CN104093878B - 磁控溅射用磁场产生装置 - Google Patents

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Abstract

一种磁控溅射用磁场产生装置,具有由直线部及拐角部构成的跑道形状,在由非磁性体构成的基体上具有:棒状的中央磁极构件;以包围所述中央磁极构件的方式设置的外周磁极构件;在所述中央磁极构件与所述外周磁极构件之间,以一方的磁极与所述中央磁极构件对置而另一方的磁极与所述外周磁极构件对置的方式设置的多个永久磁铁,设于所述直线部的多个永久磁铁包含与所述靶表面垂直的方向的厚度在磁化方向的中央部比两端部薄的至少一个磁场调节用永久磁铁。

Description

磁控溅射用磁场产生装置
技术领域
本发明涉及装入到为了在基板表面形成薄膜而使用的磁控溅射装置中的磁场产生装置。
背景技术
将通过使Ar等非活性物质以高速碰撞而撞击出构成靶的原子、分子的现象称为溅射,通过使该撞击出的原子、分子附着在基板上,由此能够形成薄膜。磁控溅射法是如下这样的方法,即,通过在阴极内部装入磁场,由此能够提高靶物质向基板的堆积速度,而且不会引起电子向基板的碰撞,因此能够以低温进行成膜。因此,在半导体IC、平板显示器、太阳能电池等电子部件、反射膜等的制造工艺中,为了在基板表面形成薄膜,多使用磁控溅射法。
磁控溅射装置在真空腔室内具备阳极侧的基板、以与基板相对的方式配置的靶(阴极)、在靶的下方配置的磁场产生装置。通过在阳极与阴极之间施加电压而引起辉光放电,使真空腔室内的非活性气体(0.1Pa左右的Ar气体等)离子化,另一方面,从靶放出的二次电子被由磁场产生装置形成的磁场捕获,而在靶表面进行摆线运动。通过电子的摆线运动而促进气体分子的离子化,因此膜的生成速度与未使用磁场的情况相比,变得非常大,且膜的附着强度增大。
日本特开平1-147063号公开了如下的技术:一种磁场产生装置,其由中心磁极和外周磁极构成,该中心磁极为圆柱状,设置在由磁性材料构成的磁轭上且被沿高度方向(与靶的表面垂直的方向)磁化,该外周磁极被沿与所述中心磁极相反的方向磁化,同心地配置在所述中心磁极的周围,在所述磁场产生装置中,在所述磁场产生装置与靶之间配置圆形及同心圆形的板状磁性构件,使靶表面的腐蚀区域扩大。
如日本特开平1-147063号记载那样,为了在磁场产生装置与靶之间配置磁性构件,需要将该磁性构件埋入背板(靶的支承板)内。另一方面,背板(靶的支承板)为了抑制靶的发热而必须具备冷却机构,因此背板(靶的支承板)的结构变得复杂,必然导致从磁场产生装置到靶表面的距离变远。因此,需要产生大的磁场,从而造成磁场产生装置的大型化。
日本特开2008-156735号公开了一种磁控溅射用磁场产生装置200,其如图17(a)及图17(b)所示,具有由非磁性材料构成的基体210、在该基体210的表面设置的长方形形状的中央磁极片220、在该中央磁极片220的周围设置的长圆形状的外周磁极片230、在所述中央磁极片与所述外周磁极片之间相连设置的多个永久磁铁240、250,所述永久磁铁240、250被沿着水平方向磁化,且以同极性的磁极与所述中央磁极片对置的方式配置,并且所述中央磁极片的高度及所述外周磁极片的高度形成为所述永久磁铁的高度以上,该磁场产生装置中,由于磁极片与永久磁铁的各磁极面接触,因此从永久磁铁泄漏的漏磁通减少,与以往相比,能够以较少的永久磁铁产生规定的磁通。
在日本特开2008-156735号中记载了下述内容,即,在该磁场产生装置中,尤其是在拐角部,使为了封入非活性气体所需的强度(磁通密度水平分量为10mT以上)的磁场区域比以往扩大,因此使拐角部的腐蚀区域扩大,从而能够使直线部及拐角部的腐蚀均匀,但是由于与中央磁极片对置的部分的磁通密度比较低,因此靶的中央部分(与中央磁极片对置的部分)的腐蚀进展缓慢,成为靶的使用效率下降的原因。
日本特开平4-235277号公开了一种磁装置,其用于使靶表面产生圆环状的磁场,该磁装置具有在靶中心附近呈环状配置的中央磁铁和在靶外周附近呈环状配置的外周磁铁,各磁铁的磁化方向或取向相对于靶面倾斜(例如,±45°),日本特开平4-235277号还记载了如下情况:通过该磁装置,在靶正上面的从中心到外周的范围内,在靶面能得到水平方向的磁通密度分量显示双峰特性、且中心与外周之间的垂直方向的磁通密度分量的斜度大致成为零那样的磁通密度分布,从而能够使靶的腐蚀区域均匀并提高靶的利用效率。
在日本特开平4-235277号中,作为将各磁铁的磁化方向或取向构成为相对于靶面倾斜的具体的方法之一,记载了如下的结构,即,将中央磁铁和外周磁铁以磁化方向与靶面平行的方式设置,且在中央磁铁和外周磁铁之间,以与所述中央磁铁和外周磁铁分离的方式配置环状的中间磁铁。该结构通过使环状的中间磁铁分离,想要将中央及外周的各永久磁铁的从N极朝向S极的描绘小圈的磁力线也积极地利用于靶上的漏磁场。然而,这样的中央磁铁、外周磁铁及中间磁铁相互分离配置的结构产生各磁铁的磁力线彼此相互抵消的部分,因此存在磁场产生的效率降低的问题。而且,在该方法中,由于仅通过永久磁铁构成,因此磁效率(导磁率)降低,为了得到高磁通密度而要求必要以上的永久磁铁体积,从而造成装置的大型化。
发明内容
【发明要解决的课题】
因此,本发明的目的在于提供一种磁控溅射用磁场产生装置,即便是在背板中未配置磁性体的结构,也能够扩大靶面上的磁通密度平行分量(与靶表面平行的分量)成为恒定的区域,使靶的腐蚀进展更均匀,由此能够在基板上形成均匀的厚度的薄膜。
【用于解决课题的方案】
鉴于上述目的而仔细研究的结果是,本发明者们发现了如下情况,从而想到了本发明,上述情况是:在由棒状的中央磁极构件和外周磁极构件形成的跑道状的区域设置被沿与靶面平行的方向磁化的多个永久磁铁而成的磁控溅射用磁场产生装置中,通过将所述永久磁铁的与所述靶表面垂直的方向的厚度设计得在磁化方向的中央部比两端部薄,由此能够扩大靶面上的磁通密度平行分量(与靶表面平行的分量)成为恒定的区域,并且通过在设计得薄的所述永久磁铁的中央部的一面或两面上配置磁性体,由此能够使靶的腐蚀进展更均匀。
即,与靶对置、用于使靶表面产生磁场的本发明的磁控溅射用磁场产生装置的特征在于,
具有由直线部及拐角部构成的跑道形状,
在由非磁性体构成的基体上具有:(a)棒状的中央磁极构件;(b)以包围所述中央磁极构件的方式设置的外周磁极构件;(c)在所述中央磁极构件与所述外周磁极构件之间,以一方的磁极与所述中央磁极构件对置而另一方的磁极与所述外周磁极构件对置的方式设置的多个永久磁铁,
设于所述直线部的多个永久磁铁包含与所述靶表面垂直的方向的厚度在磁化方向的中央部比两端部薄的至少一个磁场调节用永久磁铁。
优选的是,设于所述拐角部的多个永久磁铁包含与所述靶表面垂直的方向的厚度在磁化方向的中央部比两端部薄的至少一个磁场调节用永久磁铁。
优选的是,所述磁场调节用永久磁铁具有所述磁化方向的中央部及两端部这至少三个区域,所述两端部的区域的与所述靶表面垂直的方向的厚度彼此相等,所述中央部的区域的与所述靶表面垂直的方向的厚度比所述两端部的区域的与所述靶表面垂直的方向的厚度薄,从而形成与所述中央部的区域对应的凹状部。
优选的是,在所述磁场调节用永久磁铁中,所述中央部的区域的磁化方向长度为所述永久磁铁的磁化方向全长的1%~99%。
优选的是,在所述磁场调节用永久磁铁中,所述中央部的区域的与所述靶表面垂直的方向的厚度为所述两端部的与所述靶表面垂直的方向的厚度的大于0%且99%以下。
优选的是,所述中央部及两端部这至少三个区域分别由独立的永久磁铁构成,将这些独立的永久磁铁粘合而构成所述磁场调节用永久磁铁。
优选的是,所述磁场调节用永久磁铁在所述靶侧的面及/或所述基体侧的面上具有与所述中央部的区域对应的凹状部。
优选的是,所述磁场调节用永久磁铁在所述靶侧及所述基体侧的两面上具有与所述中央部的区域对应的凹状部。
优选的是,在所述凹状部配置有磁性体。
优选的是,配置于所述凹状部的所述磁性体的厚度与所述凹状部的深度相同。
优选的是,所述磁场调节用永久磁铁在所述靶侧及所述基体侧的两面上具有与所述中央部的区域对应的凹状部及配置于所述凹状部的磁性体。
也可以从由在所述靶侧及所述基体侧的两面上具有与所述中央部的区域对应的凹状部的所述磁场调节用永久磁铁所构成的磁控溅射用磁场产生装置中将所述基体除去。
也可以从由在所述靶侧及所述基体侧的两面上具有与所述中央部的区域对应的凹状部及配置于所述凹状部的磁性体的所述磁场调节用永久磁铁所构成的磁控溅射用磁场产生装置中将所述基体除去。
所述磁控溅射用磁场产生装置也可以具有将所述多个永久磁铁的至少一个置换成磁场调节用永久磁铁组的结构,该磁场调节用永久磁铁组将磁化方向与所述永久磁铁相同且磁化方向长度比所述永久磁铁短的至少两个永久磁铁分离地串联配置而成。
与靶对置、用于使靶表面产生磁场的本发明的另一个磁控溅射用磁场产生装置的特征在于,
具有由直线部及拐角部构成的跑道形状,
在由非磁性体构成的基体上具有:(a)棒状的中央磁极构件;(b)以包围所述中央磁极构件的方式设置的外周磁极构件;(c)在所述中央磁极构件与所述外周磁极构件之间,以一方的磁极与所述中央磁极构件对置而另一方的磁极与所述外周磁极构件对置的方式设置的多个永久磁铁,
所述磁控溅射用磁场产生装置具有将所述多个永久磁铁的至少一个置换成磁场调节用永久磁铁组的结构,该磁场调节用永久磁铁组将磁化方向与所述永久磁铁相同且磁化方向长度比所述永久磁铁短的至少两个永久磁铁分离地串联配置而成。
优选的是,在本发明的磁控溅射用磁场产生装置中,在向所述靶表面施加的磁场的与所述靶表面垂直的方向的磁通密度为零的位置处,与所述靶表面平行的方向的磁通密度为10mT以上。
【发明效果】
通过使用本发明的磁场产生装置,能够扩大靶面上的磁通密度平行分量(与靶表面平行的分量)成为恒定的区域,能够使靶的腐蚀进展更均匀,因此能够提高靶的利用效率。
通过使用本发明的磁场产生装置,在背板无需配置磁性体,因此能够减少部件个数(低成本化),而且能够有效率地进行靶的冷却。而且能够将背板设计得薄,因此能够实现磁场产生装置的小型化(低成本化)。
附图说明
图1(a)是表示本发明的磁控溅射用磁场产生装置的一例的俯视图。
图1(b)是图1(a)的A-A剖视图。
图1(c)是从图1(b)仅选出直线部用磁铁来表示的局部俯视图。
图2(a)是表示本发明的磁控溅射用磁场产生装置的直线部用磁铁的另一例的剖视图。
图2(b)是表示本发明的磁控溅射用磁场产生装置的直线部用磁铁的又一例的剖视图。
图3(a)是表示在本发明的磁控溅射用磁场产生装置的设于直线部用磁铁上的凹状部配置有磁性体的一例的剖视图。
图3(b)是表示在本发明的磁控溅射用磁场产生装置的设于直线部用磁铁上的凹状部配置有磁性体的另一例的剖视图。
图3(c)是表示在本发明的磁控溅射用磁场产生装置的设于直线部用磁铁上的凹状部配置有磁性体的又一例的剖视图。
图4是表示本发明的磁控溅射用磁场产生装置的直线部用磁铁的又一例的剖视图。
图5是图1(a)的B-B剖视图。
图6(a)是表示本发明的磁控溅射用磁场产生装置的另一例的局部俯视图。
图6(b)是图6(a)的C-C剖视图。
图6(c)是从图6(b)仅选出拐角部用磁铁来表示的局部剖视图。
图7是表示本发明的磁控溅射用磁场产生装置的拐角部用磁铁的又一例的剖视图。
图8是表示本发明的磁控溅射用磁场产生装置的拐角部的另一例的俯视图。
图9是表示本发明的磁控溅射用磁场产生装置的拐角部的又一例的俯视图。
图10是表示本发明的磁控溅射用磁场产生装置的拐角部的又一例的俯视图。
图11(a)是表示本发明的磁控溅射用磁场产生装置的另一形态的剖视图。
图11(b)是表示本发明的磁控溅射用磁场产生装置的又一形态的剖视图。
图12(a)是表示比较例1的磁场产生装置的俯视图。
图12(b)是图12(a)的D-D剖视图。
图12(c)是图12(a)的E-E剖视图。
图13(a)是表示实施例1的磁场产生装置的俯视图。
图13(b)是图13(a)的F-F剖视图。
图13(c)是图13(a)的G-G剖视图。
图14是表示比较例1及实施例1的磁场产生装置中的A线及B线的示意图。
图15是将通过比较例1及实施例1的磁场产生装置而在靶面上产生的磁通密度的平行分量及垂直分量沿着A线标绘出的坐标图。
图16是将通过比较例1及实施例1的磁场产生装置而在靶面上产生的磁通密度的平行分量及垂直分量沿着B线标绘出的坐标图。
图17(a)是表示以往的磁控溅射用磁场产生装置的一例的俯视图。
图17(b)是图17(a)的H-H剖视图。
具体实施方式
(1)结构
本发明的磁控溅射用磁场产生装置1是用于使靶表面产生跑道状的磁场的装置,如图1(a)所示,具有与靶7对置且由直线部20及两个拐角部30、30构成的跑道形状。
即,如图1(a)、图1(b)及图1(c)所示,磁场产生装置1的特征在于,在由非磁性体构成的基体6上具有:(a)棒状的中央磁极构件2;(b)以包围所述中央磁极构件的方式设置的外周磁极构件3;(c)在所述中央磁极构件2与所述外周磁极构件3之间,以磁化方向与所述靶表面7a平行且一方的磁极与所述中央磁极构件2对置而另一方的磁极与所述外周磁极构件3对置的方式设置的多个直线部用永久磁铁4及拐角部用永久磁铁5,其中,配置于所述直线部20的多个永久磁铁4包含与所述靶表面7a垂直的方向的厚度在磁化方向的中央部4a比两端部4b、4c薄的、至少一个磁场调节用永久磁铁41。
(a)直线部的结构
例如图1(a)及图1(b)所示,所述直线部20包括:设置在由非磁性体构成的基体6上的四棱柱状的中央磁极构件2;与所述中央磁极构件2平行、且分开设置在所述中央磁极构件2的两侧的四棱柱状的两个外周磁极构件3;在所述中央磁极构件2与所述外周磁极构件3之间,以磁化方向与靶表面7a平行且一方的同极性的磁极(在图中为N极)与中央磁极构件2对置而另一方的同极性的磁极(在图中为S极)与外周磁极构件3对置的方式设置的多个直线部用永久磁铁4,其中,所述直线部用永久磁铁4包含至少一个磁场调节用永久磁铁41。
例如,如图1(c)所示,所述磁场调节用永久磁铁41具有磁化方向的中央部4a及两端部4b、4c这至少三个区域,所述中央部4a的区域的与所述靶表面7a垂直的方向的厚度H1比所述两端部4b、4c的区域的与所述靶表面7a垂直的方向的厚度H薄,由此形成凹状部4d。所述中央部4a的区域的厚度H1优选为所述两端部4b、4c的区域的厚度H的大于0%且99%以下,更优选为30%~70%。所述两端部4b、4c的区域的与所述靶表面7a垂直的方向的厚度优选为彼此相等且与所述外周磁极构件3相同的厚度。所述中央部4a的区域的磁化方向长度L1优选为磁场调节用永久磁铁41的磁化方向全长L的1~99%,更优选为30%~70%。
所述磁场调节用永久磁铁41可以是如图1(b)所示在靶7侧的面上形成有凹状部4d的结构,也可以是如图2(a)所示在基体6侧的面上形成有凹状部4d的结构,还可以是如图2(b)所示在靶7侧及基体6侧的两面上形成有凹状部4d的结构。在靶7侧及基体6侧的两面上形成有凹状部4d、4d的情况下,两个凹状部4d、4d优选形成在对应的位置,它们的深度根据目的可以相同也可以不同。
所述磁场调节用永久磁铁41可以通过对立方体的永久磁铁实施研磨等加工而形成凹状部4d来制作,也可以通过将构成所述中央部4a及所述两端部4b、4c的三个永久磁铁粘合来制作。而且还可以通过将更多的(四个以上的)永久磁铁粘合而构成。
配置在所述中央磁极构件2与所述外周磁极构件3之间的多个直线部用永久磁铁4可以全部由具有凹状部4d的磁场调节用永久磁铁41构成,也可以仅一部分由具有凹状部4d的磁场调节用永久磁铁41构成。而且,磁场调节用永久磁铁41的形状不必全部相同,根据目的可以将凹状部4d的深度(中央部4a的区域的厚度)及磁化方向长度、或形成有凹状部4d的面不同的多个磁铁组合使用。
如图3(a)~图3(c)所示,在形成于所述磁场调节用永久磁铁41的凹状部4d可以配置填充用磁性体8。所述填充用磁性体8可以是与凹状部4d的形状对应的形状,即,具有与凹状部4d的深度相等的厚度且在配置于凹状部4d时能够将凹状部4d无间隙地填充的形状,也可以是厚度比凹状部4d的深度薄的形状,也可以是厚度比凹状部4d的深度厚的形状,而且还可以是仅填充凹状部4d的一部分的形状。通过改变所述填充用磁性体8的形状及厚度,能够调节磁场强度。
如图4所示,也可以将所述多个永久磁铁4的至少一个置换成磁场调节用永久磁铁组42来构成磁场产生装置,该磁场调节用永久磁铁组42由磁化方向与所述永久磁铁4相同且磁化方向长度比所述永久磁铁4短的至少两个永久磁铁构成,且以一个永久磁铁42a与所述中央磁极构件2对置而另一个永久磁铁42b与所述外周磁极构件3对置的方式分离地串联配置而成。即,该结构是相对于减薄了所述中央部4a的区域的靶7方向厚度的所述磁场调节用永久磁铁41而言除去了与所述中央部4a的区域对应的部分的结构。
所述永久磁铁42a、42b的磁化方向长度及它们的间隔优选根据目的而适当调节。在所述永久磁铁42a、42b之间,可以配置磁性体,也可以配置非磁性体,还可以什么都不配置。
在图1(a)中,在所述中央磁极构件2与所述外周磁极构件3之间连接多个直线部用永久磁铁4来构成直线部20的磁回路,但也可以取代由这些多个直线部用永久磁铁4构成的情况,而使用一体地形成的直线部用永久磁铁4来构成直线部20的磁回路。而且,根据所需的磁场强度、磁铁的材质,也可以将多个直线部用永久磁铁4分离地排列而构成直线部20的磁回路。在分离配置的情况下,永久磁铁与永久磁铁之间可以由非磁性的间隔件填充,也可以什么也不放置。直线部用永久磁铁4的个数及尺寸没有特别限定,从制造上或组装容易度的观点出发可以分割成任意的尺寸,而且各自的尺寸可以不同。
(b)拐角部的结构
如图1(a)所示,拐角部30包括:中央磁极构件2的端部2a;以中央磁极构件2的端部2a为中心而设置成半多边形形状的拐角部外周磁极构件3c;在中央磁极构件2的端部2a与拐角部外周磁极构件3c之间,以磁化方向与靶表面7a平行且一方的同极性的磁极(在图中为N极)与中央磁极构件2的端部2a对置而另一方的同极性的磁极(在图中为S极)与拐角部外周磁极构件3c对置的方式设置的多个拐角部用永久磁铁5。所述中央磁极构件2的端部2a及所述拐角部外周磁极构件3c在图1(a)中为半多边形形状,但也可以为半圆状。
拐角部用永久磁铁5可以如图5所示使用与所述靶表面垂直的方向的厚度沿着磁化方向均匀的磁铁,但也可以如图6(b)及图6(c)所示与前述的直线部用永久磁铁4同样地包含与所述靶表面7a垂直的方向的厚度在磁化方向的中央部5a比两端部5b、5c薄的至少一个磁场调节用永久磁铁51。
例如,如图6(c)所示,磁场调节用永久磁铁51具有磁化方向的中央部5a及两端部5b、5c这至少三个区域,所述中央部5a的区域的与所述靶表面7a垂直的方向的厚度Hc1比所述两端部5b、5c的区域的与所述靶表面7a垂直的方向的厚度Hc薄,由此形成凹状部5d。所述中央部5a的区域的厚度Hc1优选为所述两端部5b、5c的区域的厚度Hc的大于0%且99%以下,更优选为30%~70%。所述两端部5b、5c的区域的与所述靶表面7a垂直的方向的厚度优选为彼此相等且与所述外周磁极构件3c相同的厚度。所述中央部5a的区域的磁化方向长度Lc1优选为磁场调节用永久磁铁51的磁化方向全长Lc的1%~99%,更优选为30%~70%。
拐角部磁场调节用永久磁铁51与所述直线部磁场调节用永久磁铁41同样,可以是在靶7侧的面上形成有凹状部5d的结构,也可以是在基体6侧的面上形成有凹状部5d的结构,还可以是在靶7侧及基体6侧的两面上形成有凹状部5d的结构。在靶7侧及基体6侧的两面形成有凹状部5d、5d的情况下,两个凹状部5d、5d优选形成在对应的位置,它们的深度根据目的可以相同也可以不同。
所述中央部4a的区域的磁化方向长度L1相对于所述直线部磁场调节用永久磁铁41的磁化方向全长L的比例与所述中央部5a的区域的磁化方向长度Lc1相对于所述拐角部磁场调节用永久磁铁51的磁化方向全长Lc的比例可以相同,也可以不同。所述直线部磁场调节用永久磁铁41的所述中央部4a的区域的与所述靶表面7a垂直的方向的厚度H1和所述拐角部磁场调节用永久磁铁51的所述中央部5a的区域的与所述靶表面7a垂直的方向的厚度Hc1优选相同。而且,所述直线部磁场调节用永久磁铁41的所述中央部4a的区域的所述厚度H1相对于所述两端部4b、4c的区域的所述厚度H的比例与所述拐角部磁场调节用永久磁铁51的所述中央部5a的区域的所述厚度Hc1相对于所述两端部5b、5c的区域的所述厚度Hc的比例可以相同,也可以不同。
磁场调节用永久磁铁51可以通过对例如俯视梯形的柱状体的永久磁铁实施研磨等加工而形成凹状部5d来制作,也可以通过将构成所述中央部5a及所述两端部5b、5c的三个永久磁铁粘合来制作。而且还可以通过将更多的(四个以上的)永久磁铁粘合而构成。
配置在所述中央磁极构件2的端部2a与所述拐角部外周磁极构件3c之间的多个拐角部用永久磁铁5可以全部由具有凹状部5d的磁场调节用永久磁铁51构成,也可以仅一部分由具有凹状部5d的磁场调节用永久磁铁51构成。而且,磁场调节用永久磁铁51的形状不必全部相同,根据目的可以将凹状部5d的深度(中央部5a的区域的厚度)及磁化方向长度、或形成有凹状部5d的面不同的多个磁铁组合使用。
在形成于所述磁场调节用永久磁铁51的凹状部5d,与所述直线部磁场调节用永久磁铁41同样,可以配置填充用磁性体8。所述填充用磁性体8可以是与凹状部5d的形状对应的形状,即,具有与凹状部5d的深度相等的厚度且在配置于凹状部5d时能够将凹状部5d无间隙地填充的形状,也可以是厚度比凹状部5d的深度薄的形状,也可以是厚度比凹状部5d的深度厚的形状,而且还可以是仅填充凹状部5d的一部分的形状。通过改变所述填充用磁性体8的形状及厚度,能够调节磁场强度。
如图7所示,也可以将所述多个永久磁铁5的至少一个置换成磁场调节用永久磁铁组52来构成磁场产生装置,该磁场调节用永久磁铁组52由磁化方向与所述永久磁铁5相同且磁化方向长度比所述永久磁铁5短的至少两个永久磁铁构成,且以一个永久磁铁52a与所述中央磁极构件2的端部2a对置而另一个永久磁铁52b与所述拐角部外周磁极构件3c对置的方式分离地串联配置而成。在此,图7是将图6(b)所示的拐角部C-C剖视图中的磁场调节用永久磁铁51置换成磁场调节用永久磁铁组52的剖视图。即,该结构是相对于减薄了所述中央部5a的区域的与靶表面7a垂直的方向厚度的所述磁场调节用永久磁铁51而言除去了与所述中央部5a的区域对应的部分的结构。
所述永久磁铁52a、52b的磁化方向长度及它们的间隔优选根据目的而适当调节。在所述永久磁铁52a、52b之间,可以配置磁性体,也可以配置非磁性体,还可以什么都不配置。
拐角部用永久磁铁5的俯视的形状优选根据拐角部外周磁极构件3c的形状进行设定。如图1(a)、图6(a)或图8所示,在拐角部外周磁极构件3c为半多边形形状的情况下,拐角部用永久磁铁5优选为俯视大致梯形,如图9所示,在拐角部外周磁极构件3c为半圆状的情况下,拐角部用永久磁铁5优选为俯视大致扇形。而且,如图10所示,也可以是俯视长方形。拐角部用永久磁铁5的个数及尺寸没有特别限定,从制造上或组装容易度的观点出发可以分割成任意的尺寸,而且各自的尺寸可以不同。
拐角部用永久磁铁5可以如图1(a)及图6(a)所示配置成将中央磁极构件2的端部2a与以中央磁极构件2的端部2a为中心呈半多边形形状设置的拐角部外周磁极构件3c之间的间隙全部填充,也可以如图8所示在拐角部用永久磁铁5与拐角部用永久磁铁5之间隔开间隙5e地配置。通过这样隔开间隙5e地配置拐角部用永久磁铁5,能够调节靶表面上的磁通密度。在间隙5e内可以填充非磁性体的间隔件。拐角部用永久磁铁5相对于中央磁极构件2的端部2a与拐角部外周磁极构件3c之间的间隙的总面积的占有率优选为30%以上,更优选为30%~80%。
(c)腐蚀区域
在直线部不使用所述直线部磁场调节用永久磁铁41或直线部磁场调节用永久磁铁组42而构成的现有的磁场产生装置中,在沿着磁化方向标绘出靶表面上的磁通密度平行分量(与靶表面平行的分量)时,所述磁通密度平行分量为山形(参照图15及图16的比较例1),因此沿着磁化方向的靶的浸蚀(腐蚀)变得不均匀,无法高效率地利用靶。
相对于此,在直线部20使用了具有凹状部4d的直线部磁场调节用永久磁铁41或者由分离的至少两个永久磁铁42a、42b构成的直线部磁场调节用永久磁铁组42的本发明的磁场产生装置中,所述靶表面上的磁通密度平行分量的标绘值沿着磁化方向为梯形(参照图15的实施例1),因此靶的浸蚀(腐蚀)沿着磁化方向均匀化,靶的利用效率提高。
另外,通过拐角部30也使用具有凹状部5d的拐角部磁场调节用永久磁铁51或者由分离的至少两个永久磁铁52a、52b构成的拐角部磁场调节用永久磁铁组52,由此,在拐角部30,所述靶表面上的磁通密度平行分量的标绘值沿着磁化方向也为梯形(参照图16的实施例1),因此靶的浸蚀(腐蚀)沿着磁化方向均匀化,靶的利用效率提高。
(d)永久磁铁
构成直线部及拐角部的永久磁铁可以由公知的永久磁铁材料形成。永久磁铁材料的材质根据设备的结构(从磁场产生装置到靶的距离)、所需的磁场强度适当设定即可。在本发明中,优选以使靶表面7a上的磁场的磁通密度垂直分量为零的位置处的磁通密度的平行分量成为10mT以上的方式选择永久磁铁。
在欲得到高磁通密度时,使用以R(Nd等稀土类元素中的至少一种)、T(Fe、或Fe及Co)及B为必须成分的R-T-B系各向异性烧结磁铁等稀土类磁铁(从耐蚀性的点出发而实施了各种表面处理后的磁铁)即可,在所需的磁通密度不那么高时,可以为铁氧体磁铁。而且,在欲改变直线部和拐角部的磁通密度时,对应于分别所需的磁通密度而设定直线部用永久磁铁、拐角部用永久磁铁、中央部永久磁铁及端部永久磁铁的材质、尺寸即可。
(e)磁极构件及填充用磁性体
磁极构件及填充用磁性体优选使用公知的磁性体(软磁性体),特别优选使用具有磁性的钢材。
(2)其他的形态
作为磁控溅射用磁场产生装置1的另一形态,可列举如图11(a)所示在所述磁场调节用永久磁铁41、51的两面上形成所述凹状部4d、5d并除去了所述基体的结构。而且,作为又一形态,可列举如图11(b)所示在所述磁场调节用永久磁铁41、51的两面上具有所述凹状部4d、5d及配置于所述凹状部4d、5d的填充用磁性体8并除去了所述基体的结构。通过这样除去所述基体而构成磁场产生装置1,由此能够在磁场产生装置1的两面配置靶7、7而利用两面进行溅射。需要说明的是,在图11(a)及图11(b)中,拐角部磁场调节用永久磁铁51由于与直线部磁场调节用永久磁铁41同样,因此省略。
而且,通过将多台本发明的磁场产生装置以规定间隔排列配置,并使各磁场产生装置与所述间隔同程度地移动(摆动),由此能够使用一体型的靶而在大型的基板上成膜。而且,在磁场产生装置可以设置对磁场产生装置的上表面与靶面的距离进行调节的机构。
【实施例】
通过实施例更详细地说明本发明,但本发明并不限定于此。
比较例1
在图12(a)、图12(b)及图12(c)所示的结构中,在Al-Mg系合金(A5052)制的基体6上配置铁氧体系不锈钢(SUS430)制的中央磁极构件2、该中央磁极构件2的端部2a、外周磁极构件3及拐角部外周磁极构件3c、以及由铁氧体烧结磁铁(日立金属制NMF-3B,最大能积:约4MGOe)构成的直线部用永久磁铁4、拐角部用永久磁铁5,从而制作了磁场产生装置1(W=360mm,L1=260mm,L2=50mm,a=110mm,b=26mm,c=10mm,d=8mm,e=20mm,f=42mm,g=42mm,h=18mm,及i=8mm)。
实施例1
除了将直线部用永久磁铁4及拐角部用永久磁铁5如图13(a)、图13(b)及图13(c)所示分别置换为具有凹状部4d及凹状部5d的直线部磁场调节用永久磁铁41及拐角部磁场调节用永久磁铁51以外,与比较例1同样地制作了磁场产生装置1(W=360mm,L1=260mm,L2=50mm,a=110mm,b=26mm,c=10mm,d=8mm,e=20mm,f=42mm,g=42mm,h=18mm,h1=13mm,hc=18mm,hc1=13mm,i=8mm,j=26mm,k=8mm,l=8mm,m=26mm,n=8mm,及o=8mm)。
通过磁场解析求出实施例1及比较例1的距磁场产生装置1表面(与靶对置的面)为17mm的位置(相当于靶表面的位置)处的磁通密度,并将所述磁通密度的与靶表面平行的分量(磁通密度平行分量)及垂直的分量(磁通密度垂直分量)如图14所示沿着A线(直线部中央)及B线(拐角部)分别标绘在图15及图16上。
从图15及图16可知,通过置换成在直线部用永久磁铁4及拐角部用永久磁铁5设置了凹状部4d及凹状部5d的直线部磁场调节用永久磁铁41及拐角部磁场调节用永久磁铁51,由此直线部及拐角部均是磁通密度平行分量沿着磁化方向成为梯形形状,从而提供更均匀的磁场。根据上述的结果可以预测到,本发明的磁场产生装置与现有的磁场产生装置相比,靶的腐蚀实现均匀化,靶的利用效率提高。
【符号说明】
1…磁控溅射用磁场产生装置
2…中央磁极构件
2a…端部
3…外周磁极构件
3c…拐角部外周磁极构件
4…直线部用永久磁铁
4a…中央部
4b、4c…两端部
4d…凹状部
41…磁场调节用永久磁铁
42…磁场调节用永久磁铁组
42a、42b…永久磁铁
5…拐角部用永久磁铁
5a…中央部
5b、5c…两端部
5d…凹状部
5e…间隙
51…磁场调节用永久磁铁
52…磁场调节用永久磁铁组
52a、52b…永久磁铁
6…基体
7…靶
7a…靶表面
8…填充用磁性体
20…直线部
30…拐角部
200…磁控溅射用磁场产生装置
210…基体
220…中央磁极片
230…外周磁极片
240、250…永久磁铁

Claims (16)

1.一种磁控溅射用磁场产生装置,其与靶对置,用于使靶表面产生磁场,该磁控溅射用磁场产生装置形成为由直线部及拐角部构成的跑道形状,
所述磁控溅射用磁场产生装置的特征在于,
在由非磁性体构成的基体上具有:(a)棒状的中央磁极构件;(b)以包围所述中央磁极构件的方式设置的外周磁极构件;(c)在所述中央磁极构件与所述外周磁极构件之间,以一方的磁极与所述中央磁极构件对置而另一方的磁极与所述外周磁极构件对置的方式设置的多个永久磁铁,
设于所述直线部的多个永久磁铁包含与所述靶表面垂直的方向的厚度在磁化方向的中央部比两端部薄的至少一个磁场调节用永久磁铁。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
设于所述拐角部的多个永久磁铁包含与所述靶表面垂直的方向的厚度在磁化方向的中央部比两端部薄的至少一个磁场调节用永久磁铁。
3.根据权利要求1所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
所述磁场调节用永久磁铁具有所述磁化方向的中央部及两端部这至少三个区域,所述两端部的区域的与所述靶表面垂直的方向的厚度彼此相等,所述中央部的区域的与所述靶表面垂直的方向的厚度比所述两端部的区域的与所述靶表面垂直的方向的厚度薄,从而形成与所述中央部的区域对应的凹状部。
4.根据权利要求3所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
所述中央部的区域的磁化方向长度为所述永久磁铁的磁化方向全长的1%~99%。
5.根据权利要求3所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
所述中央部的区域的与所述靶表面垂直的方向的厚度为所述两端部的与所述靶表面垂直的方向的厚度的大于0%且99%以下。
6.根据权利要求3所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
所述中央部及两端部这至少三个区域分别由独立的永久磁铁构成,将这些独立的永久磁铁粘合而构成所述磁场调节用永久磁铁。
7.根据权利要求1所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
所述磁场调节用永久磁铁在所述靶侧的面及/或所述基体侧的面上具有与所述中央部的区域对应的凹状部。
8.根据权利要求7所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
所述磁场调节用永久磁铁在所述靶侧及所述基体侧的两面上具有与所述中央部的区域对应的凹状部。
9.根据权利要求7所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
在所述凹状部配置有磁性体。
10.根据权利要求9所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
配置于所述凹状部的所述磁性体的厚度与所述凹状部的深度相同。
11.根据权利要求9所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
所述磁场调节用永久磁铁在所述靶侧及所述基体侧的两面上具有与所述中央部的区域对应的凹状部及配置于所述凹状部的磁性体。
12.一种磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
该磁控溅射用磁场产生装置具有从权利要求8所述的磁控溅射用磁场产生装置中除去了所述基体的结构。
13.一种磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
该磁控溅射用磁场产生装置具有从权利要求11所述的磁控溅射用磁场产生装置中除去了所述基体的结构。
14.根据权利要求1所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
所述磁控溅射用磁场产生装置具有将所述多个永久磁铁的至少一个置换成磁场调节用永久磁铁组的结构,该磁场调节用永久磁铁组将磁化方向与所述永久磁铁相同且磁化方向长度比所述永久磁铁短的至少两个永久磁铁分离地串联配置而成。
15.一种磁控溅射用磁场产生装置,其与靶对置,用于使靶表面产生磁场,该磁控溅射用磁场产生装置形成为由直线部及拐角部构成的跑道形状,
所述磁控溅射用磁场产生装置的特征在于,
在由非磁性体构成的基体上具有:(a)棒状的中央磁极构件;(b)以包围所述中央磁极构件的方式设置的外周磁极构件;(c)在所述中央磁极构件与所述外周磁极构件之间,以一方的磁极与所述中央磁极构件对置而另一方的磁极与所述外周磁极构件对置的方式设置的多个永久磁铁,
所述磁控溅射用磁场产生装置具有将所述多个永久磁铁的至少一个置换成磁场调节用永久磁铁组的结构,该磁场调节用永久磁铁组将磁化方向与所述永久磁铁相同且磁化方向长度比所述永久磁铁短的至少两个永久磁铁分离地串联配置而成。
16.根据权利要求1~15中任一项所述的磁控溅射用磁场产生装置,其特征在于,
在向所述靶表面施加的磁场的与所述靶表面垂直的方向的磁通密度为零的位置处,与所述靶表面平行的方向的磁通密度为10mT以上。
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