JPH11193459A - Opposite magnetron composite sputtering device and formation of thin coating - Google Patents
Opposite magnetron composite sputtering device and formation of thin coatingInfo
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- JPH11193459A JPH11193459A JP9361042A JP36104297A JPH11193459A JP H11193459 A JPH11193459 A JP H11193459A JP 9361042 A JP9361042 A JP 9361042A JP 36104297 A JP36104297 A JP 36104297A JP H11193459 A JPH11193459 A JP H11193459A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、一組のターゲット
を所定の間隔で対面させ、その片側一側方に配置した基
板上に薄膜を形成するようにした対向ターゲット式スパ
ッタ装置および薄膜形成方法に関し、更に詳しくは形成
される薄膜の膜厚分布の調整が容易で、均一膜厚の形成
が高速で長時間かつ大面積に形成でき、更に、ターゲッ
トの使用効率の向上した対向ターゲット式スパッタ装置
対向マグネトロン複合スパッタ装置および薄膜形成方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a facing target type sputtering apparatus and a thin film forming method in which a set of targets face each other at a predetermined interval and a thin film is formed on a substrate disposed on one side of the target. More specifically, a facing target type sputtering apparatus in which the thickness distribution of a thin film to be formed can be easily adjusted, a uniform thickness can be formed at a high speed for a long time and in a large area, and the target use efficiency is improved. The present invention relates to a facing magnetron composite sputtering apparatus and a thin film forming method.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の対向ターゲット式スパッタ装置
は、「応用物理」第48巻(1979)第6号p588
〜p559で公知の通り、図8に示すように、陰極とな
る一対のターゲットt1,t2をそのスパッタ面が空間
を隔てて対面するように設けると共に、該スパッタ面に
垂直な方向の磁界Hを発生する手段h1,h2を設け、
ターゲット間の空間の側方に配したホルダー6を取り付
けた基板5上に薄膜形成をするようにしたスパッタ装置
で、高速低温の膜形成ができる優れたものである。2. Description of the Related Art A conventional facing target type sputtering apparatus is described in "Applied Physics", Vol. 48 (1979) No. 6, p588.
As shown in FIG. 8, a pair of targets t1 and t2 serving as cathodes are provided so that their sputtering surfaces face each other with a space therebetween, and a magnetic field H in a direction perpendicular to the sputtering surfaces is provided. Providing means for generating h1, h2,
This is an excellent sputter apparatus capable of forming a thin film at high speed and low temperature on a substrate 5 on which a holder 6 arranged on the side of the space between the targets is mounted.
【0003】すなわち、この報告の第8図において、ス
パッタ面t1s,t2sに垂直な方向に300〜500
Oeの磁界Hを発生させれば対向ターゲット間の空間S
内に該スパッタ面t1s,t2sから放出された高エネ
ルギーの電子を閉じ込めることができる。That is, in FIG. 8 of this report, 300 to 500 in a direction perpendicular to the sputtering surfaces t1s and t2s.
If an Oe magnetic field H is generated, the space S between the opposed targets can be obtained.
High-energy electrons emitted from the sputtering surfaces t1s and t2s can be confined in the inside.
【0004】したがって、この多数の電子が基板5まで
到達しなくなるのでイオンを収束する電界が形成され
ず、スパッタガスのイオン化が促進されてスパッタ速度
が高くなり、更に基板5への電子衝突がほとんどないの
で基板温度は余り上昇しない。[0004] Therefore, since the large number of electrons do not reach the substrate 5, an electric field for converging the ions is not formed, the ionization of the sputtering gas is promoted, the sputtering speed is increased, and the electron collision with the substrate 5 is almost impossible. There is no substrate temperature rise.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た長方形ターゲットを有する対応ターゲット装置でスパ
ッタリングを行う場合は、図9に示すように印加電力の
増大と共にターゲットのエロージョン領域がターゲット
中央に集中する現象がみられる。これは対向するターゲ
ット間の空間において、高エネルギーの電子は空間内部
で多く、反対に空間周辺部では空間外へ拡散するため少
なくなるからである。特にターゲットが非磁性体の場合
にかかる現象は顕著である。このようなエロージョン領
域の集中は膜厚分布に悪影響を及ぼすばかりでなく、ス
パッタの高速化をはかるために大電力を印加するときの
スパークの原因ともなり好ましいものではない。また、
ターゲット中央部のエロージョンでターゲット寿命が規
定される結果となり、ターゲット利用効率は必ずしも充
分なものではない。更に、ターゲットのシールドカバー
に工夫を加える方法では、中央部での放電の集中は防止
されるものの、周辺部での有効なスパッタを行うことが
できず、膜厚の分布、ターゲットの利用効率等の点で完
全には解決されていない。However, when sputtering is performed using the above-described target apparatus having a rectangular target, a phenomenon in which the erosion region of the target is concentrated at the center of the target as the applied power increases as shown in FIG. Be looked at. This is because, in the space between the opposing targets, high-energy electrons are large inside the space, and conversely, they are small outside the space because they diffuse outside the space. In particular, such a phenomenon is remarkable when the target is a non-magnetic material. Such concentration of the erosion region not only adversely affects the film thickness distribution, but also causes a spark when a large power is applied in order to increase the speed of sputtering, which is not preferable. Also,
The erosion at the center of the target results in the target life being defined, and the target utilization efficiency is not always sufficient. In addition, in the method in which the shield cover of the target is devised, although the concentration of discharge in the central portion is prevented, effective sputtering cannot be performed in the peripheral portion, and the film thickness distribution, target use efficiency, etc. Is not completely solved in terms of
【0006】また、長時間スパッタを続けるとエロージ
ョンの進行と共にターゲット表面形状が変化し、磁界分
布が変化するために、放電強度が変化し、膜厚分布を悪
くするという問題があった。更に電界と磁界が略平行と
なる領域がターゲット中心部に集中すると供給される電
力のパワー集中により異常放電を発生することがある。In addition, if sputtering is continued for a long time, the target surface shape changes with the progress of erosion, and the magnetic field distribution changes, so that the discharge intensity changes and the film thickness distribution deteriorates. Further, when a region where the electric field and the magnetic field are substantially parallel is concentrated at the center of the target, an abnormal discharge may occur due to the concentration of the supplied power.
【0007】更に、大面積基板における長尺方向の膜厚
分布の改善に関しては、ターゲットの長尺方向の長さを
基板の有効巾に対して大きくとる対策がとられ、装置形
態としては対向ターゲット間の空間Sの側面を基板が通
過する方法がとられていた。しかしながら、この方法で
は、ターゲットの有効利用率や成膜速度が低下しかつ装
置が大型になるなどの欠点があり、必ずしも有効な方法
とはいえなかった。また、特公平6−43630号公報
には、凹形状のターゲット9が、マグネトロン放電を発
生させるスパッタリング装置が開示されている。しかし
ながら該装置は、マグネトロン放電のみによってスパッ
タリングを行うものであり、また発生するプラズマを凹
部において十分にとじこめておくことが困難であり、そ
の結果基板を被覆するのに要する時間が長くかかる。Further, with respect to the improvement of the film thickness distribution in the longitudinal direction of a large-area substrate, measures have been taken to increase the length of the target in the longitudinal direction with respect to the effective width of the substrate. The method in which the substrate passes through the side surface of the space S between them has been adopted. However, this method has drawbacks such as a decrease in the effective utilization rate of the target and the film formation rate and an increase in the size of the apparatus, and thus cannot always be said to be an effective method. Japanese Patent Publication No. 43630/1994 discloses a sputtering apparatus in which a concave target 9 generates a magnetron discharge. However, this apparatus performs sputtering only by magnetron discharge, and it is difficult to keep the generated plasma sufficiently in the recesses. As a result, it takes a long time to coat the substrate.
【0008】本発明の目的は、ターゲットのエロージョ
ン領域の時間変化を完全に阻止することにより、基板上
に形成される成膜速度を高速にかつ膜厚を均一にすると
共にスパッタ速度を一定にし、更にターゲットの使用効
率を向上させることにある。An object of the present invention is to completely prevent the erosion region of the target from changing over time, thereby making the film formation speed formed on the substrate high and uniform, and keeping the sputtering speed constant. Another object is to improve the use efficiency of the target.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記の目的は、第1のタ
ーゲットの無終端の外壁面からなる第1のスパッタ面
に、第2のターゲットの無終端の対向壁面からなる第2
のスパッタ面が対向するように該第1および第2のター
ゲットを配設するための対向ターゲット配置手段と、前
記第1のスパッタ面と前記第2のスパッタ面との間の空
間に対向して第3のスパッタ面が位置するように第3の
ターゲットを配置するためのターゲット配置手段と、前
記第1のターゲットと前記第2のターゲットとの前記第
3のターゲットで囲まれた空間の開口に対向して基板を
配置するための基板保持部材と、前記第1および第2の
スパッタ面に垂直な方向に磁界を発生させるための磁界
発生手段とを有する対向マグネトロン複合スパッタ装置
であって、前記第1および第2のターゲットのスパッタ
面で対向放電を形成させるための第1の電力供給手段
と、前記第3のターゲットの前記第3のスパッタ面でマ
グネトロンを形成させるための前記第1の電力供給手段
と独立して電力を供給する第2の電界供給手段とを有す
ることを特徴とする対向マグネトロン複合スパッタ装置
を提供することによって達成される。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a method in which a first sputtering surface comprising an endless outer wall surface of a first target is provided on a second sputtering surface comprising an endless opposing wall surface of a second target.
Opposing target arranging means for arranging the first and second targets such that the sputtering surfaces face each other, and opposing a space between the first sputtering surface and the second sputtering surface. A target disposing means for disposing a third target such that a third sputtering surface is located; and an opening in a space surrounded by the third target between the first target and the second target. A facing magnetron composite sputtering apparatus comprising: a substrate holding member for arranging a substrate facing each other; and a magnetic field generating unit for generating a magnetic field in a direction perpendicular to the first and second sputtering surfaces. A first power supply means for forming an opposing discharge on the sputter surfaces of the first and second targets; and a magnetron formed on the third sputter surface of the third target. It is accomplished by providing a counter magnetron composite sputtering apparatus characterized by a second electric field supply means for supplying power independently of because of the first power supply means.
【0010】上記した本発明において、前記第1のター
ゲットは円筒形状である事が好ましい。In the above-mentioned present invention, it is preferable that the first target has a cylindrical shape.
【0011】また、前記第1のターゲットは角がとれた
矩形形状である事または多角形状である事が好ましい。Preferably, the first target has a rectangular shape with sharp corners or a polygonal shape.
【0012】前記第1のターゲットと前記第2のターゲ
ットと前記第3のターゲットとからなるターゲット集合
体が少なくとも2組以上配置されている事が好ましい。[0012] It is preferable that at least two or more sets of target assemblies each including the first target, the second target, and the third target are arranged.
【0013】本発明はままた、第1のターゲットの無終
端の外壁面からなる第1のスパッタ面に、第2のターゲ
ットの無終端の対向壁面からなる第2のスパッタ面が対
向するように該第1および該第2のターゲットを配置
し、前記第1のスパッタ面と前記第2のスパッタ面との
間の空間に対向して第3のスパッタ面が位置するように
第3のスパッタ面を配置し、かつ前記第1のターゲット
と前記第2のターゲットと前記第3のターゲットで囲ま
れた開口に対向して基板を配置し、前記第1および第2
のスパッタ面のそれぞれに垂直な方向に磁界をかけた状
態で、前記第1および第2のターゲットのスパッタ面に
第1の電力供給手段が電力を供給して対向放電を発生さ
せるとともに、前記第3のターゲットの前記第3のスパ
ッタ面に第2の電力供給手段が電力を供給してマグネト
ロン放電を生じさせて、前記基板上に薄膜を形成するこ
とを特徴とする対向放電とマグネトロン放電との複合放
電による薄膜形成方法をも提供するものである。According to the present invention, the first sputtering surface comprising the non-terminal outer wall surface of the first target is opposed to the second sputtering surface comprising the non-terminal opposed wall surface of the second target. The first and second targets are arranged, and the third sputter surface is positioned so that the third sputter surface is located opposite to the space between the first sputter surface and the second sputter surface. And a substrate is disposed facing an opening surrounded by the first target, the second target, and the third target, and the first and second substrates are disposed.
In a state where a magnetic field is applied in a direction perpendicular to each of the sputtering surfaces of the first and second targets, the first power supply means supplies electric power to the sputtering surfaces of the first and second targets to generate an opposite discharge, and A second power supply means for supplying power to the third sputtering surface of the third target to generate a magnetron discharge, thereby forming a thin film on the substrate; Another object of the present invention is to provide a method of forming a thin film by a composite discharge.
【0014】上記した本発明において、前記第1のター
ゲットは円筒形状である事、角がとれた矩形形状である
事または多角形状である事が好ましい。In the above-mentioned present invention, it is preferable that the first target has a cylindrical shape, a rectangular shape with sharp corners, or a polygonal shape.
【0015】前記第1の電力供給手段と前記第2の電力
供給手段の少なくともいずれか一方が直流電流または交
流電流を供給する事が好ましい。更に、前記第1の電力
供給手段と前記第2の電力供給手段の少なくともいずれ
か一方が高周波電流を供給する事が好ましい。It is preferable that at least one of the first power supply means and the second power supply means supply a direct current or an alternating current. Further, it is preferable that at least one of the first power supply unit and the second power supply unit supplies a high-frequency current.
【0016】前記第1のターゲットと前記第2のターゲ
ットに供給する交流電界の位相と異なる交流電界の位相
を前記第3のターゲットに供給する事が好ましい。Preferably, a phase of an AC electric field different from a phase of an AC electric field supplied to the first target and the second target is supplied to the third target.
【0017】前記第1および第2および第3のスパッタ
面が同一部材である事が好ましく、前記部材は金属、半
導体、酸化物、窒化物群から選択されるいずれか1つで
ある事が好ましい。It is preferable that the first, second, and third sputtering surfaces be the same member, and that the member be any one selected from the group consisting of a metal, a semiconductor, an oxide, and a nitride. .
【0018】更に、前記半導体装置を構成する薄膜を形
成する事が好ましく、前記半導体装置は薄膜トランジス
タ乃至エレクトロルミネッセンス素子のいずれか1方で
ある事が好ましい。Further, it is preferable to form a thin film constituting the semiconductor device, and it is preferable that the semiconductor device is any one of a thin film transistor and an electroluminescent element.
【0019】(作用)上記した本発明によれば、一対の
第1、第2のターゲットを対向する無終端形状でスパッ
タ面が外側ターゲットの内面および内側ターゲットの外
面で、磁界発生を内側ターゲットから外側ターゲットに
放射状に発生させる手段を設け、スパッタ面開口部の片
側一方の空間に対面するように第3のターゲットを配置
することにより、前記一対の第1、第2のターゲット中
心のどの領域においても電界と磁界が平行となる条件は
同一となり、対向放電を閉ループに発生させることがで
きる。また更に、前記リング状の第3のターゲットのス
パッタ面に略平行に均一な磁場が形成されることによ
り、前記第3のターゲットのスパッタ面全域で電界と磁
界が略直交することとなり、閉ループの均一なマグネト
ロン放電を発生させることができる。また、放電によっ
て発生した高エネルギー電子が、第1、第2、第3のタ
ーゲットによって囲まれた空間内にとどまり易くなる。
その結果、第1、第2、第3のターゲットのスパッタ面
の外周部は、いずれも中央部と同程度にスパッタされ
る。従って、第1、第2、第3のターゲットのいずれも
利用効率が向上する。また、ターゲット形状を円筒形状
あるいは角のとれた矩形形状にして長辺と短辺方向の長
さを最適化することにより、大面積基板上に薄膜を均一
形成することが可能となる。(Operation) According to the present invention described above, the pair of first and second targets are opposed to each other in an endless shape, and the sputtering surfaces are the inner surface of the outer target and the outer surface of the inner target. A means for radially generating the outer target is provided, and the third target is arranged so as to face one space on one side of the opening of the sputtering surface, so that in any area of the center of the pair of the first and second targets Also in this case, the condition that the electric field and the magnetic field become parallel is the same, and the opposed discharge can be generated in a closed loop. Furthermore, by forming a uniform magnetic field substantially parallel to the sputter surface of the ring-shaped third target, the electric field and the magnetic field become substantially orthogonal over the entire sputter surface of the third target. A uniform magnetron discharge can be generated. In addition, the high-energy electrons generated by the discharge easily stay in the space surrounded by the first, second, and third targets.
As a result, the outer peripheral portions of the sputter surfaces of the first, second, and third targets are all sputtered to the same extent as the central portion. Therefore, the utilization efficiency of each of the first, second, and third targets is improved. Further, by optimizing the lengths in the long side and short side directions by setting the target shape to a cylindrical shape or a rectangular shape with sharp corners, it is possible to uniformly form a thin film on a large-area substrate.
【0020】また、本発明によれば、本発明のスパッタ
装置が電力を第1、第2のターゲットと第3のターゲッ
トのそれぞれに電気的に独立して供給する電力供給手段
を有するので、対向放電とマグネトロン放電とを同時に
発生させることが出来る。Further, according to the present invention, the sputtering apparatus of the present invention has power supply means for supplying electric power to each of the first, second, and third targets independently of each other. Discharge and magnetron discharge can be generated simultaneously.
【0021】更に、前記ターゲットをブロック状に複数
組配置することにより成膜速度の向上を図ることができ
るようになる。Further, by arranging a plurality of sets of the targets in a block shape, the film forming speed can be improved.
【0022】したがって、従来と比較して大面積基板上
の膜厚分布が一層均一になりかつ時間の経過に伴う分布
の変化を減少させて膜厚の分布を均一に保つことも可能
になる。また、大電力が印加できかつ複数組配置するこ
とによりスパッタ速度も速くなり、ターゲットの使用効
率も向上する。Accordingly, the film thickness distribution on a large-area substrate becomes more uniform than before, and the change in the distribution over time can be reduced to keep the film thickness uniform. In addition, a large power can be applied, and by arranging a plurality of sets, the sputtering speed is increased and the use efficiency of the target is improved.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下に本発
明の詳細を図面により説明する。図1は本発明の第1の
実施の形態に係る複合対向ターゲット式スパッタ装置を
説明するための装置断面図、図2はそのターゲット部の
1具体例を示す正面図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) The details of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a combined facing target type sputtering apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view showing a specific example of the target portion.
【0024】図1において、10は真空チャンバー、2
0はチャンバー10を排気する真空ポンプなどからなる
排気系、30はガス導入系である。そして真空チャンバ
ー10内には、図示のごとく、チャンバー10に絶縁部
材11,12,13,14を介して固着されたターゲッ
トホルダー55,15,16が設けられ、該ホルダ−1
5,16には一対の円筒状の第1、第2のターゲットT
1,T2が空間を隔てて平行に対面するように配設して
あり、該ホルダー55には該空間の片側一方(基板が通
過する反対側)の開口部を塞ぐようにリング状の第3の
ターゲットT3が配設してある。ターゲットT1,T
2,T3はいずれも互いに接触である。In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a vacuum chamber, 2
Reference numeral 0 denotes an exhaust system including a vacuum pump for exhausting the chamber 10, and reference numeral 30 denotes a gas introduction system. In the vacuum chamber 10, target holders 55, 15, and 16 fixed to the chamber 10 via insulating members 11, 12, 13, and 14 are provided as shown in the drawing.
5 and 16 are a pair of cylindrical first and second targets T.
1 and T2 are disposed so as to face each other in parallel with a space therebetween, and the holder 55 has a ring-shaped third side so as to close an opening on one side of the space (the opposite side through which the substrate passes). The target T3 is disposed. Target T1, T
2 and T3 are in contact with each other.
【0025】この円筒状ターゲットT1,T2の背後に
は磁界発生手段であるリング状永久磁石151と161
がそれぞれ対向して配置してある。ターゲットT1,T
2,T3とそれに対応するターゲットホルダー15,1
6,55には、冷却パイプ154,164を介して冷却
水が循環し、ターゲットT1,T2,T3、永久磁石1
51,161が冷却されるようになっている。Behind the cylindrical targets T1 and T2, ring-shaped permanent magnets 151 and 161 serving as magnetic field generating means are provided.
Are arranged facing each other. Target T1, T
2, T3 and the corresponding target holder 15, 1
The cooling water circulates through the cooling pipes 154 and 164 to the target T1, T2, T3 and the permanent magnet 1
51 and 161 are cooled.
【0026】磁石151,161はターゲットT1,T
2に関してN極:S極が対面するように設けてあり、更
に一対の円筒状ターゲットT1,T2の空間部分の磁石
密度を高めるために、パーマロイや軟鉄などの強磁性体
で形成されたコア17や永久磁石151,161によっ
て閉ループが形成されている。なお、18,19は絶縁
部材11,12,13,14およびターゲットホルダー
15,16の防着板として用いられるシールドカバーで
あり、一方で陽極としても働く。また、シールドカバー
18,19は、真空チャンバー10に接し、アースによ
って接地されている。The magnets 151, 161 are connected to the targets T1, T
A core 17 made of a ferromagnetic material such as permalloy or soft iron is provided so that the N pole and the S pole face each other in order to increase the magnet density in the space between the pair of cylindrical targets T1 and T2. And the permanent magnets 151 and 161 form a closed loop. Reference numerals 18 and 19 denote shield covers used as insulating plates for the insulating members 11, 12, 13, 14 and the target holders 15, 16, and also function as anodes. The shield covers 18 and 19 are in contact with the vacuum chamber 10 and are grounded by earth.
【0027】また、薄膜が形成される長尺の基板40を
保持する基板保持手段41は、基板搬送系50により第
1、第2のターゲットT1,T2の面に対して直角方向
でかつ第3のターゲットT3の面に対して平行方向に保
持された状態で、図面の前後方向に往復運動することが
可能であり、したがって基板40もスパッタ面T1,T
2に対して直角方向で、T3に対して平行方向に移動可
能である。なお、基板40の裏面から温度調節が可能な
加熱手段42を有している。A substrate holding means 41 for holding a long substrate 40 on which a thin film is formed is provided by a substrate transfer system 50 in a direction perpendicular to the surfaces of the first and second targets T1 and T2 and in a third direction. Can be reciprocated in the front-rear direction of the drawing while being held in a direction parallel to the surface of the target T3 of FIG.
2 and can move in a direction parallel to T3. Note that a heating means 42 capable of adjusting the temperature from the back surface of the substrate 40 is provided.
【0028】一方、スパッタ電力を供給する第1、第2
の電力供給手段60,61は、互いに電気的に独立して
おり、電力供給手段60はターゲットT1,T2を、ま
た電力供給手段61はターゲットT3にそれぞれ電力供
給し、それぞれプラス側をアースに、マイナス側をター
ゲットT1,T2,T3に接続する。また、第1、第2
の電力供給手段60,61は、直流電流を供給する電源
であり、チャンバー10を介して接地している。よって
各放電はターゲットT1,T2,T3とアースであるシ
ールドカバー18,19との間の電位差を利用して発生
する。なお、プリスパッタ時に基板40を保護するた
め、基板40とターゲットT1,T2との間に出入りす
るシャッター(図示せず)が設けてある。On the other hand, the first and second
Are electrically independent from each other, the power supply means 60 supplies power to the targets T1 and T2, and the power supply means 61 supplies power to the target T3, respectively. The negative side is connected to the targets T1, T2, T3. In addition, the first and second
Power supply means 60 and 61 are power supplies for supplying a DC current, and are grounded via the chamber 10. Therefore, each discharge is generated using the potential difference between the targets T1, T2, T3 and the shield covers 18, 19, which are grounds. In order to protect the substrate 40 during pre-sputtering, a shutter (not shown) is provided between the substrate 40 and the targets T1 and T2.
【0029】ところで、前述のとおり、第1、第2のタ
ーゲットT1,T2の背後には、永久磁石および閉ルー
プを形成するコアからなる磁界発生手段が設けられてお
り、磁束は中央部の磁石からターゲットT1表面を垂直
に横切り更に空間部分を通り、外周部に設置されたター
ゲットT2表面を垂直に横切って外周部磁石に達する。
外周部磁石を横切った磁束は、強磁性体で形成されたコ
ア17内部を通り内側の磁石に達し、閉ループを形成さ
せる。このように閉ループを形成させることにより、タ
ーゲットT1,T2表面を垂直に横切ると共に、T3表
面近傍を略水平に横切る磁場を形成させることができ
る。更に、ターゲットT1,T2,T3を円筒状の無終
端形状にすることにより、ターゲットのどの位置におい
ても同様な磁場を形成することができる。By the way, as described above, behind the first and second targets T1 and T2, a magnetic field generating means comprising a permanent magnet and a core forming a closed loop is provided, and the magnetic flux is generated from the magnet at the center. It traverses the surface of the target T1 vertically and further passes through the space, and vertically traverses the surface of the target T2 installed on the outer periphery to reach the outer peripheral magnet.
The magnetic flux that has traversed the outer magnet passes through the inside of the core 17 made of a ferromagnetic material, reaches the inner magnet, and forms a closed loop. By forming a closed loop in this way, it is possible to form a magnetic field that vertically crosses the surfaces of the targets T1 and T2 and that crosses the vicinity of the surface of T3 substantially horizontally. Further, by forming the targets T1, T2, and T3 into a cylindrical endless shape, a similar magnetic field can be formed at any position of the target.
【0030】したがって、Arなどのガスを導入して電
力を印加すると、ターゲットT1,T2表面に垂直の電
界が形成される。このように、磁界と電界が平行に形成
されると、電子は磁界を取り巻くように回転してガス分
子と衝突してイオン化されプラズマが発生する。ターゲ
ットT1,T2には直流電源から負の電圧が印加されて
いるので、イオン化されたガス分子はターゲットT1,
T2に加速しながら引き寄せられ、ターゲットに衝突し
ターゲット材料をはじき出す対向スパッタが生じ、同時
にターゲットT3にも直流電源から負の電圧が印加され
電界と磁界が略直交することで、電子はT3上をマグネ
トロン運動してマグネトロンスパッタが生じる。このと
き、前記したようにターゲットT1,T2は円筒状の形
状で電界と磁界がターゲットT1,T2表面に垂直でか
つ放射状に形成されるため、今までの対向スパッタと異
なり、ターゲット中央部にエロージョン領域が集中する
ことなくリングターゲット全域において対向スパッタが
起こり、ターゲットの有効利用効率を向上することがで
きる。Therefore, when electric power is applied by introducing a gas such as Ar, a vertical electric field is formed on the surfaces of the targets T1 and T2. As described above, when the magnetic field and the electric field are formed in parallel, the electrons rotate so as to surround the magnetic field, collide with gas molecules, and are ionized to generate plasma. Since a negative voltage is applied from the DC power supply to the targets T1 and T2, the ionized gas molecules are removed from the targets T1 and T2.
Attraction is accelerated to T2, and opposing sputtering occurs, which collides with the target and repels the target material. At the same time, a negative voltage is applied to the target T3 from the DC power supply, and the electric field and the magnetic field are substantially orthogonal. The magnetron moves to generate magnetron sputter. At this time, as described above, since the targets T1 and T2 have a cylindrical shape and the electric field and the magnetic field are formed perpendicularly and radially to the surfaces of the targets T1 and T2, unlike the conventional counter sputtering, the erosion occurs at the center of the target. Opposite sputtering occurs in the entire ring target without concentrating the regions, and the effective use efficiency of the target can be improved.
【0031】次に対向放電とマグネトロン放電の特性の
違いを説明する。第7図は本発明のスパッタ装置を用い
て直流電流を第1の電力供給手段60が一対のターゲッ
トT1,T2のみに供給した場合と、第2の電力供給手
段がターゲットT3のみに電力を供給した場合のそれぞ
れの電圧―電流曲線(V−i曲線)を示したグラフであ
る。Next, the difference between the characteristics of the opposed discharge and the magnetron discharge will be described. FIG. 7 shows a case where the first power supply means 60 supplies direct current only to the pair of targets T1 and T2 using the sputtering apparatus of the present invention, and a case where the second power supply means supplies power only to the target T3. 5 is a graph showing respective voltage-current curves (Vi curves) in the case of performing the above.
【0032】対向放電は、電圧値が電流値の増加に伴い
増加する。これに対してマグネトロン放電は、電流値が
増加しても電圧値がわずかにしか増加しない。また、マ
グネトロン放電は、電流値の増加に対する電圧値の増加
が対向放電のそれよりも小さく、また或一定の電流値以
上の電流を供給しても電圧値は増加しなくなるという現
象が現れる。これはマグネトロン放電における電流値と
電圧値との関係が供給されるガスの量によって制限され
るためであり、電流を過剰に供給しても電圧値は限界を
示す。このように対向放電とマグネトロン放電の両放電
の特性の違いは、それぞれのV−i曲線をみることで知
ることが出来る。In the counter discharge, the voltage value increases as the current value increases. On the other hand, in the magnetron discharge, the voltage value increases only slightly even if the current value increases. Further, in the magnetron discharge, a phenomenon in which the increase in the voltage value with respect to the increase in the current value is smaller than that in the opposite discharge, and the voltage value does not increase even when a current of a certain current value or more is supplied. This is because the relationship between the current value and the voltage value in the magnetron discharge is limited by the amount of supplied gas, and the voltage value shows a limit even if the current is excessively supplied. As described above, the difference between the characteristics of both the opposed discharge and the magnetron discharge can be known by looking at the respective Vi curves.
【0033】このときターゲットT1、T2の間の対向
放電に寄与する最大磁束密度とターゲットT3近傍でタ
ーゲットT3表面に平行なマグネトロン放電に寄与する
最大磁束密度とが等しい。またマグネトロン放電の方が
対向放電よりもインピーダンスが低い。また本発明のス
パッタ装置によって対向放電は800〜1000Vの範
囲で発生する。またマグネトロン放電は400〜600
Vの範囲で発生する。これはマグネトロン放電が対向放
電よりも低いインピーダンスの状態で発生することを示
す。At this time, the maximum magnetic flux density contributing to the opposing discharge between the targets T1 and T2 is equal to the maximum magnetic flux density contributing to the magnetron discharge parallel to the surface of the target T3 near the target T3. The impedance of the magnetron discharge is lower than that of the counter discharge. Further, the facing discharge is generated in the range of 800 to 1000 V by the sputtering apparatus of the present invention. The magnetron discharge is 400-600.
It occurs in the range of V. This indicates that the magnetron discharge occurs with a lower impedance than the counter discharge.
【0034】このようにマグネトロン放電が対向放電よ
り低インピーダンス下で発生するため、たとえば対向放
電とマグネトロン放電とに供給する電力を電気的に独立
していない状態で供給すると、対向放電を発生させるた
めに供給される電力の多くがマグネトロン放電を発生さ
せるための電力として消費される。As described above, since the magnetron discharge is generated at a lower impedance than the counter discharge, for example, when the power supplied to the counter discharge and the magnetron discharge is supplied in a state that is not electrically independent, the counter discharge is generated. Most of the power supplied to the power supply is consumed as power for generating magnetron discharge.
【0035】供給する電力を有効に利用するために本発
明のスパッタ装置は、電気的に独立した第1、第2の電
力供給手段60,61を設け、それぞれが第1、第2の
ターゲットT1,T2と第3のターゲットT3とに電力
を供給する。その結果対向放電とマグネトロン放電の両
放電をスパッタに必要な程度に発生させることが出来、
且つ両放電を制御する事が出来る。In order to make effective use of the supplied electric power, the sputtering apparatus of the present invention is provided with first and second electric power supply means 60 and 61 which are electrically independent from each other, and each of which comprises a first and a second target T1. , T2 and the third target T3. As a result, both the opposing discharge and the magnetron discharge can be generated to the extent necessary for sputtering,
In addition, both discharges can be controlled.
【0036】また、本発明では、ターゲットT1,T
2,T3によって囲まれた空間内でプラズマが発生する
のでターゲット中心部のエロージョン、つまりターゲッ
トの形状の変化やプラズマの閉じ込め効率アップに伴い
高効率で大電力を投入することが出来たり、あるいはタ
ーゲットと基板間の距離を近づけることが可能となり、
基板の成膜速度を速めることが可能となる。In the present invention, the targets T1, T
2, plasma is generated in a space surrounded by T3, so that erosion at the center of the target, that is, a change in the shape of the target and an increase in the plasma confinement efficiency, enables high-efficiency and high-power input, or And the substrate can be closer together,
It is possible to increase the film forming speed of the substrate.
【0037】また、本発明によれば、前記したようにプ
ラズマの閉じ込め効率アップによるターゲットと基板間
の距離を近づけた成膜が可能となることで、基板のどの
微少領域においても膜厚の構成比は、スパッタ面のうち
基板近傍から飛来するスパッタ粒子とスパッタ面のうち
基板から遠く離れた部分から飛来するスパッタ粒子の構
成比において、前者を増加させることができる。したが
ってスパッタ条件を変更したりターゲットの材質をかえ
てもスパッタ粒子がスパッタ面から放出される際の放出
角度に大きな違いが生じず膜厚分布の均一な薄膜を基板
上に成膜することができる。Further, according to the present invention, as described above, it is possible to form a film with a short distance between the target and the substrate by increasing the plasma confinement efficiency. The ratio can increase the former in the composition ratio of sputtered particles flying from near the substrate on the sputtered surface to sputtered particles flying from a portion far from the substrate on the sputtered surface. Therefore, even if the sputtering conditions are changed or the material of the target is changed, there is no large difference in the emission angle when the sputtered particles are emitted from the sputtering surface, and a thin film having a uniform thickness distribution can be formed on the substrate. .
【0038】更に、マグネトロン放電単独では放電を維
持することが不可能な低真空領域においても、プラズマ
の閉じ込め効率アップによりスパッタが可能となり、ス
パッタガスなどの不純物混入の少ない良質の膜形成が可
能となる。なお、ターゲットT1とT2はスパッタされ
る面積が異なるので、ターゲット寿命を同じにするため
には面積の小さい内側のターゲットT1の厚さをT2よ
り厚くした方が好ましい。Further, even in a low vacuum region where it is impossible to maintain the discharge by the magnetron discharge alone, it is possible to perform sputtering by increasing the plasma confinement efficiency, and to form a high-quality film with less contamination of impurities such as sputter gas. Become. Since the target T1 and the target T2 have different areas to be sputtered, it is preferable to make the thickness of the inner target T1 having a small area larger than T2 in order to make the target life the same.
【0039】また、本発明の第1のターゲットの形状は
発生する電界の密度分布が不均一にならないようにその
形状を決定する事が好ましく、具体的には無終端形状に
することが好ましい。また無終端形状の具体例として上
述した円筒形状のほかに、図3に示すように長辺と短辺
との長さを異ならしめ、且つ角が取れた矩形形状として
もよい。The shape of the first target of the present invention is preferably determined so that the density distribution of the generated electric field does not become non-uniform, and more specifically, it is preferable that the first target has a non-terminal shape. Further, in addition to the above-described cylindrical shape as a specific example of the non-terminal shape, a rectangular shape in which the lengths of the long side and the short side are different and the corners are rounded may be used as shown in FIG.
【0040】また第1、第2のターゲットT1,T2お
よび第3ターゲットT3を図3に示すように角のとれた
矩形形状にしてターゲットT1の長尺方向を基板搬送方
向と垂直方向のサイズに対して最適化することが好まし
い。また複数の複合対向ターゲットを基板搬送方向に対
して並べたり、あるいは複数の円筒形状の複合対向ター
ゲットを基板中心部に比べ周辺部により多く配置するこ
とによって、均一な薄膜を大面積にわたって作成するこ
とができる。The first and second targets T1 and T2 and the third target T3 are formed in a rectangular shape with corners as shown in FIG. 3 so that the long direction of the target T1 is set to a size perpendicular to the substrate transport direction. It is preferable to optimize it. In addition, a uniform thin film can be formed over a large area by arranging a plurality of composite opposed targets in the substrate transport direction, or by arranging a plurality of cylindrical composite opposed targets in the peripheral portion compared to the central portion of the substrate. Can be.
【0041】また或いは第1のターゲットを無終端の多
角形形状として、第1のターゲットにあわせて第2、第
3のターゲットも無終端の多角形形状としてもよい。Alternatively, the first target may have an endless polygonal shape, and the second and third targets may have an endless polygonal shape in accordance with the first target.
【0042】また本発明は電力供給手段60が図1に示
すように、一対のターゲットT1,T2の両方に電力を
供給する形態のほかに電力供給手段60を2つ設けて
(不図示)一方の電力供給手段60がターゲットT1の
みへ電力を供給し、ターゲットT1のみに供給される電
力とは電気的に独立している他方の電力供給手段60が
T2のみへ電力を提供する形態であってもよい。In the present invention, as shown in FIG. 1, the power supply means 60 supplies power to both the pair of targets T1 and T2, and two power supply means 60 are provided (not shown). Power supply means 60 supplies power only to the target T1, and the other power supply means 60 electrically independent of power supplied only to the target T1 supplies power only to T2. Is also good.
【0043】また、本発明に用いられるターゲットT
1,T2,T3は、いずれも同一部材である事が好まし
い。このとき使用されるターゲットとして、アルミニウ
ム、チタン、タングステン、クロム、銅、モリブデン、
白金、タンタル等の単一材料からなる金属や、アルミニ
ウムとシリコンと銅から構成される合金や、ボロンや燐
がドープされたシリコン等の半導体、或いは希土類金
属、或いはITO、酸化シリコン、酸化アルミニウム等
の酸化物、或いは窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化
タングステン、窒化シリコン等を含む窒化物等を用いる
ことが好ましい。The target T used in the present invention is
It is preferable that all of T1, T2, and T3 are the same member. The target used at this time is aluminum, titanium, tungsten, chromium, copper, molybdenum,
Metals composed of a single material such as platinum and tantalum, alloys composed of aluminum, silicon and copper, semiconductors such as boron and phosphorus-doped silicon, or rare earth metals, or ITO, silicon oxide, aluminum oxide, etc. Or an oxide containing aluminum nitride, titanium nitride, tungsten nitride, silicon nitride, or the like is preferably used.
【0044】また、本発明の対向マグネトロン複合スパ
ッタ装置を用いて形成される薄膜は、半導体装置を構成
する半導体薄膜、または絶縁体薄膜もしくは導電性薄膜
として用いることが好ましい。また、半導体装置は、薄
膜トランジスタ、エレクトロルミネッセンス素子等とし
て用いることが出来る。また、本発明の薄膜を有した薄
膜トランジスタを用いて太陽電池等の光電変換素子を作
成することも好ましい。The thin film formed by using the opposed magnetron composite sputtering apparatus of the present invention is preferably used as a semiconductor thin film constituting a semiconductor device, or an insulator thin film or a conductive thin film. Further, the semiconductor device can be used as a thin film transistor, an electroluminescent element, or the like. Further, it is also preferable to produce a photoelectric conversion element such as a solar cell using the thin film transistor having the thin film of the present invention.
【0045】(第2の実施の形態)第2の実施の形態は
図4に示すように、電力供給手段60がターゲットT
1,T2に交流電界を供給し、また電力供給手段60と
電気的に独立している電力供給手段61がターゲットT
3に交流電界を供給する形態である。このとき電力供給
手段60、61は供給する交流電界の位相を整合させる
ために位相変換装置70によって接続される。位相変換
装置は一対のターゲットT1,T2とターゲットT3の
それぞれに供給される交流電界の位相を任意に制御する
ことができ、例えばターゲットT3に供給される交流電
界の位相を一対のターゲットT1,T2に供給される交
流電界の位相に対して180度ずらすことが出来る。こ
のようにそれぞれの交流電界の位相を180度ずらすこ
とで、T3をT1,T2に対して逆極の電極に保つこと
が出来る。その結果、一対の第1、第2のターゲットと
リング状の第3のターゲットにそれぞれ位相が異なるよ
うに交流電界を印加しスパッタすることにより、ターゲ
ットがカソードとアノードに交互に切り替わることとな
り、局部的にたまる余分なチャージを互いにキャンセル
し合うことで直流電界を供給した場合に発生する可能性
があるアーク放電を防止する効果があり、長時間安定な
放電を持続することが可能となる。(Second Embodiment) In a second embodiment, as shown in FIG.
1 and T2, and a power supply means 61, which is electrically independent of the power supply means 60,
3 is a form in which an AC electric field is supplied. At this time, the power supply means 60 and 61 are connected by a phase converter 70 to match the phase of the AC electric field to be supplied. The phase conversion device can arbitrarily control the phase of the AC electric field supplied to each of the pair of targets T1, T2 and T3. For example, the phase converter converts the phase of the AC electric field supplied to the target T3 to the pair of targets T1, T2. Can be shifted by 180 degrees with respect to the phase of the AC electric field supplied to the AC power supply. By shifting the phase of each AC electric field by 180 degrees in this manner, T3 can be maintained as an electrode of the opposite polarity to T1 and T2. As a result, by applying an alternating electric field to the pair of first and second targets and the ring-shaped third target so that the phases are different from each other and performing sputtering, the targets are alternately switched to the cathode and the anode. By canceling the excessive charges that accumulate each other, there is an effect of preventing an arc discharge that may occur when a DC electric field is supplied, and a stable discharge can be maintained for a long time.
【0046】またその他については第1の実施の形態で
示したことと同様である。Other points are the same as those shown in the first embodiment.
【0047】また本発明は一方の電力供給手段が直流電
力を供給し、他方の電力供給手段が交流電力を供給して
もよい。この場合、直流電界を供給するターゲット側で
直流電界が交流電界によって干渉され異状をきたすこと
を防ぐために不図示の制御回路を設けてアーク放電が発
生することを防ぐことが好ましい。According to the present invention, one power supply means may supply DC power and the other power supply means may supply AC power. In this case, it is preferable to provide a control circuit (not shown) on the target supplying the DC electric field to prevent the DC electric field from being interfered by the AC electric field and causing an abnormal state, thereby preventing the occurrence of arc discharge.
【0048】(第3の実施の形態)第3の実施の形態
は、図5に示すように電力供給手段60、61が高周波
(13.56MHz)のRF(Radio frequ
ency)供給手段であり、RF供給手段と接続するタ
ーゲットとの間にインピーダンスを整合させるための不
図示のマッチングボックス80を設けることが好まし
い。またその他については第2の実施の形態と同様であ
る。(Third Embodiment) In the third embodiment, as shown in FIG. 5, power supply means 60 and 61 are high frequency (13.56 MHz) RF (Radio frequency).
Ency) It is preferable to provide a matching box 80 (not shown) that is a supply unit and matches the impedance between the RF supply unit and a target to be connected. Others are the same as in the second embodiment.
【0049】また本発明は、電力供給手段60、61の
一方がRF供給手段であり、他方の電力供給手段が供給
する電力が自由に交流或いは直流を選択して供給するこ
とも出来る。According to the present invention, one of the power supply means 60 and 61 is an RF supply means, and the power supplied by the other power supply means can be freely selected from AC or DC to be supplied.
【0050】また本実施の形態では特に絶縁体を一対の
ターゲットT1,T2として使用することが出来る。In this embodiment, an insulator can be used as the pair of targets T1 and T2.
【0051】(第4の実施の形態)第4の実施の形態
は、薄膜形成工程を少なくとも2以上の多段階の工程に
よって行うことを特徴とする。このとき薄膜形成工程は
工程の前半で大まかに薄膜形成を行い、工程の後半、つ
まり薄膜形成工程終了段階で仕上げの薄膜形成工程を行
い、一連の薄膜形成工程を完了させる実施の形態であ
る。また、その他の点については第1乃至第3の実施の
形態と同じである。(Fourth Embodiment) The fourth embodiment is characterized in that the thin film forming step is performed by at least two or more steps. At this time, the thin film forming process is an embodiment in which a thin film is roughly formed in the first half of the process, and a final thin film forming process is performed in the second half of the process, that is, at the end stage of the thin film forming process, thereby completing a series of thin film forming processes. Other points are the same as those of the first to third embodiments.
【0052】また本発明は対向放電とマグネトロン放電
をそれぞれ独立させて発生させる事が出来るので、対向
放電とマグネトロン放電の両方を同時に用いて成膜する
工程の後に成膜が更に必要な箇所をマグネトロン放電の
みによって成膜する工程を続けてもよい。Further, according to the present invention, the facing discharge and the magnetron discharge can be generated independently of each other. The step of forming a film only by discharging may be continued.
【0053】或いは薄膜形成工程前半として対向放電の
みによるスパッタによって基板に薄膜を大まかに形成さ
せ、次いで薄膜形成工程後半としてマグネトロン放電に
よるスパッタによって前記大まかに形成された薄膜表面
上に極薄い膜を堆積させる。或いは工程前半にマグネト
ロン放電によるスパッタを行い、工程後半で対向放電に
よるスパッタを行ってもよい。Alternatively, a thin film is roughly formed on the substrate by sputtering using only facing discharge in the first half of the thin film forming step, and then an extremely thin film is deposited on the surface of the roughly formed thin film by sputtering using magnetron discharge in the second half of the thin film forming step. Let it. Alternatively, sputtering by magnetron discharge may be performed in the first half of the process, and sputtering by counter discharge may be performed in the second half of the process.
【0054】なお第4の実施の形態において電力供給手
段60、61がターゲットT1,T2,T3に供給する
電界は、いずれも直流電界でもよいし交流電界でもよい
し或いはいずれか一方のみが直流電界でもよい。In the fourth embodiment, the electric field supplied by the power supply means 60, 61 to the targets T1, T2, T3 may be a DC electric field, an AC electric field, or only one of them may be a DC electric field. May be.
【0055】以下、上述の点を具体的に説明する。Hereinafter, the above points will be specifically described.
【0056】実施例1 図1ないし図3に示す本発明の対向ターゲットスパッタ
装置を用い第1の実施の形態で説明したスパッタ装置を
用いて成膜実験を行った。まず、基板40には厚さ1.
1mmで300mm×300mmサイズの青板ガラス基
板を用い、ターゲットT1,T2,T3にはターゲット
材料として99.99%の純度の銅(Cu)を用い、基
板の搬送方向に対して直角方向に小判形状の長尺方向が
向くようにして配置し、外側ターゲットT2の長尺方向
の内径を320mmとし、厚みは6mmのものを用い
た。また、T2ターゲットには厚さ12mmのものを用
い、T3ターゲットには厚さ6mmのものを用いた。T
1,T2円筒状ターゲットの高さはそれぞれ100mm
とし、内側ターゲットT1と外側ターゲットT2とのス
パッタ面の間隔距離は60mmとした。また、そのとき
のT1スパッタ面からT2スパッタ面に略垂直方向に向
かう磁界の強度は400Oeであった。Example 1 A film forming experiment was performed using the facing target sputtering apparatus of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 and the sputtering apparatus described in the first embodiment. First, the substrate 40 has a thickness of 1.
A 1 mm, 300 mm x 300 mm size blue plate glass substrate is used. Copper (Cu) having a purity of 99.99% is used as a target material for the targets T1, T2, and T3, and an oval shape is formed in a direction perpendicular to the substrate transport direction. Of the outer target T2 having a length of 320 mm and a thickness of 6 mm. A T2 target having a thickness of 12 mm was used, and a T3 target having a thickness of 6 mm was used. T
The height of each of the T1 cylindrical targets is 100 mm
The distance between the sputtering surfaces of the inner target T1 and the outer target T2 was set to 60 mm. At this time, the intensity of the magnetic field from the T1 sputtering surface in a direction substantially perpendicular to the T2 sputtering surface was 400 Oe.
【0057】スパッタリングの主な条件としては、Ar
ガス圧力を3×10-3Torrとし、ターゲット端部か
ら基板までの距離を30mmとした。(ターゲット端部
から基板面までの距離を10mmより短くすると、熱・
電子・イオンなどによるプラズマダメージが無視できな
い領域となり、一方、60mmを越える距離にすると膜
が基板以外の壁面や搬送駆動系などに付着し、コンタミ
およびパーティクルの発生要因となる。したがって、基
板とターゲット端部との間隔は10mmから60mmの
範囲が好ましい。)。また、基板の搬送スピードは21
0mm/分とし、第1、第2の電力供給手段60,61
によって第1、第2のターゲットT1,T2にスパッタ
投入電力として8kWの直流電界を,そして第3のター
ゲットT3に4kWの直流電界を印加した。The main conditions for sputtering are Ar
The gas pressure was 3 × 10 −3 Torr, and the distance from the target end to the substrate was 30 mm. (If the distance from the target end to the substrate surface is shorter than 10 mm, heat
If the distance exceeds 60 mm, the film adheres to a wall surface other than the substrate, a transport driving system, and the like, and causes contamination and particles. Therefore, the distance between the substrate and the end of the target is preferably in the range of 10 mm to 60 mm. ). The substrate transfer speed is 21
0 mm / min, and the first and second power supply means 60 and 61
As a result, a DC electric field of 8 kW was applied to the first and second targets T1 and T2 as sputtering input power, and a DC electric field of 4 kW was applied to the third target T3.
【0058】以上のようにして銅からなる薄膜をガラス
基板上にスパッタ成膜した、この条件で成膜される銅膜
の厚みは約1μであり、300mm□基板内での膜厚分
布を測定したところ、図4に示すように基板全域で±1
0%以内の誤差に納まる良好な結果を得た。A thin film made of copper was formed by sputtering on a glass substrate as described above. The thickness of the copper film formed under these conditions was about 1 μm, and the film thickness distribution in a 300 mm square substrate was measured. As a result, as shown in FIG.
Good results were obtained with an error within 0%.
【0059】比較例1 上記実施例の比較として図6に示した従来の対向ターゲ
ットスパッタ装置を用いて同様な成膜実験を行った。対
向するターゲットt1,t2にターゲット材料として9
9.99%の純度の銅(Cu)からなる厚さ6mmで3
20mm×100mmの長方形ターゲットを用い、基板
の搬送方向と直角方向にターゲットの長尺方向が向くよ
うにし、長尺面側を基板が通過するようにした。また、
ターゲット間距離は100mmとし、またそのときのt
1スパッタ面からt2スパッタ面に略垂直方向に向かう
磁界の強度は実施例1と同様に400Oeとした。スパ
ッタリングの主な条件としては、Arガス圧力を3×1
0-3Torrとし、ターゲット端部から基板までの距離
を30mmとした。また、基板の搬送スピードは150
mm/分とし、t1,t2にスパッタ投入電力として8
kWの直流電界を印加した。Comparative Example 1 As a comparison with the above example, a similar film-forming experiment was performed using the conventional opposed target sputtering apparatus shown in FIG. 9 as the target material on the opposing targets t1 and t2.
6 mm thick copper (Cu) with a purity of 9.99% and 3
Using a rectangular target of 20 mm × 100 mm, the long direction of the target was oriented in a direction perpendicular to the direction of transport of the substrate, and the substrate passed through the long surface side. Also,
The distance between the targets is 100 mm, and t
The intensity of the magnetic field from the 1 sputter surface to the direction substantially perpendicular to the t2 sputter surface was 400 Oe as in the first embodiment. The main conditions of the sputtering were that the Ar gas pressure was 3 × 1
0 -3 Torr, and the distance from the target end to the substrate was 30 mm. The substrate transfer speed is 150
mm / min, and a sputter input power of 8 at t1 and t2.
A kW DC electric field was applied.
【0060】以上のようにして銅からなる薄膜をガラス
基板上に従来の方法でスパッタ成膜した。この条件で成
膜される銅膜の厚みは搬送方向に対して均一であった。
しかしながら搬送方向と垂直な方向では周辺部が薄いこ
とがわかった。図4に示すように、銅膜の厚みは300
mm□基板の中心で約1μmであり、300mm□基板
内での膜厚分布を測定したところ、図4に示すように±
10%の膜厚分布領域は基板幅300mmに対し約半分
の150mm程度であった。As described above, a thin film made of copper was formed on a glass substrate by a conventional method. The thickness of the copper film formed under these conditions was uniform in the transport direction.
However, it was found that the peripheral portion was thin in the direction perpendicular to the transport direction. As shown in FIG. 4, the thickness of the copper film is 300
The thickness was about 1 μm at the center of the mm □ substrate, and the film thickness distribution within the 300 mm □ substrate was measured, as shown in FIG.
The thickness distribution region of 10% was about 150 mm, which is about half of the substrate width of 300 mm.
【0061】実施例2 次に1.1mm厚で300mm□のガラス基板に液晶カ
ラーフィルターを作成するために用いられる熱硬化性樹
脂である三洋化成製の平坦化膜LC2040を1μmス
ピンコートし、ポストベークを行った後、実施例1およ
び比較例1と同様にして、ターゲット材質のみを銅から
AlSiCu合金材に変更して従来の対向ターゲットス
パッタ装置および本発明の対向ターゲットスパッタ装置
をそれぞれ用いてターゲットの端部から基板までの距離
を30mmと前記例と同様にして、AlSiCu合金膜
を形成する実験を行った。その際、基板の裏側にWah
l社製の色変化による温度測定器であるテンプ・プレー
トを貼り、基板の上昇温度測定を行った。Example 2 Next, a flattening film LC2040 manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., which is a thermosetting resin used for forming a liquid crystal color filter, is spin-coated on a 1.1 mm thick glass substrate of 300 mm square by 1 μm. After baking, in the same manner as in Example 1 and Comparative Example 1, the target material was changed from copper to an AlSiCu alloy material, and the target was formed by using the conventional opposed target sputtering apparatus and the opposed target sputtering apparatus of the present invention, respectively. An experiment was conducted to form an AlSiCu alloy film in the same manner as in the above example, with the distance from the end of the substrate to the substrate being 30 mm. At this time, Wah is placed on the back side of the substrate.
A temp plate, which is a temperature measuring device based on color change manufactured by Company l, was attached, and the temperature rise of the substrate was measured.
【0062】その結果、本発明の対向ターゲットスパッ
タ装置で成膜を行った場合は、1枚目から100枚目ま
での基板温度は110℃〜121℃の範囲で安定し、膜
面に特に異常は観られなかったのに対し、従来の対向タ
ーゲットスパッタ装置で成膜したものは、1枚目から1
00枚目までに115℃〜171℃まで上昇し、枚数を
重ねるにつれ上昇する傾向にあった。As a result, when the film was formed by the facing target sputtering apparatus of the present invention, the substrate temperature from the first to the 100th was stable in the range of 110 ° C. to 121 ° C., and the film surface was particularly abnormal. Was not observed, whereas the film formed by the conventional opposed target sputtering apparatus was 1
The temperature increased from 115 ° C to 171 ° C by the 00th sheet, and tended to increase as the number of sheets increased.
【0063】更に、90枚目以降の基板には平坦化膜L
C2040の熱ダメージと観られるシワが、膜面に発生
した。Further, a flattening film L is formed on the 90th and subsequent substrates.
Wrinkles that appeared to be thermal damage of C2040 occurred on the film surface.
【0064】実施例3 次にターゲットT1,T2およびT3にそれぞれ透明導
電膜材料であるITOの燒結体(充填率95%)を用
い、第2の実施の形態で説明したスパッタ装置を用い、
上記実施例1と同様にして成膜実験を行った。主なスパ
ッタリング条件として、Arガスに1.5%の酸素ガス
を混合し、スパッタ圧力を3×10-3Torrとし、T
1,T2とT3との位相が180度ずれるように40k
Hzの交流電界を印加しスパッタを行った。その際、ラ
ンドマークテクノロジー社製のマイクロアークモニター
を設置し、アーク放電回数を測定した。その結果、10
時間連続成膜した場合のアーク回数は3回であった。Example 3 Next, a sintered body of ITO (filling rate: 95%), which is a transparent conductive film material, was used for each of the targets T1, T2, and T3, and the sputtering apparatus described in the second embodiment was used.
A film forming experiment was performed in the same manner as in Example 1. As main sputtering conditions, 1.5% oxygen gas was mixed with Ar gas, the sputtering pressure was set to 3 × 10 −3 Torr, and T
1, 40k so that the phases of T2 and T3 are shifted by 180 degrees
Hz alternating current electric field was applied to perform sputtering. At that time, a micro arc monitor manufactured by Landmark Technology Co. was installed, and the number of arc discharges was measured. As a result, 10
The number of arcs in the case of continuous film formation was 3 times.
【0065】これはT1,T2とT3とがアノードとカ
ソードとに交互になるためアーク放電を発生させるチャ
ージがキャンセルされるためと考えられる。This is presumably because T1, T2, and T3 alternate between the anode and the cathode, thereby canceling the charge causing the arc discharge.
【0066】この実験からわかるように、T1,T2と
T3との位相がずれるように交流電界を印加すること
で、アーク放電の発生回数が極めて少ない安定したスパ
ッタを行うことができる。As can be seen from this experiment, by applying an AC electric field so that the phases of T1, T2 and T3 are shifted, stable sputtering can be performed with a very small number of arc discharges.
【0067】実施例4 本発明の複合対向ターゲット式スパッタ装置を用いて、
ターゲットT1,T2,T3を、使用限界(どこか一カ
所穴が開く直前)まで使用し、また、比較例で用いたタ
ーゲットt1,t2を使用限界まで使用し、それぞれの
重さを測定し、利用効率〔(使用前重量−使用後重量)
/使用前重量〕を測定した結果、従来の対向スパッタに
よるターゲット利用効率は約20%であった。それに対
し、本発明によるターゲットの利用効率は約43%であ
った。Example 4 Using the composite facing target type sputtering apparatus of the present invention,
The targets T1, T2, and T3 are used up to the use limit (immediately before a hole is opened somewhere), and the targets t1 and t2 used in the comparative example are used up to the use limit, and their weights are measured. Usage efficiency [(weight before use-weight after use)
/ Weight before use], the target utilization efficiency by the conventional facing sputtering was about 20%. In contrast, the utilization efficiency of the target according to the present invention was about 43%.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下に述
べる効果を有する。As described above, the present invention has the following effects.
【0069】(1)従来の対向スパッタの長所を取り入
れ、高速低温スパッタが行えるのに加え、従来スパッタ
では不可能であった周辺部を効率よくスパッタすること
ができるため、より高速でターゲット利用効率の高いス
パッタが行える。(1) Incorporating the advantages of conventional counter sputtering, high-speed low-temperature sputtering can be performed, and the peripheral portion, which was impossible with conventional sputtering, can be efficiently sputtered. High sputter.
【0070】(2)ターゲット中心部への磁束の集中を
迎え、ターゲットの利用効率を高めることができる。(2) The magnetic flux concentrates on the center of the target, and the efficiency of use of the target can be improved.
【0071】(3)量産化が容易に行える。(3) Mass production can be easily performed.
【0072】(4)膜厚分布が良好な部分が広範囲に設
定でき、かつ経時変化を少なくすることができる。(4) A portion having a good film thickness distribution can be set in a wide range, and a change with time can be reduced.
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す複合対向ター
ゲットスパッタ装置の断面図FIG. 1 is a sectional view of a composite facing target sputtering apparatus showing a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の複合対向ターゲットの正面図FIG. 2 is a front view of the composite facing target of the present invention.
【図3】本発明の複合対向ターゲットの別の構成をあら
わす正面図FIG. 3 is a front view showing another configuration of the composite facing target of the present invention.
【図4】本発明の第2の実施の形態で示す複合対向ター
ゲットスパッタ装置の断面図FIG. 4 is a cross-sectional view of a composite facing target sputtering apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第3の実施の形態で示す複合対向ター
ゲットスパッタ装置の断面図FIG. 5 is a cross-sectional view of a composite facing target sputtering apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図6】膜厚分布を示すグラフFIG. 6 is a graph showing a film thickness distribution.
【図7】対向放電とマグネトロン放電のそれぞれのV−
i曲線をあらわすグラフFIG. 7 shows the V- of each of the facing discharge and the magnetron discharge.
Graph showing i-curve
【図8】従来の対向ターゲットスパッタ装置を説明する
ための図FIG. 8 is a view for explaining a conventional opposed target sputtering apparatus.
【図9】従来の対向ターゲットスパッタ装置を用いた場
合のターゲット使用後のエロージョンを示す図FIG. 9 is a view showing erosion after using a target when a conventional opposed target sputtering apparatus is used.
10 真空チャンバー 20 真空排気系 11,12,13,14 絶縁部材 55,15,16 ターゲットホルダー T1,T2,T3,t1,t2 ターゲット 17 閉磁路形成用コア 18,19 シールドカバー 30 ガス導入系 5,40 基板 6,41 基板保持手段 42 基板加熱手段 50 基板搬送系 60 第1の電力供給手段 61 第2の電力供給手段 151,161 永久磁石 154,164 冷却パイプ 70 移相変換装置 80 マッチングボックス DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vacuum chamber 20 Vacuum exhaust system 11, 12, 13, 14 Insulating member 55, 15, 16 Target holder T1, T2, T3, t1, t2 Target 17 Core for forming a closed magnetic path 18, 19 Shield cover 30 Gas introduction system 5, DESCRIPTION OF SYMBOLS 40 Substrate 6, 41 Substrate holding means 42 Substrate heating means 50 Substrate transfer system 60 First power supply means 61 Second power supply means 151, 161 Permanent magnet 154, 164 Cooling pipe 70 Phase shift converter 80 Matching box
Claims (17)
なる第1のスパッタ面に、第2のターゲットの無終端の
対向壁面からなる第2のスパッタ面が対向するように該
第1および第2のターゲットを配設するための対向ター
ゲット配置手段と、 前記第1のスパッタ面と前記第2のスパッタ面との間の
空間に対向して第3のスパッタ面が位置するように第3
のターゲットを配置するためのターゲット配置手段と、 前記第1のターゲットと前記第2のターゲットと前記第
3のターゲットで囲まれた空間の開口に対向して基板を
配置するための基板保持部材と、 前記第1および第2のスパッタ面に垂直な方向に磁界を
発生させるための磁界発生手段とを有する対向マグネト
ロン複合スパッタ装置であって、 前記第1および第2のターゲットのスパッタ面で対向放
電を形成させるための第1の電力供給手段と、 前記第3のターゲットの前記第3のスパッタ面でマグネ
トロンを形成させるための前記第1の電力供給手段と独
立して電力を供給する第2の電界供給手段とを有するこ
とを特徴とする対向マグネトロン複合スパッタ装置。1. A method according to claim 1, wherein the first and second sputtered surfaces of the second target are formed so as to face a first sputtered surface of an endless outer wall surface of the first target. Opposing target arranging means for arranging a second target; and a third target arranging means such that a third sputter surface is located opposite to a space between the first sputter surface and the second sputter surface.
Target arranging means for arranging a target, a substrate holding member for arranging a substrate facing an opening of a space surrounded by the first target, the second target, and the third target; An opposing magnetron composite sputtering apparatus having a magnetic field generating means for generating a magnetic field in a direction perpendicular to the first and second sputtering surfaces, wherein an opposing discharge occurs on the sputtering surfaces of the first and second targets. A first power supply means for forming a magnet; and a second power supply means for supplying power independently of the first power supply means for forming a magnetron on the third sputtering surface of the third target. An opposed magnetron composite sputtering apparatus comprising: an electric field supply unit.
事を特徴とする請求項1記載の対向マグネトロン複合ス
パッタ装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein said first target has a cylindrical shape.
形状である事を特徴とする請求項1記載の対向マグネト
ロン複合スパッタ装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein the first target has a rectangular shape with sharp corners.
事を特徴とする請求項1記載の対向マグネトロン複合ス
パッタ装置。4. The apparatus according to claim 1, wherein the first target has a polygonal shape.
ゲットと前記第3のターゲットとからなるターゲット集
合体が少なくとも2組以上配置されている事を特徴とす
る請求項1記載の対向マグネトロン複合スパッタ装置。5. The opposing magnetron composite according to claim 1, wherein at least two or more sets of target assemblies each including the first target, the second target, and the third target are arranged. Sputtering equipment.
なる第1のスパッタ面に、第2のターゲットの無終端の
対向壁面からなる第2のスパッタ面が対向するように該
第1および該第2のターゲットを配置し、前記第1のス
パッタ面と前記第2のスパッタ面との間の空間に対向し
て第3のスパッタ面が位置するように第3のスパッタ面
を配置し、かつ前記第1のターゲットと前記第2のター
ゲットと前記第3のターゲットで囲まれた開口に対向し
て基板を配置し、前記第1および第2のスパッタ面のそ
れぞれに垂直な方向に磁界をかけた状態で、前記第1お
よび第2のターゲットのスパッタ面に第1の電力供給手
段が電力を供給して対向放電を発生させるとともに、前
記第3のターゲットの前記第3のスパッタ面に第2の電
力供給手段が電力を供給してマグネトロン放電を生じさ
せて、前記基板上に薄膜を形成することを特徴とする対
向放電とマグネトロン放電との複合放電による薄膜形成
方法。6. The first and second sputter surfaces, each of which includes a non-terminal opposed wall surface of a second target, and a first sputter surface, which includes an endless external wall surface of a first target, are opposed to each other. Disposing the second target, disposing the third sputtering surface such that the third sputtering surface is located opposite to the space between the first sputtering surface and the second sputtering surface, A substrate is disposed so as to face an opening surrounded by the first target, the second target, and the third target, and a magnetic field is applied in a direction perpendicular to each of the first and second sputtering surfaces. In the applied state, the first power supply means supplies electric power to the sputter surfaces of the first and second targets to generate an opposing discharge, and the first target supplies the third target to the third sputter surface of the third target. 2 means for supplying power A method of forming a thin film on the substrate by supplying the generated magnetron discharge to form a thin film on the substrate.
事を特徴とする請求項6記載の薄膜形成方法。7. The method according to claim 6, wherein the first target has a cylindrical shape.
形状である事を特徴とする請求項6記載の薄膜形成方
法。8. The thin film forming method according to claim 6, wherein the first target has a rectangular shape with sharp corners.
事を特徴とする請求項6記載の薄膜形成方法。9. The method according to claim 6, wherein the first target has a polygonal shape.
電力供給手段の少なくともいずれか一方が直流電流を供
給する事を特徴とする請求項6記載の薄膜形成方法。10. The thin film forming method according to claim 6, wherein at least one of said first power supply means and said second power supply means supplies a direct current.
電力供給手段の少なくともいずれか一方が交流電流を供
給する事を特徴とする請求項6記載の薄膜形成方法。11. The thin film forming method according to claim 6, wherein at least one of said first power supply means and said second power supply means supplies an alternating current.
電力供給手段の少なくともいずれか一方が高周波電流を
供給する事を特徴とする請求項6記載の薄膜形成方法。12. The thin film forming method according to claim 6, wherein at least one of said first power supply means and said second power supply means supplies a high-frequency current.
ーゲットに供給する交流電界の位相と異なる交流電界の
位相を前記第3のターゲットに供給することを特徴とす
る請求項6記載の薄膜形成方法。13. The thin film formation according to claim 6, wherein a phase of an AC electric field different from a phase of an AC electric field supplied to the first target and the second target is supplied to the third target. Method.
ッタ面が同一部材である事を特徴とする請求項6記載の
薄膜形成方法。14. The method according to claim 6, wherein the first, second, and third sputtering surfaces are the same member.
化物群から選択されるいずれか1つである事を特徴とす
る請求項14記載の薄膜形成方法。15. The method according to claim 14, wherein the member is any one selected from the group consisting of a metal, a semiconductor, an oxide, and a nitride.
ことを特徴とする請求項6記載の薄膜形成方法。16. The method according to claim 6, wherein a thin film forming a semiconductor device is formed.
至エレクトロルミネッセンス素子のいずれか1方である
ことを特徴とする請求項16記載の薄膜形成方法。17. The method according to claim 16, wherein the semiconductor device is any one of a thin film transistor and an electroluminescence element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9361042A JPH11193459A (en) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | Opposite magnetron composite sputtering device and formation of thin coating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9361042A JPH11193459A (en) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | Opposite magnetron composite sputtering device and formation of thin coating |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11193459A true JPH11193459A (en) | 1999-07-21 |
Family
ID=18471950
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9361042A Pending JPH11193459A (en) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | Opposite magnetron composite sputtering device and formation of thin coating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11193459A (en) |
-
1997
- 1997-12-26 JP JP9361042A patent/JPH11193459A/en active Pending
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