(57)【要約】【課題】  ターゲット表面における磁場の垂直成分が適切な分布となるようにし、エロージョン領域を広くすることができるマグネトロン・スパッタ装置用の磁界発生装置を提供すること。【解決手段】  磁界発生用の磁気回路に近接して配置されるターゲット１０を支持するバッキングプレート５とを備えたマグネトロン・スパッタ装置用の磁界発生装置において、磁気回路は、ターゲット１０に対して直交する方向にＮ極とＳ極とが位置するように配置される中央側永久磁石１と、これを取り囲むように形成されると共に、ターゲット１０に対して直交する方向にＳ極とＮ極とが位置するように配置される外側永久磁石２と、中央側永久磁石１の磁極と外側永久磁石２の磁極の間に、ターゲット面と平行になるように、バッキングプレート５に取り付けられるシャント板６とを備え、ターゲット表面における、磁気回路による磁場のターゲット面に対して垂直な成分が、ゼロもしくはゼロ近傍でフラットとなるように、あるいは、ゼロ点を３回交差するように、シャント板６が配置される。【選択図】    図１
2006016634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界発生用の磁気回路と、この磁気回路に近接して配置されるターゲットを支持するターゲット支持体とを備えたマグネトロン・スパッタ装置用の磁界発生装置において、
前記磁気回路は、
ターゲットに対して直交する方向に沿った磁場方向を有する中央側永久磁石と、
この中央側永久磁石を取り囲むように形成されると共に、中央側永久磁石とは発生する磁場方向が反対となるように、ターゲットに対して直交する方向に沿った磁場方向を有する外側永久磁石と、
中央側永久磁石の磁極と外側永久磁石の磁極の間に、ターゲット面と平行になるように、前記ターゲット支持体に取り付けられる板状磁性部材とを備え、
ターゲット表面において、前記磁気回路による磁場のターゲット面に対して垂直な成分が、ゼロもしくはゼロ近傍でフラットとなる領域、あるいは、ゼロ点を３回交差するような領域が形成されるように、前記板状磁性部材が配置されることを特徴とする磁界発生装置。
【請求項２】
前記中央側永久磁石の一対の磁極のうちターゲットに近い側の磁極がＳ極であり、前記外側永久磁石の一対の磁極のうちターゲットに近い側の磁極がＮ極であることを特徴とする請求項１に記載の磁界発生装置。
【請求項３】
前記中央側永久磁石の一対の磁極のうちターゲットに近い側の磁極がＮ極であり、前記外側永久磁石の一対の磁極のうちターゲットに近い側の磁極がＳ極であることを特徴とする請求項１に記載の磁界発生装置。
【請求項４】
前記フラットとなる領域の中央が、中央側永久磁石の磁極と外側永久磁石の磁極の中間位置もしくは中間位置近傍となるように、前記板状磁性部材が配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁界発生装置。
【請求項５】
前記ゼロ点を３回交差する領域の中央が、中央側永久磁石の磁極と外側永久磁石の磁極の中間位置もしくは中間位置近傍となるように、前記板状磁性部材が配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁界発生装置。
【請求項６】
前記板状磁性部材は、中央側永久磁石の磁極と外側永久磁石の磁極の間であって、両磁極間の中心よりも、外側永久磁石よりに配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁界発生装置。
【請求項７】
前記ターゲット支持体に、板状磁性部材を埋め込むための凹部を形成し、この凹部に板状磁性部材を収容した後、その上から板状磁性部材を密封するための蓋部材を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁界発生装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁界発生装置を備えたマグネトロン・スパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界発生用の磁気回路と、この磁気回路に近接して配置されるターゲットを支持するターゲット支持体とを備えたマグネトロン・スパッタ装置用の磁界発生装置及びこれを備えたマグネトロン・スパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハーやガラス等の基板表面に薄膜を形成するための装置として、マグネトロン・スパッタ装置が知られている。ターゲット（物質）にＡｒ等の不活性物質を高速で衝突させると、ターゲットを構成する原子や分子が叩き出される現象をスパッタリングといい、この叩き出された原子や分子を基板上に付着させることで、薄膜を形成することができる。マグネトロン・スパッタ装置は、この基板表面にターゲット材料を効率良く薄膜を形成させるのに用いられている。
【０００３】
かかる装置として、下記特許文献１に開示されるマグネトロン・スパッタ装置がある。この文献には従来技術として、図１３のような構造が開示されている。すなわち、平板状のターゲットをターゲット支持板で支持し、そのターゲット支持板の下方に、磁気回路を配置して磁場を発生させる。その磁気回路は、ターゲットに対して直交する方向に沿ってＮ極とＳ極が位置するように配置される中央側永久磁石と、それを取り囲むように、ターゲットに対して直交する方向に沿ってＳ極とＮ極が位置するように配置される外側永久磁石とから構成される。そして、かかる構成によれば、中央の磁極から外側の磁極へと向かう磁力線がターゲットの外側を通るため、エロージョン（ターゲットから原子や分子が叩き出されて侵食された領域）がターゲットの一部にしか生じず、ターゲットを有効利用できないとされている。
【０００４】
そこで、上記公知技術においては、図１４に示すように磁気回路とターゲットの間にターゲットと平行となるように板状磁性部材を配置している。すなわち、中央側永久磁石の磁極の直上部に配置される中央磁性部材と、外側永久磁石の磁極の直上部に配置される外側磁性部材と、中央磁極と外側磁極のちょうど中央に配置される中間磁性部材とが配置される。かかる複数の磁性部材を配置することで、磁力線の短絡路が形成される。そして、かかる構成による磁場の垂直成分と水平成分のグラフは、図１５に示すようになるとされている。このグラフによれば、従来構造のものと比較すると、磁場の垂直成分は、磁性部材のない空隙部分でのみゼロとなり、磁場の水平成分は、ターゲットの中心部と端部とのほぼ中間部で、一様に分布されている。これにより、ターゲットは一様に侵食されるものとされている。
【０００５】
しかしながら、上記公知技術は、磁気回路により発生する磁場の水平成分を特に問題としているが、垂直成分が８０Ｇ程度の磁界を有しているため、ターゲットが侵食されるエロージョンの領域はそれほど広くはならない。すなわち、エロージョンは、垂直成分がゼロとなる場所を基点にして生じるものと考えられ、磁場の水平成分の一様性よりも、垂直成分に着目して磁気回路を構成すべきものであると考えられる。
【特許文献１】特開平１−１４７０６３号公報(特許請求の範囲、図１〜図７等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、ターゲット表面における磁場の垂直成分が適切な分布となるようにし、エロージョン領域を広くすることができるマグネトロン・スパッタ装置用の磁界発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明に係る磁界発生装置は、
磁界発生用の磁気回路と、この磁気回路に近接して配置されるターゲットを支持するターゲット支持体とを備えたマグネトロン・スパッタ装置用の磁界発生装置であり、
前記磁気回路は、
ターゲットに対して直交する方向に沿った磁場方向を有する中央側永久磁石と、
この中央側永久磁石を取り囲むように形成されると共に、中央側永久磁石とは発生する磁場方向が反対となるように、ターゲットに対して直交する方向に沿った磁場方向を有する外側永久磁石と、
中央側永久磁石の磁極と外側永久磁石の磁極の間に、ターゲット面と平行になるように、前記ターゲット支持体に取り付けられる板状磁性部材とを備え、
ターゲット表面において、前記磁気回路による磁場のターゲット面に対して垂直な成分が、ゼロもしくはゼロ近傍でフラットとなる領域、あるいは、ゼロ点を３回交差するような領域が形成されるように、前記板状磁性部材が配置されることを特徴とするものである。
【０００８】
かかる磁界発生装置の作用・効果を説明する。磁気回路は、中央側永久磁石と、これを取り囲む外側永久磁石とを備えている。いずれの永久磁石も、一対の磁極の並ぶ方向は、ターゲットと直交する方向である。ただし、中央側永久磁石と外側永久磁石とでは、磁極の並ぶ方向は互いに逆である。従って、磁力線は、一方の磁極から他方の磁極へと向かうようになる。また、ターゲットを支持するターゲット支持体が設けられ、これに板状磁性部材が取り付けられる。板状磁性部材は、中央側永久磁石の磁極と、外側永久磁石の磁極の間に、ターゲット面と平行になる状態で配置される。
【０００９】
本発明において，中央側永久磁石の一対の磁極のうちターゲットに近い側の磁極はＳ極であり、前記外側永久磁石の一対の磁極のうちターゲットに近い側の磁極はＮ極である。
【００１０】
あるいは、中央側永久磁石の一対の磁極のうちターゲットに近い側の磁極はＮ極であり、前記外側永久磁石の一対の磁極のうちターゲットに近い側の磁極はＳ極である。
【００１１】
更に、ターゲット表面における磁場の垂直成分は、ゼロもしくはゼロ近傍でフラットとなる領域を形成するようにする。すなわち、垂直成分が単純にゼロ点を交差するだけの磁場の形成では、エロージョンが一部に偏ってしまうが、フラットとなるような領域を形成すれば、エロージョンの領域を広げることができる。これは、ゼロ点を３回交差するような領域を形成することでも達成することができる。その結果、ターゲット表面における磁場の垂直成分が適切な分布となるようにし、エロージョン領域を広くすることができるマグネトロン・スパッタ装置用の磁界発生装置を提供することができる。
【００１２】
本発明において、前記フラットとなる領域の中央が、中央側永久磁石の磁極と外側永久磁石の磁極の中間位置もしくは中間位置近傍となるように、前記板状磁性部材が配置されることが好ましい。
【００１３】
磁場の分布を上記のようにすることで、中央側永久磁石の磁極と外側永久磁石の磁極の中間位置を基準としてエロージョン領域を形成させることができる。これにより、できるだけターゲットを有効に使用することができる。
【００１４】
本発明において、前記ゼロ点を３回交差する領域の中央が、中央側永久磁石の磁極と外側永久磁石の磁極の中間位置もしくは中間位置近傍となるように、前記板状磁性部材が配置されることが好ましい。
【００１５】
かかる構成によっても、中央側永久磁石の磁極と外側永久磁石の磁極の中間位置を基準としてエロージョン領域を形成させることができ、ターゲットを有効に使用することができる。
【００１６】
本発明に係る板状磁性部材は、中央側永久磁石の磁極と外側永久磁石の磁極の間であって、両磁極間の中心よりも、外側永久磁石よりに配置されていることが好ましい。
【００１７】
上記のように板状磁性部材を配置することで、前述した「ゼロもしくはゼロ近傍でフラットとなる領域」や「ゼロ点を３回交差するような領域」を形成しやすくなる。
【００１８】
本発明に係るターゲット支持体に、板状磁性部材を埋め込むための凹部を形成し、この凹部に板状磁性部材を収容した後、その上から板状磁性部材を密封するための蓋部材を設けることが好ましい。蓋部材として、ターゲット支持体と同材質であるのが好ましいが、それ以外の非磁性材でもよい。
【００１９】
ターゲット支持体に上記のような凹部を形成して、板状磁性部材を埋め込むことで、板状磁性部材を確実に支持させることができ、蓋部材をして密閉をすることで、強固に支持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明に係るマグネトロン・スパッタ装置用の磁界発生装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、磁界発生装置の断面図を示し、図２は、磁気回路の構成を示す斜視図、図３は、ターゲットがエロージョンされた状態を示す斜視図である。
【００２１】
＜磁界発生装置の構成＞
図１に示すように、磁界発生用の磁気回路として、中央側永久磁石１と、これを取り囲むように配置される外側永久磁石２とが設けられる。中央側永久磁石１は、上側の磁極がＮ極であり、下側の磁極がＳ極である。これらＳ極とＮ極とは、ターゲット１０の表面に対して直交する方向に沿って配置される。一方、外側永久磁石２は、上側の磁極がＳ極であり、下側の磁極がＮ極である。これらＮ極とＳ極も、ターゲット１０の表面に対して直交する方向に沿って配置される。従って、中央側永久磁石１のＮ極から出る磁力線は、外側永久磁石２のＳ極へと向かう。なお、本発明としては、Ｓ極とＮ極の関係を逆に配置してもよい。
【００２２】
図２からも分かるように、ライン状に延びて形成される中央側永久磁石１を取り囲むように外側永久磁石２が配置され、その形状は矩形状となっている。中央側永久磁石１を取り囲む場合の形状は、矩形状ではなく、長円形でもよいし、円形に形成してもよい。目的等に応じて、適宜の形状を採用することができる。なお、中央側永久磁石１と外側永久磁石２とは、夫々単一の永久磁石部材で構成するのではなく、サイズの小さな永久磁石を並べて配置することで、図２に示すような形状にすることができる。永久磁石の材料としては、フェライト磁石を用いてもよいが、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の特性が良いものを使用することが好ましい。
【００２３】
中央側永久磁石１と外側永久磁石２の下部は、板状のヨーク材３により連結されている。ヨーク材３としては、例えば、一般的に冷間圧延鋼板としての磁性を有するステンレスを使用することが好ましい。
【００２４】
中央側永久磁石１と外側永久磁石２の上部には、冷却装置４が設けられ、更にその上には、バッキングプレート５（ターゲット支持体に相当する。）が設けられている。冷却装置４は、内部に水を通すためのパイプもしくは溝が設けられており、水冷システムにより、磁気回路を冷却するように構成されている。
【００２５】
バッキングプレート５は、その上にターゲット１０が支持されるものであり、プレート状に形成されている。バッキングプレート５には、凹部５ａが形成されており、その凹部５ａにシャント板６（板状磁性部材に相当する）が埋め込まれる。埋め込まれたシャント板６の上は、蓋部材５ｂが配置されて、シャント板６が内部に密封されるように構成されている。密封方法としては、例えば、溶接を行うことで実現できる。凹部５ａの形状とシャント板６の形状も、図２に示すように、外側永久磁石２の形状と対応しており、今回の実施例では矩形のリング状となっている。
【００２６】
バッキングプレート５の材料としては、例えば、銅を使用することができる。また、磁性部材であるシャント板６の材料は、鉄などの冷間圧延板を用いることができる。また、パーマロイ等の透磁率の高い材料を用いてもよい。
【００２７】
図１をみても分かるように、シャント板６は、バッキングプレート５の中に埋め込まれることで支持されており、シャント板６の面は、ターゲット１０の表面と平行になる状態で配置される。また、シャント板６は、中央側永久磁石１の磁極と、外側永久磁石２の磁極との間に配置されるが、これら磁極間のちょうど中央に配置されるのではなく、少し、外側永久磁石２寄りに配置されている。
【００２８】
また、シャント板６は、上記位置にのみ配置されるものであり、中央側永久磁石１の磁極の真上や外側永久磁石２の磁極の真上には配置されない。この点は、前述した、特許文献１の構成とは異なっている。
【００２９】
図３は、エロージョンされた状態（斜線の領域）を示している。エロージョンされる領域は、およそ、シャント板６が配置される領域に沿っている。
【００３０】
また、本発明においては、ターゲット表面において、磁気回路により発生する磁場の垂直成分がゼロもしくはゼロ近傍でフラットとなる領域が形成されるようにシャント板６が配置される。これを図４に示しており、Ｂ⊥が垂直成分を示し、Ｂ//が水平成分を示す。そして、垂直成分には、ゼロ近傍でフラットになる領域Ｊが示されている。
【００３１】
また、本発明としては、ターゲット表面において、磁気回路により発生する磁場の垂直成分がゼロ点を３回交差するような領域が形成されるようにシャント板６が配置されてもよい。これを図５に示す。この図から分かるように、ゼロ点の交差点が３つ（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）存在する。
【００３２】
これら図５に示すような状態になるようにシャント板６を配置することで、磁場の垂直成分がゼロ近傍となる領域が広くなるので、エロージョンされる領域も広がり、ターゲットを有効に活用することができる。
【実施例】
【００３３】
次に、本発明に係る構成の効果を実施例と比較例を上げて説明する。図６と図７は、比較例１，２を示す。図６Ａに示すように、比較例１の磁界発生装置は、シャント板が用いられていない。図６Ａには、磁界の様子を表わすために磁力線を示している。図６Ｂは、磁界の強さ（Ｇ）とエロージョン深さ（ｍｍ）のデータを示しており、横軸は中央側永久磁石１の中心を原点としている。
【００３４】
図６Ｂに示すデータにおいて、Ｂ//は磁界の水平成分（ターゲット面に平行な成分）を示し、Ｂ⊥は磁界の垂直成分（ターゲット面に垂直な成分）を示す。ここに示されているデータのうち、特に重要なのは、ターゲット上面における磁界の垂直成分Ｂ⊥と、エロージョン深さのデータである。
【００３５】
図７は、比較例２を示し、シャント板６が用いられているが、シャント板６の配置は、本発明の構成とは異なる配置がなされている。図８、図９は、シャント板６が用いられており、シャント板６の配置は、本発明の構成に沿った配置がなされている。 図６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａは、夫々、磁気回路を構成する部材とターゲット１０の構成を示しており、各磁気回路の寸法関係は、図１０と図１１により示される。各比較例と実施例の図１０に示しているＡ〜Ｌの寸法が図１１に具体的に示されている。比較例１については、シャント板６が設けられていないので、Ｉ〜Ｌのデータは空欄となっている。Ａ〜Ｌは下記のようになっている。単位はすべてｍｍである。
【００３６】
Ａ：中央側永久磁石１の幅寸法
Ｂ：中央側永久磁石１と外側永久磁石２の距離
Ｃ：中央側永久磁石２の幅寸法
Ｄ：ヨーク材３の幅寸法
Ｅ：ヨーク材３の厚み寸法
Ｆ：中央側永久磁石１および外側永久磁石２の長さ寸法
Ｇ：中央側永久磁石１（外側永久磁石２）の上側磁極面とターゲット１０の裏面との距離
Ｈ：ターゲットの厚み寸法
Ｉ：シャント板６の幅寸法
Ｊ：シャント板６とシャント板６の間の距離
Ｋ：中央側永久磁石１（外側永久磁石２）の上側磁極面とシャント板６の下面との距離
Ｌ：シャント板６の厚み寸法
次に、実施例と比較例を比較しながら評価する。
【００３７】
＜比較例１＞
図６Ｂを見て分かるように、ターゲット上面（表面）の磁場の垂直成分Ｂ⊥は、ゼロ点を単純に交差しているに過ぎない。（横軸座標が±３５のあたり）エロージョン深さもゼロ点を交差している付近で最も深くなっている。
【００３８】
＜比較例２＞
図７Ｂを見ても分かるように、ターゲット上面の磁場の垂直成分Ｂ⊥は、やはり、ゼロ点を単純に交差しているに過ぎない。（横軸座標±４４のあたり）また、垂直成分が一定レベルとなっている。（横軸座標±２４〜±３６のあたり）ただし、一定レベルとなっているのは、１００Ｇのレベルであり、ゼロレベルではない。比較例２は、図１４で説明した従来技術に近い特性を示している。エロージョン深さは、ゼロ点を交差している付近で最も深くなっている。
【００３９】
＜実施例１＞
実施例１は、一見すると比較例２と同じような配置であるが、シャント板６の配置が特にことなっている。比較例２では、シャント板６は、中央側永久磁石１と外側永久磁石２のほぼ中央に位置しているのに対して、実施例１では、シャント板は、少し外側永久磁石２寄りに配置されている。
【００４０】
ターゲット上面の垂直成分Ｂ⊥は、ゼロ付近でフラットとなっている領域を有している。（横軸座標±３０〜±４２のあたり）この点が、比較例２と大きく違うところである。ゼロ近傍でフラットとなっていることから、エロージョンも幅広く形成されており、ターゲット１０を有効に利用できていることがわかる。
【００４１】
＜実施例２＞
実施例２も実施例１と同じように、シャント板６が少し外側永久磁石２寄りの配置となっている。ターゲット上面の垂直成分Ｂ⊥を見ると、ゼロ付近でフラットとなっている領域が見られる。（横軸座標±３５のあたり）実施例２については、エロージョン深さのデータはないが、実施例１と同様に、幅広くエロージョンが形成されることが予想される。また、ゼロ点が３回交差するような図５のケースも、ゼロ近傍でフラットとなるケースと同様に、エロージョンが幅広く形成されるものと予想できる。
【００４２】
次に、磁界発生装置の各部材の実際の配置構成例を図１２に示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は長手方向に沿った中央断面図、（ｃ）は幅方向に沿った断面図である。シャント板６も全体的には矩形リングとして形成される。ただし、図１２では、長手方向の左側は省略して図示している。矩形リングの４隅６ａは４５゜の面取りが形成されている。
【００４３】
中央側永久磁石１の端部１ａは、少し幅が大きくなっている。また、外側永久磁石２の端部も、幅や形の違うブロック２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設けられている。ブロック２ａ，２ｃは長手方向のブロック２ｅよりも少し幅が大きくなっている。ブロック２ｂは、三角柱の形状を有している。ブロック２ｄは、隣接するブロック２ｃよりも少し幅が少し小さくなっている。なお、各ブロック２ａ〜２ｅは、単一の磁石部材で形成される必要はなく、小さな磁性部材を並べて構成してもよい。上記のように端部を構成することで、端部における磁場の分布を長手方向の分布と同じようにすることができ、エロージョンを幅広く形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】磁界発生装置の構成を示す断面図
【図２】磁界発生装置の構成を示す斜視図
【図３】エロージョンが発生した状態を示す斜視図
【図４】ターゲット表面における磁場の垂直成分の分布を説明する図
【図５】ターゲット表面における磁場の垂直成分の分布を説明する図
【図６Ａ】比較例１の磁界発生装置の構成と磁力線の状態を示す図
【図６Ｂ】比較例１の磁界発生装置の磁場の強さとエロージョン深さの関係を示す図
【図７Ａ】比較例２の磁界発生装置の構成と磁力線の状態を示す図
【図７Ｂ】比較例２の磁界発生装置の磁場の強さとエロージョン深さの関係を示す図
【図８Ａ】実施例１の磁界発生装置の構成と磁力線の状態を示す図
【図８Ｂ】実施例１の磁界発生装置の磁場の強さとエロージョン深さの関係を示す図
【図９Ａ】実施例２の磁界発生装置の構成と磁力線の状態を示す図
【図９Ｂ】実施例２の磁界発生装置の磁場の強さを示す図
【図１０】磁界発生装置を構成する部材の寸法関係を説明する図
【図１１】磁界発生装置を構成する部材の寸法関係をまとめた表
【図１２】磁界発生装置の実施例の構成例を示す図
【図１３】従来技術の磁界発生装置の構成を示す図
【図１４】従来技術の別の磁界発生装置の構成を示す図
【図１５】図１４に示す磁界発生装置の磁場の分布を説明する図
【符号の説明】
【００４５】
１        中央側永久磁石
２        外側永久磁石
３        ヨーク材
４        冷却装置
５        バッキングプレート
６        シャント板
１０      ターゲット
【図１】
2006016634.tif 000003
【図２】
2006016634.tif 000004
【図３】
2006016634.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2006016634.tif 000011
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2006016634.tif 000015
【図１０】
2006016634.tif 000016
【図１１】
2006016634.tif 000017
【図１２】
2006016634.tif 000018
【図１３】
2006016634.tif 000019
【図１４】
2006016634.tif 000020
【図１５】
2006016634.tif 000021