JP2023005209A

JP2023005209A - Sputtering device

Info

Publication number: JP2023005209A
Application number: JP2021106981A
Authority: JP
Inventors: 拓弥池田; Takuya Ikeda; 茂明岸田; Shigeaki Kishida
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2041-06-28
Also published as: JP7727174B2

Abstract

To improve furthermore uniformity of film deposition.SOLUTION: A sputtering device (100) includes multiple antennas (5) arrayed along the surface of a substrate (W) held by a substrate holding part (3) in a vacuum vessel (2), for generating plasma, and expansion plates (20a-20b) for expanding a surface on the deposition side of the substrate (W) is disposed so as to have a contact with or become close to each of ends (W1-W2) of the substrate (W) held by the substrate holding part (3).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして基板に成膜するスパッタリング装置に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus for sputtering a target using plasma to form a film on a substrate.

スパッタリング装置としては、マグネトロンスパッタリング装置の他に、例えば特許文献１、２に記載された、ターゲットの近傍にアンテナを配置して、当該アンテナに高周波電流を流すことでスパッタリング用のプラズマを生成するスパッタリング装置がある。このスパッタリング装置では、磁石を用いてプラズマを生成する、所謂マグネトロンスパッタリング装置に比べて、プラズマの粗密が小さくなる。プラズマの粗密が小さくなることによって、ターゲットの使用効率が上がるとともに、成膜の均一性も向上することが期待される。 As the sputtering apparatus, in addition to the magnetron sputtering apparatus, for example, the sputtering apparatus described in Patent Documents 1 and 2, in which an antenna is arranged in the vicinity of a target and a high-frequency current is passed through the antenna, generates plasma for sputtering. I have a device. In this sputtering apparatus, the density of plasma is smaller than that of a so-called magnetron sputtering apparatus that generates plasma using magnets. By reducing the density of the plasma, it is expected that the use efficiency of the target will increase and the uniformity of film formation will also improve.

特開２０１８－１５４８７５号公報JP 2018-154875 A 特開２０１４－３７５５５号公報JP 2014-37555 A

ところで、特許文献１、２に開示されたスパッタリング装置等では、成膜の均一性をある程度向上させることができるものの、まだ十分ではない。例えば、特許文献１の場合、スパッタリング対象となる基板の位置に応じて放電空間の容積が変動し、プラズマ密度分布も変動するため、基板の位置によっては成膜にバラツキが生じる。特に、基板の端部近傍は、基板の中央部よりも放電容積が大きくなり、プラズマの密度が低下し膜厚が低下する。また、特許文献２の場合、基板の後方への着膜防止のための防着板が基板よりターゲット側にあるため、この防着板によって必要以上にスパッタ粒子を遮蔽することになる。特に、防着板は、基板の後方への着膜防止のため基板の端部に少し重なるように設けられるため、基板の端部で膜厚が低下する。 By the way, although the sputtering apparatuses and the like disclosed in Patent Documents 1 and 2 can improve the uniformity of film formation to some extent, they are still insufficient. For example, in the case of Patent Document 1, the volume of the discharge space varies depending on the position of the substrate to be sputtered, and the plasma density distribution also varies. In particular, in the vicinity of the edge of the substrate, the discharge volume becomes larger than in the central portion of the substrate, the density of the plasma decreases, and the film thickness decreases. In addition, in the case of Patent Document 2, since the anti-adhesion plate for preventing film deposition on the rear side of the substrate is located closer to the target than the substrate, the anti-adhesion plate shields the sputtered particles more than necessary. In particular, since the anti-adhesion plate is provided so as to overlap slightly with the edge of the substrate in order to prevent film deposition on the rear side of the substrate, the film thickness is reduced at the edge of the substrate.

本発明の一態様は、アンテナにより生成されるプラズマを用いたスパッタリング装置において、成膜の均一性をさらに向上させることを目的とする。 An object of one embodiment of the present invention is to further improve film formation uniformity in a sputtering apparatus using plasma generated by an antenna.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るスパッタリング装置は、プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして基板に成膜するスパッタリング装置であって、真空排気され且つガスが導入される真空容器と、前記真空容器内で前記基板を保持する基板保持部と、前記基板の成膜側の面を拡張する拡張部材と、を備え、前記拡張部材は、前記基板が前記基板保持部に保持された状態のとき、当該基板の端部に接触または近接するように、当該基板保持部に配されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a sputtering apparatus according to one aspect of the present invention is a sputtering apparatus for sputtering a target using plasma to form a film on a substrate, the sputtering apparatus being evacuated to a vacuum and gas introduced. a container, a substrate holding part for holding the substrate in the vacuum container, and an expansion member for expanding a surface of the substrate on the film formation side, wherein the expansion member holds the substrate in the substrate holding part. It is arranged on the substrate holding part so as to come into contact with or be close to the edge of the substrate when in the folded state.

本発明の一態様によれば、基板における成膜の均一性を向上させることができる。 According to one embodiment of the present invention, film formation uniformity on a substrate can be improved.

本発明の実施形態１に係るスパッタリング装置の構成を模式的に示すアンテナの長手方向に直交する縦断面図である。1 is a vertical cross-sectional view orthogonal to the longitudinal direction of an antenna schematically showing the configuration of a sputtering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention; FIG. 図１に示すスパッタリング装置によって成膜される基板を基板保持部材によって保持された状態を示す斜視図である。2 is a perspective view showing a state in which a substrate on which a film is formed by the sputtering apparatus shown in FIG. 1 is held by a substrate holding member; FIG. 同実施形態のアンテナ、ターゲット及び基板の位置関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the positional relationship of the antenna of the same embodiment, a target, and a board|substrate. 図３のＡＡ’線矢視断面図である。4 is a cross-sectional view taken along line AA' of FIG. 3; FIG. 同実施形態のスパッタ粒子の拡散分布を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the diffusion distribution of sputtered particles in the same embodiment. 図１に示すスパッタリング装置の成膜時の真空容器内のスパッタ粒子の密度を模式的に示すアンテナの長手方向に直交する縦断面図である。2 is a vertical cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the antenna schematically showing the density of sputtered particles in the vacuum vessel during film formation in the sputtering apparatus shown in FIG. 1; FIG. 図１に示すスパッタリング装置において、基板に拡張板を配さない場合の成膜時の真空容器内のスパッタ粒子の密度を模式的に示すアンテナの長手方向に直交する縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the antenna schematically showing the density of sputtered particles in the vacuum vessel during film formation in the sputtering apparatus shown in FIG. 1 when no expansion plate is arranged on the substrate; 基板を走査方向に搬送させた状態での、図１に示すスパッタリング装置の成膜時の真空容器内のスパッタ粒子の密度を模式的に示すアンテナの長手方向に直交する縦断面図である。2 is a vertical cross-sectional view orthogonal to the longitudinal direction of the antenna schematically showing the density of sputtered particles in the vacuum vessel during film formation in the sputtering apparatus shown in FIG. 1, with the substrate transported in the scanning direction; FIG. 図１に示すスパッタリング装置において、基板に拡張板を配さない場合であって、基板を走査方向に搬送させた状態での成膜時の真空容器内のスパッタ粒子の密度を模式的に示すアンテナの長手方向に直交する縦断面図である。1. An antenna schematically showing the density of sputtered particles in the vacuum vessel during film formation with the substrate transported in the scanning direction in the sputtering apparatus shown in FIG. 2 is a vertical cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the . 拡張板の有無による膜厚分布を示すグラフである。4 is a graph showing film thickness distribution with and without an extension plate. 拡張板の幅の違いによる膜厚分布を示すグラフである。4 is a graph showing the film thickness distribution depending on the width of the extension plate.

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。 [Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described in detail below.

（スパッタリング装置の概要）
図１は、本実施形態に係るスパッタリング装置１００の概略断面図である。スパッタリング装置１００は、誘導結合型のプラズマＰを用いてターゲットＴをスパッタリングして基板Ｗに成膜するものである。ここで、基板Ｗは、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等である。 (Overview of sputtering equipment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a sputtering apparatus 100 according to this embodiment. The sputtering apparatus 100 forms a film on a substrate W by sputtering a target T using an inductively coupled plasma P. As shown in FIG. Here, the substrate W is, for example, a substrate for a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display or an organic EL display, a flexible substrate for a flexible display, or the like.

スパッタリング装置１００は、図１に示すように、真空容器２と、基板Ｗを保持する基板保持部３と、ターゲットＴを保持するターゲット保持部４と、直線状をなす複数のアンテナ５と、複数のアンテナ５に高周波電力を印加する高周波電源６とを備えている。これにより、複数のアンテナ５に高周波電源６から高周波が印加されることによって、当該複数のアンテナ５に高周波電流ＩＲが流れて、真空容器２内に誘導電界が発生して誘導結合型のプラズマＰが生成される。 As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus 100 includes a vacuum vessel 2, a substrate holder 3 that holds a substrate W, a target holder 4 that holds a target T, a plurality of linear antennas 5, a plurality of and a high frequency power supply 6 for applying high frequency power to the antenna 5 of the antenna. As a result, high-frequency current IR is applied to the plurality of antennas 5 from the high-frequency power source 6, thereby causing high-frequency current IR to flow through the plurality of antennas 5, generating an induced electric field in the vacuum vessel 2, and generating an inductively coupled plasma P is generated.

真空容器２は、例えば金属製の容器であり、その内部は真空排気装置（図示せず）によって真空排気される。なお、真空容器２は電気的に接地されている。また、真空容器２内に、スパッタ用ガス又は反応性ガスが導入される。スパッタ用ガス及び反応性ガスは、基板Ｗに施す処理内容に応じたものにすれば良い。スパッタ用ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスである。反応性ガスとしては、例えば酸素（Ｏ_２）や窒素（Ｎ_２）等である。 The vacuum container 2 is, for example, a container made of metal, and its interior is evacuated by an evacuation device (not shown). Incidentally, the vacuum vessel 2 is electrically grounded. Also, a sputtering gas or a reactive gas is introduced into the vacuum vessel 2 . The sputtering gas and the reactive gas may be selected in accordance with the processing to be performed on the substrate W. FIG. The sputtering gas is, for example, an inert gas such as argon (Ar). Examples of reactive gases include oxygen (O ₂ ) and nitrogen (N ₂ ).

基板保持部３は、図２に示すように、平板状をなす基板Ｗを保持するホルダである。基板保持部３は、さらに、拡張板２０ａ・２０ｂも保持する。拡張板２０ａ・２０ｂは、基板Ｗの成膜側の面を拡張する拡張部材である。拡張板２０ａ・２０ｂは、基板Ｗが基板保持部３に保持された状態のとき、基板Ｗの端部Ｗ１・Ｗ２に接触または近接するように、基板保持部３に配されている。なお、この場合、端部Ｗ１・Ｗ２の両方に対して、拡張板２０ａ・２０ｂを接触するように配さなくても、端部Ｗ１・Ｗ２の両方に対して、拡張板２０ａ・２０ｂを近接するように配してもよい。また、端部Ｗ１・Ｗ２の両方に近接するように配さなくても、一方の端部Ｗ１（Ｗ２）に対して、拡張版２０ａ（２０ｂ）を接触するように配し、他方の端部Ｗ２（Ｗ１）に対して、拡張板２０ｂ（２０ａ）を近接するように配してもよい。拡張板２０ａ・２０ｂは、基板保持部３に対してネジ止めなどして着脱自在に固定されている。それ故、成膜完了後、基板保持部３から基板Ｗを都度取り外すが、拡張板２０ａ・２０ｂはそのままとする。基板保持部３は、真空容器２内において基板Ｗを、拡張板２０ａ・２０ｂと共に例えば水平状態となるように保持し、後述するように真空容器２内において直線状に往復走査されるように構成されている。 The substrate holding part 3 is a holder that holds a flat substrate W, as shown in FIG. The substrate holding part 3 also holds the extension plates 20a and 20b. The extension plates 20a and 20b are extension members that extend the surface of the substrate W on the film formation side. The extension plates 20a and 20b are arranged on the substrate holding portion 3 so as to contact or come close to the ends W1 and W2 of the substrate W when the substrate W is held by the substrate holding portion 3. As shown in FIG. In this case, even if the extension plates 20a and 20b are not placed in contact with both the ends W1 and W2, the extension plates 20a and 20b can be brought close to both the ends W1 and W2. You may arrange to do so. Further, even if the extension plate 20a (20b) is arranged to be in contact with one end W1 (W2) and the other end is The extension plate 20b (20a) may be arranged close to W2 (W1). The extension plates 20a and 20b are detachably fixed to the substrate holding portion 3 by screwing or the like. Therefore, after the film formation is completed, the substrate W is removed from the substrate holder 3 each time, but the extension plates 20a and 20b are left as they are. The substrate holding unit 3 holds the substrate W in the vacuum container 2 together with the extension plates 20a and 20b so as to be in, for example, a horizontal state, and is configured to linearly reciprocate within the vacuum container 2 as will be described later. It is

拡張板２０ａ・２０ｂは、表面（ターゲットＴに対向する面）が基板Ｗの表面（成膜側の面）と面一になるように、基板Ｗの両側に配される。本実施形態では、このように、拡張板２０ａ・２０ｂが基板Ｗの長手方向の端部Ｗ１・Ｗ２に接触するように配されている例について説明するが、基板Ｗの短手方向の端部を含めて全ての端部に接触または近接するように配されていてもよい。なお、この場合、全ての端部に対して、拡張板を接触するだけでなく、全ての端部に対して、拡張板を近接するように配してもよい。また、全ての端部に対して、拡張板を近接するように配さなくても、一部の端部に対して、拡張版を接触するように配し、残りの端部に対して、拡張板を近接するように配してもよい。 The extension plates 20a and 20b are arranged on both sides of the substrate W so that the surface (the surface facing the target T) is flush with the surface of the substrate W (the surface on the film formation side). In this embodiment, an example in which the extension plates 20a and 20b are arranged so as to contact the ends W1 and W2 in the longitudinal direction of the substrate W will be described. may be arranged so as to be in contact with or in close proximity to all ends including the . In this case, the extension plate may be arranged not only in contact with all the ends but also in close proximity to all the ends. In addition, even if the extension plate is not placed in close proximity to all the ends, the extension plate is placed in contact with some of the ends, and the remaining ends are: Extension plates may be arranged in close proximity.

ターゲット保持部４は、基板保持部３に保持された基板Ｗおよび拡張板２０ａ・２０ｂと対向してターゲットＴを保持するものである。本実施形態のターゲットＴは、平面視において矩形状をなす平板状のものである。このターゲット保持部４は、真空容器２を形成する側壁２ａ（例えば上側壁）に設けられている。また、ターゲット保持部４と真空容器２の側壁２ａとの間には、真空シール機能を有する絶縁部９が設けられている。ターゲットＴには、当該ターゲットＴにターゲットバイアス電圧を印加するターゲットバイアス電源１０が、ターゲット保持部４を介して接続されている。ターゲットバイアス電圧は、プラズマＰ中のイオンをターゲットＴに引き込んでスパッタさせる電圧である。 The target holding part 4 holds the target T facing the substrate W held by the substrate holding part 3 and the extension plates 20a and 20b. The target T of the present embodiment has a flat plate shape that is rectangular in plan view. The target holder 4 is provided on a side wall 2a (for example, an upper side wall) that forms the vacuum vessel 2 . An insulating portion 9 having a vacuum sealing function is provided between the target holding portion 4 and the side wall 2 a of the vacuum vessel 2 . A target bias power supply 10 that applies a target bias voltage to the target T is connected to the target T via the target holding unit 4 . The target bias voltage is a voltage that draws ions in the plasma P to the target T for sputtering.

本実施形態では、ターゲット保持部４は複数設けられている。複数のターゲット保持部４は、真空容器２内における基板Ｗの表面側に、当該基板Ｗの表面に沿うように（例えば基板Ｗの裏面と実質的に平行に）同一平面上に並列に配置されている。複数のターゲット保持部４は、その長手方向が互いに平行となるように等間隔に配置されている。これにより、真空容器２内に配置された複数のターゲットＴは、図１及び図４に示すように、基板Ｗの表面と実質的に平行であり、且つ、長手方向が互いに平行となるように等間隔に配置されることになる。なお、各ターゲット保持部４は同一構成である。 In this embodiment, a plurality of target holders 4 are provided. A plurality of target holders 4 are arranged in parallel on the same plane along the front surface of the substrate W in the vacuum chamber 2 (for example, substantially parallel to the rear surface of the substrate W). ing. The plurality of target holders 4 are arranged at equal intervals so that their longitudinal directions are parallel to each other. As a result, the plurality of targets T arranged in the vacuum chamber 2 are arranged substantially parallel to the surface of the substrate W and longitudinally parallel to each other, as shown in FIGS. They will be placed at equal intervals. Each target holder 4 has the same configuration.

複数のアンテナ５は、真空容器２内における基板Ｗの表面側に、当該基板Ｗの表面に沿うように（例えば、基板Ｗの表面と実質的に平行に）同一平面上に並列に配置されている。複数のアンテナ５は、その長手方向が互いに平行となるように等間隔に配置されている。なお、各アンテナ５は、図３に示すように、平面視において直線状で同一構成であり、その長さは数十ｃｍ以上である。 A plurality of antennas 5 are arranged in parallel on the same plane along the surface of the substrate W (for example, substantially parallel to the surface of the substrate W) on the surface side of the substrate W in the vacuum vessel 2. there is The plurality of antennas 5 are arranged at regular intervals so that their longitudinal directions are parallel to each other. In addition, as shown in FIG. 3, each antenna 5 has a linear shape and the same configuration in a plan view, and has a length of several tens of centimeters or more.

本実施形態のアンテナ５は、図１及び図３に示すように、各ターゲット保持部４に保持されたターゲットＴの両側にそれぞれ配置されている。つまり、アンテナ５とターゲットＴとが交互に配置されており、１つのターゲットＴは、２本のアンテナ５により挟まれた構成となる。ここで、各アンテナ５の長手方向と各ターゲット保持部４に保持されたターゲットＴの長手方向とは同一方向である。また、特に図４に示すように、複数のターゲットＴのピッチ幅と、複数のアンテナ５のピッチ幅とは同一（ともにピッチ幅Ｙ）となるように配置されている。さらに、２つのターゲットＴの間に配置されるアンテナ５はそれら２つのターゲットＴから等距離の位置に配置されている。 The antennas 5 of the present embodiment are arranged on both sides of the target T held by each target holder 4, as shown in FIGS. That is, the antennas 5 and the targets T are alternately arranged, and one target T is sandwiched between two antennas 5 . Here, the longitudinal direction of each antenna 5 and the longitudinal direction of the target T held by each target holding portion 4 are the same. In particular, as shown in FIG. 4, the plurality of targets T and the plurality of antennas 5 are arranged so that the pitch width is the same (pitch width Y). Furthermore, the antenna 5 placed between the two targets T is placed equidistant from those two targets.

また、各アンテナ５の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等であるが、これに限られるものではない。なお、アンテナ５を中空にして、その中に冷却水等の冷媒を流し、アンテナ５を冷却するようにしても良い。 The material of each antenna 5 is, for example, copper, aluminum, alloys thereof, stainless steel, etc., but is not limited to these. It should be noted that the antenna 5 may be made hollow and a coolant such as cooling water may be flowed therein to cool the antenna 5 .

さらに、各アンテナ５において、真空容器２内に位置する部分は、絶縁物製で直管状の絶縁カバー１２により覆われている。この絶縁カバー１２の両端部と真空容器２との間はシールしなくても良い。絶縁カバー１２内の空間にガスが入っても、当該空間は小さくて電子の移動距離は短いので、通常は当該空間にプラズマＰは発生しないからである。なお、絶縁カバー１２の材質は、例えば、石英、アルミナ、フッ素樹脂、窒化シリコン、炭化シリコン、シリコン等であるが、これらに限られるものではない。 Further, the portion of each antenna 5 located inside the vacuum vessel 2 is covered with an insulating cover 12 made of an insulating material and having a straight tubular shape. It is not necessary to seal between both ends of the insulating cover 12 and the vacuum vessel 2 . This is because even if gas enters the space inside the insulating cover 12, the space is small and electrons travel a short distance, so plasma P is not normally generated in the space. The material of the insulating cover 12 is, for example, quartz, alumina, fluororesin, silicon nitride, silicon carbide, silicon, or the like, but is not limited to these.

アンテナ５には、高周波電源６が接続されている。なお、アンテナ５に可変コンデンサ又は可変リアクトル等のインピーダンス調整回路を設けて、各アンテナ５のインピーダンスを調整するように構成しても良い。このように各アンテナ５のインピーダンスを調整することによって、アンテナ５の長手方向におけるプラズマＰの密度分布を均一化することができ、アンテナ５の長手方向の膜厚を均一化することができる。 A high frequency power supply 6 is connected to the antenna 5 . The antenna 5 may be provided with an impedance adjustment circuit such as a variable capacitor or a variable reactor to adjust the impedance of each antenna 5 . By adjusting the impedance of each antenna 5 in this manner, the density distribution of the plasma P in the longitudinal direction of the antenna 5 can be made uniform, and the film thickness in the longitudinal direction of the antenna 5 can be made uniform.

上記構成によって、高周波電源６から、アンテナ５に高周波電流ＩＲを流すことができる。高周波の周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。 With the above configuration, a high frequency current IR can be passed from the high frequency power supply 6 to the antenna 5 . The frequency of the high frequency is, for example, the general 13.56 MHz, but is not limited to this.

そして、本実施形態のスパッタリング装置１００は、基板保持部３を往復走査する往復走査機構１５を有している。往復走査機構１５は、基板保持部３をアンテナ５の配列方向Ｘに沿って往復走査させることで、基板保持部３が保持しているに保持された基板Ｗおよび拡張板２０ａ・２０ｂをアンテナ５の配列方向Ｘに沿って往復走査させる。 The sputtering apparatus 100 of this embodiment has a reciprocating scanning mechanism 15 for reciprocatingly scanning the substrate holder 3 . The reciprocating scanning mechanism 15 moves the substrate W and the extension plates 20a and 20b held by the substrate holding part 3 to the antenna 5 by reciprocatingly scanning the substrate holding part 3 along the arrangement direction X of the antennas 5 . are reciprocally scanned along the arrangement direction X of .

往復走査機構１５は、基板保持部３をアンテナ５の配列方向Ｘに沿って機械的に往復走査させることにより、基板保持部３に保持された基板Ｗおよび拡張板２０ａ・２０ｂを配列方向Ｘに沿って同一平面上で往復走査させるものである。この往復走査機構１５による基板Ｗの往路及び復路は直線移動であり、また、往路及び復路は互いに重複するように構成されている。なお、往復走査機構１５は、例えば真空容器２外に設けられたアクチュエータと、基板保持部３に連結されるとともにアクチュエータにより駆動されるリニアガイドとを備えたもの等が考えられる。 The reciprocating scanning mechanism 15 mechanically reciprocates the substrate holding part 3 along the arrangement direction X of the antennas 5, thereby moving the substrate W and the extension plates 20a and 20b held by the substrate holding part 3 in the arrangement direction X. It scans back and forth on the same plane along the line. The outward and return paths of the substrate W by the reciprocating scanning mechanism 15 are linear movements, and the outward and return paths are configured to overlap each other. The reciprocating scanning mechanism 15 may include, for example, an actuator provided outside the vacuum vessel 2 and a linear guide connected to the substrate holding section 3 and driven by the actuator.

また、往復走査機構１５は、図３および図４に示すように、基板Ｗおよび拡張板２０ａ・２０ｂの走査範囲ＳＲが前記ピッチ幅Ｙとなるよう構成されている。具体的には、往復走査機構１５を制御する制御装置（図示せず）によって、基板Ｗの走査範囲ＳＲが前記ピッチ幅Ｙなるよう構成されている。つまり、基板Ｗおよび拡張板２０ａ・２０ｂは、初期位置を中心位置Ｏとして±Ｙ／２の振幅で往復走査される。 3 and 4, the reciprocating scanning mechanism 15 is configured so that the scanning range SR of the substrate W and the extension plates 20a and 20b is the pitch width Y. As shown in FIGS. Specifically, the scanning range SR of the substrate W is configured to be the pitch width Y by a control device (not shown) that controls the reciprocating scanning mechanism 15 . That is, the substrate W and the extension plates 20a and 20b are reciprocally scanned with the initial position as the center position O with an amplitude of ±Y/2.

本実施形態のように複数のターゲットＴ及び複数のアンテナ５を交互に配置した構成の場合、各ターゲットＴから飛び出すスパッタ粒子の拡散範囲は図５のように互いに重なる。一方、基板Ｗおよび拡張板２０ａ・２０ｂを走査しない場合には、基板表面には周期ａの膜厚や膜質の分布が生じ得る。ここで、往復走査機構１５による基板Ｗの走査範囲ＳＲをターゲットＴのピッチ幅Ｙと同じピッチ幅Ｙとしているので、基板表面に生じ得る周期ａの膜厚や膜質の分布を均して、成膜の均一性を向上させることができる。なお、基板Ｗに拡張板２０ａ・２０ｂを設けることで、さらに、成膜の均一性を向上させることができる。この点について、以下に説明する。 In the case of a configuration in which a plurality of targets T and a plurality of antennas 5 are alternately arranged as in this embodiment, the diffusion ranges of sputtered particles emitted from each target T overlap each other as shown in FIG. On the other hand, when the substrate W and the extension plates 20a and 20b are not scanned, a distribution of film thickness and film quality with period a may occur on the surface of the substrate. Here, since the scanning range SR of the substrate W by the reciprocating scanning mechanism 15 is set to the same pitch width Y as the pitch width Y of the target T, the film thickness and film quality distribution of the period a that may occur on the substrate surface are evened out, and the film quality distribution is uniformed. Film uniformity can be improved. By providing the substrate W with the extension plates 20a and 20b, the uniformity of film formation can be further improved. This point will be described below.

（成膜の均一性の向上）
図６に示すように、基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）それぞれに拡張板２０ａ・２０ｂを配して、真空容器２のほぼ中央に配置した状態では、拡張板２０ａ・２０ｂによってプラズマＰの拡がりが抑えられる。これにより、基板Ｗおよび拡張板２０ａ・２０ｂの表面に対するスパッタ粒子の密度（図中の太矢印）はほぼ同じである。この場合、基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）それぞれに拡張板２０ａ・２０ｂが設けられていることで、基板Ｗの端部でプラズマＰが拡がらないため、当該基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）におけるスパッタ粒子の密度は低下しない。このため、基板Ｗの中央部から端部（Ｗ１・Ｗ２）に向かって成膜された膜の厚みが低下することを抑制することができ、その結果、成膜の均一性が向上する。 (Improvement of uniformity of film formation)
As shown in FIG. 6, in a state in which expansion plates 20a and 20b are arranged at the ends (W1 and W2) of the substrate W, respectively, and are arranged substantially in the center of the vacuum vessel 2, the plasma P is diffused by the expansion plates 20a and 20b. spread is suppressed. As a result, the densities of sputtered particles (thick arrows in the drawing) on the surfaces of the substrate W and the extension plates 20a and 20b are substantially the same. In this case, the edge portions (W1 and W2) of the substrate W are provided with the extension plates 20a and 20b, respectively, so that the plasma P does not spread at the edge portions of the substrate W. • The density of the sputtered particles in W2) does not decrease. Therefore, it is possible to prevent the thickness of the film formed from the central portion toward the end portions (W1 and W2) of the substrate W from decreasing, and as a result, the uniformity of the film formation is improved.

一方、拡張板２０ａ・２０ｂを設けず、図７に示すように、基板Ｗを真空容器２のほぼ中央に配置した状態では、プラズマＰが基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）から当該基板Ｗの外側に拡がる。プラズマＰが拡がることにより、基板Ｗの表面へのスパッタ粒子の密度（図中の太矢印）がほぼ同じ量であっても、基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）から外側ではプラズマＰが拡がるため、スパッタ粒子の密度が基板Ｗの中央部よりも若干低くなるため、基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）に近づく程、成膜される膜の厚みも低下する。このため、基板Ｗに成膜される膜の膜厚にバラツキが生じる。 On the other hand, when the substrate W is arranged substantially in the center of the vacuum vessel 2 as shown in FIG. spread outside the As the plasma P spreads, even if the density of sputtered particles on the surface of the substrate W (thick arrows in the figure) is almost the same, the plasma P spreads outside the edges (W1 and W2) of the substrate W. Therefore, the density of the sputtered particles is slightly lower than that of the central portion of the substrate W, so that the thickness of the deposited film decreases as the edge portions (W1 and W2) of the substrate W are approached. Therefore, the film thickness of the film formed on the substrate W varies.

また、基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）それぞれに接触するように拡張板２０ａ・２０ｂを配した場合、図８に示すように、往復走査機構１５によって真空容器２内を移動させながらスパッタリングを行っても、図６に示すように基板Ｗが静止している場合と同様に、基板Ｗの中央部から端部（Ｗ１・Ｗ２）に向かって膜厚の低下はない。つまり、基板Ｗが移動することでプラズマＰが拡がり、スパッタ粒子の密度が低下しても、その影響は、基板Ｗの端部Ｗ１に接触するように配された拡張板２０ａが受けることになり、当該基板Ｗの端部Ｗ１側は受けない。 Further, when the extension plates 20a and 20b are arranged so as to be in contact with the ends (W1 and W2) of the substrate W, as shown in FIG. Even if this is done, the film thickness does not decrease from the central portion of the substrate W toward the ends (W1 and W2) as in the case where the substrate W is stationary as shown in FIG. In other words, even if the plasma P spreads due to the movement of the substrate W and the density of the sputtered particles decreases, the expansion plate 20a arranged so as to contact the edge W1 of the substrate W will be affected. , the edge W1 side of the substrate W is not received.

一方、基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）それぞれに拡張板２０ａ・２０ｂを配していない場合、図９に示すように、往復走査機構１５によって真空容器２内を移動させながらスパッタリングを行えば、基板Ｗの中央部から端部（Ｗ１・Ｗ２）に向かって膜厚が低下する。つまり、基板Ｗが移動することでプラズマＰが拡がり、スパッタ粒子の密度が低下し、その影響は、基板Ｗの端部Ｗ１側で受けるため、当該基板Ｗの端部Ｗ１側に成膜された膜の膜厚が低下する。 On the other hand, when the extension plates 20a and 20b are not arranged at the ends (W1 and W2) of the substrate W, as shown in FIG. , the film thickness decreases from the central portion of the substrate W toward the edge portions (W1 and W2). That is, when the substrate W moves, the plasma P spreads, the density of the sputtered particles decreases, and the effect is received on the edge W1 side of the substrate W. Therefore, the film is formed on the edge W1 side of the substrate W The thickness of the film is reduced.

しかも、基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）のそれぞれに配された拡張板２０ａ・２０ｂの表面は、基板Ｗの成膜側の面と面一であるので、基板Ｗと拡張板２０ａ・２０ｂとの境界部分も面一となる。この境界部分に含まれる、基板Ｗの端部Ｗ１・Ｗ２における放電空間の容積変動を無くすことが可能となり、当該基板Ｗに成膜される膜の膜厚のバラツキを無くし、成膜の均一性をさらに向上させることができる。 Moreover, since the surfaces of the extension plates 20a and 20b arranged at the ends (W1 and W2) of the substrate W are flush with the surface of the substrate W on the film formation side, the substrate W and the extension plates 20a and 20b The boundary between and is also flush. It is possible to eliminate the volume fluctuation of the discharge space at the ends W1 and W2 of the substrate W included in this boundary portion, eliminate the variation in the film thickness of the film formed on the substrate W, and improve the uniformity of the film formation. can be further improved.

このように、成膜される膜厚のバラツキを無くして、成膜の均一性を向上させるには、拡張板２０ａ・２０ｂを、基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）のそれぞれにできるだけ近づけて配するのが好ましい。このため、上述したように、拡張板２０ａ・２０ｂを、基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）のそれぞれに接触するように配するのが最も好ましいが、拡張板２０ａ・２０ｂを、基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）のそれぞれに対して、接触させずに、近接するように配してもよい。このように、拡張板２０ａ・２０ｂを基板Ｗの端部Ｗ１・Ｗ２に近接するように配する場合、当該基板Ｗの端部Ｗ１・Ｗ２において成膜される膜の膜厚にバラツキが生じない程度離して、拡張板を基板の端部に対して配すればよい。 In this way, in order to eliminate variations in film thickness and improve uniformity of film formation, the extension plates 20a and 20b are brought as close to the ends (W1 and W2) of the substrate W as possible. It is preferable to arrange Therefore, as described above, it is most preferable to arrange the extension plates 20a and 20b so as to contact the ends (W1 and W2) of the substrate W, respectively. It may be arranged so as to be close to each of the ends (W1 and W2) without contact. In this way, when the extension plates 20a and 20b are arranged close to the ends W1 and W2 of the substrate W, the thickness of the film formed at the ends W1 and W2 of the substrate W does not vary. The extension plate may be placed on the edge of the substrate with a certain distance.

（成膜分布と拡張板との関係）
成膜時に基板Ｗの端部Ｗ１・Ｗ２に接触するように配される拡張板２０ａ・２０ｂの有無による成膜時の膜の膜厚分布にどれだけ違いがあるかを示すと、図１０に示すグラフのようになる。図１０に示すグラフは、横軸を成膜対象となる基板の中央を０として、そこから端部までの距離（並び位置（ｍｍ））とし、縦軸を各並び位置における膜厚を測定した値を示している。このグラフを得るための条件は、スパッタリング装置１００において、アンテナ５に供給する電力が２０ｋＷ、ターゲットＴに印加するバイアス電圧が４００Ｖ、真空容器２における圧力が０．５Ｐａ、真空容器２における不活性ガスに対するＯ_２比が２．５％である。図１０に示すグラフでは、拡張版２０ａ・２０ｂ有りの場合と、無しの場合とにおける膜厚の分布を示している。 (Relationship between film formation distribution and expansion plate)
FIG. 10 shows how much difference there is in the film thickness distribution during film formation depending on the presence or absence of the extension plates 20a and 20b arranged so as to be in contact with the ends W1 and W2 of the substrate W during film formation. It will look like the graph shown. In the graph shown in FIG. 10, the horizontal axis represents the distance from the center of the substrate to be film-formed to 0 to the edge (alignment position (mm)), and the vertical axis represents the film thickness at each alignment position. value. The conditions for obtaining this graph are as follows. with an _O2 ratio of 2.5%. The graph shown in FIG. 10 shows the film thickness distribution with and without the extended plates 20a and 20b.

図１０に示すグラフから分るように、基板Ｗに拡張板２０ａ・２０ｂを配した場合（拡張板有り）の方が、基板Ｗに拡張板２０ａ・２０ｂを配していない場合（拡張板無し）よりも膜厚の分布にバラツキが少ない。つまり、基板Ｗに拡張板２０ａ・２０ｂを配した場合の方が、成膜の均一性に優れていることが分る。 As can be seen from the graph shown in FIG. 10, the substrate W with the extension plates 20a and 20b (with extension plates) is better than the substrate W without the extension plates 20a and 20b (without extension plates). ), the distribution of the film thickness is less uneven. In other words, it can be seen that the uniformity of film formation is superior when the substrate W is provided with the extension plates 20a and 20b.

拡張板の幅の違いによる成膜時の膜の膜厚分布にどれだけ違いがあるかを示すと、図１１に示すグラフのようになる。図１１に示すグラフは、図１０に示すグラフと同様に、横軸を成膜対象となる基板の中央を０として、そこから端部までの距離（並び位置（ｍｍ））とし、縦軸を各並び位置における膜厚を測定した値を示している。このグラフを得るための条件は、スパッタリング装置１００において、アンテナ５に供給する電力が２０ｋＷ、ターゲットＴに印加するバイアス電圧が４００Ｖ、真空容器２における圧力が０．５Ｐａ、真空容器２における不活性ガスに対するＯ_２比が２．５％である。図１１に示すグラフでは、拡張板２０ａ・２０ｂの幅（基板Ｗの端部Ｗ１・Ｗ２から遠ざかる方向に向かう長さ）が２５０ｍｍの場合と、３００ｍｍの場合とにおける成膜の分布を示している。 The graph shown in FIG. 11 shows how much the film thickness distribution at the time of film formation varies depending on the width of the extension plate. As in the graph shown in FIG. 10, the graph shown in FIG. The value obtained by measuring the film thickness at each row position is shown. The conditions for obtaining this graph are as follows. with an _O2 ratio of 2.5%. The graph shown in FIG. 11 shows the film formation distribution when the width of the extension plates 20a and 20b (the length in the direction away from the ends W1 and W2 of the substrate W) is 250 mm and 300 mm. .

図１１に示すグラフから分るように、拡張板２０ａ・２０ｂの幅の幅が広いほうが膜厚の分布にバラツキが少ない。つまり、拡張板２０ａ・２０ｂの幅の幅が広いほうが成膜の均一性に優れていることが分る。 As can be seen from the graph shown in FIG. 11, the wider the widths of the extension plates 20a and 20b, the less variation in film thickness distribution. In other words, it can be seen that the wider the width of the extension plates 20a and 20b, the better the uniformity of film formation.

なお、基板Ｗの端部Ｗ１・Ｗ２側における膜厚低下を抑制するためには、拡張板２０ａ・２０ｂの幅は広いほうが好ましいが、スパッタ粒子の拡がりと同じ程度で有れば十分である。すなわち、図４に示すように、複数のターゲットＴのピッチ幅をＹ、拡張板２０ａ・２０ｂの幅をＺとしたとき、以下の関係式（１）が成り立つことが好ましい。 In order to suppress the decrease in film thickness at the ends W1 and W2 of the substrate W, it is preferable that the width of the extension plates 20a and 20b is wide, but it is sufficient if the width is about the same as the spread of the sputtered particles. That is, as shown in FIG. 4, when the pitch width of the plurality of targets T is Y and the width of the extension plates 20a and 20b is Z, the following relational expression (1) preferably holds.

Ｙ≦Ｚ≦２Ｙ・・・・（１）
例えば、例えば、ターゲットＴのピッチ幅Ｙを２００ｍｍとすると、拡張板２０ａ・２０ｂの幅Ｚは２５０～４００ｍｍ程度となる。 Y≦Z≦2Y (1)
For example, if the pitch width Y of the target T is 200 mm, the width Z of the extension plates 20a and 20b is approximately 250 to 400 mm.

拡張板２０ａ・２０ｂの幅の上限値は、スパッタリング装置１００の大きさを考慮して設定し、下限値は、基板Ｗの端部Ｗ１・Ｗ２における膜厚低下が生じないように設定すればよい。このように、拡張板２０ａ・２０ｂの幅は、ターゲットＴのピッチ幅、スパッタリング装置１００の大きさに基づき設定すればよい。 The upper limit value of the width of the expansion plates 20a and 20b should be set in consideration of the size of the sputtering apparatus 100, and the lower limit value should be set so as not to reduce the film thickness at the edges W1 and W2 of the substrate W. . Thus, the width of the extension plates 20 a and 20 b may be set based on the pitch width of the targets T and the size of the sputtering apparatus 100 .

また、本実施形態では、基板の端部に、当該基板の成膜側の面を拡張するために配された拡張部材として、板状の拡張板２０ａ・２０ｂの例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、拡張部材として、少なくとも一面が基板の成膜側の面を拡張する面である部材であれば、どのような形状であってもよい。 In addition, in the present embodiment, examples of plate-like extension plates 20a and 20b have been described as extension members disposed at the edge of the substrate to extend the surface of the substrate on the film formation side. It is not limited. For example, the extension member may have any shape as long as at least one surface is a surface that extends the surface of the substrate on the film formation side.

さらに、基板Ｗの端部（Ｗ１・Ｗ２）のそれぞれに接触するように配された拡張板２０ａ・２０ｂの表面が、基板Ｗの成膜側の面と面一となる例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば拡張板２０ａ・２０ｂを、基板Ｗの後方、すなわちターゲットＴから遠ざかる方向に配してもよい。また、拡張板２０ａ・２０ｂを、基板Ｗの端部Ｗ１・Ｗ２からそれぞれ斜め上方（ターゲットＴ側）に傾斜するように配してもよい。 Further, an example has been described in which the surfaces of the extension plates 20a and 20b arranged to contact the ends (W1 and W2) of the substrate W are flush with the surface of the substrate W on the film formation side. It is not limited to this. For example, the extension plates 20a and 20b may be arranged behind the substrate W, that is, in a direction away from the target T. FIG. Further, the extension plates 20a and 20b may be arranged so as to be inclined obliquely upward (toward the target T) from the ends W1 and W2 of the substrate W, respectively.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified in various ways within the scope of the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. is also included in the technical scope of the present invention.

２真空容器
２ａ側壁
３基板保持部
４ターゲット保持部
５アンテナ
６高周波電源
９絶縁部
１０ターゲットバイアス電源
１２絶縁カバー
１５往復走査機構（走査機構）
２０ａ、２０ｂ拡張板（拡張部材）
１００スパッタリング装置
ＩＲ高周波電流
Ｐプラズマ
ＳＲ走査範囲
Ｔターゲット
Ｗ基板
Ｗ１、Ｗ２端部
Ｘ配列方向
Ｙピッチ幅
Ｚ拡張板の幅 2 Vacuum vessel 2a Side wall 3 Substrate holding part 4 Target holding part 5 Antenna 6 High frequency power supply 9 Insulating part 10 Target bias power supply 12 Insulating cover 15 Reciprocating scanning mechanism (scanning mechanism)
20a, 20b expansion plate (expansion member)
100 Sputtering device IR High-frequency current P Plasma SR Scanning range T Target W Substrates W1, W2 Edges X Arrangement direction Y Pitch width Z Width of extension plate

Claims

A sputtering apparatus for sputtering a target using plasma to form a film on a substrate,
a vacuum vessel that is evacuated and into which gas is introduced;
a substrate holder that holds the substrate in the vacuum vessel;
an expansion member that expands the surface of the substrate on the film formation side,
The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the extension member is arranged on the substrate holding part so as to come into contact with or come close to the edge of the substrate when the substrate is held by the substrate holding part.

2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein a surface of said extension member arranged on said substrate holding portion is flush with a film-forming-side surface of the substrate held on said substrate holding portion.

3. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein said extension member is arranged on said substrate holder so as to come into contact with or come close to all edges of said substrate held by said substrate holder.

4. The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a reciprocating scanning mechanism for reciprocatingly scanning said substrate holder.

a plurality of target holders for holding the target facing the substrate in the vacuum vessel, the plurality of target holders being arranged at regular intervals;
When the pitch width of the target is Y and the width of the extension member is Z, the following relational expression (1) holds:
Y≤Z≤2Y (1)
A sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 4.