JP4175242B2

JP4175242B2 - Magnetron sputtering apparatus and method

Info

Publication number: JP4175242B2
Application number: JP2003378290A
Authority: JP
Inventors: 誠二中嶋; 昌裕山本; 斉山西; 崇文大熊
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: JP2005139521A

Description

本発明は、スパッタリングにより薄膜を形成するためのマグネトロンスパッタ装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus and method for forming a thin film by sputtering.

半導体集積回路（以下「ＩＣ」と称す）の製造工程では誘電体の成膜が種々行われる。その目的は、例えば層間絶縁膜、エッチングや選択的なイオン注入や選択的な電極の形成のためのマスク，パッシベーション，キャパシタの誘電体膜などである。目的により材質やプラズマ処理方法が選ばれる。たとえば、ＣＶＤ、ドライエッチング、スパッタリング等種々用いられている。近年ＩＣの小型化のためにキャパシタの誘電体膜にチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）やチタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）等の高誘電体物質のプラズマ処理を行うことが検討されている。さらにセンサやアクチュエータ、不揮発性メモリデバイス用にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ストロンチウムビスマスタンタレート（ＳＢＴ）といった強誘電体物質のプラズマ処理も検討されている。 In the manufacturing process of a semiconductor integrated circuit (hereinafter referred to as “IC”), various dielectric films are formed. The purpose is, for example, an interlayer insulating film, a mask for etching, selective ion implantation, selective electrode formation, passivation, capacitor dielectric film, and the like. The material and plasma processing method are selected according to the purpose. For example, various methods such as CVD, dry etching, and sputtering are used. In recent years, in order to reduce the size of an IC, it has been studied to perform plasma treatment of a high dielectric material such as barium strontium titanate (BST) or strontium titanate (STO) on a dielectric film of a capacitor. Further, plasma processing of ferroelectric materials such as lead zirconate titanate (PZT) and strontium bismastantalate (SBT) has been studied for sensors, actuators, and nonvolatile memory devices.

従来のプラズマ処理装置を、スパッタリング装置を例に図面を参照して説明する。 A conventional plasma processing apparatus will be described with reference to the drawings, taking a sputtering apparatus as an example.

図１１はそれを概念的に示す縦断面図である。従来のスパッタリング装置は真空引き可能な容器９１でスパッタ室を形成し、スパッタ室の下方にはターゲット９２が下部電極９３に固定保持される。さらにターゲット９２の裏面には内側磁石９４とそれを取り囲むように内側磁石９４とは反対の磁化成分を持つ外側磁石９５が配され、両磁石（９４および９５）はヨーク９６で磁気的に結合されている。この磁石（９４および９５）により、ターゲット９２表面には弧状の磁力線９７が形成される。下部電極９３は容器９１とは電気的に絶縁されている。そして下部電極９３はターゲット９２の温度が上昇するのを防ぐために水冷機構を内蔵するが図示を略している。 FIG. 11 is a longitudinal sectional view conceptually showing this. In the conventional sputtering apparatus, a sputtering chamber is formed by a vacuum-evacuable container 91, and a target 92 is fixedly held by a lower electrode 93 below the sputtering chamber. Further, an inner magnet 94 and an outer magnet 95 having a magnetization component opposite to the inner magnet 94 are arranged on the back surface of the target 92 so as to surround the inner magnet 94, and both magnets (94 and 95) are magnetically coupled by a yoke 96. ing. The magnets (94 and 95) form arc-shaped magnetic field lines 97 on the surface of the target 92. The lower electrode 93 is electrically insulated from the container 91. The lower electrode 93 incorporates a water cooling mechanism to prevent the temperature of the target 92 from rising, but is not shown.

そして、スパッタ室の上方にはウェハホルダ９８が下部電極９３に対向して平行に配置される。そして、このウェハホルダ９８は容器９１と電気的に絶縁されており、浮遊電位である。そして、ウェハホルダ９８上に基板例えば半導体ウェハ９９が載置される。そして、ウェハホルダ９８はウェハ９９を所定の温度に維持するための加熱機構を内蔵するが図示していない。そして、下部電極９３と容器９１（接地）間に高周波電源９１０により、所定の高周波電力が所定の負のＤＣバイアスのもとに与えられる。 A wafer holder 98 is disposed in parallel above the sputtering chamber so as to face the lower electrode 93. The wafer holder 98 is electrically insulated from the container 91 and has a floating potential. Then, a substrate such as a semiconductor wafer 99 is placed on the wafer holder 98. The wafer holder 98 incorporates a heating mechanism for maintaining the wafer 99 at a predetermined temperature, which is not shown. A predetermined high frequency power is applied between the lower electrode 93 and the container 91 (ground) by a high frequency power source 910 under a predetermined negative DC bias.

このスパッタリング装置で成膜処理を行うには、ウェハホルダ９８上に基板（例えばウェハ９９）を載置し、排気口（図示せず）につながる真空ポンプ（図示せず）により真空に引き、次にガス導入口（図示せず）から所定のガス（例えばＡｒガス）を所定流量導入しつつ排気口（図示せず）と真空ポンプ（図示せず）との間に介在する可変コンダクタンスバルブ（図示せず）を調節して所定の圧力に調節する。そして、高周波電力を印加してプラズマを発生させる。発生したプラズマ中の電子はターゲット９２裏面に配置され磁石（９４および９５）が発生する弧状の磁力線９７にトラップされ更に電離を促進しプラズマ密度を向上させる。 In order to perform the film forming process with this sputtering apparatus, a substrate (for example, a wafer 99) is placed on the wafer holder 98, and is evacuated by a vacuum pump (not shown) connected to an exhaust port (not shown). A variable conductance valve (not shown) interposed between an exhaust port (not shown) and a vacuum pump (not shown) while introducing a predetermined gas (for example, Ar gas) from a gas inlet (not shown) at a predetermined flow rate. )) To adjust the pressure. Then, plasma is generated by applying high frequency power. Electrons in the generated plasma are trapped by arc-shaped magnetic lines 97 generated on the back surface of the target 92 and generated by magnets (94 and 95), further promoting ionization and improving the plasma density.

また、特許文献１には、外側磁石と内側磁石の間にターゲット面に平行かつ外側磁石および内側磁石に反発しないような方向に磁化成分を持つ水平磁石を挿入し、ターゲット利用効率を向上させる技術が開示されている。
特開２０００−２１９９６５号公報 In Patent Document 1, a horizontal magnet having a magnetization component in a direction parallel to the target surface and not repelling the outer magnet and the inner magnet is inserted between the outer magnet and the inner magnet to improve target utilization efficiency. Is disclosed.
JP 2000-219965 A

しかしながら、上記従来のスパッタ装置では、ターゲットが小型化し、それに伴いターゲット裏面の磁石の径も小型化した場合、外側磁石緒内側磁石の距離が近くなり、ターゲット表面に弧状の磁力線が形成されずマグネトロンスパッタにならないという問題点があった。また、従来のスパッタ装置では、ターゲット利用効率の向上に限界があるという問題点があった。 However, in the above-described conventional sputtering apparatus, when the target is downsized and the diameter of the magnet on the back surface of the target is reduced accordingly, the distance between the outer magnet and the inner magnet is reduced, and no arc-shaped magnetic field lines are formed on the target surface. There was a problem of not being sputtered. Further, the conventional sputtering apparatus has a problem in that there is a limit to the improvement of target utilization efficiency.

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ターゲットが小型化しても、ターゲット表面に弧状の磁力線が形成され、安定してマグネトロンスパッタが行える、マグネトロンスパッタ装置を提供するものである。また、ターゲット利用効率をさらに向上させることができるマグネトロンスパッタ装置および方法を提供するものである。 In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a magnetron sputtering apparatus in which arc-shaped magnetic lines of force are formed on the surface of a target and magnetron sputtering can be performed stably even if the target is downsized. It is another object of the present invention to provide a magnetron sputtering apparatus and method that can further improve target utilization efficiency.

本願第１の発明のマグネトロン装置は、真空容器内にターゲットを有し、このターゲットの裏面に内側磁石とこれと逆向きの磁化方向を有し内側磁石を取囲む外側磁石とを配置し、これらの磁石を挟んでターゲットと対向して配設されたヨ−クとから成り前記ターゲットの表面に孤状の磁力線を発生させる磁気回路とからなるマグネトロンスパッタ装置において、前記外側磁石と前記内側磁石に挟まれるように前記ターゲット面に水平かつ前記外側磁石と前記内側磁石と反発するような方向の磁化成分を持つ水平磁石を挿入し、かつ前記水平磁石と、前記内側磁石と前記外側磁石と前記ヨークとで囲まれる空間を磁性体材料で充填したことを特徴とする。 The magnetron device according to the first aspect of the present invention has a target in a vacuum vessel, and an inner magnet and an outer magnet having a magnetization direction opposite to the inner magnet and surrounding the inner magnet are arranged on the back surface of the target. In a magnetron sputtering apparatus comprising a yoke arranged opposite to a target with a magnet interposed between the outer magnet and the inner magnet, the magnetic circuit generates arc-like magnetic lines of force on the surface of the target. A horizontal magnet having a magnetization component that is horizontal and repels the outer magnet and the inner magnet is inserted into the target surface so as to be sandwiched, and the horizontal magnet, the inner magnet, the outer magnet, and the yoke are inserted. The space surrounded by is filled with a magnetic material.

本願第２の発明のマグネトロン装置は、真空容器内にターゲットを有し、このターゲットの裏面に内側磁石とこれと逆向きの磁化方向を有し内側磁石を取囲む外側磁石とを配置し、これらの磁石を挟んでターゲットと対向して配設されたヨ−クとから成り前記ターゲットの表面に孤状の磁力線を発生させる磁気回路とからなるマグネトロンスパッタ装置において、前記外側磁石と前記内側磁石に挟まれるように前記ターゲット面に水平かつ前記外側磁石と前記内側磁石と反発するような方向の磁化成分を持つ水平磁石を挿入し、前記外側磁石の更に外側にも、前記ターゲット面に水平かつ前記外側磁石と反発するような方向の磁化成分を持つ水平磁石を挿入し、さらに、前記内側磁石と前記外側磁石で挟まれた水平磁石、外側磁石の外側に配した外側水平磁石とヨークとの間の空間を磁性体で充填したことを特徴とする。 A magnetron device according to a second invention of the present application has a target in a vacuum vessel, and an inner magnet and an outer magnet having a magnetization direction opposite to the inner magnet and surrounding the inner magnet are arranged on the back surface of the target. In a magnetron sputtering apparatus comprising a yoke arranged opposite to a target with a magnet interposed between the outer magnet and the inner magnet, the magnetic circuit generates arc-like magnetic lines of force on the surface of the target. A horizontal magnet having a magnetization component that is horizontal and repels the outer magnet and the inner magnet is inserted into the target surface so as to be sandwiched. Insert a horizontal magnet with a magnetization component in a direction that repels the outer magnet, and further, a horizontal magnet sandwiched between the inner magnet and the outer magnet, and an outer magnet. And the space between the outer horizontal magnets and yokes, characterized in that filled with magnetic material.

本願第２の発明のマグネトロンスパッタ装置において、好適には内側磁石および外側磁石のうちターゲット側端面が前記ターゲット面に近い位置に配置している磁石の前記ターゲット面に垂直な方向の中点より前記ターゲット側に前記水平磁石および外側水平磁石を配置することが望ましい。 In the magnetron sputtering apparatus according to the second invention of the present application, preferably, the inner side magnet and the outer side magnet are arranged so that the target side end face is located at a position close to the target face from a midpoint in a direction perpendicular to the target face. It is desirable to arrange the horizontal magnet and the outer horizontal magnet on the target side.

以上の説明から明らかなように、本願第１発明のマグネトロンスパッタ装置によれば、真空容器中に、形成したい薄膜の成分の一部または全部からなるターゲットを配し、その裏面に、内側磁石とこれと逆向きの磁化方向を有し内側磁石を取囲む外側磁石とこれらの磁石を挟んでターゲットと対向して配設されたヨ−クとからなり、ターゲット表面に孤状の磁力線を発生させる磁気回路とからなるマグネトロンスパッタ装置において、前記外側磁石と前記内側磁石に挟まれるように前記ターゲット面に水平かつ前記外側磁石と前記内側磁石と反発するような方向の磁化成分を持つ水平磁石を挿入し、かつ前記水平磁石と、前記内側磁石と前記外側磁石と前記ヨークとで囲まれる空間を磁性体材料で充填するために、ターゲットが小型化しても、ターゲット表面に弧状の磁力線が形成され、安定してマグネトロンスパッタが行える、マグネトロンスパッタ装置を提供することができる。 As is clear from the above description , according to the magnetron sputtering apparatus of the first invention of the present application, a target consisting of part or all of the components of the thin film to be formed is placed in the vacuum vessel, and the inner magnet and It consists of an outer magnet that has a magnetization direction opposite to this and surrounds the inner magnet, and a yoke that is disposed opposite to the target with these magnets in between, and generates arc-shaped magnetic field lines on the target surface. In a magnetron sputtering apparatus comprising a magnetic circuit, a horizontal magnet having a magnetization component in a direction that is horizontal to the target surface and repels the outer magnet and the inner magnet is inserted between the outer magnet and the inner magnet. In order to fill the space surrounded by the horizontal magnet, the inner magnet, the outer magnet, and the yoke with a magnetic material, the target can be downsized. Arcuate field lines formed on the target surface, stably performed magnetron sputtering, it is possible to provide a magnetron sputtering device.

また、本願第２発明のマグネトロンスパッタ装置によれば、真空容器中に、形成したい薄膜の成分の一部または全部からなるターゲットを配し、その裏面に、内側磁石とこれと逆向きの磁化方向を有し内側磁石を取囲む外側磁石とこれらの磁石を挟んでターゲットと対向して配設されたヨ−クとからなり、ターゲット表面に孤状の磁力線を発生させる磁気回路とからなるマグネトロンスパッタ装置において、前記外側磁石と前記内側磁石に挟まれるように前記ターゲット面に水平かつ前記外側磁石と前記内側磁石と反発するような方向の磁化成分を持つ水平磁石を挿入し、前記外側磁石の更に外側にも、前記ターゲット面に水平かつ前記外側磁石と反発するような方向の磁化成分を持つ水平磁石を挿入し、さらに、前記内側磁石と前記外側磁石で挟まれた水平磁石、外側磁石の外側に配した外側水平磁石とヨークとの間の空間を磁性体で充填するために、ターゲットが小型化しても、ターゲット表面に弧状の磁力線が形成され、安定してマグネトロンスパッタが行える、マグネトロンスパッタ装置を提供することができる。 Further, according to the magnetron sputtering apparatus of the second invention of the present application, a target consisting of a part or all of the components of the thin film to be formed is disposed in the vacuum vessel, and the inner magnet and the magnetization direction opposite to the inner magnet are provided on the back surface thereof. Magnetron sputtering comprising an outer magnet surrounding the inner magnet and a yoke arranged opposite to the target with these magnets in between, and a magnetic circuit for generating arc-shaped magnetic field lines on the target surface In the apparatus, a horizontal magnet having a magnetization component that is horizontal and repels the outer magnet and the inner magnet is inserted into the target surface so as to be sandwiched between the outer magnet and the inner magnet. A horizontal magnet having a magnetization component in a direction that is horizontal to the target surface and repels the outer magnet is also inserted outside, and the inner magnet and the outer magnet are further inserted. In order to fill the space between the horizontal magnet sandwiched between the outer horizontal magnet and the outer horizontal magnet and the yoke with a magnetic material, even if the target is downsized, arc-shaped magnetic field lines are formed on the target surface, A magnetron sputtering apparatus that can stably perform magnetron sputtering can be provided.

（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１を示す。これは真空容器９１に基板９９（今回はＳｉ基板を用いた）を投入しスパッタリングにより誘電体であるＳｉＯ₂薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング装置の例である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. This is an example of a magnetron sputtering apparatus that puts a substrate 99 (this time using a Si substrate) into a vacuum vessel 91 and forms a SiO ₂ thin film as a dielectric by sputtering.

真空容器９１の下部に外径４０ｍｍのターゲット９２（ターゲット９２としては所望の絶縁膜を構成する元素でできたもの、もしくは反応性ガスと反応して所望の絶縁物を形成することができる材料が好ましいが、今回はＳｉＯ₂を用いた）および下部電極９３を配し、真空容器９１の上部に基板９９を配置可能な基板保持機構９８、ターゲット９２裏面に内側磁石９４および外側磁石９５（外径３５ｍｍ）、ヨーク９６、水平磁石１１を配した。この水平磁石１１は外周側磁石９５および内周側磁石９４のターゲット９２に対して垂直な方向の中点よりもターゲット側に配置することが望ましい。これは中点よりヨーク９６側に配置すると、ヨーク９６側で磁気的に結合してしまい、効果が弱くなるためである。ターゲット９２表面と磁石（９４および９５）間お距離は６ｍｍとした。このときのターゲット９２表面磁場を図２に示す。水平磁石１１を配さなかった時のターゲット９２の表面磁場を図３に示す。 A target 92 having an outer diameter of 40 mm (a target 92 made of an element constituting a desired insulating film, or a material capable of forming a desired insulator by reacting with a reactive gas is formed under the vacuum vessel 91. Although it is preferable, this time, SiO ₂ is used) and a lower electrode 93 are arranged, and a substrate holding mechanism 98 capable of disposing a substrate 99 on the upper part of the vacuum vessel 91, and an inner magnet 94 and an outer magnet 95 (outer diameter on the back surface of the target 92). 35 mm), a yoke 96 and a horizontal magnet 11 were arranged. The horizontal magnet 11 is preferably arranged on the target side with respect to the midpoint in the direction perpendicular to the target 92 of the outer peripheral side magnet 95 and the inner peripheral side magnet 94. This is because if it is arranged closer to the yoke 96 than the middle point, it is magnetically coupled on the yoke 96 side and the effect is weakened. The distance between the surface of the target 92 and the magnets (94 and 95) was 6 mm. The surface magnetic field of the target 92 at this time is shown in FIG. FIG. 3 shows the surface magnetic field of the target 92 when the horizontal magnet 11 is not arranged.

これから明らかなように、水平磁石１１を配さない場合、磁場の垂直な成分Ｂ⊥の値が０となる位置が存在しないのに対し、水平磁石１１を配した場合、Ｂ⊥の値が０となる位置が存在し、マグネトロン放電が可能であることが分かる。また、このグラフから半径３ｍｍの位置にプラズマ発光の著しい部分ができるはずである。導入するガスとしては不活性ガス（不活性ガスにはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等がある）のみ、或いは、不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ₂、Ｎ₂，等があるが成膜したい物質が酸化物ならＯ₂、窒化物ならＮ₂が好ましい）、或いは反応性ガスのみを導入する（今回はＡｒ，Ｏ₂の両方を導入した）。下部電極９３−真空容器９１間に１ｋＷ高周波電力を印加した（ターゲット９２が導電性のものであれば直流電力でもよい）。そうするとターゲット９２直上にプラズマが発生し、半径３ｍｍの位置に著しい発光がリング状に観察された。 As is apparent from this, when the horizontal magnet 11 is not provided, there is no position where the value of the vertical component B⊥ of the magnetic field is 0, whereas when the horizontal magnet 11 is provided, the value of B⊥ is 0. It can be seen that magnetron discharge is possible. In addition, from this graph, there should be a significant portion of plasma emission at a radius of 3 mm. As the gas to be introduced, only an inert gas (the inert gas includes He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, etc.), or an inert gas and a reactive gas (the reactive gas includes O ₂ , N ₂ or the like, but O ₂ is preferable if the material to be deposited is an oxide, and N ₂ is preferable if it is a nitride), or only reactive gas is introduced (this time, both Ar and O ₂ are introduced). A 1 kW high frequency power was applied between the lower electrode 93 and the vacuum vessel 91 (DC power may be used if the target 92 is conductive). As a result, plasma was generated immediately above the target 92, and significant light emission was observed in a ring shape at a radius of 3 mm.

以上のことにより、２インチ以下の小型ターゲットにおいて、マグネトロンスパッタを安定して行うことが可能となった。 As described above, magnetron sputtering can be stably performed on a small target of 2 inches or less.

（実施の形態２）
図４に本発明の実施の形態２を示す。前述した実施の形態１と同様に、真空容器９１に基板９９（今回はＳｉ基板を用いた）を投入しスパッタリングにより誘電体であるＳｉＯ₂薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング装置の例である。実施の形態１との相違点は、ターゲット９２裏面に内側磁石９４および外側磁石９５（外径３５ｍｍ）、ヨーク９６、水平磁石１１を配し、水平磁石１１とヨーク９６の間の空間を磁性体２１で充填している点である。この水平磁石１１は外周側磁石９５および内周側磁石９４のターゲット９２に対して垂直な方向の中点よりもターゲット側に配置することが望ましい。これは中点よりヨーク９６側に配置すると、ヨーク９６側で磁気的に結合してしまい、効果が弱くなるためである。ターゲット９２表面と磁石（９４および９５）間お距離は６ｍｍとした。このときのターゲット９２表面磁場を図５に示す。 (Embodiment 2)
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the same manner as in the first embodiment described above, this is an example of a magnetron sputtering apparatus that puts a substrate 99 (this time using a Si substrate) into a vacuum vessel 91 and forms a SiO ₂ thin film as a dielectric by sputtering. The difference from the first embodiment is that an inner magnet 94 and an outer magnet 95 (outer diameter 35 mm), a yoke 96, and a horizontal magnet 11 are arranged on the back surface of the target 92, and the space between the horizontal magnet 11 and the yoke 96 is a magnetic material. It is a point filled with 21. The horizontal magnet 11 is preferably arranged on the target side with respect to the midpoint in the direction perpendicular to the target 92 of the outer peripheral side magnet 95 and the inner peripheral side magnet 94. This is because if it is arranged closer to the yoke 96 than the middle point, it is magnetically coupled on the yoke 96 side and the effect is weakened. The distance between the surface of the target 92 and the magnets (94 and 95) was 6 mm. The surface magnetic field of the target 92 at this time is shown in FIG.

実施の形態１で用いた構造のターゲット９２の表面磁場図２と比較すると、Ｂ⊥の値が０となる位置が外周側へ移動しており、効果が大きくなっていることが分かる。また、このグラフから半径３．５ｍｍの位置にプラズマ発光の著しい部分ができるはずである。導入するガスとしては不活性ガス（不活性ガスにはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等がある）のみ、或いは、不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ₂，Ｎ₂，等があるが成膜したい物質が酸化物ならＯ₂、窒化物ならＮ₂が好ましい）、或いは反応性ガスのみを導入する（今回はＡｒ，Ｏ₂の両方を導入した）。下部電極９３−真空容器９１間に１ｋＷ高周波電力を印加した（ターゲット９２が導電性のものであれば直流電力でもよい）。そうするとターゲット９２直上にプラズマが発生し、半径３．５ｍｍの位置に著しい発光がリング状に観察された。 As compared with FIG. 2 of the surface magnetic field of the target 92 having the structure used in the first embodiment, it can be seen that the position where the value of B⊥ is 0 has moved to the outer peripheral side, and the effect is increased. Also, from this graph, there should be a significant portion of plasma emission at a radius of 3.5 mm. As the gas to be introduced, only an inert gas (the inert gas includes He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, etc.) or an inert gas and a reactive gas (reactive gas is O ₂ , N ₂ or the like, but O ₂ is preferable if the material to be deposited is an oxide, and N ₂ is preferable if it is a nitride), or only reactive gas is introduced (this time, both Ar and O ₂ are introduced). A 1 kW high frequency power was applied between the lower electrode 93 and the vacuum vessel 91 (DC power may be used if the target 92 is conductive). As a result, plasma was generated immediately above the target 92, and significant light emission was observed in a ring shape at a radius of 3.5 mm.

以上のことにより、２インチ以下の小型ターゲットにおいて、マグネトロンスパッタを安定して行うこと可能となった。 As described above, magnetron sputtering can be stably performed on a small target of 2 inches or less.

（実施の形態３）
図６に本発明の実施の形態３を示す。これは実施の形態１及び２と同様に、真空容器９１に基板９９（今回はＳｉ基板を用いた）を投入しスパッタリングにより誘電体であるＳｉＯ₂薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング装置の例である。第１および第２の実施例との相違点は、ターゲット９２裏面に内側磁石９４および外側磁石９５（外径３５ｍｍ）、ヨーク９６、水平磁石１１を配し、さらに外周磁石９５の外側にも外側水平磁石３１を配した点である。この水平磁石１１は外周側磁石９５および内周側磁石９４のターゲット９２に対して垂直な方向の中点よりもターゲット側に配置することが望ましい。これは中点よりヨーク９６側に配置すると、ヨーク９６側で磁気的に結合してしまい、効果が弱くなるためである。ターゲット９２表面と磁石（９４および９５）間お距離は６ｍｍとした。このときのターゲット９２表面磁場を図７に示す。第１の実施例で用いた構造のターゲット９２の表面磁場図２と比較すると、Ｂ⊥の値が０となる位置が外周側へ移動しており、効果が大きくなっていることが分かる。 (Embodiment 3)
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. As in the first and second embodiments, this is an example of a magnetron sputtering apparatus in which a substrate 99 (this time using a Si substrate) is placed in a vacuum vessel 91 and a SiO ₂ thin film as a dielectric is formed by sputtering. The difference from the first and second embodiments is that an inner magnet 94 and an outer magnet 95 (outer diameter 35 mm), a yoke 96 and a horizontal magnet 11 are arranged on the back surface of the target 92, and further outside the outer magnet 95. The horizontal magnet 31 is disposed. The horizontal magnet 11 is desirably arranged on the target side with respect to the midpoint in the direction perpendicular to the target 92 of the outer peripheral side magnet 95 and the inner peripheral side magnet 94. This is because if it is arranged closer to the yoke 96 than the middle point, it is magnetically coupled on the yoke 96 side and the effect is weakened. The distance between the surface of the target 92 and the magnets (94 and 95) was 6 mm. The surface magnetic field of the target 92 at this time is shown in FIG. Compared with FIG. 2 of the surface magnetic field of the target 92 having the structure used in the first embodiment, it can be seen that the position where the value of B⊥ is 0 has moved to the outer peripheral side, and the effect is increased.

また、このグラフから半径２．５ｍｍの位置にプラズマ発光の著しい部分ができるはずである。導入するガスとしては不活性ガス（不活性ガスにはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等がある）のみ、或いは、不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ₂，Ｎ₂，等があるが成膜したい物質が酸化物ならＯ₂、窒化物ならＮ₂が好ましい）、或いは反応性ガスのみを導入する（今回はＡｒ，Ｏ₂の両方を導入した）。下部電極９３−真空容器９１間に１ｋＷ高周波電力を印加した（ターゲット９２が導電性のものであれば直流電力でもよい）。そうするとターゲット９２直上にプラズマが発生し、半径２．５ｍｍの位置に著しい発光がリング状に観察された。 In addition, from this graph, there should be a significant portion of plasma emission at a radius of 2.5 mm. As the gas to be introduced, only an inert gas (the inert gas includes He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, etc.) or an inert gas and a reactive gas (reactive gas is O ₂ , N ₂ or the like, but O ₂ is preferable if the material to be deposited is an oxide, and N ₂ is preferable if it is a nitride), or only reactive gas is introduced (this time, both Ar and O ₂ are introduced). A 1 kW high frequency power was applied between the lower electrode 93 and the vacuum vessel 91 (DC power may be used if the target 92 is conductive). As a result, plasma was generated immediately above the target 92, and significant light emission was observed in a ring shape at a position of a radius of 2.5 mm.

（実施の形態４）
図８に本発明の実施の形態４を示す。これは実施の形態１から３と同様に、真空容器９１に基板９９（今回はＳｉ基板を用いた）を投入しスパッタリングにより誘電体であるＳｉＯ₂薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング装置の例である。実施の形態１〜３との相違点は、ターゲット９２裏面に内側磁石９４および外側磁石９５（外径３５ｍｍ）、ヨーク９６、水平磁石１１を配し、更に外周磁石９５の外側にも外側水平磁石３１を配し、更に水平磁石１１とヨーク９６の間の空間、外側水平磁石３１とヨーク９６の間の空間に磁性体４１を充填した点である。この水平磁石１１は外周側磁石９５および内周側磁石９４のターゲット９２に対して垂直な方向の中点よりもターゲット側に配置することが望ましい。これは中点よりヨーク９６側に配置すると、ヨーク９６側で磁気的に結合してしまい、効果が弱くなるためである。ターゲット９２表面と磁石（９４および９５）間お距離は６ｍｍとした。このときのターゲット９２表面磁場を図９に示す。第1の実施例で用いた構造のターゲット９２の表面磁場図２と比較すると、Ｂ⊥の値が０となる位置が外周側へ移動しており、効果が大きくなっていることが分かる。 (Embodiment 4)
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention. This is an example of a magnetron sputtering apparatus in which a substrate 99 (this time using a Si substrate) is placed in a vacuum vessel 91 and a SiO ₂ thin film as a dielectric is formed by sputtering, as in the first to third embodiments. The difference from the first to third embodiments is that an inner magnet 94 and an outer magnet 95 (outer diameter 35 mm), a yoke 96 and a horizontal magnet 11 are arranged on the back surface of the target 92, and an outer horizontal magnet is also provided outside the outer magnet 95. 31, and the space between the horizontal magnet 11 and the yoke 96 and the space between the outer horizontal magnet 31 and the yoke 96 are filled with the magnetic body 41. The horizontal magnet 11 is desirably arranged on the target side with respect to the midpoint in the direction perpendicular to the target 92 of the outer peripheral side magnet 95 and the inner peripheral side magnet 94. This is because if it is arranged closer to the yoke 96 than the middle point, it is magnetically coupled on the yoke 96 side and the effect is weakened. The distance between the surface of the target 92 and the magnets (94 and 95) was 6 mm. The surface magnetic field of the target 92 at this time is shown in FIG. As compared with FIG. 2 of the surface magnetic field of the target 92 having the structure used in the first embodiment, it can be seen that the position where the value of B⊥ is 0 has moved to the outer peripheral side, and the effect is increased.

またこのグラフから半径３．５ｍｍの位置にプラズマ発光の著しい部分ができるはずである。導入するガスとしては不活性ガス（不活性ガスには、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等がある）のみ、或いは、不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ₂，Ｎ₂，等があるが成膜したい物質が酸化物ならＯ₂、窒化物ならＮ₂が好ましい）、或いは反応性ガスのみを導入する（今回はＡｒ，Ｏ₂の両方を導入した）。下部電極４３−真空容器４１間に１ｋＷ高周波電力を印加した（ターゲット９２が導電性のものであれば直流電力でもよい）。そうするとターゲット９２直上にプラズマが発生し、半径３．５ｍｍの位置に著しい発光がリング状に観察された。 In addition, from this graph, a significant portion of plasma emission should be formed at a radius of 3.5 mm. As the gas to be introduced, only an inert gas (the inert gas includes He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, etc.), or an inert gas and a reactive gas (the reactive gas is O ₂ , N _2, there is an equal but O ₂ if material to be deposited oxide, N ₂ if nitrides are preferred), or introducing only reactive gas (this time introduced Ar, both O _2). A 1 kW high frequency power was applied between the lower electrode 43 and the vacuum vessel 41 (DC power may be used if the target 92 is conductive). As a result, plasma was generated immediately above the target 92, and significant light emission was observed in a ring shape at a radius of 3.5 mm.

（実施の形態５）
図１０に本発明の実施の形態５を示す。これは実施の形態１〜４と同様に、真空容器９１に基板９９（今回はＳｉ基板を用いた）を投入しスパッタリングにより誘電体であるＳｉＯ₂薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング装置の例である。第１から４の実施例との相違点は、ターゲット９２の外径が８０ｍｍである点と、裏面に内側磁石９４および外側磁石９５（外径３５ｍｍ）、ヨーク９６、水平磁石１１を配した磁気回路を複数設けた点である。この水平磁石１１は外周側磁石９５および内周側磁石９４のターゲット９２に対して垂直な方向の中点よりもターゲット側に配置することが望ましい。これは中点よりヨーク９６側に配置すると、ヨーク９６側で磁気的に結合してしまい、効果が弱くなるためである。今回は２つ配したが３つ以上でも良い。更に外周磁石９５の外側にも外側水平磁石を配しても良い、更に水平磁石１１とヨーク９６の間の空間、外側水平磁石３１とヨーク９６の間の空間に磁性体を充填しても良い。 (Embodiment 5)
FIG. 10 shows a fifth embodiment of the present invention. This is an example of a magnetron sputtering apparatus in which a substrate 99 (this time using a Si substrate) is placed in a vacuum vessel 91 and a SiO ₂ thin film as a dielectric is formed by sputtering, as in the first to fourth embodiments. The difference from the first to fourth embodiments is that the outer diameter of the target 92 is 80 mm, and that the inner magnet 94 and the outer magnet 95 (outer diameter 35 mm), the yoke 96 and the horizontal magnet 11 are arranged on the back surface. This is that a plurality of circuits are provided. The horizontal magnet 11 is desirably arranged on the target side with respect to the midpoint in the direction perpendicular to the target 92 of the outer peripheral side magnet 95 and the inner peripheral side magnet 94. This is because if it is arranged closer to the yoke 96 than the middle point, it is magnetically coupled on the yoke 96 side, and the effect is weakened. Two were arranged this time, but three or more may be used. Further, an outer horizontal magnet may be disposed outside the outer peripheral magnet 95, and a magnetic material may be filled in the space between the horizontal magnet 11 and the yoke 96 and the space between the outer horizontal magnet 31 and the yoke 96. .

また、２つの磁気回路は基板回転機構１１１で繋がっており、ターゲット９２に平行な方向に移動可能である。導入するガスとしては不活性ガス（不活性ガスにはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等がある）のみ、或いは、不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ₂、Ｎ₂，等があるが成膜したい物質が酸化物ならＯ₂、窒化物ならＮ₂が好ましい）、或いは反応性ガスのみを導入する（今回はＡｒ，Ｏ₂の両方を導入した）。磁石回転機構１１１を回転させ、ターゲット９２に対して水平方向に磁石を回転させながら、下部電極４３−真空容器４１間に１ｋＷ高周波電力を印加した（ターゲット９２が導電性のものであれば直流電力でもよい）。そうするとターゲット９２直上にプラズマが発生し、２つのリング状発光が観察され、ターゲット９２上を移動していた。 The two magnetic circuits are connected by a substrate rotation mechanism 111 and can move in a direction parallel to the target 92. As the gas to be introduced, only an inert gas (the inert gas includes He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, etc.), or an inert gas and a reactive gas (the reactive gas includes O ₂ , N ₂ or the like, but O ₂ is preferable if the material to be deposited is an oxide, and N ₂ is preferable if it is a nitride), or only reactive gas is introduced (this time, both Ar and O ₂ are introduced). While rotating the magnet rotating mechanism 111 and rotating the magnet in the horizontal direction with respect to the target 92, 1 kW high frequency power was applied between the lower electrode 43 and the vacuum vessel 41 (if the target 92 is conductive, DC power is applied). It may be) As a result, plasma was generated immediately above the target 92, and two ring-like light emissions were observed and moved on the target 92.

これにより、ターゲット９２には、２つのリング状発光により広い範囲でエロージョンが形成され、ターゲット利用効率を向上させることが可能となった。 Thereby, erosion was formed in the target 92 in a wide range by two ring-shaped light emission, and it became possible to improve target utilization efficiency.

本発明の実施の形態１で用いたマグネトロンスパッタ装置の構成を示した断面図Sectional drawing which showed the structure of the magnetron sputtering apparatus used in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１で用いたマグネトロンスパッタ装置におけるターゲット表面磁場分布を示すグラフThe graph which shows the target surface magnetic field distribution in the magnetron sputtering apparatus used in Embodiment 1 of this invention 水へ磁石を配しない構造のマグネトロンスパッタ装置におけるターゲット表面磁場分布を示す図Diagram showing the magnetic field distribution on the target surface in a magnetron sputtering system with a structure that does not place magnets in water 本発明の第２の実施例で用いたマグネトロンスパッタ装置の構成を示した断面図Sectional drawing which showed the structure of the magnetron sputtering apparatus used in the 2nd Example of this invention 本発明の第２の実施例で用いたマグネトロンスパッタ装置におけるターゲット表面磁場分布を示す図The figure which shows the target surface magnetic field distribution in the magnetron sputter apparatus used in the 2nd Example of this invention. 本発明の第３の実施例で用いたマグネトロンスパッタ装置の構成を示した断面図Sectional drawing which showed the structure of the magnetron sputtering apparatus used in the 3rd Example of this invention 本発明の第３の実施例で用いたマグネトロンスパッタ装置におけるターゲット表面磁場分布を示す図The figure which shows the target surface magnetic field distribution in the magnetron sputter apparatus used in the 3rd Example of this invention. 本発明の第４の実施例で用いたマグネトロンスパッタ装置の構成を示した断面図Sectional drawing which showed the structure of the magnetron sputtering apparatus used in the 4th Example of this invention 本発明の第４の実施例で用いたマグネトロンスパッタ装置におけるターゲット表面磁場分布を示す図The figure which shows the target surface magnetic field distribution in the magnetron sputter apparatus used in the 4th Example of this invention. 本発明の第５の実施例で用いたマグネトロンスパッタ装置の構成を示した断面図Sectional drawing which showed the structure of the magnetron sputtering apparatus used in the 5th Example of this invention 従来のマグネトロンスパッタ装置の構成を示した断面図Sectional view showing the configuration of a conventional magnetron sputtering system

Explanation of symbols

１１水平磁石
２１，４１磁性体
３１外側水平磁石
９１真空容器
９２ターゲット
９３下部電極
９４内側磁石
９５外側磁石
９６ヨーク
９７弧状磁力線
９８基板保持機構
９９基板
９１０高周波電源
１１１基板回転機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Horizontal magnet 21,41 Magnetic body 31 Outer horizontal magnet 91 Vacuum vessel 92 Target 93 Lower electrode 94 Inner magnet 95 Outer magnet 96 Yoke 97 Arc-shaped magnetic field line 98 Substrate holding mechanism 99 Substrate 910 High frequency power supply 111 Substrate rotation mechanism

Claims

There is a target in the vacuum vessel, and an inner magnet and an outer magnet that has a magnetization direction opposite to the target are arranged on the back surface of the target, and the target is sandwiched between these magnets. In a magnetron sputtering apparatus comprising a disposed yoke and a magnetic circuit for generating arc-shaped magnetic field lines on the surface of the target, the magnetron sputtering apparatus is horizontal to the target surface so as to be sandwiched between the outer magnet and the inner magnet. A horizontal magnet having a magnetization component in a direction repelling the outer magnet and the inner magnet is inserted, and a space surrounded by the horizontal magnet, the inner magnet, the outer magnet, and the yoke is made of a magnetic material. A magnetron sputtering apparatus characterized by being filled.

There is a target in the vacuum vessel, and an inner magnet and an outer magnet that has a magnetization direction opposite to the target are arranged on the back surface of the target, and the target is sandwiched between these magnets. In a magnetron sputtering apparatus comprising a disposed yoke and a magnetic circuit for generating arc-shaped magnetic field lines on the surface of the target, the magnetron sputtering apparatus is horizontal to the target surface so as to be sandwiched between the outer magnet and the inner magnet. A horizontal magnet having a magnetization component in a direction that repels the outer magnet and the inner magnet is inserted, and magnetization in a direction that is horizontal to the target surface and repels the outer magnet on the outer side of the outer magnet. A horizontal magnet having a component is inserted, a horizontal magnet sandwiched between the inner magnet and the outer magnet, and a space between the outer horizontal magnet and the yoke disposed outside the outer magnet. Magnetron sputtering apparatus, characterized in that filled with magnetic material.

The horizontal magnet and the outer horizontal magnet are arranged on the target side from the middle point in the direction perpendicular to the target surface of the magnet arranged on the position where the side end surface of the target is close to the target surface among the inner magnet and the outer magnet. The magnetron sputtering apparatus according to claim 2 .