JPH0222468A - Magnetron sputtering device - Google Patents

Magnetron sputtering device

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Publication number
JPH0222468A
JPH0222468A JP17135688A JP17135688A JPH0222468A JP H0222468 A JPH0222468 A JP H0222468A JP 17135688 A JP17135688 A JP 17135688A JP 17135688 A JP17135688 A JP 17135688A JP H0222468 A JPH0222468 A JP H0222468A
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JP
Japan
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magnet
target
sputtering
superconducting material
magnetron sputtering
Prior art date
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Pending
Application number
JP17135688A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Kanda
英一 神田
Kunio Hata
畑 邦夫
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0222468A publication Critical patent/JPH0222468A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To enhance the collection density of plasma and to improve sputtering velocity by providing a superconducting material to the periphery excepting the upper surface of a double-structure magnet built-in to the inside of the supporting body of a target so that the magnet is covered therewith and inhibiting generation of magnetic lines of force. CONSTITUTION:A double-structure magnet 3 is built-in to the inside of the supporting body 4 of a target and the target 6 is fitted on the supporting body 4 via a nonmagnetic packing plate 5 and opposed to a base plate on which a thin film is formed. At this time, a superconducting material 21 is provided to the periphery excepting the upper surface of the magnet 3 so as to cover the magnet and a containing part 22 for containing a refrigerant 23 cooling the superconducting material 21 at its critical temp. or below is provided. In the case of performing sputtering in this constitution, the superconducting material 21 is cooled by the refrigerant 23 and made a superconducting state and completely made diamagnetism and thereby magnetic lines of force are inhibited from being generated from the periphery excepting the upper surface of the target 3. Thereby an arc-like magnetic field 10 is efficiently generated on the surface of the target 3 and the collection density of plasma is enhanced and the thin film is efficiently formed on the base plate at the large sputtering velocity.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 各種磁性膜や半導体集積回路素子等の製造に用いて好適
なマグネトロンスパッタリング装置に関し、 ターゲット支持部に内蔵されたマグネットの側面及び裏
面側より発生するスパッタリングに寄与しない磁力線を
簡便に防止して、該マグネットよりターゲット表面上に
円弧状の磁界を効率良く発生させることにより、スパッ
タ速度の向上をするることを目的とし、 二重構造のマグネット上にターゲットを配置すると共に
、該ターゲット上に薄膜を形成すべき基板を対向配置し
、これらを収容した真空容器内をスパッタガス雰囲気に
した状態で該基板上にターゲット物質を被着形成するマ
グネトロンスパッタリング装置において、前記マグネッ
トの表面以外の周囲に超電導材を覆うように設けて、該
マグネット表面以外の周囲からの磁力線の発生を阻止す
る構成とする。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a magnetron sputtering device suitable for use in manufacturing various magnetic films and semiconductor integrated circuit elements, etc., this invention relates to a magnetron sputtering device suitable for use in manufacturing various magnetic films, semiconductor integrated circuit elements, etc. The purpose of this method is to easily prevent non-contributing lines of magnetic force and efficiently generate an arc-shaped magnetic field on the target surface from the magnet, thereby increasing the sputtering speed. In a magnetron sputtering apparatus, a substrate on which a thin film is to be formed is placed facing the target, and a target material is deposited on the substrate in a state where a sputtering gas atmosphere is created in a vacuum chamber containing the substrates, A superconducting material is provided so as to cover the periphery of the magnet other than the surface thereof, so as to prevent the generation of magnetic lines of force from the periphery other than the surface of the magnet.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は各種磁性膜や半導体集積回路素子等の製造に好
適なマグネトロンスパッタリング装置に係り、特にター
ゲット支持構造に関するものである。
The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus suitable for manufacturing various magnetic films, semiconductor integrated circuit elements, etc., and particularly relates to a target support structure.

マグネトロンスパッタリング装置は、一般に用いられて
いるスパッタリング装置等に比べて成膜速度が高速であ
り、しかも金属薄膜は勿論のこと、酸化物、窒化物、或
いは硫化物等の各種化合物薄膜を容易に成膜できること
から、磁気記録媒体、薄膜磁気ヘッドや半導体素子等の
製造に広く用いられている。
Magnetron sputtering equipment has a faster film formation rate than commonly used sputtering equipment, and can easily form not only metal thin films but also various compound thin films such as oxides, nitrides, and sulfides. Because it can form a film, it is widely used in the manufacture of magnetic recording media, thin-film magnetic heads, semiconductor devices, etc.

このようなマグネトロンスパッタリング装置では、スパ
ッタリング時にターゲット上に磁界によってプラズマ状
ガスイオンを高密度に集束し、比較的低電圧でスパッタ
速度を高めるために、該ターゲットはマグネットが内蔵
された支持部上にバンキングプレート等を介して取り付
けられているが、マグネット表面以外の部分からスパッ
タに寄与しない磁力線が該マグネット表面等に廻り込み
スパッタ効率を低下させる傾向がある。このため、その
ような磁力線の廻り込みを阻止して、スパッタ効率を上
げることが要望されている。
In such magnetron sputtering equipment, in order to focus plasma gas ions on the target at high density using a magnetic field during sputtering and increase the sputtering speed at a relatively low voltage, the target is placed on a support part with a built-in magnet. Although the magnet is attached via a banking plate or the like, lines of magnetic force that do not contribute to sputtering from parts other than the magnet surface tend to wrap around the magnet surface and reduce sputtering efficiency. For this reason, it is desired to prevent such lines of magnetic force from going around and improve sputtering efficiency.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のマグネトロンスパッタリング装置は第3図に示す
ように、真空排気装置2が付設された真空容器1のベー
ス体la側に、例えばヨーク3Cによって磁気的に結合
された中心円柱状マグネット3aと円環状マグネット3
bとからなる二重構造のマグネット3が内蔵された水冷
式ターゲット支持体4が配置されている。
As shown in FIG. 3, a conventional magnetron sputtering apparatus has a central cylindrical magnet 3a and an annular magnet 3a magnetically coupled to each other by a yoke 3C, for example, on the base body la side of a vacuum chamber 1 to which a vacuum evacuation device 2 is attached. magnet 3
A water-cooled target support 4 having a built-in double-structured magnet 3 consisting of a magnet 3 and a magnet 3 is disposed.

またそのターゲット支持体4上には銅(Cu)などから
なる非磁性のバッキングプレー ト5に付設されたター
ゲット6が取り付けられ、該ターゲット6と対向して薄
膜を形成すべき基板8を支持した基板支持体7が同容器
1のカバ一体1b側に配置されている。
Further, a target 6 attached to a non-magnetic backing plate 5 made of copper (Cu) or the like was attached on the target support 4, and supported a substrate 8 on which a thin film was to be formed in opposition to the target 6. A substrate support 7 is arranged on the cover 1b side of the container 1.

そしてこのようなスパッタリング装置を用いて前記基板
支持体7上に支持された基板8表面に薄膜を形成させる
には、真空排気装置2により所定の真空度に排気された
真空容器1内にArガスなどのスパッタガスを例えば1
0数mTorr導入した後、ターゲット6と基板支持体
7間に電力供給部9より数kVの電圧を印加してプラズ
マ放電を発生させる。
In order to form a thin film on the surface of the substrate 8 supported on the substrate support 7 using such a sputtering device, Ar gas is introduced into the vacuum chamber 1 which is evacuated to a predetermined degree of vacuum by the vacuum evacuation device 2. For example, use a sputtering gas such as
After introducing several mTorr, a voltage of several kV is applied between the target 6 and the substrate support 7 from the power supply section 9 to generate plasma discharge.

この時に生じたプラズマ中の゛電子は前記マグネット3
によりターゲット6表面に発生する鎖線で示す円弧状の
磁界10によってサイクロイド運動をしながらスパッタ
ガス分子をイオン化する。
The electrons in the plasma generated at this time are transferred to the magnet 3.
The arc-shaped magnetic field 10 shown by the chain line generated on the surface of the target 6 ionizes the sputtering gas molecules while making a cycloidal motion.

このイオン化されたプラズマ状のスパッタガスイオンは
、更にターゲット6の表面に集束されるため、加速され
て前記ターゲット6面に衝突し、その表面よりターゲッ
ト物質をスパッタさせて対向する基板8上に大きな成膜
速度で薄膜を形成する。
These ionized plasma-like sputtering gas ions are further focused on the surface of the target 6, so they are accelerated and collide with the surface of the target 6, sputtering the target material from the surface and sputtering a large amount onto the opposing substrate 8. Forms a thin film at a deposition rate.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで上記したような従来のマグネトロンスパッタリ
ング装置におけるターゲット支持構造では、第4図に示
すように、二重構造のマグネット3によりターゲット6
の表面上に円弧状の磁界10を発生させているが、これ
とは別に該マグネット3の裏面側より表面側へスパッタ
リングに寄与しない磁力線11aが廻り込んだり、また
そのマグネット3を構成する中心円柱状マグネッ)3a
と円環状マグネット3bの相互の側面間にも前記スパッ
タリングに寄与しない磁力線11bが多く発生すること
からスパッタ効率を低下させるといった問題があった。
By the way, in the target support structure in the conventional magnetron sputtering apparatus as described above, as shown in FIG.
An arcuate magnetic field 10 is generated on the surface of the magnet 3, but in addition to this, lines of magnetic force 11a that do not contribute to sputtering extend from the back side of the magnet 3 to the front side, and the center circle forming the magnet 3 Columnar magnet) 3a
Since many lines of magnetic force 11b that do not contribute to the sputtering occur between the side surfaces of the annular magnet 3b and the annular magnet 3b, there is a problem that the sputtering efficiency is reduced.

本発明は上記した従来の実状に鑑み、ターゲット支持部
に内蔵されたマグネットの側面及び裏面側より発生する
スパッタリングに寄与しない磁力線を簡便に防止して、
該マグネットよりターゲット表面上に円弧状の磁界を効
率良く発生させることによってスパッタ速度の向上を図
った新規なマグネトロンスパッタリング装置を提供する
ことを目的とするものである。
In view of the above-mentioned conventional situation, the present invention simply prevents magnetic lines of force that do not contribute to sputtering generated from the side and back sides of the magnet built in the target support.
It is an object of the present invention to provide a novel magnetron sputtering apparatus that improves sputtering speed by efficiently generating an arcuate magnetic field on the target surface from the magnet.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は上記した目的を達成するため、二重構造のマグ
ネット上にターゲットを配置すると共に、該ターゲット
上に薄膜を形成すべき基板を対向配置し、これらを収容
した真空容器内をスパッタガス雰囲気にした状態で該基
板上にターゲット物質を被着形成する装置構成において
、前記マグネットの表面以外の周囲に超電導材を覆うよ
うに設けて、該マグネット表面以外の周囲からの磁力線
の発生を阻止する構成とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention arranges a target on a double-structured magnet, and also arranges a substrate on which a thin film is to be formed on the target, and creates a sputtering gas atmosphere in a vacuum container containing the targets. In an apparatus configuration in which a target material is deposited and formed on the substrate in a state where the magnet is in a state of composition.

〔作 用〕[For production]

本発明のマグネトロンスパッタリング装置におけるター
ゲット支持構造では、ターゲット支持体に内蔵された二
重構造のマグネットの表面以外の周囲、即ち、該マグネ
ットの側面及び裏面等に、例えばY−Ba−Cu−0等
からなる超電導材を覆うように設けた構成とし、スパッ
タリング時において該超電導材をその臨界温度以下に冷
却することにより、該超電導材はマイスナー効果によっ
て完全反磁性となり、前記マグネット表面以外の周囲か
らのスパッタリングに寄与しない磁力線の発生が阻止さ
れる。
In the target support structure in the magnetron sputtering apparatus of the present invention, for example, Y-Ba-Cu-0, etc. By cooling the superconducting material to a temperature below its critical temperature during sputtering, the superconducting material becomes completely diamagnetic due to the Meissner effect, and magnetism from the surroundings other than the surface of the magnet is removed. Generation of magnetic lines of force that do not contribute to sputtering is prevented.

従って、マグネット表面よりターゲット上に発生する磁
界が増加し、プラズマの集束密度が増大する。その結果
、スパッタ速度をより大きくすることができる。
Therefore, the magnetic field generated on the target is greater than that on the magnet surface, and the focused density of the plasma is increased. As a result, sputtering speed can be increased.

〔実施例] 以下図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明す
る。
[Examples] Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置
の一実施例を示す概略側断面図であり、第3図と同等部
分には同一符号を付している。
FIG. 1 is a schematic side sectional view showing an embodiment of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention, and parts equivalent to those in FIG. 3 are given the same reference numerals.

この図で示す実施例が第3図の例と異なる点は、ターゲ
ット支持体4に内蔵された二重構造のマグネット3の表
面以外の周囲の各面、即ち、該マグネット3を構成する
中心円柱状マグネット3aと円環状マグネット3bの各
側面及びこれら両マグネッ)3a、 3bを磁気的に結
合したヨーク3cの裏面に、例えばY−Ba−Cu−0
等からなる超電導材21を覆った状態に設けると共に、
該ターゲット支持体4内に該超電導材21をその臨界温
度以下に冷却する冷媒23を収容する冷媒収容部22を
設けた構成としたことである。
The difference between the embodiment shown in this figure and the example shown in FIG. For example, Y-Ba-Cu-0 is applied to each side surface of the columnar magnet 3a and the annular magnet 3b, and to the back surface of the yoke 3c that magnetically couples both magnets 3a and 3b.
The superconducting material 21 made of etc. is provided in a covered state, and
The target support 4 is provided with a refrigerant accommodating portion 22 for accommodating a refrigerant 23 for cooling the superconducting material 21 below its critical temperature.

このようなターゲット支持構造では、第2図の部分拡大
断面図に示すようにスパッタリングに際して、前記ター
ゲット支持体4内の冷媒収容部22に例えば液体窒素か
らなる冷媒23を注入して超電導材21をその臨界温度
以下に冷却する。
In such a target support structure, as shown in the partially enlarged sectional view of FIG. 2, during sputtering, a coolant 23 made of, for example, liquid nitrogen is injected into the coolant storage section 22 in the target support 4 to cool the superconducting material 21. Cool below its critical temperature.

この場合、水冷方式により従来冷却していたターゲット
6も共に冷却される。
In this case, the target 6, which was conventionally cooled by a water cooling method, is also cooled.

そして超電導材21としてY−Ba−Cu−0を用いた
場合には、その臨界温度は約90にであるので液体窒素
温度(77K)により十分に超電導状態となり、マイス
ナー効果による完全反磁性によって前記マグネット3表
面以外の周囲からのスパッタリングに寄与しない磁力線
の発生が阻止される。
When Y-Ba-Cu-0 is used as the superconducting material 21, its critical temperature is about 90°C, so it becomes sufficiently superconductive at liquid nitrogen temperature (77K), and due to the complete diamagnetic property due to the Meissner effect, Generation of lines of magnetic force that do not contribute to sputtering from the surroundings other than the surface of the magnet 3 is prevented.

従って、該マグネット3よりバッキングプレート5を通
してターゲット6表面上に円弧状の磁界10を効率良く
発生させることが可能となり、プラズマの集束密度が増
大するため、該ターゲット6と対向する基板8上に大き
なスパッタ速度で効率良く薄膜を形成することができる
Therefore, it becomes possible to efficiently generate an arcuate magnetic field 10 from the magnet 3 on the surface of the target 6 through the backing plate 5, and because the concentration density of plasma increases, a large Thin films can be efficiently formed at sputtering speeds.

なお、以上の実施例において二重構造のマグネット3の
側面の全てを超電導材21により覆って完全な閉回路に
すると、該マグネット3からは全く磁界が発生しなくな
るため、マグネット3の側面を覆った超電導材21の適
当な一部にスリットを設けて完全な閉回路とならないよ
うにする必要がある。
In the above embodiment, if all the side surfaces of the double-structured magnet 3 are covered with the superconducting material 21 to form a completely closed circuit, no magnetic field will be generated from the magnet 3. It is necessary to provide a slit in a suitable part of the superconducting material 21 to prevent a completely closed circuit.

また、二重構造のマグネット3の表面以外の周囲を超電
導材21により覆った場合、該マグネット3を構成する
中心円柱状マグネット3aと円環状マグネット3bとを
磁気的に結合したヨーク3cには、従来よりも多(の磁
束が流れるようになるので、磁気的な飽和が起こらない
ように該ヨーク3cの厚さを厚くする必要がある。
Furthermore, when the periphery of the double-structured magnet 3 other than the surface is covered with the superconducting material 21, the yoke 3c magnetically couples the central cylindrical magnet 3a and the annular magnet 3b that constitute the magnet 3. Since more magnetic flux flows than in the past, it is necessary to increase the thickness of the yoke 3c to prevent magnetic saturation.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明から明らかなように、本発明に係るマグネト
ロンスパッタリング装置によれば、マグネットよりター
ゲット表面上に円弧状の磁界を効率良く発生させること
できるので、スパッタリング中におけるプラズマの集束
密度が増大し、スパツタ速度が高められ、従来よりも高
速で成膜することが可能となる等、実用上優れた効果を
奏する。
As is clear from the above description, according to the magnetron sputtering apparatus according to the present invention, since an arc-shaped magnetic field can be efficiently generated on the target surface by the magnet, the concentration density of plasma during sputtering increases, It has excellent practical effects, such as increasing the sputtering speed and making it possible to form a film at a higher speed than before.

従って、この種のマグネトロンスパッタリング装置に適
用して極めて有利である。
Therefore, it is extremely advantageous to apply this type of magnetron sputtering apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置
の一実施例を示す概略側断面 図、 第2図は本発明のターゲット支持構造を示す部分拡大断
面図、 第3図は従来のマグネトロンスパッタリング装置を説明
するだめの概略側断面図、 第4図は従来のマグネトロンスパッタリング装置におけ
るターゲット支持構造の問題 点を説明するための部分拡大断面図で ある。 第1図〜第2図において、 1は真空容器、2は排気装置、3はマグ秘FJR/17
)’:41−o>zt(−t7q>74L−117!f
lkfftllJ’Utグiam第1図 移側−7−九礒玲涌芝堕Mす3剥潜友耐力図第2図 ネット、3aは中心円柱状マグネット、3bは円環状マ
グネット、3cはヨーク、4はターゲット支持体、5は
バッキングプレート、6はターゲット、7は基板支持体
、8は基板、10は磁界、21は超電導材、22は冷媒
収容部、23は冷媒をそれぞれ示す。 8cqmha>xlvtn>><let!trsmtr
nhtsttttra第3図 庭/17−鴨Lk斗清卦り輔イ醐73数晩す腫0第4図
FIG. 1 is a schematic side sectional view showing an embodiment of a magnetron sputtering device according to the present invention, FIG. 2 is a partially enlarged sectional view showing a target support structure of the present invention, and FIG. 3 illustrates a conventional magnetron sputtering device. A schematic side sectional view of the sputtering device. FIG. 4 is a partially enlarged sectional view for explaining the problems of the target support structure in a conventional magnetron sputtering apparatus. In Figures 1 and 2, 1 is a vacuum vessel, 2 is an exhaust system, and 3 is a mag-secret FJR/17.
)':41-o>zt(-t7q>74L-117!f
lkfftllJ'Utguiam Fig. 1 Transfer side - 7 - Kusou Reiwaku Shiba fall M 3 Peeling friend strength diagram Fig. 2 Net, 3a is a central cylindrical magnet, 3b is an annular magnet, 3c is a yoke, 4 1 is a target support, 5 is a backing plate, 6 is a target, 7 is a substrate support, 8 is a substrate, 10 is a magnetic field, 21 is a superconducting material, 22 is a coolant container, and 23 is a coolant. 8cqmha>xlvtn>><let! trsmtr
nhtsttttra Figure 3 Garden/17-Kamo Lk Tou Seiwa Risuke Igo 73 Several Nights Tumor 0 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 二重構造のマグネット(3)上にターゲット(6)を配
置すると共に、該ターゲット(6)上に薄膜を形成すべ
き基板(8)を対向配置し、これらを収容した真空容器
(1)内をスパッタガス雰囲気にした状態で該基板(8
)上にターゲット物質を被着形成する装置構成において
、 上記マグネット(3)の表面以外の周囲に超電導材(2
1)を覆うように設けて、該マグネット(3)表面以外
の周囲からの磁力線の発生を阻止することを特徴とする
マグネトロンスパッタリング装置。
[Claims] A target (6) is placed on a double-structured magnet (3), and a substrate (8) on which a thin film is to be formed is placed facing the target (6), and these are accommodated. The substrate (8) is placed in a sputtering gas atmosphere in the vacuum container (1).
), in which a superconducting material (2
A magnetron sputtering apparatus characterized in that it is provided so as to cover the magnet (3) to prevent the generation of magnetic lines of force from the surrounding area other than the surface of the magnet (3).
JP17135688A 1988-07-08 1988-07-08 Magnetron sputtering device Pending JPH0222468A (en)

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