JP5477868B2 - Magnetron type sputtering equipment - Google Patents

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Description

この発明は、磁力を作用させてスパッタを行うマグネトロン型スパッタ装置に関するものである。   The present invention relates to a magnetron type sputtering apparatus that performs sputtering by applying a magnetic force.

ターゲットをスパッタして薄膜などを形成する装置として、スパッタ効率をあげるために磁力を利用したマグネトロン型スパッタ装置が知られている。
しかし、マグネトロン型スパッタ装置は、スパッタ効率に優れるものの、磁力の作用によってターゲットのエロージョンが偏ってターゲットの使用効率が低減するという問題を有している。このため、ターゲットのエロージョンの偏りを防止することを意図したマグネトロンスパッタ装置が各種提案されている(例えば特許文献1〜5参照)。以下に、その一部を説明する。
As an apparatus for forming a thin film or the like by sputtering a target, a magnetron type sputtering apparatus using a magnetic force to increase sputtering efficiency is known.
However, although the magnetron type sputtering apparatus is excellent in sputtering efficiency, there is a problem that the erosion of the target is biased by the action of magnetic force and the usage efficiency of the target is reduced. For this reason, various magnetron sputtering apparatuses intended to prevent uneven erosion of the target have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 5). Some of them will be described below.

図10は、特許文献1に記載された従来のプレーナマグネトロンスパッタ装置を示している。図10(a)は該装置におけるターゲット及び永久磁石の配置を示す平面図であり、図10(b)は図10(a)の断面図であり、磁場の垂直成分Hvの分布及び磁力線をあわせて示している。
このプレーナマグネトロンスパッタ装置では、長円形状のターゲット24の裏面には、中心軸線に沿って伸びる直線状の中央磁石20と、中央磁石20の周囲に一定の間隔を開けて配置された長円環状の外側磁石21とが設けられている。中央磁石20と外側磁石21との間には、同心的に配列された長円環状の補助磁石22と、補助磁石22と外側磁石21との間にこれら磁石の直線状部分に沿って平行に配列された直線状の補助磁石23とが設けられている。図10(b)には、上記磁石配置におけるターゲット上に形成される垂直磁場Hvの分布と磁力線の形態が模式的に示されている。垂直磁場Hvは、三度ゼロレベルを通る分布となっている。
FIG. 10 shows a conventional planar magnetron sputtering apparatus described in Patent Document 1. FIG. 10A is a plan view showing the arrangement of targets and permanent magnets in the apparatus, and FIG. 10B is a cross-sectional view of FIG. 10A, which combines the distribution of the vertical component Hv of the magnetic field and the magnetic field lines. It shows.
In this planar magnetron sputtering apparatus, on the back surface of the oval target 24, a linear central magnet 20 extending along the central axis, and an oval annular ring disposed around the central magnet 20 with a certain interval. The outer magnet 21 is provided. Between the central magnet 20 and the outer magnet 21, an elliptical auxiliary magnet 22 arranged concentrically and between the auxiliary magnet 22 and the outer magnet 21 in parallel along the linear portions of these magnets. Arranged linear auxiliary magnets 23 are provided. FIG. 10B schematically shows the distribution of the vertical magnetic field Hv formed on the target in the magnet arrangement and the form of the lines of magnetic force. The vertical magnetic field Hv has a distribution that passes through the zero level three times.

上記特許文献1には、上記磁力線の二つの山とその間を埋める広い帯状の部分で電子の濃度が最も高くなり、この部分にイオンも集まってきて、このイオンがシース電圧で加速されてターゲットを打ち、従って広いU字型のエロージョンプロファイルが得られることが記載されている。また、従来の15%から50%以上へと使用効率を高めることができるとされている。   In Patent Document 1, the concentration of electrons is the highest in the two crests of the magnetic field lines and the wide band-shaped part that fills between them, and ions are also collected in this part, and these ions are accelerated by the sheath voltage to target the target. It is described that a wide U-shaped erosion profile is obtained. In addition, it is said that the use efficiency can be increased from the conventional 15% to 50% or more.

図11は、特許文献2に記載された従来のマグネトロンスパッタ装置の平面を示している。
このマグネトロンスパッタ装置は、ターゲットの裏面に設けられたマグネトロン磁場発生用磁石30、31、33と、マグネトロン磁場発生用磁石30、31、33を矢印34の方向に揺動させる機構とを有している。図示32は、電子のドリフト方向を示すものである。ターゲットの周囲には、マグネトロン磁場発生用磁石の移動方向と直交する方向に位置するシールドと、マグネトロン磁場発生用磁石の移動方向に位置するシールドとが設けられている。ターゲット上では、レーストラック状のプラズマが、マグネトロン磁場発生用磁石の移動とともに移動する。
上記特許文献2では、マグネトロン磁場発生用磁石30とマグネトロン磁場発生用磁石33との間に間隙部を設けて電子電流の通路を確保することにより、プラズマが安定し、マグネトロン磁石の位置によるスパッタ電圧の変化を最小に押えることができるとされている。
FIG. 11 shows a plan view of a conventional magnetron sputtering apparatus described in Patent Document 2.
This magnetron sputtering apparatus has magnetron magnetic field generating magnets 30, 31, 33 provided on the back surface of the target, and a mechanism for swinging the magnetron magnetic field generating magnets 30, 31, 33 in the direction of arrow 34. Yes. FIG. 32 shows the drift direction of electrons. Around the target, there are provided a shield positioned in a direction orthogonal to the moving direction of the magnetron magnetic field generating magnet and a shield positioned in the moving direction of the magnetron magnetic field generating magnet. On the target, the racetrack-shaped plasma moves with the movement of the magnetron magnetic field generating magnet.
In the above-mentioned Patent Document 2, by providing a gap between the magnetron magnetic field generating magnet 30 and the magnetron magnetic field generating magnet 33 to ensure a passage of electron current, the plasma is stabilized, and the sputtering voltage depending on the position of the magnetron magnet. It is said that the change of can be suppressed to the minimum.

また、図12は、特許文献3に記載された従来のスパッタリング装置を示している。図12(a)は該装置の内部を示す断面図であり、図12(b)はマグネトロン磁石装置の移動経路を示す平面図である。
スパッタリング装置40は、基板状の第一、第二のターゲット41a、41bが配置されている。第一、第二のターゲット41a、41bの裏面には、磁石走行軌道42が敷設されている。磁石走行軌道42には、大きさが異なる第一、第二のマグネトロン磁石装置43、44がそれぞれ一個、又は二個以上取り付けられている。
各マグネトロン磁石装置は、磁石走行軌道42に沿って並んで配置されており、第一、第二のマグネトロン磁石装置43、44は、磁石移動装置45によって、順番を変えずに磁石走行軌道42上を移動する。
FIG. 12 shows a conventional sputtering apparatus described in Patent Document 3. FIG. 12A is a cross-sectional view showing the inside of the device, and FIG. 12B is a plan view showing a moving path of the magnetron magnet device.
In the sputtering apparatus 40, substrate-like first and second targets 41a and 41b are arranged. A magnet traveling track 42 is laid on the back surfaces of the first and second targets 41a and 41b. One or two or more first and second magnetron magnet devices 43 and 44 having different sizes are attached to the magnet traveling track 42.
The magnetron magnet devices are arranged side by side along the magnet traveling track 42. The first and second magnetron magnet devices 43 and 44 are placed on the magnet traveling track 42 by the magnet moving device 45 without changing the order. To move.

上記スパッタリング装置40では、スパッタリングの際に、第一、第二のマグネトロン磁石装置43、44が第一、第二のターゲット41a、41b裏面位置で長辺に沿って直線的に移動される。これにより、第一、第二のターゲット41a、41bの表面には、二本づつ、帯状のエロージョン領域が形成される。これらエロージョン領域によって、ターゲット表面の広い領域が均一にスパッタされ、ターゲット使用効率が向上するとされている。   In the sputtering apparatus 40, the first and second magnetron magnet apparatuses 43 and 44 are linearly moved along the long sides at the back surface positions of the first and second targets 41a and 41b during sputtering. As a result, two strip-shaped erosion regions are formed on the surfaces of the first and second targets 41a and 41b. By these erosion regions, a wide region of the target surface is sputtered uniformly, and the target use efficiency is improved.

特開平6−21041号公報JP-A-6-21041 特開平7−233473号公報JP-A-7-233473 特開2009−97057号公報JP 2009-97057 A 特開平8−209343号公報JP-A-8-209343 特表2003−514991号公報Special table 2003-514991 gazette

しかしながら、前記した従来のマグネトロン型スパッタ装置では、良好なエロージョンプロファイルを十分に得るには至っていない。
例えば、従来の装置のうち、特許文献1の装置では、ターゲットのエロージョン領域を広げかつエロージョン深さを均一にするために、ターゲットに平行な面における垂直磁場成分Hvが三度ゼロレベルを通る分布とすることにより、磁力線の二つの山の部分とその間を埋める広い帯状の部分で電子の濃度が最も高くなり、この部分にイオンも集まってきて、シース電圧で加速されてターゲットを打ち、従って広いU字型のエロージョンプロファイルが得られる、としている。
上記のような磁力線の二つの山の頂付近は、垂直磁場成分Hvがゼロレベルを切る一回目と三回目のターゲット位置とほぼ同じ位置であり、磁力線の山の頂においては水平磁場成分Hhが最大となる。ここにおいて、ターゲット表面に垂直な電場Eと水平磁場成分Hhとのベクトルクロス積E×Hhの方向(水平磁場Hhと電場Eの両方に垂直な方向)に電子はサイクロイド軌道あるいはトロコイド軌道を描いてドリフトしていく。この軌道をドリフトする間にアルゴンなどの中性粒子と衝突してイオンが発生し、そのイオンはターゲットへ向かって衝突し、ターゲット材料のスパッタ粒子と二次電子の放出が行われる。その二次電子は最初の電子と同じように振舞うことで、イオンが発生しプラズマは成長する。電子と中性粒子との衝突は、中性粒子の密度分布と絶対温度によって計算される電子の平均自由行程λによって決まる。電子は平均自由行程λを移動する間に少なくとも1回中性粒子と衝突すると考えられる。従ってターゲット上においてトロコイド軌道を描いてドリフトしていく電子の移動距離が長いほど中性粒子との衝突回数は増えて発生するイオンが増加し、プラズマ密度も大きくなる。
However, the above-described conventional magnetron type sputtering apparatus has not yet achieved a satisfactory erosion profile.
For example, among the conventional devices, in the device of Patent Document 1, in order to widen the erosion region of the target and make the erosion depth uniform, the vertical magnetic field component Hv in a plane parallel to the target passes through zero level three times. As a result, the concentration of electrons is highest in the two peak portions of the magnetic field lines and the wide band-like portion that fills between them, and ions also gather in this portion, and are accelerated by the sheath voltage to strike the target and thus wide. A U-shaped erosion profile is obtained.
In the vicinity of the tops of the two peaks of the magnetic field lines as described above, the vertical magnetic field component Hv is substantially the same position as the first and third target positions where the zero level is reached. Maximum. Here, electrons draw a cycloid or trochoidal orbit in the direction of the vector cross product E × Hh of the electric field E perpendicular to the target surface and the horizontal magnetic field component Hh (direction perpendicular to both the horizontal magnetic field Hh and the electric field E). It drifts. While drifting along this orbit, ions collide with neutral particles such as argon, and the ions collide toward the target, and sputtered particles of the target material and secondary electrons are emitted. The secondary electrons behave in the same way as the first electrons, so that ions are generated and the plasma grows. The collision between electrons and neutral particles is determined by the mean free path λ of electrons calculated by the density distribution of the neutral particles and the absolute temperature. The electrons are considered to collide with the neutral particles at least once while moving through the mean free path λ. Therefore, the longer the moving distance of electrons drifting in a trochoidal orbit on the target, the greater the number of collisions with neutral particles, the more ions that are generated, and the higher the plasma density.

上記プラズマ成長のメカニズムにより、図10(b)のような垂直磁場成分Hvがゼロレベルを切る一回目と三回目のターゲット位置において電子密度ならびにプラズマ密度は大きく、そこにおいてエロージョンは鋭くV字型のプロファイルとなる。V字型エロージョンが顕著となれば、ターゲット寿命は短くなる。
一方、中央の永久磁石20の真上においては垂直磁場Hvは非常に大きく、この位置付近のターゲット上では電子は発散し、プラズマ密度は極端に小さい。従ってここにおいてはエロージョンはされずに、逆にその周囲からのスパッタ物質が堆積する。それが酸化物であればその付近のターゲットは絶縁物で覆われることになり、異常放電の原因となる。
上記マグネトロン磁場を有するスパッタ装置では、エロージョンプロファイルは必ずしもU字型とはならず、垂直磁場成分Hvがゼロレベルを切る一回目と三回目のターゲット位置においてV字型エロージョンとなる傾向が強く、ターゲット寿命はそれ程には改善されていない。またターゲット中央では垂直磁場Hvは非常に大きく、ここには周囲からのスパッタ物質が堆積し、ターゲットの使用効率を低下させ、その物質が酸化物であれば、異常放電の原因となっている。
Due to the plasma growth mechanism, the electron density and the plasma density are large at the first and third target positions where the vertical magnetic field component Hv is at zero level as shown in FIG. 10B, where the erosion is sharp and V-shaped. Profile. If V-shaped erosion becomes significant, the target life is shortened.
On the other hand, the vertical magnetic field Hv is very large immediately above the central permanent magnet 20, and electrons are diffused on the target near this position, and the plasma density is extremely small. Therefore, here, erosion is not performed, but conversely, sputtered material from the surroundings is deposited. If it is an oxide, the target in the vicinity will be covered with an insulator, causing abnormal discharge.
In the sputtering apparatus having the magnetron magnetic field, the erosion profile is not necessarily U-shaped, and the vertical magnetic field component Hv has a strong tendency to be V-shaped erosion at the first and third target positions where the level is zero. Lifespan is not improved so much. In addition, the vertical magnetic field Hv is very large at the center of the target, and sputtered substances from the surroundings are deposited here to reduce the use efficiency of the target. If the substance is an oxide, it causes abnormal discharge.

また、従来の装置のうち、特許文献2の装置では、大面積のターゲット裏面においてマグネトロン磁場発生用磁石を揺動させる機構を有する。また磁場発生用磁石に間隙部を設けて電子電流の通路を確保することにより、プラズマが安定し、マグネトロン磁石の位置によるスパッタ電圧の変化を最小に抑えることができる、と説明される。しかし、スパッタ電圧の変動は間隙部がない場合±20Vから間隙部を設けた場合±10Vに半減された程の効果である。これは、マグネトロン磁場発生用磁石の揺動とともにプラズマもレーストラック状のままターゲット上を移動するため、ターゲット表面に垂直な電場も変化し、プラズマ密度がターゲット全面に渡って均一とならないためと考えられる。従ってプラズマが基板上の膜へ及ばす影響も基板の位置によって一様とはならず、形成される薄膜の膜質も均一にならない可能性がある。   Among the conventional devices, the device of Patent Document 2 has a mechanism for swinging the magnetron magnetic field generating magnet on the back surface of a large area target. It is also explained that by providing a gap in the magnetic field generating magnet to secure a path for electron current, the plasma is stabilized and the change in sputtering voltage due to the position of the magnetron magnet can be minimized. However, the fluctuation of the sputtering voltage is an effect that is reduced to about ± 10 V when a gap is provided from ± 20 V when there is no gap. This is because the plasma moves on the target in a racetrack as the magnetron magnetic field generation magnet swings, so the electric field perpendicular to the target surface also changes and the plasma density does not become uniform over the entire target surface. It is done. Therefore, the influence of the plasma on the film on the substrate is not uniform depending on the position of the substrate, and the film quality of the formed thin film may not be uniform.

さらに、従来の装置のうち、特許文献3の装置では、ターゲットの使用効率を向上させる目的で、マグネトロン磁石装置をターゲット裏面において位置を移動させる駆動機構を有している。しかも、当該装置では、大きさの異なるマグネトロン磁石装置を多数組み込み、二つのターゲット裏面を周回させる駆動機構を有する。このため磁石装置の部品点数が多く駆動機構は複雑であるため、装置の信頼性を低下させ、装置コストおよびメンテナンス・コストが増える。またエロージョン領域も限定的であり、ターゲット使用効率が著しく向上されたとは言いがたい。   Furthermore, among the conventional devices, the device of Patent Document 3 has a drive mechanism that moves the position of the magnetron magnet device on the back surface of the target for the purpose of improving the use efficiency of the target. In addition, the apparatus includes a drive mechanism that incorporates many magnetron magnet apparatuses having different sizes and circulates the back surfaces of the two targets. For this reason, since the number of parts of the magnet device is large and the drive mechanism is complicated, the reliability of the device is lowered, and the device cost and the maintenance cost are increased. In addition, the erosion area is limited, and it cannot be said that the target use efficiency has been remarkably improved.

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、複雑な構成を必要とすることなく、スパッタターゲットの使用効率を効果的に向上することができるマグネトロン型スパッタ装置を提供することを目的とする。   The present invention was made against the background of the above circumstances, and an object thereof is to provide a magnetron type sputtering apparatus that can effectively improve the usage efficiency of a sputtering target without requiring a complicated configuration. To do.

すなわち、本発明のマグネトロン型スパッタ装置のうち、第1の本発明は、装置内に設置されたターゲットの裏面側に位置して前記ターゲット表面側に磁力を及ぼすように磁石およびシムが配置されたマグネトロン型スパッタ装置において、
前記ターゲット裏面の外周縁に沿って配置され、前記磁力を生じる磁極を有する外周磁石と、前記外周磁石の内周側に位置するシムと、を備え、
前記外周磁石は、前記ターゲットの短軸方向両端部に位置して前記ターゲットの長軸方向に伸長し、互いに異極となる前記磁極を有する長軸磁石部と、前記ターゲットの長軸方向両端部に位置して、それぞれ長さ方向で二つに分割され、隣接する前記長軸磁石部と同極の前記磁極を有する短軸磁石部とからなることを特徴とする。
That is, in the magnetron type sputtering apparatus of the present invention, the first aspect of the present invention is such that a magnet and a shim are disposed so as to be located on the back side of the target installed in the apparatus and exert a magnetic force on the target surface side. In magnetron type sputtering equipment,
An outer peripheral magnet having a magnetic pole for generating the magnetic force, and a shim positioned on the inner peripheral side of the outer peripheral magnet, disposed along the outer peripheral edge of the target back surface;
The outer peripheral magnets are positioned at both ends of the target in the short axis direction, extend in the long axis direction of the target, have a long axis magnet portion having the magnetic poles having different polarities, and both ends of the target in the long axis direction Each of which is divided into two in the length direction and is composed of a short-axis magnet portion having the same magnetic pole as the adjacent long-axis magnet portion.

また、本発明の他の形態のマグネトロン型スパッタ装置は、装置内に設置されたターゲットの裏面側に位置して前記ターゲット表面側に磁力を及ぼすように磁石およびシムが配置されたマグネトロン型スパッタ装置において、
前記ターゲット裏面の外周縁に沿って配置され、前記磁力を生じる磁極を有する外周磁石と、前記外周磁石の内周側に前記外周磁石と間隔を有して周回配置された周回シムと、前記ターゲット裏面の中央部で前記ターゲットの長軸方向に沿って伸張して前記周回シム内周側と間隔を有して配置された中央シムと、を備え、
前記外周磁石は、前記ターゲットの短軸方向両端部に位置して前記ターゲットの長軸方向に伸長し、互いに異極となる前記磁極を有する長軸磁石部と、前記ターゲットの長軸方向両端部に位置して、それぞれ長さ方向で二つに分割され、隣接する前記長軸磁石部と同極の前記磁極を有する短軸磁石部とを有することを特徴とする。
In addition, a magnetron type sputtering apparatus according to another aspect of the present invention is a magnetron type sputtering apparatus in which a magnet and a shim are arranged so as to exert a magnetic force on the target surface side located on the back side of a target installed in the apparatus. In
An outer peripheral magnet having a magnetic pole that generates the magnetic force and is arranged along an outer peripheral edge of the target back surface, an orbiting shim that is arranged around the inner peripheral side of the outer peripheral magnet with an interval from the outer peripheral magnet, and the target A central shim that extends along the long axis direction of the target at the center of the back surface and is arranged with an interval from the inner circumferential side of the orbiting shim; and
The outer peripheral magnets are positioned at both ends of the target in the short axis direction, extend in the long axis direction of the target, have a long axis magnet portion having the magnetic poles having different polarities, and both ends of the target in the long axis direction Each of which is divided into two in the length direction and has a short-axis magnet part having the same magnetic pole as the adjacent long-axis magnet part.

本発明では、長軸磁石と、長さ方向で分割された短軸磁石とによって構成される。これら長軸磁石と短軸磁石とは、ターゲットの外形形状に従って直状であってもよく、また、ターゲットの外形形状に従って弧状に形成されるものであってもよい。例えば、ターゲットが略矩形形状を有し、短軸形状が半円弧形状を有する場合、長軸磁石部の形状を直状とし、分割された短軸磁石部の形状を4半円弧状とする。
なお、長軸磁石部と、隣接する両端部の短軸磁石部とは、一体に形成したものとすることができ、また、別体で構成したものとすることもできる。さらに、長軸磁石部や短軸磁石部を複数の磁石で構成することも可能である。なお、外周磁石は、通常は永久磁石により構成されるが、一部または全部を電磁石で構成するようにしてもよい。
In this invention, it is comprised by the long axis magnet and the short axis magnet divided | segmented by the length direction. These long axis magnets and short axis magnets may be straight according to the external shape of the target, or may be formed in an arc shape according to the external shape of the target. For example, when the target has a substantially rectangular shape and the short axis shape has a semicircular arc shape, the shape of the long axis magnet portion is a straight shape, and the shape of the divided short axis magnet portion is a four semicircular arc shape.
In addition, the long-axis magnet part and the short-axis magnet parts at both ends adjacent to each other can be formed integrally, or can be configured separately. Further, the long axis magnet part and the short axis magnet part can be constituted by a plurality of magnets. The outer peripheral magnet is usually made of a permanent magnet, but a part or all of it may be made of an electromagnet.

本発明ではターゲット外周縁に沿って長軸方向に配置された長軸磁石部によって形成される水平磁場成分Bhは明らかに短軸(短辺)方向となるが、ターゲット外周の短軸方向に配置された短軸磁石部によって形成される水平磁場成分Bhは、図3に磁力線が模式的示されるように湾曲する。隣接する短軸磁石部同士は、隙間なく配置されるものでもよいが、互いに間隙を有して配置されるものであってもよい。隣接する短軸磁石部間の間隙が狭いほど湾曲した前記水平磁場成分Bhは大きい。したがって、間隙の大きさによって上記水平磁場成分Bhの大きさを調整することができる。すなわち、水平磁場成分Bhに直交する速度成分uを有する電子は、その両成分に直交する方向(ベクトル積−u×Bhの方向)へローレンツ力が作用されるので、短軸磁石部付近において、電子の跳ね返し力を調整(制御)する利点がある。   In the present invention, the horizontal magnetic field component Bh formed by the long-axis magnet portion arranged in the major axis direction along the outer periphery of the target is clearly in the minor axis (short side) direction, but is arranged in the minor axis direction of the target outer periphery. The horizontal magnetic field component Bh formed by the short axis magnet portion is curved so that the lines of magnetic force are schematically shown in FIG. Adjacent short axis magnet portions may be arranged without a gap, but may be arranged with a gap therebetween. The horizontal magnetic field component Bh that is curved is larger as the gap between adjacent short axis magnet portions is narrower. Therefore, the size of the horizontal magnetic field component Bh can be adjusted according to the size of the gap. That is, since the Lorentz force is applied to the electrons having the velocity component u orthogonal to the horizontal magnetic field component Bh in the direction orthogonal to both components (vector product−u × Bh direction), There is an advantage of adjusting (controlling) the rebound force of electrons.

図4に、ターゲット表面上の磁力線(分布)の概略を示す。ターゲット裏面の中央には中央シムとその中央シムを囲むように周回シムを設けた形態では、その形状ならびに配置位置は、図5、6のグラフに示されるように、垂直方向磁場と水平方向磁場の分布が形成されるように設ける。なお、周回シムと中央シムは、強磁性体で構成することができ、特定の材質に限定されるものではなく、例えば鉄によって構成することができる。周回シムと中央シムとで材質が異なるものとしてもよい。   FIG. 4 shows an outline of the magnetic field lines (distribution) on the target surface. In the form in which the central shim and the orbiting shim are provided so as to surround the central shim at the center of the back surface of the target, the shape and arrangement position thereof are vertical and horizontal magnetic fields as shown in the graphs of FIGS. It is provided so that the distribution of is formed. The orbiting shim and the central shim can be made of a ferromagnetic material and are not limited to a specific material, and can be made of, for example, iron. The material may be different between the orbiting shim and the central shim.

垂直磁場成分がゼロレベルを切る7回のターゲット位置において、水平磁場成分が最大となる。ここにおいて、ターゲット表面に垂直な電場Eと水平磁場成分Bhとのベクトルクロス積E×Bhの方向(水平磁場Bhと電場Eの両方に直角な方向)に電子はサイクロイド軌道あるいはトロコイド軌道を描いてドリフトしていく。(これを電子のマグネトロン運動という。)この軌道をドリフトする間にアルゴンなどの中性粒子と衝突してイオンが発生し、そのイオンはターゲットへ向かって衝突し、ターゲット材料のスパッタ粒子と二次電子の放出が行われる。その二次電子は最初の電子と同じように振舞うことで、イオンが発生しプラズマは成長する。   At seven target positions where the vertical magnetic field component falls below zero, the horizontal magnetic field component is maximized. Here, electrons draw a cycloid or trochoidal orbit in the direction of the vector cross product E × Bh of the electric field E perpendicular to the target surface and the horizontal magnetic field component Bh (direction perpendicular to both the horizontal magnetic field Bh and the electric field E). It drifts. (This is called the magnetron motion of electrons.) While drifting along this orbit, ions collide with neutral particles such as argon, and the ions collide toward the target. Electrons are emitted. The secondary electrons behave in the same way as the first electrons, so that ions are generated and the plasma grows.

ターゲットの大部分の範囲における電子は上記の軌道をドリフトして、ターゲット短辺の端部あるいは磁場による拘束力が及ばないターゲット上空へ運動する。端部においては図3に磁力線が模式的に示されるように水平磁場Bhは湾曲しているため、電子の運動方向vと水平磁場Bhとの両方に直角な方向に力が働き、かつ電場Eによる力も作用して、電子はある角度をもって跳ね返される。その後の電子はマグネトロン運動とは異なる電磁場の作用を受け、中性粒子あるいはイオンとの衝突によりエネルギーを失うまで、あるいは磁場による拘束力が及ばない領域に散逸するまでターゲット上をランダムに運動する。その様子は電子運動シミュレーションによって確認されている。上記した電子の跳ね返しでは、前記長軸方向両端部の分割された短軸磁石部によって形成される湾曲した磁力が大きいと顕著になる。すなわち、前記湾曲部での最大水平方向磁場が500ガウス以上であるのが望ましい。500ガウス未満では電場の作用力が磁場による作用力(ローレンツ力)より大きい場合には、電子は、正電位が印加されるアノード電極に引き込まれ、衝突して失われる。
上記電子の跳ね返しは、上記した外周磁石の構成によって達成される。
Electrons in the most part of the target drift in the above trajectory and move to the end of the short side of the target or above the target that is not bound by the magnetic field. Since the horizontal magnetic field Bh is curved at the end as schematically shown in FIG. 3, the force acts in the direction perpendicular to both the electron movement direction v and the horizontal magnetic field Bh, and the electric field E The force due to also acts, and the electrons are rebounded at a certain angle. Subsequent electrons are affected by an electromagnetic field different from the magnetron motion, and move randomly on the target until they lose energy due to collision with neutral particles or ions, or until they are dissipated to a region where the magnetic force does not restrain them. This has been confirmed by electronic motion simulation. The above-described rebounding of electrons becomes remarkable when the curved magnetic force formed by the divided short axis magnet portions at both ends in the long axis direction is large. That is, it is desirable that the maximum horizontal magnetic field at the curved portion is 500 gauss or more. Below 500 gauss, if the applied force of the electric field is greater than the applied force of the magnetic field (Lorentz force), the electrons are drawn into the anode electrode to which a positive potential is applied, and are lost in collision.
The electron rebound is achieved by the configuration of the outer peripheral magnet described above.

電子と中性粒子との衝突は、中性粒子の密度分布と絶対温度によって計算される電子の平均自由行程λによって決まる。電子は平均自由行程λを移動する間に少なくとも1回中性粒子と衝突すると考えられる。従ってターゲット上においてトロコイド軌道を描いてドリフトしていく電子の移動距離が長いほど、あるいは磁場による拘束力が及ばない領域まで運動する飛跡距離が長いほど、中性粒子との衝突回数は増えて発生するイオンが増加し、プラズマ密度も大きくなる。本発明のスパッタ装置では、例えば真空チャンバー圧力p=0.5[Pa]、中性粒子エネルギー温度T=300〜1000[K]において、電子の平均自由工程λ=6.6〜22[cm]である。プラズマ中の電子エネルギーを20eV程度(例えばアルゴンの第一電離電圧は15.8Vであり、アルゴンのイオン化のためには15.8V以上が必要である)とすれば、電子が平均自由行程λを移動する間に少なくともl回中性粒子と衝突する飛行時間τ=20〜68[nsec]となる。すなわち当該装置のマグネトロン電源からプラズマ発生のために電圧を印加して、少なくとも上記の飛行時間τ=20〜68[nsec]において電子はターゲット上に生存し運動を継続しなければ、電子は中性粒子と衝突せず、従ってプラズマは成長しない。
本発明のマグネトロン磁場では、前記のように図5、6のグラフに示されるように、上記垂直方向磁場Bvと水平方向磁場Bhの分布が形成され、ターゲットの短辺端部においては図3に磁力線が模式的に示されるように、水平磁場Bhは湾曲しているため、そこにおいて電子はある角度をもって跳ね返されるので、電子は上記の飛行時間τ=20〜68[nsec]を大きく上回ってターゲット上で運動を継続する。この結果、ターゲットには均一なエロージョンが生じる。
The collision between electrons and neutral particles is determined by the mean free path λ of electrons calculated by the density distribution of the neutral particles and the absolute temperature. The electrons are considered to collide with the neutral particles at least once while moving through the mean free path λ. Therefore, the longer the travel distance of electrons drifting in a trochoidal orbit on the target, or the longer the track distance that moves to the area where the magnetic field restraint force does not reach, the more the number of collisions with neutral particles occurs. Ions to increase, and the plasma density also increases. In the sputtering apparatus of the present invention, for example, at a vacuum chamber pressure p = 0.5 [Pa] and a neutral particle energy temperature T = 300 to 1000 [K], an electron mean free process λ = 6.6 to 22 [cm]. It is. If the electron energy in the plasma is about 20 eV (for example, the first ionization voltage of argon is 15.8 V, and 15.8 V or more is necessary for the ionization of argon), the electron has a mean free path λ. The flight time τ = 20 to 68 [nsec] at which it collides with the neutral particles at least once during the movement. That is, if a voltage is applied to generate plasma from the magnetron power supply of the apparatus, and the electrons survive on the target at least at the above flight time τ = 20 to 68 [nsec] and do not continue to move, the electrons are neutral. It does not collide with the particles and therefore the plasma does not grow.
In the magnetron magnetic field of the present invention, as shown in the graphs of FIGS. 5 and 6, as described above, the distribution of the vertical magnetic field Bv and the horizontal magnetic field Bh is formed. As the magnetic field lines are schematically shown, the horizontal magnetic field Bh is curved, so that the electrons are rebounded at a certain angle, so that the electrons greatly exceed the above flight time τ = 20 to 68 [nsec]. Continue exercise on top. As a result, uniform erosion occurs on the target.

以上説明したように、本発明のマグネトロン型スパッタ装置によれば、生成されるプラズマ密度がターゲット全面に渡って一様となり、ターゲット・エロージョン・プロファイルをほぼ均一とすることができ、ターゲットの使用効率が格段に向上し、長寿命を可能とする。また、磁石やシムの駆動を必要とすることがなく、複雑な駆動機構を要することなく良好なターゲット・エロージョン・プロファイルが得られる。なお、本発明としては、磁石やシムの駆動を排除するものではなく、これら駆動を行うものも発明の範囲内に含むものである。
本発明のマグネトロン型スパッタ装置は、半導体基板上における導体電極膜、超伝導体薄膜、透明導電性薄膜の製造あるいは各種配向薄膜の製造に利用することができる。
As described above, according to the magnetron type sputtering apparatus of the present invention, the generated plasma density is uniform over the entire target surface, the target erosion profile can be made substantially uniform, and the usage efficiency of the target. Is significantly improved and a long service life is possible. In addition, it is possible to obtain a good target erosion profile without requiring driving of magnets and shims and without requiring a complicated driving mechanism. Note that the present invention does not exclude driving of magnets and shims, and those that perform driving are also included in the scope of the invention.
The magnetron type sputtering apparatus of the present invention can be used for the production of a conductor electrode film, a superconductor thin film, a transparent conductive thin film, or various oriented thin films on a semiconductor substrate.

本発明の一実施形態のマグネトロン型スパッタ装置を示す平面図である。It is a top view which shows the magnetron type | mold sputtering device of one Embodiment of this invention. 同じく、ターゲットを設置した状態の図1のII−II線断面図である。Similarly, it is the II-II sectional view taken on the line of FIG. 1 of the state which installed the target. 同じく、ターゲット上の模式的な磁力線(分布)を示す、一部を断面した斜視図である。Similarly, it is the perspective view which carried out the partial cross section which shows the typical magnetic force line (distribution) on a target. 同じく、ターゲットおよびシム近傍の磁力線を示す、図1のII−II線断面図である。Similarly, it is the II-II sectional view taken on the line of FIG. 1 which shows the magnetic field lines in the vicinity of the target and shim. 本発明の実施例における、ターゲット短軸方向距離に対する水平方向磁場と垂直方向磁場を示すグラフである。It is a graph which shows the horizontal direction magnetic field and the vertical direction magnetic field with respect to the target short-axis direction distance in the Example of this invention. 同じく、ターゲット長軸方向距離に対する水平方向磁場と垂直方向磁場を示すグラフである。Similarly, it is a graph which shows the horizontal direction magnetic field and the vertical direction magnetic field with respect to the target major axis direction distance. 同じく、単一電子の運動シミュレーションを示し、長軸方向端部における電子の跳ね返しの様子(例)を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the motion simulation of a single electron, and shows the mode (example) of the rebound of the electron in a long-axis direction edge part. 同じく、集団電子の運動シミュレーション結果であり、集団電子の運動開始から500n秒後の電子位置分布(x−y分布)を示す図である。Similarly, it is a motion simulation result of collective electrons, and is a diagram showing an electron position distribution (xy distribution) after 500 ns from the start of collective electron motion. 同じく、集団電子の運動シミュレーション結果であり、集団電子の運動開始から500n秒後の電子位置分布(y−z分布)を示す図である。Similarly, it is a motion simulation result of collective electrons, and is a diagram showing an electron position distribution (yz distribution) after 500 ns from the start of collective electron motion. 従来のマグネトロンスパッタ装置を示す図である。It is a figure which shows the conventional magnetron sputtering device. 従来の他のマグネトロンスパッタ装置を示す図である。It is a figure which shows the other conventional magnetron sputtering apparatus. 従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置を示す図である。It is a figure which shows the other conventional magnetron sputtering apparatus.

以下に、本発明の一実施形態を図1、2に基づいて説明する。
装置内に設置されるターゲット5は、長軸な矩形形状を有しており、該ターゲット5の裏面側に位置して前記ターゲット5の外周縁に沿うように、外周磁石1が配置されている。外周磁石1は、設置されたターゲット5の裏面と僅かに隙間を有するように位置している。
外周磁石1は、ターゲット5の短軸方向両側に位置してターゲット5の長軸方向に伸長する長軸磁石部2、3と、ターゲット5の長軸方向両側に位置して長さ方向で分割された短軸磁石部2a、2b、3a、3bとを有している。短軸磁石部2a、3a間と、短軸磁石部2b、3b間には間隙が形成されている。長軸磁石部2と短軸磁石部2a、2bは一体に形成されている。但し、本発明としてはこれら磁石部を分割して構成することも可能である。また、長軸磁石部3と短軸磁石部3a、3bが一体に形成されている。但し、本発明としてはこれら磁石部を分割して構成することも可能である。
Below, one Embodiment of this invention is described based on FIG.
The target 5 installed in the apparatus has a long rectangular shape, and the outer peripheral magnet 1 is arranged so as to be located on the back side of the target 5 and along the outer peripheral edge of the target 5. . The outer peripheral magnet 1 is positioned so as to have a slight gap from the back surface of the installed target 5.
The outer peripheral magnet 1 is located on both sides of the target 5 in the short axis direction and extends in the long axis direction of the target 5 and the long axis magnet portions 2 and 3 extending in the long axis direction of the target 5 and divided in the length direction. Short axis magnet portions 2a, 2b, 3a, 3b. A gap is formed between the short axis magnet parts 2a and 3a and between the short axis magnet parts 2b and 3b. The long-axis magnet part 2 and the short-axis magnet parts 2a and 2b are integrally formed. However, in the present invention, it is possible to divide and configure these magnet portions. Moreover, the long axis magnet part 3 and the short axis magnet parts 3a and 3b are integrally formed. However, in the present invention, it is possible to divide and configure these magnet portions.

長軸磁石部2、3は、ターゲット裏面に対向する面に、互いに異極となる磁極を有しており、長軸磁石部2がS極、長軸磁石部3がN極になっている。また、長軸磁石部2に連なる短軸磁石部2a、2bは、長軸磁石部2と同極の磁極、すなわちS極を有し、長軸磁石部3に連なる短軸磁石部3a、3bは、長軸磁石部3と同極の磁極、すなわちN極を有している。
なお、上記短軸磁石部2a、3aおよび短軸磁石部2b、3bにおける間隙では、異極の磁極を有する磁石が対峙することになる。上記の間隙を含む長軸端部においては、水平磁場は湾曲しているため、電子の運動方向uと水平磁場Bhとの両方に直角な方向に力が働き、かつ電場Eによる力も作用して、電子はある角度をもって跳ね返される。上記の間隙の距離は、電子に対して上記の作用を可能にする湾曲部の水平磁場が得られるように決められる。
The long-axis magnet portions 2 and 3 have magnetic poles having different polarities on the surface facing the target back surface, the long-axis magnet portion 2 being an S pole and the long-axis magnet portion 3 being an N pole. . The short-axis magnet portions 2 a and 2 b that are continuous with the long-axis magnet portion 2 have the same magnetic pole as that of the long-axis magnet portion 2, that is, the S-pole, and the short-axis magnet portions 3 a and 3 b that are continuous with the long-axis magnet portion 3. Has the same magnetic pole as that of the long-axis magnet portion 3, that is, the N pole.
In the gaps in the short axis magnet parts 2a and 3a and the short axis magnet parts 2b and 3b, magnets having different polarity magnetic poles face each other. Since the horizontal magnetic field is curved at the end of the long axis including the gap, a force acts in a direction perpendicular to both the electron movement direction u and the horizontal magnetic field Bh, and a force by the electric field E also acts. The electrons are bounced at an angle. The distance of the gap is determined so as to obtain a horizontal magnetic field of the bending portion that enables the above-described action on electrons.

上記外周磁石1の内周側には、外周磁石1と間隔を有して鉄製の周回シム6が配置されている。周回シム6は、平面視でレーストラック形状を有しており、4隅のコーナ部を除いて直状に形成され、4隅のコーナ部の外周側は弧状に形成されている。コーナ部外周側を弧状とすることで、前記形状の周回シム6と短軸磁石部2a、3a、2b、3bによって形成される磁場によって湾曲水平磁場がつくられ、これに直交して運動する電子に跳ね返り力として作用する。周回シム6は、板形状を有しており、薄肉に形成されている。なお、周回シム6は、設置されたターゲット5の裏面に上面がほぼ沿う位置に配置されている。これにより、外周磁石1から出た磁力線がより効果的に周回シム6に集束し、垂直磁場成分がゼロレベルを切る4つの位置を決める構成要素となる。また、周回シム6は、後述する中央シムよりも幅広に形成されており磁力線をより平坦に近づけ、水平磁場成分を大きくする。
周回シム6の内周側には、ターゲット5の中央部で長軸方向に沿った鉄製の中央シム7が配置されている。中央シム7は、周回シム6の内周側と略同じ間隙を有して配置されている。中央シム7は、断面角柱形状を有し、厚肉に形成されている。これにより中央部における磁力の集束を強め、垂直磁場成分がゼロレベルを切る3つの位置を決める構成要素となる。
周回シム6と中央シム7の形状ならびに配置位置は、好適には、実施例で示す図5に示す磁場分布(垂直方向磁場Bvと水平方向磁場Bh)が形成されるように決められる。
An iron orbiting shim 6 is disposed on the inner peripheral side of the outer peripheral magnet 1 with a distance from the outer peripheral magnet 1. The orbiting shim 6 has a racetrack shape in plan view, and is formed in a straight shape except for the corner portions at the four corners, and the outer peripheral side of the corner portions at the four corners is formed in an arc shape. By making the outer periphery side of the corner portion into an arc shape, a curved horizontal magnetic field is created by the magnetic field formed by the orbiting shim 6 and the short-axis magnet portions 2a, 3a, 2b, and 3b having the shape described above, and the electrons move perpendicularly to this. Acts as a rebounding force. The orbiting shim 6 has a plate shape and is formed thin. The orbiting shim 6 is disposed at a position where the upper surface substantially follows the back surface of the installed target 5. As a result, the magnetic field lines emitted from the outer peripheral magnet 1 are more effectively focused on the orbiting shim 6, and the vertical magnetic field component becomes a component that determines four positions at which the zero level is cut off. Further, the orbiting shim 6 is formed wider than a later-described central shim, and brings the lines of magnetic force closer to flatness and increases the horizontal magnetic field component.
An iron central shim 7 is disposed on the inner peripheral side of the orbiting shim 6 along the major axis direction at the center of the target 5. The central shim 7 is disposed with substantially the same gap as the inner peripheral side of the orbiting shim 6. The central shim 7 has a prismatic cross section and is formed thick. This strengthens the focusing of the magnetic force in the central portion and becomes a component that determines three positions where the vertical magnetic field component cuts off the zero level.
The shapes and arrangement positions of the orbiting shim 6 and the central shim 7 are preferably determined such that the magnetic field distribution (vertical magnetic field Bv and horizontal magnetic field Bh) shown in FIG.

上記ターゲット5と、レーストラック状の周回シム6と角柱棒状の中央シム7とは、バッキングプレート9と称する冷却用部材に一体化されて冷却され、カソードとして負極電位が付加される。一方、バッキングプレート9の外周側に絶縁スペーサ8を介して真空チャンバーフランジ10が設けられており、該真空チャンバーフランジ10の上部側に、前記ターゲット5の上面に臨むようにアノード11が取り付けられている。アノード11は正極性電位とし、通常接地電位と同電位にさせる。
上記カソードへの通電によって、マグネトロンスパッタが行われ、ターゲット5のエロージョンが均一化される。
The target 5, the racetrack-shaped orbital shim 6, and the prismatic central shim 7 are integrally cooled with a cooling member called a backing plate 9, and a negative potential is applied as a cathode. On the other hand, a vacuum chamber flange 10 is provided on the outer peripheral side of the backing plate 9 via an insulating spacer 8, and an anode 11 is attached to the upper side of the vacuum chamber flange 10 so as to face the upper surface of the target 5. Yes. The anode 11 has a positive potential and is usually set to the same potential as the ground potential.
Magnetron sputtering is performed by energizing the cathode, and the erosion of the target 5 is made uniform.

上記実施形態のマグネトロン型スパッタ装置を用いて、以下の条件でシミュレーションを行った。
ターゲット上に発生する集団電子の初期条件は、5000個の電子の標準偏差エネルギーを20eVとして、ガウス分布するとし、かつターゲット面からターゲット上空1cmの領域に5000個の電子の初期位置は乱数分布によって決める。上記形態のマグネトロン・スパッタ磁場および電場分布を条件として、5000個の電子集団が運動を開始し、時間が500n秒経過するまで、すべての電子の運動をシミュレーションして、その結果500n秒後にターゲット上空の空間に生き残った電子を(X−Y)平面、(Y−Z)平面にプロットする。
A simulation was performed under the following conditions using the magnetron type sputtering apparatus of the above embodiment.
The initial condition of collective electrons generated on the target is a Gaussian distribution where the standard deviation energy of 5000 electrons is 20 eV, and the initial position of 5000 electrons in the region 1 cm above the target from the target surface is a random distribution. Decide. Under the condition of the magnetron / sputtering magnetic field and electric field distribution of the above-mentioned form, 5000 electron populations start to move, and the movement of all electrons is simulated until 500 nsec elapses. The electrons that survived in the space are plotted on the (XY) plane and the (YZ) plane.

図5に、ターゲット表面の3mm上のターゲットと平行な面における垂直方向磁場Bvと水平方向磁場Bhを示す。ターゲットの広い領域において、どちらもある一定範囲の値にある。垂直方向磁場Bvは7回ゼロレベルを通る分布を示し、ゼロレベルを切る1回目と7回目の間には垂直方向磁場Bvの3つの山と3つの谷が形成されそれぞれの山と谷の絶対値は200ガウス以内となっている。垂直磁場成分Bvがゼロレベルを切る1回目、3回目、5回目、7回目のターゲット位置において、水平磁場成分Bhが最大となる。   FIG. 5 shows the vertical magnetic field Bv and the horizontal magnetic field Bh in a plane parallel to the target 3 mm above the target surface. Both are in a certain range of values over a wide area of the target. The vertical magnetic field Bv shows a distribution that passes through the zero level seven times, and three peaks and three valleys of the vertical magnetic field Bv are formed between the first and seventh times when the zero level is cut, and the absolute value of each peak and valley The value is within 200 gauss. The horizontal magnetic field component Bh is maximized at the first, third, fifth, and seventh target positions at which the vertical magnetic field component Bv falls below the zero level.

図6にはターゲット長軸方向位置における水平磁場分布を示す。磁場の湾曲部はターゲット中心から23〜26cmの位置にあり、湾曲部の水平方向磁場Bhは500〜1000ガウスになっている。
図7は、電子運動シミュレーションを示す図である。電子は同図の例えば位置座標(−16.5,0)から出発し、位置座標(−24.8,0)付近で折り返し、位置座標(−4.5,−4.2)に至るような飛跡をたどる。位置座標(−24.8,0)付近は、ターゲット外周の二辺短辺において磁場の境界となる間隙付近であり、水平方向磁場が非常に強く磁場が湾曲している。
FIG. 6 shows the horizontal magnetic field distribution at the position in the target long axis direction. The curved portion of the magnetic field is located 23 to 26 cm from the center of the target, and the horizontal magnetic field Bh of the curved portion is 500 to 1000 gauss.
FIG. 7 is a diagram showing an electronic motion simulation. For example, the electron starts from the position coordinate (−16.5, 0) in the figure, turns around the position coordinate (−24.8, 0), and reaches the position coordinate (−4.5, −4.2). Follow the trajectory. The vicinity of the position coordinate (−24.8, 0) is near the gap that becomes the boundary of the magnetic field on the two short sides of the outer periphery of the target, and the horizontal magnetic field is very strong and the magnetic field is curved.

図8、9には、本発明のスパッタ装置における5000個の電子運動シミュレーションの結果の電子位置分布を示す。運動開始時の5000個の電子は、最初の500[nsec]までに約85%生存して、ターゲット上にほぼ一様に分布する。図8は、x−y分布(x:長辺方向,y:短辺方向)が示され、図9はy−z分布(y:短辺方向,z:高さ方向)が示される。ターゲットの位置は図8では、x=−26〜26,y=−6〜6の範囲にあり、図9ではy=−6〜6,z=4.5〜5の範囲にある。上記のように電子は運動開始から500[nsec]までに約85%の確率で生存して、ターゲット上にほぼ一様に分布するので、電子と中性粒子との衝突回数は増えて発生するイオンが増加し、プラズマ密度も大きくなる。   8 and 9 show electron position distributions as a result of 5000 electron motion simulations in the sputtering apparatus of the present invention. The 5000 electrons at the start of motion survive about 85% by the first 500 [nsec] and are distributed almost uniformly on the target. 8 shows an xy distribution (x: long side direction, y: short side direction), and FIG. 9 shows a yz distribution (y: short side direction, z: height direction). In FIG. 8, the position of the target is in the range of x = −26 to 26 and y = −6 to 6 and in FIG. 9 is in the range of y = −6 to 6 and z = 4.5 to 5. As described above, the electrons survive with a probability of about 85% from the start of movement to 500 [nsec] and are distributed almost uniformly on the target, so that the number of collisions between the electrons and neutral particles increases. Ions increase and plasma density increases.

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は、上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to the content of the said description, As long as it does not deviate from the scope of the present invention, an appropriate change is possible.

1 外周磁石
2 長軸磁石部
3 長軸磁石部
2a短軸磁石部
2b短軸磁石部
3a短軸磁石部
3b短軸磁石部
6 周回シム
7 中央シム
8 絶縁スペーサ
9 バッキングプレート
10 真空チャンバーフランジ
11 アノード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Outer magnet 2 Long axis magnet part 3 Long axis magnet part 2a Short axis magnet part 2b Short axis magnet part 3a Short axis magnet part 3b Short axis magnet part 6 Circumferential shim 7 Central shim 8 Insulating spacer 9 Backing plate 10 Vacuum chamber flange 11 anode

Claims (6)

装置内に設置されたターゲットの裏面側に位置して前記ターゲット表面側に磁力を及ぼすように磁石およびシムが配置されたマグネトロン型スパッタ装置において、
前記ターゲット裏面の外周縁に沿って配置され、前記磁力を生じる磁極を有する外周磁石と、前記外周磁石の内周側に位置するシムと、を備え、
前記外周磁石は、前記ターゲットの短軸方向両端部に位置して前記ターゲットの長軸方向に伸長し、互いに異極となる前記磁極を有する長軸磁石部と、前記ターゲットの長軸方向両端部に位置して、それぞれ長さ方向で二つに分割され、隣接する前記長軸磁石部と同極の前記磁極を有する短軸磁石部とからなることを特徴とするマグネトロン型スパッタ装置。
In a magnetron type sputtering apparatus in which a magnet and a shim are arranged so as to exert a magnetic force on the target surface side located on the back side of a target installed in the apparatus,
An outer peripheral magnet having a magnetic pole for generating the magnetic force, and a shim positioned on the inner peripheral side of the outer peripheral magnet, disposed along the outer peripheral edge of the target back surface;
The outer peripheral magnets are positioned at both ends of the target in the short axis direction, extend in the long axis direction of the target, have a long axis magnet portion having the magnetic poles having different polarities, and both ends of the target in the long axis direction A magnetron type sputtering apparatus comprising: a short-axis magnet portion that is divided into two in the length direction and has the same magnetic pole as the adjacent long-axis magnet portion.
装置内に設置されたターゲットの裏面側に位置して前記ターゲット表面側に磁力を及ぼすように磁石およびシムが配置されたマグネトロン型スパッタ装置において、
前記ターゲット裏面の外周縁に沿って配置され、前記磁力を生じる磁極を有する外周磁石と、前記外周磁石の内周側に前記外周磁石と間隔を有して周回配置された周回シムと、前記ターゲット裏面の中央部で前記ターゲットの長軸方向に沿って伸張して前記周回シム内周側と間隔を有して配置された中央シムと、を備え、
前記外周磁石は、前記ターゲットの短軸方向両端部に位置して前記ターゲットの長軸方向に伸長し、互いに異極となる前記磁極を有する長軸磁石部と、前記ターゲットの長軸方向両端部に位置して、それぞれ長さ方向で二つに分割され、隣接する前記長軸磁石部と同極の前記磁極を有する短軸磁石部とを有することを特徴とするマグネトロン型スパッタ装置。
In a magnetron type sputtering apparatus in which a magnet and a shim are arranged so as to exert a magnetic force on the target surface side located on the back side of a target installed in the apparatus,
An outer peripheral magnet having a magnetic pole that generates the magnetic force and is arranged along an outer peripheral edge of the target back surface, an orbiting shim that is arranged around the inner peripheral side of the outer peripheral magnet with an interval from the outer peripheral magnet, and the target A central shim that extends along the long axis direction of the target at the center of the back surface and is arranged with an interval from the inner circumferential side of the orbiting shim; and
The outer peripheral magnets are positioned at both ends of the target in the short axis direction, extend in the long axis direction of the target, have a long axis magnet portion having the magnetic poles having different polarities, and both ends of the target in the long axis direction A magnetron type sputtering apparatus, comprising: a short-axis magnet unit that is divided into two in the length direction and has the same magnetic pole as the adjacent long-axis magnet unit.
前記一方の長軸磁石部と、該長軸磁石部に隣接する両端部の短軸磁石部とが、それぞれ一体に形成されているか、または分割して配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のマグネトロン型スパッタ装置。   The one long-axis magnet part and the short-axis magnet parts at both ends adjacent to the long-axis magnet part are integrally formed or divided and arranged. The magnetron type sputtering apparatus according to 1 or 2. 前記短軸磁石部は、隣接する短軸磁石部間に間隙を有して配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマグネトロン型スパッタ装置。   The magnetron type sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the short axis magnet part is disposed with a gap between adjacent short axis magnet parts. 前記周回シムは板状からなり、前記中央シムは、前記周回シムよりも厚肉の角柱体からなることを特徴とする請求項2に記載のマグネトロン型スパッタ装置。   The magnetron type sputtering apparatus according to claim 2, wherein the orbiting shim has a plate shape, and the central shim has a thicker prismatic body than the orbiting shim. 前記長軸方向両端部の分割された短軸磁石部によって、ターゲット中心側に湾曲する磁力が形成されており、前記湾曲部での最大水平方向磁場が500ガウス以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のマグネトロン型スパッタ装置。   A magnetic force that is curved toward the center side of the target is formed by the divided short axis magnet portions at both ends of the long axis direction, and a maximum horizontal magnetic field at the curved portion is 500 gauss or more. Item 6. The magnetron type sputtering apparatus according to any one of Items 1 to 5.
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JP6776031B2 (en) * 2016-07-08 2020-10-28 キヤノン株式会社 Inkjet device and mist collection method
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04346662A (en) * 1991-05-22 1992-12-02 Ube Ind Ltd Sputtering method and its apparatus
JPH05295536A (en) * 1992-04-24 1993-11-09 Fuji Electric Co Ltd Magnetron sputtering cathode
JP2970317B2 (en) * 1993-06-24 1999-11-02 松下電器産業株式会社 Sputtering apparatus and sputtering method
JPH07233473A (en) * 1994-02-22 1995-09-05 Hitachi Ltd Magnetron sputtering device
JP3742866B2 (en) * 1996-10-29 2006-02-08 株式会社ムサシノキカイ Multi-pole magnetic field generator for multi-electrode type discharge device

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