JPH0765168B2 - 平板マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

平板マグネトロンスパッタ装置

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JPH0765168B2
JPH0765168B2 JP62259338A JP25933887A JPH0765168B2 JP H0765168 B2 JPH0765168 B2 JP H0765168B2 JP 62259338 A JP62259338 A JP 62259338A JP 25933887 A JP25933887 A JP 25933887A JP H0765168 B2 JPH0765168 B2 JP H0765168B2
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magnetic field
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magnetron sputtering
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JP62259338A
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Inventor
安彦 赤尾
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日電アネルバ株式会社
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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、電磁石を磁場発生装置とするマグネトロンカ
ソードを備えた強磁性体用の平板マグネトロンスパッタ
装置に関する。
(従来の技術) 近時、平板状のターゲットの表面上に閉じた磁界を発生
させ、マグネトロン放電により生成されたプラズマをそ
の磁界内に高密度に閉じ込めることによってスパッタ速
度を大幅に向上させる平板マグネトロンスパッタ技術が
開発され、LSIの製造等において多く用いられるように
なって来ている。そして、平板マグネトロンスパッタ装
置では、一般に、ターゲットはその端面からある程度内
側の領域で表面上が周状に侵食される。逆に言えば、そ
の端面近傍の表面上が侵食されるほど侵食領域が広くな
るのでターゲットの利用率を高めることができ、ターゲ
ット寿命を伸ばすことができる。そして、侵食領域が広
くなると、スパッタされたターゲット材料の飛来経路が
分散されるから、形成されるスパッタ膜の膜厚分布の均
一な領域を広く得ることができる。
しかし、マグネトロン放電を起こさせるための磁場発生
手段として電磁石を用いた平板マグネトロンスパッタリ
ング装置においてターゲットの外周近傍を侵食するため
には、ターゲットと同程度にまで電磁石を大きくしなけ
ればならない。
この点については、従来の強磁性体用の平板マグネトロ
ンスパッタ装置のカソードを示した第4図に従って説明
する。
すなわち、マグネトロンカソード6は次のように構成さ
れている。強磁性体からなるターゲット1が、非磁性体
からなるターゲット基板2の上に重ねられて半田材等に
よって固着されている。そして、ターゲット基板2の裏
側には、ヨーク3とコイル4とから成る電磁石7が配設
されている。より詳しくは、ヨーク3は、ターゲット基
板2の裏面に向かい合うターゲット対向面を有するとと
もにターゲット対向面に形成された周状のコイル用溝と
を有する。そして、コイル4は、このヨーク3のコイル
用溝に埋め込まれるようにして配設されている。このよ
うな構造の電磁石7では、ヨーク3のターゲット対向面
のうちコイル用溝が形成された部分の内側の部分の表面
が一方の磁極になり、その外側の部分の表面7aが他方の
磁極(以下、外側磁極という)になる。そして、第4図
に示すように、外側磁極7aの外縁(即ちターゲット対向
面の周縁)は、上方のターゲット1の端面1aとほぼ面一
の状態になっている。つまり、ヨーク3のターゲット対
向面とターゲット1とは、ほぼ同じ形状大きさに構成さ
れている。
しかして、上記ターゲット1と、図示していないチャン
バーとの間に所定の電圧を印加してプラズマを発生さ
せ、上記電磁石7から発生する磁力線によって閉磁場を
形成し、この閉磁場内にプラズマを閉じ込めると上記タ
ーゲット1はスパッタされ、スパッタされたターゲット
材は図示していない基板面へ披着する。
しかし、上記のようにヨーク3のターゲット対向面をタ
ーゲット1とほぼ同じ形状大きさにして外側磁極7aの外
縁をターゲット1の端面1aと面一の状態にすると、ター
ゲット1の端面効果が発生して、放電が困難になる。こ
の点については、ターゲット表面上での磁場分布を示し
た第5図及び端面効果について説明した第6図及び第7
図に従って説明する。なお、第5図中、曲線B1は磁力線
をベクトルで表した場合のターゲット表面に対する垂直
方向の成分の磁束密度を示し、曲線B2は水平方向の成分
磁束密度を示している。
まず、第6図では、従来のマグネトロンスパッタ装置に
おける一般的なカソードのタイプの一例が示されてい
る。この例では、第4図に示すものとは異なり、ヨーク
3のターゲット対向面が小さくて外側磁極7aの外縁がタ
ーゲット1の端面1aと面一の状態ではなく、相当程度内
側に位置している。外側磁極7aがN極で内側磁極がS極
とすると、この第5図の構造では、外側磁極7aから出た
磁力線は一部がターゲット1の内部を通って内側磁極に
達する。そして、他の磁力線は、ターゲット1の表面か
ら漏洩して図に示すようにターゲット1の表面上に円弧
状のループを描く。即ち、閉磁場が形成される。そし
て、この閉磁場内にプラズマが前述ように閉じ込められ
てスパッタが動作する。しかし、この第6図に示した構
造では、図から明かなように、ターゲット1の端面1a近
傍の部分には閉磁場が形成されず、この端面1aの近傍の
表面上は侵食領域にならない。従って、ターゲットの利
用率の向上やスパッタ膜の膜厚分布の向上といった前述
の目的の達成は不可能である。
一方、第7図は、第4図に示す構造と同じ構造のカソー
ドを示したものである。この第7図に示す構造では、電
磁石7を大きくして、ターゲット1の端面1aと電磁石7
の外側磁極7aの外縁とを面一状態にしている。このよう
な構造にすれば、侵食領域は原理的には拡大し、ターゲ
ット1の端面1a近傍まで有効に利用することできると想
像される。しかし、現実には、ターゲット1の端面効果
のため、この第7図の構造では有効な放電を生成するこ
とができない。
即ち、第7図に示すように、ターゲット1の端面1aと外
側磁極7aとを面一状態にすると、ターゲット1の端面1a
にも磁極が現れ、端面1aから磁力線が漏洩してしまう。
そして、この磁力線に引きずられるようにして磁力線が
端面1aを回り込むようにして膨らみ、ターゲット1の表
面上には閉磁場が形成されなくなってしまう。このた
め、プラズマの閉じ込めが出来なくなり、有効な放電が
生成されなくなるのである。この状態は、第5図に示す
磁力線分布によって裏付けられる。即ち、第5図に示す
ように、ターゲット1の端面1aの近傍において、垂直成
分が負である磁力線は存在しない。つまり、第4図及び
第7図に示す構造では、閉磁場が形成されないのであ
る。
このように、従来の平板マグネトロンスパッタ装置で
は、侵食領域を拡大させようとして電磁石をターゲット
と同程度まで大きくしていくと、ターゲットの端面効果
が発生するため、放電が困難になり、また、放電した場
合にもスパッタ速度を高めることができないという問題
があった。
(本発明の目的] 本発明の目的は、電磁石を大きくして外側磁極の外縁を
ターゲットの端面とほぼ面一の状態にした場合でも、生
成したプラズマを高密度に閉磁場内に閉じ込めることが
できるようにし、ターゲットの利用効率を向上させ、膜
厚の均一性向上を実現することができるようにした強磁
性体用の高速平板マグネトロンスパッタ装置の提供にあ
る。
(本発明の構成)) 本発明は、上記目的を達成するために次のように構成さ
れている。すなわち、ターゲット基板と、ターゲット基
板上に重ねて固着された強磁性体よりなる平板状のター
ゲットと、ターゲット基板の裏面に向かい合うターゲッ
ト対向面を有するとともにターゲット対向面に形成され
た周状のコイル用溝とを有するヨークとこのヨークのコ
イル用溝に埋め込まれたコイルより成る電磁石とを具備
したマグネトロンカソードを備え、前期電磁石により、
前記ターゲット表面上に閉磁場を形成し、当該閉磁場内
に生成したプラズマを閉じ込め、ターゲットをスパッタ
することによって基板にスパッタ膜を形成するようにし
た平板マグネトロンスパッタ装置において、前記ターゲ
ットの端面と、前記ヨークのターゲット対向面のうち前
記コイル用溝が形成された部分の外側の部分である外側
磁極の外縁とは、ほぼ面一の状態であり、さらに、前記
ターゲットの外周に強磁性体からなる磁場修正板がター
ゲットの端面に固着されて配設され、この磁場修正板
は、ターゲットの端面から所定距離外方に延びて当該タ
ーゲットの端面を実効的に外方に延長するものであって
当該ターゲットの端面における端面効果を消滅せしめて
閉磁場がターゲットの周縁から内側にかけて形成される
よう磁場を修正するものであることを特徴している。
また、好ましい実施態様として、磁場修正板はフランジ
部を有し、当該フランジ部で強磁性体ターゲットの端部
が押さえられているようにしている。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。な
お、従来技術と同一の構成部材については同一符号を使
用し、その説明は省略する。
第1図は、本発明の第1実施例を示している。当該第1
実施例の最大の特徴は、強磁性体からなるターゲット1
の端面1aに、当該ターゲット1と同じ材質である強磁性
体からなる磁場修正板5を固着するようにした点にあ
る。すなわち、第4図に示すものと同様に電磁石7を大
きくしてターゲット1の端面1aと外側磁極7aの外縁とを
面一の状態に構成している。そして、磁場修正板5は、
ターゲット1とほぼ同じ厚さを有し、その幅方向がター
ゲット1の端面1aから所定距離外方に延びるような状態
になっている。このように構成すると、磁場修正板5は
ターゲット1と同じ材質の強磁性体からなるものである
から、ターゲット1の端面1aが実効的に外方に延長され
た状態となる。つまり、第6図に示す従来の構造と同様
な磁力線分布となり、第7図に示された端面効果が消滅
した状態となる。この状態では、第6図に示すのと同様
に、磁力線はターゲット1の端面1aから何等漏洩するこ
となく外側磁極7aからターゲット1を進むか又はターゲ
ット表面上で閉ループを描く。このため、ターゲット1
の周縁(ターゲットの表面と端面とのなす角)から内側
にかけて閉磁場が形成される状態となる。
このような状態は、第2図に示す磁力線分布によって裏
付けされる。即ち第2図に示すように、ターゲット表面
に対し垂直方向の磁力線成分B1の符号が強磁性体ターゲ
ット1端部1a付近で正から負に変わり、この付近で円弧
状の閉磁場を形成することができる。
第3図は本発明の第2実施例を示している。当該第2実
施例の特徴は、フランジ部5aを有する磁場修正板5をタ
ーゲット1の端面1aに固着し、上記フランジ部5aで強磁
性体ターゲット1の外周部を押さえるようにしている点
にある。なお、当該実施例の場合、ターゲット裏板2を
必ず設けなければならないというものではない。
以上のように磁場修正板をターゲットの端面に固着する
ことによって磁場分布を改善することができるが、当該
ターゲットの形状が円形、矩形などどのようなものであ
っても影響を受けない。さらに、上記実施例では磁場修
正板の材質をターゲット材と同一としているが、必ずし
も同一である必要はなく、鉄、コバルト、ニッケル、ま
たはこれらの合金など強磁性体であれば本発明の効果を
発揮できる。
(発明の効果) 本発明の平板型マグネトロンスパッタリング装置によれ
ば、ターゲットの利用率を向上させるとともに、膜厚の
均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示したマグネトロンカソ
ードの部分概略図、第2図は第1実施例に係るターゲッ
ト上の磁場分布を示した図、第3図は本発明の第2実施
例を示したマグネトロンカソードの部分概略図、第4図
は従来のマグネトロンカソードの部分外略図、、第5図
は従来のターゲット上の磁場分布を示した図である。第
6図及び第7図は、ターゲットの端面効果を説明する図
である。 1……ターゲット、1a……ターゲットの端面、2……タ
ーゲット裏板、3……ヨーク、4……コイル、5……磁
場修正板、6……マグネトロンカソード、7……電磁
石、7a……外側磁極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−72873(JP,A) 特開 昭63−162865(JP,A) 特開 昭64−47867(JP,A) 特開 昭61−246367(JP,A) 特開 昭62−149868(JP,A) 特開 昭62−218562(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ターゲット基板と、ターゲット基板上に重
    ねて固着された強磁性体よりなる平板状のターゲット
    と、ターゲット基板の裏面に向かい合うターゲット対向
    面を有するとともにターゲット対向面に形成された周状
    のコイル用溝とを有するヨークとこのヨークのコイル用
    溝に埋め込まれたコイルより成る電磁石とを具備したマ
    グネトロンカソードを備え、前記電磁石により、前記タ
    ーゲット表面上に閉磁場を形成し、当該閉磁場内に生成
    したプラズマを閉じ込め、ターゲットをスパッタするこ
    とによって基板にスパッタ膜を形成するようにした平板
    マグトロンスパッタ装置において、前記ターゲットの端
    面と、前記ヨークのターゲット対向面のうち前記コイル
    用溝が形成された部分の外側の部分である外側磁極の外
    縁とは、ほぼ面一の状態であり、さらに、前記ターゲッ
    トの外周に強磁性体からなる磁場修正板がターゲットの
    端面に固着されて配設され、この磁場修正板は、ターゲ
    ットの端面から所定距離外方に延びて当該ターゲットの
    端面を実効的に外方に延長するものであって当該ターゲ
    ットの端面における端面効果を消滅せしめて閉磁場がタ
    ーゲットの周縁から内側にかけて形成されるよう磁場を
    修正するものであることを特徴とする平板マグネトロン
    スパッタ装置。
  2. 【請求項2】磁場修正板はフランジ部を有し、当該フラ
    ンジ部で前記ターゲットの端部が押さえられていること
    を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の平板マグ
    ネトロンスパッタ装置。
JP62259338A 1987-10-14 1987-10-14 平板マグネトロンスパッタ装置 Expired - Lifetime JPH0765168B2 (ja)

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