JP5853487B2 - Discharge electrode and discharge method - Google Patents

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本発明は真空中にてプラズマ放電を行うプラズマ放電電極及びプラズマ放電方法に関するものである。   The present invention relates to a plasma discharge electrode and a plasma discharge method for performing plasma discharge in a vacuum.

プラズマ放電とは、一般に低真空雰囲気で正極と負極の間に電圧を印加し気体電離を発生させる放電形態であり、スパッタリング、プラズマCVD、プラスチック基材の表面処理など様々な形で利用されている。なかでもスパッタリングは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り、組成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。しかし、従来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、薄膜の形成速度が向上し、半導体部品や電子部品など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を可能にした。しかしながら通常のマグネトロンスパッタリング装置ではターゲット下面側にターゲット下部磁石のみを設置し、ターゲット表面へ露出した磁場を利用するため、磁場がターゲット表面で垂直方向に向けて円弧状に形成され、スパッタリングに寄与する平行磁場分布に大きな偏りが発生してしまう。この平行磁場分布の偏りによりターゲットエロージョンの偏りが避けられず、ターゲット利用効率に限界があった。例えば特許文献6,非特許文献2では、通常の平板型マグネトロン電極において、前記のエロージョンの偏りのために、ターゲット利用効率が20〜30%(あるいは通常25%)にとどまることが記載されており、その改善のために回転ターゲット方式を採用している。また非特許文献1では通常のターゲット利用効率(20〜40%)を改善するために、磁石自体を回転させる技術が記載されている。さらに非特許文献3では磁性体であるNiターゲットにおいてターゲット利用効率が12%まで減少してしまうことが記載されており、その改善のために非特許文献1と同様に磁石を回転させ、ターゲット利用効率を改善している。つまり従来のマグネトロンスパッタリングにおいてはターゲットを移動させるか磁石を移動させないとターゲット利用効率が上がらずターゲットコストが高くなってしまうという問題があった。一方プラズマ放電をCVD装置へ適用する場合も問題は同様であり、平行磁場分布で示される高密度プラズマの閉じ込め領域が偏ってしまうため、効率の良いガス分解・重合を妨げてしまうという問題があった。そこで前記問題に対しターゲットの側面や上面へ磁石を配置し、磁気回路を改善することでターゲット表面の平行磁場を強める構成とした、特許文献1、特許文献2、特許文献3などの取り組みがある。前記公報はターゲット下部磁石とターゲット上部磁石を同極性とし、両磁場の反発によりターゲット上の平行磁場を増やしている。また特許文献4もターゲット材をヨークの一部として使用し、磁石をターゲット表面あるいは側面へ配置し、ターゲット表面の平行磁場を強めている。   Plasma discharge is a discharge form that generates gas ionization by applying a voltage between a positive electrode and a negative electrode in a low vacuum atmosphere, and is used in various forms such as sputtering, plasma CVD, and plastic substrate surface treatment. . Sputtering is a method in which plasma cations collide with a target installed on a negative electrode called a cathode, and the particles sputtered by the collision adhere to the substrate to form a thin film. It is widely used in the film formation process. However, the conventional sputtering method has a disadvantage that the thin film formation rate is slower than the vacuum evaporation 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, improving the speed of thin film formation and forming a thin film by sputtering in the manufacturing process of semiconductor parts and electronic parts. Enabled mass production. However, in a normal magnetron sputtering apparatus, only the lower magnet of the target is installed on the lower surface side of the target, and the magnetic field exposed to the target surface is used. Therefore, the magnetic field is formed in an arc shape in the vertical direction on the target surface and contributes to sputtering. A large deviation occurs in the parallel magnetic field distribution. Due to this bias of the parallel magnetic field distribution, the bias of the target erosion cannot be avoided, and the target utilization efficiency is limited. For example, Patent Document 6 and Non-Patent Document 2 describe that in a normal flat-plate-type magnetron electrode, the target utilization efficiency is limited to 20 to 30% (or usually 25%) due to the bias of erosion. Rotating target method is adopted for the improvement. Non-Patent Document 1 describes a technique for rotating a magnet itself in order to improve normal target utilization efficiency (20 to 40%). Further, Non-Patent Document 3 describes that the target utilization efficiency is reduced to 12% in the Ni target that is a magnetic material, and the target is utilized by rotating the magnet as in Non-Patent Document 1 for the improvement. The efficiency is improved. That is, in the conventional magnetron sputtering, there is a problem that if the target is moved or the magnet is not moved, the target utilization efficiency is not increased and the target cost is increased. On the other hand, when the plasma discharge is applied to a CVD apparatus, the problem is the same. The confinement region of the high-density plasma indicated by the parallel magnetic field distribution is biased, which hinders efficient gas decomposition and polymerization. It was. Therefore, there are approaches such as Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 in which a magnet is arranged on the side surface and the upper surface of the target to improve the magnetic circuit to enhance the parallel magnetic field on the target surface. . In the above publication, the target lower magnet and the target upper magnet have the same polarity, and the parallel magnetic field on the target is increased by the repulsion of both magnetic fields. Patent Document 4 also uses a target material as a part of the yoke, arranges magnets on the target surface or side surfaces, and strengthens the parallel magnetic field on the target surface.

また特許文献5ではターゲット側面へ補助ターゲットと述べる磁性体部品を設置し、ターゲット裏面側の磁力線を吸引・放出することでターゲット表面へ形成する平行磁場を強める取り組みがなされている。   Further, in Patent Document 5, an effort is made to strengthen the parallel magnetic field formed on the target surface by installing a magnetic part described as an auxiliary target on the side surface of the target and attracting / releasing the magnetic field lines on the back side of the target.

特開昭61−124567号公報JP 61-124567 A 特開平7−228971号公報JP 7-228971 A 特開平8−176817号公報JP-A-8-176817 特公昭59−52957号公報Japanese Patent Publication No.59-52957 特開2005−509091号公報JP 2005-509091 A WO2009−005068号公報WO2009-005068

ELSEVIER社2010年出版のVACUUM84 P1372からP1376,「Completely Flat erosion magnetron sputtering using a rotating asymmetrical yoke magnet」VACUUM84 P1372 to P1376 published by ELSEVIER 2010, “Completely Flat erosion magnetron sputtering using a rotating asymmetrical yoke magnet” ELSEVIER社2009年出版のVACUUM83 P518からP521,「New target materials for innovative applications on glass」ELSEVIER 2009 Publication VACUUM83 P518 to P521, “New target materials for innovative applications on glass” ELSEVIER社2009年出版のVACUUM83 P470からP474,「Wide erosion nickel magnetron sputtering using an eccentrically Rotating center magnet」VACUUM83 P470 to P474 published by ELSEVIER 2009 “Wide erosion nickel magnetron sputtering using an eccentrically Rotating center magnet”

しかしターゲットの側面や表面へ直接磁石を配置した、特許文献1、特許文献2、特許文献4の構成では磁石を安定的に活用することに問題があり、薄膜形成速度の向上も充分ではない。   However, in the configurations of Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 4 in which magnets are directly arranged on the side surface and the surface of the target, there is a problem in stably using the magnets, and the thin film formation speed is not sufficiently improved.

例えば特許文献1の構成にてスパッタリングを行った場合を図11へ示す。ターゲット下部磁石82間の磁力線84は磁性体であるターゲット80の内部に吸収され、ターゲット上部磁石81間の磁力線83の作用によりマグネトロンスパッタを実施している。ところが陽イオン85はターゲット80へ衝突し、ターゲット材料であるターゲット粒子86を弾き出すと共に、ターゲット上部磁石81へも衝突する。この陽イオン85の衝突衝撃によりターゲット上部磁石81は急速に高温状態となる。これにより磁石自身がキュリー点を超えてしまい減磁するため、マグネトロンスパッタリングとしての機能が充分得られない状況となるか、高温化を防ぐために投入電力を下げ、薄膜形成速度を下げなければならない状況となる。よって磁界発生手段であるターゲット上部磁石81を直接、プラズマ発生領域であるターゲット80表面の側縁へ設置する構成は、良好なスパッタ機能を発揮できなかった。   For example, FIG. 11 shows a case where sputtering is performed with the configuration of Patent Document 1. The magnetic field lines 84 between the target lower magnets 82 are absorbed inside the target 80 which is a magnetic body, and magnetron sputtering is performed by the action of the magnetic field lines 83 between the target upper magnets 81. However, the positive ions 85 collide with the target 80, eject target particles 86 as a target material, and also collide with the target upper magnet 81. Due to the collision impact of the positive ions 85, the target upper magnet 81 rapidly becomes a high temperature state. As a result, the magnet itself exceeds the Curie point and demagnetizes, so the function as magnetron sputtering cannot be obtained sufficiently, or the input power must be lowered to reduce the film formation speed to prevent high temperature It becomes. Therefore, the configuration in which the target upper magnet 81 serving as the magnetic field generating unit is directly installed on the side edge of the surface of the target 80 serving as the plasma generation region cannot exhibit a good sputtering function.

同様に特許文献2も特許文献1と同じ問題を有している。さらに隣り合う磁石同士が逆極性になるよう定めているため、スパッタを行うメカニズム自体が本発明とは異なっている。   Similarly, Patent Document 2 has the same problem as Patent Document 1. Furthermore, since the adjacent magnets are determined to have opposite polarities, the sputtering mechanism itself is different from the present invention.

一方、特許文献4はターゲット上部に設置された磁石がスパッタされないよう磁石カバーを設置する構成としているが、結局磁石カバーが陽イオンの衝撃を受け発熱し、磁石カバーからの伝熱により磁石が高温となるため、特許文献1と同じく磁石が減磁してしまい、スパッタ機能が得られなくなる。   On the other hand, Patent Document 4 has a configuration in which a magnet cover is installed so that the magnet installed on the upper part of the target is not sputtered. However, the magnet cover eventually generates heat due to the impact of a cation, and heat transfer from the magnet cover causes the magnet to become hot. Therefore, the magnet is demagnetized similarly to Patent Document 1, and the sputtering function cannot be obtained.

一方、特許文献3は図12で示すとおり、ターゲット90とターゲット上部磁石93、94の間に非接触で絶縁された冷却シールド92を設置し、ターゲット上部磁石93,94をターゲット90から遠ざけるという工夫を行っている。また特許文献1の構成と同じく、ターゲット下部磁石95,96も備えている。しかしこの構成では磁石は保護できるものの、ターゲット90と離れてしまうためターゲット上部磁石93,94から放出された磁力線98はターゲット中央部に近づくほど減衰し、ターゲット幅を広くすることができないという問題がある。更に図13で示すとおり、ターゲットが磁性体ターゲット110の場合は、磁力線111の多くがターゲット端面から吸収され、よりターゲット表面に均一磁場を形成することは困難となるため適用することは難しい。つまり磁力線放出部品である磁石をターゲット近傍へ配置すればターゲット表面への平行磁場形成に有利であるが磁石自身が損壊してしまい、磁石を保護するためにターゲットから遠ざければ充分に磁場形成の効果が得られないという課題があった。   On the other hand, in Patent Document 3, as shown in FIG. 12, a cooling shield 92 that is insulated in a non-contact manner is installed between the target 90 and the target upper magnets 93 and 94, and the target upper magnets 93 and 94 are moved away from the target 90. It is carried out. Further, similarly to the configuration of Patent Document 1, target lower magnets 95 and 96 are also provided. However, in this configuration, although the magnet can be protected, the magnetic field lines 98 emitted from the target upper magnets 93 and 94 are attenuated as they approach the center of the target because they are separated from the target 90, and the target width cannot be increased. is there. Furthermore, as shown in FIG. 13, when the target is the magnetic target 110, most of the magnetic force lines 111 are absorbed from the end surface of the target, and it becomes difficult to form a uniform magnetic field on the target surface. In other words, if a magnet that is a magnetic field emission component is placed near the target, it is advantageous for forming a parallel magnetic field on the target surface, but the magnet itself will be damaged, and if it is far from the target to protect the magnet, the magnetic field can be sufficiently formed. There was a problem that the effect could not be obtained.

一方、図14で示す特許文献5では、磁性体121,122(本公報では補助ターゲット)を用いてターゲット120表面へ磁力線125を誘導する点では同様であるが、本発明者らの知見によれば、ターゲット下部磁石123を配置し、ターゲット表面側へ磁石を有しない点について本発明とは根本的にメカニズムが異なる。また、特許文献5の構成では磁石損壊は発生しないが、ターゲット120が磁性体ターゲットである場合、ターゲット下部磁石123の磁場をターゲット表面側へ吸引・誘導するために、ターゲット裏面側磁石に近接させるべく図14のようにターゲット側面位置へ磁性体121,122を配置する必要がある。これは例えば図15のようにターゲット130の表面へ磁性体131、132を配置した場合、磁性体であるターゲット130内に磁力線133がほとんど吸収されてしまい、磁性体131,132の設置がターゲット表面の平行磁場向上に効果を発揮しなくなるためである。つまり特許文献5では磁性体131,132をターゲットの側面へ設置する事を特徴としているため、ターゲットの上方両側縁へ磁性体を配置することを特徴とする本発明とはメカニズムが異なる。また図14に示す特許文献5の構成を用いても、ターゲット裏面側磁石123から発生した磁力線125は全て磁性体へ向かうわけではなく、多くが磁性体であるターゲット120内へ吸収されるため、ターゲット表面に形成される平行磁場強度は充分ではなく改善の程度は限定的である。   On the other hand, Patent Document 5 shown in FIG. 14 is the same in that the magnetic force lines 125 are guided to the surface of the target 120 using the magnetic bodies 121 and 122 (auxiliary target in this publication), but according to the knowledge of the present inventors. For example, the mechanism is fundamentally different from the present invention in that the target lower magnet 123 is arranged and no magnet is provided on the target surface side. Further, in the configuration of Patent Document 5, magnet damage does not occur, but when the target 120 is a magnetic target, the target lower magnet 123 is brought close to the target back side magnet in order to attract and guide the target magnetic field to the target surface side. Therefore, it is necessary to arrange the magnetic bodies 121 and 122 at the target side surface positions as shown in FIG. For example, when the magnetic bodies 131 and 132 are arranged on the surface of the target 130 as shown in FIG. 15, the magnetic lines 133 are almost absorbed in the target 130 that is a magnetic body, and the installation of the magnetic bodies 131 and 132 is the target surface. This is because it is no longer effective in improving the parallel magnetic field. That is, since Patent Document 5 is characterized in that the magnetic bodies 131 and 132 are installed on the side surface of the target, the mechanism is different from that of the present invention characterized in that the magnetic body is arranged on both upper side edges of the target. Further, even if the configuration of Patent Document 5 shown in FIG. 14 is used, not all the magnetic force lines 125 generated from the target back surface side magnet 123 are directed to the magnetic body, and most of them are absorbed into the target 120 which is a magnetic body. The strength of the parallel magnetic field formed on the target surface is not sufficient and the degree of improvement is limited.

本発明は上記のこれらの問題を解決し、ターゲットが磁性体・非磁性体であるに関わらず、ターゲット上に均一な平行磁場分布を形成し、均一なエロージョンが得られ、ターゲット利用効率の向上やスパッタ薄膜形成速度向上あるいはCVD成膜速度向上の効果が得られるプラズマ放電電極及び放電方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned problems and forms a uniform parallel magnetic field distribution on the target regardless of whether the target is a magnetic body or a non-magnetic body, thereby obtaining uniform erosion and improving target utilization efficiency. Another object of the present invention is to provide a plasma discharge electrode and a discharge method capable of improving the sputter thin film formation rate or the CVD film formation rate.

上記目的を達成するために、本発明によれば、平板ターゲットを有する放電電極において、前記平板ターゲットの表面側の両側縁に沿うように設けられ、前記平板ターゲットを隔てて対向する磁性体と、該磁性体を隔てて前記平板ターゲットの反対側に前記磁性体と組み合わせて設けられ前記平板ターゲットを隔てて異極性の関係であるターゲット上部磁石を有する放電電極が提供される。   In order to achieve the above object, according to the present invention, in a discharge electrode having a flat plate target, a magnetic body provided along both side edges on the surface side of the flat plate target and facing the flat plate target, A discharge electrode is provided which is provided in combination with the magnetic body on the opposite side of the flat plate target with the magnetic material therebetween, and has a target upper magnet having a different polarity relationship with respect to the flat plate target.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記磁性体の下面が前記平板ターゲットの表面と略同一か上方にある放電電極が提供される。   Moreover, according to the preferable form of this invention, the discharge electrode which the lower surface of the said magnetic body is substantially the same as the surface of the said flat plate target, or upper direction is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記平板ターゲットの長手方向に垂直な断面において、前記磁性体間の対向面は前記平板ターゲット表面の法線方向に対して外側に角度θで傾斜し、θは0°<θ≦45°の範囲である放電電極が提供される。   Further, according to a preferred embodiment of the present invention, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the flat plate target, the facing surfaces between the magnetic bodies are inclined outward at an angle θ with respect to the normal direction of the flat plate target surface, A discharge electrode in which θ is in the range of 0 ° <θ ≦ 45 ° is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記平板ターゲットの厚み方向において前記平板ターゲットを隔てて前記磁性体と対向する位置である前記平板ターゲットの裏面側位置にターゲット下部磁石を有し、前記ターゲット下部磁石の磁力線放出の向きが前記平板ターゲットの厚み方向であって、前記磁性体と前記ターゲット下部磁石の磁極性が同極性である放電電極が提供される。   According to a preferred embodiment of the present invention, the target has a lower magnet on the back surface side of the flat target, which is the position facing the magnetic body across the flat target in the thickness direction of the flat target, A discharge electrode is provided in which the direction of the magnetic force line emission of the lower magnet is the thickness direction of the flat target, and the magnetic poles of the magnetic body and the target lower magnet have the same polarity.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記平板ターゲットの表面側磁界と裏面側磁界がループを形成している放電電極が提供される。   Moreover, according to the preferable form of this invention, the discharge electrode in which the surface side magnetic field and back surface side magnetic field of the said flat plate target form a loop is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記磁性体、前記ターゲット上部磁石、前記ターゲット下部磁石は温度制御手段を有する放電電極が提供される。   Moreover, according to the preferable form of this invention, the said magnetic body, the said target upper magnet, and the said target lower magnet provide the discharge electrode which has a temperature control means.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記平板ターゲットがFe、Co、またはNiを主成分とする磁性体材料である放電電極が提供される。   Moreover, according to the preferable form of this invention, the discharge electrode whose said flat plate target is a magnetic material which has Fe, Co, or Ni as a main component is provided.

また、本発明の別の形態によれば、平板ターゲットの表面へ形成した磁界を用いて放電を発生させる放電方法であって、前記平板ターゲットの表面側の両側縁に沿うように設けられ、前記平板ターゲットを隔てて対向する磁性体と、該磁性体を隔てて前記平板ターゲットの反対側に前記磁性体と組み合わせて設けられたターゲット上部磁石と、前記平板ターゲットの厚み方向において前記平板ターゲットを隔てて前記磁性体と対向する位置である前記平板ターゲットの裏面側位置にターゲット下部磁石を有し、前記ターゲット上部磁石同士の対向する磁極性は異極性であり、ターゲット厚み方向を隔てて対向するターゲット上部磁石とターゲット下部磁石との磁極性は同極性とすることにより、ターゲット表面の磁性体間に略平行な磁界を形成し、前記磁界を用いて放電を発生させる除電方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a discharge method for generating discharge using a magnetic field formed on a surface of a flat plate target, which is provided along both side edges on the surface side of the flat plate target, A magnetic material facing the flat plate target, a target upper magnet provided in combination with the magnetic material on the opposite side of the flat plate target, and the flat plate target in the thickness direction of the flat plate target A target lower magnet at the back surface side position of the flat plate target, which is a position facing the magnetic body, the opposing magnetic poles of the target upper magnets are of different polarity, and the targets facing each other across the target thickness direction By making the magnetic poles of the upper magnet and the target lower magnet the same polarity, a substantially parallel magnetic field is formed between the magnetic bodies on the target surface. And charge removal method for generating discharge by using the magnetic field is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記磁性体間の幅Wの中心から±0.35Wの幅と、前記磁性体の高さHに対する2Hで定義される磁界形成領域における平行磁束密度の分布を、幅方向位置がWの中心位置で高さ方向が0から2Hの範囲の任意の高さh位置の平行磁束密度Bcを基準としてBc±20%以内に形成し、その平行磁束を用いて放電を発生させる除電方法が提供される。   Also, according to a preferred embodiment of the present invention, the parallel magnetic flux density in the magnetic field forming region defined by 2H with respect to the width H of the magnetic body is ± 0.35 W from the center of the width W between the magnetic bodies. The distribution is formed within Bc ± 20% with reference to the parallel magnetic flux density Bc at an arbitrary height h in the range of 0 to 2H in the height direction and the center in the width direction, and the parallel magnetic flux is used. There is provided a static elimination method for generating discharge.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記平行磁束密度Bcが10mTから500mTの範囲である除電方法が提供される。   Moreover, according to the preferable form of this invention, the static elimination method whose said parallel magnetic flux density Bc is the range of 10 mT to 500 mT is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記放電電極をスパッタ源として有するスパッタリング装置が提供される。   Moreover, according to the preferable form of this invention, the sputtering device which has the said discharge electrode as a sputtering source is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記スパッタリング装置にガスを導入してターゲットをスパッタし薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法が提供される。   According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a thin film forming method characterized in that a thin film is formed by introducing a gas into the sputtering apparatus and sputtering a target.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記放電電極を原料ガス反応源として有することを特徴とするCVD装置が提供される。   Moreover, according to the preferable form of this invention, the CVD apparatus characterized by having the said discharge electrode as a source gas reaction source is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記原料ガスが炭化水素ガス、珪素化合物ガス、あるいはフッ素化合物ガスであるCVD装置が提供される。   Moreover, according to the preferable form of this invention, the CVD apparatus whose said source gas is hydrocarbon gas, silicon compound gas, or fluorine compound gas is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記CVD装置に原料ガスとして炭化水素ガス、珪素化合物ガスあるいはフッ素化合物ガスを導入してCVD薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法が提供される。   According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a thin film forming method characterized in that a CVD thin film is formed by introducing hydrocarbon gas, silicon compound gas or fluorine compound gas as a source gas into the CVD apparatus. .

本発明によれば、ターゲットが磁性体・非磁性体であるに関わらず、ターゲット上に均一な平行磁場分布を形成し、均一なエロージョンが得られるため、ターゲット利用効率が大幅に向上し、スパッタ薄膜形成速度向上あるいはCVD成膜速度向上の効果が得られる放電電極及び放電方法を提供できる。またターゲットや磁石の移動機構を必要としないため、簡易で安価な放電電極によりその効果を得ることができる。   According to the present invention, a uniform parallel magnetic field distribution is formed on the target regardless of whether the target is a magnetic body or a non-magnetic body, and uniform erosion can be obtained. It is possible to provide a discharge electrode and a discharge method capable of improving the thin film formation speed or the CVD film formation speed. Further, since no target or magnet moving mechanism is required, the effect can be obtained with a simple and inexpensive discharge electrode.

本発明にかかる第一の実施形態による放電電極の単一放電断面概略図。The single discharge cross-sectional schematic diagram of the discharge electrode by 1st embodiment concerning this invention. 本発明にかかる第二の実施形態による放電電極の単一放電断面概略図。The single discharge cross-sectional schematic of the discharge electrode by 2nd embodiment concerning this invention. 本発明にかかる第三の実施形態による放電電極の単一放電断面概略図。The single discharge cross-sectional schematic of the discharge electrode by 3rd embodiment concerning this invention. 第三の実施形態による放電電極を用いた成膜装置を示す概略図。Schematic which shows the film-forming apparatus using the discharge electrode by 3rd embodiment. 第一の実施形態による放電電極において、ターゲット上の平行磁束密度分布をグラフ化した図。The graph which plotted the parallel magnetic flux density distribution on the target in the discharge electrode by 1st embodiment. 第二の実施形態による放電電極において、ターゲット上の平行磁束密度分布をグラフ化した図。The figure which plotted the parallel magnetic flux density distribution on the target in the discharge electrode by 2nd embodiment. 第三の実施形態による放電電極において、ターゲット上の平行磁束密度分布をグラフ化した図。The figure which plotted the parallel magnetic flux density distribution on the target in the discharge electrode by 3rd embodiment. 比較例1の放電電極形態による単一放電断面概略図。The single discharge cross-sectional schematic by the discharge electrode form of the comparative example 1. FIG. 比較例1の放電電極において、ターゲット上の平行磁束密度分布をグラフ化した図。The graph which plotted the parallel magnetic flux density distribution on a target in the discharge electrode of the comparative example 1. FIG. 比較例2の放電電極において、ターゲット上の平行磁束密度分布をグラフ化した図。The graph which plotted the parallel magnetic flux density distribution on the target in the discharge electrode of the comparative example 2. FIG. 従来技術(特許文献1)の構成における放電断面概略図。The discharge cross-sectional schematic in the structure of a prior art (patent document 1). 従来技術(特許文献3)で非磁性体ターゲットにて構成した場合の放電断面概略図。The discharge cross-sectional schematic diagram at the time of comprising with a nonmagnetic target by a prior art (patent document 3). 従来技術(特許文献3)で磁性体ターゲットにて構成した場合の放電断面概略図。The discharge cross-sectional schematic at the time of comprising with a magnetic body target by a prior art (patent document 3). 従来技術(特許文献5)の構成における放電断面概略図。The discharge cross-sectional schematic in the structure of a prior art (patent document 5). 従来技術(特許文献5)の構成において磁性体をターゲット上へ設置した場合の放電断面概略図。The discharge cross-sectional schematic diagram at the time of installing a magnetic body on a target in the structure of a prior art (patent document 5). 本発明の実施形態に関わる放電電極の単一放電断面概略図。The single discharge cross-sectional schematic of the discharge electrode in connection with embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について図16を用いて説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. However, the components described in this embodiment are merely examples, and the technical scope of the present invention is determined by the scope of the claims, and is not limited by the following individual embodiments.

図16は放電電極205においてターゲット140の長手方向に垂直な断面を示している。本発明は平板ターゲット140を有する放電電極205において、前記平板ターゲット140の表面側の両側縁に沿うように設けられ、前記平板ターゲットを隔てて対向する磁性体143,151と、該磁性体143,151を隔てて前記平板ターゲット140の反対側に前記磁性体143,151と組み合わせて設けられ、前記平板ターゲット140を隔てて異極性の関係であるターゲット上部磁石141,152とを有することを特徴とする。また前記磁性体143,151の下面が前記平板ターゲット140の表面と略同一か上方にあることが好ましい。   FIG. 16 shows a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the target 140 in the discharge electrode 205. In the discharge electrode 205 having the flat plate target 140 according to the present invention, magnetic bodies 143 and 151 which are provided along both side edges on the surface side of the flat plate target 140 and face each other with the flat plate target interposed therebetween, and the magnetic bodies 143, And the target magnets 141 and 152 which are provided in combination with the magnetic bodies 143 and 151 on the opposite side of the flat plate target 140 with the flat plate target 140 being spaced apart from each other. To do. The lower surfaces of the magnetic bodies 143 and 151 are preferably substantially the same as or above the surface of the flat plate target 140.

ここで放電電極205を上から見た状態において平板ターゲット140は平板であれば直方体でもドーナツ形状、楕円形状でも良く、放電電極の形態に合わせた形状を選択できる。一般には中央部をくり抜いた長円形状が多い。また1個で放電電極205に必要な平板ターゲット形状を形成しても、多数個を合わせて平板ターゲット形状を形成しても良い。また厚みや表面粗度なども任意に選択できる。   Here, when the flat plate target 140 is a flat plate in a state where the discharge electrode 205 is viewed from above, it may be a rectangular parallelepiped, a donut shape, or an elliptical shape, and a shape matching the shape of the discharge electrode can be selected. In general, there are many oval shapes with the central part cut out. In addition, a single flat plate target shape necessary for the discharge electrode 205 may be formed, or a plurality of flat plate target shapes may be formed together. Moreover, thickness, surface roughness, etc. can also be selected arbitrarily.

またターゲット表面側とは放電面のことであり、放電電極205がスパッタ電極であれば陽イオン144で平板ターゲット140がスパッタされる側のターゲット面を指す。ターゲット表面側の両側縁とは放電電極205を断面で見た図16において、平板ターゲット140の放電面側の2箇所の角部を指し、本発明は該2箇所の角部へ近接するように磁性体143、151を配置したことを特徴とする。該磁性体の断面形状は角形でも丸形でも多角形でも良い。該磁性体143,151は平板ターゲット140を隔てて対向するように設け、ターゲット角部に沿ってその外側へ設置する必要があり、平板ターゲット上に乗り上げないことが好ましいが、多少の乗り上げは許容できる。また、磁性体下面が多少平板ターゲット表面より下側へ設置することも許容できる。ここで、磁性体下面とは、ターゲット角部に沿うように設置した磁性体143、151のターゲット厚み方向の面である。対向する該磁性体143、151のそれぞれ反ターゲット側にはターゲット上部磁石141、152が設けられ、放出する磁力線により該磁性体143、151と吸着させ組み合わせる。該ターゲット上部磁石141,152のそれぞれの磁極性は磁性体143、151、平板ターゲット140を隔てて対向する面で異極性とし、一方がN極であれば他方はS極に設定する。さらに本発明において磁性体下面が平板ターゲット表面と同一線上にあるか、より上方にあることが好ましい。上方とはターゲット厚み方向において平板ターゲットから離れる方向(高さ方向)を指す。本構成においてターゲット上部磁石141から放出された磁力線は磁性体143の反ターゲット面から吸収され、対向面から再び放出される。放出された磁力線146は平板ターゲット140を隔てて対向するもう一方の磁性体151へ吸収され該磁性体151を貫流して反ターゲット側のもう一方のターゲット上部磁石152へ吸収される。よって対向する磁性体間においてターゲット平面方向へ強い磁力線146が略平行に形成される。このようにターゲット表面へ強い平行磁束を形成することにより、平行磁束へトラップされる電子の量が飛躍的に増大するため、平板ターゲット上の広い範囲に安定な強い放電が得られマグネトロン放電の効率が向上する。また前記の効果で平板ターゲット上に衝突する陽イオン144の量が磁性体143,151間においておおよそ均一となるため、エロージョンが平板ターゲット表面に対しターゲット厚み方向へ略平行に進行し、局部的なエロージョンが解消され、ターゲット使用効率が飛躍的に向上する。また磁性体から磁石の磁力線を全て放出すべく、組み合わせたターゲット上部磁石141は磁性体143と同じ厚みか若干薄いことが好ましい。また磁性体下面がターゲット表面より下方にある場合、例えば平板ターゲット140の側面へ設置した場合は、磁性体から放出された磁力線の多くは平板ターゲット140内部を通過する為、ターゲット表面側の平行磁束が減少し、マグネトロン放電の効率向上が充分得られず効果は不十分となる。よって磁性体下面がターゲット表面と同一線上にあるかより上方にあることが好ましい。   The target surface side is a discharge surface, and if the discharge electrode 205 is a sputter electrode, it indicates the target surface on the side where the flat plate target 140 is sputtered by the positive ions 144. The both side edges on the target surface side refer to two corners on the discharge surface side of the flat plate target 140 in FIG. 16 in which the discharge electrode 205 is seen in cross section, and the present invention is close to the two corners in the present invention. The magnetic bodies 143 and 151 are arranged. The cross-sectional shape of the magnetic material may be square, round or polygonal. The magnetic bodies 143 and 151 are provided so as to face each other across the flat plate target 140 and should be installed on the outside along the corners of the target. It is preferable that the magnetic bodies 143 and 151 do not run on the flat plate target. it can. In addition, it is acceptable to place the lower surface of the magnetic body somewhat below the surface of the flat plate target. Here, the lower surface of the magnetic body is a surface in the target thickness direction of the magnetic bodies 143 and 151 installed along the target corner. Target upper magnets 141 and 152 are provided on the opposite sides of the opposing magnetic bodies 143 and 151, respectively, and are attracted and combined with the magnetic bodies 143 and 151 by the lines of magnetic force emitted. The magnetic polarities of the target upper magnets 141 and 152 are different from each other on the surfaces facing the magnetic bodies 143 and 151 and the flat plate target 140, and if one is N pole, the other is set to S pole. Furthermore, in the present invention, it is preferable that the lower surface of the magnetic material is on the same line as or higher than the surface of the flat plate target. Upward refers to the direction (height direction) away from the flat plate target in the target thickness direction. In this configuration, the lines of magnetic force emitted from the target upper magnet 141 are absorbed from the anti-target surface of the magnetic body 143 and are emitted again from the opposing surface. The released magnetic force lines 146 are absorbed by the other magnetic body 151 facing the flat plate target 140, flow through the magnetic body 151, and absorbed by the other target upper magnet 152 on the counter-target side. Therefore, strong magnetic force lines 146 are formed substantially parallel to the target plane direction between the opposing magnetic bodies. By forming a strong parallel magnetic flux on the target surface in this way, the amount of electrons trapped in the parallel magnetic flux increases dramatically, so that a stable strong discharge can be obtained over a wide range on the flat plate target, and the efficiency of the magnetron discharge Will improve. Further, since the amount of the cation 144 colliding with the flat plate target is substantially uniform between the magnetic bodies 143 and 151 due to the above-described effect, the erosion progresses substantially parallel to the target thickness direction with respect to the flat plate target surface, and is localized. Erosion is eliminated, and target usage efficiency is dramatically improved. Further, it is preferable that the combined target upper magnet 141 has the same thickness as the magnetic body 143 or is slightly thinner in order to release all the magnetic field lines of the magnet from the magnetic body. Further, when the lower surface of the magnetic material is below the target surface, for example, when it is installed on the side surface of the flat plate target 140, most of the magnetic force lines emitted from the magnetic material pass through the inside of the flat plate target 140. As a result, the efficiency of the magnetron discharge cannot be improved sufficiently and the effect becomes insufficient. Therefore, it is preferable that the lower surface of the magnetic body is on the same line as or higher than the target surface.

更に本発明は図16において、前記磁性体143、151間の対向面が前記平板ターゲット140表面の法線方向に対して外側に角度θで傾斜し、θは0°<θ≦45°の範囲であることを特徴とする。   Further, in the present invention, in FIG. 16, the facing surface between the magnetic bodies 143 and 151 is inclined outward by an angle θ with respect to the normal direction of the surface of the flat plate target 140, and θ is in the range of 0 ° <θ ≦ 45 °. It is characterized by being.

ここで述べる角度θとは放電電極205を断面方向から見て、平板ターゲット140を隔てた磁性体143,151の対向面と、平板ターゲット140表面の法線方向(垂直方向)との交点における角度を示しており、90°から磁性体対向面の先端角度引いた角度を指している。この角度θは0°以上45°未満であればよいが、特に20〜30°が好適である。これは磁性体143の傾斜面から磁力線146が放出することにより、ターゲット上の平行磁束分布について平板ターゲットの法線方向(垂直方向、上方)に向かった減衰勾配が良好となるためである。具体的には磁性体143、151間の平行磁束密度の均一性は傾斜のない磁性体と同じく良好な状態で、更に平板ターゲット140の表面付近の平行磁束密度を最大として、法線方向に向かうほど緩やかに平行磁束密度が下がっていく勾配が得られる。このとき角度θが0°以上45°未満であれば、ターゲットから法線方向に遠ざかっても平行磁束密度の減衰量が急激に下がりすぎることなく、マグネトロン放電に充分な平行磁束密度の領域を広く維持できる。つまりマグネトロン放電を行う領域であるターゲット上エリアの法線方向の平行磁束密度の減衰勾配を整えた効果により、傾斜のない磁性体を用いたものよりさらに放電状態が安定し良好となる。この平行磁束密度を法線方向に整えた効果により、安定して高電力が投入出来るようになるため、さらにスパッタレートが向上し、ターゲット利用効率も向上する。また傾斜効果によりターゲットから飛翔したスパッタ粒子145が磁性体対向面に衝突して付着、堆積する量が大幅に低減するため、スパッタレートも向上する。また磁性体対向面へスパッタ粒子の堆積が増えると、アーク放電が発生しやすくなるが、本問題も回避できる。   The angle θ described here is an angle at the intersection of the opposing surfaces of the magnetic bodies 143 and 151 that separate the flat plate target 140 and the normal direction (vertical direction) of the flat plate target 140 when the discharge electrode 205 is viewed from the cross-sectional direction. The angle obtained by subtracting the tip angle of the magnetic material facing surface from 90 ° is indicated. The angle θ may be 0 ° or more and less than 45 °, but 20 to 30 ° is particularly preferable. This is because the magnetic force lines 146 are emitted from the inclined surface of the magnetic body 143, so that the attenuation gradient toward the normal direction (vertical direction, upward) of the flat plate target is improved in the parallel magnetic flux distribution on the target. Specifically, the uniformity of the parallel magnetic flux density between the magnetic bodies 143 and 151 is as good as that of the magnetic body without inclination, and further, the parallel magnetic flux density near the surface of the flat plate target 140 is maximized toward the normal direction. A gradient in which the parallel magnetic flux density gradually decreases is obtained. At this time, if the angle θ is 0 ° or more and less than 45 °, a parallel magnetic flux density region sufficient for magnetron discharge can be widened without decreasing the amount of attenuation of the parallel magnetic flux density rapidly even when moving away from the target in the normal direction. Can be maintained. In other words, due to the effect of adjusting the decay gradient of the parallel magnetic flux density in the normal direction of the area on the target, which is the area where the magnetron discharge is performed, the discharge state is more stable and better than that using a magnetic body without an inclination. Due to the effect of adjusting the parallel magnetic flux density in the normal direction, high power can be stably supplied, so that the sputtering rate is further improved and the target utilization efficiency is also improved. Further, the amount of the sputtered particles 145 flying from the target due to the tilting effect colliding with the surface facing the magnetic material is significantly reduced, so that the sputter rate is also improved. In addition, when sputtered particles accumulate on the surface facing the magnetic material, arc discharge tends to occur, but this problem can also be avoided.

またさらに本発明では前記磁性体143,151と、ターゲット厚み方向においてターゲット厚みを隔てて対向するターゲット裏面側位置にターゲット下部磁石142、153を配置し、前記ターゲット下部磁石142、153の磁力線放出の向きはターゲット厚み方向であって、ターゲット厚みを隔てて対向する前記磁性体143とターゲット下部磁石142、または磁性体151とターゲット下部磁石153の磁極性が同極性であることを特徴とする。   Furthermore, in the present invention, target lower magnets 142 and 153 are arranged at the target back side positions facing the magnetic bodies 143 and 151 with a target thickness in the target thickness direction, and the magnetic force lines of the target lower magnets 142 and 153 are released. The direction is the target thickness direction, and the magnetic poles of the magnetic body 143 and the target lower magnet 142 or the magnetic body 151 and the target lower magnet 153 facing each other across the target thickness are the same polarity.

本構成は平板ターゲット140がFe、Co、またはNiを主成分とする磁性体材料である場合、より好適な効果を示すものであるが、非磁性体ターゲットにも適用できる。前記ターゲット裏面側とは放電面である表面側に対する裏面を指しており、ターゲット幅の内側に範囲を限定するものではなく、ターゲットの裏面と同一線上か裏面より反ターゲット側(下方)の範囲全体を指している。該ターゲット裏面側位置に配置したターゲット下部磁石142、153はターゲット厚み方向を隔てて対向する磁性体143、151とそれぞれ同極性とし、その磁力線放出面は対向する磁性体143方向(ターゲット厚み方向)へ向けるものとする。ターゲット下部磁石142の磁力線放出面は磁性体143の磁力線放出面に対して、ターゲットを隔てた直下の位置が望ましいが、磁性体143に対向していれば問題はない。本構成によりターゲット下部磁石同士は異極性となり磁石間の空間及びターゲット内部へ磁力線147が流れ、磁界が形成される。特に図16は磁性体ターゲットの場合を示しており、ターゲット内部へ多くの磁力線147が吸収される。そして本磁力線147はターゲット表面側の磁力線146と同極性(同方向性)であるため磁界間に反発力が発生し、ターゲット表面側の磁力線を押し上げる効果が生まれる。通常、磁性体ターゲットの場合、ターゲット表面側の両側縁に沿うように磁性体143を設けても、磁性体143から放出された磁力線146は若干平板ターゲット140へ吸収され、ターゲット表面の平行磁束密度全体が下がる傾向にある。しかし本構成を用いると、前記反発効果により磁性体ターゲットにおいてもターゲット表面へ強い平行磁束が形成でき、安定にマグネトロン放電が形成できる。また従来、磁性体ターゲットではターゲット使用効率が悪くなることが知られているが、本構成を用いれば飛躍的にターゲット使用効率を高めることが可能となる。平板ターゲット140内部を貫流した磁力線147は、もう一方の端面付近にてターゲット下部磁石153に吸収される。   This configuration shows a more favorable effect when the flat plate target 140 is a magnetic material mainly composed of Fe, Co, or Ni, but can also be applied to a non-magnetic target. The target back surface side refers to the back surface with respect to the front surface side which is the discharge surface, and does not limit the range to the inside of the target width. The entire range on the same line as the target back surface or on the opposite side from the back surface (downward) Pointing. The target lower magnets 142 and 153 arranged at the target back side position have the same polarity as the magnetic bodies 143 and 151 facing each other across the target thickness direction, and the magnetic force line emission surfaces thereof are facing the facing magnetic body 143 (target thickness direction). To turn to. The magnetic field line emission surface of the target lower magnet 142 is preferably a position directly below the magnetic field line emission surface of the magnetic body 143, but there is no problem as long as it faces the magnetic body 143. With this configuration, the lower magnets of the target have different polarities, and the magnetic lines of force 147 flow into the space between the magnets and the target to form a magnetic field. In particular, FIG. 16 shows the case of a magnetic target, and many magnetic field lines 147 are absorbed into the target. Since the magnetic field lines 147 have the same polarity (same direction) as the magnetic field lines 146 on the target surface side, a repulsive force is generated between the magnetic fields, and an effect of pushing up the magnetic field lines on the target surface side is produced. Normally, in the case of a magnetic target, even if the magnetic body 143 is provided along both side edges on the target surface side, the magnetic field lines 146 emitted from the magnetic body 143 are slightly absorbed by the flat plate target 140, and the parallel magnetic flux density on the target surface. The whole tends to go down. However, when this configuration is used, a strong parallel magnetic flux can be formed on the target surface even in the magnetic target due to the repulsion effect, and a magnetron discharge can be stably formed. Conventionally, it has been known that the use efficiency of a target is deteriorated in a magnetic target, but if this configuration is used, it becomes possible to dramatically increase the use efficiency of the target. The magnetic field lines 147 that have flowed through the flat plate target 140 are absorbed by the target lower magnet 153 in the vicinity of the other end face.

また本発明は前記のターゲット下部磁石142、153を有する構成において、ターゲット表面側磁界とターゲット裏面側磁界がそれぞれループを形成していることを特徴としている。ここで述べる磁界のループとは、一方の磁石から放出した磁力線が他方の磁石へ吸収され、他方の磁石の逆極性側からヨーク部材等を介して、最初の磁石の逆極性側へ磁気的に接続されるような、磁力線の流れが開放形ではなくループ状に収束していることを指している。   Further, the present invention is characterized in that in the configuration having the target lower magnets 142 and 153, the target surface side magnetic field and the target back surface side magnetic field each form a loop. The magnetic field loop described here means that the lines of magnetic force emitted from one magnet are absorbed by the other magnet, and magnetically move from the opposite polarity side of the other magnet to the opposite polarity side of the first magnet via the yoke member. This means that the flow of magnetic field lines that are connected converges in a loop shape, not an open shape.

具体的には、ターゲット上部磁石141から放出された磁力線は磁性体143内を貫流し、平板ターゲット140の表面側に磁力線146として形成された後、磁性体151を貫流してターゲット上部磁石152へ吸収される。しかしそこで磁力線の流れに終端を形成せず、ターゲット上部磁石152からヨーク148内部を貫流して、再度ターゲット上部磁石141へ戻る、いわゆる磁界のループ構成を形成することを特徴としている。前記はターゲットを囲む形状の磁界の流れを示すが、平板ターゲット140下面に設置される磁界も同様である。すなわち、ターゲット下部磁石142から放出された磁力線は平板ターゲット140内部へ磁力線147の状態で貫流し、ターゲット下部磁石153へ吸収されるが、さらにターゲット下部磁石153からヨーク149を貫流し、再びターゲット下部磁石142へ戻る磁界のループを形成することを特徴としている。つまりターゲット表面磁界の大きな磁界ループの内部に、ターゲット裏面磁界の小さな磁界ループを有する2重の磁界ループを形成することを特徴としている。前記の通り二重の磁界のループを形成することにより、不要な位置へ終端部の漏洩磁界を形成してしまうことなく、より強い磁界を効率よくターゲット表面へ形成することが可能となる。   Specifically, the magnetic lines of force emitted from the target upper magnet 141 flow through the magnetic body 143 and are formed as magnetic lines of force 146 on the surface side of the flat plate target 140, and then flow through the magnetic body 151 to the target upper magnet 152. Absorbed. However, it is characterized in that a so-called magnetic field loop configuration is formed in which the flow of magnetic lines of force is not formed, but flows through the inside of the yoke 148 from the target upper magnet 152 and returns to the target upper magnet 141 again. Although the above shows the flow of a magnetic field surrounding the target, the same applies to the magnetic field installed on the lower surface of the flat plate target 140. That is, the magnetic lines of force released from the target lower magnet 142 flow into the flat plate target 140 in the state of the magnetic lines of force 147 and are absorbed by the target lower magnet 153, but further flow through the yoke 149 from the target lower magnet 153, and again below the target lower part. It is characterized in that a magnetic field loop returning to the magnet 142 is formed. That is, a double magnetic field loop having a magnetic field loop with a small target back surface magnetic field is formed inside a magnetic field loop with a large target surface magnetic field. By forming a double magnetic field loop as described above, it is possible to efficiently form a stronger magnetic field on the target surface without forming a leakage magnetic field at the end portion at an unnecessary position.

また本発明は磁性体、ターゲット上部磁石およびターゲット下部磁石が温度制御手段を有することを特徴としている。
平板ターゲット140表面付近の放電領域へ接する部材は陽イオン144の衝突衝撃で全て加熱されるが、磁性体143、151が加熱され高温となると熱伝導によりターゲット上部磁石141、152も高温となるため、キュリー点を超えて磁石が減磁損傷してしまう。これを回避するため磁性体や磁石を温度制御することを特徴とする。温度制御方法は冷却水を通水し温度制御することが簡易であり好ましいが、冷媒は水でなくともオイルや気体冷媒のようなものでも良く、ペルチェ素子のような接触冷却方式でも良い。図16では磁性体143に冷却水150を通水し、磁性体143およびターゲット上部磁石141の温度制御を行うことを示している。またターゲット下部磁石142,153は図示しない冷却水槽の中に設置されていることが望ましい。
[第一の実施形態]
次に第一の実施形態について詳細を述べる。
Further, the present invention is characterized in that the magnetic body, the target upper magnet and the target lower magnet have temperature control means.
The members in contact with the discharge region near the surface of the flat target 140 are all heated by the impact of the cations 144. However, when the magnetic bodies 143 and 151 are heated to a high temperature, the target upper magnets 141 and 152 are also heated due to heat conduction. The magnet will be demagnetized and damaged beyond the Curie point. In order to avoid this, the temperature of the magnetic body or magnet is controlled. As the temperature control method, it is simple and preferable to control the temperature by passing cooling water, but the refrigerant may be oil or a gas refrigerant instead of water, or a contact cooling method such as a Peltier element. FIG. 16 shows that the cooling water 150 is passed through the magnetic body 143 to control the temperature of the magnetic body 143 and the target upper magnet 141. The target lower magnets 142 and 153 are preferably installed in a cooling water tank (not shown).
[First embodiment]
Next, details of the first embodiment will be described.

第1図は第一の実施形態による放電電極の単一放電断面概略図を示す。放電電極200のカソード1において10は生成すべき膜によって材料が選択されるターゲットであり、このターゲット10の表面側の両側縁に沿うようにターゲット10を隔てて磁性体11a、11bが設けられる。磁性体11a、11bの下面はターゲット10の表面と略同一か上方位置に設置される。そして磁性体11a、11bのターゲット10との反対面にはそれぞれターゲット上部磁石12a、12bが組み合わされており、ターゲット上部磁石12a、12bは磁性体11a、11b及びターゲット10を挟んで逆極性で対向している。ターゲット10はターゲット押さえ20とねじ21によってバッキングプレート22へ押さえつけられ、バッキングプレート22とターゲット押さえ20は共に水冷ケース23へねじ21によって固定されている。水冷ケース23の内部は温度制御された冷却水24が循環しており、バッキングプレート22を介してターゲット10を冷却する。バッキングプレート22と水冷ケース23の接触面にはOリング25が設置され、冷却水24をシールする。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a single discharge cross section of a discharge electrode according to the first embodiment. In the cathode 1 of the discharge electrode 200, 10 is a target whose material is selected depending on the film to be generated, and magnetic bodies 11 a and 11 b are provided across the target 10 along both side edges on the surface side of the target 10. The lower surfaces of the magnetic bodies 11a and 11b are installed at substantially the same position as the surface of the target 10 or at an upper position. Further, target upper magnets 12a and 12b are combined with the opposite surfaces of the magnetic bodies 11a and 11b to the target 10, respectively, and the target upper magnets 12a and 12b are opposed to each other with opposite polarity across the magnetic bodies 11a and 11b and the target 10. doing. The target 10 is pressed against the backing plate 22 by the target presser 20 and the screw 21, and both the backing plate 22 and the target presser 20 are fixed to the water cooling case 23 by the screw 21. Cooling water 24 whose temperature is controlled circulates inside the water cooling case 23, and the target 10 is cooled via the backing plate 22. An O-ring 25 is installed on the contact surface between the backing plate 22 and the water cooling case 23 to seal the cooling water 24.

一方、ターゲット上部磁石12a、12bの反ターゲット面には磁性体材料からなるヨーク部品13、補助磁石14、ヨーク部品15、ヨーク板16を接触接続し、ターゲット上部磁石12a、12bを磁気的に接合させる。よって前記の部品を介してターゲット上部磁石12a,12bはターゲット10や水冷ケース23の外周で磁界ループを形成する。本発明における磁界ループとは環状に収束する磁界の流れを指している。すなわち第1図においてターゲット上部磁石12aのN極から磁性体11aを介して磁力線28が放出され、ターゲット上を略平行に横切り、ターゲット表面のもう一方の側縁に設置された磁性体11bへ吸収され、磁性体11bと組み合わせたもう一方のターゲット上部磁石12bのS極へと吸収される。ターゲット上部磁石12bのN極磁力線はヨーク部品13、補助磁石14、ヨーク部品15、ヨーク板16の部材を貫流し、再びターゲット上部磁石12aのS極へ吸収され、磁束ループを終端させる。つまり本発明は、磁性体11a,11bをターゲット10表面の両側縁に設置し、またターゲット10を環状に囲むような磁界の流れを形成することにより、ターゲット10上に強く均一な平行磁束領域を形成できることが特徴である。特に磁性体11a,11b間の対向距離Wの中心Cに対し±0.35Wの幅と、磁性体11a,11bの高さHに対する2Hで定義される磁界形成領域における平行磁束密度の分布を、幅方向位置がWの中心位置で高さ方向が0から2Hの範囲の任意の高さh位置の平行磁束密度Bcを基準としてBc±20%以内に均一化できることが特徴である。このとき平行磁束密度Bcは10mTから500mTの範囲に設定する。このターゲット10上の強い平行磁束領域に電子が捕獲されて、マグネトロン放電が発生し、マグネトロンスパッタの放電状態が安定し、高電力の投入ができるため、スパッタレートが向上する。またターゲット10上に均一な平行磁束領域が形成できるため、ターゲット10の利用効率が飛躍的に向上する。一方、磁性体11a、11bの下面がターゲット表面より下にある場合(ターゲット側面にある場合)、磁性体11aから放出されるN極磁力線はその一部、あるいは大半がターゲット10の内部を通過し、磁性体11bへ吸収され、ターゲット10の表面に形成すべき平行磁束が減少してしまうこととなる。この状態はターゲット10の材料が磁性体材料であった場合、特に顕著となる。その結果、マグネトロンスパッタの放電状態が著しく不安定な状態となるか、低電力しか投入できず、低いスパッタレートしか得られない状態となり、ターゲット利用効率も減少する。すなわち、磁性体11a,11bがターゲット10の表面側両側縁に位置することにより、前記の効果が得られることとなる。また前記の磁束ループが形成されていない場合もターゲット10表面に形成すべき平行磁束が減少してしまい、不安定な放電や低スパッタレート、低ターゲット利用効率となる。また磁性体11a、11bの内部には冷却水19が循環しており、磁性体11a,11bが陽イオンの衝撃を受けても高温にならないよう温度制御を行う。つまりマグネトロンスパッタリングの効率を高めるためにターゲット10表面の両縁部から強力な磁力線を放出できる構成としながら、その磁力線放出部品がターゲット上部磁石12a.12bではなく温度制御された磁性体11a,11bとすることにより、高温化による磁石能力の損壊を防止し、安定な磁力線放出によるマグネトロン放電が可能となる。   On the other hand, a yoke part 13 made of a magnetic material, an auxiliary magnet 14, a yoke part 15, and a yoke plate 16 are contact-connected to the opposite target surfaces of the target upper magnets 12a and 12b, and the target upper magnets 12a and 12b are magnetically joined. Let Therefore, the target upper magnets 12 a and 12 b form a magnetic field loop on the outer periphery of the target 10 and the water cooling case 23 through the above-described components. The magnetic field loop in the present invention refers to the flow of a magnetic field that converges in an annular shape. That is, in FIG. 1, the magnetic field lines 28 are emitted from the north pole of the target upper magnet 12a through the magnetic body 11a, cross over the target substantially in parallel, and absorbed by the magnetic body 11b installed on the other side edge of the target surface. And is absorbed by the south pole of the other target upper magnet 12b combined with the magnetic body 11b. The N-pole magnetic field lines of the target upper magnet 12b flow through the members of the yoke part 13, the auxiliary magnet 14, the yoke part 15, and the yoke plate 16, and are absorbed again into the south pole of the target upper magnet 12a to terminate the magnetic flux loop. That is, in the present invention, the magnetic bodies 11 a and 11 b are installed on both side edges of the surface of the target 10, and a magnetic field flow is formed so as to surround the target 10 in an annular shape, thereby forming a strong and uniform parallel magnetic flux region on the target 10. It can be formed. In particular, the distribution of the parallel magnetic flux density in the magnetic field forming region defined by 2H with respect to the center C of the opposing distance W between the magnetic bodies 11a and 11b and 2H with respect to the height H of the magnetic bodies 11a and 11b, It is characterized in that it can be made uniform within Bc ± 20% with reference to the parallel magnetic flux density Bc at an arbitrary height h position in the range of 0 to 2H in the height direction and the center position in the width direction. At this time, the parallel magnetic flux density Bc is set in the range of 10 mT to 500 mT. Electrons are trapped in the strong parallel magnetic flux region on the target 10 to generate magnetron discharge, the discharge state of magnetron sputtering is stabilized, and high power can be input, so that the sputtering rate is improved. Moreover, since a uniform parallel magnetic flux area | region can be formed on the target 10, the utilization efficiency of the target 10 improves dramatically. On the other hand, when the lower surfaces of the magnetic bodies 11 a and 11 b are below the target surface (when they are on the target side surface), part or most of the N-pole magnetic field lines emitted from the magnetic body 11 a pass through the inside of the target 10. Thus, the parallel magnetic flux to be formed on the surface of the target 10 is reduced by being absorbed by the magnetic body 11b. This state becomes particularly prominent when the material of the target 10 is a magnetic material. As a result, the discharge state of magnetron sputtering becomes extremely unstable, or only low power can be input, and only a low sputtering rate can be obtained, and target utilization efficiency is also reduced. That is, when the magnetic bodies 11 a and 11 b are located on both side edges on the surface side of the target 10, the above effect can be obtained. Even when the magnetic flux loop is not formed, the parallel magnetic flux to be formed on the surface of the target 10 is reduced, resulting in unstable discharge, low sputter rate, and low target utilization efficiency. Cooling water 19 circulates inside the magnetic bodies 11a and 11b, and temperature control is performed so that the magnetic bodies 11a and 11b do not reach a high temperature even when they are struck by cations. In other words, in order to increase the efficiency of magnetron sputtering, it is possible to emit strong magnetic lines of force from both edges of the surface of the target 10, and the magnetic field line emitting component is used as the target upper magnet 12 a. By using the temperature-controlled magnetic bodies 11a and 11b instead of 12b, the magnet ability is prevented from being damaged due to a high temperature, and magnetron discharge by stable magnetic field line emission becomes possible.

次に構成部材の詳細について述べる。ターゲット10は銅などの非磁性体材料が好ましいが、磁性体材料でも適用できる。ターゲットの厚みは1mm程度から30mm程度まで任意に選択でき、ターゲット幅W2も10mm程度から100mm程度まで任意に選択できる。磁性体11a、11bの材質は磁性体であれば問題ないが、耐蝕性を有するSUS430やニッケルなどが好適である。またターゲット10が磁性体材料の場合、同じ材料を用いることが好ましい。第1図において磁性体11a、11bの形状は角形としているが多角形や丸形でも良い。磁性体11a,11b間の対向距離Wはターゲット幅W2と同幅か、あるいはやや狭く設定することがターゲット利用効率の点から望ましい。ターゲット上部磁石12a,12bは磁力強度の高いものが好適であり、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などが良い。ただし、フェライト磁石のような磁力が低いものもスパッタレートは下がるが使用することはできる。ヨーク部品13、15は磁性体材料で耐蝕性の良いSUS430やニッケルが好適であり、補助磁石14もターゲット上磁石12a,12bと同様に磁力強度の高い磁石が好適である。磁石の強度が強すぎる場合やヨーク設計との兼ね合いの問題で、ターゲット上部磁石12a,12bおよび補助磁石14のところに不要な意図しない磁束ループが形成されることがあり、それによって不要な意図しないマグネトロンプラズマ放電を誘発する場合がある。その場合は、意図しない材料がスパッタリングされることによってコンタミネーションの原因となったり、不要なプラズマ放電に電力が消費されるため成膜効率が低下したり、冷却を考慮していない部材が不要なプラズマにより加熱され磁石や樹脂等の構成部材が熱損傷を受けたり、異常放電の起点となったり、さまざまなトラブルの要因となることがある。このような不要な意図しないマグネトロンプラズマ放電を発生させないためには、不要な意図しない磁束ループが形成されている部分を覆い隠すように磁性体を用いて製作された磁気シールドを設けるか、不要な意図しない放電が生じる部分の電極表面に絶縁体カバーを設けるのが好ましい。特に磁石の周りは、磁石自身が磁束ループを形成しやすいため、ターゲット上部磁石12a,12bおよび補助磁石14の近傍を磁気シールドするのがより好ましい。磁石の周りとは、たとえば、図1で示すと、カバー17、カバー18のことを示す。このことはほかの実施形態においても同じことが言える。なお、補助磁石14はターゲット上部磁石12a,12bの反ターゲット側磁力線を偏向・吸引する為にあるので、フェライト磁石などの磁力の弱いものでも良く、磁石でなくとも磁性体でも適用可能である。ヨーク板16も磁性体材料であればよいがSUS430やニッケルが好適である。ターゲット押さえ20及びバッキングプレート22は非磁性体材料が望ましく、熱伝導率がよい銅などの材料が望ましい。ねじ21はSUS304などの非磁性体材料で耐蝕性の良いものが好ましい。水冷ケース23は非磁性体材料で耐蝕性の高いものが好ましく、SUS304が好適である。本構成ではターゲット押さえ20とねじ21によってターゲット10をバッキングプレート22へ接触させ冷却しているが、ターゲット押さえ20を用いず、ターゲット10を直接バッキングプレート22へボンディングによって接合することや、バッキングプレート22を用いず、水冷ケース23と同じ幅のターゲットを直接水冷ケース23へねじ止めしても良い。また、ターゲット10とバッキングプレート22の界面にカーボンシートなどの熱伝導補助素材を挟み込んでもよい。ターゲット上部磁石12a,12bの上面にはカバー17を設置し、補助磁石14の反ターゲット方向の面にもカバー18を設置する。カバー17,18は非磁性体材料でも良いが、磁性体材料を用いると、磁界シールド効果もあり、より放電が安定する。カソード1の周囲にはカソードを囲むような形でアノード27が形成されている。アノード27とカソード10との間隙は絶縁部材からなるスペーサ26を介して一定に保たれるものとする。カソード1はアノード27に対し、スペーサ26によってお互い電気的に絶縁されている。アノード27は非磁性体材料で耐蝕性を有するSUS304が好適であり、その開口部は磁性体11間の距離Wと同一かより広いことが好ましい。また図示しないが、温度制御された冷却水管などを接合し、アノード27も温度制御することが更に望ましい。
[第二の実施形態]
第2図は本発明にかかる第二の実施形態による放電電極の単一放電断面概念図を示す。放電電極201の部品構成は第1図に示す第1の実施形態と同様であるが、ターゲット10表面の両縁部に沿うように設けられ対向する磁性体が傾斜磁性体30a,30bであり、その対向面がθの角度で対称形に傾斜する。ここで述べる角度θとは放電電極201を断面方向から見て、平板ターゲット10を隔てた磁性体30a,30bの対向面と、平板ターゲット10表面の法線方向(垂直方向)との交点における角度を示しており、90°から磁性体対向面の先端角度引いた角度を指している。この角度θは0°以上45°未満であればよいが、特に20〜30°が好適である。これは磁性体30aの傾斜面から磁力線31が放出することにより、ターゲット上の平行磁束分布について平板ターゲットの法線方向(垂直方向、上方)に向かった減衰勾配が良好となるためである。
具体的には磁性体30a,30b間距離Wの平行磁束密度の均一性は第一の実施形態と同じく良好な状態で、更にターゲット10の表面付近の平行磁束密度を最大として、垂直方向に向かうほど緩やかに平行磁束密度が下がっていく勾配が得られる。すなわち垂直方向の平行磁束密度の減衰勾配を整えた本効果により、垂直方向の部分的な磁束密度の強弱で放電が乱されることなく第一の実施形態よりさらに放電状態が安定し良好となる。この平行磁束密度を垂直方向に整えた効果により、第一の実施形態と比較し、さらにターゲット利用効率が向上する。また傾斜磁性体30a,30bの傾斜効果によりターゲット10から飛翔したスパッタ粒子が磁性体対向面に衝突して付着、堆積する量が大幅に低減するため、第一の実施形態よりもスパッタレートが向上する。また磁性体対向面へのスパッタ粒子堆積が増えると、アーク放電が発生しやすくなるが、本問題も回避できる。ただし、傾斜磁性体30a,30bの角度θが45°以上の場合、ターゲット表面から垂直方向へ向かうほど磁力線放出面の距離(傾斜面同士の距離)がお互い遠ざかることとなる。これにより垂直方向の平行磁束密度の減衰量が大きくなり、ターゲット上方の平行磁束密度が低くなりすぎるため、マグネトロン放電を形成できるエリアが狭まることとなる。これにより低電力投入しかできず、スパッタレートが低下し、ターゲット利用効率も減少することとなってしまう。
[第三の実施形態]
第3図は本発明にかかる第三の実施形態による放電電極の概念図を示す。本構成ではターゲット10に非磁性体材料を用いても良いが、Fe、Ni、Co等の磁性体材料においてより好適な結果を示すものである。放電電極202におけるカソード1においてターゲット10の上部から磁力線を形成する構成は第二の実施形態と同様であるが、傾斜磁性体30a,30bとターゲット厚み方向を隔て対向する位置である水冷ケース23の内部にターゲット下部磁石40a,40bを有する。図3に示すようにターゲット下部磁石40a,40bの磁力線放出面は、ターゲットを隔てて対向する傾斜磁性体30a,30bの方向へ向けることが好ましく、その磁気極性は対向する傾斜磁性体30a,30bと同一極性とする。また水冷ケース23内のターゲット下部磁石40a,40bの磁力線放出面同士はお互い異極性で対向し、磁力線放出面と逆側にてヨーク板41と組み合わされ、磁束ループを形成する。水冷ケース23内は温度制御された冷却水24が通水され、バッキングプレート22、水冷ケース23及びターゲット下部磁石40a,40bを冷却する。第一、第二の実施形態において、ターゲット10が磁性体材料である場合、磁性体11aや傾斜磁性体30aから放出された磁力線28,31は、ターゲット10内に若干吸収され、ターゲット表面の平行磁束密度の全体レベルが下がってしまう場合があるが、本構成によればターゲット下部磁石40aから放出された磁力線42の多くがターゲット内を通過し、さらに同極性である傾斜磁性体30aから放出された磁力線43を反発力により持ち上げる効果があるため、磁力線43のターゲット10へ吸収される量が大幅に低減し、ターゲット表面へより強い磁力線が略平行に形成される。さらに第一、第二の実施形態の場合、磁性体ターゲットにおいてはターゲット表面の平行磁束密度は磁性体間距離Wの中央部分にて僅かに下がる傾向があるが、本構成ではターゲット10を通過してターゲット表面へ漏れ出たターゲット下部磁石40からの磁力線42がターゲット中央部の平行磁束を補完するため、ターゲット上の平行磁束密度分布を更に均一化できるようになる。ターゲット下部磁石40a,40bはターゲット10が磁性体である場合、ターゲット厚みが厚いほど強力な磁力のものが好ましく、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などが好適である。ただし、磁性体ターゲットが1〜2mmと薄い場合や、非磁性体材料を用いている場合はフェライト磁石などの低磁力のものでも問題はない。
Next, details of the constituent members will be described. The target 10 is preferably a non-magnetic material such as copper, but a magnetic material can also be applied. The thickness of the target can be arbitrarily selected from about 1 mm to about 30 mm, and the target width W2 can be arbitrarily selected from about 10 mm to about 100 mm. There is no problem as long as the material of the magnetic bodies 11a and 11b is a magnetic body, but SUS430, nickel or the like having corrosion resistance is preferable. When the target 10 is a magnetic material, it is preferable to use the same material. In FIG. 1, the shapes of the magnetic bodies 11a and 11b are rectangular, but they may be polygonal or round. It is desirable from the viewpoint of target utilization efficiency that the facing distance W between the magnetic bodies 11a and 11b is set to be the same width as the target width W2 or slightly narrower. The target upper magnets 12a and 12b are preferably those having high magnetic strength, such as neodymium magnets, samarium cobalt magnets, and alnico magnets. However, a magnet with a low magnetic force such as a ferrite magnet can be used even though the sputtering rate is lowered. The yoke parts 13 and 15 are preferably made of SUS430 or nickel, which is a magnetic material and has good corrosion resistance, and the auxiliary magnet 14 is also preferably a magnet having high magnetic strength, similar to the on-target magnets 12a and 12b. Unnecessary unintentional magnetic flux loops may be formed at the target upper magnets 12a and 12b and the auxiliary magnets 14 due to excessive magnet strength or problems with the yoke design, thereby causing unnecessary unintentional intentions. May induce a magnetron plasma discharge. In that case, it causes contamination due to sputtering of an unintended material, and power is consumed for unnecessary plasma discharge, so that the film formation efficiency is lowered, or a member that does not consider cooling is unnecessary. A component such as a magnet or a resin heated by plasma may be damaged by heat, or may become a starting point of abnormal discharge, and may cause various troubles. In order not to generate such an unnecessary unintended magnetron plasma discharge, a magnetic shield made of a magnetic material is provided so as to obscure a portion where an unnecessary unintended magnetic flux loop is formed, or unnecessary. It is preferable to provide an insulator cover on the surface of the electrode where unintended discharge occurs. Particularly around the magnet, it is more preferable to magnetically shield the vicinity of the target upper magnets 12a and 12b and the auxiliary magnet 14 because the magnet itself can easily form a magnetic flux loop. For example, the area around the magnet means the cover 17 and the cover 18 as shown in FIG. The same applies to other embodiments. The auxiliary magnet 14 is for deflecting and attracting the anti-target side magnetic field lines of the target upper magnets 12a and 12b. Therefore, the auxiliary magnet 14 may be a magnet with weak magnetic force such as a ferrite magnet, and may be a magnetic material instead of a magnet. The yoke plate 16 may be made of a magnetic material, but SUS430 or nickel is preferable. The target presser 20 and the backing plate 22 are preferably made of a non-magnetic material, and are preferably made of copper or the like having good thermal conductivity. The screw 21 is preferably a non-magnetic material such as SUS304 with good corrosion resistance. The water-cooled case 23 is preferably a non-magnetic material with high corrosion resistance, and SUS304 is preferred. In this configuration, the target 10 is brought into contact with the backing plate 22 and cooled by the target holder 20 and the screw 21, but the target 10 is directly joined to the backing plate 22 by bonding without using the target holder 20, or the backing plate 22. The target having the same width as that of the water cooling case 23 may be directly screwed to the water cooling case 23 without using. Further, a heat conduction auxiliary material such as a carbon sheet may be sandwiched between the interface between the target 10 and the backing plate 22. A cover 17 is installed on the upper surfaces of the target upper magnets 12a and 12b, and a cover 18 is also installed on the surface of the auxiliary magnet 14 facing away from the target. The covers 17 and 18 may be made of a non-magnetic material. However, if a magnetic material is used, there is a magnetic field shielding effect and the discharge is more stable. An anode 27 is formed around the cathode 1 so as to surround the cathode. It is assumed that the gap between the anode 27 and the cathode 10 is kept constant via a spacer 26 made of an insulating member. The cathode 1 is electrically insulated from the anode 27 by a spacer 26. The anode 27 is preferably made of SUS304 which is a non-magnetic material and has corrosion resistance, and its opening is preferably equal to or wider than the distance W between the magnetic bodies 11. Although not shown, it is more desirable to control the temperature of the anode 27 by joining a temperature-controlled cooling water pipe or the like.
[Second Embodiment]
FIG. 2 shows a schematic diagram of a single discharge cross section of a discharge electrode according to a second embodiment of the present invention. The component configuration of the discharge electrode 201 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but the magnetic bodies that are provided and faced along both edges of the surface of the target 10 are the inclined magnetic bodies 30a and 30b. The opposing surface is inclined symmetrically at an angle θ. The angle θ described here is an angle at the intersection of the opposing surfaces of the magnetic bodies 30a and 30b that separate the flat plate target 10 and the normal direction (vertical direction) of the surface of the flat plate target 10 when the discharge electrode 201 is viewed from the cross-sectional direction. The angle obtained by subtracting the tip angle of the magnetic material facing surface from 90 ° is indicated. The angle θ may be 0 ° or more and less than 45 °, but 20 to 30 ° is particularly preferable. This is because the magnetic field lines 31 are emitted from the inclined surface of the magnetic body 30a, so that the attenuation gradient toward the normal direction (vertical direction, upward) of the flat plate target is improved in the parallel magnetic flux distribution on the target.
Specifically, the uniformity of the parallel magnetic flux density at the distance W between the magnetic bodies 30a and 30b is as good as in the first embodiment, and further, the parallel magnetic flux density near the surface of the target 10 is maximized and heads in the vertical direction. A gradient in which the parallel magnetic flux density gradually decreases is obtained. That is, the effect of adjusting the attenuation gradient of the parallel magnetic flux density in the vertical direction makes the discharge state more stable and better than in the first embodiment without disturbing the discharge due to the strength of the partial magnetic flux density in the vertical direction. . Due to the effect of adjusting the parallel magnetic flux density in the vertical direction, the target utilization efficiency is further improved as compared with the first embodiment. Further, the amount of sputtered particles flying from the target 10 colliding with the magnetic material facing surface due to the tilting effect of the tilted magnetic bodies 30a and 30b is greatly reduced, so the sputter rate is improved over the first embodiment. To do. Further, if the sputtered particle deposition on the magnetic material facing surface increases, arc discharge is likely to occur, but this problem can also be avoided. However, when the angle θ of the inclined magnetic bodies 30a and 30b is 45 ° or more, the distance between the magnetic force line emission surfaces (distance between the inclined surfaces) increases away from the target surface in the vertical direction. As a result, the amount of attenuation of the parallel magnetic flux density in the vertical direction increases and the parallel magnetic flux density above the target becomes too low, so that the area where the magnetron discharge can be formed is narrowed. As a result, only low power can be input, the sputtering rate is lowered, and the target utilization efficiency is also reduced.
[Third embodiment]
FIG. 3 shows a conceptual diagram of a discharge electrode according to the third embodiment of the present invention. In this configuration, a non-magnetic material may be used for the target 10, but a more favorable result is shown for magnetic materials such as Fe, Ni, and Co. The configuration in which magnetic lines of force are formed from the upper part of the target 10 in the cathode 1 of the discharge electrode 202 is the same as in the second embodiment, but the water cooling case 23 that is opposed to the gradient magnetic bodies 30a and 30b across the target thickness direction. It has target lower magnets 40a and 40b inside. As shown in FIG. 3, the magnetic force line emission surfaces of the target lower magnets 40 a and 40 b are preferably directed toward the inclined magnetic bodies 30 a and 30 b facing each other across the target, and the magnetic polarities thereof are opposed to the inclined magnetic bodies 30 a and 30 b. And the same polarity. Further, the magnetic force line emission surfaces of the target lower magnets 40a and 40b in the water cooling case 23 face each other with different polarities, and are combined with the yoke plate 41 on the opposite side to the magnetic force line emission surface to form a magnetic flux loop. The temperature-controlled cooling water 24 is passed through the water cooling case 23 to cool the backing plate 22, the water cooling case 23, and the target lower magnets 40a and 40b. In the first and second embodiments, when the target 10 is a magnetic material, the magnetic lines of force 28 and 31 emitted from the magnetic body 11a and the inclined magnetic body 30a are slightly absorbed in the target 10 and parallel to the target surface. Although the overall level of the magnetic flux density may be lowered, according to this configuration, most of the magnetic force lines 42 emitted from the target lower magnet 40a pass through the target and are further emitted from the gradient magnetic body 30a having the same polarity. Therefore, the amount of the magnetic force lines 43 absorbed by the target 10 is greatly reduced, and stronger magnetic force lines are formed substantially parallel to the target surface. Furthermore, in the case of the first and second embodiments, in the magnetic target, the parallel magnetic flux density on the target surface tends to decrease slightly in the central portion of the distance W between the magnetic bodies. Since the magnetic field lines 42 from the target lower magnet 40 leaking to the target surface supplement the parallel magnetic flux in the center of the target, the parallel magnetic flux density distribution on the target can be made more uniform. When the target 10 is a magnetic body, the target lower magnets 40a and 40b are preferably those having a stronger magnetic force as the target thickness is thicker, such as neodymium magnets, samarium cobalt magnets, and alnico magnets. However, when the magnetic target is as thin as 1 to 2 mm or when a non-magnetic material is used, there is no problem even with a low magnetic force such as a ferrite magnet.

第4図は本発明にかかる第三の実施形態の放電電極を用いた成膜装置300を示す概略図である。ただし、本図では例として第三の実施形態である放電装置202を用いているが、成膜装置としては第一、第二の実施形態の放電電極200,201を用いて成膜することに問題はない。本図における本発明の放電装置を用いた成膜装置は、真空チャンバー50が排気ポンプ51に接続され真空チャンバー50内を排気する。真空チャンバー50内部には基板ホルダー52,53により基板54が支持され、基板54の正面へ対向する位置に放電電極203が設置される。基板54はガラス基板やシリコンウェハー等が用いられるが、プラスチックフィルムや金属板でも良い。また、プラスチックフィルムの場合はフィルム搬送機構を設けたウェブコーター形式の真空チャンバーでも良い。第一から第三の実施形態における放電電極200〜202は放電部分断面の単一形状を模式的に示したが、実際の断面は本図のように放電面を2箇所有する対称形断面となり、上から見た平面方向の放電面がドーナツ状の円形、あるいはレーストラック状の長円形でループを形成する。これにより平行磁束で捕捉した電子の旋回回数を増やすことができ、放電効率を向上させることができる。放電電極103においてカソード1とアノード27とはスペーサ26を介して電気的に絶縁され、カソード1はプラズマ電源56に接続される。アノード27は本構成では接地としているが、真空チャンバー50から電気絶縁を設けた支持構成とし、プラズマ電源のアノード極性側へ接続することでも問題ない。プラズマ電源は直流電源、交流電源、高周波電源、パルス電源など一般的なプラズマ電源が適用できる。またカソード1には第三の実施形態にて述べた冷却水が通水される。(図4では図示省略)基板54と放電電極203の側面周囲には防着板ホルダー57にて支持された防着板58を設け、真空チャンバー50内にスパッタ粒子が付着する事を低減させる。また防着板58を貫通してガス管55が接続される。ガス管55は制御弁60とプラズマガス供給源59へ接続され、放電電極203の表面にプラズマガスを供給する。前記プラズマガス供給状態でカソード1へプラズマ電源56から電圧を印可し放電電極203のターゲット表面へマグネトロン放電を発生させる。本放電によってガスをイオン化し、ターゲットをスパッタすることによって基板54へ成膜を行う。プラズマガスは不活性ガスであるアルゴンやヘリウムが好適であるが、窒素や酸素などの活性ガスでもスパッタできる。その場合はターゲット材料を窒化あるいは酸化した膜が成膜できる。またCVD成膜の場合、プラズマガス供給源59に合わせ、反応性のCVD用ガス供給源61を設け、制御弁62を操作し、反応性のCVD用ガスをプラズマガスと合わせてチャンバー内へ導入し、ガスを分解・重合することにより、基板54へのCVD成膜を行う。CVDガスは炭化水素ガス、珪素化合物ガスあるいはフッ素化合物ガスが好適である。前記炭化水素ガスとしてはメタン、エタン、プロパン、ブタン等のアルカン類や、エチレン、プロピレン、ブテン等のアルケン類や、アセチレン等のアルキン類が挙げられる。珪素化合物ガスとしてはシラン、ジシラン、ポリシラン、シロキサン、シラノール、TEOSなどが好適である。ただしその他の有機珪素化合物ガスやSi系水素化合物やハロゲン化物でも良い。またフッ素化合物ガスとしてはテトラフルオロメタン(CF4)、六フッ化エタン(C2F6)、トリフルオロメタン(CHF3)、オクタフルオロシクロブテン(C4F8)等のフッ化炭素水素及びその誘導体のほか、六フッ化硫黄(SF6)、三フッ化窒素(NF3)等のガスが好適である。   FIG. 4 is a schematic view showing a film forming apparatus 300 using the discharge electrode according to the third embodiment of the present invention. However, in the drawing, the discharge device 202 according to the third embodiment is used as an example, but the film formation device is formed using the discharge electrodes 200 and 201 according to the first and second embodiments. No problem. In the film forming apparatus using the discharge device of the present invention in this figure, the vacuum chamber 50 is connected to the exhaust pump 51 and the inside of the vacuum chamber 50 is exhausted. A substrate 54 is supported inside the vacuum chamber 50 by substrate holders 52 and 53, and a discharge electrode 203 is installed at a position facing the front surface of the substrate 54. The substrate 54 is a glass substrate or a silicon wafer, but may be a plastic film or a metal plate. In the case of a plastic film, a web coater type vacuum chamber provided with a film transport mechanism may be used. The discharge electrodes 200 to 202 in the first to third embodiments schematically show a single shape of the discharge partial cross section, but the actual cross section is a symmetric cross section having two discharge surfaces as shown in the figure, The discharge surface in the planar direction seen from above forms a loop with a donut-shaped circle or a racetrack-shaped oval. As a result, the number of rotations of electrons captured by the parallel magnetic flux can be increased, and the discharge efficiency can be improved. In the discharge electrode 103, the cathode 1 and the anode 27 are electrically insulated via the spacer 26, and the cathode 1 is connected to the plasma power source 56. Although the anode 27 is grounded in this configuration, there is no problem even if it is a support configuration in which electrical insulation is provided from the vacuum chamber 50 and connected to the anode polarity side of the plasma power source. As the plasma power source, a general plasma power source such as a DC power source, an AC power source, a high frequency power source, or a pulse power source can be applied. Further, the cooling water described in the third embodiment is passed through the cathode 1. (The illustration is omitted in FIG. 4) An adhesion preventing plate 58 supported by an adhesion preventing plate holder 57 is provided around the side surfaces of the substrate 54 and the discharge electrode 203 to reduce the adhesion of sputtered particles in the vacuum chamber 50. Further, the gas pipe 55 is connected through the deposition preventing plate 58. The gas pipe 55 is connected to the control valve 60 and the plasma gas supply source 59 and supplies plasma gas to the surface of the discharge electrode 203. In the plasma gas supply state, a voltage is applied from the plasma power source 56 to the cathode 1 to generate a magnetron discharge on the target surface of the discharge electrode 203. A film is formed on the substrate 54 by ionizing the gas by the main discharge and sputtering the target. The plasma gas is preferably an inert gas such as argon or helium, but can also be sputtered with an active gas such as nitrogen or oxygen. In that case, a film obtained by nitriding or oxidizing the target material can be formed. In the case of CVD film formation, a reactive CVD gas supply source 61 is provided in accordance with the plasma gas supply source 59, the control valve 62 is operated, and the reactive CVD gas is introduced into the chamber together with the plasma gas. Then, a CVD film is formed on the substrate 54 by decomposing and polymerizing the gas. The CVD gas is preferably a hydrocarbon gas, a silicon compound gas or a fluorine compound gas. Examples of the hydrocarbon gas include alkanes such as methane, ethane, propane, and butane, alkenes such as ethylene, propylene, and butene, and alkynes such as acetylene. As the silicon compound gas, silane, disilane, polysilane, siloxane, silanol, TEOS and the like are suitable. However, other organic silicon compound gases, Si-based hydrogen compounds, and halides may be used. Fluorine compound gases include fluorocarbon hydrogen and its derivatives such as tetrafluoromethane (CF4), hexafluoroethane (C2F6), trifluoromethane (CHF3), octafluorocyclobutene (C4F8), and sulfur hexafluoride. A gas such as (SF6) or nitrogen trifluoride (NF3) is suitable.

次に本発明の実施例について詳細に説明する。背景技術で述べたとおり、一般に非磁性体ターゲットにおけるターゲット利用効率は20〜30%程度であり、磁性体ターゲットでは10〜15%前後にとどまる。本発明では磁石、ターゲット固定方式でありながら通常より2倍程度ターゲット利用効率が向上できることを目的とした。また以下実施例における平行磁束密度はカネテック株式会社製テスラメータ(形式:TM-701)を用いて計測した。
(実施例1)
図1に示すような放電電極を以下のとおり構成した。ターゲット10の材料は銅を使用し、ターゲット幅W2は42mm、ターゲット厚みは10mmとした。磁性体11の高さH及び幅は15mm角で材料はSUS430とし、磁性体11a,11b間の対向距離Wは40mmとした。ターゲット上部磁石12a,12bは断面形状が10mm角のネオジム磁石を用い、補助磁石14は断面形状が幅10mm高さ20mmのネオジム磁石を用いた。ヨーク部品13,15及びヨーク板16はSUS430で構成した。またターゲット押さえ20、バッキングプレート22は銅で構成し、水冷ケース23及びねじ21はSUS304にて構成した。そこで本構成における放電電極100のターゲット表面平行磁束密度分布を幅W高さ2Hの範囲において計測した。その結果を図5に示す。縦軸を平行磁束密度とし、横軸を磁性体11間の距離Wとした上で、Wの中心C上にあり、高さ2Hの範囲における任意の点における平行磁束密度Bcに対し、Bcと同じ高さで±0.35W幅の範囲における平行磁束密度分布は−5%〜+15%となり、ターゲット10上に±20%以内の均一な平行磁束密度分布が形成できていることを確認した。また傾向として高さ1.0H部分の平行磁束密度が平均的に高くなることを確認した。
Next, examples of the present invention will be described in detail. As described in the background art, the target utilization efficiency of the non-magnetic target is generally about 20 to 30%, and the magnetic target is about 10 to 15%. The object of the present invention is to improve the target utilization efficiency about twice as much as usual, although it is a magnet and target fixing system. Further, the parallel magnetic flux density in the following examples was measured using a Tesla meter (model: TM-701) manufactured by Kanetec Corporation.
Example 1
A discharge electrode as shown in FIG. 1 was constructed as follows. The material of the target 10 was copper, the target width W2 was 42 mm, and the target thickness was 10 mm. The height H and width of the magnetic body 11 were 15 mm square, the material was SUS430, and the facing distance W between the magnetic bodies 11a and 11b was 40 mm. The target upper magnets 12a and 12b were neodymium magnets having a cross-sectional shape of 10 mm square, and the auxiliary magnets 14 were neodymium magnets having a cross-sectional shape of 10 mm width and 20 mm height. The yoke parts 13 and 15 and the yoke plate 16 are made of SUS430. The target press 20 and the backing plate 22 are made of copper, and the water cooling case 23 and the screw 21 are made of SUS304. Therefore, the target surface parallel magnetic flux density distribution of the discharge electrode 100 in this configuration was measured in the range of the width W and the height 2H. The result is shown in FIG. The vertical axis is the parallel magnetic flux density, the horizontal axis is the distance W between the magnetic bodies 11, and it is on the center C of W and the parallel magnetic flux density Bc at an arbitrary point in the range of the height 2H, The parallel magnetic flux density distribution in the range of ± 0.35 W width at the same height was −5% to + 15%, and it was confirmed that a uniform parallel magnetic flux density distribution within ± 20% was formed on the target 10. Further, as a tendency, it was confirmed that the parallel magnetic flux density at the height of 1.0 H was increased on average.

そこで図4に示すような成膜装置にて本実施例の放電電極を用いてスパッタ成膜を行った。すなわち成膜装置300において放電電極203部分に放電電極200を用いた構成とした。放電電極はドーナツ状に放電エリアを有する構成とし外周直径は250mmを用いた。放電電極の水冷ケース23及び磁性体11へは冷却水24,19を通水し、冷却後の水温が50℃以下となるように、図示しない給水手段と温度制御手段を用いて水量と制御温度を調節した。プラズマ電源56は10KW容量のDC電源を用いた。真空ポンプ51はロータリーポンプを用いて排気し、図示しない圧力制御手段で真空チャンバー50内の圧力を1Paに制御した。基板54は250mm径の円形ガラス基板を用い、放電電極103と基板54との距離は100mmとした。スパッタ成膜においてプラズマガス供給源59はアルゴンガスを用い、ガス流量は200sccmとした。本構成によりDC電源を6KWにて出力しスパッタ成膜を実施したところ、基板には均一な膜厚にて銅薄膜が形成できた。次に前記同様の設備構成でCVD成膜を行った。CVD用ガス供給源61はHMDSO(ヘキサメチルジシロキサン)を用い、制御弁62を操作してガス流量を150sccmとし、プラズマガス供給源59のアルゴンガスを50sccmとして、両ガスを混合して真空チャンバー50内に導入した。本条件でCVD成膜したところ、基板54の表面にSiO2を主体としたCVD膜が均一に成膜できた。ただし前記2様の成膜ともアーク放電など放電異常は磁性体11の角部にて若干観測され、磁性体11の対向面にスパッタ滓やCVD膜が若干付着したが成膜に影響はなかった。また前記スパッタ成膜を継続しターゲットエロージョン深さが9mmまで進行したところでターゲット利用効率を測定したところ、ターゲット利用効率は50%であった。
(実施例2)
図2に示すような放電電極を以下のとおり構成した。傾斜磁性体30a,30bの角度θは70°とし、他の部材の形状、材質などは実施例1と同様とした。その結果、図6に示すとおり、任意の点の平行磁束密度Bcに対し、Bcと同じ高さで±0.35W幅の範囲における平行磁束密度分布は実施例1と同じく−5%〜+15%以内となり、ターゲット10上にBc±20%以内の均一な平行磁束密度分布が形成できていることを確認した。また図5と比較すると判るように、磁性体11の角部に対応する高さ1.0H位置の平行磁束密度の集中が無くなり、ターゲット10の表面から高さ2Hに至るまで徐々に平行磁束密度が弱まっていく、垂直方向にバランスの良い分布が得られた。
Therefore, sputter film formation was performed using the discharge electrode of this example with a film formation apparatus as shown in FIG. That is, in the film forming apparatus 300, the discharge electrode 200 is used in the discharge electrode 203 portion. The discharge electrode had a discharge area in a donut shape, and the outer diameter was 250 mm. The cooling water 24 and 19 are passed through the water cooling case 23 and the magnetic body 11 of the discharge electrode, and the water amount and the control temperature are used by using a water supply means and a temperature control means (not shown) so that the water temperature after cooling is 50 ° C. Adjusted. As the plasma power source 56, a DC power source having a capacity of 10 kW was used. The vacuum pump 51 was evacuated using a rotary pump, and the pressure in the vacuum chamber 50 was controlled to 1 Pa by pressure control means (not shown). The substrate 54 is a 250 mm diameter circular glass substrate, and the distance between the discharge electrode 103 and the substrate 54 is 100 mm. In the sputtering film formation, the plasma gas supply source 59 used argon gas, and the gas flow rate was 200 sccm. With this configuration, a DC power source was output at 6 KW and sputter deposition was performed. As a result, a copper thin film could be formed with a uniform thickness on the substrate. Next, CVD film formation was performed with the same equipment configuration as described above. The CVD gas supply source 61 uses HMDSO (hexamethyldisiloxane), the control valve 62 is operated to set the gas flow rate to 150 sccm, the argon gas of the plasma gas supply source 59 is set to 50 sccm, and both gases are mixed to form a vacuum chamber. 50. When CVD film formation was performed under these conditions, a CVD film mainly composed of SiO 2 could be uniformly formed on the surface of the substrate 54. However, discharge abnormalities such as arc discharge were slightly observed at the corners of the magnetic body 11 in the above two types of film formation, and a sputter or CVD film adhered to the opposite surface of the magnetic body 11, but the film formation was not affected. . Further, when the sputter deposition was continued and the target erosion depth proceeded to 9 mm, the target utilization efficiency was measured, and the target utilization efficiency was 50%.
(Example 2)
A discharge electrode as shown in FIG. 2 was constructed as follows. The angle θ of the inclined magnetic bodies 30a and 30b was 70 °, and the shapes and materials of the other members were the same as in Example 1. As a result, as shown in FIG. 6, with respect to the parallel magnetic flux density Bc at an arbitrary point, the parallel magnetic flux density distribution in the range of ± 0.35 W width at the same height as Bc is −5% to + 15% as in the first embodiment. It was confirmed that a uniform parallel magnetic flux density distribution within Bc ± 20% could be formed on the target 10. Further, as can be seen from comparison with FIG. 5, the concentration of the parallel magnetic flux density at the height of 1.0H corresponding to the corner of the magnetic body 11 is eliminated, and the parallel magnetic flux density is gradually increased from the surface of the target 10 to the height of 2H. A well-balanced distribution in the vertical direction was obtained.

そこで図4に示すような成膜装置にてスパッタ成膜及びCVD成膜を行った。すなわち成膜装置300における放電電極203部分に放電電極201の構成を用いた構成とした。傾斜磁性体30a、30bの傾斜形状以外は実施例1と同様の条件にて構成した。その結果実施例1と同様に、スパッタ成膜、CVD成膜共、基板には均一な薄膜が形成でき、さらにアーク放電など放電異常は全く発生しなかった。また傾斜磁性体30a、30bの対向面(傾斜面)へのスパッタ滓やCVD膜付着も大きく低減し、実施例1より成膜レートが向上したことを確認した。本スパッタ成膜を継続しターゲットエロージョン深さが9mmまで進行したところでターゲット利用効率を測定したところ、ターゲット利用効率は60%となり実施例1よりさらにターゲット利用効率が向上したことを確認した。
(実施例3)
図3に示すような放電電極を以下のとおり構成した。本実施例においてターゲット10は磁性体であるニッケルを用い、ターゲット形状は実施例1,2と同様とした。また水冷ケース23内のターゲット下部磁石40a、40bはネオジム磁石とし、傾斜磁性体30a、30bとの対向面を磁力線放出面とし、その磁石幅は10mmとした。また磁力線放出面の磁極性は対向する傾斜磁性体30a、30bと同極性とした。ターゲット下部磁石40a、40bの高さは20mmとし、ターゲット10と逆側の磁石面はSUS430にて形成したヨーク板41で磁石同士を結合し、磁束ループを形成した。また他の構成は実施例2と同様とした。その結果、図7に示すとおり、ターゲットが磁性体であるにもかかわらず、平均的な磁束密度レベルが約2倍に向上し、任意の点の平行磁束密度Bcに対し、Bcと同じ高さで±0.35W幅の範囲における平行磁束密度分布も−10%〜+5%となり、ターゲット10上にBc±20%以内の均一な平行磁束密度分布が形成できていることを確認した。
Therefore, sputtering film formation and CVD film formation were performed with a film formation apparatus as shown in FIG. That is, the structure of the discharge electrode 201 is used for the discharge electrode 203 portion in the film forming apparatus 300. Except for the inclined shapes of the inclined magnetic bodies 30a and 30b, the same conditions as in Example 1 were used. As a result, as in Example 1, a uniform thin film could be formed on the substrate for both sputtering film formation and CVD film formation, and no discharge abnormality such as arc discharge occurred. Further, it was confirmed that the sputter deposition and the CVD film adhesion to the opposing surfaces (inclined surfaces) of the gradient magnetic bodies 30a and 30b were greatly reduced, and the film formation rate was improved from that in Example 1. When the sputter deposition was continued and the target erosion depth progressed to 9 mm, the target utilization efficiency was measured. As a result, the target utilization efficiency was 60%, and it was confirmed that the target utilization efficiency was further improved than in Example 1.
(Example 3)
A discharge electrode as shown in FIG. 3 was constructed as follows. In this example, the target 10 was made of nickel, which is a magnetic material, and the target shape was the same as in Examples 1 and 2. The target lower magnets 40a and 40b in the water-cooled case 23 are neodymium magnets, the surfaces facing the inclined magnetic bodies 30a and 30b are the magnetic force line emission surfaces, and the magnet width is 10 mm. Further, the magnetic pole property of the magnetic force line emission surface is set to the same polarity as that of the opposing gradient magnetic bodies 30a and 30b. The height of the target lower magnets 40a and 40b was 20 mm, and the magnet surface opposite to the target 10 was joined to each other by a yoke plate 41 formed of SUS430 to form a magnetic flux loop. Other configurations were the same as those in Example 2. As a result, as shown in FIG. 7, although the target is a magnetic material, the average magnetic flux density level is improved about twice, and the parallel magnetic flux density Bc at an arbitrary point is the same height as Bc. Thus, the parallel magnetic flux density distribution in the range of ± 0.35 W was also −10% to + 5%, and it was confirmed that a uniform parallel magnetic flux density distribution within Bc ± 20% could be formed on the target 10.

そこで図4に示すような成膜装置にてスパッタ成膜及びCVD成膜を行った。すなわち成膜装置300における放電電極203部分に放電電極202の構成を用いた構成とした。そしてターゲット10がニッケルであること、ターゲット下部磁石40a、40b、ヨーク板41を設けたこと以外は実施例2と同様の条件にて構成した。その結果、スパッタ成膜ではニッケル膜が、CVD成膜ではSiO2主体の薄膜が基板上に均一に形成でき、さらにアーク放電など放電異常は全く発生しなかった。本スパッタ成膜を継続しターゲットエロージョン深さが9mmまで進行したところでターゲット利用効率を測定したところ、40%であった。
(比較例1)
図8に示すとおりターゲットの下部のみに磁石を有する一般的な放電電極204を用い、非磁性体ターゲットをスパッタした場合の比較例を示す。放電電極204においてカソード72は実施例3のターゲット上部磁気回路部材(傾斜磁性体30a,30bやターゲット上部磁石12a,12b等)が無い構成のものと同形状とし、カソード72の周囲は絶縁部材であるスペーサ26を隔てて、アノード70で覆われる構成とした。ターゲット10の形状も実施例1から3と同様とし、材質は銅を用いた。よってターゲット10の表面磁界はターゲット下部磁石40a,40bとヨーク板41で形成される磁界ループのみにより形成される。そこで前記実施例と同様にターゲット表面の平行磁束密度分布を測定した結果を図9に示す。その結果、任意の点の平行磁束密度Bcに対し、Bcと同じ高さで±0.35W幅の範囲における平行磁束密度分布のバラツキは0%〜−70%となり、ターゲット10上が非常に不均一な平行磁束密度分布となっていることを確認した。さらに図4に示すような成膜装置にてスパッタ成膜及びCVD成膜を行った。すなわち成膜装置300における放電電極203部分に放電電極204の構成を用いた構成とした。放電電極204は実施例1〜3と同様にドーナツ状に放電エリアを有する構成とし外周直径は250mm程度とした。またプラズマガスやCVDガスも実施例1〜3と同様とした。その結果、スパッタ成膜時の銅薄膜やCVD成膜時のSiO2主体の薄膜はターゲット10の中心Cに対応する部分へ最も厚く基板へ堆積し、不均一な膜厚状態となった。また本スパッタ成膜を継続しターゲットエロージョン深さが9mmまで進行したところでターゲット利用効率を測定したところ、25%であった。
(比較例2)
比較例1で示した図8に示す一般的な放電電極204を用い、磁性体ターゲットをスパッタした場合の比較例を示す。ターゲット材料はニッケルとした。この場合ターゲット厚みが実施例3と同様の10mmではターゲット上にはほとんど平行磁束が形成できないため、ここでは平行磁束が形成できる程度までターゲットを薄くすることとし、ターゲット10厚みを3mmとし、それ以外は比較例1と同様の構成とした。よってターゲット10の表面磁界はターゲット下部磁石40a,40bとヨーク板41で形成される磁束ループのみにより形成される。そこで前記実施例と同様にターゲット表面の平行磁束密度分布を測定した結果を図10に示す。その結果、任意の点の平行磁束密度Bcに対し、Bcと同じ高さで±0.35W幅の範囲における平行磁束密度分布は0%〜−80%となり、非常に不均一な平行磁束密度分布となっていることを確認した。さらに図4に示すような成膜装置にてスパッタ成膜およびCVD成膜を行った。すなわち成膜装置300における放電電極203部分に放電電極204の構成を用い、ターゲット10は3mm厚みのニッケルを用いた構成とした。放電電極204は実施例1〜3と同様にドーナツ状に放電エリアを有する構成とし外周直径は250mm程度とした。その結果、スパッタ成膜時のニッケル薄膜、CVD成膜時のSiO2薄膜はターゲット10の中心Cに対応する部分へ最も厚く堆積し、非常に不均一な膜厚状態となった。また本スパッタ成膜を継続しターゲットエロージョン深さが2mmまで進行したところでターゲット利用効率を測定したところ、15%であった。
以下に本実施例及び比較例で示した結果を表にして示す。
Therefore, sputtering film formation and CVD film formation were performed with a film formation apparatus as shown in FIG. That is, the discharge electrode 202 is used in the discharge electrode 203 portion of the film forming apparatus 300. And it was comprised on the conditions similar to Example 2 except that the target 10 was nickel and the target lower magnets 40a and 40b and the yoke plate 41 were provided. As a result, a nickel film was formed on the substrate uniformly by sputtering film formation, and a thin film mainly composed of SiO 2 was formed on the substrate by CVD film formation, and no discharge abnormality such as arc discharge occurred. When the sputter deposition was continued and the target erosion depth proceeded to 9 mm, the target utilization efficiency was measured and found to be 40%.
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 8, a comparative example in which a general discharge electrode 204 having a magnet only at the lower part of the target is used and a nonmagnetic target is sputtered is shown. In the discharge electrode 204, the cathode 72 has the same shape as that of the third embodiment having no target upper magnetic circuit member (gradient magnetic bodies 30a, 30b, target upper magnets 12a, 12b, etc.), and the periphery of the cathode 72 is an insulating member. The spacers 26 are separated from each other and covered with the anode 70. The shape of the target 10 was the same as in Examples 1 to 3, and the material was copper. Therefore, the surface magnetic field of the target 10 is formed only by the magnetic field loop formed by the target lower magnets 40 a and 40 b and the yoke plate 41. FIG. 9 shows the result of measuring the parallel magnetic flux density distribution on the target surface in the same manner as in the above example. As a result, with respect to the parallel magnetic flux density Bc at an arbitrary point, the variation of the parallel magnetic flux density distribution in the range of ± 0.35 W width at the same height as Bc is 0% to −70%, and the target 10 is very insignificant. It was confirmed that the magnetic flux density distribution was uniform. Further, sputtering film formation and CVD film formation were performed with a film forming apparatus as shown in FIG. That is, the discharge electrode 204 is used in the discharge electrode 203 portion of the film forming apparatus 300. The discharge electrode 204 was configured to have a discharge area in a donut shape as in Examples 1 to 3, and the outer diameter was about 250 mm. Plasma gas and CVD gas were the same as those in Examples 1-3. As a result, the copper thin film at the time of sputtering film formation and the thin film mainly composed of SiO 2 at the time of CVD film formation were deposited on the substrate thickest in the portion corresponding to the center C of the target 10, resulting in an uneven film thickness state. Further, when this sputtering film formation was continued and the target erosion depth proceeded to 9 mm, the target utilization efficiency was measured and found to be 25%.
(Comparative Example 2)
8 shows a comparative example in which the general discharge electrode 204 shown in FIG. 8 shown in the comparative example 1 is used and a magnetic target is sputtered. The target material was nickel. In this case, when the target thickness is 10 mm, which is the same as in Example 3, almost no parallel magnetic flux can be formed on the target. Therefore, the target is thinned to such an extent that the parallel magnetic flux can be formed, and the target 10 thickness is 3 mm. The configuration is the same as that of Comparative Example 1. Therefore, the surface magnetic field of the target 10 is formed only by the magnetic flux loop formed by the target lower magnets 40 a and 40 b and the yoke plate 41. FIG. 10 shows the result of measuring the parallel magnetic flux density distribution on the target surface in the same manner as in the above example. As a result, with respect to the parallel magnetic flux density Bc at an arbitrary point, the parallel magnetic flux density distribution in the range of ± 0.35 W width at the same height as Bc is 0% to −80%, which is a very non-uniform parallel magnetic flux density distribution. It was confirmed that Further, sputtering film formation and CVD film formation were performed with a film forming apparatus as shown in FIG. That is, the structure of the discharge electrode 204 was used for the discharge electrode 203 portion in the film forming apparatus 300, and the target 10 was made of 3 mm thick nickel. The discharge electrode 204 was configured to have a discharge area in a donut shape as in Examples 1 to 3, and the outer diameter was about 250 mm. As a result, the nickel thin film at the time of sputtering film formation and the SiO 2 thin film at the time of CVD film formation were deposited most thickly on the portion corresponding to the center C of the target 10, resulting in a very uneven film thickness state. Further, when this sputtering film formation was continued and the target erosion depth proceeded to 2 mm, the target utilization efficiency was measured and found to be 15%.
The results shown in the following examples and comparative examples are shown in a table.

Figure 0005853487
Figure 0005853487

(実施例4)
図3に示す電極を実施例3に記載の通り構成し、図4に示す成膜装置においてスパッタリング法による成膜実験を実施した。この際、カバー211は3mm厚のSUS304板を用いていたところ、カバー211表面にごく小さなマグネトロンプラズマ放電が発生した。このごく小さなマグネトロンプラズマ放電は本来意図していない不要な放電ではあるが、成膜機能への影響は見られなかった。
(実施例5)
実施例4に示す内容の成膜実験を、カバー211を5mm厚のSUS430板に変更して実施したところ、不要な意図しないマグネトロンプラズマ放電は発生しなかった。
Example 4
The electrode shown in FIG. 3 was configured as described in Example 3, and a film forming experiment by a sputtering method was performed in the film forming apparatus shown in FIG. At this time, a SUS304 plate having a thickness of 3 mm was used for the cover 211, and a very small magnetron plasma discharge was generated on the surface of the cover 211. This very small magnetron plasma discharge is an unwanted discharge that was not originally intended, but it did not affect the film forming function.
(Example 5)
When the film formation experiment shown in Example 4 was carried out by changing the cover 211 to a SUS430 plate having a thickness of 5 mm, unnecessary and unintended magnetron plasma discharge did not occur.

本発明は放電電極としてスパッタ成膜装置やCVD成膜装置に利用に限らず、プラズマを利用した表面処理装置やエッチング装置などにも適用でき、さらにこれらの適用範囲に限定されるものではない。   The present invention can be applied not only to a sputtering film forming apparatus and a CVD film forming apparatus as a discharge electrode, but also to a surface treatment apparatus or an etching apparatus using plasma, and is not limited to these application ranges.

1 カソード
10 ターゲット
11a 磁性体
11b 磁性体
12a ターゲット上部磁石
12b ターゲット上部磁石
13 ヨーク部品
14 補助磁石
15 ヨーク部品
16 ヨーク板
17 カバー
18 カバー
19 冷却水
20 ターゲット押さえ
21 ねじ
22 バッキングプレート
23 水冷ケース
24 冷却水
25 Oリング
26 スペーサ
27 アノード
30a 傾斜磁性体
30b 傾斜磁性体
31 磁力線
40 ターゲット下部磁石
41 ヨーク板
42 磁力線
43 磁力線
50 真空チャンバー
51 真空ポンプ
52 基板ホルダー
53 基板ホルダー
54 基板
55 ガス管
56 プラズマ電源
57 防着板ホルダー
58 防着板
59 プラズマガス供給源
60 制御弁
61 CVD用ガス供給源
62 制御弁
70 アノード
71 磁力線
72 カソード
80 ターゲット
81 ターゲット上部磁石
82 ターゲット下部磁石
83 磁力線
84 磁力線
85 陽イオン
86 スパッタ粒子
90 ターゲット
91 バッキングプレート
92 冷却シールド
93 ターゲット上部磁石
94 ターゲット上部磁石
95 ターゲット下部磁石
96 ターゲット下部磁石
97 ヨーク
98 磁力線
99 磁力線
110 ターゲット
111 磁力線
112 磁力線
120 ターゲット
121 磁性体
122 磁性体
123 ターゲット下部磁石
124 ヨーク
125 磁力線
130 ターゲット
131 磁性体
132 磁性体
133 磁力線
140 平板ターゲット
141 ターゲット上部磁石
142 ターゲット下部磁石
143 磁性体
144 陽イオン
145 スパッタ粒子
146 磁力線
147 磁力線
148 ヨーク
149 ヨーク
150 冷却水
151 磁性体
152 ターゲット上部磁石
153 ターゲット下部磁石
200 放電電極
201 放電電極
202 放電電極
203 放電電極
204 放電電極
205 放電電極
211 カバー
300 成膜装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cathode 10 Target 11a Magnetic body 11b Magnetic body 12a Target upper magnet 12b Target upper magnet 13 Yoke part 14 Auxiliary magnet 15 Yoke part 16 Yoke plate 17 Cover 18 Cover 19 Cooling water 20 Target pressing 21 Screw 22 Backing plate 23 Water cooling case 24 Cooling Water 25 O-ring 26 Spacer 27 Anode 30a Gradient magnetic body 30b Gradient magnetic body 31 Magnetic field line 40 Target lower magnet 41 York plate 42 Magnetic field line 43 Magnetic field line 50 Vacuum chamber 51 Vacuum pump 52 Substrate holder 53 Substrate holder 54 Substrate 55 Gas tube 56 Plasma power source 57 Protection plate holder 58 Protection plate 59 Plasma gas supply source 60 Control valve 61 Gas supply source for CVD 62 Control valve 70 Anode 71 Magnetic field line 72 Cathode 80 Target 81 Target upper part Stone 82 Target lower magnet 83 Magnetic field line 84 Magnetic field line 85 Cation 86 Sputtered particle 90 Target 91 Backing plate 92 Cooling shield 93 Target upper magnet 94 Target upper magnet 95 Target lower magnet 96 Target lower magnet 97 Yoke 98 Magnetic field line 99 Magnetic field line 110 Target 111 Magnetic field line 112 Magnetic field line 120 Target 121 Magnetic body 122 Magnetic body 123 Target lower magnet 124 Yoke 125 Magnetic field line 130 Target 131 Magnetic body 132 Magnetic body 133 Magnetic field line 140 Flat target 141 Target upper magnet 142 Target lower magnet 143 Magnetic body 144 Cation 145 Sputtered particle 146 Magnetic field line 147 Magnetic field lines 148 Yoke 149 Yoke 150 Cooling water 151 Magnetic body 152 Target upper magnet 153 Target lower magnet 200 Discharge electrode 201 Discharge electrode 202 Discharge electrode 203 Discharge electrode 204 Discharge electrode 205 Discharge electrode 211 Cover 300 Film forming apparatus

Claims (17)

平板ターゲットを有する放電電極において、前記平板ターゲットの表面側の両側縁に沿うように設けられ、前記平板ターゲットを隔てて対向する磁性体と、該磁性体を隔てて前記平板ターゲットの反対側に前記磁性体と接して組み合わせて設けられ前記平板ターゲットを隔てて異極性の関係であるターゲット上部磁石を有することを特徴とする放電電極。 In the discharge electrode having a flat plate target, the magnetic material is provided along both side edges on the surface side of the flat plate target, facing the flat plate target across the flat plate target, and on the opposite side of the flat plate target across the magnetic material. discharge electrodes, characterized in that it comprises a target upper magnet is opposite polarity relationship separating the flat plate target is provided in combination in contact with the magnetic body. 前記磁性体の下面が前記平板ターゲットの表面と略同一か上方にあることを特徴とする請求項1に記載の放電電極。   The discharge electrode according to claim 1, wherein a lower surface of the magnetic body is substantially the same as or above a surface of the flat plate target. 前記平板ターゲットの長手方向に垂直な断面において、前記磁性体間の対向面は前記平板ターゲット表面の法線方向に対して外側に角度θで傾斜し、θは0°<θ≦45°の範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の放電電極。   In a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the flat plate target, the opposing surfaces between the magnetic bodies are inclined outward at an angle θ with respect to the normal direction of the flat plate target surface, and θ is in a range of 0 ° <θ ≦ 45 °. The discharge electrode according to claim 1 or 2, wherein: 前記平板ターゲットの厚み方向において前記平板ターゲットを隔てて前記磁性体と対向する位置である前記平板ターゲットの裏面側位置にターゲット下部磁石を有し、前記ターゲット下部磁石の磁力線放出の向きが前記平板ターゲットの厚み方向であって、前記磁性体と前記ターゲット下部磁石の磁極性が同極性であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の放電電極。   There is a target lower magnet at the back surface side position of the flat plate target, which is a position facing the magnetic body across the flat plate target in the thickness direction of the flat plate target, and the direction of the magnetic force line emission of the target lower magnet is the flat plate target The discharge electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic body and the magnetic pole of the target lower magnet have the same polarity. 前記平板ターゲットの表面側磁界がループを形成していることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の放電電極。   The discharge electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein a surface-side magnetic field of the flat plate target forms a loop. 前記平板ターゲットの表面側の磁束ループは、前記ターゲット上部磁石とヨークとを少なくとも備えた表面側磁気回路により生成されており、前記平板ターゲットの放電面側の表面を除いた表面側磁気回路の構成部材の少なくとも一部に、前記構成部材の外側に磁性材料からなる磁気シールドを備えたことを特徴とする請求項5に記載の放電電極。   The magnetic flux loop on the surface side of the flat plate target is generated by a surface side magnetic circuit including at least the target upper magnet and a yoke, and the configuration of the surface side magnetic circuit excluding the surface on the discharge surface side of the flat plate target 6. The discharge electrode according to claim 5, wherein a magnetic shield made of a magnetic material is provided on at least a part of the member outside the component member. 前記磁気シールドを前記ターゲット上部磁石の周りに備えたことを特徴とする請求項6に記載の放電電極。 The discharge electrode according to claim 6, wherein the magnetic shield is provided around the upper magnet of the target. 前記平板ターゲットの放電面側の表面を除いた、電極構成部材の最外周面の少なくとも一部に絶縁体のカバーを備えたことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の放電電極。   8. The discharge electrode according to claim 1, further comprising an insulating cover on at least a part of the outermost peripheral surface of the electrode constituent member excluding the surface on the discharge surface side of the flat plate target. . 前記平板ターゲットの裏面側磁界がループを形成していることを特徴とする請求項4から8のいずれかに記載の放電電極。   The discharge electrode according to any one of claims 4 to 8, wherein a magnetic field on the back surface side of the flat plate target forms a loop. 前記磁性体、前記ターゲット上部磁石は温度制御手段を有することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の放電電極。   The discharge electrode according to claim 1, wherein the magnetic body and the target upper magnet have temperature control means. 前記ターゲット下部磁石は温度制御手段を有することを特徴とする請求項4から10のいずれかに記載の放電電極。   The discharge electrode according to claim 4, wherein the target lower magnet has a temperature control means. 前記平板ターゲットがFe、Co、またはNiを主成分とする磁性体材料であることを特徴とする請求項4に記載の放電電極。   The discharge electrode according to claim 4, wherein the flat plate target is a magnetic material mainly composed of Fe, Co, or Ni. 平板ターゲットの表面へ形成した磁界を用いて放電を発生させる放電方法であって、前記平板ターゲットの表面側の両側縁に沿うように設けられ、前記平板ターゲットを隔てて対向する磁性体と、該磁性体を隔てて前記平板ターゲットの反対側に前記磁性体と接して組み合わせて設けられたターゲット上部磁石と、前記平板ターゲットの厚み方向において前記平板ターゲットを隔てて前記磁性体と対向する位置である前記平板ターゲットの裏面側位置にターゲット下部磁石を有し、前記ターゲット上部磁石同士の対向する磁極性は異極性であり、ターゲット厚み方向を隔てて対向するターゲット上部磁石とターゲット下部磁石との磁極性は同極性とすることにより、ターゲット表面の磁性体間に略平行な磁界を形成し、前記磁界を用いて放電を発生させることを特徴とする放電方法。 A discharge method for generating a discharge using a magnetic field formed on the surface of a flat plate target, the magnetic body being provided along both side edges on the surface side of the flat plate target and facing the flat plate target, is the magnetic and target upper magnet provided in combination in contact with body position facing the magnetic separating said flat target in the thickness direction of the flat plate target on the opposite side of the flat plate target at a magnetic There is a target lower magnet at the back surface side position of the flat plate target, the opposing magnetic poles of the target upper magnets are of opposite polarity, and the magnetic polarity of the target upper magnet and the target lower magnet that are opposed across the target thickness direction. Have the same polarity to form a substantially parallel magnetic field between the magnetic bodies on the target surface, and discharge using the magnetic field. Discharge wherein the generating. 前記磁性体間の幅Wの中心から±0.35Wの幅と、前記磁性体の高さHに対する2Hで定義される磁界形成領域における高さ方向が0から2Hの範囲の任意の高さh位置の平行磁束密度の分布を、幅方向位置がWの中心位置で高さ方向が前記高さh位置の平行磁束密度Bcを基準としてBc±20%以内に形成し、その平行磁束を用いて放電を発生させることを特徴とする請求項13に記載の放電方法。 Arbitrary height h in the range of ± 0.35 W from the center of the width W between the magnetic bodies and a height direction in the magnetic field forming region defined by 2H with respect to the height H of the magnetic bodies in the range of 0 to 2H the distribution of the parallel magnetic flux density position, formed within Bc ± 20% with respect to the parallel flux density Bc widthwise position height direction the height h located at the center position of the W, by using the parallel magnetic flux The discharge method according to claim 13, wherein discharge is generated. 前記平行磁束密度Bcが10mTから500mTの範囲であることを特徴とする請求項14に記載の放電方法。   The discharge method according to claim 14, wherein the parallel magnetic flux density Bc is in a range of 10 mT to 500 mT. 請求項1から12のいずれかの放電電極をスパッタ源として有することを特徴とするスパッタリング装置。   A sputtering apparatus comprising the discharge electrode according to claim 1 as a sputtering source. 請求項16のスパッタリング装置にガスを導入してターゲットをスパッタし薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。   A thin film forming method, wherein a thin film is formed by introducing a gas into the sputtering apparatus according to claim 16 and sputtering a target.
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