JPS6365754B2 - - Google Patents
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- JPS6365754B2 JPS6365754B2 JP58193345A JP19334583A JPS6365754B2 JP S6365754 B2 JPS6365754 B2 JP S6365754B2 JP 58193345 A JP58193345 A JP 58193345A JP 19334583 A JP19334583 A JP 19334583A JP S6365754 B2 JPS6365754 B2 JP S6365754B2
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、真空中で薄膜を作製するためのスパ
ツタ装置、特に、基板の温度上昇及び損傷を防止
することのできるスパツタ装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a sputtering apparatus for producing a thin film in a vacuum, and particularly to a sputtering apparatus that can prevent temperature rise and damage to a substrate.
従来、薄膜を大量に作製するためのスパツタ装
置は、第1図の構成例に見られるように、薄膜作
製を行うためのスパツタ室10及び基板トレー挿
入室20と基板トレー取出室30の合計3個の独
立に排気して真空を維持することが可能な真空室
を持つている。3個の真空室は間にゲートバルブ
22及び32を介して接続されており、通常、ス
パツタ室10は真空保管され、基板トレーの出し
入れのために基板トレー挿入室20と基板トレー
取出室30とがリークバルブ24及び34により
大気開放されたり、排気口23及び33を経て図
示されていないポンプにより矢印e及びfの方向
に真空排気されたりする。基板を挿着した基板ト
レー11は、先ず基板トレー挿入室20へ収納さ
れて、次いで入口扉21及びゲートバルブ22を
閉じた状態で、排気口23から図示されていない
ポンプにより矢印eの方向へ排気される。基板ト
レー挿入室20の圧力が充分低くなつた時点でゲ
ートバルブ22が開かれ、基板トレー11は図示
されていないレールに載つて矢印aの方向に順次
スパツタ室に送り込まれる。ここで、基板上に薄
膜が形成され、ゲートバルブ32を経て矢印bの
方向に送られる。移送された基板は最後に基板ト
レー取出室30に送り込まれ、そこにため込まれ
る。最初に基板トレー挿入室20にため込まれて
いたすべての基板トレー11がスパツタ室10を
経由して基板トレー取出室30に移送された後
に、ゲートバルブ32が閉じられる。さらにリー
クバルブ34が開らかれて大気中におかれる。そ
して、扉31が開かれて基板トレー11を取出す
ことができる。スパツタ室10には、図示されて
いないボンベより矢印cの方向にガス導入孔12
を経てガスが導入され、他方で図示されていない
ポンプにより排気口13を経て矢印d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ツタ室内は放電状態を維
持し、スパツタリングを行うのに適した
10-3Torr乃至10-2Torrの範囲の予め決められた
一定圧力に保たれる。また、必要により、スパツ
タ室内には基板加熱ランプ17が設けられ、薄膜
が形成される前段階で基板トレーは熱線の照射を
受けて基板の温度が上昇される。スパツタ室内に
は、基板トレーの進行方向に沿つて3個のスパツ
タ電極14,14′,14″がその上部にそれぞれ
ターゲツト15,15′,15″を取付けた状態で
絶縁体16,16′,16″を介して組込まれ、配
置されている。各電極には、それぞれスパツタ電
源41,41′,41″と電源と電極間の給電線4
2,42′,42″及び電源とアース間の結線4
3,43′,43″からなるスパツタ電源系が接続
され、電力が供給される。基板トレー11は3個
のターゲツト15,15′,15″に対面して順次
移動することにより、それぞれのターゲツトから
飛来するスパツタ粒子の堆積を受けて基板上に薄
膜が形成される。各ターゲツトの材質は用途によ
り同質の場合と異質の場合といずれにしてもよ
い。なお、図において、電極数は3個であるが、
本発明が有効となるのは2個以上であつて特に数
の上限を定めるものではない。 Conventionally, a sputtering apparatus for producing thin films in large quantities has a total of three sputtering chambers 10 for producing thin films, a substrate tray insertion chamber 20, and a substrate tray removal chamber 30, as shown in the configuration example in FIG. It has a vacuum chamber that can independently evacuate and maintain a vacuum. The three vacuum chambers are connected through gate valves 22 and 32. Normally, the sputtering chamber 10 is kept under vacuum, and there is a substrate tray insertion chamber 20 and a substrate tray take-out chamber 30 for loading and unloading substrate trays. is released to the atmosphere by leak valves 24 and 34, or evacuated to the atmosphere through exhaust ports 23 and 33 by a pump (not shown) in the directions of arrows e and f. The substrate tray 11 loaded with substrates is first stored in the substrate tray insertion chamber 20, and then, with the entrance door 21 and gate valve 22 closed, it is moved from the exhaust port 23 in the direction of arrow e by a pump (not shown). Exhausted. When the pressure in the substrate tray insertion chamber 20 becomes sufficiently low, the gate valve 22 is opened, and the substrate trays 11 are placed on a rail (not shown) and sequentially fed into the sputtering chamber in the direction of arrow a. Here, a thin film is formed on the substrate and sent through the gate valve 32 in the direction of arrow b. The transferred substrates are finally sent to the substrate tray take-out chamber 30 and stored there. After all the substrate trays 11 initially stored in the substrate tray insertion chamber 20 are transferred to the substrate tray unloading chamber 30 via the sputtering chamber 10, the gate valve 32 is closed. Furthermore, the leak valve 34 is opened and exposed to the atmosphere. Then, the door 31 is opened and the substrate tray 11 can be taken out. A gas introduction hole 12 is provided in the sputtering chamber 10 in the direction of arrow c from a cylinder (not shown).
Gas is introduced through the exhaust port 13 and exhausted in the direction of the arrow d by a pump (not shown) through the exhaust port 13. As a result, a discharge state is maintained in the sputtering chamber with the introduced gas flow rate and exhaust gas flow rate balanced, making it suitable for sputtering.
It is maintained at a predetermined constant pressure in the range of 10 -3 Torr to 10 -2 Torr. Further, if necessary, a substrate heating lamp 17 is provided in the sputtering chamber, and the substrate tray is irradiated with heat rays to raise the temperature of the substrate before forming a thin film. In the sputtering chamber, three sputtering electrodes 14, 14', 14'' are installed along the direction of movement of the substrate tray, with targets 15, 15', 15'' attached to their upper parts, and insulators 16, 16', 14'', respectively. 16''. Each electrode has a sputter power source 41, 41', 41'' and a feed line 4 between the power source and the electrode.
2, 42', 42'' and connection between power supply and ground 4
A sputter power supply system consisting of 3, 43', and 43'' is connected and power is supplied.The substrate tray 11 faces the three targets 15, 15', and 15'' and moves sequentially to reach each target. A thin film is formed on the substrate by the deposition of spatter particles flying from the substrate. The material of each target may be the same or different depending on the purpose. In addition, in the figure, the number of electrodes is three, but
The present invention is effective for two or more, and there is no particular upper limit to the number.
第2図は、第1図におけるスパツタ電極14の
具体的な構成を複数のスパツタ電極の代表として
示したものである。電極14は電極ハウジング1
40とその内部に組込まれた磁石組立50及びタ
ーゲツト組立15から成り、絶縁体16を介して
スパツタ室内壁面101に設けられた開口102
から真空側にターゲツト面151が露出されるよ
うな形状をとり、図示されていない複数のネジ類
を用いたクランプ機構により取付け固定されてい
る。ターゲツト15はターゲツト板151及びタ
ーゲツト押え治具152、ターゲツト裏板153
から成り、図示されていないボルトにより電極ハ
ウジング140に固定されている。電極ハウジン
グ内の凹状空間141内には中心部磁石52、外
周磁石53及びヨーク51から成る磁石組立50
が組込まれている。更に図示されていないが、空
間141内にはハウジングの外部から冷却水を導
入、かつ排出してターゲツト裏板153に接触せ
しめ、放電を行う際にターゲツト151表面に発
生する熱を冷却水を媒介として外部に放出するこ
とが望ましい。ハウジング140とターゲツト裏
板153の間の気密はOリング142によつて保
たれ、また電極14と絶縁体16との間の気密は
Oリング143により、絶縁体16と真空容器壁
101との間の気密はOリング144によつてそ
れぞれ保持される。一方、ターゲツト15の真空
側に露出する面のうち、本来スパツタすべきター
ゲツト面151以外の面が望ましくないイオン衝
撃を受け、スパツタされるのを防止するためにシ
ールド144が開口102の周辺に設けられ、図
示されていないボルトにより真空容器壁101の
真空側に固定されている。 FIG. 2 shows a specific configuration of the sputter electrode 14 in FIG. 1 as a representative of a plurality of sputter electrodes. The electrode 14 is connected to the electrode housing 1
40, a magnet assembly 50 and a target assembly 15 incorporated therein, and an opening 102 provided in the sputter chamber wall surface 101 via an insulator 16.
It is shaped so that the target surface 151 is exposed to the vacuum side from the inside, and is attached and fixed by a clamp mechanism using a plurality of screws (not shown). The target 15 includes a target plate 151, a target holding jig 152, and a target back plate 153.
It is fixed to the electrode housing 140 by bolts (not shown). A magnet assembly 50 consisting of a center magnet 52, an outer magnet 53, and a yoke 51 is disposed within the concave space 141 in the electrode housing.
is incorporated. Although not shown, cooling water is introduced into the space 141 from the outside of the housing and discharged to contact the target back plate 153, so that the heat generated on the surface of the target 151 during discharge is transferred through the cooling water. It is desirable to release it to the outside as a gas. Airtightness between the housing 140 and the target back plate 153 is maintained by an O-ring 142, and an airtightness between the electrode 14 and the insulator 16 is maintained by the O-ring 143, and an airtightness is maintained between the insulator 16 and the vacuum vessel wall 101 by the O-ring 143. The airtightness of each is maintained by an O-ring 144. On the other hand, a shield 144 is provided around the opening 102 to prevent the surface of the target 15 exposed to the vacuum side other than the target surface 151 that is originally intended for sputtering from being subjected to undesirable ion bombardment and being sputtered. and is fixed to the vacuum side of the vacuum container wall 101 by bolts (not shown).
第3図a,bおよびcは、第2図のハウジング
内に設けられた磁石組立50の動作を説明するた
めのそれぞれ断面図、平面図および斜視図であ
る。これ等の図において、中心磁石52のターゲ
ツト裏板153に近い方の磁極はN極とされ、外
周磁石53のターゲツト裏板に近い方の磁極はS
極とされる。従つて、中心磁極から出発して外周
磁極へ達する矢印54で示す磁力線が形成され
る。図では磁力線の数は有限にしか示すことがで
きないが、実際は無限である。この結果、磁石組
立を設けたスパツタ電極においては、第2図のタ
ーゲツト15の表面上に中心から出て外周に入る
無数の磁力線力が環状に配置される。このような
状態で、スパツタ電極にアース電位に対して負の
高電圧を印加すると、ターゲツト表面に垂直な電
界と前述のような形状の磁界との組合わせによ
り、電子はターゲツト表面を磁力線の環状配置に
沿つて環状のドリフト運動を行う。その結果、低
電圧大電流の放電が達成され、高速でスパツタ膜
の作製を行うことが可能となる。また、第4図
は、ターゲツト表面上における電子のドリフト運
動の軌道を示す。図において、電子は環状線55
に沿つて矢印の方向にドリフト運動を行う。 3a, b, and c are a sectional view, a plan view, and a perspective view, respectively, for explaining the operation of the magnet assembly 50 provided in the housing of FIG. 2. FIG. In these figures, the magnetic pole of the center magnet 52 closer to the target back plate 153 is the N pole, and the magnetic pole of the outer circumferential magnet 53 closer to the target back plate is the S pole.
It is considered to be extreme. Therefore, lines of magnetic force are formed starting from the central magnetic pole and reaching the outer magnetic pole as indicated by the arrow 54. Although the figure can only show a finite number of magnetic lines of force, in reality it is infinite. As a result, in the sputter electrode provided with the magnet assembly, countless lines of magnetic force are arranged in an annular manner on the surface of the target 15 shown in FIG. 2, emanating from the center and entering the outer periphery. In this state, when a high voltage negative with respect to the ground potential is applied to the sputter electrode, the combination of the electric field perpendicular to the target surface and the magnetic field having the shape described above causes the electrons to move along the target surface in an annular shape of magnetic lines of force. Perform a circular drift motion along the arrangement. As a result, low voltage and large current discharge is achieved, making it possible to fabricate sputtered films at high speed. Furthermore, FIG. 4 shows the trajectory of electron drift motion on the target surface. In the figure, the electron is connected to the ring line 55
Perform a drift motion in the direction of the arrow along.
第5図aは、第1図の従来例における3個のス
パツタ電極に同時に電力を供給してスパツタリン
グを行うときのそれぞれのターゲツト表面上にお
ける電子のドリフト運動の軌跡を示す。図に見ら
れるように、全く同じ構成の磁石組立を内蔵する
スパツタ電極を3個並列配置する結果、隣りあう
ターゲツト15と15′の接近して並行している
ドリフト電子の軌跡αとβは、その電子の走行方
向が反対になる。同じく隣りあうターゲツト1
5′と15″の接近して並行しているドリフト電子
の軌跡γとδは、その電子の走行方向が反対向き
になる。この結果、隣りあつて走行する軌跡内の
電子は互に反揆しあい、結果として回転する電子
の集団は相互に他の電子集団をターゲツト15,
15′,15″の表面から基板トレー11の方向に
接近せしめるような作用をもたらす。それ故、こ
のような状態で薄膜を作製すると、基板トレーは
電子の強い衝撃を受けて温度が上昇するばかりで
なく、薄膜素子機能にも重大な損傷を受ける。そ
の温度上昇及び損傷の程度は、第1図において1
個のスパツタ電極14にだけ電力を供給して薄膜
を作製した場合から推定されるよりもはるかに大
きい。また、第5図bは、第5図aの電極配置に
おける3個の磁石組立と、それによつて発生する
磁力線の相対的位置関係を示す。この図から判る
ように、第3図aにおける磁石組立が1つの場合
と異り、同じ磁石組立50,50′,50″が並列
に配されると、磁力線は相互に影響を及ぼしあつ
て隣りあう磁石組立の間の空間A及びA′に生ず
る磁力線が反撥しあう。この結果、スパツタ装置
の内部の空間A,A′にはターゲツト表面から基
板トレーの間を結ぶような磁力線56,56′が
生じて、放電を行う際に電子はこれらの磁力線に
沿つて基板トレー側に入射しやすくなり、弊害の
生ずることが判るであろう。 FIG. 5a shows the locus of drift motion of electrons on each target surface when sputtering is performed by simultaneously supplying power to three sputter electrodes in the conventional example of FIG. 1. As can be seen in the figure, as a result of arranging three sputter electrodes in parallel with magnet assemblies of the same configuration, the trajectories α and β of drift electrons in adjacent targets 15 and 15', which are close and parallel to each other, are as follows. The traveling direction of the electrons becomes opposite. Target 1 also adjacent
Trajectories γ and δ of drift electrons 5' and 15'' that are close and parallel are in opposite directions.As a result, electrons in adjacent trajectories repel each other. As a result, the rotating electron groups mutually target other electron groups15,
15', 15'' surfaces toward the substrate tray 11. Therefore, if a thin film is produced in such a state, the temperature of the substrate tray will only increase due to the strong impact of electrons. In addition, the thin film element function is also seriously damaged.The temperature rise and the degree of damage are shown in Figure 1.
This is much larger than would be expected from the case where a thin film was produced by supplying power to only one sputter electrode 14. Moreover, FIG. 5b shows the relative positional relationship of the three magnet assemblies in the electrode arrangement of FIG. 5a and the lines of magnetic force generated thereby. As can be seen from this figure, unlike the case in which there is only one magnet assembly in Figure 3a, when the same magnet assemblies 50, 50', 50'' are arranged in parallel, the lines of magnetic force influence each other and the adjacent The lines of magnetic force generated in the spaces A and A' between the matching magnet assemblies repel each other.As a result, lines of magnetic force 56 and 56' that connect between the target surface and the substrate tray are generated in the spaces A and A' inside the sputtering device. It will be understood that this causes electrons to easily enter the substrate tray side along these lines of magnetic force when discharging, resulting in an adverse effect.
そこで、本発明の目的は、上記の問題を解決す
るために、複数個のスパツタ電極内に配置される
磁石組立の構成を全て同一にせずに、隣り合うス
パツタ電極内の磁石組立を中心磁石と外周磁石の
磁極の方向を反対にすることによつて、スパツタ
リングを行う際の基板面にプラズマから入射する
電子のエネルギーを低め、電子の基板面衝撃に起
因する基板の温度上昇および損傷を防止すること
のできるスパツタ装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to avoid making the configurations of the magnet assemblies arranged in a plurality of sputter electrodes all the same, and to make the magnet assemblies in adjacent sputter electrodes the same as the center magnet. By reversing the direction of the magnetic poles of the outer circumferential magnet, the energy of electrons incident on the substrate surface from plasma during sputtering is lowered, and temperature rise and damage to the substrate caused by impact of electrons on the substrate surface is prevented. The purpose of the present invention is to provide a sputtering device that can perform sputtering.
本発明によれば、真空に排気するためのポンプ
を備えた真空容器と、該真空容器内にあつて薄膜
を処理するための基体を取付ける基板ホルダー
と、前記真空容器内において基体に対向して該基
体上に成膜するために配設された平面状ターゲツ
トを備えた複数のスパツタ電極と、前記真空容器
にガスを供給し、他方で排気しながら真空容器内
の圧力を適切に維持するガス制御系と、前記複数
のスパツタ電極に電力を供給するスパツタ電源系
とからなるスパツタ装着において、前記平面状タ
ーゲツトをそれぞれ有する複数のスパツタ電極に
は、それぞれその平面上に電磁界による電子の拘
束力によつて環状の閉じた電子のドリフト運動の
軌跡が形成され、かつそれぞれのスパツタ電極が
ターゲツト面上における電子のドリフト運動の方
向が、隣りあう電極の最も近い場所において同方
向で平行するように配列されたことを特徴とする
スパツタ装置が得られる。 According to the present invention, there is provided a vacuum container equipped with a pump for evacuation, a substrate holder in the vacuum container to which a substrate for processing a thin film is attached, and a substrate holder in the vacuum container facing the substrate. a plurality of sputtering electrodes with planar targets disposed for depositing a film on the substrate, and a gas for supplying gas to the vacuum vessel and, on the other hand, maintaining an appropriate pressure within the vacuum vessel while evacuating the vessel. In sputter mounting, which consists of a control system and a sputter power supply system that supplies power to the plurality of sputter electrodes, each of the plurality of sputter electrodes having the planar target has an electron restraining force due to an electromagnetic field on its plane. As a result, a closed annular locus of electron drift motion is formed, and each sputter electrode is arranged so that the directions of electron drift motion on the target surface are parallel to each other in the same direction at the nearest location of the adjacent electrodes. A sputtering device characterized in that the sputtering devices are arranged is obtained.
次に、本発明によるスパツタ装置について実施
例を挙げ、図示を参照して説明する。 Next, examples of the sputtering apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施例においては、第1図のスパツタ装置に
おける3個のスパツタ電極14,14′および1
4″に対応して、それぞれスパツタ電極14,1
4′aおよび14″が用いられる。このうち、両側
の電極14および14″には、第3図aに示すも
のと同じ構成の磁石組立50および50″が内蔵
されるが、中央のスパツタ電極14′aには、第
6図aに示すごとき構成の磁石組立50′aが内
蔵されている。その他の構成は第1図と同じであ
り、以降スパツタ電極14′aを除き、それぞれ
第1図と同じ符号を参照して説明を行う。さて、
磁石組立50′aの構成を示す第6図aにおいて、
ヨーク51′a上における中心磁石52′aのター
ゲツト基板に近接する側の磁極はS極、外周磁石
53′aのターゲツト裏板に近接する側の磁極は
N極である。従つて、第3図aの磁石組立の場合
と比較すると、磁力線の方向は逆に外周磁極より
出発して中心磁極へ達する。なお、第6図bは、
第6図aの磁石組立の平面図を示す。また第7図
は、第6図a,bに示す磁石組立50′aをスパ
ツタ電極14′aのハウジング140a内に内蔵
して放電を行うときの、ターゲツト表面における
電子のドリフト運動の軌道を示す。図において、
電子の走行する方向を示す矢印が第4図の場合と
逆方向である点に注目されたい。 In this embodiment, the three sputter electrodes 14, 14' and 1 in the sputter apparatus shown in FIG.
4″, sputter electrodes 14, 1, respectively.
4'a and 14'' are used. Of these, the electrodes 14 and 14'' on both sides incorporate magnet assemblies 50 and 50'' of the same configuration as shown in FIG. 14'a has a built-in magnet assembly 50'a configured as shown in FIG. 6a.The other configurations are the same as in FIG. The explanation will be given with reference to the same symbols as in the figure.Now,
In FIG. 6a showing the configuration of the magnet assembly 50'a,
The magnetic pole of the center magnet 52'a on the yoke 51'a on the side closer to the target substrate is the S pole, and the magnetic pole of the outer peripheral magnet 53'a on the side closer to the target back plate is the N pole. Therefore, compared to the case of the magnet assembly of FIG. 3a, the direction of the magnetic field lines is reversed, starting from the outer magnetic pole and reaching the central magnetic pole. In addition, Fig. 6b shows
Figure 6a shows a plan view of the magnet assembly of Figure 6a; Furthermore, FIG. 7 shows the trajectory of the drift motion of electrons on the target surface when discharging is carried out by incorporating the magnet assembly 50'a shown in FIGS. 6a and 6b into the housing 140a of the sputter electrode 14'a. . In the figure,
Please note that the arrow indicating the direction in which the electrons travel is in the opposite direction to that in FIG. 4.
第8図aは、上記3個のスパツタ電極14,1
4′aおよび14″の配置により3個の電極に同時
に電力を供給してスパツタリングを行うときのそ
れぞれのターゲツト表面上における電子のドリフ
ト運動の軌跡を示す。第5図aと比較して、3個
のターゲツトの中の中央部のターゲツト15′a
の上のドリフトの軌跡55′aの電子の走行方向
を示す矢印の向きが反対になつている点に注力さ
れたい。この結果、隣りあうターゲツト15と1
5′aとが接近して並行しているドリフト電子の
軌跡αとβ′とはその電子の走行方向が同一とな
り、同じく隣りあうターゲツト15′aと15″と
の接近して並行しているドリフト電子の軌跡γ′と
δとはその走行方向が同一となる。従つて、生じ
ていた回転する電子の集団の相互反撥は抑制せし
められ、複数の電極に同時に電力を投入してスパ
ツタリングを行つても、基板の温度上昇及び電子
衝撃に起因する損傷は充分低く保つことができ
る。第8図bは、第8図aの電極配置における3
個の磁石組立と、それにより発生する磁力線の相
対的な関係を示す図である。第5図bの場合とは
異り、隣りあう磁石組立の間の空間A及びA′に
生ずる磁力線は反撥しあわずに一方の磁極から出
て他方の磁極に入る。この結果、スパツタ装置内
において空間A,A′にはターゲツト表面と基板
トレーの間を結ぶような磁力線は殆ど形成されな
い。従つて、3個のスパツタ電極を並べても、そ
のために電子が基板トレーに極めて多く入射する
というような現象は起こらない。 FIG. 8a shows the three sputter electrodes 14, 1
4'a and 14'', the trajectory of electron drift motion on each target surface is shown when sputtering is performed by simultaneously supplying power to three electrodes.Compared with Fig. 5a, 3 Target 15'a in the center among the targets
Please note that the direction of the arrow indicating the traveling direction of the electrons in the drift locus 55'a above is reversed. As a result, adjacent targets 15 and 1
The drift electron trajectories α and β', which are close to each other and parallel to each other, have the same traveling direction, and are also close to and parallel to the adjacent targets 15'a and 15''. The trajectory γ' and δ of the drift electrons have the same traveling direction. Therefore, the mutual repulsion of the rotating group of electrons that was occurring is suppressed, and sputtering can be performed by applying power to multiple electrodes at the same time. However, damage due to temperature rise and electron bombardment of the substrate can be kept sufficiently low.
FIG. 3 is a diagram showing the relative relationship between individual magnet assemblies and lines of magnetic force generated thereby. Unlike the case in FIG. 5b, the lines of magnetic force occurring in the spaces A and A' between adjacent magnet assemblies do not repel each other, but exit from one pole and enter the other pole. As a result, almost no magnetic lines of force connecting the target surface and the substrate tray are formed in the spaces A and A' within the sputtering apparatus. Therefore, even if three sputter electrodes are arranged side by side, a phenomenon in which a large number of electrons are incident on the substrate tray does not occur.
例えば、従来の第5図bの電極配置を持つスパ
ツタ装置を用いて、アルゴン圧力2×10-3Torr、
各電極の印加電圧400V、各電極の全放電電流約
2.7Aの条件の下でスパツタリングを行つた場合、
トレー11に流入する電子電流は、全放電電流の
90%以上であることが判明した。これに対し、本
発明の実施例である第8図bの電極配置を持つス
パツタ装置では、同じ条件であつても、トレー1
1には、全放電電流の10%以下の電子電流しか流
入しないことが確認された。本発明では、トレー
への電子電流の流入が抑制されるので、それに伴
い、基板の温度上昇、及び損傷も抑制される。 For example, using a conventional sputtering device having the electrode arrangement shown in FIG. 5b, an argon pressure of 2×10 -3 Torr,
Applied voltage of each electrode 400V, total discharge current of each electrode approx.
When sputtering is carried out under the conditions of 2.7A,
The electron current flowing into the tray 11 is equal to the total discharge current.
It turned out to be over 90%. On the other hand, in the sputtering apparatus having the electrode arrangement shown in FIG. 8b, which is an embodiment of the present invention, even under the same conditions, the tray
1, it was confirmed that only 10% or less of the total discharge current flows into the electron current. In the present invention, since the flow of electron current into the tray is suppressed, temperature rise and damage to the substrate are also suppressed accordingly.
上記した従来の電極装置と本発明の電極装置を
実際の例に用いて比較してみる。ターゲツトを銅
とし、アルゴン圧力2×10-3Torr、各電極印加
電圧500V、各電極の全放電電流13.5V、トレイの
送り速度100mm/minの条件下で、基板として長
さ150mm、幅50mm、厚さ3mmのABSプラスチツク
樹脂とソーダガラスを用いた場合、従来のスパツ
タ装置では、ABSプラスチツク樹脂は基板の中
央部が10mmも凸となつてしまつた。また、ソーダ
ガラス上の銅膜は本来の銅の光沢がなく、黒く変
色してしまつた。一方、本発明の実施例のスパツ
タ装置を用いると、ABSプラスチツク樹脂の中
央部の変形は0.5mm以内であり、測定精度を当初
のばらつきを考慮すれば、変形は無いといつてよ
い。またソーダガラス上の銅膜は金属光沢を有す
るものが得られた。 The conventional electrode device described above and the electrode device of the present invention will be compared using an actual example. The target was copper , the length of the substrate was 150 mm, the width was 50 mm, When using ABS plastic resin with a thickness of 3 mm and soda glass, with conventional sputtering equipment, the center of the ABS plastic resin became convex by 10 mm. Furthermore, the copper film on the soda glass lacked the original luster of copper and turned black. On the other hand, when the sputtering device of the embodiment of the present invention is used, the deformation of the central part of the ABS plastic resin is within 0.5 mm, and considering the initial variation in measurement accuracy, it can be said that there is no deformation. In addition, a copper film on soda glass with metallic luster was obtained.
なお、上記の実施例においては、3個のスパツ
タ電極を配置した場合を例にして示してあるが、
スパツタ電極の数はそれに限らない。また、スパ
ツタ電極の形状も矩形に限らず、例えば、第9図
のターゲツト15b,15′bおよび15″bに示
すごとく、円形のものに対応して配置することが
できる。 In addition, in the above embodiment, the case where three sputter electrodes are arranged is shown as an example, but
The number of sputter electrodes is not limited to this. Further, the shape of the sputter electrodes is not limited to a rectangular shape, but may be arranged in a circular shape, for example, as shown in targets 15b, 15'b and 15"b in FIG.
第10図は、本発明によるスパツタ電極の他の
例を説明するためのターゲツトの配置を斜視図に
より示したものである。この図において、基板を
挿着した2点鎖線で示す円筒形基板ホルダー11
1は、その中心軸112のまわりに回転する。基
板ホルダーの外側に配置された3個のターゲツト
15c,15′c,15″cの表面上では、それぞ
れ矢印をもつ環状線55c,55′c,55″cに
より示されるような軌跡をもつ電子のドリフト運
動が行われる。また、第11図は、本発明による
スパツタ電極のさらに他の例を説明するためのタ
ーゲツトの配置を平面図により示したものであ
る。この例によれば、6個の円形ターゲツト15
−1〜15−6が中心点Aのまわりに同一平面上
に等間隔で配置されている。各ターゲツト面上に
はそれぞれ矢印をもつ6つの環状線55−1〜5
5−6により示されるような軌跡をもつ電子のド
リフト運動が行われる。なお、本図に示されてい
ない基板は、ターゲツトの配置された面から離れ
て平行に配置された基板ホルダー上に取付けられ
ており、中心点Aに垂直な軸のまわりに回転しな
がら6個のターゲツトに順次対面していき、その
スパツタ粒子を自身の上に堆積する。これによつ
て基板上に薄膜が形成される。 FIG. 10 is a perspective view showing the arrangement of targets for explaining another example of the sputter electrode according to the present invention. In this figure, a cylindrical substrate holder 11 shown by a two-dot chain line into which a substrate is inserted.
1 rotates around its central axis 112. On the surfaces of the three targets 15c, 15'c, 15''c placed outside the substrate holder, electrons have trajectories shown by annular lines 55c, 55'c, 55''c with arrows, respectively. A drifting movement is performed. Further, FIG. 11 is a plan view showing the arrangement of targets for explaining still another example of the sputter electrode according to the present invention. According to this example, six circular targets 15
-1 to 15-6 are arranged around the center point A at equal intervals on the same plane. Six circular lines 55-1 to 55-5 each have an arrow on each target surface.
A drift motion of electrons having a trajectory as shown by 5-6 is performed. Note that the substrates not shown in this figure are mounted on a substrate holder placed parallel to the surface where the target is placed, and the six substrates are rotated around an axis perpendicular to the center point A. The spatter particles are deposited on itself. This forms a thin film on the substrate.
以上の説明により明らかなように、本発明によ
れば、複数個のスパツタ電極のうち、隣り合うス
パツタ電極内の磁石組立を中心磁石と外周磁石の
磁極の方向を反対にすることによつて、基板面に
プラズマから入射する電子エネルギーを抑制する
ことが可能となり、これによつて基板の不要な温
度上昇や損傷を防止でき、薄膜処理に対する良品
率の向上が得られる点においてその効果は大き
い。 As is clear from the above description, according to the present invention, by reversing the direction of the magnetic poles of the center magnet and the outer peripheral magnet in the magnet assemblies in adjacent sputter electrodes among the plurality of sputter electrodes, It is possible to suppress the electron energy incident on the substrate surface from the plasma, thereby preventing unnecessary temperature rise and damage to the substrate, and is highly effective in improving the yield rate for thin film processing.
第1図は複数のスパツタ電極を組入れた従来の
スパツタ装置の構成例を示す側断面図、第2図
は、第1図におけるスパツタ電極14の具体的な
構成を複数のスパツタ電極の代表として示す断面
図、第3図a,bおよびcは、第2図のハウジン
グ内に設けられた磁石組立50の動作を説明する
ためのそれぞれ断面図、平面図および斜視図、第
4図は、第2図のターゲツト表面上における電子
のドリフト運動の軌道を示す図、第5図aは、第
1図の従来例における3個のスパツタ電極に同時
に電力を供給してスパツタリングを行うときのそ
れぞれのターゲツト表面上における電子のドリフ
ト運動の軌跡を示す図、第5図bは、第5図aの
電極配置における3個の磁石組立と、それによつ
て発生する磁力線の相対的位置関係を示す図、第
6図aおよびbは、本発明の実施例として、第1
図における3個のうちの中央のスパツタ電極に代
えて適用される磁石組立の構成を示すそれぞれ断
面図および平面図、第7図は、第6図aおよびb
の磁石組立をスパツタ電極14′aのハウジング
に内蔵して放電を行うときの、ターゲツト表面に
おけるドリフト運動の軌道を示す図、第8図aは
3個のスパツタ電極14,14′aおよび14″の
配置により、3個の電極に同時に電力を供給した
ときに生ずるターゲツト表面上における電子のド
リフト運動の軌跡を示す図、第8図bは、第8図
aの電極配置における3個の磁石組立と、それに
より発生する磁力線の相対的な関係を示す図、第
9図は本発明の実施例における3個のスパツタ電
極の形状を円形にした場合のそれぞれ対応するタ
ーゲツト表面上における電子のドリフト運動の軌
跡を示す図、第10図は本発明によるスパツタ電
極の他の例を説明するためのターゲツトの形状お
よび配置を示す斜視図、第11図は本発明による
スパツタ電極のさらに他の例を説明するためのタ
ーゲツトの形状および配置を示す平面図である。
図において、10はスパツタ室、11は基板ト
レー、14,14′,14′a,14″はスパツタ
電極、15,15′,15′a,15″はターゲツ
ト、50,50′,50′a,50″は磁石組立、
51,51′aはヨーク、52,52′aは中心磁
石、53,53′aは外周磁石、140はハウジ
ングである。
FIG. 1 is a side sectional view showing an example of the configuration of a conventional sputtering device incorporating a plurality of sputtering electrodes, and FIG. 2 shows a specific configuration of the sputtering electrode 14 in FIG. 1 as a representative of the plurality of sputtering electrodes. 3A, 3B, and 3C are a sectional view, a top view, and a perspective view, respectively, for explaining the operation of the magnet assembly 50 provided in the housing of FIG. 2, and FIG. Figure 5a shows the trajectory of drift motion of electrons on the target surface shown in Figure 5. Figure 5a shows the trajectory of each target surface when sputtering is performed by simultaneously supplying power to three sputter electrodes in the conventional example of Figure 1. Figure 5b is a diagram showing the locus of the drift motion of electrons in Figure 5a, and Figure 5b is a diagram showing the relative positional relationship of the three magnet assemblies in the electrode arrangement of Figure 5a and the lines of magnetic force generated thereby. Figures a and b illustrate the first embodiment of the invention.
A cross-sectional view and a plan view, respectively, showing the structure of a magnet assembly applied in place of the central sputter electrode of the three in the figure, FIG.
Figure 8a shows the trajectory of drift motion on the target surface when discharging is carried out by incorporating a magnet assembly into the housing of the sputter electrode 14'a. Figure 8b shows the locus of the drift movement of electrons on the target surface when power is supplied to three electrodes at the same time with the arrangement of the three magnets in the electrode arrangement of Figure 8a. FIG. 9 shows the drift motion of electrons on the corresponding target surface when the three sputter electrodes in the embodiment of the present invention are circular in shape. FIG. 10 is a perspective view showing the shape and arrangement of targets to explain another example of the sputter electrode according to the present invention, and FIG. 11 illustrates still another example of the sputter electrode according to the present invention. 1 is a plan view showing the shape and arrangement of targets for sputtering. In the figure, 10 is a sputtering chamber, 11 is a substrate tray, 14, 14', 14'a, 14'' are sputtering electrodes, and 15, 15', 15' a, 15'' is the target, 50, 50', 50'a, 50'' is the magnet assembly,
51 and 51'a are yokes, 52 and 52'a are center magnets, 53 and 53'a are outer peripheral magnets, and 140 is a housing.
Claims (1)
器と、該真空容器内にあつて薄膜を処理するため
の基体を取付ける基体ホルダーと、前記真空容器
内において基体に対向して該基体上に成膜するた
めに配設された平面状ターゲツトを備えた複数の
スパツタ電極と、前記真空容器にガスを供給し、
他方で排気しながら真空容器内の圧力を適切に維
持するガス制御系と、前記複数のスパツタ電極に
電力を供給するスパツタ電源系とからなるスパツ
タ装置において、前記平面状ターゲツトをそれぞ
れ有する複数のスパツタ電極には、それぞれその
平面状に電磁界による電子の拘束力によつて環状
の閉じた電子のドリフト運動の軌跡が形成され、
かつそれぞれのスパツタ電極がターゲツト面上に
おける電子のドリフト運動の方向が、隣りあう電
極の最も近い場所において同方向で平行するよう
に配列されたことを特徴とするスパツタ装置。1. A vacuum container equipped with a pump for evacuation, a substrate holder in the vacuum container to which a substrate for processing a thin film is attached, and a substrate holder placed on the substrate opposite to the substrate in the vacuum container. a plurality of sputtering electrodes having planar targets arranged for coating, and supplying gas to the vacuum vessel;
On the other hand, in a sputtering apparatus comprising a gas control system for appropriately maintaining the pressure inside the vacuum vessel while evacuating the vessel, and a sputter power supply system for supplying power to the plurality of sputter electrodes, a plurality of sputters each having the planar target are provided. On each electrode, a closed ring-shaped locus of drift motion of electrons is formed by the electron restraining force caused by the electromagnetic field on each electrode.
A sputtering device characterized in that each of the sputtering electrodes is arranged so that the directions of drift motion of electrons on the target surface are the same and parallel to each other at the nearest location of the adjacent electrodes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19334583A JPS6086272A (en) | 1983-10-18 | 1983-10-18 | Sputtering apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19334583A JPS6086272A (en) | 1983-10-18 | 1983-10-18 | Sputtering apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6086272A JPS6086272A (en) | 1985-05-15 |
| JPS6365754B2 true JPS6365754B2 (en) | 1988-12-16 |
Family
ID=16306350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19334583A Granted JPS6086272A (en) | 1983-10-18 | 1983-10-18 | Sputtering apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6086272A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0913169A (en) * | 1995-06-29 | 1997-01-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Sputtering equipment |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3613018A1 (en) * | 1986-04-17 | 1987-10-22 | Santos Pereira Ribeiro Car Dos | MAGNETRON SPRAYING CATHODE |
| US5458759A (en) * | 1991-08-02 | 1995-10-17 | Anelva Corporation | Magnetron sputtering cathode apparatus |
| US7682495B2 (en) | 2005-04-14 | 2010-03-23 | Tango Systems, Inc. | Oscillating magnet in sputtering system |
| WO2006113170A2 (en) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Tango Systems, Inc. | Sputtering system |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59133370A (en) * | 1983-01-21 | 1984-07-31 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Magnetron sputtering device |
-
1983
- 1983-10-18 JP JP19334583A patent/JPS6086272A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0913169A (en) * | 1995-06-29 | 1997-01-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Sputtering equipment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6086272A (en) | 1985-05-15 |
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