KR20230056593A - Sputtering film formation device and sputtering film formation method - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는, 스퍼터링 성막 장치 및 스퍼터링 성막 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a sputtering film formation apparatus and a sputtering film formation method.
예를 들면, 특허 문헌 1의 마그네트론 스퍼터링 성막 장치는, 타겟재에 가해진 직류 전압에 의한 직류 전계와, 타겟재의 배면에 있는 자석으로부터의 자계에 의해 고밀도의 플라스마를 형성하여 타겟재를 스퍼터링하여, 성막을 행한다.For example, the magnetron sputtering film formation apparatus of Patent Document 1 sputters the target material by forming a high-density plasma using a DC electric field based on a DC voltage applied to the target material and a magnetic field from a magnet on the back surface of the target material. do
예를 들면, 특허 문헌 2의 스퍼터링 성막 장치는, 유도 결합 플라스마를 이용하여 타겟재를 스퍼터링하여, 성막을 행한다. 이 스퍼터링 성막 장치는, 유전체 판에 대응시켜 마련한 유도 코일을 갖고, 또, 타겟재의 배면에 자석을 갖고, 유도 코일에 고주파 전력이 도입되었을 때에, 유전체 판을 통하여 처리 공간에 유도 전계를 형성한다.For example, the sputtering film-forming apparatus of
본 개시는, 타겟재를 효율적으로 스퍼터링할 수가 있는 기술을 제공한다.The present disclosure provides a technique capable of efficiently sputtering a target material.
본 개시의 일 태양에 의하면, 기판을 탑재하는 탑재대를 가지는 처리 용기와, 상기 탑재대에 대향하고, 상기 처리 용기의 천장면을 구성하는 제 1 면을 갖고, 비자성 금속으로 이루어지는 금속창과, 상기 금속창의 상기 제 1 면과 반대측의 상기 금속창의 제 2 면으로부터 이간하여 배치되고, 상기 처리 용기 내에 플라스마를 생성하는 유도 결합 안테나와, 상기 유도 결합 안테나에 접속된 고주파 전원과, 상기 금속창에 접속된 직류 전원, 직류 펄스 전원 또는 교류 전원 중 어느 하나와, 상기 처리 용기 내에 상기 플라스마 생성용의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 가지는 스퍼터링 성막 장치가 제공된다.According to one aspect of the present disclosure, a processing container having a mounting table on which a substrate is mounted, a metal window facing the mounting table, having a first surface constituting a ceiling surface of the processing container, and made of a non-magnetic metal; an inductive coupling antenna disposed spaced apart from a second surface of the metal window opposite to the first surface of the metal window and generating plasma in the processing container; a high-frequency power source connected to the inductive coupling antenna; A sputtering film forming apparatus is provided, which includes a DC power supply, a DC pulse power supply, or an AC power supply connected thereto, and a gas supply unit that supplies a processing gas for generating the plasma into the processing container.
하나의 측면에 의하면, 타겟재를 효율적으로 스퍼터링할 수가 있다.According to one aspect, a target material can be efficiently sputtered.
도 1은 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막 장치를 나타내는 단면도.
도 2는 금속창을 이용한 유도 결합 플라스마의 생성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 실시 형태에 따른 금속창과 유도 결합 안테나를 평면에서 본 도면.
도 4는 실시 형태에 따른 금속창과 유도 결합 안테나를 평면에서 본 도면.
도 5는 실시 형태에 따른 종권(longitudinal winding) 직사각형 코일 안테나의 일례를 나타낸 도면.
도 6은 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막에 있어서의 소스 파워 의존성의 실험 결과를 나타내는 도면.
도 7은 실시 형태에 따른 타겟재의 스퍼터링을 설명하기 위한 도면.
도 8은 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막에 있어서의 직류 전압 의존성과 플라스마 전자 밀도의 실험 결과를 나타내는 도면.
도 9는 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막 장치에 의한 평행 자장과 스퍼터링을 설명하기 위한 도면.
도 10은 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막 처리를 나타내는 흐름도.1 is a cross-sectional view showing a sputtering film forming apparatus according to an embodiment.
Figure 2 is a view for explaining the generation of inductively coupled plasma using a metal window.
3 is a plan view of a metal window and an inductively coupled antenna according to an embodiment;
4 is a plan view of a metal window and an inductively coupled antenna according to an embodiment;
5 is a diagram showing an example of a longitudinal winding rectangular coil antenna according to an embodiment;
Fig. 6 is a diagram showing experimental results of source power dependence in sputtering film formation according to the embodiment;
7 is a diagram for explaining sputtering of a target material according to an embodiment.
Fig. 8 is a diagram showing experimental results of DC voltage dependence and plasma electron density in sputtering film formation according to the embodiment.
9 is a diagram for explaining a parallel magnetic field and sputtering by a sputtering film forming apparatus according to an embodiment.
10 is a flowchart showing a sputtering film formation process according to an embodiment.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복한 설명을 생략하는 경우가 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this indication is demonstrated with reference to drawings. In each drawing, the same code|symbol is attached|subjected to the same component part, and overlapping description may be abbreviate|omitted.
[스퍼터링 성막 장치][Sputtering Film Formation Equipment]
최초로, 일 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막 장치(10)에 대해 설명한다. 도 1은, 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막 장치(10)를 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 스퍼터링 성막 장치(10)는, 직사각형 기판, 예를 들면, FPD용 유리 기판(이하, 기판 G라고 한다.)에 플라스마를 이용하여 산화 알루미늄(AlO)막이나 산화물 반도체(IGZO) 등의 성막을 행할 때에 이용할 수가 있다. 여기서, FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD), 일렉트로 루미네선스(Electro Luminescence;EL) 디스플레이, 플라스마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다. 다만, 기판은 FPD용 유리 기판으로 한정되는 것은 아니다.First, a sputtering
스퍼터링 성막 장치(10)는, 도전성 재료, 예를 들면, 내벽면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 각통 형상의 기밀한 본체 용기(1)를 가진다. 이 본체 용기(1)는 분해 가능하게 조립되어 있고, 접지선(1a)에 의해 전기적으로 접지되어 있다.The sputtering
본체 용기(1)는, 본체 용기(1)와 절연되어 형성된 직사각형 형상의 금속창(2)에 의해 상하로 안테나실(3) 및 처리 용기(4)로 구획되어 있다. 금속창(2)은, 처리 용기(4)의 천벽을 구성한다. 금속창(2)은, 예를 들면, 비자성체로 도전성의 금속, 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄을 포함하는 합금으로 구성된다.The main body container 1 is partitioned vertically into an
안테나실(3)의 측벽(3a)과 처리 용기(4)의 측벽(4a) 사이에는, 본체 용기(1)의 내측으로 돌출하는 지지 선반(5)이 마련되어 있다. 지지 선반(5)은 도전성 재료, 바람직하게는 알루미늄 등의 금속으로 구성된다.Between the
금속창(2)은, 절연 부재(7)를 사이에 두고 서로 전기적으로 절연된 복수의 분할창(2a)~(2d)에 의해 구성되어 있다. 분할창(2a)~(2d)은, 절연 부재(7)를 사이에 두고 지지 선반(5)에 지지된다. 금속창(2)을 복수 개의 서스펜더(도시하지 않음)에 의해 본체 용기(1)의 천장으로부터 매다는 구조이다. 또한, 도 1은, 금속창(2)의 분할 형태를 모식적으로 나타낸 것으로, 실제의 분할 형태를 나타낸 것은 아니다. 금속창(2)의 여러 가지의 분할 형태에 대해서는 후술한다.The
지지 선반(5)에는 복수의 가스 공급 구멍(21a)이 형성되어 있다. 가스 공급부(20)는 가스 공급관(21)을 통하여 복수의 가스 공급 구멍(21a)에 연결된다. 가스 공급부(20)는, 플라스마 생성용의 원료 가스를 포함하는 처리 가스를 공급한다. 처리 가스는, 가스 공급관(21)을 통하여 복수의 가스 공급 구멍(21a)으로부터 처리 용기(4) 내에 도입된다. 또한, 금속창(2)의 내부에 가스 공간(도시하지 않음)을 마련하여 가스 공급관(21)에 접속하고, 가스를 공급하도록 해도 좋다.A plurality of
금속창(2) 위의 안테나실(3) 내에는, 금속창(2)에 면하여, 또한 주회하여 고리 형상을 이루도록 배치된 유도 결합 안테나(13)를 가지는 안테나 유닛(40)을 가지고 있다. 유도 결합 안테나(13)는, 후술하는 바와 같이, 도전성 재료, 예를 들면 동 등으로 이루어지고, 절연 부재로 이루어지는 스페이서(도시하지 않음)에 의해 금속창(2)로부터 이간하여 배치되어 있다.Inside the
안테나 유닛(40)의 유도 결합 안테나(13)에는, 급전선(16), 정합기(17)를 통하여 제 1 고주파 전원(18)이 접속되어 있다. 그리고, 플라스마 처리(스퍼터링 성막 처리) 동안, 유도 결합 안테나(13)에는, 제 1 고주파 전원(18)으로부터 연장되는 급전선(16)을 통하여, 예를 들면 13.56MHz의 고주파 전력(이하, 소스 파워라고도 한다.)이 공급된다. 그리고, 유도 결합 안테나(13)가 형성하는 유도 전계에 의해 금속창(2)의 분할창(2a)~(2d)에 루프 전류를 야기한다. 이것에 의해, 금속창(2)의 분할창(2a)~(2d)에 야기되는 루프 전류를 통하여, 처리 용기(4) 내에 유도 전계가 형성된다. 이 유도 전계에 의해, 처리 용기(4) 내의 금속창(2) 직하의 플라스마 생성 공간 S에 있어서, 가스 공급 구멍(21a)으로부터 공급된 처리 가스가 플라스마화되어, 유도 결합 플라스마가 생성된다.A first high
금속창(2)은 제 1 면과 제 2 면을 가진다. 금속창(2)의 하면(22a)을 제 1 면으로 하고, 제 1 면의 반대면인 금속창(2)의 상면(22b)을 제 2 면으로 한다. 제 1 면은, 처리 용기(4)의 천장면을 구성한다. 제 2 면 측에는 유도 결합 안테나(13)가 금속창(2)으로부터 이간하여 배치되고, 처리 용기(4) 내에 플라스마를 생성한다. 금속창(2)의 하면(22a)에는 타겟재 T가 인듐의 경납땜에 의해 접합, 혹은 나사 고정 등에 의해 금속창(2)과 전기적 도통을 유지하면서 고정되어 있다. 타겟재 T는 소모품이기 때문에, 어느 임계값 이하의 두께까지 소모하면 교환하고, 새로운 타겟재 T가 금속창(2)의 하면(22a)에 경납땜에 의해 접합, 혹은 나사 고정 등에 의해 고정된다. 타겟재 T는 성막하는 막에 따른 재료로 구성되어 있다. AlO막 및 AlN막을 성막하는 경우, 타겟재 T는 알루미늄에 의해 구성되어도 좋다. SiO2막 및 SiN막을 성막하는 경우, 타겟재 T는 실리콘에 의해 구성되어도 좋다. IGZO막을 성막하는 경우, 타겟재 T는 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 산소(O)에 의해 구성되어도 좋다.The
처리 용기(4) 내의 저부에는, 제 1 면과 대향하는 탑재대(23)가 절연 부재(24)를 개재시켜 고정되어 있다. 탑재대(23)는, 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되고, 탑재대(23)의 탑재면에 기판 G를 탑재한다. 탑재된 기판 G는, 탑재면에 마련된 정전 척(도시하지 않음)에 의해 흡착 유지된다.At the bottom of the
탑재대(23)의 상부 주연부에는 절연성의 쉴드 링(25a)이 마련되고, 탑재대(23)의 주위면에는 절연 링(25b)이 마련되어 있다. 탑재대(23)에는 기판 G의 반입출 시에 이용되는 리프터 핀(26)이, 본체 용기(1)의 저벽, 절연 부재(24)를 통하여 삽통되어 있다. 리프터 핀(26)은, 본체 용기(1) 바깥에 마련된 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 승강 구동하여 기판 G의 반입출 시에 기판 G의 수수를 행하도록 되어 있다.An insulating
또한, 탑재대(23) 내에는, 기판 G의 온도를 제어하기 위해, 히터 등의 가열 수단이나 냉매 유로 등으로 이루어지는 온도 제어 기구와, 온도 센서가 마련되어 있다(모두 도시하지 않음). 이들 기구나 부재에 대한 배관이나 배선은, 모두 본체 용기(1)의 저면 및 절연 부재(24)에 마련된 개구부(1b)를 통해 본체 용기(1) 바깥으로 도출된다.Further, in the mounting table 23, a temperature control mechanism including heating means such as a heater and a refrigerant passage, and a temperature sensor are provided to control the temperature of the substrate G (both not shown). Piping and wiring for these mechanisms and members are all led out of the body container 1 through the opening 1b provided in the bottom surface of the body container 1 and the insulating
처리 용기(4)의 측벽(4a)에는, 기판 G를 반입출하기 위한 반입출구(27a) 및 그것을 개폐하는 게이트 밸브(27)가 마련되어 있다. 또, 처리 용기(4)의 저부에는, 배기관(31)을 통하여 진공 펌프 등을 포함하는 배기 장치(30)가 접속된다. 이 배기 장치(30)에 의해, 처리 용기(4) 내가 배기되어, 플라스마 처리 중, 처리 용기(4) 내가 소정의 진공 분위기(예를 들면 10mTorr(1.33Pa))로 설정, 유지된다.The
탑재대(23)에 탑재된 기판 G의 이면 측에는 냉각 공간으로서 기능하는 미세한 간극(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 일정한 압력의 열 전달용 가스로서 He 가스를 공급하기 위한 He 가스 유로(32)가 마련되어 있다. 이와 같이 기판 G의 이면 측에 열 전달용 가스를 공급하는 것에 의해, 진공 하에 있어서 기판 G의 스퍼터링 성막 처리에 의한 온도 상승이나 온도 변화를 억제할 수가 있도록 되어 있다.A fine gap (not shown) serving as a cooling space is formed on the back side of the substrate G mounted on the mounting table 23, and a He
스퍼터링 성막 장치(10)는, 제어부(100)를 더 가지고 있다. 제어부(100)는, 컴퓨터로 이루어지고, 플라스마 처리 장치의 각 구성부를 제어하는 CPU와, 입력 장치와, 출력 장치와, 표시 장치와, 기억 장치를 가지고 있다. 기억 장치는, 플라스마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리의 파라미터나, 스퍼터링 성막 장치(10)에서 실행되는 처리를 제어하기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 기억된 기억 매체를 가지고 있다. CPU는, 기억 매체에 기억되어 있는 소정의 처리 레시피를 호출하고, 그 처리 레시피에 근거하여 플라스마 처리 장치로 하여금, 소정의 처리 동작을 실행하게 한다.The sputtering
[금속창][Metal Window]
다음에, 금속창(2)에 대해 상세하게 설명한다. 금속창(2)에는 직류 펄스 전원(62a), (62b)이 접속되고, 직류 펄스 전원(62a), (62b)(총칭하여 직류 펄스 전원(62)이라고도 한다.)은 소정의 Duty비의 직사각형파(펄스파)의 직류 전압(이하, 직류 펄스 전압이라고도 한다.)을 금속창(2)에 인가한다. 직류 펄스 전압의 주파수는 5kHz~150kHz여도 좋다. 직류 펄스 전압은, 직사각형파를 구성하는 2치를 갖고, 2치는 0 또는 음의 직류 전압으로 제어된다. 금속창(2)에는, 직류 펄스 전원(62) 대신에 직류 전원 또는 교류 전원이 접속되어도 좋다. 금속창(2)에 직류 전원이 접속되어 있는 경우, 음의 직류 전압이 금속창(2)에 인가된다. 금속창(2)에 교류 전원이 접속되어 있는 경우, 교류 전원은 소정의 주파수(예를 들면, 50kHz)의 교류 전압을 금속창(2)에 인가한다. 이상으로부터 금속창(2)에는 직류 전원, 직류 펄스 전원 또는 교류 전원 중 어느 하나가 전기적으로 접속되기 때문에, 금속창(2)은 도전성 물질로 구성된다. 또, 금속창(2)은 비자성 금속으로 구성되어 있다. 비자성 금속은, 예를 들면 알루미늄이다. 이하의 설명에서는, 금속창(2)에 인가되는 직류 전압(직류 펄스 전압)을 높인다(크게 한다)는 것은, 직류 전압(직류 펄스 전압)의 절대치를 높인다(크게 한다)는 것을 말한다.Next, the
금속창(2)과 직류 펄스 전원(62a), (62b) 각각의 사이에는 로우패스 filter(LPF)(61)가 마련되어, 제 1 고주파 전원(18)으로부터의 고주파 전력이 직류 펄스 전원(62a), (62b)에 전반하지 않도록 되어 있다. 이러한 구조에 의해 유도 결합 안테나(13)와 금속창(2)을 사용하여 처리 용기(4) 내에 고밀도 플라스마를 생성하고, 직류 펄스 전압을 금속창(2)에 인가하는 것으로 고밀도 플라스마 중의 이온을 금속창(2)으로 끌어 들여, 반응성 스퍼터링을 가능하게 한다.A low pass filter (LPF) 61 is provided between the
도 2는, 금속창(2)을 이용한 유도 결합 플라스마의 생성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 유도 결합 안테나(13)에 흐르는 고주파 전류 IRF에 의해, 금속창(2)의 상면에 유도 전류가 발생한다. 유도 전류는 표피 효과에 의해 금속창(2)의 표면 부분에만 흐르지만, 금속창(2)은 지지 선반(5) 및 본체 용기(1)로부터 절연되어 있다. 이 때문에, 유도 결합 안테나(13)의 평면 형상이 직선 형상이면, 금속창(2)의 상면에 흐른 유도 전류는, 금속창(2)의 측면에 흐르고, 그 다음에, 측면에 흐른 유도 전류는, 금속창(2)의 하면에 흐르고 또한, 금속창(2)의 측면을 거쳐서, 재차 금속창(2)의 상면으로 돌아와, 와전류 IED를 생성한다. 이와 같이 하여, 금속창(2)에는, 상면으로부터 하면으로 루프하는 와전류 IED가 생성된다. 이 루프하는 와전류 IED 중, 금속창(2)의 하면을 흐른 전류가 처리 용기(4) 내에 유도 전계 IP를 생성하고, 이 유도 전계 IP에 의해 처리 가스의 플라스마가 생성된다.FIG. 2 is a diagram for explaining generation of inductively coupled plasma using a
한편, 유도 결합 안테나(13)가 금속창(2)에 대응하는 면 내에서 둘레 방향을 따라 주회하도록 마련되어 있는 경우에는, 금속창(2)으로서 깨끗한 한 장의 판을 이용하면, 금속창(2)의 하면에 와전류는 흐르지 않고 플라스마는 생성되지 않는다. 즉, 유도 결합 안테나(13)에 의해 금속창(2)의 상면에 생성되는 와전류 IED는, 금속창(2)의 상면을 루프할 뿐이며, 와전류 IED는 금속창(2)의 하면에는 흐르지 않는다. 그래서, 금속창(2)을, 이하와 같은 여러 가지의 구성으로 하여 금속창(2)의 하면에 와전류가 흘러, 소망하는 유도 전계가 생성되도록 한다.On the other hand, when the inductively coupled
[금속창의 구성][Composition of the metal window]
제 1 태양에서는, 금속창(2)을 복수의 분할 영역으로 분할함과 함께 서로 절연한다. 이것에 의해, 와전류 IED가 금속창(2)의 하면에 흐르게 된다. 즉, 금속창(2)을 서로 절연한 상태에서 복수로 분할하는 것에 의해, 분할된 금속창(2)(분할창)의 상면에는 측면에 이르는 유도 전류가 흐르고, 측면으로부터 하면으로 흐르고, 재차 측면을 흘러 상면에 돌아오는 루프 형상의 와전류 IED를 생성한다. 이 때문에, 금속창(2)을 복수의 분할창으로 분할한다. 이하에 금속창(2)의 몇 개의 분할예 및 유도 결합 안테나(13)의 배치예에 대해 설명한다.In the first aspect, the
도 3은, 실시 형태에 따른 금속창(2)과 유도 결합 안테나(13)를 평면에서 본 도면이다. 금속창(2)은, 기판 G에 대응하여 장변과 단변을 가지는 직사각형 형상을 이루고 있다. 도 3(a)에서는, 유도 결합 안테나(13)에는, 각각 고리 형상 직사각형 코일 안테나로 이루어지는 복수의 안테나 세그먼트(131), (132), (133)가 금속창(2)에 면하여 주회하도록 마련되어 있다. 복수의 안테나 세그먼트(131), (132), (133)를 각각 구성하는 고리 형상 직사각형 코일 안테나는, 1개의 안테나선(도시하지 않는다)을 나선 형상으로 권회하여 프레임 형상으로 형성되어도 좋고, 2개 또는 4개의 안테나선을 서로 대칭적으로, 나선 형상으로 권회하여 프레임 형상으로 형성되어도 좋다. 이것에 의해, 본 예에서는, 금속창(2)의 하면(22a)을 따라 균일하게 유도 전계를 형성하기 위해서, 직사각형 형상의 금속창(2)을, 금속창(2)의 각 각부(角部)를 향해 대체로 방사 형상으로 분할한다. 이것에 의해, 금속창(2)은 4개의 분할창(2a)~(2d)으로 분할된다. 4개의 분할창(2a)~(2d)은, 장변 측에서 사다리꼴이며, 단변 측에서 삼각형이다. 이들 사다리꼴 및 삼각형은, 장변을 저변으로 한 사다리꼴의 높이와, 단변을 저변으로 한 삼각형의 높이가 같게 되도록 구성되어 있다. 분할창(2a)~(2d)은, 절연 부재(7)를 사이에 두고 서로 절연되어 있다.3 is a plan view of the
이와 같이 유도 결합 안테나(13)의 일례로서는, 고리 형상 직사각형 코일 안테나로 이루어지는 안테나 세그먼트가 복수 배치된다.In this way, as an example of the inductively coupled
도 3(b)에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 직류 펄스 전원(62a), (62b)이 2개 마련되어 있다. 직류 펄스 전원(62a)은, 분할창(2a), (2b)에 접속되어, 분할창(2a), (2b)에 직류 펄스 전압을 공급한다. 직류 펄스 전원(62b)은, 분할창(2c), (2d)에 접속되어, 분할창(2c), (2d)에 직류 펄스 전압을 공급한다. 또한, 도 3(b) 및 (c)에서는 로우패스 필터(61)의 도시를 생략하고 있다.In Fig. 3(b), as shown in Fig. 1, two DC
도 3(c)에서는, 직류 펄스 전원(62)은, 분할창(2a)~(2d)에 접속되어, 분할창(2a)~(2d)에 직류 펄스 전압을 공급한다. 예를 들면, 외측의 플라스마가 약한 경우, 분할창(2c), (2d)에 인가하는 직류 전압의 Duty를, 분할창(2a), (2b)에 인가하는 직류 전압의 Duty보다 크게(즉, 펄스 전압의 2치 중, 음의 직류 전압이 인가되는 시간을 길게) 하는 것으로 성막의 면 내 분포의 균일성을 꾀할 수가 있다. 이 때문에, 분할창의 면적에 따라 플라스마 중의 이온의 인입의 면 내 분포를 바꿀 수가 있다. 이 경우, 직류 펄스 전원(62)을 1개 마련하면 좋고, 직류 펄스 전원의 개수를 줄일 수가 있다.In Fig. 3(c), a DC
도 4는 실시 형태에 따른 금속창(2)과 유도 결합 안테나(13)를 평면에서 본 도면이며, 도 3의 다른 예이다. 본 예에서는, 금속창(2)은, 직사각형 형상으로 6개의 분할창(2e)~(2j)으로 분할되어 있다. 분할창(2e)~(2j)은, 로우패스 필터(61)를 통하여 직류 펄스 전원(62c), (62d), (62e) 중 어느 하나에 접속되어 있다. 직류 펄스 전원(62c)은, 분할창(2e), (2f)에 접속되어, 분할창(2e), (2f)에 직류 펄스 전압을 공급한다. 직류 펄스 전원(62d)은, 분할창(2g), (2h)에 접속되어, 분할창(2g), (2h)에 직류 펄스 전압을 공급한다. 직류 펄스 전원(62e)은, 분할창(2i), (2j)에 접속되어, 분할창(2i), (2j)에 직류 펄스 전압을 공급한다.FIG. 4 is a planar view of the
유도 결합 안테나(13)는, 도 4에 나타내는 바와 같이 평행 안테나만으로 구성되어도 좋다. 평행 안테나는, 플라스마 생성에 기여하는 유도 전계를 생성하고, 또한 금속창(2)에 면하여 기판 G에 대향하도록 형성된 직사각형 형상 영역을 갖고, 이들 직사각형 형상 영역을 직선 형상 또는 격자 형상의 플라스마 제어 영역으로 나눈다. 그리고, 나눈 영역의 각각에 직사각형 형상 영역의 일부를 구성하는 안테나 세그먼트(134)를 배치하고, 복수의 안테나 세그먼트(134)에 있어서 안테나선이 모두 평행이 되도록, 다분할 평행 안테나로서 구성되어 있다.As shown in Fig. 4, the
도 4의 안테나 세그먼트(134)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 도전성 재료, 예를 들면 동 등으로 이루어지는 안테나선(135)을 기판 G(금속창(2))에 교차하는 방향, 예를 들면 직교하는 방향, 즉 수직 방향으로 소용돌이 형상으로 권회하여 구성된 종권 직사각형 코일 안테나로 이루어진다. 각 종권 직사각형 코일 안테나에는, 제 1 고주파 전원(18)으로부터 고주파 전력이 공급된다.As shown in FIG. 5, the
도 4에서는, 2개의 분할창(2e), (2f)을 걸친 안테나 세그먼트(134)가, 분할창(2e), (2f)의 긴 방향으로 5개 배치되어 있다. 마찬가지로 2개의 분할창(2g), (2h)을 걸친 5개의 안테나 세그먼트(134) 및 2개의 분할창(2i), (2j)을 걸친 5개의 안테나 세그먼트(134)가 배치되어 있다.In Fig. 4, five
종권 직사각형 코일 안테나로서는, 안테나 세그먼트(134)를 도 4에 나타내는 각 분할창의 긴 방향으로 직선 형상으로 배치한 것으로 한정하지 않고, 격자 형상으로 배치해도 좋다. 예를 들면, 안테나 세그먼트(134)를 종횡 2개씩의 4 분할 타입, 종횡 3개씩의 9 분할 타입, 종횡 5개씩의 25 분할 타입, 또는 그 이상으로 분할하고, 각 분할창에 종권 직사각형 코일 안테나를 격자 형상으로 배치해도 좋다.The vertical winding rectangular coil antenna is not limited to those in which the
이와 같이 종권 직사각형 코일 안테나로 이루어지는 안테나 세그먼트(134)를 직선 형상 또는 격자 형상으로 배치하여, 안테나 세그먼트(134)의 유도 전계(고주파 전류)의 방향이 모두 같게 한다. 이것에 의해, 고리 형상 직사각형 코일 안테나를 늘어놓았을 경우와 같은 유도 전계가 상쇄하는 영역은 존재하지 않는다. 이 때문에, 고리 형상 직사각형 코일 안테나를 늘어놓았을 경우에 비해 효율이 좋음과 함께, 플라스마의 균일성을 높일 수가 있다.In this way, the
또한, 금속창(2)의 유도 결합 안테나(13)에 대응하는 영역에 있어서, 금속창(2)의 분할수와, 유도 결합 안테나(13)의 분할수(안테나 세그먼트의 수)의 관계는 임의이다. 다만, 직류 펄스 전원으로서 바이폴러 직류 펄스 전원을 사용하는 경우에는, 금속창의 분할수는 짝수일 필요가 있다.Further, in the area corresponding to the
이상으로 설명한 스퍼터링 성막 장치(10)에 의해, 금속창(2)은 유도 결합 안테나(13)에 의한 유도 전계를 매개하고, 처리 용기(4) 내에 플라스마를 형성하도록 기능한다. 더하여 금속창(2)은, 기판 G에 스퍼터링 성막 처리를 행하기 위한 타겟재 T에 이온을 끌어 들이도록 기능한다.With the sputtering
이러한 구조에 의해 유도 결합 안테나(13)와 금속창(2)을 사용하여 처리 용기(4) 내에 고밀도 플라스마를 생성하고, 직류 펄스 전압을 금속창(2)에 인가하는 것으로 이온을 끌어 들여, 고밀도 플라스마에 의한 반응성 스퍼터링을 가능하게 한다. 스퍼터링에 의해 타겟재 T로부터 방출된 스퍼터링 입자를 기판 G에 퇴적시키는 것으로, AlO막, AlN막, SiO막, SiN막, TiN막, IGZO막 등의 성막이 가능해진다.With this structure, a high-density plasma is generated in the
플라스마는, 유도 결합 안테나(13)에 소스 파워를 공급하여 형성된 전자계에 의해 형성된다. 타겟의 스퍼터링은, 타겟재 T를 장착한 금속창(2)에 직류 펄스 전압을 인가하여 이온을 끌어 들이는 것에 의해 행한다. 따라서, 본 개시의 스퍼터링 성막 장치(10)에 의하면, 플라스마의 형성과 이온의 끌어 들임을 독립하여 제어 가능해진다. 또, 유도 결합 안테나(13)에 의해 형성되는 자계와 직류 전계에 의해 플라스마의 고밀도화를 행하지만, 유도 결합 안테나(13)에 의해 형성되는 자계는 교번 자계이기 때문에, 정자계와 직류 전계에 의해 발생하는 것 같은 플라스마의 편향은 일어나지 않고, 타겟재가 균일하게 스퍼터링된다고 하는 이점이 있다.Plasma is formed by an electromagnetic field formed by supplying source power to the inductively coupled
또한, 금속창(2) 자체를 타겟재로 하여도 좋다. 또, 타겟재에 인가하는 직류 전압은, 본 개시에서는 직류 펄스 전압을 예로 들어 설명하지만, 이것에 한정되지 않고, 연속한 직류 전압이어도 좋고, 교류 전압이어도 좋다. 유도 결합 안테나(13)는, 종권 직사각형 코일 안테나로 이루어지는 복수의 안테나 세그먼트를, 직선 형상 또는 격자 형상으로 늘어놓은 구성이어도 좋다. 유도 결합 안테나(13)는, 고리 형상 직사각형 코일 안테나를 동심 형상으로 복수 늘어놓은 구성, 혹은 종권 직사각형 코일 안테나와 고리 형상 직사각형 코일 안테나를 조합한 구성이어도 좋다.Also, the
이하, 본 개시의 스퍼터링 성막 장치(10)에 의한 4개의 효과에 대해 순서대로 설명한다. 4개의 효과란, 고밀도 플라스마에 의한 고성막 레이트(효과 1), 소스 파워와 직류 전압의 독립 제어(효과 2), 결함이 적은 IGZO막 등의 성막(효과 3), 평행 자장에 의한 스퍼터링 효과(효과 4)이다. 금속창(2) 및 유도 결합 안테나(13)에 대해서는, 도 3의 구성에 의해 평가를 행했다.Hereinafter, four effects of the sputtering
[효과 1:고밀도 플라스마에 의한 고성막 레이트][Effect 1: High film formation rate by high-density plasma]
금속창(2)에 직류 펄스 전압을 인가하여 직류 전계를 발생시키는 것으로, 유도 결합 안테나(13)에 의한 교번 자계와 직류 전계로 고밀도화된 플라스마에 의해 높은 성막 레이트를 얻을 수 있다. 도 1의 스퍼터링 처리 장치(10)를 사용하여 이하의 프로세스 조건에 근거하여 실험을 행했다.By applying a DC pulse voltage to the
<프로세스 조건><Process conditions>
금속창으로부터 탑재대까지의 갭 50mmGap from the metal window to the mounting table 50mm
처리 용기 내 압력 5mT(0.67Pa)pressure in the processing vessel 5mT (0.67Pa)
가스 아르곤(Ar) 가스, 산소(O2) 가스 50/50 sccm Gas Argon (Ar) gas, Oxygen (O 2 ) gas 50/50 sccm
타겟재 알루미늄target material aluminum
직류 펄스 전압 -500V 50kHz Duty=50%DC pulse voltage -500V 50 kHz Duty=50%
소스 파워 가변 source power variable
상기 조건으로 타겟재를 아르곤 및 산소의 혼합 가스에 의한 플라스마로 스퍼터링하고, 투명한 AlO막을 성막한 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6은, 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막에 있어서의 소스 파워 의존성의 실험 결과를 나타내는 도면이다.6 shows the result of forming a transparent AlO film by sputtering the target material with plasma using a mixed gas of argon and oxygen under the above conditions. 6 is a diagram showing experimental results of source power dependence in sputtering film formation according to the embodiment.
도 6의 횡축은, 제 1 고주파 전원(18)으로부터의 소스 파워를 나타내고, 종축(좌)은 AlO막의 성막 레이트(DR), 종축(우)은 AlO막의 굴절률(RI)을 나타낸다. 이것에 의하면, 유도 결합 안테나(13)에 소스 파워를 공급하여 금속창(2)에 직류 펄스 전압을 인가하는 것으로 플라스마를 고밀도화할 수 있고, 이것에 의해 성막 레이트를 높게 할 수가 있었다.6, the horizontal axis represents the source power from the first high
또, 소스 파워를 높이면, 보다 더 고밀도 플라스마를 생성할 수 있고, AlO막의 성막 레이트(DR) 및 굴절률(RI)을 더 개선할 수 있었다. 또, 기판 G 상의 단차부에 형성된 AlO막의 저부의 막 두께에 대한 측부의 막 두께의 비율은, 소스 파워가 1000W, 3000W, 5000W인 때에 각각 1.00, 1.00, 0.95였다. 즉, 소스 파워의 크기에 관련없이, AlO막의 커버리지(coverage)는 양호했다. 이상으로부터, 본 개시의 스퍼터링 성막 장치(10)에 의하면, 성막 레이트, 굴절률을 개선할 수 있고, 커버리지가 좋은 치밀한 AlO막을 스퍼터링에 의해 성막할 수 있는 것을 알 수 있었다.In addition, by increasing the source power, a higher density plasma could be generated, and the film formation rate (DR) and refractive index (RI) of the AlO film could be further improved. Further, the ratio of the film thickness of the side part to the film thickness of the bottom part of the AlO film formed on the stepped part on the substrate G was 1.00, 1.00, and 0.95 when the source power was 1000 W, 3000 W, and 5000 W, respectively. That is, the coverage of the AlO film was good regardless of the magnitude of the source power. From the above, it has been found that according to the sputtering
커버리지가 좋은 막을 스퍼터링에 의해 성막할 수 있는 이유에 대해, 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은, 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막 장치(10)에 있어서의 타겟재 T의 스퍼터링을 설명하기 위한 도면이다. 금속창(2)에 음의 직류 전압을 인가하면, 아르곤 가스 등으로 형성된 플라스마 중의 이온, 예를 들면 아르곤 이온(Ar+)이 금속창(2)으로 끌어 들여져, 타겟재 T에 충돌하여, 알루미늄으로 형성된 타겟재 T로부터 스퍼터링 입자로서 Al 이온(Al+)이 방출된다.The reason why a film with good coverage can be formed by sputtering will be described with reference to FIG. 7 . 7 is a diagram for explaining sputtering of a target material T in the sputtering
또, 소스 파워의 공급에 의해 생성된 고밀도 플라스마에 의해 막의 산화나 질화가 촉진되어, 치밀한 AlO막을 성막할 수 있다. 소스 파워가 공급되는 유도 결합 안테나(13)에서는, 도 3~도 5에 나타내는 안테나 세그먼트(131)~(134)의 형상에 의해 평행 자장 B가 생긴다. 이것에 의해, 로런츠 힘(F=qv×B)을 받아, Al 이온(Al+)이 고각도로 방출된다. 이것에 의해, 커버리지가 좋은 AlO막을 스퍼터링에 의해 성막할 수 있다.In addition, oxidation and nitrification of the film are promoted by the high-density plasma generated by the supply of the source power, so that a dense AlO film can be formed. In the
[효과 2:소스 파워와 직류 전압의 독립 제어][Effect 2: Independent control of source power and DC voltage]
스퍼터링 성막 장치(10)에서는, 금속창(2)에 직류 펄스 전압을 인가하는 제어와, 유도 결합 안테나(13)에 플라스마 소스를 공급하는 제어를 독립하여 행할 수 있다. 이 때문에, 결함이 적은 막을 성막할 수 있다. 도 1의 스퍼터링 처리 장치(10)를 사용하여 이하의 프로세스 조건에 근거하여 실험을 행했다.In the sputtering
<프로세스 조건><Process conditions>
금속창으로부터 탑재대까지의 갭 50mmGap from the metal window to the mounting table 50mm
처리 용기 내 압력 5 mT(0.67Pa)pressure in the processing vessel 5mT (0.67Pa)
가스 아르곤(Ar) 가스, 산소(O2) 가스 50/50 sccm Gas Argon (Ar) gas, Oxygen (O 2 ) gas 50/50 sccm
타겟재 알루미늄target material aluminum
소스 파워 3kWsource power 3kW
직류 펄스 전압 가변 50kHz Duty=50%DC pulse voltage Variable 50kHz Duty=50%
상기 조건으로 타겟재 T를 아르곤 및 산소의 혼합 가스에 의한 플라스마로 스퍼터링하고, AlO막을 성막한 결과를 도 8에 나타낸다. 도 8은, 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막에 있어서의 직류 전압 의존성과 플라스마 전자 밀도의 실험 결과를 나타내는 도면이다.8 shows the results of forming an AlO film by sputtering the target material T with plasma using a mixed gas of argon and oxygen under the above conditions. 8 is a diagram showing experimental results of DC voltage dependence and plasma electron density in sputtering film formation according to the embodiment.
도 8(a)의 횡축은, 직류 펄스 전압(DC)을 나타내고, 종축(좌)은 AlO막의 성막 레이트(DR), 종축(우)은 AlO막의 굴절률(RI)을 나타낸다. 이것에 의하면, 금속창(2)에 인가하는 직류 펄스 전압을 크게 하면, 플라스마 중의 이온, 예를 들면 아르곤 이온이 타겟재 T에 충돌하는 확률을 높여, 스퍼터링 힘을 높일 수가 있었기 때문에, 성막 레이트(DR)를 높일 수가 있었다. 한편, 직류 펄스 전압을 크게 해도 굴절률(RI)을 유지할 수 있었다.In Fig. 8(a), the horizontal axis represents the DC pulse voltage (DC), the vertical axis (left) represents the film formation rate (DR) of the AlO film, and the vertical axis (right) represents the refractive index (RI) of the AlO film. According to this, if the DC pulse voltage applied to the
도 8(b)의 횡축은, 소스 파워를 나타내고, 종축은 플라스마 전자 밀도(Ne 밀도[개/cm3])를 나타낸다. 이것에 의하면, 직류 펄스 전압이 0V인 경우의 선 A와, 직류 펄스 전압이 -300V인 경우의 선 B를 비교하면, 플라스마 전자 밀도 Ne는 직류 펄스 전압의 값에 의해 거의 영향을 받지 않았다. 즉, 플라스마 전자 밀도 Ne는 소스 파워에 의존하고, 직류 펄스 전압에 의존하지 않는 것을 알았다.In Fig. 8(b), the horizontal axis represents the source power, and the vertical axis represents the plasma electron density (Ne density [pcs/cm 3 ]). According to this, comparing the line A when the DC pulse voltage is 0 V and the line B when the DC pulse voltage is -300 V, the plasma electron density Ne is hardly affected by the value of the DC pulse voltage. That is, it was found that the plasma electron density Ne depends on the source power and does not depend on the DC pulse voltage.
이상으로부터, 금속창(2)에 직류 펄스 전압을 인가하는 제어와, 유도 결합 안테나(13)에 플라스마 소스를 인가하는 제어를 독립하여 행하는 것으로, 고밀도 플라스마를 생성하면서, 결함이 적은 절연막이나 IGZO막을 성막할 수 있는 것이 증명되었다.From the above, by independently performing the control for applying the DC pulse voltage to the
[효과 3:결함이 적은 성막][Effect 3: Formation with fewer defects]
예를 들면, 금속창(2)에 인가하는 직류 전압을 크게 하면, 타겟재 T에 플라스마 중의 이온을 강하게 끌어 들일 수가 있다. 이 때문에, 타겟재 T로부터 방출되는 스퍼터링 입자량을 늘릴 수가 있어, 성막 레이트를 높일 수가 있다. 한편, 금속창(2)에 인가하는 직류 전압을 크게 하면, 방출된 스퍼터링 입자의 에너지도 높아져, 막에 강하게 박히기 때문에, 막의 결함의 원인이 되는 경우가 있다. 본 개시의 스퍼터링 성막 장치(10)에서는, 직류 전압과 소스 파워를 독립하여 제어할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면, 결함이 적은 IGZO막을 성막하기 위해서, 금속창(2)에 인가하는 직류 전압을 낮추고, 소스 파워를 예를 들면 5000W정도까지 높일 수가 있다. 이것에 의해, 고밀도 플라스마를 생성하여 성막 레이트를 높이면서, 플라스마 중의 이온의 끌어 들임을 약하게 하도록 직류 전압을 제어하는 것으로 결함이 적은 IGZO막을 성막할 수 있다.For example, if the DC voltage applied to the
[효과 4:평행 자장에 의한 스퍼터링 효과][Effect 4: Sputtering effect by parallel magnetic field]
도 9는, 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막 장치(10)의 금속창(2)의 아래쪽에 형성되는 평행 자장과 스퍼터링을 설명하기 위한 도면이다. 도 9(a)는, 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막 장치(10)에 의한 스퍼터링 시의 금속창(2)(타겟재 T)의 아래쪽의 평행 자장 B1을 나타내고, 도 9(b)는, 참고예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치에 의한 스퍼터링 시의 금속창(2)(타겟재 T)의 아래쪽의 자장 B2를 나타낸다.9 is a diagram for explaining sputtering and a parallel magnetic field formed below the
도 9(b)에 나타내는 참고예의 마그네트론 스퍼터링 성막 장치에서는, 타겟재 T에 가해진 직류 전압에 의한 직류 전계 E와, 타겟재 T의 배면에 있는 자석(91)에 의해 형성되는 자장 B2에 의해 고밀도 플라스마를 형성하여 타겟재 T를 스퍼터링하고, 성막을 행한다. 이러한 스퍼터링 성막에서는, 자장 B2에 의해 플라스마 중의 전자를 둘러싸는 것으로 고밀도의 플라스마를 생성하여, 성막 레이트(스퍼터링 레이트)를 높인다. 그러나, N극 및 S극의 자석(91) 간의 자장 B2에 의해 타겟재 T의 스퍼터링 영역이 치우쳐, 자석(91) 간의 타겟재 T가 고리 형상으로 깎인다. 이것에 의해, 자석(91) 사이의 타겟재 T의 소비가 자석(91) 아래의 타겟재 T의 소비보다 높아진다. 타겟재 T의 불균일한 사용에 의해 교환 시기가 앞당겨져, 타겟재 T의 이용 효율이 나쁘다. 또, 자석(91) 아래의 타겟재 T가 깎이지 않는 부분은, 반응 부생성물이나 그 외의 물질이 퇴적하기 쉽고, 파티클의 발생원이 되는 경우가 있다.In the magnetron sputtering film formation apparatus of the reference example shown in FIG. 9( b ), high-density plasma is formed by a DC electric field E due to a DC voltage applied to the target material T and a magnetic field B2 formed by the
이것에 대해서, 본 개시의 스퍼터링 성막 장치(10)에서는, 유도 결합 안테나(13)의 복수의 안테나 세그먼트가 사용되어, 금속창(2)에 면한 안테나선이 금속창(2)에 대해서 평행으로 고리 형상을 이루도록 배치되거나, 또는 금속창(2)에 면한 안테나선의 모두가 평행이 되도록 배치된다.In contrast, in the sputtering
따라서, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 타겟재 T의 아래쪽에서 수평 방향으로 폭넓게 평행 자장 B1이 형성된다. 따라서, 스퍼터링 성막 장치(10)에서는, 도 9(b)에 나타내는 참고예와 같이 자장이 국소적으로 강해지는 개소가 없다. 이 때문에, 금속창(2)에 인가된 직류 전압에 의한 직류 전계 E와, 타겟재 T의 아래쪽에서 광범위하게 형성된 평행 자장 B1에 의해 타겟재 T가 균일하게 깍여, 균일한 성막이 가능해지고, 커버리지가 좋은 막을 성막할 수 있다. 타겟재 T가 균일하게 깎이기 때문에, 타겟재 T의 이용 효율이 높고, 타겟재 T의 수명을 길게 할 수 있다.Therefore, as shown in Fig.9 (a), parallel magnetic field B1 is formed widely in the horizontal direction from the lower part of target material T. Therefore, in the sputtering
[스퍼터링 성막 방법][Method of film formation by sputtering]
마지막으로, 본 개시의 스퍼터링 성막 장치(10)에 있어서 실행하는 스퍼터링 성막 방법에 대해, 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10은, 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막 처리를 나타내는 흐름도이다. 스퍼터링 성막 처리는 제어부(100)에 의해 제어되고, 스퍼터링 성막 장치(10)에 의해 실행된다.Finally, a sputtering film formation method executed in the sputtering
본 처리가 개시되면, 스텝 S1에 있어서, 제어부(100)는, 게이트 밸브(27)가 열리고, 반입출구(27a)로부터 기판 G를 반입하고, 탑재대(23)에 탑재한다. 이것에 의해, 기판 G의 준비가 완료된다.When this process starts, in step S1, the
다음에, 스텝 S3에 있어서, 제어부(100)는, 가스 공급부(20)로부터 처리 용기(4) 내에 처리 가스를 공급한다. 다음에, 스텝 S5에 있어서, 제어부(100)는, 제 1 고주파 전원(18)으로부터 유도 결합 안테나(13)에 고주파 전력을 공급하고, 처리 용기(4) 내에 플라스마를 생성한다.Next, in step S3 , the
다음에, 스텝 S7에 있어서, 제어부(100)는, 직류 펄스 전원(62)으로부터 금속창(2)에 직류 펄스 전압을 인가하고, 금속창(2) 측에 이온을 끌어 들인다. 다음에, 스텝 S9에 있어서, 타겟재 T가 이온에 의해 스퍼터링되고, 타겟재 T로부터 방출된 스퍼터링 입자가 기판 G 상에 퇴적된다. 이것에 의해, 기판 상에 AlO막 등의 소망 막이 성막된다.Next, in step S7, the
이상의 스퍼터링 성막 방법에 의하면, 본 개시의 스퍼터링 성막 장치(10)를 이용하여 고밀도 플라스마를 생성하고, 반응성 스퍼터링에 의해 AlO막 등의 소망 막을 성막할 수 있다. 또, 제 1 고주파 전원(18)으로부터 유도 결합 안테나(13)에 공급하는 소스 파워와, 직류 펄스 전원(62)으로부터 금속창(2)에 인가하는 직류 펄스 전압을 독립하여 제어하는 것으로, 고이동도 및 고신뢰성을 가지는 IGZO막 등의 소망 막을 성막할 수 있다.According to the above sputtering film formation method, a high-density plasma can be generated using the sputtering
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 스퍼터링 성막 장치 및 스퍼터링 성막 방법에 의하면, 금속창에 인가하는 직류 펄스 전압에 의해 고밀도 플라스마를 형성하고, 타겟재 T를 효율적으로 스퍼터링하여, 성막 레이트를 높일 수가 있다.As described above, according to the sputtering film formation apparatus and sputtering film formation method of the present embodiment, it is possible to efficiently sputter the target material T and increase the film formation rate by forming a high-density plasma by applying a DC pulse voltage to the metal window. there is.
이번 개시된 실시 형태에 따른 스퍼터링 성막 장치 및 스퍼터링 성막 방법은, 모든 점에 있어서 예시이고 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 하는 것이다. 실시 형태는, 첨부의 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 여러 가지 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.It should be considered that the sputtering film formation apparatus and sputtering film formation method according to the embodiment disclosed this time are examples and not restrictive in all respects. Embodiments can be modified and improved in various forms without departing from the scope of the appended claims and their main points. The matters described in the above plurality of embodiments can also take other configurations within a range that is not contradictory, and can be combined within a range that is not contradictory.
10
스퍼터링 성막 장치
1
본체 용기
2
금속창
2a, 2b, 2c, 2d
분할창
3
안테나실
4
처리 용기
13
유도 결합 안테나
18
제 1 고주파 전원
20
가스 공급부
22a
금속창의 하면
22b
금속창의 상면
23
탑재대
62
직류 펄스 전원
T
타겟재10 Sputtering film formation device
1 body container
2 metal window
2a, 2b, 2c, 2d panes
3 antenna room
4 processing vessel
13 inductively coupled antenna
18 1st high frequency power supply
20 gas supply
22a The lower surface of the metal window
22b top of metal window
23 mount
62 DC pulse power
T target material
Claims (9)
상기 탑재대에 대향하고, 상기 처리 용기의 천장면을 구성하는 제 1 면을 갖고, 비자성 금속으로 이루어지는 금속창과,
상기 금속창의 상기 제 1 면과 반대측의 상기 금속창의 제 2 면으로부터 이간하여 배치되고, 상기 처리 용기 내에 플라스마를 생성하는 유도 결합 안테나와,
상기 유도 결합 안테나에 접속된 고주파 전원과,
상기 금속창에 접속된 직류 전원, 직류 펄스 전원 또는 교류 전원 중 어느 하나와,
상기 처리 용기 내에 상기 플라스마 생성용의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부
를 가지는 스퍼터링 성막 장치.A processing container having a mounting table on which a substrate is mounted;
a metal window facing the mounting table, having a first surface constituting a ceiling surface of the processing container, and made of a non-magnetic metal;
an inductively coupled antenna disposed spaced apart from a second surface of the metal window opposite to the first surface of the metal window and generating plasma in the processing container;
a high-frequency power source connected to the inductively coupled antenna;
Any one of DC power, DC pulse power, and AC power connected to the metal window;
A gas supply unit supplying a processing gas for generating the plasma into the processing container.
A sputtering film formation apparatus having a.
상기 금속창은, 상기 유도 결합 안테나에 의한 유도 전계를 매개하고, 상기 처리 용기 내에 상기 플라스마를 형성하는 기능과, 상기 기판에 스퍼터링 처리를 행하기 위한 타겟재로서의 기능을 가지는
스퍼터링 성막 장치.According to claim 1,
The metal window has a function of mediating an induced electric field by the inductive coupling antenna, forming the plasma in the processing container, and a function of a target material for performing a sputtering process on the substrate.
Sputtering film formation device.
상기 탑재대에 대향하고, 상기 처리 용기의 천장면을 구성하는 제 1 면을 갖고, 비자성 금속으로 이루어지는 금속창과,
상기 금속창의 상기 제 1 면과 반대측의 상기 금속창의 제 2 면으로부터 이간하여 배치되고, 상기 처리 용기 내에 플라스마를 생성하는 유도 결합 안테나와,
상기 제 1 면에 마련된 타겟재와,
상기 유도 결합 안테나에 접속된 고주파 전원과,
상기 금속창에 접속된 직류 전원, 직류 펄스 전원 또는 교류 전원 중 어느 하나와,
상기 처리 용기 내에 상기 플라스마 생성용의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부
를 가지는 스퍼터링 성막 장치.A processing container having a mounting table on which a substrate is mounted;
a metal window facing the mounting table, having a first surface constituting a ceiling surface of the processing container, and made of a non-magnetic metal;
an inductively coupled antenna disposed spaced apart from a second surface of the metal window opposite to the first surface of the metal window and generating plasma in the processing container;
A target material provided on the first surface;
a high-frequency power source connected to the inductively coupled antenna;
Any one of DC power, DC pulse power, and AC power connected to the metal window;
A gas supply unit supplying a processing gas for generating the plasma into the processing container.
A sputtering film formation apparatus having a.
상기 금속창은, 서로 전기적으로 절연된 복수의 분할창에 의해 구성되는
스퍼터링 성막 장치.According to any one of claims 1 to 3,
The metal window is composed of a plurality of split windows electrically insulated from each other
Sputtering film formation device.
상기 유도 결합 안테나에는, 안테나 세그먼트가 복수 배치되는
스퍼터링 성막 장치.According to any one of claims 1 to 4,
In the inductively coupled antenna, a plurality of antenna segments are disposed
Sputtering film formation device.
상기 유도 결합 안테나에는, 고리 형상 직사각형 코일 안테나인 복수의 상기 안테나 세그먼트가 동심 형상으로 배치되는
스퍼터링 성막 장치.According to claim 5,
In the inductively coupled antenna, a plurality of the antenna segments, which are ring-shaped rectangular coil antennas, are concentrically arranged.
Sputtering film formation device.
상기 유도 결합 안테나에는, 종권 직사각형 코일 안테나인 복수의 상기 안테나 세그먼트가 격자 형상 또는 직선 형상으로 배치되고, 또한, 복수의 상기 안테나 세그먼트를 구성하는 상기 종권 직사각형 코일 안테나의 저부의 안테나선이, 서로 평행이 되도록 배치되는
스퍼터링 성막 장치.According to claim 5,
In the inductive coupling antenna, a plurality of antenna segments, which are longitudinal rectangular coil antennas, are arranged in a lattice or linear shape, and antenna lines at the bottom of the longitudinal winding rectangular coil antenna constituting the plurality of antenna segments are parallel to each other. arranged so that
Sputtering film formation device.
상기 비자성 금속은, 알루미늄인
스퍼터링 성막 장치.According to any one of claims 1 to 7,
The non-magnetic metal is aluminum
Sputtering film formation device.
탑재대에 기판을 탑재하는 공정과,
가스 공급부로부터 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 공정과,
고주파 전원으로부터 유도 결합 안테나에 고주파 전력을 공급하고, 상기 처리 용기 내에 플라스마를 생성하는 공정과,
금속창에 접속된 직류 전원, 직류 펄스 전원 또는 교류 전원 중 어느 하나로부터 직류 전압, 직류 펄스 전압 또는 교류 전압을 인가하고, 상기 플라스마로부터 상기 금속창에 이온을 끌어 들이는 공정과,
상기 이온에 의해 스퍼터링된 스퍼터링 입자를 상기 기판 상에 퇴적하는 공정
을 가지는 스퍼터링 성막 방법.
A sputtering film formation method executed in the sputtering film formation apparatus according to any one of claims 1 to 8,
A step of mounting a substrate on a mounting table;
supplying a processing gas from a gas supply unit into a processing container;
supplying high-frequency power from a high-frequency power source to an inductively coupled antenna and generating plasma in the processing chamber;
applying a DC voltage, a DC pulse voltage, or an AC voltage from any one of a DC power supply, a DC pulse power supply, and an AC power supply connected to the metal window, and attracting ions from the plasma to the metal window;
A step of depositing sputtered particles sputtered by the ions on the substrate
A sputtering film formation method having
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