JPH02107765A - 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） この発明は、ターゲットのエロージョンの偏りを改善し
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） 従来のマグネトロンスパッタリング装置は第４図に示さ
れている。同図において、真空槽ｌ内には、１板２を取
付けたアノード電極３と、カソード電極と兼用になった
磁性体よりなるターゲット４とが一定の間隔をおいて平
行に配設されている。

ターゲット４の裏面には、ヨーク５とコイル６とからな
る電磁石７が設けられている。電磁石７のヨーク５は、
底部ヨーク５ａと、この底部ヨーク５ａの中央部より上
方に突き出た中央ヨーク５ｂと、底部ヨーク５ａの周縁
より上方に突き出し、中央ヨーク５ｂを所定の間隔をお
いて囲む周縁ヨーク５ｃとで一体的に形成されている。

そして、ヨーク５の中央ヨーク５ｂはターゲット４の裏
面中央部に位置し、また、周縁ヨーク５ｃはターゲット
４の裏面周縁部に位置している。コイル６は、中央ヨー
ク５ｂの外周に設けられた中央コイル６ａと、周縁ヨー
ク５ｃの外周に設けられた周縁コイル６ｂとで構成され
ている。第５図は電磁石７の斜視図を示しており、この
図からもわかるように、ヨーク５の中央ヨーク５ｂは、
中央部が長手方向に真っ直ぐ伸びた長手部５ｂ１と、こ
の長手部５　ｂ　＋の長手方向の両側より半円柱状に突
き出した半円柱部５ｂｔ　とで一体的に形成されている
。

また、ヨーク５の周縁ヨーク５ｃは、中央ヨーク５ｂの
長手部５ｂ＋を挟んで、これと平行に長手方向に真っ直
ぐ伸びた２つの長手周縁部５ｃ＋と、中央ヨーク５ｂの
半円柱部５　ｂ　２の半径ｒ６の中心軸を内径Ｒの内面
の中心軸とした半円筒形を２つの長手周縁部５ｃ＋の両
端間に存在せしめた半円筒部５ｃｔとで一体的に形成さ
れ、中央ヨーク５ｂを所定の間隔をおいて囲んでいる。

したがって、コイル６の中央コイル６ａと、周縁コイル
６ｂとを励磁させると、ヨーク５の中央ヨーク５ｂと周
縁ヨーク５ｃとはそれぞれ磁極となり、中央ヨーク５ｂ
と周縁ヨーク５ｃとの間で磁界が形成される。そのため
、ヨーク５の中央ヨーク５ｂの上端より出た磁束の多く
は、磁性体よりなるターゲット４内を、その中央部より
周縁部に向って流れ、そして、ヨーク５の周縁ヨーク５
Ｃ内に入るが、磁束の一部はターゲット４の中央部より
漏洩し、ターゲット４の中央部と周縁部との間における
表面近傍の空間で湾曲した磁力線よりなる漏洩磁界を形
成しながら、ターゲット４の周縁部に入り、そして、ヨ
ーク５の周縁ヨーク５Ｃ内に入る。ヨーク５の周縁ヨー
ク５ｃ内に入った磁束は、その後、周縁ヨーク５ｃと底
部ヨーク５ａとを通って中央ヨーク５ｂに至る。そして
、磁束は再び上記のような流れを繰り返す。

このような装置において、真空槽１内を排気通路８より
真空排気した後、真空槽１内にΔｒガス等のスパッタリ
ングガスをガス導入通路９より導入して、真空槽ｌ内の
圧力を１Ｏ−２Ｔｏｒｒにし、そして、アノード電極３
の電圧をｏＶ、カソード電極と兼用になった磁性体より
なるターゲット４の電圧を一７００■にすると、アノー
ド電極３とターゲット４との間の電界により、ターゲッ
ト４より電子が放出され、その電子とスパッタリングガ
スとが衝突し、スパッタリングガスが励起又は電離して
、プラズマが発生するようになるが、電子は、アノード
重陽３とターゲット４との間の電界と、ターゲット４の
表面近傍の空間で形成された漏洩磁界との作用により、
ターゲット４の表面近傍の空間をサイクロイド又はトロ
コイド軌跡を描きながら運動するため、漏洩磁界の形成
されたターゲット４の表面近傍の空間でのプラズマの密
度が高くなる。密度の高（なったプラズマ中のイオンは
、その後、ターゲット４をスパッタリングし、二〇−ジ
ョンするようになる。

ターゲット４のエロージョン領域ｌＯは第６図にハツチ
ングで示すように、ヨーク５の中央ヨーク５ｂと周縁ヨ
ーク５ｃとの間におけるターゲット４の表面で生じ、真
っ直ぐな直線部１０ａと、半円形をした半円筒１０ｂと
を組み合せてできたトラック形状をしている。

なお、スパッタリングによりターゲット４から飛び出し
粒子はアノード電極３に取付けられた基板２に付着して
、基板２の表面に薄膜を形成するようになる。

（発明が解決しようとする課題） 従来のマグネトロンスパッタリング装置は、上記のよう
に中央ヨーク５ｂと周縁ヨーク５ｃとの間におけるター
ゲット４の表面近傍の空間に漏洩磁界を形成し、そこの
プラズマ密度を高めることによって、ターゲット４にト
ラック形状をしたエロージョン領域ｌＯを作っているが
、中央ヨーク５ｂの半円柱部５ｂｔと、周縁ヨーク５ｃ
の半円筒部５Ｃｔとの間におけるターゲット４の表面近
傍の空間に形成された漏洩磁界の磁束密度は、中央ヨー
ク５ｂの半円柱部５ｂ、より離れるにしたがって減少し
、この減少に伴ってプラズマの密度も中央ヨーク５ｂの
半円柱部５ｂｔより離れるにしたがって減少するため、
中央ヨーク５ｂの半円柱部５ｂ、と、周縁ヨーク５ｃの
半円筒部５Ｃ２との間におけるターゲット４の表面のエ
ロージョンは中央ヨーク５ｂの半円柱部５　ｂ　ｔより
で多く起こる。そのため、コイル６の周縁コイル６ｂに
流す電流を変化させて、プラズマをエロージョン領域１
０の全幅にわたって揺動させても、ターゲット４の中央
ヨーク５ｂの半円柱部５ｂｚよりで穴が早くあき、ター
ゲット４の利用効率を低下させる問題が発生した。

この発明は、上記のような従来の問題を解決して、ター
ゲットの表面のエロージョンを偏らせず、ターゲットの
利用効率を向上させることのできるマグネトロンスパッ
タリング装置を提供することを目的としている。

（課題を達成するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、上記のような
構成をしたマグネトロンスパッタリング装置において、
ターゲットのトラック形状のエロージョン領域の半円部
裏面における、第１の磁極に相当する中央ヨークと第２
の磁極に相当する周縁ヨークとの間に、中央ヨークから
周縁ヨークに至るにしたがって厚みの薄くなる補償磁性
板を設けたことを特徴としている。

なお、この発明では、中央ヨークは両側に半円柱部をも
ち、周縁ヨークは中央ヨークの半円柱部を囲む半円筒部
をもち、中央ヨークの半円柱部と周縁ヨークの半円筒部
との間のターゲットの裏面に補償磁性板を設け、中央ヨ
ークの半円柱部の半径の中心軸から距離ｒだけ離れた点
における、ターゲットの厚みに補償磁性板の厚みを加え
るた値が１　／　ｒに比例した値となることが好ましい
。

（作用） この発明においては、第１の磁極に相当する中央ヨーク
と第２の磁極に相当する周縁ヨークとの間に、中央ヨー
クから周縁ヨークに至るにしたがって厚みの薄くなる補
償磁性板を設けているので、ターゲットのトラック形状
をしたエロージョン領域において、偏ったエロージョン
が起こらなくなる。

（実施例） 以下、この発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

この発明の実施例の装置の全体は第４図に示される従来
の装置の全体と同様につき、この発明の実例の装置の全
体を示す図面は、第４図をもって援用し、また、この発
明の実施例の装置に用いられる電磁石も第５図に示され
る従来の電磁石と同様につき、この発明の実施例の装置
に用いられる電磁石の図面は第５図をもって援用する。

そのため、この発明の実施例の装置の全体及び電磁石に
ついては、説明を省略する。

しかしながら、この発明の実施例は、従来のものと異な
り、第１図及び第２図に示すようにカソード電極と兼用
になった磁性体よりなるターゲット４の裏面には、第１
の磁極に相当する中央ヨーク５ｂの半円柱部５ｂ、と第
２の磁極に相当する周縁ヨーク５Ｃの半円筒部５Ｃｔと
の間で、ターゲット４と同一の材料、又はこれと比透磁
率の近い磁性体よりなる補償磁性板１１がハンダ、接着
剤または充填材で貼着され、ヨーク５ｂの半円柱部５ｂ
ｘの半径ｒ、の中心軸より距離ｒだけ離れた点における
、ターゲット４の厚みと、補償磁性板１１の厚みとを加
えた値が１　／　ｒに比例した値となっている。

そこで、第３図を参照しながら、ターゲット４内のみで
の磁束密度の状況を考察すると、第３図において、ヨー
ク５ｂの半円柱部５ｂ、の半径ｒ０の中心軸からの距離
ｒ、での磁束密度をＢＩ、距離ｒ、での磁束密度をＢ２
としたとき、次式で示されるようになる。

ｆ６．Ｂ−＋　　”　ｒ　＋　　　ｄθ＝ｆｅ、Ｂ　ｔ
　　”　ｒ　ｔ　　　ｄθ−−＋１）、’、　Ｂ　ｏｃ
　ｌ／ｒ　　・　・　・　・　・　・　・　・　・（２
）次に、ターゲット４の裏面に補償磁性板１１を貼着し
たとき、第２図に示すようにヨーク５ｂの半円柱部５ｂ
ｔの半径ｒ０の中心軸より距離ｒだけ離れた点における
、ターゲット４の厚みと、補償磁性板１１の厚みとを加
えた値をｔとおけば、ｔはｔｃｘ−１／ｒであるから、
ターゲット４と補償磁性板１１とにおける磁束密度は、
次式で示されるようになる。

ｆ、Ｂ−ｒ−ｔ−ｄθ＝几、Ｂ−ｒ−１／ｒ　　・ｄθ
＝Ｉ、、Ｂ−ｄθ・・・・・（３） ＝ｃｏｎｓｔ　。

、’、Ｂ＝ｃｏｎｓｌ　、　　−・・・・・（４）この
（４）式は、ターゲット４と補償磁性板１１との双方を
通る磁束の密度は、半円柱部５ｂｘの半径ｒ。の中心軸
より距離ｒにかかわらず、一定であることを示している
。

したがって、中央ヨーク５ｂの半円柱部５ｂｔと周縁ヨ
ーク５Ｃの半円筒部５Ｃ２との間におけるターゲット４
の表面近傍の空間に形成されるΩ洩磁界の磁束密度の分
布は、ターゲット４と補償磁性板１１との双方における
磁束密度の分布と密接な関係があるため、従来と異なり
、中央ヨーク５ｂの半円柱部５ｂ２より離れるにしたが
って減少しなくなる。そのため、ターゲット４のトラッ
ク形状をしたエロージョン領域１０の半円筒ｌＯｂの中
心部において、エロージョンが生じるようになり、中央
ヨーク５ｂの半円柱部５ｂ、側に偏ってエロージョンが
起こらなくなる。

そのため、特に、コイル６の周縁コイル６ｂに流す電流
を変えて、プラズマをエロージョン領域ＩＯの全幅にわ
たって揺動させれば、ターゲット４の利用効率が向上す
る。

なお、上記実施例では電磁石７を用いているが、この電
磁石７の代りに、永久磁石を用いて、第１の磁極と第２
の磁極とを形成してもよい。また、第１の磁極と第２の
磁極とを、電磁石と永久磁石との組合せにしてもよい。

更に、中央ヨーク５ｂは円柱をし、周縁ヨーク５Ｃは円
筒をしたいてもよい。

（発明の効果） この発明は、上記のような構成をしているので、ターゲ
ットの表面のエロージョンが片寄らず、ターゲットの利
用効率が向上する効果を奏するようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の平面図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ線より切断した断面図、第３図はターゲット内で
の磁束密度の状況を説明する説明図である。第４図は従
来の装置の全体を示す説明図、第５図は従来の装置に用
いられる電磁石の斜視図、第６図はターゲットの表面に
おけるトラック形状をしたエロージョン領域を示す平面
図である。 図中、 ■・・・・・真空槽 ４・・・・・ターゲット ５・・・・・ヨーク ５ａ・・・・・底部ヨーク ５ｂ・・・・・中央ヨーク ５ｂ＋　　・　・　・ ５ｂｔ　　・　・　・ ５ｃ・　・　・　・ ５ｃ　　・　・　・ ５Ｃ２・　・　・ ６　・　・　・　・ ７　・　・　・　− １０・　・　・　・ １０ａ　　・　・　・ １０ｂ　　・　・　・ １１・　・　・　・ ・長手部 ・半円柱部 ・周縁ヨーク ・長手周縁部 ・半円筒部 ・コイル ・電磁石 ・エロージョン領域 ・直線部 ・半円筒 ・補償磁性板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空槽内に配設したターゲットの裏面中央部に第１
   の磁極を設けると共に、ターゲットの裏面周縁部にも、
   所定の間隔をおいて第１の磁極を囲む第２の磁極を設け
   、第１の磁極と第２の磁極との間で生じる磁束の一部を
   ターゲットの表面近傍の空間に漏洩させ、その漏洩した
   磁束によってターゲットの表面近傍の空間のプラズマの
   密度を高め、密度の高くなったプラズマ中のイオンで、
   第１の磁極と第２の磁極との間にあるターゲットをスパ
   ッタリングし、そこにトラック形状のエロージョン領域
   を形成するマグネトロンスパッタリング装置において、
   上記ターゲットのトラック形状のエロージョン領域の半
   円部裏面における上記第１の磁極と上記第２の磁極との
   間に、上記第１の磁極から上記第２の磁極に至るにした
   がって厚みの薄くなる補償磁性板を設けたことを特徴と
   したマグネトロンスパッタリング装置。 ２、上記第１の磁極は両側に半円柱部をもち、上記第２
   の磁極は上記第１の磁極の半円柱部を囲む半円筒部をも
   ち、上記第１の磁極の半円柱部と、上記第２の磁極の半
   円筒部との間の上記ターゲットの裏面に補償磁性板を設
   け、上記第１の磁極の半円柱部の半径の中心軸から距離
   ｒだけ離れた点における、上記ターゲットの厚みに上記
   補償磁性板の厚みを加えるた値が１／ｒに比例した値と
   なることを特徴とする請求項１記載のマグネトロンスパ
   ッタリング装置。