JP3798039B2

JP3798039B2 - スパッタ装置のマグネトロンカソード電極

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Publication number: JP3798039B2
Application number: JP30311694A
Authority: JP
Inventors: 司小林; 克則板垣; 智雄内山
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1994-11-12
Filing date: 1994-11-12
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: JPH08134640A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はスパッタ装置のマグネトロンカソード電極に関し、特に、スパッタ装置においてターゲット面の全体を有効に消費しながら広面積の基板に均一の厚みでかつ均質な薄膜を作成するのに適したマグネトロンカソード電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスパッタリング装置（以下スパッタ装置という）では各種方式の電極構造が提案されている。その中で工業的にマグネトロン方式の電極が最も多く使用される。その理由は、成膜速度が大きく生産性が高いためである。
【０００３】
従来のマグネトロン方式の電極にはさまざまなタイプが存在する。現在のところマグネトロン方式の電極の中で特に平面形状を有するターゲットを備えた平板マグネトロンカソードが工業的に有用である。近年、特に、液晶表示装置製造用として大面積の基板上に膜厚の分布が均一で均質な成膜が要求されている。この要求を満たすスパッタ装置として、従来、カソード電極を静止固定し、基板を連続的に移動させながらカソード電極前面を通過させて成膜を行う方式がある。しかしこの装置は、ロードロック室、加熱室、搬送用緩衝空間、スパッタ室などから構成されるため、装置が巨大化する傾向があった。また、ターゲット面上にイオンによるエッチングが生じない領域が残るため、ゴミ等のパーティクルが発生し、液晶表示装置製造の歩留りを低下させていた。さらにターゲットの不均一消耗による不経済性やスパッタ膜の膜質不均一性も問題となった。
【０００４】
最近では、上記各問題を解決するために、基板とカソード電極の両方を静止させ、ターゲットの消耗領域を広くしたスパッタ装置が検討されている。この装置で特にマグネトロンカソード電極に注目すると、例えば特願平3-194298号および特開平5-239640号では、複数の磁石ユニットで構成された磁石組立体をターゲットに対して往復運動させ、ターゲットにおけるエッチング分布の均一性を改善している。
【０００５】
また特開平4-329874号や特開平5-9724号でも単一の磁石ユニットを運動させる類似例が開示されている。
【０００６】
上記の各構成によれば、ターゲットの表面でのエッチング領域が拡大するため、ターゲットの利用効率が向上し、エッチングされる領域の偏在を少なくすることできる。また基板に形成される薄膜の膜厚の均一性および膜質の均質性を向上し、ターゲット面上の堆積膜に起因して発生するパーティクルを抑制する利点を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術のうち特開平5-239640号による発明では、次のような改良すべき点がある。
【０００８】
中心磁石と外周磁石からなる平面矩形の磁石ユニットを１個だけ含む磁石組立体を用いたマグネトロンカソード電極の例を説明する。磁石組立体を、磁石ユニットの短辺方向に往復運動させる場合を考える。駆動機構には、図１３に示すクランク・シャフト機構を考える。この駆動機構では、シャフト１００の長さが方向１０１に回転するクランク板１０２の径に比べて十分大きい場合、磁石組立体１０３の往復運動１０４は正弦関数的に変化する運動になる。
【０００９】
上記マグネトロンカソード電極のターゲットのエッチング領域は、磁石組立体１０３が静止した状態では環状になる。この環状の形状を図１４（ａ）に示す。この場合のエッチング深さの分布を図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）において高さがエッチング深さに相当する。図１４（ｂ）において１０５は図１４（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿ったエッチング深さ分布を示し、１０６はＢ−Ｂ線に沿ったエッチング深さ分布を示す。エッチング深さ分布１０５の断面積とエッチング深さ分布１０６の断面積の比は例えば１：１．３５である。
【００１０】
上記磁石組立体１０３を振幅５００mmで往復運動させた場合にターゲットのエッチング深さの分布は図１５に示すようになる。図１５において山のように見える部分の高さがエッチング深さに相当する。
【００１１】
上記エッチング分布において特徴的な点は、磁石組立体１０３の往復運動１０４の折り返し点付近でかつ磁石ユニットの短辺部に対応する場所で、エッチング深さが急激に大きくなっている点である。ターゲットの利用効率を考えた場合、エッチング領域の最深部がターゲットの厚さに達した場合がそのターゲットの寿命になるので、図１５のように急激なピーク１０７〜１１０が存在すると、利用効率は低くなる。
【００１２】
磁石組立体１０３が静止した場合では短辺部と長辺部でエッチング深さは同等であるのに対して、往復運動させた場合には、磁石ユニットの短辺部に対応する場所が深くエッチングされる。この理由は、磁石ユニットの運動方向に沿ってエッチング分布の断面をみた場合、図１４（ｂ）に示すように、磁石ユニットの短辺部分でエッチング分布を積分した面積が他の部分に比べて大きいためである。また折り返し点付近で全体的にエッチング量が大きくなっている理由は、往復運動が正弦関数的であるため、折り返し点付近では運動の速度が減少し、磁石ユニットの滞在時間が中央部付近に比べて短くなるためである。
【００１３】
磁石組立体１０３の滞在時間がなるべく均一になるように往復運動を等速にすると、図１６に示すように折り返し点付近でエッチング量が大きくなる傾向はなくなる。しかしながら、図１６で明らかなように、磁石ユニットの短辺部に対応する場所が深くエッチングされるという傾向は変らず、この部分でターゲットの利用効率が制限されるという欠点を有する。
【００１４】
また磁石ユニットを複数設けた磁石組立体を有するマグネトロンカソード電極でも、磁石ユニットの短辺部、すなわち運動方向に平行となる部分に対応する場所１１１がより深くエッチングされるという傾向は同じである。
【００１５】
本発明の目的は、スパッタ装置においてターゲットを均一性よくエッチングし、基板に形成される膜厚の分布の均一性を高め、ターゲットの利用効率の向上した優れた特性を有するマグネトロンカソード電極を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスパッタ装置のマグネトロンカソード電極は、１個以上の磁石ユニット（環状磁石を含む概念）を配列してなりターゲットの裏側に配置される磁石組立体と、この磁石組立体をターゲットに対して往復的に移動させる機構を備え、磁石ユニットは、中心磁石と、この中心磁石を取り囲みかつ当該中心磁石と極性が異なる環状の外周磁石とからなり、中心磁石は、その両端部に、外周磁石の各短辺部に対向するＴ字部を有し、外周磁石の短辺部と中心磁石のＴ字部は磁石組立体の移動方向に平行であり、外周磁石の短辺部と中心磁石のＴ字部は、その残留磁束密度が他の部分の残留磁束密度よりも小さい部材で形成され、外周磁石の短辺部と中心磁石のＴ字部に基づくターゲット面上の磁界成分強度が、他の磁石部分に基づくターゲット面上の磁界成分強度よりも小さくなるように設定されることを特徴とする。
【００１７】
また本発明に係るスパッタ装置のマグネトロンカソード電極は、１個以上の磁石ユニットを含みターゲットの裏側に配置される磁石組立体と、この磁石組立体をターゲットに対して往復的に移動させる機構を備え、磁石ユニットは、中心磁石と、この中心磁石を取り囲みかつ当該中心磁石と極性が異なる環状の外周磁石とからなり、中心磁石は、その両端部に、外周磁石の各短辺部に対向するＴ字部を有し、外周磁石の短辺部と中心磁石のＴ字部は磁石組立体の移動方向に平行であり、外周磁石の短辺部と中心磁石のＴ字部の間に、磁界分布を変化させるための軟磁性材を設置し、外周磁石の短辺部と中心磁石のＴ字部と軟磁性材に基づくターゲット面上の磁界成分強度が、他の磁石部分に基づくターゲット面上の磁界成分強度よりも小さくなるように設定されることを特徴とする。
【００１８】
また本発明に係るスパッタ装置のマグネトロンカソード電極は、外周磁石の短辺部と中心磁石のＴ字部との間に設置された軟磁性材は、短辺部とＴ字部のそれぞれに接触して設置されることを特徴とする。
【００１９】
また本発明に係るスパッタ装置のマグネトロンカソード電極は、１個以上の磁石ユニットを含みターゲットの裏側に配置される磁石組立体と、この磁石組立体をターゲットに対して往復的に移動させる機構を備え、磁石ユニットは、中心磁石と、この中心磁石を取り囲みかつ当該中心磁石と極性が異なる環状の外周磁石とからなり、中心磁石は、その両端部に、外周磁石の各短辺部に対向するＴ字部を有し、外周磁石の短辺部と中心磁石のＴ字部は磁石組立体の移動方向に平行であり、磁界分布を変化させるための軟磁性材を短辺部の上面とＴ字部の上面のそれぞれに接触して設置し、外周磁石の短辺部と中心磁石のＴ字部と軟磁性材に基づくターゲット面上の磁界成分強度が、他の磁石部分に基づくターゲット面上の磁界成分強度よりも小さくなるように設定されることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係るスパッタ装置のマグネトロンカソード電極は、上記の構成において、好ましくは、外周磁石の長辺部と中心磁石との間の距離と、外周磁石の短辺部と中心磁石のＴ字部との間の距離は等しいことを特徴とする。
【００２２】
【作用】
本発明では、ターゲットの裏面側にて単一あるいは複数の磁石ユニットを備えた磁石組立体を往復運動させることによりターゲットの表面のエッチングを行うスパッタ装置のマグネトロンカソード電極において、移動方向と平行になる磁石ユニット部分を、さまざまな構成によって、当該部分に基づくターゲット面上の平行成分の磁界強度が他の部分に基づくターゲット面上の磁界強度よりも小さくなるように作製したので、ターゲットにおける磁石ユニット短辺部に対応する場所が深くエッチングされるという傾向がなくなり、磁石組立体の往復運動に起因して生じた従来の不均一エッチングをなくし、ターゲットの利用率を大幅に向上する。
【００２３】
【実施例】
以下に、本発明を実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明に係るマグネトロンカソード電極の一実施例を示す。真空チャンバの壁部１１に形成された開口部に、絶縁スペーサ１２およびＯリング１３を介して、カソード本体１４が取り付けられる。カソード本体１４の上部側（真空室側）にはＯリング１５を介して裏板１６が取り付けられる。カソード本体１４と裏板１６により真空チャンバの壁部の一部が形成される。こうして形成された壁部は大気側と真空室側を隔てる。大気側と真空側の間におけるシールは上記Ｏリング１３，１５により行われる。裏板１６の表面には所定材質のターゲット１７がインジウム等の低融点ろう材により接合される。ターゲット１７の周辺には、ターゲット以外の部分がエッチングされるのを防止するためシールド１８が設けられる。
【００２５】
裏板１６の大気側には、裏板１６とターゲット１７を冷却するため、例えば冷却水を流す流路１９を形成するジャケット２０が設けられる。流路１９によって裏板１６の全体を均一に冷却できる。流路１９には水導入パイプ２１から冷却水が導入され、水排出パイプ２２から冷却水が排出される。
【００２６】
ジャケット２０の背後には、磁石（後述の中心磁石と外周磁石からなる）２３とヨーク２４からなる磁石ユニット２５が例えば４個配置されている。これらの４個の磁石ユニット２５は磁石ベース２６上に固定される。４個の磁石ユニット２５と磁石ベース２６により磁石組立体２７が構成される。磁石組立体２７はガイドレール２８の上でこれに拘束されて図１の左右方向に往復運動する。
【００２７】
４個の磁石ユニット２５を設けた磁石ベース２６は、ピン２９、アーム３０、ピン３１を介して回転円板３２に連結される。回転円板３２はモータ３３の回転軸に結合される。モータ３３が回転動作し回転板３２が回転すると、磁石組立体２７は左右に往復運動（揺動）する。図１に示した揺動距離Ｌは、回転円板３２におけるピン３１の位置で決まる直径に等しい。なお、回転円板３２上にはピン３１を固定する孔が複数設けられており、ピン３１の位置を変えることにより磁石ベース２６の揺動距離Ｌを変えることが可能である。モータ３３はカソード電極の背面全体を覆うカソードカバー３４に固定される。カソード本体１４、裏板１６、ターゲット１７、ジャケット２０は電気的に結合され、かつ他の部分からは絶縁されている。この部分には、外部の電源（図示せず）から電力が供給される。
【００２８】
次に磁石ユニット２５の構成の一例を図２〜図４に従って説明する。磁石組立体２７は同一形態の磁石ユニット２５を４個備える。図２は１つの磁石ユニット２５の外観形状を示す。磁石ユニット２５は、ロッド形状の中心磁石４１と、中心磁石４１の周囲に配置される矩形の外周磁石４２と、中心磁石４１と外周磁石４２を載置する上記ヨーク２４から構成される。中心磁石４１と外周磁石４２の磁化の方向（矢印４３）はターゲット１７の表面に垂直となっており、中心磁石４１と外周磁石４２の間で磁化の向きは互いに反対である。図２中、各矢印は磁化の方向を示している。この実施例では、中心磁石４１の上面はＳ極（下面はＮ極）、外周磁石４２の上面はＮ極（下面はＳ極）となっている。
【００２９】
図３は４個の磁石ユニット２５を組合せてなる磁石組立体２７の平面図を示す。各磁石ユニット２５は、中心磁石（または外周磁石の長辺部）が平行になるように配置される。本実施例では、中心磁石４１の端部と外周磁石４２の短辺部４２ａとの距離GBを、中心磁石４１と外周磁石４２の長辺部４２ｂとの距離GAに比べて約１．５倍に設定した。磁石組立体２７の往復運動の方向は図３中の矢印４４の方向である。この方向４４は矩形の磁石ユニット２５の短辺部に沿った方向と一致している。換言すれば、磁石ユニット２５の短辺部、および中心磁石端部との間の周辺部は、磁石組立体２７の往復的な移動方向４４に平行となる部分である。
【００３０】
上記実施例による磁石ユニット２５に基づくターゲット表面上の磁界分布を図４に示す。図４では、ターゲット１７の面（表面または裏面）に平行となる成分の磁界強度を５０ガウスの間隔で等高線によって表示している。
【００３１】
図４で明らかなように、本実施例では、ターゲット１７の表面において、短辺部４２ａの部分に基づいて生成される表面に平行となる成分の磁界強度が、他の部分に比較して局所的に弱くなるように、当該短辺部４２ａの構造を形成している。そのため、図５に示すように、短辺部近傍のターゲット面のエッチング深さが他の部分に比べて小さくなる。図５において（ａ）はターゲット表面におけるエッチング分布、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線のターゲットのエッチング深さ分布が示される。図５（ｂ）において４５はＣ−Ｃ線に沿ったエッチング深さ分布、４６はＤ−Ｄ線に沿ったエッチング深さ分布を示す。
【００３２】
図２の構造を有する磁石ユニット２５を使用することによって、図５のエッチング深さ分布が生じる作用について説明する。
【００３３】
マグネトロンスパッタリングでは、ターゲット１７の裏面側（背後）に磁石ユニット２５を配置し、これにより生じる磁力線がターゲット１７の表面上でトンネル形状の磁力線分布を作る。さらにこのトンネル状の磁力線は環状に閉じるように形成される。このような磁界中で放電が生じると、電子は磁界に拘束されて運動する。電界をＥ、磁界をＢと表すと、電子はＥ×Ｂ等の３種のドリフトに基づき運動して環状のトラックを形成する。この作用については文献ジェー・エー・ソルントン・アンド・エー・エス・ペンホールド・イン・「ティン・フィルム・プロセス」・ジェー・エル・フォッセン・アンド・ダブリュ・ケルン（アカデミック・ニュヨーク,1978 ） p.75. [J.A.Thornton and A.S.Penfold,in "Thin Film Process", edited by J. L. Vossen and W. Kern (Academic, New York, 1978), p.75.]に述べられている。
【００３４】
ここで電子のドリフト速度に注目すると、３種類のいずれのドリフト運動においても、そのドリフト速度は磁界Ｂの大きさが大きいほど小さくなる。例えば、Ｅ×Ｂドリフトにおいては、ドリフト速度はＥ／Ｂと表され、磁界Ｂに反比例してドリフト速度は減少する。この場合の磁界Ｂとしては、電界Ｅと直交する成分、すなわちターゲットの表面に平行な成分が重要となる。そのため、［課題を解決する手段］で述べたような方法で、環状に形成されるトンネル状の磁界の一部分において、仮にターゲットの表面に平行となる成分の磁界強度を他の部分の磁界強度に比べて弱くすれば、その部分での電子のドリフト速度が上昇し、それに対応してその部分における電子の滞在時間が減少する。電子の滞在時間が局所的に減少すると、電子により発生するイオンの密度も減少し、ターゲットのエッチング量も局所的に減少させることができる。
【００３５】
上記のように、単一の矩形の磁石ユニット２５を備えたマグネトロンカソード電極によって、図１４に示すごとく従来ではあまり偏りのなかったターゲットのエッチング分布を、図５に示すごとく偏りが生じるように変更できる。
【００３６】
次に上記磁石ユニット２５を、矩形の外周磁石４２の短辺部に平行な方向４４に往復運動させた場合を考える。この場合、図５（ａ）においてＣ−Ｃ線に沿ったエッチング深さ分布４５の断面積とＤ−Ｄ線に沿ったエッチング深さ分布４６の断面積との比は例えば１：１．０９である。従って図５（ａ）のエッチング分布によれば、エッチング深さ分布４５とエッチング深さ分布４６との間でエッチング深さの差が小さく、磁石ユニット２５を往復運動させた後のターゲットのエッチング分布の均一性を高めることができる。
【００３７】
実際に図５（ａ）のエッチング分布を持つ磁石ユニット２５を単一で往復運動させた場合のターゲット１７のエッチング分布を図６に示す。ここで磁石ユニット２５を正弦的に往復運動させている。図６によれば、図１５で見られたような４つの端部で局所的にエッチングが深くなる傾向が消失している。図５（ａ）のエッチング分布を持つ磁石ユニット２５を等速で往復運動させた場合のターゲットのエッチング分布を図７に示す。図７によれば、図１６で見られたような端部の極大部１１１がかなり消失しており、ターゲットの利用効率が大幅に改善される。
【００３８】
上記実施例では、短辺部４２ａの近傍のターゲット部分のエッチング深さが、他の部分に比べて約半分になっている。４個の磁石ユニット２５を備える磁石組立体２７を往復運動させた場合、上記作用によりターゲット１７のエッチング分布の均一性が向上する。磁石組立体２７を磁石ユニット２５の幅の約半分の振幅で正弦的に往復運動させた場合におけるターゲットのエッチング分布を図８に示す。この分布では、図１６に見られるようなターゲットのエッチングが短辺部で局所的に深くなる傾向は観測されない。この場合、ターゲットの利用率は約５５％となり、環状の磁界分布に特に偏りのない従来型の磁石ユニットを用いた場合の値３５％に比べて約１．６倍も利用効率が改善された。
【００３９】
上記実施例では、中心磁石４１の端部と外周磁石４２の短辺部との距離を、中心磁石４１と外周磁石４２の長辺部との距離に対して約１．５倍に設定したが、この倍率は１より大きいという条件の下で任意に設定できる。その極限として、当該倍率を無限大、すなわち外周磁石４２の短辺部を取り除いたような構成も本実施例の範囲に含まれる。
【００４０】
図９を参照して本発明の第２の実施例を説明する。本実施例と前記実施例との相違点は磁石ユニットの構造が異なる点である。本実施例の磁石ユニットは中心磁石およびヨークは備えず、１つの矩形環状磁石のみからなる。そこで本実施例では「磁石ユニット」の代りに「環状磁石」という。マグネトロンカソード電極の他の部分の構造は前述の実施例と同様であるので、詳細な説明を省略する。図９において（ａ）は環状磁石の外観斜視図、（ｂ）は４個の環状磁石の配置関係を示した平面図である。
【００４１】
５１は上記の矩形環状磁石である。各環状磁石５１の磁化方向は、図９（ａ）中の矢印５２で示したように、ターゲットの表面に平行な方向となっている。また、矩形の環状磁石５１の長辺部５１ｂの幅WAは、短辺部５１ａの幅WBに比べて約２倍に広く形成される。このような磁石形状を採用することにより、ターゲットの表面上の短辺部５１ａに対応する場所の磁界強度が局所的に減少する。これにより、前述した実施例と同様な作用に従って短辺部５１ａに対応する場所のターゲットのエッチング量が局所的に減少する。またターゲットのエッチング分布の均一性に関しても前記実施例とまったく同様の結果が得られる。
【００４２】
上記環状磁石５１を図９（ｂ）のように配置して磁石組立体２７を形成し、この磁石組立体２７を矢印４４の方向に往復運動させると、前述したようにターゲットの短辺部５１ａに対応する場所のエッチングが抑制され、ターゲットの消耗が均一に行われる。
【００４３】
本実施例では、環状磁石５１の長辺部５１ｂの幅を短辺部５１ａの幅に比べて約２倍に設定したが、この倍率は１より大きいという条件の下で任意に設定できる。その極限としてこの倍率を無限大、すなわち磁石短辺部を取り除いたような構成も本実施例の範囲に含まれる。
【００４４】
図１０を参照して本発明の第３の実施例を説明する。図１０において（ａ）は本実施例で用いられる磁石ユニットの外観斜視図、（ｂ）は磁石組立体における磁石ユニットの配置関係を示した平面図である。マグネトロンカソード電極の他の部分の構造は最初の実施例と同様であるため、同一要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施例では、中心磁石４１、外周磁石４２における短辺部に対応する部分の材質を変更した点に特徴がある。
【００４５】
具体的に、図１０で斜線を施した部分６１，６２に残留磁束密度の比較的小さいアルニコ磁石を使用し、その他の部分にはNd-Fe-B 系の残留磁束密度の大きい磁石を使用した。部分６１は外周磁石４２の短辺部であり、６２は中心磁石４１の両端部のＴ字部である。他の構成要素であるヨーク２４、磁化の方向４３等は最初の実施例と同様である。また本実施例の中心磁石４１の端部形状は、上からみてＴ字型に形成され、外周磁石４２の短辺部との距離GA、および長辺部との距離GBは等しくなるように設定される。かかる構造の磁石ユニット２５を用いると、ターゲット面上の短辺部に対応する場所の磁界強度が減少する。これにより短辺部に対応する場所のターゲットのエッチング量が減少する。
【００４６】
上記磁石ユニット２５を図１０（ｂ）のように４個配置し、矢印４４の方向に往復運動させると、短辺部に対応するターゲットの場所のエッチングが抑制され、ターゲットの消耗が均一に行われる。仮に同一材質の磁石のみで本実施例と同形状の磁石ユニットを形成した場合、環状磁界分布としては偏りのない分布が得られるが、前述のごとくターゲットの不均一エッチングが生じる。しかし、磁石の形状としては同一でも、本実施例のように短辺部の材質を変更した構造を採用することにより、ターゲットのエッチングの均一性を大幅に向上させることができる。
【００４７】
図１１を参照して本発明の第４の実施例を説明する。図１１において（ａ）は磁石ユニットの外観斜視図、（ｂ）は４個の磁石ユニットの配置関係を示す平面図である。本実施例において、マグネトロンカソード電極の他の部分の構造は最初の実施例と同様であるため、詳細な説明を省略する。また本実施例で磁石ユニットの形状および寸法は第３の実施例と同様であり、長辺部における中心磁石４１と外周磁石４２との間隔GAと、短辺部における同様な間隔GBは等しい。
【００４８】
本実施例では、中心磁石４１の両端部のそれぞれと外周磁石４２の短辺部との間に軟磁性材料（例えば鉄）で作成された磁気シャント７１が設置される。かかる構成により、外周磁石４２の短辺部ではＮ極から出た磁束が磁気抵抗の小さい磁気シャント７１を経由して対向する中心磁石４１の端部のＳ極に流れ込むため、磁石上面から一定の距離をおいたターゲット表面上における磁界強度が減少する。ターゲット表面上の磁界の減少は、短辺部に対応する場所で局所的に生じる。これにより短辺部４１に対応する場所のターゲットのエッチング量が局所的に減少する。かかる磁石ユニット２５を図１１（ｂ）のように配置し、同図中の矢印４４の方向に往復運動させると、ターゲットの短辺部に対応する場所の局所的なエッチングが抑制され、ターゲット１７が均一に消耗する。
【００４９】
磁気シャント７１は中心磁石４１の両端部と外周磁石４２の端部との間に設置されたが、同様の効果を生ずる場所であれば他の場所、例えば磁石の上面に板状の磁気シャントを設置してもかまわない。またヨーク２４も同じく軟磁性材料で形成されるため、ヨークを磁気シャントに含めて解釈することもできる。この考えを発展させれば、短辺部でヨークの形状を変形しても、同様の効果が期待できる。
【００５０】
図１２を参照して本発明の第５の実施例を説明する。図１２において（ａ）は磁石ユニットの外観斜視図、（ｂ）は４個の磁石ユニットの位置関係を示す平面図である。マグネトロンカソード電極の他の部分の構造は最初の実施例と同様であるので、詳細な説明は省略する。本実施例において磁石ユニットの平面形状および寸法は前述の第３の実施例と同様であり、長辺部における中心磁石４１と外周磁石４２との間隔GAと、短辺部における同様な間隔GBとは等しい。特徴的な点は、図１２（ａ）に示されるように短辺部に対応する中心磁石４１および外周磁石４２の各部分４１Ａ，４２Ａのおける高さが、他の部分の高さに比べて低くなっている。このような形状により、短辺部において磁石上面とターゲット面との間隔が大きくなり、局所的にターゲット面上の磁界強度が減少する。このため、短辺部に対応する場所のターゲットのエッチング量が局所的に減少する。かかる磁石ユニットを４個配置して同図中の矢印４４の方向に往復運動させると、ターゲットにおける短辺部に対応する場所の局所的なエッチングが抑制され、ターゲットが均一に消耗される。
【００５１】
上記の各実施例では磁石ユニット（または磁石）の個数が４個の場合の例を示したが、これに限定されず、磁石ユニットの個数は任意である。また各磁石ユニットのＮ極やＳ極に関する配置等も種々変形できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、移動方向に平行な磁石ユニットの短辺部に基づくターゲット面上の平行な磁界強度が他の部分に基づく磁界強度よりも弱くなるように、前記短辺部近傍の構造を形成したたため、磁石組立体を往復運動させる際に生じるターゲットの不均一なエッチングを防止でき、さらにターゲットの消耗が均一に行われるため、ターゲットの利用率の飛躍的な向上が実現される。またこれにより大面積の基板上に成膜した薄膜の膜厚分布および膜質分布の均一性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマグネトロンカソード電極の構造を示す断面図である。
【図２】磁石ユニットの一例を示す外観斜視図である。
【図３】磁石組立体における磁石ユニットの配列状態を示す平面図である。
【図４】単一の磁石ユニットによるターゲット面上の磁界分布を示す図である。
【図５】磁石ユニットによるターゲット面上のエッチング分布とエッチング深さを示す図である。
【図６】単一の磁石ユニットを正弦的に往復移動したときに形成されるエッチング深さを示す分布図である。
【図７】単一の磁石ユニットを等速で往復移動したときに形成されるエッチング深さを示す分布図である。
【図８】磁石組立体を往復移動させた場合のエッチング深さを示す分布図である。
【図９】磁石ユニットの他の例、および磁石組立体における磁石ユニットの配列状態を示す図である。
【図１０】磁石ユニットの他の例、および磁石組立体における磁石ユニットの配列状態を示す図である。
【図１１】磁石ユニットの他の例、および磁石組立体における磁石ユニットの配列状態を示す図である。
【図１２】磁石ユニットの他の例、および磁石組立体における磁石ユニットの配列状態を示す図である。
【図１３】磁石組立体の往復移動機構を示す図である。
【図１４】従来の磁石ユニットによるターゲット面上のエッチング分布とエッチング深さを示す図である。
【図１５】従来の磁石ユニットを正弦的に往復移動したときに形成されるエッチング深さを示す分布図である。
【図１６】従来の磁石ユニットを等速で往復移動したときに形成されるエッチング深さを示す分布図である。
【符号の説明】
１１ …真空チャンバの壁部
１４ …カソード電極
１６ …裏板
１７ …ターゲット
２３ …磁石
２４ …ヨーク
２５ …磁石ユニット
２６ …磁石ベース
２７ …磁石組立体
４１ …中心磁石
４２ …外周磁石
４２ａ …短辺部
４２ｂ …長辺部
４３ …磁化の方向
４４ …移動方向
５１ …環状磁石
７１ …磁気シャント

Claims

１個以上の磁石ユニットを含みターゲットの裏側に配置される磁石組立体と、この磁石組立体を前記ターゲットに対して往復的に移動させる機構を備えたスパッタ装置のマグネトロンカソード電極において、
前記磁石ユニットは、中心磁石と、この中心磁石を取り囲みかつ当該中心磁石と極性が異なる環状の外周磁石とからなり、
前記中心磁石は、その両端部に、前記外周磁石の各短辺部に対向するＴ字部を有し、
前記外周磁石の前記短辺部と前記中心磁石の前記Ｔ字部は前記磁石組立体の前記移動方向に平行であり、
前記外周磁石の前記短辺部と前記中心磁石の前記Ｔ字部は、その残留磁束密度が他の部分の残留磁束密度よりも小さい部材で形成され、
前記外周磁石の前記短辺部と前記中心磁石の前記Ｔ字部に基づく前記ターゲット面上の磁界成分強度が、他の磁石部分に基づく前記ターゲット面上の磁界成分強度よりも小さくなるように設定されることを特徴とするスパッタ装置のマグネトロンカソード電極。
１個以上の磁石ユニットを含みターゲットの裏側に配置される磁石組立体と、この磁石組立体を前記ターゲットに対して往復的に移動させる機構を備えたスパッタ装置のマグネトロンカソード電極において、
前記磁石ユニットは、中心磁石と、この中心磁石を取り囲みかつ当該中心磁石と極性が異なる環状の外周磁石とからなり、
前記中心磁石は、その両端部に、前記外周磁石の各短辺部に対向するＴ字部を有し、
前記外周磁石の前記短辺部と前記中心磁石の前記Ｔ字部は前記磁石組立体の前記移動方向に平行であり、
前記外周磁石の前記短辺部と前記中心磁石の前記Ｔ字部との間に、磁界分布を変化させるための軟磁性材を設置し、
前記外周磁石の前記短辺部と前記中心磁石の前記Ｔ字部と前記軟磁性材に基づく前記ターゲット面上の磁界成分強度が、他の磁石部分に基づく前記ターゲット面上の磁界成分強度よりも小さくなるように設定されることを特徴とするスパッタ装置のマグネトロンカソード電極。
前記外周磁石の前記短辺部と前記中心磁石の前記Ｔ字部との間に設置された前記軟磁性材は、前記短辺部と前記Ｔ字部のそれぞれに接触して設置されることを特徴とする請求項２記載のスパッタ装置のマグネトロンカソード電極。
１個以上の磁石ユニットを含みターゲットの裏側に配置される磁石組立体と、この磁石組立体を前記ターゲットに対して往復的に移動させる機構を備えたスパッタ装置のマグネトロンカソード電極において、
前記磁石ユニットは、中心磁石と、この中心磁石を取り囲みかつ当該中心磁石と極性が異なる環状の外周磁石とからなり、
前記中心磁石は、その両端部に、前記外周磁石の各短辺部に対向するＴ字部を有し、
前記外周磁石の前記短辺部と前記中心磁石の前記Ｔ字部は前記磁石組立体の前記移動方向に平行であり、
磁界分布を変化させるための軟磁性材を前記短辺部の上面と前記Ｔ字部の上面のそれぞれに接触して設置し、
前記外周磁石の前記短辺部と前記中心磁石の前記Ｔ字部と前記軟磁性材に基づく前記ターゲット面上の磁界成分強度が、他の磁石部分に基づく前記ターゲット面上の磁界成分強度よりも小さくなるように設定されることを特徴とするスパッタ装置のマグネトロンカソード電極。
前記外周磁石の長辺部と前記中心磁石との間の距離と、前記外周磁石の前記短辺部と前記中心磁石の前記Ｔ字部との間の距離は等しいことを特徴とする請求項１，２，４のいずれか１項に記載のスパッタ装置のマグネトロンカソード電極。