JPH076061B2 - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

マグネトロンスパッタ装置

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JPH076061B2
JPH076061B2 JP63156353A JP15635388A JPH076061B2 JP H076061 B2 JPH076061 B2 JP H076061B2 JP 63156353 A JP63156353 A JP 63156353A JP 15635388 A JP15635388 A JP 15635388A JP H076061 B2 JPH076061 B2 JP H076061B2
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久三 中村
賀文 太田
道夫 石川
典明 谷
征典 橋本
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日本真空技術株式会社
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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、それに電圧を印加し
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、それによって、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図はこの一従来技術を示
すものである。環状磁極体(21)と非環状の中心磁極体
(22)とが一端をヨーク部材(24)で磁気的に結合さ
れ、他端に近接してターゲット(23)が設けられてい
る。今前記環状磁極体(21)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(23)にイオンが衝突するのはプラズマの
位置に対応する白抜きで示した部分(25)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30%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(22)と第1の環状磁極体(21)の周囲に第
2の環状磁極体(26)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(23)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
体とその内側に並列に配置した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、前記環状磁極体は励磁コイルを巻装させるか、
又はそれ自身を永久磁石とし、前記非環状磁極体の各々
には独立した励磁コイルを巻装させ、前記非環状磁極体
の各々の励磁コイルに流す電流をそれぞれ位相をずらせ
周期的に変化させて、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を時
間的に平均してほぼターゲット面の全域に亘って均一に
移動させるための電流値制御手段を設けたことを特徴と
するマグネトロンスパッタ装置、によって達成される。
〔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
領域が移動し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
(7)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)とを並列に配
置し、各々に励磁コイル(1a)(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(7)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(8)を嵌め込んだ。
バッキングプレート(6)の上に6mm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(8)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、環状磁極体(1)の励磁コ
イル(1a)(1b)には環状磁極体(1)の上端がS極と
なるように電流を流し、第1中心磁極体(2)の励磁コ
イル(2a)と第2中心磁極体(3)の励磁コイル(3a)
には、それぞれ第3図(C)において(o)、(p)で
示すような電流を5Hzで流す。この時のプラズマの発生
位置とその経時的な移動を第3図によって説明する。
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S
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
(A)との対応で第3図(B)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(C)の電流に応じて第1中心
磁極体(2)をN極からN′極へ、第2中心磁極体
(3)をS′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(B)中に
矢印で示したように第1中心磁極体(2)と第2中心磁
極体(3)との間にあったプラズマが第2中心磁極体
(3)と環状磁極体(1)の右側部分との間へ移動し、
に示された位置になる。次に(時刻)、さらに第3
図(C)の電流変化に従って第1、第2中心磁性体
(2)(3)の極性をN′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
狭まり、(t)エロージョン中心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。このことからわかるように、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%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(1a)(1b)に電流を長し
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
(o)、(p)、(q)からなる三相交流を流した。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。6mm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。各磁極体(2)(3)(4)の励磁
コイル(2a)(3a)(4a)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(8)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(8)
および鉄リング(9)を省き、各磁極体(1)(2)
(3)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(8)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
エロージョ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
される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、 (1)……環状磁極体 (2)……第1中心磁極体 (3)……第2中心磁極体 (4)……第3中心磁極体 (1a)(1b)(2a)(3a)(4a)……励磁コイル (5)……ターゲット (6)……バッキングプレート (8)……ヨーク部材 (9)……鉄リング (o)……第1中心磁極体の励磁コイルに流れる電流 (p)……第2中心磁極体の励磁コイルに流れる電流 (q)……第3中心磁極体の励磁コイルに流れる電流 (r)……エロージョン中心1 (s)……エロージョン中心2 (t)……エロージョン中心3
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 征典 千葉県印旛郡八街町朝日617―2 日本真 空技術寮内 (56)参考文献 特開 昭63−103066(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ターゲット材に近接又は接触して環状磁極
    体とその内側に並列に配置した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、前記環状磁極体は励磁コイルを巻装させるか、
    又はそれ自身を永久磁石とし、前記非環状磁極体の各々
    には独立した励磁コイルを巻装させ、前記非環状磁極体
    の各々の励磁コイルに流す電流をそれぞれ位相をずらせ
    周期的に変化させて、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を時
    間的に平均してほぼターゲット面の全域に亘って均一に
    移動させるための電流値制御手段を設けたことを特徴と
    するマグネトロンスパッタ装置。
  2. 【請求項2】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)に記載のマグネトロンスパッタ装置。
  3. 【請求項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)に記載のマグネトロンスパ
    ッタ装置。
  4. 【請求項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。
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