JPS62287073A - Cathode device for magnetron sputtering - Google Patents
Cathode device for magnetron sputteringInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
3、発明の詳細な説明
〔産業上の利用分野〕
本発明は、マグネトロンスパッタリングに使用されるカ
ソード装置に関するものであり、詳細には前記ターゲッ
トとなる陰極への電子捕獲シールドの設置方法に関する
ものである。Detailed Description of the Invention 3. Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a cathode device used in magnetron sputtering, and more specifically to a cathode device used for magnetron sputtering. This relates to how to install the shield.
本発明は、ターゲットとなる平板状の陰極と、この陰極
の中心部及び外周部に配置されるマグネットとから構成
されるカソード装置に対し、上記中心部に配置されるマ
グネットと陰極を挟んで対向する位置に湾曲形成された
支持部により陰極外周部側で機械的、電気的に支持され
る電子捕獲シールドを配設することにより、
従来のプラナ−型カソードを変更することなく基板の温
度上昇抑制を実現するものである。The present invention provides a cathode device consisting of a flat cathode serving as a target and a magnet placed at the center and outer periphery of the cathode. By arranging an electron capture shield that is mechanically and electrically supported on the outer circumferential side of the cathode by a curved support part at a position where it This is to realize the following.
マグネトロンスパッタリングは、グイオート型スパッタ
リング等に比べ低温高速の堆積法として知られており、
一般にプラナ−型(平板型)のカソード装置を設けたマ
グネトロンスパンクリング装置が使用されている。この
プラナ−型スパッタリング装置は、電極配置が直流二極
、高周波などの装置と変わらず、また陰極に平板状の電
極を使用できることから、実用上のメリットは大きい。Magnetron sputtering is known as a low-temperature, high-speed deposition method compared to Goiot sputtering, etc.
Generally, a magnetron spankling device equipped with a planar type (flat plate type) cathode device is used. This planar type sputtering apparatus has great practical advantages because the electrode arrangement is the same as that of DC bipolar, high frequency, etc. apparatuses, and a flat electrode can be used as the cathode.
ところが、このマグネトロンスパッタリングであっても
、上述のプラナ−型のカソード装置を設けたスパッタリ
ング装置では、基板への電子衝撃に伴い基板をかなり加
熱することが指摘されている。この基板の加熱は得られ
る薄膜の特性に大きな影響を与え、例えば2層構造の垂
直磁気記録媒体を作製する際に基板が加熱されると、面
内磁化層であるパーマロイ膜や垂直異方性層であるCo
−Cr膜の磁気特性が劣化したり、カールと称される
湾曲変形が発生する等、好ましいものではない。However, even with this magnetron sputtering, it has been pointed out that in a sputtering apparatus equipped with the above-mentioned planar type cathode device, the substrate is considerably heated due to the electron impact on the substrate. Heating of this substrate has a great effect on the properties of the obtained thin film. For example, when the substrate is heated when producing a two-layer perpendicular magnetic recording medium, the permalloy film, which is an in-plane magnetization layer, and the perpendicular anisotropy layer of Co
- This is not preferable because the magnetic properties of the Cr film are deteriorated and a curved deformation called curl occurs.
その他、スパッタによっである程度厚く膜を形成する場
合や、加熱によって反応し易い材料からなるものを堆積
する際にも問題となっている。Other problems also arise when forming a somewhat thick film by sputtering or when depositing a material that easily reacts when heated.
そこで、これを改善するため、リング状のターゲットの
中心部に電子捕獲シールドを設けたインセント型のカソ
ード装置が提案されている。In order to improve this problem, an incident-type cathode device has been proposed in which an electron capture shield is provided at the center of a ring-shaped target.
しかしながら、上述のインセント型のカソード装置は、
温度上昇を小さくできる反面、ターゲットをドーナツ形
としその中央部に電子捕獲シールドを設けるという構造
であるため、
■)ターゲット構造がプラナ−型のカソード装置に比べ
て複雑で、ターゲット及びその周辺機材製作の際にコス
ト高となること、
2)スパッタリング終了後、清掃作業あるいはターゲッ
トの交換作業等が煩雑なものとなること、等の欠点を有
している。However, the above-mentioned insent-type cathode device
Although the temperature rise can be reduced, the structure of the target is donut-shaped and an electron capture shield is provided in the center. ■) The target structure is more complex than a planar cathode device, making it difficult to manufacture the target and its surrounding equipment. 2) After sputtering, cleaning work or target replacement work becomes complicated.
本発明は、かかる実情に鑑みて提案されたものであって
、構造が簡単なプラナ−型カソード装置のターゲットを
変更することなく簡単に電子捕獲シールドを設置するこ
とができ、基板温度の上昇が少ないカソード装置を提供
することを目的とする。The present invention was proposed in view of the above circumstances, and it is possible to easily install an electron capture shield without changing the target of a planar type cathode device with a simple structure, thereby reducing the rise in substrate temperature. The purpose is to provide fewer cathode devices.
上述の目的を達成するために、本発明のマグネトロンス
パッタリング用カソード装置は、ターゲットとなる平板
状の陰極と、この陰極の中心部及び外周部に配置される
マグネットと、上記中心部に配置されるマグネットと陰
極を挟んで対向する位置に配設される電子捕獲シールド
とからなり、上記電子捕獲シールドは湾曲形成された支
持部により陰極外周部側で機械的、電気的に支持された
ことを特徴としている。In order to achieve the above object, the cathode device for magnetron sputtering of the present invention includes a flat cathode serving as a target, a magnet placed at the center and outer periphery of this cathode, and a magnet placed at the center. It consists of a magnet and an electron capture shield disposed opposite to each other across the cathode, and the electron capture shield is mechanically and electrically supported on the cathode outer peripheral side by a curved support part. It is said that
本発明のカソード装置を用いれば、陰極であるターゲッ
トの中心部の磁場の向きに起因してこのターゲットの中
央部から基板に向かって飛び出す電子は、電子捕獲シー
ルドによって捕獲される。When the cathode device of the present invention is used, electrons that fly out from the center of the target toward the substrate due to the direction of the magnetic field at the center of the target, which is the cathode, are captured by the electron capture shield.
したがって、基板へ流れ込む電子は非常に軽減され、基
板の温度上昇が抑えられる。Therefore, the amount of electrons flowing into the substrate is greatly reduced, and the rise in temperature of the substrate is suppressed.
一方、陰極上の放電プラズマは、この陰極の中心部及び
外周部に配置されるマグネットのドーナツ型の磁場のト
ンネルの周辺に拘束される。ここで、上記電子捕獲シー
ルドの支持部は、ドーナツ型の放電プラズマを避けるよ
うに湾曲形成されるため、支持部が放電プラズマ中を横
切ることはない。したがって、スパッタリング効率が低
下することもない。On the other hand, the discharge plasma on the cathode is confined around the donut-shaped magnetic field tunnel of the magnet arranged at the center and outer periphery of the cathode. Here, the support portion of the electron capture shield is curved to avoid the donut-shaped discharge plasma, so the support portion does not cross the discharge plasma. Therefore, sputtering efficiency does not decrease.
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明するが、
本発明がこの実施例に限定されるものでないことは言う
までもない。The present invention will be explained below based on specific examples.
It goes without saying that the present invention is not limited to this embodiment.
長尺状の基板フィルムに対して連続的にスパッタリング
を行う連続マグネトロンスパッタリング装置は、第1図
に示すように、真空チャンバ(1)中にキャンロール(
2)や巻出しロール(3)1巻取りロール(4)の如き
基板フィルム(5)の連続移動手段や所定の開口角を有
するマスク(6)、さらにはターゲット(11) 、
マグネット(12)等より構成されるカソード(10)
を備えてなり、巻出しロール(3)から供給される高分
子フィルム等の基板フィルム(5)をキャンロール(2
)に沿わせ矢印X方向に移動しながら、スパッタ電源に
接続されるカソード(10)の陰極、すなわちターゲッ
ト(11)からのスパツタ原子をマスク(6)を介して
被着し、薄膜を形成して巻取りロール(4)に巻き取る
ように構成される。A continuous magnetron sputtering device that continuously sputters a long substrate film has a can roll (
2), an unwinding roll (3), a means for continuously moving the substrate film (5) such as a take-up roll (4), a mask (6) having a predetermined opening angle, and further a target (11),
Cathode (10) composed of magnet (12) etc.
The substrate film (5) such as a polymer film supplied from the unwinding roll (3) is transferred to the can roll (2).
) while moving in the direction of the arrow X, sputter atoms from the cathode (10) connected to the sputtering power source, that is, the target (11), are deposited through the mask (6) to form a thin film. and is configured to be wound onto a take-up roll (4).
そして、プラナ−型のマグネトロンスパッタリング装置
では、カソード(1o)は、平板状のターゲット(11
) (陰極として設置され、スパッタリング時にはアル
ゴンイオンにより構成原子がたたき出され蒸発源となる
。)、上記ターゲット(11)上に高密度の放電プラズ
マを拘束するためのマグネット(12)及び前記マグネ
ット(12)のバンク側での磁路を確保するためのヨー
ク(13)とからなり、ターゲット(11)付近でつく
られたイオンが効率良くターゲット(11)に衝突して
スパッタリングを起こすようになっている。In a planar type magnetron sputtering device, the cathode (1o) is a flat target (11
) (It is installed as a cathode, and during sputtering, constituent atoms are knocked out by argon ions and becomes an evaporation source.), a magnet (12) for restraining high-density discharge plasma on the target (11), and the magnet ( 12) and a yoke (13) to secure a magnetic path on the bank side, so that ions created near the target (11) efficiently collide with the target (11) to cause sputtering. There is.
ここで上記マグネット(12)は、ターゲット(11)
の中心部に配置される円柱状のマグネット(1,2a)
と、ターゲソ1−(11,)の外周に沿って配置される
リング状のマグネット(12b) とがら構成され、中
心にN極、外周にS極があるように磁極配置されている
。したがって、上記マグネソ) (12a) 、 (1
2b)による磁力線は、第1閏中破線Mで示すように閉
じており、クーゲノ+−(II)上にトロイダル型日・
−ナラ型)の磁場のトンネルをつくり、放電プラズマは
ほぼこのl・ン不ルの周辺に拘束される。ところが、上
記ターゲット(1])の中心部に配置されるマグネy
) (12a)の中央部では、磁力線の方向は基板フィ
ルム(5)に向かってターゲノ)(11)面と垂直方向
となり、放電で生じた電子が基板フィルム(5)に衝突
して加熱を生ずるごとになる。Here, the magnet (12) is the target (11)
A cylindrical magnet (1, 2a) placed in the center of
and a ring-shaped magnet (12b) arranged along the outer periphery of the target saw 1-(11,), and the magnetic poles are arranged such that the north pole is at the center and the south pole is at the outer periphery. Therefore, the above magneso) (12a), (1
The magnetic field lines due to 2b) are closed as shown by the dashed line M in the first leap, and a toroidal type day
- Nara type) magnetic field tunnel is created, and the discharge plasma is almost confined around this L/N-F. However, the magnet y placed at the center of the target (1) above
) In the center of (12a), the direction of the magnetic field lines is perpendicular to the target plane (11) toward the substrate film (5), and the electrons generated by the discharge collide with the substrate film (5), causing heating. It becomes every.
そこで、本発明においては、上記ターゲット(11)上
に電子捕獲シールド(20)を装着し、−ト記ターゲソ
) (11)中心部から飛び出ず電子を収集する。Therefore, in the present invention, an electron capture shield (20) is mounted on the target (11) to collect electrons without flying out from the center.
上記電子捕獲シールF(20)は、第2図及び第3図に
示すように、前述のターゲット(11,)中心部から基
板フィルム(5)に向かう電子流を遮蔽する楕円形の遮
蔽部(21)と、ターゲソ) (11)に装着するだめ
のリング状の装着部(22)とからなり、前記遮蔽部(
21)は湾曲形成された略円弧状の一対の支持部(23
) 、 (23)によって機械的、電気的に装着部(2
2)に連結支持されている。ここで、」二部支持部(2
3)を湾曲させて略円弧状としたのは、上記I・ロイダ
ル型の磁場のトンネル中に拘束される放電プラズマを避
けるためで、このような形状とすることにより上記支持
部(23)が放電プラズマ中を横切ることはなく、発生
する放電プラズマに影響を及ぼす虞れもない。この支持
部(23)の形状としては、上述の円弧状に限らず、放
電プラズマを避けることのできる形状であれば如何なる
ものであってもよい。As shown in FIGS. 2 and 3, the electron capture seal F (20) has an elliptical shielding portion ( 21) and a ring-shaped attachment part (22) to be attached to the shielding part (11).
21) is a pair of curved, substantially arc-shaped support portions (23).
), (23) mechanically and electrically connect the attachment part (2
2) is connected and supported. Here, "two-part support part (2
The reason why the support part (23) is curved into a substantially arc shape is to avoid the discharge plasma being restrained in the tunnel of the I-roidal type magnetic field. It does not cross the discharge plasma, and there is no possibility of affecting the generated discharge plasma. The shape of the support portion (23) is not limited to the above-mentioned arc shape, but may be any shape as long as it can avoid discharge plasma.
また、上記装着部(22)の外形寸法は、ターゲソ1−
(11)の外形寸法と略等しく設定され、各辺の中央部
にはそれぞれ爪部(22a)が下側〔ターゲット(11
)への装着方向)に向かって突設されている。In addition, the external dimensions of the mounting portion (22) are as follows:
(11), and a claw portion (22a) is provided at the center of each side on the lower side [target (11)].
) in the mounting direction).
したがって、上記電子捕獲シールド(2o)は前記装着
部(22)の爪部(22a)をターゲット(11)に係
止することにより、カソード(10)に容易に装着され
る。Therefore, the electron capture shield (2o) is easily attached to the cathode (10) by locking the claw part (22a) of the attachment part (22) to the target (11).
かかる構造の電子捕獲シールド(20)を装着すること
により、ターゲソ) (11)の中心部から基板フィル
ム(5)に向かって飛び出す電子の流れは、遮蔽部(2
1)により遮断され、支持部(23)及び装着部(22
)を介して速やかに陰極であるターゲソ1−(1,1)
へと導かれる。この結果、基板の発熱の原因となる電子
の流れが取り除かれ、基板フィルム(5)が加熱される
ことはない。By attaching the electron capture shield (20) having such a structure, the flow of electrons flying out from the center of the target film (11) toward the substrate film (5) can be controlled by the shielding part (20).
1), and the supporting part (23) and the mounting part (22
) through which the cathode is quickly targeted (1-(1,1)
be led to. As a result, the flow of electrons that cause heat generation in the substrate is removed, and the substrate film (5) is not heated.
次に本発明者等による実験結果により説明する。Next, an explanation will be given based on experimental results by the present inventors.
先ず、第1図に示した連続マグネI・ロンスパックリン
グ装置を用い、Mo−パーマロイ膜を炸裂した。スパッ
タリング条件は下記の通りである。First, a Mo-permalloy film was exploded using the continuous Magne-I Ron spackling device shown in FIG. The sputtering conditions are as follows.
λヱtツタリング条件
ターゲット MO−パーマロイ
(Ni 80.5X、 Fe 15X、 Mo 4.5
X)15(inX250mmx15mm
基板 ポリエチレンテレツクレートフィルム(膜厚
50μm)
アルゴン圧 I X 10−3Torr投入パワー
1kW
キャンロール温度 40゛c
基板−ターゲソト間距離 65龍
上述のMo−パーマiイ膜が形成される基板フィルム(
5)近傍に設置した熱電対(14)により、電子捕獲シ
ールドの有無によるスパッタリング時の温度上昇を調べ
た。結果を第4図に示す。なお、以下の図面でも同様で
あるが、図中曲線aは電子捕獲シールド(20)を設け
た場合を、曲線すは電子捕獲シールド(20)を設けな
い場合をそれぞれ示す。λet Tsuttering condition target MO-permalloy (Ni 80.5X, Fe 15X, Mo 4.5
X) 15 (inX 250mm x 15mm Substrate Polyethylene terecrate film (thickness 50μm) Argon pressure I X 10-3Torr input power
1 kW Can roll temperature 40゛c Substrate-target distance 65
5) A thermocouple (14) installed nearby was used to investigate the temperature rise during sputtering depending on the presence or absence of an electron capture shield. The results are shown in Figure 4. Note that the same applies to the following drawings, but in the drawings, the curve a shows the case where the electron capture shield (20) is provided, and the curve a shows the case where the electron capture shield (20) is not provided.
この第4図から明らかなように、電子捕獲シールド(2
0)による温度上昇抑制効果が大きいことがワカる。ま
た、パワ−1kW投入時の基板のセルフバイアス電圧が
、電子捕獲シールド(20)を設置したときに−4,O
V、設置しないときに−18,4Vであることかられか
るように、基板フィルム(5〉への電子の流れが小さく
なっている。そして、この条件下での同一投入電力に対
する成膜効率の低下はおよそ5%であり、スパッタ堆積
速度の減少は実際上無視し得るものであった。As is clear from this Figure 4, the electron capture shield (2
0) has a large temperature rise suppressing effect. In addition, the self-bias voltage of the board when power is applied to -1 kW is -4,0 when the electron capture shield (20) is installed.
As can be seen from the fact that V is -18.4 V when not installed, the flow of electrons to the substrate film (5) is small.Then, the film formation efficiency for the same input power under this condition is The reduction was approximately 5%, making the reduction in sputter deposition rate virtually negligible.
次に、同じ装置を用いて投入パワーに対する平衡温度、
並びに電流−電圧特性を調べた。なお、投入パワー以外
は先のスパッタリング条件と同様の条件とした。結果を
第5図及び第6図に示す。Next, using the same equipment, the equilibrium temperature for the input power,
In addition, the current-voltage characteristics were investigated. Note that the conditions other than the input power were the same as the previous sputtering conditions. The results are shown in FIGS. 5 and 6.
第5図より、先の第4図と同様に電子捕獲シールド(2
0)の温度抑制効果が確認された。From Figure 5, we can see that the electron capture shield (2
0) temperature suppression effect was confirmed.
一方、第6図に示したように、電子捕獲シールド(20
)を設置した際にはインピーダンス増加が見られるが、
同一電流に対してのインピーダンス増加は15〜18%
であり、問題となる大きさではなかった。On the other hand, as shown in Figure 6, an electron capture shield (20
), an increase in impedance can be seen, but
Impedance increase for the same current is 15-18%
It was not large enough to be a problem.
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、タ
ーゲットを特別な形状にする必要がなく、従来のプラナ
−型のターゲットに基板の温度上昇を抑制するための電
子捕獲シールドを簡単に設置することができる。したが
って、基板の温度上昇による悪影響を及ぼすことがなく
、特性に優れた薄膜を作製することが可能なカソード装
置を提供することができる。As is clear from the above description, according to the present invention, there is no need to make the target into a special shape, and an electron capture shield for suppressing the temperature rise of the substrate can be easily added to the conventional planar target. can be installed. Therefore, it is possible to provide a cathode device in which a thin film with excellent properties can be produced without any adverse effects caused by a rise in temperature of the substrate.
また、本発明のカソード装置は、その構造が極めて簡単
なものであり、特に電子捕獲シールドの取付け、取り外
し等が容易であるので、スパッタリング終了後の清掃や
ターゲット交換等が容易に行える。Further, the cathode device of the present invention has an extremely simple structure, and in particular, the electron capture shield can be easily attached and removed, so that cleaning and target replacement after sputtering are easily performed.
第1図は本発明のカソード装置を用いた連続マグネトロ
ンスパッタリング装置の概略的な構成例を示す構成図で
あり、第2図は本発明のカソード装置に装着される電子
捕獲シールドの一例を示す外観斜視図、第3図は第2図
A−A線における断面図である。
第4図はスパッタリングによる温度上昇の様子を電子捕
獲シールドを装着した場合と装着しない場合とを比較し
て示す特性図であり、第5図は電子捕獲シールドを装着
した場合における投入パワーと平衡温度の関係を電子捕
獲シールドを装着しない場合のそれと比較して示す特性
図、第6図は電子捕獲シールドの有無による電流−電圧
特性の相違を示す特性図である。
10・・・カソード
11・・・ターゲット(陰極)
12′・・・マグネット
20・・・電子捕獲シールド
21・・・遮蔽部
22・・・装着部
23・・・支持部FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a continuous magnetron sputtering device using the cathode device of the present invention, and FIG. 2 is an external view showing an example of an electron capture shield attached to the cathode device of the present invention. The perspective view and FIG. 3 are cross-sectional views taken along the line AA in FIG. 2. Figure 4 is a characteristic diagram that compares the temperature rise due to sputtering with and without an electron capture shield, and Figure 5 shows input power and equilibrium temperature when an electron capture shield is attached. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the difference in current-voltage characteristics depending on the presence or absence of an electron capture shield. 10... Cathode 11... Target (cathode) 12'... Magnet 20... Electron capture shield 21... Shielding part 22... Mounting part 23... Supporting part
Claims (1)
び外周部に配置されるマグネットと、上記中心部に配置
されるマグネットと陰極を挟んで対向する位置に配設さ
れる電子捕獲シールドとからなり、 上記電子捕獲シールドは湾曲形成された支持部により陰
極外周部側で機械的、電気的に支持されたことを特徴と
するマグネトロンスパッタリング用カソード装置。[Scope of Claims] A flat cathode serving as a target, a magnet disposed at the center and outer periphery of the cathode, and a magnet disposed at a position facing the magnet disposed at the center with the cathode in between. A cathode device for magnetron sputtering, characterized in that the electron capture shield is mechanically and electrically supported on the cathode outer peripheral side by a curved support portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12813686A JPS62287073A (en) | 1986-06-04 | 1986-06-04 | Cathode device for magnetron sputtering |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12813686A JPS62287073A (en) | 1986-06-04 | 1986-06-04 | Cathode device for magnetron sputtering |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62287073A true JPS62287073A (en) | 1987-12-12 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP12813686A Pending JPS62287073A (en) | 1986-06-04 | 1986-06-04 | Cathode device for magnetron sputtering |
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Country | Link |
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JP (1) | JPS62287073A (en) |
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