JP2008297577A - Magnetron sputtering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はターゲット上に磁界を形成してスパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング装置に関し、特にターゲットのエロージョン形成領域が広く材料利用効率の高いマグネトロンスパッタリング装置に関するものである。 The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus that performs sputtering by forming a magnetic field on a target, and more particularly to a magnetron sputtering apparatus that has a wide erosion formation region of a target and high material utilization efficiency.
スパッタリング装置は、スパッタリング法を用いてガラス、セラミックス、プラスチック、金属、その他の材料表面に金属等の薄膜を形成するものであり、光情報記録媒体、半導体デバイス、電気電子部品、その他、様々な分野における成膜装置として広く使用されている。 Sputtering equipment forms thin films such as metals on the surface of glass, ceramics, plastics, metals, and other materials using a sputtering method. Optical information recording media, semiconductor devices, electrical and electronic components, and other various fields Is widely used as a film forming apparatus.
これらスパッタリング装置には様々な機構を有するものが知られているが、中でもターゲット上に磁界を生じさせこの磁界によりターゲット近傍にプラズマの高密度領域を形成するマグネトロンスパッタリング装置は、成膜効率に優れ、高い成膜速度が得られることから、近年のスパッタリング装置の主流となっている。 These sputtering apparatuses are known to have various mechanisms. Among them, a magnetron sputtering apparatus that generates a magnetic field on a target and forms a high-density region of plasma near the target by this magnetic field is excellent in film formation efficiency. Since a high deposition rate can be obtained, it has become the mainstream of recent sputtering apparatuses.
ここで、一般的なマグネトロンスパッタリング装置の構成の概略を、図8を用いて説明する。図8に示す、従来のマグネトロンスパッタリング装置40の真空チャンバ10には、真空ポンプが接続され真空チャンバ10内の気体を排気するための排気口11と、アルゴン等の不活性ガスや所定の混合ガス等を導入するためのガス導入路12を有している。
Here, an outline of a configuration of a general magnetron sputtering apparatus will be described with reference to FIG. The
真空チャンバ10内の一方には、基板などのワーク13を取り付けることが可能なワーク保持部を有するアノード電極14が設けられ、またアノード電極14に対向する位置にはカソード電極16が配置される。カソード電極16は磁界形成部20を内在するカソード筺体16aに支持されると共に、ターゲット15をカソード電極16上の平坦な保持面に設置することができる。
One side of the
カソード筺体16aは真空チャンバ10のカソードシールド部10aに、図示しない絶縁材を介して固定される。このとき、カソード電極16の保持面上に設置されたターゲット15を、カソードシールド部10aの開口部から真空チャンバ10内に向け露出するようにする。また、カソード電極16にはカソード筺体16aを介して電源19が接続されると共に、アノード電極14を真空チャンバ10を介して接地することで、両電極間に電圧を印加することが可能となる。
The
カソード筺体16a内の磁界形成部20は、ターゲット15が円形である場合には、円板状のヨーク32の中央に円柱状の永久磁石22を、その周囲に円環状の永久磁石23をそれぞれ固定して形成する。このときの永久磁石22、23の極性は中央の永久磁石22のN極をターゲット15側に、また周囲の永久磁石23のS極をターゲット15側とする。尚、永久磁石22、23としては、FeNdB(鉄・ネオジム・ボロン)、CoSm(コバルト・サマリウム)などの強い磁力を有する希土類磁石等を用いることが好ましい。そして、永久磁石22、23によって生じる磁界がターゲット15表面上に漏れるように、磁界形成部20をカソード電極16下に近接して設置する。更に、通常カソード筺体16a内には冷却水8を流動させ、カソード電極16を介してターゲット15を冷却する冷却部が設けられる。尚、図8及び後述する図1〜図7中の破線は磁界形成部によって生じる磁力線を模式的に表すものとする。
When the
このマグネトロンスパッタリング装置40を稼動してワーク13の表面に所定の薄膜を成膜するためには、先ず、所定のワーク13をアノード電極14に、また所定のターゲット15をカソード電極16の保持面に設置する。次に、真空チャンバ10内の空気を排気口11を通じて排気した後、ガス導入路12から所定のガスを導入することで真空チャンバ10内を低圧のガス雰囲気とする。
In order to operate the
次に、電源19によりカソード電極16とアノード電極14の間に所定の電力を印加する。これにより、カソード電極16とアノード電極14との間にグロー放電が生じ、真空チャンバ10内にプラズマが発生する。発生したプラズマは磁界形成部20からの磁界によってターゲット15の表面上に閉じ込められて収束し、プラズマの高密度領域を形成する。そして、このプラズマ中の正イオンは陰極であるカソード電極16側に引き寄せられ、カソード電極16上に配置されたターゲット15の表面に衝突する。この衝突によりターゲット15の原子がはじき出され、アノード電極14側に保持されているワーク13の表面に付着、堆積する。これにより、ワーク13の表面に所定の薄膜が成膜される。
Next, a predetermined power is applied between the
このように、マグネトロンスパッタリング装置は、ターゲット15の表面上にプラズマの高密度領域を形成し、プラズマ中の正イオンを効率良くターゲット15に衝突させるため、優れた成膜効率と高い成膜速度を得ることができる。
As described above, the magnetron sputtering apparatus forms a high-density region of plasma on the surface of the
上記のようなマグネトロンスパッタリング装置の例として、下記[特許文献1]に開示された考案では、特殊な構造の磁界形成部を設計し、ターゲットの表面上に強いトロイダル磁界を形成して成膜効率を更に向上させている。 As an example of the magnetron sputtering apparatus as described above, in the device disclosed in [Patent Document 1] below, a magnetic field forming unit having a special structure is designed, and a strong toroidal magnetic field is formed on the surface of the target to form a film formation efficiency. Is further improved.
しかしながら、マグネトロンスパッタリング装置は、プラズマの高密度領域の下に位置するターゲット15平面内の狭い領域のみを集中してスパッタリングするため、この領域が選択的に削られてエロージョンと呼ばれる溝が部分的に形成されてしまいターゲット15が短時間で使用できなくなる。つまり、マグネトロンスパッタリング装置は成膜効率に優れ、高い成膜速度を有している反面、ターゲット15の特定部分しかスパッタリングに用いられず、ターゲット15の利用効率が極めて悪いという問題点を有している。
However, since the magnetron sputtering apparatus concentrates and sputtering only a narrow region in the plane of the
この問題に対して、下記[特許文献2]に開示された発明では、ターゲットのサイズよりも小さい磁界形成部(特許文献2における第1磁石、第2磁石)を支持台の中心から所定の距離だけずらして固定し、磁界形成部を支持台の中心を軸に偏心運動させる機構を備えている。この機構により[特許文献2]に開示された発明は、プラズマの高密度領域の形成位置を変化させることが可能となり、ターゲットが局所的に削られることを防止して、ターゲットの利用効率の向上を図っている。 With respect to this problem, in the invention disclosed in the following [Patent Document 2], a magnetic field forming unit (first magnet and second magnet in Patent Document 2) smaller than the target size is a predetermined distance from the center of the support base. A mechanism for shifting the magnetic field forming portion eccentrically about the center of the support base is provided. With this mechanism, the invention disclosed in [Patent Document 2] makes it possible to change the formation position of the high-density region of the plasma, and prevents the target from being locally scraped, thereby improving the utilization efficiency of the target. I am trying.
また、下記[特許文献3]に開示された発明では、磁界形成部(特許文献3におけるヨーク型永久磁石)を構成する永久磁石の各々の磁力や配置位置、及び磁界形成部の磁極面をターゲット面に対して傾斜して配置するなどして、[特許文献2]同様、プラズマの高密度領域の形成位置を変化させ、ターゲットの利用効率の向上を図っている。 In the invention disclosed in [Patent Document 3] below, the magnetic force and arrangement position of each of the permanent magnets constituting the magnetic field forming unit (the yoke-type permanent magnet in Patent Document 3) and the magnetic pole surface of the magnetic field forming unit are targeted. As in [Patent Document 2], the formation position of the high-density region of the plasma is changed so as to improve the utilization efficiency of the target by disposing it with respect to the surface.
しかしながら、[特許文献2]に開示された発明では、プラズマの高密度領域の形成位置は磁界形成部20よりも内側であり、磁界形成部20を回転したとしても、ターゲット15の外縁部周辺をスパッタリングに用いることはできない。
However, in the invention disclosed in [Patent Document 2], the formation position of the plasma high-density region is inside the magnetic
また、[特許文献3]に開示された発明では、磁界形成部を構成する永久磁石の磁力に差を設けることで、ターゲットの表面上に形成する磁界を外側に広げているが、ターゲットの外縁部周辺をスパッタリングに用いるには不十分である。また、磁界形成部の磁極面をターゲット面に対して傾斜して配置したり、磁界形成部を構成する磁石の高さに傾斜を設け、ターゲットの表面上に形成する磁界をターゲットの外縁部周辺にまで広げているが、磁界形成部を構成する永久磁石、特に磁界形成部の中央に位置する永久磁石がターゲットから離間することとなり、ターゲットの表面上に形成する磁界の強度が低下してスパッタリングの効率が悪化する虞がある。 In the invention disclosed in [Patent Document 3], the magnetic field formed on the surface of the target is expanded outward by providing a difference in the magnetic force of the permanent magnets constituting the magnetic field forming unit. This is insufficient to use the periphery of the part for sputtering. In addition, the magnetic pole surface of the magnetic field forming part is arranged to be inclined with respect to the target surface, or the height of the magnet constituting the magnetic field forming part is inclined so that the magnetic field formed on the surface of the target is around the periphery of the target. However, the permanent magnet constituting the magnetic field forming portion, particularly the permanent magnet located at the center of the magnetic field forming portion, is separated from the target, and the strength of the magnetic field formed on the surface of the target is reduced and sputtering is performed. There is a risk that the efficiency of the system will deteriorate.
このため、磁界強度を低下させること無く磁界形成部からの磁界を外側に広げ、プラズマの高密度領域をターゲットの外縁部周辺にまで形成することが可能な、ターゲットの利用効率の高いマグネトロンスパッタリング装置の実現が望まれる。 For this reason, a magnetron sputtering device with high target utilization efficiency that can spread the magnetic field from the magnetic field forming part to the outside without reducing the magnetic field intensity, and can form a high density region of plasma to the periphery of the outer edge of the target. Realization of is desired.
また、カソード筺体16a内には、冷却水8を流動させてターゲット15をカソード電極16を介して冷却する冷却部が設けられる場合が多い。よって、磁界形成部をターゲット15に近接配置するためには、磁界形成部を冷却部内、即ちカソード筺体16a内の冷却水8中に設置する必要がある。しかしながら、磁界形成部を冷却水8中に設置すると磁界形成部に錆が生じ、この錆に起因する鉄分などが冷却水路などに溜まって冷却水の流動を妨げる場合がある。特に磁界形成部の永久磁石として多く用いられるFeNdB、CoSmなどの希土類磁石は極めて錆易く、希土類磁石を冷却水中で使用する場合には、表面にメッキ皮膜を成膜するなどの防錆措置を講ずる必要がある。これは、生産効率の面、コストの面からも好ましいものではない。
In many cases, the cathode housing 16 a is provided with a cooling unit for flowing the cooling
また、[特許文献2]、[特許文献3]に開示された発明のように、磁界形成部が駆動する機構を有するものは、駆動軸部分の長期擦動により、防水措置としてのパッキンなどが磨耗し、冷却水が漏水するなどの不具合が生じる虞があり、更なる改善が望まれる。 Further, as in the inventions disclosed in [Patent Document 2] and [Patent Document 3], those having a mechanism driven by the magnetic field forming unit have a packing as a waterproof measure due to long-term friction of the drive shaft portion. There is a possibility that problems such as wear and leakage of cooling water may occur, and further improvement is desired.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、磁界形成部からの磁界を外周側に広げ、プラズマの高密度領域をターゲットの外縁部周辺にまで形成することが可能な、ターゲット利用効率の高いマグネトロンスパッタリング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and expands the magnetic field from the magnetic field forming part to the outer peripheral side, and can form a high-density plasma region up to the periphery of the outer edge of the target. An object of the present invention is to provide a magnetron sputtering apparatus having a high height.
本発明は、
(1)マグネトロンスパッタリング装置において、
所定の材料からなるターゲット15が保持される平坦な保持面を有するカソード電極16と、
前記保持面側に前記カソード電極16と所定の間隙を有して対向配置されたアノード電極14と、
前記カソード電極16の前記保持面とは反対側に配置され、前記保持面に対して垂直方向に磁軸を有する第1の磁石(第1磁石31)、及び、該第1の磁石の周囲に離間して配置されて該第1の磁石とは磁極の方向が逆の磁軸を有する第2の磁石(第2磁石33)を備え、前記第1の磁石と前記第2の磁石とによって磁界を形成する磁界形成部30a〜30fと、
を有する構成とし、
前記第1の磁石を、前記第2の磁石よりも磁界の強度が強く磁極面と前記保持面との距離が短くなるように構成したことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置50a〜50gを提供することにより、上記課題を解決する。
(2)前記各磁軸を前記保持面に対して垂直方向に維持した状態で、前記磁界形成部30b、30c、30e、30fを前記保持面に沿って移動させる移動手段を有する構成としたことを特徴とする上記のマグネトロンスパッタリング装置50b、50c、50e、50f、50gを提供することにより、上記課題を解決する。
(3)前記第1の磁石は、前記保持面との距離が、前記第2の磁石よりも短い第1の磁極面と、該第1の磁極面よりも長い第2の磁極面と、を有する構成としたことを特徴とする上記のマグネトロンスパッタリング装置50d〜50gを提供することにより、上記課題を解決する。
(4)前記カソード電極16の前記保持面とは反対側に、前記第1の磁石の周囲、または該第1の磁石が移動可能な場合はその移動領域の周囲に配置されて、前記カソード電極16を冷却する冷却手段を有する構成としたことを特徴とする上記の(1)乃至(3)のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング装置50gを提供することにより、上記課題を解決する。
The present invention
(1) In a magnetron sputtering apparatus,
A
An
A first magnet (first magnet 31) disposed on the opposite side of the
And having a configuration
Providing
(2) The magnetic
(3) The first magnet includes a first magnetic pole surface that is shorter than the second magnet and a second magnetic pole surface that is longer than the first magnetic pole surface. By providing the above-described
(4) The
本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置は、上記のような構成のため、
(1)磁界形成部からの磁界を外側に広げることが可能で、プラズマの高密度領域をターゲットの外縁部周辺にまで形成することができる。これにより、ターゲットの外縁部周辺もスパッタリングに利用できることとなり、よってターゲット利用効率の向上を図ることができる。
(2)磁界形成部の外側に位置する第2磁石は内側に位置する第1磁石よりもターゲットから離間して配置される。よって、そのスペースに冷却部を設けることで磁界形成部を冷却部の外側に配置することができる。これにより、冷却部の防水対策や磁界形成部の防錆対策にかかるコストの削減や、冷却部及び磁界形成部等のメンテナンス作業の軽減を図ることができる。
The magnetron sputtering apparatus according to the present invention is configured as described above,
(1) The magnetic field from the magnetic field forming part can be spread outward, and a high-density region of plasma can be formed up to the periphery of the outer edge part of the target. As a result, the periphery of the outer edge of the target can also be used for sputtering, so that the efficiency of target utilization can be improved.
(2) The second magnet located outside the magnetic field forming unit is arranged farther from the target than the first magnet located inside. Therefore, a magnetic field formation part can be arrange | positioned outside a cooling part by providing a cooling part in the space. As a result, it is possible to reduce the cost of waterproofing measures for the cooling unit and rust prevention measures for the magnetic field forming unit, and to reduce maintenance work for the cooling unit and the magnetic field forming unit.
本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。図1は本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の第1の形態の概略構成図である。図2は本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の第2の形態の概略構成図である。図3は本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の第2の形態の変形例の概略構成図である。図4は本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の第3の形態の概略構成図である。図5、図6は本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の第3の形態の変形例の概略構成図である。図7は本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の第4の形態の概略構成図である。尚、ここで示す各実施の形態の磁界形成部に関わる以外の部位に関しては、基本的に図8に示した従来技術と同等なため詳細な説明は省略する。また、従来技術と同様の部材に関しては同符号にて示す。更に、図1〜図7中では、第1磁石31、31cのターゲット15側の磁極をN極、第2磁石33のターゲット15側の磁極をS極として説明を行うが、これらはそれぞれ逆としても良い。
Embodiments of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a second embodiment of the magnetron sputtering apparatus according to the present invention. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a modification of the second embodiment of the magnetron sputtering apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a third embodiment of the magnetron sputtering apparatus according to the present invention. 5 and 6 are schematic configuration diagrams of a modification of the third embodiment of the magnetron sputtering apparatus according to the present invention. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a fourth embodiment of the magnetron sputtering apparatus according to the present invention. The portions other than those related to the magnetic field forming unit of each embodiment shown here are basically the same as those of the prior art shown in FIG. The same members as those in the prior art are denoted by the same reference numerals. Further, in FIGS. 1 to 7, the magnetic poles on the
図1に、本発明に係る第1の形態のマグネトロンスパッタリング装置50aの概略構成図を示す。本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置50aは、カソード筺体16a内のカソード電極16下に、磁界形成部30aが円板状のターゲット15に近接して設置される。また、カソード筺体16aはターゲット15の冷却部を兼ねており、給水管8aからカソード筺体16a内に冷却水8を供給するとともに排水管8bから排出することで、カソード筺体16a内を冷却水8で満たしつつ所定の流量で流動させターゲット15をカソード電極16を介して冷却する。
In FIG. 1, the schematic block diagram of the
磁界形成部30aはターゲット15とほぼ同等な直径を有する円板状のヨーク32と、ヨーク32の略中央部に配置された円柱状の第1磁石31と、ヨーク32の外周に沿うように配置された円環状の第2磁石33とを有している。
The magnetic
第1磁石31及び第2磁石33の磁軸は、ターゲット15面に対して垂直な方向を向いており、かつ第1磁石31と第2磁石33の磁極の向きは互いに逆方向となっている。また、第1磁石31と第2磁石33とは形成する磁界の強度が異なり、第1磁石31が形成する磁界の強度は第2磁石33が形成する磁界の強度よりも所定の量だけ強くなるように、第1磁石31と第2磁石33の材質、組成、形状等は適宜選択される。また更に、第2磁石33の高さ寸法は第1磁石31の高さ寸法よりも低く設定され、ターゲット15面から見て第2磁石33の磁極面は第1磁石31の磁極面よりも離れた位置となる。尚、第2磁石33と第1磁石31の磁極面の位置の差は、上記のように用いる磁石の高さ寸法を変えて形成しても良いが、ヨーク32に凹凸を設けることで形成しても、これら双方の手法を組み合わせても良い。
The magnetic axes of the
上記の磁界形成部30aによって生じる磁力線(図1中の破線)は、第1磁石31のターゲット15面側の磁極から、ターゲット15面を横切って第2磁石33のターゲット15面側の磁極へと収束する。このとき、第1磁石31によって形成される磁界の強度は第2磁石33によって形成される磁界の強度よりも強く、かつ第2磁石33の高さ位置は第1磁石31の高さ位置よりも低いため、生じる磁力線はターゲット15の外周側に向かって大きく広がることとなる。従って、磁界形成部30aによって生じる磁界もターゲット15の外周側に向かって広がり、プラズマの高密度領域をターゲットの外縁部周辺にまで形成することが可能となる。このため、ターゲット15の外縁部周辺にもプラズマ中の正イオンが多く衝突することとなり、エロージョン形成領域が分散してターゲット15の利用効率が向上する。尚、これらのことはターゲット15が円板形状の場合に特に顕著に現れる。
The lines of magnetic force (broken lines in FIG. 1) generated by the magnetic
次に、図2に本発明に係る第2の形態のマグネトロンスパッタリング装置50bの概略構成図を示す。本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置50bのカソード筺体16aの底部には、ターゲット15の中心軸と略同一の位置に所定の径の軸穴が形成されており、その軸穴に回転軸34が可動な状態で嵌入される。このとき、軸穴には図示しないパッキン等の防水措置が施され、カソード筺体16a内を流動する冷却水8の漏水を防止する。また、回転軸34の下端は回転軸34を回転させるための駆動装置36に接続される。尚、駆動装置36、回転軸34及びこれらに関与する部分が、磁界形成部30bの移動手段に相当する。
Next, FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of a
そして、回転軸34の上端には、磁界形成部30aと同等の構成を有しその外形寸法がターゲット15よりも小さい磁界形成部30bが固定される。このとき、磁界形成部30bの中心と回転軸34の中心とを所定の距離だけずらすとともに、磁界形成部30bの外側の磁力線Aがターゲット15の外縁部にかかるような位置に設置する。
A magnetic
ここで、駆動装置36を稼動させると回転軸34がそれに伴って回転する。回転軸34が回転すると、磁界形成部30bは第1磁石31及び第2磁石33の磁軸の方向を維持した状態で、カソード電極16下をカソード電極16の保持面に対して略平行に、回転軸34の中心からずれた距離だけ偏心して回転する。この磁界形成部30bの偏心回転運動によりターゲット15表面上に形成される磁界の位置も移動し、それに伴ってのプラズマの高密度領域の形成位置も移動する。尚、磁界形成部30bも磁界形成部30aと同様、磁界形成部30bによって形成される磁界はターゲット15の外周側に向かって広がっており、これが偏心回転するためプラズマの高密度領域はターゲット15の外縁部周辺を含むほぼ全面に亘って移動する。このため、プラズマ中の正イオンが衝突して削られるターゲット15の位置(エロージョン形成領域)が更に分散し、ターゲット15の利用効率がより向上する。
Here, when the
次に、図3に本発明に係る第2の形態の変形例であるマグネトロンスパッタリング装置50cの概略構成図を示す。本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置50cは、磁界形成部30cが移動手段を構成する回転軸34の上端に、磁界形成部30cを構成するヨーク32の中心と回転軸34の中心とが略同一になるように固定されている。
Next, FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of a
磁界形成部30cは、ターゲット15とほぼ同等な直径を有する円板状のヨーク32と、ヨーク32の外周に沿うように配置された円環状の第2磁石33とを有し、さらに第2磁石33の内側に第1磁石31がヨーク32の中心から所定の距離だけ離れた位置に配置される。尚、第1磁石31と第2磁石33との、磁極の方向、形成する磁界の強度、磁極面の位置等の関係は磁界形成部30aのものと同様である。
The magnetic
ここで、駆動装置36を稼動させると回転軸34がそれに伴って回転する。回転軸34が回転すると、磁界形成部30cは第1磁石31及び第2磁石33の磁軸の方向を維持した状態で、カソード電極16下をカソード電極16の保持面に対して略平行に回転する。このとき、ヨーク32の中心から所定の距離だけずらして配置された第1磁石31は、実質的に回転軸34の中心からずれた距離だけ偏心して回転し、この第1磁石31の偏心回転運動により、ターゲット15表面上に形成されるプラズマの高密度領域の形成位置が移動する。尚、磁界形成部30cも磁界形成部30aと同様、磁界形成部30cによって形成される磁界はターゲット15の外周側に向かって広がっているため、プラズマの高密度領域はターゲット15の外縁部周辺を含むほぼ全面に亘って移動し、これによりターゲット15の利用効率は向上する。
Here, when the
次に、図4に本発明に係る第3の形態のマグネトロンスパッタリング装置50dの概略構成図を示す。本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置50dは、マグネトロンスパッタリング装置50aとほぼ同等の構成を有しているが、磁界形成部30dの特に第1磁石31cの形状が第1磁石31と異なっている。
Next, FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of a
磁界形成部30dの第1磁石31cは、ヨーク32上の略中央に配置され、第2の磁極面を有する円柱状の第1磁石下部31bと、第1磁石下部31b上に配置され、第2の磁極面よりも面積が小さい第1の磁極面を有する円柱状の第1磁石上部31aとで構成されている。
The
ところで、プラズマの高密度領域を形成するための磁界をより強くするためには、磁界形成部から放出される磁束の量を増やす必要がある。このためには、第1磁石31の磁極面積を大きくすることが有効である。しかしながら、第1磁石31の磁極面積が大きくなると第1磁石31の上方に位置するプラズマの高密度領域が形成されない部位の面積が増加し、特に磁界形成部を回転させる移動手段を有する構成のものでは、ターゲット15の中央部分の利用効率が大幅に低下してしまう。また、第1磁石31に用いる磁石の磁極面積を小さくすれば発生する磁束量が少なくなるので、磁界の強度が小さくなりスパッタリング速度が低下する。
By the way, in order to strengthen the magnetic field for forming the high-density region of plasma, it is necessary to increase the amount of magnetic flux emitted from the magnetic field forming part. For this purpose, it is effective to increase the magnetic pole area of the
しかしながら、磁界形成部30dの第1磁石31cのように、磁極面積の異なる磁石を大きい方から順にヨーク32側から配置することで、ターゲット15に近接する第1磁石上部31aの磁極面積を削減もしくは維持しながら、第1磁石31cを大面積化することができる。これにより、ターゲット15の中央部分の利用効率を低下させることなく、第1磁石31c全体としては強い磁界を形成することが可能となる。また、磁極面積の大きな第1磁石下部31bの段差部分からも磁束は放出され、第1磁石上部31aからの磁束とも相まってターゲット15の外周側に向かって広がることから、プラズマの高密度領域はターゲット15の外縁部周辺を含むほぼ全面に亘って生じ、よってターゲット15の利用効率を向上させることができる。尚、第1磁石上部31a及び第1磁石下部31bの形状は円柱に限らず、円錐台形状としても良い。また、磁力の異なる磁石をそれぞれ第1磁石上部31a、第1磁石下部31bに用いて、これを接着するなどして第1磁石31cとすれば、第1磁石31cが形成する磁界の自由度をより拡げることができる。
However, the magnetic pole area of the first magnet
更に、第1磁石31cの構成を、前述したマグネトロンスパッタリング装置50b、50cの構成に適用した図5、図6に示すマグネトロンスパッタリング装置50e、50fは、磁極面積の大きな第1磁石31cによる強度の強い磁界をターゲット15上で回転させることができるため、より広範囲にプラズマの高密度領域を移動させることが可能となり、ターゲット15の利用効率を更に向上させることができる。
Furthermore, the
尚、第1磁石下部31bの高さは、第2磁石33と同等であることが好ましいが、特にこれに限定する必要はない。また、上記の例では第1磁石31cが2段の例を示したが特に2段に限定する必要は無く、下方に位置するものの外形寸法(磁極面積)よりも上方に位置するものの外形寸法(磁極面積)の方が小さければ、3段としても、4段、5段、その他、任意の段数としても良い。
In addition, although it is preferable that the height of the 1st magnet
次に、図7に本発明に係る第4の形態のマグネトロンスパッタリング装置50gの概略構成図を示す。本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置50gでは、カソード電極16下部に冷却水8が流動可能な冷却水路8cを備えたカソード筺体16bを設けて、磁界形成部及びその移動手段と冷却部(冷却手段)とを分離している。尚、図7においては、移動手段と磁界形成部30bとを用いた例を示しているが、これは、磁界形成部30a〜30fのいずれの構成を用いても構わない。
Next, FIG. 7 shows a schematic configuration diagram of a
前述のように磁界形成部30a〜30fは、ヨーク32の外周に沿うように配置される第2磁石33の高さが、第2磁石33の内側に配置される第1磁石31、31cの高さよりも低い。このため、第1磁石31、31cをカソード電極16側に近接するように磁界形成部30a〜30fを配置しても、第1磁石31、31cの移動領域より外側には第1磁石31、31cと第2磁石33との高低差の分だけスペースが存在する。この第1磁石31、31cの移動領域外のカソード電極16と第2磁石33間のスペースに、第1磁石31、31cの移動領域を囲うように冷却水8の冷却水路8cを設け、冷却水路8cの下に第2磁石33もしくは第2磁石33の移動領域が位置するようにすれば、磁界形成部30a〜30fをターゲット15に近接して配置しながら、磁界形成部30a〜30fを冷却部の外へ設置することが可能となる。尚、マグネトロンスパッタリング装置が移動手段を持たない場合は第1磁石31、31cの移動領域は存在しないため、第1磁石31、31cを囲うように冷却水路8cを設ければよい。
As described above, in the magnetic
上記のように磁界形成部30a〜30fを冷却部の外へ配置すれば、冷却部の防水措置及び構造の簡素化が可能となる他、磁界形成部30a〜30fの第2磁石33、第1磁石31、31c等に防錆措置等を施す必要がなく、工程の簡略化、及びこの工程にかかるコストを削減することができる。更に、磁界形成部30a〜30fを冷却部の外へ配置することで、移動手段の動作信頼性の向上、磁界形成部30a〜30f及び移動手段のメンテナンス作業の軽減等を図ることができる。
If the magnetic
以上のことから、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置によれば、磁界形成部30a〜30fを、第2磁石33と第2磁石33の内側に配置された第1磁石31、31cとで構成し、更に第1磁石31、31cが形成する磁界の強度を第2磁石33の形成する磁界の強度よりも強く、またターゲット15面から第2磁石33の磁極面までの距離を第1磁石31の磁極面よりも離すことで、第1磁石31をターゲット15に近接配置しながら、磁界形成部30a〜30fにより生じる磁界をターゲット15の外周側に向かって広げることができる。これにより、プラズマの高密度領域をターゲット15の外縁部周辺を含むほぼ全面に亘って生じさせるもしくは移動させることが可能となり、よってエロージョンの形成位置が分散し、ターゲット15の利用効率の向上を図ることができる。
From the above, according to the magnetron sputtering apparatus according to the present invention, the magnetic
尚、上記の実施の形態においては、ターゲット15が円形の例を示したが、ターゲット15が角型形状の場合には、磁界形成部30a〜30fも角型形状とし磁界形成部30a〜30fをターゲット15面と平行な方向に移動もしくは遥動させることで、同様にターゲット15の利用効率の向上を図ることができる。
In the above embodiment, an example in which the
また、第1磁石31、31c及び第2磁石33としては、前述のように強い磁力を有するFeNdB、CoSm等の希土類磁石を用いることが好ましいが、フェライト磁石、その他の周知の永久磁石を用いることができる。また、第1磁石31、31c及び第2磁石33の双方もしくは一方を電磁石とすれば、プラズマの高密度領域形成のための磁界の強度、磁界の広がりの程度を電気的に制御することが可能となる。
As the
更に、第1磁石31、31cの端面形状は円形が、第2磁石33の形状は円環状がそれぞれ好ましいが、特にこれに限定する必要は無く、多角形、楕円、棒形状、放射形状、その他、任意の形状として、形成する磁界を適正化しても良い。また、複数の磁石をヨーク32の外周に沿うように配置して第2磁石33を構成すれば、成形の容易な比較的小型の磁石を用いて第2磁石33を形成することができる。また更に、本発明は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。
Further, the end surfaces of the
8c 冷却水路
10 真空チャンバ
15 ターゲット
16 カソード電極
16a、16b カソード筺体
30a〜30f 磁界形成部
31、31c 第1磁石
31a 第1磁石上部
31b 第1磁石下部
32 ヨーク
33 第2磁石
34 回転軸
36 駆動装置
50a〜50g マグネトロンスパッタリング装置
8c Cooling water channel
10 Vacuum chamber
15 Target
16 Cathode electrode
16a, 16b cathode housing
30a-30f Magnetic field forming part
31, 31c 1st magnet
31a Upper part of first magnet
31b 1st magnet lower part
32 York
33 Second magnet
34 Rotating shaft
36 Drive unit
50a-50g magnetron sputtering equipment
Claims (4)
所定の材料からなるターゲットが保持される平坦な保持面を有するカソード電極と、
前記保持面側に前記カソード電極と所定の間隙を有して対向配置されたアノード電極と、
前記カソード電極の前記保持面とは反対側に配置され、前記保持面に対して垂直方向に磁軸を有する第1の磁石、及び、該第1の磁石の周囲に離間して配置されて該第1の磁石とは磁極の方向が逆の磁軸を有する第2の磁石を備え、前記第1の磁石と前記第2の磁石とによって磁界を形成する磁界形成部と、
を有する構成とし、
前記第1の磁石を、前記第2の磁石よりも磁界の強度が強く磁極面と前記保持面との距離が短くなるように構成したことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。 In magnetron sputtering equipment,
A cathode electrode having a flat holding surface on which a target made of a predetermined material is held;
An anode electrode disposed opposite the cathode electrode with a predetermined gap on the holding surface side;
A first magnet disposed on a side opposite to the holding surface of the cathode electrode and having a magnetic axis in a direction perpendicular to the holding surface; and a first magnet having a magnetic axis spaced apart from the first magnet. A magnetic field forming unit that includes a second magnet having a magnetic axis with a magnetic pole direction opposite to the first magnet, and forms a magnetic field with the first magnet and the second magnet;
And having a configuration
A magnetron sputtering apparatus characterized in that the first magnet has a stronger magnetic field strength than the second magnet, and the distance between the magnetic pole surface and the holding surface is shorter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007142733A JP2008297577A (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | Magnetron sputtering device |
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