JP4431908B2 - Sputtering cathode and sputtering apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にスパッタ法により薄膜を形成するスパッタリング装置に係り、特にターゲットを機能させるスパッタリングカソードの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
スパッタリング装置におけるスパッタリングカソードは、ターゲット上に略平行な磁場成分を形成し、電界と磁界をほぼ直交させるマグネトロン・スパッタ法に不可欠な要素である。ターゲット裏面側に永久磁石が設置されているが、その磁石はターゲット面に対して垂直の方向に磁化されるようになっている。
【0003】
このような磁石の配置構成では、ターゲット面に平行になる磁力線の領域が狭く、安定した放電、さらには基板上への成膜速度に限界があった。また、ターゲット面に平行になる磁力線の領域が狭いと、結局、エロージョン(ターゲット侵食)領域が狭くなってしまう。従って、ターゲットの使用効率が低くなり、製造コストが高くなってしまう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスパッタリングカソードにおいて、ターゲット面に平行になる磁力線の領域を広げるためには、より大型の磁石を配備してかつ内外周の磁石の間隔を広げる構成にすればよい。
【0005】
しかし、上記構成の要求に従うとカソードは大型化してしまい、スパッタリング装置のコスト高を招く。また、カソード重量も増大するので、メンテナンス性も悪くなり、好ましくない。
【0006】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その課題は、カソードの大型化をせずに、ターゲット面に平行になる磁力線の領域が広く確保でき、ターゲットの利用効率を向上させ、高効率に大面積の領域に高い均一性をもって高速に成膜できるスパッタリングカソード及びスパッタリング装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、ターゲットに向って磁極端部表面を対向させるように配設された円筒形状の外周磁石と、この外周磁石の内側にターゲットに向って磁極端部表面を対向させるように配設された円柱形状の内周磁石とを有する、構成を基本構成として特定する。
【0008】
これに加えて、請求項1について、
(a)内周磁石は、柱状の1つの磁石でなり、磁極端部表面が外周磁石からみて中央に向って内側に行くに従って、ターゲットから離れて行くように傾斜しており、
(b)外周磁石は、外側の円周位置に配置された複数の磁石でなり、磁極端部表面が内周磁石からみて外側に行くに従って、ターゲットから離れて行くように傾斜している
点を特定する。
【0009】
また、請求項2について、
(a)内周磁石が、上記第2の特徴点の(a)と同じ構成を有し、
(b)外周磁石は、上記第2の特徴点の(b)が「複数の磁石」で構成されているのに対して、「1つのリング状の磁石」で構成されている点が相違する
点を特定する。
【0010】
さらに請求項3について、
(a)内周磁石は、内側の円周位置に複数の丸型の磁石を積み重ねてなる第3の部分と、その外側の円周位置に複数の丸型の磁石を積み重ねてなる第4の部分とを有し、内側の第3の部分の磁極端部表面のターゲット表面との間の距離が外側の第4の部分より大きい構成を有し、
(b)外周磁石は、内側の円周位置に複数の丸型の磁石を積み重ねてなる第1の部分と、外側の円周位置に複数の丸型の磁石を積み重ねてなる第2の部分とを有し、外側の第2の部分の磁極端部表面のターゲット表面との間の距離が内側の第1の部分より大きい
点を特定する。
【0011】
さらに、請求項4について、
(a)内周磁石が、上記第4の特徴点の(a)が「複数の丸型の磁石を積み重ねた」構成を有することに代えて、「内側及び外側の内周位置に複数の磁石を配設した」構成とし、
(b)外周磁石は、上記第4の特徴点の(b)と同じ構成を有する
点を特定する。
【0013】
本発明によれば、円柱形状の内周磁石の外側の円周位置に円筒形状の外周磁石を設けると共に、内周磁石においてターゲットを通る磁力線を、内側に広げるように内側に傾斜する面又は段差を形成する磁極端部表面を設けると共に、外周磁石において外側に広げるように外側に傾斜する面又は段差を形成する磁極端部表面を設け、かくして全体としてコンパクトなスパッタリングカソードを実現できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施形態に係るスパッタリングカソードを含むスパッタリング装置の要部構成を示す断面図である。カソード1におけるカソード・ハウジング6は、Oリング12を介して絶縁板7と接し、さらにOリング14を介して真空容器2に取り付けられている。カソード1と真空容器2の取り付けに用いるボルト16は、カソード・ハウジング6に接触しないように絶縁カラー9を介して固定されている。
【0015】
真空容器2は、図示せぬ真空排気系により排気される。また、ガス供給手段により供給されるスパッタリングガスは、ガス導入口GINにより導入される。真空容器2内には、カソード1に取り付けられたターゲット4と対向する位置に基板ホルダー3が配置されている。
【0016】
カソード1にはOリング12を介してバッキングプレート5にボンディングされたターゲット4が取り付けられている。ターゲット4の側面にはアースシールド8が配置されている。真空容器2内の基板ホルダー3には図示せぬ基板保持手段があり、これにより、図示せぬ基板が保持される。
【0017】
ターゲット4の背面には内周磁石10と外周磁石11が配置されている。ボルト16はグランド電位とし、ボルト15に図示せぬ直流電流により負の電圧を印加する。これにより、ターゲット4の表面付近にはプラズマが発生し、スパッタリングガスがイオン化される。イオン化したスパッタリングガスは、負電位にバイアスされたカソード1に向かい、ターゲット4表面に衝突するため、ターゲット表面から粒子(ターゲット材料)が飛び出す。この飛び出した粒子は基板ホルダー3上にある図示せぬ基板上に成膜される。
【0018】
また、カソードハウジング6とOリング12を介して接触しているバッキングプレート5によってできる空間には冷却水が流れ、スパッタリング中のターゲット4を冷却する。
【0019】
第1の実施形態における本発明の特徴は、カソード・ハウジング6内に配置された内周磁石10と外周磁石11の配置構成である。内周磁石10は磁極端部表面が周囲内側に傾斜し、外周磁石11は磁極端部表面が周囲外側に傾斜している。以下、このような内周磁石10、外周磁石11を有したスパッタリングカソードについて説明する。
【0020】
図2は本発明のスパッタリングカソードの要部を示す、図1のカソード1の拡大図である。ターゲット4及びバッキングプレート5の背面には、円筒状の内周磁石10は内側に、円筒状の外周磁石11は外側に傾いて円周上に複数個配置されている。
【0021】
ターゲット4表面には、これら内周磁石10及び外周磁石11による磁力線18が通っている。この磁力線18がターゲット4表面に平行になる部分ではイオン化したスパッタリングガスがターゲット4表面に衝突し、ターゲット4から粒子が飛び出す。
【0022】
この第1の実施形態では、内周磁石10を内側に、外周磁石11を外側に傾けて磁石取付板17に取り付けられている。すなわち、磁石取付板17自体がターゲット4に平行な面から所定角度傾斜していることにより内周磁石10、外周磁石11の配置構成が実現されている。また、磁石取付板17はボルト19によってカソードハウジング6に取り付けられている。
【0023】
内周磁石10と、外周磁石11の互いの磁極端部表面は逆極性である。磁力線18は内周磁石10から出て、一度広がってからターゲット4表面を出て、再度広がって外周磁石11に向かって進む。
【0024】
上記実施形態によれば、内外周の磁石10,11を傾けて配置したことにより、磁力線が広がってターゲット4表面に漏れるため、エロージョン領域が広く取れる。すなわち、ターゲット4の利用効率が向上する。
【0025】
さらに、内外周の磁石10,11を傾けて配置したことで、ターゲット4表面に漏れる磁力線の、ターゲット4に平行な領域が広く取れる。このため、安定した放電が可能になる。従って、成膜の高速性、信頼性向上に寄与する。これにより、高効率に大面積の領域に高い均一性をもって高速に成膜できる。
【0026】
さらに、従来と同様のエロージョン領域を得るために必要な磁石部分が小さくできる利点が生じる。このため、よりコンパクトなカソードの製作が可能になり、低コスト化が図れる。
【0027】
図3は、本発明の第2の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。第1の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付す。内周磁石10Q及び外周磁石11Qはそれぞれ、各磁極端部表面自体がターゲット4に平行な面から所定角度傾斜した面を有することにより各磁極端部表面が内周磁石10Qでは内側に傾斜、外周磁石11Qでは外側に傾斜している。
【0028】
すなわち、それぞれの内外周の磁石に関し、ターゲットに近い方の磁極端部が斜めになっており、ターゲットから遠い方の磁極端部はターゲットに平行になっている。この平行になっている磁極表面にて内周磁石10Q及び外周磁石11Qは磁石取付板17Fにそれぞれ円周上に複数個配置されている。また、磁石取付板17Fもターゲットに平行になっており、カソード・ハウジング6に取り付けられている。
【0029】
内周磁石10Qと、外周磁石11Qの互いの磁極端部表面は逆極性である。磁力線18は内周磁石10Qから出て、一度広がってからターゲット4表面を出て、再度広がって外周磁石11Qに向かって進む。
【0030】
上記実施形態によっても第1の実施形態と同様な効果が得られる。すなわち、内外周の磁石10Q,11Qの磁極端部表面を傾斜させたことにより、磁力線が広がってターゲット4表面に漏れるため、エロージョン領域が広く取れる。すなわち、ターゲット4の利用効率が向上する。
【0031】
さらに、内外周の磁石10Q,11Qの磁極端部表面を傾斜させたことで、ターゲット4表面に漏れる磁力線の、ターゲット4に平行な領域が広く取れる。このため、安定した放電が可能になる。従って、成膜の高速性、信頼性向上に寄与する。これにより、高効率に大面積の領域に高い均一性をもって高速に成膜できる。
【0032】
さらに、従来と同様のエロージョン領域を得るために必要な磁石部分が小さくできる利点が生じる。このため、よりコンパクトなカソードの製作が可能になり、低コスト化が図れる。
【0033】
図4は、本発明の第3の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。第2の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付す。第2の実施形態に比べて内周磁石10Rの形態が異なっている。内周磁石10Rは中央に向かって内側に傾斜した面を有する柱状(例えば円柱)の単一体で構成されている。その他は第2の実施形態と同様である。
【0034】
ここでも、内周磁石10Rと、外周磁石11Qの互いの磁極端部表面は逆極性である。磁力線18は内周磁石10Rから出て、一度広がってからターゲット4表面を出て、再度広がって外周磁石11Qに向かって進む。
【0035】
このような構成によれば、第2の実施形態では複数個の内周磁石10Qが必要であるのに対し、内周磁石10Rという一つの磁石に置き換えられている。これにより、内周磁石の設置面積が第2の実施形態より小さくなる。
【0036】
上記第3の実施形態によっても第1、第2の実施形態と同様な効果が得られる。すなわち、内外周の磁石10R,11Qの磁極端部表面を傾斜させたことにより、磁力線が広がってターゲット4表面に漏れるため、エロージョン領域が広く取れる。すなわち、ターゲット4の利用効率が向上する。
【0037】
さらに、内外周の磁石10R,11Qの磁極端部表面を傾斜させたことで、ターゲット4表面に漏れる磁力線の、ターゲット4に平行な領域が広く取れる。このため、安定した放電が可能になる。従って、成膜の高速性、信頼性向上に寄与する。
【0038】
さらに、従来と同様のエロージョン領域を得るために必要な磁石部分が小さくできる利点が生じる。特に、内周磁石10Rは柱状の単一体で構成されるから、よりコンパクトなカソードの製作が可能になり、低コスト化が図れる。
【0039】
なお、特に図示しないが変形例として、第1、第2、第3の実施形態に関し、内周磁石10(10Q)、外周磁石11(11Q)の少なくともいずれかが環状(リング状、円筒状)の単一体の磁石になっていても(つまり、内外周両磁石とも各々リング状(円筒状)となっていても)本発明の実施は可能であり、本発明の範囲内である。
【0040】
図5は、本発明の第4の実施形態に係るスパッタリングカソードを含むスパッタリング装置の要部構成を示す断面図である。前記図1の第1の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付す。カソード1におけるカソード・ハウジング6は、Oリング12を介して絶縁板7と接し、さらにOリング14を介して真空容器2に取り付けられている。カソード1と真空容器2の取り付けに用いるボルト16は、カソード・ハウジング6に接触しないように絶縁カラー9を介して固定されている。
【0041】
真空容器2は、図示せぬ真空排気系により排気される。また、ガス供給手段により供給されるスパッタリングガスは、ガス導入口GINにより導入される。真空容器2内には、カソード1に取り付けられたターゲット4と対向する位置に基板ホルダー3が配置されている。
【0042】
カソード1にはOリング12を介してバッキングプレート5にボンディングされたターゲット4が取り付けられている。ターゲット4の側面にはアースシールド8が配置されている。真空容器2内の基板ホルダー3には図示せぬ基板保持手段があり、これにより、図示せぬ基板が保持される。
【0043】
ターゲット4の背面には内周磁石20と内外周磁石21が配置されている。ボルト16はグランド電位とし、ボルト15に図示せぬ直流電流により負の電圧を印加する。これにより、ターゲット4の表面付近にはプラズマが発生し、スパッタリングガスがイオン化される。イオン化したスパッタリングガスは、負電位にバイアスされたカソード1に向かい、ターゲット4表面に衝突するため、ターゲット表面から粒子(ターゲット材料)が飛び出す。この飛び出した粒子は基板ホルダー3上にある図示せぬ基板上に成膜される。
【0044】
また、カソードハウジング6とOリング12を介して接触しているバッキングプレート5によってできる空間には冷却水が流れ、スパッタリング中のターゲット4を冷却する。
【0045】
第4の実施形態における本発明の特徴は、カソード・ハウジング6内に配置された内周磁石20と外周磁石21の配置構成である。内周磁石20は二重に囲むように構成され、外周磁石21も二重に囲むように構成されている。以下、このような内周磁石20、外周磁石21を有したスパッタリングカソードについて説明する。
【0046】
図6は本発明のスパッタリングカソードの要部を示す、図5のカソード1の拡大図である。ターゲット4及びバッキングプレート5の背面には、磁石取付板17Fがボルト19によってカソードハウジング6に取り付けられている。磁石取付板17F上には円筒状の内周磁石20A及び外周磁石21Aが配置されている。内周磁石20Aのさらに内周には内周磁石20Aよりも磁極端部がターゲット4から離れた円筒状の磁石20Bが配置されている。また、外周磁石21Aのさらに外周には外周磁石21Aよりも磁極端部がターゲット4から離れた円筒状の磁石21Bが配置されている。
【0047】
上記4種類の磁石はいずれも各円周上に複数個配置されている。また、上記4種類の磁石を磁石取付板17Fへ固定するには、それぞれケースに入れて取り付ける。すなわち、樹脂等で型を作り、磁石を入れ込む。また、穴あきの磁石を用いてボルトなどで取り付けるなどの方法が考えられる。なお、磁石取付板17Fはボルト19によってカソードハウジング6に取り付けられている。
【0048】
ターゲット4表面には、これら内周磁石20及び外周磁石21による磁力線18が通っている。この磁力線18がターゲット4表面に平行になる部分ではイオン化したスパッタリングガスがターゲット4表面に衝突し、ターゲット4から粒子が飛び出す。
【0049】
この第4の実施形態では、内周磁石20はより内側に設けたものほど磁極端部表面とターゲット4との離間距離が大きく(20B)、外周磁石21はより外側に設けたものほど磁極端部表面とターゲット4との離間距離が大きくなっている(21B)。
【0050】
内周磁石20と、外周磁石21の互いの磁極端部表面は逆極性である。磁力線18は内周磁石20Qから出て、一度広がってからターゲット4表面を出て、再度広がって外周磁石11Qに向かって進む。
【0051】
上記実施形態によれば、内外周の磁石20,21をそれぞれ二重に設け、磁極端部に段差をつけて配置したことにより、磁力線が広がってターゲット4表面に漏れるため、エロージョン領域が広く取れる。すなわち、ターゲット4の利用効率が向上する。
【0052】
さらに、内外周の磁石20,21をそれぞれ二重に設け、磁極端部に段差をつけて配置したことで、ターゲット4表面に漏れる磁力線の、ターゲット4に平行な領域が広く取れる。このため、安定した放電が可能になる。従って、成膜の高速性、信頼性向上に寄与する。これにより、高効率に大面積の領域に高い均一性をもって高速に成膜できる。
【0053】
さらに、従来と同様のエロージョン領域を得るために必要な磁石部分が小さくできる利点が生じる。このため、よりコンパクトなカソードの製作が可能になり、低コスト化が図れる。
【0054】
図7は、本発明の第5の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。第4の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付す。内周磁石20及び外周磁石21をそれぞれ2重以上、例えば各3列(三重)とし、第4の実施例と同様に磁力線18の平行な領域を広く取れるよう上記各3列が段差をつけて配置されている。
【0055】
すなわち、内周磁石20は、20C→20D→20Eというように、より内側に設けたものほど、磁極端部表面とターゲット4との離間距離が大きく設定される。かつ、外周側磁石21は、21C→21D→21Eというように、より外側に設けたものほど磁極端部表面とターゲット4との離間距離が大きく設定される。
【0056】
内周磁石20(20C,20D,20E)と、外周磁石21(21C,21D,21E)互いの磁極端部表面は逆極性である。磁力線18は内周磁石20から出て、一度広がってからターゲット4表面を出て、再度広がって外周磁石21に向かって進む。
【0057】
上記実施形態によれば、内外周の磁石20,21をそれぞれ二重以上に設け、磁極端部により細かい段差をつけて配置したことにより、磁力が増大すると共に、磁力線が広がってターゲット4表面に漏れるため、エロージョン領域が広く取れる。すなわち、ターゲット4の利用効率が向上する。
【0058】
さらに、内外周の磁石20,21をそれぞれ二重以上に設け、磁極端部により細かい段差をつけて配置したことで、ターゲット4表面に漏れる磁力線の、ターゲット4に平行な領域が広く取れる。このため、安定した放電が可能になる。従って、成膜の高速性、信頼性向上に寄与する。これにより、高効率に大面積の領域に高い均一性をもって高速に成膜できる。
【0059】
さらに、従来と同様のエロージョン領域を得るために必要な磁石部分が小さくできる利点が生じる。このため、よりコンパクトなカソードの製作が可能になり、低コスト化が図れる。
【0060】
図8は、本発明の第6の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。この実施形態は上記第4、第5の実施形態を変形した構成であり、同様の符号を付している。内周磁石20は図6と同様に2列(20A,20B)で配置され、外周磁石21は図7と同様に3列(21C,21D,21E)で配置されている。
【0061】
図9は、本発明の第7の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。この実施形態は上記第4、第5の実施形態を変形した構成であり、同様の符号を付している。内周磁石20は図7と同様に3列(20C,20D,20E)で配置され、外周磁石21は図6と同様に2列(21A,21B)で配置されている。
【0062】
これら第6、第7の実施形態によっても、上記第4,第5の実施形態で示した構成と同様の作用効果を有するものである。すなわち、ターゲット4におけるエロージョン領域が広く取れ、ターゲット4の利用効率が向上する。さらに、基板への成膜速度向上に寄与する。また、ターゲット4に平行な領域が広く取れるので、安定した放電が可能になり、成膜の信頼性向上に寄与する。さらに、従来と同様のエロージョン領域を得るために必要な磁石部分が小さくできるので、より低コストでコンパクトなカソードの製作が可能になる。
【0063】
図10は、本発明の第8の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。第4の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付す。内周磁石20及び外周磁石21に関し、各々二重に構成され、より内側に設けた内周磁石ほど磁極端部表面とターゲット4との離間距離が大きく(20G)、より外側に設けた外周側磁石ほど磁極端部表面とターゲット4との離間距離が大きい(21G)ことは第4の実施形態と変わりないが、磁石の構成自体に特徴がある。
【0064】
この実施形態では、内周磁石20F,20G及び外周磁石21F,21Gに関し、それぞれ丸型の磁石30,31をターゲット4に近づくように積み重ねた構成となっている。磁石30,31は互いに逆極性で配列し、磁極端部が内/外周磁石で互いに逆極性になるように構成されている。すなわち、樹脂等で型を作り、丸型の磁石を入れ込む。これにより、積み重ねることによる磁力増大を図っている。
【0065】
図11は、本発明の第9の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。内周磁石20に第4の実施形態を、外周磁石21に第8の実施形態を適用した変形例である。このように、内周側磁石、外周側磁石に関し少なくともいずれかは丸型の磁石をターゲット4に近づくように積み重ねた構成としてもよい。もちろん、磁極端部は内/外周磁石で互いに逆極性になるように構成されている。
【0066】
以上各実施形態によれば、スパッタリング装置に各実施形態に示したようなスパッタリングカソードを設けることにより、ターゲット4表面に漏れる磁力線が広がり、ターゲット4に平行な領域が広く取れ、また、エロージョン領域が広く取れる。従って、カソードの小型化、低コスト化がなされつつ、ターゲット4の利用効率の向上と共に、基板への成膜速度向上、安定した放電が得られ、成膜の信頼性向上が期待できる。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ターゲット背面のカソードにおける内/外周磁石を、磁力線が広がってターゲット表面に平行な領域が広く取れるように、また、エロージョン領域が広く取れるように特有な配置、構成としたことによって、ターゲットの利用効率の向上、基板への成膜速度向上、安定した放電等が実現されつつ、高効率に大面積の領域に高い均一性をもって高速に成膜できる、よりコンパクトで低コストな高信頼性のスパッタリングカソード及びスパッタリング装置提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るスパッタリングカソードを含むスパッタリング装置の要部構成を示す断面図である。
【図2】本発明のスパッタリングカソードの要部を示す、図1におけるカソードの拡大図である。
【図3】本発明の第2の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。
【図4】本発明の第3の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。
【図5】本発明の第4の実施形態に係るスパッタリングカソードを含むスパッタリング装置の要部構成を示す断面図である。
【図6】本発明のスパッタリングカソードの要部を示す、図5のカソードの拡大図である。
【図7】本発明の第5の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。
【図8】本発明の第6の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。
【図9】本発明の第7の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。
【図10】本発明の第8の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。
【図11】本発明の第9の実施形態を示すスパッタリングカソードの要部を示す断面図である。
【符号の説明】
1…カソード、2…真空容器、3…基板ホルダー、4…ターゲット、5…バッキングプレート、6…カソード・ハウジング、7…絶縁板、8…アースシールド、9…絶縁カラー、10,20…外周磁石、11,21…内周磁石、12,13,14…Oリング、15,16,19…ボルト、18…磁力線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering apparatus for forming a thin film on a substrate by sputtering, and more particularly to an improvement in a sputtering cathode that functions a target.
[0002]
[Prior art]
The sputtering cathode in the sputtering apparatus is an indispensable element in the magnetron sputtering method in which a substantially parallel magnetic field component is formed on the target and the electric field and the magnetic field are almost orthogonal. A permanent magnet is installed on the back side of the target, and the magnet is magnetized in a direction perpendicular to the target surface.
[0003]
In such a magnet arrangement configuration, the region of the lines of magnetic force parallel to the target surface is narrow, and there has been a limit to the rate of stable discharge and the film formation on the substrate. In addition, if the region of the lines of magnetic force parallel to the target surface is narrow, the erosion (target erosion) region is eventually narrowed. Therefore, the use efficiency of the target is lowered and the manufacturing cost is increased.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional sputtering cathode, in order to widen the region of the lines of magnetic force parallel to the target surface, a larger magnet may be provided and the interval between the inner and outer magnets may be increased.
[0005]
However, if the requirements of the above configuration are followed, the cathode becomes large, resulting in high cost of the sputtering apparatus. Moreover, since the weight of the cathode increases, the maintainability is deteriorated, which is not preferable.
[0006]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and the problem is that a large area of magnetic lines of force parallel to the target surface can be secured without increasing the size of the cathode, thereby improving the utilization efficiency of the target. Another object of the present invention is to provide a sputtering cathode and a sputtering apparatus capable of forming a film with high uniformity and high speed in a large area with high efficiency.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, in the present invention, a cylindrical outer peripheral magnet disposed so as to face the magnetic pole end surface facing the target, and the magnetic pole end surface facing the target inside the outer peripheral magnet. A configuration having a cylindrical inner circumferential magnet arranged so as to face each other is specified as a basic configuration.
[0008]
In addition, about claim 1,
(A) The inner peripheral magnet is a single columnar magnet, and the magnetic pole end surface is inclined so as to go away from the target as it goes inward toward the center as seen from the outer magnet,
(B) The outer peripheral magnet is composed of a plurality of magnets arranged at the outer circumferential position, and is inclined so as to move away from the target as the magnetic pole end surface moves outward as viewed from the inner peripheral magnet.
Identify points.
[0009]
Regarding
(A) The inner circumference magnet has the same configuration as (a) of the second feature point,
(B) The outer peripheral magnet is different in that the second feature point (b) is composed of “a plurality of magnets”, whereas the outer magnet is composed of “one ring-shaped magnet”.
Identify points.
[0010]
Further about
(A) The inner circumferential magnet includes a third portion in which a plurality of round magnets are stacked at an inner circumferential position, and a fourth portion in which a plurality of round magnets are stacked at an outer circumferential position. And the distance between the pole end surface of the inner third portion and the target surface is greater than the outer fourth portion,
(B) The outer peripheral magnet includes a first portion in which a plurality of round magnets are stacked at an inner circumferential position, and a second portion in which a plurality of round magnets are stacked at an outer circumferential position; And the distance between the pole end surface of the outer second portion and the target surface is larger than the inner first portion.
Identify points.
[0011]
Furthermore, about
(A) Instead of the inner peripheral magnet having a configuration in which the fourth feature point (a) “stacks a plurality of round magnets”, “a plurality of magnets at inner and outer inner peripheral positions” With a configuration of
(B) The outer peripheral magnet has the same configuration as (b) of the fourth feature point.
Identify points.
[0013]
According to the present invention, a cylindrical outer peripheral magnet is provided at a circumferential position on the outer side of the cylindrical inner peripheral magnet, and a surface or a step that inclines inward so as to spread the magnetic lines of force passing through the target in the inner peripheral magnet. In addition, a surface of the magnetic pole end that forms the outer surface of the outer peripheral magnet and a surface of the magnetic pole end that forms a step so as to spread outward can be provided. Thus, a compact sputtering cathode can be realized.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main configuration of a sputtering apparatus including a sputtering cathode according to the first embodiment of the present invention. The cathode housing 6 in the cathode 1 is in contact with the
[0015]
The
[0016]
A
[0017]
An inner
[0018]
Further, cooling water flows in a space formed by the
[0019]
The feature of the present invention in the first embodiment is the arrangement configuration of the
[0020]
FIG. 2 is an enlarged view of the cathode 1 of FIG. 1, showing the main part of the sputtering cathode of the present invention. On the back surface of the
[0021]
Lines of
[0022]
In the first embodiment, the inner
[0023]
The magnetic pole end surfaces of the inner
[0024]
According to the embodiment, since the inner and outer
[0025]
Furthermore, by arranging the inner and outer
[0026]
Furthermore, there is an advantage that a magnet portion necessary for obtaining an erosion region similar to the conventional one can be reduced. For this reason, a more compact cathode can be manufactured, and cost can be reduced.
[0027]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main part of the sputtering cathode showing the second embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Each of the inner
[0028]
That is, for each of the inner and outer peripheral magnets, the magnetic pole end closer to the target is slanted, and the magnetic pole end farther from the target is parallel to the target. A plurality of
[0029]
The magnetic pole end surfaces of the inner
[0030]
The effect similar to 1st Embodiment is acquired also by the said embodiment. That is, by tilting the magnetic pole end surfaces of the inner and outer
[0031]
Further, by inclining the magnetic pole end surfaces of the inner and outer
[0032]
Furthermore, there is an advantage that a magnet portion necessary for obtaining an erosion region similar to the conventional one can be reduced. For this reason, a more compact cathode can be manufactured, and cost can be reduced.
[0033]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the main part of the sputtering cathode showing the third embodiment of the present invention. The same parts as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals. The form of the inner
[0034]
Also here, the surfaces of the magnetic pole end portions of the inner
[0035]
According to such a configuration, the second embodiment requires a plurality of inner
[0036]
The third embodiment can provide the same effects as those of the first and second embodiments. That is, by tilting the magnetic pole end surfaces of the inner and
[0037]
Furthermore, by inclining the magnetic pole end surfaces of the inner and outer
[0038]
Furthermore, there is an advantage that a magnet portion necessary for obtaining an erosion region similar to the conventional one can be reduced. In particular, since the inner
[0039]
Although not particularly illustrated, as a modified example, at least one of the inner peripheral magnet 10 (10Q) and the outer peripheral magnet 11 (11Q) is annular (ring shape, cylindrical shape) as a modification example. Even if the magnet is a single magnet (that is, both the inner and outer magnets are ring-shaped (cylindrical)), the present invention can be carried out and is within the scope of the present invention.
[0040]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the main configuration of a sputtering apparatus including a sputtering cathode according to the fourth embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment shown in FIG. The
[0041]
The
[0042]
A
[0043]
An inner
[0044]
Further, cooling water flows in a space formed by the
[0045]
The feature of the present invention in the fourth embodiment is the arrangement configuration of the
[0046]
FIG. 6 is an enlarged view of the cathode 1 of FIG. 5, showing the main part of the sputtering cathode of the present invention. On the back surface of the
[0047]
A plurality of the four types of magnets are arranged on each circumference. Further, in order to fix the four types of magnets to the
[0048]
Lines of
[0049]
In the fourth embodiment, the
[0050]
The magnetic pole end surfaces of the inner
[0051]
According to the above embodiment, the
[0052]
Furthermore, the
[0053]
Furthermore, there is an advantage that a magnet portion necessary for obtaining an erosion region similar to the conventional one can be reduced. For this reason, a more compact cathode can be manufactured, and cost can be reduced.
[0054]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the main part of the sputtering cathode showing the fifth embodiment of the present invention. The same parts as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals. Each of the inner
[0055]
That is, the
[0056]
The inner peripheral magnet 20 (20C, 20D, 20E) and the outer peripheral magnet 21 (21C, 21D, 21E) have opposite polarities on the surfaces of the magnetic pole ends. The
[0057]
According to the above embodiment, the
[0058]
Furthermore, by providing the inner and
[0059]
Furthermore, there is an advantage that a magnet portion necessary for obtaining an erosion region similar to the conventional one can be reduced. For this reason, a more compact cathode can be manufactured, and cost can be reduced.
[0060]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the main part of the sputtering cathode according to the sixth embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the fourth and fifth embodiments, and is given the same reference numerals. The inner
[0061]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the main part of the sputtering cathode according to the seventh embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the fourth and fifth embodiments, and is given the same reference numerals. The
[0062]
These sixth and seventh embodiments also have the same effects as the configurations shown in the fourth and fifth embodiments. That is, the erosion area in the
[0063]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the main part of the sputtering cathode showing the eighth embodiment of the present invention. The same parts as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals. Regarding the inner
[0064]
In this embodiment, the inner
[0065]
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the main part of the sputtering cathode showing the ninth embodiment of the present invention. This is a modification in which the fourth embodiment is applied to the inner
[0066]
As described above, according to each embodiment, by providing the sputtering apparatus with a sputtering cathode as shown in each embodiment, the lines of magnetic force leaking to the surface of the
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the inner / outer peripheral magnets in the cathode on the back surface of the target are unique so that the magnetic lines of force are widened so that a region parallel to the target surface can be widened and the erosion region can be widened. By adopting the arrangement and configuration, it is possible to perform high-speed film formation with high uniformity and high uniformity in a large area area while realizing improvement in target utilization efficiency, improvement in film formation rate on the substrate, stable discharge, etc. A highly reliable sputtering cathode and sputtering apparatus that are more compact and low-cost can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main configuration of a sputtering apparatus including a sputtering cathode according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the cathode in FIG. 1, showing the main part of the sputtering cathode of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part of a sputtering cathode showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a sputtering cathode showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the main configuration of a sputtering apparatus including a sputtering cathode according to a fourth embodiment of the present invention.
6 is an enlarged view of the cathode of FIG. 5, showing the main part of the sputtering cathode of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of a sputtering cathode showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a main part of a sputtering cathode showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a main part of a sputtering cathode showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a main part of a sputtering cathode showing an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main part of a sputtering cathode according to a ninth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cathode, 2 ... Vacuum container, 3 ... Substrate holder, 4 ... Target, 5 ... Backing plate, 6 ... Cathode housing, 7 ... Insulating plate, 8 ... Earth shield, 9 ... Insulating collar, 10, 20 ... Outer
Claims (5)
当該外周磁石の内側に上記ターゲットに磁極端部表面を対向させるように配設された円柱形状の内周磁石と
を具え、
上記外周磁石は、磁極端部表面が上記内周磁石からみて外側に行くに従って、上記ターゲットから離れて行くように傾斜した複数の磁石を外側の円周位置に配設してなり、
上記内周磁石は、磁極端部表面が上記外周磁石からみて中央に向って内側に行くに従って、上記ターゲットから離れて行くように傾斜した柱状の1つの磁石でなる
ことを特徴とするスパッタリングカソード。 A cylindrical outer magnet arranged so that the surface of the magnetic pole end faces the target;
A cylindrical inner peripheral magnet disposed inside the outer peripheral magnet so that the surface of the magnetic pole end faces the target;
With
The outer peripheral magnet is provided with a plurality of magnets that are inclined so as to go away from the target as the surface of the magnetic pole end portion goes outward as viewed from the inner peripheral magnet,
The inner peripheral magnet is a single columnar magnet that is inclined so as to move away from the target as the surface of the magnetic pole end portion goes inward toward the center as viewed from the outer peripheral magnet.
A sputtering cathode characterized by that .
当該外周磁石の内側に上記ターゲットに磁極端部表面を対向させるように配設された円柱形状の内周磁石と
を具え、
上記外周磁石は、磁極端部表面が上記内周磁石からみて外側に行くに従って、上記ターゲットから離れて行くように傾斜した1つのリング状の磁石を外側の円周位置に配設してなり、
上記内周磁石は、磁極端部表面が上記外周磁石からみて中央に向って内側に行くに従って、上記ターゲットから離れて行くように傾斜した柱状の1つの磁石でなる
ことを特徴とするスパッタリングカソード。 A cylindrical outer magnet arranged so that the surface of the magnetic pole end faces the target;
A cylindrical inner peripheral magnet disposed inside the outer peripheral magnet so that the surface of the magnetic pole end faces the target;
With
The outer peripheral magnet is provided with one ring-shaped magnet that is inclined so as to go away from the target as the surface of the magnetic pole end portion moves outward as viewed from the inner peripheral magnet, at the outer circumferential position,
The inner peripheral magnet is a single columnar magnet that is inclined so as to move away from the target as the surface of the magnetic pole end portion goes inward toward the center as viewed from the outer peripheral magnet.
A sputtering cathode characterized by that .
当該外周磁石の内側に上記ターゲットに磁極端部表面を対向させるように配設された円柱形状の内周磁石と
を具え、
上記が外周磁石は、内側の円周位置に複数の丸型の磁石をターゲットに近づくように積み重ねてなる第1の部分と、上記第1の部分の外側の円周位置に複数の丸型の磁石をターゲットに近づくように積み重ねてなる第2の部分とを有し、上記第2の部分の上記ターゲットに対向する磁極端部表面の上記ターゲットの表面との間の距離は、上記第1の部分の上記ターゲットに対向する磁極端部表面の上記ターゲットの表面との間の距離より大きく、
上記が内周磁石は、内側の円周位置に複数の丸型の磁石をターゲットに近づくように積み重ねてなる第3の部分と、上記第3の部分の外側の円周位置に複数の丸型の磁石をターゲットに近づくように積み重ねてなる第4の部分とを有し、上記第3の部分の上記ターゲットに対向する磁極端部表面の上記ターゲットの表面との間の距離は、上記第4の部分の上記ターゲットに対向する磁極端部表面の上記ターゲットの表面との間の距離より大きい
ことを特徴とするスパッタリングカソード。 A cylindrical outer magnet arranged so that the surface of the magnet end faces the target;
A cylindrical inner peripheral magnet disposed inside the outer peripheral magnet so that the surface of the magnetic pole end faces the target;
With
In the outer magnet, a plurality of round magnets are stacked at inner circumferential positions so as to approach the target, and a plurality of round magnets are disposed at outer circumferential positions of the first part. A second portion formed by stacking magnets so as to approach the target, and the distance between the surface of the magnetic pole end facing the target of the second portion and the surface of the target is the first portion. Greater than the distance between the surface of the pole tip surface facing the target of the portion and the surface of the target,
The above inner magnet has a plurality of round magnets stacked at inner circumferential positions so as to approach a target, and a plurality of round magnets at outer circumferential positions of the third part. The fourth portion is formed by stacking the magnets so as to approach the target, and the distance between the surface of the magnetic pole end portion facing the target of the third portion and the surface of the target is the fourth portion. Greater than the distance between the surface of the magnetic pole end facing the target and the surface of the target
A sputtering cathode characterized by that .
当該外周磁石の内側に上記ターゲットに磁極端部表面を対向させるように配設された円柱形状の内周磁石と
を具え、
上記が外周磁石は、内側の円周位置に複数の丸型の磁石をターゲットに近づくように積み重ねてなる第1の部分と、上記第1の部分の外側の円周位置に複数の丸型の磁石をターゲットに近づくように積み重ねてなる第2の部分とを有し、上記第2の部分の上記ターゲットに対向する磁極端部表面の上記ターゲットの表面との間の距離は、上記第1の部分の上記ターゲットに対向する磁極端部表面の上記ターゲットの表面との間の距離より大きく、
上記内周磁石は、内側の円周位置に複数の磁石を配設してなる第3の部分と、上記第3の部分の外側の円周位置に複数の磁石を配設してなる第4の部分とを有し、上記第3の部分の上記ターゲットに対向する磁極端部表面の上記ターゲットの表面との間の距離は、上記第4の部分の上記ターゲットに対向する時極端部表面の上記ターゲットの表面との間の距離より大きい
ことを特徴とするスパッタリングカソード。 A cylindrical outer magnet arranged so that the surface of the magnet end faces the target;
A cylindrical inner peripheral magnet disposed inside the outer peripheral magnet so that the surface of the magnetic pole end faces the target;
With
In the outer magnet, a plurality of round magnets are stacked at inner circumferential positions so as to approach the target, and a plurality of round magnets are disposed at outer circumferential positions of the first part. A second portion formed by stacking magnets so as to approach the target, and the distance between the surface of the magnetic pole end facing the target of the second portion and the surface of the target is the first portion. Greater than the distance between the surface of the pole tip surface facing the target of the portion and the surface of the target,
The inner circumferential magnet includes a third portion in which a plurality of magnets are disposed at an inner circumferential position, and a fourth portion in which a plurality of magnets are disposed at an outer circumferential position of the third portion. The distance between the surface of the magnetic pole end portion facing the target of the third portion and the surface of the target of the third portion is that of the surface of the extreme portion facing the target of the fourth portion. Greater than the distance between the target surface
A sputtering cathode characterized by that .
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