが大きくなるほど、すなわち成膜対象物である基板のサイズが大きくなるほど、特に顕在化するようになる。また、上述するようなスパッタ粒子の入射エネルギー等、スパッタ装置内のプラズマ分布に起因した薄膜へのダメージとしては、上述するMgO膜の配向の乱れの他、例えば超伝導材料であるYBCO膜や透明電極材料であるITO膜等に関わる抵抗値の増大などが知られている。 These problems related to the crystal orientation of the MgO film are largely attributable to the incident energy of the sputtered particles. Therefore, the larger the variation of the incident energy, that is, the larger the size of the substrate that is the film formation target, the more obvious. To become. Further, as the damage to the thin film due to the plasma distribution in the sputtering apparatus, such as the incident energy of the sputtered particles as described above, in addition to the disorder of the orientation of the MgO film described above, for example, a YBCO film that is a superconducting material or a transparent An increase in resistance value related to an ITO film or the like as an electrode material is known.
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、成膜空間に生成するプラズマに起因した薄膜へのダメージを抑制する成膜装置及び成膜方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a film forming apparatus and a film forming method for suppressing damage to a thin film caused by plasma generated in a film forming space. .
請求項1に記載の発明は、真空槽に収容された円板状の基板を該基板の周方向に回転可
能に支持するステージと、前記真空槽内へスパッタガスを供給するガス供給部と、前記真空槽内に露出するターゲット表面が前記基板の表面に対して傾斜するかたちで前記真空槽に配設されて電力が供給されるターゲットとを備え、前記スパッタガスが供給される前記真空槽において前記基板を前記周方向に回転させながら前記ターゲットに前記電力を供給することにより前記ターゲット表面をスパッタして前記基板の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、前記基板の表面を投影面にして前記ターゲット表面のエロージョン領域が前記ターゲット表面の法線方向に投影された領域である投影領域を覆うように前記基板と前記ターゲットとの間に配置されて前記投影領域への粒子の入射を抑制する抑制部材を備えたことを要旨とする。
The invention according to claim 1 is a stage for supporting a disk-shaped substrate accommodated in a vacuum chamber so as to be rotatable in a circumferential direction of the substrate, a gas supply unit for supplying a sputtering gas into the vacuum chamber, In the vacuum chamber to which the sputtering gas is supplied, the target surface exposed in the vacuum chamber is provided in the vacuum chamber in a form inclined with respect to the surface of the substrate and supplied with power. A film forming apparatus for forming a thin film on a surface of the substrate by sputtering the target surface by supplying the electric power to the target while rotating the substrate in the circumferential direction, the surface of the substrate being a projection surface The erosion region on the target surface is disposed between the substrate and the target so as to cover a projection region that is a region projected in the normal direction of the target surface. And summarized in that with a suppressor for suppressing member incidence of the particles to the projection area Te.
ターゲットのエロージョン領域が投影された基板表面における投影領域にあっては、一般にプラズマ空間を構成する粒子のなかで相対的に高いエネルギー状態にあるスパッタ粒子が高い頻度の下で入射するようになる。請求項1に記載の発明によれば、スパッタ法を用いて薄膜を形成する過程において、こうしたスパッタ粒子の投影領域への入射が抑制部材によって抑制されることになる。それゆえ、成膜空間に生成するプラズマに起因した薄膜へのダメージを抑制することができる。しかも基板表面上における投影領域がこうした抑制部材で覆われるものの、薄膜を形成する過程においてはステージによって基板が回転し続けるために、抑制部材により覆われていない領域、すなわち相対的に低いエネルギー状態にあるスパッタ粒子の入射領域を基板表面に広げることができ、抑制部材に起因した膜厚均一性の劣化を抑えることもできる。 In the projection area on the surface of the substrate where the erosion area of the target is projected, generally, sputtered particles in a relatively high energy state are incident at a high frequency among particles constituting the plasma space. According to the first aspect of the present invention, in the process of forming the thin film using the sputtering method, the incidence of such sputtered particles on the projection region is suppressed by the suppressing member. Therefore, damage to the thin film due to the plasma generated in the film formation space can be suppressed. Moreover, although the projection area on the substrate surface is covered with such a restraining member, the substrate continues to rotate by the stage in the process of forming the thin film, so that the area not covered by the restraining member, that is, a relatively low energy state. An incident area of a certain sputtered particle can be widened on the substrate surface, and deterioration of film thickness uniformity due to the suppressing member can be suppressed.
請求項2に記載の発明は、前記投影領域が、前記基板の中心から前記基板の径方向外側に偏倚した領域であり、前記抑制部材が、前記エロージョン領域に対して前記投影領域の全体を覆う板材であることを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, the projection region is a region that is biased radially outward of the substrate from the center of the substrate, and the suppression member covers the entire projection region with respect to the erosion region. The gist is that it is a plate material.
請求項2に記載の発明によれば、投影領域の全体が抑制部材により覆われるために、こうした投影領域への荷電粒子の入射を確実に抑えることができる。しかも、投影領域の範囲が基板の中心から偏倚しているために、こうした投影領域の全体が抑制部材により覆われるものの、ターゲットからのスパッタ粒子を基板表面の全体にわたり堆積させることができる。 According to invention of Claim 2, since the whole projection area | region is covered by the suppression member, the incidence of the charged particle to such projection area | region can be suppressed reliably. In addition, since the range of the projection area is deviated from the center of the substrate, sputtered particles from the target can be deposited over the entire substrate surface, although the entire projection area is covered by the suppressing member.
請求項3に記載の発明は、前記抑制部材が、前記投影領域と非投影領域との境界に沿う外縁を有した板材であることを要旨とする。
請求項3に記載の発明によれば、基板表面における非投影領域に確実にスパッタ粒子を入射させられるため、薄膜の膜厚均一性を一層確保し易くなる。
The gist of the invention described in claim 3 is that the suppression member is a plate member having an outer edge along a boundary between the projection region and the non-projection region.
According to the third aspect of the present invention, since the sputtered particles can be reliably incident on the non-projection area on the substrate surface, it becomes easier to ensure the film thickness uniformity of the thin film.
請求項4に記載の発明は、前記抑制部材の電位が接地電位であることを要旨とする。
請求項4に記載の発明によれば、プラズマ空間からの荷電粒子や電子等による電荷の蓄積が抑制部材において回避できることから、抑制部材に起因するプラズマの状態の不安定化を抑えることもできる。
The invention according to
According to the fourth aspect of the present invention, since accumulation of charges due to charged particles, electrons, and the like from the plasma space can be avoided in the suppression member, it is possible to suppress instability of the plasma state caused by the suppression member.
請求項5に記載の発明は、前記基板の表面が非晶質であり、前記ターゲットがMgOターゲットであることを要旨とする。
請求項5に記載の発明によれば、成膜空間に生成するプラズマに起因したMgO膜へのダメージを抑制することができる。
The gist of the invention described in claim 5 is that the surface of the substrate is amorphous and the target is an MgO target.
According to the fifth aspect of the present invention, damage to the MgO film due to the plasma generated in the film formation space can be suppressed.
請求項6に記載の発明は、真空槽に収容された円板状の基板を該基板の周方向に回転させながら前記真空槽内へスパッタガスを供給し、前記真空槽内に露出するターゲット表面が前記基板の表面に対して傾斜するかたちで前記真空槽に配設されたターゲットに電力を供給して前記ターゲット表面を前記スパッタガスでスパッタすることにより前記基板の表
面に薄膜を形成する成膜方法であって、前記基板の表面を投影面にして前記ターゲット表面のエロージョン領域が前記ターゲット表面の法線方向に投影された領域である投影領域を覆うように前記基板と前記ターゲットとの間に抑制部材を配置して前記投影領域への粒子の入射を前記抑制部材により抑制させながら前記薄膜を形成することを要旨とする。
The invention according to claim 6 is the target surface exposed to the vacuum chamber by supplying a sputtering gas into the vacuum chamber while rotating the disk-shaped substrate accommodated in the vacuum chamber in the circumferential direction of the substrate. Forming a thin film on the surface of the substrate by supplying electric power to the target disposed in the vacuum chamber in a manner inclined with respect to the surface of the substrate and sputtering the target surface with the sputtering gas. A method of the present invention, wherein the erosion area of the target surface covers the projection area that is an area projected in the normal direction of the target surface with the surface of the substrate as a projection plane. The gist of the invention is to form the thin film while disposing a suppressing member and suppressing the incidence of particles into the projection region by the suppressing member.
ターゲットのエロージョン領域が投影された基板表面における投影領域にあっては、一般にプラズマ空間を構成する粒子のなかで相対的に高いエネルギー状態にあるスパッタ粒子が高い頻度の下で入射するようになる。請求項6に記載の発明によれば、スパッタ法を用いて薄膜を形成する過程において、こうしたスパッタ粒子の投影領域への入射が抑制部材によって抑制されることになる。それゆえ、成膜空間に生成するプラズマに起因した薄膜へのダメージを抑制することができる。しかも基板表面上における投影領域がこうした抑制部材で覆われるものの、薄膜を形成する過程においてはステージによって基板が回転し続けるために、抑制部材により覆われていない領域、すなわち相対的に低いエネルギー状態にあるスパッタ粒子の入射領域を基板表面に広げることができ、抑制部材に起因した膜厚均一性の劣化を抑えることもできる。 In the projection area on the surface of the substrate where the erosion area of the target is projected, generally, sputtered particles in a relatively high energy state are incident at a high frequency among particles constituting the plasma space. According to the sixth aspect of the present invention, in the process of forming a thin film using the sputtering method, the incidence of such sputtered particles on the projection region is suppressed by the suppressing member. Therefore, damage to the thin film due to the plasma generated in the film formation space can be suppressed. Moreover, although the projection area on the substrate surface is covered with such a restraining member, the substrate continues to rotate by the stage in the process of forming the thin film, so that the area not covered by the restraining member, that is, a relatively low energy state. An incident area of a certain sputtered particle can be widened on the substrate surface, and deterioration of film thickness uniformity due to the suppressing member can be suppressed.
請求項7に記載の発明は、前記基板表面が非晶質であり、前記ターゲットがMgOターゲットであることを要旨とする。
請求項7に記載の発明によれば、成膜空間に生成するプラズマに起因したMgO膜へのダメージを抑制することができる。
The gist of the invention described in claim 7 is that the substrate surface is amorphous and the target is an MgO target.
According to the seventh aspect of the invention, damage to the MgO film due to the plasma generated in the film formation space can be suppressed.
上記したように、本発明によれば、スパッタ法を用いて薄膜を形成する際に成膜空間に生成するプラズマに起因した薄膜へのダメージを抑制する成膜装置及び成膜方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a film forming apparatus and a film forming method for suppressing damage to a thin film caused by plasma generated in a film forming space when the thin film is formed by sputtering. Can do.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。図1は成膜装置10の断面構造を模式的に示す側断面図であり、図2(a)(b)はそれぞれ成膜装置10におけるエロージョン領域と抑制部材である遮蔽リングとの配置の関係を模式的に示す側面図及び平面図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of the
図1に示されるように、成膜装置10における真空槽11には、該真空槽11の内部空間を排気する排気系12が連結されており、この排気系12の排気動作により真空槽11の内部圧力が例えば1×10−6Pa以下へ減圧可能になる。また、排気系12を備えた真空槽11には、希ガスであるアルゴン(Ar)、キセノン(Xe)、又はクリプトン(Kr)を同真空槽11の内部へ供給するガス供給部13が連結されている。このガス供給部13が真空槽11の内部に希ガスを供給して、上述する排気系12が同真空槽11から上記希ガスを排気することにより、真空槽11の内部には例えば10mPa〜300mPaの希ガスによる雰囲気が形成可能になる。
As shown in FIG. 1, an
真空槽11の内部における底部には、円板状に形成された基板Sを保持するための基板ステージ14が基板ステージ回転機構15の出力軸に連結されるかたちで搭載されている。本実施形態における基板Sとしては、例えば直径が8インチのSiウェハ、AlTiCウェハ、ガラスウェハなどを用いることができ、その表面が非晶質である基板を用いることができる。この基板ステージ14は同基板ステージ14に保持された状態の基板Sを室温に維持しつつ、基板ステージ回転機構15の駆動力を受けることにより、同基板Sの中心を含む法線である基板回転軸A1を回転中心にして基板Sを同基板Sの周方向に沿って回転させる。こうした構成からなる基板ステージ14は、一方向からのスパッタ粒子を基板Sの全周にわたり均一に分散させることができ、基板Sの上における堆積物の均一性を
向上させることができる。
A substrate stage 14 for holding a disk-shaped substrate S is mounted on the bottom inside the vacuum chamber 11 so as to be connected to the output shaft of the substrate
真空槽11の内部には、基板ステージ14の周囲を覆う円環状の下部遮蔽板16Aが昇降機構17の出力軸に連結されるかたちで配設されている。下部遮蔽板16Aは昇降機構17の駆動力を受けることにより基板Sの基板回転軸A1に沿って昇降し、その最下位置(図1に示す位置)において基板ステージ14の周囲や真空槽11の底部に対し成膜種を遮蔽して基板ステージ14の周囲や真空槽11の底部への成膜種の堆積を抑える。また下部遮蔽板16Aは、その最上位置において基板ステージ14の周囲から離脱して基板Sの搬入及び搬出を可能にする。
Inside the vacuum chamber 11, an annular lower shielding plate 16 </ b> A that covers the periphery of the substrate stage 14 is disposed so as to be connected to the output shaft of the
下部遮蔽板16Aの上方には、昇降機構17の上側を覆って下方に先細りする円筒状の上部遮蔽板16Bが真空槽11に固定されるかたちで配設されている。上部遮蔽板16Bは昇降機構17の周囲や真空槽11の内壁に対し成膜種を遮蔽して昇降機構17の周囲や真空槽11の内壁への成膜種の堆積を抑える。
Above the lower shielding plate 16 </ b> A, a cylindrical upper shielding plate 16 </ b> B that covers the upper side of the elevating
下部遮蔽板16Aの径方向内側には、基板Sの外周に沿う円環状のカバーリングCRが配設されている。下部遮蔽板16Aが最下位置に位置するとき、カバーリングCRは基板ステージ14に載置される。そして、この状態から基板ステージ14が回転することにより、カバーリングCRは基板Sとともに回転して基板ステージ14への成膜種の堆積を抑える。一方、下部遮蔽板16Aが最下位置から最上位置へ上昇するとき、カバーリングCRは下部遮蔽板16Aの上面に載置されるかたちで基板ステージ14から離脱する。これにより基板ステージ14に対して基板Sの載置と取出しとが可能になる。
An annular cover ring CR is provided along the outer periphery of the substrate S on the radially inner side of the
真空槽11の上側には、同真空槽11の内部にプラズマを生成するためのカソード18が搭載されている。カソード18のバッキングプレート19には、例えば13.56MHzの高周波電力を電力密度が2.85W/cm2になる態様で出力する外部電源GEが電気的に接続されている。またバッキングプレート19の基板Sの側には、内表面であるターゲット表面20Sを真空槽11の内部に向けて露出する円板状に形成されたターゲット20が電気的に接続されている。このターゲット20は、基板Sに形成する薄膜の構成元素を主成分とするものであり、本実施形態においては主成分がMgOであって直径が5インチからなるMgOターゲットが用いられている。
On the upper side of the vacuum chamber 11, a cathode 18 for generating plasma is mounted inside the vacuum chamber 11. The
上述するターゲット20は、その内表面であるターゲット表面20Sが基板Sの表面に対して傾斜するかたちで真空槽11に搭載されており、例えばターゲット表面20Sの法線であるターゲット法線A2と基板Sの基板回転軸A1とのなす角度である斜入射角θが例えば22°となるかたちで搭載されている。またターゲット表面20Sの中心と基板Sの表面との間の距離であるTS間距離が例えば200mmとなるかたちで真空槽11に搭載されている。
The
上記バッキングプレート19を挟んでターゲット20の反対側には磁気回路21が配設されており、外部電源GEからの高周波電力がバッキングプレート19に供給される状態で磁気回路21が作動することにより、ターゲット20のターゲット表面20Sにマグネトロン磁場が形成される。そしてターゲット20のターゲット表面20Sの近傍に高密度のプラズマが生成されることよりターゲット20のターゲット表面20Sがカソードとして機能し、同ターゲット表面20Sが希ガスのイオンによりスパッタされる。この際、ターゲット20のターゲット表面20Sには、その構成元素が弾き出された領域であるエロージョン領域が形成される。なお、本実施形態においては、磁気回路21が形成するプラズマの均一性によりターゲット表面20Sの全体が上記エロージョン領域となるように構成されている。
A magnetic circuit 21 is disposed on the opposite side of the
ターゲット20に対する基板Sの側には、基板Sの上方を覆うドーム状に形成されたシャッタ22がシャッタ回転機構23の出力軸に連結されるかたちで基板ステージ14の直上に配設されている。シャッタ22の一部には、上記ターゲット20のターゲット表面20Sの略全体を基板Sに向けて露出可能にする貫通孔である開口22Hが形成されている。こうした構成からなるシャッタ22は、シャッタ回転機構23の駆動力を受けることにより基板Sの基板回転軸A1を中心にして回転し、上述するようにバッキングプレート19へ高周波電力が供給されるときには、ターゲット20のターゲット表面20Sと上記開口22Hとを対向させる状態で固定されてターゲット20に対するスパッタを可能にする。またバッキングプレート19へ高周波電力が供給されないときには、ターゲット20のターゲット表面20Sを覆う状態でシャッタ22が固定されてターゲット20に対するスパッタを不能にすると伴に、ターゲット表面20Sに対する汚染を抑える。
On the side of the substrate S with respect to the
こうした構成からなる成膜装置10において成膜処理を開始するとき、成膜装置10は、排気系12を駆動することにより真空槽11の内部を1×10−6Pa以下に減圧し、同真空槽11の内部へ基板Sを搬入してガス供給部13を駆動することにより圧力が0.01Pa〜0.02Paの希ガスからなる雰囲気を形成する。続いて成膜装置10は、基板ステージ回転機構15を駆動することにより基板回転軸A1を中心にして基板Sを回転させると伴に、シャッタ回転機構23を駆動することによりシャッタ22の開口22Hとターゲット表面20Sとを対向させる。そして成膜装置10は、外部電源GEを駆動することによりターゲット20をスパッタして、非晶質である基板Sの表面で(001)面方位に配向したMgO膜を例えば5nm〜20nmの膜厚で形成する。
When the film forming process is started in the
ところで、上述するようなスパッタプロセスにあっては、ターゲット20の構成元素であるMgO粒子が基板Sに向けて飛散することは当然のこと、この他にターゲット表面20Sから反射する希ガスのイオンやターゲット表面20Sから反跳する希ガスからなるスパッタ粒子までもが基板Sに向けて飛散するようになる。このようなスパッタ粒子が過剰な入射エネルギーを有した状態のまま基板Sに対して照射される場合、同基板Sの表面に堆積されるMgOは、その結晶成長が阻害されてしまい、また堆積したMgOがこうした粒子によって物理的にエッチングされてMgO膜の成長そのものが阻害されてしまう。
By the way, in the sputtering process as described above, it is natural that MgO particles that are constituent elements of the
上述する構成からなる成膜装置10にあっては、ターゲット表面20Sと基板Sの表面との間の距離が基板Sの面内において異なることから、基板Sの表面に向けて飛行するスパッタ粒子間の衝突頻度も基板Sの面内において異なることになり、上述するスパッタ粒子の入射エネルギーも基板Sの面内においてばらつくようになる。この結果、ターゲット表面20Sとの間の距離が相対的に短くなる基板Sの表面にあっては、上述する入射エネルギーが特に高くなり、MgO膜に要求される(001)面方位への配向やMgO膜の膜厚そのものを相対的に大きく損う、すなわちダメージを受けることになる。
In the
そこで、図2(a)、(b)に示されるように、上述する成膜装置10においては、スパッタ粒子が飛散する領域であるターゲット表面20Sのエロージョン領域と基板Sの表面との間に、上記スパッタ粒子が基板Sの表面に直接的に入射することを抑制する抑制部材である遮蔽リング30が備えられている。遮蔽リング30は、基板Sの表面と略平行に配置された導電性を有する円環状の板材からなり、基板Sの外側を囲う円環状のリング部31が下部遮蔽板16Aの上に載置されるかたちで配置されている。このリング部31が真空槽11に接続されることにより、遮蔽リング30の全体が電気的に接地されている。
Therefore, as shown in FIGS. 2A and 2B, in the
上記エロージョン領域であるターゲット表面20Sは、基板Sの表面を投影面にして前記ターゲット法線A2に沿って投影されることにより、その投影像である投影領域SPを基板Sの表面に仮想的に形成する。基板Sの表面における投影領域SPは、基板回転軸A1から基板Sの径方向外側に偏倚した楕円円弧状の外縁を有している。この投影領域SP
とターゲット表面20Sとを結ぶ投影空間の途中には、上記遮蔽リング30の遮蔽部32が同投影空間を横切るかたちで配置されている。遮蔽リング30の遮蔽部32は、リング部31の一部から基板回転軸A1に向かって延びる平板状に形成されており、同遮蔽部32の外縁が前記投影空間の外周面に沿う楕円円弧状に形成されて、前記投影領域SPから見たターゲット表面20Sの全体を覆うかたちで配置されている。
The
In the middle of the projection space connecting the
上述するスパッタプロセスにおいては、ターゲット表面20Sから反射した希ガスのイオンや反跳した希ガスの多くが上記ターゲット法線A2に沿って飛行するようになる。そしてターゲット表面20Sから飛散したスパッタ粒子のなかで衝突頻度の低い粒子、すなわち相対的に高いエネルギー状態にある粒子は、上記投影空間を基板Sの表面に向けて飛行し続ける。上述する構成からなる遮蔽リング30によれば、こうした高いエネルギー状態にある粒子が投影空間の途中に配置された遮蔽部32に衝突して反射されるために、高いエネルギー状態にある粒子の基板Sの表面への入射が抑制される。それゆえターゲット表面20Sとの間の距離が相対的に短くなる投影領域SPにあっては、ターゲット表面20Sから反射したイオンや反跳した粒子の入射を抑えることができ、こうした粒子の入射に伴うダメージを抑えることができる。
In the sputtering process described above, most of the rare gas ions reflected from the
なお、こうした投影領域SPに対してはMgO粒子の入射までもが抑えられてMgO膜の成膜速度までもが低下することになるものの、MgO膜を形成する過程にあっては基板回転軸A1を中心にして基板Sが回転し続けるために、こうした成膜速度が低くなる領域である投影領域SPと、該投影領域SPを除いた領域である非投影領域とを基板Sの表面で周期的に切替えることができる。それゆえ上述する非投影領域を基板Sの表面の全体にわたり時間軸で分散させることができることから、遮蔽部32による遮蔽に起因した膜厚均一性の劣化を抑えることもできる。しかも、上述する構成からなる成膜装置10においては、基板回転軸A1から基板Sの径方向外側に偏倚した位置に投影領域SPが形成されるために、基板Sの表面においては常時投影領域SPとなる領域を無くすことができ、ターゲット表面20Sから飛散したMgO粒子を基板Sの表面の全体にわたり堆積させることもできる。
In addition, although the incidence of MgO particles is suppressed and the deposition rate of the MgO film is reduced with respect to the projection region SP, the substrate rotation axis A1 is used in the process of forming the MgO film. Since the substrate S continues to rotate around the center of the substrate S, the projection region SP, which is a region where the film forming speed is low, and the non-projection region, which is a region excluding the projection region SP, are periodically formed on the surface of the substrate S. Can be switched to. Therefore, since the non-projection area described above can be dispersed on the time axis over the entire surface of the substrate S, deterioration in film thickness uniformity due to shielding by the shielding
また、上述する投影領域SPがエロージョン領域を投影したものであって、遮蔽リング30の遮蔽部32が同投影領域SPに沿う形状で形成されていることから、ターゲット表面20Sとの間の相対距離が相対的に長くなる非投影領域に対しては、低いエネルギー状態にあるスパッタ粒子を確実に入射させることができる。それゆえMgO膜の膜厚均一性を一層確保し易くすることもできる。さらに遮蔽リング30の電位が接地電位であることから、プラズマ空間からの荷電粒子や電子等による電荷の蓄積が遮蔽リング30において回避することもでき、こうした遮蔽リングに起因するプラズマの状態の不安定化を抑えることもできる。
Further, since the projection region SP described above is a projection of the erosion region, and the shielding
以上説明したように、上記実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
(1)上記実施形態によれば、投影領域SPへのスパッタ粒子の入射が遮蔽リング30の遮蔽部32によって抑えられる。そのため、真空槽11の内部である成膜空間に生成されるプラズマに起因したMgO膜へのダメージが抑制される。
As described above, according to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) According to the embodiment, the incidence of sputtered particles on the projection region SP is suppressed by the shielding
(2)しかも基板Sの表面における投影領域SPがこうした遮蔽部32で覆われるものの、MgO膜を形成する過程においては基板ステージ14により基板Sが回転し続けるために、相対的に低いエネルギー状態にあるスパッタ粒子の入射が基板Sの表面全体に広がる。そのため、遮蔽部32による遮蔽に起因した膜厚均一性の劣化も抑えられる。
(2) Although the projection region SP on the surface of the substrate S is covered with the shielding
(3)さらには、下地表面の非晶質性が損なわれないため、MgO膜の結晶成長において高い結晶配向性が実現できる。
(4)上記実施形態によれば、投影領域SPの全体が遮蔽部32により覆われるために、こうした投影領域SPへの荷電粒子の入射を確実に抑えることができる。しかも投影領域SPの範囲が基板Sの中心から偏倚しているために、こうした投影領域SPの全体が遮蔽部32により覆われるものの、ターゲット20からのスパッタ粒子を基板Sの表面の全体にわたり堆積させることができる。
(3) Furthermore, since the amorphous nature of the underlying surface is not impaired, high crystal orientation can be realized in the crystal growth of the MgO film.
(4) According to the above embodiment, since the entire projection area SP is covered by the shielding
(5)上記実施形態によれば、基板Sの表面における非投影領域には相対的にエネルギーの低いスパッタ粒子を確実に入射させられるために、ダメージが抑えられたMgO膜を基板Sの表面全体に、より均一に形成することができる。 (5) According to the above embodiment, since the sputtered particles having relatively low energy can be reliably incident on the non-projection region on the surface of the substrate S, the MgO film with reduced damage is applied to the entire surface of the substrate S. In addition, it can be formed more uniformly.
(6)上記実施形態によれば、遮蔽リング30の電位が接地電位であることから、プラズマ空間からの荷電粒子や電子等による電荷の蓄積が同遮蔽リング30において回避することもでき、こうした遮蔽リング30に起因するプラズマの状態の不安定化を抑えることもできる。
(6) According to the above-described embodiment, since the potential of the shielding
なお、上記実施形態は以下の形態に変更して実施することもできる。
・上記実施形態においては、ターゲットの構成元素をMgOに具体化して薄膜をMgO膜に具体化したが、これを変更して例えば、超伝導材料であるイットリウム・バリウム・酸化銅(YBCO)をターゲットの構成元素に具体化し、成膜物である薄膜をYBCO膜に具体化してもよい。また透明電極材料である酸化インジウムスズ(ITO)や酸化スズ(ZnO)をターゲットの構成元素に具体化し、成膜物である薄膜をITO膜やZnO膜に具体化することもできる。こうした形態によれば、スパッタ法により形成する超伝導薄膜や透明電極膜に対して、上述する入射粒子からのダメージである高抵抗化を抑えることもできる。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented in the following forms.
In the above embodiment, the constituent element of the target is embodied as MgO, and the thin film is embodied as an MgO film. The thin film, which is a film-formed product, may be embodied as a YBCO film. Further, indium tin oxide (ITO) or tin oxide (ZnO) that is a transparent electrode material can be embodied as a constituent element of a target, and a thin film that is a film-formed product can be embodied as an ITO film or a ZnO film. According to such a form, it is possible to suppress the increase in resistance, which is damage from the incident particles described above, with respect to the superconducting thin film and the transparent electrode film formed by sputtering.
・上記実施形態においては、抑制部材である遮蔽リング30の電位が接地電位である形態を説明したが、遮蔽リング30によるプラズマの不安定化が無い場合にあっては、同遮蔽リング30の電位を浮遊電位にする形態であってもよい。こうした形態によれば、抑制部材に関わる電気的構成の自由度を拡張することもできる。
In the above embodiment, the mode in which the potential of the shielding
・上記実施形態においては、遮蔽リング30における遮蔽部32の外縁が投影空間の外周面に沿う形態を説明したが、これを変更して遮蔽部32を矩形板状に構成してもよく、投影領域SPから見たエロージョン領域の全体を遮蔽部32が覆うかたちであればよい。
In the above embodiment, the outer edge of the shielding
・上記実施形態においては、投影領域SPが基板回転軸A1から径方向外側へ偏倚した形態を説明したが、こうした形態に限らず、例えば投影領域SPは基板回転軸A1を含む楕円状であってもよく、基板Sの表面を投影面にしてエロージョン領域をターゲット法線A2に沿って投影した投影像の領域であればよい。 In the above embodiment, the projection area SP has been deviated radially outward from the substrate rotation axis A1. However, the present invention is not limited to this, and for example, the projection area SP has an elliptical shape including the substrate rotation axis A1. In other words, it may be an area of a projected image obtained by projecting the erosion area along the target normal A2 with the surface of the substrate S as the projection plane.
・上記実施形態においては、ターゲット表面20Sの全体をエロージョン領域とする形態について説明した。ターゲット表面20Sに形成されるエロージョン領域は磁気回路21により形成されるマグネトロン磁場などの態様により大きく形状が異なるため、例えばエロージョン領域は、ターゲット表面20Sの一部であって、その形状が楕円状や環状である形態であってもよく、こうしたエロージョン領域を投影した投影空間が遮蔽部32により遮蔽される構成であればよい。
In the above-described embodiment, the mode in which the
・上記実施形態においては、投影領域SPから見たターゲット20の側の全体が遮蔽部32により覆われる形態を説明したが、これを変更して、投影領域SPから見たターゲット20の側の一部が遮蔽部32により覆われる形態であってもよい。こうした形態であれ、投影空間から基板Sの表面に入射する粒子の一部が遮蔽部32により遮蔽される分だけ
、薄膜に対するダメージを抑えることができる。
In the above embodiment, the mode in which the entire side of the
・上記実施形態においては、抑制部材である遮蔽リング30の遮蔽部32を平板状に具体化したが、これを変更して、例えば遮蔽部32の一部あるいは全体を網状にする形態であってもよい。こうした形態であれ、投影空間から基板Sの表面に入射する粒子の一部が遮蔽部32により遮蔽される分だけ、薄膜に対するダメージを抑えることができる。
In the above embodiment, the shielding
・上記実施形態においては、1つの成膜装置10に搭載するターゲット20の数量を1つにする構成について説明したが、1つの成膜装置10に複数のターゲット20を搭載する構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the number of
・上記実施形態においては、スパッタガスを希ガスであるAr、Xe、又はKrに具体化したが、これを変更して例えば、希ガスであるヘリウム(He)やネオン(Ne)、さらには反応性を有したガスである酸化窒素(NO、NO2)や酸化炭素(CO、CO2)など、成膜対象物やターゲットの構成元素等に応じて適宜選択することもできる。 In the above embodiment, the sputtering gas is embodied as a rare gas such as Ar, Xe, or Kr. However, for example, the rare gas such as helium (He), neon (Ne), or a reaction can be changed. It is also possible to select appropriately according to the film formation target, the constituent elements of the target, such as nitrogen oxide (NO, NO 2) and carbon oxide (CO, CO 2), which are gases having the property.
S…基板、SP…投影領域、A1…基板回転軸、A2…ターゲット法線、10…成膜装置、11…真空槽、13…ガス供給部、14…基板ステージ、18…カソード、19…バッキングプレート、20…ターゲット、20S…ターゲット表面、30…遮蔽リング、31…リング部、32…遮蔽部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS S ... Substrate, SP ... Projection area, A1 ... Substrate rotation axis, A2 ... Target normal line, 10 ... Deposition device, 11 ... Vacuum chamber, 13 ... Gas supply unit, 14 ... Substrate stage, 18 ... Cathode, 19 ... Backing Plate, 20 ... target, 20S ... target surface, 30 ... shielding ring, 31 ... ring part, 32 ... shielding part.
Claims (7)
前記真空槽内へスパッタガスを供給するガス供給部と、
前記真空槽内に露出するターゲット表面が前記基板の表面に対して傾斜するかたちで前記真空槽に配設されて電力が供給されるターゲットとを備え、
前記スパッタガスが供給される前記真空槽において前記基板を前記周方向に回転させながら前記ターゲットに前記電力を供給することにより前記ターゲット表面をスパッタして前記基板の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、
前記基板の表面を投影面にして前記ターゲット表面のエロージョン領域が前記ターゲット表面の法線方向に投影された領域である投影領域を覆うように前記基板と前記ターゲットとの間に配置されて前記投影領域への粒子の入射を抑制する抑制部材を備えたことを特徴とする成膜装置。 A stage that supports a disk-shaped substrate accommodated in a vacuum chamber so as to be rotatable in the circumferential direction of the substrate;
A gas supply unit for supplying a sputtering gas into the vacuum chamber;
A target surface that is exposed in the vacuum chamber and is provided in the vacuum chamber in a manner that the target surface is inclined with respect to the surface of the substrate;
A film forming apparatus that forms the thin film on the surface of the substrate by sputtering the target surface by supplying the power to the target while rotating the substrate in the circumferential direction in the vacuum chamber to which the sputtering gas is supplied. Because
The projection is arranged between the substrate and the target so that the erosion region of the target surface covers a projection region which is a region projected in the normal direction of the target surface with the surface of the substrate as a projection surface. A film forming apparatus comprising a suppressing member for suppressing incidence of particles into a region.
前記抑制部材が、前記エロージョン領域に対して前記投影領域の全体を覆う板材である
請求項1に記載の成膜装置。 The projected region is a region deviated radially outward of the substrate from the center of the substrate;
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the suppressing member is a plate material that covers the entire projection area with respect to the erosion area.
請求項1又は2に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein the suppressing member is a plate member having an outer edge along a boundary between the projection region and the non-projection region.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein a potential of the suppressing member is a ground potential.
前記ターゲットがMgOターゲットである
請求項1〜4のいずれか一項に記載の成膜装置。 The surface of the substrate is amorphous;
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the target is an MgO target.
前記基板の表面を投影面にして前記ターゲット表面のエロージョン領域が前記ターゲット表面の法線方向に投影された領域である投影領域を覆うように前記基板と前記ターゲットとの間に抑制部材を配置して前記投影領域への粒子の入射を前記抑制部材により抑制させながら前記薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。 A sputtering gas is supplied into the vacuum chamber while rotating a disk-shaped substrate accommodated in the vacuum chamber in the circumferential direction of the substrate, and the target surface exposed in the vacuum chamber is inclined with respect to the surface of the substrate A film forming method for forming a thin film on the surface of the substrate by supplying power to the target disposed in the vacuum chamber and sputtering the target surface with the sputtering gas.
A suppression member is arranged between the substrate and the target so that the erosion region of the target surface covers the projection region, which is a region projected in the normal direction of the target surface, with the surface of the substrate being the projection surface. And forming the thin film while suppressing the incidence of particles on the projection region by the suppression member.
前記ターゲットがMgOターゲットである
請求項6に記載の成膜方法。 The surface of the substrate is amorphous;
The film forming method according to claim 6, wherein the target is an MgO target.
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