JP5835235B2 - マグネトロンスパッタリング用磁場発生装置 - Google Patents
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Description
前記直線部は、磁性体のベースと、前記磁性体のベースの表面に設置された長方形状の中央部永久磁石と、前記中央部永久磁石の両側に離間して、前記中央部永久磁石と平行に、前記磁性体のベースの表面に設置された長方形状の2つの側部永久磁石とを有し、
前記中央部永久磁石及び前記側部永久磁石は、磁化方向が前記ターゲット表面に垂直であり、前記中央部永久磁石の極性と前記側部永久磁石の極性とが互いに異なるように配置され、
前記コーナー部は、非磁性体からなるベースと、前記非磁性体からなるベースの表面に設置された中央磁極部材と、前記中央磁極部材を中心として半円状又は半多角形状に設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設置された複数の永久磁石とを有し、
前記複数の永久磁石は、磁化方向が前記ターゲットの表面に平行であり、同極性の磁極が前記中央磁極部材に対向するように配置され、
前記複数の永久磁石の前記中央磁極部材に対向する磁極が、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同極性であることを特徴とする。
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、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ための装置であり、図1に示すように、直線部20及び2つのコーナー部30,30からなるレーストラック形状を有している。
(1)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2は、図10(a)及び図10(b)に示すように、非磁性体からなるベース202と、その中央に設置された棒状の中央磁極部材203と、その中央磁極部材203を取り囲むように設置された外周磁極部材204と、前記中央磁極部材203と前記外周磁極部材204との間のレーストラック形状の領域に、磁化方向がターゲットの表面に平行になるように配置された直線部用永久磁石205及びコーナー部用永久磁石206と、前記直線部用永久磁石205及びコーナー部用永久磁石206に対して、前記ベース202側に設けられたシャント用磁性体208とを有し、前記永久磁石がある面がターゲット207(図12参照)の裏面に対向するように所定間隔をおいて配置される。前記複数の直線部用永久磁石205及びコーナー部用永久磁石206は、同極性の磁極、例えばN極が前記中央磁極部材203に向くように設置されている。
本発明の磁場発生装置2において、前記シャント用磁性体208を非磁性体からなるベース202中に設けることにより、前記永久磁石によって形成される磁場の強度及び方向を調節することができる。例えば、図13に示すように、前記シャント用磁性体208を設置しない従来の磁場発生装置の場合、ベース202側に流出する磁束線の量が少なくなるので、ターゲット207側に流出する磁束線の量が多くなり、より強い磁場がターゲット207側に形成される。その結果、ターゲット207の局部的なエロージョンが進んでしまう場合がある。図12に示すように、前記シャント用磁性体208をベース202中に設置すると、ベース202側の磁路の磁気抵抗が小さくなるため、ベース202側の磁束量は増加する。一方、ターゲット207側の磁路の磁気抵抗は、ベース202側の磁路の磁気抵抗より相対的に大きくなるため、ターゲット207側の磁束量を減少させ、磁場が小さくなる。その結果、ターゲット207のエロージョンを抑制することができる。
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。特に高い磁束密度を得るために、希土類磁石を使用するのが好ましく、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R-T-B系異方性焼結磁石(耐食性の点から各種の表面処理を施したもの)を使用するのがより好ましい。
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構成は、レーストラック状の磁場発生装置(第二のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置2)に限定されない。
図23(a)及び図23(b)に示すような、鋼板(SS400)製のヨーク130と、R-T-B系異方性焼結磁石(日立金属製NMX50AH、最大エネルギー積:50 MGOe以上)からなる中央磁石110及び外周磁石120とを用いて、W=300 mm、L1=200 mm、L2=50 mm、a=100 mm、b=50 mm、c=20 mm、d=10 mm及びe=30 mmとなるように磁場発生装置100を作製した。磁場解析により、磁場発生装置100の表面から20 mmの位置(ターゲット表面の位置に相当)における磁束密度の水平成分及び垂直成分をそれぞれAライン及びDラインに沿って測定した。結果を図24に示す。
図25(a)、図25(b)及び図25(c)に示すような、鋼板(SS400)製のヨーク21、R-T-B系異方性焼結磁石(日立金属製NMX50AH、最大エネルギー積:50 MGOe以上)からなる中央部永久磁石22及び側部永久磁石23を有する直線部20と、オーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)製のベース31、鋼板(SS400)製の中央磁極部材32及び外周磁極部材33、並びにR-TM-B系異方性焼結磁石(日立金属製NMX50AH、最大エネルギー積:50MGOe以上)からなる永久磁石34を有するコーナー部30とからなり、W=300 mm、L1=200 mm、L2=50 mm、a=100 mm、b=50 mm、c=20 mm、d=10 mm、e=30 mm、f=100 mm、g=50 mm、h=20 mm、i=10 mm及びj=10 mmとなる磁場発生装置1を作製した。磁場解析により、磁場発生装置1表面から20 mmの位置(ターゲット表面の位置に相当)における磁束密度の水平成分及び垂直成分をそれぞれAライン及びDラインに沿って測定した。結果を図26に示す。
実施例1の磁場発生装置1 (図25参照)においてコーナー部の磁石の配置を図4に示すような構成に変更した以外実施例1と同様にして、Aライン及びDラインにおいて、ターゲット表面における磁束密度の垂直成分がゼロとなる点(P点及びQ点)を求めた。このときコーナー部における磁石の占有率(前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間隙の総面積に対する前記永久磁石の占有面積)は50%であった。この構成において、P点及びQ点は37 mm及び43 mmであり、P点とQ点の位置は実施例1の磁場発生装置1と同じであった。
実施例1の磁場発生装置1 (図25参照)においてコーナー部の磁石の配置を図5に示すような構成に変更した以外実施例1と同様にして、Aライン及びDラインにおいて、ターゲット表面における磁束密度の垂直成分がゼロとなる点(P点及びQ点)を求めた。このときコーナー部における磁石の占有率は50%であった。この構成において、P点及びQ点はそれぞれ37 mm及び42 mmであり、P点とQ点の位置は実施例1とほぼ同じであった。
実施例1の磁場発生装置1 (図25参照)において、直線部の磁石の幅d及びcは変更せずに、中央部永久磁石22及び側部永久磁石23の距離が広がるように、ヨーク21の幅を両側に5 mmずつ均等に広げた構成(a=110 mm)の磁場発生装置(図9に示すような構成)を用いた以外実施例1と同様にして、Aライン及びDラインにおいて、ターゲット表面における磁束密度の垂直成分がゼロとなる点(P点及びQ点)を求めた。この構成において、P点及びQ点はともに43 mmであった。
実施例4の磁場発生装置において、コーナー部の磁石の配置を実施例2で用いた構成(図4を参照)に変更した以外実施例4と同様にして、Aライン及びDラインにおいて、ターゲット表面における磁束密度の垂直成分がゼロとなる点(P点及びQ点)を求めた。この構成において、P点及びQ点はともに43 mmであった。
実施例5の磁場発生装置において、コーナー部の磁石の配置を図27に示すような構成に変更した以外実施例5と同様にして、ターゲット表面において磁束密度の垂直成分がゼロとなる点を求め、図27に点線で示した。なおこの構成において、直線部とコーナー部との間隔kは5 mmであり、またコーナー部における磁石の占有率は75%であった。
実施例5の磁場発生装置において、コーナー部の磁石の配置を図28に示すような構成に変更した以外実施例5と同様にして、ターゲット表面において磁束密度の垂直成分がゼロとなる点を求め、図28に点線で示した。なおこの構成において、直線部とコーナー部との間隔kは5 mmであり、またコーナー部における磁石の占有率は50%であった。
実施例1に示す磁場発生装置1において、直線部を構成する磁石はそのままで、コーナー部を構成する磁石のみをフェライト磁石(日立金属製:異方性フェライト磁石)に変更した以外実施例1と同様にして磁場発生装置を構成した。なおフェライト磁石の、磁化方向に対して直角方向の厚さは、表面磁束密度の垂直成分がゼロになる点における水平成分が10 mT以上となるように設定した。中央磁極部材32及び外周磁極部材33の高さjは、前記フェライト磁石の厚さに合わせた。この磁場発生装置の、ターゲット表面において磁束密度の垂直成分がゼロとなる点(P点及びQ点)は実施例1とほぼ同じであった。
Claims (15)
- ターゲット表面に磁場を発生させるための、直線部及びコーナー部からなるレーストラック形状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、
前記直線部は、磁性体のベースと、前記磁性体のベースの表面に設置された長方形状の中央部永久磁石と、前記中央部永久磁石の両側に離間して、前記中央部永久磁石と平行に、前記磁性体のベースの表面に設置された長方形状の2つの側部永久磁石とを有し、
前記中央部永久磁石及び前記側部永久磁石は、磁化方向が前記ターゲット表面に垂直であり、前記中央部永久磁石の極性と前記側部永久磁石の極性とが互いに異なるように配置され、
前記コーナー部は、非磁性体からなるベースと、前記非磁性体からなるベースの表面に設置された中央磁極部材と、前記中央磁極部材を中心として半円状又は半多角形状に設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設置された複数の永久磁石とを有し、
前記複数の永久磁石は、磁化方向が前記ターゲットの表面に平行であり、同極性の磁極が前記中央磁極部材に対向するように配置され、
前記複数の永久磁石の前記中央磁極部材に対向する磁極が、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同極性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。 - 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、前記コーナー部を構成する前記永久磁石が、平面視で扇形又は台形の複数の永久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。
- 請求項1又は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、前記コーナー部を構成する前記永久磁石が、平面視で前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間の面積の30%以上を占め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。
- 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、前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間は、前記永久磁石と、前記永久磁石以外の部分を充填する非磁性体のスペーサと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。
- 請求項1〜4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、前記直線部における前記中央部永久磁石と前記側部永久磁石との間が、非磁性体のスペーサで充填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。
- 請求項1〜5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ける磁場の磁束密度垂直成分がゼロとなる位置が、前記コーナー部での前記中央磁極部材からの水平距離をr、前記直線部での前記中央部永久磁石からの水平距離をRとしたとき、R≦r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。
- 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、前記ターゲット表面における磁場の磁束密度垂直成分がゼロとなる位置における磁束密度水平成分が、前記コーナー部において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。
- 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、前記直線部を構成する前記中央部永久磁石及び前記側部永久磁石が希土類磁石であり、前記コーナー部を構成する前記複数の永久磁石がフェライト磁石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。
- 請求項1〜8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、前記直線部と前記コーナー部とが対向する部分における前記直線部の幅が、前記対向する部分における前記コーナー部の幅より大きい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。
- 請求項1〜9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、前記コーナー部の前記永久磁石の前記ベース側に、磁場を調節するためのシャント用磁性体が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。
- 非磁性体からなるベースと、その表面に設置された棒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設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設置された複数の永久磁石とを有する、ターゲット表面に磁場を発生させるためのレーストラック形状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、
前記複数の永久磁石は、磁化方向が前記ターゲットの表面に平行であり、同極性の磁極が前記中央磁極部材に対向するように配置され、
前記複数の永久磁石の前記ベース側に、前記発生した磁場を調節するためのシャント用磁性体が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。 - 請求項11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、前記外周磁極部材がコーナー部で多角形状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。
- 請求項11又は12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、前記シャント用磁性体が、前記非磁性体からなるベース内又はベース表面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。
- 請求項11〜13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、前記シャント用磁性体が複数の部分からなり、それぞれ脱着可能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。
- 非磁性体からなるベースと、その表面に設置された円形状の中央磁極部材と、前記中央磁極部材の周囲に設けられた円環状の外周磁極部材と、前記中央磁極部材と前記外周磁極部材との間に設置された複数の永久磁石とを有する、ターゲット表面に磁場を発生させるための円形状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、
前記複数の永久磁石は、磁化方向が前記ターゲットの表面に平行であり、同極性の磁極が前記中央磁極部材に対向するように配置され、
前記複数の永久磁石の前記ベース側に、前記発生した磁場を調節するためのシャント用磁性体が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。
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