JP3126405B2 - Sputter deposition equipment - Google Patents

Sputter deposition equipment

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JP3126405B2
JP3126405B2 JP03098523A JP9852391A JP3126405B2 JP 3126405 B2 JP3126405 B2 JP 3126405B2 JP 03098523 A JP03098523 A JP 03098523A JP 9852391 A JP9852391 A JP 9852391A JP 3126405 B2 JP3126405 B2 JP 3126405B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタデポジション
装置に係り、特に、大面積にわたって均一、かつ、高密
度のプラズマを形成するのに適したスパッタデポジショ
ン装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputter deposition apparatus, and more particularly to a sputter deposition apparatus suitable for forming a uniform and high-density plasma over a large area.

【0002】[0002]

【従来の技術】スパッタデポジション技術は、種々の材
料の薄膜形成手段の1つとして、半導体工業を始め、殆
ど全ての分野で広く利用されるようになってきている。
しかし、ターゲットから放出される負イオン、δ電子な
どによる基板衝撃など多くの問題がある。一般には、良
く知られているようなマグネトロンスパッタ法や対向ス
パッタ法などが多く用いられている。
2. Description of the Related Art Sputter deposition technology has been widely used in almost all fields, including the semiconductor industry, as one of means for forming thin films of various materials.
However, there are many problems such as substrate impact due to negative ions and δ electrons emitted from the target. Generally, a well-known magnetron sputtering method, a facing sputtering method, and the like are often used.

【0003】ところが、これらの方法は、δ電子をトラ
ップするために、電極の背面に設けた磁場発生手段によ
って、百ないし数百ガウスの磁場を形成しておく必要が
ある。これらの磁場はターゲット近傍だけにとどまら
ず、成膜基板面にも影響を及ぼし、特に、磁性膜を形成
する際に、その磁性膜の磁区の形成方向に大きく影響す
る。さらに、スループットを上げるために、電極を大き
くしたり、電極間距離を拡げたりすると、より大きな磁
界発生装置が必要となり、この結果、周囲に大きく磁場
の影響を及ぼす。一方、基板上に形成される膜の内部応
力の低減も重要な課題である。
However, in these methods, in order to trap δ electrons, it is necessary to form a magnetic field of one hundred to several hundred gauss by a magnetic field generating means provided on the back surface of the electrode. These magnetic fields affect not only the vicinity of the target but also the surface of the film-forming substrate. In particular, when a magnetic film is formed, it greatly affects the direction in which magnetic domains are formed in the magnetic film. Furthermore, if the electrodes are enlarged or the distance between the electrodes is increased in order to increase the throughput, a larger magnetic field generator is required, and as a result, the magnetic field greatly affects the surroundings. On the other hand, reducing the internal stress of the film formed on the substrate is also an important issue.

【0004】これらに対応する方法として、良く知られ
ている2極電極を用いるコンベンショナルスパッタ法
が、例えば、磁性膜及び磁性膜の保護用膜の形成のため
に用いられている。
As a method corresponding thereto, a well-known conventional sputtering method using a bipolar electrode is used, for example, for forming a magnetic film and a protective film for the magnetic film.

【0005】ところが、上記コンベンショナルスパッタ
デポジション装置を用いた場合は、成膜速度について
は、他法に比べ十分ではない。この原因は、2極電極間
に形成された放電プラズマの拡散を制限することが難し
く、プラズマの密度がうすくなるからである。この結
果、上記マグネトロン法などと比べても、数分の1程度
のスパッタ速度しか得られずに、スループットが低いと
いう問題がある。
However, when the conventional sputter deposition apparatus is used, the film forming speed is not sufficient as compared with other methods. This is because it is difficult to limit the diffusion of the discharge plasma formed between the two electrodes, and the density of the plasma is reduced. As a result, compared to the magnetron method or the like, there is a problem that a sputtering rate of only a fraction is obtained and the throughput is low.

【0006】そこで、電極の大型化により処理能力の向
上が考えられたが、電極の大型化によって、二つの電極
に挾まれて形成される領域から外側へのプラズマの拡散
が著しくなり、プラズマの閉じ込め効率が低下するため
に、成膜レートが低下するとともに、電極の中心部と周
辺部とにおける膜厚分布の差が大きくなるなどの問題が
ある。
Therefore, it has been considered that the processing capacity is improved by enlarging the electrodes. However, with the enlargement of the electrodes, the diffusion of plasma from the region formed between the two electrodes to the outside becomes remarkable, and Since the confinement efficiency is reduced, the film formation rate is reduced, and the difference in the film thickness distribution between the central part and the peripheral part of the electrode is increased.

【0007】上記問題を解決するための技術としては、
特願昭62−196369号に係る明細書に記載の技術
がある。この技術は、電極背部に磁石を配置し、プラズ
マの拡散を防止する対向ターゲットスパッタ法である。
しかし、この方法では、磁束が2つの電極に対して垂直
方向に形成され、基板面に、垂直方向の磁場を印加した
まま成膜することになるので、磁性膜等の形成には適当
でない。
Techniques for solving the above problems include:
There is a technique described in the specification of Japanese Patent Application No. 62-196369 . This technique is a facing target sputtering method in which a magnet is arranged behind an electrode to prevent plasma diffusion.
However, in this method, a magnetic flux is formed in a direction perpendicular to the two electrodes, and the film is formed on the substrate surface while a magnetic field in the vertical direction is applied.

【0008】また、、US.Pat.3,669,86
0、および、4,673,482に示される技術は、真
空容器内において、ヨークを基板の周囲に配置し、基板
面と平行な磁場を基板面に印加しつつ、成膜させようと
するものである。
Further, US Pat. Pat. 3,669,86
The techniques disclosed in Patent Documents 0 and 4,673,482 attempt to form a film while arranging a yoke around a substrate in a vacuum vessel and applying a magnetic field parallel to the substrate surface to the substrate surface. It is.

【0009】また、特開平2ー163373号公報に記
載の技術がある。この技術は、ターゲット電極と基板電
極とに挾まれて形成される空間の外周面近傍に、互いに
異なる磁性の磁気装置を周方向に交互に複数設ける技術
である。
There is also a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-163373. This technique is a technique in which a plurality of magnetic devices having different magnetic properties are alternately provided in the circumferential direction near an outer peripheral surface of a space formed between a target electrode and a substrate electrode.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記特開平2ー163
373号公報に記載の技術では、ターゲット電極と基板
電極とに挾まれて形成される空間の外周面近傍に配置さ
れた磁気装置によってカスプを形成し、この空間の外周
面の中央近傍におけるプラズマの拡散を防止することは
できる。しかし、この磁気装置とターゲット電極との
間、および、この磁気装置と基板電極との間にはカスプ
は形成されないので、プラズマの拡散を防止することは
できない。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned JP-A-2-163 is disclosed.
According to the technique described in Japanese Patent No. 373, a cusp is formed by a magnetic device disposed near an outer peripheral surface of a space formed between a target electrode and a substrate electrode, and plasma is generated near the center of the outer peripheral surface of this space. Diffusion can be prevented. However, since no cusps are formed between the magnetic device and the target electrode and between the magnetic device and the substrate electrode, the diffusion of plasma cannot be prevented.

【0011】本発明の目的は、基板に磁場の影響を与え
ることなく、プラズマの閉じ込め効率を向上させて、二
電極間の放電空間のプラズマ密度を均一にするスパッタ
デポジション装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a sputter deposition apparatus which improves plasma confinement efficiency without affecting a substrate by a magnetic field and makes the plasma density in a discharge space between two electrodes uniform. is there.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的は、ターゲット
電極と、このターゲット電極に対向配置された基板電極
とを備えたスパッタデポジション装置において、上記タ
ーゲット電極の外周部近傍に配置される第1の磁場発生
手段と、上記基板電極の外周部近傍に配置される第2の
磁場発生手段と、上記ターゲット電極と基板電極とに挾
まれて形成される空間の外周面近傍における、上記2つ
の電極の中間の位置に、この外周面に沿って配置される
第3の磁場発生手段とを備えて構成され、上記第3の磁
場発生手段の磁極の極性と、この第3の磁場発生手段の
磁極に対向する上記第1および第2の磁場発生手段の磁
極の極性とは、互いに異なるスパッタデポジション装置
によって達成できる。
An object of the present invention is to provide a sputter deposition apparatus having a target electrode and a substrate electrode opposed to the target electrode. Magnetic field generating means, second magnetic field generating means disposed near the outer periphery of the substrate electrode, and the two electrodes near the outer peripheral surface of a space formed between the target electrode and the substrate electrode And a third magnetic field generating means arranged along the outer peripheral surface at an intermediate position between the magnetic field generating means and the magnetic pole of the third magnetic field generating means. The polarities of the magnetic poles of the first and second magnetic field generating means facing each other can be achieved by different sputter deposition apparatuses.

【0013】上記第1,2および3の磁場発生手段の全
てを永久磁石としてもよいし、または、少なくとも1つ
を永久磁石としてもよい。
All of the first, second and third magnetic field generating means may be permanent magnets, or at least one of them may be a permanent magnet.

【0014】[0014]

【作用】第1の磁場発生手段の磁極と、第3の磁場発生
手段の磁極との間に、磁力線が集中する。同様に、第2
の磁場発生手段の磁極と、第3の磁場発生手段の磁極と
の間に、磁力線が集中する。この結果、ターゲット電極
と基板電極とに挾まれて形成される空間の外周面近傍に
は、カスプ状の磁場が形成される。このため、放電空間
内で生成されるプラズマ中の電子およびイオンが外側へ
拡散していこうとすると、電子およびイオンの運動方向
と、この運動方向に垂直なカスプ磁場成分の方向の両者
に垂直な方向に、上記の電子およびイオンは磁場から力
を受け、運動方向を曲げられるので、拡散しにくくなる
とともに、プラズマの再電離を促し、電極外周部近傍部
でのプラズマ密度の急激な低下を防ぎ、かつ、成膜空間
でのプラズマ密度を向上させることができる。この結
果、成膜速度が向上し、スループットがよくなる。
The lines of magnetic force concentrate between the magnetic pole of the first magnetic field generating means and the magnetic pole of the third magnetic field generating means. Similarly, the second
Lines of magnetic force concentrate between the magnetic pole of the third magnetic field generating means and the magnetic pole of the third magnetic field generating means. As a result, a cusp-shaped magnetic field is formed in the vicinity of the outer peripheral surface of the space formed between the target electrode and the substrate electrode. Therefore, when electrons and ions in the plasma generated in the discharge space attempt to diffuse outward, the electrons and ions move perpendicular to both the direction of movement of the electrons and ions and the direction of the cusp magnetic field component perpendicular to the direction of movement. In the direction, the above electrons and ions receive the force from the magnetic field and bend in the direction of movement, making it difficult to diffuse, promote re-ionization of plasma, and prevent a sharp decrease in plasma density near the electrode outer periphery. In addition, the plasma density in the film formation space can be improved. As a result, the film forming speed is improved, and the throughput is improved.

【0015】[0015]

【実施例】次に、本発明の第1実施例を、図1,2を用
いて説明する。図1は、第1実施例に係るスパッタデポ
ジション装置100の断面図である。同図に示すよう
に、真空容器1内には、主にターゲット2を保持し、ス
パッタ放電を行なわせる際には陰極となるターゲット電
極3と、成膜される基板4を保持し、スパッタ放電を行
なわせる際に陽極となる基板電極5とが、対向して配置
収納されている。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view of a sputter deposition apparatus 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, a target 2 is mainly held in a vacuum vessel 1, and a target electrode 3 serving as a cathode and a substrate 4 on which a film is formed are held when sputtering discharge is performed. And a substrate electrode 5 serving as an anode when performing the above.

【0016】ターゲット電極3と基板電極5とは、それ
ぞれ、絶縁物11、12によって、真空容器1と絶縁さ
れている。マッチングボックス21、23を介して、高
周波電源22、24からスパッタ電力が供給される。ス
パッタ用の電極は、成膜材料によっては、高周波電源で
なく直流電源でもよい。また、基板電極は、直接接地し
てもよい。
The target electrode 3 and the substrate electrode 5 are insulated from the vacuum vessel 1 by insulators 11 and 12, respectively. Sputtering power is supplied from the high frequency power supplies 22 and 24 via the matching boxes 21 and 23. The electrode for sputtering may be a DC power supply instead of a high-frequency power supply depending on a film forming material. Further, the substrate electrode may be directly grounded.

【0017】スパッタ用ガスは、ガス導入口6より真空
容器内に導入される。真空容器内のガスは、真空容器の
排気部に取付けたゲート弁8を介して取付けたクライオ
ポンプ9により排気される。
The sputtering gas is introduced into the vacuum chamber through the gas inlet 6. The gas in the vacuum vessel is exhausted by a cryopump 9 attached via a gate valve 8 attached to an exhaust section of the vacuum vessel.

【0018】本実施例の特徴は、図1に示すように、上
記ターゲット電極3の外周部近傍に配置する磁場発生手
段30と、基板電極5の外周部近傍に配置する磁場発生
手段31と、上記ターゲット電極3と基板電極5とに挾
まれて形成される空間の外周面近傍における、上記2つ
の電極の中間の位置に、この外周面に沿って配置される
磁場発生手段32とにある。磁場発生手段としては、永
久磁石を用いてもよい。また、磁場発生手段30、31
は、それぞれ、電極3、5の外周部近傍の電極内部で
も、外部でもいずれでも構わない。効率の点からは、内
部の方が好ましい。
As shown in FIG. 1, this embodiment is characterized in that a magnetic field generating means 30 is arranged near the outer periphery of the target electrode 3 and a magnetic field generating means 31 is arranged near the outer periphery of the substrate electrode 5. The magnetic field generating means 32 is disposed along the outer peripheral surface at a position between the two electrodes near the outer peripheral surface of the space formed between the target electrode 3 and the substrate electrode 5. As the magnetic field generating means, a permanent magnet may be used. Also, the magnetic field generating means 30, 31
May be either inside or outside the electrode near the outer periphery of the electrodes 3 and 5, respectively. From the viewpoint of efficiency, the inside is preferable.

【0019】また、上記磁場発生手段30、31、32
の磁極の極性は、対向する磁極については、異なるよう
にする。例えば、図1に示すように、磁場発生手段32
の内側の磁極をN極にすれば、外側の磁極はS極とす
る。磁場発生手段32は、周方向に同一磁極であること
が必要である。このようにするのは、磁場発生手段3
0、31からの磁力線の磁路33(図1において破線で
示す。)を、磁場発生手段32の磁極に集めさせるため
である。
The magnetic field generating means 30, 31, 32
The polarities of the magnetic poles are different for the opposite magnetic poles. For example, as shown in FIG.
If the inner magnetic pole is an N pole, the outer magnetic pole is an S pole. The magnetic field generating means 32 needs to have the same magnetic pole in the circumferential direction. This is because the magnetic field generating means 3
This is because the magnetic path 33 (indicated by a broken line in FIG. 1) of the magnetic force lines from 0 and 31 is collected at the magnetic pole of the magnetic field generating means 32.

【0020】次に、磁場発生手段32の形状を、図2を
用いて説明する。図2は、磁場発生手段32の斜視図で
ある。磁場発生手段32の形状は、図2(a)、(d)
に示すように、中空円板状でもよく、同図(b)、
(e)に示すように、円環状でもよく、また、同図
(c)に示すように、複数の磁石の組合せた状態の集合
体であって、(a)ないし(b)のような形状となって
いるものでもよい。
Next, the shape of the magnetic field generating means 32 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view of the magnetic field generating means 32. The shapes of the magnetic field generating means 32 are shown in FIGS.
As shown in FIG.
As shown in (e), it may be annular, and as shown in (c) of the figure, it is an aggregate in which a plurality of magnets are combined and has a shape as shown in (a) or (b). It may be what is.

【0021】次に、本実施例に係るスパッタデポジショ
ン装置100を用いて、成膜をする場合の作用につい
て、図8によって説明する。図8は、磁場発生手段3
0、31、32の作用を示す説明図であり、図1に示す
スパッタデポジション装置100の右半分の磁場分布の
例である。破線33は等磁位線であり、磁力線の向きを
示すで示す。
Next, the operation of forming a film using the sputter deposition apparatus 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows the magnetic field generating means 3
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of 0, 31, and 32, and is an example of a magnetic field distribution in the right half of the sputter deposition apparatus 100 shown in FIG. Dashed lines 33 are equipotential lines, and are indicated by indicating the directions of magnetic force lines.

【0022】プラズマを形成するには、まず、ターゲッ
ト電極3と基板電極5とに挾まれて形成される空間(放
電空間10という。)に、ガス導入口6から放電用ガス
を供給する。そして、スパッタ用高周波電源22、24
によって、上記2つの電極3、5に電圧を印加すること
により、放電空間10内には、放電プラズマが誘起され
る。
In order to form plasma, first, a discharge gas is supplied from a gas inlet 6 into a space (discharge space 10) formed between the target electrode 3 and the substrate electrode 5. Then, the high frequency power supplies for sputtering 22 and 24
By applying a voltage to the two electrodes 3 and 5, a discharge plasma is induced in the discharge space 10.

【0023】このとき、従来のコンベンショナルタイプ
の電極間放電では、放電プラズマ密度は、中心より半径
方向外側に進むにつれて、急速に減少する。従って、こ
のために形成される膜も、中心ほど厚く、外側ほど薄く
なり、この傾向は投入パワー密度を上げるほど顕著とな
る傾向にある。
At this time, in the conventional conventional inter-electrode discharge, the discharge plasma density decreases rapidly as it goes radially outward from the center. Therefore, the film formed for this purpose is thicker at the center and thinner at the outer side, and this tendency tends to become more remarkable as the input power density increases.

【0024】しかし、本実施例に係るスパッタデポジシ
ョン装置100においては、図8に示すように、放電空
間10の外周部近傍部に磁力線の壁が形成されているの
で、放電空間10内で生成されたプラズマの放電空間1
0外への拡散を防止できる。その結果、放電空間10内
のプラズマ密度分布を均一にすることができるので、形
成される膜の均一性も良好となる。
However, in the sputter deposition apparatus 100 according to the present embodiment, as shown in FIG. Plasma discharge space 1
Diffusion outside 0 can be prevented. As a result, the plasma density distribution in the discharge space 10 can be made uniform, and the uniformity of the formed film is also improved.

【0025】次に、本発明の第2実施例について、図3
を用いて説明する。図3は、第2実施例に係るスパッタ
デポジション装置200の断面図である。本実施例に係
るスパッタデポジション装置200の基本構成は、図1
に示す第1実施例に係るスパッタデポジション装置10
0の基本構成と同じであるので、その説明は省略する。
本実施例に係るスパッタデポジション装置200の特徴
は、磁場発生手段を配置した位置と、磁路材を設ける点
にある。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a sectional view of a sputter deposition apparatus 200 according to the second embodiment. The basic configuration of the sputter deposition apparatus 200 according to the present embodiment is shown in FIG.
Sputter deposition apparatus 10 according to the first embodiment shown in FIG.
Since the basic configuration is the same as the basic configuration of 0, the description is omitted.
The features of the sputter deposition apparatus 200 according to the present embodiment reside in the position where the magnetic field generating means is disposed and the provision of the magnetic path material.

【0026】磁石等の磁場発生手段35は、図3に示す
ように、真空容器1の外壁面近傍における、2つの電極
3、5の中間の位置に、この外壁面に沿って配置され
る。また、図3に示すように、放電空間10の外周部近
傍部に、図8に示すような磁力線の壁が形成されるよう
に、磁路材39、40、41、42、50をヨークとし
て用いる。磁路材39は、真空容器1の外壁に沿って設
けられている。また、磁路材40は、磁路材39と、基
板電極5の外周部近傍に配置された磁路材50とを磁気
的に接続する位置に配置する。また、磁路材41は、磁
路材39と、ターゲット電極3の外周部近傍に配置され
た磁路材50とを磁気的の接続する位置に配置する。ま
た、磁路材40は、真空室の外側に配置した磁場発生手
段35と、磁路材50とを磁気的に接続する位置に配置
する。
As shown in FIG. 3, the magnetic field generating means 35 such as a magnet is arranged along the outer wall surface at a position near the outer wall surface of the vacuum vessel 1 and between the two electrodes 3 and 5. As shown in FIG. 3, the magnetic path members 39, 40, 41, 42, and 50 are used as yokes so that the magnetic field lines shown in FIG. 8 are formed near the outer peripheral portion of the discharge space 10. Used. The magnetic path member 39 is provided along the outer wall of the vacuum vessel 1. The magnetic path member 40 is disposed at a position where the magnetic path member 39 is magnetically connected to the magnetic path member 50 disposed near the outer peripheral portion of the substrate electrode 5. Further, the magnetic path member 41 is arranged at a position where the magnetic path member 39 and the magnetic path member 50 arranged near the outer peripheral portion of the target electrode 3 are magnetically connected. Further, the magnetic path member 40 is disposed at a position where the magnetic field generating means 35 disposed outside the vacuum chamber and the magnetic path member 50 are magnetically connected.

【0027】本実施例に係るスパッタデポジション装置
200における磁場発生手段35からの磁力線51の作
用は、放電空間10内で生成されたプラズマを閉じ込め
る点で、第1実施例に係るスパッタデポジション装置1
00の場合と同様であるので、その説明は省略する。
The operation of the magnetic field lines 51 from the magnetic field generating means 35 in the sputter deposition apparatus 200 according to the present embodiment is different from the sputter deposition apparatus according to the first embodiment in that plasma generated in the discharge space 10 is confined. 1
Since it is the same as the case of 00, its description is omitted.

【0028】本実施例に係るスパッタデポジション装置
200の特有の効果としては、磁場発生手段35を真空
室1外に配置し、真空室内1には磁路材39等を用いた
ので、磁場発生手段35はプラズマの影響を受けること
が無く、熱による磁場発生手段35の劣化などを防止で
きるという点がある。
A special effect of the sputter deposition apparatus 200 according to the present embodiment is that the magnetic field generating means 35 is disposed outside the vacuum chamber 1 and the magnetic path material 39 is used in the vacuum chamber 1 so that the magnetic field generating means 35 is used. The means 35 is not affected by the plasma, and can prevent the magnetic field generating means 35 from deteriorating due to heat.

【0029】次に、本発明の第3実施例について、図4
を用いて説明する。図4は、第3実施例に係るスパッタ
デポジション装置300の断面図である。本実施例に係
るスパッタデポジション装置300の基本構成は、図3
に示す第2実施例に係るスパッタデポジション装置20
0の基本構成と同じであるので、その説明は省略する。
本実施例に係るスパッタデポジション装置300の特徴
は、磁場発生手段としてコイル36を用いた点にある。
コイル36は、図4に示すように、真空容器1の外壁に
沿って配置する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a sectional view of a sputter deposition apparatus 300 according to the third embodiment. The basic configuration of the sputter deposition apparatus 300 according to this embodiment is shown in FIG.
Sputter deposition apparatus 20 according to the second embodiment shown in FIG.
Since the basic configuration is the same as the basic configuration of 0, the description is omitted.
The feature of the sputter deposition apparatus 300 according to the present embodiment resides in that the coil 36 is used as the magnetic field generating means.
The coil 36 is arranged along the outer wall of the vacuum vessel 1 as shown in FIG.

【0030】コイル36を磁場発生手段として用いる結
果、コイル電源42の電流値を変化させるだけで、起磁
力を容易に可変できるので、カスプ磁場34の強さを、
放電条件に応じて容易に変更できる。
As a result of using the coil 36 as the magnetic field generating means, the magnetomotive force can be easily changed only by changing the current value of the coil power supply 42.
It can be easily changed according to the discharge conditions.

【0031】この第4実施例に係るスパッタデポジショ
ン装置300を用いた実験例を次に示す。図4に示すよ
うに、放電空間10の外周部近傍にカスプ磁場を設ける
ことにより、成膜速度を300Å/minから520Å
/minへと約70%の高速化が可能となった。また、
8インチターゲット径で、成膜分布がφ160の範囲で
±19%から±3%になり、同じく3%内均一分布領域
が2.5倍以上に増えた。
An experimental example using the sputter deposition apparatus 300 according to the fourth embodiment will be described below. As shown in FIG. 4, by providing a cusp magnetic field near the outer peripheral portion of the discharge space 10, the film forming rate is increased from 300 ° / min to 520 °.
/ Min, it is possible to increase the speed by about 70%. Also,
With an 8-inch target diameter, the film formation distribution was ± 19% to ± 3% in the range of φ160, and the uniform distribution area within 3% was increased by 2.5 times or more.

【0032】次に、本発明の第4実施例について、図5
を用いて説明する。図5は、第4実施例に係るスパッタ
デポジション装置400の断面図である。本実施例に係
るスパッタデポジション装置400の基本構成は、図4
に示す第3実施例に係るスパッタデポジション装置30
0の基本構成と同じであるので、その説明は省略する。
本実施例に係るスパッタデポジション装置400の特徴
は、磁場発生手段として用いるコイル37、38を、図
5に示すように、ターゲット電極側磁路用コイル37と
基板電極側磁路用コイル38とに分け、それぞれコイル
電源44、45にて独自に調節可能とした点にある。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a sectional view of a sputter deposition apparatus 400 according to the fourth embodiment. The basic configuration of the sputter deposition apparatus 400 according to this embodiment is shown in FIG.
Sputter deposition apparatus 30 according to the third embodiment shown in FIG.
Since the basic configuration is the same as the basic configuration of 0, the description is omitted.
The feature of the sputter deposition apparatus 400 according to the present embodiment is that, as shown in FIG. 5, the coils 37 and 38 used as the magnetic field generating means include the target electrode side magnetic path coil 37 and the substrate electrode side magnetic path coil 38. In that they can be independently adjusted by the coil power supplies 44 and 45, respectively.

【0033】このように磁場発生手段とするコイルを上
下2系統に分けた場合の磁力線について説明する。破線
55は、コイル電源44とターゲット電極側磁路用コイ
ル37とによって、磁路材56内に励起される磁束の磁
力線を示す。同様に、コイル電源45と基板電極側磁路
用コイル38とによっても、磁束が励起される。すなわ
ち、上、下コイル37、38の強さを、電源44、45
によって、独自に調整可能なので、種々のプロセスモー
ドに応じた磁場形状と磁束密度とを得ることができる。
また、プロセス条件に応じて、放電状態を監視し、調整
が可能である。
The lines of magnetic force when the coils used as the magnetic field generating means are divided into two upper and lower systems will be described. A dashed line 55 indicates magnetic lines of magnetic flux excited in the magnetic path material 56 by the coil power supply 44 and the target electrode side magnetic path coil 37. Similarly, the magnetic flux is also excited by the coil power supply 45 and the substrate-electrode-side magnetic path coil 38. That is, the strengths of the upper and lower coils 37 and 38 are adjusted by the power sources 44 and 45.
Thus, the magnetic field shape and the magnetic flux density according to various process modes can be obtained since the adjustment can be made independently.
Further, the discharge state can be monitored and adjusted according to the process conditions.

【0034】次に、本発明の第5実施例について、図6
を用いて説明する。図6は、第5実施例に係るスパッタ
デポジション装置500の断面図である。本実施例に係
るスパッタデポジション装置500の基本構成は、図1
に示す第1実施例に係るスパッタデポジション装置10
0の基本構成と同じであるので、その説明は省略する。
本実施例に係るスパッタデポジション装置500の特徴
は、カソード側磁場発生手段を、スパッタリング用マグ
ネットで兼用させた点にある。図6に示すように、カソ
ード側磁場発生手段としてターゲット電極3の外周部近
傍(図6では、磁場発生手段を強調して示したので、外
周部近傍に示されていない。)に、2つの永久磁石6
1、62等の磁場発生手段を配置する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view of a sputter deposition apparatus 500 according to the fifth embodiment. The basic configuration of a sputter deposition apparatus 500 according to this embodiment is shown in FIG.
Sputter deposition apparatus 10 according to the first embodiment shown in FIG.
Since the basic configuration is the same as the basic configuration of 0, the description is omitted.
The feature of the sputter deposition apparatus 500 according to the present embodiment lies in that the cathode-side magnetic field generating means is also used as a sputtering magnet. As shown in FIG. 6, two cathode-side magnetic field generating means are provided near the outer peripheral portion of the target electrode 3 (in FIG. 6, the magnetic field generating means is not shown near the outer peripheral portion because the magnetic field generating means is emphasized and shown). Permanent magnet 6
Magnetic field generating means such as 1 and 62 are arranged.

【0035】上記2つの永久磁石61、62の作用につ
いて説明する。この永久磁石61のS極からは、永久磁
石62のN極へ磁束が向くとともに、永久磁石61のN
極へも磁束64が向く。この永久磁石61のS極からN
極へ向く磁束64は漏洩磁束とよばれ、マグネトロン磁
場には寄与しない。しかし、図6に示す位置に永久磁石
63を配置することにより、この漏洩磁束64の一部を
集めることができるので、放電空間10の外周部近傍に
磁気の壁を形成できる。この結果、放電空間10内で形
成されたプラズマが、放電空間10の外側へ拡散するこ
とを防止できる。
The operation of the two permanent magnets 61 and 62 will be described. From the S pole of the permanent magnet 61, the magnetic flux is directed to the N pole of the permanent magnet 62, and
The magnetic flux 64 is also directed to the pole. From the S pole of this permanent magnet 61 to N
The magnetic flux 64 directed to the pole is called leakage magnetic flux and does not contribute to the magnetron magnetic field. However, by arranging the permanent magnet 63 at the position shown in FIG. 6, a part of the leakage magnetic flux 64 can be collected, so that a magnetic wall can be formed near the outer peripheral portion of the discharge space 10. As a result, it is possible to prevent the plasma formed in the discharge space 10 from diffusing to the outside of the discharge space 10.

【0036】また、上記効果を増すためには、永久磁石
61の発生磁束を、永久磁石62の発生磁石より大きく
しておくことが必要である。
Further, in order to increase the above effect, it is necessary to make the generated magnetic flux of the permanent magnet 61 larger than that of the permanent magnet 62.

【0037】次に、本発明の第6実施例について、図7
を用いて説明する。図7は、第6実施例に係るスパッタ
デポジション装置600の断面図である。本実施例に係
るスパッタデポジション装置600の基本構成は、図6
に示す第5実施例に係るスパッタデポジション装置50
0の基本構成と同じであるので、その説明は省略する。
本実施例に係るスパッタデポジション装置600の特徴
は、基板電極5の外周部近傍に磁場発生手段を配置しな
い点にある。同図に示すように、基板電極5の外周部近
傍に磁場発生手段を配置しなくても、図6に示すスパッ
デポジション装置500の場合に近い効果は可能であ
る。従って、基板電極5の構造を簡単にできるという効
果がある。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a sectional view of a sputter deposition apparatus 600 according to the sixth embodiment. The basic configuration of the sputter deposition apparatus 600 according to the present embodiment is shown in FIG.
Sputter deposition apparatus 50 according to the fifth embodiment shown in FIG.
Since the basic configuration is the same as the basic configuration of 0, the description is omitted.
The feature of the sputter deposition apparatus 600 according to the present embodiment is that no magnetic field generating means is arranged near the outer peripheral portion of the substrate electrode 5. As shown in the figure, even without disposing the magnetic field generating means near the outer peripheral portion of the substrate electrode 5, an effect similar to that of the sputter deposition apparatus 500 shown in FIG. 6 can be obtained. Therefore, there is an effect that the structure of the substrate electrode 5 can be simplified.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、放電空間の外周部近傍
に磁気の壁を形成できるので、電極内の放電プラズマ密
度を高め、かつ、均一に保持することができる。この結
果、成膜レートの向上、即ちスループットの向上がはか
られる。また、大面積放電電極についても、極めて良い
分布で成膜が可能である。
According to the present invention, since a magnetic wall can be formed near the outer peripheral portion of the discharge space, the discharge plasma density in the electrode can be increased and maintained uniformly. As a result, the film forming rate can be improved, that is, the throughput can be improved. Also, a large area discharge electrode can be formed with an extremely good distribution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施例に係るスパッタデポジション装置1
00の断面図
FIG. 1 shows a sputter deposition apparatus 1 according to a first embodiment.
Cross section of 00

【図2】磁場発生手段の斜視図FIG. 2 is a perspective view of a magnetic field generating means.

【図3】第2実施例に係るスパッタデポジション装置2
00の断面図
FIG. 3 shows a sputter deposition apparatus 2 according to a second embodiment.
Cross section of 00

【図4】第3実施例に係るスパッタデポジション装置3
00の断面図
FIG. 4 shows a sputter deposition apparatus 3 according to a third embodiment.
Cross section of 00

【図5】第4実施例に係るスパッタデポジション装置4
00の断面図
FIG. 5 shows a sputter deposition apparatus 4 according to a fourth embodiment.
Cross section of 00

【図6】第5実施例に係るスパッタデポジション装置5
00の断面図
FIG. 6 shows a sputter deposition apparatus 5 according to a fifth embodiment.
Cross section of 00

【図7】第6実施例に係るスパッタデポジション装置6
00の断面図
FIG. 7 shows a sputter deposition apparatus 6 according to a sixth embodiment.
Cross section of 00

【図8】磁場発生手段の作用を示す説明図FIG. 8 is an explanatory diagram showing the operation of the magnetic field generating means.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…真空室、2…ターゲット、3…ターゲット電極、4
…基板、5…基板電極、6…ガス導入口、10…放電空
間、30,31,32,61,62,63…永久磁石、
33,64…磁力線、36…コイル、37…ターゲット
電極側磁路用コイル、38…基板電極側磁路用コイル、
44,45…コイル電源、39,40,56…磁路材。
1 vacuum chamber, 2 target, 3 target electrode, 4
... substrate, 5 ... substrate electrode, 6 ... gas inlet, 10 ... discharge space, 30, 31, 32, 61, 62, 63 ... permanent magnet,
33, 64: magnetic field lines, 36: coil, 37: target electrode side magnetic path coil, 38: substrate electrode side magnetic path coil,
44, 45: coil power supply, 39, 40, 56: magnetic path material.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−91975(JP,A) 特開 昭61−60881(JP,A) 特開 昭63−65072(JP,A) 特開 昭64−55815(JP,A) 特公 昭60−12426(JP,B2) 特公 昭63−43466(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 Continuation of front page (56) References JP-A-55-91975 (JP, A) JP-A-61-60881 (JP, A) JP-A-63-65072 (JP, A) JP-A-64-55815 (JP) , A) JP-B 60-12426 (JP, B2) JP-B 63-43466 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ターゲット電極と、このターゲット電極に
対向配置された基板電極とを備えたスパッタデポジショ
ン装置において、 上記ターゲット電極の外周近傍に配置される第1の磁場
発生手段と、 上記基板電極の外周近傍に配置される第2の磁場発生手
段と、 上記ターゲット電極と基板電極とに挾まれて形成される
空間の外周面近傍における、上記2つの電極の中間の位
置に、この外周面に沿って配置される第3の磁場発生手
段とを備えて構成されることを特徴とするスパッタデポ
ジション装置。
1. A sputter deposition apparatus comprising: a target electrode; and a substrate electrode disposed opposite to the target electrode. A first magnetic field generating means disposed near an outer periphery of the target electrode; A second magnetic field generating means disposed in the vicinity of the outer periphery of the electrode; and a second magnetic field generating means disposed between the two electrodes in the vicinity of the outer periphery of the space formed between the target electrode and the substrate electrode. And a third magnetic field generating means disposed along the sputter deposition apparatus.
【請求項2】上記第3の磁場発生手段の磁極の極性と、
この第3の磁場発生手段の磁極に対向する上記第1およ
び第2の磁場発生手段の磁極の極性とは、互いに異なる
ことを特徴とする請求項1記載のスパッタデポジション
装置。
2. The polarity of a magnetic pole of said third magnetic field generating means,
2. The sputter deposition apparatus according to claim 1, wherein the polarities of the magnetic poles of the first and second magnetic field generating means opposite to the magnetic poles of the third magnetic field generating means are different from each other.
【請求項3】ターゲット電極と、このターゲット電極に
対向配置された基板電極とを、真空排気可能な真空容器
内に備えたスパッタデポジション装置において、 上記真空容器の外壁面近傍における、上記2つの電極の
中間の位置に、この外壁面に沿って配置される磁場発生
手段と、 上記ターゲット電極の外周部近傍および上記基板電極の
外周部近傍と、上記ターゲット電極と基板電極とに挾ま
れて形成される空間の外周面近傍の、上記2つの電極の
中間にある上記外周面に沿った場所とを、上記磁場発生
手段から発生する磁場で、磁気的に接続するための磁路
と、 を備えて構成されることを特徴とするスパッタデポジシ
ョン装置。
3. A sputter deposition apparatus provided with a target electrode and a substrate electrode arranged opposite to the target electrode in a vacuum vessel capable of evacuating, wherein the two electrodes are provided near an outer wall surface of the vacuum vessel. A magnetic field generating means disposed along the outer wall surface at an intermediate position between the electrodes, and formed near the outer peripheral portion of the target electrode and the outer peripheral portion of the substrate electrode, and sandwiched between the target electrode and the substrate electrode. A magnetic path for magnetically connecting a location near the outer peripheral surface of the space to be formed and along the outer peripheral surface between the two electrodes with a magnetic field generated by the magnetic field generating means.
Sputtering deposition apparatus characterized by being configured to include a timber, the.
【請求項4】上記磁場発生手段は2つの磁場発生手段か
らなり、一方の磁場発生手段は、上記ターゲット電極の
外周部近傍と、上記外周面に沿った場所とを、この磁場
発生手段から発生する磁場で磁気的に接続し、他方の磁
場発生手段は、上記基板電極の外周部近傍と、上記外周
面に沿った場所とを、この磁場発生手段から発生する磁
場で磁気的に接続することを特徴とする請求項3記載の
スパッタデポジション装置。
4. The magnetic field generating means comprises two magnetic field generating means, and one magnetic field generating means generates the vicinity of the outer peripheral portion of the target electrode and the location along the outer peripheral surface from the magnetic field generating means. The other magnetic field generating means magnetically connects the vicinity of the outer peripheral portion of the substrate electrode and a location along the outer peripheral surface with a magnetic field generated from the magnetic field generating means. The sputter deposition apparatus according to claim 3, wherein:
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