JPH01119666A - マグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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スパッタリング装置に関し、特に
従来のカソードよりも、磁石の設計が容易であり、かつ
、ターゲットの組成、形状によらず、常に、適切なカソ
ード漏洩磁界が得られるカソードを具えたマグネトロン
スパッタリング装置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。マグネトロ
ンスパッタリングは第９図に示すようなカソードを用い
る。すなわち、ターゲット２１の下部に磁石２２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。図において２３はヨークである。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す
るため、電子の平均自由行程が増加し、電離確率の増加
が促進される。このため、ターゲット２１の近傍のプラ
ズマ密度が増加し、ターゲッＳ′トに衝突・するイオン
数が増加するため、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、基板の温度上昇が少なくなることもマグネト
ロンスパッタリングの特徴である。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、強磁性体の薄膜を作成する場合には、従
来の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問題点Ｊ マグネトロンスパッタリングにおいて、高堆積速度を実
現するためには、ターゲット表面における磁界強度は２
００−５０００ｅ程度が適当であると言われている（ス
パッタリング現象、全原著、東京大学出版会、１９８５
、ｐ１６１）　、非磁性のターゲットを用いる場合には
、磁石の設計はターゲットの特性を考慮する必要がない
ため、設計は容易である。

しかし、ターゲットに強磁性体を用いる場合、磁束の遮
蔽効果があるため、ターゲットの形状、磁気特性により
ターゲット表面に漏洩する磁界の強度は著しく変化する
。この遮蔽効果は強磁性体の磁化特性が非線形であるた
め、解析が著しく困難であり、強磁性体をターゲットと
して用いる場合には、磁石の設計は従来経験的に行われ
るのが現状であった。また、スパッタ時にはターゲット
の表面にイオンが衝突しターゲットの表面温度は増加す
るが、この表面温度の上昇を測定することは困難であり
、ターゲットの表面温度、すなわち、スパッタ時のター
ゲットの飽和磁化を正確に見積ることができないことも
、磁石の設計を困難にしている。このように、従来の強
磁性体用のマグネトロンスパッタリング装置ではカソー
ドの設計には著し°い困難を伴っていた。

さらに、従来のマグネトロンカソード用の磁石には固定
磁石が用いられていたため、強磁性体ターゲットを用い
る場合、以下に述べる重大な欠点が存在していた。

１（１）ターゲットの組成が変化した場合には、ターゲ
ットの飽和磁化は変化する。磁束の遮蔽効果は飽和磁化
に強く依存するため、固定磁石を用いるとターゲットの
組成が変化した場合、適切な漏洩磁界を得ることはでき
ない。すなわち、固定磁石では使用できるターゲットの
組成は限定されることになる。また、同じ組成のターゲ
ラｉ−でも、ターゲットの厚さにより漏洩磁界は著しく
変化するため、固定磁石を用いた場合、使用できるター
ゲット形状も限定されていた。

（２）　スパッタリングを続けていくと、漏洩磁界の面
内成分が強い部分でターゲットの表面は削られ、その部
分のターゲット厚さが減少するようになる。ターゲット
厚さが減少すると漏洩磁界は増大し、適切な磁界強度よ
りも大きくなる。

すなわち、従来の固定磁石を用いる方法では、長期間適
切な漏洩磁界を得ることが困難である。

現在、磁気記録用のディスク媒体および薄膜ヘッドの作
成には高速形成が可能なマグネトロンスパッタリング装
置が多く用いられている。しかし、従来のマグネトロン
スパッタリング装置では固定磁石が用いられていたため
、高速形成条件下での組成制御および磁性膜の長期安定
形成には上記の問題点が存在していた。

本発明の目的は、ターゲットの組成およびターゲットの
厚さが変化した場合でも、常に望ましい漏洩磁界が得ら
れ、かつ、磁石の設計が容易なカソードを具えたマグネ
トロンスパッタリング装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段〕 このような目的を達成するために、本発明はターゲット
に磁束を漏洩させながらスパッタリングを行うマグネト
ロンスパッタリング装置において、ターゲットを支持し
、かつターゲットに電界を導くためのターゲット支持具
と、ターゲット支持具から分離し、かつターゲットの面
と垂直な方向に移動可能な磁石とを具えたことを特徴と
する。

［作　用］ 本発明者らは、前記のような従来のマグネトロンスバッ
タリングカソードの有する問題点を解決すべく、鋭意研
究した結果、永久磁石とターゲットとを分離し、永久磁
石をターゲット垂直方向に移動可能とすることにより上
記の問題点を解決できることを見いだした。

本発明によれば、永久磁石と強磁性ターゲット間の距離
を変化させ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、すなわち、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。従って、零カソード構成を用いると、強磁
性ターゲットの組成を調整し、磁気遮蔽効果が変化した
場合でも、所望の漏洩磁界強度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る
。

さらに、本カソード構成では、強磁性体ターゲットをバ
ッキングプレートに設置してから磁界強度調節すること
ができるため、前もって詳細に永久磁石の設計をする必
要がないため、カソードの設計が著しく容易になる利点
も有している。また、通常、マグネトロンカソードでは
、ターゲットの冷却を行うため、永久磁石は冷却水に接
触する方式がとられている。しかし、バッキングプレー
ト内部に冷却系を埋め込む方式をとれば、永久磁石を挿
入する空間は大気に落とすことができるため、磁石の移
動が容易となり、さらに、永久磁石は冷却水により酸化
し劣化することがなくなる。

このため、この方式を用いれば、永久磁石の経時変化を
抑制し、磁石位置を変更することにより、容易に所望の
漏洩磁界を得ることもできる。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明を説明する。

火五±ユ 第１図に本発明によるマグネトロンスパッタリング装置
の一実施例の概要を示す。

ターゲット１を固定し、マグネトロンスパッタリングに
おけるカソードとなるバッキングプレート２は有底円筒
形をなし、真空槽の一部をなしている。バッキングプレ
ート２は銅などの導電体からなり、真空槽３とは絶縁体
４によって絶縁されている。ターゲット１に磁束を漏洩
させるための永久磁石５はバッキングプレート２から完
全に分離され、ヨーク６を介して永久磁石移動用ノブ７
と連結されている。移動用ノブ７はノブガイド７八に支
持され、かつねじ機構または摺動機構などによって、タ
ーゲツト面の垂直方向（図の上下方向）に移動可能であ
る。第１図において、８は真空ポンプ、９はガス導入口
である。バッキングプレート２には、ＲＦ電源１０から
マツチングボックス１１を介して高周波電界が印加され
る。本実施例においては、バッキングプレート２はター
ゲット１およびバッキングプレート２自身の水冷用の水
槽ともなっており、１２および１３はそれぞれ冷却水の
人口および出口、１４は０リングである。また１５は磁
力線、１６は基板を示す。

第１図に示したスパッタリング装置において、永久磁石
として第２図に示すような、外径１１０ｍ＋ｎ。

内径２０ｍｍ、および外径２３０ｍｍ　、内径１７０ｍ
ｍ　、高さそれぞれ４０ｍｍの２個の円環状希土類磁石
５Ａ、５Ｂを用い、ターゲットと磁石間の距離を変化さ
せてターゲット表面の漏洩磁界を測定した。ターゲット
には直径２５．４ｍｍ、厚さ５ｍｍからなるＣｒ２＋、
　ｓＣｏ合金を用いた。

第３図および第４図にターゲットと永久磁石間の距離が
１５．３５ｍｍの場合の漏洩磁界分布を示す。

両図において、黒丸はターゲツト面内方向の磁界強度を
示し、白丸は垂直方向の磁界強度を示す。

ターゲットと永久磁石間の距離が変化しても分布はほと
んど変化せず強度のみが変化していることが分かる。

第５図に磁石位置を変化させた場合の面内方向の最大磁
界強度を示す。磁石位置を増大させると磁界強度は単調
に減少し、磁石位置が１５−３５ｍｍの間でマグネトロ
ンカソードとして適切な５００−２０００ｅの磁界強度
が得られる。

上の例と同じ固定磁石を用い、ターゲットにはＦｅＮｉ
、６合金からなる、直径２５．４ｍｍ、厚さ５ｍｍのタ
ーゲットを用いた。第６図に磁石位置を変化させた場合
の面内方向の最大磁界を示す。この場合もターゲット−
磁石間の距離を増大させると磁界強度が低減することが
分かる。ＦｅＮｉはＣｏＣｒに比べ飽和磁化が高いので
、磁束の遮蔽効果が強く、ＣｏＣｒターゲットの場合に
比べ漏洩磁界の低減が著しい。しかし、この場合でも、
同じ磁石を用いていても、磁石位置が７−１５ｍｍの間
で、適切な磁界強度５００−２０００ｅが得られる。

火胤孤ユ 第７図に本発明によるマグネトロンスパッタリング装置
の他の実施例の概要を示す０本例と第１図の実施例との
最大の差は、バッキングプレート２Ａが水の通路２Ｂを
有する水冷構造をなし、永久磁石５が水中にではなく、
大気中に位置している点である。第７図においては真空
槽の給・排気系およびバッキングプレートに対する電界
の印加系統は図示を省略しである。本例においても、永
久磁石５は、永久磁石移動用ノブ７によってターゲット
１の垂直方向、すなわち図の上下方向に移動可能である
。この構成では、固定磁石を設置する空間は、冷却水を
導入する必要がなく、さらに真空に排気する必要もない
。永久磁石には実施例１と同じ磁石を用いた。ターゲッ
トには直径２５．４ｍｍ。

厚さ５ＩＩＩＩＩｌの５ｉ（ｈを用いた。

第８図にこの場合の漏洩磁界分布を示す。この場合でも
、ターゲットと永久磁石間の距離が３０−４０ｍｍの間
で適切な漏洩磁界が得られる。

なお、永久磁石を真空槽内において移動可能にすること
も可能であるが、第１図または第２図に示した構造、す
なわち、永久磁石を真空槽外に位置せしめる方が操作性
においてすぐれている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、永久磁石とター
ゲットとが分離され、永久磁石とターゲットとの距離を
変えることができるので、強磁性ターゲットの組成を調
整し、磁気遮蔽効果が変化した場合でも、所望の漏洩磁
界強度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る。さらに、零カソード構
成では、強磁性体ターゲットをバッキングプレートに設
置してから磁界強度調節することができるため、前もっ
て詳細に永久磁石の設計を行う必要がないため、カソー
ドの設計が著しく容易になる利点も有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の概要を示す断面図、第２図は
本発明実施例における永久磁石の一例を示す断面図、 第３図および第４図はそれぞれ漏洩磁界分布を示す図、 第５図、第６図および第８図はそれぞれターゲット−永
久磁石間の距離と面内方向最大磁界との関係を示す図、 第７図は本発明の他の実施例の概要を示す断面図、 第９図は従来のマグネトロンカソードの概要を示す斜視
図である。 １・・・ターゲット、 ２・・・バッキングプレート、 ３・・・真空槽、 ４・・・絶縁体、 ５．５Ａ、５Ｂ・・・永久磁石、 ６・・・ヨーク、 ７・・・永久磁石移動用ノブ、 ８・・・真空ポンプ、 ９・・・ガス導入口、 ｌＯ・・・ＲＦ電源、 １１・・・マツチングボックス、 １２・・・給水口、 １３・・・排水口、 １７・・・基板、 ｚｌ・・・ターゲット、 ２２・・・永久磁石、 ２３・・・ヨーク。 ネ亮明／１大太乞イ列〃１元拳を示すぜ牟圀区第１図 貸し又Ｊγ友λテの一イ列　θリプ［面　図第２図 ターグリドア心力゛う０ｆと島ｆｉ（ｃｍ）ターケ゛ッ
トヒ水久万途万開力蛋巨離が３Ｏ□□ｆ）場合／′）璃
洩碓暑伊布を示す図 第４図 ターリーットと水久石改矛閤のア巨離　　（ｍｍ）ター
リーットー水久万改万ゴ■のｙ巨壱俊と菌内ガ句景大猟
署との関係を示す図 第５図 ターケ゛シトと水久万該ＥＪｒＪ１のｙ巨紗（ｍｍ）夕
一り−ブトー敷久磁万開θｙ巨離と面ロ勺オ角景大處矛
ヒの閾イネを示す図 第６図 ＃発明ｆ）×方乞例θ灰譚を系す勅Ｉ図第７図 クーアットと１（久肩１石闇のア巨ｌ！ｉ依　　（ｍｍ
）従来０マグキトロンカソードの祁元レト図第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ターゲットに磁束を漏洩させながらスパッタリングを行
   うマグネトロンスパッタリング装置において、 前記ターゲットを支持し、かつ該ターゲットに電界を導
   くためのターゲット支持具と、 該ターゲット支持具から分離し、かつ前記ターゲットの
   面と垂直な方向に移動可能な磁石とを具えたことを特徴
   とするマグネトロンスパッタリング装置。