[go: up one dir, main page]

JPH07122135B2 - Ion-assisted sputtering method and apparatus - Google Patents

Ion-assisted sputtering method and apparatus

Info

Publication number
JPH07122135B2
JPH07122135B2 JP1246513A JP24651389A JPH07122135B2 JP H07122135 B2 JPH07122135 B2 JP H07122135B2 JP 1246513 A JP1246513 A JP 1246513A JP 24651389 A JP24651389 A JP 24651389A JP H07122135 B2 JPH07122135 B2 JP H07122135B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
target
ion
magnetic pole
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1246513A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03111561A (en
Inventor
公純 山元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ube Industries Ltd filed Critical Ube Industries Ltd
Priority to JP1246513A priority Critical patent/JPH07122135B2/en
Publication of JPH03111561A publication Critical patent/JPH03111561A/en
Publication of JPH07122135B2 publication Critical patent/JPH07122135B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオンアシストスパツタリング方法およびその
装置に係わり、特にフイルム状もしくはプレート状の基
板もしくは平板状のトレーに挿入された基板がターゲツ
トに対して相対的に移動しながら、成膜する通過方式の
スパツタリング装置にイオンアシスト機能をもたせ、薄
膜の組織構造や膜質が使用目的に適合するように任意に
制御可能としたイオンアシストスパツタリング方法およ
びその装置に関するものである。
The present invention relates to an ion assisted sputtering method and apparatus, and more particularly to a film-shaped or plate-shaped substrate or a substrate inserted in a plate-shaped tray as a target. An ion-assisted sputtering method in which the passing type sputtering device for film formation while having a relative movement has the ion assist function, and the structure and quality of the thin film can be arbitrarily controlled to suit the purpose of use. And its device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、ロール状に巻き付けられたフイルムやプレートも
しくは1個のトレーに複数個の基板を並べて取り付けた
基台上の基板表面に薄膜を効率良く形成する場合、真空
容器内に矩形型カソードおよび矩形型ターゲツトを固定
配置し、この矩形型ターゲツトの長手方向に対して直角
方向に前記基板材を対向させて等速度で移動させなが
ら、成膜する通過方式のスパツタリング方法がある。ま
た、成膜速度を向上させるために矩形型のターゲツトの
裏面にトンネル磁界を形成するための磁石群が配置さ
れ、このトンネル磁界によりプラズマが閉じ込められ、
高密度の長トラツク状のプラズマ環を形成できるように
している。また、矩形型ターゲツト裏面の磁極は、略長
方形の中央磁極と、この中央磁極と同芯でその外周に配
置した長トラツク状の外周磁極により構成され、各々の
磁極の極性が反対となるように配置されている。また、
一般的には中央磁極を永久磁石とし、外周磁極を軟磁性
体として磁極間は軟磁性体ヨークによつて磁気的に結合
されている。このため、中央磁極と外周磁極とは磁気的
に平衡して外周磁極先端部と中央磁極先端部とは磁束が
等しく、トンネル状の洩れ磁界を形成している。この状
態を以後完全マグネトロンと呼び、また、このような電
極(陰極)をマグネトロンカソードと呼ぶことにする。
Conventionally, when a thin film is efficiently formed on a substrate surface on a base in which a plurality of substrates are arranged side by side on a film or plate wound in a roll or on one tray, a rectangular cathode and a rectangular type are formed in a vacuum container. There is a passing type sputtering method in which a target is fixedly arranged, and the substrate material is opposed to the rectangular target in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the rectangular target while moving at a constant speed. Further, in order to improve the film formation speed, a magnet group for forming a tunnel magnetic field is arranged on the back surface of the rectangular target, and the tunnel magnetic field traps plasma.
A high-density long track-shaped plasma ring can be formed. Further, the magnetic poles on the back surface of the rectangular target are composed of a substantially rectangular central magnetic pole and a long track-shaped outer peripheral magnetic pole arranged concentrically with the central magnetic pole on the outer periphery thereof, so that the polarities of the respective magnetic poles are opposite to each other. It is arranged. Also,
Generally, the central magnetic pole is a permanent magnet, the outer magnetic pole is a soft magnetic material, and the magnetic poles are magnetically coupled by a soft magnetic material yoke. Therefore, the central magnetic pole and the outer magnetic pole are magnetically balanced so that the outer magnetic pole tip portion and the central magnetic pole tip portion have the same magnetic flux to form a tunnel-like leakage magnetic field. Hereinafter, this state will be referred to as a complete magnetron, and such an electrode (cathode) will be referred to as a magnetron cathode.

従来の設計思想は、完全マグネトロンを目指したもので
あり、プラズマは極めて良好にこのトンネル磁界内に閉
じ込められ、矩形型ターゲツト表面上で高密度のプラズ
マとなり、高成膜速度を実現している。
The conventional design concept is aimed at a perfect magnetron, and the plasma is very well confined in this tunnel magnetic field, becomes a high-density plasma on the surface of the rectangular target, and realizes a high deposition rate.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、このようなスパツタリング方法による
と、基板近傍ではプラズマ密度が低く、基板にバイアス
電圧を与えてもイオン密度が小さいため、イオンで基板
を叩いて膜の緻密度や付着力の向上を計ろうとするイオ
ンアシスト効果が期待できない。そこで矩形型ターゲツ
ト裏面の磁極体を構成する中央磁極と外周磁極との磁束
が非平衡(アンバランス)となるようにしてプラズマの
閉じ込めを弱くして基板近傍までプラズマを膨張させ、
基板自身のセルフバイアス電圧もしくは基板に積極的に
バイアス電圧を与えてイオンを基板に加速してぶつける
方法が考えられる。また、主放電を高周波(RF)放電と
した場合は、直流(DC)放電に比較してプラズマの膨張
が大となり、若干の改善がみられる。ところが、前述し
た方法ではいずれも基板にイオン密度の大きさに限界が
あり、かつ基板上のイオン密度分布の均一性が悪いとい
う問題があつた。
However, according to such a sputtering method, the plasma density is low in the vicinity of the substrate and the ion density is low even when a bias voltage is applied to the substrate, so it is attempted to hit the substrate with ions to improve the film density and adhesion. I cannot expect the ion assist effect. Therefore, the central magnetic pole and the outer magnetic pole that form the magnetic pole body on the back surface of the rectangular target are unbalanced to weaken the plasma confinement and expand the plasma to the vicinity of the substrate.
A method is conceivable in which a self-bias voltage of the substrate itself or a bias voltage is positively applied to the substrate to accelerate and bombard the ions with the substrate. In addition, when the main discharge is a high frequency (RF) discharge, the plasma expansion becomes larger than that of a direct current (DC) discharge, and a slight improvement can be seen. However, each of the above-mentioned methods has a problem that the substrate has a limit of the ion density and the ion density distribution on the substrate is not uniform.

すなわち、基板に到達するイオン量をJ+,ターゲツトよ
りスパツタして基板に沈着する粒子数をJmとし、基板の
単位面積(1cm2)当りに毎秒到達するイオン数をj+とし
てイオン束(ion flux)と呼び、基板へ単位面積(1c
m2)当りに毎秒到達するスパツタ粒子の数をjmとしてス
パツタ粒子束と呼ぶことにする。また、イオン束j+とス
パツタ粒子束jmとの比j+/jmをイオンフラツクス比(ion
flux ratio)と呼ぶことにする。これらのイオンを基
板へ加速してぶつけるためのエネルギーをEとする。さ
らにイオンフラツクス比j+/jmと加速エネルギー(バイ
アス電圧)Eとを組み合わせてイオンを基板にぶつける
ことをイオンアシストと呼ぶことにする。
That is, the amount of ions reaching the substrate is J + , the number of particles deposited on the substrate by sputtering from the target is J m, and the number of ions reaching each second per unit area (1 cm 2 ) of the substrate is j + , and the ion flux ( Ion flux), and the unit area (1c
The number of spatter particles that reach every second per m 2 ) is called j m and is called a spatter particle flux. In addition, the ratio j + / j m between the ion flux j + and the spatter particle flux j m is calculated by the ion flux ratio (ion
flux ratio). The energy for accelerating and bombarding these ions on the substrate is E. Further, the combination of the ion flux ratio j + / j m and the acceleration energy (bias voltage) E to bombard the substrate with ions will be referred to as ion assist.

イオンフラツク比j+/jmと加速エネルギー(バイアス電
圧)Eとを種々組み合わせて成膜すると、例えば膜の電
気抵抗,硬度,表面反射率,磁気特性,光学的特性等の
膜の諸性質をコントロールすることができる。また、真
空容器内の作動ガス圧力と組み合わせて使用すると、膜
および基板の変形、すなわち内部応力を調整することも
できる。
When various combinations of the ion flux ratio j + / j m and the acceleration energy (bias voltage) E are used for film formation, various properties of the film such as electric resistance, hardness, surface reflectance, magnetic properties, and optical properties can be controlled. can do. Further, when used in combination with the working gas pressure in the vacuum container, the deformation of the film and the substrate, that is, the internal stress can be adjusted.

ところが、これらの成否は、イオンフラツクス比j+/jm
および加速エネルギーEがどの程度の調整範囲にあるか
にかかつている。加速エネルギーEはバイアス電源の仕
様で解決できるから、イオンフラツクス比j+/jmを大き
くとれるようにすることが課題となる。
However, the success or failure of these is determined by the ion flux ratio j + / j m
And the extent to which the acceleration energy E is in the adjustment range. Since the acceleration energy E can be solved by the specification of the bias power supply, it is a problem to make the ion flux ratio j + / j m large.

基板近傍のイオン量の増減は、ターゲツト裏面の磁極体
の中央磁極と外周磁極との磁気的バランスの程度により
決る。中央磁極に対して外周磁極を強めれば強めるほど
中央磁極と外周磁極との間のプラズマ閉じ込め力が弱く
なり、基板近傍までプラズマが膨張して基板近傍のイオ
ン密度は増加する。磁極体を永久磁石とした場合は、外
周磁極の飽和時束を中央磁極より大としておけば良い。
ただしこの場合、イオン密度の増減はコントロールでき
ず、放電電流に応じた一定値となる。したがつてイオン
量を増減コントロールしたい場合は、ターゲツト裏面の
磁極体は外周磁極の外周近傍にソレノイドコイルを設け
れば良い。このソレノイドコイルの励磁電流の大きさお
よび励磁方向により磁気的バランスを調整することがで
きる。また、スパツタ粒子数とイオンの数とはほぼ放電
電流に比例して増減するので、その比率、すなわちイオ
ンフラツクス比j+/jm自身は放電電流を増減してもほと
んど変らない。また、基板表面側磁極体の磁気的バラン
ス調整用ソレノイドコイルの励磁電流はスパツタリング
に寄与するトラツク状のプラズマ環が形成できる範囲内
に限られるので、イオンフラツクス比j+/jm0.3〜0.5
が上限である。
The increase or decrease in the amount of ions near the substrate is determined by the degree of magnetic balance between the central magnetic pole and the outer magnetic pole of the magnetic pole body on the back surface of the target. As the outer magnetic pole is strengthened with respect to the central magnetic pole, the plasma confining force between the central magnetic pole and the outer magnetic pole becomes weaker, the plasma expands to the vicinity of the substrate, and the ion density near the substrate increases. When the magnetic pole body is a permanent magnet, the saturation flux of the outer magnetic pole may be set larger than that of the central magnetic pole.
However, in this case, the increase / decrease of the ion density cannot be controlled, and has a constant value according to the discharge current. Therefore, if it is desired to increase or decrease the amount of ions, the magnetic pole body on the back surface of the target may be provided with a solenoid coil near the outer circumference of the outer circumference magnetic pole. The magnetic balance can be adjusted by the magnitude of the exciting current and the exciting direction of the solenoid coil. Further, since the number of the sputter particles and the number of ions increase / decrease almost in proportion to the discharge current, the ratio, that is, the ion flux ratio j + / j m itself hardly changes even if the discharge current is increased or decreased. Further, the exciting current of the solenoid coil for adjusting the magnetic balance of the magnetic pole body on the substrate surface side is limited to the range in which the track-shaped plasma ring contributing to the sputtering is formed, so that the ion flux ratio j + / j m 0.3 to 0.5
Is the upper limit.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

このような課題を解決するために本発明によるイオンア
シストスパツタリング方法は、ターゲツト裏面に磁極体
を配置してプラズマを形成し、この磁極体に基板を介し
て対向する基板裏面側に磁石体を配置してターゲツト表
面で形成されたプラズマを基板側に集束誘導し、基板と
ターゲツトとの間に基板の移動方向と同方向に開閉する
シヤツタを設けてこのシヤツタの開閉を制御してターゲ
ットから基板に到達するイオン束とスパッタ粒子束との
割合を調整するものである。
In order to solve such a problem, an ion assisted sputtering method according to the present invention is arranged such that a magnetic pole body is arranged on the back surface of a target to form plasma, and the magnetic body is formed on the back surface side of the substrate facing the magnetic pole body through the substrate. Is placed to guide and focus the plasma formed on the target surface to the substrate side, and a shutter that opens and closes in the same direction as the moving direction of the substrate is provided between the substrate and the target, and the opening and closing of this shutter is controlled from the target. The ratio of the ion flux reaching the substrate and the sputtered particle flux is adjusted.

本発明によるイオンアシストスパツタリング装置は、タ
ーゲツト裏面に配置した磁極体によるプラズマ形成手段
と、ターゲツト裏面磁極体に基板を介して対向する基板
裏面側に配置されかつターゲット表面で形成されたプラ
ズマを基板側に集束して誘導する磁石体によるプラズマ
集束手段と、基板とターゲツトとの間に基板移動方向と
同方向に開度を設定したシャッタを配置し、このシャッ
タの開閉を制御してイオン束とスパッタ粒子束との割合
を調整するスパツタ粒子束調整手段とを有している。
The ion assisted sputtering device according to the present invention generates plasma formed by a magnetic pole body disposed on the back surface of a target and plasma formed on the target surface on the back surface side of the substrate which faces the target back pole body through the substrate. A plasma focusing means by a magnet body that focuses and guides to the substrate side, and a shutter whose opening is set in the same direction as the substrate moving direction are arranged between the substrate and the target, and the opening and closing of the shutter is controlled to control the ion flux. And a sputter particle flux adjusting means for adjusting the ratio between the sputter particle flux and the sputter particle flux.

〔作用〕[Action]

本発明においては、ターゲツト裏面の磁極体の磁極を強
める方向に例示すると拡散していた基板近傍のプラズマ
は集束され高密度となる。また、基板とターゲツトとの
間に基板の移動方向と同方向に開閉されるシヤツタの開
度をイオン集束用磁石体の内側寸法と略同寸法とするこ
とにより、シヤツタの開孔部を経由して高密度のイオン
が基板に到達される。シヤツタの開度およびイオン集束
用磁石体の内側寸法を小さくするほどイオン束jtが大と
なり、スパツタ粒子束jmは小さくなるので、イオンフラ
ツクス比j+/jmは大きくとれるようになる。シヤツタ開
度を小さくすると、スパツタ粒子束jmがとなり、イオン
フラツクス比j+/jmは大となるがその分だけ成膜速度が
小さくなるので、所望の薄膜に応じて適切に開度および
集束用磁石体寸法を決定すれば良い。
In the present invention, for example, in the direction in which the magnetic pole of the magnetic pole body on the back surface of the target is strengthened, the diffused plasma near the substrate is focused and becomes a high density. Also, by setting the opening of the shutter that is opened and closed in the same direction as the moving direction of the substrate between the substrate and the target to be approximately the same as the inner dimension of the ion focusing magnet body, it is possible to pass through the opening of the shutter. And high density of ions reach the substrate. The smaller the opening of the shutter and the inner dimension of the ion focusing magnet body, the larger the ion flux j t and the smaller the spatter particle flux j m become. Therefore, the ion flux ratio j + / j m can be increased. . When the shutter opening is made smaller, the spatter particle flux j m becomes, and the ion flux ratio j + / j m becomes larger, but the film forming rate becomes smaller accordingly, so the opening can be adjusted appropriately according to the desired thin film. And the size of the focusing magnet body may be determined.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明によるイオンアシストスパツタリング方
法の一実施例を説明するためのイオンアシストスパツタ
装置の全体構成図である。同図において、1はバルブ1a
を有する真空容器、2は矢印A方向に移動する基板、3
は基板2の表面側に対向配置されたプラズマ形成手段と
しての磁極体、4は基板2と磁極体3との間に配置され
かつ基板2の移動方向(矢印A方向)と同方向(矢印B
−B′方向)に開閉可能なシヤツタ、5は基板2の裏面
側に対向配置されたプラズマ集束手段としてのイオン集
束用磁石体、6は真空容器1内を加熱するヒータ、7は
磁石体5を励磁する電源、8は磁極体3を励磁する電
源、9は磁極体3の放電用電源、10は基板2の薄膜へバ
イアス電圧を与える電源である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ion assisted sputtering device for explaining an embodiment of the ion assisted sputtering method according to the present invention. In the figure, 1 is a valve 1a
A vacuum container having a substrate 2 that moves in the direction of arrow A, 3
Is a magnetic pole body as a plasma forming means, which is arranged to face the front surface side of the substrate 2, 4 is arranged between the substrate 2 and the magnetic pole body 3, and is in the same direction (arrow A direction) as the moving direction of the substrate 2 (arrow A direction).
A shutter which can be opened and closed in the (-B 'direction), 5 is an ion focusing magnet body as a plasma focusing means which is arranged to face the back side of the substrate 2, 6 is a heater for heating the inside of the vacuum container 1, and 7 is a magnet body 5. Is a power source for exciting the magnetic pole body 3, 9 is a power source for discharging the magnetic pole body 3, and 10 is a power source for applying a bias voltage to the thin film of the substrate 2.

第2図(a)〜(d)は第1図の基板2の表裏面側に配
置されるプラズマ形成用磁極体3およびイオン集束用磁
石体5の周辺部の構成を説明する図である。同図(a)
において、31は永久磁石からなる中央磁極、32は永久磁
石からなる外周磁極、33は中央磁極31の外周磁極32とを
磁気的に結合する軟磁性材料からなるヨーク、34はプラ
ズマ発生用電極、35はターゲツト、36は外周磁極32の外
周近傍に配置され中央磁極31との磁気バランスを調整す
るソレノイドコイル、51は基板2の裏面側に対向配置さ
れたイオン集束用ソレノイドコイルであり、これらのイ
オン集束用ソレノイドコイル51,磁気バランス調整用ソ
レノイドコイル36,プラズマ発生用電極34,基板2は、第
1図に示すように各々所定の電源7,8,9,10に接続されて
いる。また磁極体3は、同図(b)に示すように中央部
に棒状の中央磁極31を配置し、その外周部に長トラツク
状の外周磁極32および磁気バランス調整用ソレノイドコ
イル36が所定の空隙を有して配置されて構成されてい
る。さらに磁石体5は、同図(c)に示すようにそのイ
オン集積用ソレノイドコイル51は長トラツク状の外形形
状を有し、外周磁極32と略同芯でかつ基板2の移動方向
と同方向の寸法が同等もしくはそれ以下の寸法を有して
同図(a)に示すように対向配置される。また、シヤツ
タ4は、同図(d)に示すように基板2の移動方向(矢
印B−B′方向)に開閉する第1のシヤツタ41と、移動
方向と直角方向(矢印C−C′方向)に開閉する第2の
シヤツタ42とを有して構成されている。
FIGS. 2A to 2D are views for explaining the configuration of the peripheral portion of the plasma forming magnetic pole body 3 and the ion focusing magnet body 5 arranged on the front and back surfaces of the substrate 2 of FIG. The same figure (a)
In the reference numeral 31, 31 is a central magnetic pole made of a permanent magnet, 32 is an outer magnetic pole made of a permanent magnet, 33 is a yoke made of a soft magnetic material that magnetically couples the outer magnetic pole 32 of the central magnetic pole 31, 34 is a plasma generating electrode, Reference numeral 35 is a target, 36 is a solenoid coil arranged near the outer circumference of the outer magnetic pole 32 for adjusting the magnetic balance with the central magnetic pole 31, and 51 is an ion focusing solenoid coil arranged opposite to the back surface of the substrate 2. The ion focusing solenoid coil 51, the magnetic balance adjusting solenoid coil 36, the plasma generating electrode 34, and the substrate 2 are connected to predetermined power sources 7, 8, 9, and 10, respectively, as shown in FIG. The magnetic pole body 3 has a rod-shaped central magnetic pole 31 arranged in the central portion as shown in FIG. 2B, and a long track-shaped outer magnetic pole 32 and a magnetic balance adjusting solenoid coil 36 are provided in a predetermined space on the outer peripheral portion thereof. And is arranged. Further, in the magnet body 5, as shown in FIG. 3C, the ion-collecting solenoid coil 51 has a long track-shaped outer shape, is substantially concentric with the outer peripheral magnetic pole 32, and is in the same direction as the moving direction of the substrate 2. Have the same or smaller dimensions and are arranged opposite to each other as shown in FIG. As shown in FIG. 3D, the shutter 4 is a first shutter 41 that opens and closes in the moving direction of the substrate 2 (arrow BB 'direction) and a direction perpendicular to the moving direction (arrow CC' direction). ) And a second shutter 42 that opens and closes.

このような構成において、中央磁極31の先端の極性をS
極,外周磁極32の先端磁極をN極とし、磁気容量を、外
周磁極32を中央磁極31よりも大となるように配設する
と、中央磁極31と外周磁極32との間でトンネル状の磁力
線111が形成され、プラズマ112が閉じ込められ、長トラ
ツク状の高密度のプラズマ112が形成されてマグネトロ
ンスパツタリングとしての機能を発揮できる。ここで磁
気容量を、外周磁極32を中央磁極31よりも大としている
ので、外周磁極32の余分な磁力線113はソレノイドコイ
ル36の励磁による磁力線114により基板2の方向へ誘導
される。この状態で基板2にバイアス電圧を印加するか
もしくは基板2が誘電体の場合はセルフバイアスもしく
は高周波バイアス電圧などプラズマ電位と基板電位との
間に基板2側が低くなる電位差を与えることにより、プ
ラズマ112内のイオンを加熱して基板2にぶつけること
ができる。
In such a configuration, the polarity of the tip of the central magnetic pole 31 is S
If the tip poles of the poles and the outer magnetic pole 32 are N poles and the magnetic capacity is arranged so that the outer magnetic pole 32 is larger than the central magnetic pole 31, a tunnel-shaped magnetic line of force between the central magnetic pole 31 and the outer magnetic pole 32. 111 is formed, the plasma 112 is confined, the long track-shaped high density plasma 112 is formed, and the function as magnetron sputtering can be exhibited. Here, since the magnetic capacity of the outer magnetic pole 32 is larger than that of the central magnetic pole 31, the extra magnetic force lines 113 of the outer magnetic pole 32 are guided toward the substrate 2 by the magnetic force lines 114 generated by the excitation of the solenoid coil 36. In this state, a bias voltage is applied to the substrate 2 or, when the substrate 2 is a dielectric, a plasma bias such as a self-bias or a high frequency bias voltage is applied between the plasma potential and the substrate potential so that the substrate 2 side becomes low. The ions inside can be heated and bombarded on the substrate 2.

ところがこの状態では、イオンフラツクス比j+/jmは0.3
〜0.5程度と小さく、運転範囲に限界があるが、外周ソ
レノイドコイル36より基板移動方向(矢印A方向)と同
方向の寸法の小さいソレノイドコイル51を基板2の裏面
側に配置して矢印方向115に励磁することにより余分の
磁力線113を集束し、イオン束j+増大させ、かつシヤツ
タ4の開度をソレノイドコイル51の内径幅とほぼ同等ま
で狭めることにより、スパツタ粒子束jmを減少すること
ができるので、イオンフラツクス比j+/jmを飛躍的に増
大することができる。例えば、シャッタ4を1/4開とす
ると、単純計算ではイオン束j+は4倍となり、スパツタ
粒子束jmは1/4となつて成膜速度は1/4となるが、イオン
フラツクス比j+/jmは16倍となる。従来では第3図に示
すようにイオン集束用ソレノイドコイル51およびその電
源7がないため、基板2へ向う磁力線113をシヤツタ4
の開口部へ集められないので、イオン束j+を向上させる
ことが不可能であり、したがつてイオンフラツクス比j+
/jmは最大0.3〜0.5が限界であつたが、本実施例による
と、5〜8と大きくなることができる。
However, in this state, the ion flux ratio j + / j m is 0.3.
Although the operating range is limited, the solenoid coil 51 has a smaller dimension in the same direction as the substrate moving direction (arrow A direction) than the outer peripheral solenoid coil 36, but is arranged on the back side of the substrate 2 in the arrow direction 115. The extra magnetic field lines 113 are focused by energizing them to increase the ion flux j + , and the opening of the shutter 4 is narrowed to almost the same as the inner diameter width of the solenoid coil 51 to reduce the spatter particle flux j m. Therefore, the ion flux ratio j + / j m can be dramatically increased. For example, when the shutter 4 is opened to 1/4, the ion flux j + is quadrupled by simple calculation, and the sputtering particle flux j m is 1/4 and the film formation rate is 1/4. The ratio j + / j m is 16 times. Conventionally, as shown in FIG. 3, the ion focusing solenoid coil 51 and its power supply 7 are not provided, so that the magnetic force lines 113 directed to the substrate 2 are transferred to the shutter 4.
It is not possible to improve the ion flux j + because it cannot be collected in the opening of the ion flux, and therefore the ion flux ratio j +
Although the maximum of / j m is 0.3 to 0.5, it can be increased to 5 to 8 according to the present embodiment.

第4図(a)〜(d)は本発明の他の実施例の構成を示
す図であり、第1図と同一部分には同一符号を付してあ
る。同図(a)は、基板2の裏面の集束用ソレノイドコ
イル51の内周側に幅の小さいソレノイドコイル52を設け
てスイツチ53により切り換え可能とするとともにシヤツ
タ4の開度を2段階に切り換えられるようにしたもので
ある。したがつてイオンフラツクス比j+/jmが良い場合
幅の大きなソレノイドコイル51を用いてシヤツタ4の開
度もこのソレノイドコイル51の内周寸法と合わせて用
い、イオンフラツクス比j+/jmを大とした場合、幅の小
さいソレノイドコイル52を用いてシヤツタ4の開度をこ
れに応じて狭くしてやれば良い。なお、他の部分は第1
図と同様である。
4 (a) to 4 (d) are views showing the configuration of another embodiment of the present invention, and the same portions as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In FIG. 3A, a solenoid coil 52 having a small width is provided on the inner peripheral side of the focusing solenoid coil 51 on the back surface of the substrate 2 so that the solenoid 53 can be switched by a switch 53 and the opening of the shutter 4 can be switched in two steps. It was done like this. Therefore, when the ion flux ratio j + / j m is good, the opening of the shutter 4 is also used together with the inner circumferential dimension of the solenoid coil 51 by using the solenoid coil 51 having a large width, and the ion flux ratio j + / When j m is set large, the opening of the shutter 4 may be narrowed accordingly by using the solenoid coil 52 having a small width. The other parts are the first
It is similar to the figure.

第4図(b)は、同図(a)のシヤツタ4の代りに開度
調整のできない開孔4a′を有する固定板4′を用いた例
であり、運転条件が予め決定される場合は、本装置でも
高イオンフラツクス比j+/jmのイオンアシストを行なう
ことができる。また、同図(b)ではターゲツト35側の
ソレノイドコイル36を、基板2の裏面側のソレノイドコ
イル51と兼用した場合を示している。
FIG. 4 (b) shows an example in which a fixed plate 4'having an opening 4a 'whose opening cannot be adjusted is used instead of the shutter 4 of FIG. 4 (a), and when the operating conditions are predetermined. , This device can also perform ion assist with a high ion flux ratio j + / j m . Further, FIG. 2B shows a case where the solenoid coil 36 on the target 35 side is also used as the solenoid coil 51 on the rear surface side of the substrate 2.

第4図(c)は、同図(b)のソレノイドコイル51の代
りに永久磁石54を用いた場合を示したものであり、同図
においては、シヤツタ4の開閉に対応して永久磁石54を
同位相で矢印D−D′方向に移動可能としたものであ
る。
FIG. 4 (c) shows a case where a permanent magnet 54 is used instead of the solenoid coil 51 of FIG. 4 (b). In FIG. 4 (c), the permanent magnet 54 corresponds to the opening / closing of the shutter 4. Is movable in the same phase in the direction of arrow DD '.

第4図(d)は、ソレノイドコイル51の内周側に補助用
ソレノイドコイル55を設けて励磁電流を調整して与える
ことにより、シヤツタ4の開孔間の磁界分布を変化させ
ることによりイオンの分布を均一化することができるよ
うにしたものである。補助用ソレノイドコイル55の励磁
方向115は、シヤツタ4の開孔部の中心側のイオン分布
が大きいときは外周ソレノイドコイル51の励磁方向115
と逆方向に励磁すれば良く、逆にシヤツタ9の開孔端側
のイオン分布が大きいときはソレノイドコイル51の励磁
方向115と同方向に励磁することにより、イオン分布を
平均化することができる。
In FIG. 4 (d), an auxiliary solenoid coil 55 is provided on the inner peripheral side of the solenoid coil 51 to adjust and give an exciting current, thereby changing the magnetic field distribution between the openings of the shutter 4 so that the ions are generated. The distribution can be made uniform. When the ion distribution on the center side of the opening of the shutter 4 is large, the exciting direction 115 of the auxiliary solenoid coil 55 is 115.
If the ion distribution on the open end side of the shutter 9 is large, the ion distribution can be averaged by exciting in the same direction as the exciting direction 115 of the solenoid coil 51. .

第5図は基板2にバイアス電圧を印加する場合の本発明
の他の実施例構成を示す図である。同図において、基板
2の近傍のイオン束は、ソレノイドコイル36,ソレノイ
ドコイル51の励磁電流の大小により調整できるが、基板
2へ加速してぶつけるためには基板2の表面とプラズマ
112との間に電位差を与えなければならない。第1図
(a)の例では基板2に接触する端子を介して基板バイ
アス電源10より所定の負の電圧を与えるようにしたが、
第5図では他のものと絶縁された導電性のシヤツタ4へ
正のバイアス電圧を与え、かつシヤツタ4の一部をプラ
ズマ112へ電気的に接触させることにより、プラズマ112
のポテンシヤル(電位)を高めて相対的に基板2の表面
の電位が低くなるようにしてイオン束を基板2の表面へ
加速してぶつけられるようにしたものであり、移動する
基板2へバイアス電源10(第1図(a)参照)が接続し
難い場合は有効となる。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention when a bias voltage is applied to the substrate 2. In the figure, the ion flux in the vicinity of the substrate 2 can be adjusted by the magnitude of the exciting currents of the solenoid coil 36 and the solenoid coil 51, but in order to accelerate and hit the substrate 2, the surface of the substrate 2 and plasma
A potential difference must be applied to 112. In the example of FIG. 1 (a), a predetermined negative voltage is applied from the substrate bias power source 10 through the terminal that contacts the substrate 2,
In FIG. 5, a positive bias voltage is applied to the conductive shutter 4 which is insulated from the others, and a part of the shutter 4 is electrically contacted with the plasma 112 so that the plasma 112 is
Is set so that the potential of the surface of the substrate 2 becomes relatively low so that the ion flux is accelerated and collided with the surface of the substrate 2. It is effective when 10 (see FIG. 1 (a)) is difficult to connect.

第6図は本発明を、ロールに巻き付けたフイルム状の基
板に対して成膜する装置に適用して実施例を示したもの
である。同図において、12は矢印E方向に移動するフイ
ルム状の基板、13は基板12に接触して矢印F方向に回転
するローラ、14は基板12の移動方向と同方向に開度を有
するシヤツタである。ターゲツト35側の磁極体3および
基板71の裏面側の磁石体5の構成は第1図に示すものと
同一構成であり、この場合、磁石体5のイオン集束用ソ
レノイド51はローラ13の内側の固定部15に固定配置さ
れ、ローラ13は外筒部のみ回転移動できるようにしてい
る。バイアス電圧は基板12と接触して回転する端子16を
介してバイアス電源10より与えてやれば良い。また、第
5図にて説明したようにシヤツタ14に正のバイアス電圧
を与えても良い。
FIG. 6 shows an embodiment in which the present invention is applied to an apparatus for forming a film on a film-shaped substrate wound on a roll. In the figure, 12 is a film-shaped substrate that moves in the direction of arrow E, 13 is a roller that contacts the substrate 12 and rotates in the direction of arrow F, and 14 is a shutter having an opening in the same direction as the direction of movement of the substrate 12. is there. The configurations of the magnetic pole body 3 on the target 35 side and the magnet body 5 on the back side of the substrate 71 are the same as those shown in FIG. 1. In this case, the ion focusing solenoid 51 of the magnet body 5 is located inside the roller 13. The roller 13 is fixedly arranged on the fixed portion 15 so that only the outer cylindrical portion of the roller 13 can be rotationally moved. The bias voltage may be applied from the bias power supply 10 through the terminal 16 that rotates in contact with the substrate 12. Further, as described with reference to FIG. 5, a positive bias voltage may be applied to the shutter 14.

このような構成によれば、ターゲツト35の裏面側の磁極
体3を構成する略長方形の各々極性の異なる中央磁極31
と外周磁極32との先端を起点とする磁力線の数を外周磁
極32が大で中央磁極31が小となるように調節し、中央磁
極31と外周磁極32との間でトンネル状の磁界111を形成
し、外周磁極32の先端部を起点とする余分の磁力線113
を基板2の裏面側に配置した略長方形のソレノイドコイ
ル51の励磁電流を調整して基板2に対して略垂直方向に
向うように誘導しかつ集束してシヤツタ4の開度を略ソ
レノイドコイル51の内側寸法と同等となるようにして基
板2の近傍のイオン束j+を増大させ、スパツタ粒子束jm
に対する比、すなわちイオンフラツクス比j+/jmを大き
くとれるようにし、このイオン束j+を基板2の表面もし
くはシヤツタ4に電圧を印加し、イオンを加速して基板
2にぶつけるようにしたので、イオンアシストスパツタ
方法により、膜の組織構造,結晶性をコントロールする
ことができる。
With this structure, the central magnetic poles 31 of the substantially rectangular shape, which form the magnetic pole body 3 on the rear surface side of the target 35, have different polarities.
The number of magnetic field lines starting from the tips of the outer magnetic pole 32 and the outer magnetic pole 32 is adjusted so that the outer magnetic pole 32 is large and the central magnetic pole 31 is small, and a tunnel-shaped magnetic field 111 is generated between the central magnetic pole 31 and the outer magnetic pole 32. Extra magnetic lines of force 113 that are formed and start from the tip of the outer magnetic pole 32.
Is adjusted to adjust the exciting current of a substantially rectangular solenoid coil 51 arranged on the back surface side of the substrate 2 so as to be directed in a direction substantially perpendicular to the substrate 2 and focused so that the opening of the shutter 4 is substantially solenoid coil 51. as the equivalent to the internal dimensions increase ion flux j + in the vicinity of the substrate 2, sputtered particle flux j m
Ratio, i.e., so as to take a large ion hula try ratio j + / j m for the + ion flux j a voltage is applied to the surface or shutter 4 of the substrate 2, and so hit the substrate 2 to accelerate ions Therefore, the tissue structure and crystallinity of the film can be controlled by the ion assisted sputtering method.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば、イオン束/スパツ
タ粒子束およびイオンに与えるエネルギーを広い範囲で
独立して与えることができるので、膜の電気抵抗,鏡面
反射率,硬度,付着力,緻密度,表面平滑度などの諸特
性を改善することができる。また、膜の内部応力につい
てもイオン束/スパツタ粒子束とエネルギーとを組み合
わせて与えることにより、調整が可能でかつターゲツト
の形状が略長方形であり、これに対して基板が移動しな
がら、成膜するので、寸法の大きい基板に対しても生産
性良く形成することができる。さらに直流電源を用いた
従来の反応性スパツタリングの場合は、イオン量が少な
いが故に成膜速度が著しく小さく工業的ではなかつた
が、本発明の方法によると、イオン量をコントロールで
きるので、反応が促進され、成膜速度を向上させること
ができるなどの極めて優れた効果が得られる。
As described above, according to the present invention, since the ion flux / spatter particle flux and the energy applied to the ions can be independently applied in a wide range, the electric resistance of the film, the specular reflectance, the hardness, the adhesive force, and the denseness It is possible to improve various characteristics such as the degree of smoothness and surface smoothness. Further, the internal stress of the film can be adjusted by giving a combination of ion flux / sputtering particle flux and energy, and the shape of the target is substantially rectangular. Therefore, it is possible to form a substrate having a large size with high productivity. Further, in the case of the conventional reactive sputtering using a DC power supply, the film formation rate is extremely small because it has a small amount of ions, which is not industrially possible.However, according to the method of the present invention, since the amount of ions can be controlled, the reaction It is accelerated, and an extremely excellent effect such that the film forming rate can be improved can be obtained.

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

第1図は本発明によるイオンアシストスパツタリング方
法の一実施例を説明するための装置の全体構成を示す
図、第2図(a)〜(d)は第1図の主要部の構成を説
明する図、第3図は従来の装置を示す図、第4図(a)
〜(d)は本発明によるイオンアシストスパツタリング
装置の他の実施例を説明する断面図、第5図および第6
図は本発明のさらに他の実施例を説明する断面図であ
る。 1……真空容器、2……基板、3……磁極体、4,4′…
…シヤツタ、5……イオン集束用磁石体、6……ヒー
タ、7,8,9,10……電源、12……基板、13……ローラ、14
……シヤツタ、15……固定部、16……端子、31……中央
磁極、32……外周磁極、33……ヨーク、34……プラズマ
発生用電極、35……ターゲツト、36……磁気バランス調
整用ソレノイドコイル、41……第1のシヤツタ、42……
第2のシヤツタ、51……イオン集束用ソレノイドコイ
ル、52……ソレノイドコイル、53……スイツチ、54……
永久磁石、55……補助用ソレノイドコイル、111……磁
力線、112……プラズマ、113,114,115……磁力線。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an apparatus for explaining an embodiment of the ion assisted sputtering method according to the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (d) are diagrams showing the configuration of the main part of FIG. FIG. 3 is an explanatory view, FIG. 3 is a view showing a conventional device, and FIG. 4 (a)
(D) is sectional drawing explaining the other Example of the ion assisted sputtering device by this invention, FIG. 5, and FIG.
The drawing is a cross-sectional view for explaining still another embodiment of the present invention. 1 ... vacuum container, 2 ... substrate, 3 ... pole body, 4,4 '...
… Shatter, 5 …… Ion focusing magnet body, 6 …… Heater, 7,8,9,10 …… Power supply, 12 …… Substrate, 13 …… Roller, 14
...... Shutter, 15 ...... Fixed part, 16 ...... Terminal, 31 ...... Central magnetic pole, 32 ...... Outer magnetic pole, 33 ...... Yoke, 34 ...... Plasma generation electrode, 35 ...... Target, 36 ...... Magnetic balance Adjusting solenoid coil, 41 ...... first shutter, 42 ......
Second shutter, 51 ... Ion focusing solenoid coil, 52 ... Solenoid coil, 53 ... Switch, 54 ...
Permanent magnets, 55 ... auxiliary solenoid coils, 111 ... magnetic field lines, 112 ... plasma, 113, 114, 115 ... magnetic field lines.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/203 S 8719−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/203 S 8719-4M

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板とターゲットとの位置を相対的に移動
させながら、基板表面に成膜する通過式スパッタリング
装置において、 前記ターゲット裏面側に磁極体を配置してプラズマを形
成し、前記磁極体に基板を介して対向する基板裏面側に
磁石体を配置してターゲット表面で形成されたプラズマ
を基板側に集束誘導し、前記基板とターゲットとの間に
基板の移動方向と同方向に開閉するシャッタを設けて前
記シャッタの開閉を制御してターゲットから基板に到達
するイオン束とスパッタ粒子束との割合を調整すること
を特徴としたイオンアシストスパッタリング方法。
1. A pass-through sputtering apparatus for forming a film on a front surface of a substrate while moving a position of a substrate and a target relative to each other, wherein a magnetic pole body is arranged on a rear surface side of the target to form plasma. A magnet body is arranged on the backside of the substrate opposite to the substrate to focus and guide the plasma formed on the target surface to the substrate side, and the plasma is opened and closed between the substrate and the target in the same direction as the moving direction of the substrate. An ion assisted sputtering method comprising providing a shutter to control the opening and closing of the shutter to adjust the ratio of the ion flux reaching the substrate from the target and the sputtered particle flux.
【請求項2】基板とターゲットとの位置を相対的に移動
させながら、基板表面に成膜する通過式スパッタリング
装置において、 前記ターゲット裏面側に配置された磁極体によるプラズ
マ形成手段と、 前記ターゲット裏面側磁極体に基板を介して対向する基
板裏面側に配置されかつ前記ターゲット表面で形成され
たプラズマを前記基板側に集束して誘導する磁石体によ
るプラズマ集束手段と、 前記基板とターゲットとの間に基板移動方向と同方向に
開度を設定したシャッタを設けるとともに前記シャッタ
の開閉を制御してイオン束とスパッタ粒子束との割合を
調整するスパッタ粒子束調整手段と、 を備えたことを特徴とするイオンアシストスパッタリン
グ装置。
2. A pass-through sputtering apparatus for forming a film on the front surface of a substrate while moving the positions of the substrate and the target relative to each other, wherein a plasma forming means by a magnetic pole body arranged on the rear surface side of the target, and the rear surface of the target. Between the substrate and the target, there is a plasma focusing means by a magnet body which is arranged on the back surface side of the substrate facing the side pole body through the substrate and focuses and guides the plasma formed on the target surface to the substrate side. A shutter having an opening set in the same direction as the substrate moving direction, and a sputtering particle flux adjusting means for controlling the opening / closing of the shutter to adjust the ratio of the ion flux and the sputtering particle flux. Ion-assisted sputtering equipment.
JP1246513A 1989-09-25 1989-09-25 Ion-assisted sputtering method and apparatus Expired - Lifetime JPH07122135B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1246513A JPH07122135B2 (en) 1989-09-25 1989-09-25 Ion-assisted sputtering method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1246513A JPH07122135B2 (en) 1989-09-25 1989-09-25 Ion-assisted sputtering method and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03111561A JPH03111561A (en) 1991-05-13
JPH07122135B2 true JPH07122135B2 (en) 1995-12-25

Family

ID=17149513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1246513A Expired - Lifetime JPH07122135B2 (en) 1989-09-25 1989-09-25 Ion-assisted sputtering method and apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07122135B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4643798B2 (en) * 2000-05-31 2011-03-02 パナソニック株式会社 Surface treatment equipment
US20070209927A1 (en) * 2004-07-09 2007-09-13 Masayuki Kamei Magnetron Sputtering Device In which Two Modes Of Magnetic Flux Distribution (Balanced Mode/Unbalanced Mode) Can Be Switched From One To The Other And Vice Versa, A Film Formation Method For Forming A Film From An Inorganic Film Formation Material Using The Device, And A Dual Mode Magnetron Sputtering Device And Film Formation Method For Forming A Film From An Inorganic Film Formation Material At A Low Temperature Using The Device
US11476099B2 (en) * 2018-02-13 2022-10-18 Evatec Ag Methods of and apparatus for magnetron sputtering

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6124024A (en) * 1984-07-12 1986-02-01 Hitachi Maxell Ltd Method for manufacturing magnetic recording media
JPS61233429A (en) * 1985-04-08 1986-10-17 Nec Corp Sputtering device
JPS634062A (en) * 1986-06-25 1988-01-09 Hitachi Ltd Bias sputtering device
JPH0791640B2 (en) * 1987-03-02 1995-10-04 株式会社日立製作所 Magnetron type bias sputter device
JPS63307268A (en) * 1987-06-08 1988-12-14 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Bias sputtering method and its device
JP2761875B2 (en) * 1987-08-25 1998-06-04 キヤノン株式会社 Deposition film forming equipment by bias sputtering method

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03111561A (en) 1991-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4491132B2 (en) Plasma processing equipment
KR100396456B1 (en) High target utilization magnetic arrangement for a truncated conical sputtering target
US5865961A (en) Magnetron sputtering apparatus and method
US6224725B1 (en) Unbalanced magnetron sputtering with auxiliary cathode
US5626727A (en) Sputtering apparatus and method
JPH0693417A (en) Method for coating hard material
US9028659B2 (en) Magnetron design for extended target life in radio frequency (RF) plasmas
US5277779A (en) Rectangular cavity magnetron sputtering vapor source
JP3315114B2 (en) Method for performing sputter coating and sputter coating
JPH07122135B2 (en) Ion-assisted sputtering method and apparatus
JPH11158625A (en) Magnetron sputtering film forming device
JP4992038B2 (en) Sputtering apparatus and sputtering method
JP3254782B2 (en) Double-sided sputter film forming method and apparatus, and sputter film forming system
JP2902822B2 (en) Planar magnetron sputter electrode
JPS6128029B2 (en)
JPH10102247A (en) Sputtering apparatus and method
JP2769572B2 (en) Cathode for magnetron sputtering
JPS6217175A (en) Sputtering device
JP2007529633A (en) Sputtering apparatus for producing thin films
JPH0660393B2 (en) Plasma concentrated high-speed sputter device
JPH03111563A (en) Method and device for ion assisted sputtering
JPS58199862A (en) Magnetron type sputtering device
WO2001092595A1 (en) Unbalanced plasma generating apparatus having cylindrical symmetry
JPS63223173A (en) Substrate processing method and device
JPS6361387B2 (en)