JPH089779B2 - スパッタリング装置および制御方法 - Google Patents
スパッタリング装置および制御方法Info
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- JPH089779B2 JPH089779B2 JP1109337A JP10933789A JPH089779B2 JP H089779 B2 JPH089779 B2 JP H089779B2 JP 1109337 A JP1109337 A JP 1109337A JP 10933789 A JP10933789 A JP 10933789A JP H089779 B2 JPH089779 B2 JP H089779B2
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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、低温で高速製膜が可能なスパッタリング装
置及びその制御方法に関するものである。
置及びその制御方法に関するものである。
従来の技術 従来、スパッタリング装置としてはマグネトロンスパ
ッタリング装置が主に用いられており、第3図に示すよ
うな構成をしている。真空チャンバ1には真空排気系
2、ガス導入系3、基板4を固定する基板ホルダー5等
が設置されている。真空チャンバ1内に設けられている
カソード部は次のように構成されている。真空チャンバ
1とカソードホルダー6は絶縁物7により電気的に絶縁
されており、このカソードホルダー6内に所定の極性配
置された永久磁石8が取り付けられている。スパッタリ
ングターゲット9をボンディングしたバッキングプレー
ト10が、この永久磁石8にほぼ接するようにカソードホ
ルダー6に設置されている。そして、永久磁石8、スパ
ッタリングターゲット9、バッキングプレート10等を冷
却するための冷却系11も設置されている。スパッタに必
要な電力は電源系12から供給されている。真空チャンバ
1には放電を行うためにシールドリング13が取り付けら
れている。
ッタリング装置が主に用いられており、第3図に示すよ
うな構成をしている。真空チャンバ1には真空排気系
2、ガス導入系3、基板4を固定する基板ホルダー5等
が設置されている。真空チャンバ1内に設けられている
カソード部は次のように構成されている。真空チャンバ
1とカソードホルダー6は絶縁物7により電気的に絶縁
されており、このカソードホルダー6内に所定の極性配
置された永久磁石8が取り付けられている。スパッタリ
ングターゲット9をボンディングしたバッキングプレー
ト10が、この永久磁石8にほぼ接するようにカソードホ
ルダー6に設置されている。そして、永久磁石8、スパ
ッタリングターゲット9、バッキングプレート10等を冷
却するための冷却系11も設置されている。スパッタに必
要な電力は電源系12から供給されている。真空チャンバ
1には放電を行うためにシールドリング13が取り付けら
れている。
この装置での製膜は以下のようになされる。ガス導入
系3からアルゴン等の不活性ガスを主成分とするスパッ
タガスが所定の流量で真空チャンバ1内に導入され、真
空チャンバ1内の真空度は真空排気系2により所定の値
に設定される。この状態で電源系12から電圧を印加する
と、マグネトロン放電によるプラズマが発生する。そし
て、このプラズマ中の電離したイオンがスパッタリング
ターゲット9に衝突する結果、スパッタ粒子がスパッタ
リングターゲット9から飛散し基板4上に薄膜が形成さ
れる。
系3からアルゴン等の不活性ガスを主成分とするスパッ
タガスが所定の流量で真空チャンバ1内に導入され、真
空チャンバ1内の真空度は真空排気系2により所定の値
に設定される。この状態で電源系12から電圧を印加する
と、マグネトロン放電によるプラズマが発生する。そし
て、このプラズマ中の電離したイオンがスパッタリング
ターゲット9に衝突する結果、スパッタ粒子がスパッタ
リングターゲット9から飛散し基板4上に薄膜が形成さ
れる。
発明が解決しようとする課題 しかし、このような構成のスパッタリング装置では、
基板4上の薄膜の膜質分布が大きいという欠点を有して
いた。
基板4上の薄膜の膜質分布が大きいという欠点を有して
いた。
一例としてIn(インジウム)の酸化物ターゲットとス
パッタガスとしてアルゴンとを用いてITO透明電極を作
成する場合、作製した薄膜のシート抵抗分布は第2図
(a)中の実線で示すようになり、永久磁石8の内側磁
石に対応する位置においてシート抵抗の高い部分が発生
する。この場合の基板4近傍における永久磁石8の内側
磁石に対応する位置から径方向のプラズマの電子密度と
電子温度に関しては、電子温度はほぼ一定値であったが
電子密度は第2図(b)中の実線で示すようになり、電
子密度が高い部分ではシート抵抗が低いという状態であ
った。この結果より、シート抵抗の分布発生は次の2つ
の理由が考えられる。
パッタガスとしてアルゴンとを用いてITO透明電極を作
成する場合、作製した薄膜のシート抵抗分布は第2図
(a)中の実線で示すようになり、永久磁石8の内側磁
石に対応する位置においてシート抵抗の高い部分が発生
する。この場合の基板4近傍における永久磁石8の内側
磁石に対応する位置から径方向のプラズマの電子密度と
電子温度に関しては、電子温度はほぼ一定値であったが
電子密度は第2図(b)中の実線で示すようになり、電
子密度が高い部分ではシート抵抗が低いという状態であ
った。この結果より、シート抵抗の分布発生は次の2つ
の理由が考えられる。
まず一点目の理由は、スパッタリングターゲット9と
基板4の間においては、永久磁石8により発生している
磁力線とスパッタリングターゲット9と基板4、基板ホ
ルダー5、真空チャンバー1等との間に発生している電
気力線とにより、電磁界空間ができている。この空間に
おいて電子運動の軌跡はサイクロイドまたはトロコイド
曲線と呼ばれる一定角速度の回転運動と等速並進運動の
組み合わせたものとなる。第4図にスパッタリング時の
スパッタ源の要部と基板4の概略図を示すが、この電子
運動の軌跡により電子との衝突が頻繁に起こる領域、つ
まり電離、励起が促進されて電子密度の高いプラズマ14
が発生する領域ができる。このときスパッタリングター
ゲット9のエロージョン領域15からスパッタされた製膜
粒子(In、O)はこの電子密度の高いプラズマ14内を通
過し基板4に到達する。この電子密度の高いプラズマ14
内を通過する際、製膜粒子(In、O)は電子(プラズマ
中のイオン、原子も考えられる)と衝突することにより
励起され活性な状態となるので、製膜粒子のInとOは反
応しやすくなっている。このためOが適度に薄膜に取り
込まれて、シート抵抗の低い良質の膜ができると推察さ
れる。ここで永久磁石8の内側磁石に対応する位置では
電子密度が低いため電子(プラズマ中のイオン、原子も
考えられる)と製膜粒子(In、O)との衝突があまり起
こらない。このためIn、Oは励起されにくいので、反応
しにくい。このため薄膜に取り込まれる酸素量が所定値
以下になり、シート抵抗が高くなる。以上の理由により
第2図(a)中の実線で示すようにシート抵抗の分布が
発生すると推察される。
基板4の間においては、永久磁石8により発生している
磁力線とスパッタリングターゲット9と基板4、基板ホ
ルダー5、真空チャンバー1等との間に発生している電
気力線とにより、電磁界空間ができている。この空間に
おいて電子運動の軌跡はサイクロイドまたはトロコイド
曲線と呼ばれる一定角速度の回転運動と等速並進運動の
組み合わせたものとなる。第4図にスパッタリング時の
スパッタ源の要部と基板4の概略図を示すが、この電子
運動の軌跡により電子との衝突が頻繁に起こる領域、つ
まり電離、励起が促進されて電子密度の高いプラズマ14
が発生する領域ができる。このときスパッタリングター
ゲット9のエロージョン領域15からスパッタされた製膜
粒子(In、O)はこの電子密度の高いプラズマ14内を通
過し基板4に到達する。この電子密度の高いプラズマ14
内を通過する際、製膜粒子(In、O)は電子(プラズマ
中のイオン、原子も考えられる)と衝突することにより
励起され活性な状態となるので、製膜粒子のInとOは反
応しやすくなっている。このためOが適度に薄膜に取り
込まれて、シート抵抗の低い良質の膜ができると推察さ
れる。ここで永久磁石8の内側磁石に対応する位置では
電子密度が低いため電子(プラズマ中のイオン、原子も
考えられる)と製膜粒子(In、O)との衝突があまり起
こらない。このためIn、Oは励起されにくいので、反応
しにくい。このため薄膜に取り込まれる酸素量が所定値
以下になり、シート抵抗が高くなる。以上の理由により
第2図(a)中の実線で示すようにシート抵抗の分布が
発生すると推察される。
次に二点目の理由は、電子密度の高いプラズマ14が発
生している基板4近傍では、薄膜表面にプラズマの粒子
(イオン、原子、電子)が基板4に多く衝突し、プラズ
マの粒子からエネルギーが薄膜に与えられると考えられ
る。しかし、電子密度の低いプラズマが発生している永
久磁石8の内側磁石に対応する位置では、薄膜表面に衝
突する粒子の個数が少ないと考えられ、このプラズマの
粒子の衝突により薄膜が得るエネルギー量の違いによ
り、膜の成長プロセスが異なるので第2図(a)中の実
線で示すようにシート抵抗の分布が発生すると推察され
る。
生している基板4近傍では、薄膜表面にプラズマの粒子
(イオン、原子、電子)が基板4に多く衝突し、プラズ
マの粒子からエネルギーが薄膜に与えられると考えられ
る。しかし、電子密度の低いプラズマが発生している永
久磁石8の内側磁石に対応する位置では、薄膜表面に衝
突する粒子の個数が少ないと考えられ、このプラズマの
粒子の衝突により薄膜が得るエネルギー量の違いによ
り、膜の成長プロセスが異なるので第2図(a)中の実
線で示すようにシート抵抗の分布が発生すると推察され
る。
上記説明ではInの酸化物ターゲットを用いて製膜した
場合の、膜質分布の発生をシート抵抗により説明した
が、透過率、結晶性等にも同様の理由で分布が発生す
る。ここでは、In(インジウム)の酸化物ターゲットを
用いて作製する透明電極について述べたが、他の酸化
物、窒化物等の化合物材料の薄膜作製する場合にも、同
様の分布が存在し、マグネトロンスパッタ法における重
要な問題である。
場合の、膜質分布の発生をシート抵抗により説明した
が、透過率、結晶性等にも同様の理由で分布が発生す
る。ここでは、In(インジウム)の酸化物ターゲットを
用いて作製する透明電極について述べたが、他の酸化
物、窒化物等の化合物材料の薄膜作製する場合にも、同
様の分布が存在し、マグネトロンスパッタ法における重
要な問題である。
本発明は上記のような問題点を解消するため膜質分布
の低減をはかり、均一な膜質の薄膜を形成するスパッタ
リング装置およびその制御方法を提供するものである。
の低減をはかり、均一な膜質の薄膜を形成するスパッタ
リング装置およびその制御方法を提供するものである。
課題を解決するための手段 本発明のスパッタリング装置は、上記課題を解決する
ため、真空チャンバのカソード部に、永久磁石の内側磁
石に近接する位置に孔をもつスパッタリングターゲット
およびバッキングプレートを設置し、この孔の内部に電
子供給装置を設置すると共に、電子密度検出用探極を基
板近傍に設置し、さらに電子供給装置用電源系を設けた
ことを特徴とする。
ため、真空チャンバのカソード部に、永久磁石の内側磁
石に近接する位置に孔をもつスパッタリングターゲット
およびバッキングプレートを設置し、この孔の内部に電
子供給装置を設置すると共に、電子密度検出用探極を基
板近傍に設置し、さらに電子供給装置用電源系を設けた
ことを特徴とする。
また、本発明のスパッタリング装置の制御方法は基板
近傍において、永久磁石の内側磁石に対応する位置と、
永久磁石の内側磁石と外側磁石の間の部分に対応する位
置における電子密度が等しくなるように制御することを
特徴とする。
近傍において、永久磁石の内側磁石に対応する位置と、
永久磁石の内側磁石と外側磁石の間の部分に対応する位
置における電子密度が等しくなるように制御することを
特徴とする。
作用 本発明は上記した構成により電子供給装置から電子を
放出させ、この電子により周囲の粒子の電離、励起を促
進させ、永久磁石の内側磁石に対応する位置においても
電子密度が高くする。電子供給装置はスパッタリングタ
ーゲットおよびバッキングプレートの孔の内部に配置す
るため製膜粒子の付着が起こらず安定な電子の供給が行
える。
放出させ、この電子により周囲の粒子の電離、励起を促
進させ、永久磁石の内側磁石に対応する位置においても
電子密度が高くする。電子供給装置はスパッタリングタ
ーゲットおよびバッキングプレートの孔の内部に配置す
るため製膜粒子の付着が起こらず安定な電子の供給が行
える。
この時の基板近傍において永久磁石の内側磁石に対応
する位置と、永久磁石の内側磁石と外側磁石の間の部分
に対応する位置おける電子密度を探極により検出し、各
々の電子密度が等しくなるように電子供給装置用電源系
により制御する。
する位置と、永久磁石の内側磁石と外側磁石の間の部分
に対応する位置おける電子密度を探極により検出し、各
々の電子密度が等しくなるように電子供給装置用電源系
により制御する。
よって永久磁石の内側磁石に対応する位置においても
電子密度が高くなるため、電子との衝突により製膜粒子
は一様に励起され、活性な状態となり反応しやすくな
る。また電子密度が高くなるため薄膜に衝突する粒子の
個数も増える。よって膜質分布の少ない良質な膜が得ら
れる。
電子密度が高くなるため、電子との衝突により製膜粒子
は一様に励起され、活性な状態となり反応しやすくな
る。また電子密度が高くなるため薄膜に衝突する粒子の
個数も増える。よって膜質分布の少ない良質な膜が得ら
れる。
実 施 例 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
る。
第1図は、本発明の一実施例におけるスパッタリング
装置の概略構成図である。尚、第3図で説明した従来例
の構成要素と同一の構成要素については同一番号を付し
て説明を省略する。
装置の概略構成図である。尚、第3図で説明した従来例
の構成要素と同一の構成要素については同一番号を付し
て説明を省略する。
永久磁石8の内側磁石に近接する位置に孔22を持つス
パッタリングターゲット16とバッキングプレート17を具
備している。スパッタリングターゲット16とバッキング
プレート17の孔の内部に電子供給装置18を設置すると共
に電子密度を検出するための探極19を基板4近傍に設置
している。探極19に設置した検出回路系20からの信号
で、電子供給装置18より電子を供給する量を制御する電
子供給装置用電源系21を具備している。
パッタリングターゲット16とバッキングプレート17を具
備している。スパッタリングターゲット16とバッキング
プレート17の孔の内部に電子供給装置18を設置すると共
に電子密度を検出するための探極19を基板4近傍に設置
している。探極19に設置した検出回路系20からの信号
で、電子供給装置18より電子を供給する量を制御する電
子供給装置用電源系21を具備している。
マグネトロン放電によりプラズマを発生させた際、電
子供給装置18から電子供給装置用電源系21を用いて電子
を放出させる。この電子により周囲の粒子の電離、励起
を促進する。基板4近傍に配置した探極19を移動させ
て、永久磁石8の内側磁石に対応する位置と永久磁石8
の内側磁石と外側磁石の間の部分に対応する位置におけ
る電子密度を検出し、各々の電子密度が等しくなるよう
検出回路系20の信号で、電子供給装置18から電子を供給
する量を電子供給装置用電源系21により制御する。
子供給装置18から電子供給装置用電源系21を用いて電子
を放出させる。この電子により周囲の粒子の電離、励起
を促進する。基板4近傍に配置した探極19を移動させ
て、永久磁石8の内側磁石に対応する位置と永久磁石8
の内側磁石と外側磁石の間の部分に対応する位置におけ
る電子密度を検出し、各々の電子密度が等しくなるよう
検出回路系20の信号で、電子供給装置18から電子を供給
する量を電子供給装置用電源系21により制御する。
以上の制御により永久磁石8の内側磁石に対応する位
置と、永久磁石8の内側磁石と外側磁石の間の部分に対
応する位置における電子密度を等しくすることができ、
これにより電子密度の分布は第2図(b)中の破線で示
すよう均一になる。このため永久磁石8の内側磁石に対
応する位置においても製膜粒子(In、O)は一様にプラ
ズマの粒子との衝突により励起されて反応しやすくな
る。また基板4に衝突するプラズマの粒子の個数も一様
になる。よって第2図(a)中の破線で示すように良質
で均一なシート抵抗を持つ膜が得られる。
置と、永久磁石8の内側磁石と外側磁石の間の部分に対
応する位置における電子密度を等しくすることができ、
これにより電子密度の分布は第2図(b)中の破線で示
すよう均一になる。このため永久磁石8の内側磁石に対
応する位置においても製膜粒子(In、O)は一様にプラ
ズマの粒子との衝突により励起されて反応しやすくな
る。また基板4に衝突するプラズマの粒子の個数も一様
になる。よって第2図(a)中の破線で示すように良質
で均一なシート抵抗を持つ膜が得られる。
なお、実施例においてはシート抵抗により膜質を代表
して述べたが、本発明によると透過率、結晶性等の膜質
分布の均一化が図れる。
して述べたが、本発明によると透過率、結晶性等の膜質
分布の均一化が図れる。
発明の効果 本発明のスパッタリング装置およびその制御方法によ
れば、電子密度分布を均一化してスパッタリングターゲ
ットと基板の間に発生させたプラズマを均一化すること
により、形成した薄膜の均一性を飛躍的に高めることが
できる。
れば、電子密度分布を均一化してスパッタリングターゲ
ットと基板の間に発生させたプラズマを均一化すること
により、形成した薄膜の均一性を飛躍的に高めることが
できる。
それにより、大面積に均一な膜質の薄膜を歩留りよく
作製でき、製品の性能向上および低コスト化等に多大な
効果を発揮するものである。
作製でき、製品の性能向上および低コスト化等に多大な
効果を発揮するものである。
第1図は本発明の一実施例におけるスパッタリング装置
の概略構成図、第2図(a)、(b)はそれぞれインジ
ウムの酸化物ターゲットを用いて透明電極を製膜した時
の径方向のシート抵抗分布および製膜する際の電子密度
分布を示した図、第3図は従来例におけるスパッタリン
グ装置の概略構成図、第4図は同スパッタ源の要部と基
板の概略図である。 1……真空チャンバ、2……真空排気系、3……ガス導
入系、4……基板、6……カソードホルダー、8……永
久磁石、12……電源系、16……スパッタリングターゲッ
ト、17……バッキングプレート、18……電子供給装置、
19……探極、20……検出回路系、21……電子供給装置用
電源系、22……孔。
の概略構成図、第2図(a)、(b)はそれぞれインジ
ウムの酸化物ターゲットを用いて透明電極を製膜した時
の径方向のシート抵抗分布および製膜する際の電子密度
分布を示した図、第3図は従来例におけるスパッタリン
グ装置の概略構成図、第4図は同スパッタ源の要部と基
板の概略図である。 1……真空チャンバ、2……真空排気系、3……ガス導
入系、4……基板、6……カソードホルダー、8……永
久磁石、12……電源系、16……スパッタリングターゲッ
ト、17……バッキングプレート、18……電子供給装置、
19……探極、20……検出回路系、21……電子供給装置用
電源系、22……孔。
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 H05H 1/00 A 9216−2G (72)発明者 向井 裕二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−290966(JP,A)
Claims (2)
- 【請求項1】真空チャンバ、真空排気系、ガス導入系及
び電源系を具備し、前記真空チャンバにマグネトロン放
電用の磁場を発生させるために中央部の内側磁石と周辺
部の環状の外側磁石とをヨーク板に接合した構成からな
る永久磁石を内部に設置したカソードホルダーとスパッ
タリングターゲットをボンディングしたバッキングプレ
ートから構成されるカソード部を具備し、前記永久磁石
の内側磁石に相対して近接する前記バッキングプレート
と前記スパッタリングターゲットの中央部に孔を具備
し、前記バッキングプレートと前記スパッタリングター
ゲットの孔で構成される孔の内部に電子供給装置を設置
すると共に、電子密度検出用探極を基板近傍に設置し、
さらに電子供給装置用電源系を設けたことを特徴とする
スパッタリング装置。 - 【請求項2】基板近傍において、永久磁石の内側磁石に
対応する位置と、前記永久磁石の前記内側磁石と外側磁
石の間の部分に対応する位置における電子密度が等しく
なるように制御することを特徴とする請求項1記載のス
パッタリング装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1109337A JPH089779B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | スパッタリング装置および制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1109337A JPH089779B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | スパッタリング装置および制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02290970A JPH02290970A (ja) | 1990-11-30 |
| JPH089779B2 true JPH089779B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=14507670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1109337A Expired - Fee Related JPH089779B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | スパッタリング装置および制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH089779B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN120519819B (zh) * | 2025-07-23 | 2025-09-30 | 湖南玉丰真空科学技术有限公司 | 一种用于移动磁控溅射阴极的真空跟踪检测装置及方法 |
-
1989
- 1989-04-28 JP JP1109337A patent/JPH089779B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02290970A (ja) | 1990-11-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |