JP4845836B2

JP4845836B2 - Magnetron sputter cathode

Info

Publication number: JP4845836B2
Application number: JP2007228143A
Authority: JP
Inventors: 明久高橋; 晋也山田; 暁石橋; 幸平佐久間
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-09-03
Also published as: JP2009057622A

Description

本発明は、マグネトロンスパッタ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。 The present invention relates to a magnetron sputtering cathode used in a magnetron sputtering apparatus.

ウエハやガラス等の基板表面に薄膜を形成するための装置として、マグネトロンスパッタ装置が知られている。ターゲット（物質）にＡｒ等の不活性物質を高速で衝突させると、ターゲットを構成している原子や分子が叩き出される現象をスパッタリングといい、この叩き出された原子や分子を基板上に付着させることで、薄膜を形成することができる。マグネトロンスパッタ装置は、この基板表面にターゲット材料により効率良く薄膜を形成させるのに用いられている。 A magnetron sputtering apparatus is known as an apparatus for forming a thin film on the surface of a substrate such as a wafer or glass. When an inert substance such as Ar collides with a target (substance) at a high speed, the phenomenon in which atoms and molecules constituting the target are knocked out is called sputtering, and the knocked-out atoms and molecules adhere to the substrate. By doing so, a thin film can be formed. The magnetron sputtering apparatus is used to efficiently form a thin film on the surface of the substrate with a target material.

かかる装置の先行技術として、特許文献１に開示されているマグネトロンスパッタ装置を挙げることができる。この特許文献１に開示されているマグネトロンスパッタ装置は、磁界発生用の磁気回路と、この磁気回路に近接して配置されるターゲットを支持するターゲット支持体とを備えている。磁気回路は、ターゲットに対して直交する方向に沿った磁場方向を有する中央側永久磁石、この中央側永久磁石を取り囲むように形成されると共に、中央側永久磁石とは発生する磁場方向が反対となるように、ターゲットに対して直交する方向に沿った磁場方向を有する外側永久磁石、及び中央側永久磁石の磁極と外側永久磁石の磁極との間に、ターゲット表面と平行になるように、ターゲット支持体に取り付けられる板状磁性部材を備えている。ターゲット表面において、磁気回路による磁場のターゲット表面に対して垂直な成分が、ゼロもしくはゼロ近傍でフラットとなる領域、あるいは、ゼロ点を３回交差するような領域が形成されるように、板状磁性部材は配置されている。 As a prior art of such an apparatus, a magnetron sputtering apparatus disclosed in Patent Document 1 can be cited. The magnetron sputtering apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a magnetic circuit for generating a magnetic field, and a target support that supports a target disposed in the vicinity of the magnetic circuit. The magnetic circuit is formed so as to surround the central permanent magnet having a magnetic field direction along a direction orthogonal to the target, and the generated magnetic field direction is opposite to the central permanent magnet. The outer permanent magnet having a magnetic field direction along the direction orthogonal to the target, and the target parallel to the target surface between the magnetic pole of the central permanent magnet and the magnetic pole of the outer permanent magnet A plate-like magnetic member attached to the support is provided. On the target surface, a plate-like shape is formed so that a component perpendicular to the target surface of the magnetic field by the magnetic circuit is flat at or near zero, or a region where the zero point is crossed three times. The magnetic member is disposed.

また、別の先行技術の例としては、特許文献２に開示されているように、中心磁石と、中心磁石の周囲に、中心磁石と異なる極性を有する周辺磁石とから成る第１の磁気回路、及び中心磁石と周辺磁石との間に設けられ、周辺磁石と相似な形状の一対の磁石から成る第２の磁気回路を有し、第２の磁気回路を昇降できるように構成したものがある。 As another example of the prior art, as disclosed in Patent Document 2, a first magnetic circuit including a central magnet and a peripheral magnet having a polarity different from that of the central magnet around the central magnet, And a second magnetic circuit that is provided between the center magnet and the peripheral magnet and includes a pair of magnets having a shape similar to that of the peripheral magnet, and is configured so that the second magnetic circuit can be moved up and down.

さらに、別の先行技術の例としては、特許文献３に開示されているように、ヨークプレート上に、中央の円柱状永久磁石のまわりに、複数の円筒状永久磁石を同心的に配列したマグネトロンスパッタカソードも提案されている。 As another prior art example, as disclosed in Patent Document 3, a magnetron in which a plurality of cylindrical permanent magnets are concentrically arranged around a central cylindrical permanent magnet on a yoke plate. Sputter cathodes have also been proposed.

このような従来公知のマグネトロンスパッタ装置においては、中央側磁石の先端部と板状磁性部材との問、及び板状磁性部材と外側永久磁石の先端部との問に磁場が形成され、その磁場の一部はターゲット表面の近傍の空間において湾曲した磁力線となる。ターゲット表面の近傍の空間においては、湾曲した磁力線が形成されるため、プラズマ中の電子は磁力線に沿ってトロコイド運動を行い、湾曲した磁力線の頂部に集まって、そこに電子雲を形成するようになる。その結果、プラズマ中のＡｒイオンはこの電子雲に引きよせられ、そして、ターゲットをスパッタするようになる。
特開２００６−１６６３４公報特開平２−３４７８０号公報特開平６−９３４４２号公報 In such a known magnetron sputtering apparatus, a magnetic field is formed between the tip of the central magnet and the plate-like magnetic member, and between the plate-like magnetic member and the tip of the outer permanent magnet. A part of becomes a magnetic field line curved in the space near the target surface. In the space near the target surface, curved lines of magnetic force are formed, so that electrons in the plasma perform trochoidal motion along the lines of magnetic force, gather at the top of the curved lines of magnetic force, and form an electron cloud there. Become. As a result, Ar ions in the plasma are attracted to this electron cloud and sputter the target.
JP 2006-16634 A JP-A-2-34780 JP-A-6-93442

上述したマグネトロンスパッタカソードでは、上記のようにターゲット表面の近傍の空間において湾曲した磁力線が形成されるが、ターゲット表面と垂直な方向の磁束密度Ｂｖがほぼゼロガウスになる領域が充分広くないため、湾曲した磁力線の頂部に高密度の電子雲ができるようになる。その結果、ターゲットは磁束密度Ｂｖがほぼゼロガウスになる領域だけがスパッタされ、ターデットに片掘れが起きるようになる・そのため、ターゲットは、その大半を残したまま寿命がつき、その使用効率が低下する等の問題を起こした。 In the magnetron sputter cathode described above, curved lines of magnetic force are formed in the space near the target surface as described above, but the region where the magnetic flux density Bv in the direction perpendicular to the target surface is almost zero gauss is not wide enough. A high-density electron cloud can be formed at the top of the magnetic field lines. As a result, the target is sputtered only in the region where the magnetic flux density Bv is almost zero gauss, and the turret becomes burrowed. Therefore, the target has a life with most of it remaining, and its use efficiency is reduced. Caused problems such as.

そこで、本発明の目的は、先行技術における上記問題を解決して、ターゲットを均等にスパッタすることによって、ターゲットの寿命を長くして、その使用効率を向上することの出来るマグネトロンスパッタカソードを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetron sputtering cathode that solves the above-mentioned problems in the prior art and can elongate the life of the target and improve its use efficiency by sputtering the target evenly. There is.

上記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、
底部ヨークと、
ターゲットを表面に取り付けるバッキングプレートと、
底部ヨークの中央部に立設された中央部磁石と、
中央部磁石を周囲を取り囲むように底部ヨークに立設された周縁部磁石と、
中央部磁石と周縁部磁石との間で、これらの磁石に沿って底部ヨーク上に立設され、バッキングプレートに平行な面における垂直磁場成分が三度ゼロレベルを通る分布となる磁場を形成する補助磁石と
を有している。
中央部磁石、周縁部磁石及び補助磁石の各先端部における磁極の極性は隣接する磁石同士で異なるように配置される。
補助磁石は、第一の補助磁石と、第一の補助磁石の外周に沿って配設された第二の補助磁石とから構成されている。
中央部磁石の断面における幅Ｗ１、第一の補助磁石の断面における幅Ｗ２、第二の補助磁石の断面における幅Ｗ３及び周縁部磁石の断面における幅Ｗ４の比は、Ｗ１：Ｗ２：Ｗ３：Ｗ４＝１３：１０：８．５：１１である。
中央部磁石と第一の捕助磁石との間隔Ｄ１、第一の補助磁石と第二の補助磁石との間隔Ｄ２、第二の補助磁石と周縁部磁石との間隔Ｄ３、及び周縁部磁石の外周面とバッキングプレートの端面との間隔Ｄ４の比は、Ｄ１：Ｄ２：Ｄ３：Ｄ４＝１１．５：１６．５：８：３である。 In order to solve the above problems, the magnetron sputter cathode of the present invention is
The bottom yoke,
A backing plate to attach the target to the surface;
A center magnet erected in the center of the bottom yoke;
A peripheral magnet erected on the bottom yoke so as to surround the central magnet;
Between the central magnet and the peripheral magnet, the magnetic field is erected on the bottom yoke along these magnets to form a magnetic field in which the vertical magnetic field component in the plane parallel to the backing plate is distributed three times through the zero level. And an auxiliary magnet.
The polarities of the magnetic poles at the tip portions of the central magnet, the peripheral magnet, and the auxiliary magnet are arranged to be different between adjacent magnets.
The auxiliary magnet is composed of a first auxiliary magnet and a second auxiliary magnet disposed along the outer periphery of the first auxiliary magnet.
The ratio of the width W1 in the cross section of the central magnet, the width W2 in the cross section of the first auxiliary magnet, the width W3 in the cross section of the second auxiliary magnet, and the width W4 in the cross section of the peripheral magnet is W1: W2: W3: W4. = 13: 10: 8.5: 11.
The distance D1 between the central magnet and the first assisting magnet, the distance D2 between the first auxiliary magnet and the second auxiliary magnet, the distance D3 between the second auxiliary magnet and the peripheral magnet, and the peripheral magnet The ratio of the distance D4 between the outer peripheral surface and the end surface of the backing plate is D1: D2: D3: D4 = 11.5: 16.5: 8: 3.

本発明のスパッタカソードにおいては、中央部磁石、周縁部磁制及び補助磁石の各先端部は同一高さに配置されることが好ましい。 In the sputter cathode of the present invention, it is preferable that the front end portions of the central magnet, the peripheral portion magnetic control and the auxiliary magnet are arranged at the same height.

また、本発明のスパッタカソードにおいては、中央部磁石、周縁部磁石及び補助磁石の各先端部はバッキングプレートの裏面に接触していることが望ましい。 Further, in the sputter cathode of the present invention, it is desirable that the tip portions of the central magnet, the peripheral magnet, and the auxiliary magnet are in contact with the back surface of the backing plate.

また、本発明のスパッタカソードにおいては、ゼロレベルは、−１０ガウス以上＋１０ガウス以下であることが好ましい。 In the sputter cathode of the present invention, the zero level is preferably -10 gauss or more and +10 gauss or less.

また、本発明のスパッタカソードにおいては、バッキングプレートに平行な面と一対の補助磁石の各先端部との距離は１２ｍｍ（この距離はターゲットの厚さに相当）であることが好ましい。 In the sputter cathode of the present invention, the distance between the surface parallel to the backing plate and the tip portions of the pair of auxiliary magnets is preferably 12 mm (this distance corresponds to the thickness of the target).

また、本発明のスパッタカソードにおいては、中央部磁石、周縁部磁石及び補助磁石はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石から構成することができる。 In the sputter cathode of the present invention, the central magnet, the peripheral magnet, and the auxiliary magnet can be composed of Nd—Fe—B magnets.

また、本発明のスパッタカソードにおいては、中央部磁石、周縁部磁石及び補助磁石の高さは３０ｍｍでよい。 In the sputter cathode of the present invention, the height of the central magnet, the peripheral magnet, and the auxiliary magnet may be 30 mm.

また、本発明のスパッタカソードにおいては、バッキングプレート表面と垂直な方向の垂直磁場成分がゼロレベルになる領域の幅Ｌ１とバッキングプレートの幅Ｌ２との比はＬ１：Ｌ２｀１７：７５であることが好ましい。これにより「ゼロもしくはゼロ近傍でフラットとなる領域」や「ゼロ点を３回交差するような領域」を形成しやすくなる。 In the sputter cathode of the present invention, the ratio of the width L1 of the region where the vertical magnetic field component in the direction perpendicular to the backing plate surface becomes zero level and the width L2 of the backing plate is L1: L2｀17: 75. Is preferred. This facilitates the formation of “a region that is flat at or near zero” and “a region that intersects the zero point three times”.

本発明のマグネトロンスパッタカソードによれば、上述のように構成したことにより、ターゲットを充分均等にスパッタすることができ、その結果、ターゲットの寿命を長くして、その使用効率を６０％以上に向上することができるようになる。 According to the magnetron sputtering cathode of the present invention, the target can be sputtered sufficiently evenly as a result of the above-described configuration. As a result, the life of the target is extended and its use efficiency is improved to 60% or more. Will be able to.

また、本発明のスパッタカソードにおいて、中央部磁石、周縁部磁制及び補助磁石の各先端部を同一高さに配置した場合、或いは中央部磁石、周縁部磁石及び補助磁石の各先端部をバッキングプレートの裏面に接触させた場合には「ゼロもしくはゼロ近傍でフラットとなる領域」や「ゼロ点を３回交差するような領域」を形成しやすくなる。 Further, in the sputter cathode of the present invention, when the tips of the center magnet, the peripheral magnetism and the auxiliary magnet are arranged at the same height, or the tips of the center magnet, the peripheral magnet and the auxiliary magnet are backed up. When contacting the back surface of the plate, it becomes easy to form “a region that is flat at or near zero” and “a region that intersects the zero point three times”.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１及び図２には本発明によるマグネトロンスパッタカソードの一実施形態を示し、図示実施形態は矩形のスパッタターゲット用に構成されている。図示マグネトロンスパッタカソードでは、長方形の底部ヨーク１の中央部に中央部磁石２が立設されている。底部ヨーク１の周縁部には、中央部磁石２を周囲を取り囲むように周縁部磁石３が立設されている。また、中央部磁石２と周縁部磁石３との間において、底部ヨーク１上には、第一の補助磁石４と、第一の補助磁石４の外周に沿って配設された第二の補助磁石５とが立設されている。中央部磁石２、第一の補助磁石４、第二の補助磁石５及び周縁部磁石３は、隣接する磁石の各先端部における磁極の極性が互いに異なるように配置されている。そしてこれら磁石２〜５の先端部はバッキングプレート６の裏面にと当接するように構成されている。バッキングプレート６の表面にはターゲット７が取り付けられる。 1 and 2 illustrate one embodiment of a magnetron sputter cathode according to the present invention, the illustrated embodiment being configured for a rectangular sputter target. In the illustrated magnetron sputtering cathode, a central magnet 2 is erected at the central portion of a rectangular bottom yoke 1. A peripheral magnet 3 is erected on the peripheral edge of the bottom yoke 1 so as to surround the central magnet 2. In addition, between the central magnet 2 and the peripheral magnet 3, the first auxiliary magnet 4 and the second auxiliary disposed along the outer periphery of the first auxiliary magnet 4 are provided on the bottom yoke 1. A magnet 5 is erected. The central magnet 2, the first auxiliary magnet 4, the second auxiliary magnet 5, and the peripheral magnet 3 are arranged so that the polarities of the magnetic poles at the respective tip portions of adjacent magnets are different from each other. And the front-end | tip part of these magnets 2-5 is comprised so that the back surface of the backing plate 6 may contact | abut. A target 7 is attached to the surface of the backing plate 6.

また、第一の補助磁石４と第二の補助磁石５とから成る補助磁石は、バッキングプレート６に平行な面における垂直磁場成分が三度ゼロレベルを通る分布となる磁場を形成するようにされている。中央部磁石２、周縁部磁石３及び補助磁石４、５はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石から構成されている。ここで、ゼロレベルは一１０ガウス以上＋１０ガウス以下である。 The auxiliary magnet composed of the first auxiliary magnet 4 and the second auxiliary magnet 5 forms a magnetic field in which a vertical magnetic field component in a plane parallel to the backing plate 6 has a distribution passing through the zero level three times. ing. The center magnet 2, the peripheral magnet 3, and the auxiliary magnets 4 and 5 are composed of Nd—Fe—B magnets. Here, the zero level is not less than 10 Gauss and not more than 10 Gauss.

図示実施形態では、中央部磁石２の断面における幅Ｗ１は１３ｍｍであり、第一の補助磁石４の断面における幅Ｗ２は１０ｍｍであり、第二の補助磁石５の断面における幅Ｗ３は８．５ｍｍであり、また周縁部磁石３の断面における幅Ｗ４は１１ｍｍである。中央部磁石２と第一の捕助磁石４との間隔Ｄ１は１１．５ｍｍであり、第一の補助磁石４と第二の補助磁石５との間隔Ｄ２は１６．５ｍｍであり、第二の補助磁石５と周縁部磁石３との間隔Ｄ３は８ｍｍであり、周縁部磁石３の外周面とバッキングプレート６の端面との間隔Ｄ４は３ｍｍである。また、底部ヨーク１、バッキングプレート６及びターゲット７の幅はそれぞれ１５０ｍｍであり、中央部磁石２、周縁部磁石３及び補助磁石４、５の高さは３０ｍｍである。また、ターゲット７の厚さは図示例では１２ｍｍである。 In the illustrated embodiment, the width W1 in the cross section of the central magnet 2 is 13 mm, the width W2 in the cross section of the first auxiliary magnet 4 is 10 mm, and the width W3 in the cross section of the second auxiliary magnet 5 is 8.5 mm. Further, the width W4 in the cross section of the peripheral magnet 3 is 11 mm. The distance D1 between the central magnet 2 and the first assisting magnet 4 is 11.5 mm, the distance D2 between the first auxiliary magnet 4 and the second auxiliary magnet 5 is 16.5 mm, and the second The distance D3 between the auxiliary magnet 5 and the peripheral magnet 3 is 8 mm, and the distance D4 between the outer peripheral surface of the peripheral magnet 3 and the end surface of the backing plate 6 is 3 mm. The width of the bottom yoke 1, the backing plate 6 and the target 7 is 150 mm, and the height of the central magnet 2, the peripheral magnet 3, and the auxiliary magnets 4 and 5 is 30 mm. Further, the thickness of the target 7 is 12 mm in the illustrated example.

図３には、このように構成した磁気回路により得られたターゲット７上における水平磁場成分Ｈ及び垂直磁場成分Ｖの分布状態を示している。図３から分かるように、水平磁場成分Ｈの二つのピークの大きさはほぼ同じであり、中央部磁石２の中心軸線から位置Ｐ１、Ｐ２を通り、また水平磁場成分Ｈのボトムは中央部磁石２の中心軸線から位置Ｐ３を通っている。そしてこの中央部磁石２の中心軸線から位置Ｐ３はターゲット７の幅の半分のほぼ中央、言い換えれば中央部磁石２の中心軸線とターゲット７の周縁部までの距離のほぼ中央に位置している。また水平磁場成分Ｈはターゲット７の周縁部では磁場の強さがゼロ以下となっている。 FIG. 3 shows a distribution state of the horizontal magnetic field component H and the vertical magnetic field component V on the target 7 obtained by the magnetic circuit configured as described above. As can be seen from FIG. 3, the magnitudes of the two peaks of the horizontal magnetic field component H are substantially the same, and pass through the positions P1 and P2 from the central axis of the central magnet 2, and the bottom of the horizontal magnetic field component H is the central magnet. 2 passes through the position P3 from the central axis. The position P3 from the central axis of the central magnet 2 is located at approximately the center of the half of the width of the target 7, in other words, at the approximate center of the distance from the central axis of the central magnet 2 to the peripheral edge of the target 7. The horizontal magnetic field component H has a magnetic field strength of zero or less at the peripheral edge of the target 7.

垂直磁場成分Ｖは、中央部磁石２の中心軸線から位置Ｐ３を挟んでゼロレベルを三度通り、中央のゼロゼロレベルは中央部磁石２の中心軸線から位置Ｐ３をほぼ通っている。ゼロレベルを三度通る垂直磁場成分Ｖの領域の幅はＬ１で表され、図示例では１７ｍｍである。バッキングプレート６の中心軸線から周縁部までの距離をＬ２とすると、その比はがＬ１：Ｌ２＝１７：７５である。 The vertical magnetic field component V passes through the zero level three times across the position P3 from the central axis of the central magnet 2, and the central zero-zero level almost passes through the position P3 from the central axis of the central magnet 2. The width of the region of the vertical magnetic field component V passing through the zero level three times is represented by L1, and is 17 mm in the illustrated example. If the distance from the central axis of the backing plate 6 to the peripheral edge is L2, the ratio is L1: L2 = 17: 75.

このように磁気回路を構成することにより、本発明によれば、図４に示すように、ターゲット７のエロージョン形状が台形となり、使用効率が６０％以上となる。実際に、ターゲット７は１２ｍｍの内８ｍｍ程しかぼっていないが使用効率は約６０％であり、最後まで使用すれば７０％を越える。また、ターゲットの厚さを２０ｍｍ程度と厚くしても従来の数倍の使用寿命を達成することができる。 By configuring the magnetic circuit in this way, according to the present invention, as shown in FIG. 4, the erosion shape of the target 7 becomes a trapezoid, and the usage efficiency becomes 60% or more. Actually, the target 7 is only about 8 mm out of 12 mm, but the usage efficiency is about 60%, which exceeds 70% when used to the end. Moreover, even if the thickness of the target is increased to about 20 mm, it is possible to achieve a service life several times that of the conventional one.

すなわち、上記で先行技術として挙げた特許文献１に記載されているように、単に水平磁場成分が広くなるような磁石の構成や、ゼロをただ３回通るだけではターゲットの高使用効率を達成できない。また特許文献１に記載されているように、ゼロもしくはゼロ近傍でフラットとなるように、あるいはゼロ点を小さく３回交差するように垂直磁場成分を形成すると、ターゲットのエロージョンは広くなるが、しかしゼロ点クロスの中央位置がターゲット中心からかなり外側に寄っているために、図４に示すようなエロージョンとはならず使用効率も６０％以上は到達できない。その結果、ターゲットの中央が残り、ターゲット中央と端を上底とする台形には掘れていない。 That is, as described in Patent Document 1 cited as the prior art above, the configuration of the magnet in which the horizontal magnetic field component becomes wide, or the high usage efficiency of the target cannot be achieved only by passing zero three times. . Further, as described in Patent Document 1, if the vertical magnetic field component is formed so as to be flat at or near zero or to intersect the zero point three times small, the erosion of the target becomes wide, however, Since the center position of the zero point cross is considerably outside the center of the target, the erosion as shown in FIG. 4 does not occur and the use efficiency cannot reach 60% or more. As a result, the center of the target remains and is not dug into a trapezoid with the center and end of the target as the upper base.

これに対して、本発明では、垂直磁場成分がゼロレベルを３回通りしかもそのレベル通過領域がターゲット７の中心からそれの周縁部まで距離の中央部を中心として広がっているため、プラズマが位置Ｐ３を中心として広がって形成され、その結果、ターゲット７は図４のような台形に掘れる。 On the other hand, in the present invention, the vertical magnetic field component passes through the zero level three times, and the level passing region spreads from the center of the target 7 to the peripheral portion thereof, centering on the central portion of the distance, so that the plasma is positioned. As a result, the target 7 is formed in a trapezoidal shape as shown in FIG.

また、垂直磁場成分がゼロレベルを通る点中央がターゲット７の中心から端までの中心を通過していること及びピークのバランスが取れていることにより、ターゲットが厚くなった場合でも、エロージョンの進行につれて磁場が水平磁場成分の大きく変化するのを抑えて、ターゲットの内と外でエロージョンの進行速度を実質的に変えずに片掘れ（ターゲットの内と外のエロージョンの深さに差が出ること）を避けることができ、その結果、１０ｍｍ以上の厚いターゲットにもそのターゲットの使用効率を下げることなく使用できる。 Further, even when the target becomes thicker due to the fact that the center of the point where the vertical magnetic field component passes through the zero level passes through the center from the center to the end of the target 7 and the peak is balanced, the erosion proceeds. As a result, the magnetic field is prevented from changing greatly in the horizontal magnetic field component, and the erosion progress rate is not substantially changed inside and outside the target (the difference in the depth of erosion inside and outside the target appears). As a result, it is possible to use a thick target of 10 mm or more without reducing the use efficiency of the target.

また、図４に示す台形のエロージョン形態を得るためには、ターゲット端での水平磁場成分ゼロ以下になっているのが望ましく、これにより、ターゲットの外側までも電子にローレンツ力が働くのを避け、プラズマがアースシールドまで広がりプラズマが外に寄るのを防ぐことができる。つまり意図的にターゲットの端での水平磁場成分をゼロ以下にすることで、電子にかかるローレンツカが進行方向と逆方向にかかり、ターゲットの端部では放電が起ない。その結果プラズマはアースシールドに寄らず、Ｐ３を中心としてプラズマが広がるためにエロージョンがきれいに台形の形になる。 Also, in order to obtain the trapezoidal erosion form shown in FIG. 4, it is desirable that the horizontal magnetic field component at the target end be zero or less, thereby avoiding Lorentz force acting on the electrons even outside the target. It is possible to prevent the plasma from spreading to the earth shield and coming outside. That is, by intentionally reducing the horizontal magnetic field component at the end of the target to zero or less, Lorentzka applied to the electrons is applied in the direction opposite to the traveling direction, and no discharge occurs at the end of the target. As a result, the plasma does not approach the earth shield, and the plasma spreads around P3, so that the erosion is neatly trapezoidal.

上記例のように、ターゲット表面において図３に示すような磁場プロファイルをもつ磁場を形成できる磁気回路を備えた本発明のマグネトロンスパッタカソードによれば、磁気回路を構成する磁石の材質、磁石の距離、磁気回路の構造に関わらずターゲットの使用効率を６０％以上と高くすることができる。 As in the above example, according to the magnetron sputter cathode of the present invention provided with a magnetic circuit capable of forming a magnetic field having a magnetic field profile as shown in FIG. 3 on the target surface, the material of the magnet constituting the magnetic circuit and the distance of the magnet Regardless of the structure of the magnetic circuit, the use efficiency of the target can be increased to 60% or more.

図５には、本発明の別の実施形態を示し、この場合には、円形の底部ヨーク１１の中央部に円柱状の中央部磁石１２が立設されている。円形の底部ヨーク１１の周縁部には、円柱状の中央部磁石１２の周囲を同心状に取り囲んで円筒状の周縁部磁石１３が立設されている。また、円柱状の中央部磁石１２と円筒状の周縁部磁石１３との間において、円形の底部ヨーク１１上には、円筒状の第一の補助磁石１４と、円筒状の第一の補助磁石１４の外周に沿って配設された円筒状の第二の補助磁石１５とが立設されている。円柱状の中央部磁石１２、円筒状の第一の補助磁石１４、円筒状の第二の補助磁石１５及び円筒状の周縁部磁石１３は、隣接する磁石の各先端部における磁極の極性が互いに異なるように配置されている。その他の構成及び各要素の寸法、各要素間の寸法は、図１及び図２に示すものと同じである。 FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. In this case, a columnar central magnet 12 is erected at the central portion of the circular bottom yoke 11. A cylindrical peripheral magnet 13 is erected on the peripheral edge of the circular bottom yoke 11 so as to concentrically surround the columnar central magnet 12. A cylindrical first auxiliary magnet 14 and a cylindrical first auxiliary magnet are disposed on the circular bottom yoke 11 between the columnar central magnet 12 and the cylindrical peripheral magnet 13. A cylindrical second auxiliary magnet 15 disposed along the outer periphery of 14 is erected. The columnar central magnet 12, the cylindrical first auxiliary magnet 14, the cylindrical second auxiliary magnet 15, and the cylindrical peripheral edge magnet 13 have polarities of magnetic poles at the tips of adjacent magnets. They are arranged differently. Other configurations, dimensions of each element, and dimensions between each element are the same as those shown in FIGS.

本発明によるマグネトロンスパッタカソードの一実施形態を示す要部の概略横断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a main part showing an embodiment of a magnetron sputter cathode according to the present invention. 図１に示すマグネトロンスパッタカソードの磁石の配列を示す水平断面図。The horizontal sectional view which shows the arrangement | sequence of the magnet of the magnetron sputter cathode shown in FIG. 図１に示すマグネトロンスパッタカソードによって形成される磁場の垂直成分及び水平成分の分布を示す概略図。Schematic which shows distribution of the vertical component of a magnetic field formed by the magnetron sputter cathode shown in FIG. 1, and a horizontal component. 図１に示すマグネトロンスパッタカソードによるターゲットのエロージョン形態を示す横断面図。The cross-sectional view which shows the erosion form of the target by the magnetron sputter cathode shown in FIG. 本発明によるマグネトロンスパッタカソードの別の実施形態における磁石の配列を示す水平断面図。The horizontal sectional view which shows the arrangement | sequence of the magnet in another embodiment of the magnetron sputter cathode by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１：底部ヨーク
２：中央部磁石
３：周縁部磁石
４：第一の補助磁石
５：第二の補助磁石
６：バッキングプレート
７：ターゲット
１１：円形の底部ヨーク
１２：円柱状の中央部磁石
１３：円筒状の周縁部磁石
１４：円筒状の第一の補助磁石
１５：円筒状の第二の補助磁石 1: bottom yoke 2: central magnet 3: peripheral magnet 4: first auxiliary magnet 5: second auxiliary magnet 6: backing plate 7: target 11: circular bottom yoke 12: columnar central magnet 13 : Cylindrical peripheral magnet 14: Cylindrical first auxiliary magnet 15: Cylindrical second auxiliary magnet

Claims

底部ヨークと、
ターゲットを表面に取り付けるバッキングプレートと、
前記底部ヨークの中央部に立設された中央部磁石と、
前記中央部磁石を周囲を取り囲むように前記底部ヨークに立設された周縁部磁石と、
前記中央部磁石と前記周縁部磁石との間で、これらの磁石に沿って前記底部ヨーク上に立設され、前記バッキングプレートに平行な面における垂直磁場成分が三度ゼロレベルを通る分布となる磁場を形成する補助磁石と
を有し、
前記中央部磁石、前記周縁部磁石及び補助磁石の各先端部における磁極の極性が隣接する磁石同士で異なるように配置され、
前記補助磁石が、第一の補助磁石と、第一の補助磁石の外周に沿って配設された第二の補助磁石とから構成され、
前記中央部磁石の断面における幅Ｗ１、前記第一の補助磁石の断面における幅Ｗ２、前記第二の補助磁石の断面における幅Ｗ３及び前記周縁部磁石の断面における幅Ｗ４の比がＷ１：Ｗ２：Ｗ３：Ｗ４＝１３：１０：８．５：１１であり、
前記中央部磁石と前記第一の捕助磁石との間隔Ｄ１、前記第一の補助磁石と前記第二の補助磁石との間隔Ｄ２、前記第二の補助磁石と前記周縁部磁石との間隔Ｄ３、及び前記周縁部磁石の外周面とバッキングプレートの端面との間隔Ｄ４の比がＤ１：Ｄ２：Ｄ３：Ｄ４＝１１．５：１６．５：８：３であることを特徴とするマグネトロンスパッタカソード。 The bottom yoke,
A backing plate to attach the target to the surface;
A center magnet erected at the center of the bottom yoke;
A peripheral magnet erected on the bottom yoke so as to surround the central magnet;
Between the central magnet and the peripheral magnet, a vertical magnetic field component in a plane parallel to the backing plate is erected on the bottom yoke along these magnets, and the distribution passes through the zero level three times. An auxiliary magnet for forming a magnetic field,
Arranged so that the polarities of the magnetic poles at the respective end portions of the central magnet, the peripheral magnet and the auxiliary magnet are different between adjacent magnets,
The auxiliary magnet is composed of a first auxiliary magnet and a second auxiliary magnet disposed along the outer periphery of the first auxiliary magnet,
The ratio of the width W1 in the cross section of the central magnet, the width W2 in the cross section of the first auxiliary magnet, the width W3 in the cross section of the second auxiliary magnet, and the width W4 in the cross section of the peripheral magnet is W1: W2: W3: W4 = 13: 10: 8.5: 11,
A distance D1 between the central magnet and the first assisting magnet, a distance D2 between the first auxiliary magnet and the second auxiliary magnet, and a distance D3 between the second auxiliary magnet and the peripheral magnet. And a ratio of the distance D4 between the outer peripheral surface of the peripheral magnet and the end surface of the backing plate is D1: D2: D3: D4 = 11.5: 16.5: 8: 3 .

前記中央部磁石、前記周縁部磁石及び前記補助磁石の各先端部が同一高さに配置されたことを特徴とする請求項１記載のマグネトロンスパッタカソード。 2. The magnetron sputter cathode according to claim 1, wherein tip portions of the central magnet, the peripheral magnet, and the auxiliary magnet are arranged at the same height.

前記中央部磁石、前記周縁部磁石及び前記補助磁石の各先端部が前記バッキングプレートの裏面に接触していることを特徴とする請求項１又は２記載のマグネトロンスパッタカソード。 The magnetron sputter cathode according to claim 1 or 2, wherein tip portions of the central magnet, the peripheral magnet, and the auxiliary magnet are in contact with the back surface of the backing plate.

前記ゼロレベルが一１０ガウス以上＋１０ガウス以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のマグネトロンスパッタカソード。 The magnetron sputter cathode according to any one of claims 1 to 3, wherein the zero level is not less than 10 gauss and not more than 10 gauss.

前記パッキングプレートに平行な面と前記第一、第二の補助磁石の各先端部との距離が１２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタカソード。 The magnetron sputter cathode according to any one of claims 1 to 4, wherein a distance between a surface parallel to the packing plate and each tip of the first and second auxiliary magnets is 12 mm.

前記中央部磁石、前記周縁部磁石及び前記補助磁石がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石から構成されている請求項１〜５のいずれか一項記載のマグネトロンスパッタカソード。 The magnetron sputter cathode according to any one of claims 1 to 5, wherein the central magnet, the peripheral magnet, and the auxiliary magnet are composed of Nd-Fe-B magnets.

前記中央部磁石、前記周縁部磁石及び前記補助磁石の高さが３０ｍｍである請求項１〜６のいずれか一項記載のマグネトロンスパッタカソード。 The magnetron sputter cathode according to any one of claims 1 to 6, wherein heights of the central magnet, the peripheral magnet, and the auxiliary magnet are 30 mm.

前記バッキングプレート表面と垂直な方向の垂直磁場成分がゼロレベルになる領域の幅Ｌ１と前記バッキングプレートの幅Ｌ２との比がＬ１：Ｌ２＝１７：７５であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載のマグネトロンスパッタカソード。 The ratio of the width L1 of the region where the vertical magnetic field component in the direction perpendicular to the backing plate surface is zero level and the width L2 of the backing plate is L1: L2 = 17: 75. 8. The magnetron sputter cathode according to any one of items 7.