JP3898318B2 - Sputtering equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜形成技術の一つであるマグネトロンスパッタリング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
スパッタリング法とは、一般に低真空雰囲気で気体放電を起こすことによりプラズマを発生させ、プラズマの陽イオンをカソードと呼ばれる負極に設置されたターゲットに衝突させ、衝突によりスパッタされた粒子が基板に付着して薄膜を生成する方法である。このスパッタリング法は組成の制御や装置の操作が比較的簡単であることから、広く成膜過程に使用されている。
【0003】
しかし、従来のスパッタリング法は真空蒸着法などに比べ、薄膜生成速度が遅いという欠点を有していた。このため、永久磁石や電磁石を磁気回路として用いてターゲット付近に磁場を形成するマグネトロンスパッタリング法が考案され、これにより薄膜の形成速度が向上し、半導体部品や電子部品等の製造工程においてスパッタリング法による薄膜形成の量産化が可能になった。
【0004】
図18は従来のマグネトロンスパッタリング装置の一例の概略構成を示す断面図である。図18において、101はチャンバ、102は真空ポンプ(図示せず)によって排気されるチャンバ101の真空排気口、103はチャンバ101へのガス導入管、104はガス導入管103に取りつけられたガス流量制御器である。105はガス導入管103からチャンバ101内に導入される放電ガスで、通常アルゴンガスを用いる。106はターゲット、107はスパッタリング電極、108は放電用電源、110は磁石でターゲット106の裏面に配置している。111は基板ホルダである。112は基板で、この上に薄膜を形成する。
【0005】
以上のように構成された前記スパッタリング装置について、以下その動作について説明する。まず、チャンバ101内を真空排気口102から真空ポンプで10-7Torr程度にまで排気する。次に前記チャンバ101の一端に接続されたガス導入管103を介してチャンバ101内に放電ガス105を導入し、チャンバ101内の圧力を10-3〜10-2Torr程度に保つ。ターゲット106を取りつけたスパッタリング電極107に、直流あるいは高周波のスパッタリング用電源108により負の電圧または高周波電圧に印加すると、前記電源108による電場とターゲット106の裏面に配置された磁石110による磁場との作用でターゲット106表面近傍に放電によるリング状プラズマが発生し、スパッタリング現象が起こり、ターゲット106から放出されたスパッタ粒子により基板ホルダ111に設置された基板112上に薄膜が形成される。
【0006】
上記マグネトロンスパッタリング法には、ターゲットの局所的な侵食による膜厚や膜質の不均一性があるという問題点があり、この問題解決のため、例えば、特開平7−11440号公報に記載のように電場に直交する一様な磁場を形成する装置が考案されている。図19は、従来の電場に直交する一様な磁場を形成するスパッタリング装置の一例の概略構成を示した断面図である。図19において、101はチャンバ、102は真空ポンプ(図示せず)によって排気されるチャンバ101の真空排気口、103はチャンバ101へのガス導入管、104はガス導入管103に取りつけられたガス流量制御器である。105はガス導入管103からチャンバ101内に導入される放電ガスで、通常アルゴンガスを用いる。106はターゲット、107はスパッタリング電極、108は放電用電源、109はマグネットホルダ、110は磁石でマグネットホルダ109に収納されている。111は基板ホルダである。112は基板で、この上に薄膜を形成する。
【0007】
動作は、マグネトロンスパッタリング装置と概略同様であるが、放電によるプラズマは、ターゲット全面に発生するという特徴をもつ。
【0008】
一方、電場に直交する磁場を形成する他の構成として、『薄膜ハンドブック』(日本学術振興会 薄膜第131委員会編、オーム社、p.186)に詳しく記載されているように同軸円筒マグネトロンスパッタ装置がある。円柱型のターゲットと該ターゲットを囲むように円筒型の基板ホルダが配置され、該基板ホルダの内壁に基板が配置される。磁場は前記ターゲットを囲むように該ターゲット表面に平行に発生されるように構成されており、電場と磁場を大略直交させることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図18に示すような上記従来の構成では、磁束がターゲット全面に渡って同じ方向を向いているので、プラズマ中の電子はターゲット全面に渡って同じ方向の力を受ける。したがって、プラズマ中の電子の密度がターゲット面内で不均一になる。この結果、電子の受ける力の方向でのターゲットの侵食が速く進行し、逆方向では侵食の進行が遅くなり、侵食が均一に進行しないという問題点がある。これにより、ターゲット材料の材料利用効率がきわめて悪いだけでなく、基板面に生成される薄膜の膜厚均一性が確保できないという問題点が発生する。
【0010】
さらに、図19に示す上記従来の構成ではプラズマ中の荷電粒子(イオン、電子)はターゲット上で閉じ込められることなく、ターゲットの外側へ飛び出していく。その結果、プラズマ密度が低くなり、膜の形成速度が遅いという問題点を発生する。
【0011】
一方、同軸円筒マグネトロンスパッタ装置では、円柱型ターゲット表面全面にわたって電場と磁場が直交し、かつ該ターゲットを囲むような閉経路にプラズマ中の荷電粒子(イオン、電子)は閉じ込められるため、膜の形成速度の不均一あるいは低下という問題は回避できる。しかしながら、ターゲットが円柱型かつ基板ホルダが円筒型であるため、基板の形状や大きさに制約を受ける。特に、基板が大きくなるとそれにともなってスパッタ装置はきわめて大きくなり、実用性がなくなるという問題点を発生する。
【0012】
本発明は上記の問題点を解決し、ターゲットの侵食を大略均一に進行させ、かつ薄膜の形成速度を高速にすることができるスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成とする。
【0014】
本発明のスパッタリング装置は、平板ターゲット(6)を用いてスパッタリングを行うスパッタリング装置であって、前記平板ターゲット(6)と略平行な磁場を前記平面ターゲット(6)の表裏両面に発生する磁場発生手段を有し、前記平板ターゲット(6)の表裏両面でスパッタリングによる膜形成を行うことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図1から図17を用いて説明する。
【0017】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1にかかるスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置の一例の概略構成を示した断面図である。図1において、1は真空チャンバ、2はチャンバ1に備えられかつ真空ポンプ(図示せず)に通じた真空排気口、3はチャンバ1に備えられたガス導入管、4はガス導入管3に取りつけられたガス流量制御器である。5はガス導入管3からチャンバ1内に導入される放電ガスで、通常はアルゴンガスが用いられる。6はチャンバ1内に配置された矩形ターゲット、7はチャンバ1に絶縁体80および81を介して取りつけられたターゲット6を支持するスパッタリング電極、8はスパッタリング電極7に負の電圧または高周波電圧を印加する放電用の直流または高周波電源、9はチャンバ1内に配置されかつターゲット6の長手方向沿いの一対の縁に沿うように配置された一対のマグネットホルダ、21は一対のマグネットホルダ9内に保持されかつターゲット6の一対の縁に沿って配置されたリング状の磁石で、磁場51を形成する。11a、11bはそれぞれチャンバ1内のターゲット6の表裏両面に対向する位置に配置された基板ホルダである。12a、12bはそれぞれ基板ホルダ11a、11bに保持される基板で、この上に薄膜を形成する。
【0018】
図2は、図1で示したスパッタリング装置のうち、スパッタリング電極7の部分の概略構成を示した分解斜視図である。
【0019】
図2において、21はリング状磁石である。22はターゲット材料からなるターゲット構成部材の一つで、冷却用水路23が設けてある。24は水路を塞ぐための蓋で、ターゲット構成部材22と同質の材料からなり、メタルシール25を介して、ターゲット構成部材22と締結されている。すなわちターゲット6はターゲット構成部材22、冷却用水路23、蓋24、及びメタルシール25から構成されている。26は冷却水をターゲット6まで導くための水路で絶縁体27を介して蓋24に接続されている。28はアースシールドである。29は電力供給用配線で、一方はターゲット6に接続されており、他方はスパッタ用電源(図示せず)に接続されている。
【0020】
以上のように構成することにより、ターゲット6上にターゲット面に対して略平行な磁場をターゲット表裏全面及び一対の側面に対して発生させることができる。さらに、ターゲット6に印加される電力により、電場も同様にターゲット表裏全面及び一対の側面に形成される。
【0021】
図3は、ターゲット6付近の様子を模式的に示した斜視図で、ターゲット上に形成される磁場51及びプラズマ中の電子の移動方向52を示している。このとき、ターゲット上に形成されるプラズマはターゲット全面に形成されるとともに、プラズマはターゲット6を囲むように形成され、プラズマ中の電子は電場と磁場の作用によって、閉経路に閉じこめられる。この結果、ターゲットの侵食は、大略均一に進行するとともにプラズマ密度が向上し、薄膜の形成速度が向上する。
【0022】
図4は、一例として、図3のA−A′線上での磁束密度を示したものである。図5は、このときの基板上に形成された薄膜の成膜速度分布を示したものである。さらに図6は、図3のA−A′線を含む垂直断面でのターゲット6の侵食後の様子を模式的に示したものである。
【0023】
以上から分かるように、本実施の形態によれば、高い成膜速度を実現できるとともに、ターゲットの侵食を大略均一にすることができ、材料の利用効率が増大する。
【0024】
さらに、本実施の形態の効果として、図6に示すようにターゲットの侵食は、ターゲットの表裏両面で進行するため、スパッタリング電極1基に対して、基板2枚に同時に膜を形成することができるという点が挙げられる。
【0025】
(実施の形態2)
図7は本発明の実施の形態2にかかるスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置のスパッタリング電極の一例の概略構成を示す斜視図である。大略の構成は、実施の形態1と同一であるが、異なる点は、ターゲット6の縁に沿うように配置された一対のリング状磁石21が複数の磁石より構成されており、かつ各々の磁石の強度を変化できるように構成していることである。
【0026】
本実施の形態において、図7の例では、リング状磁石21を12個の磁石により構成し、磁石21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21i、21j、21k、21lの磁石強さの比は2:1.5:1.5:1:2:2:2:1.5:1.5:1:2:2とした。
【0027】
図8は図7のB−B′線上での磁束密度の一例を示したもので、スパッタ用電源8によって発生する電場と前記リング状磁石21によって発生する磁場の外積の方向に沿って磁場強度が連続的に弱くなっている。
【0028】
以上のような構成により、B−B′線に沿う電子の移動に伴うプラズマの偏りを大略なくすことができ、ターゲット全面でプラズマ密度を大略均一化することができる。
【0029】
図9は本実施の形態における基板上に形成された膜の形成速度分布の一例を示したものである。また、図10は図7のB−B′線を含む垂直断面でのターゲット6の侵食後の様子を示したものである。
【0030】
この実施の形態2では、実施の形態1と同様な効果を奏することができるとともに、図9及び図10に示すように膜厚均一性及び材料の利用効率をさらに向上させることができる。
【0031】
(実施の形態3)
図11は本発明の実施の形態3にかかるスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置の一例の概略構成を示す断面図である。大略の構成は前記実施の形態1、2と同一であるが、異なる点は、一対のリング状磁石21に挟まれた位置に該磁石と大略同形状のリング状磁石31を設置し、かつ上記リング状磁石21が沿うターゲット6の一対の縁と異なる縁に沿って移動できるように構成していることである。
【0032】
図11において、リング状磁石31はマグネットホルダ30に収納されている。マグネットホルダ30はシャフト32により保持される。シャフト32は、ボールネジ33に連結され、ボールネジ33が回転することによってシャフト32が紙面左右方向に移動される。ボールネジ33の一端はベアリングを備えたハウジング34により保持され、他端はベアリングおよびオイルシールを備えたハウジング35により保持される。ボールネジ33は、モータ36で回転駆動される。二つのモータ36は制御ユニット37で同期制御される。
【0033】
図12は図11のスパッタリング電極付近の概略構成を模式的に示した斜視図である。上記構成により、リング状磁石31は61および62の方向へ移動し、ターゲット6の一対の縁に沿うように配置された一対のリング状磁石21との距離を連続的に変化できる。
【0034】
図13はリング状磁石21、21間の距離と基板上に形成される膜の形成速度を規格化したものとの関係の一例を示したものである。図13に示すように磁石間距離の増大に伴って膜の形成速度は低下する。すなわち、基板12の大きさが大きく、それにともなってターゲット6が大きい場合、磁石間距離が増大し図13に示すように膜の形成速度が低下する。
【0035】
本実施の形態においては、大きなターゲットを用いた場合においてもリング状磁石31を設置することによって、上記膜の形成速度の低下を防ぐことができる。また成膜中、図14に示すように(A)→(B)→(C)→(B)→(A)→(B)→・・・の順にリング状磁石31を移動させることによってターゲット全面での大略均一な侵食が得られる。
【0036】
この実施の形態3では、実施の形態1と同様の効果を奏することができるとともに、大型基板に対しても膜の形成速度を低下させることなく膜を形成することができる。
【0037】
(実施の形態4)
図15は実施の形態4にかかるスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置のスパッタリング電極付近の概略構成の一例を示す断面図である。大略の構成は実施の形態1と同一であるが、異なる点はターゲット6がターゲット6aおよび6bに分割されており、絶縁体82を介して連結されており、かつターゲット6aおよび6bにそれぞれ電力を供給するための電源8aおよび8bが接続されている点、及びリング状磁石21と大略同形状のリング状磁石31がターゲット6aおよび6bの縁に沿い、かつ一対のリング状磁石21に向かい合うように配置され、リング状磁石31を収納するマグネットホルダ30がシャフト38を介してチャンバ1に固定(図示せず)されている点である。
【0038】
図16は図15のスパッタリング電極付近の概略構成を示した斜視図である。上記構成により、ターゲットを大きくする場合においてもターゲット上での磁場を弱めることなくスパッタリングを行うことができ、形成速度の低下を防ぐことができる。
【0039】
この実施の形態4では、実施の形態1と同様な効果を奏することができるとともに、大型基板に対しても形成速度を低下させることなく薄膜を形成することができる。
【0040】
なお、本実施の形態において、ターゲットの分割は2つとしたが、3以上であっても何ら問題はない。ただしターゲット分割数の増加は基板に対向するターゲット面の表面積を減少させるため、基板サイズに依存するが、大略5以内が好ましい。
【0041】
(実施の形態5)
図17は本発明の実施の形態5にかかるスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置の概略構成を示す断面図である。大略の構成は実施の形態1と同一であるが、異なる点は基板12aおよび12bを保持する基板ホルダ91aおよび91bがターゲット正面を移動できるように構成している点、及びチャンバ1に隣接する位置にゲートバルブ94aおよび94bを介してチャンバ95および96を備えている点である。
【0042】
基板12aおよび12bにチャンバ95内で膜形成をした後、ゲートバルブ94aを開け、基板ホルダの移動手段92により基板ホルダ91aおよび91bをチャンバ1内に搬送し、ゲートバルブ94aを閉める。その後基板ホルダ91aおよび91bの移動を続けながら膜を形成する。その後ゲートバルブ94bを開け基板ホルダ91aおよび91bをチャンバ96内へ搬送し、チャンバ96内で他の種類の膜形成を行う。なお、移動手段92としては、周知のものでよく、例えばレール及びこの上に設置された歯車をモータにより回転させる機構が使用できる。
【0043】
以上のような構成により、基板上に形成される膜の膜厚を大略均一にすることができる。また、基板上に多層膜を形成することができる。
【0044】
この実施の形態5では、実施の形態1と同様な効果を奏することができるとともに、基板上に形成される膜の膜厚をより均一にすることができる。また、基板上に多種類の多層膜を形成することができる。
【0045】
なお本実施の形態では、チャンバ1に隣接するチャンバ95および96では膜を形成する例を説明したが、予備排気、加熱などの他の真空処理機能であっても何ら問題はない。
【0046】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ターゲット面上でのプラズマ密度が大略均一化し、ターゲットの侵食が大略均一化し、ターゲット材料の利用効率が向上するとともに、基板上に生成される薄膜の生成速度が向上し、膜厚の均一性が確保できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1におけるスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置の一例の概略構成を示した断面図である。
【図2】 本発明の実施の形態1におけるスパッタリング装置のスパッタリング電極付近の概略構成を示した分解斜視図である。
【図3】 本発明の実施の形態1におけるターゲット6付近の磁場及びプラズマ中の電子の移動方向を模式的に示した図である。
【図4】 図3のA−A′線上でのターゲット表面の磁束密度の一例を示した図である。
【図5】 実施の形態1において基板上に形成された薄膜の形成速度分布の一例を示した図である。
【図6】 実施の形態1におけるスパッタリング装置のターゲットの侵食状態を模式的に示した断面図である。
【図7】 本発明の実施の形態2にかかるスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置のスパッタリング電極付近の構造の一例を示した概略斜視図である。
【図8】 図7のB−B′線上でのターゲット表面の磁束密度の一例を示した図である。
【図9】 実施の形態2において基板上に形成された膜の形成速度分布の一例を示した図である。
【図10】 実施の形態2におけるスパッタリング装置のターゲットの侵食状態を模式的に示した断面図である。
【図11】 本発明の実施の形態3におけるスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置の一例の概略構成を示す断面図である。
【図12】 本発明の実施の形態3にかかるスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置のスパッタリング電極付近の構造の一例を示した概略斜視図である。
【図13】 磁石間距離と膜の形成速度との関係の一例を示した図である。
【図14】 (A)〜(C)はそれぞれ実施の形態3におけるスパッタリング装置のリング状磁石の移動の様子の例を示した図である。
【図15】 本発明の実施の形態4にかかるスパッタリング方法を実施するためのスパタリング装置のスパッタリング電極付近の概略構成の一例を示した断面図である。
【図16】 本発明の実施の形態4にかかるスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング装置のスパッタリング電極付近の構造の一例を示した概略斜視図である。
【図17】 本発明の実施の形態5にかかるスパッタリング方法を実施するためのスパタリング装置の一例の概略構成を示した断面図である。
【図18】 従来のマグネトロンスパッタリング装置の一例の概略構成を示す断面図である。
【図19】 従来のターゲット表面に磁石を有するスパッタリング装置の一例の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 真空チャンバ
2 真空排気口
3 ガス導入管
4 ガス流量制御器
5 放電ガス
6、6a、6b ターゲット
7 スパッタリング電極
8、8a、8b 放電用電源
9 マグネットホルダ
11a、11b 基板ホルダ
12a、12b 基板
21 リング状の磁石
22 ターゲット構成部材
23 冷却用水路
24 蓋
25 メタルシール
26 水路
27 絶縁体
28 アースシールド
29 電力供給用配線
30 マグネットホルダ
31 リング状の磁石
32 シャフト
33 ボールネジ
34 ハウジング
35 ハウジング
36 モータ
37 制御ユニット
38 シャフト
51 磁場
52 プラズマ中の電子の移動方向
80、81、82 絶縁体
91a、91b 基板ホルダ
92 移動手段
94a、94b ゲートバルブ
95、96 チャンバ
101 チャンバ
102 真空排気口
103 ガス導入管
104 ガス流量制御器
105 放電ガス
106 ターゲット
107 スパッタリング電極
108 放電用電源
109 マグネットホルダ
110 磁石
111 基板ホルダ
112 基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetron sputtering equipment, which is one of the thin-film forming technique.
[0002]
[Prior art]
The sputtering method generally generates a plasma by causing a gas discharge in a low vacuum atmosphere, collides the cation of the plasma with a target installed on a negative electrode called a cathode, and the particles sputtered by the collision adhere to the substrate. This is a method for producing a thin film. This sputtering method is widely used in the film formation process because the composition control and the operation of the apparatus are relatively simple.
[0003]
However, the conventional sputtering method has a drawback that the thin film formation rate is slower than the vacuum deposition method or the like. For this reason, a magnetron sputtering method has been devised that uses a permanent magnet or an electromagnet as a magnetic circuit to form a magnetic field in the vicinity of the target, thereby improving the formation rate of the thin film, and by the sputtering method in the manufacturing process of semiconductor components and electronic components. Mass production of thin film formation has become possible.
[0004]
FIG. 18 is a sectional view showing a schematic configuration of an example of a conventional magnetron sputtering apparatus. 18, 101 is a chamber, 102 is a vacuum exhaust port of the
[0005]
The operation of the sputtering apparatus configured as described above will be described below. First, the
[0006]
The magnetron sputtering method has a problem that the film thickness and film quality are not uniform due to local erosion of the target. To solve this problem, for example, as described in JP-A-7-11440 Devices have been devised that generate a uniform magnetic field orthogonal to the electric field. FIG. 19 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of a sputtering apparatus that forms a uniform magnetic field orthogonal to a conventional electric field. In FIG. 19, 101 is a chamber, 102 is a vacuum exhaust port of the
[0007]
The operation is substantially the same as that of the magnetron sputtering apparatus, but the plasma due to the discharge is generated over the entire surface of the target.
[0008]
On the other hand, as another configuration for forming a magnetic field orthogonal to the electric field, as described in detail in “Thin Film Handbook” (Japan Society for the Promotion of Science, Thin Film 131st Committee, Ohmsha, p. 186), coaxial cylindrical magnetron sputtering. There is a device. A cylindrical target and a cylindrical substrate holder are disposed so as to surround the target, and a substrate is disposed on the inner wall of the substrate holder. The magnetic field is configured to be generated in parallel with the target surface so as to surround the target, and the electric field and the magnetic field can be substantially orthogonal to each other.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional configuration as shown in FIG. 18, since the magnetic flux is directed in the same direction over the entire surface of the target, the electrons in the plasma receive a force in the same direction over the entire surface of the target. Therefore, the density of electrons in the plasma becomes non-uniform in the target plane. As a result, erosion of the target in the direction of the force received by the electrons progresses rapidly, and in the reverse direction, the erosion progresses slowly, and the erosion does not progress uniformly. As a result, not only the material utilization efficiency of the target material is extremely bad, but also the problem that the film thickness uniformity of the thin film formed on the substrate surface cannot be ensured occurs.
[0010]
Further, in the conventional configuration shown in FIG. 19, charged particles (ions, electrons) in the plasma jump out of the target without being confined on the target. As a result, the plasma density is lowered and the film formation rate is slow.
[0011]
On the other hand, in the coaxial cylindrical magnetron sputtering apparatus, the charged particles (ions, electrons) in the plasma are confined in a closed path surrounding the target, with the electric field and the magnetic field orthogonal to each other over the entire surface of the cylindrical target. The problem of uneven or reduced speed can be avoided. However, since the target is a column type and the substrate holder is a cylinder type, the shape and size of the substrate are limited. In particular, when the substrate becomes large, the sputtering apparatus becomes very large with this, causing a problem that the practicality is lost.
[0012]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a sputtering apparatus that can progress the erosion of a target substantially uniformly and increase the formation speed of a thin film.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
[0014]
The sputtering apparatus of the present invention is a sputtering apparatus that performs sputtering using a flat target (6), and generates a magnetic field that generates a magnetic field substantially parallel to the flat target (6) on both the front and back sides of the flat target (6). And a film is formed by sputtering on both the front and back surfaces of the flat plate target (6).
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0017]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of a sputtering apparatus for performing the sputtering method according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a vacuum chamber, 2 is a vacuum exhaust port provided in the
[0018]
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a portion of the sputtering electrode 7 in the sputtering apparatus shown in FIG.
[0019]
In FIG. 2, 21 is a ring-shaped magnet.
[0020]
By configuring as described above, a magnetic field substantially parallel to the target surface can be generated on the
[0021]
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the state in the vicinity of the
[0022]
FIG. 4 shows the magnetic flux density on the AA ′ line in FIG. 3 as an example. FIG. 5 shows the deposition rate distribution of the thin film formed on the substrate at this time. Further, FIG. 6 schematically shows a state after erosion of the
[0023]
As can be seen from the above, according to the present embodiment, a high film formation rate can be realized, target erosion can be made substantially uniform, and material utilization efficiency increases.
[0024]
Further, as an effect of the present embodiment, as shown in FIG. 6, since target erosion proceeds on both the front and back surfaces of the target, a film can be simultaneously formed on two substrates with respect to one sputtering electrode. The point is mentioned.
[0025]
(Embodiment 2)
FIG. 7: is a perspective view which shows schematic structure of an example of the sputtering electrode of the sputtering device for enforcing the sputtering
[0026]
In the present embodiment, in the example of FIG. 7, the ring-shaped
[0027]
FIG. 8 shows an example of the magnetic flux density on the BB ′ line in FIG. 7, and the magnetic field strength along the direction of the outer product of the electric field generated by the sputtering
[0028]
With the configuration as described above, it is possible to substantially eliminate the plasma bias accompanying the movement of electrons along the BB ′ line, and to make the plasma density substantially uniform over the entire surface of the target.
[0029]
FIG. 9 shows an example of the formation rate distribution of the film formed on the substrate in this embodiment. FIG. 10 shows a state after erosion of the
[0030]
In the second embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained, and the film thickness uniformity and the material utilization efficiency can be further improved as shown in FIGS.
[0031]
(Embodiment 3)
FIG. 11: is sectional drawing which shows schematic structure of an example of the sputtering device for enforcing the sputtering
[0032]
In FIG. 11, the ring-shaped
[0033]
FIG. 12 is a perspective view schematically showing a schematic configuration in the vicinity of the sputtering electrode of FIG. With the above configuration, the ring-shaped
[0034]
FIG. 13 shows an example of the relationship between the distance between the ring-shaped
[0035]
In this embodiment, even when a large target is used, the ring-shaped
[0036]
In the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and a film can be formed on a large substrate without reducing the film formation speed.
[0037]
(Embodiment 4)
FIG. 15: is sectional drawing which shows an example of schematic structure of the sputtering electrode vicinity of the sputtering device for enforcing the sputtering
[0038]
FIG. 16 is a perspective view showing a schematic configuration in the vicinity of the sputtering electrode of FIG. With the above configuration, sputtering can be performed without weakening the magnetic field on the target even when the target is enlarged, and a reduction in the formation rate can be prevented.
[0039]
In the fourth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and a thin film can be formed on a large substrate without reducing the formation speed.
[0040]
In the present embodiment, the number of target divisions is two, but there is no problem even if the number of target divisions is three or more. However, since the increase in the number of target divisions reduces the surface area of the target surface facing the substrate, it depends on the substrate size, but is preferably within about 5.
[0041]
(Embodiment 5)
FIG. 17: is sectional drawing which shows schematic structure of the sputtering device for enforcing the sputtering
[0042]
After film formation on the
[0043]
With the above configuration, the thickness of the film formed on the substrate can be made substantially uniform. In addition, a multilayer film can be formed on the substrate.
[0044]
In the fifth embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained, and the film thickness of the film formed on the substrate can be made more uniform. In addition, many kinds of multilayer films can be formed on the substrate.
[0045]
In the present embodiment, an example in which a film is formed in the
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the plasma density on the target surface is substantially uniform, the target erosion is substantially uniform, the utilization efficiency of the target material is improved, and the generation of a thin film formed on the substrate is generated. The advantageous effect that the speed is improved and the uniformity of the film thickness can be secured is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of a sputtering apparatus for performing a sputtering method according to
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration in the vicinity of a sputtering electrode of the sputtering apparatus according to
FIG. 3 is a diagram schematically showing a magnetic field near a
4 is a diagram showing an example of a magnetic flux density on a target surface on the AA ′ line in FIG. 3; FIG.
5 is a diagram showing an example of a formation rate distribution of a thin film formed on a substrate in
6 is a cross-sectional view schematically showing an erosion state of a target of the sputtering apparatus in the first embodiment. FIG.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing an example of a structure in the vicinity of a sputtering electrode of a sputtering apparatus for performing a sputtering method according to a second embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing an example of the magnetic flux density on the target surface on the BB ′ line in FIG. 7; FIG.
FIG. 9 is a diagram showing an example of a formation rate distribution of a film formed on a substrate in the second embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an erosion state of a target of a sputtering apparatus in a second embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of a sputtering apparatus for performing a sputtering method according to
FIG. 12 is a schematic perspective view showing an example of a structure in the vicinity of a sputtering electrode of a sputtering apparatus for performing a sputtering method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the distance between magnets and the film formation speed.
14A to 14C are diagrams each showing an example of a state of movement of a ring-shaped magnet of a sputtering apparatus in
FIG. 15 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration in the vicinity of a sputtering electrode of a sputtering apparatus for performing a sputtering method according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic perspective view showing an example of a structure in the vicinity of a sputtering electrode of a sputtering apparatus for performing a sputtering method according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of a sputtering apparatus for performing a sputtering method according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of a conventional magnetron sputtering apparatus.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of a sputtering apparatus having a magnet on the surface of a conventional target.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
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