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KR20180131498A - Sputtering apparatus - Google Patents

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KR20180131498A
KR20180131498A KR1020180062540A KR20180062540A KR20180131498A KR 20180131498 A KR20180131498 A KR 20180131498A KR 1020180062540 A KR1020180062540 A KR 1020180062540A KR 20180062540 A KR20180062540 A KR 20180062540A KR 20180131498 A KR20180131498 A KR 20180131498A
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vacuum chamber
target
space
exhaust
stage
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KR1020180062540A
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Inventor
요시노리 후지이
신야 나카무라
Original Assignee
가부시키가이샤 알박
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Abstract

Provided is a sputtering device capable of forming a predetermined thin film with a more uniform film thickness distribution in a substrate surface. The sputtering device (SM) of the present invention comprises: a cylindrical vacuum chamber (1), in which a sputtering target (2) is installed; a stage (4) installed at a position facing a target in the vacuum chamber so as to enable the installation of a film-forming object; and a shield plate (5) installed with a gap from the inner wall surface (1a) of the vacuum chamber so as to encompass a film-forming space between the target and the stage, wherein an exhaust space part (11), which is locally expanded in the orthogonal direction with respect to an extension line (Cl) for connecting the target and the stage, is installed in the vacuum chamber, the inside of the vacuum chamber including a film-forming space (1b) is evacuated into a vacuum state by a vacuum pump (Vp) through the exhaust hole (11a) formed in the exhaust space part, and a cover plate (7) is installed on the exhaust gas inlet (11b) of the exhaust space part so as to cover the outer surface portion of the shield plate with a gap.

Description

스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS}[0001] SPUTTERING APPARATUS [0002]

본 발명은, 스퍼터링 장치에 관하여, 보다 상세하게는, 막두께 분포의 향상을 도모할 수 있는 구조를 가지는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering apparatus and, more particularly, to a sputtering apparatus having a structure capable of improving the film thickness distribution.

이 종류의 스퍼터링 장치는 예를 들면 특허문헌 1에 알려져 있다. 이것에는, 상부에 스퍼터링용 타겟을 구비한 통 형상의 진공 챔버를 구비하고, 진공 챔버 내의 아래쪽에는, 타겟에 대향시키고, 성막 대상물로서의 실리콘 웨이퍼나 유리 기판 등(이하, 간단히 「기판」이라고 한다)이 설치되는 스테이지가 설치된다. 또한, 타겟의 스퍼터링에 의한 성막 시, 진공 챔버의 내벽면에의 착막을 방지하기 위해서, 진공 챔버의 내벽면에 틈새를 두고 근접 배치되어 타겟과 스테이지 사이의 성막 공간을 둘러싸는 실드판이 진공 챔버 내에 설치된다.This type of sputtering apparatus is known, for example, in Patent Document 1. This includes a cylindrical vacuum chamber provided with a sputtering target on the upper side and a silicon wafer or a glass substrate (hereinafter, simply referred to as " substrate " Is installed. In order to prevent deposition on the inner wall surface of the vacuum chamber at the time of film formation by sputtering of the target, a shield plate surrounding the film formation space between the target and the stage, which is disposed close to the inner wall surface of the vacuum chamber with a gap therebetween, Respectively.

여기서, 타겟의 상측에는, 예를 들면 타겟의 스퍼터면측에 누설 자장을 작용시키는 자석 유닛 등의 각종 부품이 설치된다. 한편, 스테이지의 하측에는, 기판을 효율적으로 가열 냉각하기 위한 가열 냉각 기구나 정전 척 기구 등의 각종 부품이 설치된다. 이 때문에, 성막 공간을 포함하는 진공 챔버 내를 진공 배기하기 위해서, 진공 펌프로부터의 배기관이 접속되는 배기구나 이것에 접속되는 배기관을 타겟과 스테이지를 잇는 연장선상에 설치하는 것은 사실상 할 수 없다. 거기서, 이 종류의 스퍼터링 장치에 있어서는, 진공 챔버의 아래쪽에, 연장선에 대해서 직교하는 방향으로 국소적으로 팽출시킨 배기 공간부를 설치하고, 배기 공간부에 개설한 배기구를 통해 진공 펌프에 의해 성막 공간을 포함하는 진공 챔버 내를 진공 배기하도록 진공 챔버를 설계하는 것이 일반적으로 행해진다. 이 경우, 배기 공간부의 배기가스 유입구에 마주하는 실드판의 외표부분은, 진공 챔버의 내벽면이 근접하지 않는 구조가 된다.Here, on the upper side of the target, for example, various parts such as a magnet unit that applies a leakage magnetic field to the sputter surface of the target are provided. On the other hand, various components such as a heating and cooling mechanism and an electrostatic chuck mechanism for efficiently heating and cooling the substrate are provided on the lower side of the stage. Therefore, in order to evacuate the inside of the vacuum chamber including the film forming space, it is practically impossible to provide an exhaust port to which the exhaust pipe from the vacuum pump is connected and an exhaust pipe connected to the exhaust pipe on an extension line connecting the target and the stage. Therefore, in this kind of sputtering apparatus, a vacuum chamber is provided with an exhaust space portion locally expanded in a direction orthogonal to the extension line below the vacuum chamber, and a vacuum pump is provided in the vacuum chamber through an exhaust port formed in the exhaust space portion. It is common to design the vacuum chamber to evacuate the vacuum chamber including the vacuum chamber. In this case, the outer surface portion of the shield plate facing the exhaust gas inlet of the exhaust gas space has a structure in which the inner wall surface of the vacuum chamber is not adjacent.

그런데, 예를 들면, 불휘발성 메모리나 플래시 메모리 등의 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 상기 스퍼터링 장치를 이용해 기판 표면에 소정의 박막을 성막할 때에, 기판면 내에 있어서의 막두께 분포의 균일성이 수 %(예를 들면 ±5%) 이내의 범위에 들어가는 것이 최근 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족하기 위한 방법 중 하나로서, 스퍼터 가스의 성막 공간에의 가스 도입 경로를 적절하게 설계하고, 타겟의 스퍼터링에 의한 성막 중, 실드판으로 구획되는 성막 공간 내의 압력 분포를 그 전체에 걸쳐 동등하게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 성막 공간 내의 압력 분포를 그 전체에 걸쳐 동등하게 했다고 해도, 배기 공간부의 방위에 위치하는 기판의 부분(특히 기판의 외주 부분)에 있어서 막두께가 그 외의 방위에 위치하는 부분과 비교해 얇아지기 쉬운 경향이 있는 것이 판명되었다. 이와 같이 국소적으로 막두께가 얇아지기 쉬운 부분이 있으면, 보다 한층 균일한 기판면 내의 막두께 분포를 얻음으로써 장애가 된다.For example, in a process of manufacturing a semiconductor device such as a nonvolatile memory or a flash memory, when a predetermined thin film is formed on the surface of a substrate by using the sputtering apparatus, uniformity of the film thickness distribution in the substrate surface (For example, within ± 5%) in recent years. One of the methods for satisfying such a requirement is to appropriately design the gas introduction path to the sputtering gas forming space and to distribute the pressure distribution in the film forming space partitioned by the shielding plate during film formation by sputtering of the target You can think of doing the same. However, even if the pressure distribution in the film forming space is made uniform throughout, the thickness of the portion of the substrate (in particular, the outer peripheral portion of the substrate) positioned in the direction of the exhaust gas space becomes thinner than the portion where the film thickness is located in the other direction It has been found that there is an easy tendency. If there is a portion in which the film thickness is liable to be locally thinned as described above, it becomes an obstacle to obtain a more uniform film thickness distribution in the substrate surface.

거기서, 본 발명의 발명자들은, 열심히 연구를 거듭하여, 다음을 지견하는 데 이르렀다. 즉, 상기 스퍼터링 장치에서는, 성막 중, 성막 공간에 도입된 스퍼터 가스의 일부는 배기가스가 되고, 실드판의 이음새나, 실드판과 타겟 또는 스테이지와의 틈새로부터, 실드판의 외표면과 진공 챔버의 내벽면 사이의 틈새를 지나 배기가스 유입구로부터 배기 공간부에 흘러, 배기구를 통해 진공 펌프로 진공 배기된다. 이 때, 배기 공간부의 배기가스 유입구 근방에 이른 배기가스의 유속이 실드판의 외표면과 진공 챔버의 내벽면 사이의 틈새를 흐를 때보다 극도로 저하한다. 바꾸어 말하면, 성막 공간을 구획하는 실드판 주위에, 국소적으로 배기가스의 유속이 느린 영역이 존재한다. 그리고, 이와 같이 배기가스의 유속이 느린 영역이 실드판 주위에 존재하면, 해당 영역의 방위에 위치하는 기판의 부분에 있어서 막두께가 얇아지기 쉬워진다고 생각할 수 있다.Thereupon, the inventors of the present invention have repeatedly studied to find out the following. That is, in the above-described sputtering apparatus, part of the sputter gas introduced into the film forming space during film formation becomes exhaust gas, and from the seam of the shield plate and the gap between the shield plate and the target or the stage, The exhaust gas flows from the exhaust gas inlet to the exhaust gas space, and is vacuum-exhausted through the exhaust port by a vacuum pump. At this time, the flow velocity of the exhaust gas, which is located in the vicinity of the exhaust gas inlet port of the exhaust gas space, is extremely lower than when the clearance between the outer surface of the shield plate and the inner wall surface of the vacuum chamber flows. In other words, a region where the flow velocity of the exhaust gas is locally low exists around the shield plate for partitioning the film formation space. If the region where the flow velocity of the exhaust gas is low is present around the shield plate, the thickness of the portion of the substrate positioned in the direction of the region is likely to become thin.

특허문헌 1: 특개 2014-148703호 공보Patent Document 1: JP-A-2014-148703

본 발명은, 이상의 지견에 근거해 이루어진 것으로, 보다 한층 균일한 기판면 내의 막두께 분포로 소정의 박막을 성막할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 것을 그 과제로 하는 것이다.The present invention has been made in view of the above findings, and it is an object of the present invention to provide a sputtering apparatus capable of forming a predetermined thin film with a film thickness distribution in a more uniform substrate surface.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 스퍼터링 장치는, 스퍼터링용 타겟이 설치되는 통 형상의 진공 챔버와, 진공 챔버 내에서 타겟에 대향하는 위치에 설치되어 성막 대상물의 설치를 가능하게 하는 스테이지와, 진공 챔버의 내벽면으로부터 틈새를 두고 설치되어 타겟과 스테이지 사이의 성막 공간을 둘러싸는 실드판을 구비하고, 진공 챔버에, 타겟과 스테이지를 잇는 연장선에 대해서 직교하는 방향으로 국소적으로 팽출시킨 배기 공간부를 설치하고, 배기 공간부에 개설한 배기구를 통해 진공 펌프에 의해 성막 공간을 포함하는 진공 챔버 내가 진공 배기되어, 배기 공간부의 배기가스 유입구에 마주하는 실드판의 외표면 부분을 틈새를 두고 덮는 덮개판을 설치하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the sputtering apparatus of the present invention comprises a tubular vacuum chamber provided with a sputtering target, a stage provided at a position facing the target in the vacuum chamber, And a shield plate which is provided with a clearance from the inner wall surface of the vacuum chamber and surrounds a film formation space between the target and the stage, and the vacuum chamber is provided with a vacuum chamber, which is locally expanded in a direction orthogonal to the extension line connecting the target and the stage, And a vacuum chamber including a film forming space is evacuated by a vacuum pump through an exhaust port formed in the exhaust gas space so that the outer surface portion of the shield plate facing the exhaust gas inlet of the exhaust gas space is covered with a gap And a cover plate is provided.

본 발명에 따르면, 성막 공간을 구획하는 실드판 주위에서 배기가스의 유속이 느린 영역이 가급적 작아지는 것, 바꾸어 말하면, 실드판 주위에 있어서의 배기가스의 유속이 거의 균등하게 됨으로써, 보다 한층 균일한 기판면 내의 막두께 분포(예를 들면, ±3%)를 가지는 박막을 성막할 수 있다.According to the present invention, the region where the flow velocity of the exhaust gas is low around the shield plate for partitioning the film formation space becomes as small as possible, in other words, the flow velocity of the exhaust gas around the shield plate becomes substantially uniform, It is possible to form a thin film having a film thickness distribution (for example, +/- 3%) in the substrate surface.

본 발명에 있어서는, 상기 덮개판은, 배기 공간부를 구획하는 저벽면에 입설한 고정판부와, 승강기구에 의해 고정판부에 대해서 상하 방향으로 진퇴 가능한 가동판부로 구성되고, 고정판부와 가동판부가 진공 챔버(1)의 내벽면에 동등한 곡율을 가지도록 만곡되는 것이 바람직하다. 이것에 따르면, 스퍼터링 장치마다, 실드판 주위에 있어서의 배기가스의 유속이 거의 균등하게 되도록 조정할 수 있어, 유리하다.According to the present invention, the cover plate is constituted by a fixed plate portion which is inserted into a bottom wall portion defining an exhaust space portion and a movable plate portion which is vertically movable with respect to the fixed plate portion by an elevating mechanism, It is preferable that the inner wall surface of the chamber 1 is curved so as to have an equivalent curvature. According to this, it is advantageous that the flow rate of the exhaust gas around the shield plate can be adjusted so as to be almost uniform for each sputtering apparatus.

도 1은 본 발명의 실시 형태의 스퍼터링 장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2에 대응하는 종래예의 스퍼터링 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along a line II-II in Fig.
3 is a cross-sectional view of a conventional sputtering apparatus corresponding to FIG.

이하, 도면을 참조해, 성막 대상물을 실리콘 웨이퍼(이하, 간단히 「기판(W)」이라고 한다)로 하여, 진공 챔버의 상부에 스퍼터링용 타겟, 그 아래쪽에 기판(W)이 설치되는 스테이지가 설치된 것을 예로 본 발명의 스퍼터링 장치의 실시 형태를 설명한다.Hereinafter, referring to the drawings, a stage in which a sputtering target and a substrate W are provided thereunder are provided on the upper portion of a vacuum chamber using a silicon wafer (hereinafter simply referred to as " substrate W " An embodiment of the sputtering apparatus of the present invention will be described.

도 1 및 도 2를 참조하여, SM은, 본 실시 형태의 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치이다. 스퍼터링 장치(SM)는 진공 챔버(1)를 구비하고, 진공 챔버(1)의 상부에 음극 유닛(Cu)이 착탈 가능하게 설치된다. 음극 유닛(Cu)은, 스퍼터링용 타겟(2)과, 이 타겟(2)의 위쪽에 배치된 자석 유닛(3)으로 구성된다.1 and 2, SM is a magnetron type sputtering apparatus of the present embodiment. The sputtering apparatus SM has a vacuum chamber 1, and a negative electrode unit Cu is detachably installed on the upper portion of the vacuum chamber 1. The negative electrode unit Cu is composed of a sputtering target 2 and a magnet unit 3 disposed above the target 2. [

타겟(2)은, 기판(W)에 성막하고자 하는 박막에 따라 그 조성이 적절하게 선택되어, 기판(W)의 윤곽에 따라 평면에서 보면 원형으로 형성된 것이다. 타겟(2)은, 냉각판(backing plate)(21)에 장착한 상태로, 그 스퍼터면(22)을 아래쪽으로 하고, 진공 챔버(1) 상벽에 설치한 절연체(Ib)를 통해 진공 챔버(1)의 상부에 장착된다. 또한, 타겟(2)에는, 공지의 구조를 가지는 스퍼터 전원(E)이 접속되어, 스퍼터링에 의한 성막 시, 음의 전위를 가진 직류 전력이나, 어스 사이에 소정 주파수(예를 들면, 13.56MHz)의 고주파 전력을 투입할 수 있도록 한다. 타겟(2)의 위쪽에 배치되는 자석 유닛(3)은, 타겟(2)의 스퍼터면(22)의 아래쪽 공간에 자장을 발생시켜, 스퍼터 시에 스퍼터면(22)의 아래쪽에서 전리한 전자 등을 포착해 타겟(2)으로부터 비산한 스퍼터 입자를 효율적으로 이온화하는 폐쇄 자장 혹은 커스프 자장 구조를 가지는 것이다. 자석 유닛(3) 자체로서는 공지의 것을 이용할 수 있으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.The target 2 is formed into a circular shape in plan view along the outline of the substrate W by suitably selecting the composition according to the thin film to be formed on the substrate W. [ The target 2 is placed in a vacuum chamber (not shown) via an insulator Ib provided on the upper wall of the vacuum chamber 1 with its sputter surface 22 downward while being mounted on a backing plate 21 1). A sputtering power source E having a well-known structure is connected to the target 2 and a DC power having a negative potential or a predetermined frequency (for example, 13.56 MHz) is applied between the ground and the ground during film formation by sputtering. So that the high-frequency power of the power source can be input. The magnet unit 3 disposed above the target 2 generates a magnetic field in the space below the sputter surface 22 of the target 2 and generates a magnetic field in the space below the sputter surface 22 at the time of sputtering, And has a closed magnetic field or a cusp magnetic field structure for efficiently ionizing the sputtered particles scattered from the target 2. Since known ones can be used for the magnet unit 3 itself, further explanation is omitted.

진공 챔버(1)의 저부 중앙에는, 타겟(2)에 대향시켜 스테이지(4)가 다른 절연체(Ib)를 통해 배치된다. 스테이지(4)는, 특별히 도시하여 설명하지 않지만, 예를 들면 통 형상의 윤곽을 가지는 금속제 기대(基台)와, 이 기대의 상면에 접착되는 척 플레이트로 구성되어, 성막 중, 기판(W)을 흡착 유지할 수 있도록 한다. 또한, 정전 척의 구조에 대해서는, 단극형이나 쌍극형 등의 공지의 것을 이용할 수 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다. 또한, 기대에는, 냉매 순환용 통로나 히터를 내장하여, 성막 중, 기판(W)을 소정 온도로 제어할 수 있도록 할 수도 있다.The stage 4 is disposed at the center of the bottom of the vacuum chamber 1 with the other insulator Ib opposed to the target 2. The stage 4 is composed of a metal base having a cylindrical contour, for example, and a chuck plate adhered to the upper surface of the base, To be adsorbed and retained. The structure of the electrostatic chuck can be any known one such as a unipolar type or a bipolar type, and thus the detailed description thereof will be omitted. In addition, the substrate W may be controlled to a predetermined temperature during film formation by incorporating a coolant circulation passage or a heater in the base.

또한, 진공 챔버(1) 내에는, 그 내벽면(1a)으로부터 틈새를 두고 설치되어 타겟(2)과 스테이지(4) 사이의 성막 공간(1b)을 둘러싸는 실드판(5)을 구비한다. 실드판(5)은, 타겟(2)의 주위를 둘러싸고, 또한, 진공 챔버(1)의 아래쪽으로 뻗는 거의 통 형상의 상판부(51)와, 스테이지(4)의 주위를 둘러싸고, 또한, 진공 챔버(1)의 위쪽으로 뻗는 거의 통 형상의 하판부(52)를 가지며, 상판부(51)의 하단과 하판부(52)의 상단을 원주방향(circumferential direction)에서 틈새를 두고 오버랩시킨다. 또한, 상판부(51) 및 하판부(52)는 일체로 형성될 수도 있고, 또한, 원주방향에서 복수 부분에 분할하여 조합하도록 할 수도 있다.The vacuum chamber 1 is provided with a shield plate 5 provided with a clearance from the inner wall surface 1a and surrounding the film formation space 1b between the target 2 and the stage 4. [ The shield plate 5 has a substantially cylindrical upper plate portion 51 surrounding the periphery of the target 2 and extending downwardly of the vacuum chamber 1 and an upper plate portion 51 surrounding the periphery of the stage 4, Shaped lower plate portion 52 extending upwardly of the upper plate portion 1 and overlaps the lower end of the upper plate portion 51 and the upper end of the lower plate portion 52 in a circumferential direction with a gap therebetween. The upper plate portion 51 and the lower plate portion 52 may be integrally formed or may be divided into a plurality of portions in the circumferential direction to be combined.

또한, 진공 챔버(1)에는 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단(6)이 설치된다. 가스로서는, 성막 공간(1b)에 플라스마를 형성할 때에 도입되는 아르곤 가스 등의 희가스 뿐만 아니라, 성막에 따라 적절하게 도입되는 산소 가스나 질소 가스 등의 반응 가스도 포함된다. 가스 도입 수단(6)은, 상판부(51)의 외주에 설치된 가스 링(61)과, 가스 링(61)에 접속된, 진공 챔버(1)의 측벽을 관통하는 가스관(62)을 가지며, 가스관(62)이 유량 제어기(mass flow controller)(63)를 통해 도시 생략한 가스원에 연통한다. 이 경우, 상세한 도시를 생략했지만, 가스 링(61)에는 가스 확산부가 부설되고, 가스관(62)으로부터의 스퍼터 가스가 가스 확산부에서 확산되고, 가스 링(61)에 원주방향에서 등간격으로 천공된 가스 분사구(61a)로부터 동등 유량으로 스퍼터 가스가 분사되도록 한다. 그리고, 가스 분사구(61a)로부터 분사된 스퍼터 가스는, 상판부(51)에 형성한 가스 구멍(도시하지 않음)으로부터 성막 공간(1b) 내에 소정의 유량으로 도입되어, 성막 중, 성막 공간(1b) 내의 압력 분포를 그 전체에 걸쳐 동등하게 할 수 있도록 한다. 또한, 성막 공간(1b) 내의 압력 분포를 그 전체에 걸쳐 동등하게 하기 위한 수법은, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 다른 공지의 수법을 적절하게 채용할 수 있다.Further, the vacuum chamber 1 is provided with a gas introducing means 6 for introducing a predetermined gas. The gas includes not only a rare gas such as argon gas which is introduced when the plasma is formed in the film formation space 1b but also a reactive gas such as oxygen gas or nitrogen gas which is appropriately introduced in accordance with film formation. The gas introducing means 6 has a gas ring 61 provided on the outer periphery of the upper plate portion 51 and a gas pipe 62 connected to the gas ring 61 and penetrating the side wall of the vacuum chamber 1, (62) communicates with a gas source (not shown) through a mass flow controller (63). In this case, the gas ring 61 is provided with the gas diffusion portion, the sputter gas from the gas pipe 62 is diffused in the gas diffusion portion, and the gas ring 61 is perforated So that the sputter gas is jetted from the gas jet opening 61a at an equal flow rate. The sputter gas injected from the gas injection port 61a is introduced into the film formation space 1b at a predetermined flow rate from a gas hole (not shown) formed in the upper plate portion 51, Thereby making it possible to make the pressure distribution within the pressure chamber equal throughout. In addition, the method for making the pressure distribution in the film forming space 1b equal over the entirety is not limited to this, and other known methods can be suitably employed.

또한, 진공 챔버(1)에는, 타겟(2)과 스테이지(4)를 잇는 중심선(연장선)(Cl)에 대해서 직교하는 방향으로 국소적으로 팽출시킨 배기 공간부(11)가 설치되고, 이 배기 공간부(11)를 구획하는 저벽면에는, 배기구(11a)가 개설된다. 배기구(11a)에는, 배기관을 통해 크라이오 펌프나 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프(Vp)가 접속된다. 성막 중, 성막 공간(1b)에 도입된 스퍼터 가스의 일부는 배기가스가 되고, 실드판(5)의 이음새나, 실드판(5)과 타겟(2) 또는 스테이지(4)와의 틈새로부터, 실드판(5)의 외표면과 진공 챔버(1)의 내벽면(1a) 사이의 틈새를 통하여 배기가스 유입구(11b)로부터 배기 공간부(11)로 흘러, 배기구(11a)를 통해 진공 펌프(Vp)로 진공 배기된다. 이 때, 성막 공간(1b)과 배기 공간부(11) 사이에는, 수 Pa 정도의 압력차이가 생기게 된다.The vacuum chamber 1 is provided with an evacuated space 11 locally expanded in a direction orthogonal to a center line (extension line) Cl connecting the target 2 and the stage 4, An exhaust port 11a is formed in the bottom wall surface defining the exhaust space portion 11. [ A vacuum pump Vp such as a cryopump or a turbo molecular pump is connected to the exhaust port 11a through an exhaust pipe. A part of the sputter gas introduced into the film forming space 1b becomes exhaust gas and the shielding film 5 and the gap between the shielding plate 5 and the target 2 or the stage 4, Flows from the exhaust gas inlet port 11b to the exhaust gas space portion 11 through the gap between the outer surface of the plate 5 and the inner wall surface 1a of the vacuum chamber 1 and flows through the exhaust port 11a to the vacuum pump Vp ). ≪ / RTI > At this time, a pressure difference of about several Pa is generated between the film formation space 1b and the exhaust space part 11. [

기판(W)에 대해서 소정의 박막을 성막하는 경우, 도시되지 않은 진공 반송 로봇에 의해 스테이지(4) 상으로 기판(W)을 반입하여, 스테이지(4)의 척 플레이트 표면에 기판(W)을 설치한다(이 경우, 기판(W)의 표면이 성막면이 된다). 그리고, 진공 반송 로봇을 퇴피시킴과 동시에, 정전 척용 전극에 대해서 척 전원으로부터 소정 전압을 인가하고, 척 플레이트 표면에 기판(W)를 정전 흡착한다. 이어서, 진공 챔버(1) 내가 소정 압력(예를 들면, 1×10-5Pa)까지 진공 흡인되면, 가스 도입 수단(6)을 통해 스퍼터 가스로서의 아르곤 가스를 일정한 유량으로 도입하고, 이에 수반하여 타겟(2)에 스퍼터 전원(E)으로부터 소정 전력을 투입한다. 이것에 의해, 성막 공간(1b) 내에 플라스마가 형성되고, 플라스마 중의 아르곤 가스의 이온으로 타겟이 스퍼터링되고, 타겟(2)으로부터의 스퍼터 입자가 기판(W)의 표면에 부착, 퇴적하여 소정의 박막이 성막된다. 이와 같이 타겟(2)을 스퍼터링하여 성막하는 경우, 성막 공간(1b) 내의 압력 분포를 그 전체에 걸쳐 동등하게 했다고 해도, 배기 공간부(11)의 방위에 위치하는 기판(W)의 부분(특히, 기판(W)의 지름 방향 외단측)에 있어 막두께가 그 외의 방위에 위치하는 부분과 비교해 얇아지기 쉬운 경향이 있는 것이 판명되었다.When a predetermined thin film is formed on the substrate W, the substrate W is carried onto the stage 4 by a vacuum transport robot (not shown), and the substrate W is placed on the chuck plate surface of the stage 4 (In this case, the surface of the substrate W becomes the film formation surface). Then, the vacuum transport robot is retracted, and a predetermined voltage is applied to the electrode for electrostatic chuck from the chuck power source, and the substrate W is electrostatically attracted to the surface of the chuck plate. Subsequently, when the vacuum chamber 1 is evacuated to a predetermined pressure (for example, 1 × 10 -5 Pa), argon gas as a sputter gas is introduced at a constant flow rate through the gas introducing means 6, And a predetermined electric power is applied to the target 2 from the sputter power source E. As a result, the plasma is formed in the film formation space 1b, the target is sputtered with ions of argon gas in the plasma, and the sputter particles from the target 2 adhere to and accumulate on the surface of the substrate W, . Even if the pressure distribution in the film formation space 1b is made uniform throughout the entire film formation by sputtering the target 2 in this way, the portion of the substrate W positioned in the orientation of the exhaust space portion 11 , And the radially outward end side of the substrate W), the film thickness tends to be thinner than the portion where the film thickness is located in other orientations.

여기서, 도 3에 도시한 바와 같이, 종래예의 스퍼터링 장치에서는, 배기 공간부(11)의 배기가스 유입구(11b)에 마주하는 실드판(5)의 하판부(52)의 외표면 부분(52a)이 진공 챔버(1)의 내벽면(1a)과 근접하지 않는 구조가 된다. 이 때문에, 실드판(5)의 외표면과 진공 챔버(1)의 내벽면(1a) 사이의 틈새(Gp)를 통하여 배기가스 유입구(11b)로부터 배기 공간부(11)로 배기가스가 흐를 때, 배기가스 유입구(11b) 근방에 이른 배기가스의 유속이, 상기 틈새(Gp)를 흐를 때보다 극도로 저하한다(도 3에, 화살표는 배기가스의 유속을 나타내며, 그것이 짧아지면 짧아질수록, 유속이 느린 것을 나타낸다). 바꾸어 말하면, 성막 공간(1b)을 구획하는 실드판(5)의 주위에, 국소적으로 배기가스의 유속이 느린 영역이 존재한다. 그리고, 이와 같이 배기가스의 유속이 느린 영역이 실드판(5)의 주위에 존재하면, 해당 영역의 방위에 위치하는 기판(W)의 부분에 있어서 막두께가 얇아지기 쉬운 경향이 있다.3, in the conventional sputtering apparatus, the outer surface portion 52a of the lower plate portion 52 of the shield plate 5 facing the exhaust gas inlet port 11b of the exhaust gas space portion 11, Is not close to the inner wall surface (1a) of the vacuum chamber (1). Therefore, when the exhaust gas flows from the exhaust gas inlet port 11b to the exhaust gas space 11 through the gap Gp between the outer surface of the shield plate 5 and the inner wall surface 1a of the vacuum chamber 1 , The flow rate of the exhaust gas immediately upstream of the exhaust gas inlet port 11b is extremely lower than when the clearance Gp is flowed (the arrow indicates the flow rate of the exhaust gas, and the shorter the exhaust gas flow rate becomes, Indicating that the flow velocity is slow). In other words, a region where the flow rate of the exhaust gas is locally low exists around the shield plate 5 for partitioning the film formation space 1b. If the region where the flow velocity of the exhaust gas is low is present around the shield plate 5, the film thickness tends to become thin at the portion of the substrate W positioned in the direction of the region.

거기서, 본 실시 형태에서는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 배기 공간부(11)의 배기가스 유입구(11b)에 마주하는 실드판(5)의 하판부(52)의 외표면 부분(52a)을 틈새를 두고 덮는 덮개판(cover plate)(7)을 설치하는 것으로 했다. 이 경우, 덮개판(7)은, 배기 공간부(11)을 구획하는 저벽면에 입설한 고정판부(71)과 모터 등의 승강기구(72a)에 의해 고정판부(71)에 대해서 상하 방향으로 진퇴 가능한 가동판부(72)로 구성된다. 고정판부(71)와, 가동판부(72)은, 진공 챔버(1)의 내벽면(1a)에 거의 일치하는 곡율을 가지도록 만곡되고, 가동판부(72)가, 진공 챔버(1)의 내벽면(1a)을 통과하는 가상 원주(72b) 상에 대략 위치하도록 배치된다. 한편, 가동판부(72)의 높이는, 승강기구(72a)에 의해 고정판부(71)에 대해서 가동판부(72)를 위쪽으로 이동시켰을 때, 가동판부(72)의 하단이 고정판부(71)의 상단과 지름 방향에서 오버랩하여, 가동판부(72)의 상단이, 배기가스 유입구(11b)를 구획하는 진공 챔버의 내벽면 부분(11c)에 당접할 수 있도록 설정된다.1 and 2, the outer surface portion of the lower plate portion 52 of the shield plate 5 facing the exhaust gas inlet port 11b of the exhaust gas space portion 11 And a cover plate (7) for covering the cover (52a) with a gap therebetween. In this case, the cover plate 7 is fixed to the fixed plate portion 71 in the vertical direction by the elevating mechanism 72a such as a motor and the fixed plate portion 71 which is inserted into the bottom wall surface defining the exhausting space portion 11 And a movable plate portion 72 capable of advancing and retreating. The fixed plate portion 71 and the movable plate portion 72 are curved so as to have a curvature substantially coinciding with the inner wall surface 1a of the vacuum chamber 1 and the movable plate portion 72 is fixed to the inside of the vacuum chamber 1 And is disposed substantially on the virtual circumference 72b passing through the wall surface 1a. The height of the movable plate portion 72 is set such that when the movable plate portion 72 is moved upward with respect to the fixed plate portion 71 by the elevating mechanism 72a, So that the upper end of the movable plate portion 72 is set in contact with the inner wall surface portion 11c of the vacuum chamber for partitioning the exhaust gas inlet port 11b.

이상에 따르면, 도 2에 도시한 바와 같이, 성막 공간(1b)을 구획하는 실드판(5)의 주위에서 배기가스의 유속이 느린 영역이 가급적 작아지는 것, 바꾸어 말하면, 실드판(5)의 주위에 있어서의 배기가스의 유속이 거의 균등해진다. 그 결과, 보다 균일한 기판면 내의 막두께 분포(예를 들면, ±3%)를 가지는 박막을 성막할 수 있다. 또한, 고정판부(71)와, 가동판부(72)로 덮개판(7)을 구성하면, 스퍼터링 장치마다, 실드판(5)의 주위에 있어서의 배기가스의 유속이 거의 균등하게 되도록 조정할 수 있어, 유리하다. 게다가, 고정판부(71)에 대한 가동판부(72)의 높이 위치를 조정함으로써, 기판면 내의 막두께 분포의 미세조정도 할 수 있다.According to the above, as shown in Fig. 2, the region where the flow velocity of the exhaust gas is slow around the shield plate 5 for partitioning the film formation space 1b becomes as small as possible, in other words, The flow velocity of the exhaust gas in the vicinity becomes substantially equal. As a result, it is possible to form a thin film having a more uniform thickness distribution (for example, +/- 3%) in the surface of the substrate. It is also possible to adjust the flow rate of the exhaust gas around the shield plate 5 to be substantially uniform for each sputtering apparatus by forming the cover plate 7 with the fixed plate portion 71 and the movable plate portion 72 , It is advantageous. In addition, by adjusting the height position of the movable plate portion 72 with respect to the fixed plate portion 71, it is possible to finely adjust the film thickness distribution in the substrate surface.

이어서, 본 발명의 효과를 확인하기 위해, 기판(W)을 실리콘 웨이퍼, 스퍼터링용 타겟(2)을 Al2O3제로 하고, 상기 스퍼터링 장치(SM)를 이용해 기판(W)에 Al2O3막을 성막했다. 스퍼터 조건으로서, 타겟(2)과 기판(W) 사이의 거리를 60㎜, 스퍼터 전원(E)에 의한 투입 전력을 2kW, 스퍼터 시간을 120sec로 설정했다. 또한, 스퍼터 가스로서 아르곤 가스를 이용하여, 스퍼터링 중, 스퍼터 가스의 분압을 0.1Pa로 했다. 또한, 비교 실험으로서, 상기 스퍼터링 장치(SM)로부터 덮개판(7)을 제외하고, 동일한 조건으로 성막했다. Al2O3막의 기판(W)의 지름 방향의 막두께 분포를 공지의 측정기구를 이용해 각각 측정했다. 이것에 의하면, 상기 종래예에 상당하는 비교 실험에서는, 그 막두께 분포가 1.8%인 것에 비해, 본 실시 형태의 것으로는, 그 막두께 분포가 0.8%였다.Subsequently, in order to confirm the effect of the present invention, the substrate W is made of a silicon wafer, the sputtering target 2 is made of Al 2 O 3 and the substrate W is coated with Al 2 O 3 The tabernacle was set up. The sputtering conditions were such that the distance between the target 2 and the substrate W was 60 mm, the applied electric power by the sputter power source E was 2 kW, and the sputtering time was 120 sec. Further, argon gas was used as the sputter gas, and the partial pressure of the sputter gas was set to 0.1 Pa during the sputtering. As a comparative experiment, the film was formed under the same conditions except for the cover plate 7 from the sputtering apparatus SM. The film thickness distribution of the Al 2 O 3 film in the radial direction of the substrate W was measured using a known measuring mechanism. According to this, in the comparative experiment corresponding to the above-mentioned conventional example, the film thickness distribution was 0.8% in the present embodiment, while the film thickness distribution was 1.8%.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태에서는, 고정판부(71)와, 가동판부(72)로 덮개판을 구성한 것을 예로 설명했지만, 단일의 덮개판을 배기 공간부에 설치하도록 할 수도 있다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto. In the above embodiment, the case where the cover plate is composed of the fixing plate portion 71 and the movable plate portion 72 has been described as an example, but a single cover plate may be provided in the exhaust space portion.

SM: 스퍼터링 장치
Vp: 진공 펌프
W: 기판(성막 대상물)
1: 진공 챔버
1a: 진공 챔버(1)의 내벽면
1b: 성막 공간
11: 배기 공간부
11a: 배기구
11b: 배기가스 유입구
2: 스퍼터링용 타겟
4: 스테이지
5: 실드판
7: 덮개판
71: 고정판부
72: 가동판부SM: Sputtering device
Vp: Vacuum pump
W: substrate (object to be film-formed)
1: Vacuum chamber
1a: an inner wall surface of the vacuum chamber 1
1b: Tape space
11: Exhaust space part
11a: Exhaust hole
11b: exhaust gas inlet
2: Target for sputtering
4: stage
5: Shield plate
7: Cover plate
71:
72: movable plate

Claims (2)

스퍼터링용 타겟이 설치되는 통 형상의 진공 챔버와, 진공 챔버 내에서 타겟에 대향하는 위치에 설치되어 성막 대상물의 설치를 가능하게 하는 스테이지와, 진공 챔버의 내벽면으로부터 틈새를 두고 설치되어 타겟과 스테이지 사이의 성막 공간을 둘러싸는 실드판을 구비한 스퍼터링 장치로서,
진공 챔버에, 타겟과 스테이지를 잇는 연장선에 대해서 직교하는 방향으로 국소적으로 팽출시킨 배기 공간부를 설치하고, 배기 공간부에 개설한 배기구를 통해 진공 펌프에 의해 성막 공간을 포함하는 진공 챔버 내가 진공 배기되는 것에 있어서,
배기 공간부의 배기가스 유입구에 마주하는 실드판의 외표면 부분을 틈새를 두고 덮는 덮개판을 설치하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
A stage which is provided at a position facing the target in a vacuum chamber and in which a deposition target can be installed; a stage which is provided with a clearance from the inner wall surface of the vacuum chamber, And a shield plate surrounding the film formation space,
A vacuum chamber is provided with an evacuated space partially locally expanded in a direction orthogonal to an extension line connecting the target and the stage, and a vacuum chamber including a deposition space is evacuated by a vacuum pump through an evacuation opening formed in the evacuated space, In being exhausted,
Wherein a cover plate for covering the outer surface portion of the shield plate facing the exhaust gas inlet of the exhaust space portion with a clearance is provided.
청구항 1에 있어서, 상기 덮개판은, 배기 공간부를 구획하는 저벽면에 입설한 고정판부와, 승강기구에 의해 고정판부에 대해서 상하 방향으로 진퇴 가능한 가동판부로 구성되고, 고정판부와 가동판부가 진공 챔버(1)의 내벽면에 동등한 곡율을 가지도록 만곡되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
The exhaust gas recirculation apparatus according to claim 1, wherein the cover plate is composed of a fixed plate portion that is inserted into a bottom wall portion defining an exhaust space portion and a movable plate portion that is movable up and down with respect to the fixed plate portion by an elevating mechanism, Is curved so as to have an equivalent curvature to the inner wall surface of the chamber (1).
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