JPWO2012165385A1 - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
(a) 中央磁極部材と、前記中央磁極部材を取り囲む外周磁極部材と、一方の磁極が前記中央磁極部材に対向し、他方の磁極が前記外周磁極部材に対向するように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、前記中央磁極部材、前記外周磁極部材及び前記永久磁石を支持する非磁性ベース部材とを具備し、
(b) 前記レーストラック形状は直線部及びコーナー部を有し、
(c) 少なくとも前記直線部に配置された各永久磁石は、前記中央磁極部材に対向する磁極面が前記ターゲットから遠ざかるように傾斜した磁化方向を有し、
(d) 少なくとも前記直線部に配置された各永久磁石の前記外周磁極部材に対向する磁極面は、前記ベース部材に近い側に前記外周磁極部材に当接しない部分を有し、
(e) 前記中央磁極部材と前記ターゲットとの距離と、前記外周磁極部材と前記ターゲットとの距離とが等しい
ことを特徴とする。
(a) 中央磁極部材と、前記中央磁極部材を取り囲む外周磁極部材と、前記ターゲット表面に平行な磁化方向を有し、かつ一方の磁極が前記中央磁極部材に対向し、他方の磁極が前記外周磁極部材に対向するように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第一の永久磁石と、前記中央磁極部材、前記外周磁極部材及び前記永久磁石を支持する非磁性ベース部材とを具備し、
(b) 磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、前記ターゲット表面に対向する磁極が前記第一の永久磁石の前記中央磁極部材に対向する磁極と同じ第二の永久磁石が前記中央磁極部材上に載置されている
ことを特徴とする。
(a) 中央磁極部材と、前記中央磁極部材を取り囲む外周磁極部材と、前記ターゲット表面に平行な磁化方向を有し、かつ一方の磁極が前記中央磁極部材に対向し、他方の磁極が前記外周磁極部材に対向するように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、前記中央磁極部材、前記外周磁極部材及び前記永久磁石を支持する非磁性ベース部材とを具備し、
(b) 前記中央磁極部材と前記ターゲット表面との距離が前記外周磁極部材と前記ターゲット表面との距離より短い
ことを特徴とする。
図1(a)〜図1(c) に示すように、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形状の磁場を発生させるもので、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。第一の磁場発生装置1は、非磁性ベース部材6上に配置された棒状の中央磁極部材2と、中央磁極部材2を取り囲むように非磁性ベース部材6上に配置されたレーストラック形状の外周磁極部材3と、非磁性ベース部材6上で中央磁極部材2と外周磁極部材3との間に配置された複数の永久磁石4,5とを具備する。
図1(d) 及び図1(f) に示すように、非磁性ベース部材6は、直線部20の両縁部及びコーナー部30,30にある第一平面16と、直線部20において第一平面部16の内側に延在する溝部17とを有する。溝部17は中央に延在する第二平面17aと、第二平面17aの両側に延在する第一傾斜面17b,17bと、各第一傾斜面17bの外端から第一平面16まで延在するハングオーバ状の第二傾斜面17cとを有する。図示の例では各コーナー部30,30は平面視で多角形状をしているが、限定的でない。各第一傾斜面17b,17bは外側(外周磁極部材3側)が高くなるように傾斜しており、非磁性ベース部材6の上面(第一平面16)に対する傾斜角θは、後述するように5〜45°の範囲にあるのが好ましい。
図1(b)〜図1(f) に示すように、中央磁極部材2は、下方が台形状で上方が長方形状の断面を有し、直線部20における第二平面17a上に配置された棒状の第一中央磁極部2aと、第一中央磁極部2aの両端に接してコーナー部30,30の第一平面16上に配置された平面視で多角形状の第二中央磁極部2bとからなる。第二中央磁極部2bは第一中央磁極部2aと一体的でも別体でも良い。中央磁極部材2の上面はターゲット面7aに平行であるのが好ましい。
図1(c)〜図1(f) に示すように、非磁性ベース部材6の第一平面16上に配置された外周磁極部材3は、直線部20に配置された逆台形状断面を有する第一外周磁極部3aと、コーナー部30,30における第一平面16の縁部に配置された長方形状断面を有する第二外周磁極部3cとからなる。第一外周磁極部3aの内側傾斜面3a’は非磁性ベース部材6の第二傾斜面17cと同一面上にある(整合している)。外周磁極部材3の上面はターゲット面7aに平行であるのが好ましい。
図1(a) に示すように、直線部20に配置された永久磁石4及びコーナー部30,30に配置された永久磁石5の両方とも、一方の磁極が中央磁極部材2に対向し、他方の磁極が外周磁極部材3に対向している。
直線部20における永久磁石4がターゲット面7aと平行な従来の磁場発生装置では、ターゲット面において磁束密度の垂直成分がゼロとなる部分が、平面視で図25に破線で示すような線上(中央磁極部材2から距離Rの位置)に存在する。ターゲットの浸食(エロージョン)は、磁束密度の垂直成分がゼロとなる部分で最も速く進行するので、この部分が中央磁極部材2から離れると、ターゲット中央部のエロージョン進行が遅くなる。従って、ターゲットのエロージョンは不均一になり、ターゲットの利用効率が低下する。
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、(a) 中央磁極部材102と、中央磁極部材102を取り囲む外周磁極部材103と、ターゲット表面に平行な磁化方向を有し、かつ一方の磁極が中央磁極部材102に対向し、他方の磁極が外周磁極部材103に対向するように中央磁極部材102と外周磁極部材103との間に設置された複数の永久磁石104,105と、中央磁極部材102、外周磁極部材103及び永久磁石104,105を支持する非磁性ベース部材106とを具備し、(b-1) 磁化方向がターゲット表面に垂直で、ターゲット表面に対向する磁極が永久磁石104,105の中央磁極部材102側の磁極と同じ永久磁石104a,105aが中央磁極部材102上に載置されているか、(b-2) 中央磁極部材102とターゲット表面との距離が外周磁極部材103とターゲット表面との距離より短く、もって中央磁極部材102のターゲット側の磁束密度が相対的に高いことを特徴とする。このような構造のため、ターゲットの中央部(中央磁極部材102に対向する部分)のエロージョン速度が高くなり、ターゲットの利用効率が向上している。(b-1) の場合(第一の態様)及び(b-2)の場合(第二の態様)について、それぞれ第一のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置1と異なる部分を詳細に説明する。従って、説明のない部分については第一のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置1の説明を参照されたい。
図9(a) 及び図9(b) に示すように、第一の態様による第二のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置101では、平坦な上面を有する非磁性ベース部材106上に、棒状の中央磁極部材102と、中央磁極部材102を取り囲むように設置された外周磁極部材103と、中央磁極部材102と外周磁極部材103との間に、磁化方向がターゲット表面7aに平行で、一方の磁極が中央磁極部材102に対向し、他方の磁極が外周磁極部材103に対向するように設置された複数の永久磁石104及び105とが配置されており、かつ磁化方向がターゲット表面7aに垂直で、ターゲット表面7aに対向する磁極が、永久磁石104,105の中央磁極部材102側の磁極と同じ永久磁石104a,105aが中央磁極部材102及びその端部102a上に載置されている。図示の第二の磁場発生装置101では、非磁性ベース部材106の上面は平坦であり、中央磁極部材102の長手方向両端部102a,102aは薄くなっている。
図15に示すように、第二の態様による第二のマグネトロンスパッタリング用磁場発生装置では、中央磁極部材102がターゲット7側に突出し、中央磁極部材102とターゲット表面7aとの距離が、外周磁極部材103とターゲット表面7aとの距離より短い。これ以外の構成は基本的に第一の態様と同じで良い。中央磁極部材102が突出することにより、中央磁極部材102に対向するターゲット表面7aにおける磁束密度は相対的に高くなり、ターゲット中央部のエロージョン速度が高くなり、もってターゲットの利用効率が高まる。
図7(a)、図7(b) 及び図7(c) に示すように、オーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)製の非磁性ベース部材6上に、鋼板(SS400)からなる中央磁極部材2の第一中央磁極部2a及び第二中央磁極部2b、外周磁極部材3の第一外周磁極部3a及び第二外周磁極部3c、並びにR-TM-B系異方性焼結磁石(日立金属株式会社製のNMX50、最大エネルギー積:50 MGOe以上)からなる永久磁石4及び5を配置し、磁場発生装置1(W=1000 mm、L1=700 mm、L2=150 mm、a1=100 mm、b1=50 mm、c1=10 mm、d1=15.5 mm、e1=9.8 mm、f1=30 mm、Wm=20 mm、Wy=10 mm、θ=10°、g1=100 mm、h1=50 mm、i1=10 mm、j1=5 mm及びk1=8 mm)を作製した。また直線部20における永久磁石4の傾斜角θを変化させたときの、磁場発生装置1の表面(中央磁極部材2及び外周磁極部材3の前記ターゲットと対向する面)から25 mmの位置(ターゲット表面の位置に相当)における(a) 磁束密度の水平成分のピーク値、及び(b) ゼロクロス位置(磁束密度の垂直成分がゼロになる位置)を磁場解析により求め、傾斜角θに対してプロットした。前記ゼロクロス位置は中央磁極部材からの距離rで示す。結果を図8に示す。
Al-Mg系合金(A5052)製の非磁性ベース部材106上に、フェライト系ステンレス(SUS430)製の中央磁極部材102、外周磁極部材103、及びフェライト焼結磁石(日立金属株式会社製のNMF-3B、最大エネルギー積:約4 MGOe)からなる永久磁石104,104a,105及び105aを配置し、図16(a)、図16(b) 及び図16(c) に示す磁場発生装置101(W=300 mm、L1=150 mm、L2=75 mm、a2=160 mm、b2=40 mm、c2=30 mm、d2=10 mm、e2=35 mm、f2=55 mm、g2=65 mm、h5=5 mm、h6=10 mm、i2=10 mm、及びj2=15 mm)を作製した。
Claims (9)
- 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、
(a) 中央磁極部材と、前記中央磁極部材を取り囲む外周磁極部材と、一方の磁極が前記中央磁極部材に対向し、他方の磁極が前記外周磁極部材に対向するように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、前記中央磁極部材、前記外周磁極部材及び前記永久磁石を支持する非磁性ベース部材とを具備し、
(b) 前記レーストラック形状は直線部及びコーナー部を有し、
(c) 少なくとも前記直線部に配置された各永久磁石は、前記中央磁極部材に対向する磁極面が前記ターゲットから遠ざかるように傾斜した磁化方向を有し、
(d) 少なくとも前記直線部に配置された各永久磁石の前記外周磁極部材に対向する磁極面は、前記ベース部材に近い側に前記外周磁極部材に当接しない部分を有し、
(e) 前記中央磁極部材と前記ターゲットとの距離と、前記外周磁極部材と前記ターゲットとの距離とが等しい
ことを特徴とする磁場発生装置。 - 請求項1に記載のレーストラック形状の磁場発生装置において、前記直線部に配置された永久磁石の前記ターゲットに対する傾斜角が5〜45°であることを特徴とする磁場発生装置。
- 請求項1又は2に記載のレーストラック形状の磁場発生装置において、前記直線部に配置された複数の永久磁石は、少なくとも2種の傾斜角の異なる永久磁石群によって構成されていることを特徴とする磁場発生装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のレーストラック形状の磁場発生装置において、前記コーナー部に配置された永久磁石が前記ターゲットに平行な方向に磁化されていることを特徴とする磁場発生装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のレーストラック形状の磁場発生装置において、
(a) 前記コーナー部に配置された各永久磁石は前記中央磁極部材に対向する磁極面が前記ターゲットから遠ざかるように傾斜した磁化方向を有し、
(b) 前記コーナー部に配置された各永久磁石の前記外周磁極部材に対向する磁極面は、前記ベース部材に近い側に前記外周磁極部材に当接しない部分を有する
ことを特徴とする磁場発生装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載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において、前記ターゲットと対向する前記中央磁極部材及び前記外周磁極部材の面が前記ターゲットと平行であることを特徴とする磁場発生装置。
- 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、
(a) 中央磁極部材と、前記中央磁極部材を取り囲む外周磁極部材と、前記ターゲット表面に平行な磁化方向を有し、かつ一方の磁極が前記中央磁極部材に対向し、他方の磁極が前記外周磁極部材に対向するように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第一の永久磁石と、前記中央磁極部材、前記外周磁極部材及び前記永久磁石を支持する非磁性ベース部材とを具備し、
(b) 磁化方向が前記ターゲット表面に垂直で、前記ターゲット表面に対向する磁極が前記第一の永久磁石の前記中央磁極部材に対向する磁極と同じ第二の永久磁石が前記中央磁極部材上に載置されている
ことを特徴とする磁場発生装置。 - 請求項7に記載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において、前記中央磁極部材は前記レーストラック形状の直線部からコーナー部にわたって延在しており、前記中央磁極部材上に載置された前記第二の永久磁石のうち、前記直線部におけるものより前記中央磁極部材の両端部上に載置されたものの方が厚いことを特徴とする磁場発生装置。
- 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、
(a) 中央磁極部材と、前記中央磁極部材を取り囲む外周磁極部材と、前記ターゲット表面に平行な磁化方向を有し、かつ一方の磁極が前記中央磁極部材に対向し、他方の磁極が前記外周磁極部材に対向するように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、前記中央磁極部材、前記外周磁極部材及び前記永久磁石を支持する非磁性ベース部材とを具備し、
(b) 前記中央磁極部材と前記ターゲット表面との距離が前記外周磁極部材と前記ターゲット表面との距離より短い
ことを特徴とする磁場発生装置。
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