JPH02175866A - Method and device for producing thin film - Google Patents
Method and device for producing thin filmInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は薄膜の製造方法及びその製造装置に係り、特に
マグネトロンスパッタによる１ｉｌ１８！形成に適用し
て良好な薄膜の製造り法及びその製造装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for manufacturing a thin film and an apparatus for manufacturing the same, and particularly to a method for manufacturing a thin film using magnetron sputtering. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film that can be easily applied to formation, and an apparatus for manufacturing the same.
従来の技術
例えば、磁性薄膜を形成する手段のひとつとしてマグネ
トロンｈ式のスパッタリングが知られている。このマグ
ネトロンスパッタリングは、電界の方向に対し直交する
方向に磁界を印加し、陰極から出た電子に螺旋運動を行
なわせてターゲット上に高密度のプラズマを生成するこ
とにより所ゴマグネトロンｆｌｉ電を起こし、比較的低
電圧でスパッタ速度を高めることができることから磁性
薄膜を含め種々の薄膜形成に適用されている。2. Description of the Related Art For example, magnetron-type sputtering is known as one of the means for forming a magnetic thin film. This magnetron sputtering applies a magnetic field in a direction perpendicular to the direction of the electric field, causes the electrons emitted from the cathode to perform a spiral motion, and generates a high-density plasma on the target, thereby generating a magnetron fli electric field. Since sputtering speed can be increased with relatively low voltage, it has been applied to the formation of various thin films including magnetic thin films.
発明が解決しようとする課題
しかるに、従来のマグネトロンスパッタリングでは、合
金ターゲットを用いて薄膜形成した時に、形成された薄
膜とターゲットの組成が異なってしまう（所謂組成ずれ
が生じてしまう）という課題があった。特に金属磁性体
をターゲットとするマグネトロンスパッタリングでは、
組成変化に伴い磁気特性も変化してしまうため、上記課
題は重大な問題となる。Problems to be Solved by the Invention However, in conventional magnetron sputtering, there is a problem in that when forming a thin film using an alloy target, the composition of the formed thin film and the target differ (so-called composition deviation occurs). Ta. Especially in magnetron sputtering, which targets metal magnetic materials,
The above problem becomes a serious problem because the magnetic properties also change as the composition changes.
本発明者が行なった実験結果と共にこのマグネトロンス
パッタリングに伴う組成変化について以下説明する。ま
た、以下述べる各実験結果における実験条件は次の通り
である。The composition change accompanying this magnetron sputtering will be explained below along with the experimental results conducted by the present inventor. Further, the experimental conditions for each experimental result described below are as follows.
実験装置・・・平行平板型ＲＦスパッタ装置（マグネト
ロンモードで使用）
ターゲット・・・センダスト（０録商標夕合金径寸法φ
６インチ、厚さ６履又は８履
放電ガス・・・Ａｒガス又はＡｒと他のガスの混合ガス
ターゲット−基板距離・・・７ａａ
尚、薄膜の特性は、磁気特性（Ｈｃ、Ｂｓ）については
振動試料型磁力計（ＶＳＭ）により、透磁率については
フェライトコーク法により、また組成分析は電子プＯ−
プ微小分析法により測定した。Experimental equipment: Parallel plate type RF sputtering equipment (used in magnetron mode) Target: Sendust (0-registered alloy diameter size φ
6 inches, thickness 6 or 8 inches Discharge gas: Ar gas or a mixture of Ar and other gas Target-substrate distance: 7aa Regarding the thin film properties, the magnetic properties (Hc, Bs) are as follows: A vibrating sample magnetometer (VSM) was used for magnetic permeability analysis, and composition analysis was performed using an electronic printer O-Coke method.
It was measured by microanalysis method.
第１７図は投入電力と薄膜の組成（Ａｆｌの金石割合に
て評価）との関係を示している。同図より、膜力電力を
増やすとＡＩｌのｍ度が減ることが判る。FIG. 17 shows the relationship between the input power and the composition of the thin film (evaluated by the proportion of gold ore in Afl). From the figure, it can be seen that when the membrane force power is increased, the m degree of AIl is decreased.
また、３ｉの濃度についても同様の変化が生ずる。A similar change also occurs in the concentration of 3i.
第１８図は放電ガスの圧力（以下、Ａｒ圧力という）と
薄膜の組成との関係を示し又いる。同図より、Ａｒ圧力
が増大するとＡ４の８１度が増すことが判る。FIG. 18 shows the relationship between the pressure of the discharge gas (hereinafter referred to as Ar pressure) and the composition of the thin film. From the figure, it can be seen that as the Ar pressure increases, the angle of A4 increases by 81 degrees.
第１９図はＡｒ圧力とスパッタ″ａ［との関係を示して
いる。同図より、Ａｒｆｆ力を変化させることによりス
パッタ速度に変化が生ずることが判る。FIG. 19 shows the relationship between Ar pressure and sputtering "a[. From this figure, it can be seen that the sputtering speed changes by changing the Arff force.
又、図示はしないが、Ａｒ圧力、スパッタ速度。Also, although not shown, Ar pressure and sputtering speed.
投入電力により膜の結晶構成、１１成、応力等が変化す
ることが知られている。It is known that the crystal structure, crystal structure, stress, etc. of the film change depending on the applied power.
上記第１７図乃至第１９図の結果をまとめると、次のよ
うになる。薄膜の組成は投入電力値、Ａ ｒ圧力値によ
り変化するため目標とする膜組成を得るためには、これ
らの８鎗の組合せの中から最適な組合せを見つけ出す必
要があり、その選定が困難である。また、通常スパッタ
リングにおいてはスパッタ速度がａ膜形成の大きな要因
となり、形成効率上スパッタ速度は速い方が望ましい。The results shown in FIGS. 17 to 19 above are summarized as follows. The composition of the thin film changes depending on the input power value and the Ar pressure value, so in order to obtain the target film composition, it is necessary to find the optimal combination among these eight combinations, and selection is difficult. be. In addition, in normal sputtering, the sputtering speed is a major factor in the formation of the a film, and in terms of formation efficiency, a faster sputtering speed is desirable.
そこで、投入電力、Ａｒ圧力に加えこのスパッタ速度も
１ｌｌｌ形成のパラメータとして加えるとすると、全て
の条件を（膜組成、膜の結晶構造、応力等）を満たすス
パッタ条件を選定するのは一１ｉｔ困難となる。Therefore, if we add this sputtering speed as a parameter for 1llll formation in addition to the input power and Ar pressure, it is very difficult to select sputtering conditions that satisfy all conditions (film composition, film crystal structure, stress, etc.). becomes.
一方、上記の条件を満足するスパッタ条件が仮に選定さ
れたとしても、次のような課題がある。On the other hand, even if sputtering conditions that satisfy the above conditions are selected, the following problems still occur.
即ち、マグネトロンスパッタにおいては、ターゲット上
のマグネットの漏洩磁界の強い部分にプラズマが集中し
、その部分に３３いて集中的にスパッタが行なわれると
いう特性を有する。よって、スパッタ処理を行なってい
る時ｆ！１（ＩＸ下、スパッタＷｙＩ間という）の経過
と共にターゲットの漏洩磁界の印加部分は印加されてい
ない部分に比べて速い速度で薄くなってゆき（この現象
をエローシコンという）、またエローシコンが発生する
ことにより相対的に印加される漏洩磁界の強さが大とな
る。即ち、投入電力、Ａｒ圧力、スパッタ速度等のスパ
ッタ条件を一定条件としても、スパッタ処理に伴うター
ゲットの経時変化により漏洩磁界の強さという、もうひ
とつのスパッタ条件が必然的に変化することになる。尚
、工Ｏ−ジョンの発生は投入電力にも左右される為、本
件に於けるスパッタ時間とはスパッタ処理を行なってい
る時間とその時の投入電力（ｋｗ）を乗じたもの（ｍｉ
ｎｘｋｗ）を単佼とする。That is, magnetron sputtering has a characteristic that plasma is concentrated in a portion of the target where the leakage magnetic field of the magnet is strong, and sputtering is performed intensively in that portion 33. Therefore, when performing sputtering, f! 1 (referred to as under IX and between sputter WyI), the part of the target to which the leakage magnetic field is applied becomes thinner at a faster rate than the part to which it is not applied (this phenomenon is called erosicon), and erosicon occurs. Therefore, the strength of the leakage magnetic field applied becomes relatively large. In other words, even if the sputtering conditions such as input power, Ar pressure, and sputtering speed are constant, another sputtering condition, the strength of the leakage magnetic field, will inevitably change due to changes in the target over time during the sputtering process. . In addition, since the occurrence of O-john depends on the input power, the sputtering time in this case is the time during sputtering multiplied by the input power (kW) at that time (mi
Let nxkw) be a simple word.
ターゲットの経時変化によるｉ特性の変化について第２
０図乃至第２３図を用いて説明する。尚、各図に示す実
験において投入電力、Ａｒ圧力等のスパッタ条件は一定
とされている。Regarding changes in i-characteristics due to changes in the target over time, the second
This will be explained using FIGS. 0 to 23. In the experiments shown in each figure, sputtering conditions such as input power and Ar pressure were kept constant.
第２０図はスパッタ時間と薄膜の組成との関係を示して
いる。同図より、スパッタ時間が良くなるに従いＡｌ１
１ｍ度が増加することが判る。FIG. 20 shows the relationship between sputtering time and thin film composition. From the same figure, as the sputtering time improves, Al1
It can be seen that 1 m degree increases.
第２１図及び第２２図はスパッタ時間と薄膜の磁気特性
との関係を丞す図である。各図より、スパッタ時間が長
くなるに従い飽和磁束Ｗｊ度ＢＳは減少し、また抗磁ｊ
Ｊ ＨＣは二次曲線的な変化を行なう。FIGS. 21 and 22 are diagrams showing the relationship between sputtering time and magnetic properties of a thin film. From each figure, as the sputtering time increases, the saturation magnetic flux Wj degree BS decreases, and the coercive magnetic flux Wj
JHC performs a quadratic change.
更に、スパッタ速度については、第２３図に示すように
スパッタ時間が長くなるに従い徐々に減少する。Furthermore, as shown in FIG. 23, the sputtering speed gradually decreases as the sputtering time increases.
上記実験結果から明らかなように、スパッタの初期条件
（投入電力、Ａｒ圧力、ターゲット−基板間距離等）を
一定としても、スパッタ時間の経過に伴い形成される薄
膜の磁気特性は変化してしまう。この現象をも考慮し、
形成される薄膜の磁気特性及び膜の結晶構造１組成等の
全てを一定に保つためには、スパッタ時間の経過に伴う
膜特性の変化に対応させてスパッタ条件を適宜変更する
必要があり、これは従来のマグネトロンスパッタリング
手段では実際上不可能であり、よってマグネトロンスパ
ッタリングにより定常的に同一の良好な特性を有する磁
性薄膜を形成することはできないという課題があった。As is clear from the above experimental results, even if the initial sputtering conditions (input power, Ar pressure, target-substrate distance, etc.) are constant, the magnetic properties of the thin film formed change as the sputtering time passes. . Considering this phenomenon,
In order to keep the magnetic properties of the formed thin film and the crystal structure 1 composition of the film constant, it is necessary to change the sputtering conditions as appropriate in response to changes in the film properties as the sputtering time elapses. This is practically impossible with conventional magnetron sputtering means, and therefore there is a problem that it is not possible to consistently form a magnetic thin film having the same good characteristics by magnetron sputtering.
本発明は上記の点に鑑みて創作されたものであり、マグ
ネトロンスパッタリングにより常に一定特性の薄膜形成
を可能とした薄膜の製造方法及びその’１１３！Ｉ装置
を提供することを目的とする。The present invention was created in view of the above-mentioned points, and provides a method for producing a thin film that always makes it possible to form a thin film with constant characteristics by magnetron sputtering, and its '113! The purpose is to provide an I device.
課題を解決するための手段
上記課題を解決するために、本発明では、電極間に印加
される電界に対し直交する方向に磁界を印加し、マグネ
トロン放電を利用して薄膜形成を行なう薄膜の製造方法
において、上記電極に印加される直流電圧成分（Ｖｄ
ｃ ）を検知し、この直流電圧成分（Ｖｄｃ）が変化し
た時、これに対応させて磁界の強さを調整し、直流電圧
成分（Ｖｄｃ）が一定値を保つよう制御しつつ膜形成を
行なうことを特徴とする。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention involves manufacturing a thin film by applying a magnetic field in a direction perpendicular to the electric field applied between electrodes and forming a thin film using magnetron discharge. In the method, a DC voltage component (Vd
c) is detected, and when this DC voltage component (Vdc) changes, the strength of the magnetic field is adjusted accordingly, and film formation is performed while controlling the DC voltage component (Vdc) to maintain a constant value. It is characterized by
また、ｆｓ膜を！Ｊ造する装置として、本発明では、略
真空状態中に放電ガスが導入されたヂＩンバ内に設けら
れ、放電を行なう一対の電極と、この電掻間の電界に直
交する方向に磁界を印加する磁界印加手段とを設けてお
り、マグネトロン放電を利用して膜形成を行なう薄膜製
造Ｓ置において、
上記電極に印加される直流電圧成分（Ｖｄｌを検出し得
る電圧検出手段と、
上記磁界印加手段が生成する上記マグネトロン放電に寄
与する磁界の強さを調整し得る印加磁界調整手段とを設
け、
電圧検出手段で検出される直流電圧成分の値に基づき、
印加磁界調整手段により磁界の強さを調整し任意の直流
電圧成分（Ｖｄｃ）値に設定し得るよう構成したことを
特徴とする。Also, fs film! In the present invention, a J-building device is provided in a dielectric chamber into which a discharge gas is introduced into a substantially vacuum state, and includes a pair of electrodes for generating a discharge, and a magnetic field applied in a direction perpendicular to the electric field between the electrodes. In a thin film production system in which film formation is performed using magnetron discharge, a voltage detection means capable of detecting a DC voltage component (Vdl) applied to the electrode, and a voltage detection means capable of detecting a DC voltage component (Vdl) applied to the electrode; and an applied magnetic field adjustment means capable of adjusting the strength of the magnetic field contributing to the magnetron discharge generated by the means, and based on the value of the DC voltage component detected by the voltage detection means,
The present invention is characterized in that the strength of the magnetic field can be adjusted by the applied magnetic field adjustment means and set to any DC voltage component (Vdc) value.
実施例
次に本発明の実施例について説明する。先ず、本発明名
が行なった本発明の前提となる実験結果について説明す
る。EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described. First, the results of experiments conducted by the present inventor, which are the premise of the present invention, will be explained.
（′ｌ）漏洩磁界と直流電圧成分の関係について本発明
占は既に述べたターゲットの経時変化による膜特性の測
定実験において、スパッタリング時間と漏洩磁界の関係
、及びスパッタリング時間と陰極に印加される直流電圧
成分（これを、Ｖｄｃという）との関係についても測定
した。その結束について以下述べる。尚ここで、漏洩磁
界とは、ターゲット近傍に配設される磁界印加手段（マ
グネット或はマグネットコイル等）が生成する磁界の内
、マグネトロン放電に直接寄与する磁界をいう。また直
流電圧成分Ｖｄｃとは、高周波放電を行なった場合、電
子に対しイオンは季く電極に集りにくい（モビリティが
小さい）ため、絶縁体ターゲラ１−の場合、ターゲット
自体が、コンデンサーの役割をし又導電体ターゲットの
場合ターゲットと高周波電源との間に直列に結合された
コンデンサーにより、負の電位にバイアスされることに
より放電が持続する。ＶＭを高周波電源より出力された
電位、Ｖｓを上記の毎く負にバイアスされたターゲット
の表面の電位とすると、両電位の閏係は第１６図に示す
関係となる。この時のバイアス電位を直流電圧成分Ｖｄ
ｃという。又、いわゆるブロー放電において、陰極暗部
にて起る陰極降下によるアース電位とターゲット表面の
電位の差を直流電圧成分Ｖｄｃと考えても良い。('l) Regarding the relationship between the leakage magnetic field and the DC voltage component In the experiment to measure the film properties due to the aging of the target described above, the relationship between the sputtering time and the leakage magnetic field, and the relationship between the sputtering time and the DC voltage applied to the cathode were investigated. The relationship with the voltage component (referred to as Vdc) was also measured. The unity will be described below. Here, the leakage magnetic field refers to a magnetic field that directly contributes to magnetron discharge, among the magnetic fields generated by magnetic field applying means (magnets, magnet coils, etc.) disposed near the target. In addition, the DC voltage component Vdc means that when high-frequency discharge is performed, ions are difficult to collect on the electrode (low mobility) compared to electrons, so in the case of an insulator targeter, the target itself acts as a capacitor. In the case of a conductive target, the discharge is sustained by being biased to a negative potential by a capacitor connected in series between the target and the high frequency power source. Assuming that VM is the potential output from the high-frequency power source and Vs is the potential of the surface of the target negatively biased as described above, the relationship between the two potentials is as shown in FIG. 16. The bias potential at this time is the DC voltage component Vd
It is called c. Furthermore, in so-called blow discharge, the difference between the ground potential and the target surface potential due to cathode drop occurring in the cathode dark area may be considered as the DC voltage component Vdc.
また、上記直流電圧成分Ｖｄｃの値はスパッタの初期条
件（投入電力、Ａｒ圧力、漏洩磁界等゛）によって異な
った値をとる。第６図は漏洩磁界がある値の時の投入電
力と直流電圧成分の関係を示す図である。同図に示すよ
うに、直流電圧成分Ｖｄｃの値は投入電力を増すことに
より増大し、またＡｒ圧りが増大することにより増大す
る。また同図より、初期条件（投入電力、Ａｒ圧力）を
夫々ある値に選定することにより、直流電圧成分Ｖｄｃ
は一義的に決定される。例えば、スパッタリングの初期
条件として投入電力１５００Ｗ、 Ａ ｒ圧力２１ＴＯ
「「とすると、第６図より直流ＴＩＪ３−成分Ｖｄｃは
約−２００ｖとなることが判る。Further, the value of the DC voltage component Vdc takes a different value depending on the initial conditions of sputtering (input power, Ar pressure, leakage magnetic field, etc.). FIG. 6 is a diagram showing the relationship between input power and DC voltage component when the leakage magnetic field has a certain value. As shown in the figure, the value of the DC voltage component Vdc increases as the input power increases, and as the Ar pressure increases. Also, from the same figure, by selecting the initial conditions (input power, Ar pressure) to certain values, the DC voltage component Vdc
is uniquely determined. For example, the initial conditions for sputtering are input power of 1500 W, Ar pressure of 21 TO
``Then, it can be seen from FIG. 6 that the DC TIJ3-component Vdc is approximately -200V.
一方、第４図はスパッタリングｖｆ間と漏洩磁界の関係
を示している。同図より、スパッタリング時間が長くな
るに従い漏洩磁界が増加していることが判る。これはス
パッタリングが進むことによりターゲットの１０−ジョ
ンが進行し厚さ寸法が小となることによる。On the other hand, FIG. 4 shows the relationship between the sputtering vf and the leakage magnetic field. From the figure, it can be seen that the leakage magnetic field increases as the sputtering time increases. This is because as the sputtering progresses, the 10-john of the target progresses and the thickness dimension becomes smaller.
また、第５図はスパッタリング時間と直流電圧成分Ｖｄ
Ｃとの関係を示している。同図より、スパッタリング１
間が長くなるに従い直流電圧成分Ｖｄｃが減少している
ことが判る。In addition, Fig. 5 shows the sputtering time and the DC voltage component Vd.
It shows the relationship with C. From the same figure, sputtering 1
It can be seen that the DC voltage component Vdc decreases as the time period increases.
つまり、上記のようにスパッタリングの初期条件を設定
することにより直流電圧成分■ｄＣは一定値（いま、こ
の値を初期値という）に定まるが、第５図を用いて説明
したように、スパッタリングｒ１間の経過に伴いこの初
期値は変化してしまう。In other words, by setting the initial conditions for sputtering as described above, the DC voltage component ■dC is determined to be a constant value (hereinafter, this value is referred to as the initial value), but as explained using FIG. This initial value changes over time.
一方、第７図は、Ａｒ圧力１ｍＴｏｒｒにおイテ、膜力
電力１５００Ｗ （図中、実線で示す）と２０００Ｗ（
図中、−点鎖線で示す）を印加した場合の漏洩磁界と直
流電圧成分Ｖｄｃの相関関係を示している。On the other hand, in Figure 7, the Ar pressure is set to 1 mTorr, and the membrane force power is 1500 W (indicated by the solid line in the figure) and 2000 W (
In the figure, the correlation between the leakage magnetic field and the DC voltage component Vdc is shown when a voltage (indicated by a dashed line -) is applied.
上記実験結果より、漏洩磁界と直流電圧成分Ｖｄｃは相
関関係にあることが判る。即ち、仮にある漏洩磁界の値
を選定した場合、これに対応する直流電圧成分の値を一
義的に決定することができる。更に言うならば、漏洩磁
界を変化さゼることにより直流電圧成分ｖｄＣを独自に
制Ｄ１１′！ｌることができる。つまり、スパッタリン
グ時間が経過し直流型「成分Ｖｄｃが低下してきた場合
には（第５図参照）、漏洩磁界を小さくすることにより
直流電圧成分Ｖｄｃを増大させ初期値に戻すことができ
る。From the above experimental results, it can be seen that there is a correlation between the leakage magnetic field and the DC voltage component Vdc. That is, if a certain value of the leakage magnetic field is selected, the value of the DC voltage component corresponding to this value can be uniquely determined. Furthermore, by changing the leakage magnetic field, the DC voltage component vdC can be independently controlled D11'! I can do it. That is, when the sputtering time elapses and the DC voltage component Vdc decreases (see FIG. 5), the DC voltage component Vdc can be increased and returned to its initial value by reducing the leakage magnetic field.
■ 直流電圧成分ＶｄＣと形成される＊ｉ５１の性質と
の関係について
ここで視点を変えて、直流電圧成分Ｖｄｃと薄膜の性質
との関係について、本発明者が行なった実験結果を基に
以下説明する。■ Regarding the relationship between the DC voltage component VdC and the properties of the *i51 formed: Changing the perspective here, the relationship between the DC voltage component Vdc and the properties of the thin film will be explained below based on the results of experiments conducted by the present inventor. do.
■直流電圧成分Ｖｄｃとスパッタ速度との関係について
第８８及びＷ５９１Ｊを用いて説明する。各図は直流電
圧成分ＶｄＣとスパッタリング速度との関係を示す図で
ある。各図において投入電力をｔｓｏｏｗとした時の変
化は実線で、２０００Ｗとした時の変化を一点鎖線で示
す。また第８図はＡｒ圧力を２１Ｔｏｒｒとした状態を
、第９図はＡｒ圧力を３１Ｔｏｒｒとした状態を示して
いる。(2) The relationship between the DC voltage component Vdc and the sputtering speed will be explained using No. 88 and W591J. Each figure is a diagram showing the relationship between DC voltage component VdC and sputtering speed. In each figure, the change when the input power is set to tsoow is shown by a solid line, and the change when the input power is set to 2000W is shown by a chain line. Further, FIG. 8 shows a state where the Ar pressure is 21 Torr, and FIG. 9 shows a state where the Ar pressure is 31 Torr.
各図より、膜力電力を大とした方がスパッタ速度は速く
なり（周知の通り）、また直流電圧成分Ｖｄｃが増大す
るほどスパッタ速度は速くなり、スパッタ効率を向上す
ることができる。また各図よりスパッタ速度はＡｒ圧力
にそれほど依存していないことが判る。From each figure, the sputtering speed becomes faster when the film force power is increased (as is well known), and the sputtering speed becomes faster as the DC voltage component Vdc increases, and the sputtering efficiency can be improved. Furthermore, it can be seen from each figure that the sputtering speed is not so dependent on the Ar pressure.
以上の結果より、スパッタリングの初期条件をある値に
設定した場合、スパッタ速度は直流電圧成分Ｖｄｃによ
り制御することが可能となることが判る。From the above results, it can be seen that when the initial conditions for sputtering are set to a certain value, the sputtering speed can be controlled by the DC voltage component Vdc.
■直流電圧成分Ｖｄｃと形成される薄膜の組成との関係
について
第１０図はＡｒ圧力を一定にし、投入電力と直流電圧成
分Ｖｄｃを変化させた状態を丞す図である。同図におい
て、直流電圧成分Ｖｄｃが一１７５Ｖ近辺においては、
投入電力（図中、プロット点毎に該当する投入電力値を
記載する）が異なるにも拘らず略同じＡＪ！１ａＪｆｉ
を示しており、形成されるｍｙａの組成変化は投入電力
に依らず直流電圧成分ＶｄＣに依るものが大であること
が判る。(2) Regarding the relationship between the DC voltage component Vdc and the composition of the formed thin film FIG. 10 is a diagram showing the state in which the Ar pressure is kept constant and the input power and the DC voltage component Vdc are varied. In the same figure, when the DC voltage component Vdc is around 1175V,
Although the input power (the corresponding input power value is indicated for each plot point in the figure) is different, the AJ is almost the same! 1aJfi
It can be seen that the change in the composition of the formed mya is largely dependent on the DC voltage component VdC and not on the input power.
また、第１１図は直流電圧成分ＶｄＣを一定にし、Ａｒ
圧力を変化させた状態を示す図である。In addition, in FIG. 11, the DC voltage component VdC is kept constant, and Ar
It is a figure showing the state where pressure was changed.
同図より、Ｉｇｌの組成はＡｒ圧力には依存していない
ことが判る。It can be seen from the figure that the composition of Igl does not depend on Ar pressure.
更に、第１２図はＡｒ圧力１〜３ｍ Ｔｏｒｒ 、投入
電力１５００〜２０００Ｗの範囲において秤々のスパッ
タリングの初期条件を設定し、夫々の設定値において直
流電圧成分ＶｄＣと薄膜の組成の関係を一括的に同じ図
に示したものである。同図からも直流電圧成分Ｖｄｃと
Ａ２１１度との相関関係の存在を認めることができ、Ｗ
Ｊ膜の組成は投入電力、Ａｒ圧力に依らず、直流電圧成
分Ｖｄｃのみにより決定されることが判る。又、５ｉｉ
ｌｔ良についても同様である。Furthermore, Fig. 12 shows that the initial conditions for sputtering are set in the range of Ar pressure 1 to 3 m Torr and input power 1500 to 2000 W, and the relationship between DC voltage component VdC and thin film composition is collectively determined at each set value. This is shown in the same figure. From the same figure, it can be seen that there is a correlation between the DC voltage component Vdc and A211 degrees, and W
It can be seen that the composition of the J film is determined only by the DC voltage component Vdc, regardless of the input power or Ar pressure. Also, 5ii
The same applies to lt good.
以上の結果より、薄膜の組成は直流電圧成分ｖｃｔｃに
より１Ｉ１１御することが可能であることが判る。From the above results, it is clear that the composition of the thin film can be controlled by 1I11 by the DC voltage component vctc.
■直流電圧成分Ｖｄｃと形成されるｉ？膜の膜特性との
関係について
第１３図は直流電圧成分ＶｄＣと飽和磁束密度Ｓｓとの
関係を示す図である。また第１４図は直流電圧成分Ｖｄ
ｃと抗磁力ＨＣとの関係を、第１５図は直流電圧成分Ｖ
ｄｃと透磁率との関係を示す図である。■I formed with the DC voltage component Vdc? Regarding the relationship with the film characteristics of the film, FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the DC voltage component VdC and the saturation magnetic flux density Ss. In addition, Fig. 14 shows the DC voltage component Vd.
Figure 15 shows the relationship between the coercive force HC and the DC voltage component V.
It is a figure showing the relationship between dc and magnetic permeability.
各図より直流電圧成分Ｖｄｃと飽和磁束密度３ｓ、抗磁
力１−１ｃ、透磁率との間には相ｆ［１ｌＩｌ係があり
、かつ８値の変化は共に直流電圧成分ｖｄＣが小さい範
囲においてその変化率が大で、直流電圧成分ＶｄＣが大
きくなるとその変化は飽和気味となる。From each figure, there is a phase f[1lIl relationship between the DC voltage component Vdc, the saturation magnetic flux density 3s, the coercive force 1-1c, and the magnetic permeability. When the rate of change is large and the DC voltage component VdC becomes large, the change tends to be saturated.
以上の結果より、直流電圧成分ＶｄＣを変化させること
により薄膜の膜特性を任息に制御２！１することが可能
であることが判る。From the above results, it is clear that by changing the DC voltage component VdC, it is possible to control the film characteristics of the thin film as desired.
ここで上記してきた■〜■の実験結果をまとめると、マ
グネトロンスパッタリングにより形成される薄膜のスパ
ッタ速度、薄膜の組成及び薄膜の膜特性はいずれも直流
電圧成分ＶｄＣにより任意に制御することができる。To summarize the experimental results of (1) to (2) described above, the sputtering speed, composition, and film characteristics of the thin film formed by magnetron sputtering can all be controlled arbitrarily by the DC voltage component VdC.
よって、一定の組成及び一定の膜特性を具備する薄膜を
マグネトロンスパッタリングにより形成しようとした場
合、第１２図乃至第１５図より所望の条件を満たす直流
電圧成分Ｖｄｃを選定し、その直流電圧成分ＶｄＣの値
にてマグネトロンスパッタリングを実施すれば良い。具
体例を挙げれば、透磁率が２０００以十で抗磁力ＨＣが
０．３０ｅ以下の薄膜を得ようとした場合、直流電圧成
分Ｖｄｃは−１７０〜−２４０Ｖの範囲に選定すれば良
い（第１４図及び第１５図参照）。Therefore, when attempting to form a thin film having a certain composition and certain film characteristics by magnetron sputtering, select a DC voltage component Vdc that satisfies the desired conditions from FIGS. 12 to 15, and Magnetron sputtering may be performed at a value of . To give a specific example, when trying to obtain a thin film with a magnetic permeability of 2000 or more and a coercive force HC of 0.30e or less, the DC voltage component Vdc may be selected in the range of -170 to -240V (No. 14) (see Figure and Figure 15).
所望する薄膜に対応するａ流電圧成分ＶｄＣの値が決ま
ったら、上記の膜組成に供う膜特性以外の所望する特性
、例えば結晶構造応力膜組、１１！の平滑さ等よりスパ
ッタリングの初期条件を選定し所望するＶｄｃになる様
に漏洩磁界を設定する。Once the value of the a-current voltage component VdC corresponding to the desired thin film is determined, the desired properties other than those required for the above-mentioned film composition, such as the crystal structure stress film group, 11! The initial conditions for sputtering are selected based on the smoothness, etc., and the leakage magnetic field is set so that the desired Vdc is obtained.
これらスパッタ条件の選定は第６図の如く、各々の漏洩
磁界でのＡｒ圧力、投入電力での直流電圧成分Ｖｄｃの
データを利用して行なう。よってスパッタ条件の選定作
業は極めて容易となり、かつ正確に行なうことが可能と
なる。These sputtering conditions are selected using data on the Ar pressure at each leakage magnetic field and the DC voltage component Vdc at each applied power, as shown in FIG. Therefore, selection of sputtering conditions becomes extremely easy and can be performed accurately.
上記の如くスパッタリングの初期条件を選定しても、ｉ
流電圧成分■ｄＣはスパッタリング時間の経過に伴い変
化する値であり、何ら手段を構じなければａ流電圧成分
ＶｄＣの変化により薄膜の組成及び特性は変化してしま
い均一な薄膜が形成されないことは前述した通りである
。Even if the initial conditions for sputtering are selected as described above, i
The current voltage component dC is a value that changes with the elapse of sputtering time, and if no measures are taken, the composition and characteristics of the thin film will change due to changes in the current voltage component VdC, and a uniform thin film will not be formed. is as described above.
しかるに（′ｌ）で示した実験結果より漏洩磁界と直流
電圧成分■ｄＣは相関関係にあり（第７図参照）、漏洩
磁界を変化させることにより直流電圧成分ＶｄＣ＠調整
することができる。この際、直流電圧成分ＶｄＣ自体を
直接変化させようとしても、Ｍ流電圧成分はマグネトロ
ンスパッタリングが行なわれる結果として陰極に印加さ
れる電圧であるため、これを直接的に変化させることは
できない。However, according to the experimental results shown in ('l), there is a correlation between the leakage magnetic field and the DC voltage component dC (see FIG. 7), and the DC voltage component VdC@ can be adjusted by changing the leakage magnetic field. At this time, even if an attempt is made to directly change the DC voltage component VdC itself, the M current voltage component cannot be directly changed because it is a voltage applied to the cathode as a result of magnetron sputtering.
また、マグネトロンスパッタリングの実施中に投入電力
やＡｒ圧力を変化させることでは均一な膜を作成できず
、またｉ制御が難しく実際上困難である。Further, by changing the input power or Ar pressure during magnetron sputtering, a uniform film cannot be formed, and i control is difficult, which is difficult in practice.
これに対し、漏洩磁界を変化させることは、例えば磁界
印加手段としてマグネットを用いた鳴合には、マグネト
ロン放電が行なわれている位置に対しマグネットを近付
けたり離間させたりするノζけの簡単な操作で行なうこ
とができる。また磁界印加手段としてマグネットコイル
を用いた場合には、印加電流値を可変するだけで漏洩磁
界を変化させることが可能である。On the other hand, changing the leakage magnetic field can be achieved by simply moving the magnet closer to or away from the position where the magnetron discharge is occurring. This can be done by operation. Furthermore, when a magnet coil is used as the magnetic field applying means, it is possible to change the leakage magnetic field simply by varying the applied current value.
上記してきた実Ｍ結果及び邪論より、本発明名はマグネ
ト０ンスパツタリングの実施中、漏洩磁界を適宜調整ｔ
ｓｍすることにより、ａｖＬ電圧成分ＶｄＣの値を一定
に保ら、これにより所望する特性を均一にｈする薄膜を
製造する方法及びイの装置を発明するに到った。これに
つき、以下説明する。Based on the above-mentioned actual M results and negative theories, the name of the present invention is to appropriately adjust the leakage magnetic field during magneton sputtering.
sm, the value of the avL voltage component VdC is kept constant, and as a result, a method and an apparatus for manufacturing a thin film that uniformly exhibits desired characteristics have been invented. This will be explained below.
第１図は本発明の一実施例である薄膜製造装置１（以下
、甲に装置という）の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a thin film manufacturing apparatus 1 (hereinafter referred to as the apparatus) which is an embodiment of the present invention.
図中、１ａはチェンバでＡｒガス等の放電ガスが導入さ
れるガス導入口２と負空ポンプに接続される排気口３と
を有している。また４は陽極であり、１ｉｌｌｌが形成
される基板５が取付けられる。この陽極４は天板６と共
にアースされている。更に陽極４と対向ｗＪＩ？Ｏする
位置には陰極となるバッキングプレート７が設けられ、
このバッキングプレート７上にターゲット８（本実施例
ではセンダスト）が戟ｖされる。バッキングプレート７
の下方位品には本発明の特徴のひとつである磁界印加手
段９が配設されている。In the figure, 1a is a chamber having a gas inlet 2 through which a discharge gas such as Ar gas is introduced, and an exhaust port 3 connected to a negative air pump. Further, 4 is an anode, and a substrate 5 on which 1ill is formed is attached. This anode 4 is grounded together with the top plate 6. Furthermore, anode 4 and opposing wJI? A backing plate 7 serving as a cathode is provided at the position where the
A target 8 (sendust in this embodiment) is driven onto this backing plate 7. Backing plate 7
A magnetic field applying means 9, which is one of the features of the present invention, is provided in the lower part of the device.
磁界印加手段９は、上記各電極４．７間の磁界の方向に
対し直交する方向に磁界を印加するマグネット１０（磁
界を破線で示す）、マグネット１０が取付けられるテー
ブル１１．このテーブル１１を図中Ａ＋ 、Ａ２方向へ
４降させる昇降機構１２（例えばシリンダ）等より構成
されている。The magnetic field applying means 9 includes a magnet 10 (the magnetic field is shown by a broken line) that applies a magnetic field in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field between the electrodes 4.7, and a table 11. to which the magnet 10 is attached. It is comprised of a lifting mechanism 12 (for example, a cylinder) that lowers the table 11 four times in directions A+ and A2 in the figure.
よって、昇降機構１２によりｔ−プル１１を介してマグ
ネット１０を昇降さぜることにより、ターゲット８近傍
に印加される磁界（マグネトロン放電に寄与する磁界）
の強さを調整することが可能となる。Therefore, by raising and lowering the magnet 10 via the T-pull 11 by the lifting mechanism 12, a magnetic field (a magnetic field contributing to magnetron discharge) is applied near the target 8.
It is possible to adjust the strength of
バッキングプレート７は高周波電源１３に接続されてい
るが、高周波電源１３からバッキングプレート７に到る
間には、投入電力制御１段１４゜マツチング回路１５．
直流電圧成分検出回路１６（以下、Ｖｄｃ検出回路とい
う）が設けられている。The backing plate 7 is connected to a high frequency power source 13, but between the high frequency power source 13 and the backing plate 7, there is a one-stage 14° matching circuit 15 for input power control.
A DC voltage component detection circuit 16 (hereinafter referred to as a Vdc detection circuit) is provided.
投入電力ｔ１１１１［１手段１４は、バラ４ングプレー
ト７に印加される投入電力を調整するものである。The input power t1111[1 means 14 is for adjusting the input power applied to the balancing plate 7.
マツチング回路１５は複数のコンデンサとコイルよりＩ
！ｌ成され、高周波電源からの高周波電流をマグネトロ
ンスパッタリングに適した状態に整合するための回路で
ある。Ｖｄｃ検出回路１６は、直流電圧成分Ｖｄｃを検
出するものである。The matching circuit 15 includes a plurality of capacitors and coils.
! This is a circuit for matching high frequency current from a high frequency power source to a state suitable for magnetron sputtering. The Vdc detection circuit 16 detects the DC voltage component Vdc.
尚、前記したようにＡｒガスはガス導入口２よりチェン
バ１ａ内に導入されるが、Ａｒガスのチ１ンバ１ａ内で
の圧力はＡｒ圧力制御手段１７によりυｔＷされる。As described above, the Ar gas is introduced into the chamber 1a through the gas inlet 2, and the pressure of the Ar gas in the chamber 1a is controlled by υtW by the Ar pressure control means 17.
また第２図はバッキングプレート７の近傍を拡大して示
す図である。同図において矢印Ｂで示す位置がエロージ
ョンの発生位置である。また２０゜２１は冷却水を導入
するための冷却水導入パイプである。Further, FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of the backing plate 7. As shown in FIG. In the figure, the position indicated by arrow B is the position where erosion occurs. Further, 20° and 21 are cooling water introduction pipes for introducing cooling water.
続いて装置１のυ制御系について第１図を用いて述べる
。装置１の制御系は、投入電力制御手段１４、Δｒ圧力
制御手段１７．制御回路１８．初期条件設定手段１９．
ＶｄｃｔＩｌｌｆｌ１手段２２．Ｖｄｃ設定手段２３等
より構成されている。そして、投入電力ちり御手段１４
．Ｖｄｃ検出回路１６．Ａｒ圧力制御手段１７．初期条
件設定１段１９及びＶｄｃ制御手段手段２２の設定手段
２３は夫々制御回路１８に接続されており、この制御回
路１８により統括的にυＩｔｌｌされる構成とされてい
る。Next, the υ control system of the device 1 will be described using FIG. The control system of the device 1 includes input power control means 14, Δr pressure control means 17. Control circuit 18. Initial condition setting means 19.
VdctIllfl1 means 22. It is composed of Vdc setting means 23 and the like. Then, input power dust control means 14
．． Vdc detection circuit 16. Ar pressure control means 17. The initial condition setting stage 19 and the setting means 23 of the Vdc control means 22 are each connected to a control circuit 18, and are configured to be collectively controlled by this control circuit 18.
初期条件設定手段１９には、投入電力選定スイッチ、Ａ
ｒ圧力選定スイッチ、起動スイッチ、終了スイッチ等が
配設されている。The initial condition setting means 19 includes an input power selection switch, A
rPressure selection switch, start switch, end switch, etc. are provided.
上記構成を有する装Ｎ１によるｉ４ｇ！！１１造処理に
ついて以下説明する。i4g by the device N1 having the above configuration! ! The 11 construction process will be explained below.
先ず、形成しようとする薄膜の組成及び特性に対応した
直流電圧成分■ｄＣを選定する。この選定作業は前記し
た第１２図乃至第１５図より容易に選定することができ
る。所望する薄膜の特性に対応した直流電圧成分ｖｄＣ
の値が決定したら、任意にスパッタリングの初期条件（
投入電力、Ａｒ圧力）を選定する。この選定作業も第６
図の如き各漏洩磁界毎のデータを用いることにより８馬
に行なうことができ、また投入電力の、Ａｒ圧力選定に
おいて自由度があるためスパッタ速度を考慮に加えたス
パッタ効率の良い条件や所望する結晶構造１組成を得る
ことができる条件を非常に簡単に選定することができる
。First, a DC voltage component dC corresponding to the composition and characteristics of the thin film to be formed is selected. This selection process can be easily performed from FIGS. 12 to 15 described above. DC voltage component vdC corresponding to desired thin film characteristics
Once the value of is determined, you can arbitrarily set the sputtering initial conditions (
input power, Ar pressure). This selection process is also the 6th
By using the data for each leakage magnetic field as shown in the figure, it is possible to conduct up to 8 times, and since there is a degree of freedom in selecting the input power and Ar pressure, it is possible to set the conditions for good sputtering efficiency and the desired sputtering rate in addition to considering the sputtering speed. Conditions under which crystal structure 1 composition can be obtained can be selected very easily.
上記のように初期条件が決定すると、初期条件設定手段
１９（第１図参照）より、又Ｖｄｃ設定手段１８よりそ
の値を入力し始動スイッチを操作する。これにより装Ｍ
１は起動し高周波電源１３より高周波電流がバッキング
プレート７に印加され、よって各電極４．７問にプラズ
マが発生し、また磁界印加手段９により電界に直交する
方向に磁界が印加されているためマグネトロン放電が生
じ、マグネトロンスパッタリングが開始される。When the initial conditions are determined as described above, the values are inputted from the initial condition setting means 19 (see FIG. 1) and from the Vdc setting means 18, and the start switch is operated. As a result,
1 is started and a high frequency current is applied to the backing plate 7 from the high frequency power supply 13, thereby generating plasma on each electrode 4.7, and a magnetic field is applied by the magnetic field applying means 9 in a direction perpendicular to the electric field. Magnetron discharge occurs and magnetron sputtering begins.
尚、この時、ｌｌｌｔｍ回路１８により投入電力制御手
段１４及びＡｒ圧力制御手段１７はコントロールされて
おり、投入電力値及びチエ、ンバ１ａ内のＡｒ圧力値は
初期条件値と一致している。At this time, the input power control means 14 and the Ar pressure control means 17 are controlled by the llltm circuit 18, and the input power value and the Ar pressure value in the chamber 1a match the initial condition values.
又、直流電圧成分Ｖｄｃも同様に制御回路１８によりＶ
ｄｃ１１Ｉｔｍ４″段２２を介してコントロールされて
おり設定値と一致している。Also, the DC voltage component Vdc is similarly controlled by the control circuit 18.
It is controlled via the dc11Itm4″ stage 22 and matches the set value.
マグネトロンスパッタリングを開始した時には、第３図
（Ａ）に示すようにターゲット８には、まだ大きな１０
−ジョンは発生しておらず、よって初期条件を満足する
値を保てば所定の直流電圧成分Ｖｄｃとなり所望の特性
をへする薄膜が均一に形成されてゆく。When magnetron sputtering is started, there is still a large 10 mm on target 8, as shown in FIG. 3(A).
- John does not occur, and therefore, if the value satisfying the initial conditions is maintained, the DC voltage component Vdc becomes a predetermined value, and a thin film with desired characteristics is uniformly formed.
しかるにスパッタリング時間の経過に伴い、第３図（Ｂ
）に丞づようにターゲット８に発生する１０−シコンが
大きくなると、相対的に漏洩磁界（図中、破線で丞す）
が人となり、直流電圧成分Ｖｄｃが次第に減少すること
は萌）ホした通りである（第５図参照）。この直流電圧
成分Ｖｄｃの変化は常に制御回路１８に供給されており
、制御回路１８は直流電圧成分Ｖｄｃが減少してくると
Ｖｄｃ制御手段２２を介して磁界印加手段９の一部を構
成する胃降機横１２を駆動しマグネット１０を下降させ
る。これにより第３図（Ｃ）に示すように、エローシコ
ンが発生したにも拘らず漏洩磁界は常に一定の値を保つ
〈即ら、第３図（Ａ＞と等価の状態となる）ことにより
、直流電圧成分Ｖｄｃも一定値を保つことになり、スパ
ッタ時間が長くなっても常に同−組成及び特性を有づる
均一なＩ躾が連続的に製造される。However, as the sputtering time elapses, the
), as the 10-shikon generated in the target 8 increases, the relative leakage magnetic field (indicated by the broken line in the figure) increases.
As stated above, the DC voltage component Vdc gradually decreases as the DC voltage component Vdc gradually decreases (see FIG. 5). Changes in this DC voltage component Vdc are always supplied to the control circuit 18, and when the DC voltage component Vdc decreases, the control circuit 18 sends the data to the stomach which constitutes a part of the magnetic field application means 9 via the Vdc control means 22. The disembarking side 12 is driven to lower the magnet 10. As a result, as shown in Fig. 3 (C), the leakage magnetic field always maintains a constant value despite the occurrence of eroticism (i.e., a state equivalent to Fig. 3 (A>)). The DC voltage component Vdc is also maintained at a constant value, so that even if the sputtering time becomes long, uniform I-layers having the same composition and characteristics are continuously produced.
また本発明を適用してマグネトロンスパッタリングを行
なったターゲット８を観察すると、エロージョンの発生
の仕方が従来の１０−ジョンと比べてその発停領域が広
く、よってターゲット８の利用効率が向上していること
が判った。これは、漏洩磁界が常に一定の値で印加され
るため、従来のようにエロージョン発生位置のみ磁界が
大となることがなくなり、マグネト［１ン放電がターゲ
ット８上の比較的広い位置で発生することに起因するも
のと考えられる。通常の磁性体ターゲットを用いたマグ
ネトロンスパッタ装置ではターゲットの利用効率が悪い
という重大な欠点があったがこれに対しても本発明は非
常に有効である。Furthermore, when observing the target 8 subjected to magnetron sputtering by applying the present invention, it is found that the manner in which erosion occurs has a wider range of onset and stop than in the conventional 10-john, and therefore the utilization efficiency of the target 8 is improved. It turned out that. This is because the leakage magnetic field is always applied at a constant value, so the magnetic field does not become large only at the location where erosion occurs, as in the past, and magneto discharge occurs at a relatively wide location on the target 8. This is thought to be due to this. A magnetron sputtering apparatus using an ordinary magnetic target has a serious drawback of poor target utilization efficiency, but the present invention is also very effective against this problem.
尚、上記してきた実施例では形成される薄膜の特性を常
に均一とする構成について述べてきたが、本発明に係る
装置１では、マグネトロンスパッタリング処理の途中に
おいて直流電圧成分ＶｄＣを処理中の値より他の一定の
鎗に変化させることが可能である。よって、組成及び特
性の異なるｌｌｌｔ：）を連続的に積層形成することも
容易に行なうことができる。よって、薄膜の組成、構成
及び特性をコントロールする自由度を飛躍的に向上させ
ることができる。In the embodiments described above, a configuration has been described in which the characteristics of the formed thin film are always uniform, but in the apparatus 1 according to the present invention, during the magnetron sputtering process, the DC voltage component VdC is changed from the value during the process. It is possible to change to other fixed spears. Therefore, it is possible to easily form layers of lllt:) having different compositions and properties in a continuous manner. Therefore, the degree of freedom in controlling the composition, structure, and properties of the thin film can be dramatically improved.
また、本実施例では漏洩磁界を常に一定とする１段とし
てマグネット１０を背降機構１２によりＲ降させる方法
を採ったが、これに限るものではなく、漏洩磁界を調整
し得る構成であれば他の構成でも良く、例えばコイルマ
グネットを用いコイルマグネットに印加される電流値を
制御することにより漏洩磁界を調整しても良い。Further, in this embodiment, a method is adopted in which the magnet 10 is lowered in the R direction by the back-lowering mechanism 12 as a first step to keep the leakage magnetic field constant; however, the present invention is not limited to this, and any structure in which the leakage magnetic field can be adjusted may be used. Other configurations may be used, for example, the leakage magnetic field may be adjusted by using a coil magnet and controlling the current value applied to the coil magnet.
また本実施例では、マグネトロンスパッタリング装置と
して平行平板型マグネトロンスパッタリング装置を用い
たが、他の構成のマグネトロンスパッタリング装置（例
えば同軸マグネトロンスバツタリング装置、対向ターゲ
ット方式のマグネトロン等のいわゆる全てのマグネト［
１ン方式のスパッタ装置）においても本発明を適用し得
ることは勿論である。Further, in this embodiment, a parallel plate magnetron sputtering device was used as the magnetron sputtering device, but magnetron sputtering devices of other configurations (for example, coaxial magnetron sputtering devices, facing target type magnetrons, etc.)
Of course, the present invention can also be applied to a 1-inch sputtering apparatus.
又、本実施例では磁性体ターゲットを用いたが、合金等
の組成を発生する様なターゲットであれば、全て適用す
ることができる。Furthermore, although a magnetic target was used in this embodiment, any target that generates a composition such as an alloy can be used.
発明の効果
上述のように本発明では、スパッタリング時間の経過に
伴いターゲットにエロージョンが発生しても、漏洩磁界
は常に一定に保持され、よって直流電圧成分ＶｄＣも常
に一定の値を保つため、同一組成、同一特性を有する均
一な薄膜を連続的に形成することができ、また逆に漏洩
磁界の強さを調整できることも可能であるため、直流電
圧成分を任意の値に設定することができ、形成される薄
膜の組成及び特性の設定を自由にコントロールすること
ができるため薄膜製造の自由度を飛躍的に広げることが
でき、これに伴い使用するターゲットの組成範囲を広く
設定でき、また磁性体ターゲットの場合、そのターゲッ
ト利用効率を向上することがてきる等の特長を有する。Effects of the Invention As described above, in the present invention, even if erosion occurs in the target as sputtering time passes, the leakage magnetic field is always kept constant, and therefore the DC voltage component VdC is always kept constant, so It is possible to continuously form a uniform thin film with the same composition and characteristics, and conversely, it is also possible to adjust the strength of the leakage magnetic field, so the DC voltage component can be set to any value. Since the composition and properties of the thin film to be formed can be freely controlled, the degree of freedom in thin film manufacturing can be dramatically expanded. In the case of a target, it has features such as being able to improve the efficiency of using the target.
第１図は本発明の一実旌例である薄膜製造装置の概略構
成図、第２図は陰極近傍を拡大して示ず断面図、第３図
は漏洩磁界を一定に保つ方法を説明するための図、第４
図はスパッタリング時間と漏洩磁界の関係を示す図、第
５図はスパッタリング時間と直流電圧成分Ｖｄｃの関係
を示す図、第６図は投入電力と直流電圧成分Ｖｄｃの関
係を示す図、第７図は漏洩磁界とｔｊ流電圧成分Ｖｄｃ
の関係を示１図、第８図及び第９図は直流電圧成分Ｖｄ
ｃとスパッタリング速度の関係を示づ図、第１０図は直
流電圧成分Ｖｄｃとｉ＃膜の組成との関係を示す図、第
１１図はＡｒｒ３−力と薄膜の組成との関係を示す図、
第１２図は種々の初期条件において直流電圧成分ＶｄＣ
と薄膜の組成との関係を示す図、第１３図は直流電圧成
分Ｖｄｃと飽和磁束密度３８の関係を示す図、第１４図
は直流電圧成分Ｖｄｃと抗磁力Ｈｃの関係を示す図、第
１５図は直流電圧成分ＶｄＣと透磁率との関係を示す図
、第１６図゛は直流電圧成分ｖｄＣを説明する斥めの図
、第１７図は投入電力とＡＩ膜の組成との関係を示す図
、第１８図はＡｒ圧力と薄膜の組成との関係を示す図、
第１９図はＡｒ圧力とスパッタリング速度との関係を示
す図、第２０図はスパッタリング時間と薄膜の組成との
関係を示す図、第２１図はスパッタリング時間と飽和磁
束密度ＢＳの関係を示す図、第２２図はスパッタリング
時間と抗磁力）１ｃとの関係を丞す図、第２３図はスパ
ッタリングｖ１間とスパッタリング速度との関係を示す
図である。また、第１１図、第１７図乃至第２２図にお
いて、図中に示す数字は、各ブ［！ット点の条件を満た
す場合における直流電圧成分ＶｄＣの値を示している。
１・・・薄１［１ｔＪＴｉ装置、１ａ・・・チェンバ、
４・・・陽極、７・・・バッキングプレート、８・・・
ターゲット、９・・・磁界印加手段、１０・・・マグネ
ット、１２・・・胃降機構、１８・・・ｖＳ部回路。
第１図
第２
図
第
図
第
図
スバッフソング１号間
第
図
（Ａ）
ＣＢ）
（Ｃ）
第
図
第７図
第８
図
ｊ
シや
図
Ｖｄｃ［−Ｖｌ
第１２図
第１３図
Ｖｄｃ［−Ｖｌ
第１０図
第１１図
す
Ａｒ、ＥＥ ７） ［ｍＴｏｒｒ）
第１４図
第１５図
Ｖｄｃ Ｉ−ｖｌ
第１９図
第２０図
ズハ′１ソプリｙ７−ｒテ闇
第２１図
第２２図Fig. 1 is a schematic configuration diagram of a thin film manufacturing apparatus that is an example of the present invention, Fig. 2 is a sectional view without enlarging the vicinity of the cathode, and Fig. 3 explains a method of keeping the leakage magnetic field constant. Figure for, 4th
The figure shows the relationship between sputtering time and leakage magnetic field, Figure 5 shows the relationship between sputtering time and DC voltage component Vdc, Figure 6 shows the relationship between input power and DC voltage component Vdc, and Figure 7 shows the relationship between input power and DC voltage component Vdc. is the leakage magnetic field and the tj current voltage component Vdc
Figures 1, 8 and 9 show the relationship between DC voltage component Vd
Figure 10 is a diagram showing the relationship between DC voltage component Vdc and the composition of the i# film, Figure 11 is a diagram showing the relationship between Arr3-force and the composition of the thin film,
Figure 12 shows the DC voltage component VdC under various initial conditions.
13 is a diagram showing the relationship between the DC voltage component Vdc and the saturation magnetic flux density 38. FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the DC voltage component Vdc and the coercive force Hc. The figure shows the relationship between DC voltage component VdC and magnetic permeability, Figure 16 is a preliminary diagram to explain the DC voltage component VdC, and Figure 17 shows the relationship between input power and composition of the AI film. , FIG. 18 is a diagram showing the relationship between Ar pressure and thin film composition,
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between Ar pressure and sputtering speed, FIG. 20 is a diagram showing the relationship between sputtering time and thin film composition, and FIG. 21 is a diagram showing the relationship between sputtering time and saturation magnetic flux density BS, FIG. 22 is a diagram showing the relationship between sputtering time and coercive force (1c), and FIG. 23 is a diagram showing the relationship between sputtering time v1 and sputtering speed. In addition, in FIGS. 11, 17 to 22, the numbers shown in the figures are for each block [! It shows the value of the DC voltage component VdC when the condition of the cut point is satisfied. 1...Thin 1[1tJTi device, 1a...Chamber,
4... Anode, 7... Backing plate, 8...
Target, 9... Magnetic field application means, 10... Magnet, 12... Gastric descent mechanism, 18... vS section circuit. Figure 1 Figure 2 Figure Figure Figure Between Subuff Song No. 1 (A) CB) (C) Figure 7 Figure 8 Figure j Fig. 10 Fig. 11 Ar, EE 7) [mTorr) Fig. 14 Fig. 15 Vdc I-vl Fig. 19 Fig. 20
Claims (2)
界を印加し、マグネトロン放電を利用して薄膜形成を行
なう薄膜製造方法において、該電極に印加される直流電
圧成分（Ｖｄｃ）を検知し、該直流電圧成分（Ｖｄｃ）
が変化した時、これに対応させて該磁界の強さを調整し
、該直流電圧成分（Ｖｄｃ）が一定値を保つよう制御し
つつ膜形成を行なうことを特徴とする薄膜の製造方法。(1) In a thin film manufacturing method in which a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the electric field applied between electrodes and a thin film is formed using magnetron discharge, the DC voltage component (Vdc) applied to the electrode is detected. And the DC voltage component (Vdc)
A method for manufacturing a thin film, characterized in that when the magnetic field changes, the strength of the magnetic field is adjusted accordingly, and the film is formed while controlling the DC voltage component (Vdc) to maintain a constant value.
に設けられ、放電を行なう一対の電極と、該電極間の電
界に直交する方向に磁界を印加する磁界印加手段とを設
けており、マグネトロン放電を利用して膜形成を行なう
薄膜製造装置において、 該電極に印加される直流電圧成分（Ｖｄｃ）を検出し得
る電圧検出手段と、 該磁界印加手段が生成する上記マグネトロン放電に寄与
する磁界の強さを調整し得る印加磁界調整手段とを設け
、 該電圧検出手段で検出される直流電圧成分の値に基づき
、該印加磁界調整手段により該磁界の強さを調整し任意
の直流電圧成分（Ｖｄｃ）値に設定し得るよう構成した
ことを特徴とする薄膜製造装置。(2) A pair of electrodes that are installed in a chamber into which a discharge gas is introduced in a substantially vacuum state and generate a discharge, and a magnetic field applying means that applies a magnetic field in a direction perpendicular to the electric field between the electrodes. , a thin film manufacturing apparatus that performs film formation using magnetron discharge, comprising a voltage detection means capable of detecting a DC voltage component (Vdc) applied to the electrode, and a voltage detection means that contributes to the magnetron discharge generated by the magnetic field application means. An applied magnetic field adjusting means capable of adjusting the strength of the magnetic field is provided, and the applied magnetic field adjusting means adjusts the strength of the magnetic field based on the value of the DC voltage component detected by the voltage detecting means to obtain an arbitrary DC voltage. A thin film manufacturing apparatus characterized in that it is configured to be able to set a component (Vdc) value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63330434A JPH02175866A (en) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | Method and device for producing thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63330434A JPH02175866A (en) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | Method and device for producing thin film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02175866A true JPH02175866A (en) | 1990-07-09 |
Family
ID=18232569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63330434A Pending JPH02175866A (en) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | Method and device for producing thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02175866A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02290969A (en) * | 1989-04-28 | 1990-11-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method and device for forming thin film |
| JP2013104073A (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Ulvac Japan Ltd | Magnetron spattering device and magnetron spattering method |
| CN111033683A (en) * | 2017-07-17 | 2020-04-17 | 应用材料公司 | Cathode assembly with dual position magnetron and center fed coolant |
-
1988
- 1988-12-27 JP JP63330434A patent/JPH02175866A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02290969A (en) * | 1989-04-28 | 1990-11-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method and device for forming thin film |
| JP2013104073A (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Ulvac Japan Ltd | Magnetron spattering device and magnetron spattering method |
| CN111033683A (en) * | 2017-07-17 | 2020-04-17 | 应用材料公司 | Cathode assembly with dual position magnetron and center fed coolant |
| JP2020527652A (en) * | 2017-07-17 | 2020-09-10 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Cathode assembly with dual position magnetron and centrally delivered coolant |
| CN111033683B (en) * | 2017-07-17 | 2023-04-18 | 应用材料公司 | Cathode assembly with dual position magnetron and center fed coolant |
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