JPH06136529A - Magnetron sputtering device - Google Patents

Magnetron sputtering device

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Publication number
JPH06136529A
JPH06136529A JP30782992A JP30782992A JPH06136529A JP H06136529 A JPH06136529 A JP H06136529A JP 30782992 A JP30782992 A JP 30782992A JP 30782992 A JP30782992 A JP 30782992A JP H06136529 A JPH06136529 A JP H06136529A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
magnetic
cathode
magnetron sputtering
short side
Prior art date
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Pending
Application number
JP30782992A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroichi Hamada
普一 濱田
Koichiro Maki
孝一郎 槙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Mining Co Ltd filed Critical Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Publication of JPH06136529A publication Critical patent/JPH06136529A/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ターゲットの利用効率を向上させたマグネト
ロンスパッタ装置を提供する。 【構成】 ターゲットとその下方に設置された磁石と該
磁石の底部基板を構成するヨークとからなるカソード部
を有するマグネトロンスパッタ装置において、両外側磁
極上にカソード短辺側断面がL字型である磁性体のへこ
み部が互いに向かい合うように設置し、中央磁極上にカ
ソード短辺側断面が凸型である磁性体を設置し、さらに
該ターゲットの両端にカソード短辺側断面がL字型であ
る磁性体のへこみ部が互いに向かい合うように設置し、
該ターゲットの中央にカソード短辺側断面が凸型である
磁性体を設置する。
(57) [Summary] [Objective] To provide a magnetron sputtering apparatus with improved target utilization efficiency. In a magnetron sputtering apparatus having a cathode portion including a target, a magnet installed below the target, and a yoke forming a bottom substrate of the magnet, a cathode short side cross section on both outer magnetic poles is L-shaped. The magnetic material is installed so that the recesses of the magnetic material face each other, the magnetic material having a convex cross section on the short side of the cathode is installed on the central magnetic pole, and the cross section of the short side of the cathode is L-shaped on both ends of the target. Install so that the dents of the magnetic body face each other,
At the center of the target, a magnetic material having a convex cross section on the short side of the cathode is placed.

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、特に非磁性体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10に示すようにマグネトロンスパッタ装置内
に、容器の上部に取り付けた基板ホルダ8と基板ホルダ
8の下部に取り付けられスパッタされた粒子が付着され
る基板9と、基板9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10と、ターゲット10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)11を
有する。図中、符号12は磁力線を13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、14はス
パッタされた粒子を、15は不活性ガス(Ar等)をそ
れぞれ示す。
2. Description of the Related Art In a conventional general magnetron sputtering apparatus, as shown in FIG. 10, in a magnetron sputtering apparatus, a substrate holder 8 attached to an upper portion of a container and particles sputtered attached to a lower portion of the substrate holder 8 are It has a substrate 9 to be attached, a target 10 which is arranged below the substrate 9 and whose particles are sputtered, and a permanent magnet (or electromagnet) 11 which is placed below the target 10 at a slight distance. In the figure, reference numeral 12 is a magnetic field line, 13 is a target state (erosion) after sputtering, 14 is sputtered particles, and 15 is an inert gas (Ar or the like).

【0003】このようにマグネトロンスパッタ装置はタ
ーゲット10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直上にプラズマを形成し、このプラ
ズマに閉じこめられイオン化し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に飛来させて付着する
ように構成したものである。
As described above, in the magnetron sputtering apparatus, a permanent magnet (or an electromagnet) is installed below the target so that a magnetic field is generated on the surface of the target 10. The magnetic field forms plasma directly above the target and confines it in this plasma. The ionized and sputtered particles are made to fly and adhere to the substrate arranged above the target.

【0004】しかしながら、従来のマグネトロンスパッ
タ装置では、図10中13に示すようにスパッタされた
後のターゲットは局所的に消耗しており、ターゲットの
利用効率は著しく悪かった。このようにターゲット材料
が局所的にスパッタされることを防ぎ、ターゲットの利
用効率を向上させるためにターゲット直上の水平磁界を
広い範囲にわたって均一にし、かつ、垂直磁界の強度を
弱くする必要がある。
However, in the conventional magnetron sputtering apparatus, the target after sputtering was locally consumed as shown by 13 in FIG. 10, and the utilization efficiency of the target was extremely poor. Thus, in order to prevent the target material from being locally sputtered and to improve the utilization efficiency of the target, it is necessary to make the horizontal magnetic field directly above the target uniform over a wide range and weaken the strength of the vertical magnetic field.

【0005】ターゲット直上の水平磁界を広い範囲にわ
たって均一にするために、特公平03−73633によ
れば、中央磁極、両外側磁極上に磁性体を設置する手段
がある。また、ターゲット直上の垂直磁界の強度を弱く
するために、特開平01−279754によれば、中央
磁極と両外側磁極の間に軟磁性体を設置する手段があ
る。
In order to make the horizontal magnetic field just above the target uniform over a wide range, according to Japanese Patent Publication No. 03-73633, there is a means for disposing magnetic bodies on the central magnetic pole and both outer magnetic poles. Further, in order to weaken the strength of the vertical magnetic field directly above the target, there is a means for installing a soft magnetic material between the central magnetic pole and both outer magnetic poles according to Japanese Patent Laid-Open No. 01-279754.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、中央磁極、両
外側磁極上に磁性体を設置する場合は、磁極付近の垂直
磁界の強度が大きくなってしまうために、ターゲットの
利用効率の大幅な向上は認められない。また、中央磁極
と両外側磁極との間に軟磁性体を設置する場合は垂直磁
界の強度は弱くなるが水平磁界の強度の均一な範囲が狭
いために、ターゲットの利用効率の大幅な向上は認めら
れない。したがって、本発明の目的は、ターゲットの利
用効率を向上させるためにターゲットの広い範囲にわた
って水平磁界を均一にし、かつ、ターゲット表面の垂直
磁界の強度の小さいカソード部を有するマグネトロンス
パッタ装置を提供するものである。
However, when a magnetic material is installed on the central magnetic pole and both outer magnetic poles, the strength of the vertical magnetic field in the vicinity of the magnetic pole becomes large, so that the utilization efficiency of the target is greatly improved. It is not allowed. Further, when a soft magnetic material is installed between the central magnetic pole and both outer magnetic poles, the vertical magnetic field strength is weak, but the uniform range of the horizontal magnetic field strength is narrow, so that the target utilization efficiency is not significantly improved. unacceptable. Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetron sputtering apparatus having a cathode part in which a horizontal magnetic field is made uniform over a wide range of the target in order to improve the utilization efficiency of the target and the vertical magnetic field on the target surface has a small intensity. Is.

【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、ターゲットとその下方に設置された磁
石と該磁石の底部基板を構成するヨークとからなるカソ
ード部を有するマグネトロンスパッタ装置において、両
外側磁極上にカソード短辺側断面がL字型である磁性体
(磁極側L型磁性体と称す)のへこみ部が互いに向かい
合うように設置し、中央磁極上にカソード短辺側断面が
凸型である磁性体(磁極側凸型磁性体と称す)を設置
し、さらに、該ターゲットの両側にカソード短辺側断面
がL字型である磁性体(ターゲット側L型磁性体と称
す)のへこみ部が互いに向かい合うように設置し、該タ
ーゲットの中央にカソード短辺側断面が凸型である磁性
体(ターゲット側凸型磁性体と称す)を設置する点に特
徴がある。
In order to achieve the above object, the present invention provides a magnetron sputter having a cathode portion including a target, a magnet installed below the target, and a yoke constituting a bottom substrate of the magnet. In the device, the indented portions of a magnetic body (referred to as an L-shaped magnetic body on the magnetic pole side) having an L-shaped cross section on the cathode short side side on both outer magnetic poles are installed so as to face each other, and the cathode short side on the central magnetic pole side. A magnetic body having a convex cross section (referred to as a magnetic pole side convex magnetic body) is installed, and further, a magnetic body having a L-shaped cross section on the cathode short side side on both sides of the target (target side L type magnetic body and It is characterized in that the dents (referred to as ") are installed so as to face each other, and a magnetic body having a convex cross-section on the cathode short side side (referred to as a target-side convex magnetic body) is installed in the center of the target.

【0008】[0008]

【作用】図1は、カソード部短辺断面を示す図である。
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中央磁極である永久磁石1を設置
し、永久磁石1の両側に間隔を隔て外側磁極である永久
磁石2を設置し、永久磁石1の上部に磁極側凸型磁性体
3を設置し、永久磁石2の上部に磁極側L型磁性体4を
設置し、さらに、これらの上方にターゲット7を設置
し、ターゲット7の両端にターゲット側L型磁性体6を
設置し、ターゲット7の中央にターゲット側凸型磁性体
5を設置している。なお、永久磁石2、磁極側L型磁性
体4、ターゲット側L型磁性体6の外側の面はほぼ上下
方向に一直線にすることが望ましく、また、永久磁石
1、磁極側凸型磁性体3、ターゲット側凸型磁性体5の
中心はほぼ一直線にする必要がある。
1 is a view showing a short side cross section of the cathode portion.
As shown in FIG. 1, in the cathode structure of the magnetron sputtering apparatus of the present invention, a permanent magnet 1 that is a central magnetic pole is installed, and permanent magnets 2 that are outer magnetic poles are installed on both sides of the permanent magnet 1 with a space therebetween. 1, a magnetic pole side convex magnetic body 3 is installed on the top of the magnetic pole side L, a magnetic pole side L type magnetic body 4 is installed on the top of the permanent magnet 2, and a target 7 is installed above them. The side L-shaped magnetic body 6 is installed, and the target-side convex magnetic body 5 is installed in the center of the target 7. It is desirable that the outer surfaces of the permanent magnet 2, the magnetic pole side L-type magnetic body 4, and the target side L-type magnetic body 6 be aligned substantially vertically, and the permanent magnet 1 and the magnetic pole side convex magnetic body 3 should be aligned. The center of the target-side convex magnetic body 5 needs to be substantially aligned.

【0009】本発明は、上記の構造で磁極側凸型磁性体
3、ターゲット側凸型磁性体5のそれぞれの長さの比率
をa1 /b1 、c1 /d1 とし、磁極側L型磁性体4、
ターゲット側L型磁性体6のそれぞれの長さの比率をa
2 /b2 、c2 /d2 とすれば、それらはそれぞれ次の
ようにすると好適である。 a1 /b1 =1〜7/3 c1 /d1 =3/14〜1/3 a2 /b2 =1〜7/3 c2 /d2 =1〜3/2 ターゲットの広い範囲にわたって水平磁界が均一し、か
つ、垂直磁界の強度を小さくするのに好適である。
In the present invention, the length ratios of the magnetic pole side convex magnetic body 3 and the target side convex magnetic body 5 in the above structure are set to a 1 / b 1 and c 1 / d 1 , respectively, and the magnetic pole side L Type magnetic body 4,
The ratio of the lengths of the target-side L-type magnetic body 6 is a
If 2 / b 2 and c 2 / d 2 are used, it is preferable that they are respectively set as follows. a 1 / b 1 = 1 to 7/3 c 1 / d 1 = 3/14 to 1/3 a 2 / b 2 = 1 to 7/3 c 2 / d 2 = 1 to 3/2 wide range of target It is suitable for making the horizontal magnetic field uniform over the entire area and reducing the intensity of the vertical magnetic field.

【0010】[0010]

【実施例】図1に示すマグネトロンスパッタ装置におい
て、磁極側凸型磁性体3、ターゲット側凸型磁性体5の
それぞれの長さの比率a1 /b1 、c1 /d1 、磁極側
L型磁性体4、ターゲット側L型磁性体6のそれぞれの
長さの比率をa2 /b2 、c2 /d2 をそれぞれa1
1 =1、c1 /d1 =1/3、a2 /b2 =1、c2
/d2 =3/2に設定した。このときのターゲット表面
での磁界の水平成分は図2に示すように約1000ガウ
スの強度で約10%の誤差でターゲットの約80%以上
の部分が均一になった。また、ターゲット表面での磁界
の垂直成分は図3に示すようにターゲットの約80%以
上の部分が±700ガウス以下の強度になった。
EXAMPLE In the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1, the length ratios a 1 / b 1 and c 1 / d 1 of the magnetic pole side convex magnetic body 3 and the target side convex magnetic body 5 respectively, and the magnetic pole side L The ratio of the lengths of the type magnetic body 4 and the target-side L-type magnetic body 6 is a 2 / b 2 and c 2 / d 2 is a 1 /
b 1 = 1, c 1 / d 1 = 1/3, a 2 / b 2 = 1, c 2
/ D 2 = 3/2 was set. As shown in FIG. 2, the horizontal component of the magnetic field on the surface of the target at this time has a strength of about 1000 gauss, and an error of about 10% makes about 80% or more of the target uniform. As for the vertical component of the magnetic field on the target surface, as shown in FIG. 3, about 80% or more of the target had an intensity of ± 700 gauss or less.

【0011】(比較例1)本発明と比較するために、図
4に示すマグネトロンスパッタ装置のように中央磁極、
両外側磁極上に磁性体を設置した。このときのターゲッ
ト表面での磁界の水平成分は図5に示すように約170
0ガウスの強度で約10%の誤差でターゲットの約60
%の部分が均一になった。また、ターゲット表面での磁
界の垂直成分は図6に示すようにターゲットの約40%
の部分が±700ガウス以下の強度になった。
(Comparative Example 1) For comparison with the present invention, a central magnetic pole, such as the magnetron sputtering apparatus shown in FIG.
A magnetic material was installed on both outer magnetic poles. The horizontal component of the magnetic field on the target surface at this time is about 170 as shown in FIG.
Approximately 60% of the target with an error of about 10% at an intensity of 0 Gauss
% Part became uniform. Further, the vertical component of the magnetic field on the target surface is about 40% of the target as shown in FIG.
The intensity of the part marked with ± 700 gauss or less.

【0012】(比較例2)また、図7に示すマグネトロ
ンスパッタ装置のように中央磁極と両外側磁極との間に
軟磁性体を設置した。このときのターゲット表面での磁
界の水平成分は図8に示すように約800ガウスの強度
で約10%の誤差でターゲットの約60%の部分が均一
になった。また、ターゲット表面での磁界の垂直成分は
図9に示すようにターゲットの約80%の部分が±70
0ガウス以下の強度になった。
(Comparative Example 2) Further, as in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 7, a soft magnetic material was placed between the central magnetic pole and both outer magnetic poles. As shown in FIG. 8, the horizontal component of the magnetic field on the surface of the target at this time has an intensity of about 800 gauss, and about 60% of the target becomes uniform with an error of about 10%. Further, as shown in FIG. 9, the vertical component of the magnetic field on the surface of the target is ± 70 at about 80% of the target.
The intensity was below 0 gauss.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ターゲットの広い範囲にわたって水平磁界を均一にし、
かつ、ターゲット表面の垂直磁界の強度を小さくするこ
とができる。
As described above, according to the present invention,
Makes the horizontal magnetic field uniform over a wide range of the target,
In addition, the strength of the vertical magnetic field on the target surface can be reduced.

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

【図1】図1は、本発明のマグネトロンスパッタ装置の
好ましいカソード構造を示す短辺側断面図である。
FIG. 1 is a short side sectional view showing a preferred cathode structure of a magnetron sputtering apparatus of the present invention.

【図2】図2は、本発明のマグネトロンスパッタ装置を
用いた場合のターゲットに対する磁界の水平成分を示す
グラフである。
FIG. 2 is a graph showing a horizontal component of a magnetic field with respect to a target when the magnetron sputtering apparatus of the present invention is used.

【図3】図3は、本発明のマグネトロンスパッタ装置を
用いた場合のターゲットに対する磁界の垂直成分を示す
グラフである。
FIG. 3 is a graph showing a vertical component of a magnetic field with respect to a target when the magnetron sputtering apparatus of the present invention is used.

【図4】図4は、従来用いられていたマグネトロンスパ
ッタ装置のカソード構造を示す短辺側断面図である。
FIG. 4 is a short side sectional view showing a cathode structure of a conventionally used magnetron sputtering apparatus.

【図5】図5は、図4のマグネトロンスパッタ装置を用
いた場合のターゲットに対する磁界の水平成分を示すグ
ラフである。
5 is a graph showing a horizontal component of a magnetic field with respect to a target when the magnetron sputtering apparatus of FIG. 4 is used.

【図6】図6は、図4のマグネトロンスパッタ装置を用
いた場合のターゲットに対する磁界の垂直成分を示すグ
ラフである。
6 is a graph showing a vertical component of a magnetic field with respect to a target when the magnetron sputtering apparatus of FIG. 4 is used.

【図7】図7は、従来用いられていたマグネトロンスパ
ッタ装置のカソード構造を示す短辺側断面図である。
FIG. 7 is a short side sectional view showing a cathode structure of a conventionally used magnetron sputtering apparatus.

【図8】図8は、図7のマグネトロンスパッタ装置を用
いた場合のターゲットに対する磁界の水平成分を示すグ
ラフである。
8 is a graph showing a horizontal component of a magnetic field with respect to a target when the magnetron sputtering apparatus of FIG. 7 is used.

【図9】図9は、図7のマグネトロンスパッタ装置を用
いた場合のターゲットに対する磁界の垂直成分を示すグ
ラフである。
9 is a graph showing a vertical component of a magnetic field with respect to a target when the magnetron sputtering apparatus of FIG. 7 is used.

【図10】図10は、従来一般に用いられていたマグネ
トロンスパッタ装置の全体を示す概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing an entire magnetron sputtering apparatus which has been conventionally generally used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 永久磁石または電磁石 2 永久磁石または電磁石 3 磁性体 4 磁性体 5 磁性体 6 磁性体 7 ターゲット 10 ターゲット 11 永久磁石または電磁石 16 永久磁石または電磁石 17 ターゲット 18 磁性体 19 永久磁石または電磁石 20 軟磁性体 21 ターゲット 22 ヨーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 permanent magnet or electromagnet 2 permanent magnet or electromagnet 3 magnetic body 4 magnetic body 5 magnetic body 6 magnetic body 7 target 10 target 11 permanent magnet or electromagnet 16 permanent magnet or electromagnet 17 target 18 magnetic body 19 permanent magnet or electromagnet 20 soft magnetic body 21 target 22 yoke

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ターゲットとその下方に設置された磁石
と該磁石の底部基板を構成するヨークとからなるカソー
ド部を有するマグネトロンスパッタ装置において、両外
側磁極上にカソード短辺側断面がL字型である磁性体の
へこみ部が互いに向かい合うように設置し、中央磁極上
にカソード短辺側断面が凸型である磁性体を設置し、さ
らに、該ターゲットの両端にカソード短辺側断面がL字
型である磁性体のへこみ部が互いに向かい合うように設
置し、該ターゲットの中央にカソード短辺側断面が凸型
である磁性体を設置することを特徴とするマグネトロン
スパッタ装置。
1. A magnetron sputtering apparatus having a cathode portion comprising a target, a magnet installed below the target, and a yoke constituting a bottom substrate of the magnet, wherein an L-shaped cross section of the short side of the cathode is formed on both outer magnetic poles. The magnetic material is installed so that the dents of the magnetic material face each other, and the magnetic material having a convex cross section on the short side of the cathode is installed on the central magnetic pole. Furthermore, the cross section of the short side on the cathode side is L-shaped on both ends of the target. A magnetron sputtering apparatus, characterized in that recessed portions of a magnetic body, which is a mold, are installed so as to face each other, and a magnetic body having a convex cross-section on the short side of the cathode is installed in the center of the target.
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