JPH01279754A - 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、特に強磁性体ターゲット材の局所的なエロ
ージョンの発生を抑えて、長寿命化を図ると同時に、エ
ロージョンが進行してもダーゲツト上面付近の磁場分布
をほぼ一定に保ち、成膜条件の経時変化がほとんど無視
でき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１０図によって説
明する。この図において、１は強磁性体からなるターゲ
ット材で、この裏面に内側磁極２と、これを取り囲むよ
うに、これと反対の極性を持つ外側磁極３とが配置され
ている。前記ターゲット材１は、通常銅やステンレスの
非磁性材のバッキングプレート上に貼り付けて使われる
が、本明細書では、前記バッキングプレートは磁界の分
布に影晋を与えることはないので省略して描かれている
。４はコイルで、これに電流を流すことにより内側磁極
２を励磁するものである。なお、各磁極２，３は電磁石
に代えて永久磁石を用いてもよい。これらの各部は真空
容器中に収容されている。使用にあたっては、コイル４
に励磁電流を流し、ターゲット材１に図示矢印方向の磁
界を与えながら、例えばＡｒイオンでターゲット材１を
たたき、スパッタを被加工物（図示せず）に施すもので
ある。

第１１図は従来のマグネトロンスパッタ装置の他の例で
あり、第１１図のものが長方形であるのに対し、円形で
ある点で相違する。

さて、第１０図、第１１図において、内側、外側磁極２
．３による漏洩磁界のうち、ターゲット材１に平行な成
分でターゲット材１の表面から飛び出した電子を捕獲し
、それによってガス分子のイオン化を促進させることに
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、ター
ゲット材１の表面付近で捕獲された電子は、第１０図に
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
ドームに沿って運動する。

したがって、ターゲット材１の表面でのスパッタの施さ
れ方の程度はターゲット材１の上面での磁界の水平分布
のみならず、垂直成分の分布によっても左右される。

第１２図（ａ）、（ｂ）はターゲット材１が強磁性体（
例えば鉄、コバルト等）の場合のターゲット材１の上面
（第１０図のＰＡ−ＰＲ綿線上での磁場の水平および垂
直成分で、エロージョンの進行前後での分布をそれぞれ
実線と曲線により示す。

また、第１３図は、第１０図のＰＡ−２８間のターゲッ
ト材１のエロージョンの様子を示す断面図である。この
図かられかるように、エロージョンの部分は局所的に進
行し、ターゲット材１の寿命を著しく縮めるという問題
点があった。

さらに、ターゲット材１が強磁性体の場合、第１２図に
示すように、エロージョンの進行に伴ないターゲット上
面の磁場分布が変化し、スパッタ条件が変化し、成膜さ
れた膜厚の分布や物性に経時変化が起るという問題点が
あった。

本発明者は、エロージョンが進行する場合は磁場の水平
成分の強度の分布とは直接的には関係なく、磁場の垂直
成分の極性の変化する位置、つまり垂直成分が；になる
点とよく対応することを見出した。これは、第１０図に
おいて、電子がターゲット材１の面上においてドーム状
磁界内に沿って運動すると同時に、垂直磁場の勾配が存
在する方向に対しても周期的な運動をしており、垂直成
分が平になる点付近で前記電子の濃度が高くなるためと
考えられる。また、ターゲット材１のエロージョンが起
こると、第１２図（ｂ）に示すように漏れ磁場が大きく
なり、その場所での垂直磁場の勾配も大きくなるため局
所的なエロージョンがさらに進行する。

この発明は、上記の欠点を解決するためになされたもの
で、エロージョンの発生を可及的に防止し、ターゲット
材の寿命を長くし、また、ターゲット面でスパッタされ
る領域が広がると同時に、エロージョンが進行してもタ
ーゲット上面付近での磁場分布をほぼ一定に保つため、
サブストレート上に成膜された膜の厚さの分布や物性値
が均一化し、また、経時変化もほとんどないといった長
所をもつマグネトロンスパッタ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） この発明にがか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１
ｉｆｉ極と、これら両磁極上にまたがって配置されたタ
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
置において、両ｔｉｎ極からの漏れ磁場のターゲット材
に垂直な成分の勾配をターゲット材の外部において磁極
間中央部では減少させ、かつ磁極に向い磁場の垂直成分
の勾配を漸次大きくするための軟磁性体をターゲット材
の裏側の内側磁極と外側磁極間に設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、ターゲット材の外部において、前
記Ｉｉｎ極間中央部の垂直磁場の強度およびその勾配が
減少し、また、前記磁場に近い部分では前記垂直磁場の
勾配が増大し、ざらにエロージョンが進行してもターゲ
ット上面付近の磁場分布を一定に保つため、スパッタ時
において、マグネトロンモードが安定に保たれ、局所的
なエロージコンが防止され、なおかつ成膜された膜厚部
分や物性値の経時変化も防止される。

〔実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示すもので、第１０図の
ｐＡ−ｐ、の部分に相当する断面図である。この図にお
いて、符号１〜４は第１０図と同じであり、５はこの発
明により配置された中央部で断面積が大となるように厚
くし、両端で断面積が小さくなるように薄くした軟磁性
体であり、ターゲット材１とギャップを介して配置され
る。なお、軟磁性体５としては、磁極の作る磁場で容易
に磁化されるものであれば何でもよい。

次に作用について説明する。

軟磁性体５は両磁極２．３の作る磁界によってターゲッ
ト材１の中の磁化の向きと同一方向の磁化を持ち、軟磁
性体５がターゲット材１の上面において、前記両磁極間
中央部で水平磁場の絶対値と垂直磁場の勾配を減少させ
るように作用する。

また、両磁極の上部付近では、前記軟磁性体５による磁
界の影響は小さいので、その結果、両磁極付近の垂直磁
場の勾配は増大する。

軟磁性体５はターゲット材１の上面の磁場を打ち消す磁
石の働きをし、ターゲット材１のエロージョンが進行し
、ターゲット材１上の溜れ磁場が大きくなると軟磁性体
５の磁化の強さが大詮くなり、ターゲット材１上の漏れ
磁場が大舘くなるのを防止し、エロージョンが局所的に
大きくなるのを防ぐ作用を有する。

第２図（ａ）、（ｂ）は、第１図の実施例のｐＡ−ｐＢ
間におけるエロージョン前後における磁場の水平成分お
よび垂直成分を示す図である。

これらの図で、実線の曲線はエロージョン前、点線の曲
線はエロージョン後を示す。また、第３図（ａ）、（ｂ
）は、第１図のＰＡ−ＰＲ部分でのエロージョンの様子
を示すものである。

第３図（ａ）に示されるように、従来のマグネトロンス
パッタ装置でスパッタを行った場合に見られるＶ字形の
エロージョンは見られず、エロージョンは広範囲にわた
って比較的均一に起こっており、第３図（ｂ）のように
、ターゲットの厚さが元の厚さの１０％程度になっても
局所的なエロージョンは発生しない。

第４図、第５図はＴｅ−Ｆｅの合金ターゲット材１を用
いた場合のサブストレートに成膜された薄膜中のＴｅの
濃度分布を、ターゲット材１の中心位置から半径方向の
分布の経時変化を従来の第１０図で示すスパッタ装置と
この発明によるスパッタ装置を使った場合の比較例であ
る。曲線ａ〜Ｃにしたがってエロージョンが進行してい
る。ターゲットの寿命は、従来のマグネトロン装置に比
べ約２倍、また、ターゲット材１上の磁場分布はエロー
ジョンが進行してもほぼ一定に得られるため、例えば薄
膜中のＴｅ分布を見ると、従来型が経時変化を起こして
いるのに対し、この発明による装置ではターゲット寿命
が尽ぎるまでほとんど変化しない。

第６図は本発明者の提案にかかる特願昭６１−１９８０
３１号に示した、板状の軟磁性体により改良したマグネ
トロンスパッタ装置を用いた場合の、薄膜中のＴｅ分布
の経時変化を示したものである（第４図、第５図に対応
）。この第６図に示されるように、ターゲットのエロー
ジョンが元の厚さの１／２程度のところまでは経時変化
は起こさないが、エロージョンが元の厚さのほぼ７０％
を超えるとＴｅ分布に経時変化が起ってくる。これは、
ターゲット材１が薄くなり、第７図（ａ）のように、前
記軟磁性体の作る垂直磁場が曲線Ｂ、、Ｂ２．Ｂ３のよ
うに次第に強くなると曲線Ａで示す磁極およびターゲッ
トがつくる垂直磁場よりも軟磁性体５が作る磁場が優勢
となり、合成磁場は第７図（ｂ）に示すような変曲点を
もった垂直磁場の分布となり、プラズマ密度に片寄りが
生ずるためと思われる。なお、Ｌ、、Ｌ２はプラズマ密
度が高くなるところである。これは一定の断面積をもっ
た軟磁性体５′の場合、第８図（ａ）に示すように、磁
束φの空間への飛び出しが両端付近に片寄っているため
である。

第８図（ｂ）はこの発明による軟磁性体５を使った場合
で、両端に向い断面積が減少するような形をしているの
で、磁束φの飛び出しが両端に片寄ることなく、第９図
（ａ）に示すように、軟磁性体５が作る垂直磁場が曲線
Ｂ、、Ｂ２．Ｂ、のように次第に大きさが大きくなって
も、曲線Ａで示す磁極およびターゲットが作る垂直磁場
との合成磁界は、第９図（ｂ）に示すように変曲点をも
つように大きく湾曲することはなく、ターゲット材１が
十分薄くなってもプラズマ片寄りがなく、スパッタ条件
の経時変化はほとんど起こらない。

また、断面積が同一であっても、第８図（Ｃ）に示すよ
うに、両端をターゲット裏面との距離を大きくすると、
実効的に中央部の断面積を大きく、両端で断面積を小さ
くしたものとなり、やはり第９図（ａ）のような磁場分
布が得られ同様の効果をもつ。

また、この発明は、強磁性体のターゲット材に特に有効
であるが、非磁性体のターゲット材の場合にもエロージ
ョン領域を拡大することができる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、内側磁極と外側磁極か
らの漏れ磁場のターゲット材に垂直な成分の勾配をター
ゲット材の外部において前記両磁極の中央部で減少させ
、なおかつ両磁極付近で漸次増大させるための軟磁性体
を、ターゲット材の裏側の内側、外側の磁極間に形成さ
れる磁界中に設けたので、ターゲット材の垂直磁場の勾
配が下がり、かつ垂直磁場が零に近い範囲がターゲット
材上で広くとれ、プラズマ濃度の均一な部分が広く取れ
、かつ前記両磁極間の近くでは前記垂直磁場の勾配が大
きくなるために電子のターゲット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ターゲット
材のエロージョンガ均一に行われ、ターゲット材の長寿
命化が図れるとともに、かつターゲットのエロージョン
が進行しても磁場分布はほとんど変らないため、スパッ
タ条件の経時変化も起こらず、安定な薄膜を得ることが
で、きる利点がある。

【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（ａ）、（ｂ）は、第１図の実施例におけるエロージ
ョン前後における磁場の水平成分および垂直成分を示す
図、第３図（ａ）、（ｂ）はこの発明によるエロージョ
ン状態を説明する要部の断面図、第４図、第５図は従来
のマグネトロスパッタ装置とこの発明の７ダネトロンス
バツタ装置によるＴｅ−Ｆｅの合金ターゲット材を用い
た場合のＴｅ温度分布を示す図、第６図は同じく先に提
案したマグネトロンスパッタ装置による第５図と同様な
Ｔｅ濃度分布を示す図、第７図（ａ）、（ｂ）は、第６
図の状態を説明するための磁界の強さと距離との関係図
、第８図（ａ）。 （ｂ）、（Ｃ）は軟磁性体の形状と磁束の状態とを説明
するための図、第９図（ａ）、（ｂ）はこの発明の詳細
な説明するための磁界の強さと距離との関係を示す図、
第１０図、第１１図は従来のマグネトロンスパッタ装置
の一例をそれぞれ示す要部の斜視図、第１２図（ａ）、
（ｂ）は従来のマグネトロンスパッタ装置によるターゲ
ットの上面でのエロージョンの進行前後での磁場の水平
および垂直の分布を示す図、第１３図は、第１０図のＰ
　Ａ　　Ｐ　ａ間のエロージョンの様子を示す断面図で
ある。 図中、１はターゲット材、２は内側磁極、３は外側磁極
、４はコイル、５は軟磁性体である。 第１図 第３図 第２図 第４図 一ターゲット中ノヒ′力）うの距寓哀 第５図 畷 一ターグット中ＩＵからの距麺 第６図 □ 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１２図 （ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、これら両磁極上にまたがって配置されたタ
   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
   置において、前記両磁極からの漏れ磁場の前記ターゲッ
   ト材に垂直な成分の勾配を前記ターゲット材の外部にお
   いて前記磁極間中央部では減少させ、かつ前記磁極に向
   い前記磁場の垂直成分の勾配を漸次大きくするための軟
   磁性体を前記ターゲット材の裏側の前記内側磁極と外側
   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。