JPH0641738A - Magnetron sputtering device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To uniformalize the sputtering in the terminal part of a target by joining a center magnet and edge magnets via magnetic materials held therebetween in such a manner that the magnetic poles of these magnets are opposed from each other. CONSTITUTION:A magnetic material 15 having >=100 magnetic permeability is held and arranged between the center magnet 5 and the edge magnets 4 in the opposite magnetic force direction. The magnetic materials 10, 12 disposed on the upper and lower magnetically connect the permanent magnets 4 and 5. The distribution of the magnetic fields in the terminal part and central part of the target to be installed between the magnetic materials 13 and 14 is confined to an about 10% range at the max. value. The directions of the magnetic fields in the central part and the terminal part are the same and the uniformity in 80% region of the target is maintained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マグネトロンスパッタ
装置に関し、特に非磁性ターゲットの利用効率を改良し
たマグネトロンスパッタ装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus, and more particularly to a magnetron sputtering apparatus with improved utilization efficiency of a non-magnetic target.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来の一般的なマグネトロンスパッタ装
置は、図７に示すように、マグネトロンスパッタ容器内
に、容器の上部に取り付けた基板ホルダ１と、基板ホル
ダ１の下部に取り付けられスパッタされた粒子が蒸着さ
れる基板２と、基板２の下方に配置されその粒子がスパ
ッタされるターゲット３と、ターゲット３の下方にわず
かに離して設置した永久磁石（または電磁石）４と５を
有する。なお、図中、６は磁力線を、９はスパッタされ
た後のターゲットの状態（エロージョン）を、７はスパ
ッタされた粒子を、８は不活性ガス（Ａｒ等）を、１０
は磁石間を結ぶ磁気回路のヨーク（磁性体）をそれぞれ
示す。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 7, a conventional general magnetron sputtering apparatus has a substrate holder 1 attached to an upper portion of a magnetron sputtering container and a lower portion of the substrate holder 1 for sputtering. It has a substrate 2 on which particles are deposited, a target 3 arranged below the substrate 2 on which the particles are sputtered, and permanent magnets (or electromagnets) 4 and 5 placed below the target 3 with a slight distance. In the figure, 6 is a line of magnetic force, 9 is a state (erosion) of a target after being sputtered, 7 is sputtered particles, 8 is an inert gas (Ar or the like),
Indicates a yoke (magnetic material) of a magnetic circuit connecting the magnets.

【０００３】このように、マグネトロンスパッタ装置
は、ターゲット３の表面に磁界が生じるように、ターゲ
ットの下方に永久磁石（または電磁石）を設置し、この
磁界によってターゲットの直上にプラズマを形成し、こ
のプラズマに閉じ込められたイオン化したスパッタガス
粒子によりターゲットをスパッタするものであり、そし
てスパッタされた粒子をターゲットの上方に配置された
基板上に飛来させるように構成したものである。As described above, in the magnetron sputtering apparatus, a permanent magnet (or electromagnet) is installed below the target so that a magnetic field is generated on the surface of the target 3, and the magnetic field forms plasma directly above the target. The target is sputtered by ionized sputter gas particles trapped in plasma, and the sputtered particles are configured to fly onto a substrate disposed above the target.

【０００４】しかしながら、ターゲットから飛び出す粒
子（スパッタ粒子）の数はターゲットの表面の磁界の水
平成分に比例しているが、磁界の水平成分が均一ではな
いために、ターゲットは細いリング線状に沿って局部的
にスパッタリングされていた。即ち、ターゲットは、そ
の表面上で２０〜３０％の面積だけがスパッタリングさ
れるだけであり、高価なターゲットの利用効率が悪かっ
た。However, the number of particles (sputtered particles) protruding from the target is proportional to the horizontal component of the magnetic field on the surface of the target, but the horizontal component of the magnetic field is not uniform, so the target follows a thin ring line shape. Was locally sputtered. That is, the target only sputters an area of 20 to 30% on its surface, and the utilization efficiency of the expensive target was poor.

【０００５】このため、磁界の水平成分をできるだけ均
一にしターゲットの寿命を改善するものとして、図４，
５に代表で示すようなカソード構造（図４はターゲット
カソード全体を、図５はその中央部付近の断面図）が提
案されている。即ち、永久磁石４と５の間にターゲット
３を配置し、永久磁石４と５の中央部と端部の直上に磁
性体１１および１２を位置させ、更にその上部に磁性体
１３および１４をそれぞれ配置させたものである。Therefore, the horizontal component of the magnetic field is made as uniform as possible to improve the life of the target.
5 has been proposed (FIG. 4 shows the entire target cathode, and FIG. 5 shows a cross-sectional view near the central portion thereof). That is, the target 3 is arranged between the permanent magnets 4 and 5, the magnetic bodies 11 and 12 are located directly above the central portions and the end portions of the permanent magnets 4 and 5, and the magnetic bodies 13 and 14 are placed on the magnetic bodies 11 and 12, respectively. It is arranged.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この提
案された装置は、図６に示すようにターゲットの長さ方
向に沿って２本の被スパッタリング領域（範囲Ｂ）を広
くまた末端部（範囲Ａ）の磁界の強さを範囲Ａと同程度
に改善されたものではあるが、末端部においては水平磁
界の方向Ｈａが中央部の水平磁界の方向Ｈｂとは異なる
（ＨａとＨｂの方向が互いに直角をなす）ためにスパッ
タリングが均一ではなくなり、成膜不安定あるいは効率
の悪い領域であった。従って、異質の膜を形成するのを
防ぐために末端部を使用に供さないことが多く、その分
生産性を落としていた。そこで、ターゲット全面で成膜
することを可能にした、末端部においても中央部と同等
の均一磁界を有するマグネトロンスパッタ装置を提供す
る。However, as shown in FIG. 6, the proposed device has two sputtering target regions (range B) which are wide and end portions (range A) along the length of the target. ), The strength of the magnetic field is improved to the same extent as the range A, but the direction Ha of the horizontal magnetic field is different from the direction Hb of the horizontal magnetic field at the central portion at the end portion (the directions of Ha and Hb are mutually different). Due to the formation of a right angle, the sputtering was not uniform and the film formation was unstable or the efficiency was low. Therefore, in order to prevent the formation of a foreign film, the end portion is often not used, and the productivity is reduced accordingly. Therefore, the present invention provides a magnetron sputtering apparatus capable of forming a film on the entire surface of a target and having a uniform magnetic field at the end as well as at the center.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、 本発明は、ターゲットの下方に永久磁石または
電磁石を設置し、ターゲットの中央と端部上に透磁率が
１００以上の磁性体をさらに設置するターゲットカソー
ドを有するマグネトロンスパッタ装置において、センタ
ーとエッジ部分のマグネットが互いに反対磁極であり、
かつ該センターマグネットとエッジマグネットとが磁性
体を挟んで接合されている点に特徴がある。In order to achieve the above object, the present invention has a permanent magnet or an electromagnet installed below a target, and a magnetic material having a magnetic permeability of 100 or more on the center and the end of the target. In a magnetron sputtering apparatus having a target cathode further installed, the center and edge magnets have opposite magnetic poles,
In addition, it is characterized in that the center magnet and the edge magnet are joined to each other with a magnetic body sandwiched therebetween.

【０００８】[0008]

【作用】次に、図面を参照して、本発明の原理について
説明する。図１に示すように、本発明のマグネトロンス
パッタ装置のカソード構造では、永久磁石４と５（永久
磁石４をエッジマグネット、永久磁石５をセンターマグ
ネットと呼ぶ）の磁極の上方にそれぞれ磁性体１２を設
置し、これらの磁性体の上方にさらに磁性体１３と１４
を設置し、磁性体１３と１４の間にターゲット（図示せ
ず）を設置し、磁性体１０が永久磁石４と５を磁気的に
結び付けている。ターゲットの長手方向の末端部におい
てエッジマグネット４とセンターマグネット５が磁性体
１５を挟んで接続されている。この接続部においても磁
性体１２が、永久磁石４と５及び磁性体１５の上方に設
置されている。従来例の様にセンターマグネット５が短
く周囲をエッジマグネット４が取り囲んでいる構造で
は、エロージョン領域を楕円状に結び付けることは可能
であるが、末端部のエロージョン領域を広げることには
限界があった。磁性体１２，１３，１４，１５は透磁率
が１００以上必要で、これ未満であるとターゲット末端
部での漏えい磁束密度が大きくなり問題である。しか
し、本発明では２本のエロージョンを結び付けることを
止め、中央部の磁界がそのまま末端部において実現され
るように開発したものである。これによって磁界の均一
な部分が末端部においても大幅に拡大されることができ
た。また本発明においては上述した永久磁石が電磁石で
あっても全く同じ効果が期待できるものである。エッジ
マグネット４およびセンターマグネット５は磁極が反対
でありさえすればどちらがＮでもＳでも差し支えない。Next, the principle of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, in the cathode structure of the magnetron sputtering apparatus of the present invention, the magnetic body 12 is provided above the magnetic poles of the permanent magnets 4 and 5 (the permanent magnet 4 is called an edge magnet and the permanent magnet 5 is called a center magnet). The magnetic materials 13 and 14 are installed above these magnetic materials.
Is installed, a target (not shown) is installed between the magnetic bodies 13 and 14, and the magnetic body 10 magnetically connects the permanent magnets 4 and 5. The edge magnet 4 and the center magnet 5 are connected to each other with the magnetic body 15 sandwiched between them at the end of the target in the longitudinal direction. Also in this connection part, the magnetic body 12 is installed above the permanent magnets 4 and 5 and the magnetic body 15. In the structure in which the center magnet 5 is short and the edge magnet 4 surrounds the periphery like the conventional example, it is possible to connect the erosion region in an elliptical shape, but there is a limit to widen the erosion region at the end portion. . The magnetic substances 12, 13, 14, and 15 need to have a magnetic permeability of 100 or more. If the magnetic permeability is less than 100, the leakage magnetic flux density at the end of the target becomes large, which is a problem. However, the present invention was developed so that the two erosions are stopped to be linked and the magnetic field at the central portion is directly realized at the end portion. As a result, the uniform part of the magnetic field could be greatly expanded even at the end. In the present invention, even if the above-mentioned permanent magnet is an electromagnet, the same effect can be expected. Either the edge magnet 4 or the center magnet 5 may be N or S as long as the magnetic poles are opposite.

【０００９】[0009]

【実施例】図１に示すマグネトロンスパッタ装置におい
て、その磁界の水平成分を測定した結果を次に説明す
る。磁性体には透過率５００の鉄を用いた。図２に示す
ターゲットの１−１′、２−２′、３−３′、４−４′
の線に沿って磁界水平成分（線分の方向成分）を、それ
ぞれ図３に示す。図３の１−１′の中央部分の磁界の分
布と４−４′の末端部の磁界の分布を比較するとその最
大値で約１０％の差が出ているにすぎなかった。図３で
の磁界の水平成分の最大値は１１４０Ｇであり、４−
４′の最大値は１０５０Ｇであった。しかも、中央部分
と末端部分の磁界の方向が同一である。また各部分での
均一性は、ターゲットの８０％の領域において保たれて
いた。EXAMPLE The result of measuring the horizontal component of the magnetic field in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1 will be described below. Iron having a transmittance of 500 was used as the magnetic material. Targets 1-1 ', 2-2', 3-3 ', 4-4' shown in FIG.
The horizontal magnetic field components (direction components of the line segments) are shown in FIG. Comparing the distribution of the magnetic field at the center of 1-1 'and the distribution of the magnetic field at the end of 4-4' in FIG. 3, there was only a difference of about 10% in the maximum value. The maximum value of the horizontal component of the magnetic field in FIG.
The maximum value of 4'was 1050G. Moreover, the directions of the magnetic fields in the central portion and the end portions are the same. Further, the uniformity in each part was maintained in the area of 80% of the target.

【００１０】比較例 図４に示す磁性体１３が磁性体１１よりも短いターゲッ
トカソードで、そのターゲットの１−１′、２−２′、
３−３′、４−４′の線に沿って磁界の水平成分（線分
の方向成分）を図３に示した。中央部における磁界の分
布１−１′と末端部における磁界の分布４−４′とを比
較すると８０％以上値が異なっており、末端部では均一
性は保たれていない。このときの磁界の水平成分の最大
値は１−１′で１１２０Ｇであり、４−４′では２００
Ｇであった。Comparative Example A magnetic material 13 shown in FIG. 4 is a target cathode shorter than the magnetic material 11, and the targets 1-1 ', 2-2',
FIG. 3 shows horizontal components (direction components of line segments) of the magnetic field along the lines 3-3 'and 4-4'. Comparing the magnetic field distribution 1-1 'at the central part and the magnetic field distribution 4-4' at the end part, the values differ by 80% or more, and the uniformity is not maintained at the end part. The maximum value of the horizontal component of the magnetic field at this time is 1120 G for 1-1 'and 200 for 4-4'.
It was G.

【００１１】[0011]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
ターゲットの末端部においても磁界の水平成分を均一に
したため、ターゲット全体を無駄なく消耗させることを
可能とし、高価なターゲットを有効に利用することがで
きる。As described in detail above, the present invention is
Since the horizontal component of the magnetic field is made uniform even at the end of the target, the entire target can be consumed without waste, and an expensive target can be effectively used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明のターゲットカソードの見取図を示す。FIG. 1 shows a sketch of a target cathode of the present invention.

【図２】ターゲットの水平成分測定部分を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing a horizontal component measuring portion of a target.

【図３】ターゲット中心からの距離と磁界水平成分の関
係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a distance from a center of a target and a horizontal magnetic field component.

【図４】従来のターゲットカソードの見取図を示す。FIG. 4 shows a sketch of a conventional target cathode.

【図５】従来のターゲットカソードの横断面図を示す。FIG. 5 shows a cross-sectional view of a conventional target cathode.

【図６】従来のターゲットカソードのエロージョン状態
を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an erosion state of a conventional target cathode.

【図７】従来のスパッタ装置の原理を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the principle of a conventional sputtering apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

４ エッジマグネット ５ センターマグネット １０ 磁性体 １２ 磁性体 １３ 磁性体 １４ 磁性体 １５ 磁性体 4 Edge magnet 5 Center magnet 10 Magnetic substance 12 Magnetic substance 13 Magnetic substance 14 Magnetic substance 15 Magnetic substance

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ターゲットの下方に永久磁石または電磁
石を設置し、ターゲットの中央と端部上に透磁率が１０
０以上の磁性体をさらに設置するターゲットカソードを
有するマグネトロンスパッタ装置において、センターと
エッジ部分のマグネットが互いに反対磁極であり、かつ
該センターマグネットとエッジマグネットとが磁性体を
挟んで接合されていることを特徴とするマグネトロンス
パッタ装置。1. A permanent magnet or an electromagnet is installed below the target, and the magnetic permeability is 10 at the center and the end of the target.
In a magnetron sputtering apparatus having a target cathode in which 0 or more magnetic bodies are further installed, the center magnet and the edge magnets have mutually opposite magnetic poles, and the center magnet and the edge magnet are joined with the magnetic body sandwiched therebetween. A magnetron sputtering device characterized by.