JPH05339726A - Magnetron sputtering device - Google Patents
Magnetron sputtering deviceInfo
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- JPH05339726A JPH05339726A JP15190592A JP15190592A JPH05339726A JP H05339726 A JPH05339726 A JP H05339726A JP 15190592 A JP15190592 A JP 15190592A JP 15190592 A JP15190592 A JP 15190592A JP H05339726 A JPH05339726 A JP H05339726A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、マグネトロンスパッタ
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetron sputtering device.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、マグネトロンスパッタ装置は、光
磁気ディスク、光ディスク、ビデオヘッドの記録膜等の
成膜に多く利用されている。2. Description of the Related Art In recent years, a magnetron sputtering apparatus has been widely used for forming a recording film of a magneto-optical disk, an optical disk, a video head.
【0003】以下、図4を参照しながら従来のマグネト
ロンスパッタ装置の一例について説明する。図4におい
て、21はヨーク22と同心円状の磁石対23を固定し
たカソード、24はターゲット25を固定するバッキン
グプレート、26は磁石対23及びターゲット25を冷
却するための冷却水管である。27はターゲット25に
対向して配置され、スパッタにより膜が堆積される基板
である。29は真空チャンバー28内を減圧雰囲気にす
るための真空排気ポンプ、30は真空チャンバー28内
にスパッタリングガスを供給するためのガス供給系であ
る。31はカソード21に電圧を印加し、ターゲット2
5の表面でプラズマを発生させるための電源である。An example of a conventional magnetron sputtering apparatus will be described below with reference to FIG. In FIG. 4, 21 is a cathode to which a magnet pair 23 that is concentric with the yoke 22 is fixed, 24 is a backing plate that fixes the target 25, and 26 is a cooling water pipe for cooling the magnet pair 23 and the target 25. Reference numeral 27 is a substrate which is arranged so as to face the target 25 and on which a film is deposited by sputtering. Reference numeral 29 is a vacuum exhaust pump for reducing the pressure inside the vacuum chamber 28, and 30 is a gas supply system for supplying a sputtering gas into the vacuum chamber 28. 31 applies a voltage to the cathode 21, and the target 2
5 is a power source for generating plasma on the surface.
【0004】以上のように構成されたマグネトロンスパ
ッタ装置について以下その動作について説明する。ま
ず、真空チャンバー28の内部を真空排気ポンプ29に
より10-6Torr台の真空度まで真空排気する。その
後、ガス供給系30により真空チャンバー28内部にア
ルゴンガスを導入し、5×10-3Torr程度の真空度
に設定し、電源31によりカソード21に直流または高
周波の電圧を印加し、真空チャンバー28の内部にプラ
ズマを発生させる。これによりアルゴンイオンが発生す
る。また、磁石対23の磁界32によりプラズマ密度の
高い部分33が発生し、アルゴンイオンのターゲット2
5への衝突量が増加する。そして、主にその領域、即ち
エロージョン領域から粒子が飛散し、対向して配置され
た基板27の表面に堆積し膜が形成される。その後ター
ゲット25は図5に示すようにエロージョン領域が削ら
れていく。The operation of the magnetron sputtering apparatus constructed as above will be described below. First, the inside of the vacuum chamber 28 is evacuated by the vacuum exhaust pump 29 to a degree of vacuum of the order of 10 −6 Torr. After that, argon gas is introduced into the vacuum chamber 28 by the gas supply system 30, a vacuum degree of about 5 × 10 −3 Torr is set, and a DC or high-frequency voltage is applied to the cathode 21 by the power supply 31 to make the vacuum chamber 28 A plasma is generated inside. As a result, argon ions are generated. Further, the magnetic field 32 of the magnet pair 23 generates a portion 33 having a high plasma density, and the argon ion target 2
The amount of collision with 5 increases. Then, the particles mainly scatter from the area, that is, the erosion area, and are deposited on the surface of the substrate 27 arranged facing each other to form a film. After that, the erosion area of the target 25 is removed as shown in FIG.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では同心円状の磁石対23により磁界強度の
高い部分が環状に形成され、このターゲット25表面の
磁界強度の高い部分、即ちプラズマ密度の高い部分でア
ルゴンイオンの衝突量が多くなり、環状のエロージョン
領域で粒子の飛散が多くなる。そのため、ターゲット2
5の侵食が環状のエロージョン領域に集中し、実際にタ
ーゲット25がスパッタリングにより利用される量、即
ちターゲット25の利用効率が20%程度と低く、量産
化の場合ターゲット25の交換頻度が高くなる等の問題
を有している。又、ターゲット25の侵食が速いため
に、ターゲット25の形状変化、磁界強度の変化が速く
なり、膜の特性再現性が低下するという問題点を有して
いる。However, in the above-described structure, the concentric magnet pair 23 forms a ring-shaped portion having a high magnetic field strength, and the portion of the surface of the target 25 having a high magnetic field strength, that is, the plasma density is high. The amount of collisions of argon ions increases in the high portion, and the scattering of particles increases in the annular erosion region. Therefore, target 2
The erosion of No. 5 is concentrated in the annular erosion region, the amount of the target 25 actually used by sputtering, that is, the utilization efficiency of the target 25 is as low as about 20%, and the replacement frequency of the target 25 becomes high in the case of mass production. Have a problem. Further, since the erosion of the target 25 is fast, there is a problem that the shape change of the target 25 and the change of the magnetic field strength become fast and the reproducibility of the characteristics of the film deteriorates.
【0006】さらに、プラズマ密度の高い部分がターゲ
ット25の一部分であるため、成膜速度が遅く、膜質均
一性及びステップカバレージ性が低く、スパッタ粒子の
ターゲット再付着によりパーティクルが増加する等の問
題点を有している。Further, since the portion where the plasma density is high is a part of the target 25, the film forming rate is slow, the film quality uniformity and the step coverage are low, and the particles are increased due to the reattachment of the sputtered particles to the target. have.
【0007】本発明は上記従来の問題点に鑑み、プラズ
マ密度の高い部分、即ちエロージョン領域をターゲット
表面全面に発生させかつ均一にターゲットを侵食させる
ことにより、ターゲット利用効率を向上し、膜の特性再
現性、膜厚均一性、ステップカバレージ性、成膜速度を
向上し、パーティクルを減少できるマグネトロンスパッ
タ装置を提供することを目的とする。In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention improves target utilization efficiency and film characteristics by generating a portion having a high plasma density, that is, an erosion region, on the entire surface of the target and uniformly eroding the target. An object of the present invention is to provide a magnetron sputtering apparatus capable of improving reproducibility, film thickness uniformity, step coverage, film forming speed, and reducing particles.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明のマグネトロンス
パッタ装置は、真空状態の維持が可能な真空チャンバー
と、真空チャンバー内を減圧雰囲気にする真空排気ポン
プと、真空チャンバー内にスパッタリングガスを流量調
整しながら供給するガス供給系と、磁石対を配置されか
つターゲットを固定されたカソードと、カソードに対向
して配置されスパッタリングにより成膜される基板と、
カソードに電圧を印加し基板との間でプラズマを発生さ
せる電源とを備えたマグネトロンスパッタ装置におい
て、磁石対を、波形又は矩形波状の形状をした第1の磁
極と、第1の磁極を囲みかつその凹部の間に位置する部
分を有する第2の磁極で構成したことを特徴とする。A magnetron sputtering apparatus according to the present invention comprises a vacuum chamber capable of maintaining a vacuum state, a vacuum exhaust pump for reducing the pressure inside the vacuum chamber, and a flow rate control of a sputtering gas in the vacuum chamber. While supplying a gas supply system, a cathode in which a magnet pair is arranged and a target is fixed, and a substrate which is arranged facing the cathode and is formed by sputtering,
In a magnetron sputtering apparatus equipped with a power source for applying a voltage to a cathode and generating plasma between a substrate, a magnet pair, a first magnetic pole having a waveform or rectangular wave shape, and a first magnetic pole surrounding the first magnetic pole. It is characterized in that it is constituted by a second magnetic pole having a portion located between the concave portions.
【0009】[0009]
【作用】本発明は上記した構成によって、プラズマ密度
の高い部分、即ちエロージョン領域をターゲット表面全
面に発生させることができるため、均一にターゲットを
侵食させることとなり、よってターゲット利用効率が向
上する。またターゲット厚さ方向の侵食速度が低下する
ため磁界強度変化速度が低下し、膜特性の再現性が向上
する。また、スパッタ粒子がターゲット全面から飛散す
るため、膜厚均一性、ステップカバレージ性、成膜速度
が向上する。さらにスパッタ粒子のターゲットへの再付
着が発生しないため、パーティクルを減少できる。According to the present invention, since the portion having a high plasma density, that is, the erosion region can be generated on the entire surface of the target by the above-described structure, the target is uniformly eroded, and the target utilization efficiency is improved. Further, since the erosion rate in the target thickness direction is reduced, the magnetic field strength change rate is reduced, and the reproducibility of the film characteristics is improved. Further, since the sputtered particles are scattered from the entire surface of the target, the film thickness uniformity, the step coverage property, and the film formation rate are improved. Furthermore, since reattachment of sputtered particles to the target does not occur, particles can be reduced.
【0010】[0010]
【実施例】以下、本発明の一実施例のマグネトロンスパ
ッタ装置について図1〜図3を参照しながら説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
【0011】図1において、1はカソード、2はヨーク
である。3は、図2に示すように、波形又は矩形波状の
形状をした第1の磁極3aと第1の磁極を囲みかつ凹部
の間に位置する部分を持つ第2の磁極3bで構成された
磁石対である。4はターゲット5を固定するバッキング
プレート、6は磁石対3及びターゲット5を冷却するた
めの冷却水管である。7はターゲット5に対向して配置
され、スパッタにより膜が堆積される基板である。9は
真空チャンバー8内を減圧雰囲気にするための真空排気
ポンプ、10は真空チャンバー8内にスパッタリングガ
スを流量調整しながら供給するガス供給系である。11
はカソード本体1に電圧を印加し、ターゲット5の表面
でプラズマを発生させるための電源である。In FIG. 1, 1 is a cathode and 2 is a yoke. As shown in FIG. 2, reference numeral 3 denotes a magnet composed of a first magnetic pole 3a having a corrugated or rectangular wave shape and a second magnetic pole 3b surrounding the first magnetic pole and having a portion located between the recesses. It is a pair. 4 is a backing plate for fixing the target 5, and 6 is a cooling water pipe for cooling the magnet pair 3 and the target 5. A substrate 7 is arranged so as to face the target 5 and a film is deposited by sputtering. Reference numeral 9 is a vacuum exhaust pump for creating a reduced pressure atmosphere in the vacuum chamber 8, and 10 is a gas supply system for supplying the sputtering gas into the vacuum chamber 8 while adjusting the flow rate. 11
Is a power source for applying a voltage to the cathode body 1 to generate plasma on the surface of the target 5.
【0012】以上のように構成されたマグネトロンスパ
ッタ装置について以下その動作について説明する。ま
ず、真空チャンバー8の内部を真空排気ポンプ9により
10-6Torr台の真空度まで真空排気する。その後、
ガス供給系10により真空チャンバー8内部にアルゴン
ガスを導入し、5×10-3Torr程度の真空度に設定
する。ここで、ターゲット5は冷却水管6からの冷却水
によって冷却されている。次に、電源11によりカソー
ド1に直流または高周波の電圧を印加し、真空チャンバ
ー8の内部にプラズマを発生させる。このプラズマによ
りアルゴンイオンが発生し、ターゲット5へ衝突するこ
とにより衝突した部分からスパッタ粒子が飛散する。こ
のとき、磁石対3の磁界12によりプラズマ密度の高い
部分13がターゲット5の全面に拡がる。そして、スパ
ッタ粒子がターゲット5全面から飛散し、対向して配置
された基板7の表面に堆積し膜が形成される。こうして
ターゲット5は、図3に示すように、その全面が均一に
削られていく。The operation of the magnetron sputtering apparatus constructed as above will be described below. First, the inside of the vacuum chamber 8 is evacuated by the vacuum exhaust pump 9 to a degree of vacuum of the order of 10 −6 Torr. afterwards,
Argon gas is introduced into the vacuum chamber 8 by the gas supply system 10, and the degree of vacuum is set to about 5 × 10 −3 Torr. Here, the target 5 is cooled by the cooling water from the cooling water pipe 6. Next, a direct-current or high-frequency voltage is applied to the cathode 1 by the power source 11 to generate plasma inside the vacuum chamber 8. Argon ions are generated by this plasma and collide with the target 5, so that sputtered particles are scattered from the colliding portion. At this time, the magnetic field 12 of the magnet pair 3 spreads the high plasma density portion 13 over the entire surface of the target 5. Then, the sputtered particles are scattered from the entire surface of the target 5 and are deposited on the surface of the substrate 7 arranged so as to be opposed to form a film. In this way, the entire surface of the target 5 is evenly ground as shown in FIG.
【0013】以上のように本実施例によれば、磁石対3
の磁界12によりプラズマ密度の高い部分13、即ちエ
ロージョン領域をターゲット5全面に発生させることが
できるため、図3に示すように、ターゲット5全面を均
一に侵食させることとなる。As described above, according to this embodiment, the magnet pair 3 is used.
Since the magnetic field 12 can generate a portion 13 having a high plasma density, that is, an erosion region on the entire surface of the target 5, as shown in FIG. 3, the entire surface of the target 5 is uniformly eroded.
【0014】よって、ターゲット利用効率を40%まで
向上することができる。Therefore, the target utilization efficiency can be improved up to 40%.
【0015】また、ターゲット5の厚さ方向の侵食速度
が低下するため、磁界強度変化速度が低下し、膜特性の
再現性を向上することがてきる。Further, since the erosion rate in the thickness direction of the target 5 is reduced, the magnetic field strength change rate is reduced, and the reproducibility of the film characteristics can be improved.
【0016】また、スパッタ粒子がターゲット5全面か
ら飛散するため、膜厚均一性、ステップカバレージ性、
成膜速度を向上することができる。Further, since the sputtered particles scatter from the entire surface of the target 5, film thickness uniformity, step coverage,
The film forming speed can be improved.
【0017】さらに、スパッタ粒子のターゲット5への
再付着が発生しないため、パーティクルを減少すること
ができる。Furthermore, since reattachment of sputtered particles to the target 5 does not occur, the number of particles can be reduced.
【0018】なお、上記実施例では磁石対3を固定した
が、回転させてもよく、回転させることによりターゲッ
ト利用効率を60%までにも向上することができる。Although the magnet pair 3 is fixed in the above embodiment, it may be rotated, and the target utilization efficiency can be improved up to 60% by rotating it.
【0019】[0019]
【発明の効果】本発明によれば、以上のようにカソード
内の磁石対を、波形又は矩形波状の形状をした第1の磁
極と、第1の磁極を囲みかつその凹部の間に位置する部
分を有する第2の磁極で構成したことにより、エロージ
ョン領域をターゲット表面全面に発生させてターゲット
利用効率を向上でき、またターゲット厚さ方向の侵食速
度が低下して磁界強度変化速度を低下できるため膜特性
の再現性を向上でき、またスパッタ粒子がターゲット全
面から飛散するため、膜厚均一性、ステップカバレージ
性、成膜速度が向上し、さらにスパッタ粒子のターゲッ
トへの再付着が発生しないため、パーティクルを減少す
ることができる等の効果を発揮する。According to the present invention, as described above, the magnet pair in the cathode is located between the first magnetic pole having the corrugated or rectangular wave shape and the recess surrounding the first magnetic pole. Since the second magnetic pole having the portion is formed, the erosion region can be generated on the entire surface of the target to improve the target utilization efficiency, and the erosion rate in the target thickness direction can be reduced to reduce the magnetic field strength change rate. The reproducibility of the film characteristics can be improved, and since the sputtered particles are scattered from the entire surface of the target, the film thickness uniformity, the step coverage, the film formation speed are improved, and the re-adhesion of the sputtered particles to the target does not occur. It has the effect of reducing particles.
【図1】本発明の一実施例におけるマグネトロンスパッ
タ装置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】同実施例における磁石対の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a magnet pair in the embodiment.
【図3】同実施例におけるターゲットの侵食状態を示す
断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing an eroded state of a target in the example.
【図4】従来例のマグネトロンスパッタ装置の断面図で
ある。FIG. 4 is a sectional view of a conventional magnetron sputtering apparatus.
【図5】従来例におけるターゲットの侵食状態を示す断
面図である。FIG. 5 is a sectional view showing an eroded state of a target in a conventional example.
1 カソード 3 磁石対 3a 第1の磁極 3b 第2の磁極 5 ターゲット 7 基板 8 真空チヤンバー 9 真空排気ポンプ 10 ガス供給系 11 電源 1 Cathode 3 Magnet Pair 3a First Magnetic Pole 3b Second Magnetic Pole 5 Target 7 Substrate 8 Vacuum Chamber 9 Vacuum Exhaust Pump 10 Gas Supply System 11 Power Supply
Claims (1)
と、真空チャンバー内を減圧雰囲気にする真空排気ポン
プと、真空チャンバー内にスパッタリングガスを流量調
整しながら供給するガス供給系と、磁石対を配置されか
つターゲットを固定されたカソードと、カソードに対向
して配置されスパッタリングにより成膜される基板と、
カソードに電圧を印加し基板との間でプラズマを発生さ
せる電源とを備えたマグネトロンスパッタ装置におい
て、磁石対を、波形又は矩形波状の形状をした第1の磁
極と、第1の磁極を囲みかつその凹部の間に位置する部
分を有する第2の磁極で構成したことを特徴とするマグ
ネトロンスパッタ装置。1. A vacuum chamber capable of maintaining a vacuum state, a vacuum exhaust pump for creating a reduced pressure atmosphere in the vacuum chamber, a gas supply system for supplying a sputtering gas into the vacuum chamber while adjusting the flow rate, and a magnet pair. A cathode arranged and fixed with a target, and a substrate arranged facing the cathode and formed by sputtering,
In a magnetron sputtering apparatus equipped with a power source for applying a voltage to a cathode to generate plasma between a substrate, a magnet pair, a first magnetic pole having a waveform or rectangular wave shape, and a first magnetic pole surrounding the first magnetic pole. A magnetron sputtering apparatus comprising a second magnetic pole having a portion located between the recesses.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15190592A JPH05339726A (en) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | Magnetron sputtering device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15190592A JPH05339726A (en) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | Magnetron sputtering device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05339726A true JPH05339726A (en) | 1993-12-21 |
Family
ID=15528760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15190592A Pending JPH05339726A (en) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | Magnetron sputtering device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05339726A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1129865A (en) * | 1997-04-23 | 1999-02-02 | Applied Materials Inc | Magnet of sputtering chamber |
JP2005232593A (en) * | 2004-01-07 | 2005-09-02 | Applied Materials Inc | Two-dimensional magnetron scanning for flat panel sputtering |
JP2008038252A (en) * | 2006-08-04 | 2008-02-21 | Applied Materials Inc | Ganged scanning of multiple magnetrons, especially two level folded magnetrons |
CN103177916B (en) * | 2011-12-20 | 2015-09-02 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | A kind of magnetron and magnetron sputtering apparatus |
JP2017014627A (en) * | 2011-11-03 | 2017-01-19 | ヒディス テクノロジーズ カンパニー, リミテッドHydis Technologies Co., Ltd. | Sputtering method using a sputtering device |
-
1992
- 1992-06-11 JP JP15190592A patent/JPH05339726A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1129865A (en) * | 1997-04-23 | 1999-02-02 | Applied Materials Inc | Magnet of sputtering chamber |
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