JPWO2015162778A1 - Mirrortron sputtering equipment - Google Patents
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Abstract
スパッタ時に、放電電圧を低下させることができ異常放電の発生などを防いで安定的なスパッタを持続できるミラートロンスパッタ装置を提供する。本発明のミラートロンスパッタ装置は、真空容器内に配置される各ターゲットの外周縁部又はその近傍の位置であって前記各ターゲットの前記磁場空間側の位置にそれぞれ前記ターゲットと対向するように配置され且つ前記各ターゲットのエロージョン領域と対向する開口部を有する一対のターゲットシールドを備えている。前記各ターゲットシールドは、前記各ターゲットのエロージョン領域の外周縁部と略相似の関係の外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約1〜11mm又は約3〜5mmだけ外周側に位置する外周縁部を有する開口部を備えている。Provided is a mirrortron sputtering apparatus capable of reducing the discharge voltage during sputtering and preventing the occurrence of abnormal discharge and maintaining stable sputtering. The mirrortron sputtering apparatus of the present invention is arranged so as to be opposed to the target at a position on the magnetic field space side of each target at or near the outer peripheral edge of each target arranged in the vacuum vessel. And a pair of target shields having an opening facing the erosion region of each target. Each of the target shields is an outer peripheral edge substantially similar to the outer peripheral edge of the erosion region of each target, and is about 1 to 11 mm or about An opening having an outer peripheral edge located on the outer peripheral side by 3 to 5 mm is provided.
Description
本発明はミラートロンスパッタ装置に関し、特に安定したスパッタを持続させることができるミラートロンスパッタ装置に関する。 The present invention relates to a mirrortron sputtering apparatus, and more particularly to a mirrortron sputtering apparatus capable of maintaining stable sputtering.
従来より、基板の大型化、薄膜形成の高速化、及びプロセス中の薄膜の低ダメージ化などの要請に適合するスパッタ装置として、例えば図9に示すようなミラートロン(対向ターゲット式)スパッタ装置が知られている(特許文献1参照)。この図9に示す従来のミラートロンスパッタ装置は、一対のターゲット9を真空容器1内に間隔をおいて対向配置すると共に、各ターゲット9,9間に磁場空間Hを形成するための磁石12a,12bを、互いに異なる磁極が対向するように、各ターゲット9の背面側に配置し、さらに、被処理対象である基板22を磁場空間Hと対峙するように各ターゲット9,9間の側方に配置したものである。この従来のミラートロンスパッタ装置においては、前記基板22の近傍に酸素ガスや窒素ガス等の反応性ガスを供給するためのガス供給パイプ19が設けられ、前記各ターゲット9,9間の側方近傍にアルゴンガス等の不活性ガスを供給するためのガス供給パイプ20が設けられている。なお、図9において、14は前記各磁石12a,12bの端部に接合されたヨーク、8は各ターゲット9をそれぞれ支持するターゲットホルダー、18は前記各ターゲットホルダー8の前記基板22側の位置に配置された隔壁、18aは前記隔壁18の前記基板22と対向する位置に形成された開口部である。
Conventionally, for example, a mirrortron (opposite target type) sputtering apparatus as shown in FIG. 9 is used as a sputtering apparatus that meets the demands for increasing the size of a substrate, increasing the speed of thin film formation, and reducing the damage of a thin film during processing. It is known (see Patent Document 1). In the conventional mirrortron sputtering apparatus shown in FIG. 9, a pair of
このような従来のミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行うときは、前記真空容器1内を真空とするため排気した後、前記ガス供給パイプ20から例えばアルゴンガスを供給し、その後、前記各ターゲット9を陰極とすべく直流電源(図示省略)から前記ターゲット9に電圧を印加する。すると、前記各ターゲット9,9間に存在するアルゴンガスは、イオン化してプラズマとなる。このようにして発生したプラズマは、前記磁場空間H内に閉じ込められた状態で前記各ターゲット9,9間を往復運動しながら、前記各ターゲット9,9をスパッタする。スパッタされた粒子は、前記磁場空間Hから飛び出し、前記ガス供給パイプ19から供給された例えば酸素ガスにより酸化されて、前記基板22の表面上に付着、堆積する。これにより、前記基板22の表面に薄膜が形成される。
When performing sputtering using such a conventional mirrortron sputtering apparatus, after evacuating the
また、このような従来のミラートロンスパッタ装置においては、図9に示すように、前記各ターゲット9の前記磁場空間H側に、前記各ターゲット9の外周縁部及びその周辺を覆う例えばステンレス鋼製平板の枠状体から成るターゲットシールド(シールドカバー)16が備えられている。このターゲットシールド16には、前記プラズマによる前記各ターゲット9へのスパッタを妨げないように、前記各ターゲット9の表面中の前記プラズマによりスパッタされるエロージョン領域(スパッタによってエロージョンすなわち肉厚減少が進行する領域)と対向し前記エロージョン領域の外周縁部と一致する外周縁部を有する開口部16aが形成されている。
Further, in such a conventional mirrortron sputtering apparatus, as shown in FIG. 9, the outer peripheral edge of each
このようなターゲットシールド16は、前記各ターゲット9の表面中のエロージョン領域の外側部分(非エロージョン領域)に前記スパッタされた粒子が付着し堆積すること、そしてそのことにより異常放電が発生したり前記付着した粒子が剥がれ落ちてパーティクルが発生することなどを、防止するためのものである。
In such a
なお、前記ターゲットシールド16は、前記真空容器1の壁面に電気的に接続されることによりアース電位(0V)とされている(前記ターゲットシールド16は、前記真空容器1の壁面に対して電気的に絶縁されることにより、電気的にフローティング状態に保持されていてもよい)。
The
しかしながら、前述のような従来のミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行う場合においては、成膜時において放電電圧が経時的に上昇したり異常放電が発生して装置を停止せざるを得ない場合が少なくなかった。また、前述のような従来のミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行う場合においては、成膜時に前記磁場空間H内のプラズマを示す画像を目視で観察したとき、その画像中では赤白い発光が見られ、前記プラズマが目視的に動いている現象を確認することが少なくなかった。 However, in the case of performing sputtering using the conventional mirrortron sputtering apparatus as described above, the discharge voltage increases with time during film formation or abnormal discharge occurs, and the apparatus must be stopped. There were many cases. Further, in the case of performing sputtering using the conventional mirrortron sputtering apparatus as described above, when an image showing plasma in the magnetic field space H is visually observed during film formation, reddish white light is emitted in the image. In many cases, the phenomenon of the plasma moving visually was confirmed.
このように、従来のミラートロンスパッタ装置においては、成膜中に放電電圧が経時的に上昇したり異常放電が発生したりすることが少なくないため、また前記磁場空間H内に存在するプラズマが目視的に動く現象(安定的なスパッタを持続するためには前記プラズマが目視的に動いていないことが望ましい)が発生してしまうことが少なくなく、そのため、成膜中に基板に高エネルギーの粒子が入射してプロセス中の薄膜がダメージを受けてしまう、放電電圧の上昇や異常放電などが発生して安定的なスパッタを持続できなくなってしまう、などの問題があった。 As described above, in the conventional mirrortron sputtering apparatus, the discharge voltage often increases with time or abnormal discharge occurs during film formation. There is often a phenomenon of visual movement (in order to maintain stable sputtering, it is desirable that the plasma does not move visually). Therefore, high energy is applied to the substrate during film formation. There have been problems such as that particles are incident and the thin film in the process is damaged, discharge voltage rises or abnormal discharge occurs, and stable sputtering cannot be sustained.
本発明はこのような従来技術の問題点に着目してなされたものであって、ミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行う場合において、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化することができ、成膜中に放電電圧が上昇する現象、成膜中に異常放電が発生してしまう現象、成膜中に磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動く現象、及び成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着してしまう現象を防止することができ、それらの結果、成膜中に高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜がダメージを受けてしまうことを防止しながら安定的なスパッタを持続することができるミラートロンスパッタ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such problems of the prior art, and lowers the initial discharge voltage during film formation when sputtering is performed using a mirrortron sputtering apparatus. Phenomenon that discharge voltage rises during film formation, phenomenon that abnormal discharge occurs during film formation, phenomenon that plasma existing in magnetic field space moves visually during film formation, and during film formation It is possible to prevent the spatter particles from adhering to the outer peripheral side of the erosion region of the target. As a result, high energy particles are incident on the substrate during film formation, and the thin film in the process is damaged. An object of the present invention is to provide a mirrortron sputtering apparatus capable of maintaining stable sputtering while preventing this.
従来のミラートロンスパッタにおいては、成膜時に各ターゲット9に−500V程度の負電位が印加されるため、このターゲット電位と等しい高エネルギーを有する粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜にダメージを与えてしまっていた。また、従来のミラートロンスパッタにおいては、成膜中に放電電圧が経時的に上昇したり異常放電が発生して高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜にダメージを与えてしまうという問題があった。
In the conventional mirrortron sputtering, a negative potential of about −500 V is applied to each
そこで、本発明者は、ターゲットシールドの開口部の外周縁部(ターゲットシールドを構成する枠状体の内周縁部)の形状や開口サイズを様々に変更し、そのようにして変更した様々な形状やサイズの開口部を有する各ターゲットシールドを備えたミラートロンスパッタ装置を使用して連続成膜を行った場合における、成膜時の初期の放電電圧の大きさ、成膜中の放電電圧の上昇の有無、成膜中の異常放電の発生の有無、及び成膜中の磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動いている現象の発生の有無などを実験、測定した。 Therefore, the present inventor changed the shape and opening size of the outer peripheral edge (the inner peripheral edge of the frame-like body constituting the target shield) of the target shield in various ways, and various shapes thus changed. Of initial discharge voltage during film formation and increase of discharge voltage during film formation when continuous film formation was performed using a Mirrortron sputtering apparatus equipped with target shields having openings of different sizes Experiments and measurements were carried out to determine whether or not there was any abnormal discharge during film formation, and whether or not there was a phenomenon in which plasma existing in the magnetic field space during film formation moved visually.
その結果、本発明者は、ターゲットシールドの開口部を、ターゲットのエロージョン領域(通常は略円形又は略楕円形状)の外周縁部の略相似形である略円形又は略楕円形状の外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部と一致する位置よりも半径方向又は長軸方向において約1〜11mm(より望ましくは約3〜5mm)だけ外周側に広がる外周縁部を有するように構成したとき、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化させることができ、成膜中に放電電圧が上昇することを抑制することができ、成膜中に異常放電が発生することを抑制することができ、成膜中の磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動く現象の発生を防止することができ、且つターゲットのエロージョン領域の外周部へのスパッタ粒子の付着を抑えることができるようになり、それらの結果、高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜にダメージを与えてしまうことを防止しながら安定的なスパッタを持続できるようになることを突き止めた。その結果、本発明者は、次のような新規なターゲットシールドを備えたミラートロンスパッタ装置の発明を完成するに至った。 As a result, the inventor opens the opening of the target shield with an outer peripheral edge of a substantially circular or substantially elliptical shape that is substantially similar to the outer peripheral edge of the target erosion region (usually substantially circular or substantially elliptical). When it is configured to have an outer peripheral edge that extends to the outer peripheral side by about 1 to 11 mm (more preferably about 3 to 5 mm) in the radial direction or the long axis direction from the position that coincides with the outer peripheral edge of the erosion region The initial discharge voltage during film formation can be lowered, the discharge voltage can be prevented from rising during film formation, and the occurrence of abnormal discharge during film formation can be suppressed. It is possible to prevent the phenomenon that the plasma existing in the magnetic field space during film formation moves visually, and to suppress the adhesion of sputtered particles to the outer periphery of the erosion region of the target. Becomes way, the results, high-energy particles discovered that will allow sustained stable sputtering while preventing damage a thin film in the process and enters the substrate. As a result, the present inventor has completed the invention of a mirrortron sputtering apparatus provided with the following novel target shield.
すなわち、本発明によるミラートロンスパッタ装置は、被処理対象となる基板が内部に配置された真空容器と、前記真空容器内に所定の間隔を介して対向配置された一対のターゲットと、前記各ターゲットの外周縁部又はその近傍の位置であって前記各ターゲットの互いに対向する面の背面側又は側方の位置にそれぞれ互いに異なる磁極が対向するように配置された一対の磁石と、前記各ターゲットの前記磁場空間側の位置にそれぞれ前記ターゲットと対向するように配置され前記各ターゲットのエロージョン領域と対向する開口部を有する枠状体から成る一対のターゲットシールドとを備えたミラートロンスパッタ装置であって、前記各ターゲットシールドの開口部は、それぞれ、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約1〜11mmだけ外周側に位置する外周縁部を有するように形成されている、ものである。 That is, the mirrortron sputtering apparatus according to the present invention includes a vacuum container in which a substrate to be processed is disposed, a pair of targets disposed to face each other at a predetermined interval in the vacuum container, and each of the targets. A pair of magnets arranged so that different magnetic poles face each other at a position on the back side or a side of a face of each target that is at or near the outer peripheral edge of each of the targets, and A mirrortron sputtering apparatus comprising: a pair of target shields, each of which is disposed at a position on the magnetic field space side so as to face the target, and has a pair of target shields each having an opening facing the erosion region of each target. The opening of each target shield is a substantially circular or substantially elliptical airflow in each target surface. An outer peripheral edge having a shape substantially similar to that of the outer peripheral edge of the outer region, the outer peripheral edge being positioned on the outer peripheral side by about 1 to 11 mm in the radial direction or the major axis direction from the outer peripheral edge of the erosion region. It is what is formed to have.
また、本発明によるミラートロンスパッタ装置は、被処理対象となる基板が内部に配置された真空容器と、前記真空容器内に所定の間隔を介して対向配置された一対のターゲットと、前記各ターゲットの外周縁部又はその近傍の位置であって前記各ターゲットの互いに対向する面の背面側又は側方の位置にそれぞれ互いに異なる磁極が対向するように配置された一対の磁石と、前記各ターゲットの前記磁場空間側の位置にそれぞれ前記ターゲットと対向するように配置され前記各ターゲットのエロージョン領域と対向する開口部を有する枠状体から成る一対のターゲットシールドとを備えたミラートロンスパッタ装置であって、前記各ターゲットシールドの開口部は、それぞれ、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約3〜5mmだけ外周側に位置する外周縁部を有するように、形成されている、ものである。 In addition, the mirrortron sputtering apparatus according to the present invention includes a vacuum container in which a substrate to be processed is disposed, a pair of targets disposed to face each other with a predetermined interval in the vacuum container, and each of the targets A pair of magnets arranged so that different magnetic poles face each other at a position on the back side or a side of a face of each target that is at or near the outer peripheral edge of each of the targets, and A mirrortron sputtering apparatus comprising: a pair of target shields, each of which is disposed at a position on the magnetic field space side so as to face the target, and has a pair of target shields each having an opening facing the erosion region of each target. The opening of each target shield has a substantially circular or substantially elliptical erosion in each target surface. An outer peripheral edge having a shape substantially similar to the outer peripheral edge of the region, and having an outer peripheral edge located on the outer peripheral side by about 3 to 5 mm in the radial direction or the major axis direction from the outer peripheral edge of the erosion region. Is formed.
本発明においては、前記各ターゲットシールドの前記エロージョン領域と対向する開口部を、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約1〜11mmだけ大きなサイズから成る外周縁部を有するように(前記約1〜11mmだけ外周側に広がるように)構成したので、ミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行う場合において、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化することができ、成膜中に放電電圧が上昇する現象、成膜中に異常放電が発生してしまう現象、成膜中に磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動く現象、及び成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着してしまう現象を防止することができるようになる。よって、本発明によれば、成膜中に高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜がダメージを受けてしまうことを防止しながら、放電電圧の上昇や異常放電などの発生を防止して安定的なスパッタを持続することができるようになる。 In the present invention, the opening facing the erosion region of each target shield is an outer peripheral portion having a shape substantially similar to the outer peripheral portion of the substantially circular or elliptical erosion region in each target surface. The outer peripheral edge of the erosion region is configured to have an outer peripheral edge having a size larger by about 1 to 11 mm in the radial direction or the long axis direction than the outer peripheral edge of the erosion region (so as to extend to the outer peripheral side by about 1 to 11 mm). Therefore, when sputtering is performed using a mirrortron sputtering apparatus, the initial discharge voltage during film formation can be lowered, the discharge voltage increases during film formation, and abnormal discharge occurs during film formation. Phenomenon, a phenomenon in which plasma existing in the magnetic field space moves visually during film formation, and a phenomenon that occurs on the outer periphery side of the erosion region of the target during film formation. Jitter particles it is possible to prevent a phenomenon that adhere. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent an increase in discharge voltage or abnormal discharge while preventing high energy particles from being incident on the substrate during film formation and damaging the thin film being processed. And stable sputtering can be maintained.
また、本発明においては、前記各ターゲットシールドの前記エロージョン領域と対向する開口部を、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約3〜5mmだけ大きなサイズから成る外周縁部を有するように(前記約3〜5mmだけ外周側に広がるように)構成したので、ミラートロンスパッタ装置を使用してスパッタを行う場合において、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化することができ、成膜中に放電電圧が上昇する現象、成膜中に異常放電が発生してしまう現象、成膜中に磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動く現象、及び成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着してしまう現象を防止することができるようになる。よって、本発明によれば、成膜中に高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜がダメージを受けてしまうことを防止しながら、放電電圧の上昇や異常放電などの発生を防止して安定的なスパッタを持続することができるようになる。 Further, in the present invention, the outer peripheral edge having a shape substantially similar to the outer peripheral edge of the substantially circular or elliptical erosion area in each target surface, the opening facing the erosion area of each target shield. And an outer peripheral edge portion having a size larger by about 3 to 5 mm in the radial direction or the longer axis direction than the outer peripheral edge portion of the erosion region (so as to spread to the outer peripheral side by about 3 to 5 mm) Since it is configured, when performing sputtering using a mirrortron sputtering apparatus, the initial discharge voltage during film formation can be lowered, and the discharge voltage rises during film formation. Phenomenon that abnormal discharge occurs, phenomenon that plasma existing in the magnetic field space moves visually during film formation, and outside of erosion area of target during film formation It is possible to prevent a phenomenon that sputtered particles adhere. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent an increase in discharge voltage or abnormal discharge while preventing high energy particles from being incident on the substrate during film formation and damaging the thin film being processed. And stable sputtering can be maintained.
図1は本発明の実施形態に係るターゲットシールドを示す平面図である。図1において、31は例えばステンレス鋼製平板から成る枠状のターゲットシールド、32は前記ターゲットシールド31の内側に形成された開口部、32aは前記開口部32の外周縁部(前記ターゲットシールド31を構成する枠状体の内周縁部)である。 FIG. 1 is a plan view showing a target shield according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 31 is a frame-shaped target shield made of, for example, a stainless steel flat plate, 32 is an opening formed inside the target shield 31, and 32 a is an outer peripheral edge of the opening 32 (the target shield 31 is replaced with the target shield 31. It is the inner peripheral edge of the frame-shaped body to constitute.
また図1において、Aは前記ターゲットシールド31と対向するターゲット(図9の9参照)の外周縁部、Bは前記ターゲットの表面(プラズマによりスパッタされる面)中のエロージョン領域の外周縁部(エロージョン領域と非エロージョン領域との境界部分)、を示している。 In FIG. 1, A is the outer peripheral edge of the target (see 9 in FIG. 9) facing the target shield 31, and B is the outer peripheral edge ( The boundary portion between the erosion region and the non-erosion region).
従来のミラートロンスパッタ装置におけるターゲットシールド(図9の16参照)は、前述のように、その開口部(図9の16a参照)の外周縁部が、前記エロージョン領域の外周縁部B(図1参照)と一致するように、構成されていた。これに対して、本実施形態のミラートロンスパッタ装置のターゲットシールド31は、図1に示すように、その開口部32が、前記ターゲットのエロージョン領域の外周縁部Bと略相似形となる略楕円形状の外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部Bと対向及び一致する位置よりも長軸方向において約1〜11mm、例えば約3〜5mmだけ外周側に広がる(前記エロージョン領域の外周縁部Bよりも長軸方向において前記約1〜11mm、より望ましくは約3〜5mmだけ大きなサイズから成る)外周縁部32aを有するように、構成されて成るものである。 As described above, the target shield (see 16 in FIG. 9) in the conventional mirrortron sputtering apparatus has an outer peripheral edge portion of the opening (see 16a in FIG. 9), and the outer peripheral edge portion B (see FIG. 1) of the erosion region. Reference) was configured to match. On the other hand, as shown in FIG. 1, the target shield 31 of the mirrortron sputtering apparatus of this embodiment has a substantially elliptical shape in which the opening 32 is substantially similar to the outer peripheral edge B of the erosion region of the target. The outer periphery of the erosion region extends to the outer peripheral side by about 1 to 11 mm, for example, about 3 to 5 mm in the major axis direction from the position facing and coincident with the outer periphery B of the erosion region (the outer periphery of the erosion region The outer peripheral edge portion 32a is configured to have a size larger by about 1 to 11 mm, more preferably about 3 to 5 mm in the major axis direction than the portion B).
本発明者の各種の実験(後述)によれば、前述のようなターゲットシールド31を備えた本実施形態を使用してスパッタを行うようにしたときは、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化することができ、成膜中に放電電圧が上昇する現象、成膜中に異常放電が発生してしまう現象、成膜中に磁場空間内に存在するプラズマが目視的に動く現象、及び成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着してしまう現象を防止することができるので、高エネルギー粒子が基板に入射してプロセス中の薄膜にダメージを与えてしまうことを防止しながら安定的なスパッタを持続できるようになる。 According to various experiments (to be described later) by the present inventors, when sputtering is performed using this embodiment having the target shield 31 as described above, the initial discharge voltage during film formation is reduced. A phenomenon that discharge voltage rises during film formation, abnormal discharge occurs during film formation, a phenomenon in which plasma existing in a magnetic field space moves visually during film formation, and Prevents spatter particles from adhering to the outer periphery of the target erosion area during film formation, preventing high energy particles from entering the substrate and damaging the thin film during processing. However, it becomes possible to maintain stable sputtering.
次に、本発明者が本発明の実施形態に関して行った複数の実験及び測定結果について、説明する。まず、本発明者が行った第1の実験について説明する。本発明者は、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部と一致するように形成したターゲットシールド(従来のターゲットシールド)を使用して、基板へのAl2O3膜(平均膜厚1800Å)の連続成膜を行い、その成膜中における放電電圧、異常放電の発生の有無、目視によるプラズマの状態、スパッタ粒子のターゲット外周部への付着の程度などを測定した。この場合は、図7(a)に示すように、ターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着、堆積する現象は見られなかった。しかし、この場合は、図2及び図8に示すように、初期放電電圧が520Vと高いものであり、放電電圧が成膜中に経時的に上昇する傾向が見られ、異常放電も発生した。また、この場合は、図6(a)に示すように、前記磁場空間H内のプラズマが目視的に動いており且つ赤白色の発色が出る現象(プラズマが安定していないことを示す現象)が見られた。よって、上記図2に示す実験からは、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部と一致するように形成したターゲットシールド(従来のターゲットシールド)を使用して連続成膜したときは、成膜時の初期の放電電圧が高電圧であること、成膜中に放電電圧が上昇傾向を示したこと、成膜中に異常放電が発生したこと、さらに成膜中の磁場空間H内のプラズマが目視的に動いていることなどが確認できた。Next, a plurality of experiments and measurement results conducted by the inventor regarding the embodiment of the present invention will be described. First, the first experiment conducted by the present inventor will be described. The present inventor, using the formed target shield (conventional target shield) so that the outer peripheral edge of the opening coincides with the outer periphery of the erosion area of the target, Al 2 O 3 film (average to the substrate A film having a thickness of 1800 mm was continuously formed, and the discharge voltage during the film formation, the presence or absence of occurrence of abnormal discharge, the state of plasma by visual observation, the degree of adhesion of sputtered particles to the outer periphery of the target, and the like were measured. In this case, as shown in FIG. 7A, the phenomenon that the sputtered particles adhered and deposited on the outer peripheral side of the erosion region of the target was not observed. However, in this case, as shown in FIGS. 2 and 8, the initial discharge voltage was as high as 520 V, the discharge voltage tended to increase with time during film formation, and abnormal discharge also occurred. In this case, as shown in FIG. 6A, the plasma in the magnetic field space H is visually moving and a red-white color is generated (a phenomenon indicating that the plasma is not stable). It was observed. Therefore, from the experiment shown in FIG. 2, the film is continuously formed using a target shield (conventional target shield) formed so that the outer peripheral edge of the opening coincides with the outer peripheral edge of the erosion region of the target. Indicates that the initial discharge voltage during film formation is high, the discharge voltage tends to increase during film formation, abnormal discharge occurs during film formation, and the magnetic field space H during film formation. It was confirmed that the inner plasma was moving visually.
次に、本発明者が行った第2の実験について説明する。本発明者は、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約1mm以上、本実験では1mmだけ、外周側に形成したターゲットシールドを使用して、基板へのAl2O3膜(平均膜厚1800Å)の連続成膜を行い、その成膜中における放電電圧、異常放電の発生の有無、目視によるプラズマの状態、スパッタ粒子のターゲット外周部への付着の程度などを測定した。本実験では、図3及び図8に示すように、初期放電電圧は430Vという従来例と比較すると低い電圧であり、放電電圧が成膜中に経時的に上昇する現象はなく、異常放電が発生することもなかった。また、本実験では、図6(b)に示すように、前記磁場空間H内のプラズマを示す画像の観察において、プラズマが目視的に動いている現象(プラズマが安定していないことを示す現象)はなく、赤白色の発色はなく、Arプラズマの発色が見られるだけであった。さらに、本実験では、図7(a)に示すように、ターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着する現象も見られなかった。よって、本実験からは、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約1mm以上外周側に形成したターゲットシールドを使用して連続成膜したときは、成膜時の初期の放電電圧が低電圧化され、成膜中に放電電圧が上昇することがなく、成膜中に異常放電が発生することがなく、成膜中の磁場空間H内のプラズマが目視的に動く現象が発生することがなく、さらに成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着しないこと、などが確認できた。Next, a second experiment conducted by the inventor will be described. The inventor uses a target shield formed on the outer peripheral side of the outer peripheral edge portion of the opening in the long axis direction with respect to the outer peripheral edge portion of the target erosion region by about 1 mm or more, and in this experiment, only 1 mm. The Al 2 O 3 film (average film thickness 1800 mm) is continuously formed, the discharge voltage during the film formation, the presence or absence of abnormal discharge, the state of the plasma by visual observation, the adhesion of sputtered particles to the outer periphery of the target The degree was measured. In this experiment, as shown in FIGS. 3 and 8, the initial discharge voltage is 430 V, which is lower than the conventional example, and the discharge voltage does not increase over time during film formation, and abnormal discharge occurs. I didn't. In this experiment, as shown in FIG. 6B, in the observation of the image showing the plasma in the magnetic field space H, the phenomenon that the plasma is moving visually (the phenomenon that the plasma is not stable). ), No red-white coloration, only Ar plasma coloration was observed. Furthermore, in this experiment, as shown in FIG. 7A, a phenomenon in which sputtered particles adhered to the outer peripheral side of the erosion region of the target was not observed. Therefore, from this experiment, when a film was continuously formed using a target shield in which the outer peripheral edge of the opening was formed on the outer peripheral side of the outer peripheral edge of the target erosion region by about 1 mm or more in the major axis direction, The initial discharge voltage during film formation is lowered, the discharge voltage does not increase during film formation, abnormal discharge does not occur during film formation, and the plasma in the magnetic field space H during film formation It was confirmed that no visually moving phenomenon occurred and that sputtered particles did not adhere to the outer peripheral side of the erosion region of the target during film formation.
次に、本発明者が行った第3の実験について説明する。本発明者は、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約11mm以下、本実験では11mmだけ、外周側に形成したターゲットシールドを使用して、基板へのAl2O3膜(平均膜厚1800Å)の連続成膜を行い、その成膜中における放電電圧、異常放電の発生の有無、目視によるプラズマの状態、スパッタ粒子のターゲット外周部への付着の程度などを測定した。本実験では、図4及び図8に示すように、初期放電電圧は427Vという従来例と比較すると低い電圧であり、放電電圧が成膜中に経時的に上昇する現象はなく、異常放電が発生することもなかった。また、本実験では、図6(b)に示すように、前記磁場空間H内のプラズマを示す画像の観察において、プラズマが目視的に動いている現象(プラズマが安定していないことを示す現象)はなく、赤白色の発色はなく、Arプラズマの発色が見られるだけであった。さらに、本実験では、図7(a)に示すように、ターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着する現象も見られなかった。よって、本実験からは、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約11mm以下の長さだけ外周側に形成したターゲットシールドを使用して連続成膜したときは、成膜時の初期の放電電圧が低電圧化され、成膜中に放電電圧が上昇することがなく、成膜中に異常放電が発生することがなく、成膜中の磁場空間H内のプラズマが目視的に動く現象が発生することがなく、さらに成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が付着しないこと、などが確認できた。Next, a third experiment conducted by the inventor will be described. The inventor uses the target shield formed on the outer peripheral side of the outer peripheral edge portion of the opening in the major axis direction to be approximately 11 mm or less than the outer peripheral edge portion of the erosion region of the target. The Al 2 O 3 film (average film thickness 1800 mm) is continuously formed, the discharge voltage during the film formation, the presence or absence of abnormal discharge, the state of the plasma by visual observation, the adhesion of sputtered particles to the outer periphery of the target The degree was measured. In this experiment, as shown in FIGS. 4 and 8, the initial discharge voltage is 427 V, which is lower than the conventional example, and the discharge voltage does not increase over time during film formation, and abnormal discharge occurs. I didn't. In this experiment, as shown in FIG. 6B, in the observation of the image showing the plasma in the magnetic field space H, the phenomenon that the plasma is moving visually (the phenomenon that the plasma is not stable). ), No red-white coloration, only Ar plasma coloration was observed. Furthermore, in this experiment, as shown in FIG. 7A, a phenomenon in which sputtered particles adhered to the outer peripheral side of the erosion region of the target was not observed. Therefore, from this experiment, the outer peripheral edge of the opening was continuously formed using a target shield formed on the outer peripheral side by a length of about 11 mm or less in the major axis direction from the outer peripheral edge of the erosion region of the target. When the initial discharge voltage during film formation is lowered, the discharge voltage does not increase during film formation, abnormal discharge does not occur during film formation, and the magnetic field space H during film formation does not occur. It was confirmed that there was no phenomenon that the inside plasma moved visually, and that the sputtered particles did not adhere to the outer peripheral side of the erosion region of the target during film formation.
次に、本発明者が行った第4の実験について説明する。本発明者は、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約11mmを超える長さだけ、本実験では例えば15mmだけ、外周側に形成したターゲットシールドを使用して、基板へのAl2O3膜(平均膜厚1800Å)の連続成膜を行い、その成膜中における放電電圧、異常放電の発生の有無、目視によるプラズマの状態、スパッタ粒子のターゲット外周部への付着の程度などを測定した。本実験では、図5及び図8に示すように、初期放電電圧は348Vという従来例と比較すると大幅に低い電圧であり、放電電圧が成膜中に経時的に上昇する現象はなく、異常放電が発生することもなかった。また、本実験では、図6(b)に示すように、前記磁場空間H内のプラズマを示す画像の観察において、プラズマが目視的に動いている現象(プラズマが安定していないことを示す現象)はなく、赤白色の発色はなく、Arプラズマの発色が見られるだけであった。しかし、本実験では、図7(b)に示すように、ターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が多量に付着しその付着により形成された膜が剥がれる現象が発生してしまい、連続成膜ができなかった。よって、本実験からは、開口部の外周縁部をターゲットのエロージョン領域の外周縁部よりも長軸方向において約11mmを超える長さだけ外周側に形成したターゲットシールドを使用して連続成膜したときは、成膜時の初期の放電電圧が低電圧化され、成膜中に放電電圧が上昇することがなく、成膜中に異常放電が発生することがなく、且つ成膜中の磁場空間H内のプラズマが目視的に動く現象も発生しなかったが、他方において、成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が多量に付着しその付着により形成された膜が剥がれてしまう現象が発生してしまい連続成膜ができなくなったことが確認できた。Next, a fourth experiment conducted by the inventor will be described. The inventor uses a target shield formed on the outer peripheral side of the outer peripheral edge portion of the opening by about 11 mm longer than the outer peripheral edge portion of the erosion region of the target in the major axis direction, for example, 15 mm in this experiment. Then, the Al 2 O 3 film (average film thickness 1800 mm) is continuously formed on the substrate, and the discharge voltage during the film formation, the presence or absence of abnormal discharge, the state of the plasma by visual observation, the target periphery of the sputtered particles The degree of adhesion to the part was measured. In this experiment, as shown in FIGS. 5 and 8, the initial discharge voltage is 348V, which is significantly lower than that of the conventional example, and the discharge voltage does not increase over time during film formation. Did not occur. In this experiment, as shown in FIG. 6B, in the observation of the image showing the plasma in the magnetic field space H, the phenomenon that the plasma is moving visually (the phenomenon that the plasma is not stable). ), No red-white coloration, only Ar plasma coloration was observed. However, in this experiment, as shown in FIG. 7B, a phenomenon occurs in which a large amount of sputtered particles adhere to the outer peripheral side of the erosion region of the target and the film formed by the adhesion peels off. I could not. Therefore, from this experiment, the outer peripheral edge of the opening was continuously formed using a target shield formed on the outer peripheral side by a length exceeding the outer peripheral edge of the target erosion region by about 11 mm in the major axis direction. When the initial discharge voltage during film formation is reduced, the discharge voltage does not increase during film formation, abnormal discharge does not occur during film formation, and the magnetic field space during film formation On the other hand, a large amount of sputtered particles adhered to the outer peripheral side of the erosion region of the target during film formation, and the film formed by the adhesion was peeled off. It was confirmed that the phenomenon occurred and continuous film formation was impossible.
図8は以上の図2〜5に関して説明した各実験及び測定結果を、互いに容易に比較できるように纏めたものである。図8から、成膜時の初期の放電電圧を低電圧化し、成膜中に放電電圧が上昇することがないようにし、成膜中に異常放電が発生することがないようにし、成膜中の磁場空間H内のプラズマが目視的に動く現象が発生しないようにし、且つ成膜中にターゲットのエロージョン領域の外周側にスパッタ粒子が多量に付着しその付着により形成された膜が剥がれてしまう現象が発生しないようにするためには、ターゲットシールドの開口部を、ターゲットのエロージョン領域よりも約1〜11mmだけ外周側に広がるように形成することが望ましいことが分かった。 FIG. 8 summarizes the experiments and measurement results described with reference to FIGS. 2 to 5 so that they can be easily compared with each other. From FIG. 8, the initial discharge voltage at the time of film formation is lowered, so that the discharge voltage does not increase during film formation, and abnormal discharge does not occur during film formation. This prevents a phenomenon in which the plasma in the magnetic field space H moves visually, and a large amount of sputter particles adhere to the outer peripheral side of the erosion region of the target during film formation, and the formed film is peeled off. In order to prevent the phenomenon from occurring, it has been found that it is desirable to form the opening portion of the target shield so as to extend to the outer peripheral side by about 1 to 11 mm from the erosion region of the target.
1 真空容器
8 ターゲットホルダー
9 ターゲット
12a,12b 磁石
16,31 ターゲットシールド
16a,18a,32 開口部
18 隔壁
19 ガス供給パイプ
20 ガス供給パイプ
22 基板
32a 開口部の外周縁部
A ターゲットの外周縁部
B ターゲット表面のエロージョン領域の外周縁部
H 磁場空間
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記各ターゲットシールドの開口部は、それぞれ、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約1〜11mmだけ外周側に位置する外周縁部を有するように、形成されている、ミラートロンスパッタ装置。A vacuum vessel in which a substrate to be processed is disposed, a pair of targets disposed opposite to each other with a predetermined interval in the vacuum vessel, and a position at or near the outer peripheral edge of each target. A pair of magnets arranged so that different magnetic poles face each other on the back side or side position of the surfaces facing each other, and each target at the position on the magnetic field space side of each target. A mirrortron sputtering apparatus comprising a pair of target shields that are arranged so as to face each other and are made of a frame-like body having an opening that faces the erosion region of each target,
The opening of each target shield is an outer peripheral edge having a shape substantially similar to the outer peripheral edge of the substantially circular or elliptical erosion region in each target surface, and the outer peripheral edge of the erosion region. The mirrortron sputtering apparatus is formed so as to have an outer peripheral edge portion positioned on the outer peripheral side by about 1 to 11 mm in the radial direction or the long axis direction.
前記各ターゲットシールドの開口部は、それぞれ、前記各ターゲット表面中の略円形又は略楕円形状のエロージョン領域の外周縁部と略相似の形状を有する外周縁部であって前記エロージョン領域の外周縁部よりも半径方向又は長軸方向において約3〜5mmだけ外周側に位置する外周縁部を有するように、形成されている、ミラートロンスパッタ装置。
A vacuum vessel in which a substrate to be processed is disposed, a pair of targets disposed opposite to each other with a predetermined interval in the vacuum vessel, and a position at or near the outer peripheral edge of each target. A pair of magnets arranged so that different magnetic poles face each other on the back side or side position of the surfaces facing each other, and each target at the position on the magnetic field space side of each target. A mirrortron sputtering apparatus comprising a pair of target shields that are arranged so as to face each other and are made of a frame-like body having an opening that faces the erosion region of each target,
The opening of each target shield is an outer peripheral edge having a shape substantially similar to the outer peripheral edge of the substantially circular or elliptical erosion region in each target surface, and the outer peripheral edge of the erosion region. The mirrortron sputtering apparatus is formed so as to have an outer peripheral edge portion positioned on the outer peripheral side by about 3 to 5 mm in the radial direction or the long axis direction.
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