JP2008013817A - Method for producing thin film through sputtering technique, and production apparatus therefor - Google Patents

Method for producing thin film through sputtering technique, and production apparatus therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve covering properties of a thin film which is formed on steps, without lowering the efficiency of the consumption of a target caused by sputtering. <P>SOLUTION: This method for producing the thin film on a substrate 21 having a step on the surface of the end 71L of the substrate comprises the steps of: firstly forming a thin film 91 while tilting the substrate 21 against the target as is shown in (A); and subsequently forming a thin film 92 on the thin film 91 while tilting the substrate 21 against the target as is shown in (B). The thin film produced on the sides 97L and 97R and the bottom surface 98 of the step by sequentially forming the thin film 92 and the thin film 91 shows adequate covering properties as is shown in (C). Alternative method includes forming a thin film 96 while continually changing the angle of the substrate 21 against the target. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜の製造方法及び製造装置に関し、詳しくはスパッタリングによる薄膜の製造方法及び製造装置に関する。   The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a thin film, and more particularly to a method and an apparatus for manufacturing a thin film by sputtering.

物質の表面に薄膜を成膜する方法は、化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）や物理気相蒸着法（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）が知られている。ＰＶＤとしては、真空槽内にアルゴンガスなどの不活性な気体を導入し、高電圧をかけることでイオン化したアルゴンなどを加速してターゲットに衝突させ、その衝突の際に飛散されるターゲットを構成する粒子（以下、スパッタ原子）を基板などの表面に被着させて薄膜を成膜する手法が、スパッタリングとして広く用いられている。   As a method for forming a thin film on the surface of a substance, chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD) is known. As PVD, an inert gas such as argon gas is introduced into the vacuum chamber, and ionized argon is accelerated by applying a high voltage to collide with the target, and the target is scattered in the event of the collision. A technique for forming a thin film by depositing particles (hereinafter referred to as sputtered atoms) on a surface such as a substrate is widely used as sputtering.

主にターゲットから垂直な方向にスパッタ原子が飛散されるスパッタリングを用いて平坦な基板に薄膜を成膜する場合には、一般に、ターゲットと基板を平行に設置する。しかし、スパッタリングを用いて凹凸のある基板に薄膜を成膜する場合、ターゲットと平行な基板の面内だけでなく、凹凸による段差の側面においても薄膜が成膜されるものの、ターゲットと平行な基板の面内と比較すると薄い膜厚の薄膜が成膜される。   In the case of forming a thin film on a flat substrate by using sputtering in which sputtered atoms are scattered mainly in a direction perpendicular to the target, the target and the substrate are generally installed in parallel. However, when a thin film is formed on an uneven substrate using sputtering, the thin film is formed not only in the plane of the substrate parallel to the target but also on the side surface of the step due to the unevenness, but the substrate parallel to the target Compared with the in-plane, a thin film having a smaller thickness is formed.

これを改善するために、ターゲットに対して基板を移動させ、その移動速度や移動経路を変化させて制御することにより、段差側面においても均一な膜厚を持つ薄膜を成膜する方法が知られている（特許文献１参照）。   In order to improve this, there is known a method of forming a thin film having a uniform film thickness on the side surface of the step by moving the substrate with respect to the target and controlling the moving speed and moving path. (See Patent Document 1).

また、ターゲットから飛散されるスパッタ原子はＣＯＳ則に従い飛散されるが、基板表面に凹凸があると、段差の側面に段差の底部と比較して薄い薄膜が成膜されるだけでなく、凹凸による段差の底部などのターゲットと平行な基板面に成膜される薄膜も膜厚が不均一になるという問題がある。   Further, sputtered atoms scattered from the target are scattered according to the COS law. However, if the substrate surface is uneven, not only a thin film is formed on the side surface of the step compared to the bottom of the step, but also due to the unevenness. The thin film formed on the substrate surface parallel to the target such as the bottom of the step also has a problem that the film thickness becomes non-uniform.

このような段差底部などにおける膜厚の不均一を改善する方法としては、ターゲットと基板の間の距離を広げる方法や、ターゲットと基板の間に基板の表面に垂直に入射するスパッタ原子以外を遮蔽するコリメータを設置する方法などが知られている。
特開平５−２５６１９号公報 As a method for improving the non-uniformity of the film thickness at the bottom of such a step, a method of widening the distance between the target and the substrate, or shielding other than the sputtered atoms incident perpendicularly to the surface of the substrate between the target and the substrate. A method of installing a collimator is known.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-25619

上述のように、特許文献１の薄膜の製造方法によれば、凹凸の段差の側面と底部とで同じ膜厚の薄膜を成膜することができる。また、ターゲットと基板の間の距離を広げる方法やコリメータを設置する方法によれば、ターゲットと平行な基板の面内での膜厚の不均一性を改善できる。しかしながら、これらの方法によると、薄膜を成膜すべき基板以外の物に被着するスパッタ原子が多く、ターゲットの消費効率が悪くなるという問題がある。   As described above, according to the method for manufacturing a thin film disclosed in Patent Document 1, a thin film having the same film thickness can be formed on the side surface and the bottom of the uneven step. Further, according to the method of increasing the distance between the target and the substrate or the method of installing a collimator, the non-uniformity of the film thickness in the plane of the substrate parallel to the target can be improved. However, according to these methods, there are many sputtered atoms deposited on an object other than the substrate on which the thin film is to be formed, and there is a problem that the consumption efficiency of the target is deteriorated.

さらに、スパッタリングによって薄膜を成膜すると、凹凸による段差の側面や底部に成膜される薄膜の膜厚や形状といった被覆性は、基板の中央部と基板の端部とでは差が生じ、基板の中央部と基板の端部において比較すると、凹凸による段差の側面に成膜される薄膜は、基板中央部では対称的であるのに対して、基板端部の段差側面の薄膜は基板の中央側に位置する側面と、基板の端部側に位置する側面では、膜厚が異なり対称性が悪いという問題もある。   Furthermore, when a thin film is formed by sputtering, the coverage such as the film thickness and shape of the thin film formed on the side and bottom of the step due to the unevenness differs between the center of the substrate and the end of the substrate. Compared with the central part and the edge of the substrate, the thin film deposited on the side surface of the step due to unevenness is symmetric in the central part of the substrate, whereas the thin film on the step side surface of the substrate edge is the central side of the substrate There is also a problem in that the film thickness is different and the symmetry is poor on the side surface located on the side of the substrate and the side surface located on the end side of the substrate.

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、ターゲットの消費効率を低下させずに、凹凸による段差の底部における膜厚の均一性、基板の端部における凹凸による段差側面の薄膜の対称性といった薄膜の被覆性を改善するスパッタリングを用いた薄膜の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and without reducing the consumption efficiency of the target, the film thickness uniformity at the bottom of the step due to the unevenness, the thin film on the side surface of the step due to the unevenness at the edge of the substrate It aims at providing the manufacturing method and manufacturing apparatus of a thin film using sputtering which improve the coating property of a thin film, such as symmetry of this.

本発明のスパッタリングによる薄膜の製造方法は、基板を設置するステージと、成膜する薄膜の材料からなるターゲットとを有し、前記ターゲットを構成する材料の粒子を飛散させ、前記基板上に被着させて薄膜を成膜するスパッタリングによる薄膜の製造方法において、前記基板を前記ターゲットに対して傾斜させることで、前記粒子が前記基板に被着する角度を調節しながら前記基板の表面に薄膜を成膜させることを特徴とする。   The method for producing a thin film by sputtering according to the present invention comprises a stage on which a substrate is placed and a target made of a thin film material to be deposited, and particles of the material constituting the target are scattered and deposited on the substrate. In the thin film manufacturing method by sputtering for forming a thin film, the thin film is formed on the surface of the substrate while adjusting the angle at which the particles adhere to the substrate by tilting the substrate with respect to the target. It is made to form a film.

また、前記ステージを前記ターゲットに対して傾斜させることによって、前記基板を前記ターゲットに対して傾斜させることを特徴とする。   Further, the substrate is tilted with respect to the target by tilting the stage with respect to the target.

本発明のスパッタリングを用いた薄膜の製造装置は、基板を設置するステージと、成膜する薄膜の材料からなるターゲットとを有し、前記ターゲットを構成する材料の粒子を飛散させ、前記基板上に被着させて薄膜を成膜するスパッタリングによる薄膜の製造装置において、前記粒子の主な飛散方向に略垂直な第１の回転軸のまわりに前記基板を回転させる第１の回転機構と、前記基板の表面に略平行な第２の回転軸のまわりに前記基板を回転させる第２の回転機構と、前記第２の回転軸とは異なる前記基板の表面に略平行な第３の回転軸のまわりに前記基板を回転させる第３の回転機構とを備え、前記基板を前記ターゲットに対して傾斜させることで、前記粒子が前記基板に被着する角度を調節しながら前記基板の表面に薄膜を成膜させることを特徴とする。   An apparatus for manufacturing a thin film using sputtering according to the present invention includes a stage on which a substrate is placed and a target made of a thin film material to be deposited, and particles of the material constituting the target are scattered on the substrate. In a thin film production apparatus by sputtering for depositing a thin film, a first rotation mechanism for rotating the substrate around a first rotation axis substantially perpendicular to a main scattering direction of the particles, and the substrate A second rotation mechanism for rotating the substrate around a second rotation axis substantially parallel to the surface of the substrate, and a third rotation axis substantially parallel to the surface of the substrate different from the second rotation axis And a third rotating mechanism for rotating the substrate, and by tilting the substrate with respect to the target, a thin film is formed on the surface of the substrate while adjusting an angle at which the particles adhere to the substrate. Film And wherein the door.

また、前記第１の回転機構、前記第２の回転機構、及び前記第３の回転機構は、前記ステージを回転させることによって前記基板を前記ターゲットに対して傾斜させることを特徴とする。   Further, the first rotation mechanism, the second rotation mechanism, and the third rotation mechanism are characterized in that the substrate is inclined with respect to the target by rotating the stage.

本発明のスパッタリングを用いた薄膜の製造方法及び製造装置によれば、表面に凹凸がある基板に薄膜を成膜する場合に、ターゲットの消費効率を低下させることなく、凹凸による段差の側面や凹凸による段差の底部に成膜される薄膜の被覆性を改善することができる。   According to the method and apparatus for manufacturing a thin film using sputtering according to the present invention, when a thin film is formed on a substrate having an uneven surface, the side surface or uneven surface of the step due to the unevenness is reduced without reducing the consumption efficiency of the target. Thus, the coverage of the thin film formed on the bottom of the step can be improved.

さらには、薄膜を成膜する基板の中央部と端部とで、略同様の被覆性をもつ薄膜を成膜することができる。従って、基板内に複数の製品、部品などを作製する場合には、歩留まりがよくなり、製造コストの削減につながる。   Furthermore, it is possible to form a thin film having substantially the same covering property at the center and the end of the substrate on which the thin film is formed. Therefore, when a plurality of products, parts, and the like are manufactured in the substrate, the yield is improved and the manufacturing cost is reduced.

図１に示すように、本発明を実施するマグネトロンスパッタリング装置５（薄膜の製造装置）は、内部を真空にすることができる真空槽６、薄膜を成膜する際に必要な様々な計器や装置からなる操作部７、操作部７を構成する各種計器や装置を制御するコンピュータ８などから構成される。   As shown in FIG. 1, a magnetron sputtering apparatus 5 (thin film manufacturing apparatus) for carrying out the present invention includes a vacuum chamber 6 that can be evacuated inside, and various instruments and devices necessary for forming a thin film. And the computer 8 for controlling various instruments and devices constituting the operation unit 7.

真空槽６の内部には、ステージ１１、ステージ駆動部１２、ターゲット１３、磁石ユニット１４が配設されている。また、真空槽６には、バルブ１６を介してアルゴンガス１７を、バルブ１８を介して窒素ガス１９を導入することができる。ステージ１１は、ターゲット１３と対向する位置にあり、薄膜を成膜する基板２１を配置される。   A stage 11, a stage drive unit 12, a target 13, and a magnet unit 14 are disposed inside the vacuum chamber 6. In addition, argon gas 17 can be introduced into the vacuum chamber 6 through the valve 16, and nitrogen gas 19 can be introduced through the valve 18. The stage 11 is at a position facing the target 13, and a substrate 21 on which a thin film is formed is disposed.

ステージ駆動部１２は、回転軸Ｌ１（図２参照）のまわりにステージ１１を回転させるとともに、ターゲット１３に対してステージ１１を傾斜させる。このステージ駆動部１２は、後述するステージコントローラ３６によって薄膜を成膜中であっても真空槽６の外部から自在に駆動される。   The stage drive unit 12 rotates the stage 11 around the rotation axis L <b> 1 (see FIG. 2) and tilts the stage 11 with respect to the target 13. The stage driving unit 12 is freely driven from the outside of the vacuum chamber 6 even when a thin film is being formed by a stage controller 36 described later.

ターゲット１３は、基板２１に成膜する薄膜の材料からなり、磁石ユニット１４上の真空槽６の内部に配設される。また、基板２１上に薄膜を成膜させる際には、ターゲット１３は陰極になるように電圧が印加される。   The target 13 is made of a thin film material to be deposited on the substrate 21 and is disposed inside the vacuum chamber 6 on the magnet unit 14. Further, when a thin film is formed on the substrate 21, a voltage is applied so that the target 13 becomes a cathode.

磁石ユニット１４は、真空槽６の外部に、ステージ１１と対向する位置に配設される。この磁石ユニット１４の内部には、磁石２２が設けられている。磁石２２は、ターゲット１３の表面付近に半円状の磁力線を持つ磁場を生成する。   The magnet unit 14 is disposed outside the vacuum chamber 6 at a position facing the stage 11. A magnet 22 is provided inside the magnet unit 14. The magnet 22 generates a magnetic field having a semicircular magnetic field line near the surface of the target 13.

ターゲット１３から飛散するスパッタ原子２４（粒子）は、その発生原理が結晶としてのターゲット１３と様々な方向から飛来するアルゴンイオンとの物理的な衝突であるから、スパッタ原子２４は、ターゲット１３の表面にアルゴンイオンが衝突する方向に応じて飛散される。マグネトロンスパッタリング装置５の場合、ターゲット１３の下方にスパッタ原子２４は飛散される。   The sputter atoms 24 (particles) scattered from the target 13 are generated by the physical collision between the target 13 as a crystal and the argon ions flying from various directions. Are scattered according to the direction in which the argon ions collide. In the case of the magnetron sputtering apparatus 5, the sputtered atoms 24 are scattered below the target 13.

シャッタ２６は、節２７に回動自在に取り付けられており、モータ４３を介し、シャッタコントローラ３４によって開閉される。このシャッタ２６が基板２１の表面を覆う閉じ位置にある場合は、基板２１をスパッタ原子２４から遮蔽する。また、シャッタ２６が基板２１の表面を開放する開き位置にある場合には、スパッタ原子２４は、基板２１上に被着し、堆積することで薄膜が成膜される。   The shutter 26 is rotatably attached to the node 27 and is opened and closed by a shutter controller 34 via a motor 43. When the shutter 26 is in a closed position that covers the surface of the substrate 21, the substrate 21 is shielded from the sputtered atoms 24. When the shutter 26 is in an open position where the surface of the substrate 21 is opened, the sputtered atoms 24 are deposited on the substrate 21 and deposited to form a thin film.

操作部７は、流量制御部３２、シャッタコントローラ３４、ステージコントローラ３６などから構成される。流量制御部３２は、バルブ１６に接続されており、真空槽６にアルゴンガス１７を導入する際に、その流量を適切な量に調節する。   The operation unit 7 includes a flow rate control unit 32, a shutter controller 34, a stage controller 36, and the like. The flow rate control unit 32 is connected to the valve 16 and adjusts the flow rate to an appropriate amount when introducing the argon gas 17 into the vacuum chamber 6.

ステージコントローラ３６は、ステージ駆動部１２を制御することで、ステージ１１をターゲット１３に対して自在に回転又は傾斜させる。このステージコントローラ３６は、基板２１上に薄膜を成膜している最中であってもステージ１１を、延いては基板２１をターゲット１３に対して傾斜させる。   The stage controller 36 controls the stage drive unit 12 to freely rotate or tilt the stage 11 with respect to the target 13. The stage controller 36 tilts the stage 11 and thus the substrate 21 with respect to the target 13 even while a thin film is being formed on the substrate 21.

図２に示すように、ステージ１１は基板係止板５１と傾斜台５２とから構成される。基板係止板５１の上面には、基板２１を係止する係止爪５３ａ，５３ｂ，５３ｃが設けられている。係止爪５３ａ，５３ｂ，５３ｃは基板２１の形状に即して設けられているから、他の大きさ又は形状の基板を用いるときには、この基板係止板５１自体を係止する基板の形状に合わせたものに交換する。また、基板係止板５１の下面には、基板係止板５１を傾斜台５２に螺合させるための雄ネジ部５６が設けられている。   As shown in FIG. 2, the stage 11 includes a substrate locking plate 51 and an inclined table 52. Locking claws 53 a, 53 b, and 53 c that lock the substrate 21 are provided on the upper surface of the substrate locking plate 51. Since the locking claws 53a, 53b, and 53c are provided in accordance with the shape of the substrate 21, when using a substrate of another size or shape, the shape of the substrate for locking the substrate locking plate 51 itself is used. Replace with a new one. In addition, a male screw portion 56 for screwing the substrate locking plate 51 to the inclined base 52 is provided on the lower surface of the substrate locking plate 51.

傾斜台５２の上面には、基板係止板５１を雄ネジ部５６によって螺合させるための雌ネジ部５７が設けられている。また、傾斜台５２の下面には、後述するステージ傾斜部６３のボールジョイントを形成する上カバー５９ａ，５９ｂ，５９ｃ，５９ｄが設けられている。   A female screw part 57 for screwing the substrate locking plate 51 with the male screw part 56 is provided on the upper surface of the inclined base 52. In addition, upper covers 59a, 59b, 59c, and 59d that form ball joints of a stage inclined portion 63, which will be described later, are provided on the lower surface of the inclined table 52.

図２に示すように、ステージ駆動部１２は、回転台６１（第１の回転機構）、ステッピングモータ６２、ステッピングモータ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ、ステージ傾斜部６３ａ，６３ｃ（第２の回転機構）、ステージ傾斜部６３ｂ，６３ｄ（第３の回転機構）から構成される。   As shown in FIG. 2, the stage drive unit 12 includes a turntable 61 (first rotation mechanism), a stepping motor 62, stepping motors 64a, 64b, 64c, and 64d, and stage inclination portions 63a and 63c (second rotation mechanism). ) And stage inclined portions 63b and 63d (third rotation mechanism).

回転台６１は、ステッピングモータ６２によって回転軸Ｌ１のまわりに回転される。ステッピングモータ６２は真空槽６内部の壁６６に設けられた円筒部６７の内部に固定されている。また、回転台６１の上面にはステージ傾斜部６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄが設けられている。   The turntable 61 is rotated around the rotation axis L1 by the stepping motor 62. The stepping motor 62 is fixed inside a cylindrical portion 67 provided on a wall 66 inside the vacuum chamber 6. Moreover, stage inclined portions 63a, 63b, 63c, and 63d are provided on the upper surface of the turntable 61.

ステッピングモータ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄは、回転台６１に固定されており、回転台６１の回転とともに回転軸Ｌ１のまわりに回転される。ステッピングモータ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄは、円筒部６７の側面に設けられた電極（図示しない）に回転自在に電気的に接続されており、回転台６１が定常的で一方向に回転してもステージコントローラ３６によって駆動することができる。   The stepping motors 64a, 64b, 64c, and 64d are fixed to the turntable 61 and are rotated around the rotation axis L1 as the turntable 61 rotates. The stepping motors 64a, 64b, 64c, and 64d are electrically connected to electrodes (not shown) provided on the side surface of the cylindrical portion 67 so as to be freely rotatable, and the turntable 61 is rotated in one direction in a steady manner. Can also be driven by the stage controller 36.

ステージ傾斜部６３ａは、ボールジョイントを成膜するボール６８ａ及び下カバー６０ａ、上下動ネジ部６９ａ、水平回転部７０ａから構成される。下カバー６０ａがボール６８ａを挟み込むようにして上カバー５９ａと嵌合することでボールジョイントが形成される。   The stage inclined portion 63a includes a ball 68a for forming a ball joint, a lower cover 60a, a vertical moving screw portion 69a, and a horizontal rotating portion 70a. A ball joint is formed by fitting the lower cover 60a with the upper cover 59a so as to sandwich the ball 68a.

水平回転部７０ａは、回転台６１に水平方向に回転自在に設置され、歯車（図示しない）を介してステッピングモータ６４ａによって回転台に対して回転される。また、水平回転部７０ａ内壁は、上下動ネジ部６９ａと螺合するようにネジ溝が切られている。   The horizontal rotating unit 70a is installed on the rotating table 61 so as to be rotatable in the horizontal direction, and is rotated with respect to the rotating table by a stepping motor 64a via a gear (not shown). Further, the inner wall of the horizontal rotating portion 70a is threaded so as to be screwed with the vertically moving screw portion 69a.

上下動ネジ部６９ａは、水平回転部７０ａの回転に応じて上端に設けられたボール６８ａを上下動させる。これにより、ステージ傾斜部６３の全体としての長さは伸縮し、ステージ１１はターゲット１３に対して傾斜される。   The vertical movement screw portion 69a moves the ball 68a provided at the upper end up and down according to the rotation of the horizontal rotation portion 70a. As a result, the overall length of the stage inclined portion 63 expands and contracts, and the stage 11 is inclined with respect to the target 13.

同様にして、ステージ傾斜部６３ｂはボール６８ｂ及び下カバー６０ｂ、上下動ネジ部６９ｂ、水平回転部７０ｂから構成され、ステージ傾斜部６３ｃはボール６８ｃ及び下カバー６０ｃ、上下動ネジ部６９ｃ、水平回転部７０ｃから構成され、ステージ傾斜部６３ｄはボール６８ｄ及び下カバー６０ｄ、上下動ネジ部６９ｄ、水平回転部７０ｄから構成される。   Similarly, the stage inclined portion 63b includes a ball 68b and a lower cover 60b, a vertical moving screw portion 69b, and a horizontal rotating portion 70b. The stage inclined portion 63c includes the ball 68c, the lower cover 60c, a vertical moving screw portion 69c, and a horizontal rotating portion. The stage inclined portion 63d includes a ball 68d, a lower cover 60d, a vertical moving screw portion 69d, and a horizontal rotating portion 70d.

なお、ステージ傾斜部６３ａとステージ傾斜部６３ｃは、ステージ傾斜部６３ａが伸張する場合はステージ傾斜部６３ｃは収縮し、ステージ傾斜部６３ｃが伸張する場合はステージ傾斜部６３ａは収縮するというようにして対になって駆動され、ステージ１１を回転軸Ｌ２のまわりに回転させ、ターゲット１３に対して傾斜させる。同様に、ステージ傾斜部６３ｂとステージ傾斜部６３ｄは対になって駆動され、ステージ１１を回転軸Ｌ３のまわりに回転させ、ターゲット１３に対して傾斜させる。   The stage inclined portion 63a and the stage inclined portion 63c are configured such that the stage inclined portion 63c contracts when the stage inclined portion 63a extends, and the stage inclined portion 63a contracts when the stage inclined portion 63c extends. Driven in pairs, the stage 11 is rotated about the rotation axis L <b> 2 and tilted with respect to the target 13. Similarly, the stage tilting part 63b and the stage tilting part 63d are driven in pairs, and the stage 11 is rotated around the rotation axis L3 and tilted with respect to the target 13.

以下、上述のように構成されるマグネトロンスパッタリング装置５の作用を説明する。真空槽６内の気圧を１０−７Ｐａ程度の真空にした後に、基板２１とターゲット１３間に電圧を印加し、流量制御部３２からアルゴンガス１７の流量を調節しながら徐々に真空槽６内にアルゴンガス１７を導入する。 Hereinafter, the operation of the magnetron sputtering apparatus 5 configured as described above will be described. After the atmospheric pressure in the vacuum chamber 6 is reduced to about 10 −7 Pa, a voltage is applied between the substrate 21 and the target 13 and the flow rate of the argon gas 17 is adjusted from the flow rate control unit 32 gradually. Argon gas 17 is introduced into the gas.

そして、ステージコントローラ３６を操作し、ステージ駆動部１２を駆動してステージ１１及びステージ１１上に設置された基板２１をターゲット１３に対して傾斜させて成膜を行う。このとき、例えば、図３に示すように、基板２１をターゲット１３に平行な面内で回転させるだけでなく、ステージ１１に対して傾斜させる。   Then, the stage controller 36 is operated to drive the stage driving unit 12 so that the stage 11 and the substrate 21 placed on the stage 11 are inclined with respect to the target 13 to perform film formation. At this time, for example, as shown in FIG. 3, the substrate 21 is not only rotated in a plane parallel to the target 13 but is also tilted with respect to the stage 11.

図３（Ｂ）に示すように、ステージ１１及び基板２１はターゲット１３に平行な面内で回転しながらも、ターゲット１３の表面と基板２１の表面が平行である場合であっても、基板の中央部７３と基板２１の端部７１Ｌ，７１Ｒでは、ターゲット１３から飛来するスパッタ原子２４の飛来する方向、角度は異なる。   As shown in FIG. 3B, the stage 11 and the substrate 21 rotate in a plane parallel to the target 13, but even if the surface of the target 13 and the surface of the substrate 21 are parallel, The direction and angle at which the sputtered atoms 24 fly from the target 13 are different between the central portion 73 and the end portions 71L and 71R of the substrate 21.

図３（Ａ）に示すように、端部７１Ｌをターゲット１３から遠ざかるように、また端部７１Ｒをターゲット１３に近づくように基板２１及びステージ１１を傾斜させると、基板２１及びステージ１１がターゲット１３と平行な場合と比べて、端部７１Ｌに飛来するスパッタ原子２４は基板２１の表面に近い浅い角度で端部７１Ｌに入射する。   As shown in FIG. 3A, when the substrate 21 and the stage 11 are tilted so that the end 71L moves away from the target 13 and the end 71R approaches the target 13, the substrate 21 and the stage 11 are moved to the target 13. The sputtered atoms 24 that come to the end portion 71L enter the end portion 71L at a shallow angle close to the surface of the substrate 21 as compared with the case of being parallel to the end portion 71L.

このとき、端部７１Ｒに飛来するスパッタ原子２４は、基板２１の表面から離れた深い角度で端部７１Ｒに入射する。また、中央部７３に飛来するスパッタ原子２４は、基板２１とターゲット１３とが平行である場合と比べて、浅い角度で入射する。このスパッタ原子２４の基板２１への入射角度は、ターゲット１３と基板２１を平行に保ったまま端部７１Ｌ方向に基板２１を平行移動したときの入射角度に相当する。   At this time, the sputtered atoms 24 flying to the end 71R enter the end 71R at a deep angle away from the surface of the substrate 21. Further, the sputtered atoms 24 flying to the central portion 73 are incident at a shallower angle than when the substrate 21 and the target 13 are parallel. The incident angle of the sputtered atoms 24 to the substrate 21 corresponds to the incident angle when the substrate 21 is translated in the direction of the end 71L while keeping the target 13 and the substrate 21 parallel.

しかしながら、基板２１を端部７１Ｌ方向に平行移動する場合、ターゲット１３から飛来するスパッタ原子２４のうち端部７１Ｒ付近に飛来していたものは基板２１上に被着することができないため、成膜の効率は落ち、ターゲットの消費効率が悪い。これに比べ、図３（Ａ）に示すように基板２１を傾ける場合には、ターゲット１３から飛散されるスパッタ原子２４の殆どは基板２１上に被着することができるから、ターゲットの消費効率を低下させることなく、被覆性を改善することができる。   However, when the substrate 21 is translated in the direction of the end portion 71L, the sputtered atoms 24 flying from the target 13 that have jumped to the vicinity of the end portion 71R cannot be deposited on the substrate 21. The efficiency of the target is reduced and the target consumption efficiency is poor. In contrast, when the substrate 21 is tilted as shown in FIG. 3A, most of the sputtered atoms 24 scattered from the target 13 can be deposited on the substrate 21, so that the consumption efficiency of the target is reduced. Coverability can be improved without lowering.

同様に、図３（Ｃ）に示すように、端部７１Ｒをターゲット１３に近づくように、また、端部７１Ｌをターゲット１３から遠ざかるように基板２１及びステージ１１を傾斜させると、端部７１Ｒ、中央部７３、端部７１Ｌにそれぞれ入射するスパッタ原子２４は、基板２１をターゲット１３と平行に保ったまま端部７１Ｒの方向に平行移動した場合に相当する入射角度で基板２１に被着し、かつターゲットの消費効率を低下させることなく、被覆性を改善することができる。   Similarly, as shown in FIG. 3C, when the substrate 21 and the stage 11 are inclined so that the end portion 71R approaches the target 13 and the end portion 71L moves away from the target 13, the end portion 71R, The sputtered atoms 24 incident on the central portion 73 and the end portion 71L are deposited on the substrate 21 at an incident angle corresponding to the case where the substrate 21 is translated in the direction of the end portion 71R while being kept parallel to the target 13. And coverage can be improved, without reducing the consumption efficiency of a target.

また、多層のプリント基板で各層間を電気的に接続するためのいわゆるビアホールがある場合や、半導体基板上に電極金属などが蒸着されている場合など、基板２１上に凹凸がある場合、この凹凸による段差の影響で、段差の底面や段差の側面に成膜される薄膜は、平坦な基板に成膜する場合と異なる。例えば、図４に示すように、基板２１の表面に凹凸のある場合に、基板２１をターゲット１３と平行に保ったときに成膜される薄膜は、端部７１Ｌ、中央部７３、端部７１Ｒそれぞれで異なる。   In addition, when there are irregularities on the substrate 21 such as when there are so-called via holes for electrically connecting the respective layers in a multilayer printed board or when electrode metal or the like is deposited on the semiconductor substrate, this irregularities The thin film formed on the bottom surface of the step and the side surface of the step differs from the case of forming the film on a flat substrate. For example, as shown in FIG. 4, when the surface of the substrate 21 is uneven, the thin film formed when the substrate 21 is kept parallel to the target 13 includes an end portion 71L, a central portion 73, and an end portion 71R. Different for each.

図４（Ａ）に示すように、端部７１Ｌにある段差に成膜される薄膜７４は、中央部７３側の側面７６と、中央部７３から見て遠く、より基板２１の端に近い段差の側面７７とを比較すると、側面７６は成膜される薄膜７４は薄く、対称性が悪いばかりか被覆性も悪い。また、段差の深さ方向では、段差上部よりも底面７８に近づくほど薄い薄膜が成膜される。さらに、底面７８に成膜される薄膜７４の膜厚は、側面７７に近いほど厚く、側面７６に近いほど薄くなり、底面７８の面内での対称性に加え、被覆性が悪い。   As shown in FIG. 4A, the thin film 74 formed at the step at the end portion 71L has a side surface 76 on the center portion 73 side and a step far from the center portion 73 and closer to the end of the substrate 21. As compared with the side surface 77, the thin film 74 formed on the side surface 76 is thin, and not only the symmetry but also the covering property is poor. In the depth direction of the step, a thin film is formed as it approaches the bottom surface 78 rather than the upper part of the step. Furthermore, the film thickness of the thin film 74 formed on the bottom surface 78 is thicker as it is closer to the side surface 77, and is thinner as it is closer to the side surface 76. In addition to symmetry within the surface of the bottom surface 78, the coverage is poor.

同様に、図４（Ｃ）に示すように、端部７１Ｒにある段差に成膜される薄膜７４は、中央部７３側の側面８１と基板２１の端側の側面８２を比較すると、中央部７３側の側面８１に成膜される薄膜は薄く、対称性が悪いだけでなく被覆性も悪い。また、底面８３に成膜される薄膜の膜厚は、側面８２に近いほど厚く、側面８１に近いほど薄くなり、底面８３の面内での対称性に加え、被覆性が悪い。   Similarly, as shown in FIG. 4C, the thin film 74 formed at the step in the end portion 71R is compared with the side surface 81 on the center portion 73 side and the side surface 82 on the end side of the substrate 21. The thin film formed on the side surface 81 on the 73 side is thin and has not only poor symmetry but also poor coverage. Further, the film thickness of the thin film formed on the bottom surface 83 is thicker as it is closer to the side surface 82, and is thinner as it is closer to the side surface 81. In addition to symmetry within the surface of the bottom surface 83, the coverage is poor.

また、図４（Ｂ）に示すように、中央部７３にある段差に成膜される薄膜７４は、側面８６Ｌと側面８６Ｒに成膜される薄膜７４は、端部７１Ｌ及び端部７１Ｒの段差側面の薄膜と比較して対称性のよい薄膜が成膜できる。また、底面８８に成膜される薄膜の膜厚は、中央付近が厚く、側面８６Ｌ及び側面８６Ｒに近づくにつれて薄くなる。   Further, as shown in FIG. 4B, the thin film 74 formed on the step at the central portion 73 is the step between the end portion 71L and the end portion 71R. A thin film having better symmetry than the thin film on the side surface can be formed. Further, the film thickness of the thin film formed on the bottom surface 88 is thick in the vicinity of the center, and becomes thinner as approaching the side surface 86L and the side surface 86R.

このように表面に凹凸があり、段差に薄膜を成膜する場合、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、端部７１Ｌをターゲット１３に近づくように基板２１を傾斜させて成膜される薄膜９１上に、端部７１Ｌをターゲット１３から遠ざかるように基板２１を傾斜させて薄膜９２を成膜する。すると、図５（Ｃ）に示すように、結果として段差の側面に成膜される薄膜９６は、段差側面９７Ｌ，９７Ｒでは対称的で、被膜性の良い薄膜が成膜される。これは、基板の中央部にある段差に成膜する薄膜と同等の被覆性である。さらに、薄膜９６の段差の底面９８における膜厚は段差の底面９８の面内で均一になる。   When the surface has irregularities and a thin film is formed on the step, the substrate 21 is inclined so that the end 71L approaches the target 13 as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B). On the thin film 91 to be formed, the thin film 92 is formed by inclining the substrate 21 so that the end portion 71L is away from the target 13. Then, as shown in FIG. 5C, as a result, the thin film 96 formed on the side surface of the step is symmetrical on the step side surfaces 97L and 97R, and a thin film with good film properties is formed. This is the same coverage as the thin film formed on the step in the center of the substrate. Further, the film thickness at the bottom surface 98 of the step of the thin film 96 is uniform within the surface of the bottom surface 98 of the step.

また、端部７１Ｒにある段差に成膜される薄膜についても同様である。さらにまた、前述したように、基板をターゲットに対して傾けることによるスパッタ原子の入射角度の変化は、基板とターゲットの対向する表面を平行に保ったまま基板をターゲットに対して平行移動させることに相当するから、中央部７３にある段差に成膜される薄膜についても上述した端部７１Ｌ及び端部７１Ｒにある段差に成膜された薄膜と同様に、底面に成膜される薄膜の膜厚は底面の面内で均一になる。つまり、薄膜を成膜する基盤内で、その中央部と端部とで略同様の被覆性を持つ薄膜を成膜される。   The same applies to the thin film formed on the step at the end 71R. Furthermore, as described above, the change in the incident angle of the sputtered atoms by tilting the substrate with respect to the target means that the substrate is translated relative to the target while keeping the opposing surfaces of the substrate and the target in parallel. Accordingly, the thickness of the thin film formed on the bottom surface is the same as the thin film formed on the step at the end 71L and the end 71R as described above. Becomes uniform within the bottom surface. That is, a thin film having substantially the same covering property is formed at the center and the end within the substrate on which the thin film is formed.

以上のように、本発明のスパッタリングによる薄膜の製造方法及び薄膜の製造装置によれば、ターゲットの消費効率を低下させることなく、被覆性の良い薄膜を段差の側面及び底面に成膜することができる。   As described above, according to the thin film manufacturing method and thin film manufacturing apparatus of the present invention, a thin film with good coverage can be formed on the side and bottom surfaces of the step without reducing the target consumption efficiency. it can.

さらには、薄膜を成膜する基板内で、その中央部と端部とで略同様の被覆性を持つ薄膜を成膜することができ、基板内に複数の製品、部品などを作製する場合には、歩留まりが良くなり、製造コストの削減にもつながる。   Furthermore, a thin film having substantially the same covering property can be formed at the center and the end in the substrate on which the thin film is to be formed, and when a plurality of products, parts, etc. are produced in the substrate. Improves yield and reduces manufacturing costs.

なお、本実施形態はマグネトロンスパッタリング装置５を例に説明したが、これに限らず、例えば、イオンビームスパッタリング装置、ＲＦスパッタリング装置、ＤＣスパッタリング装置などスパッタリングによって薄膜を成膜する場合にも本発明を適用することができる。但し、イオンビームスパッタリング装置のように、スパッタ原子がターゲットから飛散される主な方向が、ターゲットの表面に垂直でない場合には、本実施形態におけるターゲットと基板の平行性は、スパッタ原子の主な飛散方向に基板表面が略垂直であることに相当する。   Although the present embodiment has been described by taking the magnetron sputtering apparatus 5 as an example, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to a case where a thin film is formed by sputtering, such as an ion beam sputtering apparatus, an RF sputtering apparatus, or a DC sputtering apparatus. Can be applied. However, when the main direction in which the sputtered atoms are scattered from the target is not perpendicular to the surface of the target as in an ion beam sputtering apparatus, the parallelism between the target and the substrate in this embodiment is the main sputtered atoms. This corresponds to the substrate surface being substantially perpendicular to the scattering direction.

なお、本実施形態では、薄膜の成膜をしてからステージ１１を傾斜させるなどして、成膜とステージ１１の回転又は傾斜を独立に行うが、これに限らず、薄膜の成膜を行っている最中に連続的にステージ１１を回転又は傾斜さてもよい。   In this embodiment, the film 11 and the rotation or tilt of the stage 11 are independently performed by tilting the stage 11 after the thin film is deposited. However, the present invention is not limited to this, and the thin film is deposited. The stage 11 may be continuously rotated or tilted during the operation.

なお、本実施形態では、基板を回転及び傾斜させる場合、回転軸Ｌ１、回転軸Ｌ２及び回転軸Ｌ３についてそれぞれ独立にステージ１１及び基板２１を回転させるが、これに限らず、例えば、回転台６１上にカムなどを設けることで、回転軸Ｌ１のまわりの回転に連動して、ターゲット１３に対して基板２１及びステージ１１を回転させるなどすることで本発明の効果を得ることができる。   In this embodiment, when the substrate is rotated and tilted, the stage 11 and the substrate 21 are rotated independently about the rotation axis L1, the rotation axis L2, and the rotation axis L3, respectively. By providing a cam or the like above, the effect of the present invention can be obtained by rotating the substrate 21 and the stage 11 with respect to the target 13 in conjunction with the rotation around the rotation axis L1.

なお、本実施形態では、ターゲット１３に略平行な表面を持つステージ１１を回転、又は傾斜させることによって、基板２１をターゲット１３に対して傾斜させるが、これに限らず、ターゲット１３に対して傾斜した基板設置面を持つステージを回転させるなどしてもよい。また、ステージ１１を回転、又は傾斜させずとも、直接、基板２１をターゲット１３に対して回転、又は傾斜させてもよい。   In the present embodiment, the stage 21 having a surface substantially parallel to the target 13 is rotated or tilted to tilt the substrate 21 with respect to the target 13. You may rotate the stage with the board | substrate installation surface made. Further, the substrate 21 may be directly rotated or tilted with respect to the target 13 without rotating or tilting the stage 11.

本発明のマグネトロンスパッタリング装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the magnetron sputtering apparatus of this invention. ステージ及びステージ駆動部の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a stage and a stage drive part. ステージ及び基板が傾斜する様子を表す説明図である。It is explanatory drawing showing a mode that a stage and a board | substrate incline. 表面に段差がある基板をターゲットに対して平行に配置するときに成膜される薄膜を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thin film formed when the board | substrate with a level | step difference is arrange | positioned in parallel with respect to a target. 表面に段差がある基板をターゲットに対して傾斜させながら薄膜を成膜する様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that a thin film is formed, making the board | substrate with a level | step difference in the surface incline with respect to a target.

符号の説明Explanation of symbols

５ マグネトロンスパッタリング装置（薄膜の製造装置）
１１ ステージ
１２ ステージ駆動部
１３ ターゲット
１７ アルゴンガス
２１ 基板
２４ スパッタ原子（粒子）
３６ ステージコントローラ
６１ 回転台（第１の回転機構）
６３ａ，６３ｃ ステージ傾斜部（第２の回転機構）
６３ｂ，６３ｄ ステージ傾斜部（第３の回転機構）
７１Ｌ，７１Ｒ 基板の端部
７３ 基板の中央部
７４，９１，９２ 薄膜
７６，７７，８１，８２，８６Ｌ，８６Ｒ，９３Ｌ，９３Ｒ，９７Ｌ，９７Ｒ 段差の側面
７８，８３，８８，９４，９８ 段差の底面
Ｌ１ 回転軸（第１の回転軸）
Ｌ２ 回転軸（第２の回転軸）
Ｌ３ 回転軸（第３の回転軸） 5 Magnetron sputtering equipment (Thin film production equipment)
11 stage 12 stage drive unit 13 target 17 argon gas 21 substrate 24 sputtered atom (particle)
36 stage controller 61 turntable (first rotation mechanism)
63a, 63c Stage inclined part (second rotation mechanism)
63b, 63d Stage inclined part (third rotation mechanism)
71L, 71R End of substrate 73 Central portion of substrate 74, 91, 92 Thin film 76, 77, 81, 82, 86L, 86R, 93L, 93R, 97L, 97R Step side surface 78, 83, 88, 94, 98 Step Bottom surface of L1 rotation axis (first rotation axis)
L2 rotation axis (second rotation axis)
L3 rotation axis (third rotation axis)

Claims (4)

基板を設置するステージと、成膜する薄膜の材料からなるターゲットとを有し、前記ターゲットを構成する材料の粒子を飛散させ、前記基板上に被着させて薄膜を成膜するスパッタリングによる薄膜の製造方法において、
前記基板を前記ターゲットに対して傾斜させることで、前記粒子が前記基板に被着する角度を調節しながら前記基板の表面に薄膜を成膜させることを特徴とするスパッタリングによる薄膜の製造方法。 A thin film formed by sputtering has a stage on which a substrate is formed and a target made of a thin film material to be deposited, and particles of the material constituting the target are scattered and deposited on the substrate to form a thin film. In the manufacturing method,
A method of producing a thin film by sputtering, wherein the thin film is formed on the surface of the substrate by adjusting the angle at which the particles adhere to the substrate by tilting the substrate with respect to the target. 前記ステージを前記ターゲットに対して傾斜させることによって、前記基板を前記ターゲットに対して傾斜させることを特徴とする請求項１記載のスパッタリングによる薄膜の製造方法。   2. The method of manufacturing a thin film by sputtering according to claim 1, wherein the substrate is inclined with respect to the target by inclining the stage with respect to the target. 基板を設置するステージと、成膜する薄膜の材料からなるターゲットとを有し、前記ターゲットを構成する材料の粒子を飛散させ、前記基板上に被着させて薄膜を成膜するスパッタリングによる薄膜の製造装置において、
前記粒子の主な飛散方向に略垂直な第１の回転軸のまわりに前記基板を回転させる第１の回転機構と、
前記基板の表面に略平行な第２の回転軸のまわりに前記基板を回転させる第２の回転機構と、
前記第２の回転軸とは異なる前記基板の表面に略平行な第３の回転軸のまわりに前記基板を回転させる第３の回転機構とを備え、
前記基板を前記ターゲットに対して傾斜させることで、前記粒子が前記基板に被着する角度を調節しながら前記基板の表面に薄膜を成膜させることを特徴とするスパッタリングによる薄膜の製造装置。 A thin film formed by sputtering has a stage on which a substrate is formed and a target made of a thin film material to be deposited, and particles of the material constituting the target are scattered and deposited on the substrate to form a thin film. In manufacturing equipment,
A first rotation mechanism for rotating the substrate about a first rotation axis substantially perpendicular to a main scattering direction of the particles;
A second rotation mechanism for rotating the substrate about a second rotation axis substantially parallel to the surface of the substrate;
A third rotation mechanism for rotating the substrate around a third rotation axis substantially parallel to the surface of the substrate different from the second rotation axis;
An apparatus for producing a thin film by sputtering, wherein the thin film is formed on the surface of the substrate by adjusting the angle at which the particles adhere to the substrate by tilting the substrate with respect to the target. 前記第１の回転機構、前記第２の回転機構、及び前記第３の回転機構は、前記ステージを回転させることによって前記基板を前記ターゲットに対して傾斜させることを特徴とする請求項３記載のスパッタリングによる薄膜の製造装置。   The said 1st rotation mechanism, the said 2nd rotation mechanism, and the said 3rd rotation mechanism incline the said board | substrate with respect to the said target by rotating the said stage. Thin film manufacturing equipment by sputtering.
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