JPH02205673A - マグネトロンカソード構造 - 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〕 本発明は基板表面にターゲット原子を付着させ薄膜を形
成するスパッタリングに用いられるマグネトロンカソー
ド構造に関するものである。

〔発明の背景〕

スパッタリングとは所定の基板表面に所定の材料の薄膜
を形成させる方法の一つであり、アルゴンガスのような
不活性ガス雰囲気下に基板とターゲットと呼ばれる薄膜
材料とを対向させ、該基板を陽極とし該ターゲットを陰
極として高電圧を印加することにより電気力線の向きが
該ターゲットの表面（スパッタ面）に対して垂直である
電界を形成し、このような電界空間内では不活性ガス〃
ｘ子の一部が不活性ガス陽イオンと電子に電離し、この
電子が加速させられて、さらに該不活性ガス原子と衝突
してプラズマが形成され、該プラズマ中の陽イオンが陰
極であるターゲットのスパッタ面に衝突して、該ターゲ
ットを構成する原子がエネルギーを受けてスパッタ面か
ら突出し、陽極である基板表面に付着して薄膜を形成す
るのである。

マグネトロンスパッタリングと云うのは該ターゲットの
裏面にヨークに支持された磁石からなるマグネトロンを
配置してスパッタリングを行なう方法であって、該磁石
によってターゲットのスパッタ面近傍に磁力線の向きが
上記電界の電気力線の向きに直交する漏れ磁界が形成さ
れる。このような直交電磁界空間内においてはマグネト
ロン放電によりプラズマは安定化されかつ高密度化され
てスパッタリング速度が高められるのである。

上記マグネトロンスパッタリングにあってはしたがって
ターゲットのスパッタ面近傍に形成される漏れ磁界の強
さを大とすること、その磁界分布を平坦にすること、ス
パッタリングの進行にともない放電条件が変化しないこ
とが望ましい。

〔従来の技術〕

従来は第５図に示すようにスパッタリング装置のマグネ
トロンカソードにおいては、ヨーク（２）上に中心磁石
（３）と周縁磁石（４）とを支持して、マグネトロンを
構成し、該磁石（３）　、　（４）上にバッキングプレ
ート（５）を介してターゲット（１）を乗架支持してい
た。

上記構成では磁束は周縁磁石（４）のＮ極から出て中心
磁石（３）のＳ極へ至るのであるが、磁束はは点線Ａに
示すようにターゲット（１）内を通るもの１点線Ｂに示
すようにターゲット（１）のスパッタ面から放電空間側
へ漏れるもの、点線Ｃに示すようにターゲット（１）へ
到達せずにその下部をバイパスするものとがある。この
ような点線Ｂに示す磁束が上記漏れ磁界を形成するので
ある。そして従来は上記スパッタリングに用いられる特
に強磁性体のターゲットとしてはＣｏ、Ｃｏ−Ｎｉ合金
。

Ｇｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｇｏ−Ｐｔ合
金、Ｆ　ｅ　−Ｎ　ｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金等が材料と
して用いられ、該ターゲットは上記材料を冷間または温
間で圧延、鍛造、押出等の塑性加工することによって製
造されている（例えば特開昭６３−２２７７７５号公報
）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのような従来の方法で製造された強磁性
体からなるターゲットにあってはターゲット内で結晶は
ほぼ等軸品的となり、その結果該ターゲットは板厚がう
すく、巨視的な形状異方性のために面方向に磁化容易性
を有するようになる。

このような面方向に磁化容易性を有するターゲットにお
いては面方向の磁気抵抗が小さくなり、ターゲット内を
通る磁束が多くなるのでターゲットのスパッタ面から外
部に漏れてくる磁束Ｂの量が相対的に少なく、充分強い
漏れ磁界をターゲットのスパッタ面近傍に形成すること
が出来ず、マグネトロン放電が効率的に起らなくなり、
マグネトロンスパッタリングの特徴である高速性が失わ
れてしまう。また該ターゲットに部分的に侵食領域が存
在していると該侵食領域では磁気抵抗が大きくなるから
漏れ磁界は該侵食領域の空間のみに集中的に発生し、侵
食領域のみが集中的に消耗されるからターゲットの利用
効率が低下し、かつターゲットの寿命が短くなってしま
う、またターゲットの侵食が進むと漏れ磁界分布や大き
さが大きく変動して放電条件がシフトするなどし、安定
なスパッタリングが出来にくくなる。またターゲットと
して非磁性体を用いた時は用いられる磁石によって磁界
分布が決められてしまうのでその分布に従って漏れ磁界
はターゲットの所定部分に集中することになり、この場
合もこの部分に集中的な消耗が起ることになり、ターゲ
ットの利用効率が低下しかつターゲットの寿命が短くな
ってしまう。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、
中心磁石と、該中心磁石を囲繞する周縁磁石とからなる
マグネトロン上にバッキングプレートを載置し、該バッ
キングプレート上にターゲットを乗架支持したマグネト
ロンカソードにおいて、該バッキングプレートおよび／
またはターゲット内に該マグネトロンからの磁界をガイ
ドする軟磁性ヨークを埋設し、該中心磁石上に配置され
るヨークはその上面外径が該中心磁石の外径よりも小さ
くされ、かつ／または該周縁磁石上に配置されるヨーク
は該中心磁石と該周縁磁石との極間距離を広げるように
されているマグネトロンカソード構造を提供するもので
ある。

本発明に用いられる磁石はバリウムフェライト。

アルニコ、鉄−クロム−コバルト、サマリウム−コバル
ト、ネオジミウム−鉄−ホウ素系等を材料とする永久磁
石、あるいは電磁石であり、ヨークとしては電磁ステン
レススチール（Ｆｓ−Ｃｒ）　。

電磁軟鉄（Ｆｅ−Ｃ）−純鉄、ニッケルー鉄等の軟磁性
でかつ飽和磁化の大きな材料を選する。また本発明に用
いられるターゲットの材料としてはＧｏ、Ｃｏ−Ｎｉ合
金、ＣｏＮｉ−Ｃｒ合金、　Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｃ
ｒ−Ｔａ合金等のＣｏ系合金、Ｆａ−Ｎｉ合金、Ｆａ−
Ｃｏ合金、Ｆａ−Ａ１合金、Ｆｅ−８Ｌ合金、　Ｆｅ−
Ｃ合金等のＦｅ系合金、Ｔｂ−Ｆｅ合金、Ｇｄ−Ｃｏ合
金、Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ合金、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ合金等の
希土類系合金等の強磁性体、あるいはＴ　ｉ、　Ｃｒ、
　Ｓ　ｉＯｘ等の非磁性体が用いられる。

〔作用〕

上記構成において、マグネトロンの磁石のＮ極から出る
磁力線はバッキングプレートおよび／またはターゲット
内に埋設されている軟磁性ヨークにより上方へ誘導され
るからターゲットへ到達せずにその下部をバイパスする
磁束Ｃの量が減少し相対的にターゲットのスパッタ面か
ら放電空間側へ漏れる磁束Ｂの量が増加する。またこの
ようにすれば磁石の磁極間距離が実質的に拡大すること
になり、漏れ磁界の強さが大きくなりかつ磁界分布が平
坦かつ均一化される。

〔発明の効果〕

したがって本発明においては強い漏れ磁界が形成される
からスパッタリングの高速性が保障され、また磁界分布
が平坦かつ均一化されるからターゲットの局部的消耗が
起らず、ターゲットの利用効率が向上しターゲットの寿
命が延長される。

〔実施例〕

実施例１ 第１図に実施例１のマグネトロンカソード構造を示す１
図において、ヨーク（２）上には円筒状の中心磁石（３
）と環状の周縁磁石とを支持してマグネトロンを構成し
、該磁石（３）　、　（４）上、にバッキングプレート
（５）上面に低融点ハンダで固定したターゲット（１）
を乗架支持するものであるが、該バッキングプレート（
５）の磁石（３）当接部には上方に径が縮小する円錐形
ヨーク（６）Ａを埋設し、磁石（４）当接部には内面が
上方に行くにつれて外側に傾斜している環状のヨーク（
７）Ａを埋設し、更にターゲット（１）にはバッキング
プレート（５）のヨーク（６）Ａに連続する円錐形ヨー
ク（６）Ｂを埋設し、ヨーク（７）Ａに連続し内面が上
方に行くにつれて外側に傾斜している環状のヨーク（７
）Ｂを埋設する。

上記構成において、ヨーク（２）は電磁ステンレススチ
ールを材料とし、磁石（３）　、　（４）はバリウム−
フェライトを材料とする永久磁石であり、バッキングプ
レート（５）は純銅であり、ターゲット（１）はクロム
であり、ヨーク（６）Ａ、　（６）Ｂ、　（７）Ａ、　
（７）Ｂは電磁ステンレススチール（Ｆｅ−１２Ｃｒ）
である。

そしてマグネトロン直径り、は１００ｍｍ、磁石（３）
と磁石（４）との距離（極間距離）Ｌ、（即ちヨーク（
６）Ａ下面周縁とヨーク（７）Ａ下面内縁との距Ｍ）は
２５■、ヨーク（６）Ｂ上面周縁とヨーク（７）Ｂ上面
内縁との距離Ｌ２は４１請、ターゲット（１）の厚さは
５■、バッキングプレート（５）の厚さは５閣、磁石（
３）の直径は３０ｍ＋、高さは３０ｍｍ、ｌｔ１石（４
）の厚さは１０ｍ＋、高さは３０Ｒ，ヨーク（２）の厚
さは８ｍとする。したがってヨーク（６）Ｂ上面周縁と
ヨーク（７）Ｂ上面内縁との距離Ｌ２はヨーク（６）Ａ
下面周縁とヨーク（７）Ａ下面内縁との距１１Ｌ、（即
ち極間距離）°よりも１６ａｍ遠ざかり、磁石（４）の
Ｎ極から出る磁力線は点線に示すようにヨークのないと
きに比し、よりワイドに広がり、かつ漏れ磁界も強くな
って磁石（３）のＳ極へと導かれる。

上記構成においてターゲット（１）表面から２１の高さ
の水平漏れ磁界Ｂｘ（にＧ）を測定した。その結果を第
２図に示す、第２図は横軸にマグネトロン中心からの距
離Ｒをとり、縦軸に水平漏れ磁界Ｂｘをとり１点線グラ
フはヨーク（６）Ａ、　（６）Ｂ、　（７）Ａ。

（７）Ｂを埋設しない従来のターゲットおよびバッキン
グプレートを用いた比較例、実線グラフは本実施例の場
合を示す。図によれば本実施例の場合は最大漏れ磁界が
０．３（ＫＧ）で比較例の最大漏れ磁界０．２７（にＧ
）よりも約１０％上昇し、良好なマグネトロン放電に必
要な水平磁界の目安として０．２（ＫＧ）を仮定とする
と、０．２（ＫＧ）以上の漏れ磁界を示すターゲットの
領域（即ちスパッタ侵食領域と相関のある領域）巾は比
較例では２２履、本実施例では３０ｍとなり比較例に比
して約４０％スパッタ侵食領域が拡大することになる。

そのためにターゲットの利用効率は従来のターゲットお
よびバッキングプレートを用いた比較例の場合の１４％
から本実施例の場合は２０％以上に向上した。

実施例２ 第３図に実施例２のマグネトロンカソード構造を示す。

本実施例の場合はターゲット（１）として厚さ６閣のＧ
ｏ−２ＯＮｉ合金を用い、磁石（３）、（４）としてＳ
　ｔｓ　−Ｃｏ永久磁石を用いた以外はバッキングプレ
ート（５）、ヨーク（２）の材料は実施例１と同様とし
、また装置の寸法形状も実施例１と同様とするが、バッ
キングプレート（５）に埋設されるヨーク（１６）Ａは
長径３０＋ｍの円筒状とし、ヨーク（１７）Ａは巾１０
ｍｍの環状とし、またターゲット（１）に埋設されるヨ
ーク（１６）Ｂは長径１４＋ｍの円筒状とし、ヨーク（
１７）Ｂは巾４ｍｍの環状とする。したがってヨーク（
１６）Ａとヨーク（１７）Ａとの距離即ち極間距離Ｌ１
は２５■であったものが、ヨーク（１６）Ｂとヨーク（
１７）Ｂとでは距離Ｌ２が３９＋ｍ＋と拡大し、ヨーク
（１６）Ｂとヨーク（１７）Ｂとは極間距離よりも１４
ｍ遠ざかり、磁石（４）のＮ極から出る磁力線は点線に
示すように放電空間に大きく広がって磁石（３）のＳ極
へと導かれる。

上記構成において実施例１と同様にターゲット（１）の
表面から２ＩＩｌｌの高さの水平漏れ磁界Ｂｘ（にＧ）
を測定した０図中点線グラフはバッキングプレートおよ
びターゲットにヨークを埋設しない場合。

実線グラフは本実施例を示す、その結果を第４図に示す
。本実施例の場合は最大水平漏れ磁界Ｂｘが０．３９（
ＫＧ）で比較例の最大漏れ磁界０．２７（ＫＧ）よりも
約４５％上昇し、実施例１と同様に目安として０．２（
ＫＧ）以上の漏れ磁界を示すターゲットのスパッタ侵食
領域内は比較例の２４ｍｍに対し本実施例では４２＋＋
ａとなり、比較例に比して７５％スパッタ侵食領域が拡
大することになる。そのためにターゲットの利用効率は
従来のターゲットおよびバッキングプレートを用いた比
較例の場合の９％から本実施例の場合は１３％以上に向
上した。

上記実施例は本発明を限定するものではなく、ヨークは
ターゲットあるいはバッキングプレートのみに埋設され
てもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の装置の説明図、第２図は実施例１の
マグネトロン中心からの距１１１Ｒと水平漏れ磁界Ｂｘ
との関係を示すグラフ、第３図は実施例２の装置の説明
図、第４図は実施例２のマグネトロン中心η１らの距Ｉ
Ｒと水平漏れ磁界Ｂｘとの関係を示すグラフ、第５図は
従来の装置の説明図である。 第１図 図中、（１）・・・ターゲット、（３）、（４）・・・
磁石、（５）・・・バッキングプレート、（６）Ａ、（
６）Ｂ。 （７）Ａ、　（７）Ｂ、　（１６）Ａ、　（１６）Ｂ、
　（１７）Ａ、　（１７）Ｂ・・・ヨーク 特許出願人　大同特殊鋼株式会社 代 理 人 字 佐 見 忠 男 閤・ Ｒ（ｍｍ） 第３０ 第４閉 Ｒ（ｍｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心磁石と、該中心磁石を囲繞する周縁磁石とからなる
   マグネトロン上にバッキングプレートを載置し、該バッ
   キングプレート上にターゲットを乗架支持したマグネト
   ロンカソードにおいて、該バッキングプレートおよび／
   またはターゲット内に該マグネトロンからの磁界をガイ
   ドする軟磁性ヨークを埋設し、該中心磁石上に配置され
   るヨークはその上面外径が該中心磁石の外径よりも小さ
   くされ、かつ／または該周縁磁石上に配置されるヨーク
   は該中心磁石と該周縁磁石との極間距離を広げるように
   されていることを特徴とするマグネトロンカソード構造