JPH1180943A - マグネトロンスパッタカソード - Google Patents
マグネトロンスパッタカソードInfo
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- JPH1180943A JPH1180943A JP23638197A JP23638197A JPH1180943A JP H1180943 A JPH1180943 A JP H1180943A JP 23638197 A JP23638197 A JP 23638197A JP 23638197 A JP23638197 A JP 23638197A JP H1180943 A JPH1180943 A JP H1180943A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 短いＴ／Ｓ距離でも膜厚分布の経時変化が起
こっても、常に良好な膜厚均一性を得るとともに保持で
き、成膜速度や材料利用率が向上できるマグネトロンス
パッタカソードを提供する。 【解決手段】 一部または全部がターゲットの裏側にあ
る主磁気回路３０と、主磁気回路とはつながっておらず
ターゲット表面より基板側にある補助磁気回路４０，５
０とからなり、ターゲット上での磁場の磁力線が、プラ
ズマの陰極シース上で少なくとも２ヵ所以上の包含関係
を持たない磁気トンネルを構成するように主磁気回路３
０および補助磁気回路４０，５０を調整する。
こっても、常に良好な膜厚均一性を得るとともに保持で
き、成膜速度や材料利用率が向上できるマグネトロンス
パッタカソードを提供する。 【解決手段】 一部または全部がターゲットの裏側にあ
る主磁気回路３０と、主磁気回路とはつながっておらず
ターゲット表面より基板側にある補助磁気回路４０，５
０とからなり、ターゲット上での磁場の磁力線が、プラ
ズマの陰極シース上で少なくとも２ヵ所以上の包含関係
を持たない磁気トンネルを構成するように主磁気回路３
０および補助磁気回路４０，５０を調整する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク、電子
部品等の基板上に薄膜を形成するマグネトロンスパッタ
リング装置に用いられるマグネトロンスパッタカソード
に関するものである。
部品等の基板上に薄膜を形成するマグネトロンスパッタ
リング装置に用いられるマグネトロンスパッタカソード
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年では、光ディスクや電子部品などの
基板上に薄膜を堆積させる場合、その技術としてマグネ
トロンスパッタ技術を利用したマグネトロンスパッタリ
ング装置が広く用いられている。このマグネトロンスパ
ッタ技術は、低温でかつ高速なスパッタが可能であり、
現在のスパッタリング技術を用いる成膜装置での主流に
なっている。
基板上に薄膜を堆積させる場合、その技術としてマグネ
トロンスパッタ技術を利用したマグネトロンスパッタリ
ング装置が広く用いられている。このマグネトロンスパ
ッタ技術は、低温でかつ高速なスパッタが可能であり、
現在のスパッタリング技術を用いる成膜装置での主流に
なっている。
【０００３】マグネトロンスパッタ技術は、放電により
ターゲット付近にプラズマを発生させ、このプラズマ中
のイオンをターゲットに衝突させることによってターゲ
ットの構成粒子をスパッタさせ、スパッタした粒子を基
板上に付着させる方法により、その基板上に薄膜を形成
する。
ターゲット付近にプラズマを発生させ、このプラズマ中
のイオンをターゲットに衝突させることによってターゲ
ットの構成粒子をスパッタさせ、スパッタした粒子を基
板上に付着させる方法により、その基板上に薄膜を形成
する。
【０００４】以下、マグネトロンスパッタ技術を用いた
従来のマグネトロンスパッタリング装置のカソード部に
ついて説明する。図７は平板ターゲットを用いた従来の
マグネトロンスパッタリング装置のカソード部の構成を
示す断面図である。図７において、１は中心軸であり、
カソード部はこの中心軸１に対して回転対称な形をして
いる。２は平板状のターゲット、３はターゲット２の裏
面に配置された磁気回路、４は磁気回路３により形成さ
れる磁場で発生する磁力線である。磁気回路３は、その
磁場により発生した磁力線４が、ターゲット２の表面上
に発生するプラズマ５の陰極シース上で、中心６を有す
る磁気トンネルを形成するように、構成が工夫されてい
る。
従来のマグネトロンスパッタリング装置のカソード部に
ついて説明する。図７は平板ターゲットを用いた従来の
マグネトロンスパッタリング装置のカソード部の構成を
示す断面図である。図７において、１は中心軸であり、
カソード部はこの中心軸１に対して回転対称な形をして
いる。２は平板状のターゲット、３はターゲット２の裏
面に配置された磁気回路、４は磁気回路３により形成さ
れる磁場で発生する磁力線である。磁気回路３は、その
磁場により発生した磁力線４が、ターゲット２の表面上
に発生するプラズマ５の陰極シース上で、中心６を有す
る磁気トンネルを形成するように、構成が工夫されてい
る。
【０００５】上記のように構成されたカソード部を、そ
のターゲット２の表面が薄膜形成対象である基板１１に
対向するようにして、その基板１１とともに真空処理室
（図示せず）内に設置し、スパッタガス導入後、ターゲ
ット２へグロー放電用の高圧電源により電力を供給する
と、中心６を有する磁気トンネル内に閉じこめられたス
パッタ用の高密度なプラズマ５が発生する。
のターゲット２の表面が薄膜形成対象である基板１１に
対向するようにして、その基板１１とともに真空処理室
（図示せず）内に設置し、スパッタガス導入後、ターゲ
ット２へグロー放電用の高圧電源により電力を供給する
と、中心６を有する磁気トンネル内に閉じこめられたス
パッタ用の高密度なプラズマ５が発生する。
【０００６】このプラズマ５中のイオンが、陰極シース
で加速されターゲット２の表面にぶつかると、ターゲッ
ト２からその構成原子がスパッタされ、その原子が基板
１１のターゲット２と対向する側の表面に付着して薄膜
が形成される。
で加速されターゲット２の表面にぶつかると、ターゲッ
ト２からその構成原子がスパッタされ、その原子が基板
１１のターゲット２と対向する側の表面に付着して薄膜
が形成される。
【０００７】通常、磁場によって閉じこめられた高密度
なプラズマ５のプラズマ密度（電子密度またはイオン密
度）は、ターゲット２上で一様ではなく、ターゲット２
表面上の磁場によって決まるプラズマ密度分布を持って
いる。例えば図７においては、磁気トンネルの中心６の
付近のプラズマ密度が特に大きい。
なプラズマ５のプラズマ密度（電子密度またはイオン密
度）は、ターゲット２上で一様ではなく、ターゲット２
表面上の磁場によって決まるプラズマ密度分布を持って
いる。例えば図７においては、磁気トンネルの中心６の
付近のプラズマ密度が特に大きい。
【０００８】一方、ターゲット２のある点からスパッタ
される原子の数は、その点に入射するイオンの数に比例
するため、その点の直上のプラズマ密度に比例すること
になる。このため、ターゲット２は、その浸食もプラズ
マ密度に比例し、一様でない形状を持つ。これをエロー
ジョン形状とよび、図７に示すように、プラズマ密度が
特に大きくなる磁気トンネルの中心６付近のターゲット
２に、エロージョン７が存在する。
される原子の数は、その点に入射するイオンの数に比例
するため、その点の直上のプラズマ密度に比例すること
になる。このため、ターゲット２は、その浸食もプラズ
マ密度に比例し、一様でない形状を持つ。これをエロー
ジョン形状とよび、図７に示すように、プラズマ密度が
特に大きくなる磁気トンネルの中心６付近のターゲット
２に、エロージョン７が存在する。
【０００９】基板１１上に堆積する薄膜の膜厚分布は、
ターゲット２上の各点からスパッタされた原子の重ね合
わせで決まるため、結果的に、膜厚分布もプラズマ密度
分布によって決まることになる。
ターゲット２上の各点からスパッタされた原子の重ね合
わせで決まるため、結果的に、膜厚分布もプラズマ密度
分布によって決まることになる。
【００１０】さて、産業上のマグネトロンスパッタ技術
では、図７において、ターゲット２と基板１１との間の
距離（以下、Ｔ／Ｓ距離）を近づけることによって、タ
ーゲット２からスパッタされた原子からなる粒子が基板
１１以外の場所へ付着しないようにすることが、成膜速
度や材料利用率（基板上の薄膜となったターゲット材料
と使用前のターゲットの重量比）を向上させる上で望ま
しい。また、基板１１以外の場所へ付着してダストとな
る粒子を低減する上でも、Ｔ／Ｓ距離を近づけることが
望ましい。
では、図７において、ターゲット２と基板１１との間の
距離（以下、Ｔ／Ｓ距離）を近づけることによって、タ
ーゲット２からスパッタされた原子からなる粒子が基板
１１以外の場所へ付着しないようにすることが、成膜速
度や材料利用率（基板上の薄膜となったターゲット材料
と使用前のターゲットの重量比）を向上させる上で望ま
しい。また、基板１１以外の場所へ付着してダストとな
る粒子を低減する上でも、Ｔ／Ｓ距離を近づけることが
望ましい。
【００１１】しかしながら、カソード部が図７に示すよ
うな構成の場合には、Ｔ／Ｓ距離を短くした状態で、膜
厚均一性を確保できるようなプラズマ密度分布を実現す
ることはできないという問題があった。
うな構成の場合には、Ｔ／Ｓ距離を短くした状態で、膜
厚均一性を確保できるようなプラズマ密度分布を実現す
ることはできないという問題があった。
【００１２】この問題を解決すべく種々の努力がなされ
てきたが、なかでも特公平３−６９９０号公報や特開平
５−２０９２６７号公報に記載されたもので代表される
ように、ターゲット裏面で永久磁石を回転させる方式が
一般的である。これらの方式では、ターゲット表面上の
時間平均的なプラズマ密度分布がエロージョン形状と膜
厚分布を決定している。これらの方式は、比較的容易
に、短いＴ／Ｓ距離で良好な膜厚均一性を得ることがで
きるような時間平均的なプラズマ密度分布を実現するこ
とができる。
てきたが、なかでも特公平３−６９９０号公報や特開平
５−２０９２６７号公報に記載されたもので代表される
ように、ターゲット裏面で永久磁石を回転させる方式が
一般的である。これらの方式では、ターゲット表面上の
時間平均的なプラズマ密度分布がエロージョン形状と膜
厚分布を決定している。これらの方式は、比較的容易
に、短いＴ／Ｓ距離で良好な膜厚均一性を得ることがで
きるような時間平均的なプラズマ密度分布を実現するこ
とができる。
【００１３】このような方式を実現するため、ターゲッ
ト裏面で回転させる永久磁石の形状として多くの提案が
なされている。実際のエロージョン形状は、特公平３−
６９９０号公報における図１や特開平５−２０９２６７
号公報における図４に示されており、回転させる永久磁
石の形状は、特公平３−６９９０号公報における図１や
特開平５−２０９２６７号公報における図２および図３
に示されている。
ト裏面で回転させる永久磁石の形状として多くの提案が
なされている。実際のエロージョン形状は、特公平３−
６９９０号公報における図１や特開平５−２０９２６７
号公報における図４に示されており、回転させる永久磁
石の形状は、特公平３−６９９０号公報における図１や
特開平５−２０９２６７号公報における図２および図３
に示されている。
【００１４】しかしながら、それらの方式でも、回転部
分を持つため構造が複雑であるという問題点を持ってい
る。さらに、Ｔ／Ｓ距離が短くなると、ターゲットの浸
食が膜厚分布の変化に及ぼす影響が大きくなるが、これ
ら方式では、この経時変化を補正する機構を付加するの
が困難で、さらにＴ／Ｓ距離を短くすると良好な膜厚分
布を維持できないという問題点も持っている。
分を持つため構造が複雑であるという問題点を持ってい
る。さらに、Ｔ／Ｓ距離が短くなると、ターゲットの浸
食が膜厚分布の変化に及ぼす影響が大きくなるが、これ
ら方式では、この経時変化を補正する機構を付加するの
が困難で、さらにＴ／Ｓ距離を短くすると良好な膜厚分
布を維持できないという問題点も持っている。
【００１５】また特開平６−３４０９７２号公報に記載
されたものに代表されるように、多重磁石を用いる方法
も提案されており、電磁石などを用いて経時変化にも対
応できるよう工夫されている。しかし、これらの方式
は、磁極の直上のプラズマ密度をコントロールすること
が困難で、実現できるプラズマ密度分布に制限が存在す
る。そのため、ある程度の短いＴ／Ｓ距離でしか良好な
膜厚分布を得ることができないという問題点や、複数の
電磁石を用いるなど構造が複雑になるという問題点を持
っている。
されたものに代表されるように、多重磁石を用いる方法
も提案されており、電磁石などを用いて経時変化にも対
応できるよう工夫されている。しかし、これらの方式
は、磁極の直上のプラズマ密度をコントロールすること
が困難で、実現できるプラズマ密度分布に制限が存在す
る。そのため、ある程度の短いＴ／Ｓ距離でしか良好な
膜厚分布を得ることができないという問題点や、複数の
電磁石を用いるなど構造が複雑になるという問題点を持
っている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のマ
グネトロンスパッタ技術では、Ｔ／Ｓ距離を短くした状
態で良好な膜厚均一性を得るためのプラズマ密度分布を
実現できなかったり、実現できたとしても構造が複雑で
あるという問題点を有していた。
グネトロンスパッタ技術では、Ｔ／Ｓ距離を短くした状
態で良好な膜厚均一性を得るためのプラズマ密度分布を
実現できなかったり、実現できたとしても構造が複雑で
あるという問題点を有していた。
【００１７】また、膜厚分布の経時変化に対応できず、
Ｔ／Ｓ距離をさらに近づけると良好な均一性を維持でき
ないという問題点をも有していた。本発明は、上記従来
の問題点を解決するもので、簡単な構造で、短いＴ／Ｓ
距離でも、また膜厚分布の経時変化が起こっても、常に
良好な膜厚均一性を得るとともに保持することができ、
成膜速度や材料利用率を向上することができるマグネト
ロンスパッタカソードを提供する。
Ｔ／Ｓ距離をさらに近づけると良好な均一性を維持でき
ないという問題点をも有していた。本発明は、上記従来
の問題点を解決するもので、簡単な構造で、短いＴ／Ｓ
距離でも、また膜厚分布の経時変化が起こっても、常に
良好な膜厚均一性を得るとともに保持することができ、
成膜速度や材料利用率を向上することができるマグネト
ロンスパッタカソードを提供する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のマグネトロンスパッタカソードは、スパ
ッタリングにより薄膜を良好な状態に形成するために、
その薄膜形成の際に適正なプラズマ密度分布を可能とす
ることを特徴とする。
めに、本発明のマグネトロンスパッタカソードは、スパ
ッタリングにより薄膜を良好な状態に形成するために、
その薄膜形成の際に適正なプラズマ密度分布を可能とす
ることを特徴とする。
【００１９】また、磁気トンネルを形成する磁場の垂直
成分を低減し、磁気トンネルに閉じこめられる高密度プ
ラズマの径方向の幅を広げることを特徴とする。さら
に、ターゲットの浸食により膜厚分布の経時変化が起こ
っても、プラズマ密度分布が常に良好となるように調整
することを特徴とする。
成分を低減し、磁気トンネルに閉じこめられる高密度プ
ラズマの径方向の幅を広げることを特徴とする。さら
に、ターゲットの浸食により膜厚分布の経時変化が起こ
っても、プラズマ密度分布が常に良好となるように調整
することを特徴とする。
【００２０】以上により、簡単な構造で、短いＴ／Ｓ距
離でも、また膜厚分布の経時変化が起こっても、常に良
好な膜厚均一性を得るとともに保持することができ、成
膜速度や材料利用率を向上することができる。
離でも、また膜厚分布の経時変化が起こっても、常に良
好な膜厚均一性を得るとともに保持することができ、成
膜速度や材料利用率を向上することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載のマグネ
トロンスパッタカソードは、マグネトロンスパッタ技術
を利用してターゲットからスパッタさせた原子を前記タ
ーゲットと対向する基板上に付着させ、前記基板上に薄
膜を形成するマグネトロンスパッタリング装置におい
て、前記薄膜を構成する原子の前記ターゲットからのス
パッタを発生させるためのマグネトロンスパッタカソー
ドであって、前記ターゲットの基板側に対してその裏側
に一部または全部が配置され、前記ターゲット上に磁場
を発生する主磁気回路と、前記主磁気回路とは分離され
て前記ターゲットの基板側に配置され、前記主磁気回路
とは別の磁場を発生する補助磁気回路とを備え、前記主
磁気回路および補助磁気回路を、それらの各磁場により
発生する前記ターゲット上の磁力線が、前記ターゲット
上に発生するプラズマの陰極シース上で、互いに包含関
係を持たない少なくとも２ヵ所以上の磁気トンネルを形
成するように構成する。
トロンスパッタカソードは、マグネトロンスパッタ技術
を利用してターゲットからスパッタさせた原子を前記タ
ーゲットと対向する基板上に付着させ、前記基板上に薄
膜を形成するマグネトロンスパッタリング装置におい
て、前記薄膜を構成する原子の前記ターゲットからのス
パッタを発生させるためのマグネトロンスパッタカソー
ドであって、前記ターゲットの基板側に対してその裏側
に一部または全部が配置され、前記ターゲット上に磁場
を発生する主磁気回路と、前記主磁気回路とは分離され
て前記ターゲットの基板側に配置され、前記主磁気回路
とは別の磁場を発生する補助磁気回路とを備え、前記主
磁気回路および補助磁気回路を、それらの各磁場により
発生する前記ターゲット上の磁力線が、前記ターゲット
上に発生するプラズマの陰極シース上で、互いに包含関
係を持たない少なくとも２ヵ所以上の磁気トンネルを形
成するように構成する。
【００２２】この構成によると、スパッタリングにより
薄膜を良好な状態に形成するために、その薄膜形成の際
に適正なプラズマ密度分布を可能とする。請求項２に記
載のマグネトロンスパッタカソードは、請求項１記載の
ターゲットをリング状でかつ平板状に構成し、主磁気回
路を、前記ターゲットの表面と同じ位置に磁極を有しそ
の内周側と外周側とで極性が異なるように構成し、補助
磁気回路を、前記ターゲットより基板側に少なくとも１
つ設けられ、前記ターゲットの径方向に磁化されかつそ
の内側の極性が前記主磁気回路の内周側磁極の極性と同
じになるように構成する。
薄膜を良好な状態に形成するために、その薄膜形成の際
に適正なプラズマ密度分布を可能とする。請求項２に記
載のマグネトロンスパッタカソードは、請求項１記載の
ターゲットをリング状でかつ平板状に構成し、主磁気回
路を、前記ターゲットの表面と同じ位置に磁極を有しそ
の内周側と外周側とで極性が異なるように構成し、補助
磁気回路を、前記ターゲットより基板側に少なくとも１
つ設けられ、前記ターゲットの径方向に磁化されかつそ
の内側の極性が前記主磁気回路の内周側磁極の極性と同
じになるように構成する。
【００２３】この構成によると、磁気トンネルを形成す
る磁場の垂直成分を低減し、磁気トンネルに閉じこめら
れる高密度プラズマの径方向の幅を広げる。請求項３に
記載のマグネトロンスパッタカソードは、請求項１また
は請求項２記載の主磁気回路を、電磁石構造とし、その
電磁石に流す電流の大きさを調整して発生する磁場を制
御するように構成する。
る磁場の垂直成分を低減し、磁気トンネルに閉じこめら
れる高密度プラズマの径方向の幅を広げる。請求項３に
記載のマグネトロンスパッタカソードは、請求項１また
は請求項２記載の主磁気回路を、電磁石構造とし、その
電磁石に流す電流の大きさを調整して発生する磁場を制
御するように構成する。
【００２４】この構成によると、ターゲットの浸食によ
って膜厚分布の経時変化が起こっても、プラズマ密度分
布が常に良好となるように調整する。以下、本発明の実
施の形態を示すマグネトロンスパッタカソードについ
て、図面を参照しながら具体的に説明する。
って膜厚分布の経時変化が起こっても、プラズマ密度分
布が常に良好となるように調整する。以下、本発明の実
施の形態を示すマグネトロンスパッタカソードについ
て、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２５】図１は本実施の形態のマグネトロンスパッ
タカソードの構成を示す断面図である。ここで説明する
カソード部の構造は中心軸１に対して回転対称であり、
真空チャンバ８はＡ１（アルミニウム）など非磁性の物
質で構成されている。また、他の構成要素として、排気
機構やスパッタガスのガス導入機構などを持つが、それ
らの図示は省略した。
タカソードの構成を示す断面図である。ここで説明する
カソード部の構造は中心軸１に対して回転対称であり、
真空チャンバ８はＡ１（アルミニウム）など非磁性の物
質で構成されている。また、他の構成要素として、排気
機構やスパッタガスのガス導入機構などを持つが、それ
らの図示は省略した。
【００２６】ターゲット２は、内径２０ｍｍ，外形１７
８ｍｍ，厚さ６ｍｍのリング状をしたＡ１（純度９９．
９９％）であり、内径２０ｍｍ，外形１９４ｍｍ，厚さ
８ｍｍの銅のプレート９にボンディングされている。こ
のプレート９は冷却ジャケット１０に固定されており、
冷却ジャケット１０に水を流すことでターゲット２を冷
却している。なお、水の導入排出手段は図では省略して
いる。また、水冷式の冷却ジャケット１０には、ターゲ
ット２にＤＣまたはＲＦの電力を印加するための端子が
ついているが図では省略している。ＤＣまたはＲＦの電
力を印可するための電源も図では省略してある。
８ｍｍ，厚さ６ｍｍのリング状をしたＡ１（純度９９．
９９％）であり、内径２０ｍｍ，外形１９４ｍｍ，厚さ
８ｍｍの銅のプレート９にボンディングされている。こ
のプレート９は冷却ジャケット１０に固定されており、
冷却ジャケット１０に水を流すことでターゲット２を冷
却している。なお、水の導入排出手段は図では省略して
いる。また、水冷式の冷却ジャケット１０には、ターゲ
ット２にＤＣまたはＲＦの電力を印加するための端子が
ついているが図では省略している。ＤＣまたはＲＦの電
力を印可するための電源も図では省略してある。
【００２７】本実施の形態のマグネトロンスパッタカソ
ードにより薄膜が形成される薄膜形成対象である基板１
１は、光ディスクの基板のように、内径４０ｍｍ，外径
１２０ｍｍの成膜範囲をもつリング状の基板である。こ
の基板１１は、その中心軸がターゲット２の中心軸１と
一致するとともに、その表面がターゲット２と対向する
ように、Ｔ／Ｓ距離２０ｍｍで設置されている。
ードにより薄膜が形成される薄膜形成対象である基板１
１は、光ディスクの基板のように、内径４０ｍｍ，外径
１２０ｍｍの成膜範囲をもつリング状の基板である。こ
の基板１１は、その中心軸がターゲット２の中心軸１と
一致するとともに、その表面がターゲット２と対向する
ように、Ｔ／Ｓ距離２０ｍｍで設置されている。
【００２８】主磁気回路３０は、銅のパイプを９０回巻
いた電磁石コイル３２と、Ｓ１０Ｃ相当の鉄でできたヨ
ーク３１とから成り立っている。電磁石コイル３２を形
成する銅のパイプには冷却用の水を流しているが、水の
導入排出手段は図では省略している。また、電磁石コイ
ル３２には９０Ａ程度の直流電流を流すが、その導入端
子及び電源も図では省略している。
いた電磁石コイル３２と、Ｓ１０Ｃ相当の鉄でできたヨ
ーク３１とから成り立っている。電磁石コイル３２を形
成する銅のパイプには冷却用の水を流しているが、水の
導入排出手段は図では省略している。また、電磁石コイ
ル３２には９０Ａ程度の直流電流を流すが、その導入端
子及び電源も図では省略している。
【００２９】ヨーク３１は、電力の印加される部分から
テフロンでできた絶縁リング２１，２２で絶縁されてい
る。ヨーク３１は真空チャンバ内では、アースシールド
の役目も担っており、電力の印加される部分との間で放
電が起こらない距離に保ってある。なお、本実施の形態
では２ｍｍに保ってある。
テフロンでできた絶縁リング２１，２２で絶縁されてい
る。ヨーク３１は真空チャンバ内では、アースシールド
の役目も担っており、電力の印加される部分との間で放
電が起こらない距離に保ってある。なお、本実施の形態
では２ｍｍに保ってある。
【００３０】補助磁気回路４０は、残留磁束密度１３ｋ
ガウス，保持力１２ｋエルステッド，内径５０ｍｍ，外
径６０ｍｍ，厚さ６ｍｍの永久磁石４１と、その内側の
内径４０ｍｍ，外径５０ｍｍ，厚さ６ｍｍのＳ１０Ｃ相
当のヨーク４２とからなり、ターゲット２の表面より２
５ｍｍの位置にある。永久磁石４１は、径方向に磁化さ
れており、内側の極性が主磁気回路３０の内周の極性と
同じになるようにしている。
ガウス，保持力１２ｋエルステッド，内径５０ｍｍ，外
径６０ｍｍ，厚さ６ｍｍの永久磁石４１と、その内側の
内径４０ｍｍ，外径５０ｍｍ，厚さ６ｍｍのＳ１０Ｃ相
当のヨーク４２とからなり、ターゲット２の表面より２
５ｍｍの位置にある。永久磁石４１は、径方向に磁化さ
れており、内側の極性が主磁気回路３０の内周の極性と
同じになるようにしている。
【００３１】また、補助磁気回路５０は、残留磁束密度
１３ｋガウス，保持力１２ｋエルステッド，内径１０５
ｍｍ，外径１１５ｍｍ，厚さ６ｍｍの永久磁石５１と、
その内側の内径８５ｍｍ，外径１０５ｍｍ，厚さ６ｍｍ
のＳ１０Ｃ相当のヨーク５２とからなり、ターゲット２
の表面より３０ｍｍの位置にある。永久磁石５１は、径
方向に磁化されており、内側の極性が主磁気回路３０の
内周の極性と同じになるようにしている。
１３ｋガウス，保持力１２ｋエルステッド，内径１０５
ｍｍ，外径１１５ｍｍ，厚さ６ｍｍの永久磁石５１と、
その内側の内径８５ｍｍ，外径１０５ｍｍ，厚さ６ｍｍ
のＳ１０Ｃ相当のヨーク５２とからなり、ターゲット２
の表面より３０ｍｍの位置にある。永久磁石５１は、径
方向に磁化されており、内側の極性が主磁気回路３０の
内周の極性と同じになるようにしている。
【００３２】主磁気回路３０，補助磁気回路４０，補助
磁気回路５０を以上のように構成することによって、タ
ーゲット２上での磁場により発生する磁力線が、プラズ
マの陰極シース上で少なくとも２ヵ所以上の包含関係を
持たない磁気トンネルを構成するように調整することが
できた。
磁気回路５０を以上のように構成することによって、タ
ーゲット２上での磁場により発生する磁力線が、プラズ
マの陰極シース上で少なくとも２ヵ所以上の包含関係を
持たない磁気トンネルを構成するように調整することが
できた。
【００３３】図２は図１に示す実施の形態におけるター
ゲット上の磁力線を、コンピュータシミュレーションに
よって描いたものである。磁力線は中心軸１を通る平面
上で描いてある。ただし、磁力線は中心軸に対し対称に
形成されるので片側は図示を省略する。図２において、
ターゲットから３ｍｍの位置にあるシース位置Ａ−Ａ’
上で、点Ｂと点Ｃを中心とした２つの磁気トンネルが存
在する。
ゲット上の磁力線を、コンピュータシミュレーションに
よって描いたものである。磁力線は中心軸１を通る平面
上で描いてある。ただし、磁力線は中心軸に対し対称に
形成されるので片側は図示を省略する。図２において、
ターゲットから３ｍｍの位置にあるシース位置Ａ−Ａ’
上で、点Ｂと点Ｃを中心とした２つの磁気トンネルが存
在する。
【００３４】図３は図２に示すシース位置Ａ−Ａ’上で
の磁場の垂直成分の実測値である。図３において、垂直
成分が０である点が３点存在し、２つの磁気トンネルの
存在を示している。
の磁場の垂直成分の実測値である。図３において、垂直
成分が０である点が３点存在し、２つの磁気トンネルの
存在を示している。
【００３５】以上のように構成されたカソード部は、マ
グネトロンスパッタリング装置内で以下のように動作す
る。ガス導入機構から真空チャンバ８内にスパッタガス
Ａｒを導入すると同時に、排気機構で排気する。このと
き、真空チャンバ８内の圧力は５ｍＴｏｒｒに保たれ
る。この状態でＤＣまたはＲＦ電力を投入すると、磁力
線に閉じこめられたスパッタ用の高密度プラズマが発生
する。このプラズマ中のイオンが、陰極シースで加速さ
れターゲット２の表面にぶつかると、ターゲット２を構
成する原子がスパッタされ、その原子が基板１１のター
ゲット２に対向する側の表面に付着して薄膜が形成され
る。
グネトロンスパッタリング装置内で以下のように動作す
る。ガス導入機構から真空チャンバ８内にスパッタガス
Ａｒを導入すると同時に、排気機構で排気する。このと
き、真空チャンバ８内の圧力は５ｍＴｏｒｒに保たれ
る。この状態でＤＣまたはＲＦ電力を投入すると、磁力
線に閉じこめられたスパッタ用の高密度プラズマが発生
する。このプラズマ中のイオンが、陰極シースで加速さ
れターゲット２の表面にぶつかると、ターゲット２を構
成する原子がスパッタされ、その原子が基板１１のター
ゲット２に対向する側の表面に付着して薄膜が形成され
る。
【００３６】図４は図１に示す電磁石コイル３２の電流
が９０Ａの時のプラズマ密度分布の実測値（図４
（ａ））と膜厚分布の実測値（図４（ｂ））を示してい
る。それぞれ中心軸を含む断面で描いており、片側は図
示を省略している。
が９０Ａの時のプラズマ密度分布の実測値（図４
（ａ））と膜厚分布の実測値（図４（ｂ））を示してい
る。それぞれ中心軸を含む断面で描いており、片側は図
示を省略している。
【００３７】図４から見られるように、膜厚の分布は５
％以内で均一に分布していることがわかる。このとき、
成膜速度は４００オングストローム／秒であり、材料利
用率は１５％であった。一方、従来では、Ｔ／Ｓ距離お
よそ４０ｍｍで５％以内の均一性を確保していた。この
とき、成膜速度はおよそ２００オングストローム／秒で
あり、材料利用率はおよそ１０％であったので、それぞ
れ大幅に改善されている。
％以内で均一に分布していることがわかる。このとき、
成膜速度は４００オングストローム／秒であり、材料利
用率は１５％であった。一方、従来では、Ｔ／Ｓ距離お
よそ４０ｍｍで５％以内の均一性を確保していた。この
とき、成膜速度はおよそ２００オングストローム／秒で
あり、材料利用率はおよそ１０％であったので、それぞ
れ大幅に改善されている。
【００３８】また、図５および図６には、それぞれ図１
に示す電磁石コイル３２の電流が８０Ａおよび１００Ａ
の時のプラズマ密度分布の実測値（図５（ａ）および図
６（ａ））と膜厚分布の実測値（図５（ｂ）および図６
（ｂ））を示している。これら図５および図６より、電
磁石コイル３２の電流を制御することによって、プラズ
マ密度分布を制御できることがわかる。また、それによ
って膜厚の分布をも制御できることがわかる。この機能
を使って本発明のカソードでは、ターゲットの浸食によ
る膜厚分布の経時変化にあわせて、プラズマ密度分布を
制御することで、ターゲット寿命まで良好な膜厚分布を
維持することができる。
に示す電磁石コイル３２の電流が８０Ａおよび１００Ａ
の時のプラズマ密度分布の実測値（図５（ａ）および図
６（ａ））と膜厚分布の実測値（図５（ｂ）および図６
（ｂ））を示している。これら図５および図６より、電
磁石コイル３２の電流を制御することによって、プラズ
マ密度分布を制御できることがわかる。また、それによ
って膜厚の分布をも制御できることがわかる。この機能
を使って本発明のカソードでは、ターゲットの浸食によ
る膜厚分布の経時変化にあわせて、プラズマ密度分布を
制御することで、ターゲット寿命まで良好な膜厚分布を
維持することができる。
【００３９】なお、膜厚分布の経時変化は、ターゲット
の材質や成膜条件による。例えば、浸食が進むにつれて
膜厚の内周部が薄くなる場合は、電磁石コイル３２の電
流を減らし、図４（ａ）における内側のプラズマピーク
Ｐｌのプラズマ密度を増せばよい。また、浸食が進むに
つれて膜厚の外周部が薄くなる場合は、電磁石コイル３
２の電流を増やし、図４（ａ）における外側のプラズマ
ピークＰ２のプラズマ密度を増せばよい。
の材質や成膜条件による。例えば、浸食が進むにつれて
膜厚の内周部が薄くなる場合は、電磁石コイル３２の電
流を減らし、図４（ａ）における内側のプラズマピーク
Ｐｌのプラズマ密度を増せばよい。また、浸食が進むに
つれて膜厚の外周部が薄くなる場合は、電磁石コイル３
２の電流を増やし、図４（ａ）における外側のプラズマ
ピークＰ２のプラズマ密度を増せばよい。
【００４０】以上により、簡単な構造で、短いＴ／Ｓ距
離でも、また膜厚分布の経時変化が起こっても、常に良
好な膜厚均一性を得るとともに保持することができ、成
膜速度や材料利用率を向上することができる。
離でも、また膜厚分布の経時変化が起こっても、常に良
好な膜厚均一性を得るとともに保持することができ、成
膜速度や材料利用率を向上することができる。
【００４１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、スパッタ
リングにより薄膜を良好な状態に形成するために、その
薄膜形成の際に適正なプラズマ密度分布を得ることがで
きる。
リングにより薄膜を良好な状態に形成するために、その
薄膜形成の際に適正なプラズマ密度分布を得ることがで
きる。
【００４２】また、磁気トンネルを形成する磁場の垂直
成分を低減し、磁気トンネルに閉じこめられる高密度プ
ラズマの径方向の幅を広げることができる。また、ター
ゲットの浸食により膜厚分布の経時変化が起こっても、
プラズマ密度分布が常に良好となるように調整すること
ができる。
成分を低減し、磁気トンネルに閉じこめられる高密度プ
ラズマの径方向の幅を広げることができる。また、ター
ゲットの浸食により膜厚分布の経時変化が起こっても、
プラズマ密度分布が常に良好となるように調整すること
ができる。
【００４３】以上のため、簡単な構造で、短いＴ／Ｓ距
離でも、また膜厚分布の経時変化が起こっても、常に良
好な膜厚均一性を得るとともに保持することができ、成
膜速度や材料利用率を向上することができる。
離でも、また膜厚分布の経時変化が起こっても、常に良
好な膜厚均一性を得るとともに保持することができ、成
膜速度や材料利用率を向上することができる。
【図１】本発明の実施の形態のマグネトロンスパッタカ
ソードの構成を示す断面図
ソードの構成を示す断面図
【図２】同実施の形態における磁力線の分布状態説明図
【図３】同実施の形態における磁場の垂直成分の状態説
明図
明図
【図４】同実施の形態の電磁石電流９０Ａ時におけるプ
ラズマ密度分布と膜厚分布の説明図
ラズマ密度分布と膜厚分布の説明図
【図５】同実施の形態の電磁石電流８０Ａ時におけるプ
ラズマ密度分布と膜厚分布の説明図
ラズマ密度分布と膜厚分布の説明図
【図６】同実施の形態の電磁石電流１００Ａ時における
プラズマ密度分布と膜厚分布の説明図
プラズマ密度分布と膜厚分布の説明図
【図７】従来のマグネトロンスパッタリング装置におけ
るカソード部の構成図
るカソード部の構成図
１ 中心軸 ２ ターゲット ３ 磁気回路 ４ 磁力線 ５ プラズマ ６ 磁気トンネルの中心 ７ エロージョン ８ 真空チャンバ ９ プレート １０ 冷却ジャケット １１ 基板 ２１，２２ 絶縁リング ３０ 主磁気回路 ３１ ヨーク ３２ 電磁石コイル ４０ 補助磁気回路 ４１ 磁石 ４２ ヨーク ５０ 補助磁気回路 ５１ 磁石 ５２ ヨーク
Claims (3)
- 【請求項１】 マグネトロンスパッタ技術を利用してタ
ーゲットからスパッタさせた原子を前記ターゲットと対
向する基板上に付着させ、前記基板上に薄膜を形成する
マグネトロンスパッタリング装置において、前記薄膜を
構成する原子の前記ターゲットからのスパッタを発生さ
せるためのマグネトロンスパッタカソードであって、前
記ターゲットの基板側に対してその裏側に一部または全
部が配置され、前記ターゲット上に磁場を発生する主磁
気回路と、前記主磁気回路とは分離されて前記ターゲッ
トの基板側に配置され、前記主磁気回路とは別の磁場を
発生する補助磁気回路とを備え、前記主磁気回路および
補助磁気回路を、それらの各磁場により発生する前記タ
ーゲット上の磁力線が、前記ターゲット上に発生するプ
ラズマの陰極シース上で、互いに包含関係を持たない少
なくとも２ヵ所以上の磁気トンネルを形成するように構
成したマグネトロンスパッタカソード。 - 【請求項２】 ターゲットをリング状でかつ平板状に構
成し、主磁気回路を、前記ターゲットの表面と同じ位置
に磁極を有しその内周側と外周側とで極性が異なるよう
に構成し、補助磁気回路を、前記ターゲットより基板側
に少なくとも１つ設けられ、前記ターゲットの径方向に
磁化されかつその内側の極性が前記主磁気回路の内周側
磁極の極性と同じになるように構成した請求項１記載の
マグネトロンスパッタカソード。 - 【請求項３】 主磁気回路を、電磁石構造とし、その電
磁石に流す電流の大きさを調整して発生する磁場を制御
するように構成した請求項１または請求項２記載のマグ
ネトロンスパッタカソード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23638197A JP4056112B2 (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | マグネトロンスパッタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23638197A JP4056112B2 (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | マグネトロンスパッタ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1180943A true JPH1180943A (ja) | 1999-03-26 |
| JP4056112B2 JP4056112B2 (ja) | 2008-03-05 |
Family
ID=16999952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23638197A Expired - Fee Related JP4056112B2 (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | マグネトロンスパッタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4056112B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2317537A1 (en) * | 2009-10-29 | 2011-05-04 | Applied Materials, Inc. | Sputter deposition system and method |
| CN103290378A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-09-11 | 江西沃格光电科技有限公司 | 磁控溅射镀膜阴极机构 |
| CN113737143A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-12-03 | 北海惠科半导体科技有限公司 | 磁控溅射装置 |
-
1997
- 1997-09-02 JP JP23638197A patent/JP4056112B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2317537A1 (en) * | 2009-10-29 | 2011-05-04 | Applied Materials, Inc. | Sputter deposition system and method |
| WO2011051294A1 (en) * | 2009-10-29 | 2011-05-05 | Applied Materials, Inc. | Sputter deposition system and method |
| CN103290378A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-09-11 | 江西沃格光电科技有限公司 | 磁控溅射镀膜阴极机构 |
| CN113737143A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-12-03 | 北海惠科半导体科技有限公司 | 磁控溅射装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4056112B2 (ja) | 2008-03-05 |
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| JPS6354789B2 (ja) |
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