跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种具有直线部及拐角部的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置，其具备：中央磁极构件；包围中央磁极构件的外周磁极构件；以磁极沿一方向定向的方式设置在中央磁极构件与外周磁极构件之间的多个永久磁铁；对上述构件进行支承的非磁性基体构件，其中，至少在直线部配置的永久磁铁以中央磁极构件侧变低的方式倾斜，至少在直线部配置的永久磁铁的外侧的磁极面下部与外周磁极构件不抵接，且中央磁极构件与靶的距离和外周磁极构件与靶的距离相等，由此使靶表面产生均匀的磁场。
【专利说明】跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及为了在基板表面上形成薄膜而使用的跑道形状的装入到磁控溅射装置的磁场产生装置。
【背景技术】
[0002]将通过使Ar等不活泼物质高速碰撞而撞击出构成靶的原子或分子的现象称为溅射，通过使该撞击出的原子或分子附着在基板上，由此能够形成薄膜。磁控溅射法是如下这样的方法，即，通过在阴极内部装入磁场，由此能够提高靶物质向基板的堆积速度，并且不会引起电子向基板的碰撞，因此能够以低温进行成膜。因此，为了在半导体1C、平板显示器、太阳能电池等电子部件或反射膜等基板表面上形成薄膜，大多使用磁控溅射法。
[0003]磁控溅射装置在真空腔室内具备阳极侧的基板、以与基板相对的方式配置的靶(阴极)、在靶的下方配置的磁场产生装置。通过在阳极与阴极之间施加电压而引起辉光放电，使真空腔室内的不活泼气体(0.1Pa左右的Ar气体等)离子化，另一方面，通过由磁场产生装置形成的磁场将从靶放出的二次电子捕获，使其在靶表面进行摆线运动。通过电子的摆线运动而促进气体分子的离子化，因此膜的生成速度与未使用磁场的情况相比，变得非常大，且膜的附着强度大。
[0004]如图21所示，磁控溅射装置中使用的磁回路装置150由沿着高度方向(与靶的表面垂直的方向)被磁化的板状或杆形状的中心磁铁160、沿着与中心磁铁160相反的方向被磁化且配置在中心磁铁160的周围的矩形的外周磁铁170、对中心磁铁160及外周磁铁170进行支承的轭部180构成，使靶表面产生跑道形状的磁场(例如，参照日本特开平8-134640号)。通过跑道形状的磁回路得到将二次电子关入的闭空间，从而使溅射效率提高。为了制作出关入二次电子的空间，通常需要IOmT以上的磁场(磁通密度的水平分量)。
[0005]靶的浸蚀(腐蚀)在磁回路中`的磁通密度的垂直分量成为零的部分(图22中由虚线190表示)最快引起。因此，为了使磁通密度的垂直分量为零的部分(简称为“垂直磁通密度零部分”)处的腐蚀与其他的部分处的腐蚀尽量相同，需要调节靶表面的磁场。但是，在图21所示那样的磁回路装置150中，与磁回路的直线部处的垂直磁通密度零部分190距中心磁铁160的距离R相比，拐角部处的距离r短(r < R)，因此磁通在拐角部的垂直磁通密度零部分集中。其结果是，等离子在拐角部较多地集中，拐角部处的腐蚀变得最快。日本特开平8-134640号公开一种通过将磁铁在拐角部配置成T字状来降低拐角部处的垂直磁通密度的偏颇的技术，但其改善效果不充分。
[0006]日本特开2008-156735号公开一种磁控溅射用磁场产生装置200，其如图23(a)及图23(b)所示，具有由非磁性材料构成的基体构件210、在该基体构件210的表面设置的棒状的中央磁极片220、在该中央磁极片220的周围设置的长圆形状的外周磁极片230、在中央磁极片220与外周磁极片230之间连设的多个永久磁铁240、250，永久磁铁240、250沿着水平方向被磁化，且以同极性的磁极与中央磁极片220对置的方式配置，且中央磁极片220及外周磁极片230比永久磁铁240、250高。在该磁场产生装置中，由于磁极片220、230与永久磁铁240、250的各磁极面接触，因此从永久磁铁240、250泄漏的漏磁通减少，从而不仅能够通过少的永久磁铁产生所期望的磁通，而且还使能够得到关入被激发成等离子状态的不活泼气体所需要的磁场强度(水平磁通密度为IOmT以上)的区域比以往扩大。其结果是，靶的腐蚀区域扩大，磁回路的直线部及拐角部处的腐蚀均匀化。
[0007]但是，虽然日本特开2008-156735号的磁场产生装置比日本特开平8-134640号的磁场产生装置的拐角部处的靶的腐蚀区域扩大，但由于直线部处的腐蚀最深部接近外周磁极片230，因此中央部(中央磁极片220附近)的腐蚀少，因而可知在磁场产生装置的中央部也需要使腐蚀区域扩大。
[0008]日本特开平1-147063号公开一种圆形的磁控溅射用磁场产生装置，其如图26(a)及图26(b)所示，在由同心圆状的磁铁302a、302b、303构成的磁回路的上方设有同心圆状的磁性体的分流板311a、311b、311c。通过磁性体的分流板311a、311b、311c,使水平磁场强的部分扩大而均匀华化，由此使靶的腐蚀均匀化。但是，分流板对磁铁的磁化方向相对于靶垂直的磁控溅射用磁场产生装置有效，但在磁铁的磁化方向相对于靶水平的日本特开2008-156735号所记载的那样的磁控溅射用磁场产生装置中，无法将中央磁极片附近的磁通密度分布充分扩宽。
[0009]日本特开2009-108383号公开一种磁控溅射装置，其如图27所示，使用圆筒形状或平板状的靶材料，其中，该磁控溅射装置具备磁铁单元，该磁铁单元通过使用相对于支承构件324a交错地配置的磁铁324b、324c，从而产生相对于靶材料的长度方向倾斜的磁场。但是，该磁铁单元由于磁铁324b、324c的配置复杂而制造困难。
【发明内容】
[0010]【发明的概要】
[0011]【发明要解决的课题】
[0012]因此，本发明的目的在于提供`一种在磁场产生装置的中央部也使腐蚀区域扩大，从而使靶的腐蚀进展均匀化的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置。
[0013]【技术方案】
[0014]鉴于上述目的，进行锐意研究的结果是，本
【发明者】发现一种跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置，其通过在由中央磁极构件及外周磁极构件形成的跑道形状的区域上设置沿着水平方向被磁化的多个永久磁铁而成，其中，(a)以与中央磁极构件对置的磁极面从靶远离的方式使永久磁铁倾斜，(b)在中央磁极构件上配置磁化方向与靶对置的永久磁铁，(C)中央磁极构件与靶表面的距离比外周磁极构件与靶表面的距离短，由此能够使腐蚀区域向磁场产生装置的中央部扩大，从而想到本发明。
[0015]即，用于使靶表面产生磁场的本发明的第一跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置的特征在于，
[0016](a)具备:中央磁极构件；包围所述中央磁极构件的外周磁极构件；以一方的磁极与所述中央磁极构件对置，且另一方的磁极与所述外周磁极构件对置的方式设置在所述中央磁极构件与所述外周磁极构件之间的多个永久磁铁；对所述中央磁极构件、所述外周磁极构件及所述永久磁铁进行支承的非磁性基体构件，
[0017](b)所述跑道形状具有直线部及拐角部，[0018](c)至少在所述直线部配置的各永久磁铁具有以与所述中央磁极构件对置的磁极面从所述靶远离的方式倾斜的磁化方向，
[0019](d)至少在所述直线部配置的各永久磁铁的与所述外周磁极构件对置的磁极面在接近所述基体构件的一侧具有与所述外周磁极构件不抵接的部分，
[0020](e)所述中央磁极构件与所述靶的距离和所述外周磁极构件与所述靶的距离相
坐寸ο
[0021]在所述第一磁控溅射用磁场产生装置中，优选在所述直线部配置的永久磁铁相对于所述靶的倾斜角为5~45°。
[0022]在所述第一磁控溅射用磁场产生装置中，优选在所述直线部配置的多个永久磁铁由至少两种倾斜角不同的永久磁铁组构成。
[0023]在所述第一磁控溅射用磁场产生装置中，优选在所述拐角部配置的永久磁铁沿着与所述靶平行的方向被磁化。
[0024]在所述第一磁控溅射用磁场产生装置中，优选(e)在所述拐角部配置的各永久磁铁具有以与所述中央磁极构件对置的磁极面从所述靶远离的方式倾斜的磁化方向，(f)在所述拐角部配置的各永久磁铁的与所述外周磁极构件对置的磁极面在接近所述基体构件的一侧具有与所述外周磁极构件不抵接的部分。
[0025]在所述第一磁控溅射用磁场产生装置中，优选与所述靶对置的所述中央磁极构件及所述外周磁极构件的面与所述靶平行。
[0026]用于使靶表面产生磁场的本发明的第二跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置的特征在于，
`[0027](a)具备:中央磁极构件；包围所述中央磁极构件的外周磁极构件；具有与所述靶表面平行的磁化方向，且以一方的磁极与所述中央磁极构件对置，另一方的磁极与所述外周磁极构件对置的方式设置在所述中央磁极构件与所述外周磁极构件之间的多个第一永久磁铁；对所述中央磁极构件、所述外周磁极构件及所述永久磁铁进行支承的非磁性基体构件，
[0028](b)第二永久磁铁载置在所述中央磁极构件上，该第二永久磁铁的磁化方向与所述靶表面垂直，且与所述靶表面对置的磁极和所述第一永久磁铁的与所述中央磁极构件对置的磁极相同。
[0029]在第二磁控溅射用磁场产生装置中，优选所述中央磁极构件从所述跑道形状的直线部延伸到拐角部，在所述中央磁极构件上载置的所述第二永久磁铁中，在所述中央磁极构件的两端部上载置的所述第二永久磁铁比所述直线部上的所述第二永久磁铁厚。
[0030]用于使靶表面产生磁场的本发明的第三跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置的特征在于，
[0031](a)具备:中央磁极构件；包围所述中央磁极构件的外周磁极构件；具有与所述靶表面平行的磁化方向，且以一方的磁极与所述中央磁极构件对置，另一方的磁极与所述外周磁极构件对置的方式设置在所述中央磁极构件与所述外周磁极构件之间的多个永久磁铁；对所述中央磁极构件、所述外周磁极构件及所述永久磁铁进行支承的非磁性基体构件，
[0032](b)所述中央磁极构件与所述靶表面的距离比所述外周磁极构件与所述靶表面的距离短。[0033]【发明效果】
[0034]在本发明的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置中，磁通密度的垂直分量成为零的部分(腐蚀最深部)接近磁场产生装置的中央侧，因此靶中央部的腐蚀增大，由此靶的腐蚀更加均匀化。因此，靶的利用效率提高。
[0035]在本发明的第一磁场产生装置中，通过改变永久磁铁的磁化方向的倾斜角，能够调节溅射所需要的磁场强度，因此通过一个的磁场产生装置能够对各种靶材设定最适合的条件。并且，通过局部地改变倾斜角，能够实现溅射时的异常放电对策。
[0036]在第二磁场产生装置中，通过调节第二永久磁铁的磁化及尺寸，能够对各种靶材设定最适合的条件。而且，在第三磁场产生装置中，通过变更中央磁极构件及外周磁极构件的上表面的位置，能够对各种靶材设定最适合的条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1 (a)是表示本发明的第一跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置的一例的俯视图。
[0038]图1 (b)是图1 (a)的A-A剖视图。
[0039]图1 (C)是图1 (a)的B-B剖视图。
[0040]图1(d)是表示构成图1(a)的磁场产生装置的非磁性基体构件的俯视图。
[0041]图1(e)是表示构成图1(a)的磁场产生装置的非磁性基体构件、中央磁极构件及外周磁极构件的俯视图。
[0042]图1 (f)是图1 (e)`的C-C剖视图。
[0043]图2(a)是表示本发明的第一跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置的另一例的局部俯视图。
[0044]图2 (b)是图2 (a)的D-D剖视图。
[0045]图2 (C)是图2 (a)的E-E剖视图。
[0046]图3是表示本发明的第一跑道形状的磁场产生装置的拐角部的另一例的局部俯视图。
[0047]图4是表示本发明的第一跑道形状的磁场产生装置的拐角部的再一例的局部俯视图。
[0048]图5是表示本发明的第一跑道形状的磁场产生装置的拐角部又一例的局部俯视图。
[0049]图6是表示通过本发明的第一跑道形状的磁场产生装置产生的磁场的在靶表面上的磁通密度的垂直分量成为零的部分的局部示意图。
[0050]图7(a)是表示实施例1的跑道形状的磁场产生装置的俯视图。
[0051 ] 图7 (b)是图7 (a)的F-F剖视图。
[0052]图7 (C)是图7 (a)的G-G剖视图。
[0053]图8是表示通过实施例1的跑道形状的磁场产生装置而在靶面上产生的磁通密度的水平分量(水平磁通密度)的峰值及零交位置的曲线图。
[0054]图9(a)是表示本发明的第二跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置的俯视图。
[0055]图9 (b)是图9 (a)的H-H剖视图。[0056]图10 (a)是图9 (a)的J-J剖视图。
[0057]图10 (b)是图9 (a)的K-K剖视图。
[0058]图11是表示本发明的第二跑道形状的磁场产生装置的拐角部的另一例的局部俯视图。
[0059]图12是表示本发明的第二跑道形状的磁场产生装置的拐角部的再一例的局部俯视图。
[0060]图13是表示本发明的第二跑道形状的磁场产生装置的拐角部的又一例局部俯视图。
[0061]图14是表示通过本发明的第二跑道形状的磁场产生装置产生的磁场的在靶表面上的磁通密度的垂直分量成为零的部分的局部示意图。
[0062]图15是表示本发明的第三跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置的横向剖视图。
[0063]图16(a)是表示实施例2的跑道形状的磁场产生装置的俯视图。
[0064]图16 (b)是图16 (a)的L-L剖视图。
[0065]图16 (C)是图16 (a)的M-M剖视图。
[0066]图17是表示实施例2的跑道形状的磁场产生装置中的A线、B线及D线和产生的磁场的在靶表面上的磁通密度的垂直分量成为零的部分的局部示意图。
[0067]图18是将通过实施例2及比较例I的跑道形状的磁场产生装置而在靶面上产生的磁通密度的水平分量沿着A线绘制出的曲线图。
[0068]图19是将通过实施例2及`比较例I的磁场产生装置而在靶面上产生的磁通密度的水平分量沿着B线绘制出的曲线图。
[0069]图20是将通过实施例2的磁场产生装置而在靶面上产生的磁通密度的水平分量沿着D线绘制出的曲线图。
[0070]图21是表示以往的磁控溅射用磁场产生装置的一例的立体图。
[0071]图22是表示通过图21所示的以往的磁控溅射用磁场产生装置产生的磁场的在靶表面上的磁通密度的垂直分量成为零的部分的局部示意图。
[0072]图23(a)是表示以往的磁控溅射用磁场产生装置的另一例的俯视图。
[0073]图23 (b)是图23 (a)的N-N剖视图。
[0074]图24是表示以往的磁控溅射用磁场产生装置的再一例的俯视图。
[0075]图25是表示通过图24所示的以往的磁控溅射用磁场产生装置产生的磁场的在靶表面上的磁通密度的垂直分量成为零的部分的局部示意图。
[0076]图26(a)是表不日本特开平1-147063号中公开的圆形的磁控派射用磁场产生装置的剖视图。
[0077]图26(b)是表示图26(a)的圆形的磁控溅射用磁场产生装置中的分流板的配置的俯视图。
[0078]图27是表示日本特开2009-108383号中公开的磁控溅射用靶装置中的永久磁铁的配置的立体图。
【具体实施方式】
[0079]以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细地说明，但一个实施方式的说明只要没有特别声明，则也能够适用于其他的实施方式。另外，图示的例子不是限定性的，在本发明的思想的范围内能够进行各种变更。
[0080][I]第一跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置
[0081]如图1 (a)~图1 (C)所示，第一磁控溅射用磁场产生装置I使靶表面产生跑道形状的磁场，具有由直线部20及两个拐角部30、30构成的跑道形状。第一磁场产生装置I具备:在非磁性基体构件6上配置的棒状的中央磁极构件2 ；以包围中央磁极构件2的方式配置在非磁性基体构件6上的跑道形状的外周磁极构件3 ;在非磁性基体构件6上且配置在中央磁极构件2与外周磁极构件3之间的多个永久磁铁4、5。
[0082]优选中央磁极构件2及外周磁极构件3都由软磁性钢等软磁性材料构成。另外，永久磁铁4、5的材质可以根据装置的结构(从磁场产生装置到靶的距离)及需要的磁场强度而适当设定。在得到高的磁通密度的情况下，可以使用以R(Nd等稀土族元素中的至少一种)、T(Fe或Fe及Co)及B为必需成分的R_T_B系各向异性烧结磁铁等稀土族磁铁，在需要的磁通密度不那么高时，可以为铁素体磁铁。另外，在要改变直线部和拐角部的磁通密度的情况下，可以与各自需要的磁通密度对应来设定磁铁的材质及尺寸。
[0083](I)非磁性基体构件
[0084]如图1 (d)及图1 (f)所示,非磁性基体构件6具有位于直线部20的两缘部及拐角部30、30上的第一平面16、 在直线部20中向第一平面部16的内侧延伸的槽部17。槽部17具有:在中央延伸的第二平面17a ;在第二平面17a的两侧延伸的第一倾斜面17b、17b ;从各第一倾斜面17b的外端延伸到第一平面16的钩挂(hang over)状的第二倾斜面17c。在图示的例子中，各拐角部30、30在俯视下形成多边形形状，但这不是限定性的。优选各第一倾斜面17b、17b以外侧(外周磁极构件3侧)变高的方式倾斜，且相对于非磁性基体构件6的上表面(第一平面16)的倾斜角Θ如后述那样处于5~45°的范围内。
[0085](2)中央磁极构件
[0086]如图1(b)~图1(f)所示，中央磁极构件2具有下方为梯形形状且上方为长方形形状的截面，包括:在直线部20中的第二平面17a上配置的棒状的第一中央磁极部2a ;与第一中央磁极部2a的两端相接且配置在拐角部30、30的第一平面16上的俯视下为多边形形状的第二中央磁极部2b。第二中央磁极部2b既可以与第一中央磁极部2a —体，也可以与第一中央磁极部2a分体。优选中央磁极构件2的上表面与祀面7a平行。
[0087](3)外周磁极构件
[0088]如图1 (C)~图1 (f)所示，在非磁性基体构件6的第一平面16上配置的外周磁极构件3包括:在直线部20配置的具有倒梯形形状截面的第一外周磁极部3a ;在拐角部30、30中的第一平面16的缘部配置的具有长方形形状截面的第二外周磁极部3c。第一外周磁极部3a的内侧倾斜面3a’与非磁性基体构件6的第二倾斜面17c位于同一面上(一致)。优选外周磁极构件3的上表面与靶面7a平行。
[0089]非磁性基体构件6的拐角部30为以中央磁极构件2的第二中央磁极部2b为中心的半圆状或半多边形形状，与其对应，外周磁极构件3的第二外周磁极部3c也为半圆状或半多边形形状。根据第二外周磁极部3c的形状来决定拐角部处的永久磁铁5的形状。
[0090]优选在直线部20的第二平面17a上配置的第一中央磁极部2a、在拐角部30、30中的第一平面16上配置的第二中央磁极部2b、在直线部20中的第一平面16上配置的第一外周磁极部3a、在拐角部30、30中的第一平面16的缘部上配置的第二外周磁极部3c具有相同的高度。因此，如图1 (b)所示，优选中央磁极构件2的上表面与靶面7a的距离Dc和外周磁极构件3的上表面与靶面7a的距离Do相等。
[0091](4)永久磁铁
[0092]如图1 (a)所示，在直线部20配置的永久磁铁4及在拐角部30、30配置的永久磁铁5这两方都为一方的磁极与中央磁极构件2对置，且另一方的磁极与外周磁极构件3对置。
[0093]如图1 (b)所示，直线部20中的多个永久磁铁4以与中央磁极构件2对置的磁极面4a从靶面7a远离的方式(以中央磁极构件2侧的磁极面4a与靶面7a的距离比外周磁极构件3侧的磁极面4b与靶面7a的距离大大的方式)使磁化方向相对于靶面7a倾斜角度Θ。在图示的例子中，各永久磁铁4具有长方形截面，且以对置面成为磁极的方式被磁化，因此各永久磁铁4的倾斜角也为Θ。优选在中央磁极构件2的两侧配置的永久磁铁4的磁化方向的倾斜角Θ彼此相同。优选永久磁铁4的磁化方向相对于靶面7a的倾斜角Θ处于5~45°的范围内。当倾斜角Θ小于5°时，几乎无法得到使靶面7a中磁通密度的垂直分量成为零的部分(也简称为“垂直磁通零部分”)向磁场产生装置I的中央部移动的效果。另外，当倾斜角Θ超过45°时，在靶面7a中可能无法得到充分的磁通密度。虽然也依据靶的种类等，但更优选倾斜角Θ处于10~20°的范围内。
[0094]如图1 (b)所示，在永久磁铁4为长方体状的情况下，根据永久磁铁4的倾斜角Θ，而中央磁极构件2的第一中央磁极部2a的侧面下部倾斜角度(90° - Θ )，另外，外周磁极构件3的第一外周磁极部3a的内侧面3a’也倾斜角度(90° - Θ )。永久磁铁4的与外周磁极构件3对置的外端面4b在接近基体构件6的一侧(在下方)具有与外周磁极构件3不抵接的部分4c。永久磁铁4的外端面4b的宽度Wni比外周磁极构件3的内侧面(与永久磁铁4对置的侧面)3a’的宽度Wy大`。优选永久磁铁4的非抵接部分4c的宽度为Wm_Wy。优选Wm及Wy满足Wy= aXWm(其中，α为0.4~0.6的系数。)的条件。与外周磁极构件3不抵接的永久磁铁4的部分4c作为永久磁铁4与外周磁极构件3的磁隙而发挥功能。
[0095]如上所述，由于永久磁铁4倾斜，且永久磁铁4的外端面4b的下方部分4c与外周磁极构件3不抵接，因此永久磁铁4的靶7侧的磁路具有比基体构件6侧的磁路小的磁阻。其结果是，靶面7a中的垂直磁通零部分向中央磁极构件2侧移动，靶7的腐蚀区域向磁场产生装置I的中央部扩大。通过永久磁铁4的倾斜角Θ能够调节靶面7a上的磁场强度。
[0096]在图1 (a)~图1 (C)所示的磁场产生装置I中，在直线部20配置的永久磁铁4全部具有相同的倾斜角Θ，但也可以由至少两种倾斜角不同的永久磁铁组构成。在图2(a)~图2(c)所示的磁场产生装置11中，具有倾斜了角度Θ i的永久磁铁14的区域20a和具有倾斜了与角度G1不同的角度θ2的永久磁铁24的区域20b交替配置。通过多个不同的倾斜角的永久磁铁14、24，能够改变腐蚀最深部的位置，从而使靶7的利用效率提高。在具有至少两种倾斜角不同的永久磁铁组的情况下，也可以使溅射中磁场产生装置整体向上下及/或左右摆动。
[0097]在图1 (c)所示的例子中，拐角部处的永久磁铁5的磁化方向相对于靶面7a平行，但为了调节拐角部的腐蚀区域及磁场强度，也可以以如下方式使磁化方向倾斜，即，(a)与中央磁极构件2的第二中央磁极部2b对置的磁极面从靶面7a远离，且(b)与第二外周磁极部3c对置的面的下方部(接近基体构件6的一侧)与第二外周磁极部3c不抵接。在永久磁铁5相对于靶面7a倾斜的情况下，既可以为与直线部20处的永久磁铁4相同的倾斜角，也可以为与直线部20处的永久磁铁4不同的倾斜角。
[0098]在图1 (a)及图3所示的例子中，拐角部30处的永久磁铁5在俯视下大致为梯形，但如图4所示，在拐角部30处的第二外周磁极部3c为半圆状的情况下，优选拐角部30处的永久磁铁5在俯视下大致为扇形。另外，如图5所示，拐角部30处的永久磁铁5在俯视下也可以为长方形。拐角部30处的永久磁铁5的个数及大小没有特别限定，从制造上或组装容易性的观点出发，可以分割成任意的大小，并且，各自的大小也可以不同。
[0099]即使拐角部30处的永久磁铁5如图1 (a)所示那样以将中央磁极构件2的第二中央磁极部2b与外周磁极构件3的第二外周磁极部3c的间隙完全填充的方式配置,也可以如图3所示那样在相邻的永久磁铁5之间设置间隙8。在拐角部处开设间隙8来配置永久磁铁5的情况下，能够根据间隙8来调节靶面上的磁通密度。也可以在间隙8中填充非磁性体的间隔件。优选永久磁铁5相对于中央磁极构件2的第二中央磁极部2b与外周磁极构件3的第二外周磁极部3c的间隙的总面积的占有面积率为30%以上。
[0100](5)腐蚀区域
[0101]在直线部20处的永久磁铁4与靶面7a平行的以往的磁场产生装置中，靶面上磁通密度的垂直分量成为零的部分在俯视下存在于图25中虚线所示的线上(距中央磁极构件2为距离R的位置)。由于靶的浸蚀(腐蚀)在磁通密度的垂直分量成为零的部分上进展最快，因此当该部分从中央磁极构件2离开时，靶中央部的腐蚀进展变慢。因而，靶的腐蚀变得不均匀，靶的利用效率降低。
[0102]与此相对，在直线部20处的永久磁铁4相对于靶面7a倾斜的本发明的磁场产生装置I中，如图6所示，直线部20中磁通密度的垂直分量成为零的部分(图中由虚线表示的部分)存在于距中央磁极构件2为距离r的位置(r < R)上，因此腐蚀最深部向靶中央侧移动，靶的腐蚀更均匀地进展，从而靶的利用效率提高。在磁通密度的垂直分量成为零的部分的大致附近，磁通密度的水平分量变得最大。因此，优选靶面7a上的磁场的磁通密度的垂直分量成为零的位置处的磁通密度的水平分量为IOmT以上。
[0103][2]第二跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置
[0104]第二磁控溅射用磁场产生装置101的特征在于，(a)具备:中央磁极构件102 ;包围中央磁极构件102的外周磁极构件103 ;具有与靶表面平行的磁化方向，且以一方的磁极与中央磁极构件102对置，另一方的磁极与外周磁极构件103对置的方式设置在中央磁极构件102与外周磁极构件103之间的多个永久磁铁104、105 ;对中央磁极构件102、外周磁极构件103及永久磁铁104、105进行支承的非磁性基体构件106, (b_l)永久磁铁104a、105a载置在中央磁极构件102上,该永久磁铁104a、105a的磁化方向与祀表面垂直,且与革巴表面对置的磁极和永久磁铁104、105的中央磁极构件102侧的磁极相同，(b-2)中央磁极构件102与靶表面的距离比外周磁极构件103与靶表面的距离短，由此中央磁极构件102的靶侧的磁通密度相对高。由于为这样的结构，因此靶的中央部(与中央磁极构件102对置的部分)的腐蚀速度提高，从而靶的利用效率提高。对于(b-Ι)的情况(第一形态)及(b-2)的情况(第二形态)，分别对与第一磁控溅射用磁场产生装置I不同的部分进行详细地说明。因此，对于没有进行说明的部分，希望参照第一磁控溅射用磁场产生装置I的说明。
[0105](I)第一形态
[0106]如图9(a)及图9(b)所示，在第一形态的第二磁控溅射用磁场产生装置101中，在具有平坦的上表面的非磁性基体构件106上配置有棒状的中央磁极构件102、外周磁极构件103、多个永久磁铁104及105，其中，外周磁极构件103以包围中央磁极构件102的方式设置，多个永久磁铁104及105的磁化方向与靶表面7a平行，且以一方的磁极与中央磁极构件102对置，另一方的磁极与外周磁极构件103对置的方式设置在中央磁极构件102与外周磁极构件103之间，并且永久磁铁104a、105a载置在中央磁极构件102及该中央磁极构件102的端部102a上，该永久磁铁104a、105a的磁化方向与靶表面7a垂直，且与靶表面7a对置的磁极和永久磁铁104、105的中央磁极构件102侧的磁极相同。在图示的第二磁场产生装置101中，非磁性基体构件106的上表面平坦，中央磁极构件102的长度方向两端部102a、102a 变薄。
[0107]中央磁极构件102上的永久磁铁104a既可以为一体，也可以由在长轴方向上排列的多个永久磁铁构成。根据需要还可以在多个永久磁铁104a上设置长轴方向的间隔。中央磁极构件102上的永久磁铁104a的厚度(图9(b)中为h2)能够根据需要的磁场强度及磁铁的材质进行适当调节，但优选为中央磁极构件102的厚度与永久磁铁104a的厚度的合计hm的5~50%，更优选为10~25%。
[0108]优选永久磁铁104a设置在中央磁极构件102上(靶侧)，但也可以配置在中央磁极构件102的非磁性基体构件106侧，还可以将中央磁极构件102沿水平方向分割，将永久磁铁104a在它们之间配置成夹心状。
[0109]在拐角部30中，如图9 (a)、图10(a)及图10(b)所示，在中央磁极构件102的端部102a上也以磁化方向与祀表面7a垂直且与祀表面7a对置的磁极和永久磁铁105的端部102a侧的磁极相同的方式载置永久磁铁105a。如图10(a)及图10(b)所示，优选拐角部30处的永久磁铁105a比直线部20处的永久磁铁104厚。优选永久磁铁105a的厚度为永久磁铁104的厚度的1.2~3倍。`
[0110]在拐角部30具有半多边形形状的第二外周磁极部103c的情况下，优选永久磁铁105如图9 (a)或图11所示，在俯视下大致为梯形，在具有半圆状的第二外周磁极部103c的情况下，优选永久磁铁105如图12所示，在俯视下大致为扇形。另外，如图13所示，拐角部30处的永久磁铁105在俯视下也可以为长方形。
[0111]如图9(a)所示，永久磁铁105可以将端部102a与第二外周磁极部103c的间隙完全填充，还可以如图11所示那样在相邻的永久磁铁105之间设置间隙8。通过间隙8能够调节靶表面上的磁通密度。优选永久磁铁105相对于中央磁极构件102的端部102a与外周磁极构件103的第二外周磁极部103c的间隙的总面积的占有面积率为30%以上。
[0112]优选在中央磁极构件102的端部102a上配置的永久磁铁105a具有与端部102a相同的形状，来完全覆盖端部102a。虽然永久磁铁I 05a的磁化方向厚度能够根据需要的磁场强度及磁铁的材质而进行适当调节，但优选为永久磁铁104a的厚度以上，更优选为永久磁铁104a的厚度的1.5~5倍，最优选为永久磁铁104a的厚度的2~3倍。
[0113]如图14所示，当在中央磁极构件102的端部102a上载置永久磁铁105a时，磁通密度的垂直分量成为零的部分(图中由虚线表示的部分)向距中央磁极构件102为距离r的位置(r<R)移动，腐蚀最深部向靶中央部移动。其结果是，靶的腐蚀更均匀地进展，从而靶的利用效率提高。优选靶表面7a上的磁通密度的垂直分量成为零的位置处的磁通密度的水平分量为IOmT以上。
[0114](2)第二形态
[0115]如图15所示，在第二形态的第二磁控溅射用磁场产生装置中，中央磁极构件102向靶7侧突出，中央磁极构件102与靶表面7a的距离比外周磁极构件103与靶表面7a的距离短。除此以外的结构可以基本上与第一形态相同。通过使中央磁极构件102突出，与中央磁极构件102对置的靶表面7a上的磁通密度相对地变高，从而靶中央部的腐蚀速度提闻，由此革巴的利用效率提闻。
[0116]在第二形态中，为了使中央磁极构件102向靶7侧突出，可以(a)使中央磁极构件102比外周磁极构件103厚，或者(b)使与中央磁极构件102相接的非磁性基体构件106的上表面部分比其他的部分高。在图15所示的例子中，非磁性基体构件106的中央部上表面部分106a变高h4，从而中央磁极构件102的上表面比外周磁极构件103高该h4的量。
[0117]通过由比外周磁极构件103高导磁率的材料构成中央磁极构件102，由此能够进一步提高中央磁极构件102上的磁通密度，且能够使靶中央部的腐蚀速度进一步提高。例如，中央磁极构件102使用珀明德铁钻系高磁导率合金(Fe-Co-V)那样的具有高导磁率及高饱和磁化的材料，外周磁极构件103使用奥氏体系以外的不锈钢(例如SUS430等)。
[0118]将多台本发明的第一及第二磁场产生装置以规定间隔并列配置，并使各磁场产生装置与所述间隔同程度地移动(摆动)，由此能够使用一体型的靶而在大型的基板上成膜。另外，在第一及第二磁场产生装置上也可以设置对磁场产生装置的上表面与靶面的距离进行调节的机构。
[0119]通过以下的实施例进`一步详细地说明本发明，但本发明没有限定为以下的实施例。
[0120]实施例1
[0121]如图7(a)、图7(b)及图7(c)所示，在奥氏体系不锈钢(SUS304)制的非磁性基体构件6上配置由钢板(SS400)构成的中央磁极构件2的第一中央磁极部2a及第二中央磁极部2b、外周磁极构件3的第一外周磁极部3a及第二外周磁极部3c、以及由R-TM-B系各向异性烧结磁铁(日立金属株式会社制的NMX50,最大能积:50MG0e以上)构成的永久磁铁4 及 5，来制作出磁场产生装置 I (W = 1000mm、Ll = 700mm、L2 = 150mm、al = 100mm、bl =50mm、cl = 10mm、dl = 15.5mm、el = 9.8mm、fl = 30mm、Wm = 20mm、Wy = 10mm、Θ = IO0、gl = 100臟、hi = 50臟、il = 10臟、jl = 5臟及kl = 8臟)。并且，通过磁场分析，求出使直线部20处的永久磁铁4的倾斜角Θ变化时的距磁场产生装置I的表面(中央磁极构件2及外周磁极构件3的与所述靶对置的面)为25_的位置(与靶表面的位置相当)处的(a)磁通密度的水平分量的峰值、以及(b)零交位置(磁通密度的垂直分量成为零的位置)，并相对于倾斜角Θ进行绘制。所述零交位置由距中央磁极构件的距离r表示。在图8中示出结果。
[0122]由图8清楚可知，当增大直线部20处的永久磁铁4的倾斜角Θ时，磁通密度的垂直分量成为零的位置、即腐蚀最快进展的位置向中央磁极构件2侧移动，并且磁场强度减少。因此,通过使直线部20处的永久磁铁4的倾斜角Θ变化，能够扩大靶的腐蚀区域，使腐蚀变得均匀，并且能够调节溅射所需要的磁场强度。
[0123]实施例2、比较例I
[0124]在Al-Mg系合金(A5052)制的非磁性基体构件106上配置铁素体系不锈钢(SUS430)制的中央磁极构件102、外周磁极构件103、以及由铁素体烧结磁铁(日立金属株式会社制的NMF-3B，最大能积:约4MG0e)构成的永久磁铁104、104a、105及105a，来制作出图16 (a)、图16(b)及图16(c)所示的磁场产生装置101 (W= 300mm、LI = 150mm、L2 =75mm、a2 = 160mm、b2 = 40mm、c2 = 30mm、d2 = 10mm、e2 = 35mm、f2 = 55mm、g2 = 65mm、h5 = 5mm、h6 = 10mm、i2 = IOmm 及 j2 = 15mm)。
[0125]通过磁场分析，求出距磁场产生装置101的表面(与靶对置的面)为25mm的位置(与靶表面的位置相当)处的磁通密度，并将其水平分量沿着图17的A线及B线而分别描绘在图18及图19上。并且，对于除了未配置永久磁铁104a及105a以外而与实施例2相同结构的比较例I的磁场产生装置。也同样求出磁通密度，并将其水平分量沿着A线及B线而分别描绘在图18及图19上。
[0126]由图18及图19清楚可知，通过在中央磁极构件102上配置永久磁铁104a，且在中央磁极构件102的端部配置永久磁铁105a，能够使靶中央部的磁场急剧地上升。磁通密度的水平分量成为32mT的位置在A线中从30mm变化为19mm，在B线中从44mm变化为24臟。在图17中用点线表示此时的零交位置(磁通密度的垂直分量成为零的位置)。由上述的结果可知，第二磁场产生装置使靶的腐蚀区域向中央磁极构件102侧扩大，并使靶的腐蚀均匀化。
[0127]并且，对于将中央 磁极构件102上的永久磁铁104a的厚度h5固定为3mm，且使中央磁极构件102的端部上的永久磁铁105a的厚度h6以0mm、3mm、15mm及25mm这四组进行变化的磁场产生装置，将通过同样的磁场分析求出的磁通密度的水平分量沿着图17的D线而描绘在图20上。其结果是，可知在使中央磁极构件102的端部上的永久磁铁105a的厚度h6为3mm时,祀中央部的磁场最急剧地上升。
【权利要求】
1.一种用于使靶表面产生磁场的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置，其特征在于， (a)具备:中央磁极构件；包围所述中央磁极构件的外周磁极构件；以一方的磁极与所述中央磁极构件对置而另一方的磁极与所述外周磁极构件对置的方式，设置在所述中央磁极构件与所述外周磁极构件之间的多个永久磁铁；对所述中央磁极构件、所述外周磁极构件及所述永久磁铁进行支承的非磁性基体构件， (b)所述跑道形状具有直线部及拐角部， (c)至少在所述直线部配置的各永久磁铁具有以与所述中央磁极构件对置的磁极面从所述靶远离的方式倾斜的磁化方向， (d)至少在所述直线部配置的各永久磁铁的与所述外周磁极构件对置的磁极面在接近所述基体构件的一侧具有与所述外周磁极构件不抵接的部分， (e)所述中央磁极构件与所述靶的距离和所述外周磁极构件与所述靶的距离相等。
2.根据权利要求1所述的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置，其特征在于， 在所述直线部配置的永久磁铁相对于所述靶的倾斜角为5~45°。
3.根据权利要求1或2所述的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置，其特征在于， 在所述直线部配置的多个永久磁铁由至少两种倾斜角不同的永久磁铁组构成。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置，其特征在于， 在所述拐角部配置的永久磁铁沿着与所述靶平行的方向被磁化。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置，其特征在于， (a)在所述拐角部配置的各永久磁铁具有以与所述中央磁极构件对置的磁极面从所述靶远离的方式倾斜的磁化方向， (b)在所述拐角部配置的各永久磁铁的与所述外周磁极构件对置的磁极面在接近所述基体构件的一侧具有与所述外周磁极构件不抵接的部分。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置，其特征在于， 与所述靶对置的所述中央磁极构件及所述外周磁极构件的面与所述靶平行。
7.一种用于使靶表面产生磁场的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置，其特征在于， (a)具备:中央磁极构件；包围所述中央磁极构件的外周磁极构件；具有与所述靶表面平行的磁化方向，且以一方的磁极与所述中央磁极构件对置而另一方的磁极与所述外周磁极构件对置的方式设置在所述中央磁极构件与所述外周磁极构件之间的多个第一永久磁铁；对所述中央磁极构件、所述外周磁极构件及所述永久磁铁进行支承的非磁性基体构件， (b)第二永久磁铁载置在所述中央磁极构件上，该第二永久磁铁的磁化方向与所述靶表面垂直，且该第二永久磁铁的与所述靶表面对置的磁极和所述第一永久磁铁的与所述中央磁极构件对置的磁极相同。
8.根据权利要求7所述的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置，其特征在于， 所述中央磁极构件从所述跑道形状的直线部延伸到拐角部，在所述中央磁极构件上载置的所述第二永久磁铁中，在所述中央磁极构件的两端部上载置的所述第二永久磁铁比所述直线部上的所述第二永久磁铁厚。
9.一种用于使靶表面产生磁场的跑道形状的磁控溅射用磁场产生装置，其特征在于， (a)具备:中央磁极构件；包围所述中央磁极构件的外周磁极构件；具有与所述靶表面平行的磁化方向，且以一方的磁极与所述中央磁极构件对置而另一方的磁极与所述外周磁极构件对置的方式设置在所述中央磁极构件与所述外周磁极构件之间的多个永久磁铁；对所述中央磁极构件、所述外周磁极构件及所述永久磁铁进行支承的非磁性基体构件， (b)所述中央磁极构件与所述靶表面的距离比所述外周磁极构件与所述靶表面的距离短 。
【文档编号】C23C14/35GK103562433SQ201280025831
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年5月28日 优先权日:2011年5月30日
【发明者】栗山义彦 申请人:日立金属株式会社