JP2002155357A - マグネトロンスパッタ方法とその装置 - Google Patents

マグネトロンスパッタ方法とその装置

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JP2002155357A
JP2002155357A JP2000350743A JP2000350743A JP2002155357A JP 2002155357 A JP2002155357 A JP 2002155357A JP 2000350743 A JP2000350743 A JP 2000350743A JP 2000350743 A JP2000350743 A JP 2000350743A JP 2002155357 A JP2002155357 A JP 2002155357A
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JP
Japan
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target
magnetic field
magnetron sputtering
magnetic
generating means
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Application number
JP2000350743A
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English (en)
Inventor
Akihiro Kitahata
顕弘 北畠
Takaharu Yamada
敬治 山田
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Sanyo Shinku Kogyo KK
Original Assignee
Sanyo Shinku Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ターゲットの利用効率がよく、量
産に適したマグネトロンスパッタ装置とその方法を提供
することを課題とする。 【解決手段】 ターゲットの裏面側に設けられた磁界発
生手段によりターゲットの表面に磁場を発生してスパッ
タを行うマグネトロンスパッタ方法で、ターゲットの表
面に発生する磁場の立ち上がり部分を垂直状にして逆U
字状の磁場を発生させてスパッタするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンスパ
ッタ装置に関し、詳しくは、ターゲットの利用効率の優
れたマグネトロンスパッタ方法とその装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来より、ターゲットの裏面側(非スパ
ッタ面側、又は後方側(背後))に磁石を設け、その磁
力線によってスパッタ面近傍に磁界を形成し、真空チャ
ンバ内に導入したアルゴンガスなどの希ガスとターゲッ
トから放出される二次電子を効率よく閉じ込めて衝突頻
度を高めて、雰囲気ガスのイオンを数多く生成して(イ
オン密度の高いプラズマを形成して)成膜速度を高め
て、ターゲットをスパッタリングするマグネトロンスパ
ッタ装置が知られている。
【0003】この方法により、例えばITO(酸化イン
ジウム)などの非磁性体からなるターゲットをスパッタ
する際は、磁石の磁力線が非磁性体からなるターゲット
を通過して、ターゲット表面に所望(ターゲット表面か
ら垂直方向に湧き出す形状…トンネル状)の磁場を形成
する。この磁場はプラズマのイオン密度を高めるのに十
分であり、スムーズにスパッタを行うことができる。一
方、コバルトやニッケルなどの強磁性体をターゲットと
して用い、ターゲットの厚さを非磁性体と同様にした場
合、ターゲットを通過する磁力線が少なくなり、ターゲ
ット表面に形成される磁束密度が弱くなる。従って、従
来のマグネトロンスパッタ装置では、厚い磁性体をター
ゲットに用いることは困難とされてきた。
【0004】しかし、近年、半導体に多く使用されるコ
バルトやニッケルといった強磁性体からなる質のよい膜
を量産する必要性から、成膜速度の高いマグネトロンス
パッタ方法を用いて磁性体のターゲットをスパッタリン
グすることが切望されている。このような観点から、磁
性体をターゲットに用いる場合には、厚みを1〜2mm
程度の薄い磁性体(図6)を用いることにより、磁性体
ターゲットのマグネトロンスパッタを可能として磁性体
からなる質のよい膜を生産している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような方法によ
り、磁性体をターゲットとしたマグネトロンスパッタ方
法が可能となったものの、以下のような問題点があっ
た。
【0006】即ち、薄いターゲットを用いているため
に、そのターゲットが直ぐに消耗する等寿命がきわめて
短く、このためターゲットを頻繁に交換しなければなら
ない。このターゲットの交換においては、そのつど、真
空チャンバ内を大気にさらしてターゲットの交換作業を
行い、その後、再びチャンバ内を排気して真空雰囲気と
するといった非常に手間がかかる工程を必要とし、量産
には不向きという欠点があった。
【0007】また、従来の磁石による磁場は、円弧状で
あるためにその立ち上がりが斜めであり、このためエロ
ージョン域が狭くターゲットの利用効率が悪いという欠
点があった。
【0008】そこで、本発明は、このような問題点を鑑
みてなされたものであり、量産に適した厚みをもつ磁性
体をターゲットとして用いて、磁性体の薄膜を成膜する
ことが可能で、且つ生産効率(成膜速度を飛躍的に上げ
る)がよく、低コストで経済性に優れたマグネトロンス
パッタ方法とその装置を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は上記のよ
うな課題を解決するために、その方法として請求項1に
記載のように、ターゲットの裏面側に設けられた磁界発
生手段によりターゲットの表面に磁場を発生してスパッ
タを行うマグネトロンスパッタ方法において、ターゲッ
トの表面に発生する磁場の立ち上がり部分を垂直状にす
ることで、逆U字状の磁場を発生させてスパッタするこ
とを特徴とする。
【0010】また、上記方法を具体化した装置として
は、請求項2に記載のように、スパッタリングされるた
めのターゲットと、ターゲットを設置するためのバック
プレートと、ターゲットの表面に磁場を発生すべくター
ゲットの裏面側に設けられた磁界発生手段とを有するマ
グネトロンスパッタ装置において、磁界発生手段をバッ
クプレートに直接、又はバックプレートに近接して配置
することを特徴とする。
【0011】さらに、具体化した装置として、請求項3
に記載のように、磁界発生手段は、希土類磁石からなる
本体と、本体の側周面を被覆した非磁性体の金属と、磁
界を形成する本体の上下部分を被覆した磁性体の金属と
で構成されていることを特徴とする。
【0012】さらに、具体化した装置としては、請求項
4に記載のように、ターゲットは、その裏面側の磁界発
生手段の配置された部分(即ち、非スパッタ部分)がス
パッタされる部分に比し薄く形成されていることであ
る。
【0013】
【作用】即ち、本発明は、ターゲットの裏面側(非スパ
ッタ面側)に設けられた磁界発生手段により、ターゲッ
ト表面側(スパッタ面側)への磁場の立ち上がり部分を
垂直状にして逆U字状の磁場を形成して、ターゲットを
スパッタすることにより、ターゲットのエロージョン領
域をターゲットのスパッタ面全体に拡げることができ、
ターゲットの利用効率を格段に上げることが可能とな
る。
【0014】そして、ターゲットを設置するためのバッ
クプレートに直接、又はバックプレートに近接して磁界
発生手段を配置することにより、ターゲットと磁界発生
手段との距離を従来の装置に比し短くすることで、ター
ゲット表面への磁場の立ち上がり部分を垂直状にして逆
U字状の磁場を形成することが可能となる。
【0015】さらに、磁場を強めるために、ターゲット
の裏面側(非スパッタ面側)に設けられた磁界発生手段
を本体が希土類磁石からなり、且つ本体の側周面を非磁
性体の金属で被覆し、磁界を形成する本体の上下部分を
磁性体の金属で被覆して構成することにより、従来の磁
石に比し、ターゲット表面に強い磁場、即ち磁場の立ち
上がり分を垂直状にして側面視逆U字状の磁場を形成す
ることができるので、エロージョン域を拡大しスパッタ
効率を高めることが可能となる。
【0016】また、ターゲットの裏面側の磁界発生手段
の配置された部分(非スパッタ部分)をスパッタされる
部分に比し薄く形成することにより、ターゲットの薄い
部分より磁場を発生させてターゲット表面側への磁場の
形成を容易にし、且つエロージョン部分を厚く形成する
ことにより、エロージョン域を確保することでスパッタ
効率を高めることが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態を、以
下、図面に基づいて説明する。
【0018】図1は、本発明の第1の実施の形態のマグ
ネトロンスパッタ装置の構成を示す概略断面模式図であ
り、図2は、磁界発生手段としての磁石を示し、(イ)
は概略平面図、(ロ)は概略断面側面図である。図3
(イ)は発生する磁場を示す説明図を示し、(ロ)はそ
の磁場によりスパッタされたターゲットのエロージョン
域を示す概略断面図を示す。
【0019】この装置は、真空チャンバ(図示せず)内
に、スパッタによって成膜される基板(図示せず)が水
平に設けられ、磁性体ターゲット1であるNi(直径2
00mm、厚さ5mm)からなる平板状の円形ターゲッ
ト1がこの基板(図示せず)に対向して配置されてい
る。
【0020】このターゲット1の裏面側(後方側…図
1)には、ターゲット1の裏面にはバックプレート2が
設けられ、バックプレート2の中央部、周縁部に等間隔
で磁石3、4が配置されている。この磁石3、4は、本
体部3a、4aがそれぞれ希土類(ネオジムと鉄にボロ
ンが加えられた3元素の化合物Nd2 Fe14Bで表面磁
束密度400mT)よりなり、その側周面3b、4bは
非磁性体、例えばSuS−304で被覆され、磁界方向
である上下面3c、4cは磁性体、例えばSuS−43
0で被覆されている。これにより、熱、水、及び表面の
キズによる劣化等より本体部3a、4aを保護すること
ができる。(即ち、希土類は熱(〜80℃)に弱く、水
にも弱い。また、磁力が強いために取扱中にキズがつき
やすく、そのキズが原因で劣化も早い。)また、磁石3
はターゲット1に対してS極面を向け、四方に配置され
た磁石4はターゲット1に対してN極面を向けた状態で
配置され、これらの磁石3、4はヨーク6によって固定
されている。この磁石3、4はターゲット1とからの距
離(h)が、通常のマグネトロンスパッタ装置(図6)
の距離(H)に比し、短い距離である。
【0021】このように、磁石3、4が希土類で構成さ
れていること、及びターゲット1から磁石3、4の設け
られた距離が近接していることにより、ターゲット1裏
面に設けられた磁石3、4の磁力線は、図中の矢印(図
3(イ)実線部分で示す。尚、破線部分は対比するため
の従来の磁場を示す。)によって示すように、磁石4よ
りターゲット1を略垂直状に貫き逆U字状の磁場を形成
して磁石3側に向かうように発生することができる。即
ち、ターゲット1表面から垂直方向に湧き出す形状の磁
力線となる。このため、ターゲット1のエロージョン域
をターゲット表面に均一にしかもほぼ全面に広げること
ができる(図3(ロ)実線部分で示す。尚、破線部分は
対比するための従来の磁場によるエロージョン域を示
す。)。これにより、ターゲット1の利用効率を35%
以上(従来の利用効率は20〜25%である。)に上げ
ることが可能となった。
【0022】以上にように本発明のマグネトロンスパッ
タ装置は構成されている。この装置を用いて磁性体であ
るNiターゲットを用いる場合について説明する。
【0023】先ず、真空ポンプを駆動させ、真空チャン
バ内を所定の真空度とし、放電ガス供給源から放電ガス
を真空チャンバ内に供給する。そして、ターゲット電極
によりターゲット1に13.56MHzの高周波電源よ
り電圧を印加することにより、ターゲット1材の表面近
傍にプラズマを発生させる。
【0024】そして、ターゲット1の裏面側に設けた磁
石3、4によって形成される略垂直状にターゲット1を
貫き逆U字状の磁場により、空間部に形成されるプラズ
マがターゲット1表面から垂直方向に湧き出す形状とな
り、基板近傍をプラズマにより活性化することとなるの
で、成膜速度を飛躍的に早くすることができる。しか
も、この空間部の磁場が円形のターゲット1の表面に均
一にしかもほぼ全面に広がるために、広いエロージョン
域を形成してスパッタを行い、ターゲット1の広い範囲
からのスパッタ粒子が基板に到達し、基板表面には均一
なNiの薄膜が形成されることとなる。
【0025】尚、上記実施例では、磁石3、4は、本体
部3a、4aを希土類とし、その本体部3a、4aの側
周面3b、4bを非磁性体、上下面3c、4cを磁性体
で保護して構成したが、さらに、上面に磁場レンズ8
(図4)を設けることにより集中した垂直の磁場を形成
してさらに強い垂直状の磁場をターゲット1表面に形成
することができる。
【0026】また、上記実施例では、ターゲット1を薄
く形成したが、例えば、各磁石3、4の配置された部分
のみターゲット1を薄く(1〜2mm程度)形成し、エ
ロージョン部分を厚く(2mm以上)形成する(図5)
ことにより、ターゲット1の利用効率をさらに良くする
ことも可能である。
【0027】さらに、各磁石3、4の配置は細かく調整
することにより、ターゲットの大きさ、形にこだわるこ
となくターゲット効率を向上すべく使用することができ
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマグネト
ロンスパッタ方法とその装置によれば、磁界発生手段を
ターゲットのバックプレートに直接、又は近接して設け
ることにより、ターゲットの表面に垂直状の強い磁場を
形成することができるという顕著な効果を得た。
【0029】さらに、ターゲットを磁性体で構成し、こ
のターゲットの裏面側の磁石を非磁性体等で被覆された
希土類で構成することにより、ターゲットの表面に垂直
状の強い磁場を形成することにより、厚い磁性体からな
るターゲットを用いても、エロージョン域をターゲット
のスパッタ面全体に拡げることができ、効率のよいスパ
ッタを可能にすることができるという顕著な効果を得る
ことができた。
【0030】また、の厚い磁性体のターゲットを使用可
能としたことにより、ターゲットの寿命を長くすること
ができる。その結果、効率よく生産することができ、量
産に適した方法となり、高品質のしかも低コストの膜を
製造することができるという利点がある。
【0031】また、磁界発生手段を磁性体等で被覆した
希土類で構成することにより、簡易な構成で強い磁場の
形成されたマグネトロンスパッタ装置を構成することが
でき、磁石を長期にわたり使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、本発明のマグネトロンスパッタ装置を示す
概略断面模式図。
【図2】は、マグネトロンスパッタ装置に設けられた磁
界発生手段としての磁石を示し、(イ)は概略平面図、
(ロ)は概略断面側面図。
【図3】(イ)は、ターゲットの表面の磁場を示す概略
説明図で、(ロ)はターゲットのエロージョン域を示す
概略断面図。
【図4】は、磁界発生手段としての磁石の他実施例を示
す概略断面図。
【図5】は、マグネトロンスパッタ装置の他実施例を示
し、ターゲットを加工した場合の磁場を示す概略断面
図。
【図6】は、従来のマグネトロンスパッタ装置を示す概
略断面図。
【符号の説明】
1…ターゲット

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターゲットの裏面側に設けられた磁界発
    生手段によりターゲットの表面に磁場を発生してスパッ
    タを行うマグネトロンスパッタ方法において、ターゲッ
    トの表面に発生する磁場の立ち上がり部分を垂直状にす
    ることで、逆U字状の磁場を発生させてスパッタするこ
    とを特徴とするマグネトロンスパッタ方法。
  2. 【請求項2】 スパッタリングされるためのターゲット
    と、ターゲットを設置するためのバックプレートと、タ
    ーゲットの表面に磁場を発生すべくターゲットの裏面側
    に設けられた磁界発生手段とを有するマグネトロンスパ
    ッタ装置において、磁界発生手段をバックプレートに直
    接、又はバックプレートに近接して配置することを特徴
    とするマグネトロンスパッタ装置。
  3. 【請求項3】 磁界発生手段は、希土類磁石からなる本
    体と、本体の側周面を被覆した非磁性体の金属と、磁界
    を形成する本体の上下部分を被覆した磁性体の金属とで
    構成されている請求項2記載のマグネトロンスパッタ装
    置。
  4. 【請求項4】 ターゲットは、その裏面側の磁界発生手
    段の配置された部分がスパッタされる部分に比し薄く形
    成されている請求項2又は3に記載のマグネトロンスパ
    ッタ装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012011329A1 (ja) * 2010-07-23 2012-01-26 Jx日鉱日石金属株式会社 ターゲットの裏面に溝を備えた磁性材スパッタリングターゲット

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012011329A1 (ja) * 2010-07-23 2012-01-26 Jx日鉱日石金属株式会社 ターゲットの裏面に溝を備えた磁性材スパッタリングターゲット

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