JP6938037B2 - マグネトロンスパッタリング装置、及び、磁場形成装置 - Google Patents
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Description
図1は、本技術の実施の形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す模式的な図である。以下、マグネトロンスパッタリング装置を単にスパッタリング装置と記載する。
図2は、本技術の第1の実施の形態に係るターゲット保持装置の概略構成を示す模式的な図である。図2を参照しつつ、ターゲット保持装置30がスパッタリングターゲット50の表面側に形成する磁場Mについて説明する。図2(a)はターゲット保持装置30の断面構造を模式的に示した図であり、図2(b)は図2(a)のターゲット保持装置30の一例を上方より見て示した図である。なお、以下では、スパッタリングターゲット50の上面51の中央部51a付近を上面中央部、上面51の外縁部51bを上面外縁部とし、上面中央部と上面外縁部の略中間を通るスパッタリングターゲット50と同心円の小円リング状部分を同心半円部と呼ぶ場合がある。
図4は、本技術の第1の実施の形態に係る内環状磁石の構成例を示す図である。図4(a)に示すように、内環状磁石31は、第一磁極と第二磁極を結ぶ方向が内環状磁石31の径方向に沿うように複数の棒状磁石を中央開口31aから外側面31bに向かう放射状に配設して構成することも可能である。これにより、図2の内環状磁石31と同様の磁気構造を実現することができる。また、図4(b)に示すように、複数の扇形柱体状の磁石を組み合わせて同様の磁気構造を実現してもよい。その他、様々な形状の磁石を組み合わせて構成することもできる。
以下、ターゲット保持装置30のパラメータを各種調整して行った磁場シミュレーションの結果を説明する。
図21は、本技術の第1の実施の形態に係るプラズマ放電の一例を示す図である。図21は、図3において説明したターゲット保持装置30を使用してスパッタリングを行った際のプラズマ放電の様子を表したものであり、スパッタリングターゲット50の表面のプラズマ放電をスパッタリングターゲット50の上方から観察した際の画像である。図21の円形状のスパッタリングターゲット50の上方にリング形状のプラズマが生成していることがわかる。スパッタリングターゲットの比較的広い範囲にプラズマが生成しており、スパッタリングターゲットの選択的浸食を軽減することができる。
上述の第1の実施の形態では、円形状のターゲットを保持するターゲット保持装置を使用していた。これに対し、本技術の第2の実施の形態では、長方形の形状のターゲットを保持するターゲット保持装置を使用する点で第1の実施の形態と異なる。
図22は、本技術の第2の実施の形態に係るターゲット保持装置の概略構成を示す模式的な図である。この図22は、ターゲット保持装置30を上方より見た際の図である。図22のスパッタリングターゲット50は、長方形の形状を有する点で図2において説明したスパッタリングターゲット50と異なる。図22のターゲット保持装置においても、スパッタリングターゲット50の中央部51aと外縁部51bとの間に磁場Mが形成される。
図23は、本技術の第2の実施の形態に係る内環状磁石の構成例を示す図である。また、図24は、本技術の第2の実施の形態に係る内環状磁石の他の構成例を示す図である。図23の内環状磁石は、複数の棒状磁石により内環状磁石を構成する場合の例である。図24は、一端が円弧形状に欠切された正方形の形状の磁石と長方形の形状の磁石とにより内環状磁石を構成する場合の例である。これらの内環状磁石は、何れも中央部に長円形状の開口部を備える。なお、内環状磁石の構成はこの例に限定されない。例えば、長方形の形状の開口部を備える構成にすることもできる。
上述の第1の実施の形態では、一定の厚さに構成された内環状磁石31および外環状磁石32を使用していた。これに対し、本技術の第3の実施の形態では、2つの磁極の近傍における厚さが異なる内環状磁石31および外環状磁石32を使用する点で第1の実施の形態と異なる。
第3の実施の形態における内環状磁石31は、内端部31cおよび外端部31dにおいて同じ厚さに構成されていた。また、外環状磁石32は、上端部32cおよび下端部32dにおいて同じ厚さに構成されていた。これら内端部31cおよび外端部31dならびに上端部32cおよび下端部32dにはそれぞれ磁極が形成されているため、これらをそれぞれ異なる厚さに構成することにより、これらの近傍の磁束密度を変更することができる。これにより、ループ状磁束を調整することが可能となる。以下、シミュレーションの結果の一例を示す。
図25は、本技術の第3の実施の形態に係る第1の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図5において説明したシミュレーションに対し、内環状磁石31の外縁部の厚さを5mmに変更して行ったものである。なお、内環状磁石31の中央開口51a近傍の厚さは10mmである。同図のシミュレーションは、図5おいて説明したシミュレーションにおいて外端部31dの大きさを内端部31cより小さくした場合を想定したものである。
上述の第1の実施の形態では、磁化の方向に対して垂直に形成された中央開口51aを備える内環状磁石31を使用していた。これに対し、本技術の第4の実施の形態では、テーパ形状の断面を有する中央開口51aを備える外環状磁石32を使用する点で第1の実施の形態と異なる。
第4の実施の形態における内環状磁石31は、中央開口51aの断面の形状を変更することにより、ループ状磁束を調整する。具体的には、スパッタリングターゲット50側から見た内環状磁石31の中央開口51aを順テーパおよび逆テーパの形状に構成する。これにより、内端部31cから発せられる磁束の方向を調整することができる。以下、シミュレーションの結果を示す。
図31は、本技術の第4の実施の形態に係る第1の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図5において説明したシミュレーションに対し、内環状磁石31の上方の内径を4mm、下方の内径を10mmに変更して行ったものである。この場合、内環状磁石31の中央開口51aは逆テーパの形状となる。同図に示すように、図5における磁場Mと同様の磁場が形成されることが分かる。すなわち、内環状磁石31の上方の内径が同じであれば、内環状磁石31の下方の内径に関わらず同等の磁場が形成され得る。
Claims (14)
- 真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置されるスパッタリングターゲットと、
前記スパッタリングターゲットの裏面側に配置されて前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備えることにより前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部と交差して前記スパッタリングターゲットの表面側に膨出するループ状磁束を形成する内環状磁石と、
前記スパッタリングターゲットの裏面側における前記内環状磁石の外側に配置されて前記スパッタリングターゲットの外縁近傍における前記ループ状磁束を調整する外環状磁石と、
磁性材料により構成されて前記内環状磁石および前記外環状磁石を保持するとともに、前記内環状磁石に隣接する底部と、前記外環状磁石の外縁に隣接するとともに前記スパッタリングターゲットの表面よりも前記真空チャンバ内に延在する壁部とを備えるヨークと
を具備するマグネトロンスパッタリング装置。 - 前記外環状磁石は、前記内環状磁石における2つの前記磁極を含む面に対して略垂直方向に2つの磁極が配向されるとともに前記内環状磁石の外縁部における磁極と同じ極性の磁極を有する端面が前記内環状磁石の外縁部の近傍に配置されることにより前記ループ状磁束を調整する請求項1記載のマグネトロンスパッタリング装置。
- 前記外環状磁石は、前記ループ状磁束を調整することにより前記スパッタリングターゲットの外縁部における前記ループ状磁束を前記スパッタリングターゲットに対して略垂直に交差させる請求項2記載のマグネトロンスパッタリング装置。
- 前記外環状磁石は、前記スパッタリングターゲットの表面にミラー磁場を形成する請求項3記載のマグネトロンスパッタリング装置。
- 前記外環状磁石は、前記ループ状磁束における磁場強度最弱部に対して磁場強度比が2以上の磁気ミラー領域を有する前記ミラー磁場を形成する請求項4記載のマグネトロンスパッタリング装置。
- 前記内環状磁石は、所定の厚さに構成され、
前記外環状磁石は、前記内環状磁石の所定の厚さ以上の厚さを有する略円筒形状に構成されるとともに前記端面が前記内環状磁石の上端および下端の間に配置される
請求項2記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 前記外環状磁石は、前記端面を上面とする略円筒形状に構成されて前記上面に対向する下面と前記上面とにおける径方向の厚さが異なる請求項2記載のマグネトロンスパッタリング装置。
- 前記内環状磁石は、前記スパッタリングターゲットの中央部近傍に開口部を備える請求項1記載のマグネトロンスパッタリング装置。
- 前記内環状磁石は、前記開口部における厚さと周縁部における厚さとが異なる請求項8記載のマグネトロンスパッタリング装置。
- 前記内環状磁石は、テーパ形状に構成された前記開口部を備える請求項8記載のマグネトロンスパッタリング装置。
- 前記内環状磁石は、前記スパッタリングターゲットの裏面側に配置されて前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備える複数の磁石による構成される請求項1記載のマグネトロンスパッタリング装置。
- 前記外環状磁石は、前記内環状磁石における2つの磁極を含む面に対して略垂直方向に2つの磁極が配向される複数の磁石により構成される請求項2記載のマグネトロンスパッタリング装置。
- 前記ヨークは、前記延在する壁部の端部において内周方向に配置されるフランジ状突起をさらに備える請求項1記載のマグネトロンスパッタリング装置。
- 真空チャンバ内に配置されるスパッタリングターゲットの裏面側に配置されて前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備えることにより前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部と交差して前記スパッタリングターゲットの表面側に膨出するループ状磁束を形成する内環状磁石と、
前記スパッタリングターゲットの裏面側における前記内環状磁石の外側に配置されて前記スパッタリングターゲットの外縁近傍における前記ループ状磁束を調整する外環状磁石と、
磁性材料により構成されて前記内環状磁石および前記外環状磁石を保持するとともに、前記内環状磁石に隣接する底部と、前記外環状磁石の外縁に隣接するとともに前記スパッタリングターゲットの表面よりも前記真空チャンバ内に延在する壁部とを備えるヨークと
を具備する磁場形成装置。
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