WO2010021078A1 - 磁石ユニットおよびマグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents

磁石ユニットおよびマグネトロンスパッタリング装置 Download PDF

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magnetic
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遠藤徹哉
ノエル アバラアインシュタイン
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キヤノンアネルバ株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/345—Magnet arrangements in particular for cathodic sputtering apparatus
    • H01J37/3452—Magnet distribution

Definitions

  • the present invention relates to an improvement in the structure of a magnet unit disposed on the back side of a cathode electrode supporting a target on the front side in sputtering, and a magnetron sputtering apparatus provided with the magnet unit.
  • a magnetron is generated on a target discharge surface by a magnet unit disposed on the back side of a cathode electrode supporting a target to confine and densify plasma. Then, ions of plasma generated in this apparatus collide with the target, and the target material is repelled and attached to the substrate, whereby a thin film is formed.
  • the deposition rate strongly depends on the electric field applied to the target and the leakage magnetic field strength.
  • the magnetron strength of the magnet unit strongly affects the plasma density and affects the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate.
  • the higher the magnetron intensity the higher the plasma density of the corresponding target and the higher the sputtering rate, so the deposition rate of the corresponding substrate position also rises.
  • FIG. 15 is an explanatory view showing a magnetron sputtering apparatus which performs film formation while passing a substrate in front of a target.
  • the substrate 87 is passed so as to be orthogonal to the generally rectangular target 86 in the longitudinal direction. Therefore, as shown in (C), the sputtered particles from both ends in the longitudinal direction of the target 86 are small, and as shown in (B), the film thickness decreases at both ends of the substrate 87 and the film thickness distribution is deteriorated. I was invited. Therefore, as shown in (D), in order to improve the deterioration of the film thickness distribution, the length in the longitudinal direction of the target 86 is increased, and the cathode electrode and the magnet unit 80 are extended correspondingly. It has corresponded.
  • the substrate comprises a central magnet and an annular outer peripheral magnet surrounding the central magnet and having a polarity different from that of the central magnet, forming T-shaped portions at both ends of the central magnet and expanding the magnetic tracks at both ends.
  • a technique for improving the film thickness distribution of the above thin film has been proposed (see Patent Document 2).
  • the present invention provides a magnet unit and a magnetron sputtering apparatus capable of making the film thickness distribution of a thin film formed on a substrate uniform regardless of the magnetic properties of the target and without increasing the target length and width.
  • the purpose is to
  • a yoke made of a ferromagnetic plate material, an annular outer peripheral magnet disposed along the contour of the target on the yoke, and the outer peripheral magnet on the yoke
  • An inner magnet which is disposed inside the outer circumferential magnet and has a polarity different from that of the outer circumferential magnet, and a group of areas where tangents of magnetic lines of force generated on the target by the outer circumferential magnet and the inner magnet are parallel to the target surface
  • n is 2 or more positive And n-1 projecting magnetic poles positioned between the n extending magnetic pole portions and protruding inward in the longitudinal direction from the inner sides of both ends of the outer peripheral magnet
  • the n extended magnetic pole portions and the n-1 protruding magnetic pole portions form a number of
  • the number n of the extending magnetic pole portions of the inner magnet and the number n-1 of the protruding magnetic pole portions of the outer peripheral magnet cause the number of 2n-1 folded shapes at both ends in the longitudinal direction of the magnetic track. It is formed. Therefore, the magnetic lines of force at both end portions in the longitudinal direction of the magnetic track are compensated by the number of 2n-1 folds, and film formation is performed on the substrate regardless of the magnetic characteristics of the target and without increasing the target length.
  • the film thickness distribution of the thin film can be made uniform.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a schematic configuration of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an example of a mechanism for passing a substrate.
  • FIG. 3 is a schematic view showing another example of the mechanism for passing the substrate.
  • the sputtering apparatus 1 of the present embodiment is provided with a vacuum vessel 2 that defines a processing chamber capable of vacuum evacuation.
  • An exhaust device such as an exhaust pump is connected to the exhaust port 3 of the vacuum vessel 2 via a conductance valve (not shown) or the like.
  • a gas introduction system 4 provided with a flow rate controller or the like as an introduction means for a processing gas (process gas) is connected to the vacuum vessel 2, and the processing gas is supplied from this gas introduction system 4 at a predetermined flow rate.
  • a single gas or a mixed gas containing a rare gas such as argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) can be used.
  • the vacuum vessel 2 includes a stage 5 for supporting a substrate, and a cathode electrode (not shown) disposed to face the substrate and supporting a target 6 on the front side.
  • the material of the target 6 supported on the front side of the cathode electrode is, for example, a single composition of tantalum (Ta), copper (Cu), titanium (Ti) or the like, or two or more of GeSbTe or NiFe.
  • the thing of the composite composition which consists of a composition can be used.
  • the target 6 may be a nonmagnetic material such as Ta or Cu, or a magnetic material such as NiFe.
  • the target 6 of the present embodiment is, for example, a rectangular (rectangular) plate material, and is joined to the front surface (lower surface) of the main body of the cathode electrode.
  • the cathode electrode is connected to, for example, a high frequency power source or the like to which a variable voltage can be applied via a matching circuit (all not shown).
  • a magnet unit 10 is disposed on the back side of the cathode electrode, and this magnet unit 10 can form plasma with high density. That is, the sputtering apparatus 1 of the present embodiment introduces a processing gas into the processing chamber in the vacuum vessel 2 and applies a high voltage to the cathode electrode from a high frequency power source or the like (electric power for discharge) Form a magnetic field. Thus, the sputtering apparatus 1 generates plasma in the processing chamber to form a thin film of the target material on the substrate. Of course, plasma may be generated by direct current discharge, pulse discharge, or the like. The detailed structure of the magnet unit 10 will be described later.
  • a transport mechanism 15 for passing the substrate is disposed in front of the target 6.
  • the substrate transport mechanism 15 is configured of, for example, a strip-shaped guide rail.
  • the guide rails 15 extend in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the target 6, support a plurality of substrates 7 thereon, and sequentially guide them on the stage 5. Then, in the sputtering apparatus 1 of the present embodiment, the film formation is performed while the substrate 7 to be processed passes through in front of the target 6.
  • the sputtering apparatus 1 can simultaneously perform sputtering and substrate transportation.
  • the stage 5 may have a built-in heating mechanism (not shown) such as a heater.
  • the substrate 7 may be, for example, a semiconductor wafer, which is guided on the guide rail 15 in a state of only the substrate or in a state of being mounted on a tray.
  • the substrate transport mechanism 25 is constituted by, for example, a stage rotation mechanism which rotates a circular stage 5 supporting the substrate 7 along a circle whose tangent is the mounting surface. It is also good.
  • the stage 5 has a rotation axis 25A extended along the longitudinal parallel direction of the rectangular target 6. By rotating the stage 5 about this rotation axis 25A, the front of the target 6 is taken as the substrate 7 Will pass.
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the magnet unit of the first embodiment.
  • the magnet unit 10 of the present embodiment is provided with a yoke 20 having the same shape (rectangle) as the target 6 and made of a ferromagnetic plate on the back side of the cathode electrode.
  • a yoke 20 having the same shape (rectangle) as the target 6 and made of a ferromagnetic plate on the back side of the cathode electrode.
  • an annular outer peripheral magnet 30 disposed along the contour of the target 6 and an inner magnet 40 disposed in the outer peripheral magnet and different in polarity from the outer peripheral magnet 30 are provided.
  • the main body (first magnetic pole) 31 of the outer peripheral magnet 30 is formed in an annular shape (rectangular frame shape) along the outline of the target 6.
  • the internal magnets 40 disposed in the main body (first magnetic pole) 31 of the outer peripheral magnet 30 extend from the central portion thereof to both sides in the longitudinal direction, and n n adjacent to both ends in the longitudinal direction of the outer peripheral magnet 30 And the extended magnetic pole portion 41 of FIG. Specifically, the internal magnet 40 includes n long magnetic pole pieces (third magnetic poles) 42 having the extended magnetic pole portions 41 at both ends. In the present embodiment, two third magnetic poles 42 pass through the longitudinal center portion CL of the outer peripheral magnet 30 and are arranged in parallel along the longitudinal direction of the outer peripheral magnet 30.
  • the internal magnet 40 is provided with a coupled magnetic pole piece (fourth magnetic pole) 43 connecting the n long magnetic pole pieces (third magnetic pole) 42.
  • a coupled magnetic pole piece (fourth magnetic pole) 43 connecting the n long magnetic pole pieces (third magnetic pole) 42.
  • two third magnetic poles 42 are spaced apart, and they are connected by two fourth magnetic poles 43 spaced apart.
  • the long magnetic pole piece (third magnetic pole) 42 and the coupling magnetic pole piece (fourth magnetic pole) 43 have the same polarity.
  • n-1 protrusions are provided inward in the longitudinal direction so as to be located between the n extending magnetic pole portions 41.
  • the magnetic pole portion (second magnetic pole) 32 is protruded.
  • one protruding magnetic pole portion (second magnetic pole) 32 is protruded inside the both ends of the outer peripheral magnet 40 .
  • the outer peripheral magnet 30 forms a first magnet assembly
  • the internal magnet 40 forms a second magnet assembly
  • the first magnet assembly and the second magnet assembly mutually The polarity is different.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing the formation of magnetic lines of force in a general magnet unit.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing a magnetic track formed by the magnet unit of the first embodiment. In FIG. 5, the top and bottom of the target 6 and the magnet unit 10 are shown in reverse.
  • a large number of curved magnetic lines of force (magnetron) M are generated on the front surface of the target 6 by the outer peripheral magnet 30 and the internal magnet 40.
  • the tangent of the magnetic field lines M generated on the target forms a magnetic track MT which is a set of regions parallel to the target surface.
  • n extending magnetic pole portions 41 are extended at both ends of the internal magnet 40, and are directed inwardly in the longitudinal direction inside the both ends of the outer peripheral magnet 30.
  • n-1 projecting magnetic pole portions 32 are projected. Therefore, at both end portions in the longitudinal direction of the magnetic track MT, the n extended magnetic pole portions 41 and the n ⁇ 1 protruding magnetic pole portions 32 form a number of 2n ⁇ 1 folded shapes.
  • the magnet unit 10 of the present embodiment since the two extending magnetic pole portions 41 and one projecting magnetic pole portion 32 are alternately arranged at each end, as shown in FIG. The wave-like three folded portions U are formed at both ends in the longitudinal direction.
  • the number of the extended magnetic pole portions 41, the protruding magnetic pole portions 32, and the folded portions U in the present embodiment is an example, and the present invention can be grasped by substituting a positive integer of 2 or more for n.
  • a positive integer of 2 or more for n For example, when there are three extending magnetic pole portions 41, two protruding magnetic pole portions 32 located between the adjacent extending magnetic pole portions 41 are two, and five folded shape portions U at both end portions in the longitudinal direction of the magnetic track MT. Is formed.
  • the number of the extended magnetic pole portions 41 is four, the number of the protruding magnetic pole portions 32 located between the adjacent adjacent extended magnetic pole portions 41 is three, and seven folded shape portions at both ends in the longitudinal direction of the magnetic track MT. U is formed.
  • the magnet unit 10 of the first embodiment it is possible to adjust the magnetic track length without changing the target width or the target length. That is, in the present embodiment, since the magnetic pole long piece (third magnetic pole) 42 having the extending magnetic pole parts 41 at both ends is continuous, the protruding magnetic pole parts (second magnetic poles) provided inside the both ends of the outer peripheral magnet 30 The magnetic track lengths at both ends of the target can be extended by appropriately returning the extension length of 32). Further, in the central region of the target 6, two sets of internal magnets 40 are arranged in parallel to the outer peripheral magnet 30, and a strong magnetic field can be generated.
  • the magnetic lines of force at both end portions in the longitudinal direction of the magnetic track MT are compensated by the number of folded portions U of 2 n -1, regardless of the magnetic characteristics of the target 6, and without increasing the target length.
  • the film thickness distribution of the thin film to be formed can be made uniform.
  • the magnet unit 10 of the present embodiment is mounted on the sputtering apparatus 1 capable of transporting the substrate 7 in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the target 6, the film thickness reduction of the substrate outer peripheral portion corresponding to the longitudinal direction of the target 6 Can be reduced.
  • FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the magnet unit of the second embodiment.
  • the same components as in the first embodiment will be described with the same reference numerals.
  • the yoke 20 and the outer peripheral magnet 30 have the same structure as that of the first embodiment. That is, on the back side of the cathode electrode, a yoke 20 which is the same rectangle as the target 6 and is made of a ferromagnetic plate material is provided. Further, the main body (first magnetic pole) 31 of the outer peripheral magnet 30 is formed in a rectangular frame shape along the outline of the target 6. Further, n-1 projecting magnetic pole portions (second magnetic poles) 32 project inward in the longitudinal direction from both ends inside of the main body (first magnetic pole) 31 of the outer peripheral magnet 30.
  • the inner magnet 40 includes a central short magnetic pole piece (fifth magnetic pole) 62 disposed along the longitudinal direction at a central portion in the outer peripheral magnet.
  • the central magnetic pole short piece 62 is a single magnetic pole material, but a plurality of central magnetic pole short pieces 62 may be provided in parallel.
  • n extending magnetic pole portions (third magnetic poles) 41 are branch-connected through branch magnetic pole pieces (fourth magnetic poles) 63.
  • the branch magnetic pole piece (fourth magnetic pole) 63 and the central magnetic pole short piece (fifth magnetic pole) 62 have a U-shape, and the extended magnetic pole parts 41 are arranged in parallel along the longitudinal direction of the outer peripheral magnet 30. ing.
  • two branch magnetic pole pieces (fourth magnetic pole) 63 may be arranged in a V-shape.
  • the internal magnet 40 includes n extended magnetic pole portions (third magnetic pole) 41 at both ends of the central magnetic pole short piece (fifth magnetic pole) 62 via the branch portion magnetic pole piece (fourth magnetic pole) 63. Between the n third magnetic poles 41, n-1 projecting magnetic pole portions (second magnetic poles) 32 of the external magnet 30 project.
  • two third magnetic poles 41 are branched and extended at both ends of one fifth magnetic pole 62 via the fourth magnetic pole 63, and one external magnet 30 is interposed between the third magnetic poles 41.
  • the second magnetic pole 32 of the book protrudes.
  • the fifth magnetic pole 62, the fourth magnetic pole 63 and the third magnetic pole 41 constituting the internal magnet 40 have the same polarity.
  • the outer peripheral magnet 30 forms a first magnet assembly
  • the internal magnet 40 forms a second magnet assembly
  • the first magnet assembly and the second magnet assembly mutually The polarity is different.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing the main part of a magnetic track formed by the magnet unit of the second embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing a state in which the non-erosion area of the second embodiment is smaller than that of the first embodiment.
  • n extending magnetic pole portions 41 are extended at both ends of the internal magnet 40, and inward in the longitudinal direction inside the both ends of the outer peripheral magnet 30 n
  • One protruding magnetic pole portion 32 is protruded. Therefore, as shown in FIG. 8, the n extended magnetic pole portions 41 and n ⁇ 1 protruding magnetic pole portions 32 fold back the number of 2 n ⁇ 1 at both end portions in the longitudinal direction of the magnetic track MT. Shaped portion U is formed.
  • the wave shape is provided at both ends in the longitudinal direction of the magnetic track MT.
  • the three folded portions U are to be formed.
  • the number of the extended magnetic pole portions 41, the protruding magnetic pole portions 32, and the folded portions U in the present embodiment is an example, and the present invention can be grasped by substituting a positive integer of 2 or more for n.
  • a positive integer of 2 or more for n For example, when there are three extending magnetic pole portions 41, two protruding magnetic pole portions 32 located between the adjacent extending magnetic pole portions 41 are two, and five folded shape portions W are provided at both ends in the longitudinal direction of the magnetic track MT. Is formed.
  • the number of the extended magnetic pole portions 41 is four, the number of the protruding magnetic pole portions 32 located between the adjacent adjacent extended magnetic pole portions 41 is three, and seven folded shape portions at both ends in the longitudinal direction of the magnetic track MT. W is formed.
  • the magnetic track length can be adjusted without changing the target width or the target length regardless of the magnetic characteristics of the target. That is, in the present embodiment, the extending length D of the extending magnetic pole portions (third magnetic pole) 41 at both end portions of the internal magnet 40 and the protruding magnetic pole portions (second magnetic poles) provided inside the both ends of the outer peripheral magnet 30
  • the magnetic track lengths at both ends of the target can be extended by appropriately returning the projection length C of 32. That is, when it is desired to extend the magnetic track length at both ends of the target, it can be coped with by extending the extension length D of the third magnetic pole 41 and the length of the protruding length CD of the second magnetic pole 32. There is no need to change the size.
  • the distance between the outer peripheral magnet 30 and the fifth magnetic pole 62 is increased.
  • the magnetic track is closer to the center portion of the target short axis compared to the magnet unit 10 of the first embodiment, so the plasma presence region moves near the center portion of the target short axis. , The non-erosion area N becomes smaller.
  • the magnet units 10 and 50 of the first and second embodiments it is possible to make the erosion track length at both ends of the target longitudinal longer as compared with the conventional magnet unit. Therefore, according to the magnet units 10 and 50 of the first and second embodiments, the number of sputtered particles from both ends of the target in the longitudinal direction is larger than that in the conventional magnet unit, and the film thickness in the region A is reduced. The deterioration of the film thickness distribution can be suppressed.
  • the magnet units 10 and 50 may be swung along the longitudinal direction.
  • Example 1 In the first embodiment, a plurality of silicon substrates are supported on a guide rail by using the sputtering apparatus 1 of FIG. 1 and the transport mechanism (guide rail) 15 of FIG. 2, and the guide rail is in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the target. The film was moved to form a titanium nitride film on each substrate.
  • Titanium (Ti) was used as a target 6 supported by the cathode electrode, and a mixed gas of Ar and N 2 was introduced as a processing gas into the vacuum vessel 2.
  • FIG. 10 is an explanatory view showing the film formation situation of Example 1 in relation to the prior art. As shown in FIGS. 10A and 10C, when the conventional magnet unit is mounted on the sputtering apparatus 1, a decrease in film thickness is observed at the substrate outer peripheral portion corresponding to both end portions in the longitudinal direction of the target 6. .
  • the magnet unit 10 by using the magnet unit 10 according to the present invention, the magnetic field strength on both sides in the longitudinal direction of the target 6 is increased, and the magnetic field strength in the central part is decreased. Therefore, sputtered particles from both sides in the longitudinal direction of the target 6 increase relatively, and the film thickness distribution deposited on the passing substrate is improved without extending the target length.
  • FIG. 11 is an explanatory view showing the dimensional relationship between the target and the substrate.
  • P 200 mm
  • W 600 mm
  • D 130 mm
  • T 80 mm.
  • Example 2 In the second embodiment, the silicon substrate is supported on the stage 5 using the sputtering apparatus 1 of FIG. 1 and the transport mechanism (rotation mechanism) 25 of FIG. 3, and the substrate 7 is orthogonal to the longitudinal direction of the target 6 by the rotation mechanism 25.
  • the tantalum nitride film was formed on each substrate 7.
  • Tantalum (Ta) was used as a target 6 supported by the cathode electrode, and a mixed gas of Ar and N 2 was introduced into the vacuum vessel 2 as a processing gas.
  • FIG. 12 is an explanatory view showing the film formation situation of Example 2 in relation to the prior art.
  • the conventional magnet unit is mounted on the sputtering apparatus 1
  • the width of the short-cut portion S of the magnetic track MT is reduced, so that the substrate corresponds to both ends in the longitudinal direction of the target.
  • a decrease in film thickness was observed at the outer peripheral portion.
  • the magnet unit 50 As described above, by using the magnet unit 50 according to the present invention, the magnetic field strength on both sides in the longitudinal direction of the target 6 is increased, and the magnetic field strength in the central portion is decreased. Therefore, sputtered particles from both sides in the longitudinal direction of the target 6 increase relatively, and the film thickness distribution deposited on the passing substrate is improved without extending the target length.
  • the sputtering apparatus of the present invention is not limited to the formation of the nitride film shown in the first and second embodiments, and can be used, for example, in the manufacture of a solar cell.
  • the CIS solar cell that has recently been attracting attention will be described as an example.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a general CIS solar cell.
  • the lower electrode 102 (for example, Mo film) is formed on the substrate 101
  • the p-type semiconductor layer 103 (for example Cu (In, Ga) Se 2 ) is formed on the lower electrode 102
  • the deposition method It can use for film-forming of the transparent electrode 105 (for example, ITO (Indium Tin Oxide)) on the n-type-semiconductor layer 104 (for example, CdS) formed of etc.
  • the transparent electrode 105 for example, ITO (Indium Tin Oxide)
  • the n-type-semiconductor layer 104 for example, CdS
  • sputtering deposition can be applied to the antireflective film 106 etc., it is possible to use the sputtering apparatus of the present invention.
  • by arranging a plurality of magnet units of the present invention in a direction perpendicular to the longitudinal direction and swinging them it becomes possible to form a uniform film on a large substrate.
  • the present invention is applicable not only to the illustrated magnetron sputtering apparatus but also to plasma processing apparatuses such as a dry etching apparatus, a plasma asher apparatus, a CVD apparatus, and a liquid crystal display manufacturing apparatus.
  • plasma processing apparatuses such as a dry etching apparatus, a plasma asher apparatus, a CVD apparatus, and a liquid crystal display manufacturing apparatus.

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Abstract

　ターゲット長や幅を増大させることなく、基板上に成膜される薄膜の膜厚分布を均一にすることができる磁石ユニットを提供する。 　カソード電極背面側のヨーク２０上にターゲット６の輪郭に沿って配された環状外周磁石３０と、外周磁石内に配置され、外周磁石と極性が異なる内部磁石４０と、を備え、ターゲット上に発生した磁力線Ｍの接線がターゲット面と平行となる領域集合の磁気トラックＭＴを形成する磁石ユニット１０であって、内部磁石の中央部から長手方向の両側へ向けて延出され、外周磁石の長手方向両端に近接するｎ（ｎは２以上の正の整数）本の延出磁極部４１と、外周磁石の両端内側から長手方向内方へ向けて突出され、ｎ本の延出磁極部の間に位置するｎ－１本の突出磁極部３２と、を有し、ｎ本の延出磁極部とｎ－１本の突出磁極部とが磁気トラックの長手方向両端部に２ｎ－１の数の折り返し形状部Ｕを形成する。

Description

磁石ユニットおよびマグネトロンスパッタリング装置
　本発明は、スパッタリングにおいてターゲットを前面側に支持するカソード電極の背面側に配置される磁石ユニットの構造の改良、および該磁石ユニットを備えたマグネトロンスパッタリング装置に関する。
　マグネトロンスパッタリング装置は、ターゲットを支持するカソード電極の背面側に配置された磁石ユニットによりターゲット放電面にマグネトロンを発生させ、プラズマを閉じ込めて高密度化する。そして、この装置にて発生したプラズマのイオンがターゲットに衝突することにより、ターゲット物質が弾き飛ばされ、基板に付着して薄膜が成膜される。
　したがって、成膜レートは、ターゲットに加わる電界と漏洩磁場強度とに強く依存することになる。特に、磁石ユニットのマグネトロン強度はプラズマ密度に強く作用し、基板上に成膜される薄膜の膜厚分布に影響を与える。一般的には、マグネトロン強度が高いほど、対応するターゲットのプラズマ密度が上がってスパッタリングレートが上昇するため、対応する基板位置の成膜レートも上昇する。
　また、図１５はターゲットの前方において基板を通過させながら成膜を行うマグネトロンスパッタリング装置を示す説明図である。図１５において、この種の通過型成膜システムでは、（Ａ）に示すように、一般に矩形のターゲット８６の長手方向に直交するように基板８７を通過させている。したがって、（Ｃ）に示すように、ターゲット８６の長手方向両端部からのスパッタ粒子が少なく、（Ｂ）に示すように、基板８７の両端部において膜厚が減少し、膜厚分布の悪化を招いていた。そこで、（Ｄ）に示すように、膜厚分布の悪化を改善するために、ターゲット８６の長手方向の長さを長くし、これに対応させてカソード電極及び磁石ユニット８０を拡長することで対応してきた。
　しかし、基板の両端部の膜厚低下を改善するためにターゲットを長くすることは、ターゲット材料の消費量を増大させることに他ならず、ランニングコストを増大させることになる。
　このような観点から、従来より、基板上に成膜される薄膜の膜厚分布を調整する方法が種々提案されている。例えば、基板上の薄膜の膜厚分布を改善する領域に対応するターゲット上の磁場強度を個々のマグネット高さを最適化することで、膜厚分布の改善を図る技術が提案されている（特許文献１参照）。すなわち、この膜厚調整方法は、基板上の薄膜の膜厚が低い領域に対応するターゲット上の磁場強度を高めることにより、成膜レートを上昇させて膜厚を増加させて膜厚分布を改善する方法である。
　さらに、中心磁石と、この中心磁石を取り囲み該中心磁石と極性の異なる環状の外周磁石とからなり、中心磁石の両端部にＴ字部を形成し、両端の磁気トラックを拡張することにより、基板上の薄膜の膜厚分布を改善する技術が提案されている（特許文献２参照）。
特公平７－２６２０２号公報 特許第３７９８０３９号公報
　ところで、特許文献１のマグネット高さを最適化して磁場強度を調整する技術では、ターゲットが磁性・強磁性体である場合は、放電着火に必要なターゲット上の漏洩磁場強度を高くしなければならない。例えば、ターゲット材がＦｅＣｏのような強磁性体である場合には、マグネットとしてＮｄＦｅＢ材を使用する。このような強力なマグネット材料を使用しても、ＦｅＣｏのような強磁性体ターゲットを放電着火するだけの磁場強度を得ることは難しい。そのような状況でマグネット材の高さを変えても、膜厚分布を調整できるほどターゲット上の磁場強度を大きく変えることはできない。
　また、特許文献２の技術では、ターゲット材に強磁性体などを使用した場合、磁力線がターゲット内部を通りやすいため、磁気トラックはコーナ部をショートカットした形状となる。そのため、中心磁石の両端部にＴ字部を形成しただけでは、磁気トラック長は調整できない。ターゲットの両端部の磁気トラック長を伸ばすには、図１６に示すように、Ｔ字部の幅方向長さＡを伸ばさなければならないが、マグネット幅Ｂに制限される。
　本発明は、ターゲットの磁性特性に関わらず、またターゲット長や幅を増大させることなく、基板上に成膜される薄膜の膜厚分布を均一にすることができる磁石ユニットおよびマグネトロンスパッタリング装置を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成すべく成された本発明の構成は以下の通りである。
　即ち、矩形のターゲットを支持するカソード電極の背面側に、強磁性板材からなるヨークと、該ヨーク上に前記ターゲットの輪郭に沿って配置された環状の外周磁石と、上記ヨーク上の上記外周磁石の内部に配置され、上記外周磁石と極性が異なる内部磁石と、を備え、上記外周磁石および上記内部磁石によって上記ターゲット上に発生した磁力線の接線が上記ターゲット面と平行になるような領域の集合としての磁気トラックを形成する磁石ユニットであって、上記内部磁石の中央部から長手方向の両側へ向けて延出され、上記外周磁石の長手方向の両端に近接するｎ（ｎは２以上の正の整数）本の延出磁極部と、上記外周磁石の両端内側から長手方向の内方へ向けて突出され、上記ｎ本の延出磁極部の間に位置するｎ－１本の突出磁極部と、を有し、上記ｎ本の延出磁極部と前記ｎ－１本の突出磁極部とが上記磁気トラックの長手方向の両端部に２ｎ－１の数の折り返し形状部を形成することを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットである。
　本発明によれば、内部磁石のｎ本の延出磁極部と、外周磁石のｎ－１本の突出磁極部とによって、磁気トラックの長手方向の両端部に２ｎ－１の数の折り返し形状が形成される。したがって、２ｎ－１の数の折り返し部によって、磁気トラックの長手方向の両端部の磁力線が補われ、ターゲットの磁性特性に関わらず、またターゲット長を増大させることなく、基板上に成膜される薄膜の膜厚分布を均一にすることができる。
本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す模式図である。 基板を通過させる機構の一例を示す概略図である。 基板を通過させる機構の他の例を示す概略図である。 第１の実施形態の磁石ユニットの構成を示す平面図である。 一般的な磁石ユニットの磁力線の形成状況を示す説明図である。 第１の実施形態の磁石ユニットによって形成される磁気トラックを示す説明図である。 第２の実施形態の磁石ユニットの構成を示す平面図である。 第２の実施形態の磁石ユニットによって形成される磁気トラックの要部を示す説明図である。 第１の実施形態に比して、第２の実施形態の非エロージョンエリアが小さくなった状況を示す説明図である。 実施例１の成膜状況を従来技術との関係で示す説明図である。 ターゲットと基板とのディメンジョン関係を示す説明図である。 実施例２の成膜状況を従来技術との関係で示す説明図である。 第２の実施形態の磁石ユニットの変形例の構成を示す平面図である。 一般的なＣＩＳ系太陽電池の構造を示す断面模式図である。 従来のターゲットの前方において基板を通過させながら成膜を行うマグネトロンスパッタリング装置を示す説明図である。 特許文献２の磁石ユニットの要部を示す平面図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
　まず、図１から図３を参照して、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置について説明する。この本実施形態のマグネトロンスパッタリング装置１（以下、「スパッタリング装置」という。）は、後述する第１および第２の磁石ユニット１０、５０を搭載する装置として共通する。図１は、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す模式図である。図２は、基板を通過させる機構の一例を示す概略図である。図３は、基板を通過させる機構の他の例を示す概略図である。
　図１に示すように、本実施形態のスパッタリング装置１は、真空排気可能な処理室を区画する真空容器２を備えている。真空容器２の排気口３には、不図示のコンダクタンスバルブ等を介して排気ポンプ等の排気装置が接続されている。また、真空容器２には、処理ガス（プロセスガス）の導入手段として流量制御器などを備えたガス導入系４が接続され、このガス導入系４から処理ガスが所定の流量で供給する。処理ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）等の希ガスや窒素（Ｎ2）等を含む単体または混合ガスを用いることができる。
真空容器２内には、基板を支持するステージ５と、基板に対向するように配され、ターゲット６を前面側に支持する不図示のカソード電極と、を備えている。
　カソード電極の前面側に支持されるターゲット６の材料としては、例えば、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）などの単一組成のものや、ＧｅＳｂＴｅやＮｉＦｅのような２以上の組成からなる複合組成のものを用いることができる。ターゲット６は、ＴａやＣｕは非磁性材料であっても、ＮｉＦｅ等の磁性材料であっても構わない。本実施形態のターゲット６は、例えば、矩形（長方形）の板材であって、カソード電極の本体前面（下面）に接合されている。
　カソード電極には、例えば整合回路を介して可変電圧を印可可能な高周波電源等に接続されている（いずれも図示せず）。カソード電極の背面側には、磁石ユニット１０が配置され、この磁石ユニット１０によって、プラズマを高密度で形成することができる。即ち、本実施形態のスパッタリング装置１は、真空容器２内の処理室に処理ガスを導入し、カソード電極に高周波電源等（放電用電力）から高電圧を印可すると共に、磁石ユニット１０によってカソード電極に磁場を形成する。これにより、スパッタリング装置１は、処理室にプラズマを発生させ、基板上にターゲット物質の薄膜を成膜する。もちろん、直流放電、パルス放電等でプラズマを発生させてもよい。なお、磁石ユニット１０の詳細構造については、後述する。
　また、図２に示すように、ターゲット６の前方には、前記基板を通過させる搬送機構１５が配設されている。この基板の搬送機構１５は、例えば、帯状のガイドレールによって構成されている。ガイドレール１５は、ターゲット６の長手方向と直交する方向に延出されており、その上に複数の基板７を支持してステージ５上に順次案内する。そして、本実施形態のスパッタリング装置１は、ターゲット６の前方を処理対象としての基板７が通過しながら成膜される。このスパッタリング装置１は、スパッタリングと基板搬送を同時に行うことが可能である。なお、ステージ５には、ヒータ等の不図示の加熱機構を内蔵していてもよい。
　基板７としては、例えば、半導体ウエハが挙げられ、基板のみの状態もしくはトレイに搭載された状態で、ガイドレール１５上を案内される。
　また、図３に示すように、基板の搬送機構２５は、例えば、基板７を支持する円形のステージ５をその載置面を接線とする円上に沿って回転させるステージ回転機構によって構成してもよい。この構成例では、ステージ５は矩形ターゲット６の長手平行方向に沿って延出された回転軸２５Ａをもっており、この回転軸２５Ａの軸回りステージ５を回転させることで、ターゲット６の前方を基板７が通過する。
　〔第１の実施形態〕
　次に、図４を参照して、上記スパッタリング装置１に搭載される第１の実施形態の磁石ユニット１０について説明する。図４は、第１の実施形態の磁石ユニットの構成を示す平面図である。
　図４に示すように、本実施形態の磁石ユニット１０は、カソード電極の背面側に、ターゲット６と同一の形状（長方形）であって、強磁性板材からなるヨーク２０を備えている。このヨーク上には、ターゲット６の輪郭に沿って配置された環状の外周磁石３０と、外周磁石内に配置され、外周磁石３０と極性が異なる内部磁石４０と、が備えられている。
　上述したように、外周磁石３０の本体（第１磁極）３１は、ターゲット６の輪郭に沿って環状（矩形枠体状）に形成されている。
　この外周磁石３０の本体（第１磁極）３１内に配置された内部磁石４０は、その中央部から長手方向の両側へ向けて延出され、外周磁石３０の長手方向の両端に近接するｎ本の延出磁極部４１を備えている。具体的には、内部磁石４０は、上記延出磁極部４１を両端に有するｎ本の磁極長片（第３磁極）４２を備えている。本実施形態では、２本の第３磁極４２が外周磁石３０の長手方向中心部ＣＬを通り、外周磁石３０の長手方向に沿って平行に配置されている。
　内部磁石４０は、ｎ本の磁極長片（第３磁極）４２を接続する結合磁極片（第４磁極）４３を備えている。本実施形態では、２本の第３磁極４２が間隔を隔てて配置され、これらの間が間隔を隔てて２本の第４磁極４３によって接続されている。これら磁極長片（第３磁極）４２および結合磁極片（第４磁極）４３は同一極性を有している。
　また、外周磁石３０の本体（第１磁極）３１の両端内側には、ｎ本の延出磁極部４１の間に位置するように、その長手方向の内方へ向けてｎ－１本の突出磁極部（第２磁極）３２が突出されている。本実施形態では、各端部に２本の延出磁極部４１が配置されているので、外周磁石４０の両端内側に、各１本の突出磁極部（第２磁極）３２が突出されている。
　即ち、第１の実施形態の磁石ユニット１０は、外周磁石３０が第１マグネットアセンブリを形成し、内部磁石４０が第２マグネットアセンブリを構成しており、第１マグネットアセンブリと第２マグネットアセンブリは互いに極性が異なっている。
　次に、図４から図６を参照して、第１の実施形態の磁石ユニット１０の作用について説明する。図５は、一般的な磁石ユニットの磁力線の形成状況を示す説明図である。図６は、第１の実施形態の磁石ユニットによって形成される磁気トラックを示す説明図である。なお、図５では、ターゲット６および磁石ユニット１０の天地を逆転させて図示している。
　図５（Ａ）に示すように、外周磁石３０および内部磁石４０によって、ターゲット６の前面には多数の湾曲状の磁力線（マグネトロン）Ｍが発生する。図５（Ｂ）に示すように、ターゲット上に発生した磁力線Ｍの接線は、ターゲット面と平行になるような領域の集合である磁気トラックＭＴを形成する。
　本発明に係る磁石ユニットでは、図４に示すように、内部磁石４０の両端部にｎ本の延出磁極部４１が延出され、外周磁石３０の両端内側にその長手方向の内方へ向けてｎ－１本の突出磁極部３２が突出されている。したがって、磁気トラックＭＴの長手方向の両端部には、これらｎ本の延出磁極部４１とｎ－１本の突出磁極部３２とによって、２ｎ－１の数の折り返し形状が形成される。本実施形態の磁石ユニット１０では、各端部に２本の延出磁極部４１と１本の突出磁極部３２とが互い違いに配置されているので、図６に示すように、磁気トラックＭＴの長手方向の両端部に波状の３つの折り返し形状部Ｕが形成されることになる。
　本実施形態における延出磁極部４１、突出磁極部３２および折り返し形状部Ｕの数は例示であって、ｎに２以上の正の整数を代入して本発明が把握される。例えば、延出磁極部４１が３本の場合、相隣接する延出磁極部４１間に位置する突出磁極部３２は２本となり、磁気トラックＭＴの長手方向の両端部に５つの折り返し形状部Ｕが形成される。同様に、延出磁極部４１が４本の場合、相隣接する延出磁極部４１間に位置する突出磁極部３２は３本となり、磁気トラックＭＴの長手方向の両端部に７つの折り返し形状部Ｕが形成される。
　このように、第１の実施形態の磁石ユニット１０によれば、ターゲット幅もターゲット長も変更することなく、磁気トラック長を調整することが可能となる。即ち、本実施形態では、両端部に延出磁極部４１を有する磁極長片（第３磁極）４２は連続しているので、外周磁石３０の両端内側に設けられた突出磁極部（第２磁極）３２の突出し長さを適宜帰ることでターゲット両端の磁気トラック長を伸ばすことができる。また、ターゲット６の中央領域は、外周磁石３０に対して２本組の内部磁石４０が平行に並んでおり、強力な磁場を発生させることが可能である。
　したがって、２ｎ－１の数の折り返し部Ｕによって、磁気トラックＭＴの長手方向の両端部の磁力線が補われ、ターゲット６の磁性特性に関わらず、またターゲット長を増大させることなく、基板７上に成膜される薄膜の膜厚分布を均一にすることができる。
　また、本実施形態の磁石ユニット１０を基板７をターゲット６の長手方向と直交する方向に搬送しうるスパッタリング装置１に搭載した場合に、ターゲット６の長手方向に対応する基板外周部の膜厚低下を抑えることができる。
　〔第２の実施形態〕
　次に、図７を参照して、上記スパッタリング装置１に搭載される第２の実施形態の磁石ユニット５０について説明する。図７は、第２の実施形態の磁石ユニットの構成を示す平面図である。なお、第１の実施形態と同一の構成部材については同一の符号を付して説明する。
　図７に示すように、第２の実施形態の磁石ユニット５０において、ヨーク２０および外周磁石３０は第１の実施形態と同一の構造を有している。即ち、カソード電極の背面側には、ターゲット６と同一の長方形であって、強磁性板材からなるヨーク２０を備えている。また、外周磁石３０の本体（第１磁極）３１は、ターゲット６の輪郭に沿って矩形枠体状に形成されている。さらに、外周磁石３０の本体（第１磁極）３１の両端内側には、その長手方向の内方へ向けてｎ－１本の突出磁極部（第２磁極）３２が突出されている。
　内部磁石４０は、外周磁石内の中央部にその長手方向に沿って配置された中央磁極短片（第５磁極）６２を備えている。本実施形態では、中央磁極短片６２は単一の磁極材であるが、平行に複数設けられていてもよい。この中央磁極短片６２の両端部には、分岐部磁極片（第４磁極）６３を介してｎ本の延出磁極部（第３磁極）４１が分岐接続されている。分岐部磁極片（第４磁極）６３と中央磁極短片（第５磁極）６２とはコ字状を呈しており、各延出磁極部４１は外周磁石３０の長手方向に沿って平行に配置されている。尚、図１３に示す様に、二本の分岐部磁極片（第４磁極）６３をＶの字状に配置してもよい。
　即ち、内部磁石４０は、中央磁極短片（第５磁極）６２の両端部に、分岐部磁極片（第４磁極）６３を介してｎ本の延出磁極部（第３磁極）４１を備えており、これらｎ本の第３磁極４１の間に外部磁石３０のｎ－１本の突出磁極部（第２磁極）３２が突出している。本実施形態では、１本の第５磁極６２の両端部に、第４磁極６３を介して２本の第３磁極４１が分岐延出され、これら第３磁極４１の間に外部磁石３０の１本の第２磁極３２が突出している。これら内部磁石４０を構成する第５磁極６２、第４磁極６３および第３磁極４１は、同一極性を有している。
　即ち、第２の実施形態の磁石ユニット５０は、外周磁石３０が第１マグネットアセンブリを形成し、内部磁石４０が第２マグネットアセンブリを構成しており、第１マグネットアセンブリと第２マグネットアセンブリは互いに極性が異なっている。
　次に、図８および図９を参照して、第２の実施形態の磁石ユニット５０の作用について説明する。図８は、第２の実施形態の磁石ユニットによって形成される磁気トラックの要部を示す説明図である。図９は、第１の実施形態に比して、第２の実施形態の非エロージョンエリアが小さくなった状況を示す説明図である。
　上述したように、本発明に係る磁石ユニットでは、内部磁石４０の両端部にｎ本の延出磁極部４１が延出され、外周磁石３０の両端内側にその長手方向の内方へ向けてｎ－１本の突出磁極部３２が突出されている。したがって、図８に示すように、磁気トラックＭＴの長手方向の両端部には、これらｎ本の延出磁極部４１とｎ－１本の突出磁極部３２とによって、２ｎ－１の数の折り返し形状部Ｕが形成される。本実施形態の磁石ユニット５０では、各端部に２本の延出磁極部４１と１本の突出磁極部３２とが互い違いに配置されているので、磁気トラックＭＴの長手方向の両端部に波状の３つの折り返し形状部Ｕが形成されることになる。
　本実施形態における延出磁極部４１、突出磁極部３２および折り返し形状部Ｕの数は例示であって、ｎに２以上の正の整数を代入して本発明が把握される。例えば、延出磁極部４１が３本の場合、相隣接する延出磁極部４１間に位置する突出磁極部３２は２本となり、磁気トラックＭＴの長手方向の両端部に５つの折り返し形状部Ｗが形成される。同様に、延出磁極部４１が４本の場合、相隣接する延出磁極部４１間に位置する突出磁極部３２は３本となり、磁気トラックＭＴの長手方向の両端部に７つの折り返し形状部Ｗが形成される。
　このように、第２の実施形態の磁石ユニット５０によれば、ターゲットの磁気特性に関わらず、ターゲット幅もターゲット長も変更することなく、磁気トラック長を調整することが可能となる。即ち、本実施形態では、内部磁石４０の両端部の延出磁極部（第３磁極）４１の延出長さＤと、外周磁石３０の両端内側に設けられた突出磁極部（第２磁極）３２の突出し長さＣと、を適宜帰ることで、ターゲット両端の磁気トラック長を伸ばすことができる。つまり、ターゲット両端部の磁気トラック長を伸ばしたい場合には、第３磁極４１の延出長さＤと第２磁極３２の突出し長さＣＤの長さとを伸ばすことで対応可能で、ターゲット６のサイズを変更する必要はない。
　特に、第２の実施形態の磁石ユニット５０では、中央磁極短片（第５磁極）６２を単一とした場合に、外周磁石３０と第５磁極６２との間隔が広がる。これにより、図９に示すように、第１の実施形態の磁石ユニット１０に比して、磁気トラックがターゲット短軸中央部に寄るため、ターゲット短軸中央部近傍までプラズマの存在領域が移動し、非エロージョンエリアＮが小さくなる。
　以上説明したように、第１および第２の実施形態の磁石ユニット１０、５０によれば、従来の磁石ユニットと比較して、ターゲット長手両端部におけるエロージョントラック長を長くすることが可能である。したがって、第１および第２の実施形態の磁石ユニット１０、５０によれば、ターゲット長手両端部からのスパッタ粒子数が従来の磁石ユニットと比較してより多くなり、領域Ａにおける膜厚の低下による膜厚分布の悪化を抑えることができる。
　なお、ターゲット利用効率を上げるために、磁石ユニット１０、５０を長手方向に沿って揺動させてもよい。
　以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　〔実施例１〕
　実施例１では、図１のスパッタリング装置１および図２の搬送機構（ガイドレール）１５を用いて、ガイドレール上に複数のシリコン基板を支持し、ガイドレールをターゲットの長手方向と直交する方向に移動させ、各基板上に窒化チタニウム膜を成膜した。
　カソード電極に支持するターゲット６としてチタニウム（Ｔｉ）を用い、真空容器２内に処理ガスとして、ＡｒとＮ2の混合ガスを導入した。
　図１０は、実施例１の成膜状況を従来技術との関係で示す説明図である。図１０（Ａ）（Ｃ）に示すように、スパッタリング装置１に従来の磁石ユニットを搭載した場合には、ターゲット６の長手方向の両端部に相当する基板外周部に膜厚低下が観られた。
　これに対し、図１０（Ｂ）（Ｄ）に示すように、スパッタリング装置１に上記の磁石ユニット１０を搭載した場合には、磁気トラックＭＴの両端部に折り返し部Ｕが形成される。その結果、磁気トラック長が長くなり、磁気トラックＭＴの両端部の磁力線が補強されて、ターゲット６の長手方向の両端部に相当する基板外周部の膜厚低下を抑えることができた。
　このように本発明による磁石ユニット１０を用いることで、ターゲット６の長手方向両側の磁場強度が上昇し、中心部の磁場強度が下がる。したがって、相対的にターゲット６の長手方向両側からのスパッタ粒子が増加し、ターゲット長を伸ばすことなく、通過基板上に堆積される膜厚分布が改善される。
　図１１は、ターゲットと基板とのディメンジョン関係を示す説明図である。
　従来の技術で膜厚分布の良好な成膜を行う場合は、
　　　Ｗ／Ｐ≧２．８
　　　Ｗ／Ｄ～４．５
　　　Ｗ／Ｔ≧７
というディメンジョンが一般的である。
　例えば、Ｐ＝２００ｍｍ，Ｗ＝６００ｍｍ，Ｄ＝１３０ｍｍ，Ｔ＝８０ｍｍとなる。
　これに対し、本発明を適用した場合は、
　　　２．５≧Ｗ／Ｐ≧１．７
　　　Ｗ／Ｄ～４．５
　　　６．３≧Ｗ／Ｔ≧４．３
というディメンジョン関係でＲａｎｇｅ／Ｍｅａｎ＜３％の分布を得ることができた。つまり、両端の磁場強度を高めた効果により、ターゲット幅（Ｗ）を減らしランニングコストを低減することが可能になったことを意味する。
　〔実施例２〕
　実施例２では、図１のスパッタリング装置１および図３の搬送機構（回転機構）２５を用いて、ステージ５上にシリコン基板を支持し、回転機構２５により基板７をターゲット６の長手方向と直交する方向に移動させ、各基板７上に窒化タンタル膜を成膜した。
　カソード電極に支持するターゲット６としてタンタル（Ｔａ）を用い、真空容器２内に処理ガスとして、ＡｒとＮ2の混合ガスを導入した。
　図１２は、実施例２の成膜状況を従来技術との関係で示す説明図である。図１２（Ａ）に示すように、スパッタリング装置１に従来の磁石ユニットを搭載した場合には、磁気トラックＭＴのショートカット部Ｓの幅が小さくなるため、ターゲットの長手方向の両端部に相当する基板外周部に膜厚低下が観られた。
　これに対し、図１２（Ｂ）に示すように、スパッタリング装置１に上記の磁石ユニット５０を搭載した場合には、磁気トラックＭＴの両端部に折り返し部Ｕが形成される。その結果、磁気トラック長が長くなってショートカット部Ｓの幅が拡がり、磁気トラックＭＴの両端部の磁力線が補強されて、ターゲット６の長手方向の両端部に相当する基板外周部の膜厚低下を抑えることができた。
　このように本発明による磁石ユニット５０を用いることで、ターゲット６の長手方向両側の磁場強度が上昇し、中心部の磁場強度が下がる。したがって、相対的にターゲット６の長手方向両側からのスパッタ粒子が増加し、ターゲット長を伸ばすことなく、通過基板上に堆積される膜厚分布が改善される。
　本発明のスパッタリング装置は、実施例１，２で示した窒化膜の成膜に限られず、例えば太陽電池の製造にも使用することができる。最近注目されているＣＩＳ系太陽電池を例にとって説明する。図１４は、一般的なＣＩＳ系太陽電池の構造を示す断面模式図である。本発明のスパッタリング装置は、基板１０１上の下部電極１０２（例えばＭｏ膜）の成膜、下部電極１０２上のｐ形半導体層１０３（例えばＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2）の成膜、蒸着法などによって形成されたｎ型半導体層１０４（例えばＣｄＳ）上の透明電極１０５（例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ））の成膜等に用いるいことができる。その他にも、例えば反射防止膜１０６などにスパッタリング成膜が適用できるのであれば、本発明のスパッタリング装置を使用することが可能である。また、本発明の磁石ユニットをその長手方向に垂直な方向に複数配列させ、これらを揺動させることで、大型基板への均一な成膜が可能となる。
　本発明は、例示したマグネトロンスパッタリング装置のみならず、ドライエッチング装置、プラズマアッシャ装置、ＣＶＤ装置および液晶ディスプレイ製造装置等のプラズマ処理装置に応用して適用可能である。また、例示した、窒化膜、太陽電池のみならず、ＨＤＤ用ヘッド工程への成膜に用いられる磁性材料についても展開可能である。
１　マグネトロンスパッタリング装置
２　真空容器
６　ターゲット
７　基板
１０、５０　磁石ユニット
１５、２５　搬送機構
２０　ヨーク
３０　外周磁石
３１　本体（第１磁極）
３２　突出磁極部（第２磁極）
４０　内部磁石
４１　延出磁極部（第３磁極）
４２　磁極長片（第３磁極）
４３　結合磁極片（第４磁極）
６２　中央磁極短片（第５磁極）
６３　分岐部磁極片（第４磁極）
Ｍ　磁力線
ＭＴ　磁気トラック
Ｕ　折り返し形状部

Claims (4)

  1. 　矩形のターゲットを支持するカソード電極の背面側に、強磁性板材からなるヨークと、該ヨーク上に前記ターゲットの輪郭に沿って配置された環状の外周磁石と、前記ヨーク上の前記外周磁石の内部に配置され、前記外周磁石と極性が異なる内部磁石と、を備え、
    　前記外周磁石および前記内部磁石によって前記ターゲット上に発生した磁力線の接線が前記ターゲット面と平行になるような領域の集合としての磁気トラックを形成する磁石ユニットであって、
    　前記内部磁石の中央部から長手方向の両側へ向けて延出され、前記外周磁石の長手方向の両端に近接するｎ（ｎは２以上の正の整数）本の延出磁極部と、
    　前記外周磁石の両端内側から長手方向の内方へ向けて突出され、前記ｎ本の延出磁極部の間に位置するｎ－１本の突出磁極部と、
    を有し、
    　前記ｎ本の延出磁極部と前記ｎ－１本の突出磁極部とが前記磁気トラックの長手方向の両端部に２ｎ－１の数の折り返し形状部を形成することを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
  2. 　前記内部磁石は、前記延出磁極部を両端に有し、前記外周磁石の長手方向中心部を通り、該長手方向に沿って平行に配置されたｎ本の磁極長片と、これらｎ本の磁極長片を接続する結合磁極片と、を備え、前記ｎ本の磁極長片および前記結合磁極片は同一極性を有することを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
  3. 　前記内部磁石は、前記外周磁石内の中央部にその長手方向に沿って配置された中央磁極短片と、該中央磁極短片の両端部に分岐接続され、前記外周磁石の長手方向に沿って平行に配置された前記ｎ本の延出磁極部と、を備え、前記中央磁極短片および前記ｎ本の延出磁極部は同一極性を有することを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
  4. 　真空排気可能な処理室に、
    　処理対象としての基板と、
    　前記基板に対向するように配され、放電用電力が供給されるカソード電極と、
    　前記カソード電極の前面側に支持されたターゲットと、
    　前記ターゲットの前方に前記基板を通過させる搬送機構と、
    を備え、
    　前記カソード電極の背面側に、請求項１から３のいずれかに記載の磁石ユニットが配されていることを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
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