JPH028366A - マグネトロンスパッタ装置 - 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〕 本発明は基板に薄膜を形成するのに用いられるマグネト
ロンスパッタ装置に関する。

〔従来の技術及び問題点〕

スパッタリング技術とは、低圧の雰囲気ガスをグロー放
電を起してプラズマ状イオンとし、ソレに電圧を印加し
て加速し陰極におかれたターゲットに激突させる。それ
によってターゲット材料をはね飛ばして陽極近傍に設け
た基板上に堆積させ、薄膜を形成するという技術である
。

従来のプレーナ型マグネトロンスパッタ装置はターゲッ
トに近接又は接して外周に環状磁極体を設け、その中心
に非環状の中心磁極体を設けて、いわゆる環状トンネル
状磁界を発生させ、それ罠よって、放電によって発生し
たプラズマをターゲット表面近傍に高密度に閉じ込める
ような構成を成している。第６図はとの一従来技術を示
すものである。環状磁極体（２１）と非環状の中心磁極
体（財）とが一端をヨーク部材−で磁気的罠結合され、
他端に近接してターゲット（転））が設けられている。

今前記環状磁極体（ｚｌ）の上方がＳ極、中心磁極体（
２２）の上方がＮ極とすると、いわゆるトンネル状磁界
が環状に発生する。この時の磁力線の垂直成分が０にな
る位置、すなわち磁場ベクトルの方向がターゲットと平
行になる位置にプラズマが最も高密度に集中する。従っ
てターゲットにイオンが衝突するのはプラズマの位置に
対応するノ・ツチングで示した部分−であり、従ってこ
こが支配的に侵食される（エロージョン）。その結果そ
の他の部分が有効に利用されないうちにターゲットの寿
命が終り、高価なターゲットの使用効率が約３ｏ％にし
かならないという問題があった。

ターゲットの使用効率を向上させる一つの方法として例
えば特公昭５９−２２７８８号の技術が提案されている
。

それによると、第７図に示すように第６図の従来装置の
中心磁極体（ロ）と第１の環状磁極体（２１）の周囲に
第２の環状磁極体（財））を設け、第１と第２環状磁極
体の間に環状励磁コイル（２６ａ）を配し、それによっ
て各磁極体の先端に形成されるプラズマリングの径を変
化させてエロージョン領域を広くするというものである
。

しかしこの改良法によってもターゲット（財））の中心
部ではエロージョンが発生しないので、ターゲットの使
用効率を充分向上させることはできない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は以上のような問題に鑑みてなされ、ターゲット
の中心部分にも均一にプラズマを発生させてエロージョ
ンの領域を広くし、ターゲットの使用効率を一層向上さ
せるマグネトロンスパッタ装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明において提供するマグ
ネトロンスパッタ装置は、ターゲット材に近接又は接触
して環状磁極体とその内側に複数の非環状磁極体とを設
け、前記環状磁極体は前記ターゲット材の外周にほぼ対
面するように配備され、前記環状磁極体及び非環状磁極
体のターゲット材に遠い方の一端側は磁気的に接続され
、前記非環状磁極体の各々に独立した励磁コイルを巻装
させて、前記環状磁極体及び非環状磁極体の他端側のタ
ーゲット上に形成されるプラズマ領域が時間的に平均し
てほぼ均一に分布するように前記各励磁コイルに流す電
流を制御することを特徴とするものである。前記各磁極
体とターゲット材との間に非磁性材のバッキングプレー
トを設けることもできる。

〔作　　用〕

上記のような構成にすることによって発生するプラズマ
領域が時間的に平均してほぼ均一に分布するようになり
、従ってスパッタによって発生するターゲット上のエロ
ージョンが広い範囲にほぼ均一に広がり、ターゲットの
効率が高くなる。

〔実施例１〕 実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例であるマグネトロンスパッタ
装置のカソードの縦断面斜視図である。

水冷タンク（γ）内に環状磁極体（１）とその内側に非
環状の第１中心磁極体（２）と第２中心磁極体（３）と
を設け、各々に励磁コイル（ｉａ）（１ｂ）（２ａ）（
３ａ）を配備した。これら励磁コイルには自由に電流を
制御できるよう独立した電源が接続されていて、それぞ
れの磁極体からの磁束を変化させることができる。

各磁極体は一端がケイ素鋼板のヨーク部材（１０）で磁
気的に接続されている。非磁性のステンレス製のバッキ
ングプレート（６）を水冷タンク（γ）のフランジ部を
介して上面に設け、該バッキングプレート（６）の各磁
極体の上端に対面する部分に純鉄のヨーク部材（３）を
嵌め込んだ。バッキングプレート（６）の上に５ｍｍ厚
さの銅板をターゲット（５）として設け、その周囲に接
して環状磁極体（１）上端のヨーク部材（３）上面に接
するように純鉄リング（９）を設けた。

第２図は前記カソードのＡ−Ａ線方向における横断面図
である。この装置において各励磁コイルに第３図（ｑの
ような電流をｓＨｚで流した。第３図（ｑに示されるよ
うな電流を第１中心磁極体（２）と第２中心磁極体（３
）の励磁コイル（２ａ）　（３ａ）　Ｋ流した時のプラ
ズマの発生位置とその移動方法を経時的に説明する（第
３図参照）。

先ず、環状磁極体（１）の上端がＳ極となるように励磁
コイル（１ａ）および（１ｂ）に電流を流す。この状態
で第１中心磁極体（２）がＮ極、第２中心磁極体（３）
が８極になるように励磁コイル（２ａ）および（３ａ）
に電流（ｏ）　（ｐ）を流すと（時刻■）、プラズマは
第３図（５）との対応で第３図に）の■で示されるよう
な位置に発生する。従ってターゲット（５）のエロージ
ョンも同位置に発生する。

次に（時刻■）、第３図（ｑの電流に応じて第１中心磁
極体（２）をＮ極から磁極へ、第２中心磁極体（３）を
Ｎ′極からＮ′極へと（第３図（Ｂ）においてＮ′、Ｓ
はＮ、　Ｓと同極性であるが磁束密度がより小さいもの
とする）変化させてゆくと、第３図（Ｂｌ中に矢印で示
したようにプラズマが移動し、■に示された位置になる
。次に（時刻■）、さらに第３図（ｑの電流変化に従っ
て第１、第２中心磁極体（２）（３）の極性をＮ′極か
らＳ極へ、及びＮ′極からＮ極へと変化させるとプラズ
マは矢印のように■に示した位置に移動する。以上の操
作を繰り返すことにより第３図（Ｂ）に示すようにプラ
ズマの位置が時間的に平均してほぼ均一に分布するよう
に制御し得る。時刻■から■までで一周期となる。

プラズマの位置に対応してターゲット表面がスパッタさ
れ、エロージョン領域が生じるので、時刻■の時に生じ
るエロージョンの中心位置はターゲット上に平面的に示
すと第４図の（ｒ）エロージョン中心１の形になる。時
刻■の時にはプラズマが移動するのに伴って（ｒ）エロ
ージョン中心１の右側が矢印で示すように移動して広が
り、（Ｓ）エロージョン中心２の形になる。次いで時刻
■の時には（Ｓ）エロージョン中心２の左側が移動して
挟まり、（１）エローシロン中心３の形になる。

以上の操作を繰り返すとエロージョン中心がターゲット
上を移動する。このことかられかるように、ターゲット
は時間的に平均してほぼ均一にスパッタされることとな
る。すなわちターゲット中心部分でもスパッタされ、基
板上に形成される薄膜の厚さも均一なものとなった。本
実施例ではターゲットの使用効率は５５係であった。

〔実施例２〕 中心磁極体が３個である以外は全て実施例１と同様であ
るカソードを作製した。環状磁極体（１）の上端がＳ極
となるようにその励磁コイル（ｌａ）（ｌｂ）に電流を
流し、第１ないし第３中心磁極体の励磁コイル（２ａ）
（３ａ）（４ａ）には１２０°ずつ位相をずらした正負
対称の三相交流を流した。この時の磁場の極性と、その
時発生するプラズマの領域の変化を第第５図に示す。実
施例１に比較して、プラズマ領域の分布が時間的に平均
してより均一になっている。従ってエロージョンも均一
に発生する。６ＩＴｎ′Ｉ厚さの銅ターゲットの使用効
率は６５％と良好であった。

なお実施例１．２ともに、環状磁極体（１）としては永
久磁石も用い得る。各中心磁極体（２）　（＋３）の励
磁コイル（２ａ）（３ａ）に流す電流は独立して制御で
きるのでどのようにも流すことができるが、エロージョ
ン領域が広範囲にかつ均一に発生するように磁界を変化
させる方法を用いれば良い。

以上本発明の実施例について説明したが、勿論本発明は
これらに限定されることなく本発明の技術的思想に基づ
き種々の変形が可能である。

例えば実施例１、又は２のヨーク部材（３）を嵌め込ん
だバッキングプレート（６）を省いても良い。

あるいはバッキングプレート（６）、ヨーク部材（３）
および鉄リング（９）を省き、各磁極体（１）　（２）
　（ａ）を直接ターゲット（５）に近接あるいは当接さ
せても良い。

さらにあるいはヨーク部材（３）および鉄リング（７）
を省いたバッキングプレートを用いても良い。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので以下
に記載されるような効果を奏する。

本発明に基づくマグネトロンスパッタ装置の非環状の複
数の中心磁極体の極性を変えることによって、プラズマ
の位置が時間的に平均してターゲット面上をほぼ均一に
移動するので、スパッタによって生ずるターゲット上の
二ロージッン領域が広い範囲にほぼ均一に広がり、ター
ゲットの使用効率が高くなる。従って又、基板上に形成
されろ薄膜もほぼ均一な厚さのものが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１のマグネトロンスパッタ装置
のカソードの縦断面斜視図、第２図は第１図におけるＡ
−Ａ線方向の横断面図、第３図は実施例１の装置に流し
た電流に応じて発生するプラズマの位置を示す模式図、
第４図は実施例１の装置のターゲット上に発生するエロ
ージョン中心位置を示す模式図、第５図は実施例２の装
置に流した電流に応じて発生するプラズマの位置を示す
模式図、第６図は一従来装置のマグネトロンスパッタ装
置のカソードの断面図、第７図は他の従来装置のマグネ
トロンスパッタ装置のカソードの断面図である。 なお、図において、

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターゲット材に近接又は接触して環状磁極体とそ
   の内側に複数の非環状磁極体とを設け、前記環状磁極体
   は前記ターゲット材の外周にほぼ対面するように配備さ
   れ、前記環状磁極体及び非環状磁極体の前記ターゲット
   材に遠い方の一端側は磁気的に接続され、前記非環状磁
   極体の各々に独立した励磁コイルを巻装させて、前記環
   状磁極体及び非環状磁極体の他端側のターゲット上に形
   成されるプラズマ領域が時間的に平均してほぼ均一に分
   布するように前記各励磁コイルに流す電流を制御するこ
   とを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
2. （２）環状磁極体及び非環状磁極体の前記他端側と前記
   ターゲット材との間に、該ターゲット材を支持する非磁
   性材のバッキングプレートを設け、前記各磁極体の他端
   側に対面する前記バッキングプレート部分に磁性材を設
   け、かつ、これら磁性材のうち前記環状磁極体の前記他
   端側に対応する部分に当接するように前記ターゲットの
   外周部に磁性材を配置した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装置。
3. （３）前記ターゲット材の外周部に、前記環状磁極体の
   前記他端部と整列するように磁性材を配備したことを特
   徴とする請求項（１）記載のマグネトロンスパッタ装置
   。
4. （４）前記非環状磁極体が３個あり、これら各々に巻装
   された励磁コイルに三相交流を通電させるようにしたこ
   とを特徴とする請求項（１）、（２）及び（３）のうち
   いずれか一つのマグネトロンスパッタ装置。