JPS63157866A

JPS63157866A - マグネトロンスパツタ装置の磁場調節方法

Info

Publication number: JPS63157866A
Application number: JP3454387A
Authority: JP
Inventors: Yoji Arita; 陽二有田
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1986-08-26
Filing date: 1987-02-19
Publication date: 1988-06-30
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH0680187B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分針〕乙の発明は、ターゲット材の局所的なエロージョンの発
生を抑えて、長寿命化を図ったマグネトロンスパッタ装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のマグネトロンスパッタ装置を第１１図によって説
明する。この図において、１は強磁性体からなるターゲ
ット材で、乙の裏面に内側磁極２と、これを取り囲むよ
うに、これと反対の極性を持つ外側磁極３とが配置され
ている。前記ターゲット材１は通常、銅やステンレスの
非磁性材のバッキングプレー】・上に貼り付けて使われ
るが、本明細所では、前記バッキングプレートは磁界の
分布に影響を与える乙とはないので省略して描かれてい
る。４はコイルで、これに電流を流すことにより内側磁
極２を励磁するものである。なお、各磁極２，３は電磁
石に代えて永久磁石を用いてもよい。これらの各部は真
空容器中に収容されている。

使用にあたっては、コイル４に励磁電流を流し、ターゲ
ット材１に図示矢印方向の磁界を与えながら、例えば、
Ａｒイオンでターゲット材１をたたき、スパッタを被加
工物（図示せず）に施すものである。

第１２図は従来のマグネトロンスパッタ装置の他の例で
あり、第１１図のものが長方形であるのに対し、円形で
ある点で相違する。

さて、第１１図、第１２図において、内側、外側磁極２
，３による漏洩磁界のうち、ターゲット材１に平行な成
分でターゲット材１の表面から飛び出した電子を捕獲し
、それによってガス分子のイオン化を促進させることに
より高速スパッタリングを可能にしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

乙のような従来のマグネ１−ロンスパッタ装置では、タ
ーゲット材１の表面付近で捕獲された電子は第１１図の
矢印で示した半円弧状の磁場のドーム内に閉じ込められ
、ドームに沿って運動する。

したがって、ターゲラ１−材１の表面でのスパッタの施
され方の程度はターゲット材１の上面での磁界の水平分
布のみならず垂直成分の分布によってＱ１も左右される。

第１３図（ａ）、（ｂ）はターゲット材１が強磁性体（
例えば鉄、コバルト等）の場合のターゲット材１の上面
（第１１図のＡ−Ｂ線上）での磁場の水平および垂直成
分をそれぞれ示す。

また、第１４図は、第１１図のＡ−４８間のターゲット
材１のエロージョンの様子を示す断面図である。この図
かられかるように、エロージョンの部分は局所的に進行
し、ターゲット材１の寿命を著しく縮めるという問題点
があった。

乙の解決方法の一つとして、クーデ−）１へ材１に数多
くの縦溝を設けること（、ＧＴターゲット：　日本金属
学会報第２５巻第６号Ｐ５６２，１９８６参照）によっ
て、ターゲット材１の全面に水平磁場を発生させること
が提案されているが、ターゲット材１の加工が容易でな
いという欠点があった。

本発明者はエロージョンが進行する場所は、磁場の水平
成分の強度の分布とは直接的には関係なく、磁場の垂直
成分の極性の変化する位置、つまり垂直成分が零になる
点とよく対応することを見／Ｊ　）Ｌ−’／出した。

これは、第１１図において電子がターゲット材１の面上
においてドーム状磁界内に沿って運動すると同時に、垂
直磁場の勾配が存在する方向に対しても周期的な運動を
しており、垂直成分が零になる点付近で前記電子の濃度
が高くなるためと考えられる。また、ターゲット材１の
エロージョンが起こると第１３図（ｂ）に示すように漏
れ磁場が大きくなり、その場所での垂直磁場の勾配も大
きくなるため局所的なエロージョンがさらに進行する。

この発明は、上記の欠点を解決するためになされたもの
で、エロージョンの発生を可及的に防止し、ターゲット
材の寿命を長クシ、また、ターゲット面でスパンターさ
れる領域が広がることがらサブストレートが均一化するといった長所をもっ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。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかるマグネトロンスパッタ装置は、（４Ｊ内側磁極と外側磁極からの漏れ磁場のターゲット材に垂
直な成分の勾配をターゲット材の外部において前記磁極
間中央部では減少させ、かつ前記磁極に近い部分では前
記垂直磁場の勾配を大きくするための手段をターゲット
材の裏側の両磁極間に形成される磁界中に設けたもので
ある。

〔作用〕

乙の発明において；よ、ターゲット材の外部において、
前記磁極間中央部の垂直磁場の強度およびその勾配が減
少し、なおかつ前記磁場に近い部分では前記垂直磁場の
勾配が増大するため、スパッタ時においてマグネトロン
モードが安定に保たれ局所的なエロージョンが防止され
る。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すもので、第１１図の
Ａ−Ｂの部分に相当する断面図である。

この図において、符号１〜４は第１１図と同じであり、
５はこの発明により配置された板状の永久磁石である。

すなわち、例えば前記ターゲット材１の磁化された方向
と同一方向磁化されたフェライト２希土磁石等の永久磁
石５を内側磁極２と外側磁極３の間で、かつターゲット
材１の裏側に配置する。

次に、作用について説明する。

永久磁石５は両磁極２，３の作る磁界によって発生して
いるターゲット材１の中の磁化の向きと同一方向を持ち
、永久磁石５がターゲット材１の上面において、前記両
磁極間中央部で水平磁場と垂直磁場の勾配を減少させる
ように作用する。また、両磁極の上部付近では前記永久
磁石５による磁界の影響は小さいので、その結果、両磁
極付近の垂直磁場の勾配は増大する。

永久磁石５はターゲット材１の上面の磁場を打ち消す磁
石の働きをし、ターゲット材１のエロージョンが進行し
、ターゲット材１上の漏れ磁場が大きくなると、永久磁
石５の磁化の強さが大きくなり、ターゲット材１上の漏
れ磁場が大きくなるのを防止し、エロージョンが局所的
に大きくなるのを防ぐ作用を有する。

第２図（ａＬ　（ｂ）は、第１図の実施例のＡ−Ｂ間に
おける磁場の水平成分および垂直成分を示す図である。

また、第３図は、第１図のＡ−Ｂ部分でのエロージョン
の様子を示すものである。　　゛第３図に示されるよう
に、従来のマグネトロンスパッタ装置でスパッタを行っ
た場合に見られる７字形のエロージョンは見られず、エ
ロージョンは広範囲にわたって比較的均一に起こってい
る。

永久磁石５は通常のマグネトロンスパッタ装置に簡単に
取り付けることができ、また、ターゲット材１のエロー
ジョンの領域が広がったことにより成膜された膜厚もよ
り均一となる。

上記における永久磁石５は、マグネトロンの両磁極２，
３間距離の２０〜８０％、より好ましくは４０〜６０％
の幅があればよい。また、永久磁石５としては板状に限
らず棒状のものを並置しても同様の効果が得られる。

第４図はこの発明の他の実施例を示すものである。乙の
図で、６は非磁性材料からなるバックプレー１・で、こ
のバックプレー１・６の下面側に永久磁石５を埋め込ん
だものである。

第５図の実施例はバックプレー１・６の上面側に埋め込
んだものであり、さらに第６図の実施例はバックプレー
１・６の下面に取り付けたものである。

この他、第７図に示すようにターゲット材１の下面側に
埋め込むようにすることもできる。

上記の各実施例はいずれも永久磁石５をその磁化の方向
がターゲット材１に平行な場合であったが、これは垂直
であってもよい。このような場合の実施例を第８図に示
す。

この実施例では、永久磁石５が垂直に設けられており、
これによって磁極２，３によってターゲット材１内の磁
束を打ち消すようになる。

第９図は、第８図に示す永久磁石５を複数個、かつター
ゲラ１−材１からの距離を変化させて配置したものであ
り、両磁極間中央部の垂直磁場の勾配を滑らかに減少さ
せ、かつ両磁極付近では増大させるのに有効である。

第１０図（ａ）、（ｂ）は、第８図の実施例のＡ−８間
における磁場の水平成分および垂直成分を示す図である
。この図で、曲線（ｉ）は理想的成分を示し、曲線（１
１）はこの発明による磁石分布を示す。

ただし、ターゲット材１上において前記磁極間中央部で
の磁場の垂直成分の勾配を減少させ、かつ両磁極付近で
は増大させるために、永久磁石５の磁化の強さ、または
永久磁石５の上面とターゲット材１間の距離を適当に選
ぶものとする。

さて、永久磁石５の磁化が強いと第１０図（ｂ）の曲線
（＋１）に示されるように、永久磁石５の真上付近で垂
直磁場の勾配が部分的に逆転することがある。第１０図
（ｂ）の曲線（１）で示す垂直磁場分布が理想であるが
、しかし、部分的な逆転があってもこの垂直磁場の勾配
が十分小さければこの発明の目的は達成される。

上記においては、内側磁極２と外側磁極３からの漏れ磁
場のターゲット材１に垂直な成分の勾配をターゲット材
１の外部において前記両磁極間の中央部で減少させ、な
おかつ両磁極付近で増大させるための手段として永久磁
石５を用いたが、これは強磁性体であればよく、両磁極
２，３が作る磁界で容易に強く磁化する軟磁性体、ある
いは永電磁石５と同効の磁場を発生する電磁石を採用す
ることもできる。

、また、この発明は、強磁性体のターゲット材に特に有
効であるが、非磁性体のターゲット材の場合にもエロー
ジョン領域を拡大することができる。

〔発明の効果〕

乙の発明は以上説明したように、内側磁極と外側磁極か
らの漏れ磁場のターゲット材に垂直な成分の勾配をター
ゲット材の外部において前記両磁極の中央部で減少させ
、なおかつ両磁極付近で増大させるための手段をターゲ
ット材の裏側の両磁極間に形成される磁界中に設けたの
で、ターゲット材の垂直磁場の勾配が下がり、かつ垂直
磁場が零に近い範囲がターゲット材上で広（とれ、電子
濃度の分散が図れ、かつ前記両磁極間の近くでは前記垂
直磁場の勾配が大きくなるために電子のターゲット上面
からの逸脱も防げるので、マグネトロンモードが安定に
保たれターゲット材のエロージョンが均一に行われ、タ
ーゲット材の長寿命化が図れるとともに、良質のスパッ
タリングを行う（１１１゜乙とができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す要部の断面図、第２
図（ａ）、（ｂ）は、第１図の実施例のＡ−８間におけ
る磁場の水平成分および垂直成分を示す図、第３図は、
第１図のＡ−Ｂ部分でのターゲット材のエロージョンの
様子を示す図、第４図〜第９図はいずれもこの発明の他
の実施例を示す要部の断面図、第１０図（ａ）、（ｂ）
は、第８図の実施例のＡ−８間における磁場の水平成分
および垂直成分を示す図、第１１図、第１２図は従来の
マグネトロンスパッタ装置の一例を示す要部の斜視図、
第１３図（ａ）、　（ｂ）は、第１１図のＡ−Ｂ部分で
の磁場の水平成分および垂直成分を示す図、第１４図は
、第１１図のＡ−８間のクーゲット材のエロージョンの
様子を示す図である。図中、１ばターゲット材、２は内側磁極、３は外側磁極
、４はコイル、５は永久磁石、６はバラ第２図（ａ）第１０図（ａ）第１１図 ■ 第１３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内側磁極と、この内側磁極を取り囲んだ反対の極
性を持つ外側磁極と、これら両磁極上にまたがって配置
されたターゲット材とを有するプレーナマグネトロンス
パッタ装置において、前記両磁極からの漏れ磁場の前記
ターゲット材に垂直な成分の勾配を前記ターゲット材の
外部において前記磁極間中央部では減少させ、かつ前記
磁極に近い部分では前記磁場の垂直成分の勾配を大きく
するための手段を前記ターゲット材の裏側の前記両磁極
間に形成される磁界中に設けたことを特徴とするマグネ
トロンスパッタ装置。
（２）ターゲット材は、強磁性体であることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載のマグネトロンスパッ
タ装置。