WO2014010148A1

WO2014010148A1 - スパッタリング装置および磁石ユニット

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Abstract

　本発明は、磁石ユニットの幅を狭くした場合においても、ターゲットの表面上に十分な漏洩磁束密度が得られるスパッタリング装置および磁石ユニットを提供する。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置は、ターゲットホルダと、長辺および短辺を有する矩形の磁石ユニットとを備える。磁石ユニットは、第１磁石と、第１磁石の周囲に配置され、第１磁石の磁化方向と異なる逆方向に磁化された第２磁石と、短辺方向における第１磁石と第２磁石との間の一部であって、かつ少なくとも第１磁石と第２磁石との間の真ん中の位置に短辺方向に磁化された第３磁石を有する。第３磁石は、第２磁石と対向する面が、第２磁石のターゲットホルダ側の面と同極の極性を有し、第１磁石と対向する面が、第１磁石のターゲットホルダ側の面と同極の極性を有する。

Description

スパッタリング装置および磁石ユニット

　本発明は、スパッタリング装置および磁石ユニットに関し、より詳細には、マグネトロンカソードを備えるスパッタリング装置およびマグネトロンカソードに設けられる磁石ユニットに関する。

　従来、マグネトロンカソードを用いたスパッタリング装置において、ターゲットのエロージョン領域を拡大し、ターゲット利用率を向上させるため、磁石ユニットを揺動させる装置が開示されている。例えば、特許文献１には、略矩形で平板状のターゲットホルダを備え、略矩形の磁石ユニットを揺動させる平板マグネトロンカソードを搭載するスパッタ装置が開示されている。

特開平１０－８８３３９号公報

　しかしながら、ターゲット利用率のさらなる向上が求められている。

　ここで、図５Ａ、５Ｂ、６を参照して、矩形の磁石ユニットをターゲットに対して相対的に揺動させた場合におけるターゲットのエロージョン形状とターゲット利用率を説明する。

　図５Ａ、５Ｂは、略矩形の磁石ユニットがターゲットに対して相対的に静止している場合にターゲットに形成されるエロージョン領域・形状を示す模式図である。図５Ａはターゲットに形成されたエロージョンを示す平面図であり、図５Ａにおいて、エロージョン５０はターゲット面であるｘｙ面におけるエロージョン領域を示している。マグネトロン放電をさせるため、エロージョン５０の領域は、図５Ａに示す無終端のリング状となっている。図５Ｂは、図５ＡのＶＢ－ＶＢ線断面図であって、エロージョン５０の断面形状を示している。図５Ｂにおいて、図５ＡのＶＢ－ＶＢ線、すなわち略矩形の磁石ユニットの長辺に垂直、且つ、ターゲット面に垂直な方向において、２つの谷形なエロージョン５０が並んでいる。

　図６は、略矩形の磁石ユニットがターゲットに対して相対的に静止している場合、およびターゲットに対して相対的に揺動している場合にターゲットに形成されるエロージョン形状のシミュレーション結果を示す断面図である。以下、磁石ユニットがターゲットに対して相対的に静止している場合にターゲットに形成されるエロージョンを静止エロージョン５０と表記し、相対的に揺動している場合のそれを揺動エロージョン５１と表記する。

　図６において、紙面に向かって左と右にそれぞれ破線と点線で示される２つの谷形なエロージョン５０は、それぞれ、磁石ユニット７００がターゲットに対して相対的に左、同右の端部にある場合において、ターゲットに形成される仮想の静止エロージョンを示している。なお、図６では、磁石ユニット７００は該磁石ユニット７００の短辺方向に沿って揺動する。磁石ユニット７００がターゲットに対して区間Ｌを揺動するのに伴い静止エロージョン５０はターゲットに対して移動し、ターゲットには揺動エロージョン５１が形成される。尚、静止エロージョン５０、及び、揺動エロージョン５１は、それぞれの最深エロージョン深さで規格化した相対エロージョン深さで示されている。

　図６からわかるように、揺動エロージョン５１は、揺動に伴い静止エロージョン５０がターゲットを完全に通過する領域Ａと、静止エロージョン５０がターゲットを完全には通過しない領域Ｂとに大別される。すなわち、図６の領域Ｂで示される、磁石ユニットの短辺方向におけるターゲットの両端部は、有効活用されずに彫れ残ってしまう。

　本願発明者は、このエロージョンが十分に形成されずに彫れ残ってしまうターゲットの両端部を有効活用し、さらなるターゲット利用率の向上を図るため、マグネットの幅を従来に比べて細くする方法を考案した。この方法によりターゲット利用率がいかに向上するかを図６を用いて説明する。

　図６に示される揺動エロージョン５１は、短辺方向の幅Ｗが１２０ｍｍの磁石ユニット７００を長さが１８０ｍｍである区間Ｌにおいて揺動をさせた場合に形成されるエロージョンのシミュレーション結果である。例えば、磁石ユニット７００の短辺方向の幅を１２０ｍｍから９０ｍｍへと短縮することにより、最深エロージョン深さとなる領域Ａは拡大し、ターゲット利用率を向上させることが出来る。このように、磁石ユニットの幅Ｗを狭くすることにより、最深エロージョン深さとなる領域Ａを拡大し、ターゲット利用率を向上させることが理論的には可能である。

　しかしながら、この理論に基づき磁石ユニットの幅Ｗを狭くすると、磁石ユニットにより生成されるターゲット表面における漏洩磁束密度が低くなりやすく、磁石ユニットの幅Ｗを変更する前に得られていた漏洩磁束密度を得るのが難しくなるという課題がある。

　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁石ユニットの幅Ｗを狭くした場合においても、ターゲットの表面上に十分な漏洩磁束密度が得られるスパッタリング装置および磁石ユニットを提供することにある。

　このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、ターゲット載置面を有するターゲットホルダと、前記ターゲットホルダのターゲット載置面と反対の面側に配置され、長辺及び短辺を有する矩形の磁石ユニットと、を備えたスパッタリング装置であって、前記磁石ユニットは、前記ターゲット載置面に対して垂直方向に磁化された第１磁石と、前記第１磁石の周囲に配置され、前記ターゲット載置面に対して垂直方向であり、かつ前記第１磁石の磁化方向と異なる逆方向に磁化された第２磁石と、前記短辺方向における前記第１磁石と前記第２磁石との間の一部であって、かつ前記第１磁石と前記第２磁石との間の少なくとも真ん中の位置に前記短辺方向に磁化された第３磁石を有し、前記第３磁石は、前記第２磁石と対向する面が、前記第２磁石のターゲットホルダ側の面と同極の極性を有し、前記第１磁石と対向する面が、前記第１磁石のターゲットホルダ側の面と同極の極性を有することを特徴とする。

　また、本発明の第２の態様は、長辺及び短辺を有する矩形の磁石ユニットであって、磁石載置面と、前記磁石載置面に対して垂直方向に磁化された第１磁石と、前記第１磁石の周囲に配置され、前記磁石載置面に対して垂直方向であり、かつ前記第１磁石の磁化方向と異なる逆方向に磁化された第２磁石と、前記短辺方向における前記第１磁石と前記第２磁石との間の一部であって、かつ前記第１磁石と前記第２磁石との間の少なくとも真ん中の位置に前記短辺方向に磁化された第３磁石とを備え、前記第３磁石は、前記第２磁石と対向する面が、前記第２磁石の、前記磁石載置面と反対側の面と同極の極性を有し、前記第１磁石と対向する面が、前記第１磁石の、前記磁石載置面と反対側の面と同極の極性を有することを特徴とする。

　本発明によれば、ターゲット表面での漏洩磁束密度を従来に比べて高くすることが出来る。ゆえに、磁石ユニットの幅を狭くすることによりターゲット利用率を向上させたスパッタリング装置及びマグネトロンユニットを提供することができる。

本発明の一実施形態に適用可能なスパッタリング装置の構成を説明する概略断面図である。本発明の一実施形態に係わる磁石ユニットの詳細を説明する平面図である。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。従来の第１磁石、第２磁石、及び磁石載置部としての板状の磁性材料のヨークを備える磁石ユニットを説明する平面図である。略矩形の磁石ユニットにより形成されるリング状のエロージョンの概略平面図である。図５ＡのＶＢ－ＶＢ線断面図である。磁石ユニットの短辺方向の幅が１２０ｍｍの場合において、ターゲットに形成される静止エロージョンと、揺動エロージョンのシミュレーション結果を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る、磁石ユニットの短辺方向の幅が９０ｍｍの場合において、ターゲットに形成される静止エロージョンと、揺動エロージョンとのシミュレーション結果を示す断面図である。従来の第１磁石、第２磁石、及び磁石載置部としての板状の磁性材料のヨークを備える磁石ユニットを説明する断面図である。従来の第１磁石、第２磁石、及び磁石載置部としての板状の磁性材料のヨークを備える磁石ユニットを説明する断面図である。従来の第１磁石、第２磁石、及び磁石載置部としての板状の磁性材料のヨークを備える磁石ユニットを説明する断面図である。従来構造の磁石ユニットにより形成される磁気ループ、および本発明の一実施形態に係る磁石ユニットにより形成される磁気ループを示す図である。本発明の一実施形態に係る磁石ユニットの寸法を説明するための平面図である。本発明の一実施形態に係る、第１磁石～第３磁石の磁石載置面から該磁石載置面と反対側の面までの距離を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る、第１磁石～第３磁石の磁石載置面から該磁石載置面と反対側の面までの距離を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る、第１磁石～第３磁石の磁石載置面から該磁石載置面と反対側の面までの距離を説明するための図である。

　（第１の実施形態）
　以下に、本発明の代表的な実施形態を添付図面に基づいて説明する。本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種種の変更が可能である。

　図１は、本実施形態に適用可能なスパッタリング装置の構成を説明する概略断面図である。図１に示すｘ方向は、ターゲット５、磁石ユニット７の短辺方向であり、磁石ユニット７の揺動方向である。

　図１に示すように、スパッタリング装置は、チャンバ３、マグネトロンカソード４０、基板ホルダ２を主要な構成要素として有している。また、スパッタリング装置は、ターゲットホルダ４に対してスパッタ成膜処理に必要な電力を印加するための電源１３を備えている。チャンバ３（真空容器）には、ターゲット５が接合されたターゲットホルダ４が絶縁体６を介して取り付けられている。絶縁体６は、チャンバ３とターゲットホルダ４を電気的に絶縁する部材である。チャンバ３、ターゲットホルダ４、絶縁体６により、真空排気可能な処理室１４が構成されている。

　ターゲットホルダ４には、ターゲット５がボンディングにより接合されるターゲット取付け面（ターゲット載置面）４ａが設けられている。ターゲット取付け面４ａは基板ホルダ２に対向する平滑な面として形成されている。ターゲット５は被成膜材料であり、上述のようにターゲットホルダ４のターゲット取り付け面４ａにボンディングされている。

　ターゲットホルダ４のターゲット取り付け面４ａと反対の面側には、マグネトロン放電に必要な磁場を印加する、長辺および短辺を有する矩形の磁石ユニット（磁気回路ユニット）７が配置されている。磁石ユニット７は、ジョイント９を介してねじ軸８に吊り下げられており、ねじ軸８にはモータ１０が接続されている。ねじ軸８はモータ１０により回転（正転・反転）する。すなわち、ジョイント９とねじ軸８とでボールねじ機構が構成されており、磁石ユニット７は、ねじ軸８の回転に伴いｘ方向（磁石ユニット７の短辺方向）に揺動する。モータ１０の回転を制御することにより、磁石ユニット７の移動距離、移動速度と移動方向を制御することが出来る。このように、ジョイント９、ねじ軸８とモータ１０からなる揺動装置により、磁石ユニット７を図１の破線で示されるように動かすことが出来る。

　なお、本実施形態では、磁石ユニット７を磁石ユニット７の短辺方向へのみ動かす揺動装置を備えているが、加えて、磁石ユニット７の長辺方向であるｙ方向へ磁石ユニット７を揺動させる揺動装置を備えていてもよい。

　チャンバ３内部には、基板１をターゲット５に対向するように保持できる基板ホルダ２が設けられている。チャンバ３の排気口１１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。チャンバ３には、プロセスガスの導入手段として流量制御器（ＭＦＣ）などを備えたガス導入機構１２が接続されている。ガス導入機構１２からプロセスガスを所定の流量で供給する。プロセスガスとしては、アルゴン（Ａｒ）等の希ガスや窒素（Ｎ_２）等を含む単体または混合ガスを用いることができる。

　本実施形態においては、ターゲットホルダ４の背面側に磁石ユニット７が配置されているが、ターゲットホルダ４と磁石ユニット７の間の位置に仕切り板を設け、仕切り板を真空隔壁とする構成であってもよい。なお、本明細書において磁石ユニット７とは、少なくとも第１磁石７１と第２磁石７２と第３磁石（７３ａ、７３ｂ）とを備える構成を言うものとする。また、マグネトロンカソード４０とは、少なくとも磁石ユニット７とターゲットホルダ４とを含んだ構成をいうものとする。

　図２は本実施形態に係る磁石ユニット７の詳細を説明する平面図である。図３は本実施形態に係る磁石ユニット７の詳細を説明する断面図であって、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。

　磁石ユニット７は、第１磁石７１と、第２磁石７２と、第３磁石７３ａと、第１磁石７１、第２磁石７２、および第３磁石７３ａを支持するための磁石載置面７４ａを有する磁石載置部７４とを備えている。本実施形態では、磁石載置面７４ａには、少なくとも第１磁石７１および第２磁石７２が載置される。
　なお、磁石ユニット７の長辺および短辺は、第１磁石７１、第２磁石７２によって決定される。

　磁石載置部７４上に、永久磁石である棒状の第１磁石７１と、該第１磁石７１の周囲を取り囲むような永久磁石である第２磁石７２とが互いに離間して載置されている。第１磁石７１と第２磁石７２とは、ターゲット面及びターゲット取り付け面４ａに対して垂直方向（ｚ方向）に着磁され、互いの極性は逆となっている。本実施形態では、第１磁石７１は、Ｎ極が磁石載置面７４ａ側に向き、Ｓ極がターゲットホルダ４側に向くように設けられている。一方、第２磁石７２は、Ｓ極が磁石載置面７４ａ側に向き、Ｎ極がターゲットホルダ４側に向くように設けられている。すなわち、第２磁石７２は、第１磁石７１の磁化方向と異なる逆方向に磁化されていることになる。

　一方、磁石ユニット７の短辺方向における第１磁石７１と第２磁石７２との間の領域の一部であって、かつ少なくとも第１磁石７１と第２磁石７２との間の真ん中の位置には、棒状の永久磁石である第３磁石７３ａが設けられている。すなわち、第３磁石７３ａの長辺方向と第１磁石７１の長辺方向とが一致し、かつ第３磁石７３ａの短辺方向の中点が、第１磁石７１と第２磁石７２との間の中点と一致するように第３磁石７３ａは設けられている。また、他の側面から説明すれば、第３磁石７３ａは、磁石ユニット７の長辺方向（ｙ方向）に沿って、第３磁石７３ａの第１磁石７１側の面７３ｂと該第１磁石７１との間の距離と、第３磁石７３ａの第２磁石７２側の面７３ｃと該第２磁石７２との間の距離とが等しくなるように設けられている。また、図２に示されるように、第３磁石７３ａの長辺方向の長さは、第１磁石７１の長辺方向の長さよりも短い。よって、第１磁石７１および第２磁石７２との間の領域において、第１磁石７１の長辺方向の端部には第３磁石７３ａが配置されていない。

　第３磁石７３ａは、ターゲット面及びターゲット取り付け面４ａに水平、且つ、磁石ユニット７の長辺に垂直な方向（ｘ方向）に着磁されている。第３磁石７３ａの第１磁石７１に隣接する面（第１磁石７１と対向する面）７３ｂの極性は、第１磁石７１のターゲットホルダ４側に面する面の極性と同じである。一方、第３磁石７３ａの第２磁石７２に隣接する面（第２磁石７１と対向する面）７３ｂは、第２磁石７２のターゲットホルダ側の面と同極の極性を有する。マグネトロン放電に必要な磁場を経済的に優れた方法で生成すると言う観点から、磁石載置部７４は磁性材料であることが好ましい。また、第１磁石７１と第２磁石７２を固定するという観点から、磁石載置部７４は存在する方が好ましい。しかし、第１磁石７１、第２磁石７２、および第３磁石７３のみにより、必要十分な磁場を生成できる場合においては、磁石載置部７４は非磁性材料であってもよい。また、この場合において、第１磁石７１、第２磁石７２および、第３磁石７３を互いに固定できる場合において、磁石載置部７４は無くてもよい。

　第３磁石７３ａと磁石載置部７４との間には、支持部７３ｄが設けられている。本実施形態において支持部７３ｄは非磁性材料であるアルミニウムである。なお、好ましい磁気回路が設計可能であるならば、支持部７３ｄは磁性材料であってもよく、また、第３磁石７３ａと同一着磁方向、同一極性である磁石であってもよい。また、支持部７３ｄを設けずに、第３磁石７３ａを磁石載置部７４に直接載置させても良い。

　なお、本実施形態では、磁石載置部７４上に第１磁石７１および第２磁石７２を直接設ける形態について説明したが、この形態に限らず、磁石載置部７４と、第１磁石７１および第２磁石７２の少なくとも一方との間に、支持部７３ｄのようなスペーサを設けても良い。

　上述した実施形態においては、第３磁石７３ａが棒状である場合について説明したが、第３磁石７３ａはひとつの環状磁石であっても良い。すなわち、本実施形態において第３磁石が、第１磁石７１と第２磁石７２の短辺方向における第１磁石７１と第２磁石７２との間の少なくとも一部であって、第１磁石７１と第２磁石７２との少なくとも中心位置に配置されることが肝要である。

　本実施形態の磁石ユニット７が形成する磁気ループと、従来の磁石ユニット９０が形成する磁気ループの比較を、図９を用いて説明する。

　図９において、従来構造の磁石ユニット９０は、本実施形態に係る磁石ユニット７から第３磁石７３ａおよび支持部７３ｄを除いた構成を有する。従来の磁石ユニット９０において、第１磁石７１のターゲットホルダ側の磁極であるＮ極と第２磁石７２のターゲットホルダ側の磁極であるＳ極とにより磁力線（磁気ループ）９１が形成される。該磁力線９１においてターゲット表面と平行となる磁場の強さ（漏洩磁束密度）がＸＧａｕｓｓ（Ｘ：任意）となる領域までの、第１磁石７１および第２磁石７２からの距離をＬ１とする。

　本実施形態の磁石ユニット７では、第１磁石７１および第２磁石７２により従来の磁石ユニット９０と同様に磁力線（磁気ループ）９２が形成されるが、さらに、該磁力線９２の内側（第１磁石７１および第２磁石７３側）において、第３磁石７３ａのＮ極およびＳ極により磁力線（磁気ループ）９３が形成される。本実施形態では、第２磁石７２のＮ極から出た磁力線９２が第３磁石７３ａのＮ極から出た磁力線９３と反発する。このため、第２磁石７２のＮ極から出た磁力線９２は第３磁石７３ａが形成する磁力線９３を迂回する形で第１磁石７１のＳ極に入る。この結果、従来の磁石ユニット９０に比べ、より磁石ユニットの遠方まで磁気ループを形成することが可能となる。

　すなわち、本実施形態では、第２磁石７２に対向する面７３ｃ（第３磁石のＮ極）からターゲット側に出た磁力線９３が第１磁石７１に対向する面７３ｂ（第３磁石のＳ極）に入り、かつ面７３ｃの極性が該面７３ｃと対向する第２磁石７２の領域の磁性と同極であり、面７３ｂの極性が該面７３ｂと対向する第１磁石７１の磁性と同極となるように第３磁石７３ａを第１磁石７１と第２磁石７２との間に設けているので、第１磁石７１および第２磁石により形成される磁力線９２と反発する磁力線９３を、磁力線９２の内側に形成することができる。このような磁力線９２と反発する磁力線９３の存在により、漏洩磁束密度に係わる磁力線９２を磁石ユニット７から遠くに形成することができる。すなわち、第１磁石７１および第２磁石７２から、漏洩磁束密度に係る磁力線９２においてターゲット表面と平行となる磁場の強さが上記ＸＧａｕｓｓとなる領域までの距離Ｌ２を、従来の磁石ユニット９０における距離Ｌ１よりも大きくすることができる。このように、本実施形態では、自身で形成される磁気ループ（磁力線９３）が第１磁石７１および第２磁石７２により形成される磁気ループ（磁力線９２）と反発するように設けられた第３磁石７３ａは、漏洩磁束密度に係る磁力線９２を磁石ユニット７から遠ざかる位置に形成するように作用し、所定の漏洩磁束密度が得られる磁気ループを磁石ユニット７から従来よりも遠くに形成することができる。このように本実施形態では、漏洩磁束密度に係る磁力線９２を磁石ユニット７から遠くに形成することができるので、磁石ユニット７の短辺方向の幅Ｗを小さくしても、ターゲット表面において十分な漏洩磁束密度を得ることができる。

　また、第３磁石７３ａは、第１磁石７１と第２磁石７２との間の少なくとも真ん中に位置していれば、上述したような磁気ループを十分遠方に形成する効果が期待できる。加えて、第３磁石７３ａの短辺方向の中点が、第１磁石７１と第２磁石７２との間の中点と一致するように第３磁石７３ａを設けることで、第３磁石７３ａの第２磁石７２と対向する面７３ｃと第２磁石７２との間の距離Ｄ１（Ｄ４）と、第３磁石７３ａの第１磁石７１と対向する面７３ｂと第２磁石７１との間の距離Ｄ２（Ｄ３）とを同一にすることができる。これにより、第２磁石７２のＮ極による磁力線９３への作用と、第１磁石７１のＳ極による磁力線９３への作用とを同様にすることができる。よって、第３磁石７３ａのターゲット側に形成される磁力線９３をより対称にすることができ、該磁力線９３の反発の作用を受ける磁力線９２もより対称な形で形成される。従って、所定の漏洩磁束密度が得られる領域をより遠くに形成することができる。

　だたし、本実施形態では、第３磁石７３ａの短辺方向の中点が、第１磁石７１と第２磁石７２との間の中点と一致するように第３磁石７３ａを設ける形態が好ましいが、中点が一致する位置からからずれて第３磁石７３ａを設けても、本発明の効果を得ることができる。すなわち、本発明では、漏洩磁束密度に係る磁力線９２を、磁石ユニット７からなるべく遠くに形成するために本発明に特徴的な第３磁石７３ａを第１磁石７１と第２磁石７２との間の少なくとも真ん中の位置に設けることが重要である。よって、第３磁石７３ａにより磁力線９２の内側（磁石ユニット７側）に磁力線９２と反発する磁力線９３を形成し、これにより磁力線９２の形成位置を磁石ユニット７から遠ざけることができるのであれば、磁石ユニット７が上記真ん中の位置からずれていても本発明の一実施形態に含まれる。

　さらに、本実施形態では、上記距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４はそれぞれ、５ｍｍ以下であることが好ましい。上記距離Ｄ１～Ｄ４が５ｍｍ以下であれば、第１磁石７１および第２磁石７２と、第３磁石７３ａの同極同士を十分に反発させることができる。第３磁石７３ａのＮ極から出た磁力線９３は、すぐ近傍にある第２磁石７２のＮ極に強く反発し、よりターゲット側のより遠くに磁力線９３を形成する。このため第１磁石７１のＮ極から出た磁力線９２は、上記より遠くに形成された磁力線９３により押し上げられ、その結果、ターゲット側のより遠くに磁力線９２が形成される。すなわち、第３磁石７３ａの幅（第３磁石７３ａの、磁石ユニット７の短辺方向（ｘ方向）の幅）を十分大きくすることで、第３磁石７３ａと、第１磁石７１および第２磁石７２を十分に反発させ、それにより反発させた第３磁石７３ａの磁力線９３により、漏洩磁束密度に係わる磁力線９２をターゲット側のより遠くに形成させることができる。なお、本実施形態では、第３磁石７３ａは、第１磁石７１および第２磁石７２の少なくとも一方と接していても良い。よって、上記距離Ｄ１～Ｄ４は、０ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。

　なお、本実施形態では、磁石載置部７４は板状のヨークであっても良いし、板状の非磁性材料であっても良い。このように、磁石載置部７４がヨークである場合は、所定の漏洩磁束密度が形成される磁気ループを磁石ユニット７からより遠くに形成することができる。

　また、本実施形態では、第３磁石７３ａを棒状の永久磁石とし、棒状の第３磁石７３ａの長辺方向を第１磁石７１の長辺方向と一致させているので、ターゲットの長辺方向（長手方向）端部の被スパッタ量を低減することができ、ターゲットの寿命を延ばすことができる。このように、ターゲットの長辺方向の端部が深く削れるのを低減してターゲットの寿命を延ばすことで利用効率を上げることができる。

　また、図１０において、棒状の第１磁石７１の長辺方向の長さａは、棒状の第３磁石７３ａの長辺方向の長さｂ以上であることが好ましい。このようにすることで、ターゲットの長辺方向の端部の被スパッタ量を低減することができる。よって、ターゲットの寿命を延ばし、利用効率を上げることができる。さらに、磁石ユニット７の短辺方向における第１磁石７１と第２磁石７２との間の距離（間隔）αは、磁石ユニット７の長辺方向における第１磁石７１と第２磁石７２との間の距離（間隔）β以上であることが好ましい。このようにすることで、図１０における領域Ｂの箇所のエロージョンの幅を領域Ｃの箇所のエロージョンの幅よりも狭くすることができる。従って、領域Ａ２の箇所の削れ量に対する領域Ａ１の箇所の削れ量の割合を小さくすることができる。この効果は、距離αに比べて距離βが小さいほど顕著である。このように、上記割合を小さくできるので、ターゲットの寿命を延ばすことができ、利用効率を向上させることができる。

　（実施例）
　本実施例におけるターゲット５の大きさ、形状と材質は、幅である短辺方向（ｘ方向）長さ３００ｍｍ、長辺方向（ｙ方向）長さ１７００ｍｍの矩形であり、厚さ（ｚ方向）は１５ｍｍのアルミニウム（Ａ１０５０）である。また、ターゲットホルダ４の厚さ（ｚ方向）は、２０ｍｍである。磁石ユニット７の大きさは、幅である短辺方向（ｘ方向）長さＷは９０ｍｍ、長辺方向（ｙ方向）長さ１７００ｍｍの矩形である。第１磁石７１、第２磁石７２、第３磁石７３ａは、残留磁束密度１．３９Ｔ、保持力１２．８ｋＯｅであるネオジム磁石である。また、磁石載置部７４はＳＵＳ４３０である。

　磁石ユニット７のターゲットホルダ４側の面からターゲット５のスパッタ面までの距離は、３９ｍｍである。図３の符号ｇは磁石ユニット７により生成される磁場の磁力線を示しており、山形の磁力線の頂点に対応する、符号ｐで示すターゲット５の箇所（磁力線ｇにおいてターゲット表面と平行となる箇所）が最もスパッタされやすい。その箇所ｐにおける磁石ユニット７の短辺方向（ｘ方向）の漏洩磁束密度は約５１０Ｇａｕｓｓであった。

　本実施例における磁石ユニット７の移動距離は２１０ｍｍ、一往復の所要時間は１０秒である。図７は本実施例における静止エロージョン５０と揺動エロージョン５１のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションにおけるターゲット利用率は６９％であった。また、実際にターゲット５をスパッタすることにより得られる揺動エロージョン５１を測定することにより得られたターゲット利用率は６５％であった。揺動エロージョン５１の測定には非接触測定であるレーザ変位計を搭載した三次元測定機を用いた。

　（比較例）
　本発明を実施にあたり、従来技術である図８Ａ～８Ｃに示す磁石ユニット７００により生成される磁場と、ターゲット利用率の検討を行った。

　図４は従来技術である磁石ユニット７００の詳細を説明する平面図である。図８Ａ～８Ｃは従来技術である磁石ユニット７００の詳細を説明する断面図である。

　従来の磁石ユニット７００では、ヨークである磁石載置部７４上に、永久磁石である棒状の第１磁石７１と、該第１磁石７１の周囲を取り囲むような第２磁石７２が載置されている。第１磁石７１と第２磁石７２は、ターゲット面及びターゲット載置面に垂直方向（ｚ方向）に着磁され、互いの極性は逆となっている。

　（比較例１）
　図８Ａに示す磁石ユニット７の大きさは、幅である短辺方向（ｘ方向）長さＷは１２０ｍｍ、長辺方向（ｙ方向）長さ１７００ｍｍの矩形である。すなわち、比較例１の磁石ユニットは図６にて説明した構造である。第１磁石７１、第２磁石７２は、残留磁束密度１．３９Ｔ、保持力１２．８ｋＯｅであるネオジム磁石である。また、磁石載置部７４はＳＵＳ４３０である。

　比較例１の磁石ユニット７００のターゲットホルダ側の面からターゲットのスパッタ面までの距離は、本実施例と同じ３９ｍｍである。本実施例において説明し図３の符号ｐで示した、ターゲットにおいて最もスパッタされやすい箇所における磁石ユニット７００の短辺方向（ｘ方向）の漏洩磁束密度は約５２０Ｇａｕｓｓであった。

　比較例１における磁石ユニット７００の移動距離は１８０ｍｍ、一往復の所要時間は１０秒である。図６は比較例１における静止エロージョン５０と揺動エロージョン５１のシミュレーション結果を示している。シミュレーションにおけるターゲット利用率は５８％であった。これに対して、本実施例では、ターゲット利用率は６９％であり、本実施例により、ターゲット利用率を向上できることがわかる。

　（比較例２）
　図８Ｂに示す磁石ユニット７の大きさは、幅である短辺方向（ｘ方向）長さＷは９０ｍｍ、長辺方向（ｙ方向）長さ１７００ｍｍの矩形である。また、第１磁石７１、第２磁石７２の大きさはそれぞれ、比較例１に示した第１磁石７１、第２磁石７２のそれらと同じである。すなわち、図８Ａと図８Ｂにおいては、磁石ユニット７の幅Ｗが異なることに伴い、第１磁石７１と第２磁石７２の距離が異なっている。第１磁石７１、第２磁石７２は、残留磁束密度１．３９Ｔ、保持力１２．８ｋＯｅであるネオジム磁石である。また、磁石載置部７４はＳＵＳ４３０である。

　比較例２の磁石ユニット７００のターゲットホルダ側の面からターゲットのスパッタ面までの距離は、本実施例および比較例１と同じ３９ｍｍである。本実施例において説明し図３の符号ｐで示した、ターゲットにおいて最もスパッタされやすい箇所における磁石ユニット７００の短辺方向（ｘ方向）の漏洩磁束密度は約３３０Ｇａｕｓｓであり、本実施例、及び比較例１で得られた５００Ｇａｕｓｓ以上を得ることが出来なかった。このように、本実施例および比較例２とを比較すると、本実施例によれば、磁石ユニットの短辺方向の幅を小さくしても、磁石ユニットから所定の距離における漏洩磁束密度を大きくすることができることがわかる。

　（比較例３）
　図８Ｃに示す磁石ユニット７の大きさは、幅である短辺方向（ｘ方向）長さＷは９０ｍｍ、長辺方向（ｙ方向）長さ１７００ｍｍの矩形である。比較例１で示した図８Ａ、比較例２で示した図８Ｂとは第１磁石７１、第２磁石７２の大きさが異なり、第１磁石７１と第２磁石７２とが離間することなくそれらを最大限大きくした、すなわち、従来技術において最大となる漏洩磁束密度が得られる形状である。第１磁石７１、第２磁石７２は、残留磁束密度１．３９Ｔ、保持力１２．８ｋＯｅであるネオジム磁石である。また、磁石載置部７４はＳＵＳ４３０である。

　比較例３の磁石ユニット７００のターゲットホルダ側の面からターゲットのスパッタ面までの距離は、本実施例、比較例１、２と同じ３９ｍｍである。本実施例において説明し図３の符号ｐで示した、ターゲットにおいて最もスパッタされやすい箇所における磁石ユニット７００の短辺方向（ｘ方向）の漏洩磁束密度は約４４０Ｇａｕｓｓであり、本実施例、及び比較例１で得られた５００Ｇａｕｓｓ以上を得ることが出来なかった。

　（第２の実施形態）
　本実施形態では、第１磁石７１、第２磁石７２、第３磁石７３ａの、磁石載置面７４ａから該磁石載置面７４ａと反対側の面までの距離（ターゲット載置面までの距離の長さ）を変更した場合について述べる。

　それぞれの場合についてターゲット表面に形成される漏洩磁場をシミュレーションにより調べた。その結果、図１１Ａ～１１Ｃに示す位置関係のとき、ターゲット表面の漏洩磁場の強さを大きくすること、すなわち、より遠くに磁気ループを形成することができた。図１１Ａ～１１Ｃにおいて、磁石載置面７４ａから第１磁石７１の該磁石載置面７４ａと反対側の面までの第１距離をＤａとし、磁石載置面７４ａから第２磁石７２の該磁石載置面７４ａと反対側の面までの第２距離をＤｂとし、磁石載置面７４ａから第３磁石７３ａの該磁石載置面７４ａと反対側の面までの第３距離をＤｃとする。なお、第１磁石７１や第２磁石７２と磁石載置面７４ａとの間にスペーサが設けられている場合であっても、第１距離Ｄａおよび第２距離Ｄｂはそれぞれ、磁石載置面７４ａから第１、第２磁石の磁石載置面７４ａと反対側の面までの距離をもって決定される。

　図１１Ａは、第１距離Ｄａ、第２距離Ｄｂ、および第３距離Ｄｃが全て等しい形態である。また、図１１Ｂは、第１距離Ｄａおよび第３距離Ｄｃが等しく、第２距離Ｄｂが第３距離Ｄｃよりも小さい形態である。さらに、図１１Ｃは、第２距離Ｄｂおよび第３距離Ｄｃが等しく、第１距離Ｄａが第３距離Ｄｃよりも小さい形態である。すなわち、本実施形態では、第１距離および第２距離は第３距離以下の長さであり、かつ第１距離および第２距離の少なくとも一方は、第３距離と等しいことが肝要であると言える。

Claims

　ターゲット載置面を有するターゲットホルダと、
　前記ターゲットホルダのターゲット載置面と反対の面側に配置され、長辺及び短辺を有する矩形の磁石ユニットと、
を備えたスパッタリング装置であって、
　前記磁石ユニットは、
　前記ターゲット載置面に対して垂直方向に磁化された第１磁石と、
　前記第１磁石の周囲に配置され、前記ターゲット載置面に対して垂直方向であり、かつ前記第１磁石の磁化方向と異なる逆方向に磁化された第２磁石と、
　前記短辺方向における前記第１磁石と前記第２磁石との間の一部であって、かつ前記第１磁石と前記第２磁石との間の少なくとも真ん中の位置に前記短辺方向に磁化された第３磁石を有し、
　前記第３磁石は、
　前記第２磁石と対向する面が、前記第２磁石のターゲットホルダ側の面と同極の極性を有し、
　前記第１磁石と対向する面が、前記第１磁石のターゲットホルダ側の面と同極の極性を有することを特徴とするスパッタリング装置。
　前記磁石ユニットは、前記ターゲットホルダと反対側に前記第１磁石および第２磁石を載置する磁石載置面をさらに有し、
　前記磁石載置面から前記第１磁石の該磁石載置面と反対側の面までの第１距離、および前記磁石載置面から前記第２磁石の該磁石載置面と反対側の面までの第２距離は、前記磁石載置面から前記第３磁石の該磁石載置面と反対側の面までの第３距離以下の長さであり、前記第１距離および前記第２距離の少なくとも一方は前記第３距離と等しいことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記第２磁石と対向する面と前記第２磁石との間の距離、および前記第１磁石と対向する面と前記第１磁石との間の距離は、５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記第１磁石と前記第２磁石との間であって、前記長辺方向の端部には前記第３磁石が配置されていないことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記第３磁石の前記長辺方向の長さが、前記第１磁石の前記長辺方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装置。
　前記長辺方向における前記第１磁石と前記第２磁石との間隔が、前記短辺方向における前記第１磁石と前記第２磁石との間隔よりも短いことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記磁石ユニットは前記ターゲットホルダと反対側に、前記第１磁石と前記第２磁石を載置する板状のヨークをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記磁石ユニットは前記ターゲットホルダと反対側に、前記第１磁石と前記第２磁石を載置する板状の非磁性材料を有することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
　長辺及び短辺を有する矩形の磁石ユニットであって、
　磁石載置面と、
　前記磁石載置面に対して垂直方向に磁化された第１磁石と、
　前記第１磁石の周囲に配置され、前記磁石載置面に対して垂直方向であり、かつ前記第１磁石の磁化方向と異なる逆方向に磁化された第２磁石と、
　前記短辺方向における前記第１磁石と前記第２磁石との間の一部であって、かつ前記第１磁石と前記第２磁石との間の少なくとも真ん中の位置に前記短辺方向に磁化された第３磁石とを備え、
　前記第３磁石は、
　前記第２磁石と対向する面が、前記第２磁石の、前記磁石載置面と反対側の面と同極の極性を有し、
　前記第１磁石と対向する面が、前記第１磁石の、前記磁石載置面と反対側の面と同極の極性を有することを特徴とする磁石ユニット。
　前記磁石載置面から前記第１磁石の該磁石載置面と反対側の面までの第１距離、および前記磁石載置面から前記第２磁石の該磁石載置面と反対側の面までの第２距離は、前記磁石載置面から前記第３磁石の該磁石載置面と反対側の面までの第３距離以下の長さであり、前記第１距離および前記第２距離の少なくとも一方は前記第３距離と等しいことを特徴とする請求項９に記載の磁石ユニット。
　前記第２磁石と対向する面と前記第２磁石との間の距離、および前記第１磁石と対向する面と前記第１磁石との間の距離は、５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の磁石ユニット。
　前記第１磁石と前記第２磁石との間であって、前記長辺方向の端部には前記第３磁石が配置されていないことを特徴とする請求項９に記載の磁石ユニット。
　前記第３磁石の前記長辺方向の長さが、前記第１磁石の前記長辺方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項１２に記載の磁石ユニット。
　前記長辺方向における前記第１磁石と前記第２磁石との間隔が、前記短辺方向における前記第１磁石と前記第２磁石との間隔よりも短いことを特徴とする請求項９に記載の磁石ユニット。
　前記第１磁石と前記第２磁石を載置する板状のヨークをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の磁石ユニット。
　前記第１磁石と前記第２磁石を載置する板状の非磁性材料をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の磁石ユニット。