JP2018044204A - Magnetic field generating device for magnetron sputtering - Google Patents

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栗山 義彦
Yoshihiko Kuriyama
義彦 栗山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic field generating device capable of averaging distribution of a magnetic flux density on a target and improving a utilization efficiency of the target.SOLUTION: The magnetic field generating device for magnetron sputtering is provided that has a racetrack geometry and generates a magnetic field on a target surface. The device has, on a base composed of a magnetic material, (a) a central part permanent magnet (perpendicular magnetization) arranged linearly, (b)a first intermediate part permanent magnet (perpendicular magnetization) arranged to surround the central part permanent magnet, (c) a pair of a second intermediate part permanent magnets (horizontal magnetization) arranged via a magnetic gap from the base to abut on an outer side surface of a long side of the first intermediate part permanent magnet, (d) a pair of a third intermediate part permanent magnets (perpendicular magnetization) arranged away from each other in an outer side of the second intermediate part permanent magnet, and (e) an outer peripheral part permanent magnet (perpendicular magnetization) arranged in a rectangle shape surrounding these permanent magnets.SELECTED DRAWING: Figure 1(a)

Description

本発明は、基板表面に薄膜を形成するために使用されるマグネトロンスパッタリング装置に組み込まれる磁場発生装置に関する。   The present invention relates to a magnetic field generator incorporated in a magnetron sputtering apparatus used for forming a thin film on a substrate surface.

スパッタリングとは、Ar等の不活性物質を高速で衝突させることによりターゲットを構成する原子や分子がたたき出される現象をいい、このたたき出された原子や分子を基板上に付着させることで、薄膜を形成することができる。マグネトロンスパッタリング法は、陰極内部に磁場を組み込むことにより、基板へのターゲット物質の堆積速度を向上させることができ、しかも基板への電子の衝突が起こらないため低温で成膜が可能な手法である。従って、半導体IC、フラットパネルディスプレー、太陽電池等の電子部品や、反射膜等の製造プロセスにおいては、基板表面に薄膜を形成するためにマグネトロンスパッタリング法が多く用いられている。   Sputtering is a phenomenon in which atoms and molecules constituting the target are knocked out by colliding with an inert substance such as Ar at a high speed. By depositing these knocked-out atoms and molecules on the substrate, a thin film is formed. Can be formed. Magnetron sputtering is a technique that can increase the deposition rate of the target material on the substrate by incorporating a magnetic field inside the cathode, and that enables film formation at low temperatures because no collision of electrons with the substrate occurs. . Therefore, in the manufacturing process of electronic components such as semiconductor ICs, flat panel displays, solar cells, and reflective films, a magnetron sputtering method is often used to form a thin film on the substrate surface.

マグネトロンスパッタリング装置は、真空チャンバー内に陽極側の基板と、基板と相対するように配置したターゲット(陰極)と、ターゲットの下方に配置した磁場発生装置とを具備する。陽極と陰極との間に電圧を印加することによりグロー放電を起こし、真空チャンバー内の不活性ガス(0.1 Pa程度のArガス等)をイオン化させ、一方でターゲットから放出された二次電子を磁場発生装置により形成した磁場により捕獲し、ターゲット表面でサイクロイド運動を行わせる。電子のサイクロイド運動によりガス分子のイオン化が促進されるため、膜の生成速度は磁場を用いない場合に比べ格段に大きくなり、膜の付着強度が大きくなる。   The magnetron sputtering apparatus includes an anode-side substrate in a vacuum chamber, a target (cathode) disposed so as to face the substrate, and a magnetic field generator disposed below the target. Glow discharge is caused by applying a voltage between the anode and cathode, ionizing inert gas (such as Ar gas of about 0.1 Pa) in the vacuum chamber, while secondary electrons emitted from the target are magnetically applied. It is captured by the magnetic field formed by the generator and causes a cycloid motion on the target surface. Since the ionization of gas molecules is promoted by the cycloid motion of electrons, the film formation rate is remarkably increased as compared with the case where no magnetic field is used, and the adhesion strength of the film is increased.

マグネトロンスパッタリング装置に具備される磁場発生装置は、円状又はレーストラック状に磁場を発生させることができる装置であり、例えば図9(b)(又は図5(a)、図5(b)及び図5(c))に示すように、直線状の中央磁極部材と、前記中央磁極部材を取り囲むように配置された外周磁極部材と、前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間に磁化方向が水平になるように、かつ同極性の磁極が前記中央磁極部材に対向するように設置された複数の永久磁石とを有するものが従来から使用されている。このような構成の磁場発生装置を用いてマグネトロンスパッタを行うと、ターゲッ卜のエロージョンの断面形状は、図11に示すように、V字状になってしまい、ターゲットの使用効率が必ずしも十分とは言えない。   The magnetic field generator provided in the magnetron sputtering apparatus is an apparatus that can generate a magnetic field in a circular shape or a racetrack shape, for example, FIG. 9 (b) (or FIG. 5 (a), FIG. 5 (b) and As shown in FIG. 5 (c)), a linear central magnetic pole member, an outer peripheral magnetic pole member disposed so as to surround the central magnetic pole member, and a magnetization direction between the central magnetic pole member and the outer peripheral magnetic pole member Conventionally, a magnet having a plurality of permanent magnets installed so that the magnetic poles of the same polarity are opposed to the central magnetic pole member is used. When magnetron sputtering is performed using a magnetic field generator having such a configuration, the cross-sectional shape of the target erosion becomes V-shaped as shown in FIG. 11, and the target usage efficiency is not necessarily sufficient. I can not say.

従来のマグネトロンスパッタリングにおいて、ターゲットの使用効率を高めるため、ターゲットのエロージョン領域をより均一にする方法、すなわちエロージョンの断面形状をV字状からU字状にする方法が考えられてきた。ターゲットのエロージョン領域をより均一にする方法としては、例えば、ターゲット、又は磁気回路を機械的に揺動する方法、磁気回路内の磁石の一部を移動、回転させる方法等が挙げられる。しかしながら、ターゲッ卜のエロージョンを均一にするためにターゲット又は磁気回路を機械的に揺動する方法は、装置の大型化、大幅なコストアップとなってしまうため、現実的には実用化が難しいのが現状である。   In conventional magnetron sputtering, in order to increase the use efficiency of the target, a method of making the erosion region of the target more uniform, that is, a method of changing the cross-sectional shape of the erosion from a V shape to a U shape has been considered. Examples of a method for making the erosion region of the target more uniform include a method of mechanically swinging the target or the magnetic circuit, a method of moving and rotating a part of the magnet in the magnetic circuit, and the like. However, the method of mechanically swinging the target or the magnetic circuit in order to make the erosion of the target uniform makes the apparatus larger and greatly increases the cost. Is the current situation.

特開2004-83974号(特許文献1)は、ターゲット面に対して基板側に、磁束密度の垂直成分がゼロとなる位置が、ターゲットから垂直方向に離れるに従いターゲットの中心部から外側に広がる磁力線形状を有する磁場を形成し、前記磁力線形状を有する磁場によって前記基板側へのプラズマの拡散を抑制することにより膜厚分布及び膜質分布の均一化を図ったスパッタ成膜方法を開示しており、具体的には、特許文献1の図1及び図2に示すような磁場発生装置を開示している。特許文献1は、ターゲット表面近傍の磁力線形状をターゲット表面と略平行に形成することで、ターゲットの中心部からターゲットの外縁部にわたる広い範囲にエロージョン領域を形成でき、ターゲットの材料の利用効率を高めることができると記載している。   Japanese Patent Laid-Open No. 2004-83974 (Patent Document 1) discloses a line of magnetic force that spreads outward from the center of the target as the position where the vertical component of the magnetic flux density becomes zero on the substrate side with respect to the target surface moves away from the target in the vertical direction. A sputtering film forming method is disclosed in which a magnetic field having a shape is formed, and a film thickness distribution and a film quality distribution are made uniform by suppressing the diffusion of plasma to the substrate side by the magnetic field having the magnetic line shape. Specifically, a magnetic field generator as shown in FIGS. 1 and 2 of Patent Document 1 is disclosed. In Patent Document 1, an erosion region can be formed in a wide range from the center of the target to the outer edge of the target by forming the magnetic field lines near the target surface substantially parallel to the target surface, and the utilization efficiency of the target material is increased. It states that it can.

しかしながら、特許文献1に記載の磁場発生装置は、ターゲット表面において前記ターゲットの中心部から外縁部の間に磁気トンネルを形成し、前記ターゲット表面の中心部近傍において磁束密度の水平成分がゼロとなる位置における磁束密度の垂直成分の絶対値B1と、前記ターゲット表面の外縁部近傍において磁束密度の垂直成分の絶対値の最大値B2との比(B1/B2)が2.5以上となる磁力線形状、すなわち、前記中心部近傍における磁束密度の垂直成分(B1)が、前記外縁部近傍(B2)よりも2.5倍以上大きいことを特徴としているため、エロージョン領域の均一化が十分ではなく、さらなる改良が望まれている。   However, the magnetic field generator described in Patent Document 1 forms a magnetic tunnel between the center and the outer edge of the target on the target surface, and the horizontal component of the magnetic flux density becomes zero near the center of the target surface. Magnetic field line shape in which the ratio (B1 / B2) of the absolute value B1 of the vertical component of the magnetic flux density at the position and the maximum value B2 of the absolute value of the vertical component of the magnetic flux density near the outer edge of the target surface is 2.5 or more, Since the vertical component (B1) of the magnetic flux density in the vicinity of the central portion is 2.5 times larger than that in the vicinity of the outer edge portion (B2), the erosion region is not sufficiently uniform, and further improvement is desired. It is rare.

特開2004-83974号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-83974

従って、本発明の目的は、ターゲット上の磁束密度の分布を平均化し、ターゲットの利用効率を向上させることのできるマグトロンスパッタリング用磁場発生装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic field generator for magnetron sputtering that can average the distribution of magnetic flux density on the target and improve the utilization efficiency of the target.

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、磁性体からなるベース上に、(a)ターゲット表面に対して垂直方向に磁化された(以下、垂直磁化という。)直線状の中央部永久磁石と、(b)中央部永久磁石を取り囲むように長方形状に配置された第一の中間部永久磁石(垂直磁化)と、(c)第一の中間部永久磁石の長辺の外側面に当接するようにベースから磁気空隙を介して配置された一対の第二の中間部永久磁石(ターゲット表面に対して平行方向に磁化)と、(d)第二の中間部永久磁石の外側に離間して配置された一対の第三の中間部永久磁石(垂直磁化)と、(d)これらの永久磁石を取り囲む長方形状に配置された外周部永久磁石(垂直磁化)とを有する磁場発生装置は、磁束密度の垂直成分がゼロとなる箇所が3箇所以上存在することにより、従来の磁場発生装置に比べてエロージョン領域がU字状に広がり、その結果、ターゲットの利用効率を著しく高めることができることを見出し、本発明に想到した。   As a result of intensive studies in view of the above object, the present inventors have found that (a) a linear central portion magnetized in a direction perpendicular to the target surface (hereinafter referred to as vertical magnetization) on a base made of a magnetic material. A permanent magnet, (b) a first intermediate permanent magnet (perpendicular magnetization) arranged in a rectangular shape so as to surround the central permanent magnet, and (c) the outer side of the long side of the first intermediate permanent magnet A pair of second intermediate permanent magnets (magnetized in a direction parallel to the target surface) disposed from the base via a magnetic air gap so as to abut the base, and (d) outside the second intermediate permanent magnets A magnetic field generator having a pair of third intermediate permanent magnets (perpendicular magnetization) arranged apart from each other and (d) an outer peripheral permanent magnet (perpendicular magnetization) arranged in a rectangular shape surrounding these permanent magnets Is because there are three or more locations where the vertical component of the magnetic flux density is zero. Erosion area spreads in a U-shape as compared with the conventional magnetic field generator, as a result, found that it is possible to significantly increase the utilization efficiency of the target, and conceived the present invention.

すなわち、ターゲットに対向し、ターゲット表面に磁場を発生させるための本発明の第一のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置は、
磁性体からなるベース上に、
(a)磁化方向が前記ターゲット表面に垂直になるように直線状に配置された中央部永久磁石と、
(b)磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と逆になるように、前記中央部永久磁石を取り囲む長方形状に、前記中央部永久磁石から離間して配置された第一の中間部永久磁石と、
(c)磁化方向が前記ターゲット表面に平行で、一方の磁極が前記長方形状に配置された第一の中間部永久磁石の両長辺部分の外側面にターゲットに近い側で当接し、前記外側面と対向する磁極が前記中央部永久磁石の前記ターゲットに対向する磁極と逆になるように、前記ベースから磁気空隙を介して配置された一対の第二の中間部永久磁石と、
(d)磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と同じになるように、前記一対の第二の中間部永久磁石の外側に離間して配置された一対の第三の中間部永久磁石と、
(e)磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と逆になるように、前記第一、第二及び第三の中間部永久磁石を取り囲む長方形状に、前記第一、第二及び第三の中間部永久磁石から離間して配置された外周部永久磁石と
を有することを特徴とする。
That is, the first magnetic field generator for magnetron sputtering of the present invention for generating a magnetic field on the target surface facing the target is as follows:
On the base made of magnetic material,
(a) a central permanent magnet arranged linearly so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface;
(b) From the central permanent magnet to a rectangular shape surrounding the central permanent magnet so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface and the magnetic pole facing the target is opposite to the central permanent magnet A first intermediate permanent magnet spaced apart;
(c) The magnetization direction is parallel to the target surface, and one magnetic pole is in contact with the outer surface of both long side portions of the first intermediate permanent magnet arranged in the rectangular shape on the side close to the target, and the outer A pair of second intermediate permanent magnets disposed from the base via a magnetic gap so that the magnetic poles facing the side faces are opposite to the magnetic poles facing the target of the central permanent magnet;
(d) The magnetizing direction is perpendicular to the target surface, and the magnetic poles facing the target are the same as the central permanent magnet, and are spaced apart from the pair of second intermediate permanent magnets. A pair of third intermediate permanent magnets,
(e) a rectangle surrounding the first, second and third intermediate permanent magnets such that the magnetization direction is perpendicular to the target surface and the magnetic poles facing the target are opposite to the central permanent magnets And an outer peripheral portion permanent magnet disposed apart from the first, second and third intermediate permanent magnets.

ターゲットに対向し、ターゲット表面に磁場を発生させるための本発明の第二のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置は、
磁性体からなるベース上に、
(a)磁化方向が前記ターゲット表面に垂直になるように配置された中央部永久磁石と、
(b)前記中央部永久磁石を取り囲むように、前記中央部永久磁石から順に設けられた第一の中間部永久磁石、第二の中間部永久磁石、第三の中間部永久磁石及び外周部永久磁石とを有し、
前記第一の中間部永久磁石は、磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と逆になるように、前記中央部永久磁石から離間して設けられ、
前記第二の中間部永久磁石は、磁化方向が前記ターゲット表面に平行で、一方の磁極が前記第一の中間部永久磁石のターゲットに近い側で当接し、前記側面と対向する磁極が前記中央部永久磁石の前記ターゲットに対向する磁極と逆になるように前記ベースから磁気空隙を介して設けられ、
前記第三の中間部永久磁石は、磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と同じになるように、前記第二の中間部永久磁石から離間して設けられ、
前記外周部永久磁石は、磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と逆になるように、前記第三の中間部永久磁石から離間して設けられていることを特徴とする。
The second magnetic field generator for magnetron sputtering of the present invention for generating a magnetic field on the surface of the target facing the target is as follows.
On the base made of magnetic material,
(a) a central permanent magnet disposed such that the magnetization direction is perpendicular to the target surface;
(b) A first intermediate permanent magnet, a second intermediate permanent magnet, a third intermediate permanent magnet, and an outer peripheral permanent provided in order from the central permanent magnet so as to surround the central permanent magnet. A magnet,
The first intermediate permanent magnet is provided apart from the central permanent magnet so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface and the magnetic pole facing the target is opposite to the central permanent magnet. And
The second intermediate permanent magnet has a magnetization direction parallel to the target surface, one magnetic pole abuts on the side close to the target of the first intermediate permanent magnet, and a magnetic pole facing the side surface is the center. Provided through the magnetic gap from the base so as to be opposite to the magnetic pole facing the target of the part permanent magnet,
The third intermediate permanent magnet is separated from the second intermediate permanent magnet such that the magnetization direction is perpendicular to the target surface and the magnetic pole facing the target is the same as the central permanent magnet. Provided,
The outer peripheral permanent magnet is spaced apart from the third intermediate permanent magnet so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface and the magnetic pole facing the target is opposite to the central permanent magnet. It is characterized by being.

本発明の第二のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、
前記第一の中間部永久磁石、前記第二の中間部永久磁石、前記第三の中間部永久磁石及び前記外周部永久磁石は、正多角形状又は円状に配置されているのが好ましい。前記正多角形は正四角形から正八角形のいずれかであるのが好ましい。
In the second magnetron sputtering magnetic field generator of the present invention,
The first intermediate permanent magnet, the second intermediate permanent magnet, the third intermediate permanent magnet, and the outer peripheral permanent magnet are preferably arranged in a regular polygonal shape or a circular shape. The regular polygon is preferably a regular tetragon or a regular octagon.

本発明の第一のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置を用いた場合、前記ターゲット表面において、前記中央部永久磁石の長手方向中心に対向する位置から前記長手方向と直交する方向に向かって、磁束密度の垂直成分がゼロとなる箇所が3箇所以上存在するのが好ましい。   In the case where the first magnetron sputtering magnetic field generator of the present invention is used, the magnetic flux density of the target surface is increased from a position facing the longitudinal center of the central permanent magnet toward a direction orthogonal to the longitudinal direction. It is preferable that there are three or more places where the vertical component is zero.

本発明の第二のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置を用いた場合、前記ターゲット表面において、前記中央部永久磁石の中心から前記外周部永久磁石の方向に向かって、磁束密度の垂直成分がゼロとなる箇所が3箇所以上存在するのが好ましい。   When the second magnetron sputtering magnetic field generator of the present invention is used, the vertical component of the magnetic flux density becomes zero from the center of the central permanent magnet toward the outer peripheral permanent magnet on the target surface. It is preferable that three or more places exist.

前記中央部永久磁石及び前記外周部永久磁石がネオジム磁石からなり、
前記第一の中間部永久磁石、前記第二の中間部永久磁石及び前記第三の中間部永久磁石がフェライト磁石からなるのが好ましい。
The central permanent magnet and the outer peripheral permanent magnet are neodymium magnets,
The first intermediate permanent magnet, the second intermediate permanent magnet, and the third intermediate permanent magnet are preferably made of a ferrite magnet.

前記ターゲット表面に対して垂直な方向の磁束密度がゼロとなる位置における、前記ターゲット表面に対して平行な方向の磁束密度が10 mT以上であるのが好ましい。   It is preferable that the magnetic flux density in the direction parallel to the target surface at the position where the magnetic flux density in the direction perpendicular to the target surface is zero is 10 mT or more.

本発明の磁場発生装置を用いることにより、ターゲット上の磁束密度の垂直成分がゼロとなる箇所が3箇所以上存在するようになり、従来の磁場発生装置に比べてエロージョン領域がU字状に広がるので、ターゲットのエロージョン進行をより均一にし、ターゲットの利用効率を向上させることができる。   By using the magnetic field generator of the present invention, there are three or more locations where the vertical component of the magnetic flux density on the target is zero, and the erosion region is expanded in a U shape as compared with the conventional magnetic field generator. Therefore, the progress of erosion of the target can be made more uniform, and the utilization efficiency of the target can be improved.

本発明のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the magnetic field generator for magnetron sputtering of this invention. 図1(a)のA-A断面図である。FIG. 2 is an AA cross-sectional view of FIG. 図1(a)のB-B断面図である。FIG. 2 is a BB cross-sectional view of FIG. 1 (a). 本発明のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置の他の一例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the magnetic field generator for magnetron sputtering of this invention. 図2(a)のC-C断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 実施例1のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置を示す平面図である。1 is a plan view showing a magnetron sputtering magnetic field generator of Example 1. FIG. 図3(a)のD-D断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along the line DD in FIG. 3 (a). 図3(a)のE-E断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line E-E in FIG. 実施例2のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置を示す平面図である。3 is a plan view showing a magnetron sputtering magnetic field generator of Example 2. FIG. 図4(a)のF-F断面図である。FIG. 5 is an FF sectional view of FIG. 4 (a). 比較例1のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置を示す平面図である。6 is a plan view showing a magnetron sputtering magnetic field generator of Comparative Example 1. FIG. 図5(a)のG-G断面図である。FIG. 6 is a GG sectional view of FIG. 5 (a). 図5(a)のH-H断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line HH in FIG. 実施例1の磁場発生装置によってターゲット面上に発生する磁束密度の平行成分(実線)及び垂直成分(破線)を矢印α方向にプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the parallel component (solid line) and perpendicular component (broken line) of the magnetic flux density which generate | occur | produce on a target surface with the magnetic field generator of Example 1 in the arrow (alpha) direction. 実施例2の磁場発生装置によってターゲット面上に発生する磁束密度の平行成分(実線)及び垂直成分(破線)を矢印β方向にプロットしたグラフである。6 is a graph in which a parallel component (solid line) and a vertical component (broken line) of magnetic flux density generated on a target surface by the magnetic field generator of Example 2 are plotted in the arrow β direction. 実施例2の磁場発生装置によってターゲット面上に発生する磁束密度の平行成分(実線)及び垂直成分(破線)を矢印γ方向にプロットしたグラフである。6 is a graph in which a parallel component (solid line) and a vertical component (broken line) of magnetic flux density generated on a target surface by the magnetic field generator of Example 2 are plotted in the arrow γ direction. 比較例1の磁場発生装置によってターゲット面上に発生する磁束密度の平行成分(実線)及び垂直成分(破線)を矢印Y方向にプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the parallel component (solid line) and vertical component (broken line) of the magnetic flux density which generate | occur | produce on a target surface with the magnetic field generator of the comparative example 1 in the arrow Y direction. 実施例1の磁場発生装置において、磁束密度垂直成分がゼロとなる点を破線で結んで示す模式図である。In the magnetic field generator of Example 1, it is a schematic diagram which connects the point from which a magnetic flux density perpendicular | vertical component becomes zero connected with a broken line. 比較例1の磁場発生装置において、磁束密度垂直成分がゼロとなる点を破線で結んで示す模式図である。In the magnetic field generator of the comparative example 1, it is a schematic diagram which connects the point from which a magnetic flux density perpendicular | vertical component becomes zero with a broken line. 本発明のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置を用いてマグネトロンスパッタを行ったときのターゲッ卜のエロージョン断面形状を示す模式図である。It is a schematic diagram showing the erosion cross-sectional shape of the target when magnetron sputtering is performed using the magnetic field generator for magnetron sputtering of the present invention. 図9(b)に示す従来のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置を用いてマグネトロンスパッタを行ったときのターゲッ卜のエロージョン断面形状を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing an erosion cross-sectional shape of a target when magnetron sputtering is performed using the conventional magnetic field generator for magnetron sputtering shown in FIG. 9 (b).

[1] マグネトロンスパッタリング用磁場発生装置
(1)第一の構成
本発明の第一のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置1は、例えば図1(a)、図1(b)及び図1(c)に示すように、ターゲット9に対向し、ターゲット表面にレーストラック状の磁場を発生させるよう複数の永久磁石からなる。
[1] magnetic field generator for magnetron sputtering
(1) First ConfigurationA first magnetron sputtering magnetic field generator 1 of the present invention is opposed to a target 9 as shown in FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c), for example. And a plurality of permanent magnets for generating a racetrack-like magnetic field on the target surface.

第一のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置1は、
磁性体からなるベース8上に、
(a)磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直になるように直線状に配置された中央部永久磁石2と、
(b)磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつ前記ターゲット9に対向する磁極が前記中央部永久磁石2と逆になるように、前記中央部永久磁石2を取り囲む長方形状に、前記中央部永久磁石2から離間して配置された第一の中間部永久磁石3と、
(c)磁化方向が前記ターゲット表面9aに平行で、一方の磁極が前記長方形状に配置された第一の中間部永久磁石3の両長辺部分の外側面3aにターゲット9に近い側で当接し、前記外側面3aと対向する磁極が前記中央部永久磁石2の前記ターゲット9に対向する磁極と逆になるように、前記ベース8から磁気空隙11を介して配置された一対の第二の中間部永久磁石4と、
(d)磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつ前記ターゲット9に対向する磁極が前記中央部永久磁石2と同じになるように、前記一対の第二の中間部永久磁石4の外側に離間して配置された一対の第三の中間部永久磁石5と、
(e)磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつ前記ターゲット9に対向する磁極が前記中央部永久磁石2と逆になるように、前記第一の中間部永久磁石3、第二の中間部永久磁石4及び第三の中間部永久磁石5を取り囲む長方形状に、前記第一の中間部永久磁石3、第二の中間部永久磁石4及び第三の中間部永久磁石5から離間して配置された外周部永久磁石6とを有する。
The first magnetron sputtering magnetic field generator 1 is:
On the base 8 made of magnetic material,
(a) the central permanent magnet 2 arranged linearly so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface 9a;
(b) the central direction in the rectangular shape surrounding the central permanent magnet 2 so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface 9a and the magnetic pole facing the target 9 is opposite to the central permanent magnet 2 A first intermediate permanent magnet 3 disposed apart from the partial permanent magnet 2,
(c) The magnetization direction is parallel to the target surface 9a, and one of the magnetic poles contacts the outer side surface 3a of both long sides of the first intermediate permanent magnet 3 arranged in the rectangular shape on the side close to the target 9. A pair of second electrodes disposed from the base 8 via the magnetic air gap 11 so that the magnetic pole facing the outer surface 3a is opposite to the magnetic pole facing the target 9 of the central permanent magnet 2 Middle permanent magnet 4,
(d) Outside the pair of second intermediate permanent magnets 4 so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface 9a and the magnetic poles facing the target 9 are the same as the central permanent magnets 2. A pair of third intermediate permanent magnets 5 spaced apart; and
(e) the first intermediate permanent magnet 3 and the second intermediate magnet so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface 9a and the magnetic pole facing the target 9 is opposite to the central permanent magnet 2 In a rectangular shape surrounding the part permanent magnet 4 and the third intermediate part permanent magnet 5, spaced apart from the first intermediate part permanent magnet 3, the second intermediate part permanent magnet 4 and the third intermediate part permanent magnet 5. It has the outer peripheral part permanent magnet 6 arrange | positioned.

第一のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置1は、図1(b)に示すように、中央部永久磁石2と直交する断面において、中央部永久磁石2と第一の中間部永久磁石3との間には磁気空隙10aを有し、第二の中間部永久磁石4と第三の中間部永久磁石5との間には磁気空隙10bを有し、第三の中間部永久磁石5と外周部永久磁石6との間には磁気空隙10cを有し、前述したように、第二の中間部永久磁石4とベース8との間には磁気空隙11を有する。また図1(c)に示すように、中央部永久磁石2の長手方向断面において、中央部永久磁石2と第一の中間部永久磁石3との間には磁気空隙12aを有し、第一の中間部永久磁石3と外周部永久磁石6との間には磁気空隙12bを有する。これらの磁気空隙10a、10b、10c、11、12a、12bは、空間であってもよいし、非磁性のスペーサで充填されていてもよい。   As shown in FIG. 1 (b), the first magnetron sputtering magnetic field generator 1 is arranged between the central permanent magnet 2 and the first intermediate permanent magnet 3 in a cross section orthogonal to the central permanent magnet 2. Has a magnetic air gap 10a, and has a magnetic air gap 10b between the second intermediate permanent magnet 4 and the third intermediate permanent magnet 5, and the third intermediate permanent magnet 5 and the outer peripheral permanent magnet. A magnetic air gap 10c is provided between the magnet 6 and the magnetic air gap 11 is provided between the second intermediate permanent magnet 4 and the base 8 as described above. Further, as shown in FIG. 1 (c), in the longitudinal section of the central permanent magnet 2, there is a magnetic gap 12a between the central permanent magnet 2 and the first intermediate permanent magnet 3, A magnetic gap 12b is provided between the intermediate permanent magnet 3 and the outer peripheral permanent magnet 6. These magnetic gaps 10a, 10b, 10c, 11, 12a, 12b may be spaces or may be filled with nonmagnetic spacers.

中央部永久磁石2、第一の中間部永久磁石3及び外周部永久磁石6の、ターゲット表面9aに垂直な方向の長さはほぼ同じであるのが好ましい。第三の中間部永久磁石5のターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、中央部永久磁石2のターゲット表面9aに垂直な方向の長さよりも短いのが好ましい。   The lengths of the central permanent magnet 2, the first intermediate permanent magnet 3 and the outer peripheral permanent magnet 6 in the direction perpendicular to the target surface 9a are preferably substantially the same. The length of the third intermediate permanent magnet 5 in the direction perpendicular to the target surface 9a is preferably shorter than the length of the central permanent magnet 2 in the direction perpendicular to the target surface 9a.

中央部永久磁石2、第一の中間部永久磁石3、第二の中間部永久磁石4及び外周部永久磁石6のターゲット9側の面は同一平面S上にあるのが好ましい。第三の中間部永久磁石5のターゲット9側の面は、前記同一平面Sよりもベース8側にあるのが好ましい。   The surfaces of the central permanent magnet 2, the first intermediate permanent magnet 3, the second intermediate permanent magnet 4, and the outer peripheral permanent magnet 6 on the target 9 side are preferably on the same plane S. The surface of the third intermediate permanent magnet 5 on the target 9 side is preferably on the base 8 side with respect to the same plane S.

中央部永久磁石2、第二の中間部永久磁石4及び第三の中間部永久磁石5は、それぞれ一体的に形成しても良いし、複数の永久磁石を組み合わせて構成しても良い。第一の中間部永久磁石3及び外周部永久磁石6は、辺を構成する少なくとも4つの永久磁石を組み合わせて構成するのが好ましく、さらに各辺を複数の永久磁石を組み合わせて構成しても良い。複数の永久磁石を組み合わせて構成する場合、個々の永久磁石をベース8上に接着剤等で順に貼りつけて形成してもよいし、あらかじめいくつかの永久磁石を貼り合わせて一体化した永久磁石ユニットをベース8上に貼りつけて形成しても良い。第二の中間部永久磁石4は、非磁性体からなるスペーサ等を介してベース8上に接着剤等で貼りつけて形成するのが好ましい。   The central permanent magnet 2, the second intermediate permanent magnet 4, and the third intermediate permanent magnet 5 may be formed integrally or may be configured by combining a plurality of permanent magnets. The first intermediate permanent magnet 3 and the outer peripheral permanent magnet 6 are preferably configured by combining at least four permanent magnets constituting the sides, and each side may be configured by combining a plurality of permanent magnets. . When a combination of a plurality of permanent magnets is used, the individual permanent magnets may be formed by sequentially sticking them on the base 8 with an adhesive or the like, or a permanent magnet in which several permanent magnets are bonded together in advance. The unit may be formed on the base 8 by pasting. The second intermediate permanent magnet 4 is preferably formed by adhering to the base 8 with an adhesive or the like via a spacer made of a non-magnetic material.

なお図1(a)、図1(b)及び図1(c)は、中央部永久磁石2のターゲット側磁極がS極である例を示したが、この磁極がN極であってもかまわない。その場合は、他の永久磁石の磁極も全て逆に構成されることになる。   1 (a), 1 (b) and 1 (c) show an example in which the target-side magnetic pole of the central permanent magnet 2 is an S pole, but this magnetic pole may be an N pole. Absent. In that case, all the magnetic poles of the other permanent magnets are also reversed.

(i)中央部永久磁石
中央部永久磁石2は、磁性体からなるベース8上に、複数個の直方体の永久磁石を、磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直になるように連接して並べ、直線状に配置して構成するのが好ましい。中央部永久磁石2を構成する各直方体の永久磁石の大きさ、使用する数は特に限定されず、磁石の製造のしやすさ、磁場発生装置の組み立てやすさ等の理由で適宜設定すればよい。各永久磁石は、同じ形状でなくてもかまわない。
(i) Central Permanent Magnet The central permanent magnet 2 is arranged on a base 8 made of a magnetic material so that a plurality of cuboid permanent magnets are connected and aligned so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface 9a. It is preferable to arrange them in a straight line. The size and number of permanent magnets of each rectangular parallelepiped constituting the central permanent magnet 2 are not particularly limited, and may be set as appropriate for reasons such as ease of manufacturing a magnet and ease of assembly of a magnetic field generator. . Each permanent magnet may not have the same shape.

中央部永久磁石2の長手方向長さ、幅(平面視で長軸方向に垂直な方向の長さ)及び前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、磁場発生装置1の全体の形状、発生させる磁場の強度等により任意に設定することができる。   The longitudinal length and width of the central permanent magnet 2 (the length in the direction perpendicular to the long axis direction in plan view) and the length in the direction perpendicular to the target surface 9a are the overall shape of the magnetic field generator 1, It can be arbitrarily set depending on the intensity of the magnetic field to be generated.

一般的なマグネトロンスパッタリング装置において、矩形ターゲットを使用する場合、磁場発生装置の大きさは、その固定方法や冷却方法からの要求から、ターゲットとほぼ同じ大きさ又は若干小さくなるように構成する。ここで、矩形ターゲットと磁場発生装置との大きさが等しいとして考えたとき、ターゲット(又は磁場発生装置)の長手方向長さをW1、短手方向長さをW2とすると、中央部永久磁石2の長手方向長さは、W1とW2との差以上とするのが好ましい。   In the case of using a rectangular target in a general magnetron sputtering apparatus, the size of the magnetic field generator is configured to be approximately the same as or slightly smaller than the target due to requirements from the fixing method and cooling method. Here, assuming that the size of the rectangular target and the magnetic field generator are equal, if the length in the longitudinal direction of the target (or magnetic field generator) is W1 and the length in the short direction is W2, the central permanent magnet 2 The length in the longitudinal direction is preferably greater than or equal to the difference between W1 and W2.

(ii)第一の中間部永久磁石
第一の中間部永久磁石3は、中央部永久磁石2を取り囲む長方形状に、長方形の長辺が中央部永久磁石2の長手方向と平行になるように、中央部永久磁石2から所定の距離をおいて配置される。中央部永久磁石2と第一の中間部永久磁石3の長辺部分との間には磁気空隙10aが設けられ、中央部永久磁石2と第一の中間部永久磁石3の短辺部分との間には磁気空隙12aが設けられる。第一の中間部永久磁石3は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつ前記ターゲット9に対向する磁極(図ではN極)が前記中央部永久磁石2の前記ターゲット9側磁極(図ではS極)と逆になるように配置される。
(ii) First intermediate permanent magnet The first intermediate permanent magnet 3 has a rectangular shape surrounding the central permanent magnet 2 so that the long side of the rectangle is parallel to the longitudinal direction of the central permanent magnet 2. The central permanent magnet 2 is arranged at a predetermined distance. A magnetic air gap 10a is provided between the central permanent magnet 2 and the long side portion of the first intermediate permanent magnet 3, and the central permanent magnet 2 and the short intermediate portion of the first intermediate permanent magnet 3 A magnetic air gap 12a is provided between them. The first intermediate permanent magnet 3 has a magnetization direction perpendicular to the target surface 9a and a magnetic pole (N pole in the figure) facing the target 9 on the target 9 side magnetic pole (see FIG. Then, it is arranged so as to be opposite to S pole).

第一の中間部永久磁石3は、前記中央部永久磁石2の場合と同様、複数個の直方体の永久磁石を連接して構成するのが好ましい。第一の中間部永久磁石3を構成する各種形状の永久磁石の大きさ、使用する数等は特に限定されず、磁石の製造のしやすさ、磁場発生装置の組み立てやすさ等の理由で適宜設定すればよい。   As in the case of the central permanent magnet 2, the first intermediate permanent magnet 3 is preferably constituted by connecting a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets. The size and number of permanent magnets of various shapes constituting the first intermediate permanent magnet 3 are not particularly limited, and are appropriately selected for reasons such as ease of manufacturing the magnet and ease of assembly of the magnetic field generator. You only have to set it.

前記中央部永久磁石2と同様に、矩形ターゲットと磁場発生装置との大きさが等しいとして考えたとき、ターゲット(磁場発生装置)の長手方向長さをW1、短手方向長さをW2とすると、長方形状に構成された第一の中間部永久磁石3の長辺の長さは、W1とW2との差以上で構成するのが好ましく、短辺の長さは、ターゲット(磁場発生装置)の長手方向の長さW1と短手方向の長さW2の比率や長辺の長さを考慮し適宜設定すれば良い。第一の中間部永久磁石3を構成する磁石の幅及び前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、特に限定されず磁場発生装置の全体の形状、発生させる磁場の強度等により任意に設定することができる。ただし前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、中央部永久磁石2の前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さと同じであるのが好ましい。   As in the case of the central permanent magnet 2, when it is assumed that the rectangular target and the magnetic field generator are equal in size, the length in the longitudinal direction of the target (magnetic field generator) is W1, and the length in the short direction is W2. The length of the long side of the first intermediate permanent magnet 3 configured in a rectangular shape is preferably greater than or equal to the difference between W1 and W2, and the length of the short side is the target (magnetic field generator). The ratio of the length W1 in the longitudinal direction and the length W2 in the lateral direction and the length of the long side may be set as appropriate. The width of the magnet constituting the first intermediate permanent magnet 3 and the length in the direction perpendicular to the target surface 9a are not particularly limited, and are arbitrarily set depending on the overall shape of the magnetic field generator, the strength of the generated magnetic field, etc. can do. However, the length in the direction perpendicular to the target surface 9a is preferably the same as the length of the central permanent magnet 2 in the direction perpendicular to the target surface 9a.

(iii)第二の中間部永久磁石
第二の中間部永久磁石4は、長方形状に配置された第一の中間部永久磁石3の両長辺部分の外側面3aに、ターゲットに近い側で当接するよう一対に配置する。第二の中間部永久磁石4は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに平行で、一方の磁極が前記第一の中間部永久磁石3の外側面3aにターゲットに近い側で対向し、他方の磁極が第三の中間部永久磁石5側を向くように設置する。第二の中間部永久磁石4の、前記第一の中間部永久磁石3の外側面3aと対向する側の磁極(図ではN極)は、前記中央部永久磁石2のターゲット側磁極(図ではS極)と逆になるように構成する。
(iii) Second intermediate permanent magnet The second intermediate permanent magnet 4 is arranged on the outer surface 3a of both long sides of the first intermediate permanent magnet 3 arranged in a rectangular shape on the side closer to the target. It arrange | positions in a pair so that it may contact | abut. The second intermediate permanent magnet 4 has a magnetization direction parallel to the target surface 9a, one magnetic pole faces the outer surface 3a of the first intermediate permanent magnet 3 on the side close to the target, and the other magnetic pole Is installed so that it faces the third intermediate permanent magnet 5 side. The magnetic pole (N pole in the figure) of the second intermediate permanent magnet 4 on the side facing the outer surface 3a of the first intermediate permanent magnet 3 is the target side magnetic pole (in the figure, the N pole in the figure). It is configured to be the opposite of S pole).

第二の中間部永久磁石4は、複数個の直方体の永久磁石を長手方向及び/又は幅方向に連接して構成するのが好ましい。第二の中間部永久磁石4を構成する各種形状の永久磁石の大きさ、使用する数等は特に限定されず、磁石の製造のしやすさ、磁場発生装置の組み立てやすさ等の理由で適宜設定すればよい。   The second intermediate permanent magnet 4 is preferably configured by connecting a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets in the longitudinal direction and / or the width direction. The size and number of permanent magnets of various shapes constituting the second intermediate permanent magnet 4 are not particularly limited, and are appropriately selected for reasons such as ease of manufacturing the magnet and ease of assembly of the magnetic field generator. You only have to set it.

第二の中間部永久磁石4と前記ベース8との間には磁気空隙11が設けられ、第二の中間部永久磁石4と第三の中間部永久磁石5との間には磁気空隙10bが設けられる。この磁気空隙11及び磁気空隙10bは、磁気的に空隙となっていれば良く、例えば空間であっても良いし、非磁性体からなるスペーサで充填されていても良い。特に磁気空隙11は非磁性体からなるスペーサで充填されるのが好ましい。   A magnetic air gap 11 is provided between the second intermediate permanent magnet 4 and the base 8, and a magnetic air gap 10b is provided between the second intermediate permanent magnet 4 and the third intermediate permanent magnet 5. Provided. The magnetic air gap 11 and the magnetic air gap 10b may be magnetic air gaps, and may be, for example, a space or may be filled with a spacer made of a nonmagnetic material. In particular, the magnetic gap 11 is preferably filled with a spacer made of a nonmagnetic material.

第二の中間部永久磁石4の長手方向長さは、中央部永久磁石2の長手方向長さと、第一の中間部永久磁石3の長手方向(長辺部)長さとの間であるのが好ましい。第二の中間部永久磁石4の幅(平面視で長軸方向に垂直な方向の長さ)及び前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、特に限定されず磁場発生装置の全体の形状、発生させる磁場の強度等により任意に設定することができる。ただし前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、中央部永久磁石2の前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さの5〜200%であるのが好ましく、30〜150%であるのがより好ましく、30〜100%とするのが最も好ましい。   The longitudinal length of the second intermediate permanent magnet 4 is between the longitudinal length of the central permanent magnet 2 and the longitudinal direction (long side) length of the first intermediate permanent magnet 3. preferable. The width of the second intermediate permanent magnet 4 (the length in the direction perpendicular to the major axis direction in plan view) and the length in the direction perpendicular to the target surface 9a are not particularly limited, and the overall shape of the magnetic field generator It can be arbitrarily set depending on the intensity of the magnetic field to be generated. However, the length in the direction perpendicular to the target surface 9a is preferably 5 to 200% of the length of the central permanent magnet 2 in the direction perpendicular to the target surface 9a, and preferably 30 to 150%. More preferably, it is 30 to 100%.

(iv)第三の中間部永久磁石
第三の中間部永久磁石5は、前記一対の第二の中間部永久磁石4の外側(外周部永久磁石6との間)に、前記一対の第二の中間部永久磁石4から所定の距離をおいて、前記中央部永久磁石2と平行に一対に配置される。第三の中間部永久磁石5は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつターゲット9に対向する磁極(図ではS極)が前記中央部永久磁石2の前記ターゲット9側磁極(図ではS極)と同じになるように配置される。
(iv) Third Intermediate Permanent Magnet The third intermediate permanent magnet 5 is disposed outside the pair of second intermediate permanent magnets 4 (between the outer peripheral permanent magnet 6) and the pair of second permanent magnets. The middle permanent magnet 4 is arranged at a predetermined distance from the middle permanent magnet 4 in parallel with the central permanent magnet 2. The third middle permanent magnet 5 has a magnetization direction perpendicular to the target surface 9a and a magnetic pole (S pole in the figure) facing the target 9 on the target 9 side magnetic pole (in the figure) of the central permanent magnet 2 (S pole)

第三の中間部永久磁石5は、前記中央部永久磁石2の場合と同様、複数個の直方体の永久磁石を連接して構成するのが好ましい。第三の中間部永久磁石5を構成する各種形状の永久磁石の大きさ、使用する数等は特に限定されず、磁石の製造のしやすさ、磁場発生装置の組み立てやすさ等の理由で適宜設定すればよい。   As in the case of the central permanent magnet 2, the third intermediate permanent magnet 5 is preferably configured by connecting a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets. The size and number of permanent magnets of various shapes constituting the third intermediate permanent magnet 5 are not particularly limited, and are appropriately selected for reasons such as ease of manufacturing the magnet and ease of assembly of the magnetic field generator. You only have to set it.

第三の中間部永久磁石5と外周部永久磁石6との間には、磁気空隙10cが設けられる。この磁気空隙10cは、磁気的に空隙となっていれば良く、空間であってもよいし、非磁性体からなるスペーサで充填されていても良い。   A magnetic gap 10c is provided between the third intermediate permanent magnet 5 and the outer peripheral permanent magnet 6. The magnetic gap 10c may be a magnetic gap, may be a space, or may be filled with a spacer made of a nonmagnetic material.

第三の中間部永久磁石5の長手方向長さは、中央部永久磁石2の長手方向長さと、第一の中間部永久磁石3の長手方向(長辺部)長さとの間であるのが好ましい。第三の中間部永久磁石5の幅(平面視で長軸方向に垂直な方向の長さ)及び前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、特に限定されず磁場発生装置の全体の形状、発生させる磁場の強度等により任意に設定することができる。第三の中間部永久磁石5のターゲット9側の面は、中央部永久磁石2のターゲット9側の面よりもベース8側にあるのが好ましい。ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、中央部永久磁石2の前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さの5〜80%であるのが好ましい。   The longitudinal length of the third intermediate permanent magnet 5 is between the longitudinal length of the central permanent magnet 2 and the longitudinal direction (long side) length of the first intermediate permanent magnet 3. preferable. The width of the third intermediate permanent magnet 5 (the length in the direction perpendicular to the major axis direction in plan view) and the length in the direction perpendicular to the target surface 9a are not particularly limited, but the overall shape of the magnetic field generator It can be arbitrarily set depending on the intensity of the magnetic field to be generated. The surface of the third intermediate permanent magnet 5 on the target 9 side is preferably closer to the base 8 than the surface of the central permanent magnet 2 on the target 9 side. The length in the direction perpendicular to the target surface 9a is preferably 5 to 80% of the length of the central permanent magnet 2 in the direction perpendicular to the target surface 9a.

(v)外周部永久磁石
外周部永久磁石6は、前記中央部永久磁石2、第一の中間部永久磁石3、第二の中間部永久磁石4及び第三の中間部永久磁石5を全て取り囲む長方形状に、長方形の長辺が中央部永久磁石2の長手方向と平行になるように、これらの永久磁石から所定の距離を置いて配置される。外周部永久磁石6は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつ前記ターゲット9に対向する磁極(図ではN極)が前記中央部永久磁石2の前記ターゲット9側磁極(図ではS極)と逆になるように配置する。すなわち、外周部永久磁石6は、磁場発生装置の外周を形成するように設けられる。
(v) Peripheral permanent magnet Peripheral permanent magnet 6 surrounds all of said central permanent magnet 2, first intermediate permanent magnet 3, second intermediate permanent magnet 4 and third intermediate permanent magnet 5. It is arranged in a rectangular shape at a predetermined distance from these permanent magnets so that the long side of the rectangle is parallel to the longitudinal direction of the central permanent magnet 2. The outer peripheral permanent magnet 6 has a magnetization direction perpendicular to the target surface 9a and a magnetic pole (N pole in the figure) facing the target 9 on the target 9 side magnetic pole (S pole in the figure) of the central permanent magnet 2 ) Place it in the opposite direction. That is, the outer peripheral permanent magnet 6 is provided so as to form the outer periphery of the magnetic field generator.

外周部永久磁石6は、複数個の直方体の永久磁石から構成されるのが好ましく、各直方体の永久磁石の大きさ、使用する数は特に限定されず、磁石の製造のしやすさ、磁場発生装置の組み立てやすさ等の理由で適宜設定すればよい。各永久磁石は、同じ形状でなくてもかまわない。   The outer peripheral permanent magnet 6 is preferably composed of a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets, and the size and number of permanent magnets used in each rectangular parallelepiped are not particularly limited. What is necessary is just to set suitably for reasons, such as assembly ease of an apparatus. Each permanent magnet may not have the same shape.

外周部永久磁石6の長辺及び短辺、並びに構成する永久磁石の幅及び前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、磁場発生装置1の全体の形状、発生させる磁場の強度等により任意に設定することができる。ただし前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、中央部永久磁石2の前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さと同じであるのが好ましい。   The long side and the short side of the outer peripheral permanent magnet 6, the width of the permanent magnet and the length in the direction perpendicular to the target surface 9a are arbitrary depending on the overall shape of the magnetic field generator 1, the strength of the generated magnetic field, etc. Can be set to However, the length in the direction perpendicular to the target surface 9a is preferably the same as the length of the central permanent magnet 2 in the direction perpendicular to the target surface 9a.

(vi)永久磁石
マグネトロンスパッタリング用磁場発生装置を構成する永久磁石は、公知の永久磁石材料で形成することができる。使用する永久磁石の材質は設備の構成(磁場発生装置からターゲットまでの距離)や必要な磁場強度によって適宜設定すれば良いが、R(Nd等の希土類元素のうちの少なくとも一種)、T(Fe又はFe及びCo)及びBを必須成分とする希土類鉄ボロン系異方性焼結磁石(ネオジム磁石)等の希土類系焼結磁石(耐食性の点から各種の表面処理を施したもの)又はフェライト磁石が好ましい。希土類系焼結磁石としては、特にネオジム磁石が好ましい。
(vi) Permanent magnet The permanent magnet constituting the magnetic field generator for magnetron sputtering can be formed of a known permanent magnet material. The material of the permanent magnet to be used may be appropriately set depending on the equipment configuration (distance from the magnetic field generator to the target) and the required magnetic field strength, but R (at least one of rare earth elements such as Nd), T (Fe Or rare earth iron-based boron magnets (neodymium magnets) such as Fe and Co) and B as essential components, rare earth sintered magnets (with various surface treatments in view of corrosion resistance) or ferrite magnets Is preferred. As the rare earth sintered magnet, a neodymium magnet is particularly preferable.

特に中央部永久磁石2及び外周部永久磁石6が希土類系焼結磁石(特にネオジム磁石)からなるのが好ましい。第一の中間部永久磁石3、第二の中間部永久磁石4及び第三の中間部永久磁石5はフェライト磁石からなるのが好ましい。なお第一の中間部永久磁石3、第二の中間部永久磁石4及び第三の中間部永久磁石5は、磁石の大きさやターゲットからの距離あるいはベースとの間に非磁性のスペーサを配置する等の方法で調整すれば希土類系焼結磁石も使用可能である。   In particular, the central permanent magnet 2 and the outer peripheral permanent magnet 6 are preferably composed of rare earth sintered magnets (particularly neodymium magnets). The first intermediate permanent magnet 3, the second intermediate permanent magnet 4, and the third intermediate permanent magnet 5 are preferably made of ferrite magnets. The first intermediate permanent magnet 3, the second intermediate permanent magnet 4, and the third intermediate permanent magnet 5 have a nonmagnetic spacer disposed between the magnet size, the distance from the target, or the base. A rare earth sintered magnet can also be used if it is adjusted by such a method.

マグネトロンスパッタリング用磁場発生装置1において、ターゲット表面9aにおいて、磁束密度垂直成分がゼロとなる位置における磁束密度の平行成分が10 mT以上となるように永久磁石及び磁性部材を構成するのが好ましい。   In the magnetron sputtering magnetic field generator 1, the permanent magnet and the magnetic member are preferably configured so that the parallel component of the magnetic flux density at the position where the magnetic flux density vertical component becomes zero on the target surface 9a is 10 mT or more.

前記ターゲット表面9aにおいて、前記中央部永久磁石2の長手方向中心に対向する位置から前記長手方向と直交する方向に向かって、磁束密度の垂直成分がゼロとなる箇所が3箇所以上存在するのが好ましい。   In the target surface 9a, there are three or more locations where the vertical component of the magnetic flux density is zero from the position facing the center in the longitudinal direction of the central permanent magnet 2 toward the direction orthogonal to the longitudinal direction. preferable.

(2)第二の構成
本発明の第二のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置101は、例えば図2(a)及び図2(b)に示すように、ターゲット9に対向し、ほぼ同心円状の磁場強度をもつ磁場を発生させるよう複数の永久磁石からなる。
(2) Second ConfigurationThe second magnetron sputtering magnetic field generator 101 of the present invention is, for example, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), facing the target 9, and a substantially concentric magnetic field. It consists of a plurality of permanent magnets to generate a strong magnetic field.

第二のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置101は、
磁性体からなるベース108上に、
(a)磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直になるように配置された中央部永久磁石102と、
(b)前記中央部永久磁石102を取り囲むように、前記中央部永久磁石102から順に設けられた第一の中間部永久磁石103、第二の中間部永久磁石104、第三の中間部永久磁石105及び外周部永久磁石106とを有し、
前記第一の中間部永久磁石103は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつ前記ターゲット9に対向する磁極が前記中央部永久磁石102と逆になるように、前記中央部永久磁石102から離間して設けられ、
前記第二の中間部永久磁石104は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに平行で、一方の磁極が前記第一の中間部永久磁石103の外側面103aにターゲット9に近い側で当接し、前記外側面103aと対向する磁極が前記中央部永久磁石102の前記ターゲット9に対向する磁極と逆になるように前記ベース108から磁気空隙を介して設けられ、
前記第三の中間部永久磁石105は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつ前記ターゲット9に対向する磁極が前記中央部永久磁石102と同じになるように、前記第二の中間部永久磁石104から離間して設けられ、
前記外周部永久磁石106は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつ前記ターゲット9に対向する磁極が前記中央部永久磁石102と逆になるように、前記第三の中間部永久磁石105から離間して設けられている。
The second magnetron sputtering magnetic field generator 101 is:
On the base 108 made of magnetic material,
(a) a central permanent magnet 102 disposed so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface 9a;
(b) A first intermediate permanent magnet 103, a second intermediate permanent magnet 104, and a third intermediate permanent magnet provided in order from the central permanent magnet 102 so as to surround the central permanent magnet 102. 105 and outer peripheral permanent magnet 106,
The first intermediate permanent magnet 103 has a magnetization direction perpendicular to the target surface 9a and a magnetic pole facing the target 9 opposite to the central permanent magnet 102. Provided away from
The second intermediate permanent magnet 104 has a magnetization direction parallel to the target surface 9a, and one magnetic pole abuts on the outer surface 103a of the first intermediate permanent magnet 103 on the side close to the target 9, The magnetic pole facing the outer side surface 103a is provided from the base 108 through a magnetic gap so that the magnetic pole facing the target 9 of the central permanent magnet 102 is opposite to the magnetic pole.
The third intermediate permanent magnet 105 is configured such that the magnetization direction is perpendicular to the target surface 9a and the magnetic pole facing the target 9 is the same as the central permanent magnet 102. Provided apart from the permanent magnet 104,
The outer peripheral permanent magnet 106 has the third intermediate permanent magnet 105 so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface 9a and the magnetic pole facing the target 9 is opposite to the central permanent magnet 102. It is provided away from.

第二のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置101は、例えば図2(a)に示すように、正方形状の外観を有しており、ベース108上に、中央部永久磁石102を中心にして、第一の中間部永久磁石103、第二の中間部永久磁石104、第三の中間部永久磁石105及び外周部永久磁石106が内側から順に正四角形状に取り囲むように配置された構成を有している。図2(a)のC-C断面(図2(b))は、図1(a)のA-A断面(図1(b))と同様の構成であり、第二のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置101は、この構成が中央部永久磁石102を中心軸にした四回対称に配置されている。   The second magnetron sputtering magnetic field generator 101 has, for example, a square appearance as shown in FIG.2 (a), and the first permanent magnet 102 is centered on the base 108. The intermediate permanent magnet 103, the second intermediate permanent magnet 104, the third intermediate permanent magnet 105, and the outer peripheral permanent magnet 106 are arranged so as to surround in a regular square shape in order from the inside. . The CC cross section (FIG. 2 (b)) in FIG. 2 (a) has the same configuration as the AA cross section in FIG. 1 (a) (FIG. 1 (b)), and the second magnetron sputtering magnetic field generator 101 is This configuration is arranged in four-fold symmetry with the central permanent magnet 102 as the central axis.

図2(a)のC-C断面において、中央部永久磁石102と第一の中間部永久磁石103との間には磁気空隙110aを有し、第二の中間部永久磁石104と第三の中間部永久磁石105との間には磁気空隙110bを有し、第三の中間部永久磁石105と外周部永久磁石106との間には磁気空隙110cを有し、前述したように、第二の中間部永久磁石104とベース108との間には磁気空隙111を有する。これらの磁気空隙110a、110b、110c、111は、空間であってもよいし、非磁性のスペーサで充填してもよい。   In the CC cross section of FIG. 2 (a), there is a magnetic air gap 110a between the central permanent magnet 102 and the first intermediate permanent magnet 103, and the second intermediate permanent magnet 104 and the third intermediate part. A magnetic gap 110b is provided between the permanent magnet 105 and a magnetic gap 110c is provided between the third intermediate permanent magnet 105 and the outer peripheral permanent magnet 106. A magnetic air gap 111 is provided between the permanent magnet 104 and the base 108. These magnetic gaps 110a, 110b, 110c, and 111 may be spaces or may be filled with nonmagnetic spacers.

中央部永久磁石102、第一の中間部永久磁石103及び外周部永久磁石106の、ターゲット表面9aに垂直な方向の長さはほぼ同じであるのが好ましい。第三の中間部永久磁石105のターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、中央部永久磁石102のターゲット表面9aに垂直な方向の長さよりも短いのが好ましい。   The lengths of the central permanent magnet 102, the first intermediate permanent magnet 103, and the outer peripheral permanent magnet 106 in the direction perpendicular to the target surface 9a are preferably substantially the same. The length of the third intermediate permanent magnet 105 in the direction perpendicular to the target surface 9a is preferably shorter than the length of the central permanent magnet 102 in the direction perpendicular to the target surface 9a.

中央部永久磁石102、第一の中間部永久磁石103、第二の中間部永久磁石104及び外周部永久磁石106のターゲット9側の面は同一平面S上にあるのが好ましい。第三の中間部永久磁石105のターゲット9側の面は、前記同一平面Sよりもベース108側にあるのが好ましい。   It is preferable that the surfaces of the central permanent magnet 102, the first intermediate permanent magnet 103, the second intermediate permanent magnet 104, and the outer peripheral permanent magnet 106 on the target 9 side are on the same plane S. The surface of the third intermediate permanent magnet 105 on the target 9 side is preferably on the base 108 side with respect to the same plane S.

中央部永久磁石102は、一体的に形成しても良いし、複数の永久磁石を組み合わせて構成しても良い。第一の中間部永久磁石103、第二の中間部永久磁石104、第三の中間部永久磁石105及び外周部永久磁石106は、各辺を構成する少なくとも4つの永久磁石を組み合わせて構成するのが好ましく、さらに各辺を複数の永久磁石を組み合わせて構成しても良い。複数の永久磁石を組み合わせて構成する場合、個々の永久磁石をベース108上に接着剤等で順に貼りつけて形成してもよいし、あらかじめいくつかの永久磁石を貼り合わせて一体化した永久磁石ユニットをベース108上に貼りつけて形成しても良い。第二の中間部永久磁石104は、非磁性体からなるスペーサ等を介してベース108上に接着剤等で貼りつけて形成するのが好ましい。   The central permanent magnet 102 may be integrally formed or may be configured by combining a plurality of permanent magnets. The first intermediate permanent magnet 103, the second intermediate permanent magnet 104, the third intermediate permanent magnet 105, and the outer peripheral permanent magnet 106 are configured by combining at least four permanent magnets constituting each side. Further, each side may be configured by combining a plurality of permanent magnets. When a combination of a plurality of permanent magnets is used, the individual permanent magnets may be formed on the base 108 in order by adhering them with an adhesive or the like, or some permanent magnets may be integrated in advance. The unit may be formed on the base 108 by sticking. The second intermediate permanent magnet 104 is preferably formed by adhering to the base 108 with an adhesive or the like via a spacer made of a non-magnetic material.

なお図2(a)及び図2(b)は、中央部永久磁石102のターゲット側磁極がS極である例を示したが、この磁極がN極であってもかまわない。その場合は、他の永久磁石の磁極も全て逆に構成されることになる。   2A and 2B show an example in which the target-side magnetic pole of the central permanent magnet 102 is an S pole, but the magnetic pole may be an N pole. In that case, all the magnetic poles of the other permanent magnets are also reversed.

図2(a)及び図2(b)に示す磁場発生装置は、全体が平面視で正四角形(四回対称)に形成された例を示すが、第二のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置は、平面視で正四角形以外の形状であっても良い。例えば、平面視で、正五角形、正六角形、正七角形、正八角形等の正多角形であっても良いし、三回対称軸、四回対称軸等を有する多角形でも良いし、円形でもよい。好ましくは、正四角形、正五角形、正六角形である。   The magnetic field generator shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) shows an example in which the whole is formed in a regular tetragon (four-fold symmetry) in plan view, but the second magnetron sputtering magnetic field generator is It may have a shape other than a regular square in plan view. For example, in a plan view, it may be a regular polygon such as a regular pentagon, a regular hexagon, a regular heptagon, a regular octagon, a polygon having a three-fold symmetry axis, a four-fold symmetry axis, etc., or a circle. . Preferably, they are a regular tetragon, a regular pentagon, and a regular hexagon.

(i)中央部永久磁石
中央部永久磁石102は、磁性体からなるベース108上のほぼ中央に、四角柱の永久磁石を、磁化方向(四回軸方向)が前記ターゲット表面9aに垂直になるように配置するのが好ましい。中央部永久磁石102を構成する永久磁石の平面視形状は特に限定されず、磁石の製造のしやすさ、磁場発生装置の組み立てやすさ等の理由で適宜設定すればよい。図2(a)では四角柱の永久磁石が使用されているが、円柱でも良いし、正多角形の柱状(正六角柱、正八角柱等)でもよい。
(i) Central Permanent Magnet The central permanent magnet 102 is a quadrangular prism permanent magnet substantially at the center on the base 108 made of a magnetic material, and the magnetization direction (four-fold axis direction) is perpendicular to the target surface 9a. It is preferable to arrange them as follows. The plan view shape of the permanent magnet constituting the central permanent magnet 102 is not particularly limited, and may be set as appropriate for reasons such as ease of manufacture of the magnet and ease of assembly of the magnetic field generator. In FIG. 2 (a), a quadrangular prism permanent magnet is used, but it may be a cylinder or a regular polygonal column (regular hexagonal column, regular octagonal column, etc.).

中央部永久磁石102の平面視大きさ(多角形の場合一辺の長さ、又は円形の場合直径)及び前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、中央部永久磁石102上面から前記ターゲット表面9aまでの距離、及び発生させる磁場の強度に比例させながら、任意に設定することができる。   The size of the central permanent magnet 102 in plan view (the length of one side in the case of a polygon or the diameter in the case of a circle) and the length in the direction perpendicular to the target surface 9a are determined from the upper surface of the central permanent magnet 102 to the target surface. It can be arbitrarily set while being proportional to the distance to 9a and the strength of the magnetic field to be generated.

(ii)第一の中間部永久磁石
第一の中間部永久磁石103は、中央部永久磁石102を取り囲む正四角形状に、中央部永久磁石102から所定の距離をおいて配置される。中央部永久磁石102と第一の中間部永久磁石103の長辺部分との間には磁気空隙110aが設けられている。第一の中間部永久磁石103は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつ前記ターゲット9に対向する磁極(図ではN極)が中央部永久磁石102の前記ターゲット9側磁極(図ではS極)と逆になるように配置される。
(ii) First Intermediate Permanent Magnet The first intermediate permanent magnet 103 is arranged in a regular square shape surrounding the central permanent magnet 102 at a predetermined distance from the central permanent magnet 102. A magnetic air gap 110 a is provided between the central permanent magnet 102 and the long side portion of the first intermediate permanent magnet 103. The first intermediate permanent magnet 103 has a magnetization direction perpendicular to the target surface 9a, and a magnetic pole (N pole in the figure) facing the target 9 is the target 9 side magnetic pole (in the figure, the central permanent magnet 102). S pole)

第一の中間部永久磁石103は、複数個の直方体の永久磁石を連接して構成するのが好ましい。第一の中間部永久磁石103を構成する各種形状の永久磁石の大きさ、使用する数等は特に限定されず、磁石の製造のしやすさ、磁場発生装置の組み立てやすさ等の理由で適宜設定すればよい。   The first intermediate permanent magnet 103 is preferably configured by connecting a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets. There are no particular limitations on the size and number of permanent magnets of the various shapes constituting the first intermediate permanent magnet 103, and it is appropriate for reasons such as ease of manufacturing the magnet and ease of assembly of the magnetic field generator. You only have to set it.

正方形状に構成された第一の中間部永久磁石103の一辺の長さW103は、ベースの一辺の長さ(W1又はW2)の21〜27%とするのが好ましい。第一の中間部永久磁石103を構成する磁石の幅及び前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、特に限定されず磁場発生装置の全体の形状、発生させる磁場の強度等により任意に設定することができる。ただし前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、中央部永久磁石102の前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さと同じであるのが好ましい。 The length W 103 on one side of the first intermediate permanent magnet 103 configured in a square shape is preferably 21 to 27% of the length (W1 or W2) on one side of the base. The width of the magnet constituting the first intermediate permanent magnet 103 and the length in the direction perpendicular to the target surface 9a are not particularly limited, and are arbitrarily set depending on the overall shape of the magnetic field generator, the strength of the magnetic field to be generated, etc. can do. However, the length in the direction perpendicular to the target surface 9a is preferably the same as the length of the central permanent magnet 102 in the direction perpendicular to the target surface 9a.

(iii)第二の中間部永久磁石
第二の中間部永久磁石104は、正四角形状に配置された第一の中間部永久磁石103の両長辺部分の外側面103aに、ターゲットに近い側で当接し、第一の中間部永久磁石103の外周を取り囲むよう正四角形状に配置する。第二の中間部永久磁石104は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに平行で、一方の磁極が前記第一の中間部永久磁石103の外側面103aにターゲットに近い側で対向し、他方の磁極が第三の中間部永久磁石105側を向くように設置する。第二の中間部永久磁石104の、前記第一の中間部永久磁石103の外側面103aと対向する側の磁極(図ではN極)は、前記中央部永久磁石102のターゲット側磁極(図ではS極)と逆になるように構成する。
(iii) Second intermediate permanent magnet The second intermediate permanent magnet 104 is closer to the target on the outer surface 103a of both long sides of the first intermediate permanent magnet 103 arranged in a regular square shape. And are arranged in a regular square shape so as to surround the outer periphery of the first intermediate permanent magnet 103. The second intermediate permanent magnet 104 has a magnetization direction parallel to the target surface 9a, one magnetic pole faces the outer surface 103a of the first intermediate permanent magnet 103 on the side close to the target, and the other magnetic pole Is installed so as to face the third intermediate permanent magnet 105 side. The magnetic pole (N pole in the figure) of the second intermediate permanent magnet 104 on the side facing the outer surface 103a of the first intermediate permanent magnet 103 is the target side magnetic pole (in the figure, the N pole in the figure). It is configured to be the opposite of S pole).

第二の中間部永久磁石104は、複数個の直方体の永久磁石を連接して構成するのが好ましい。第二の中間部永久磁石104を構成する各種形状の永久磁石の大きさ、使用する数等は特に限定されず、磁石の製造のしやすさ、磁場発生装置の組み立てやすさ等の理由で適宜設定すればよい。   The second intermediate permanent magnet 104 is preferably configured by connecting a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets. The size and number of permanent magnets of various shapes constituting the second intermediate permanent magnet 104 are not particularly limited, and are appropriately selected for reasons such as ease of manufacturing the magnet and ease of assembly of the magnetic field generator. You only have to set it.

第二の中間部永久磁石104と前記ベース108との間には磁気空隙111が設けられ、第二の中間部永久磁石104と第三の中間部永久磁石105との間には磁気空隙110bが設けられる。この磁気空隙111及び磁気空隙110bは、磁気的に空隙となっていれば良く、例えば空間であっても良いし、非磁性体からなるスペーサで充填されていても良い。特に磁気空隙111は非磁性体からなるスペーサで充填されるのが好ましい。   A magnetic air gap 111 is provided between the second intermediate permanent magnet 104 and the base 108, and a magnetic air gap 110b is provided between the second intermediate permanent magnet 104 and the third intermediate permanent magnet 105. Provided. The magnetic air gap 111 and the magnetic air gap 110b may be magnetic air gaps, and may be, for example, a space or may be filled with a spacer made of a nonmagnetic material. In particular, the magnetic gap 111 is preferably filled with a spacer made of a nonmagnetic material.

正方形状に構成された第二の中間部永久磁石104の一辺の長さW104は、ベースの一辺の長さ(W1又はW2)の46〜52%であるのが好ましい。第二の中間部永久磁石104の幅及び前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、特に限定されず磁場発生装置の全体の形状、発生させる磁場の強度等により任意に設定することができる。ただし前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、中央部永久磁石102の前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さの5〜200%であるのが好ましく、30〜150%であるのがより好ましく、30〜100%であるのが最も好ましい。 The length W 104 of one side of the second intermediate permanent magnet 104 configured in a square shape is preferably 46 to 52% of the length (W1 or W2) of one side of the base. The width of the second intermediate permanent magnet 104 and the length in the direction perpendicular to the target surface 9a are not particularly limited, and can be arbitrarily set depending on the overall shape of the magnetic field generator, the strength of the generated magnetic field, and the like. . However, the length in the direction perpendicular to the target surface 9a is preferably 5 to 200% of the length of the central permanent magnet 102 in the direction perpendicular to the target surface 9a, and preferably 30 to 150%. More preferably, it is 30 to 100%.

(iv)第三の中間部永久磁石
第三の中間部永久磁石105は、第二の中間部永久磁石104の外側(外周部永久磁石106との間)に、第二の中間部永久磁石104から所定の距離をおいて、第二の中間部永久磁石104を取り囲む正四角形状に配置される。第三の中間部永久磁石105は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつターゲット9に対向する磁極(図ではS極)が前記中央部永久磁石102の前記ターゲット9側磁極(図ではS極)と同じになるように配置される。
(iv) Third Intermediate Permanent Magnet The third intermediate permanent magnet 105 is disposed outside the second intermediate permanent magnet 104 (between the outer peripheral permanent magnet 106) and the second intermediate permanent magnet 104. Is disposed in a regular square shape surrounding the second intermediate permanent magnet 104 at a predetermined distance. The third intermediate permanent magnet 105 has a magnetization direction perpendicular to the target surface 9a, and a magnetic pole (S pole in the figure) facing the target 9 is the target 9 side magnetic pole (in the figure, the central permanent magnet 102). (S pole)

第三の中間部永久磁石105は、第一の中間部永久磁石103の場合と同様、複数個の直方体の永久磁石を連接して構成するのが好ましい。第三の中間部永久磁石105を構成する各種形状の永久磁石の大きさ、使用する数等は特に限定されず、磁石の製造のしやすさ、磁場発生装置の組み立てやすさ等の理由で適宜設定すればよい。   As in the case of the first intermediate permanent magnet 103, the third intermediate permanent magnet 105 is preferably configured by connecting a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets. The size and number of permanent magnets of various shapes constituting the third intermediate permanent magnet 105 are not particularly limited, and are appropriately selected for reasons such as ease of manufacturing a magnet and ease of assembly of a magnetic field generator. You only have to set it.

第三の中間部永久磁石105と外周部永久磁石106との間には、磁気空隙110cが設けられる。この磁気空隙110cは、磁気的に空隙となっていれば良く、空間であってもよいし、非磁性体からなるスペーサで充填されていても良い。   A magnetic air gap 110c is provided between the third intermediate permanent magnet 105 and the outer peripheral permanent magnet 106. The magnetic air gap 110c may be a magnetic air gap, may be a space, or may be filled with a spacer made of a nonmagnetic material.

第三の中間部永久磁石105の外周の一辺の長さW105は、ベースの一辺の長さ(W1又はW2)の64〜70%であるのが好ましい。第三の中間部永久磁石105の幅及び前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、特に限定されず磁場発生装置の全体の形状、発生させる磁場の強度等により任意に設定することができる。第三の中間部永久磁石105のターゲット9側の面は、中央部永久磁石102のターゲット9側の面よりもベース108側にあるのが好ましい。ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、中央部永久磁石102の前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さの5〜80%であるのが好ましい。 The length W 105 on one side of the outer periphery of the third intermediate permanent magnet 105 is preferably 64 to 70% of the length (W1 or W2) on one side of the base. The width of the third intermediate permanent magnet 105 and the length in the direction perpendicular to the target surface 9a are not particularly limited and can be arbitrarily set depending on the overall shape of the magnetic field generator, the strength of the generated magnetic field, and the like. . The surface of the third intermediate permanent magnet 105 on the target 9 side is preferably closer to the base 108 than the surface of the central permanent magnet 102 on the target 9 side. The length in the direction perpendicular to the target surface 9a is preferably 5 to 80% of the length of the central permanent magnet 102 in the direction perpendicular to the target surface 9a.

(v)外周部永久磁石
外周部永久磁石106は、第三の中間部永久磁石105を取り囲む正四角形状に、第三の中間部永久磁石105から所定の距離を置いて配置される。外周部永久磁石106は、磁化方向が前記ターゲット表面9aに垂直で、かつ前記ターゲット9に対向する磁極(図ではN極)が前記中央部永久磁石102の前記ターゲット9側磁極(図ではS極)と逆になるように配置する。すなわち、外周部永久磁石106は、磁場発生装置の外周を形成するように設けられる。
(v) Peripheral Permanent Magnet The outer peripheral permanent magnet 106 is arranged in a regular square shape surrounding the third intermediate permanent magnet 105 at a predetermined distance from the third intermediate permanent magnet 105. The outer peripheral permanent magnet 106 has a magnetization direction perpendicular to the target surface 9a, and a magnetic pole (N pole in the figure) facing the target 9 is the target 9 side magnetic pole (S pole in the figure) of the central permanent magnet 102. ) Place it in the opposite direction. That is, the outer peripheral permanent magnet 106 is provided so as to form the outer periphery of the magnetic field generator.

外周部永久磁石106は、第一の中間部永久磁石103の場合と同様、複数個の直方体の永久磁石を連接して構成するのが好ましく、各直方体の永久磁石の大きさ、使用する数は特に限定されず、磁石の製造のしやすさ、磁場発生装置の組み立てやすさ等の理由で適宜設定すればよい。各永久磁石は、同じ形状でなくてもかまわない。   As in the case of the first intermediate permanent magnet 103, the outer peripheral permanent magnet 106 is preferably configured by connecting a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets. The size and number of permanent magnets used in each rectangular parallelepiped are It is not particularly limited, and may be set as appropriate for reasons such as ease of manufacturing a magnet and ease of assembly of a magnetic field generator. Each permanent magnet may not have the same shape.

外周部永久磁石106の外周の一辺の長さW106は、ベースの一辺の長さ(W1又はW2)の84〜90%であるのが好ましい。外周部永久磁石106を構成する永久磁石の幅及び前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、磁場発生装置101の全体の形状、発生させる磁場の強度等により任意に設定することができる。ただし前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さは、中央部永久磁石102の前記ターゲット表面9aに垂直な方向の長さと同じであるのが好ましい。 The length W 106 on one side of the outer periphery of the outer peripheral permanent magnet 106 is preferably 84 to 90% of the length (W1 or W2) on one side of the base. The width of the permanent magnets constituting the outer peripheral permanent magnet 106 and the length in the direction perpendicular to the target surface 9a can be arbitrarily set according to the overall shape of the magnetic field generator 101, the strength of the generated magnetic field, and the like. However, the length in the direction perpendicular to the target surface 9a is preferably the same as the length of the central permanent magnet 102 in the direction perpendicular to the target surface 9a.

(vi)永久磁石
マグネトロンスパッタリング用磁場発生装置を構成する永久磁石は、公知の永久磁石材料で形成することができる。使用する永久磁石の材質は設備の構成(磁場発生装置からターゲットまでの距離)や必要な磁場強度によって適宜設定すれば良いが、R(Nd等の希土類元素のうちの少なくとも一種)、T(Fe又はFe及びCo)及びBを必須成分とする希土類鉄ボロン系異方性焼結磁石(ネオジム磁石)等の希土類系焼結磁石(耐食性の点から各種の表面処理を施したもの)又はフェライト磁石が好ましい。希土類系焼結磁石としては、特にネオジム磁石が好ましい。
(vi) Permanent magnet The permanent magnet constituting the magnetic field generator for magnetron sputtering can be formed of a known permanent magnet material. The material of the permanent magnet to be used may be appropriately set depending on the equipment configuration (distance from the magnetic field generator to the target) and the required magnetic field strength, but R (at least one of rare earth elements such as Nd), T (Fe Or rare earth iron-based boron magnets (neodymium magnets) such as Fe and Co) and B as essential components, rare earth sintered magnets (with various surface treatments in view of corrosion resistance) or ferrite magnets Is preferred. As the rare earth sintered magnet, a neodymium magnet is particularly preferable.

特に中央部永久磁石102及び外周部永久磁石106が希土類系焼結磁石(特にネオジム磁石)からなるのが好ましい。第一の中間部永久磁石103、第二の中間部永久磁石104及び第三の中間部永久磁石105はフェライト磁石からなるのが好ましい。なお第一の中間部永久磁石103、第二の中間部永久磁石104及び第三の中間部永久磁石105は、磁石の大きさやターゲットからの距離あるいはベースとの間に非磁性のスペーサを配置する等の方法で調整すれば希土類系焼結磁石も使用可能である。   In particular, the central permanent magnet 102 and the outer peripheral permanent magnet 106 are preferably made of a rare earth sintered magnet (particularly a neodymium magnet). The first intermediate permanent magnet 103, the second intermediate permanent magnet 104, and the third intermediate permanent magnet 105 are preferably made of ferrite magnets. The first intermediate permanent magnet 103, the second intermediate permanent magnet 104, and the third intermediate permanent magnet 105 have a nonmagnetic spacer disposed between the magnet size, the distance from the target, or the base. A rare earth sintered magnet can also be used if it is adjusted by such a method.

マグネトロンスパッタリング用磁場発生装置101において、ターゲット表面9aにおいて、磁束密度垂直成分がゼロとなる位置における磁束密度の平行成分が10 mT以上となるように永久磁石及び磁性部材を構成するのが好ましい。   In the magnetic field generator 101 for magnetron sputtering, it is preferable that the permanent magnet and the magnetic member are configured such that the parallel component of the magnetic flux density at the position where the perpendicular magnetic flux density component is zero on the target surface 9a is 10 mT or more.

前記ターゲット表面9aにおいて、前記中央部永久磁石102の中心に対向する位置から四角形の辺に平行な方向及び対角線方向に向かって、磁束密度の垂直成分がゼロとなる箇所が3箇所以上存在するのが好ましい。   In the target surface 9a, there are three or more locations where the vertical component of the magnetic flux density becomes zero from the position facing the center of the central permanent magnet 102 in the direction parallel to the side of the square and the diagonal direction. Is preferred.

本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1
実施例1の磁場発生装置201を図3(a)〜図3(c)に示す。磁場発生装置201は、鋼板(SS400)製のベース208上に、希土類系焼結磁石(日立金属製NMX-48BH、残留磁束密度:約1,360 mT)からなる中央部永久磁石202及び外周部永久磁石206、並びにフェライト焼結磁石(日立金属製NMF-12F、残留磁束密度:約460 mT)からなる第一の中間部永久磁石203、第二の中間部永久磁石204及び第三の中間部永久磁石205を、W1=298 mm、W2=198 mm、a=5 mm、b=6 mm、c=25 mm、d=8 mm、e=10 mm、f=5 mm、h=5 mm、i=8 mm、j=14 mm、k=20 mm、g1=15 mm、g2=10 mm、g3=10 mm、g4=5 mm及びg5=40 mmとなるよう配置して作製した。なお図示はしていないが、中央部永久磁石202、第一の中間部永久磁石203、第二の中間部永久磁石204、第三の中間部永久磁石205、外周部永久磁石206及びベース208によって囲まれた磁気空隙210a、210b、210c、211、212a、212bは、非磁性(アルミニウム製)のスペーサで充填した。
Example 1
A magnetic field generator 201 of Example 1 is shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c). The magnetic field generator 201 includes a central permanent magnet 202 and a peripheral permanent magnet made of a rare earth sintered magnet (NMX-48BH made by Hitachi Metals, residual magnetic flux density: about 1,360 mT) on a base 208 made of steel plate (SS400). 206, and a first intermediate permanent magnet 203, a second intermediate permanent magnet 204, and a third intermediate permanent magnet made of sintered ferrite magnet (NMF-12F made by Hitachi Metals, residual magnetic flux density: about 460 mT) 205, W1 = 298 mm, W2 = 198 mm, a = 5 mm, b = 6 mm, c = 25 mm, d = 8 mm, e = 10 mm, f = 5 mm, h = 5 mm, i = 8 mm, j = 14 mm, k = 20 mm, g1 = 15 mm, g2 = 10 mm, g3 = 10 mm, g4 = 5 mm, and g5 = 40 mm. Although not shown, the center permanent magnet 202, the first intermediate permanent magnet 203, the second intermediate permanent magnet 204, the third intermediate permanent magnet 205, the outer peripheral permanent magnet 206, and the base 208 are used. The enclosed magnetic voids 210a, 210b, 210c, 211, 212a, 212b were filled with nonmagnetic (aluminum) spacers.

実施例1の磁場発生装置201の表面(ターゲットと対向する面)から20 mmの位置[ターゲット表面(図示せず)の位置に相当]における磁束密度を磁場解析により求め、磁束密度のターゲット表面に対して平行な成分(磁束密度平行成分)及び垂直な成分(磁束密度垂直成分)を、中央部永久磁石202の中心から外周部永久磁石206方向(図3(a)に記載したα方向)にプロットし磁束密度分布を求めた。結果を図6に示す。図6において、横軸は、中央部永久磁石202の中心からの距離であり、磁束密度垂直成分を点線、磁束密度水平成分を実線で示した。   The magnetic flux density at a position [corresponding to the position of the target surface (not shown)] 20 mm from the surface (surface facing the target) of the magnetic field generator 201 of Example 1 is obtained by magnetic field analysis. A component parallel to the magnetic flux density (parallel component of magnetic flux density) and a component perpendicular to the magnetic flux density (vertical component of magnetic flux density) from the center of the central permanent magnet 202 to the outer peripheral permanent magnet 206 (α direction shown in FIG. 3 (a)). The magnetic flux density distribution was obtained by plotting. The results are shown in FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents the distance from the center of the central permanent magnet 202, and the vertical magnetic flux density component is indicated by a dotted line, and the horizontal magnetic flux density component is indicated by a solid line.

実施例2
実施例2の磁場発生装置301を図4(a)及び図4(b)に示す。磁場発生装置301は、鋼板(SS400)製のベース308上に、希土類系焼結磁石(日立金属製NMX-48BH、残留磁束密度:約1,360 mT)からなる中央部永久磁石302及び外周部永久磁石306、並びにフェライト焼結磁石(日立金属製NMF-12F、残留磁束密度:約460 mT)からなる第一の中間部永久磁石303、第二の中間部永久磁石304及び第三の中間部永久磁石305を、W1=W2=396 mm、a=10 mm、b=12 mm、c=50 mm、d=16 mm、e=20 mm、i=8 mm、j=14 mm、k=20 mm、g1=30 mm、g2=20 mm及びg3=20 mmとなるよう配置して作製した。なお図示はしていないが、中央部永久磁石302、第一の中間部永久磁石303、第二の中間部永久磁石304、第三の中間部永久磁石305、外周部永久磁石306及びベース308によって囲まれた磁気空隙310a、310b、310c、311は、非磁性(アルミニウム製)のスペーサで充填した。
Example 2
A magnetic field generator 301 of Example 2 is shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). The magnetic field generator 301 includes a central permanent magnet 302 and an outer peripheral permanent magnet made of a rare earth sintered magnet (NMX-48BH made by Hitachi Metals, residual magnetic flux density: about 1,360 mT) on a base 308 made of steel plate (SS400). 306, and a ferrite sintered magnet (NMF-12F made by Hitachi Metals, residual magnetic flux density: about 460 mT), a first intermediate permanent magnet 303, a second intermediate permanent magnet 304, and a third intermediate permanent magnet 305, W1 = W2 = 396 mm, a = 10 mm, b = 12 mm, c = 50 mm, d = 16 mm, e = 20 mm, i = 8 mm, j = 14 mm, k = 20 mm, The electrodes were arranged so that g1 = 30 mm, g2 = 20 mm, and g3 = 20 mm. Although not shown, the center permanent magnet 302, the first intermediate permanent magnet 303, the second intermediate permanent magnet 304, the third intermediate permanent magnet 305, the outer peripheral permanent magnet 306, and the base 308 are used. The enclosed magnetic air gaps 310a, 310b, 310c, 311 were filled with nonmagnetic (aluminum) spacers.

実施例1と同様にして、実施例2の磁場発生装置301の表面(ターゲットと対向する面)から20 mmの位置[ターゲット表面(図示せず)の位置に相当]における磁束密度を磁場解析により求め、磁束密度のターゲット表面に対して平行な成分(磁束密度平行成分)及び垂直な成分(磁束密度垂直成分)を、中央部永久磁石302の中心から外周部永久磁石306まで平行な方向(図4(a)に記載したβ方向)及び対角線方向(図4(a)に記載したγ方向)にプロットし磁束密度分布を求めた。結果をそれぞれ図7(a)及び図7(b)に示す。図7(a)及び図7(b)において、横軸は、中央部永久磁石302の中心からの距離であり、磁束密度垂直成分を点線、磁束密度水平成分を実線で示した。   In the same manner as in Example 1, the magnetic flux density at a position [corresponding to the position of the target surface (not shown)] 20 mm from the surface (surface facing the target) of the magnetic field generator 301 of Example 2 was determined by magnetic field analysis. The magnetic flux density component parallel to the target surface of the magnetic flux density (magnetic flux density parallel component) and the vertical component (magnetic flux density vertical component) are parallel to the center permanent magnet 302 to the outer peripheral permanent magnet 306 (see FIG. The magnetic flux density distribution was obtained by plotting in the β direction described in 4 (a) and the diagonal direction (γ direction described in FIG. 4 (a)). The results are shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), respectively. 7 (a) and 7 (b), the horizontal axis represents the distance from the center of the central permanent magnet 302, and the vertical magnetic flux density component is indicated by a dotted line, and the horizontal magnetic flux density component is indicated by a solid line.

比較例1
図5(a)〜図5(c)に示すように、オーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)製のベース408上に、フェライト系ステンレス(SUS430)製の中央磁極部材402及び外周磁極部材403、並びにフェライト焼結磁石(日立金属製NMX-5D、残留磁束密度:約360 mT)からなる直線部用永久磁石404及びコーナー部用永久磁石405を、磁化方向がターゲット面に平行でかつ同極性の磁極が前記中央磁極部材402に対向するように配置し、磁場発生装置401(W1=298 mm、W2=198 mm、A=10 mm、B=10 mm、C=10 mm、D=35 mm、G1=84 mm及びG2=84 mm)を作製した。
Comparative Example 1
As shown in FIG. 5 (a) to FIG. 5 (c), on a base 408 made of austenitic stainless steel (SUS304), a central magnetic pole member 402 and an outer magnetic pole member 403 made of ferritic stainless steel (SUS430), and ferrite A permanent magnet 404 for a straight portion and a permanent magnet 405 for a corner portion made of sintered magnets (NMX-5D made by Hitachi Metals, residual magnetic flux density: about 360 mT) are magnetized with a magnetic pole having a magnetization direction parallel to the target surface and the same polarity. The magnetic field generator 401 (W1 = 298 mm, W2 = 198 mm, A = 10 mm, B = 10 mm, C = 10 mm, D = 35 mm, G1 = 84 mm and G2 = 84 mm).

実施例1と同様にして、比較例1の磁場発生装置401の表面(ターゲットと対向する面)から20 mmの位置[ターゲット表面(図示せず)の位置に相当]における磁束密度を磁場解析により求め、磁束密度のターゲット表面に対して平行な成分(磁束密度平行成分)及び垂直な成分(磁束密度垂直成分)を、中央磁極部材402の中心から外周磁極部材403方向(図5(a)に記載したY方向)にプロットし磁束密度分布を求めた。結果を図8に示す。図8において、横軸は、中央磁極部材202の中心からの距離であり、磁束密度垂直成分を点線、磁束密度水平成分を実線で示した。   In the same manner as in Example 1, the magnetic flux density at a position [corresponding to the position of the target surface (not shown)] 20 mm from the surface (the surface facing the target) of the magnetic field generator 401 of Comparative Example 1 was determined by magnetic field analysis. The magnetic flux density component parallel to the target surface (magnetic flux density parallel component) and perpendicular component (magnetic flux density vertical component) is obtained from the center of the central magnetic pole member 402 toward the outer magnetic pole member 403 (FIG. 5 (a)). The magnetic flux density distribution was obtained by plotting in the indicated Y direction). The results are shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the distance from the center of the central magnetic pole member 202, and the vertical component of magnetic flux density is indicated by a dotted line and the horizontal component of magnetic flux density is indicated by a solid line.

図6及び図8から、比較例1の磁場発生装置401は、Y方向の磁束密度分布において、磁束密度垂直成分がゼロとなる点が1箇所(P1)しかないのに対して、本発明の磁場発生装置201(実施例1)は、α方向の磁束密度分布において、磁束密度垂直成分がゼロとなる点が3箇所(P1、P2及びP3)有ることが分かる。図9(a)及び図9(b)は、それぞれ実施例1及び比較例1の磁場発生装置において磁束密度垂直成分がゼロとなる点を結んだ線(点線)を示す。さらに図7(a) 及び図7(b)から、本発明の磁場発生装置301(実施例2)は、β方向の磁束密度分布において、磁束密度垂直成分がゼロとなる点が3箇所(P1、P2及びP3)有り、γ方向の磁束密度分布において、磁束密度垂直成分がゼロとなる点が5箇所(P1、P2、P3、P4及びP5)有ることがわかる。   6 and 8, the magnetic field generator 401 of Comparative Example 1 has only one point (P1) where the vertical component of the magnetic flux density is zero in the magnetic flux density distribution in the Y direction. It can be seen that the magnetic field generator 201 (Example 1) has three points (P1, P2, and P3) where the magnetic flux density vertical component becomes zero in the magnetic flux density distribution in the α direction. FIGS. 9A and 9B show lines (dotted lines) connecting points at which the magnetic flux density vertical component becomes zero in the magnetic field generators of Example 1 and Comparative Example 1, respectively. Further, from FIG. 7 (a) and FIG. 7 (b), the magnetic field generator 301 (Embodiment 2) of the present invention has three points where the magnetic flux density vertical component becomes zero in the magnetic flux density distribution in the β direction (P1 , P2 and P3), and in the magnetic flux density distribution in the γ direction, it can be seen that there are five points (P1, P2, P3, P4 and P5) where the perpendicular component of the magnetic flux density is zero.

本発明の磁場発生装置201(実施例1)及び磁場発生装置301(実施例2)は、このように磁束密度垂直成分がゼロとなる点が3箇所以上存在するので、比較例1の磁場発生装置401に比べてエロージョン領域が図11に示すようなV字状から図10に示すようなU字状に広がると予想され、ターゲットのエロージョン進行をより均一にし、ターゲットの利用効率を向上させることができる。   Since the magnetic field generator 201 (Example 1) and the magnetic field generator 301 (Example 2) of the present invention have three or more points where the magnetic flux density vertical component becomes zero in this way, the magnetic field generation of the comparative example 1 Compared with the device 401, the erosion area is expected to expand from a V shape as shown in FIG. 11 to a U shape as shown in FIG. 10, making the erosion progress of the target more uniform and improving the utilization efficiency of the target. Can do.

1、101、102、103・・・磁場発生装置
2、102、202、302・・・中央部永久磁石
3、103、203、204・・・第一の中間部永久磁石
3a、203a・・・側面
4、104、204、304・・・第二の中間部永久磁石
5、105、205、305・・・第三の中間部永久磁石
6、106、206、306・・・外周部永久磁石
8、108、208、308・・・ベース
9・・・ターゲット
9a・・・ターゲット表面
10a、10b、10c、210a、210b、210c・・・磁気空隙
11、211・・・磁気空隙
12a、12b、212a、212b・・・磁気空隙
110a、110b、110c、310a、310b、310c・・・磁気空隙
111、311・・・磁気空隙
401・・・比較例1の磁場発生装置
402・・・中央磁極部材
403・・・外周磁極部材
404・・・直線部用永久磁石
405・・・コーナー部用永久磁石
408・・・ベース
1, 101, 102, 103 ... Magnetic field generator
2, 102, 202, 302 ... permanent permanent magnet
3, 103, 203, 204 ... first intermediate permanent magnet
3a, 203a ・ ・ ・ Side
4, 104, 204, 304 ... second intermediate permanent magnet
5, 105, 205, 305 ... Third intermediate permanent magnet
6, 106, 206, 306 ... Peripheral permanent magnet
8, 108, 208, 308 ... base
9 ... Target
9a ・ ・ ・ Target surface
10a, 10b, 10c, 210a, 210b, 210c ... Magnetic gap
11, 211 ... Magnetic gap
12a, 12b, 212a, 212b ... magnetic gap
110a, 110b, 110c, 310a, 310b, 310c ... Magnetic gap
111, 311 ... magnetic gap
401 ... Magnetic field generator of Comparative Example 1
402 ・ ・ ・ Central magnetic pole member
403 ... Peripheral magnetic pole member
404 ・ ・ ・ Permanent magnet for straight section
405 ... Permanent magnet for corner
408 ... Base

Claims (8)

ターゲットに対向し、ターゲット表面に磁場を発生させるためのマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置であって、
磁性体からなるベース上に、
(a)磁化方向が前記ターゲット表面に垂直になるように直線状に配置された中央部永久磁石と、
(b)磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と逆になるように、前記中央部永久磁石を取り囲む長方形状に、前記中央部永久磁石から離間して配置された第一の中間部永久磁石と、
(c)磁化方向が前記ターゲット表面に平行で、一方の磁極が前記長方形状に配置された第一の中間部永久磁石の両長辺部分の外側面にターゲットに近い側で当接し、前記外側面と対向する磁極が前記中央部永久磁石の前記ターゲットに対向する磁極と逆になるように、前記ベースから磁気空隙を介して配置された一対の第二の中間部永久磁石と、
(d)磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と同じになるように、前記一対の第二の中間部永久磁石の外側に離間して配置された一対の第三の中間部永久磁石と、
(e)磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と逆になるように、前記第一、第二及び第三の中間部永久磁石を取り囲む長方形状に、前記第一、第二及び第三の中間部永久磁石から離間して配置された外周部永久磁石と
を有することを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
A magnetron sputtering magnetic field generator for generating a magnetic field on a target surface facing a target,
On the base made of magnetic material,
(a) a central permanent magnet arranged linearly so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface;
(b) From the central permanent magnet to a rectangular shape surrounding the central permanent magnet so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface and the magnetic pole facing the target is opposite to the central permanent magnet A first intermediate permanent magnet spaced apart;
(c) The magnetization direction is parallel to the target surface, and one magnetic pole is in contact with the outer surface of both long side portions of the first intermediate permanent magnet arranged in the rectangular shape on the side close to the target, and the outer A pair of second intermediate permanent magnets disposed from the base via a magnetic gap so that the magnetic poles facing the side faces are opposite to the magnetic poles facing the target of the central permanent magnet;
(d) The magnetizing direction is perpendicular to the target surface, and the magnetic poles facing the target are the same as the central permanent magnet, and are spaced apart from the pair of second intermediate permanent magnets. A pair of third intermediate permanent magnets,
(e) a rectangle surrounding the first, second and third intermediate permanent magnets such that the magnetization direction is perpendicular to the target surface and the magnetic poles facing the target are opposite to the central permanent magnets A magnetron sputtering magnetic field generator, comprising: an outer peripheral permanent magnet disposed apart from the first, second and third intermediate permanent magnets.
ターゲットに対向し、ターゲット表面に磁場を発生させるためのマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置であって、
磁性体からなるベース上に、
(a)磁化方向が前記ターゲット表面に垂直になるように配置された中央部永久磁石と、
(b)前記中央部永久磁石を取り囲むように、前記中央部永久磁石から順に設けられた第一の中間部永久磁石、第二の中間部永久磁石、第三の中間部永久磁石及び外周部永久磁石とを有し、
前記第一の中間部永久磁石は、磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と逆になるように、前記中央部永久磁石から離間して設けられ、
前記第二の中間部永久磁石は、磁化方向が前記ターゲット表面に平行で、一方の磁極が前記第一の中間部永久磁石の外側面にターゲットに近い側で当接し、前記外側面と対向する磁極が前記中央部永久磁石の前記ターゲットに対向する磁極と逆になるように前記ベースから磁気空隙を介して設けられ、
前記第三の中間部永久磁石は、磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と同じになるように、前記第二の中間部永久磁石から離間して設けられ、
前記外周部永久磁石は、磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、かつ前記ターゲットに対向する磁極が前記中央部永久磁石と逆になるように、前記第三の中間部永久磁石から離間して設けられていることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
A magnetron sputtering magnetic field generator for generating a magnetic field on a target surface facing a target,
On the base made of magnetic material,
(a) a central permanent magnet disposed such that the magnetization direction is perpendicular to the target surface;
(b) A first intermediate permanent magnet, a second intermediate permanent magnet, a third intermediate permanent magnet, and an outer peripheral permanent provided in order from the central permanent magnet so as to surround the central permanent magnet. A magnet,
The first intermediate permanent magnet is provided apart from the central permanent magnet so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface and the magnetic pole facing the target is opposite to the central permanent magnet. And
The second intermediate permanent magnet has a magnetization direction parallel to the target surface, and one magnetic pole abuts on the outer surface of the first intermediate permanent magnet on the side close to the target and faces the outer surface. The magnetic pole is provided through the magnetic gap from the base so that the magnetic pole is opposite to the magnetic pole facing the target of the central permanent magnet,
The third intermediate permanent magnet is separated from the second intermediate permanent magnet such that the magnetization direction is perpendicular to the target surface and the magnetic pole facing the target is the same as the central permanent magnet. Provided,
The outer peripheral permanent magnet is spaced apart from the third intermediate permanent magnet so that the magnetization direction is perpendicular to the target surface and the magnetic pole facing the target is opposite to the central permanent magnet. A magnetic field generator for magnetron sputtering characterized by the above.
請求項2に記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、
前記第一の中間部永久磁石、前記第二の中間部永久磁石、前記第三の中間部永久磁石及び前記外周部永久磁石が、正多角形状又は円状に配置されていることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
In the magnetic field generator for magnetron sputtering according to claim 2,
The first intermediate permanent magnet, the second intermediate permanent magnet, the third intermediate permanent magnet, and the outer peripheral permanent magnet are arranged in a regular polygonal shape or a circular shape. Magnetic field generator for magnetron sputtering.
請求項3に記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、
前記正多角形が正四角形から正八角形のいずれかであることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
In the magnetic field generator for magnetron sputtering according to claim 3,
2. The magnetron sputtering magnetic field generator according to claim 1, wherein the regular polygon is any one of a regular square and a regular octagon.
請求項1に記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、
前記ターゲット表面において、前記中央部永久磁石の長手方向中心に対向する位置から前記長手方向と直交する方向に向かって、磁束密度の垂直成分がゼロとなる箇所が3箇所以上存在することを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
In the magnetic field generator for magnetron sputtering according to claim 1,
In the target surface, there are three or more locations where the vertical component of the magnetic flux density becomes zero from a position facing the center in the longitudinal direction of the central permanent magnet toward a direction orthogonal to the longitudinal direction. Magnetic field generator for magnetron sputtering.
請求項2〜4のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、
前記ターゲット表面において、前記中央部永久磁石の中心から前記外周部永久磁石の方向に向かって、磁束密度の垂直成分がゼロとなる箇所が3箇所以上存在することを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
In the magnetic field generator for magnetron sputtering in any one of Claims 2-4,
Magnetic field generation for magnetron sputtering characterized in that there are three or more locations on the target surface where the perpendicular component of the magnetic flux density becomes zero from the center of the central permanent magnet toward the outer peripheral permanent magnet. apparatus.
請求項1〜6のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、
前記中央部永久磁石及び前記外周部永久磁石がネオジム磁石からなり、
前記第一の中間部永久磁石、前記第二の中間部永久磁石及び前記第三の中間部永久磁石がフェライト磁石からなることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。
In the magnetic field generator for magnetron sputtering according to any one of claims 1 to 6,
The central permanent magnet and the outer peripheral permanent magnet are neodymium magnets,
The magnetic field generator for magnetron sputtering, wherein the first intermediate permanent magnet, the second intermediate permanent magnet, and the third intermediate permanent magnet are made of a ferrite magnet.
請求項1〜7のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置において、前記ターゲット表面に対して垂直な方向の磁束密度がゼロとなる位置における、前記ターゲット表面に対して平行な方向の磁束密度が10 mT以上であることを特徴とするマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置。   The magnetic field generator for magnetron sputtering according to any one of claims 1 to 7, wherein a magnetic flux density in a direction parallel to the target surface at a position where a magnetic flux density in a direction perpendicular to the target surface is zero. A magnetic field generator for magnetron sputtering, characterized in that is 10 mT or more.
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