JPH04202770A - マグネトロンスパッター装置 - 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、マグネトロンスパッター装置に関するもので
あり、詳しくは、ターゲット材のスパッター領域を拡大
してその利用効率を向上し得るように改善されたマグネ
トロンスパッター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ー装置を第８図によって説
明する。

第８図（ａ）は、従来のマグネトロンスパッター装置の
一例を示す斜視図、第８図（ｂ）は、第８図（ａ）のＰ
Ａ−ＰＢ線による断面図である。

従来のマグネトロンスパッター装置は、内側主磁極（２
）、該内側主磁極を取り囲み且つ反対の極性を持つ外側
主磁極（３）及び内側主磁極（２）から外側主磁極（３
）近傍の両主磁極上に配置されたターゲット材（１）よ
り主として構成される。

そして、両主磁極の底部は、通常、軟鋼などの軟磁性体
からなる磁気ヨーク（４）で結合され、磁気回路を構成
している。

なお、（５）は、ターゲット材（１）を貼るためのバッ
キングプレートであり、通常、銅、ステンレスなどの非
磁性材料にて構成される。

上記の各部は、真空容器に収容されており、使用に当た
っては、低圧のＡｒ雰囲気とし、ターゲット材（１）と
ディスク等の被スパッター物（図示せず）の間に電圧を
印加し、ターゲット材（１）表面から飛び出した電子に
よりＡｒガスをイオン化し、このＡｒイオンをターゲッ
ト材（１）に衝突させることにより、ターゲット材（１
）の物質をたたき出して被スパッター物の表面に薄膜を
生成させる。

そして、ターゲット材（１）上面付近において両主磁極
（２）、（３）か形成する矢印方向のドーム状の洩れ磁
場は、ターゲット材（１）の表面から飛び出した電子を
効率よく捕獲し、スパッター効率を高める。

すなわち、前記のようなプレーナマグネトロンスパッタ
ー装置においては、両主磁極（２）、（３）が形成する
ドーム状の漏れ磁場でプラズマを閉じこめることにより
高速スパッタリングを可能にしている。そして、磁力線
によるプラズマに対する磁気圧は、磁力線に直角方向に
作用するから、第８図（ｂ）に示すように磁力線に湾曲
がある場合には、プラズマは両磁極付近からそれぞれド
ーム状の洩れ磁場の中央部に押され、ドームの天井付近
ではプラズマか厚くなるものと考えられる。

事実、第９図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、第８図に示
すマグネトロンスパッター装置による磁場分布とターゲ
ット材（１）のエロージョンパターンを示す説明図であ
るが、これから明らかなように、両主磁極（２）、（３
）が形成するドーム状の漏れ磁場のの天井、つまり、漏
れ磁場の垂直成分がゼロになる位置でターゲット材（１
）のエロージョンが最も激しい。要するに、タープ・ソ
ト材（１）のエロージョンのされ方は、ターゲット材（
１）の上面での磁場分布、つまり、水平成分と垂直成分
の分布によって左右される。

本発明者は、先に、内側主磁極、該内側主磁極を取り囲
み且つ反対の極性を持つ外側主磁極、内側主磁極から外
側主磁極近傍の両主磁極上に配置されたターゲット材と
を有し、前記両主磁極は永久磁石または軟磁性体からな
り、そして、前記ターゲット材の上部における前記両主
磁極からの洩れ磁場の前記ターゲット材に垂直な成分の
勾配を前記主磁極間では減少させ且つ前記両主磁極付近
では大きくするための手段を設けたプレーナマグネトロ
ンを提案した（特開昭６３−１５７８６６号、特開平１
−２７９７５４号、同２−１０７７６４号、同２−１６
３３７１号、同２−１６３３７２号、特願平１−９０８
１６号）。

斯かるマグネトロンスパッター装置は、二ローションが
主に進行する場所は水平成分の強度分布より磁場の垂直
成分の極性の変化する位置、つまり、垂直成分の値が非
常に小さい所とよく対応するとの知見に基づくものであ
る。

そして、上記のように、例えば、両磁極間中央部での垂
直成分の勾配をほぼゼロとなるように設定することによ
り、スパッター領域を広げてターゲット材の利用効率を
６０％以上に高めたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ターゲット材の利用効率は、より高いほど望
ましく、特に、高価なターゲット材を使用する場合には
数％オーダでの改良も必要とされる。

しかしながら、先に提案された装置においては、以下に
説明するように磁場分布による制限かあり、ターゲット
材の利用効率を更に向上させるのは困難である。

第５図は、本発明者によって先に提案されたプレーナマ
グネトロンスパッター装置の一実施例を示す一部断面図
である。

上記の装置は、内側主磁極（２）と外側主磁極（３）の
間に、ターゲット材（１）の上部における両主磁極から
の洩れ磁場のターゲット材（１）に垂直な成分の勾配を
前記主砲極間中央では減少させ且つ前記両主磁極付近で
は大きくし、また、前記洩れ磁場の水平成分の強度分布
を前記両主磁極間でＭ型の分布になるようにするための
手段として、両主磁極とは反対の極性を有する補助磁極
対（６）、（７）を設けたものである。

第６図（ａ）は、第５図に示す装置におけるターゲット
材（１）に対する垂直成分（Ｉ）及び水平成分（ＩＩ）
の磁場分布を示す説明図であり、実線はターゲット材（
１）上３闘高さの空間部の磁場分布、破線はターゲット
（１）下面部の磁場分布を表す（以下、同じ）。

そして、上記のような分布の静的磁場でスパッタリング
を行った場合、ターゲット材（１）のエロージョンパタ
ーンは、スパッタリングの初期においては、第６図（ｂ
）に示すような形状となり、同図から明らかなように、
エロージョンは、ターゲット材（１）の表面の広範囲に
亙り比較的均一に発生しているが、エロージョン領域と
非エロージョン領域との境界がなだらかである。

第７図（ａ）は、第５図に示す装置において、上記の二
ローション領域と非エロージョン領域との境界を鋭角的
に分離するために、補助磁極対（６）、（７）の間隔を
やや広げ、そして、両主磁極（２）、（３）及び補助磁
極対（６）、（７）の磁化を強くすることにより、前記
垂直磁場の両磁極付近での勾配の立ち上がりを急激にし
た場合の磁場分布を示す説明図である。この場合のエロ
ージョンパターンは、第７図（ｂ）に示すように、スパ
ッタリングの後期において両主磁極（２）、（３）付近
での二ローションが加速し易く、Ｗ型のエロージョンパ
ターンに成り易い。これは、ターゲット材（１）上面に
おいて、上記した磁場分布に設定した場合は、ターゲッ
ト材（１）下面付近での垂直成分の磁場分布が第７図（
ａ）中の破線（Ｉ）に示すように、磁束密度がゼロに対
して大きくオーバーシュートすることによるものと考え
られる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、上記実情に鑑み、更に検討を重ねた結果、
先に提案した装置において、ターゲット材（１）の上部
であって少なくとも外側主磁極（３）近傍のターゲット
材（１）の上部に、前記両主磁極間の垂直な成分の勾配
を減少させる磁石を付加するならば、第７図（ａ）中に
実線（ＩＩ）で示すターゲット材（１）上面での磁場分
布と同様の磁場分布をターゲット材（１）下面において
も形成することが可能であり、スパッタリングの後半に
おいても、Ｗ型のエロージョンパターンにはならず、し
かも、エロージョン領域と非エロージョン領域を鋭角的
に分離できるとの知見を得、本発明の完成に到った。

すなわち、本発明の要旨は、内側主磁極（２）、該内側
主磁極を取り囲み且つ反対の極性を持つ外側主磁極（３
）、内側主磁極（２）から外側主磁極（３）近傍の両主
磁極上に配置されたターゲット材（１）とを有し、前記
両主磁極は永久磁石または軟磁性体から成り、そして、
前記ターゲット材の裏側の前記両主磁極間には、前記タ
ーゲット材の上部における前記両主磁極間からの洩れ磁
場の前記ターゲット材に垂直な成分の勾配を前記主磁極
間中央部では減少させ且つ前記両主磁極付近では大きく
し、そして、前記洩れ磁場の水平成分の強度分布を前記
両主磁極間においてＭ型分布にするための手段を設けた
プレーナマグネトロンスパッター装置において、ターゲ
ット材（１）の上部であって少なくとも外側主磁極（３
）の近傍に、前記主磁極間中央部においてその勾配が減
少させられた垂直成分をターゲット材（１）上面付近か
ら下面付近に亙って実質的に同一分布とするための磁石
を付加したことを特徴とするマグネトロンスパッター装
置に存する。

〔作　用〕

ターゲット材（１）の上部であって少なくとも外側主磁
極（３）近傍のターゲット材（１）の上部に配置された
磁石は、前記漏れ磁場の垂直成分の勾配を減少させ、タ
ーゲット材（１）の上面から下面に至るまで殆ど変化の
ない磁場分布を与えることにより、エロージョン領域と
罪エロージョン領域を鋭角的に分離し、また、二ローシ
ョンの進行に伴うスパッタレートの変化を抑える。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、本
発明は、その要旨を越えない限り、以下の実施例に限定
されるものではない。

第１図は、本発明の一実施例を示す部分断面図である。

本発明においては、本発明者により先に提案されたマグ
ネトロンスパッター装置と同様に、内側主磁極（２）、
該内側主磁極を取り囲み且つ反対の極性を持つ外側主磁
極（３）、内側主磁極（２）から外側主磁極（３）近傍
の両主磁極上に配置されたターゲット材（１）とを有し
、前記両主磁極は永久磁石または軟磁性体から成るプレ
ーナマグネトロンスパッター装置において、前記ターゲ
ット材の裏側の前記両主磁極間には、前記ターゲット材
の上部における前記両主磁極間からの洩れ磁場の前記タ
ーゲット材に垂直な成分の勾配を前記主磁極間中央部で
は減少させ且つ前記両主磁極付近では大きくし、そして
、前記洩れ磁場の水平成分の強度分布を前記両主磁極間
においてＭ型分布にするための手段を設ける。

上記の静的磁場制御手段は、先に提案したマグネトロン
スパッター装置におけるいずれの手段をも採用すること
ができ、具体的には、次の各手段が挙げられる。

（ｉ）両主磁極とは反対の極性を有する主に垂直方向の
磁化を有する永久磁石。

（ｉｉ）狭い幅からなる透磁率の小さな物質または単な
るスリットによって分割された複数の軟磁性体。そして
、これらは、ターゲット材の磁気特性またはターゲット
材の厚さに対応して前記軟磁性体の数、前記透磁率の小
さな物質またはスリットの幅が設定されている。

（ｉｉｉ）前記両主磁極間距離の２０〜８０％の長さを
有する板状または棒状の軟磁性体。

（ｉｖ　）主に水平方向の磁化を有し且つその高さか中
央部で低（両端に近くなるに従って漸次高くなされた永
久磁石。

第１図に示したマグネトロンスパッター装置は、両主磁
極（２）、（３）として永久磁石を使用し、ターゲット
材（１）として非磁性体ターゲット材を使用したもので
あって、静的磁場制御手段として上記の（ｉ）の手段を
採用してターゲット材（１）の裏側の両主磁極（２）、
（３）間に両主磁極とは反対の極性を有する永久磁石の
補助磁極対（６）、（７）を配置したものである。

本発明においては、上記のように構成されたマグネトロ
ンスパッター装置において、ターゲット材（１）の上部
であって少なくとも外側主磁極（３）の近傍に、前記主
磁極間中央部においてその勾配が減少させられた垂直成
分をターゲット材（１）上面付近から下面付近に亙って
実質的に同一分布とするための磁石を付加する。

第１図に示した装置は、両主磁極（２）、（３）の近傍
に磁石（８）、（９）を配置しである。

そして、本発明のマグネトロンスパッター装置は、その
効果を最大限に発揮するために、次のように磁場調整さ
れて使用される。

先ず、磁石（８）、（９）を配置しない状態において、
両主磁極（２）、（３）の強さ、補助磁極対（６）、（
７）の位置や強さを調整することにより、ターゲット材
（１）下面部においても、垂直磁場の勾配の極性か変化
しないようにする。

第３図（ａ）は、前記のように調整された磁場分布の一
例を示す説明図でり、ターゲット材（１）上３ｍｍ高さ
の空間部およびターケラト（１）下面部の垂直成分の磁
場分布を示す。第６図（ａ）に示す垂直成分の磁場分布
と比較し、勾配をやや大きくしている。

次いで、例えば、第３図（ｂ）に示す磁場分布の磁石（
８）、（９）により、両主磁極（２）、（３）の上部の
部分を除き、ターゲット材（１）上面から下面にかけて
ほぼ同じ磁場分布となるように調整する。

なお、第３図（ｂ）は、磁石（８）、（９）が形成する
上記第３図（ａ）の場合と同場所での垂直成分の磁場分
布を示す説明図である。

第３図（ｃ）は、上記のようにして磁場調整された、本
発明装置の磁場分布の一例を示す説明図であり、本発明
装置における垂直成分の磁場分布は、第３図（ａ）と第
３図（ｂ）の磁場分布を重ね合わせたような分布を有し
ている。そして、第３図（Ｃ）には、水平成分の磁場分
布の図示は省略しであるが、第６図（ａ）に示した分布
とほぼ同一である。

第３図（ｄ）は、上記のような磁場分布で運転した場合
のターゲット材（１）のエロージョンパターンを示す説
明図であるが、同図から明らかなように、エロージョン
領域と非エロージョン領域とは、比較的、鋭角的に分離
されており、この場合のターゲット材の利用効率は約７
１％と極めて高いものであった。また、製膜中のスパッ
タレートも殆ど変わらず極めて安定な運転が可能となっ
た。

なお、上記の磁石（８）、（９）は、マグネトロンスパ
ッター装置を収容する容器や周囲の付帯設備を適宜利用
して所定の位置に配置される。

第２図は、本発明の他の実施例を示す部分断面図であり
、両主磁極（２）、（３）として軟磁性体（軟鋼等）を
使用し、内側主磁極（２）と外側主磁極（３）との間に
主に水平方向の磁化を有する永久磁石（１１）を設け、
更に、前記外側主磁極の外側面に主に前記水平方向とは
反対向きの磁化を有する永久磁石（１２）を設けたもの
である。

そして、静的磁場発生手段としては、上記の（ｉｉ）の
手段を採用し、非磁性体のターゲット材（１）の裏側の
両主磁極（２）、（３）間に分割された複数の軟磁性体
（１３）を配置したものである。

第２図に示したマグネトロンスパッター装置によれば、
永久磁石（１２）により、外側主磁極（３）付近の磁束
密度が補強され、その結果、大型のマグネトロンの場合
においても、ターゲット材（１）上で十分な強度の磁場
が得られ、プラズマの保持が容易であり、通常のマグネ
トロンを使用した場合と較べるとスパッタレートも大幅
に大きくなる。

第２図において、軟磁性体（１３）は、両主磁極（２）
、（３）の形成する磁場によって内側主磁極（２）から
外側主磁極（３）へ向かう方向に磁化される。この磁化
はターゲット材（１）の上面において、前記両主磁極（
２）、（３）の中央部で水平磁場の絶対値と垂直磁場の
勾配を減少させるように作用する。また、両主磁極（２
）、（３）の上部付近では軟磁性体（１３）による磁場
の影響は小さいため、両主磁極（２）、（３）付近の垂
直成分の勾配は増大する。

軟磁性体（Ｉ３）が有するスリットは、前記両磁極が形
成する磁場より、該軟磁性体が磁化するときの磁化の強
さを制御するためのものである。

すなわち、スリットがあることにより、該スリットの部
分で磁束の涌き出しが起こり、軟磁性体（１３）の構成
部分で反対方向の磁場が発生するために、軟磁性体（１
３）の磁化の強さが押えられる。結局、ターゲット材（
１）上面の磁場分布を制御するには軟磁性体（１３）の
スリット幅を適宜変化させ、複数からなる軟磁性体（１
３）の各部分での磁化の強さを調節して静的磁場の設定
を行なう。

第２図に示した装置においても、ターゲット材（１）上
の磁場分布は、前記の第３図（ａ）に示したものとほぼ
同一になるように設定する。

そして、第２図に示した実施例においては、磁石（１０
）は、ターゲット材（１）上部の外側主磁極（３）付近
のみに配置されている。

第４図（ａ）は、上記の場合の垂直成分の磁場分布を示
す説明図であるが、同図から明らかなように、垂直成分
の勾配はターゲット材（１）の内側部分でややなだらか
に変化する。そして、第４図（ａ）には、水平成分の磁
場分布の図示は省略しであるが、第６図（ａ）に示した
分布とほぼ同一である。

第４図（ｂ）は、上記のような磁場分布で運転した場合
のターゲット材（１）のエロージョンパターンを示す説
明図であるが、同図から明らかなように、ターゲット材
（１）の内側部分のエロージョン領域と非エロージョン
領域との境界がやや不明瞭になる。

しかしながら、ターゲット材（１）が円形の場合、その
内側の面積は余り大きくないため、第４図（ｂ）に示す
ように、ターゲット材（１）の外側部分で二ローション
領域と非二ローション領域とを鋭角的に分離できれば、
ターゲット材（１）の利用効率は高くなる。実際、第２
図に示した実施例においては、ターゲット材（１）の利
用効率は約６７％と高い値が得られた。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、ターゲット材のスパッタ
ー領域を拡大してターゲット材の利用効率の向上を図る
と共に操業中においてスパッタレートの変化が小さくな
るように改善されたマグネトロンスパッター装置が提供
される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例を示す部分断
面図、第３図（ａ）、（ｂ）は、第１図に示したマグネ
トロンスパッター装置における磁場調整過程の一例の磁
場分布を示す説明図、第３図（ｃ’）は調整された磁場
分布を示す説明図、第３図（ｄ）は当該磁場分布による
二ローションパターンの説明図、第４図は、第２図に示
したマグネトロンスパッター装置における磁場分布およ
び二ローションパターンを示す説明図、第５図は、本発
明者によって先に提案されたプレーナマクネトロンスパ
ッター装置の一実施例を示す一部断面図、第６図および
第７図は、同装置における磁場分布およびエロージョン
パターンを示す説明図、第８図（ａ）は、従来のマクネ
トロンスパッター装置の一例を示す斜視図、第８図（ｂ
）は、第８図（ａ）のＰＡ　ＰＢ線による断面図、第９
図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、第８図に示すマグネト
ロンスパッター装置による磁場分布とターエロージョン
パターンを示す説明図である。 図中、（１）はターゲット材、（２）は内側主磁極、（
３）は外側主磁極、（４）は磁気ヨーク、（５）はバッ
キングプレート、（６）及び（７）は補助磁極対、（８
）〜（１０）は磁石、（１１）及び（１２）は永久磁石
、（１３）は軟磁性体を表す。 第３図 第３図 （ｄ） 第４図 （ｂ） ｓ５図 第６図 （ｂ） （ｂ） 第８図 （ａ） ＰＡ　　　　　　　　Ｐｓ 第９図 （ａ） （ｂ） 硼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内側主磁極（２）、該内側主磁極を取り囲み且つ
   反対の極性を持つ外側主磁極（３）、内側主磁極（２）
   から外側主磁極（３）近傍の両主磁極上に配置されたタ
   ーゲット材（１）とを有し、前記両主磁極は永久磁石ま
   たは軟磁性体から成り、そして、前記ターゲット材の裏
   側の前記両主磁極間には、前記ターゲット材の、上部に
   おける前記両主磁極間からの洩れ磁場の前記ターゲット
   材に垂直な成分の勾配を前記主磁極間中央部では減少さ
   せ且つ前記両主磁極付近では大きくし、そして、前記洩
   れ磁場の水平成分の強度分布を前記両主磁極間において
   Ｍ型分布にするための手段を設けたプレーナマグネトロ
   ンスパッター装置において、ターゲット材（ I ）の上
   部であって少なくとも外側主磁極（３）の近傍に、前記
   主磁極間中央部においてその勾配が減少させられた垂直
   成分をターゲット材（１）上面付近から下面付近に亙っ
   て実質的に同一分布とするための磁石を付加したことを
   特徴とするマグネトロンスパッター装置。