JP2000219965A - スパッタ装置用磁気回路 - Google Patents

スパッタ装置用磁気回路

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JP2000219965A
JP2000219965A JP11024665A JP2466599A JP2000219965A JP 2000219965 A JP2000219965 A JP 2000219965A JP 11024665 A JP11024665 A JP 11024665A JP 2466599 A JP2466599 A JP 2466599A JP 2000219965 A JP2000219965 A JP 2000219965A
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magnet
target
magnetic circuit
horizontal
magnetic field
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JP11024665A
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Hideki Kobayashi
秀樹 小林
Teruaki Hida
輝昭 飛田
Takeshi Sahoda
毅 佐保田
Tomoyasu Kondo
智保 近藤
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Ulvac Inc
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Ulvac Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の磁気回路を改良して、ターゲット表面
における磁場の高さを飛躍的に向上させたマグネトロン
スパッタ装置用磁気回路を提供する。 【解決手段】 ターゲット裏面に配置した磁石の磁気回
路によってターゲット表面から、磁力線が弧状を描く漏
れ磁場を発生するマグネトロンスパッタ装置用磁気回路
において、内側磁石1と、これと逆向きの磁化方向を有
し内側磁石1を取囲む外側磁石2と、内側磁石1と外側
磁石2との間に配置され、これら両磁石の磁化方向と直
交する方向に磁化された水平磁石6と、これらの磁石を
挟んでターゲット4と対向して配設されたヨーク3とか
ら構成され、該水平磁石6として保磁力iHcが残留磁
化Brより高い永久磁石を用いるかまたは該水平磁石6
を水平に分割してターゲット側部分のみに保磁力iHc
が残留磁化Brより高い永久磁石を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の配線層の
形成などに用いられるマグネトロンスパッタ装置のター
ゲット磁場印加用磁気回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、マグネトロンスパッタ装置用磁気
回路は、一例を挙げると図5のように形成されている。
内側磁石1は、ターゲット側をN極またはS極として垂
直方向に着磁された円柱型永久磁石である。この内側磁
石1を取り囲むように外側磁石2が配置されている。外
側磁石2は、内側磁石1と逆向きの磁化方向を有するリ
ング型永久磁石である。さらに、内側磁石1、外側磁石
2を挟んでヨーク(継鉄)3とターゲット4が対向して
配設され、磁気回路が形成される。ヨーク3は、内側磁
石1と外側磁石2の磁束を通すことで磁気回路の効率を
高め、表面磁場の強さを高めている。なお、図において
白ぬき矢印は磁化の方向を示し、黒矢印は磁束の流れ方
向を示している。
【0003】このような構成からなる磁気回路をターゲ
ット4の裏面に配置することにより、ターゲット表面か
ら磁力線が弧を描いて漏れ磁場、すなわち表面磁場5を
発生する。実用に際しては、この表面磁場に加えて、磁
場と直交する向きに電場を与えることにより、ターゲッ
ト上方で発生したプラズマ中の電子は、サイクロイド運
動を行い表面磁場の中に閉じ込められる。その結果、電
子はアルゴンイオンの発生を増進させ、プラズマ密度が
高まりスパッタ効率が上がる。
【0004】しかしながら、近年ますます半導体製品の
高密度化は進み、さらなる配線の微細化が求められてい
る。このような状況のなかで、スパッタ装置の成膜性能
をなお一層向上させる必要がある。これに対する一つの
方法は、成膜する基板とターゲット間の距離を伸ばして
ターゲット粒子の指向性を高めることである。指向性を
高められたスパッタ粒子が基板に対してより垂直に進入
することができ、基板上の微細な溝にも十分な成膜が行
なえる。ターゲット粒子の指向性を高めるためにはター
ゲット粒子同士または他の浮遊粒子との衝突頻度を下げ
る必要があり、このためにスパッタ装置内の雰囲気圧を
より低圧にする必要がある。しかし、雰囲気圧を下げる
とプラズマ密度が低下して放電が不安定になる。そこ
で、ターゲット表面の磁場をより高くすることによりプ
ラズマ密度を上げることが考えられる。また、ターゲッ
ト表面の磁場を高くすることは、ターゲット厚を大きく
することができターゲットの長寿命化が図れる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、配線
のより一層の微細化の要求に応えるには、さらに指向性
を高めたスパッタ装置が必要であり、そのためには発生
磁場がより高い磁気回路が必要である。本発明は、従来
の磁気回路を改良して、ターゲット表面における磁場の
高さを飛躍的に向上させたマグネトロンスパッタ装置用
磁気回路を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のマグネトロンス
パッタ装置用磁気回路は、ターゲット裏面に配置した磁
石の磁気回路によってターゲット表面から、磁力線が弧
状を描く漏れ磁場を発生するマグネトロンスパッタ装置
用磁気回路において、内側磁石と、これと逆向きの磁化
方向を有し内側磁石を取囲む外側磁石と、内側磁石と外
側磁石との間に配置され、これら両磁石の磁化方向と直
交する方向に磁化された水平磁石と、これらの磁石を挟
んでターゲットと対向して配設されたヨークとから構成
され、該水平磁石として保磁力iHcが残留磁化Brよ
り高い永久磁石を用いるかまたは該水平磁石を水平に分
割してターゲット側部分のみに保磁力iHcが残留磁化
Brより高い永久磁石を用いることを特徴としている。
また、磁石とヨークに、冷媒を流すための貫通孔を設け
て磁石を冷却することもできる。貫通孔の数は1に限定
されず、必要に応じ適宜設定すればよく、また、内側磁
石、外側磁石、水平磁石のいずれに設けてもよい。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明のスパッタ装置用磁
気回路について詳細に説明する。図1に本発明の磁気回
路の一例を示す。本発明のスパッタ装置用磁気回路は、
磁化方向が互いに逆向きで垂直方向に着磁された円柱形
状を有する内側磁石1とリング形状を有する外側磁石2
との間の空間に、これら両磁石の磁化方向に対して垂直
な水平方向に磁化されたリング形状を有する水平磁石6
を配置し、さらに強磁性(鉄系材料)のヨーク3を配置
して構成され、ターゲット4表面から表面磁場5を発生
する。この水平磁石6からの磁束は表面磁場5と同じ向
きであり、このため水平磁石6が無い場合に比べて、表
面磁場5の強さは高くなる。
【0008】内側磁石1、外側磁石2には、他の永久磁
石に比べて残留磁化の高い希土類永久磁石を用いるのが
望ましく、中でもより残留磁化の高い種類の希土類永久
磁石を用いれば、表面磁場をより高くすることができ
る。しかし、水平磁石6には、内側磁石1と外側磁石2
から強い逆磁場7が作用しており、保磁力の小さい磁石
を用いると逆磁場の作用によって不可逆減磁を起こす可
能性がある。これを防ぐためには、保磁力iHcの値が
残留磁化Brの値よりも大きい高保磁力タイプの永久磁
石を水平磁石として用いるとよい。つまり、水平磁石に
用いる永久磁石の保磁力iHcの値及び残留磁化Brの
値がiHc:A(Oe)、Br:B(G)において、A
>Bとなるように設定することが重要である。
【0009】例えば、磁気回路の寸法にもよるが、逆磁
場は高いところで約10kG以上に達しており、このよ
うな場所では保磁力iHcが11kOe以上であること
が望ましい。このため水平磁石には、保磁力iHcの値
が残留磁化Brの値よりも大きい高保磁力タイプの磁石
を用いるとよい。磁石の保磁力と残留磁化の間にはトレ
ードオフの関係があり、水平磁石には残留磁化を下げて
でも高保磁力タイプの磁石を用いる必要がある。強い逆
磁場が作用しない内側磁石1、外側磁石2には、保磁力
が小さく残留磁化の高い磁石を用いればよい。
【0010】水平磁石6に作用する逆磁場7は、主に水
平磁石6のターゲット4側よりの部分に作用しているた
め、このターゲット4側よりの部分のみを保磁力の高い
磁石に置き換える方法も考えられる。つまり、図2に示
す様に、水平磁石6を水平に2分割して、逆磁場が強く
作用する部分6aに高保磁力タイプの磁石を、他方の部
分6bには残留磁化の高い磁石を用いれば、図1の例の
ように水平磁石6を一体物とする場合に比べて、さらに
表面磁場の強さを高くすることができる。磁石6aと6
bの体積比を必ずしも1:1とする必要はなく、内側磁
石1や外側磁石2の寸法で決まる逆磁場7の分布を考慮
して、不可逆減磁を起こす恐れのある部分のみに高保磁
力タイプの磁石を用いればよい。
【0011】スパッタ中のターゲット4はかなりの高温
になるが、磁石は熱に弱いため、ターゲット4近傍に配
置する磁気回路には冷却が望ましい。この磁気回路の冷
却に冷却水等の冷媒を用いる場合、磁気回路内に1つも
しくは複数の貫通孔を設け、この貫通孔に冷媒を流して
やることにより冷却効率を上げることができる。例え
ば、図2(a)、(b)に示す様に、2つの冷媒用貫通
孔8が磁石6a、6bとヨーク3を貫通して設け、冷媒
9を供給している。なお、図2(b)は同図(a)の矢
視線Aの方向から見た平面図である。この貫通孔8にヨ
ーク側からターゲット側に向けて冷媒9を通すことによ
り、磁気回路を内部から効率的に冷却することができ
る。ただし、希土類Nd−Fe−B磁石は、材質的に錆
びやすいため十分な防錆コーティングが必要である。
【0012】このように、従来の磁気回路では空間とな
っていた部分に水平磁石を配置し、さらに、この水平磁
石を分割してターゲット側磁石に保磁力iHcの値が残
留磁化Brの値よりも高い高保磁力タイプの磁石を用い
ることで、ターゲット表面磁場の強さを飛躍的に向上さ
せることができた。
【0013】
【実施例】(実施例1)本発明の実施例を図3を用いて
説明する。使用した磁石はNd−Fe−B系永久磁石で
あり、ターゲット側水平磁石6aには高保磁力タイプの
N42H(残留磁化Br=12.9kG、保磁力iHc
=17.0kOe、信越化学工業社製)を、また内側磁
石1、外側磁石2およびヨーク側水平磁石6bには高残
留磁化タイプのN48(残留磁化Br=13.8kG、
保磁力iHc=11.5kOe、信越化学工業社製)を
用いた。また、ヨーク3の材質はSUS430とした。
【0014】(比較例1)比較のために、水平磁石がな
い以外は、実施例1と同じ構成からなる磁石を作製し
た。
【0015】これらの実施例、比較例の磁石について、
磁石表面から上方に離れた位置でのターゲット表面と平
行な磁場を測定し、この結果を図4に示した。横軸は磁
石表面から垂直方向への距離zであり、縦軸は磁場の水
平(r方向)成分である。なお、実施例1の磁気回路
は、比較例1の従来型の磁気回路とエロージョン領域が
同じ位置になるように、内側磁石、外側磁石および水平
磁石の体積比が調整されている。図4中の実線は、実施
例1の磁気回路の表面磁場分布曲線であり、点線は、比
較例1の磁気回路の表面磁場分布曲線である。図4から
明らかな様に、水平磁場Bの値は、従来型の比較例1の
磁気回路に比べて、本発明の実施例1ではz=11mm
付近で約1.7倍に上昇している。
【0016】
【発明の効果】上記したように、本発明の磁気回路は、
従来の磁気回路に比べて表面磁場の強さを飛躍的に高め
ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のマグネトロンスパッタ装置用磁気回
路の断面図である。
【図2】 本発明のマグネトロンスパッタ装置用磁気回
路の他の例を示し、(a)は断面図、(b)は(a)の
矢視線Aの方向から見た平面図である。
【図3】 本発明のマグネトロンスパッタ装置用磁気回
路の実施例を説明する断面図である。
【図4】 磁気回路から得られる表面磁場の径方向分布
を示す図である。
【図5】 従来のマグネトロンスパッタ装置用磁気回路
の断面図である。
【符号の説明】 1. 内側磁石 2. 外側磁石 3. ヨーク 4. ターゲット 5. 表面磁場 6. 水平磁石 7. 逆磁場 8. 貫通孔 9. 冷媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飛田 輝昭 福井県武生市北府2丁目1番5号 信越化 学工業株式会社磁性材料研究所内 (72)発明者 佐保田 毅 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内 (72)発明者 近藤 智保 静岡県裾野市須山1220−14 日本真空技術 株式会社富士裾野工場内 Fターム(参考) 4K029 BD02 DC40 DC43 4M104 DD39 HH13

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターゲット裏面に配置した磁石の磁気回
    路によってターゲット表面から、磁力線が弧状を描く漏
    れ磁場を発生するマグネトロンスパッタ装置用磁気回路
    において、内側磁石と、これと逆向きの磁化方向を有し
    内側磁石を取囲む外側磁石と、内側磁石と外側磁石との
    間に配置され、これら両磁石の磁化方向と直交する方向
    に磁化された水平磁石と、これらの磁石を挟んでターゲ
    ットと対向して配設されたヨークとから構成され、該水
    平磁石として保磁力iHcが残留磁化Brより高い永久
    磁石を用いるかまたは該水平磁石を水平に分割してター
    ゲット側部分のみに保磁力iHcが残留磁化Brより高
    い永久磁石を用いることを特徴とするマグネトロンスパ
    ッタ装置用磁気回路。
  2. 【請求項2】 磁石とヨークに、冷媒を流すための貫通
    孔を設ける請求項1に記載のマグネトロンスパッタ装置
    用磁気回路。
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