JPH06207271A - マグネトロンプラズマ用永久磁石磁気回路 - Google Patents
マグネトロンプラズマ用永久磁石磁気回路Info
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- JPH06207271A JPH06207271A JP5017979A JP1797993A JPH06207271A JP H06207271 A JPH06207271 A JP H06207271A JP 5017979 A JP5017979 A JP 5017979A JP 1797993 A JP1797993 A JP 1797993A JP H06207271 A JPH06207271 A JP H06207271A
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
- H01J37/3405—Magnetron sputtering
- H01J37/3408—Planar magnetron sputtering
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 スパッタリング、エッチング等のマグネトロ
ンプラズマ発生に用いられる永久磁石磁気回路を改良し
て、マグネトロンプラズマ内の電子がターゲット（また
は基板）のほぼ全域に渡って軌道を描くことが可能とな
るような漏洩磁場分布を有する永久磁石磁気回路を提供
すること。 【構成】 ３枚以上の扇形あるいは三角形の希土類永久
磁石を組み合わせて成る、内径孔のない、円板状または
多角形状の磁気回路であり、前記希土類永久磁石の磁化
方向は、磁気回路の中心に向かう方向であるか、また
は、各扇形あるいは各三角形の中心線に平行な方向であ
ることを特徴とするマグネトロンプラズマ用永久磁石磁
気回路を用いる。
ンプラズマ発生に用いられる永久磁石磁気回路を改良し
て、マグネトロンプラズマ内の電子がターゲット（また
は基板）のほぼ全域に渡って軌道を描くことが可能とな
るような漏洩磁場分布を有する永久磁石磁気回路を提供
すること。 【構成】 ３枚以上の扇形あるいは三角形の希土類永久
磁石を組み合わせて成る、内径孔のない、円板状または
多角形状の磁気回路であり、前記希土類永久磁石の磁化
方向は、磁気回路の中心に向かう方向であるか、また
は、各扇形あるいは各三角形の中心線に平行な方向であ
ることを特徴とするマグネトロンプラズマ用永久磁石磁
気回路を用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、放電させた気体中の電
子に無限軌道を描かせ、放電気体のイオン化を促進させ
るためのマグネトロンプラズマ発生用永久磁石磁気回路
に関する。本発明に係る永久磁石磁気回路は、たとえ
ば、電極、配線及び記録膜などの薄膜を作製するための
マグネトロンスパッタ装置、及び、ＬＳＩのドライエッ
チングを行うマグネトロンプラズマエッチング装置など
に用いて最適である。
子に無限軌道を描かせ、放電気体のイオン化を促進させ
るためのマグネトロンプラズマ発生用永久磁石磁気回路
に関する。本発明に係る永久磁石磁気回路は、たとえ
ば、電極、配線及び記録膜などの薄膜を作製するための
マグネトロンスパッタ装置、及び、ＬＳＩのドライエッ
チングを行うマグネトロンプラズマエッチング装置など
に用いて最適である。
【０００２】
【従来の技術】スパッタリングとして、従来よりマグネ
トロンを利用したマグネトロンスパッタリングが行われ
ている。マグネトロンスパッタリングでは、まず、容器
内のアルゴン等の気体中に電極を挿入し、放電によって
気体をイオン化する。このとき生じた電子がアルゴン等
の気体分子やターゲットと衝突することによってさらに
気体はイオン化し、２次電子も生じる。その際、放電で
放出された電子及び２次電子はマグネトロンの磁場と電
場によって補足され、小さな径の旋回運動を行う。した
がって、電子は次々に気体分子と衝突することができ
る。このため、マグネトロン方式によるイオン化の効率
は高い。次に、プラズマ内の陽イオンが、陰極（スパッ
タされるターゲット）に衝突してスパッタ原子（ターゲ
ットを構成している原子）をたたき出す。最後に、スパ
ッタ原子は陽極に置かれた基板に付着し、基板面に膜を
形成する。
トロンを利用したマグネトロンスパッタリングが行われ
ている。マグネトロンスパッタリングでは、まず、容器
内のアルゴン等の気体中に電極を挿入し、放電によって
気体をイオン化する。このとき生じた電子がアルゴン等
の気体分子やターゲットと衝突することによってさらに
気体はイオン化し、２次電子も生じる。その際、放電で
放出された電子及び２次電子はマグネトロンの磁場と電
場によって補足され、小さな径の旋回運動を行う。した
がって、電子は次々に気体分子と衝突することができ
る。このため、マグネトロン方式によるイオン化の効率
は高い。次に、プラズマ内の陽イオンが、陰極（スパッ
タされるターゲット）に衝突してスパッタ原子（ターゲ
ットを構成している原子）をたたき出す。最後に、スパ
ッタ原子は陽極に置かれた基板に付着し、基板面に膜を
形成する。
【０００３】また、プラズマ内のイオンが、フォトレジ
ストを貼付して露光した基板をエッチングする仕組み
が、反応性イオンエッチングである。
ストを貼付して露光した基板をエッチングする仕組み
が、反応性イオンエッチングである。
【０００４】上で述べたように、従来より、マグネトロ
ン内に発生させたプラズマを、スパッタリングや反応性
イオンエッチングに広く利用してきた。マグネトロン方
式ではイオン化の効率が高いため、スパッタリング及び
エッチングを行う際、通常の高圧放電方式と比較して２
〜３倍の効率が得られるという利点がある。
ン内に発生させたプラズマを、スパッタリングや反応性
イオンエッチングに広く利用してきた。マグネトロン方
式ではイオン化の効率が高いため、スパッタリング及び
エッチングを行う際、通常の高圧放電方式と比較して２
〜３倍の効率が得られるという利点がある。
【０００５】マグネトロン方式において磁場を発生させ
るために、永久磁石磁気回路が設けられる。永久磁石磁
気回路は、平面型２極放電のスパッタリングではターゲ
ット裏面に、エッチングでは、普通、基板裏面に設置さ
れる。永久磁石磁気回路の作る磁場がターゲットまたは
基板上に漏洩し、この漏洩磁場の水平成分を利用して放
電電子を運動させ、気体のイオン化を促進する。
るために、永久磁石磁気回路が設けられる。永久磁石磁
気回路は、平面型２極放電のスパッタリングではターゲ
ット裏面に、エッチングでは、普通、基板裏面に設置さ
れる。永久磁石磁気回路の作る磁場がターゲットまたは
基板上に漏洩し、この漏洩磁場の水平成分を利用して放
電電子を運動させ、気体のイオン化を促進する。
【０００６】電子の運動領域に磁場のみが存在する場
合、電子は磁力線に補足され磁力線に巻き付くような形
で螺旋運動を行う。しかし、たとえば、２極放電型のマ
グネトロンの場合には、放電電極に垂直な方向に電場が
印加されているため、（電場）×（磁場）の大きさに比
例するドリフト力が電子に加わる。これにより、電子は
磁力線を横切るようにサイクロイド曲線を描きながら動
く。電子のドリフト力に寄与するのは、電場に垂直な磁
場、すなわち磁場の水平成分のみである。したがって、
水平磁場成分が強く、磁場均一性のよい磁場を作る永久
磁石磁気回路が望ましい。
合、電子は磁力線に補足され磁力線に巻き付くような形
で螺旋運動を行う。しかし、たとえば、２極放電型のマ
グネトロンの場合には、放電電極に垂直な方向に電場が
印加されているため、（電場）×（磁場）の大きさに比
例するドリフト力が電子に加わる。これにより、電子は
磁力線を横切るようにサイクロイド曲線を描きながら動
く。電子のドリフト力に寄与するのは、電場に垂直な磁
場、すなわち磁場の水平成分のみである。したがって、
水平磁場成分が強く、磁場均一性のよい磁場を作る永久
磁石磁気回路が望ましい。
【０００７】ターゲット（または基板）上の磁場の水平
成分が一方向のみの場合、電子は磁力線を横切って進む
ために、ターゲット（または基板）の一方向に進み、プ
ラズマもその方向に片寄ることになる。このような電子
の逃散を防ぐため、通常は、磁石面上にドーナツ状の漏
洩磁場が発生するように永久磁石を配置する（図５）。
図５において、ターゲット（または基板）２の面上の漏
洩磁場が磁力線４のようであり、符号６で示した向きに
電場が印加されると、電子８は無限軌道１０を描く。そ
の結果、電子８は漏洩磁場の領域１２に閉じ込められて
気体のイオン化を促進するため、高密度なプラズマが発
生する。図５において、符号１４及び１６は、磁力線４
がターゲット（または基板）２の面上と交わるところを
示したものである。
成分が一方向のみの場合、電子は磁力線を横切って進む
ために、ターゲット（または基板）の一方向に進み、プ
ラズマもその方向に片寄ることになる。このような電子
の逃散を防ぐため、通常は、磁石面上にドーナツ状の漏
洩磁場が発生するように永久磁石を配置する（図５）。
図５において、ターゲット（または基板）２の面上の漏
洩磁場が磁力線４のようであり、符号６で示した向きに
電場が印加されると、電子８は無限軌道１０を描く。そ
の結果、電子８は漏洩磁場の領域１２に閉じ込められて
気体のイオン化を促進するため、高密度なプラズマが発
生する。図５において、符号１４及び１６は、磁力線４
がターゲット（または基板）２の面上と交わるところを
示したものである。
【０００８】しかし、ドーナツ状漏洩磁場を発生させる
磁気回路では、漏洩磁場の水平磁場強度が場所により大
きく異なり、水平磁場強度の強い領域ほど高密度なプラ
ズマが発生する。したがって、スパッタ装置では水平磁
場強度の強い領域ほど大きなスパッタリングが生じてタ
ーゲットが消耗するので、ターゲットの使用効率が悪い
上に、形成されるスパッタ膜の厚さが不均一になるとい
う問題がある。
磁気回路では、漏洩磁場の水平磁場強度が場所により大
きく異なり、水平磁場強度の強い領域ほど高密度なプラ
ズマが発生する。したがって、スパッタ装置では水平磁
場強度の強い領域ほど大きなスパッタリングが生じてタ
ーゲットが消耗するので、ターゲットの使用効率が悪い
上に、形成されるスパッタ膜の厚さが不均一になるとい
う問題がある。
【０００９】さらには、水平磁場強度の強い領域に発生
するプラズマ内の陽イオンは、大きな運動エネルギーを
持つため、ターゲットからスパッタ原子をたたき出す際
に重い原子（ターゲットは通常数種類の原子より成る
が、その中で重い方の原子）をたたき出しやすい。すな
わち、水平磁場強度の違いのため、スパッタ膜の組成が
場所によって異なってくるという問題もある。
するプラズマ内の陽イオンは、大きな運動エネルギーを
持つため、ターゲットからスパッタ原子をたたき出す際
に重い原子（ターゲットは通常数種類の原子より成る
が、その中で重い方の原子）をたたき出しやすい。すな
わち、水平磁場強度の違いのため、スパッタ膜の組成が
場所によって異なってくるという問題もある。
【００１０】また、エッチング装置の場合も同様に、プ
ラズマ密度が一定にならず、よって基板の位置によりエ
ッチングの深さが異なるという問題がある。
ラズマ密度が一定にならず、よって基板の位置によりエ
ッチングの深さが異なるという問題がある。
【００１１】上記のような欠点を改良するため磁気回路
の色々な磁石配置が従来より考えられている。たとえ
ば、同心円型を改良して磁石列を３列にしたり（図６
（ａ））、変形同心円とする（図６（ｂ））などして、
磁気回路（または基板）の回転を行い、より広い領域に
漏洩磁場を発生させるようなものが提案されている。
の色々な磁石配置が従来より考えられている。たとえ
ば、同心円型を改良して磁石列を３列にしたり（図６
（ａ））、変形同心円とする（図６（ｂ））などして、
磁気回路（または基板）の回転を行い、より広い領域に
漏洩磁場を発生させるようなものが提案されている。
【００１２】また、水平方向に磁化された磁石と垂直方
向に磁化された磁石を組み合わせて漏洩磁場領域の拡大
を意図したもの（図６（ｃ））等も提案されている。
向に磁化された磁石を組み合わせて漏洩磁場領域の拡大
を意図したもの（図６（ｃ））等も提案されている。
【００１３】図６（ａ）〜（ｃ）において、符号２０、
２４、２８は、磁石２２、２６、３０の下に設置される
バックヨークの外周を示している。また、図６（ｃ）の
符号３２は、水平方向に磁化された磁石の磁化の向きを
表わしている。
２４、２８は、磁石２２、２６、３０の下に設置される
バックヨークの外周を示している。また、図６（ｃ）の
符号３２は、水平方向に磁化された磁石の磁化の向きを
表わしている。
【００１４】上記いずれの磁気回路も、単純な同心円型
よりターゲットの消耗領域が拡大するなど、改善されて
いる。しかし、それぞれの従来例には以下のような問題
がある。
よりターゲットの消耗領域が拡大するなど、改善されて
いる。しかし、それぞれの従来例には以下のような問題
がある。
【００１５】磁石列を３列にしたり、変形同心円とする
などして磁気回路（または基板）の回転を行うものは、
スパッタリングやエッチングの均一性確保には有効であ
る。しかし、回転を行わせるため、 機構が複雑になる 装置が高価になる 回転軸部よりゴミが発生する メンテナンスが煩雑になる など、装置上の問題が数多く発生する。
などして磁気回路（または基板）の回転を行うものは、
スパッタリングやエッチングの均一性確保には有効であ
る。しかし、回転を行わせるため、 機構が複雑になる 装置が高価になる 回転軸部よりゴミが発生する メンテナンスが煩雑になる など、装置上の問題が数多く発生する。
【００１６】また、変形同心円型には、基板を必ず回転
させなければならず、磁石の作製が面倒で手間がかかる
ため、装置が高価になるという問題もある。
させなければならず、磁石の作製が面倒で手間がかかる
ため、装置が高価になるという問題もある。
【００１７】水平方向に磁化された磁石と垂直方向に磁
化された磁石を組み合わせたものは、水平方向に磁化さ
れた磁石のない単純な同心円構造のものと比較し、ター
ゲットの使用効率が上昇する。これは、この磁石配置に
よれば、水平方向に磁化された磁石の起磁力を有効に利
用して垂直方向磁石間の空隙に比較的強い磁場を発生で
きるからである。しかし、外周部と中心部の垂直方向に
磁化された磁石の部分では、磁場がほとんど垂直に立ち
上がるため、磁場の水平成分が少なくなり、電子の無限
軌道運動への寄与が小さいという問題がある。
化された磁石を組み合わせたものは、水平方向に磁化さ
れた磁石のない単純な同心円構造のものと比較し、ター
ゲットの使用効率が上昇する。これは、この磁石配置に
よれば、水平方向に磁化された磁石の起磁力を有効に利
用して垂直方向磁石間の空隙に比較的強い磁場を発生で
きるからである。しかし、外周部と中心部の垂直方向に
磁化された磁石の部分では、磁場がほとんど垂直に立ち
上がるため、磁場の水平成分が少なくなり、電子の無限
軌道運動への寄与が小さいという問題がある。
【００１８】以上の問題を解決するため、簡単な形状
で、さらにターゲット（または基板）に漏洩する水平磁
場領域を拡大し、スパッタリング（またはエッチング）
の効率を改善できる磁気回路が求められている。
で、さらにターゲット（または基板）に漏洩する水平磁
場領域を拡大し、スパッタリング（またはエッチング）
の効率を改善できる磁気回路が求められている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スパ
ッタリング、エッチング等のマグネトロンプラズマ発生
に用いられる永久磁石磁気回路を改良して、マグネトロ
ンプラズマ内の電子がターゲット（または基板）のほぼ
全域に渡って軌道を描くことが可能となるような漏洩磁
場分布を有する永久磁石磁気回路を提供することであ
る。
ッタリング、エッチング等のマグネトロンプラズマ発生
に用いられる永久磁石磁気回路を改良して、マグネトロ
ンプラズマ内の電子がターゲット（または基板）のほぼ
全域に渡って軌道を描くことが可能となるような漏洩磁
場分布を有する永久磁石磁気回路を提供することであ
る。
【００２０】
【課題を解決するための手段】３枚以上の扇形あるいは
三角形の希土類永久磁石を組み合わせて成る、内径孔の
ない、円板状あるいは多角形状の磁気回路であり、前記
希土類永久磁石の磁化方向が、磁気回路の中心に向かう
方向であるか、または、各扇形あるいは各三角形の中心
線に平行な方向であることを特徴とするマグネトロンプ
ラズマ用永久磁石磁気回路を用いる。また、前記マグネ
トロンプラズマ用永久磁石磁気回路の中心付近、及び／
または、外周部の厚みを厚くする。さらにまた、前記マ
グネトロンプラズマ用永久磁石磁気回路の半径（あるい
は中心からひとつの頂点までの長さ）（ｒ1） に、前記
磁気回路を用いるマグネトロンのターゲットまたは基板
の半径（ｒ2） と、ｒ1／ｒ2≧１．１の関係を持たせ
る。
三角形の希土類永久磁石を組み合わせて成る、内径孔の
ない、円板状あるいは多角形状の磁気回路であり、前記
希土類永久磁石の磁化方向が、磁気回路の中心に向かう
方向であるか、または、各扇形あるいは各三角形の中心
線に平行な方向であることを特徴とするマグネトロンプ
ラズマ用永久磁石磁気回路を用いる。また、前記マグネ
トロンプラズマ用永久磁石磁気回路の中心付近、及び／
または、外周部の厚みを厚くする。さらにまた、前記マ
グネトロンプラズマ用永久磁石磁気回路の半径（あるい
は中心からひとつの頂点までの長さ）（ｒ1） に、前記
磁気回路を用いるマグネトロンのターゲットまたは基板
の半径（ｒ2） と、ｒ1／ｒ2≧１．１の関係を持たせ
る。
【００２１】
【実施例】本発明では、円板状あるいは多角形状であ
り、水平方向（径方向あるいは疑似径方向）に磁化され
た磁石のみによる永久磁石磁気回路を提案する。
り、水平方向（径方向あるいは疑似径方向）に磁化され
た磁石のみによる永久磁石磁気回路を提案する。
【００２２】これは、水平方向に磁化された磁石のみで
磁気回路を形成すると、漏洩磁場の水平成分の比率が高
くなり、磁石のＮ、Ｓ両極の間隔が離れるため磁場の漏
洩面積も増えて、電子の運動への寄与を大きくできるか
らである。これに対し、たとえば図６（ｃ）において垂
直方向に磁化された磁石を用いているのは、これを水平
方向に磁化された磁石と共同させて磁場強度を高めるた
めであり、垂直方向に磁化された磁石自身による漏洩磁
場の水平成分は少ない。よって、水平方向に磁化された
磁石のみで充分な磁場強度が得られるのであれば、垂直
方向に磁化された磁石を用いる必要はない。
磁気回路を形成すると、漏洩磁場の水平成分の比率が高
くなり、磁石のＮ、Ｓ両極の間隔が離れるため磁場の漏
洩面積も増えて、電子の運動への寄与を大きくできるか
らである。これに対し、たとえば図６（ｃ）において垂
直方向に磁化された磁石を用いているのは、これを水平
方向に磁化された磁石と共同させて磁場強度を高めるた
めであり、垂直方向に磁化された磁石自身による漏洩磁
場の水平成分は少ない。よって、水平方向に磁化された
磁石のみで充分な磁場強度が得られるのであれば、垂直
方向に磁化された磁石を用いる必要はない。
【００２３】ところで、磁気回路用の磁石として、フェ
ライト、アルニコ等の永久磁石ではなく、希土類永久磁
石を用いれば、水平方向に磁化された磁石のみで、磁気
回路に必要なだけの水平磁束密度（ターゲット上で２０
０〜６００Ｇ程度）は充分に得られる。よって本発明で
は、水平径方向に磁化された希土類磁石のみによる永久
磁石磁気回路を提案する。
ライト、アルニコ等の永久磁石ではなく、希土類永久磁
石を用いれば、水平方向に磁化された磁石のみで、磁気
回路に必要なだけの水平磁束密度（ターゲット上で２０
０〜６００Ｇ程度）は充分に得られる。よって本発明で
は、水平径方向に磁化された希土類磁石のみによる永久
磁石磁気回路を提案する。
【００２４】本発明者は、リング状水平磁化磁石におけ
る漏洩磁場の様子を詳細に検討した。リング状水平磁化
磁石の例を図３に示す。リング状磁石５０は、リングの
半径方向で外周から内周への向き５２に磁化されてい
る。よって、外周側面と内周側面とに磁荷が生じ、漏洩
磁場は磁力線５４で示したようになる。検討の結果、本
発明者は、最も水平磁場漏洩領域が広いのは内径孔のな
い場合であることを見いだした。内径孔がある場合に
は、内径孔側面に磁荷が生じるが、内径孔がない場合に
は、中心付近の磁石内部に体積磁荷が生じ、中心から外
周側面への磁力線の流れが生じるため、最も広い水平磁
場漏洩領域が得られるのである。
る漏洩磁場の様子を詳細に検討した。リング状水平磁化
磁石の例を図３に示す。リング状磁石５０は、リングの
半径方向で外周から内周への向き５２に磁化されてい
る。よって、外周側面と内周側面とに磁荷が生じ、漏洩
磁場は磁力線５４で示したようになる。検討の結果、本
発明者は、最も水平磁場漏洩領域が広いのは内径孔のな
い場合であることを見いだした。内径孔がある場合に
は、内径孔側面に磁荷が生じるが、内径孔がない場合に
は、中心付近の磁石内部に体積磁荷が生じ、中心から外
周側面への磁力線の流れが生じるため、最も広い水平磁
場漏洩領域が得られるのである。
【００２５】このように、漏洩磁場は回路の中心から外
周へ向かう向きに発生し（磁力線５４）、電場は磁石に
垂直な方向５６に印加されるので、これらを横切ってド
リフトする電子は、円軌道あるいはそれに近い無限軌道
を描きながらターゲット（または基板）上に捕捉され
る。
周へ向かう向きに発生し（磁力線５４）、電場は磁石に
垂直な方向５６に印加されるので、これらを横切ってド
リフトする電子は、円軌道あるいはそれに近い無限軌道
を描きながらターゲット（または基板）上に捕捉され
る。
【００２６】以上の考察に基づいて提案された本発明の
例を図１に示す。図１（ａ）及び図１（ｂ）は内径孔の
ない円板状磁石４０、４４であり、図１（ａ）の磁化方
向は符号４２で示すように径方向であり、図１（ｂ）の
磁化方向は符号４６で示すように疑似径方向（円板の一
部分である扇形内において平行に磁化されている）であ
る。いずれの場合も、円板を１２等分して作製した場合
の磁気回路の例を示している。
例を図１に示す。図１（ａ）及び図１（ｂ）は内径孔の
ない円板状磁石４０、４４であり、図１（ａ）の磁化方
向は符号４２で示すように径方向であり、図１（ｂ）の
磁化方向は符号４６で示すように疑似径方向（円板の一
部分である扇形内において平行に磁化されている）であ
る。いずれの場合も、円板を１２等分して作製した場合
の磁気回路の例を示している。
【００２７】（疑似）径方向に磁化された内径孔のない
円板状磁気回路を単一の磁石で構成することは難しく、
上記図１の例でもそうであるように、３枚以上の扇形磁
石で構成する。また、扇形の代わりに、その弧を線分と
した三角形の磁石を組み合わせ多角形状の磁気回路とし
てもよい。
円板状磁気回路を単一の磁石で構成することは難しく、
上記図１の例でもそうであるように、３枚以上の扇形磁
石で構成する。また、扇形の代わりに、その弧を線分と
した三角形の磁石を組み合わせ多角形状の磁気回路とし
てもよい。
【００２８】図２に多角形状の磁気回路の例を示す。符
号４８は、三角形の磁石を組み合わせた多角形状の磁気
回路を示し、その磁化方向は矢印４９で示すように、各
三角形の中心線に平行な方向である。
号４８は、三角形の磁石を組み合わせた多角形状の磁気
回路を示し、その磁化方向は矢印４９で示すように、各
三角形の中心線に平行な方向である。
【００２９】本発明の永久磁石磁気回路の場合において
も、磁石あるいはターゲット（または基板）を偏心させ
て回転することにより、より中心付近まで均一にスパッ
タリング（またはエッチング）することができる。
も、磁石あるいはターゲット（または基板）を偏心させ
て回転することにより、より中心付近まで均一にスパッ
タリング（またはエッチング）することができる。
【００３０】スパッタリング及びエッチング等を行うた
めには、永久磁石磁気回路に用いる希土類磁石は最大エ
ネルギー積２０ＭＧＯｅ以上を有しており、永久磁石磁
気回路の５ｍｍ真上で２００Ｇ以上の水平磁束密度を有
することが望ましい。さらに永久磁石磁気回路の１０ｍ
ｍ真上で２００Ｇ以上の水平磁束密度を有していること
が、より望ましい。
めには、永久磁石磁気回路に用いる希土類磁石は最大エ
ネルギー積２０ＭＧＯｅ以上を有しており、永久磁石磁
気回路の５ｍｍ真上で２００Ｇ以上の水平磁束密度を有
することが望ましい。さらに永久磁石磁気回路の１０ｍ
ｍ真上で２００Ｇ以上の水平磁束密度を有していること
が、より望ましい。
【００３１】図１（ｂ）に示した疑似径方向に磁化され
た永久磁石磁気回路（ＮｄＦｅＢ磁石使用、直径１００
ｍｍ、厚さ２０ｍｍ）を用い、磁気回路上に設けるター
ゲットの径が磁気回路と同径な場合に発生する漏洩磁場
の水平磁束密度を図４に示す。横軸は磁石中心から半径
方向への距離、縦軸は各々の位置における水平磁束密度
の大きさを表わす。（ａ）は永久磁石磁気回路面上１０
ｍｍ、（ｂ）は２５ｍｍ、（ｃ）は４０ｍｍにおける水
平磁束密度を表わすグラフである。永久磁石磁気回路面
上１０ｍｍの空間で非常に平坦でかつ強度の強い水平漏
洩磁場が得られることがわかる。
た永久磁石磁気回路（ＮｄＦｅＢ磁石使用、直径１００
ｍｍ、厚さ２０ｍｍ）を用い、磁気回路上に設けるター
ゲットの径が磁気回路と同径な場合に発生する漏洩磁場
の水平磁束密度を図４に示す。横軸は磁石中心から半径
方向への距離、縦軸は各々の位置における水平磁束密度
の大きさを表わす。（ａ）は永久磁石磁気回路面上１０
ｍｍ、（ｂ）は２５ｍｍ、（ｃ）は４０ｍｍにおける水
平磁束密度を表わすグラフである。永久磁石磁気回路面
上１０ｍｍの空間で非常に平坦でかつ強度の強い水平漏
洩磁場が得られることがわかる。
【００３２】以上述べたように、本発明の永久磁石磁気
回路により、水平磁場の漏洩領域を従来よりも広くする
ことができた。しかも、ほぼ均一な水平磁場を広い領域
にわたって得ることができた。
回路により、水平磁場の漏洩領域を従来よりも広くする
ことができた。しかも、ほぼ均一な水平磁場を広い領域
にわたって得ることができた。
【００３３】しかし、ターゲットの外周部及び中心部で
は漏洩磁場の水平磁場強度が低くなり、したがってター
ゲット面上での水平磁場の強度が不均一になるという問
題が残る。これは、磁力線が磁石の外周側面及び中心部
へ入る（または出る）際には垂直にならざるを得ないた
めである。
は漏洩磁場の水平磁場強度が低くなり、したがってター
ゲット面上での水平磁場の強度が不均一になるという問
題が残る。これは、磁力線が磁石の外周側面及び中心部
へ入る（または出る）際には垂直にならざるを得ないた
めである。
【００３４】外周部における水平磁場強度を上げる方法
として２つ考えられる。ひとつは、永久磁石の径をター
ゲット（または基板）の径よりも大きくする方法であ
る。これにより、磁石の外周側面への磁力線の回り込み
がターゲット（または基板）面上では起きないようにで
きる。すなわち、ターゲット（または基板）面上では、
その外周部まで平坦な水平磁場強度を得ることができ
る。ただし、このためには磁石の径をターゲット（また
は基板）の径より１０％以上大きくする必要がある。
として２つ考えられる。ひとつは、永久磁石の径をター
ゲット（または基板）の径よりも大きくする方法であ
る。これにより、磁石の外周側面への磁力線の回り込み
がターゲット（または基板）面上では起きないようにで
きる。すなわち、ターゲット（または基板）面上では、
その外周部まで平坦な水平磁場強度を得ることができ
る。ただし、このためには磁石の径をターゲット（また
は基板）の径より１０％以上大きくする必要がある。
【００３５】もうひとつは、永久磁石の外周部を厚くす
る方法である。これにより、外周付近の水平磁場を増加
することができ、ターゲット（または基板）面全面にお
いて均一な水平磁場強度を得ることができる。このとき
の磁石の厚みは、階段状に不連続に変化させてもよい
し、連続的に変化させてもよい。
る方法である。これにより、外周付近の水平磁場を増加
することができ、ターゲット（または基板）面全面にお
いて均一な水平磁場強度を得ることができる。このとき
の磁石の厚みは、階段状に不連続に変化させてもよい
し、連続的に変化させてもよい。
【００３６】中心部における水平磁場強度の低下は、外
周部の場合のようにほぼ完璧な均一水平磁場とすること
はできない。しかし、永久磁石の中心部を厚くして中心
部付近の水平磁場を増やすことはでき、したがって、均
一水平磁場の領域を広めることは可能である。このとき
も、磁石の厚みは、階段状に不連続に変化させてもよい
し、連続的に変化させてもよい。
周部の場合のようにほぼ完璧な均一水平磁場とすること
はできない。しかし、永久磁石の中心部を厚くして中心
部付近の水平磁場を増やすことはでき、したがって、均
一水平磁場の領域を広めることは可能である。このとき
も、磁石の厚みは、階段状に不連続に変化させてもよい
し、連続的に変化させてもよい。
【００３７】また、スパッタリングを行う場合、永久磁
石磁気回路を設置するバックヨークを強磁性のものとす
ると、水平磁場の均一性が向上するため、均一水平磁場
でスパッタリングが行え、基板上に厚さが均一な膜を生
成することができる。
石磁気回路を設置するバックヨークを強磁性のものとす
ると、水平磁場の均一性が向上するため、均一水平磁場
でスパッタリングが行え、基板上に厚さが均一な膜を生
成することができる。
【００３８】そもそもバックヨークは、鉄のような磁性
材料より成っていても、ステンレスのような非磁性材料
より成っていてもよい。磁性材料より成る場合は、磁力
線の一部がバックヨークの方に流れるため、ターゲット
側に漏洩する磁場の強度は弱くなる。しかし、外周部か
ら中心部にかけての水平磁場の強度が均一になり、強度
分布に大きな山がなくなるので、膜を付着させる基板と
ターゲットとの間隔を狭めることができる。したがっ
て、磁場の強度は弱くなるが、その分、ターゲットと基
板の間隔を狭くできるためにスパッター原子が基板に付
着し易くなり、不都合はない。しかも、強度分布に山の
ない均一水平磁場となっているため、基板上に均一な厚
さの膜を作ることができるという利点がある。
材料より成っていても、ステンレスのような非磁性材料
より成っていてもよい。磁性材料より成る場合は、磁力
線の一部がバックヨークの方に流れるため、ターゲット
側に漏洩する磁場の強度は弱くなる。しかし、外周部か
ら中心部にかけての水平磁場の強度が均一になり、強度
分布に大きな山がなくなるので、膜を付着させる基板と
ターゲットとの間隔を狭めることができる。したがっ
て、磁場の強度は弱くなるが、その分、ターゲットと基
板の間隔を狭くできるためにスパッター原子が基板に付
着し易くなり、不都合はない。しかも、強度分布に山の
ない均一水平磁場となっているため、基板上に均一な厚
さの膜を作ることができるという利点がある。
【００３９】以上まとめると、本発明に係る、内径孔の
ない永久磁石磁気回路の水平磁場均一度をより向上させ
るためには、 磁石の外周部、及び／または、中心部を厚くする 磁石の径をターゲット（または基板）の径より１０％
以上大きくする 強磁性バックヨークを用いる の方法をひとつまたは組み合わせてとればよいことがわ
かる。
ない永久磁石磁気回路の水平磁場均一度をより向上させ
るためには、 磁石の外周部、及び／または、中心部を厚くする 磁石の径をターゲット（または基板）の径より１０％
以上大きくする 強磁性バックヨークを用いる の方法をひとつまたは組み合わせてとればよいことがわ
かる。
【００４０】
【発明の効果】磁化方向が径方向あるいは疑似径方向で
ある円板状あるいは多角形状の、内径孔のない永久磁石
磁気回路により、ターゲット（または基板）上での漏洩
磁場の水平磁場領域が大幅に増加し、また、希土類永久
磁石を使用することにより、水平磁場の強度も充分に得
られた。よって、マグネトロンプラズマ内の電子がター
ゲット（または基板）のほぼ全域に渡って軌道を描くこ
とが可能となった。この結果、たとえばスパッタリング
におけるターゲットの使用効率が大幅に向上する等の利
点が生じた。
ある円板状あるいは多角形状の、内径孔のない永久磁石
磁気回路により、ターゲット（または基板）上での漏洩
磁場の水平磁場領域が大幅に増加し、また、希土類永久
磁石を使用することにより、水平磁場の強度も充分に得
られた。よって、マグネトロンプラズマ内の電子がター
ゲット（または基板）のほぼ全域に渡って軌道を描くこ
とが可能となった。この結果、たとえばスパッタリング
におけるターゲットの使用効率が大幅に向上する等の利
点が生じた。
【図１】本発明に係る永久磁石磁気回路の例。
【図２】本発明に係る永久磁石磁気回路の別の例。
【図３】リング状水平磁化磁石の例。
【図４】本発明の実施例の水平磁束密度分布を表わすグ
ラフ。
ラフ。
【図５】ドーナツ状漏洩磁場を発生させる磁気回路と、
その漏洩磁場による電子の運動を説明する図。
その漏洩磁場による電子の運動を説明する図。
【図６】永久磁石磁気回路の従来例。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｈ 1/46 9014−2Ｇ
Claims (3)
- 【請求項１】 ３枚以上の扇形あるいは三角形の希土類
永久磁石を組み合わせて成る、内径孔のない、円板状あ
るいは多角形状の磁気回路であり、 前記希土類永久磁石の磁化方向が、磁気回路の中心に向
かう方向であるか、または、各扇形あるいは各三角形の
中心線に平行な方向である、 ことを特徴とするマグネトロンプラズマ用永久磁石磁気
回路。 - 【請求項２】 前記円板状あるいは多角形状の磁気回路
の中心付近、及び／または、外周部の厚みが厚いことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマグネトロンプ
ラズマ用永久磁石磁気回路。 - 【請求項３】 前記円板状（あるいは多角形状）の磁気
回路の半径（あるいは中心からひとつの頂点までの長
さ）（ｒ1） が、前記磁気回路を用いるマグネトロンの
ターゲットまたは基板の半径（ｒ2） と、ｒ1／ｒ2≧
１．１の関係を持つことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のマグネトロンプラズマ用永久磁石磁気回路。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5017979A JP2899190B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | マグネトロンプラズマ用永久磁石磁気回路 |
| EP94100245A EP0606097B1 (en) | 1993-01-08 | 1994-01-10 | A permanent magnet arrangement for use in magnetron plasma processing |
| DE69404483T DE69404483T2 (de) | 1993-01-08 | 1994-01-10 | Permanentmagnet-Vorrichtung zur Verwendung in Magnetron-Plasma-Prozessen |
| US08/179,551 US5512872A (en) | 1993-01-08 | 1994-01-10 | Permanent magnet arrangement for use in magnetron plasma processing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5017979A JP2899190B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | マグネトロンプラズマ用永久磁石磁気回路 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06207271A true JPH06207271A (ja) | 1994-07-26 |
| JP2899190B2 JP2899190B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=11958847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5017979A Expired - Fee Related JP2899190B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | マグネトロンプラズマ用永久磁石磁気回路 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5512872A (ja) |
| EP (1) | EP0606097B1 (ja) |
| JP (1) | JP2899190B2 (ja) |
| DE (1) | DE69404483T2 (ja) |
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| KR100793356B1 (ko) * | 2005-12-13 | 2008-01-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | 스퍼터링 장치 |
| WO2012102092A1 (ja) * | 2011-01-24 | 2012-08-02 | 日立金属株式会社 | マグネトロンスパッタリング用磁場発生装置 |
| WO2018101444A1 (ja) * | 2016-11-30 | 2018-06-07 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | マグネトロンスパッタリング装置、及び、磁場形成装置 |
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| US5863399A (en) * | 1996-04-13 | 1999-01-26 | Singulus Technologies Gmbh | Device for cathode sputtering |
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| CN101790796A (zh) * | 2007-09-19 | 2010-07-28 | 株式会社爱发科 | 太阳能电池的制造方法 |
| ES2611161T3 (es) | 2007-10-04 | 2017-05-05 | Hussmann Corporation | Dispositivo de imán permanente |
| US8209988B2 (en) * | 2008-09-24 | 2012-07-03 | Husssmann Corporation | Magnetic refrigeration device |
| TWI384510B (zh) * | 2010-11-12 | 2013-02-01 | Ind Tech Res Inst | 均勻磁場產生設備及其磁場產生單元 |
| CN104094368A (zh) | 2012-01-30 | 2014-10-08 | 三菱电机株式会社 | 磁路 |
| US20140124359A1 (en) * | 2012-11-02 | 2014-05-08 | Intermolecular, Inc. | New Magnet Design Which Improves Erosion Profile for PVD Systems |
| RU2528536C1 (ru) * | 2013-01-09 | 2014-09-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводникового машиностроения" | Магнитный блок распылительной системы |
| US10410889B2 (en) | 2014-07-25 | 2019-09-10 | Applied Materials, Inc. | Systems and methods for electrical and magnetic uniformity and skew tuning in plasma processing reactors |
| CN111192807A (zh) * | 2018-11-15 | 2020-05-22 | 北京中科信电子装备有限公司 | 一种新型中束流平行透镜磁铁 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| NL179172C (nl) * | 1976-06-21 | 1986-07-16 | Shokichi Kumakura | Ringvormige magneeteenheid. |
| US4283647A (en) * | 1979-08-30 | 1981-08-11 | The Singer Company | Annular segment permanent magnet single air gap electric motor |
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| JPH0726203B2 (ja) * | 1987-05-11 | 1995-03-22 | 松下電器産業株式会社 | マグネトロンスパッタリング装置 |
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1993
- 1993-01-08 JP JP5017979A patent/JP2899190B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-01-10 US US08/179,551 patent/US5512872A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-01-10 DE DE69404483T patent/DE69404483T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-01-10 EP EP94100245A patent/EP0606097B1/en not_active Expired - Lifetime
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| JPWO2018101444A1 (ja) * | 2016-11-30 | 2019-10-24 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | マグネトロンスパッタリング装置、及び、磁場形成装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2899190B2 (ja) | 1999-06-02 |
| EP0606097B1 (en) | 1997-07-30 |
| DE69404483D1 (de) | 1997-09-04 |
| US5512872A (en) | 1996-04-30 |
| DE69404483T2 (de) | 1997-12-04 |
| EP0606097A1 (en) | 1994-07-13 |
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