JPS61235562A - Magnetron sputtering device - Google Patents
Magnetron sputtering deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
マグネットが内蔵されたターゲット支持体に支持された
ターゲットと対向配置した基板上に、スパッタリング法
により薄膜を形成するマグネトロンスパッタ装置におい
て、上記ターゲットとマグネット間に磁気シールド板を
挿脱可能に設置した構成とし、成膜に先立ち、前記ター
ゲットとマグネット間に磁気シールド板を挿入した状態
でスパッタを行って、該ターゲツト面を清浄化した後、
該磁気シールド板を逆に取り去って本スパッタを行い、
ターゲットからの堆積物の飛散がない状態で良品質な薄
膜を形成可能にしたものである。[Detailed Description of the Invention] [Summary] In a magnetron sputtering device that forms a thin film by sputtering on a substrate placed opposite to a target supported by a target support with a built-in magnet, there is a gap between the target and the magnet. A magnetic shield plate is installed in a removable manner, and prior to film formation, sputtering is performed with the magnetic shield plate inserted between the target and the magnet to clean the target surface.
Reversely remove the magnetic shield plate and perform main sputtering,
This makes it possible to form a high-quality thin film without scattering deposits from the target.
本発明は各種磁気記録媒体や半導体集積回路素子等の製
造に用いられるマグネトロンスパッタ装置の改良に係り
、特に反応性マグネトロンスパッタ法により基板上に薄
膜を形成する際に、ターゲット表面の非スバフタ部分に
付着された反応物である堆積物が基板上に飛散付着して
膜欠陥が生じることを防止したターゲット支持体の構造
に関するものである。The present invention relates to improvements in magnetron sputtering equipment used in the manufacture of various magnetic recording media, semiconductor integrated circuit elements, etc., and in particular, when forming a thin film on a substrate by reactive magnetron sputtering, it is possible to The present invention relates to a structure of a target support that prevents deposits, which are attached reactants, from scattering and adhering to a substrate and causing film defects.
マグネトロンスパッタ装置は、アルゴン（Ａｒ）ガスな
どの不活性ガス及び酸素（０２）ガス等からなる反応性
ガス雰囲気中に対向配置された薄膜を形成すべき基板側
電極と、裏面側にマグネットを具備した平板状のターゲ
ット間に高電圧を印加して、発生したプラズマ状のスパ
ッタガスイオンを前記マグネットによる磁界で集束して
、密度の高いプラズマにより励起されたＡｒ粒子により
ターゲットをスパッタさせて前記基板上に大きな成膜堆
積速度で薄膜形成を行うものである。A magnetron sputtering device is equipped with substrate-side electrodes on which a thin film is to be formed, which are placed facing each other in a reactive gas atmosphere consisting of an inert gas such as argon (Ar) gas and oxygen (02) gas, and a magnet on the back side. A high voltage is applied between the plate-shaped targets, the generated plasma-like sputtering gas ions are focused by the magnetic field of the magnet, and the target is sputtered by Ar particles excited by the high-density plasma to sputter the substrate. A thin film is formed on top at a high deposition rate.
このようにマグネトロンスパッタ装置では成膜堆積速度
が、従来より用いられている各種蒸着装置や一般的なス
パッタ装置等の堆積速度に比べて速く、また発生するプ
ラズマが磁界によりターゲット側で集束されるため、基
板温度の上昇が少ない等の特徴を有し、近来、各種磁気
記録媒体や半導体集積回路素子等の製造用の薄膜形成装
置として広く採用されている。In this way, the deposition rate of magnetron sputtering equipment is faster than that of various conventional evaporation equipment or general sputtering equipment, and the generated plasma is focused on the target side by the magnetic field. Therefore, it has characteristics such as a small rise in substrate temperature, and has recently been widely adopted as a thin film forming apparatus for manufacturing various magnetic recording media, semiconductor integrated circuit elements, etc.
しかし、上記装置によって反応性スパッタ法により基板
上に薄膜を形成する場合、前記マグネットによるターゲ
ット表面の強磁界領域でスパッタがなされ、それ以外の
領域ではスパッタがなされず、しかも逆に反応スパッタ
物質が堆積され、この堆積物が剥離飛散して基板上に異
物として付着し、これが生成薄膜の欠陥となるといった
問題があり、このような問題を解消することが要望され
ている。However, when a thin film is formed on a substrate by the reactive sputtering method using the above-mentioned apparatus, sputtering is performed in the strong magnetic field region of the target surface by the magnet, and sputtering is not performed in other regions, and conversely, the reactive sputtering material is There is a problem in that the deposits are peeled off and scattered and attached to the substrate as foreign matter, which causes defects in the produced thin film, and it is desired to solve this problem.
第３図は従来のマグネトロンスパッタ装置を示す要部断
面図であり、排気装置２が付設された真空容器１内に、
ターゲット３が支持され、かつヨークによって磁気的に
結合された円環状マグネットと中心円柱状マグネットか
らなるマグネット４が内蔵されたターゲット支持体５と
、これに対向して薄膜を形成すべき基板６を支持した基
板支持体７が回転機構８により回動可能に配置されてい
る。９はシャッタである。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a conventional magnetron sputtering device, in which a vacuum chamber 1 equipped with an exhaust device 2 is
A target support 5 in which a target 3 is supported and has a built-in magnet 4 consisting of an annular magnet and a central cylindrical magnet magnetically coupled by a yoke, and a substrate 6 on which a thin film is to be formed facing the target support 5. A supported substrate support 7 is arranged to be rotatable by a rotation mechanism 8. 9 is a shutter.
このような装置を用いて基板支持体７上に支持された基
板６表面に薄膜を形成するには、前記真空容器１内をア
ルゴン（Ａｒ）ガスなどのガス雰囲気にした状態で、基
板支持体７とターゲット３間に高置圧電ｓ１０により所
定電圧を印加すると共に、シャフタ９をターゲット３上
より開ける。In order to form a thin film on the surface of the substrate 6 supported on the substrate support 7 using such an apparatus, the substrate support is A predetermined voltage is applied between the target 7 and the target 3 by an elevated piezoelectric s10, and the shutter 9 is opened from above the target 3.
この時、発生したプラズマ状のスパッタガスイオンは、
前記マグネット４によりターゲット３表面に円弧状に磁
力線１１が発生される磁界よって集束され、密度の高い
プラズマにより励起されたスパッタガスイオンが該ター
ゲット３に衝突する。At this time, the plasma-like sputtering gas ions generated are
The sputtering gas ions, which are focused by the magnetic field generated by the magnet 4 in an arc-shaped magnetic field 11 on the surface of the target 3 and excited by the high-density plasma, collide with the target 3.
この際、その表面よりスパッタ物質がスパッタされて前
記基板６上に大きな成膜堆積速度で薄膜を形成している
。At this time, the sputtering material is sputtered from the surface to form a thin film on the substrate 6 at a high deposition rate.
ところでこのようなマグネトロンスパッタ装置において
は、前記マグネット４により第４図に示すようにターゲ
ット３の表面上に発生される円弧状の磁力線１１によっ
て集束され、高密度化されたプラズマ状のスパッタガス
イオンが選択的にターゲット３の磁界付与領域２１に衝
突してスパッタされることから、その領域２１が削られ
た状態に浸食され、このエロージョン領域２１以外の領
域は殆どスパッタがなされない不機能領域２２となって
いる。Incidentally, in such a magnetron sputtering apparatus, as shown in FIG. 4, arcuate lines of magnetic force 11 generated by the magnet 4 on the surface of the target 3 are focused to generate high-density sputtering gas ions in the form of plasma. selectively collides with the magnetic field applying region 21 of the target 3 and is sputtered, so that region 21 is eroded into a scraped state, and the region other than the erosion region 21 is a non-functional region 22 where almost no sputtering is performed. It becomes.
ところが上記の如きスパッタ装置により、基板６上に反
応性スパッタ法によってＷｌ膜を被着形成する場合、ス
パッタされたターゲット物質の大部分は基板６上に被着
されるが、その一部の反応スパッタ粒子はプラズマ中の
ガスイオンと衝突して、ターゲット３の前記不機能領域
２２に被着し、反応物が堆積する現象がある。However, when a Wl film is deposited on the substrate 6 by the reactive sputtering method using the sputtering apparatus as described above, most of the sputtered target material is deposited on the substrate 6, but some of the sputtered target material is deposited on the substrate 6. There is a phenomenon in which the sputtered particles collide with gas ions in the plasma and adhere to the non-functional region 22 of the target 3, resulting in the deposition of reactants.
そしてこの場合、上記堆積物は付着力が不安定であるの
みならず、一般に高抵抗であるがために次第に帯電して
いって、更には異常放電等を起こし、剥離して第５図に
示すように粗大粒子３１となって飛散し、基板６の生成
膜３２に付着して膜面に突起欠陥を形成する。In this case, the above-mentioned deposits not only have unstable adhesion, but also generally have high resistance, so they gradually become charged, causing abnormal discharge, etc., and peeling off, as shown in Figure 5. The particles scatter as coarse particles 31 and adhere to the produced film 32 of the substrate 6, forming protruding defects on the film surface.
また上記粗大粒子３１はスパッタ粒子に比べて生成膜３
２に対する付着力が弱く、当該スパッタ工程後の諸工程
中に容易に離脱して、ピンホール欠陥が生じる等の欠点
があった。Further, the coarse particles 31 are larger than the sputtered particles in the produced film 3.
The adhesion to No. 2 is weak, and it easily comes off during various steps after the sputtering process, resulting in pinhole defects.
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、簡単な構成により成膜に先立
って前記不機能領域２２を含むターゲット３面を清浄化
し、その後、本スパッタを行って膜欠陥のない薄膜形成
を可能とした新規なマグネトロンスパッタ装置を提供す
ることにある。The present invention was made in view of the above-mentioned problems.
The purpose is to use a new magnetron with a simple configuration that cleans the three surfaces of the target including the non-functional area 22 prior to film formation, and then performs the main sputtering to form a thin film without film defects. An object of the present invention is to provide a sputtering device.
（問題点を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するため、第１図に示すように
、基板支持体７に支持した基板６と対向配置されたター
ゲット３と、ターゲット支持体５に内蔵されたマグネッ
ト４との間に磁気シールド板４１を挿脱可能に設置して
、ターゲット３面に対する磁界付与を変化させるように
構成されている。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention, as shown in FIG. A magnetic shield plate 41 is removably installed between the magnet 4 built in the target 3 and the magnetic shield plate 41 is configured to change the magnetic field applied to the target 3 surface.
（作用〕
このような装置構成においては、反応性スパッタ法によ
り薄膜を形成する際に、成膜に先立って、ターゲット３
とマグネット４間に駆動機構４２によって磁気シールド
板４１を挿入し、該ターゲット３に対する磁界付与を遮
蔽した状態でスパッタを行い、該ターゲット３の全表面
を清浄化した後、前記磁気シールド板４１を逆に引き出
してターゲット３に磁界を付与した状態で本スパッタを
行うことにより、膜欠陥のない良品質なｆｆ１ｌ！！を
得ることが可能となる。(Function) In such an apparatus configuration, when forming a thin film by reactive sputtering, the target 3 is
A magnetic shield plate 41 is inserted by a drive mechanism 42 between the target 3 and the magnet 4, and sputtering is performed while shielding the magnetic field from being applied to the target 3. After cleaning the entire surface of the target 3, the magnetic shield plate 41 is On the other hand, by performing the main sputtering with the target 3 pulled out and applying a magnetic field, a high-quality ff1l! without film defects can be obtained. ! It becomes possible to obtain.
以下図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明す
る。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図は本発明に係るマグネトロンスパッタ装置の一実
施例を示す要部断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a main part of an embodiment of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention.
図において、ｌは排気装置２が付設された真空容器であ
り、該真空容器１内に薄膜を形成すべき基板６を支持し
た基板支持体７が回転機構８により回動可能に配置され
、これに対向してターゲット３が支持され、かつヨーク
により磁気的に結合された円環状マグネットと中心円柱
状マグネットからなるマグネット４が図示のように内蔵
されたターゲット支持体５が配置されている。In the figure, l is a vacuum container equipped with an exhaust device 2, and a substrate support 7 supporting a substrate 6 on which a thin film is to be formed is arranged in the vacuum container 1 so as to be rotatable by a rotation mechanism 8. A target support 5 is disposed in which a target 3 is supported and a magnet 4 consisting of an annular magnet and a central cylindrical magnet magnetically coupled by a yoke is incorporated as shown in the figure.
また上記ターゲット３とターゲット支持体５に内蔵され
た前記マグネット４との間には、該マグネット４の磁界
を遮蔽する軟磁性材料からなるパーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ
）などの透磁率の大きい磁気シールド板４１が駆動機構
４２により挿脱可能に設置された構成となっている
さて、このような装置を用いて基板支持体７上の基板６
表面に反応性スパッタ法により＊Ｘ＊を形成するには、
前記真空容器１内を１０”’ ｔｏｒｒ程度の真空度に
排気装置２により排気した後、その真空容器１内にアル
ゴン（Ａｒ）ガスと酸素（０２）ガスが所定容積比で混
合されたスパッタ用ガスを導入する。Further, between the target 3 and the magnet 4 built in the target support 5, there is a permalloy (Ni-Fe) made of a soft magnetic material that shields the magnetic field of the magnet 4.
) etc. is configured such that a magnetic shield plate 41 with high magnetic permeability is installed so that it can be inserted and removed by a drive mechanism 42. Now, using such a device, the substrate 6 on the substrate support 7 is installed.
To form *X* on the surface by reactive sputtering,
After the inside of the vacuum container 1 is evacuated to a degree of vacuum of about 10'' torr by the exhaust device 2, argon (Ar) gas and oxygen (02) gas are mixed in a predetermined volume ratio in the vacuum container 1 for sputtering. Introduce gas.
次に基板６を支持した基板支持体７を回転機構８により
回転し、前記ターゲット３とマグネット４との間に例え
ば回動駆動機構４２（このような構成図例に限定されな
い）により前記磁気シールド板４１を回動挿入する。こ
の挿入状態ではマグネット４からの磁力線１１が該磁気
シールド板４１内を通る閉回路を構成している。Next, the substrate support 7 supporting the substrate 6 is rotated by a rotation mechanism 8, and the magnetic shield is placed between the target 3 and the magnet 4 by, for example, a rotation drive mechanism 42 (not limited to this example of the configuration). Rotate and insert the plate 41. In this inserted state, the lines of magnetic force 11 from the magnet 4 form a closed circuit passing through the inside of the magnetic shield plate 41.
更に該ターゲット３上をシャッタ９で覆った状態にして
、基板６とターゲット３間に電源１０により所定高電圧
を印加する。Further, the target 3 is covered with a shutter 9, and a predetermined high voltage is applied between the substrate 6 and the target 3 by a power source 10.
この時、前記ターゲツト３にはマグネット４による磁界
が磁気シールド板４１により遮蔽されているので、発生
したプラズマ状のスパッタガスイオンは集束されずにタ
ーゲツト３全面に衝突してスパッタされ、以前の成膜工
程においてターゲット３面の不機能領域（非スパツタ領
域）に堆積された膜欠陥の原因となる堆積物がシャッタ
９側へ飛散除去されると共に、清浄化される。At this time, since the magnetic field generated by the magnet 4 is shielded from the target 3 by a magnetic shield plate 41, the generated plasma-like sputtering gas ions are not focused and collide with the entire surface of the target 3 and are sputtered, removing the previously formed sputtering gas ions. In the film process, deposits that cause film defects deposited on the non-functional area (non-sputter area) on the surface of the target 3 are scattered and removed toward the shutter 9 side, and are also cleaned.
その後、第２図に示すように該ターゲット３とマグネッ
ト４間に挿入された前記磁気シールド板４１を駆動機構
４２により回動して引出し、該ターゲット３に対する磁
界付与がなされた状態でシャッタ９を開き、引続き従来
と同様の反応性スパッタリングを行って、前記基板６上
に薄膜を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 2, the magnetic shield plate 41 inserted between the target 3 and the magnet 4 is rotated and pulled out by the drive mechanism 42, and the shutter 9 is opened while a magnetic field is applied to the target 3. Then, a thin film is formed on the substrate 6 by performing reactive sputtering as in the conventional method.
このような成膜操作を行うことにより、基板６上にター
ゲット３面の不機能領域からの反応堆積物の飛散が解消
され、膜欠陥のない薄膜を得ることができる。By performing such a film forming operation, scattering of reaction deposits from the non-functional area of the target 3 surface on the substrate 6 is eliminated, and a thin film without film defects can be obtained.
更に、基板６上に薄膜を比較的厚く形成する場合には、
上記したようにターゲット３とマグネット４間に磁気シ
ールド板４１を挿入した状態でのスパッタと、引出した
状態でのスパッタを交互に繰り返して成膜を行うことに
より、同様に膜欠陥のない比較的厚い薄膜を容易に得る
ことができる。Furthermore, when forming a relatively thick thin film on the substrate 6,
As described above, by alternately repeating sputtering with the magnetic shield plate 41 inserted between the target 3 and the magnet 4 and sputtering with the magnetic shield plate 41 pulled out, film formation can be performed to form a film that is relatively free from film defects. Thick thin films can be easily obtained.
以上の説明から明らかなように、本発明に係るマグネト
ロンスパッタ装置によれば、成膜に先立って、簡単な操
作によりターゲツト面の清浄化を行うことが出来るので
、基板上の生成膜に対するターゲット側からの堆積粗大
粒子の飛散がなくなり、異物突起やピンホール等の膜欠
陥のない良品質の薄膜を容易に得ることが可能となる。As is clear from the above explanation, according to the magnetron sputtering apparatus according to the present invention, the target surface can be cleaned by a simple operation prior to film formation. This eliminates the scattering of deposited coarse particles and makes it possible to easily obtain a high-quality thin film free of film defects such as foreign matter protrusions and pinholes.
従って、磁気記録媒体の製造、或いは半導体集積回路素
子等の製造に通用して優れた効果を奏する。Therefore, it is applicable to the manufacture of magnetic recording media, semiconductor integrated circuit elements, etc., and exhibits excellent effects.
第１図及び第２図は本発明に係るマグネトロンスパッタ
装置の一実施例を示す要部断
面図、
第３図は従来のマグネトロンスパッタ装置を説明するた
めの要部断面図、
第４図は従来のマグネトロンスパッタ装置におけるター
ゲットの表面現象を説明する
ための斜視図、
第５図は従来のマグネトロンスパッタ装置によって形成
されたＷＩ膜の状態を説明するための要部断面図である
。
第１図及び第２図において
ｌは真空容器、３はターゲット、４はマグネット、５は
ターゲット支持体、６は基板、７は基板支持体、４１は
磁気シールド板、４２は駆動機構をそれぞれ示す。
率更姥例侮説づｔｓ’Ａ１績凝輸■
第１図
本欠軒りｙｉ ％ ＊ＬｇＪ４ｔ ＄ ：に置楕灰牌面
図第２１！１
第３図
従来−７−Ｙ−／Ｉ−をｔ克明力回
第４図
イＢ／１主戎１！＊ｇｌ辷日すＳｔシｄブトｉ図第５図1 and 2 are sectional views of essential parts showing an embodiment of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention, FIG. 3 is a sectional view of essential parts for explaining a conventional magnetron sputtering apparatus, and FIG. 4 is a sectional view of a conventional magnetron sputtering apparatus. FIG. 5 is a perspective view for explaining the surface phenomenon of the target in the conventional magnetron sputtering apparatus. FIG. In FIGS. 1 and 2, 1 is a vacuum container, 3 is a target, 4 is a magnet, 5 is a target support, 6 is a substrate, 7 is a substrate support, 41 is a magnetic shield plate, and 42 is a drive mechanism. . Figure 1: Book missing yi % *LgJ4t $: Placed on the oval tile surface Figure No. 21!1 Figure 3 Conventional -7-Y-/I- tKatsumei Riki Episode 4 Figure I B/1 Main Cap 1! *Gl Excursion St Shid Butto I Figure 5
Claims (1)
マグネット（４）が内蔵されたターゲット支持体（５）
と、これに対向して薄膜を形成すべき基板（６）を支持
した基板支持体（７）が配置され、該真空容器（１）内
をスパッタ用ガス雰囲気にした状態で該基板（６）上に
ターゲット（３）物質をスパッタリングにより被着形成
する装置構成において、上記ターゲット（３）とマグネ
ット（４）との間に磁気シールド板（４１）を挿脱可能
に設けて、ターゲット（３）面に対する磁界付与を変化
させるようにしたことを特徴とするマグネトロンスパッ
タ装置。A target support (5) that supports a target (3) and has a built-in magnet (4) in a vacuum container (1).
A substrate support (7) supporting a substrate (6) on which a thin film is to be formed is arranged opposite to this, and the substrate (6) is placed in a sputtering gas atmosphere in the vacuum container (1). In an apparatus configuration in which a target (3) material is deposited on the target (3) by sputtering, a magnetic shield plate (41) is removably provided between the target (3) and the magnet (4), and the target (3) is A magnetron sputtering device characterized by changing the magnetic field applied to a surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7790985A JPS61235562A (en) | 1985-04-11 | 1985-04-11 | Magnetron sputtering device |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP7790985A JPS61235562A (en) | 1985-04-11 | 1985-04-11 | Magnetron sputtering device |
Publications (1)
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| JPS61235562A true JPS61235562A (en) | 1986-10-20 |
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Family Applications (1)
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| JP7790985A Pending JPS61235562A (en) | 1985-04-11 | 1985-04-11 | Magnetron sputtering device |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JPS61235562A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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- 1985-04-11 JP JP7790985A patent/JPS61235562A/en active Pending
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