JPH02298266A - 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】 （ＩＮり 磁気記録媒体、半導体ＩＣ等の薄膜形成プロセスに用い
られるマグネトロンスパッタリング装置に圓し、 ターゲット材の利用効率の向上を可能とすることを目的
とし、 断面がＵ字形であり、途中折り返えされてなる複数の経
路部を有する細長のヨークと、該ヨークに巻き付けたコ
イルとよりなるＮｆａ石をケーシング内に組み込んでな
るターゲット材受持装置を備えてなり、上記ターゲット
材支持装置上にターゲット材が支持された状態で上記コ
イルに通電し、上記ヨークが磁化され、その隣り合う経
路部の相対向する側が同極となり、且つ該ヨークに沿っ
て該ターゲット材の表面に磁界がトンネル状に形成され
るよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、磁気記録媒体、半導体ＩＣ等の薄膜形成プロ
セスに用いられるマグネトロンスパッタリング装置に関
する。

この種のスパッタリング方法として、ｉＩ！膜形成速度
が速く、且つ各種合金薄膜を再現性よく形成できる点か
らマグネトロンスパッタリング方式が主流となってきて
いる。

このマグネトロンスパッタリング方式では、後述するよ
うに、磁力線に対応する部分が顕著にスパッタエツチン
グされ、ターゲット材の減り方が不均一となり、ターゲ
ット材の利用効率が低くなる傾向があり、これを改善す
ることが要望されている。

〔従来の技術〕

第１１図は従来のマグネトロンスパッタリング装置１を
示す。

２は真空槽、３は排気装置、４はターゲット材支持装置
、５は円板状のターゲット材、６は基板支持体、７は基
板、８はシャッタ、９はターゲット電源、１０はマツチ
ングボックスである。

ターゲット材支持装置４は第１２図、第１３図に示すよ
うに、筒状のケーシング１１の内部に円板状のヨーク１
２．中央に円柱状磁石１３９周囲に円環状磁石１４が組
み込まれた構成である。

磁石１３は上端がＳ極、磁石１４は上端がＮ極であり、
装置４上に支持されたターゲット材５の上面には、円弧
状の磁力線１５が平面図上環状に連なって発生する。

雰囲気ガスを矢印Ａで示すように真空槽２内に導入し、
冷却水を矢印Ｂで示すようにターゲット支持装置４内に
供給した状態で基板支持体６とターゲット材支持装ｗ４
に例えば高周波電力を印加する事により、発生したプラ
ズマが円弧状の磁力線１５内に集束され密度の高いプラ
ズマとなり、十に帯電したイオンがターゲット材５に衝
突する。

これにより、ターゲット材５表面の物質（粒子）がスパ
ッタされ、基板７上に沈着し薄膜が形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ターゲット材５のうち顕著にスパッタエツチングされる
部分は、第１２図及び第１４図中筒号１６で示す・−の
円環状部分である。この部分１６が所定の深さまでスパ
ッタエツチングされると、ターゲット材を新しいものと
交換する必要がある。

この−の円環状部分１６の総延長は短く、この部分１６
のターゲット材５全体に対して占める割合は小さく、タ
ーゲット材の利用効率は低く、経済的に無駄が多い。

本発明はターゲット材の利用効率の向上を可能としたマ
グネトロンスパッタリング装−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） 本発明は、断面がＵ字形であり、途中折り返えされてな
る複数の経路部を有する細長のヨークと、該ヨークに巻
き付けたコイルとよりなる電磁石をケーシング内に組み
込んでなるターゲット材支持ｉ装置を備えてなり、 上記ターゲット材支持装置上にターゲット材が支持され
た状態で上記コイルに通電し、上記ヨークが磁化され、
その隣り合う経路部の相対向する側が同極となり、且つ
該ヨークに沿って該ターゲット材の表面に磁界がトンネ
ル状に形成される構成としたものである。

〔作用〕

ヨークに沿うターゲット材の表面に沿う磁界の部分は広
くなり、ターゲット材のうちスパッタエツチングされる
部分の占める面積の割合が向上し、ターゲット材の利用
率が向上する。

折り返えすことにより、隣り合う経路部は相対向する側
が同極となる。これにより、隣り合う経路部間で磁束の
漏洩が起きず、その分ターゲット材の表面に強い磁界が
形成され、マグネトロンスパッタリングに必要な強い磁
界が効率良く形成される。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例のマグネトロンスパッタリン
グ装置２０を示す。

同図中、第１１図に示す構成部分と対応する部分には同
一符号を何し、その説明は省略する。

２１はターゲット材支持装置であり、第２図及び第３図
に併せて示すように、略筒状のケーシング２２の内部に
、第４図に示す電磁石２３が組み込まれた構成である。

Ｎ磁６２３は断面がＵ字形状の細長のヨーク２４に電線
２５を巻き付けた構造である。

コーク２４は、第５図に示すように、始端部２６より始
まってケーシング２２の内壁に沿って略−周に口って時
計方向に延在する第１の円弧状経路部２７と、第１の円
弧状経路部２７の終端の内側への１８０度折り返し部２
８と、この折り返し部２８より始まって第１の円弧状経
路部２７の内周側に沿って反時計方向に略−周に亘って
延在して終端部２９に到る第２の円弧状経路部３０とよ
りなる。

電線２５は、コーク２４の一方の立上り壁部３１に沿っ
て巻き付りてあり、コイル３２を形成している。コイル
３２（電線２５）を取り出しく−示すと第６図に示す如
くになる。

１線２５は、ヨーク２４の始端部２６より始まって、第
１．第２の円弧状経路部２７．２８に沿い、終端部２９
で折り返えされ、第２．第１の円弧状経路部２８．２７
に沿って始端部２６に戻ることによって１ターンを形成
する。第６図において、コイル３２は２ターンを示しで
あるが、実際には１００ターン程度である。

ヨーク２４の始＠部２６は、第７図に示すように下方向
へ折曲しである。電線２５もコーク２４に沿っている。

ヨーク２４の終端部２９も始端部２６と同様に下方に折
曲しである。

次にスパッタリング時の動作について説明する１゜スパ
ッタリングは、円板状のターゲット材３３をターゲット
材支持装置２１上に後述するように支持し、雰囲気ガス
を真空槽２内に導入し、冷却水をターゲット支持装置４
内に供給した状態で、基板支持体６どターゲット材支持
装置２１との間に＾周波電力を印加することにより行う
。

第６図中、端子３４を（＋）、端子３５を（−）とする
ようにしてコイル３２に約２Ａの電流を流す。電流の向
きは、第３図中Ｏ及び■で示す如くになる。

これにより、ヨーク２４は、第２図及び第３図に示すよ
うに、外周側の第１の円弧状経路部２７については、外
側の立上り壁部がＳ極、内側の立上り壁部がＮ極とされ
、内周側の第２の円弧状経路部３０については、上記と
は逆に外側の立上り壁部がＮ極、内側の立上り壁部がＳ
極とされる。

磁力線は第３図中、符号３７．３８．３９゜４０で示す
ように発生し、ターゲット材３３土には、磁力線が電磁
石２３に沿って連なったもの（以下磁界のトンネル４１
という）が略同心円状に形成される。

磁界のトンネル４１の端部についてみると、第７図に示
すように、磁力線４２がヨーク２４の下方への曲がりに
合わせて次第に下がりターゲット材３３内に沈み込み、
ｍ場のトンネル４１の端部は塞がれている。

また、上記の１８０度折り返しによって、同心円状をな
す第１．第２の円弧状経路部２７．３０の相対向する側
は共にＮ極であり、同極である。このため、この間では
反撥し合って磁力線の漏れは起きず、その分上記の磁界
のトンネル４１の磁束密度が高くなっている。これによ
りスパッタエツチングをするのに必要な磁界の強ざ５０
　０ｅはコイル３２へ流す電流値が小さくて得ることが
出来る。

これにより、前記のへ周波電力の印加により発生したプ
ラズマが磁界のトンネル４１内に集束され密度の高いプ
ラズマとなり、十に帯電したイオンがターゲット材３３
に衝突しながら両端が塞がれた上記の磁界のトンネル４
１内をドリフト運動を行い、ターゲット材３３をスパッ
タエツチングするマグネトロンスパッタリングが行われ
る。

これにより、ターゲット材３３は磁界のトンネル４１が
形成されている部分が第３図中筒号４３で示すように主
にスパッタエツチングされる。

ここで、磁界のトンネル４１は電磁石２３（ヨーク２４
）に対応して形成してあり、その総延長は従来の場合の
約２倍と長くなり、ターゲット材３３のうち主にスパッ
タエツチングされる部分は第８図中ハツチングを付して
示す部分４３となり、その面積は従来の場合の約２倍と
なる。

これにより、ターゲット材３３の利用効率が向上し、タ
ーゲット材は経済的に使用される。

また、ターゲット材３３は基板７に対向する部位にあり
、ターゲット材３３のうち主にスパッタエツチングされ
る部分は略同心円状であるため、基板７には全面に亘っ
て厚さを均一とされて成膜される。

第９図は上記の電磁石２３の変形例を示す。

この電磁石２３Ａは、ヨーク２４Ａを上記ヨーク２４の
終ｆａＷＡ２９を１８０度折り返して始端部２６と接続
した形状とし、コイル３２Ａもヨーク２４Ａに対応させ
たものである。第９図中、第２図に対応する部分と対応
する部分には同一符号を付す。

この電磁石２３Ａを組み込んだ場合には、磁場のトンネ
ルが閉ループとなるように形成され、ターゲット材３３
は第１０図中ハツチングを付して示す部分４３Ａが主に
スパッタエツチングされる。

また、ヨーク２４．２４Ａへの電線２５の巻き付は方は
上記の方法に限るものではなく、少なくともヨークの内
、外側にかけて電線が巻かれていればよ（、その巻き付
は位置についても限定はない。

なお、電磁石を折り返えさすに渦巻形状とすることも考
えられるが、この場合には、隣り合う経路部間は異極が
相対向することにより、隣り合う経路部間での磁束の漏
洩が多くなり、その分ターゲット上面の磁束密度が減り
、マグネトロンスパッタリングに必要な磁界を得ること
が困難となるため、好ましくない。

（発明の効果） 以上説明した様に、本発明によれば、ターゲット材のう
ちヨークに沿う帯状の部分が長くなって、スパッタエツ
チングされる部分の面積が広くなり、ターゲット材の利
用率を向上させることが出来る。

また、隣り合う経路部間で磁束の漏洩が起きず、その分
ターゲット材の表面に形成される磁界が強くなり、マグ
ネトロンスパッタリングに必要な強い磁界が効率良く形
成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマグネトロンスパッタリング装置の一
実施例を示す図、 第２図は第１図中ターゲット材支持装置の内部の構造を
示す図、 第３図は第２図中１１線に沿う断面図、第４図は第２図
中電磁石を取り出して示す斜視図、 第５図は第４図中ヨークのみを示す図、第６図は第４図
中ヨークの巻き付は状態を示す図、第７図は電磁石の端
部の＃ｌ造を示す図、第８図はターゲット材のスパッタ
エツチングの状態を示す図、 第９図は電磁石の変形例を示す図、 第１０図は第９図の電磁石を使用したとぎのターゲット
材のスパッタエツチングの状態を示す図、第１１図は従
来のマグネトロンスパッタリング装置を示す図、 第１２図は第１１図中のターゲット材支持装置を示す図
、 第１３図は第１２図のターゲット材支持装置の内部の構
成を示す図、 第１４図はターゲット材のスパッタエツチングの状態を
示す図である。 図において、 ２０はマグネトロンスパッタリング装置、２１はターゲ
ット材支持装置、 ２２はケーシング、 ２３はＮ磁石、 ２４はヨーク、 ２５は電線、 ２６は始端部、 ２７は第１の円弧状経路部、 ２８は１８０度折り返し部、 ２９は終端部、 ３０は第２の円弧状経路部、 ３１は立上り壁部、 ３２はコイル、 ３３はターゲット材、 ３４．３５は端子、 ３７〜４０は磁力線、 ４１は磁界のトンネル、 ４３はスパッタエツチングされた部分 を示す。 ２１ターケフトヤｂ芝８う【 第２図 慕２レジｐｍ−ｍｇ釈１＝讐（う謂１１Ｄ５コ第３図 ３ｔＲＸ５ 電植床１示すやμむ図 Ｍｙ　　　ａ　　ｒｆＦｌ ヨー２のみｆ示す斜視蘭 第５図 第７図 第８図 君叫石べ虻彫枦１ｔホオ菌 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 断面がＵ字形であり、途中折り返えされてなる複数の経
   路部（２７、２８）を有する細長のヨーク（２４）と、
   該ヨーク（２４）に巻き付けたコイル（３２）とよりな
   る電磁石（２３）をケーシング（２２）内に組み込んで
   なるターゲット材支持装置（２１）を備えてなり、 上記ターゲット材支持装置上にターゲット材（３３）が
   支持された状態で上記コイル（３２）に通電し、上記ヨ
   ークが磁化され、その隣り合う経路部の相対向する側が
   同極となり、且つ該ヨーク（２４）に沿って該ターゲッ
   ト材（３３）の表面に磁界がトンネル状（４１）に形成
   される構成としたことを特徴とするマグネトロンスパッ
   タリング装置。