TW201335411A - 磁控濺鍍用磁場產生裝置 - Google Patents

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Abstract

一種磁控濺鍍用磁場產生裝置，係具有由直線部及角落部所構成之競賽跑道形狀，並在由非磁性體所構成之基底上，具有：棒狀的中央磁極構件；設置成包圍該中央磁極構件的外周磁極構件；及複數個永久磁鐵，係在該中央磁極構件與該外周磁極構件之間，設置成一磁極與該中央磁極構件相對向，另一磁極與該外周磁極構件相對向；設置於該直線部的複數個永久磁鐵係包含至少一個磁場調整用永久磁鐵，該至少一個磁場調整用永久磁鐵之垂直於該靶表面之方向的厚度為磁化方向的中央部比兩端部更薄。

Description

磁控濺鍍用磁場產生裝置
本發明係有關於一種被裝入為了將薄膜形成於基板表面所使用之磁控濺鍍用裝置的磁場產生裝置。
將藉由使Ar等之惰性物質高速地碰撞，而擊出構成靶之原子或分子的現象稱為濺鍍，藉由使該被擊出之原子或分子附著於基板上，可形成薄膜。磁控濺鍍法係如下之方法：藉由將磁場裝入陰極內部，可提高靶物質對基板的堆積速度，而且因為未發生電子對基板的碰撞，所以能以低溫成膜。因此，在半導體IC、平板顯示器、太陽能電池等之電子元件、或反射膜等的製程，為了將薄膜形成於基板表面，常使用磁控濺鍍法。
磁控濺鍍裝置係在真空腔室內包括：陽極側的基板、配置成與基板相對向之靶(陰極)、及配置於靶之下方的磁場產生裝置。藉由對陽極與陰極之間施加電壓，產生輝光放電，使真空腔室內之惰性氣體(約0.1Pa的Ar氣體等)離子化，另一方面，利用藉磁場產生裝置所形成之磁場捕獲從靶所放出的二次電子，並使其在靶表面進行擺線(cycloid)運動。因為藉電子之擺線運動促進氣體分子的離子化，所以膜之產生速度比未使用磁場的情況快很多，而膜的附著強度變大。
特開平1-147063號揭示一種技術，該技術係在由圓柱形之中心磁極與外周磁極所構成之磁場產生裝置，將圓形及同心圓形之板狀磁性構件配置於該磁場產生裝 置與靶之間，擴大靶表面之侵蝕區域，而該中心磁極係設置於由磁性材料所構成之軛上，並在高度方向(垂直於靶表面之方向)被磁化，該外周磁極在與該中心磁極相反的方向被磁化，並同心地配置於該中心磁極的周圍。
如在特開平1-147063號的記載所示，為了將磁性構件配置於磁場產生裝置與靶之間，需要將磁性構件埋入支撐板(靶之支撐板)內。另一方面，因為支撐板(靶之支撐板)係為了抑制靶之發熱，亦必須具有冷卻機構，所以支撐板(靶之支撐板)的構造變成複雜，必然地從磁場產生裝置至靶表面的距離變遠。因此，需要產生強的磁場，而使磁場產生裝置變成大型。
特開2008-156735號係揭示一種磁控濺鍍用磁場產生裝置200，該裝置係如第17圖(a)及第17圖(b)所示，具有：由非磁性體所構成之基底210；設置於其表面之長方形的中央磁極片220；設置於其周圍之長圓形的外周磁極片230；及複數個永久磁鐵240、250，係連設於該中央磁極片與該外周磁極片之間；該永久磁鐵240、250係在水平方向被磁化，而且配置成同極性的磁極與該中央磁極片相對向，同時該中央磁極片之高度及該外周磁極片之高度係形成為該永久磁鐵之高度以上；並記載因為該磁場產生裝置係磁極片與永久磁鐵之各磁極面接觸，所以來自永久磁鐵的漏磁減少，而能以比以往更少的永久磁鐵產生既定磁通。
根據特開2008-156735號的記載，因為該磁場產生裝置係尤其在角落部，使可封閉惰性氣體所需之強度(磁 通密度水平成分為10mT以上)的磁場區域比以往擴大，所以可使在角落部之侵蝕區域擴大，而可使直線部及角落部的侵蝕變成均勻，但是因為與中央磁極片相對向之部分的磁通密度比較低，所以靶之中央部分(與中央磁極片相對向之部分)的侵蝕進展慢，成為降低靶之使用效率的原因。
特開平4-235277號公報係揭示一種用以在靶表面產生甜甜圈狀之磁場的磁性裝置，該裝置係具有：中央磁鐵，係環狀地配置於靶中心附近；及外周磁鐵，係環狀地配置於靶外周附近；各磁鐵之磁化方向或定向係相對靶面傾斜(例如±45°)；並記載藉該磁性裝置，在從靶之正上面的中心至外周的範圍，得到在與靶面水平的方向之磁通密度成分呈現雙峰特性，而且在中心與外周之間垂直方向之磁通密度成分的傾斜變成為幾乎零的磁通密度分布，使靶之侵蝕區域變成均勻，而可提高靶之利用效率。
特開平4-235277號公報係作為構成為使各磁鐵之磁化方向或配向相對靶面傾斜之具體的方法，記載一種構成，該構成係將中央磁鐵與外周磁鐵設置成磁化方向與靶面平行，並將環狀的中間磁鐵配置成與該中央磁鐵與外周磁鐵分開。該構成係藉由使環狀的中間磁鐵分開，而將中央及外周之各個永久磁鐵之從N極往S極之小環的磁力線亦積極地利用於靶上的洩漏磁場。可是，因為這種中央磁鐵、外周磁鐵及中間磁鐵彼此分開地配置的構成產生各磁鐵之磁力線彼此抵消的部分，所以具 有磁場產生效率降低的問題。又，因為本方法係僅以永久磁鐵構成，所以磁性效率(磁導)變低，為了得到高磁通密度，需要有超出必要之永久磁鐵體積，而使裝置變成大型。
因此，本發明之目的在於提供一種磁控濺鍍用磁場產生裝置，該裝置係即使是在支撐板中未配置磁性體的構成，亦可擴大靶面上之磁通密度平行成分(與靶表面平行的成分)成為固定的區域，而使靶之侵蝕進展更均勻，藉此，可在基板上形成厚度均勻的薄膜。
鑑於該目的，本案發明人等，發現在由棒狀之中央磁極構件與外周磁極構件所形成之競賽跑道形狀之區域，設置與靶面平行之方向上被磁化的複數個永久磁鐵而構成的磁控濺鍍用磁場產生裝置中，藉由設計成使垂直於該永久磁鐵之該靶表面之方向的厚度在磁化方向的中央部比兩端部更薄，而可擴大靶面上之磁通密度平行成分成為固定的區域，更藉由將磁性體配置於設計成薄形之該永久磁鐵之中央部的單面或雙面，可使靶之侵蝕進展變成更均勻，因而思及本發明。
即，一種磁控濺鍍用磁場產生裝置，係由與靶相對向且用以在靶表面產生磁場之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其特徵為：具有由直線部及角落部所構成之競賽跑道形狀； 在由非磁性體所構成之基底上，具有：(a)棒狀的中央磁極構件；(b)設置成包圍該中央磁極構件的外周磁極構件；及(c)複數個永久磁鐵，係在該中央磁極構件與該外周磁極構件之間，設置成一磁極與該中央磁極構件相對向，另一磁極與該外周磁極構件相對向；設置於該直線部的複數個永久磁鐵係包含至少一個垂直於該靶表面之方向的厚度在磁化方向的中央部比兩端部更薄之磁場調整用永久磁鐵。
設置於該角落部的複數個永久磁鐵係以包含至少一個垂直於該靶表面之方向的厚度在磁化方向的中央部比兩端部更薄之磁場調整用永久磁鐵較佳。
較佳為，該磁場調整用永久磁鐵係具有該磁化方向之中央部及兩端部之至少3個區域，該兩端部的區域中垂直於該靶表面之方向的厚度係彼此相等，該中央部的區域之垂直於該靶表面之方向的厚度比該兩端部之區域的厚度更薄，藉此，形成與該中央部之區域對應的凹狀部。
該磁場調整用永久磁鐵較佳為，該中央部之區域之磁化方向的長度是該永久磁鐵之磁化方向之全長的1~99%。
該磁場調整用永久磁鐵較佳為，該中央部的區域中垂直於該靶表面之方向的厚度係比該兩端部的區域中垂直於該靶表面之方向的厚度之0%大且為99%以下。
較佳為，該中央部及兩端部之至少3個區域分別由獨立的永久磁鐵所構成，將那些獨立的永久磁鐵黏貼而構成該磁場調整用永久磁鐵。
該磁場調整用永久磁鐵係在該靶側的面及/或該基底側的面具有與該中央部之區域對應的凹狀部較佳。
該磁場調整用永久磁鐵係在該靶側及該基底側之雙面具有與該中央部之區域對應的凹狀部較佳。
具有於該凹狀部配置有磁性體的構成較佳。
配置於該凹狀部之該磁性體的厚度係與該凹狀部之深度相同較佳。
該磁場調整用永久磁鐵係在該靶側及該基底側的雙面，具有與該中央部之區域對應的凹狀部及配置於該凹狀部之磁性體較佳。
亦可從磁控濺鍍用磁場產生裝置除去該基底，該磁控濺鍍用磁場產生裝置係利用在該靶側及該基底側的雙面具有與該中央部之區域對應的凹狀部之該磁場調整用永久磁鐵所構成。
亦可從磁控濺鍍用磁場產生裝置除去該基底，該磁控濺鍍用磁場產生裝置係利用在該靶側及該基底側的雙面具有與該中央部之區域對應的凹狀部及配置於該凹狀部之磁性體之該磁場調整用永久磁鐵所構成。
亦可具有將該複數個永久磁鐵之至少一個替換成磁場調整用永久磁鐵群的構成，而該磁場調整用永久磁鐵群係由將磁化方向與該永久磁鐵相同且磁化方向之長度短的至少2個永久磁鐵分開地串列配置而構成。
一種磁控濺鍍用磁場產生裝置，係與靶相對向且用以在靶表面產生磁場之本發明的另一種磁控濺鍍用磁場產生裝置，其特徵為： 具有由直線部及角落部所構成之競賽跑道形狀；在由非磁性體所構成之基底上，具有：(a)棒狀的中央磁極構件；(b)設置成包圍該中央磁極構件的外周磁極構件；及(c)複數個永久磁鐵，係在該中央磁極構件與該外周磁極構件之間，設置成一磁極與該中央磁極構件相對向，另一磁極與該外周磁極構件相對向；具有將該複數個永久磁鐵之至少一個替換成磁場調整用永久磁鐵群的構成，而該磁場調整用永久磁鐵群係由將磁化方向與該永久磁鐵相同且磁化方向之長度短的至少2個永久磁鐵分開地串列配置而構成。
本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置較佳為，在對該靶表面所施加的磁場之垂直於該靶表面之方向的磁通密度成為零的位置，與該靶表面平行之方向的磁通密度是10mT以上。
藉由使用本發明之磁場產生裝置，可擴大靶面上之磁通密度平行成分(與靶表面平行的成分)成為固定的區域，因為可使靶之侵蝕的進展變成更均勻，所以可提高靶之利用效率。
藉由使用本發明之磁場產生裝置，因為不必將磁性體配置於支撐板，所以可減少元件個數(低耗費化)，更可高效率地冷卻靶。又，因為可將支撐板設計成薄，所以可使磁場產生裝置小型化(低耗費化)。
(1)構成
本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置1係用以在靶表面產生競賽跑道狀磁場的裝置，如第1圖(a)所示，具有與靶7相對向，並由直線部20及2個角落部30、30所構成之競賽跑道形狀。
即，磁場產生裝置1係如第1圖(a)、第1圖(b)及第1圖(c)所示，其特徵為：在由非磁性體所構成之基底6上，具有：(a)棒狀的中央磁極構件2；(b)設置成包圍該中央磁極構件的外周磁極構件3；及(c)複數個直線部用永久磁鐵4及角落部用永久磁鐵5，係在該中央磁極構件2與該外周磁極構件3之間，設置成磁化方向與該靶表面7a平行，而且一磁極與該中央磁極構件2相對向，另一磁極與該外周磁極構件3相對向；設置於該直線部20的複數個永久磁鐵4係包含至少一個磁場調整用永久磁鐵41，該至少一個磁場調整用永久磁鐵41之垂直於該靶表面7a之方向的厚度為磁化方向的中央部4a比兩端部4b、4c更薄。
(a)直線部的構成
該直線部20係例如如第1圖(a)及第1圖(b)所示，由四角柱狀之中央磁極構件2、四角柱狀之2個外周磁極構件3及複數個直線部用永久磁鐵4所構成；而該中央磁極構件2係設置於由非磁性體所構成之基底6上；該外周磁極構件3係設置成與該中央磁極構件2平行，並與該中央磁極構件2之兩側分開；該直線部用永久磁 鐵4係在該中央磁極構件2與該外周磁極構件3之間，設置成磁化方向與靶表面7a平行，且一同極性的磁極(在圖上為N極)與中央磁極構件2相對向，另一同極性的磁極(在圖上為S極)與外周磁極構件3相對向，該直線部用永久磁鐵4包含至少一個磁場調整用永久磁鐵41。
該磁場調整用永久磁鐵41係例如如第1圖(c)所示，具有磁化方向之中央部4a及兩端部4b、4c之至少3個區域，並藉由該中央部4a的區域之垂直於該靶表面7a之方向的厚度H1比該兩端部4b、4c的區域之垂直於該靶表面7a之方向的厚度H更薄，而形成有凹狀部4d。該中央部4a之區域的厚度H1係以比該兩端部4b、4c之區域的厚度H之0%大且為99%以下較佳，為30~70%更佳。該兩端部4b、4c的區域之垂直於該靶表面7a之方向的厚度係彼此相等，而且與該外周磁極構件3的厚度相等較佳。該中央部4a之區域之磁化方向的長度L1係以磁場調整用永久磁鐵41之磁化方向的全長L之1~99%較佳，為30~70%更佳。
該磁場調整用永久磁鐵41係亦可如第1圖(b)所示，是將凹狀部4d形成於靶7側之面者，亦可如第2圖(a)所示，是將凹狀部4d形成於基底6側之面者，亦可如第2圖(b)所示，是將凹狀部4d形成於靶7側及基底6側之雙面者。在將凹狀部4d形成於靶7側及基底6側之雙面的情況，2個凹狀部4d、4d係以形成於對應位置較佳，其深度係因應於目的，是相等或是相異都可。
該磁場調整用永久磁鐵41係亦可藉由對立方體之永久磁鐵實施研磨等的加工，形成凹狀部4d而製作，亦可將構成該中央部4a及該兩端部4b、4c之3個永久磁鐵黏貼而製作。又，亦可將更多個(4個以上)永久磁鐵黏貼而構成。
亦可配置於該中央磁極構件2及該外周磁極構件3之間的複數個直線部用永久磁鐵4全部以具有凹狀部4d之磁場調整用永久磁鐵41構成，亦僅將一部分以具有凹狀部4d之磁場調整用永久磁鐵41構成。又，磁場調整用永久磁鐵41的形狀係不必全部相同，亦可因應於目的，將凹狀部之深度(中央部4a之區域的厚度)及磁化方向之長度、或形成凹狀部4d之面相異的複數個磁鐵組合後使用。
亦可在形成於該磁場調整用永久磁鐵41之凹狀部4d，如第3圖(a)~第3圖(c)所示，配置填充用磁性體8。該填充用磁性體8亦可具有與凹狀部4d之形狀對應的形狀，即具有與凹狀部4d之深度相等的厚度，在配置於凹狀部4d時，可無間隙地填充凹狀部4d的形狀，亦可相對凹狀部4d之深度，薄或厚都可，再者，亦可是僅填充凹狀部4d之一部分的形狀。藉由變更該填充用磁性體8的形狀及厚度，可調整磁場強度。
亦可將該複數個永久磁鐵4的至少一個，如第4圖所示替換成磁場調整用永久磁鐵群42，而構成磁場產生裝置，而該磁場調整用永久磁鐵群42係由磁化方向與該永久磁鐵4相同，且磁化方向之長度短之至少2個永久 磁鐵所構成，其中將一個永久磁鐵42a與該中央磁極構件2相對向，另一個永久磁鐵42b與該外周磁極構件3相對向之方式分開地串列配置。即，此構成係從該中央部4a之區域在靶7方向上之厚度變薄的該磁場調整用永久磁鐵41，除去與該中央部4a之區域對應的部分。
該永久磁鐵42a、42b之磁化方向的長度、及其間隔係因應於目的適當調整較佳。在該永久磁鐵42a、42b之間，亦可配置磁性體，亦可配置非磁性體，亦可都不配置。
在第1圖(a)，在該中央磁極構件2與該外周磁極構件3之間連接複數個直線部用永久磁鐵4，而構成直線部20的磁路，但是亦可使用一體形成之直線部用永久磁鐵4構成直線部20的磁路，來替換由這些複數個直線部用永久磁鐵4所構成。又，亦可因應所需之磁場強度或磁鐵的材質，將複數個直線部用永久磁鐵4分開地排列而構成直線部20的磁路。在分開地配置的情況，永久磁鐵與永久磁鐵之間係亦可以非磁性的間隔片填充物，亦可未放置任何東西。直線部用永久磁鐵4之個數及大小係未特別限定，亦可分割成根據製造上或易組裝之觀點的大小，亦可各個的大小相異。
(b)角落部的構成
角落部30係如第1圖(a)所示，由中央磁極構件2之端部2a、角落部外周磁極構件3c及複數個角落部用永久磁鐵5所構成，該角落部外周磁極構件3c係以該中央磁極構件2之端部2a為中心設置成半多角形，該角落部 用永久磁鐵5係在該中央磁極構件2的端部2a與角落部外周磁極構件3c之間，設置成磁化方向與靶表面7a平行，且一同極性的磁極(在圖上為N極)與中央磁極構件2的端部2a相對向，另一同極性的磁極(在圖上為S極)與角落部外周磁極構件3c相對向。該中央磁極構件2的端部2a與角落部外周磁極構件3c在第1圖(a)中為半多角形，但是亦可是半圓形。
角落部用永久磁鐵5係亦可如第5圖所示，使用垂直於該靶表面之方向的厚度沿著磁化方向均勻的磁鐵，但是亦可如第6圖(b)及第6圖(c)所示，與上述的直線部用永久磁鐵4一樣，包含至少一個垂直於該靶表面7a之方向的厚度為磁化方向的中央部5a比兩端部5b、5c更薄之磁場調整用永久磁鐵51。
磁場調整用永久磁鐵51係例如如第6圖(c)所示，具有磁化方向之中央部5a及兩端部5b、5c之至少3個區域，並藉由該中央部5a的區域中垂直於該靶表面7a之方向的厚度Hc1比該兩端部5b、5c的區域中垂直於該靶表面7a之方向的厚度Hc更薄，而形成有凹狀部5d。該中央部5a之區域的厚度Hc1係以比該兩端部5b、5c之區域的厚度Hc之0%大且為99%以下較佳，是30~70%更佳。該兩端部5b、5c的區域之垂直於該靶表面7a之方向的厚度係彼此相等，而且與該外周磁極構件3c的厚度相等較佳。該中央部5a之區域之磁化方向的長度Lc1是磁場調整用永久磁鐵51之磁化方向的全長Lc之1~99%較佳，是30~70%更佳。
角落部磁場調整用永久磁鐵51係與該直線部磁場調整用永久磁鐵41一樣，亦可是將凹狀部5d形成於靶7側之面者，亦可是將凹狀部5d形成於基底6側之面者，亦可是將凹狀部5d形成於靶7側及基底6側之雙面者。在將凹狀部5d形成於靶7側及基底6側之雙面的情況，2個凹狀部5d、5d係形成於對應位置者較佳，其深度係因應於目的，是相等或是相異都可。
該中央部4a之區域之磁化方向的長度L1相對該直線部磁場調整用永久磁鐵41之磁化方向之全長L的比例、與該中央部5a之區域之磁化方向的長度Lc1相對該角落部磁場調整用永久磁鐵51之磁化方向之全長Lc的比例亦可相同，亦可相異。該直線部磁場調整用永久磁鐵41之該中央部4a的區域之垂直於該靶表面7a之方向的厚度H1、與該角落部磁場調整用永久磁鐵51之該中央部5a的區域之垂直於該靶表面7a之方向的厚度Hc1係以相同較佳。又，該直線部磁場調整用永久磁鐵41之該中央部4a之區域的該厚度H1相對該直線部磁場調整用永久磁鐵41之該兩端部4b、4c之區域的該厚度H的比例、與該角落部磁場調整用永久磁鐵51之該中央部5a之區域的該厚度Hc1相對該角落部磁場調整用永久磁鐵51之該兩端部5b、5c的區域之該厚度Hc的比例亦可相同，亦可相異。
磁場調整用永久磁鐵51係例如亦可藉由對平靣圖上梯形之柱狀體之永久磁鐵實施研磨等的加工，形成凹狀部5d而製作，亦可將構成該中央部5a及該兩端部5b、 5c之3個永久磁鐵黏貼而製作。又，亦可將更多個(4個以上)永久磁鐵黏貼而構成。
亦可將配置於該中央磁極構件2的端部2a與該外周磁極構件3c之間的複數個角落部用永久磁鐵5全部以具有凹狀部5d之磁場調整用永久磁鐵51構成，亦僅將一部分以具有凹狀部5d之磁場調整用永久磁鐵51構成。又，磁場調整用永久磁鐵51的形狀係不必全部相同，亦可因應於目的，將凹狀部5d之深度(中央部5a之區域的厚度)及磁化方向之長度、或形成凹狀部5d之面相異的複數個磁鐵組合後使用。
亦可在形成於該角落部磁場調整用永久磁鐵51之凹狀部5d，與該直線部磁場調整用永久磁鐵41一樣，配置填充用磁性體8。該填充用磁性體8亦可具有與凹狀部5d之形狀對應的形狀，即具有與凹狀部5d之深度相等的厚度，在配置於凹狀部5d時，可無間隙地填充凹狀部5d的形狀，亦可相對凹狀部5d之深度，薄或厚都可，再者，亦可是僅填充凹狀部5d之一部分的形狀。藉由變更該填充用磁性體8的形狀及厚度，可調整磁場強度。
亦可將該複數個永久磁鐵5的至少一個，如第7圖所示替換成磁場調整用永久磁鐵群52，而構成磁場產生裝置，而該磁場調整用永久磁鐵群52係由磁化方向與該永久磁鐵5相同，且磁化方向之長度短之至少2個永久磁鐵所構成，其中將一個永久磁鐵52a與該中央磁極構件2的端部2a相對向，另一個永久磁鐵52b與該角落部 外周磁極構件3c相對向之方式分開地串列配置。在此，第7圖係將在第6圖(b)所示之C-C剖面圖的磁場調整用永久磁鐵51替換成磁場調整用永久磁鐵群52的剖面圖。即，此構成係從該中央部5a的區域在垂直於靶表面7a之方向的厚度變薄的該磁場調整用永久磁鐵51，除去與該中央部5a之區域對應的部分。
該永久磁鐵52a、52b之磁化方向的長度、及其間隔係因應於目的適當調整較佳。在該永久磁鐵52a、52b之間，亦可配置磁性體，亦可配置非磁性體，亦可都不配置。
角落部用永久磁鐵5之平面圖上的形狀係因應於角落部外周磁極構件3c的形狀設定較佳。角落部用永久磁鐵5係如第1圖(a)、第6圖(a)或第8圖所示，在角落部外周磁極構件3c是半多角形的情況，在平面圖上呈大致梯形較佳，如第9圖所示，在角落部外周磁極構件3c是半圓形的情況，在平面圖上呈大致扇形較佳。又，亦可如第10圖所示，在平面圖上呈長方形。角落部用永久磁鐵5之個數及大小係未特別限定，亦可分割成根據製造上或易組裝之觀點的大小，亦可各個的大小相異。
角落部用永久磁鐵5係亦可如第1圖(a)及第6圖(a)所示，配置成完全填充中央磁極構件2之端部2a、與以中央磁極構件2之端部2a為中心設置成半多角形之角落部外周磁極構件3c的間隙，亦可如第8圖所示，配置成在角落部用永久磁鐵5與角落部用永久磁鐵5之間空出間隙5e。藉由依此方式將角落部用永久磁鐵5配置成空 出間隙5e，可調整靶表面上的磁通密度。亦可將非磁性體的間隔片填充於間隙5e。角落部用永久磁鐵5相對中央磁極構件2之端部2a與角落部外周磁極構件3c之間隙的總面積的佔有率係以30%以上較佳，以30~80%更佳。
(c)侵蝕區域
在直線部不使用該直線部磁場調整用永久磁鐵41或直線部磁場調整用永久磁鐵群42所構成之以往的磁場產生裝置中，沿著磁化方向繪製靶表面之磁通密度平行成分(與靶表面平行的成分)時，因為該磁通密度平行成分是山形(參照第15圖及第16圖的第1比較例)，所以靶在磁化方向上之侵蝕(erosion)成為不均勻，而無法高效率地利用靶。
相對地，在直線部20使用具有凹狀部4d之直線部磁場調整用永久磁鐵41、或由分開之至少2個之永久磁鐵42a、42b所構成之直線部磁場調整用永久磁鐵群42之本發明的磁場產生裝置中，因為在該靶表面之磁通密度平行成分所繪製的值在磁化方向上呈梯形(參照第15圖的第1實施例)，所以靶在磁化方向上之侵蝕(erosion)被均勻化，而靶之利用效率提高。
又，藉由在角落部30亦使用具有凹狀部5d之角落部磁場調整用永久磁鐵51、或由分開之至少2個之永久磁鐵52a、52b所構成之角落部磁場調整用永久磁鐵群52，因為在角落部30，在該靶表面之磁通密度平行成分所繪製的值亦在磁化方向上成為梯形(參照第16圖的第 1實施例)，所以靶在磁化方向之侵蝕(erosion)被均勻化，而靶之利用效率提高。
(d)永久磁鐵
構成直線部及角落部之永久磁鐵係可藉周知之永久磁鐵材料形成。永久磁鐵材料之材質係只要根據設備之構成(從磁場產生裝置至靶的距離)或所需之磁場強度適當地設定即可。在本發明，以在靶表面7a之磁場之磁通密度的垂直成分成為零的位置，磁通密度的平行成分成為10mT以上的方式選擇永久磁鐵較佳。
在想得到高磁通密度的情況，只要使用以R(Nd等之稀土類元素中的至少一種)、T(Fe或Fe及Co)及B為必需成分之R-T-B系各向異性燒結磁鐵等的稀土類磁鐵(從耐腐蝕性之觀點實施各種表面處理者)即可，而在所需之磁通密度不太高時亦可是鐵酸鹽(ferrite)磁鐵。又，在想改變直線部與角落部之磁通密度的情況，只要配合各自所需的磁通密度，設定直線部用永久磁鐵、角落部用永久磁鐵、中央部永久磁鐵及端部永久磁鐵之材質或尺寸即可。
(e)磁極構件及填充用磁性體
磁極構件及填充用磁性體係以使用周知的磁性體(軟磁性體)較佳，尤其，使用具有磁性的鋼材較佳。
(2)其他的形態
作為磁控濺鍍用磁場產生裝置1之其他的形態，如第11圖(a)所示，列舉將該凹狀部4d、5d形成於該磁場調整用永久磁鐵41、51之雙面，並除去該基底的構成。 進而，作為其他的形態，如第11圖(b)所示，列舉在該磁場調整用永久磁鐵41、51之雙面具有該凹狀部4d、5d及配置於該凹狀部4d、5d之填充用磁性體8，並除去該基底的構成。藉由依此方式除去該基底而構成磁場產生裝置1，可將靶7、7配置於磁場產生裝置1的雙面並在雙面濺鍍。此外，在第11圖(a)及第11圖(b)，因為角落部磁場調整用永久磁鐵51係與直線部磁場調整用永久磁鐵41一樣，所以省略。
進而，將本發明之磁場產生裝置以既定間隔並列地配置複數台，並使各磁場產生裝置移動(滑動)與該間隔大致相同的距離，藉此，可使用一體型的靶7成膜於大型基板。又，亦可在磁場產生裝置，設置調整磁場產生裝置之上面與靶面之距離的機構。
[實施例]
根據實施例更詳細說明本發明，但是本發明限定為這些實施例。
第1比較例
在第12圖(a)、第12圖(b)及第12圖(c)所示的構成中，在Al-Mg系合金(A5052)製之基底6上，配置鐵酸鹽系不銹鋼(SUS430)製之中央磁極構件2、其端部2a、外周磁極構件3與角落部外周磁極構件3c、及由鐵酸鹽燒結磁鐵(日立金屬製NMF-3B，最大能量積：約4MGOe)所構成之直線部用永久磁鐵4、角落部用永久磁鐵5，而製成磁場產生裝置1(W=360mm、L1=260mm、L2=50mm、a=110mm、b=26mm、c=10mm、d=8mm、e=20mm、f=42mm、g=42mm、h=18mm及i=8mm)。
第1實施例
如第13圖(a)、第13圖(b)及第13圖(c)所示，除了將直線部用永久磁鐵4及角落部用永久磁鐵5替換成分別具有凹狀部4d及凹狀部5d之直線部磁場調整用永久磁鐵41及角落部磁場調整用永久磁鐵51以外，其餘構成係與第1比較例一樣而製成磁場產生裝置1(W=360mm、L1=260mm、L2=50mm、a=110mm、b=26mm、c=10mm、d=8mm、e=20mm、f=42mm、g=42mm、h=18mm、h1=13mm、hc=18mm、hc1=13mm、i=8mm、j=26mm、k=8mm、l=8mm、m=26mm、n=8m及o=8mm)。
藉磁場分析，求得在距離第1實施例及第1比較例之磁場產生裝置1的表面(與靶相對向的面)17mm之位置(相當於靶表面之位置)的磁通密度，並將該磁通密度之與靶表面平行的成分(磁通密度平行成分)及垂直的成分(磁通密度垂直成分)，如第14圖所示般沿著A線(直線部中央)及B線(角落部)，分別繪製在第15圖及第16圖。
從第15圖及第16圖得知，藉由將直線部用永久磁鐵4及角落部用永久磁鐵5替換成設有凹狀部4d及凹狀部5d之直線部磁場調整用永久磁鐵41及角落部磁場調整用永久磁鐵51，在直線部及角落部之磁通密度平行成分都沿著磁化方向成為梯形，而提供更均勻的磁場。從這些結果可預測，本發明之磁場產生裝置與以往相比，靶之侵蝕變成更均勻，靶之利用效率更加提高。
1‧‧‧磁控濺鍍用磁場產生裝置
2‧‧‧中央磁極構件
2a‧‧‧端部
3‧‧‧外周磁極構件
3c‧‧‧角落部外周磁極構件
4‧‧‧直線部用永久磁鐵
4a‧‧‧中央部
4b、4c‧‧‧兩端部
4d‧‧‧凹狀部
41‧‧‧磁場調整用永久磁鐵
42‧‧‧磁場調整用永久磁鐵群
42a、42b‧‧‧永久磁鐵
5‧‧‧角落部用永久磁鐵
5a‧‧‧中央部
5b、5c‧‧‧兩端部
5d‧‧‧凹狀部
5e‧‧‧間隙
51‧‧‧磁場調整用永久磁鐵
52‧‧‧磁場調整用永久磁鐵群
52a、52b‧‧‧永久磁鐵
6‧‧‧基底
7‧‧‧靶
7a‧‧‧靶表面
8‧‧‧填充用磁性體
20‧‧‧直線部
30‧‧‧角落部
200‧‧‧磁控濺鍍用磁場產生裝置
210‧‧‧基底
220‧‧‧中央磁極片
230‧‧‧外周磁極片
240、250‧‧‧永久磁鐵
第1圖(a)係表示本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置之一例的平面圖。
第1圖(b)係第1圖(a)之A-A剖面圖。
第1圖(c)係從第1圖(b)僅抽出直線部用磁鐵所表示的部分剖面圖。
第2圖(a)係表示本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置的直線部用磁鐵之其他的例子的剖面圖。
第2圖(b)係表示本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置的直線部用磁鐵之另外之例子的剖面圖。
第3圖(a)係表示將磁性體配置於本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置的直線部用磁鐵所設置之凹狀部之一例的剖面圖。
第3圖(b)係表示將磁性體配置於本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置的直線部用磁鐵所設置之凹狀部之其他的例子的剖面圖。
第3圖(c)係表示將磁性體配置於本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置的直線部用磁鐵所設置之凹狀部之另外之例子的剖面圖。
第4圖係表示本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置的直線部用磁鐵之另外之例子的剖面圖。
第5圖係第1圖(a)之B-B剖面圖。
第6圖(a)係表示本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置之其他的例子的部分平面圖。
第6圖(b)係第6圖(a)之C-C剖面圖。
第6圖(c)係從第6圖(b)僅抽出角落部用磁鐵所表示的部分剖面圖。
第7圖係表示本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置的角落部用磁鐵之另外之例子的剖面圖。
第8圖係表示本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置的角落部之其他的例子的平面圖。
第9圖係表示本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置的角落部之另外之例子的平面圖。
第10圖係表示本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置的角落部之另外之例子的平面圖。
第11圖(a)係表示本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置之其他的形態的剖面圖。
第11圖(b)係表示本發明之磁控濺鍍用磁場產生裝置之另外的形態的剖面圖。
第12圖(a)係表示第1比較例之磁場產生裝置的平面圖。
第12圖(b)係第12圖(a)之D-D剖面圖。
第12圖(c)係第12圖(a)之E-E剖面圖。
第13圖(a)係表示第1實施例之磁場產生裝置的平面圖。
第13圖(b)係第13圖(a)之F-F剖面圖。
第13圖(c)係第13圖(a)之G-G剖面圖。
第14圖係表示在第1比較例及第1實施例之磁場產生裝置之A線及B線的模式圖。
第15圖係將藉由第1比較例及第1實施例之磁場產生裝置而產生於靶面上的磁通密度之平行成分及垂直成分，沿著A線繪製而成的圖形。
第16圖係將藉由第1比較例及第1實施例之磁場產生裝置而產生於靶面上的磁通密度之平行成分及垂直成分，沿著B線繪製而成的圖形。
第17圖(a)係表示以往之磁控濺鍍用磁場產生裝置之一例的平面圖。
第17圖(b)係第17圖(a)之H-H剖面圖。
1‧‧‧磁控濺鍍用磁場產生裝置
2‧‧‧中央磁極構件
2a‧‧‧端部
3‧‧‧外周磁極構件
3c‧‧‧角落部外周磁極構件
4‧‧‧直線部用永久磁鐵
4a‧‧‧中央部
4b、4c‧‧‧兩端部
4d‧‧‧凹狀部
5‧‧‧角落部用永久磁鐵
6‧‧‧基底
7‧‧‧靶
7a‧‧‧靶表面
20‧‧‧直線部
30‧‧‧角落部
41‧‧‧磁場調整用永久磁鐵
H‧‧‧兩端部的區域之垂直於靶表面之方向的厚度
H1‧‧‧中央部的區域之垂直於靶表面之方向的厚度
L‧‧‧磁場調整用永久磁鐵之磁化方向的全長
L1‧‧‧中央部之區域之磁化方向的長度

Claims (16)

  1. 一種磁控濺鍍用磁場產生裝置，係由與靶相對向且用以在靶表面產生磁場之由直線部及角落部所構成之競賽跑道形狀的磁控濺鍍用磁場產生裝置，其特徵為：在由非磁性體所構成之基底上，具有：(a)棒狀的中央磁極構件；(b)設置成包圍該中央磁極構件的外周磁極構件；及(c)複數個永久磁鐵，係在該中央磁極構件與該外周磁極構件之間，設置成一磁極與該中央磁極構件相對向，另一磁極與該外周磁極構件相對向；設置於該直線部的複數個永久磁鐵包含至少一個磁場調整用永久磁鐵，該至少一個磁場調整用永久磁鐵之垂直於該靶表面之方向的厚度為磁化方向的中央部比兩端部更薄。
  2. 如申請專利範圍第1項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中設置於該角落部的複數個永久磁鐵係包含至少一個磁場調整用永久磁鐵，該至少一個磁場調整用永久磁鐵之垂直於該靶表面之方向的厚度為磁化方向的中央部比兩端部更薄。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中該磁場調整用永久磁鐵係具有該磁化方向之中央部及兩端部之至少3個區域，該兩端部的區域係垂直於該靶表面之方向的厚度彼此相等，該中央部的區域之垂直於該靶表面之方向的厚度比該兩端部之區域的厚度更薄，藉此，形成與該中央部之區域對應的凹狀部。
  4. 如申請專利範圍第3項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中該中央部之區域之磁化方向的長度是該永久磁鐵之磁化方向之全長的1~99%。
  5. 如申請專利範圍第3或4項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中該中央部的區域中垂直於該靶表面之方向的厚度係該兩端部的區域中垂直於該靶表面之方向的厚度之0%大且為99%以下。
  6. 如申請專利範圍第3至5項中任一項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中該中央部及兩端部之至少3個區域分別由獨立的永久磁鐵所構成，將那些獨立的永久磁鐵黏貼而構成該磁場調整用永久磁鐵。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中該磁場調整用永久磁鐵係在該靶側的面及/或該基底側的面具有與該中央部之區域對應的凹狀部。
  8. 如申請專利範圍第7項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中該磁場調整用永久磁鐵係在該靶側及該基底側的雙面具有與該中央部之區域對應的凹狀部。
  9. 如申請專利範圍第7項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中於該凹狀部配置有磁性體。
  10. 如申請專利範圍第9項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中配置於該凹狀部之該磁性體的厚度係與該凹狀部之深度相同。
  11. 如申請專利範圍第9或10項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中該磁場調整用永久磁鐵係在該靶側及該基 底側的雙面，具有與該中央部之區域對應的凹狀部及配置於該凹狀部之磁性體。
  12. 一種磁控濺鍍用磁場產生裝置，其特徵為：具有從如申請專利範圍第8項之磁控濺鍍用磁場產生裝置除去該基底的構成。
  13. 一種磁控濺鍍用磁場產生裝置，其特徵為：具有從如申請專利範圍第11項之磁控濺鍍用磁場產生裝置除去該基底的構成。
  14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中具有將該複數個永久磁鐵之至少一個替換成磁場調整用永久磁鐵群的構成，而該磁場調整用永久磁鐵群係由將磁化方向與該永久磁鐵相同且磁化方向之長度短的至少2個永久磁鐵分開地串列配置而構成。
  15. 一種磁控濺鍍用磁場產生裝置，係由與靶相對向且用以在靶表面產生磁場之由直線部及角落部所構成之競賽跑道形狀的磁控濺鍍用磁場產生裝置，其特徵為：在由非磁性體所構成之基底上，具有：(a)棒狀的中央磁極構件；(b)設置成包圍該中央磁極構件的外周磁極構件；及(c)複數個永久磁鐵，係在該中央磁極構件與該外周磁極構件之間，設置成一磁極與該中央磁極構件相對向，另一磁極與該外周磁極構件相對向；具有將該複數個永久磁鐵之至少一個替換成磁場調整用永久磁鐵群的構成，而該磁場調整用永久磁鐵群係由將磁化方向與該永久磁鐵相同且磁化方向之長度短的至少2個永久磁鐵分開地串列配置而構成。
  16. 如申請專利範圍第1至15項中任一項之磁控濺鍍用磁場產生裝置，其中在對該靶表面所施加的磁場之垂直於該靶表面之方向的磁通密度成為零的位置，與該靶表面平行之方向的磁通密度是10mT以上。
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