JP2005179716A - Sputtering apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は磁気記録、半導体、電子部品、光学部品等の分野で、薄膜を形成するのに用いられるスパッタリング装置に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus used to form a thin film in the fields of magnetic recording, semiconductors, electronic components, optical components and the like.
一般に、磁気記録、半導体、電子部品、光学部品等の分野で、薄膜を形成するのにスパッタリング装置が使用されている。近年、高記録密度化、集積度向上、薄膜化等の向上に伴い、膜そのものの長期的な応力、安定性、緻密性、ダメージ及び欠損のない良質な膜が要求されている。 In general, a sputtering apparatus is used to form a thin film in the fields of magnetic recording, semiconductors, electronic components, optical components, and the like. In recent years, with an increase in recording density, integration density, thinning, etc., a high-quality film free from long-term stress, stability, denseness, damage and defects of the film itself is required.
基板とスパッタリングされた膜とに生じる応力はスパッタリング時の基板と膜との温度や、プラズマにさらされているプラズマの強さ、時間等に依存する。 The stress generated in the substrate and the sputtered film depends on the temperature of the substrate and the film at the time of sputtering, the strength of the plasma exposed to the plasma, the time, and the like.
特に基板が薄いプラスチックの場合、例えば磁気テープ等では膜とフィルムとの間に残留応力が残るとこのフィルムがカールして、記録、再生時に磁気ヘッドとの接触の不具合や磁気テープの走行上の問題をおこしたり、記録後に経時的に伸縮すると再生時に記録トラックを外れてしまい、データを読み取れなくなってしまう不都合を生じる。 In particular, when the substrate is a thin plastic, for example, in the case of magnetic tape, if residual stress remains between the film and the film, the film will curl, causing problems with contact with the magnetic head during recording and reproduction, If a problem occurs or if it expands or contracts with time after recording, the recording track will be removed during reproduction, and the data cannot be read.
また、微細配線、半導体回路、電子デバイス等で長期的に寸法安定性が要求される製品では、回路の断線や短絡、デバイス性能の劣化といった品質上の不都合を生じる。 In addition, products that require long-term dimensional stability, such as fine wiring, semiconductor circuits, and electronic devices, cause quality inconveniences such as circuit disconnection and short-circuiting and device performance degradation.
従来のプレーナーマグネトロン方式によるスパッタリング装置は、閉じたトンネル状の湾曲磁界をターゲット表面に形成する。この磁場によりターゲット表面からでた電子に、電界に対して直交した磁場成分によってこの電子に回転運動を与え、ターゲット表面でサイクロイド運動をさせてガス分子との衝突確率を上げるためと、湾曲磁界が電子を湾曲中心に押し戻す作用によりターゲット表面に強いプラズマを作ることができる(特許文献1参照)。 The conventional planar magnetron type sputtering apparatus forms a closed tunnel-like curved magnetic field on the target surface. In order to increase the probability of collision with gas molecules by applying rotational motion to electrons emitted from the target surface by this magnetic field, and by causing the electrons to rotate by a magnetic field component orthogonal to the electric field, Strong plasma can be created on the target surface by the action of pushing the electrons back to the center of curvature (see Patent Document 1).
また、一般的には基板に対して正面にターゲットを配置するため、成膜速度は早いものの、基板や生成中の膜はプラズマの輻射熱の影響を直接うけ、またこの場合高エネルギーを持ったイオンがターゲットをたたいて、その分子を飛び出させるので、基板がターゲットの正面にあると、その分子の、基板や成膜中への入射エネルギーが大きく、応力の小さい膜、ダメージ及び欠損の少ない膜が必要なプロセスには不都合であった。 In general, since the target is placed in front of the substrate, the deposition rate is fast, but the substrate and the film being generated are directly affected by the radiant heat of the plasma, and in this case, ions with high energy are used. Hits the target and causes the molecule to jump out, so if the substrate is in front of the target, the incident energy of the molecule on the substrate or during film formation is large, a film with low stress, and a film with little damage and defects It was inconvenient for processes that needed
更に従来のプレーナーマグネトロン方式のスパッタリング装置では、ターゲットの中央から外周へ閉じたトンネル状の湾曲磁界が形成されているが、その磁力線の一部は閉じずに真空槽内に広がり基板まで達する。よってこの磁力線に沿って電子が回転運動するため、イオンが発生し、基板の付近でも強いプラズマが到達する。 Furthermore, in a conventional planar magnetron type sputtering apparatus, a tunnel-like curved magnetic field is formed which is closed from the center to the outer periphery of the target, but a part of the magnetic field lines are not closed but extend into the vacuum chamber and reach the substrate. Therefore, electrons rotate and move along the lines of magnetic force, so that ions are generated and a strong plasma reaches near the substrate.
この基板がプラズマにさらされたときは、スパッタリング膜はプラズマ即ちイオンにより損傷をうけながら成長していくため欠陥の多い膜となる。 When this substrate is exposed to plasma, the sputtering film grows while being damaged by the plasma, that is, ions, and thus becomes a film with many defects.
またターゲット中央から外周へ閉じたトンネル状の湾曲磁界を形成する場合、ターゲット中央部分と、外周部分には必ずターゲットに対して垂直な磁場が発生し、この部分は電子、イオン密度が低く、このターゲットにおけるスパッタリング速度よりも成膜速度が大きいため、このターゲット表面に膜が積層し、その膜が剥がれてダスト発生の原因になり、その膜に絶縁性があるとチャージアップして異常放電の原因となって、製品の歩留り低下を招いていた。 When a tunnel-like curved magnetic field closed from the center of the target to the outer periphery is formed, a magnetic field perpendicular to the target is always generated in the target central part and the outer peripheral part, and this part has a low electron and ion density. Since the deposition rate is higher than the sputtering rate at the target, a film is stacked on the surface of the target, and the film peels off, causing dust generation. If the film is insulative, it is charged up and causes abnormal discharge. As a result, the yield of the product was reduced.
そこで、従来対向ターゲットスパッタ方式のスパッタリング装置が提案されている(特許文献1、特許文献2)。
この対向ターゲットスパッタ方式のスパッタリング装置は、プラズマを直接基板に当てないという点で膜質の向上、膜応力の低減という意味では画期的なものであった。
In view of this, conventionally, a facing target sputtering type sputtering apparatus has been proposed (Patent Documents 1 and 2).
This facing target sputtering type sputtering apparatus is epoch-making in terms of improving film quality and reducing film stress in that plasma is not directly applied to a substrate.
しかも、一般のプレーナーマグネトロン方式のスパッタリング装置のように、膜が積層する非エロージョン部分が少なく、ターゲットの利用率も高い。特にターゲット材が磁性材の場合には、磁界をターゲット表面に出すには有効であった。
然しながら、この従来の対向ターゲットスパッタ方式のスパッタリング装置においては、対向するターゲットの間でプラズマの閉じ込めは出来ているが、実際にイオンが加速され分子をたたき出すのは、ターゲットの表面のごく近傍にできるイオンシースといわれる電界の強い部分の2〜3mm程度の範囲であり、そこでのプラズマの密度はさほどあがらず、また、ターゲットが基板側に向いていないこともあり、そのままでは通常のプレーナーマグネトロン方式に比べ、半分以下の成膜速度で、工業上、生産性よく、高速で成膜するにはまだ不十分であった。 However, in this conventional facing target sputtering type sputtering apparatus, the plasma can be confined between the facing targets, but the ions are actually accelerated and molecules can be knocked out in the vicinity of the surface of the target. It is in the range of about 2 to 3 mm where the electric field is called an ion sheath. The plasma density there is not so high, and the target is not facing the substrate side. In comparison, the film formation speed was less than half, and industrial productivity was high, and it was still insufficient for high-speed film formation.
また、この対向ターゲットスパッタ方式のスパッタリング装置で成膜速度を上げるため、投入電力を増やしていくと、中心部にプラズマが集中する傾向があり、特に大面積に成膜したいときに、ターゲットを矩形にして長尺化すると顕著で、膜厚分布の悪化とターゲット侵食の不均一とが問題であった。 In addition, in order to increase the film formation speed with this facing target sputtering type sputtering apparatus, if the input power is increased, the plasma tends to concentrate in the center, especially when it is desired to form a film in a large area. However, when the length is increased, it is remarkable, and the deterioration of the film thickness distribution and the unevenness of target erosion are problems.
本発明は斯る点に鑑み、比較的高速で成膜できるようにすると共にプラズマやその輻射熱によるダメージ及び残留応力の少ない良質なスパッタリング膜を得ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of this point, the present invention has an object to obtain a high-quality sputtering film that can form a film at a relatively high speed and has little damage and residual stress due to plasma and its radiant heat.
本発明スパッタリング装置は真空槽内に、スパッタリング膜を付ける基板と、この基板に対し垂直方向で且つ互いに対向して第1及び第2のターゲットを配するようした第1及び第2のカソードとを有するスパッタリング装置において、この第1のターゲットの裏面側にこの第1のターゲットの表面の中央部より外周部に磁力線が向かう閉じたトンネル状の湾曲磁界を発生する第1の湾曲磁界発生手段を設けると共にこの第2のターゲットの裏面側にこの第2のターゲットの表面の外周部より中央部に磁力線が向かう閉じたトンネル状の湾曲磁界を発生する第2の湾曲磁界発生手段を設けたものである。 In the sputtering apparatus of the present invention, a substrate on which a sputtering film is to be formed, and first and second cathodes arranged in a direction perpendicular to the substrate and facing each other are arranged in a vacuum chamber. In the sputtering apparatus having the first target, a first curved magnetic field generating means for generating a closed tunnel-shaped curved magnetic field in which magnetic lines of force are directed to the outer peripheral portion from the central portion of the surface of the first target is provided on the back surface side of the first target. In addition, second curved magnetic field generating means for generating a closed tunnel-shaped curved magnetic field in which magnetic lines of force are directed from the outer peripheral portion of the surface of the second target to the central portion is provided on the back surface side of the second target. .
本発明によれば、カソード(ターゲット)から基板に達する漏れ磁界が少ないためプラズマやその輻射熱による基板及び膜へのダメージが少なく、緻密で欠陥の少ない膜を得ることができる。 According to the present invention, since a leakage magnetic field reaching the substrate from the cathode (target) is small, a damage to the substrate and film due to plasma and its radiant heat is small, and a dense film with few defects can be obtained.
また本発明によれば、ターゲット表面に閉じたトンネル状の湾曲磁界を形成しているので、プレーナーマグネトロン方式のスパッタリング装置並みの成膜速度を達成すると共に、この湾曲磁界を形成しない外周部の垂直磁場部分でも、その磁力線は2つのターゲット間でつながれているので、電子、イオンが往復し、ターゲット表面に膜が積層される部分が少なく、ダストの発生や、異常放電の発生が少ないため、良質な膜が生成でき、製品歩留りが良くなる。 Further, according to the present invention, a closed tunnel-like curved magnetic field is formed on the target surface, so that the film formation speed is similar to that of a planar magnetron type sputtering apparatus, and the outer peripheral vertical region that does not form this curved magnetic field is achieved. Even in the magnetic field part, the magnetic field lines are connected between the two targets, so electrons and ions reciprocate, there are few parts where the film is laminated on the target surface, and there is little dust or abnormal discharge, so it is good quality. A good film can be produced, and the product yield is improved.
また、本発明によれば、成膜中はプラズマからの直接輻射熱が少なく、なおかつ、基板や膜へプラズマが直接接触しないため、成膜後の膜の残留応力が少ない。このため、フィルム状の基板や微細配線等の部品へのスパッタリング膜の形成に好都合である。 Further, according to the present invention, the direct radiant heat from the plasma is small during the film formation, and the plasma does not directly contact the substrate or the film, so that the residual stress of the film after the film formation is small. For this reason, it is convenient for forming a sputtering film on parts such as a film-like substrate and fine wiring.
また、本発明によれば従来の対向ターゲットスパッタ方式のスパッタリング装置に比べ、大電流を流すことができ、大面積に高速でスパッタリング膜を形成できる。 In addition, according to the present invention, a large current can be flowed compared to a conventional facing target sputtering type sputtering apparatus, and a sputtering film can be formed in a large area at a high speed.
また、本発明によれば、ターゲットが侵食しても磁場に変化が少ないために、膜厚分布の変化が少ない利益がある。 In addition, according to the present invention, even if the target is eroded, there is little change in the magnetic field, so there is an advantage that the change in film thickness distribution is small.
以下、図1、図2を参照して本発明スパッタリング装置の実施の形態の例につき説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the sputtering apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1において、10は真空槽を示し、この真空槽10は排気装置13により1×10Pa〜1×10-4Pa程度に真空引きされる如くなされている。この真空度は、それぞれのプロセスにより最適な真空度とする。
In FIG. 1,
この真空槽10の上側の中央部に基板ホルダー2を固定して設け、この基板ホルダー2の下側に、スパッタリング膜をつけたい基板1を保持する如くする。この基板ホルダー2の基板1の保持方法としては、成膜しなくともよい部分に爪状のものを引っ掛けたり、マグネットによるホルダーを設けたり、静電気力で吸着したりする方法がある。
The
この基板ホルダー2には、基板1の温度を所定温度に制御する基板温度制御媒体3を流す如く構成されており、この基板1を最適な温度に保つことができるようになされている。
The
この真空槽10内の左側壁及び右側壁に夫々互に対向してスパッタリングカソード101及び102を設ける。この2つのスパッタリングカソード101及び102は基板1に対して略垂直で且つ互に対向すると共にこの基板1は、この2つのスパッタリングカソード101,102の上側に配置する如くする。
Sputtering
この基板1をこの2つのスパッタリングカソード101,102の上側にすると共にこの基板1に対しスパッタリングカソード101,102を略垂直に配置したときには、ダストが発生した場合、基板1への付着や異常放電の発生等の基板1へのダストの影響が少なくなる。
When the substrate 1 is placed above the two
このスパッタリングカソード101及び102としては有底の略円筒状のシールド板16内に有底の円筒状のカソード19を絶縁碍子17を介して固定すると共にこのカソード19の開口側に円盤状のバッキングプレート5を固定し、またこのカソード19内のバッキングプレート5の裏側に磁気回路6を設けたものである。
As the
この場合本例においてはこのスパッタリングカソード101及び102を真空槽10内において、スパッタリングカソード101及び102のバッキングプレート5の表面側が互に対向する如く配置する。
In this case, in this example, the
このスパッタリングカソード101及び102のバッキングプレート5の表面に夫々スパッタリングするターゲット41及び42を夫々固定する。このスパッタリングカソード101及び102のバッキングプレート5へのターゲット41及び42の固定はインジウム等の低融点金属でボンディングする如くする。
The
本例においては、このターゲット41の裏側即ちバッキングプレート5の裏側に設ける磁気回路6は、このターゲット41の中央部に対向して配されるセンター磁石6aとこのターゲット41の外周部に対向して配されるリング状磁石6bと円盤状のヨーク18とより成り、このセンター磁石6aのN極がバッキングプレート5に当接し、このセンター磁石6aのS極がヨーク18に当接し、リング状磁石6bのN極がヨーク18に当接し、このリング状磁石6bのS極がバッキングプレート5に当接する如くする。
In this example, the
この場合、この磁気回路6はターゲット41の表面の中央部から外周部に向かって磁力線を発生し、このターゲット41の表面に閉じたトンネル状の湾曲磁界8を形成する。
In this case, the
また本例においては、このターゲット42の裏側即ちバッキングプレート5の裏側に設ける磁気回路6は、このターゲット42の中央部に対向して配されるセンター磁石6cとこのターゲット42の外周部に対向して配されるリング状磁石6dと円盤状ヨーク18とより成り、センター磁石6cのS極がバッキングプレート5に当接し、このセンター磁石6cのN極がヨーク18に当接し、リング状磁石6dのS極がヨーク18に当接し、このリング状磁石6dのN極がバッキングプレート5に当接する如くする。
In this example, the
この場合、この磁気回路6はターゲット42の表面の外周部から中央部に向かって磁力線を発生し、このターゲット42の表面に閉じたトンネル状の湾曲磁界8を形成する。
In this case, the
このセンター磁石6a,6c、リング状磁石6b,6dは永久磁石でも電磁石でも良い。
The
また、このバッキングプレート5にはターゲット41,42を冷却するターゲット冷却媒体7を流す如く構成されている。
Further, the
また、このスパッタリングカソード101及び102の夫々のバッキングプレート5には直流スパッタ電源15よりの直流電圧を供給するか又は10kHz〜100kHz程度のパルス電源や高周波スパッタ電源14を供給する如くする。本例では所望するスパッタリング膜によって、これらの電源14,15とこの真空槽10に導入されるガスの種類とが使い分けされる。
Further, a DC voltage from a DC sputtering
例えばターゲット材と同じ金属膜を成膜するときはArガスを導入し、直流スパッタ電源15を使用して放電をする。また酸化膜、窒化膜等電気抵抗が高い膜を成膜するときにはArガスに加え、酸素、窒素ガスを添加して反応させ、パルス電源、高周波スパッタ電源14を使用する。またターゲット41,42が絶縁材の場合も高周波スパッタ電源14により負バイアスを発生させてスパッタリングを行う。
For example, when forming the same metal film as the target material, Ar gas is introduced and discharged using the DC sputtering
図1において、11はガスノズルを示し、12は多種の製造用ガスの供給を自動的に行うマスフローコントローラである。またこの図1例では、真空槽10を接地し、この真空槽10をアノードとする。
In FIG. 1,
本例によればターゲット41及び42の表面に閉じたトンネル状の湾曲磁界8を形成しているので、従来のプレーナーマグネトロン方式のスパッタリング装置と同様にプラズマを閉じ込め成膜速度を向上させることができる。
According to this example, since the closed tunnel-like curved
更に本例においては、対向するターゲット41及び42の裏側に配した磁気回路6による閉じたトンネル状の湾曲磁界8を形成する磁力線の方向が相反するように磁極N.Sを配した、即ち、ターゲット41の中央部に対応する部分に磁極Nを配し、このターゲット41の外周部に対応する部分に磁極Sを配すると共にターゲット42の中央部に対応する部分に磁極Sを配し、このターゲット42の外周部に対応する部分に磁極Nを配した。
Further, in this example, the magnetic poles N.P. and N.P. S is arranged, that is, the magnetic pole N is arranged in the portion corresponding to the central portion of the
こうすることによって、図2に示す如く、湾曲磁界8以外の漏れた磁力線がこの2つのターゲット41及び42間を往復する磁力線9となり、この漏れた磁力線が基板1に向かうものを極めて少なくでき、電子はこの磁力線に沿って回転運動し、プラズマを発生させるので、結果的に基板1の近傍にはプラズマは極めて少なく抑えられ、この2つのターゲット41及び42間に閉じ込めることになる。
By doing so, as shown in FIG. 2, the leaked magnetic lines other than the curved
以上述べた如く、本例によれば、スパッタリングカソード101及び102のターゲット41及び42から基板に達する漏れ磁界が少ないためプラズマやその輻射熱による基板1及び膜へのダメージが少なく、緻密で欠陥の少ない膜を得ることができる。
As described above, according to this example, since the leakage magnetic field reaching the substrate from the
また本例によれば、ターゲット表面に閉じたトンネル状の湾曲磁界8を形成しているので、プレーナーマグネトロン方式のスパッタリング装置並みの成膜速度を達成すると共に、この湾曲磁界8を形成しない外周部の垂直磁場部分でも、その磁力線9は2つのターゲット41及び42間でつながれているので、電子、イオンが往復し、ターゲット41,42表面に膜が積層される部分が少なく、ダストの発生や、異常放電の発生が少ないため、良質な膜が生成でき、製品歩留りが良くなる。
In addition, according to the present example, the closed tunnel-like curved
また、本例によれば、成膜中はプラズマからの直接輻射熱が少なく、なおかつ、基板1や膜へプラズマが直接接触しないため、成膜後の膜の残留応力が少ない。このため、フィルム状の基板1や微細配線等の部品へのスパッタリング膜の形成に好都合である。 Further, according to this example, the direct radiant heat from the plasma is small during the film formation, and the plasma does not directly contact the substrate 1 or the film, so that the residual stress of the film after the film formation is small. For this reason, it is convenient for forming a sputtering film on parts such as the film-like substrate 1 and fine wiring.
また、本例によれば従来の対向ターゲットスパッタ方式のスパッタ装置に比べ、大電流を流すことができ、大面積に高速でスパッタリング膜を形成できる。 Moreover, according to this example, compared with the conventional facing target sputtering type sputtering apparatus, a large current can be passed, and a sputtering film can be formed in a large area at a high speed.
また、本例によれば、ターゲット41,42が侵食しても磁場に変化が少ないために、膜厚分布の変化が少ない利益がある。
In addition, according to this example, even if the
また、図3、図4、図5及び図6は夫々本発明を実施するための最良の形態の他の例を示し、この図3、図4、図5及び図6につき説明するに、図1に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。 FIGS. 3, 4, 5, and 6 show other examples of the best mode for carrying out the present invention, respectively. FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, and FIG. Parts corresponding to 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図3例は、図1例においてスパッタリングカソード101及び102の夫々のバッキングプレート5即ちターゲット41及び42間に10kHz〜100kHzのパルス電源、高周波電源の交流電源20を供給するようにしたものである。この図3例はその他は図1例と同様に構成したものである。
FIG. 3 shows an example in which a pulse power source of 10 kHz to 100 kHz and an
この図3例は2つのターゲット41及び42に10kHz〜100kHzの交流電圧を交互に印加することにより、ターゲット表面でのチャージアップが取り除かれ、酸化膜、窒化膜でも高速に、異常放電が少なく成膜できる。
In this example of FIG. 3, by alternately applying an AC voltage of 10 kHz to 100 kHz to the two
この場合にも、基板1への磁界漏れが少ないため、電圧の極性が変わる瞬間にターゲット41,42から飛び出す電子による基板1の衝撃や、プラズマによる損傷がないため良質な成膜ができる。また、この図3例においても図1例同様の作用効果が得られることは容易に理解できよう。
Also in this case, since there is little magnetic field leakage to the substrate 1, there is no impact on the substrate 1 due to electrons jumping out from the
図4例は図1例よりも更に成膜速度を上げるようにしたものであり、この図4例は、図1例において、真空槽10内のスパッタリングカソード101及び102間の下側に横に並べて2個のスパッタリングカソード103及び104を設ける。
FIG. 4 shows an example in which the film-forming speed is further increased than that in FIG. 1. This example in FIG. 4 lies laterally below the sputtering
このスパッタリングカソード103及び104のバッキングプレート5の表面にターゲット43及び44を夫々固定する。このスパッタリングカソード103及び104のバッキングプレート5へのターゲット43及び44の固定はインジウム等の低融点金属でボンディングする。
Targets 43 and 44 are fixed to the surface of the
このスパッタリングカソード101に隣接するスパッタリングカソード103はスパッタリングカソード102と同様に構成され、このターゲット43の裏側即ちバッキングプレート5の裏側に設ける磁気回路6は、このターゲット43の中央部に対向して配されるセンター磁石6cとこのターゲット43の外周部に対向して配されるリング状磁石6dと円盤状のヨーク18とより成り、このセンター磁石6cのS極がバッキングプレート5に当接し、このセンター磁石6cのN極がヨーク18に当接し、リング状磁石6dのS極がヨーク18に当接し、このリング状磁石6dのN極がバッキングプレート5に当接する如くする。
The sputtering
この場合、この磁気回路6はターゲット43の表面の外周部から中央部に向かって磁力線を発生し、このターゲット43の表面に閉じたトンネル状の湾曲磁界8を形成する。
In this case, the
またこのスパッタリングカソード102に隣接するスパッタリングカソード104はスパッタリングカソード101と同様に構成され、このターゲット44の裏側即ちバッキングプレート5の裏側に設ける磁気回路6は、このターゲット44の中央部に対向して配されるセンター磁石6aとこのターゲット44の外周部に対向して配されるリング状磁石6bと円盤状ヨーク18とより成り、センター磁石6aのN極がバッキングプレート5に当接し、このセンター磁石6aのS極がヨーク18に当接し、リング状磁石6bのN極がヨーク18に当接し、このリング状磁石6bのS極がバッキングプレート5に当接する如くする。
The sputtering cathode 104 adjacent to the sputtering
この場合、この磁気回路6はターゲット44の表面の中央部から外周部に向かって磁力線を発生し、このターゲット44の表面に閉じたトンネル状の湾曲磁界8を形成する。
In this case, the
この場合、漏れ磁力線9,9aは対向するあるいは隣接するターゲット41,42,43,44間を往復することになり漏れ磁界は極力少なくなり、図1例同様の作用効果が得られると共に基板1は下側からもスパッタリングされるので更に成膜速度が高速化される。
In this case, the leakage
またこの場合において、ターゲット材と同じ金属膜を成膜するときはArガスを導入し、直流電源15を使用して放電する。また酸化膜、窒化膜等電気抵抗が高い膜を成膜するときにはArガスに加え酸素、窒素ガスを添加して反応させ、パルス電源、高周波電源14を使用する。この場合異常放電時の成膜停止の影響を少なくする上でスパッタリングカソード101,102,103及び104に対し、夫々電源14,15を設けるようにしても良い。
In this case, when forming the same metal film as the target material, Ar gas is introduced and discharged using the
また酸化膜、窒化膜等を高速で成膜したいときにはスパッタリングカソード101とスパッタリングカソード103と間及びスパッタリングカソード102とスパッタリングカソード104と間に夫々交流電源20を供給し、10〜100kHzの電圧を交互にかけるようにする。
When it is desired to form an oxide film, a nitride film, etc. at high speed, an
図5例は図1例の基板1に対し垂直なスパッタリングカソード101及び102のターゲット41及び42を基板1に向かって傾斜するようにしたものである。その他は図1同様に構成する。
In the example of FIG. 5, the
この図5例においても図1例と同様の作用効果が得られるが、この図5例はターゲット41及び42が基板1の方向を向いているのでそれだけ成膜速度を高速とすることができる。
In the example of FIG. 5 as well, the same operational effects as in the example of FIG. 1 can be obtained. However, in this example of FIG. 5, the
従って、この図5例は成膜する製品が膜質よりも成膜速度を重視する場合に使用して好適である。 Therefore, the example of FIG. 5 is suitable for use when the product to be formed is more important than the film quality.
図6例は1つの真空槽10内に図1例に示す如きスパッタリング装置を複数組例えば2組設けるようにした例を示す。 FIG. 6 shows an example in which a plurality of, for example, two sets of sputtering apparatuses as shown in FIG.
図6例においては、真空槽10を横方向において2等分した夫々の上側の中央部に夫々基板ホルダー2a及び2bを固定して設け、この基板ホルダー2a及び2bの夫々の下側にスパッタリング膜をつけたい基板1a及び1bを保持する如くする。
In the example of FIG. 6, the
この真空槽10内の左側壁及び右側壁に夫々互に対向する如くスパッタリングカソード101a及び102bを設け、この真空槽10の横方向において2等分位置にスパッタリングカソード101aに対向してスパッタリングカソード102aを設けると共にスパッタリングカソード102bと対向し、スパッタリングカソード102aと背中合せにスパッタリングカソード101bを設ける如くする。
Sputtering
このスパッタリングカソード101a及び102aとスパッタリングカソード101b及び102bとは夫々基板1aと1bとに対して夫々略垂直で且つ基板1a及び1bが夫々スパッタリングカソード101a,102a及び101b,102bの上側に配置する如くする。
The sputtering
このスパッタリングカソード101aは上述スパッタリングカソード101と同様に構成すると共にスパッタリングカソード102bは上述スパッタリングカソード102と同様に構成する。
The sputtering cathode 101a is configured in the same manner as the sputtering
本例においては、スパッタリングカソード102a及び101bを図6に示す如く構成する。即ち円筒状のシールド板16a内に円筒状のカソード19aを絶縁碍子17を介して固定すると共にこのカソード19aの一方及び他方の開口に夫々円盤状のスパッタリングカソード102a及び101bのバッキングプレート5a及び5bを固定し、また、このバッキングプレート5a及び5b間に磁気回路6を設ける如くする。
In this example, the sputtering
この場合本例においてはスパッタリングカソード101a及び102aのバッキングプレート5及び5aの表面側が互に対向する如くすると共にスパッタリングカソード101b及び102bのバッキングプレート5b及び5の表面側が互に対向する如く配置する。
In this case, in this embodiment, the surface sides of the
このスパッタリングカソード101a,102a,101b及び102bの夫々のバッキングプレート5,5a,5b及び5の表面に夫々スパッタリングするターゲット41a,42a,41b及び42bを夫々固定する。
本例においてはスパッタリングカソード102aのターゲット42aの裏側即ちバッキングプレート5aの裏側及びスパッタリングカソード101bのターゲット41bの裏側即ちバッキングプレート5bの裏側に設ける磁気回路6は、このターゲット42a及び41bの夫々の中央部に対向して配されるセンター磁石6eとこのターゲット42a及び41bの夫々の外周部に対向して配されるリング状磁石6fとより成り、このセンター磁石6eのS極がバッキングプレート5aに当接し、このセンター磁石6eのN極がバッキングプレート5bに当接し、リング状磁石6fのS極がバッキングプレート5bに当接し、このリング状磁石6fのN極がバッキングプレート5aに当接する如くする。
In this example, the
この場合、この磁気回路6はターゲット42aの表面の外周部から中央部に向かって磁力線を発生し、このターゲット42aの表面に閉じたトンネル状の湾曲磁界8を形成すると共にターゲット41bの表面の中央部から外周部に向かって磁力線を発生し、このターゲット41bの表面に閉じたトンネル状の湾曲磁界8を形成する。
In this case, the
また、このバッキングプレート5a,5bにもターゲット42a,41bを冷却するターゲット冷却媒体7を流す如く構成する。このスパッタリングカソード101a,102a,101b及び102bのバッキングプレート5,5a,5b及び5に直流スパッタ電源を供給する。その他は図1と同様に構成する。
The
斯る、図6に示す如きスパッタリング装置においては、図1同様の作用効果が得られると共に2つのスパッタリング膜の製品を同時に形成することができる。また図6のスパッタリングカソード102a,101bの如く構成することにより複数のスパッタリング膜の製品を得るスパッタリング装置を小型化することができる。
In such a sputtering apparatus as shown in FIG. 6, the same effect as in FIG. 1 can be obtained, and products of two sputtering films can be formed simultaneously. In addition, by configuring as the
また、上述例では円形の基板1に円形のターゲット41,42を用いた例につき述べたが、図7に示す如くスパッタリング膜を形成する基板1が薄い帯状の場合は、真空槽10内に設ける基板ホルダー2を、図7に示す如く温度がコントロールされたロールとし、この薄い帯状の基板1をこの基板ホルダーとしてのロール2に巻き付けながら成膜する如くする。
In the above example, the
この場合、真空槽10内に設けるターゲット4を図7に示す如く長方形として図1同様のスパッタリングカソードを設ける如くする。その他は図1同様に構成する。
In this case, the target 4 provided in the
この図7例においても図1例同様の作用効果が得られることは容易に理解できよう。 It can be easily understood that the same operational effects as in FIG. 1 can be obtained in this FIG. 7 example.
尚、本発明は上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。 Of course, the present invention is not limited to the above-described examples, and various other configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
1‥‥基板、2‥‥基板ホルダー、4,41,41a,41b,42,42a,42b,43,44‥‥ターゲット、5,5a,5b‥‥バッキングプレート、6a,6c,6e‥‥センター磁石、6b,6d,6f‥‥リング状磁石、8‥‥湾曲磁界、9‥‥往復磁力線、10‥‥真空槽、11‥‥ガスノズル、13‥‥排気装置、14‥‥高周波スパッタ電源、15‥‥直流スパッタ電源、101,101a,101b,102,102a,102b,103,104‥‥スパッタリングカソード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board, 2 ... Board holder, 4, 41, 41a, 41b, 42, 42a, 42b, 43, 44 ... Target, 5, 5a, 5b ... Backing plate, 6a, 6c, 6e ... Center Magnet, 6b, 6d, 6f ... Ring magnet, 8 ... Curved magnetic field, 9 ... Reciprocal magnetic field lines, 10 ... Vacuum chamber, 11 ... Gas nozzle, 13 ... Exhaust device, 14 ... High frequency sputtering power supply, 15 DC sputtering power supply, 101, 101a, 101b, 102, 102a, 102b, 103, 104 ... Sputtering cathode
Claims (6)
前記第1のターゲットの裏面側に前記第1のターゲットの表面の中央部より外周部に磁力線が向かう閉じたトンネル状の湾曲磁界を発生する第1の湾曲磁界発生手段を設けると共に
前記第2のターゲットの裏面側に前記第2のターゲットの表面の外周部より中央部に磁力線が向かう閉じたトンネル状の湾曲磁界を発生する第2の湾曲磁界発生手段を設けたことを特徴とするスパッタリング装置。 In a sputtering apparatus, comprising: a substrate on which a sputtering film is provided in a vacuum chamber; and first and second cathodes arranged in a direction perpendicular to the substrate and opposite to each other so as to dispose the first and second targets.
Provided on the back side of the first target is first curved magnetic field generating means for generating a closed tunnel-shaped curved magnetic field in which magnetic lines of force are directed from the central portion of the surface of the first target to the outer peripheral portion thereof. 2. A sputtering apparatus, comprising: a second curved magnetic field generating means for generating a closed tunnel-shaped curved magnetic field in which magnetic lines of force are directed from the outer peripheral portion of the surface of the second target to the central portion on the back surface side of the target.
前記基板を前記第1及び第2のターゲットの上側に配したことを特徴とするスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, wherein
A sputtering apparatus, wherein the substrate is disposed above the first and second targets.
前記第1及び第2のターゲットの表面よりの湾曲磁界以外の漏れ磁力線が前記第1及び第2のターゲット間を往復するようにしたことを特徴とするスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, wherein
A sputtering apparatus, wherein a leakage magnetic field line other than a curved magnetic field from the surfaces of the first and second targets reciprocates between the first and second targets.
前記第1及び第2のターゲット間に高周波交流電源を供給するようにしたことを特徴とするスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, wherein
A sputtering apparatus, wherein high-frequency AC power is supplied between the first and second targets.
前記第1のターゲットの裏面側に前記第1のターゲットの表面の中央部より外周部に磁力線が向かう閉じたトンネル状の湾曲磁界を発生する第1の湾曲磁界発生手段を設けると共に
前記第2のターゲットの裏面側に前記第2のターゲットの表面の外周部より中央部に磁力線が向かう閉じたトンネル状の湾曲磁界を発生する第2の湾曲磁界発生手段を設けたことを特徴とするスパッタリング装置。 In a sputtering apparatus, comprising: a substrate on which a sputtering film is provided in a vacuum chamber; and first and second cathodes arranged with first and second targets that are inclined and opposed to the substrate, respectively.
Provided on the back side of the first target is first curved magnetic field generating means for generating a closed tunnel-shaped curved magnetic field in which magnetic lines of force are directed from the central portion of the surface of the first target to the outer peripheral portion thereof. 2. A sputtering apparatus, comprising: a second curved magnetic field generating means for generating a closed tunnel-shaped curved magnetic field in which magnetic lines of force are directed from the outer peripheral portion of the surface of the second target to the central portion on the back surface side of the target.
前記第1のターゲットの裏面側に前記第1のターゲットの表面の中央部より外周部に磁力線が向かう閉じたトンネル状の湾曲磁界を発生する第1の湾曲磁界発生手段を設けると共に
前記第2のターゲットの裏面側に前記第2のターゲットの表面の外周部より中央部に磁力線が向かう閉じたトンネル状の湾曲磁界を発生する第2の湾曲磁界発生手段を設けたことを特徴とするスパッタリング装置。 Sputtering apparatus having a plurality of sets of a substrate on which a sputtering film is provided and a first and a second cathode in which a first and a second target are arranged in a direction perpendicular to the substrate and facing each other in a vacuum chamber In
Provided on the back side of the first target is first curved magnetic field generating means for generating a closed tunnel-shaped curved magnetic field in which magnetic lines of force are directed from the central portion of the surface of the first target to the outer peripheral portion thereof. 2. A sputtering apparatus, comprising: a second curved magnetic field generating means for generating a closed tunnel-shaped curved magnetic field in which magnetic lines of force are directed from the outer peripheral portion of the surface of the second target to the central portion on the back surface side of the target.
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