JPH09195043A - マグネトロン型スパッター電極磁界配位及びその磁気回路 - Google Patents
マグネトロン型スパッター電極磁界配位及びその磁気回路Info
- Publication number
- JPH09195043A JPH09195043A JP820096A JP820096A JPH09195043A JP H09195043 A JPH09195043 A JP H09195043A JP 820096 A JP820096 A JP 820096A JP 820096 A JP820096 A JP 820096A JP H09195043 A JPH09195043 A JP H09195043A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target
- magnetic field
- magnet
- null point
- magnetron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 マグネトロン型スパッター電極磁界配位にお
いて、ターゲット消費効率を改善し、さらに基板上生成
膜の欠陥を低減化し、ターゲット全面にわたってエロー
ジョンを確保できるマグネトロン型スパッター電極磁界
配位を提供する。 【解決手段】 マグネトロン型スパッター電極のターゲ
ット１背面に配置した磁石によって該ターゲット１とス
パッター成膜基板との間に形成される磁界配位におい
て、該磁石による磁力線配位がスパッター成膜基板とタ
ーゲットの間でヌルポイント４を有し、該ヌルポイント
４を通るセパラトリックス５がターゲット１上にドーム
を形成してなることを特徴とするマグネトロン型スパッ
ター電極磁界配位。
いて、ターゲット消費効率を改善し、さらに基板上生成
膜の欠陥を低減化し、ターゲット全面にわたってエロー
ジョンを確保できるマグネトロン型スパッター電極磁界
配位を提供する。 【解決手段】 マグネトロン型スパッター電極のターゲ
ット１背面に配置した磁石によって該ターゲット１とス
パッター成膜基板との間に形成される磁界配位におい
て、該磁石による磁力線配位がスパッター成膜基板とタ
ーゲットの間でヌルポイント４を有し、該ヌルポイント
４を通るセパラトリックス５がターゲット１上にドーム
を形成してなることを特徴とするマグネトロン型スパッ
ター電極磁界配位。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基板上に薄膜を形成
するためのマグネトロン型スパッター装置における電極
磁界配位、及びその磁気回路に関するものである。
するためのマグネトロン型スパッター装置における電極
磁界配位、及びその磁気回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、最も良く用いられているマグネト
ロン型スパッター電極の磁界配位を軸対称型について図
１０に示す。ターゲット２１の背面に永久磁石２２を軸
対称に配したもので、ターゲットから湧出する磁力線２
３が円弧状を描いてターゲットに沈降する領域が形成さ
れる。この円弧状磁力線上のスパッター放電プラズマ中
の電子はターゲット表面に衝突し、２次電子を生成し、
点Ｂ1 Ｆ1 間（および点Ｂ2 Ｆ2 間）を往復してさらに
２次電子を生成し、累積的に増加し、プラズマは円弧状
磁力線の内側に閉じ込められ、高密度のプラズマが点Ａ
1 （およびＡ2 ）の近傍で形成される。この高密度プラ
ズマによってスパッター効率が増大し、磁界を用いない
平行平板型二極スパッター法に比べて成膜速度の高いス
パッターが可能である。
ロン型スパッター電極の磁界配位を軸対称型について図
１０に示す。ターゲット２１の背面に永久磁石２２を軸
対称に配したもので、ターゲットから湧出する磁力線２
３が円弧状を描いてターゲットに沈降する領域が形成さ
れる。この円弧状磁力線上のスパッター放電プラズマ中
の電子はターゲット表面に衝突し、２次電子を生成し、
点Ｂ1 Ｆ1 間（および点Ｂ2 Ｆ2 間）を往復してさらに
２次電子を生成し、累積的に増加し、プラズマは円弧状
磁力線の内側に閉じ込められ、高密度のプラズマが点Ａ
1 （およびＡ2 ）の近傍で形成される。この高密度プラ
ズマによってスパッター効率が増大し、磁界を用いない
平行平板型二極スパッター法に比べて成膜速度の高いス
パッターが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのマグ
ネトロン型スパッター電極の欠点は、ターゲット表面で
のエロージョンが局所的に、図１０の場合は点Ａ1 （お
よびＡ2 ）の近傍に、集中して進行することである。特
に、絶縁物ターゲットを高周波放電でスパッターしたり
あるいは直流放電で導電性ターゲットを用いる反応性ス
パッター法で絶縁物をスパッター成膜する場合、ターゲ
ット表面でエロージョンの進まない領域（図１０では内
周部ＯＣ1 、ＯＣ2 および外周部Ｄ1 Ｅ1 、Ｄ2 Ｅ2 の
領域）ではスパッター生成絶縁物が付着し、その堆積膜
が厚くなると膜の剥離が起こったり、さらにはこの剥離
片による発塵が発生し、基板上の生成膜に欠陥をもたら
すことがある。また、導電性ターゲット表面上でエロー
ジョンの進行する導電性領域とスパッター生成絶縁物の
付着が進行する堆積領域の境界近傍では、絶縁破壊を起
こしやすく、アーク発生の原因となり、これは成膜基板
にピンホール欠陥を引き起こす原因となる。また、エロ
ージョン領域が局所化されるとターゲットの消費効率も
当然低下する。
ネトロン型スパッター電極の欠点は、ターゲット表面で
のエロージョンが局所的に、図１０の場合は点Ａ1 （お
よびＡ2 ）の近傍に、集中して進行することである。特
に、絶縁物ターゲットを高周波放電でスパッターしたり
あるいは直流放電で導電性ターゲットを用いる反応性ス
パッター法で絶縁物をスパッター成膜する場合、ターゲ
ット表面でエロージョンの進まない領域（図１０では内
周部ＯＣ1 、ＯＣ2 および外周部Ｄ1 Ｅ1 、Ｄ2 Ｅ2 の
領域）ではスパッター生成絶縁物が付着し、その堆積膜
が厚くなると膜の剥離が起こったり、さらにはこの剥離
片による発塵が発生し、基板上の生成膜に欠陥をもたら
すことがある。また、導電性ターゲット表面上でエロー
ジョンの進行する導電性領域とスパッター生成絶縁物の
付着が進行する堆積領域の境界近傍では、絶縁破壊を起
こしやすく、アーク発生の原因となり、これは成膜基板
にピンホール欠陥を引き起こす原因となる。また、エロ
ージョン領域が局所化されるとターゲットの消費効率も
当然低下する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記問題点
に鑑み、鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成させるに
至った。すなわち本発明は、マグネトロン型スパッター
電極のターゲット背面に配置した磁石によって該ターゲ
ットとスパッター成膜基板との間に形成される磁界配位
において、該磁石による磁力線配位がスパッター成膜基
板とターゲットの間でヌルポイントを有し、該ヌルポイ
ントを通るセパラトリックスがターゲット上にドームを
形成してなることを特徴とするマグネトロン型スパッタ
ー電極磁界配位を要旨とし、また、頂点から底部へ向け
て磁化方向が異なる部分に三分割された扇形あるいは三
角形の永久磁石を複数個組み合わせて、円形状または多
角形状とし、上記三分割のうち内周側部分の磁化方向を
頂点方向へ向けて、外周側部分の磁化方向を外周方向へ
向け、中周部分の磁化方向をターゲット方向へ向ける
か、または前記の磁化方向をすべて反転させてなること
を特徴とする上記磁界配位を形成するための磁気回路を
要旨とするものである。ここで、ヌルポイントとは、図
１の４に示すように磁界強度がゼロとなる磁界配位の特
異点で鞍馬点とも呼ばれている。また、セパラトリック
スとは、図１の５に示すようにこの特異点を通る磁力線
である。
に鑑み、鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成させるに
至った。すなわち本発明は、マグネトロン型スパッター
電極のターゲット背面に配置した磁石によって該ターゲ
ットとスパッター成膜基板との間に形成される磁界配位
において、該磁石による磁力線配位がスパッター成膜基
板とターゲットの間でヌルポイントを有し、該ヌルポイ
ントを通るセパラトリックスがターゲット上にドームを
形成してなることを特徴とするマグネトロン型スパッタ
ー電極磁界配位を要旨とし、また、頂点から底部へ向け
て磁化方向が異なる部分に三分割された扇形あるいは三
角形の永久磁石を複数個組み合わせて、円形状または多
角形状とし、上記三分割のうち内周側部分の磁化方向を
頂点方向へ向けて、外周側部分の磁化方向を外周方向へ
向け、中周部分の磁化方向をターゲット方向へ向ける
か、または前記の磁化方向をすべて反転させてなること
を特徴とする上記磁界配位を形成するための磁気回路を
要旨とするものである。ここで、ヌルポイントとは、図
１の４に示すように磁界強度がゼロとなる磁界配位の特
異点で鞍馬点とも呼ばれている。また、セパラトリック
スとは、図１の５に示すようにこの特異点を通る磁力線
である。
【０００５】以下に、これをさらに詳述する。上記の課
題を解決するには、まず、スパッター放電中の電子及び
イオンの磁界中での挙動を解析する必要がある。電子の
運動エネルギーＴｅは、通常数ｅＶであるため、Ｔｅ＝
３ｅＶ、磁界Ｂ＝１００ガウスとすると、 電子サイクロトロン角周波数 ωc ＝１．７６×109 sec-1 熱速度 ｖ＝１．０３×106 ｍ／sec ラーモア半径 ρ＝０．５９mm となり、ラーモア半径は１mm以下である。中性Ａｒガス
と熱平衡にあるＡｒイオンの運動エネルギーＴｉは室温
３００°Ｋで１／４０ｅＶ以下であるが、ターゲットへ
向けて加速されるとターゲット印加電圧の５００〜１０
００ｅＶに達する。したがってターゲット表面近傍シー
ス（厚さは１〜２mm）から放電プラズマ中に入ったとこ
ろでは、Ｔｉ＝数ｅＶからＴｉ＝数１００ｅＶに分布し
ている。磁界Ｂを上記と同じく１００ガウスとすると、 イオンサイクロトロン角周波数 ωc ＝２．３９×104 sec-1 Ｔｉ＝１／４０ｅＶのとき、 熱速度 ｖ＝３．５２×102 ｍ／sec ラーモア半径 ρ＝１５mm Ｔｉ＝１００ｅＶのとき、 熱速度 ｖ＝２．１９×104 ｍ／sec ラーモア半径 ρ＝９１４mm となり、ラーモア半径は約１cm〜１ｍとなる。このこと
からスパッターのプラズマでは電子の動きは磁力線に縛
りつけられ、磁力線の方向へだけしか動けない。これに
対し、イオンはラーモア半径が装置サイズであるため、
磁界の影響は受けないものとみなせる。
題を解決するには、まず、スパッター放電中の電子及び
イオンの磁界中での挙動を解析する必要がある。電子の
運動エネルギーＴｅは、通常数ｅＶであるため、Ｔｅ＝
３ｅＶ、磁界Ｂ＝１００ガウスとすると、 電子サイクロトロン角周波数 ωc ＝１．７６×109 sec-1 熱速度 ｖ＝１．０３×106 ｍ／sec ラーモア半径 ρ＝０．５９mm となり、ラーモア半径は１mm以下である。中性Ａｒガス
と熱平衡にあるＡｒイオンの運動エネルギーＴｉは室温
３００°Ｋで１／４０ｅＶ以下であるが、ターゲットへ
向けて加速されるとターゲット印加電圧の５００〜１０
００ｅＶに達する。したがってターゲット表面近傍シー
ス（厚さは１〜２mm）から放電プラズマ中に入ったとこ
ろでは、Ｔｉ＝数ｅＶからＴｉ＝数１００ｅＶに分布し
ている。磁界Ｂを上記と同じく１００ガウスとすると、 イオンサイクロトロン角周波数 ωc ＝２．３９×104 sec-1 Ｔｉ＝１／４０ｅＶのとき、 熱速度 ｖ＝３．５２×102 ｍ／sec ラーモア半径 ρ＝１５mm Ｔｉ＝１００ｅＶのとき、 熱速度 ｖ＝２．１９×104 ｍ／sec ラーモア半径 ρ＝９１４mm となり、ラーモア半径は約１cm〜１ｍとなる。このこと
からスパッターのプラズマでは電子の動きは磁力線に縛
りつけられ、磁力線の方向へだけしか動けない。これに
対し、イオンはラーモア半径が装置サイズであるため、
磁界の影響は受けないものとみなせる。
【０００６】磁力線がターゲット表面上で円弧状とな
り、ターゲットから湧出してターゲットに沈降する場
合、この磁力線上の電子は湧出点と沈降点の間をバウン
スして二次電子を倍増させ、この領域に電荷中和のため
イオンを引き込み、高密度プラズマを形成し、その下の
ターゲット領域ではエロージョンが進行する。これに対
し、磁力線がターゲットに戻らず解放されている領域
（図１０では内周部ＯＣ1 、ＯＣ2 および外周部Ｄ1 Ｅ
1 、Ｄ2 Ｅ2 の領域）ではこのような二次電子倍増効果
がなく、プラズマは高密度にならず、エロージョン速度
より堆積速度が上回ってスパッター生成物付着領域とな
る。背面磁石を中心軸に対し非対称に配置して回転さ
せ、エロージョン速度を回転時間平均で堆積速度を上回
るようにして、ターゲット全面にわたってエロージョン
をとる方法もあるが、この方法では磁石配置が複雑で、
さらに磁石回転のモーターが必要である。
り、ターゲットから湧出してターゲットに沈降する場
合、この磁力線上の電子は湧出点と沈降点の間をバウン
スして二次電子を倍増させ、この領域に電荷中和のため
イオンを引き込み、高密度プラズマを形成し、その下の
ターゲット領域ではエロージョンが進行する。これに対
し、磁力線がターゲットに戻らず解放されている領域
（図１０では内周部ＯＣ1 、ＯＣ2 および外周部Ｄ1 Ｅ
1 、Ｄ2 Ｅ2 の領域）ではこのような二次電子倍増効果
がなく、プラズマは高密度にならず、エロージョン速度
より堆積速度が上回ってスパッター生成物付着領域とな
る。背面磁石を中心軸に対し非対称に配置して回転さ
せ、エロージョン速度を回転時間平均で堆積速度を上回
るようにして、ターゲット全面にわたってエロージョン
をとる方法もあるが、この方法では磁石配置が複雑で、
さらに磁石回転のモーターが必要である。
【０００７】本発明は、単純な磁石配置で磁石回転も行
わずにスパッター生成物の付着を抑制し、ターゲット全
面にわたってエロージョンを確保しようとするものであ
る。このためにはターゲットから湧出する磁力線をなる
べく多く、できればその全てをターゲットへ沈降させ、
開放磁力線の数を抑えてマグネトロン型本来の特徴を最
大限に利用すれば良い。なお、磁力線の方向は、荷電粒
子のサイクロトロン運動で右回りか左回りかを決める
が、これはスパッターに与かる現象とは無関係であるた
め、ターゲット上での磁力線の湧出と沈降は入れ替わっ
てもよい。同じ理由で、組み合わせた全ての磁石の極性
を反転させてもよい。
わずにスパッター生成物の付着を抑制し、ターゲット全
面にわたってエロージョンを確保しようとするものであ
る。このためにはターゲットから湧出する磁力線をなる
べく多く、できればその全てをターゲットへ沈降させ、
開放磁力線の数を抑えてマグネトロン型本来の特徴を最
大限に利用すれば良い。なお、磁力線の方向は、荷電粒
子のサイクロトロン運動で右回りか左回りかを決める
が、これはスパッターに与かる現象とは無関係であるた
め、ターゲット上での磁力線の湧出と沈降は入れ替わっ
てもよい。同じ理由で、組み合わせた全ての磁石の極性
を反転させてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。ターゲット上全面にわたってスパッター生
成物の付着を抑制し、エロージョンを確保する第一の方
法は、磁界配位を図１のようにしてヌルポイント４を形
成し、このヌルポイントを通るセパラトリックス５でド
ーム（斜線で示す）を形成すれば良い。この方法の特徴
はドームの中においてはターゲット１から湧出する磁力
線は全てターゲットに沈降する点にある。上記解析によ
れば、放電プラズマはドームの中に有効に閉じ込められ
るため、ドームの下のターゲット面全域にわたってエロ
ージョンが効率よく進行する。
て説明する。ターゲット上全面にわたってスパッター生
成物の付着を抑制し、エロージョンを確保する第一の方
法は、磁界配位を図１のようにしてヌルポイント４を形
成し、このヌルポイントを通るセパラトリックス５でド
ーム（斜線で示す）を形成すれば良い。この方法の特徴
はドームの中においてはターゲット１から湧出する磁力
線は全てターゲットに沈降する点にある。上記解析によ
れば、放電プラズマはドームの中に有効に閉じ込められ
るため、ドームの下のターゲット面全域にわたってエロ
ージョンが効率よく進行する。
【０００９】第二の方法は、磁界配位を図２に示すよう
に、セパラトリックスで形成されるドームを中心に配置
し、その外部に従来マグネトロン型の環状ドームを配置
し、両ドームを極力近接させたものである。この場合は
ヌルポイント近傍での電子の運動の特異性を利用するも
ので、これについて以下に説明する。ラーモア半径の大
きさが無限に小さい場合、電子の運動は上記のように磁
力線に完全に縛られているが、ラーモア半径が有限の場
合はこのヌルポイントの近傍における電子の運動は極度
に複雑である。図３は、ヌルポイント近傍における電子
の運動状態を示したもので、電子の運動は磁力線に平行
方向の速度ｖ（‖）、垂直方向の速度ｖ（⊥）、磁力線
との角度位相ψによって厳密に決定されるが、これら３
個のパラメーターの組み合わせで、図３のように、いず
れのセパラトリックスの方向へも抜け出ることができ
る。すなわち、ヌルポイント近傍では電子の軌道はぼや
ける効果がある。このぼやけ効果を利用してターゲット
全面にわたって付着堆積領域をなくし、全面エロージョ
ンとすることもできる。すなわち、図２のようにターゲ
ット周縁部（点Ｆ1およびＦ2 ）を通る磁力線がターゲ
ットに沈降する位置（点Ｅ1 およびＥ2 ）を上記のドー
ムの基点（点Ｄ1 およびＤ2 ）に極力近づければ良い。
ターゲット上の点Ｄ1 と点Ｅ1 の間では、ラーモア半径
はゼロの場合、エロージョン速度より堆積速度が速いた
め、本来付着する領域であるが、ラーモア半径が有限の
大きさの場合、上記のぼやけ効果によって電子はヌルポ
イントを通してドーム内側から持続的に供給され、点Ｄ
1 と点Ｅ1 の間でエロージョン速度と堆積速度を逆転さ
せて付着をなくすことができ、ターゲット全面にわたっ
てエロージョンを確保することが可能である。
に、セパラトリックスで形成されるドームを中心に配置
し、その外部に従来マグネトロン型の環状ドームを配置
し、両ドームを極力近接させたものである。この場合は
ヌルポイント近傍での電子の運動の特異性を利用するも
ので、これについて以下に説明する。ラーモア半径の大
きさが無限に小さい場合、電子の運動は上記のように磁
力線に完全に縛られているが、ラーモア半径が有限の場
合はこのヌルポイントの近傍における電子の運動は極度
に複雑である。図３は、ヌルポイント近傍における電子
の運動状態を示したもので、電子の運動は磁力線に平行
方向の速度ｖ（‖）、垂直方向の速度ｖ（⊥）、磁力線
との角度位相ψによって厳密に決定されるが、これら３
個のパラメーターの組み合わせで、図３のように、いず
れのセパラトリックスの方向へも抜け出ることができ
る。すなわち、ヌルポイント近傍では電子の軌道はぼや
ける効果がある。このぼやけ効果を利用してターゲット
全面にわたって付着堆積領域をなくし、全面エロージョ
ンとすることもできる。すなわち、図２のようにターゲ
ット周縁部（点Ｆ1およびＦ2 ）を通る磁力線がターゲ
ットに沈降する位置（点Ｅ1 およびＥ2 ）を上記のドー
ムの基点（点Ｄ1 およびＤ2 ）に極力近づければ良い。
ターゲット上の点Ｄ1 と点Ｅ1 の間では、ラーモア半径
はゼロの場合、エロージョン速度より堆積速度が速いた
め、本来付着する領域であるが、ラーモア半径が有限の
大きさの場合、上記のぼやけ効果によって電子はヌルポ
イントを通してドーム内側から持続的に供給され、点Ｄ
1 と点Ｅ1 の間でエロージョン速度と堆積速度を逆転さ
せて付着をなくすことができ、ターゲット全面にわたっ
てエロージョンを確保することが可能である。
【００１０】本発明のマグネトロンスパッター電極磁界
配位を得るための、磁気回路の一例を示すと、図４
（ａ）、（ｂ）に示すように、１２分割の三角形状磁石
２を組み合わせて軸対称とした構成の希土類磁石を作製
し、ヨーク８は鉄製で直径＝１５０mm、厚さ＝１０mmと
し、磁石の直径＝１３５mm、厚さ＝１０mm、また磁石の
極性は、３mm≦半径ｒ＜２９mmでは軸方向へ向き、２９
mm≦ｒ＜３５mmでは軸方向ターゲット１側へ向き、３５
mm≦ｒ≦６７．５mmでは外側へ向き、磁石素材はＮｄＦ
ｅＢ系合金よりなるものである。スパッターには、後述
するように非磁性体の外径１５０mm、厚さ５mmのシリコ
ンターゲットを用いた。磁石上面からｚ方向へ８mm以上
離れた位置では、三角形状に分割した影響はないことが
確認された。
配位を得るための、磁気回路の一例を示すと、図４
（ａ）、（ｂ）に示すように、１２分割の三角形状磁石
２を組み合わせて軸対称とした構成の希土類磁石を作製
し、ヨーク８は鉄製で直径＝１５０mm、厚さ＝１０mmと
し、磁石の直径＝１３５mm、厚さ＝１０mm、また磁石の
極性は、３mm≦半径ｒ＜２９mmでは軸方向へ向き、２９
mm≦ｒ＜３５mmでは軸方向ターゲット１側へ向き、３５
mm≦ｒ≦６７．５mmでは外側へ向き、磁石素材はＮｄＦ
ｅＢ系合金よりなるものである。スパッターには、後述
するように非磁性体の外径１５０mm、厚さ５mmのシリコ
ンターゲットを用いた。磁石上面からｚ方向へ８mm以上
離れた位置では、三角形状に分割した影響はないことが
確認された。
【００１１】次に、磁石中心軸を通るｒ−ｚ断面で、半
径ｒ方向に５mm間隔で−９０mmから＋９０mmまで３７
点、またｚ方向に磁石上面からｚ＝１６、２１、３０、
３５、４１、４６、５１、５６、６１mmの９点で、マト
リックス状に３７×９点の半径方向磁界Ｂｒ及びｚ方向
垂直磁界Ｂｚを測定した結果を、図６、図７、図８に示
す。このデータから各点における磁界Ｂの向きを求め、
磁力線の配位を求めたところ図５に示す結果が得られ
た。図５から、ヌルポイント４はｚ軸上ｚ＝５６mmの位
置にあり、このヌルポイント４を通るセパラトリックス
５は、後述のターゲット表面位置（ｂ）のｚ＝２１mmで
はｒ＝３４mmでターゲットに沈降している。また、ター
ゲットの周縁ｒ＝７５mmを通る磁力線はｒ＝３５〜３６
mmの間でターゲット１に沈降し、この位置（図２の点Ｅ
1 ）は、セパラトリックスが沈降する点（図５の点Ｄ
1 ）から約１〜２mm離れているだけでセパラトリックス
のドームに極度に近接している。なお、この磁界配位の
実測値は三次元有限要素法コンピューター計算結果と良
好に一致していた。
径ｒ方向に５mm間隔で−９０mmから＋９０mmまで３７
点、またｚ方向に磁石上面からｚ＝１６、２１、３０、
３５、４１、４６、５１、５６、６１mmの９点で、マト
リックス状に３７×９点の半径方向磁界Ｂｒ及びｚ方向
垂直磁界Ｂｚを測定した結果を、図６、図７、図８に示
す。このデータから各点における磁界Ｂの向きを求め、
磁力線の配位を求めたところ図５に示す結果が得られ
た。図５から、ヌルポイント４はｚ軸上ｚ＝５６mmの位
置にあり、このヌルポイント４を通るセパラトリックス
５は、後述のターゲット表面位置（ｂ）のｚ＝２１mmで
はｒ＝３４mmでターゲットに沈降している。また、ター
ゲットの周縁ｒ＝７５mmを通る磁力線はｒ＝３５〜３６
mmの間でターゲット１に沈降し、この位置（図２の点Ｅ
1 ）は、セパラトリックスが沈降する点（図５の点Ｄ
1 ）から約１〜２mm離れているだけでセパラトリックス
のドームに極度に近接している。なお、この磁界配位の
実測値は三次元有限要素法コンピューター計算結果と良
好に一致していた。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明するが、
これは本発明を限定するものではない。 実施例 外径８６mmのガラス基板にＳｉＮX 層を、外径１５０m
m、厚さ５mmのボロンドープシリコンターゲット上にマ
グネトロン型スパッタ法により成膜する場合、マグネト
ロン型スパッター電極に、ボロンＢをドープしたシリコ
ンターゲット（抵抗値＝０．００８Ω・cm）を取り付
け、その背面に図４に示す直径＝１５０mm、厚さ＝１０
mmの鉄製ヨーク、直径＝１３５mm、厚さ＝１０mm、極性
は、３mm≦半径ｒ＜２９mmでは軸方向へ向き、２９mm≦
ｒ＜３５mmでは軸方向ターゲット１側へ向き、３５mm≦
ｒ≦６７．５mmでは外側へ向き、磁石素材はＮｄＦｅＢ
系合金よりなる１２個の磁石を図のように配し、Ａｒと
Ｎ2 の混合ガス（混合容量比１：２）を流量５０sccmで
流し、ターゲットには直流電圧を印加して、反応性スパ
ッター法で基板上にＳｉＮX 絶縁膜を成膜した。スパッ
ターガス圧は９ｍTorrで、投入電力は４ｋＷとした。な
お、上記磁石には周方向回転を与えず、静止状態でスパ
ッターを行った。
これは本発明を限定するものではない。 実施例 外径８６mmのガラス基板にＳｉＮX 層を、外径１５０m
m、厚さ５mmのボロンドープシリコンターゲット上にマ
グネトロン型スパッタ法により成膜する場合、マグネト
ロン型スパッター電極に、ボロンＢをドープしたシリコ
ンターゲット（抵抗値＝０．００８Ω・cm）を取り付
け、その背面に図４に示す直径＝１５０mm、厚さ＝１０
mmの鉄製ヨーク、直径＝１３５mm、厚さ＝１０mm、極性
は、３mm≦半径ｒ＜２９mmでは軸方向へ向き、２９mm≦
ｒ＜３５mmでは軸方向ターゲット１側へ向き、３５mm≦
ｒ≦６７．５mmでは外側へ向き、磁石素材はＮｄＦｅＢ
系合金よりなる１２個の磁石を図のように配し、Ａｒと
Ｎ2 の混合ガス（混合容量比１：２）を流量５０sccmで
流し、ターゲットには直流電圧を印加して、反応性スパ
ッター法で基板上にＳｉＮX 絶縁膜を成膜した。スパッ
ターガス圧は９ｍTorrで、投入電力は４ｋＷとした。な
お、上記磁石には周方向回転を与えず、静止状態でスパ
ッターを行った。
【００１３】この時の図６〜８に示す個々の実測磁界配
位より磁力線配位を求めたところ、図５に示す結果が得
られた。この際、ターゲット上に付着するＳｉＮX 絶縁
膜の堆積領域及び付着領域を、スパッター放電を行った
後に電極を開けて付着領域を目視観察した。その結果を
図９（ａ）、（ｂ）に示す。この時図５において、磁石
上面Ｍとターゲット表面Ｔとの距離ＭＴが１６mmで、磁
石上面Ｍと基板Ｓとの距離ＭＳが５６mmの時、薄い絶縁
物の付着が、ターゲットの中心部と中周部に、図９
（ａ）に示すように観察された。中心部付着１４は直径
３mm弱で、また中周部付着１５はｒ＝３４〜３６mm（幅
２mm）の細い完全な環状であった。この環状領域の半径
方向位置は、図５のセパラトリックスが沈降する点Ｄ
1 ，Ｄ2 の半径ｒ＝３４mmと、ターゲット周縁部磁力線
が沈降する点Ｅ1 ，Ｅ2 の半径ｒ＝３５〜３６mmと対応
している。この場合、全面エロージョンとならずに上記
のように部分的に付着が見られたのは、基板の位置（距
離ＭＳ＝５６mm）が図５の基板位置（ａ）、ターゲット
表面位置（ａ）の場合からわかるように、ヌルポイント
（ｚ＝５６mm）にほぼ接する位置であるため、セパラト
リックスのドームが頂上部で基板に接し、スパッター放
電プラズマ中の電子が一部基板へ抜けているためであ
る。
位より磁力線配位を求めたところ、図５に示す結果が得
られた。この際、ターゲット上に付着するＳｉＮX 絶縁
膜の堆積領域及び付着領域を、スパッター放電を行った
後に電極を開けて付着領域を目視観察した。その結果を
図９（ａ）、（ｂ）に示す。この時図５において、磁石
上面Ｍとターゲット表面Ｔとの距離ＭＴが１６mmで、磁
石上面Ｍと基板Ｓとの距離ＭＳが５６mmの時、薄い絶縁
物の付着が、ターゲットの中心部と中周部に、図９
（ａ）に示すように観察された。中心部付着１４は直径
３mm弱で、また中周部付着１５はｒ＝３４〜３６mm（幅
２mm）の細い完全な環状であった。この環状領域の半径
方向位置は、図５のセパラトリックスが沈降する点Ｄ
1 ，Ｄ2 の半径ｒ＝３４mmと、ターゲット周縁部磁力線
が沈降する点Ｅ1 ，Ｅ2 の半径ｒ＝３５〜３６mmと対応
している。この場合、全面エロージョンとならずに上記
のように部分的に付着が見られたのは、基板の位置（距
離ＭＳ＝５６mm）が図５の基板位置（ａ）、ターゲット
表面位置（ａ）の場合からわかるように、ヌルポイント
（ｚ＝５６mm）にほぼ接する位置であるため、セパラト
リックスのドームが頂上部で基板に接し、スパッター放
電プラズマ中の電子が一部基板へ抜けているためであ
る。
【００１４】図５において、磁石上面Ｍとターゲット表
面Ｔとの距離ＭＴを２１mmとし、磁石上面Ｍと基板Ｓと
の距離ＭＳを６１mmとした時、すなわち図５の基板位置
（ｂ）、ターゲット表面位置（ｂ）の場合、ヌルポイン
ト（ｚ＝５６mm）はターゲットと基板との間にあり、セ
パラトリックスのドームは基板に影響されることがな
く、この場合は図９（ｂ）に示すように、付着は中心部
にも中周部にもまったく見られず、全面がエロージョン
状態であることがわかる。
面Ｔとの距離ＭＴを２１mmとし、磁石上面Ｍと基板Ｓと
の距離ＭＳを６１mmとした時、すなわち図５の基板位置
（ｂ）、ターゲット表面位置（ｂ）の場合、ヌルポイン
ト（ｚ＝５６mm）はターゲットと基板との間にあり、セ
パラトリックスのドームは基板に影響されることがな
く、この場合は図９（ｂ）に示すように、付着は中心部
にも中周部にもまったく見られず、全面がエロージョン
状態であることがわかる。
【００１５】ターゲット上への生成絶縁物の付着を完全
に抑制したこの結果から、以下のことが確認された。す
なわち、ヌルポイントを通るセパラトリックスのドーム
の中ではターゲットから湧出する磁力線はすべてターゲ
ットに沈降するため、図５の点Ｄ1 Ｄ2 間領域ではプラ
ズマが効率よく閉じ込められ、ターゲット周縁（図５の
点Ｆ1 およびＦ2 ）とこの点とを通ってターゲットに沈
降する点（図５の点Ｅ1 およびＥ2 ）の間の領域、すな
わちＥ1 Ｆ1 ，Ｅ2 Ｆ2 間領域でも、プラズマは同様に
効率よく閉じ込められてスパッターエロージョン速度が
堆積付着速度を上回る。最も堆積付着が予想されるドー
ム近傍領域（図５のＤ1 Ｅ1 およびＤ2 Ｅ2 間領域）で
は、ヌルポイントでの電子軌道のぼやけ効果で電子がド
ーム内から供給され、ここでもスパッターエロージョン
速度が堆積付着速度を上回り、結局ターゲット表面上全
ての領域Ｆ1 Ｆ2 間でスパッターエロージョン速度が堆
積付着速度を上回り、全面エロージョンが確保された。
に抑制したこの結果から、以下のことが確認された。す
なわち、ヌルポイントを通るセパラトリックスのドーム
の中ではターゲットから湧出する磁力線はすべてターゲ
ットに沈降するため、図５の点Ｄ1 Ｄ2 間領域ではプラ
ズマが効率よく閉じ込められ、ターゲット周縁（図５の
点Ｆ1 およびＦ2 ）とこの点とを通ってターゲットに沈
降する点（図５の点Ｅ1 およびＥ2 ）の間の領域、すな
わちＥ1 Ｆ1 ，Ｅ2 Ｆ2 間領域でも、プラズマは同様に
効率よく閉じ込められてスパッターエロージョン速度が
堆積付着速度を上回る。最も堆積付着が予想されるドー
ム近傍領域（図５のＤ1 Ｅ1 およびＤ2 Ｅ2 間領域）で
は、ヌルポイントでの電子軌道のぼやけ効果で電子がド
ーム内から供給され、ここでもスパッターエロージョン
速度が堆積付着速度を上回り、結局ターゲット表面上全
ての領域Ｆ1 Ｆ2 間でスパッターエロージョン速度が堆
積付着速度を上回り、全面エロージョンが確保された。
【００１６】また、本発明による第一の磁界配位は、図
１のように、ヌルポイントとこの点とを通るセパラトリ
ックスでドームを形成したものであり、これは図５にお
いてターゲット半径を点Ｄ1 にまで小さくした場合であ
るため、スパッターでのその有効性は上記実施例で証明
されている。
１のように、ヌルポイントとこの点とを通るセパラトリ
ックスでドームを形成したものであり、これは図５にお
いてターゲット半径を点Ｄ1 にまで小さくした場合であ
るため、スパッターでのその有効性は上記実施例で証明
されている。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、スパッター生成物のタ
ーゲットへの付着を抑制して、ターゲット全面にわたっ
てエロージョンを確保することにより、ターゲット消費
効率を改善できる。さらに導電性ターゲットを用いて絶
縁物をスパッター成膜する場合、ターゲット上のスパッ
ター絶縁膜の付着に起因する基板上生成膜の欠陥や、タ
ーゲット上付着領域とエロージョン領域との境界近傍の
アークの発生による生成膜のピンホール欠陥が低減化さ
れ、ターゲット全面にわたってエロージョンを確保する
ことができる。
ーゲットへの付着を抑制して、ターゲット全面にわたっ
てエロージョンを確保することにより、ターゲット消費
効率を改善できる。さらに導電性ターゲットを用いて絶
縁物をスパッター成膜する場合、ターゲット上のスパッ
ター絶縁膜の付着に起因する基板上生成膜の欠陥や、タ
ーゲット上付着領域とエロージョン領域との境界近傍の
アークの発生による生成膜のピンホール欠陥が低減化さ
れ、ターゲット全面にわたってエロージョンを確保する
ことができる。
【図１】ヌルポイントを有し、これを通るセパラトリッ
クスでドームを形成した本発明の磁界配位を示す図であ
る。
クスでドームを形成した本発明の磁界配位を示す図であ
る。
【図２】ヌルポイントを有し、これを通るセパラトリッ
クスでドームを形成し、さらにターゲット周縁部を通る
磁力線をドーム近傍でターゲットに沈降させた本発明の
磁界配位を示す図である。
クスでドームを形成し、さらにターゲット周縁部を通る
磁力線をドーム近傍でターゲットに沈降させた本発明の
磁界配位を示す図である。
【図３】ヌルポイント近傍における電子の運動を示す図
である。
である。
【図４】本発明の磁石配置を示す図である。（ａ）は上
面図である。（ｂ）は断面図である。
面図である。（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明の実施例の磁石の実測磁界配位を示す図
である。
である。
【図６】本発明の実施例の磁石による、半径方向磁界Ｂ
ｒ及び垂直方向磁界Ｂｚの半径方向分布の、ｚ＝１６、
２１mmにおける実測値を示す図である。
ｒ及び垂直方向磁界Ｂｚの半径方向分布の、ｚ＝１６、
２１mmにおける実測値を示す図である。
【図７】本発明の実施例の磁石による、半径方向磁界及
び垂直方向磁界の半径方向分布の、ｚ＝３０、３５、４
１mmにおける実測値を示す図である。
び垂直方向磁界の半径方向分布の、ｚ＝３０、３５、４
１mmにおける実測値を示す図である。
【図８】本発明の実施例の磁石による、半径方向磁界及
び垂直方向磁界の半径方向分布の、ｚ＝４６、５１、５
６、６１mmにおける実測値を示す図である。
び垂直方向磁界の半径方向分布の、ｚ＝４６、５１、５
６、６１mmにおける実測値を示す図である。
【図９】（ａ）は基板がヌルポイントに接した時の、ま
た（ｂ）は基板がヌルポイントの上に位置した時の、ス
パッター生成物のターゲット上の付着領域を示す図であ
る。
た（ｂ）は基板がヌルポイントの上に位置した時の、ス
パッター生成物のターゲット上の付着領域を示す図であ
る。
【図１０】従来型の電極磁界配位を示す図である。
１、２１ ターゲット ２、２２ 永
久磁石 ４ ヌルポイント ５ セ
パラトリックス ６ 電子軌道 ８、２８ ヨ
ーク １３、２３ 磁力線 １４ 中
心部付着 １５ 中周部付着
久磁石 ４ ヌルポイント ５ セ
パラトリックス ６ 電子軌道 ８、２８ ヨ
ーク １３、２３ 磁力線 １４ 中
心部付着 １５ 中周部付着
Claims (3)
- 【請求項１】 マグネトロン型スパッター電極のターゲ
ット背面に配置した磁石によって該ターゲットとスパッ
ター成膜基板との間に形成される磁界配位において、該
磁石による磁力線配位がスパッター成膜基板とターゲッ
トの間でヌルポイントを有し、該ヌルポイントを通るセ
パラトリックスがターゲット上にドームを形成してなる
ことを特徴とするマグネトロン型スパッター電極磁界配
位。 - 【請求項２】 ターゲットの周縁部から湧出する磁力線
がセパラトリックスで形成されるドーム近傍の位置にて
ターゲットに沈降してなる請求項１に記載のマグネトロ
ン型スパッター電極磁界配位。 - 【請求項３】 頂点から底部へ向けて磁化方向が異なる
部分に三分割された扇形あるいは三角形の永久磁石を複
数個組み合わせて、円形状または多角形状とし、上記三
分割のうち内周側部分の磁化方向を頂点方向へ向けて、
外周側部分の磁化方向を外周方向へ向け、中周部分の磁
化方向をターゲット方向へ向けるか、または前記の磁化
方向をすべて反転させてなることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の磁界配位を形成するための磁気
回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP820096A JPH09195043A (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | マグネトロン型スパッター電極磁界配位及びその磁気回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP820096A JPH09195043A (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | マグネトロン型スパッター電極磁界配位及びその磁気回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09195043A true JPH09195043A (ja) | 1997-07-29 |
Family
ID=11686632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP820096A Pending JPH09195043A (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | マグネトロン型スパッター電極磁界配位及びその磁気回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09195043A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7179351B1 (en) * | 2003-12-15 | 2007-02-20 | Novellus Systems, Inc. | Methods and apparatus for magnetron sputtering |
| JP2007523257A (ja) * | 2003-11-05 | 2007-08-16 | デクスター・マグネティック・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | 回転スパッタリングマグネトロン |
-
1996
- 1996-01-22 JP JP820096A patent/JPH09195043A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007523257A (ja) * | 2003-11-05 | 2007-08-16 | デクスター・マグネティック・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | 回転スパッタリングマグネトロン |
| US7179351B1 (en) * | 2003-12-15 | 2007-02-20 | Novellus Systems, Inc. | Methods and apparatus for magnetron sputtering |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7335282B2 (en) | Sputtering using an unbalanced magnetron | |
| US6440282B1 (en) | Sputtering reactor and method of using an unbalanced magnetron | |
| TWI499682B (zh) | 電漿處理腔室以及沉積薄膜的方法 | |
| JP4837832B2 (ja) | イオン化金属堆積用高密度プラズマ源 | |
| JP3655334B2 (ja) | マグネトロンスパッタリング装置 | |
| JP3403550B2 (ja) | スパッタリング装置とスパッタリング方法 | |
| KR20010062069A (ko) | 스퍼터링 증착용 플라스마 처리 장치 | |
| JPH0585634B2 (ja) | ||
| KR20130035924A (ko) | 마그네트론 스퍼터 장치 및 방법 | |
| JP2899190B2 (ja) | マグネトロンプラズマ用永久磁石磁気回路 | |
| JP3535305B2 (ja) | プレーナー・マグネトロン・スパッタリングシステム | |
| KR20160113185A (ko) | 마그네트론과 마그네트론 스퍼터링 장치 | |
| JPS60224775A (ja) | スパツタ装置 | |
| JPH09195043A (ja) | マグネトロン型スパッター電極磁界配位及びその磁気回路 | |
| JP2505724B2 (ja) | マグネトロンスパッタリング装置 | |
| JP3282397B2 (ja) | マグネトロンスパッタ装置 | |
| JPS6217175A (ja) | スパツタリング装置 | |
| JPH09209141A (ja) | スパッタリング装置 | |
| JPH04371575A (ja) | スパッタ装置 | |
| JP4056112B2 (ja) | マグネトロンスパッタ装置 | |
| JPH1192927A (ja) | マグネトロンスパッタ装置 | |
| KR100205682B1 (ko) | 피복두께의 균일성, 스텝 커버리지 및 스텝 커버리지의 균일성을 만드는 평탄 마그네트론 스퍼터링 공급원 | |
| JP3343819B2 (ja) | イオンエッチング方法および装置 | |
| JPH11256326A (ja) | マグネトロンスパッタカソード | |
| JPH06207272A (ja) | マグネトロンプラズマ用永久磁石磁気回路 |