(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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板と、該ヨーク板の板面上に配置された外周磁石と、前記ヨーク板の板面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、
前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記ヨーク板の板面と対向する面に第１の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第２の磁極を有する第１の磁石と、
前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、前記ヨーク板の板面と対向する面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第３の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第２の磁極と逆の極性を有する第４の磁極を有する第２の磁石と、
前記第１の磁石と前記第２の磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第１の磁石の第２の磁極と対向する部分に、前記第２の磁極と同じ極性を有する第５の磁極を有し、前記第２の磁石の第３の磁極と対向する部分に第５の磁極と逆の極性を有する第６の磁極を有し、前記第５の磁極と前記第６の磁極と結ぶ線の向きが前記ヨーク板の板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第３の磁石と、
を備えた第１の磁石エレメントと、
前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記ヨーク板の板面と対向する面に第７の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第７の磁極と逆の極性を有する第８の磁極を有する第４の磁石と、
前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、前記ヨーク板の板面と対向する面に第７の磁極と逆の極性を有する第９の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第８の磁極と逆の極性を有する第１０の磁極を有する第５の磁石と、
前記第４の磁石と前記第５の磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第４の磁石の第７の磁極と対向する部分に、前記第７の磁極と逆の極性を有する第１１の磁極を有し、前記第５の磁石の第１０の磁極と対向する部分に前記第１１の磁極と逆の極性を有する第１２の磁極を有し、前記第１１の磁極と前記第１２の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第６の磁石と、
を備えた第２の磁石エレメントとから構成され、前記第１の磁石エレメントと前記第２の磁石エレメントとを、無終端状の形状に沿って交互に配置したことを特徴とする磁石ユニット。
【請求項２】
前記第３の磁石の第５の磁極と第６の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面水平面から斜め方向に１０度以上７０度以下傾いた線であり、前記斜め方向はヨーク板からターゲットに向かう方向であることを特徴とする請求項１記載の磁石ユニット。
【請求項３】
前記第６の磁石の第１１の磁極と第１２の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面水平面から斜め方向に１０度以上７０度以下傾いた線であり、前記斜め方向はターゲットからヨーク板に向かう方向であることを特徴とする請求項１記載の磁石ユニット。
【請求項４】
前記第３の磁石の第５の磁極と第６の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面平行面に沿って、前記第１の磁石の第２の磁極と前記第２の磁石の第４の磁極とを結ぶ線から時計回り方向に６０度以内の角度を有するものであることを特徴とする請求項２記載の磁石ユニット。
【請求項５】
前記第６磁石の第１１の磁極と第１２の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面平行面に沿って、前記第４の磁石の第８の磁極と前記第５の磁石の第１０の磁極とを結ぶ線から反時計回り方向に６０度以内の角度を有するものであることを特徴とする請求項３記載の磁石ユニット。
【請求項６】
前記第１の磁石エレメントと前記第２の磁石エレメントとは、所定の間隔を隔てて、交互に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の磁石ユニット。
【請求項７】
前記第１の磁石エレメントと前記第２の磁石エレメントとは、環状線に沿って交互に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の磁石ユニット。
【請求項８】
矩形のターゲットを支持する矩形のカソード電極の背面側に、強磁性板材からなる矩形のヨーク板と、該ヨーク板上に配置された外周磁石と、前記ヨーク板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、
前記矩形のヨーク板の周に沿って設けられた複数の第１の磁石群磁石からなる第１の磁石群と、前記矩形のヨーク板の中心部分に設けられた複数の第２の磁石群磁石からなる第２の磁石群と、前記第１の磁石群と前記第２の磁石群と間であって、前記第２の磁石群を取り囲むように設けられた複数の第３の磁石群磁石からなる第３の磁石群と、から構成され、
第１の磁石群磁石は、前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記ヨーク板の板面と対向する面に第１３の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第１３の磁極と逆の極性を有する第１４の磁極を有するものであり、
前記第２の磁石群磁石は、前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、前記ヨーク板の板面と対向する面に前記第１３の磁極と逆の極性を有する第１５の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第１４の磁極と逆の極性を有する第１６の磁極を有するものであり、
前記第３の磁石群磁石は、
前記第１の磁石群磁石と前記第２の磁石群磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第１の磁石群磁石の第１４の磁極と対向する部分に、前記第１４の磁石と同じ極性を有する第１７の磁極を有し、前記第２の磁石群磁石の第１５の磁極と対向する部分に前記第１７の磁極と逆の極性を有する第１８の磁極を有し、前記第１７の磁極と前記第１８の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第７の磁石と、
前記第１の磁石群磁石と前記第２の磁石群磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第１の磁石群磁石の第１３の磁極と対向する部分に、前記第１３の磁石と逆の極性を有する第１９の磁極を有し、前記第２の磁石郡磁石の第１６の磁極と対向する部分に前記第１９の磁極と逆の極性を有する第２０の磁極を有し、前記第１９の磁極と前記第２０の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第８の磁石と、を有するものであることを特徴とする磁石ユニット。
【請求項９】
前記第３の磁石群磁石は、前記１の磁石群磁石又は第２の磁石群磁石のいずれかに向かう磁力線を有するものであることを特徴とする請求項８記載の磁石ユニット。
【請求項１０】
矩形のヨーク板の角部に位置する前記第７の磁石の第１７の磁極と第１８の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面平行面に沿って、前記第１の磁石群磁石の第１４の磁極と前記第２の磁石郡磁石の第１６の磁極とを結ぶ線から時計回り方向又は反時計周り方向に６０度以内の角度を有するものであり、
矩形のヨーク板の角部に位置する前記第８の磁石の第１９の磁極と第２０の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面平行面に沿って、前記第１の磁石群磁石の第１４の磁極と前記第２の磁石郡磁石の第１６の磁極とを結ぶ線から時計回り方向又は反時計周り方向に６０度以内の角度を有するものであることを特徴とする請求項８又は請求項９記載の磁石ユニット。
【請求項１１】
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、ターゲットを支持し放電用電力が供給されるカソード電極と、
前記ターゲットの前方に前記基板を搬送させる搬送機構と、
を備え、
前記カソード電極の背面側に、請求項１から請求項１０のいずれか１項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。
【請求項１２】
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であって、
前記カソード電極の背面側に配置され、強磁性板材からなる第１のヨーク板と、
前記第１のヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記第１のヨーク板の板面と対向する面に第１の磁極を有し、前記第１のヨーク板の板面と対向しない面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第２の磁極を有する第１の磁石と、
前記第１のヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、前記第１のヨーク板の板面と対向する面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第３の磁極を有し、前記第１のヨーク板の板面と対向しない面に前記第２の磁極と逆の極性を有する第４の磁極を有する第２の磁石と、
前記第１の磁石と前記第２の磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第１の磁石の第２の磁極と対向する部分に、前記第２の磁極と同じ極性を有する第５の磁極を有し、前記第２の磁石の第３の磁極と対向する部分に第５の磁極と逆の極性を有する第６の磁極を有し、前記第５の磁極と前記第６の磁極と結ぶ線の向きが前記第１のヨーク板の板面と平行な面から斜め方向に向くように着磁された第３の磁石と、
を備えた第１の磁石エレメントと、
前記カソード電極の背面側に配置され、強磁性板材からなる第２のヨーク板と、
前記第２のヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記第２のヨーク板の板面と対向する面に第７の磁極を有し、前記第２のヨーク板の板面と対向しない面に前記第７の磁極と逆の極性を有する第８の磁極を有する第４の磁石と、
前記第２のヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、前記第２のヨーク板の板面と対向する面に第７の磁極と逆の極性を有する第９の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第８の磁極と逆の極性を有する第１０の磁極を有する第５の磁石と、
前記第４の磁石と前記第５の磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第４の磁石の第７の磁極と対向する部分に、前記第７の磁極と逆の極性を有する第１１の磁極を有し、前記第５の磁石の第１０の磁極と対向する部分に前記第１１の磁極と逆の極性を有する第１２の磁極を有し、前記第１１の磁極と前記第１２の磁極とを結ぶ線の向きが前記第２のヨークの板面と平行な面から斜め方向に向くように着磁された第６の磁石と、
を備えた第２の磁石エレメントとから構成され、
前記第１の磁石エレメントと前記第２の磁石エレメントとは、第１の磁石と前記第４の磁石と、前記第２の磁石と前記第５の磁石と、前記第３の磁石と前記第６の磁石と、がそれぞれ隣になるように配置されており、
前記第１のヨーク板と前記第２のヨーク板とは、前記第１のヨーク板および前記第２のヨーク板の一端が、前記ターゲットの端部に向かい、前記第１のヨーク板および前記第２のヨーク板の他端が、前記ターゲットの中央部に向かうように、放射状に交互に配置されることを特徴とする磁石ユニット。
【請求項１３】
矩形のターゲットを支持する矩形のカソード電極の背面側に配置された磁石ユニットであって、
前記カソード電極の背面側に配置され、強磁性板材からなる矩形のヨーク板と、
前記矩形のヨーク板の周に沿って設けられた第１の磁石群と、
前記矩形のヨーク板の中心部分に設けられた第２の磁石群と、
前記第１の磁石群 と前記第２の磁石群との間であって、前記第２の磁石群を取り囲むように設けられた第３の磁石群と、から構成され、
前記第１の磁石群は、前記ヨーク板の板面の両端でかつ前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記ヨーク板の板面と対向する面に第１の磁極を有し、前記第１のヨーク板の板面と対向しない面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第２の磁極を有する第１の磁石で構成され、
前記第２の磁石群は、前記ヨーク板の板面の中央でかつ前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記ヨーク板の板面と対向する面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第３の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第２の磁極と逆の極性を有する第４の磁極を有する第２の磁石で構成され、
前記第３の磁石群は、
前記第１の磁石と前記第２の磁石に挟まれるように、前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記第１の磁石の第２の磁極と対向する部分に、前記第２の磁極と同じ極性を有する第５の磁極を有し、前記第２の磁石の第３の磁極と対向する部分に前記第５の磁極の極性と逆の極性を有する第６の磁極を有し、前記第５の磁極と前記第６の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面と平行な面から斜め方向に向くように着磁された第３の磁石と、
前記第１の磁石と前記第２の磁石に挟まれるように前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記第１の磁石の第１の磁極と対向する部分に、前記第１の磁極と逆の極性を有する第７の磁極を有し、前記第２の磁石の第４の磁極と対向する部分に前記第７の磁極の極性と逆の極性を有する第８の磁極を有し、前記第７の磁極と前記第８の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面と水平な面から斜め方向に向くように着磁された第４の磁石と、で構成され、
前記第３の磁石と前記第４の磁石とは、前記第２の磁石群を取り囲む線に沿って、交互に設けられていることを特徴とする磁石ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石ユニットおよびマグネトロンスパッタリング装置に関し、特に、スパッタリングにおいてターゲットを支持するカソード電極の裏面側に配置される磁石ユニット構造の改良、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】
半導体産業の成膜で使用されるスパッタプロセスは膜の原料を選ばず、例えば白金やタングステンなどの高融点材料や、ＳｉＯ２等の絶縁材料なども成膜することが可能である。加えて、スパッタ粒子のエネルギーを変えることが容易で、膜の結晶性制御、磁気特性、絶縁特性、応力などを制御することも可能である。
【０００３】
スパッタプロセスで使用するスパッタカソードは、次の原理を利用している。真空中に設置されたターゲット後方に隔壁（例えば裏板）を隔てて大気中にカソードマグネットを配置する。そして、カソードマグネットから発生する磁力線により、ターゲット平面上に環状無終端の軌跡を描く磁気トンネルを生成させる（なお、磁気トンネルのうち、ターゲット平面に垂直な成分がゼロとなる点の集合を「磁気トラック」と呼ぶ）。この状態でターゲットに電力を投入することで、ターゲット面法線方向に電界が生成される。磁場と電界が直角に交差した領域に電子が閉じ込められる。閉じ込められた電子は、気体原子と頻繁に衝突することで、気体原子がイオンとなる。そして、ターゲット前面の電界によってイオンが加速され、スパッタリングを起こす。
【０００４】
一方、イオンがターゲット表面の原子を弾き飛ばすことから、使用時間の経過とともにターゲット表面が浸食される（「エロージョン」とも呼ばれる）。この浸食深さがターゲット厚みに近づくとターゲットを新品に交換しなければならない。浸食がある箇所に集中するなどして浸食速度が速くなればターゲットの交換頻度が高くなり、スパッタ装置の稼働率が下がってしまう。一方、ターゲット利用効率が高く、浸食速度が遅ければターゲット交換頻度は低くなり、スパッタ装置の稼働率を高めることができる。
【０００５】
浸食速度はターゲット前面に発生する電界の大きさや磁束密度、スパッタガス圧、磁気トラック形状などの要因により変化する。この浸食はターゲット面のうち一部の領域（もしくは一部の径）で選択的に進むことが多く、浸食速度を速めてしまう原因となる。
【０００６】
浸食の集中を減らすための対策は専ら磁気トラック形状の改善、すなわちカソードマグネット形状（磁気回路）を中心に行われてきており、多くの提案がされてきている。しかし、磁気トラック上に発生する線状のプラズマで広範囲なターゲット平面上をすべて浸食させることは困難である。そこで、磁気トラック（カソードマグネット）を回転若しくは揺動（往復運動）させることで、ターゲット平面上全ての領域を浸食させる対策を行っている。
【０００７】
特許文献１では、図２５に示すように、ターゲット裏面に設けられた第１の磁気装置１３１のＮ極およびＳ極の間に更に第２の磁気装置１３３を設け、この第２の磁気装置１３３がＮ極およびＳ極を、第１の磁気装置１３１のＮ極およびＳ極の延長方向で離間して交互にターゲット面側に向けるようなカソードマグネットを提案している。尚、図２５中１５１は電子ｅの中心軌跡である。
【０００８】
特許文献２では、図２６に示すように、電源に接続されカソード電極としての機能を有するバッキングプレートと、バッキングプレート表面に接着されるターゲットと、バッキングプレート裏面にターゲットに対向して配置される磁気回路とを備え、この磁気回路はターゲット２８１の表面に現われるエロージョン領域Ａが蛇行しつつ閉じた閉曲線となるように配置されている。
【０００９】
特許文献３では、図２７に示すように、真空容器３９１中にターゲット３９２を配し、その裏面に、内側磁石３９４とこれと逆向きの磁化方向を有し内側磁石３９４を取囲む外側磁石３９５とこれらの磁石を挟んでターゲット３９２と対向して配設されたヨ−ク３９６とからなり、ターゲット３９２表面に孤状の磁力線３９７を発生させる磁気回路とからなり、外側磁石３９５と内側磁石３９４に挟まれるようにターゲット３９２面に水平かつ外側磁石３９５と内側磁石３９４と反発するような方向の磁化成分を持つ水平磁石３１１を挿入したマグネトロンスパッタ装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−３１７６７１号公報
【特許文献２】特開２００１−３４８６６３号公報
【特許文献３】特許第４１７５２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１及び特許文献２に提案されている方法は、ターゲット後方に配置されているカソードマグネットの磁気回路形状を波状にし、ターゲット上へのスパッタ粒子の再付着を防止、浸食の集中を防ぐとともに、ターゲット利用効率を高めるものである。
【００１２】
しかし、特許文献１（図２５）のように第一磁気装置１３１内に第二磁気装置１３３を配置した場合、Ｓ極とＮ極が近接してしまう。すなわち、カソードマグネット直上で磁力線が閉じてしまい、ターゲット表面に磁力線が現われなくなってしまう。その結果、ターゲット上に磁場が現れなくなってしまう。第二磁気装置１３３のＳ極・Ｎ極と第一磁気装置１３１のＳ極・Ｎ極の距離を離せば、カソードマグネット直上で磁力線が閉じてしまうことはなく、ターゲット上に磁場が現われる。しかし、この方法では、第一磁気装置１３１が大きくなってしまい、カソード大型化の問題が発生する。
一方、特許文献２のように（図２６）、蛇行する内側磁石２２０の周りを外側磁石２２１が距離をもって囲むような構造では、内側磁石２２０の湾曲部にインターロック（連動）させる外側磁石２２１の幅に制限が生まれる。即ち、内側磁石２２０の湾曲部の幅が大きくなると、その分、外側磁石２２１の幅が狭くなることになる。この結果、湾曲部分の磁場が弱まり、磁気トラックの蛇行幅が狭くなってしまう。また、蛇行幅を確保するために領域Ａを磁石で埋めると蛇行幅は大きくできるものの磁場強度が局所的に高くなり、エロージョンも局所的に早く進んでしまうことで、蛇行させる意味がなくなってしまうという問題点がある。
一方、特許文献３では（図２７）、水平磁石３１１が、外側磁石３９５と内側磁石３９４に挟まれるようにターゲット３９２面に水平に配置されているため、外側磁石３９５と内側磁石３９４の磁束密度は同じ大きさとなる。そのため、磁気回路形状を波状にできないという問題点がある。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決することを目的とし、波状の磁気トラックを十分な磁場強度でターゲット上に出すことができる磁石ユニット及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】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、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板と、該ヨーク板の板面上に配置された外周磁石と、前記ヨーク板の板面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、前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記ヨーク板の板面と対向する面に第１の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第２の磁極を有する第１の磁石と、前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、前記ヨーク板の板面と対向する面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第３の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第２の磁極と逆の極性を有する第４の磁極を有する第２の磁石と、前記第１の磁石と前記第２の磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第１の磁石の第２の磁極と対向する部分に、前記第２の磁極と同じ極性を有する第５の磁極を有し、前記第２の磁石の第３の磁極と対向する部分に第５の磁極と逆の極性を有する第６の磁極を有し、前記第５の磁極と前記第６の磁極と結ぶ線の向きが前記ヨーク板の板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第３の磁石と、を備えた第１の磁石エレメントと、前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記ヨーク板の板面と対向する面に第７の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第７の磁極と逆の極性を有する第８の磁極を有する第４の磁石と、前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、前記ヨーク板の板面と対向する面に第７の磁極と逆の極性を有する第９の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第８の磁極と逆の極性を有する第１０の磁極を有する第５の磁石と、前記第４の磁石と前記第５の磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第４の磁石の第７の磁極と対向する部分に、前記第７の磁極と逆の極性を有する第１１の磁極を有し、前記第５の磁石の第１０の磁極と対向する部分に前記第１１の磁極と逆の極性を有する第１２の磁極を有し、前記第１０の磁極と前記第１１の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第６の磁石と、を備えた第２の磁石エレメントとから構成され、前記第１の磁石エレメントと前記第２の磁石エレメントとを、無終端状の形状に沿って交互に配置したことを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
さらに、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第３の磁石の第５の磁極と第６の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面水平面から斜め方向に１０度以上７０度以下傾いた線であり、前記斜め方向はヨーク板からターゲットに向かう方向であることを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第６の磁石の第１１の磁極と第１２の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面水平面から斜め方向に１０度以上７０度以下傾いた線であり、前記斜め方向はターゲットからヨーク板に向かう方向であることを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
さらに、請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第３の磁石の第５の磁極と第６の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面平行面に沿って、前記第１の磁石の第２の磁極と前記第２の磁石の第４の磁極とを結ぶ線から時計回り方向に６０度以内の角度を有するものであることを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
さらに、請求項５記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記第６磁石の第１１の磁極と第１２の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面平行面に沿って、前記第４の磁石の第８の磁極と前記第５の磁石の第１０の磁極とを結ぶ線から反時計回り方向に６０度以内の角度を有するものであることを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
さらに、請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の磁石エレメントと前記第２の磁石エレメントとは、所定の間隔を隔てて、交互に配置されていることを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
さらに、請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の磁石エレメントと前記第２の磁石エレメントとは、環状線に沿って交互に配置されていることを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
上記目的を達成するために、請求項８記載の発明は、矩形のターゲットを支持する矩形のカソード電極の背面側に、強磁性板材からなる矩形のヨーク板と、該ヨーク板上に配置された外周磁石と、前記ヨーク板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、前記矩形のヨーク板の周に沿って設けられた複数の第１の磁石群磁石からなる第１の磁石群と、前記矩形のヨーク板の中心部分に設けられた複数の第２の磁石群磁石からなる第２の磁石群と、前記第１の磁石群と前記第２の磁石群と間であって、前記第２の磁石群を取り囲むように設けられた複数の第３の磁石群磁石からなる第３の磁石群と、から構成され、第１の磁石群磁石は、前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記ヨーク板の板面と対向する面に第１３の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第１３の磁極と逆の極性を有する第１４の磁極を有するものであり、前記第２の磁石群磁石は、前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、前記ヨーク板の板面と対向する面に前記第１３の磁極と逆の極性を有する第１５の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第１４の磁極と逆の極性を有する第１６の磁極を有するものであり、前記第３の磁石群磁石は、前記第１の磁石群磁石と前記第２の磁石群磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第１の磁石群磁石の第１４の磁極と対向する部分に、前記第１４の磁石と同じ極性を有する第１７の磁極を有し、前記第２の磁石群磁石の第１５の磁極と対向する部分に前記第１７の磁極と逆の極性を有する第１８の磁極を有し、前記第１７の磁極と前記第１８の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第７の磁石と、前記第１の磁石群磁石と前記第２の磁石群磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第１の磁石群磁石の第１３の磁極と対向する部分に、前記第１３の磁石と逆の極性を有する第１９の磁極を有し、前記第２の磁石郡磁石の第１６の磁極と対向する部分に前記第１９の磁極と逆の極性を有する第２０の磁極を有し、前記第１９の磁極と前記第２０の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第８の磁石と、を有するものであることを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
さらに、請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記第３の磁石群磁石は、前記１の磁石群磁石又は第２の磁石群磁石のいずれかに向かう磁力線を有するものであることを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
さらに、請求項１０記載の発明は、請求項８又は請求項９記載の発明において、矩形のヨーク板の角部に位置する前記第７の磁石の第１７の磁極と第１８の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面平行面に沿って、前記第１の磁石群磁石の第１４の磁極と前記第２の磁石郡磁石の第１６の磁極とを結ぶ線から時計回り方向又は反時計周り方向に６０度以内の角度を有するものであり、矩形のヨーク板の角部に位置する前記第８の磁石の第１９の磁極と第２０の磁極とを結ぶ線は、前記ヨーク板の板面平行面に沿って、前記第１の磁石群磁石の第１４の磁極と前記第２の磁石郡磁石の第１６の磁極とを結ぶ線から時計回り方向又は反時計周り方向に６０度以内の角度を有するものであることを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
上記目的を達成するために、請求項１１記載の発明は、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、ターゲットを支持し放電用電力が供給されるカソード電極と、前記ターゲットの前方に前記基板を搬送させる搬送機構と、を備え、前記カソード電極の背面側に、請求項１から請求項１０のいずれか１項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としたものである。
上記目的を達成するために、請求項１２記載の発明は、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であって、 前記カソード電極の背面側に配置され、強磁性板材からなる第１のヨーク板と、前記第１のヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記第１のヨーク板の板面と対向する面に第１の磁極を有し、前記第１のヨーク板の板面と対向しない面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第２の磁極を有する第１の磁石と、前記第１のヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、前記第１のヨーク板の板面と対向する面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第３の磁極を有し、前記第１のヨーク板の板面と対向しない面に前記第２の磁極と逆の極性を有する第４の磁極を有する第２の磁石と、前記第１の磁石と前記第２の磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第１の磁石の第２の磁極と対向する部分に、前記第２の磁極と同じ極性を有する第５の磁極を有し、前記第２の磁石の第３の磁極と対向する部分に第５の磁極と逆の極性を有する第６の磁極を有し、前記第５の磁極と前記第６の磁極と結ぶ線の向きが前記第１のヨーク板の板面と平行な面から斜め方向に向くように着磁された第３の磁石と、
を備えた第１の磁石エレメントと、前記カソード電極の背面側に配置され、強磁性板材からなる第２のヨーク板と、前記第２のヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記第２のヨーク板の板面と対向する面に第７の磁極を有し、前記第２のヨーク板の板面と対向しない面に前記第７の磁極と逆の極性を有する第８の磁極を有する第４の磁石と、前記第２のヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、前記第２のヨーク板の板面と対向する面に第７の磁極と逆の極性を有する第９の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第８の磁極と逆の極性を有する第１０の磁極を有する第５の磁石と、前記第４の磁石と前記第５の磁石に挟まれるように直立して配置され、前記第４の磁石の第７の磁極と対向する部分に、前記第７の磁極と逆の極性を有する第１１の磁極を有し、前記第５の磁石の第１０の磁極と対向する部分に前記第１１の磁極と逆の極性を有する第１２の磁極を有し、前記第１１の磁極と前記第１２の磁極とを結ぶ線の向きが前記第２のヨークの板面と平行な面から斜め方向に向くように着磁された第６の磁石と、 を備えた第２の磁石エレメントとから構成され、前記第１の磁石エレメントと前記第２の磁石エレメントとは、第１の磁石と前記第４の磁石と、前記第２の磁石と前記第５の磁石と、前記第３の磁石と前記第６の磁石と、がそれぞれ隣になるように配置されており、前記第１のヨーク板と前記第２のヨーク板とは、前記第１のヨーク板および前記第２のヨーク板の一端が、前記ターゲットの端部に向かい、前記第１のヨーク板および前記第２のヨーク板の他端が、前記ターゲットの中央部に向かうように、放射状に交互に配置されることを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
上記目的を達成するために、請求項１３記載の発明は、矩形のターゲットを支持する矩形のカソード電極の背面側に配置された磁石ユニットであって、前記カソード電極の背面側に配置され、強磁性板材からなる矩形のヨーク板と、前記矩形のヨーク板の周に沿って設けられた第１の磁石群と、前記矩形のヨーク板の中心部分に設けられた第２の磁石群と、前記第１の磁石群 と前記第２の磁石群との間であって、前記第２の磁石群を取り囲むように設けられた第３の磁石群と、から構成され、前記第１の磁石群は、前記ヨーク板の板面の両端でかつ前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記ヨーク板の板面と対向する面に第１の磁極を有し、前記第１のヨーク板の板面と対向しない面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第２の磁極を有する第１の磁石で構成され、前記第２の磁石群は、前記ヨーク板の板面の中央でかつ前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記ヨーク板の板面と対向する面に前記第１の磁極と逆の極性を有する第３の磁極を有し、前記ヨーク板の板面と対向しない面に前記第２の磁極と逆の極性を有する第４の磁極を有する第２の磁石で構成され、前記第３の磁石群は、前記第１の磁石と前記第２の磁石に挟まれるように、前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記第１の磁石の第２の磁極と対向する部分に、前記第２の磁極と同じ極性を有する第５の磁極を有し、前記第２の磁石の第３の磁極と対向する部分に前記第５の磁極の極性と逆の極性を有する第６の磁極を有し、前記第５の磁極と前記第６の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面と平行な面から斜め方向に向くように着磁された第３の磁石と、前記第１の磁石と前記第２の磁石に挟まれるように前記ヨーク板の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、前記第１の磁石の第１の磁極と対向する部分に、前記第１の磁極と逆の極性を有する第７の磁極を有し、前記第２の磁石の第４の磁極と対向する部分に前記第７の磁極の極性と逆の極性を有する第８の磁極を有し、前記第７の磁極と前記第８の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面と水平な面から斜め方向に向くように着磁された第４の磁石と、で構成され、前記第３の磁石と前記第４の磁石とは、前記第２の磁石群を取り囲む線に沿って、交互に設けられていることを特徴とする磁石ユニットとしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本願の請求項１の発明によれば、第１の磁石エレメントと第２の磁石エレメントとを無終端状の形状に沿って交互に配置したことにより、蛇行した無終端状の磁気トラックをターゲット表面に供給できる。
本願の請求項８記載の発明によれば、前記矩形のヨーク板の周に沿って設けられた第１の磁石群と、矩形のヨーク板の中心部分に設けられた第２の磁石群と、第１の磁石群と前記第２の磁石群と間に、第２の磁石群を取り囲むように設けられた第３の磁石群とにより、蛇行した磁気トラックを矩形上のターゲット表面に供給できる。
本願の請求項１１記載の発明によれば、蛇行した無終端状の磁気トラックをターゲット表面に形成しながら、基板を処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る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】本発明に適用可能な円形カソードにより成膜を行う機構を備えたスパッタ装置の一例を示す概略図である。
【図３】本発明に適用可能な基板を通過させる機構を備えたスパッタ装置の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の第１の磁石エレメントを示す概略図である。
【図５】本発明の第２の磁石エレメントを示す概略図である。
【図６】本発明の第１の磁石エレメントにおいて、異極同士が接近した場合を示す概略図である。
【図７】本発明の第３の磁石エレメントを示す概略図である。
【図８】本発明の第４の磁石エレメントを示す概略図である。
【図９】本発明の第５の磁石エレメントを示す平面図である。
【図１０】本発明の第５の磁石エレメントを示す鳥瞰図である。
【図１１】本発明の第１の磁石ユニットを示す概略図である。
【図１２】本発明の第２の磁石ユニットを示す概略図である。
【図１３】本発明の第３の磁石ユニットを示す概略図である。
【図１４】本発明の第４の磁石ユニットを示す概略図である。
【図１５】本発明を適用可能なスパッタ装置を示す概略図である。
【図１６】本発明の第５の磁石ユニットを示す概略図である。
【図１７】（ａ）本発明の第５の磁石ユニットにより、磁気トラックを抽出した結果を示す概略図である。（ｂ）本発明の第５の磁石ユニットにより、ターゲット上の浸食分布を確認した結果を示す概略図である。
【図１８】（ａ）比較例１磁石ユニットにより、磁気トラックを抽出した結果を示す概略図である。（ｂ）比較例１磁石ユニットにより、ターゲット上の浸食分布を確認した結果を示す概略図である。
【図１９】（ａ）本発明の第６の磁石ユニットを示す概略図である。（ｂ）本発明の第６の磁石エレメントを示す概略図である。（ｃ）本発明の第７の磁石エレメントを示す概略図である。
【図２０】本発明の第８の磁石エレメントを示す平面図である。
【図２１】本発明の第８の磁石エレメントを示す鳥瞰図である。
【図２２】（ａ）本発明の第６の磁石ユニットにより、磁気トラックを抽出した結果を示す概略図である。（ｂ）（ｃ）本発明の第６の磁石ユニットにより、ターゲット上の浸食分布を確認した結果を示す概略図である。
【図２３】比較例２磁石ユニットを示す概略図である。
【図２４】（ａ）比較例２磁石ユニットにより、磁気トラックを抽出した結果を示す概略図である。（ｂ）（ｃ）比較例２磁石ユニットにより、ターゲット上の浸食分布を確認した結果を示す概略図である。
【図２５】従来（特許文献１）の磁石ユニットの配置例を示す平面図である。
【図２６】従来（特許文献２）の磁石ユニットの配置例を示す水平断面図である。
【図２７】従来（特許文献３）のマグネトロンスパッタ装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
まず、図１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、後述する磁石ユニット６２を搭載する装置として共通する。図１は、本発明に係る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、基板を回転させながら円形カソードにより成膜を行う機構を備えたスパッタ装置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を備えたスパッタ装置の一例を示す概略図である。
【００１９】
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。
【００２０】
図２に示すカソード電極６１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、ＣｏＰｔ、ＦｅＣｏのような２種類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。そして、ターゲット６は、ＴａやＣｕは非磁性材料であっても、ＮｉＦｅ、ＣｏＰｔ、ＦｅＣｏ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、円板形状の材料、または、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。
【００２１】
カソード電極６１には、電力制御が可能な直流電源、又は、整合器を通して電力制御が可能な高周波電源に接続されている（いずれも図示せず）。カソード電極６１の背面側には、磁石ユニット６２が配置され、この磁石ユニット６２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、電力源によりターゲット６表面に電界を発生させ、磁石ユニット６２によってターゲット６表面に磁場を形成する。これにより、スパッタリング装置１は、ターゲット６前面にプラズマを発生させ、基板７上にターゲット６物質の薄膜を成膜する。もちろん、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６２の詳細構造については、後述する。
【００２２】
図２では、複数のカソード電極６１が、ステージ５と対面関係に設置されている例である。本例では、カソード電極６１は複数配置されている。かつ、カソード電極６１は、ステージ５表面（または、基板７表面）に対して斜め方向に配置されている。もちろんカソード電極６１の数は単数であってもよい。また、カソード電極６１の設置方向もステージ５表面（または、基板７表面）に対して平行であってもよい。さらには、ステージ５の中心軸とカソード電極の中心軸が一致していてもよいし、一致していなくてもよい。
【００２３】
このスパッタリング装置１は、スパッタリングと基板回転を同時に行うことが可能である。そして、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し、不図示の冷凍機等の冷却機構を内蔵してもよい。
【００２４】
基板７には、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、ステージ５に固定される。
【００２５】
また、図３に示すように、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される基板搬送機構９を配置してもよい。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９ａをもっており、この回転軸９ａ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。カソード電極の背面側には、磁石ユニット６２が配置され、この磁石ユニット６２によって、プラズマを高密度で形成することができる。なお、磁石ユニット６２の詳細構造については、後述する。
【００２６】
本実施形態の磁石ユニットの第１の特徴点は、ヨーク板（磁性体板）の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、ヨーク板（磁性体板）の板面と対向する面に第１の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有し、ヨーク板（磁性体板）の板面と対向しない面（ターゲット側）に第１の磁極と反発する第２の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有する第１の磁石と、ヨーク板（磁性体板）の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、ヨーク板（磁性体板）の板面と対向する面に第１の磁極（Ｎ極又はＳ極）と反発する第３の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有し、ヨーク板（磁性体板）の板面と対向しない面（ターゲット側）に第２の磁極（Ｎ極又はＳ極）と反発する第４の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有する第２の磁石と、第１の磁石と第２の磁石に挟まれるように直立して配置され、第１の磁石の第２の磁極（Ｎ極又はＳ極）と対向する部分に第５の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有し、第２の磁石の第３の磁極（Ｎ極又はＳ極）と対向する部分に第５の磁極（Ｎ極又はＳ極）と反発する第６の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有し、第５の磁極（Ｎ極又はＳ極）と第６の磁極（Ｎ極又はＳ極）と結ぶ線の向きがヨーク板（磁性体板）の板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第３の磁石と、で第１の磁石エレメント４０を構成した点にある。第１の磁石エレメント４０の詳細については、後述する。
【００２７】
本実施形態の磁石ユニットの第２の特徴点は、ヨーク板（磁性体板）の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、ヨーク板（磁性体板）の板面と対向する面に第７の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有し、ヨーク板（磁性体板）の板面と対向しない面（ターゲット側）に第７の磁極（Ｎ極又はＳ極）と反発する第８の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有する第４の磁石と、ヨーク板（磁性体板）の板面から垂直方向に沿って直立して設けられ、かつ、ヨーク板（磁性体板）の板面と対向する面に第７の磁極（Ｎ極又はＳ極）と反発する第９の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有し、ヨーク板（磁性体板）の板面と対向しない面（ターゲット側）に第８の磁極（Ｎ極又はＳ極）と反発する第１０の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有する第５の磁石と、第４の磁石と第５の磁石に挟まれるように直立して配置され、第４の磁石の第７の磁極（Ｎ極又はＳ極）と対向する部分に第１１の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有し、第５の磁石の第１０の磁極（Ｎ極又はＳ極）と対向する部分に第１１の磁極（Ｎ極又はＳ極）と反発する第１２の磁極（Ｎ極又はＳ極）を有し、第１０の磁極（Ｎ極又はＳ極）と第１１の磁極（Ｎ極又はＳ極）とを結ぶ線の向きがヨーク（磁性体板）の板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第６の磁石と、で第２の磁石エレメント４０を構成した点にある。第２の磁石エレメント４１の詳細については、後述する。
【００２８】
本実施形態の磁石ユニットの第３の特徴点は、第１の磁石エレメントと第２の磁石エレメントとを無終端状の形状に沿って交互に配置した点にある。第１の磁石エレメントと第２の磁石エレメントとを交互に配置して構成される第１の磁石ユニット７０（図１１）、第２の磁石ユニット８０（図１２）、第３の磁石ユニット９０（図１３）、第４の磁石ユニット１００（図１４）の詳細については、後述する。
【００２９】
本発明を適用できる図４（ａ）（ｂ）を参照して、第１の磁石エレメント４０について説明する。図４（ａ）は第１の磁石エレメント４０の断面図であり、図４（ｂ）は第１の磁石エレメント４０の平面図である。第１の磁石エレメント４０は、図４（ａ）に示すように、磁性体板（ヨーク板）４１０上の両端に第１の磁石４１１−１と第２の磁石４１２−１が接着剤によって固定され、第１の磁石４１１−１と第２の磁石４１２―１の間に第３の磁石４１３−１が接着材により固定されている構造である。接着にはエポキシ系接着剤が用いられる。
【００３０】
次に、第１の磁石エレメント４０の磁極について説明する。図４（ａ）に示すように、第１の磁石４１１−１と第２の磁石４１２―１は、磁性体板４１０面法線方向に対して平行に磁極を持っていて、かつ、磁極の向きが反対の関係になっている。更に詳しくは、本実施形態では、第１の磁石４１１―１は、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面から垂直方向に沿って直立して設けられている。第１の磁石４１１―１は、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面と対向する面に第１の磁極（Ｓ極）を有し、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面と対向しない面（ターゲット側）に第１の磁極（Ｓ極）と反発する第２の磁極（Ｎ極）を有する。第２の磁石４１２―１は、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面から垂直方向に沿って直立して設けられている。第２の磁石４１２―１は、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面と対向する面に第１の磁極（Ｓ極）と反発する第３の磁極（Ｎ極）を有し、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面と対向しない面（ターゲット側）に第２の磁極（Ｎ極）と反発する第４の磁極（Ｓ極）を有する。これにより、第１の磁石４１１−１はターゲット６に対向する面に第２の磁極（Ｎ極）が現われ、第２の磁石４１２−１では第４の磁極（Ｓ極）が現われている。第３の磁石４１３―１は、第１の磁石４１１―１と第２の磁石４１２―１に挟まれるように直立して配置されている。第３の磁石４１３―１は、第１の磁石４１１―１の第２の磁極（Ｎ極）と対向する部分に第５の磁極（Ｎ極）を有し、第２の磁石４１２−１の第３の磁極（Ｎ極）と対向する部分に第５の磁極（Ｎ極）と反発する第６の磁極（Ｓ極）を有する。また、第３の磁石４１３―１は、第５の磁極（Ｎ極）と第６の磁極（Ｓ極）と結ぶ線の向きがヨーク板（磁性体板）４１０の板面水平面から斜め方向に向くように着磁されている。即ち、第３の磁石４１３-１の第５の磁極（Ｎ極）と第６の磁極（Ｓ極）と結ぶ線は、第２の磁石４１２-１の第３の磁極（Ｎ極）から第１の磁石４１１の第２の磁極（Ｎ極）に向かう方向、即ち、磁性体板４１０面に平行な方向からターゲット６に向かう方向にθの角度を有する。また、第３の磁石４１３-１は、第２の磁石４１２−１の第４の磁極（Ｓ極）と第１の磁石４１１−１の第２の磁極（Ｎ極）とを結ぶ線、即ち、図４（ｂ）に示す辺４１４または、辺４１５の垂線である仮想線４１６から時計周り方向にγの角度で磁極を持っている。換言すれば、第３の磁石４１３-１の第５の磁極（Ｎ極）と第６の磁極（Ｓ極）とを結ぶ線は、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面平行面に沿って、第１の磁石４１１−１の第２の磁極（Ｎ極）と第２の磁石４１２−１の第４の磁極（Ｓ極）とを結ぶ線から時計回り方向に６０度以内の角度を有する。これにより、第３の磁石４１３-１の第５の磁極（Ｎ極））の極性は、第１の磁石４１１−１の第２の磁極（Ｎ極）の極性と反発するような極性を持つ。
【００３１】
次に、第２の磁石エレメント４１の磁極について、図５（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）は第２の磁石エレメント４０の断面図であり、図５（ｂ）は第２の磁石エレメント４０の平面図である。第２の磁石エレメント４１は、図５（ａ）に示すように、磁性体板（ヨーク板）４１０上の両端に第４の磁石４１１−２と第５の磁石４１２-２が接着剤によって固定され、第４の磁石４１１−２と第５の磁石４１２―２の間に第６の磁石４１３−２が接着材により固定されている構造である。接着にはエポキシ系接着剤が用いられる。
【００３２】
次に、第２の磁石エレメント４１の磁極について説明する。図５（ａ）に示すように、第４の磁石４１１−１と第５の磁石４１２―２は、磁性体板４１０面法線方向に対して平行に磁極を持っていて、かつ、磁極の向きが反対の関係になっている。更に詳しくは、本実施形態では、第４の磁石４１１―２は、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面から垂直方向に沿って直立して設けられている。第４の磁石４１１―２は、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面と対向する面に第７の磁極（Ｓ極）を有し、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面と対向しない面（ターゲット側）に第７の磁極（Ｓ極）と反発する第８の磁極（Ｎ極）を有する。第５の磁石４１２―２は、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面から垂直方向に沿って直立して設けられている。第５の磁石４１２―２は、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面と対向する面に第７の磁極（Ｓ極）と反発する第９の磁極（Ｎ極）を有し、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面と対向しない面（ターゲット側）に第８の磁極（Ｎ極）と反発する第１０の磁極（Ｓ極）を有する。これにより、第４の磁石４１１−２はターゲットに対向する面に第８の磁極（Ｎ極）が現われ、第５の磁石４１２−２では第１０の磁極（Ｓ極）が現われている。一方、第６の磁石４１３−２は、第４の磁石４１１―２と第５の磁石４１２―２に挟まれるように直立して配置されている。第６の磁石４１３−２は、第４の磁石４１１―２の第７の磁極（Ｓ極）と対向する部分に第１１の磁極（Ｎ極）を有し、第５の磁石４１２―２の第１０の磁極（Ｓ極）と対向する部分に第１１の磁極（Ｎ極）と反発する第１２の磁極（Ｓ極）を有する。第６の磁石４１３−２は、第１０の磁極（Ｓ極）と第１１の磁極（Ｎ極）とを結ぶ線の向きがヨーク（磁性体板）４１０の板面水平面から斜め方向に向くように着磁されている。これにより、第６の磁石４１３-２の第１０の磁極（Ｓ極）と第１１の磁極（Ｎ極）とを結ぶ線は、第５の磁石４１２−２の第１０の磁極（Ｓ極）から第４の磁石４１１−２の第７の磁極（Ｓ極）に向かう方向、即ち、磁性体板４１０面に平行な方向からヨーク板（４１０）裏面側に向かう方向にθの角度を有する。また、第６の磁石４１３-２は、第５の磁石４１２−２の第１０の磁極（Ｓ極）と第４の磁石４１１−２の第８の磁極（Ｎ極）とを結ぶ線、即ち、図５（ｂ）に示す辺４１４または、辺４１５の垂線である仮想線４１６から反時計周り方向にγの角度で磁極を持っている。換言すれば、第６磁石４１３-２の第１１の磁極（Ｓ極）と第１２の磁極（Ｎ極）とを結ぶ線は、ヨーク板（磁性体板）４１０の板面平行面に沿って、第４の磁石４１１−２の第８の磁極（Ｎ極）と第５の磁石４１２−２の第１０の磁極（Ｓ極）とを結ぶ線から反時計回り方向に６０度以内の角度を有する。これにより、第６の磁石４１３-２の第１２の磁極（Ｓ極）の極性は、第５の磁石４１２−２の第１０の磁極（Ｓ極）の極性と、反発するような極性を持つ。
【００３３】
次に、図４を用いて、第１の磁石エレメント４０による磁力線形状を説明する。上述の通り、第１の磁石エレメント４０では、ターゲット６に対向する面に対して、第２の磁石４１２−１はＳ極、第１の磁石４１１−１はＮ極が現われている。そして第３の磁石４１３-１が持つ磁極のうち、磁性体板４１０面法線に平行な第１の成分は、第２の磁石４１２−１のＮ極から第１の磁石４１１−１のＮ極に向かっている。一方、第３の磁石４１３-１が持つ極のうち、磁性体板４１０面法線に垂直な第２の成分は、第２の磁石４１２−１のＳ極から第１の磁石４１１−１のＮ極に向いている。これにより、本例では第１の磁石エレメント４０のうち、ターゲット６面に対向する第１の磁石のＮ極からの磁力線（磁束密度）が増える。このため、第１の磁石４１１―１のＮ極から第２の磁石４１２―１のＳ極に向かう磁力線のうちターゲット６表面の法線方向に平行な成分がゼロとなる領域は、第２の磁石４１２−１側に寄ることになる。
【００３４】
次に、図５を用いて、第２の磁石エレメント４１による磁力線形状を説明する。第２の磁石エレメント４１ではターゲットに対向する面に対して、第５の磁石４１２−２はＳ極、第４の磁石４１１−２はＮ極が現われている点は、第１の磁石エレメントの第１の磁石４１１―１と第２の磁石４１２―１と同じである。そして第６の磁石４１３―２が持つ磁極のうち、磁性体板４１０面法線に平行な第１の成分は、第５の磁石４１２−２のＳ極から第４の磁石４１１−２のＳ極に向かっている。一方、第６の磁石４１３―２が持つ極のうち、磁性体板４１０面法線に垂直な第２の成分は、第５の磁石４１２−２のＳ極から第４の磁石４１１−２のＮ極に向いている。これにより、本例では第２の磁石エレメント４１のうち、ターゲット６面に対向する第５の磁石４１２−２のＳ極に入る磁力線が増える。このため、第４の磁石４１１−２のＮ極から第５の磁石４１２−２のＳ極に向かう磁力線のうちターゲット６表面の法線方向に平行な成分がゼロとなる領域は、第４の磁石４１１−２側に寄ることになる。
【００３５】
なお、図４、図５に示されたθとγの向きと大きさは一例であって、「−７０°≦θ＜１０°または、１０°＜θ≦７０°」、かつ、「−６０°≦γ≦６０°」が望ましい。この点を図６（ａ）（ｂ）を用いて説明する。もしもθの絶対値が７０°を超えると、第３の磁石４１３−１の第５の磁極（Ｎ極）の極性が磁性体板面４１０に対して垂直方向に近づくため（図６（ａ））、異極（図６（ａ）の場合、第２の磁石４１２−１のＳ極と第３の磁石４３１―１のＮ極）同士が近接し、磁石４１２、磁石４１３−１直上で磁力線が閉じてしまう結果、ターゲット上への磁力線が少なくなってしまうからである。同様にγの絶対値が６０°を超えてしまうと、第３の磁石４１３−１の第６の磁極（Ｓ極）と第１の磁石４１１−１の第２の磁極（Ｎ極）、第３の磁石４１３−１の第５の磁極（Ｎ極）と第２の磁石４１２−１第４の磁極（Ｓ極）が近接する関係になり（図６（ｂ））、磁石４１１−１、磁石４１２―２、磁石４１３−１直上で磁力線が閉じてしまう結果、ターゲット上への磁力線が少なくなる。そして、θの大きさ（絶対値）が１０°以下となると、磁石エレメント表面における磁力線のうち、ターゲット表面の法線方向に平行な成分がゼロとなる領域のズレ量が少なくなってしまう。図６（ａ）（ｂ）は第１の磁石エレメント４０について説明したものであるが、θとγの向きと大きさについては第２の磁石エレメント４１についても同様である。
【００３６】
ここで角度のマイナス記号（−）の定義について説明する。−θは、第３の磁石４１３−１又は第６の磁石４１３−２が持つ磁極のうち、磁性体板４１０面法線に平行な成分が、第２の磁石４１２−１又は第５の磁石４１２−２の磁極と同一方向に向いている時を示す。−γは、第３の磁石４１３−１のＮ極の方向が仮想線４１６に対して時計回り方向に回転したときにあらわすものとする。すなわち、図４に示す第１の磁石エレメント４０では、第３の磁石４１３−１のＮ極、Ｓ極は、第２の磁石４１２−１のＮ極、Ｓ極と逆方向を向いているため、θはプラスである。これに対し、第３の磁石４１３−１のＮ極の方向は仮想線４１６に対して時計回り方向に回転しているので、γはマイナスとなる。一方、図５に示す第２の磁石エレメント４１では、θはマイナス、γはプラスとなった一例である。
【００３７】
上記のような方法によれば、図７、図８のような台形形状の第３の磁石エレメント５０、第４の磁石エレメント５１のような形状にも本発明が容易に適用できることは明らかである。なお、図７に示す第３の磁石エレメント５０は、図４に示す第１の磁石エレメント４０の第２の磁石４１２−１に相当する第８の磁石５１２−１の体積が、図４に示す第１の磁石エレメント４０の第１の磁石４１１−１に相当する第７の磁石５１１−１の体積よりも小さくなっている。その他は図４に示す第１の磁石エレメント４０と同様である。尚、図７の第９の磁石５１３−１は、図４に示す第１の磁石エレメント４０の第３の磁石４１３―１に相当するものである。また、図８の第１０の磁石５１１―２、第１１の磁石５１２―２、第１２の磁石５１３―２は、図５に示す第２の磁石エレメント４１の第４の磁石エレメント４１１―２、第５の磁石エレメント４１２―２、第６の磁石４１３―２に相当するものである。図７（ａ）は第３の磁石エレメント５０の断面図であり、図７（ｂ）は第３の磁石エレメント５０の平面図である。また、図８に示す第４の磁石エレメント５１は、図５に示す第２の磁石エレメント４１の第５の磁石４１２−２に相当する第１１の磁石５１２−２の体積が、図５に示す第２の磁石エレメント４１の第４の磁石４１1−２に相当する第１０の磁石５１１−２の体積よりも小さくなっている。その他は図５に示す第２の磁石エレメント４１と同様である。図８（ａ）は第４の磁石エレメント５１の断面図であり、図８（ｂ）は第４の磁石エレメント５１の平面図である。したがって、図７、図８の場合、ターゲット表面に現われる磁力線のうち、ターゲット面法線方向に平行な成分がゼロとなる領域は、図４に示す第１の磁石エレメント４０、図５に示す第２の磁石エレメント４１の場合と異なる。図７、図８のような形状は、図１４のような実施例に好適である。本例では、Ｓ極側（磁石５１２-１、磁石５１２―２）で小さくなっているので、Ｓ極側を中心に円弧状に並べることで、隣り合う磁石エレメント同士の隙間を無くしたり、減らしたりすることで、Ｎ極側（磁石５１１-１、磁石５１１―２）近傍の磁力線の減少を抑えることが可能になる。
【００３８】
図９、図１０で示される第５の磁石エレメント６０も本発明を適用できる例である。図９は第５の磁石エレメントを示す平面図である。第５の磁石エレメント６０では磁性体板６１０上に第１３の磁石６１１から第１９の磁石６１７までが固定されている。第１３の磁石６１１は、矩形型の磁性体板６１０上にコノ字型に設けられている。第１３の磁石６１１は、磁性体板６１０面法線方向に対して平行に磁極を持っていて、ターゲットに対向する側がＮ極、磁性体板６１０と対向する側がＳ極の磁極を有する。第１４の磁石６１２は、第１３の磁石６１１のコノ字内に設けられており、第１３の磁石６１１同様、磁性体板６１０面法線方向に対して平行に磁極を持っていて、前記第１３の磁石６１１とは逆向き磁極を有する。そして第１４の磁石６１２と第１３の磁石６１１との間には、第１５の磁石６１３、第１６の磁石６１４、第１７の磁石６１５、第１８の磁石６１６、第１９の磁石６１７がコノ字型に挿入されている。また、磁極の角度γについては、次に述べるとおりである。
【００３９】
第１４の磁石６１２と第１７の磁石６１５が接する面から垂直に引いた仮想線６２５に対して、第１７の磁石６１５の磁極の角度γは０°となっている。また、第１７の磁石６１５は、第１４の磁石６１２のＮ極から第１３の磁石６１１のＮ極に向かう方向、即ち、磁性体板６１０面に平行な方向からターゲット６に向かう方向にθの角度を有する。仮想線６２５から垂直に引いた仮想線６２４に対して、第１４の磁石６１４の磁極は、γがマイナス側に角度を持っている。角度のマイナス記号（−）の定義は、第１の磁石エレメントから第４の磁石エレメントと同様である。−γは、第１５の磁石６１３から第１９の磁石６１７のＮ極の方向が仮想線６２４に対して時計回り方向に回転したときにあらわすものとする。従って、第１６の磁石６１４のＮ極は、仮想線６２４に対して時計回り方向に回転しているので、γはマイナスである。これに対し、仮想線６２４に対して、第１５の磁石６１３の磁極のＮ極は、反時計周り方向に回転しているので、γがプラス側に角度となる。第１８の磁石６１６、第１９の磁石６１７は、仮想線６２５に対して、第１５の磁石６１３の磁極、第１６の磁石６１４の磁極と対称となるような磁極を持つ。図１０は、第５の磁石エレメント６０の各磁石の磁極方向が容易に理解できるように鳥瞰図で表した図である。第５の磁石エレメント６０のような形状にすることで、後述する矩形カソードマグネットの両端部分においてもエロージョントラックの形状を蛇行させることが可能になり、カソードマグネットの揺動動作によりターゲット上への集中的な侵食部の発生を防ぐことができる。
【００４０】
図１１に示した第１の磁石ユニット７０は図４と図５で説明された第１の磁石エレメント４０と第２の磁石エレメント４１を交互に、かつ、同極同士が隣になるように配置した一部を示した例である。図１１（ａ）は第１の磁石ユニット７０の平面図であり、図１１（ｂ）は第１の磁石エレメント４０の平面図であり、図１１（ｃ）は第２の磁石エレメント４１の平面図である。この例では、第１の磁石エレメント４０と第２の磁石エレメント４１は距離を置いて配置されている。距離（間隔）は、３０ｍｍ以下にすることが好ましい。このような配置にすることで不図示のターゲット上に現われる磁場のうち、ターゲット面法線に平行な成分がゼロとなるポイントの集合、すなわち磁気トラック７１０の形状は波状になる。もしも３０ｍｍ以上にすると、磁気トラック７１０の形状は波状にならない。
【００４１】
図１２に示した第２の磁石ユニット８０は図４と図５で説明された第１の磁石エレメント４０と第２の磁石エレメント４１を同極同士が隣でかつ密着するように配置した一部を示した例である。このような配置にすることでも不図示のターゲット上に現われる磁場のうち、ターゲット面法線に平行な成分がゼロとなるポイントの集合、磁気トラック８１０の形状は波状になる。
【００４２】
図１１の構成と図１２の構成の違いは、直線状に配列させた第１の磁石エレメント４０と第２の磁石エレメント４１の距離である。図１１のように隙間（間隔）を空けることで。不図示のターゲット表面に現われる磁気トラックにおけるターゲット面に平行な磁場成分は小さくなり、逆に図１２のように磁石エレメントを密集させることでターゲット上の磁場成分を大きくすることができる。
【００４３】
図１３は、第１の磁石エレメント４０と第２の磁石エレメント４１を弧状の仮想線（環状線）９００上に交互に配列したものであり、この結果、仮想線（環状線）９００にほぼ沿った波状の磁気トラック９１０が現われる。また、ヨーク板の板面上に、外周磁石と、外周磁石の内部に配置され外周磁石と極性が異なる内部磁石とから構成される磁石ユニットが形成されることになる。
【００４４】
図１４は、第３の磁石エレメント５０と第４の磁石エレメント５１を同極同士で接触させ、配列することで、弧状の仮想線に１０００に沿って波状の磁気トラック１００１が発生する例である。なお、θの大きさ（絶対値）が１０°以下となると、磁石エレメント表面における磁力線のうち、ターゲット表面の法線方向に平行な成分がゼロとなる領域のズレ量が少なくなってしまうため、磁気トラック形状は波状にならなくなってしまう。このことは図１１、図１２、図１３についても同様である。
【実施例１】
【００４５】
実施例１では、本発明を適用可能なスパッタ装置２００（図１５）に設置された円形カソード電極２０３を用いて磁気トラック形状を確認した。磁石ユニット２０１は図１６に示すとおりである。第５の磁石ユニット２０１で使用されている磁石の材質はＮｄＦｅＢで３８１ＫＪ／ｍ３（４８ＭＧＯｅ）の最大エネルギー積をもつ。第５の磁石ユニット２０１の直径は３７０ｍｍで、磁石部の高さは３０ｍｍである。第５の磁石ユニット２０１は２４個の磁石エレメントを逆ハート型形状に沿わせて固定されている。２４個の磁石エレメントは、図４、図５、図７、図８に示されている第１の磁石エレメント４０、第２の磁石エレメント４１、第３の磁石エレメント５０、第４の磁石エレメント５１とから構成され、第１から第４の磁石エレメントは、図１６に示す逆ハート型形状に沿って、それぞれ下記表１に示す極性・配置で設けられている。なお、ヨーク板の役割である磁性体板は厚み１２ｍｍのＳＳ４００を使用した。以下の表１は、第５の磁石ユニット２０１の各磁石エレメントの磁極方向と配置関係を示す。なお、第５の磁石ユニット２０１は２４個の磁石エレメントを円形形状、楕円形状等に沿わせて固定されることも可能である。即ち、２４個の磁石エレメントは、無終端所状の形状であれば、全ての形状に沿って固定することが可能である。
【００４６】
【表１】
0005873276.tif 000002
【００４７】
上記表１の番号１から２４は、図１６の第５の磁石ユニット２０１に記載の番号を示す。第１の磁石エレメント４０は、上記表１の番号２、４、６、８、１０、１８に、第２の磁石エレメント４１は、上記表１の番号１、３、５、７、９、１１、１７、１９に、第３の磁石エレメント５０は、上記表１の番号１２、１４、１６、２０、２２、２４に、第４の磁石エレメント５１は、上記表１の番号１３、１５、２１、２３に、それぞれ配置されている。
【００４８】
図１７（ａ）に示すターゲット２０２は、不図示の裏板を介して第５の磁石ユニット２０１前方で固定されている。このときターゲット２０２の表面と第５の磁石ユニット２０１の表面との距離は１４ｍｍである。ターゲット２０２の材質はＦｅＣｏ合金で厚み３ｍｍ、直径３７６ｍｍである。
【００４９】
ターゲット２０２上の磁気トラックを確認するために、円形カソード電極２０３を不図示の磁場測定器に設置した。磁場測定器に接続されたプローブをターゲット直上１．０ｍｍの高さで位置決めし、この高さを保ったままターゲット２０２の平面方向でスキャンさせた。この際、スキャン方向は図１６のＸ方向とＹ方向として、磁束密度の値採取はＸ、Ｙ、Ｚ方向について行った。なお、プローブのスキャン動作と磁束密度の値採取は、コンピューター（不指示）による制御で行った。
【００５０】
上記で得られた磁束密度において、ターゲット面に平行な成分（Ｘ、Ｙ方向の合成成分＝（ｘ２＋ｙ２）１／２）のうち５０ｍＴ以上なった領域と、ターゲット面法線に平行な成分がゼロとなるポイントすなわち磁気トラックを抽出した結果、図１７（ａ）のように、磁気トラック２１０が波状になることが確認できた。なお、磁気トラック上の磁束密度のうちターゲット面に平行な成分が５０ｍＴ以上あれば（領域２１１）、安定して放電できる。この結果から、本発明を用いることで、磁気トラック２１０を波状にしながらにして安定して放電できる磁場強度を得ることが確認された。
【００５１】
図１５に示す円形カソード電極２０３に磁石ユニット２０１を取り付け、第５の磁石ユニット２０１をターゲット２０２面平行に回転させながら放電させ、スパッタリング成膜を行った。６０ＫＷｈ使用後にターゲット２０２上の浸食分布を確認したところ、図１７（ｂ）のような結果が得られた。浸食部のうち最深部の形状は“緩やかな谷”形状を呈しており、浸食の集中を防いでいる。
【００５２】
（比較例１）
本発明が有効であることをより確実にするために、従来の磁石エレメントを使用した場合を比較例１として説明する。比較例１における磁石ユニット（以下、「比較例１磁石ユニット」という。）の配列は第５の磁石ユニット２０１と同じ配列とした。また、比較例１磁石ユニットで使用されている磁石の材質もＮｄＦｅＢで３８１ＫＪ／ｍ３（４８ＭＧＯｅ）の最大エネルギー積をもつ。ヨーク板の役割である磁性体板は厚み１２ｍｍのＳＳ４００を使用した。比較例１磁石ユニットの最外径は３７０ｍｍで、磁石部の高さは３０ｍｍである。比較例１磁石ユニットは２４個の磁石エレメントを逆ハート型形状に沿わせて固定されている。２４個の磁石エレメントは、図４、図５、図７、図８に示されている第１の石エレメント４０、第２の磁石エレメント４１、第３の磁石エレメント５０、第４の磁石エレメント５１の形状をしている。ここまで述べた条件は、第５の磁石ユニット２０１と同じである。ただし、下記表２に示されているとおり、θとγがすべて０度になっている点で磁石ユニット２０１と異なる。以下の表２は、比較例１磁石ユニットの各磁石エレメントの磁極方向と配置関係を示す。
【００５３】
【表２】
0005873276.tif 000003
【００５４】
上記表２の番号１から２４は、図１６に第５の磁石ユニット２１０に記載の番号を示す。第１の磁石エレメント４０は、上記表２の番号２、４、６、８、１０、１８に、第２の磁石エレメント４１は、上記表２の番号１、３、５、７、９、１１、１７、１９に、第３の磁石エレメント５０は、上記表２の番号１２、１４、１６、２０、２２、２４に、第４の磁石エレメント５１は、上記表２の番号１３、１５、２１、２３に、それぞれは位置されている。
【００５５】
図１８（ａ）に示すターゲット２０２は不図示の裏板を介して比較例１磁石ユニット前方で固定されている。このときターゲット２０２の表面と比較例１磁石ユニットの表面との距離は１４ｍｍである。ターゲット２０２の材質はＦｅＣｏ合金で厚み３ｍｍ、直径３７６ｍｍである。
【００５６】
ターゲット２０２上の磁気トラックを確認するために、図１５に示す円形カソード電極２０３を不図示の磁場測定器に設置した。磁場測定器に接続されたプローブをターゲット直上１．０ｍｍの高さで位置決めし、この高さを保ったままターゲット２０２の平面方向でスキャンさせた。この際、スキャン方向は図１６のＸ方向とY方向として、磁束密度の値採取はＸ、Ｙ、Ｚ方向について行った。なお、プローブのスキャン動作と磁束密度の値採取は、コンピューター（不図示）による制御で行った。
【００５７】
上記で得られた磁束密度において、ターゲット面に平行な成分（Ｘ、Ｙ方向の合成成分＝（ｘ２＋ｙ２）１／２）のうち５０ｍＴ以上なった領域（２５１）と、ターゲット面法線に平行な成分がゼロとなるポイントすなわち磁気トラック２５２を抽出し、図１８（ａ）のような結果が得られた。当然、比較例１では、磁気トラックが波状になることはない。
【００５８】
図１５に示す円形カソード電極２０３に比較例１磁石ユニットを取り付け、比較例１磁石ユニットをターゲット２０２面平行に回転させながら放電させ、スパッタリング成膜を行った。４０ｋＷｈ使用後にターゲット２０２上の浸食分布を確認したところ、図１８（ｂ）のような結果が得られた。浸食部のうち最深部の形状は“急峻な谷”形状を呈しており、浸食の集中によるターゲット利用効率の低下が確認された。図１７（ｂ）、図１８（ｂ）を比較すれば本発明の効果は明らかである。
【実施例２】
【００５９】
実施例２では、実施例１と同じ寸法で、磁石材料並びに、ターゲット材料を変更して、ターゲット面に現われる磁気トラックの形状を確認した。磁場測定器の使用方法も実施例１と同じである。第５の磁石ユニット２０１で使用されている磁石の材質はＳｍＣｏ系で１５１ＫＪ／ｍ３（１９ＭＧＯｅ）の最大エネルギー積もつ。そしてターゲット材はＴａ（非磁性）とした。この組み合わせでも、磁気トラックは波状になり、磁気トラック上における磁束密度のうち、ターゲット面に平行な成分が５０ｍＴ以上であることが確認できた。
【００６０】
すなわち、本発明を適用すればターゲット材質、マグネット材質に関わらず波状の磁気トラックを得ながら、放電が可能な磁束密度を得ることが可能になる。
【実施例３】
【００６１】
実施例３では、図３のスパッタ装置３に設置された矩形カソード電極を用いて磁気トラック形状を確認した。ターゲット６は不図示の裏板を介して第６の磁石ユニット６００前方で固定されている。このときターゲット６の表面と第６の磁石ユニット６００の表面との距離は１４ｍｍである。ターゲット６の材質はＦｅＣｏ合金で１３０ｍｍ×４７０ｍｍ×（厚み）３ｍｍである。
【００６２】
磁石ユニット６００の形状は、図１９に示すとおりである。第６の磁石ユニット６００で使用されている磁石の材質はＮｄＦｅＢで３８１ＫＪ／ｍ３（４８ＭＧＯｅ）の最大エネルギー積をもつ。大きさは、短軸側が９０ｍｍで、長軸側が４３０ｍｍ、そして磁石部の高さが３５ｍｍである。
【００６３】
第６の磁石ユニット６００は、矩形の磁性体板（ヨーク板）３１０の周に沿って設けられた複数の第１の磁石群磁石からなる第１の磁石群６０ａと、矩形の磁性体板（ヨーク板）３１０の中心部分に設けられた複数の第２の磁石群磁石からなる第２の磁石群６０ｂと、第１の磁石群６０ａと第２の磁石群６０ｂと間であって、第２の磁石群６０ｂを取り囲むように設けられた複数の第３の磁石群磁石からなる第３の磁石群６０ｃとから構成されている点である。第１の磁石群磁石は、矩形の磁性体板（ヨーク板）３１０の板面から垂直方向に沿って直立して設けられていて、矩形の磁性体板（ヨーク板）３１０の板面と対向する面に第１３の磁極（Ｓ極）を有し、矩形の磁性体板（ヨーク板）３１０の板面と対向しない面に第１３の磁極（Ｓ極）と反発する第１４の磁極（Ｎ極）を有するものである。図１９（ａ）では、第１の磁石群磁石は、Ｘ軸方向にＮ極の磁極を有する複数の磁石で構成されている。また、第１の磁石群磁石は、後述する第６の磁石エレメント３０１の第２０の磁石３１１―１と、第１７の磁石エレメント３０２の第２３の磁石３１１―２と、第８の磁石エレメントの磁石３０３―１・磁石３０３―２に相当する。
第２の磁石群磁石は、矩形の磁性体板（ヨーク板）３１０の板面から垂直方向に沿って直立して設けられていて、ヨーク矩形の磁性体板（ヨーク板）３１０の板面と対向する面に第１３の磁極（Ｓ極）と反発する第１５の磁極（Ｎ極）を有し、ヨーク板の板面と対向しない面に第１４の磁極（Ｎ極）と反発する第１６の磁極（Ｓ極）を有するものである。図１９（ａ）では、第２の磁石群磁石は、Ｘ軸方向にＳ極の磁極を有する複数の磁石で構成されている。また、第２の磁石群磁石は、後述する後述する第６の磁石エレメント３０１の第２１の磁石３１２―１と、第１７の磁石エレメント３０２の第２４の磁石３１２―２に相当する。
第３の磁石群磁石は、前記第１の磁石群磁石と前記第２の磁石群磁石に挟まれるように直立して配置され、第１の磁石群磁石（３１１―１）の第１４の磁極（Ｎ極）と対向する部分に第１７の磁極（Ｎ極）を有し、第２の磁石群磁石（３１２―１）の第１５の磁極（Ｎ極）と対向する部分に第１７の磁極（Ｎ極）と反発する第１８の磁極（Ｓ極）を有し、前記第１７の磁極と前記第１８の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第７の磁石と、前記第１の磁石群磁石と前記第２の磁石群磁石に挟まれるように直立して配置され、第１の磁石群磁石（３１１―２）の第１３の磁極（Ｓ極）と対向する部分に第１９の磁極（Ｎ極）を有し、第２の磁石郡磁石（３１２―２）の第１６の磁極（Ｓ極）と対向する部分に第１９の磁極（Ｎ極）と反発する第２０の磁極（Ｎ極）を有し、前記第１９の磁極と前記第２０の磁極とを結ぶ線の向きが前記ヨークの板面水平面から斜め方向に向くように着磁された第８の磁石と、を有するものである。前記第７の磁石は、後述する第６の磁石エレメント３０１の第２２の磁石３１３-１に相当し、前記第８の磁石は、後述する第７の磁石エレメント３０２の第２５の磁石３１３−２に相当する。図１９（ａ）では、第３の磁石群磁石は、第２の磁石群磁石から第１の磁石群磁石に向かう磁力線を有する。また、第３の磁石群磁石は、図１９（ａ）に示す磁石１から磁石３０に相当する。
【００６４】
第６の磁石エレメント３０１、第７の磁石エレメント３０２は、矩形の磁性体板３１０の短辺方向の両端に合計２本の第２０の磁石３１１―１、第２３の磁石３１１―２がそれぞれ固定されている。本例では、第１６の磁石３１１−１、第２３の磁石３１１―２は、ターゲット側にＮ極が向いている。２本の第２０の磁石３１１−１、第２３の磁石３１１−２のそれぞれの間には、第２１の磁石３１２−１、第２４の磁石３１２―２がそれぞれターゲット側にＳ極を向けて固定されている。更に、第６の磁石エレメント３０１の第２１の磁石３１２―１の両側には、第２２の磁石３１３-１が左右対称に合計２つ固定されている。第７の磁石エレメント３０２の第２４の磁石３１２―２の両側には、第２５の磁石３１３-２が左右対称に合計２つ固定されている。一方、第２２の磁石３１３-１は、第２１の磁石３１２―１の磁石のＮ極から第２０の磁石３１１ー１のＮ極に向かう方向、即ち、磁性体板３１０面に平行な方向からターゲット６に向かう方向にθの角度を有する。これにより、第２２の磁石３１３-１は、磁性板３１０面法線方向に平行な成分が、第２１の磁石３１１―１と逆方向、すなわちθがプラス角度になる。一方、第２５の磁石３１３-２は、第２４の磁石３１２―２のＳ極から第２３の磁石の３１１―２のＳ極に向かう方向、即ち、磁性体板３１０面に平行な方向から磁性体板３１０の裏面側に向かう方向にθの角度を有する。これにより、第２５の磁石３１３-２は、磁性板３１０面法線方向に平行な成分が、第２４の磁石３１２―２と同一方向、すなわちθがマイナス角度になる。第６の磁石エレメント３０１を構成する第２２の磁石３１３―１又は第７の磁石エレメント３０２を構成する第２５の磁石３１３-２は、図１９（ａ）に記載の磁石１から磁石７、磁石１６から磁石２２に相当する。図１９（ｂ）（ｃ）では、第２２の磁石３１３-１又は第２５の磁石３１３-２の磁極方向のうち磁性板３１０に平行な成分は隣り合う第２０の磁石３１１-１又は第２３の磁石３１１―２の方向に向いている。なお、第２２の磁石３１３-１又は第２５の磁石３１３-２の磁極方向のうち磁性板３１０に平行な成分が、第２１の磁石３１２-１又は第２４の磁石３１２―２の方向に向くようにしてもよい。
【００６５】
図１９（ａ）に記載の磁石１から磁石７、磁石１６から磁石２２のうち、磁石２，４，６，１７，１９，２１は、第６の磁石エレメント３０１であり、磁石１，３，５，７，１６，１８、２０、２２は、第７の磁石エレメント３０２である。他方、図１９（ａ）に示す辺３１５に対して垂直方向の仮想線からの触れ角をγとすると、第６の磁石エレメント３０１を構成する第２２の磁石３１３―１、第７の磁石エレメント３０２を構成する第２５の磁石３１３-２については全てγ＝０である。
【００６６】
次に、第８の磁石エレメント３０３について、図２０及び図２１を用いて説明する。図２０（ａ）（ｂ）は第８の磁石エレメントを示す平面図である。図２１は第８の磁石エレメントを示す斜視図である。図２０（ａ）（ｂ）、図２１に示すように、第８の磁石エレメント３０３は、Ｚ軸方向にＮ極の磁極を有するコノ字型磁石（磁石３０３-１・磁石３０３-２、磁石３１１-１・磁石３１１ー２）と、Ｚ軸方向にＳ極の磁極を有する内側磁石（磁石３１２-１・磁石３１２―２）と、コノ字型磁石と内側磁石の間に配置された中間磁石（磁石８から磁石１５、磁石２３から磁石３０磁石）とからなる。磁石３１１―１は第６の磁石エレメント３０１の第２０の磁石３１１―１に相当し、磁石３１１―２は第７の磁石エレメント３０２に第２３の磁石３１１―２に相当するものである。磁石３１２―１は第６の磁石エレメント３０１の第２１の磁石３１２―１に相当し、磁石３１２―２は、第７の磁石エレメント３０２に第２４の磁石３１２―２に相当するものである。磁石８と磁石１５又は磁石２３と磁石３０は、第６の磁石エレメント３０１の第２２の磁石３１３-１又は第７の磁石エレメント３０２の第２５の磁石３１３―２に相当する。上記のとおり、第８の磁石エレメント３０３には、図１９（ａ）に示す磁石８から磁石１５と、磁石２３から磁石３０に相当する磁石を含んでいる。これらの磁極方向のうち角度γについて、図２０（ｂ）に示される仮想線３２２、３２３を用いて説明する。図１９（ａ）に示す磁石８、１５は仮想線３２３からの振れ角γで定義され、本実施例では０度である。磁石１０、１２は、図２０（ｂ）に示す仮想線３２２からの振れ角γで定義され、本実施例では０度である。図１９（ａ）に示す磁石９、１１は、図２０（ｂ）に示す仮想線３２２からの振れ角γで定義すると＋側の値になり、本実施例では＋４５度とした。同様に、図１９（ａ）に示す磁石３０、２３は仮想線３２３からの振れ角γで定義され、本実施例では０度である。磁石２４、２６は、図２０（ｂ）に示す仮想線３２２からの振れ角γで定義され、本実施例では０度である。図１９（ａ）に示す磁石２８、２９は、図２０（ｂ）に示す仮想線３２２からの振れ角γで定義すると＋側の値になり、本実施例では＋４５度とした。図１９（ａ）に示す磁石１３、１４は、図２０（ｂ）に示す仮想線３２２からの振れ角γで定義すると−側の値になる。本実施例では−４５度とした。同様に、図１９（ａ）に示す磁石２５、２７は、図２０（ｂ）に示す仮想線３２２からの振れ角γで定義すると−側の値になる。本実施例では−４５度とした。このようにγを決定し、表３のようにした。この結果、矩形の磁性体板（ヨーク板）３１０の角部に位置する磁石（磁石９、磁石１１、磁石１３、磁石１４、磁石２５、磁石２７、磁石２８、磁石２９）の一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線は、磁性体板（ヨーク板）３１０の板面平行面に沿って、図２０（ｂ）に示す仮想線３２２から時計回り方向又は反時計周り方向に６０度以内の角度を有するものが配置されることになる。以下の表３は、第６の磁石ユニット６００の各磁石エレメントの磁極方向と配置関係を示す。なお、下記表３の番号１から３０は、図１９（ａ）の第６の磁石ユニッ��６００に記載の番号を示す。以下の表３に示されたθとγの向きと大きさは一例である。第１の磁石エレメント４０を用いて説明した図６（ａ）（ｂ）と同様な理由で、「−７０°≦θ＜１０°または、１０°＜θ≦７０°」、かつ、「−６０°≦γ≦６０°」が望ましい。
【００６７】
【表３】
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【００６８】
なお、図２１では、図２０記載の第８の磁石エレメント３０３を構成する各磁石の着磁方向が容易に把握できるように鳥瞰図で表したものである。なお、第８の磁石エレメント３０３のような形状、着磁方向の組み合わせにすることで、第６磁石ユニット６００の両端においてもエロージョントラックを蛇行させることが可能である。よって、第６の磁石ユニット６００を揺動動作させることで磁石エレメント３０３に対応するターゲット上において集中的な侵食の進行を防ぐ利点を持つ。なお、第５の磁石エレメント６０を用いて、第６磁石ユニット６００の両端において、エロージョントラックを蛇行させることも可能である
【００６９】
ターゲット６上の磁気トラックを確認するために、矩形カソード電極を不図示の磁場測定器に設置した。磁場測定器に接続されたプローブをターゲット直上１．０ｍｍの高さで位置決めし、この高さを保ったままターゲット６の平面方向でスキャンさせた。この際、スキャン方向は図１９（ｂ）のＸ方向とＹ方向として、磁束密度の値採取はＸ、Ｙ、Ｚ方向について行った。なお、プローブのスキャン動作と磁束密度の値採取は、コンピューター（不指示）による制御で行った。
【００７０】
上記で得られた磁束密度において、ターゲット面に平行な成分（Ｘ、Ｙ方向の合成成分＝（ｘ２＋ｙ２）１／２）のうち５０ｍＴ以上なった領域と、ターゲット面法線に平行な成分がゼロとなるポイントすなわち磁気トラックを抽出した結果、図２２（ａ）のように、磁気トラック３３０が波状になることが確認できた。なお、磁気トラック上の磁束密度のうちターゲット面に平行な成分が５０ｍＴ以上あれば、安定して放電できる（領域３３１）。この結果から、本発明を用いることで、磁気トラックを波状にしながらにして安定して放電できる磁場強度を得ることが確認された。
【００７１】
矩形カソード電極に第６の磁石ユニット６００を取り付け、第６の磁石ユニット６００をターゲット６の面平行に揺動させながら放電させ、スパッタリング成膜を行った。なお、揺動距離は図１９（ａ）に示したＸ１、Ｙ１方向にそれぞれ±２０ｍｍずつに矩形に動作させた。６０ｋＷｈ使用後にターゲット６上の浸食分布を断面線３３２及び３３３において確認したところ、図２２（ｂ）（ｃ）のような結果が得られた。浸食部の断面は、複数の山と谷が並ぶ形状を呈しており、ターゲット利用効率を高めている。
【００７２】
（比較例２）
矩形磁石ユニットにおいても本発明が有効であることをより確実にするために、従来の磁石エレメントを使用した比較例２を説明する。比較例２における磁石ユニット４００（以下、「比較例２磁石ユニット」という。）の配列は図２３のとおりである。また、比較例２磁石ユニットで使用されている磁石の材質もＮｄＦｅＢで３８１ＫＪ／ｍ３（４８ＭＧＯｅ）の最大エネルギー積をもつ。大きさは、短軸側が９０ｍｍで、長軸側が４３０ｍｍ、そして磁石部の高さが３５ｍｍである。ヨーク板の役割である磁性体板は厚み１２ｍｍのＳＳ４００を使用した。
【００７３】
ターゲット６は不図示の裏板を介して比較例２磁石ユニット前方で固定されている（図２４（ａ））。このときターゲット６の表面と比較例２磁石ユニットの表面との距離ｄは１４ｍｍである。ターゲット６の材質はＦｅＣｏ合金で１３０ｍｍ×４７０ｍｍ×（厚み）３ｍｍである。
【００７４】
ターゲット６上の磁気トラックを確認するために、矩形カソード電極６０を不図示の磁場測定器に設置した。磁場測定器に接続されたプローブ４３５をターゲット直上１．０ｍｍの高さで位置決めし、この高さを保ったままターゲット６の平面方向（４３６走査方向）でスキャンさせた（図２４（ａ））。この際、スキャン方向は図２３のＸ方向とＹ方向として、磁束密度の値採取はＸ、Ｙ、Ｚ方向について行った。なお、プローブのスキャン動作と磁束密度の値採取は、コンピューター（不図示）による制御で行った。
【００７５】
上記で得られた磁束密度において、ターゲット面に平行な成分（Ｘ、Ｙ方向の合成成分＝（ｘ２＋ｙ２）１／２）のうち５０ｍＴ以上なった領域（領域４３１）と、ターゲット面法線に平行な成分がゼロとなるポイントすなわち磁気トラック４３０を抽出し、図２４（ｂ）（ｃ）のような結果が得られた。
【００７６】
矩形カソード電極に比較例２磁石ユニットを取り付け、比較例２磁石ユニットをターゲット６面平行に揺動させながら放電させ、スパッタリング成膜を行った。なお、揺動距離は図２７（ａ）に示したＸ１、Ｙ１方向にそれぞれ±２０ｍｍずつに矩形に動作させた。４０ｋＷｈ使用後にターゲット６上の浸食分布を断面線４３２及び４３３において確認したところ、図２４（ｂ）（ｃ）のような結果が得られた。図２２（ｂ）（ｃ）と比較すると、浸食領域が減ってしまっている。
【００７７】
上記の結果から、カソード形状、ターゲット材質に関係なく、本発明が有効であることが確認できた。
【符号の説明】
【００７８】
１  スパッタリング装置
２  真空容器
３  排気口
４  ガス導入系
５  ステージ
６  ターゲット
７  基板
４０  第１の磁石エレメント
４１  第２の磁石エレメント
５０  第３の磁石エレメント
５１  第４の磁石エレメント
６０  第５の磁石エレメント
３０１  第６の磁石エレメント
３０２  第７の磁石エレメント
３０３第８の磁石エレメント
７０  第１の磁石ユニット
８０  第２の磁石ユニット
９０  第３の磁石ユニット
１００  第４の磁石ユニット
２０１  第５の磁石ユニット
６００  第６の磁石ユニット
６００ａ  第１の磁石群
６００ｂ  第２の磁石群
６００ｃ  第３の磁石群
４１１―１  第１の磁石
４１２―１  第２の磁石
４１３−１  第３の磁石
４１１―２  第４の磁石
４１２―２  第５の磁石
４１３−２  第６の磁石
５１１−１  第７の磁石
５１２−１  第８の磁石
５１３−１  第９の磁石
５１１−２  第１０の磁石
５１２−２  第１１の磁石
５１３−２  第１２の磁石
６１１  第１３の磁石
６１２  第１４の磁石
６１３  第１５の磁石
６１４  第１６の磁石
６１５  第１７の磁石
６１６  第１８の磁石
６１７  第１９の磁石
３１１―１  第２０の磁石
３１２―１  第２１の磁石
３１３―１  第２２の磁石
３１１−２  第２３の磁石
３１２―２  第２４の磁石
３１３―２  第２５の磁石
６１  カソード電極
６２  磁石ユニット
【図１９】
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【図１】
0005873276.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005873276.tif 000010
【図６】
0005873276.tif 000011
【図７】
0005873276.tif 000012
【図８】
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【図９】
0005873276.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
0005873276.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0005873276.tif 000020
【図１６】
0005873276.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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