JPWO2009040892A1 - 方向が均一で、かつ方向を変えることができる磁場が生成可能な磁石アセンブリ及びこれを用いたスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

永久磁石と当該永久磁石の両端の各々に結合された磁気透過性の凸状端部とを含む回転可能な双極子磁石サブアセンブリと、双極子磁石サブアセンブリに磁気的に結合されるように構成された少なくとも２つの磁気透過性の磁束ガイドサブアセンブリとを具備する。磁束ガイドサブアセンブリは上記凸状端部と嵌合する凹状端部を有する。磁束ガイドサブアセンブリは、双極子磁石サブアセンブリからの磁束を導いて外部に磁場を生じさせる。双極子磁石サブアセンブリを回転して磁束ガイドサブアセンブリとの嵌合状態を反転させることにより、外部に生じる磁場の方向を容易に反転させることができる。

Description

本発明は、方向が均一で、かつその方向を変えることができる磁場が生成可能な磁石アセンブリ及びこれを用いて基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置に関する。より具体的には、本発明は、回転可能な双極子磁石サブアセンブリにより自身が生成する磁界の方向を変化させることができる磁石アセンブリ、及び、このような磁石アセンブリを使用することにより、基板全体にわたって同一方向に誘導された磁気異方性を有する軟磁性材料の薄膜を成膜するためのスパッタリング装置に関する。

磁気記録媒体用の書き込みヘッドや磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（Magnetoresistive Random Access Memory、MRAM）などの分野には、高モーメントの磁気異方性をもつ軟磁性層が必要である。また、例えば磁気抵抗センサ等の分野においては、磁気異方性を得るために均一な方向の磁場雰囲気で、アニーリング処理を行うことが必要になる。しかし、このようなアニーリング処理は金属膜において拡散や結晶構造の変化などを生じさせ、耐熱温度の低いレジスト膜にダメージを与える場合がある。このようなことから、均一な方向の磁場雰囲気で軟磁性層をスパッタリング成膜する方法が好まれている。

このような軟磁性層を基板上に成膜するために利用できる構成は従来から提案されている。例えば、米国特許第５，５１９，３７３号明細書（特許文献１）では、中空円柱状の非磁性固定器具の円周に沿って柱状の複数の永久磁石を配置した構成が開示されている。各々の永久磁石は異なる方向に磁化されており、全体として所定の一方向の磁場が形成される。当該中空円柱状の固定器具の内部に基板を配置し、軟磁性材料を基板上にスパッタリングすることにより、所望の方向に誘導された磁気異方性膜を形成することができる。

一方、永久磁石の代わりに電磁石を利用する手法も提案されている。米国特許第６，４７５，３５９号明細書（特許文献２）は、基板支持台の下に平面電磁石を配置することによって、所望の一方向の磁場を印加した状態でスパッタリングを行うことを開示している。また、米国特許第６，７９０，４８２号明細書（特許文献３）は、少なくとも３つの電磁石からなる構成を提案している。それぞれの電磁石の双極子軸は平面に対して平行であり、これら電磁石は、当該平面に対して垂直な方向から見た場合に閉じた面を形成するように配置されている。そして、真空チャンバ内に設置された基板支持台の下にこの磁石配置を設けることにより、所望の異方性方向をもつ磁性層を基板上に成膜することができる。

米国特許第５，５１９，３７３号明細書 米国特許第６，４７５，３５９号明細書 米国特許第６，７９０，４８２号明細書

実際に基板上へのスパッタリングを行なう際には、基板に印加される磁場がスパッタ粒子の軌道に対して及ぼす影響を低減するために、また、対向するカソードマグネットからの漏洩磁場との干渉を減らすために、磁場の強さ及び方向を制御することが重要である。特に、磁場方向はスパッタリング中に１８０度反転させることが好ましい。したがって、基板上に一方向の磁場が印加された状態において所定の時間だけスパッタリングプロセスを行った後、磁場方向を反転させ、逆方向の一方向磁場が基板上に印加された状態で再びスパッタリングプロセスを行う必要がある。つまり、基板に印加される磁場がスパッタ粒子の軌道に影響を与え、また、対向するカソードマグネットからの漏洩磁場との干渉による結果として膜厚分布の偏りが引き起こされたとしても、磁場印加方向を反転させることで、膜厚分布の偏りを相殺することができる。

永久磁石を使用する特許文献１のような構成は、電磁石と異なり大きな電力供給が不要であるという利点を有する。しかし、基板に印加される磁場の方向は固定であるので、磁場方向を反転させるために、すべての磁石を含む装置自体の向きを基板に対して反転させる必要がある。したがって、この目的のための回転機構が必要となり、スパッタリング装置が複雑化し、コストが増大する。

一方、電磁石を使用する特許文献２及び特許文献３の場合には、スパッタリング装置を機械的に回転させる必要はなく、電磁石に与える電流の方向を変えることにより容易に磁場の方向を反転させることができる。しかし、この目的のためには電磁石に大きな電流を流す必要があり、真空チャンバ内の温度が上昇するという問題が生じる。したがって、この温度上昇を防止するための冷却機構を設ける必要があり、スパッタリング装置のコストが増大する。

さらに、これら従来の構成は、比較的小さな領域において均一な磁場を生成するものであった。しかしながら、磁気記録媒体用の書き込みヘッドやＭＲＡＭに使用されるウェハは少なくとも直径５インチ（１２．７ｃｍ）であり、１２インチ（３０．４８ｃｍ）にもなることがある。

本発明の目的は、比較的大きな領域にわたって一方向磁場を生成し、かつその向きを変えることができ、構成全体を回転させるための機構や冷却機構を必要としない低コストの磁石アセンブリを実現することである。

また、本発明の目的は、このような磁石アセンブリを利用して、基板全体にわたって同一方向に誘導された磁気異方性を有する薄膜を成膜することが可能なスパッタリング装置を実現することである。

上述の目的を達成するため、本発明の磁石アセンブリは、永久磁石と当該永久磁石の両端の各々に結合された磁気透過性の凸状端部とを含む、少なくとも１つの回転可能な双極子磁石サブアセンブリと、双極子磁石サブアセンブリに磁気的に結合されるように構成された少なくとも２つの磁気透過性の磁束ガイドサブアセンブリとを具備する。磁束ガイドサブアセンブリの各々は、双極子磁石サブアセンブリの凸状端部と嵌合する凹状端部を有している。双極子磁石サブアセンブリの一方の凸状端部が一方の磁束ガイドサブアセンブリの凹状端部と嵌合すると、他方の凸状端部が他方の磁束ガイドサブアセンブリの凹状端部と嵌合し、磁束ガイドサブアセンブリは、双極子磁石サブアセンブリからの磁束を導いて外部に磁場を生じさせる。本発明の磁石アセンブリは双極子磁石サブアセンブリを回転させるための手段を具備しており、双極子磁石サブアセンブリを回転して少なくとも２つの磁束ガイドサブアセンブリとの嵌合状態を反転させることにより、外部に生じる磁場の方向を容易に反転させることができる。

本発明の磁石アセンブリは、少なくとも２つの双極子磁石サブアセンブリと少なくとも３つの磁束ガイドサブアセンブリとを具備するように構成されてもよい。この場合、少なくとも２つの双極子磁石サブアセンブリは好ましくは縦列に配置され、少なくとも１つの磁束ガイドサブアセンブリが双極子磁石サブアセンブリの間に配置される。

磁束ガイドサブアセンブリの各々は、凹状端部を有する第１アームと、第１アームの凹状端部と反対の端部から第１アームに対して垂直に延在する第２アームとからなるように構成してもよい。この場合、双極子磁石サブアセンブリからの磁束は第１及び第２アームにより導かれ、第２アームの端から外部に磁場を生じる。

本発明の磁石アセンブリにおいて、永久磁石は同じ長さの複数の磁石から構成されてもよい。これら複数の磁石は異なる磁力を有していてもよく、より磁力の強い磁石を永久磁石の端部のより近くに配置してもよい。

また、磁束ガイドサブアセンブリは均一でない厚さを有するように構成してもよい。上述のような磁石アセンブリを利用してスパッタリング装置を構成できる。本発明のスパッタリング装置は、真空チャンバと、真空チャンバ内に配置された基板ホルダと、ターゲット材料を保持する電極又はソースと、上述の特徴をもつ磁石アセンブリとを具備する。

スパッタリング装置は、基板ホルダを挟んで対向する位置に配置された２つの磁石アセンブリを具備するように構成してもよい。磁石アセンブリが上述のように第１アームと第３アームとを有する場合、対向する磁束ガイドサブアセンブリの第２アーム同士をつなぐ第３アームをさらに具備するように構成して、基板表面上に印加される磁場の方向をより均一にすることができる。

磁石アセンブリは真空チャンバの外部に配置することも、また真空チャンバの内部に配置することも可能である。また、ターゲット材料を保持する電極は、双極子磁石サブアセンブリの回転に同期して回転するカソードマグネットをさらに含むように構成してもよい。

また、基板の直径をＤとし、磁石アセンブリの長さＬ、幅Ｗ及び高さＨをそれぞれＬ＝ｘＤ、Ｗ＝ｙＤ及びＨ＝ｚＤとした場合、本発明のスパッタリング装置に適用する磁石アセンブリの大きさは、好ましくは１．５≦ｘ≦２、１．５≦ｙ≦２及び０．５≦ｚ≦１である。

本発明の磁石アセンブリにより、直径５インチ乃至１２インチ、あるいはそれ以上の大きさの基板表面上に均一な方向の磁場を形成することが可能となる。双極子磁石サブアセンブリのみを回転させて磁場方向を反転させる特徴により、アセンブリ全体を回転させるための機構は不要となる。また、電磁石を使用する必要がないため、大きな電流を流す必要がなく、冷却機構も不要である。したがってアセンブリの構成を簡素化し、コストを低減することができる。

また、このような磁石アセンブリを具備する本発明のスパッタリング装置を使用することにより、基板全体にわたって実質的に均一な方向の磁気異方性を有する薄膜を成膜することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る磁石アセンブリの構成を示す図である。 磁束ガイドサブアセンブリの厚さが均一でない磁石アセンブリの構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の構成を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る磁石アセンブリ及びこれを用いたスパッタリング装置の構成を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る磁石アセンブリ及びこれを用いたスパッタリング装置の構成を示す図である。 図４の構成の斜視図である。 図５の条件における磁場方向の傾斜のばらつき及び磁場強度の計算結果を示す図である。 カソードマグネットをさらに含むスパッタリング装置の斜視図である。 双極子磁石サブアセンブリの回転とカソードマグネットの回転との関係を示す図である。 本発明のスパッタリング装置の具体的な構成例を示す図である。 本発明のスパッタリング装置の別の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 磁石アセンブリ
２ 回転軸
３ 磁力線
４ スパッタリング装置
５ 磁石アセンブリ
６ スパッタリング装置
７ 磁石アセンブリ
８、８ａ、８ｂ スパッタリング装置
１０ 双極子磁石サブアセンブリ
１１ 永久磁石
１２、１３ 磁気透過性端部
２０、２１ 磁束ガイドサブアセンブリ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 磁束ガイドサブアセンブリの一部
２２、２３ 凹状端面
２４、２５ 反対側の端面
３０、３１ 磁束ガイドサブアセンブリ
３０ａ、３１ａ 第１アーム
３０ｂ、３１ｂ 第２アーム
３０ｃ、３１ｃ 第３アーム
４０ 基板ホルダ
５０ 基板
６０ カソードマグネット
７０ 真空チャンバ
８０ 電極
９０、１１０ ターゲット
１００ ガス導入口
１２０ シャッタ

図１は本発明の一実施形態に係る磁石アセンブリ１の構成を示す。磁石アセンブリ１は、紙面に垂直な軸２の周りに回転可能な双極子磁石サブアセンブリ（部分組立品）１０及び少なくとも２つの磁束ガイドサブアセンブリ２０及び２１からなる。

双極子磁石サブアセンブリ１０は、少なくとも１つの永久磁石１１と、各永久磁石ごとに設けられる２つの磁気透過性端部１２及び１３とからなる。磁気透過性端部１２及び１３は凸状の端面を有している。永久磁石１１は、好ましくは棒状もしくは方形状であり、同じ長さの複数の磁石から構成されていてもよい。これら複数の磁石は、異なる磁力を有する磁石を含んでもよい。この場合、磁場方向の均一性を改善するために、より磁力の強い磁石を永久磁石１１の端部のより近くに配置することができる。

一方、磁束ガイドサブアセンブリ２０及び２１において、双極子磁石サブアセンブリ１０に近い側の端面２２及び２３は凹状となっている。磁束ガイドサブアセンブリ２０及び２１は、フェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ）４３０、ＳＵＳ４１０、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ）４００、電磁軟鉄（ＳＵＹ）、又は鉄及び銅の合金などの磁気透過性材料により構成される。

双極子磁石サブアセンブリ１０が軸２を中心として回転されて、その長手方向が磁束ガイドサブアセンブリ２０及び２１の長手方向に一致する向き（図の水平方向）に配置されると、双極子磁石サブアセンブリ１０と磁束ガイドサブアセンブリ２０及び２１とは、端部１２及び１３の凸状の端面ならびに凹状の端面２２及び２３を介してはめ合わせられる。永久磁石１１のＮ極側の端部１２が磁束ガイドサブアセンブリ２０とはめ合わせられた場合、永久磁石１１のＮ極から生じる磁束は、端部１２と端面２２とを介して磁束ガイドアセンブリ２０中を導かれ、反対側の端面２４付近から外部に放射される。当該磁束は磁束ガイドサブアセンブリ２１の反対側の端面２５付近から再び磁束ガイドサブアセンブリ２１内を導かれ、永久磁石１１のＳ極側の端部１３へと達する。図１における複数の点線矢印３は上記の場合に磁石アセンブリ１の外部に生じる磁力線の方向を表している。

さらに、双極子磁石サブアセンブリ１０を回転軸２を中心として回転させて、端部１２を磁束ガイドサブアセンブリ２１とはめ合わせるだけで、図示される磁力線３の方向とは反対の向きの磁場が容易に形成される。このように、本発明の磁石アセンブリ１は、可変な均一方向の磁場を外部に生成することができる。さらに、磁束ガイドサブアセンブリ２０及び２１を使用することにより、このような磁場を比較的大きな領域にわたって生成することができる。

尚、双極子磁石サブアセンブリ１０の回転軸は必ずしも図１において紙面に垂直である必要はなく、例えば紙面に平行であってもよい。双極子磁石サブアセンブリ１０の端部１２及び１３のうち一方が磁束アセンブリ２０とはめ合わされている状態から、他方の端部が磁束アセンブリ２０とはめ合わされる状態へとスムーズに移行できればよい。

また、磁束ガイドサブアセンブリ２０及び２１は均一でない厚さを有してもよい。このような構成の一例を図２に示す。図２において、磁束ガイドサブアセンブリ２１は、永久磁石１１とほぼ同等の均一な厚さを有する部分２１ａと、永久磁石１１よりも薄く、均一な厚さを有する部分２１ｃと、これらの部分２１ａ及び２１ｃの間に位置し、永久磁石から離れるに従って厚さが薄くなる部分２１ｂとからなる。

図３は、磁石アセンブリ１を用いて構成される、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置４の構成を示す。スパッタリング装置４は、図１に示した磁石アセンブリ１と、基板５０を設置するための基板ホルダ４０とを具備する。双極子磁石サブアセンブリ１０の回転軸２は、例えば、基板ホルダ４０の支柱に取り付けられる。基板ホルダ４０は、通常、真空チャンバ内に配置される。基板ホルダ４０に取り付けられた磁石アセンブリ１は、真空チャンバの内部又は外部に配置されるように構成される。当該真空チャンバ内においては、さらに軟磁性のターゲット材料を保持する電極又はソースが基板５０の上方に設置され、スパッタリング工程等により基板５０上に軟磁性層を形成することができる。既に述べたように、磁石アセンブリ１によって可変な均一方向の磁場を基板５０の表面上に印加でき、基板５０の全体にわたって実質的に同一の向きに方向付けられた磁気異方性を有する軟磁性の薄膜を成膜することができる。一定時間にわたってスパッタリングプロセスを行った後、双極子磁石サブアセンブリ１０の向きを反転させることにより基板５０表面上の磁場の方向を反転させ、再び一定時間にわたってスパッタリングプロセスを行う。これにより、印加される磁場がスパッタ粒子の軌道に対して及ぼす影響を低減することができる。

図４は本発明の別の実施形態に係る磁石アセンブリ５及びこれを用いたスパッタリング装置６の構成を示す図である。基板５０の表面上に形成される磁場を強化するため、少なくとも２つの双極子磁石サブアセンブリ１０ａ及び１０ｂが使用される。図４においては、２つの双極子磁石サブアセンブリ１０ａ及び１０ｂが縦列に配置されている。また、磁束ガイドサブアセンブリ２０及び２１に加えて、２つの双極子磁石サブアセンブリ間にもう１つの磁束ガイドサブアセンブリ２６がさらに配置される。より強力な磁場を生成するべく、複数の双極子磁石サブアセンブリは好ましくは同期的に回転される。例えば、双極子磁石サブアセンブリ１０ａのＮ極側の端部１２ａが磁束ガイドサブアセンブリ２０と接触する際には、双極子磁石サブアセンブリ１０ｂのＮ極側の端部１２ｂは磁束ガイドサブアセンブリ２６と接触する。スパッタリング装置６の動作は図３の場合と同様であり、一定時間にわたってスパッタリングプロセスを行った後、双極子磁石サブアセンブリ１０ａ及び１０ｂの向きを反転させることにより基板５０表面上の磁場の方向を反転させ、再び一定時間にわたってスパッタリングプロセスを行う。

図５は本発明の別の実施形態に係る磁石アセンブリ７及びこれを用いたスパッタリング装置８の構成を示す。図６は図５の構成の斜視図である。図６においては、磁石アセンブリ７の構成がより明確に理解できるよう、基板ホルダ４０が省略されている。図５においては単一の双極子磁石サブアセンブリ１０が使用されているが、図４のように複数の双極子磁石サブアセンブリを縦列に配置してもよい。

本実施例の磁石アセンブリ７において、磁束ガイドサブアセンブリ３０及び３１は、水平方向に延在する第１アーム３０ａ及び３１ａ、並びに、第１アーム３０ａ及び３１ａにおける双極子磁石サブアセンブリ１０から遠い側の端部から垂直方向に延在する第２アーム３０ｂ及び３１ｂを具備する。さらに、このような磁石アセンブリ７を図６のように並列に２つ並べて用いる場合には、第２アーム３０ｂ及び３１ｂから延在してこれら２つの磁石アセンブリを橋渡しするように構成される第３アーム３０ｃ及び３１ｃが具備される。

これら第１乃至第３アームは、フェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ）４３０、ＳＵＳ４１０、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ）４００、電磁軟鉄（ＳＵＹ）、又は鉄及び銅の合金などの磁気透過性材料により構成される。図５及び図６において、これら第１乃至第３アームは別個の部材として示されているが、一体的に成形されてもよい。

図６の状態において、双極子磁石サブアセンブリ１０のＮ極から生じる磁束は、第１アーム３１ａ内を導かれ、さらに第１アーム３１ａから垂直に延在する第２アーム３１ｂ内を導かれる。したがって、水平な構成の磁束ガイドサブアセンブリ２０及び２１を利用する図１乃至図３の実施例と比較して、本実施例の双極子磁石サブアセンブリ１０は、基板ホルダ４０のステージ及びその上に設置される基板５０からより離して配置することが可能である。この構成により、永久磁石１１から磁束ガイドサブアセンブリ３０及び３１内に導かれることなく外部に放射される漏れ磁場が基板５０の表面上の磁場に及ぼす影響を低減することができる。

スパッタリング対象の基板の直径Ｄが２００ｍｍである場合におけるスパッタリング装置７の各構成要素の大きさの一例が図６に示されている。第２アーム３０ｂの端から第２アーム３１ｂの端までの長さＬ及び第３アーム３０ｃ及び３１ｃの幅Ｗは３３６ｍｍである。第２アーム３０ｂ及び３１ｂの下端から第３アーム３０ｃ及び３１ｃの上端までの高さＨは１２０ｍｍである。また、双極子磁石サブアセンブリ１０の長さは５０ｍｍ、第１アーム３０ａの端から第１アーム３１ａの端までは２９６ｍｍ、第３アーム３０ｃ及び３１ｃの断面の大きさは２０ｍｍ×２０ｍｍである。なお、このときのアームの材質はＳＳ４００材とした。

このような条件のもと、基板５０の表面上に形成される磁場の方向と強さを計算した。計算の前提として、永久磁石１１の材料をネオジム・鉄・ボロン（ＮｄＦｅＢ）とし、最大磁気エネルギー積を４８ＭＧＯｅと仮定した。双極子磁石サブアセンブリ１０のＮ極側が第１アーム３１ａに接すると仮定しており、したがって磁場は第３アーム３１ｃから第３アーム３０ｃに向かう方向に生じている。基板５０の右上１／４部分について計算した磁場方向のスキュー分散角及び磁場強度を図７に示す。図７中の矢印は基板５０上の磁場の方向を示している。

図７の左図に示されるように、計算された磁場方向のばらつきは２°にも満たない非常に小さな値（最大でも１．６９°）となった。また、図７の右図に示されるように、３５Ｇから３９Ｇ程度の範囲の磁場が生成されうることが分かった。この計算結果から、本発明により基板上に実質的に均一な方向の磁場を生成できることが示された。

さらに、図６におけるＬ、Ｗ及びＨの値の好ましい範囲を特定すべく計算を行った。基板直径をＤとし、Ｌ＝ｘＤ、Ｗ＝ｙＤ及びＨ＝ｚＤとすると、磁場方向のばらつきが±２°以下、磁場強度が３０Ｇ以上となるためには、それぞれ１．５≦ｘ≦２、１．５≦ｙ≦２及び０．５≦ｚ≦１という条件が必要であると分かった。

例えば、磁石アセンブリ７のサイズが小さくなるｘ＝１．５、ｙ＝１．５、ｚ＝０．５のときには磁場方向のばらつきが±１．５７°、平均磁場強度４７Ｇであり、磁石アセンブリ７のサイズが大きくなるｘ＝２、ｙ＝２、ｚ＝１では磁場方向のばらつきが±１．８９°、磁場強度の平均値は３１Ｇであった。

図６のスパッタリング装置８において、ターゲット材料を保持する電極は、双極子磁石サブアセンブリ１０の回転に同期して回転するカソードマグネット６０をさらに含むように構成してもよい。この構成の斜視図を図８に示す。図８においては、磁石アセンブリ７の構成がより明確に理解できるよう、基板ホルダ４０が省略されている。

図９は図８の構成を上から見たものであり、双極子磁石サブアセンブリ１０の回転とカソードマグネット６０の回転との関係を具体的に示している。カソードマグネット６０は常に回転しており、図９の例においては上から見て時計回りに回転している。図９の１）の位置からカソードマグネット６０が回転し、２）等の状態を経て、３）において再び１）と同じ位相となると、このタイミングに同期して双極子磁石サブアセンブリ１０が反転される。カソードマグネット６０はさらに回転を続け、４）等の状態を経て、５）のように再び１）及び３）と同じ位相となる。双極子磁石サブアセンブリ１０はこのタイミングに合わせて反転する。このように、双極子磁石サブアセンブリ１０は、回転し続けるカソードマグネット６０が特定の位相になったときに反転されるように同期的に制御される。このような構成を採用することにより、双極子磁石サブアセンブリ１０とカソードマグネット６０による磁場の干渉の再現性が得られ、膜厚分布の再現性を得ることが可能となる。

本実施例のスパッタリング装置のより具体的な構成例を図１０に示す。図１０のスパッタリング装置８ａにおいては、図５に示す構成が真空チャンバ７０内に配置されている。さらに、軟磁性のターゲット９０を保持する電極８０が基板５０の上方に設置されており、電極８０にはＤＣ又はＲＦ電力が供給される。ガス導入口１００より、真空チャンバ７０内に例えばアルゴン（Ａｒ）ガスや窒素（Ｎ_２）ガスが導入され、ターゲット９０を保持する電極８０にＤＣ又はＲＦの電力が印加されると、真空チャンバ７０内にプラズマが発生する。プラズマから引き出されたＡｒイオン等がターゲット９０に衝突し、スパッタ粒子として基板５０上に所望の膜が形成される。

本実施例のスパッタリング装置の別の構成例を図１１に示す。図１１のスパッタ装置８ｂは、電極８０に取り付けられた軟磁性のターゲット９０及び電極８１に取り付けられた絶縁物（例えば、ＭｇＯ）のターゲット１１０を有しており、基板５０上に軟磁性層と絶縁層の積層構造を形成することができる。ターゲット９０及び１１０は基板ホルダー４０の基板設置面に対して非平行に設置されている。ここでターゲット９０及び１１０の直径は基板ホルダー４０と同じか、または小さいことが好ましい。電極８０及び８１にはプラズマを生成するためのＤＣ電力又はＲＦ電力が供給される。真空チャンバ７０内には、ガス導入口１００を介してアルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ_２）ガスが導入可能となっている。シャッタ１２０は、成膜処理時にのみ開けられ、成膜処理時以外は閉じられており、薄い膜を成膜する際に成膜性能を保つために使用される。ターゲット９０、１１０を保持する電極８０、８１にＤＣ電力又はＲＦ電力が印加されると、真空チャンバ７０内にプラズマが発生する。プラズマから引き出されたＡｒイオン等がターゲット９０、１１０に衝突し、スパッタ粒子として基板５０上に軟磁性層もしくは絶縁層の膜が形成される。尚、上述のように、ターゲット９０、１１０を保持する電極８０、８１は、双極子磁石サブアセンブリ１０の回転に同期して回転するカソードマグネット６０をさらに含むように構成してもよい。

本発明を各種実施態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、各種実施態様における各構成要素を変形（削除も含む。）することにより具体化できる。また、各種実施態様間の構成要素を置換したり、各種実施態様の複数の構成要素を組み合わせたりすることにより、種々の発明を形成することもできる。

Claims (20)

1. 永久磁石と前記永久磁石の両端の各々に結合された磁気透過性の凸状端部とからなる、少なくとも１つの回転可能な双極子磁石サブアセンブリと、
   前記双極子磁石サブアセンブリに磁気的に結合されるように構成された少なくとも２つの磁気透過性の磁束ガイドサブアセンブリとを具備する磁石アセンブリにおいて、
   前記磁束ガイドサブアセンブリの各々は、前記双極子磁石サブアセンブリの前記凸状端部と嵌合する凹状端部を有し、
   前記双極子磁石サブアセンブリの一方の凸状端部が一方の磁束ガイドサブアセンブリの凹状端部と嵌合すると、他方の凸状端部が他方の磁束ガイドサブアセンブリの凹状端部と嵌合し、前記磁束ガイドサブアセンブリは、前記双極子磁石サブアセンブリからの磁束を導いて外部に磁場を生じ、
   前記双極子磁石サブアセンブリを回転して前記少なくとも２つの磁束ガイドサブアセンブリとの嵌合状態を反転させることにより、外部に生じる磁場の方向が反転する磁石アセンブリ。
2. 少なくとも２つの前記双極子磁石サブアセンブリと少なくとも３つの前記磁束ガイドサブアセンブリとを具備し、前記少なくとも２つの双極子磁石サブアセンブリが縦列に配置され、少なくとも１つの磁束ガイドサブアセンブリが前記少なくとも２つの双極子磁石サブアセンブリの間に配置される請求項１に記載の磁石アセンブリ。
3. 前記磁束ガイドサブアセンブリの各々は、前記凹状端部を有する第１アームと、前記第１アームの前記凹状端部と反対の端部から前記第１アームに対して垂直に延在する第２アームとからなり、前記双極子磁石サブアセンブリからの磁束は前記第１及び第２アームにより導かれ、前記第２アームの端から外部に磁場を生じる請求項１に記載の磁石アセンブリ。
4. 前記永久磁石は同じ長さの複数の磁石からなる請求項１に記載の磁石アセンブリ。
5. 前記永久磁石は異なる磁力を有する複数の磁石からなり、より磁力の強い磁石が前記永久磁石の端部のより近くに配置されている請求項１に記載の磁石アセンブリ。
6. 前記磁束ガイドサブアセンブリは均一でない厚さを有する請求項１に記載の磁石アセンブリ。
7. 前記双極子磁石サブアセンブリを回転する手段を具備する請求項１に記載の磁石アセンブリ。
8. 均一な方向の磁気異方性を有する薄膜を基板上に形成するスパッタリング装置であって、
   真空チャンバと、
   前記真空チャンバ内に配置された基板ホルダと、
   ターゲット材料を保持する電極又はソースと、
   磁石アセンブリとを具備し、前記磁石アセンブリは、
   永久磁石と前記永久磁石の両端の各々に結合された磁気透過性の凸状端部とからなる、少なくとも１つの回転可能な双極子磁石サブアセンブリと、
   前記双極子磁石サブアセンブリに磁気的に結合されるように構成された少なくとも２つの磁気透過性の磁束ガイドサブアセンブリとを具備し、
   前記磁束ガイドサブアセンブリの各々は、前記双極子磁石サブアセンブリの前記凸状端部と嵌合する凹状端部を有し、
   前記双極子磁石サブアセンブリの一方の凸状端部が一方の磁束ガイドサブアセンブリの凹状端部と嵌合すると、他方の凸状端部が他方の磁束ガイドサブアセンブリの凹状端部と嵌合し、前記磁束ガイドサブアセンブリは、前記双極子磁石サブアセンブリからの磁束を導いて前記基板ホルダ上の基板の表面に磁場を生じ、
   前記双極子磁石サブアセンブリを回転して前記少なくとも２つの磁束ガイドサブアセンブリとの嵌合状態を反転させることにより、基板表面の磁場の方向が反転するスパッタリング装置。
9. ２つの前記磁石アセンブリを具備し、前記２つの磁石アセンブリが前記基板ホルダを挟んで対向する位置に配置される請求項８に記載のスパッタリング装置。
10. 各磁石アセンブリが少なくとも２つの前記双極子磁石サブアセンブリと少なくとも３つの前記磁束ガイドサブアセンブリとを具備し、前記少なくとも２つの双極子磁石サブアセンブリが縦列に配置され、少なくとも１つの磁束ガイドサブアセンブリが前記少なくとも２つの双極子磁石サブアセンブリの間に配置される請求項８に記載のスパッタリング装置。
11. 前記磁束ガイドサブアセンブリの各々は、前記凹状端部を有する第１アームと、前記第１アームの前記凹状端部と反対の端部から前記第１アームに対して垂直に延在する第２アームとからなり、前記双極子磁石サブアセンブリからの磁束は前記第１及び第２アームにより導かれる請求項８に記載のスパッタリング装置。
12. ２つの前記磁石アセンブリを具備し、前記２つの磁石アセンブリが前記基板ホルダを挟んで対向する位置に配置され、
    対向する磁束ガイドサブアセンブリの第２アーム同士をつなぐ第３アームをさらに具備する請求項１１に記載のスパッタリング装置。
13. 前記永久磁石は同じ長さの複数の磁石からなる請求項８に記載のスパッタリング装置。
14. 前記永久磁石は異なる磁力を有する複数の磁石からなり、より磁力の強い磁石が前記永久磁石の端部のより近くに配置されている請求項８に記載のスパッタリング装置。
15. 前記磁束ガイドサブアセンブリは均一でない厚さを有する請求項８に記載のスパッタリング装置。
16. 前記双極子磁石サブアセンブリを回転する手段を具備する請求項８に記載のスパッタリング装置。
17. 前記磁石アセンブリは前記真空チャンバの外部に配置されている請求項８に記載のスパッタリング装置。
18. 前記磁石アセンブリは前記真空チャンバの内部に配置されている請求項８に記載のスパッタリング装置。
19. 前記基板の直径をＤとし、前記磁石アセンブリの長さＬ、幅Ｗ及び高さＨをそれぞれＬ＝ｘＤ、Ｗ＝ｙＤ及びＨ＝ｚＤとした場合、１．５≦ｘ≦２、１．５≦ｙ≦２及び０．５≦ｚ≦１である請求項１２に記載のスパッタリング装置。
20. 前記電極は、前記双極子磁石サブアセンブリの回転に同期して回転するカソードマグネットをさらに含む請求項８に記載のスパッタリング装置。

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