JPH0633454B2 - Sputtering device - Google Patents
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- JPH0633454B2 JPH0633454B2 JP59244914A JP24491484A JPH0633454B2 JP H0633454 B2 JPH0633454 B2 JP H0633454B2 JP 59244914 A JP59244914 A JP 59244914A JP 24491484 A JP24491484 A JP 24491484A JP H0633454 B2 JPH0633454 B2 JP H0633454B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マグネトロンを用いて特に磁性材料を高速か
つ均一にコーティングするためのスパッタリング装置に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus for coating a magnetic material at high speed and uniformly using a magnetron.
従来例の構成とその問題点 一般に低真空雰囲気で気体放電を起こし、生成したイオ
ンがカソードを衝撃、ターゲットから叩き出された粒子
を基板にコーティングする方法がスパッタリングで、組
成コントロールや、装置の操作が容易な事から広く膜付
けに利用されているが、真空蒸着や気相メッキに比べ、
成膜速度が遅いという欠点がある。Structure of conventional example and its problems Generally, gas discharge occurs in a low vacuum atmosphere, the generated ions impact the cathode, and the method of coating particles hit from the target on the substrate is sputtering, composition control, device operation It is widely used for film deposition because it is easy to perform, but compared to vacuum deposition and vapor phase plating,
There is a drawback that the film formation speed is slow.
そのため、従来からスパッタリングの成膜速度を高める
取組みがなされ、高速スパッタリングと呼ばれるプレー
ナマグネトロンが使用されてきた。その具体構成は、第
１図に示すように、真空槽１と、真空槽を排気する真空
ポンプ２と、真空槽１内に設置され高電圧が印加できる
カソード３と、このカソード３に対向して配置された基
板３ａ及び、カソード３と基板３ａの間に配されたシャ
ッタ４を備え、カソード３は高周波又は直流の電源５と
結ばれている。カソード３は、第２図に示すように、水
冷されたターゲット７と、その下部にカソード３及び基
板３ａの方向と垂直方向に対をなして配された永久磁石
又は電磁石等の磁界発生部８と、ターゲット近傍に設け
たアース９よりなっており、必要に応じガスを導入する
リークバルブ６が設けられている。Therefore, efforts have conventionally been made to increase the deposition rate of sputtering, and a planar magnetron called high-speed sputtering has been used. As shown in FIG. 1, its specific configuration is as follows: a vacuum chamber 1, a vacuum pump 2 for exhausting the vacuum chamber, a cathode 3 installed in the vacuum chamber 1 to which a high voltage can be applied, and a cathode 3 facing the cathode 3. And a shutter 4 arranged between the cathode 3 and the substrate 3a, and the cathode 3 is connected to a high frequency or direct current power source 5. As shown in FIG. 2, the cathode 3 includes a water-cooled target 7 and a magnetic field generator 8 such as a permanent magnet or an electromagnet, which is arranged below the target 7 in a direction perpendicular to the direction of the cathode 3 and the substrate 3a. And a grounding valve 9 provided in the vicinity of the target, and a leak valve 6 for introducing gas as needed is provided.
まず、真空槽１内に基板３ａをセットし、真空ポンプ２
により真空槽１内を排気し、必要に応じリークバルブ６
よりＡr ガス等を導入、適切な真空度（一般には１０-1
〜１０-3Ｔorr）にし、カソード３に高周波又は直流を
印加し、気体放電を起こし、負電圧となっているターゲ
ットにイオンを引きつけ衝突させ、ターゲット材を叩き
出し、基板にターゲット材を析出させる。その際、カソ
ード下部の磁石は、その磁界をターゲット３の表面に作
り、電子のサイクロトロン運動を起こさせ、ターゲット
３表面でのガスのイオン化を促進し、イオンとターゲッ
トの衝突回数を増して、スパッタリング膜形成の高速化
を図るものである。First, the substrate 3a is set in the vacuum chamber 1 and the vacuum pump 2
The vacuum chamber 1 is evacuated with the leak valve 6 if necessary.
Introducing Ar gas, etc., to obtain an appropriate degree of vacuum (generally 10 -1
-10 -3 Torr), high frequency or direct current is applied to the cathode 3, gas discharge is caused, ions are attracted and collide with a target having a negative voltage, the target material is knocked out, and the target material is deposited on the substrate. . At that time, the magnet under the cathode creates its magnetic field on the surface of the target 3 to cause the cyclotron motion of electrons to promote the ionization of the gas on the surface of the target 3 to increase the number of collisions between the ions and the target, thereby increasing the sputtering frequency. It is intended to accelerate the film formation.
一方、磁気テープ，磁気ヘッドやＮi,Ｃo,Ｆe 等のデコ
ラフィルム等の磁性材料皮膜を量産ベースで、多量に形
成しなければならないニーズは日増しに強くなっている
が、これら磁性材料のスパッタリングの場合、上記のよ
うに磁界フラックスがターゲット表面に漏れ出るために
は、第３図(a)に示すように強力な磁石を用いても約３m
/mが限界で、それ以上の厚さでは第３図(b)に示すよう
にターゲットが磁化されるだけで、ターゲット表面にま
で磁界フラックスは強く出てこないため、マグネトロン
運動が起こらず、マグネトロンスパッタリングの高速成
膜という特長は失なわれるという問題がある。On the other hand, the need to form a large amount of magnetic material films such as magnetic tapes, magnetic heads, and decora films such as Ni, Co, Fe on a mass-production basis is becoming stronger day by day. In the case of, in order to leak the magnetic field flux to the target surface as described above, even if a strong magnet is used as shown in FIG.
The limit is / m, and if the thickness is more than that, the target is magnetized as shown in Fig. 3 (b), and the magnetic field flux does not strongly come out to the target surface. There is a problem that the feature of high speed film formation of sputtering is lost.
その解決策として、例えば第４図に示すようにターゲッ
トに溝をいれる方法（日本真空技術株式会社よりＧＴタ
ーゲットとして発売）や、第５図に示すように磁石をタ
ーゲット側上部に配する方法（特開昭５８−１３０２７
７号公報）等が明らかにされている。しかしながら、第
４図のような構成は当然その加工が煩雑で、コストが上
昇すると共にターゲットの減り方は第６図に示すように
不均一でスパッタリングに有効な材料は少ないという欠
点を有しており、又第５図のように磁石をターゲット側
上部に配する場合、非磁性材ターゲットでは、前記のプ
レーナマグネトロンと同様ターゲット表面に磁界フラッ
クスが通っているが、磁性材のターゲットでは磁界フラ
ックスが磁性材に大きく曲げられ、大半が磁性材ターゲ
ット内を通ってしまいターゲット表面に出てこなくな
り、その効果が極端に減じられ本来の目的とする高速ス
パッタリングとは程遠い成膜速度しか得られないという
欠点を有していた。As a solution, for example, a method of forming a groove in the target as shown in FIG. 4 (released as a GT target by Nippon Vacuum Technology Co., Ltd.) or a method of arranging a magnet on the upper side of the target as shown in FIG. 5 ( JP-A-58-13027
No. 7, etc.) has been clarified. However, the structure shown in FIG. 4 has a drawback that the processing is complicated, the cost is increased, the target is reduced in a non-uniform manner as shown in FIG. 6, and there are few materials effective for sputtering. In addition, when the magnet is arranged on the upper side of the target side as shown in FIG. 5, the magnetic field flux passes through the target surface in the non-magnetic material target as in the above planar magnetron, but the magnetic field flux occurs in the magnetic material target. The magnetic material is greatly bent, and most of it passes through the magnetic material target and does not come out to the target surface. The effect is extremely reduced, and the film deposition rate that is far from the original high-speed sputtering is obtained. Had.
発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み、磁性材の場合にも安価なター
ゲットを用い、かつターゲット材料を有効に使え、その
結果として均一な膜厚形成が、高速で成膜できるスパッ
タリング装置を提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above drawbacks, the present invention provides a sputtering apparatus in which an inexpensive target is used even in the case of a magnetic material and the target material can be effectively used, and as a result, a uniform film thickness can be formed at high speed. To do.
発明の構成 本発明は、真空槽と、この真空槽を排気する真空ポンプ
と、上記真空槽内に設置され高電圧が印加できるカソー
ドと、このカソードに対向した基板と、上記カソードと
基板の間に配したシャッタと、上記カソードに高電圧を
印加する電源からなり、上記カソードは、水冷されたタ
ーゲットと、このターゲットの下部に配された少なくと
も２個の磁石と、上記ターゲットの側上部に配された少
なくとも２個の磁石とからなり、それぞれの磁石は磁界
フラックスが実質的にはターゲットの垂直方向には流れ
ないように配置されたスパッタリング装置で、磁性材の
ターゲットでも高速かつ均一なスパッタリング成膜が容
易に出来る効果を有する。The present invention is directed to a vacuum chamber, a vacuum pump for evacuating the vacuum chamber, a cathode installed in the vacuum chamber to which a high voltage can be applied, a substrate facing the cathode, and a space between the cathode and the substrate. And a power source for applying a high voltage to the cathode. The cathode is provided with a water-cooled target, at least two magnets arranged under the target, and an upper part on the side of the target. At least two magnets, each of which is arranged so that the magnetic flux does not substantially flow in the vertical direction of the target. It has an effect that a film can be easily formed.
実施例の説明 以下、本発明の一実施例を第７図にもとづいて説明す
る。Description of Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
磁性材ターゲット１１の下部に磁石１３，１４を配置
し、それら一対の磁石によってターゲット１１中をフラ
ックス１７で満たす。この磁石，フラックスは従来のプ
レーナマグネトロンと同様、同程度のものでよく、磁性
材ターゲットでない場合、ターゲット表面で２００〜５
００ガウスの磁界を生じる程度が望ましい。次にターゲ
ットの側上部に磁石１５，１６を配置し、それら一対の
磁石によってターゲット１１の表面にターゲットと平行
な１００〜５００ガウスのフラックス１８を生じさせ
る。つまり、磁性材ターゲットは下部の磁石によって磁
界フラックスは満たされるか又はほぼ満たされているた
め、従来のように側上部の磁界が磁性体ターゲットに引
きよせられ吸収されてしまうという事がなく、ターゲッ
ト表面近くで磁界フラックスの強い部分を生じることに
なる。従って電子はターゲットに並行な強い磁界によっ
てサイクロトロン運動し、イオン化が促進され高速成膜
が可能となると共に、ターゲットに上方から垂直に入り
込む磁界フラックスが極めて少なく、ターゲット表面で
ターゲットに並行な磁界フラックスはほぼ均一になるた
め、ターゲットの一部分が堀れてしまってターゲットの
有効量が少ないという問題もなく、ターゲット厚も従来
の３m/mという薄さでなく１０m/m程度でも充分に使える
という効果があり、ターゲット寿命が長くなって長尺フ
ィルムや厚膜形成への対応が工業生産ベースで可能とな
る。Magnets 13 and 14 are arranged below the magnetic material target 11, and the target 11 is filled with the flux 17 by the pair of magnets. Similar to the conventional planar magnetron, this magnet and flux may be of the same level.
A degree that produces a magnetic field of 00 Gauss is desirable. Next, magnets 15 and 16 are arranged on the upper side of the target, and a flux 18 of 100 to 500 gauss parallel to the target is generated on the surface of the target 11 by the pair of magnets. In other words, the magnetic material target is filled or almost filled with the magnetic field flux by the lower magnet, so that the magnetic field at the upper side of the magnetic material target is not attracted and absorbed by the magnetic material target as in the conventional case. A strong magnetic field flux will be generated near the surface. Therefore, the electrons carry out cyclotron motion by a strong magnetic field parallel to the target, which promotes ionization and enables high-speed film formation, and the magnetic field flux that vertically enters the target from above is extremely small. Since it becomes almost uniform, there is no problem that the effective amount of the target is small because a part of the target is dug, and the target thickness is 10 m / m instead of the conventional thinness of 3 m / m. Therefore, the life of the target becomes longer, and it is possible to cope with the formation of long films and thick films on an industrial production basis.
又、本発明は磁性体のターゲットを用いない場合にもタ
ーゲットに並行な磁界フラックスが得られるため高速膜
可能であるが、磁界ターゲット表面で強すぎる。従っ
て、側上部の磁石を取除くか、下方の磁石をターゲット
より遠ざけ適当なターゲット表面磁界を得るのが望まし
い。Further, according to the present invention, even when a magnetic target is not used, a magnetic field flux parallel to the target can be obtained, so that a high speed film can be obtained, but the magnetic field target surface is too strong. Therefore, it is desirable to remove the magnet on the upper side or move the lower magnet away from the target to obtain an appropriate target surface magnetic field.
なお、上記磁石の具体的配置は、ターゲット下部の磁石
は、希土類の磁石をターゲットの下２m/mに、磁極を向
き合わせるように、相対する端部にそれぞれ垂直に置
き、ターゲット側上部の磁石はターゲット下部の磁石の
真上に、下部磁石と同極がくるように水平に置いたが、
それぞれ垂直に又は水平に置いても、又、２ケ以上にし
てもよい。しかし、２ケ以上の場合交互に磁極を反対に
するのではなく、概してみれば、１対の磁石になるよ
う、同極を集めた集合体とすべきであり、側上部と下部
も同様に真上でなくとも、概してみれば同極同志となる
よう配置すべきである。さらに上下の磁石を同期回転さ
せれば、第８図に示すようにターゲットがさらに均一に
減り、析出膜厚もさらに均一性が向上される。磁石は永
久磁石でも電磁石でも良いことはいうまでもない。Regarding the specific arrangement of the above magnets, the magnets on the lower side of the target are the rare earth magnets placed at 2 m / m below the target and placed vertically at the opposite ends so that the magnetic poles face each other. Was placed horizontally just above the magnet under the target so that the same pole as the lower magnet would come.
Each may be placed vertically or horizontally, or two or more. However, in the case of two or more magnets, the magnetic poles should not be alternately reversed, but as a general rule, they should be a group of magnets with the same poles. Even if they are not right above each other, they should be arranged so that they are generally homogenous. Further, if the upper and lower magnets are synchronously rotated, the target is reduced more uniformly as shown in FIG. 8 and the deposited film thickness is further improved. It goes without saying that the magnet may be a permanent magnet or an electromagnet.
発明の効果 以上のように本発明は、カソードが、水冷されたターゲ
ットと、ターゲットの下部に配された少なくとも２個の
磁石と、ターゲットの側上部に配された少なくとも２個
の磁石からなり、それぞれの磁石は磁界のフラックスが
実質的にはターゲットの垂直方向には流れないように配
置することにより、磁性材のターゲットでも高速かつ均
一なスパッタリング成膜が容易に出来ることができ、そ
の実用的効果は大なるものがある。EFFECTS OF THE INVENTION As described above, in the present invention, the cathode is composed of a water-cooled target, at least two magnets arranged on the lower part of the target, and at least two magnets arranged on the upper side of the target, By arranging each magnet so that the flux of the magnetic field does not substantially flow in the vertical direction of the target, high-speed and uniform sputtering film formation can be easily performed with a magnetic material target. The effect is great.
第１図はスパッタリング装置の概略図、第２図は従来の
プレーナマグネトロンカソードの断面模式図、第３図
(a)は磁性材ターゲットが３m/m以下の時のプレーナマグ
ネトロンカソードの断面模式図、第３図(b)は磁性材タ
ーゲットの時のプレーナマグネトロンカソードの断面模
式図、第４図は溝入りターゲットのカソードの断面模式
図、第５図はマグネトロンスパッタの他の従来例のカソ
ードの断面模式図、第６図は従来のターゲットの減り方
を示す断面図、第７図は本発明の一実施例におけるカソ
ードの断面模式図、第８図は本発明のターゲットの減り
方を示す断面図である。 １……真空槽、２……真空ポンプ、３……カソード、４
……シャッタ、５……電源、６……リークバルブ、７…
…ターゲット、８……磁石、９……アース、１０……磁
界フラックス、１１……磁性材ターゲット、１２……電
源、１３，１４……ターゲット下部磁石、１５，１６…
…ターゲット側上部磁石。FIG. 1 is a schematic diagram of a sputtering apparatus, FIG. 2 is a schematic sectional view of a conventional planar magnetron cathode, and FIG.
(a) is a schematic sectional view of the planar magnetron cathode when the magnetic material target is 3 m / m or less, Fig. 3 (b) is a schematic sectional view of the planar magnetron cathode when the magnetic material target is 3 m / m, and Fig. 4 is grooved FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a cathode of a target, FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a cathode of another conventional example of magnetron sputtering, FIG. 6 is a cross-sectional view showing how the conventional target is reduced, and FIG. 7 is one embodiment of the present invention. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the cathode in the example, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing how to reduce the target of the present invention. 1 ... Vacuum tank, 2 ... Vacuum pump, 3 ... Cathode, 4
...... Shutter, 5 ... Power supply, 6 ... Leak valve, 7 ...
... target, 8 ... magnet, 9 ... earth, 10 ... magnetic field flux, 11 ... magnetic material target, 12 ... power supply, 13, 14 ... target lower magnet, 15, 16 ...
… Upper magnet on the target side.
Claims (1)
プと、上記真空槽内に設置され高電圧が印加できるカソ
ードと、このカソードに対向した基板と、上記カソード
と基板の間に配したシャッタと、上記カソードに高電圧
を印加する電源とを備え、上記カソードは水冷された磁
性材ターゲットと、このターゲットの下部に配された少
なくとも２個の磁石と、上記ターゲットの側上部に配さ
れた少なくとも２個の磁石からなり、ターゲット下部の
磁石により磁性材ターゲットをほぼ磁界フラックスで満
たすとともに、ターゲット側上部に少なくとも２つの磁
石の異なる磁極がターゲット面上で対向するよう配置す
ることにより、ターゲット表面にターゲット面と平行な
磁界フラックスを生じさせることを特徴とするスパッタ
リング装置。1. A vacuum chamber, a vacuum pump for exhausting the vacuum chamber, a cathode installed in the vacuum chamber to which a high voltage can be applied, a substrate facing the cathode, and a substrate disposed between the cathode and the substrate. And a power source for applying a high voltage to the cathode. The cathode is a water-cooled magnetic material target, at least two magnets are disposed below the target, and the cathode is disposed above the target. The magnetic material target is substantially filled with the magnetic material flux by the magnet below the target, and the different magnetic poles of the at least two magnets are arranged so as to face each other on the target surface. A sputtering apparatus, which produces a magnetic field flux parallel to the target surface on the target surface.
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Applications Claiming Priority (1)
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| JPS61124567A JPS61124567A (en) | 1986-06-12 |
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Country Status (1)
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-
1984
- 1984-11-20 JP JP59244914A patent/JPH0633454B2/en not_active Expired - Lifetime
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