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JPH0718005B2 - Sputtering device - Google Patents
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JPH0718005B2 - Sputtering device - Google Patents

Sputtering device

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JPH0718005B2
JPH0718005B2 JP62147867A JP14786787A JPH0718005B2 JP H0718005 B2 JPH0718005 B2 JP H0718005B2 JP 62147867 A JP62147867 A JP 62147867A JP 14786787 A JP14786787 A JP 14786787A JP H0718005 B2 JPH0718005 B2 JP H0718005B2
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target
erosion area
substrates
sputtering apparatus
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健一 夏井
陽一 大下
忠 佐藤
英嗣 瀬戸山
光浩 亀井
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスパッタ装置に係り、特に複数枚の基板に均質
な膜を成膜するに好適なスパッタ装置に関する。
The present invention relates to a sputtering apparatus, and more particularly to a sputtering apparatus suitable for forming a uniform film on a plurality of substrates.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

複数枚の基板に成膜する従来のスパッタ装置は、特開昭
56−130147号に示すように、中心となる基板とそこを中
心に同心円状に配置された基板に成膜するようになって
おり、ターゲットも円形である。この場合中心部の基板
と同心円状に配置された基板との間に膜厚等が若干異な
ってくることについては配慮されていなかった。長方形
ターゲットについては特開昭58−189372号の第2図に示
されているが、基板配置についての図はない。またこれ
ら従来例では、膜厚分布、ステップカバレージに重要な
影響を及ぼすエロージョンエリアの形状については知ら
れておらず、従って言及されていなかった。
A conventional sputtering apparatus for forming a film on a plurality of substrates is disclosed in
As shown in No. 56-130147, a film is formed on a substrate as a center and a substrate arranged concentrically around the substrate, and the target is also circular. In this case, no consideration was given to the fact that the film thickness and the like slightly differ between the central substrate and the concentrically arranged substrates. A rectangular target is shown in FIG. 2 of Japanese Patent Laid-Open No. 189372/1983, but there is no drawing regarding the substrate arrangement. Further, in these conventional examples, the shape of the erosion area, which has an important influence on the film thickness distribution and the step coverage, has not been known and therefore not mentioned.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術は複数枚の基板に均質な膜を成膜するとい
うことに関して、ターゲットエロージョンエリアの寸法
と成膜特性についての知見は得られておらず、均質な膜
が成膜しにくいという問題があった。
Regarding the above-mentioned conventional technique, regarding the formation of a uniform film on a plurality of substrates, no knowledge has been obtained about the size of the target erosion area and the film formation characteristics, and there is a problem that it is difficult to form a uniform film. there were.

本発明の目的は複数枚の基板に均質な膜を成膜すること
にある。
An object of the present invention is to form a uniform film on a plurality of substrates.

〔問題を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明者らは、上記目的を達成すべく種々研究を重ねた
結果、上記エロージョンエリアの幅を変えることで、複
数枚の基板に成膜したスパッタ膜の膜厚分布(基板面内
の膜厚最小値と最大値で決まり、膜厚分布が小さい程、
膜厚が均一であることを示す。)が変化すること、また
ステップカバレージ(斜面部膜厚の平坦部膜厚に対する
比(第4図参照))も、エロージョンエリア幅で変化す
ることを見出し、この新知見に基づいて本発明を完成し
たものである。具体的には、上記目的は、長方形ターゲ
ット、長方形エロージョンエリアを有する構造におい
て、エロージョンエリアの幅と長さを、基板直径との関
係で決まるある一定範囲と規定することにより、達成さ
れる。
As a result of various studies to achieve the above object, the inventors of the present invention changed the width of the erosion area to obtain a film thickness distribution of the sputtered film formed on a plurality of substrates (the film thickness in the substrate surface). Determined by the minimum and maximum values, the smaller the film thickness distribution,
It shows that the film thickness is uniform. ) Changes, and the step coverage (ratio of the thickness of the slope portion to the thickness of the flat portion (see FIG. 4)) also changes with the erosion area width, and the present invention was completed based on this new finding. It was done. Specifically, the above object is achieved by defining the width and length of the erosion area to be a certain range determined by the relationship with the substrate diameter in a structure having a rectangular target and a rectangular erosion area.

すなわち、本発明スパッタ装置は、 (1)気密を保持できる真空容器中に、複数枚の基板を
保持できる基板ホルダー、前記基板ホルダーに対向する
ターゲット、及び前記ターゲットの背面に配置された一
対のマグネトロン磁石を備え、前記ターゲットに電力を
供給し、スパッタガスの供給中でプラズマ放電を生ぜし
め、前記ターゲットからのスパッタ粒子によって前記基
板上に保持された複数枚の基板に薄膜を成膜するスパッ
タ装置において、前記一対のマグネトロン磁石の間の中
心線によって画成されるエロージョンエリアは短辺及び
長辺によって規定される形状を有し、前記短辺である幅
a(mm)が、前記基板の直径(あるいは四角形基板の長
辺)をd(mm)、α(インチ)で表わした時、 2d(α/3)1/4−40≦a≦2d(α/3)1/4+40(mm) となるエロージョンエリア幅aを持つこと、及び (2)気密を保持できる真空容器中に、複数枚の基板を
保持できる基板ホルダー、前記基板ホルダーに対向する
ターゲット、及び前記ターゲットの背面に配置された一
対のマグネトロン磁石を備え、前記ターゲットに電力を
供給し、スパッタガスの供給中でプラズマ放電を生ぜし
め、前記ターゲットからのスパッタ粒子によって前記基
板上に保持された複数枚の基板に薄膜を成膜するスパッ
タ装置において、前記一対のマグネトロン磁石の間の中
心線によって画成されるエロージョンエリアは短辺及び
長辺によって規定される形状を有し、エロージョンエリ
ア長辺である長さbが、基板の枚数をn、基板の直径あ
るいは長辺をd(mm)とした時、 b≧nd+(n−1)・15+50(mm) となるエロージョンエリア長さbを持つこと をそれぞれを特徴とする2つの発明を包含するものであ
る。
That is, the sputtering apparatus of the present invention includes (1) a substrate holder capable of holding a plurality of substrates in a vacuum container capable of maintaining airtightness, a target facing the substrate holder, and a pair of magnetrons arranged on the back surface of the target. A sputtering apparatus that includes a magnet, supplies electric power to the target, causes plasma discharge in the supply of sputtering gas, and forms thin films on a plurality of substrates held on the substrate by sputtered particles from the target. The erosion area defined by the center line between the pair of magnetron magnets has a shape defined by a short side and a long side, and the width a (mm) that is the short side is the diameter of the substrate. When (or the long side of the rectangular substrate) is expressed in d (mm) and α (inch), 2d (α / 3) 1/4 −40 ≦ a ≦ 2d (α / 3) 1/4 +40 (mm) When And (2) a substrate holder capable of holding a plurality of substrates in a vacuum container capable of maintaining airtightness, a target facing the substrate holder, and a pair arranged on the back surface of the target. Magnetron magnet is supplied, electric power is supplied to the target to generate plasma discharge in the supply of sputter gas, and thin films are formed on a plurality of substrates held on the substrate by sputter particles from the target. In the sputtering apparatus, the erosion area defined by the center line between the pair of magnetron magnets has a shape defined by a short side and a long side, and the length b, which is the long side of the erosion area, is the number of substrates. Where n is and the diameter or the long side of the substrate is d (mm), b ≧ nd + (n−1) · 15 + 50 (mm) It includes two inventions, each characterized by having an area length b.

〔作用〕[Action]

本発明のスパッタ装置は上記のように、膜厚分布が小さ
く、ステップカバレージが大きいという両方の目標値を
満足するエロージョンエリアの幅を基板直径あるいは長
辺の大きさとの関係で規定するものであるため、エロー
ジョンエリアの幅をその範囲内に収めれば、膜厚分布が
小さく、ステップカバレージの大きな均質なスパッタ膜
を得ることができる。
As described above, the sputtering apparatus of the present invention defines the width of the erosion area satisfying both target values of the small film thickness distribution and the large step coverage in relation to the diameter of the substrate or the size of the long side. Therefore, if the width of the erosion area is within the range, it is possible to obtain a uniform sputtered film having a small film thickness distribution and a large step coverage.

さらに、上記のように、基板の直径あるいは長辺を所定
の大きさとすること、基板とターゲットとの間隔を所定
の大きさとすること、或いは、複数枚の基板を所定の配
置とすることによって、良好に、膜厚分布が小さく、ス
テップカバレージの大きさ均質なスパッタ膜を得ること
ができる。
Further, as described above, by setting the diameter or the long side of the substrate to a predetermined size, setting the distance between the substrate and the target to a predetermined size, or setting a plurality of substrates in a predetermined arrangement, It is possible to obtain a sputtered film having a small film thickness distribution and a uniform step coverage.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図は本発明になるスパッタ装置の構成を示すもので、真
空容器1の内部に配置された基板ホルダー2には複数枚
の基板3が固定され、基板と対向してターゲット4がタ
ーゲットホルダー5に固定され、ターゲット4の基板3
の反対側に1対の永久磁石6が、磁極が異なるように配
置され、ヨーク7が磁石の一方で磁路を形成し、アース
シールド8がターゲット4を被うように構成されてい
る。ターゲットホルダー5は、絶縁物9によって真空容
器1との絶縁がとられ、マッチングボックス10を経由し
て電源11と接続している。真空容器1は接地電位にあ
り、従ってターゲットホルダーも真空容器と同じく接地
電位にある。通常ターゲット4とターゲットホルダー5
との気密がとられ、磁石(以下マグネトロン磁石と記
す)6及びターゲット4は、ターゲットホルダー5の内
部を通る配管によって水冷されている。真空容器1は2
つの配管12,13を有し、一方の配管12からはAr等のスパ
ッタガスが供給され、他方の配管13はクライオポンプ等
の真空排気装置に接続されている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. First
The figure shows the structure of a sputtering apparatus according to the present invention. A plurality of substrates 3 are fixed to a substrate holder 2 arranged inside a vacuum container 1, and a target 4 is placed on a target holder 5 facing a substrate. Fixed and target 4 substrate 3
On the opposite side, a pair of permanent magnets 6 are arranged so that the magnetic poles are different, the yoke 7 forms a magnetic path on one side of the magnet, and the earth shield 8 covers the target 4. The target holder 5 is insulated from the vacuum container 1 by an insulator 9, and is connected to a power source 11 via a matching box 10. The vacuum vessel 1 is at ground potential and therefore the target holder is at ground potential as well as the vacuum vessel. Normal target 4 and target holder 5
The magnet (hereinafter referred to as magnetron magnet) 6 and the target 4 are water-cooled by a pipe passing through the inside of the target holder 5. Vacuum container 1 is 2
Two pipes 12 and 13 are provided, a sputter gas such as Ar is supplied from one pipe 12, and the other pipe 13 is connected to a vacuum exhaust device such as a cryopump.

次に第1図を用いて、基板3へスパッタ膜が成膜される
過程を説明する。真空容器1は真空排気装置で10-7Torr
オーダーの高真空に排気された後、Ar等のスパッタガス
が供給され、真空容器は例えば10-4Torrオーダーの真空
度に保たれる。ここで、ターゲットホルダーと電気的に
接続しているターゲット4に例えば13.5MHzの高周波電
源が11より電力注入される。その結果ターゲット4と基
板ホルダー2との間にプラズマ放電が生ずる。ターゲッ
ト4の表面には、マグネトロン磁石6の漏れ磁場が14の
点線で示すような磁場のトンネルを形成し、プラズマ中
の電子が電磁力で磁場中に閉じ込められ、ガスとの衝突
頻度が高まり、濃いプラズマが生ずる。なお、ターゲッ
ト4の材質はどのようなものでもよいが、本実施例では
磁性体であるパーマロイを使用している。
Next, a process of forming a sputtered film on the substrate 3 will be described with reference to FIG. The vacuum vessel 1 is a vacuum pumping device, 10 -7 Torr
After being evacuated to a high vacuum of the order, a sputtering gas such as Ar is supplied, and the vacuum container is maintained at a vacuum degree of the order of 10 −4 Torr, for example. Here, the target 4 electrically connected to the target holder is supplied with a high frequency power source of 13.5 MHz from 11 for example. As a result, a plasma discharge is generated between the target 4 and the substrate holder 2. On the surface of the target 4, the leakage magnetic field of the magnetron magnet 6 forms a magnetic field tunnel as shown by the dotted line 14 and the electrons in the plasma are confined in the magnetic field by the electromagnetic force, and the frequency of collision with gas increases, A dense plasma is produced. The target 4 may be made of any material, but in this embodiment, permalloy, which is a magnetic material, is used.

プラズマ中のプラスイオンは、陰極となるターゲット4
を叩き、ターゲットを構成している粒子が、はじき出さ
れ、スパッタ粒子となって、通常加熱されている状態の
基板3に付着、膜が成長していく。ここで、1対のマグ
ネトロン磁石6の間で、スパッタ現象が促進されターゲ
ットの減りが激しく、1対のマグネトロン磁石6の間の
中心線によって画成される領域をエロージョンエリアと
呼ぶことにする。第2図は第1図のA−A′から矢印方
向を見たもので、基板3(直径d)、ターゲット4及び
1対のマグネトロン磁石6、及び長方形エロージョンエ
リアの幅aとその長さbを示すものである。複数の基板
3(ここでは3枚を示すがこれ以上でも良い)は長方形
エロージョンエリアに対してその長手方向ほぼ中心の直
線上に配置されている。さて複数枚の基板に成膜する場
合、それら複数の基板に均質な膜が成膜されることが工
業的利用価値を高める上で要求される。ここでは特に膜
厚分布が小さく、ステップカバレージの高い両方の要求
を満足出来るエロージョンエリアの幅があることを計算
及び実験で見い出した。
The positive ions in the plasma are the target 4 that serves as the cathode.
The particles constituting the target are repelled, become sputtered particles, adhere to the substrate 3 which is normally heated, and the film grows. Here, the region between the pair of magnetron magnets 6 where the sputtering phenomenon is promoted and the target is drastically reduced is defined as the erosion area defined by the center line between the pair of magnetron magnets 6. FIG. 2 is a view taken in the direction of the arrow from AA ′ in FIG. 1, and shows the substrate 3 (diameter d), the target 4 and the pair of magnetron magnets 6, and the width a of the rectangular erosion area and its length b. Is shown. The plurality of substrates 3 (three substrates are shown here, but more may be used) are arranged on a straight line approximately in the longitudinal direction of the rectangular erosion area. When forming a film on a plurality of substrates, it is required to form a uniform film on the plurality of substrates in order to enhance the industrial utility value. Here, it was found by calculation and experiments that there is a width of the erosion area that can satisfy both the requirements of a particularly small film thickness distribution and a high step coverage.

第3図は計算によるエロージョンエリア幅と膜厚分布の
関係を示すもので、膜厚分布があるエロージョンエリア
幅で最小値を持つ、V形の特性となっている。第4図は
エロージョンエリア幅とステップカバレージの関係を示
すもので、ステップカバレージはエロージョンエリア幅
の増大で大きくなり、その後小さくなる特性を示す。膜
厚分布は小さく、ステップカバレージは大きい程、膜の
特性上良いが、使用可能な膜厚分布の上限値及び、ステ
ップカバレージの下限値として第3図、第4図に目標範
囲として示した。第3図は膜厚分布と、第4図のステッ
プカバレージの目標範囲を両方とも満足するエロージョ
ンエリア幅を第3図に合わせて示した。第3図、第4図
は実用に供せられる直径3インチ基板での計算結果であ
るが、直径5インチ基板についても同様の結果が得られ
た。膜厚の計算は参考文献(1)に記されている式に、
実測したスパッタ粒子の放出角度分布を適用して行なっ
た。第3図には実測データ(成膜条件:注入電力3kW、
スパッタリングガスAr、ガス圧力2〜3×10-4Torr)も
合わせて示したが、計算結果とよく合っている。
FIG. 3 shows the relationship between the calculated erosion area width and the film thickness distribution, which is a V-shaped characteristic having the minimum value in the erosion area width having a film thickness distribution. FIG. 4 shows the relationship between the erosion area width and the step coverage. The step coverage increases with the increase of the erosion area width and then decreases. The smaller the film thickness distribution and the larger the step coverage are, the better the characteristics of the film are. However, the upper limit of the usable film thickness distribution and the lower limit of the step coverage are shown as the target range in FIGS. 3 and 4. FIG. 3 shows the film thickness distribution and the erosion area width that satisfies both the target range of the step coverage shown in FIG. 4 together with FIG. 3 and 4 show the calculation results for a practically used 3-inch diameter substrate, the same results were obtained for a 5-inch diameter substrate. To calculate the film thickness, use the formula described in Reference (1),
The measurement was performed by applying the measured emission angle distribution of sputtered particles. Fig. 3 shows the measured data (deposition conditions: injection power 3kW,
Sputtering gas Ar and gas pressure 2-3 × 10 −4 Torr) are also shown together, and they are in good agreement with the calculation results.

膜厚分布とステップカバレージの両方の目標を満足する
エロージョンエリアの幅aは、3インチ基板では、112m
mから192mmの範囲となる。一方5インチ基板の場合につ
いて計算すると幅aが132mmから212mmの範囲で両方の目
標を満足する。ここで膜厚分布を小さくするためには、
aの値として変動幅の中間値付近を選べばよく、一方ス
テップカバレージを大きくするためには、aの値として
大きめの値を選べばよいことが、第3図、第4図からわ
かる。
The width a of the erosion area that satisfies both the target of the film thickness distribution and the step coverage is 112 m in the case of the 3-inch substrate.
The range is from m to 192 mm. On the other hand, when the calculation is performed for a 5-inch substrate, both targets are satisfied when the width a is in the range of 132 mm to 212 mm. Here, in order to reduce the film thickness distribution,
It can be seen from FIGS. 3 and 4 that a value near the middle value of the fluctuation range may be selected as the value of a, while a larger value may be selected as the value of a in order to increase the step coverage.

前述のように、3インチ基板では、膜厚分布とステップ
カバレージの両方の目標を満足するエロージョンエリア
の幅aは112mm〜192mmの範囲である。これは、基板直径
をd(mm)とすると、下式で表される。
As described above, in the case of the 3-inch substrate, the width a of the erosion area that satisfies both the target of the film thickness distribution and the step coverage is in the range of 112 mm to 192 mm. This is expressed by the following equation when the substrate diameter is d (mm).

2d−40≦a≦2d+40(mm) 同様に、5インチ基板の場合の、膜厚分布とステップカ
バレージの両方の目標を満足するエロージョンエリアの
幅132mm〜212mmは、下式のように表すことができる。
2d−40 ≦ a ≦ 2d + 40 (mm) Similarly, in the case of a 5-inch substrate, the width of the erosion area 132 mm to 212 mm that satisfies both the target of the film thickness distribution and the step coverage can be expressed by the following formula. it can.

2d(5/3)1/4−40≦a≦2d(5/3)1/4+40(mm) 基板直径をd(mm)の他にα(インチ)でも表記する
と、前記2つの式は次式のようにまとめることができ
る。
2d (5/3) 1/4 −40 ≦ a ≦ 2d (5/3) 1/4 +40 (mm) When the substrate diameter is expressed in α (inch) in addition to d (mm), the above two equations are It can be summarized as the following formula.

2d(α/3)1/4−40≦a≦2d(α/3)1/4+40(mm) 本式のaの範囲は、実用上よく用いられる3インチ基
板、5インチ基板について適用可能なことは、これまで
の説明で明らかであるが、成膜面積がこの程度のオーダ
ーであるならば、基板の大きさによらず、これ以外の形
状の基板についても十分適用できる。
2d (α / 3) 1/4 −40 ≦ a ≦ 2d (α / 3) 1/4 +40 (mm) The range of a in this formula is applicable to 3 inch substrate and 5 inch substrate which are often used in practice. This is clear from the above description, but if the film-forming area is on the order of this order, it is sufficiently applicable to substrates of other shapes regardless of the size of the substrate.

エロージョンエリアの幅aを前記範囲とすることによ
り、膜厚分布が小さく、ステップカバレージの大きな均
質な膜を複数の基板において得られる効果がある。
By setting the width a of the erosion area within the above range, it is possible to obtain a uniform film having a small film thickness distribution and a large step coverage on a plurality of substrates.

第5図は、極間距離(第1図の基板3とターゲット4の
間の距離)と膜厚分布の関係を示すもので、2種類の基
板形状について計算した結果、複数枚の基板に膜厚分布
を小さく成膜するには、極間距離を90mm以上にすればよ
いことがわかる。
FIG. 5 shows the relationship between the inter-electrode distance (distance between the substrate 3 and the target 4 in FIG. 1) and the film thickness distribution. As a result of calculating two types of substrate shapes, the film is formed on a plurality of substrates. It is understood that the distance between the electrodes should be 90 mm or more to form a film with a small thickness distribution.

従って極間距離を90mm以上にすれば、膜厚分布の小さな
膜を成膜出来る効果がある。
Therefore, if the distance between the electrodes is 90 mm or more, there is an effect that a film having a small film thickness distribution can be formed.

第6図は本発明の異なる実施例を示すもので、第1図の
配管12,13は、本図では第1図と90度位置がずれたもの
で、示されていない。第1図と異なるのは、真空容器1
の外部にヘルムホルツコイル15を配してあり、膜に一軸
磁気異方性を誘導するためのコイルを用いた例で、本図
においても、エロージョンエリア幅aを前記式の領域に
収めれば一軸磁気異方性を誘導できる膜において、膜厚
分布が小さく、ステップカバレージが大きいという効果
がある。
FIG. 6 shows a different embodiment of the present invention, and the pipes 12 and 13 in FIG. 1 are not shown in the figure because they are displaced by 90 degrees from those in FIG. The difference from FIG. 1 is that the vacuum container 1
In the example in which the Helmholtz coil 15 is arranged outside of, and a coil for inducing uniaxial magnetic anisotropy is used in the film, in this figure as well, if the erosion area width a is contained in the region of the above formula, A film capable of inducing magnetic anisotropy has an effect of having a small film thickness distribution and a large step coverage.

第7図はさらに異なる実施例で、基板3に一方向磁場が
付与できるように永久磁石16を配置したもので、エロー
ジョンエリア幅aを前記式の領域に収めれば、同様の効
果がある。
FIG. 7 shows a further different embodiment in which a permanent magnet 16 is arranged so that a unidirectional magnetic field can be applied to the substrate 3, and the same effect can be obtained if the erosion area width a is contained in the area of the above formula.

第8図は基板3の形状が正方形の場合を示す。この場合
でも前式のdは、第8図の一辺の長さdを入れることで
同様に計算でき、長方形基板の場合は、長辺をdとすれ
ばよい。
FIG. 8 shows a case where the substrate 3 has a square shape. Even in this case, d in the above equation can be similarly calculated by inserting the length d of one side in FIG. 8, and in the case of a rectangular substrate, the long side may be d.

第9図は第2図に示す永久磁石6に挟まれたエロージョ
ンエリア17の形状が第2図に示す長方形とは異なり、長
楕円形状をなしている。この場合もエロージョンエリア
の幅aを前述のように規定することで、複数の基板に均
質なスパッタ膜を成膜することができる。
In FIG. 9, the shape of the erosion area 17 sandwiched between the permanent magnets 6 shown in FIG. 2 is an elliptical shape, unlike the rectangle shown in FIG. Also in this case, by defining the width a of the erosion area as described above, it is possible to form a uniform sputtered film on a plurality of substrates.

第10図は、複数の基板が列をなしている場合を示し、こ
の時はdを図示のように複数の基板の最外側で決まる形
状の短辺とすれば、前述の式に適用でき、同様の効果が
得られる。
FIG. 10 shows a case where a plurality of substrates are arranged in a row. At this time, if d is a short side of a shape determined by the outermost sides of the plurality of substrates as shown in the drawing, it can be applied to the above equation, The same effect can be obtained.

第2図に示すエロージョンエリアの長さbが短かいと、
短辺側のエロージョンエリアからのスパッタの影響によ
り、両端の基板は中央部の基板よりも膜厚が厚くなり、
膜厚分布が悪くなる。エロージョンエリアの長さbは長
い程、膜厚分布、ステップカバレージの点でよいが、装
置作成上は短かい方がよい。直径d(mm)の基板をn枚
直線上に配置した時、エロージョンエリアの長さbを最
短のb=n・dとした場合は膜厚分布が悪く、外側基板
より少なくとも25mm離したところにエロージョンエリア
を配置するのがよいことがわかった。複数の基板を直線
上に並べる場合、基板を隙間なく並べることはせず、通
常15mm程度の間隔をおくことになる。そこで複数(n
個)の基板を配置したとき、エロージョンエリアの長さ
bは、1番目の基板とn番目の基板の外側長さ〔nd+
(n−1)・15〕に2×25(mm)=50(mm)を加えた距
離よりも長くするのがよいことになる。これを式で表す
と、 b≧nd+(n−1)・15+50(mm) で、膜厚分布、ステップカバレージが良好な結果とな
る。
When the length b of the erosion area shown in FIG. 2 is short,
Due to the influence of spatter from the erosion area on the short side, the thickness of the substrate at both ends is greater than that of the substrate at the center,
The film thickness distribution becomes worse. The longer the length b of the erosion area is, the better the film thickness distribution and the step coverage are, but the shorter the better in making the device. When n substrates of diameter d (mm) are arranged on a straight line and the length b of the erosion area is set to the shortest b = n · d, the film thickness distribution is poor and at least 25 mm away from the outer substrate. It turns out to be good to place an erosion area. When arranging a plurality of substrates on a straight line, the substrates are not arranged without a gap, and usually a space of about 15 mm is set. Therefore, multiple (n
), The length b of the erosion area is the outer length of the first and nth substrates [nd +
It is better to make it longer than the sum of (n-1) · 15] and 2 × 25 (mm) = 50 (mm). When this is expressed by an equation, b ≧ nd + (n−1) · 15 + 50 (mm), and the film thickness distribution and the step coverage are excellent.

また第2図に示すように複数枚の基板をエロージョンエ
リア長手方向ほぼ中心の直線上に配置することで、それ
ぞれの基板は長辺から成るエロージョンエリアからのス
パッタの影響を同じように受け、短辺から成るエロージ
ョンエリアからの影響を受けにくく、均質な膜が複数の
基板に成膜できるという特徴がある。
Further, as shown in FIG. 2, by arranging a plurality of substrates on a straight line substantially in the center in the longitudinal direction of the erosion area, each substrate is similarly affected by the spatter from the erosion area composed of long sides, and the short length is shortened. It is less affected by the erosion area consisting of edges, and is characterized in that a uniform film can be formed on a plurality of substrates.

参考文献(1)J.B.Bindlell他1名:Step Coverage fro
m an Extended Sputtering Source Thin Solid Films 2
331−47,1974 〔発明の効果〕 本発明によれば、複数枚の基板に成膜した膜の膜厚分布
を小さくし、かつステップカバレージを大きくすること
ができるので、大面積の領域に亘って均質な膜を成膜で
きる効果がある。
References (1) JB Bindlell and others: Step Coverage fro
m an Extended Sputtering Source Thin Solid Films 2
3 31-47,1974 [Effect of the invention] According to the present invention, the film thickness distribution of the film formed on a plurality of substrates can be made small and the step coverage can be made large. The effect is that a uniform film can be formed over the entire area.

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

第1図は本発明の一実施例の構造を示す断面図、第2図
は第1図のA−A′からみた上面図、第3図,第4図,
第5図は膜厚分布、ステップカバレージを示す特性図、
第6図は異なる実施例を示す断面図、第7図〜第10図は
さらに異なる実施例を示す部分図である。 3…基板、4…ターゲット、6…永久磁石、a…エロー
ジョンエリア幅、b…エロージョンエリア長さ、15…ヘ
ルムホルツコイル、16…永久磁石
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view as seen from AA 'in FIG. 1, FIG. 3, FIG.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the film thickness distribution and step coverage,
FIG. 6 is a sectional view showing another embodiment, and FIGS. 7 to 10 are partial views showing still another embodiment. 3 ... Substrate, 4 ... Target, 6 ... Permanent magnet, a ... Erosion area width, b ... Erosion area length, 15 ... Helmholtz coil, 16 ... Permanent magnet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 忠 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 瀬戸山 英嗣 茨城県日立市国分町1丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 亀井 光浩 茨城県日立市国分町1丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内 (56)参考文献 特開 昭62−33764(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tadashi Sato 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory Ltd. (72) Inventor Hidetsugu Seto 1-1 1-1 Kokubuncho, Hitachi City, Ibaraki Stock Hitachi, Ltd., Kokubun Plant (72) Inventor, Mitsuhiro Kamei 1-1-1, Kokubun-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Stock, Hitachi, Ltd., Kokubun Plant (56) Reference JP-A-62-33764 (JP, A)

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】気密を保持できる真空容器中に、複数枚の
基板を保持できる基板ホルダー、前記基板ホルダーに対
向するターゲット、及び前記ターゲットの背面に配置さ
れた一対のマグネトロン磁石を備え、前記ターゲットに
電力を供給し、スパッタガスの供給中でプラズマ放電を
生ぜしめ、前記ターゲットからのスパッタ粒子によって
前記基板上に保持された複数枚の基板に薄膜を成膜する
スパッタ装置において、 前記一対のマグネトロン磁石の間の中心線によって画成
されるエロージョンエリアは短辺及び長辺によって規定
される形状を有し、前記短辺である幅a(mm)が、前記
基板の直径(あるいは四角形基板の長辺)をd(mm)、
α(インチ)で表わした時、 2d(α/3)1/4−40≦a≦2d(α/3)1/4+40(mm) となるエロージョンエリア幅aを持つことを特徴とする
スパッタ装置。
1. A target comprising a substrate holder capable of holding a plurality of substrates, a target facing the substrate holder, and a pair of magnetron magnets arranged on the back surface of the target, in a vacuum container capable of maintaining airtightness. In a sputtering apparatus for forming a thin film on a plurality of substrates held on the substrate by sputter particles from the target by supplying electric power to the substrate to generate plasma discharge in the supply of the sputtering gas. The erosion area defined by the center line between the magnets has a shape defined by the short side and the long side, and the width a (mm) that is the short side is the diameter of the substrate (or the length of the rectangular substrate). Side) is d (mm),
A sputter characterized by having an erosion area width a of 2d (α / 3) 1/4 −40 ≦ a ≦ 2d (α / 3) 1/4 +40 (mm) when expressed in α (inch) apparatus.
【請求項2】エロージョンエリア形状が長方形であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のスパッタ装
置。
2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the erosion area has a rectangular shape.
【請求項3】エロージョンエリア形状が長楕円形状であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のスパッ
タ装置。
3. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the shape of the erosion area is an elliptical shape.
【請求項4】基板面への磁場印加手段として、ヘルムホ
ルツコイルを有することを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載のスパッタ装置。
4. The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a Helmholtz coil as a magnetic field applying means to the substrate surface.
【請求項5】基板面への磁場印加手段として、永久磁石
を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
スパッタ装置。
5. The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a permanent magnet as the magnetic field applying means to the substrate surface.
【請求項6】気密を保持できる真空容器中に、複数枚の
基板を保持できる基板ホルダー、前記基板ホルダーに対
向するターゲット、及び前記ターゲットの背面に配置さ
れた一対のマグネトロン磁石を備え、前記ターゲットに
電力を供給し、スパッタガスの供給中でプラズマ放電を
生ぜしめ、前記ターゲットからのスパッタ粒子によって
前記基板上に保持された複数枚の基板に薄膜を成膜する
スパッタ装置において、 前記一対のマグネトロン磁石の間の中心線によって画成
されるエロージョンエリアは短辺及び長辺によって規定
される形状を有し、エロージョンエリア長辺である長さ
bが、基板の枚数をn、基板の直径あるいは長辺をd
(mm)とした時、 b≧nd+(n−1)・15+50(mm) となるエロージョンエリア長さbを持つことを特徴とす
るスパッタ装置。
6. A target comprising a substrate holder capable of holding a plurality of substrates, a target facing the substrate holder, and a pair of magnetron magnets arranged on the back surface of the target, in a vacuum container capable of maintaining airtightness. In a sputtering apparatus for forming a thin film on a plurality of substrates held on the substrate by sputter particles from the target by supplying electric power to the substrate to generate plasma discharge in the supply of the sputtering gas. The erosion area defined by the center line between the magnets has a shape defined by short sides and long sides. The length b, which is the long side of the erosion area, is the number of substrates n, the diameter or length of the substrates. Edge d
The sputter device is characterized by having an erosion area length b such that b ≧ nd + (n−1) · 15 + 50 (mm) when (mm).
【請求項7】基板面への磁場印加手段として、ヘルムホ
ルツコイルを有することを特徴とする特許請求の範囲第
6項記載のスパッタ装置。
7. The sputtering apparatus according to claim 6, further comprising a Helmholtz coil as a magnetic field applying means to the substrate surface.
【請求項8】基板面への磁場印加手段として、永久磁石
を有することを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の
スパッタ装置。
8. The sputtering apparatus according to claim 6, further comprising a permanent magnet as the magnetic field applying means to the substrate surface.
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US07/207,537 US4865709A (en) 1987-06-16 1988-06-16 Magnetron sputter apparatus and method for forming films by using the same apparatus
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