JP5342425B2 - Sputtering apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スパッタリング装置および方法に関し、特に、リフトオフ加工のためにアンダーカット部を有する逆パターンが形成された基板の表面にスパッタリング法による成膜処理を施す、スパッタリング装置および方法に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus and method, and more particularly to a sputtering apparatus and method for performing a film forming process by sputtering on a surface of a substrate on which a reverse pattern having an undercut portion is formed for lift-off processing.
リフトオフ加工のための成膜処理は、一般に、真空蒸着法によって行われるが、これに代えて、スパッタリング法が採用されることで、当該真空蒸着法による場合に比べて、多彩な被膜の生成が可能である、基板に対する被膜の密着力が向上する、基板の配置の自由度が上がるので成膜処理の自動化に有利である、等の種々の効果が期待される。その一方で、通常のスパッタリング法においては、真空槽内の圧力（成膜圧力）が１［Ｐａ］程度とされるので、ターゲットから叩き出された被膜粒子が放電用ガス（常套的にはアルゴンガス）の粒子と衝突（散乱）して、当該被膜粒子の平均自由行程が数［ｍｍ］程度に制限される。つまり、基板に入射される被膜粒子の直進性が悪くなる。このため、基板上に形成された逆パターンがアンダーカット部を有していても、このアンダーカット部の奥にまで被膜粒子が回り込み、この回り込んだ被膜粒子が、リフトオフ後（逆パターンの除去後）にバリとして残る、という不都合が生じる。言わば、ステップカバレッジが良好であるというスパッタリング法の利点が徒となって、このような不都合が誘発される。 The film formation process for lift-off processing is generally performed by a vacuum evaporation method, but instead of this, a sputtering method is adopted, and a variety of coatings can be generated compared to the case of the vacuum evaporation method. Various effects are expected, such as being able to improve the adhesion of the coating to the substrate, and increasing the degree of freedom in the arrangement of the substrate, which is advantageous for automation of the film forming process. On the other hand, in the normal sputtering method, since the pressure in the vacuum chamber (film formation pressure) is about 1 [Pa], the coated particles struck from the target are discharged gas (usually argon gas). The average free path of the coated particles is limited to a few [mm]. That is, the straightness of the coating particles incident on the substrate is deteriorated. For this reason, even if the reverse pattern formed on the substrate has an undercut portion, the coating particles wrap around to the back of the undercut portion, and the wrapping coating particles are removed after lift-off (reverse pattern removal). Later, the problem of remaining as burrs occurs. In other words, the disadvantage of the sputtering method that the step coverage is good becomes a problem, and such inconvenience is induced.
この不都合に対処するべく、従来、例えば特許文献１に開示された技術がある。この従来技術によれば、成膜圧力が通常よりも低い０．１［Ｐａ］以下とされる。これにより、被膜粒子（成膜粒子）が散乱する確率が低減され、当該被膜粒子の平均自由行程が数十［ｃｍ］以上となり、基板（基体）に対する当該被膜粒子の入射直進性（垂直入射性）が向上する。併せて、ターゲットから基板までの距離が１５０［ｍｍ］以上とされる。このようにターゲットから基板までの距離が比較的に大きめに設定されることで、基板に対する被膜粒子の入射直進性がさらに向上する。加えて、ターゲットと基板との間にコリメータが配設される。これにより、基板に対する被膜粒子の入射直進性がより一層向上する。これらの対策が施されることで、リフトオフ後にバリが残るという不都合が低減される。 In order to cope with this inconvenience, there is a technique disclosed in Patent Document 1, for example. According to this prior art, the film forming pressure is set to 0.1 [Pa] or lower, which is lower than usual. As a result, the probability that the coating particles (film-forming particles) are scattered is reduced, the average free path of the coating particles becomes several tens [cm] or more, and the incident straightness (perpendicular incidence) of the coating particles with respect to the substrate (substrate). ) Will improve. In addition, the distance from the target to the substrate is 150 [mm] or more. Thus, by setting the distance from the target to the substrate to be relatively large, the rectilinearity of the coating particles on the substrate is further improved. In addition, a collimator is disposed between the target and the substrate. This further improves the rectilinearity of the coating particles on the substrate. By taking these measures, the disadvantage that burrs remain after lift-off is reduced.
なお、上述の如く成膜圧力が０．１［Ｐａ］以下という比較的に低めに設定されることで、ターゲットからの反跳粒子（反跳アルゴン原子）が基板に入射されて、当該基板上の被膜が再スパッタされることが、懸念される。この再スパッタを抑制するべく、従来技術では、ターゲットへの印加電力が１００［ｍＷ／ｍｍ２］以下とされる。このようにターゲットへの印加電力が比較的に小さめに設定されることで、反跳粒子のエネルギが低減されると共に、当該反跳粒子の基板への単位時間当たりの入射量が低減され、当該反跳粒子による再スパッタが抑制される。また、上述の如くターゲットから基板までの距離が比較的に大きめに設定され、併せて、これら両者間にコリメータが配設されることによって、反跳粒子の基板への入射確率が低減され、これもまた、当該反跳粒子による再スパッタの抑制に貢献する。 As described above, the deposition pressure is set to a relatively low value of 0.1 [Pa] or less, so that recoil particles (recoil argon atoms) from the target are incident on the substrate and There is a concern that the coating of the material may be resputtered. In order to suppress this resputtering, in the prior art, the power applied to the target is 100 [mW / mm 2 ] or less. Thus, by setting the power applied to the target to be relatively small, the energy of the recoil particles is reduced, and the amount of the recoil particles incident on the substrate per unit time is reduced. Resputtering due to recoil particles is suppressed. In addition, as described above, the distance from the target to the substrate is set to be relatively large, and a collimator is disposed between the two to reduce the probability of recoil particles incident on the substrate. Also contributes to suppression of resputtering by the recoil particles.
しかしながら、上述の従来技術をもってしても、依然としてリフトオフ後にバリが残ることがある。これは、被膜粒子が比較的に大きな運動エネルギを持つことに起因する、と推察される。即ち、スパッタリング法においては、真空蒸着法と異なり、被膜粒子はプラズマの影響を受けて比較的に大きな運動エネルギを持つようになり、一部はイオン化される。このようにイオン化されるものを含め比較的に大きな運動エネルギを持つ被膜粒子が基板に付着すると、当該被膜粒子は基板上を移動する。この基板上を移動するという被膜粒子の特性は、上述したステップカバレッジの向上に寄与するが、その反面、当該被膜粒子が逆パターンのアンダーカット部にまで回り込むことの原因にもなる。これにより、リフトオフ後にバリが残る。つまり、上述の従来技術によって、基板に対する被膜粒子の入射直進性が改善されても、それだけでは、リフトオフ後にバリが残るという不都合の対処法としては、不十分である。 However, even with the above prior art, burrs may still remain after lift-off. This is presumed to be due to the coating particles having a relatively large kinetic energy. That is, in the sputtering method, unlike the vacuum vapor deposition method, the coating particles have a relatively large kinetic energy due to the influence of the plasma, and a part thereof is ionized. When coating particles having relatively large kinetic energy including those that are ionized in this manner adhere to the substrate, the coating particles move on the substrate. The property of the coating particles that move on the substrate contributes to the above-described improvement in step coverage, but on the other hand, the coating particles also cause the undercut portion of the reverse pattern to wrap around. This leaves burrs after lift-off. That is, even if the linearity of the coating particles on the substrate is improved by the above-described conventional technology, it is not sufficient as a countermeasure for the disadvantage that burrs remain after lift-off.
そこで、本発明は、リフトオフ後にバリが残るという不都合を確実かつ安定的に解消することができる新規なスパッタリング装置および方法を提供することを、目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel sputtering apparatus and method that can reliably and stably eliminate the disadvantage that burrs remain after lift-off.
この目的を達成するために、本発明のうちの第１発明は、リフトオフ加工のためにアンダーカット部を有する逆パターンが形成された基板の表面にスパッタリング法による成膜処理を施すスパッタリング装置を、前提とする。この前提の下、真空槽内のターゲットが配置されている第１空間と基板が配置されている第２空間とを互いに隔離しつつ当該ターゲットから叩き出された被膜粒子の第１空間から第２空間への飛翔を担保する状態に設けられた隔離手段を、具備する。さらに、ターゲットから被膜粒子を叩き出すためのイオンを含むプラズマを第１空間に発生させることを、特徴とする。 In order to achieve this object, a first invention of the present invention is a sputtering apparatus for performing a film forming process by a sputtering method on the surface of a substrate on which a reverse pattern having an undercut portion is formed for lift-off processing. Assumption. Under this assumption, the first space in which the target in the vacuum chamber is disposed and the second space in which the substrate is disposed are separated from each other and the second space from the first space of the coated particles struck out from the target. Isolation means provided in a state that ensures flight into space is provided. Further, the present invention is characterized in that plasma containing ions for knocking out the coating particles from the target is generated in the first space.
即ち、この構成によれば、真空槽内が、隔離手段によって、第１空間と第２空間とに隔離されている。このうち、第１空間に、ターゲットが配置されており、第２空間に、基板が配置されている。ただし、第１空間に配置されているターゲットから叩き出された被膜粒子の当該第１空間から第２空間への飛翔は、担保されている。さらに、ターゲットから被膜粒子を叩き出すためのイオンを含むプラズマは、当該ターゲットが配置されている第１空間に発生する。言い換えれば、第１空間に閉じ込められる。これにより、第２空間へのプラズマの影響が低減され、特に当該第２空間に配置されている基板へのプラズマの影響が低減される。この結果、基板に付着した被膜粒子の当該基板上での移動が抑制され、ひいては当該被膜粒子の逆パターンのアンダーカット部への回り込みが防止される。 That is, according to this configuration, the inside of the vacuum chamber is isolated into the first space and the second space by the isolation means. Among these, the target is arranged in the first space, and the substrate is arranged in the second space. However, the flight of the coating particles struck from the target arranged in the first space from the first space to the second space is secured. Further, plasma containing ions for knocking out the coating particles from the target is generated in the first space where the target is arranged. In other words, it is confined in the first space. Thereby, the influence of the plasma on the second space is reduced, and in particular, the influence of the plasma on the substrate arranged in the second space is reduced. As a result, the movement of the coating particles adhering to the substrate on the substrate is suppressed, and consequently the wraparound of the coating particles to the undercut portion of the reverse pattern is prevented.
なお、本第１発明においても、上述した従来技術と同様に、成膜圧力が通常よりも低めに設定されることで、基板に対する被膜粒子の入射直進性の向上が図られてもよい。ただし、成膜圧力が低いと、プラズマ（放電）が発生し難くなるので、これを補うべく、プラズマの発生領域である第１空間に磁界を印加する磁界印加手段が設けられてもよい。このいわゆるマグネトロンスパッタリング構成によれば、プラズマを発生させるための放電用ガス粒子の放電（電離）効率が向上するため、比較的に低圧の環境下でも、当該プラズマの安定化が図られる。 In the first invention as well, as in the prior art described above, it is possible to improve the rectilinearity of the coating particles on the substrate by setting the film forming pressure lower than usual. However, since the plasma (discharge) is difficult to be generated when the film forming pressure is low, a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the first space, which is a plasma generation region, may be provided to compensate for this. According to this so-called magnetron sputtering configuration, the discharge (ionization) efficiency of the discharge gas particles for generating plasma is improved, so that the plasma can be stabilized even in a relatively low pressure environment.
また、ターゲットと基板との間にコリメータが設けられてもよい。このようにすれば、基板に対する被膜粒子の入射直進性がさらに向上する。ただし、コリメータは、第２空間に配置される、言い換えればプラズマから離れた位置に配置されるのが、望ましい。例えば、プラズマの発生領域内またはこれに近い位置にコリメータが配置されると、当該プラズマのエネルギを受けた被膜粒子がコリメータを通過し難くなるからである。このことは、特に、コリメータの電気的な安定性を図るために、当該コリメータが基準電位としての接地電位に接続されているときに、顕著になる。 A collimator may be provided between the target and the substrate. In this way, the rectilinearity of the coating particles on the substrate is further improved. However, it is desirable that the collimator is disposed in the second space, in other words, at a position away from the plasma. For example, if a collimator is arranged in a plasma generation region or a position close to this, coating particles that have received the plasma energy are difficult to pass through the collimator. This is particularly noticeable when the collimator is connected to a ground potential as a reference potential in order to achieve electrical stability of the collimator.
さらに、プラズマを発生させるための放電用ガスは、当該プラズマの発生領域である第１空間に直接的に供給されるようにし、第２空間には極力供給されないようにするのが、望ましい。このようにすれば、第１空間でのプラズマの安定化が図られ、併せて、第２空間に配置されている基板への当該プラズマの影響がより低減されるからである。 Furthermore, it is desirable that the discharge gas for generating plasma is supplied directly to the first space, which is the plasma generation region, and not supplied to the second space as much as possible. This is because the plasma is stabilized in the first space, and the influence of the plasma on the substrate disposed in the second space is further reduced.
そして、真空槽内を排気する排気口は、第２空間に設けられるのが、望ましい。このようにすれば、第１空間と第２空間との間に圧力差が生じ、詳しくは、第１空間よりも第２空間が低圧になる。すると、この低圧の第２空間においては、被膜粒子の散乱確率がより一層低減されるので、基板に対する当該被膜粒子の入射直進性がより一層向上する。一方、第２空間よりも高圧の第１空間においては、プラズマの安定化が図られる。 And it is desirable to provide the exhaust port which exhausts the inside of a vacuum chamber in 2nd space. In this way, a pressure difference is generated between the first space and the second space, and more specifically, the second space has a lower pressure than the first space. Then, in this low pressure second space, the scattering probability of the coating particles is further reduced, so that the rectilinearity of the coating particles with respect to the substrate is further improved. On the other hand, the plasma is stabilized in the first space whose pressure is higher than that of the second space.
加えて、本第１発明においては、上述の従来技術と同様、基板に対する被膜粒子の入射直進性のさらなる向上を図るべく、ターゲットから当該基板までの距離が比較的に大きめに設定されてもよい。そして、基板上の被膜の再スパッタを抑制するべく、ターゲットに印加される電力が比較的に低めに設定されてもよい。 In addition, in the first invention, the distance from the target to the substrate may be set relatively large in order to further improve the rectilinearity of the coating particles incident on the substrate, as in the above-described prior art. . And in order to suppress resputtering of the coating on the substrate, the power applied to the target may be set relatively low.
本発明の第２発明は、第１発明に対応する方法発明であり、即ち、リフトオフ加工のためにアンダーカット部を有する逆パターンが形成された基板の表面にスパッタリング法による成膜処理を施すスパッタリング方法を、前提とする。この前提の下、真空槽内のターゲットが配置されている第１空間と基板が配置されている第２空間とを互いに隔離しつつ当該ターゲットから叩き出された被膜粒子の第１空間から第２空間への飛翔を担保する状態に隔離手段を、設ける。そして、ターゲットから被膜粒子を叩き出すためのイオンを含むプラズマを第１空間に発生させることを、特徴とする。 The second invention of the present invention is a method invention corresponding to the first invention, that is, sputtering in which a film forming process is performed by sputtering on the surface of a substrate on which a reverse pattern having an undercut portion is formed for lift-off processing. The method is assumed. Under this assumption, the first space in which the target in the vacuum chamber is disposed and the second space in which the substrate is disposed are separated from each other and the second space from the first space of the coated particles struck out from the target. Isolation means are provided in a state that ensures flight into space. And it is characterized by generating the plasma containing the ion for knocking out a coating particle from a target in 1st space.
上述したように、スパッタリング法においては、基板に付着した被膜粒子が当該基板上を移動するという特性があるが、本発明によれば、この特性が抑制されるので、当該被膜粒子の逆パターンのアンダーカット部への回り込みが防止される。この結果、リフトオフ後にバリが残るという不都合が、確実かつ安定的に解消される。 As described above, the sputtering method has a characteristic that the coating particles attached to the substrate move on the substrate, but according to the present invention, since this property is suppressed, the reverse pattern of the coating particles is obtained. Wrapping into the undercut part is prevented. As a result, the inconvenience that burrs remain after lift-off is reliably and stably eliminated.
本発明の一実施形態について、以下に説明する。 One embodiment of the present invention will be described below.
図１に示すように、本実施形態に係るスパッタリング装置１０は、概略円筒状の真空槽１２を備えている。この真空槽１２は、耐熱性および耐腐食性を有する金属製、例えばステンレス製であり、図には示さないが、電気的な安定性を図るべく、基準電位としての接地電位に接続されている。そして、この真空槽１２内の上部に、概略円板状のターゲット１４を含むカソードユニット１６が設けられており、このカソードユニット１６の本体内には、磁界印加手段としての永久磁石ユニット１８が設けられている。なお、ターゲット１４は、スパッタ面を下方に向けた状態で設けられており、このターゲット１４の背面に近接して、永久磁石ユニット１８が設けられている。 As shown in FIG. 1, a sputtering apparatus 10 according to this embodiment includes a substantially cylindrical vacuum chamber 12. The vacuum chamber 12 is made of a metal having heat resistance and corrosion resistance, for example, stainless steel, and is not shown in the figure, but is connected to a ground potential as a reference potential for electrical stability. . A cathode unit 16 including a substantially disk-shaped target 14 is provided in the upper part of the vacuum chamber 12, and a permanent magnet unit 18 as a magnetic field applying unit is provided in the main body of the cathode unit 16. It has been. The target 14 is provided with the sputtering surface facing downward, and a permanent magnet unit 18 is provided close to the back surface of the target 14.
カソードユニット１６は、ターゲット１４のスパッタ面を露出させた状態で、防護用の概略円筒状のシールドカバー２０によって覆われている。そして、ターゲット１４のスパッタ面の近傍に、後述するプラズマ２２を発生させるのに必要かつ十分な空間２４が形成されるように、当該ターゲット１４を含むカソードユニット１６全体が、シールドカバー２０の外側から、概略円筒状の差圧シールド２６によってさらに覆われている。なお、シールドカバー２０および差圧シールド２６もまた、耐熱性および耐腐食性を有する金属製、例えばステンレス製であり、真空槽１２（の壁面）を介して、接地電位に接続されている。 The cathode unit 16 is covered with a protective, generally cylindrical shield cover 20 with the sputter surface of the target 14 exposed. Then, the entire cathode unit 16 including the target 14 is formed from the outside of the shield cover 20 so that a space 24 necessary and sufficient for generating plasma 22 described later is formed in the vicinity of the sputtering surface of the target 14. Further, it is further covered with a substantially cylindrical differential pressure shield 26. The shield cover 20 and the differential pressure shield 26 are also made of a metal having heat resistance and corrosion resistance, for example, stainless steel, and are connected to the ground potential via the (vacuum wall) of the vacuum chamber 12.
差圧シールド２６には、その下方からターゲット１４のスパッタ面を臨むことのできるように、円形の貫通孔２８が設けられており、この貫通孔２８は、当該ターゲット１４のスパッタ面と同心関係にある。また、差圧シールド２６の側壁には、真空槽１２の外部から直接的に当該差圧シールド２６内に、つまり空間２４内に、後述する放電用ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを導入するためのガス導入管３０が設けられている。 The differential pressure shield 26 is provided with a circular through hole 28 so that the sputter surface of the target 14 can be seen from below, and the through hole 28 is concentric with the sputter surface of the target 14. is there. In addition, argon (Ar) gas as a discharge gas to be described later is introduced into the differential pressure shield 26 directly into the differential pressure shield 26 from the outside of the vacuum chamber 12, that is, into the space 24. The gas introduction pipe 30 is provided.
一方、真空槽１２内の下部には、基板台３２が設けられている。そして、この基板台３２の上に、被処理物としての基板３４が、被処理面を真上に向けた状態で載置される。なお、基板３４が、例えば円板状のものである場合には、当該基板３４は、上述の差圧シールド２６の貫通孔２８と同心となるように配置される。また、基板３４が、例えば方形板状のような非円板状のものである場合には、その中心が当該差圧シールド２６の貫通孔２８の中心と略一致するように配置される。要するに、基板３４は、その被処理面が、差圧シールド２６の貫通孔２８を介して、ターゲット１４のスパッタ面と真っ直ぐに対向するように、配置される。 On the other hand, a substrate table 32 is provided in the lower part of the vacuum chamber 12. Then, a substrate 34 as an object to be processed is placed on the substrate table 32 with the surface to be processed directed right above. In addition, when the board | substrate 34 is a disk-shaped thing, for example, the said board | substrate 34 is arrange | positioned so that it may become concentric with the through-hole 28 of the above-mentioned differential pressure shield 26. FIG. Further, when the substrate 34 has a non-disk shape such as a square plate shape, for example, the substrate 34 is arranged so as to substantially coincide with the center of the through hole 28 of the differential pressure shield 26. In short, the substrate 34 is disposed such that the surface to be processed is directly opposed to the sputtering surface of the target 14 through the through hole 28 of the differential pressure shield 26.
さらに、基板３４の上方であって、差圧シールド２６の下方には、当該差圧シールド２６の貫通孔２８よりも大きな入射面（および出射面）を有するコリメータ３６が設けられている。このコリメータ３６は、例えば図２に示すように、円筒状の金属筒がハニカム状に並べられたものであり、当該金属筒が垂直方向に延伸するように配置される。なお、図２のうち、左側のものは、金属筒の孔径が１６［ｍｍ］であり、長さ寸法が５０［ｍｍ］のものであり、右側のものは、当該金属筒の孔径が１０［ｍｍ］であり、長さ寸法が５０［ｍｍ］のものである。この金属筒の孔径および長さ寸法は、成膜処理時の諸状況に応じて、適宜に定められる。このコリメータ３６もまた、接地電位に接続されている。 Further, a collimator 36 having an entrance surface (and an exit surface) larger than the through hole 28 of the differential pressure shield 26 is provided above the substrate 34 and below the differential pressure shield 26. For example, as shown in FIG. 2, the collimator 36 includes cylindrical metal tubes arranged in a honeycomb shape, and is arranged so that the metal tubes extend in the vertical direction. In FIG. 2, the left one has a hole diameter of 16 [mm] and a length of 50 [mm], and the right one has a hole diameter of 10 [mm]. mm] and the length dimension is 50 [mm]. The hole diameter and length of the metal cylinder are appropriately determined according to various situations during the film forming process. The collimator 36 is also connected to the ground potential.
図１に戻って、真空槽１２の下部に近い当該真空槽１２の側壁には、排気口３８が設けられている。そして、この排気口３８に、図示しない排気手段としての真空ポンプが取り付けられ、この真空ポンプによって、真空槽１２内が排気され、特に当該真空槽１２内の基板３４が配置されている空間４０が優先的に排気される。 Returning to FIG. 1, an exhaust port 38 is provided on the side wall of the vacuum chamber 12 near the lower portion of the vacuum chamber 12. A vacuum pump (not shown) as an evacuation unit (not shown) is attached to the exhaust port 38. The vacuum pump evacuates the inside of the vacuum chamber 12, and a space 40 in which the substrate 34 in the vacuum chamber 12 is arranged is provided. It is exhausted preferentially.
このように構成されたスパッタリング装置１０によれば、次のようにして成膜処理が行われる。 According to the sputtering apparatus 10 configured as described above, the film forming process is performed as follows.
即ち、まず、真空槽１２の排気口３８に取り付けられた真空ポンプによって、当該真空槽１２内が、例えば０．０１［Ｐａ］程度の高真空状態にまで排気される。そして、この排気後に、基板３４を含む基板台３２が陽極（アノード）とされ、ターゲット１４を含むカソードユニット１６が陰極（カソード）とされ、これら両者間に直流電力が印加される。この状態で、ガス導入管３０を介して、差圧シールド２６内の空間２４にアルゴンガスが導入されると、このアルゴンガスの粒子が放電（電離）して、当該空間２４にプラズマ２２が発生する。そして、このプラズマ２２内のアルゴンイオンがターゲット１４のスパッタ面に衝突することで、そのスパッタ面から当該ターゲット１４の構成物質が被膜粒子（分子または原子）として叩き出される。この叩き出された被膜粒子は、差圧シールド２２の貫通孔２８を介して、基板３４が配置されている側の空間４０に飛翔し、さらに、コリメータ３６を介して、基板３４の被処理面に入射される。この基板３４の被処理面に入射された被膜粒子が堆積することで、当該被処理面に被膜が生成される。 That is, first, the inside of the vacuum chamber 12 is exhausted to a high vacuum state of, for example, about 0.01 [Pa] by a vacuum pump attached to the exhaust port 38 of the vacuum chamber 12. After the exhaust, the substrate stage 32 including the substrate 34 is set as an anode (anode), the cathode unit 16 including the target 14 is set as a cathode (cathode), and DC power is applied between them. In this state, when argon gas is introduced into the space 24 in the differential pressure shield 26 through the gas introduction tube 30, the argon gas particles are discharged (ionized), and plasma 22 is generated in the space 24. To do. The argon ions in the plasma 22 collide with the sputtering surface of the target 14, so that the constituent material of the target 14 is knocked out as coating particles (molecules or atoms) from the sputtering surface. The struck coating particles fly through the through hole 28 of the differential pressure shield 22 to the space 40 on the side where the substrate 34 is disposed, and further through the collimator 36, the surface to be processed of the substrate 34. Is incident on. As the coating particles incident on the surface to be processed of the substrate 34 are deposited, a film is generated on the surface to be processed.
ところで、本実施形態における基板３４は、リフトオフ加工を前提とするものであり、その被処理面（表面）には、図３（ａ）に示すように、縦断面が逆テーパ状（逆台形状）の、要するにアンダーカット部を有する（言い換えればオーバハング部を有する）、逆パターン５０，５０，…が、公知のフォトレジスト法等によって予め形成されている。そして、この逆パターン５０，５０，…を含む基板３４の被処理面に上述の要領で成膜処理が施されることによって、図３（ｂ）に示すように、当該逆パターン５０，５０，…上に被膜５２，５２，…が生成されると共に、これらの逆パターン５０，５０，…間の基板３４の被処理面が露出した部分にも同様の被膜５４，５４，…が生成される。そして、エッチング処理が施されることによって、逆パターン５０，５０，…上の被膜５２，５２，…が、当該逆パターン５０，５０，…と一緒に除去される。この結果、図３（ｃ）に示すように、基板３４の被処理面に直接的に生成された被膜５４，５４，…のみが残り、これらの被膜５４，５４，…が目的とするパターンとなる。 By the way, the substrate 34 in the present embodiment is premised on lift-off processing, and the surface to be processed (surface) has a reverse tapered shape (reverse trapezoidal shape) as shown in FIG. In short, reverse patterns 50, 50,... Having undercut portions (in other words, having overhang portions) are formed in advance by a known photoresist method or the like. Then, by performing the film forming process on the surface to be processed of the substrate 34 including the reverse patterns 50, 50,... As described above, the reverse patterns 50, 50,. .. Are formed on the portions where the surface to be processed of the substrate 34 between the reverse patterns 50, 50,... Is exposed, and the same coatings 54, 54,. . Then, by performing an etching process, the films 52, 52,... On the reverse patterns 50, 50,... Are removed together with the reverse patterns 50, 50,. As a result, as shown in FIG. 3C, only the coatings 54, 54,... Directly generated on the surface to be processed of the substrate 34 remain, and these coatings 54, 54,. Become.
この図３（ｃ）に倣って、上述した従来技術によるリフトオフ後の目的パターン５４，５４，…を図示すると、例えば図４のようになる。即ち、当該目的パターン５４，５４，…それぞれのエッジ部分（端縁）に、上方に向かって突出したバリ５６，５６，…が残る。これは、成膜処理時にプラズマ２２のエネルギを受けた被膜粒子が、基板３４に付着した後に、当該基板３４上を移動して、逆パターン５０，５０，…のアンダーカット部の奥にまで回り込むためであると、推察される。また、このバリ５６，５６，…が上方に向かって突出した形状となるのは、被膜粒子が逆パターン５０，５０，…のアンダーカット部を這い上がった形跡であると、推察される。この基板３４に付着した被膜粒子が当該基板３４上を移動するのは、上述したように、真空蒸着法には見られない、スパッタリング法特有の性質である。 FIG. 4 shows, for example, the target patterns 54, 54,... After lift-off according to the prior art described above, following FIG. That is, burrs 56, 56,... Projecting upward remain at the respective edge portions (edges) of the target patterns 54, 54,. This is because the coating particles that have received the energy of the plasma 22 during the film formation process adhere to the substrate 34 and then move on the substrate 34 to wrap around the undercut portions of the reverse patterns 50, 50,. This is presumed to be because of this. In addition, it is assumed that the burrs 56, 56,... Protrude upward are the traces of the coating particles scooping up the undercut portions of the reverse patterns 50, 50,. The coating particles adhering to the substrate 34 move on the substrate 34, as described above, is a property peculiar to the sputtering method that is not found in the vacuum deposition method.
これに対して、本実施形態によれば、図３（ｃ）に示したように、リフトオフ後の目的パターン５４，５４，…にバリ５６，５６，…は残らない。これは、次の理由による。 On the other hand, according to this embodiment, as shown in FIG. 3C, burrs 56, 56,... Do not remain in the target patterns 54, 54,. This is due to the following reason.
即ち、図１に示したように、本実施形態に係るスパッタリング装置１０においては、真空槽１２内が、差圧シールド２６内の空間２４と、それ以外の空間４０とに、隔離（分離）されている。そして、差圧シールド２６内の空間２４に、ターゲット１４を含むカソードユニット１６が配置されており、それ以外の空間４０に、基板３４を含む基板台３２が配置されている。さらに、高いエネルギを持つプラズマ２２は、差圧シールド２６内の空間２４に発生し、言い換えれば当該空間２４に閉じ込められる。従って、それ以外の空間４０へのプラズマ２２の影響が低減され、特に当該空間４０に配置されている基板３４への影響が低減される。この結果、基板３４に付着した被膜粒子が当該基板３４上を移動するという上述のスパッタリング法特有の性質が抑制され、当該被膜粒子の逆パターン５０，５０，…のアンダーカット部への回り込みが防止され、ひいてはリフトオフ後にバリ５６，５６，…が残るという不都合が解消される。 That is, as shown in FIG. 1, in the sputtering apparatus 10 according to the present embodiment, the inside of the vacuum chamber 12 is isolated (separated) into the space 24 in the differential pressure shield 26 and the other space 40. ing. The cathode unit 16 including the target 14 is disposed in the space 24 in the differential pressure shield 26, and the substrate stage 32 including the substrate 34 is disposed in the other space 40. Further, the high-energy plasma 22 is generated in the space 24 in the differential pressure shield 26, in other words, is confined in the space 24. Accordingly, the influence of the plasma 22 on the other space 40 is reduced, and in particular, the influence on the substrate 34 disposed in the space 40 is reduced. As a result, the property unique to the above-described sputtering method in which the coating particles attached to the substrate 34 move on the substrate 34 is suppressed, and the reverse pattern 50, 50,. As a result, the inconvenience that burrs 56, 56,... Remain after lift-off is eliminated.
なお、本実施形態における成膜処理時の真空槽１２内の圧力は、通常よりも低めに設定され、例えば０．１［Ｐａ］以下とされる。具体的には、排気口３８が真空槽１２の下部に近い位置に設けられていることから、当該排気口３８のある空間４０の成膜圧力は、例えば０．０２［Ｐａ］〜０．０５［Ｐａ］とされる。そして、差圧シールド２６内の空間２４の成膜圧力は、これよりも少し高く、例えば０．０８［Ｐａ］〜０．１［Ｐａ］とされる。 Note that the pressure in the vacuum chamber 12 during the film forming process in the present embodiment is set to be lower than usual, for example, 0.1 [Pa] or less. Specifically, since the exhaust port 38 is provided at a position near the lower part of the vacuum chamber 12, the film forming pressure in the space 40 where the exhaust port 38 is, for example, 0.02 [Pa] to 0.05. [Pa]. The film forming pressure in the space 24 in the differential pressure shield 26 is slightly higher than this, for example, 0.08 [Pa] to 0.1 [Pa].
このように、真空槽１２内の成膜圧力が０．１［Ｐａ］以下とされることで、特に基板３４が配置されている空間４０の成膜圧力が０．０２［Ｐａ］〜０．０５［Ｐａ］という極めて低めに設定されることで、この空間４０における被膜粒子の散乱確率が低減され、当該被膜粒子の平均自由行程が数十［ｃｍ］となる。これは、例えば、ターゲット１４から基板３４までの距離が数十［ｃｍ］である場合には、当該ターゲット１４から叩き出された被膜粒子が基板３４に到達するまでの間にアルゴンガス粒子と衝突する回数が１回以下であることを、意味する。つまり、基板３４の被処理面に対する被膜粒子の入射直進性（指向性）が極めて良好であり、これもまた、リフトオフ後にバリ５６，５６，…が残るという不都合を解消するのに大きく貢献する。 As described above, the film formation pressure in the vacuum chamber 12 is set to 0.1 [Pa] or less, so that the film formation pressure in the space 40 in which the substrate 34 is arranged is particularly 0.02 [Pa] to 0.00. By setting the extremely low value of 05 [Pa], the scattering probability of the coating particles in the space 40 is reduced, and the average free path of the coating particles becomes several tens [cm]. For example, when the distance from the target 14 to the substrate 34 is several tens [cm], the coating particles hit from the target 14 collide with the argon gas particles before reaching the substrate 34. It means that the number of times to do is 1 or less. That is, the incident straightness (directivity) of the coating particles with respect to the surface to be processed of the substrate 34 is extremely good, and this also greatly contributes to eliminating the disadvantage that the burrs 56, 56,... Remain after the lift-off.
これに対して、差圧シールド２６内の空間２４の成膜圧力は、上述したように０．０８［Ｐａ］〜０．１［Ｐａ］と少し高いものの、この０．０８［Ｐａ］〜０．１［Ｐａ］という圧力は、プラズマ２２の安定化を図る上では、決して十分ではなく、どちらかと言えば不十分である。このような低圧の環境下でも、プラズマ２２の安定化を図るべく、本実施形態に係るスパッタリング装置１０では、上述したように永久磁石ユニット１８が設けられており、いわゆるマグネトロンスパッタリング構成とされている。つまり、この永久磁石ユニット１８によって差圧シールド２６内の空間２４に磁界が印加されることで、当該空間２４におけるアルゴンガス粒子の放電効率が向上し、ひいてはプラズマ２２の安定化が図られる。なお、通常のスパッタリング法においては、プラズマ２２の発生領域の磁束密度が０．０２［Ｔ］〜０．０３［Ｔ］とされるが、本実施形態においては、当該プラズマ２２の発生領域の磁束密度が０．０５［Ｔ］〜０．０６［Ｔ］となるように、比較的に強力な永久磁石ユニット１８が用いられる。 On the other hand, the film forming pressure in the space 24 in the differential pressure shield 26 is a little as high as 0.08 [Pa] to 0.1 [Pa] as described above. The pressure of .1 [Pa] is never sufficient to stabilize the plasma 22, and is rather insufficient. In order to stabilize the plasma 22 even under such a low pressure environment, the sputtering apparatus 10 according to the present embodiment is provided with the permanent magnet unit 18 as described above, and has a so-called magnetron sputtering configuration. . That is, by applying a magnetic field to the space 24 in the differential pressure shield 26 by the permanent magnet unit 18, the discharge efficiency of argon gas particles in the space 24 is improved, and the plasma 22 is stabilized. In the normal sputtering method, the magnetic flux density in the region where the plasma 22 is generated is 0.02 [T] to 0.03 [T]. In this embodiment, the magnetic flux in the region where the plasma 22 is generated. A relatively strong permanent magnet unit 18 is used so that the density is 0.05 [T] to 0.06 [T].
また、このプラズマ２２の発生領域である差圧シールド２６内の空間２４にアルゴンガスが直接的に供給されるので、当該空間２４でのプラズマ２２のさらなる安定化が図られる。その一方で、基板３４が配置されている空間４０へのアルゴンガスの流入が抑えられので、当該基板３４へのプラズマ２２の影響が低減される。これもまた、基板３４に付着した被膜粒子が当該基板３４上を移動するというスパッタリング法特有の性質を抑制するのに貢献し、ひいてはリフトオフ後にバリ５６，５６，…が残るという不都合の解消に寄与する。 In addition, since argon gas is directly supplied to the space 24 in the differential pressure shield 26 where the plasma 22 is generated, the plasma 22 in the space 24 can be further stabilized. On the other hand, since the inflow of argon gas into the space 40 in which the substrate 34 is disposed is suppressed, the influence of the plasma 22 on the substrate 34 is reduced. This also contributes to suppressing the characteristic characteristic of the sputtering method that the coating particles adhering to the substrate 34 move on the substrate 34, and thus contributing to the elimination of inconvenience that burrs 56, 56,... Remain after lift-off. To do.
さらに、ターゲット１４と基板３４との間にコリメータ３６が設けられているので、当該ターゲット１４から叩き出された被膜粒子の基板３４に対する入射直進性がより一層向上する。そして、言うまでもなく、このこともまた、リフトオフ後にバリ５６，５６，…が残るのを防止するのに、貢献する。なお、図１に示した構成においては、基板３４が設けられている空間４０の上方寄りの位置にコリメータ３６が設けられているが、このコリメータ３６の配置位置は、当該空間４０のターゲット１４と基板３４との間であれば、特段に制限されない。ただし、このコリメータ３６は、上述したように接地電位に接続されているので、上方過ぎると、つまりプラズマ２２に近過ぎると、当該プラズマ２２のエネルギを受けた被膜粒子が、このコリメータを通過し難くなる。従って、コリメータ３６は、プラズマ２２から適度に離れた位置、例えば差圧シールド２６の貫通孔２８から５［ｃｍ］ほど離れた位置に、設けられるのが、望ましい。 Furthermore, since the collimator 36 is provided between the target 14 and the substrate 34, the rectilinearity of the coating particles struck from the target 14 to the substrate 34 is further improved. And, of course, this also contributes to preventing the burrs 56, 56,... From remaining after lift-off. In the configuration shown in FIG. 1, the collimator 36 is provided at a position near the upper side of the space 40 where the substrate 34 is provided. The arrangement position of the collimator 36 is the same as that of the target 14 in the space 40. If it is between the board | substrates 34, it will not restrict | limit especially. However, since the collimator 36 is connected to the ground potential as described above, if it is too high, that is, too close to the plasma 22, it is difficult for the coating particles that have received the energy of the plasma 22 to pass through the collimator. Become. Therefore, it is desirable that the collimator 36 is provided at a position moderately separated from the plasma 22, for example, a position about 5 [cm] away from the through hole 28 of the differential pressure shield 26.
なお、ターゲット１４から基板３４までの距離が長いほど、当該ターゲット１４から叩き出された被膜粒子の基板３４に対する入射直進性が向上するが、この距離は、これらターゲット１４や基板３４の大きさ（サイズ）等に合わせて実用的な値に設定され、例えば３０［ｃｍ］〜６０［ｃｍ］、好ましくは４０［ｃｍ］に設定される。 The longer the distance from the target 14 to the substrate 34, the better the rectilinearity of the coating particles struck from the target 14 with respect to the substrate 34. This distance is the size of the target 14 and the substrate 34 ( It is set to a practical value according to the size), for example, 30 [cm] to 60 [cm], preferably 40 [cm].
本実施形態による成膜処理を含むリフトオフ加工によって実際に形成された目的パターン５４の撮影画像を、従来技術によるものと比較して、図５に示す。この図５の左側の特に下段の画像から明らかなように、本実施形態による成膜処理が採用されることによって、バリ５６のない美しい目的パターン５４が形成される（同図においては、各画像の見易さを確保するために、符号を付していない）。これに対して、従来技術によるものでは、図５の右側の特に下段の画像に示すように、バリ５６云々以前に、逆パターン５０上の被膜５２が除去されずに残片として残っていることが、分かる。これは、逆パターン５０上の被膜５２がバリ５６を介して目的パターン５４と結合したことによるものである。なお、このような残片がない他の箇所においても、図６に示すように、バリ５６が見受けられる（同図においても、符号を付していない）。 FIG. 5 shows a captured image of the target pattern 54 actually formed by the lift-off process including the film forming process according to the present embodiment in comparison with that according to the prior art. As is clear from the image on the left side of FIG. 5 in particular, a beautiful target pattern 54 without burrs 56 is formed by employing the film forming process according to the present embodiment (in FIG. (In order to ensure visibility, no reference is given). On the other hand, according to the prior art, as shown in the lower image on the right side of FIG. 5, the film 52 on the reverse pattern 50 may remain as a residue without being removed before the burr 56. I understand. This is because the coating 52 on the reverse pattern 50 is bonded to the target pattern 54 through the burr 56. In addition, as shown in FIG. 6, the burr | flash 56 can be seen also in the other location which does not have such a remaining piece (it does not attach | subject the code | symbol in the same figure).
以上のように、本実施形態によれば、基板３４に付着した被膜粒子が当該基板３４上を移動するというスパッタリング法特有の性質が抑制されるので、当該被膜粒子の逆パターン５０，５０，…のアンダーカット部への回り込みが防止される。この結果、リフトオフ後にバリ５６，５６，…が残るという不都合が、より確実かつ安定的に解消される。 As described above, according to the present embodiment, since the property unique to the sputtering method in which the coating particles attached to the substrate 34 move on the substrate 34 is suppressed, the reverse pattern 50, 50,. Is prevented from entering the undercut portion. As a result, the inconvenience that the burrs 56, 56,... Remain after the lift-off is more reliably and stably eliminated.
なお、本実施形態で説明した内容は、飽くまでも本発明を実現するための一例であり、本発明を限定するものではない。 Note that the content described in the present embodiment is merely an example for realizing the present invention, and is not intended to limit the present invention.
例えば、図１に示したのとは別の形状の真空槽１２が採用されてもよいし、永久磁石ユニット１８に代えて電磁石ユニットが採用されてもよい。 For example, a vacuum chamber 12 having a shape different from that shown in FIG. 1 may be employed, or an electromagnet unit may be employed instead of the permanent magnet unit 18.
また、上述した従来技術と同様に、基板３４上に生成された被膜の再スパッタを抑制するべく、ターゲット１４に印加される電力が低めに設定されてもよく、例えば１００［ｍＷ／ｍｍ２］程度とされてもよい。 Similarly to the above-described prior art, the power applied to the target 14 may be set to be low in order to suppress resputtering of the film formed on the substrate 34, for example, 100 [mW / mm 2 ]. It may be a degree.
さらに、図３（ａ）に示した逆パターン５０，５０，…は、縦断面が逆テーパ状のものであるが、これに代えて、例えば図７に示すように、縦断面が概略Ｔ字状のものが採用されてもよい。 Further, the reverse patterns 50, 50,... Shown in FIG. 3 (a) have a reverse taper in longitudinal section, but instead, for example, as shown in FIG. A shape may be employed.
１０ スパッタリング装置
１２ 真空槽
１４ ターゲット
２２ プラズマ
２４ 空間
３４ 基板
４０ 空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sputtering device 12 Vacuum chamber 14 Target 22 Plasma 24 Space 34 Substrate 40 Space
Claims (5)
真空槽内のターゲットが配置されている第１空間と上記基板が配置されている第２空間とを互いに隔離するように設けられ該ターゲットのスパッタ面から叩き出された被膜粒子の該第１空間から該第２空間への飛翔を担保するための貫通孔を有する差圧シールドと、
上記第１空間に磁界を印加する磁界印加手段と、
上記ターゲットと上記基板との間にあって上記第２空間に配置されたコリメータと、
を具備し、
上記ターゲットと上記基板とは該ターゲットの上記スパッタ面と該基板の上記表面とが上記貫通孔を介して互いに対向するように配置され、
上記コリメータは上記差圧シールドの上記貫通孔よりも大きな入射面および出射面を有し該入射面を上記ターゲット側に向け該出射面を上記基板側に向けた状態で該差圧シールドから離れた位置に設けられ、
上記ターゲットから上記被膜粒子を叩き出すためのイオンを含むプラズマを上記第１空間に発生させること、
を特徴とする、スパッタリング装置。 In a sputtering apparatus for performing a film forming process by a sputtering method on the surface of a substrate on which a reverse pattern having an undercut portion is formed for lift-off processing,
The first space of the coating particles that are provided so as to be separated from the first space in which the target in the vacuum chamber is disposed and the second space in which the substrate is disposed are struck from the sputtering surface of the target. A differential pressure shield having a through-hole for securing flight from the second space to the second space ;
Magnetic field applying means for applying a magnetic field to the first space;
A collimator disposed in the second space between the target and the substrate;
Comprising
The target and the substrate are arranged such that the sputtering surface of the target and the surface of the substrate are opposed to each other through the through hole,
The collimator has an entrance surface and an exit surface larger than the through hole of the differential pressure shield, and is separated from the differential pressure shield with the entrance surface facing the target side and the exit surface facing the substrate side. In place,
Generating plasma in the first space containing ions for knocking out the coated particles from the target;
A sputtering apparatus characterized by the above.
請求項１に記載のスパッタリング装置。 A discharge gas for generating the plasma is directly supplied to the first space;
The sputtering apparatus according to claim 1 .
請求項１または２に記載のスパッタリング装置。 An exhaust port for exhausting the inside of the vacuum chamber is provided in the second space,
The sputtering apparatus according to claim 1 or 2 .
上記複数の金属筒それぞれの孔径は１０ｍｍ〜１６ｍｍである、The hole diameter of each of the plurality of metal cylinders is 10 mm to 16 mm.
請求項１ないし３のいずれかに記載のスパッタリング装置。The sputtering apparatus according to claim 1.
真空槽内のターゲットが配置されている第１空間と上記基板が配置されている第２空間とを互いに隔離するように差圧シールドを設け、
上記差圧シールドは上記ターゲットのスパッタ面から叩き出された被膜粒子の上記第１空間から上記第２空間への飛翔を担保するための貫通孔を有し、
さらに、上記第１空間に磁界を印加し、
上記ターゲットと上記基板との間であって上記第２空間にコリメータを配置し、
上記ターゲットのスパッタ面と上記基板の表面とが上記貫通孔を介して互いに対向するように該ターゲットと該基板とを配置し、
上記コリメータは上記差圧シールドの上記貫通孔よりも大きな入射面および出射面を有し、
上記入射面を上記ターゲット側に向け上記出射面を上記基板側に向けた状態で上記差圧シールドから離れた位置に上記コリメータを設け、
上記ターゲットから上記被膜粒子を叩き出すためのイオンを含むプラズマを上記第１空間に発生させること、
を特徴とする、スパッタリング方法。 In the sputtering method of performing a film forming process by a sputtering method on the surface of the substrate on which a reverse pattern having an undercut portion is formed for lift-off processing,
A differential pressure shield is provided so as to separate the first space in which the target in the vacuum chamber is disposed and the second space in which the substrate is disposed ,
The differential pressure shield has a through hole for ensuring that the coating particles knocked out from the sputtering surface of the target fly from the first space to the second space,
Furthermore, a magnetic field is applied to the first space,
A collimator is disposed in the second space between the target and the substrate,
The target and the substrate are arranged so that the sputtering surface of the target and the surface of the substrate face each other through the through hole,
The collimator has an entrance surface and an exit surface that are larger than the through hole of the differential pressure shield,
The collimator is provided at a position away from the differential pressure shield in a state where the incident surface faces the target side and the emission surface faces the substrate side,
Generating plasma in the first space containing ions for knocking out the coated particles from the target;
A sputtering method characterized by the above.
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