JP2013014803A - Magnet unit, magnetic field generator, and magnetron sputtering apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁石ユニット、磁界発生装置及びマグネトロンスパッタ装置に関し、例えば磁界によりプラズマを閉じ込め、原子を効率良くターゲット表面に衝突させるマグネトロンスパッタ装置に適用して好適なものである。 The present invention relates to a magnet unit, a magnetic field generator, and a magnetron sputtering apparatus, and is suitably applied to, for example, a magnetron sputtering apparatus that confines plasma by a magnetic field and efficiently causes atoms to collide with a target surface.
従来、基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置として、マグネトロンスパッタ装置が知られている。このマグネトロンスパッタ装置では、ターゲットと被成膜基板との間に電圧を印加してスパッタガスを放電させて陰極近傍の空間にプラズマを発生させることにより、被成膜基板上に薄膜を形成するようになされている。そして、このようなマグネトロンスパッタ装置は、磁石ユニットが設けられており、当該磁石ユニットによってスパッタリング領域内に磁界を発生させて、プラズマをこの磁界内に閉じ込めることにより、原子を効率良くターゲット表面に衝突させ得るようになされている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a magnetron sputtering apparatus is known as a thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate. In this magnetron sputtering apparatus, a thin film is formed on the deposition substrate by applying a voltage between the target and the deposition substrate to discharge the sputtering gas and generating plasma in the space near the cathode. Has been made. Such a magnetron sputtering apparatus is provided with a magnet unit, and a magnetic field is generated in the sputtering region by the magnet unit and the plasma is confined in the magnetic field, so that the atoms collide with the target surface efficiently. (See, for example, Patent Document 1).
ところで、このようなマグネトロンスパッタ装置では、ターゲット利用効率を高めることや、被成膜基板への膜厚分布を良好にすることが常に求められている。ターゲット利用効率や膜厚分布は、ターゲットの材質や大きさ等によって変わり得るが、ターゲット後方に配置されている磁石ユニットの磁石配置形状による影響も無視できない。 By the way, in such a magnetron sputtering apparatus, it is always required to increase the target utilization efficiency and to improve the film thickness distribution on the deposition target substrate. The target utilization efficiency and the film thickness distribution can vary depending on the material and size of the target, but the influence of the magnet arrangement shape of the magnet unit arranged behind the target cannot be ignored.
ここで、磁石ユニットは、磁性板上に複数の磁石を適宜並べることで構成されている。例えば、図19Aに示すように、磁石ユニット100は、環状に配置された第1磁石102が円盤状の磁性板101上に固定され、この第1磁石102に囲まれた領域において、第1磁石102と接することなく、第2磁石103が磁性板101上に固定された構成が一般的である。 Here, the magnet unit is configured by appropriately arranging a plurality of magnets on a magnetic plate. For example, as shown in FIG. 19A, the magnet unit 100 includes a first magnet 102 arranged in an annular shape on a disk-shaped magnetic plate 101, and a first magnet 102 in a region surrounded by the first magnet 102. A configuration in which the second magnet 103 is fixed on the magnetic plate 101 without being in contact with 102 is generally used.
そして、図19Bに示すように、このような磁石ユニット100には、磁性板101と対向するようにして、第1磁石102及び第2磁石103が露出した開口面側に円盤状のターゲット13が設置され得る。これによりターゲット13の表面には、磁石ユニット100から発生した磁力線(図19B中ではターゲット13表面に実線で示す)が弧を描くように発生し得る。ここで、ターゲット13の表面に発生した磁力線において、ターゲット13表面の法線成分の磁束密度が零になった点の集合(以下、これを磁気トラックと呼ぶ)は、磁石ユニット100の形状と似た形状となり得る。 As shown in FIG. 19B, in such a magnet unit 100, a disk-shaped target 13 is provided on the opening surface side where the first magnet 102 and the second magnet 103 are exposed so as to face the magnetic plate 101. Can be installed. As a result, lines of magnetic force generated from the magnet unit 100 (shown by solid lines on the surface of the target 13 in FIG. 19B) can be generated on the surface of the target 13 so as to draw an arc. Here, in the magnetic force lines generated on the surface of the target 13, a set of points where the magnetic flux density of the normal component on the surface of the target 13 becomes zero (hereinafter referred to as a magnetic track) is similar to the shape of the magnet unit 100. The shape can be different.
そして、磁気トラックには、ターゲット13に発生した電界との作用により、高密度プラズマが発生し、磁気トラック近傍にてスパッタが推進される。すなわち、磁気トラック形状、言い換えれば磁石ユニット100の形状が変われば、スパッタ粒子の発生領域も変わり、被成膜基板上の膜厚分布や膜質にも影響を与えることになる。そして、このようなことは、ターゲット13と被成膜基板との距離が近い静止対向成膜において顕著に表れる。 A high-density plasma is generated on the magnetic track by the action of the electric field generated on the target 13, and sputtering is promoted in the vicinity of the magnetic track. That is, if the shape of the magnetic track, in other words, the shape of the magnet unit 100 is changed, the sputtered particle generation region is also changed, which affects the film thickness distribution and film quality on the film formation substrate. Such a phenomenon appears remarkably in the stationary facing film formation in which the distance between the target 13 and the film formation substrate is short.
また、例えば、磁石ユニット100に設置されているターゲット13を、現在使用しているターゲット13とは異なる材質や大きさ等でなるターゲットに変えた場合には、これに応じてターゲットの利用効率を高めたり、或いは被成膜基板への膜厚分布を良好にするため、磁石ユニット100における第1磁石102及び第2磁石103の配置形状をも変える必要がある。 In addition, for example, when the target 13 installed in the magnet unit 100 is changed to a target made of a material, size, etc. different from the target 13 currently used, the use efficiency of the target is increased accordingly. In order to improve the film thickness distribution on the deposition target substrate, it is necessary to change the arrangement shape of the first magnet 102 and the second magnet 103 in the magnet unit 100.
しかしながら、磁石ユニット100では、第1磁石102及び第2磁石103が磁性板101上に接着剤により固定されることから、これら第1磁石102及び第2磁石103の配置状態を変えて磁気トラックを変更しようとした場合、磁石ユニット100自体を改めて製造し直さなければならず、手間や時間がかかり、さらにはその分だけ新たなコストも発生してしまうという問題があった。 However, in the magnet unit 100, since the first magnet 102 and the second magnet 103 are fixed on the magnetic plate 101 with an adhesive, the arrangement of the first magnet 102 and the second magnet 103 is changed to change the magnetic track. When trying to change, there is a problem that the magnet unit 100 itself has to be manufactured again, which takes time and effort, and a new cost is generated accordingly.
そこで、本発明は以上の点を考慮してなされたもので、時間や手間をかけずに磁気トラックを容易に変更できるとともに、コスト低減も図り得る磁石ユニット、磁界発生装置及びマグネトロンスパッタ装置を提案することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in consideration of the above points, and proposes a magnet unit, a magnetic field generator, and a magnetron sputtering apparatus that can easily change a magnetic track without taking time and effort and can also reduce costs. The purpose is to do.
かかる課題を解決するため本発明の請求項1は、マグネトロンスパッタ装置に用いられる磁石ユニットであって、ターゲットが対向するように配置される保持板と、前記保持板に設けられた第1磁石と、前記保持板上に設けられ、異なる磁極を有する第2磁石とを備え、前記第2磁石は、前記保持板に回転自在に軸支され、回転することで前記磁極を変化させて、前記ターゲットの表面に形成される磁気トラックの形状を変化させることを特徴とする。 In order to solve this problem, claim 1 of the present invention is a magnet unit used in a magnetron sputtering apparatus, and a holding plate arranged so that a target faces each other, and a first magnet provided on the holding plate, A second magnet having a different magnetic pole provided on the holding plate, the second magnet being rotatably supported by the holding plate, and changing the magnetic pole by rotating to thereby change the target. The shape of the magnetic track formed on the surface of the substrate is changed.
また、本発明の請求項2は、前記第2磁石は、第1磁極半体と、前記第1磁極半体の磁極と異なる磁極でなる第2磁極半体とにより構成され、前記保持板の法線との直交方向に回転軸を備え、前記回転軸を中心に前記保持板上で回転することで、前記第1磁極半体及び又は第2磁極半体が前記ターゲット側に配置されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the second magnet includes a first magnetic pole half and a second magnetic pole half made of a magnetic pole different from the magnetic pole of the first magnetic pole half. The first magnetic pole half and / or the second magnetic pole half are arranged on the target side by providing a rotation axis in a direction orthogonal to the normal and rotating on the holding plate around the rotation axis. It is characterized by.
また、本発明の請求項3は、前記第1磁石は、前記保持板に配置された第1磁極要素と、前記第1磁極要素に囲まれた領域に配置され、外周の一部が切り欠かれた第2磁極要素とを備え、前記第2磁石が、前記第2磁石要素の切り欠かれた切り欠き部に配置されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the first magnet is disposed in a first magnetic pole element disposed on the holding plate and a region surrounded by the first magnetic pole element, and a part of the outer periphery is cut away. A second magnetic pole element, and the second magnet is disposed in a cutout portion of the second magnet element.
また、本発明の請求項4は、前記保持板には開口部が形成されたおり、前記開口部に前記第2磁石の一部が配置されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, an opening is formed in the holding plate, and a part of the second magnet is disposed in the opening.
また、本発明の請求項5は、請求項1〜4のうちいずれか1項記載の磁石ユニットと、前記磁石ユニットを回転させる回転駆動部と、前記磁石ユニットの所定角度に調整された第2磁石を非回転状態で固定する固定手段とを備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, the magnet unit according to any one of the first to fourth aspects, a rotation driving unit that rotates the magnet unit, and a second angle adjusted to a predetermined angle of the magnet unit. And a fixing means for fixing the magnet in a non-rotating state.
また、本発明の請求項6は、請求項1〜4のうちいずれか1項記載の磁石ユニットと、前記磁石ユニットを回転させる回転駆動部と、前記回転駆動部の回転を前記磁石ユニットの第2磁石に伝達し、前記磁石ユニットの回転と連動させて前記第2磁石も回転させる連動手段とを備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, the magnet unit according to any one of the first to fourth aspects, a rotation driving unit that rotates the magnet unit, and the rotation of the rotation driving unit is the second of the magnet unit. There is provided an interlocking means for transmitting to two magnets and rotating the second magnet in conjunction with rotation of the magnet unit.
また、本発明の請求項7は、請求項1〜4のうちいずれか1項記載の磁石ユニットと、前記磁石ユニットを回転させる回転駆動部と、該回転駆動部とは別に前記磁石ユニットの第2磁石を回転させる第2磁石用回転駆動部とを備えることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, the magnet unit according to any one of the first to fourth aspects, a rotation driving unit that rotates the magnet unit, and a rotation unit that is separate from the rotation driving unit. And a second magnet rotation drive unit that rotates the two magnets.
また、本発明の請求項8は、磁界発生装置によってスパッタリング領域内に磁界を発生させて、プラズマを前記磁界内に閉じ込めることにより、原子をターゲット表面に衝突させ、前記ターゲットと対向した被成膜保持板に薄膜を形成するマグネトロンスパッタ装置であって、前記磁界発生装置が請求項5〜7のうちいずれか1項記載の磁界発生装置であることを特徴とする。 Further, according to claim 8 of the present invention, a magnetic field is generated in a sputtering region by a magnetic field generator, and the plasma is confined in the magnetic field so that atoms collide with the surface of the target and the film is formed facing the target. A magnetron sputtering apparatus for forming a thin film on a holding plate, wherein the magnetic field generator is the magnetic field generator according to any one of claims 5 to 7.
本発明によれば、異なる磁極を有し、保持板に回転自在に軸支した第2磁石を設け、第2磁石を回転させることで磁極を変化させ、ターゲットの表面に形成される磁気トラックの形状を変化させるようにしたことにより、保持板に配置された磁極を取り外すことなく、磁気トラックの形状を最適な形状へと変えることができ、かくして磁極を取り外す時間や手間をかけずに磁気トラックを容易に変更できるとともに、その分だけコスト低減も図り得る。 According to the present invention, the second magnet having different magnetic poles and rotatably supported on the holding plate is provided, and the magnetic poles are changed by rotating the second magnet, so that the magnetic track formed on the surface of the target By changing the shape, it is possible to change the shape of the magnetic track to the optimal shape without removing the magnetic poles arranged on the holding plate, thus eliminating the time and effort to remove the magnetic poles. Can be easily changed, and the cost can be reduced accordingly.
以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1)第1の実施の形態
(1−1)第1の実施の形態によるマグネトロンスパッタ装置の構成
図1において、1は本発明を適用できるマグネトロンスパッタ装置を示し、このマグネトロンスパッタ装置1は、所定方向(この場合、紙面に対して奥側)に延びる真空容器2を備え、真空容器2内のほぼ中央位置付近に被成膜基板3が配置されている。マグネトロンスパッタ装置1は、真空容器2内に基板搬送機構4を備えており、この基板搬送機構4によって被成膜基板3の成膜面がz軸と垂直になるように真空容器2内に被成膜基板3を支持している。また、基板搬送機構4は、y軸及びz軸と直交するx軸方向(この場合、紙面奥側)へ延びる真空容器2に沿って、被成膜基板3を搬送し得るようになされている。
(1) First Embodiment (1-1) Configuration of Magnetron Sputtering Apparatus According to First Embodiment In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a magnetron sputtering apparatus to which the present invention can be applied. A vacuum container 2 extending in a predetermined direction (in this case, the back side with respect to the paper surface) is provided, and a deposition target substrate 3 is arranged in the vicinity of the center position in the vacuum container 2. The magnetron sputtering apparatus 1 includes a substrate transfer mechanism 4 in a vacuum container 2, and the substrate transfer mechanism 4 allows the film formation surface of the film formation substrate 3 to be covered in the vacuum container 2 so as to be perpendicular to the z axis. The film formation substrate 3 is supported. The substrate transport mechanism 4 can transport the film formation substrate 3 along the vacuum container 2 extending in the x-axis direction (in this case, the back side in the drawing) perpendicular to the y-axis and the z-axis. .
真空容器2には、ガス導入機構5が設けられており、当該ガス導入機構5により真空容器2内に、例えばアルゴンや窒素、ヘリウム等のスパッタガスが導入され得るようになされている。また、この真空容器2には、排気機構6が設けられており、排気機構6により真空容器2内を10-6パスカル以下の状態とし得るとともに、スパッタガスや不純物ガスを真空容器2内から排気し得るようになされている。なお、この実施の形態の場合には、放電に必要なスパッタガス圧力である0.01〜10パスカルに真空容器2内が調整されている。 The vacuum vessel 2 is provided with a gas introduction mechanism 5 so that, for example, a sputtering gas such as argon, nitrogen, and helium can be introduced into the vacuum vessel 2 by the gas introduction mechanism 5. In addition, the vacuum vessel 2 is provided with an exhaust mechanism 6, which allows the inside of the vacuum vessel 2 to be in a state of 10 −6 Pa or less and exhausts sputtering gas and impurity gas from the vacuum vessel 2. It is made to be able to do. In the case of this embodiment, the inside of the vacuum vessel 2 is adjusted to 0.01 to 10 Pascals, which is a sputtering gas pressure necessary for discharge.
これに加えて、この真空容器2には、被成膜基板3の両成膜面と対向するようにして磁界発生装置10,11が壁部に配置されている。なお、ここで、磁界発生装置10,11は同一構成を有していることから一方の磁界発生装置10に着目して以下説明する。この磁界発生装置10は、真空容器2内にターゲット13が取り付けられており、磁石ユニット14からの磁力線を真空容器2内のターゲット13表面に発生させ得るようになされている。 In addition, in this vacuum vessel 2, magnetic field generators 10 and 11 are arranged on the wall so as to face both film formation surfaces of the film formation substrate 3. Here, since the magnetic field generators 10 and 11 have the same configuration, the following description will be given focusing on one of the magnetic field generators 10. The magnetic field generator 10 has a target 13 attached to the inside of the vacuum vessel 2 and can generate magnetic lines of force from the magnet unit 14 on the surface of the target 13 in the vacuum vessel 2.
実際上、磁界発生装置10には、電源15がカソード容器16に接続されており、直流電力、交流電力、或いは交流電療と直流電力を重畳した電力のいずれかが電源から供給され、カソードとなり得る。これによりマグネトロンスパッタ装置1は、磁界発生装置10に設けられたターゲット13と、被成膜基板3との間に電圧が印加されてスパッタガスを放電させて陰極近傍の空間にプラズマを発生させ得る。なお、この実施の形態の場合、ターゲット13と被成膜基板3との距離は、約30〜40[mm]程度に選定されている。 In practice, the magnetic field generator 10 has a power source 15 connected to the cathode container 16, and either DC power, AC power, or power obtained by superimposing AC power and DC power is supplied from the power source to be a cathode. . As a result, the magnetron sputtering apparatus 1 can generate a plasma in a space near the cathode by applying a voltage between the target 13 provided in the magnetic field generation apparatus 10 and the deposition target substrate 3 to discharge the sputtering gas. . In the case of this embodiment, the distance between the target 13 and the deposition target substrate 3 is selected to be about 30 to 40 [mm].
実際上、磁界発生装置10は、磁石ユニット14と、磁石ユニット14を保持するカソード容器16と、このカソード容器16に設けられ磁石ユニット14を回転させる回転駆動部18とを備えており、被成膜基板3と対向するようにターゲット13がカソード容器16に設置された構成を有する。このような磁界発生装置10は、磁石ユニット14により所定形状の磁気トラックを形成し、ターゲット13に発生した電界との作用により高密度プラズマを発生させて磁気トラック近傍にてスパッタを推進し、被成膜基板3上に薄膜を形成し得るようになされている。さらには、回転駆動部18により磁石ユニット14を回転させて、磁気トラックを回転させることで、ターゲット13上の発生する浸食(エロージョン)の集中を防ぎ、ターゲット利用効率を高めることを可能にする。かくして、マグネトロンスパッタ装置1は、真空容器2の壁部に対向するように設けられた磁界発生装置10,11により、被成膜基板3の両成膜面にそれぞれ薄膜を形成し得るようになされている。 In practice, the magnetic field generator 10 includes a magnet unit 14, a cathode container 16 that holds the magnet unit 14, and a rotation drive unit 18 that is provided in the cathode container 16 and rotates the magnet unit 14. The target 13 is configured to be installed in the cathode container 16 so as to face the membrane substrate 3. Such a magnetic field generator 10 forms a magnetic track of a predetermined shape by the magnet unit 14, generates high-density plasma by the action of the electric field generated on the target 13, and promotes sputtering near the magnetic track. A thin film can be formed on the film formation substrate 3. Furthermore, by rotating the magnet unit 14 by the rotation drive unit 18 and rotating the magnetic track, concentration of erosion (erosion) generated on the target 13 can be prevented and target utilization efficiency can be increased. Thus, the magnetron sputtering apparatus 1 can form thin films on both film formation surfaces of the film formation substrate 3 by the magnetic field generators 10 and 11 provided so as to face the wall portion of the vacuum vessel 2. ing.
(1−2)磁石ユニットの概略
ここで、図2に示すように、本発明を適用できる磁石ユニット14は、例えば円盤状の磁性板20に第1磁石21と第2磁石22とが設けられた構成を有し、この第2磁石22が回転自在に設けられ、当該第2磁石22が回転することで磁極が変化して磁気トラックの形状を変更可能に構成されている点に特徴を有する。
(1-2) Outline of Magnet Unit Here, as shown in FIG. 2, a magnet unit 14 to which the present invention can be applied includes, for example, a disk-shaped magnetic plate 20 provided with a first magnet 21 and a second magnet 22. The second magnet 22 is provided so as to be rotatable, and the magnetic pole is changed by changing the second magnet 22 so that the shape of the magnetic track can be changed. .
因みに、この磁石ユニット14は、磁性板20の円中心を貫く法線(z軸方向)を回転軸z1として回転駆動部18により回転され得るようになされており、被成膜基板3上に薄膜を形成する際、回転軸z1を中心に時計周り又は反時計回りに回転し続け、ターゲット13表面に均一な磁気トラックを生成し得るようになされている。 Incidentally, the magnet unit 14 can be rotated by the rotation drive unit 18 with the normal line (z-axis direction) penetrating the center of the circle of the magnetic plate 20 as the rotation axis z1, and a thin film is formed on the deposition target substrate 3. Is formed, it can continue to rotate clockwise or counterclockwise about the rotation axis z1 to generate a uniform magnetic track on the surface of the target 13.
第1磁石21は、磁性板20の周縁に沿って円形状に配置された第1磁石要素21aと、磁性板20上に固定され、第1磁石要素21aに取り囲まれた領域に配置された第2磁石要素21bとで構成されている。ここで、第2磁石要素21bは、円形状の一部が切り欠かれてC字状に形成されており、外周部に切欠き部23が設けられた構成を有する。具体的にこの第2磁石要素21bは、C字状の直径が、第1磁石要素21aの直径よりも小さく選定されており、第1磁石要素21aと所定間隔を設けて磁性板20上に固定されている。 The first magnet 21 has a first magnet element 21a arranged in a circular shape along the periphery of the magnetic plate 20, and a first magnet 21a fixed on the magnetic plate 20 and arranged in a region surrounded by the first magnet element 21a. It consists of two magnet elements 21b. Here, the second magnet element 21b has a configuration in which a part of a circular shape is notched and formed in a C shape, and a notch portion 23 is provided on the outer peripheral portion. Specifically, the second magnet element 21b has a C-shaped diameter selected to be smaller than the diameter of the first magnet element 21a, and is fixed on the magnetic plate 20 with a predetermined distance from the first magnet element 21a. Has been.
なお、この実施の形態の場合、第1磁石21は、円形状の第1磁石要素21aと、C字状の第2磁石要素21bと、円盤状の磁性板20とが同心状に配置され、エポキシ系接着剤によりこれら第1磁石要素21a及び第2磁石要素21bが磁性板20に固定された構成を有する。また、第1磁石21は、例えば第1磁石要素がN極からなり、第2磁石要素が第1磁石要素の磁極と異なる磁極であるS極からなり、第1磁石要素21a及び第2磁石要素21bが異なる磁極で形成されている。 In this embodiment, the first magnet 21 includes a circular first magnet element 21a, a C-shaped second magnet element 21b, and a disk-shaped magnetic plate 20 arranged concentrically. The first magnet element 21a and the second magnet element 21b are fixed to the magnetic plate 20 by an epoxy adhesive. In addition, the first magnet 21 includes, for example, a first magnet element having an N pole, a second magnet element having an S pole that is a magnetic pole different from the magnetic pole of the first magnet element, and the first magnet element 21a and the second magnet element. 21b is formed of different magnetic poles.
これに加えて、磁石ユニット14は、第2磁石要素21bの切欠き部23内に第2磁石22を備えており、この第2磁石22の磁極を必要に応じて変化させることにより、磁石ユニット14により形成される磁気トラックの形状を適宜変化させ得るようになされている。この実施の形態の場合、第2磁石22は、第2磁石要素21bの切り欠き部23にて軸方向が配置されており、一端部が磁性板20の中心点近傍に位置し、他端部が第1磁石要素21aの近傍に位置している。 In addition to this, the magnet unit 14 includes a second magnet 22 in the notch 23 of the second magnet element 21b. By changing the magnetic pole of the second magnet 22 as necessary, the magnet unit 14 The shape of the magnetic track formed by 14 can be appropriately changed. In the case of this embodiment, the second magnet 22 is arranged in the axial direction at the notch 23 of the second magnet element 21b, one end is located near the center point of the magnetic plate 20, and the other end Is located in the vicinity of the first magnet element 21a.
実際上、図3に示すように、第2磁石22は、円柱形状からなり、半円柱形状の第1磁極半体25aと、同じく半円柱形状で、かつ第1磁極半体25aの磁極(例えばN極)と異なる磁極(例えばS極)でなる第2磁極半体25bとから構成されている。第2磁石22は、軸方向が磁極板20の法線(z軸)に対して直交方向に配置されており、この軸方向を回転軸y1として回転することで、磁性板20に対する第1磁極半体25a及び第2磁極半体25bの配置状態が変化し、磁石ユニット14により形成される磁気トラックが変化し得る。 In practice, as shown in FIG. 3, the second magnet 22 has a cylindrical shape, a semi-cylindrical first magnetic pole half body 25a, and also a semi-cylindrical magnetic pole of the first magnetic pole half body 25a (for example, N pole) and a second magnetic pole half body 25b having a different magnetic pole (for example, S pole). The second magnet 22 is arranged such that the axial direction is orthogonal to the normal line (z axis) of the magnetic pole plate 20, and the first magnetic pole with respect to the magnetic plate 20 is rotated by rotating this axial direction as the rotation axis y1. The arrangement state of the half body 25a and the second magnetic pole half body 25b changes, and the magnetic track formed by the magnet unit 14 can change.
なお、この第1の実施の形態の場合、被成膜基板3上に薄膜を形成する際、磁性板20自体が法線たる中心軸z1を中心に回転しているものの、第2磁石22は、所定の回転位置にて位置決めされ、所定の磁極状態に固定されたまま用いられ得る。 In the case of the first embodiment, when the thin film is formed on the film formation substrate 3, the magnetic plate 20 itself rotates about the central axis z1 that is the normal line, but the second magnet 22 is It is positioned at a predetermined rotational position and can be used while being fixed to a predetermined magnetic pole state.
ここで、第2磁石22を回転させて磁極の状態を変化させた場合に、磁石ユニット14により形成される磁気トラックがどのように変化するかについて説明する。ここでは、図4に示すように、第2磁石22の回転位置について、第2磁石22に回転基準線a1を設け、この回転基準線a1が磁性板20に定義した固定基準線a2に対してどの程度の回転角度θに位置決めされたかにより特定する。 Here, how the magnetic track formed by the magnet unit 14 changes when the state of the magnetic pole is changed by rotating the second magnet 22 will be described. Here, as shown in FIG. 4, with respect to the rotational position of the second magnet 22, a rotation reference line a1 is provided in the second magnet 22, and this rotation reference line a1 is relative to the fixed reference line a2 defined in the magnetic plate 20. It is specified by how much the rotation angle θ is positioned.
実際上、図4では、第2磁石22の回転軸y1と直角に配置され、かつ第1磁極半体25a及び第2磁極半体25bの各外周面中央を貫く線を回転基準線a1とし、磁性板20の面からの法線(z軸)を固定基準線a2とし、固定基準線a2からの回転基準線a1の回転角度θで第2磁石22の回転の程度を表している。 In practice, in FIG. 4, a line that is disposed perpendicular to the rotation axis y1 of the second magnet 22 and passes through the center of each outer peripheral surface of the first magnetic pole half body 25a and the second magnetic pole half body 25b is defined as a rotation reference line a1. A normal line (z axis) from the surface of the magnetic plate 20 is a fixed reference line a2, and the degree of rotation of the second magnet 22 is represented by the rotation angle θ of the rotation reference line a1 from the fixed reference line a2.
具体的に、回転角度θが0度の場合は、磁性板20の固定基準線a2と第2磁石22の回転基準線a1とが一致し、ターゲット13(図4において図示せず)側にN極たる第1磁極半体25aの外周面がほぼ全て露出し、第1磁極半体25aだけがターゲット13に対向した状態となる。 Specifically, when the rotation angle θ is 0 degree, the fixed reference line a2 of the magnetic plate 20 and the rotation reference line a1 of the second magnet 22 coincide with each other and N on the target 13 (not shown in FIG. 4) side. The outer peripheral surface of the first magnetic pole half body 25a, which is the pole, is almost entirely exposed, and only the first magnetic pole half body 25a faces the target 13.
これに対して、回転角度θが90度の場合は、磁性板20の固定基準線a2に対し第2磁石22の回転基準線a1が90度の位置(第1磁極半体25a及び第2磁極半体25bの境界が固定基準線a1と一致した状態)にあり、ターゲット13側にN極たる第1磁極半体25aと、S極たる第2磁極半体25bとの外周面が等しく露出し、これら第1磁極半体25aの外周面と、第2磁極半体25bの外周面が同じ割合でターゲット13に対向した状態となる。 On the other hand, when the rotation angle θ is 90 degrees, the rotation reference line a1 of the second magnet 22 is 90 degrees with respect to the fixed reference line a2 of the magnetic plate 20 (the first magnetic pole half 25a and the second magnetic pole). The boundary of the half body 25b coincides with the fixed reference line a1, and the outer peripheral surfaces of the first magnetic pole half body 25a, which is the N pole, and the second magnetic pole half body 25b, which is the S pole, are exposed to the target 13 The outer peripheral surface of the first magnetic pole half body 25a and the outer peripheral surface of the second magnetic pole half body 25b are in a state of facing the target 13 at the same ratio.
また、回転角度θが180度の場合は、磁性板20の固定基準線a2と第2磁石22の回転基準線a1とが一致し、ターゲット13側にS極たる第2磁極半体25bの外周面がほぼ全て露出し、第2磁極半体25bだけがターゲット13に対向した状態となる。因みに、この実施の形態の場合、第2磁石22は、磁性板20に形成された開口部20a内に一部が埋め込まれるように配置されており、磁性板20からの突出の程度が抑制され、磁石ユニット14全体の薄型化が図られている。 When the rotation angle θ is 180 degrees, the fixed reference line a2 of the magnetic plate 20 and the rotation reference line a1 of the second magnet 22 coincide with each other, and the outer periphery of the second magnetic pole half body 25b serving as the S pole on the target 13 side. The surface is almost entirely exposed, and only the second magnetic pole half body 25b faces the target 13. Incidentally, in the case of this embodiment, the second magnet 22 is arranged so as to be partially embedded in the opening 20a formed in the magnetic plate 20, and the degree of protrusion from the magnetic plate 20 is suppressed. Thus, the entire magnet unit 14 is reduced in thickness.
そして、第2磁石22の回転角度θを所定の角度に調整して磁極状態を固定しつつ、磁性板20も回転させることなく静止させた状態での磁気トラックを調べたところ、図5A〜図5Fに示すような磁気トラックJTとなることが確認できた。なお、図5A〜図5Fの結果が得られる検証試験については、後述する「(1−5)検証試験について」にて説明する。 Then, the magnetic track in a state where the magnetic plate 20 was stationary without rotating while adjusting the rotation angle θ of the second magnet 22 to a predetermined angle and fixing the magnetic pole state was examined. It was confirmed that the magnetic track JT as shown in 5F was obtained. The verification test for obtaining the results of FIGS. 5A to 5F will be described in “(1-5) Verification test” described later.
このような磁石ユニット14において、第2磁石22を36度毎に回転させたときのターゲット13上の磁束密度と、磁気トラックJTの形状とを示したものが図5A〜図5Fである。なお、図5A〜図5Fでは、磁性板20の面をx軸及びy軸のxy平面とし、このxy平面と直交しターゲット13表面に垂直な方向をz軸とし、ターゲット13表面を磁場測定手段(例えばテスラメーター)により全面走査測定し、そのうちz軸方向の成分BZが、BZ=0となる箇所を結んだものを磁気トラックJT(ターゲット13表面にエロージョンが発生する箇所)としている。 In such a magnet unit 14, FIGS. 5A to 5F show the magnetic flux density on the target 13 and the shape of the magnetic track JT when the second magnet 22 is rotated every 36 degrees. 5A to 5F, the surface of the magnetic plate 20 is the xy plane of the x axis and the y axis, the direction perpendicular to the xy plane and perpendicular to the surface of the target 13 is the z axis, and the surface of the target 13 is a magnetic field measuring means. The whole surface is measured by scanning (for example, a teslameter), and the magnetic track JT (where erosion occurs on the surface of the target 13) is formed by connecting portions where the component B Z in the z-axis direction becomes B Z = 0.
例えば、図5Aに示すように、第2磁石22の回転角度θが0度のとき、磁気トラックJTの形状は、外周の一部領域から中心領域まで切り欠かれた凹状の形状になり得る。また、図5Bに示すように、第2磁石22の回転角度θが36度のときや、図5Cに示すように、第2磁石22の回転角度θが72度のときでは、磁気トラックJTの形状が凹状の形状になるものの、回転角度θが大きくなるに従って、外周の一部領域から中心領域まで切り欠かれた凹みの程度が次第に小さくなってゆく。 For example, as shown in FIG. 5A, when the rotation angle θ of the second magnet 22 is 0 degree, the shape of the magnetic track JT can be a concave shape cut out from a partial region of the outer periphery to the central region. 5B, when the rotation angle θ of the second magnet 22 is 36 degrees, or when the rotation angle θ of the second magnet 22 is 72 degrees as shown in FIG. 5C, the magnetic track JT Although the shape is concave, as the rotation angle θ increases, the degree of dents cut out from a part of the outer periphery to the central region gradually decreases.
さらに、図5Dに示すように、第2磁石22の回転角度θが108度のとき、磁気トラックJTの形状は、外周の一部領域が僅かに窪んだ状態となり得る。そして、図5Eに示すように、第2磁石22の回転角度θが144度のときや、図5Fに示すように、第2磁石22の回転角度θが180度のときでは、回転角度θが大きくなるに従って、磁気トラックJTの外周の窪みが小さくなってゆき、当該磁気トラックJTがほぼ円形状になり得る。このように、磁気トラックJTは、第2磁石22の回転状態が変わることで凹状や円形状に変化し、所望の形状に調整し得ることが確認できた。 Further, as shown in FIG. 5D, when the rotation angle θ of the second magnet 22 is 108 degrees, the shape of the magnetic track JT can be in a state where a part of the outer periphery is slightly depressed. As shown in FIG. 5E, when the rotation angle θ of the second magnet 22 is 144 degrees, or when the rotation angle θ of the second magnet 22 is 180 degrees as shown in FIG. 5F, the rotation angle θ is As the size increases, the outer periphery of the magnetic track JT becomes smaller, and the magnetic track JT can be substantially circular. Thus, it was confirmed that the magnetic track JT changed to a concave shape or a circular shape by changing the rotation state of the second magnet 22 and could be adjusted to a desired shape.
ここで、図6Aは、第2磁石22の磁極位置を調整して、磁石ユニット14が無回転のときに、ターゲット13表面において円形状となった磁気トラックJTを示す。そして、図6Bは、磁気トラックJTを図6Aに示すような円形状とし、そのまま磁石ユニット14を無回転又は回転させて被成膜基板3に成膜した場合に、ターゲット13表面に形成されるエロージョンを示したものである。この場合、図6Bに示すように、ターゲット13の表面には、磁気トラックJTと対向する縁側の領域が大きく侵食されたエロージョンが形成され得る。これにより、図6Cに示すように、被成膜基板3には、ターゲット13に形成されたエロージョンに対向する領域の膜厚が、エロージョンのないターゲット13中央に対向する領域の膜厚よりも厚い薄膜3aが形成される。 Here, FIG. 6A shows a magnetic track JT that is circular on the surface of the target 13 when the magnetic pole position of the second magnet 22 is adjusted and the magnet unit 14 is not rotating. FIG. 6B shows that the magnetic track JT is formed on the surface of the target 13 when the magnetic track JT has a circular shape as shown in FIG. It shows erosion. In this case, as shown in FIG. 6B, an erosion in which the region on the edge facing the magnetic track JT is greatly eroded can be formed on the surface of the target 13. As a result, as shown in FIG. 6C, the film thickness of the region facing the erosion formed on the target 13 is thicker than that of the region facing the center of the target 13 having no erosion. A thin film 3a is formed.
一方、図7Aは、第2磁石22の磁極位置を調整して、磁石ユニット14が無回転のときに、ターゲット13表面において凹形状となった磁気トラックJTを示す。そして、図7Bは、磁気トラックJTを図7Aに示すような凹形状とし、そのまま磁石ユニット14を回転させて被成膜基板3に成膜した場合に、ターゲット13表面に形成されるエロージョンを示したものである。この場合、図7Bに示すように、ターゲット13には、磁気トラックJTと対向する縁側部分が大きく侵食され、中央領域が僅かに侵食されたエロージョンが形成され得る。これにより、図7Cに示すように、被成膜基板3には、ほぼ均一な膜厚の薄膜3aが形成される。 On the other hand, FIG. 7A shows a magnetic track JT that has a concave shape on the surface of the target 13 when the magnetic pole position of the second magnet 22 is adjusted and the magnet unit 14 does not rotate. FIG. 7B shows the erosion formed on the surface of the target 13 when the magnetic track JT has a concave shape as shown in FIG. 7A and the magnet unit 14 is rotated as it is to form a film on the deposition target substrate 3. It is a thing. In this case, as shown in FIG. 7B, the target 13 may be eroded such that the edge portion facing the magnetic track JT is greatly eroded and the central region is slightly eroded. As a result, as shown in FIG. 7C, a thin film 3a having a substantially uniform thickness is formed on the deposition target substrate 3.
さらに、図8Aは、第2磁石22の磁極位置を調整して、磁性板20が無回転のときに、ターゲット13表面において中央領域側が大きく凹んだそら豆形状になった磁気トラックJTを示す。そして、図8Bは、磁気トラックJTを図8Aに示すようなそら豆形状とし、そのまま磁石ユニット14を回転させて被成膜基板3に成膜した場合に、ターゲット13表面に形成されるエロージョンを示したものである。この場合、図8Bに示すように、ターゲット13には、磁気トラックJTと対向する縁側部分から中央領域までほぼ均一に侵食されたエロージョンが形成され得る。これにより、図8Cに示すように、被成膜基板3には、中央部分の領域の膜厚が、縁部分の領域の膜厚よりも厚い薄膜3aが形成される。 Further, FIG. 8A shows a magnetic track JT having a bean shape in which the central region side is greatly recessed on the surface of the target 13 when the magnetic pole position of the second magnet 22 is adjusted and the magnetic plate 20 does not rotate. FIG. 8B shows the erosion formed on the surface of the target 13 when the magnetic track JT has a broad bean shape as shown in FIG. 8A and the magnet unit 14 is rotated to form a film on the film formation substrate 3. It is a thing. In this case, as shown in FIG. 8B, the target 13 may be formed with erosion eroded almost uniformly from the edge portion facing the magnetic track JT to the central region. As a result, as shown in FIG. 8C, a thin film 3a is formed on the deposition target substrate 3 in which the thickness of the central portion is larger than the thickness of the edge portion.
このように、磁石ユニット14は、第2磁石22を所定の回転位置にて固定し、磁極の状態を調整することで、ターゲット13表面に形成される磁気トラックJTの形状を適宜変化させることにより、ターゲット13表面に形成されるエロージョンを変え、その結果、ターゲット13の利用効率が図れるとともに、被成膜基板3上の膜厚分布を変更し得るようになされている。 As described above, the magnet unit 14 can appropriately change the shape of the magnetic track JT formed on the surface of the target 13 by fixing the second magnet 22 at a predetermined rotational position and adjusting the state of the magnetic pole. The erosion formed on the surface of the target 13 is changed. As a result, the utilization efficiency of the target 13 can be improved, and the film thickness distribution on the deposition target substrate 3 can be changed.
(1−3)磁石ユニットの構成
実際上、磁界発生装置10の磁石ユニット14は、上面図である図9Aと、側断面図である図9Bと、下面図である図9Cとに示すように、第2磁石22を回転させる機構として磁極回転機構27が磁性板20に設けられている。なお、この第1の実施の形態においては、第2磁石22を所定の回転位置にて固定した状態で用いるようになされている。
(1-3) Configuration of Magnet Unit In practice, the magnet unit 14 of the magnetic field generator 10 is as shown in FIG. 9A which is a top view, FIG. 9B which is a side sectional view, and FIG. 9C which is a bottom view. A magnetic pole rotating mechanism 27 is provided on the magnetic plate 20 as a mechanism for rotating the second magnet 22. In the first embodiment, the second magnet 22 is used in a fixed state at a predetermined rotational position.
この場合、磁極回転機構27は、磁性板20上に固定された第1ベアリング28a及び第2ベアリング28bと、これら第1ベアリング28a及び第ベアリング28b間に回転自在に設けられた円柱状の軸部材29と、軸部材29に設けられた歯車30aと、歯車30aに噛み合う固定歯車30bとで構成されている。第2磁石22は、軸部材29と同心状に設けられており、第1ベアリング28a及び第2ペアリング28b間に配置され、磁性板20に回転自在に軸支されている。 In this case, the magnetic pole rotating mechanism 27 includes a first bearing 28a and a second bearing 28b fixed on the magnetic plate 20, and a columnar shaft member rotatably provided between the first bearing 28a and the second bearing 28b. 29, a gear 30a provided on the shaft member 29, and a fixed gear 30b meshing with the gear 30a. The second magnet 22 is provided concentrically with the shaft member 29, is disposed between the first bearing 28 a and the second pairing 28 b, and is rotatably supported by the magnetic plate 20.
なお、この実施の形態の場合、磁極回転機構27は、第1ベアリング28aが磁性板20の中心より僅かに外れ、第2磁石要素21bの近傍位置に配置されており、第1ベアリング28aと対向する第2ベアリング28bが第1磁石要素21aの近傍に配置されている。 In the case of this embodiment, in the magnetic pole rotating mechanism 27, the first bearing 28a is slightly deviated from the center of the magnetic plate 20, and is disposed in the vicinity of the second magnet element 21b, and is opposed to the first bearing 28a. A second bearing 28b is disposed in the vicinity of the first magnet element 21a.
歯車30aは、所定直径のかさ歯車形状で、その中央部分に穿設された貫通孔(図示せず)に軸部材29が嵌合されて第2磁石22及び第1ベアリング28a間において軸部材29に固定され得る。固定歯車30bは、所定直径のかさ歯車形状で、その中央部分に設けた軸部(図示せず)が磁性板20に対し回転自在に設けられ、頭部に設けられた固定ねじ31により磁性板20に対し固定され、非回転状態となり得る。 The gear 30a has a bevel gear shape with a predetermined diameter, and a shaft member 29 is fitted into a through hole (not shown) drilled in the central portion thereof, so that the shaft member 29 is interposed between the second magnet 22 and the first bearing 28a. Can be fixed to. The fixed gear 30b has a bevel gear shape with a predetermined diameter, and a shaft portion (not shown) provided at the central portion thereof is rotatably provided with respect to the magnetic plate 20, and the magnetic plate is fixed by a fixing screw 31 provided at the head. Fixed to 20 and can be non-rotating.
磁極回転機構27は、固定歯車30bと歯車30とが噛み合わされ、固定手段としての固定ねじ31を緩めて固定歯車30bを回転させることにより、歯車30aが固定歯車30bの回転方向と直交する回転方向に回転し、これに応じて軸部材29が回転することで第2磁石22も回転し得る。磁極回転機構27は、第2磁石22を所望の角度位置まで回転した後、固定歯車30bが固定ねじ31により固定されることにより、第2磁石22が非回転状態となり磁性板20に対し所定の磁極状態で固定され得る。 In the magnetic pole rotation mechanism 27, the fixed gear 30b and the gear 30 are engaged with each other, and the fixed screw 31 as a fixing means is loosened to rotate the fixed gear 30b, whereby the gear 30a rotates in a direction orthogonal to the rotation direction of the fixed gear 30b. When the shaft member 29 rotates in response to the rotation, the second magnet 22 can also rotate. The magnetic pole rotating mechanism 27 rotates the second magnet 22 to a desired angular position, and then the fixed gear 30b is fixed by the fixing screw 31, whereby the second magnet 22 is brought into a non-rotating state with respect to the magnetic plate 20. It can be fixed in a magnetic pole state.
因みに、この実施の形態の場合、磁極回転機構27は、第2磁石22が第1磁石要素21aよりも厚みを有するものの、磁性板20を貫通した開口部20a内に第2磁石22の一部が位置決めされていることから、第2磁石22の直径方向の厚みと、第1磁石要素21a及び磁性板20を合わせた厚みとがほぼ等しくなり、全体として薄型化が図られ、かつ歯車30aが固定歯車30bと確実に噛み合うように設計されている。 Incidentally, in the case of this embodiment, the magnetic pole rotating mechanism 27 has a part of the second magnet 22 in the opening 20a penetrating the magnetic plate 20, although the second magnet 22 has a thickness larger than that of the first magnet element 21a. Therefore, the thickness of the second magnet 22 in the diametrical direction and the combined thickness of the first magnet element 21a and the magnetic plate 20 are substantially equal, so that the overall thickness is reduced and the gear 30a is It is designed to reliably mesh with the fixed gear 30b.
また、この実施の形態の場合、磁極回転機構27は、磁性板20の厚み方向(z軸)に歯車30aの直径が配置されているものの、当該歯車30aの配置位置に対応して磁性板20に歯車用開口部20bが形成され、この歯車用開口部20bに歯車30aが収納されることで当該歯車30aが、第1磁石要素21a及び磁性板20の厚みから突出することなく薄型化が図られている。 In the case of this embodiment, the magnetic pole rotating mechanism 27 has the diameter of the gear 30a arranged in the thickness direction (z axis) of the magnetic plate 20, but the magnetic plate 20 corresponds to the arrangement position of the gear 30a. The gear opening 20b is formed in the gear opening 20b, and the gear 30a is housed in the gear opening 20b, so that the gear 30a can be thinned without protruding from the thickness of the first magnet element 21a and the magnetic plate 20. It has been.
さらに、この実施の形態の場合、磁極回転機構27は、固定歯車30bの配置位置に固定歯車30bの外郭形状に合わせた凹んだ段差部20cが形成され、この段差部20cに固定歯車30bが収納され、磁性板20の表面から固定歯車30bが突出することが抑制されており、全体として薄型化が図られている。 Further, in the case of this embodiment, the magnetic pole rotating mechanism 27 is formed with a recessed step portion 20c that matches the outer shape of the fixed gear 30b at the position where the fixed gear 30b is disposed, and the fixed gear 30b is accommodated in the step portion 20c. The protrusion of the fixed gear 30b from the surface of the magnetic plate 20 is suppressed, and the overall thickness is reduced.
(1−4)作用及び効果
以上の構成において、磁石ユニット14では、S極及びN極の異なる磁極を有した第2磁石22を磁性板20に回転自在に軸支するようにしたことにより、磁性板20上に配置された磁極を取り外すことなく、第2磁石22を単に回転させるだけで、磁石ユニット14全体で形成される磁気トラックJTの形状を最適な形状へと変えることができる。
(1-4) Operation and Effect In the above configuration, in the magnet unit 14, the second magnet 22 having different magnetic poles of the S pole and the N pole is rotatably supported on the magnetic plate 20, The shape of the magnetic track JT formed by the entire magnet unit 14 can be changed to an optimum shape by simply rotating the second magnet 22 without removing the magnetic poles arranged on the magnetic plate 20.
以上の構成によれば、異なる磁極を有し、磁性板20に回転自在に軸支した第2磁石22を設け、第2磁石22を回転させることで磁極を変化させ、ターゲット13の表面に形成される磁気トラックJTの形状を変化させるようにしたことにより、磁性板20上に配置された磁極を取り外すことなく、磁気トラックJTの形状を最適な形状へと変えることができ、かくして磁極を取り外す時間や手間をかけずに磁気トラックJTを容易に変更できるとともに、その分だけコスト低減も図り得る。 According to the above configuration, the second magnet 22 having different magnetic poles and rotatably supported on the magnetic plate 20 is provided, and the magnetic poles are changed by rotating the second magnet 22 to be formed on the surface of the target 13. By changing the shape of the magnetic track JT, the shape of the magnetic track JT can be changed to an optimum shape without removing the magnetic pole arranged on the magnetic plate 20, and the magnetic pole is thus removed. The magnetic track JT can be easily changed without taking time and effort, and the cost can be reduced accordingly.
(1−5)検証試験について
因みに、上述した図5A〜図5Fに示す結果は、図10に示すような磁石ユニット35を用いて得られた結果である。検証試験に用いた磁石ユニット35は、磁性板20として、SS400の材料で、厚み12[mm]、直径160[mm]の磁性板を用いた。このような磁性板20上に第1磁石36を固定した。ここで第1磁石36は、直方体状でなる複数の磁石体37と、C字状の第2磁石要素36bとを用意し、磁性板20の縁部に沿って円形状になるように磁石体37を並べてゆき磁性板20上に固定することで第1磁石要素36aを形成し、この第1磁石要素36aに取り囲まれた中心領域に第2磁石要素36bを固定した。
(1-5) Verification Test Incidentally, the results shown in FIGS. 5A to 5F described above are results obtained by using a magnet unit 35 as shown in FIG. In the magnet unit 35 used for the verification test, a magnetic plate made of SS400 and having a thickness of 12 [mm] and a diameter of 160 [mm] was used as the magnetic plate 20. A first magnet 36 was fixed on such a magnetic plate 20. Here, the first magnet 36 includes a plurality of magnet bodies 37 each having a rectangular parallelepiped shape and a C-shaped second magnet element 36b, and the magnet body is formed in a circular shape along the edge of the magnetic plate 20. The first magnet element 36a was formed by arranging 37 and fixing them on the magnetic plate 20, and the second magnet element 36b was fixed to the central region surrounded by the first magnet element 36a.
その際、第1磁石要素36aは、ターゲット13側にN極が現れるように固定し、第2磁石要素36bは、ターゲット13側にS極が現れるように固定した。第1磁石要素36a及び第2磁石要素36bは、接着剤(製品名、アラルダイト)を用いて磁性板20に接着して固定した。一方、第2磁石22は、第2磁石要素36bのコ字状の切り欠き部38に、ベアリング(図示せず)により回転可能な状態で設置した。第2磁石22は直径が32[mm]、長さが55[mm]のものを用いた。また、磁性板20の中心から約7[mm]離して第2磁石22の一端を配置した。 At that time, the first magnet element 36a was fixed so that the N pole appeared on the target 13 side, and the second magnet element 36b was fixed so that the S pole appeared on the target 13 side. The first magnet element 36a and the second magnet element 36b were fixed to the magnetic plate 20 by using an adhesive (product name, Araldite). On the other hand, the second magnet 22 was installed in a U-shaped notch 38 of the second magnet element 36b so as to be rotatable by a bearing (not shown). A second magnet 22 having a diameter of 32 [mm] and a length of 55 [mm] was used. In addition, one end of the second magnet 22 is disposed about 7 [mm] away from the center of the magnetic plate 20.
なお、第1磁石36及び第2磁石22には信越化学工業製のマグネットN48M(エネルギー積48MGOe)を使用した。図11に示すように、第1磁石36は、磁性板20表面からの高さH1が30[mm]のものと用いた。カソード容器16には、縁部に非磁性材料でなる裏板40を設け、飽和磁束密度が2.4Tの鉄コバルト合金からなる直径160[mm]のターゲット13をこの裏板40上に設けた。第1磁石36及び第2磁石22と裏板40との隙間を1[mm]とし、裏板40の厚みを8[mm]とし、ターゲット13の厚みを3[mm]とし、これらを全て合わせた第1磁石及び第2磁石の上面からターゲット13表面までの高さH2を12[mm]とした。そして、このターゲット13表面を磁場分布確認面として磁場を測定したところ、図5A〜図5Fに示す結果が得られたものである。なお、図11において、41は磁力線を示す。 The first magnet 36 and the second magnet 22 were made of Shin-Etsu Chemical N48M (energy product 48MGOe). As shown in FIG. 11, the first magnet 36 has a height H1 of 30 [mm] from the surface of the magnetic plate 20. The cathode vessel 16 is provided with a back plate 40 made of a nonmagnetic material at the edge, and a target 13 having a diameter of 160 [mm] made of an iron-cobalt alloy with a saturation magnetic flux density of 2.4 T is provided on the back plate 40. The gap between the first magnet 36 and the second magnet 22 and the back plate 40 is 1 [mm], the thickness of the back plate 40 is 8 [mm], and the thickness of the target 13 is 3 [mm]. The height H2 from the upper surface of the first magnet and the second magnet to the surface of the target 13 was 12 [mm]. When the magnetic field was measured using the surface of the target 13 as a magnetic field distribution confirmation surface, the results shown in FIGS. 5A to 5F were obtained. In FIG. 11, reference numeral 41 denotes magnetic field lines.
因みに、磁気トラックJT近傍のターゲット面内方向の磁場強度も50[mT]以上あり、放電可能な磁場強度であると言え、本発明による磁石ユニット35は十分に使用に耐え得るものであることが確認できた。第2磁石22の両端に設けたベアリングは、外径が21[mm]、内径12[mm]、幅5[mm]のマルテンサイト系のステンレスにより形成されているが、ベアリング取り付けの有無による磁気トラックJTの形状変化は軽微であった。さらに、シミュレーションによって第2磁石22に加わる力も求めた。ターゲット13として飽和磁束密度が2.4[T]の材料を磁石ユニット35の開口面から約12[mm]離れた箇所に固定しても、第2磁石22のアキシャル方向には最大100[N]、ラジアル方向で最大500[N]の斥力が加わる程度で、上述したベアリングの使用に十分耐え得るものであった。 Incidentally, the magnetic field strength in the direction of the target surface in the vicinity of the magnetic track JT is also 50 [mT] or more, and it can be said that the magnetic field strength can be discharged, and the magnet unit 35 according to the present invention can sufficiently withstand use. It could be confirmed. The bearings provided at both ends of the second magnet 22 are made of martensitic stainless steel having an outer diameter of 21 [mm], an inner diameter of 12 [mm], and a width of 5 [mm]. The change in the shape of track JT was slight. Further, the force applied to the second magnet 22 was also obtained by simulation. Even if a material with a saturation magnetic flux density of 2.4 [T] is fixed as a target 13 at a location about 12 [mm] away from the opening surface of the magnet unit 35, the maximum axial direction of the second magnet 22 is 100 [N], The bearings could withstand the use of the above-mentioned bearings with a repulsive force of up to 500 [N] applied in the radial direction.
(2)第2の実施の形態
図9Bとの対応部分に同一符号を付して示す図12において、45は第2の実施の形態による磁界発生装置を示し、この磁界発生装置45は、磁性板20の回転に合わせて、第2磁石22も同時に回転する点で、上述した第1の実施の形態と相違している。なお、この場合、マグネトロンスパッタ装置の全体図は省略し、磁界発生装置45の近傍部分についてのみ説明する。
(2) Second Embodiment In FIG. 12, in which parts corresponding to those in FIG. 9B are assigned the same reference numerals, reference numeral 45 denotes a magnetic field generator according to the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that the second magnet 22 rotates simultaneously with the rotation of the plate 20. In this case, an overall view of the magnetron sputtering apparatus is omitted, and only the vicinity of the magnetic field generator 45 will be described.
実際上、磁界発生装置45は、磁石ユニット14を取り囲むように有底円筒状のカソード容器16が設けられており、当該カソード容器16の底部16aに磁石ユニット14を回転させる回転駆動部18が設けられている。また、カソード容器16には、底部16aと対向させるようにして縁部にターゲット(図1)が配置され、磁石ユニット14の開口面側にターゲットを位置させ得る。 In practice, the magnetic field generator 45 is provided with a bottomed cylindrical cathode container 16 so as to surround the magnet unit 14, and a rotation drive unit 18 that rotates the magnet unit 14 is provided at the bottom 16 a of the cathode container 16. It has been. Further, a target (FIG. 1) is disposed at the edge of the cathode container 16 so as to face the bottom 16a, and the target can be positioned on the opening surface side of the magnet unit 14.
カソード容器16は、底部16aにベアリング47有した貫通孔48を備えており、回転駆動部18から延びる軸部材18aがこの貫通孔48を通過し得るとともに、ベアリング47により軸部材18aを軸支し得るようになされている。回転駆動部18は、軸部材18aの端部が磁性板20に設けた保持手段50に固定されており、軸部材18aを回転させて、当該軸部材18aの端部に固定された磁石ユニット14を回転させ得るようになされている。 The cathode container 16 includes a through hole 48 having a bearing 47 in the bottom portion 16a, and a shaft member 18a extending from the rotation drive unit 18 can pass through the through hole 48, and the shaft member 18a is supported by the bearing 47. Has been made to get. The rotation drive unit 18 has an end of the shaft member 18a fixed to the holding means 50 provided on the magnetic plate 20, and rotates the shaft member 18a to fix the magnet unit 14 to the end of the shaft member 18a. Can be rotated.
かかる構成に加えて、第2の実施の形態による磁界発生装置45は、連動手段としての遊星歯車機構51を有している。この場合、遊星歯車機構51は、回転駆動部18から延びる軸部材18aに設けられ、カソード容器16の底板16aと磁性板20との間に配置された太陽歯車51aと、この太陽歯車51aに噛み合いつつその周囲を公転するように磁性板20に軸支された遊星歯車51bとで構成されている。なお、この遊星歯車機構51には、遊星歯車51bの外周にリング状の内歯歯車を設け、この内歯歯車に遊星歯車51bを内接するようにしてもよく、この場合、内歯歯車により遊星歯車51bを安定して公転させることができる。 In addition to this configuration, the magnetic field generator 45 according to the second embodiment has a planetary gear mechanism 51 as interlocking means. In this case, the planetary gear mechanism 51 is provided on the shaft member 18a extending from the rotational drive unit 18, and meshes with the sun gear 51a disposed between the bottom plate 16a of the cathode container 16 and the magnetic plate 20, and the sun gear 51a. However, the planetary gear 51b is pivotally supported by the magnetic plate 20 so as to revolve around it. The planetary gear mechanism 51 may be provided with a ring-shaped internal gear on the outer periphery of the planetary gear 51b, and the planetary gear 51b may be inscribed in the internal gear. The gear 51b can be stably revolved.
ここで、遊星歯車51bは、第2磁石22が固定された軸部材29に有する歯車30aに噛み合われている。これにより、磁界発生装置45は、回転駆動部18により軸部材18aが回転されると、軸部材18aに固定された磁性板20が回転すると同時に、軸部材18aに固定された太陽歯車51aも回転し得る。これにより、太陽歯車51aは、遊星歯車51bに回転を伝達することで、遊星歯車51bを磁性板20とともに所定の公転周期で公転させ得る。そして、遊星歯車51bは、その回転を歯車30aに伝達し、軸部材29を回転させることで第2磁石22も回転させ得るようになされている。 Here, the planetary gear 51b is meshed with a gear 30a of the shaft member 29 to which the second magnet 22 is fixed. As a result, when the shaft member 18a is rotated by the rotation drive unit 18, the magnetic field generator 45 rotates the magnetic plate 20 fixed to the shaft member 18a and simultaneously rotates the sun gear 51a fixed to the shaft member 18a. Can do. Thereby, the sun gear 51a can revolve the planetary gear 51b together with the magnetic plate 20 at a predetermined revolution period by transmitting the rotation to the planetary gear 51b. The planetary gear 51b transmits the rotation to the gear 30a, and the second magnet 22 can be rotated by rotating the shaft member 29.
かくして、磁界発生装置45では、磁性板20の回転に合わせて、第2磁石22も同時に回転させることができ、磁気トラックJTの形状を、例えば図5A〜図5Fのような磁気トラックJTの形状に周期的に変化させつつ、被成膜基板3に所定の薄膜を形成し得る。因みに、第2磁石22の回転数は、磁石ユニット14の回転数や、太陽歯車51aと遊星歯車51bとの歯車比に依存して決定され得る。 Thus, in the magnetic field generator 45, the second magnet 22 can be rotated simultaneously with the rotation of the magnetic plate 20, and the shape of the magnetic track JT is, for example, the shape of the magnetic track JT as shown in FIGS. The predetermined thin film can be formed on the film formation substrate 3 while periodically changing the film formation. Incidentally, the rotation speed of the second magnet 22 can be determined depending on the rotation speed of the magnet unit 14 and the gear ratio between the sun gear 51a and the planetary gear 51b.
以上の構成において、この磁界発生装置45では、上述した第1の実施の形態による効果を奏し得るとともに、さらに磁性板20の回転に合わせて、第2磁石22も連動して回転させるようにしたことにより、磁気トラックJTの外郭形状を常に変化させながら、磁気トラックJTを回転させることができ、ターゲット13表面を満遍なく磁気トラックJTが行き渡るようになり、ターゲット13の利用効率を向上し得る。 In the above configuration, the magnetic field generator 45 can achieve the effects of the first embodiment described above, and the second magnet 22 is also rotated in conjunction with the rotation of the magnetic plate 20. Thus, the magnetic track JT can be rotated while constantly changing the outer shape of the magnetic track JT, and the magnetic track JT can be spread evenly over the surface of the target 13, so that the utilization efficiency of the target 13 can be improved.
(3)第3の実施の形態
図12との対応部分に同一符号を付して示す図13において、55は第3の実施の形態による磁界発生装置を示し、この磁界発生装置55は、上述した第2の実施の形態とは磁性板20の回転数と独立して、第2磁石22の回転数を設定できる点で相違している。なお、この場合でも、マグネトロンスパッタ装置の全体図は省略し、磁界発生装置55の近傍部分についてのみ説明する。
(3) Third Embodiment In FIG. 13, in which parts corresponding to those in FIG. 12 are assigned the same reference numerals, reference numeral 55 denotes a magnetic field generator according to the third embodiment. The second embodiment is different from the second embodiment in that the rotation speed of the second magnet 22 can be set independently of the rotation speed of the magnetic plate 20. Even in this case, an overall view of the magnetron sputtering apparatus is omitted, and only the vicinity of the magnetic field generator 55 will be described.
この場合、磁界発生装置55は、第2磁石22を回転させるための第2磁石用回転駆動部56がカソード容器16に設けられており、この第2磁石用回転駆動部56の軸部材56aに調整歯車57が固定されている。また、この磁界発生装置55にも遊星歯車機構58を有している。遊星歯車機構58の太陽歯車59は、回転駆動部18の軸部材18aにベアリング47を介して設けられている。この太陽歯車59には、所定直径の第1歯車部59aと第2歯車部59bとが対向するように形成されており、一方の第1歯車部59aに調整歯車57が噛み合わされ、他方の第2歯車部59bに遊星歯車51bが噛み合わされている。 In this case, the magnetic field generator 55 is provided with a second magnet rotation drive unit 56 for rotating the second magnet 22 in the cathode container 16, and the shaft member 56 a of the second magnet rotation drive unit 56 is provided on the cathode member 16. The adjustment gear 57 is fixed. The magnetic field generator 55 also has a planetary gear mechanism 58. The sun gear 59 of the planetary gear mechanism 58 is provided on the shaft member 18a of the rotation drive unit 18 via a bearing 47. The sun gear 59 is formed so that a first gear portion 59a and a second gear portion 59b having a predetermined diameter face each other, and an adjustment gear 57 is meshed with one first gear portion 59a, and the other first gear portion 59a is engaged. The planetary gear 51b is meshed with the two gear portions 59b.
これにより第2磁石用回転駆動部56は、軸部材56aを回転させて調整歯車57を回転させると、これに応じて太陽歯車59が回転し、当該太陽歯車59の第2歯車部59bに噛み合わされた遊星歯車51bが回転し得る。これにより第2磁石用回転駆動部56は、遊星歯車51bの回転が歯車30aに伝達されて、歯車30aを回転させることで第2磁石22を回転させ得る。この際、太陽歯車59は、ベアリング57によって軸部材18aの回転に規制されることなく、調整歯車57の回転に応じて自由に回転し得るようになされている。かくして第2磁石用回転駆動部56は、回転駆動部18とは独立して第2磁石22を回転させ得るようになされている。 As a result, when the second magnet rotation drive unit 56 rotates the shaft member 56a to rotate the adjustment gear 57, the sun gear 59 rotates accordingly and meshes with the second gear unit 59b of the sun gear 59. The planetary gear 51b thus made can rotate. Thereby, the rotation drive part 56 for 2nd magnets can rotate the 2nd magnet 22 by rotating rotation of the planetary gear 51b to the gear 30a, and rotating the gear 30a. At this time, the sun gear 59 can be freely rotated according to the rotation of the adjustment gear 57 without being restricted by the rotation of the shaft member 18a by the bearing 57. Thus, the second magnet rotation drive unit 56 can rotate the second magnet 22 independently of the rotation drive unit 18.
また、この磁界発生装置55は、第2磁石用回転駆動部56を停止させた状態で、回転駆動部18だけを回転させることもできる。この場合、磁界発生装置55は、太陽歯車59を軸部材18aに固定することで、上述した第2の実施の形態と同様に、当該軸部材18aの回転により太陽歯車59も回転し、これに応じて太陽歯車59に噛み合っている遊星歯車51b及び歯車30aも回転し得、かくして磁性板20を回転させると同時に第2磁石22をも回転させることができる。 Further, the magnetic field generator 55 can rotate only the rotation drive unit 18 in a state where the second magnet rotation drive unit 56 is stopped. In this case, the magnetic field generator 55 fixes the sun gear 59 to the shaft member 18a, so that the sun gear 59 is also rotated by the rotation of the shaft member 18a, as in the second embodiment described above. Accordingly, the planetary gear 51b and the gear 30a meshing with the sun gear 59 can also rotate, and thus the second magnet 22 can be rotated at the same time as the magnetic plate 20 is rotated.
さらに、この磁界発生装置55は、磁性板20の回転角速度と、太陽歯車59の回転角速度とが等しくないように、第2磁石用回転駆動部56の回転を調整することで、第2磁石22が磁性板20上において相対的に回転が停止された状態となり得、上述した第1の実施の形態と同様に、磁性板20だけを回転させる状態を実現することができる。 Further, the magnetic field generator 55 adjusts the rotation of the second magnet rotation drive unit 56 so that the rotation angular velocity of the magnetic plate 20 and the rotation angular velocity of the sun gear 59 are not equal, thereby allowing the second magnet 22 to be adjusted. However, the rotation can be relatively stopped on the magnetic plate 20, and the state in which only the magnetic plate 20 is rotated can be realized as in the first embodiment described above.
以上の構成において、磁界発生装置55では、磁性板20を回転させる回転駆動部18とは別に、第2磁石22を回転させるための第2磁石用回転駆動部56を設けるようにしたことにより、第2磁石22を磁性板20の回転とは別に制御でき、第2磁石22を種々の回転角速度で回転させたり、或いは第2磁石22の回転を停止させ磁極状態を固定させたりすることができる。すなわち、この磁界発生装置55では、上述した第1の実施の形態の磁界発生装置10のような動作や、第2の実施の形態による磁界発生装置45のような動作を実行し得、第2磁石22の回転について一段と細かな制御を行え、各種条件に応じた磁気トラックJTを容易に形成することができる。 In the above configuration, the magnetic field generator 55 is provided with the second magnet rotation drive unit 56 for rotating the second magnet 22 separately from the rotation drive unit 18 for rotating the magnetic plate 20. The second magnet 22 can be controlled separately from the rotation of the magnetic plate 20, and the second magnet 22 can be rotated at various rotational angular speeds, or the rotation of the second magnet 22 can be stopped and the magnetic pole state can be fixed. . That is, the magnetic field generator 55 can execute the operation as the magnetic field generator 10 of the first embodiment described above or the operation of the magnetic field generator 45 according to the second embodiment. The rotation of the magnet 22 can be finely controlled, and the magnetic track JT can be easily formed according to various conditions.
(4)第4の実施の形態
図2との対応部分に同一符号を付して示す図14において、65は第4の実施の形態による磁石ユニットを示し、この磁石ユニット65は、第1磁石要素21a及び磁石要素群66からなる第1磁石67が磁性板20に設けられているとともに、磁極が変更可能な第2磁石22が磁性板20に設けられている他、さらに第2磁石22と同様に磁極が変更可能な第3磁石68が磁性板20に設けられた構成を有する。
(4) Fourth Embodiment In FIG. 14, in which parts corresponding to those in FIG. 2 are assigned the same reference numerals, 65 denotes a magnet unit according to the fourth embodiment, and this magnet unit 65 is a first magnet. A first magnet 67 composed of an element 21a and a magnet element group 66 is provided on the magnetic plate 20, and a second magnet 22 whose magnetic pole can be changed is provided on the magnetic plate 20. In addition, Similarly, the magnetic plate 20 has a configuration in which a third magnet 68 whose magnetic pole can be changed is provided.
この場合、磁石要素群66は、磁性板20上において、円形状の第1磁石要素21aに取り囲まれた領域に配置されている。磁石要素群66は、所定の弧長でなる湾曲状に曲がった第2磁石要素66a及び第3磁石要素66bと、中心部に配置された棒状の第4磁石要素66cとで構成されている。 In this case, the magnet element group 66 is disposed on the magnetic plate 20 in a region surrounded by the circular first magnet element 21a. The magnet element group 66 includes a second magnet element 66a and a third magnet element 66b bent in a curved shape having a predetermined arc length, and a rod-like fourth magnet element 66c disposed at the center.
第2磁石要素66a及び第3磁石要素66bは、所定間隔を空けて湾曲状に凹んだ領域が対向するように配置され、第2磁石要素66a及び第3磁石要素66bの中心線上に第4磁石要素66cが配置されている。ここで第2磁石要素66a、第3磁石要素66b及び第4磁石要素66cは、全て同じ磁極からなり、かつ第1磁石要素21aの磁極と異なる磁極から構成されている。すなわち、第1磁石要素21aがN極の場合には、第2磁石要素66a、第3磁石要素66b及び第4磁石要素66cは全てS極から構成されることになる。 The second magnet element 66a and the third magnet element 66b are arranged so that the curved concave regions are opposed to each other at a predetermined interval, and the fourth magnet is arranged on the center line of the second magnet element 66a and the third magnet element 66b. Element 66c is arranged. Here, the second magnet element 66a, the third magnet element 66b, and the fourth magnet element 66c are all composed of the same magnetic poles and different from the magnetic poles of the first magnet element 21a. That is, when the first magnet element 21a has the N pole, the second magnet element 66a, the third magnet element 66b, and the fourth magnet element 66c are all configured from the S pole.
また、磁性板20には、第4磁石要素66cを挟むようにして円柱形状の第2磁石22及び第3磁石68が配置され、第2磁石22及び第3磁石68がそれぞれ第1ベアリング28a及び第2ベアリング28bにより回転自在に軸支されている。第3磁石68は、上述した第2磁石22と同一構成を有しており、図3に示したように、半円柱形状の第1磁極半体25aと、同じく半円柱形状で、かつ第1磁極半体25aの磁極と異なる磁極でなる第2磁極半体25bとから構成されている。 The magnetic plate 20 is provided with a cylindrical second magnet 22 and a third magnet 68 so as to sandwich the fourth magnet element 66c. The second magnet 22 and the third magnet 68 are respectively connected to the first bearing 28a and the second magnet 68a. It is rotatably supported by a bearing 28b. The third magnet 68 has the same configuration as that of the second magnet 22 described above. As shown in FIG. 3, the third magnet 68 has a semi-cylindrical first magnetic pole half body 25a, the same semi-cylindrical shape, and the first magnet 68. The magnetic pole half body 25a includes a second magnetic pole half body 25b made of a magnetic pole different from the magnetic pole of the magnetic pole half body 25a.
これら第2磁石22及び第3磁石68は、軸方向に延びる回転軸y1が、磁極板20の法線(z軸)に対して直角に配置され、回転軸y1を中心に回転することで、磁性板20に対する第1磁極半体25a及び第2磁極半体25bの配置状態が変化し、磁石ユニット65により形成される磁気トラックJTが変化し得る。なお、この実施の形態の場合、第2磁石22及び第3磁石68は磁性板20上にほぼ一直線状に配置されている。 The second magnet 22 and the third magnet 68 are configured such that the rotation axis y1 extending in the axial direction is arranged at a right angle to the normal line (z axis) of the magnetic pole plate 20, and rotates around the rotation axis y1. The arrangement state of the first magnetic pole half body 25a and the second magnetic pole half body 25b with respect to the magnetic plate 20 may change, and the magnetic track JT formed by the magnet unit 65 may change. In the case of this embodiment, the second magnet 22 and the third magnet 68 are arranged on the magnetic plate 20 in a substantially straight line.
このように磁石ユニット65では、第2磁石22及び第3磁石65が連動することなくそれぞれ個別に回転し、第2磁石22及び第3磁石65の磁極をそれぞれ自由に変化させることで磁気トラックJTを最適な形状に調整し得るようになされている。 As described above, in the magnet unit 65, the second magnet 22 and the third magnet 65 rotate independently without being interlocked with each other, and the magnetic poles of the second magnet 22 and the third magnet 65 are freely changed to thereby change the magnetic track JT. Can be adjusted to an optimal shape.
ここで、図15Aは、第2磁石22及び第3磁石65の磁極位置を調整して、磁石ユニット65が無回転のときに、ターゲット13表面において中心領域に向かって窪んだ2つの凹状領域が形成された磁気トラックJTを示す。そして、図15Bは、磁気トラックJTを図15Aに示すような2つの凹状領域のある形状とし、そのまま磁石ユニット65を回転させて被成膜基板3に成膜した場合に、ターゲット13表面に形成されるエロージョンを示したものである。この場合、図15Bに示すように、ターゲット13の表面には、磁気トラックJTと対向する領域全体を、比較的均一に侵食させたエロージョンを形成し得る。 Here, FIG. 15A shows two concave regions that are depressed toward the central region on the surface of the target 13 when the magnetic pole positions of the second magnet 22 and the third magnet 65 are adjusted so that the magnet unit 65 does not rotate. The formed magnetic track JT is shown. 15B shows that the magnetic track JT is formed on the surface of the target 13 when the magnetic track JT has a shape having two concave regions as shown in FIG. It shows the erosion that is done. In this case, as shown in FIG. 15B, erosion can be formed on the surface of the target 13 by relatively uniformly eroding the entire region facing the magnetic track JT.
このようにして磁石ユニット65は、図15Aに示したような2箇所の窪みを有し、ターゲット13外周の磁気トラック長を減らした磁気トラックJTを形成し得、ターゲット13外周付近でのエローション速度を遅くし得る。なお、このような磁石ユニット65では、静止対向成膜よりも、オフセット成膜(すなわち、被成膜基板3の中心を、ターゲット13の中心からずらしたオフセット成膜)の場合において有効である。 In this way, the magnet unit 65 has two recesses as shown in FIG. 15A, and can form a magnetic track JT with a reduced magnetic track length on the outer periphery of the target 13. Can slow down. Note that such a magnet unit 65 is more effective in the case of offset film formation (that is, offset film formation in which the center of the deposition target substrate 3 is shifted from the center of the target 13) than the stationary facing film formation.
なお、上述した第4の実施の形態においては、第2磁石22及び第3磁石68を回転駆動させる機構としては、第1の実施の形態による磁界発生装置10の機構や、上述した第2の実施の形態による磁界発生装置45の機構、第3の実施の形態による磁界発生装置55の機構等その他種々の機構を組み合わせてもよい。 In the fourth embodiment described above, the mechanism for rotating the second magnet 22 and the third magnet 68 may be the mechanism of the magnetic field generator 10 according to the first embodiment, the second magnet described above, or the like. Various other mechanisms such as the mechanism of the magnetic field generator 45 according to the embodiment and the mechanism of the magnetic field generator 55 according to the third embodiment may be combined.
(5)第5の実施の形態
図10との対応部分に同一符号を付して示す図16と、図16の断面構成を示す図17において、70は第5の実施の形態による磁石ユニットを示し、この磁石ユニット70は、第1磁石71の構成が上述した第1〜第3の実施の形態と相違している。この場合、第1磁石71は、一端部72aにN極が配置され他端部72bにS極が配置された棒状の磁石体72から構成されており、これら複数の磁石体72が磁性板20の外側領域に一方の磁極が配置され、磁性板20の内側領域に他方の磁極が配置され得るようにして磁性板20の中心点から外側へ放射状に延びるように配置されている。
(5) Fifth Embodiment In FIG. 16 in which parts corresponding to those in FIG. 10 are assigned the same reference numerals, and in FIG. 17 showing the cross-sectional structure in FIG. 16, reference numeral 70 denotes a magnet unit according to the fifth embodiment. This magnet unit 70 is different from the first to third embodiments in the configuration of the first magnet 71. In this case, the first magnet 71 is composed of a rod-shaped magnet body 72 having an N pole disposed at one end 72a and an S pole disposed at the other end 72b. One magnetic pole is disposed in the outer region of the magnetic plate 20, and the other magnetic pole is disposed in the inner region of the magnetic plate 20 so as to extend radially from the center point of the magnetic plate 20.
磁性板20には、法線と直交した方向を軸方向として回転自在に軸支された第2磁石22を避けるようにして、第1磁石71の磁石体72が配置されて得る。磁石ユニット70でも、第2磁石22が磁極を変化可能の構成されていることから、上述した第1の実施の形態の磁石ユニット14と同様の効果を得ることができる。 A magnetic body 72 of the first magnet 71 is arranged on the magnetic plate 20 so as to avoid the second magnet 22 that is rotatably supported with the direction orthogonal to the normal line as the axial direction. Also in the magnet unit 70, since the 2nd magnet 22 is comprised so that a magnetic pole can be changed, the effect similar to the magnet unit 14 of 1st Embodiment mentioned above can be acquired.
なお、例えば第5の実施の形態においては、保持板として、磁性を有した磁性板20を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、非磁性の非磁性板を保持板として用いてもよい。 For example, in the fifth embodiment, the case where the magnetic plate 20 having magnetism is used as the holding plate has been described. However, the present invention is not limited to this, and a nonmagnetic nonmagnetic plate is used as the holding plate. It may be used.
(6)他の実施の形態
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であり、例えば、図1との対応部分に同一符号を付して示す図18に示すように、基板設置台76に被成膜基板3を載置し、当該被成膜基板3と対向するようにして例えば上述した第1の実施の形態による磁界発生装置10が設けられたマグネトロンスパッタ装置75を適用してもよい。なお、この場合、マグネトロンスパッタ装置75では、上述した第2及び第3の実施の形態による磁界発生装置45,55を適用してもよく、また第4又は第5の実施の形態による磁石ユニット65,70を適用してもよい。
(6) Other Embodiments The present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, a portion corresponding to FIG. 18, the film formation substrate 3 is placed on the substrate mounting table 76 and is opposed to the film formation substrate 3, for example, in the first embodiment described above. A magnetron sputtering apparatus 75 provided with the magnetic field generator 10 according to the form may be applied. In this case, in the magnetron sputtering apparatus 75, the magnetic field generators 45 and 55 according to the second and third embodiments described above may be applied, and the magnet unit 65 according to the fourth or fifth embodiment. 70 may be applied.
因みに、このようなマグネトロンスパッタ装置75では、磁界発生装置10に電源15が接続され、当該電源15から直流電力が磁界発生装置10に供給され得る。磁界発生装置10は、真空容器2内にターゲット13が設けられており、磁石ユニット14からの磁力線を真空容器2内のターゲット13表面に発生させ得るようになされている。このようなマグネトロンスパッタ装置75でも、ターゲット13に投入された電力によって発生した電界との作用により、プラズマを閉じ込め高密度プラズマをターゲット13表面に発生させ得る。 Incidentally, in such a magnetron sputtering apparatus 75, a power source 15 is connected to the magnetic field generator 10, and DC power can be supplied from the power source 15 to the magnetic field generator 10. The magnetic field generator 10 is provided with a target 13 in the vacuum vessel 2 and can generate magnetic lines of force from the magnet unit 14 on the surface of the target 13 in the vacuum vessel 2. Even in such a magnetron sputtering apparatus 75, plasma can be confined and high-density plasma can be generated on the surface of the target 13 by the action of the electric field generated by the electric power input to the target 13.
この際、磁石ユニット14では、S極及びN極の異なる磁極を有した第2磁石22を磁性板20に回転自在に軸支するようにしたことにより、磁性板20上に配置された磁極を取り外すことなく、第2磁石22を単に回転させるだけで、磁石ユニット14全体で形成される磁気トラックJTの形状を最適な形状へと変えることができる。かくしてマグネトロンスパッタ装置75でも、磁極を取り外す時間や手間をかけずに磁気トラックJTを容易に変更できるとともに、その分だけコスト低減も図り得る。 At this time, in the magnet unit 14, the second magnet 22 having different magnetic poles of the S pole and the N pole is rotatably supported on the magnetic plate 20, so that the magnetic pole arranged on the magnetic plate 20 can be changed. The shape of the magnetic track JT formed by the entire magnet unit 14 can be changed to an optimum shape by simply rotating the second magnet 22 without removing it. Thus, the magnetron sputtering apparatus 75 can easily change the magnetic track JT without taking time and effort to remove the magnetic poles, and can also reduce the cost accordingly.
さらに、上述した実施の形態においては、第1磁石のうち、第1磁極要素に囲まれた領域に配置され、外周の一部が切り欠かれた第2磁極要素として、C字状の第2磁石要素21b,36bを適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、コ字状、V字状、U字状等の外周形状を有し、この外周の一部が種々の形状で切り欠き部が設けられた第2磁極要素を適用してもよい。また、第1磁極要素について円形状の21a,36aを適用したが、例えばC字状、コ字状、V字状、U字状等その他種々の外周形状を有した第1磁極要素を適用してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the C-shaped second magnet is used as the second magnetic pole element, which is disposed in the region surrounded by the first magnetic pole element in the first magnet and a part of the outer periphery is notched. Although the case where the magnet elements 21b and 36b are applied has been described, the present invention is not limited to this, and has an outer shape such as a U-shape, a V-shape, a U-shape, etc. A second magnetic pole element provided with a notch may be applied. In addition, although the circular 21a and 36a are applied to the first magnetic pole element, the first magnetic pole element having various other outer peripheral shapes such as a C shape, a U shape, a V shape, a U shape, etc. is applied. May be.
さらに、上述した実施の形態においては、第2磁石として、円柱形状でなる第2磁石22,68を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、すなわち、第1磁極半体と、第1磁極半体の磁極と異なる磁極でなる第2磁極半体とが連結した構成を有した第2磁石であればよく、例えば断面楕円状、三角状、四角状、多角形状等その他種々の断面形状を有した柱状の第2磁石や、或いは球状や立方体状等その他種々の形状でなる第2磁石を適用してもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the cylindrical second magnets 22, 68 are applied as the second magnet is described. However, the present invention is not limited thereto, that is, the first magnetic pole half and Any second magnet having a configuration in which a magnetic pole of the first magnetic pole half and a second magnetic pole half made of a different magnetic pole are connected, such as an elliptical cross section, a triangular shape, a square shape, a polygonal shape, etc. A columnar second magnet having a cross-sectional shape, or a second magnet having various shapes such as a spherical shape or a cubic shape may be applied.
さらに、上述した実施の形態において、第2磁石22,68は、例えばN極の第1磁極半体と、S極の第2磁極半体とが一体形成された磁極体を切削してゆき製造するようにしてもよく、また、例えば半円柱形状の第1磁極半体と、これとは別体でなる半円柱形状の第2磁極半体とを用意し、これら第1磁極半体及び第2磁極半体を連結させて円柱形状の第2磁石22,68を製造するようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the second magnets 22 and 68 are manufactured by cutting a magnetic pole body in which, for example, the first magnetic pole half of N pole and the second magnetic pole half of S pole are integrally formed. In addition, for example, a semi-cylindrical first magnetic pole half and a semi-cylindrical second magnetic pole half that is separate from the first magnetic half are prepared. The cylindrical second magnets 22 and 68 may be manufactured by connecting two magnetic pole halves.
1 マグネトロンスパッタ装置
13 ターゲット
14 磁石ユニット
18 回転駆動部
20 磁性板(保持板)
21 第1磁石
21a 第1磁極要素
21b 第2磁極要素
22 第2磁石
25a 第1磁極半体
25b 第2磁極半体
31 固定ねじ(固定手段)
51 遊星歯車機構(連動手段)
56 第2磁石用回転駆動部
1 Magnetron sputtering equipment
13 Target
14 Magnet unit
18 Rotation drive
20 Magnetic plate (holding plate)
21 First magnet
21a First pole element
21b Second magnetic pole element
22 Second magnet
25a 1st magnetic pole half
25b Second pole half
31 Fixing screw (fixing means)
51 Planetary gear mechanism (interlocking means)
56 Rotary drive for second magnet
Claims (8)
ターゲットが対向するように配置される保持板と、
前記保持板に設けられた第1磁石と、
前記保持板上に設けられ、異なる磁極を有する第2磁石とを備え、
前記第2磁石は、前記保持板に回転自在に軸支され、回転することで前記磁極を変化させて、前記ターゲットの表面に形成される磁気トラックの形状を変化させる
ことを特徴とする磁石ユニット。 A magnet unit used in a magnetron sputtering apparatus,
A holding plate arranged so that the targets are opposed to each other;
A first magnet provided on the holding plate;
A second magnet provided on the holding plate and having different magnetic poles,
The second magnet is rotatably supported by the holding plate, and changes the magnetic pole by rotating to change the shape of a magnetic track formed on the surface of the target. .
ことを特徴とする請求項1記載の磁石ユニット。 The second magnet includes a first magnetic pole half and a second magnetic pole half made of a magnetic pole different from the magnetic pole of the first magnetic pole half, and has a rotation axis in a direction perpendicular to the normal line of the holding plate. 2. The magnet according to claim 1, wherein the first magnetic pole half and / or the second magnetic pole half are arranged on the target side by rotating on the holding plate about the rotation axis. unit.
前記第2磁石が、前記第2磁石要素の切り欠かれた切り欠き部に配置されている
ことを特徴とする請求項1又は2記載の磁石ユニット。 The first magnet includes a first magnetic pole element disposed on the holding plate, and a second magnetic pole element disposed in a region surrounded by the first magnetic pole element and having a part of the outer periphery cut away.
3. The magnet unit according to claim 1, wherein the second magnet is disposed in a cutout portion in which the second magnet element is cut out.
ことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の磁石ユニット。 The magnet unit according to claim 1, wherein an opening is formed in the holding plate, and a part of the second magnet is disposed in the opening.
前記磁石ユニットを回転させる回転駆動部と、
前記磁石ユニットの所定角度に調整された第2磁石を非回転状態で固定する固定手段と
を備えることを特徴とする磁界発生装置。 The magnet unit according to any one of claims 1 to 4,
A rotation drive unit for rotating the magnet unit;
A magnetic field generator comprising: a fixing unit configured to fix the second magnet adjusted to a predetermined angle of the magnet unit in a non-rotating state.
前記磁石ユニットを回転させる回転駆動部と、
前記回転駆動部の回転を前記磁石ユニットの第2磁石に伝達し、前記磁石ユニットの回転と連動させて前記第2磁石も回転させる連動手段と
を備えることを特徴とする磁界発生装置。 The magnet unit according to any one of claims 1 to 4,
A rotation drive unit for rotating the magnet unit;
A magnetic field generator comprising: interlocking means for transmitting the rotation of the rotation driving unit to the second magnet of the magnet unit and rotating the second magnet in conjunction with the rotation of the magnet unit.
前記磁石ユニットを回転させる回転駆動部と、
該回転駆動部とは別に前記磁石ユニットの第2磁石を回転させる第2磁石用回転駆動部と
を備えることを特徴とする磁界発生装置。 The magnet unit according to any one of claims 1 to 4,
A rotation drive unit for rotating the magnet unit;
A magnetic field generator comprising: a second magnet rotation drive unit that rotates the second magnet of the magnet unit separately from the rotation drive unit.
前記磁界発生装置が請求項5〜7のうちいずれか1項記載の磁界発生装置である
ことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。 A magnetron sputtering apparatus that generates a magnetic field in a sputtering region by a magnetic field generator and confines the plasma in the magnetic field, thereby causing atoms to collide with the target surface and forming a thin film on a deposition target substrate facing the target. There,
The said magnetic field generator is a magnetic field generator of any one of Claims 5-7. The magnetron sputtering apparatus characterized by the above-mentioned.
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