(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  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５０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。【選択図】図７
2010150668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平７−２６２０２号公報
【特許文献２】特許第３７９８０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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】基板を通過させる機構の一例を示す概略図である。
【図３】基板を通過させる機構の他の例を示す概略図である。
【図４】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５】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】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。
【図７】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。
【図８】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】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。
【図１０】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１１】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。
【図１２】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１３】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。
【図１４】一般的なＣＩＳ系太陽電池の構造を示す断面模式図である。
【図１５】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。
【図１６】特許文献２の磁石ユニットの要部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
〔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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
〔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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【実施例】
【００５０】
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。
【００５１】
〔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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
例えば、Ｐ＝２００ｍｍ，Ｗ＝６００ｍｍ，Ｄ＝１３０ｍｍ，Ｔ＝８０ｍｍとなる。
【００５９】
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。
【００６０】
〔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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
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
【図１】
2010150668.tif 000003
【図２】
2010150668.tif 000004
【図３】
2010150668.tif 000005
【図４】
2010150668.tif 000006
【図５】
2010150668.tif 000007
【図６】
2010150668.tif 000008
【図７】
2010150668.tif 000009
【図８】
2010150668.tif 000010
【図９】
2010150668.tif 000011
【図１０】
2010150668.tif 000012
【図１１】
2010150668.tif 000013
【図１２】
2010150668.tif 000014
【図１３】
2010150668.tif 000015
【図１４】
2010150668.tif 000016
【図１５】
2010150668.tif 000017
【図１６】
2010150668.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月26日(2010.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
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、上記内部磁石は、上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、上記外周磁石の長手方向に沿って平行に配置された上記ｎ本の延出磁極部と、を備え、上記中央磁極短片および上記ｎ本の延出磁極部は同一極性を有し、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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
【図１】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】基板を通過させる機構の一例を示す概略図である。
【図３】基板を通過させる機構の他の例を示す概略図である。
【図４】第１の実施形態（参考形態）の磁石ユニットの構成を示す平面図である。
【図５】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】第１の実施形態（参考形態）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。
【図７】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。
【図８】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】第１の実施形態（参考形態）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。
【図１０】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１１】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。
【図１２】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１３】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。
【図１４】一般的なＣＩＳ系太陽電池の構造を示す断面模式図である。
【図１５】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。
【図１６】特許文献２の磁石ユニットの要部を示す平面図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
〔第１の実施形態（参考形態）〕
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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
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変え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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
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の間に外周磁石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の間に外周磁石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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
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、を適宜変えることで、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。