JP6090422B2 - マグネトロンスパッタリング用磁場発生装置 - Google Patents
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Description
直線部及びコーナー部からなるレーストラック形状を有し、
非磁性体からなるベース上に、(a)直線状の中央磁極部材と、(b)前記中央磁極部材を取り囲むように設置された外周磁極部材と、(c)前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間に、前記中央磁極部材を取り囲むように、かつ磁化方向が前記ターゲット表面に垂直になるように配置された複数の垂直永久磁石と、(d)前記中央磁極部材と前記垂直永久磁石との間に、一方の磁極が前記中央磁極部材に対向し、他方の磁極が前記垂直永久磁石に対向するように設置された複数の第1の水平永久磁石と、(e)前記外周磁極部材と前記垂直永久磁石との間に、一方の磁極が前記外周磁極部材に対向し、他方の磁極が前記垂直永久磁石に対向するように設置された複数の第2の水平永久磁石とを有し、
前記第1の水平永久磁石及び第2の水平永久磁石の、前記垂直永久磁石に対向する側の極が、前記垂直永久磁石の前記ターゲット表面に対向する側の極と同じであることを特徴とする。
非磁性体からなるベース上に、(a)直線状の中央磁極部材と、(b)前記中央磁極部材を取り囲むように設置された外周磁極部材と、(c)前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間に、前記中央磁極部材を取り囲むように設置された中間磁極部材と、(d)前記中央磁極部材と前記中間磁極部材との間に、一方の磁極が前記中央磁極部材に対向し、他方の磁極が前記中間磁極部材に対向するように設置された複数の第1の水平永久磁石と、(e)前記外周磁極部材と前記中間磁極部材との間に、一方の磁極が前記外周磁極部材に対向し、他方の磁極が前記中間磁極部材に対向するように設置された複数の第2の水平永久磁石とを有し、
前記第1の水平永久磁石及び第2の水平永久磁石の、前記中間磁極部材に対向する側の極が同じであることを特徴とする。
(A)全体構成
本発明のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置は、ターゲット表面にレーストラック状の磁場を発生させるための装置であり、例えば図1(a)、図1(b)及び図1(c)に示すように、ターゲット7に対向し、直線部20及び2つのコーナー部30,30からなるレーストラック形状を有している。
第1のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置1は、非磁性体からなるベース6上に、(a)直線状の中央磁極部材2と、(b)前記中央磁極部材2を取り囲むように設置された外周磁極部材3と、(c)前記中央磁極部材2と前記外周磁極部材3との間に、前記中央磁極部材2を取り囲むように、かつ磁化方向が前記ターゲット表面7aに垂直になるように配置された複数の垂直永久磁石4a,5aと、(d)前記中央磁極部材2と前記垂直永久磁石4a,5aとの間に、一方の磁極が前記中央磁極部材2に対向し、他方の磁極が前記垂直永久磁石4a,5aに対向するように設置された複数の第1の水平永久磁石4b,5bと、(e)前記外周磁極部材3と前記垂直永久磁石4a,5aとの間に、一方の磁極が前記外周磁極部材3に対向し、他方の磁極が前記垂直永久磁石4a,5aに対向するように設置された複数の第2の水平永久磁石4c,5cとを有し、前記第1の水平永久磁石4b,5b及び第2の水平永久磁石4c,5cの、前記垂直永久磁石4a,5aに対向する側の極が、前記垂直永久磁石4a,5aの前記ターゲット表面7aに対向する側の極と同じであることを特徴とする。
直線部20は、例えば図1(a)及び図1(b)に示すように、非磁性体からなるベース6上に設置された(a)四角柱状の中央磁極部材2と、(b)前記中央磁極部材2と平行に、前記中央磁極部材2の両側に離間して設置された四角柱状の2つの外周磁極部材3と、(c)前記中央磁極部材2及び前記外周磁極部材3との間に、前記中央磁極部材2及び外周磁極部材3と平行に、磁化方向が前記ターゲット表面7aに垂直で、一方の同極性の磁極(図ではN極)が前記ターゲット表面7aに対向するように連接して配置された、平面視で長方形の複数の垂直永久磁石4aと、(d)前記中央磁極部材2と前記垂直永久磁石4aとの間に、磁化方向がターゲット表面7aに対して平行で、一方の同極性の磁極(図ではS極)が中央磁極部材2に対向し、他方の同極性の磁極(図ではN極)が前記垂直永久磁石4aに対向するように設置された、平面視で長方形の複数の第1の水平永久磁石4bと、(e)前記外周磁極部材3と前記垂直永久磁石4aとの間に、磁化方向がターゲット表面7aに対して平行で、一方の同極性の磁極(図ではS極)が前記外周磁極部材3に対向し、他方の同極性の磁極(図ではN極)が前記垂直永久磁石4aに対向するように設置された、平面視で長方形の複数の第2の水平永久磁石4cとからなり、前記第1の水平永久磁石4b及び第2の水平永久磁石4cの、前記垂直永久磁石4aに対向する側の極(図ではN極)が、前記垂直永久磁石4aの前記ターゲット表面に対向する側の極(図ではN極)と同じである。
コーナー部30は、例えば図1(a)及び図1(c)に示すように、(a)中央磁極部材2の端部2aと、(b)前記中央磁極部材2の端部2aを中心として半多角形状に設置されたコーナー部外周磁極部材3cと、(c)前記中央磁極部材2の端部2aと前記コーナー部外周磁極部材3cとの間に、前記コーナー部外周磁極部材3cと平行に、磁化方向が前記ターゲット表面7aに垂直で、一方の同極性の磁極(図ではN極)が前記ターゲット表面7aに対向するように連接して配置された、平面視で台形の複数の垂直永久磁石5aと、(d)前記中央磁極部材2の端部2aと前記垂直永久磁石5aとの間に、磁化方向がターゲット表面7aに対して平行で、一方の同極性の磁極(図ではS極)が中央磁極部材2の端部2aに対向し、他方の同極性の磁極(図ではN極)が前記垂直永久磁石5aに対向するように設置された、平面視で台形の複数の第1の水平永久磁石5bと、(e)前記コーナー部外周磁極部材3cと前記垂直永久磁石5aとの間に、磁化方向がターゲット表面7aに対して平行で、一方の同極性の磁極(図ではS極)が前記コーナー部外周磁極部材3cに対向し、他方の同極性の磁極(図ではN極)が前記垂直永久磁石5aに対向するように設置された、平面視で台形の複数の第2の水平永久磁石5cとからなり、前記第1の水平永久磁石5b及び第2の水平永久磁石5cの、前記垂直永久磁石5aに対向する側の極(図ではN極)が、前記垂直永久磁石5aの前記ターゲット表面に対向する側の極(図ではN極)と同じである。前記中央磁極部材2の端部2a及び前記コーナー部外周磁極部材3cは、図1(a)では半多角形状だが、半円状であってもよい。また前記垂直永久磁石5a、第1の水平永久磁石5b及び第2の水平永久磁石5cは、図1(a)では平面視で台形であるが、平面視で長方形であっても良い。
前記第1の構成において、前記直線部20を構成する垂直永久磁石4a及びコーナー部30を構成する垂直永久磁石5aを、図4(a)、図4(b)及び図4(c)に示すように、磁性体(軟磁性体)からなる中間磁極部材8に置き換えてマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置を構成しても良い。前記直線部20を構成する垂直永久磁石4a及びコーナー部30を構成する垂直永久磁石5aの全てを中間磁極部材8に置き換えても良いし、一部だけを中間磁極部材8に置き換えても良い。第2の構成は、垂直永久磁石4a,5aを中間磁極部材8に置き換えた以外、前記第1の構成と同様なので、以下中間磁極部材8についてのみ詳細に説明する。
前記中間磁極部材8の幅は、前記直線部20を構成する第1の水平永久磁石4b及び第2の水平永久磁石4cのターゲット表面7aに垂直な方向の厚さの10〜75%の長さであるのが好ましく、20〜60%の長さであるのがより好ましい。
前記中間磁極部材8の幅は、前記第1の水平永久磁石5b及び第2の水平永久磁石5cのターゲット表面7aに垂直な方向の厚さの10〜75%の長さであるのが好ましく、20〜60%の長さであるのがより好ましい。
前記第1の構成において、前記直線部20を構成する中央磁極部材2、外周磁極部材3及び垂直永久磁石4a、並びに前記コーナー部30を構成する中央磁極部材の端部2a、外周磁極部材3c及び垂直永久磁石5aを全て除去して、図6(a)、図6(b)及び図6(c)に示すようにマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置を構成しても良い。
直線部及びコーナー部を構成する永久磁石は、公知の永久磁石材料で形成することができる。永久磁石材料の材質は設備の構成(磁場発生装置からターゲットまでの距離)や必要な磁場強度によって適宜設定すれば良い。本発明においては、ターゲット表面7aにおける磁場の磁束密度垂直成分がゼロとなる位置における磁束密度の平行成分が10 mT以上となるように永久磁石を選択するのが好ましい。
磁極部材には公知の磁性体(軟磁性体)を用いるのが好ましい、特に磁性を有する鋼材を用いるのが好ましい。
本発明の磁場発生装置を複数台所定間隔で並列に配置することにより、一体型のターゲットを使用して大型の基板に成膜することができる。また磁場発生装置には、磁場発生装置の上面とターゲット面との距離を調節する機構を設けてもよい。
図10(a)及び図10(b)に示すように、Al-Mg系合金(A5052)製のベース6上に、フェライト系ステンレス(SUS430)製の中央磁極部材2、外周磁極部材3、及びフェライト焼結磁石(日立金属製NMF-12F、残留磁束密度:約450 mT)からなる直線部用永久磁石ユニット4(垂直永久磁石4a、第1の水平永久磁石4b及び第2の水平永久磁石4c)及びコーナー部用永久磁石ユニット5(垂直永久磁石5a、第1の水平永久磁石5b及び第2の水平永久磁石5c)を配置し、磁場発生装置1(W=160 mm、L=70 mm、La=10 mm、Lb=30 mm、Lc=30 mm、a=10 mm、b=5 mm、及びc=25 mm)を作製した。
直線部用永久磁石ユニット4及びコーナー部用永久磁石ユニット5を、図11(a)及び図11(b)に示すように、それぞれ直線部用永久磁石40及びコーナー部用永久磁石50に置き換えた以外実施例1と同様にして磁場発生装置1(W=170 mm、L=75 mm、a=10 mm、b=5 mm、及びc=25 mm)を作製した。
Claims (14)
- ターゲットに対向し、ターゲット表面に磁場を発生させるための、直線部及びコーナー部からなるレーストラック形状のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置であって、
非磁性体からなるベース上に、(a)直線状の中央磁極部材と、(b)前記中央磁極部材を取り囲むように設置された外周磁極部材と、(c)前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間に、前記中央磁極部材を取り囲むように、かつ磁化方向が前記ターゲット表面に垂直になるように配置された複数の垂直永久磁石と、(d)前記中央磁極部材と前記垂直永久磁石との間に、一方の磁極が前記中央磁極部材に対向し、他方の磁極が前記垂直永久磁石に対向するように設置された複数の第1の水平永久磁石と、(e)前記外周磁極部材と前記垂直永久磁石との間に、一方の磁極が前記外周磁極部材に対向し、他方の磁極が前記垂直永久磁石に対向するように設置された複数の第2の水平永久磁石とを有し、
前記第1の水平永久磁石及び第2の水平永久磁石の、前記垂直永久磁石に対向する側の極が、前記垂直永久磁石の前記ターゲット表面に対向する側の極と同じであることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。 - 請求項1に記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、前記第1の水平永久磁石及び第2の水平永久磁石の磁化方向長さの合計が、前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間隔の50〜95%であることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
- 請求項1又は2に記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、前記第1及び第2の水平永久磁石の前記ターゲット表面に垂直な方向の厚さが等しく、それらの前記厚さを100としたとき、前記垂直永久磁石の前記ターゲット表面に垂直な方向の厚さが0〜150であることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、前記コーナー部を構成する垂直永久磁石、第1の水平永久磁石、及び第2の水平永久磁石の前記ターゲット表面に垂直な方向の厚さが、それぞれ前記直線部を構成する垂直永久磁石、第1の水平永久磁石、及び第2の水平永久磁石の前記ターゲット表面に垂直な方向の厚さの30〜100%であることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
- 請求項4に記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、前記コーナー部を構成する第2の水平永久磁石の前記ターゲット表面に垂直な方向の厚さが、前記コーナー部を構成する第1の水平永久磁石の前記ターゲット表面に垂直な方向の厚さよりも薄いことを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、前記コーナー部を構成する垂直永久磁石、第1の水平永久磁石、及び第2の水平永久磁石が、平面視で前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間隙の面積の30%以上を占めることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
- 請求項6に記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、前記コーナー部の、前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間隙は、前記垂直永久磁石、第1の水平永久磁石、及び第2の水平永久磁石と、前記垂直永久磁石、第1の水平永久磁石、及び第2の水平永久磁石以外の部分を充填する非磁性体のスペーサとからなることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
- 請求項1〜7のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置から、前記コーナー部を構成する中央磁極部材の端部、外周磁極部材及び垂直永久磁石のうちの一部又は全部を除去した構成を有することを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
- ターゲットに対向し、ターゲット表面に磁場を発生させるための、直線部及びコーナー部からなるレーストラック形状のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置であって、
非磁性体からなるベース上に、(a)直線状の中央磁極部材と、(b)前記中央磁極部材を取り囲むように設置された外周磁極部材と、(c)前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間に、前記中央磁極部材を取り囲むように設置された中間磁極部材と、(d)前記中央磁極部材と前記中間磁極部材との間に、一方の磁極が前記中央磁極部材に対向し、他方の磁極が前記中間磁極部材に対向するように設置された複数の第1の水平永久磁石と、(e)前記外周磁極部材と前記中間磁極部材との間に、一方の磁極が前記外周磁極部材に対向し、他方の磁極が前記中間磁極部材に対向するように設置された複数の第2の水平永久磁石とを有し、
前記第1の水平永久磁石及び第2の水平永久磁石の、前記中間磁極部材に対向する側の極が同じであることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。 - 請求項9に記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、前記中間磁極部材の幅が、前記第1の水平永久磁石及び第2の水平永久磁石の前記ターゲット表面に垂直な方向の厚さの10〜75%の長さであることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
- 請求項9又は10に記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、前記第1及び第2の水平永久磁石の前記ターゲット表面に垂直な方向の厚さが等しく、それらの前記厚さを100としたとき、前記中間磁極部材の前記ターゲット表面に垂直な方向の厚さが0〜150であることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
- 請求項9〜11のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置から、前記コーナー部を構成する中央磁極部材の端部、外周磁極部材及び中間磁極部材のうちの一部又は全部を除去した構成を有することを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
- 請求項1〜12のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、前記ターゲット表面に印加される磁場を、前記直線部において軸方向と直交する方向について測定したとき、前記ターゲット表面に対して平行な方向の磁束密度の極大値が、前記中央磁極部材に対向する部分の前記ターゲット表面に対して垂直な方向の磁束密度よりも大きいことを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
- 請求項1〜13のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、前記ターゲット表面に印加される磁場の、前記ターゲット表面に対して垂直な方向の磁束密度がゼロとなる位置において、前記ターゲット表面に対して平行な方向の磁束密度が10 mT以上であることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
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