JP2769572B2 - マグネトロンスパッタリング用カソード - Google Patents
マグネトロンスパッタリング用カソードInfo
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- JP2769572B2 JP2769572B2 JP11219989A JP11219989A JP2769572B2 JP 2769572 B2 JP2769572 B2 JP 2769572B2 JP 11219989 A JP11219989 A JP 11219989A JP 11219989 A JP11219989 A JP 11219989A JP 2769572 B2 JP2769572 B2 JP 2769572B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は薄膜形成などに用いられるマグネトロンスパ
ッタリング用のカソードに関するものである。
ッタリング用のカソードに関するものである。
［従来の技術］ マグネトロンスパッタリング装置はコンベンショナル
なスパッタリング装置に比べ、堆積速度を飛躍的に向上
させることができるスパッタリング装置である。
なスパッタリング装置に比べ、堆積速度を飛躍的に向上
させることができるスパッタリング装置である。
第４図に従来のカソードを用いたマグネトロンスパッ
タリング装置の一部を示す。真空槽１内の基板ホルダ２
上に基板３が支持されている。真空槽１は排気口1Aから
排気可能であり、かつガス導入口1Bから所望のガスを導
入できる。絶縁体４によって真空槽１と絶縁された非磁
性のカソード５が基板３と対向するように真空槽内に挿
入される。カソード５は膜形成のためのターゲット６の
バッキングプレートの役割りを果す。カソード５は給水
口７および排水口８を具えて水冷可能である。カソード
５の内部にはヨーク９によって磁気的に結合された永久
磁石10が設けられている。11はノブ、12は取付け用ジグ
である。永久磁石10による磁力線13はターゲット６を通
過する。このように、マグネトロンスパッタリング装置
はターゲットの裏面に磁石を設置し、ターゲット表面部
に磁界を漏洩させることが特徴である。この漏洩磁界に
より、ターゲット付近の電子はサイクロトロン運動をし
て、イオンの電離確率の増加が促進される。このため、
ターゲット近傍のプラズマ密度が増加し、ターゲットに
衝突するイオン数が増加するので、堆積速度が増加する
ことになる。また、漏洩磁界により、プラズマがカソー
ド近傍に局在化するため、基盤の温度上昇が少なくなる
こともマグネトロンカソードの特徴である。これらの高
速性、低温性のため、現在、膜形成プロセスにはマグネ
トロンスパッタリング装置が非常に多く用いられるよう
になっている。しかし、ターゲット表面で得られる磁界
は、ターゲット裏面部の永久磁石の磁界が一旦ターゲッ
ト中を通過するものであるため、ターゲットの材質が磁
性体であるか非磁性体であるかに応じて、あるいはター
ゲットの厚みに応じて永久磁石の選定を行わなければな
らない。この永久磁石の選定は、ターゲットの材質、厚
みから、経験的に設定されていた。そこで、本発明者ら
は、ターゲットの材質や厚みが変化した場合でも、所望
のターゲット磁束密度が容易に得られるように、ターゲ
ット裏面部の磁石の位置を、真空を破らず、ターゲット
鉛直方向に移動させてカソード漏洩磁界強度が可変なカ
ソードを特願昭62−275631号において提案した。
タリング装置の一部を示す。真空槽１内の基板ホルダ２
上に基板３が支持されている。真空槽１は排気口1Aから
排気可能であり、かつガス導入口1Bから所望のガスを導
入できる。絶縁体４によって真空槽１と絶縁された非磁
性のカソード５が基板３と対向するように真空槽内に挿
入される。カソード５は膜形成のためのターゲット６の
バッキングプレートの役割りを果す。カソード５は給水
口７および排水口８を具えて水冷可能である。カソード
５の内部にはヨーク９によって磁気的に結合された永久
磁石10が設けられている。11はノブ、12は取付け用ジグ
である。永久磁石10による磁力線13はターゲット６を通
過する。このように、マグネトロンスパッタリング装置
はターゲットの裏面に磁石を設置し、ターゲット表面部
に磁界を漏洩させることが特徴である。この漏洩磁界に
より、ターゲット付近の電子はサイクロトロン運動をし
て、イオンの電離確率の増加が促進される。このため、
ターゲット近傍のプラズマ密度が増加し、ターゲットに
衝突するイオン数が増加するので、堆積速度が増加する
ことになる。また、漏洩磁界により、プラズマがカソー
ド近傍に局在化するため、基盤の温度上昇が少なくなる
こともマグネトロンカソードの特徴である。これらの高
速性、低温性のため、現在、膜形成プロセスにはマグネ
トロンスパッタリング装置が非常に多く用いられるよう
になっている。しかし、ターゲット表面で得られる磁界
は、ターゲット裏面部の永久磁石の磁界が一旦ターゲッ
ト中を通過するものであるため、ターゲットの材質が磁
性体であるか非磁性体であるかに応じて、あるいはター
ゲットの厚みに応じて永久磁石の選定を行わなければな
らない。この永久磁石の選定は、ターゲットの材質、厚
みから、経験的に設定されていた。そこで、本発明者ら
は、ターゲットの材質や厚みが変化した場合でも、所望
のターゲット磁束密度が容易に得られるように、ターゲ
ット裏面部の磁石の位置を、真空を破らず、ターゲット
鉛直方向に移動させてカソード漏洩磁界強度が可変なカ
ソードを特願昭62−275631号において提案した。
さらに本発明者らは、上記の漏洩磁界強度可変カソー
ドを用い、スパッタリング中のセルフバイアス電位が一
定となるようにフィードバックをかける薄膜形成装置を
特願昭63−257324号において提案し、この装置は長時間
にわたり、磁性膜形成を行っても堆積速度は常に一定と
なり、工業的に優れた膜形成法であることを明らかにし
た。しかし、このカソードを用いたマグネトロンスパッ
タリング装置では以下に述べる欠点を有していた。
ドを用い、スパッタリング中のセルフバイアス電位が一
定となるようにフィードバックをかける薄膜形成装置を
特願昭63−257324号において提案し、この装置は長時間
にわたり、磁性膜形成を行っても堆積速度は常に一定と
なり、工業的に優れた膜形成法であることを明らかにし
た。しかし、このカソードを用いたマグネトロンスパッ
タリング装置では以下に述べる欠点を有していた。
［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来のマグネトロンカソードは、ターゲット
漏洩磁界強度を所望の値に変化出来るカソードである
が、磁界強度を変化させた場合のターゲット磁界分布に
関しては余り考慮されていない。ターゲット表面で得ら
れる磁界は、ターゲット裏面部の永久磁石の磁界が一旦
ターゲット中を通過するものであるため、ターゲットの
材質が磁界体であるか非磁性体であるかに応じ、あるい
はターゲットの厚みに応じて永久磁石の位置を前後に移
動させなければならない。しかし、このカソードで、非
磁性ターゲットを用いた場合、永久磁石位置を前後させ
ると、ターゲット中心において所望の磁界強度を得られ
ても、磁界分布は磁界強度変化と共に大きく変化しエロ
ージョン領域も変化する。
漏洩磁界強度を所望の値に変化出来るカソードである
が、磁界強度を変化させた場合のターゲット磁界分布に
関しては余り考慮されていない。ターゲット表面で得ら
れる磁界は、ターゲット裏面部の永久磁石の磁界が一旦
ターゲット中を通過するものであるため、ターゲットの
材質が磁界体であるか非磁性体であるかに応じ、あるい
はターゲットの厚みに応じて永久磁石の位置を前後に移
動させなければならない。しかし、このカソードで、非
磁性ターゲットを用いた場合、永久磁石位置を前後させ
ると、ターゲット中心において所望の磁界強度を得られ
ても、磁界分布は磁界強度変化と共に大きく変化しエロ
ージョン領域も変化する。
第５図および第６図は、それぞれ従来のカソードにお
いて、非磁性のチタンターゲットと永久磁石間の距離を
パラメータとした場合の漏洩磁界分布および形成膜厚分
布を示したものである。従来のカソードでは、永久磁石
間の距離が大きくなるに連れて、磁界分布が広がり、膜
厚分布は中心が厚くなる。
いて、非磁性のチタンターゲットと永久磁石間の距離を
パラメータとした場合の漏洩磁界分布および形成膜厚分
布を示したものである。従来のカソードでは、永久磁石
間の距離が大きくなるに連れて、磁界分布が広がり、膜
厚分布は中心が厚くなる。
本発明は上述した従来の欠点を解決し、磁石の設計が
容易であり、かつ、ターゲットの材質、形状によらず、
常に、適切なカソード漏洩磁界かつ、常に同じ磁界分布
が得られるマグネトロンスパッタリング用のカソードを
提供することを目的とする。
容易であり、かつ、ターゲットの材質、形状によらず、
常に、適切なカソード漏洩磁界かつ、常に同じ磁界分布
が得られるマグネトロンスパッタリング用のカソードを
提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、磁束密度可変マグネトロンカソードの
有する問題点を鋭意検討した結果、ターゲットが強磁性
体であって、ターゲット表面にスパッタエッチングによ
るエロージョンが形成され、ターゲットの磁気遮蔽効果
が変化した場合でも、永久磁石位置を前後させることに
より、ターゲット表面の磁界強度、磁界分布は初期設定
と同等な状態が得られることを見いだした。
有する問題点を鋭意検討した結果、ターゲットが強磁性
体であって、ターゲット表面にスパッタエッチングによ
るエロージョンが形成され、ターゲットの磁気遮蔽効果
が変化した場合でも、永久磁石位置を前後させることに
より、ターゲット表面の磁界強度、磁界分布は初期設定
と同等な状態が得られることを見いだした。
本発明はターゲット裏面部に永久磁石を設け、永久磁
石を、真空を破らずにターゲットに対して垂直方向に移
動させるための機構を具えたマグネトロンスパッタリン
グ装置のカソードにおいて、カソードが磁性材料で構成
されかつターゲットのバッキングプレートを兼ねている
ことを特徴とする。
石を、真空を破らずにターゲットに対して垂直方向に移
動させるための機構を具えたマグネトロンスパッタリン
グ装置のカソードにおいて、カソードが磁性材料で構成
されかつターゲットのバッキングプレートを兼ねている
ことを特徴とする。
［作 用］ 本発明によれば、カソードに磁性体バッキングプレー
トを使用することにより、ターゲット裏面部の永久磁石
からの磁束を整形させ、ターゲットの材質、形状によら
ず、常に適正なカソード漏洩磁界かつ、常に同じ磁界分
布を得ることができる。
トを使用することにより、ターゲット裏面部の永久磁石
からの磁束を整形させ、ターゲットの材質、形状によら
ず、常に適正なカソード漏洩磁界かつ、常に同じ磁界分
布を得ることができる。
［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の一実施例の概要を示す断面図であ
る。図中、第４図と同一部分は同一参照番号を付して説
明を省略する。第１図において、14は鉄，ニッケル，パ
ーマロイなどの磁性体からなるバッキングプレート、15
はＯリング、16は真空ポンプ、17はRF電源、18はマッチ
ングボックスである。本発明においては、カソードであ
り、かつターゲット６を保持するバッキングプレート14
に磁性材料を用いている点が、第４図に示した従来例と
最も異なる点である。本実施例においては、永久磁石移
動用ノブ11を用いることにより、永久磁石をターゲット
と垂直方向に、真空を破らず移動可能である。これによ
り、永久磁石とターゲット間の距離を変化されることが
可能となる。ターゲット表面の漏洩磁界はターゲットの
裏面の磁界強度を変化させることにより、即ち、永久磁
石とターゲット間の距離を変化させることにより調節す
ることができる。具体的に説明すると、漏洩磁界が大き
い場合には、この距離を大きくすることにより、また、
漏洩磁界が小さい場合には、この距離を小さくすること
により所望の磁界強度を得ることができる。さらに、バ
ッキングプレートが磁性体であるため、磁界強度が変化
しても磁束がバッキングプレートにより整形されるため
磁界分布は常に一定となる。従来、磁界分布の変動は、
形成膜の膜厚分布の変動をもたらしていたが、磁界分布
を一定とすることで、再現性に優れた形成膜厚分布が得
られることが明らかとなった。従って、本カソード構成
を用いると、ターゲットの材質を変え、磁気遮蔽効果が
変化した場合でも、所定の漏洩磁界強度、一定の磁界分
布を得ることが容易に可能であり、ターゲットを長期使
用しターゲット厚が減少した場合にも、ターゲットと永
久磁石の距離を調節することにより所望の漏洩磁界強度
を得ることができる。
る。図中、第４図と同一部分は同一参照番号を付して説
明を省略する。第１図において、14は鉄，ニッケル，パ
ーマロイなどの磁性体からなるバッキングプレート、15
はＯリング、16は真空ポンプ、17はRF電源、18はマッチ
ングボックスである。本発明においては、カソードであ
り、かつターゲット６を保持するバッキングプレート14
に磁性材料を用いている点が、第４図に示した従来例と
最も異なる点である。本実施例においては、永久磁石移
動用ノブ11を用いることにより、永久磁石をターゲット
と垂直方向に、真空を破らず移動可能である。これによ
り、永久磁石とターゲット間の距離を変化されることが
可能となる。ターゲット表面の漏洩磁界はターゲットの
裏面の磁界強度を変化させることにより、即ち、永久磁
石とターゲット間の距離を変化させることにより調節す
ることができる。具体的に説明すると、漏洩磁界が大き
い場合には、この距離を大きくすることにより、また、
漏洩磁界が小さい場合には、この距離を小さくすること
により所望の磁界強度を得ることができる。さらに、バ
ッキングプレートが磁性体であるため、磁界強度が変化
しても磁束がバッキングプレートにより整形されるため
磁界分布は常に一定となる。従来、磁界分布の変動は、
形成膜の膜厚分布の変動をもたらしていたが、磁界分布
を一定とすることで、再現性に優れた形成膜厚分布が得
られることが明らかとなった。従って、本カソード構成
を用いると、ターゲットの材質を変え、磁気遮蔽効果が
変化した場合でも、所定の漏洩磁界強度、一定の磁界分
布を得ることが容易に可能であり、ターゲットを長期使
用しターゲット厚が減少した場合にも、ターゲットと永
久磁石の距離を調節することにより所望の漏洩磁界強度
を得ることができる。
第２図は本発明による磁性体バッキングプレートを用
いたカソードにおける非磁性のチタンターゲットと永久
磁石間の距離をパラメータとした場合の漏洩磁界分布を
示したものである。第５図に示したように、従来のカソ
ードでは、永久磁石との距離が大きくなるに連れて、磁
界分布は広がる。これに対して、磁性体バッキングプレ
ートを用いたカソードでは、永久磁石とチタンターゲッ
トの距離を変化させても一定の磁界分布を示すことがわ
かる。
いたカソードにおける非磁性のチタンターゲットと永久
磁石間の距離をパラメータとした場合の漏洩磁界分布を
示したものである。第５図に示したように、従来のカソ
ードでは、永久磁石との距離が大きくなるに連れて、磁
界分布は広がる。これに対して、磁性体バッキングプレ
ートを用いたカソードでは、永久磁石とチタンターゲッ
トの距離を変化させても一定の磁界分布を示すことがわ
かる。
第３図は磁性体バッキングプレートを用いたカソード
における非磁性のチタンターゲットと永久磁石間の距離
をパラメータとした場合の形成膜厚分布を示したもので
ある。従来のカソードでは、第６図に示したように永久
磁石との距離が大きくなるに連れて、膜厚分布は中心が
厚くなる。これに対して、磁性体バッキングプレートを
用いたカソードでは、永久磁石とチタンターゲットの距
離を変化させても一定の膜厚分布を示すことがわかる。
における非磁性のチタンターゲットと永久磁石間の距離
をパラメータとした場合の形成膜厚分布を示したもので
ある。従来のカソードでは、第６図に示したように永久
磁石との距離が大きくなるに連れて、膜厚分布は中心が
厚くなる。これに対して、磁性体バッキングプレートを
用いたカソードでは、永久磁石とチタンターゲットの距
離を変化させても一定の膜厚分布を示すことがわかる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によるマグネトロンカソ
ードでは、ターゲットの材質を変え、磁気遮蔽効果が変
化した場合でも、所望の漏洩磁界強度と一定の磁界分布
を得ることが容易に可能である。また、ターゲットを長
期使用しターゲット厚が減少した場合にも、ターゲット
と永久磁石の距離を調節することにより所望の漏洩磁界
強度を得ることができ、磁界強度の如何に依らず一定の
磁界分布および形成膜厚分布が得られる。
ードでは、ターゲットの材質を変え、磁気遮蔽効果が変
化した場合でも、所望の漏洩磁界強度と一定の磁界分布
を得ることが容易に可能である。また、ターゲットを長
期使用しターゲット厚が減少した場合にも、ターゲット
と永久磁石の距離を調節することにより所望の漏洩磁界
強度を得ることができ、磁界強度の如何に依らず一定の
磁界分布および形成膜厚分布が得られる。
第１図は本発明実施例の概要を示す断面図、 第２図および第３図は、それぞれ、本発明による磁性体
バッキングプレートを用いたカソードにおいて非磁性タ
ーゲットと永久磁石間の距離をパラメータとした場合の
漏洩磁界分布図および形成膜厚分布図、 第４図は従来のカソードを用いたマグネトロンスパッタ
装置の概要図、 第５図および第６図は、それぞれ、従来のカソードにお
いて非磁性ターゲットと永久磁石間の距離をパラメータ
とした場合の漏洩磁界分布図および形成膜厚分布図であ
る。 １……真空槽、 ３……基板、 ５……非磁性バッキングプレート、 ６……ターゲット、 10……永久磁石、 14……磁性体バッキングプレート。
バッキングプレートを用いたカソードにおいて非磁性タ
ーゲットと永久磁石間の距離をパラメータとした場合の
漏洩磁界分布図および形成膜厚分布図、 第４図は従来のカソードを用いたマグネトロンスパッタ
装置の概要図、 第５図および第６図は、それぞれ、従来のカソードにお
いて非磁性ターゲットと永久磁石間の距離をパラメータ
とした場合の漏洩磁界分布図および形成膜厚分布図であ
る。 １……真空槽、 ３……基板、 ５……非磁性バッキングプレート、 ６……ターゲット、 10……永久磁石、 14……磁性体バッキングプレート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/35
Claims (1)
- 【請求項１】ターゲット裏面部に永久磁石を設け、該永
久磁石を、真空を破らずに前記ターゲットに対して垂直
方向に移動させるための機構を具えたマグネトロンスパ
ッタリング装置のカソードにおいて、該カソードが磁性
材料で構成されかつ前記ターゲットのバッキングプレー
トを兼ねていることを特徴とするマグネトロンスパッタ
リング用カソード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11219989A JP2769572B2 (ja) | 1989-05-02 | 1989-05-02 | マグネトロンスパッタリング用カソード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11219989A JP2769572B2 (ja) | 1989-05-02 | 1989-05-02 | マグネトロンスパッタリング用カソード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02294476A JPH02294476A (ja) | 1990-12-05 |
| JP2769572B2 true JP2769572B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=14580742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11219989A Expired - Lifetime JP2769572B2 (ja) | 1989-05-02 | 1989-05-02 | マグネトロンスパッタリング用カソード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2769572B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9299544B2 (en) | 2010-12-28 | 2016-03-29 | Canon Anelva Corporation | Sputtering apparatus |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0765162B2 (ja) * | 1991-05-02 | 1995-07-12 | 中外炉工業株式会社 | Ｐｖｄ装置 |
| CN101031989B (zh) * | 2004-09-28 | 2010-05-05 | Oc欧瑞康巴尔斯公司 | 用于制造磁控管涂覆的衬底的方法以及磁控管溅射源 |
| WO2010038593A1 (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | キヤノンアネルバ株式会社 | ハードバイアス積層体の成膜装置および成膜方法、並びに磁気センサ積層体の製造装置および製造方法 |
-
1989
- 1989-05-02 JP JP11219989A patent/JP2769572B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9299544B2 (en) | 2010-12-28 | 2016-03-29 | Canon Anelva Corporation | Sputtering apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02294476A (ja) | 1990-12-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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