JPH04358064A - Magnetron sputtering cathode - Google Patents
Magnetron sputtering cathodeInfo
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】この発明は永久磁石を用いて非磁
性体ターゲットをスパッタするマグネトロンスパッタカ
ソードに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetron sputtering cathode for sputtering a non-magnetic target using a permanent magnet.
【0002】0002
【従来の技術】従来のマグネトロンスパッタカソードに
は種々のものがあるが、その1例は図6に示されており
、同図において、箱型をしたカソードケース1の上部開
口を覆うように取り付けられたバッキングプレート2の
上面には非磁性体のターゲット3が取り付けられ、また
、そのバッキングプレート2の背後には磁石装置4がカ
ソードケース1内に存在するように配設されている。
磁石装置4の構成は、鉄製の底部ヨーク5と、この底部
ヨーク5の中央部より立設された希土類系強磁石よりな
る中央部磁極6と、底部ヨークの周縁部より立設され、
中央部磁極6と間隔をもちながらその廻りをリング状又
は角形に囲むフェライト系磁石よりなる周縁部磁極7と
でできている。図7および図8は磁石装置4の構成を詳
細に示している。なお、図6において、8はアースシー
ルド、9は真空槽壁、10は絶縁材、11は冷却水を流
すための冷却水配管である。このようなマグネトロンス
パッタカソードにおいては、中央部磁極6の先端部に形
成されるS極と、周縁部磁極7の先端部に形成されるN
極との間で磁場が出来るが、その磁場の一部はターゲッ
ト3表面の近傍の空間において湾曲した磁力線12が形
成される。図9このようなマグネトロンスパッタカソー
ドのターゲット3表面上のその中心からの位置Xにおい
て、ターゲット3表面と垂直な方向の磁束密度BV を
測定したグラフである。このようにターゲット3表面の
近傍の空間において湾曲した磁力線12が形成されるた
め、プラズマ中の電子は図10に示されるように磁力線
12に沿ってトロコイド運動を行い、湾曲した磁力線1
2の頂部に集まって、そこに図11に示される電子雲1
3を形成するようになる。その結果、プラズマ中のAr
イオンはこの電子雲13に引きよせられ、そして、ター
ゲット3をスパッタするようになる。次に、従来のマグ
ネトロンスパッタカソードのその他の例は上記図6、図
7および図8に示される1例とほぼ同様の構成をしてい
るので、その多くの説明を省略するが、図12に示され
ているように磁石装置4の構成が上記1例と若干相違し
ている。即ち、図12に示されているように磁石装置4
は周縁部磁極7が薄い希土類系強磁石でできている。図
13はその他の例のターゲット3表面上のその中心から
の位置Xにおいて、ターゲット3表面と垂直な方向の磁
束密度BV とを測定したグラフである。2. Description of the Related Art There are various types of conventional magnetron sputter cathodes, one example of which is shown in FIG. A non-magnetic target 3 is attached to the upper surface of the backing plate 2 , and a magnet device 4 is disposed behind the backing plate 2 so as to exist inside the cathode case 1 . The magnet device 4 has a structure including a bottom yoke 5 made of iron, a central magnetic pole 6 made of a rare earth ferromagnet that stands up from the center of the bottom yoke 5, and a central magnetic pole 6 that stands up from the periphery of the bottom yoke.
It is made up of a central magnetic pole 6 and a peripheral magnetic pole 7 made of a ferrite magnet surrounding the central magnetic pole 6 in a ring or rectangular shape with a space therebetween. 7 and 8 show the structure of the magnet device 4 in detail. In addition, in FIG. 6, 8 is an earth shield, 9 is a vacuum chamber wall, 10 is an insulating material, and 11 is a cooling water pipe for flowing cooling water. In such a magnetron sputter cathode, an S pole is formed at the tip of the central magnetic pole 6, and an N pole is formed at the tip of the peripheral magnetic pole 7.
A magnetic field is generated between the target and the pole, and a part of the magnetic field forms curved lines of magnetic force 12 in the space near the surface of the target 3. FIG. 9 is a graph obtained by measuring the magnetic flux density BV in a direction perpendicular to the target 3 surface at a position X from the center on the target 3 surface of such a magnetron sputtering cathode. In this way, curved lines of magnetic force 12 are formed in the space near the surface of the target 3, so electrons in the plasma perform trochoidal motion along the lines of magnetic force 12 as shown in FIG.
The electron cloud 1 shown in FIG.
3 will be formed. As a result, Ar in the plasma
Ions are attracted to this electron cloud 13 and begin to sputter the target 3. Next, since other examples of conventional magnetron sputter cathodes have almost the same configuration as the one example shown in FIGS. 6, 7, and 8, many explanations thereof will be omitted, but FIG. As shown, the structure of the magnet device 4 is slightly different from the first example. That is, as shown in FIG.
The peripheral magnetic pole 7 is made of a thin rare earth strong magnet. FIG. 13 is a graph obtained by measuring the magnetic flux density BV in a direction perpendicular to the surface of the target 3 at a position X from the center on the surface of the target 3 in another example.
【0003】0003
【発明が解決しようとする課題】従来のマグネトロンス
パッタカソードの1例は、上記のようにターゲット3表
面の近傍の空間において湾曲した磁力線12が形成され
るが、ターゲット3表面と垂直な方向の磁束密度BV
がほぼ0ガウスになる領域が狭く、しかも磁力線12の
湾曲のしかたが急峻であるため、湾曲した磁力線12頂
部に高密度の電子雲13ができるようになる。その結果
、図11に示されるようにターゲット3の中央部だけが
スパッタされ、ターゲット3に片掘れが起きるようにな
る。そのため、ターゲット3は、その大半を残したまま
寿命がつき、その使用効率が低下する等の問題を起こし
た。次に、従来のマグネトロンスパッタカソードのその
他の例は、磁石装置4は周縁部磁極7を薄い希土類系強
磁石で作成することによって、図13に示されるように
ターゲット3表面と垂直な方向の磁束密度BV のほぼ
0ガウスになる領域が上記1例に比べて若干広がるが、
以前として十分でないため、上記1例の場合と同様の問
題を起こした。この発明の目的は、従来の上記問題を解
決して、ターゲットを均等にスパッタすることによって
、ターゲットの寿命を長くして、その使用効率を向上す
ることの出来るマグネトロンスパッタカソードを提供す
ることにある。[Problems to be Solved by the Invention] In one example of a conventional magnetron sputtering cathode, curved lines of magnetic force 12 are formed in the space near the surface of the target 3 as described above, but the magnetic flux in the direction perpendicular to the surface of the target 3 is Density BV
Since the region where the magnetic field becomes approximately 0 Gauss is narrow and the magnetic field lines 12 are curved steeply, a high-density electron cloud 13 is formed at the top of the curved magnetic field lines 12. As a result, as shown in FIG. 11, only the center portion of the target 3 is sputtered, and the target 3 becomes lopsided. Therefore, the target 3 reached the end of its life with most of it remaining, causing problems such as a decrease in its usage efficiency. Next, in another example of the conventional magnetron sputter cathode, the magnet device 4 has a peripheral magnetic pole 7 made of a thin rare-earth ferromagnet, so that the magnetic flux in the direction perpendicular to the surface of the target 3 is generated as shown in FIG. The region where the density BV is almost 0 Gauss is slightly wider than in the first example above, but
Since this was not sufficient as before, the same problem as in the case of the first example above occurred. An object of the present invention is to provide a magnetron sputtering cathode that solves the above-mentioned conventional problems and can extend the life of the target by uniformly sputtering the target and improve its usage efficiency. .
【0004】0004
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、希土類系強磁石よりなる中央部磁極と
、これと間隔をもちながらこの廻りをリング状又は角形
に囲む希土類系強磁石よりなる周縁部磁極とを有する磁
石装置を、ターゲットを上面に取り付けたバッキングプ
レートの背後に配設し、磁石装置の中央部磁極と周縁部
磁極とにより、ターゲットの表面近傍の空間に湾曲した
磁力線を形成し、そうすることによって、高密度のプラ
ズマを発生して、ターゲットをスパッタするマグネトロ
ンスパッタカソードにおいて、上記磁石装置の中央部磁
極と周縁部磁極との各々に、これらと反対方向に磁化し
たフェライト系磁石を隣接させ、上記磁力線の形を整形
することを特徴とするものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes a central magnetic pole made of a rare earth ferromagnet, and a rare earth ferromagnetic pole surrounded by a ring or square shape with a spacing therebetween. A magnet device having a peripheral magnetic pole made of a magnet is disposed behind a backing plate on which the target is attached to the upper surface, and the central magnetic pole and peripheral magnetic pole of the magnet device create a curved space near the surface of the target. In a magnetron sputtering cathode that forms magnetic field lines and thereby generates a high-density plasma to sputter a target, each of the central magnetic pole and peripheral magnetic pole of the magnet device is magnetized in the opposite direction. The present invention is characterized in that the magnetic lines of magnetic force are shaped by arranging ferrite-based magnets adjacent to each other.
【0005】[0005]
【作用】この発明においては、磁石装置の中央部磁極と
周縁部磁極との各々に、これらと反対方向に磁化したフ
ェライト系磁石を隣接させているので、中央部磁極と周
縁部磁極との間で形成される磁力線の一部がフェライト
系磁石に吸収されるようになる。そのため、ターゲット
の表面近傍の空間に形成される磁力線の形が整形され、
ターゲット表面と垂直な方向の磁束密度BV がほぼ0
ガウスになる領域が広がるようになる。[Operation] In this invention, a ferrite magnet magnetized in the opposite direction is placed adjacent to each of the central magnetic pole and the peripheral magnetic pole of the magnet device, so that there is a gap between the central magnetic pole and the peripheral magnetic pole. A part of the lines of magnetic force formed by the ferrite magnet will be absorbed by the ferrite magnet. Therefore, the shape of the magnetic field lines formed in the space near the target surface is shaped,
The magnetic flux density BV in the direction perpendicular to the target surface is almost 0
The Gaussian region becomes wider.
【0006】[0006]
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。この発明の実施例は図1に示されて
いるが、この発明の実施例は従来のマグネトロンスパッ
タカソードを改良して、希土類系強磁石よりなる中央部
磁極6の廻りに、これと隣接するようにフェライト系磁
石14を設け、また、希土類系強磁石よりなる周縁部磁
極7の内側にも、これと隣接するようにフェライト系磁
石15を設けている。フェライト系磁石14は中央部磁
極6と反対方向に磁化され、また、フェライト系磁石1
5も周縁部磁極7と反対方向に磁化されている。そして
、磁石装置4は巾Wが232mm、希土類系強磁石より
なる中央部磁極6と周縁部磁極7の巾wが4mm、フェ
ライト系磁石14、15の厚みが6mmで出来ているが
、磁石装置4の巾Wと、希土類系強磁石よりなる中央部
磁極6および周縁部磁極7の巾wとの比は80:1から
20:1の間で設計するとよい。図2および図3は磁石
装置4の構成を詳細に示したものである。図4はターゲ
ット3表面上のその中心からの位置Xにおいて、ターゲ
ット3表面と平行な方向の磁束密度BH と、ターゲッ
ト3表面と垂直な方向の磁束密度BV とを測定したグ
ラフである。なお、図1、図2および図3はのその他の
符号で従来のマグネトロンスパッタカソードを示す図6
、図7および図8と同符号のものは同一物につき、その
説明を省略する。このような実施例においては、希土類
系強磁石よりなる中央部磁極6の廻りに、これと隣接す
るようにフェライト系磁石14を設け、また、希土類系
強磁石よりなる周縁部磁極7の内側に、これと隣接する
ようにフェライト系磁石15を設け、更に、フェライト
系磁石14を中央部磁極6と反対方向に磁化し、かつ、
フェライト系磁石15も周縁部磁極7と反対方向に磁化
しているので、中央部磁極6と周縁部磁極7との間で形
成される磁力線12の一部がフェライト系磁石14、1
5に吸収されるようになる。そのため、ターゲット3の
表面近傍の空間に形成される磁力線12の形が整形され
、ターゲット3表面と垂直な方向の磁束密度BV がほ
ぼ0ガウスになる領域が広がるようになる。そのため、
図5に示されるように電子雲11も広がり、ターゲット
3が均等にスパッタされる。ところで、上記実施例にお
いて、ターゲット3の材質はAl、Cu、Cr等の非磁
性体やFe−Al、Al−Si等の非磁性合金であって
もよい。また、ターゲット3の形状は丸形でも角形でも
よい。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. An embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, in which a conventional magnetron sputter cathode is improved and a magnetron sputtered cathode is installed around a central magnetic pole 6 made of a rare earth ferromagnet. A ferrite magnet 14 is provided at the ferrite magnet 14, and a ferrite magnet 15 is also provided inside and adjacent to the peripheral magnetic pole 7 made of a rare earth ferromagnet. The ferrite magnet 14 is magnetized in the opposite direction to the central magnetic pole 6, and the ferrite magnet 14 is magnetized in the opposite direction to the central magnetic pole 6.
5 is also magnetized in the opposite direction to the peripheral magnetic pole 7. The magnet device 4 has a width W of 232 mm, a width W of a central magnetic pole 6 and a peripheral magnetic pole 7 made of rare earth strong magnets of 4 mm, and a thickness of ferrite magnets 14 and 15 of 6 mm. The ratio of the width W of 4 and the width w of the central magnetic pole 6 and the peripheral magnetic pole 7 made of rare earth ferromagnets is preferably designed to be between 80:1 and 20:1. 2 and 3 show the structure of the magnet device 4 in detail. FIG. 4 is a graph obtained by measuring the magnetic flux density BH in a direction parallel to the target 3 surface and the magnetic flux density BV in a direction perpendicular to the target 3 surface at a position X from the center on the target 3 surface. In addition, FIGS. 1, 2, and 3 show a conventional magnetron sputter cathode with other symbols in FIG. 6.
, 7 and 8 are the same as those in FIG. 7 and FIG. 8, and their explanation will be omitted. In such an embodiment, a ferrite magnet 14 is provided around and adjacent to the central magnetic pole 6 made of a rare earth ferromagnet, and a ferrite magnet 14 is provided inside the peripheral magnetic pole 7 made of a rare earth ferromagnet. , a ferrite magnet 15 is provided adjacent to this, and the ferrite magnet 14 is further magnetized in the opposite direction to the central magnetic pole 6, and
Since the ferrite magnet 15 is also magnetized in the opposite direction to the peripheral magnetic pole 7, a portion of the magnetic lines of force 12 formed between the central magnetic pole 6 and the peripheral magnetic pole 7
5 will be absorbed. Therefore, the shape of the magnetic lines of force 12 formed in the space near the surface of the target 3 is shaped, and the region where the magnetic flux density BV in the direction perpendicular to the surface of the target 3 is approximately 0 Gauss is expanded. Therefore,
As shown in FIG. 5, the electron cloud 11 also spreads, and the target 3 is evenly sputtered. Incidentally, in the above embodiment, the material of the target 3 may be a non-magnetic material such as Al, Cu, or Cr, or a non-magnetic alloy such as Fe-Al or Al-Si. Moreover, the shape of the target 3 may be round or square.
【0007】[0007]
【発明の効果】この発明によれば、ターゲットが均等に
スパッタされるようになるため、次のような効果が奏さ
れる。■ターゲットの寿命が長くなり、その結果、ター
ゲットの交換頻度が減少し、スパッタ装置の稼働率がよ
くなる。■ターゲットの使用効率が向上し、スパッタ装
置のランニングコストが大巾に削減できる。■均一な膜
厚分布の得られる領域が広がる。■ターゲットの使用初
期から末期にわたって、スパッタ特性(均一な膜厚の得
られる範囲など)の経時変化を少なくできる。According to the present invention, the target can be sputtered evenly, so that the following effects can be achieved. ■The life of the target is extended, resulting in less frequent replacement of the target and improved operating rate of the sputtering equipment. ■ Target usage efficiency is improved and running costs of sputtering equipment can be significantly reduced. ■The area where uniform film thickness distribution can be obtained is expanded. ■It is possible to reduce changes in sputtering characteristics (range in which a uniform film thickness can be obtained, etc.) over time from the initial stage of use to the final stage of use of the target.
【図1】この発明の実施例を示す断面図[Fig. 1] A sectional view showing an embodiment of the present invention.
【図2】この発
明の実施例に使用される磁石装置の断面図[Fig. 2] A cross-sectional view of a magnet device used in an embodiment of the present invention.
【図3】この発明の実施例に使用される磁石装置の平面
図FIG. 3 is a plan view of a magnet device used in an embodiment of the present invention.
【図4】この発明の実施例におけるターゲット表面上の
磁束密度を示すグラフFIG. 4 is a graph showing the magnetic flux density on the target surface in an example of the present invention.
【図5】この発明の実施例におけるターゲットが均等に
スパッタされる状態を示す説明図FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which a target is evenly sputtered in an embodiment of the present invention.
【図6】従来のマグネトロンスパッタカソードの1例を
示す断面図[Fig. 6] A cross-sectional view showing an example of a conventional magnetron sputter cathode.
【図7】従来のマグネトロンスパッタカソードの1例に
使用される磁石装置の断面図[Fig. 7] A cross-sectional view of a magnet device used in an example of a conventional magnetron sputter cathode.
【図8】従来のマグネトロンスパッタカソードの1例に
使用される磁石装置の平面図FIG. 8 is a plan view of a magnet device used in an example of a conventional magnetron sputter cathode.
【図9】従来のマグネトロンスパッタカソードの1例に
おけるターゲット表面上の磁束密度を示すグラフFIG. 9 is a graph showing the magnetic flux density on the target surface in an example of a conventional magnetron sputtering cathode.
【図1
0】従来のマグネトロンスパッタカソードの1例におい
て電子雲の形成される原理を示す説明図[Figure 1
0] Explanatory diagram showing the principle of formation of an electron cloud in an example of a conventional magnetron sputter cathode
【図11】従来
のマグネトロンスパッタカソードの1例におけるターゲ
ットを片掘りする状態を示す説明図FIG. 11 is an explanatory diagram showing a state in which a target is partially dug in an example of a conventional magnetron sputtering cathode.
【図12】従来のマ
グネトロンスパッタカソードのその他の例を示す断面図FIG. 12 is a sectional view showing another example of a conventional magnetron sputter cathode.
【図13】従来のマグネトロンスパッタカソードのその
他の例におけるターゲット表面上の磁束密度を示すグラ
フFIG. 13 is a graph showing the magnetic flux density on the target surface in other examples of conventional magnetron sputter cathodes.
2・・・・・・バッキングキングプレート3・・・・・
・ターゲット
4・・・・・・磁石装置
6・・・・・・中央部磁極
7・・・・・・周縁部磁極
14・・・・・フェライト系磁石
15・・・・・フェライト系磁石2...Backing king plate 3...
・Target 4...Magnet device 6...Central magnetic pole 7...Peripheral magnetic pole 14...Ferrite magnet 15...Ferrite magnet
Claims (1)
れと間隔をもちながらこの廻りをリング状又は角形に囲
む希土類強系磁石よりなる周縁部磁極とを有する磁石装
置を、ターゲットを上面に取り付けたバッキングプレー
トの背後に配設し、磁石装置の中央部磁極と周縁部磁極
とにより、ターゲットの表面近傍の空間に湾曲した磁力
線を形成し、そうすることによって、高密度のプラズマ
を発生して、ターゲットをスパッタするマグネトロンス
パッタカソードにおいて、上記磁石装置の中央部磁極と
周縁部磁極との各々に、これらと反対方向に磁化したフ
ェライト系磁石を隣接させ、上記磁力線の形を整形する
ことを特徴とするマグネトロンスパッタカソード。Claim 1: A magnet device having a central magnetic pole made of a rare earth strong magnet and a peripheral magnetic pole made of a rare earth strong magnet surrounding the center magnetic pole in a ring shape or a square shape with a space therebetween, with the target facing upward. The central magnetic pole and peripheral magnetic pole of the magnet device form curved lines of magnetic force in the space near the surface of the target, thereby generating high-density plasma. In a magnetron sputtering cathode for sputtering a target, a ferrite magnet magnetized in the opposite direction is arranged adjacent to each of the central magnetic pole and the peripheral magnetic pole of the magnet device to shape the shape of the magnetic lines of force. A magnetron sputter cathode featuring:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2281491A JPH04358064A (en) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | Magnetron sputtering cathode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2281491A JPH04358064A (en) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | Magnetron sputtering cathode |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04358064A true JPH04358064A (en) | 1992-12-11 |
Family
ID=12093159
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2281491A Pending JPH04358064A (en) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | Magnetron sputtering cathode |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04358064A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5382344A (en) * | 1991-08-02 | 1995-01-17 | Anelva Corporation | Sputtering apparatus |
US5458759A (en) * | 1991-08-02 | 1995-10-17 | Anelva Corporation | Magnetron sputtering cathode apparatus |
CN112585293A (en) * | 2018-08-10 | 2021-03-30 | 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 | Apparatus and method for producing a layer with improved uniformity in a coating system with horizontally rotating substrate guide |
-
1991
- 1991-01-23 JP JP2281491A patent/JPH04358064A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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