JPS63247366A - Magnetron sputtering device - Google Patents

Magnetron sputtering device

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Publication number
JPS63247366A
JPS63247366A JP8141987A JP8141987A JPS63247366A JP S63247366 A JPS63247366 A JP S63247366A JP 8141987 A JP8141987 A JP 8141987A JP 8141987 A JP8141987 A JP 8141987A JP S63247366 A JPS63247366 A JP S63247366A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
ring
vacuum chamber
width
magnetron sputtering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8141987A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Okuda
晃 奥田
Masahide Yokoyama
政秀 横山
Kunio Tanaka
田中 邦生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP8141987A priority Critical patent/JPS63247366A/en
Publication of JPS63247366A publication Critical patent/JPS63247366A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the use efficiency and service life of a target and also to prevent deterioration in the characteristics and reproducibility of a film to be obtained, by turning an annular target above a magnetic couple and uniformly eroding the surface of a target. CONSTITUTION:This magnetron sputtering device is composed of a vacuum chamber 108, a vacuum pump 109, a gas-feed system 110, a magnetron-type cathode, a substrate 107, and an electric power source 111 and is also equipped with an annular target 105, a backing plate 104 fixing the above target 105, a cathode body 101, and a shield 112. The above-mentioned cathode body 101 is equipped with a magnetic couple 103 having a sectional form with a diameter equal to the width of the above target 105 and a yoke, and the target 105 and the magnetic couple 103 are relatively rotated so that central part of the width of the target 105 is passed above the magnetic couple 103. Moreover, the above- mentioned shield 112 has a circular opening, and plasma is produced only by using the target 105 at the position above the magnetic couple 103.

Description

【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装置に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus.

従来の技術 従来、マグネトロンスパッタ装置のカソード部分は、例
えば特公昭53−19319号公報に示されているよう
に、第3図のような構造になっていた。以下図面を参照
しながら、従来のマグネトロンスパッタ装置の一例につ
いて説明する。第3図において、1は磁石対3とヨーク
2を固定するカソード本体、4はターゲット5を固定す
るバッキングプレート、6は磁石対3及びターゲット6
を冷却するための冷却水の管、7はターゲット5に対向
して配置され、スパッタにより膜が堆積される基板、1
1はカソード本体1へ電圧を印加し、ターゲット6表面
でプラズマを発生させるための電源、9は真空チャンバ
ー8内を真空排気するための真壁排気するための真空排
気ポンプ、1oは真空チャンバー8内にArガスを供給
するだめのガス供給系である。
BACKGROUND ART Conventionally, the cathode portion of a magnetron sputtering apparatus has had a structure as shown in FIG. 3, as shown in, for example, Japanese Patent Publication No. 19319/1983. An example of a conventional magnetron sputtering apparatus will be described below with reference to the drawings. In FIG. 3, 1 is the cathode body that fixes the magnet pair 3 and the yoke 2, 4 is the backing plate that fixes the target 5, and 6 is the magnet pair 3 and the target 6.
A cooling water pipe 7 is placed facing the target 5, and a substrate 1 on which a film is deposited by sputtering.
1 is a power supply for applying a voltage to the cathode body 1 and generating plasma on the surface of the target 6; 9 is a vacuum pump for evacuating the inside of the vacuum chamber 8; 1o is the inside of the vacuum chamber 8; This is a gas supply system for supplying Ar gas to.

以上のように構成されたマグネトロンスパッタ装置につ
いて、以下その動作について説明する。
The operation of the magnetron sputtering apparatus configured as described above will be described below.

まず、真空チャンバー8内をロータリーポンプ、油拡散
ポンプ、クライオポンプ等の真空排気ポンプ9により1
0Torr台の真空排気する。その後、ガス供給系1o
により真空チャンバー8内にArガスを導入し、5 X
 10’ Torr程度の真空度に設定し、カソード本
体1へ電源11によりDCまたはRFの電圧を印加する
。それによシ真空チャンバー8内にプラズマが発生する
。そのためArイオンが発生する。また、磁石対3の磁
界12によシ、プラズマ密度の高い部分13が発生し、
Arイオンのターゲット5への衝突量が増加する。そし
て、主にその部分から粒子が飛散し、対向して配置され
た基板7の表面に堆積し膜が形成される。その後ターゲ
ット5は第3図に示すように削られていく。
First, the inside of the vacuum chamber 8 is pumped with a vacuum evacuation pump 9 such as a rotary pump, an oil diffusion pump, or a cryopump.
Evacuate to 0 Torr level. After that, gas supply system 1o
Ar gas was introduced into the vacuum chamber 8 by 5X
The degree of vacuum is set to about 10' Torr, and a DC or RF voltage is applied to the cathode body 1 by the power source 11. As a result, plasma is generated within the vacuum chamber 8. Therefore, Ar ions are generated. Also, due to the magnetic field 12 of the magnet pair 3, a region 13 with high plasma density is generated,
The amount of Ar ions colliding with the target 5 increases. Then, particles are mainly scattered from that part and deposited on the surface of the substrate 7 disposed opposite to each other to form a film. Thereafter, the target 5 is shaved as shown in FIG.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成では、ターゲットの磁
界強度の高い部分、すなわちプラズマ密度の高い部分の
Arイオンの衝突量が多くな沙、その部分の粒子の飛散
が多くなる。そのため、ターゲットの侵食がその部分に
集中し、実際にターゲットがスパッタリングに利用され
る量、すなわちターゲット利用効率が低下する。例えば
、従来のカソードではターゲットの30%しか利用でき
ないこともあシ、量産化の場合、゛ターゲット利用効率
の点から、ターゲット交換頻度が高くなる等の問題があ
る。
Problems to be Solved by the Invention However, with the above configuration, the amount of Ar ion collisions in the part of the target where the magnetic field strength is high, that is, the part with high plasma density is large, and the particles in that part are scattered a lot. Become. Therefore, erosion of the target concentrates in that part, and the amount of target actually used for sputtering, that is, the target utilization efficiency, decreases. For example, with conventional cathodes, only 30% of the target can be used, and in the case of mass production, there are problems such as an increase in the frequency of target replacement in terms of target utilization efficiency.

また、ターゲットの侵食が速いために、ターゲットの形
状変化、磁界強度の変化が速くなり、膜の特性、再現性
が低下するという問題点を有していた。
Furthermore, since the target erodes quickly, the shape of the target and the magnetic field strength change rapidly, resulting in a problem in that film characteristics and reproducibility deteriorate.

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、スパッタによる
ターゲット利用効率を向上し、またターゲットの侵食速
度を低下して、膜の特性、再現性の低下を防止しようと
するものである。
In view of the above-mentioned problems, the present invention aims to improve the efficiency of target use by sputtering, reduce the erosion rate of the target, and prevent the deterioration of film characteristics and reproducibility.

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明のマグネトロンス
パッタ装置は、リング形状をしたターゲットと、それを
固定するバッキングプレートと、リング状ターゲットの
幅と同等の直径の断面形状をもつ磁石対とヨークをもち
、かつ、上記磁石対の上をリング状ターゲットの幅の中
央が通過するようにターゲットを相対回転させることを
可能としたカソード本体と、プラズマが上記磁石対の上
部のターゲット部分のみで発生するように円形の開口部
をもち、ターゲット表面を取り囲んで接地されたシール
ドを備えたものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the magnetron sputtering apparatus of the present invention includes a ring-shaped target, a backing plate for fixing the ring-shaped target, and a backing plate having a diameter equivalent to the width of the ring-shaped target. A cathode body has a pair of magnets and a yoke having a cross-sectional shape, and is capable of relative rotation of the target so that the center of the width of the ring-shaped target passes over the pair of magnets; It has a circular opening that occurs only in the upper part of the target, and is equipped with a grounded shield surrounding the target surface.

作  用 この技術手段による作用は次のようになる。すなわち、
磁石対のN極とS極の間でプラズマの密度の高い部分が
でき、その部分からターゲット粒子が飛び出すことにな
るが、リング状ターゲットが、磁石対の上を低速または
、高速で回転するために、ターゲットが部分的に侵食さ
れることがなく、リング状ターゲットの表面が均等に侵
食されるため、ターゲットの侵食速度が低下し、ターゲ
ット形状変化、磁界強度変化が、遅くなシ膜の特性、再
現性の低下を防止することができ、ターゲットの寿命が
向上する。また、磁石対の直径が、リング状ターゲット
の幅と同等であるため、ターゲット表面の大部分が使用
され、ターゲット利用効率が向上することになる。
Effect The effect of this technical means is as follows. That is,
A high-density area of plasma is created between the north and south poles of the magnet pair, and target particles fly out from that area, but because the ring-shaped target rotates at low or high speed above the magnet pair, In addition, the target is not partially eroded, and the surface of the ring-shaped target is eroded evenly, so the erosion rate of the target is reduced, and changes in target shape and magnetic field strength are slow. , it is possible to prevent a decrease in reproducibility and improve the life of the target. Furthermore, since the diameter of the magnet pair is equivalent to the width of the ring-shaped target, most of the target surface is used, improving target utilization efficiency.

実施例 以下本発明の一実施例のマグネトロンスパッタ装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。
EXAMPLE A magnetron sputtering apparatus according to an example of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例におけるマグネトロンスパッ
タ装置の概略断面図を示す。第1図において、1o1は
、リング形状をしたターゲット106と、それを固定す
るバッキングプレート104と、リング状ターゲット1
05の幅と同等の直径の断面形状をもつ磁石対103と
ヨーク102をもち、かつ、上記磁石対103の上をリ
ング状のターゲラ)105の幅の中央が通過するように
ターゲット106を回転させることを可能としたカソー
ド本体であシ、106は磁石対103及びターゲラ)1
05を冷却するための冷却水の管、112はプラズマが
上記磁石対103の上部のターゲット105部分のみで
発生するように円形の開口部をもち、ターゲット106
表面を取り囲んで接地されたシールド、1o7はターゲ
ット105に対向して配置され、スパッタによシ膜が堆
積される基板、111は陰極101へ電圧を印加し、タ
ーゲット105表面でプラズマを発生させるための電源
、108は真空状態の維持が可能な真空チャンバー、1
09は真空チャンバー108内を真空排気するだめの真
空排気ポンプ、110は真空チャンバー108内にガス
を供給するためのガス供給系である。
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a magnetron sputtering apparatus in an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1o1 indicates a ring-shaped target 106, a backing plate 104 for fixing it, and a ring-shaped target 106.
The target 106 has a magnet pair 103 and a yoke 102 having a cross-sectional shape with a diameter equivalent to the width of the target magnet 105, and the target 106 is rotated so that the center of the width of the ring-shaped target layer 105 passes over the magnet pair 103. 106 is the cathode body that makes it possible to
A cooling water pipe 112 for cooling the target 106 has a circular opening so that plasma is generated only in the upper part of the target 105 of the magnet pair 103.
A shield 1o7 that surrounds the surface and is grounded, 1o7 is a substrate that is placed facing the target 105 and on which a film is deposited by sputtering, and 111 is used to apply voltage to the cathode 101 and generate plasma on the surface of the target 105. 108 is a vacuum chamber capable of maintaining a vacuum state, 1
09 is a vacuum pump for evacuating the inside of the vacuum chamber 108, and 110 is a gas supply system for supplying gas into the vacuum chamber 108.

以上のように構成されたマグネトロンスパッタ装置にお
いて、以下第1図及び第2図を用いてその動作を説明す
る。
The operation of the magnetron sputtering apparatus configured as described above will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

まず、真空チャンバー108内を、ロータリーポンプ、
油拡散ポンプ、クライオポンプ等の真空排気ポンプ10
9によ!+ 10−6Torr台の真空度まで、真空排
気する。その後、ガス供給系110によシ、真空チャン
バー108内にAr ガスを導入し5 X 10−3T
orr程度の真空度に設定する。次に、リング状ターゲ
ット105を、このターゲット106の幅の中央が固定
された磁石対103の上を通過するように回転させる。
First, inside the vacuum chamber 108, a rotary pump,
Vacuum pump 10 such as oil diffusion pump, cryopump, etc.
9! Evacuate to a vacuum level of +10-6 Torr. After that, Ar gas was introduced into the vacuum chamber 108 through the gas supply system 110, and 5×10-3T
Set the degree of vacuum to about orr. Next, the ring-shaped target 105 is rotated so that the center of the width of the target 106 passes over the fixed magnet pair 103.

ここで磁石対103及びリング状ターゲット106は、
冷却水の管106からの冷却水によって冷却されている
。次にカソード本体101に、電源111によp、DC
またはRFの電圧を印加する。それにより、真空チャン
バー108内にプラズマが発生する。このとき、プラズ
マはリング状ターゲット106を取り囲んで、接地され
たシールド112によって、シールド112の円形の開
口部、すなわち磁石対103上部のターゲット表面のみ
で発生する。プラズマにより発生したAr イオンは磁
石対103の磁界によりプラズマ密度の高い部分に衝突
し、その部分が主にスパッタされ、リング状ターゲット
1o6に対向して配置された基板107の表面に膜が形
成される。
Here, the magnet pair 103 and the ring-shaped target 106 are
It is cooled by cooling water from a cooling water pipe 106. Next, the cathode main body 101 is connected to a power source 111 with p, DC
Or apply RF voltage. As a result, plasma is generated within the vacuum chamber 108. At this time, plasma is generated only at the circular opening of the shield 112, that is, the target surface above the magnet pair 103, by the grounded shield 112 surrounding the ring-shaped target 106. Ar ions generated by the plasma collide with a high plasma density area due to the magnetic field of the magnet pair 103, and that area is mainly sputtered to form a film on the surface of the substrate 107 placed opposite the ring-shaped target 1o6. Ru.

以上のように本実施例によれば、膜形成中にリング状タ
ーゲッ)105が磁石対103に沿って低速または高速
で回転しているため、ターゲット表面が部分的に侵食さ
れることがなく、均等に侵食される。磁石対103の直
径はリング状ターゲット106の幅と同等であるため、
ターゲット表面の大部分が使用されターゲット利用効率
が60チ以上となった。また、ターゲットの深さ方向へ
の侵食速度が低下し、磁界強度変化が遅くなシ、膜の特
性の変化、再現性の低下を遅らせることができ、ターゲ
ット寿命を向上することができた。
As described above, according to this embodiment, since the ring-shaped target 105 rotates at low or high speed along the magnet pair 103 during film formation, the target surface is not partially eroded. eroded evenly. Since the diameter of the magnet pair 103 is equivalent to the width of the ring-shaped target 106,
Most of the target surface was used and the target utilization efficiency was over 60 inches. In addition, the erosion rate in the depth direction of the target was reduced, the change in magnetic field strength was slowed down, changes in film characteristics and deterioration in reproducibility could be delayed, and the life of the target could be improved.

なお、本実施例によれば、磁石対103の上をターゲラ
)105が回転しているが、ターゲット下部で磁石対を
回転させることも考えられる。しかし、この方法では、
基板とマグネットとの偏心量が変化するため、膜厚均一
性等に変化が起こる可能性があるので、本実施例の方が
、膜の再現性は良好である。
According to this embodiment, the target magnet 105 rotates above the magnet pair 103, but it is also possible to rotate the magnet pair below the target. However, with this method,
Since the amount of eccentricity between the substrate and the magnet changes, there is a possibility of changes in film thickness uniformity, etc., so the reproducibility of the film is better in this example.

発明の効果 以上のように本発明は、リング形状をしたターゲットと
、それを固定するバッキングプレートと、リング状ター
ゲットの幅と同等の直径の断面形状をもつ磁石対とヨー
クをもち、かつ、上記磁石対の上をリング状ターゲット
の幅の中央が通過するようにターゲットを回転させるこ
とを可能としたカソード本体と、プラズマが上記磁石対
の上部のターゲット部分のみで発生するように円形の開
口部をも・ち、ターゲット表面を取り囲んで接地された
シールドを設けたことによシ、ターゲット利用効率の向
上と、膜の特性、再現性の低下を防止することができ、
ターゲット寿命も向上することができる。
Effects of the Invention As described above, the present invention has a ring-shaped target, a backing plate for fixing the ring-shaped target, a pair of magnets and a yoke having a cross-sectional shape with a diameter equivalent to the width of the ring-shaped target, and A cathode body that allows the target to be rotated so that the center of the width of the ring-shaped target passes over the pair of magnets, and a circular opening that allows plasma to be generated only in the target portion above the pair of magnets. By providing a grounded shield surrounding the target surface, it is possible to improve target utilization efficiency and prevent deterioration of film characteristics and reproducibility.
Target life can also be improved.

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

第1図は本発明の一実施例におけるマグネトロンスパッ
タ装置の概略断面図、第2図は第1図のカンード部を上
から見た図、第3図は従来のマグネトロンスパッタ装置
の概略断面図である。 101・・・・・・カソード本体、102・川・・ヨー
ク、103・・・・・・磁石対、104・・印・バッキ
ングプレート、105・・・・・・ターゲット、112
・・・・・・シールド。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名j0
3−−一石り石大丁 第2図 第3図
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a magnetron sputtering device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view of the cand portion of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional magnetron sputtering device. be. 101...Cathode body, 102...Yoke, 103...Magnet pair, 104...Mark/Backing plate, 105...Target, 112
······shield. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and one other personj0
3--Ichigori Ishi Daicho Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 真空状態の維持が可能な真空チャンバーと、真空チャン
バー内を減圧雰囲気にするための真空ポンプと、真空チ
ャンバー内にガスを供給するためのガス供給系と、少な
くとも1個のマグネトロン型カソードと、少なくちも1
個の基板と、カソードに電圧を印加する電源とをもつマ
グネトロンスパッタ装置において、リング形状をしたタ
ーゲットと、それを固定するバッキングプレートと、リ
ング状ターゲットの幅と同等の直径の断面形状をもつ磁
石対とヨークをもち、かつ、上記磁石対の上をリング状
のターゲットの幅の中央が通過するようにターゲットを
相対回転させることを可能としたカソード本体と、プラ
ズマが上記磁石対の上部のターゲット部分のみで発生す
るように円形の開口部をもち、ターゲット表面を取り囲
んで接地されたシールドを備えたことを特徴とするマグ
ネトロンスパッタ装置。
A vacuum chamber capable of maintaining a vacuum state, a vacuum pump for creating a reduced pressure atmosphere in the vacuum chamber, a gas supply system for supplying gas into the vacuum chamber, at least one magnetron type cathode, and at least one Chimo 1
In a magnetron sputtering device that has a substrate and a power source that applies voltage to the cathode, a ring-shaped target, a backing plate that fixes it, and a magnet that has a cross-sectional shape with a diameter equivalent to the width of the ring-shaped target are used. The cathode body has a pair of magnets and a yoke, and allows the target to be rotated relative to each other so that the center of the width of the ring-shaped target passes over the pair of magnets, and the plasma is directed to the target above the pair of magnets. A magnetron sputtering device characterized by having a circular opening so that sputtering occurs only in one part, and a grounded shield surrounding the target surface.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01111870A (en) * 1987-10-23 1989-04-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Sputtering device
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WO2021115758A1 (en) * 2019-12-13 2021-06-17 Evatec Ag Method of sputter-coating substrates or of manufacturing sputter coated substrates and apparatus

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