磁场生成设备和溅射设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能够轻易地调节磁场分布的磁场生成设备和使用所述磁场生成设备的溅射设备，所述磁场生成设备包括：两个以上主磁极部，其用于生成主磁场；一个以上副磁极部，其包括通过分割得到的多个第一分割磁体，并且生成用于对生成的主磁场进行调节的副磁场；以及轭部，其包括对应于所述一个以上副磁极部而与所述多个第一分割磁体相对的一个以上第一轭。
【专利说明】磁场生成设备和溅射设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种磁场生成设备和一种使用所述磁场生成设备的溅射设备。
【背景技术】
[0002] 日本专利No. 4845836(下文称为专利文件1)公开了一种用于在由晶片、玻璃等形 成的基板表面上形成薄膜的磁控溅射设备。如专利文件1中的图1等所示，中央磁体2坚 直设置在底部轭1的中央部，外围磁体3坚直设置以便围绕中央磁体2的外围。第一辅助 磁体4和第二辅助磁体5坚直设置在中央磁体2和外围磁体3之间。通过具有这类结构的 磁路，所形成的磁场的分布为靶7的表面上的垂直磁场分量三次穿过零值。于是，靶7可被 均匀地溅射（见专利文件1的第[0020]段到第[0025]段等）。
[0003] 进一步地，日本专利申请
【发明者】 利用图1所示一般结构执行溅射时，利用率约为10%?25%。换言之，该利用率提高到一 般结构所得到的利用率的约2. 4?6倍。
[0114] 图11是解释了用于本实施例的磁场生成部200的主磁场调节方法的图。图11所 示的图还示出了在磁场生成部200的右手侧区域中的磁通密度。下面将参照在图4中虚线 X包围的右手侧的第一主磁极部210a和第二主磁极部210b的结构以及第一副磁极部211a 和第二副磁极部211b的结构来对该调节方法进行描述。
[0115] 例如，将讨论仅设有第一主磁极部210a和第二主磁极部210b的状态。在这种情 况下，如图中实线所示，靶505正面上的垂直磁场的磁通密度几乎线性地改变。当第一副磁 极部211a设置在该状态中的第二主磁极部210b的附近时，垂直分量在该区域中如同被下 拉似的移动（箭头H)。此外，当第二副磁极部211b设置在第一主磁极部210a附近时，垂直 分量在该区域中向上移动（箭头I)。通过恰当地设置副磁极部211，可调节主磁场。
[0116] 第一副磁极部211a和第二副磁极部211b各包括多个小块的分割磁体219,分割 磁体的数量和位置可恰当地调节。于是，可轻易调节主磁场，并且可形成垂直分量为零的区 域。尽管在多个分隔磁体219之间设有间隔，但由于所生成的副磁场被位于副磁极部211 的上侧的第一轭215平均，所以在靶505正面上的主磁场不会变得不均匀。
[0117] 当希望调节垂直磁场分量为零的区域的磁通密度或水平分量时，仅需要恰当地改 变第一主磁极部210a和第二主磁极部210b等的分割磁体218的数量。对应地，仅需恰当地 调节第一副磁极部211a和第二副磁极部211b从而形成垂直分量为零的区域。如上所述， 由于根据本发明的磁场生成设备包括可调节主磁场的机构，所以即使在使用例如具有不同 磁特性的靶505时，也可使用单个溅射阴极500来优化主磁场，从而提高靶505的利用率。
[0118] 迄今为止，在本实施例的磁场生成设备100 (磁场生成部200)中，主磁极部210和 副磁极部211由多个分割磁体以及与磁体相对的轭构成。例如，由磁性材料组成的轭可设 置在呈小块状的磁体串上，以便形成磁体单元。通过将这类单元设为主磁极部210和副磁 极部211，可将任意上表面上的磁场线的方向和磁通密度调节为所需值。
[0119] 如上所述，当这种技术应用在磁控溅射设备的靶阴极时，靶505正面上的磁场线 可轻易调节为与靶的正面平行。结果，可以扩大靶505的侵蚀区域，并且提高靶505的利用 率。
[0120] 考虑到磁场线的方向和磁通密度，通过改变磁极部包括的分割磁体的数量和位 置，可轻易调节所需的磁场。此外，还可通过恰当地设置分割磁体和轭的组合来调节磁场。 由于磁场线穿过靶505且受靶505的磁特性的影响，所以需要对各个靶505进行调节。利 用根据本发明的磁场生成设备1〇〇,可通过单个溅射阴极500来处理具有不同磁特性的多 个靶505。
[0121] 通过提高靶505的利用率，可以缩减开发成本和产品成本。此外，由于可处理多个 靶505,可减少阴极的数量，于是降低设备成本。进一步地，可延长靶505的更换周期，可提 升设备的运行率。另外，可减少用于更换靶505的任务数量。根据本发明的用作磁场调节 机构的磁场生成设备100,可实现所需的磁场，而无需重制溅射阴极。此外，通过为各个磁极 部设置的轭，可形成均匀且一致的磁场。
[0122] 在上述日本专利No. 4845836(下文称为专利文件1)中，在靶正面的垂直磁场三次 穿过零点（水平磁场约为150?200gauss，零值为±IOgauss以内）。然而，在专利文件1 中，与本发明的轭相对应的磁性材料并非设置在磁体上。此外，未提供用于调节磁场（磁 场线方向和水平磁场的磁通密度）的机构。如专利文件1所公开，为了使垂直磁场在零值 (±IOgauss)的窄范围内三次穿过零点，需要对磁场进行细微控制。在无调节磁场的机构的 结构中要实现三次穿过零点非常困难。由于设置在溅射阴极中的磁体的形状和位置是限定 的，所以不能实现三次穿过零点，除非在改变磁体的磁场强度的同时重制溅射阴极多次。进 一步地，由于无调节磁场的机构，所以溅射阴极不能处理具有不同磁特性的多个靶。此外， 在专利文件1所公开的溅射阴极中，水平磁场的磁通密度不可调节。水平磁场的磁通密度 与施加电压电源相关。因此，如果水平磁场的磁通密度改变，即使是以相同的沉积速率进行 沉积处理，施加电压也改变，结果是沉积的溅射膜的膜质量也随之改变。由于施加电压明确 确定为专利文件1所公开的沉积机构中设置的沉积率，所以电压不能以恒定速率改变。在 膜质量受电压影响的薄膜情况下，由于电压不可控，会产生一个问题。
[0123] 在日本专利申请公开No. 2006-16634(下文称为专利文件2)中，尽管在磁体之间 的区域上设有分流板，但是这与本发明设有轭的目的明显不同。分流板设置为使靶表面上 的垂直磁场为零，设置其的目的不是对磁体生成的磁场进行平均，对此没有进行描述或表 示。由于专利文件2所公开的磁场生成设备中也无调节磁场的机构，所以也存在与专利文 件1所公开的溅射阴极相同的问题。进一步地，由于靶和分流板彼此接近，随着靶侵蚀的发 展，磁场极大地偏离了其理想的形状，结果，推测出靶的利用率最终没有上升多少。
[0124] 相反，在根据本发明的磁场生成设备和溅射设备中，可轻易调节磁场分布，并且当 用于溅射阴极时，可有效提高靶的利用率。
[0125](其他实施例）
[0126] 本发明不局限于上述实施例，各种其他实施例也可实现。
[0127] 在上述描述中，本发明的磁场生成设备用于调节在靶的正面上形成的主磁场为平 行。然而，磁场生成设备不限于用于生成主磁场的情况。根据本发明的磁场生成设备不局 限于用于溅射阴极的情况，还适用于各个领域的各种目的。利用根据本发明的磁场生成设 备，可将具有期望分布的各种磁场形成为主磁场。
[0128] 为了形成作为根据本发明的磁场生成设备的所需的主磁场，仅需要设置由分割磁 体和轭构成的多个磁体单元。这时，在主磁极部和副磁极部中，所使用的每个磁体单元无需 明显区分。换言之，本发明的构思包括了一种预定磁体单元既体现了主磁极部的功能也体 现了副磁极部的功能的结构。仅需要提供至少用作两个以上主磁极部和一个以上副磁极部 的多个磁体单元。
[0129] 通过根据本发明的磁场生成设备，不仅可以生成垂直分量为零的磁场，还可以生 成如图7所示的弯曲磁场（如必要），或实现三次穿过零点。根据这些目的，可恰当地调节 磁场线的方向和磁通密度。
[0130] 与根据本发明的磁场生成设备的结构有关的圆柱数量、形状等不限于图4所示。 而且，主磁极部和副磁极部的设置不限于使电子呈轨道形状移动。主磁极部和副磁极部的 设置形状可恰当地设为矩形、圆形、弯曲形等。而且，根据需要生成的磁场，轭无需设置在多 个分隔磁体的正上方。换言之，尽管轭设置在上述分割磁体和生成部之间，但是在相对于需 要生成磁场的方向稍微有一定角度的位置，轭可设置为倾斜地与多个分割磁体相对。
[0131] 进一步地，主磁极部和副磁极部无需设置在同一平面上。例如，假定第一和第二主 磁极部设置在同一平面上，作为磁场施加目标的物体设置在该平面之上。在这种情况下，一 个以上副磁极部可设置在物体的上侧（第一和第二主磁极部的相对侧）。进一步地，主磁极 部的主磁场生成表面和副磁极部的副磁场生成表面无需设置在同一平面上。此外，副磁极 部可设置在第一和第二主磁极部之间，从而例如使N极设在第一主磁极部侧上而S极设在 第二主磁极部侧上。主磁极部和副磁极部之间的位置关系可任意设置。
[0132] 利用例如高斯计来执行磁场调节。此外，磁场测量方法是任意的。
[0133] 在上述描述中，如图3所示，分割磁体通过其中形成有第一?四安装孔251-254的 保持部250固定在所需位置上。可提供移动地保持分割磁体的保持部来替代上述保持部。 例如，可使用安装孔为可移动的结构，或可通过具有移动性的材料来保持分割磁体，分割磁 体的位置在该保持状态下可改变。可采用任意结构均作为单独移动分割磁体的结构。通过 恰当地操作保持部，可轻易调节分割磁体的位置，从而可轻易调节主磁场的分布。例如，利 用通过从外部控制而使分割磁体的位置可改变的结构，可轻易地且高准确度地实现磁场调 节，同时反馈回磁场的测量结果。
[0134] 在上述实施例所述的特征部分中，至少两个特征部分可组合。
[0135] 应注意，本发明也可能采用下列结构。
[0136] (1) 一种磁场生成设备，其包括：
[0137] 两个以上主磁极部，其用于生成主磁场；
[0138] 一个以上副磁极部，其包括通过分割得到的多个第一分割磁体，并且生成用于对 所生成的所述主磁场进行调节的副磁场；以及
[0139] 轭部，其包括对应于所述一个以上副磁极部而与所述多个第一分割磁体相对的一 个以上第一轭。
[0140] (2)根据⑴所述的磁场生成设备，其中：
[0141] 所述两个以上主磁极部分别包括通过分割得到的多个第二分割磁体；以及
[0142] 所述轭部包括对应于所述两个以上主磁极部而与所述多个第二分割磁体相对的 两个以上第二轭。
[0143] (3)根据⑵所述的磁场生成设备，其进一步包括：
[0144] 生成部，其是所述主磁场的生成位置，其中：
[0145] 所述两个以上主磁极部包括在所述生成部侧具有N极的第一主磁极部和在所述 生成部侧具有S极的第二主磁极部；
[0146] 所述一个以上副磁极部包括第一副磁极部以及第二副磁极部，所述第一副磁极部 在所述第一主磁极部和所述第二主磁极部之间设置在所述第二主磁极部附近且在所述生 成部侧具有N极，所述第二副磁极部在所述第一主磁极部和所述第二主磁极部之间设置在 所述第一主磁极部附近且在所述生成部侧具有S极；
[0147] 所述一个以上第一轭设置在所述多个第一分割磁体和所述生成部之间；以及
[0148] 所述两个以上第二轭设置在所述多个第二分割磁体和所述生成部之间。
[0149] (4)根据⑶所述的磁场生成设备，其中：
[0150] 所述生成部包括生成表面，所述生成表面生成磁场的一侧为正面，另一侧则为背 面；
[0151] 所述第一主磁极部环状地设置在所述生成表面的边缘部分的背面侧；
[0152] 所述第二主磁极部线性地设置在所述生成表面的中央部分的背面侧；
[0153] 所述第一副磁极部在围绕所述第二主磁极部的同时环状地设置；以及
[0154] 所述第二副磁极部环状地设置在所述第一主磁极部的内侧。
[0155] (5)根据（（1)?（4)中的任一项所述的磁场生成设备，其进一步包括：
[0156] 保持部，其用于可移动地保持所述多个第一分割磁体。
[0157] 本领域的技术人员还应理解，在所附权利要求或其等同物的范围之内，可取决于 设计需求和其他因素而做出多种修改、组合、子组合和变更。
[0158] 相关申请的交叉引用
[0159] 本申请要求于2013年7月11日提交的日本优先权专利申请JP2013-145204的权 益,其全部内容通过引用的方式并入本文。
【权利要求】
1. 一种磁场生成设备，其包括： 两个以上主磁极部，其用于生成主磁场； 一个以上副磁极部，其包括通过分割得到的多个第一分割磁体，并且生成用于对所生 成的所述主磁场进行调节的副磁场；以及 轭部，其包括对应于所述一个以上副磁极部而与所述多个第一分割磁体相对的一个以 上第一轭。
2. 根据权利要求1所述的磁场生成设备，其中： 所述两个以上主磁极部分别包括通过分割得到的多个第二分割磁体；以及 所述轭部包括对应于所述两个以上主磁极部而与所述多个第二分割磁体相对的两个 以上第二轭。
3. 根据权利要求2所述的磁场生成设备，其进一步包括： 生成部，其是所述主磁场的生成位置，其中： 所述两个以上主磁极部包括在所述生成部侧具有N极的第一主磁极部和在所述生成 部侧具有S极的第二主磁极部； 所述一个以上副磁极部包括第一副磁极部以及第二副磁极部，所述第一副磁极部在所 述第一主磁极部和所述第二主磁极部之间设置在所述第二主磁极部附近且在所述生成部 侧具有N极，所述第二副磁极部在所述第一主磁极部和所述第二主磁极部之间设置在所述 第一主磁极部附近且在所述生成部侧具有S极； 所述一个以上第一轭设置在所述多个第一分割磁体和所述生成部之间；以及 所述两个以上第二轭设置在所述多个第二分割磁体和所述生成部之间。
4. 根据权利要求3所述的磁场生成设备，其中： 所述生成部包括生成表面，所述生成表面生成磁场的一侧为正面，另一侧则为背面； 所述第一主磁极部环状地设置在所述生成表面的边缘部分的背面侧； 所述第二主磁极部线性地设置在所述生成表面的中央部分的背面侧； 所述第一副磁极部在围绕所述第二主磁极部的同时环状地设置；以及 所述第二副磁极部环状地设置在所述第一主磁极部的内侧。
5. 根据权利要求1?4中的任一项所述的磁场生成设备，其进一步包括： 保持部，其用于可移动地保持所述多个第一分割磁体。
6. -种溉射设备，其包括： 真空腔； 设置在所述真空腔内的基板支持部； 与所述基板支持部相对的靶； 磁场生成部，其包括： 两个以上主磁极部，其在所述靶的正面上生成主磁场， 一个以上副磁极部，其包括通过分割得到的多个第一分割磁体，并且生成用于对所生 成的所述主磁场进行调节的副磁场，以及 轭部，其包括对应于所述一个以上副磁极部而与所述多个第一分割磁体相对的一个以 上第一轭；以及 电位施加部，其用于向所述靶施加负电位。
【文档编号】C23C14/35GK104278243SQ201410319170
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2013年7月11日
【发明者】佐佐木纯, 阿部淳博, 平塚亮一 申请人:索尼公司