JPH0517870A - マグネトロンスパツタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は，ターゲットの局部的消耗を防止
し，ターゲットの使用効率を向上させ得るマグネトロン
スパッタ装置を提供する。 【構成】 真空容器内に基板支持体およびターゲットを
対向して配設し，これらの間に電源を接続して電極を構
成し，ターゲットの背面側に，永久磁石からなりその磁
界をターゲットに向けて作用させる磁界発生装置を設
け，ターゲットの基板支持体との対向面の近傍に電源に
よる基板支持体とターゲット間の電界に対して直交する
磁界を発生するように構成したマグネトロンスパッタ装
置において，磁界発生装置を形成する永久磁石をターゲ
ットの面に沿う方向に着磁してなる中空板状に形成し非
磁性材料からなる支持板上に配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，真空中において基板の
表面に薄板を生成するマグネトロンスパッタ装置に関す
るものであり，特にターゲットの局部的消耗を防止する
ことにより，ターゲットの使用効率を向上させ得るマグ
ネトロンスパッタ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からスパッタ技術は高品質の薄膜を
生成できる特長を有するため，電子工業の分野において
広く利用されているが，薄膜の生成速度が遅いという欠
点があり，所望の厚さの薄膜を得るのに長時間を必要と
するという生産上の欠点があった。このため近年におい
ては，スパッタ装置のターゲットに向かう電界と直交す
る磁界をターゲットの表面近傍に発生させ，この磁界の
作用によって薄膜生成の高速化を可能にしたマグネトロ
ンスパッタ装置が普及している。

【０００３】図８は従来のマグネトロンスパッタ装置の
例を示す要部縦断面図である。図８において，１は真空
容器であり，排気系（図示せず）と接続する排気口２を
設けてある。真空容器１内には基板支持体３およびター
ゲット４を相互に対向するように配設し，各々直流若し
くは高周波の電源５と接続し，基板支持体３が陽極とな
りターゲット４が陰極となるように形成する。基板支持
体３上には，ターゲット４と対向する表面に薄膜を形成
すべき基板６を載置する。

【０００４】次に７は磁界発生装置であり，棒状に形成
した中心磁石７ａと，この中心磁石７ａを間隔を介して
包囲する環状磁石７ｂとから形成すると共に，各々異な
る磁極をターゲット４に向けて設ける。８はヨークであ
り，ターゲット４の反対側において中心磁石７ａおよび
環状磁石７ｂと磁気的に接続する。９は磁力線であり，
中心磁石７ａおよび環状磁石７ｂとによって発生し，タ
ーゲット４の表面近傍において，その表面と平行に延在
する部分を有する。一方電源５による基板支持体３とタ
ーゲット４との間の電界の方向はターゲット４の表面と
垂直に作用する。従ってターゲット４の表面近傍には相
互に直交する電磁界が得られる。

【０００５】上記のように電界に対して直交する磁界に
よって，ターゲット４の表面の近傍においては，電子が
確実に旋回運動させられ，高密度のプラズマが形成され
るのである。そしてこのプラズマ中の正イオンが負電位
となっているターゲット４に高エネルギーで激突するこ
とにより，そのエネルギーを受けたターゲット物質が飛
び出し，基板６の表面に付着して薄膜を生成するのであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のマグネトロ
ンスパッタ装置においては，通常のスパッタ装置と比較
して薄膜の生成速度が大であるという利点を有する反面
において，ターゲット４に局部的な消耗が発生し，ター
ゲットの使用効率が低いという問題点がある。

【０００７】図９は繰り返し使用後のターゲット４を示
す要部縦断面図であり，同一部分は前記図８と同一の参
照符号で示す。図９において４ａは凹部であり，ターゲ
ット４の中心磁石７ａと環状磁石７ｂとの略中間部の表
面に，局部的な消耗の結果生ずるものである。すなわち
ターゲット４の表面近傍における空隙磁束密度の水平成
分は，水平方向の位置により夫々異なり，中心磁石７ａ
と環状磁石７ｂとの略中間部において最大となり，この
部分における磁界が最大値を示す。この結果上記部分に
おけるプラズマの発生が他の部分より大となるため，タ
ーゲット４の消耗が大となるためである。

【０００８】このように凹部４ａが増大すると，当該部
分のターゲット４の厚さが減少し，遂にはターゲット物
質の飛び出しが期待できなくなるため，新規のターゲッ
ト４と交換する必要がある。この場合においても，ター
ゲット４の他の部分は充分使用に耐える厚さ寸法を有し
ており，結局ターゲット４全体としての使用効率が約２
０％に留まるという問題点がある。

【０００９】上記問題点を解決するために，中心磁石７
ａと環状磁石７ｂとの間におけるターゲット４の厚さを
他の部分より大に形成することにより，ターゲット４の
使用効率を向上させようとする提案がなされている（例
えば特開昭57−207175号公報参照）。しかしながら，こ
の提案ではターゲット４の製作が極めて煩雑となるのみ
でなく，装置毎に異なる厚さ寸法のターゲット４を準備
する必要があるため，管理もまた煩雑であるという問題
点がある。なお前記凹部４ａの発生態様は，磁場や電場
の強さ等の作業条件によって変化するため，最適条件を
見出すことがむずかしいという問題点もある。

【００１０】またマグネトロンスパッタ装置を構成する
真空容器１の外部空間にソレノイドコイルを設けると共
に，ターゲット４と基板支持体３間の外周に金属筒を挿
入し，電源５による電界分布を均一に分布させ，ターゲ
ット表面の体積エッチング率を平滑にするという提案も
ある（例えば特開昭57−207173号公報参照）。しかしな
がら，このような構成にすると装置全体が大型化かつ複
雑化するという問題点があるのみならず，磁界発生装置
７については全く従来のものと同様であり，空隙磁束密
度の水平成分の分布もまた同様であるため，ターゲット
４には局部的消耗による凹部４ａが発生する傾向は依然
として残存する。

【００１１】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し，ターゲットの局部的消耗を防止すると共に，タ
ーゲットの使用効率を向上させ得るマグネトロンスパッ
タ装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，本発明においては，真空容器内に基板支持体および
ターゲットを相互に対向して配設すると共に，これらの
間に電源を接続して電極を構成し，前記ターゲットの背
面側に，永久磁石からなりその磁界をターゲットに向け
て作用させる磁界発生装置を設け，ターゲットの基板支
持体との対向面の近傍に前記電源による基板支持体とタ
ーゲット間の電界に対して直交する磁界を発生するよう
に構成したマグネトロンスパッタ装置において，磁界発
生装置を形成する永久磁石をターゲットの面に沿う方向
に着磁してなる中空板状に形成すると共に，非磁性材料
からなる支持板上に配設する，という技術的手段を採用
した。

【００１３】本発明において，磁界発生装置を中心磁石
と，この中心磁石と間隔を介して包囲しかつ同極が対向
するように配設した環状磁石とによって形成することが
できる。

【００１４】また本発明において，環状磁石を複数個配
設することができる。

【００１５】

【作用】上記の構成により，磁界発生装置を形成する永
久磁石の表面または中心磁石と環状磁石との間における
空隙磁束密度の水平方向成分の分布を均一にすることが
できる。

【００１６】

【実施例】図１および図２は各々本発明の実施例を示す
要部平面図および要部縦断面図であり，同一部分は前記
図８および図９と同一の参照符号で示す。図１および図
２において，支持板１３は例えばＳＵＳ３０４のような
非磁性材料により，例えば直径１００mm，厚さ１０mmの
円板状に形成する。次に中心磁石７ａおよび環状磁石７
ｂは，例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石材料（日立金属
製Ｈ−３０ＣＨ）により，各々外径２０mm，内径１０m
m，高さ１６mm，および外系１００mm，内径９０mm，高
さ１６mmのリング状に形成し，ラジアル方向に着磁し
て，前記支持板１３上に同軸的に固着する。

【００１７】このようなリング状の永久磁石を製造する
場合には，例えば特開昭52−81505号，特公昭60−931
号公報にも記載されているように，リング状の成形空間
を有し，この成形空間内に放射状の磁界が付与された成
形用金型により，所謂磁場中プレス成形した後，焼結，
熱処理，加工して，放射状に着磁する手段が有効であ
る。なお上記リング状の中心磁石７ａおよび環状磁石７
ｂは，横断面形状を台形状若しくは扇形状に磁場中成形
した後，半径方向に着磁した永久磁石を複数個接合して
リング状に形成してもよい。

【００１８】図３は磁石間の位置と空隙磁束密度との関
係を示す図であり，横軸の左右端は前記図１および図２
における中心磁石７ａおよび環状磁石７ｂの一方の側に
おける位置に相当し，空隙磁束密度は水平方向の成分を
示している。図３から明らかなように，本実施例に対応
する曲線ａは空隙磁束密度の分布が均一であり，従来の
ものに対応する曲線ｂよりも優れていることがわかる。
すなわち本実施例のものは，図１および図２に示す中心
磁石７ａおよび環状磁石７ｂを各々ラジアル異方性の永
久磁石によって形成し，かつ支持板１３上に同軸的に配
設したことにより，磁力線が上記中心磁石７ａと環状磁
石７ｂ間において水平方向の成分がより密になるためと
認められる。

【００１９】図４は本発明の他の実施例を示す要部縦断
面図である。図４において，支持板１３は例えばＳＵＳ
３０４のような非磁性材料により，例えば直径１４０m
m，厚さ１０mmの円板状に形成する。次に１０は永久磁
石であり，前記実施例と同様の永久磁石材料により，外
径１４０mm，内径４０mm，高さ１６mmの中空円板状に形
成し，ラジアル方向に着磁して，前記支持板１３上に固
着する。

【００２０】図５は磁石間の位置と空隙磁束密度との関
係を示す図であり，前記図３のものと対応する。なお図
５には前記図８に示す構成の従来のものに対する分布も
併記してある。この場合中心磁石７ａは，外径４０mm，
内径３０mmに，環状磁石７ｂは，外径１３０mm，内径１
２０mmに形成し，何れも高さ１６mmとして高さ方向に着
磁し，直径１３０mm，厚さ１０mmの円板状に形成した支
持板１３上に固着して構成したものである。図５から明
らかなように，本実施例のものに対応する曲線ｃは，従
来のものに対応する曲線ｄよりも，空隙磁束密度の値が
大であると共に，分布が均一であることがわかる。これ
は図４に示すように，永久磁石１０の着磁方向を水平方
向にしたことにより，水平方向の磁束がより密になり，
かつ均一化されているものと認められる。

【００２１】図６は本発明の更に他の実施例を示す要部
縦断面図であり，同一部分は前記図４と同一の参照符号
で示す。図６において，１１，１２は各々中心磁石およ
び環状磁石であり，前記実施例におけると同様の永久磁
石材料により中空円板状若しくはリング状に形成し，ラ
ジアル方向に着磁し，同極が対向するように支持板１３
上に固着する。この場合，中心磁石１１は外径７５mm，
内径４０mmに，環状磁石１２は外径１３０mm，内径９０
mmに形成し，高さを１６mmとした。

【００２２】図７は磁石間の位置と空隙磁束密度との関
係を示す図であり，前記図５と対応する。図７から明ら
かなように本実施例のものに対応する曲線ｅは，従来の
ものに対応する曲線ｄ（図５のものと同一）よりも空隙
磁束密度の値が大であると共に，分布が均一であること
がわかる。

【００２３】上記の実施例においては，永久磁石の縦断
面形状を矩形状に形成した例について記述したが，矩形
以外の他の幾何学的形状に形成してもよい。また永久磁
石を形成する永久磁石材料としては，Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ以
外の希土類磁石材料としてもよい。更に中空板状の永久
磁石は一体に成形したもののみでなく，台形状若しくは
扇形状に形成した磁石片を周方向に配設して形成しても
よく，また中空部と外形部との輪郭が非同軸若しくは偏
心したものでもよい。なお磁界発生装置を中心磁石と環
状磁石とによって構成する場合において，環状磁石を複
数個設けてもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上記述するような構成および
作用であるから，簡単な構造であると共に，永久磁石の
表面または中心磁石と環状磁石との間における空隙磁束
密度の水平成分の分布を均一にすることができ，ターゲ
ットに発生する局部的消耗を防止し，ターゲットの使用
効率を大幅に向上させ得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す要部平面図である。

【図２】本発明の実施例を示す要部縦断面図である。

【図３】磁石間の位置と空隙磁束密度との関係を示す図
である。

【図４】本発明の他の実施例を示す要部縦断面図であ
る。

【図５】磁石間の位置と空隙磁束密度との関係を示す図
である。

【図６】本発明の更に他の実施例を示す要部縦断面図で
ある。

【図７】磁石間の位置と空隙磁束密度との関係を示す図
である。

【図８】従来のマグネトロンスパッタ装置の例を示す要
部縦断面図である。

【図９】繰り返し使用後のターゲットを示す要部縦断面
図である。

【符号の説明】

７ａ，１１ 中心磁石 ７ｂ，１２ 環状磁石 ８ ヨーク １０ 永久磁石 １３ 支持板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に基板支持体およびターゲッ
   トを相互に対向して配設すると共に，これらの間に電源
   を接続して電極を構成し，前記ターゲットの背面側に，
   永久磁石からなりその磁界をターゲットに向けて作用さ
   せる磁界発生装置を設け，ターゲットの基板支持体との
   対向面の近傍に前記電源による基板支持体とターゲット
   間の電界に対して直交する磁界を発生するように構成し
   たマグネトロンスパッタ装置において，磁界発生装置を
   形成する永久磁石をターゲットの面に沿う方向に着磁し
   てなる中空板状に形成すると共に，非磁性材料からなる
   支持板上に配設したことを特徴とするマグネトロンスパ
   ッタ装置。
2. 【請求項２】 磁界発生装置を中心磁石と，この中心磁
   石と間隔を介して包囲しかつ同極が対向するように配設
   した環状磁石とによって形成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. 【請求項３】 環状磁石を複数個配設したことを特徴と
   する請求項１若しくは２記載のマグネトロンスパッタ装
   置。