JPH08232063A - Sputtering device - Google Patents
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- JPH08232063A JPH08232063A JP7937896A JP7937896A JPH08232063A JP H08232063 A JPH08232063 A JP H08232063A JP 7937896 A JP7937896 A JP 7937896A JP 7937896 A JP7937896 A JP 7937896A JP H08232063 A JPH08232063 A JP H08232063A
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Abstract
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】本発明はスパッタリング装置
に関し、特に、比較的に広い面積を有する基板の表面
に、タ−ゲット面の全体を有効に消費しながら、均一の
厚みで、かつ、均質な薄膜を作製できるマグネトロンカ
ソード電極を備えたスパッタリング装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus, and more particularly, to a surface of a substrate having a relatively large area, with a uniform thickness and a uniform thickness while effectively consuming the entire target surface. The present invention relates to a sputtering device equipped with a magnetron cathode electrode capable of producing a thin film.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のスパッタリング装置では各種方式
のカソード電極構造が提案されている。その中で、工業
的に、マグネトロン方式のカソード電極構造が最も多く
使用されている。その理由は、膜形成速度が大きいから
である。従来のマグネトロン方式の電極は、さまざまな
タイプが存在する。これらのタイプは、例えば“Thin F
ilm Process ”(アカデミック・プレス出版、1978
年、J.L.VossenとW.Kernによる編集)の75頁〜173
頁、又は「薄膜ハンドブック」(1983年に出版、日
本学術振興会薄膜第131委員会編集)の186頁〜1
89頁に記述されている。2. Description of the Related Art In a conventional sputtering apparatus, various types of cathode electrode structures have been proposed. Among them, the magnetron type cathode electrode structure is most often used industrially. The reason is that the film formation speed is high. There are various types of conventional magnetron type electrodes. These types are, for example, “Thin F
ilm Process "(Academic Press Publishing, 1978
Year, edited by JLVossen and W. Kern), pp. 75-173
Pages or "Thin Film Handbook" (published in 1983, edited by the 131st committee of the Japan Society for the Promotion of Science), pages 186-1
It is described on page 89.
【0003】現在のところ、マグネトロン方式のカソー
ド電極の中で、特に、平面形状を有するタ−ゲットを備
えたPlanar Magnetronカソ−ド電極が工業的に最も有用
である。At present, among the magnetron type cathode electrodes, the Planar Magnetron cathode electrode provided with a target having a planar shape is most industrially most useful.
【0004】従来、矩形の平面形状を有する平板マグネ
トロンカソ−ド電極を用いたスパッタリング装置では、
大面積の基板の上に薄膜を形成する場合に、次の問題
(1)〜(4)が提起される。 (1)装置の巨大化 (2)タ−ゲットの不均一消耗による不経済性 (3)タ−ゲット面での不均一イオン衝撃とプラズマ空
間密度分布の不均一性に起因する基板のスパッタリング
膜の不均質性 (4)タ−ゲット面での不均一イオン衝撃に伴うパ−テ
ィクルの発生以下に、上記の問題(1)〜(4)を分説
する。Conventionally, in a sputtering apparatus using a flat magnetron cathode electrode having a rectangular plane shape,
When a thin film is formed on a large-area substrate, the following problems (1) to (4) are raised. (1) Enlargement of equipment (2) Non-economical due to non-uniform consumption of target (3) Sputtered film on substrate due to non-uniform ion bombardment on target surface and non-uniform plasma spatial density distribution (4) Generation of particles due to non-uniform ion bombardment on target surface The above problems (1) to (4) will be explained below.
【0005】(1)装置の巨大化の問題 スパッタリング装置の中で、基板とタ−ゲットの相対的
位置関係については、例えば「ドライプロセス応用技
術」(小林春洋、岡田隆、細川直吉著、日刊工業新聞出
版、1984年)の63頁及び64頁に記述されてい
る。通常、大面積基板の上に薄膜を形成するときには、
基板並進方式が採用される。この基板並進方式は、矩形
タ−ゲットを配置したスパッタリング装置の内部で、当
該矩形タ−ゲットの表面に平行な面に沿って基板を搬送
しながらスパッタリングを行い、基板の表面に薄膜を形
成する方式である。例えば特公昭63−65754号
(特開昭60−86272号)に、矩形マグネトロンカ
ソ−ド電極を組み込んだ基板並列方式のスパッタリング
装置の構成例が開示されている。当該基板並進方式スパ
ッタリング装置では、基板の搬送方向は、均一な厚みの
薄膜を得るために、矩形タ−ゲットの短辺に平行な方向
に選択される。(1) Problem of enlargement of equipment Regarding the relative positional relationship between the substrate and the target in the sputtering equipment, for example, "Dry process application technology" (Haruhiro Kobayashi, Takashi Okada, Naoyoshi Hosokawa, published daily. Kogyo Shimbun Publication, 1984), pp. 63 and 64. Usually, when forming a thin film on a large area substrate,
Substrate translation method is adopted. In this substrate translation method, sputtering is performed while transporting a substrate along a plane parallel to the surface of the rectangular target in a sputtering apparatus having a rectangular target disposed therein, and a thin film is formed on the surface of the substrate. It is a method. For example, Japanese Patent Publication No. 63-65754 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-86272) discloses a configuration example of a substrate-parallel type sputtering apparatus incorporating a rectangular magnetron cathode electrode. In the substrate translation type sputtering apparatus, the direction of transport of the substrate is selected to be parallel to the short side of the rectangular target in order to obtain a thin film having a uniform thickness.
【0006】一般的に、タ−ゲットの短辺の長さよりも
基板の寸法が大きいとき、基板上に均一な厚みの薄膜を
形成するためには、成膜されながら移送される基板に関
し、当該基板の移送距離を充分に大きくとることが要求
される。この要求と、生産性を上げるという要求とに基
づいて、大型基板用の基板並進方式スパッタリング装置
では、現在、その規模が大きくなる傾向がある。Generally, when the dimension of the substrate is larger than the length of the short side of the target, in order to form a thin film having a uniform thickness on the substrate, the substrate to be transferred while being deposited is It is required that the substrate transfer distance be sufficiently large. Based on this demand and the demand for improving productivity, the size of a substrate translation type sputtering apparatus for a large substrate tends to be large at present.
【0007】例えば、本願出願人が製品化した、高さ7
00mm、幅680mmのガラス基板上に±10%以内
の均一性の厚みの薄膜を作製するスパッタリング装置
(ANELVA 3960S)では、短辺の長さ250
mm、長辺の長さ864mmの平板タ−ゲットを有する
マグネトロンカソ−ド電極と、高さ950mm、幅83
0mmのトレイとを用いて成膜を行っている。[0007] For example, the height of 7
In a sputtering device (ANELVA 3960S) for producing a thin film having a uniform thickness within ± 10% on a glass substrate of 00 mm and a width of 680 mm, the short side length is 250.
mm, a magnetron cathode electrode having a flat target with a long side of 864 mm, a height of 950 mm and a width of 83
Film formation is performed using a 0 mm tray.
【0008】さらに、スパッタリング室を真空状態に保
持・管理しながら未処理基板を大気側から搬入するとと
もに膜作製処理済みの基板を大気側に搬出するロ−ドロ
ック機構や、膜作製前の基板を加熱する加熱ゾ−ンや、
ほぼ連続してトレイを搬送するための緩衝用空間などの
必要性から、装置全体の長さは10m〜20mに達す
る。Further, a load lock mechanism for carrying in an unprocessed substrate from the atmosphere side and carrying out a film-forming processed substrate to the atmosphere side while maintaining and controlling the sputtering chamber in a vacuum state, and a substrate before film formation are provided. Heating zone to heat,
Due to the necessity of a buffer space for transporting the tray almost continuously, the length of the entire apparatus reaches 10 m to 20 m.
【0009】(2)タ−ゲットの不均一消耗による不経
済性の問題 マグネトロンカソ−ド電極は、前記の各文献に記述され
るように、そのタ−ゲット表面が不均一なイオン衝撃を
受けるため、不均一に消耗される。この不均一消耗は、
マグネトロンカソ−ド電極においてタ−ゲット表面近傍
に生成される不均一な磁場を利用することが原因で、生
じる。(2) Problem of uneconomicity due to non-uniform consumption of target As described in the above-mentioned documents, the surface of the target is subjected to non-uniform ion bombardment. Therefore, it is consumed unevenly. This uneven wear is
This is caused by utilizing an inhomogeneous magnetic field generated near the target surface in the magnetron cathode electrode.
【0010】従来は、タ−ゲットの不均一消耗に伴う不
経済性と膜厚分布を改良するため、例えば、円筒同軸マ
グネトロンカソ−ド電極や円形平板マグネトロンカソ−
ド電極では、カソ−ド電極内に設けられた磁石組立体の
位置を時間的に変化させる構成を設けていた(特公昭5
5−27627号、特開平3−6372号等)。この構
成は、回転対称の構造を有する電極に適した技術であ
る。この構成によれば、円形平板マグネトロンカソ−ド
電極では、磁石組立体を、ある回転軸の周りに回転させ
ることにより、タ−ゲットの消耗を均一化することがで
きる。反面、かかる構成は、矩形平板状のタ−ゲットを
均一に消耗させる手段としては、有効な技術ではない。Conventionally, in order to improve the uneconomical property and the film thickness distribution due to the uneven consumption of the target, for example, a cylindrical coaxial magnetron cathode electrode or a circular flat plate magnetron cathode electrode is used.
In the case of the cathode electrode, a configuration was provided in which the position of the magnet assembly provided in the cathode electrode was changed with time (Japanese Patent Publication No. Sho 5).
5-27627, JP-A-3-6372). This structure is a technique suitable for an electrode having a rotationally symmetrical structure. According to this configuration, in the circular flat magnetron cathode electrode, the consumption of the target can be made uniform by rotating the magnet assembly around a certain rotation axis. On the other hand, such a configuration is not an effective technique as a means for uniformly consuming a rectangular flat target.
【0011】(3)基板におけるスパッタリング膜の不
均質性の問題 マグネトロンカソ−ド電極のタ−ゲット面におけるイオ
ン衝撃の不均一性は、基板上に形成される膜質の均質性
に影響を与える。この影響を、前述の特公昭63−65
754号(特開昭60−86272号)に記述されてい
る構成を参照して以下に説明する。この構成は、矩形マ
グネトロンカソ−ド電極と基板並進方式のスパッタリン
グ装置の組み合わせで薄膜作製を行う構成である。(3) Problem of non-uniformity of sputtering film on substrate The non-uniformity of ion bombardment on the target surface of the magnetron cathode electrode affects the homogeneity of the film quality formed on the substrate. This effect is described in the above-mentioned JP-B-63-65.
This will be described below with reference to the configuration described in Japanese Patent Application Publication No. 754 (JP-A-60-86272). In this structure, a thin film is formed by a combination of a rectangular magnetron cathode electrode and a substrate translation type sputtering device.
【0012】カソ−ド電極と真空容器壁の間に電圧を印
加して真空中で放電を行い、スパッタリングにより成膜
を行うとき、矩形マグネトロンカソ−ド電極の平板状タ
−ゲットの表面上には磁力線が作る閉じたトンネル状経
路に沿って電子がドリフト運動をし、ル−プ状の軌跡を
描く。ドリフト電子は、ガス分子と衝突してこれをイオ
ン化するため、ドリフト電子の描く軌跡に沿って密度の
高いプラズマが形成される。ドリフト電子の描く軌跡の
真下のタ−ゲット表面は、強いイオン衝撃を受け、スパ
ッタリングされる。実際に、ドリフト電子は極めて多数
であるため、その軌跡はある程度の幅を有する帯形状と
なる。したがって、この帯に沿って形成されるプラズマ
は同様に帯形状になる。タ−ゲット表面上のスパッタリ
ングされる領域も帯形状のル−プ領域となる。When a voltage is applied between the cathode electrode and the wall of the vacuum vessel to discharge in a vacuum and a film is formed by sputtering, a rectangular magnetron cathode electrode is formed on the surface of a flat target. Electron drifts along the closed tunnel-like path created by the lines of magnetic force, drawing a loop-shaped trajectory. Drift electrons collide with gas molecules and ionize them, so that a high-density plasma is formed along the locus drawn by the drift electrons. The target surface immediately below the trajectory drawn by the drift electrons receives a strong ion bombardment and is sputtered. Actually, since the drift electrons are extremely large, the trajectory becomes a band shape having a certain width. Therefore, the plasma formed along this band also has a band shape. The sputtered region on the target surface also becomes a band-shaped loop region.
【0013】移送されるトレイに載せられた基板は、成
膜のため、タ−ゲットの前面空間を通過する。通過に伴
って、基板上の特定箇所は、矩形タ−ゲットの長辺に平
行な2本のスパッタリング帯領域の上方空間を横切って
通過する。この上方空間はプラズマ密度の高い空間であ
る。よく知られるように、スパッタリングされた原子
は、タ−ゲット表面に垂直な方向のみならず、他の様々
な方向に放出される。したがって、基板上の特定箇所に
は、スパッタリング帯領域の上方空間に達する以前から
スパッタリング粒子が堆積し始める。そして、基板上の
特定箇所が最初のスパッタリング帯領域の上方空間に近
づくに従い堆積速度が増加する。この堆積速度は、スパ
ッタリング帯領域の真上位置で最大となる。トレイの更
なる移送により、基板上の特定箇所の堆積速度はいった
ん減少する。基板上の特定箇所が第2のスパッタリング
帯領域に近づくと、堆積速度が再び増加し、スパッタリ
ング帯領域の真上位置で堆積速度が再び最大になる。堆
積速度が最大になるのは2回目である。それ以後のトレ
イの移送では、基板がタ−ゲットの前面空間から遠ざか
るに従って、基板上の特定箇所における堆積速度は、単
調に減少していく。The substrate placed on the transferred tray passes through the front space of the target for film formation. As it passes, a particular location on the substrate passes across the space above the two sputtering strip regions parallel to the long sides of the rectangular target. This upper space is a space having a high plasma density. As is well known, sputtered atoms are emitted not only in a direction perpendicular to the target surface but also in various other directions. Therefore, sputtered particles begin to deposit at a specific location on the substrate before reaching the space above the sputtering zone. Then, the deposition rate increases as the specific location on the substrate approaches the space above the first sputtering zone region. This deposition rate is maximum just above the sputtering zone area. With further transfer of the tray, the deposition rate at a particular location on the substrate once decreases. As a particular location on the substrate approaches the second sputtering zone region, the deposition rate increases again, and at a position directly above the sputtering zone region, the deposition rate again becomes maximum. The deposition rate is maximized for the second time. In subsequent tray transfers, the deposition rate at a particular location on the substrate monotonically decreases as the substrate moves away from the space in front of the target.
【0014】以上のように、基板上の特定箇所に注目す
るとき、成膜速度が時間的に変化する。また、基板表面
に堆積するスパッタリング粒子の入射角度と、基板表面
が接する空間のプラズマ密度は、それぞれ、時間的に大
きく変化する。その結果、基板上に形成された最終的な
薄膜は、基板上の特定箇所に注目すると、膜の厚み方向
に関して、物理的特性が異なる箇所が形成される。As described above, when paying attention to a specific portion on the substrate, the film forming rate changes with time. Further, the incident angle of the sputtered particles deposited on the surface of the substrate and the plasma density of the space in contact with the surface of the substrate change greatly with time. As a result, in the final thin film formed on the substrate, when attention is paid to a specific portion on the substrate, a portion having different physical characteristics is formed in the thickness direction of the film.
【0015】さらに、大型基板上での成膜を目的とし
て、成膜速度の均一性、膜質の均質性の改善のために、
同一の磁極配置の磁石ユニットを4個配置した磁石組立
を考えよう。この場合、磁石ユニットの磁石部分に対向
する基板面上で、膜厚分布が減少する。以上の4連磁石
の場合には、膜厚分布の問題のほかに、複数の磁石ユニ
ットによる磁場が相互干渉して、タ−ゲット表面に平行
な磁場強度において磁場強度「むら」が発生する。この
磁場の干渉による強弱の分布に従って、タ−ゲット面上
でイオン電流密度すなわち、スパッタ量の「むら」を発
生する。したがって、膜厚分布や膜質分布の不均一性を
生じる。このことはすでに、本願出願人の出願に係る特
願平3−194298号で言及している。この先行出願
では、磁場強度「むら」の解決のために、磁極配置が互
いに異なる2種類の磁石ユニットを交互に複数配置する
構造が提案された。この構造は有用ではあるが、近接し
た異極同志の打ち消しあいのために、磁場強度が弱くな
り易い。そのため、強い磁場強度を得るためには、磁石
寸法を大きくする必要があり、かつ、そのための費用が
高くなるという問題がある。Further, for the purpose of film formation on a large substrate, in order to improve the uniformity of the film formation rate and the homogeneity of the film quality,
Consider a magnet assembly in which four magnet units having the same magnetic pole arrangement are arranged. In this case, the film thickness distribution is reduced on the substrate surface facing the magnet portion of the magnet unit. In the case of the above-described four continuous magnets, in addition to the problem of the film thickness distribution, the magnetic fields of a plurality of magnet units interfere with each other, and the magnetic field strength “unevenness” occurs in the magnetic field strength parallel to the target surface. Ion current density, that is, "unevenness" of the amount of sputtering is generated on the target surface according to the distribution of the intensity due to the interference of the magnetic field. Therefore, non-uniformity of the film thickness distribution and the film quality distribution occurs. This has already been mentioned in Japanese Patent Application No. 3-194298 filed by the present applicant. In this prior application, a structure in which a plurality of two kinds of magnet units having different magnetic pole arrangements are alternately arranged to solve the magnetic field intensity “unevenness” was proposed. Although this structure is useful, the strength of the magnetic field tends to be weak due to the cancellation of adjacent opposite poles. Therefore, in order to obtain a strong magnetic field strength, it is necessary to increase the size of the magnet, and there is a problem that the cost for this is high.
【0016】(4)パ−ティクルの発生の問題 マグネトロンカソ−ド電極のタ−ゲット面におけるイオ
ン衝撃の不均一性は、成膜最中のパ−ティクルの発生の
原因になる。前述したように、矩形マグネトロンカソ−
ド電極上のタ−ゲット面では、タ−ゲットの幅に比較し
て狭い幅の1本の閉じた帯状領域が、イオン衝撃を受け
てスパッタエッチングされる。タ−ゲット面上のその他
の領域は、スパッタエッチングされず、しかも、タ−ゲ
ットから飛び出して空間でガス分子と何回も衝突して散
乱されたスパッタリング原子が、その上に堆積する。長
時間スパッタリングを継続すると、タ−ゲット面上のス
パッタリングされる帯状領域以外の面は、スパッタ膜が
形成される。タ−ゲット上に堆積されるスパッタ膜は、
厚くなるに従い、その内部応力のために自然に剥離し、
パ−ティクルとなる。基板上の薄膜に微細なパタ−ンを
加工して電子部品を作るときに、パ−ティクルは良品率
を低下する最大の要因の一つとみなされているので、パ
−ティクルの発生が少ないマグネトロンカソ−ド電極の
開発が望まれている。(4) Problem of Particle Generation The non-uniformity of ion bombardment on the target surface of the magnetron cathode electrode causes the generation of particles during film formation. As mentioned above, the rectangular magnetron cathode
On the target surface on the gate electrode, one closed band-like region having a width smaller than the width of the target is sputter-etched by ion bombardment. Other regions on the target surface are not sputter-etched, and sputtered atoms that scatter out of the target, scattered by colliding with gas molecules many times in space and depositing thereon. When the sputtering is continued for a long time, a sputtered film is formed on the surface other than the strip-like region to be sputtered on the target surface. The sputtered film deposited on the target is
As it gets thicker, it naturally peels off due to its internal stress,
It becomes a particle. When processing fine patterns on a thin film on a substrate to produce electronic components, particles are regarded as one of the biggest factors in lowering the yield of non-defective products. -The development of a gate electrode is desired.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
矩形状の平板マグネトロンカソードを用いたスパッタリ
ング装置では種々の問題点が指摘できる。本発明の目的
は、タ−ゲットにイオンが不均一に衝撃を与える問題を
解決し、比較的に大型の矩形基板を静止した状態で良好
な薄膜を形成できるカソード電極構造を有して、かつ、
装置全体を小型化できるスパッタリング装置を提供する
ことにある。本発明の他の目的は、矩形タ−ゲットが不
均一に消耗されることによる不経済性、基板に堆積され
る薄膜の不均質性、パーティクルの発生、の各問題を解
決するカソード電極構造を有するスパッタリング装置を
提供することにある。As described above,
Various problems can be pointed out in the sputtering apparatus using the rectangular plate magnetron cathode. An object of the present invention is to solve the problem that ions bombard a target non-uniformly, to provide a cathode electrode structure capable of forming a good thin film while a relatively large rectangular substrate is stationary, and ,
An object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of reducing the size of the entire apparatus. Another object of the present invention is to provide a cathode electrode structure that solves the problems of uneconomical consumption due to uneven consumption of rectangular targets, inhomogeneity of thin films deposited on a substrate, and generation of particles. An object is to provide a sputtering device having the same.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】第1の発明は、内部を真
空状態にする排気系を備えた真空容器と、この真空容器
の内部に配置され、成膜処理される基板を取り付ける基
板保持部材と、前記基板に対して対向する位置関係で配
置され、前記基板に成膜する矩形平面状タ−ゲットを備
えた少なくとも一つのマグネトロンカソ−ド電極と、前
記真空容器の内部にガスを流通させて内部圧力を適切に
維持するガス制御系と、前記マグネトロンカソ−ド電極
に電力を供給する電源系とを含むスパッタリング装置に
関する発明であって、次の特徴を備えている。 (a)前記マグネトロンカソード電極は、矩形平面状の
一つのターゲットの背面に複数の磁石ユニットを備え
る。 (b)前記磁石ユニットは、ターゲット表面に平行な断
面形状が矩形であり、その長辺が隣の磁石ユニットの長
辺と隣り合うように、複数の磁石ユニットが配置され
る。 (c)前記磁石ユニットの磁極配置は、同一のマグネト
ロンカソード電極に含まれるすべての磁石ユニットにお
いて、互いに等しい。 (d)前記磁石ユニットは、ターゲットの表面上に環状
の電子ドリフト運動軌跡を生じさせるような構造であ
る。 (e)前記複数の磁石ユニットのうち、磁石ユニットの
短辺方向における両端の二つの磁石ユニットがターゲッ
ト表面上に作る磁場の強さは、それより内側の磁石ユニ
ットがターゲット表面上に作る磁場の強さよりも大き
い。 (f)隣り合う磁石ユニットの間に磁気シールド壁が配
置される。A first aspect of the present invention is directed to a vacuum container provided with an exhaust system for evacuating the interior thereof, and a substrate holding member mounted inside the vacuum container for mounting a substrate to be subjected to film formation processing. And at least one magnetron cathode electrode provided with a rectangular planar target for forming a film on the substrate, which is arranged in a positional relationship facing the substrate, and a gas is circulated inside the vacuum container. The present invention relates to a sputtering apparatus including a gas control system that appropriately maintains an internal pressure and a power supply system that supplies electric power to the magnetron cathode electrode, and has the following features. (A) The magnetron cathode electrode includes a plurality of magnet units on the back surface of one rectangular planar target. (B) The magnet unit has a rectangular cross section parallel to the target surface, and a plurality of magnet units are arranged such that a long side is adjacent to a long side of an adjacent magnet unit. (C) The magnetic poles of the magnet units are the same in all the magnet units included in the same magnetron cathode electrode. (D) The magnet unit has a structure that causes an annular electron drift motion locus on the surface of the target. (E) Among the plurality of magnet units, the strength of the magnetic field generated on the target surface by the two magnet units at both ends in the short side direction of the magnet unit is equal to the magnetic field generated on the target surface by the magnet units inside thereof. Greater than strength. (F) The magnetic shield wall is arranged between the adjacent magnet units.
【0019】すなわち、この発明は、一つのターゲット
の背面に複数の磁石ユニットを配置するものであって、
これにより、一つのターゲットの表面に、ドリフト電子
による環状軌跡を複数個形成するようにしたものであ
る。そして、各磁石ユニットの磁極配置を互いに等しく
している。複数の磁石ユニットの磁極配置を互いに等し
くして、これを並べて配置すると、近接した異極同志の
打ち消しあいがなくなり、磁石強度を必要以上に強くし
なくてすむ。しかし、同じ磁極配置の磁石ユニットをな
らべて配置すると、従来技術の項目で述べたように、磁
場強度「むら」が発生しやすい。すなわち、磁場分布の
わずかな相違があるような同等の複数の磁石ユニットを
並べて配置したときには、磁場の相互干渉の結果、磁場
分布の相違が強調されて、全体として不規則性の強い磁
場分布が形成され、これがマグネトロンカソ−ドの放電
特性及び膜厚分布特性に好ましくない影響を及ぼす大き
な要因となる。これを解決するために、本発明では、磁
石ユニット間に強磁性体からなる磁気シ−ルド壁を配置
している。この磁気シ−ルド壁は磁石ユニット間の相互
干渉を防止する働きをもつ。That is, according to the present invention, a plurality of magnet units are arranged on the back surface of one target.
Thus, a plurality of annular trajectories due to drift electrons are formed on the surface of one target. The magnetic poles of the magnet units are made equal to each other. When the magnetic poles of the plurality of magnet units are arranged to be equal to each other and the magnetic poles are arranged side by side, the neighboring magnetic poles do not cancel each other out, and the magnet strength does not need to be increased more than necessary. However, when the magnet units having the same magnetic pole arrangement are arranged side by side, the magnetic field strength “unevenness” is likely to occur as described in the item of the related art. That is, when a plurality of equivalent magnetic units having a slight difference in magnetic field distribution are arranged side by side, the difference in magnetic field distribution is emphasized as a result of mutual interference of magnetic fields, and a magnetic field distribution having a strong irregularity as a whole is generated. It is formed, and this becomes a major factor that adversely affects the discharge characteristics and the film thickness distribution characteristics of the magnetron cathode. In order to solve this, in the present invention, a magnetic shield wall made of a ferromagnetic material is arranged between the magnet units. The magnetic shield wall has a function of preventing mutual interference between the magnet units.
【0020】さらに、この発明では、磁石ユニットがタ
ーゲット表面上に作る磁場の強さに関して、両端の磁石
ユニットの方が内側の磁石ユニットよりも磁場が強くな
っている。一般に、基板の膜厚分布は、基板の中央付近
の膜厚が大きくなりやすく、基板の端部に近付くに従っ
て膜厚が小さくなりやすい。したがって、ターゲットの
中央付近よりも両端付近の磁場を強くすれば膜厚分布の
改善が期待できる。本発明では、矩形状の磁石ユニット
を、その長辺が隣り合うように並べた場合に、両側の二
つの磁石ユニットの作る磁場が、内側の磁石ユニットの
作る磁場より大きくなるようにして、膜厚分布を改善し
ている。ここで、磁石ユニットの磁場の強さの指標とし
ては、図20(B)に示すように、有効磁場強度の環状
軌跡上での平均値BAVを用いることができる。磁石ユ
ニットがターゲット表面上に作る磁場の強さをコントロ
ールするには、磁石ユニット自体の材質や寸法を調節す
る方法のほか、磁石ユニットとターゲットとの値の距離
を調節する方法もある。Further, in the present invention, regarding the strength of the magnetic field created by the magnet units on the target surface, the magnetic units at both ends have stronger magnetic fields than the inner magnet units. In general, regarding the film thickness distribution of the substrate, the film thickness near the center of the substrate tends to increase, and the film thickness tends to decrease toward the edge of the substrate. Therefore, if the magnetic field near both ends of the target is made stronger than near the center, improvement of the film thickness distribution can be expected. According to the present invention, when the rectangular magnet units are arranged so that their long sides are adjacent to each other, the magnetic field created by the two magnet units on both sides is made larger than the magnetic field created by the inner magnet unit, and the film is formed. The thickness distribution is improved. Here, as an index of the magnetic field strength of the magnet unit, as shown in FIG. 20 (B), the average value BAV of the effective magnetic field strength on the circular locus can be used. In order to control the strength of the magnetic field generated by the magnet unit on the target surface, there is a method of adjusting the material and size of the magnet unit itself, and also a method of adjusting the distance between the magnet unit and the target.
【0021】ここで、前述した先行文献の特公昭63−
65754号に開示された電極の構造と、本発明による
電極構造との差異を説明しておく。先行文献に開示され
た電極では、一つのカソ−ド電極には一つの磁石ユニッ
トが含まれ、ドリフト電子による環状軌跡が一つだけ形
成される。そして、このようなカソ−ド電極を複数設け
て、隣同志のカソ−ド電極で環状軌跡の運動方向を同等
にしている。このスパッタリング装置のカソ−ド電極
は、基板を移動させながら薄膜を形成するときに有効で
ある。Here, the Japanese Patent Publication No. 63-
The difference between the electrode structure disclosed in No. 65754 and the electrode structure according to the present invention will be described. In the electrode disclosed in the prior art, one cathode electrode includes one magnet unit, and only one circular locus is formed by drift electrons. By providing a plurality of such cathode electrodes, the movement directions of the annular trajectory are made equal between adjacent cathode electrodes. The cathode electrode of this sputtering apparatus is effective when forming a thin film while moving the substrate.
【0022】これに対して、本発明では、一つのカソ−
ド電極において、その中に複数の磁石ユニットを設け、
これらの磁石ユニットは磁極配置が互いに同じものを並
列に並べ、一つのターゲット上でドリフト電子による環
状軌跡を複数形成するようにしている。隣同志の環状軌
跡ではその電子の運動方向は同等である。On the other hand, in the present invention, one cassette is used.
In the electrode, a plurality of magnet units are provided in it,
These magnet units are arranged in parallel with each other having the same magnetic pole arrangement to form a plurality of circular loci due to drift electrons on one target. In the ring trajectory of the neighbors, the movement direction of the electrons is the same.
【0023】第2の発明は、第1の発明において、両側
の磁石ユニットがターゲット表面上に作る磁場の強さを
内側の磁石ユニットのそれよりも大きくする手段とし
て、磁石ユニットの磁石部分の高さを調節したものであ
る。すなわち、両側の磁石ユニットの磁石部分の高さ
を、内側の磁石ユニットのそれよりも大きくしている。
ここで、磁石部分の「高さ」とは、磁石部分の二つの磁
極表面(N極表面とS極表面)の間の距離を指す。磁石
の材質を同じにした場合、磁石部分の高さを大きくする
と、より強力な磁石となる。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, as a means for increasing the strength of the magnetic field generated on the target surface by the magnet units on both sides higher than that of the inner magnet unit, the height of the magnet portion of the magnet unit is increased. The height is adjusted. That is, the height of the magnet portions of the magnet units on both sides is made larger than that of the inner magnet units.
Here, the “height” of the magnet portion refers to the distance between the two magnetic pole surfaces (N-pole surface and S-pole surface) of the magnet portion. If the materials of the magnets are the same, increasing the height of the magnet portion results in a stronger magnet.
【0024】第3の発明は、第1の発明において、磁石
ユニットの磁場の均等化を図ったものである。すなわ
ち、単体の磁石ユニット内では±5%以内の磁場均等性
をもたせ、磁石ユニット間では±5%以内の磁場均一性
をもたせている。これにより、放電の偏在や不安定性を
なくし、また、基板上の膜厚分布を向上させている。A third aspect of the present invention is intended to equalize the magnetic fields of the magnet units in the first aspect. That is, the magnetic field uniformity within ± 5% is provided within a single magnet unit, and the magnetic field uniformity within ± 5% is provided between the magnet units. This eliminates uneven distribution and instability of the discharge, and improves the film thickness distribution on the substrate.
【0025】ここで、単体の磁石ユニットにおける磁場
均等性と、磁石ユニット間での磁場均一性とについて、
その定義を、以下に説明する。Here, regarding the magnetic field homogeneity in a single magnet unit and the magnetic field homogeneity between magnet units,
The definition is described below.
【0026】図20(A)において、磁石ユニット80
の上方のターゲット表面82において磁石ユニット80
の作る磁場の強さを考える。ターゲット表面82におい
て、磁石ユニット80の中心の直上の点をO点として座
標軸の原点とする。磁石ユニット80の短辺方向をX
軸、長辺方向をY軸、ターゲット表面82に垂直な方向
をZ軸とする。いま、ターゲット表面82上の任意の点
における磁場の強さを磁束密度Bで表わす。この磁束密
度Bはベクトルであり、そのX軸方向の成分をBX、Y
軸方向の成分をBY、Z軸方向の成分をBZとする。ま
た、磁束密度BのXY平面への投影成分をBXYで表わ
す。このBXYはBXとBYの合成ベクトルに等しい。
ターゲットのスパッタ量を左右するのは、ターゲット表
面上での磁場の強さであり、しかも、電界と直交する成
分すなわちBXYの絶対値がスパッタ量に最も影響を及
ぼしている。したがって、磁石ユニットの磁場の強さを
表わす指標としては、ターゲット表面上における磁束密
度のうちターゲット表面に平行な成分BXYの絶対値
(以下、これを有効磁場強度という。)が最も適切であ
る。In FIG. 20A, the magnet unit 80
Magnet unit 80 on the target surface 82 above the
Consider the strength of the magnetic field created by. On the target surface 82, the point immediately above the center of the magnet unit 80 is set as the point O, which is the origin of the coordinate axis. X in the direction of the short side of the magnet unit 80
The axis, the long side direction is the Y axis, and the direction perpendicular to the target surface 82 is the Z axis. Now, the strength of the magnetic field at an arbitrary point on the target surface 82 is represented by the magnetic flux density B. This magnetic flux density B is a vector, and its X-axis direction component is BX, Y
Let the axial component be BY and the Z axial component be BZ. The projection component of the magnetic flux density B on the XY plane is represented by BXY. This BXY is equal to the composite vector of BX and BY.
It is the strength of the magnetic field on the target surface that determines the amount of sputtering of the target, and the component orthogonal to the electric field, that is, the absolute value of BXY, has the greatest effect on the amount of sputtering. Therefore, as an index indicating the strength of the magnetic field of the magnet unit, the absolute value of the component BXY parallel to the target surface of the magnetic flux density on the target surface (hereinafter, referred to as effective magnetic field strength) is most suitable.
【0027】磁石ユニットの磁場均等性を評価するに
は、上述の有効磁場強度を用いる。ターゲット表面上の
各点で有効磁場強度を測定して、大きな強度の得られる
地点を結ぶと、環状の軌跡84が得られる。この環状軌
跡84は、ターゲットのエロージョン領域の位置と一致
する。この環状軌跡84に沿って測定した有効磁場強度
がどの地点でも均一であれば、ターゲットはエロージョ
ン領域に沿って均一にスパッタリングされることにな
る。本発明では、上述の環状軌跡84に沿って測定した
有効磁場強度の分布の程度を磁場均等性と定義し、これ
が±5%以内になるように磁石ユニット80を作製して
いる。ただし、磁場均等性を求めるには、磁石ユニット
の短辺近傍の領域を除いている。図20(B)は、横軸
に環状軌跡84に沿った距離、縦軸に有効磁場強度(B
XYの絶対値)をとったときの磁場均等性を示したグラ
フである。環状軌跡84が磁石ユニット80の短辺に最
も近付いたD点とF点では、有効磁場強度が大きくなる
が、磁石ユニット80の長辺方向(Y軸方向)の大部分
の領域では有効磁場強度がほぼ一定である。磁石ユニッ
ト80の長辺の長さをLAとすると、少なくともLAの
80%以内の範囲で磁場均等性を±5%以内にするのが
望ましい。したがって、この発明で磁場均等性というと
きは、上述の環状軌跡84に沿って測定した有効磁場強
度の分布の程度を、磁石ユニットの長辺方向の80%以
内の領域で測定したもの、ということができる。The above-mentioned effective magnetic field strength is used to evaluate the magnetic field uniformity of the magnet unit. When the effective magnetic field strength is measured at each point on the target surface and the points where the large strength is obtained are connected, an annular trajectory 84 is obtained. This annular trajectory 84 matches the position of the target erosion area. If the effective magnetic field strength measured along this annular trajectory 84 is uniform at any point, the target will be sputtered uniformly along the erosion region. In the present invention, the degree of distribution of the effective magnetic field intensity measured along the above-described annular locus 84 is defined as the magnetic field uniformity, and the magnet unit 80 is manufactured so that this is within ± 5%. However, in order to obtain the magnetic field uniformity, a region near the short side of the magnet unit is excluded. 20B, the horizontal axis represents the distance along the annular trajectory 84, and the vertical axis represents the effective magnetic field strength (B
7 is a graph showing the magnetic field uniformity when taking the absolute value of XY). The effective magnetic field strength is large at the points D and F where the annular trajectory 84 is closest to the short side of the magnet unit 80, but the effective magnetic field strength is large in the long side direction (Y-axis direction) of the magnet unit 80. Is almost constant. Assuming that the length of the long side of the magnet unit 80 is LA, it is desirable to make the magnetic field uniformity within ± 5% at least within a range of 80% of LA. Therefore, the term "magnetic field uniformity" in the present invention means that the degree of distribution of the effective magnetic field intensity measured along the above-mentioned annular locus 84 is measured in an area within 80% of the long side direction of the magnet unit. Can be.
【0028】次に、磁石ユニット間の磁場均一性を説明
する。図20(B)において、一つの磁石ユニットに対
して磁場均等性の平均値BAVが得られる。この値をそ
れぞれの磁石ユニットについて求めることができる。そ
して、平均値BAVを磁石ユニット間で比較して、その
分布の程度を、磁石ユニット間の磁場均一性と定義す
る。この発明では、磁石ユニット間の磁場均一性を±5
%以内におさえることによって、磁石ユニット間での磁
場の強さのばらつきに起因する膜厚分布のばらつきを防
いでいる。Next, the magnetic field uniformity between the magnet units will be described. In FIG. 20B, the average value BAV of the magnetic field uniformity is obtained for one magnet unit. This value can be determined for each magnet unit. Then, the average value BAV is compared between the magnet units, and the degree of distribution thereof is defined as the magnetic field homogeneity between the magnet units. In this invention, the magnetic field uniformity between the magnet units is ± 5.
By controlling the ratio within%, it is possible to prevent the variation of the film thickness distribution due to the variation of the magnetic field strength between the magnet units.
【0029】ところで、上述のように磁石ユニット単体
での磁場均等性と磁石ユニット間での磁場均一性とを±
5%以内に限定したのは次の理由による。磁場強度分布
は、スパッタリングで作製される薄膜の膜厚分布に直接
反映されるため、均一な分布が望まれる。基板内膜厚分
布の均一性をどの程度の範囲内におさめねばならないか
は、応用分野により異なる。しかし、多くのエレクトロ
ニクスデバイス製造プロセスへの応用において、現在望
まれている薄膜の膜厚分布の最大許容偏差は、多くの場
合±5%である。この点を考慮すると、均一性の良い膜
厚分布を得るためには、磁石ユニットの磁場強度分布も
せいぜい±5%以下に抑制することが必要である。ま
た、磁石ユニットの磁場均等性及び磁石ユニット間の磁
場均一性が良ければ、磁石組立体全体として、タ−ゲッ
ト面上に複数の矩形環状の電子ドリフト運動軌跡を効率
よく均一に生成でき、これによりタ−ゲット面上におけ
る放電を偏在させることなく、安定に維持させることが
できる。以上の理由により、磁石ユニットの磁場均等性
及び磁石ユニット間の磁場均一性をそれぞれ±5%以内
とした。もちろん、基板内膜厚分布の最大許容偏差が小
さくなればなるほど、磁石ユニット内及び磁石ユニット
間の磁場強度分布の均一性をより狭い範囲内に限定しな
ければならない。しかしながら、磁場の均一性をより狭
い範囲に限定しようとすればするほど、それを実現する
ための磁石設計上及び製作上の配慮は技術的に困難にな
る。したがって、費用対効果の観点から磁場強度分布の
均一性は±5%程度が限度である。By the way, as described above, the magnetic field homogeneity of a single magnet unit and the magnetic field homogeneity between magnet units are ±
The reason for limiting to within 5% is as follows. Since the magnetic field strength distribution is directly reflected on the film thickness distribution of a thin film formed by sputtering, a uniform distribution is desired. The extent to which the uniformity of the film thickness distribution within the substrate must be kept depends on the application field. However, the maximum allowable deviation of the film thickness distribution of a thin film, which is currently desired in many electronic device manufacturing processes, is often ± 5%. Considering this point, in order to obtain a film thickness distribution with good uniformity, it is necessary to suppress the magnetic field intensity distribution of the magnet unit to at most ± 5%. Also, if the magnetic field uniformity of the magnet units and the magnetic field uniformity between the magnet units are good, a plurality of rectangular annular electron drift trajectories can be efficiently and uniformly generated on the target surface as a whole magnet assembly. Thereby, the discharge on the target surface can be stably maintained without uneven distribution. For the above reasons, the magnetic field uniformity of the magnet units and the magnetic field uniformity between the magnet units are each set to within ± 5%. Of course, as the maximum allowable deviation of the film thickness distribution in the substrate becomes smaller, the uniformity of the magnetic field intensity distribution in the magnet unit and between the magnet units must be limited to a narrower range. However, as the homogeneity of the magnetic field is limited to a narrower range, it is technically difficult to consider the magnet design and manufacturing for realizing it. Therefore, from the viewpoint of cost effectiveness, the uniformity of the magnetic field intensity distribution is limited to about ± 5%.
【0030】磁石ユニットの磁場強度分布のばらつきの
程度は、磁極片の加工寸法精度に大きく依存する。例え
ば、加工寸法精度が±0.2mmの場合、最悪で0.4
mmの差異が生じる可能性がある。その場合には、磁極
表面の上方32mmの地点(ターゲット表面に相当)に
おいて約7%の磁場強度の差が生ずる。加工寸法精度を
±0.05mmに向上させた場合、上述の磁場強度の差
は約2%になる。この説明では、磁極構成材料の残留磁
束密度が磁極の全ての領域で均一であると仮定したが、
実際には材料の特性の不均一性も無視できない。したが
って、磁石ユニットの磁場均等性を±5%以内におさめ
るには、加工寸法精度と、材質の均質性との両方を考慮
することが必要である。所定の磁場均等性を達成するた
めの手段の一例を述べると、磁石ユニットを構成する個
々の磁極片について、その材質及び形状を検討して、各
磁極片の残留磁束密度を12000G±500G以内と
した。また、磁極片の加工精度を±0.05mm以下と
し、その組み立て精度にも注意を払った。これにより、
磁石ユニット内の磁場均等性を向上させた。The degree of variation in the magnetic field strength distribution of the magnet unit largely depends on the machining dimension accuracy of the pole pieces. For example, if the processing dimensional accuracy is ± 0.2 mm, the worst is 0.4.
mm differences may occur. In that case, a magnetic field intensity difference of about 7% occurs at a point 32 mm above the pole surface (corresponding to the target surface). When the processing dimensional accuracy is improved to ± 0.05 mm, the above-mentioned difference in magnetic field strength is about 2%. In this description, it is assumed that the residual magnetic flux density of the magnetic pole constituting material is uniform in all regions of the magnetic pole.
In practice, non-uniformity of material properties cannot be ignored. Therefore, in order to keep the magnetic field uniformity of the magnet unit within ± 5%, it is necessary to consider both the machining dimensional accuracy and the material homogeneity. As an example of means for achieving a predetermined magnetic field uniformity, the material and shape of each magnetic pole piece constituting the magnet unit are examined, and the residual magnetic flux density of each magnetic pole piece is determined to be within 12000G ± 500G. did. The machining accuracy of the pole piece was set to ± 0.05 mm or less, and attention was paid to the assembly accuracy. This allows
Improved the magnetic field uniformity in the magnet unit.
【0031】第4の発明は、第3の発明の構成のうち、
隣り合う磁石ユニットの間に磁気シールド壁を配置する
特徴を除いたものである。A fourth aspect of the present invention is one of the constitutions of the third aspect.
The feature that a magnetic shield wall is arranged between adjacent magnet units is removed.
【0032】第5の発明は、第4の発明において、磁石
ユニットをその矩形の短辺方向に往復運動可能にしたも
のである。矩形の磁石ユニットを短辺方向に移動させる
と、ドリフト電子による環状軌跡は、その長手方向に対
して垂直に移動することになり、これまでスパッタリン
グされないターゲット部分がスパッタリングされるよう
になる。これにより、基板上の膜厚分布が改善されると
ともに、ターゲットの利用効率が飛躍的に向上する。例
えば、往復運動の振幅を、一つの磁石ユニットの短辺方
向の長さと等しくすることにより、タ−ゲットのエッチ
ングされる領域を均一化することが可能となる。A fifth aspect of the invention is the fourth aspect of the invention in which the magnet unit is reciprocally movable in the direction of the shorter side of the rectangle. When the rectangular magnet unit is moved in the short side direction, the annular trajectory caused by the drift electrons moves perpendicularly to the longitudinal direction, and a target portion that has not been sputtered is sputtered. Thereby, the film thickness distribution on the substrate is improved, and the use efficiency of the target is dramatically improved. For example, by making the amplitude of the reciprocating motion equal to the length of one magnet unit in the short side direction, it is possible to uniform the region of the target to be etched.
【0033】第6の発明は、第1の発明の構成のうち、
隣り合う磁石ユニットの間に磁気シールド壁を配置する
特徴を除いて、かつ、両側の磁石ユニットがターゲット
表面上に作る磁場の強さを内側の磁石ユニットのそれよ
りも大きくする手段として、磁石ユニットからターゲッ
トまでの距離を調節する特徴を加えたものである。すな
わち、両側の磁石ユニットのターゲット側の磁極面から
ターゲット表面までの距離を、内側の磁石ユニットのそ
れよりも小さくしている。全く同一の磁石ユニットを使
用した場合、磁石ユニットをターゲットに近付けた方
が、ターゲット表面での磁場の強さをより大きくでき
る。A sixth aspect of the invention is one of the first aspect of the invention.
Except for the feature of arranging magnetic shield walls between adjacent magnet units, and as means for increasing the strength of the magnetic field created on the target surface by the magnet units on both sides than that of the inner magnet units, the magnet units are It is a feature that adjusts the distance from the target to the target. That is, the distance from the target-side magnetic pole surface of the magnet units on both sides to the target surface is made smaller than that of the inner magnet units. When using exactly the same magnet unit, the closer the magnet unit is to the target, the stronger the magnetic field on the target surface can be made.
【0034】第7の発明は、上述の第1、第4、第6の
発明において、ターゲットの表面上に環状の電子ドリフ
ト運動軌跡を生じさせるための磁石構造を具体化したも
のである。すなわち、磁石ユニットを、ヨークと、ヨー
クの上に固定された中心磁石と、ヨークの上に固定され
て中心磁石を取り囲む周辺磁石とから構成している。中
心磁石と周辺磁石は、ヨークに固定された面とターゲッ
ト側の面とに磁極面が存在し、中心磁石のターゲット側
の磁極と周辺磁石のターゲット側の磁極とが互いに逆極
性となっている。A seventh invention is a concrete embodiment of the magnet structure for producing an annular electron drift motion locus on the surface of the target in the above-mentioned first, fourth and sixth inventions. That is, the magnet unit is composed of a yoke, a center magnet fixed on the yoke, and a peripheral magnet fixed on the yoke and surrounding the center magnet. The central magnet and the peripheral magnet have magnetic pole surfaces on the surface fixed to the yoke and the surface on the target side, and the magnetic pole on the target side of the central magnet and the magnetic pole on the target side of the peripheral magnet have opposite polarities. .
【0035】第8の発明は、第1の発明の構成のうち、
隣り合う磁石ユニットの間に磁気シールド壁を配置する
特徴を除いて、かつ、同一の磁極配置の磁石ユニットを
並べる代わりに、互いに逆極性となる磁石ユニットを隣
り合わせて並べたものである。An eighth aspect of the invention is one of the constitutions of the first aspect.
Except for the feature of arranging the magnetic shield wall between the adjacent magnet units, and instead of arranging the magnet units having the same magnetic pole arrangement, magnet units having opposite polarities are arranged next to each other.
【0036】第9の発明は、第8の発明において、磁石
ユニットが、中心磁石のない枠状の矩形の磁石で構成さ
れていてターゲット表面に垂直な磁極面を有するものと
なっている。In a ninth aspect based on the eighth aspect, the magnet unit is composed of a frame-shaped rectangular magnet without a central magnet and has a magnetic pole surface perpendicular to the target surface.
【0037】[0037]
【発明の実施の形態】本発明の実施例の説明をする前
に、本発明と関連の深い技術について説明する。図1
は、本願発明を適用するスパッタリング装置の基本的な
構成を示す正面断面図である。このスパッタリング装置
は、基板トレイ挿入室1と、トレイに装着された基板の
面に対して薄膜作製を行うためのスパッタリング室2
と、基板トレイ取出し室3から構成される。基板トレイ
挿入室1と、スパッタリング室2と、基板トレイ取出し
室3は直列的に連結される。これらの室は、それぞれ独
立に排気して真空状態に保持・管理することができる構
成を有した真空容器で形成される。基板トレイ挿入室1
とスパッタリング室2の間にはゲートバルブ4が設けら
れ、スパッタリング室2と基板トレイ取出し室3の間に
はゲ−トバルブ5が設けられる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Before describing the embodiments of the present invention, a technique closely related to the present invention will be described. FIG.
FIG. 1 is a front sectional view showing a basic configuration of a sputtering apparatus to which the present invention is applied. This sputtering apparatus includes a substrate tray insertion chamber 1 and a sputtering chamber 2 for forming a thin film on the surface of a substrate mounted on the tray.
And a substrate tray take-out chamber 3. The substrate tray insertion chamber 1, the sputtering chamber 2, and the substrate tray unloading chamber 3 are connected in series. Each of these chambers is formed by a vacuum container having a structure capable of independently evacuating and maintaining / managing in a vacuum state. Substrate tray insertion chamber 1
A gate valve 4 is provided between the sputtering chamber 2 and the sputtering chamber 2, and a gate valve 5 is provided between the sputtering chamber 2 and the substrate tray take-out chamber 3.
【0038】スパッタリング室2は、通常、真空状態に
保持・管理される。基板トレイ挿入室1は、リ−クバル
ブ6を用いて大気に開放することができ、基板トレイ取
出し室3は、リ−クバルブ7を用いて大気に開放するこ
とができる。基板トレイ挿入室1では、排気パイプ8を
経由して排気ポンプ(図示せず)で矢印10の方向へ排
気される。基板トレイ取出し室3では、排気パイプ9を
経由して排気ポンプ(図示せず)で矢印11の方向へ排
気される。基板トレイ挿入室1の図1における左端は入
り口扉12であり、基板トレイ取出し室3の図1におけ
る右端は出口扉13である。The sputtering chamber 2 is usually maintained and controlled in a vacuum state. The substrate tray insertion chamber 1 can be opened to the atmosphere by using a leak valve 6, and the substrate tray unloading chamber 3 can be opened to the atmosphere by using a leak valve 7. In the substrate tray insertion chamber 1, the air is exhausted in the direction of arrow 10 by an exhaust pump (not shown) via an exhaust pipe 8. In the substrate tray take-out chamber 3, the gas is exhausted in the direction of arrow 11 by an exhaust pump (not shown) via the exhaust pipe 9. The left end of the substrate tray insertion chamber 1 in FIG. 1 is an entrance door 12, and the right end of the substrate tray take-out chamber 3 in FIG. 1 is an exit door 13.
【0039】基板が装着されたトレイ14は、入り口扉
12から基板トレイ挿入室1の内部に搬入される。トレ
イ14は基板を保持するための器具である。この基板
は、比較的に大型の基板である。トレイ14が搬入され
た後、入り口扉12とゲ−トバルブ4を閉じた状態で、
排気系を用いて排気が行われる。基板トレイ挿入室1の
内部圧力が充分に低下した時点でゲ−トバルブ4が開か
れ、トレイ14はレ−ル(図示せず)に案内されて矢印
15の方向に搬送され、スパッタリング室2に送り込ま
れる。The tray 14 on which the substrate is mounted is carried into the substrate tray insertion chamber 1 through the entrance door 12. The tray 14 is an instrument for holding the substrate. This substrate is a relatively large substrate. After the tray 14 is carried in, with the entrance door 12 and the gate valve 4 closed,
Exhaust is performed using an exhaust system. When the internal pressure of the substrate tray insertion chamber 1 is sufficiently reduced, the gate valve 4 is opened, and the tray 14 is guided by a rail (not shown) and transported in the direction of arrow 15 to the sputtering chamber 2. Sent in.
【0040】スパッタリング室2では、後述される薄膜
作製機構により、トレイ14に装着された状態の基板の
表面に、スパッタリング法により薄膜が形成される。こ
の実施例では、基板に薄膜が堆積される時、トレイ14
は静止した状態にある。基板に薄膜を形成した後、トレ
イ14は、ゲ−トバルブ5を経由して、基板トレイ取出
し室3に送り込まれる。トレイ14が基板トレイ取出し
室3に送られた後に、ゲ−トバルブ5が閉じられ、リ−
クバルブ7が開かれる。こうして、トレイ14に装着さ
れた基板は、大気圧環境の中に置かれる。その後、取出
し扉13を開き、トレイ14を取出す。In the sputtering chamber 2, a thin film forming mechanism, which will be described later, forms a thin film on the surface of the substrate mounted on the tray 14 by the sputtering method. In this embodiment, when a thin film is deposited on a substrate, the tray 14
Is at rest. After forming the thin film on the substrate, the tray 14 is fed into the substrate tray take-out chamber 3 via the gate valve 5. After the tray 14 has been sent to the substrate tray unloading chamber 3, the gate valve 5 is closed, and the
The valve 7 is opened. Thus, the substrate mounted on the tray 14 is placed in an atmospheric pressure environment. Thereafter, the take-out door 13 is opened, and the tray 14 is taken out.
【0041】スパッタリング室2では、図示しないボン
ベからガス導入管16を経て、矢印18aの方向にガス
が導入される。またスパッタリング室2では、図示しな
い排気ポンプにより排気口17を経て矢印18bの方向
に排気される。この結果、導入ガス流量と排気ガス流量
が均衡した状態で、スパッタリング室2は、放電状態に
維持され、かつスパッタリングを行うのに適した10-3
〜10-2Torrの圧力範囲内の一定圧力に保たれる。In the sputtering chamber 2, gas is introduced from a cylinder (not shown) through the gas introduction pipe 16 in the direction of arrow 18a. In the sputtering chamber 2, the gas is exhausted by an exhaust pump (not shown) through the exhaust port 17 in the direction of arrow 18 b. As a result, in a state where the flow rate of the introduced gas and the flow rate of the exhaust gas are balanced, the sputtering chamber 2 is maintained in a discharge state, and 10-3 suitable for performing sputtering.
It is maintained at a constant pressure within a pressure range of -10 to Torr.
【0042】スパッタリング室2の中のゲートバルブ4
に近い箇所(前段側)には、基板加熱ランプ19が配設
される。基板加熱ランプ19は必要に応じて設けられ
る。この基板加熱ランプ19の熱線輻射により、薄膜を
形成する前段階で、基板の温度を高めることができる。
スパッタリング室2の後段側には、矩形平面状の大型タ
−ゲットを備えるマグネトロンカソ−ド電極20(以下
カソ−ド電極20という)が絶縁体21を介して配設さ
れる。カソ−ド電極20の上部には、タ−ゲット組立体
22が取り付けられる。図1のタ−ゲット組立体22の
上面がタ−ゲット面である。また、カソ−ド電極20に
は、電源24と、カソ−ド電極と電源の間の給電線25
と、電源とア−スの間の結線26とからなる電源系23
が接続される。この電源系23によりカソ−ド電極20
に対して電力が供給される。Gate valve 4 in sputtering chamber 2
A substrate heating lamp 19 is disposed at a location near (the front side). The substrate heating lamp 19 is provided as needed. By the heat ray radiation of the substrate heating lamp 19, the temperature of the substrate can be increased before the thin film is formed.
A magnetron cathode electrode 20 (hereinafter, referred to as a cathode electrode 20) having a large target in the form of a rectangular plane is disposed on the rear side of the sputtering chamber 2 via an insulator 21. A target assembly 22 is mounted on the cathode electrode 20. The upper surface of the target assembly 22 in FIG. 1 is the target surface. The cathode electrode 20 has a power supply 24 and a power supply line 25 between the cathode electrode and the power supply.
And a power supply system 23 consisting of a connection 26 between the power supply and the ground
Is connected. With this power supply system 23, the cathode electrode 20
Is supplied with power.
【0043】スパッタリング室2において、トレイ14
はカソ−ド電極20に対して静止する。この静止状態
で、トレイ14上の基板は、タ−ゲット組立体22のタ
−ゲット面に対向する。基板の対向面には、タ−ゲット
組立体22から飛来するスパッタリング粒子が堆積し、
基板上に薄膜が形成される。図1における例では、一つ
のトレイ14と一つのカソ−ド電極20との組み合わせ
が示されているが、スパッタリング室2の中には、任意
の数のカソ−ド電極20を設けることができる。スパッ
タリング室2の壁部はア−スされている。In the sputtering chamber 2, the tray 14
Is stationary with respect to the cathode electrode 20. In this stationary state, the substrate on the tray 14 faces the target surface of the target assembly 22. Sputtered particles flying from the target assembly 22 are deposited on the opposite surface of the substrate,
A thin film is formed on the substrate. In the example shown in FIG. 1, a combination of one tray 14 and one cathode electrode 20 is shown, but an arbitrary number of cathode electrodes 20 can be provided in the sputtering chamber 2. . The wall of the sputtering chamber 2 is grounded.
【0044】図2は、本発明に関連の深いカソード電極
20の正面断面図である。まず、このカソ−ド電極20
の構造を具体的に詳述する。カソ−ド電極20は、電極
ハウジング31と、電極ハウジング31内部に配設され
た磁石組立体32と、タ−ゲット組立体22とから構成
される。カソ−ド電極20は、スパッタリング室2を形
成する真空容器の壁部33に形成された開口部34に、
絶縁体21を介して取り付けられる。カソ−ド電極20
は、タ−ゲット組立体22のタ−ゲット面が真空室側に
露出するように、開口部34に取り付けられる。取付け
のための固定具及びクランプ機構等の図示は省略してあ
る。FIG. 2 is a front sectional view of a deep cathode electrode 20 relevant to the present invention. First, this cathode electrode 20
The structure of is specifically described. The cathode electrode 20 is composed of an electrode housing 31, a magnet assembly 32 disposed inside the electrode housing 31, and a target assembly 22. The cathode electrode 20 has an opening 34 formed in a wall 33 of a vacuum chamber forming the sputtering chamber 2,
It is attached via an insulator 21. Cathode electrode 20
Is attached to the opening 34 so that the target surface of the target assembly 22 is exposed to the vacuum chamber side. Illustrations of a fixture for attachment, a clamp mechanism and the like are omitted.
【0045】タ−ゲット組立体22は、タ−ゲット板3
5とタ−ゲット押え治具36とタ−ゲット裏板37から
なり、図示されない結合具により電極ハウジング31に
固定される。The target assembly 22 includes the target plate 3
5 and a target holding jig 36 and a target back plate 37, which are fixed to the electrode housing 31 by a coupling (not shown).
【0046】電極ハウジング31の内部に形成された凹
状空間38には、磁石組立体32が配設される。具体的
に説明すると、凹状空間38には、中心磁石41と周辺
磁石42とヨ−ク43とから構成される磁石ユニット4
4が5個配設されている。5個の磁石ユニット44は、
その寸法、材質、磁極配置がすべて同じである。磁石ユ
ニットの詳細については後に説明する。磁石ユニット4
4の間、及び5個の磁石ユニット44の全体の外側に
は、強磁性体からなる磁気シールド49が配設される。
磁石ユニット44と磁気シールド49は磁石固定台座4
8に固定される。このように、磁石組立体32は、5個
の磁石ユニット44と、磁気シールド49と、磁石固定
台座48とから構成される。A magnet assembly 32 is disposed in a concave space 38 formed inside the electrode housing 31. More specifically, in the concave space 38, the magnet unit 4 including the central magnet 41, the peripheral magnet 42, and the yoke 43.
4 are provided. The five magnet units 44
The size, material, and magnetic pole arrangement are all the same. Details of the magnet unit will be described later. Magnet unit 4
A magnetic shield 49 made of a ferromagnetic material is arranged between the four and outside the whole of the five magnet units 44.
The magnet unit 44 and the magnetic shield 49 are the magnet fixing base 4
It is fixed to 8. As described above, the magnet assembly 32 includes the five magnet units 44, the magnetic shield 49, and the magnet fixing base 48.
【0047】なお、図示されていないが、凹状空間38
には、電極ハウジング31の外部から冷却水が導入され
る。冷却水はタ−ゲット裏板37に接触して、これを冷
却する。放電を行う際、タ−ゲット組立体22のタ−ゲ
ット面に発生する熱を、冷却水を媒体として、外部に放
出している。Although not shown, the concave space 38
, Cooling water is introduced from outside the electrode housing 31. The cooling water contacts the target back plate 37 to cool it. When discharging, the heat generated on the target surface of the target assembly 22 is radiated to the outside by using cooling water as a medium.
【0048】電極ハウジング31とタ−ゲット裏板37
の間には、Oリング39が配設され、気密性を保つ。電
極ハウジング31と絶縁体21の間の気密性はOリング
40により、絶縁体21と真空容器の壁部33の気密性
はOリング30により、それぞれ保持される。Electrode housing 31 and target back plate 37
An O-ring 39 is provided between them to maintain airtightness. The airtightness between the electrode housing 31 and the insulator 21 is maintained by the O-ring 40, and the airtightness between the insulator 21 and the wall 33 of the vacuum vessel is maintained by the O-ring 30.
【0049】タ−ゲット組立体22の真空側に露出する
スパッタリングすべき面以外の面が、イオン衝撃される
のは望ましくない。そこで、スパッタリングされたくな
い面がイオン衝撃されるのを防止するため、ターゲット
シ−ルド部材47が、壁部33の内面の開口部34の周
辺部分に配設される。It is not desirable that the surface of the target assembly 22 exposed to the vacuum side other than the surface to be sputtered is bombarded with ions. Therefore, a target shield member 47 is provided around the opening 34 on the inner surface of the wall 33 in order to prevent the surface not to be sputtered from being bombarded with ions.
【0050】図3は磁石組立体32の平面図である。5
個の磁石ユニット44の間、及び5個の磁石ユニット4
4の全体の外側には、磁気シールド49が配設される。
磁気シールド49は、透磁率の大きな材料である軟鉄等
で作られる。磁石ユニット44の間には、磁石ユニット
44の長辺よりもわずかに長い磁気シールド49aがあ
り、これが周辺の磁気シールド49bにつながってい
る。また、磁石ユニット44と磁気シールド49は、強
磁性体の磁石固定台座48(図2参照)の上に固定され
ていて、下方も磁気遮蔽されている。、磁石ユニット4
4の作る磁力線は磁気シールド49によって吸収され、
磁場の相互干渉が防止される。これにより、磁石組立体
全体としての磁場分布をバランス良く保つことができ
る。磁石固定台座48と磁気シールド49が無い場合に
は、磁場の相互干渉により、磁石組立体32の対角方向
に磁場分布の偏りが生じ、均一な厚みの薄膜が作製でき
ない。FIG. 3 is a plan view of the magnet assembly 32. 5
Between the four magnet units 44 and the five magnet units 4
A magnetic shield 49 is provided outside the entirety of 4.
The magnetic shield 49 is made of a material having a high magnetic permeability, such as soft iron. Between the magnet units 44, there is a magnetic shield 49a slightly longer than the long side of the magnet unit 44, and this is connected to the surrounding magnetic shield 49b. The magnet unit 44 and the magnetic shield 49 are fixed on a ferromagnetic magnet fixing base 48 (see FIG. 2), and the lower part is also magnetically shielded. , Magnet unit 4
4 are absorbed by the magnetic shield 49,
Mutual interference of magnetic fields is prevented. Thereby, the magnetic field distribution of the entire magnet assembly can be maintained in a well-balanced manner. If the magnet fixing base 48 and the magnetic shield 49 are not provided, a magnetic field distribution is biased in a diagonal direction of the magnet assembly 32 due to mutual interference of the magnetic fields, and a thin film having a uniform thickness cannot be produced.
【0051】なお、磁石ユニット44の短辺の外側にあ
る磁気シールド49bは、省略することもできる。しか
し、磁石ユニット44の短辺付近の磁場が、磁石ユニッ
トの長辺方向中央部の磁場に比べて強い場合には、短辺
の外側にも磁気シールド49bを取り付けるのが好まし
い。The magnetic shield 49b outside the short side of the magnet unit 44 can be omitted. However, when the magnetic field near the short side of the magnet unit 44 is stronger than the magnetic field at the central portion in the long side direction of the magnet unit, it is preferable to attach the magnetic shield 49b also to the outside of the short side.
【0052】次に、磁石ユニット44の構造を説明す
る。図4(A)は磁石ユニットをその短辺に平行な平面
で切断した断面図、(B)は磁石ユニットの平面図、
(C)はその斜視図である。磁石ユニット44は、平面
形状がほぼ長方形であるヨ−ク43の上に、長形板状の
中心磁石41と、その周囲に配設された矩形リング形状
の周辺磁石42とから構成される。この実施例では、磁
石ユニット44の長辺の長さLAが630mm、短辺の
長さが110mmである。中心磁石41のヨ−ク43側
の磁極はN極、その反対側はS極であり、周辺磁石42
のヨ−ク43側の磁極はS極、その反対側はN極であ
る。この磁極配置によって、ターゲット側では、周辺磁
石42から中心磁石41へ向かう磁力線45が形成され
る。したがって、周辺磁石42の上方ではターゲット表
面から磁力線が出ていき、中心磁石41の上方ではター
ゲット表面に磁力線が入っていく。この磁力線は、環状
に閉じたトンネル経路を形成する。単体の磁石ユニット
44における磁場均等性は±5%以内であり、また、磁
石ユニット間の磁場均一性も±5%以内である。Next, the structure of the magnet unit 44 will be described. 4A is a cross-sectional view of the magnet unit cut along a plane parallel to the short side, FIG. 4B is a plan view of the magnet unit,
(C) is a perspective view thereof. The magnet unit 44 is composed of an elongated plate-shaped central magnet 41 and a rectangular ring-shaped peripheral magnet 42 arranged around the yoke 43 having a substantially rectangular planar shape. In this embodiment, the length LA of the long side of the magnet unit 44 is 630 mm, and the length of the short side is 110 mm. The magnetic pole on the yoke 43 side of the center magnet 41 is an N pole, and the opposite side is an S pole.
The magnetic pole on the yoke 43 side is an S pole, and the opposite side is an N pole. Due to this magnetic pole arrangement, lines of magnetic force 45 from the peripheral magnet 42 to the center magnet 41 are formed on the target side. Accordingly, the lines of magnetic force exit from the surface of the target above the peripheral magnet 42, and enter the surface of the target above the center magnet 41. The lines of magnetic force form an annularly closed tunnel path. The magnetic field uniformity of the single magnet unit 44 is within ± 5%, and the magnetic field uniformity between the magnet units is also within ± 5%.
【0053】上述のような磁力線45が生成された状態
で、カソ−ド電極20に負の高電位を印加すると、タ−
ゲット面に垂直な電界が発生する。このタ−ゲット面に
垂直な電界と、前記トンネル経路を形成する磁場との組
み合わせに基づき、電子は、タ−ゲット面においてトン
ネル経路に沿ってドリフト運動を行う。電子のドリフト
運動は、環状の軌跡を描く。その結果、低電圧大電流の
放電が発生し、この放電によって、基板上にスパッタリ
ング膜を高速に作製できる。When a negative high potential is applied to the cathode electrode 20 in the state where the magnetic force lines 45 are generated as described above, the target
An electric field perpendicular to the get surface is generated. The electrons drift along the tunnel path on the target surface based on the combination of the electric field perpendicular to the target surface and the magnetic field forming the tunnel path. The electron drift motion describes an annular trajectory. As a result, a discharge of a low voltage and a large current is generated, and this discharge enables a sputtered film to be formed on a substrate at a high speed.
【0054】図5(A)は、タ−ゲット面における電子
のドリフト運動の軌跡を示す平面図であり、(B)はそ
れに対応した磁石組立体32の断面図である。電子は、
環状軌跡46に沿って矢印に示される方向でドリフト運
動を行う。環状軌跡46は、図面において閉じた細い線
で示されているが、実際にはある程度の幅をもった帯状
である。イオンは、ドリフト運動する電子がガス分子と
衝突することによって発生する。従って、イオン電流密
度の分布は、タ−ゲット面28上を通過するドリフト電
子の空間密度をタ−ゲット面に投影したものとみなすこ
とができる。ドリフト電子の軌跡は、1本の細い線では
なく、確立分布を有した幅のある空間である。また、イ
オンはタ−ゲットを衝撃してスパッタリングするので、
幅のあるイオン電流密度分布は、タ−ゲットのスパッタ
リング深さ分布に対応する。各環状軌跡46において、
互いに隣接する平行な2本の長辺部46aと46bは、
ドリフト方向が互いに逆向きとなる。FIG. 5A is a plan view showing the trajectory of electron drift motion on the target plane, and FIG. 5B is a sectional view of the magnet assembly 32 corresponding thereto. Electron is
A drift motion is performed along the annular trajectory 46 in the direction indicated by the arrow. The annular trajectory 46 is shown as a closed thin line in the drawing, but is actually a band shape having a certain width. Ions are generated by electrons drifting and colliding with gas molecules. Therefore, the distribution of the ion current density can be regarded as a projection of the spatial density of the drift electrons passing on the target surface 28 onto the target surface. The trajectory of the drift electrons is not a single thin line but a wide space having a probability distribution. In addition, ions bombard the target and sputter it,
The wide ion current density distribution corresponds to the target sputtering depth distribution. In each annular trajectory 46,
The two parallel long sides 46a and 46b adjacent to each other are
The drift directions are opposite to each other.
【0055】図6は、磁石組立体32の磁力線を示す断
面図であり、磁石ユニットの短辺に平行な断面で切断し
たものである。この図面は、4個の磁石ユニットからな
る磁石組立体に関するものであって、中心線から右側だ
けを示してある。各磁石ユニットの磁力線45が磁気シ
ールド49によって吸収され、その結果、磁場の相互干
渉が抑制されているのがよく分かる。FIG. 6 is a cross-sectional view showing magnetic lines of force of the magnet assembly 32, which is cut along a cross section parallel to the short side of the magnet unit. This drawing relates to a magnet assembly composed of four magnet units and shows only the right side from the center line. It can be clearly seen that the magnetic field lines 45 of each magnet unit are absorbed by the magnetic shield 49, and as a result, mutual interference of magnetic fields is suppressed.
【0056】上述の技術において、カソ−ド電極20の
タ−ゲットの表面は矩形の比較的に大きな面積を有す
る。タ−ゲット面においては、磁石ユニット44の磁力
線で形成される環状軌跡の帯状部分として、スパッタリ
ングされる部分が特定される。そして、一つのターゲッ
トに環状のエロ−ジョン領域を複数個形成することによ
って、できる限り広い面積部分にエロージョン領域を形
成することができる。これにより、比較的大きな面積を
有するタ−ゲットの利用効率(タ−ゲット全面積に対す
る環状軌跡面積の比)を高めることができる。In the above-mentioned technique, the surface of the target of the cathode electrode 20 has a rectangular and relatively large area. On the target surface, a portion to be sputtered is specified as a band-like portion of an annular trajectory formed by lines of magnetic force of the magnet unit 44. By forming a plurality of annular erosion regions on one target, it is possible to form an erosion region over as large an area as possible. Thereby, the utilization efficiency of the target having a relatively large area (the ratio of the annular locus area to the total area of the target) can be improved.
【0057】前述の通り、電界と、中心磁石及び周辺磁
石によって形成される磁場との相互作用によって、タ−
ゲット面上にドリフト電子の環状軌跡が形成される。必
要とされる磁場は、タ−ゲット面に平行な磁場成分とし
て、例えば200〜500ガウスの程度である。As described above, the interaction between the electric field and the magnetic field formed by the central magnet and the peripheral magnets causes
An annular locus of drift electrons is formed on the get surface. The required magnetic field is, for example, on the order of 200 to 500 Gauss as a magnetic field component parallel to the target surface.
【0058】図7は、本発明に関連の深い別の技術にお
けるカソード電極の正面断面図である。このカソード電
極において、電極ハウジング、ターゲット組立体、スパ
ッタリング室の壁部およびその開口部、気密性を維持す
るための複数のOリング、ターゲットシールド部材等の
構成および相対位置関係は、図2に示したカソード電極
の場合と同じである。したがって、同一の構成要素には
同一の符号を付し、その説明を省略する。図7のカソー
ド電極の特徴部分は磁石組立体を可動にした点にある。
以下に、この磁石組立体の構成について説明する。FIG. 7 is a front sectional view of a cathode electrode in another technique deeply related to the present invention. In this cathode electrode, the configuration and relative positional relationship of the electrode housing, the target assembly, the wall of the sputtering chamber and its opening, the plurality of O-rings for maintaining airtightness, the target shield member, etc. are shown in FIG. It is the same as the case of the cathode electrode. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The characteristic part of the cathode electrode in FIG. 7 is that the magnet assembly is movable.
Hereinafter, the configuration of the magnet assembly will be described.
【0059】磁石組立体51は、4個の磁石ユニット4
4を含み、磁石ユニット間には磁気シールド49が、磁
石ユニットの下部には磁石固定台座48が配設される。
本実施例の磁石組立体51では、磁石ユニット44は4
個なので、電極ハウジング31の内部の前記凹状空間3
8には磁石ユニット1個分の幅と同一の幅を有する空間
52が残存する。したがって、電極ハウジング31内の
凹状空間38内において、磁石組立体51を、矢印53
または54の方向に往復移動させることが可能になる。
磁石組立体51の往復運動の振幅は、一つの磁石ユニッ
トの幅とほぼ等しい。本実施例の磁石組立体51には、
これを移動させる移動機構が備えられている。The magnet assembly 51 includes four magnet units 4
4, a magnetic shield 49 is provided between the magnet units, and a magnet fixing pedestal 48 is provided below the magnet units.
In the magnet assembly 51 of the present embodiment, the magnet unit 44
Since it is a piece, the concave space 3 inside the electrode housing 31
8, a space 52 having the same width as the width of one magnet unit remains. Therefore, in the concave space 38 in the electrode housing 31, the magnet assembly 51 is
Or, it is possible to reciprocate in the direction of 54.
The amplitude of the reciprocation of the magnet assembly 51 is substantially equal to the width of one magnet unit. In the magnet assembly 51 of the present embodiment,
A moving mechanism for moving this is provided.
【0060】上記移動機構について図7と図8を用いて
説明する。図8は、図7のVIII−VIII線断面図である。
図7において、磁石組立体51は支持台55で支持され
る。磁石組立体51は、図示しないネジ等で支持台55
に固定される。さらに、支持台55は駆動板56に固定
される。図8に示すように、駆動板56には矩形のガイ
ド孔57が中心部に形成され、ガイド孔57の中にはそ
の内壁の一部に接触した円形のカム58が配置される。
カム58はカムシャフト59により回転される。The moving mechanism will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII of FIG. 7.
In FIG. 7, the magnet assembly 51 is supported by a support base 55. The magnet assembly 51 is supported by a support 55 using screws (not shown) or the like.
Fixed to. Further, the support table 55 is fixed to the driving plate 56. As shown in FIG. 8, a rectangular guide hole 57 is formed in the center of the drive plate 56, and a circular cam 58 that is in contact with a part of the inner wall is arranged in the guide hole 57.
The cam 58 is rotated by a cam shaft 59.
【0061】駆動板56の底部には4個のスライドベア
リング60が固設される。また凹状空間38の底部近傍
でその長手方向に2本のガイドバー61が配設され、こ
のガイドバー61に前記のスライドベアリング60が挿
通されている。各ガイドバー61の両端は、電極ハウジ
ング31の凹状空間38の内壁面に設けた受け筒62で
固定される。このような構成により、駆動板56は、ガ
イドバー61に案内されて矢印53または54の方向に
移動自在である。そして、カムシャフト59が回転する
と、カム58がガイド孔57との接触関係に応じて、駆
動板56は凹状空間38内で往復運動する。円形のカム
58はその中心から偏心した状態でカムシャフト59に
直結されているので、カムシャフト59の回転速度が一
定の場合には、駆動板56の往復運動の速度は両端で遅
く、中央部で早くなり、単振動の運動となる。Four slide bearings 60 are fixedly mounted on the bottom of the drive plate 56. Two guide bars 61 are disposed in the longitudinal direction near the bottom of the concave space 38, and the slide bearing 60 is inserted through the guide bar 61. Both ends of each guide bar 61 are fixed by receiving tubes 62 provided on the inner wall surface of the concave space 38 of the electrode housing 31. With such a configuration, the drive plate 56 is guided by the guide bar 61 and is movable in the direction of the arrow 53 or 54. When the cam shaft 59 rotates, the drive plate 56 reciprocates in the concave space 38 according to the contact relationship between the cam 58 and the guide hole 57. Since the circular cam 58 is directly connected to the camshaft 59 in an eccentric state from the center thereof, when the rotational speed of the camshaft 59 is constant, the speed of the reciprocating motion of the driving plate 56 is slow at both ends, and the center portion is And it becomes a simple vibration motion.
【0062】前述のガイド孔57の形状は矩形に限定さ
れず、カム58の回転動作により駆動板56を往復運動
させることができるものであれば、楕円形またはこれに
類似した形状の任意形状にすることができる。The shape of the guide hole 57 is not limited to a rectangular shape, and may be an elliptical shape or any similar shape as long as the drive plate 56 can be reciprocally moved by the rotational movement of the cam 58. can do.
【0063】図7において、カムシャフト59はモータ
63の出力軸に連結され、モータ63によって回転され
る。モータ63は電極ハウジング31の外部に配置さ
れ、支持枠64および支持台65によって電極ハウジン
グ31に固定される。カムシャフト59は、カムシャフ
トの回転を平滑に行いながら支持するラジアル軸受け6
6と、回転しながら電極ハウジング内の冷却水を密封す
るためのオイルシール67とをはめ込んだ軸受筒68に
よって支持されている。以上の構成により、モータ63
の回転動作でカムシャフト59が一定の方向に回転する
と、磁石組立体51は電極ハウジング31の凹状空間3
8の内部で往復的な移動を行う。In FIG. 7, the cam shaft 59 is connected to the output shaft of the motor 63 and is rotated by the motor 63. The motor 63 is arranged outside the electrode housing 31, and is fixed to the electrode housing 31 by a support frame 64 and a support base 65. The camshaft 59 is a radial bearing 6 that supports the camshaft while rotating it smoothly.
6 and an oil seal 67 for sealing the cooling water in the electrode housing while rotating. With the above configuration, the motor 63
When the cam shaft 59 rotates in a certain direction by the rotating operation of the magnet assembly 51, the magnet assembly 51 moves to the concave space 3 of the electrode housing 31.
8 reciprocate inside.
【0064】図9(A)はターゲット表面に形成される
エロージョン領域を示す平面図であり、(B)はその断
面図である。このエロージョン領域69は、図5に示す
ような電子ドリフト運動軌跡46に対応している。エロ
ージョン領域におけるスパッタエッチング量は(B)の
斜線部Sである。本実施例では、4個の磁石ユニットが
短辺方向に移動するので、エロージョン領域69も矢印
53または54の方向に往復運動する。その結果、
(B)の斜線部Sが往復運動し、全体として一点鎖線7
0で示すような均一なスパッタエッチングが行われるこ
とになる。その結果、ターゲット35の利用効率が向上
する。FIG. 9A is a plan view showing an erosion region formed on the target surface, and FIG. 9B is a sectional view thereof. This erosion region 69 corresponds to the electron drift motion trajectory 46 as shown in FIG. The amount of sputter etching in the erosion region is indicated by the hatched portion S in FIG. In this embodiment, since the four magnet units move in the short side direction, the erosion area 69 also reciprocates in the direction of the arrow 53 or 54. as a result,
The hatched portion S in (B) reciprocates, and as a whole, a dashed line 7
The uniform sputter etching as indicated by 0 is performed. As a result, the utilization efficiency of the target 35 is improved.
【0065】特に、磁石組立体全体の往復運動の振幅を
磁石ユニットの幅と等しくすることにより、単一の磁石
ユニットを往復運動させるときとほぼ同一の基板内膜厚
分布とタ−ゲット利用効率を保持しながら、平均成膜速
度を大きくすることができ、基板内の膜質均一化の改善
を行うことができる。In particular, by making the amplitude of the reciprocating motion of the entire magnet assembly equal to the width of the magnet unit, the film thickness distribution within the substrate and the target utilization efficiency which are almost the same as those when the reciprocating motion of a single magnet unit is performed. It is possible to increase the average film formation rate while maintaining the above, and to improve the uniformity of the film quality in the substrate.
【0066】図10〜図12は磁石組立体における磁気
シールド手段の変更例を示す平面図である。いずれも、
4個の磁石ユニットを含む磁石組立体の例である。図1
0の例では、磁石ユニット44の短辺と、その外側の磁
気シールド49bとの間に、鉄やニッケル等で作った強
磁性体ブロック71を挿入している。磁石ユニット44
の短辺近傍の磁場が強い場合は、このような構成を採用
するのが好ましい。これにより、磁場分布、および薄膜
の厚さ分布を調節することができる。図11の例では、
磁石ユニット44と磁気シールド49aとの隙間に、強
磁性体ブロック72を挿入している。また、図12の例
では、磁石組立体32の表面に強磁性体板73を貼り付
けて、磁場を遮断している。この強磁性体板73は磁石
ユニットの短辺近傍だけに貼り付けている。この例は、
広範囲の磁場調整および膜厚調整に有効である。10 to 12 are plan views showing modified examples of the magnetic shield means in the magnet assembly. In each case,
It is an example of the magnet assembly containing four magnet units. FIG.
In the example of No. 0, a ferromagnetic block 71 made of iron, nickel or the like is inserted between the short side of the magnet unit 44 and the magnetic shield 49b outside the short side. Magnet unit 44
When the magnetic field near the short side of is strong, it is preferable to adopt such a configuration. Thereby, the magnetic field distribution and the thickness distribution of the thin film can be adjusted. In the example of FIG.
The ferromagnetic block 72 is inserted in the gap between the magnet unit 44 and the magnetic shield 49a. In the example of FIG. 12, a ferromagnetic plate 73 is attached to the surface of the magnet assembly 32 to block the magnetic field. The ferromagnetic plate 73 is attached only near the short side of the magnet unit. This example
It is effective for a wide range of magnetic field adjustment and film thickness adjustment.
【0067】図13は本発明の一実施形態のカソード部
分の正面断面図である。このカソード電極において、電
極ハウジング、ターゲット組立体、スパッタリング室の
壁部およびその開口部、気密性を維持するための複数の
Oリング、ターゲットシールド部材等の構成および相対
位置関係は、図2に示したカソード電極の場合と同じで
ある。したがって、同一の構成要素には同一の符号を付
し、その説明を省略する。図2のカソード電極と比較し
て、図13のカソード電極の特徴部分は磁石組立体にあ
り、以下に、この磁石組立体の構成について説明する。FIG. 13 is a front sectional view of a cathode portion according to an embodiment of the present invention. In this cathode electrode, the configuration and relative positional relationship of the electrode housing, the target assembly, the wall of the sputtering chamber and its opening, the plurality of O-rings for maintaining airtightness, the target shield member, etc. are shown in FIG. It is the same as the case of the cathode electrode. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Compared to the cathode electrode of FIG. 2, the cathode electrode of FIG. 13 is characterized by the magnet assembly. The structure of this magnet assembly will be described below.
【0068】この磁石組立体には5個の磁石ユニットが
含まれ、このうち、両側の2個の磁石ユニット74A
と、内側の3個の磁石ユニット74Bとでは、構成が異
なっている。両側の磁石ユニット74Aの基本的な構成
は、図4に示した磁石ユニット44と同じである。これ
に対して、内側の磁石ユニット74Bは、ヨーク43と
磁石固定台座48の間にスペーサ75が挿入されてい
る。その分、磁石ユニット74Aと比較して、磁石部分
の高さが小さくなっている。そして、磁石ユニットの磁
極表面の高さ位置は、5個の磁石ユニットですべて等し
くなっている。磁石ユニットの間には磁気シールド49
が配置されている。そして、単体の磁石ユニット内では
磁場均等性を±5%以内にし、両側の二つの磁石ユニッ
ト74A同志では磁場均一性を±5%以内にし、内側の
磁石ユニット74B同志では磁場均一性を±5%以内に
している。This magnet assembly includes five magnet units, of which two magnet units 74A on both sides are included.
And the three inner magnet units 74B have different configurations. The basic configuration of the magnet units 74A on both sides is the same as that of the magnet unit 44 shown in FIG. On the other hand, in the inner magnet unit 74B, a spacer 75 is inserted between the yoke 43 and the magnet fixing base 48. As a result, the height of the magnet portion is smaller than that of the magnet unit 74A. The height position of the magnetic pole surface of the magnet unit is the same for all five magnet units. A magnetic shield 49 is placed between the magnet units.
Is arranged. The magnetic field uniformity within the single magnet unit is within ± 5%, the magnetic field homogeneity within the two magnet units 74A on both sides is within ± 5%, and the magnetic field homogeneity within the inner magnet unit 74B is ± 5%. It is within%.
【0069】次に、このカソード電極の作用を説明す
る。図14(A)は、同じ磁石ユニットを4個並列に並
べた状態を示したものである。この場合は、ターゲット
35の表面には磁石ユニットに対応した磁場分布が4個
できて、これらの磁場分布の強度は互いにほぼ等しい。
図14(B)は、図13のカソード電極のように、磁石
部分の高さ(したがって体積)を異ならせた例である。
すなわち、両側の磁石ユニット74Aの磁石部分の高さ
が、内側の磁石ユニットの磁石部分の高さよりも大きく
なっている。なお、この図面では4個の磁石ユニットを
含む例を示してある。このようにすると、ターゲット3
5の表面の磁場の強さは、両側が強く、内側が弱くな
る。図面では、強い磁場をH、弱い磁場をLで示してあ
る。Hでは、磁場強度が大きく、イオン電流密度が大き
く、スパッタエッチング量が多い。逆にLでは、スパッ
タエッチング量が少ない。Next, the function of this cathode electrode will be described. FIG. 14A shows a state in which four identical magnet units are arranged in parallel. In this case, four magnetic field distributions corresponding to the magnet units are formed on the surface of the target 35, and the strengths of these magnetic field distributions are substantially equal to each other.
FIG. 14B is an example in which the height (hence the volume) of the magnet portion is different, as in the cathode electrode of FIG.
That is, the height of the magnet portions of the magnet units 74A on both sides is larger than the height of the magnet portions of the inner magnet units. It should be noted that this drawing shows an example including four magnet units. This way, target 3
The strength of the magnetic field on the surface of 5 is strong on both sides and weak on the inside. In the drawing, a strong magnetic field is indicated by H, and a weak magnetic field is indicated by L. In H, the magnetic field intensity is large, the ion current density is large, and the sputter etching amount is large. Conversely, with L, the amount of sputter etching is small.
【0070】図14(C)は両側の磁場を強くするため
の別の手段を示すものである。この例では、磁石ユニッ
ト自体はすべて同じであるが、両側の磁石ユニット76
Aと磁石固定台座48の間にスペーサ77を挿入して、
両側の磁石ユニット76Aだけをターゲット35に近付
けている。したがって、両側の磁石ユニット76Aの磁
極表面と内側の磁石ユニット76Bの磁極表面との間に
は段差が付いている。このような手段によっても、ター
ゲット35の表面の磁場の強さを、両側を強く、内側を
弱くすることができる。例えば、段差が3mmのとき
に、Lの磁場強度(上述の有効磁場強度)が200G
(ガウス)に対して、Hの磁場強度が225Gとなる。FIG. 14C shows another means for strengthening the magnetic fields on both sides. In this example, the magnet units themselves are all the same, but the magnet units 76 on both sides are identical.
Insert a spacer 77 between A and the magnet fixing base 48,
Only the magnet units 76A on both sides are brought close to the target 35. Therefore, there is a step between the magnetic pole surfaces of the magnet units 76A on both sides and the magnetic pole surfaces of the inner magnet unit 76B. By such means, the strength of the magnetic field on the surface of the target 35 can be increased on both sides and reduced on the inside. For example, when the step is 3 mm, the magnetic field strength of L (effective magnetic field strength described above) is 200 G
(Gauss), the magnetic field strength of H becomes 225G.
【0071】図15は、図14(A)に示す磁石組立体
を用いて基板上に成膜を行った場合の膜厚分布の等高線
を示すグラフである。条件は、ターゲットと基板の距離
が135mm、Arガスの圧力が5mTorrで、タ−
ゲット材料は銅を用いた。磁石組立体も基板も静止した
状態である。基板14のうち、矩形の測定範囲78内で
膜厚を測定した。目的とする有効領域79の寸法は、磁
石ユニットの短辺に平行な方向すなわちX方向がLX=
360mm、磁石ユニットの長辺に平行な方向すなわち
Y方向がLY=450mmである。有効領域79の範囲
内での膜厚分布の均一性は±14.3%であった。図中
の等高線の数字は、最大膜厚を100%としたときの膜
厚を百分率で示したものである。このグラフから分かる
ことは、特にX軸方向両端での膜厚分布が好ましくない
ことである。FIG. 15 is a graph showing contour lines of film thickness distribution when a film is formed on a substrate using the magnet assembly shown in FIG. 14 (A). The conditions were as follows: the distance between the target and the substrate was 135 mm; the pressure of Ar gas was 5 mTorr;
Copper was used as the get material. Both the magnet assembly and the substrate are stationary. The film thickness of the substrate 14 was measured within a rectangular measurement range 78. The dimension of the target effective area 79 is such that the direction parallel to the short side of the magnet unit, that is, the X direction is LX =
LY = 450 mm in the direction parallel to the long side of the magnet unit, that is, in the Y direction, is 360 mm. The uniformity of the film thickness distribution within the effective area 79 was ± 14.3%. The figures of the contour lines in the figure show the film thickness in percentage when the maximum film thickness is 100%. What can be seen from this graph is that the film thickness distribution at both ends in the X-axis direction is particularly undesirable.
【0072】これに対して、図16は、図14(C)に
示す磁石組立体を用いたときの膜厚分布のグラフであ
る。成膜条件は図15の場合と同じである。両側の磁石
ユニットと内側の磁石ユニットとの間の段差は5mmで
ある。この場合、360mm×450mmの有効領域7
9の範囲内で、膜厚分布の均一性は±8.1%と大幅に
改善された。図17は、段差を3mmにした場合の図1
6と同様のグラフであり、有効領域79内の膜厚分布の
均一性は±11.1%であった。このように、X軸方向
両側での磁場の強さを大きくすることにより、膜厚分布
の均一性が大きく改善された。On the other hand, FIG. 16 is a graph of the film thickness distribution when the magnet assembly shown in FIG. 14C is used. The film forming conditions are the same as in FIG. The step between the magnet units on both sides and the inner magnet unit is 5 mm. In this case, an effective area 7 of 360 mm × 450 mm
Within the range of 9, the uniformity of the film thickness distribution was greatly improved to ± 8.1%. FIG. 17 shows a case where the step is 3 mm.
6 is a graph similar to FIG. 6, and the uniformity of the film thickness distribution in the effective region 79 was ± 11.1%. Thus, by increasing the strength of the magnetic field on both sides in the X-axis direction, the uniformity of the film thickness distribution was greatly improved.
【0073】X軸方向両側での磁場の強さを大きくする
には、上述の手段のほかに、中心磁石および周辺磁石の
水平断面内での寸法を変えたり、磁石の材質を変えたり
することもでき、これらの手段によっても同様の効果を
得ることができる。また、図14(B)におけるスペ−
サ75は、成膜条件により使用してもしなくてもよい。
使用すれば、図14(B)と同じになり、使用しなけれ
ば、図14(C)に示すような段差の効果も加わること
になる。In order to increase the strength of the magnetic field on both sides in the X-axis direction, in addition to the above-mentioned means, the dimensions of the central magnet and the peripheral magnets in the horizontal cross section are changed, and the materials of the magnets are changed. Also, the same effect can be obtained by these means. In addition, the space in FIG.
The support 75 may or may not be used depending on the film forming conditions.
If it is used, it becomes the same as FIG. 14B, and if it is not used, the effect of the step as shown in FIG. 14C is added.
【0074】図18は本発明の別の実施形態のカソード
電極の正面断面図である。このカソード電極は、図13
に示すカソード電極の磁石組立体に、図7および図8に
示す移動機構を組み合わせたものである。移動機構の構
成は、図7および図8に示すものと同じである。したが
って、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明
を省略する。FIG. 18 is a front sectional view of a cathode electrode according to another embodiment of the present invention. This cathode electrode is shown in FIG.
The moving mechanism shown in FIGS. 7 and 8 is combined with the cathode electrode magnet assembly shown in FIG. The structure of the moving mechanism is the same as that shown in FIGS. 7 and 8. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0075】この実施形態においても、上述の図7およ
び図8に示すものと同様に、タ−ゲット面において複数
のドリフト電子の環状軌跡が周期的に移動を行うので、
タ−ゲットは移動方向両端部を除き均一に消耗され、こ
れによりタ−ゲットの利用効率が向上する。しかも、こ
の実施形態では、図13の実施形態と同様に移動方向両
端付近の磁場が内側よりも強くなっているので、このよ
うな移動機構によっては均一に消耗されにくい移動方向
両端部のターゲット部分がより積極的にスパッタリング
され、利用効率はさらに改善される。Also in this embodiment, as in the case shown in FIGS. 7 and 8, the circular loci of the drift electrons periodically move on the target plane.
The target is uniformly consumed except at both ends in the moving direction, thereby improving the use efficiency of the target. Moreover, in this embodiment, as in the embodiment of FIG. 13, the magnetic field near both ends in the moving direction is stronger than the inside, so that the target portions at both ends in the moving direction are less likely to be uniformly consumed by such a moving mechanism. Are more actively sputtered, and utilization efficiency is further improved.
【0076】図19は、これまで説明してきた磁石ユニ
ットとは構造の異なる別のタイプの磁石ユニットを示す
ものであり、(A)はその磁石ユニットの斜視図、
(B)はこの磁石ユニットを含む磁石組立体の正面断面
図である。この磁石ユニット85では、中心磁石が存在
せず、矩形で環状の磁石部分86だけが存在し、その内
側壁面がS極に、外側壁面がN極になっている。すなわ
ち、この磁石ユニット85を電極ハウジング内に配置す
ると、磁極面がターゲット面に対して垂直になる。この
磁石ユニット85は、図13または図18の実施形態に
おける磁石ユニットとして用いることができる。例え
ば、図19(B)に示すように、磁石ユニット85Aと
85Bを組み合わせて、外側の磁石ユニット85Aがタ
ーゲット表面に作る磁場を、内側の磁石ユニット85B
が作る磁場よりも大きくする。内側の磁石ユニット85
Aはスペーサ87の上に載せてあり、磁石部分の高さを
小さくしている。このタイプの磁石組立体を利用する
と、隣接する磁極の相互干渉を抑制するための磁気シー
ルドを磁石ユニット間に配置する必要はない。したがっ
て、磁石組立体をより小型化できる。FIG. 19 shows another type of magnet unit having a structure different from that of the magnet unit described above. FIG. 19A is a perspective view of the magnet unit.
(B) is a front sectional view of a magnet assembly including this magnet unit. In this magnet unit 85, the central magnet does not exist, only the rectangular and annular magnet portion 86 exists, and the inner wall surface thereof is the S pole and the outer wall surface is the N pole. That is, when the magnet unit 85 is arranged in the electrode housing, the magnetic pole surface is perpendicular to the target surface. This magnet unit 85 can be used as the magnet unit in the embodiment of FIG. 13 or FIG. For example, as shown in FIG. 19B, by combining the magnet units 85A and 85B, the magnetic field created by the outer magnet unit 85A on the target surface is generated by the inner magnet unit 85B.
Larger than the magnetic field created by. Inner magnet unit 85
A is placed on the spacer 87 to reduce the height of the magnet portion. With this type of magnet assembly, there is no need to place a magnetic shield between the magnet units to suppress mutual interference of adjacent magnetic poles. Therefore, the size of the magnet assembly can be further reduced.
【0077】本発明は上述の実施形態に限定されるもの
ではなく、次のような変更が可能である。 (1)前述した各実施形態における磁石組立体およびこ
れに含まれる磁石ユニットの寸法、材料、個数等はこれ
に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱するこ
となく任意の変更が可能である。 (2)図18における磁石組立体の移動機構は、偏心カ
ムとガイド孔との組み合わせを利用しているが、これ以
外の移動機構を採用することもできる。 (3)上述の各実施形態では、磁石ユニットの磁極配置
として、中心磁石のターゲット側の磁極面がS極で、周
辺磁石のターゲット側の磁極面がN極となっているもの
を採用しているが、これと反対の磁極配置を採用しても
よい。すなわち、すべての磁石ユニットの磁極配置を、
中心磁石のターゲット側の磁極面をN極に、周辺磁石の
ターゲット側の磁極面をS極にすることができる。The present invention is not limited to the above embodiment, but the following modifications can be made. (1) The dimensions, materials, numbers, etc. of the magnet assembly and the magnet units included therein in each of the above-described embodiments are not limited to these, and can be arbitrarily changed without departing from the scope of the present invention. Is. (2) The moving mechanism of the magnet assembly in FIG. 18 uses a combination of the eccentric cam and the guide hole, but a moving mechanism other than this can be adopted. (3) In each of the above-described embodiments, the magnetic pole arrangement of the magnet unit is such that the target-side magnetic pole surface of the central magnet is the S pole and the target-side magnetic pole surface of the peripheral magnet is the N pole. However, the magnetic pole arrangement opposite to this may be adopted. That is, the magnetic pole arrangement of all magnet units is
The target-side magnetic pole surface of the central magnet can be the N pole, and the target-side magnetic pole surface of the peripheral magnet can be the S pole.
【0078】[0078]
【発明の効果】本発明のすべてに共通する特徴は、両端
の磁石ユニットがターゲット表面に作る磁場が内側より
も強くなっていることであり、これにより、特に磁石ユ
ニットの短辺方向における基板上の膜厚分布が改善す
る、という共通の効果を有する。The feature common to all of the present invention is that the magnetic field produced by the magnet units at both ends on the target surface is stronger than that on the inner side. Has the common effect of improving the film thickness distribution.
【0079】請求項1の発明は、上述の共通の効果に加
えて、磁石ユニット間に磁気シールドを配置したので、
磁石ユニット同志の磁場の打ち消しあいをなくすととも
に、磁場の相互干渉による磁場の偏在を防いでいる。According to the invention of claim 1, in addition to the above-mentioned common effect, since the magnetic shield is arranged between the magnet units,
The magnetic fields of the magnet units do not cancel each other out, and uneven distribution of magnetic fields due to mutual interference of magnetic fields is prevented.
【0080】請求項4の発明は、上述の共通の効果に加
えて、単体の磁石ユニット内では±5%以内の磁場均等
性をもたせ、磁石ユニット間では±5%以内の磁場均一
性をもたせているので、放電の偏在や不安定性がなくな
り、また、基板上の膜厚分布が向上する。According to the invention of claim 4, in addition to the common effect described above, the magnetic field uniformity within a single magnet unit is within ± 5%, and the magnetic field homogeneity within a magnet unit is within ± 5%. Therefore, uneven distribution and instability of discharge are eliminated, and the film thickness distribution on the substrate is improved.
【0081】請求項5の発明は、上述の共通の効果に加
えて、複数の磁石ユニットからなる磁石組立体を往復運
動させるようにしたので、膜厚分布をより改善できると
ともに、ターゲットの利用効率を向上させることがで
き、さらに、タ−ゲット面上の堆積膜に起因して発生す
るパ−ティクルを抑制できる。In addition to the common effects described above, the invention of claim 5 reciprocates the magnet assembly composed of a plurality of magnet units, so that the film thickness distribution can be further improved and the target utilization efficiency can be improved. Can be improved, and particles generated due to the deposited film on the target surface can be suppressed.
【0082】請求項8の発明は、上述の共通の効果に加
えて、隣接する磁極の相互干渉を抑制するための磁気シ
ールドを磁石ユニット間に配置する必要がなく、磁石組
立体をより小型化できる。According to the invention of claim 8, in addition to the above-mentioned common effect, it is not necessary to dispose a magnetic shield for suppressing mutual interference of adjacent magnetic poles between the magnet units, and the magnet assembly can be made smaller. it can.
【図1】本発明を適用するスパッタリング装置の全体構
成の正面断面図である。FIG. 1 is a front cross-sectional view of the overall configuration of a sputtering apparatus to which the present invention is applied.
【図2】本発明に関連の深いカソード電極の正面断面図
である。FIG. 2 is a front sectional view of a deep cathode electrode related to the present invention.
【図3】図2のカソード電極の磁石組立体の平面図であ
る。3 is a plan view of a magnet assembly of the cathode electrode of FIG.
【図4】図2のカソード電極の磁石ユニットの断面図、
平面図および斜視図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the cathode electrode magnet unit of FIG. 2;
It is a top view and a perspective view.
【図5】ドリフト電子の運動軌跡を示す平面図と、それ
に対応する磁石組立体の断面図である。FIG. 5 is a plan view showing a movement trajectory of drift electrons and a cross-sectional view of a corresponding magnet assembly.
【図6】磁石組立体の作る磁力線を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing lines of magnetic force generated by the magnet assembly.
【図7】本発明に関連が深い別のカソード電極の正面断
面図である。FIG. 7 is a front sectional view of another cathode electrode which is closely related to the present invention.
【図8】図7のVIII−VIII線断面図である。8 is a sectional view taken along line VIII-VIII of FIG.
【図9】ターゲット上のエロージョン領域を示す平面図
と断面図である。9A and 9B are a plan view and a cross-sectional view showing an erosion region on a target.
【図10】磁石組立体の磁気シールドの変更例を示す平
面図である。FIG. 10 is a plan view showing a modification of the magnetic shield of the magnet assembly.
【図11】磁石組立体の磁気シールドの別の変更例を示
す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing another modification of the magnetic shield of the magnet assembly.
【図12】磁石組立体の磁気シールドのさらに別の変更
例を示す平面図である。FIG. 12 is a plan view showing still another modification of the magnetic shield of the magnet assembly.
【図13】本発明の一実施形態のカソード電極の正面断
面図である。FIG. 13 is a front sectional view of a cathode electrode according to an embodiment of the present invention.
【図14】磁石ユニットの三つの配置例を示す断面図で
ある。FIG. 14 is a cross-sectional view showing three arrangement examples of magnet units.
【図15】図14(A)の配置を用いて作製した薄膜の
膜厚分布を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing a film thickness distribution of a thin film manufactured by using the arrangement of FIG.
【図16】図14(C)の配置で段差を5mmにして作
製した薄膜の膜厚分布を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing a film thickness distribution of a thin film manufactured with a step of 5 mm in the arrangement of FIG. 14C.
【図17】図14(C)の配置で段差を3mmにして作
製した薄膜の膜厚分布を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing a film thickness distribution of a thin film manufactured with the arrangement shown in FIG. 14C and a step difference of 3 mm.
【図18】本発明の別の実施形態のカソード電極の正面
断面図である。FIG. 18 is a front sectional view of a cathode electrode according to another embodiment of the present invention.
【図19】別のタイプの磁石ユニットの斜視図と、これ
を使った磁石組立体の断面図である。FIG. 19 is a perspective view of another type of magnet unit and a sectional view of a magnet assembly using the same.
【図20】磁石ユニットの磁場均等性を説明するための
図面である。FIG. 20 is a diagram for explaining the magnetic field uniformity of the magnet unit.
22 ターゲット組立体 31 電極ハウジング 43 ヨーク 48 磁石固定台座 49 磁気シールド 74A、74B 磁石ユニット 75 スペーサ 22 target assembly 31 electrode housing 43 yoke 48 magnet fixing pedestal 49 magnetic shield 74A, 74B magnet unit 75 spacer
フロントページの続き (72)発明者 細川 直吉 東京都府中市四谷5丁目8番1号 アネル バ株式会社内Front Page Continuation (72) Inventor Naoyoshi Hosokawa 5-8-1 Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Within Anelva Co., Ltd.
Claims (9)
空容器と、この真空容器の内部に配置され、成膜処理さ
れる基板を取り付ける基板保持部材と、前記基板に対し
て対向する位置関係で配置され、前記基板に成膜する矩
形平面状タ−ゲットを備えた少なくとも1つのマグネト
ロンカソ−ド電極と、前記真空容器の内部にガスを流通
させて内部圧力を適切に維持するガス制御系と、前記マ
グネトロンカソ−ド電極に電力を供給する電源系とを含
むスパッタリング装置において、次の特徴を備えるスパ
ッタリング装置。 (a)前記マグネトロンカソード電極は、矩形平面状の
一つのターゲットの背面に複数の磁石ユニットを備え
る。 (b)前記磁石ユニットは、ターゲット表面に平行な断
面形状が矩形であり、その長辺が隣の磁石ユニットの長
辺と隣り合うように、複数の磁石ユニットが配置され
る。 (c)前記磁石ユニットの磁極配置は、同一のマグネト
ロンカソード電極に含まれるすべての磁石ユニットにお
いて、互いに等しい。 (d)前記磁石ユニットは、ターゲットの表面上に環状
の電子ドリフト運動軌跡を生じさせるような構造であ
る。 (e)前記複数の磁石ユニットのうち、磁石ユニットの
短辺方向における両端の二つの磁石ユニットがターゲッ
ト表面上に作る磁場の強さは、それより内側の磁石ユニ
ットがターゲット表面上に作る磁場の強さよりも大き
い。 (f)隣り合う磁石ユニットの間に磁気シールド壁が配
置される。1. A vacuum container provided with an exhaust system for evacuating the interior, a substrate holding member disposed inside the vacuum container for mounting a substrate to be subjected to film formation processing, and a position facing the substrate. At least one magnetron cathode electrode having a rectangular planar target for forming a film on the substrate, and gas control for circulating a gas inside the vacuum container to appropriately maintain the internal pressure. A sputtering apparatus including a system and a power supply system for supplying electric power to the magnetron cathode electrode, the sputtering apparatus having the following features. (A) The magnetron cathode electrode includes a plurality of magnet units on the back surface of one rectangular planar target. (B) The magnet unit has a rectangular cross section parallel to the target surface, and a plurality of magnet units are arranged such that a long side is adjacent to a long side of an adjacent magnet unit. (C) The magnetic poles of the magnet units are the same in all the magnet units included in the same magnetron cathode electrode. (D) The magnet unit has a structure that causes an annular electron drift motion locus on the surface of the target. (E) Among the plurality of magnet units, the strength of the magnetic field generated on the target surface by the two magnet units at both ends in the short side direction of the magnet unit is equal to the magnetic field generated on the target surface by the magnet units inside thereof. Greater than strength. (F) The magnetic shield wall is arranged between the adjacent magnet units.
いて、前記両側の磁石ユニットの磁石部分の高さは、内
側の磁石ユニットの磁石部分の高さよりも大きいことを
特徴とするスパッタリング装置。2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the height of the magnet portions of the magnet units on both sides is larger than the height of the magnet portions of the inner magnet units.
いて、前記複数の磁石ユニットは、単体の磁石ユニット
内では±5%以内の磁場均等性を有し、前記両側の二つ
の磁石ユニット同志では±5%以内の磁場均一性を有
し、前記内側の磁石ユニット同志では±5%以内の磁場
均一性を有する。3. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the plurality of magnet units have a magnetic field uniformity within ± 5% within a single magnet unit, and ± 5 between the two magnet units on both sides. % Magnetic field homogeneity, and the inner magnet units have magnetic field homogeneity within ± 5%.
空容器と、この真空容器の内部に配置され、成膜処理さ
れる基板を取り付ける基板保持部材と、前記基板に対し
て対向する位置関係で配置され、前記基板に成膜する矩
形平面状タ−ゲットを備えた少なくとも1つのマグネト
ロンカソ−ド電極と、前記真空容器の内部にガスを流通
させて内部圧力を適切に維持するガス制御系と、前記マ
グネトロンカソ−ド電極に電力を供給する電源系とを含
むスパッタリング装置において、次の特徴を備えるスパ
ッタリング装置。 (a)前記マグネトロンカソード電極は、矩形平面状の
一つのターゲットの背面に複数の磁石ユニットを備え
る。 (b)前記磁石ユニットは、ターゲット表面に平行な断
面形状が矩形であり、その長辺が隣の磁石ユニットの長
辺と隣り合うように、複数の磁石ユニットが配置され
る。 (c)前記磁石ユニットの磁極配置は、同一のマグネト
ロンカソード電極に含まれるすべての磁石ユニットにお
いて、互いに等しい。 (d)前記磁石ユニットは、ターゲットの表面上に環状
の電子ドリフト運動軌跡を生じさせるような構造であ
る。 (e)前記複数の磁石ユニットのうち、磁石ユニットの
短辺方向における両端の二つの磁石ユニットがターゲッ
ト表面上に作る磁場の強さは、それより内側の磁石ユニ
ットがターゲット表面上に作る磁場の強さよりも大き
い。 (f)前記複数の磁石ユニットは、単体の磁石ユニット
内では±5%以内の磁場均等性を有し、前記両側の二つ
の磁石ユニット同志では±5%以内の磁場均一性を有
し、前記内側の磁石ユニット同志では±5%以内の磁場
均一性を有する。4. A vacuum container provided with an exhaust system for bringing the inside into a vacuum state, a substrate holding member arranged inside the vacuum container for mounting a substrate to be subjected to film formation processing, and a position facing the substrate. At least one magnetron cathode electrode having a rectangular planar target for forming a film on the substrate, and gas control for circulating a gas inside the vacuum container to appropriately maintain the internal pressure. A sputtering apparatus including a system and a power supply system for supplying electric power to the magnetron cathode electrode, the sputtering apparatus having the following features. (A) The magnetron cathode electrode includes a plurality of magnet units on the back surface of one rectangular planar target. (B) The magnet unit has a rectangular cross section parallel to the target surface, and a plurality of magnet units are arranged such that a long side is adjacent to a long side of an adjacent magnet unit. (C) The magnetic poles of the magnet units are the same in all the magnet units included in the same magnetron cathode electrode. (D) The magnet unit has a structure that causes an annular electron drift motion locus on the surface of the target. (E) Among the plurality of magnet units, the strength of the magnetic field generated on the target surface by the two magnet units at both ends in the short side direction of the magnet unit is equal to the magnetic field generated on the target surface by the magnet units inside thereof. Greater than strength. (F) The plurality of magnet units have magnetic field homogeneity within ± 5% within a single magnet unit, and magnetic field homogeneity within ± 5% between the two magnet units on both sides, The inner magnet units have magnetic field uniformity within ± 5%.
いて、前記磁石ユニットは、その矩形の短辺方向に往復
運動可能であることを特徴とするスパッタリング装置。5. The sputtering apparatus according to claim 4, wherein the magnet unit is capable of reciprocating in the direction of the short side of the rectangle.
空容器と、この真空容器の内部に配置され、成膜処理さ
れる基板を取り付ける基板保持部材と、前記基板に対し
て対向する位置関係で配置され、前記基板に成膜する矩
形平面状タ−ゲットを備えた少なくとも1つのマグネト
ロンカソ−ド電極と、前記真空容器の内部にガスを流通
させて内部圧力を適切に維持するガス制御系と、前記マ
グネトロンカソ−ド電極に電力を供給する電源系とを含
むスパッタリング装置において、次の特徴を備えるスパ
ッタリング装置。 (a)前記マグネトロンカソード電極は、矩形平面状の
一つのターゲットの背面に複数の磁石ユニットを備え
る。 (b)前記磁石ユニットは、ターゲット表面に平行な断
面形状が矩形であり、その長辺が隣の磁石ユニットの長
辺と隣り合うように、複数の磁石ユニットが配置され
る。 (c)前記磁石ユニットの磁極配置は、同一のマグネト
ロンカソード電極に含まれるすべての磁石ユニットにお
いて、互いに等しい。 (d)前記磁石ユニットは、ターゲットの表面上に環状
の電子ドリフト運動軌跡を生じさせるような構造であ
る。 (e)前記複数の磁石ユニットのうち、磁石ユニットの
短辺方向における両端の二つの磁石ユニットがターゲッ
ト表面上に作る磁場の強さは、それより内側の磁石ユニ
ットがターゲット表面上に作る磁場の強さよりも大き
い。 (f)前記両側の磁石ユニットのターゲット側の磁極面
からターゲット表面までの距離は、前記内側の磁石ユニ
ットのターゲット側の磁極面からターゲット表面までの
距離よりも小さい。6. A vacuum container provided with an exhaust system for evacuating the interior, a substrate holding member for mounting a substrate to be subjected to a film formation process, which is disposed inside the vacuum container, and a position facing the substrate. At least one magnetron cathode electrode having a rectangular planar target for forming a film on the substrate, and gas control for circulating a gas inside the vacuum container to appropriately maintain the internal pressure. A sputtering apparatus including a system and a power supply system for supplying electric power to the magnetron cathode electrode, the sputtering apparatus having the following features. (A) The magnetron cathode electrode includes a plurality of magnet units on the back surface of one rectangular planar target. (B) The magnet unit has a rectangular cross section parallel to the target surface, and a plurality of magnet units are arranged such that a long side is adjacent to a long side of an adjacent magnet unit. (C) The magnetic poles of the magnet units are the same in all the magnet units included in the same magnetron cathode electrode. (D) The magnet unit has a structure that causes an annular electron drift motion locus on the surface of the target. (E) Among the plurality of magnet units, the strength of the magnetic field generated on the target surface by the two magnet units at both ends in the short side direction of the magnet unit is equal to the magnetic field generated on the target surface by the magnet units inside thereof. Greater than strength. (F) The distance from the target-side magnetic pole surface of the both magnet units to the target surface is smaller than the distance from the target-side magnetic pole surface of the inner magnet unit to the target surface.
記載のスパッタリング装置において、前記磁石ユニット
は、ヨークと、ヨークの上に固定された中心磁石と、ヨ
ークの上に固定されて中心磁石を取り囲む周辺磁石とか
ら構成され、中心磁石と周辺磁石は、ヨークに固定され
た面とターゲット側の面とに磁極面が存在し、中心磁石
のターゲット側の磁極と周辺磁石のターゲット側の磁極
とが互いに逆極性であることを特徴とするスパッタリン
グ装置。7. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the magnet unit includes a yoke, a central magnet fixed on the yoke, and a magnet fixed on the yoke. It is composed of a peripheral magnet surrounding the central magnet, and the central magnet and the peripheral magnet have magnetic pole surfaces on the surface fixed to the yoke and the surface on the target side, and the magnetic pole on the target side of the central magnet and the target side of the peripheral magnet. And a magnetic pole having a polarity opposite to each other.
空容器と、この真空容器の内部に配置され、成膜処理さ
れる基板を取り付ける基板保持部材と、前記基板に対し
て対向する位置関係で配置され、前記基板に成膜する矩
形平面状タ−ゲットを備えた少なくとも1つのマグネト
ロンカソ−ド電極と、前記真空容器の内部にガスを流通
させて内部圧力を適切に維持するガス制御系と、前記マ
グネトロンカソ−ド電極に電力を供給する電源系とを含
むスパッタリング装置において、次の特徴を備えるスパ
ッタリング装置。 (a)前記マグネトロンカソード電極は、矩形平面状の
一つのターゲットの背面に複数の磁石ユニットを備え
る。 (b)前記磁石ユニットは、ターゲット表面に平行な断
面形状が矩形であり、その長辺が隣の磁石ユニットの長
辺と隣り合うように、複数の磁石ユニットが配置され
る。 (c)前記磁石ユニットの磁極配置は、隣り合う磁石ユ
ニット同志で互いに逆極性である。 (d)前記磁石ユニットは、ターゲットの表面上に環状
の電子ドリフト運動軌跡を生じさせるような構造であ
る。 (e)前記複数の磁石ユニットのうち、磁石ユニットの
短辺方向における両端の二つの磁石ユニットがターゲッ
ト表面上に作る磁場の強さは、それより内側の磁石ユニ
ットがターゲット表面上に作る磁場の強さよりも大き
い。8. A vacuum container provided with an exhaust system for evacuating the interior, a substrate holding member disposed inside the vacuum container for mounting a substrate to be subjected to film formation processing, and a position facing the substrate. At least one magnetron cathode electrode having a rectangular planar target for forming a film on the substrate, and gas control for circulating a gas inside the vacuum container to appropriately maintain the internal pressure. A sputtering apparatus including a system and a power supply system for supplying electric power to the magnetron cathode electrode, the sputtering apparatus having the following features. (A) The magnetron cathode electrode includes a plurality of magnet units on the back surface of one rectangular planar target. (B) The magnet unit has a rectangular cross section parallel to the target surface, and a plurality of magnet units are arranged such that a long side is adjacent to a long side of an adjacent magnet unit. (C) The magnetic poles of the magnet units are arranged such that the adjacent magnet units have opposite polarities. (D) The magnet unit has a structure that causes an annular electron drift motion locus on the surface of the target. (E) Among the plurality of magnet units, the strength of the magnetic field generated on the target surface by the two magnet units at both ends in the short side direction of the magnet unit is equal to the magnetic field generated on the target surface by the magnet units inside thereof. Greater than strength.
いて、前記磁石ユニットは、中心磁石のない枠状の矩形
の磁石で構成されていてターゲット表面に垂直な磁極面
を有することを特徴とするスパッタリング装置。9. The sputtering apparatus according to claim 8, wherein the magnet unit is composed of a frame-shaped rectangular magnet without a central magnet, and has a magnetic pole surface perpendicular to the target surface. .
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1996
- 1996-03-08 JP JP7937896A patent/JP2928479B2/en not_active Expired - Fee Related
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CN116426892B (en) * | 2023-06-12 | 2023-11-07 | 昆山晟成光电科技有限公司 | Magnetron sputtering cathode magnetic bar assembly device and application method thereof |
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