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JP2000045069A - Magnetron sputtering device and sputtering method - Google Patents

Magnetron sputtering device and sputtering method

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Publication number
JP2000045069A
JP2000045069A JP21418898A JP21418898A JP2000045069A JP 2000045069 A JP2000045069 A JP 2000045069A JP 21418898 A JP21418898 A JP 21418898A JP 21418898 A JP21418898 A JP 21418898A JP 2000045069 A JP2000045069 A JP 2000045069A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
substrate
gas
magnetron sputtering
sputtering apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21418898A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahide Yokoyama
政秀 横山
Masahiro Yamamoto
昌裕 山本
Toshiyuki Suemitsu
敏行 末光
Tatsuyuki Mori
達之 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP21418898A priority Critical patent/JP2000045069A/en
Publication of JP2000045069A publication Critical patent/JP2000045069A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the uniformity of the thickness of a film on a substrate and to prolong the service life of a target by oppositely arranging a substrate and a planar target in a film forming chamber, placing their centers on the same axis and introducing sputtering gases from plural gas introducing ports therein in such a manner that the amounts thereof to be introduced are respectively controllable. SOLUTION: In a chamber provided with a chimney 16 for preventing sticking and connected to a vacuum pump 8, a circular substrate 1 and a planar target 2 are oppositely arranged, and the respective centers are placed on a center axis C. This chamber 7 is provided with sputtering gas introducing ports 18 at >=3 places, from which sputtering gases are introduced through mass flow controllers 5' and 5" and valves 6' and 6". Then, voltage is applied from a high voltage power source 10 to an electrode 9 provided with a magnet placed with a target 2. In this way, plasma is generated, and the target 2 is sputtered to form a thin film on a substrate 1. At this time, while flow rate set value in the mass flow controllers 5' and 5" is changed from the initial stage of the use of the target 2 to the end of the life, the amounts of the gases to be introduced are controlled.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンスパ
ッタリング装置及びスパッタリング方法に関するもので
ある。
The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus and a sputtering method.

【0002】[0002]

【従来の技術】基板に薄膜を堆積させる技術としてマグ
ネトロンスパッタリング技術が用いられている。マグネ
トロンスパッタリング技術は、低温高速スパッタが可能
で、現在のスパッタリング技術を用いる成膜装置での主
流となっている。マグネトロンスパッタリング技術は放
電などにより、ターゲット付近にプラズマを発生させ、
このプラズマのイオンをターゲットに衝突させることに
より粒子をスパッタさせ、スパッタした粒子を基板に付
着させる方法で薄膜を形成する。
2. Description of the Related Art As a technique for depositing a thin film on a substrate, a magnetron sputtering technique is used. The magnetron sputtering technique can perform low-temperature high-speed sputtering, and is the mainstream in a film forming apparatus using the current sputtering technique. Magnetron sputtering technology generates plasma near the target by discharging, etc.
Particles are sputtered by colliding ions of the plasma with a target, and a thin film is formed by a method of attaching the sputtered particles to a substrate.

【0003】図6、図7と図8を用いて従来例を説明す
る。図6は、従来用いられている平板ターゲットを用い
たマグネトロンスパッタリング装置の成膜室を示す断面
図である、先ず、装置の構成について説明すると、図中
符号1は膜を付着させるための基板、2は平板ターゲッ
ト、3はターゲット裏面に配置された磁石、4は磁石2
により形成される磁場である。さらに、5は放電を発生
させるために導入するスパッタガス(一般的にはアルゴ
ンガス)の流量を制御するマスフローコントローラ、6
はチャンバー7を高真空に排気する際にスパッタガスを
遮断するバルブ、8はチャンバー7を高真空に排気する
ためのポンプ、10は電極9に高電圧を印可するための
高圧電源である。また、17はアースシールドである。
A conventional example will be described with reference to FIGS. 6, 7 and 8. FIG. 6 is a sectional view showing a film forming chamber of a magnetron sputtering apparatus using a conventionally used flat plate target. First, the structure of the apparatus will be described. 2 is a flat target, 3 is a magnet arranged on the back of the target, 4 is a magnet 2
Is a magnetic field formed by Further, 5 is a mass flow controller for controlling a flow rate of a sputtering gas (generally, an argon gas) to be introduced to generate a discharge.
Is a valve for shutting off the sputtering gas when the chamber 7 is evacuated to a high vacuum, 8 is a pump for evacuating the chamber 7 to a high vacuum, and 10 is a high voltage power supply for applying a high voltage to the electrode 9. Reference numeral 17 denotes an earth shield.

【0004】次に動作を説明する。チャンバー7内に
は、基板1と平板ターゲット2とが、それぞれの中心が
中心軸Cに関して同軸となるように対面して配置されて
おり、ここにスパッタガスをマスフローコントローラ5
を通じて導入後、ターゲット2ヘグロー放電用の高圧電
源10より電力を供給すると、磁場4の磁力線に閉じ込
められたスパッタ用の高密度プラズマが発生する。この
プラズマ中のイオンが、ターゲット2の表面に衝突する
と、ターゲット2の原子がスパッタされ、基板1のター
ゲット2と向かい合った表面に付着し、薄膜が形成され
る。
Next, the operation will be described. In the chamber 7, the substrate 1 and the flat plate target 2 are arranged so as to face each other such that their centers are coaxial with respect to the central axis C.
Is supplied to the target 2 from the high-voltage power supply 10 for glow discharge, high-density plasma for sputtering confined by the magnetic field lines of the magnetic field 4 is generated. When the ions in the plasma collide with the surface of the target 2, atoms of the target 2 are sputtered and adhere to the surface of the substrate 1 facing the target 2 to form a thin film.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記したマグネトロン
スパッタリング装置において、プラズマの密度は磁場4
内の符号11で示される領域で高くなっている。ターゲ
ット2はプラズマにより侵食されるため、プラズマ密度
が高い領域11付近ではターゲット2の侵食速度が速く
なり、特にプラズマ密度が高い領域11の中心部の直下
に位置する符号12で示される付近でターゲット2の侵
食速度が局所的に速くなる。図7は、上記の構成で用い
たターゲット2を利用限界まで使用した時(以下、寿命
時と呼ぶ)の侵食形状を中心軸Cを含む断面において示
した図である。但し、中心軸Cに対して対称な部分は省
略している。図7において、符号13はスパッタ前のタ
ーゲット2の外形状、14はスパッタされた部分、15
がスパッタされずに残った部分である。図7に見られる
ように、D点の付近(図6の符号12で示される部分に
相当する部分)が著しく侵食され、断面V字状の侵食面
が生じる。
In the above magnetron sputtering apparatus, the density of the plasma is
In the region indicated by reference numeral 11 in FIG. Since the target 2 is eroded by the plasma, the erosion rate of the target 2 increases near the region 11 where the plasma density is high, and particularly the target 2 near the region indicated by the reference numeral 12 located immediately below the center of the region 11 where the plasma density is high. The erosion rate of No. 2 is locally increased. FIG. 7 is a diagram showing the erosion shape in a cross section including the central axis C when the target 2 used in the above configuration is used up to the utilization limit (hereinafter referred to as “lifetime”). However, parts symmetrical with respect to the central axis C are omitted. In FIG. 7, reference numeral 13 denotes an outer shape of the target 2 before sputtering, 14 denotes a sputtered portion, 15
Is the portion left without being sputtered. As shown in FIG. 7, the vicinity of point D (corresponding to the portion indicated by reference numeral 12 in FIG. 6) is significantly eroded, and an eroded surface having a V-shaped cross section is generated.

【0006】図8は、図6に示したマグネトロンスパッ
タリング装置を用い、共に平面円形であるターゲット2
および基板1を用いて成膜した時の基板1の面内上下左
右位置での膜厚分布を示す図である。同図において、横
軸は基板中心(即ち、中心軸C)から上下左右各方向に
沿って離間する距離を示し、縦軸は基板中心での膜厚を
1とした時の各離間距離における膜厚の相対膜厚であ
る。図のように、円周方向に膜厚のバラツキが見られ、
基板1の面内膜厚の均一性において問題がある。特に、
光ディスク等の光学薄膜では±2%以内という高い膜厚
均一性が要求されてきており、技術上の大きな問題とな
ってきている。また、ターゲット2の浸食深さも場所に
よって異なるため、ターゲット2を充分に使用できず、
製造コストの増加を招くことにもなる。
FIG. 8 shows a plan view of a target 2 having a planar circular shape using the magnetron sputtering apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing film thickness distributions at upper, lower, left, and right positions in the plane of the substrate 1 when a film is formed using the substrate 1. In the figure, the abscissa indicates the distance apart from the center of the substrate (that is, the center axis C) along the up, down, left, and right directions, and the ordinate indicates the film at each separation distance when the film thickness at the center of the substrate is 1. It is a relative film thickness. As shown in the figure, there is a variation in film thickness in the circumferential direction,
There is a problem in the uniformity of the in-plane film thickness of the substrate 1. In particular,
Optical thin films such as optical disks are required to have a high film thickness uniformity of ± 2% or less, which is a major technical problem. In addition, since the erosion depth of the target 2 varies depending on the location, the target 2 cannot be used sufficiently,
This also leads to an increase in manufacturing costs.

【0007】本発明は上記のこれらの問題点を解決し、
膜厚の均一性の向上とターゲットの長寿命化を図ったマ
グネトロンスパッタリング装置並びにスパッタリング方
法を提供することを目的とする。
[0007] The present invention solves these problems described above,
It is an object of the present invention to provide a magnetron sputtering apparatus and a sputtering method that improve the uniformity of film thickness and extend the life of a target.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る第1のマグネトロンスパッタリング
装置は、基板と平板ターゲットとが、それぞれの中心が
同軸上に位置するように成膜室内に対向配置されるマグ
ネトロンスパッタリング装置において、成膜室内にスパ
ッタガスを導入するためのガス導入口を3ケ所以上装着
したことを特徴とする。また、上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る第1のスパッタリング方法は、基板
と平板ターゲットとを、それぞれの中心が同軸上に位置
するように成膜室内に対向配置し、3ケ所以上のガス導
入口から成膜室内にスパッタガスを導入するとともに、
ガス導入口に設けられたマスフローコントローラの流量
設定値をターゲットの使用初期から寿命時まで変更しな
がら行うことを特徴とする。また、上記の目的を達成す
るために、本発明に係る第2のマグネトロンスパッタリ
ング装置は、基板と平板ターゲットとが、それぞれの中
心が同軸上に位置するように成膜室内に対向配置される
マグネトロンスパッタリング装置において、平板ターゲ
ットの周辺を包囲して基板方向に立設する下部部材と、
基板の全表面が露呈する開口を有し、かつ下部部材より
大径で、該下部部材の基板側端部を包囲する蓋状の上部
部材とを同軸に配置して形成される真空排気口を成膜室
内に備えることを特徴とする。また、上記の目的を達成
するために、本発明に係る第2のスパッタリング方法
は、上記第2のマグネトロンスパッタリング装置を用
い、真空排気口から排気しながら行うことを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, a first magnetron sputtering apparatus according to the present invention forms a film so that a substrate and a flat plate target are located coaxially with each other. In a magnetron sputtering apparatus opposed to a room, three or more gas inlets for introducing a sputtering gas into the film forming chamber are provided. In order to achieve the above object, a first sputtering method according to the present invention comprises: disposing a substrate and a flat plate target in a film forming chamber so that their centers are coaxially positioned; While introducing a sputtering gas from the above gas inlet into the film forming chamber,
It is characterized in that the setting is performed while changing the flow rate set value of the mass flow controller provided at the gas inlet from the initial use of the target to the end of its life. In order to achieve the above object, a second magnetron sputtering apparatus according to the present invention provides a magnetron sputtering apparatus in which a substrate and a flat plate target are opposed to each other in a film forming chamber such that their respective centers are located coaxially. In the sputtering apparatus, a lower member surrounding the flat plate target and standing upright toward the substrate,
A vacuum exhaust port having an opening through which the entire surface of the substrate is exposed, having a diameter larger than that of the lower member, and being formed coaxially with a lid-like upper member surrounding the substrate-side end of the lower member. It is provided in a film formation chamber. In order to achieve the above object, a second sputtering method according to the present invention is characterized in that the second sputtering method is performed using the second magnetron sputtering apparatus while evacuating from a vacuum exhaust port.

【0009】[0009]

【作用】マグネトロンスパッタリング装置では、成膜速
度は真空度、投入パワー、ターゲットの結晶方位、電界
分布、ターゲット近傍の磁束密度及び分布等、いろいろ
なパラメーターに依存する。円形基板での周方向の膜厚
分布については、特にターゲット近傍の真空度の影響が
大きい。従って、ターゲット近傍での真空度を一定にす
ることにより、円形基板の周方向の膜厚のバラツキを低
減することができる。そこで、本発明においては、スパ
ッタリング成膜用のアルゴンガス、またはアルゴンガス
及び反応性ガスの導入口をそれぞれ3ヶ所以上設置し、
各導人口でのガス流量をコントロールする構成(第1の
マグネトロンスパッタリング装置)、あるいはターゲッ
トの周辺を包囲して基板方向に立設する下部部材と、基
板の全表面が露呈する開口を有し、かつ下部部材の基板
側端部を包囲する蓋状の上部部材とを同軸に配置して形
成される真空排気口を成膜室内に備える構成(第2のマ
グネトロンスパッタリング装置)とすることにより、タ
ーゲット近傍の真空度を一定にし、ターゲット初期から
寿命時まで、例えば±2%以内という高度の膜厚均一性
を得ることができる。また、ターゲットの局所的な浸食
を防ぎ、ターゲット寿命の向上を図れる。
In the magnetron sputtering apparatus, the deposition rate depends on various parameters such as the degree of vacuum, the input power, the crystal orientation of the target, the electric field distribution, the magnetic flux density and distribution near the target. Regarding the thickness distribution in the circumferential direction on a circular substrate, the degree of vacuum in the vicinity of the target is particularly large. Therefore, by making the degree of vacuum in the vicinity of the target constant, it is possible to reduce variations in the thickness of the circular substrate in the circumferential direction. Therefore, in the present invention, argon gas for sputtering film formation, or three or more inlet ports for argon gas and reactive gas are installed, respectively,
A configuration (first magnetron sputtering device) for controlling the gas flow rate in each population, or a lower member surrounding the target and standing upright toward the substrate, and an opening exposing the entire surface of the substrate, In addition, the target is formed by providing a vacuum exhaust port formed by coaxially disposing a lid-like upper member surrounding the substrate-side end of the lower member in the film forming chamber (a second magnetron sputtering apparatus). By keeping the degree of vacuum in the vicinity constant, a high film thickness uniformity of, for example, within ± 2% can be obtained from the initial stage of the target to the end of its life. In addition, local erosion of the target can be prevented, and the life of the target can be improved.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態として外径20
3mm、厚さ6mmの円形ターゲットを用いたマグネト
ロンスパッタリング装置を例にとり、図1から図5を用
いて以下に説明する。 (第1の実施形態)まず、図1に本発明のマグネトロン
スパッタリング装置の第1の実施形態における成膜室の
断面図を示す。ここで用いるカソード部の構造は中心軸
Cに対して回転対称であり、チャンバー7に膜が付着し
難いように、基板1とタ−ゲット2の周りに円筒状のチ
ムニー16が装着されている。また、アルゴンガス及び
反応性ガス(酸素、窒素、メタン系、亜酸化窒素、アン
モニア、硫化水素、水素ガス等)をそれぞれガス導入バ
ルブ6’及び6”を介してマスフローコントローラ5’
及び5”で導入する。また、チムニー16には、図2に
その上面図が示めされるように、その周方向に沿って等
間隔に、かつターゲット2から同一高さとなるように、
8つのガス導入口18が設けられている。尚、その他の
構成については、図6に示したマグネトロンスパッタリ
ング装置と同様である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As an embodiment of the present invention, an outer diameter 20
An example of a magnetron sputtering apparatus using a circular target having a thickness of 3 mm and a thickness of 6 mm will be described below with reference to FIGS. (First Embodiment) First, FIG. 1 shows a sectional view of a film forming chamber in a magnetron sputtering apparatus according to a first embodiment of the present invention. The structure of the cathode portion used here is rotationally symmetric with respect to the central axis C, and a cylindrical chimney 16 is mounted around the substrate 1 and the target 2 so that the film does not easily adhere to the chamber 7. . Further, an argon gas and a reactive gas (oxygen, nitrogen, methane, nitrous oxide, ammonia, hydrogen sulfide, hydrogen gas, etc.) are supplied to the mass flow controller 5 ′ via the gas introduction valves 6 ′ and 6 ″, respectively.
And 5 ". The chimney 16 is also provided at regular intervals along its circumferential direction and at the same height from the target 2 as shown in the top view of FIG.
Eight gas inlets 18 are provided. The other configuration is the same as that of the magnetron sputtering apparatus shown in FIG.

【0011】上記において、それぞれのガス導入口18
からのガス流量は、マスフローコントローラ5’,5”
により制御され、成膜室内でのガス流れが均等に成るよ
うに配慮されている。ガス流量をガス導入口18の設置
場所毎に変更するのは、通常は1台の真空ポンプ8で高
真空排気しているため、ターゲット2の浸食形状によ
り、ターゲット近傍の場所毎の真空度が微妙に異なるた
めである。また、ポンプ8の装着位置等によっても各場
所での真空度が異なるために、それを補正するために流
量バランスの調整が必要となってくる。また、マスフロ
ーコントローラ5’,5”の流量設定値は、ターゲット
2の使用初期から寿命時まで変更される。ターゲット2
の浸食深さ・形状は、ほぼ積算電力に比例し、この積算
電力がある値を越えた時点でターゲット寿命となる。従
って、積算電力に合わせて各マスフローコントローラ
5’,5”の流量設定値を変更することで、常に基板1
の周方向における膜厚のバラツキを最小にすることが出
来る。また、ターゲット2の寿命は目視によっても確認
でき、ターゲット2の浸食状態を目視にて観察しつつ、
それに合わせて各マスフローコントローラ5’,5”の
流量設定値を変更してもよい。ガス流量の調整の一例を
示すと、図2に示す位置〜のガス導入口18におい
て、ターゲット2の浸食状況に応じて、それぞれに接続
するマスフローコントローラの流量設定値が変えられる
が、それに加えてターゲット2の減少に伴ってガス流量
の多いガス導入口ではよりガス流量が多くなるように、
一方ガス流量の少ないガス導入口ではよりガス流量が少
なくなるように、それぞれのマスフローコントローラの
流量設定値を変更する。これにより、ターゲット2の浸
食を均一化してターゲット寿命を延ばすとともに、基板
上の膜厚分布の均一化を図ることができる。
In the above, each gas inlet 18
Gas flow from the mass flow controllers 5 ', 5 "
And the gas flow in the film forming chamber is made uniform. The reason why the gas flow rate is changed for each installation location of the gas inlet 18 is that high vacuum evacuation is usually performed by one vacuum pump 8, so that the degree of vacuum at each location in the vicinity of the target depends on the erosion shape of the target 2. This is because they are slightly different. Further, since the degree of vacuum at each location differs depending on the mounting position of the pump 8 and the like, it is necessary to adjust the flow rate balance to correct the degree of vacuum. The flow rate set values of the mass flow controllers 5 'and 5 "are changed from the initial use of the target 2 to the end of its life.
The erosion depth / shape is substantially proportional to the integrated power, and the target life is reached when the integrated power exceeds a certain value. Therefore, by changing the flow rate set value of each mass flow controller 5 ′, 5 ″ according to the integrated power, the substrate 1
Can be minimized in the circumferential direction. In addition, the life of the target 2 can be confirmed visually, and while the erosion state of the target 2 is visually observed,
The flow rate set values of the mass flow controllers 5 ′ and 5 ″ may be changed in accordance with this. In an example of the gas flow rate adjustment, the erosion state of the target 2 at the gas inlet 18 at the position shown in FIG. The mass flow controller connected to each of the mass flow controllers is changed in accordance with the value of the target 2. In addition, the gas flow rate is increased at the gas inlet having a large gas flow rate with the decrease in the target 2, so that the gas flow rate is increased.
On the other hand, the flow rate set values of the respective mass flow controllers are changed so that the gas flow rate becomes smaller at the gas inlet having a smaller gas flow rate. Thereby, the erosion of the target 2 can be made uniform, the life of the target can be extended, and the film thickness distribution on the substrate can be made uniform.

【0012】上記のマグネトロンスパッタリング装置を
用いて、ターゲット2を硫化亜鉛(ZnS)とし、表1
に示す如く各ガス導入口18からガス流量を調整してア
ルゴンガスと反応性ガスとを導入し、高周波マグネトロ
ンスパッタで成膜した。その際、ターゲット2の減少と
ともに、ガス流量が2.0未満のガス導入口、では
ガス流量が少なくするように、ガス流量が2.0を越え
るガス導入口、ではガス流量が多くなるように、更
にガス流量が2.0のガス導入口、、、ではガ
ス流量をそのまま維持するように、それぞれのマスフロ
ーコントローラの流量設定値を変更した。成膜条件は、
ターゲット2は使用初期のものを使用し、成膜室内ガス
圧5mTorr、投入電力1KWである。
Using the above magnetron sputtering apparatus, the target 2 was made of zinc sulfide (ZnS).
The argon gas and the reactive gas were introduced by adjusting the gas flow rate from each gas inlet 18 as shown in FIG. At that time, as the target 2 decreases, the gas flow rate is reduced at the gas introduction port whose gas flow rate is less than 2.0, and the gas flow rate is increased at the gas introduction port whose gas flow rate exceeds 2.0. Further, in the gas inlet having a gas flow rate of 2.0, the flow rate set value of each mass flow controller was changed so as to maintain the gas flow rate as it was. The deposition conditions are
The target 2 was used at the beginning of use, and the gas pressure in the film formation chamber was 5 mTorr and the input power was 1 KW.

【0013】[0013]

【表1】 [Table 1]

【0014】成膜後、基板1の面内膜厚分布を図8に従
って測定した。結果を図3に示すが、従来のマグネトロ
ンスパッタリング装置を用いて成膜した図8に比較し
て、格段に周方向のバラツキが低減された。
After the film formation, the in-plane film thickness distribution of the substrate 1 was measured according to FIG. The results are shown in FIG. 3. As shown in FIG. 8, the variation in the circumferential direction was significantly reduced as compared with FIG. 8 in which a film was formed using a conventional magnetron sputtering apparatus.

【0015】また、従来のマグネトロンスパッタリング
装置を用い、利用限界にあるターゲット2を装着して上
記と同一の成膜条件(ガス圧5mTorr、投入電力1
KW)で成膜を行った。基板1の面内膜厚分布を図4に
示すが、基板1の周方向における膜厚のバラツキは増大
している。そこで、本実施形態のマグネトロンスパッタ
リング装置に利用限界にあるターゲット2を装着し、ガ
ス流量を表1に示す如く調整して成膜した。成膜条件は
同一である。その結果、図3に示すようなバラツキの無
い膜厚分布にすることができた。このことは、ガス流量
を調整することにより、ターゲット2を有効利用できる
ことを示している。
Further, using a conventional magnetron sputtering apparatus, a target 2 having a limited use limit is mounted, and the same film forming conditions as those described above (gas pressure 5 mTorr, input power 1
KW). FIG. 4 shows the in-plane film thickness distribution of the substrate 1, and the variation of the film thickness in the circumferential direction of the substrate 1 is increasing. Therefore, the target 2 having the usage limit was attached to the magnetron sputtering apparatus of the present embodiment, and the film was formed by adjusting the gas flow rate as shown in Table 1. The film forming conditions are the same. As a result, a film thickness distribution having no variation as shown in FIG. 3 could be obtained. This indicates that the target 2 can be effectively used by adjusting the gas flow rate.

【0016】このように、成膜室内の複数箇所(3ヶ所
以上)にガス導入口18およびマスフローコントローラ
5’,5”を装着することで、膜厚の基板の周方向にお
けるバラツキが発生しても、真空度のバランスを変更し
て修正できるため、自由度が大きい。
As described above, by mounting the gas inlet 18 and the mass flow controllers 5 'and 5 "at a plurality of locations (three or more locations) in the film forming chamber, variations in the film thickness in the circumferential direction of the substrate occur. Can be modified by changing the balance of the degree of vacuum, so that the degree of freedom is large.

【0017】上記において、ガス導入口18に関して種
々の変更が可能である。例えば、チムニー16における
ガス導入口18の位置は制限されず、基板1に近い側で
も、ターゲット2に近い側でも構わない。また、ガス導
入口18はアースシールド17内に設けることもでき
る。更に、ガス導入口18は、チムニー16に穴を開け
る構成ではなく、マスフローコントローラ5’,5”に
接続するチューブを直接導入しても良い。また、ガス導
入口18の数は、上記した8ケ所に限らず、3ケ所以上
であれば問題無い。
In the above, various changes can be made to the gas inlet 18. For example, the position of the gas inlet 18 in the chimney 16 is not limited, and may be on the side closer to the substrate 1 or on the side closer to the target 2. Further, the gas inlet 18 can be provided in the earth shield 17. Further, the gas inlet 18 may be configured such that a tube connected to the mass flow controllers 5 ′ and 5 ″ may be directly introduced instead of a configuration in which a hole is formed in the chimney 16. There is no problem if there are three or more places, not limited to the three places.

【0018】(第2の実施形態)第2の実施形態のマグ
ネトロンスパッタリング装置は、図5に示すように、タ
ーゲット2の周辺を包囲して基板1方向に立設する下部
部材20と、基板1の全表面が露呈する開口を有し、か
つ下部部材20より大径で、下部部材20の基板側端部
を包囲する上部部材(ここでは、チムニー16で代用)
とが同軸に配置されており、両部材16,20の重なり
部分に真空排気口19が形成されている。この真空排気
口19により均等に排気され、均一で、安定した成膜が
行われる。また、ガス導入口18は下部部材20に設け
られ、これにバルブ6’,6”およびマスフローコント
ローラ5’,5”が接続される。
(Second Embodiment) As shown in FIG. 5, a magnetron sputtering apparatus according to a second embodiment includes a lower member 20 surrounding the periphery of a target 2 and erected in the direction of the substrate 1; An upper member having an opening exposing the entire surface of the lower member 20 and having a diameter larger than that of the lower member 20 and surrounding the substrate-side end of the lower member 20 (here, the chimney 16 is substituted).
Are arranged coaxially, and a vacuum exhaust port 19 is formed at an overlapping portion of the two members 16 and 20. The gas is evacuated uniformly by the vacuum exhaust port 19, and uniform and stable film formation is performed. The gas inlet 18 is provided in the lower member 20, and the valves 6 ', 6 "and the mass flow controllers 5', 5" are connected to the lower member 20.

【0019】本実施形態のマグネトロンスパッタリング
装置は、成膜室内のガス圧が高い時に有効である。例え
ば、図6に示した従来のマグネトロンスパッタリング装
置にこの真空排気口19を設け、ガス圧が30mTor
rと高い状態で成膜したところ、図3と同様にバラツキ
の無い膜厚分布が得られた。また、真空排気口19を形
成する両部材16,20の間隔を変えて同様の実験を行
ったところ、前記間隔が0.5〜10mmの範囲にある
時に良好な膜厚分布が得られた。このことから、上下両
部材の間隔は0.5〜10mmの範囲が最適であると言
える。尚、両部材16,20の重なり部分の長さ(図中
上下方向)を変えて同様の実験を行ったが、膜厚分布へ
の影響は特に見られなかった。
The magnetron sputtering apparatus of this embodiment is effective when the gas pressure in the film forming chamber is high. For example, the vacuum exhaust port 19 is provided in the conventional magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 6 and the gas pressure is 30 mTorr.
When the film was formed at a high value of r, a film thickness distribution without variation was obtained as in FIG. When the same experiment was performed by changing the interval between the two members 16 and 20 forming the evacuation port 19, a good film thickness distribution was obtained when the interval was in the range of 0.5 to 10 mm. From this, it can be said that the distance between the upper and lower members is optimally in the range of 0.5 to 10 mm. A similar experiment was conducted by changing the length of the overlapped portion between the two members 16 and 20 (vertical direction in the drawing), but no particular effect on the film thickness distribution was observed.

【0020】以上、本発明に係る第1および第2の実施
形態のマグネトロンスパッタリング装置について説明し
たが、マグネトロンスパッタリング技術においては、成
膜真空度により主となる依存パラメータは異なる。従っ
て、成膜条件によって上記第1または第2の実施形態の
マグネトロンスパッタリング装置を選択することができ
る。但し、第1の実施形態のマグネトロンスパタリング
装置による均等ガス導入と、第2の実施形態のマグネト
ロンスパタリング装置による均等真空排気とを併用すれ
ば、膜厚均一性はそれぞれが単独の場合よりもさらに良
好となる。具体的には、第1の実施形態のマグネトロン
スパタリング装置を用いることで基板の周方向の膜厚分
布は±2%のバラツキに抑えることができるが、これに
第2の実施形態のマグネトロンスパタリング装置による
均等真空排気とを組み合わせることにより、膜厚分布の
バラツキを1.5%以下にすることが可能となる。
As described above, the magnetron sputtering apparatuses according to the first and second embodiments according to the present invention have been described. In the magnetron sputtering technique, main dependent parameters differ depending on the degree of vacuum for film formation. Therefore, the magnetron sputtering apparatus according to the first or second embodiment can be selected according to the film forming conditions. However, if the uniform gas introduction by the magnetron sputtering apparatus of the first embodiment and the uniform vacuum exhaustion by the magnetron sputtering apparatus of the second embodiment are used together, the film thickness uniformity can be improved as compared with the case where each is used alone. It will be even better. Specifically, the thickness distribution in the circumferential direction of the substrate can be suppressed to ± 2% variation by using the magnetron sputtering apparatus of the first embodiment. By combining with uniform vacuum evacuation by the ring device, it is possible to reduce the variation of the film thickness distribution to 1.5% or less.

【0021】また、本発明は上記実施形態に限定される
ことなく、種々の変更が可能である。例えば、導入ガス
はアルゴンガスと反応性ガスとの混合系ではなく、アル
ゴンガスのみでも良い。また、放電方式も高周波マグネ
トロン放電の他に、直流マグネトロン放電でも良い。
Further, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the introduced gas is not a mixed system of an argon gas and a reactive gas, but may be an argon gas alone. The discharge method may be a DC magnetron discharge in addition to the high-frequency magnetron discharge.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ターゲットを使用初期から利用限界まで使用しても、基
板上に周方向に均一な薄膜を生成することができる。ま
た、高価なターゲットの利用効率が上がり、無駄が少な
くなる。
As described above, according to the present invention,
Even when the target is used from the initial use to the use limit, a uniform thin film can be formed on the substrate in the circumferential direction. In addition, the use efficiency of expensive targets is increased, and waste is reduced.

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

【図1】本発明のマグネトロンスパッタリング装置の第
1の実施形態を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a magnetron sputtering apparatus of the present invention.

【図2】第1の実施形態におけるガス導入の方法の一例
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a gas introduction method according to the first embodiment.

【図3】第1の実施形態による膜厚分布を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a film thickness distribution according to the first embodiment.

【図4】第1の実施形態において、ターゲット使用限界
時の膜厚分布を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a film thickness distribution at the time of a target use limit in the first embodiment.

【図5】本発明のマグネトロンスパッタリング装置の第
2の実施形態を示す図である。
FIG. 5 is a view showing a second embodiment of the magnetron sputtering apparatus of the present invention.

【図6】従来のマグネトロンスパッタリング装置の構成
を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a conventional magnetron sputtering apparatus.

【図7】従来のマグネトロンスパッタリング装置におけ
るターゲットの利用限界時の侵食面を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an eroded surface of a conventional magnetron sputtering apparatus when a target has a limited use.

【図8】従来のターゲット使用初期の膜厚分布を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing a conventional film thickness distribution at the initial stage of using a target.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 ターゲット 5、5′、5″ マスフローコントローラ 16 チムニー(上部部材) 17 アースシールド 18 ガス導入口 19 真空排気口 20 下部部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Target 5, 5 ', 5 "mass flow controller 16 Chimney (upper member) 17 Earth shield 18 Gas introduction port 19 Vacuum exhaust port 20 Lower member

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末光 敏行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 森 達之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4K029 BA51 DA06 DC05 DC35 DC39 EA04 EA09 5F103 AA08 BB06 BB58 RR06 RR08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toshiyuki Suemitsu 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F term (reference) 4K029 BA51 DA06 DC05 DC35 DC39 EA04 EA09 5F103 AA08 BB06 BB58 RR06 RR08

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と平板ターゲットとが、それぞれの
中心が同軸上に位置するように成膜室内に対向配置され
るマグネトロンスパッタリング装置において、成膜室内
にスパッタガスを導入するためのガス導入口を3ケ所以
上装着したことを特徴とするマグネトロンスパッタリン
グ装置。
In a magnetron sputtering apparatus in which a substrate and a flat target are opposed to each other in a film forming chamber such that their centers are located coaxially, a gas inlet for introducing a sputtering gas into the film forming chamber. A magnetron sputtering apparatus, wherein three or more are mounted.
【請求項2】 各ガス導入口の基に、スパッタガスの導
入量を制御するマスフローコントローラが装着されてい
ることを特徴とする請求項1記載のマグネトロンスパッ
タリング装置。
2. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein a mass flow controller for controlling an amount of sputter gas introduced is mounted at a base of each gas inlet.
【請求項3】 各ガス導入口の基に、アルゴンガス用ま
たはアルゴンガス及び反応性ガス用のマスフローコント
ローラが装着されていることを特徴とする請求項1記載
のマグネトロンスパッタリング装置。
3. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein a mass flow controller for an argon gas or an argon gas and a reactive gas is mounted at a base of each gas inlet.
【請求項4】 基板と平板ターゲットとを、それぞれの
中心が同軸上に位置するように成膜室内に対向配置し、
3ケ所以上のガス導入口から成膜室内にスパッタガスを
導入するとともに、ガス導入口に設けられたマスフロー
コントローラの流量設定値をターゲットの使用初期から
寿命時まで変更しながらスパッタリングを行うことを特
徴とするスパッタリング方法。
4. A substrate and a flat plate target are opposed to each other in a film forming chamber such that their centers are located coaxially.
Sputter gas is introduced into the deposition chamber from three or more gas inlets, and sputtering is performed while changing the flow rate set value of the mass flow controller provided in the gas inlet from the initial use of the target to the end of its life. Sputtering method.
【請求項5】 基板と平板ターゲットとを、それぞれの
中心が同軸上に位置するように成膜室内に対向配置し、
3ケ所以上のガス導入口から成膜室内にスパッタガスを
導入するとともに、ガス導入口に設けられたマスフロー
コントローラの流量設定値をターゲットの使用初期から
寿命時まで積算電力を基に変更しながら行うことを特徴
とするスパッタリング方法。
5. A substrate and a flat plate target are opposed to each other in a film forming chamber such that their centers are located coaxially.
The sputtering gas is introduced into the film forming chamber from three or more gas inlets, and the flow rate set value of the mass flow controller provided in the gas inlet is changed from the initial use of the target to the life thereof based on the integrated power. A sputtering method characterized by the above-mentioned.
【請求項6】 基板と平板ターゲットとが、それぞれの
中心が同軸上に位置するように成膜室内に対向配置され
るマグネトロンスパッタリング装置において、平板ター
ゲットの周辺を包囲して基板方向に立設する下部部材
と、基板の全表面が露呈する開口を有し、かつ下部部材
より大径で、該下部部材の基板側端部を包囲する上部部
材とを同軸に配置して形成される真空排気口を成膜室内
に備えることを特徴とするマグネトロンスパッタリング
装置。
6. In a magnetron sputtering apparatus in which a substrate and a flat plate target are opposed to each other in a film forming chamber such that their centers are located coaxially, the magnet surrounds the periphery of the flat plate target and stands upright toward the substrate. A vacuum exhaust port formed by coaxially disposing a lower member and an upper member having an opening through which the entire surface of the substrate is exposed, having a diameter larger than that of the lower member, and surrounding an end of the lower member on the substrate side; A magnetron sputtering apparatus comprising:
【請求項7】 上部部材と下部部材との間隔が0.5〜
10mmであることを特徴とする請求項6記載のマグネ
トロンスパッタリング装置。
7. The distance between the upper member and the lower member is 0.5 to 0.5.
7. The magnetron sputtering apparatus according to claim 6, wherein the thickness is 10 mm.
【請求項8】 請求項6または7に記載のマグネトロン
スパッタリング装置を用い、真空排気口から排気しなが
らスパッタリングを行うことを特徴とするスパッタリン
グ方法。
8. A sputtering method using the magnetron sputtering apparatus according to claim 6, wherein the sputtering is performed while evacuating from a vacuum exhaust port.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000076858A (en) * 1999-03-24 2000-12-26 히로 산쥬 thin film forming device and liquid crystal display having thin film formed using the same
JP2014148703A (en) * 2013-01-31 2014-08-21 Ulvac Japan Ltd Sputtering device

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