JPH03257162A - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スパッタ領域を自由に制御したり、あるい
は極めて高いターゲット材の利用効率を可能にするマグ
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１３図（ａ）、（
ｂ）に示す。第１３図（ａ）は斜視図、第１３図（ｂ）
は、第１３図（ａ）の中心からＰｌ−ｐ、１による断面
図である。ただし、第１３図（ａ）の斜視図においては
分かりやすいようにマグネトロンの部分のみ書かれてい
る。

この図において、１はターゲツト材で、この裏面に永久
磁石からなる内側磁極２と、これを取り囲むようにこれ
と反対の極性を持つ永久磁石からなる外側磁極３とが配
置されている。両磁極２゜３は、軟磁性体等の強磁性体
からなるベースプレー１・４上に配置され、磁気回路を
構成している。

５は通常、銅やステンレスの非磁性体からなるターゲツ
ト材１を貼るためのバッキングプレー１・である。使用
にあたっては、ターゲット材１の上面付近に両磁極２，
３によって生じている図示矢印方向のドーム状の磁場中
で、ターゲツト材１の表面から飛び出した電子を効率よ
く捕らえ、この電子によってイオン化されたＡｒでター
ゲット材１の表面を叩き、サブストレート（図示せず）
に薄膜を生成させる。つまり、ドーム状の磁場でプラズ
マを閉し込め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課題〕

このような従来のマグネトロンスパッタ装置では、プラ
ズマは第１３図（ｂ）に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る。磁力線によるプラズマに対
する磁気圧は磁力線に直角方向に作用するから、第１３
図（ｂ）に示すような磁力線に湾曲がある場合は、プラ
ズマは両磁極２．３付近からそれぞれドームの中央部に
おされ、ドームの天井付近でプラズマが厚くなると考え
られる。事実、ドームの天井、つまり磁場の垂直成分が
ゼロになるところでターゲット材１のエロジョンが最も
激しい。第１３図（ａ）に示した長方形のマグネトロン
においては、長手部分Ｐ。

ｐｂと短手部分ＰＣ−Ｐ、ｉで、前者では両磁極２゜３
間の磁束が水平面内でほぼ平行なのに対し後者では内側
磁極２から外側磁極３に向って広がっている。このため
、垂直成分がセロになる点は長手部分ｐ、−ｐ、では両
磁極間２，３のほぼ中央部であるが、短手部分Ｐ　−Ｐ
　ｍでは内側磁極２に近い部分になり、長手方向の有効
なスパッタ領域が狭くなってしまうという問題があった
。そこで、例えば磁気回路を構成する前記強磁性体から
なるベースプレー１・４上に垂直方向の磁化を有する永
久磁石を配置することにより、ターゲツト材１上におい
て磁場のターゲット面に垂直な成分の値がゼロになる位
置を、前記外側磁極３側にずらすことが有効な手段とな
る。また、同様に磁場の垂直成分のゼロの位置を制御す
る必要のある場合としては、次のようなマグネトロンス
パッタ装置がある。

すなわち、ターゲット材１の局所的エロージョン防止の
ために、本発明者が先に提案したマグネトロンスパッタ
装置（特開昭６３−１５７８６６号公報、特願昭６３−
１０５４７６号、および特願昭６３−２５８３６５号参
照）のように、内側磁極２と外側磁極３との間に磁場を
部分的にキャンセルする軟磁性体や永久磁石等を配置し
た装置においては、両磁極間２，３で磁場の垂直成分の
勾配が小さいため、内側磁極２と外側磁極３との磁化の
バランスが悪い場合には、第１４図に示すようにその値
がゼロになる場所が内側磁極２．または外側磁極３の方
向へ片寄ってしまうと、第１５図に示すように、ターゲ
ット材１のエロージョンも片寄るという問題点があった
。

この発明は、上記の問題点を解決するなめになされたも
ので、エロージョン領域を適正な場所にしたり、エロー
シリン領域が極めて広いマグネトロシスパック装置を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るマグネトロンスパッタ装置は、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、内側磁極から外側磁極近傍の両磁極上に配置され
たターゲット材とを有するゴレーナマグネトロンスバッ
タ装置であって、ターゲット材上において磁場のクーデ
・ン１−面に垂直な成分の値がゼロになる位置を精度よ
く制御するための永久磁石をターゲット材下面より下に
配置したものである。

また、ターゲット上における磁場の垂直成分の勾配を両
磁極間中央部では減少させ、かつ両磁極に近い部分では
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
に設けたものである。

さらに、ターゲット材の裏側の両磁極間に設けられる手
段として、内側磁極と外側磁極とは逆の極性を有する垂
直または水平方向に設置された補助的な磁石でも、また
、この補助的な磁極がターゲット材に平行あるいは垂直
な軟磁性体でも、さらに補助的な磁極が微小なスリット
を介して複数に分割されたターゲット材に平行な軟磁性
体であっても良い。

〔作用〕

この発明においては、ターゲット材下面よりも下の部分
に永久磁石を配置することにより、タープ９１・材上に
おいて磁場のターゲット面に垂直な成分の値がゼロにな
る位置を内側、外側両磁極間で動かすことができ、スパ
ッタ領域を自由にかえることができる。

また、この発明では、ターゲット材の裏側の両磁極間に
設けられる手段によりターゲット上の磁場の垂直成分の
勾配を両磁極間中央部では小さく、しかもゼロの値に極
めて近く、また、陶磁極間付近では勾配を大きくしたの
で、安定なマグネトロンモードを保ちつつ非常に広いエ
ロージョン領域となる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す要部の断面図で、第
１３図（ｂ）のｐ、−ｐ、線に相当する断面図である。

この図において、第１３図（１））と同一符号は同一部
分を示し、６は永久磁石で、この場合においては、磁場
の垂直成分のゼロになる点を外側磁極３側にずらすため
、内側磁極２と同じ極性の向きに設置されている。この
永久磁石６が作る磁場の分布は第２図に示すように、磁
極間中央部での垂直成分のパターンにはあまり影響せず
に、全体的に正の方にシフトさせる働きを持つ〇 また、第３図はベースプレー１・４の外側にこの永久磁
石６を設けた場合を示したもので、やはり両磁極２，３
が作る磁場の垂直成分のパターンにはあまり影響を与え
ず、値を全体的に正の方向にシフトさせる！＃Ｊきをす
る。前者の場合、パターンに影響を与えないようにする
には、永久磁石６の高さは通常、両ａｔ８ｉ２，３の高
さの８０％以下にするのが良い。また、通常、補正を必
要とする磁場の値は数十ガウス以内である。これらのい
ずれの場合も両磁極２，３間で磁気回路を構成する前記
強磁性体からなるベースプレー１・４に接するように、
この発明による永久磁石６を配置しているが、この方法
は両磁極２，３を構成する永久磁石６の動作点を微妙に
制御することも同時に行い、精度の高い調整ができるの
で特に有効である。

第４図においては、マグネトロンスパッタ装置の長手方
向の両端のみに、この発明による永久磁石６を設けた場
合で、エロージョン領域を外側磁極３側に移動させるこ
とにより長手方向のスパッタ領域を拡大することができ
、スパッタによるディスクの生産などでは、生産効率を
上げることができる。

第５図〜第９図はターゲット材１の局部的エロージョン
防止の手段を適用した実施例を示すものである。これら
の実施例においては、いずれもターツト材１の裏側の両
磁極２，３間に設けられる手段により、ターゲット材１
の磁場の垂直成分の勾配を両磁極２，３間中央部では小
さく、また、両磁極２，３間付近では勾配を大きくした
ものである。

第５図の実施例は上記手段として、両磁極２゜３とは逆
の極性を有する垂直方向に設置された永久磁石からなる
補助的な磁極７，８を用いたものであり、また、第１０
図はターゲット材１上での磁場の水平、垂直の各成分を
示したものである。

これにより、ターゲット材１上の両磁極間２，３での垂
直磁場の勾配が下がり、かつ垂直磁場がゼロに近い範囲
が広くとれるためにプラズマの領域が広がる。また、両
磁極２，３の近くでは垂直磁場の勾配が大きくなるため
にプラズマのターゲット材１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、高速のスパッタ
を行いつつターゲツト材１のエロージョンも均一に行わ
れる。

第１４図はこの発明による永久磁石６を利用せず、ター
ゲツト材１の裏側の両磁極２，３間に設けられる手段に
よりターゲット材１上の磁場の垂直成分の勾配を両磁極
２，３間中央部では小さくした場合に、しばしば現れる
磁場パターンの垂直。

水平成分を示したものである。プラズマ領域を広くする
ために垂直磁場の勾配がゼロに近くなるぐらいに極めて
小さくすると、勾配の低い部分の値がゼロからプラス（
＋）、またはマイナス（−）側へわずかながらシフトす
る場合がよく発生する。

こうした問題は第１３図に示すような角型のマグネトロ
ンの場合に、両磁極２，３のそれぞれの強さの加減で長
手部分Ｐ　−Ｐ　ｂあるいは短手部分Ｐｅ　Ｐａのどち
らかに発生しやすい。このシフトする値が小さければそ
の時のターゲツト材１のエロージνンパターンは垂直磁
場の値がゼロの付近でやや大きく第１５図に示すように
なる。この場合でも、通常のマグネトロンによるエロー
ジ。

ンパターンと比較すると十分ターゲット材１の利用効率
は高いが、この発明による垂直磁場修正の方法を併用し
て第１０図に示すように垂直磁場の勾配が小さい部分の
磁場の値を極めてゼロに近づけると、第１１図に示すよ
うにターゲット材１の利用効率はさらに飛躍的に向上す
る。こうした修正すべき垂直磁場の値は通常、数ガウス
からせいぜい数十ガウスの小さな値である場合が多く、
単に前記両磁極２，３の強さを調節しただけでは難しい
ため、この発明による方法が有効となる。

なお、両磁極２，３間の中央部での垂直磁場の勾配に関
して、非磁性ターゲットの場合はゼロであることが理想
的であるが、第１２図に示すように勾配の一部が負にな
ってもその勾配が十分小さければ問題はない。また、タ
ーゲラ】・材１が強磁性ターゲットの場合は、通常、数
ガウスから数十ガウス／ＣＩｒ１の正の勾配にしておく
のが望ましい。

第６図の実施例は上記垂直磁場の勾配を小さくする手段
として、両磁極２，３とは逆の極性を有する水平方向に
設置された補助的な磁ｓｉ９を用いたものであり、効果
は第５図に示したものとほぼ同様である。これら第５図
、第６図に示した構成においては、前記補助的な磁極９
を構成するものとして、永久磁石の代わりに軟磁性体を
用いても前記内側、外側両磁極２，３がつくる磁場によ
って磁化し、その磁化の方向が前記永久磁石の磁化と同
じとなるため同様の効果を発揮する。また、水平方向に
配置した前記軟磁性体からなる補助的な磁極９は、ター
ゲット材１が強磁性体の場合、ターゲット材１のエロー
ジョンの進行に伴うターゲツト材１上の磁場の変化に対
応して磁場補償をする効果がある。

また、第７図のように前記軟磁性体からなる補助的な磁
極１０をわずかなスリットを介して複数に分割してやる
と、その効果はさらに大きい。

第８図、第９ｒＩＡはやはり水平方向に配置した前記両
磁極２，３とは反対の補助的な永久磁石６による磁極８
，９を用いた例である。この場合の効果は同様であるが
、前記磁極８，９の硫化の向きは両磁極２，３が作る磁
場とは逆になるため、保磁力の大きな通常エネ、ＩＬギ
ー積の大きな永久磁石を用いる必要がある。この構成で
は、もちろん軟磁性体と代替えすることはできない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、内側ｉｔ＆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、前記
内側磁極から外側磁極近傍の両磁極上に配置されたター
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
であって、前記ターゲット材の下面より下の部分におい
て、クーゲット材上全面に磁場の垂直成分が生ずるよう
な永久磁石を配置したので、クーゲット材上で磁場のク
ーデ・ソト材の面に垂直な成分の値がゼロになる位置を
精度よく制御でき、スパッタ領域を自由にかえることが
できる。

また、前記ターゲツト材上における磁場の垂直成分の勾
配を両磁極間中央部では減少させ、かつ両磁極に近い部
分では大きくするための手段を前記ターゲット材の裏側
の両磁極間に設けたので、ターゲツト材のエロージョン
が極めて均一に行オ）れる。

特にターゲット材の裏側の両磁極間に設けられる手段と
して、軟磁性体を用いたものは、ターゲットが強磁性体
のときにエロージョンの進行に伴うターゲット上での磁
場分布の変化を補償するという非常に重要な利点がある
。

【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
図は、第１図における磁石が発生する磁場分布を示す図
、第３図はベースプレー１・の外側に永久磁石を設けた
場合を示す図、第４図はマグネトロンスパッタ装置の長
手方向の両端に永久磁石を設けた場合を示す斜視図、第
５図〜第９図はいずれもターゲット材の局部的エロージ
ョンを防止するため、補助的な磁極を設けた場合を示す
要部の断面図、第１０図はターゲツト材上での磁場の水
平と垂直の成分を示した図、第１１図は、第１０図のの
磁場によるターゲツト材のエロージョンを示す図、第１
２図は、第１０図の磁場の垂直成分の勾配の一部が負に
なった場合を示す図、第１３図（ａ）、（ｂ）　は従来
のマグネトロンスパ・フタ装置の一例を示すもので、第
１３図（ａ）は斜視図、第１３図（ｂ）は第１３図（ａ
）のＰ＆−Ｐｂ線による側断面図、第１４図は、第１３
図（ａ）のターゲット材上での磁場の水平と垂直成分を
示す図、第１５図は、第１４図の磁場によるターゲット
材のエロージョンを示す図である。 図中、１はタルゲット材、２は内側磁極、３は外側磁極
、４はベースプレー１１．５はバ１．キ、ゲブレ−１・
、６は永久磁石、７〜１ｏは補助的な磁極である。 第１図 第３図 第４図 第２図 第 ５ 図 第 図 濶肋的１′旙０盲 第 図 第 ０ 図 ヒニ　　　　　　ｉ 第 図 第 図 第 ２ 図 第 １３ 図 （ａ’１ 第 ４ 図 第 ５ 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記内側磁極から前記外側磁極近
   傍の前記両磁極上に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であって、前記ター
   ゲット材上における磁場のターゲット材の面に垂直な成
   分の値がゼロになる位置を精度よく制御するために、前
   記ターゲット材の下面より下の部分に永久磁石を配置し
   たことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
2. （２）請求項（１）に記載の装置において、前記ターゲ
   ット材上における磁場の垂直成分の勾配を、前記両磁極
   間中央部では減少させ、かつ前記両磁極に近い部分では
   大きくするための手段を前記ターゲット材の裏側の両磁
   極間に設けたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装
   置。
3. （３）請求項（２）に記載の装置において、ターゲット
   材の裏側の両磁極間に設けられる手段が、内側，外側磁
   極の極性とは逆の極性を有する垂直または水平方向に設
   置された補助的な磁石を用いることを特徴とするマグネ
   トロンスパッタ装置。
4. （４）請求項（２）に記載の一装置において、ターゲッ
   ト材の裏側の両磁極間に設けられる手段が、前記ターゲ
   ット材に平行あるいは垂直な軟磁性体であることを特徴
   とするマグネトロンスパッタ装置。
5. （５）請求項（２）に記載の装置において、ターゲット
   材の裏側の両磁極間に設けられる手段が、微少なスリッ
   トを介して複数に分割され、かつ前記ターゲット材に平
   行な軟磁性体であることを特徴とするマグネトロンスパ
   ッタ装置。