JP2005008917A - Cathode for magnetron sputtering equipment - Google Patents

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JP2005008917A
JP2005008917A JP2003171732A JP2003171732A JP2005008917A JP 2005008917 A JP2005008917 A JP 2005008917A JP 2003171732 A JP2003171732 A JP 2003171732A JP 2003171732 A JP2003171732 A JP 2003171732A JP 2005008917 A JP2005008917 A JP 2005008917A
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JP
Japan
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target
magnetic
magnetic pole
cathode
magnetron sputtering
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JP2003171732A
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Kazunori Kawamura
和典 河村
Tomohiko Maeda
智彦 前田
Kazuaki Sasa
和明 佐々
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Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily produce a cathode for magnetron sputtering equipment which can increase use efficiency of a target without increasing size or cost. <P>SOLUTION: The cathode for the magnetron sputtering equipment has a magnetic circuit A located on the back of the target 14. The magnetic circuit A is composed of an inner magnetic pole 11, an outer magnetic pole 12 which has a polarity opposite of that of the inner magnetic pole 11 and surrounds the inner magnetic pole 11 and a yoke 13 which comprises a plate made of a magnetic material and magnetically connects the inner and outer magnetic poles 11 and 12. A magnetic field-controlling member 17 made of a soft magnetic material is supported on the main side of the yoke 13 via a non-magnetic member 18 and is placed between the inner and outer magnetic poles 11 and 12 in the area facing the deepest part 80a of an erosion 80 formed on the target 14. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ、OLDE、太陽電池などにおける透明電極膜をスパッタリング法で形成する工程などで使用されるマグネトロンスパッタ装置用カソードに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、例えば液晶ディスプレイ用の透明基板上に透明電極膜を形成する手段として、ターゲット表面側に漏洩する磁界により高密度プラズマを形成してスパッタリングを行うマグネトロンスパッタ装置用カソードが知られている。
このようなカソードは、一般に、図9に示すように、内側磁極1と、内側磁極1とは反対極性で該内側磁極1を取り囲む外側磁極2とを板状磁性材料からなるヨーク3で磁気的に接続して構成されてケース6に収容された磁気回路Aを、ターゲット4を背面から支持するターゲット支持部材(バッキングプレート)5の背面側に配置した構造となっている。
【0003】
上記構成において、被成膜用基板(図示せず)主面に前記ターゲット4を対向させ、これらの配設空間を真空下としてArガスを導入した状態で、前記ターゲット4に電圧を印加すると、該ターゲット4から放出された電子によりArガスがイオン化し、このイオン化されたArガスがターゲット4の表面に衝突してエロージョン8が進行形成されつつ、ターゲット物質がたたき出され、たたき出されたターゲット物質が前記基板主面に堆積することにより薄膜が形成される。この時、電子は、ターゲット4の表面へ漏洩する磁界7が電界と直交する領域に集中し、高密度プラズマが生成され、これによって基板主面に対する成膜が高速で行われる。
【0004】
しかし、従来の構成では、高速での成膜が可能であるという利点があるものの、ターゲット4の表面の一部のみが集中してスパッタされるので、エロージョン8の断面形状が傾斜のきついV字形状となる傾向があり、従って、ターゲット材料の使用効率が極めて小さいという問題があった。
このため、既に、エロージョン8の局部的な進行を抑えるために、ターゲット4の背面側の磁気回路Aを磁極1,2間方向(内外方向)へ移動させるようにした技術も提案されているが、その場合、カソード全体構造が複雑で大形化し、製作費の増大を招くほか、磁界の移動に伴って成膜分布やレートが変動してしまうなどの新たな課題が残り、実施化には問題が多い。
【0005】
前記カソードの大形化を招くことなく、エロージョンの局部的な進行を抑制させるために、前記内側磁極と外側磁極との間に位置して、ターゲット支持板5側に磁性体をそれぞれ埋設する技術が提案されている(特許文献1)。しかし、この技術では、磁性体をターゲット支持板に埋設するのに手間がかかる。
【0006】
【特許文献1】
特公平3−62789号公報(第3頁、第1図、第6図)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に照らし、大形化やコスト高を招くことなく、ターゲットの使用効率を上げることが可能となるマグネトロンスパッタ装置用カソードを製作容易にして提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、マグネトロンスパッタ装置用カソードについて鋭意検討した結果、内側磁極と外側磁極との間であって、ターゲットのエロージョンの最深部に正対する領域に、軟磁性体を非磁性体部材を介してヨークに設けることにより、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度を局所的に低下させることができ、これにより、比較的容易にしてエロージョンの局部的な進行を抑制できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【0009】
本発明は、内側磁極と、この内側磁極とは反対の極性で該内側磁極を取り囲む外側磁極とを板状磁性体材料からなるヨークで磁気的に接続して構成された磁気回路をターゲットの背面側に配置してなるマグネトロンスパッタ装置用カソードにおいて、前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度を局所的に低下させる軟磁性体からなる磁界制御部材を配設し、かつこれを非磁性体部材を介してヨークの主面側に支持させたことを特徴するマグネトロンスパッタ装置用カソードに係るものである。
【0010】
このマグネトロンスパッタ装置用カソードでは、前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に配置した磁界制御部材により、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度が局所的に低下され、その結果、スパッタされる幅が広がってエロージョンの局所的進行が抑制され、ターゲットの使用効率の向上が可能となり、しかも、磁気回路を移動させるものに比して構造も簡単で、低コスト化が図れる。
とくに、磁界制御部材を非磁性体部材を介してヨークに支持させるので、磁界制御部材をターゲット支持板に埋設するものに比して製作が容易になる。
【0011】
また、別の本発明は、内側磁極と、この内側磁極とは反対の極性で該内側磁極を取り囲む外側磁極とを板状磁性体材料からなるヨークで磁気的に接続して構成された磁気回路をターゲットの背面側に配置してなるマグネトロンスパッタ装置用カソードにおいて、前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度を局所的に低下させる磁界制御部材としての永久磁石を配設し、かつこれを非磁性体部材を介してヨークの主面側に支持させ、前記永久磁石の磁化方向を、前記内側磁極および外側磁極の磁化方向にそれぞれ直交させ、かつ異磁極間で反発磁界が発生しない順方向となるように設定したことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置用カソードに係るものである。
【0012】
このマグネトロンスパッタ装置用カソードでは、前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に配置した磁界制御部材が永久磁石であるから、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記領域での強度の低下が大きくなり、その結果、スパッタされる幅が一層広げられる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参考にして説明する。
図1は、本発明のマグネトロンスパッタ装置用カソードの一例を示す正面断面図である。
【0014】
図1において、断面形状がコ字形のケース16の内部には、内側磁極11と、この内側磁極11とは反対極性で該内側磁極11を取り囲む外側磁極12とを板状磁性材料からなるヨーク13で磁気的に接続して構成された磁気回路Aが収納されている。なお、前記ケース16は、平面形状が、例えば円形であり、SUS304などの非磁性体材料から形成されている。
被成膜用基板(図示せず)の主面に対向してターゲット14が配設されており、このターゲット14は、背面からターゲット支持板(バッキングプレート)15に支持されている。前記磁気回路Aは、ターゲット14の背面側(具体的には、ターゲット支持板15の背面側)に配置されている。
【0015】
前記内側磁極11と外側磁極12との間であって、図4に示すターゲット14におけるエロージョン80の最深部(磁界分布のうちで、ターゲット14に垂直な成分が0となる部位)80aに正対する領域に、軟磁性体からなる磁界制御部位材17が配設されており、この磁界制御部材17は、ターゲット14の表面に漏洩する磁界の前記最深部での強度を局所的に低下させるためであり、前記ヨーク13の主面側に非磁性体部材18を介して支持されている。
【0016】
前記磁界制御部材17を構成する軟磁性体材料は、特に限定されるものではないが、耐腐食性の面からSUS430を使用するのが好ましい。また、非磁性体部材18の構成材も、特に限定されるものではなく、アルミニウム、銅、SUS304などの非磁性ステンレス鋼などの金属材料、あるいは合成樹脂材料を用いることができる。
また、前記非磁性体部材18をヨーク13に固定する方法としては、接着、あるいは真鍮、SUSなどの非磁性材料からなるビスにより締結する方法などが挙げられる。
【0017】
ここで、前記磁界制御部材17の配置位置について説明する。
一般に、マグネトロンスパッタ装置用カソードを使用してスパッタリングを行うと、断面が略V字形のエロージョンが、円形のカソードではリング状に、また矩形カソードではトラック状に形成される。
そこで、この発明の実施形態では、前述したように、エロージョン80の最深部80aと正対する領域に磁界制御部材17を配置する。なお、ここで言う正対する領域とは、磁界制御部材17の幅範囲内に、前記エロージョン80の最深部80aが存在する領域のことを示す。
【0018】
上記構成において、成膜される基板主面に対向する前記ターゲット14の配設空間を真空下に設定し、この空間にArガスを導入する。この状態で前記ターゲット14に電圧を印加すると、該ターゲット14から放出された電子によりArガスがイオン化される。このイオン化されたArガスがターゲット14の衝突してエロージョン80が進行形成されつつターゲット物質がたたき出され、たたき出されたターゲット物質が前記基板主面に堆積し、これにより薄膜が形成される。この時、電子は、ターゲット表面へ漏洩する磁界が電界と直交する領域に集中し、高密度プラズマが生成され、これによって成膜が高速で行われる。
【0019】
ここで、前記内側磁極11と外側磁極11との間において、ターゲット14におけるエロージョン80の最深部80aと正対する領域に磁界制御部材17を配設したので、ターゲット14の表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度が局所的に低下する。このため、ターゲット14におけるスパッタされる領域(幅)が広がり、その分エロージョン80の局所的進行が抑制され、結果、ターゲット14の使用効率が向上される。
しかも この場合、前記磁気回路Aを移動したりしないので、構造が簡単で、装置の小形化が維持でき、製造コストも抑えられる。とくに、前記磁界制御部材17を非磁性体部材18を介してヨーク13に支持する構造であるから、磁界制御部材17をターゲット支持板15に埋設するものに比して作りやすくなるという利点がある。
【0020】
つぎに、この発明の別の実施形態について、図面を参考にして説明する。
図2は、本発明のマグネトロンスパッタ装置用カソードの他の例を示す正面断面図であり、図1と同一もしくは相当部位には、同一符号を付してそれらの説明を省略する。
図2において、内側磁極11と外側磁極12との間において、前記ヨーク13の主面側には、前記ターゲット14に形成されるエロージョン80の最深部(磁界分布のうちでターゲット14に垂直な成分が0となる領域)80aに正対する領域に、永久磁石からなる磁界制御部材19が非磁性体部材18を介して支持されている。
【0021】
さらに、上記永久磁石からなる磁界制御部位材19は、その磁化方向100が前記内側磁極11の磁化方向101および外側磁極12の磁化方向102とそれぞれ直交する方向で、かつ順方向となるように設定されている。
上記順方向とは、例えば図2において、内側磁極11の上面(ターゲット14側)をN極として設定してある場合、磁界制御部位材19の磁化方向を内側がS極、外側がN極となるように設定することを示す。すなわち、ターゲット14側から見てN極−S極−N極−S極を、磁極11,12間で反発磁界が起きない順序に配列させる。
【0022】
このように構成することにより、ターゲット14の表面に平行な磁界成分の領域が拡大し、ターゲット14の表面のスパッタリングされる領域が一層拡大することが可能となる。
なお、上記図2に示すカソード形状も、図1と同じ円形としているが、本発明のカソード形状は円形に限らず、矩形であっても適用可能である。
【0023】
【実施例】
つぎに、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
なお、以下で説明するターゲット表面の磁束密度分布の測定結果については、ターゲットの中心から片側のみであり、ターゲットに水平な成分(実線で示す)と垂直な成分(破線で示す)に分けてグラフ表示してある。
【0024】
比較例1
図9で示した従来のマグネトロンスパッタ装置用カソードを作製した。このカソードにおけるターゲット表面の磁束密度を図7に示す。
このような磁界分布を持つカソードを用いて、厚さ6mmの銅ターゲットを、エロージョンの最深部が5mmになるまでスパッタリングした。
得られたエロージョン8は、図8に示すように略V字状の断面形状となり、使用効率は20%と低いものとなった。また、エロージョン8の最深部8aの位置は中心から約40mmの位置になり、図7における垂直成分が0になる位置と一致し、鋭く抉られた形状となった。
【0025】
実施例1
内側磁極11と外側磁極12との間であって、ターゲット14におけるエロージョン80の最深部80aと正対する領域に、SUS430からなる磁界制御部材17を、アルミニウムからなる非磁性体部材18を介してヨーク13に取り付けることにより、第1の実施形態の構成によるマグネトロンスパッタ装置用カソードを作製した。
このマグネトロンスパッタ装置用カソードにおけるターゲット表面の磁束密度分布を測定したところ、図3に示すように、40mm付近の水平磁界成分がやや減少し、さらに、水平磁界成分の傾斜が緩やかに変化した。
【0026】
製作したカソードを使用し、比較例1と同様に、厚さ6mmの銅ターゲットを、スパッタリングした結果、エロージョン80は、図4に示すような断面形状となった。つまり、エロージョン80の幅が拡大し、その最深部80a付近の形状がなだらかに変化することを確認した。ターゲットの使用効率は30%と高いものとなった。
【0027】
実施例2
前記実施例1の構成における磁界制御部材17を永久磁石19に代えることにより、第2の実施形態での構成によるマグネトロンスパッタ装置用カソードを製作した。
同様に、このマグネトロンスパッタ装置用カソードにおけるターゲット表面の磁束密度分布を測定したところ、図5に示すような結果となった。永久磁石からなる磁界制御部材19に対応する領域の水平磁束密度が大幅に減少し、M字形状となった。また、垂直成分も0テスラ付近で大きく傾斜した。
【0028】
実施例1と同様に、銅ターゲットをスパッタリングした結果、エロージョン80は、図6に示すような断面形状となった。
実施例1に比して、エロージョン80の幅がさらに拡大し、その最深部付近の形状も略U字形に変化することを確認した。ターゲットの使用効率が37%と著しく高くなった。
【0029】
【発明の効果】
以上のように、請求項1の発明によれば、ターゲットのエロージョンの最深部に正対する領域に、ヨークに非磁性体部材を介して支持される磁界制御部材を配置する構成により、大形化やコスト高を招くことなく、エロージョンの局所的進行を抑制でき、ターゲットの高い使用効率を製作容易にして達成できる。
また、請求項2の発明によれば、ターゲットのエロージョンの最深部に正対する領域に、ヨークに非磁性体部材を介して支持される磁界制御部材として、磁化方向が特定された永久磁石を配置する構成により、エロージョンの局所的進行を一層抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかるマグネトロンスパッタ装置用カソードを示す正面断面図である。
【図2】本発明の別の実施形態にかかるマグネトロンスパッタ装置用カソードを示す正面断面図である。
【図3】図1のマグネトロンスパッタ装置用カソードのターゲット表面における磁界分布を示すグラフである。
【図4】図1のマグネトロンスパッタ装置用カソードを用いてスパッタリングを行った時にターゲット表面に形成されたエロージョンの断面形状を示す図である。
【図5】図2のマグネトロンスパッタ装置用カソードのターゲット表面における磁界分布を示すグラフである。
【図6】図2のマグネトロンスパッタ装置用カソードを用いてスパッタリングを行った時にターゲット表面に形成されたエロージョンの断面形状を示す図である。
【図7】従来のマグネトロンスパッタ装置用カソードのターゲット表面における磁界分布を示すグラフである。
【図8】従来のマグネトロンスパッタ装置用カソードを用いてスパッタリングを行った時にターゲット表面に形成されたエロージョンの断面形状を示す図である。
【図9】従来のマグネトロンスパッタ装置用カソードを示す正面断面図である。
【符号の説明】
11 内側磁極
12 外側磁極
13 ヨーク
14 ターゲット
17,19 磁界制御部材
18 非磁性体部材
80 エロージョン
80a 最深部
A 磁気回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cathode for a magnetron sputtering apparatus used in a process of forming a transparent electrode film in a liquid crystal display, an OLDE, a solar cell and the like by a sputtering method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a means for forming a transparent electrode film on a transparent substrate for a liquid crystal display, for example, a cathode for a magnetron sputtering apparatus that performs sputtering by forming a high density plasma by a magnetic field leaking to the target surface side is known.
In general, as shown in FIG. 9, such a cathode is magnetically composed of an inner magnetic pole 1 and an outer magnetic pole 2 that is opposite to the inner magnetic pole 1 and surrounds the inner magnetic pole 1 by a yoke 3 made of a plate-like magnetic material. The magnetic circuit A that is connected to the housing and accommodated in the case 6 is arranged on the back side of the target support member (backing plate) 5 that supports the target 4 from the back side.
[0003]
In the above configuration, when a voltage is applied to the target 4 in a state where the target 4 is opposed to the main surface of the deposition target substrate (not shown), Ar gas is introduced with these arrangement spaces under vacuum, Ar gas is ionized by electrons emitted from the target 4, and the ionized Ar gas collides with the surface of the target 4 to form an erosion 8, and the target material is knocked out and knocked out. A thin film is formed by depositing a substance on the main surface of the substrate. At this time, the magnetic field 7 leaking to the surface of the target 4 is concentrated in a region orthogonal to the electric field, and high-density plasma is generated, whereby film formation on the main surface of the substrate is performed at high speed.
[0004]
However, although the conventional configuration has an advantage that film formation can be performed at high speed, only a part of the surface of the target 4 is sputtered in a concentrated manner, so that the cross-sectional shape of the erosion 8 is a tight V-shape. There is a problem that the shape tends to become a shape, and therefore the use efficiency of the target material is extremely small.
For this reason, in order to suppress local progress of the erosion 8, a technique has been proposed in which the magnetic circuit A on the back side of the target 4 is moved in the direction between the magnetic poles 1 and 2 (inside and outside). In that case, the entire structure of the cathode is complicated and large, which increases manufacturing costs, and there are still new issues such as fluctuations in film formation distribution and rate with the movement of the magnetic field. There are many problems.
[0005]
A technique of embedding a magnetic material on the target support plate 5 side, between the inner magnetic pole and the outer magnetic pole, in order to suppress local progress of erosion without incurring enlargement of the cathode. Has been proposed (Patent Document 1). However, in this technique, it takes time to embed the magnetic material in the target support plate.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Examined Patent Publication No. 3-62789 (page 3, FIG. 1, FIG. 6).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION In light of such circumstances, the present invention has an object to provide a cathode for a magnetron sputtering apparatus that can increase the use efficiency of a target without increasing the size and cost, and making it easy to manufacture. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on the cathode for the magnetron sputtering apparatus, the present inventors have found that a soft magnetic material is placed between the inner magnetic pole and the outer magnetic pole, and a nonmagnetic material member is placed in a region facing the deepest part of the target erosion. It is found that the strength at the deepest part of the magnetic field leaking to the target surface can be locally reduced by providing it on the yoke, thereby making it relatively easy to suppress the local progression of erosion. Thus, the present invention has been completed.
[0009]
According to the present invention, a magnetic circuit configured by magnetically connecting an inner magnetic pole and an outer magnetic pole surrounding the inner magnetic pole with a polarity opposite to the inner magnetic pole by a yoke made of a plate-like magnetic material is provided on the back surface of the target. In the magnetron sputtering apparatus cathode disposed on the side, the deepest part of the magnetic field leaking to the target surface is located between the inner magnetic pole and the outer magnetic pole and in a region facing the deepest part of the erosion formed on the target. A cathode for a magnetron sputtering apparatus, characterized in that a magnetic field control member made of a soft magnetic material that locally lowers the strength of the magnet is disposed and supported on the main surface side of the yoke via a non-magnetic material member It is related to.
[0010]
In the cathode for the magnetron sputtering apparatus, the deepest magnetic field leaking to the target surface is formed by a magnetic field control member disposed between the inner magnetic pole and the outer magnetic pole and facing the deepest portion of the erosion formed on the target. As a result, the strength at the site is locally reduced, and as a result, the sputtered width is widened, local progress of erosion is suppressed, the use efficiency of the target can be improved, and the magnetic circuit is moved. Thus, the structure is simple and the cost can be reduced.
In particular, since the magnetic field control member is supported by the yoke via the non-magnetic member, the manufacture becomes easier as compared with the case where the magnetic field control member is embedded in the target support plate.
[0011]
According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic circuit configured by magnetically connecting an inner magnetic pole and an outer magnetic pole surrounding the inner magnetic pole with a polarity opposite to the inner magnetic pole by a yoke made of a plate-like magnetic material. Is disposed on the back side of the target, and the magnetic field leaks to the target surface in the region between the inner magnetic pole and the outer magnetic pole and facing the deepest part of the erosion formed on the target. A permanent magnet as a magnetic field control member that locally lowers the strength of the deepest portion of the magnet, and supports the permanent magnet on the main surface side of the yoke via a non-magnetic member, and the magnetization direction of the permanent magnet Are set so as to be perpendicular to the magnetization directions of the inner magnetic pole and the outer magnetic pole and to have a forward direction in which no repulsive magnetic field is generated between the different magnetic poles. Those of the cathode Nsupatta device.
[0012]
In the cathode for the magnetron sputtering apparatus, the magnetic field control member disposed between the inner magnetic pole and the outer magnetic pole and facing the deepest part of the erosion formed on the target is a permanent magnet, so that it leaks to the target surface. The reduction in the strength of the magnetic field in the region is increased, and as a result, the sputtered width is further increased.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front sectional view showing an example of a cathode for a magnetron sputtering apparatus of the present invention.
[0014]
In FIG. 1, inside a case 16 having a U-shaped cross-section, an inner magnetic pole 11 and an outer magnetic pole 12 having a polarity opposite to the inner magnetic pole 11 and surrounding the inner magnetic pole 11 are provided with a yoke 13 made of a plate-like magnetic material. The magnetic circuit A configured to be magnetically connected is housed. The case 16 has a circular planar shape, for example, and is made of a nonmagnetic material such as SUS304.
A target 14 is disposed to face the main surface of a film formation substrate (not shown), and this target 14 is supported by a target support plate (backing plate) 15 from the back. The magnetic circuit A is arranged on the back side of the target 14 (specifically, the back side of the target support plate 15).
[0015]
Between the inner magnetic pole 11 and the outer magnetic pole 12, it faces the deepest part of the erosion 80 in the target 14 shown in FIG. 4 (part where the component perpendicular to the target 14 is 0 in the magnetic field distribution) 80 a. A magnetic field control member 17 made of a soft magnetic material is disposed in the region, and this magnetic field control member 17 is for locally reducing the strength of the magnetic field leaking to the surface of the target 14 at the deepest portion. And is supported on the main surface side of the yoke 13 via a non-magnetic member 18.
[0016]
The soft magnetic material constituting the magnetic field control member 17 is not particularly limited, but SUS430 is preferably used from the viewpoint of corrosion resistance. The constituent material of the nonmagnetic member 18 is not particularly limited, and a metal material such as aluminum, copper, nonmagnetic stainless steel such as SUS304, or a synthetic resin material can be used.
Examples of a method for fixing the nonmagnetic member 18 to the yoke 13 include bonding or a method of fastening with a screw made of a nonmagnetic material such as brass or SUS.
[0017]
Here, the arrangement position of the magnetic field control member 17 will be described.
In general, when sputtering is performed using a cathode for a magnetron sputtering apparatus, an erosion having a substantially V-shaped cross section is formed in a ring shape for a circular cathode and in a track shape for a rectangular cathode.
Therefore, in the embodiment of the present invention, as described above, the magnetic field control member 17 is disposed in a region facing the deepest portion 80a of the erosion 80. In addition, the area | region which directly faces here shows the area | region where the deepest part 80a of the said erosion 80 exists in the width range of the magnetic field control member 17. FIG.
[0018]
In the above configuration, the space for arranging the target 14 facing the main surface of the substrate to be deposited is set under vacuum, and Ar gas is introduced into this space. When a voltage is applied to the target 14 in this state, Ar gas is ionized by electrons emitted from the target 14. The ionized Ar gas collides with the target 14 and the target material is knocked out while the erosion 80 is progressively formed. The knocked target material is deposited on the main surface of the substrate, thereby forming a thin film. At this time, a magnetic field leaking to the target surface is concentrated in a region orthogonal to the electric field, and high-density plasma is generated, whereby film formation is performed at high speed.
[0019]
Here, since the magnetic field control member 17 is disposed between the inner magnetic pole 11 and the outer magnetic pole 11 in a region facing the deepest portion 80a of the erosion 80 in the target 14, the magnetic field leaking to the surface of the target 14 is reduced. The strength at the deepest site is locally reduced. For this reason, the sputter | spatter area | region (width | variety) in the target 14 spreads, the local advance of the erosion 80 is suppressed correspondingly, and the use efficiency of the target 14 is improved as a result.
In addition, in this case, since the magnetic circuit A is not moved, the structure is simple, the miniaturization of the apparatus can be maintained, and the manufacturing cost can be reduced. In particular, since the magnetic field control member 17 is supported by the yoke 13 via the non-magnetic member 18, there is an advantage that the magnetic field control member 17 is easier to make than a structure in which the magnetic field control member 17 is embedded in the target support plate 15. .
[0020]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a front sectional view showing another example of the cathode for a magnetron sputtering apparatus of the present invention. The same or corresponding parts as those in FIG.
In FIG. 2, between the inner magnetic pole 11 and the outer magnetic pole 12, on the main surface side of the yoke 13, the deepest part of the erosion 80 formed on the target 14 (the component perpendicular to the target 14 in the magnetic field distribution). The magnetic field control member 19 made of a permanent magnet is supported via a non-magnetic member 18 in a region directly facing 80a.
[0021]
Further, the magnetic field control member 19 made of the permanent magnet is set so that its magnetization direction 100 is in a direction perpendicular to the magnetization direction 101 of the inner magnetic pole 11 and the magnetization direction 102 of the outer magnetic pole 12 and forward. Has been.
For example, in FIG. 2, in the case where the upper surface of the inner magnetic pole 11 (target 14 side) is set as an N pole, the magnetization direction of the magnetic field control part material 19 is an S pole on the inner side and an N pole on the outer side. It is set to be That is, N pole-S pole-N pole-S pole as viewed from the target 14 side are arranged in an order in which a repulsive magnetic field does not occur between the magnetic poles 11 and 12.
[0022]
By configuring in this way, the region of the magnetic field component parallel to the surface of the target 14 can be expanded, and the region to be sputtered on the surface of the target 14 can be further expanded.
The cathode shape shown in FIG. 2 is also the same circle as that shown in FIG. 1, but the cathode shape of the present invention is not limited to a circle and can be applied to a rectangle.
[0023]
【Example】
Next, examples of the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited to the following examples.
In addition, about the measurement result of the magnetic flux density distribution of the target surface described below, the graph is divided into a component (indicated by a solid line) and a component (indicated by a broken line) that are horizontal to the target only on one side from the center of the target. It is displayed.
[0024]
Comparative Example 1
The cathode for the conventional magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 9 was produced. FIG. 7 shows the magnetic flux density of the target surface in this cathode.
Using a cathode having such a magnetic field distribution, a copper target having a thickness of 6 mm was sputtered until the deepest part of erosion was 5 mm.
The obtained erosion 8 had a substantially V-shaped cross section as shown in FIG. 8, and the use efficiency was as low as 20%. Further, the position of the deepest portion 8a of the erosion 8 was about 40 mm from the center, and coincided with the position where the vertical component in FIG.
[0025]
Example 1
A magnetic field control member 17 made of SUS430 is disposed between the inner magnetic pole 11 and the outer magnetic pole 12 in a region facing the deepest portion 80a of the erosion 80 in the target 14 via a nonmagnetic member 18 made of aluminum. By attaching to 13, a cathode for a magnetron sputtering apparatus according to the configuration of the first embodiment was produced.
When the magnetic flux density distribution on the target surface in the cathode for the magnetron sputtering apparatus was measured, as shown in FIG. 3, the horizontal magnetic field component in the vicinity of 40 mm slightly decreased, and the inclination of the horizontal magnetic field component gradually changed.
[0026]
As a result of sputtering a copper target having a thickness of 6 mm as in Comparative Example 1 using the manufactured cathode, the erosion 80 had a cross-sectional shape as shown in FIG. That is, it was confirmed that the width of the erosion 80 was enlarged and the shape in the vicinity of the deepest portion 80a was gently changed. The target usage efficiency was as high as 30%.
[0027]
Example 2
By replacing the magnetic field control member 17 in the configuration of Example 1 with the permanent magnet 19, a cathode for a magnetron sputtering apparatus according to the configuration in the second embodiment was manufactured.
Similarly, when the magnetic flux density distribution on the target surface in the cathode for the magnetron sputtering apparatus was measured, the result shown in FIG. 5 was obtained. The horizontal magnetic flux density in the region corresponding to the magnetic field control member 19 made of a permanent magnet was greatly reduced to form an M shape. Also, the vertical component was greatly inclined around 0 Tesla.
[0028]
As in Example 1, as a result of sputtering the copper target, the erosion 80 had a cross-sectional shape as shown in FIG.
As compared with Example 1, it was confirmed that the width of the erosion 80 was further expanded, and the shape in the vicinity of the deepest portion was also changed to a substantially U shape. The usage efficiency of the target was remarkably high at 37%.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the magnetic field control member supported by the yoke via the non-magnetic member is disposed in the region facing the deepest part of the erosion of the target. In addition, local progress of erosion can be suppressed without incurring high cost and high target usage efficiency can be achieved with ease.
According to a second aspect of the present invention, a permanent magnet having a specified magnetization direction is disposed as a magnetic field control member supported by a yoke via a nonmagnetic member in a region facing the deepest part of the target erosion. With this configuration, local progress of erosion can be further suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing a cathode for a magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front sectional view showing a cathode for a magnetron sputtering apparatus according to another embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the magnetic field distribution on the target surface of the cathode for the magnetron sputtering apparatus of FIG. 1. FIG.
4 is a diagram showing a cross-sectional shape of erosion formed on a target surface when sputtering is performed using the cathode for the magnetron sputtering apparatus of FIG. 1. FIG.
5 is a graph showing the magnetic field distribution on the target surface of the cathode for the magnetron sputtering apparatus of FIG.
6 is a diagram showing a cross-sectional shape of erosion formed on the surface of a target when sputtering is performed using the cathode for the magnetron sputtering apparatus of FIG. 2. FIG.
FIG. 7 is a graph showing a magnetic field distribution on a target surface of a cathode for a conventional magnetron sputtering apparatus.
FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional shape of erosion formed on a target surface when sputtering is performed using a conventional cathode for a magnetron sputtering apparatus.
FIG. 9 is a front sectional view showing a conventional cathode for a magnetron sputtering apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Inner magnetic pole 12 Outer magnetic pole 13 Yoke 14 Targets 17 and 19 Magnetic field control member 18 Nonmagnetic material member 80 Erosion 80a Deepest part A Magnetic circuit

Claims (2)

内側磁極と、この内側磁極とは反対の極性で該内側磁極を取り囲む外側磁極とを、板状磁性体材料からなるヨークで磁気的に接続して構成された磁気回路を、ターゲットの背面側に配置してなるマグネトロンスパッタ装置用カソードにおいて、
前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度を局所的に低下させる軟磁性体からなる磁界制御部材を配設し、かつこれを非磁性体部材を介してヨークの主面側に支持させたことを特徴するマグネトロンスパッタ装置用カソード。
A magnetic circuit configured by magnetically connecting an inner magnetic pole and an outer magnetic pole surrounding the inner magnetic pole with a polarity opposite to the inner magnetic pole by a yoke made of a plate-like magnetic material is provided on the back side of the target. In the cathode for magnetron sputtering apparatus arranged,
From the soft magnetic material that locally decreases the strength of the magnetic field leaking to the target surface at the deepest portion between the inner magnetic pole and the outer magnetic pole and facing the deepest portion of the erosion formed on the target. A cathode for a magnetron sputtering apparatus, characterized in that a magnetic field control member is provided and supported on the main surface side of the yoke via a non-magnetic member.
内側磁極と、この内側磁極とは反対の極性で該内側磁極を取り囲む外側磁極とを、板状磁性体材料からなるヨークで磁気的に接続して構成された磁気回路を、ターゲットの背面側に配置してなるマグネトロンスパッタ装置用カソードにおいて、
前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度を局所的に低下させる磁界制御部材としての永久磁石を配設し、かつこれを非磁性体部材を介してヨークの主面側に支持させ、
前記永久磁石の磁化方向を、前記内側磁極および外側磁極の磁化方向にそれぞれ直交させ、かつ異磁極間で反発磁界が発生しない順方向となるように設定したことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置用カソード。
A magnetic circuit configured by magnetically connecting an inner magnetic pole and an outer magnetic pole surrounding the inner magnetic pole with a polarity opposite to the inner magnetic pole by a yoke made of a plate-like magnetic material is provided on the back side of the target. In the cathode for magnetron sputtering apparatus arranged,
As a magnetic field control member for locally reducing the strength at the deepest part of the magnetic field leaking to the target surface in a region between the inner magnetic pole and the outer magnetic pole and facing the deepest part of the erosion formed on the target. A permanent magnet is supported on the main surface side of the yoke via a non-magnetic member,
A cathode for a magnetron sputtering apparatus, wherein the magnetization direction of the permanent magnet is set to be perpendicular to the magnetization directions of the inner magnetic pole and the outer magnetic pole and to be a forward direction in which no repulsive magnetic field is generated between different magnetic poles. .
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