JPH10259478A - Sputtering apparatus, sputtering method and its sputtering target - Google Patents
Sputtering apparatus, sputtering method and its sputtering targetInfo
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- JPH10259478A JPH10259478A JP8743597A JP8743597A JPH10259478A JP H10259478 A JPH10259478 A JP H10259478A JP 8743597 A JP8743597 A JP 8743597A JP 8743597 A JP8743597 A JP 8743597A JP H10259478 A JPH10259478 A JP H10259478A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタ装置及び
スパッタ方法、並びにそのスパッタターゲットに関し、
更に詳しくは、一対のターゲットを所定間隔隔てて対面
させ、その片側一側方に配した基板上に薄膜を形成する
ようにした対向ターゲット式スパッタ装置において、基
板上に形成される成膜速度を高速に且つ膜厚を均一にす
ると共にスパッタ速度を一定にし、ターゲットの使用効
率の向上した対向ターゲット式スパッタ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus, a sputtering method, and a sputtering target thereof.
More specifically, in a facing target type sputtering apparatus in which a pair of targets face each other at a predetermined interval and a thin film is formed on a substrate arranged on one side and one side thereof, a film formation rate formed on the substrate The present invention relates to a facing target type sputtering apparatus in which the sputtering speed is constant at a high speed and the film thickness is uniform, and the use efficiency of a target is improved.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の対向ターゲット式スパッタ装置は
「応用物理」第48巻(1979)第6号p588〜p
559で公知の通り、図7に示すように、陰極となる一
対のターゲットtl、t2をそのスパッタ面が空間を隔
てて対面するように設けると共に、該スパッタ面に垂直
な方向の磁界Hを発生する手段h1、h2を設け、前記
ターゲット間の空間の側方に配したホルダー6に取り付
けた基板5上に薄膜形成をするようにしたスパッタ装置
で、高速低温の膜形成ができる優れたものである。すな
わち、図7において、スパッタ面t1s、t2sに垂直
な方向に300〜500Oeの磁界Hを発生させれば対
向ターゲット間の空間S内に該スパッタ面t1s、t2
sから放出された高エネルギーの電子を閉じこめること
ができる。従って、この多数の電子が基板5まで到達し
なくなるのでイオンを収束する電界が形成されず、スパ
ッタガスのイオン化が促進されてスパッタ速度が高くな
る。また、基板5への電子衝突がほとんど無いので基板
温度はあまり上昇しない。2. Description of the Related Art A conventional facing target type sputtering apparatus is described in "Applied Physics", Vol. 48 (1979) No. 6, p.
As shown in FIG. 559, as shown in FIG. 7, a pair of targets tl and t2 serving as cathodes are provided so that their sputtering surfaces face each other with a space therebetween, and a magnetic field H in a direction perpendicular to the sputtering surfaces is generated. Means h1 and h2 for forming a thin film on the substrate 5 attached to the holder 6 disposed on the side of the space between the targets. is there. That is, in FIG. 7, if a magnetic field H of 300 to 500 Oe is generated in a direction perpendicular to the sputtering surfaces t1s, t2s, the sputtering surfaces t1s, t2
High-energy electrons emitted from s can be confined. Therefore, since the large number of electrons do not reach the substrate 5, an electric field for converging the ions is not formed, and the ionization of the sputter gas is promoted to increase the sputtering speed. Further, since there is almost no electron collision with the substrate 5, the substrate temperature does not rise so much.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た長方形ターゲットを有する対向ターゲット装置でスパ
ッタリングを行うとき、印加電力の増大とともにターゲ
ットのエロージョン領域がターゲット中央に集中する現
象がみられる。特にターゲットが非磁性体の場合にかか
る現象は顕著である。このようなエロージョン領域の集
中は膜厚分布に悪影響を及ぼすばかりでなく、スパッタ
の高速化をはかるために大電力を印加するときのスパー
クの原因ともなり好ましものではない。また、ターゲッ
ト中央部のエロージョンでターゲット寿命が規定される
結果となりターゲット利用効率はかならずしも充分なも
のではない。さらに、ターゲットのシールドカバーに工
夫を加える方法では、中央部での放電の集中は防止され
るものの、周辺部での有効なスパッタを行うことができ
ず、膜厚の分布、ターゲットの利用効率等の点で完全に
は解決されていない。また、長時間スパッタを続けると
エロージョンの進行と共にターゲット表面形状が変化
し、磁界分布が変化するために、放電強度が変化し、膜
厚分布を悪くするという問題があった。更に、大面積基
板の対応には長尺方向の膜厚分布の改善に対してはター
ゲットの長尺方向の長さを基板の有効巾に対して大きく
とる対策がとられ装置形態としては対向ターゲット間の
空間Sの側面を基板が通過する方法がとられていたが、
この方法では、ターゲットの有効利用率や成膜速度が低
下し、かつ、装置が大型になるなどの欠点があり必ずし
も有効な方法といえなかった。However, when sputtering is performed with the above-described opposed target device having a rectangular target, a phenomenon is observed in which the erosion region of the target is concentrated at the center of the target as the applied power increases. In particular, such a phenomenon is remarkable when the target is a non-magnetic material. Such concentration of the erosion region not only adversely affects the film thickness distribution but also causes a spark when a large power is applied in order to increase the speed of sputtering, which is not preferable. In addition, the erosion at the center of the target results in the target life being defined, and the target utilization efficiency is not always sufficient. In addition, in the method of devising the shield cover of the target, although the concentration of discharge in the central portion is prevented, effective sputtering cannot be performed in the peripheral portion, and the distribution of film thickness, the use efficiency of the target, etc. Is not completely solved in terms of In addition, if sputtering is continued for a long time, the target surface shape changes with the progress of erosion, and the magnetic field distribution changes, which causes a problem that the discharge intensity changes and the film thickness distribution deteriorates. Furthermore, in order to cope with a large-area substrate, measures have been taken to improve the film thickness distribution in the longitudinal direction by increasing the length of the target in the longitudinal direction with respect to the effective width of the substrate. Although the method in which the substrate passes through the side surface of the space S between them was adopted,
This method was not always an effective method because of the drawbacks such as a decrease in the effective utilization rate of the target and the film formation rate and an increase in the size of the apparatus.
【0004】そこで、本発明は、上記した従来の対向タ
ーゲット式スパッタ装置における課題を解決し、ターゲ
ットのエロージョン領域の時間変化を完全に阻止するこ
とにより、薄膜の膜厚分布の調整が容易であり、成膜速
度が高速で均一な膜厚が大面積に形成でき、スパッタ速
度を一定にし、ターゲットの使用効率を向上させること
が可能な対向ターゲット式スパッタ装置を提供すること
を目的としている。Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems in the conventional opposed target sputtering apparatus, and completely prevents the erosion region of the target from changing over time, thereby making it easy to adjust the film thickness distribution of the thin film. It is another object of the present invention to provide a facing target type sputtering apparatus capable of forming a uniform film with a large film thickness at a high film forming rate, keeping the sputtering rate constant, and improving the use efficiency of the target.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、スパッタ面が対向するように配置された一
対のターゲットと、該ターゲットの背面に設けらた前記
スパッタ面に垂直な方向に磁界を発生させるための磁界
発生手段とを備え、前記スパッタ面の側方の空間に対面
するように配置してある基板上に膜を形成する対向ター
ゲット式スパッタ装置において、前記一対のターゲット
がスパッタ面を内面に有する外側ターゲットと、スパッ
タ面を外面に有する内側ターゲットの同心形状のターゲ
ットからなり、前記磁界発生手段が前記内側ターゲッ卜
から前記外側ターゲットへ放射状に発生させる手段を備
えていることを特徴としている。また、本発明の対向タ
ーゲット式スパッタ装置は、前記一対のターゲットが、
所定間隔隔てた同心の円筒形状であることを特徴として
いる。また、本発明の対向ターゲット式スパッタ装置
は、前記一対のターゲットが、所定間隔隔てた同心の小
判形状であることを特徴としている。また、本発明の対
向ターゲット式スパッタ装置は、前記一対のターゲット
が、複数組配置されていることを特徴としている。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a pair of targets arranged so that sputtering surfaces face each other, and a direction perpendicular to the sputtering surface provided on the back surface of the targets. And a magnetic field generating means for generating a magnetic field, a facing target type sputtering apparatus for forming a film on a substrate disposed so as to face the space on the side of the sputtering surface, wherein the pair of targets is Consisting of an outer target having a sputtered surface on the inner surface and a concentric target of an inner target having a sputtered surface on the outer surface, wherein the magnetic field generating means has means for radially generating from the inner target to the outer target. It is characterized by. Further, in the facing target type sputtering apparatus of the present invention, the pair of targets may include:
It is characterized in that it has a concentric cylindrical shape at a predetermined interval. Further, the opposed target type sputtering apparatus of the present invention is characterized in that the pair of targets have a concentric oval shape separated by a predetermined distance. Further, the opposed target type sputtering apparatus of the present invention is characterized in that a plurality of sets of the pair of targets are arranged.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】上記した本発明の構成によれば、
一組のターゲットを所定間隔隔てて対向する同心形状で
円筒形状や小判型形状を有し、スパッタ面が外側ターゲ
ットの内面及び内側ターゲットの外面で、前記磁界発生
を内側ターゲットから外側ターゲットに放射状に発生さ
せる手段を設けることにより、ターゲット中心のどの領
域に於いても電界と磁界が平行となる条件は同一とな
り、対向放電を閉ループに発生させることが可能とな
り、放電の中央部集中を回避することができ、有効にス
パッタを生じせしめることができる。また、ターゲット
形状を小判型形状にして、長辺と短辺方向の長さを最適
化することにより、そのターゲット側方に配した通過す
る大面積基板上に薄膜を均一形成することが可能とな
る。更に、前記ターゲットを複数組配置することによ
り、成膜速度の向上を図ることができる。従って、従来
と比較して大面積基板上の膜厚分布が一層均一になり、
且つ、時間の経過にともなう分布の変化を減少させて、
膜厚の分布を均一に保つことが可能となる。また、大電
力が印加でき、且つ複数組配置することによりスパッタ
速度も速くなり、ターゲットの使用効率を向上させるこ
とができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the configuration of the present invention described above,
A set of targets has a concentric cylindrical shape or an oval shape facing each other at a predetermined interval, and the sputtering surface is an inner surface of the outer target and an outer surface of the inner target, and the magnetic field generation is radially generated from the inner target to the outer target. By providing a means for generating, the condition that the electric field and the magnetic field are parallel in any region of the target center becomes the same, it is possible to generate the opposed discharge in a closed loop, and avoid the central part of the discharge And spatters can be effectively generated. In addition, by making the target shape an oval shape and optimizing the length in the long side and the short side direction, it is possible to form a thin film uniformly on a large area substrate that passes through the target side. Become. Further, by arranging a plurality of sets of the targets, the film forming speed can be improved. Therefore, the film thickness distribution on a large-area substrate is more uniform than before,
And, by reducing the change in distribution over time,
The distribution of the film thickness can be kept uniform. In addition, large power can be applied, and by arranging a plurality of sets, the sputtering speed is increased, and the use efficiency of the target can be improved.
【0007】つぎに、本発明の具体的内容を図に基づい
て説明する。図1は本発明に係る対向ターゲット式スパ
ッタ装置の説明図、図2、図3はそのターゲット部の正
面図である。図1において、10は真空チャンバー、2
0はチャンバー10を排気する真空ポンプ等からなる排
気系、30はガス導入系である。そして真空チャンバー
10内には、図示の如く、チャンバー10、絶縁部材1
1、12、13、14を介して固着されたターゲットホ
ルダー15、16が設けられ、該ホルダー15、16に
は一対の円筒状ターゲットT1s、T2sが空間を隔て
て平行に対面するように配設してある。このターゲット
T1、T2の背後には磁界発生手段である円筒状永久磁
石151と161がそれぞれ対向して配置してある。タ
ーゲットT1、T2とそれに対応するターゲットホルダ
ー15、16には、冷却パイプ154、164を介して
冷却水が循環し、ターゲットT1、T2、永久磁石15
1、161、が冷却されるようになっている。磁石15
1、161はターゲットT1、T2に関してN極、S極
が対面するように設けてあり、更に一対の円筒状ターゲ
ットT1、T2の空間部分の磁束密度を高める為にパー
マロイや軟鉄等の強磁性体で形成されたコア17で永久
磁石151、161により閉ループが形成されている。
なお、18、19は絶縁部材11、12、13、14及
びターゲットホルダー15、16の防着板として用いら
れるシールドカバーであり、一方で陽極としても働く。
また、薄膜が形成される長尺の基板40を保持する基板
保持手段41は基板搬送系50によりターゲット面T1
s、T2sに対して直角方向に保持された状態で図の方
向に往復運動することが可能であり、従って基板40も
スパッタ面T1s、T2sに対して直角方向に移動可能
である。なお、基板40の裏面から温度調節が可能な加
熱手段42を有している。Next, the specific contents of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view of a facing target type sputtering apparatus according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are front views of the target portion. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a vacuum chamber, 2
Reference numeral 0 denotes an exhaust system including a vacuum pump for exhausting the chamber 10, and reference numeral 30 denotes a gas introduction system. In the vacuum chamber 10, as shown, the chamber 10, the insulating member 1
Target holders 15 and 16 are provided, which are fixed via 1, 12, 13 and 14. A pair of cylindrical targets T1s and T2s are disposed on the holders 15 and 16 so as to face each other in parallel with a space therebetween. I have. Behind these targets T1 and T2, cylindrical permanent magnets 151 and 161 which are magnetic field generating means are arranged to face each other. Cooling water circulates through the cooling pipes 154 and 164 between the targets T1 and T2 and the target holders 15 and 16 corresponding to the targets T1 and T2 and the permanent magnets 15 and 16.
1, 161 are cooled. Magnet 15
Numerals 1 and 161 are provided so that the N pole and the S pole face each other with respect to the targets T1 and T2. In order to further increase the magnetic flux density in the space between the pair of cylindrical targets T1 and T2, a ferromagnetic material such as permalloy or soft iron is used. A closed loop is formed by the permanent magnets 151 and 161 in the core 17 formed by.
Reference numerals 18 and 19 denote shield covers used as insulating plates for the insulating members 11, 12, 13, 14 and the target holders 15, 16, and also function as anodes.
Further, the substrate holding means 41 for holding the long substrate 40 on which the thin film is formed is moved by the substrate transfer system 50 to the target surface T1.
It is possible to reciprocate in the direction shown in the drawing while being held in a direction perpendicular to s and T2s, so that the substrate 40 can also move in a direction perpendicular to the sputtering surfaces T1s and T2s. Note that a heating means 42 capable of adjusting the temperature from the back surface of the substrate 40 is provided.
【0008】一方、スパッタ電力を供給する直流電源か
らなる電力供給手段60はプラス側をアースに、マイナ
ス側をターゲットT1、T2にそれぞれ接続する。な
お、プリスパッタ時に基板40を保護するため基板40
とターゲットT1、T2との間に出入りするシャッター
(図示せず)が設けてある。ところで、前述のとおり、
ターゲットT1、T2の背後には永久磁石及び閉ループ
を形成するコアからなる磁界発生手段が設けられており
磁束は中央部の磁石からターゲットT1表面を垂直に横
切り更に空間部分を通り外周部に設置されたターゲット
T2表面を垂直に横切り外周部磁石に達する。外周部磁
石を横切った磁束は強磁性体で形成されたコア内部を通
り内側の磁石に達し閉ループを形成させる。この様に閉
ループを形成させることによりターゲットT1、T2表
面に垂直に横切る磁場を形成させる事が出来る。更にタ
ーゲットT1、T2を円筒状や小判状にする事によりタ
ーゲットのどの位置に於いても同様な磁場を形成するこ
とが出来る。On the other hand, a power supply means 60 composed of a DC power supply for supplying sputtering power has the plus side connected to the ground and the minus side connected to the targets T1 and T2. Note that the substrate 40 is used to protect the substrate 40 during pre-sputtering.
A shutter (not shown) is provided between the target and the targets T1 and T2. By the way, as mentioned above,
Behind the targets T1 and T2, a magnetic field generating means composed of a permanent magnet and a core forming a closed loop is provided, and the magnetic flux traverses the surface of the target T1 vertically from the magnet at the center and is further installed at the outer periphery through the space. Perpendicularly crosses the surface of the target T2 and reaches the outer peripheral magnet. The magnetic flux traversing the outer magnet passes through the inside of the core made of ferromagnetic material and reaches the inner magnet to form a closed loop. By forming a closed loop in this manner, a magnetic field crossing the surfaces of the targets T1 and T2 perpendicularly can be formed. Further, by making the targets T1 and T2 cylindrical or oval, a similar magnetic field can be formed at any position of the target.
【0009】従って、Ar等のガスを導入し、直流電力
を印加するとターゲットT1、T2表面は垂直の電界が
形成される。この様に磁界と電界が平行に形成されると
電子は磁界をとりまく様に回転してガス分子と衝突して
イオン化されプラズマが発生する。ターゲットT1、T
2には直流電源から負の電圧が印加されているのでイオ
ン化されたガス分子はターゲットT1、T2に加速しな
がら引き寄せられターゲットに衝突しターゲット材料を
はじき出す対向スパッタが生じる。このとき、前記した
様にターゲットT1、T2は円筒形状で電界と磁界がタ
ーゲットT1、T2表面に垂直で且つ放射状に形成され
る為、今迄の対向スパッタと異なりターゲット中央部に
エロージョン領域が集中することなく円筒状ターゲット
全域に於いて対向スパッタが起こりターゲットの有効利
用効率を向上する事が出来る。また、今迄の対向スパッ
タでは電界と磁界がほぼ平行となる領域がターゲット中
心部に形成されエロージョン領域が集中し大電力を投入
するとパワー集中により異常放電が発生したが、本発明
では、エロージョン領域の広域化やプラズマの閉じこめ
効率アップに伴い大電力を投入する事やターゲットと基
板間の距離を近づけることが可能となり成膜速度を早め
る事が可能となった。更にマグネトロン放電では放電を
維持する事が不可能な低真空領域に於いてもプラズマの
閉じこめ効率アップによりスパッタが可能となりスパッ
タガス等の不純物混入の少ない良質の膜形成が可能とな
った。尚ターゲットT1、とT2はスパッタされる面積
が異なるのでターゲット寿命を同じにする為、面積の小
さい内側のターゲットT1の厚さをT2より厚くしたほ
うが好ましい。Therefore, when a gas such as Ar is introduced and DC power is applied, a vertical electric field is formed on the surfaces of the targets T1 and T2. When the magnetic field and the electric field are formed in parallel in this manner, the electrons rotate so as to surround the magnetic field, collide with gas molecules, and are ionized to generate plasma. Target T1, T
Since a negative voltage is applied to DC power supply 2 from the DC power supply, ionized gas molecules are attracted while accelerating to targets T1 and T2, collide with the target and repel target material, thereby causing opposing sputtering. At this time, as described above, the targets T1 and T2 are cylindrical, and the electric field and the magnetic field are formed perpendicularly and radially to the surfaces of the targets T1 and T2. Counter sputtering occurs in the entire area of the cylindrical target without performing the above, and the effective use efficiency of the target can be improved. In the conventional counter sputtering, a region where the electric field and the magnetic field are almost parallel is formed at the center of the target, and the erosion region is concentrated. When a large amount of electric power is applied, abnormal discharge occurs due to power concentration. With the increase in the area of the plasma and the increase in the efficiency of plasma confinement, it was possible to apply a large amount of power and to shorten the distance between the target and the substrate, thereby increasing the deposition rate. Further, even in a low vacuum region where the discharge cannot be maintained by the magnetron discharge, the sputtering can be performed by increasing the plasma confinement efficiency, and a high quality film with less impurities such as sputter gas can be formed. Since the targets T1 and T2 have different sputtered areas, the thickness of the inner target T1 having a small area is preferably larger than T2 in order to make the target life the same.
【0010】次に、長尺方向の膜厚分布の均一化は以下
で示す方法で均一化を保つことができる。一般に、スパ
ッタ中、基板40を図のように送る場合搬送方向の膜厚
均一化は図れるが搬送方向と垂直な方向では周辺部が薄
くなってしまう。そこで円筒状ターゲットT1、T2を
小判形状にして基板搬送方向と基板搬送と垂直方向のサ
イズを最適化することや複数の円筒状ターゲットを基板
中心部に比べ周辺部により多く配置することによって均
一な薄膜を大面積にわたって得ることができる。なお、
本発明によれば前記した様にプラズマの閉じこめ効率ア
ップによるターゲットと基板間の距離を近づけた成膜が
可能となり基板のどの微少領域に於いても膜付着の構成
比を基板近傍のエロージョンから飛来するスパッタ粒子
と遠く離れたエロージョンから飛来するスパッタ粒子の
構成比の前者を増加させる事が出来る。従って従来方式
に比ベスパッタ条件や種々のターゲットにおける放出角
度分布の違いが膜厚分布の均一化を広い領域にわたって
緩和でき、最適化を図ることが可能となる。Next, uniformity of the film thickness distribution in the longitudinal direction can be maintained by the following method. In general, when the substrate 40 is fed as shown in the figure during sputtering, the film thickness in the transport direction can be made uniform, but the peripheral portion becomes thin in the direction perpendicular to the transport direction. Therefore, the cylindrical targets T1 and T2 are formed in an oval shape to optimize the size in the substrate transport direction and the vertical direction with respect to the substrate transport, or by arranging a plurality of cylindrical targets more in the peripheral portion than in the central portion of the substrate to achieve uniformity. A thin film can be obtained over a large area. In addition,
According to the present invention, as described above, it is possible to form a film with a short distance between the target and the substrate by increasing the plasma confinement efficiency, so that the composition ratio of the film adhesion can be reduced from the erosion near the substrate in any minute area of the substrate. It is possible to increase the former of the composition ratio of the sputtered particles to be sputtered and the sputtered particles to fly from the erosion far away. Therefore, compared to the conventional method, the difference in the sputtering conditions and the emission angle distribution of various targets makes it possible to alleviate the uniformity of the film thickness distribution over a wide area, and to achieve the optimization.
【0011】[0011]
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 [実施例1]実施例1においては、図1乃至図2、図3
に示す本発明の対向ターゲットスパッタ装置を用い成膜
を行った。まず基板40には厚さ1.1mmで300m
m×300mmサイズの青板ガラス基板を用い、ターゲ
ットT1、T2にはターゲット材料として99.99%
の純度の銅(Cu)を用い基板の搬送方向に対して直角
方向に小判形状の長尺方向が向く様にして配置し外側タ
ーゲットT2の長尺方向の内径を320mmとし、厚み
は6mmのものを用いた、またT2ターゲットには厚さ
12mmのものを用い、T1、T2円筒状ターゲットの
高さはそれぞれ100mmとし、内側ターゲットT1と
外側ターゲットT2とのスパッタ面の間隔距離は60m
mとした。また、その時のT1スパッタ面からT2スパ
ッタ面にほぼ垂直方向に向かう磁界の強度は400Oe
であった。Embodiments of the present invention will be described below. [Embodiment 1] In Embodiment 1, FIGS.
The film formation was performed using the facing target sputtering apparatus of the present invention shown in FIG. First, the substrate 40 has a thickness of 1.1 mm and a length of 300 m.
A blue plate glass substrate having a size of mx 300 mm was used, and 99.99% as a target material was used for the targets T1 and T2.
The outer target T2 is 320 mm in thickness and 6 mm in thickness, with copper (Cu) having a purity of 0.1 mm and a long direction of the outer target T <b> 2 arranged so that the long direction of the oval shape is oriented at right angles to the transport direction of the substrate. A T2 target having a thickness of 12 mm was used. The height of each of the T1 and T2 cylindrical targets was 100 mm, and the distance between the sputter surfaces of the inner target T1 and the outer target T2 was 60 m.
m. At this time, the intensity of the magnetic field from the T1 sputtering surface to the direction substantially perpendicular to the T2 sputtering surface is 400 Oe.
Met.
【0012】スパッタリングの主な条件としては、Ar
ガス圧力を3×10-3Torrとしターゲット端部から
基板までの距離を30mmとした、(ターゲット端部か
ら基板面までの距離を10mmより短くすると熱・電子
・イオン等によるプラズマダメージが無視できない領域
となり、一方60mmを越える距離にすると膜が基板以
外の壁面や搬送駆動系等に付着し搬送系装置トラブルや
コンタミ及びパーティクルの発生要因となる。従って基
板とターゲット端部との間隔距離は10mmから60m
mの範囲が好ましい。)また、基板の搬送スピードは1
50mm/分とし、T1、T2にスパッタ投入電力とし
て8kwの直流電界を印加した。以上のようにして銅か
らなる薄膜をガラス基板上にスパッタ成膜した、この条
件で成膜される銅膜の厚みは約1μmであり、300m
m□基板内での膜厚分布を測定したところ、図4に示す
ように基板全域で±10%以内の誤差に収まる良好な結
果を得た。The main conditions for sputtering are Ar
The gas pressure was set to 3 × 10 −3 Torr and the distance from the target end to the substrate was set to 30 mm. (If the distance from the target end to the substrate surface is shorter than 10 mm, plasma damage due to heat, electrons, ions, etc. cannot be ignored. On the other hand, if the distance exceeds 60 mm, the film adheres to the wall surface other than the substrate, the transport drive system, etc., which causes a trouble in the transport system apparatus, and causes the generation of contamination and particles. From 60m
The range of m is preferred. ) In addition, the substrate transfer speed is 1
A direct current electric field of 8 kW was applied to T1 and T2 as the power for sputtering, at 50 mm / min. A thin film made of copper was formed by sputtering on a glass substrate as described above. The thickness of the copper film formed under these conditions was about 1 μm,
When the film thickness distribution in the m □ substrate was measured, as shown in FIG. 4, good results were obtained within an error of ± 10% over the entire region of the substrate.
【0013】(比較例1)上記実施例1の比較として従
来の対向ターゲットスパッタ装置を用いて同様な成膜実
験を行った。対向するターゲットt1、t2にターゲッ
ト材料として99.99%の純度の銅(Cu)からなる
厚さ6mmで320mm×100mmの長方形ターゲッ
トを用い、基板の搬送方向と直角方向にターゲットの長
尺方向が向くようにし、長尺面側を基板が通過するよう
にした。またターゲット間距離は100mmとし、また
その時のt1スパッタ面からt2スパッタ面にほぼ垂直
方向に向かう磁界の強度は実施例1と同様に400Oe
とした。スパッタリングの主な条件としては、Arガス
圧力を3×10-3Torrとしターゲット端部から基板
までの距離を30mmとした、また、基板の搬送スピー
ドは150mm/分とし、T1、T2にスパッタ投入電
力として8kwの直流電界を印加した。以上のようにし
て銅からなる薄膜をガラス基板上に従来の方法でスパッ
タ成膜した、この条件で成膜される銅膜の厚みは300
mm□基板の中心で約1μmであり、300mm□基板
内での膜厚分布を測定したところ、図4に示すように±
10%の膜厚分布領域は基板幅300mmに対し約半分
の150mm程度であった。(Comparative Example 1) As a comparison with Example 1, a similar film-forming experiment was performed using a conventional opposed target sputtering apparatus. A rectangular target having a thickness of 6 mm and a size of 320 mm × 100 mm made of copper (Cu) having a purity of 99.99% is used as a target material for the opposing targets t1 and t2, and the longitudinal direction of the target is perpendicular to the substrate transfer direction. So that the substrate passes through the long surface side. The distance between the targets was 100 mm, and the intensity of the magnetic field from the t1 sputtering surface to the direction substantially perpendicular to the t2 sputtering surface at that time was 400 Oe as in the first embodiment.
And The main conditions of the sputtering were as follows: the Ar gas pressure was 3 × 10 −3 Torr, the distance from the target end to the substrate was 30 mm, the substrate transfer speed was 150 mm / min, and sputtering was applied to T1 and T2. An 8 kW DC electric field was applied as electric power. As described above, a thin film made of copper was sputter-deposited on a glass substrate by a conventional method.
The thickness was about 1 μm at the center of the mm □ substrate, and the film thickness distribution within the 300 mm □ substrate was measured, as shown in FIG.
The thickness distribution region of 10% was about 150 mm, which is about half of the substrate width of 300 mm.
【0014】[実施例2]実施例2においては、1.1
mm厚で300mm□のガラス基板に三洋化成製の平坦
化膜LC2040を1μmスピンコートし、ポストベー
クを行った後、実施例1及び比較例1と同様にして、タ
ーゲット材質のみを銅からAlSiCu合金材に変更し
て従来の対向ターゲットスパッタ装置及び本発明の対向
ターゲットスパッタ装置をそれぞれ用いてターゲットの
端部から基板までの距離を30mmと前記例と同様にし
て、AlSiCu合金膜を形成した。その際基板の裏側
にWahl社製のテンプ・プレートを貼り基板の上昇温
度測定を行った。その結果、本発明の対向ターゲットス
パッタ装置で成膜を行った場合は、1枚目から100枚
目までの基板温度は93℃〜121℃の範囲で安定し、
膜面に特に異常は観られなかったのに対し、従来の対向
ターゲットスパッタ装置で成膜したものは1枚目から1
00枚目までに115℃〜171℃まで上昇し枚数を重
ねるにつれ上昇する傾向にあった。さらに90枚目以降
の基板には平坦化膜LC2040の熱ダメージと観られ
るシワが膜面に発生した。[Embodiment 2] In Embodiment 2, 1.1
A flat plate film LC2040 made by Sanyo Chemical Co., Ltd. is spin-coated on a 300 mm square glass substrate with a thickness of 1 μm, and post-baked. The AlSiCu alloy film was formed using the conventional facing target sputtering apparatus and the facing target sputtering apparatus of the present invention with the distance changed to 30 mm from the target end to the substrate in the same manner as in the above example. At that time, a temp plate made by Wahl was attached to the back side of the substrate, and the temperature rise of the substrate was measured. As a result, when a film is formed by the opposed target sputtering apparatus of the present invention, the substrate temperature from the first to the 100th is stable in the range of 93 ° C. to 121 ° C.,
No abnormalities were observed on the film surface.
By the 00th sheet, the temperature increased from 115 ° C to 171 ° C and tended to increase as the number of sheets increased. Further, in the 90th and subsequent substrates, wrinkles appearing as thermal damage of the planarizing film LC2040 occurred on the film surface.
【0015】[実施例3]実施例3においては、ターゲ
トT1、T2にそれぞれ透明導電膜材料であるITOの
焼結体(充填率95%)を用い、上記実施例1と同様に
して成膜実験を行った。主なスパッタリング条件とし
て、Arガスに1.5%の酸素ガスを混合し、スパッタ
圧力を3×10-3Torrとし、T1、T2に1kwの
直流電力を印加しスパッタを行った。その際ランドマー
クテクノロジー社製のマイクロアークモニターを設置し
アーク放電回数を測定した。その結果10時間連続成膜
した場合のアーク回数は16回であった。これはT1、
T2のエロージョンが均一であるためにターゲット中心
に磁束が集中せず均一な放電を持続することによりアー
ク放電の発生回数が極めて少ない安定したスパッタを行
うことが出来たものと考えられる。Example 3 In Example 3, a film was formed in the same manner as in Example 1 above, except that a sintered body of ITO (filling rate: 95%) as a transparent conductive film material was used for the targets T1 and T2. An experiment was performed. As main sputtering conditions, 1.5% oxygen gas was mixed with Ar gas, the sputtering pressure was set to 3 × 10 −3 Torr, and DC power of 1 kW was applied to T1 and T2 to perform sputtering. At that time, a micro arc monitor manufactured by Landmark Technology Co., Ltd. was installed and the number of arc discharges was measured. As a result, the number of arcs in the case of continuous film formation for 10 hours was 16 times. This is T1,
It is considered that since the erosion of T2 was uniform, the magnetic flux was not concentrated at the center of the target and a uniform discharge was maintained, so that a stable sputtering with a very small number of arc discharges could be performed.
【0016】[実施例4]実施例4においては、以上の
実施例で説明したターゲットT1、T2及び比較例で用
いたターゲットt1、t2を図5、図6に示すように使
用限界(どこか一カ所穴が明く直前)まで使用し、その
それぞれの重さを測定し、利用効率=(使用前重量−使
用後重量)/使用前重量の値を測定した。その結果、従
来対向スパッタによるターゲット利用効率は約20%で
あるのに対し、本発明によるターゲットの利用効率は約
45%であることが明らかとなった。[Embodiment 4] In Embodiment 4, the targets T1 and T2 described in the above embodiments and the targets t1 and t2 used in the comparative example are used as shown in FIGS. It was used until just one hole became clear), the weight of each was measured, and the value of utilization efficiency = (weight before use−weight after use) / weight before use was measured. As a result, it was found that the target utilization efficiency of the target according to the present invention was about 45%, while the utilization efficiency of the target by the conventional facing sputtering was about 20%.
【0017】[0017]
【発明の効果】本発明の対向ターゲット式スパッタ装置
は、以上の構成により、薄膜の膜厚分布の調整が容易と
なり、成膜速度が高速で均一な膜厚が大面積に形成で
き、スパッタ速度を一定にし、ターゲットの使用効率を
向上させることができる。また、本発明の対向ターゲッ
ト式スパッタ装置は、従来の対向スパッタの長所を取り
入れ、高速低温スパッタが行えるのに加え、従来スパッ
タでは不可能であった周辺部を効率良くスパッタするこ
とができるため、より高速でターゲット利用効率の高い
スパッタを行うことができる。また、本発明の対向ター
ゲット式スパッタ装置によると、ターゲット中心部への
磁束の集中がなく、アーク放電の少ない安定したスパッ
タを長時間持続して行うことができ、量産化が容易とな
る。また、本発明の対向ターゲット式スパッタ装置によ
ると、膜厚分布が良好な部分が広範囲に設定でき、かつ
経時変化を少なくすることができる。According to the above-mentioned structure, the opposed target type sputtering apparatus of the present invention can easily adjust the film thickness distribution of a thin film, can form a film at a high speed at a high speed, and can form a uniform film over a large area. And the use efficiency of the target can be improved. Further, the facing target type sputtering apparatus of the present invention incorporates the advantages of the conventional facing sputtering, and in addition to being able to perform high-speed and low-temperature sputtering, it is also possible to efficiently perform sputtering on a peripheral portion that was impossible with the conventional sputtering. Sputtering with higher target utilization efficiency can be performed at higher speed. Further, according to the opposed target type sputtering apparatus of the present invention, there is no concentration of magnetic flux at the center of the target, stable sputtering with little arc discharge can be performed for a long time, and mass production is facilitated. Further, according to the facing target type sputtering apparatus of the present invention, a portion having a good film thickness distribution can be set in a wide range, and a change with time can be reduced.
【図1】本発明の対向スパッタ装置断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a facing sputtering apparatus according to the present invention.
【図2】同心カソード正面図である。FIG. 2 is a front view of a concentric cathode.
【図3】小判形状カソード正面図である。FIG. 3 is a front view of an oval-shaped cathode.
【図4】膜厚分布比較である。FIG. 4 is a film thickness distribution comparison.
【図5】本発明のターゲット侵食図である。FIG. 5 is a target erosion diagram of the present invention.
【図6】従来方式のターゲット侵食図である。FIG. 6 is a target erosion diagram of a conventional system.
【図7】従来方式の対向スパッタ装置断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional facing sputtering apparatus.
10:真空チャンバー 11、12、13、14…絶縁部材 15、16:ターゲットホルダー 17:コア 18、19:シールド板 20:排気系 30:ガス導入系 40:基板 41:基板保持手段 42:加熱手段 50:基板搬送系 60:電力供給手段 151、161:磁界発生手段 152、164:冷却パイプ T1、T2:ターゲット 10: Vacuum chamber 11, 12, 13, 14 ... Insulating member 15, 16: Target holder 17: Core 18, 19: Shield plate 20: Exhaust system 30: Gas introduction system 40: Substrate 41: Substrate holding means 42: Heating means 50: substrate transport system 60: power supply means 151, 161: magnetic field generation means 152, 164: cooling pipe T1, T2: target
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 枇榔 竜二 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 金沢 秀宏 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Ryuji Bilo 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Hidehiro Kanazawa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Non Corporation
Claims (9)
と、スパッタ面を外面に有する内側ターゲットからなる
同心形状の一対のターゲットと、該内側ターゲットから
該外側ターゲットに向かって放射状の磁界を発生する手
段と、前記一対のターゲットに側方に配された基板保持
手段とを有することを特徴とするスパッタ装置。A means for generating a radial magnetic field from the inner target toward the outer target; a pair of concentric targets each comprising an outer target having a sputter surface on an inner surface, an inner target having a sputter surface on an outer surface; And a substrate holding means disposed laterally on the pair of targets.
は小判形状であることを特徴とする請求項1記載のスパ
ッタ装置。2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein said pair of targets have a concentric cylindrical shape or an oval shape.
特徴とする請求項1記載のスパッタ装置。3. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the sputtering apparatus includes a plurality of the pair of targets.
て直角方向に移動させる基板搬送系を有することを特徴
とする請求項1記載のスパッタ装置。4. The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a substrate transfer system for moving said substrate holding means in a direction perpendicular to said sputtering surface.
内側及び前記外側ターゲットの外側にそれぞれ設けられ
た磁石及びコアを有することを特徴とする請求項1記載
のスパッタ装置。5. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein said magnetic field generating means has a magnet and a core provided inside the inside target and outside the outside target, respectively.
と、スパッタ面を外面に有する内側ターゲットからなる
同心形状の一対のターゲットとの、該内側ターゲットか
ら該外側ターゲットに向かって放射状の磁界を発生さ
せ、スパッタガスを導入し、前記ターゲットに負の電圧
を印加し、前記一対のターゲットに側方に配された基板
に成膜することを特徴とするスパッタ方法。6. A radial magnetic field is generated from an inner target to an outer target between a pair of concentric targets including an outer target having a sputter surface on an inner surface and an inner target having a sputter surface on an outer surface. A sputtering gas is introduced, a negative voltage is applied to the target, and a film is formed on a substrate disposed laterally on the pair of targets.
て直角方向に移動させることを特徴とする請求項6記載
のスパッタ方法。7. The sputtering method according to claim 6, wherein the substrate is moved in a direction perpendicular to the sputtering surface during the film formation.
と、スパッタ面を外面に有する内側ターゲットとを有す
ることを特徴とするスパッタターゲット。8. A sputter target comprising: an outer target having a sputter surface on an inner surface; and an inner target having a sputter surface on an outer surface.
形状であることを特徴とする請求項8記載のスパッタタ
ーゲット。9. The sputter target according to claim 8, wherein said target has a concentric cylindrical shape or an oval shape.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8743597A JPH10259478A (en) | 1997-03-20 | 1997-03-20 | Sputtering apparatus, sputtering method and its sputtering target |
Applications Claiming Priority (1)
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JP8743597A JPH10259478A (en) | 1997-03-20 | 1997-03-20 | Sputtering apparatus, sputtering method and its sputtering target |
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JP (1) | JPH10259478A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107313015A (en) * | 2017-07-26 | 2017-11-03 | 北京芯微诺达科技有限公司 | A kind of target material structure of film-forming apparatus |
-
1997
- 1997-03-20 JP JP8743597A patent/JPH10259478A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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