JP2003147522A - Magnetron sputtering device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造に係
り、特に処理チャンバに放電用ガスを導入し、磁界を利
用したマグネトロン放電によりプラズマ密度を上げ、イ
オン衝撃でターゲット原子をはじき出し、ウェハに対し
薄膜を形成するマグネトロンスパッタ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing, and more particularly to introducing a discharge gas into a processing chamber, increasing the plasma density by magnetron discharge utilizing a magnetic field, and ejecting target atoms by ion bombardment to a wafer. The present invention relates to a magnetron sputtering device that forms a thin film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】スパッタ現象を利用して半導体ウェハ、
ガラス基板などのウェハに薄膜を形成する装置にマグネ
トロンスパッタ装置がある。すなわち、真空中にＡｒな
ど不活性原子の放電用ガスを導入し、電極に電圧を加え
るとグロー放電が起こる。このとき、プラズマ中のＡｒ
+が陰極のターゲットに衝突してターゲット原子をはじ
き出す（スパッタする）。スパッタされた原子が陽極に
置かれたウェハ上に沈着して薄膜を形成する。ターゲッ
ト材料を選ぶことであらゆる材料の成膜が可能である。2. Description of the Related Art Semiconductor wafers utilizing the sputtering phenomenon,
A magnetron sputtering apparatus is an apparatus for forming a thin film on a wafer such as a glass substrate. That is, glow discharge occurs when a discharge gas of inert atoms such as Ar is introduced into a vacuum and a voltage is applied to the electrodes. At this time, Ar in the plasma
The + collides with the cathode target and repels (sputters) target atoms. Sputtered atoms are deposited on the wafer placed on the anode to form a thin film. By selecting the target material, it is possible to form a film of any material.
【０００３】マグネトロンスパッタ装置のうち、磁界を
利用したマグネトロン放電によりプラズマ密度を上げて
スパッタを行うマグネトロンスパッタ装置が知られてい
る。マグネトロンスパッタは、低電圧、大電流の理想的
な放電特性が得られスパッタリング効率が良く、高速の
膜形成が可能である。また、電子はターゲット近傍に閉
じ込められ基板への電子衝突が減るため基板の温度上昇
が抑えられ、低温での膜形成が可能となる。Among the magnetron sputtering apparatuses, there is known a magnetron sputtering apparatus for increasing the plasma density by magnetron discharge using a magnetic field to perform sputtering. In magnetron sputtering, ideal discharge characteristics of low voltage and large current are obtained, sputtering efficiency is good, and high-speed film formation is possible. Further, the electrons are confined in the vicinity of the target and the number of electrons colliding with the substrate is reduced, so that the temperature rise of the substrate is suppressed and the film can be formed at low temperature.
【０００４】図４は、従来のマグネトロンスパッタ装置
の一例を示す概観図である。真空の処理チャンバ４０内
にウェハＷａｆの保持部（アノード側）４１、ターゲッ
ト（カソード側）４２が配備されている。FIG. 4 is a schematic view showing an example of a conventional magnetron sputtering apparatus. A wafer Waf holding unit (anode side) 41 and a target (cathode side) 42 are provided in a vacuum processing chamber 40.
【０００５】ターゲット４２はバッキングプレート（冷
却用銅板）４３に接合されている。バッキングプレート
４３の背後には、冷却水の供給路と磁石を配したカソー
ドユニット４４が構成されている。カソードユニット４
４は、スパッタ処理時において回転される。The target 42 is joined to a backing plate (cooling copper plate) 43. Behind the backing plate 43, a cathode unit 44 having a cooling water supply path and a magnet is arranged. Cathode unit 4
4 is rotated during the sputtering process.
【０００６】このような構成により、ターゲット４２と
ウェハＷａｆの電極間の電界に対して直交する磁界を印
加し、マグネトロン放電によってターゲット４２近傍に
多量のイオンを作り蒸着速度を高める。With such a configuration, a magnetic field orthogonal to the electric field between the target 42 and the electrode of the wafer Waf is applied, and a large amount of ions are produced in the vicinity of the target 42 by magnetron discharge to increase the deposition rate.
【０００７】上記構成において、バッキングプレート４
３上に接合されたターゲット４２は、スパッタリングに
伴ない消耗していく。ターゲット４２の表面で特にマグ
ネトロン運動に伴なう電子の軌道上は消耗が激しい（エ
ロージョン領域４２１）。In the above structure, the backing plate 4
The target 42 bonded on the upper surface 3 is consumed by sputtering. On the surface of the target 42, the wear is severe especially on the orbit of the electrons accompanying the magnetron motion (erosion region 421).
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】スパッタリング処理時
において、カソード側としてのカソードユニット４４
は、ターゲット４２の中心を軸として回転する。ターゲ
ット中心に向けて磁力線が集中してしまうことにより、
プラズマはターゲット４２の中心付近に集中してしま
い、その領域はターゲット４２の消耗が著しくなる（エ
ロージョン領域４２１）。The cathode unit 44 on the cathode side during the sputtering process.
Rotates about the center of the target 42. By concentrating the lines of magnetic force toward the center of the target,
The plasma is concentrated near the center of the target 42, and the target 42 is significantly consumed in that region (erosion region 421).
【０００９】エロージョン領域４２１などターゲット４
２の偏った消耗は、使用中の熱ストレスなどが加わり、
クラックが発生することがある。このような突発的な欠
陥によってバッキングプレート４３など、ターゲット材
以外の金属がウェハ側にスパッタ堆積される問題が起こ
る。この結果、大量の不良が発生する事態になる。Target 4 such as erosion region 421
The biased consumption of 2 adds heat stress during use,
Cracks may occur. Such a sudden defect causes a problem that metal other than the target material, such as the backing plate 43, is sputter-deposited on the wafer side. As a result, a large number of defects will occur.
【００１０】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたもので、ターゲット中心付近へのプラズマ集中を低
減し、ターゲット上にクラックが発生することを防止す
るマグネトロンスパッタ装置を提供しようとするもので
ある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a magnetron sputtering apparatus which reduces the concentration of plasma near the center of a target and prevents cracks from being generated on the target. It is a thing.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に係るマグネトロ
ンスパッタ装置は、アノード側に基板を収容し真空中で
少なくとも放電用ガス供給及び排気がなされる処理チャ
ンバと、前記処理チャンバ内に設けられるターゲット
と、前記ターゲットの支持部材と、前記支持部材を介し
て前記ターゲットにカソード側としての電圧を与え、前
記放電用ガスの供給された前記処理チャンバ内にプラズ
マを発生させるスパッタ電源と、前記支持板の背後で回
転軸を移動させる軌道を有する磁石を配したカソードユ
ニットと、を具備したことを特徴とする。A magnetron sputtering apparatus according to the present invention includes a processing chamber in which a substrate is housed on the anode side and at least a discharge gas is supplied and exhausted in a vacuum, and a target provided in the processing chamber. A support member for the target, a sputtering power source for applying a voltage on the target as a cathode side through the support member to generate plasma in the processing chamber supplied with the discharge gas, and the support plate And a cathode unit provided with a magnet having a track for moving the rotation shaft behind the cathode unit.
【００１２】上記本発明に係るマグネトロンスパッタ装
置によれば、支持板の背後でカソードユニットが回転軸
を移動しながらの軌道でもって過度なプラズマ集中を抑
えるよう作用する。According to the magnetron sputtering apparatus of the present invention, the cathode unit functions to suppress excessive plasma concentration by the trajectory of the cathode unit while moving the rotating shaft behind the support plate.
【００１３】本発明の好ましい実施態様に係るマグネト
ロンスパッタ装置は、アノード側に基板を収容し真空中
で少なくとも放電用ガス供給及び排気がなされる処理チ
ャンバと、前記処理チャンバ内に設けられるターゲット
と、前記ターゲットの支持部材と、前記支持部材を介し
て前記ターゲットにカソード側としての電圧を与え、前
記放電用ガスの供給された前記処理チャンバ内にプラズ
マを発生させるスパッタ電源と、前記支持板の背後で自
転しつつ公転する軌道を有する磁石を配したカソードユ
ニットと、を具備したことを特徴とする。A magnetron sputtering apparatus according to a preferred embodiment of the present invention includes a processing chamber in which a substrate is housed on the anode side and at least a discharge gas is supplied and exhausted in a vacuum; a target provided in the processing chamber; Behind the support plate, a support member for the target, a sputtering power supply for applying a voltage on the target as a cathode side through the support member to generate plasma in the processing chamber supplied with the discharge gas. And a cathode unit in which a magnet having an orbit that revolves while revolving around is arranged.
【００１４】上記本発明に係るマグネトロンスパッタ装
置によれば、支持板の背後でカソードユニットが自転し
つつ公転する軌道でもって過度なプラズマ集中を抑え
る。According to the magnetron sputtering apparatus of the present invention, excessive plasma concentration is suppressed by the orbit around which the cathode unit rotates and revolves behind the support plate.
【００１５】さらに、上記のようなマグネトロンスパッ
タ装置におけるカソードユニットは、自転用の第１モー
ターと、公転用の第２モータを含んでいることを特徴と
する。Further, the cathode unit in the magnetron sputtering apparatus as described above is characterized by including a first motor for rotation and a second motor for revolution.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の基本的実施形態
に係るマグネトロンスパッタ装置の要部構成を示す概観
図である。処理チャンバ１０は、内部に半導体ウェハ、
ガラス基板など基板Ｗａｆを保持するアノード側のサセ
プタ１１を配し、少なくとも放電ガスの供給系１２及び
排気系１３が繋がる。さらに、ウェハ保持部１１に対向
するようにターゲット（カソード側）１４が設けられ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the essential parts of a magnetron sputtering apparatus according to a basic embodiment of the present invention. The processing chamber 10 has a semiconductor wafer inside,
An anode-side susceptor 11 that holds a substrate Waf such as a glass substrate is arranged, and at least a discharge gas supply system 12 and an exhaust system 13 are connected. Further, a target (cathode side) 14 is provided so as to face the wafer holding unit 11.
【００１７】ターゲット１４は支持板、いわゆるバッキ
ングプレート（冷却用銅板）１５に接合されている。バ
ッキングプレート１５の背後には、冷却水の供給路と磁
石を配したカソードユニット１６が構成されている。The target 14 is joined to a support plate, a so-called backing plate (cooling copper plate) 15. Behind the backing plate 15, a cathode unit 16 having a cooling water supply path and a magnet is arranged.
【００１８】本実施形態におけるカソードユニット１６
の装備は、バッキングプレート１５の背後で回転軸を移
動させる軌道（破線矢印）を有するよう構成されてい
る。すなわち、カソードユニット１６の回転軸を一個所
に留まらせず、プラズマの集中をなるべく抑えようとし
た構成である。The cathode unit 16 in this embodiment
Is equipped with a track (dashed line arrow) for moving the rotating shaft behind the backing plate 15. That is, the configuration is such that plasma concentration is suppressed as much as possible without keeping the rotating shaft of the cathode unit 16 at one place.
【００１９】上記構成によれば、ターゲット１４表面の
磁界が決まった箇所にできないようにすることが可能で
あり、電界と直交する磁界を利用するマグネトロン放電
は集中がなくなる。かつ、広範囲でターゲット１４近傍
において多量のイオンを発生させるよう作用する。According to the above structure, it is possible to prevent the magnetic field on the surface of the target 14 from being set at a fixed position, and the magnetron discharge utilizing the magnetic field orthogonal to the electric field is not concentrated. In addition, it acts to generate a large amount of ions in the vicinity of the target 14 in a wide range.
【００２０】上記構成によれば、ターゲット（１４）の
偏った消耗は大幅に低減される。よって、使用中の熱ス
トレスなどの状況下においてもクラックが発生するなど
最悪の事態は避けることができる。よって、突発的な欠
陥による大量の不良発生を防止することができる。According to the above construction, the uneven wear of the target (14) is greatly reduced. Therefore, it is possible to avoid the worst situation such as the occurrence of cracks even under conditions such as heat stress during use. Therefore, it is possible to prevent a large number of defects due to sudden defects.
【００２１】図２は、本発明の一実施形態に係るマグネ
トロンスパッタ装置の要部構成を示す概観図である。処
理チャンバ２０は、内部に半導体ウェハ、ガラス基板な
ど基板Ｗａｆを保持するアノード側のサセプタ２１を配
し、少なくとも放電ガスの供給系２２及び排気系２３が
繋がる。さらに、サセプタ２１に対向するようにターゲ
ット（カソード側）２４が設けられる。FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of the main part of a magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention. The processing chamber 20 has therein an anode-side susceptor 21 that holds a substrate Waf such as a semiconductor wafer or a glass substrate, and at least a discharge gas supply system 22 and an exhaust system 23 are connected to each other. Further, a target (cathode side) 24 is provided so as to face the susceptor 21.
【００２２】ターゲット２４は支持板、いわゆるバッキ
ングプレート（冷却用銅板）２５に接合されている。バ
ッキングプレート２５の背後には、冷却水の供給路と磁
石を配したカソードユニット２６が構成されている。The target 24 is joined to a support plate, a so-called backing plate (cooling copper plate) 25. Behind the backing plate 25, a cathode unit 26 having a cooling water supply path and a magnet is arranged.
【００２３】本実施形態におけるカソードユニット２６
の装備は、バッキングプレート２５の背後で自転しつつ
公転する軌道を有するよう構成されている。カソードの
自転用モータＭ１と、公転用モータＭ２を作動させ、こ
れにより、カソードユニット２６の回転軸を一個所に留
まらせず、プラズマの集中をなるべく抑えようとした構
成である。The cathode unit 26 in this embodiment
The equipment of (1) is configured to have a trajectory that revolves around the back of the backing plate 25 while rotating on its axis. The cathode rotation motor M1 and the revolution motor M2 are actuated so that the rotation axis of the cathode unit 26 does not remain in one place and plasma concentration is suppressed as much as possible.
【００２４】図３は図２におけるカソードユニット２６
の動作の軌跡を示す平面図である。バッキングプレート
２５の背後で、カソードユニット２６自体が自転用モー
タＭ１により例えば回転速度４０（ｒｐｍ）で回転しな
がら、公転用モータＭ２によって、回転速度６０（ｒｐ
ｍ）で公転する。FIG. 3 shows the cathode unit 26 shown in FIG.
FIG. 6 is a plan view showing the locus of the motion of FIG. Behind the backing plate 25, the cathode unit 26 itself is rotated by the rotation motor M1 at a rotation speed of 40 (rpm), for example, and is rotated by the revolution motor M2 at a rotation speed of 60 (rp).
Revolve in m).
【００２５】上記構成によれば、ターゲット２４表面の
磁界が決まった箇所にできないようにすることが可能で
あり、電界と直交する磁界を利用するマグネトロン放電
は集中がなくなる。かつ、広範囲でターゲット２４近傍
において多量のイオンを発生させるよう作用する。According to the above structure, it is possible to prevent the magnetic field on the surface of the target 24 from being set at a fixed position, and the magnetron discharge using the magnetic field orthogonal to the electric field is not concentrated. In addition, it acts to generate a large amount of ions in the vicinity of the target 24 in a wide range.
【００２６】上記構成によれば、ターゲット（２４）の
偏った消耗は大幅に低減される。よって、使用中の熱ス
トレスなどの状況下においてもクラックが発生するなど
最悪の事態は避けることができる。よって、突発的な欠
陥による大量の不良発生を防止することができる。According to the above construction, uneven consumption of the target (24) is greatly reduced. Therefore, it is possible to avoid the worst situation such as the occurrence of cracks even under conditions such as heat stress during use. Therefore, it is possible to prevent a large number of defects due to sudden defects.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るマグネ
トロンスパッタ装置によれば、カソードユニットが回転
軸を移動しながらの軌道（自転しつつ公転するなど）で
もって過度なプラズマ集中を抑える。この結果、ターゲ
ット中心付近へのプラズマ集中を低減し、ターゲット上
にクラックが発生することを防止する高信頼性のマグネ
トロンスパッタ装置を提供することができる。As described above, according to the magnetron sputtering apparatus of the present invention, excessive plasma concentration can be suppressed by the orbit of the cathode unit moving along the rotation axis (revolving while rotating). As a result, it is possible to provide a highly reliable magnetron sputtering apparatus that reduces plasma concentration near the center of the target and prevents cracks from being generated on the target.
【図１】本発明の基本的実施形態に係るマグネトロンス
パッタ装置の要部構成を示す概観図である。FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a main part of a magnetron sputtering apparatus according to a basic embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッ
タ装置の要部構成を示す概観図である。FIG. 2 is a general view showing a configuration of a main part of a magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図３】図２におけるカソードユニット２５の動作の軌
跡を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing the locus of operation of the cathode unit 25 in FIG.
【図４】従来のマグネトロンスパッタ装置の一例を示す
概観図である。FIG. 4 is a schematic view showing an example of a conventional magnetron sputtering apparatus.
１０，２０，４０…処理チャンバ １１，２１…サセプタ １２，２２…放電ガス供給系 １３，２３…排気系 １４，２４，４２…ターゲット（カソード側） １５，２５，４３…バッキングプレート １６，２６，４４…カソードユニット ４１…保持部（アノード側） ４３１…エロージョン領域 Ｍ１，Ｍ２…モータ Ｗａｆ…ウェハ 10, 20, 40 ... Processing chamber 11, 21 ... Susceptor 12, 22 ... Discharge gas supply system 13, 23 ... Exhaust system 14, 24, 42 ... Target (cathode side) 15,25,43 ... Backing plate 16, 26, 44 ... Cathode unit 41 ... Holding part (anode side) 431 ... Erosion area M1, M2 ... Motor Waf ... Wafer
Claims (3)
くとも放電用ガス供給及び排気がなされる処理チャンバ
と、 前記処理チャンバ内に設けられるターゲットと、 前記ターゲットの支持部材と、 前記支持部材を介して前記ターゲットにカソード側とし
ての電圧を与え、前記放電用ガスの供給された前記処理
チャンバ内にプラズマを発生させるスパッタ電源と、 前記支持板の背後で回転軸を移動させる軌道を有する磁
石を配したカソードユニットと、を具備したことを特徴
とするマグネトロンスパッタ装置。1. A processing chamber in which a substrate is housed on the anode side and at least a discharge gas is supplied and exhausted in a vacuum, a target provided in the processing chamber, a support member for the target, and the support member are provided. A sputtering power source for applying a voltage on the cathode side to the target through the target to generate plasma in the processing chamber to which the discharge gas is supplied; and a magnet having an orbit for moving a rotation shaft behind the support plate. A magnetron sputtering apparatus comprising: a cathode unit arranged.
くとも放電用ガス供給及び排気がなされる処理チャンバ
と、 前記処理チャンバ内に設けられるターゲットと、 前記ターゲットの支持部材と、 前記支持部材を介して前記ターゲットにカソード側とし
ての電圧を与え、前記放電用ガスの供給された前記処理
チャンバ内にプラズマを発生させるスパッタ電源と、 前記支持板の背後で自転しつつ公転する軌道を有する磁
石を配したカソードユニットと、を具備したことを特徴
とするマグネトロンスパッタ装置。2. A processing chamber in which a substrate is housed on the anode side and at least a discharge gas is supplied and exhausted in vacuum, a target provided in the processing chamber, a support member for the target, and the support member. A sputtering power supply for applying a voltage on the cathode side to the target through the target to generate plasma in the processing chamber to which the discharge gas is supplied, and a magnet having a trajectory that revolves around the back of the support plate while rotating. A magnetron sputtering apparatus comprising: a cathode unit arranged.
第１モーターと、前記公転用の第２モータを含んでいる
ことを特徴とする請求項２記載のマグネトロンスパッタ
装置。3. The magnetron sputtering apparatus according to claim 2, wherein the cathode unit includes a first motor for rotation and a second motor for revolution.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001347357A JP2003147522A (en) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | Magnetron sputtering device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001347357A JP2003147522A (en) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | Magnetron sputtering device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003147522A true JP2003147522A (en) | 2003-05-21 |
Family
ID=19160371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001347357A Withdrawn JP2003147522A (en) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | Magnetron sputtering device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003147522A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2006085354A1 (en) * | 2005-02-08 | 2006-08-17 | Tohoku Seiki Industries, Ltd. | Sputtering system |
| CN111033683A (en) * | 2017-07-17 | 2020-04-17 | 应用材料公司 | Cathode assembly with dual position magnetron and center fed coolant |
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-
2001
- 2001-11-13 JP JP2001347357A patent/JP2003147522A/en not_active Withdrawn
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| CN111033683B (en) * | 2017-07-17 | 2023-04-18 | 应用材料公司 | Cathode assembly with dual position magnetron and center fed coolant |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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