JPH03170665A - Method and device for sputtering - Google Patents

Method and device for sputtering

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JPH03170665A
JPH03170665A JP30642689A JP30642689A JPH03170665A JP H03170665 A JPH03170665 A JP H03170665A JP 30642689 A JP30642689 A JP 30642689A JP 30642689 A JP30642689 A JP 30642689A JP H03170665 A JPH03170665 A JP H03170665A
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plasma
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Abstract

PURPOSE:To expand the region of a substrate which is not significantly affected by a negative ion emitted from a target by converging plasma in the vicinity of the peripheral part of the target opposed to the substrate. CONSTITUTION:An annular magnet 211 is arranged around the target 31 in the sputtering device, for example for forming an oxide superconductor thin film. Plasma is maintained by the ionization of the sputtered gas due to the bombardment of the secondary electron emitted from the target. The ionization of the sputtered gas is accelerated as the electron makes a cycloidal movement and the radius of the movement decreases. Consequently, the sputtered gas is ionized most violently in the vicinity of a magnet where a strong magnetic field is generated, namely in the vicinity of the peripheral part of the target. Accordingly, even if the direction of the line of magnetic force differs between the regions A and B, the plasma is converged close to the inner wall of the region 102, and the erosion region 402 can be positioned at the peripheral part of the target.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、プラズマの収束領域に特徴のあるスパッタ
リング方法および装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a sputtering method and apparatus characterized by a plasma convergence region.

[従来の技術] 酸化物超電導体や、透明導電膜の分野におけるITOや
ZnO等のような酸化物の薄膜作製方法としては各種の
方法が知られているが、量産性に優れて大面積化が容昌
なことから主にスパッタリング法が川いられている。
[Prior Art] Various methods are known for producing thin films of oxides such as ITO and ZnO in the field of oxide superconductors and transparent conductive films, but these methods are excellent in mass production and have a large area. The sputtering method is mainly used because it is easy to use.

第5図に従来の高周波簡易型スパッタリング装置の概略
の正而断而図を示す。真空容器1は排気系2により排気
される。不活住ガス(例えばAr)ボンベ12および酸
素ガスボンベ13からはスパッタガスが供給され、バル
ブ14(例えば、バリアブルリークバルブやフローコン
トローラ等)によってこれらのガスの流量を一定に保つ
。不活性ガスだけを、あるいは不活性ガスと酸素ガスの
混合ガスを真空容器1内に導入し、高周波電1iQ7か
らインピーダンス整合回路8を経て高周波電力を、酸化
物超電導体の元素を含むターゲット(以下、酸化物超電
導体ターゲットと叶ぶ。)31に印加し、プラズマを発
生させる。ターゲットホルダー9は絶縁物10によって
真空容器1から絶縁され、ターゲット31は冷却水41
によって冷却される。
FIG. 5 shows a schematic diagram of a conventional high frequency simple sputtering apparatus. The vacuum container 1 is evacuated by an exhaust system 2. Sputtering gases are supplied from an inert gas (eg, Ar) cylinder 12 and an oxygen gas cylinder 13, and the flow rates of these gases are kept constant by a valve 14 (eg, a variable leak valve, a flow controller, etc.). An inert gas alone or a mixed gas of an inert gas and oxygen gas is introduced into the vacuum container 1, and high frequency power is transmitted from the high frequency electric power 1iQ7 through the impedance matching circuit 8 to a target containing an oxide superconductor element (hereinafter referred to as ) 31 to generate plasma. The target holder 9 is insulated from the vacuum vessel 1 by an insulator 10, and the target 31 is insulated with cooling water 41.
cooled by

基板4は基板ホルダー5に取り付けられ、ターゲット3
1に対向している。
The substrate 4 is attached to the substrate holder 5, and the target 3
It is facing 1.

ここで、放電空間内の電拉は、アノードを接地した場合
、一般に第7図に示すような分布をしている。スパッタ
リング装置においては、ターゲットをカソードにしてお
り、プラズマ中の正イオンは第7図に示すカソードシー
スの部分の電位差によってカソードに向かって加速され
、酸化物超電導体ターゲット31の表面を衝撃してター
ゲットの原子をスパッタリングする。スパッタリングさ
れたターゲットの原子は、接地電位あるいはフローティ
ング電位にある基板ホルダー5上の基板4の表面七に膜
となって推積する。
Here, when the anode is grounded, the electric current in the discharge space generally has a distribution as shown in FIG. 7. In the sputtering apparatus, the target is a cathode, and positive ions in the plasma are accelerated toward the cathode by the potential difference in the cathode sheath shown in FIG. sputtering atoms. Atoms of the sputtered target are deposited as a film on the surface 7 of the substrate 4 on the substrate holder 5 which is at ground potential or floating potential.

第6図は従来の高周波マグネトロンスパッタリング装置
の概略の正面断面図である。第5図に示した装置に対応
する部材には同符号を付して説四を省略する。この装置
では、内側磁石201と外側磁石202をターゲット3
1の後方に配置することにより、プラズマをターゲット
31の表面近傍の図中101の領域(マグネトロン領域
)に収束させ、これによりスパッタ効率を向」ニさせて
成膜速度を速くしている。(この場合の放電空間内の電
位も第7図に示す分布になっている。)第5図および第
6図には、高周波放電を利川した装置について示したが
、ターゲットが導電性のものについては、図中の高周波
電源7とインピーダンス整合回路8の代わりに直流電源
を用いた直流放電方式のスパッタリング装置も多く用い
られている。
FIG. 6 is a schematic front sectional view of a conventional high frequency magnetron sputtering apparatus. Components corresponding to the apparatus shown in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and explanation 4 will be omitted. In this device, an inner magnet 201 and an outer magnet 202 are connected to a target 3.
1, the plasma is focused on a region 101 in the figure near the surface of the target 31 (magnetron region), thereby improving sputtering efficiency and increasing the film forming rate. (The potential in the discharge space in this case also has the distribution shown in Figure 7.) Figures 5 and 6 show devices that generate high-frequency discharges, but they also apply to devices with conductive targets. A DC discharge type sputtering apparatus using a DC power source instead of the high frequency power source 7 and impedance matching circuit 8 shown in the figure is also often used.

[発四が解決しようとする課題] Y−Ba−Cu−0系に代表されるような酸化物超電導
体は、いずれも複数の元素からなる複雑な構造であり、
このような酸化物超電導体の薄膜を作製する場合には、
有効な超電導特性を得るために膜の組成を制御すること
が重要な問題となっている。
[Problems that Hatsushi is trying to solve] All oxide superconductors, such as the Y-Ba-Cu-0 system, have a complex structure consisting of multiple elements.
When producing a thin film of such an oxide superconductor,
Controlling the composition of films to obtain effective superconducting properties has become an important issue.

このような酸化物超電導体の薄膜を、第5図の簡易型ス
パッタリング装霞により作製しようとすると、生戊膜の
基板面内での組戊比分布は比較的均一にはなるが、膜の
組戊比はターゲットの組戊比から著しくずれてしまう。
When such a thin film of an oxide superconductor is fabricated using the simple sputtering equipment shown in Fig. 5, the composition ratio distribution of the raw film within the substrate surface becomes relatively uniform, but the film The assembly ratio will deviate significantly from the target assembly ratio.

また、第6図のマグネトロンスパッタリング装置により
作製した場合には、基板中心付近では簡易型の装置に比
べ膜組成はターゲット組戊とほぼ等しくなるが、生戊膜
の基板面内での組成比分布は不均一となる。特にプラズ
マの収束領域の上方では膜の組戊比はターゲットの組成
比から著しくずれてしまう。
Furthermore, when fabricating using the magnetron sputtering apparatus shown in Figure 6, the film composition near the center of the substrate is almost the same as the target composition compared to a simple type apparatus, but the composition ratio distribution within the substrate surface of the raw film is becomes non-uniform. Particularly above the plasma convergence region, the composition ratio of the film deviates significantly from the composition ratio of the target.

その理山を以下に説叩する。酸化物超電導体ターゲット
を正イオンでスパッタリングすると、そのターゲットに
含まれている酸素は非常に高い確率で負イオンとして放
出される(大部分がO−であるが、わずかに02″′も
ある)。したがって、中性(イオンでない)スパッタ粒
子とともに多量の酸素負イオンがターゲットから放出さ
れる。放電空間内の電位は前述したように第7図のよう
な分布をしているため、このターゲットから放出された
酸素負イオンは第7図のカソードシースの部分の電位差
によりターゲットから離れる方向に加速され、ターゲッ
ト(カソード)に対向する基板上の膜を衝撃し、その膜
を再スパッタリングする。
The rationale behind this is explained below. When sputtering an oxide superconductor target with positive ions, there is a very high probability that the oxygen contained in the target will be released as negative ions (mostly O-, but there is also a small amount of 02'''). Therefore, a large amount of negative oxygen ions are emitted from the target along with neutral (non-ionic) sputtered particles.As mentioned above, the potential in the discharge space has a distribution as shown in Figure 7, so from this target The released negative oxygen ions are accelerated in a direction away from the target due to the potential difference in the cathode sheath portion shown in FIG. 7, impact the film on the substrate facing the target (cathode), and re-sputter the film.

この再スパッタリングの際、膜中の各元素に対してスバ
ッタ率が異なることから選択スパッタリングが生じ、膜
の組戊がターゲットの組戊からずれてしまう。Y−Ba
−Cu−0系の場合、Yに比べてCuおよびBaがより
多く再スパッタリングされる。特にBaの再スパッタリ
ングが顕著で、Baの組成が低下する現象が確認されて
いる。
During this re-sputtering, selective sputtering occurs because the sputtering rate differs for each element in the film, and the structure of the film deviates from the structure of the target. Y-Ba
In the case of the -Cu-0 system, more Cu and Ba are re-sputtered than Y. In particular, it has been confirmed that the re-sputtering of Ba is remarkable and the composition of Ba is lowered.

第5図に示すような従来の簡易型スパッタリング装置で
は、ターゲット全面がスパッタされることから、酸素負
イオンもターゲット全面から放出されることになる。し
たがって酸素負イオンによる基板上の膜への衝撃は膜全
面で生じる二とになり、膜の組成は基板上の全面でター
ゲットの組成から著しくずれてしまう。このため、あら
かじめ組成のずれを見込んでターゲットの組成を:A整
するなどの対策を施す場合もある。
In the conventional simple sputtering apparatus as shown in FIG. 5, since the entire surface of the target is sputtered, negative oxygen ions are also emitted from the entire surface of the target. Therefore, the impact of oxygen negative ions on the film on the substrate occurs over the entire surface of the film, and the composition of the film deviates significantly from the composition of the target over the entire surface of the substrate. For this reason, countermeasures such as adjusting the composition of the target may be taken in anticipation of the deviation in composition in advance.

第6図に示す従来のマグネトロンスパッタリング装置に
おいては、磁石201、202の磁界により電子を図中
101の領域にトラップしてプラズマを収束させるため
、ターゲットがスパッタされる領域(以下、この領域を
エロージョンと呼ぶ。
In the conventional magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 6, the magnetic fields of magnets 201 and 202 trap electrons in the region 101 in the figure and converge the plasma, so the region where the target is sputtered (hereinafter referred to as "erosion") It is called.

)は図中401の窪みで示した領域のみとなる。) is only the area indicated by the depression 401 in the figure.

よって酸素負イオンの発生もこのエロージョン部分から
となる。
Therefore, negative oxygen ions are also generated from this erosion portion.

ところで、ターゲットから放出される中性スパッタ粒子
の放出角度分布は一般に余弦則に従うが、負イオンとし
て放出された酸素は、ターゲット面に垂直方向の電界を
生じているカソードシースの部分で、この電界方向に力
を受ける。したがって、酸素負イオンによる膜への衝撃
はエロージョン部分の上方で最も大きく、ターゲット中
心上の基板領域はあまり衝撃を受けないことになる。こ
れにより、ターゲット中心上ではターゲット組成にほぼ
等しい組成の膜を得ることができる。しかし、この領域
はターゲットの全面積に対して極めて狭く、ターゲット
面積に対する、ターゲット組成に等しい膜の面積、すな
わちターゲットの利用効率も極めて低いといった問題が
ある。マグネトロンスパッタリング装置において、ター
ゲット組成に等しい膜の面積を広くしようとすると、エ
ロージョンの内径を大きくしなければならない。しかし
、従来のマグネトロンスパッタリング装置では磁石をタ
ーゲットの背面に配置しているため、エロジョンの内径
を大きくしようとして磁石を大きくすると、どうしても
ターゲット自身も大面積のものにしなければならず、結
局、ターゲットの利用効率は向上しないといった問題が
あった。
By the way, the emission angle distribution of neutral sputtered particles emitted from a target generally follows the cosine law, but oxygen emitted as negative ions is absorbed by the electric field at the part of the cathode sheath that generates an electric field perpendicular to the target surface. receive force in the direction. Therefore, the bombardment of the film by oxygen negative ions is greatest above the erosion part, and the substrate region above the center of the target is not so much bombarded. As a result, a film having a composition approximately equal to that of the target can be obtained on the center of the target. However, this region is extremely narrow compared to the total area of the target, and there is a problem that the area of the film equal to the target composition relative to the target area, that is, the utilization efficiency of the target is also extremely low. In a magnetron sputtering device, in order to increase the area of a film equal to the target composition, the inner diameter of the erosion must be increased. However, in conventional magnetron sputtering equipment, the magnet is placed on the back of the target, so if the magnet is made larger in an attempt to increase the inner diameter of the erosion, the target itself must also have a large area. There was a problem that the usage efficiency of the system did not improve.

以」二の説明では、酸化物超電導体の薄膜作製について
述べ、酸素負イオンの影響として、膜組成とターゲット
組成とのずれを挙げているが、このほかにも、膜の結晶
を破壊したり、甚だしい場合には基板への膜付着を不能
にしたりするといった問題もある。また、酸化物超電導
体以外の酸化物、例えば透叩導電膜の分野におけるIT
OやZnO等のような酸化物においても酸素負イオンの
影響は無視できず、酸化物超電導体と同様の問題が生じ
ている。
The following explanation describes the production of thin films of oxide superconductors, and cites the difference between the film composition and the target composition as an effect of negative oxygen ions, but there are also other effects such as destroying the crystals of the film. In extreme cases, there is also the problem that it becomes impossible to attach the film to the substrate. In addition, IT in the field of oxides other than oxide superconductors, such as permeable conductive films,
Even in oxides such as O and ZnO, the influence of oxygen negative ions cannot be ignored, and problems similar to those of oxide superconductors occur.

この発叩の目的は、ターゲットから飛び出す負イオンの
影響をあまり受けな・いような基板領域を広くとること
のできるスパッタリング方法および装置を提供すること
である。
The purpose of this bombardment is to provide a sputtering method and apparatus that can widen the substrate area and not be affected by negative ions flying out from the target.

[課題を解決するための手段と作用] 上記の目的を達成するために、この発明のスパッタリン
グ方法では、ターゲットに対向させて基板を配置し、タ
ーゲットの周縁部近傍にプラズマを収束させることを特
徴としている。ターゲッ!・の周縁部近傍にプラズマを
収束させると、エロ−ジョン領域から負イオンが基板に
向かって飛び出しても、ターゲット中央部に向き合う部
分の基板領域は負イオンの衝撃をほとんど受けなくて済
み、負イオンによる基板上の膜への悪影響を受けない基
板面積を広くとることができる。
[Means and effects for solving the problem] In order to achieve the above object, the sputtering method of the present invention is characterized by arranging a substrate to face the target and converging plasma near the peripheral edge of the target. It is said that Target!・If the plasma is focused near the periphery of the target, even if negative ions fly out toward the substrate from the erosion region, the substrate region facing the center of the target will hardly be affected by the negative ions, and the It is possible to increase the area of the substrate where the film on the substrate is not adversely affected by ions.

酸化物ターゲットを使用して、このターゲッ;・と同じ
組成の薄膜を基板上に形成する場合に、このようなスパ
ッタリング方法を採用すると、ターゲットから飛び出す
酸素負イオンが基板の中央領域を衝撃することがなくな
り、基板中央の広い面積にわたって膜組成がターゲット
組成に一致するようになる。酸化物ターゲットの例とし
ては、酸化物超電導体ターゲットや、ITOやZnO等
の透叩導電膜用ターゲットがある。
When using this sputtering method to form a thin film with the same composition as the target on a substrate using an oxide target, negative oxygen ions flying out from the target bombard the central region of the substrate. The film composition matches the target composition over a wide area at the center of the substrate. Examples of oxide targets include oxide superconductor targets and targets for permeable conductive films such as ITO and ZnO.

特に、酸化物超電導体と同一組成のターゲットを使用し
て、上述のスパッタリング方法で酸化物超電導体薄膜を
形成する場合は、膜の組成がターゲッ1・組成からずれ
なくなり、組成制御の重要な酸化物超電導体薄膜の作製
に効果的である。酸化物超電導体ターゲットの例として
は、Y−Ba−Cu−0系、La−Ba−Cu−0系、
BiS r−Ca−Cu−0系、TI−Ca−BaCu
−0系など各挿のものがある。
In particular, when forming an oxide superconductor thin film by the sputtering method described above using a target with the same composition as the oxide superconductor, the composition of the film will not deviate from the target 1 composition, which is important for controlling the composition. It is effective for producing superconductor thin films. Examples of oxide superconductor targets include Y-Ba-Cu-0 system, La-Ba-Cu-0 system,
BiS r-Ca-Cu-0 system, TI-Ca-BaCu
There are various inserts such as -0 series.

この発門は、酸化物ターゲッI・に限らず、酸素ガスを
導入してターケッ1・をスパッタリングして夕−ゲッ}
・の酸化物のAV膜を基11iLに形成するような反応
性スパソタリングにも適用できる。この反応性スパッタ
リングにおいては、反応ガスの酸素がターゲッI・に付
青して、ターゲットがスパツタリンクされるときに酸素
11イオンも一銘に飛び出すので、酸化物ターゲッI・
と同様に酸素11イオンの悪影響を基板中央の広い面積
で防ぐことができる。
This starting point is not limited to the oxide target I, but it is also possible to sputter the target by introducing oxygen gas and sputtering the target.
It can also be applied to reactive spasotering such as forming an AV film of oxide on the base 11iL. In this reactive sputtering, the oxygen of the reaction gas is attached to the target I, and when the target is sputter-linked, the oxygen 11 ions are also ejected, so that the oxide target I,
Similarly, the adverse effects of oxygen-11 ions can be prevented by a large area at the center of the substrate.

この発門のスパッタリング装尻は、」−述のスパッタリ
ング方法を実現するための装置であって、ターゲットの
周囲に環状の磁石を配置したことを特徴とする。この環
状の磁石は複数の磁石片からなり、隣り合う磁石片の磁
化方向が逆向きになるように配置されている。隣り合う
磁石片の磁化方向を逆向きにすると、環状の磁石で発生
する磁界は、環状の磁石の近傍でのみ強くなり、磁石か
ら離れるにつれて急激に減衰する。したがって、夕−ゲ
ットの周縁部近傍にプラズマを収束させることができる
。環状の磁石の全体形状はターゲットの形状{と依在し
、ターゲットが円形であれば、円環状の磁石となり、タ
ーゲッ1・が四frj形であれば角形の環状の磁石とな
る。すなわち、環状の磁石とは、ターゲットの周囲をル
ープ状に取り囲んでいる磁石を意味する。環状の磁石を
構成する磁石片の数としては、あまり少ないと磁石近傍
にのみ強い磁場を発生することができないので、8個か
ら20個程度が好ましい。磁石片の数をこれより多くず
ることは構わない。
This inventive sputtering device is a device for realizing the sputtering method described above, and is characterized by having an annular magnet arranged around the target. This annular magnet consists of a plurality of magnet pieces, which are arranged so that the magnetization directions of adjacent magnet pieces are opposite to each other. When the magnetization directions of adjacent magnet pieces are reversed, the magnetic field generated by the annular magnet becomes stronger only in the vicinity of the annular magnet, and rapidly attenuates as it moves away from the magnet. Therefore, it is possible to converge the plasma near the periphery of the target. The overall shape of the annular magnet depends on the shape of the target. If the target is circular, the magnet will be an annular magnet, and if the target 1 is in the shape of a square, it will be an annular magnet. That is, the annular magnet means a magnet surrounding the target in a loop shape. The number of magnet pieces constituting the annular magnet is preferably about 8 to 20 pieces, because if it is too small, it will be impossible to generate a strong magnetic field only in the vicinity of the magnet. It does not matter if the number of magnet pieces is greater than this.

磁石片の磁化方向としては、例えば、環状の磁石の周方
向にすることができる。この場合、各磁石片の磁極は、
隣り合う磁石片の反対磁極に向き合っている。すなわち
、各磁石片のN極は隣り合う磁石片のS極に向き合い、
各磁石片のS極は隣り合う磁石片のNtIiIに向き合
っている。したがって、環状の磁石はNt+!同士が向
き合っている部分とS極同士が向き合っている部分とが
交互に周方向に配置されることになり、N極同十か向き
合っている部分から出た磁力線はS極同士が向き合って
いる部分に入る。これにより、環状の磁石の近傍にのみ
磁場の強い領域ができる。
The magnetization direction of the magnet piece can be, for example, the circumferential direction of the annular magnet. In this case, the magnetic pole of each magnet piece is
Opposite magnetic poles of adjacent magnet pieces face each other. That is, the N pole of each magnet piece faces the S pole of the adjacent magnet piece,
The south pole of each magnet piece faces the NtIiI of the adjacent magnet piece. Therefore, the annular magnet is Nt+! The parts where the north poles face each other and the parts where the south poles face each other will be arranged alternately in the circumferential direction, and the lines of magnetic force coming from the parts where the north poles are the same or facing each other will have the south poles facing each other. Get into the part. This creates a region with a strong magnetic field only near the annular magnet.

磁石片の別の磁化方向としては、環状の磁石の半径方向
にすることができる。この場合、各磁石片の磁極は、隙
間を介して隣り合う磁石片の反対磁極と・1kぷことに
なる。各磁石片のN極から出た磁力線は隣り合う磁石片
のSt+mに入ることになる。
Another magnetization direction of the magnet pieces can be in the radial direction of the annular magnet. In this case, the magnetic pole of each magnet piece is separated by 1 km from the opposite magnetic pole of the adjacent magnet piece with a gap in between. The lines of magnetic force coming out from the N pole of each magnet piece enter St+m of the adjacent magnet piece.

これにより、環状の磁石の近傍にのみ磁場の強い領域が
できる。
This creates a region with a strong magnetic field only near the annular magnet.

[実施例] 以下、この発明の実施例を図面を参照して説川する。[Example] Embodiments of the present invention will be explained below with reference to the drawings.

第1図はこの発明を酸化物超電導体薄膜を作製するため
のスパッタリング装置に適用した実施例の概略を示す正
面断面図である。この装代は第5図または第6図に示す
従来の装置に対応しており、対応ずる部月には同符号を
付して説門を省略する。
FIG. 1 is a front sectional view schematically showing an embodiment in which the present invention is applied to a sputtering apparatus for producing an oxide superconductor thin film. This arrangement corresponds to the conventional device shown in FIG. 5 or 6, and corresponding parts and months are given the same reference numerals and explanations are omitted.

ターゲット31の周囲には円環状の磁石211−が配置
されている。磁石211は、水冷容器21内に収納され
て水冷される。容器21は接地されている。冷却水は入
り口42から入り、出口43から出ていく。第1図では
高周波放電の場合を示しているが、図中の高周波電源7
とインピーダンス整合回路8の代わりに直流電源を用い
てもよい。
An annular magnet 211- is arranged around the target 31. The magnet 211 is housed in the water-cooled container 21 and is water-cooled. Container 21 is grounded. Cooling water enters through the inlet 42 and exits through the outlet 43. Figure 1 shows the case of high-frequency discharge, and the high-frequency power supply 7 in the figure
A DC power supply may be used instead of the impedance matching circuit 8.

この第1図に示した円環状の磁石211の具体的な構造
を第2図に示す。第2図は磁石211の平面図である。
A specific structure of the annular magnet 211 shown in FIG. 1 is shown in FIG. FIG. 2 is a plan view of the magnet 211.

磁石211は、16個の磁石片221〜236からなり
、各磁石片は円周方向に磁化されていて、隣り合う磁石
片の同じ磁極同士が向き合うように配置されている。第
2図では隣り合う磁石片を密着させているが、多少間隔
を設けて配置してもよい。磁石211の内側に発生する
磁力線501は、第2図に示すような形をしている。
The magnet 211 consists of 16 magnet pieces 221 to 236, each of which is magnetized in the circumferential direction, and arranged so that the same magnetic poles of adjacent magnet pieces face each other. In FIG. 2, adjacent magnet pieces are placed in close contact with each other, but they may be arranged with some spacing between them. The magnetic lines of force 501 generated inside the magnet 211 have a shape as shown in FIG.

ここで、この磁石211を利用した場合のプラズマの形
状について説明する。
Here, the shape of plasma when this magnet 211 is used will be explained.

プラズマは、ターゲットから放出される2次電子の衝撃
によるスパッタガスの電離により維持される。放電空間
内の電位は第7図に示すような分布をしており、カソー
ドシースの部分にはターゲッ1・面に重直な電界、すな
わち基板からターゲットに向かう電界が生じる。ターゲ
ットから放出された2次電子はこのカソードシース内で
磁界と電界の相互作用によりサイクロイド運動をする。
The plasma is maintained by ionization of the sputtering gas by the bombardment of secondary electrons emitted from the target. The potential in the discharge space has a distribution as shown in FIG. 7, and an electric field is generated in the cathode sheath portion that is perpendicular to the target 1 plane, that is, an electric field that goes from the substrate to the target. Secondary electrons emitted from the target undergo cycloidal motion within this cathode sheath due to interaction between the magnetic field and the electric field.

第2図のA領域、すなわちターゲットを上から見たとき
に磁力線の向きがターゲット中心を中心として反時計回
りの方向に向いている領域では、ターゲットから飛び出
した2次電子は磁力線によって磁石の内壁方向に■げら
れてサイクロイド運動をする。すなわちサイクロイド運
動のドリフト方向は磁石の内壁方向であり、プラズマも
磁石の内壁の近傍に収束される。これに対して、磁力線
の向きがターゲット中心を中心として時計方向であるB
領域では、2次電子のサイクロイド運動のドリフト方向
はターゲットの中心方向となる。磁界の強さはターゲッ
トの中心に近づくほど小さくなるため、サイクロイド運
動の半径はターゲット中心に近づくほど次第に大きくな
る。そして、ついには電界が存在するカソードシースの
部分を出て、サイクロイド運動をしなくなる。
In region A in Figure 2, that is, in the region where the magnetic field lines are oriented counterclockwise around the target center when the target is viewed from above, the secondary electrons ejected from the target are moved by the magnetic field lines to the inner wall of the magnet. It moves in a cycloidal direction and moves in a cycloidal direction. That is, the drift direction of the cycloid motion is toward the inner wall of the magnet, and the plasma is also focused near the inner wall of the magnet. On the other hand, B where the direction of the magnetic field lines is clockwise around the target center
In this region, the drift direction of the cycloidal motion of the secondary electrons is toward the center of the target. Since the strength of the magnetic field decreases as it approaches the center of the target, the radius of the cycloidal motion gradually increases as it approaches the center of the target. Eventually, it leaves the cathode sheath where the electric field exists and ceases to move cycloidally.

スバッタガスの電離は、電子がサイクロイド運動をして
いて、かつ、そのサイクロイド運動の半径が小さいとこ
ろほど激しい。よって磁界の強い、磁石の内壁の近傍、
すなわちターゲットの周縁部近傍において最もスパッタ
ガスの電離が激しく、必いプラズマができる。したがっ
てA領域とB領域と磁力線の向きが異なっていても、プ
ラズマは第1図の102で示す領域、すなわち磁石の内
壁の近傍に収束する。こうしてエロージョン領域402
をターゲッ1・の周縁部に位置させることができる。
The ionization of the slatter gas is more intense where the electrons are in cycloidal motion and the radius of the cycloidal motion is smaller. Therefore, near the inner wall of the magnet where the magnetic field is strong,
That is, the ionization of the sputtering gas is most intense near the peripheral edge of the target, and plasma is inevitably generated. Therefore, even if the directions of the magnetic lines of force in the A region and the B region are different, the plasma converges in the region indicated by 102 in FIG. 1, that is, near the inner wall of the magnet. In this way, the erosion area 402
can be located at the periphery of the target 1.

このように円環状の磁石をターゲッ1・の周囲に配置す
ることで、生成膜の組成比変化の原因となるエロージョ
ン領域をターゲットの周縁部にもってくることができ、
ターゲットそのものを大きくすることなく、ターゲット
組成とほぼ等しい組成の膜領域を基板上で広くとること
ができる。これにより、従来の装置よりもターゲットの
利用効率を向」ニさせることが可能となる。
By arranging the annular magnet around the target 1 in this way, it is possible to bring the erosion region, which causes a change in the composition ratio of the produced film, to the periphery of the target.
A wide film region having approximately the same composition as the target composition can be secured on the substrate without increasing the size of the target itself. This makes it possible to improve target utilization efficiency compared to conventional devices.

第1図のターゲット31は円板状のものであるが、スパ
ッタされない部分(図中のDで示す部分)を中空にした
リング状のターケットにしてもよい。
Although the target 31 in FIG. 1 is disk-shaped, it may also be a ring-shaped target with a hollow portion that is not sputtered (the portion indicated by D in the figure).

こうすることでターゲットの利用効率をより同上させる
ことが可能となる。
By doing so, it becomes possible to further improve the utilization efficiency of the target.

第3図は、円環状の磁石の別の例の平面図である。この
例では、円環状磁石の半径方向に磁化した磁石片241
〜256を16個組み合わせて磁石を構成してある。こ
の場合は第2図に示す例とは異なり、隣り合う磁石片の
間には必ず隙間257を設けなければならない。その間
隔は磁石片の磁化方向の長さに比べて小さくするのが好
ましい。第3図の磁石では、磁石の内側において、隣り
合う磁石片の間の隙間のところで磁界強度が大きくなり
、プラズマはここに収束する。
FIG. 3 is a plan view of another example of an annular magnet. In this example, a magnet piece 241 magnetized in the radial direction of the annular magnet
A magnet is constructed by combining 16 pieces of ~256. In this case, unlike the example shown in FIG. 2, a gap 257 must be provided between adjacent magnet pieces. It is preferable that the interval is smaller than the length of the magnet piece in the magnetization direction. In the magnet shown in FIG. 3, the magnetic field strength increases at the gap between adjacent magnet pieces inside the magnet, and the plasma converges there.

第4図は、円環状の磁石のさらに別の例の平面図である
。この磁石は、第3図に示した磁石の磁石片241〜2
56の外周に、磁力線が漏れないようにヨーク300を
設けたものである。
FIG. 4 is a plan view of yet another example of an annular magnet. This magnet is similar to the magnet pieces 241 to 2 of the magnet shown in FIG.
A yoke 300 is provided around the outer periphery of the magnet 56 to prevent lines of magnetic force from leaking.

第1図のスパッタリング装置は、磁界と電界の相五作用
による電子のサイクロイド運動によって密度の濃いプラ
ズマを得ているが、このサイクロイド運動は持続しない
ので、いわゆるマグネトロンスパッタリングにはならな
い。したがって、第1図の装置ではマグネトロンスパッ
タリング装置ほどの大きなスパッタ速度は得られない。
The sputtering apparatus shown in FIG. 1 obtains a dense plasma by the cycloidal movement of electrons due to the five-phase action of the magnetic field and the electric field, but this cycloidal movement does not last, so it does not result in so-called magnetron sputtering. Therefore, the apparatus shown in FIG. 1 cannot achieve a sputtering rate as high as that of the magnetron sputtering apparatus.

しかし、簡易型のスパッタリング装置よりはスパッタ速
度が大きくなる。
However, the sputtering speed is higher than that of a simple sputtering device.

なお、上述の実施例は円板状のターゲットについて示し
たが、ターゲットの形状については正方形でも長方形で
もよく、プラズマを収束させるための環状の磁石は、用
いるターゲットの形状に合わせて配置すればよい。
In addition, although the above-mentioned embodiment showed a disk-shaped target, the shape of the target may be square or rectangular, and the annular magnet for converging the plasma may be arranged according to the shape of the target used. .

[発明の効果] この発明のスパッタリング方法では、ターゲットの周縁
部近傍にプラズマを収束させているので、エロージョン
領域から飛び出す負イオンの影響は、基板中央の広い面
積でほとんどなくなる。
[Effects of the Invention] In the sputtering method of the present invention, since the plasma is focused near the periphery of the target, the influence of negative ions flying out from the erosion region is almost eliminated over a wide area at the center of the substrate.

このスパッタリング方法において、酸化物ターゲットを
使用してターゲッI・と同じ組成の薄膜を基板−1二に
形成すれば、ターゲットから飛び出す酸素負イオンが基
板の中央領域を衝撃することがなくなり、基板中央の広
い面積にわたって膜組戊がターゲット組成に一致するよ
うになる。特に、酸化物超電導体と同一組成のターゲッ
トを使用して、酸化物超電導体薄膜を形成すれば、膜の
組成がタゲット組戊からずれなくなり、組成制御の重要
な酸化物超電導体薄膜の作製に効果的である。
In this sputtering method, if an oxide target is used to form a thin film with the same composition as targets I and 2 on substrate 1, negative oxygen ions ejected from the target will not bombard the central region of the substrate. The film composition matches the target composition over a large area. In particular, if an oxide superconductor thin film is formed using a target with the same composition as the oxide superconductor, the composition of the film will not deviate from the target composition, and composition control is important for the production of oxide superconductor thin films. Effective.

この発明は、酸素ガスを導入してターゲットの酸化物の
薄膜を基板」一に形成するような反応性スパッタリング
に適用した場合にも、酸化物ターゲットの場合と同様に
酸素負イオンの悪影響を基板中央の広い面積で防ぐこと
ができる。
Even when this invention is applied to reactive sputtering in which oxygen gas is introduced to form a target oxide thin film on a substrate, the negative effects of oxygen negative ions can be applied to the substrate as in the case of an oxide target. This can be prevented with a large area in the center.

この発川のスパッタリング装置は、ターゲットの周囲に
環状の磁石を配置したので、ターゲットの周縁部近傍に
プラズマを収束させることができ、この装置を利用して
上述のようなスパッタリング方法が可能となる。
Hatsukawa's sputtering equipment has an annular magnet placed around the target, so the plasma can be focused near the periphery of the target, making it possible to use this equipment to perform the sputtering method described above. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、この発明の一実施例のスパッタリング装置の
正面断面図、 第2図、第3図、第4図は環状の磁石の各種の例を示す
平面図、 第5図は従来の高周波簡易型スパッタリング装置の正面
断面図、 第6図は従来の高周波マグネトロンスパッタリング装置
の正面断面図、 第7図は放電空間内の電位分布を示すグラフである。 4・・・基板 31・・・ターゲット 102・・・プラズマ収束領域 211・・・円環状の磁石 221〜236・・・磁石片 402・・・エロージョン領域 501  ・・・磁ノノ線
FIG. 1 is a front cross-sectional view of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2, 3, and 4 are plan views showing various examples of annular magnets, and FIG. 5 is a conventional high-frequency FIG. 6 is a front sectional view of a simple sputtering device, FIG. 6 is a front sectional view of a conventional high-frequency magnetron sputtering device, and FIG. 7 is a graph showing the potential distribution in the discharge space. 4... Substrate 31... Target 102... Plasma convergence region 211... Annular magnets 221 to 236... Magnet piece 402... Erosion area 501... Magnetic wire

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ターゲットに対向させて基板を配置し、ターゲッ
トの周縁部近傍にプラズマを収束させることを特徴とす
るスパッタリング方法。
(1) A sputtering method characterized by placing a substrate facing a target and converging plasma near the peripheral edge of the target.
(2)酸化物ターゲットを使用して、このターゲットと
同じ組成の薄膜を基板上に形成することを特徴とする請
求項1記載のスパッタリング方法。
(2) The sputtering method according to claim 1, wherein an oxide target is used to form a thin film having the same composition as the target on the substrate.
(3)酸化物超電導体と同一組成のターゲットを使用す
る請求項2記載のスパッタリング方法。
(3) The sputtering method according to claim 2, wherein a target having the same composition as the oxide superconductor is used.
(4)プラズマ空間に酸素を供給してターゲットの酸化
物の薄膜を基板上に形成することを特徴とする請求項1
記載のスパッタリング方法。
(4) A thin film of the target oxide is formed on the substrate by supplying oxygen to the plasma space.
Sputtering method described.
(5)隣り合う磁石片の磁化方向が逆向きの複数の磁石
片からなる環状の磁石をターゲットの周囲に配置したこ
とを特徴とするスパッタリング装置。
(5) A sputtering apparatus characterized in that a ring-shaped magnet made up of a plurality of magnet pieces in which adjacent magnet pieces have opposite magnetization directions is arranged around a target.
(6)各磁石片の磁化方向が環状の磁石の周方向であっ
て、各磁石片の磁極は隣り合う磁石片の反対磁極に向き
合っていることを特徴とする請求項5記載のスパッタリ
ング装置。(7)各磁石片の磁化方向が環状の磁石の半
径方向であって、各磁石片の磁極は隙間を介して隣り合
う磁石片の反対磁極と並んでいることを特徴とする請求
項5記載のスパッタリング装置。
(6) The sputtering apparatus according to claim 5, wherein the magnetization direction of each magnet piece is in the circumferential direction of the annular magnet, and the magnetic pole of each magnet piece faces the opposite magnetic pole of an adjacent magnet piece. (7) The magnetization direction of each magnet piece is the radial direction of the annular magnet, and the magnetic pole of each magnet piece is aligned with the opposite magnetic pole of an adjacent magnet piece with a gap in between. sputtering equipment.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6112866A (en) * 1984-06-26 1986-01-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Plasma concentration type high-speed sputtering device
JPS63239742A (en) * 1987-03-27 1988-10-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacture for film superconductor

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