JP5461264B2 - Magnetron sputtering apparatus and sputtering method - Google Patents

Magnetron sputtering apparatus and sputtering method Download PDF

Info

Publication number
JP5461264B2
JP5461264B2 JP2010069394A JP2010069394A JP5461264B2 JP 5461264 B2 JP5461264 B2 JP 5461264B2 JP 2010069394 A JP2010069394 A JP 2010069394A JP 2010069394 A JP2010069394 A JP 2010069394A JP 5461264 B2 JP5461264 B2 JP 5461264B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnet
yoke
target
magnet unit
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010069394A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011202217A (en
JP2011202217A5 (en
Inventor
雅夫 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Anelva Corp
Original Assignee
Canon Anelva Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Anelva Corp filed Critical Canon Anelva Corp
Priority to JP2010069394A priority Critical patent/JP5461264B2/en
Priority to TW100108997A priority patent/TWI425108B/en
Priority to KR1020110026222A priority patent/KR101264991B1/en
Priority to CN2011100727525A priority patent/CN102199754A/en
Priority to CN201310024399.2A priority patent/CN103103489B/en
Publication of JP2011202217A publication Critical patent/JP2011202217A/en
Priority to KR1020130000245A priority patent/KR101290915B1/en
Publication of JP2011202217A5 publication Critical patent/JP2011202217A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5461264B2 publication Critical patent/JP5461264B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/52Means for observation of the coating process
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405Magnetron sputtering
    • H01J37/3408Planar magnetron sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414Targets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/345Magnet arrangements in particular for cathodic sputtering apparatus
    • H01J37/3455Movable magnets

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリング装置、及び、マグネトロンスパッタリング方法に関する。   The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus and a magnetron sputtering method.

太陽電池用基板や半導体ウェハ等に薄膜を形成する方法としてスパッタリングがある。
特に、ターゲットが取り付けられるカソードの裏側に、磁石を配置したマグネトロンスパッタリング装置は、成膜の安定性が優れ、また、ターゲットの大型化が容易であり広く利用されている。
生産性の向上のため、ターゲットのエロージョン深さをできるだけ均一にして1枚のターゲットで生産できる基板の枚数を多くすることが試みられている。
また、基板上において膜厚分布均一性の向上のために、エロージョン深さ形状を所望の形状に制御することもおこなわれている。
Sputtering is a method for forming a thin film on a solar cell substrate or a semiconductor wafer.
In particular, a magnetron sputtering apparatus in which a magnet is disposed on the back side of a cathode to which a target is attached is excellent in stability of film formation and is easy to increase in size of the target and is widely used.
In order to improve productivity, attempts have been made to increase the number of substrates that can be produced with one target by making the erosion depth of the target as uniform as possible.
Further, in order to improve the film thickness distribution uniformity on the substrate, the erosion depth shape is also controlled to a desired shape.

このように、ターゲットのエロージョン深さ形状を制御することは、ターゲット表面側の放電空間のプラズマ密度分布を制御することとほぼ同じことである。
プラズマ密度分布は、放電空間の主に電場と磁場により決定されるが、特に、ターゲットの裏側に配置された磁石が、ターゲット表面側の放電空間に作る磁場形状に大きく影響を受ける。そのため、エロージョン深さ形状を制御するために磁石形状を工夫したり、磁石を回転させたり往復運動させたりすることが多い。
As described above, controlling the erosion depth shape of the target is almost the same as controlling the plasma density distribution in the discharge space on the target surface side.
The plasma density distribution is determined mainly by an electric field and a magnetic field in the discharge space. In particular, the magnet arranged on the back side of the target is greatly influenced by the magnetic field shape created in the discharge space on the target surface side. Therefore, in many cases, the shape of the magnet is devised to control the erosion depth shape, or the magnet is rotated or reciprocated.

マグネトロンスパッタリングでは、通常の磁石構造として、図8に示すように内側に、例えば、S極が表面となる向きに永久磁石(以下、内側磁石という)をある領域に配置し、それを取り囲むように反対の極性のN極が表面となる向きに永久磁石(以下、外側磁石という)を配置する。
これらは、通常の強磁性体のヨーク上に配置される。以下、内側磁石、外側磁石、ヨークを合わせて磁石ユニットと呼ぶ。
In magnetron sputtering, as shown in FIG. 8, as a normal magnet structure, a permanent magnet (hereinafter referred to as an inner magnet) is arranged in a certain area in the direction facing the surface of the south pole, for example, so as to surround it. Permanent magnets (hereinafter referred to as outer magnets) are arranged in such a direction that the N poles of opposite polarities face the surface.
These are arranged on a normal ferromagnetic yoke. Hereinafter, the inner magnet, the outer magnet, and the yoke are collectively referred to as a magnet unit.

内側磁石と外側磁石は、ヨークに接着剤にて固定されることが多い。
したがって、ヨークは作業しやすいように平面の板状のものが使用される。内側磁石と外側磁石は、吸着する方向に力が発生するため、これらをしっかり固定するためにヨークにはある程度の強度も必要になる。
The inner magnet and the outer magnet are often fixed to the yoke with an adhesive.
Therefore, a flat plate-like yoke is used so that the work is easy. Since the inner magnet and the outer magnet generate a force in the adsorbing direction, a certain degree of strength is required for the yoke in order to firmly fix them.

また、ヨークは、それが無い場合よりも磁石としての磁場強度を向上する働きがある。そのため、通常、ヨークは、磁気飽和しないように高い透磁率である程度の厚さのものが使用される。
大型スパッタリング装置では、矩形ターゲットを用いる場合が多く、その場合は磁石ユニットとして図8のような矩形のものを使用している。一つのターゲットに対してこのような磁石ユニットを1つ、または複数並べてマグネトロンスパッタをおこなっている。このような磁石ユニットを用いた大型スパタリング装置に、例えば、特許文献1で開示されているものがある。
The yoke has a function of improving the magnetic field strength as a magnet as compared with the case without the yoke. Therefore, a yoke having a certain degree of thickness and a high magnetic permeability is usually used so as not to cause magnetic saturation.
In a large sputtering apparatus, a rectangular target is often used, and in that case, a rectangular unit as shown in FIG. 8 is used as a magnet unit. One or a plurality of such magnet units are arranged for one target and magnetron sputtering is performed. One example of a large-scale sputtering apparatus using such a magnet unit is disclosed in Patent Document 1.

特開2001−140069号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-140069

しかしながら、従来の磁石ユニットには以下の問題があった。
すなわち、ターゲット表面側の磁場形状や磁場強度を容易に変更する方法として、磁石ユニットの内側磁石と外側磁石のターゲット側表面に強磁性体の薄い板(以下、磁性体板という)を貼り付ける方法がある。磁性体板が、内側磁石と外側磁石のN極とS極を磁気回路的に短絡することによって、磁性体板を貼り付けた領域のN極とS極から生じる磁場強度を低減することができる。
磁性体板は、磁気飽和する程度に薄く、磁性体板を通り抜けてある程度ターゲット表面側に磁場を形成している。そこで、貼り付ける磁性体板の位置と厚さを変えることによって磁石ユニット全体の磁場強度を制御することができる。
However, the conventional magnet unit has the following problems.
That is, as a method of easily changing the magnetic field shape and magnetic field strength on the target surface side, a method of attaching a thin ferromagnetic plate (hereinafter referred to as a magnetic material plate) to the target side surfaces of the inner magnet and outer magnet of the magnet unit There is. The magnetic plate can reduce the magnetic field strength generated from the N and S poles in the region where the magnetic plate is attached by short-circuiting the N and S poles of the inner and outer magnets in a magnetic circuit manner. .
The magnetic plate is thin enough to be magnetically saturated and forms a magnetic field on the target surface side to some extent through the magnetic plate. Therefore, the magnetic field strength of the entire magnet unit can be controlled by changing the position and thickness of the magnetic plate to be attached.

しかし、磁石ユニットは、通常、ターゲット側の構造物と近接して設置されることが多い。
具体的には、ターゲットと磁石ユニットの間には、ターゲット裏板やチャンバー壁が存在する場合がある。ターゲット表面側の磁場強度をできるだけ強くするために、磁石ユニットとターゲットの距離は小さくする必要があり、磁石ユニットは、ターゲット裏板やチャンバー壁に対して数ミリ程度の隙間で設置されることが多い。
However, the magnet unit is usually installed close to the target-side structure.
Specifically, a target back plate and a chamber wall may exist between the target and the magnet unit. In order to increase the magnetic field strength on the target surface side as much as possible, the distance between the magnet unit and the target needs to be small, and the magnet unit may be installed with a gap of about several millimeters against the target back plate or chamber wall. Many.

そのため、前述の磁性体板を磁石ユニット表面に貼り付けるには、磁石ユニットをターゲットと反対側へ大きく移動して磁石ユニット表面側にスペースを造らなければならない。
最近の、例えば、基板の大きさが1mを越えるような大型スパッタリング装置では、磁石ユニットも大きく重量も重いため、磁石ユニットをターゲット側から大きく移動する手段は大型で複雑なものになってしまい、装置製造コストが高くなる問題があった。
For this reason, in order to attach the above-described magnetic plate to the surface of the magnet unit, the magnet unit must be moved largely to the opposite side of the target to create a space on the surface of the magnet unit.
Recently, for example, in a large-scale sputtering apparatus in which the size of the substrate exceeds 1 m, since the magnet unit is large and heavy, the means for moving the magnet unit greatly from the target side becomes large and complicated. There was a problem that the manufacturing cost of the apparatus was high.

上記課題を解決するために、マグネトロンスパッタリング装置は、ターゲットが取り付けられるカソードの裏面側に沿うように往復移動可能な磁石ユニットを配置したマグネトロンスパッタリング装置であって、前記磁石ユニットは、一つの極性の磁極面を前記カソード側に向けた永久磁石からなる内側磁石と、前記内側磁石を取り囲むように矩形状に配列され、前記内側磁石と反対の極性の磁極面を前記カソード側に向けた外側磁石と、前記内側磁石と前記外側磁石とを固定する非磁性体と、強磁性体材料からなり前記内側磁石および前記外側磁石の前記カソードに対して反対側に位置し、前記内側磁石と前記外側磁石の磁極を接続する板状のヨークと、を有しており、前記磁石ユニットの基板側表面と前記カソードの裏面の間の距離は一定であり、前記ヨークは、板状の形状を有し、前記矩形状に配列した外側磁石の長辺方向に複数個に分割され、かつ、前記分割されたヨークのそれぞれは異なる厚さのものに交換可能であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a magnetron sputtering apparatus is a magnetron sputtering apparatus in which a magnet unit capable of reciprocating movement is disposed along the back side of a cathode to which a target is attached, and the magnet unit has one polarity. An inner magnet composed of a permanent magnet with the magnetic pole surface facing the cathode, and an outer magnet arranged in a rectangular shape so as to surround the inner magnet, with the magnetic pole surface having the opposite polarity to the inner magnet facing the cathode A non-magnetic material that fixes the inner magnet and the outer magnet, a ferromagnetic material, and located on the opposite side of the inner magnet and the cathode of the outer magnet, and the inner magnet and the outer magnet. A plate-like yoke for connecting the magnetic poles, and the distance between the substrate side surface of the magnet unit and the back surface of the cathode is one. The yoke has a plate shape and is divided into a plurality of pieces in the long side direction of the outer magnets arranged in the rectangular shape, and each of the divided yokes has a different thickness. It can be exchanged.

具体的には、上述のマグネトロンスパッタリング装置は、前記磁石ユニットの長辺方向において、中央部よりも先端部の前記ヨークの厚さが薄くなるように、前記分割されたヨークがそれぞれ配置されるとさらに好ましい。Specifically, in the magnetron sputtering apparatus described above, when the divided yokes are arranged so that the thickness of the yoke at the front end is thinner than the center in the long side direction of the magnet unit. Further preferred.


本発明によれば、磁石ユニットをターゲット側から大きく移動せずに磁石ユニット裏側からヨーク厚さを変更することで、容易にターゲット表面側の磁場形状や磁場強度を変更でき、装置の製造コストを低減できる。   According to the present invention, by changing the yoke thickness from the back side of the magnet unit without largely moving the magnet unit from the target side, the magnetic field shape and magnetic field strength on the target surface side can be easily changed, and the manufacturing cost of the apparatus can be reduced. Can be reduced.

本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略図を示す。1 shows a schematic diagram of a magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明に係る磁石ユニットであり、(a)は正面図、(b)は(a)のA−A断面図、(c)は(a)のB−B断面図、(d)は(a)においてヨークが無い状態をそれぞれ示す。It is the magnet unit which concerns on this invention, (a) is a front view, (b) is AA sectional drawing of (a), (c) is BB sectional drawing of (a), (d) is (a) ) Shows a state without a yoke. 本発明に係る磁石ユニットにおいて、その磁場解析を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic field analysis in the magnet unit which concerns on this invention. 本発明に係る磁石ユニットの磁場解析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the magnetic field analysis of the magnet unit which concerns on this invention. 本発明に係る磁石ユニットにおいて、先端部磁場強度を中央部より弱くするための方法を説明する図である。It is a figure explaining the method for making the front-end | tip part magnetic field intensity weaker than a center part in the magnet unit which concerns on this invention. 本発明に係る磁石ユニットにおいて、先端部磁場強度を中央部より強くするための方法を説明する図である。It is a figure explaining the method for making the front-end | tip part magnetic field intensity stronger than the center part in the magnet unit which concerns on this invention. 本発明の一実施形態に係る磁石ユニットで磁性体を使用した場合の概略図である。It is the schematic at the time of using a magnetic body with the magnet unit which concerns on one Embodiment of this invention. 従来の磁石ユニットを説明する図であり、(a)は正面図、(b)は(a)のA−A断面図、(c)は(a)のB−B断面図をそれぞれ示す。It is a figure explaining the conventional magnet unit, (a) is a front view, (b) is AA sectional drawing of (a), (c) shows BB sectional drawing of (a), respectively.

以下、本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置ついて、図面を参照して説明する。
図1に、本発明の第1の実施例であるマグネトロンスパッタリング装置を示す。
チャンバー1の中の基板ホルダー5に基板2が置かれている。チャンバー1は、不図示の排気ポンプにより真空に排気され、不図示のガス配管よりプロセスガス、例えば、Arガスが所定の圧力になるように供給される。
Hereinafter, a magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a magnetron sputtering apparatus according to the first embodiment of the present invention.
A substrate 2 is placed on a substrate holder 5 in the chamber 1. The chamber 1 is evacuated to vacuum by an unillustrated exhaust pump, and a process gas such as Ar gas is supplied from a not-illustrated gas pipe so as to have a predetermined pressure.

基板2に対向して上方にターゲット3が配置されている。ターゲット3はターゲット裏板4にボンディングされていて、ターゲット裏板4は、絶縁物6を介してチャンバー1に設置されている。   A target 3 is disposed above and facing the substrate 2. The target 3 is bonded to the target back plate 4, and the target back plate 4 is installed in the chamber 1 through an insulator 6.

本実施例では、ターゲット裏板4の基板2と反対側である裏面側が大気にさらされている例を示す。ターゲット裏板4は、不図示のDC電源に接続されている。
ターゲット裏板4の裏面側には、数ミリの隙間をあけて磁石ユニット10が設置されている。磁石ユニット10は、不図示の移動機構によって成膜中はターゲット裏板4との間隔を変えずに往復運動をおこなうことができる。
In this embodiment, an example is shown in which the back side opposite to the substrate 2 of the target back plate 4 is exposed to the atmosphere. The target back plate 4 is connected to a DC power source (not shown).
A magnet unit 10 is installed on the back side of the target back plate 4 with a gap of several millimeters. The magnet unit 10 can reciprocate without changing the distance from the target back plate 4 during film formation by a moving mechanism (not shown).

次に、図2で本発明の磁石ユニット10について説明する。
図2(a)は磁石ユニット10の正面図であり、ターゲット3側から見た様子を示している。
手前側表面にS極を示すように磁化した細長い永久磁石の内側磁石11があり、それを取り囲むように手前側表面にN極を示すように磁化した永久磁石の外側磁石12がある。
Next, the magnet unit 10 of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2A is a front view of the magnet unit 10 and shows a state seen from the target 3 side.
There is an elongated permanent magnet inner magnet 11 magnetized to show the south pole on the front surface, and an outer permanent magnet 12 magnetized to show the north pole on the front surface so as to surround it.

図2(a)のA−A断面図である図2(b)や、図2(a)のB−B断面図である図2(c)に示すように、内側磁石11と外側磁石12は、その間を非磁性体13で接続固定されている。
非磁性体13は、例えば、アルミニウムや非磁性体のステンレスなどが使用され接着剤により内側磁石11と外側磁石12を固定している。
ヨーク14がない状態の断面を図2(d)に示すが、内側磁石11と外側磁石12は、非磁性体13のみで固定されていてヨーク14による固定は必要としない。
As shown in FIG. 2B, which is an AA sectional view of FIG. 2A, and FIG. 2C, which is a BB sectional view of FIG. 2A, an inner magnet 11 and an outer magnet 12 are provided. The connection between them is fixed by a non-magnetic material 13.
As the nonmagnetic material 13, for example, aluminum or nonmagnetic stainless steel is used, and the inner magnet 11 and the outer magnet 12 are fixed by an adhesive.
FIG. 2D shows a cross section without the yoke 14, but the inner magnet 11 and the outer magnet 12 are fixed only by the non-magnetic material 13 and need not be fixed by the yoke 14.

ヨーク14は強磁性体でてきており、例えば、鉄やSUS430などである。
図2(c)に示すように、ヨーク14は、内側磁石11と外側磁石12のターゲット3と反対側の磁極表面を磁気回路を短絡するように接続している。ここでのヨーク14は、磁石の吸着力(磁力)で貼り付いているのみで磁石とヨーク14は接着のような固定はしていない。
The yoke 14 is made of a ferromagnetic material such as iron or SUS430.
As shown in FIG. 2C, the yoke 14 connects the magnetic pole surfaces of the inner magnet 11 and the outer magnet 12 opposite to the target 3 so as to short-circuit the magnetic circuit. The yoke 14 here is only attached by the magnet's attracting force (magnetic force), and the magnet and the yoke 14 are not fixed by bonding.

図2(b)に示すようにヨーク14は、ここでは磁石ユニット10の長辺方向に8分割されていて、それぞれの厚さは異なっている。ヨーク14が厚い領域ではターゲット表面での磁場強度は強く、ヨーク14が薄い領域では、ターゲット表面での磁場強度は弱くなる。磁場強度とヨーク厚さの関係については後で詳しく述べる。   As shown in FIG. 2B, the yoke 14 is divided into eight in the long side direction of the magnet unit 10 here, and the thicknesses thereof are different. In the region where the yoke 14 is thick, the magnetic field strength on the target surface is strong, and in the region where the yoke 14 is thin, the magnetic field strength on the target surface is weak. The relationship between the magnetic field strength and the yoke thickness will be described in detail later.

ヨーク14は、磁石の磁力によって吸着していることと、分割していることで容易に取り外すことができる。従がって、厚さの異なるヨーク14に容易に交換することができ、このことがターゲット表面における磁場強度の制御を容易にしている。   The yoke 14 can be easily removed by being attracted by the magnetic force of the magnet and by being divided. Accordingly, the yoke 14 having a different thickness can be easily replaced, and this facilitates the control of the magnetic field strength on the target surface.

また、図示していないが分割されたそれぞれのヨーク14は、薄い強磁性体の板を重ねて使用しても効果は同じである。その場合、薄い強磁性体のヨーク14に働く磁力が小さくなり、一枚一枚の薄い強磁性体のヨーク14を磁石ユニット10から取り外すことがさらに容易にできる。   Although not shown, the divided yokes 14 have the same effects even when thin ferromagnetic plates are used. In this case, the magnetic force acting on the thin ferromagnetic yoke 14 is reduced, and the thin ferromagnetic yokes 14 can be easily detached from the magnet unit 10 one by one.

通常、マグネトロンスパッタリング装置では、磁石ユニットの背面側であるヨーク側には構造物を接近させる必要はないため空間が確保できる。そのため、容易に人の手でヨークの交換が可能であり、それによってターゲット表面の磁場強度を変更できる。
従がって、従来のように磁石ユニットをターゲットと反対方向に大きく移動する必要はない。
Usually, in the magnetron sputtering apparatus, it is not necessary to bring a structure close to the yoke side, which is the back side of the magnet unit, so that a space can be secured. Therefore, the yoke can be easily exchanged by a human hand, and thereby the magnetic field strength on the target surface can be changed.
Therefore, it is not necessary to move the magnet unit largely in the direction opposite to the target as in the prior art.

次に、ヨーク厚さとターゲット表面における磁場強度の関係について説明する。
図3に示すような磁石ユニット10のターゲット表面における磁場強度を磁場解析ソフトELF/MAGICによって計算した。
Next, the relationship between the yoke thickness and the magnetic field strength on the target surface will be described.
The magnetic field strength on the target surface of the magnet unit 10 as shown in FIG. 3 was calculated by the magnetic field analysis software ELF / MAGIC.

磁石ユニット10のヨーク14の厚さは、中央部付近で10mmとし、先端部100mm領域のヨーク厚さaを0mm〜10mmまで変化させた。不図示のターゲット表面は磁石ユニット10の表面から40mmの位置であり、磁束密度ベクトルがほぼターゲット(不図示)の表面と平行になる位置である磁石ユニット先端から30mm内側の位置における、磁束密度の平行成分(符号20)を計算した。なお、内側磁石11と外側磁石12は、たとえば、ネオジウム磁石とし、ヨーク14はSUS430とした。   The thickness of the yoke 14 of the magnet unit 10 was set to 10 mm in the vicinity of the center portion, and the yoke thickness a in the region of the tip portion 100 mm was changed from 0 mm to 10 mm. The target surface (not shown) is at a position 40 mm from the surface of the magnet unit 10, and the magnetic flux density at a position 30 mm inside from the tip of the magnet unit where the magnetic flux density vector is substantially parallel to the surface of the target (not shown). A parallel component (symbol 20) was calculated. The inner magnet 11 and the outer magnet 12 are, for example, neodymium magnets, and the yoke 14 is SUS430.

計算結果を図4に示す。
先端部ヨーク厚さaが厚くなるにしたがって、ターゲット表面における磁束密度が大きくなっている。先端部ヨーク厚さaが6mm以上ではターゲット表面における磁束密度はほとんど変化しなくなるが、これは先端部のヨークが6mm以上では磁気飽和していないためである。
The calculation results are shown in FIG.
As the tip yoke thickness a increases, the magnetic flux density on the target surface increases. When the tip yoke thickness a is 6 mm or more, the magnetic flux density on the target surface hardly changes. This is because the tip yoke is not magnetically saturated when the tip yoke is 6 mm or more.

ターゲット表面における磁場強度の制御には、ヨーク厚さは0mm〜6mmの範囲で可能である。
なお、先端部ヨーク厚さaが0mmとは、図5に示すようにその領域にヨーク14を設置しないことである。
For the control of the magnetic field strength on the target surface, the yoke thickness can be in the range of 0 mm to 6 mm.
The tip yoke thickness “a” of 0 mm means that the yoke 14 is not installed in that region as shown in FIG.

図5の例では、磁石ユニットの先端部磁場強度を中央部より弱くするための方法であるが、逆に、中央部磁場強度を先端部より弱くするためには、図6に示すように先端部のヨーク14は厚くし、中央部のヨーク14を薄くすればよい。   In the example of FIG. 5, the magnetic field strength at the tip of the magnet unit is made weaker than that at the center. Conversely, in order to make the magnetic field strength at the center weaker than that at the tip, as shown in FIG. The yoke 14 at the center may be thickened and the yoke 14 at the center may be thinned.

一般に、エロージョン深さは、ターゲット表面におけるターゲット表面と平行な方向の磁束密度が大きい領域で深くなり、磁束密度の小さい領域で浅くなる。
本発明の磁石ユニットでは、ヨーク厚さを厚くした領域のエロージョンは深くなり、ヨーク厚さを薄くした領域のエロージョンは浅くなる。
このように、ヨーク厚さを部分的に変更することで所望のエロージョン深さ形状を容易に得られることができる。
In general, the erosion depth becomes deep in a region where the magnetic flux density in the direction parallel to the target surface is large on the target surface, and becomes shallow in a region where the magnetic flux density is small.
In the magnet unit of the present invention, the erosion in the region where the yoke thickness is increased becomes deep, and the erosion in the region where the yoke thickness is reduced becomes shallow.
Thus, a desired erosion depth shape can be easily obtained by partially changing the yoke thickness.

次に、本発明に係るマグネトロンスパッタ装置を用いた成膜方法について説明する。
磁石ユニットのヨークは、例えば、中央部は均一の厚さとし、先端部はそれより薄くするなど不均一な厚さとする。
真空に排気したチャンバーの基板ホルダーに基板を設置した後、所定の圧力になるように、例えば、Arガスのようなプロセスガスをチャンバーに導入する。
Next, a film forming method using the magnetron sputtering apparatus according to the present invention will be described.
The yoke of the magnet unit has a non-uniform thickness, for example, a uniform thickness at the center and a thinner tip.
After the substrate is placed on the substrate holder of the chamber evacuated to vacuum, a process gas such as Ar gas is introduced into the chamber so that a predetermined pressure is obtained.

磁石ユニットを移動機構で往復運動させながらDC電源をONして、ターゲットにDC電力を印加してスパッタ成膜を実施する。一定時間後にDC電力をOFFして成膜が完了する。   The DC power supply is turned on while the magnet unit is reciprocated by a moving mechanism, and DC power is applied to the target to perform sputter deposition. After a certain time, the DC power is turned off to complete the film formation.

基板に堆積した膜の厚さを測定し、所望の膜厚分布が得られたかどうかを確認する。
膜厚分布が悪く基板上のある領域の膜厚を薄くしたい場合は、そこに対応する磁石ユニットのヨークを厚いものから薄いものに交換することによって磁場強度を低減する。
The thickness of the film deposited on the substrate is measured to confirm whether a desired film thickness distribution has been obtained.
When the film thickness distribution is poor and it is desired to reduce the film thickness in a certain region on the substrate, the magnetic field strength is reduced by replacing the corresponding magnet unit yoke from a thicker one to a thinner one.

一方、基板上のある領域の膜厚を厚くしたい場合は、そこに対応する磁石ユニットのヨークを薄いものから厚いものに交換することによって磁場強度を増強する。この状態で再度同様の成膜をおこない膜厚分布を確認する。
このような作業を何度か繰り返すことによって所望の膜厚分布が得られるようになる。
On the other hand, when it is desired to increase the film thickness in a certain region on the substrate, the magnetic field strength is increased by replacing the corresponding yoke of the magnet unit from a thin one to a thick one. In this state, the same film formation is performed again to confirm the film thickness distribution.
By repeating such an operation several times, a desired film thickness distribution can be obtained.

次に、本発明に係る第2の実施例について説明する。
図7(a)に示すように、内側磁石11と外側磁石12には、ターゲット3と反対側の磁極に鉄やSUS430などの強磁性体からなる磁性体15が接着剤などでそれぞれ接続されている。
内側磁石11と外側磁石12に接続している磁性体15は、ヨーク14を介して磁気回路的に接続されている。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described.
As shown in FIG. 7A, the inner magnet 11 and the outer magnet 12 are respectively connected to the magnetic poles 15 made of a ferromagnetic material such as iron or SUS430 with the magnetic poles on the opposite side of the target 3 with an adhesive or the like. Yes.
The magnetic body 15 connected to the inner magnet 11 and the outer magnet 12 is connected via a yoke 14 in a magnetic circuit manner.

ヨーク14は、接着剤などで固定されておらず磁石の吸着力(磁力)で貼りついているだけで取り外し可能である。内側磁石11と外側磁石12の間には非磁性体13があり、これらの磁性体15と非磁性体13は接着剤やボルトなどで固定されている。   The yoke 14 is not fixed with an adhesive or the like, and can be removed simply by sticking with the attraction force (magnetic force) of the magnet. There is a non-magnetic body 13 between the inner magnet 11 and the outer magnet 12, and the magnetic body 15 and the non-magnetic body 13 are fixed with an adhesive or a bolt.

ヨーク14がない場合の本実施例を図7(b)に示す。磁性体15と非磁性体13が固定されているためヨーク14がない場合でもこの形状で保持できる。この場合、内側磁石11と外側磁石12は、磁気回路としては短絡してなく前述の実施例1のヨーク14がない場合と同じ磁場強度となる。   FIG. 7B shows the present embodiment when there is no yoke 14. Since the magnetic body 15 and the non-magnetic body 13 are fixed, they can be held in this shape even when the yoke 14 is not provided. In this case, the inner magnet 11 and the outer magnet 12 are not short-circuited as a magnetic circuit, and have the same magnetic field strength as the case where the yoke 14 of the first embodiment is not provided.

このようにすると磁性体板と非磁性体を最初に接続して組み立てられ、その上に内側磁石と外側磁石を組み立てる工程を経るため、従来の一体のヨークの上に磁石を組み立てる工程と同じであり組立が容易になる。   In this way, the magnetic plate and the non-magnetic material are first connected and assembled, and then the inner magnet and the outer magnet are assembled thereon. Therefore, the process is the same as the conventional process of assembling the magnet on the integral yoke. Easy assembly.

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。   The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the above embodiments are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, and can be variously modified without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.

1 チャンバー
2 基板
3 ターゲット
4 ターゲット裏板
5 基板ホルダー
6 絶縁物
10 磁石ユニット
11 内側磁石
12 外側磁石
13 非磁性体
14 ヨーク
15 磁性体
20 磁束密度の平行成分

1 chamber 2 substrate 3 target 4 target back plate 5 substrate holder 6 insulator 10 magnet unit 11 inner magnet 12 outer magnet 13 nonmagnetic material 14 yoke 15 magnetic material
20 Parallel component of magnetic flux density

Claims (2)

ターゲットが取り付けられるカソードの裏面側に沿うように往復移動可能な磁石ユニットを配置したマグネトロンスパッタリング装置であって、
前記磁石ユニットは、
一つの極性の磁極面を前記カソード側に向けた永久磁石からなる内側磁石と、
前記内側磁石を取り囲むように矩形状に配列され、前記内側磁石と反対の極性の磁極面を前記カソード側に向けた外側磁石と、
前記内側磁石と前記外側磁石とを固定する非磁性体と、
強磁性体材料からなり前記内側磁石および前記外側磁石の前記カソードに対して反対側に位置し、前記内側磁石と前記外側磁石の磁極を接続する板状のヨークと、を有しており、
前記磁石ユニットの基板側表面と前記カソードの裏面の間の距離は一定であり、
前記ヨークは、板状の形状を有し、前記矩形状に配列した外側磁石の長辺方向に複数個に分割され、かつ、前記分割されたヨークのそれぞれは異なる厚さのものに交換可能であることを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
A magnetron sputtering apparatus in which a magnet unit capable of reciprocating movement is arranged along the back side of a cathode to which a target is attached,
The magnet unit is
An inner magnet composed of a permanent magnet with a magnetic pole face of one polarity facing the cathode side;
An outer magnet that is arranged in a rectangular shape so as to surround the inner magnet, and that has a magnetic pole surface with a polarity opposite to that of the inner magnet facing the cathode side;
A nonmagnetic material for fixing the inner magnet and the outer magnet;
A plate-shaped yoke that is made of a ferromagnetic material and is located on the opposite side of the inner magnet and the outer magnet with respect to the cathode, and connects the inner magnet and the magnetic pole of the outer magnet;
The distance between the substrate side surface of the magnet unit and the back surface of the cathode is constant,
The yoke has a plate shape and is divided into a plurality of pieces in the long side direction of the outer magnets arranged in a rectangular shape, and each of the divided yokes can be replaced with a different thickness. There is a magnetron sputtering apparatus.
前記磁石ユニットの長辺方向において、中央部よりも先端部の前記ヨークの厚さが薄くなるように、前記分割されたヨークがそれぞれ配置されることを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
The magnetron sputtering apparatus , wherein the divided yokes are arranged so that the thickness of the yoke at the tip portion is thinner than the center portion in the long side direction of the magnet unit .
JP2010069394A 2010-03-25 2010-03-25 Magnetron sputtering apparatus and sputtering method Active JP5461264B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010069394A JP5461264B2 (en) 2010-03-25 2010-03-25 Magnetron sputtering apparatus and sputtering method
TW100108997A TWI425108B (en) 2010-03-25 2011-03-16 Magnetron sputtering device and sputtering method
KR1020110026222A KR101264991B1 (en) 2010-03-25 2011-03-24 Magnetron sputtering apparatus and sputtering method
CN201310024399.2A CN103103489B (en) 2010-03-25 2011-03-25 Magnetron sputtering device
CN2011100727525A CN102199754A (en) 2010-03-25 2011-03-25 Magnetic control sputtering apparatus and sputtering method
KR1020130000245A KR101290915B1 (en) 2010-03-25 2013-01-02 Magnetron sputtering apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010069394A JP5461264B2 (en) 2010-03-25 2010-03-25 Magnetron sputtering apparatus and sputtering method

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2011202217A JP2011202217A (en) 2011-10-13
JP2011202217A5 JP2011202217A5 (en) 2013-05-02
JP5461264B2 true JP5461264B2 (en) 2014-04-02

Family

ID=44660733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010069394A Active JP5461264B2 (en) 2010-03-25 2010-03-25 Magnetron sputtering apparatus and sputtering method

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP5461264B2 (en)
KR (2) KR101264991B1 (en)
CN (2) CN103103489B (en)
TW (1) TWI425108B (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5873557B2 (en) * 2012-07-11 2016-03-01 キヤノンアネルバ株式会社 Sputtering apparatus and magnet unit
EP3438322B1 (en) * 2016-03-30 2022-05-25 Keihin Ramtech Co., Ltd. Sputtering device, and method for producing film-formed body
CN108172396B (en) * 2016-12-07 2021-11-16 北京北方华创微电子装备有限公司 Magnetic thin film deposition chamber and thin film deposition equipment
JP6580113B2 (en) * 2017-12-05 2019-09-25 キヤノントッキ株式会社 Sputtering apparatus and control method thereof
KR102420329B1 (en) * 2018-02-13 2022-07-14 한국알박(주) Magnet aggregate of magnetron sputtering apparatus
CN108559964A (en) * 2018-07-25 2018-09-21 衡阳舜达精工科技有限公司 A kind of magnetic control sputtering cathode magnetic field arrangement and the method for being used to prepare nanometer C film
KR102672094B1 (en) * 2018-09-27 2024-06-05 가부시키가이샤 알박 Magnet units for magnetron sputtering devices
WO2021112089A1 (en) * 2019-12-03 2021-06-10 日東電工株式会社 Magnetron sputtering film forming device
CN113667951B (en) * 2021-08-23 2023-03-21 杭州朗为科技有限公司 Rotating cathode with adjustable end insulating magnetic field

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0462909A (en) * 1990-06-30 1992-02-27 Mitsubishi Kasei Corp Fixation of magnet in structure for generating magnetic field
JPH0525625A (en) * 1991-02-17 1993-02-02 Ulvac Japan Ltd Magnetron sputtering cathode
JPH06136528A (en) * 1992-10-23 1994-05-17 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Magnetron sputtering device
DE19836125C2 (en) * 1998-08-10 2001-12-06 Leybold Systems Gmbh Atomizing device with a cathode with permanent magnet arrangement
JP3649933B2 (en) * 1999-03-01 2005-05-18 シャープ株式会社 Magnetron sputtering equipment
JP4592852B2 (en) 1999-11-12 2010-12-08 キヤノンアネルバ株式会社 Magnetron cathode of sputtering equipment
KR100345924B1 (en) * 2000-01-24 2002-07-27 한전건 Planar typed magnetron sputtering apparatus
JP2004124171A (en) 2002-10-02 2004-04-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Plasma processing apparatus and method
KR100585578B1 (en) 2003-09-30 2006-06-07 닛뽕빅터 가부시키가이샤 Magnetron sputtering device
JP4924835B2 (en) * 2005-02-02 2012-04-25 日立金属株式会社 Magnetic circuit device for magnetron sputtering and manufacturing method thereof
CN101126152B (en) * 2006-08-18 2010-04-21 深圳豪威真空光电子股份有限公司 Column-shape magnetron sputtering equipment
JP2008121077A (en) * 2006-11-14 2008-05-29 Hitachi Metals Ltd Magnetic circuit for magnetron sputtering
CN101280420B (en) * 2008-05-28 2010-09-29 东北大学 Magnetron sputtering target having magnetic field enhancing and adjusting functions

Also Published As

Publication number Publication date
KR101264991B1 (en) 2013-05-15
KR20130006726A (en) 2013-01-17
JP2011202217A (en) 2011-10-13
TW201202461A (en) 2012-01-16
KR101290915B1 (en) 2013-07-29
KR20110107757A (en) 2011-10-04
CN103103489B (en) 2015-07-22
CN103103489A (en) 2013-05-15
TWI425108B (en) 2014-02-01
CN102199754A (en) 2011-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5461264B2 (en) Magnetron sputtering apparatus and sputtering method
JP5835235B2 (en) Magnetic field generator for magnetron sputtering
US9761423B2 (en) Sputtering apparatus and magnet unit
WO2006082863A1 (en) Magnetic circuit device for magnetron sputtering and its manufacturing method
CN103374705A (en) Magnetron sputtering device
US8778150B2 (en) Magnetron sputtering cathode, magnetron sputtering apparatus, and method of manufacturing magnetic device
KR102023521B1 (en) Magnetic field generator for magnetron sputtering
JP2012201910A (en) Magnetron sputtering electrode and sputtering apparatus
US9607813B2 (en) Magnetic field generation apparatus and sputtering apparatus
WO2011024411A1 (en) Magnetron sputtering electrode and sputtering device
JP2010248576A (en) Magnetron sputtering apparatus
CN101646799B (en) Magnetron source for deposition on large substrates
JPH0660393B2 (en) Plasma concentrated high-speed sputter device
JPH10102247A (en) Sputtering device and method
US10280503B2 (en) Magnetic-field-generating apparatus for magnetron sputtering
JP2005068468A (en) Target for magnetron sputtering, and magnetron sputtering system
JP2789251B2 (en) Sputtering equipment using dipole ring type magnetic circuit
JP7114401B2 (en) Sputtering equipment
CN211897094U (en) Hardware configuration and system for physical sputtering
JP4504208B2 (en) Magnetron ion sputtering target electrode
JP2009057616A (en) Magnetron sputtering apparatus
TWI532866B (en) Magnetron sputtering apparatus
JPWO2014125889A1 (en) Magnetic field generator for magnetron sputtering
JP2002256431A (en) Magnetron sputtering device
JP2531052Y2 (en) Magnetron sputtering equipment

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130313

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130313

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130930

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131009

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131206

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140114

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140115

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5461264

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250