JPH08325726A - カソード電極 - Google Patents

カソード電極

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JPH08325726A
JPH08325726A JP15390695A JP15390695A JPH08325726A JP H08325726 A JPH08325726 A JP H08325726A JP 15390695 A JP15390695 A JP 15390695A JP 15390695 A JP15390695 A JP 15390695A JP H08325726 A JPH08325726 A JP H08325726A
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JP
Japan
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magnetron
target
magnet
magnetic field
sputtering
Prior art date
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Pending
Application number
JP15390695A
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English (en)
Inventor
Mitsuhiro Kamei
光浩 亀井
Hidetsugu Setoyama
英嗣 瀬戸山
Satoshi Umehara
諭 梅原
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マグネトロン磁石形状、表面磁場強度分布を
変え、ターゲットの使用効率を飛躍的に向上させるカソ
ード電極を提供することにある。 【構成】 ターゲットと、該ターゲットと対向する位置
に配置され、該ターゲットをスパッタリングすることに
より飛散したスパッタ粒子が堆積して成膜される基板
と、該ターゲットの裏面に配置され、長方形状のマグネ
トロン磁場を形成するマグネトロン磁石1、2からなる
スパッタリング装置において、補助マグネトロン磁石5
を前記マグネトロン磁石に対して幾何学的に非対称にな
るように配置することを特徴とする。 【効果】 電子密度が高くなる長方形状の2箇所のマグ
ネトロン磁場を弱めることにより、エロージョン領域内
におけるターゲットの削られる量をほぼ均一にすること
ができ、これにより、その寿命を飛躍的に伸ばすことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリング装置に
係り、特に、マグネトロンスパッタのカソード電極に関
する。
【0002】
【従来の技術】スパッタリング装置は、種々の材料化手
段の1つとして、各方面で利用されている。このスパッ
タリング装置によるスパッタリング法は、10~1〜10
~4Torr程度の真空中でアルゴン等のガスを放電させ
て、この時に生じたイオンでターゲットをスパッタリン
グし、これにより飛散したスパッタ粒子をターゲットに
対面した位置に配置されている基板上に堆積させて形成
する方法である。従来、この方法を用いたスパッタリン
グ装置は、用途に応じて様々なタイプが考えられ、実用
化されている。その1つであるバッチ式スパッタリング
装置は、基板の処理が終了する毎にチャンバーを開放す
るタイプであり、このタイプでは、真空排気の時間がか
かり、生産性が低い。そこで、複数の真空室を直線上に
配列し、基板の仕込及び取出の部屋以外は、常に真空状
態に保ったまま基板の処理をする、いわゆるインライン
式スパッタ装置が量産用装置として使用されている。特
に、量産用装置には、その処理時間を短縮するために、
成膜速度を飛躍的に向上させた、マグネトロン方式が多
く採用されている。マグネトロンスパッタとは、ターゲ
ット表面に電子閉じ込め用の磁場を形成し、プラズマ密
度を上げて、成膜速度を向上させる方法である。このマ
グネトロンスパッタは、その原理から、ターゲットの一
部が局所的に削られる(この部分をエロージョン領域と
いう。)ために、ターゲットの使用効率は極めて低い。
従って、従来より円盤状のターゲットに対して、例えば
マグネトロン磁場形状の中心をターゲット中心とわざと
ずらしてマグネトロン磁場を回転させることによって、
エロージョン領域を増やして、ターゲットの使用効率を
上げる等の提案はが数多く出されている。一方、角形の
ターゲットに対しては、マグネトロン磁場も角形にす
る。角形ターゲットは、前述のインライン式スパッタ装
置に多く用いられ、基板搬送機構等により、ターゲット
と対向させて移動させながら成膜している。また、現在
大型ガラス基板の成膜用に用いられるマルチチャンバー
式スパッタ装置は、基板を静止させて成膜するために、
特開平6−10127号公報に記載されているように、
マグネトロン磁石の方を移動させて成膜する方法が採ら
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術におい
て、例えばマグネトロン磁石を回転させるためには、複
雑な回転機構が必要となり、装置の信頼性を低下させる
結果になっている。また、成膜する膜によっては、磁石
を回転させて成膜することによって満足する膜特性が得
られないために、やむを得ずマグネットを固定して使用
することもある。一般的には、ターゲットの使用効率は
悪いのを承知の上で、前記装置の信頼性等とのトレード
オフでマグネトロン磁石を固定して使用する場合が多
い。特に、長方形状のマグネトロン磁石を固定して、長
方形状のマグネトロン磁場を形成する場合、その4角の
うち2箇所でエロージョンが特に深くなることがわかっ
た。しかし、長方形状のマグネトロン磁石では、エロー
ジョン領域を拡げるために、磁石を動かすことは難し
い。そのため、マグネトロン磁石形状に対応した4角の
内2箇所でターゲットが深く削られ、ここでターゲット
寿命が決まってしまう、という問題があった。
【0004】本発明の目的は、マグネトロン磁石形状、
表面磁場強度分布を変え、ターゲットの使用効率を飛躍
的に向上させるカソード電極を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、スパッタリ
ング装置において、長方形状のマグネトロン磁場を形成
するマグネトロン磁石に対して補助マグネトロン磁石を
幾何学的に非対称になるように配置することによって、
達成される。また、補助マグネトロン磁石の配置する位
置を任意に調整することによって、達成される。また、
長方形状のマグネトロン磁場が幾何学的に非対称になる
ように作成したマグネトロン磁石を配置することによっ
て、達成される。また、配置、形状を全く同一とし、磁
石表面のN極とS極のみを逆転させた長方形状のマグネ
トロン磁石を予め2組備え、一方のマグネトロン磁石を
一定時間使用後他のマグネトロン磁石に切替えて使用す
ることによって、達成される。また、長方形状のマグネ
トロン磁石の表面磁場強度を部分的に変えることによっ
て、達成される。
【0006】
【作用】本発明では、長方形状のマグネトロン磁石を固
定して、長方形状のマグネトロン磁場を形成する場合、
電子密度が高くなる2箇所のマグネトロン磁場を弱め、
これにより、電子密度を長方形のエロージョン領域内で
ほぼ均一化し、エロージョン領域内におけるターゲット
の削られる量をほぼ均一にする。したがって、従来一番
深く削られていた箇所で、ターゲット寿命が決まってい
たのに対して、その寿命を飛躍的に伸ばすことができ、
ターゲットの使用効率が著しく向上する。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図5は、本発明が適用されるマグネトロンスパッタ
リング装置の概念図と、マグネトロン方式によるマグネ
トロンスパッタの原理を示す。図5(a)はマグネトロ
ンスパッタリング装置の概念図であり、ヨーク板3上に
マグネトロン磁石1、2を固定し、図示のような磁力線
21をターゲット20の表面に形成させる。この場合、
長方形状のマグネトロン磁場を形成するようにマグネト
ロン磁石1、2を配置する。基板14はターゲット20
の表面に配置する。図5(b)はマグネトロンスパッタ
の原理図であり、長方形状のマグネトロン磁石1、2に
より、図示のような磁力線21がターゲット20の表面
に形成されると、荷電粒子は磁力線21に巻きついて運
動するという特性より、電離したプラズマの電子をター
ゲット20の表面近傍にトラップする。この時、電界の
向き24は、ターゲット20が負の電位になるようにか
かっている。従って、電子は磁力線21に巻きついて運
動しながら、常に一方向の力を受けている。これによ
り、電子は旋回と同時にターゲット表面を電子軌道22
に示すように、ドリフトしている。このため図5(b)
に示す打点部したエロージョン領域23の電子密度は非
常に高くなる。電子は中性のガスと衝突してガスを電離
させるために、結果的にイオン密度も非常に高くなり、
この領域が集中的にスパッタされる。図5(b)のよう
な長方形状のマグネトロン磁場の場合、電子はドリフト
運動をしながら、4箇所の角(イ)(ロ)(ハ)(ニ)
を曲がることになる。その都度運動量がその向きを含め
て変化するために角部における電子の滞在時間は長くな
る傾向にある。特に、長方形の長辺から短辺に移動する
ときは、短辺から長辺に移動するときに比べてその場所
(イ)(ハ)における滞在時間が長くなる。そのために
4箇所の角の内2箇所(イ)(ハ)は他の2箇所(ロ)
(ニ)に比べて、電子密度がさらに高くなる。これによ
り、プラズマ密度も高くなり、この領域のターゲットが
特に削られることになる。
【0008】そこで、本発明では、この電子密度が高く
なる2箇所のマグネトロン磁場を弱め、電子密度を長方
形のエロージョン領域内でほぼ均一とし、エロージョン
領域内におけるターゲットの削られる量をほぼ均一にす
ることを特徴とする。図1は、本発明の一実施例であ
り、マグネトロン磁石の配置を示す。ヨーク板3の上
に、例えば、S極を上側にして、マグネトロン磁石1を
配置する。マグネトロン磁石1を一周取り囲むように、
N極を上側にしてマグネトロン磁石2を配置する。さら
にマグネトロン磁石1の両端に補助マグネトロン磁石5
を配置する。このとき補助マグネトロン磁石5はマグネ
トロン磁石1の両端に短辺方向あるいは長辺方向にみた
ときに幾何学的に非対称になるように配置する。これに
より、長方形状のマグネトロン磁場における短辺方向の
ターゲット表面磁場と長辺方向のそれが同等でなくな
り、4箇所の角の内、電子密度が高くなる2箇所、つま
り電子が長辺方向から短辺方向に移動する図5(b)の
箇所(イ)(ハ)のマグネトロン磁場を弱め、電子密度
を長方形のエロージョン領域内でほぼ均一とし、エロー
ジョン領域内におけるターゲットの削られる量をほぼ均
一にする。なお、本実施例では、マグネトロン磁石1の
両端に補助マグネトロン磁石5を配置することについ
て、説明したが、マグネトロン磁石1を短辺方向と長辺
方向とで幾何学的に非対称になるように作成し、この非
対称のマグネトロン磁石1をヨーク板3の上に配置し
て、電子が長辺方向から短辺方向に移動する箇所のマグ
ネトロン磁場を弱めるようにしてもよい。
【0009】図2は、本実施例に対して、補助マグネト
ロン磁石4をマグネトロン磁石1の両端に短辺方向と長
辺方向にみたときに対称になるように配置する場合を示
す。このときの長方形状のマグネトロン磁場における短
辺方向のターゲット表面磁場と長辺方向のそれが同等に
なり、そのため図5(b)において説明したように、4
箇所の角の内2箇所(イ)(ハ)は他の2箇所(ロ)
(ニ)に比べて、電子密度がさらに高くなる。これによ
り、プラズマ密度も高くなり、この領域のターゲットが
特に削られることになる。
【0010】図3は、本発明の他の実施例を示す。本実
施例では、マグネット磁石2のN極と補助マグネット磁
石5のS極を近接させて配置するために、お互いの吸引
力でくっつくことのないように、補助マグネット磁石5
をヨーク板3に磁石固定金具6とボルト7を用いて固定
する。この場合、磁石固定金具6とボルト7によって補
助マグネット磁石5の位置を任意に移動して磁場を調整
する。これにより、調整磁場の最適化が容易になる。
【0011】図4は、本発明の他の実施例を示す。本実
施例では、ヨーク板3に固定されたマグネトロン磁石1
及び2を予め2組備える。マグネトロン磁石1及び2は
図2に示すような対称な配置である。但し、マグネトロ
ン磁石1の表面磁化はそれぞれN極とS極となってい
る。真空室13に絶縁物12を介してバッキングプレー
ト11にボンディングされたターゲット10を取付け
る。基板14は、ターゲット10に対向しながら、専用
の搬送治具15により移動し、成膜される。バッキング
プレート11の裏面に近接させてマグネトロン磁石1及
び2を置くことによって、ターゲット10の表面にマグ
ネトロン磁場を形成する。この時、2組のマグネトロン
磁石をマグネット移動用シャフト17に取付けて、片側
のマグネトロン磁石で一定時間使用後もう一方のマグネ
トロン磁石に切替えて使用する。電界の向きは常に一定
であるから、マグネトロン磁場の方向を逆転させること
によって、4箇所の角の内電子密度が高くなる2箇所の
位置を変えることができ、結果的にエロージョン全面に
わたってほぼ均一に削られることになる。これにより、
ターゲットの使用効率を飛躍的に上げることが可能とな
る。
【0012】なお、図1、図2に示す実施例では、補助
マグネトロン磁石を非対称に配置することによって磁場
強度を変えたが、これ以外に直接的に配列する磁石の表
面磁場強度を変えることによっても可能である。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ターゲットの使用効率を飛躍的に上げることが可能とな
り、生産性の向上、ランニングコストの低減を図ること
ができ、また、ターゲットの交換頻度が減り、装置の稼
働率向上と装置の信頼性向上につながる。また、補助マ
グネット磁石の位置を任意に移動してマグネトロン磁場
を調整することにより、調整磁場の最適化が容易に図れ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すマグネトロン磁石の配
置図である。
【図2】マグネトロン磁石の一配置例を示す図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す。
【図4】本発明の他の実施例を示す。
【図5】マグネトロンスパッタリング装置の概念図とマ
グネトロンスパッタの原理を示す図である。
【符号の説明】
1 マグネトロン磁石 2 マグネトロン磁石 3 ヨーク板 5 補助マグネトロン磁石 6 マグネトロン磁石固定金具 17 マグネット移動用シャフト 21 磁力線 22 電子軌道 23 エロージョン領域

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターゲットと、該ターゲットと対向する
    位置に配置され、該ターゲットをスパッタリングするこ
    とにより飛散したスパッタ粒子が堆積して成膜される基
    板と、該ターゲットの裏面に配置され、長方形状のマグ
    ネトロン磁場を形成するマグネトロン磁石からなるスパ
    ッタリング装置において、補助マグネトロン磁石を前記
    マグネトロン磁石に対して幾何学的に非対称になるよう
    に配置することを特徴とするカソード電極。
  2. 【請求項2】 請求項1において、補助マグネトロン磁
    石の配置する位置を任意に調整することを特徴とするカ
    ソード電極。
  3. 【請求項3】 ターゲットと、該ターゲットと対向する
    位置に配置され、該ターゲットをスパッタリングするこ
    とにより飛散したスパッタ粒子が堆積して成膜される基
    板と、該ターゲットの裏面に配置され、長方形状のマグ
    ネトロン磁場を形成するマグネトロン磁石からなるスパ
    ッタリング装置において、前記長方形状のマグネトロン
    磁場が幾何学的に非対称になるように作成したマグネト
    ロン磁石を配置することを特徴とするカソード電極。
  4. 【請求項4】 ターゲットと、該ターゲットと対向する
    位置に配置され、該ターゲットをスパッタリングするこ
    とにより飛散したスパッタ粒子が堆積して成膜される基
    板と、該ターゲットの裏面に配置され、長方形状のマグ
    ネトロン磁場を形成するマグネトロン磁石からなるスパ
    ッタリング装置において、配置、形状を全く同一とし、
    磁石表面のN極とS極のみを逆転させたマグネトロン磁
    石を予め2組備え、一方のマグネトロン磁石を一定時間
    使用後他のマグネトロン磁石に切替えて使用することを
    特徴とするカソード電極。
  5. 【請求項5】 ターゲットと、該ターゲットと対向する
    位置に配置され、該ターゲットをスパッタリングするこ
    とにより飛散したスパッタ粒子が堆積して成膜される基
    板と、該ターゲットの裏面に配置され、長方形状のマグ
    ネトロン磁場を形成するマグネトロン磁石からなるスパ
    ッタリング装置において、前記マグネトロン磁石の表面
    磁場強度を部分的に変えることを特徴とするカソード電
    極。
JP15390695A 1995-05-29 1995-05-29 カソード電極 Pending JPH08325726A (ja)

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JP15390695A JPH08325726A (ja) 1995-05-29 1995-05-29 カソード電極

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JP15390695A JPH08325726A (ja) 1995-05-29 1995-05-29 カソード電極

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006082863A1 (ja) * 2005-02-02 2006-08-10 Hitachi Metals, Ltd. マグネトロンスパッタリング用磁気回路装置及びその製造方法
JP2007023387A (ja) * 2005-07-18 2007-02-01 Vladimir Yakovlevich Shiripov 基板成膜用真空クラスタ(変形)
WO2022158034A1 (ja) * 2021-01-19 2022-07-28 株式会社アルバック マグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット及びマグネトロンスパッタリング装置

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