JPS63317671A - Method and device for sputtering - Google Patents
Method and device for sputteringInfo
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- JPS63317671A JPS63317671A JP15284087A JP15284087A JPS63317671A JP S63317671 A JPS63317671 A JP S63317671A JP 15284087 A JP15284087 A JP 15284087A JP 15284087 A JP15284087 A JP 15284087A JP S63317671 A JPS63317671 A JP S63317671A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 肢１しと腎 本発明はスパッタリング装置に関する。[Detailed description of the invention] limb 1 and kidney The present invention relates to a sputtering device.
災末挟■
スパッタリングは、他のＰＶＤ法、たとえば真空蒸着に
比べ得られる膜の特性などに優れているが、薄膜が形成
される基板の温度上昇が大きい点、膜の形成速度が遅い
点が大きな問題となっていた。Sputtering has superior film properties compared to other PVD methods, such as vacuum evaporation, but its disadvantages are that the temperature of the substrate on which the thin film is formed is large and the film formation rate is slow. It was becoming a big problem.
これらの問題は、電場と磁場とを直交させるマグネトロ
ン型放電により解決されるに至った。These problems have been solved by a magnetron-type discharge in which the electric field and the magnetic field are orthogonal to each other.
この方式を利用した高速マグネトロンスパッタリング装
置は、例えば陰極のターゲットの裏面にＮ極およびＳ極
の一対の磁極を互いに離間して配設し、ターゲット表面
に発生する磁界とターゲット表面とで交差したトンネル
状路を作り。A high-speed magnetron sputtering device using this method, for example, has a pair of magnetic poles, an N pole and an S pole, spaced apart from each other on the back surface of a cathode target, and a tunnel created by the magnetic field generated on the target surface intersects with the target surface. Create a path.
この中に電子を閉じ込めるようにしたものである。It is designed to trap electrons inside it.
第１０図は、このような高速マグネトロンスパッタ電極
の構成例を示す一部切り欠き斜視図であり、第１１図は
その断面図である。陰極を形成するターゲット１３の裏
面に、磁気装置６１が設けられている。磁気装置ｉ！６
１はＳ極をターゲット１３面に向けるＳ磁石６１．と、
このＳ磁石６１ｓと離間して同心円状に囲繞しＮ極をタ
ーゲット１３面に向けるＮ磁石６１．とから構成される
。Ｎ極からの磁力線６３は、ターゲット１３面を通過し
たのち再びターゲット１３面を経てＳ極に入る。６５は
磁界の向きを、６７は電界の向きを示す。このとき磁力
線６３とターゲット１３面とにより閉ループが形成され
、この閉ループがリング状に連なりトンネル状路（閉空
間）が形成されて、この中に電子が閉じ込められる。FIG. 10 is a partially cutaway perspective view showing an example of the configuration of such a high-speed magnetron sputtering electrode, and FIG. 11 is a sectional view thereof. A magnetic device 61 is provided on the back surface of the target 13 forming the cathode. Magnetic device i! 6
1 is an S magnet 61 with its S pole facing the target 13 surface. and,
An N magnet 61. which is spaced apart from this S magnet 61s and surrounds it in a concentric circle and whose N pole faces the target 13 surface. It consists of The magnetic field lines 63 from the north pole pass through the target 13 surface and then enter the south pole via the target 13 surface again. 65 indicates the direction of the magnetic field, and 67 indicates the direction of the electric field. At this time, a closed loop is formed by the magnetic lines of force 63 and the surface of the target 13, and this closed loop is connected in a ring shape to form a tunnel-like path (closed space), in which electrons are confined.
閉じ込められた電子は、電界と磁界の方向に規制されて
、ターゲット１３面上のトンネル状路内を同心円状に一
様な曲線運動する。The confined electrons are regulated in the directions of the electric and magnetic fields and move concentrically in a uniform curve in a tunnel-like path on the surface of the target 13.
第１１図に示すように、磁力線６３の山の頂点の部分で
磁界の向き６５と電界の向き６７とが直交している。磁
界の向き６５が陰極面と平行な部分に多数の電子が集中
し、ドーナツ状のトンネル状路内を電子が移動し、この
電子がＡｒガス等の雰囲気ガスと衝突して電離し多くの
イオンを生じる。As shown in FIG. 11, the direction 65 of the magnetic field and the direction 67 of the electric field are perpendicular to each other at the top of the mountain of the lines of magnetic force 63. A large number of electrons are concentrated in a portion where the direction of the magnetic field 65 is parallel to the cathode surface, and the electrons move in a donut-shaped tunnel path, collide with atmospheric gas such as Ar gas, and are ionized, producing many ions. occurs.
このような原理により低温高速スパッタが可能な反面、
電子が移動するターゲットの特定部分のみがスパッタさ
れるという不均一エロージョンの問題があり、ターゲッ
トの有効利用が図れなくなる。ターゲットは高価なもの
が多く、このことは工業上重要な問題である。また、タ
ーゲットの取替えのための作業時間や、その後の雰囲気
調整あるいはクリーン化（除Ｉ！１）の問題も生じ、生
産性を著しく損ねてしまう。While this principle enables low-temperature, high-speed sputtering,
There is a problem of non-uniform erosion where only specific parts of the target where electrons move are sputtered, making it impossible to use the target effectively. Many targets are expensive, and this is an important industrial problem. Furthermore, there are problems with work time required to replace the target, and subsequent atmosphere adjustment and cleaning (removal of I!1), which significantly impairs productivity.
さらに、ターゲレトの一部分が集中的にスパッタされる
ことにより、広い基板面積にわたって均一な膜厚の薄膜
を形成することが困難となり、スパッタリング処理量の
減少を招く。Furthermore, since a portion of the target layer is intensively sputtered, it becomes difficult to form a thin film having a uniform thickness over a wide substrate area, resulting in a reduction in the amount of sputtering processing.
これらの対策としては、ターゲットに対して基板を移動
させてスパッタリングし、膜厚の均一化を図る方法があ
る。しかし、この方法でも均一化には限度があり、また
、ターゲットの不拘−二ロージョンについては何ら解決
とならない。As a countermeasure against these problems, there is a method of moving the substrate relative to the target and performing sputtering to make the film thickness uniform. However, even with this method, there is a limit to the uniformity, and it does not solve the problem of unrestricted regions of the target.
ターゲットの裏面に、ターゲットよりも小さい面積をカ
バーする磁気装置を設け、これをターゲットに対して偏
心させて回転し、磁界によるトンネル状路の形成位置を
時間的に変化させる方式も知られている。しかし、この
方式では、ある瞬時にスパッタしているのはその時に磁
気装置でカバーされているターゲットの一部の地域のみ
であり、そのため付着速度が低下し、また、このような
磁気装置の移動機構は複雑となる。Another known method is to install a magnetic device on the back side of the target that covers an area smaller than the target, rotate it eccentrically with respect to the target, and change the position where the tunnel-like path is formed by the magnetic field over time. . However, with this method, sputtering occurs only in some areas of the target covered by the magnetic device at a given moment, which reduces the deposition rate and also reduces the movement of such a magnetic device. The mechanism becomes complicated.
Ａ泄ＩＩＬ蝮
本発明は、電界に対して磁界を直交させ、陰極のターゲ
ット面に発生する磁界とターゲット面とで規定したトン
ネル状路を作り、このトンネル内に電子を集めてスパッ
タするスパッタリング方法において、ターゲットの不拘
−二ロージョンおよび付着速度の改善を目的とする。The present invention is a sputtering method in which a magnetic field is made orthogonal to an electric field, a tunnel path defined by the magnetic field generated on the target surface of a cathode and the target surface is created, and electrons are collected in this tunnel for sputtering. The objective is to improve target unrestricted location and adhesion speed.
また、この方法の実施に好適なスパッタリング装置を提
供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a sputtering apparatus suitable for implementing this method.
見見！す１叉
本発明のスパッタリング方法は、電界が印加される陰極
のターゲット面上に該電界と直交する第１の磁界を形成
する第１の磁気装置を設け、該第１の磁気装置のＮ極か
ら該ターゲット面を通過したのち再び該ターゲット面を
経てＳ極に入る磁力線と該ターゲット面とにより閉ルー
プを形成し、該第１の磁気装置による磁界によりこの閉
ループを連設してトンネル状路を形成し、このトンネル
状路内をその延長方向に沿って電子を運動させるスパッ
タリング方法において、前記第１の磁界と交差する第２
の磁界を前記ターゲット面上に形成し、前記トンネル状
路内をその延長方向に沿って運動する電子に前記第１の
磁界とともに更に該第２の磁界を形成し、前記ターゲッ
ト面上で該電子を斜行ないし蛇行運動させることを特徴
とする。Look! The sputtering method of the present invention includes a first magnetic device that forms a first magnetic field perpendicular to the electric field on the target surface of the cathode to which an electric field is applied, and a N pole of the first magnetic device. A closed loop is formed by the magnetic field lines that pass through the target surface and enter the S pole again via the target surface and the target surface, and the closed loop is connected by the magnetic field from the first magnetic device to form a tunnel-like path. A second magnetic field that intersects with the first magnetic field is a sputtering method in which electrons are moved along the extending direction of the tunnel-like path.
A magnetic field is formed on the target surface, and the second magnetic field is further formed along with the first magnetic field on the electrons moving in the tunnel-like path along its extension direction, and the second magnetic field is applied to the electrons on the target surface. It is characterized by a diagonal or meandering motion.
本発明のスパッタリング装置は、上記スパッタリング方
法を簡便な構成でしかも効率よ〈実施するためのもので
あり、これは磁石の配置により実現できる。The sputtering apparatus of the present invention is for carrying out the sputtering method described above with a simple structure and efficiency, and this can be realized by the arrangement of magnets.
すなわち、本発明の１番目のスパッタリング装置は、い
わゆる高速マグネトロンスパッタ装置において、ターゲ
ット裏面に設けられた第１の磁気装置のＮ極およびＳ極
の間にさらに第２の磁気装置を設け、この第２の磁気装
置がそのＮ極およびＳ極を、第１の磁気装置のＮ極およ
びＳ極の延長方向で離間して交互にターゲット面側に向
けていることを特徴とする。That is, the first sputtering device of the present invention is a so-called high-speed magnetron sputtering device, in which a second magnetic device is further provided between the N pole and the S pole of the first magnetic device provided on the back surface of the target. The second magnetic device is characterized in that its north and south poles are spaced apart in the direction of extension of the north and south poles of the first magnetic device and alternately face the target surface.
また、本発明の２番目のスパッタリング装置は、第１の
磁気装置の磁界によりターゲット上に形成されるトンネ
ル状路を閉鎖することなく、その端部を開放する以外は
上記１番目の装置と同様である。Further, the second sputtering device of the present invention is similar to the first device except that the tunnel-like path formed on the target by the magnetic field of the first magnetic device is opened at its end without being closed. It is.
以下、添付図面に沿って実施例により本発明をさらに詳
細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in more detail by way of examples along with the accompanying drawings.
第１図は本発明において用いられるスパッタリング装置
の構成例を示す説明図である。真空ポンプ等から成る排
気系２１およびＡｒガス等のスパッタ雰囲気ガス導入系
２３が設けられた真空槽１７内に、スパッタ電極１５お
よび基板１１が配設されている。 １９はスパッタ電源
を示す、排気系２１とスパッタ雰囲気ガス導入系２３と
により所定のスパッタ雰囲気に設定したのち、スパッタ
電極１５に電圧を印加すると放電が起こり、ターゲット
１３がスパッタされて基板ｌｌ上に薄膜が形成される。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of a sputtering apparatus used in the present invention. A sputter electrode 15 and a substrate 11 are placed in a vacuum chamber 17 provided with an exhaust system 21 comprising a vacuum pump or the like and a sputter atmosphere gas introduction system 23 such as Ar gas. Reference numeral 19 indicates a sputtering power supply. After setting a predetermined sputtering atmosphere by an exhaust system 21 and a sputtering atmosphere gas introduction system 23, when a voltage is applied to the sputtering electrode 15, a discharge occurs, and the target 13 is sputtered onto the substrate 11. A thin film is formed.
第２図は、本発明のスパッタ電極の実施例を示す分解斜
視図であり、第３図は断面図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing an embodiment of the sputter electrode of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view.
なお、第３図に示した回転軸２９は、第２図では省略し
である。陰極１５のターゲット１３面の裏側には永久磁
石を組合せてなる磁気製［３５が配設され、これは第１
の磁気装置３１および第２の磁気装置３３から構成され
ている。第１の磁気装置３１は、ターゲット１３面側に
Ｓ極を向けるＳ磁石３１、と、このＳ磁石３１．を囲繞
、離間して設けられ、ターゲット１３面側にＮ極を向け
るＮ磁石３１Ｎとから構成されている。第１の磁気装置
３１の磁石配置だけに注目すれば、既に第１０図および
第１１図で見た従来例と同じであり、同様に閉じたトン
ネル状路をターゲット１３上に形成するが、本発明では
第１の磁気装置ｉ！３１の他に更に第２の磁気装置３３
がターゲット１３の裏面側に設けられている。第２の磁
気装置３３は、第１の磁気装置３１のＮ磁石３１Ｎ極と
Ｓ磁石３１．どの間に配置され、第１の磁気装置によっ
て形成されるトンネル内に離間して配置された複数の磁
石からなる。これら磁石は、ターゲット面側にＮ極を向
けるＮ磁石３３Ｎと、Ｓ極を向ける磁石３３．とが交互
に配置されている。Note that the rotating shaft 29 shown in FIG. 3 is omitted in FIG. 2. On the back side of the target 13 surface of the cathode 15, a magnetic [35] made of a combination of permanent magnets is arranged, and this is the first magnet.
It is composed of a magnetic device 31 and a second magnetic device 33. The first magnetic device 31 includes an S magnet 31 with its south pole facing the target 13 surface side, and this S magnet 31. It is composed of an N magnet 31N that surrounds and is spaced apart from each other and has its N pole facing the target 13 surface side. If we pay attention only to the magnet arrangement of the first magnetic device 31, it is the same as the conventional example already seen in FIGS. 10 and 11, and similarly a closed tunnel-like path is formed on the target 13, but in this case In the invention, a first magnetic device i! In addition to 31, there is also a second magnetic device 33
is provided on the back side of the target 13. The second magnetic device 33 has the N pole of the N magnet 31 of the first magnetic device 31 and the N pole of the S magnet 31 . a plurality of magnets spaced apart within a tunnel formed by a first magnetic device; These magnets include an N magnet 33N with its north pole facing the target surface, and a magnet 33N with its south pole facing the target surface. are arranged alternately.
第４図は、ターゲット１３面側に向けられる磁石の極性
に注目した平面図である。第１の磁気装置３１のＮ極、
第２の磁気製［３３のＮ極および第１の磁気装置３１の
Ｓ極が一直線上に並ぶ地域では、全体として働く第１の
磁気装置３１のＮ−８極間の磁界に加えて、第２の磁気
装置３３のＮ極と第１の磁気装置３１のＳ極との間に働
く磁界が相刺され、矢印４１で示したように第１の磁気
装置３１のＳ極に近い位置で同心円の接線方向へ電子に
力が加わる。FIG. 4 is a plan view focusing on the polarity of the magnet directed toward the target 13 side. the N pole of the first magnetic device 31;
In areas where the N pole of the second magnetic device [33 and the S pole of the first magnetic device 31 are aligned in a straight line, in addition to the magnetic field between the N-8 poles of the first magnetic device 31 working as a whole, The magnetic fields acting between the N pole of the second magnetic device 33 and the S pole of the first magnetic device 31 intersect with each other, and a concentric circle is formed at a position close to the S pole of the first magnetic device 31, as shown by the arrow 41. A force is applied to the electron in the tangential direction.
また、第１の磁気装置のＮ極、第２の磁気装置のＳ極お
よび第１の磁気装置のＳ極が一直線上に並ぶ地域では、
全体として働く第１の磁気装置３１のＮ−８間の磁界に
加えて、第１の磁気装置３１のＮ極と第２の磁気製＠３
３のＳ極との間に働く磁界が相刺され、矢印４３で示し
たように第１の磁気製［３１のＮ極に近い位置で同心円
の接線方向へ電子に力が加わる。In addition, in areas where the N pole of the first magnetic device, the S pole of the second magnetic device, and the S pole of the first magnetic device are aligned in a straight line,
In addition to the magnetic field between N-8 of the first magnetic device 31 acting as a whole, the N pole of the first magnetic device 31 and the magnetic field @3 of the second magnetic device 31
The magnetic fields acting between the S pole of the first magnetic pole and the S pole of the first magnetic pole are mutually interfering with each other, and a force is applied to the electrons in the tangential direction of the concentric circle at a position close to the N pole of the first magnetic pole [31], as shown by arrow 43.
上記２つの領域の間においては１図中矢印４５で示した
ように第１の磁気装置３１のＮ−５極間に働く力に加え
、第２の磁気装置３３のＮ−５極に働く力４７，４９が
電子に掛かる。この第２の磁気装置により掛かる力は、
電子が第２の磁気装置３３のＮ極からＳ極に向かって運
動するか、逆にＳ極からＮ極に向かって運動するかによ
って。In addition to the force acting between the N-5 pole of the first magnetic device 31 and the force acting on the N-5 pole of the second magnetic device 33, as shown by arrow 45 in FIG. 47,49 is applied to the electron. The force exerted by this second magnetic device is
Depending on whether the electrons move from the north pole to the south pole of the second magnetic device 33 or vice versa from the south pole to the north pole.
図中に矢印４７．４９で示したように方向が異なる。The directions are different as shown by arrows 47 and 49 in the figure.
以上の結果、電子ｅは第５図中に中心軌跡５１を破線で
示したように、ターゲット面上を蛇行するようにして運
動する。この中心軌跡の近傍でターゲットが大きな速度
でスパッタされる。As a result of the above, the electron e moves in a meandering manner on the target surface, as the center locus 51 is shown by the broken line in FIG. The target is sputtered at a high speed near this central trajectory.
第１の磁気装置３１のみを有する従来のマグネトロンス
パッタ装置では、仮想線（一点鎖線）７１で示したよう
に、電子は同心円方向に一様な曲線運動をする。これら
両軌跡の比較から明らかなように、本発明では大きな速
度でスパッタされる位置がターゲット全面に広がってお
り、それだけターゲットの有効利用が図れ、また、形成
される薄膜の膜厚分布も均一となる。 このように、電
界と直交する磁界を掛け、ターゲット面と磁界とが交差
する領域にトンネル状路を形成し、このトンネル状路内
を磁界の向きによって規定される方向に電子を運動させ
てスパッタするに際し、さらに上記磁界と交差する第２
の磁界を掛けると、電子はこの第２の磁界の影響も受け
てターゲット面上を斜行運動する。さらに、トンネル状
路の延長方向で第２の磁界の向きを替えることにより、
電子に複雑な運動軌跡をとらすことができ、例えば、第
２の磁界の向きを交互に反転させることにより蛇行運動
をさせることができる。In a conventional magnetron sputtering device having only the first magnetic device 31, electrons move in a uniform curve in a concentric direction, as shown by a virtual line (dotted chain line) 71. As is clear from the comparison of these two trajectories, in the present invention, the sputtering position at a high speed is spread over the entire surface of the target, which makes it possible to use the target more effectively, and the thickness distribution of the formed thin film is also uniform. Become. In this way, a magnetic field perpendicular to the electric field is applied to form a tunnel-like path in the area where the target surface and the magnetic field intersect, and electrons are moved in the direction determined by the direction of the magnetic field within this tunnel-like path to perform sputtering. In addition, a second magnetic field intersects with the above magnetic field.
When a magnetic field is applied, the electrons are also affected by this second magnetic field and move obliquely on the target surface. Furthermore, by changing the direction of the second magnetic field in the direction of extension of the tunnel-like path,
It is possible to cause the electrons to take a complicated motion trajectory, for example, by alternately reversing the direction of the second magnetic field, it is possible to cause the electrons to make a meandering motion.
この方法は種々のスパッタリング形式に応用できるが、
既述の如く、第１の磁気装置のＮ極とＳ極との間に、さ
らに第２の磁気装置のＮ極とＳ極とを離間して交互に配
置したプラナ−形のスパッタ電極を有するスパッタリン
グ装置によって容易に実現できる。もちろん、他のスパ
ッタリング方式にも応用でき、例えば、５−Ｇｕｎ、５
ｐａｔｔｅｒ−Ｇｕｎの名称（商品名）でも呼ばれてい
る。Although this method can be applied to various sputtering formats,
As described above, a planar-shaped sputter electrode is provided between the N pole and S pole of the first magnetic device, and the N pole and S pole of the second magnetic device are alternately arranged with a distance between them. This can be easily achieved using a sputtering device. Of course, it can also be applied to other sputtering methods, such as 5-Gun, 5-Gun, etc.
It is also called by the name (product name) of patter-Gun.
マグネトロンスバッソタリング装置においても、陰極裏
面の磁石配置を前記と同様にすることにより実現できる
。This can also be achieved in a magnetron bathsotering device by arranging the magnets on the back surface of the cathode in the same manner as described above.
また、従来のマグネトロンスパッタ電極では。Also, with conventional magnetron sputter electrodes.
ターゲットに大きな二ローションが起こる位置が同心円
状となっている。したがって、ターゲット裏面の第１の
磁気装置を単に回転させても二ローション位置に変化は
なく、そのため偏心回転などの特殊な工夫が必要であっ
た。The positions where two large lotions occur on the target are concentric circles. Therefore, simply rotating the first magnetic device on the back surface of the target does not change the position of the two lotions, and therefore special measures such as eccentric rotation are required.
これに対して第１〜５図で示した装置では、例えば第３
図に記したように単純に回転軸２９により磁気装置を回
転させるだけで、よりいっそうの二ローションの均一化
、ひいては薄膜の膜厚分布の均一化を実現できる。第５
図で１点線で示した電子の中心軌跡５１の近傍が二ロー
ションの大きい位ｍ、ａれた所が二ローションの小さい
位置である。第５図で適当な同心円を想定してみると、
エロージョンの大きい位置と小さい位置とが、同心円の
円周方向で交互に現れることが判る。そこで、磁気装置
を回転させることにより、二ローションの均一化が可能
となる。On the other hand, in the devices shown in FIGS. 1 to 5, for example, the third
As shown in the figure, by simply rotating the magnetic device using the rotating shaft 29, it is possible to achieve even more uniformity of the two lotions and even more uniformity of the thickness distribution of the thin film. Fifth
The vicinity of the center locus 51 of the electrons indicated by the dotted line in the figure is the position where the two lotions are larger, m, and the distance a is the smaller position of the two lotions. Assuming appropriate concentric circles in Figure 5,
It can be seen that positions with large erosion and positions with small erosion appear alternately in the circumferential direction of the concentric circles. Therefore, by rotating the magnetic device, it is possible to make the two lotions uniform.
以上の説明からも判るように、第２の磁気装置を回転さ
せることが肝要であり、第１の磁気装置は回転させても
、させなくてもよい。As can be seen from the above description, it is important to rotate the second magnetic device, and the first magnetic device may or may not be rotated.
第６図は、さらに別の磁気装置の実施例を示す説明図で
ある。第４図および第５図で第２の磁気装置３３のＮ極
と第１の磁気製５！３１のＮ極とが対向していた部分を
、この第６図ではＳ極としている。このＳ極を設けたこ
とにより、第１の磁気装置！３１のＮ極とこのＳ極、お
よび第２の磁気装置の隣接するＳ極とＮ極との間に磁界
が働き、この磁界の影響により図中細い破線で示したよ
うな小環路状の電子の中心軌跡５３ができ、図中太い破
線の中心軌跡５１から一部電子が流入し、また、一部流
出していく。したがって、この部分を運動する電子によ
り雰囲気ガスが電離し、ターゲットがスパッタされる。FIG. 6 is an explanatory diagram showing yet another embodiment of the magnetic device. The portion where the north pole of the second magnetic device 33 and the north pole of the first magnetic device 5!31 were facing each other in FIGS. 4 and 5 is designated as the south pole in FIG. 6. By providing this S pole, the first magnetic device! A magnetic field acts between the N pole of No. 31 and this S pole, and the adjacent S pole and N pole of the second magnetic device, and due to the influence of this magnetic field, a small circular path is formed as shown by the thin broken line in the figure. A center locus 53 of electrons is formed, and some electrons flow in and some electrons flow out from the center locus 51 indicated by the thick broken line in the figure. Therefore, the atmospheric gas is ionized by the electrons moving in this part, and the target is sputtered.
これにより、エロージョンがより一層均−化される。各
磁石の強度やターゲット面からの距離を調節することに
より、電子の運動軌跡を調整することができる。また同
様に、第４図および第５図で第２の磁気装置３３のＳ極
と第１の磁気装置３１のＳ極とが対向していた部分を、
この第６図ではＮｌとしている。This further equalizes the erosion. By adjusting the strength of each magnet and the distance from the target surface, the trajectory of electron movement can be adjusted. Similarly, the portion where the S pole of the second magnetic device 33 and the S pole of the first magnetic device 31 were opposed in FIGS. 4 and 5,
In this FIG. 6, it is set as Nl.
第７図は、角型の平板形スパッタ電極の実施例を示す図
であり、磁石の極性のみを示している。第１の磁気装置
１３１のＳ極の周りに、これと離間してＮ極が配置され
、このＮ極とＳ極とによって閉じられたトンネル状路が
全体として形成される。FIG. 7 is a diagram showing an example of a rectangular flat plate sputter electrode, and only the polarity of the magnet is shown. A north pole is arranged around and spaced apart from the south pole of the first magnetic device 131, and a closed tunnel-like path is formed as a whole by the north pole and the south pole.
第１の磁気装置１１３１のＮ極とＳ極との間には、これ
ら磁極の延長方向に第２の磁気装置！３３のＮ極とＳ極
とが交互に設けられている。第１および第２の磁気装置
からの磁界の作用により、電子は破線で中心軌跡５１を
示したようにターゲット面上を蛇行運動する。Between the north pole and the south pole of the first magnetic device 1131 is a second magnetic device in the direction of extension of these magnetic poles! 33 north poles and south poles are provided alternately. Due to the action of the magnetic fields from the first and second magnetic devices, the electrons meander over the target surface as shown by the center locus 51 in broken lines.
ターゲット裏面で、磁気装置３５を図中に示した矢印５
５方向に振動させることにより、形成される薄膜の膜厚
分布を均一化することができる。On the back side of the target, arrow 5 indicates the magnetic device 35.
By vibrating in five directions, the thickness distribution of the formed thin film can be made uniform.
第８図は同様に角型プラナ−スパッタ電極の磁石配置を
示す説明図である。第２の磁気装置３３のＮ極、Ｓ極の
配置が右半分と左半分で互い違いにずれているので、タ
ーゲット上での電子が移動する中心軌跡５１が右半分と
左半分とで１／４周期ずれる。この結果、右側で電子が
図中縦方向の力を最も大きく受ける部分では、左半分で
は横方向の力を最も大きく受けることになり、以下同様
に右側と左側で相補するようになる。そこで、基板を図
中矢印５７で示したように移動させながらスパッタする
と、ターゲット右半分上でのスパッタ条件と左半分上で
のスパッタ条件とが相補し、基板上に形成される薄膜の
膜厚分布がいっそう均一化する。FIG. 8 is an explanatory diagram similarly showing the magnet arrangement of a square planar sputtering electrode. Since the arrangement of the N and S poles of the second magnetic device 33 is alternately shifted between the right half and the left half, the center locus 51 along which electrons move on the target is 1/4 between the right half and the left half. The period is off. As a result, in the part on the right side in the figure where electrons receive the greatest force in the vertical direction, in the left half they receive the greatest force in the horizontal direction, and in the same way, the right and left sides become complementary. Therefore, when sputtering is performed while moving the substrate as shown by arrow 57 in the figure, the sputtering conditions on the right half of the target and the sputtering conditions on the left half of the target are complementary, and the thickness of the thin film formed on the substrate is The distribution becomes more even.
第９図は本発明のさらに他の実施例を示す説明図であり
、ターゲット裏面に配設される磁石の配置のみを示して
いる。FIG. 9 is an explanatory diagram showing still another embodiment of the present invention, and only shows the arrangement of the magnets arranged on the back surface of the target.
第１の磁気装置はＮ極とＳ極とを離間、並設して構成し
ており、Ｎ極がＳ極を、あるいはＳ極がＮ極を囲繞する
ことなく端部が開放されている。したがって、第１の磁
気装置のＮ極がら発してターゲット面を横切り、再びタ
ーゲット面を経てＳ極に入る磁力線と、ターゲットによ
って形成される閉ループは、磁石の延長方向に沿ってト
ンネル状路を形成するものの、このトンネル状路は閉鎖
されず端部で開放されている。The first magnetic device has a north pole and a south pole arranged side by side apart from each other, and the ends are open without the north pole surrounding the south pole or the south pole surrounding the north pole. Therefore, the magnetic field lines originating from the north pole of the first magnetic device, crossing the target surface, passing through the target surface again and entering the south pole, and the closed loop formed by the target form a tunnel-like path along the extension direction of the magnet. However, this tunnel-like path is not closed and is open at the end.
陰極裏面に第１の磁気装置のみを配置してマグネトロン
スパッタしようとしても、端部側のターゲットは殆どス
パッタされず、中央部の極く狭い領域しかスパッタされ
ない。また、放電インピーダンスが高く、放電も不安定
である。Even if magnetron sputtering is attempted by arranging only the first magnetic device on the back surface of the cathode, the target on the end side is hardly sputtered, and only a very narrow area at the center is sputtered. Furthermore, the discharge impedance is high and the discharge is unstable.
本発明のスパッタリング装置では、上記の第１の磁気製
Ｗ１３１の間に、Ｎ極とＳ極とを交互に配置した第２の
磁気装置３３を形成している。第１および第２の磁気装
置の影響を受けて、電子はターゲット上を図中に破線で
中心軌跡５１を示したように蛇行運動する。これにより
、電子によりＡｒガス等の雰囲気ガスが電離する確率が
増加し、インピーダンスが低下して放電が容易となり、
また、ターゲットのスパッタ速度が増加し、しかも二ロ
ーションの問題が生じることも防止される。In the sputtering apparatus of the present invention, a second magnetic device 33 in which north poles and south poles are alternately arranged is formed between the first magnetic W131. Under the influence of the first and second magnetic devices, the electrons meander over the target as shown by a center locus 51 in the figure with a broken line. As a result, the probability that atmospheric gas such as Ar gas is ionized by electrons increases, impedance decreases, and discharge becomes easier.
Also, the sputtering rate of the target is increased and the two-lotion problem is also prevented.
＾匪匹処末
本発明によれば、電界と直交する磁界を掛け、ターゲッ
ト上の磁界とターゲット面との交差領域のトンネル状路
内に電子を集束するスパッタリング方法において、上記
磁界と交差する第２の磁界を掛け、この磁界によりター
ゲット面で電子を斜行ないし蛇行運動させることにより
、ターゲット面上をより広範囲な領域にわたって電子を
運動させることができ、ターゲットの局部的な二ローシ
ョンを緩和し、また、放電の安定化を実現することがで
きる。According to the present invention, in a sputtering method in which a magnetic field perpendicular to an electric field is applied and electrons are focused in a tunnel-like path in a region where the magnetic field on the target intersects with the target surface, By applying a magnetic field of 2 and causing the electrons to move obliquely or in a meandering manner on the target surface, it is possible to move the electrons over a wider area on the target surface, thereby relaxing the local 2 lotion of the target. In addition, stabilization of discharge can be realized.
本発明のスパッタリング装置によれば、第１の磁気装置
のＮ極とＳ極との間に、第１の磁気装置による電子の移
動方向に離間して交互にＮ極とＳ極とを配置して第２の
磁気装置とすることにより、上記電子の蛇行運動を簡便
に実施することができる。According to the sputtering apparatus of the present invention, the N pole and the S pole are arranged alternately between the N pole and the S pole of the first magnetic device so as to be spaced apart in the direction of movement of electrons by the first magnetic device. By using the second magnetic device as the second magnetic device, the meandering motion of the electrons can be easily performed.
第１図は、本発明のスパッタ装置の実施例を示す概略構
成図である。
第２図は、本発明のスパッタ電極の実施例を示す分解斜
視図、第３図は断面図、第４図は磁気装置の磁石配置を
示す平面図、第５図は電子の運動の中心軌跡を示す平面
図である。
第６図は、磁気装置の磁石の配置例を示す平面図である
。
第７図および第８図は角型のスパッタ電極における配置
例を示す平面図である。
第９図は１本発明のスパッタ電極においてターゲット裏
面に配設される磁石の他の配置例を示す平面図である。
第１０図は、従来の高速マグネトロンスパッタリング装
置における磁気装置を示す一部切欠斜視図であり、第１
１図は断面図である。
１１・・・基板 １３・・・ターゲット１５・
・・陰極 ３１・・・第１の磁気装置３１Ｎ・
・・第１の磁気装置のＮ磁石
３１ｓ・・・第１の磁気装置のＳ磁石
３３・・・第２の磁気装置
３３〜・・・第２の磁気装置のＮ磁石
３３９・・・第２の磁気装置のＳ磁石
３５・・・磁気装置
５１・・・電子の中心軌跡
特許出願人真空器械工業株式会社
第２図
第４図
第５ス
第６図
第７図 第８図FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a sputtering apparatus of the present invention. Fig. 2 is an exploded perspective view showing an embodiment of the sputtering electrode of the present invention, Fig. 3 is a cross-sectional view, Fig. 4 is a plan view showing the magnet arrangement of the magnetic device, and Fig. 5 is a central locus of electron movement. FIG. FIG. 6 is a plan view showing an example of arrangement of magnets of the magnetic device. FIGS. 7 and 8 are plan views showing examples of arrangement of square sputter electrodes. FIG. 9 is a plan view showing another arrangement example of the magnets arranged on the back surface of the target in the sputtering electrode of the present invention. FIG. 10 is a partially cutaway perspective view showing a magnetic device in a conventional high-speed magnetron sputtering device;
Figure 1 is a cross-sectional view. 11...Substrate 13...Target 15.
...Cathode 31...First magnetic device 31N.
...N magnet 31s of the first magnetic device...S magnet 33 of the first magnetic device...Second magnetic device 33-...N magnet 339 of the second magnetic device...Second S magnet 35 of the magnetic device... Magnetic device 51... Center locus of electrons Patent applicant: Shinku Kikai Kogyo Co., Ltd. Figure 2 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8
Claims (1)
直交する第１の磁界を形成する第１の磁気装置を設け、
該第１の磁気装置のＮ極から該ターゲット面を通過した
のち再び該ターゲット面を経てＳ極に入る磁力線と該タ
ーゲット面とにより閉ループを形成し、該第１の磁気装
置による磁界によりこの閉ループを連設してトンネル状
路を形成し、このトンネル状路内をその延長方向に沿っ
て電子を運動させるスパッタリング方法であって、 前記第１の磁界と交差する第２の磁界を前記ターゲット
面上に形成し、前記トンネル状路内をその延長方向に沿
って運動する電子に該第１の磁界と第２の磁界との双方
を加え、前記ターゲット面上で該電子を斜行ないし蛇行
運動させることを特徴とするスパッタリング方法。 ２、ターゲット面を有し電界が印加される陰極と、 該陰極のターゲット面の裏面側に設けられた第１の磁気
装置とを具え、該第１の磁気装置はターゲット面側に向
けられたＮ極およびＳ極からなる一対の磁極を有し、こ
の一方の磁極は他方の磁極を離間して囲繞し、該Ｎ極か
らの磁力線は前記ターゲット面を通過したのち再び該タ
ーゲット面を経てＳ極に入り該ターゲット面と磁力線と
により閉ループが形成され、前記一対の磁極の延長方向
に沿って閉ループが延設されて閉じられたトンネル状路
を形成するスパッタリング装置において、前記第１の磁
気装置のＮ極とＳ極との間に第２の磁気装置を設け、該
第２の磁気装置はそのＮ極およびＳ極を、該第１の磁気
装置のＮ極およびＳ極の延長方向で離間して交互にター
ゲット面側に向けてなることを特徴とするスパッタリン
グ装置。 ３、ターゲット面を有し電界が印加される陰極と、 該陰極のターゲット面の裏面側に設けられた第１の磁気
装置とを具え、該第１の磁気装置は離間してターゲット
面側に向けられて並設されたＮ極およびＳ極からなる一
対の磁極を有し、該Ｎ極からの第１の磁力線は前記ター
ゲット面を通過したのち再び該ターゲット面を経てＳ極
に入り、該ターゲット面と磁力線とにより閉ループが形
成され、前記一対の電極の延長方向に沿って閉ループが
延設されて端部が開放したトンネル状路を形成するスパ
ッタリング装置であって、 前記第１の磁気装置のＮ極とＳ極との間に第２の磁気装
置を設け、該第２の磁気装置はそのＮ極およびＳ極を、
該第１の磁気装置のＮ極およびＳ極の延長方向で離間し
て交互にターゲット面側に向けてなることを特徴とする
スパッタリング装置。[Claims] 1. A first magnetic device that forms a first magnetic field perpendicular to the electric field on the target surface of the cathode to which the electric field is applied;
A closed loop is formed by the magnetic field lines that pass from the north pole of the first magnetic device, pass through the target surface, and then enter the south pole via the target surface again, and the target surface, and this closed loop is formed by the magnetic field from the first magnetic device. are arranged in series to form a tunnel-like path, and electrons are moved along the extending direction within this tunnel-like path, the sputtering method comprising: applying a second magnetic field intersecting the first magnetic field to the target surface; Both the first magnetic field and the second magnetic field are applied to the electrons formed on the target surface and moving in the tunnel-like path along its extension direction, causing the electrons to move obliquely or meanderingly on the target surface. A sputtering method characterized by: 2. A cathode having a target surface and to which an electric field is applied, and a first magnetic device provided on the back side of the target surface of the cathode, the first magnetic device being directed toward the target surface. It has a pair of magnetic poles consisting of an N pole and an S pole, one of the magnetic poles surrounds the other magnetic pole at a distance, and the lines of magnetic force from the N pole pass through the target surface and then pass through the target surface again to the S. In the sputtering apparatus, a closed loop is formed by the target surface and lines of magnetic force entering the pole, and the closed loop extends along the direction of extension of the pair of magnetic poles to form a closed tunnel-like path, wherein the first magnetic device A second magnetic device is provided between the N and S poles of the first magnetic device, and the second magnetic device separates the N and S poles in an extending direction of the N and S poles of the first magnetic device. A sputtering device characterized in that the sputtering is performed alternately toward the target surface. 3. A cathode having a target surface and to which an electric field is applied, and a first magnetic device provided on the back side of the target surface of the cathode, the first magnetic device being spaced apart and provided on the target surface side. It has a pair of magnetic poles consisting of an N pole and an S pole arranged in parallel, and the first line of magnetic force from the N pole passes through the target surface and then enters the S pole via the target surface again. A sputtering device in which a closed loop is formed by the target surface and the lines of magnetic force, and the closed loop extends along the direction of extension of the pair of electrodes to form a tunnel-like path with an open end, the first magnetic device A second magnetic device is provided between the north and south poles of the
A sputtering apparatus characterized in that the N-pole and S-pole of the first magnetic device are spaced apart in the extending direction and alternately face the target surface side.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15284087A JPS63317671A (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Method and device for sputtering |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15284087A JPS63317671A (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Method and device for sputtering |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63317671A true JPS63317671A (en) | 1988-12-26 |
Family
ID=15549279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15284087A Pending JPS63317671A (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Method and device for sputtering |
Country Status (1)
| Country | Link |
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