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JPH0826454B2 - Magnetron sputtering equipment - Google Patents
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JPH0826454B2 - Magnetron sputtering equipment - Google Patents

Magnetron sputtering equipment

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JPH0826454B2
JPH0826454B2 JP62263655A JP26365587A JPH0826454B2 JP H0826454 B2 JPH0826454 B2 JP H0826454B2 JP 62263655 A JP62263655 A JP 62263655A JP 26365587 A JP26365587 A JP 26365587A JP H0826454 B2 JPH0826454 B2 JP H0826454B2
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target
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magnetic circuit
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ターゲット支持台に内蔵する永久磁石磁気
回路により、大きな強磁界領域を発生させ、広いスパッ
タ領域を得るマグネトロンスパッタ装置に関するもので
ある。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus that generates a large strong magnetic field region by a permanent magnet magnetic circuit built in a target support table to obtain a wide sputtering region. .

[従来の技術] マグネトロンスパッタ装置は、第7図に示すように、
スパッタガス導入管2および排気装置3を備えた真空容
器1内に、ターゲット4および磁気回路を内蔵したター
ゲット支持台5と、これに対抗して薄膜を形成すべき基
板6が基板ホルダー7によって保持されている。
[Prior Art] As shown in FIG.
A target holder 5 having a target 4 and a magnetic circuit built therein and a substrate 6 on which a thin film is to be formed against the target 4 are held by a substrate holder 7 in a vacuum container 1 having a sputter gas introduction tube 2 and an exhaust device 3. Has been done.

このようなマグネトロンスパッタ装置を用いて基板6
表面に薄膜を形成するには、真空容器1内を排気装置3
により真空排気した後、アルゴンガスなどのスパッタガ
スをスパッタガス導入管7より導入した後、ターゲット
4に所定電圧を印加する。このとき発生したスパッタガ
スプラズマはターゲット支持台5に内蔵された環状磁石
と中央磁石よりなる磁気回路の発生する磁界に集束され
て、ターゲット4に衝突することにより、その表面のス
パッタ物質がスパッタされて基板6上に大きな堆積速度
で薄膜を生成する。また磁気回路として磁石に外側と内
側に磁極を持つ環状磁石と、磁極の両側に磁性体を配置
して磁界を発生させる場合があるが、この構成の磁気回
路では環状磁石が発生する磁界が磁気回路のターゲット
の無い側にターゲット側とほぼ同じだけ発生し、磁界の
発生効率が非常に悪い。
The substrate 6 is formed by using such a magnetron sputtering device.
In order to form a thin film on the surface, the exhaust device 3
After evacuation by, a sputter gas such as argon gas is introduced through the sputter gas introduction pipe 7, and then a predetermined voltage is applied to the target 4. The sputter gas plasma generated at this time is focused on a magnetic field generated by a magnetic circuit composed of an annular magnet and a central magnet built in the target support 5 and collides with the target 4 to sputter the sputtered material on the surface thereof. To form a thin film on the substrate 6 at a high deposition rate. Also, as a magnetic circuit, an annular magnet having magnetic poles on the outer and inner sides of the magnet and magnetic bodies may be arranged on both sides of the magnetic pole to generate a magnetic field. Almost the same amount as the target side is generated on the side of the circuit where there is no target, and the magnetic field generation efficiency is very poor.

[発明が解決しようとする問題点] 従来のようなマグネトロンスパッタ装置においては、
ターゲット支持台に内蔵した磁石により発生する磁界の
ターゲット中央から外側もしくは外側から内側に向い、
ターゲット表面と平行な成分(以下BRとする)によっ
て、ガスプラズマが集束されてスパッタされることか
ら、ターゲット上の環状強磁界領域にガスプラズマが集
り、この領域が局所的にスパッタされて、浸食された環
状エロージョン領域となり、その他の領域はほとんどス
パッタされない領域である。
[Problems to be Solved by the Invention] In a conventional magnetron sputtering apparatus,
The magnetic field generated by the magnet built into the target support stands from the center of the target to the outside or from the outside to the inside,
The gas plasma is focused and sputtered by a component parallel to the target surface (hereinafter referred to as B R ), so that the gas plasma gathers in the annular strong magnetic field region on the target and this region is locally sputtered. It becomes an eroded annular erosion region, and the other regions are regions which are hardly sputtered.

ここで強磁界領域とは、ターゲット表面でBRがその最
大値の80%以上の磁界強度を示す領域のことである。
Here a strong magnetic field region and is that B R with the target surface of the indicated area of 80% or more of the field strength of its maximum value.

これを図面によって説明すると、第8図はターゲット
支持台5に内蔵される磁石回路の一例であって、バック
ヨーク8の上に中央円筒磁石9とこれを取り囲んで環状
磁石10が配置されている。この磁石回路の位置とBRとの
関係を示したグラフが第9図である。ここで表われる強
磁界領域を平面図で示すと第10図のとおりで、その領域
はターゲット表面積の35%である。この環状の強磁界領
域に前述のガスプラズマが集まり、環状エロージョン領
域となる。
This will be described with reference to the drawings. FIG. 8 shows an example of a magnet circuit built in the target support base 5, in which a central cylindrical magnet 9 and an annular magnet 10 surrounding the central cylindrical magnet 9 are arranged on the back yoke 8. . FIG. 9 is a graph showing the relationship between the position of this magnet circuit and B R. A plan view of the strong magnetic field region shown here is as shown in FIG. 10, and the region is 35% of the target surface area. The above-mentioned gas plasma collects in this annular strong magnetic field region to form an annular erosion region.

第11図は各磁石が角型の場合の例で、第12図はそのBR
の分布グラフ、第13図は同強磁性領域領域の平面図で、
その領域はターゲット表面積の32%である。
Fig. 11 shows an example where each magnet is square, and Fig. 12 shows its B R
The distribution graph of Fig. 13 is a plan view of the same ferromagnetic region,
The area is 32% of the target surface area.

ターゲットの寿命はこの環状エロージョン領域の深さ
がターゲット支持台またはターゲットバックプレートに
達するまでであり、使用不能となったターゲットはエロ
ージョン領域以外の未使用部分が多く残留する。
The life of the target is until the depth of the annular erosion region reaches the target support or the target back plate, and the unusable target has many unused portions other than the erosion region.

また、スパッタされる領域が強磁界領域であるエロー
ジョン領域に限定されるため、薄膜生成速度を低下させ
る原因にもなっている。
Further, since the area to be sputtered is limited to the erosion area which is the strong magnetic field area, it also causes a decrease in the thin film formation rate.

そこで、本発明ではターゲットの未使用領域が少な
く、成膜速度の大きいマグネトロンスパッタ装置を提供
せんとするものである。
Therefore, the present invention intends to provide a magnetron sputtering apparatus having a small target unused area and a high film formation rate.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、真空容器内に配置されたターゲットと、タ
ーゲット表面近傍に磁界を発生する手段を備えるマグネ
トロンスパッタ装置において、磁界発生用の磁気回路
が、中央磁石、環状磁石及び外周から中央方向で、かつ
ターゲット表面と平行な着磁方向を持つ環状磁石より構
成されていることを特徴とするマグネトロンスパッタ装
置である。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a magnetron sputtering apparatus equipped with a target arranged in a vacuum container and a means for generating a magnetic field in the vicinity of the target surface. The magnetron sputtering apparatus comprises an annular magnet and an annular magnet having a magnetizing direction parallel to the target surface and in the central direction from the outer circumference.

上記において、中央磁石および各環状磁石が角型に形
成されていてもよい。
In the above, the central magnet and each annular magnet may be formed in a square shape.

かかる磁気回路は、従来の磁気回路に比して、外周か
ら中央方向でかつターゲット表面と平行な着磁方向を持
つ環状磁石をさらに配置することによって、前記強磁界
領域がターゲット表面積の40%以上ある磁気回路とした
ものである。
Such a magnetic circuit, as compared with the conventional magnetic circuit, by further disposing an annular magnet having a magnetizing direction in the central direction from the outer periphery and parallel to the target surface, the strong magnetic field region is 40% or more of the target surface area. It is a magnetic circuit.

[作用] 本発明は、ターゲット支持台に内蔵される磁気回路に
よって、広い強磁界領域を発生させて、ターゲットの未
使用領域を少なくし、成膜速度を大とする。
[Operation] According to the present invention, a wide magnetic field region is generated by the magnetic circuit built in the target support, the unused region of the target is reduced, and the film formation rate is increased.

[実施例] 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。
Embodiments Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本発明はターゲット支持台内の磁気回路の構成に主た
る特徴があり、他は第7図と同様の構造であるから、説
明は磁気回路のみで行なう。なお、実施例は代表例を示
すもので、本発明の範囲を限定するものではなく、勿論
他にも本発明の範囲内の実施例は存在する。
The present invention has a main feature in the structure of the magnetic circuit in the target support and has the same structure as that shown in FIG. 7 except that the description will be given only with respect to the magnetic circuit. It should be noted that the examples show representative examples, and do not limit the scope of the present invention. Of course, there are other examples within the scope of the present invention.

実施例1 第1図の丸型ターゲット用磁気回路の構成図であり、
図中矢印は磁石の磁化方向を示す。
1 is a configuration diagram of a magnetic circuit for a round target of FIG.
The arrow in the figure indicates the magnetization direction of the magnet.

磁気回路中心位置にターゲット表面と垂直な着磁方向
を持つ中央磁石11が配置され、その外周位置に、中央磁
石11と着磁方向を逆にした円環状磁石12を配置し、さら
に中央磁石11と円環状磁石12との上部にさし渡すよう
に、ターゲットの表面に平行かつ外周から中央方向に着
磁方向を持つ環状磁石13を配置する。8はバックヨーク
で、漏洩磁界を防ぐために磁気回路下面に配置される。
磁気回路に使用する磁石は保磁力が充分に大きいことが
必要である。
A central magnet 11 having a magnetizing direction perpendicular to the target surface is arranged at the center of the magnetic circuit, and an annular magnet 12 whose magnetizing direction is opposite to that of the central magnet 11 is arranged at the outer peripheral position thereof. A ring magnet 13 is arranged in parallel with the surface of the target and having a magnetizing direction from the outer circumference to the center so as to be passed over the ring magnet 12 and the ring magnet 12. A back yoke 8 is arranged on the lower surface of the magnetic circuit to prevent a leakage magnetic field.
The magnet used in the magnetic circuit must have a sufficiently large coercive force.

磁束の流れを説明すると、環状磁石13の内側から出た
磁束は、中央磁石11に入り、中央磁石11自体の磁束に誘
導され中央磁石11が発生した磁束と共に図1断面図の上
方に向かう。これら磁束は環状磁石13の外側の磁極に入
り、中央磁石11が発生した磁束については環状磁石12の
磁束に誘導されたバックヨーク8を通過して中央磁石の
下側に入る。従って、実施例の磁気回路の構成では磁束
は必ず磁気回路上方を一旦経過するのですべての磁束が
ターゲット側に現れる。
The flow of the magnetic flux will be described. The magnetic flux emitted from the inside of the annular magnet 13 enters the central magnet 11, and is guided by the magnetic flux of the central magnet 11 itself and goes upward in the sectional view of FIG. 1 together with the magnetic flux generated by the central magnet 11. These magnetic fluxes enter the magnetic poles outside the annular magnet 13, and the magnetic flux generated by the central magnet 11 passes through the back yoke 8 induced by the magnetic flux of the annular magnet 12 and enters the lower side of the central magnet. Therefore, in the configuration of the magnetic circuit of the embodiment, the magnetic flux always passes above the magnetic circuit, so that all the magnetic flux appears on the target side.

ターゲット表面は磁気回路上面より12mm上方に位置し
ており、その面上におけるBRの分布及び強磁界領域を第
2図に示し、第3図は強磁界領域の平面図を示す。本実
施例での強磁界領域は全ターゲット表面積の47%であ
る。
The target surface is located in 12mm above the magnetic circuit upper surface, shows a distribution and a strong magnetic field area of the B R on the surface in FIG. 2, FIG. 3 shows a plan view of the strong magnetic field area. The strong magnetic field region in this example is 47% of the total target surface area.

実施例2 第4図は角型ターゲット用磁気回路の構成図であり、
磁気回路中心位置にターゲット表面と垂直な磁化を持つ
角型中央磁石14が配置され、その外周位置に角型中央磁
石14と着磁方向を逆にした角環状磁石15を配置し、さら
に角型中央磁石14と角環状磁石15との上部にさし渡すよ
うに、ターゲットの表面に平行かつ外周から中央方向に
着磁方向を持つ角環状磁石16は配置する。8はバックヨ
ークである。
Example 2 FIG. 4 is a configuration diagram of a magnetic circuit for a rectangular target,
A square central magnet 14 having a magnetization perpendicular to the target surface is arranged at the center of the magnetic circuit, and a square central magnet 14 and a square annular magnet 15 whose magnetization direction is opposite are arranged at the outer peripheral position of the square central magnet 14. A rectangular ring magnet 16 is arranged parallel to the surface of the target and having a magnetizing direction from the outer periphery to the center direction so as to pass over the central magnet 14 and the rectangular ring magnet 15. 8 is a back yoke.

第5図は第4図のA−A′線上のBRの分布及び強磁界
領域を示すグラフで、第6図はその強磁界領域の平面図
である。本実施例での強磁界領域は全ターゲット表面積
の42%である。
FIG. 5 is a graph showing the distribution of B R and the strong magnetic field region on the line AA ′ in FIG. 4, and FIG. 6 is a plan view of the strong magnetic field region. The strong magnetic field region in this example is 42% of the total target surface area.

[発明の効果] 本発明のマグネトロンスパッタ装置は、例えば表面の
強磁界領域が従来品と比較して約1.3〜1.8倍となり、ス
パッタされるエロージョン領域がこれに従って大きくな
って、ターゲットの未使用部分が減少し、利用効率が向
上し、さらに高い成膜速度が得られる。したがって、半
導体集積回路、磁気記録媒体の製造に適用してすぐれた
効果を得ることができる。又、本発明における磁気回路
は強磁場を広い範囲で発生するので、磁気回路の構成そ
のものは、例えば磁気浮上MRIの磁気回路等にも適用で
きる。
[Effects of the Invention] In the magnetron sputtering apparatus of the present invention, for example, the strong magnetic field region on the surface is about 1.3 to 1.8 times as large as that of the conventional product, and the erosion region to be sputtered increases accordingly, so that the target unused portion Is reduced, utilization efficiency is improved, and a higher film formation rate is obtained. Therefore, excellent effects can be obtained when applied to the manufacture of semiconductor integrated circuits and magnetic recording media. Further, since the magnetic circuit of the present invention generates a strong magnetic field in a wide range, the configuration of the magnetic circuit itself can be applied to, for example, a magnetic circuit of magnetic levitation MRI.

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

第1図は本発明の実施例の磁気回路の構成図、第2図は
同BRの分布グラフ、第3図は同強磁界領域の平面図、第
4図は他の実施例の磁気回路の構成図、第5図は同BR
分布グラフ、第6図は同強磁界領域の平面図、第7図は
マグネトロンスパッタ装置の概念図、第8図は従来の磁
気回路の構成図、第9図は同BRの分布グラフ、第10図は
同強磁界領域の平面図、第11図は他の従来例の磁気回路
の構成図、第12図は同BRの分布グラフ、第13図は同強磁
界領域の平面図である。 1…真空容器、2…スパッタガス導入管 3…排気装置、4…ターゲット 5…ターゲット支持台、6…基板 7…基板ホルダー、8…バックヨーク 9…中央円筒磁石、10…環状磁石 11…中央磁石、12…円環状磁石 13…環状磁石、14…角型中央磁石 15…角環状磁石、16…角環状磁石
Configuration diagram of a magnetic circuit of the embodiment of Figure 1 the present invention, the distribution graph of Figure 2 is the same B R, FIG. 3 is a plan view of the strong magnetic field area, the magnetic circuit of Figure 4 is another embodiment FIG. 5, FIG. 5 is a distribution graph of B R , FIG. 6 is a plan view of the same strong magnetic field region, FIG. 7 is a conceptual diagram of a magnetron sputtering apparatus, FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional magnetic circuit, FIG. 9 is a distribution graph of the same B R , FIG. 10 is a plan view of the same strong magnetic field region, FIG. 11 is a configuration diagram of another conventional magnetic circuit, and FIG. 12 is a distribution graph of the same B R. FIG. 13 is a plan view of the same strong magnetic field region. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container, 2 ... Sputtering gas introduction pipe 3 ... Exhaust device, 4 ... Target 5 ... Target support stand, 6 ... Substrate 7 ... Substrate holder, 8 ... Back yoke 9 ... Central cylindrical magnet, 10 ... Annular magnet 11 ... Central Magnet, 12 ... Annular magnet 13 ... Annular magnet, 14 ... Square central magnet 15 ... Square annular magnet, 16 ... Square annular magnet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3205 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/3205

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空容器内に配置されたターゲットと、タ
ーゲット表面近傍に磁界を発生する手段を備えるマグネ
トロンスパッタ装置において、磁界発生用の磁気回路
が、中央磁石、環状磁石及び外周から中央方向で、かつ
ターゲット表面と平行な着磁方向を持つ環状磁石より構
成されてい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 comprising a target arranged in a vacuum container and means for generating a magnetic field in the vicinity of the target surface, wherein a magnetic circuit for generating a magnetic field has a central magnet, an annular magnet and an outer periphery in a central direction. And a magnetron sputtering apparatus comprising an annular magnet having a magnetization direction parallel to the target surface.
【請求項2】各磁石が角型に構成されている特許請求の
範囲第(1)項記載のマグネトロンスパッタ装置。
2. A magnetron sputtering apparatus as set forth in claim 1, wherein each magnet has a rectangular shape.
【請求項3】強磁界領域が、ターゲット表面積の40%以
上ある磁気回路をもつ特許請求の範囲第(1)項又は第
(2)項記載のマグネトロンスパッタ装置。
3. A magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the strong magnetic field region has a magnetic circuit having a target surface area of 40% or more.
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