JPH09316633A - Sputtering system - Google Patents
Sputtering systemInfo
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- JPH09316633A JPH09316633A JP12848396A JP12848396A JPH09316633A JP H09316633 A JPH09316633 A JP H09316633A JP 12848396 A JP12848396 A JP 12848396A JP 12848396 A JP12848396 A JP 12848396A JP H09316633 A JPH09316633 A JP H09316633A
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- JP
- Japan
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- target
- target material
- substrate
- cylindrical
- vacuum chamber
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3464—Sputtering using more than one target
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、良質の薄膜を効率
的に形成することができるスパッタリング装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus capable of efficiently forming a high quality thin film.
【0002】[0002]
【従来の技術】基板に反射防止膜や透明導電膜などの薄
膜を形成するためにスパッタリングが用いられている。
スパッタリングは、真空槽内に放電ガスを導入し、グロ
ー放電によって発生した陽イオンを加速してターゲット
に衝突させ、その衝突エネルギーでターゲットから叩き
出された原子を基板表面に被着させて薄膜を形成する。
安定なグロー放電を生じさせるために、高真空にした真
空槽内には放電ガスとしてアルゴンガスなどの不活性ガ
スが適当なガス圧まで導入される。また、化学反応性ス
パッタリングの場合には、アルゴンガスの他に、化学反
応の種類に対応して酸素ガスや窒素ガスなどの反応ガス
が導入される。スパッタリングは、抵抗加熱蒸着法や電
子線加熱蒸着法と比較して、膜構造が緻密で物理化学的
特性が優れ、耐久性に富んだ薄膜が得られるという利点
があるが、成膜に時間がかかるという難点がある。2. Description of the Related Art Sputtering is used to form a thin film such as an antireflection film or a transparent conductive film on a substrate.
Sputtering involves introducing a discharge gas into a vacuum chamber, accelerating cations generated by glow discharge to collide with a target, and depositing a thin film by depositing atoms knocked out of the target with the collision energy onto the substrate surface. Form.
In order to generate a stable glow discharge, an inert gas such as argon gas is introduced as a discharge gas up to an appropriate gas pressure in a high vacuum vacuum chamber. Further, in the case of chemically reactive sputtering, in addition to argon gas, a reactive gas such as oxygen gas or nitrogen gas is introduced according to the type of chemical reaction. Sputtering has an advantage over the resistance heating evaporation method and electron beam heating evaporation method in that it has a dense film structure, excellent physicochemical properties, and a highly durable thin film. There is a drawback of this.
【0003】上記難点を解決するために、本出願人によ
る特開平7−70748号公報記載のスパッタリング装
置が公知である。この装置は、真空槽内の内容積をでき
るだけ小さくすることによって、スパッタリング成膜を
行うための前工程である排気工程を短時間で行うことが
できるようにしてある。また、薄膜の被着対象となる基
板をドラム状の基板ホルダに複数枚保持させ、基板ホル
ダを適宜に回動させることによって、一回の排気工程の
後に複数枚の基板に対して成膜を行うことができるよう
にしてあり、必要に応じ、一回の排気工程の後に異種の
ターゲット材料を用いてスパッタリングを行うことも可
能となっている。In order to solve the above-mentioned problems, a sputtering apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-70748 by the present applicant is known. In this apparatus, the inner volume in the vacuum chamber is made as small as possible so that the exhaust step, which is a pre-step for performing sputtering film formation, can be performed in a short time. In addition, a plurality of substrates to which thin films are to be deposited are held by a drum-shaped substrate holder, and the substrate holder is appropriately rotated to form a film on a plurality of substrates after one evacuation process. It is possible to perform the sputtering, and if necessary, it is also possible to perform the sputtering using a different target material after one exhaust step.
【0004】上記公報記載の装置ではターゲット材料と
して板状のものを用いているため、効率的なスパッタリ
ング成膜のためにターゲット材料の表面積を広げようと
すると、電極を含むターゲット保持機構が大型化して真
空槽も大型化しやすい。この点、ターゲット材料を筒状
にしてその中空部内に電極を収容する構造にすると、タ
ーゲット材料の表面積を大きくしながらもスペース効率
を改善することができ、結果的に真空槽の内容積を大き
くせずに済むことになって排気時間を短縮することがで
きる。In the apparatus described in the above publication, a plate-like material is used as the target material. Therefore, when an attempt is made to increase the surface area of the target material for efficient sputtering film formation, the target holding mechanism including the electrodes becomes large. It is easy to upsize the vacuum chamber. In this respect, if the target material is made cylindrical and the electrode is housed in the hollow portion, the space efficiency can be improved while increasing the surface area of the target material, and as a result, the internal volume of the vacuum chamber can be increased. Therefore, the exhaust time can be shortened.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ターゲット材料を筒状
にして用いる装置は、例えば特開昭59−179782
号公報に記載され、この装置では 真空槽の中央に筒状
のターゲット材料を設置するとともにこれを取り囲むよ
うに基板を固定配置し、ターゲット材料の全周にわたっ
てグロー放電を生じさせて成膜を行う構造となってい
る。ところが、ターゲット材料の全周にわたって均一で
安定したグロー放電を維持させることは非常に困難で、
スパッタリングを行ったときに局所的なムラがでやす
く、複数の基板に対して均一な薄膜を形成することがで
きない。さらに、スパッタリングレートの改善のために
磁界を併用してはいるが、ターゲット材料に対して一定
の磁界がかけられているため、やはり均一な薄膜を形成
するには難がある。An apparatus for using a target material in a cylindrical shape is disclosed in, for example, JP-A-59-179782.
In this device, a cylindrical target material is placed in the center of a vacuum chamber, and a substrate is fixedly placed so as to surround the target material, and glow discharge is generated over the entire circumference of the target material to form a film. It has a structure. However, it is very difficult to maintain a uniform and stable glow discharge over the entire circumference of the target material,
Local unevenness is likely to occur when sputtering is performed, and a uniform thin film cannot be formed on a plurality of substrates. Further, although a magnetic field is used together to improve the sputtering rate, it is still difficult to form a uniform thin film because a constant magnetic field is applied to the target material.
【0006】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、真空槽を大型化させずに複数個所にターゲット材料
を収容することができ、しかも均一な薄膜を効率的に形
成することができるようにしたスパッタリング装置を提
供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and the target material can be accommodated in a plurality of places without enlarging the vacuum chamber, and a uniform thin film can be efficiently formed. It is an object of the present invention to provide a sputtering device thus configured.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、筒状の真空槽の内部に、薄膜の被着対象と
なる複数の基板を保持したドラム状の基板ホルダを設
け、真空槽の筒状外壁の複数個所に筒状のターゲットハ
ウスを突出させるとともに、このターゲットハウス内に
ターゲット構造体を設置してある。ターゲット構造体は
筒状にしたターゲット材料を有し、基板ホルダの回動に
よって筒状のターゲット材料に対面する位置に移動して
きた基板に対してスパッタリング成膜を行うようにして
ある。In order to achieve the above object, the present invention provides a drum-shaped substrate holder for holding a plurality of substrates on which thin films are to be deposited, in a cylindrical vacuum chamber. A cylindrical target house is projected at a plurality of positions on the cylindrical outer wall of the vacuum chamber, and a target structure is installed in this target house. The target structure has a cylindrical target material, and sputtering film formation is performed on the substrate that has moved to a position facing the cylindrical target material by the rotation of the substrate holder.
【0008】グロー放電は、主として基板と筒状のター
ゲット材料とが対面した領域で行われるため、基板に対
面しない側についてはターゲット材料の代わりに安価な
材料を用いるのがコスト的に有利である。ただし、この
場合に非ターゲット材料までもグロー放電の影響を受
け、本来の薄膜形成には不必要な粒子が飛散されること
がある。こうした粒子が基板に被着すると薄膜の品質が
劣化するため、こうした粒子や原子が基板まで回り込む
ことがないように、ターゲットハウスと真空槽との境界
部近傍に遮蔽板を設けたり、ターゲットハウスの内壁に
トラップ手段を設けるとよい。Since the glow discharge is mainly performed in a region where the substrate and the cylindrical target material face each other, it is cost effective to use an inexpensive material instead of the target material on the side not facing the substrate. . However, in this case, even the non-target material may be affected by the glow discharge, and particles unnecessary for the original thin film formation may be scattered. When such particles adhere to the substrate, the quality of the thin film deteriorates.Therefore, in order to prevent such particles and atoms from wrapping around to the substrate, a shielding plate may be provided near the boundary between the target house and the vacuum chamber or the target house A trap means may be provided on the inner wall.
【0009】磁界作用を併用してスパッタリングレート
を改善する場合には、ターゲット材料に対して局所的に
一定の磁界を作用させるよりも、ターゲット材料に対し
て平均的に磁界をかけるのが好ましい。そこで、ターゲ
ット材料を保持した支持筒の内部に、その軸方向に沿っ
て回転軸を設けるとともに、この回転軸に対して円盤状
の磁石を傾けて固定し、回転軸を回転させるだけで磁界
に変化を与えることができるようにしておくのが構造的
にも簡便で効果的である。When the sputtering rate is improved by using the magnetic field action together, it is preferable to apply the magnetic field to the target material on average, rather than to locally apply a constant magnetic field to the target material. Therefore, a rotating shaft is provided along the axial direction inside the support cylinder that holds the target material, and the disk-shaped magnet is tilted and fixed with respect to this rotating shaft, and the rotating shaft rotates to generate a magnetic field. It is structurally simple and effective to make changes possible.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】本発明を適用したスパッタリング
装置を示す図1及び図2において、真空槽2は円筒形状
をしたベルジャー本体3と、その上面及び底面をそれぞ
れ気密に覆う蓋4,ベースプレート5からなり、その内
部空間でスパッタリングが行われる。ベースプレート5
の中央部には排気孔が形成され、この排気孔を介して回
転速度可変型の分子ターボポンプ6とスクロール型ドラ
イ真空ポンプ7とが接続されている。これらの真空ポン
プを駆動することによって、真空槽2内を10-6Torr以
下の高真空にすることができる。1 and 2 showing a sputtering apparatus to which the present invention is applied, a vacuum chamber 2 includes a bell jar main body 3 having a cylindrical shape, a lid 4 and a base plate 5 that hermetically cover the top and bottom of the bell jar main body 3, respectively. And sputtering is performed in the internal space. Base plate 5
An exhaust hole is formed in the central part of the, and the variable rotation speed type molecular turbo pump 6 and the scroll type dry vacuum pump 7 are connected through this exhaust hole. By driving these vacuum pumps, the inside of the vacuum chamber 2 can be made a high vacuum of 10 −6 Torr or less.
【0011】ベルジャー本体3の側面の4個所には、半
円筒状のターゲットハウス10が突出して設けられてい
る。ターゲットハウス10は、その主要部分がヒンジ機
構11によって開閉自在となったドア12で構成されて
いる。各々のターゲットハウス10の内部にはターゲッ
ト構造体14が設けられ、半円筒状にしたターゲット材
料15がベルジャー本体3の中心部に向けて保持されて
いる。ターゲット材料15は作成しようとする薄膜の組
成により適宜に選択されるが、ここでは便宜的に金属製
材料であるとして説明する。Semi-cylindrical target houses 10 are provided at four locations on the side surface of the bell jar body 3 so as to project therefrom. A main part of the target house 10 is composed of a door 12 which can be opened and closed by a hinge mechanism 11. A target structure 14 is provided inside each target house 10, and a semi-cylindrical target material 15 is held toward the center of the bell jar body 3. The target material 15 is appropriately selected according to the composition of the thin film to be formed, but here, for convenience, it will be described as a metal material.
【0012】真空槽2の内部にはドラム状の基板ホルダ
16が回動自在に収容され、図示せぬ駆動機構によって
2〜20rpmの速度で回動させることができるように
なっている。基板ホルダ16の周面には薄膜の被着対象
となる基板18が取付けられている。蓋4を開放するこ
とによって基板ホルダ16を真空槽2から取り出すこと
ができ、基板18が基板ホルダ16に着脱される。そし
て、スパッタリングを行うときにはこの基板ホルダ16
が陽電極として用いられる。A drum-shaped substrate holder 16 is rotatably housed inside the vacuum chamber 2, and can be rotated at a speed of 2 to 20 rpm by a drive mechanism (not shown). A substrate 18 to which a thin film is attached is attached to the peripheral surface of the substrate holder 16. The substrate holder 16 can be taken out of the vacuum chamber 2 by opening the lid 4, and the substrate 18 is attached to and detached from the substrate holder 16. When performing the sputtering, the substrate holder 16
Is used as the positive electrode.
【0013】図3にターゲットハウス10の内部構造を
示す。半円筒状にしたターゲット材料15は基板18に
対面するように中空の支持筒20に固着されている。支
持筒20は導電性を有し、スパッタリングを行うときに
は陰極として用いられる。支持筒20の反対側の周面
は、耐熱性に富んだ安価な絶縁性材料からなる被覆材2
1で覆われている。FIG. 3 shows the internal structure of the target house 10. The semi-cylindrical target material 15 is fixed to a hollow support cylinder 20 so as to face the substrate 18. The support cylinder 20 has conductivity and is used as a cathode when performing sputtering. The peripheral surface on the opposite side of the support cylinder 20 is a covering material 2 made of an inexpensive insulating material having high heat resistance.
Covered with 1.
【0014】ベルジャ本体3とターゲットハウス10と
の境界部には一対の遮蔽板23が固定されている。これ
らの遮蔽板23は、スパッタリングを行ったときに被覆
材21から飛び出した原子が基板18に向かって飛散す
ることを防ぐためのもので、その長さLや傾斜角θはタ
ーゲット材料15の種類やスパッタリング時の放電電圧
などに応じて適宜に調節される。ターゲットハウス10
の内壁には、被覆材21から飛び出した原子を捕捉する
ためのトラップ手段として多数のフィン25が設けられ
ている。このようなトラップ手段としては、目の細かい
金網や、多数の凹凸を有する材料や多孔質性の材料など
のように表面積が大きい構造体をターゲットハウス10
の内壁に沿わせて配置してもよい。なお、基板ホルダ1
6の回動方向に応じ、各々の遮蔽板23の長さL,角度
θを互いに変えるようにしてもよい。A pair of shield plates 23 are fixed at the boundary between the bell jar body 3 and the target house 10. These shield plates 23 are for preventing atoms that fly out of the coating material 21 from being scattered toward the substrate 18 when sputtering is performed. The length L and the inclination angle θ of the shield plate 23 depend on the type of the target material 15. Or appropriately adjusted according to the discharge voltage at the time of sputtering. Target house 10
A large number of fins 25 are provided on the inner wall of the as a trap means for trapping the atoms that have jumped out from the coating material 21. As such a trap means, a fine wire mesh, a structure having a large surface area such as a material having many irregularities or a porous material is used as the target house 10.
It may be arranged along the inner wall of the. The substrate holder 1
The length L and the angle θ of each shield plate 23 may be changed depending on the rotating direction of the shield 6.
【0015】図4にターゲット構造体14の概略断面図
を示す。支持筒20の両端には絶縁性のプレート26,
27が嵌め込まれ、これらのプレート26,27によっ
て回転軸28が支持されている。回転軸28には、図示
したように、円盤形状をした磁石30,軟鉄板31,磁
石32,スペーサ33,磁石34,軟鉄板35,磁石3
6が順次に配列され、かつこれらは回転軸28に対して
一定角度で傾いた状態で固定されている。FIG. 4 is a schematic sectional view of the target structure 14. An insulating plate 26 is provided at both ends of the support cylinder 20,
27 is fitted in, and the rotary shaft 28 is supported by these plates 26, 27. As shown in the drawing, the rotating shaft 28 includes a disk-shaped magnet 30, a soft iron plate 31, a magnet 32, a spacer 33, a magnet 34, a soft iron plate 35, and a magnet 3.
6 are sequentially arranged, and these are fixed in a state of being inclined at a constant angle with respect to the rotating shaft 28.
【0016】回転軸28の下端部にはギヤ37が固定さ
れ、モータの駆動によりこのギヤ37を介して回転軸2
8が回転する。回転軸28には中空パイプが用いられて
おり、その上端には排水孔28aが開けられている。支
持筒20とプレート26,27で囲まれた空間は水密構
造となっている。そして、プレート27に取り付けた給
水管38から冷却水の供給が行われ、回転軸28を通し
て排水が行われる。これにより、スパッタリングによっ
て加熱されたターゲット材料15を冷却することができ
る。なお、上述したターゲットハウス10の構成は、他
の3個所のターゲットハウス10においても共通であ
り、同様にターゲット構造体14についてもそれぞれ共
通となっている。A gear 37 is fixed to the lower end of the rotary shaft 28, and is driven by the motor to drive the rotary shaft 2 through the gear 37.
8 rotates. A hollow pipe is used for the rotary shaft 28, and a drainage hole 28a is opened at the upper end thereof. The space surrounded by the support cylinder 20 and the plates 26, 27 has a watertight structure. Then, the cooling water is supplied from the water supply pipe 38 attached to the plate 27, and the drainage is performed through the rotary shaft 28. Thereby, the target material 15 heated by sputtering can be cooled. The configuration of the target house 10 described above is common to the other three target houses 10, and similarly, the target structures 14 are also common.
【0017】上記装置によりスパッタリング成膜を行う
には、まず分子ターボポンプ6とスクロール型ドライ真
空ポンプ7とを作動させて真空槽2内を高真空にする。
その後、図示せぬガス導入管からグロー放電を生じさせ
るための放電ガスが規定のガス圧まで導入される。放電
ガスには不活性ガス、例えばアルゴンガスが利用され、
ガス導入管に設けられたバルブによって、前記規定のガ
ス圧が保たれるように放電ガスの導入量が調節される。In order to form a film by sputtering with the above apparatus, first, the molecular turbo pump 6 and the scroll type dry vacuum pump 7 are operated to bring the inside of the vacuum chamber 2 to a high vacuum.
After that, a discharge gas for causing glow discharge is introduced up to a specified gas pressure from a gas introduction pipe (not shown). An inert gas such as argon gas is used as the discharge gas,
The amount of discharge gas introduced is adjusted so that the specified gas pressure is maintained by a valve provided in the gas introduction pipe.
【0018】モータを駆動して回転軸28を回転させ、
また給水管38から冷却水を導入する。回転軸28の回
転によって磁石30,32,34,36が回転する。こ
れらの磁石は回転軸28に対して傾けて固定されている
ため、その回転に伴って図4において垂直な方向で磁界
が交番的に移動する。また、冷却水の導入によりターゲ
ット材料15が高温度になることが防がれ、安定したグ
ロー放電を継続させることができる。The motor is driven to rotate the rotary shaft 28,
Further, cooling water is introduced from the water supply pipe 38. The rotation of the rotary shaft 28 causes the magnets 30, 32, 34, 36 to rotate. Since these magnets are inclined and fixed with respect to the rotation shaft 28, the magnetic field alternately moves in the direction perpendicular to FIG. 4 as the magnets rotate. Further, the introduction of the cooling water prevents the target material 15 from reaching a high temperature, and stable glow discharge can be continued.
【0019】次に基板ホルダ16をゆっくりと回転させ
ながら、基板ホルダ16を陽極、支持筒20を陰極とし
て直流電圧を印加する。電圧を徐々に高めてゆくと、両
電極間にグロー放電が生じて放電電流が流れるようにな
る。両電極間でグロー放電が生じるとその放電空間内の
放電ガスがイオン化される。ここで発生した陽イオン
は、基板ホルダ16と支持筒20との間の電界と磁石3
0,32,34,36による磁界との重畳作用によって
加速され、陰極となっている支持筒20に向かって移動
し、ターゲット材料15の表面に衝突する。この衝突エ
ネルギーによってターゲット材料15から原子が叩き出
され、基板16に付着して薄膜の形成が開始される。Next, while rotating the substrate holder 16 slowly, a DC voltage is applied using the substrate holder 16 as an anode and the support cylinder 20 as a cathode. When the voltage is gradually increased, glow discharge occurs between both electrodes and a discharge current flows. When glow discharge occurs between both electrodes, the discharge gas in the discharge space is ionized. The cations generated here are generated by the electric field between the substrate holder 16 and the support cylinder 20 and the magnet 3.
It is accelerated by the superposition effect of the magnetic field of 0, 32, 34, 36, moves toward the support cylinder 20 serving as the cathode, and collides with the surface of the target material 15. Atoms are knocked out from the target material 15 by this collision energy and adhere to the substrate 16 to start forming a thin film.
【0020】グロー放電によって発生した陽イオンのほ
とんどは、半円筒状のターゲット材料15の表面に衝突
して薄膜の形成に寄与するが、一部の陽イオンはターゲ
ット材料15を回り込んで被覆材21に衝突する。この
ため被覆材21を構成している原子が飛散することがあ
る。こうして飛散した原子は、スパッタリングによって
形成しようとしている薄膜の組成とは無縁のものであ
る。したがって、これらの異種原子が基板18に達する
と薄膜に不純物が混入して薄膜の品質を劣化させる原因
となる。ところが、これらの異種原子はターゲットハウ
ス10の内壁に設置してあるフィン25によって捕捉さ
れ、さらに一対の遮蔽板23によって遮られることにな
るため、これらが薄膜に混入することはない。Most of the cations generated by the glow discharge collide with the surface of the semi-cylindrical target material 15 and contribute to the formation of a thin film, but some cations wrap around the target material 15 to cover the coating material. Collide with 21. For this reason, the atoms forming the coating material 21 may be scattered. The atoms thus scattered have nothing to do with the composition of the thin film to be formed by sputtering. Therefore, when these foreign atoms reach the substrate 18, impurities are mixed into the thin film, which causes deterioration of the quality of the thin film. However, since these foreign atoms are captured by the fins 25 installed on the inner wall of the target house 10 and further blocked by the pair of shielding plates 23, they are not mixed in the thin film.
【0021】なお、支持筒20の全周にターゲット材料
15を保持させればこうした異種原子の混入を避けるこ
とができるが、基板18に対面しない側のターゲット材
料は微量しかスパッタリングに供されないため、このよ
うな部分にまでターゲット材料15を用いることはコス
ト面での負担が大きい。このため、上記のように安価な
被覆材21を利用する方が有利であり、しかもフィン2
5や遮蔽板23を用いることによって、被覆材21から
の異種原子が薄膜に混入することを防ぐことができる。Incidentally, if the target material 15 is held on the entire circumference of the support cylinder 20, it is possible to avoid mixing of such different kinds of atoms, but a small amount of the target material on the side not facing the substrate 18 is used for sputtering. Using the target material 15 even in such a portion imposes a heavy cost burden. Therefore, it is more advantageous to use the inexpensive covering material 21 as described above, and the fin 2
5 and the shielding plate 23 can prevent foreign atoms from the coating material 21 from being mixed into the thin film.
【0022】また、スパッタリングが行われる間には、
回転軸28とともに磁石30,32,34,36が回転
する。これらの磁石は回転軸28に対して傾斜して取り
付けられているため、支持筒20内で磁極が縦方向に周
期的に移動する。したがって、ターゲット材料15の表
面に沿う磁力線の密度が磁石の回転とともに変化するよ
うになる。このため、ターゲット材料15の全表面にわ
たって磁界が平均化され、ターゲット材料15の全表面
から平均的にスパッタリングが行われるようになり、タ
ーゲット材料15が局部的に消耗してグロー放電が不安
定になったり、また薄膜を形成する過程で膜厚が局部的
に不均一になったりすることがなく、安定したスパッタ
リングを行うことができる。なお、単に磁石を上下動さ
せるものと比較して、磁石の回転だけで上記の作用が得
られるから、構造の簡略化を図るうえでも有利である。During the sputtering,
The magnets 30, 32, 34 and 36 rotate together with the rotating shaft 28. Since these magnets are attached so as to be inclined with respect to the rotating shaft 28, the magnetic poles periodically move in the vertical direction within the support cylinder 20. Therefore, the density of magnetic lines of force along the surface of the target material 15 changes as the magnet rotates. Therefore, the magnetic field is averaged over the entire surface of the target material 15, so that the sputtering is performed evenly from the entire surface of the target material 15, the target material 15 is locally consumed, and the glow discharge becomes unstable. In addition, stable sputtering can be performed without causing the film thickness to become locally uneven in the process of forming a thin film. It should be noted that, as compared with the case where the magnet is simply moved up and down, the above-described action can be obtained only by rotating the magnet, which is also advantageous in simplifying the structure.
【0023】スパッタリング成膜中には、陽イオンから
受ける衝突エネルギーによってターゲット材料15,支
持筒20は加熱されるが、支持筒20内に冷却水を供給
しているので、これらが極端な高温に達することはな
く、安定したグロー放電を継続させることができる。基
板ホルダ16が1回転する間に、基板18が4個所のタ
ーゲットハウス10を通過する間に順次にスパッタリン
グが行われる。そして、所定の膜厚までスパッタリング
を行った後は、両電極間への電圧の印加を断って排気系
のバルブ及び放電ガス導入用のバルブを閉じ、また基板
ホルダ16の回転、冷却水の供給を止めてから真空槽2
内を徐々にリークして大気圧にする。そして蓋4を開放
して基板ホルダ16を取り出せばよい。During the sputtering film formation, the target material 15 and the support cylinder 20 are heated by the collision energy received from the cations, but since cooling water is supplied into the support cylinder 20, they are exposed to extremely high temperatures. The stable glow discharge can be continued without reaching the target. Sputtering is sequentially performed while the substrate 18 passes through the four target houses 10 while the substrate holder 16 rotates once. After sputtering to a predetermined film thickness, the voltage application between the electrodes is cut off to close the exhaust system valve and the discharge gas introduction valve, rotate the substrate holder 16, and supply cooling water. Stop the vacuum chamber 2
The inside is gradually leaked to atmospheric pressure. Then, the lid 4 may be opened and the substrate holder 16 may be taken out.
【0024】以上、図示した実施形態に基づいて本発明
について述べてきたが、ターゲット材料15が金属であ
れば上記のように直流によるスパッタリングを行うこと
ができるが、ターゲット材料が絶縁性のものである場合
には交流電圧の印加によってスパッタリングを行うこと
ができる。さらに、ターゲットハウス10や支持筒20
及びターゲット材料15の形状を円筒あるいは半円筒形
状にした例について説明してきたが、これらは多角形の
筒形状,半筒形状であってもよく、ターゲットハウス1
0の個数にしても4個所に限られるものではない。The present invention has been described above based on the illustrated embodiment. If the target material 15 is a metal, the direct current sputtering can be performed as described above, but the target material is an insulating material. In some cases, sputtering can be performed by applying an AC voltage. Furthermore, the target house 10 and the support cylinder 20
Also, an example in which the shape of the target material 15 is a cylinder or a semi-cylindrical shape has been described, but these may be a polygonal cylindrical shape or a semi-cylindrical shape.
The number of 0s is not limited to four.
【0025】また、複数個所に設置したターゲットハウ
スごとに、異種のターゲット材料を用いてスパッタリン
グを行うことも可能で、この場合には基板ホルダ16の
1回転を1サイクルとし、基板ホルダ16の回転位相に
合わせてターゲットハウス内のターゲット構造体14に
順次に電圧印加を行ってゆき、所定の順序でそれぞれの
ターゲット材料による薄膜を重ねてゆくようにすればよ
い。さらに、基板ホルダ16に基板18の表裏を逆にで
きるような基板回転機構を設けておけば、一回の真空引
き工程で基板18の表裏にスパッタリングを行うことも
可能となる。なお、必要に応じて放電ガスの他に酸素な
どの反応性ガスを導入し、化学反応性スパッタリングを
行うこともできる。It is also possible to perform sputtering using different target materials for each target house installed in a plurality of places. In this case, one rotation of the substrate holder 16 is defined as one cycle, and the rotation of the substrate holder 16 is performed. A voltage may be sequentially applied to the target structures 14 in the target house in accordance with the phase, and thin films of the respective target materials may be stacked in a predetermined order. Furthermore, if the substrate holder 16 is provided with a substrate rotating mechanism capable of reversing the front and back of the substrate 18, it is possible to perform sputtering on the front and back of the substrate 18 in a single vacuuming process. If necessary, a reactive gas such as oxygen may be introduced in addition to the discharge gas to perform the chemical reactive sputtering.
【0026】[0026]
【発明の効果】本発明装置によれば、真空槽を構成する
筒状外壁の複数個所に筒状のターゲットハウスを突出し
て設け、その内部に筒状のターゲット材料を含むターゲ
ット構造体を設置しておき、基板ホルダの回転によって
移動してきた基板に対して順次にスパッタリングを行う
ようにしたから、ターゲット材料側の電極構造を大型化
させることなく、しかも同一の基板に対して真空槽内の
複数個所でスパッタリングを行うことができ、短時間で
効率的に薄膜を形成してゆくことができる。According to the apparatus of the present invention, a cylindrical target house is provided at a plurality of locations on a cylindrical outer wall forming a vacuum chamber, and a target structure containing a cylindrical target material is installed therein. Since the substrate moved by the rotation of the substrate holder is sequentially sputtered, there is no need to increase the size of the electrode structure on the target material side. Sputtering can be performed at a location, and a thin film can be efficiently formed in a short time.
【0027】筒状にしたターゲット材料と基板との間で
スパッタリングを行うと、基板に対面していない側のタ
ーゲット材料はほとんど成膜に寄与しない。したがっ
て、基板に対面した側にのみ半筒状のターゲット材料を
用い、その反対側には高価なターゲット材料に代えて安
価な被覆材を用いることによってコストを安くすること
ができる。また、このような被覆材を用いても、遮蔽板
あるいはトラップ手段を適宜の個所に設けてあるから、
グロー放電の影響によって被覆材から異物粒子が飛散し
たとしてもこれが基板に被着されるようなことがなく、
薄膜の品質を損なうことはない。When sputtering is performed between the cylindrical target material and the substrate, the target material on the side not facing the substrate hardly contributes to film formation. Therefore, the cost can be reduced by using the semi-cylindrical target material only on the side facing the substrate and using the inexpensive covering material instead of the expensive target material on the opposite side. Even if such a covering material is used, the shielding plate or the trap means is provided at an appropriate location,
Even if foreign particles are scattered from the coating material due to the effect of glow discharge, they do not adhere to the substrate,
It does not impair the quality of the thin film.
【0028】さらに、支持筒内に回転軸を設け、この回
転軸に対して傾いた状態で磁石を固定してあるから、回
転軸を回転させるだけで磁石を相対的に回転軸方向に移
動させ、ターゲット材料の表面に沿って磁界を平均的に
変化させることができるようになり、ターゲット材料を
ムラなく有効に利用すると同時に、基板に均一な薄膜を
形成してゆく上で非常に効果的である。Further, since the rotary shaft is provided in the support cylinder and the magnet is fixed in a state of being inclined with respect to the rotary shaft, the magnet is relatively moved in the rotary shaft direction only by rotating the rotary shaft. , It becomes possible to change the magnetic field evenly along the surface of the target material, so that the target material can be used effectively and evenly, and it is very effective in forming a uniform thin film on the substrate. is there.
【図1】本発明のスパッタリング成膜装置の要部断面図
である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a sputtering film forming apparatus of the present invention.
【図2】本発明のスパッタリング成膜装置の外観図であ
る。FIG. 2 is an external view of a sputtering film forming apparatus of the present invention.
【図3】ターゲットハウスの概略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view of a target house.
【図4】ターゲット構造体の概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a target structure.
2 真空槽 3 ベルジャー本体 10 ターゲットハウス 14 ターゲット構造体 15 ターゲット材料 16 基板ホルダ 18 基板 20 支持筒 21 被覆材 23 遮蔽板 25 フィン 28 回転軸 30,32,34,36 磁石 2 vacuum tank 3 bell jar main body 10 target house 14 target structure 15 target material 16 substrate holder 18 substrate 20 support cylinder 21 coating material 23 shielding plate 25 fins 28 rotating shafts 30, 32, 34, 36 magnets
Claims (5)
動自在に配され、薄膜の被着対象となる複数の基板を保
持したドラム状の基板ホルダと、この基板ホルダを回動
したときに基板に対面するように前記真空槽の内部に設
置されたターゲット材料とを有し、基板とターゲット材
料との間で放電を行ってターゲット材料から叩き出され
た原子を基板に付着して薄膜の形成を行うスパッタリン
グ装置において、 前記基板ホルダの回動方向に沿う真空槽の筒状外壁の複
数個所に筒状のターゲットハウスを突出するように形成
し、このターゲットハウス内の空間に筒状にした前記タ
ーゲット材料を含むターゲット構造体を設けたことを特
徴とするスパッタリング装置。1. A cylindrical vacuum chamber, a drum-shaped substrate holder rotatably disposed inside the vacuum chamber and holding a plurality of substrates to which thin films are to be adhered, and the substrate holder. It has a target material placed inside the vacuum chamber so as to face the substrate when it moves, and discharges between the substrate and the target material to attach atoms knocked out from the target material to the substrate. In the sputtering apparatus for forming a thin film, a cylindrical target house is formed so as to project at a plurality of positions on the cylindrical outer wall of the vacuum chamber along the rotation direction of the substrate holder, and the space inside the target house is formed. A sputtering apparatus provided with a target structure containing a cylindrical target material.
行う際の一方の電極となる支持筒と、前記基板に対面す
る側の前記支持筒の周面に取り付けられた半筒状のター
ゲット材料と、基板に対面しない側の支持筒の周面に取
り付けられた非ターゲット材料からなる被覆材とからな
ることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装
置。2. The target structure comprises a support cylinder that serves as one electrode during glow discharge, and a semi-cylindrical target material attached to the peripheral surface of the support cylinder on the side facing the substrate. 2. The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a coating material made of a non-target material attached to a peripheral surface of the support cylinder on a side not facing the substrate.
部近傍に、非ターゲット材料から飛散した粒子を遮断す
る遮蔽板を設けたことを特徴とする請求項2記載のスパ
ッタリング装置。3. The sputtering apparatus according to claim 2, wherein a shielding plate for shielding particles scattered from the non-target material is provided in the vicinity of the boundary between the target house and the vacuum chamber.
ターゲット材料から飛散した粒子を捕捉するトラップ手
段を設置したことを特徴とする請求項3記載のスパッタ
リング装置。4. The sputtering apparatus according to claim 3, wherein a trap means for trapping particles scattered from the non-target material is installed on the inner wall of the target house.
軸を設けるとともに、この回転軸に対して傾斜させて円
盤状の磁石を固定し、回転軸の回転によって前記磁石に
よる磁界を変化させるようにしたことを特徴とする請求
項2ないし4項のいずれか記載のスパッタリング装置。5. A rotation shaft is provided inside the support cylinder along the axial direction, and a disk-shaped magnet is fixed by inclining with respect to the rotation shaft, and the magnetic field generated by the magnet is changed by rotation of the rotation shaft. The sputtering apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the sputtering apparatus is adapted to perform.
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