JPH04371575A - Sputtering device - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明はスパッタ装置、特にマグ
ネトロン・スパッタ装置のガンの構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention This invention relates to sputtering systems, and more particularly to the construction of guns for magnetron sputtering systems.
【０００２】マグネトロン方式のスパッタ装置は、電場
と直交する磁場が配置されており、真空中で発生するプ
ラズマがターゲット近傍に閉じ込められてプラズマ密度
が高まるからターゲットのスパッタ効率が良く、膜成長
速度が大きい等、多くの利点を有している。そのため、
近年、半導体装置の製造その他広汎な分野で金属薄膜等
を形成する目的で使用されるようになった。但し、磁場
がターゲットの一部に強く形成されるためにターゲット
が局部的に消耗してターゲットの利用効率が低いという
欠点があり、その改善が望まれている。[0002] Magnetron sputtering equipment has a magnetic field orthogonal to the electric field, and the plasma generated in vacuum is confined near the target, increasing the plasma density, resulting in good target sputtering efficiency and a faster film growth rate. It has many advantages such as large size. Therefore,
In recent years, it has come to be used for the purpose of forming metal thin films, etc. in the manufacture of semiconductor devices and in a wide range of other fields. However, since the magnetic field is strongly formed in a part of the target, the target is locally consumed, resulting in low target utilization efficiency, and an improvement is desired.
【０００３】0003
【従来の技術】従来のマグネトロン・スパッタ装置の例
を図２を参照しながら説明する。図２は従来例の装置要
部を示す断面図であり、同図（ａ） 、（ｂ） 、（ｃ
） はそれぞれ第一例、第二例、第三例のそれぞれガン
の部分のみを模式的に示している。同図において、図１
と同じものには同一の符号を付与した。2. Description of the Related Art An example of a conventional magnetron sputtering apparatus will be explained with reference to FIG. FIG. 2 is a sectional view showing the main parts of a conventional device.
) schematically show only the gun portions of the first, second, and third examples, respectively. In the same figure, Figure 1
The same symbols are given to the same items.
【０００４】（ａ） は代表的な従来例であり、１はタ
ーゲット、３はリング磁石、４は内側磁石、５は円板で
ある。ターゲット１は被着しようとする薄膜と同一材料
からなる円板であり、陰極部を構成し、陰極部を構成す
る被処理基板（図示は省略）と対向している。ターゲッ
ト１の裏面にはターゲット１を冷却するためのバッキン
グ・プレートが接合されている（図示は省略）。リング
磁石３はリング状の永久磁石であり、軟磁性材からなる
円板５上に固定されている。内側磁石４は円柱状の永久
磁石であり、リング磁石３のリングの中心の位置で円板
５上に固定されている。リング磁石３と内側磁石４の各
磁極面の極性は逆になっている。(a) is a typical conventional example, in which 1 is a target, 3 is a ring magnet, 4 is an inner magnet, and 5 is a disk. The target 1 is a disk made of the same material as the thin film to be deposited, constitutes a cathode section, and faces a substrate to be processed (not shown) that constitutes the cathode section. A backing plate for cooling the target 1 is bonded to the back surface of the target 1 (not shown). The ring magnet 3 is a ring-shaped permanent magnet, and is fixed on a disc 5 made of a soft magnetic material. The inner magnet 4 is a cylindrical permanent magnet, and is fixed on the disk 5 at the center of the ring of the ring magnet 3. The polarity of each magnetic pole surface of the ring magnet 3 and the inner magnet 4 is reversed.
【０００５】ところで、マグネトロン・スパッタ装置に
おいては、磁場がターゲット面に平行な領域でターゲッ
トがスパッタされ、垂直な領域では殆どスパッタされな
い。従って（ａ） の例ではターゲット１の消耗（エロ
ージョン）は前面一様には進まず、その中央部、即ち内
側磁石４直上付近は最後まで消耗しない。By the way, in a magnetron sputtering apparatus, the target is sputtered in a region where the magnetic field is parallel to the target surface, and is hardly sputtered in a region where the magnetic field is perpendicular to the target surface. Therefore, in the example (a), the wear (erosion) of the target 1 does not proceed uniformly on the front surface, and the central part, ie, the vicinity directly above the inner magnet 4, does not wear out to the end.
【０００６】（ｂ） の例は、（ａ） の例における円
板５、リング磁石３及び内側磁石４（これらは同心に固
定されている）をその中心から偏心させて回転する構造
を有している。磁場が周期的に移動するため、ターゲッ
ト１のエロージョンは（ａ） の例より均一化するが、
ターゲット１とリング磁石３の寸法の関係で偏心量が制
限されるから磁場の移動は僅少となり、ターゲット１の
中央部付近が充分にスパッタされるようにすることは困
難である。The example (b) has a structure in which the disk 5, ring magnet 3, and inner magnet 4 (which are fixed concentrically) in the example (a) are rotated eccentrically from the center. ing. Because the magnetic field moves periodically, the erosion of target 1 becomes more uniform than in example (a), but
Since the amount of eccentricity is limited by the relationship between the dimensions of the target 1 and the ring magnet 3, the movement of the magnetic field is small, and it is difficult to ensure that the vicinity of the center of the target 1 is sufficiently sputtered.
【０００７】（ｃ） の例は、（ａ） の例における永
久磁石に代えて、コア１１、コイル１２、コイル１３か
らなる電磁石としたものであり、コイル１２とコイル１
３とに流す電流を変化させることにより磁場分布を変化
させる。ターゲット１のエロージョンは（ａ） の例よ
り均一化するが、その中央部、即ち内側磁石４直上付近
は最後まで消耗しない。In the example (c), an electromagnet consisting of a core 11, a coil 12, and a coil 13 is used instead of the permanent magnet in the example (a).
The magnetic field distribution is changed by changing the current flowing through 3 and 3. Although the erosion of the target 1 is more uniform than in the example (a), the central part, ie, the vicinity directly above the inner magnet 4, is not consumed to the end.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
ターゲットにスパッタされる領域とされない領域とがあ
る場合、ターゲットの利用効率が低い（即ち寿命が短い
）という問題の他に、ターゲット材料によっては（例え
ばタングステンの場合）、薄膜を形成すべき基板上にパ
ーティクルが付着する、という問題があった。これは、
スパッタされたターゲット材料がスパッタされない領域
に一旦付着したのち剥離し、スパッタされる領域に再付
着して異常放電を起こしてパーティクルとなったもので
ある。例えば半導体装置における配線形成のためのタン
グステン薄膜被着に際してこのようなパーティクルが付
着すると、製造歩留りの低下やデバイスの信頼性低下を
引き起こすことになる。However, when there are areas on the target that are sputtered and areas that are not sputtered, in addition to the problem that the utilization efficiency of the target is low (that is, the lifetime is short), depending on the target material, (For example, in the case of tungsten), there is a problem in that particles adhere to the substrate on which the thin film is to be formed. this is,
The sputtered target material once adheres to the non-sputtered area, peels off, and re-adheres to the sputtered area, causing abnormal discharge and becoming particles. For example, if such particles adhere during the deposition of a tungsten thin film for forming wiring in a semiconductor device, this will cause a decrease in manufacturing yield and a decrease in device reliability.
【０００９】本発明はこのような問題を解決して、ター
ゲットのエロージョンを均一化してパーティクルの発生
を抑制することが出来るマグネトロン・スパッタ装置を
提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve these problems and provide a magnetron sputtering apparatus that can uniformize the erosion of a target and suppress the generation of particles.
【００１０】0010
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明によ
れば、リング磁石３とその内側に配設した内側磁石４と
によりターゲット１表面近傍に閉磁場を形成するスパッ
タ装置において、該内側磁石４は該リング磁石３と同心
の円Ｃに沿って移動することを特徴とするスパッタ装置
とすることで、達成される。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, in a sputtering apparatus that forms a closed magnetic field near the surface of a target 1 by a ring magnet 3 and an inner magnet 4 disposed inside the ring magnet 3, This is achieved by using a sputtering apparatus characterized in that the magnet 4 moves along a circle C concentric with the ring magnet 3.
【００１１】[0011]
【作用】本発明によれば、ターゲットとリング磁石との
位置関係は変わらず、内側磁石がリング磁石の内側でリ
ングの中心の周りを定速で旋回するから、内側磁石の直
上に生じる垂直磁場もターゲットの中心から外れた位置
で定速で旋回する。従ってターゲットの中心部もスパッ
タされ、且つ全くスパッタされない領域は生じない。し
かも内側磁石の旋回半径はリング磁石内で自由に変更可
能であり、エロージョンの均一化に最適の旋回半径を選
択することが出来る。従ってターゲット材料がタングス
テンであっても異常放電によるパーティクルの発生は殆
どない。[Operation] According to the present invention, the positional relationship between the target and the ring magnet does not change, and since the inner magnet rotates at a constant speed around the center of the ring inside the ring magnet, a vertical magnetic field is generated directly above the inner magnet. also rotates at a constant speed at a position that is off the center of the target. Therefore, the center of the target is also sputtered, and there is no area that is not sputtered at all. In addition, the radius of gyration of the inner magnet can be freely changed within the ring magnet, and the radius of gyration that is optimal for making erosion uniform can be selected. Therefore, even if the target material is tungsten, almost no particles are generated due to abnormal discharge.
【００１２】0012
【実施例】本発明に基づくマグネトロン・スパッタ装置
の実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本発明
の実施例の装置要部を示す図であり、ガンの部分のみを
模式的に示している。同図において、１はターゲット、
２はバッキング・プレート、３はリング磁石、４は内側
磁石、５は円板、６は回転アーム、７は回転軸である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing the main parts of an apparatus according to an embodiment of the present invention, and only the gun portion is schematically shown. In the figure, 1 is the target,
2 is a backing plate, 3 is a ring magnet, 4 is an inner magnet, 5 is a disc, 6 is a rotating arm, and 7 is a rotating shaft.
【００１３】ターゲット１は被着しようとする薄膜と同
一材料からなる円板であり、陰極部を構成し、陽極部を
構成する被処理基板（図示は省略）と対向している。バ
ッキング・プレート２はターゲット１を冷却するための
ものであり、ターゲット１の裏面にインジウム系の半田
等で接合されている。これは水冷ジャケットを備えてお
り、非磁性材からなっている。The target 1 is a disk made of the same material as the thin film to be deposited, and is opposed to a substrate to be processed (not shown) which constitutes a cathode section and an anode section. The backing plate 2 is for cooling the target 1, and is bonded to the back surface of the target 1 with indium solder or the like. It has a water-cooled jacket and is made of non-magnetic material.
【００１４】リング磁石３はリング状の永久磁石であり
、軟磁性材からなる円板５の上に同心で固定されている
（例えば接着剤で）。リング磁石３の磁極面とターゲッ
ト１の表面とは平行であり、両者の中心は一致している
。内側磁石４は円柱状の永久磁石であり、その磁極面の
極性はリング磁石３のそれとは逆になっている。内側磁
石４は軟磁性材からなる回転アーム６の一方の端部に固
定されており、回転アーム６の他方の端部は回転軸７に
固着されている。The ring magnet 3 is a ring-shaped permanent magnet, and is concentrically fixed (for example, with adhesive) on a disc 5 made of a soft magnetic material. The magnetic pole face of the ring magnet 3 and the surface of the target 1 are parallel, and their centers coincide. The inner magnet 4 is a cylindrical permanent magnet, and the polarity of its magnetic pole face is opposite to that of the ring magnet 3. The inner magnet 4 is fixed to one end of a rotating arm 6 made of a soft magnetic material, and the other end of the rotating arm 6 is fixed to a rotating shaft 7.
【００１５】回転軸７は軸受（図示は省略）を介して円
板５に軸支されており、モータ、減速機等からなる回転
手段（図示は省略）により定速で回転する。回転軸７の
軸心はリング磁石３のリングの中心と一致しており、従
って回転軸７の回転によって内側磁石４はリング磁石３
と同心の円Ｃに沿って定速で移動（旋回）する。回転ア
ーム６の長さを変えるか、或いは内側磁石４の固定位置
を変えることにより、円Ｃの径を変えることが出来る。The rotating shaft 7 is supported by the disk 5 via a bearing (not shown), and is rotated at a constant speed by a rotating means (not shown) consisting of a motor, a speed reducer, etc. The axis of the rotating shaft 7 coincides with the center of the ring of the ring magnet 3. Therefore, the rotation of the rotating shaft 7 causes the inner magnet 4 to move around the ring magnet 3.
It moves (turns) at a constant speed along a circle C concentric with . The diameter of the circle C can be changed by changing the length of the rotating arm 6 or by changing the fixed position of the inner magnet 4.
【００１６】本発明者は、従来の構造のスパッタ・ガン
（図２（ａ） に相当）を有する枚葉式スパッタ装置の
スパッタ・ガンを上記のものに換え、シリコン・ウェー
ハにタングステン薄膜を被着した結果、パーティクルの
発生は元のスパッタ・ガンの場合に比して約１／１０に
減少した。尚、この際の各部の寸法・材質等は次の通り
である。ターゲット１は直径 ２００ｍｍ、厚さ６ｍｍ
のタングステン板、バッキング・プレート２は無酸素銅
製、リング磁石３は Ｓｍ−Ｃｏ系の磁石でリングの直
径が ２１０ｍｍ、内側磁石４は Ｓｍ−Ｃｏ系の磁石
で直径が ３０ ｍｍ、高さが ３０ ｍｍ、円板５及
び回転アーム６は軟鉄製、円Ｃの半径は ２０ 〜 ６
５ ｍｍ、回転速度は ５０ ｒｐｍ とした。The present inventor replaced the sputter gun of a single-wafer sputtering apparatus having a conventional sputter gun structure (corresponding to FIG. 2(a)) with the one described above, and coated a silicon wafer with a tungsten thin film. As a result, particle generation was reduced to about 1/10 compared to the original sputter gun. The dimensions and materials of each part are as follows. Target 1 has a diameter of 200 mm and a thickness of 6 mm.
The tungsten plate and backing plate 2 are made of oxygen-free copper, the ring magnet 3 is an Sm-Co magnet with a ring diameter of 210 mm, and the inner magnet 4 is an Sm-Co magnet with a diameter of 30 mm and a height of 30 mm. mm, the disc 5 and the rotating arm 6 are made of soft iron, the radius of the circle C is 20 to 6
5 mm, and the rotation speed was 50 rpm.
【００１７】本発明は以上の実施例に限定されることな
く、更に種々変形して実施することが出来る。The present invention is not limited to the above embodiments, but can be implemented with various modifications.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ターゲットのエロージョンを均一化してパーティクルの
発生を抑制することが可能なスパッタ装置を提供するこ
とが出来、半導体装置等の製造歩留りの向上及び信頼性
向上に寄与する。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention,
It is possible to provide a sputtering apparatus that can uniformize target erosion and suppress particle generation, contributing to improved manufacturing yield and reliability of semiconductor devices and the like.
【図１】 本発明の実施例の装置要部を示す図である
。FIG. 1 is a diagram showing main parts of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】 従来例の装置要部を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing the main parts of a conventional device.
１ ターゲット ２ バッキング・プレート ３ リング磁石 ４ 内側磁石 ５ 円板 ６ 回転アーム ７ 回転軸 １１ コア １２，１３ コイル Ｃ 円 1 Target 2 Backing plate 3 Ring magnet 4 Inner magnet 5 Disk 6 Rotating arm 7 Rotation axis 11 Core 12,13 Coil C Yen
Claims (1)
した内側磁石（４）とによりターゲット（１） 表面近
傍に閉磁場を形成するスパッタ装置において、該内側磁
石（４） は該リング磁石（３） と同心の円（Ｃ）
に沿って移動することを特徴とするスパッタ装置。Claim 1: In a sputtering apparatus in which a closed magnetic field is formed near the surface of a target (1) by a ring magnet (3) and an inner magnet (4) disposed inside the ring magnet, the inner magnet (4) is connected to the ring magnet. (3) Circle concentric with (C)
A sputtering device characterized by moving along.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14639691A JPH04371575A (en) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | Sputtering device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14639691A JPH04371575A (en) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | Sputtering device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04371575A true JPH04371575A (en) | 1992-12-24 |
Family
ID=15406759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14639691A Withdrawn JPH04371575A (en) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | Sputtering device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04371575A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100274433B1 (en) * | 1996-10-02 | 2000-12-15 | 모리시타 요이찌 | Sputtering apparatus and the same method |
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-
1991
- 1991-06-19 JP JP14639691A patent/JPH04371575A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980903 |