JP7727174B2 - Sputtering Equipment - Google Patents
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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 device that uses plasma to sputter a target and 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。 In addition to magnetron sputtering devices, other sputtering devices include those described in Patent Documents 1 and 2, for example, which place an antenna near the target and generate plasma for sputtering by passing a high-frequency current through the antenna. In these sputtering devices, the plasma density is smaller than in so-called magnetron sputtering devices, which generate plasma using a magnet. This smaller plasma density is expected to improve target utilization efficiency and film formation uniformity.
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。 While the sputtering devices disclosed in Patent Documents 1 and 2 can improve the uniformity of film formation to a certain extent, they are still not sufficient. 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, resulting in variations in film formation depending on the position on the substrate. In particular, the discharge volume is larger near the edges of the substrate than in the center of the substrate, resulting in lower plasma density and reduced film thickness. Furthermore, in the case of Patent Document 2, the deposition shield used to prevent film deposition on the rear of the substrate is located closer to the target than the substrate, resulting in more shielding from sputtered particles than necessary. In particular, the deposition shield is positioned so that it slightly overlaps the edge of the substrate to prevent film deposition on the rear of the substrate, resulting in reduced film thickness 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。 One aspect of the present invention aims to further improve the uniformity of film formation in a sputtering device that uses 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, one aspect of the present invention provides a sputtering apparatus that uses plasma to sputter a target to form a film on a substrate, and includes a vacuum vessel that is evacuated and into which gas is introduced, a substrate holder that holds the substrate within the vacuum vessel, and an extension member that extends the surface of the substrate on the film-forming side, the extension member being positioned on the substrate holder so as to contact or be in close proximity to the edge of the substrate when the substrate is held by the substrate holder.
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。 One aspect of the present invention can improve the uniformity of film formation on a substrate.
〔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]
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail.
(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)
1 is a schematic cross-sectional view of a sputtering apparatus 100 according to this embodiment. The sputtering apparatus 100 sputters a target T using an inductively coupled plasma P to form a film on a substrate W. 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 comprises a vacuum vessel 2, a substrate holder 3 for holding a substrate W, a target holder 4 for holding a target T, multiple linear antennas 5, and a high-frequency power supply 6 for applying high-frequency power to the multiple antennas 5. When high-frequency power is applied to the multiple antennas 5 from the high-frequency power supply 6, a high-frequency current IR flows through the multiple antennas 5, generating an inductive electric field within the vacuum vessel 2 and generating an inductively coupled plasma P.
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(O2)や窒素(N2)等である。 The vacuum vessel 2 is, for example, a metal vessel, and its interior is evacuated to a vacuum by a vacuum exhaust device (not shown). The vacuum vessel 2 is electrically grounded. A sputtering gas or a reactive gas is introduced into the vacuum vessel 2. The sputtering gas and the reactive gas may be selected according to the processing to be performed on the substrate W. The sputtering gas is, for example, an inert gas such as argon (Ar). The reactive gas is, for example, oxygen (O 2 ) or 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。 As shown in FIG. 2, the substrate holding unit 3 is a holder that holds a flat substrate W. The substrate holding unit 3 also holds extension plates 20a and 20b. The extension plates 20a and 20b are extension members that expand the film-forming surface of the substrate W. The extension plates 20a and 20b are arranged on the substrate holding unit 3 so that they contact or are close to the ends W1 and W2 of the substrate W when the substrate W is held by the substrate holding unit 3. In this case, the extension plates 20a and 20b do not have to be arranged to contact both ends W1 and W2, but may be arranged close to both ends W1 and W2. Furthermore, instead of being arranged close to both ends W1 and W2, the extension plate 20a (20b) may be arranged to contact one end W1 (W2) and the extension plate 20b (20a) may be arranged close to the other end W2 (W1). The extension plates 20a and 20b are detachably fixed to the substrate holder 3 by screws or the like. Therefore, after film formation is completed, the substrate W is removed from the substrate holder 3, but the extension plates 20a and 20b remain in place. The substrate holder 3 holds the substrate W, for example, horizontally within the vacuum chamber 2 together with the extension plates 20a and 20b, and is configured to be scanned back and forth linearly within the vacuum chamber 2 as described below.
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 their surfaces (surfaces facing the target T) are flush with the surface of the substrate W (surface on the film formation side). In this embodiment, an example is described in which the extension plates 20a and 20b are arranged so as to contact the longitudinal ends W1 and W2 of the substrate W, but they may also be arranged so as to contact or be close to all ends of the substrate W, including the lateral ends. In this case, the extension plates may not only be in contact with all ends, but may also be arranged so as to be close to all ends. Furthermore, instead of being arranged so as to be close to all ends, the extension plates may be arranged so as to contact some ends and be close to the remaining ends.
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 holder 4 holds the target T, facing the substrate W and extension plates 20a and 20b held by the substrate holder 3. In this embodiment, the target T is a flat, rectangular plate in plan view. The target holder 4 is provided on the side wall 2a (e.g., the upper wall) that forms the vacuum vessel 2. An insulating part 9 with a vacuum sealing function is provided between the target holder 4 and the side wall 2a 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 holder 4. The target bias voltage is a voltage that attracts ions in the plasma P to the target T, causing 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, multiple target holders 4 are provided. The multiple target holders 4 are arranged in parallel on the same plane on the front surface side of the substrate W in the vacuum chamber 2, along the front surface of the substrate W (e.g., substantially parallel to the rear surface of the substrate W). The multiple target holders 4 are arranged at equal intervals so that their longitudinal directions are parallel to one another. As a result, the multiple targets T arranged in the vacuum chamber 2 are arranged at equal intervals so that they are substantially parallel to the front surface of the substrate W and so that their longitudinal directions are parallel to one another, as shown in Figures 1 and 4. Note that 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。 The multiple antennas 5 are arranged in parallel on the same plane on the surface side of the substrate W inside the vacuum vessel 2, along the surface of the substrate W (e.g., substantially parallel to the surface of the substrate W). The multiple antennas 5 are arranged at equal intervals so that their longitudinal directions are parallel to one another. As shown in Figure 3, each antenna 5 has a linear shape and the same configuration in a plan view, and its length is 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。 As shown in Figures 1 and 3, in this embodiment, the antennas 5 are arranged on both sides of the target T held by each target holder 4. In other words, the antennas 5 and targets T are arranged alternately, with each target T sandwiched between two antennas 5. Here, the longitudinal direction of each antenna 5 is the same as the longitudinal direction of the target T held by each target holder 4. Furthermore, as shown in Figure 4 in particular, the targets T are arranged so that the pitch width of the multiple targets T and the pitch width of the multiple antennas 5 are the same (both are pitch width Y). Furthermore, the antenna 5 arranged between two targets T is arranged equidistant from those two targets T.
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 may be, for example, copper, aluminum, alloys thereof, stainless steel, etc., but is not limited to these. The antenna 5 may also be hollow and a refrigerant such as cooling water may be passed through it 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。 Furthermore, the portion of each antenna 5 located inside the vacuum vessel 2 is covered by a straight tubular insulating cover 12 made of an insulating material. There is no need to seal between both ends of this insulating cover 12 and the vacuum vessel 2. Even if gas enters the space inside the insulating cover 12, the space is small and the electrons have a short travel distance, so plasma P is not normally generated in the space. The material of the insulating cover 12 may be, for example, quartz, alumina, fluororesin, silicon nitride, silicon carbide, silicon, etc., 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 antennas 5. The antennas 5 may be provided with an impedance adjustment circuit such as a variable capacitor or variable reactor to adjust the impedance of each antenna 5. By adjusting the impedance of each antenna 5 in this way, 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 current is, for example, the common 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 also has a reciprocating scanning mechanism 15 that reciprocally scans the substrate holder 3. The reciprocating scanning mechanism 15 reciprocally scans the substrate holder 3 along the arrangement direction X of the antenna 5, thereby causing the substrate W and extension plates 20a and 20b held by the substrate holder 3 to reciprocally scan along the arrangement direction X of the antenna 5.
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 scans the substrate holder 3 back and forth along the arrangement direction X of the antenna 5, thereby scanning the substrate W and extension plates 20a and 20b held by the substrate holder 3 back and forth on the same plane along the arrangement direction X. The forward and backward movements of the substrate W by this reciprocating scanning mechanism 15 are linear movements, and the forward and backward movements are configured to overlap. The reciprocating scanning mechanism 15 may, for example, include an actuator provided outside the vacuum vessel 2 and a linear guide connected to the substrate holder 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。 Furthermore, as shown in Figures 3 and 4, the reciprocating scanning mechanism 15 is configured so that the scanning range SR of the substrate W and extension plates 20a and 20b is the pitch width Y. Specifically, a control device (not shown) that controls the reciprocating scanning mechanism 15 is configured so that the scanning range SR of the substrate W is the pitch width Y. In other words, the substrate W and extension plates 20a and 20b are scanned reciprocally with an amplitude of ±Y/2, with the initial position as the center position O.
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 a configuration in which multiple targets T and multiple antennas 5 are arranged alternately, as in this embodiment, the diffusion ranges of sputtered particles emitted from each target T overlap, as shown in Figure 5. On the other hand, if the substrate W and extension plates 20a and 20b are not scanned, a distribution of film thickness and film quality with a period a may occur on the substrate surface. Here, the scanning range SR of the substrate W by the reciprocating scanning mechanism 15 has the same pitch width Y as the pitch width Y of the targets T, so the distribution of film thickness and film quality with a period a that may occur on the substrate surface can be leveled out, improving the uniformity of the film formation. Note that providing extension plates 20a and 20b on the substrate W can further improve the uniformity of the film formation. This point will be explained 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 , when extension plates 20a and 20b are provided at the ends (W1 and W2) of the substrate W and positioned approximately in the center of the vacuum chamber 2, the extension plates 20a and 20b suppress the spread of plasma P. As a result, the densities of sputtered particles (indicated by the thick arrows in the figure) on the surfaces of the substrate W and the extension plates 20a and 20b are approximately the same. In this case, the provision of extension plates 20a and 20b at the ends (W1 and W2) of the substrate W prevents the plasma P from spreading at the ends of the substrate W, and therefore the density of sputtered particles at the ends (W1 and W2) of the substrate W does not decrease. This prevents the thickness of the film formed from the center of the substrate W toward the ends (W1 and W2) from decreasing, thereby improving the uniformity of the film formation.
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 extension plates 20a and 20b are not provided and the substrate W is placed approximately in the center of the vacuum chamber 2, as shown in Figure 7, the plasma P spreads from the edges (W1 and W2) of the substrate W to the outside of the substrate W. 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 approximately the same, the plasma P spreads outward from the edges (W1 and W2) of the substrate W, making the density of sputtered particles slightly lower than at the center of the substrate W. As a result, the thickness of the film formed decreases as the distance to the edges (W1 and W2) of the substrate W increases. This results in variations in the thickness of the film formed on the substrate W.
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。 Furthermore, when extension plates 20a and 20b are arranged so as to contact the respective ends (W1 and W2) of the substrate W, even if sputtering is performed while the substrate is moved within the vacuum chamber 2 by the reciprocating scanning mechanism 15, as shown in Figure 8, there is no decrease in film thickness from the center of the substrate W toward the ends (W1 and W2), just as there is when the substrate W is stationary, as shown in Figure 6. In other words, even if the plasma P spreads as the substrate W moves and the density of sputtered particles decreases, this effect is felt by extension plate 20a, which is arranged so as to contact end W1 of the substrate W, and not by the end W1 side of the substrate W.
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, if extension plates 20a and 20b are not provided at the ends (W1 and W2) of the substrate W, and sputtering is performed while the substrate W is moved within the vacuum chamber 2 using the reciprocating scanning mechanism 15, as shown in Figure 9, the film thickness decreases from the center of the substrate W toward the ends (W1 and W2). In other words, as the substrate W moves, the plasma P spreads and the density of sputtered particles decreases, and this effect is felt on the end W1 side of the substrate W, resulting in a decrease in the film thickness formed on the end W1 side of the substrate W.
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。 Furthermore, the surfaces of the extension plates 20a and 20b arranged at each end (W1 and W2) of the substrate W are flush with the surface of the substrate W on the film-forming side, so the boundary between the substrate W and the extension plates 20a and 20b is also flush. This makes it possible to eliminate volume fluctuations in the discharge space at the ends W1 and W2 of the substrate W, which are included in this boundary, thereby eliminating variations in the film thickness of the film formed on the substrate W and further improving the uniformity of the film formation.
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, to eliminate variations in the thickness of the film formed and improve the uniformity of the film formed, it is preferable to position the extension plates 20a and 20b as close as possible to each of the ends (W1 and W2) of the substrate W. For this reason, as described above, it is most preferable to position the extension plates 20a and 20b so that they are in contact with each of the ends (W1 and W2) of the substrate W. However, the extension plates 20a and 20b may also be positioned close to each of the ends (W1 and W2) of the substrate W without contacting them. In this way, when positioning the extension plates 20a and 20b close to the ends W1 and W2 of the substrate W, the extension plates should be positioned at a distance from the ends of the substrate that prevents variations in the thickness of the film formed at the ends W1 and W2 of the substrate W.
(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O2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 distribution and extension plate)
The graph shown in Figure 10 shows the difference in film thickness distribution during film formation depending on whether or not extension plates 20a and 20b are provided, which are arranged to contact the edges W1 and W2 of the substrate W during film formation. In the graph shown in Figure 10, the horizontal axis represents the distance (arrangement position (mm)) from the center of the substrate to be film-formed to the edge, with 0 representing the center, and the vertical axis represents the measured film thickness at each arrangement position. The conditions for obtaining this graph were as follows: in the sputtering apparatus 100, the power supplied to the antenna 5 was 20 kW, the bias voltage applied to the target T was 400 V, the pressure in the vacuum chamber 2 was 0.5 Pa, and the O2 ratio to the inert gas in the vacuum chamber 2 was 2.5%. The graph shown in Figure 10 shows the film thickness distribution with and without extension 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 Figure 10, when extension plates 20a and 20b are provided on the substrate W (with extension plates), there is less variation in the film thickness distribution than when extension plates 20a and 20b are not provided on the substrate W (without extension plates). In other words, it can be seen that when extension plates 20a and 20b are provided on the substrate W, the film formation uniformity is superior.
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O2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 Figure 11 shows the difference in film thickness distribution during film formation due to differences in the width of the extension plate. Similar to the graph shown in Figure 10, the horizontal axis of the graph shown in Figure 11 represents the distance (arrangement position (mm)) from the center of the substrate to be film-formed to the edge, with 0 representing the center, and the vertical axis represents the measured film thickness at each arrangement position. The conditions for obtaining this graph were: in the sputtering apparatus 100, the power supplied to the antenna 5 was 20 kW, the bias voltage applied to the target T was 400 V, the pressure in the vacuum chamber 2 was 0.5 Pa, and the O2 ratio to the inert gas in the vacuum chamber 2 was 2.5%. The graph shown in Figure 11 shows the film formation distribution when the widths of the extension plates 20a and 20b (the length in the direction away from the edges W1 and W2 of the substrate W) were 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 in Figure 11, the wider the extension plates 20a and 20b, the less variation there is in the film thickness distribution. In other words, the wider the extension plates 20a and 20b, the better the uniformity of the 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 prevent a decrease in film thickness on the edge W1 and W2 sides of the substrate W, it is preferable that the extension plates 20a and 20b are wide, but it is sufficient if the width is the same as the spread of the sputtered particles. That is, as shown in Figure 4, when the pitch width of the multiple targets T is Y and the width of the extension plates 20a and 20b is Z, it is preferable that the following relational expression (1) holds true.
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 targets T is 200 mm, the width Z of the extension plates 20a and 20b will be 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 of the width of the extension plates 20a and 20b should be set taking into account the size of the sputtering apparatus 100, and the lower limit should be set so that there is no decrease in film thickness at the edges W1 and W2 of the substrate W. In this way, the width of the extension plates 20a and 20b should be set based on the pitch width of the target 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 this embodiment, the example of plate-shaped extension plates 20a and 20b has been described as extension members arranged at the ends of the substrate to extend the surface of the substrate on the film-deposition side, but this is not limited to this. For example, the extension members may be of any shape as long as they have at least one surface that extends the surface of the substrate on the film-deposition 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。 Furthermore, although an example has been described in which the surfaces of the extension plates 20a and 20b arranged to contact the respective ends (W1 and W2) of the substrate W are flush with the surface of the substrate W on the film formation side, this is not limited to this. For example, the extension plates 20a and 20b may be arranged behind the substrate W, i.e., in a direction away from the target T. Furthermore, the extension plates 20a and 20b may be arranged so that they are inclined diagonally upward (towards 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, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are 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 holder 4 Target holder 5 Antenna 6 High frequency power supply 9 Insulation section 10 Target bias power supply 12 Insulation 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 End X Array direction Y Pitch width Z Width of extension plate
Claims (3)
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、
前記真空容器内で前記基板と対向して前記ターゲットを保持する、複数のターゲット保持部と、
前記基板保持部に保持される前記基板の成膜側の面から離間して並列に配置され、前記ターゲット保持部に保持される前記ターゲットと交互に配置されている複数のアンテナと、
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おり、
前記基板保持部に配された前記拡張部材の表面は、当該基板保持部に保持された基板の成膜側の面と面一であり、
前記複数のターゲット保持部は等間隔に配列されており、
前記ターゲットのピッチ幅をY、前記拡張部材の幅をZとしたとき、以下の関係式(1)が成り立つ、
Y≦Z≦2Y・・・・・(1)
スパッタリング装置。 A sputtering apparatus that sputters a target using plasma to form a film on a substrate,
a vacuum vessel that is evacuated and into which a gas is introduced;
a substrate holder that holds the substrate in the vacuum chamber;
a plurality of target holders that hold the targets facing the substrates in the vacuum chamber;
a plurality of antennas arranged in parallel at a distance from a film-forming side surface of the substrate held by the substrate holding unit, and arranged alternately with the targets held by the target holding unit;
an expansion member that expands the film-forming side surface of the substrate,
the extension member is disposed on the substrate holding portion so as to be in contact with or in proximity to an edge of the substrate when the substrate is held by the substrate holding portion ;
a surface of the extension member disposed on the substrate holding part is flush with a film-forming side surface of the substrate held by the substrate holding part,
the plurality of target holders are arranged at equal 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)
Sputtering equipment.
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