JP5910656B2 - スパッタリング成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリング成膜装置に関し、特に基板上に磁場を加えながら磁性膜を成膜するスパッタリング成膜装置に関する。

薄膜のうち、磁気異方性膜を有する膜はその応用範囲が広く、磁気インピーダンス素子、薄膜磁気ヘッド、又は磁気検出素子などに使用される。これらの磁気デバイスには一軸磁気異方性を有する磁気薄膜が必要とされている。

一軸磁気異方性を有する磁性薄膜を作製するスパッタリング成膜装置の一つとして、磁性薄膜を成膜する際に基板上に一定方向の磁場を印加するスパッタリング成膜装置が知られている。

特許文献１では、扇型の磁石にそれぞれ適宜方向に着磁を行い、扇型の磁石をリング状に配置し基板上に一定方向の磁場を発生させる方法が提案されている。特許文献１では一定方向の磁場を加えることだけが記載されているのみであり、磁場の消去（磁場をかけないこと）に関しては言及されていない。しかしながら、一軸異方性をもつ磁性薄膜と非磁性膜を含む機能膜を成膜するプロセスにおいて、磁性薄膜を成膜する場合に基板上に一定方向の磁場を印加するだけでなく、基板上の磁場を適宜消去する必要がある場合もある。たとえば一つのチャンバー内で複数種のターゲットを持ち、複数の膜を成膜可能なマルチスパッタリングシステムでは、磁性膜と非磁性膜の両方を成膜する場合が多い。このような装置で非磁性膜を成膜する場合には磁場を消去しなければいけない。また、磁性膜の成膜であっても、基板上の磁場を消去させた状態で成膜を行う場合がある。

基板上の磁場を消去させる方法として、特許文献２では、基板磁石を被成膜基板より下方に退避させる方法が提案されている。また、特許文献３では、２つの磁気回路を同心軸に配置し、相対的に回転させることで基板上に磁場を印加もしくは消去させることが提案されている。

米国特許６７４３３４０号公報 特許５１４９２８５号公報 特許４０６２５８７号公報

以上に鑑みれば、同一のスパッタリング成膜装置において、基板上で磁場を印加できるだけでなく、基板上の磁場を消去可能であることが望ましい。さらには、放電の安定等も考慮すると、磁場消去時に、基板上以外の磁場も低減可能なことが望ましい。

本発明の主な目的は、基板上に磁場を印加及び消去可能で、かつ磁場消去時における基板上以外の磁場を低減可能なスパッタリング成膜装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
真空容器と、
前記真空容器内に設けられ、基板を搭載する基板ホルダと、
ターゲットを前記基板ホルダに向けて保持するためのターゲットホルダと、
前記基板ホルダに搭載された前記基板上に第１磁場を印加する第１リング状磁気回路と、
前記第１リング状磁気回路と同心軸上に配置され、前記基板ホルダに搭載された前記基板上に第２磁場を印加する第２リング状磁気回路と、
前記第１リング状磁気回路と前記第２リング状磁気回路との前記同心軸の周りの相対的な配置角度を変更して、前記第１磁場と前記第２磁場の合成磁場によって前記基板上にある磁場を印加する第１配置角度と、前記第１磁場と前記第２磁場によって前記基板上の磁場を消去する第２配置角度との間で前記同心軸の周りの相対的な配置角度を変更する配置角度変更手段と、
を備え、
前記第１リング状磁気回路は、互いに離間して略平行に配置した第１及び第２棒状磁石と、
前記第１棒状磁石の一端と前記第２棒状磁石の一端を接続する第１ヨークと、
前記第１棒状磁石の他端と前記第２棒状磁石の他端を接続する第２ヨークとを有し、
前記第２リング状磁気回路は、互いに離間して略平行に配置した第３及び第４棒状磁石と、
前記第３棒状磁石の一端と前記第４棒状磁石の一端を接続する第３ヨークと、
前記第３棒状磁石の他端と前記第４棒状磁石の他端を接続する第４ヨークとを有することを特徴とするスパッタリング成膜装置が提供される。

本発明によれば、基板上に磁場を印加及び消去可能で、かつ磁場消去時における基板上以外の範囲でも磁場強度を低減可能なスパッタリング成膜装置が提供される。

図１は、本発明の好ましい実施の形態のスパッタリング成膜装置を説明するための概略縦断面図である。 図２は、本発明の好ましい実施の形態のスパッタリング成膜装置を説明するための概略縦断面図である。 図３は、本発明の好ましい実施の形態のスパッタリング成膜装置の磁石ユニットおよび基板ホルダを説明するための概略分解斜視図である。 図４は、本発明の好ましい実施の形態のスパッタリング成膜装置の磁石ユニットおよび基板ホルダを説明するための概略分解斜視図である。 図５は、本発明の好ましい実施の形態のスパッタリング成膜装置の磁石ユニットの上側リング状磁気回路を説明するための概略分解斜視図である。 図６は、本発明の好ましい実施の形態のスパッタリング成膜装置の磁石ユニットの下側リング状磁気回路を説明するための概略分解斜視図である。 図７は、棒状磁石の変形例を説明するための図である。 図８は、本発明の好ましい実施の形態のスパッタリング成膜装置及び比較例の磁場消去の磁場シミュレーション結果を示す図であり、図８（Ａ）、８（Ｂ）は比較例の結果を示し、図８（Ｃ）は本発明の好ましい実施の形態の結果を示している。 図９は、従来の基板磁石と基板との配置を説明するための概略縦断面図であり、図９（Ａ）は、基板が退避位置にある場合を示しており、図９（Ｂ）は、基板が成膜位置にある場合を示している。 図１０は、従来の基板磁石の構成を説明するための概略平面図である。 図１１は、従来の基板磁石を退避させた場合の基板残存磁場を示す図である。図１１（Ａ）は、基板磁石を基板の表面位置から５０ｍｍ下方に退避させた場合の結果を示し、図１１（Ｂ）は、基板磁石を基板の表面位置から１００ｍｍ下方に退避させた場合の結果を示す。 図１２は、従来の基板磁石アセンブリを説明するための概略平面図である。図１２（Ａ）は、基板上への磁場印加時の場合を示しており、図１２（Ｂ）は、基板上への磁場消去時の場合を示している。 図１３は、従来の別の基板磁石アセンブリを説明するための概略縦断面図である。

本発明者達は、まず、上記特許文献２、３に記載された方法における磁場低減効果を確認した。

上記特許文献２では、磁石を基板ホルダの下方に退避させる方法において、どのような形状の磁石をどの位置まで退避させ、基板上の磁場強度がどの程度まで低減できているかが記載されておらず、磁場強度を低減する効果が不明である。そこで、上記特許文献２及び３で提案されている方法で磁場強度をどの程度低減させる効果があるかシミュレーションにより確認した。

（１）基板上での磁場の消去について
特許文献２には、磁石形状が表記されていないため、特許文献１に記載の基板磁石形状を参考にして、特許文献２の磁石退避方法で磁場シミュレーションを行った。すなわち図９（Ａ）、９（Ｂ）の磁石Ｍに図１０の基板磁石４１の構造を適用する。ここで、基板１０が成膜位置にある図９（Ｂ）の磁石Ｍに図１０の基板磁石４１を適用した際に、基板１０上面で磁束密度が８ｍＴになるように磁石Ｍの大きさなどを設定した。磁石Ｍの材料には信越化学工業製ＳｍＣｏマグネット型式Ｒ３２Ｈを用いた。磁石Ｍの大きさは直径４８８ｍｍ、半径方向の厚みは２０ｍｍ、高さ１５ｍｍである。

リング形状の基板磁石４１は磁石４０１〜４１６に１６分割されており、隣り合う磁石４０１〜４１６の磁極はお互いに４５°の角度をもっている。１８０°離間した磁石４０１と磁石４０９の磁極は同じ方向をもっており、磁石４０１と９０°離間した磁石４０５と磁石４１３の磁極は磁石４０１と磁石４０９の磁極とは反対方向をもっている。磁石４０１と磁石４０５との間の磁石４０２〜４０４の磁極は、磁石４０１の磁極方向から磁石４０５の磁極方向に向けて４５°づつ変化している。磁石４０５と磁石４０９との間の磁石４０６〜４０８の磁極は、磁石４０５の磁極方向から磁石４０９の磁極方向に向けて４５°づつ変化している。磁石４０９と磁石４１３との間の磁石４１０〜４１２の磁極は、磁石４０９の磁極方向から磁石４１３の磁極方向に向けて４５°づつ変化している。磁石４１３と磁石４０１との間の磁石４１４〜４１６の磁極は、磁石４１３の磁極方向から磁石４０１の磁極方向に向けて４５°づつ変化している。

特許文献２には磁石を退避させる距離も記載がないため、本磁場シミュレーションでは、図９（Ａ）に示すように、磁石Ｍを基板１０の表面１０ｓの位置から退避させた場合について検証した。その結果を、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）にそれぞれ示す。図１１（Ａ）は、磁石Ｍを基板１０の表面１０ｓの位置から５０ｍｍ下方に退避させた場合の結果を示し、図１１（Ｂ）は、磁石Ｍを基板１０の表面１０ｓの位置から１００ｍｍ下方に退避させた場合の結果を示している。計算の結果、基板１０上での磁束密度は、１００ｍｍ下方の場合には４ｍＴ（４０Ｇ）、５０ｍｍ下方の場合には６ｍＴ（６０Ｇ）残っていることが確認できた。磁場を完全に消去するため、さらに下方に磁石Ｍを移動させることも可能だが、真空容器が巨大化するという問題がある。以上より、特許文献２で提案されている、基板位置から磁石を下方に退避する方法では完全な磁場消去は実現困難であることがわかった。

次に、特許文献３に提案されている磁場消去効果を検証した。図９（Ｂ）の磁石Ｍに、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）の構造の基板磁石５１を適用する。基板磁石５１は、外周側に設置されたリング形状磁石５２と内周側に設置されたリング形状磁石５３とを備えている。

リング形状磁石５２の大きさは、直径４８８ｍｍ、半径方向の厚みは２０ｍｍ、高さ１５ｍｍである。リング形状磁石５２は１６分割されており、隣り合う磁石の磁極はお互いに４５°の角度をもっている。リング形状磁石５２は、図１０に示した基板磁石４１と同じ構造である。内周側に設置されたリング形状磁石５３の大きさは直径４２８ｍｍ、半径方向の厚みは１５ｍｍ、高さは１５ｍｍである。このリング形状磁石５３も１６分割されており、隣り合う磁石の磁極は互いに４５°の角度を持っている。リング形状磁石５３の構造は、リング形状磁石５２の構造と同様である。リング形状磁石５２、５３の材料には信越化学工業製ＳｍＣｏマグネット型式Ｒ３２Ｈを用いた。

基板１０が成膜位置にある図９（Ｂ）の磁石Ｍに、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）の構造の基板磁石５１を適用して、磁場シミュレーションを行った。図１２（Ａ）は、基板１０上への磁場印加時の場合を示しており、リング形状磁石５２とリング形状磁石５３の磁極は同じ方向を向いている。図１２（Ｂ）は、基板１０上への磁場消去時の場合を示しており、図１２（Ａ）の配置から、リング形状磁石５２とリング形状磁石５３を相対的に１８０°回転させて、リング形状磁石５２の磁極とリング形状磁石５３の磁極が反対方向を向くように配置することで、基板１０上の磁場をほぼゼロにすることができた。

特許文献３にもう一つ提案されている磁場印加手段の形状（特許文献３の図３（ｄ））についてもシミュレーション計算を行った。すなわち図９（Ｂ）の磁石Ｍに図１２の基板磁石６０を適用する。この基板磁石６０は、四角に組みあがったヨーク６１の内側に２つの磁石６２、６３を対向に配置させ、さらに内側に２つの磁極６４、６５を配置させている。このとき、磁石６２、６３の大きさは極方向に２０ｍｍの長さ、幅は２１０ｍｍ、厚みは１２ｍｍとし、磁極６４、６５間は３８０ｍｍとした。シミュレーション計算した結果、基板１０上の磁場をほぼゼロにすることができた。

以上より、基板１０上の磁場消去の観点では、特許文献２より、特許文献３の提案の方が有効であることがわかった。

（２）基板上以外での磁場強度について
基板上の磁場を消去状態に設定して成膜を行う場合、放電の安定性を考えると基板以外の範囲における磁場強度はできるだけ低くすることが望ましい。基板以外への磁場によって放電が変形することで膜厚分布などに影響を与える可能性があるからである。また、磁場によって放電が引き寄せられ、真空部品（特にシールド）がスパッタされることで、コンタミネーションの発生も懸念される。

すなわち、磁性膜に一軸異方性を付与するためには、基板磁石を配置して基板位置で一定方向の磁場を生成できるだけでなく、必要に応じて基板上での磁場を無くし、さらには基板上以外では磁場強度を抑えることが望ましい。しかしながら、従来の磁場印加手段では、基板上の磁場を消去することはできても、磁石ユニット全体でみた場合には、大きな磁場が残ってしまうという問題がある。

そこで、本発明の好ましい実施の形態では、基板上に磁場を印加及び消去可能で、かつ磁場消去時における基板上以外への磁場を低減可能なスパッタリング成膜装置を提供する。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の好ましい実施の形態のスパッタリング成膜装置１００を説明するための概略縦断面図である。スパッタリング成膜装置１００は、磁気デバイスの製造装置として好適に用いられる。

スパッタリング成膜装置１００は、排気ポンプ７０により排気可能な真空容器１と、真空容器１内に設けられ、基板１０を搭載して上下動及び回転可能な基板ホルダ９と、ターゲット４ａ、４ｂを基板１０の表面１０ｓに斜めに対向して保持可能なターゲットホルダ５ａ、５ｂと、基板ホルダ９の周囲に配置され、基板１０付近に磁場をそれぞれ印加する上側リング状磁気回路２と，下側リング状磁気回路３とを備えている。上側リング状磁気回路２と下側リング状磁気回路３で基板磁石を構成している。上側リング状磁気回路２と下側リング状磁気回路３は、回転軸Ｘに対して同心軸上に配置されている。

本例では、ターゲット４ａとして、ＣｏＦｅやＮｉＦｅ等の磁性材料が用いられ、ターゲット５ｂとしては、Ｔａ，Ｒｕ等の非磁性材料が好適に用いられる。

図１に示すように、上側リング状磁気回路２の外周側には、外側に向かって突設された連結部６ａと、連結部６ａと回転軸Ｘに対して対称に位置し、外側に向かって突設された連結部６ｂが設けられている。連結部６ａと連結部６ｂは、上側リング状磁気回路２から外側に向かって同一の長さ突出している。

同様に、下側リング状磁気回路３の外周側には、外側に向かって突設された連結部７ａと、該連結部７ａと回転軸Ｘに対して対称に位置し、外側に向かって突設された連結部７ｂが設けられている。連結部７ａと連結部７ｂは、下側リング状磁気回路３から外側に向かって同一の長さ突出している。連結部７ａと連結部７ｂは同一の長さで突出しているが、連結部６ａ及び連結部６ｂの突出長さより、短く形成されている。

なお、図１は、基板ホルダ９及びその上に搭載された基板１０が成膜位置にある状態を示している。リング状磁気回路２，３が支持部８ａ、８ｂから離間し、基板ホルダ９の磁気回路搭載部９ｂ上に搭載されている。

図１、図３、図４を参照すれば、基板ホルダ９は、基板１０を載置する基板搭載部９ａと、リング状磁気回路２、３を搭載する磁気回路搭載部９ｂと、駆動部９ｃとを備えている。駆動部９ｃは、基板搭載部９ａと磁気回路搭載部９ｂとを上下動させると共に、基板搭載部９ａと磁気回路搭載部９ｂとを回転させる。成膜中は、基板搭載部９ａおよび磁気回路搭載部９ｂを回転させることで、基板搭載部９ａ上に搭載された基板１０と磁気回路搭載部９ｂに搭載された上側リング状磁気回路２および下側リング状磁気回路３を回転する。

図２は、下側リング状磁気回路３を上側リング状磁気回路２に対して、回転させることで、互いの磁界の向きを変えて、基板１０上の合成磁場を変える状態を示す。即ち、基板ホルダ９を下降させて、上側リング状磁気回路２を連結部６ａ、６ｂを介して、支持部８ａ、８ｂの上部に搭載し、その後、さらに基板ホルダ９を下降させて、下側リング状磁気回路３を上側リング状磁気回路２と離間させてフリーな状態とし、基板ホルダ９を回転させることで、下側リング状磁気回路３だけを回転可能の状態とすることができる。基板ホルダ９を回転軸Ｘの周りに回転させて、基板ホルダ９の磁気回路搭載部９ｂ上に搭載された下側リング状磁気回路３を回転軸Ｘの周りに１８０°回転した後、基板ホルダ９を上昇させて、図１に示すように、基板ホルダ９の磁気回路搭載部９ｂ上に搭載された下側リング状磁気回路３上に上側リング状磁気回路２を搭載する。

後述するように、磁気回路搭載部９ｂに搭載された上側リング状磁気回路２、下側リング状磁気回路３により基板１０上で磁場がそれぞれ印加される。図３を参照すれば、磁気回路搭載部９ｂに搭載された上側リング状磁気回路２による磁場と、磁気回路搭載部９ｂに搭載された下側リング状磁気回路３による磁場とを同方向とすることにより、上側リング状磁気回路２による磁場と下側リング状磁気回路３による磁場とが合成されて、基板１０上で一定方向の合成磁場が印加される。図４を参照すれば、磁気回路搭載部９ｂに搭載された上側リング状磁気回路２による磁場と、磁気回路搭載部９ｂに搭載された下側リング状磁気回路３による磁場とを反対方向とすることにより、上側リング状磁気回路２による磁場と下側リング状磁気回路３による磁場とが合成されて、基板１０上で磁場が消去される。

基板ホルダ９および支持部８ａ、８ｂは、上側リング状磁気回路２と下側リング状磁気回路３との回転軸Ｘの周りの相対的な配置角度を変更して、上側リング状磁気回路２による磁場と下側リング状磁気回路３による磁場とが合成された合成磁場によって基板１０上で一定方向の合成磁場を印加する配置角度と、上側リング状磁気回路２による磁場と下側リング状磁気回路３による磁場とが合成された合成磁場によって基板１０上で磁場を消去する配置角度との間で、回転軸Ｘの周りの相対的な配置角度を変更する配置角度変更手段の一例である。

次に、図５を参照して、上側リング状磁気回路２について説明する。上側リング状磁気回路２は、ベース２３、磁場発生回路Ｒ１、蓋２５、及び締結部品２６を備えている。磁場発生回路Ｒ１は、複数の矩形状磁石（本例では、互いに略平行に配置されたＭ１、及びＭ２）と複数のヨーク（本例では、互いに略平行に配置されたＹ１とＹ２の二つ）を有している。磁石Ｍ１、Ｍ２とヨークＹ１、Ｙ２とは略垂直に配置されている。

磁場発生回路Ｒ１は、ベース２３の溝２７と蓋２５の溝（図示せず）内に嵌め込まれ、ベース２３と蓋２５によって上下方向から挟持される。ベース２３と蓋２５は締結部品２６によって固定される。これにより磁場発生回路Ｒ１の各構成部品は、正確に位置決めされる。

磁石Ｍ１、Ｍ２の極方向の両端面にはそれぞれヨークＹ１、Ｙ２が吸着固定されている。一方、このヨークＹ１、Ｙ２の両端には、磁石Ｍ１、Ｍ２が吸着固定されており、磁石Ｍ１，Ｍ２の磁極は、ヨークを介して同極に向いている。ヨークＹ１、Ｙ２の内周側には平面状突起部Ｐ１、Ｐ２が形成されており、これらが磁極となっている。

磁場発生回路Ｒ１は、磁石Ｍ１のＳ極から強磁性体のヨークＹ１、磁石Ｍ２のＳ極、磁石Ｍ２のＮ極、強磁性体のヨークＹ２、及び磁石Ｍ１のＮ極へと順に環状に構成されている。これにより、磁石Ｍ１のＮ極からヨークＹ２の磁極Ｐ２、ヨークＹ１の磁極Ｐ１を通って、磁石Ｍ１のＳ極へと磁力線が形成される。一方、磁石Ｍ２のＮ極からヨークＹ２の磁極Ｐ２、ヨークＹ１の磁極Ｐ１を通って磁石Ｍ２のＳ極へと磁力線が形成される。

このように構成される上側リング状磁気回路２を、基板ホルダ９の磁気回路搭載部９ｂ上に搭載された下側リング状磁気回路３上に搭載することにより、上側リング状磁気回路２により基板１０上で磁場が印加される。

次に、図６を参照して、下側リング状磁気回路３について説明する。下側リング状磁気回路３は、ベース３３、磁場発生回路Ｒ２、蓋３５、及び締結部品３６を備えている。磁場発生回路Ｒ２は、複数の棒状磁石（本例では、互いに略平行に配置された磁石Ｍ３及び磁石Ｍ４）と複数のヨーク（本例では、互いに略平行に配置されたヨークＹ３及びヨークＹ４）を有している。磁石Ｍ３、Ｍ４とヨークＹ３、Ｙ４とは略垂直に配置されている。

磁場発生回路Ｒ２は、ベース３３の溝３７と蓋３５の溝（図示せず）内に嵌め込まれ、ベース３３と蓋３５によって上下方向から挟持される。ベース３３と蓋３５は締結部品３６によって固定される。これにより磁場発生回路Ｒ２の各構成部品は、正確に位置決めされる。

磁石Ｍ３、Ｍ４の極方向の両端面にはそれぞれヨークＹ３，Ｙ４が吸着固定されている。一方、この強磁性体ヨークの両端には、磁石Ｍ３、Ｍ４が吸着固定されており、磁石Ｍ３，Ｍ４の磁極は、ヨークＹ３，Ｙ４を介して同極に向いている。ヨークＹ３、Ｙ４の内周側には平面状突起部Ｐ３、Ｐ４が形成されており、これらが磁極となっている。

磁場発生回路Ｒ２は、磁石Ｍ３のＳ極から強磁性体のヨークＹ３、磁石Ｍ４のＳ極、磁石Ｍ４のＮ極、強磁性体のヨークＹ４、及び磁石Ｍ３のＮ極へと順に環状に構成されている。これにより、磁石Ｍ３のＮ極からヨークＹ４の磁極Ｐ４、ヨークＹ３の磁極Ｐ３を通って、磁石Ｍ３のＳ極へと磁力線が形成される。一方、磁石Ｍ４のＮ極からヨークＹ４の磁極Ｐ４からヨークＹ３の磁極Ｐ３を通って磁石Ｍ４のＳ極へと磁力線が形成される。

このように構成される下側リング状磁気回路３を、基板ホルダ９の磁気回路搭載部９ｂ上に搭載することにより、下側リング状磁気回路３により基板１０上で磁場が印加される。

ヨークＹ３，Ｙ４の厚み方向上側には平面状突起部Ｊ１、Ｊ２がある。この平面状突起部Ｊ１、Ｊ２は、上述の上側リング状磁気回路２と距離を近づけて、下側リング状磁気回路３を上側リング状磁気回路２と磁気結合させるために形成されているものである。磁気結合をすることで次に述べる２点で効果が見られる。

１つ目は、基板１０に磁場を加えるモードにおいて、基板１０上の磁場強度を有効に高めることが可能になることである。２つ目は、基板１０上の磁場を消去するモードにおいても、上側リング状マグネットと下側リング状マグネットによる磁場のキャンセル効果を高めて、基板１０上の磁場を効率よく打ち消すことができる点である。

なお、本実施の形態では、磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、すべて同一形状、同一磁力、同一磁化方向である。本実施の形態において、同一サイズで同一方向に着磁された磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４を用いることで、上側リング状磁気回路２と下側リング状磁気回路３を相対的に１８０°回転させた時に、互いの磁場を打ち消すことができる。逆に、磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４のサイズがそれぞれ異なる構成では、磁場強度のバランスが崩れて、余った磁力線が放電空間に現れ放電に干渉する恐れがある。

さらに、磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、すべて同一形状、同一磁力、同一磁化方向であることは、磁石部材の加工コスト削減の観点からも望ましい。磁石は強度的に脆く、母材からの切り出した後は研磨加工により仕上げるのが一般的である。このため複数の直方体の磁石部材を同時加工製作する方法がコストにおいて圧倒的に有利である。また、着磁方向も切り出し面に対して水平か垂直にするのが材料の利用効率が高い。母材が足りなければ、磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４を図７（Ａ）のように分割してもよい。いずれにせよ直方体、同一方向の着磁部材なので構成が非常に容易となる。なお、磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の形状を直方体ではなく、円柱状としてもよく、その場合には、
着磁方向は、円柱の上面および底面に垂直にするのが好ましい。また、円柱状の磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４を図７（Ｂ）のように分割してもよい。

これに対して、例えば、磁石形状が、特許文献１のように扇型、特許文献２のように台形形状の場合、加工時間が極端に長くなることや、磁石母材から取り出せる個数が少なくなり材料の利用効率が非常に悪い。

次に、本実施の形態の磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４では、極方向と垂直な断面積を小さくしながら、極方向を長くしている。これはパーミアンス係数を大きくすることで、磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の極方向と垂直な断面積を減らしつつも基板１０上に強い磁場を発生させるためである。磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の極方向と垂直な断面積を減らすことで、放電空間に漏れる磁場の範囲を減らすことが可能になる。

図８（Ｃ）は、本実施の形態の上側リング状磁気回路２と下側リング状磁気回路３を相対的に１８０°回転させ、磁石Ｍ１及びＭ２の磁極方向と、磁石Ｍ３及びＭ４の磁極方向とを１８０°反対方向として、上側リング状磁気回路２と下側リング状磁気回路３の互いの磁場を消去させた場合の磁場シミュレーションを行った結果を示す図である。基板１０上は０ｍＴであり、放電空間においても、５ｍＴの大きさの磁場が非常に狭い範囲に点在するのみであることがわかる。

図８（Ａ）は、図１２（Ｂ）に示す基板磁石５１を用い、基板１０上の磁場を消去する構成とした場合の磁場シミュレーションを行った結果を示す図である。図８（Ｂ）は、図１３の構成とした場合の磁場シミュレーションを行った結果を示す図である。図８（Ａ）では、基板１０上面上での磁束密度は０であるものの、基板１０の周囲の基板磁石５１周辺では１００ｍＴ以上もの磁束密度が広範囲に存在することがわかる。図８（Ｂ）では、若干改善されているものの３０ｍＴ以上もの磁束密度が磁極に沿って存在することがわかる。磁極面積が広いため放電空間に磁束が漏れる範囲も広く、３８ｍＴの大きさとなっていると考えられる。

以上のように、本実施の形態の基板磁石では、磁場を発生、消去させることはもちろん、従来のものより基板１０上以外の領域において磁場強度を抑えつつ、その範囲を狭めることが可能になった。

以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

１ 真空容器
２、３ リング状磁気回路
４ａ、４ｂ ターゲット
５ａ、５ｂ ターゲットホルダ
８ａ、８ｂ 支持部
９ 基板ホルダ
１０ 基板
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４ 棒状磁石
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４ ヨーク

Claims (9)

1. 真空容器と、
   前記真空容器内に設けられ、基板を搭載する基板ホルダと、
   ターゲットを前記基板ホルダに向けて保持するためのターゲットホルダと、
   前記基板ホルダに搭載された前記基板上に第１磁場を印加する第１リング状磁気回路と、
   前記第１リング状磁気回路と同心軸上に配置され、前記基板ホルダに搭載された前記基板上に第２磁場を印加する第２リング状磁気回路と、
   前記第１リング状磁気回路と前記第２リング状磁気回路との前記同心軸の周りの相対的な配置角度を変更して、前記第１磁場と前記第２磁場の合成磁場によって前記基板上にある磁場を印加する第１配置角度と、前記第１磁場と前記第２磁場によって前記基板上の磁場を消去する第２配置角度との間で前記同心軸の周りの相対的な配置角度を変更する配置角度変更手段と、
   を備え、
   前記第１リング状磁気回路は、互いに離間して略平行に配置した第１及び第２棒状磁石と、
   前記第１棒状磁石の一端と前記第２棒状磁石の一端を接続する第１ヨークと、
   前記第１棒状磁石の他端と前記第２棒状磁石の他端を接続する第２ヨークとを有し、
   前記第２リング状磁気回路は、互いに離間して略平行に配置した第３及び第４棒状磁石と、
   前記第３棒状磁石の一端と前記第４棒状磁石の一端を接続する第３ヨークと、
   前記第３棒状磁石の他端と前記第４棒状磁石の他端を接続する第４ヨークとを有することを特徴とするスパッタリング成膜装置。
2. 前記ある磁場は、前記基板上で一定方向の磁場である請求項１に記載のスパッタリング成膜装置。
3. 前記配置角度変更手段は、前記第１リング状磁気回路と前記第２リング状磁気回路とを前記同心軸の周りに相対的に回転させる回転手段を備える請求項１または２に記載のスパッタリング成膜装置。
4. 前記第１棒状磁石と前記第２棒状磁石は、互いに同一方向に磁化されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパッタリング成膜装置。
5. 前記第３棒状磁石と前記第４棒状磁石は、互いに同一方向に磁化されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパッタリング成膜装置。
6. 前記第１棒状磁石と第２棒状磁石は同一形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパッタリング成膜装置。
7. 前記第１棒状磁石〜第４棒状磁石は、極方向の長さが極方向に対して垂直方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパッタリング成膜装置。
8. 前記第１ヨークと前記第２ヨークの内側には平面状突起部がそれぞれ形成されており、前記平面状の突起部が磁極となっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のスパッタリング成膜装置。
9. 前記第３ヨークと前記第４ヨークのうち、前記第１ヨークと前記第２ヨークに対向している側に、平面状突起部が形成されていることを特徴としている請求項１〜８のいずれか一項に記載のスパッタリング成膜装置。