JPH10330935A - Sputtering device - Google Patents

Sputtering device

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JPH10330935A
JPH10330935A JP16052597A JP16052597A JPH10330935A JP H10330935 A JPH10330935 A JP H10330935A JP 16052597 A JP16052597 A JP 16052597A JP 16052597 A JP16052597 A JP 16052597A JP H10330935 A JPH10330935 A JP H10330935A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
sputtering apparatus
cylindrical
axis
substrate holder
Prior art date
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Pending
Application number
JP16052597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Sato
達哉 佐藤
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10330935A publication Critical patent/JPH10330935A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new sputtering device capable of forming thin coating uniform in coating characteristics and coating thickness at a high speed and high in utilizing efficiency for the material. SOLUTION: As to a sputtering device SP1, a cylindrical target 21 is provided in a vacuum tank, a cylindrical substrate holder 3 is arranged on the axial center of the target 21, and gradient cylindrical magnets 22 arranged in such a manner that the inner circumferences of the pole faces are gradiently opposited to the axial center on the outer circumference and so as to surround the target 21 and a rotating means 91 rotating the gradient cylindrical magnets 22 around the axial center are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、真空容器内に、薄
膜が形成される円筒状基板を取り囲む薄膜物質からなる
円筒状ターゲットを同心に配置し、この基板とターゲッ
トとの間で半径方向に生じている電界と直交する磁界を
ターゲットの内周面側に配された磁界発生手段により発
生せしめることにより、ターゲットの外周面側に高密度
プラズマを生成し、このプラズマ中のイオンを電界方向
に加速してターゲットに衝突させることにより、スパッ
タ粒子を発生せしめて基板上に析出形成させるスパッタ
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylindrical container comprising a thin film material surrounding a cylindrical substrate on which a thin film is formed. A high-density plasma is generated on the outer peripheral surface of the target by generating a magnetic field orthogonal to the generated electric field by the magnetic field generating means disposed on the inner peripheral surface side of the target, and ions in the plasma are directed in the direction of the electric field. The present invention relates to a sputtering apparatus that generates sputtered particles by accelerating and colliding with a target to precipitate and form on a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】ターゲット表面からスパッタ粒子が発生
するスパッタリング現象は、真空容器内に導入された低
圧の雰囲気ガスに電界を作用させてグロー放電を発生さ
せてガスをプラズマ化し、このプラズマ中のイオンを電
界の方向に加速して、この電界を形成する一方の電極で
あるターゲットに衝突させた際に、ターゲットの構成原
子が飛び出す現象である。
2. Description of the Related Art The sputtering phenomenon in which sputtered particles are generated from the surface of a target is caused by applying an electric field to a low-pressure atmosphere gas introduced into a vacuum vessel to generate a glow discharge to convert the gas into plasma, and to generate ions in the plasma. Is accelerated in the direction of the electric field, and when it collides with a target, which is one electrode forming the electric field, constituent atoms of the target pop out.

【0003】このスパッタリング現象を利用した成膜
は、薄膜が形成される処理面の熱損傷が少なくかつ膜質
が良好であるが、成膜の速度が重要視され、この速度を
速める方法として、プラズマに磁界を作用させてプラズ
マ中の電子を磁界中に閉じこめ、1個の電子による中性
ガス分子への衝突の機会を増すことによりプラズマを高
密度化し、これにより、イオン密度を増すマグネトロン
方式が採用されている。
[0003] The film formation utilizing this sputtering phenomenon has little thermal damage on the processing surface on which a thin film is formed and good film quality. However, the film formation speed is regarded as important. A magnetron method that increases the density of the plasma by confining the electrons in the plasma in a magnetic field by applying a magnetic field to it and increasing the chance of one electron colliding with the neutral gas molecule, thereby increasing the ion density Has been adopted.

【0004】前記のマグネトロン方式による成膜装置の
従来の構成例を図10に示す。同図に示されるように、
この成膜装置においては、薄膜が形成される円筒状基板
を取り囲み、薄膜物質からなる円筒状ターゲット1が同
心に配され、このターゲット1の外周面側に磁石2がタ
ーゲット1と同心に配されている。
FIG. 10 shows a conventional configuration example of a film forming apparatus using the magnetron method. As shown in the figure,
In this film forming apparatus, a cylindrical target 1 made of a thin film material is arranged concentrically around a cylindrical substrate on which a thin film is formed, and a magnet 2 is arranged concentrically with the target 1 on the outer peripheral surface side of the target 1. ing.

【0005】円筒状基板ホルダ3と円筒状ターゲット1
との間に電源4を接続してグロー放電を生ぜしめると、
ターゲット1の内周面側には、磁極5から出て磁極6に
入る磁力線によりトンネル状の磁界7が形成されている
から、グロー放電によって生じたプラズマ中の電子は、
この磁界の作用を受けて矢印8のような軌跡と運動方向
を有するドリフト運動をする。
[0005] Cylindrical substrate holder 3 and cylindrical target 1
When the power supply 4 is connected between them to generate glow discharge,
Since a tunnel-shaped magnetic field 7 is formed on the inner peripheral surface side of the target 1 by magnetic lines of force exiting from the magnetic pole 5 and entering the magnetic pole 6, electrons in the plasma generated by the glow discharge are:
Under the action of this magnetic field, a drift motion having a trajectory and a motion direction as indicated by an arrow 8 is performed.

【0006】これにより磁界中をドリフトする電子の飛
跳距離が伸び、1個の電子により多くのガス分子が電離
されてガスが高密度にプラズマ化され、この結果プラズ
マ中のイオン化密度が増してスパッタ粒子が増え、成膜
速度が大きくなる。
As a result, the jumping distance of electrons drifting in a magnetic field is increased, and more gas molecules are ionized by one electron, so that the gas is converted into a high-density plasma. As a result, the ionization density in the plasma increases. The number of sputtered particles increases, and the deposition rate increases.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような従来の磁極構成では、磁極5,6がターゲット1
の内周面側にトンネル状の閉じた磁界を形成するため、
ガスのプラズマ化も、トンネル状に湾曲する磁力線中、
電界との直交成分の大きいトンネル頂部位置すなわちト
ンネルの中央部ほど高密度に起こり、磁極側に近付くほ
どプラズマ密度は小さくなるから、プラズマはターゲッ
ト外周面のトンネル中央位置近傍に限定された状態に生
成することになる。
However, in the conventional magnetic pole configuration as described above, the magnetic poles 5 and 6 are connected to the target 1.
To form a tunnel-like closed magnetic field on the inner peripheral surface of
The gasification of the gas also takes place in the lines of magnetic force that bend in a tunnel shape.
The density is higher at the top of the tunnel, where the component perpendicular to the electric field is large, that is, at the center of the tunnel, and the plasma density decreases as it approaches the magnetic pole. Will do.

【0008】従って成膜とともに進行するターゲットの
消耗もトンネル中央位置近傍のみで起こり、このためタ
ーゲット材料の利用効率が悪く、ターゲットの使用寿命
が短くなるとともに、消耗に基づくターゲット表面の変
形により基板の膜厚分布の一様性が損なわれるという問
題がある。(部品・デバイスのための薄膜技術入門、
p.74〜78;総合電子出版社)
[0008] Accordingly, the consumption of the target, which proceeds with the film formation, also occurs only in the vicinity of the center of the tunnel, so that the utilization efficiency of the target material is low, the service life of the target is shortened, and the deformation of the target surface due to the consumption causes the substrate to lose its surface. There is a problem that the uniformity of the film thickness distribution is impaired. (Introduction to thin film technology for parts and devices,
p. 74-78; Sogo Electronic Publishing Company)

【0009】この問題を解決するために、電気的手段に
より磁界を矯正し一様なプラズマを形成させる装置も提
案されている(特開昭63−171879)が、新たに
電源手段を必要とし、またターゲットサイズが大きくな
った場合、磁界の矯正のために投入すべき電力もそれに
伴い大きくする必要があった。
In order to solve this problem, an apparatus has been proposed which corrects a magnetic field by electric means to form uniform plasma (Japanese Patent Laid-Open No. 63-171879), but requires a new power supply means. In addition, when the target size becomes large, it is necessary to increase the power to be supplied for correcting the magnetic field.

【0010】本発明は、前記のような従来技術における
問題点を解決するためなされたもので、膜特性および膜
厚が均一な薄膜を高速で形成でき、さらに材料利用効率
の高い新規なスパッタ装置を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the prior art, and a novel sputtering apparatus capable of forming a thin film having uniform film characteristics and thickness at high speed and having high material use efficiency. The purpose is to provide.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記従来技術の課題を解
決するため、本発明の請求項1に係るスパッタ装置は、
真空槽内に円筒状のターゲットを有し、前記ターゲット
の軸心上に円筒状の基板ホルダを配し、前記ターゲット
の外周に磁極面内周が軸心に対して傾斜して対向させ前
記ターゲットを囲むように配置した傾斜円筒状磁石と、
前記傾斜円筒状磁石を軸心の周りに回転させる回転手段
を備えることを特徴とする。
In order to solve the problems of the prior art, a sputtering apparatus according to claim 1 of the present invention comprises:
A target having a cylindrical target in a vacuum chamber, a cylindrical substrate holder disposed on the axis of the target, and an inner circumference of a magnetic pole surface inclined to the outer circumference of the target with respect to the axis. An inclined cylindrical magnet arranged to surround the
A rotating means for rotating the inclined cylindrical magnet around an axis is provided.

【0012】本発明の請求項2に係るスパッタ装置は、
真空槽内に円筒状のターゲットを有し、前記ターゲット
の軸心上に円筒状の基板ホルダを配し、前記ターゲット
の外周に磁極面内周が軸心に対して傾斜して対向させ前
記ターゲットを囲むように配置した傾斜円筒状磁石と
前記ターゲットを軸心の周りに回転させる回転手段と、
前記基板ホルダを軸心の周りに回転させる回転手段を備
えることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus comprising:
A target having a cylindrical target in a vacuum chamber, a cylindrical substrate holder disposed on the axis of the target, and an inner circumference of a magnetic pole surface inclined to the outer circumference of the target with respect to the axis. With an inclined cylindrical magnet arranged to surround
Rotating means for rotating the target about an axis;
A rotation means for rotating the substrate holder around an axis is provided.

【0013】本発明の請求項3に係るスパッタ装置は、
請求項1,2記載の構成において、前記傾斜円筒状磁石
を軸方向に複数個並べることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus comprising:
In the configuration according to claims 1 and 2, a plurality of the inclined cylindrical magnets are arranged in the axial direction.

【0014】本発明の請求項4に係るスパッタ装置は、
請求項1,2、3記載の構成において、前記ターゲット
と前記基板ホルダに装荷された基板の間にスパッタ粒子
の飛跳範囲を限定するシールド板を配備することを特徴
とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus comprising:
In the configuration according to any one of claims 1, 2, and 3, a shield plate for limiting a sputtered particle jump range is provided between the target and the substrate loaded on the substrate holder.

【0015】本発明の請求項5に係るスパッタ装置は、
請求項1,2、3、4記載の構成において、前記ターゲ
ットと前記基板ホルダに装荷された基板の間に前記ター
ゲットに対し正電位であり、スパッタ粒子を通過させう
る補助電極を有することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus comprising:
5. The structure according to claim 1, further comprising an auxiliary electrode between the target and the substrate loaded on the substrate holder, the auxiliary electrode having a positive potential with respect to the target and allowing a sputtered particle to pass therethrough. And

【0016】前記の構成を有する本発明にかかるスパッ
タ装置によれば、膜特性および膜厚が均一な薄膜を高速
で形成できるため大量の基板への薄膜作製が必要な場合
に特に有効である。また、材料利用効率の高い成膜が可
能なため、高価な材料の薄膜化に極めて有効である。さ
らに、ターゲット表面を均一にスパッタできるため、反
応性スパッタ時の絶縁物の堆積を防ぐことが可能で安定
した成膜ができる
According to the sputtering apparatus of the present invention having the above-described structure, a thin film having uniform film characteristics and thickness can be formed at a high speed, which is particularly effective when a large number of thin films need to be formed on a substrate. In addition, since a film can be formed with high material utilization efficiency, it is extremely effective for thinning an expensive material. Furthermore, since the target surface can be sputtered uniformly, it is possible to prevent the deposition of insulators during reactive sputtering and to form a stable film.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を添付図を参照して詳細に説明する。なお、以下に述べ
る実施形態は、この発明の好適な具現例の一部であり、
技術構成上好ましい種々の限定が付されているが、この
発明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限定
する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるもの
ではない。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is a part of a preferred embodiment of the present invention,
Although various limitations that are preferable in terms of the technical configuration are given, the scope of the present invention is not limited to these embodiments unless otherwise specified in the following description.

【0018】図1は、本発明に係るスパッタ装置の第1
実施形態の正面断面図である。また図2は、図1のスパ
ッタ装置の上面図である。両図に示されるように、本発
明に係るスパッタ装置SP1は、真空槽(図示されな
い)内に円筒状のターゲット21を有し、さらにターゲ
ット21の軸心上に円筒状の基板ホルダ3が配設されて
いる。基板ホルダ3には基板25が装荷される。
FIG. 1 shows a first example of a sputtering apparatus according to the present invention.
It is a front sectional view of an embodiment. FIG. 2 is a top view of the sputtering apparatus of FIG. As shown in both figures, the sputtering apparatus SP1 according to the present invention has a cylindrical target 21 in a vacuum chamber (not shown), and further has a cylindrical substrate holder 3 disposed on the axis of the target 21. Has been established. The substrate 25 is loaded on the substrate holder 3.

【0019】さらに円筒状ターゲット21の外周面側
に、磁極面内周を軸心に対して傾斜して対向させ円筒状
ターゲット21を囲むように配置した傾斜円筒状磁石2
2が配されている。また、傾斜円筒状磁石22を軸心の
周りに回転させる回転手段91が設けられている。
Further, on the outer peripheral surface side of the cylindrical target 21, an inclined cylindrical magnet 2 arranged so as to surround the cylindrical target 21 so that the inner periphery of the magnetic pole face is inclined and opposed to the axis.
2 are arranged. Further, a rotating means 91 for rotating the inclined cylindrical magnet 22 around the axis is provided.

【0020】ターゲット21の内周面側にはヨーク23
を介して軸方向の磁界24が生ずる。この軸方向磁界2
4は傾斜円環状に分布しており、磁界24が周方向ω1
に回転することにより、ターゲット21の内周面に形成
されるプラズマ密度の時間平均は内周面全面にわたり一
様になる。これにより高速スパッタリングがターゲット
内周面で均一に進行することになり、ターゲットの使用
寿命が伸び、膜特性、膜厚分布の均一性も確保される。
A yoke 23 is provided on the inner peripheral side of the target 21.
An axial magnetic field 24 is generated. This axial magnetic field 2
4 are distributed in an inclined annular shape, and the magnetic field 24
, The time average of the plasma density formed on the inner peripheral surface of the target 21 becomes uniform over the entire inner peripheral surface. As a result, high-speed sputtering proceeds uniformly on the inner peripheral surface of the target, the service life of the target is extended, and uniformity of film characteristics and film thickness distribution is secured.

【0021】また、ターゲット表面のスパッタされる領
域は基板25に対して相対的に移動することになるた
め、膜特性、膜厚が局在化することなく均一な成膜が行
われる。
Further, since the region to be sputtered on the target surface moves relatively to the substrate 25, uniform film formation can be performed without localizing film characteristics and film thickness.

【0022】さらに、ターゲット上のスパッタされる領
域が特定の場所に限定される従来のマグネトロンスパッ
タ装置の場合、反応性DCスパッタを行う場合は、それ
以外の領域に徐々に絶縁物が堆積され、アーキングが起
きて、膜質の劣化や成膜速度の低下を引き起こすが、本
発明の構成によればターゲット全面で絶縁物のクリーニ
ングが行われるため、アーキングによる膜質の劣化や成
膜速度の低下を回避できる。
Further, in the case of a conventional magnetron sputtering apparatus in which a sputtered area on a target is limited to a specific place, when performing reactive DC sputtering, an insulator is gradually deposited in other areas, Although arcing occurs, the film quality is deteriorated and the film formation speed is reduced. However, according to the structure of the present invention, the insulator is cleaned over the entire surface of the target, so that the deterioration of the film quality and the film formation speed due to arcing can be avoided. it can.

【0023】図3は、本発明に係るスパッタ装置の第2
実施形態の正面断面図である。また図4は、図3のスパ
ッタ装置の上面図である。両図に示されるように、本実
施形態に係るスパッタ装置SP2は、真空槽内に円筒状
のターゲット31を有し、ターゲット31の軸心上に円
筒状の基板ホルダ32を配し、ターゲット31の外周に
磁極面内周が軸心に対して傾斜して対向させターゲット
31を囲むように配置した傾斜円筒状磁石22と、ター
ゲット31を軸心の周りに回転させる回転手段93と、
基板ホルダ32を軸心の周りに回転させる回転手段92
を備える。
FIG. 3 shows a second embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.
It is a front sectional view of an embodiment. FIG. 4 is a top view of the sputtering apparatus of FIG. As shown in both figures, the sputtering apparatus SP2 according to the present embodiment has a cylindrical target 31 in a vacuum chamber, and arranges a cylindrical substrate holder 32 on the axis of the target 31; An inclined cylindrical magnet 22 arranged so that the inner circumference of the magnetic pole face is inclined with respect to the axis and surrounds the target 31, and rotating means 93 for rotating the target 31 around the axis;
Rotating means 92 for rotating substrate holder 32 about an axis.
Is provided.

【0024】回転手段92によって基板ホルダ32は時
計方向ω2に回転し、一方回転手段93によってターゲ
ット31は反時計方向ω3に回転する。この構成によ
り、ターゲット21の内周面に形成されるプラズマ密度
の時間平均は内周面全面にわたり一様になり、ターゲッ
ト表面のスパッタされる領域は基板に対して相対的に移
動する結果、膜特性および膜厚が均一な薄膜を高速で形
成でき、さらに、ターゲット表面を均一にスパッタでき
るため、反応性スパッタ時の絶縁物の堆積を防ぐことが
可能になって、安定した成膜ができる。
The rotating means 92 rotates the substrate holder 32 clockwise ω2, while the rotating means 93 rotates the target 31 counterclockwise ω3. With this configuration, the time average of the plasma density formed on the inner peripheral surface of the target 21 becomes uniform over the entire inner peripheral surface, and the region to be sputtered on the target surface moves relative to the substrate. Since a thin film having uniform characteristics and film thickness can be formed at a high speed and the target surface can be uniformly sputtered, it is possible to prevent the deposition of an insulator during the reactive sputtering, and a stable film can be formed.

【0025】図5は、本発明に係るスパッタ装置の第3
実施形態の正面断面図である。また図6は、図5のスパ
ッタ装置の上面図である。なお前記実施形態におけると
同一部分には同一符号を付けてある。両図に示されるよ
うに、本実施形態に係るスパッタ装置SP3は、複数個
の傾斜円筒状磁石22A〜22Fを軸方向に並べて構成
される。
FIG. 5 shows a third embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.
It is a front sectional view of an embodiment. FIG. 6 is a top view of the sputtering apparatus of FIG. The same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. As shown in both figures, the sputtering apparatus SP3 according to the present embodiment is configured by arranging a plurality of inclined cylindrical magnets 22A to 22F in the axial direction.

【0026】このように複数個の磁石を軸方向に並べる
ことで、高密度プラズマ領域が増加し、これにより内周
面全面でのプラズマ密度の時間平均の一様性を保ったま
まで、成膜速度をさらに速くすることができる。
By arranging a plurality of magnets in the axial direction as described above, the high-density plasma region is increased, and thus the film is formed while maintaining the time-average uniformity of the plasma density over the entire inner peripheral surface. Speed can be even faster.

【0027】図7は、本発明に係るスパッタ装置の第4
実施形態の上面図である。なお前記実施形態におけると
同一部分には同一符号を付けてある。同図に示されるよ
うに、本実施形態に係るスパッタ装置SP4は、ターゲ
ット21と基板ホルダ3に装荷された基板25の間に、
スパッタ粒子の飛跳範囲を限定するシールド板30を配
備する。
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.
It is a top view of an embodiment. The same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. As shown in the figure, the sputtering apparatus SP4 according to the present embodiment is configured such that the target 21 and the substrate 25 loaded on the substrate holder 3 are placed between the target 21 and the substrate 25.
A shield plate 30 for limiting the range of the sputtered particles is provided.

【0028】この構成により、シールド板30が反応性
スパッタや合金スパッタの際に入射成分を制限すること
により、反応後の膜組成や結晶成長方位を制御できるた
め、膜特性の均一性を向上させることができる。
According to this structure, the film composition and the crystal growth orientation after the reaction can be controlled by limiting the incident component when the shield plate 30 is subjected to reactive sputtering or alloy sputtering, thereby improving the uniformity of the film characteristics. be able to.

【0029】図8は、本発明に係るスパッタ装置の第5
実施形態の上面図である。なお前記実施形態におけると
同一部分には同一符号を付けてある。同図に示されるよ
うに、本実施形態に係るスパッタ装置SP5は、ターゲ
ット21と基板ホルダ3に装荷された基板25の間に、
ターゲット21に対し正電位であり、スパッタ粒子を通
過させうる網状の補助電極40を配備する。
FIG. 8 shows a fifth embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.
It is a top view of an embodiment. The same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. As shown in the figure, the sputtering apparatus SP5 according to the present embodiment has a structure in which the target 21 and the substrate 25 loaded on the substrate holder 3 are placed between the target 21 and the substrate 25.
A net-like auxiliary electrode 40 having a positive potential with respect to the target 21 and capable of passing sputtered particles is provided.

【0030】この構成により、スパッタ粒子を通過させ
うる網状の補助電極40とターゲット21の間の電界に
より放電が維持されるため、磁界や基板が運動する際に
もプラズマを安定に発生させ、維持できる。
With this configuration, since the discharge is maintained by the electric field between the mesh-like auxiliary electrode 40 and the target 21 through which the sputtered particles can pass, the plasma is stably generated even when the magnetic field or the substrate moves, and the plasma is maintained. it can.

【0031】図9は、本発明に係るスパッタ装置の第6
実施形態の上面図である。なお前記実施形態におけると
同一部分には同一符号を付けてある。同図に示されるよ
うに、本実施形態に係るスパッタ装置SP6は、ターゲ
ット21と基板ホルダ3に装荷された基板25の間に、
ターゲット21に対し正電位の複数本の棒状の補助電極
41を、間隔をおいて配備する。スパッタ粒子は、この
間隔を通過できる。
FIG. 9 shows a sixth embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.
It is a top view of an embodiment. The same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. As shown in the figure, the sputtering apparatus SP6 according to the present embodiment has a structure in which the target 21 and the substrate 25 loaded on the substrate holder 3 are placed between the target 21 and the substrate 25.
A plurality of rod-shaped auxiliary electrodes 41 having a positive potential are arranged at intervals with respect to the target 21. Sputtered particles can pass through this interval.

【0032】この構成により、棒状の補助電極41とタ
ーゲット21の間の電界により放電が維持されるため、
磁界や基板が運動する際にもプラズマを安定に発生さ
せ、維持できる。
According to this configuration, the discharge is maintained by the electric field between the rod-shaped auxiliary electrode 41 and the target 21.
Plasma can be generated and maintained stably even when the magnetic field or the substrate moves.

【0033】このように本発明によれば、膜特性および
膜厚が均一な薄膜を高速で形成できるため大量の基板へ
の薄膜作製が必要な場合に特に有効である。また、材料
利用効率の高い成膜が可能なため、高価な材料の薄膜化
に極めて有効である。さらに、ターゲット表面を均一に
スパッタできるため、反応性スパッタ時の絶縁物の堆積
を防ぐことが可能で安定した成膜ができる。
As described above, according to the present invention, a thin film having a uniform film characteristic and thickness can be formed at a high speed, which is particularly effective when a large number of thin films need to be formed on a substrate. In addition, since a film can be formed with high material utilization efficiency, it is extremely effective for thinning an expensive material. Further, since the target surface can be uniformly sputtered, the deposition of an insulator during reactive sputtering can be prevented, and a stable film can be formed.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項1
に係るスパッタ装置は、基板とターゲットとの間に生じ
ている電界に直交する磁界として、従来の固定磁界に替
え、周方向に移動する傾斜円環状磁界を用いている。従
って磁界の強さの時間平均はターゲットの内周面全面に
わたり一様になり、従って高密度プラズマがターゲット
内周面に均一に生成され、これにより高速スパッタリン
グがターゲット内周面でまんべんなく進行して、ターゲ
ットの使用寿命が伸び、膜特性、膜厚分布の均一性も確
保される。
As described in detail above, claim 1 of the present invention
The sputtering apparatus according to the above uses an inclined annular magnetic field moving in the circumferential direction instead of a conventional fixed magnetic field as a magnetic field orthogonal to the electric field generated between the substrate and the target. Therefore, the time average of the magnetic field strength becomes uniform over the entire inner peripheral surface of the target, and therefore, a high-density plasma is uniformly generated on the inner peripheral surface of the target, whereby high-speed sputtering proceeds uniformly on the inner peripheral surface of the target. In addition, the service life of the target is extended, and uniformity of film characteristics and film thickness distribution is also ensured.

【0035】また、ターゲット表面のスパッタされる領
域は基板に対して相対的に移動するから、膜特性、膜厚
が局在化することなく均一な成膜を行うことができる。
Further, since the region to be sputtered on the target surface moves relatively to the substrate, a uniform film can be formed without localizing film characteristics and film thickness.

【0036】さらに、ターゲット上のスパッタされる領
域が限定される通常のマグネトロンスパッタで反応性D
Cスパッタを行う場合は、それ以外の領域に徐々に絶縁
物が堆積され、アーキングが起き膜質の劣化や成膜速度
の低下を引き起こしていたが、本発明によればターゲッ
ト全面で絶縁物のクリーニングが行われるため、前記の
問題を回避することができる。
Further, the reactive D is determined by ordinary magnetron sputtering in which the sputtered area on the target is limited.
In the case of performing C sputtering, an insulator is gradually deposited in other regions, causing arcing to cause deterioration in film quality and a decrease in film formation rate. However, according to the present invention, cleaning of the insulator over the entire surface of the target is performed. Is performed, the above problem can be avoided.

【0037】本発明の請求項2に係るスパッタ装置によ
れば、全面にわたり一様な成膜がなされ、ターゲット表
面のスパッタされる領域は基板に対して相対的に移動す
る結果、膜特性および膜厚が均一な薄膜を高速で形成で
き、さらにターゲット表面を均一にスパッタできるた
め、反応性スパッタ時の絶縁物の堆積を防ぐことが可能
になって、安定した成膜ができる。
According to the sputtering apparatus of the second aspect of the present invention, a uniform film is formed over the entire surface, and the region to be sputtered on the target surface moves relative to the substrate, resulting in film characteristics and film formation. Since a thin film having a uniform thickness can be formed at a high speed and the target surface can be uniformly sputtered, it is possible to prevent the deposition of an insulator during the reactive sputtering, and a stable film can be formed.

【0038】本発明の請求項3に係るスパッタ装置によ
れば、複数個の磁石を軸方向に並べることで、高密度プ
ラズマ領域が増加し、これにより内周面全面でのプラズ
マ密度の時間平均の一様性を保ったままで、成膜速度を
さらに速くすることができる。
According to the sputtering apparatus of the third aspect of the present invention, by arranging a plurality of magnets in the axial direction, the high-density plasma region is increased, whereby the time average of the plasma density over the entire inner peripheral surface is obtained. The film forming speed can be further increased while maintaining the uniformity of the film thickness.

【0039】本発明の請求項4に係るスパッタ装置によ
れば、シールド板が反応性スパッタや合金スパッタの際
に入射成分を制限することにより、反応後の膜組成や結
晶成長方位を制御できるため、膜特性の均一性を向上さ
せることができる。
According to the sputtering apparatus of the fourth aspect of the present invention, the shield plate can control the film composition and the crystal growth orientation after the reaction by limiting the incident component during the reactive sputtering or the alloy sputtering. In addition, uniformity of film characteristics can be improved.

【0040】本発明の請求項5に係るスパッタ装置によ
れば、補助電極とターゲットの間の電界により放電が維
持されるため、磁界や基板が運動する際にもプラズマを
安定に発生させ、維持できるという効果がある。
According to the sputtering apparatus of the fifth aspect of the present invention, since the electric discharge is maintained by the electric field between the auxiliary electrode and the target, even when the magnetic field or the substrate moves, the plasma is generated stably and maintained. There is an effect that can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るスパッタ装置の第1実施形態の正
面断面図である。
FIG. 1 is a front sectional view of a first embodiment of a sputtering apparatus according to the present invention.

【図2】図1のスパッタ装置の上面図である。FIG. 2 is a top view of the sputtering apparatus of FIG.

【図3】本発明に係るスパッタ装置の第2実施形態の正
面断面図である。
FIG. 3 is a front sectional view of a second embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.

【図4】図3のスパッタ装置の上面図である。FIG. 4 is a top view of the sputtering apparatus of FIG. 3;

【図5】本発明に係るスパッタ装置の第3実施形態の正
面断面図である。
FIG. 5 is a front sectional view of a third embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.

【図6】図5のスパッタ装置の上面図である。FIG. 6 is a top view of the sputtering apparatus of FIG.

【図7】本発明に係るスパッタ装置の第4実施形態の上
面図である。
FIG. 7 is a top view of a fourth embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.

【図8】本発明に係るスパッタ装置の第5実施形態の上
面図である。
FIG. 8 is a top view of a fifth embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.

【図9】本発明に係るスパッタ装置の第6実施形態の上
面図である。
FIG. 9 is a top view of a sixth embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention.

【図10】従来のスパッタ装置の模式断面図である。FIG. 10 is a schematic sectional view of a conventional sputtering apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

SP1 本発明に係るスパッタ装置 3 基板ホルダ 21 ターゲット 22 傾斜円筒状磁石 23 ヨーク 24 磁界 25 基板 26 回転筒 91 回転手段 ω1 回転方向 SP1 Sputtering apparatus according to the present invention 3 Substrate holder 21 Target 22 Inclined cylindrical magnet 23 Yoke 24 Magnetic field 25 Substrate 26 Rotating cylinder 91 Rotating means ω1 Rotating direction

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空槽内に円筒状のターゲットを有し、 前記ターゲットの軸心上に円筒状の基板ホルダを配し、 前記ターゲットの外周に磁極面内周が軸心に対して傾斜
して対向させ前記ターゲットを囲むように配置した傾斜
円筒状磁石と、 前記傾斜円筒状磁石を軸心の周りに回転させる回転手段
を備えることを特徴とするスパッタ装置。
1. A target having a cylindrical shape in a vacuum chamber, a cylindrical substrate holder disposed on an axis of the target, and an inner circumference of a magnetic pole surface inclined with respect to the axis on an outer circumference of the target. And a rotating means for rotating the inclined cylindrical magnet about an axis.
【請求項2】 真空槽内に円筒状のターゲットを有し、 前記ターゲットの軸心上に円筒状の基板ホルダを配し、 前記ターゲットの外周に磁極面内周が軸心に対して傾斜
して対向させ前記ターゲットを囲むように配置した傾斜
円筒状磁石と、 前記ターゲットを軸心の周りに回転させる回転手段と、 前記基板ホルダを軸心の周りに回転させる回転手段を備
えることを特徴とするスパッタ装置。
2. A target having a cylindrical shape in a vacuum chamber, a cylindrical substrate holder disposed on an axis of the target, and an inner circumference of a magnetic pole surface inclined with respect to the axis on an outer circumference of the target. An inclined cylindrical magnet arranged so as to face and surround the target, rotating means for rotating the target about an axis, and rotating means for rotating the substrate holder about the axis. Sputtering equipment.
【請求項3】 請求項1,2記載のスパッタ装置におい
て、前記傾斜円筒状磁石を軸方向に複数個並べることを
特徴とするスパッタ装置。
3. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein a plurality of said inclined cylindrical magnets are arranged in an axial direction.
【請求項4】 請求項1,2,3記載のスパッタ装置に
おいて、前記ターゲットと前記基板ホルダに装荷された
基板の間にスパッタ粒子の飛跳範囲を限定するシールド
板を配備することを特徴とするスパッタ装置。
4. A sputtering apparatus according to claim 1, wherein a shield plate for limiting a range of a sputtered particle is provided between said target and a substrate loaded on said substrate holder. Sputtering equipment.
【請求項5】 請求項1,2,3,4記載のスパッタ装
置において、前記ターゲットと前記基板ホルダに装荷さ
れた基板の間に前記ターゲットに対し正電位であり、ス
パッタ粒子を通過させうる補助電極を有することを特徴
とするスパッタ装置。
5. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the target has a positive potential between the target and the substrate loaded on the substrate holder with respect to the target so that sputtered particles can pass therethrough. A sputtering apparatus having electrodes.
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