JP7684418B2 - Film forming method - Google Patents
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Description
本発明は、成膜方法に関し、より詳しくは、スパッタリング法により大面積の基板に高融点金属膜を成膜するものに関する。The present invention relates to a film forming method, and more specifically, to a method for forming a high melting point metal film on a large-area substrate by a sputtering method.
液晶ディスプレイの製造工程には、例えば、基板にモリブデンやタングステンといった高融点金属の薄膜を成膜する工程がある。高融点金属膜の成膜には、生産性の高いマグネトロン方式のスパッタリング装置が用いられる。その中でも、近年の液晶ディスプレイの大型化に伴い、真空処理室内に各々が同一の高融点金属で構成される平面視矩形の複数枚のターゲットを並設し、各ターゲットを並設した領域より小さい面積の基板を各ターゲットに対向配置し、各ターゲットの基板側に漏洩磁場を作用させた状態でスパッタ電源により各ターゲットに夫々電力投入してスパッタリングし、基板の各ターゲットとの対向面にスパッタ粒子を付着、堆積させることで高融点金属膜を成膜するものが一般に利用されている。 The manufacturing process of liquid crystal displays includes, for example, a process of depositing a thin film of a high-melting point metal such as molybdenum or tungsten on a substrate. A highly productive magnetron sputtering device is used to deposit the high-melting point metal film. Among them, with the recent increase in the size of liquid crystal displays, a method is generally used in which multiple targets, each of which is rectangular in plan view and made of the same high-melting point metal, are arranged side by side in a vacuum processing chamber, a substrate with an area smaller than the area where the targets are arranged side by side is placed opposite each target, and each target is sputtered by applying power to each target from a sputtering power supply while a leakage magnetic field is applied to the substrate side of each target, and sputtering is performed by attaching and depositing sputtered particles on the surface of the substrate facing each target, thereby depositing a high-melting point metal film.
上記スパッタリング装置では、複数枚のターゲットを所定間隔で並設することで、各ターゲット相互間の領域からはスパッタ粒子が放出されない。このため、基板の成膜面での膜厚分布が波打つように(例えば、同一の周期で膜厚の厚い部分と薄い部分とが繰返すように)不均一になる。このため、ターゲットのスパッタリングによる成膜中、各ターゲットを一体にかつ基板に対し平行に一定速度で往復動させるものが例えば特許文献1で知られている。このものでは、ターゲットの並設方向を移動方向とし、成膜中、基板に対して平行に各ターゲットを一体に相対往復動させてスパッタ粒子が放出されない領域を変えることで、上記膜厚分布の不均一を改善しているが、これでは、基板の中央領域と周辺領域との間で高融点金属膜の応力の差が大きくなる。In the above sputtering device, multiple targets are arranged at a predetermined interval so that sputter particles are not emitted from the areas between the targets. This results in uneven film thickness distribution on the film-forming surface of the substrate, with a wavy pattern (for example, thick and thin film thicknesses are repeated at the same period). For this reason, a device is known, for example in
このような応力の差を可及的に小さくできる高融点金属膜の成膜方法は例えば特許文献2で知られている。このものでは、基板のターゲット並設方向の両外縁部が夫々対向するターゲットを起点ターゲットとし、起点ターゲット及び起点ターゲットからターゲット並設方向外方に位置するターゲットを第1ターゲット群、起点ターゲットからターゲット並設方向内方に位置するターゲットを第2ターゲット群とし、スパッタ電源により第1ターゲット群の各ターゲットに投入する電力を定常電力とし、定常電力より高い電力(定常電力の2倍の電力)を第2ターゲット群の各ターゲットに電力投入するように制御している。A method for depositing a high melting point metal film that can minimize such stress differences is known, for example, from
ところで、上記種のスパッタリング装置では、平面視矩形のターゲットに代えて、筒状に形成された筒状ターゲットを用いることがある(所謂、ロータリーカソード)。このような筒状ターゲットをスパッタリングして成膜する場合、スパッタリングされるターゲットの面積が小さいことで、単位時間当たりのスパッタ粒子の飛散量は平面視矩形のターゲットと比較して少なくなる。このため、成膜レートを高めようとすると、筒状ターゲットへの投入電力を高めざるを得ない。このような場合、上記従来例のように第2ターゲット群の各ターゲットに対し、第1ターゲット群のものと比較して2倍の電力を投入しなければならないのでは、第2ターゲット群の各ターゲット用のスパッタ電源として高出力のものが必要になってコスト高を招くばかりか、ターゲットの冷却不足によるターゲットの融解や割れを誘発し易くなるといった問題を招来する。In the above-mentioned sputtering apparatus, a cylindrical target formed in a cylindrical shape may be used instead of a target having a rectangular shape in plan view (so-called a rotary cathode). When forming a film by sputtering such a cylindrical target, the area of the sputtered target is small, so that the amount of sputtered particles scattered per unit time is smaller than that of a target having a rectangular shape in plan view. For this reason, in order to increase the film formation rate, it is necessary to increase the power input to the cylindrical target. In such a case, if it is necessary to input twice the power to each target of the second target group compared to that of the first target group as in the above-mentioned conventional example, a high-output sputtering power source for each target of the second target group is required, which not only leads to high costs, but also leads to problems such as melting and cracking of the targets due to insufficient cooling of the targets.
本発明は、以上の点に鑑み、応力差が可及的に小さい状態で高融点金属膜を成膜することができ、特に、筒状ターゲットを用いる場合に適した成膜方法を提供することをその課題とするものである。In view of the above, the present invention has an objective of providing a film formation method capable of forming a high-melting point metal film with as small a stress difference as possible, and which is particularly suitable when a cylindrical target is used.
上記課題を解決するために、真空処理室内に各々が同一の高融点金属で構成される少なくとも3個のターゲットを並設し、各ターゲットを並設した領域より小さい面積の基板を各ターゲットに対向配置し、スパッタ電源により各ターゲットに夫々電力投入してスパッタリングし、基板の各ターゲットとの対向面に高融点金属膜を成膜する本発明の成膜方法は、基板のターゲット並設方向の両外縁部が夫々対向するターゲットを起点ターゲットとし、起点ターゲット及び起点ターゲットからターゲット並設方向外方に位置するターゲットを第1ターゲット群、起点ターゲットからターゲット並設方向内方に位置するターゲットを第2ターゲット群とし、基板への高融点金属膜の成膜開始時、スパッタ電源により第2ターゲット群の各ターゲットに電力投入して成膜する第1工程と、第2ターゲット群の各ターゲットへの電力投入の停止と同時にまたはこれに先立って、スパッタ電源により第1ターゲット群の各ターゲットに電力投入して成膜する第2工程とを含むことを特徴とする。In order to solve the above problems, the film formation method of the present invention involves arranging at least three targets, each made of the same high-melting point metal, side by side in a vacuum processing chamber, placing a substrate having an area smaller than the area where the targets are arranged side by side opposite each target, supplying power to each target from a sputtering power supply to perform sputtering, and forming a high-melting point metal film on the surface of the substrate facing each target. The method is characterized in that it includes a first step in which, at the start of formation of a high-melting point metal film on the substrate, power is supplied to each target of the second target group from the sputtering power supply to form a film, and simultaneously with or prior to the cessation of power supply to each target of the second target group, power is supplied to each target of the first target group from the sputtering power supply to form a film.
ここで、同一平面内に間隔を置いて並設される各ターゲットを筒状に形成された筒状ターゲットとし、各筒状ターゲットをスパッタリングして高融点金属膜を成膜する場合、筒状ターゲットに同等の電力を夫々投入して同時にスパッタリングすると、基板の中央領域における高融点金属膜は引張応力の傾向が強くなるのに対し、基板の四隅における高融点金属膜は、圧縮応力の傾向が強くなり、結果として中央領域と周辺領域とでの応力の差が大きくなることが判明した(なお、基板の中央領域では引張応力を示すものではなく、値としては圧縮応力であっても、基板の周辺領域よりは引張応力の傾向が強くなり、結果として小さな圧縮応力を示す場合もある)。これは、基板の中央領域ではこれに対向する第2ターゲット群の各ターゲットから飛散するスパッタ粒子に加えて、その両側に位置する第1ターゲット群の各ターゲットから飛散するスパッタ粒子が異なる入射角で付着、堆積することで、基板の周辺領域と比較して欠陥が多い高融点金属膜となることに起因すると考えられる。そこで、本発明では、第1工程として、第2ターゲット群の各ターゲットをスパッタリングして基板の中央領域に高融点金属膜を成膜する(つまり、成膜当初は、第1ターゲット群の各ターゲットをスパッタリングせずに、第2ターゲット群の各ターゲットだけをスパッタリングして基板の中央領域に優先的に高融点金属膜を成膜する)ことで、当該中央領域に緻密な高融点金属膜を成膜する。そして、第2工程として、第1ターゲット群の各ターゲットをスパッタリングして基板の周辺領域に同様に緻密な高融点金属膜を成膜する。Here, when each target arranged side by side at intervals on the same plane is a cylindrical target formed in a cylindrical shape and each cylindrical target is sputtered to form a high-melting point metal film, if the same power is input to each cylindrical target and sputtered simultaneously, the high-melting point metal film in the central region of the substrate tends to have a strong tendency toward tensile stress, while the high-melting point metal film in the four corners of the substrate tends to have a strong tendency toward compressive stress, resulting in a large difference in stress between the central region and the peripheral region (Note that the central region of the substrate does not show tensile stress, and even if the value is compressive stress, the tendency toward tensile stress is stronger than in the peripheral region of the substrate, and as a result, it may show a small compressive stress). This is thought to be due to the fact that in the central region of the substrate, in addition to the sputter particles scattered from each target of the second target group facing it, the sputter particles scattered from each target of the first target group located on both sides of it adhere and accumulate at different angles of incidence, resulting in a high-melting point metal film with more defects than the peripheral region of the substrate. Therefore, in the present invention, in the first step, each target of the second target group is sputtered to form a high-melting point metal film in the central region of the substrate (i.e., at the beginning of the film formation, each target of the first target group is not sputtered, but only each target of the second target group is sputtered to form a high-melting point metal film preferentially in the central region of the substrate), thereby forming a dense high-melting point metal film in the central region. Then, in the second step, each target of the first target group is sputtered to form a similarly dense high-melting point metal film in the peripheral region of the substrate.
これによれば、基板の成膜面全体に亘って圧縮応力を持ち且つ応力差が可及的に小さい高融点金属膜を成膜することができる。この場合、上記従来例のように、第2ターゲット群の各ターゲットに対し、第1ターゲット群のものと比較して2倍の電力を投入するといったことを不要にでき、有利である。なお、上記第2工程では、基板の中央領域に第1ターゲット群の各ターゲットから飛散するスパッタ粒子が付着、堆積する場合があるが、第1工程で中央領域に緻密な高融点金属膜が一旦成膜されていれば、当該中央領域の応力は然程変化しないことが確認された。このことを考慮して、第2ターゲット群の各ターゲットへの電力投入の停止に先立って第1ターゲット群の各ターゲットに電力投入するタイミングが適宜設定される。このように本発明では、基板の中央領域と周辺領域とに分けて(つまり、時間的に差をつけて)高融点金属を成膜することで、第2ターゲット群の各ターゲットだけに高電力を投入するといったことを不要にできるため、第1ターゲット群及び第2ターゲット群の各ターゲット用のスパッタ電源として同等のものが利用でき、しかも、冷却不足によるターゲットの融解や割れを誘発し難くでき、有利である。 This makes it possible to form a high-melting-point metal film that has compressive stress over the entire film formation surface of the substrate and has a small stress difference. In this case, it is advantageous to eliminate the need to apply twice as much power to each target of the second target group as to the first target group, as in the conventional example. In the second step, sputter particles scattered from each target of the first target group may adhere and accumulate in the central region of the substrate, but it has been confirmed that if a dense high-melting-point metal film is once formed in the central region in the first step, the stress in the central region does not change significantly. Taking this into consideration, the timing of applying power to each target of the first target group prior to stopping the application of power to each target of the second target group is appropriately set. In this way, in the present invention, by depositing a high-melting point metal film separately in the central region and the peripheral region of the substrate (i.e., with a time difference), it is possible to eliminate the need to input high power only to each target in the second target group, and therefore the same sputtering power source can be used for each target in the first target group and the second target group, and further, it is possible to reduce the likelihood of targets melting or cracking due to insufficient cooling, which is advantageous.
ところで、基板の中央領域と周辺領域とに分けて高融点金属膜を成膜する場合、基板の成膜面に成膜しようとする高融点金属膜の膜厚や投入電力によっては、全てのターゲットに同時に同等の電力を投入する場合と比較してスパッタ時間が長くなって生産性を低下させる虞がある。本発明では、前記第2工程にて、前記第2ターゲット群の前記各ターゲットへの電力投入の停止に先立って前記第1ターゲット群の前記各ターゲットに第1電力で電力投入する場合に、第2ターゲット群の各ターゲットへの電力投入が停止されるまでは、第1電力より低い第2電力で前記第1ターゲット群の前記各ターゲットに電力投入する工程を更に含む構成を採用してもよい。これによれば、基板の中央領域に緻密な高融点金属膜を成膜することを阻害しない範囲で基板の周辺領域への成膜を一部前倒しできることで、成膜時間を短縮でき、有利である。なお、第2電力及び第2電力を投入するタイミングは、中央領域に緻密な高融点金属膜が成膜できる範囲で適宜設定される。However, when a high melting point metal film is formed separately in the central region and the peripheral region of the substrate, depending on the thickness of the high melting point metal film to be formed on the film formation surface of the substrate and the input power, the sputtering time may be longer than when the same power is simultaneously input to all targets, which may reduce productivity. In the present invention, when the first power is input to each target of the first target group prior to the stop of the power input to each target of the second target group in the second step, a configuration may be adopted that further includes a step of inputting power to each target of the first target group at a second power lower than the first power until the power input to each target of the second target group is stopped. According to this, it is possible to advance the film formation in the peripheral region of the substrate in part to a range that does not hinder the formation of a dense high melting point metal film in the central region of the substrate, thereby shortening the film formation time, which is advantageous. The second power and the timing of inputting the second power are appropriately set within a range in which a dense high melting point metal film can be formed in the central region.
また、本発明において、前記ターゲットを筒状に形成された筒状ターゲットとし、前記スパッタ電源により各筒状ターゲットに夫々電力投入する間、各筒状ターゲットをその軸線回りに回転させると共に、各筒状ターゲット内に組み付けた磁石ユニットにより各筒状ターゲットの前記基板側に作用する漏洩磁場を、軸線に直交する基準線に対して所定の角度範囲で往復回転させる工程を更に含む構成を採用することができる。これによれば、基板の中央領域と周辺領域とでより応力差が小さい高融点金属膜を成膜することができることが確認された。 In addition, in the present invention, the target may be a cylindrical target formed in a cylindrical shape, and a configuration may be adopted that further includes a step of rotating each cylindrical target about its axis while power is supplied to each cylindrical target by the sputtering power supply, and rotating a leakage magnetic field acting on the substrate side of each cylindrical target back and forth within a predetermined angle range with respect to a reference line perpendicular to the axis by a magnet unit assembled in each cylindrical target. It has been confirmed that this makes it possible to form a high-melting point metal film with a smaller stress difference between the central region and the peripheral region of the substrate.
以下、図面を参照して、ターゲットをモリブデン製で筒状に形成された筒状ターゲット、基板を矩形の輪郭を持つ所定厚さのガラス基板(以下、「基板Sw」という)とし、マグネトロンスパッタリング法により基板の一方の面にモリブデン膜を成膜する場合を例に本発明の成膜方法の実施形態を説明する。以下において、上、下といった方向を示す用語は、本実施形態の成膜方法を実施できるマグネトロン方式のスパッタリング装置の設置姿勢で示す図1を基準にし、また、後述のターゲットの並設方向をX軸方向、X軸方向に直交する上下方向をZ軸方向とする。Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment of the film formation method of the present invention will be described using as an example a case where the target is a cylindrical target made of molybdenum and formed into a cylindrical shape, the substrate is a glass substrate of a predetermined thickness having a rectangular outline (hereinafter referred to as "substrate Sw"), and a molybdenum film is formed on one side of the substrate by magnetron sputtering. In the following, terms indicating directions such as up and down are based on FIG. 1, which shows the installation posture of a magnetron sputtering device capable of implementing the film formation method of this embodiment, and the direction in which the targets are arranged side by side, which will be described later, is the X-axis direction, and the up and down direction perpendicular to the X-axis direction is the Z-axis direction.
図1を参照して、スパッタリング装置Smは、真空処理室1aを区画する真空チャンバ1を備える。真空チャンバ1には、排気管21を介して真空ポンプ2が接続され、真空処理室1aを所定圧力(例えば1×10-5Pa)に真空排気することができる。真空チャンバ1の下部には、基板搬送装置3が設けられている。基板搬送装置3は、成膜面としての基板Swの上面を開放した状態で基板Swを保持するキャリア31を有し、図外の駆動装置によってキャリア31ひいては基板Swを後述する各筒状ターゲット5と対向する成膜位置に搬送できるようになっている。基板搬送装置3としては公知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。真空チャンバ1にはまた、ガス導入手段4が設けられている。ガス導入手段4は、マスフローコントローラ41を介設したガス管42を通じて図外のガス源に連通し、真空処理室1aにスパッタガスを所定流量で導入することができる。スパッタガスとしては、プラズマ雰囲気を形成するためのアルゴンガス等の希ガスだけでなく、反応性スパッタリングの際に用いられる酸素ガスや窒素ガス等の反応性ガスが含まれる。そして、基板搬送装置3によって図1に示す成膜位置まで搬送されてきた基板Swに対向するように、真空チャンバ1内の上部にはカソードユニットCuが設けられている。
Referring to FIG. 1, the sputtering apparatus Sm includes a
カソードユニットCuは、同一の構造を持つ複数本の筒状ターゲット5(5a~5h)とその内部に夫々組み付けられる磁石ユニット6とを備える。各筒状ターゲット5は、高融点金属としてのモリブデン製で公知の方法で筒状に成形されたものである。そして、各筒状ターゲット5はその長手方向がX軸方向に直交する方向に一致する姿勢で且つX軸方向に互いに所定の間隔を置いて(例えば、等間隔で)真空チャンバ1内に並設される。この場合、各筒状ターゲット5の長さは、基板Swの幅(X軸方向に直交する方向の長さ)より長くなるように設定され、また、並設される各筒状ターゲット5の本数は、少なくとも3本以上で基板Swの長さ(X軸方向の長さ)に応じて適宜設定される。本実施形態では、基板SwのX軸方向における両外縁部の上方に各1本の筒状ターゲット5a,5bが設けられ、これらの筒状ターゲット5a,5bを起点ターゲットとし、起点ターゲット5a,5bのX軸方向外方に各1本の筒状ターゲット5c,5dが夫々設けられると共に、起点ターゲット5a,5bのX軸方向内方に4本の筒状ターゲット5e~5hが夫々設けられている。これにより、成膜位置では、各ターゲット5a~5hを並設した領域より小さい面積の基板Swが当該領域に同心状に対向配置された状態となる。以下では、起点ターゲット5a,5b及びX軸方向外方の筒状ターゲット5c,5dを第1ターゲット群50a、それ以外の筒状ターゲット5e~5hを第2ターゲット群50bとする。The cathode unit Cu includes a plurality of cylindrical targets 5 (5a to 5h) having the same structure and a
各筒状ターゲット5の長手方向両端には、駆動ブロック51と従動ブロック(図示せず)とが夫々取り付けられ、各筒状ターゲット5をその軸線回りに所定の回転数で回転駆動することができる。なお、駆動ブロック51、従動ブロックや筒状ターゲット5内に冷媒を循環させる構造等としては公知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。各筒状ターゲット5は、真空チャンバ1外に配置されるスパッタ電源7に夫々接続され、各筒状ターゲット5に負の電位を持つ直流電力が投入される。なお、対をなす筒状ターゲット5に交流電力を夫々投入するようにしてもよい。A
磁石ユニット6は、図2に示すように、筒状ターゲット5と基板Swとの間の空間に磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線が筒状ターゲッ5の母線に沿ってのびてレーストラック状に閉じるように筒状ターゲット5表面から漏洩する漏洩磁場を作用させるものであり、筒状ターゲット5の長手方向に沿ってのびる磁性材料製の支持板(ヨーク)61を備える。ヨーク61は、基板Swに平行な頂面61aと、頂面61aから夫々上方に向かって傾斜する傾斜面61bとを形成した磁性材料製の板状部材で構成される。ヨーク61の頂面61aには中央磁石62が配置されると共に、両傾斜面61bには周辺磁石63が夫々配置されている。なお、特に図示して説明しないが、ヨーク61の頂面61aの母線方向両端には、中央磁石62の端部を囲うようにして周辺磁石63相互の間を橋渡すようにコーナー磁石(図示せず)が配置されている。中央磁石62、周辺磁石63及びコーナー磁石としては、同磁化のネオジウム磁石が用いられ、例えば一体に成形した断面略四角形の棒状のものが利用できる。As shown in FIG. 2, the
ヨーク61の駆動ブロック51側の一端面には、筒状ターゲット5の軸線に沿って軸体64が突設され、軸体64が駆動ブロック51内に配置されるモータMtの駆動軸に連結されている。そして、ヨーク61の頂面61aがZ軸方向下方を向く位置を基準位置として、基準位置から例えば±30度の角度範囲で磁石ユニット6を所定の速度で往復回転させることができる。上記スパッタリング装置Smは、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備える制御ユニットPuを有し、各スパッタ電源7の制御のほか、マスフローコントローラ41、真空ポンプ2やモータMtが統括制御される。以下に、図3を参照して、上記スパッタリング装置Smを用いた本実施形態の成膜方法を説明する。A
基板搬送装置3によって基板Swの上面を開放した状態で基板Swを保持したキャリア31を成膜位置に搬送した後、真空ポンプ2により真空処理室1aを真空排気する。真空処理室1aの圧力が所定圧力(例えば、1×10-5Pa)に到達すると、制御ユニットPuにより、ガス管42から真空処理室1aにアルゴンガスを所定流量で導入し(真空処理室1aの圧力は0.2Pa~2.0Paの範囲になる)、第2ターゲット群50bの各ターゲット5e~5hに対し各スパッタ電源7から第1電力P1で夫々電力投入(例えば、30kW~60kW)する。すると、基板Swと第2ターゲット群50bの各ターゲット5e~5hとの間の空間に、磁石ユニット6から作用する漏洩磁場によってレーストラック状の高密度プラズマが夫々発生し、基準位置から例えば±30度の角度範囲で各磁石ユニット6を所定の速度で往復回転させながら、プラズマ中のアルゴンガスのイオンにより各ターゲット5e~5hがスパッタリングされる。これにより、各ターゲット5e~5hから飛散したスパッタ粒子が基板Swの中央領域(各ターゲット5e~5hを並設した領域と同等以上の領域)に優先的に付着、堆積してモリブデン膜が成膜される(第1工程)。
After the
第1工程では、第1ターゲット群50aの各ターゲット5a~5dをスパッタリングしないこと、言い換えると、これらターゲット5a~5dから飛散するスパッタ粒子を基板Swの中央領域に斜入射させないことで、中央領域に成膜されるモリブデン膜を緻密で(つまり、周辺領域に成膜されたものと同等の膜質を有するものとする)、且つ、圧縮応力を持つ膜とすることができる。第1工程の時間(t1)は、例えば、投入電力や基板Swの中央領域に成膜しようとするモリブデン膜の膜厚に応じて適宜設定される。In the first step, the
次に、第1工程の終了(各スパッタ電源7から第2ターゲット群50bの各ターゲット5e~5hへの電力投入の停止)と同時に、第1ターゲット群50aの各ターゲット5a~5dに対し各スパッタ電源7から第1工程と同等の第1電力P1で夫々電力投入する(この場合、アルゴンガスの導入はそのまま維持する)。すると、基板Swと第2ターゲット群50bの各ターゲット5e~5hとの間の空間に発生したプラズマが消失すると共に、基板Swと第1ターゲット群50aの各ターゲット5a~5dとの間の空間に、磁石ユニット6から作用する漏洩磁場によりレーストラック状の高密度プラズマが夫々発生する。そして、基準位置から例えば±30度の角度範囲で各磁石ユニット6を所定の速度で往復回転させながら、プラズマ中のアルゴンガスのイオンにより各ターゲット5a~5dがスパッタリングされ、各ターゲット5a~5dから飛散したスパッタ粒子が基板Swの周辺領域(中央領域より外方の領域)に付着、堆積してモリブデン膜が成膜される(第2工程)。これにより、周辺領域に成膜されるモリブデン膜を緻密で、且つ、圧縮応力を持つ膜とすることができる。第2工程の時間(t2)もまた、例えば、投入電力や基板Swの周辺領域に成膜しようとするモリブデン膜の膜厚に応じて適宜設定される。なお、第2工程中、基板Swの中央領域に第1ターゲット群50aの各ターゲット5a~5dから飛散するスパッタ粒子が付着、堆積する場合があるが、第1工程にて中央領域に緻密なモリブデン膜が一旦成膜されているため、当該中央領域の応力は然程変化しない。また、モリブデン膜の膜厚によっては、第1工程と第2工程とを順次複数回繰り返して成膜することもできる。Next, at the same time as the end of the first step (stopping the supply of power from each sputtering
以上によれば、基板Swの中央領域に成膜する第1工程と基板Swの周辺領域に成膜する第2工程との2つの工程に分けてモリブデン膜を成膜することで、基板Swの成膜面全体に亘って圧縮応力を持ち且つ応力差が可及的に小さいモリブデン膜を成膜することができる。この場合、上記従来例のように第2ターゲット群50bの各ターゲット5e~5hに対して第1ターゲット群50aの各ターゲット5a~5dの2倍の電力を投入するといったことを不要にできる。これにより、第1ターゲット群50a及び第2ターゲット群50bの各ターゲット5a~5h用のスパッタ電源7として同等のものが利用でき、しかも、冷却不足によって第2ターゲット群50bの各ターゲット5e~5hの融解や割れを誘発し難くでき、有利である。
According to the above, by forming a molybdenum film in two steps, a first step in which a film is formed in the central region of the substrate Sw and a second step in which a film is formed in the peripheral region of the substrate Sw, a molybdenum film having compressive stress over the entire film formation surface of the substrate Sw and with a stress difference as small as possible can be formed. In this case, it is not necessary to apply twice the power to each of the
次に、上記効果を確認するために、上記スパッタリング装置Smを用いて次の実験を行った。発明実験1では、基板Swとして1850×1500mmの矩形のガラス基板を用い、基板Swの面積よりもターゲットの並設備領域が大きくなるように、Φ153mm、軸方向長さ2336mmの筒状ターゲット5a~5hを235mmの間隔でX軸方向に8個並設した。また、スパッタリング条件として、アルゴンガス導入時の真空処理室1aの圧力を0.2Pa、第1電力P1を50Kwとし、基板Swの目標膜厚が230nmになるようにt1,t2を夫々設定した。Next, to confirm the above effects, the following experiment was conducted using the sputtering device Sm. In
ここで、比較実験として、全てのターゲット5a~5hに同時に第1電力P1(50kW)で電力投入し、単一の工程(t1+t2の時間)でモリブデン膜を成膜した。そして、成膜後のモリブデン膜に対して基板Swの中央部及び四隅の計5点にてその応力を測定したところ、基板Swの中央部における成膜後のモリブデン膜が引張応力の傾向が強くなるのに対し、基板Swの四隅の測定点における成膜後のモリブデン膜が圧縮応力の傾向が強くなり、結果として、最大878MPaの応力差が生じていることが確認された。Here, as a comparative experiment, the first power P1 (50 kW) was simultaneously applied to all
それに対して、発明実験1では、同様に、成膜後のモリブデン膜に対して基板Swの中央部及び四隅の計5点にてその応力を測定したところ、各測定点における成膜後のモリブデン膜が全て圧縮応力を持ち、圧縮応力が最も大きい測定点と圧縮応力が最も小さい測定点での応力差が395MPaであり、基板Swの中央領域と外周領域とで応力差を小さくできることが確認された。また、発明実験2として、第1工程及び第2工程におけるスパッタリング中、モータMtにより磁石ユニット6を基準線Lsに対して±30度の範囲で往復回転させる条件を追加してモリブデン膜を成膜したところ、各測定点にて成膜後のモリブデン膜は全て圧縮応力を持ち、圧縮応力が最も大きい測定点と圧縮応力が最も小さい測定点での応力差が300MPaであり、上記発明実験1と比較して応力差をより一層小さくできることが確認された。In contrast, in
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、モリブデン(Mo)製の筒状ターゲット5を用いてモリブデン膜を成膜する場合を例に説明したが、タングステン(W)やタンタル(Ta)の中から選択される1種の高融点金属製のターゲットまたは2種以上の高融点金属の合金(例えば、Mo-W)製の筒状ターゲットを用いて高融点金属膜を成膜する場合にも本発明は適用することができる。また、上記実施形態では、筒状ターゲットを用いる場合を例に説明したが、平面視矩形のターゲットを用いる場合にも本発明は適用できる。
Although the embodiment of the present invention has been described above, various modifications are possible without departing from the scope of the technical concept of the present invention. In the above embodiment, a molybdenum film is formed using a
上記実施形態では、第1工程の終了と同時に第2工程を開始する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図4(a)に示すように、第1工程の終了時刻t1より前に第2工程を開始してもよい。この場合、第2工程の開始時刻t1aは、第1工程を開始した後であればよく、基板Swの中央領域に緻密なモリブデン膜を成膜することを阻害しない範囲に適宜設定することができる。他方で、図4(b)に示すように、第2工程の開始時刻t1bを上記時刻t1aよりも更に早くし、当該開始時刻t1bから第1工程の終了時刻t1までの間に第1ターゲット群50aの各ターゲット5a~5dに対して第1電力P1よりも小さい第2電力P2を投入するようにしてもよい。これによれば、基板Swの周辺領域への成膜を一部前倒しできることで、成膜時間を短縮でき、有利である。この場合、第2工程の開始時刻t1bは、例えば、第1工程の期間が半分経過した後とすることができる。In the above embodiment, the second step is started simultaneously with the end of the first step, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4(a), the second step may be started before the end time t1 of the first step. In this case, the start time t1a of the second step may be set appropriately within a range that does not hinder the formation of a dense molybdenum film in the central region of the substrate Sw as long as it is after the start of the first step. On the other hand, as shown in FIG. 4(b), the start time t1b of the second step may be set even earlier than the above-mentioned time t1a, and a second power P2 smaller than the first power P1 may be input to each
また、上記実施形態では、基板Swがその成膜面を鉛直方向上方に向けた水平姿勢で成膜を行う場合を例に説明したが、基板Swがその成膜面を水平方向に向けた起立姿勢で成膜を行う場合(この場合、各ターゲット5a~5hはその軸方向を鉛直方向に一致させた起立姿勢で配置される)にも適用することができる。
In addition, in the above embodiment, a case has been described in which film formation is performed on the substrate Sw in a horizontal position with its film formation surface facing vertically upward, but the present invention can also be applied to a case in which film formation is performed on the substrate Sw in an upright position with its film formation surface facing horizontally (in this case, each
1a…真空処理室、Sw…基板、5(5a~5h)…筒状ターゲット、5a,5b…起点ターゲット、50a…第1ターゲット群、50b…第2ターゲット群、6…磁石ユニット、7…スパッタ電源。 1a...vacuum processing chamber, Sw...substrate, 5 (5a to 5h)...cylindrical target, 5a, 5b...starting target, 50a...first target group, 50b...second target group, 6...magnet unit, 7...sputtering power supply.
Claims (3)
基板のターゲット並設方向の両外縁部が夫々対向するターゲットを起点ターゲットとし、起点ターゲット及び起点ターゲットからターゲット並設方向外方に位置するターゲットを第1ターゲット群、起点ターゲットからターゲット並設方向内方に位置するターゲットを第2ターゲット群とし、基板への高融点金属膜の成膜開始時、スパッタ電源により第2ターゲット群の各ターゲットのみに電力投入して成膜する第1工程と、第2ターゲット群の各ターゲットへの電力投入の停止と同時にまたはこれに先立って、スパッタ電源により第1ターゲット群の各ターゲットに電力投入して成膜する第2工程とを含むことを特徴とする成膜方法。
A film formation method comprising: arranging at least three targets, each made of the same high-melting point metal, side by side in a vacuum processing chamber; arranging a substrate having an area smaller than an area where the targets are arranged side by side, facing each of the targets; and applying power to each target from a sputtering power source to perform sputtering, thereby forming a high-melting point metal film on a surface of the substrate facing each target,
a first target group including targets positioned outward from the origin target in the target arrangement direction and inward from the origin target in the target arrangement direction, and a second target group including targets positioned inward from the origin target in the target arrangement direction; a first step of supplying power to only the targets in the second target group using a sputtering power supply at the start of deposition of a high-melting point metal film on the substrate to deposit a film; and a second step of supplying power to each target in the first target group using a sputtering power supply simultaneously with or prior to the stopping of the supply of power to each target in the second target group to deposit a film.
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