JPH09111446A - Sputtering apparatus - Google Patents

Sputtering apparatus

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JPH09111446A
JPH09111446A JP26860795A JP26860795A JPH09111446A JP H09111446 A JPH09111446 A JP H09111446A JP 26860795 A JP26860795 A JP 26860795A JP 26860795 A JP26860795 A JP 26860795A JP H09111446 A JPH09111446 A JP H09111446A
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JP
Japan
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shield
gas
target
space
chamber
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JP26860795A
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Inventor
Takeshi Jinbo
毅 神保
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Original Assignee
Applied Materials Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the forming efficiency of coating of high quality, at the time of sputtering, by directly introducing a process gas into the space within shields including a sputtering region and enabling the exhaust of an out gas to the space outside of the shield.
SOLUTION: This sputtering device 100, is provided with shields 113 to 115 for preventing contamination in a coating forming chamber 104 and partition is executed into space A within the shields housing a wafer 106 and space B outside of the shields, and further a process gas and/or an atmospheric gas are directly introduced into the space A within the shields by gas flow inlets 128a and b. Simultaneously, by ventilation provided in the shield 115, the circulation of the gas between the space A within the shields and the space B outside of the shields is made free, and the gas in the space A within the shields is exhausted to the outside of the system by a cryopump connected with the space B outside of the shields. Thus, sputtering can always be executed under the fresh and sufficient atmospheric gas.
COPYRIGHT: (C)1997,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリングに
よる成膜に用いられる装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus used for film formation by sputtering.

【0002】[0002]

【従来の技術】反応性スパッタリングは、金属化合物の
膜を得る方法の1つであるが、同じく金属化合物の成膜
に多用されるCVDとは異なる特徴を有する。
2. Description of the Related Art Reactive sputtering, which is one of the methods for obtaining a film of a metal compound, has a characteristic different from CVD which is also frequently used for forming a metal compound film.

【0003】例えば、TiN等の金属化合物の薄膜を成
膜しようとする場合、CVDと並んで反応性スパッタリ
ングがしばしば用いられる。反応性スパッタリングに
は、成膜させるための基材の選択の幅が大きい等の様々
な利点がある。反応性スパッタリングによる成膜は、T
i、Al、W等の金属とO、N、C等との化合物に適用
される。
For example, when a thin film of a metal compound such as TiN is to be formed, reactive sputtering is often used along with CVD. Reactive sputtering has various advantages such as a wide range of choices of substrates for film formation. The film formation by reactive sputtering is T
It is applied to compounds of metals such as i, Al and W and O, N and C.

【0004】Ti、Al、W等の金属の化合物の反応性
スパッタリングでは、約6x10-3Torr〜約5x1
-4Torrの範囲の比較的低い圧力にて成膜が行われ
る。
In reactive sputtering of compounds of metals such as Ti, Al and W, about 6 × 10 −3 Torr to about 5 × 1 is used.
Film formation is performed at a relatively low pressure in the range of 0 −4 Torr.

【0005】図5は、従来から用いられているスパッタ
リング装置の一例の断面図である。図5に示されるよう
に、従来からのスパッタリング装置500は、チャンバ
壁502に包囲された円筒状のチャンバ504の内部
に、ウエハ506を保持するサセプタ508と、ウエハ
506上へ堆積するためのスパッタリング材料のターゲ
ット510とを備える。ターゲット510の裏側には、
放電を収斂させるためのマグネット512が配置されて
いる。ターゲット510を包囲するようにシールド51
3が、チャンバ内に設置され、スパッタリング粒子のチ
ャンバ壁への飛散付着を防止する。
FIG. 5 is a sectional view of an example of a conventional sputtering apparatus. As shown in FIG. 5, a conventional sputtering apparatus 500 includes a susceptor 508 for holding a wafer 506 inside a cylindrical chamber 504 surrounded by a chamber wall 502, and a sputtering for depositing on the wafer 506. A material target 510. On the back side of the target 510,
A magnet 512 for converging the discharge is arranged. Shield 51 to surround target 510
3 is installed in the chamber to prevent the sputtered particles from scattering and adhering to the chamber wall.

【0006】従来からのスパッタリング装置500は、
チャンバ壁502に接続されたガス流入口514を1つ
以上有する。ガス流入口514は、ガスソースに接続さ
れており、例えば反応性スパッタリングでは、プロセス
ガスと雰囲気ガスの混合ガスが、ガス流入口514を介
してチャンバ504内部へと導入される。シールド51
3には、ところどころに開口があり(図示されず)、シ
ールドの外側の「空間B」の雰囲気は、シールドの内側
の「空間A」内に流通する。即ち、ガス流入口514を
介してチャンバ504内部の空間Bへ導入されたプロセ
スガスは空間Aに至る。
The conventional sputtering apparatus 500 is
It has one or more gas inlets 514 connected to the chamber wall 502. The gas inlet 514 is connected to a gas source, and in reactive sputtering, for example, a mixed gas of a process gas and an atmospheric gas is introduced into the chamber 504 through the gas inlet 514. Shield 51
3 has openings (not shown) in some places, and the atmosphere in the “space B” outside the shield flows into the “space A” inside the shield. That is, the process gas introduced into the space B inside the chamber 504 through the gas inlet 514 reaches the space A.

【0007】電力の印加によりスパッタリングされたタ
ーゲット510を構成する物質は、空間Aに存在するプ
ロセスガスと反応して、ターゲット材料の化合物として
ウエハ506上に堆積する。シールド513の下方にも
開口(図示されず)が設けられ、空間Aのガスが空間B
へと移動した後、チャンバの外へ排出される。
The substance constituting the target 510 sputtered by the application of electric power reacts with the process gas existing in the space A and is deposited on the wafer 506 as a compound of the target material. An opening (not shown) is also provided below the shield 513 so that the gas in the space A can be stored in the space B.
And then discharged to the outside of the chamber.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来から
用いられているスパッタリング装置では、スパッタリン
グ粒子の飛散防止のためのシールドの外側のチャンバ内
の空間(空間B)にプロセスガスを供給するため、スパ
ッタリングが行われる空間(空間A)には、充分な量の
プロセスガスが供給されにくい構造になっていた。更
に、装置部材の表面から揮発する水等を含むアウトガス
が、スパッタリングが行われる空間に滞留しやすく、ス
パッタリング領域内の汚染の原因になっていた。
As described above, in the conventionally used sputtering apparatus, the process gas is supplied to the space (space B) inside the chamber outside the shield for preventing the scattering of sputtered particles. However, it was difficult to supply a sufficient amount of process gas to the space (space A) in which sputtering was performed. Further, outgas containing water and the like volatilized from the surface of the device member is likely to stay in the space where sputtering is performed, which causes contamination in the sputtering region.

【0009】また、シールド513は一般にターゲット
510のエッジ部分と近接しているため、マグネット5
12の磁場によりターゲットの下に封じ込めている電子
がグランド側のシールドに逃げて、スパッタエネルギー
をロスしていた。これらは、いずれも膜質向上の妨げに
なっていた。
Further, since the shield 513 is generally close to the edge portion of the target 510, the magnet 5
Due to the magnetic field of 12, the electrons contained under the target escaped to the shield on the ground side, and the sputter energy was lost. All of these impeded the improvement of the film quality.

【0010】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
ものであり、アウトガスをスパッタリング領域から速や
かに排出させ、効率良くプラズマを維持して、高品質の
膜を効率良く成膜できるスパッタリング装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and a sputtering apparatus capable of quickly discharging outgas from the sputtering region, efficiently maintaining plasma, and efficiently forming a high quality film. The purpose is to provide.

【0011】また、本発明の別の目的は、反応性スパッ
タリングの効率を高めて、均一な膜質の薄膜を形成でき
るスパッタリング装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of increasing the efficiency of reactive sputtering and forming a thin film having a uniform film quality.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタリング
装置は、スパッタされて成膜のための物質を放出するタ
ーゲットと成膜されるウエハを保持するウエハ保持手段
とを収容するチャンバと、チャンバの内部を、ターゲッ
トとウエハとが含められたシールド内空間と、シールド
外空間とに画するシールドとを備えるスパッタリング装
置であって、シールドが、ガスを供給するガス供給手段
に接続された流入口を有して、シールド内空間にガスが
直接導入され、シールドが通気口を有して、シールド内
空間とシールド外空間との間にガスを流通させ、チャン
バがガスを排気するガス排気手段に接続され、シールド
外空間のガスをチャンバの外に排出することを特徴とす
る。
A sputtering apparatus according to the present invention includes a chamber for accommodating a target that is sputtered to release a substance for film formation and a wafer holding unit that holds a wafer to be filmed, and a chamber for the chamber. What is claimed is: 1.A sputtering apparatus comprising: a shield inner space including a target and a wafer; and a shield outer space, wherein the shield has an inlet connected to a gas supply means for supplying a gas. In addition, the gas is directly introduced into the inner space of the shield, the shield has a vent hole, and the gas is circulated between the inner space of the shield and the outer space of the shield, and the chamber is connected to a gas exhaust means for exhausting the gas. The gas in the space outside the shield is discharged to the outside of the chamber.

【0013】本発明の別のスパッタリング装置は、気密
性を備えたチャンバと、チャンバ内部に収容され、側面
と、スパッタされて成膜のための物質を放出する、一方
の底面であるスパッタリング表面とを有する錘状、錘台
状又は板状のターゲットと、成膜されるウエハを、ター
ゲットのスパッタリング表面に面してチャンバ内に保持
するウエハ保持手段と、チャンバ内で、ターゲットに近
接してターゲットの側面を包囲し、ターゲットからウエ
ハ保持手段へ向かう方向へ延長し、更に、ウエハ保持手
段に近接してこれを包囲して、チャンバ内部を、ターゲ
ットとウエハとが含められたシールド内空間と、シール
ド外空間とに画する、1つ以上の部材から成るシールド
と、シールドに1つ以上設けられ、シールド内空間の内
部にガスを直接導入する流入口と、流入口に接続され、
チャンバの外からガスをシールド内空間の内部へと供給
するガス供給手段と、シールドに1つ以上設けられ、ガ
スをシールド内空間内からシールド外空間へと流通させ
る通気口と、チャンバに接続され、シールド外空間内の
ガスをチャンバの外へ排気させるガス排出手段とを備え
ることを特徴とする。
Another sputtering apparatus of the present invention includes a chamber having airtightness, a side surface accommodated in the chamber, and a sputtering surface which is one bottom surface and is sputtered to release a substance for film formation. A frustum-shaped, frustum-shaped or plate-shaped target, a wafer holding means for holding the film-forming wafer in the chamber facing the sputtering surface of the target, and the target in the chamber in the vicinity of the target. Surrounding the side surface of the target, extending in the direction from the target to the wafer holding means, and further surrounding the wafer holding means and surrounding the wafer holding means, and the inside of the chamber, a shield inner space including the target and the wafer, A shield consisting of one or more members, which is separated from the space outside the shield, and one or more shields, which are provided in the shield, directly guide the gas into the space inside the shield. An inlet for being connected to the inlet,
A gas supply means for supplying gas from the outside of the chamber to the inside of the shield inner space, one or more ventilation holes provided in the shield for allowing gas to flow from the inside of the shield space to the outside space of the shield, and connected to the chamber And a gas discharge means for discharging the gas in the shield outer space to the outside of the chamber.

【0014】これらの、本発明に従ったスパッタリング
装置では、シールドに囲まれてターゲットとウエハとを
含むシールド内空間へ直接ガスを導入し、且つ、シール
ド内空間内の雰囲気をシールド外空間へと容易に流通さ
せることにより、スパッタリングが行われる領域を含ん
でいるシールド内空間は常に新しいガスで満たされる。
In these sputtering apparatuses according to the present invention, the gas is directly introduced into the shield inner space surrounded by the shield and containing the target and the wafer, and the atmosphere in the shield inner space is changed to the shield outer space. By allowing easy circulation, the space inside the shield including the region where sputtering is performed is always filled with fresh gas.

【0015】また、本発明のスパッタリング装置は、流
入口が、シールドがターゲットに近接してターゲット側
面を包囲する部分に形成されていることを特徴としても
よい。
Further, the sputtering apparatus of the present invention may be characterized in that the inflow port is formed in a portion where the shield is close to the target and surrounds the side surface of the target.

【0016】流入口が、ターゲットの側面を包囲してい
る部分に形成されていれば、流入口はターゲットのスパ
ッタリング表面に面していないため、スパッタされた粒
子が流入口に到達する確率が非常に低くなる。従って、
スパッタされた粒子の付着による流入口の閉塞が防止さ
れる。
If the inflow port is formed in the portion surrounding the side surface of the target, the inflow port does not face the sputtering surface of the target, so that the probability of sputtered particles reaching the inflow port is extremely high. It becomes low. Therefore,
The clogging of the inlet due to the deposition of sputtered particles is prevented.

【0017】また、本発明のスパッタリング装置は、タ
ーゲットとウエハ保持手段との間に磁場を形成するマグ
ネットを、ターゲットのウエハ保持手段の側とは反対の
側に更に備え、且つ、シールドが、ターゲットに近接し
てターゲット側面を包囲する部分において、ターゲット
側面から離れる方向に伸びる部分を有し、該部分の終点
から更にターゲットからウエハ保持手段へ向かう方向へ
延長して、ターゲットのスパッタリング表面の端部の周
囲に所定の空間を確保することを特徴としてもよい。
The sputtering apparatus of the present invention further comprises a magnet for forming a magnetic field between the target and the wafer holding means on the side of the target opposite to the wafer holding means side, and the shield is the target. Has a portion that extends in a direction away from the target side surface in a portion that surrounds the target side surface in the vicinity of the target side surface, and extends from the end point of the portion toward the target toward the wafer holding means, and the end portion of the sputtering surface of the target. It may be characterized in that a predetermined space is secured around the.

【0018】ターゲットのスパッタリング表面の端部の
周囲に空間を確保することにより、ターゲットとウエハ
保持手段の間に発生したプラズマ内の電子の運動が、シ
ールドに影響されなくなる。従って、エネルギー効率良
くプラズマを発生、維持することが可能となる。
By securing a space around the edge of the sputtering surface of the target, the movement of electrons in the plasma generated between the target and the wafer holding means is not affected by the shield. Therefore, it is possible to generate and maintain plasma with energy efficiency.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
本発明を詳細に説明する。尚、図面においては、共通の
要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
The present invention will be described in detail. In the drawings, common elements are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0020】図1は、本発明に従ったスパッタリング装
置の一例の断面図である。円筒状のスパッタリング装置
100は、チャンバ壁102に囲まれたチャンバ104
を備える。チャンバ104内には、ウエハ106を保持
するためのサセプタ108と、ターゲット110とが備
えられ、ウエハ106は、ターゲット110に対してあ
る一定の距離を保って対向するように配置される。ター
ゲット110の裏側には、ターゲット110とウエハ1
06との間の放電を収斂させるためのマグネット112
が配置される。ターゲット110の底面は円板状であ
る。このターゲット110の底面は、スパッタされてタ
ーゲット材料の粒子を放出するスパッタリング表面であ
る。ターゲット110は、スパッタリング表面がサセプ
タ108の方を向くように設置される。ターゲット11
0のスパッタリング表面から放出された粒子は、サセプ
タ108の上に保持されているウエハ106の表面上に
堆積される。
FIG. 1 is a sectional view of an example of a sputtering apparatus according to the present invention. The cylindrical sputtering apparatus 100 includes a chamber 104 surrounded by a chamber wall 102.
Is provided. A susceptor 108 for holding the wafer 106 and a target 110 are provided in the chamber 104, and the wafer 106 is arranged to face the target 110 with a certain distance. On the back side of the target 110, the target 110 and the wafer 1
Magnet 112 for converging the discharge between
Is arranged. The bottom surface of the target 110 is disk-shaped. The bottom surface of this target 110 is a sputtering surface that is sputtered to emit particles of target material. The target 110 is installed so that the sputtering surface faces the susceptor 108. Target 11
The particles emitted from the zero sputtering surface are deposited on the surface of the wafer 106 held on the susceptor 108.

【0021】図1に示されるスパッタリング装置100
のチャンバ104では、スパッタされたターゲット材料
の粒子の飛散による汚染を防止するためのシールドは、
アッパーシールド113と、ミドルシールド114と、
ロワーシールド115の3つのシールドから構成されて
いる。アッパーシールド113は、ターゲット110の
側面に近接してこれを包囲し、更にターゲット110か
らサセプタ108へ向かう方向へ延長するように形成さ
れている。ミドルシールド114の構造と役割は後述す
る。ロワーシールド115は、サセプタ108に近接し
てこれを包囲している。アッパーシールド113、ミド
ルシールド114及びロワーシールド115は、SUS
304製である。但し、これらのシールドの材質は、S
US306やチタンの場合もある。これらのシールドの
構造に関しては、後に詳述する。
The sputtering apparatus 100 shown in FIG.
In the chamber 104 of, a shield for preventing contamination due to scattering of particles of the sputtered target material is
An upper shield 113, a middle shield 114,
The lower shield 115 is composed of three shields. The upper shield 113 is formed so as to be close to and surround the side surface of the target 110 and further extend in the direction from the target 110 toward the susceptor 108. The structure and role of the middle shield 114 will be described later. The lower shield 115 is close to and surrounds the susceptor 108. The upper shield 113, the middle shield 114, and the lower shield 115 are made of SUS.
It is made of 304. However, the material of these shields is S
It may be US306 or titanium. The structure of these shields will be described in detail later.

【0022】チャンバ内部は、これらのシールドによっ
て、シールド内空間である空間Aと、シールド外空間で
ある空間Bの2つの空間に分割される。図1に示される
ように、ウエハ106とターゲット110とが配置され
ている空間Aでは、ターゲット110とウエハ106の
間に電力が印加されて、ターゲット110を構成するタ
ーゲット材料がスパッタリングされウエハ106上に薄
膜が堆積される。ターゲット材料は、典型的には、W、
Ti、Al合金、WSi、TiW、MoSi、Si、C
u等の物質である。このとき、スパッタされたターゲッ
ト材料と反応してターゲット材料の化合物を形成してウ
エハ106上にこの化合物の薄膜を形成する反応性スパ
ッタリングを行う場合は、ターゲット材料と反応して化
合物を形成するためのガスをターゲット110とウエハ
106との間に流通させる。例えば、TiN薄膜をウエ
ハ106上に成膜させる場合、ターゲット110にTi
を用い、N2 ガスをプロセスガスとして空間Aに流通さ
せる。このとき、プロセスガスであるN2 と共にAr等
の雰囲気ガスも流通させる。反応性スパッタリングでは
なく、化学反応を伴わない通常のスパッタリングを行う
際は、プラズマ発生のためのArガス等の雰囲気ガスの
みを流通させればよい。
The inside of the chamber is divided by these shields into two spaces, that is, a space A which is a space inside the shield and a space B which is a space outside the shield. As shown in FIG. 1, in the space A where the wafer 106 and the target 110 are arranged, electric power is applied between the target 110 and the wafer 106, and the target material forming the target 110 is sputtered onto the wafer 106. A thin film is deposited on. The target material is typically W,
Ti, Al alloy, WSi, TiW, MoSi, Si, C
It is a substance such as u. At this time, when reactive sputtering is performed in which a compound of the target material is formed by reacting with the sputtered target material and a thin film of this compound is formed on the wafer 106, the compound is formed by reacting with the target material. Gas is circulated between the target 110 and the wafer 106. For example, when depositing a TiN thin film on the wafer 106, the Ti
Is used to flow N 2 gas into the space A as a process gas. At this time, an atmosphere gas such as Ar is also circulated together with the process gas N 2 . When performing normal sputtering that does not involve a chemical reaction, instead of reactive sputtering, only an atmospheric gas such as Ar gas for plasma generation may be passed.

【0023】サセプタ108には、ウエハ106を所望
の温度に加熱するためのヒーターが具備されるが、チャ
ンバ内が低圧の状態でスパッタリングを行う際は、ヒー
ターによる加熱の効率が低くなるため、ヒーターガス導
入管146を介してアルゴン等のヒーターガスをサセプ
タ108に供給し、ヒーターにより加熱されたヒーター
ガスを加熱のための媒体としてウエハ106とサセプタ
108との間の僅かな隙間へ流通させている。ヒーター
ガスは、通常、スパッタリングのための雰囲気ガスと同
じガスであることが好ましいが、他の不活性ガスを用い
てもよい。
The susceptor 108 is equipped with a heater for heating the wafer 106 to a desired temperature. However, when sputtering is performed in a chamber where the pressure is low, the efficiency of heating by the heater becomes low, so that the heater is heated. A heater gas such as argon is supplied to the susceptor 108 via the gas introduction pipe 146, and the heater gas heated by the heater is circulated as a medium for heating into a slight gap between the wafer 106 and the susceptor 108. . Usually, the heater gas is preferably the same gas as the atmospheric gas for sputtering, but other inert gas may be used.

【0024】図2は、図1に示されるスパッタリング装
置100のアッパーシールド113近傍の断面図であ
る。以下、図1及び図2を参照して、シールドの構造を
説明し、本発明におけるスパッタリング領域でのガス流
通の機構に関して明らかにする。図2に示されるよう
に、ターゲット110の周囲部には、アッパーシールド
113がブロック122と共にビス120により固定さ
れている。ここで、アッパーシールド113は、底面が
円板状のターゲット110の側面に近接してこれを覆う
円筒状である。図示の都合で、図1には、アッパーシー
ルド113固定用のビス120は2点しか示されていな
いが、円周上に沿って8点でアッパーシールド113は
ブロック122に固定されている。
FIG. 2 is a sectional view near the upper shield 113 of the sputtering apparatus 100 shown in FIG. The structure of the shield will be described below with reference to FIGS. 1 and 2, and the mechanism of gas flow in the sputtering region in the present invention will be clarified. As shown in FIG. 2, the upper shield 113 is fixed to the periphery of the target 110 by screws 120 together with the block 122. Here, the upper shield 113 has a cylindrical shape in which the bottom surface is close to and covers the side surface of the disk-shaped target 110. For convenience of illustration, only two screws 120 for fixing the upper shield 113 are shown in FIG. 1, but the upper shield 113 is fixed to the block 122 at eight points along the circumference.

【0025】図1及び図2に示されるように、ブロック
122の下のブロック123には、プロセスガスと雰囲
気ガスを導入するためのガス導入部124が備えられて
いる。ガス導入部124には、プロセスガスと雰囲気ガ
スの混合ガスを供給する外部のガスソース(図示され
ず)に接続される導管126が接続されている。導管1
26には、ガスの供給を調節するためのストップバルブ
130が具備されている。導管126は、ガス導入部1
24を介して、ブロック123の内部に空けられたガス
流入口128aとアッパーシールド113の内部を貫通
するガス流入口128b(図1、2共に、どちらも点線
で図示)に接続されている。即ち、プロセスガスと雰囲
気ガスの混合ガスは、導管126を通り、ガス導入部1
24を介し、ガス流入口128a、128bを通って、
空間Aのターゲット110の外側附近へと供給される。
このような、導管126−ガス導入部124−ガス流入
口128a−ガス流入口128bへ至るガス供給ライン
は、チャンバ104の円筒の円周上に、適当な間隔をも
って均等に32組配置されている。従って、円筒状のア
ッパーシールド113には、その内壁の円周上に、32
個のガス流入口128bが規則的に配置され、32個の
通気口が空間A内へ向いている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a block 123 below the block 122 is provided with a gas introduction section 124 for introducing a process gas and an atmosphere gas. A conduit 126 connected to an external gas source (not shown) that supplies a mixed gas of a process gas and an atmospheric gas is connected to the gas introduction unit 124. Conduit 1
The stop 26 is equipped with a stop valve 130 for adjusting the supply of gas. The conduit 126 is the gas introduction unit 1.
A gas inlet 128a opened inside the block 123 and a gas inlet 128b penetrating the inside of the upper shield 113 (both shown by dotted lines in both FIGS. 1 and 2) are connected via 24. That is, the mixed gas of the process gas and the atmospheric gas passes through the conduit 126 and passes through the gas introducing unit 1.
24, through the gas inlets 128a, 128b,
It is supplied to the space A near the outside of the target 110.
Such gas supply lines extending from the conduit 126-the gas introduction portion 124-the gas inlet 128a-the gas inlet 128b are evenly arranged in 32 sets on the circumference of the cylinder of the chamber 104 at appropriate intervals. . Therefore, the cylindrical upper shield 113 has 32
The gas inlets 128b are regularly arranged, and 32 vents are directed into the space A.

【0026】このように、32個のガス流入口128b
がアッパーシールド113に具備されることにより、空
間A内部には充分の量のプロセスガスが供給される。ま
た、円周上に均等に配置された32個のガス流入口12
8bからガスが放射状内向きに空間A内部に供給される
ため、空間A内のプロセスガスの濃度の分布が生じなく
なる。
In this way, 32 gas inlets 128b
Since the upper shield 113 is provided with, a sufficient amount of process gas is supplied into the space A. In addition, 32 gas inlets 12 evenly arranged on the circumference
Since the gas is supplied radially inward from the space 8b into the space A, the concentration distribution of the process gas in the space A does not occur.

【0027】また、低圧条件下での操作では、装置の部
材表面等に僅かに吸着していた空気や水等のアウトガス
を速やかに空間Aから排気する必要がある。このため、
ロワーシールド115は、図2の点線で示されるような
通気口(開口)を多数有する構造となっている。例え
ば、図3に示されるロワーシールド115の側面のよう
に、比較的大きな開口134が、円筒型のロワーシール
ド115の周囲に合計8個形成されており、空間Aから
空間Bへの排気を容易にしている。この様な場合、ロワ
ーシールド115の開口134(通気口)からスパッタ
された粒子等がロワーシールド115の外側へと飛散し
てしまうため、これを防止する目的で、図1及び図2に
示されるように、ミドルシールド114が設置されてい
る。そして、ミドルシールド114とロワーシールド1
15で構成される排気経路のコンダクタンスが充分大き
くなるように、ミドルシールド114の形状や配置と、
ロワーシールド115の開口134とを調整すればよ
い。
Further, in the operation under the low pressure condition, it is necessary to quickly exhaust the outgas such as air and water slightly adsorbed on the surface of the member of the apparatus from the space A. For this reason,
The lower shield 115 has a structure having a large number of vent holes (openings) as shown by the dotted line in FIG. For example, like the side surface of the lower shield 115 shown in FIG. 3, a total of eight relatively large openings 134 are formed around the cylindrical lower shield 115, so that the exhaust from the space A to the space B is easy. I have to. In such a case, particles or the like sputtered from the opening 134 (vent) of the lower shield 115 scatters to the outside of the lower shield 115, and for the purpose of preventing this, it is shown in FIGS. 1 and 2. As described above, the middle shield 114 is installed. And middle shield 114 and lower shield 1
The shape and arrangement of the middle shield 114 so that the conductance of the exhaust path constituted by 15 is sufficiently large,
The opening 134 of the lower shield 115 may be adjusted.

【0028】このように、スパッタリングが行われる空
間Aに対して、直接ガスを供給する手段を与え、また、
排気のために、空間Aから空間Bへのコンダクタンスを
充分大きくとることにより、空間A内は、常に新しいガ
スが存在し、装置部材の表面から揮発する水等を含むア
ウトガスは、速やかに空間Bの方へと排出される。
As described above, a means for directly supplying gas is provided to the space A in which sputtering is performed, and
By sufficiently increasing the conductance from the space A to the space B for exhaustion, new gas is always present in the space A, and outgas containing water and the like volatilized from the surface of the device member is promptly discharged to the space B. Is discharged to the.

【0029】チャンバ104からガスを排出するため
に、図1に示されるように、チャンバ104にはガス排
気口140が具備される。ガス排気口140は、チャン
バ104の空間Bに接続されている。そして、ガス排気
口140はクライオポンプ142に接続され、空間Bの
ガスを外部へと排出する。従って、ミドルシールド11
4とロワーシールド115により適切なコンダクタンス
をもって構成される排気経路を介して空間Bへと排気さ
れたアウトガスは、クライオポンプ142により空間B
から排除される。また、チャンバ104の空間Bには、
圧力計144が接続されて、空間Bの圧力がモニターさ
れる。空間Aから空間Bへのコンダクタンスが決まれ
ば、ガス流量と排気量とをストップバルブ130とクラ
イオポンプ142で与えることにより、空間A及び空間
Bの圧力はそれぞれ調整される。
To exhaust gas from the chamber 104, the chamber 104 is provided with a gas outlet 140, as shown in FIG. The gas exhaust port 140 is connected to the space B of the chamber 104. The gas exhaust port 140 is connected to the cryopump 142 to exhaust the gas in the space B to the outside. Therefore, the middle shield 11
4 and the lower shield 115, the outgas exhausted to the space B through the exhaust path configured with an appropriate conductance is supplied to the space B by the cryopump 142.
Be excluded from. In the space B of the chamber 104,
The pressure gauge 144 is connected and the pressure in the space B is monitored. Once the conductance from the space A to the space B is determined, the pressures of the space A and the space B are adjusted by supplying the gas flow rate and the exhaust amount with the stop valve 130 and the cryopump 142.

【0030】このように、空間Aへは常に充分な量のガ
スが均一に供給され、且つ、空間A内から空間Bへのガ
スの充分な流通性が確保されているため、空間Aのスパ
ッタリング領域では、常に新鮮なガスの存在下でスパッ
タリングを行うことが可能となる。従って、汚染の原因
となるアウトガスをチャンバ内に滞留させないと共に、
特に反応性スパッタリングにおいては、スパッタリング
領域におけるプロセスガスの濃度を均一に保つことがで
きるため膜質が向上する等、特に有効である。
As described above, since a sufficient amount of gas is always uniformly supplied to the space A and sufficient flowability of the gas from the space A to the space B is secured, the sputtering of the space A is performed. In the area, it is always possible to carry out sputtering in the presence of fresh gas. Therefore, outgas that causes pollution is not retained in the chamber, and
In particular, in reactive sputtering, the process gas concentration in the sputtering region can be kept uniform, so that the film quality is improved, and so on.

【0031】また、スパッタリングが行われる領域(空
間A)へのガス供給のためのガス流入口は、図2に示さ
れるガス流入口128a,bとは別の配置であってもよ
い。図4は、本発明に従った別のガス流入口428a及
び428bを具備したスパッタリング装置400の部分
的な断面図である。図4に示されるスパッタリング装置
400における、図2に示されるスパッタリング装置1
00との相違点は、通気口の配置のみである。図4に示
されるように、スパッタリング装置400では、下ブロ
ック423内のガス流入口428aに通じ、アッパーシ
ールド413を貫通するガス流入口428bが、ターゲ
ット110の側面とアッパーシールド413との間のク
リアランスに向かって形成されている。図2のガス流入
口128bの配置の場合は、ターゲット110からのス
パッタ粒子が、ガス流入口128bの出口に付着する問
題が多少存在する。しかし、図4に示されるように、シ
ールド413がターゲット110に近接してターゲット
110の側面を包囲する部分に形成されているガス流入
口428bの配置であれば、ターゲット110の表面か
ら叩き出されたスパッタ粒子は、ガス流入口428bの
出口には達しないため、スパッタ粒子の付着による汚染
や閉塞等の問題が防止される。
The gas inlets for supplying gas to the region (space A) in which sputtering is performed may be arranged differently from the gas inlets 128a and 128b shown in FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a sputtering apparatus 400 with alternative gas inlets 428a and 428b according to the present invention. The sputtering apparatus 1 shown in FIG. 2 in the sputtering apparatus 400 shown in FIG.
The only difference from 00 is the arrangement of the vent holes. As shown in FIG. 4, in the sputtering apparatus 400, the gas inlet 428b that communicates with the gas inlet 428a in the lower block 423 and penetrates the upper shield 413 is a clearance between the side surface of the target 110 and the upper shield 413. Formed towards. In the case of the arrangement of the gas inlet 128b of FIG. 2, there is a problem that sputtered particles from the target 110 adhere to the outlet of the gas inlet 128b. However, as shown in FIG. 4, if the shield 413 has the gas inlet port 428b formed in the portion close to the target 110 and surrounding the side surface of the target 110, the shield 413 is knocked out from the surface of the target 110. Moreover, since the sputtered particles do not reach the outlet of the gas inflow port 428b, problems such as contamination and blockage due to attachment of the sputtered particles are prevented.

【0032】図2に示されるようなガス流入口128
a,bと、図4に示されるようなガス流入口428a,
bのいずれを用いるかは、形成する膜の種類や、汚染の
原因となるパーティクル発生の状況等を考慮して決定さ
れる。
Gas inlet 128 as shown in FIG.
a, b and a gas inlet 428a, as shown in FIG.
Which of b is used is determined in consideration of the type of film to be formed, the state of particle generation that causes contamination, and the like.

【0033】更に、図1、図2及び図4に示されるよう
に、アッパーシールド113(又は413)は、ターゲ
ット110の表面の手前から、ターゲットから離れる方
向に向かうような形状を有している。これを従来技術と
比較する。図5に示される従来技術のスパッタリング装
置500におけるシールド513では、ターゲット51
0の周囲の近傍から垂直下方向に伸びており、ターゲッ
ト510とシールド513との間の領域は狭い。一方、
本発明に従ったアッパーシールド113又は413は、
ターゲット外周附近にえぐれたような部分を有している
ため、ターゲット110の外周附近には、図1、図2及
び図4に示されるように広い領域が確保されている。
Further, as shown in FIGS. 1, 2 and 4, the upper shield 113 (or 413) has a shape which extends from the front side of the surface of the target 110 toward the direction away from the target. . This is compared with the prior art. In the shield 513 of the conventional sputtering apparatus 500 shown in FIG.
It extends vertically downward from the vicinity of the periphery of 0, and the area between the target 510 and the shield 513 is narrow. on the other hand,
The upper shield 113 or 413 according to the invention is
Since the target 110 has a portion that is carved near the outer circumference, a wide area is secured near the outer circumference of the target 110 as shown in FIGS. 1, 2, and 4.

【0034】図2に示されるように、本発明の装置10
0のターゲット110下方には、マグネット112によ
って、矢印付き曲線132のような磁場が形成されてい
る。スパッタリングが行われているときは、この磁場と
電界により、電子はローレンツ力を受けてその軌道が曲
げられ、ターゲットの下方のある領域内に閉じ込められ
る。この領域内ではイオン化させるためのAr等の雰囲
気ガスとの衝突密度が高くなる。しかし、グラウンドの
役割を有するシールドがターゲットの周囲のすぐ近くに
あれば、電子はアッパーシールド113及びミドルシー
ルド114の方向へ逃れやすくなり、電子の運動エネル
ギーが全体として減少する。しかし、図1及び図2のア
ッパーシールド113の形状に代表されるように、ター
ゲット110のスパッタリング表面の端部の周囲に大き
な空間をとることにより、電子の運動エネルギーを減少
させないようにした。
As shown in FIG. 2, the device 10 of the present invention.
A magnetic field like a curved line with an arrow 132 is formed by the magnet 112 below the target 110 of 0. During sputtering, the magnetic and electric fields cause the electrons to undergo Lorentz force and bend their trajectories, trapping them in a region below the target. In this region, the collision density with the atmospheric gas such as Ar for ionization becomes high. However, if the shield having the role of the ground is in the immediate vicinity of the periphery of the target, the electrons are likely to escape toward the upper shield 113 and the middle shield 114, and the kinetic energy of the electron is reduced as a whole. However, as represented by the shape of the upper shield 113 in FIGS. 1 and 2, a large space is provided around the edge of the sputtering surface of the target 110 so that the kinetic energy of electrons is not reduced.

【0035】このように、シールドの外周附近に広い領
域を設けることにより、スパッタエネルギーを効率良く
利用することが可能となる。このため、放電圧力を下げ
ることができるため、カバレッジを更に向上させること
が可能になる。
By providing a large area near the outer circumference of the shield as described above, it is possible to efficiently use the sputtering energy. Therefore, the discharge pressure can be lowered, and the coverage can be further improved.

【0036】以上説明してきたように、本発明の装置
は、特に、反応性スパッタリングに用いることにより、
非常に有利な効果を得ることができる。一方、本発明の
装置は、化学反応のためのプロセスガスを用いずプラズ
マのためのAr等の雰囲気ガスのみ流通させて行う通常
のスパッタリング等のPVDに用いても、汚染の原因と
なるアウトガスの効果的な除去やプラズマの効率化や安
定化等、顕著な効果を与える。
As described above, the apparatus of the present invention can be used particularly for reactive sputtering,
A very advantageous effect can be obtained. On the other hand, the apparatus of the present invention is used for PVD such as ordinary sputtering in which only an atmospheric gas such as Ar for plasma is circulated without using a process gas for chemical reaction, and even if it is used for an outgas that causes contamination. It provides significant effects such as effective removal and plasma efficiency and stabilization.

【0037】以上、本発明に従った好ましい装置の具体
例に関して説明してきたが、本具体例は本発明に従って
様々な変形が可能である。例えば、図1ではシールドは
アッパーシールド、ミドルシールド及びロワーシールド
の3つで構成されているが、1つ又は2つのシールドで
構成されていてもよい。この場合は、シールドに少なく
とも1つ以上のガス流入口を有してシールド内空間に直
接ガスを導入することが可能で、且つ、少なくとも1つ
以上の排気開口とを有してシールド内空間からシールド
外空間へ適切なコンダクタンスが与えられていればよ
い。また、この場合も、シールドがターゲットの外周附
近でターゲットから離れるような部分を有して、ターゲ
ットのスパッタリング表面の端部周囲に一定の空間を与
える形状であることが好ましい。
Although the preferred embodiment of the apparatus according to the present invention has been described above, the present embodiment can be variously modified according to the present invention. For example, in FIG. 1, the shield is composed of three upper shields, middle shields, and lower shields, but may be composed of one or two shields. In this case, the shield can have at least one or more gas inlets to directly introduce gas into the shield inner space, and the shield can have at least one or more exhaust openings from the shield inner space. Appropriate conductance should be given to the space outside the shield. Also in this case, it is preferable that the shield has a portion that is separated from the target near the outer periphery of the target, and has a shape that provides a constant space around the end portion of the sputtering surface of the target.

【0038】また、上記の好ましい実施の形態の説明で
は、ウエハ1枚づつを処理する枚葉式のPVD装置に関
して説明してきたが、ガス導入の手段を具備するシール
ドを用いて、ガスをシールド内のスパッタリング領域へ
直接導入する構成は、複数のウエハを処理するバッチ式
PVD装置等に用いられても、上述と同様の効果を与え
る。
Further, in the above description of the preferred embodiment, the single-wafer type PVD apparatus for processing the wafers one by one has been described. However, a gas having a means for introducing gas is used to shield the gas inside the shield. The configuration of directly introducing the same into the sputtering region of (1) provides the same effect as described above even when used in a batch type PVD apparatus or the like that processes a plurality of wafers.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
スパッタリング装置では、ガス導入の手段を具備するシ
ールドを用いて、スパッタリング領域を含むシールド内
空間へガスを直接導入し、且つ、シールド内の雰囲気を
シールド外空間へ容易に流通できるようにした。このた
め、シールド内空間は常に新鮮なガスで満たされ、アウ
トガスが滞留することが防止される。
As described above in detail, in the sputtering apparatus of the present invention, the shield provided with the means for introducing gas is used to directly introduce the gas into the space inside the shield including the sputtering region, and to shield the shield. The atmosphere inside can be easily distributed to the space outside the shield. Therefore, the space inside the shield is always filled with fresh gas and outgas is prevented from staying.

【0040】また、本発明では、シールドが、ターゲッ
トの側面から離れる方向に伸びる形状を有して、ターゲ
ットのスパッタリング表面の端部の周囲に所定の空間を
確保している。このため、電子の運動エネルギーのロス
が防止されて、プラズマの発生及び維持が効率良く行わ
れるようになる。
Further, in the present invention, the shield has a shape extending in the direction away from the side surface of the target, and a predetermined space is secured around the end of the sputtering surface of the target. Therefore, loss of electron kinetic energy is prevented, and plasma is efficiently generated and maintained.

【0041】従って、高品質の膜を効率良く成膜できる
スパッタリング装置が提供される。
Therefore, a sputtering apparatus capable of efficiently forming a high quality film is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に従ったスパッタリング装置の縦断面図
である。
FIG. 1 is a vertical sectional view of a sputtering apparatus according to the present invention.

【図2】図1に示されるスパッタリング装置のアッパー
シールド周囲の断面図であり、ガス流入口の配置が示さ
れる。
FIG. 2 is a cross-sectional view around the upper shield of the sputtering apparatus shown in FIG. 1, showing a gas inlet arrangement.

【図3】ロワーシールドの側面図であり、通気口の配置
が示される。
FIG. 3 is a side view of the lower shield showing the placement of the vents.

【図4】図2とは別のアッパーシールド周囲の断面図で
あり、別のガス流入口の配置が示される。
FIG. 4 is a cross-sectional view around the upper shield, which is different from that of FIG. 2, and shows another gas inlet arrangement.

【図5】従来技術のスパッタリング装置の断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional sputtering device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100,400…スパッタリング装置、102…チャン
バ壁、104…チャンバ、106…ウエハ、108…サ
セプタ、110…ターゲット、112…マグネット、1
13,413…アッパーシールド、114…ミドルシー
ルド、115…ロワーシールド、120…ビス、12
2,123,422,423…ブロック、124,42
4…ガス導入部、126…導管、128a,b,428
a,b…ガス流入口、130…ストップバルブ、132
…矢印、134…通気口、140…ガス排気口、142
…クライオポンプ、144…圧力計、146…ヒーター
ガス導入管。
100, 400 ... Sputtering apparatus, 102 ... Chamber wall, 104 ... Chamber, 106 ... Wafer, 108 ... Susceptor, 110 ... Target, 112 ... Magnet, 1
13, 413 ... Upper shield, 114 ... Middle shield, 115 ... Lower shield, 120 ... Screw, 12
2, 123, 422, 423 ... Block, 124, 42
4 ... Gas introduction part, 126 ... Conduit, 128a, b, 428
a, b ... Gas inlet, 130 ... Stop valve, 132
... arrow, 134 ... vent, 140 ... gas exhaust, 142
... cryopump, 144 ... pressure gauge, 146 ... heater gas introduction pipe.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スパッタされて成膜のための物質を放出
するターゲットと成膜されるウエハを保持するウエハ保
持手段とを収容するチャンバと、前記チャンバの内部
を、前記ターゲットとウエハとが含められたシールド内
空間と、シールド外空間とに画するシールドとを備える
スパッタリング装置であって、 前記シールドが、ガスを供給するガス供給手段に接続さ
れた流入口を有して、前記シールド内空間にガスが直接
導入され、 前記シールドが通気口を有して、前記シールド内空間と
前記シールド外空間との間にガスを流通させ、 前記チャンバがガスを排気するガス排気手段に接続さ
れ、前記シールド外空間のガスをチャンバの外に排出す
ることを特徴とするスパッタリング装置。
1. A chamber for accommodating a target which is sputtered to release a substance for film formation and a wafer holding means for holding a wafer to be filmed, and the inside of the chamber including the target and the wafer. A shield inner space and a shield defining a shield outer space, wherein the shield has an inflow port connected to a gas supply means for supplying a gas, and the shield inner space Gas is directly introduced into the shield, the shield has a vent hole, the gas is circulated between the shield inner space and the shield outer space, the chamber is connected to a gas exhaust means for exhausting the gas, A sputtering apparatus, which discharges the gas in the space outside the shield to the outside of the chamber.
【請求項2】 気密性を備えたチャンバと、 前記チャンバ内部に収容され、側面と、スパッタされて
成膜のための物質を放出する、一方の底面であるスパッ
タリング表面とを有する錘状、錘台状又は板状のターゲ
ットと、 成膜されるウエハを、前記ターゲットの前記スパッタリ
ング表面に面して前記チャンバ内に保持するウエハ保持
手段と、 前記チャンバ内で、前記ターゲットに近接して前記ター
ゲットの前記側面を包囲し、前記ターゲットから前記ウ
エハ保持手段へ向かう方向へ延長し、更に、前記ウエハ
保持手段に近接してこれを包囲して、前記チャンバ内部
を、前記ターゲットとウエハとが含められたシールド内
空間と、シールド外空間とに画する、1つ以上の部材か
ら成るシールドと、 前記シールドに1つ以上設けられ、前記シールド内空間
の内部にガスを直接導入する流入口と、 前記流入口に接続され、前記チャンバの外からガスを前
記シールド内空間の内部へと供給するガス供給手段と、 前記シールドに1つ以上設けられ、ガスを前記シールド
内空間内から前記シールド外空間へと流通させる通気口
と、 前記チャンバに接続され、前記シールド外空間内のガス
を前記チャンバの外へ排気させるガス排出手段とを備え
ることを特徴とするスパッタリング装置。
2. A cone shape having an airtight chamber, a side surface, a side surface, and a sputtering surface which is one bottom surface and is sputtered to release a substance for film formation. A trapezoidal or plate-shaped target, a wafer holding means for holding the film-forming wafer in the chamber facing the sputtering surface of the target, and in the chamber, the target in proximity to the target. Surrounding the side surface, extending in the direction from the target to the wafer holding means, and further surrounding and proximate to the wafer holding means, the interior of the chamber containing the target and the wafer. A shield consisting of one or more members, which is divided into a shield inner space and a shield outer space; and one or more shields provided on the shield. A gas inlet for directly introducing gas into the inner space of the chamber, gas supply means connected to the inlet for supplying gas into the inner space of the shield from outside the chamber, and one or more for the shield A vent is provided which allows gas to flow from the inside space of the shield to the outside space of the shield, and a gas discharge means which is connected to the chamber and discharges the gas inside the outside space of the shield to the outside of the chamber. A sputtering apparatus characterized by the above.
【請求項3】 前記流入口が、前記シールドが前記ター
ゲットに近接して前記ターゲット側面を包囲する部分に
形成されていることを特徴とする請求項2に記載のスパ
ッタリング装置。
3. The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the inflow port is formed in a portion where the shield is close to the target and surrounds a side surface of the target.
【請求項4】 前記ターゲットと前記ウエハ保持手段と
の間に磁場を形成するマグネットを、前記ターゲットの
前記ウエハ保持手段の側とは反対の側に更に備え、且
つ、 前記シールドが、前記ターゲットに近接して前記ターゲ
ット側面を包囲する部分において、前記ターゲット側面
から離れる方向に伸びる部分を有し、該部分の終点から
更に前記ターゲットから前記ウエハ保持手段へ向かう方
向へ延長して、前記ターゲットの前記スパッタリング表
面の端部の周囲に所定の空間を確保することを特徴とす
る請求項2又は3のいずれかに記載のスパッタリング装
置。
4. A magnet for forming a magnetic field between the target and the wafer holding means is further provided on a side of the target opposite to the wafer holding means side, and the shield is provided on the target. In a portion that closely surrounds the target side surface, there is a portion that extends in a direction away from the target side surface, and further extend from the end point of the portion in the direction from the target toward the wafer holding means, The sputtering apparatus according to claim 2 or 3, wherein a predetermined space is secured around the edge of the sputtering surface.
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Cited By (4)

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