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JP2006336085A - Sputtering system - Google Patents

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JP2006336085A
JP2006336085A JP2005163928A JP2005163928A JP2006336085A JP 2006336085 A JP2006336085 A JP 2006336085A JP 2005163928 A JP2005163928 A JP 2005163928A JP 2005163928 A JP2005163928 A JP 2005163928A JP 2006336085 A JP2006336085 A JP 2006336085A
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JP
Japan
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wafer
target
sputtering
sputtering apparatus
turntable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005163928A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Imanaka
誠二 今中
Mitsuhiko Nakano
光彦 中野
Shinji Hirata
信治 平田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2005163928A priority Critical patent/JP2006336085A/en
Publication of JP2006336085A publication Critical patent/JP2006336085A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering system capable of stabilizing crystal grains by repeating film deposition and annealing, and simultaneously depositing a plurality of films by a configuration having a turntable capable of setting a plurality of wafers. <P>SOLUTION: The sputtering system comprises the turntable 3 capable of placing the plurality of wafers 5 inside a vacuum tank 1 composed of a vacuum chamber 6a and a vacuum base 6b, heaters 2 of the same number as that of the wafers 5 placed on the turntable 3, a plurality of targets 12, an inner deposition preventive plate 8 to surround the targets 12 on the circumference, and an outer deposition preventive plate 9 to surround its outer circumference. The film deposition by the sputtering and the anneal are repeated for each wafer 5 by turning the turntable 3 by the predetermined angle, and the plurality of wafers can be simultaneously treated. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は各種のスパッタリング、特に酸化物などの絶縁体を成膜する際に、安定かつ高精度の成膜を行うことができるスパッタリング装置に関するものである。   The present invention relates to a sputtering apparatus capable of performing stable and highly accurate film formation when forming various insulators, in particular, an insulator such as an oxide.

従来この種のスパッタリング装置について図9を用いて説明する。真空槽を構成する真空チャンバー51には排気口58が設けられ、真空チャンバー51は排気口58にて真空排気できるようになっており、また真空チャンバー51にはガス導入口57が設けられており、このガス導入口57から、必要かつ所定のガスを導入することができる構成となっている。   A conventional sputtering apparatus of this type will be described with reference to FIG. The vacuum chamber 51 constituting the vacuum chamber is provided with an exhaust port 58. The vacuum chamber 51 can be evacuated through the exhaust port 58, and the gas supply port 57 is provided in the vacuum chamber 51. The gas introduction port 57 can introduce a necessary and predetermined gas.

真空チャンバー51には、真空チャンバー51とは絶縁された状態でバッキングプレート52が配置され、バッキングプレート52の真空チャンバー51の内部に面する側面には、ターゲット53の表面に対向するようにアースシールドである防着板56が配置されている。   A backing plate 52 is disposed in the vacuum chamber 51 in a state insulated from the vacuum chamber 51, and a ground shield is provided on the side surface of the backing plate 52 facing the inside of the vacuum chamber 51 so as to face the surface of the target 53. The adhesion prevention board 56 which is is arrange | positioned.

真空チャンバー51の内部底面における載置台55の周囲の所定箇所には、対向電極61が配置され、真空チャンバー51の内部側面の近傍には防着板59が設けられている。   A counter electrode 61 is disposed at a predetermined position around the mounting table 55 on the inner bottom surface of the vacuum chamber 51, and a deposition plate 59 is provided in the vicinity of the inner side surface of the vacuum chamber 51.

防着板59は、防着板59の上端部が真空チャンバー51の内部上方の側面に固定され、また防着板59の下端部が対向電極61の表面近傍に位置し、真空チャンバー51の内部側面に近接し、かつ内部側面と平行の状態となるように配置されている。   The top surface of the deposition plate 59 is fixed to the upper side surface inside the vacuum chamber 51, and the bottom surface of the deposition plate 59 is positioned near the surface of the counter electrode 61. It is arranged so as to be close to the side surface and parallel to the inner side surface.

真空チャンバー51の外部には高周波電源54が設けられ、この高周波電源54はバッキングプレート52に電気的に接続されており、高周波電源54を起動すると、バッキングプレート52を介してターゲット53に高周波電力を供給することができる構成となっている。   A high frequency power source 54 is provided outside the vacuum chamber 51, and this high frequency power source 54 is electrically connected to a backing plate 52. When the high frequency power source 54 is activated, high frequency power is supplied to the target 53 via the backing plate 52. It can be supplied.

前記構成のスパッタリング装置で成膜するには、まず、真空チャンバー51の内部を真空排気し、真空状態を維持しながらウェハ60を真空チャンバー51の内部に搬入し、載置台55の表面の所定箇所に載置する。   In order to form a film with the sputtering apparatus having the above-described configuration, first, the inside of the vacuum chamber 51 is evacuated, the wafer 60 is carried into the vacuum chamber 51 while maintaining the vacuum state, and a predetermined position on the surface of the mounting table 55 is obtained. Placed on.

次に、ガス導入口57から、スパッタガスとしてアルゴンガスと酸素ガスをそれぞれ真空チャンバー51に導入し、内部の圧力を所定の圧力に調整し設定する。その状態で高周波電源54を起動し高周波電力を供給すると、真空チャンバー51の内部で放電が発生し、その放電によりターゲット53がスパッタリングされる。   Next, argon gas and oxygen gas are respectively introduced into the vacuum chamber 51 from the gas introduction port 57 as sputtering gases, and the internal pressure is adjusted and set to a predetermined pressure. When the high frequency power supply 54 is activated and high frequency power is supplied in this state, a discharge is generated inside the vacuum chamber 51, and the target 53 is sputtered by the discharge.

スパッタリングされたターゲット53は、ターゲット53の直下に配置されたウェハ60の表面方向に飛来し、ウェハ60にターゲット53の薄膜が成膜されることになる。   The sputtered target 53 flies in the direction of the surface of the wafer 60 disposed immediately below the target 53, and a thin film of the target 53 is formed on the wafer 60.

ウェハ60の表面に所定の膜厚の薄膜が成膜されたら、高周波電源54による高周波電力の供給を停止し、スパッタガスであるアルゴンガスと酸素ガスの導入を止めてスパッタリングの処理を終了し、真空チャンバー51の内部の真空状態を維持しながら処理済みの被スパッタ体であるウェハ60を真空チャンバー51の外へ取り出す。   When a thin film having a predetermined thickness is formed on the surface of the wafer 60, the supply of high-frequency power by the high-frequency power source 54 is stopped, the introduction of argon gas and oxygen gas as sputtering gases is stopped, and the sputtering process is terminated. While maintaining the vacuum state inside the vacuum chamber 51, the wafer 60, which has been processed, is taken out of the vacuum chamber 51.

引き続き、真空チャンバー51の内部の真空状態を維持しながら新規のウェハ60を真空チャンバー51の内へと搬入し、前記で説明した成膜処理と同じ操作を行う。この成膜処理を繰返すことにより、複数の被スパッタ体であるウェハ60に連続的にターゲット材を所定の膜厚で成膜することができるのである。   Subsequently, a new wafer 60 is carried into the vacuum chamber 51 while maintaining the vacuum state inside the vacuum chamber 51, and the same operation as the film forming process described above is performed. By repeating this film forming process, the target material can be continuously formed with a predetermined film thickness on the wafer 60 which is a plurality of objects to be sputtered.

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2002−38263号公報
As prior art document information relating to this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP 2002-38263 A

しかしながら、前記従来のスパッタリング装置では単一真空チャンバー内に1枚のウェハをセットし、成膜をしながらウェハの加熱を行う構成となっており、成膜とアニールの繰り返しによる結晶粒の安定化を単一真空チャンバー内でできないのに加えて、1枚/バッチしか処理できないという課題を有していた。   However, the conventional sputtering apparatus has a configuration in which a single wafer is set in a single vacuum chamber and the wafer is heated while forming a film, and crystal grains are stabilized by repeated film formation and annealing. In addition to being able to process in a single vacuum chamber, there was a problem that only one sheet / batch could be processed.

本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、成膜とアニールを繰返し行うことにより結晶粒の安定化が図れ、かつ複数枚のウェハのセットが可能なターンテーブルを有する構成とすることにより、複数枚のウェハを同時に安定かつ高精度に成膜できるスパッタリング装置を提供することを目的とするものである。   The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and has a structure having a turntable that can stabilize crystal grains by repeatedly performing film formation and annealing and can set a plurality of wafers. Thus, an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of simultaneously and stably depositing a plurality of wafers.

前記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項1に記載の発明は、特に、所定の真空に設定かつ維持できる真空槽と、この真空槽内にあってスパッタリングにより成膜されるウェハを載置するウェハホルダーと、このウェハホルダーを成膜するカソードに順次移動させる複数のウェハホルダーを載置できるターンテーブルと、前記ウェハホルダーに対向して配設されたターゲットに電極を介して高周波電力を印加する電源と、前記ウェハホルダーに載置されたウェハを加熱するヒータからなり、膜を形成するスパッタリングと加熱によるアニールを順次繰返して成膜するという構成を有しており、これにより、成膜とアニールを同一真空チャンバー内で行うことができ、スパッタリングにおける結晶粒を安定化できるという作用効果を有する。   The invention according to the first aspect of the present invention particularly includes a vacuum chamber that can be set and maintained at a predetermined vacuum, a wafer holder in which a wafer to be deposited by sputtering in the vacuum chamber is placed, and the wafer A turntable capable of mounting a plurality of wafer holders that are sequentially moved to a cathode for film formation of the holder, a power source for applying high-frequency power to the target disposed opposite to the wafer holder via an electrode, and the wafer holder It consists of a heater that heats the wafer mounted on the substrate, and has a configuration in which film formation and annealing are sequentially repeated to form a film, and this allows film formation and annealing to be performed in the same vacuum chamber. It can be performed and has the effect of stabilizing the crystal grains in sputtering.

本発明の請求項2に記載の発明は、特に、NC制御可能なモータにより駆動されるターンテーブルを有し、このターンテーブルに載置されたウェハを、間欠送りや連続回転および静止状態にて成膜を可能とする構成であり、これにより、ウェハをターンテーブル上の任意の箇所に位置決めすることが可能で、成膜前に印加するウェハへの予備加熱の時間、および成膜直後のアニールの時間を任意に設定変更でき、結晶の安定化を制御できるという作用効果を有する。   The invention described in claim 2 of the present invention particularly has a turntable driven by a NC controllable motor, and the wafer placed on the turntable is intermittently fed, continuously rotated and stationary. It is a configuration that enables film formation, which enables positioning of the wafer at any location on the turntable, preheating time for the wafer to be applied before film formation, and annealing immediately after film formation It is possible to arbitrarily set and change the period of time, and the effect is that the stabilization of the crystal can be controlled.

本発明の請求項3に記載の発明は、特に、搭載台および電極である2基以上のカソードを有し、各々のカソードに対し独立して印加高周波電力における設定電力までの時間を、任意に設定あるいは変更できるという構成を有しており、これにより、瞬時に所定の高周波電力が印加可能な金属材などのターゲットにおいては瞬時に印加し、瞬時に印加するとターゲットにダメージを与え、破損する恐れがある絶縁体などにおいては、所定時間をかけ所定の高周波電力まで漸次印加することができるため、ターゲット毎に最適なスローアップ時間を設定でき、生産性の向上とターゲットの破損を防止できるという作用効果を有する。   The invention according to claim 3 of the present invention has in particular two or more cathodes which are mounting bases and electrodes, and can arbitrarily set the time to set power in the applied high frequency power independently for each cathode. It has a configuration that can be set or changed, which makes it possible to apply instantaneously to a target such as a metal material to which a predetermined high-frequency power can be applied instantaneously, and if it is applied instantaneously, the target may be damaged and damaged. In certain insulators, etc., it is possible to gradually apply up to a predetermined high frequency power over a predetermined time, so that an optimum slow-up time can be set for each target, which can improve productivity and prevent damage to the target Has an effect.

本発明の請求項4に記載の発明は、特に、順次放電の開始および順次放電の停止を行う複数個のカソードを有するという構成を有しており、これにより、ターンテーブル上のウェハトレイに載置されたウェハは、全てにおいて同一の順序で成膜され、ウェハ間でのバラツキを抑制することができるという作用効果を有する。   The invention described in claim 4 of the present invention particularly has a configuration in which a plurality of cathodes for starting and stopping sequential discharges are provided, and thus placed on a wafer tray on a turntable. All the wafers that have been formed are formed in the same order, and there is an effect that variation between the wafers can be suppressed.

本発明の請求項5に記載の発明は、特に、ターゲット周辺に同心円状に設けた円形の防着板が2枚以上設置され、外側の防着板の高さが内側の防着板の高さより0.5〜20mm高くするという構成を有しており、これにより、内側の防着板に絶縁膜が付着し、放電に必要なアノード部が内側の防着板にその機能が期待できなくなっても、プラズマにさらされ、絶縁膜が付着していない外側の防着板により、安定した放電が維持できるという作用効果を有する。   In the invention according to claim 5 of the present invention, in particular, two or more circular deposition plates provided concentrically around the target are installed, and the height of the outer deposition plate is the height of the inner deposition plate. It has a structure that is 0.5 to 20 mm higher than this, so that the insulating film adheres to the inner protective plate, and the anode part necessary for discharge cannot be expected to function on the inner protective plate. However, there is an effect that stable discharge can be maintained by the outer deposition plate which is exposed to plasma and has no insulating film attached thereto.

本発明の請求項6に記載の発明は、特に、ウェハをフローティング状態にできるターンテーブルおよびウェハホルダーを有する構成とするもので、これにより、ターンテーブル、ウェハトレイおよびウェハに絶縁物が成膜される前に導電性であったものが、成膜するに従い絶縁体となることにより成膜状態が変化し、結果として成膜した膜の結晶性が変化するのを抑制するという作用効果を有する。   The invention described in claim 6 of the present invention is particularly configured to have a turntable and a wafer holder capable of bringing the wafer into a floating state, whereby an insulator is formed on the turntable, the wafer tray and the wafer. What was previously conductive has an effect of suppressing the change in crystallinity of the formed film as a result of changing the film formation state by becoming an insulator as the film is formed.

本発明の請求項7に記載の発明は、特に、ターンテーブルの上面に載置されたウェハを間にして電極と反対側にヒータを配設し、前記ウェハとヒータの間にウェハホルダーとともに移動自在で、前記ヒータの熱を保持均一化するためのセラミック材でなる板を設けるという構成を有しており、これにより、ウェハの温度分布の均一性を良くするとともに、ヒータ直下から次のヒータに移動する際のウェハの温度低下を防ぐという作用効果を有する。   In the invention according to claim 7 of the present invention, in particular, a heater is disposed on the opposite side of the electrode with the wafer placed on the upper surface of the turntable, and moves with the wafer holder between the wafer and the heater. It has a configuration in which a plate made of a ceramic material for holding and uniforming the heat of the heater is provided freely, thereby improving the uniformity of the temperature distribution of the wafer and the next heater from directly below the heater. This has the effect of preventing the temperature of the wafer from lowering when it is moved.

本発明の請求項8に記載の発明は、特に、ターゲット周辺に防着板が2枚以上設置され、外側の防着板の表面に導電性で表面粗さが大きくなる表面処理を施し、外側の防着板の表面積を他の防着板の表面積より大きくするという構成を有しており、これにより、成膜時にターゲットのマイナスバイアスの電位を下げることが可能となり、絶縁体膜など安定した組成の成膜ができるという作用効果を有する。   In the invention described in claim 8 of the present invention, in particular, two or more deposition-preventing plates are installed around the target, and the surface of the outer deposition-preventing plate is subjected to a surface treatment that increases conductivity and surface roughness, The surface area of the protective plate is made larger than the surface area of the other protective plates, which makes it possible to lower the negative bias potential of the target during film formation and stabilize the insulator film, etc. The effect is that the film can be formed with the composition.

本発明の請求項9に記載の発明は、特に、防着板表面にディンプル加工を施し、外側の防着板の表面積を他の防着板の表面積より大きくするという構成を有しており、これにより、同一外形の防着板に対しても外側の表面積を大きくすることができ、成膜時にターゲットのマイナスバイアスの電位を下げることが可能で、絶縁体膜など安定した組成の成膜ができるという作用効果を有する。   The invention according to claim 9 of the present invention has a configuration in which, in particular, the surface of the adhesion preventing plate is subjected to dimple processing, and the surface area of the outer adhesion preventing plate is made larger than the surface area of the other adhesion preventing plates, As a result, the outer surface area can be increased even with the same outer shape of the deposition plate, the potential of the negative bias of the target can be lowered at the time of film formation, and deposition of a stable composition such as an insulator film can be performed. Has the effect of being able to.

本発明の請求項10に記載の発明は、特に、直径がシース厚み以上かつ20mm以内で、深さがその直径の2倍未満とした複数の穴を外側の防着板に加工し設けるという構成を有しており、これにより、外側の防着板の表面積を大きくすることができ、成膜時にターゲットのマイナスバイアスの電位を下げることが可能で、絶縁体膜など安定した組成の成膜ができるという作用効果を有する。   In the invention according to claim 10 of the present invention, in particular, a structure in which a plurality of holes having a diameter equal to or larger than the sheath thickness and within 20 mm and having a depth of less than twice the diameter is processed and provided on the outer adhesion-preventing plate. As a result, the surface area of the outer deposition preventing plate can be increased, the potential of the negative bias of the target can be lowered during the film formation, and a film having a stable composition such as an insulator film can be formed. Has the effect of being able to.

本発明の請求項11に記載の発明は、特に、防着板表面に導電性材料の溶射を施し、外側の防着板の表面積を他の防着板の表面積より大きくするという構成を有しており、これにより、外側の防着板の表面積を大きくすることができ、成膜時にターゲットのマイナスバイアスの電位を下げることが可能で、絶縁体膜など安定した組成の成膜ができるという作用効果を有する。   The invention according to the eleventh aspect of the present invention particularly has a configuration in which a conductive material is sprayed on the surface of the deposition preventing plate so that the surface area of the outer deposition preventing plate is larger than the surface areas of the other deposition preventing plates. As a result, the surface area of the outer adhesion-preventing plate can be increased, the potential of the negative bias of the target can be lowered during film formation, and the film can be formed with a stable composition such as an insulator film. Has an effect.

本発明の請求項12に記載の発明は、特に、スパッタリングに必要なガスをアースシールド内のガス流路を経由してターゲットの直上に噴出させるという構成を有しており、これにより、複数枚の防着板で囲まれた放電空間に対して効率的にガス導入を行うことができ、ターゲットとウェハがさらされている空間において、プラズマの安定化が図れ、成膜状態を安定にすることができるという作用効果を有する。   The invention according to the twelfth aspect of the present invention particularly has a configuration in which a gas necessary for sputtering is jetted directly above a target via a gas flow path in an earth shield. Gas can be efficiently introduced into the discharge space surrounded by the deposition prevention plate, and the plasma can be stabilized and the film formation state can be stabilized in the space where the target and the wafer are exposed. Has the effect of being able to

本発明の請求項13に記載の発明は、特に、ターンテーブルの上面に載置されているウェハのうち、少なくとも1枚にプリスパッタ中の成膜を形成させるという構成を有しており、これにより、ターゲットに高周波電力を印加中、あるいはプリスパッタ中には、常に決められ設定されたウェハに成膜するのであり、成膜初期で発生する不純な膜を1枚をウェハに着膜させ、それ以外のウェハは常に安定した状態で所定の成膜ができるという作用効果を有する。   The invention described in claim 13 of the present invention has a configuration in which a film during pre-sputtering is formed on at least one of the wafers placed on the upper surface of the turntable. Thus, during application of high-frequency power to the target or during pre-sputtering, a film is always formed on the wafer that is determined and set, and one impure film generated at the initial stage of film formation is deposited on the wafer, Other wafers have the effect of being able to perform predetermined film formation in a stable state at all times.

本発明の請求項14に記載の発明は、特に、プリスパッタリング中における成膜を、ターンテーブルの上面におけるダミーのウェハホルダーに形成させるという構成を有しており、これにより、ターゲットに高周波電力を印加中、あるいはプリスパッタ中には常に所定のダミー用のウェハトレイに成膜するものであり、成膜初期で発生する不純な膜をダミートレイに着膜させ、それ以外のウェハは常に安定した状態で所定の成膜ができるという作用効果を有する。   The invention according to claim 14 of the present invention has a configuration in which the film formation during the pre-sputtering is formed on a dummy wafer holder on the upper surface of the turntable, and thereby high frequency power is applied to the target. During application or pre-sputtering, a film is always deposited on a predetermined dummy wafer tray. Impure films generated at the initial stage of film deposition are deposited on the dummy tray, and other wafers are always in a stable state. Thus, there is an effect that a predetermined film can be formed.

本発明の請求項15に記載の発明は、特に、ターゲットの表面と側面に対し、シース距離よりも小さい隙間を設けたプレートを、ターゲットを囲うように設けるという構成を有しており、これにより、ターゲットに高周波電力を印加中に発生するターゲット側面での放電を抑制でき、ターゲット側面で発生する異常放電によるターゲットのダメージや、ターゲットの破損を防止するという作用効果を有する。   The invention according to claim 15 of the present invention has a configuration in which a plate having a gap smaller than the sheath distance is provided so as to surround the target, particularly on the surface and side surface of the target. In addition, it is possible to suppress the discharge on the side of the target that occurs during application of high-frequency power to the target, and it has the effect of preventing damage to the target and damage to the target due to abnormal discharge that occurs on the target side.

本発明のスパッタリング装置は、真空槽と、2つ以上のウェハホルダーと、ウェハホルダーを順次成膜するカソードに移動させるターンテーブルと、ウェハホルダーに対向して配設された電極に高周波電力を供給する高周波電源と、ウェハを加熱するヒータを有する構成であり、所定の膜を形成する成膜と成膜した膜の結晶性を成長させるアニールを繰返すことが可能であり、スパッタリングによる安定した高精度の膜が形成できるという効果を有する。   The sputtering apparatus of the present invention supplies high-frequency power to a vacuum chamber, two or more wafer holders, a turntable that moves the wafer holders sequentially to a cathode for film formation, and an electrode disposed opposite the wafer holder The high-frequency power supply and the heater for heating the wafer are capable of repeating the film formation for forming a predetermined film and the annealing for growing the crystallinity of the formed film, and stable high accuracy by sputtering. This film has the effect of forming a film.

(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1,2,5〜7,12および15に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the invention described in the first, second, fifth, seventh, twelfth and fifteenth aspects of the present invention will be described using the first embodiment with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態1におけるスパッタリング装置の要部構成概要図、図2は同装置のターンテーブルにおける概要平面図、図3は同装置の放電空間の要部構成概要図、そして図4は同装置の防着板の要部構成概要図である。   FIG. 1 is a schematic diagram of a main part configuration of a sputtering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view of a turntable of the apparatus, FIG. 3 is a schematic diagram of a main part configuration of a discharge space of the apparatus, and FIG. 4 is a schematic diagram of a main part configuration of the deposition preventing plate of the apparatus.

本実施の形態1におけるスパッタリング装置においては、気密構造の真空チャンバー6aと基盤である真空ベース6bにより真空槽1を構成しており、その真空槽1の底部には真空排気管18が配設され、その真空排気管18には真空排気バルブ15と真空排気系(図示せず)とが接続配管されており、真空排気系を駆動させるとともに真空排気バルブ15を開放することにより、真空槽内を真空排気し所定の真空の雰囲気にするものである。   In the sputtering apparatus according to the first embodiment, a vacuum chamber 1 is constituted by a vacuum chamber 6 a having an airtight structure and a vacuum base 6 b as a base, and a vacuum exhaust pipe 18 is disposed at the bottom of the vacuum chamber 1. The vacuum exhaust pipe 18 is connected to a vacuum exhaust valve 15 and a vacuum exhaust system (not shown). The vacuum exhaust system is driven and the vacuum exhaust valve 15 is opened to open the inside of the vacuum chamber. It is evacuated to a predetermined vacuum atmosphere.

真空槽1にはガス導入管7が接続配管されており、ガス導入系(図示せず)とはガス導入バルブ17により仕切られ区分されており、ガス導入バルブ17を開放することにより真空槽内に所定ガスを導入することができる。   A gas introduction pipe 7 is connected to the vacuum chamber 1, and is separated from a gas introduction system (not shown) by a gas introduction valve 17. By opening the gas introduction valve 17, the inside of the vacuum chamber is opened. It is possible to introduce a predetermined gas into.

真空槽1の真空度の調整は、ガス導入バルブ17により、マスフローメータ(図示せず)で設定された量だけ真空槽内に供給されるスパッタガスにより真空度が低下するのに対し、真空排気バルブ15の開度を調整することにより行うものであり、真空度を所望の値(例えば0.1Pa〜0.5Paの任意の値)に設定することができる構成となっている。   The degree of vacuum of the vacuum chamber 1 is adjusted by the gas introduction valve 17 while the vacuum level is lowered by the sputtering gas supplied into the vacuum chamber by an amount set by a mass flow meter (not shown), whereas the vacuum level is reduced. This is performed by adjusting the opening degree of the valve 15, and the degree of vacuum can be set to a desired value (for example, an arbitrary value of 0.1 Pa to 0.5 Pa).

真空ベース6bには搭載台および電極であるカソード16が配設固定され、カソード16には真空ベース6bとは絶縁された状態で電極となるバッキングプレート11が搭載固定されており、またバッキングプレート11の上面、すなわち真空チャンバー6aに面する側には、成膜する材料の絶縁体からなるターゲット12が配置されており、ターゲット12の周囲にはターゲット押え23が配設されている。   A mounting base and a cathode 16 as an electrode are disposed and fixed on the vacuum base 6b. A backing plate 11 serving as an electrode is mounted and fixed on the cathode 16 while being insulated from the vacuum base 6b. A target 12 made of an insulator made of a material to be deposited is disposed on the upper surface, that is, the side facing the vacuum chamber 6 a, and a target presser 23 is disposed around the target 12.

またターゲット12の周囲には、真空チャンバー6aと同電位のアースリング10が囲うように配設され、さらに図3および図4に示すようにアースリング10には、ターゲット12と同心円上に内防着板8と、内防着板8より0.5mm〜20mm背の高い外防着板9が真空チャンバー6aと同電位として配設されており、これらがスパッタリングにおける際のアース(接地)としての役目を果たすように構成されている。   Further, a ground ring 10 having the same potential as that of the vacuum chamber 6a is disposed around the target 12, and the ground ring 10 is concentric with the target 12 as shown in FIGS. A plate 8 and an outer plate 9 0.5 mm to 20 mm taller than the inner plate 8 are arranged at the same potential as the vacuum chamber 6a, and these are used as a ground in the sputtering. It is configured to play a role.

真空槽1には、ターゲット12に対向してシリコン基材やMgO基板などでなるウェハ5を載置したウェハホルダー4が配置されており、ウェハホルダー4は真空チャンバー6aとは絶縁された状態のターンテーブル3の上面に載置されている。   In the vacuum chamber 1, a wafer holder 4 on which a wafer 5 made of a silicon base material, an MgO substrate, or the like is placed is opposed to the target 12, and the wafer holder 4 is insulated from the vacuum chamber 6 a. It is placed on the upper surface of the turntable 3.

ターンテーブル3は、その中心部を一端にて固定している軸19をNC制御のモータ13による駆動で、連続回転、間欠回転あるいは所定の位置決めを自由に行うことができる。   The turntable 3 can freely perform continuous rotation, intermittent rotation, or predetermined positioning by driving a shaft 19 whose central portion is fixed at one end by an NC-controlled motor 13.

前記の構成および動作により、ウェハ5は真空槽1の内部に複数ある任意のターゲット12と対向した位置への移動および所定の位置決めをすることが可能となっている。   With the configuration and operation described above, the wafer 5 can be moved to a position facing a plurality of arbitrary targets 12 in the vacuum chamber 1 and can be positioned at a predetermined position.

さらにターゲット12に対向した位置におけるウェハ5の直上には、ヒータ2が配設されており、成膜中あるいは成膜する直前でのウェハ5への加熱が可能となる構成としている。   Further, a heater 2 is disposed immediately above the wafer 5 at a position facing the target 12 so that the wafer 5 can be heated during film formation or just before film formation.

真空槽1の内部にあるバッキングプレート11には高周波電源14が電気的に接続されており、高周波電源14を起動すると、バッキングプレート11を介してターゲット12に高周波電力を供給することができるのである。   A high frequency power supply 14 is electrically connected to the backing plate 11 inside the vacuum chamber 1, and when the high frequency power supply 14 is activated, high frequency power can be supplied to the target 12 via the backing plate 11. .

なお、均熱板21はヒータ2とウェハ5の間に配設され、ウェハ5全体を均一に加熱するためのものでセラミック材などから構成されている。ガス供給孔22はガス導入管7の先端に接続され、真空槽1内に所定のスパッタガスを供給するものであり、導入管7を含めてアースシールド内のガス流路を構成しており、ガス流路を経由してターゲット12の直上にスパッタガスを噴出させるものである。   The soaking plate 21 is disposed between the heater 2 and the wafer 5 and is used to uniformly heat the entire wafer 5 and is made of a ceramic material or the like. The gas supply hole 22 is connected to the tip of the gas introduction pipe 7 and supplies a predetermined sputtering gas into the vacuum chamber 1, and constitutes a gas flow path in the earth shield including the introduction pipe 7. Sputtering gas is jetted directly above the target 12 via the gas flow path.

なお図2に膜が生成される箇所(位置)である成膜ポジション24、同じくアニールが行われる箇所(位置)であるアニールポジション25を示す。   FIG. 2 shows a film forming position 24 where a film is generated (position) and an annealing position 25 which is also a position (position) where annealing is performed.

以上の構成でなるスパッタリング装置におけるウェハ5の表面への成膜方法について図面を用いて説明する。   A film forming method on the surface of the wafer 5 in the sputtering apparatus having the above configuration will be described with reference to the drawings.

真空槽1の内部を、真空排気バルブ15を開放し真空排気系を駆動することにより真空排気を行い、真空状態を維持したままあらかじめシリコン基材やMgO基板などでなるウェハ5、およびウェハ5の直上に均熱板21が配設されているウェハホルダー4を、真空槽1内部のターンテーブル3の所定の位置に載置する。   The inside of the vacuum chamber 1 is evacuated by opening the evacuation valve 15 and driving the evacuation system, and the wafer 5 made of a silicon base material, an MgO substrate or the like in advance while maintaining the vacuum state, and the wafer 5 The wafer holder 4 on which the soaking plate 21 is disposed immediately above is placed at a predetermined position of the turntable 3 inside the vacuum chamber 1.

これを、ターンテーブル3における全てのポジションに行い、ターンテーブル3の上面における全ての載置位置に、ウェハ5と均熱板21が配設されたウェハホルダー4をセットするのである。   This is performed at all positions on the turntable 3, and the wafer holder 4 on which the wafer 5 and the heat equalizing plate 21 are disposed is set at all mounting positions on the upper surface of the turntable 3.

その状態でウェハ5が設定温度になるように、例えばPID制御されたヒータ2の電源をONとしてウェハ5を加熱するが、その際にターンテーブル3は、必要とする連続回転あるいは間欠回転、または静止状態を、例えばNC制御のモータ13により任意に設定し決めることができる。   In such a state, for example, the power of the heater 2 under PID control is turned on to heat the wafer 5 so that the wafer 5 reaches a set temperature. At this time, the turntable 3 is required to perform continuous rotation or intermittent rotation, or The stationary state can be arbitrarily set and determined by the NC control motor 13, for example.

次にウェハ5が設定温度になったら、ガス導入バルブ17を開放することにより、ガス導入管7を経由し、図3に示すガス供給孔22から真空槽1内部のターゲット12の直上に所定のスパッタガス、すなわちアルゴンガスと酸素ガスをそれぞれ設定量だけ供給し、真空槽1内の圧力が0.1Pa〜0.5Paの設定した値になるように排気バルブ15の開度を調整する。   Next, when the wafer 5 reaches a set temperature, the gas introduction valve 17 is opened to pass through the gas introduction pipe 7 and directly above the target 12 in the vacuum chamber 1 from the gas supply hole 22 shown in FIG. Sputtering gas, that is, argon gas and oxygen gas, are respectively supplied in set amounts, and the opening degree of the exhaust valve 15 is adjusted so that the pressure in the vacuum chamber 1 becomes a set value of 0.1 Pa to 0.5 Pa.

真空槽1内部の圧力が設定値となり、高周波電源14を起動させてバッキングプレート11を介してターゲット12に高周波電力を供給すると、真空槽1内部でプラズマが発生しターゲット12がスパッタリングされることになる。   When the pressure inside the vacuum chamber 1 becomes a set value, when the high frequency power source 14 is activated and high frequency power is supplied to the target 12 via the backing plate 11, plasma is generated inside the vacuum chamber 1 and the target 12 is sputtered. Become.

また、ターゲット押え23の作用効果により、プラズマはターゲット12の真空チャンバー6aに面した側にのみ発生し、ターゲット12の側面に発生することがないため、ターゲット12が側面で発生する異常放電などによりダメージを受けることはない。   Further, due to the action and effect of the target presser 23, plasma is generated only on the side of the target 12 facing the vacuum chamber 6a and does not occur on the side surface of the target 12. Therefore, the target 12 is caused by abnormal discharge generated on the side surface. There is no damage.

ターゲット12からスパッタリングされた絶縁体のターゲット材料は、ターゲット12の直上に配置されたウェハ5の方向に飛翔するとともに、内防着板8の内面とターンテーブル防着板20の下面およびウェハホルダー4の下面に飛翔することになる。   The insulating target material sputtered from the target 12 flies in the direction of the wafer 5 disposed immediately above the target 12, and the inner surface of the inner protective plate 8, the lower surface of the turntable protective plate 20, and the wafer holder 4. Will fly to the bottom of the.

さらに、内防着板8から外側に回りこむターゲット材料の粒子については、外防着板9の内面にターゲット材料を付着させるため、その他の構成機構や部品にはターゲット材料による絶縁体膜は付着することはない。   Furthermore, for the particles of the target material that wrap around from the inner protective plate 8, the target material is attached to the inner surface of the outer protective plate 9, so that the insulator film of the target material is attached to the other structural mechanisms and parts. Never do.

さらにまた、絶縁体でなるターゲット材料が、内防着板8やアースリング10に付着しても、スパッタリングを正常に起こすアース面(アノード)が、内防着板8の裏面側と外防着板9の内側面のプラズマ空間にあることから、ターゲット12はマイナスのバイアス電位を維持することができ、これにより、ターゲット材料のみをウェハ5における下面側すなわち成膜面に成膜することができるのである。   Furthermore, even if the target material made of an insulator adheres to the inner protection plate 8 or the earth ring 10, the ground surface (anode) that normally causes sputtering is adhered to the back surface side of the inner protection plate 8 and the outer prevention coating. Since the target 12 is in the plasma space on the inner surface of the plate 9, the target 12 can maintain a negative bias potential, whereby only the target material can be deposited on the lower surface side of the wafer 5, that is, on the deposition surface. It is.

なお図2に示すように、成膜する際における結晶の成長を促進させるため、所定の膜厚が成膜できる時間に到達すると、複数の成膜ポジション24との間に配置されているアニールポジション25にウェハ5を移動させ、成膜時間とほぼ同じ時間アニールを行い、ウェハ5の上面に成膜された膜の配向性や結晶性を安定化させることができる構成となっている。   As shown in FIG. 2, in order to promote crystal growth during film formation, an annealing position arranged between a plurality of film formation positions 24 when a predetermined film thickness is reached. The wafer 5 is moved to 25 and annealed for approximately the same time as the film formation time, so that the orientation and crystallinity of the film formed on the upper surface of the wafer 5 can be stabilized.

その際、成膜ポジション24からアニールポジション25に移動させる際に、ヒータ2のないところをウェハ5は通過して、ウェハ5の温度低下が発生する恐れがあるが、熱容量の大きい均熱板21からの熱をウェハ5の移動の際にも与え続けられることにより、ウェハ5の温度の大きな変化を防いでいる。   At that time, when moving from the film forming position 24 to the annealing position 25, the wafer 5 may pass through a place without the heater 2 and the temperature of the wafer 5 may decrease. Since the heat from the wafer 5 is continuously applied even when the wafer 5 is moved, a large change in the temperature of the wafer 5 is prevented.

また、最初に成膜されたウェハ5の膜がアニールされている間も、最初に成膜されたウェハ5に隣接したウェハ5aは成膜されているものであり、このようにして、ウェハ5は成膜ポジションに搭載数の2倍のウェハ5を連続して成膜していくことになる。   Further, while the film of the wafer 5 formed first is annealed, the wafer 5a adjacent to the wafer 5 formed first is formed, and thus the wafer 5 is formed. That is, the number of wafers 5 that are twice as many as the number of wafers 5 is continuously formed at the film forming position.

このようにして、所定のウェハ5の上面にスパッタリングされたターゲット材料である絶縁体膜が所定の膜厚に到達したら、ガス導入バルブ17を閉鎖し、スパッタガスであるアルゴンガスと酸素ガスの供給を停止し、同時に高周波電源14からの高周波電力の供給を止めてスパッタリング処理を終了させ、真空排気バルブ15を全開にして真空槽1内を真空状態に維持しながら、取り出しが可能となる温度にウェハ5の温度が下がるまで、ターンテーブルを連続回転あるいは間欠回転、または静止状態とし、取り出し可能な温度になれば成膜処理済みのウェハ5の基板を真空槽1から外に取り出す。   In this way, when the insulator film, which is the target material sputtered on the upper surface of the predetermined wafer 5, reaches the predetermined film thickness, the gas introduction valve 17 is closed, and the supply of argon gas and oxygen gas as the sputtering gas is performed. At the same time, the high-frequency power supply from the high-frequency power source 14 is stopped, the sputtering process is terminated, the vacuum exhaust valve 15 is fully opened, and the vacuum chamber 1 is maintained in a vacuum state, and the temperature can be taken out. Until the temperature of the wafer 5 is lowered, the turntable is continuously rotated, intermittently rotated, or stationary, and when the temperature reaches a temperature at which the wafer 5 can be taken out, the substrate of the wafer 5 that has been subjected to film formation is taken out from the vacuum chamber 1.

続いて、真空チャンバー6aと真空ベース6bで構成される真空槽1の内部を真空維持しながら、新規のウェハ5が載置されたウェハホルダー4を真空槽1の内部に移載し、前記の動作あるいは操作と同じ成膜処理を行うことにより、連続的に多数のウェハ5の上面への成膜処理を行うことができるのである。   Subsequently, while maintaining the inside of the vacuum chamber 1 composed of the vacuum chamber 6a and the vacuum base 6b, the wafer holder 4 on which the new wafer 5 is placed is transferred to the inside of the vacuum chamber 1, and the above-mentioned By performing the same film forming process as the operation or operation, film forming processes on the upper surfaces of a large number of wafers 5 can be performed continuously.

なお、ターゲット12の表面と側面に対し、シース距離よりも小さい隙間を設けたプレートを、ターゲット12を囲うように配設すれば、ターゲット12に高周波電力を印加する際に発生するターゲット12の側面での放電などを抑制でき、ターゲット12の側面で発生する異常放電によるターゲット12のダメージや、ターゲット12の破損などを防止することができる。   If a plate having a gap smaller than the sheath distance is provided so as to surround the target 12 with respect to the surface and side surface of the target 12, the side surface of the target 12 generated when high frequency power is applied to the target 12. Discharge can be suppressed, and damage to the target 12 due to abnormal discharge occurring on the side surface of the target 12, damage to the target 12, and the like can be prevented.

(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項3に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図5は本発明の実施の形態2におけるスパッタリング装置の高周波電力印加における時間−印加電力図である。真空チャンバー6aと真空ベース6bで構成される真空槽1の内部を真空排気して真空状態にし、ガス導入バルブ17から所定のスパッタガスを導入して高周波電力を印加する際の時間と印加電力の関係は、図5に示すように時間経過とともに漸次電力を印加することにより、絶縁体などでなるターゲット12の熱衝撃による損傷などに対しても、急激な温度変化を起こすことなく安定して高周波電力を印加させることができる。   FIG. 5 is a time-applied power diagram in the high-frequency power application of the sputtering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The inside of the vacuum chamber 1 composed of the vacuum chamber 6a and the vacuum base 6b is evacuated to a vacuum state, a predetermined sputtering gas is introduced from the gas introduction valve 17 and the time and applied power are applied. As shown in FIG. 5, by gradually applying power over time as shown in FIG. 5, even when the target 12 made of an insulator or the like is damaged by a thermal shock, the high frequency is stably generated without causing a rapid temperature change. Electric power can be applied.

また、2枚以上の異なった成膜材料をスパッタリングする場合においても、各々のターゲット材料に対して、図5に示すように時間−印加電力の傾斜を変化させることにより、各々のターゲット材料に対して最適な高周波電力の設定値到達への印加時間を設けることができるものである。   Further, even when two or more different film forming materials are sputtered, by changing the time-applied power gradient as shown in FIG. 5 for each target material, Thus, it is possible to provide an application time for reaching the set value of the optimum high-frequency power.

例えば、2枚のターゲットを使用する際、1枚目のターゲットに対しては、t1時間で電力P(W)まで徐々に高周波電力を印加し、他の1枚のターゲットに対してはt2時間で電力P(W)まで高周波電力を印加することにより、ターゲット材料に適した時間による成膜の開始を行うことができるものである。   For example, when two targets are used, high frequency power is gradually applied to the power P (W) in t1 time for the first target, and t2 time for the other target. By applying high frequency power up to power P (W), film formation can be started in a time suitable for the target material.

(実施の形態3)
以下、実施の形態3を用いて、本発明の特に請求項4,13,14に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the invention described in the fourth, thirteenth and fourteenth aspects of the present invention will be described with reference to the drawings by using the third embodiment.

図6は本発明の実施の形態3におけるスパッタリング装置のターンテーブルの要部構成概要平面図、図7は同装置の3基のターゲットを有する場合における各々の高周波電力印加における時間−印加電力図である。   FIG. 6 is a schematic plan view of a main part configuration of the turntable of the sputtering apparatus according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 7 is a time-applied power chart in each application of high-frequency power when the apparatus has three targets. is there.

真空チャンバー6aと真空ベース6bで構成される真空槽1の内部を真空排気して真空状態にし、ガス導入バルブ17から所定スパッタガスを導入して高周波電力を印加する際、スパッタリング初期に発生するターゲット12の表面に付着している不要かつ不純な材料がウェハ5に付着しないようにするために、図6に示すようにターゲット12aの直上に、ターンテーブル3により位置決め設定されているウェハ5aが載置されている場合について説明する。   The target generated in the initial stage of sputtering when the inside of the vacuum chamber 1 composed of the vacuum chamber 6a and the vacuum base 6b is evacuated to a vacuum state, a predetermined sputtering gas is introduced from the gas introduction valve 17 and high frequency power is applied. In order to prevent unnecessary and impure materials adhering to the surface of 12 from adhering to the wafer 5, the wafer 5a positioned and set by the turntable 3 is placed directly on the target 12a as shown in FIG. The case where it is placed will be described.

ウェハ5aがターゲット12aの直上にある場合に、図7に示すようにターゲット12aに印加する高周波電力をT時間にて設定電力P(W)となるように供給していく。この状態で、ターゲット12aの表面の不要な不純物は全てスパッタリングされ除去することができ、その不要な不純物は全てウェハ5aとターゲット12aの周辺に配設された防着板(図示せず)に付着する。   When the wafer 5a is directly above the target 12a, the high frequency power applied to the target 12a is supplied so as to be set power P (W) in T time as shown in FIG. In this state, all unnecessary impurities on the surface of the target 12a can be sputtered and removed, and all the unnecessary impurities adhere to the adhesion plate (not shown) disposed around the wafer 5a and the target 12a. To do.

所定のT時間が経過したら、ターンテーブル3を時計方向に60度回転させる。これにより、表面に成膜されたウェハ5aはターゲット12aとターゲット12bの中間の箇所(ポジション)に移動することになる。この状態でウェハ5aはアニールされ、一方ターゲット12aの直上に位置するウェハ5bは必要とする純粋なターゲット材料のみがスパッタリングにて成膜されることになる。   When a predetermined T time has elapsed, the turntable 3 is rotated 60 degrees clockwise. As a result, the wafer 5a formed on the surface moves to a position (position) between the target 12a and the target 12b. In this state, the wafer 5a is annealed, while only the required pure target material is deposited by sputtering on the wafer 5b located immediately above the target 12a.

所定のT時間が経過すると再度ターンテーブルは時計方向に60度回転し、ウェハ5aはターゲット12bの直上に位置し、この状態でターゲット12bをT時間で高周波電力が設定電力P(W)に到達するように印加する。この段階でウェハ5aにターゲット12bにおける表面の不要で不純な材料は全てスパッタリングされ、ウェハ5aとターゲット12bの周辺に配設された防着板(図示せず)に付着していく。一方、ウェハ5aはアニールされ、ウェハ5cはターゲット12aによるスパッタリングで成膜される。   When the predetermined T time elapses, the turntable rotates 60 degrees in the clockwise direction again, and the wafer 5a is positioned immediately above the target 12b. In this state, the high frequency power reaches the set power P (W) in T time in the target 12b. Apply as follows. At this stage, all unnecessary and impure materials on the surface of the target 12b are sputtered onto the wafer 5a, and adhere to the adhesion preventing plates (not shown) disposed around the wafer 5a and the target 12b. On the other hand, the wafer 5a is annealed, and the wafer 5c is formed by sputtering with the target 12a.

この状態から再度60度時計方向にターンテーブル3を回転させると、ウェハ5aはターゲット12bとターゲット12cとの中間の箇所(ポジション)にてアニールされる。ウェハ5bは、ターゲット12bによるスパッタリングで成膜され、ウェハ5cはアニールされ、ウェハ5dはターゲット12aによるスパッタリングで成膜される。   When the turntable 3 is again rotated clockwise by 60 degrees from this state, the wafer 5a is annealed at an intermediate position (position) between the target 12b and the target 12c. The wafer 5b is formed by sputtering using the target 12b, the wafer 5c is annealed, and the wafer 5d is formed by sputtering using the target 12a.

この状態で所定のT時間経過すると、再度時計方向に60度ターンテーブル3を回転させると、ウェハ5aはターゲット12cの直上に位置し、この状態でターゲット12cに対しT時間で高周波電力が設定電力P(W)に到達するように印加する。これにより、ターゲット12cの表面における不要な不純物はウェハ5aおよびターゲット12cの周辺に配設された防着板(図示せず)に付着していく。   When a predetermined T time has elapsed in this state, when the turntable 3 is rotated 60 degrees in the clockwise direction again, the wafer 5a is positioned immediately above the target 12c. In this state, the high frequency power is set to the target 12c in T time. Apply to reach P (W). As a result, unnecessary impurities on the surface of the target 12c adhere to the adhesion preventing plates (not shown) disposed around the wafer 5a and the target 12c.

さらに再度ターンテーブルを時計方向に60度回転させることにより、ウェハ5aはターゲット12aとターゲット12cとの中間の箇所(ポジション)にてアニールされ、ウェハ5bはターゲット12cで、ウェハ5dはターゲット12bで、そしてウェハ5fはターゲット12aでそれぞれスパッタリングにより成膜され、またウェハ5cとウェハ5eはそれぞれアニールされる。   Further, by rotating the turntable 60 degrees clockwise, the wafer 5a is annealed at an intermediate position (position) between the target 12a and the target 12c, the wafer 5b is the target 12c, the wafer 5d is the target 12b, The wafer 5f is formed by sputtering on the target 12a, and the wafer 5c and the wafer 5e are annealed.

所定のT時間経過したら、ウェハ5aは再びターゲット12aの直上に戻り、以後、所定の回数、時計方向への60度の回転移動を繰り返し、それぞれのウェハ5a〜5fに所定の膜厚のターゲット材料による膜が形成されたら、ガス導入バルブ17を閉鎖するとともに所定のスパッタガスの供給を停止し、同時に高周波電力の供給を停止してスパッタリング処理を終了するものである。   When a predetermined time T has elapsed, the wafer 5a returns to the position immediately above the target 12a, and thereafter, the wafer 5a is rotated a predetermined number of times in the clockwise direction by 60 degrees, and a target material having a predetermined thickness is applied to each of the wafers 5a to 5f. When the film is formed, the gas introduction valve 17 is closed and the supply of a predetermined sputtering gas is stopped. At the same time, the supply of high-frequency power is stopped and the sputtering process is terminated.

以上により、ウェハ5aおよび防着板にターゲット12a〜12cの表面に付着している不要な不純物を付着させることにより、ウェハ5b〜5fには必要で純粋なターゲット材料でのスパッタリングにより膜が形成でき、優れた特性で安定した成膜を行うことが可能となる。   As described above, by attaching unnecessary impurities attached to the surfaces of the targets 12a to 12c to the wafer 5a and the deposition preventing plate, a film can be formed on the wafers 5b to 5f by sputtering with a necessary and pure target material. It is possible to perform stable film formation with excellent characteristics.

なお、ウェハ5aの代わりに穴を設けていないウェハホルダー4を使用し、ターゲット表面に付着している不要な不純物を、そのウェハホルダー4に付着させても同様の効果を得ることができる。   The same effect can be obtained by using a wafer holder 4 having no holes in place of the wafer 5a, and attaching unnecessary impurities attached to the target surface to the wafer holder 4.

(実施の形態4)
以下、実施の形態4を用いて、本発明の請求項8〜11に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。図8(a)は本発明の実施の形態における外防着板にディンプル加工を施した場合の要部構成概要断面図、図8(b)は同外防着板の内面に溶射を施した場合の要部構成概要断面図、図8(c)は同外防着板に穴加工を施した場合の要部構成概要断面図である。
(Embodiment 4)
Hereinafter, the invention described in claims 8 to 11 of the present invention will be described using the fourth embodiment with reference to the drawings. FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of a main part configuration when dimple processing is performed on the outer protection plate in the embodiment of the present invention, and FIG. 8B is thermal sprayed on the inner surface of the outer protection plate. The principal part structure outline | summary sectional drawing in the case, FIG.8 (c) is a principal part structure outline | summary sectional view at the time of giving a hole process to the same outer protection board.

スパッタリング時において発生する放電空間におけるプラズマにさらされている外防着板9に、図8(a)に示すようにディンプル26の加工を行うことにより、アース面であるアノードの面積を増加させることができ、これにより、ターゲット表面のマイナスバイアス電圧を下げることができ、効率的かつ安定なスパッタリングを行うことができる。   By processing the dimple 26 on the outer protection plate 9 exposed to the plasma in the discharge space generated during sputtering, as shown in FIG. 8A, the area of the anode serving as the ground plane is increased. As a result, the negative bias voltage on the target surface can be lowered, and efficient and stable sputtering can be performed.

また図8(b)に示すように、外防着板9の内面に算術平均粗さが0.01mm以上で導電性材料の溶射27を行った場合、および図8(c)に示すように外防着板9に直径がシース厚み以上で20mm以内の穴加工を施し、かつ穴の深さが穴径の2倍未満とする複数の穴28を施した場合においても、外防着板9のプラズマにさらされている面積、すなわちアース面であるアノードの面積を増加させることができ、前記と同じ作用効果が得られる。   Further, as shown in FIG. 8 (b), when the thermal spray 27 of the conductive material is performed on the inner surface of the outer cover plate 9 with an arithmetic average roughness of 0.01 mm or more, and as shown in FIG. 8 (c). Even when the outer protection plate 9 is drilled with a hole whose diameter is equal to or greater than the sheath thickness and within 20 mm, and the plurality of holes 28 whose depth is less than twice the hole diameter are provided, the outer protection plate 9 The area exposed to the plasma of the anode, that is, the area of the anode which is the ground plane can be increased, and the same effect as described above can be obtained.

すなわち、ターゲット12の周辺に防着板を2枚以上設置し、外防着板9の表面に導電性で表面粗さが大きくなる表面処理を施し、外防着板9の表面積を他の内防着板8の表面積より大きくするのである。   That is, two or more protective plates are installed around the target 12, and the surface of the outer protective plate 9 is subjected to a surface treatment that increases the conductivity and the surface roughness. The surface area of the deposition preventing plate 8 is made larger.

本発明にかかるスパッタリング装置は、特性が良好かつ安定な成膜が可能であり、同時に複数枚のスパッタリング処理ができて生産性の向上が図れるという効果を有し、シリコン基材のウェハやMgO基板などへの酸化膜などの絶縁体膜の成膜形成などの用途として有用である。   The sputtering apparatus according to the present invention is capable of forming a film having good characteristics and stable, and has an effect that a plurality of sputtering processes can be performed at the same time to improve productivity. It is useful for applications such as film formation of an insulator film such as an oxide film.

本発明の実施の形態1におけるスパッタリング装置の要部構成概要図Main part structure schematic diagram of sputtering apparatus in Embodiment 1 of this invention 同装置のターンテーブルにおける概要平面図Outline plan view of the turntable of the device 同装置の放電空間の要部構成概要図Outline diagram of main components of discharge space of the device 同装置の防着板の要部構成概要図Outline diagram of the main part of the protective plate of the equipment 本発明の実施の形態2におけるスパッタリング装置の高周波電力印加における時間−印加電力図Time-applied power diagram in high-frequency power application of the sputtering apparatus in Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施の形態3におけるスパッタリング装置のターンテーブルの要部構成概要平面図Main part structure outline | summary top view of the turntable of the sputtering device in Embodiment 3 of this invention 同装置の3基のターゲットを有する場合における各々の高周波電力印加における時間−印加電力図Time-applied power diagram for each high frequency power application when the apparatus has three targets 本発明の実施の形態4における外防着板に各種加工を施した場合の要部構成概要断面図Main part composition outline sectional view at the time of giving various processing to the outer cover adhesion board in Embodiment 4 of the present invention 従来におけるスパッタリング装置の要部構成概要図Overview of main components of conventional sputtering equipment

符号の説明Explanation of symbols

1 真空槽
2 ヒータ
3 ターンテーブル
4 ウェハホルダー
5 ウェハ
6a 真空チャンバー
6b 真空ベース
7 ガス導入管
8 内防着板
9 外防着板
10 アースリング
11 バッキングプレート
12 ターゲット
13 モータ
14 高周波電源
15 真空排気バルブ
16 カソード
17 ガス導入バルブ
18 真空排気管
19 軸
20 ターンテーブル防着板
21 均熱板
22 ガス供給孔
23 ターゲット押え
24 成膜ポジション
25 アニールポジション
26 ディンプル
27 溶射
28 穴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Heater 3 Turntable 4 Wafer holder 5 Wafer 6a Vacuum chamber 6b Vacuum base 7 Gas introduction pipe 8 Inner deposition plate 9 Outer deposition plate 10 Earth ring 11 Backing plate 12 Target 13 Motor 14 High frequency power supply 15 Vacuum exhaust valve 16 Cathode 17 Gas introduction valve 18 Vacuum exhaust pipe 19 Axis 20 Turntable adherence plate 21 Heat equalizing plate 22 Gas supply hole 23 Target presser 24 Deposition position 25 Annealing position 26 Dimple 27 Spraying 28 Hole

Claims (15)

所定の真空に設定かつ維持できる真空槽と、この真空槽内にあってスパッタリングにより成膜されるウェハを載置するウェハホルダーと、このウェハホルダーを成膜するカソードに順次移動させる複数のウェハホルダーを載置できるターンテーブルと、前記ウェハホルダーに対向して配設されたターゲットに電極を介して高周波電力を印加する電源と、前記ウェハホルダーに載置されたウェハを加熱するヒータとを備え、膜を形成するスパッタリングと加熱によるアニールを順次繰返して成膜することを特徴とするスパッタリング装置。 A vacuum chamber that can be set and maintained at a predetermined vacuum, a wafer holder in which a wafer to be deposited by sputtering is placed, and a plurality of wafer holders that are sequentially moved to the cathode for depositing the wafer holder A turntable, a power source that applies high-frequency power to the target disposed opposite to the wafer holder via an electrode, and a heater that heats the wafer placed on the wafer holder, A sputtering apparatus characterized in that sputtering for forming a film and annealing by heating are sequentially repeated. NC制御可能なモータにより駆動されるターンテーブルを有し、このターンテーブルに載置されたウェハを、間欠送りや連続回転および静止状態にて成膜を可能とすることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置。 2. A turntable driven by a NC-controllable motor, wherein a wafer placed on the turntable can be formed in an intermittent feed, continuous rotation, and stationary state. The sputtering apparatus as described. 搭載台および電極である2基以上のカソードを有し、各々のカソードに対し独立して印加高周波電力における設定電力までの時間を、任意に設定あるいは変更できることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置。 2. The sputtering according to claim 1, further comprising two or more cathodes serving as a mounting base and electrodes, wherein the time to the set power in the applied high-frequency power can be arbitrarily set or changed for each cathode independently. apparatus. 順次放電の開始および順次放電の停止を行う複数個のカソードを有することを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising: a plurality of cathodes that start and stop sequential discharge. ターゲット周辺に同心円状に設けた円形の防着板が2枚以上設置され、外側の防着板の高さが内側の防着板の高さより0.5〜20mm高くすることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のスパッタリング装置。 Two or more circular deposition plates concentrically provided around the target are installed, and the height of the outer deposition plate is 0.5 to 20 mm higher than the height of the inner deposition plate. Item 5. The sputtering apparatus according to any one of Items 1 to 4. ウェハをフローティング状態にできるターンテーブルおよびウェハホルダーを有する構成とすることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the sputtering apparatus includes a turntable and a wafer holder that can place the wafer in a floating state. ターンテーブルの上面に載置されたウェハを間にして電極と反対側にヒータを配設し、前記ウェハとヒータの間にウェハホルダーとともに移動自在で、前記ヒータの熱を保持均一化するためのセラミック材でなる板を設けることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のスパッタリング装置。 A heater is disposed on the opposite side of the electrode between the wafers placed on the upper surface of the turntable, and is movable with the wafer holder between the wafers and the heaters for maintaining and uniformizing the heat of the heaters. 6. A sputtering apparatus according to claim 1, wherein a plate made of a ceramic material is provided. ターゲット周辺に防着板が2枚以上設置され、外側の防着板の表面に導電性で表面粗さが大きくなる表面処理を施し、外側の防着板の表面積を他の防着板の表面積より大きくすることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のスパッタリング装置。 Two or more protective plates are installed around the target, the surface of the outer protective plate is subjected to surface treatment that increases conductivity and surface roughness, and the surface area of the outer protective plate is the surface area of other protective plates. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the sputtering apparatus is made larger. 防着板表面にディンプル加工を施し、外側の防着板の表面積を他の防着板の表面積より大きくすることを特徴とする請求項5あるいは8に記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 5 or 8, wherein the surface of the adhesion preventing plate is subjected to dimple processing so that the surface area of the outer adhesion preventing plate is larger than the surface area of the other adhesion preventing plate. 直径がシース厚み以上かつ20mm以内で、深さがその直径の2倍未満とした複数の穴を外側の防着板に加工し設けることを特徴とする請求項5あるいは8に記載のスパッタリング装置。 9. The sputtering apparatus according to claim 5, wherein a plurality of holes having a diameter equal to or greater than the sheath thickness and within 20 mm and having a depth less than twice the diameter are processed and provided in the outer deposition preventing plate. 防着板表面に導電性材料の溶射を施し、外側の防着板の表面積を他の防着板の表面積より大きくすることを特徴とする請求項5あるいは8に記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 5 or 8, wherein a surface of the outer deposition preventing plate is made larger than a surface area of another deposition preventing plate by spraying a conductive material on the surface of the deposition preventing plate. スパッタリングに必要なガスをアースシールド内のガス流路を経由してターゲットの直上に噴出させることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein a gas necessary for sputtering is jetted directly above a target via a gas flow path in an earth shield. ターンテーブルの上面に載置されているウェハのうち、少なくとも1枚にプリスパッタ中の成膜を形成させることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein a film during pre-sputtering is formed on at least one of the wafers placed on the upper surface of the turntable. プリスパッタリング中における成膜を、ターンテーブルの上面におけるダミーのウェハホルダーに形成させることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載のスパッタリング装置。 12. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the film formation during the pre-sputtering is formed on a dummy wafer holder on the upper surface of the turntable. ターゲットの表面と側面に対し、シース距離よりも小さい隙間を設けたプレートを、ターゲットを囲うように設けることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, wherein a plate having a gap smaller than a sheath distance is provided so as to surround the target with respect to a surface and a side surface of the target.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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