JP3834111B2 - Magnetron sputtering method, magnetron sputtering apparatus and magnet unit used therefor - Google Patents

Magnetron sputtering method, magnetron sputtering apparatus and magnet unit used therefor Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空中で基板に薄膜を形成するマグネトロンスパッタ方法、マグネトロンスパッタ装置及び該マグネトロンスパッタ装置に使用するマグネットユニットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は、スパッタ室外にマグネットユニットを有する従来のマグネットロンスパッタ装置の図である。図6において、50はスパッタ室、51はスパッタ室50内に配置されたターゲット、52はターゲット51を保持するバッキングプレート、53はターゲット51の周囲に配置されるアースシールド、54はターゲット側とスパッタ室50とを絶縁する絶縁材、55はバッキングプレート52を冷却する水冷機構、56はマグネットユニット、57はターゲット51に高周波電力を供給する高周波電源、58はベルト、59はマグネットユニット56を回転させるモータであり、モータ59の回転軸とマグネットユニット56の回転軸とを上記ベルト58で連結している。60はスパッタ室50を真空排気するためのポンプ、61はアルゴンなどのスパッタリング用の反応ガスの供給源、62はターゲット51に対向してスパッタ室50内に配置された基板、63は基板62を保持する基板ホルダである。
【0003】
このようなマグネトロンスパッタ装置は磁界の作用を利用しないスパッタ装置と比較してスパッタレートが10〜30倍高いという利点を有する。しかし、この利点はスパッタ材料表面の磁場分布に合わせて、ターゲット材料表面が不均質に浸食されるという欠点を伴う。すると、成膜される膜厚分布もターゲット材料表面が不均質に浸食されるのと同様に不均質な膜厚となり、また、ターゲット材料も磁場分布により決まった箇所だけが深い浸食を受け、最深浸食部の深さによりターゲット材料の〜30%程度しかスパッタされていないのに寿命となってしまう。
【0004】
従来、スパッタ装置に搭載されるマグネットユニットのマグネットは、図7(A),(B)に示すように、その大部分がターゲット形状に合わせて円形、又は直線的に配置されており、ヨーク21の表面にそれぞれ任意の形状に製作したマグネット又はマグネット群22,22’を接着剤により任意の位置に保持している。この時、ヨーク21は裏面への磁場の影響を遮蔽し、同時に表面への磁場強度を強めるために磁性材料で構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年、膜厚バラツキの精度向上、ターゲット材料の利用効率向上、ハイレート化等の目的から、磁場分布をコントロールしようとする動きが高まり、マグネット又はマグネット群を配置する形状が複雑になってきている。しかしながら、マグネット配置を決定し、マグネットユニットを作成しても所望していた磁場分布が得られないことも多くなっており、このとき、従来のマグネットユニットのようにマグネットを接着剤による接着力で保持していると修正することが困難である。
本発明の目的は、マグネットの着脱方法が容易でマグネット配置の修正がし易く、複雑な磁場分布を得るのに適したマグネットユニットを有するマグネトロンスパッタ方法、マグネトロンスパッタ装置及び該マグネトロンスパッタ装置に使用するマグネットユニットを提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段・作用効果】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
本発明の第1態様にかかるマグネットユニットによれば、
マグネトロンスパッタ装置内に配置されたターゲットの背面側に配置されるマグネットユニットであって、
全て同形状の複数のマグネットと、
磁性体から構成されるヨークと、
上記ヨークの表面に配置されるマグネットホルダであって、上記複数のマグネットの各個片と同等の形状以上の大きさを有する複数の孔を有し、上記マグネットのそれぞれを上記孔内に個別に挿入して該マグネットの磁力により上記ヨークに上記マグネットを着脱可能に保持するマグネットホルダとを備え、かつ、上記マグネットホルダの孔は上記マグネットよりも多いことを特徴とする。
【0007】
本発明の第2態様によれば、上記第1態様において、上記マグネットホルダは非磁性であり、ジュラルミン、アルミニウム、銅、合成樹脂、セラミックの中から選択された材料から構成されるように構成することもできる。
本発明の第3態様によれば、上記第1又は2態様において、上記マグネットの各個片及び各孔が全てそれぞれ同形状であるように構成することもできる。
本発明の第4態様によれば、上記第1〜3のいずれかの態様において、上記多孔式マグネットホルダの各孔が、少なくとも一方向に於いて一定間隔で配置されるように構成することもできる。
本発明の第5態様によれば、上記第1〜3のいずれかの態様において、上記多孔式マグネットホルダの各孔が千鳥状に配置されるように構成することもできる。
本発明の第6態様によれば、上記第1〜5のいずれかの態様において、上記マグネットはN極マグネットとS極マグネットとを含み、N極マグネットとS極マグネットとの間には少なくとも1つの空孔を介在させて上記マグネットホルダの孔に配置するように構成することもできる。
本発明の第7態様にかかるマグネトロンスパッタ装置によれば、上記第1〜6のいずれかの態様のマグネットユニットを有するように構成することもできる。
【0008】
本発明の第8態様にかかるマグネトロンスパッタ方法によれば、磁性体から構成されるヨークの表面に配置されたマグネットホルダは、全て同形状の複数のマグネットの各個片と同等の形状以上の大きさを有する複数の孔を有し、かつ、上記マグネットホルダの上記孔は上記マグネットよりも多く構成されたスパッタ装置を使用するマグネトロンスパッタ方法にして、
上記マグネットのそれぞれを上孔内に個別に挿入し、該各マグネットの磁力により上記ヨークに上記マグネットを着脱可能に保持し、その後、マグネトロンスパッタを行うようにしたことを特徴とする。
【0009】
本発明の第9態様によれば、上記第8態様において、上記マグネットの配置を変更するとき、上記マグネットホルダの孔からマグネットを取り出し、別の孔内に上記マグネットを挿入して各マグネットの磁力により上記ヨークに上記マグネットを着脱可能に保持して上記孔内に保持することによりマグネットの入れ換えを行うように構成することもできる。
【0010】
本発明の上記マグネトロンスパッタ方法、マグネトロンスパッタ装置、及びマグネットユニットによれば、各マグネットを、上記マグネットと同等の形状又はそれ以上の大きさを有し上記マグネットよりも多い各孔を有したマグネットホルダの各孔内で保持すると共に各マグネット及び各孔の大きさ及び形状をそれぞれ統一する構成にする事により、各マグネットの着脱が容易となり、マグネット配置の修正が容易となる上に任意の位置の孔に自由にマグネットを保持させることができる。故に、所望の磁場分布が得られなかったり、その他の理由からマグネット配置を変更したい時に、一度配置したマグネットを取り外し、且つ別の箇所に再配置することを容易とする事ができ、複雑な磁場分布に適したマグネットユニットを提供することができる
らに、本発明の上記態様において、マグネットホルダの孔の位置を並列形状や千鳥形状、同心円形状の様に一定間隔で全面一様に施しておけば、マグネット配置の自由度が大きく管理もしやすくなる。特に、千鳥形状にすれば、マグネットを最も密に配置できる為、磁場強度の向上も図る事ができ、上記効果も共に発揮することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1,図2は、本発明の一実施形態にかかるマグネトロンスパッタ方法を実施するための上記実施形態にかかるマグネトロンスパッタ装置のマグネットユニットの平面図及び側面図を示している。
図1,2において、11はヨーク、12はヨーク11に支持された非磁性の多孔式マグネットホルダ、13はマグネットホルダ12に施された多数の貫通孔、14,14’はマグネットホルダ12の貫通孔13内に配置されたN極及びS極のマグネットである。
ここで、ヨーク11は、マグネットユニットの裏面への磁場の影響を遮蔽し、同時に表面への磁場強度を強めるために磁性材料で構成されており、マグネットホルダ12は非磁性材料が好ましい。マグネットホルダ12の材料としては、非磁性材料の場合にはジュラルミン、アルミニウム、銅、合成樹脂、セラミックから適宜選択する。マグネットホルダ12の材料としては磁性材料とすることも可能である。
【0012】
本実施形態の一実施例としては、ヨーク11には鉄を使用し、マグネットホルダ12にはジュラルミンを使用し、マグネット14,14’はネオジウム製ネオジ磁石(Nd,Fe,Bを含む)から構成し、その形状は直径φ8mmと高さ8mmの円柱型を使用する。マグネットホルダ12の貫通孔13の形状は全て同一とし、マグネット14,14’の形状に合わせて直径φ8mm、高さ8mmに施した。又、その配列はピッチ9mmの千鳥を全面に施した。ここでヨーク11とマグネットホルダ12とを接合し、マグネットホルダ12の各孔13に図1,2に示す様にマグネット14,14’を配置した。マグネット14,14’が配置されていない貫通孔13は空孔のままである。
このとき、図3に示すように、各貫通孔13に配置した各マグネット14,14’のヨーク側裏面は、各貫通孔13の基底に露出しているヨーク11の表面に磁力F1によって保持し、且つ隣接する孔13に配置された同極のマグネット14,14’との反発力F2により貫通孔13の内壁と面接触をしており、マグネットユニットを逆さにしてもマグネット14,14’が落下することはない。なお、マグネット14,14’がヨーク11に対して十分に大きな保持力で保持される場合には、マグネット14,14’が貫通孔13の内壁と面接触させる必要はない。
【0013】
マグネット14,14’を取り外す際には、図4に示すように、先に設置したマグネット14,14’が従来のように接着剤などにより接着されているわけではないので、マグネットユニット表面から取り出したいマグネット14,14’に対して、他の手持ちのマグネット20を合わせ、互いの磁力で引き合わせながら引き出せば、容易にしかも所望のマグネット14,14’のみが取り出せる。例えば、S極のマグネット14’を貫通孔13から取り出したい場合には、当該S極マグネット14’に隣接するS極マグネット14’から作用する反発力に逆らって取り出したいS極マグネット14’を引き付けることができる程度の大きな磁力を有するN極のマグネットを取り出したいS極マグネット14’に近付けて、S極マグネットホルダ14’とN極マグネット14とを磁力で引き合わせて、隣接するS極マグネット14’との反発力及び取り出したいS極マグネット14’とヨーク11との保持力に打ち勝って、取り出したいS極マグネット14’を取り出すことができる。このとき、例えば、マグネット14,14’を保持するマグネットユニットに対向するマグネット取出用ユニットを配置し、この取出用ユニットに、本実施形態のマグネットユニットの各マグネット14,14’にそれぞれ対向させるようにマグネット20を保持させ、本実施形態のマグネットユニット中の取り出したい複数のマグネット14又は14’の極とは反対の極をそれぞれ有する複数のマグネット20をマグネット14又は14’に近接させて図4に示すように複数のマグネット14又は14’を同時的に取り出すようにしてもよい。
逆に、マグネット14又は14’を設置、又は再設置する際には、設置したい位置の貫通孔13にマグネット14又は14’を合わせ、押し込むのみで確実に貫通孔13内に所望のマグネット14又は14’が保持できる。
【0014】
上記した実施例により得られたマグネットユニットでは、その表面から30mm離れたターゲット材料表面位置での磁場の垂直成分が0のときの該磁場の水平成分が全て300G(ガウス)を越えていた。
なお、本実施形態の実施例ではヨーク11の材料として鉄、マグネットホルダ12ーではジュラルミン、マグネット14,14’にネオジを用いたが、これに限定されるものではない。又、マグネット14,14’、貫通孔13の形状についてもこれに限定されるものではない。
【0015】
また、マグネット14,14’の配置についても図1に限定されるものではない。図1のマグネットユニットは円形基板に適応されるものであり、一例として、N極マグネット14は大略ε形状に配置され、S極マグネット14’は大略C形状に配置され、N極マグネット14とS極マグネット14’との間にスパッタリング時に磁場が発生して、N極マグネット14とS極マグネット14’間の隙間形状に相当する閉ループ状の部分を電子が周回するようにしている。N極マグネット14又はS極マグネット14’に拘わらず、マグネットユニットの外周に配置される極のマグネットを大略閉ループ形状に配置することにより、周回する電子が飛散することが防止でき、スパッタリング効率を向上させることができるので好ましい。また、N極マグネット14を円形マグネットユニットの外周部分に円環状に配置するのみならず、中心側に径方向に入り込むように配置することにより、マグネットユニットの中心部分でもN極マグネット14とS極マグネット14’との間で磁場を形成して電子が周回する経路を形成し、ターゲットの外周側のみならず中心側でもスパッタリングが効率良行われるようにしている。なお、このマグネットユニットは従来の装置において説明したように回転されるため、マグネット配置において特に対称性は問題にならない。
また、例えば、S極マグネット14’は、磁場強度を高めるために内側部分にも総てS極マグネット14’を配置した大略C字形状としているが、そこまで磁場強度を高める必要がない場合には、内側部分のマグネット14’を配置せずに大略C字の枠形状に配置するようにしてもよい。このように、本実施形態では、例えば、1個のマグネットを1つの貫通孔に対して出し入れして磁場強度の微調整も行うことができる。
【0016】
図1は円形ターゲットに適用するマグネットユニットの配置例であるが、長方形ターゲットに適用する本発明の他の実施形態にかかるマグネットユニット32を図5に示す。図5では、長方形のマグネットユニット32は、ターゲットに対して回転する代わりに、長方形のターゲット37に対してその長手方向沿いに往復移動するようになっている。このマグネットユニット32におけるマグネット34,34’の配置は、外側にN極マグネット34が配置され、該N極マグネット34の配置形状と大略相似形状にS極マグネット34’をN極マグネット34の内側に配置している。そして、両マグネット34,34’の配置方向はマグネットユニット32の移動方向と平行になる部分が無いようにして、スパッタリング効率を高めるようにしている。
なお、基板に形成する薄膜の厚さに均一性が要求される場合には、長方形のマグネットユニット32の長手方向の中心を通りかつ長手方向と直交する方向の中心線に関して対称となるようにマグネット34,34’を配置するのが好ましい。さらに、マグネットホルダ13のマグネット14,14’を配置する孔13は、ヨーク111の表面がマグネット14,14’側に露出する貫通孔に限定されず、マグネット14,14’の磁力が透過してヨーク11との間でマグネットを十分に保持しうる程度の保持力が作用するものならば、底部があり、該底部を介してマグネット14,14’がヨーク11に対向するようにしてもよい。
【0017】
本実施形態の上記構成によれば、各マグネット14,14’,34,34’がこれと同等の形状又はそれ以上の大きさを有する各貫通孔13,33を有した多孔式マグネットホルダ12,32の各貫通孔13,33内で着脱可能に磁力により保持されるようにしている。よって、所望の磁場分布が得られなかったり、その他の理由からマグネット配置を変更したいときには、一度配置したマグネット14,14’,34,34’を取り外し、且つ別の箇所に再配置することを容易に行うことができる。また、各マグネット14,14’,34,34’と各マグネットホルダ12,32の貫通孔13,33の大きさ、形状をそれぞれ統一しておけば、どの位置の貫通孔13,33にも自由に任意の極のマグネット14,14’,34,34’を保持させることができる。さらに、マグネットホルダ12,32の貫通孔13,33の位置を、例えば、並列形状、千鳥形状、同心円形状などの様に少なくとも一方向において一定間隔で全面一様に施しておけば、マグネット配置の自由度が大きくなり、管理もしやすくなる。特に、千鳥形状の配置はマグネット14,14’,34,34’を最も密に配置できる為、磁場強度の向上も図る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態にかかるスパッタ装置のマグネットユニットの平面図である。
【図2】 図1のマグネットユニットの断面側面図である。
【図3】 図1のマグネットユニットのマグネットホルダの孔内でマグネットが保持される状態の説明図である。
【図4】 上記マグネットホルダの孔内に保持されたマグネットを取り出す場合の説明図である。
【図5】 本発明の他の実施形態にかかるスパッタ装置のマグネットユニットの平面図である。
【図6】 従来のスパッタ装置の概略図である。
【図7】 (A),(B)はそれぞれ上記従来のスパッタ装置のマグネットユニットの配置例を示す図である。
【符号の説明】
11 ヨーク
12,32 マグネットホルダ
13,33 マグネットホルダに施された孔
14,14’,34,34’ マグネット
21 ヨーク
22 マグネット
37 基板
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetron sputtering method for forming a thin film on a substrate in a vacuum, a magnetron sputtering apparatus, and a magnet unit used in the magnetron sputtering apparatus.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a diagram of a conventional magnetron sputtering apparatus having a magnet unit outside the sputtering chamber. In FIG. 6, 50 is a sputtering chamber, 51 is a target disposed in the sputtering chamber 50, 52 is a backing plate for holding the target 51, 53 is an earth shield disposed around the target 51, and 54 is on the target side and sputtering. An insulating material that insulates the chamber 50, a water cooling mechanism 55 that cools the backing plate 52, a magnet unit 56, a high frequency power source that supplies high frequency power to the target 51, a belt 58, and a magnet unit 56 that rotates the magnet unit 56. It is a motor, and the rotating shaft of the motor 59 and the rotating shaft of the magnet unit 56 are connected by the belt 58. 60 is a pump for evacuating the sputtering chamber 50, 61 is a source of a reactive gas for sputtering such as argon, 62 is a substrate disposed in the sputtering chamber 50 facing the target 51, and 63 is a substrate 62. It is the board | substrate holder to hold | maintain.
[0003]
Such a magnetron sputtering apparatus has an advantage that the sputtering rate is 10 to 30 times higher than that of a sputtering apparatus that does not use the action of a magnetic field. However, this advantage is accompanied by the disadvantage that the surface of the target material is eroded inhomogeneously according to the magnetic field distribution on the surface of the sputtered material. As a result, the film thickness distribution is also inhomogeneous in the same way that the surface of the target material is eroded inhomogeneously. Depending on the depth of the eroded portion, only about 30% of the target material is sputtered, resulting in a lifetime.
[0004]
Conventionally, as shown in FIGS. 7A and 7B, most of the magnets of the magnet unit mounted on the sputtering apparatus are circularly or linearly arranged according to the target shape. The magnets or magnet groups 22 and 22 ′ manufactured in arbitrary shapes on the surface of each are held at arbitrary positions by an adhesive. At this time, the yoke 21 is made of a magnetic material so as to shield the influence of the magnetic field on the back surface and at the same time increase the magnetic field strength on the surface.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, for the purpose of improving the accuracy of film thickness variation, improving the utilization efficiency of the target material, and increasing the rate, the movement for controlling the magnetic field distribution has increased, and the shape for arranging the magnets or magnet groups has become complicated. However, even when the magnet arrangement is determined and the magnet unit is created, the desired magnetic field distribution is often not obtained. At this time, the magnet is bonded by an adhesive force like a conventional magnet unit. If held, it is difficult to correct.
An object of the present invention is to use a magnetron sputtering method, a magnetron sputtering apparatus, and a magnetron sputtering apparatus having a magnet unit suitable for obtaining a complicated magnetic field distribution because the method of attaching and detaching a magnet is easy and the magnet arrangement is easily corrected. A magnet unit is provided.
[0006]
[Means and effects for solving the problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
According to the magnet unit according to the first aspect of the present invention,
A magnet unit disposed on the back side of a target disposed in a magnetron sputtering apparatus,
A plurality of magnets all of the same shape ,
A yoke composed of a magnetic material;
A magnet holder that will be placed on a surface of the yoke has a plurality of pores having a respective pieces equivalent shape or size of the plurality of magnets, each of the magnet individually in each hole inserting a magnet holder for detachably holding the respective magnets to the yoke by the magnetic force of the magnet by, and holes of the magnet holder is characterized by more than the magnet.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the magnet holder is non-magnetic and is made of a material selected from duralumin, aluminum, copper, synthetic resin, and ceramic. You can also.
According to the third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the individual pieces and the holes of the magnet may be configured to have the same shape.
According to the fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the holes of the porous magnet holder may be arranged at regular intervals in at least one direction. it can.
According to the fifth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the holes of the porous magnet holder may be arranged in a staggered manner.
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the magnet includes an N-pole magnet and an S-pole magnet, and at least 1 is provided between the N-pole magnet and the S-pole magnet. It can also be configured to be disposed in the hole of the magnet holder with one hole interposed therebetween.
According to the magnetron sputtering apparatus according to the seventh aspect of the present invention, the magnetron sputtering apparatus according to any one of the first to sixth aspects can also be configured.
[0008]
According to the magnetron sputtering method of the eighth aspect of the present invention, the magnet holder arranged on the surface of the yoke made of a magnetic material has a size equal to or greater than the shape of each piece of a plurality of magnets having the same shape. have a plurality of pores having a, and the hole of the magnet holder in the magnetron sputtering method using a sputtering apparatus which is configured larger than the magnet,
Each of the magnet was inserted separately in the upper Symbol in each hole, by the magnetic force of the respective magnet detachably retains the respective magnets to the yoke, then, characterized in that to perform the magnetron sputtering.
[0009]
According to a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect, when the arrangement of the magnets is changed, the magnet is taken out from the hole of the magnet holder, the magnet is inserted into another hole, and the magnetic force of each magnet is changed. Thus, the magnet can be replaced by holding the magnet detachably on the yoke and holding the magnet in the hole.
[0010]
According to the magnetron sputtering method, magnetron sputtering apparatus, and magnet unit of the present invention, each magnet has a shape equivalent to or larger than the magnet , and has more holes than the magnet. by the configuration in which each magnet and each hole size and shape to unify each holds in each hole of the holder, attachment and detachment of the magnets is facilitated, any position on the magnet arrangement correction is facilitated The magnet can be freely held in the hole . Therefore, when the desired magnetic field distribution cannot be obtained, or when it is desired to change the magnet arrangement for other reasons, it is easy to remove the magnet once arranged and re-arrange it to another location. A magnet unit suitable for distribution can be provided .
The of et, in the above-mentioned aspect of the present invention, parallel shape or zigzag shape the position of the magnet holder of holes, if the entire surface uniformly subjected at regular intervals like a concentric shape, greater flexibility of the magnet arrangement management if It becomes easy. In particular, if the zigzag shape is used, the magnets can be arranged most densely, so that the strength of the magnetic field can be improved and the above effects can be exhibited.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show a plan view and a side view of a magnet unit of the magnetron sputtering apparatus according to the above embodiment for carrying out the magnetron sputtering method according to the embodiment of the present invention.
1 and 2, 11 is a yoke, 12 is a non-magnetic porous magnet holder supported by the yoke 11, 13 is a number of through holes provided in the magnet holder 12, and 14 and 14 'are through holes of the magnet holder 12. These are N-pole and S-pole magnets arranged in the hole 13.
Here, the yoke 11 is made of a magnetic material in order to shield the influence of the magnetic field on the back surface of the magnet unit and at the same time increase the magnetic field strength on the surface, and the magnet holder 12 is preferably a non-magnetic material. The material of the magnet holder 12 is appropriately selected from duralumin, aluminum, copper, synthetic resin, and ceramic in the case of a nonmagnetic material. The material of the magnet holder 12 can be a magnetic material.
[0012]
As an example of the present embodiment, iron is used for the yoke 11, duralumin is used for the magnet holder 12, and the magnets 14, 14 'are composed of neodymium magnets (including Nd, Fe, and B) made of neodymium. A cylindrical shape having a diameter of 8 mm and a height of 8 mm is used. The shapes of the through holes 13 of the magnet holder 12 were all the same, and the diameter was 8 mm and the height was 8 mm according to the shapes of the magnets 14 and 14 '. Further, the arrangement was made by staggering a pitch of 9 mm on the entire surface. Here, the yoke 11 and the magnet holder 12 are joined, and the magnets 14 and 14 'are arranged in the holes 13 of the magnet holder 12 as shown in FIGS. The through hole 13 in which the magnets 14 and 14 'are not arranged remains a hole.
At this time, as shown in FIG. 3, the yoke-side back surface of each magnet 14, 14 ′ disposed in each through-hole 13 is held by the magnetic force F 1 on the surface of the yoke 11 exposed at the base of each through-hole 13. However, even if the magnet unit is turned upside down, the magnets 14 and 14 are in surface contact with the inner wall of the through hole 13 by the repulsive force F 2 with the magnets 14 and 14 ′ of the same polarity arranged in the adjacent holes 13. 'Will never fall. When the magnets 14 and 14 ′ are held with a sufficiently large holding force with respect to the yoke 11, the magnets 14 and 14 ′ need not be in surface contact with the inner wall of the through hole 13.
[0013]
When removing the magnets 14 and 14 ', as shown in FIG. 4, the previously installed magnets 14 and 14' are not bonded by an adhesive or the like as in the prior art. If the other hand-held magnets 20 are combined with the desired magnets 14 and 14 'and pulled out while being attracted with each other's magnetic force, only the desired magnets 14 and 14' can be taken out easily. For example, when it is desired to take out the S-pole magnet 14 ′ from the through-hole 13, the S-pole magnet 14 ′ to be taken out is attracted against the repulsive force acting from the S-pole magnet 14 ′ adjacent to the S-pole magnet 14 ′. An N-pole magnet having a magnetic force large enough to be taken close to the S-pole magnet 14 ′ to be taken out, the S-pole magnet holder 14 ′ and the N-pole magnet 14 are attracted by a magnetic force, and the adjacent S-pole magnet 14 The S-pole magnet 14 'desired to be taken out can be taken out by overcoming the repulsive force against "and the holding force between the S-pole magnet 14' desired to be taken out and the yoke 11. At this time, for example, a magnet take-out unit that faces the magnet unit that holds the magnets 14 and 14 ′ is arranged, and this take-out unit is made to face the magnets 14 and 14 ′ of the magnet unit of the present embodiment, respectively. The magnet 20 is held in the magnet unit, and a plurality of magnets 20 having poles opposite to the poles of the plurality of magnets 14 or 14 'to be taken out from the magnet unit of the present embodiment are brought close to the magnet 14 or 14', as shown in FIG. A plurality of magnets 14 or 14 'may be taken out simultaneously as shown in FIG.
Conversely, when installing or re-installing the magnet 14 or 14 ′, the magnet 14 or 14 ′ is aligned with the through-hole 13 at the position where the magnet 14 or 14 ′ is desired to be installed, and the desired magnet 14 or 14 is securely inserted into the through-hole 13. 14 'can be held.
[0014]
In the magnet unit obtained by the above-described embodiment, all the horizontal components of the magnetic field exceeded 300 G (Gauss) when the vertical component of the magnetic field at the target material surface position 30 mm away from the surface was 0.
In the example of the present embodiment, iron is used as the material of the yoke 11, duralumin is used in the magnet holder 12-, and neodymium is used in the magnets 14 and 14 '. However, the present invention is not limited to this. Further, the shapes of the magnets 14, 14 'and the through holes 13 are not limited to this.
[0015]
Further, the arrangement of the magnets 14 and 14 'is not limited to that shown in FIG. The magnet unit of FIG. 1 is adapted to a circular substrate. As an example, the N-pole magnet 14 is arranged in a substantially ε shape, and the S-pole magnet 14 ′ is arranged in a substantially C-shape. A magnetic field is generated during sputtering between the pole magnet 14 'and electrons circulate in a closed loop portion corresponding to the gap shape between the N pole magnet 14 and the S pole magnet 14'. Regardless of the N pole magnet 14 or the S pole magnet 14 ', by arranging the pole magnets arranged on the outer periphery of the magnet unit in a substantially closed loop shape, the circulating electrons can be prevented from scattering and the sputtering efficiency is improved. This is preferable. In addition, the N-pole magnet 14 is arranged not only in an annular shape on the outer peripheral portion of the circular magnet unit, but also arranged so as to enter the radial direction toward the center side, so that the N-pole magnet 14 and the S-pole are also provided in the center portion of the magnet unit. A magnetic field is formed with the magnet 14 'to form a path for electrons to circulate so that sputtering is efficiently performed not only on the outer peripheral side of the target but also on the central side. Since this magnet unit is rotated as described in the conventional apparatus, symmetry is not a problem in the magnet arrangement.
In addition, for example, the S pole magnet 14 'has a generally C shape in which all the S pole magnets 14' are arranged in the inner portion in order to increase the magnetic field strength, but there is no need to increase the magnetic field strength to that extent. May be arranged in a generally C-shaped frame shape without arranging the magnet 14 'in the inner portion. Thus, in the present embodiment, for example, it is possible to finely adjust the magnetic field intensity by putting one magnet into and out of one through hole.
[0016]
FIG. 1 shows an arrangement example of a magnet unit applied to a circular target. FIG. 5 shows a magnet unit 32 according to another embodiment of the present invention applied to a rectangular target. In FIG. 5, the rectangular magnet unit 32 reciprocates along the longitudinal direction with respect to the rectangular target 37 instead of rotating with respect to the target. The magnets 34 and 34 ′ in the magnet unit 32 are arranged such that an N-pole magnet 34 is arranged on the outside, and the S-pole magnet 34 ′ is arranged on the inside of the N-pole magnet 34 in a shape substantially similar to the arrangement shape of the N-pole magnet 34. It is arranged. And the arrangement direction of both magnets 34 and 34 'does not have the part which becomes parallel with the moving direction of the magnet unit 32, and it is trying to improve sputtering efficiency.
When the thickness of the thin film formed on the substrate is required to be uniform, the magnet passes through the center of the rectangular magnet unit 32 in the longitudinal direction and is symmetrical with respect to the center line in the direction perpendicular to the longitudinal direction. 34, 34 'are preferably arranged. Further, the hole 13 in which the magnets 14 and 14 ′ of the magnet holder 13 are disposed is not limited to the through hole in which the surface of the yoke 111 is exposed to the magnets 14 and 14 ′ side, and the magnetic force of the magnets 14 and 14 ′ is transmitted. If a holding force that can hold the magnet sufficiently with the yoke 11 is applied, there is a bottom portion, and the magnets 14 and 14 ′ may face the yoke 11 through the bottom portion.
[0017]
According to the above configuration of the present embodiment, each magnet 14, 14 ', 34, 34' has a porous magnet holder 12, which has each through-hole 13, 33 having a shape equivalent to or larger than this. In each of the thirty-two through holes 13 and 33, the magnetic holes are detachably held. Therefore, when the desired magnetic field distribution cannot be obtained or it is desired to change the magnet arrangement for other reasons, it is easy to remove the magnets 14, 14 ′, 34, 34 ′ once arranged and rearrange them in another place. Can be done. Further, if the sizes and shapes of the through holes 13 and 33 of the magnets 14, 14 ', 34 and 34' and the magnet holders 12 and 32 are unified, the through holes 13 and 33 at any position are free. Can hold magnets 14, 14 ′, 34, 34 ′ having arbitrary poles. Furthermore, if the positions of the through holes 13 and 33 of the magnet holders 12 and 32 are uniformly provided at regular intervals in at least one direction such as a parallel shape, a staggered shape, a concentric circular shape, etc., The degree of freedom increases and management becomes easier. In particular, the staggered arrangement allows the magnets 14, 14 ', 34, 34' to be arranged most densely, so that the magnetic field strength can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a magnet unit of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional side view of the magnet unit of FIG.
3 is an explanatory diagram showing a state in which a magnet is held in a hole of a magnet holder of the magnet unit of FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram when a magnet held in a hole of the magnet holder is taken out.
FIG. 5 is a plan view of a magnet unit of a sputtering apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view of a conventional sputtering apparatus.
7A and 7B are diagrams showing examples of arrangement of magnet units in the conventional sputtering apparatus.
[Explanation of symbols]
11 Yoke 12, 32 Magnet holder 13, 33 Holes 14, 14 ', 34, 34' provided in the magnet holder Magnet 21 Yoke 22 Magnet 37 Substrate

Claims (9)

マグネトロンスパッタ装置内に配置されたターゲットの背面側に配置されるマグネットユニットであって、
全て同形状の複数のマグネットと、
磁性体から構成されるヨークと、
上記ヨークの表面に配置されるマグネットホルダであって、上記複数のマグネットの各個片と同等の形状以上の大きさを有する複数の孔を有し、上記マグネットのそれぞれを上記孔内に個別に挿入して該マグネットの磁力により上記ヨークに上記マグネットを着脱可能に保持するマグネットホルダとを備え、かつ、上記マグネットホルダの孔は上記マグネットよりも多いことを特徴とするマグネットユニット。
A magnet unit disposed on the back side of a target disposed in a magnetron sputtering apparatus,
A plurality of magnets all of the same shape ,
A yoke composed of a magnetic material;
A magnet holder is disposed on a surface of the yoke has a plurality of pores having a respective pieces equivalent shape or size of the plurality of magnets, each of the magnet individually in each hole inserting a magnet holder for detachably holding the respective magnets to the yoke by the magnetic force of the magnet by, and holes of the magnet holder magnet unit, characterized in that more than the magnet.
上記マグネットホルダは非磁性であり、ジュラルミン、アルミニウム、銅、合成樹脂、セラミックの中から選択された材料から構成されるようにした請求項1に記載のマグネットユニット。  The magnet unit according to claim 1, wherein the magnet holder is non-magnetic and is made of a material selected from duralumin, aluminum, copper, synthetic resin, and ceramic. 上記マグネットの各個片及び各孔が全てそれぞれ同形状である請求項1又は2に記載のマグネットユニット。  The magnet unit according to claim 1 or 2, wherein each piece and each hole of the magnet have the same shape. 上記マグネットホルダの各孔が、少なくとも一方向に於いて一定間隔で配置された請求項1〜3のいずれかに記載のマグネットユニット。  The magnet unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the holes of the magnet holder are arranged at regular intervals in at least one direction. 上記マグネットホルダの各孔が千鳥状に配置された請求項1〜3のいずれかに記載のマグネットユニット。  The magnet unit according to claim 1, wherein the holes of the magnet holder are arranged in a staggered manner. 上記マグネットはN極マグネットとS極マグネットとを含み、N極マグネットとS極マグネットとの間には少なくとも1つの空孔を介在させて上記マグネットホルダの孔に配置するようにした請求項1〜5のいずれかに記載のマグネットユニット。  The magnet includes an N-pole magnet and an S-pole magnet, and is arranged in the hole of the magnet holder with at least one hole interposed between the N-pole magnet and the S-pole magnet. The magnet unit according to any one of 5. 請求項1〜6のいずれかに記載のマグネットユニットを有するようにしたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。  A magnetron sputtering apparatus comprising the magnet unit according to claim 1. 磁性体から構成されるヨークの表面に配置されたマグネットホルダは、全て同形状の複数のマグネットの各個片と同等の形状以上の大きさを有する複数の孔を有し、かつ、上記マグネットホルダの上記孔は上記マグネットよりも多く構成されたスパッタ装置を使用するマグネトロンスパッタ方法にして、
上記マグネットのそれぞれを上孔内に個別に挿入し、該各マグネットの磁力により上記ヨークに上記マグネットを着脱可能に保持し、その後、マグネトロンスパッタを行うようにしたことを特徴とするマグネトロンスパッタ方法。
Magnet holder disposed on the surface of the yoke consists of magnetic material, have a plurality of pores having a plurality of respective pieces equivalent to the shape or the size of the magnet in all the same shape, and the magnet holder The hole is a magnetron sputtering method that uses a sputtering device configured more than the magnet ,
Each of the magnet was inserted separately in the upper Symbol in each hole, by the magnetic force of the respective magnet detachably retains the respective magnets to the yoke, then, characterized in that to perform the magnetron sputtering magnetron Sputtering method.
上記マグネットの配置を変更するとき、上記マグネットホルダの孔からマグネットを取り出し、別の孔内に上記マグネットを挿入して各マグネットの磁力により上記ヨークに上記マグネットを着脱可能に保持することによりマグネットの入れ換えを行うようにした請求項8に記載のマグネトロンスパッタ方法。  When changing the arrangement of the magnet, the magnet is taken out from the hole of the magnet holder, the magnet is inserted into another hole, and the magnet is detachably held in the yoke by the magnetic force of each magnet. The magnetron sputtering method according to claim 8, wherein replacement is performed.
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