JP2004346387A

JP2004346387A - Sputtering source, sputtering apparatus and sputtering method

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Publication number: JP2004346387A
Application number: JP2003145920A
Authority: JP
Inventors: Shigemitsu Sato; 重光佐藤; Seisuke Sueshiro; 政輔末代; Hiroki Ozora; 弘樹大空; Junya Kiyota; 淳也清田; Hajime Nakamura; 肇中村; Akira Ishibashi; 暁石橋; Atsushi Ota; 淳太田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP4246546B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for forming a film with a uniform thickness and quality distribution on a large substrate. <P>SOLUTION: In a sputtering apparatus 1, each target 35 can be rotated in a horizontal direction at a prescribed angle against the surface of the substrate 10. At the initial state, each target 35 is directed parallel to the surface of the substrate 10. When the target 35 is at the initial state, sputtering particles emitted vertically from the surface of the target 35 cannot reach an ineffective region α in the substrate 10, but when the target 35 is rotated from the initial state, the particles emitted vertically from the surface of the target 35 can enter the ineffective region α. This enables the formation of the film with a uniform thickness and quality distribution on the surface of the large substrate 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマグネトロンスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、成膜対象物である基板の大型化に伴い、スパッタ源も大型のものが要求されるが、ターゲットの大型化は困難であるため、図８に示すように、小型のターゲット１１５を複数個有するスパッタ源１０３が考案されている。このスパッタ源１０３のターゲット１１５は、同一平面上に並べられ、各ターゲット１１５の間にアノード電極１１３が配置されている。
【０００３】
各ターゲット１１５の表面は成膜対象物である基板に向けられ、裏面側には磁界形成装置１２５がそれぞれ配置されており、スパッタ源１０３が置かれた真空槽内にスパッタガスを導入し、各アノード電極１１３を接地電位に置いた状態で、各ターゲット１１５に同時に電圧を印加すると、磁界形成装置１２５によって形成される磁界によって電子がターゲットの表面近傍に拘束され、ターゲット１１５がスパッタされる。
【０００４】
しかしながら、このスパッタ源１０３ではターゲット１１５の間にアノード電極１１３を配置するため、アノード電極１１３の分だけターゲット１１５間の隙間が大きくなる。
【０００５】
基板表面のうち、ターゲット１１５間の隙間と対向する部分は、ターゲット１１５と対向する部分に比べてスパッタリング粒子が到達する量が少ないので、ターゲット１１５間の隙間が大きくなると、基板に形成される膜の膜厚や膜質分布が不均一になる。このように、従来のスパッタ源では、大型の基板に膜厚や膜質分布の均一な膜を形成することが困難であるという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第６，２８４，１０６号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，０９３，２９３号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、大型基板に膜厚分布や膜質分布が均一な薄膜を形成する技術を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、所定角度の回転動作が可能な回転軸と、前記回転軸に対して固定されたカソード電極と、前記カソード電極に取り付けられたターゲットと、前記ターゲットと非接触な状態で前記回転軸に対して固定されたアノード電極とを有し、前記回転動作によって回転軸が所定角度だけ回転すると、前記カソード電極と、前記アノード電極と、前記ターゲットは一緒に回転するように構成されたスパッタ部が複数個配置され、前記各スパッタ部の前記ターゲットから放出されるスパッタリング粒子が同じ成膜対象物の同じ表面に到達するように構成されたスパッタ源であって、前記各ターゲットの裏面側には、対応する前記ターゲットの表面に磁界を形成する磁界形成装置がそれぞれ配置され、前記各磁界形成装置は、対応するターゲットと一緒に回転すると共に、対応する前記ターゲットに対して相対的に移動するように構成されたスパッタ源である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のスパッタ源であって、前記各スパッタ部の前記磁界形成装置は、前記回転軸と垂直であって、かつ、対応する前記ターゲットと平行な方向に移動するように構成されたスパッタ源である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタ源と、少なくとも前記スパッタ源の前記各ターゲットを収容する真空槽と、前記真空槽内の前記各ターゲットからスパッタリング粒子が到達する位置に配置されたホルダとを有するスパッタリング装置である。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のスパッタリング装置であって、前記各スパッタ部は、前記ホルダに前記成膜対象物を配置し、前記各スパッタ部の前記ターゲットを前記成膜対象物に対して平行に配置したときに、前記各ターゲットの表面が同じ平面上に位置するように配置されたスパッタリング装置である。
請求項５記載の発明は、複数個のスパッタ部を有し、前記各スパッタ部は、ターゲットと、アノード電極と、カソード電極と、磁界形成装置とを有するスパッタ源を用い、成膜対象物を前記スパッタ源と対向して配置し、前記磁界形成装置によって、対応する前記ターゲットの表面に磁界を形成し、前記アノード電極と前記カソード電極との間に電圧を印加し、前記ターゲットの表面をスパッタリングするスパッタリング方法であって、スパッタリング中に、前記ターゲットを左右方向に所望の周期で所定角度回転させながら、前記磁界形成装置を対応する前記ターゲットに対して相対的に移動させるスパッタリング方法である。
請求項６記載の発明は、請求項５記載のスパッタリング方法であって、前記ターゲットの回転は、前記各ターゲットを同じ周期で同じ角度で一緒に回転させるスパッタリング方法である。
請求項７記載の発明は、請求項５又は請求項６のいずれか１項記載のスパッタリング方法であって、前記ターゲットの回転は、前記各ターゲットを前記成膜対象物に対して平行配置した状態で、前記各ターゲットをスパッタリングしたときに、前記各ターゲットから前記成膜対象物に対して垂直に飛び出したスパッタリング粒子が到達しない前記成膜対象物の無効領域に対し、前記各ターゲットを前記アノード電極と前記カソード電極と一緒に回転させ、前記スパッタリング粒子を前記無効領域に到達させるスパッタリング方法である。
請求項８記載の発明は、請求項５乃至請求項７のいずれか１項記載のスパッタリング方法であって、前記磁界形成装置の移動は、対応する前記ターゲットに対して前記磁界形成装置を平行な方向に移動させるスパッタリング方法である。
請求項９記載の発明は、請求項５乃至請求項８記載のいずれか１項記載のスパッタリング方法であって、前記磁界形成装置の移動は、前記磁界形成装置が前記アノード電極の真裏に位置しないように移動するスパッタリング方法である。
【０００９】
本発明は上記のように構成されており、１つの取付部にカソード電極とアノード電極とが取付られている。従って、カソード電極とアノード電極とは互いに近接しており、各スパッタ部のカソード電極に、アノード電極に対して負の高電圧や交流電圧を印加すると、各カソード電極上に配置されたターゲットの表面に均一なプラズマが形成されるようになっている。
【００１０】
各スパッタ部のカソード電極上に同じ材料で構成されたターゲットを配置し、各スパッタ部のカソード電極に同じ極性、同じ大きさの電圧を印加すると、ターゲットのスパッタリング速度は、各スパッタ部で同一になる。
【００１１】
スパッタ源上に、各ターゲットよりも大口径の基板を配置したときに、各ターゲットを基板表面に対して傾くように所定角度回転させると、ターゲットから垂直に飛び出すスパッタリング粒子が到達する領域が移動する。従って、スパッタリング中に、前記ターゲットを左右方向に回転させれば、成膜対象物の無効領域にもターゲット表面から垂直に飛び出すスパッタリング粒子を入射することができる。
【００１２】
各ターゲットを一緒に同じ回転速度で同じ周期で左右方向に回転させれば、各ターゲット間の間隔が狭い場合であっても、回転によりスパッタ部同士が衝突することがない。
【００１３】
ターゲットとターゲット間の距離であるターゲット間隔が大きい場合、ターゲットが回転する角度を大きくすれば、基板表面のより広い領域にスパッタリング粒子を垂直に入射させることができる。
【００１４】
各ターゲットの裏面側に配置された磁界形成装置は、各ターゲットに対して相対的に移動しながらスパッタリングが行われるようになっており、その結果、ターゲットの広い領域がスパッタリングされ、ターゲットの使用効率が向上する。
【００１５】
更に、各磁界形成装置が、ターゲットに対して相対移動し、且つ、成膜対象の基板に対しても所定角度だけ回転するようにすると、磁界形成装置によって形成される磁界が、基板に対しても回転するので、その結果、基板表面に形成される薄膜の膜厚分布や膜質分布がより一層均一になる。
【００１６】
各磁界形成装置は、アノード電極の真裏に位置しないように、アノード電極とアノード電極の間の範囲で移動するため、アノード電極表面に強磁界が形成されない。従って、スパッタリング中に形成されるプラズマが不安定にならず、また、アノード電極がスパッタされないため、基板に形成される膜に不純物が混じらない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。図１の符号１は本発明のスパッタ源を用いたスパッタリング装置を示している。
【００１８】
このスパッタリング装置１は、真空槽２と、スパッタ源３とを有している。スパッタ源３は複数のスパッタ部３０を有しており、各スパッタ部３０は取付部３１と回転軸４１とを有している。
【００１９】
図２は図１とは垂直な側面方向から見たスパッタリング装置１の断面図である。各回転軸４１は棒状であって、真空槽２の内部にそれぞれ気密に挿通されており、回転軸４１の長手方向の中央部分は真空槽２内部に位置し、その両端部分は真空槽２の互いに対向する側面から外部に導出されている。
【００２０】
各スパッタ部３０は同じ構成を有しているので、１つのスパッタ部３０を例にとって説明すると、取付部３１は真空槽２の内部で回転軸４１の長手方向の中央部分に固定されている。
【００２１】
図３に示すように、取付部３１上には長方形のカソード電極３３が固定されている。カソード電極３３の幅方向の両端には、その長辺に沿って細長のアノード電極３６がそれぞれ配置されており、各アノード電極３６の両端には細長の補助電極３４が接続され、四角形のリング状電極３９が構成されている。
【００２２】
カソード電極３３上には、カソード電極３３よりも小さい長方形のターゲット３５がカソード電極３３の端部からはみ出さないように固定されている。上述したように、カソード電極３３とアノード電極３６はそれぞれ取付部３１に固定されており、取付部３１は回転軸４１に固定されているので、ターゲット３５とカソード電極３３と、アノード電極３６は、それぞれ回転軸４１に対して固定されている。
【００２３】
ターゲット３５の片面はカソード電極３３の表面に密着しており、また、カソード電極３３とターゲット３５はそれぞれリング状電極３９とは非接触であるので、アノード電極３６とカソード電極３３に異なる電圧を印加可能になっている。
【００２４】
ターゲット３５の真空槽２内部に向けられた面を表面とし、ターゲット３５の表面とは反対側の面であって、カソード電極３３の表面に密着した側の面を裏面とすると、ターゲット３５の裏面側には、カソード電極３３を間に挟んで、細長の永久磁石で構成された磁界形成装置３２がターゲット３５の長手方向に沿って配置されており、この磁界形成装置３２によってターゲット３５表面の所定範囲に強磁界が形成されるようになっている。
【００２５】
磁界形成装置３２は不図示の移動装置に接続されており、移動装置を動作させると、磁界形成装置３２がターゲット３５の表面と平行であって、ターゲット３５の幅方向に移動するように構成されている。各ターゲット３５は、その長手方向が回転軸４１と平行になるように配置されているので、磁界形成装置３２は、結局、回転軸４１と垂直な方向に移動することになる。
【００２６】
磁界形成装置３２の幅はターゲット３５の幅よりも小さくなっているので、磁界形成装置３２が移動すると、ターゲット３５の表面に形成される強磁界が幅方向に移動するようになっている。
【００２７】
真空槽２内には基板（成膜対象物）を保持可能な基板ホルダ７が配置されている。基板ホルダ７に保持された基板の表面に対し、各ターゲット３５の表面が平行になる状態を初期状態とすると、各スパッタ部３０は、初期状態では各ターゲット３５が所定間隔を空けて平行配置され、かつ、各ターゲット３５の表面がそれぞれ同じ平面上に位置するように配置されている。
【００２８】
図４は初期状態の各スパッタ部３０の位置関係を示す平面図であり、スパッタ部３０とスパッタ部３０との間の間隔は、初期状態から各ターゲット３５を一緒に同じ速度で所定角度回転させたときに、互いの回転を妨げないようになっている。
【００２９】
次に、このスパッタリング装置１を用いて成膜対象物に膜を形成する工程について説明する。真空槽２には真空排気系９とスパッタガス供給系８が接続されており、真空排気系９を動作させ、真空槽２内部に真空雰囲気を形成した後、該真空雰囲気を維持したまま、基板を真空槽２内に搬入し基板ホルダ７に保持させる。図１、２は基板１０を基板ホルダ７に保持させた状態を示している。
【００３０】
次いで、スパッタガス供給系８からスパッタガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを真空槽２内部に導入し、真空槽２内部に所定圧力の成膜雰囲気を形成する。このスパッタリング装置１では、各アノード電極３６と、真空槽２はそれぞれ接地電位に置かれており、真空槽２内部の成膜雰囲気を維持したまま、各カソード電極３３に同じ大きさの負電圧を印加すると、各ターゲット３５の表面がスパッタリングされ、各スパッタ部３０から真空槽２内部にスパッタリング粒子が放出される。
【００３１】
ターゲット３５がスパッタリングされるときには、基板１０は移動しておらず、同じ位置で基板ホルダ７に保持されているが、各スパッタ部３０の回転軸４１は、各ターゲット３５が初期状態から一緒に同じ周期で左右方向に所定角度だけ傾くように回転している。
【００３２】
図５（ａ）〜（ｃ）は各ターゲット３５を左右方向に傾けた状態を示しており、図５（ａ）は各ターゲット３５を初期状態から図の右方向に傾けた状態を示し、図５（ｃ）は各ターゲット３５を初期状態から図の左方向に傾けた状態を示し、図５（ｂ）右方向に傾けた状態と、左方向に傾けた状態の中間の状態である初期状態を示している。
【００３３】
図５（ａ）〜（ｃ）の符号αは初期状態のターゲット３５の表面から垂直に飛び出すスパッタリング粒子が到達しない無効領域を示しており、ターゲット３５が初期状態から傾けられたときにには、無効領域αにターゲット３５の表面から垂直に飛び出すスパッタリング粒子が入射し、またターゲット３５が逆方向に傾けられると、同じ無効領域αに隣接するターゲット３５から垂直に飛び出すスパッタリング粒子が入射する。
【００３４】
このように、本発明によればターゲット３５の表面から垂直に飛び出す粒子が無効領域αにも入射するので、結果としてターゲット３５の表面には膜厚分布や膜質分布の均一な膜が形成される。
【００３５】
また、磁界形成装置３２は回転軸４１の回転に伴って、アノード電極３６と、カソード電極３３と、ターゲット３５と一緒に所定角度だけ同じ周期で回転するように構成されており、磁界形成装置３２の回転によって強磁界が形成される領域が基板１０に対して移動するので、成膜される膜の膜厚や膜質の分布がより一層均一になる。
【００３６】
スパッタリング中に磁界形成装置３２をターゲット３５に対して移動させておけば、ターゲット３５の広い領域がスパッタリングされるので、ターゲット３５の使用効率が高くなる。
【００３７】
次に、ターゲット３５の回転移動量について説明する。図６（ｂ）は各ターゲット３５が初期状態に置かれたときを示している。ここでは、初期状態ではターゲット３５とターゲット３５との間隔（ターゲット間隔）はそれぞれ同じであり、かつ、各ターゲット３５の表面から基板１０表面までの距離（ターゲット−基板距離）がそれぞれ同じになっている。図６（ｂ）の符号Ａは初期状態での、ターゲット間隔を示し、符号Ｂは初期状態でのターゲット−基板距離を示している。
【００３８】
図６（ａ）、（ｃ）はそれぞれ各ターゲット３５が基板１０に対して、初期状態からＴａｎ^−１（Ａ／Ｂ）の角度θだけ左右方向に傾いた場合を示しており、各ターゲット３５が基板１０に対してＴａｎ^−１（Ａ／Ｂ）以上の角度で傾けば、無効領域α全てに、ターゲット３５表面から垂直に飛び出すスパッタリング粒子が入射することになる。
【００３９】
以上は、初期状態では、全てのターゲット３５の表面が基板１０に対して平行に配置された場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図７の符号５０は、上述したスパッタ源３の、アノード電極３６の幅方向の両端に、他のスパッタ部６０が一つずつ配置されて構成されたスパッタ源を示している。
【００４０】
両端に配置されたスパッタ部６０を第二のスパッタ部６０とすると、第二のスパッタ部６０では、ターゲット６５が他のスパッタ部３０のターゲット３５の長手方向に沿って配置されており、各スパッタ部３０、６０の間隔は、第二のスパッタ部６０のターゲット６５を、他のスパッタ部３０のターゲットと同じ周期で一緒に所定角度だけ回転させたときに、スパッタ部３０、６０が互いの回転動作を妨害しないようになっている。
【００４１】
第二のスパッタ部６０のターゲット６５表面は、初期状態では基板１０に対して傾いており、第二のスパッタ部６０によって基板１０の表面端部に到達するスパッタリング粒子の量が補われるので、基板１０の表面には膜厚分布が均一な膜が形成される。スパッタリング中に、第二のスパッタ部６０の磁界形成装置６２をターゲット６５に対して移動させれば、ターゲット６５の消費効率が高くなり、更に、磁界形成装置６２をターゲット６５と一緒に回転させ、磁界形成装置６２により形成される強磁界を基板１０に対しても移動させれば、成膜される膜の膜厚分布がより一層均一になる。
【００４２】
以上は、基板１０を静止させた状態でスパッタリングを行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基板１０を水平面内で回転させながらスパッタリングする場合も本発明には含まれる。
【００４３】
さらに、アノード電極の位置、形状、電位等を適宜変化させて膜厚、膜質分布を調整することも可能である。また、各カソード電極３３にそれぞれ異なる大きさの電圧を印加し、スパッタリングを行うことも可能である。
【００４４】
スパッタガスの種類はアルゴンガスに限定されず、キセノン（Ｘｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス等種々のものを用いることができる。また、スパッタガスと一緒に酸素（Ｏ_２）ガスのような反応ガスを真空槽２内に供給しながらスパッタリングを行うこともできる。磁界形成装置３２、６２は永久磁石で構成される場合に限定されず、磁界形成装置を１又は２以上の電磁石で構成することもできる。
【００４５】
また、各ターゲット３５でのターゲット−基板距離は同じであり、かつ、ターゲット３５とターゲット３５との間の間隔が等しい場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。各ターゲット３５におけるターゲット−基板距離や、ターゲット３５とターゲット３５との間隔が不均一な場合は、各無効領域αに、ターゲット３５表面から垂直に飛び出すスパッタリング粒子が到達するように、各ターゲット３５の左右方向の回転角度をそれぞれ変えればよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、スパッタリング中にターゲットが基板に対して左右方向に所定角度回転させるので、基板の広い領域に、ターゲット表面から垂直に飛び出すスパッタリング粒子が入射することになり、成膜される膜の膜厚分布や膜質分布が均一になる。また、スパッタリング中に、ターゲットと一緒に磁界形成装置も回転し、磁界形成装置によって形成される強磁界が基板に対して移動するので、膜の膜厚分布が一層均一になる。スパッタリング中に磁界形成装置をターゲットに対しても移動させれば、ターゲットの消費効率が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパッタリング装置の一例を説明する断面図
【図２】図１とは垂直な側面方向から見たスパッタリング装置の断面図
【図３】アノード電極とターゲットの位置関係を説明する平面図
【図４】ターゲット同士の位置関係を説明する平面図
【図５】（ａ）〜（ｃ）：ターゲットの回転動作を説明する断面図
【図６】（ａ）〜（ｃ）：ターゲットの回転角度を説明する断面図
【図７】本発明の他のスパッタ源を説明する断面図
【図８】従来技術のスパッタ源を説明する断面図
【符号の説明】
１……スパッタリング装置２……真空槽３……スパッタ源７……基板ホルダ１０……基板（成膜対象物）３０……スパッタ部３２……磁界形成装置３３……カソード電極３５……ターゲット４１……回転軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the increase in the size of the substrate, which is a film formation target, a large sputtering source is required. However, since it is difficult to increase the size of the target, a plurality of small targets 115 are provided as shown in FIG. A single sputter source 103 has been devised. The targets 115 of the sputtering source 103 are arranged on the same plane, and an anode electrode 113 is disposed between the targets 115.
[0003]
The surface of each target 115 is directed to the substrate that is the film formation target, and the magnetic field forming device 125 is disposed on the back side. A sputtering gas is introduced into the vacuum chamber in which the sputtering source 103 is placed, When a voltage is simultaneously applied to each target 115 with the anode electrode 113 placed at the ground potential, electrons are constrained near the surface of the target by the magnetic field formed by the magnetic field forming device 125, and the target 115 is sputtered.
[0004]
However, since the anode electrode 113 is disposed between the targets 115 in the sputtering source 103, the gap between the targets 115 is increased by the amount of the anode electrode 113.
[0005]
Of the surface of the substrate, the portion facing the gap between the targets 115 has a smaller amount of sputtered particles reaching the portion facing the target 115. Therefore, when the gap between the targets 115 increases, the film formed on the substrate The film thickness and the film quality distribution are non-uniform. Thus, the conventional sputtering source has a problem that it is difficult to form a film having a uniform film thickness and film quality distribution on a large substrate.
[0006]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 6,284,106 [Patent Document 2]
US Pat. No. 6,093,293 Specification
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was created to solve the above-described disadvantages of the prior art, and an object thereof is to provide a technique for forming a thin film having a uniform film thickness distribution and film quality distribution on a large substrate.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a rotating shaft capable of rotating at a predetermined angle, a cathode electrode fixed to the rotating shaft, a target attached to the cathode electrode, An anode electrode fixed to the rotation shaft in a non-contact state with the target, and when the rotation shaft is rotated by a predetermined angle by the rotation operation, the cathode electrode, the anode electrode, and the target A plurality of sputter units configured to rotate together, and a sputter source configured such that sputtered particles emitted from the target of each sputter unit reach the same surface of the same film formation target And a magnetic field forming device for forming a magnetic field on the surface of the corresponding target is disposed on the back side of each target, Magnetic field forming device is adapted to rotate together with the corresponding target, a sputtering source that is configured to move relative to the corresponding said target.
A second aspect of the present invention is the sputtering source according to the first aspect, wherein the magnetic field forming device of each of the sputter units is perpendicular to the rotation axis and parallel to the corresponding target. A sputter source configured to move.
Invention of Claim 3 is from the sputtering source of any one of Claim 1 or Claim 2, the vacuum chamber which accommodates at least each said target of the said sputtering source, and each said target in the said vacuum chamber. It is a sputtering device which has a holder arranged in the position where sputtered particles reach.
Invention of Claim 4 is a sputtering device of Claim 3, Comprising: Each said sputtering part arrange | positions the said film-forming target object in the said holder, The said film-forming target object is set to each said sputtering part. The sputtering apparatus is arranged so that the surfaces of the targets are located on the same plane when arranged in parallel to the target.
The invention according to claim 5 has a plurality of sputtering units, and each sputtering unit uses a sputtering source having a target, an anode electrode, a cathode electrode, and a magnetic field forming device, Arranged facing the sputtering source, the magnetic field forming device forms a magnetic field on the surface of the corresponding target, a voltage is applied between the anode electrode and the cathode electrode, and the surface of the target is sputtered. In this sputtering method, during sputtering, the magnetic field forming device is moved relative to the corresponding target while rotating the target in the left-right direction at a predetermined cycle at a predetermined angle.
The invention according to claim 6 is the sputtering method according to claim 5, wherein the rotation of the target is a sputtering method in which the targets are rotated together at the same angle at the same period.
Invention of Claim 7 is the sputtering method of any one of Claim 5 or Claim 6, Comprising: The rotation of the said target is the state which has arrange | positioned each said target in parallel with respect to the said film-forming target object Then, when sputtering each target, the sputtering target particles jumped out from the target perpendicularly to the film formation target do not reach the ineffective region of the film formation target, and the target is the anode electrode. And the cathode electrode so that the sputtered particles reach the ineffective region.
The invention according to claim 8 is the sputtering method according to any one of claims 5 to 7, wherein the magnetic field forming device moves in parallel with the corresponding target. It is a sputtering method that moves in the direction.
A ninth aspect of the present invention is the sputtering method according to any one of the fifth to eighth aspects, wherein the magnetic field forming device is not moved directly behind the anode electrode. It is the sputtering method which moves like this.
[0009]
The present invention is configured as described above, and a cathode electrode and an anode electrode are attached to one attachment portion. Therefore, the cathode electrode and the anode electrode are close to each other, and when a negative high voltage or an alternating voltage is applied to the cathode electrode of each sputtering unit with respect to the anode electrode, the surface of the target disposed on each cathode electrode A uniform plasma is formed.
[0010]
When a target composed of the same material is placed on the cathode electrode of each sputter unit, and the same polarity and the same voltage are applied to the cathode electrode of each sputter unit, the sputtering rate of the target is the same in each sputter unit. Become.
[0011]
When a substrate having a diameter larger than that of each target is arranged on the sputtering source, if each target is rotated by a predetermined angle so as to be inclined with respect to the substrate surface, a region where sputtered particles popping out from the target reach will move. . Therefore, if the target is rotated in the left-right direction during sputtering, the sputtered particles that protrude perpendicularly from the target surface can also be incident on the ineffective region of the film formation target.
[0012]
If the targets are rotated together at the same rotational speed and in the left-right direction at the same cycle, the sputter parts do not collide with each other even when the distance between the targets is narrow.
[0013]
When the target interval, which is the distance between the targets, is large, the sputtering particles can be vertically incident on a wider area of the substrate surface by increasing the rotation angle of the target.
[0014]
The magnetic field forming device arranged on the back side of each target is adapted to perform sputtering while moving relative to each target. As a result, a wide area of the target is sputtered, and the usage efficiency of the target is increased. Will improve.
[0015]
Further, when each magnetic field forming device moves relative to the target and rotates with respect to the film formation target substrate by a predetermined angle, the magnetic field formed by the magnetic field forming device is changed with respect to the substrate. As a result, the film thickness distribution and film quality distribution of the thin film formed on the substrate surface become even more uniform.
[0016]
Since each magnetic field forming device moves in a range between the anode electrode and the anode electrode so as not to be located directly behind the anode electrode, a strong magnetic field is not formed on the surface of the anode electrode. Therefore, the plasma formed during sputtering does not become unstable, and the anode electrode is not sputtered, so that impurities are not mixed in the film formed on the substrate.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Reference numeral 1 in FIG. 1 indicates a sputtering apparatus using the sputtering source of the present invention.
[0018]
The sputtering apparatus 1 has a vacuum chamber 2 and a sputtering source 3. The sputter source 3 has a plurality of sputter units 30, and each sputter unit 30 has a mounting portion 31 and a rotating shaft 41.
[0019]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the sputtering apparatus 1 viewed from the side surface direction perpendicular to FIG. Each rotary shaft 41 is rod-shaped and is inserted airtightly into the inside of the vacuum chamber 2, the central portion in the longitudinal direction of the rotary shaft 41 is located inside the vacuum chamber 2, and both end portions thereof are the vacuum chamber 2. It is derived | led-out outside from the mutually opposing side surface.
[0020]
Since each of the sputter units 30 has the same configuration, a single sputter unit 30 will be described as an example. The attachment unit 31 is fixed to the central portion in the longitudinal direction of the rotating shaft 41 inside the vacuum chamber 2.
[0021]
As shown in FIG. 3, a rectangular cathode electrode 33 is fixed on the attachment portion 31. At both ends in the width direction of the cathode electrode 33, elongated anode electrodes 36 are disposed along the long sides thereof, and an elongated auxiliary electrode 34 is connected to both ends of each anode electrode 36 to form a rectangular ring shape. An electrode 39 is configured.
[0022]
On the cathode electrode 33, a rectangular target 35 smaller than the cathode electrode 33 is fixed so as not to protrude from the end of the cathode electrode 33. As described above, the cathode electrode 33 and the anode electrode 36 are each fixed to the mounting portion 31, and the mounting portion 31 is fixed to the rotating shaft 41, so that the target 35, the cathode electrode 33, and the anode electrode 36 are Each is fixed to the rotation shaft 41.
[0023]
Since one surface of the target 35 is in close contact with the surface of the cathode electrode 33, and the cathode electrode 33 and the target 35 are not in contact with the ring-shaped electrode 39, different voltages are applied to the anode electrode 36 and the cathode electrode 33. It is possible.
[0024]
The surface of the target 35 facing the inside of the vacuum chamber 2 is the front surface, and the surface opposite to the surface of the target 35 and the surface that is in close contact with the surface of the cathode electrode 33 is the back surface. On the side, a magnetic field forming device 32 composed of an elongated permanent magnet is disposed along the longitudinal direction of the target 35 with the cathode electrode 33 interposed therebetween. A strong magnetic field is formed in the range.
[0025]
The magnetic field forming device 32 is connected to a moving device (not shown). When the moving device is operated, the magnetic field forming device 32 is parallel to the surface of the target 35 and moves in the width direction of the target 35. ing. Since each target 35 is arranged so that its longitudinal direction is parallel to the rotation axis 41, the magnetic field forming device 32 eventually moves in a direction perpendicular to the rotation axis 41.
[0026]
Since the width of the magnetic field forming device 32 is smaller than the width of the target 35, the strong magnetic field formed on the surface of the target 35 moves in the width direction when the magnetic field forming device 32 moves.
[0027]
A substrate holder 7 capable of holding a substrate (film formation target) is disposed in the vacuum chamber 2. If the state in which the surface of each target 35 is parallel to the surface of the substrate held by the substrate holder 7 is an initial state, each sputtering unit 30 is arranged in parallel with a predetermined interval between each target 35 in the initial state. And the surface of each target 35 is arrange | positioned so that it may each be located on the same plane.
[0028]
FIG. 4 is a plan view showing the positional relationship between the sputter units 30 in the initial state. The distance between the sputter units 30 and 30 is such that the targets 35 are rotated together by a predetermined angle at the same speed from the initial state. So that they do not interfere with each other's rotation.
[0029]
Next, a process of forming a film on the film formation target using the sputtering apparatus 1 will be described. A vacuum evacuation system 9 and a sputter gas supply system 8 are connected to the vacuum chamber 2. After the vacuum evacuation system 9 is operated to form a vacuum atmosphere inside the vacuum chamber 2, the substrate is maintained while maintaining the vacuum atmosphere. Is carried into the vacuum chamber 2 and held by the substrate holder 7. 1 and 2 show a state in which the substrate 10 is held by the substrate holder 7.
[0030]
Next, argon (Ar) gas, which is a sputtering gas, is introduced from the sputtering gas supply system 8 into the vacuum chamber 2, and a film-forming atmosphere having a predetermined pressure is formed inside the vacuum chamber 2. In this sputtering apparatus 1, each anode electrode 36 and the vacuum chamber 2 are placed at the ground potential, and a negative voltage of the same magnitude is applied to each cathode electrode 33 while maintaining the film forming atmosphere inside the vacuum chamber 2. When applied, the surface of each target 35 is sputtered, and sputtered particles are emitted from the sputter units 30 into the vacuum chamber 2.
[0031]
When the target 35 is sputtered, the substrate 10 is not moved and is held by the substrate holder 7 at the same position. However, the rotation shaft 41 of each sputtering unit 30 is the same as each target 35 from the initial state. It rotates so as to incline by a predetermined angle in the left-right direction in a cycle.
[0032]
5A to 5C show a state in which each target 35 is tilted in the left-right direction, and FIG. 5A shows a state in which each target 35 is tilted in the right direction from the initial state. 5 (c) shows a state in which each target 35 is tilted leftward from the initial state, and FIG. 5 (b) is an intermediate state between the state tilted rightward and the state tilted leftward. Is shown.
[0033]
5 (a) to 5 (c) indicates an ineffective region where the sputtered particles that vertically jump out of the surface of the target 35 in the initial state do not reach, and when the target 35 is tilted from the initial state, Sputtering particles that protrude vertically from the surface of the target 35 enter the invalid region α, and when the target 35 is tilted in the opposite direction, sputtering particles that protrude vertically from the target 35 adjacent to the same invalid region α are incident.
[0034]
As described above, according to the present invention, the particles protruding vertically from the surface of the target 35 enter the invalid region α, and as a result, a film having a uniform film thickness distribution and film quality distribution is formed on the surface of the target 35. .
[0035]
In addition, the magnetic field forming device 32 is configured to rotate together with the anode electrode 36, the cathode electrode 33, and the target 35 with the same period along the rotation of the rotating shaft 41. Since the region in which the strong magnetic field is formed is moved with respect to the substrate 10 by the rotation of the film, the film thickness and film quality distribution of the film to be formed become even more uniform.
[0036]
If the magnetic field forming device 32 is moved with respect to the target 35 during sputtering, a wide area of the target 35 is sputtered, so that the usage efficiency of the target 35 is increased.
[0037]
Next, the rotational movement amount of the target 35 will be described. FIG. 6B shows the time when each target 35 is placed in the initial state. Here, in the initial state, the distance between the target 35 and the target 35 (target distance) is the same, and the distance from the surface of each target 35 to the surface of the substrate 10 (target-substrate distance) is the same. Yes. The symbol A in FIG. 6B indicates the target interval in the initial state, and the symbol B indicates the target-substrate distance in the initial state.
[0038]
FIGS. 6A and 6C show a case where each target 35 is inclined in the left-right direction by an angle θ of Tan ⁻¹ (A / B) from the initial state with respect to the substrate 10. Is tilted at an angle of Tan ⁻¹ (A / B) or more with respect to the substrate 10, the sputtered particles that protrude vertically from the surface of the target 35 are incident on all the ineffective regions α.
[0039]
The above has described the case where the surfaces of all the targets 35 are arranged in parallel to the substrate 10 in the initial state, but the present invention is not limited to this. Reference numeral 50 in FIG. 7 indicates a sputtering source in which the other sputtering units 60 are arranged one by one at both ends in the width direction of the anode electrode 36 of the sputtering source 3 described above.
[0040]
Assuming that the sputter units 60 disposed at both ends are the second sputter units 60, in the second sputter unit 60, the target 65 is disposed along the longitudinal direction of the target 35 of the other sputter unit 30. The interval between the parts 30 and 60 is such that when the target 65 of the second sputter part 60 is rotated by a predetermined angle together with the same period as the target of the other sputter part 30, the sputter parts 30 and 60 rotate relative to each other. It does not interfere with the operation.
[0041]
The surface of the target 65 of the second sputter unit 60 is inclined with respect to the substrate 10 in the initial state, and the amount of sputtered particles reaching the surface end of the substrate 10 is compensated by the second sputter unit 60. A film having a uniform film thickness distribution is formed on the surface 10. If the magnetic field forming device 62 of the second sputter unit 60 is moved relative to the target 65 during sputtering, the consumption efficiency of the target 65 is increased, and further, the magnetic field forming device 62 is rotated together with the target 65, If the strong magnetic field formed by the magnetic field forming device 62 is also moved relative to the substrate 10, the film thickness distribution of the film to be formed becomes even more uniform.
[0042]
The case where sputtering is performed with the substrate 10 being stationary has been described above, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention includes the case of sputtering while rotating the substrate 10 in a horizontal plane.
[0043]
Furthermore, it is possible to adjust the film thickness and film quality distribution by appropriately changing the position, shape, potential and the like of the anode electrode. It is also possible to perform sputtering by applying different voltages to each cathode electrode 33.
[0044]
The type of sputtering gas is not limited to argon gas, and various types such as xenon (Xe) gas and krypton (Kr) gas can be used. Sputtering can also be performed while supplying a reactive gas such as oxygen (O ₂ ) gas into the vacuum chamber 2 together with the sputtering gas. The magnetic field forming devices 32 and 62 are not limited to being configured with permanent magnets, and the magnetic field generating devices can be configured with one or two or more electromagnets.
[0045]
Moreover, although the target-substrate distance in each target 35 was the same, and the space | interval between the target 35 and the target 35 was demonstrated, this invention is not limited to this. When the target-substrate distance in each target 35 or the distance between the target 35 and the target 35 is non-uniform, the sputtering particles of each target 35 reach each ineffective area α so that the sputtered particles that jump out from the surface of the target 35 reach the invalid region α. What is necessary is just to change the rotation angle of the left-right direction, respectively.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the target is rotated by a predetermined angle in the left-right direction with respect to the substrate during sputtering, the sputtered particles that protrude perpendicularly from the surface of the target enter a wide area of the substrate, and the film to be formed The film thickness distribution and film quality distribution are uniform. Also, during sputtering, the magnetic field forming device rotates together with the target, and the strong magnetic field formed by the magnetic field forming device moves relative to the substrate, so that the film thickness distribution becomes more uniform. If the magnetic field forming device is moved also with respect to the target during sputtering, the consumption efficiency of the target is increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a sputtering apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the sputtering apparatus viewed from a side surface perpendicular to FIG. Plan view [FIG. 4] Plan view for explaining the positional relationship between the targets [FIG. 5] (a) to (c): Cross-sectional views for explaining the rotation operation of the target [FIG. 6] (a) to (c): Target FIG. 7 is a sectional view for explaining another sputtering source of the present invention. FIG. 8 is a sectional view for explaining a conventional sputtering source.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sputtering device 2 ... Vacuum chamber 3 ... Sputtering source 7 ... Substrate holder 10 ... Substrate (film formation target) 30 ... Sputtering part 32 ... Magnetic field forming device 33 ... Cathode electrode 35 ... Target 41 …… Rotation axis

Claims

所定角度の回転動作が可能な回転軸と、
前記回転軸に対して固定されたカソード電極と、前記カソード電極に取り付けられたターゲットと、前記ターゲットと非接触な状態で前記回転軸に対して固定されたアノード電極とを有し、
前記回転動作によって回転軸が所定角度だけ回転すると、前記カソード電極と、前記アノード電極と、前記ターゲットは一緒に回転するように構成されたスパッタ部が複数個配置され、
前記各スパッタ部の前記ターゲットから放出されるスパッタリング粒子が同じ成膜対象物の同じ表面に到達するように構成されたスパッタ源であって、
前記各ターゲットの裏面側には、対応する前記ターゲットの表面に磁界を形成する磁界形成装置がそれぞれ配置され、
前記各磁界形成装置は、対応するターゲットと一緒に回転すると共に、対応する前記ターゲットに対して相対的に移動するように構成されたスパッタ源A rotating shaft capable of rotating at a predetermined angle;
A cathode electrode fixed to the rotating shaft; a target attached to the cathode electrode; and an anode electrode fixed to the rotating shaft in a non-contact state with the target;
When the rotating shaft rotates by a predetermined angle by the rotating operation, a plurality of sputtering units configured to rotate the cathode electrode, the anode electrode, and the target together are arranged,
A sputtering source configured such that sputtered particles emitted from the target of each of the sputter units reach the same surface of the same film formation target,
A magnetic field forming device for forming a magnetic field on the surface of the corresponding target is disposed on the back side of each target,
Each of the magnetic field forming devices rotates together with the corresponding target, and is configured to move relative to the corresponding target.

前記各スパッタ部の前記磁界形成装置は、前記回転軸と垂直であって、かつ、対応する前記ターゲットと平行な方向に移動するように構成された請求項１記載のスパッタ源。The sputtering source according to claim 1, wherein the magnetic field forming device of each sputtering unit is configured to move in a direction perpendicular to the rotation axis and parallel to the corresponding target.

請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタ源と、
少なくとも前記スパッタ源の前記各ターゲットを収容する真空槽と、
前記真空槽内の前記各ターゲットからスパッタリング粒子が到達する位置に配置されたホルダとを有するスパッタリング装置。The sputter source according to claim 1 or 2,
A vacuum chamber containing at least each of the targets of the sputtering source;
A sputtering apparatus comprising: a holder disposed at a position where sputtering particles reach from each target in the vacuum chamber.

前記各スパッタ部は、前記ホルダに前記成膜対象物を配置し、前記各スパッタ部の前記ターゲットを前記成膜対象物に対して平行に配置したときに、前記各ターゲットの表面が同じ平面上に位置するように配置された請求項３記載のスパッタリング装置。Each of the sputter units arranges the film formation target on the holder, and when the target of each sputter unit is arranged in parallel to the film formation target, the surface of each target is on the same plane. The sputtering apparatus of Claim 3 arrange | positioned so that it may be located in.

複数個のスパッタ部を有し、前記各スパッタ部は、ターゲットと、アノード電極と、カソード電極と、磁界形成装置とを有するスパッタ源を用い、
成膜対象物を前記スパッタ源と対向して配置し、
前記磁界形成装置によって、対応する前記ターゲットの表面に磁界を形成し、前記アノード電極と前記カソード電極との間に電圧を印加し、前記ターゲットの表面をスパッタリングするスパッタリング方法であって、
スパッタリング中に、前記ターゲットを左右方向に所望の周期で所定角度回転させながら、
前記磁界形成装置を対応する前記ターゲットに対して相対的に移動させるスパッタリング方法。A plurality of sputter units, each sputter unit using a sputtering source having a target, an anode electrode, a cathode electrode, and a magnetic field forming device;
Arrange the object to be deposited facing the sputtering source,
A sputtering method of forming a magnetic field on the surface of the corresponding target by the magnetic field forming device, applying a voltage between the anode electrode and the cathode electrode, and sputtering the surface of the target,
While sputtering, the target is rotated by a predetermined angle in a desired cycle in the left-right direction,
A sputtering method of moving the magnetic field forming device relative to the corresponding target.

前記ターゲットの回転は、前記各ターゲットを同じ周期で同じ角度で一緒に回転させる請求項５記載のスパッタリング方法。The sputtering method according to claim 5, wherein the rotation of the targets is performed by rotating the targets at the same period and the same angle.

前記ターゲットの回転は、前記各ターゲットを前記成膜対象物に対して平行配置した状態で、前記各ターゲットをスパッタリングしたときに、前記各ターゲットから前記成膜対象物に対して垂直に飛び出したスパッタリング粒子が到達しない前記成膜対象物の無効領域に対し、
前記各ターゲットを前記アノード電極と前記カソード電極と一緒に回転させ、前記スパッタリング粒子を前記無効領域に到達させる請求項５又は請求項６のいずれか１項記載のスパッタリング方法。The rotation of the target is sputtering in which each target is sputtered perpendicularly to the film formation target when the target is sputtered in a state where the targets are arranged in parallel to the film formation target. For the ineffective region of the film formation target that particles do not reach,
The sputtering method according to claim 5, wherein each target is rotated together with the anode electrode and the cathode electrode to cause the sputtered particles to reach the ineffective region.

前記磁界形成装置の移動は、対応する前記ターゲットに対して前記磁界形成装置を平行な方向に移動させる請求項５乃至請求項７のいずれか１項記載のスパッタリング方法。The sputtering method according to claim 5, wherein the magnetic field forming device is moved in a direction parallel to the corresponding target.

前記磁界形成装置の移動は、前記磁界形成装置が前記アノード電極の真裏に位置しないように移動する請求項５乃至請求項８のいずれか１項記載のスパッタリング方法。The sputtering method according to any one of claims 5 to 8, wherein the magnetic field forming device is moved so that the magnetic field forming device is not located directly behind the anode electrode.