JP2018104738A - Deposition method - Google Patents
Deposition method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018104738A JP2018104738A JP2016250026A JP2016250026A JP2018104738A JP 2018104738 A JP2018104738 A JP 2018104738A JP 2016250026 A JP2016250026 A JP 2016250026A JP 2016250026 A JP2016250026 A JP 2016250026A JP 2018104738 A JP2018104738 A JP 2018104738A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target
- film
- substrate
- film thickness
- processed
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000151 deposition Methods 0.000 title description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 98
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 162
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005513 bias potential Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
【課題】簡単な構成で、膜厚分布の偏りを効果的に抑制することができるマグネトロンスパッタリング装置の提供。【解決手段】被処理基板Wとターゲット2とを対向配置し、被処理基板からターゲットに向かう方向を上としてタ一ゲットの上方に配置される磁石ユニットによりターゲットの下方空間にトンネル状の漏洩磁場をターゲット中心からターゲットの周縁部側に偏在させて発生させると共に、この漏洩磁場をターゲットの中心回りに周回させ、ターゲットのスパッタリング開始時、被処理基板とターゲットとが正対する被処理基板の位置を基準位置とし、基準位置にて目標膜厚より薄い第1膜厚で成膜する工程と、被処理基板の中心を回転中心として基準位置から所定の回転角θで回転させた被処理基板の位置を補正位置とし、少なくとも一箇所の補正位置にて目標膜厚より薄い第2膜厚で成膜する工程とを有して目標膜厚で成膜する成膜方法。【選択図】図3Provided is a magnetron sputtering apparatus capable of effectively suppressing a deviation in film thickness distribution with a simple configuration. A substrate-like substrate W and a target 2 are arranged opposite to each other, and a tunnel-like leakage magnetic field is formed in a space below the target by a magnet unit arranged above the target with the direction from the substrate to be processed toward the target being upward. Is generated while being unevenly distributed from the center of the target toward the periphery of the target, and this leakage magnetic field is circulated around the center of the target, and when the sputtering of the target is started, the position of the substrate to be processed where the substrate to be processed and the target face each other is determined. A step of forming a film with a first film thickness that is smaller than the target film thickness at the reference position, and a position of the substrate to be processed that is rotated from the reference position by a predetermined rotation angle θ with the center of the substrate to be processed as a rotation center. And forming a film with a second film thickness that is thinner than the target film thickness at at least one correction position. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、成膜室内に被処理基板とターゲットとを対向配置し、成膜室内にスパッタガスを導入し、ターゲットに電力投入してターゲットをスパッタリングし、被処理基板の表面にスパッタ粒子を付着、堆積させて所定の目標膜厚で成膜する成膜方法に関する。 In the present invention, a substrate to be processed and a target are arranged opposite to each other in a deposition chamber, a sputtering gas is introduced into the deposition chamber, power is applied to the target, the target is sputtered, and sputtered particles are attached to the surface of the substrate to be processed. The present invention relates to a film forming method for depositing and forming a film with a predetermined target film thickness.
半導体デバイスの製造工程において、酸化アルミニウム膜等の絶縁膜を成膜する工程があり、このような絶縁膜を生産性よく成膜する成膜方法として、上記スパッタリング法が用いられる。このものでは、被処理基板からターゲットに向かう方向を上として、ターゲットのスパッタリング中、タ一ゲットの上方に配置される磁石ユニットによりターゲットの下方空間にトンネル状の漏洩磁場をターゲット中心からターゲットの周縁部側に偏在させて発生させ、ターゲットの下方空間での電子密度、ひいては、プラズマ密度を高くし、成膜レートの向上を図ることができる。この場合、漏洩磁場が作用するターゲットの領域は、ターゲットの高密度のプラズマと対向する部分は局所的にスパッタリングされるため、当該部分に対向する被処理基板の部分の膜厚が比較的厚くなる。そこで、成膜中、磁石ユニットをターゲット中心回りに周回させることで、漏洩磁場をターゲットの中心回りに周回させて、被処理基板に対して膜厚面内分布よく成膜できるようにしている(例えば、特許文献1参照)。 In the manufacturing process of a semiconductor device, there is a step of forming an insulating film such as an aluminum oxide film, and the sputtering method is used as a film forming method for forming such an insulating film with high productivity. In this case, with the direction from the target substrate to the target facing upward, during the sputtering of the target, a magnet-like unit placed above the target causes a tunnel-like leakage magnetic field to flow into the space below the target from the target center to the periphery of the target. It is possible to increase the film formation rate by increasing the electron density in the lower space of the target, and hence the plasma density. In this case, in the target region where the leakage magnetic field acts, the portion of the target facing the high-density plasma is locally sputtered, so that the thickness of the portion of the substrate to be processed facing the portion becomes relatively thick. . Therefore, during film formation, the magnet unit is rotated around the center of the target so that the leakage magnetic field is rotated around the center of the target so that the film can be formed on the substrate to be processed with a good in-plane film thickness distribution ( For example, see Patent Document 1).
しかしながら、上記従来例のように磁石ユニットを回転させても、被処理基板に成膜される薄膜の膜厚分布が径方向で偏ることが判明した。これは、絶縁物製のターゲットは一般に焼結により作製されるが、焼結時に絶縁物粒子の密度に偏りが生じるため、ターゲットをスパッタリングしたときのスパッタ粒子の飛散分布に偏りが生じることに起因するものと考えられる。次世代の半導体デバイスでは、膜厚面内分布を例えば2%以内、より好ましくは1%以内に制御することが要求されており、この要求を満たすには、膜厚分布の径方向の偏りを如何に抑制するかが重要となるが、磁石ユニットによる改善には限界がある。 However, it has been found that even when the magnet unit is rotated as in the conventional example, the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate to be processed is biased in the radial direction. This is because an insulating target is generally produced by sintering, but the density of the insulating particles is biased during sintering, so that the scattering distribution of the sputtered particles when sputtering the target is biased. It is thought to do. In next-generation semiconductor devices, it is required to control the in-plane thickness distribution within, for example, 2%, more preferably within 1%. To satisfy this requirement, the radial deviation of the thickness distribution is required. How to suppress is important, but there is a limit to the improvement by the magnet unit.
本発明は、以上の点に鑑み、被処理基板に成膜される薄膜の膜厚分布の径方向の偏りを効果的に抑制することができる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 points, it is an object of the present invention to provide a film forming method capable of effectively suppressing the radial deviation of the film thickness distribution of a thin film formed on a substrate to be processed. It is.
上記課題を解決するために、成膜室内に被処理基板とターゲットとを対向配置し、成膜室内にスパッタガスを導入し、ターゲットに電力投入してターゲットをスパッタリングし、被処理基板の表面にスパッタ粒子を付着、堆積させて所定の目標膜厚で成膜する本発明の成膜方法は、被処理基板からターゲットに向かう方向を上として、ターゲットのスパッタリング中、タ一ゲットの上方に配置される磁石ユニットによりターゲットの下方空間にトンネル状の漏洩磁場をターゲット中心からターゲットの周縁部側に偏在させて発生させると共に、この発生させた漏洩磁場をターゲットの中心回りに周回させ、ターゲットのスパッタリング開始時、被処理基板とターゲットとが正対する当該被処理基板の位置を基準位置とし、基準位置にて目標膜厚より薄い第1膜厚で成膜する工程と、被処理基板の中心を回転中心として基準位置から所定の回転角で回転させた当該被処理基板の位置を補正位置とし、少なくとも一箇所の補正位置にて目標膜厚より薄い第2膜厚で成膜する工程とを有して目標膜厚を成膜することを特徴とする。尚、本発明には、第1膜厚と第2膜厚とが同一に設定される場合も含まれる。 In order to solve the above-described problems, a substrate to be processed and a target are disposed facing each other in a film formation chamber, a sputtering gas is introduced into the film formation chamber, power is applied to the target, the target is sputtered, and the surface of the substrate is processed. The film forming method of the present invention for depositing and depositing sputtered particles to form a film with a predetermined target film thickness is arranged above the target during sputtering of the target with the direction from the substrate to be processed to the target as the top. A magnet-like magnetic unit generates a tunnel-like leakage magnetic field in the space below the target from the target center to the periphery of the target, and circulates the generated leakage magnetic field around the center of the target to start sputtering the target. The position of the substrate to be processed where the substrate to be processed and the target face each other is taken as a reference position, and the target film is A step of forming a film with a thinner first film thickness, and a position of the substrate to be processed rotated at a predetermined rotation angle from the reference position with the center of the substrate to be processed as a rotation center, and at least one correction position And forming a film with a second film thickness that is smaller than the target film thickness. The present invention includes a case where the first film thickness and the second film thickness are set to be the same.
本発明によれば、被処理基板を基準位置から所定の回転角で回転させて補正位置にすることで、被処理基板に対するスパッタ粒子の飛散分布を変えることができる。このように、被処理基板に対するスパッタ粒子の飛散分布を変えながら成膜を間欠的に行うことで、被処理基板に成膜される薄膜の膜厚分布の径方向の偏りを効果的に抑制することができ、ひいては、膜厚面内分布を著しく改善することができる。本発明者らの実験によれば、膜厚面内分布を2%以内に制御できることが確認された。 According to the present invention, the sputtered particle scattering distribution with respect to the substrate to be processed can be changed by rotating the substrate to be processed from the reference position at a predetermined rotation angle to the correction position. In this way, by performing film formation intermittently while changing the scattering distribution of the sputtered particles with respect to the substrate to be processed, the radial deviation of the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate to be processed is effectively suppressed. As a result, the film thickness in-plane distribution can be remarkably improved. According to the experiments by the present inventors, it was confirmed that the in-plane film thickness distribution can be controlled within 2%.
本発明において、前記補正位置を複数箇所有し、前記基準位置における第1膜厚での成膜と、複数箇所の補正位置における第2膜厚での成膜とによって目標膜厚としてもよい。この場合、複数箇所の補正位置のうち少なくとも一箇所の補正位置にて前記第1膜厚とは異なる前記第2膜厚で成膜してもよい。 In the present invention, a plurality of the correction positions may be provided, and the target film thickness may be obtained by film formation at the first film thickness at the reference position and film formation at the second film thickness at the plurality of correction positions. In this case, the film may be formed with the second film thickness different from the first film thickness at at least one correction position among the plurality of correction positions.
本発明において、前記回転角や前記第1膜厚及び第2膜厚は、被処理基板を回転させることなく成膜したときに生じる膜厚分布に基づいて設定することが好ましい。これによれば、膜厚面内分布をより一層改善することができ、本発明者らの実験では、被処理基板に成膜される薄膜の膜厚面内分布を1%以内に制御できることが確認された。 In the present invention, it is preferable that the rotation angle, the first film thickness, and the second film thickness are set based on a film thickness distribution generated when the film is formed without rotating the substrate to be processed. According to this, the in-plane distribution of the film thickness can be further improved, and in the experiments of the present inventors, the in-plane distribution of the film thickness of the thin film formed on the substrate to be processed can be controlled within 1%. confirmed.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の成膜方法を実施するクラスターツールで構成されるスパッタリング装置について説明する。図1に示すように、スパッタリング装置SMは、搬送ロボットRが配置される中央の搬送室Tと、この搬送室Tを囲うように配置される成膜室C1、回転室C2及びロードロック室L1,L2とを備える。これら搬送室T、ロードロック室L1,L2、成膜室C1及び回転室2は、真空ポンプ(図示省略する場合もある)により夫々真空引きできるようになっている。搬送ロボットRとしては、例えば、ロボットアーム10aと、ロボットアーム10aの先端に取り付けられて被処理基板Wを保持するロボットハンド10bとを有する、所謂フロッグレッグ式の公知のものを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。このような搬送ロボットRにより被処理基板Wを各室の所定位置に搬送できるようになっている。また、搬送室Tとロードロック室L1,L2、成膜室C1及び回転室C2とは、仕切バルブIvを介してそれぞれ連結され、各室が相互に隔絶できるようになっている。
Hereinafter, with reference to the drawings, a sputtering apparatus composed of a cluster tool for performing a film forming method according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus SM includes a central transfer chamber T in which the transfer robot R is disposed, and a film formation chamber C1, a rotation chamber C2, and a load lock chamber L1 that are disposed so as to surround the transfer chamber T. , L2. The transfer chamber T, the load lock chambers L1 and L2, the film formation chamber C1, and the
図2も参照して、成膜室C1は真空チャンバ1によって画成され、真空チャンバ1の側壁には、スパッタガスを導入するガス導入手段としてのガス管11が接続され、このガス管11がマスフローコントローラ12を介して図示省略のガス源に連通する。スパッタガスには、成膜室C1にプラズマを形成する際に導入されるアルゴンガス等の希ガスだけでなく、反応性スパッタに用いられる酸素ガスや窒素ガス等の反応ガスが含まれる。真空チャンバ1の側壁にはまた、ターボ分子ポンプやロータリポンプなどで構成される真空排気手段Pに通じる排気管13が接続され、成膜室C1を一定速度で真空引きし、所定圧力に保持できるようにしている。
Referring also to FIG. 2, the film forming chamber C <b> 1 is defined by the
真空チャンバ1の天井部には、カソードユニットCが着脱自在に取付けられている。カソードユニットCは、ターゲット2と、このターゲット2の上方に配置される磁石ユニット3とで構成されている。ターゲット2は、酸化アルミニウム、窒化シリコンや炭化シリコンなどの絶縁物製の焼結ターゲットであり、被処理基板Wの輪郭に応じて、公知の方法で平面視円形や矩形に形成されたものである。ターゲット2は、バッキングプレート21に装着した状態で、スパッタリングされるスパッタ面22を下方にして、真空チャンバ1の上壁に設けた絶縁体I1を介して真空チャンバ1の上部に取り付けられる。また、ターゲット2は、公知の高周波電源Eに接続され、スパッタリング時、アースとの間で所定周波数(例えば、13.56MHz)の高周波(交流)電力が投入されるようにしている。
A cathode unit C is detachably attached to the ceiling of the
磁石ユニット3としては、例えば、ヨーク31と、ヨーク31の下面に設けた複数個の第1磁石32と、これら第1磁石32の周囲に設けた複数個の第2磁石33とを有するものを用いることができ、スパッタ面22の下方空間にトンネル状の漏洩磁場をターゲット2の中心からターゲット2の周縁部側に偏在させて発生させるようにしている。さらに、ヨーク31の上面には、図示省略する駆動源の駆動軸34が接続され、ターゲット2の中心を回転中心として磁石ユニット3を回転駆動することで、上記漏洩磁場をターゲット2の中心回りに周回させるようにしている。
The
成膜室C1の底部中央には、ターゲット2に対向させてステージ4が配置されている。ステージ4は、例えば筒状の輪郭を持つ金属製の基台41と、基台41上面に接着されるチャックプレート42とで構成されている。チャックプレート42は、基台41上面より一回り小さい外径を有し、静電チャック用の電極42a,42bが埋設され、図示省略のチャック電源から電圧が印加されると、ターゲット2に対向させて被処理基板Wを保持できるようになっている。チャックプレート42は、リング状の第1防着板43により基台41の上面に着脱自在に取り付けられている。第1防着板43は、スパッタリング中に被処理基板Wに発生するバイアス電位を低減するために、絶縁体I2を介して基台41の上面に取り付けられている。なお、静電チャックの構造については、単極型や双極型等の公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。基台41は、真空チャンバ1の底面に設けた開口に気密に装着された絶縁体I3で保持され、電気的にフローティングにされている。また、基台41に冷媒循環用の通路やヒータを設けて、スパッタリング中、被処理基板Wを所定温度に制御できるように構成してもよい。
A stage 4 is disposed in the center of the bottom of the film formation chamber C1 so as to face the
成膜室C1内でステージ4の周囲には、環状の第2防着板5が設けられている。第2防着板5は、その内周縁部から径方向外側に下方に傾斜するように形成されたものである。そして、第2防着板5は、アース接地の真空チャンバ1の底面に設置され、スパッタリング時にアース電極としての役割を果たすようにしている。なお、第2防着板5は、その上下方向に貫通する複数個の貫通孔が開設されたものであってもよい。
An annular second
成膜室C1内にはまた、真空チャンバ1の内壁面へのスパッタ粒子の付着を防止するために、ターゲット2と被処理基板Wとの間の空間を囲う第3防着板6が配置されている。第3防着板6は、真空チャンバ1の上壁に吊設した上防着板61と、真空チャンバ1の底面に立設した下防着板62と、これら上防着板61と下防着板62との間で両防着板61,62より真空チャンバ1の内側に設けられて上防着板61及び下防着板62と上下方向でオーバーラップする可動防着板63とで構成されている。可動防着板63の外側面には、周方向に90°間隔で真空チャンバ1の底面を貫通して設けたシリンダCyの駆動軸Crが夫々連結されている。そして、シリンダCyにより、成膜時に真空チャンバ1の内壁面へのスパッタ粒子の付着を防止する下動位置(図2に示す位置)と、上防着板61側に移動することで可動防着板63と下防着板62との間に隙間を形成し、仕切バルブIvで開閉される搬送用の透孔Toを通して被処理基板Wの搬出または搬入を行い得る上動位置との間で可動防着板63が移動自在となる。
A third deposition plate 6 that surrounds the space between the
また、図1に示す回転室C2には、被処理基板Wを保持して回転させる回転ステージStと、光学式のエッジセンサSeとが設けられている。そして、回転ステージStにより被処理基板Wを回転させながら、被処理基板Wのエッジ部分に形成されたノッチを検出するようになっている。ノッチが検出された被処理基板Wは、搬送ロボットRにより成膜室C1のターゲット2と正対する後述の基準位置に搬送される。本実施形態では、回転室C2に設けられる回転ステージStは、被処理基板Wを補正位置に搬送するために、被処理基板Wを所定の回転角で回転させる役割も果たす。尚、回転ステージSt及びエッジセンサSeとしては、公知のものを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。
Further, in the rotation chamber C2 shown in FIG. 1, a rotation stage St that holds and rotates the substrate W to be processed and an optical edge sensor Se are provided. The notch formed in the edge portion of the substrate W to be processed is detected while rotating the substrate W to be processed by the rotation stage St. The to-be-processed substrate W from which the notch has been detected is transferred by a transfer robot R to a later-described reference position facing the
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た公知の制御手段Ctを有し、仕切バルブIvの操作、搬送ロボットRの作動、マスフローコントローラ12の稼働、真空排気手段Pの稼働、駆動源の駆動等を統括制御するようになっている。さらに、上記制御手段Ctは、被処理基板Wを回転角θで回転させて基準位置から補正位置とするために、回転室C2の回転ステージStの稼働を制御するようになっている。以下、上記スパッタリング装置SMを用いて、被処理基板Wをシリコン基板(以下「基板W」という)とし、ターゲット2として酸化アルミニウム製の焼結ターゲットを用い、基板W表面に酸化アルミニウム膜を成膜する場合を例に、本発明の実施形態の成膜方法について説明する。
The sputtering apparatus SM has a known control means Ct provided with a microcomputer, a sequencer, etc., and operates the gate valve Iv, the operation of the transfer robot R, the operation of the
先ず、大気中でロードロック室L1に基板Wを投入し、ロードロック室L1を真空引きした後、搬送ロボットRによりロードロック室L1から搬送室Tを介して回転室C2に基板Wを搬送する。回転室C2では、回転ステージStにより基板Wを回転させながら、基板Wに形成されたノッチNをエッジセンサSeにより検出し、検出したノッチNが仕切バルブIv側(搬送室T側)となる位置で回転ステージStを停止させる。 First, the substrate W is put into the load lock chamber L1 in the atmosphere, and the load lock chamber L1 is evacuated, and then the substrate W is transferred from the load lock chamber L1 to the rotation chamber C2 via the transfer chamber T by the transfer robot R. . In the rotation chamber C2, the notch N formed in the substrate W is detected by the edge sensor Se while the substrate W is rotated by the rotation stage St, and the detected notch N is located on the partition valve Iv side (transfer chamber T side). The rotation stage St is stopped.
次に、搬送ロボットRにより回転室C2から成膜室C1のステージ4に基板Wを搬送する。成膜室C1に搬送された基板Wは、ノッチNを仕切バルブIv側(搬送室T側)に位置させてターゲット2に正対した状態でステージ4により保持され、この基板Wの位置を基準位置とする。そして、磁石ユニット3を回転させながら、成膜室C1内にアルゴンガスを例えば、150〜250sccmの流量で導入し(このときの真空チャンバ1内の圧力は2〜4Pa)、スパッタ電源Eからターゲット2に高周波電力(例えば、13.56MHz、0.2kW〜3.0kW)を投入することにより、真空チャンバ1内にプラズマを形成し、ターゲット2のスパッタ面2aをスパッタリングし、飛散したスパッタ粒子を基板Wの表面に付着、堆積させて酸化アルミニウム膜を成膜する。
Next, the substrate W is transferred from the rotation chamber C2 to the stage 4 in the film formation chamber C1 by the transfer robot R. The substrate W transferred to the film formation chamber C1 is held by the stage 4 with the notch N positioned on the partition valve Iv side (transfer chamber T side) and facing the
ここで、基準位置の基板Wの表面に目標膜厚で成膜すると、酸化アルミニウム膜の膜厚分布が径方向に偏る場合がある。そこで、本実施形態では、基準位置の基板Wに対する成膜を目標膜厚より薄い第1膜厚で停止し、即ち、第1膜厚に対応する成膜時間が経過した時点で、スパッタガスの導入とターゲット2への電力投入とを停止する。そして、成膜室C1内の残留ガスを排気して成膜室C1内が所定圧力に達すると、搬送ロボットRにより基板Wを回転室C2に搬送し、回転ステージStにより基板Wを所定の回転角回転させる。このように回転させた基板Wを搬送ロボットRにより成膜室C1に再搬送する。
Here, when the target film thickness is formed on the surface of the substrate W at the reference position, the film thickness distribution of the aluminum oxide film may be biased in the radial direction. Therefore, in this embodiment, the film formation on the substrate W at the reference position is stopped at the first film thickness that is smaller than the target film thickness, that is, when the film formation time corresponding to the first film thickness has elapsed, The introduction and power supply to the
成膜室C1に再搬送された基板Wは、基準位置から所定の回転角θ(例えば、図3に示すように反時計回りに90°)回転した状態でステージ4により保持され、この基板Wの位置を第1補正位置とする。この第1補正位置にて、基準位置での成膜条件と同一条件で、酸化アルミニウム膜を成膜する。このとき、第1補正位置では、ターゲット2に対して基板Wがねじれた位置関係となるため、当該第1補正位置の基板Wに対するスパッタ粒子の飛散分布は、基準位置のときのものとは異なることとなる。そして、目標膜厚より薄い第2膜厚に対応する成膜時間が経過した時点で、スパッタガスの導入とターゲット2への電力投入とを停止し、成膜室C1内の残留ガスを排気する。
The substrate W re-transferred to the film forming chamber C1 is held by the stage 4 in a state where the substrate W is rotated from the reference position by a predetermined rotation angle θ (for example, 90 ° counterclockwise as shown in FIG. 3). Is the first correction position. At this first correction position, an aluminum oxide film is formed under the same conditions as the film formation conditions at the reference position. At this time, since the substrate W is twisted with respect to the
なお、第1補正位置での第2膜厚は、基準位置での第1膜厚と異なるように設定されてもよく、同一に設定されてもよい。これら第1膜厚、第2膜厚や回転角θは、基板Wを回転させることなく目標膜厚で成膜したときに生じる膜厚分布に基づいて設定することが好ましい(後述の実験を参照)。 The second film thickness at the first correction position may be set to be different from the first film thickness at the reference position, or may be set to be the same. These first film thickness, second film thickness, and rotation angle θ are preferably set based on the film thickness distribution generated when the target film thickness is formed without rotating the substrate W (see the experiment described later). ).
このような回転室C2における回転と成膜室C1における補正位置での成膜とを、酸化アルミニウム膜の膜厚が目標膜厚となるまで、交互に繰り返す。図3に示す例では、第1補正位置から反時計回りに更に90°回転させた第2補正位置と、第2補正位置から反時計回りに更に90°回転させた第3補正位置とで、更に2回の成膜を行うことで、基板W表面に目標膜厚の酸化アルミニウム膜を成膜する。言い換えると、基板Wを間欠的に90°ずつ回転させて計4回の成膜を間欠的に行うことで、目標膜厚の酸化アルミニウム膜が得られる。その後、搬送ロボットRにより基板Wを成膜室C1からロードロック室L2に搬送し、ロードロック室L2を大気圧までベントして基板Wを取り出す。 Such rotation in the rotation chamber C2 and film formation at the correction position in the film formation chamber C1 are alternately repeated until the film thickness of the aluminum oxide film reaches the target film thickness. In the example shown in FIG. 3, a second correction position that is further rotated 90 ° counterclockwise from the first correction position, and a third correction position that is further rotated 90 ° counterclockwise from the second correction position, Further, an aluminum oxide film having a target film thickness is formed on the surface of the substrate W by performing film formation twice. In other words, an aluminum oxide film having a target film thickness can be obtained by intermittently rotating the substrate W by 90 ° and performing film formation four times in total. Thereafter, the substrate W is transferred from the film forming chamber C1 to the load lock chamber L2 by the transfer robot R, and the load lock chamber L2 is vented to atmospheric pressure to take out the substrate W.
以上説明したように、本実施形態によれば、基板Wを基準位置から所定の回転角θで回転させてターゲット2に対して基板Wがねじれた位置関係となる補正位置とすることで、基板Wに対するスパッタ粒子の飛散分布を変えることができる。このように、基板Wに対するスパッタ粒子の飛散分布を変えながら成膜を間欠的に行うことで、基板Wに成膜される薄膜の膜厚分布の径方向の偏りを効果的に抑制することができ、ひいては、膜厚面内分布を著しく改善することができる。
As described above, according to the present embodiment, the substrate W is rotated from the reference position by the predetermined rotation angle θ to obtain a correction position in which the substrate W is twisted with respect to 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。ここでは、被処理基板Wをφ300mmのシリコン基板(以下「基板W」という)とし、ターゲット2としてφ400mmの酸化アルミニウム製の焼結ターゲットを用い、基板W表面に酸化アルミニウム膜を目標膜厚30nmで成膜することとした。
Next, in order to confirm the effect, the following experiment was performed using the sputtering apparatus SM. Here, the substrate W to be processed is a silicon substrate of φ300 mm (hereinafter referred to as “substrate W”), a sintered target made of aluminum oxide of φ400 mm is used as the
先ず、比較実験として、基板Wを回転させることなく基準位置にて目標膜厚まで成膜したときに生じる膜厚分布を求めた。即ち、成膜室C1内のステージ4で基板Wを保持した後、磁石ユニット3を回転速度40rpmで回転させると共に、成膜室C1内にアルゴンガスを所定流量で導入し(このときの成膜室C1内の圧力は0.36Pa)、ターゲット2へ13.56MHzの高周波電力を600W投入してプラズマを生成し、基板W表面に酸化アルミニウム膜を成膜した。成膜時間は120secであった。本比較実験によれば、成膜した酸化アルミニウム膜の膜厚面内分布(σ)は7.50%であり、図4(a)に示すように膜厚分布の径方向の偏りが生じていることが確認された。この膜厚分布に基づいて、以下に説明する発明実験1及び2での回転角θを45°に設定した。また、発明実験1での第1膜厚及び第2膜厚を同一の7.1nmに設定し、発明実験2では1つの補正位置(第7補正位置)での第2膜厚を1.2倍の8.5nmに設定した。
First, as a comparative experiment, the film thickness distribution generated when the target film thickness was formed at the reference position without rotating the substrate W was obtained. That is, after holding the substrate W on the stage 4 in the film formation chamber C1, the
次に、発明実験1として、成膜室C1にて基準位置の基板Wに対して、上記比較実験と同一の成膜条件で第1膜厚に対応する15sec成膜する。その後、基板Wを回転室C2に搬送して回転角θ=45°回転させる工程と、成膜室C1に再搬送された補正位置の基板Wに対して第2膜厚(本実験では第1膜厚と同一)に対応する15sec成膜する工程とを交互に7回ずつ繰り返すことで、基板W表面に目標膜厚の酸化アルミニウム膜を成膜した。本発明実験1によれば、成膜した酸化アルミニウム膜の膜厚面内分布(σ)は1.16%であり、図4(b)に示すように同一膜厚を有する部分が略同心円状となって膜厚分布の径方向の偏りが抑制されていることが確認された。
Next, as
次に、発明実験2として、1つの補正位置(第7補正位置)での成膜時間を1.2倍とした点を除き、上記発明実験1と同様にして酸化アルミニウム膜を成膜した。本発明実験2によれば、成膜した酸化アルミニウム膜の膜厚面内分布(σ)は0.87%であり、図4(c)に示すように同一膜厚を有する部分が略同心円状となって膜厚分布の径方向の偏りがより一層抑制されていることが確認された。
Next, as
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、焼結ターゲットを用いて絶縁膜を成膜する場合を例に説明したが、金属ターゲットを用いて金属膜を成膜する場合にも本発明を適用することができる。金属ターゲットは、一般に圧延工程を経て作製されるが、圧延方向に起因して膜厚分布の径方向の偏りが生じることがある。この場合に、本発明を適用すれば、被処理基板に成膜される金属膜の膜厚分布の径方向の偏りを効果的に抑制することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. In the above embodiment, the case where the insulating film is formed using the sintered target has been described as an example. However, the present invention can also be applied to the case where the metal film is formed using the metal target. The metal target is generally manufactured through a rolling process, but there may be a radial deviation in film thickness distribution due to the rolling direction. In this case, if the present invention is applied, it is possible to effectively suppress the radial deviation of the film thickness distribution of the metal film formed on the substrate to be processed.
上記実施形態では、回転室C2に設けられた回転ステージStを用いて被処理基板Wを所定の回転角で回転させる場合を例に説明したが、成膜室C1内に被処理基板Wを保持した状態で回転可能な回転ステージを有する場合には、この回転ステージを用いて被処理基板Wを回転させてもよい。この場合、基準位置にて第1膜厚で成膜した後、回転ステージを所定の回転角で回転させて補正位置にて第2膜厚で成膜すればよいため、成膜室C1と回転室C2との間の搬送が不要となり、スループットを向上させることができる。但し、成膜室C1内には、防着板5,6などの構成部品が設置されてるため、スペース上の制約により回転ステージを成膜室C1内に設置できない場合がある。このような場合に、上記実施形態の如く回転室C2の回転ステージStを用いれば、装置コストの上昇を防ぐことができ、有利である。
In the above embodiment, the case where the substrate W to be processed is rotated at a predetermined rotation angle using the rotation stage St provided in the rotation chamber C2 has been described as an example, but the substrate W to be processed is held in the film formation chamber C1. In the case of having a rotatable stage that can be rotated in this state, the substrate W to be processed may be rotated using this rotatable stage. In this case, after the film is formed with the first film thickness at the reference position, the rotation stage is rotated at a predetermined rotation angle and the film is formed with the second film thickness at the correction position. Transport between the chamber C2 is not necessary, and throughput can be improved. However, since components such as the
また、上記発明実験2では、1つの補正位置にて第1膜厚とは異なる第2膜厚で成膜しているが、2以上の補正位置にて第2膜厚で成膜してもよい。この場合、基板Wを回転させることなく成膜したときに生じる膜厚分布の径方向の偏りに基づいて、第2膜厚で成膜する補正位置を設定すれば、膜厚分布の径方向の偏りをより一層抑制できる。
Further, in
C1…成膜室、W…被処理基板、θ…回転角、2…ターゲット、3…磁石ユニット。 C1 ... deposition chamber, W ... substrate to be processed, θ ... rotation angle, 2 ... target, 3 ... magnet unit.
Claims (5)
被処理基板からターゲットに向かう方向を上として、ターゲットのスパッタリング中、タ一ゲットの上方に配置される磁石ユニットによりターゲットの下方空間にトンネル状の漏洩磁場をターゲット中心からターゲットの周縁部側に偏在させて発生させると共に、この発生させた漏洩磁場をターゲットの中心回りに周回させるものにおいて、
ターゲットのスパッタリング開始時、被処理基板とターゲットとが正対する当該被処理基板の位置を基準位置とし、基準位置にて目標膜厚より薄い第1膜厚で成膜する工程と、
被処理基板の中心を回転中心として基準位置から所定の回転角で回転させた当該被処理基板の位置を補正位置とし、少なくとも一箇所の補正位置にて目標膜厚より薄い第2膜厚で成膜する工程とを有して目標膜厚で成膜することを特徴とする成膜方法。 The substrate to be processed and the target are placed opposite to each other in the film formation chamber, a sputtering gas is introduced into the film formation chamber, power is applied to the target, the target is sputtered, and sputter particles are attached and deposited on the surface of the substrate to be processed. A film forming method for forming a film with a predetermined target film thickness,
With the direction from the target substrate to the target facing upward, during the sputtering of the target, a magnet-like unit placed above the target causes a tunnel-like leakage magnetic field to be unevenly distributed from the center of the target to the periphery of the target. In addition to causing the generated leakage magnetic field to circulate around the center of the target,
A step of forming a first film thickness that is thinner than the target film thickness at the reference position, with the position of the substrate to be processed facing the target substrate and the target at the reference position when starting sputtering of the target;
The position of the substrate to be processed rotated at a predetermined rotation angle from the reference position with the center of the substrate to be processed as the center of rotation is defined as a correction position, and at least one correction position is formed with a second film thickness smaller than the target film thickness. Forming a film with a target film thickness.
前記基準位置及び複数箇所の補正位置で成膜して目標膜厚とすることを特徴とする成膜方法。 The film forming method according to claim 1, wherein the correction position has a plurality of locations.
A film forming method comprising forming a film at the reference position and a plurality of correction positions to obtain a target film thickness.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016250026A JP6859095B2 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Film formation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016250026A JP6859095B2 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Film formation method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018104738A true JP2018104738A (en) | 2018-07-05 |
| JP6859095B2 JP6859095B2 (en) | 2021-04-14 |
Family
ID=62786576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016250026A Active JP6859095B2 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Film formation method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6859095B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023100452A1 (en) | 2021-12-03 | 2023-06-08 | 株式会社アルバック | Vacuum processing device |
-
2016
- 2016-12-22 JP JP2016250026A patent/JP6859095B2/en active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023100452A1 (en) | 2021-12-03 | 2023-06-08 | 株式会社アルバック | Vacuum processing device |
| KR20240023663A (en) | 2021-12-03 | 2024-02-22 | 가부시키가이샤 알박 | vacuum processing device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6859095B2 (en) | 2021-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11961722B2 (en) | Method and apparatus for controlling stress variation in a material layer formed via pulsed DC physical vapor deposition | |
| JP5759718B2 (en) | Plasma processing equipment | |
| TWI517390B (en) | Low resistivity tungsten PVD with enhanced free and RF power coupling | |
| JP6857652B2 (en) | Systems and methods for low resistance physical vapor deposition of tungsten films | |
| TWI467041B (en) | Ultra-uniform sputtering deposition method using both RF and DC power on a target | |
| KR102273512B1 (en) | sputtering device | |
| JP2000144399A (en) | Sputtering equipment | |
| JPWO2016136255A1 (en) | Film forming apparatus and film forming method | |
| WO2014133694A1 (en) | Variable radius dual magnetron | |
| TW201537624A (en) | Deposition device and deposition method | |
| US11384423B2 (en) | Sputtering apparatus and sputtering method | |
| US20190078196A1 (en) | Film-forming method and sputtering apparatus | |
| KR20210118157A (en) | Film forming apparatus and film forming method | |
| JP2018104738A (en) | Deposition method | |
| US11286554B2 (en) | Sputtering apparatus | |
| JP6088780B2 (en) | Plasma processing method and plasma processing apparatus | |
| CN116783324B (en) | Cathode unit for magnetron sputtering device and magnetron sputtering device | |
| JP2019196507A (en) | Sputtering apparatus and collimator | |
| US20180305807A1 (en) | Method of forming carbon film | |
| JP7193369B2 (en) | Sputtering equipment | |
| JP2023004037A (en) | Coat forming apparatus, process condition determination method, and coat forming method | |
| CN117321727A (en) | Methods and apparatus for processing substrates | |
| JP2023049164A (en) | Cathode unit for magnetron sputtering equipment and magnetron sputtering equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191211 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200819 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200908 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201001 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210309 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210325 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6859095 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |