JP3272202B2 - Magnetic field generator for magnetron plasma - Google Patents
Magnetic field generator for magnetron plasmaInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、磁場均一性の良好
な磁場を発生させるマグネトロンプラズマ用磁場発生装
置に関するもので、本発明のマグネトロンプラズマ用磁
場発生装置を設けたマグネトロン装置は、電気、電子工
業の分野で行なわれているマグネトロンスパッタリング
やマグネトロンエッチングに用いて好適である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic field generator for a magnetron plasma for generating a magnetic field having good magnetic field uniformity. It is suitable for use in magnetron sputtering or magnetron etching performed in the industrial field.
【0002】[0002]
【従来の技術】スパッタリング及びエッチングを行うの
に、従来よりマグネトロンプラズマが利用されている。
マグネトロンプラズマは、マグネトロン装置により次の
ようにして作られる。まず、容器内のアルゴン等の気体
中に電極を挿入して放電することにより気体がイオン化
され、2次電子が生じる。この2次電子も気体分子と衝
突して気体はさらにイオン化される。このとき、放電に
より放出された電子及び2次電子は、マグネトロン装置
の作る磁場と電場によって力を受け、ドリフト運動をす
る。従って、電子はドリフト運動をする際に、次々と気
体分子に衝突をする事ができ、次々と気体をイオン化す
ることができる。そのイオン化の際にまた新たな電子を
生み、その電子も気体分子と衝突して気体をさらにイオ
ン化する。マグネトロンプラズマは、このような過程を
繰り返しイオン化効率が非常に高い。以上述べたよう
に、マグネトロン装置を用いると気体のイオン化率が高
く、高密度プラズマを生成することができる。このた
め、スパッタリング及びエッチングにマグネトロン装置
を用いる方法には、通常の高圧放電方式を用いる場合と
比較して2〜3倍の効率が得られるという利点がある。2. Description of the Related Art Conventionally, magnetron plasma has been used for performing sputtering and etching.
The magnetron plasma is produced by a magnetron device as follows. First, an electrode is inserted into a gas such as argon in a container and discharged, whereby the gas is ionized and secondary electrons are generated. The secondary electrons also collide with gas molecules and the gas is further ionized. At this time, the electrons and secondary electrons emitted by the discharge receive a force due to a magnetic field and an electric field generated by the magnetron device, and drift. Therefore, when the electrons make a drift motion, they can collide with gas molecules one after another, and can ionize the gas one after another. Upon the ionization, another electron is generated, and the electron also collides with a gas molecule to further ionize the gas. The magnetron plasma repeats such a process and has a very high ionization efficiency. As described above, when the magnetron device is used, the ionization rate of the gas is high, and high-density plasma can be generated. For this reason, the method using the magnetron device for sputtering and etching has an advantage that the efficiency can be obtained two to three times as compared with the case where the normal high-pressure discharge method is used.
【0003】図5に従来のマグネトロン放電装置を用い
たスパッタリング装置の一例を示す。図5(a)はスパ
ッタリング装置の縦断面図であり、図5(b)はこの装
置における電子の運動を示した図である。平行平板の電
極10及び12の間に基板14とターゲット16が設けられ電極
12の裏面にマグネトロンプラズマ用磁場発生装置18が設
置されている。電極10と12の間には通常高周波を印加す
るが、図5(a)には電極10が陽極で電極12が陰極にな
った場合の電場の向きを矢印20で示した。図5(a)で
示す従来のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置18は、
ドーナツ状の永久磁石22の穴の中に円盤状の永久磁石24
が設けられ、それらの下面がヨーク26でつながれてい
る。この従来のマグネトロンプラズマ用磁場発生装置18
の作る磁場がターゲット16上に漏洩している様子を磁力
線28aおよび28bで示す。従来のマグネトロンプラズマ
用磁場発生装置18によるターゲット16の面上の漏洩磁場
の磁力線28a、28bは、斜視的にみると図5(b)の磁
力線30のようであり、ここで、電場の向きが矢印20の向
きであるとき、電子32は電界と磁界の外積方向にドリフ
ト運動をしながら無限軌道34を描く。その結果、電子32
はターゲット16の面上付近に束縛され、気体のイオン化
を促進する。このため、図5の装置は高密度プラズマを
生成することができる。FIG. 5 shows an example of a sputtering apparatus using a conventional magnetron discharge device. FIG. 5A is a longitudinal sectional view of the sputtering apparatus, and FIG. 5B is a view showing the movement of electrons in this apparatus. A substrate 14 and a target 16 are provided between the parallel plate electrodes 10 and 12 to form an electrode.
A magnetic field generator 18 for magnetron plasma is installed on the back surface of 12. Although a high frequency is normally applied between the electrodes 10 and 12, the direction of the electric field when the electrode 10 is an anode and the electrode 12 is a cathode is indicated by an arrow 20 in FIG. The conventional magnetron plasma magnetic field generator 18 shown in FIG.
Disc-shaped permanent magnet 24 in the hole of donut-shaped permanent magnet 22
Are provided, and their lower surfaces are connected by a yoke 26. This conventional magnetic field generator for magnetron plasma 18
The state in which the magnetic field generated by is leaking onto the target 16 is shown by magnetic force lines 28a and 28b. The magnetic field lines 28a and 28b of the leakage magnetic field on the surface of the target 16 by the conventional magnetron plasma magnetic field generator 18 are perspectively like the magnetic field lines 30 in FIG. 5B, where the direction of the electric field is When in the direction of the arrow 20, the electron 32 follows an endless orbit 34 while drifting in the direction of the cross product of the electric field and the magnetic field. As a result,
Is bound near the surface of the target 16 and promotes gas ionization. Therefore, the apparatus shown in FIG. 5 can generate high-density plasma.
【0004】ところで、電子のドリフト運動に寄与する
のは、磁場の電場に垂直な成分である。即ち、図5の場
合にはターゲットに対して水平な成分のみが、電子をド
リフト運動させて気体をイオン化するのに寄与してい
る。図5のようなマグネトロンプラズマ用磁場発生装置
を用いたマグネトロンスパッタ装置では、ドーナツ状の
磁場を形成し(図6(a)参照)、磁場の水平成分が場
所により大きく異なり、水平磁場成分の強い領域ほど高
密度プラズマが発生する(図6(b)参照)。従って、
水平磁場成分の強い領域ほど大きなスパッタリングが生
じて、ターゲットの部分的な消耗が起きてターゲットの
利用効率を下げてしまう。一般にターゲットは高価であ
り、経済的な問題となる。また、同様なマグネトロンプ
ラズマ磁場発生装置を用いたマグネトロンエッチング装
置でもウエーハの一部を集中的にエッチングするなど品
質上問題が生ずる。さらに、不均一なプラズマのために
ウエーハ面内で電位の分布を生じるために(チャージア
ップ)、素子の破壊を生ずる。[0004] By the way, what contributes to the drift motion of electrons is a component perpendicular to the electric field of the magnetic field. That is, in the case of FIG. 5, only the component horizontal to the target contributes to drifting the electrons to ionize the gas. In a magnetron sputtering apparatus using a magnetron plasma magnetic field generator as shown in FIG. 5, a donut-shaped magnetic field is formed (see FIG. 6 (a)), and the horizontal component of the magnetic field varies greatly depending on the location, and the horizontal magnetic field component is strong. Higher density plasma is generated in the region (see FIG. 6B). Therefore,
In a region where the horizontal magnetic field component is strong, larger sputtering occurs, and the target is partially consumed, thereby lowering the use efficiency of the target. In general, targets are expensive and are an economic problem. Further, even in a magnetron etching apparatus using a similar magnetron plasma magnetic field generator, quality problems occur, such as intensive etching of a part of the wafer. Further, since the non-uniform plasma causes a potential distribution in the wafer surface (charge-up), the device is destroyed.
【0005】この様な点を解決するために、磁場成分が
一様になる水平磁場発生装置が望まれている。例えば、
均一な水平磁場を得るための装置として、複数の異方性
セグメント柱状磁石をリング状に配置したダイポールリ
ング磁石が知られている。ところで、ダイポールリング
磁石の磁場は、従来の装置(図5)によるドーナツ状磁
場とは異なり、一方向のみを向いている水平磁場であ
る。その為に、このままでは電子はドリフト運動を行っ
て一方向に進み、プラズマ密度の不均一をまねく。従っ
て、電子ドリフト運動の向きを変えるためにダイポール
リング磁石をリングの周方向に沿って回転させる必要が
ある。しかし、実際にはダイポールリング磁石の回転だ
けでは広範囲にプラズマ密度を均一にすることはできな
い。[0005] In order to solve such a problem, a horizontal magnetic field generator in which a magnetic field component is uniform is desired. For example,
As an apparatus for obtaining a uniform horizontal magnetic field, a dipole ring magnet in which a plurality of anisotropic segment columnar magnets are arranged in a ring shape is known. Incidentally, the magnetic field of the dipole ring magnet is a horizontal magnetic field oriented in only one direction, unlike the donut-shaped magnetic field of the conventional device (FIG. 5). For this reason, in this state, the electrons perform a drift motion and proceed in one direction, resulting in uneven plasma density. Therefore, it is necessary to rotate the dipole ring magnet along the circumferential direction of the ring in order to change the direction of the electron drift motion. However, in practice, it is not possible to make the plasma density uniform over a wide range simply by rotating the dipole ring magnet.
【0006】図3(a)にダイポールリング磁石の上面
図を、図3(b)は図3(a)をA−Bに沿って切断し
た場合の断面部分の図を示す。複数の異方性セグメント
柱状磁石40が非磁性の架台42に収められダイポールリン
グ磁石が構成されている。ここでは異方性セグメント柱
状磁石40の数は16個の場合を示した。異方性セグメント
柱状磁石40の中に描かれた矢印は、この異方性セグメン
ト柱状磁石の磁化の向きを表している。図3のように磁
化の向きを配置すると、リング内に矢印43で示した向き
の磁場が生成される。FIG. 3A is a top view of the dipole ring magnet, and FIG. 3B is a sectional view of FIG. 3A taken along the line AB. A plurality of anisotropic segment columnar magnets 40 are housed in a non-magnetic mount 42 to form a dipole ring magnet. Here, the case where the number of the anisotropic segment columnar magnets 40 is 16 is shown. The arrow drawn in the anisotropic segment columnar magnet 40 indicates the direction of magnetization of the anisotropic segment columnar magnet. When the direction of magnetization is arranged as shown in FIG. 3, a magnetic field having a direction indicated by an arrow 43 is generated in the ring.
【0007】このダイポールリング磁場をマグネトロン
プラズマ用磁場発生装置に使用する場合、平行平板の電
極36及び37の間に基板38とターゲット39が設けられてい
る。電極36と37の間には通常高周波を印加するが、図3
には極板36が陽極で極板37が陰極になった場合の電場の
向きを矢印44および45で示した。この際ダイポールリン
グ磁石の長さ方向の中央断面と、プラズマの生成される
プラズマ空間46の中央断面とを一致させると良い(図3
(b)参照)。即ち、スパッタリングの場合にはターゲ
ット、エッチングの場合にはウエーハの位置を調整して
ダイポールリング磁石の長さ方向の中央断面に合わせ
る。これは、ダイポールリング磁石の長さ方向の中央部
の磁場均一性の方が端部の磁場均一性よりも良いため
と、長さ方向の中央部では、原理的に磁場の水平成分の
み存在するために、中央部をプラズマの生成される空間
とした方が、生成されるプラズマをより均一にできるた
めである。When this dipole ring magnetic field is used in a magnetron plasma magnetic field generator, a substrate 38 and a target 39 are provided between parallel plate electrodes 36 and 37. Normally, a high frequency is applied between the electrodes 36 and 37.
Arrows 44 and 45 show the directions of the electric field when the electrode plate 36 is an anode and the electrode plate 37 is a cathode. At this time, it is preferable that the center cross section of the dipole ring magnet in the length direction coincides with the center cross section of the plasma space 46 where the plasma is generated (FIG. 3).
(B)). That is, the position of the target is adjusted in the case of sputtering, and the position of the wafer is adjusted in the case of etching so as to match the cross section of the dipole ring magnet in the longitudinal direction. This is because the magnetic field uniformity at the central part in the length direction of the dipole ring magnet is better than the magnetic field uniformity at the end parts, and in the central part in the longitudinal direction, only the horizontal component of the magnetic field exists in principle For this reason, if the central portion is a space where the plasma is generated, the generated plasma can be made more uniform.
【0008】ダイポールリング磁石より成る磁場発生装
置により、プラズマ空間46に均一磁場を得ることができ
るが、電子は電界と磁界の外積方向にドリフト運動を行
って図3(a)で示すY軸の負方向に進み、Y軸の正方
向にプラズマ密度が低く、Y軸の負方向にプラズマ密度
が高いといった不均一が生じる(図4(b)参照)。従
って、電子ドリフト運動の向きを変えるためにダイポー
ルリング磁石をリングの周方向に沿って回転させる必要
があるが、実際にはダイポールリング磁石の回転だけで
は広範囲にプラズマ密度を均一にすることはできない。A uniform magnetic field can be obtained in the plasma space 46 by the magnetic field generator composed of the dipole ring magnet, but the electrons drift in the direction of the cross product of the electric field and the magnetic field, and the electrons move in the Y-axis direction shown in FIG. Proceeding in the negative direction, the plasma density is low in the positive direction of the Y-axis, and the plasma density is high in the negative direction of the Y-axis (see FIG. 4B). Therefore, it is necessary to rotate the dipole ring magnet along the circumferential direction of the ring in order to change the direction of the electron drift motion, but in practice, the rotation of the dipole ring magnet alone cannot make the plasma density uniform over a wide range. .
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の点を改善した、マグネトロンプラズマを利用したスパ
ッタやエッチング装置に用いる磁場発生装置にダイポー
ルリング磁石を使い、広範囲に均一なプラズマを得るこ
とのできるマグネトロンプラズマ用磁場発生装置を提供
することを目的としたものである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the above-mentioned points and to obtain a uniform plasma over a wide area by using a dipole ring magnet in a magnetic field generator used for a sputtering or etching apparatus utilizing magnetron plasma. It is an object of the present invention to provide a magnetron plasma magnetic field generator capable of performing the above.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明はダイポールリン
グ磁石を改良したもので、高密度プラズマを生成するマ
グネトロン装置において使用されるマグネトロンプラズ
マ用磁場発生装置において、複数の異方性セグメント柱
状磁石をリング状に配置したダイポールリング磁石より
成り、該ダイポールリング磁石により生成される磁界
と、この装置に形成された電界との外積方向をY軸の負
方向とした場合、該ダイポールリング磁石の長さ方向の
中央断面の磁場強度分布にY軸の正方向に高く負方向に
低い磁場勾配がつくように上記複数の異方性セグメント
柱状磁石の長さ方向の中央部に隙間を設け、該隙間の寸
法を上記ダイポールリング磁石における上記異方性セグ
メント柱状磁石各々の配置箇所に応じた寸法としたこと
を特徴とするマグネトロンプラズマ用磁場発生装置を要
旨とするもので、これは高密度プラズマを生成するマグ
ネトロン装置において使用して均一なプラズマ密度分布
が得られる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an improvement of a dipole ring magnet. In a magnetic field generator for magnetron plasma used in a magnetron device for generating high density plasma, a plurality of anisotropic segmented columnar magnets are provided. A magnetic field generated by a dipole ring magnet arranged in a ring shape and generated by the dipole ring magnet
And the outer product direction of the electric field formed in this device
If the direction, the length of the plurality of columnar anisotropic segment magnets as low magnetic field gradient in the negative direction increases in the positive direction of the Y-axis to the magnetic field intensity distribution in the longitudinal direction of the central plane of the dipole ring magnet is attached A gap is provided at a central portion in the direction, and the size of the gap is set to a size corresponding to the location of each of the anisotropic segment columnar magnets in the dipole ring magnet. This is used in a magnetron device that produces a high-density plasma to obtain a uniform plasma density distribution.
【0011】以下本発明の詳細を説明する。本発明のマ
グネトロンプラズマ用磁場発生装置のダイポールリング
磁石を図1(a)に示す。図1(a)はダイポールリン
グ磁石の上面図を、図1(b)は図1(a)をG−Hに
沿って切断した場合の断面部分の図を示したものであ
る。16個の異方性セグメント柱状磁石50(1)〜50(1
6)が非磁性の架台52に収められダイポールリング磁石
が構成されている。各異方性セグメント柱状磁石の中に
描かれた矢印は、この異方性セグメント柱状磁石の磁化
の向きを表している。図1(a)のように磁化の向きを
配置すると、リング内に矢印53で示した向きの磁場が生
成される。本発明のダイポールリング磁石は、従来のダ
イポールリング磁石(図3)の各異方性セグメント柱状
磁石の長さ方向の中央部に隙間を設けて、ダイポールリ
ング磁石の長さ方向の中央断面の磁場強度が図2(a)
に示す様に、Y軸の正方向に高く負方向に低い磁場勾配
を有する分布になるようにしたものである。この隙間の
寸法は磁場強度の高い領域ほど小さく磁場強度の低い領
域ほど大きくすることが必要で、従って異方性セグメン
ト柱状磁石の配置されているY軸方向の場所に応じて隙
間の寸法55が決められる。またこれらの異方性セグメン
ト柱状磁石50はその長さ方向の中央部で切断して隙間54
(1)〜54(16)が設けられている。これらはまた図1
(a)より、Y軸方向の構造の対称性より、隙間54
(1)〜54(16)は、 54(1)=54(9) 54(2)=54(8) 54(3)=54(7) 54(4)=54(6) 54(10)=54(16) 54(11)=54(15) 54(12)=54(14) となる。本発明における異方性セグメント柱状磁石の隙
間の寸法55(1)〜55(16)は一例を挙げると次に示す
とうりである。ただしL は異方性セグメント柱状磁石の
長さを表す。 55(1)、55(9)=0.81Lmm 55(2)、55(8)=0.72Lmm 55(3)、55(7)=0.61Lmm 55(4)、55(6)=0.55Lmm 55(5)=0.51Lmm 55(10)、55(16)=0.78Lmm 55(11)、55(15)=0.95Lmm 55(12)、55(14)=0.94Lmm 55(13)=0.89LmmThe details of the present invention will be described below. FIG. 1A shows a dipole ring magnet of the magnetron plasma magnetic field generator of the present invention. FIG. 1A is a top view of a dipole ring magnet, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG. 1A taken along line G-H. 16 anisotropic segmented columnar magnets 50 (1) to 50 (1)
6) is accommodated in a non-magnetic frame 52 to form a dipole ring magnet. Arrows drawn in the respective anisotropic segment columnar magnets indicate the directions of magnetization of the anisotropic segment columnar magnets. When the direction of magnetization is arranged as shown in FIG. 1A, a magnetic field having a direction indicated by an arrow 53 is generated in the ring. The dipole ring magnet of the present invention has a gap in the center of the anisotropic segmented columnar magnet in the length direction of the conventional dipole ring magnet (FIG. 3), and the magnetic field of the center cross section in the length direction of the dipole ring magnet is provided. Fig. 2 (a)
As shown in FIG. 3, the distribution has a magnetic field gradient that is high in the positive direction of the Y-axis and low in the negative direction. It is necessary that the size of the gap be smaller in a region with a higher magnetic field strength and be larger in a region with a lower magnetic field strength.Therefore, the size 55 of the gap depends on the position of the anisotropic segment columnar magnet in the Y-axis direction. I can decide. These anisotropic segmented columnar magnets 50 are cut at the center in the longitudinal direction to form gaps 54.
(1) to 54 (16) are provided. These are also shown in FIG.
(A), the gap 54 is obtained from the symmetry of the structure in the Y-axis direction.
54 (1) = 54 (9) 54 (2) = 54 (8) 54 (3) = 54 (7) 54 (4) = 54 (6) 54 (10) = 54 (16) 54 (11) = 54 (15) 54 (12) = 54 (14) The dimensions 55 (1) to 55 (16) of the gap between the anisotropic segmented columnar magnets in the present invention are as follows, for example. Here, L represents the length of the anisotropic segment columnar magnet. 55 (1), 55 (9) = 0.81 Lmm 55 (2), 55 (8) = 0.72 Lmm 55 (3), 55 (7) = 0.61 Lmm 55 (4), 55 (6) = 0.55 Lmm 55 ( 5) = 0.51Lmm 55 (10), 55 (16) = 0.78Lmm 55 (11), 55 (15) = 0.95Lmm 55 (12), 55 (14) = 0.94Lmm 55 (13) = 0.89Lmm
【0012】異方性セグメント柱状磁石の組成、数、配
置、およびについては従来のダイポールリング磁石と同
様に行えば良い。これは複数の異方性セグメント柱状磁
石50が非磁性の架台52に収められダイポールリング磁石
が構成されている。異方性セグメント柱状磁石50の数は
8個以上で通常8から64の間で選ばれる。図1には16個
の場合を示した。異方性セグメント柱状磁石の断面形状
は任意であり、例えば円や正方形や長方形や台形でもよ
い。本実施例では、正方形を用いた。異方性セグメント
柱状磁石40の中に描かれた矢印は、この異方性セグメン
ト柱状磁石の磁化の向きを表している。図1のように磁
化の向きを配置すると、リング内に矢印53で示した向き
の磁場が生成される。この異方性セグメント柱状磁石と
しては円柱、角柱、台形柱等の希土類系磁石、フェライ
ト系磁石、アルニコ系磁石等が例示される。また 図1
はダイポールリング磁石のみ示し、マグネトロンプラズ
マ用磁場発生装置のその他の部分は省略したが、これは
図3(b)に示す様に、従来のダイポールリング磁石の
場合と同様に行えば良い。The composition, number, arrangement, and configuration of the anisotropic segmented columnar magnets may be the same as those of a conventional dipole ring magnet. This is a dipole ring magnet in which a plurality of anisotropic segment columnar magnets 50 are housed in a non-magnetic mount 52. The number of the anisotropic segmented columnar magnets 50 is eight or more and is usually selected from 8 to 64. FIG. 1 shows the case of 16 pieces. The cross-sectional shape of the anisotropic segment columnar magnet is arbitrary, and may be, for example, a circle, square, rectangle, or trapezoid. In this embodiment, a square is used. The arrow drawn in the anisotropic segment columnar magnet 40 indicates the direction of magnetization of the anisotropic segment columnar magnet. When the direction of magnetization is arranged as shown in FIG. 1, a magnetic field having a direction indicated by an arrow 53 is generated in the ring. Examples of the anisotropic segment columnar magnet include a rare earth magnet such as a cylinder, a prism, and a trapezoidal column, a ferrite magnet, and an alnico magnet. FIG.
Shows only the dipole ring magnet and omits other parts of the magnetic field generator for magnetron plasma, but this may be performed in the same manner as in the case of the conventional dipole ring magnet as shown in FIG.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
実施例と比較例を挙げて説明する。 実施例 図1(a)において、角柱状のNd-Fe-B 系磁石よりなり
寸法が30mm×30mm長さ(L)150mmの異方性セグメント柱状
磁石50(1)〜50(16)の16個を、隙間の寸法55(1)
〜55(16)を[0011]の通りとして、図1(a)の
通り配置したダイポールリング磁石を作製し、これをマ
グネトロンプラズマ用磁場発生装置に設置して中央断面
のプラズマ空間56における水平磁場分布とプラズマの分
布を下記の通り測定した。結果を図2(a)、図2
(b)に示すが、それによるとY軸方向の磁場分布は正
方向に高く負方向に低い磁場勾配を示し、その結果均一
なプラズマ分布を示している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to examples and comparative examples. Example In FIG. 1 (a), 16 of anisotropic segmented columnar magnets 50 (1) to 50 (16) made of a prismatic Nd-Fe-B based magnet and measuring 30 mm × 30 mm in length (L) 150 mm. Piece, the size of the gap 55 (1)
1 (a), a dipole ring magnet arranged as shown in FIG. 1 (a) was installed in a magnetron plasma magnetic field generator, and a horizontal magnetic field in a plasma space 56 having a central cross section was prepared. The distribution and plasma distribution were measured as follows. The results are shown in FIGS.
As shown in (b), the magnetic field distribution in the Y-axis direction shows a high magnetic field gradient in the positive direction and a low magnetic field gradient in the negative direction, resulting in a uniform plasma distribution.
【0014】比較例1 実施例と同じ異方性セグメント柱状磁石(ただし隙間の
無いもの)を16個、図3(a)の通り配置してダイポー
ルリング磁石を作製し、これをマグネトロンプラズマ用
磁場発生装置に設置して水平磁場分布とプラズマの分布
を測定した。結果を図4(a)、図4(b)に示すが、
それによると水平磁場分布はX軸、Y軸方向共均一であ
るが、プラズマ分布は不均一となってしまった。Comparative Example 1 A dipole ring magnet was prepared by arranging 16 anisotropic segment columnar magnets (having no gap) as in the example as shown in FIG. The horizontal magnetic field distribution and the plasma distribution were measured by installing it on the generator. The results are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b),
According to this, the horizontal magnetic field distribution is uniform in both the X-axis and Y-axis directions, but the plasma distribution is not uniform.
【0015】比較例2 更に比較として現在工業的に使用されているマグネトロ
ンプラズマ用磁場発生装置(図5(a)に示す)による
水平磁場分布とプラズマの分布を図6(a)および図6
(b)に示した。なお水平磁場分布とプラズマ分布の測
定は下記の通り行った。 水平磁場分布測定法 ホール素子を評価空間内で移動させ、測定ポイントでの
値をガウスメータによって読み取る。 プラズマ分布の測定法 静電プローブ法により、評価空間内でプローブを移動さ
せ、プローブに電圧を印加した時の電流−電圧特性を測
定し、この電流−電圧特性より電子温度、電子密度など
のプラズマ諸量を得てプラズマ分布を求める。Comparative Example 2 As a comparison, the horizontal magnetic field distribution and the plasma distribution by a magnetron plasma magnetic field generator (shown in FIG. 5A) which is currently used industrially are shown in FIGS. 6A and 6B.
(B). The measurement of the horizontal magnetic field distribution and the plasma distribution was performed as follows. Horizontal magnetic field distribution measurement method The Hall element is moved in the evaluation space, and the value at the measurement point is read by a Gauss meter. Measurement method of plasma distribution The probe is moved in the evaluation space by the electrostatic probe method, and the current-voltage characteristics when a voltage is applied to the probe are measured. From the current-voltage characteristics, the plasma such as electron temperature and electron density is measured. Obtain various quantities and obtain the plasma distribution.
【0016】[0016]
【発明の効果】本発明のマグネトロンプラズマ用磁場発
生装置によれば、従来と比べて広範囲に均一なプラズマ
を発生させることができ、従って本発明のマグネトロン
プラズマ用磁場発生装置をスパッタリングに使用した場
合は、ターゲットの利用効率を上げることが出来、ま
た、エッチングに使用した場合でも、高品質のエッチン
グができるという大きな利点がある。According to the magnetic field generator for magnetron plasma of the present invention, it is possible to generate a uniform plasma over a wide area as compared with the prior art. Therefore, when the magnetic field generator for magnetron plasma of the present invention is used for sputtering. Has a great advantage that the use efficiency of the target can be increased and high quality etching can be performed even when used for etching.
【図1】本発明のダイポールリング磁石より成るマグネ
トロンプラズマ用磁場発生装置で(a)は上面図を、
(b)は図1(a)をG−Hに沿って切断した場合の断
面部分を示した図。FIG. 1 is a top view of a magnetron plasma magnetic field generator including a dipole ring magnet of the present invention.
FIG. 2B is a diagram illustrating a cross-sectional portion when FIG. 1A is cut along GH.
【図2】本発明の磁場発生装置が発生する(a)水平磁
場の強度分布と,(b)プラズマの分布を示す図。FIG. 2 is a diagram showing (a) a horizontal magnetic field intensity distribution and (b) a plasma distribution generated by the magnetic field generator of the present invention.
【図3】従来のダイポールリング磁石より成るマグネト
ロンプラズマ用磁場発生装置の(a)は上面図、(b)
は図3(a)をA−Bに沿って切断した場合の断面部分
の図。3A and 3B are a top view and a top view, respectively, of a magnetron plasma magnetic field generator including a conventional dipole ring magnet.
FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. 3A taken along the line AB.
【図4】従来のダイポールリング磁石磁場発生装置が発
生する(a)水平磁場の強度分布と、(b)プラズマの
分布を示す図。FIG. 4 is a diagram showing (a) a horizontal magnetic field intensity distribution and (b) a plasma distribution generated by a conventional dipole ring magnet magnetic field generator.
【図5】従来の磁場発生装置から成るマグネトロンプラ
ズマ装置で(a)はその縦断面図を、(b)はこの装置
における電子の運動を示した図。5A is a longitudinal sectional view of a magnetron plasma apparatus including a conventional magnetic field generator, and FIG. 5B is a view illustrating movement of electrons in the apparatus.
【図6】従来の図2の磁石を用いた磁場発生装置が発生
する(a)水平磁場の強度分布と、(b)プラズマの分
布を示す図。FIG. 6 is a diagram showing (a) a horizontal magnetic field intensity distribution and (b) a plasma distribution generated by the conventional magnetic field generator using the magnet of FIG.
10、12、36、37…電極 14、38…基板 16、39…ターゲット 18…マグネトロンプラズマ発生装置 20、44、45…電場の向き 22…ドーナツ状永久磁石 24…円盤状永久磁石 26…ヨーク 28a 、28b 、30…磁力線 32…電子 34…無限軌道 40、50…異方性セグメント柱状磁石 42、52…架台 43、53…磁場の向き 46、56…プラズマ空間 54(1) 〜54(16)…隙間 55(1) 〜55(16)…隙間の寸法 10, 12, 36, 37 ... electrodes 14, 38 ... substrate 16, 39 ... target 18 ... magnetron plasma generator 20, 44, 45 ... direction of electric field 22 ... donut-shaped permanent magnet 24 ... disk-shaped permanent magnet 26 ... yoke 28a , 28b, 30 ... magnetic field lines 32 ... electrons 34 ... endless orbits 40, 50 ... anisotropic segmented columnar magnets 42, 52 ... mount 43, 53 ... magnetic field direction 46, 56 ... plasma space 54 (1) ~ 54 (16) … Gap 55 (1) to 55 (16)… Gap dimensions
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/46 C23F 4/00 H01J 23/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H05H 1/46 C23F 4/00 H01J 23/02
Claims (2)
装置に設置して使用されるマグネトロンプラズマ用磁場
発生装置において、複数の異方性セグメント柱状磁石を
リング状に配置したダイポールリング磁石より成り、該
ダイポールリング磁石により生成される磁界と、この装
置に形成された電界との外積方向をY軸の負方向とした
場合、該ダイポールリング磁石の長さ方向の中央断面の
磁場強度分布にY軸の正方向に高く負方向に低い磁場勾
配がつくように上記複数の異方性セグメント柱状磁石の
長さ方向の中央部に隙間を設けたことを特徴とするマグ
ネトロンプラズマ用磁場発生装置。1. A high-density plasma magnetic field generator for magnetron plasma, which is used by installing to a magnetron apparatus for generating, consists dipole ring magnet in which a plurality of columnar anisotropic segment magnets in a ring shape, the
The magnetic field generated by the dipole ring magnet and this device
If the direction of the outer product with the electric field formed in the direction is the negative direction of the Y axis, the magnetic field strength distribution in the center cross section of the dipole ring magnet in the longitudinal direction includes a magnetic field gradient that is high in the positive direction of the Y axis and low in the negative direction. A magnetic field generator for a magnetron plasma, wherein a gap is provided at a central portion of the plurality of anisotropic segmented columnar magnets in the longitudinal direction so as to be attached.
装置に設置して使用されるマグネトロンプラズマ用磁場
発生装置において、16個の異方性セグメント柱状磁石
をリング状に配置したダイポールリング磁石より成り、
該ダイポールリング磁石により生成される磁界と、この
装置に形成された電界との外積方向をY軸の負方向とし
た場合、上記16個の異方性セグメント柱状磁石の長さ
方向の中央部に隙間を設け、該隙間の寸法はY軸に関し
て対称とし、その磁石はY軸の正方向から負方向に向か
って順に、0.51Lの隙間の寸法のものを1個、0.55L、
0.61L、0.72L、0.81L、0.78L、0.95L、0.94Lの隙
間の寸法のものをそれぞれ2個、0.89Lの隙間の寸法の
ものを1個(但し、Lは異方性セグメント柱状磁石の長
さを表す。)とすることを特徴とするマグネトロンプラ
ズマ用磁場発生装置。2. A magnetron magnetic field generator installed and used in a magnetron apparatus for generating high-density plasma, comprising: 16 anisotropic segmented columnar magnets;
Consisting of dipole ring magnets arranged in a ring shape,
A magnetic field generated by the dipole ring magnet;
The direction of the cross product with the electric field formed in the device is defined as the negative direction of the Y axis.
The length of the 16 anisotropic segmented columnar magnets
A gap is provided at the center in the direction, and the dimension of the gap is relative to the Y axis.
And the magnet moves from the positive direction of the Y-axis to the negative direction.
One in the order of 0.51L, 0.55L,
0.61L, 0.72L, 0.81L, 0.78L, 0.95L, 0.94L gap
2 pieces each with a size between them, with a gap size of 0.89L
1 piece (where L is the length of the anisotropic segmented columnar magnet)
Represents ) . A magnetic field generator for a magnetron plasma.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17588995A JP3272202B2 (en) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | Magnetic field generator for magnetron plasma |
| US08/670,096 US5659276A (en) | 1995-07-12 | 1996-06-25 | Magnetic field generator for magnetron plasma |
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| EP96110607A EP0762471B1 (en) | 1995-07-12 | 1996-07-01 | Magnetic field generator for magnetron plasma |
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| JPH0927277A JPH0927277A (en) | 1997-01-28 |
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