JP2007204811A - マグネトロンスパッタリング装置用の磁石構造体およびカソード電極ユニット並びにマグネトロンスパッタリング装置並びに磁石構造体の使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な駆動機構によりターゲット表面上の磁力線分布を変え、ターゲットのワイドエロージョン化を図るようにした磁石構造体等を提供する。
【解決手段】マグネトロンスパッタリング装置用の磁石構造体１１０は、互いに同種の磁極がターゲットの裏面に向くよう、ターゲット２０の裏面側に配置された第１および第２の固定磁石１０、１３と、第１および第２の固定磁石１０、１３の間のターゲット２０の裏面側に配置され、ターゲット２０の厚み方向と幅方向とに沿った平面内において磁気モーメントの向きを変更可能な磁界補正手段１１、１２と、を備えて構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリング装置用の磁石構造体およびカソード電極ユニット並びにマグネトロンスパッタリング装置並びに磁石構造体の使用方法（以下、「磁石構造体等」という）に係り、更に詳しくは、ターゲット利用効率を高めることを目的とした、マグネトロンスパッタリングの磁石構造体等の改良技術に関する。

ターゲット材料に真空中でイオン（例えば、Ａｒイオン）が衝突することにより、ターゲットの原子を飛び出させ、ターゲット材料に対向して配置された基板に、この原子を付着させるというスパッタリング現象による成膜手法は、従来から良く知られている。

こうした成膜方法の一手法であるマグネトロンスパッタリング成膜法においては、ターゲット表面（基板に対向するおもて面）上に、所定の磁束密度以上のトンネル状の漏れ磁界を形成できることから、スパッタリング現象の過程で発生する二次電子をローレンツ力で捉えてこれをサイクロイド運動させることにより、Ａｒガスとのイオン化衝突の頻度を増加でき、これにより、ターゲット表面付近の空間に高密度プラズマを形成して成膜速度の高速化を可能にしている。

しかし、このようなマグネトロンスパッタリング成膜法は、磁界の強い領域のターゲット材料がスパッタリングに基づいて局所的に早く削れることにより、ターゲットの面内におけるスパッタ量にムラを招いてターゲットの使用効率に劣るといった欠点を有しており、従来からこのような欠点を補うための各種の技術が開発されている。

例えば、上記漏れ磁界形成用の複数の磁石と、ヨークと、各種の連結部材と、を含む磁気装置（磁石構造体）全体を、ターゲット表面の面方向に揺動する磁石構造体の駆動機構が提案されている（特許文献１参照）。

このような駆動機構によれば、ターゲット裏面内に沿って磁石を面方向に動かせることから、こうした磁石の動きに連動してターゲット表面上の磁力線分布を変えることができ、その結果として、ターゲット表面上のエロージョン促進領域が時々刻々と周期的に変化することになり、スパッタリングに際してのターゲット表面の均一なエロージョンが図れる。
特開平４−３２９８７４号公報（図３）

しかしながら、特許文献１記載の磁石構造体の駆動機構は、磁気構造体全体を駆動することを要し、これにより、駆動機構の複雑化かつ大型化を招くという欠点がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、磁石構造体全体を揺動させることなく、簡易な駆動機構によりターゲット表面上の磁力線分布を所定の周期毎に変え、ターゲットのワイドエロージョン化を図るようにした磁石構造体等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置用の磁石構造体は、互いに同種の磁極がターゲットの裏面に向くよう、前記ターゲットの裏面側に配置された第１および第２の固定磁石と、前記第１および第２の固定磁石の間の前記ターゲットの裏面側に配置され、前記ターゲットの厚み方向と幅方向とに沿った平面内において磁気モーメントの向きを変更可能な磁界補正手段と、を備えて構成されている。

ここで前記磁界補正手段は、磁極として機能する両端面を有する複数の磁石を含み、前記磁石は、前記平面内において前記両端面を回転可能に構成されている。

磁石構造体の上記構成により、磁石構造体全体を揺動させることなく、簡易な駆動機構によりターゲット表面上の磁力線分布を所定の周期毎に変え、ターゲットのワイドエロージョン化を図るようにした磁石構造体等が得られる。

より具体的には、前記磁界補正手段は、前記第１の固定磁石に隣接する前記磁石を含み前記平面に垂直な軸の周りに回転可能な第１の回転体と、前記第２の固定磁石に隣接する前記磁石を含み前記平面に垂直な軸の周りに回転可能な第２の回転体である。

そして、前記第１および第２の回転体は、前記磁石と、前記両端面に挟まれた前記磁石の両側面の各々に接合された部材とによって、前記軸を中心とした略円柱状に形作られても良い。第１および第２の回転体を略円柱状にすれば、これらの回転体を回転する際の回転トルクがバランス良くなり好適である。

ここで、本発明に係る磁石構造体の使用方法は、前記第１の回転体の前記軸の周りの回転により、前記同種の磁極と異なった前記第１の回転体の磁極が前記ターゲットの裏面に向き、かつ、前記第２の回転体の前記軸周りの回転により、前記第２の固定磁石と前記第１の回転体との間に形成される磁力線を相殺するよう、前記第２の回転体の磁気モーメントが前記ターゲットの幅方向に向く使用形態と、前記第２の回転体の前記軸の周りの回転により、前記同種の磁極と異なった前記第２の回転体の磁極が前記ターゲットの裏面に向き、かつ、前記第１の回転体の中心軸周りの回転により、前記第１の固定磁石と前記第２の回転体との間に形成される磁力線を相殺するよう、前記第１の回転体の磁気モーメントが前記ターゲットの幅方向に向く使用形態と、含む方法である。

磁石構造体の第１および第２の回転体を、ターゲットのスパッタリング状態に応じて所定の周期毎に、軸の周りに回転させ上記２種の使用形態を繰り返すことにより、垂直ゼロクロス（その近傍の領域の磁力線分布）がターゲットの幅方向に移動することから、両者間のターゲットの侵食が交互に重畳的になされ、その結果として、ターゲットの表面に垂直に湧き出す部分の、磁力線によるプラズマ閉じ込め機能を発揮し得ない領域が消滅することになり、ターゲットは、その略全域に亘り削れて好適である。

また、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置用のカソード電極ユニットは、非磁性金属からなるターゲットと、前記ターゲット裏面側に配置された上記磁石構造体と、前記ターゲットに所定電力を給電する電力源と、を備えて構成されている。

また、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置は、上記カソード電極ユニットと、前記カソード電極ユニットの前記ターゲットに対向する基板と、を格納した内部を減圧可能な真空槽と、を備えて構成されている。

本発明によれば、磁石構造体全体を揺動させることなく、簡易な駆動機構によりターゲット表面上の磁力線分布を所定の周期毎に変え、ターゲットのワイドエロージョン化を図るようにした磁石構造体等が得られる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る磁石構造体（磁界形成手段）を含むカソード電極ユニットを平面視した図である。

また、図２は、図１のII−II断面線に沿った部分のカソード電極ユニットの斜視図であ
る。

なお図１では、図面の簡素化の観点から、磁石構造体１１０の磁石のみを図示している。

また便宜上、図１および図２において（図３も同じ）、ターゲット２０の幅方向を「Ｘ方向」とし、ターゲット２０の厚み方向を「Ｙ方向」とし、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向を「Ｚ方向」とし、ターゲット２０の幅方向の両側の一方を「右」とし、その他方を「左」として、カソード電極ユニット１００の各構成部材を説明する。

更に、図２の磁石構造体１１０の各構成部材の奥行（Ｚ方向逆向き）は、途中で切断した形態により示されているが、これらの構成部材は、実際には同一断面形状で奥行の方向に延びて構成されており、このことは、図１を参酌することにより容易に理解され得る。

本実施の形態によるカソード電極ユニット１００は、図２に示す如く、主として、アルミ（Ａｌ）等の非磁性金属からなる矩形状のターゲット２０と、このターゲット２０の裏面２０Ｂ側に配置され、複数の磁石を有する磁石構造体１１０と、を備えて構成されている。

ターゲット２０は、これに対向配置させた基板（不図示）に被覆させる薄膜の母材であり、プラズマ中のＡｒイオン（正イオン）を引き込む目的で、電力源Ｖ１により陰極（カソード）になるように給電されている。

またここでは、カソード電極ユニット１００と、基板とを格納してなり、内部を減圧可能なマグネトロンスパッタリング装置用の真空槽（不図示）が、陽極（アノード）として接地されている。

なお、スパッタリング現象の過程において、プラズマ閉じ込め用のトンネル状の漏れ磁界によりターゲット２０の表面付近にＡｒイオンを含む高密度プラズマを形成する一方、ターゲット２０の構成原子（ここではアルミ原子）が、このＡｒイオンの衝突エネルギーによりターゲット表面から叩き出され、叩き出された原子が上記基板に堆積されるが、こうした技術は周知であり、ここでは詳細な説明は省く。

磁石構造体１１０は、図２に示す如く、例えば、強磁性ステンレスにより製作された基台２１を有している。この基台２１は、平面視（図１）においてターゲット２０の外寸より若干大きめの矩形板状の外形をなし、ターゲット２０の表面２０Ａ近傍の上方空間にプラズマ閉じ込め用のトンネル状の漏れ磁界を作る磁石構造体１１０の各構成部材（後記の磁石および磁性部材）やターゲット２０を適宜の固定手段を介して一体的に固定し保持しているが、ここでは、このような固定手段の図示および説明は省く。

磁石構造体１１０の第１の固定磁石として、ターゲット２０の裏面２０Ｂ側には、図１および図２に示す如く、ターゲット２０の幅方向（Ｘ方向）の左端からターゲット２０の内側に若干入った位置（以下、この位置を「左端近傍部」という）にある、略長方形状の左側磁石１０（永久磁石）が、平面視においてこの磁石１０の長手方向をターゲット２０の長辺方向に一致させた棒状の形態で、図２に示した基台２１に載った長方形状の第１のベース片２２の上面に配置されている。

この左側磁石１０は、詳しくは、図２に示す如く、Ｙ方向の向き（ターゲット２０の裏面２０Ｂから表面２０Ａに向かう方向）に左側磁石１０内の磁気モーメントの方向を生じせしめるＮ極とＳ極を有してなり、左側磁石１０のＳ極側がターゲット２０の裏面２０Ｂの左端近傍部に向いて、左側磁石１０のＮ極側が、磁性材料（例えば強磁性ステンレスや鉄）により製作された第１のベース片２２の上面に当接したうえで、この第１のベース片２２を介して、上記基台２１の左端近傍部に向いている。

磁石構造体１１０の第２の固定磁石として、ターゲット２０の裏面２０Ｂ側には、図１および図２に示す如く、ターゲット２０の幅方向（Ｘ方向）の右端からターゲット２０の内側に若干入った位置（以下、この位置を「右端近傍部」という）にある、略長方形状の右側磁石１３（永久磁石）が、平面視においてこの磁石１３の長手方向をターゲット２０の長辺方向（Ｚ方向）に一致させた棒状の形態で、図２に示した基台２１に載った長方形状の第２のベース片２３の上面に配置されている。

この右側磁石１３は、詳しくは、図２に示す如く、Ｙ方向の向き（ターゲット２０の裏面２０Ｂから表面２０Ａに向かう方向）に右側磁石１３内の磁気モーメントの方向を生じせしめるＮ極とＳ極を有してなり、右側磁石１３のＳ極側がターゲット２０の裏面２０Ｂの右端近傍部に向いて、右側磁石１３のＮ極側が、磁性材料（例えば強磁性ステンレスや鉄）により製作された第２のベース片２３の上面に当接したうえで、この第２のベース片２３を介して、上記基台２１の右端近傍部に向いている。

また、ターゲット２０の裏面２０Ｂ側であって、左右側磁石１０、１３の間の左側磁石１０に隣接した位置にある、略円柱状の左側回転体１１（磁界補正手段）が、図２に示す如く、ターゲット２０の厚み方向（Ｙ方向）と幅方向（Ｘ方向）とに沿った平面内（ＸＹ平面内）において磁気モーメントの向きを変更可能なように、この平面に垂直なＺ方向の中心軸Ｐの周りに回転可能に構成されている。

この左側回転体１１の一例は、Ｎ極として機能する一端とＳ極として機能する他端を有する板状磁石１１ａ（永久磁石）と、板状磁石１１ａのＳ極端面とＮ極端面とにより挟まれた板状磁石１１ａの両側面に接合され、部分円柱状の強磁性部材１１ｃ、１１ｄと、によって、中心軸Ｐを中心とした略円柱状に形作られている。そして、この左側回転体１１は、その板状磁石１１ａの中心軸Ｐを中心にして、図１に示す如く、モータ等のアクチュエータ１４により回転駆動され、これにより、左側回転体１１は、中心軸Ｐの周りの所定の回転角範囲に亘り回転できる。

なお図２の左側回転体１１では、その中心軸Ｐの周りの回転により、左側磁石１０の磁極（Ｓ極）と異種の磁極（Ｎ極）がターゲット２０の裏面２０Ｂに向いた使用形態が例示されている。

また、ターゲット２０の裏面２０Ｂ側であって、左右側磁石１０、１３の間の右側磁石１３に隣接した位置にある、略円柱状の右側回転体１２（磁界補正手段）が、図２に示す如く、ターゲット２０の厚み方向（Ｙ方向）と幅方向（Ｘ方向）とに沿った平面内（ＸＹ平面内）において磁気モーメントの向きを変更可能なように、この平面に垂直なＺ方向の中心軸Ｐの周りに回転可能に構成されている。

この右側回転体１２の一例は、Ｎ極として機能する一端とＳ極として機能する他端を有する板状磁石１２ａ（永久磁石）と、この板状磁石１２ａのＳ極端面とＮ極端面とにより挟まれた板状磁石１２ａの両側面に接合され、部分円柱状の強磁性部材１２ｃ、１２ｄと、によって、中心軸Ｐを中心とした略円柱状に形作られている。そして、この右側回転体１２は、その板状磁石１２ａの中心軸Ｐを中心にして、図１に示す如く、モータ等のアクチュエータ１４により回転駆動され、これにより、右側回転体１２は、中心軸Ｐの周りの所定の回転角範囲に亘り回転できる。

なお図２の右側回転体１２では、その中心軸Ｐの周りの回転により、左側をＳ極、右側をＮ極とした磁気モーメントが、ターゲット２０の幅方向（Ｘ方向）に向いた使用形態が例示されている。

なおここで、左右側回転体１１、１２を略円柱形状にしたことにより、これらの回転体１１、１２の回転トルクのバランスを適切に保つことができ好適である。

また、以上に述べた磁石１０、１１ａ、１２ａ、１３は、公知の各種磁石材料を用いて構成できるが、これらの磁石１０、１１ａ、１２ａ、１３を、ターゲット２０の裏面２０Ｂを冷却する冷却水中に浸けて使用する場合には、磁石表面に防錆加工を施すことや、錆び難い磁石材料（例えば、フェライト磁石）を選択することが望ましい。

更に、左右側回転体１１、１２の表面をターゲット２０の裏面２０Ｂに可能な限り近接させるよう（但しスムーズに回転できる隙間は必須）、左右側回転体１１、１２を配置しても良く、これらの表面とターゲット２０の裏面２０Ｂとの間に一定の間隔を設けるよう、左右側回転体１１、１２を配置しても良い。

両者を可能な限り近接させることにより、左右側回転体１１、１２とターゲット２０との距離が最短になって、左右側回転体１１、１２によりもたらされる、プラズマ閉じ込め磁界形成に寄与する磁気エネルギーを効果的に発揮させ得て有益な場合がある。

なお、このような左右側回転体１１、１２の表面とターゲット２０の裏面２０Ｂとを近接させる際には、適宜の嵩上げ部材（不図示）により左右側回転体１１、１２を持ち上げても良い。

また、両者間に一定の間隔を確保することにより、ターゲット２０の裏面２０Ｂを冷却水により冷却するに際して有益な場合がある。例えば、冷却水を溜めた冷却水容器（不図示）の中に磁石構造体１１０の全体を浸けるような形態の冷却構造を採用する場合には、この隙間に冷却水を流せて、冷却水とターゲット２０の裏面２０Ｂとの間の熱交換が効率良く実行され好適である。また、冷却水を通水させる中空部を有するバッキングプレート（不図示）をターゲット２０の裏面２０Ｂに当接させる形態の冷却構造を採用するには、バッキングプレート挿入用空間としてこのような間隔は、不可欠になる。

更に、適宜の制御手段（マイクロプロセッサ等；不図示）の制御に基づいたアクチュエータ１４の動作により、このような左右側回転体１１、１２を、ターゲット２０のスパッタリング状態に応じて、中心軸Ｐの周りの所定の回転角度範囲について適切な周期毎に、その回転角速度を制御しつつ回転することができる。

次に、静磁場シミュレーション技術を活用することにより、以上に述べたターゲット２０に帯磁された磁束密度分布の検証結果を説明する。

図２に示した断面形状と略同一形の解析モデルが、数値計算のための単位解析領域にメッシュ分割してコンピュータ上に生成され、磁石構造体１１０の各構成部材に相当するメッシュ領域およびターゲット２０に相当するメッシュ領域およびこれらの境界メッシュ領域には、各々適宜の材料物性データや境界条件データが入力されている。

なお解析ソルバーとして、汎用の磁場解析ソフト（ＩＮＦＯＬＹＴＩＣＡ社製の「ＭａｇＮｅｔ」）を使用した。

図３および図４は何れも、静磁場シミュレーション技術による本実施の形態に係る磁石構造体の解析結果の一例を示した図である。

図３は、解析モデル中の磁束密度分布（等高面）および磁束密度ベクトル（矢印）を示した図であり、図１のII−II線に沿った二次元断面の解析結果を示す図である。

図４（ａ）は、横軸にターゲット表面のＸ方向の位置をとり、縦軸にターゲット表面上の磁束密度のＸ方向成分をとって、両者の関係を解析結果から得られた数値データを使ってプロットした図であり、図４（ｂ）は、横軸にターゲット表面のＸ方向の位置をとり、縦軸にターゲット表面上の磁束密度のＹ方向成分をとって、両者の関係を解析結果から得られた数値データを使ってプロットした図である。

なおここで、図３中にグレイスケールにより表示した磁束密度のコンター図（等高図）は、磁束密度のベクトル成分の合計（絶対値）の高低分布（磁束密度分布）であり、淡いグレイ領域から濃いグレイ領域に移行するに連れて、磁束密度が高まることを表している（但し、この磁束密度の上限を５００Ｇにしている）。

なお、このような磁束密度のコンター図やベクトル図を参照すれば、各点における接線方向がその点の磁界の方向と一致する曲線としての磁力線が理解され得る。

但し図３では、解析用コンピュータから出力された磁束密度のコンター図およびベクトル図に可能な限り忠実に模写しているが、これらの内容を理解し易くする目的で、コンピュータにより出力された磁束密度分布を簡略化して示しているとともに、上側磁力線２５（第１の上側磁力線２５Ａ、第２の上側磁力線２５Ｂ）、下側磁力線２６、内側中間磁力線２７および外側中間磁力線２８の各々を代表して仮想的に引いた太い２点鎖線を加筆している。

図３によれば、ターゲット２０の内部には、磁束密度のＸ方向ベクトル成分（ターゲット２０の幅方向成分）を互いに打ち消すように第１の上側磁力線２５Ａおよび下側磁力線２６が形成され、磁束密度のＹ方向ベクトル成分（ターゲット２０の厚み方向成分）を互いに打ち消すように内側中間磁力線２７および外側中間磁力線２８が形成されている。

第１の上側磁力線２５Ａは、左側回転体１１の板状磁石１１ａのＮ極から出てターゲット２０の表面２０Ａに至り、磁束密度のＹ方向ベクトル成分およびＸ方向ベクトル成分が略ゼロとなるゼロ点２９の直上のターゲット２０の表面２０Ａ付近においてＸ方向に略平行に延び、この部分をアーチ状に曲がりつつ、右側磁石１３のＳ極に入る。

第２の上側磁力線２５Ｂは、左側回転体１１の板状磁石１１ａのＮ極から出てターゲット２０の表面２０Ａに至り、ターゲット２０の表面２０Ａ付近においてＸ方向逆向きに略平行に延び、この部分をアーチ状に曲がりつつ、左側磁石１０のＳ極に入る。

また、下側磁力線２６は、右側回転体１２の強磁性部材１２ｄの頂上部近傍から出て、ゼロ点２９の直下のターゲット２０の裏面２０Ｂ近傍をＸ方向逆向きに略平行に延び、右側回転体１２の板状磁石１２ａのＳ極に入る。

また、内側中間磁力線２７は、左側回転体１１の板状磁石１１ａのＮ極から出てターゲット２０の厚み方向の途中まで至り、ターゲット２０の内部をアーチ状に曲がるように延び、ゼロ点２９の横（ゼロ点２９からＸ方向マイナス側の位置）をＹ方向逆向きに略平行に通って右側回転体１２の板状磁石１２ａのＳ極に入る。

また、外側中間磁力線２８は、右側回転体１２の強磁性部材１２ｄの頂上部近傍からゼロ点２９の横（ゼロ点２９からＸ方向プラス側の位置）をＹ方向に略平行に通り、ターゲット２０の厚み方向の途中まで至り、その内部をアーチ状に曲がるように延び、右側磁石１３のＳ極に入る。

このような磁力線２５Ａ、２５Ｂ、２６、２７、２８に基づくターゲット２０のスパッタリング現象について、ターゲット２０の表面２０Ａに漏洩する表面２０Ａ近傍の漏れ磁界のうちの、表面２０Ａに平行（Ｘ方向）な磁束密度成分（以下、「平行磁束密度」という）および表面２０Ａに垂直（Ｙ方向）な磁束密度成分（以下、「垂直磁束密度」という）を基にして、図３および図４を参照しつつ検討する。

漏れ磁界のうちのＹ方向の垂直磁束密度がゼロ付近になるターゲット部分（垂直ゼロクロス）が、スパッタリングにより早く削れることが経験上知られている。

また、漏れ磁界のうちの平行磁束密度は、プラズマ閉じ込め用の漏れ磁界として機能して、この平行磁束密度の絶対値の多寡により、ターゲット２０の侵食度合いが支配されると考えられている。

図４（ｂ）から理解されるとおり、上記垂直磁束密度が略ゼロになるＸ方向の位置には、Ｘ方向左端付近の第１の垂直ゼロクロスＶＢ１と、Ｘ方向中央から若干右寄りの第２の垂直ゼロクロスＶＢ２と、がある。

そこで、先ずは、第１の垂直ゼロクロスＶＢ１におけるターゲット２０のスパッタリング現象について吟味する。

第１の垂直ゼロクロスＶＢ１は、図３および図４（ｂ）に示す如く、第２の上側磁力線２５Ｂのターゲット２０のＸ方向逆向きに平行なベクトルにより形成される。

そして、この第２の上側磁力線２５Ｂを作る左側回転体１１の板状磁石１１ａと左側磁石１０とが互いに隣接していることから、第１の垂直ゼロクロスＶＢ１のＸ方向の範囲は狭くなると考えられ、このことは、図４（ｂ）に示した第１の垂直ゼロクロスＶＢ１近傍の急峻な垂直磁束密度の変化により裏付けられている。

また、図３に示す如く、第２の上側磁力線２５Ｂの磁束密度のＸ方向成分を相殺する、所謂下側磁力線が存在しないことから、第１の垂直ゼロクロスＶＢ１近傍の平行磁束密度が高い傾向を示すものと考えられ、このことは、図４（ａ）に示した第１の垂直ゼロクロスＶＢ１に対応するＸ方向位置の平行磁束密度（絶対値）の最大数値（目盛：約１１）により裏付けられている。

以上に述べた垂直磁束密度および水平磁束密度の評価によれば、第１の垂直ゼロクロスＶＢ１においては、ターゲット２０は、そのスパッタリングにより、Ｘ方向の狭い範囲で急速に削れると推定される。

次に、第２の垂直ゼロクロスＶＢ２におけるターゲット２０のスパッタリング現象について吟味する。

第２の垂直ゼロクロスＶＢ２の下方近傍には、図３および図４（ｂ）に示す如く、第１の上側磁力線２５Ａ、下側磁力線２６、内側中間磁力線２７および外側中間磁力線２８に囲まれた領域内にゼロ点２９が形成されている。

要するに、この第２の垂直ゼロクロスＶＢ２は、第１の上側磁力線２５Ａのターゲット２０のＸ方向に平行なベクトルにより形成される状況において、この第１の上側磁力線２５Ａを作る左側回転体１１の板状磁石１１ａと右側磁石１３とが互いに隣接していないことから、第２の垂直ゼロクロスＶＢ２のＸ方向の範囲は広がると考えられ、このことは、図４（ｂ）に示した第２の垂直ゼロクロスＶＢ２近傍の緩慢な垂直磁束密度の変化により裏付けられている。

また、第２の垂直ゼロクロスＶＢ２の下方にゼロ点２９が存在すること（言い換えれば、第１の上側磁力線２５Ａの磁束密度のＸ方向成分を相殺する下側磁力線２６が存在すること）から、第２の垂直ゼロクロスＶＢ２近傍の平行磁束密度がそれ程高くならず、このことは、図４（ａ）に示した第２の垂直ゼロクロスＶＢ２に対応するＸ方向位置の平行磁束密度（絶対値）の最大数値（目盛：約５）により裏付けられている。

以上に述べた垂直磁束密度および水平磁束密度の評価によれば、第２の垂直ゼロクロスＶＢ２においては、ターゲット２０は、そのスパッタリングにより、Ｘ方向の広い範囲で緩やかに削れると推定される。

次に、このような磁石構造体１１０を使用したターゲット２０のスパッタリング動作について説明する。

図５は、本実施の形態による磁石構造体１１０を使用したターゲットのスパッタリング動作を示した模式図である。

図５の上段の磁石構造体は、図２に示した磁石構造体１１０と同様に配置されている。

すなわち、図５の上段には、左側回転体１１の板状磁石１１ａの中心軸Ｐの周りの回転により、左右側磁石１０、１３のターゲット２０の裏面２０Ｂに向いた磁極（Ｓ極）と異種の、左側回転体１１の板状磁石１１ａの磁極（Ｎ極）がターゲット２０の裏面２０Ｂに向き、かつ、右側回転体１２の板状磁石１２ａの中心軸Ｐの周りの回転により、右側磁石１３（Ｓ極）と左側回転体１１の板状磁石１１ａ（Ｎ極）との間にターゲット２０の幅方向（Ｘ方向）に形成される磁力線（図３の第１の上側磁力線２５Ａ）を相殺するよう、右側回転体１２の磁気モーメントがターゲット２０の幅方向に向くという磁石構造体１１０の使用形態が図示されている。

この場合には、磁石構造体１１０により形成される垂直磁束密度および水平磁束密度に基づき、図５の上段に示す如く、ターゲット２０は、そのスパッタリングにより、左側磁石１０と左側回転体１１との間のターゲット２０の幅方向（Ｘ方向）の狭い範囲で早く削れ、左側回転体１１と右側磁石１３との間のＸ方向の広い範囲で緩やかに削れる。

図５の中段の磁石構造体は、図２に示した磁石構造体１１０に対し、左側回転体１１を反時計回りに９０°回転させ、かつ右側回転体１２を反時計回りに９０°回転させて配置されている。

すなわち、図５の中段には、右側回転体１２の板状磁石１２ａの中心軸Ｐの周りの回転により、左右側磁石１０、１３のターゲット２０の裏面２０Ｂに向いた磁極（Ｓ極）と異種の、右側回転体１２の板状磁石１２ａの磁極（Ｎ極）がターゲット２０の裏面２０Ｂに向き、かつ、左側回転体１１の板状磁石１１ａの中心軸Ｐの周りの回転により、左側磁石１０（Ｓ極）と右側回転体１２の板状磁石１２ａ（Ｎ極）との間にターゲット２０の幅方向（Ｘ方向）に形成される磁力線を相殺するよう、左側回転体１１の磁気モーメントがターゲット２０の幅方向に向くという磁石構造体１１０の使用形態が図示されている。

この場合には、磁石構造体１１０により形成される垂直磁束密度および水平磁束密度に基づき、図５の中段に示す如く、ターゲット２０は、そのスパッタリングにより、右側磁石１３と右側回転体１２との間のターゲット２０の幅方向（Ｘ方向）の狭い範囲で早く削れ、右側回転体１２と左側磁石１０との間のＸ方向の広い範囲で緩やかに削れる。

そこで、アクチュエータ１４（図１）の動作に基づき、磁石構造体１１０の左右側回転体１１、１２を、ターゲット２０のスパッタリング状態に応じて所定の周期毎に、図５の上段の使用形態と図５の中段の使用形態になるように、中心軸Ｐの周りに回転させることにより、第１および第２の垂直ゼロクロスＶＢ１、ＶＢ２（その近傍の領域の磁力線分布）がターゲット２０の幅方向に移動することから、両者間のターゲット２０の侵食が交互に重畳的になされ、その結果として、図５の下段に示したターゲット２０の侵食状態の如く、ターゲット２０の表面２０Ｂに垂直に湧き出す部分の、磁力線によるプラズマ閉じ込め機能を発揮し得ない領域が消滅することになり、ターゲット２０は、その略全域に亘り削れて好適である。

よって、本実施の形態の磁石構造体１１０およびその使用方法によれば、ターゲット２０の表面上の磁力線分布を適宜、所定の周期毎に変更可能であることから、ターゲット２０の局所的なスパッタが抑えられたワイドエロージョンを実現可能であり、ターゲット使用効率を高めることができ、延いては、ターゲット２０の交換期間を延ばせて、プレーナ型マグネトロンスパッタリング装置の稼働率向上に資することになる。

また、本実施の形態の磁石構造体１１０およびその使用方法によれば、磁石構造体１１０の全体を揺動させることなく、磁石構造体１１０の一部材に過ぎない左右側回転体１１、１２のみを、それらの中心軸Ｐを中心に回転させるという簡易な駆動機構により、ターゲット２０の表面上の磁力線分布を適宜、所定の周期毎に変更でき好適である。

本発明による磁石構造体は、例えば、マグネトロンスパッタリング装置用の磁界形成手段として有用である。

本発明の実施の形態に係る磁石構造体を含むカソード電極ユニットを平面視した図である。 図１のII−II断面線に沿った部分のカソード電極ユニットの斜視図である。 静磁場シミュレーション技術による本実施の形態に係る磁石構造体の解析結果の一例を示した図である。 静磁場シミュレーション技術による本実施の形態に係る磁石構造体の解析結果の一例を示した図である。 本実施の形態による磁石構造体を使用したターゲットのスパッタリング動作を示した模式図である。

符号の説明

１０ 左側磁石
１１ 左側回転体
１２ 右側回転体
１３ 右側磁石
１４ アクチュエータ
２０ ターゲット
２１ 基台
２２ 第１のベース片
２３ 第２のベース片
２６ 上側磁力線
２５Ａ 第１の上側磁力線
２５Ｂ 第２の上側磁力線
２６ 下側磁力線
２７ 内側中間磁力線
２８ 外側中間磁力線
２９ ゼロ点
１００ カソード電極ユニット
１１０ 磁石構造体
Ｖ１ 電力源
ＶＢ１ 第１の垂直ゼロクロス
ＶＢ２ 第２の垂直ゼロクロス

Claims (7)

1. 互いに同種の磁極がターゲットの裏面に向くよう、前記ターゲットの裏面側に配置された第１および第２の固定磁石と、
   前記第１および第２の固定磁石の間の前記ターゲットの裏面側に配置され、前記ターゲットの厚み方向と幅方向とに沿った平面内において磁気モーメントの向きを変更可能な磁界補正手段と、
   を備えたマグネトロンスパッタリング装置用の磁石構造体。
2. 前記磁界補正手段は、磁極として機能する両端面を有する複数の磁石を含み、前記磁石は、前記平面内において前記両端面を回転可能に構成されている請求項１記載の磁石構造体。
3. 前記磁界補正手段は、前記第１の固定磁石に隣接する前記磁石を含み前記平面に垂直な軸の周りに回転可能な第１の回転体と、前記第２の固定磁石に隣接する前記磁石を含み前記平面に垂直な軸の周りに回転可能な第２の回転体である請求項２記載の磁石構造体。
4. 前記第１および第２の回転体は、前記磁石と、前記両端面に挟まれた前記磁石の両側面の各々に接合された部材と、によって、前記軸を中心とした略円柱状に形作られている請求項３記載の磁石構造体。
5. 前記第１の回転体の前記軸の周りの回転により、前記同種の磁極と異なった前記第１の回転体の磁極が前記ターゲットの裏面に向き、かつ、前記第２の回転体の前記軸周りの回転により、前記第２の固定磁石と前記第１の回転体との間に形成される磁力線を相殺するよう、前記第２の回転体の磁気モーメントが前記ターゲットの幅方向に向く使用形態と、
   前記第２の回転体の前記軸の周りの回転により、前記同種の磁極と異なった前記第２の回転体の磁極が前記ターゲットの裏面に向き、かつ、前記第１の回転体の中心軸周りの回転により、前記第１の固定磁石と前記第２の回転体との間に形成される磁力線を相殺するよう、前記第１の回転体の磁気モーメントが前記ターゲットの幅方向に向く使用形態と、含む、請求項３または４記載の磁石構造体の使用方法。
6. 非磁性金属からなるターゲットと、前記ターゲット裏面側に配置された請求項１乃至４の何れかに記載の磁石構造体と、前記ターゲットに所定電力を給電する電力源と、を備えたマグネトロンスパッタリング装置用のカソード電極ユニット。
7. 請求項６記載のカソード電極ユニットと、前記カソード電極ユニットの前記ターゲットに対向する基板と、を格納した内部を減圧可能な真空槽と、を備えたマグネトロンスパッタリング装置。