KR20140004785A - 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치 - Google Patents

레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치 Download PDF

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KR20140004785A
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요시히코 구리야마
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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

직선부 및 코너부를 가지는 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치로서, 중앙 자극 부재와, 중앙 자극 부재를 에워싸는 외주 자극 부재와, 자극이 일방향으로 배향하도록 중앙 자극 부재와 외주 자극 부재와의 사이에 설치된 복수의 영구 자석과, 이들을 지지하는 비자성 베이스 부재를 구비하고, 적어도 직선부에 배치된 영구 자석은 중앙 자극 부재 측이 낮아지도록 경사지고, 적어도 직선부에 배치된 영구 자석의 외측의 자극면 하부는 외주 자극 부재에 접촉되지 않고, 중앙 자극 부재와 타겟과의 거리와 외주 자극 부재와 타겟과의 거리는 같고, 따라서 타겟 표면에 균일한 자장을 발생시키는 자장 발생 장치.

Description

레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치{RACETRACK-SHAPE MAGNETIC FIELD GENERATOR FOR MAGNETRON SPUTTERING}
본 발명은, 기판 표면에 박막을 형성하기 위해 사용되는 레이스트랙 형상(racetrack-shape)의 마그네트론 스퍼터링 장치에 내장되는 자장(磁場) 발생 장치에 관한 것이다.
Ar 등의 불활성 물질을 고속으로 충돌시킴으로써 타겟을 구성하는 원자나 분자가 쫓겨나는 현상을 스퍼터링이라고 하고, 이 쫓겨난 원자나 분자를 기판 상에 부착시킴으로써, 박막을 형성할 수 있다. 마그네트론 스퍼터링법은, 음극 내부에 자장을 내장함으로써, 기판에 대한 타겟 물질의 퇴적 속도를 향상시킬 수 있고, 또한 기판에 대한 전자의 충돌이 일어나지 않기 때문에 저온으로 성막이 가능한 방법이다. 따라서, 반도체 IC, 평판 디스플레이, 태양 전지 등의 전자 부품이나, 반사막 등의 기판 표면에 박막을 형성하기 위해, 마그네트론 스퍼터링법이 많이 이용되고 있다.
마그네트론 스퍼터링 장치는, 진공 챔버 내에 양극 측의 기판과, 기판과 상대하도록 배치한 타겟(음극)과, 타겟의 아래쪽에 배치한 자장 발생 장치를 구비한다. 양극과 음극과의 사이에 전압을 인가함으로써 글로 방전을 일으켜, 진공 챔버 내의 불활성 가스(0.1 Pa 정도의 Ar 가스 등)를 이온화시키고, 한편 타겟으로부터 방출된 2차 전자를 자장 발생 장치에 의해 형성한 자장에 의해 포획하고, 타겟 표면에서 사이클로이드 운동을 행하게 한다. 전자의 사이클로이드 운동에 의해 가스 분자의 이온화가 촉진되므로, 막의 생성 속도는 자장을 이용하지 않는 경우에 비해 현저하게 커져, 막의 부착 강도가 크다.
도 21에 나타낸 바와 같이, 마그네트론 스퍼터링 장치에 사용하는 자기(磁氣) 회로 장치(150)는, 높이 방향(타겟의 표면에 수직인 방향)으로 자화(磁化)한 판형 또는 로드 형상의 중심 자석(160)과, 중심 자석(160)과 역방향으로 자화되어 중심 자석(160)의 주위에 배치된 직사각형의 외주 자석(170)과, 중심 자석(160) 및 외주 자석(170)을 지지하는 요크(180)로 구성되고, 타겟 표면에 레이스트랙 형상의 자장을 발생시킨다(예를 들면, 일본공개특허 평8-134640호를 참조). 레이스트랙 형상의 자기 회로에 의해 2차 전자를 폐입(閉入)하는 폐쇄 공간을 얻을 수 있어, 스퍼터링 효율이 높아진다. 2차 전자를 폐입하는 공간을 만들기 위해서는, 통상 10 mT 이상의 자장[자속(磁束) 밀도의 수평 성분]이 필요하다.
타겟의 침식[이로존(erosion)]은, 자기 회로 중 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 부분[도 22에 파선(破線)(190)으로 나타냄]에서 가장 빠르게 일어난다. 따라서, 자속 밀도의 수직 성분이 제로인 부분(단지 「수직 자속 밀도 제로 부분」이라고 함)에서의 이로존이 다른 부분에서의 이로존과 가능한 한 동일하게 되도록 타겟 표면의 자장을 조절할 필요가 있다. 그러나, 도 21에 나타낸 바와 같은 자기 회로 장치(150)에서는, 자기 회로의 직선부에서의 수직 자속 밀도 제로 부분(190)의 중심 자석(160)으로부터의 거리 R보다 코너부에서의 거리 R 쪽이 짧으므로(r< R), 코너부의 수직 자속 밀도 제로 부분에 자속이 집중된다. 그 결과, 플라즈마는 코너부에 많이 모이고, 코너부에서의 이로존이 가장 빨라진다. 일본공개특허 평8-134640호는, 자석을 코너부에 T자형으로 배치함으로써 코너부에서의 수직 자속 밀도의 편향을 저감시키는 기술을 개시하고 있지만, 그 개선 효과는 충분하지 않다.
일본공개특허 제2008-156735호는, 도 23의 (a) 및 도 23의 (b)에 나타낸 바와 같이, 비자성재(非磁性材)로 이루어지는 베이스 부재(210)와, 그 표면에 설치된 봉형(棒形)의 중앙 자극편(磁極片)(220)과, 그 주위에 설치된 긴 원형상의 외주 자극편(230)과, 중앙 자극편(220)과 외주 자극편(230)과의 사이에 연장 형성된 복수의 영구 자석(240, 250)을 가지고, 영구 자석(240, 250)이 수평 방향으로 자화되고, 또한 동 극성(極性)의 자극(磁極)이 중앙 자극편(220)에 대향하도록 배치되어 있고, 중앙 자극편(220) 및 외주 자극편(230)이 영구 자석(240, 250)보다 높은 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치(200)를 개시하고 있다. 이 자장 발생 장치에서는, 영구 자석(240, 250)의 각각의 자극면(磁極面)에 자극편(220, 230)이 접촉되고 있으므로, 영구 자석(240, 250)으로부터의 누설(漏洩) 자속이 저감되어, 적은 영구 자석으로 원하는 자속을 발생할 수 있는 것뿐 아니라, 플라즈마 상태로 여기(勵起)된 불활성 가스를 폐입하는 데 필요한 자장 강도(수평 자속 밀도가 10 mT이상)를 얻을 수 있는 영역이 종래보다 확대되어 있다. 그 결과, 타겟의 이로존 영역이 확대되어, 자기 회로의 직선부 및 코너부에서의 이로존이 균일화된다.
그러나, 일본공개특허 제2008-156735호의 자장 발생 장치는 일본공개특허 평8-134640호의 자장 발생 장치로부터 코너부에서의 타겟의 이로존 영역이 확대되어 있지만, 직선부에서의 이로존 최심부(最深部)가 외주 자극편(230)에 가까우므로, 중앙부[중앙 자극편(220) 부근]에서의 이로존이 적기 때문에, 자장 발생 장치의 중앙부에도 이로존 영역을 확대시킬 필요가 있는 것을 알았다.
일본공개특허 평1-147063호는, 도 26의 (a) 및 도 26의 (b)에 나타낸 바와 같이, 동심원형(同心圓形)의 자석(302a, 302b, 303)으로 이루어지는 자기 회로의 위쪽에 동심원형의 자성체의 션트판(shunt plate)(311a, 311b, 311c)을 설치한 원형의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치를 개시하고 있다. 자성체의 션트판(311a, 311b, 311c)에 의해 수평 자장이 강한 부분이 넓어져 균일화되고, 따라서 타겟의 이로존이 균일화된다. 그러나, 션트판은 자석의 자화 방향이 타겟에 대하여 수직인 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에는 유효하지만, 자석의 자화 방향이 타겟에 대하여 수평인 일본공개특허 제2008-156735호에 기재된 것과 같은 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에서는, 중앙 자극편 부근의 자속 밀도 분포를 충분히 넓힐 수 없다.
일본공개특허 제2009-108383호는, 도 27에 나타낸 바와 같이, 원통형상 또는 평판형의 타겟 재료를 사용하는 마그네트론 스퍼터링용의 타겟 장치에 있어서, 지지 부재(324a)에 대하여 지그재그로 배치한 자석(324b, 324c)을 사용함으로써, 타겟 재료의 길이 방향에 대하여 경사진 자계를 발생하는 자석 유닛을 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치를 개시하고 있다. 그러나, 이 자석 유닛은, 자석(324b, 324c)의 배치가 복잡하므로, 제조가 곤란하다.
일본공개특허 평8-134640호 일본공개특허 제2008-156735호 일본공개특허 평1-147063호 일본공개특허 제2009-108383호
따라서, 본 발명의 목적은, 자장 발생 장치의 중앙부로도 이로존 영역을 확대시켜, 타겟의 이로존 진행을 균일화한 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 감안하여 예의(銳意) 연구한 결과, 본 발명자는, 중앙 자극 부재 및 외주 자극 부재에 의해 형성되는 레이스트랙 형상의 영역에, 수평 방향으로 자화된 복수의 영구 자석을 설치하여 이루어지는 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에 있어서, (a) 중앙 자극 부재에 대향하는 자극면이 타겟으로부터 멀어지도록 영구 자석을 경사지게 하거나, (b) 중앙 자극 부재 상에 자화 방향이 타겟에 대향하는 영구 자석을 배치하거나, (c) 중앙 자극 부재와 타겟 표면과의 거리를, 외주 자극 부재와 타겟 표면과의 거리보다 짧게 함으로써, 이로존 영역을 자장 발생 장치의 중앙부로 확대시킬 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다.
즉, 타겟 표면에 자장을 발생시키기 위한 본 발명의 제1 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치는,
(a) 중앙 자극 부재와, 상기 중앙 자극 부재를 에워싸는 외주 자극 부재와, 한쪽의 자극이 상기 중앙 자극 부재에 대향하고, 다른 쪽의 자극이 상기 외주 자극 부재에 대향하도록 상기 중앙 자극 부재와 상기 외주 자극 부재와의 사이에 설치된 복수의 영구 자석과, 상기 중앙 자극 부재, 상기 외주 자극 부재 및 상기 영구 자석을 지지하는 비자성(非磁性) 베이스 부재를 구비하고,
(b) 상기 레이스트랙 형상은 직선부 및 코너부를 가지고,
(c) 적어도 상기 직선부에 배치된 각각의 영구 자석은, 상기 중앙 자극 부재에 대향하는 자극면이 상기 타겟으로부터 멀어지도록 경사진 자화 방향을 가지고,
(d) 적어도 상기 직선부에 배치된 각각의 영구 자석의 상기 외주 자극 부재에 대향하는 자극면은, 상기 베이스 부재에 가까운 쪽에 상기 외주 자극 부재와 맞닿지 않는 부분을 가지고,
(e) 상기 중앙 자극 부재와 상기 타겟과의 거리와, 상기 외주 자극 부재와 상기 타겟과의 거리가 같은
것을 특징으로 한다.
상기 제1 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에 있어서, 상기 직선부에 배치된 영구 자석의 상기 타겟에 대한 경사각은 5∼45°인 것이 바람직하다.
상기 제1 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에 있어서, 상기 직선부에 배치된 복수의 영구 자석은, 2종 이상의 경사각이 상이한 영구 자석군에 의해 구성되어 있어도 된다.
상기 제1 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에 있어서, 상기 코너부에 배치된 영구 자석은 상기 타겟에 평행한 방향으로 자화되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제1 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에 있어서, (e) 상기 코너부에 배치된 각각의 영구 자석은 상기 중앙 자극 부재에 대향하는 자극면이 상기 타겟으로부터 멀어지도록 경사진 자화 방향을 가지고, (f) 상기 코너부에 배치된 각각의 영구 자석의 상기 외주 자극 부재에 대향하는 자극면은, 상기 베이스 부재에 가까운 쪽에 상기 외주 자극 부재와 맞닿지 않는 부분을 가지는 것이 바람직하다.
상기 제1 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에 있어서, 상기 타겟과 대향하는 상기 중앙 자극 부재 및 상기 외주 자극 부재의 면은 상기 타겟과 평행인 것이 바람직하다.
타겟 표면에 자장을 발생시키기 위한 본 발명의 제2 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치는,
(a) 중앙 자극 부재와, 상기 중앙 자극 부재를 에워싸는 외주 자극 부재와, 상기 타겟 표면에 평행한 자화 방향을 가지고, 또한 한쪽의 자극이 상기 중앙 자극 부재에 대향하고, 다른 쪽의 자극이 상기 외주 자극 부재에 대향하도록 상기 중앙 자극 부재와 상기 외주 자극 부재와의 사이에 설치된 복수의 제1 영구 자석과, 상기 중앙 자극 부재, 상기 외주 자극 부재 및 상기 영구 자석을 지지하는 비자성 베이스 부재를 구비하고,
(b) 자화 방향이 상기 타겟 표면에 수직이며, 상기 타겟 표면에 대향하는 자극이 상기 제1 영구 자석의 상기 중앙 자극 부재에 대향하는 자극과 같은 제2 영구 자석이 상기 중앙 자극 부재 상에 탑재되어 있는
것을 특징으로 한다.
제2 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에 있어서, 상기 중앙 자극 부재는 상기 레이스트랙 형상의 직선부로부터 코너부에 걸쳐서 연장되어 있고, 상기 중앙 자극 부재 상에 탑재된 상기 제2 영구 자석 중, 상기 직선부에서의 것보다 상기 중앙 자극 부재의 양 단부 상에 탑재된 것의 쪽이 두꺼운 것이 바람직하다.
타겟 표면에 자장을 발생시키기 위한 본 발명의 제３ 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치는,
(a) 중앙 자극 부재와, 상기 중앙 자극 부재를 에워싸는 외주 자극 부재와, 상기 타겟 표면에 평행한 자화 방향을 가지고, 또한 한쪽의 자극이 상기 중앙 자극 부재에 대향하고, 다른 쪽의 자극이 상기 외주 자극 부재에 대향하도록 상기 중앙 자극 부재와 상기 외주 자극 부재와의 사이에 설치된 복수의 영구 자석과, 상기 중앙 자극 부재, 상기 외주 자극 부재 및 상기 영구 자석을 지지하는 비자성 베이스 부재를 구비하고,
(b) 상기 중앙 자극 부재와 상기 타겟 표면과의 거리가 상기 외주 자극 부재와 상기 타겟 표면과의 거리보다 짧은
것을 특징으로 한다.
본 발명의 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에서는, 자속 밀도의 수직 성분이 제로가 되는 부분(이로존 최심부)이 자장 발생 장치의 중앙측에 가까워져 있으므로, 타겟 중앙부의 이로존이 증대하고, 따라서 타겟의 이로존이 보다 균일화된다. 그러므로, 타겟의 이용 효율이 향상된다.
본 발명의 제1 자장 발생 장치에서는, 영구 자석의 자화 방향의 경사각을 변경함으로써 스퍼터에 필요한 자장 강도를 조절할 수 있으므로, 1개의 자장 발생 장치에 의해 다종 다양한 타겟재에 대한 최적의 조건을 설정할 수 있다. 또한, 국소적으로 경사각을 변경함으로써 스퍼터 시의 이상(異常) 방전 대책이 가능하다.
제2 자장 발생 장치에서는, 제2 영구 자석의 자화 및 사이즈를 조절함으로써, 다종 다양한 타겟재에 대한 최적의 조건을 설정할 수 있다. 또한, 제３ 자장 발생 장치에서는, 중앙 자극 부재 및 외주 자극 부재의 상면의 위치를 변경함으로써, 다종 다양한 타겟재에 대한 최적의 조건을 설정할 수 있다.
도 1의 (a)는 본 발명의 제1 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치의 일례를 나타낸 평면도이다.
도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A-A 단면도(斷面圖)이다.
도 1의 (c)는 도 1의 (a)의 B-B 단면도이다.
도 1의 (d)는 도 1의 (a)의 자장 발생 장치를 구성하는 비자성 베이스 부재를 나타낸 평면도이다.
도 1의 (e)는 도 1의 (a)의 자장 발생 장치를 구성하는 비자성 베이스 부재, 중앙 자극 부재 및 외주 자극 부재를 나타낸 평면도이다.
도 1의 (f)는 도 1의 (e)의 C-C 단면도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 제1 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치의 다른 예를 나타낸 부분 평면도이다.
도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 D-D 단면도이다.
도 2의 (c)는 도 2의 (a)의 E-E 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치의 코너부의 다른 예를 나타낸 부분 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치의 코너부의 또 다른 예를 나타낸 부분 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치의 코너부의 또 다른 예를 나타낸 부분 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치에 의해 발생하는 자장의 타겟 표면에서의 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 부분을 나타낸 부분 모식도이다.
도 7의 (a)는 실시예 1의 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치를 나타낸 평면도이다.
도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 F-F 단면도이다.
도 7의 (c)는 도 7의 (a)의 G-G 단면도이다.
도 8은 실시예 1의 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치에 의해 타겟면 상에 발생하는 자속 밀도의 수평 성분(수평 자속 밀도)의 피크값 및 제로 크로스 위치를 나타낸 그래프이다.
도 9의 (a)는 본 발명의 제2 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치를 나타낸 평면도이다.
도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 H-H 단면도이다.
도 10의 (a)는 도 9의 (a)의 J-J 단면도이다.
도 10의 (b)는 도 9의 (a)의 K-K 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치의 코너부의 다른 예를 나타낸 부분 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치의 코너부의 또 다른 예를 나타낸 부분 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치의 코너부의 또 다른 예를 나타낸 부분 평면도이다.
도 14는 본 발명의 제2 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치에 의해 발생하는 자장의 타겟 표면에서의 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 부분을 나타낸 부분 모식도이다.
도 15는 본 발명의 제３ 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치를 나타낸 횡단면도이다.
도 16의 (a)는 실시예 2의 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치를 나타낸 평면도이다.
도 16의 (b)는 도 16의 (a)의 L-L 단면도이다.
도 16의 (c)는 도 16의 (a)의 M-M 단면도이다.
도 17은 실시예 2의 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치에서의 A라인, B라인 및 D라인과, 발생하는 자장의 타겟 표면에서의 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 부분을 나타낸 부분 모식도이다.
도 18은 실시예 2 및 비교예 1의 레이스트랙 형상의 자장 발생 장치에 의해 타겟면 상에 발생하는 자속 밀도의 수평 성분을 A라인을 따라 작성한(plot) 그래프이다.
도 19는 실시예 2 및 비교예 1의 자장 발생 장치에 의해 타겟면 상에 발생하는 자속 밀도의 수평 성분을 B라인을 따라 작성한 그래프이다.
도 20은 실시예 2의 자장 발생 장치에 의해 타겟면 상에 발생하는 자속 밀도의 수평 성분을 D라인을 따라 작성한 그래프이다.
도 21은 종래의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 22는 도 21에 나타낸 종래의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에 의해 발생하는 자장의 타겟 표면에서의 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 부분을 나타낸 부분 모식도이다.
도 23의 (a)는 종래의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 23의 (b)는 도 23의 (a)의 N-N 단면도이다.
도 24는 종래의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치의 또 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 25는 도 24에 나타낸 종래의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에 의해 발생하는 자장의 타겟 표면에서의 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 부분을 나타낸 부분 모식도이다.
도 26의 (a)는 일본공개특허 평1-147063호에 개시된 원형의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치를 나타낸 단면도이다.
도 26의 (b)는 도 26의 (a)의 원형의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에서의 션트판의 배치를 나타낸 평면도이다.
도 27은 일본공개특허 제2009-108383호에 개시된 마그네트론 스퍼터링용 타겟 장치에서의 영구 자석의 배치를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명하지만, 1개의 실시형태의 설명은 특별히 한정하지 않는 한 다른 실시형태에도 적용된다. 또한, 도시한 예는 한정되지 않고, 본 발명의 사상의 범위 내에서 각종 변경이 가능하다.
[1] 제1 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치
도 1의 (a)∼도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이, 제1 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치(1)는 타겟 표면에 레이스트랙 형상의 자장을 발생시키는 것이며, 직선부(20) 및 2개의 코너부(30, 30)로 이루어지는 레이스트랙 형상을 가지고 있다. 제1 자장 발생 장치(1)는, 비자성 베이스 부재(6) 상에 배치된 봉형의 중앙 자극 부재(2)와, 중앙 자극 부재(2)를 에워싸도록 비자성 베이스 부재(6) 상에 배치된 레이스트랙 형상의 외주 자극 부재(3)와, 비자성 베이스 부재(6) 상에서 중앙 자극 부재(2)와 외주 자극 부재(3)와의 사이에 배치된 복수의 영구 자석(4, 5)을 구비한다.
중앙 자극 부재(2) 및 외주 자극 부재(3)는 모두 연자성강(軟磁性鋼) 등의 연자성재(軟磁性材)로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 영구 자석(4, 5)의 재질은 장치의 구성(자장 발생 장치로부터 타겟까지의 거리) 및 필요한 자장 강도에 따라 적절히 설정하면 된다. 높은 자속 밀도를 얻는 경우, R[Nd 등의 희토류(希土類) 원소 중 적어도 일종], T(Fe 또는 Fe 및 Co) 및 B를 필수 성분으로 하는 R-T-B계 이방성 소결(燒結) 자석 등의 희토류 자석을 사용하면 되고, 필요한 자속 밀도가 그만큼 높지 않을 때는 페라이트(ferrite) 자석이라도 된다. 또한 직선부와 코너부와의 자속 밀도를 바꾸고 싶은 경우에는, 각각에 필요한 자속 밀도에 맞추어 자석의 재질 및 치수를 설정하면 된다.
(1) 비자성 베이스 부재
도 1의 (d) 및 도 1의 (f)에 나타낸 바와 같이, 비자성 베이스 부재(6)는, 직선부(20)의 양 에지부 및 코너부(30, 30)에 있는 제1 평면(16)와, 직선부(20)에 있어서 제1 평면(16)의 내측으로 연장되는 홈부(17)를 가진다. 홈부(17)는 중앙으로 연장되는 제2 평면(17a)과, 제2 평면(17a)의 양측으로 연장되는 제1 경사면(17b, 17b)과, 각 제1 경사면(17b)의 외단으로부터 제1 평면(16)까지 연장되는 행오버형(hangover type)의 제2 경사면(17c)을 가진다. 도시한 예에서는 각각의 코너부(30, 30)는 평면에서 볼 때 다각형상을 하고 있지만, 한정적이 아니다. 각 제1 경사면(17b, 17b)은 외측[외주 자극 부재(3) 측]이 높아지도록 경사져 있고, 비자성 베이스 부재(6)의 상면[제1 평면(16)]에 대한 경사각 θ는, 후술하는 바와 같이5∼45°의 범위에 있는 것이 바람직하다.
(2) 중앙 자극 부재
도 1의 (b)∼도 1의 (f)에 나타낸 바와 같이, 중앙 자극 부재(2)는, 아래쪽이 사다리꼴이며 위쪽이 직사각형상의 단면(斷面)을 가지고, 직선부(20)에서의 제2 평면(17a) 상에 배치된 봉형의 제1 중앙 자극부(磁極部)(2a)와, 제1 중앙 자극부(2a)의 양단에 접하여 코너부(30, 30)의 제1 평면(16) 상에 배치된 평면에서 볼 때 다각형상의 제2 중앙 자극부(2b)로 이루어진다. 제2 중앙 자극부(2b)는 제1 중앙 자극부(2a)와 일체적이라도 또는 별체라도 된다. 중앙 자극 부재(2)의 상면은 타겟면(7a)에 평행인 것이 바람직하다.
(3) 외주 자극 부재
도 1의 (c)∼도 1의 (f)에 나타낸 바와 같이, 비자성 베이스 부재(6)의 제1 평면(16) 상에 배치된 외주 자극 부재(3)는, 직선부(20)에 배치된 역사다리꼴 단면을 가지는 제1 외주 자극부(3a)와, 코너부(30, 30)에서의 제1 평면(16)의 둘레부에 배치된 직사각형상 단면을 가지는 제2 외주 자극부(3c)로 이루어진다. 제1 외주 자극부(3a)의 내측 경사면(3a')은 비자성 베이스 부재(6)의 제2 경사면(17c)과 동일면 상에 있다[정합(整合)하고 있다]. 외주 자극 부재(3)의 상면은 타겟면(7a)에 평행인 것이 바람직하다.
비자성 베이스 부재(6)의 코너부(30)가 중앙 자극 부재(2)의 제2 중앙 자극부(2b)를 중심으로 하여 반원인지 반(半)다각형상인지에 따라, 외주 자극 부재(3)의 제2 외주 자극부(3c)도, 반원형 또는 반다각형상으로 한다. 제2 외주 자극부(3c)의 형상에 따라 코너부에서의 영구 자석(5)의 형상은 정해진다.
직선부(20)의 제2 평면(17a) 상에 배치된 제1 중앙 자극부(2a)와, 코너부(30, 30)에서의 제1 평면(16) 상에 배치된 제2 중앙 자극부(2b)와, 직선부(20)에서의 제1 평면(16) 상에 배치된 제1 외주 자극부(3a)와, 코너부(30, 30)에서의 제1 평면(16)의 에지부 상에 배치된 제2 외주 자극부(3c)는 같은 높이를 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 중앙 자극 부재(2)의 상면과 타겟면(7a)과의 거리 Dc와, 외주 자극 부재(3)의 상면과 타겟면(7a)과의 거리 Do는 같은 것이 바람직하다.
(4) 영구 자석
도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 직선부(20)에 배치된 영구 자석(4) 및 코너부(30, 30)에 배치된 영구 자석(5)의 양쪽 모두, 한쪽의 자극이 중앙 자극 부재(2)에 대향하고, 다른 쪽의 자극이 외주 자극 부재(3)에 대향하고 있다.
도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 직선부(20)에서의 복수의 영구 자석(4)은, 중앙 자극 부재(2)에 대향하는 자극면(4a)이 타겟면(7a)으로부터 멀어지도록[중앙 자극 부재(2) 측의 자극면(4a)과 타겟면(7a)과의 거리가 외주 자극 부재(3) 측의 자극면(4b)과 타겟면(7a)과의 거리보다 커지도록], 자화 방향이 타겟면(7a)에 대하여 각도 θ만큼 경사져 있다. 도시한 예에서는 각각의 영구 자석(4)은 직사각형 단면을 가지고, 대향면이 자극으로 되도록 착자되어 있으므로, 각각의 영구 자석(4)의 경사각도 θ가다. 중앙 자극 부재(2)의 양측에 배치된 영구 자석(4)의 자화 방향의 경사각 θ는 서로 같은 것이 바람직하다. 영구 자석(4)의 자화 방향의 타겟면(7a)에 대한 경사각 θ는 5∼45°의 범위에 있는 것이 바람직하다. 경사각 θ가 5°미만이면, 타겟면(7a)에 있어서 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 부분(단지 「수직 자속 제로 부분」이라고도 함)을 자장 발생 장치(1)의 중앙부로 이동시키는 효과를 거의 얻을 수 없다. 또한 경사각 θ가 45°를 넘으면, 타겟면(7a)에 있어서 충분한 자속 밀도를 얻을 수 없게 될 우려가 있다. 타겟의 종류 등에도 의하지만, 경사각 θ는 10∼20°의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이 영구 자석(4)이 직육면체형의 경우, 영구 자석(4)의 경사각 θ에 따라, 중앙 자극 부재(2)의 제1 중앙 자극부(2a)의 측면 하부는 각도(90°―θ)만큼 경사져 있고, 또한 외주 자극 부재(3)의 제1 외주 자극부(3a)의 내측면(3a')도 각도(90°―θ)만큼 경사져 있다. 영구 자석(4)의 외주 자극 부재(3)에 대향하는 외단면(4b)은, 베이스 부재(6)에 가까운 쪽에(아래쪽에), 외주 자극 부재(3)와 맞닿지 않는 부분(4c)을 가진다. 영구 자석(4)의 외단면(4b)의 폭 Wm은, 외주 자극 부재(3)의 내측면[영구 자석(4)에 대향하는 측면](3a')의 폭 Wy보다 크다. 영구 자석(4)의 비(非)맞닿음부분(4c)의 폭은 Wm-Wy인 것이 바람직하다. Wm 및 Wy는 Wy=α×Wm(단, α는 0.4∼0.6의 계수임)의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 외주 자극 부재(3)와 맞닿지 않는 영구 자석(4)의 부분(4c)은, 영구 자석(4)과 외주 자극 부재(3)와의 자기 갭으로서 기능한다.
상기한 바와 같이, 영구 자석(4)이 경사지고, 또한 영구 자석(4)의 외단면(4b)의 하측 부분(4c)이 외주 자극 부재(3)와 맞닿지 않으므로, 영구 자석(4)의 타겟(7) 측의 자로(磁路)는 베이스 부재(6) 측의 자로보다 작은 자기 저항을 가진다. 그 결과, 타겟면(7a)에서의 수직 자속 제로 부분은 중앙 자극 부재(2) 측으로 이동하여, 타겟(7)의 이로존 영역은 자장 발생 장치(1)의 중앙부로 확대된다. 영구 자석(4)의 경사각 θ에 따라 타겟면(7a)에서의 자장 강도를 조절할 수 있다.
도 1의 (a)∼도 1의 (c)에 나타낸 자장 발생 장치(1)에서는 직선부(20)에 배치된 영구 자석(4)은 모두 같은 경사각 θ을 가지지만, 2종 이상의 경사각이 상이한 영구 자석군에 의해 구성되어도 된다. 도 2의 (a)∼도 2의 (c)에 나타낸 자장 발생 장치(11)에서는, 각도 θ1만큼 경사진 영구 자석(14)을 가지는 영역(20a)과, 각도 θ1과 상이한 각도 θ2만큼 경사진 영구 자석(24)을 가지는 영역(20b)이 교호적(交互的)으로 배치되어 있다. 복수의 상이한 경사각의 영구 자석(14, 24)에 의해, 타겟(7)의 이용 효율이 향상되도록 이로존 최심부의 위치를 변경할 수 있다. 2종 이상의 경사각이 상이한 영구 자석군을 가지는 경우, 스퍼터링 중 자장 발생 장치 전체를 상하 및/또는 좌우로 요동시켜도 된다.
도 1의 (c)에 나타낸 예에서는 코너부에서의 영구 자석(5)의 자화 방향은 타겟면(7a)에 대하여 평행이지만, 코너부의 이로존 영역 및 자장 강도를 조절하기 위해, (a) 중앙 자극 부재(2)의 제2 중앙 자극부(2b)에 대향하는 자극면이 타겟면(7a)으로부터 멀어지고, 또한 (b) 제2 외주 자극부(3c)에 대향하는 면의 하부[베이스 부재(6)에 가까운 측]가 제2 외주 자극부(3c)와 맞닿지 않도록, 자화 방향을 경사지게 해도 된다. 영구 자석(5)이 타겟면(7a)에 대하여 경사지는 경우, 직선부(20)에서의 영구 자석(4)과 같은 경사각이라도 되고, 상이한 경사각이라도 된다.
도 1의 (a) 및 도 3에 나타낸 예에서는 코너부(30)에서의 영구 자석(5)은 평면에서 볼 때 대략 사다리꼴이지만, 도 4에 나타낸 바와 같이 코너부(30)에서의 제2 외주 자극부(3c)가 반원형의 경우, 평면에서 볼 때 대략 부채형인 것이 바람직하다. 또한 도 5에 나타낸 바와 같이, 코너부(30)에서의 영구 자석(5)은 평면에서 볼 때 직사각형이라도 된다. 코너부(30)에서의 영구 자석(5)의 수 및 크기는 특별히 한정되지 않고, 제조 상 또는 조립 용이함의 관점에서 어떠한 크기로 분할해도 되고, 또한 각각의 크기가 상이해도 된다.
코너부(30)에서의 영구 자석(5)은, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 중앙 자극 부재(2)의 제2 중앙 자극부(2b)와 외주 자극 부재(3)의 제2 외주 자극부(3c)와의 간극(間隙)을 완전히 충전하도록 배치해도, 도 3에 나타낸 바와 같이 인접하는 영구 자석(5)의 사이에 간극(8)을 설치해도 된다. 코너부에 있어서 간극(8)을 개방하여 영구 자석(5)을 배치하는 경우, 간극(8)에 따라 타겟면 상의 자속 밀도를 조절할 수 있다. 간극(8)에는 비자성체(非磁性體)의 스페이서를 충전해도 된다. 중앙 자극 부재(2)의 제2 중앙 자극부(2b)와 외주 자극 부재(3)의 제2 외주 자극부(3c)와의 간극의 총 면적에 대한 영구 자석(5)의 점유 면적 비율은 30% 이상인 것이 바람직하다.
(5) 이로존 영역
직선부(20)에서의 영구 자석(4)이 타겟면(7a)과 평행한 종래의 자장 발생 장치에서는, 타겟면에 있어서 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 부분이, 평면에서 볼 때, 도 25에 파선으로 나타낸 바와 같은 선 상[중앙 자극 부재(2)로부터 거리 R의 위치]에 존재한다. 타겟의 침식(이로존)은, 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 부분에서 가장 빠르게 진행하므로, 이 부분이 중앙 자극 부재(2)로부터 이격되면, 타겟 중앙부의 이로존 진행이 지연된다. 따라서, 타겟의 이로존은 불균일하게 되어, 타겟의 이용 효율이 저하된다.
이에 대하여, 직선부(20)에서의 영구 자석(4)이 타겟면(7a)에 대하여 경사진 본 발명의 자장 발생 장치(1)에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 직선부(20)에 있어서 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 부분(도면에 파선으로 나타내는 부분)이 중앙 자극 부재(2)로부터 거리 R의 위치(r< R)에 존재하므로, 이로존 최심부가 타겟 중앙측으로 이동하여, 보다 균일하게 타겟의 이로존이 진행하고, 타겟의 이용 효율이 향상된다. 자속 밀도의 수직 성분이 제로가 되는 부분의 대략 근방에서 자속 밀도의 수평 성분이 가장 커진다. 따라서, 타겟면(7a)에서의 자장의 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 위치에서의 자속 밀도의 수평 성분은 10 mT 이상인 것이 바람직하다.
[2] 제2 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치
제2 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치(101)는, (a) 중앙 자극 부재(102)와, 중앙 자극 부재(102)를 에워싸는 외주 자극 부재(103)와, 타겟 표면에 평행한 자화 방향을 가지고, 또한 한쪽의 자극이 중앙 자극 부재(102)에 대향하고, 다른 쪽의 자극이 외주 자극 부재(103)에 대향하도록 중앙 자극 부재(102)와 외주 자극 부재(103)와의 사이에 설치된 복수의 영구 자석(104, 105)과, 중앙 자극 부재(102), 외주 자극 부재(103) 및 영구 자석(104, 105)을 지지하는 비자성 베이스 부재(106)를 구비하고, (b-1) 자화 방향이 타겟 표면에 수직이며, 타겟 표면에 대향하는 자극이 영구 자석(104, 105)의 중앙 자극 부재(102) 측의 자극과 같은 영구 자석(104a, 105a)이 중앙 자극 부재(102) 상에 탑재되어 있거나, (b-2) 중앙 자극 부재(102)와 타겟 표면과의 거리가 외주 자극 부재(103)와 타겟 표면과의 거리보다 짧고, 따라서 중앙 자극 부재(102)의 타겟 측의 자속 밀도가 상대적으로 높은 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구조를 위해, 타겟의 중앙부[중앙 자극 부재(102)에 대향하는 부분]의 이로존 속도가 높아져, 타겟의 이용 효율이 향상되어 있다. (b-1)의 경우[제1 태양(態樣)] 및 (b-2)의 경우(제2 태양)에 대하여, 각각 제1 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치(1)와 상이한 부분을 상세하게 설명한다. 따라서, 설명이 없는 부분에 대하여는 제1 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치(1)의 설명을 참조하면 된다.
(1) 제1 태양
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제1 태양에 의한 제2 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치(101)에서는, 평탄한 상면을 가지는 비자성 베이스 부재(106) 상에, 봉형의 중앙 자극 부재(102)와, 중앙 자극 부재(102)를 에워싸도록 설치된 외주 자극 부재(103)와, 중앙 자극 부재(102)와 외주 자극 부재(103)와의 사이에, 자화 방향이 타겟 표면(7a)에 평행하게, 한쪽의 자극이 중앙 자극 부재(102)에 대향하고, 다른 쪽의 자극이 외주 자극 부재(103)에 대향하도록 설치된 복수의 영구 자석(104) 및 (105)이 배치되어 있고, 또한 자화 방향이 타겟 표면(7a)에 수직이며, 타겟 표면(7a)에 대향하는 자극이, 영구 자석(104, 105)의 중앙 자극 부재(102) 측의 자극과 같은 영구 자석(104a, 105a)이 중앙 자극 부재(102) 및 그 단부(端部)(102a) 상에 탑재되어 있다. 도시한 제2 자장 발생 장치(101)에서는, 비자성 베이스 부재(106)의 상면은 평탄하고, 중앙 자극 부재(102)의 길이 방향 양 단부(102a, 102a)는 얇게 되어 있다.
중앙 자극 부재(102) 상의 영구 자석(104a)은 일체적이라도, 장축 방향으로 배열된 복수의 영구 자석으로 이루어지는 것이라도 된다. 필요에 따라 복수의 영구 자석(104a)에 장축 방향의 간격을 두어도 된다. 중앙 자극 부재(102) 상의 영구 자석(104a)의 두께[도 9의 (b)에 있어서 h2]는 필요한 자장 강도 및 자석의 재질에 따라 적절히 조절 가능하지만, 중앙 자극 부재(102)의 두께와 영구 자석(104a)의 두께의 합계 hm의 5∼50%인 것이 바람직하고, 10∼25%인 것이 더욱 바람직하다.
영구 자석(104a)은, 중앙 자극 부재(102) 상(타겟 측)에 설치하는 것이 바람직하지만, 중앙 자극 부재(102)의 비자성 베이스 부재(106) 측에 배치해도 되고, 중앙 자극 부재(102)를 수평 방향으로 분할하고, 그 사이에 샌드위치형으로 배치해도 된다.
코너부(30)에 있어서도, 도 9의 (a), 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 중앙 자극 부재(102)의 단부(102a)의 상에, 자화 방향이 타겟 표면(7a)에 수직이며, 타겟 표면(7a)에 대향하는 자극이 영구 자석(105)의 단부(102a) 측의 자극과 동일하게 되도록, 영구 자석(105a)이 탑재되어 있다. 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 코너부(30)에서의 영구 자석(105a)은 직선부(20)에서의 영구 자석(104)보다 두꺼운 것이 바람직하다. 영구 자석(105a)의 두께는 영구 자석(104)의 두께의 1.2∼3배인 것이 바람직하다.
영구 자석(105)은, 코너부(30)에 반다각형상의 제2 외주 자극부(103c)가 있는 경우에는 도 9의 (a) 또는 도 11에 나타낸 바와 같이 평면에서 볼 때 대략 사다리꼴인 것이 바람직하고, 반원형의 제2 외주 자극부(103c)가 있는 경우에는 도 12에 나타낸 바와 같이 평면에서 볼 때 대략 부채형인 것이 바람직하다. 또한 도 13에 나타낸 바와 같이, 코너부(30)에서의 영구 자석(105)은 평면에서 볼 때 직사각형이라도 된다.
도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이 영구 자석(105)은 단부(102a)와 제2 외주 자극부(103c)와의 간극을 완전히 충전해도 되고, 또한 도 11에 나타낸 바와 같이 인접하는 영구 자석(105)의 사이에 간극(8)을 설치해도 된다. 간극(8)에 의해 타겟 표면 상의 자속 밀도를 조절할 수 있다. 중앙 자극 부재(102)의 단부(102a)와 외주 자극 부재(103)의 제2 외주 자극부(103c)와의 간극의 총 면적에 대한 영구 자석(105)의 점유 면적 비율은 30% 이상인 것이 바람직하다.
중앙 자극 부재(102)의 단부(102a) 상에 배치되는 영구 자석(105a)은, 단부(102a)를 완전히 덮도록 단부(102a)와 같은 형상을 가지는 것이 바람직하다. 영구 자석(105a)의 자화 방향 두께는, 필요한 자장 강도 및 자석의 재질에 따라, 적절히 조절 가능하지만, 영구 자석(104a)의 두께 이상이 바람직하고, 1.5∼5배가 더욱 바람직하고, 2∼3배가 가장 바람직하다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 중앙 자극 부재(102)의 단부(102a) 상에 영구 자석(105a)을 탑재하면 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 부분(도면에 파선으로 나타낸 부분)은 중앙 자극 부재(102)로부터 거리 R의 위치(r< R)로 이동하고, 이로존 최심부는 타겟 중앙부로 이동한다. 그 결과, 보다 균일하게 타겟의 이로존이 진행하여, 타겟의 이용 효율이 향상된다. 타겟 표면(7a)에서의 자속 밀도의 수직 성분이 제로로 되는 위치에서의 자속 밀도의 수평 성분은 10 mT 이상인 것이 바람직하다.
(2) 제2 태양
도 15에 나타낸 바와 같이, 제2 태양에 의한 제2 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치에서는, 중앙 자극 부재(102)가 타겟(7) 측으로 돌출하고, 중앙 자극 부재(102)와 타겟 표면(7a)과의 거리가, 외주 자극 부재(103)와 타겟 표면(7a)과의 거리보다 짧다. 이외의 구성은 기본적으로 제1 태양와 같으면 된다. 중앙 자극 부재(102)가 돌출함으로써, 중앙 자극 부재(102)에 대향하는 타겟 표면(7a)에서의 자속 밀도는 상대적으로 높아지고, 타겟 중앙부의 이로존 속도가 높아지고, 따라서 타겟의 이용 효율이 높아진다.
제2 태양에 있어서, 중앙 자극 부재(102)를 타겟(7) 측으로 돌출시키는데는, (a) 중앙 자극 부재(102)를 외주 자극 부재(103)보다 두껍게 하거나, (b) 중앙 자극 부재(102)에 접하는 비자성 베이스 부재(106)의 상면 부분을 다른 부분보다 높게 하면 된다. 도 15에 나타낸 예에서는, 비자성 베이스 부재(106)의 중앙부 상면 부분(106a)이 h4만큼 높아져 있고, 그만큼 중앙 자극 부재(102)의 상면이 외주 자극 부재(103)보다 높다
중앙 자극 부재(102)를 외주 자극 부재(103)보다 고투자율의 재료로 구성함으로써, 중앙 자극 부재(102) 상의 자속 밀도를 더욱 높게 할 수 있어, 타겟 중앙부의 이로존 속도를 더욱 높게 할 수 있다. 예를 들면, 중앙 자극 부재(102)에 퍼멘더(permendur)(Fe-Co-V)와 같은 고투자율 및 고포화 자화를 가지는 재료를 사용하고, 외주 자극 부재(103)에 오스테나이트계 이외의 스테인레스 스틸(예를 들면, SUS430 등)을 사용한다.
본 발명의 제1 및 제2 자장 발생 장치를 복수 대 소정 간격으로 병렬로 배치하고, 각 자장 발생 장치를 상기 간격과 같은 정도로 이동[요동(搖動)]시킴으로써, 일체형의 타겟을 사용하여 대형의 기판에 성막할 수 있다. 또한 제1 및 제2 자장 발생 장치에는, 자장 발생 장치의 상면과 타겟면과의 거리를 조절하는 기구(機構)를 설치해도 된다.
본 발명을 이하의 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
도 7의 (a), 도 7의 (b) 및 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이, 오스테나이트계 스테인레스강(SUS304)제의 비자성 베이스 부재(6) 상에, 강판(SS400)으로 이루어지는 중앙 자극 부재(2)의 제1 중앙 자극부(2a) 및 제2 중앙 자극부(2b), 외주 자극 부재(3)의 제1 외주 자극부(3a) 및 제2 외주 자극부(3c), 및 R-TM-B계 이방성 소결 자석(히타치 금속 가부시키가이샤 제조의 NMX50, 최대 에너지 곱: 50 MGOe 이상)으로 이루어지는 영구 자석(4) 및 (5)를 배치하고, 자장 발생 장치(1)(W=1000㎜, L1=700㎜, L2=150㎜, a1=100㎜, b1=50㎜, c1=10㎜, d1=15.5㎜, e1=9.8㎜, f1=30㎜, Wm=20㎜, Wy=10㎜, θ=10°, g1=100㎜, h1=50㎜, i1=10㎜, j1=5㎜ 및 k1=8㎜)를 제작하였다. 또한 직선부(20)에서의 영구 자석(4)의 경사각 θ을 변화시켰을 때의, 자장 발생 장치(1)의 표면[중앙 자극 부재(2) 및 외주 자극 부재(3)의 상기 타겟과 대향하는 면]으로부터 25㎜의 위치(타겟 표면의 위치에 상당)에서의(a) 자속 밀도의 수평 성분의 피크값, 및 (b) 제로 크로스 위치(자속 밀도의 수직 성분이 제로가 되는 위치)를 자장 해석에 의해 구하고, 경사각 θ에 대하여 제작하였다. 상기 제로 크로스 위치는 중앙 자극 부재로부터의 거리 R로 나타낸다. 결과를 도 8에 나타낸다.
도 8로부터 명백한 바와 같이, 직선부(20)에서의 영구 자석(4)의 경사각 θ을 크게 하면, 자속 밀도의 수직 성분이 제로가 되는 위치, 즉 이로존이 가장 빠르게 진행되는 위치가 중앙 자극 부재(2) 측으로 이동하는 동시에, 자장 강도가 감소하여 가는 것을 알 수 있다. 따라서, 직선부(20)에서의 영구 자석(4)의 경사각 θ을 변화시킴으로써, 타겟의 이로존 영역을 확대시켜, 이로존을 균일하게 할 수 있는 동시에, 스퍼터에 필요한 자장 강도를 조절할 수 있다.
[실시예 2, 비교예 1]
Al-Mg계 합금(A5052)제의 비자성 베이스 부재(106) 상에, 페라이트계 스테인레스(SUS430)제의 중앙 자극 부재(102), 외주 자극 부재(103), 및 페라이트 소결 자석(히타치 금속 가부시키가이샤 제조의 NMF-3B, 최대 에너지 곱: 약 4 MGOe)으로 이루어지는 영구 자석(104, 104a, 105) 및 (105a)을 배치하고, 도 16의 (a), 도 16의 (b) 및 도 16의 (c)에 나타낸 자장 발생 장치(101)(W=300㎜, L1=150㎜, L2=75㎜, a2=160㎜, b2=40㎜, c2=30㎜, d2=10㎜, e2=35㎜, f2=55㎜, g2=65 ㎜, h5=5㎜, h6=10㎜, i2=10㎜, 및 j2=15㎜)를 제작하였다.
자장 발생 장치(101)의 표면(타겟과 대향하는 면)으로부터 25㎜의 위치(타겟 표면의 위치에 상당)에서의 자속 밀도를 자장 해석에 의해 구하고, 그 수평 성분을 도 17의 A라인 및 B라인을 따라 각각 도 18 및 도 19에 작성하였다. 또한 영구 자석(104a) 및 (105a)을 배치하지 않은 이외에 실시예 2와 같은 구조의 비교예 1의 자장 발생 장치에 대하여도 동일하게 하여 자속 밀도를 구하고, 그 수평 성분을 A라인 및 B라인을 따라 각각 도 18 및 도 19에 작성하였다.
도 18 및 도 19로부터 명백한 바와 같이, 중앙 자극 부재(102) 상에 영구 자석(104a)을 배치하고, 중앙 자극 부재(102)의 단부에 영구 자석(105a)을 배치함으로써, 타겟 중앙부의 자장을 급준하게 상승하도록 할 수 있었다. 자속 밀도의 수평 성분이 32 mT로 되는 위치는, A라인에서는 30㎜에서 19㎜로 변화되고, B라인에서는 44㎜에서 24㎜로 변화되었다. 이 때의 제로 크로스 위치(자속 밀도의 수직 성분이 제로가 되는 위치)를 도 17에 점선으로 나타낸다. 이들 결과로부터, 제2 자장 발생 장치는, 타겟의 이로존 영역을 중앙 자극 부재(102) 측으로 확대시켜, 타겟의 이로존을 균일화하는 것을 알 수 있다.
또한, 중앙 자극 부재(102) 상의 영구 자석(104a)의 두께(h5)를 3㎜로 고정하고, 중앙 자극 부재(102)의 단부 상의 영구 자석(105a)의 두께(h6)를 0㎜, 3㎜, 15㎜ 및 25㎜의 4가지로 변화시킨 자장 발생 장치에 대하여, 동일한 자장 해석에 의해 구한 자속 밀도의 수평 성분을 도 17의 D라인을 따라 도 20에 작성하였다. 그 결과, 중앙 자극 부재(102)의 단부 상의 영구 자석(105a)의 두께(h6)를 3㎜로 했을 때, 타겟 중앙부의 자장이 가장 급준하게 상승하는 것을 알 수 있었다.

Claims (9)

  1. 타겟 표면에 자장(磁場)을 발생시키기 위한 레이스트랙 형상(racetrack-shape)의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치로서,
    (a) 중앙 자극(磁極) 부재와, 상기 중앙 자극 부재를 에워싸는 외주 자극 부재와, 한쪽의 자극이 상기 중앙 자극 부재에 대향하고, 다른 쪽의 자극이 상기 외주 자극 부재에 대향하도록 상기 중앙 자극 부재와 상기 외주 자극 부재 사이에 설치된 복수의 영구 자석과, 상기 중앙 자극 부재, 상기 외주 자극 부재 및 상기 영구 자석을 지지하는 비자성(非磁性) 베이스 부재를 포함하고,
    (b) 상기 레이스트랙 형상은 직선부 및 코너부를 가지고,
    (c) 상기 직선부에 배치된 각각의 영구 자석은, 적어도 상기 중앙 자극 부재에 대향하는 자극면이 상기 타겟으로부터 멀어지도록 경사진 자화(磁化) 방향을 가지고,
    (d) 상기 직선부에 배치된 각각의 영구 자석의 상기 외주 자극 부재에 대향하는 자극면은, 적어도 상기 베이스 부재에 가까운 쪽에 상기 외주 자극 부재와 맞닿지 않는 부분을 가지고,
    (e) 상기 중앙 자극 부재와 상기 타겟과의 거리와, 상기 외주 자극 부재와 상기 타겟과의 거리가 같은,
    레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직선부에 배치된 영구 자석의 상기 타겟에 대한 경사각이 5°∼45°인, 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 직선부에 배치된 복수의 영구 자석은, 2종 이상의 경사각이 상이한 영구 자석군에 의해 구성되어 있는, 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코너부에 배치된 영구 자석이 상기 타겟에 평행한 방향으로 자화되어 있는, 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 코너부에 배치된 각각의 영구 자석은 상기 중앙 자극 부재에 대향하는 자극면이 상기 타겟으로부터 멀어지도록 경사진 자화 방향을 가지고,
    (b) 상기 코너부에 배치된 각각의 영구 자석의 상기 외주 자극 부재에 대향하는 자극면은, 상기 베이스 부재에 가까운 쪽에 상기 외주 자극 부재와 맞닿지 않는 부분을 가지는, 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟과 대향하는 상기 중앙 자극 부재 및 상기 외주 자극 부재의 면이 상기 타겟과 평행한, 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치.
  7. 타겟 표면에 자장을 발생시키기 위한 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치로서,
    (a) 중앙 자극 부재와, 상기 중앙 자극 부재를 에워싸는 외주 자극 부재와, 상기 타겟 표면에 평행한 자화 방향을 가지고, 또한 한쪽의 자극이 상기 중앙 자극 부재에 대향하고, 다른 쪽의 자극이 상기 외주 자극 부재에 대향하도록 상기 중앙 자극 부재와 상기 외주 자극 부재와의 사이에 설치된 복수의 제1 영구 자석과, 상기 중앙 자극 부재, 상기 외주 자극 부재 및 상기 영구 자석을 지지하는 비자성 베이스 부재를 포함하고,
    (b) 자화 방향이 상기 타겟 표면에 수직이며, 상기 타겟 표면에 대향하는 자극이 상기 제1 영구 자석의 상기 중앙 자극 부재에 대향하는 자극과 같은 제2 영구 자석이 상기 중앙 자극 부재 상에 탑재되어 있는,
    레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중앙 자극 부재는 상기 레이스트랙 형상의 직선부로부터 코너부에 걸쳐서 연장되어 있고, 상기 중앙 자극 부재 상에 탑재된 상기 제2 영구 자석 중, 상기 직선부에서의 제2 영구 자석보다 상기 중앙 자극 부재의 양 단부 상에 탑재된 제2 영구 자석 쪽이 두꺼운, 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치.
  9. 타겟 표면에 자장을 발생시키기 위한 레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치로서,
    (a) 중앙 자극 부재와, 상기 중앙 자극 부재를 에워싸는 외주 자극 부재와, 상기 타겟 표면에 평행한 자화 방향을 가지고, 또한 한쪽의 자극이 상기 중앙 자극 부재에 대향하고, 다른 쪽의 자극이 상기 외주 자극 부재에 대향하도록 상기 중앙 자극 부재와 상기 외주 자극 부재와의 사이에 설치된 복수의 영구 자석과, 상기 중앙 자극 부재, 상기 외주 자극 부재 및 상기 영구 자석을 지지하는 비자성 베이스 부재를 포함하고,
    (b) 상기 중앙 자극 부재와 상기 타겟 표면과의 거리가 상기 외주 자극 부재와 상기 타겟 표면과의 거리보다 짧은,
    레이스트랙 형상의 마그네트론 스퍼터링용 자장 발생 장치.
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