(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容易に調整できる磁石ユニットを提供する。【解決手段】カソード電極の短辺方向に設けられた第１のヨーク板上に、第１磁石と該第１磁石と極性が異なる第２磁石と、からなる第１のマグネットエレメントを固着し、前記カソード電極の長手方向両側に設けられた第２のヨーク板上に第３の磁石と第４の磁石と第５の磁石とをそれぞれ配置し、前記第４の磁石の内側から前記第２のヨーク板の長辺方向の内側に向けてｎ−１本（ｎは２以上の正の整数）の突出磁石を延出して配置し、前記突出磁石の両側に第４の磁石の磁石と所定の間隔をもってｎ本の延出磁石を配置し、前記突出磁石と前記延出磁石とにより、ターゲット上に、長手方向の両端部に２ｎ−１の数の折り返し形状部を有する磁気トラックを形成したことを特徴とする磁石ユニット。【選択図】図６
2011094180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体形状のターゲットを支持するカソード電極の背面側であって、該カソード電極の短辺方向に、直方体形状の磁性体から成る第１のヨーク板を設け、前記第１のヨーク板の両端に設けられた第１磁石と、該第１磁石の間に設けられ該第１磁石と極性が異なる第２磁石と、からなる第１のマグネットエレメントを前記第１のヨーク板上に固着し、前記第１のマグネットエレメントを前記カソード電極の長辺方向に沿って所定の間隔で複数配置し、前記カソード電極の長手方向両側に、直方体形状の磁性体からなる第２のヨーク板をそれぞれ設け、前記第２のヨーク板の前記第１のマグネットエレメントと対向する以外の３辺の輪郭にそって、第３の磁石と第４の磁石と第５の磁石とをそれぞれ配置し、前記第２のヨーク板の短辺方向に配置された前記第４の磁石の内側から前記第２のヨーク板の長辺方向の内側に向けてｎ−１本（ｎは２以上の正の整数）の突出磁石を延出して配置し、前記突出磁石の両側に第４の磁石の磁石と所定の間隔をもってｎ本の延出磁石を配置し、前記第１の磁石と同じ極性の第３の磁石と前記第４の磁石と前記第５の磁石と前記突出磁石と、前記第１の磁石と異なる極性の前記延出磁石と、で第２のマグネットエレメントを構成し、前記第２のマグネットエレメントを前記第２のヨーク板上に固着し、前記突出磁石と前記延出磁石とにより、前記ターゲット上に、長手方向の両端部に２ｎ−１の数の折り返し形状部を有する磁気トラックを形成したことを特徴とする磁石ユニット。
【請求項２】
前記第３の磁石と第４の磁石と第５の磁石は、前記第２のヨーク板の３辺の輪郭にそってコの字形状に配置されてい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】
前記突出磁石は、第３の磁石および第５の磁石と平行で、かつ、前記第４の磁石に垂直に、該第４の磁石から内側に向かって配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁石ユニット。
【請求項４】
前記延出磁石は、前記第４の磁石と所定の間隔を有し、かつ、前記突出磁石と５ｍｍ以上の重なり部を有するように、第３の磁石および第５の磁石と平行に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁石ユニット。
【請求項５】
前記延出磁石の間に、前記第３の磁石と第４の磁石と平行に、前記延出磁石と所定の間隔をもってｎ−１本の内部磁石を配置し、前記内部磁石と前記延出磁石とをｎ−１本以上の結合磁石で結合したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の磁石ユニット。
【請求項６】
前記第１のマグネットエレメントと前記第２のマグネットエレメントは、ベースプレートに固定、ならびに取り外しを行うことができ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】
前記ベースプレートには、溝が形成されており、前記第１のマグネットマグネットエレメントの第１の磁石と第２の磁石とが固着されている側と反対側の前記第１のヨーク板に、前記溝と勘合する矩形突起が形成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】
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、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から７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。
【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前面側に支持するカソード全面の背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】
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】
図１８Ａ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（特許文献１参照）。図１８Ａにおいて、この種の通過型成膜システムでは、一般に矩形のターゲット６０１の長手方向に直交するように基板７を通過させている。したがって、ターゲット６０１の長手方向両端部からのスパッタ粒子１１２が少なく、基板７の両端部１１１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、図１８Ｂ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６０２のように長手方向の長さを長くし、基板７の両端部１１１において膜厚の減少を抑えるようにするために、非図示のカソード電極及び磁石ユニット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。例えば特許文献２によれば、強磁性体からなる平板上のヨーク部材とヨーク材の各端部に略コの字状をなすように固着された棒磁石からなるマグネットユニットをベースプレート上に適宜固定することで所望の磁界を形成できるような提案をしている。
【０００７】
図１５は、特許文献２記載のマグネトロンユニットの平面図である。マグネトロンユニット２３０は、ベースプレート２３２と、このベースプレート上に所定の配列で固定された複数のマグネットユニット２３４とから構成されている。各マグネットユニットは、互いに同一方向に向けられ且つ所定の間隔をおいて配置された、極性の異なる２つの磁極端２３６、２３８を有しており、各磁極端がベースプレート２３２とは反対側に向けられた状態でベースプレート２３２に固定されている
【０００８】
図１６は、上記マグネトロンユニットに適用するスパッタリング装置の概略図である。このスパッタリング装置２１０は、内部にスパッタリング室２１２を有するハウジング２１４と、ハウジング２１４の上部に配置された円形のターゲット２１６とを備えている。ハウジング２１４内にはウェハ支持ペディスタル２１８が設けられており、ウェハ２２０はこのウェハ支持ペディスタル２１８上で支持され、ターゲット２１６の下面に対して平行に対向配置されるようになっている。ターゲット２１６とウェハ２２０との間には、ターゲット原子の漏出を防止すべくシールド２２２が設けられている。尚、図１６において、２２４は直流電源、２２８は駆動ユニット、２３０はマグネトロンユニット、２３２はベースプレート、２３４はマグネットユニットである。
【０００９】
また、特許文献３では、全面エロージョンを実現するために矩形フレーム状の第１の磁極が棒状の第二の磁極を備え、第２磁極短部に６０度の角度のアームを設けることを提案している。
【００１０】
図１７Ａは、特許文献３記載の平面マグネトロン用マグネット装置の部分図である。図１７記載の平面マグネトロン用マグネット装置は、棒磁極３０２と、棒磁極３０２に対して垂直に配置された相互に平行なアーム磁極３０３から３０８と、アーム磁極３０９、３１０と、マグネット３１６と、フレーム・セグメント３１１、３１２と、側部セグメント３１３と、から構成される。棒磁極３０２の端部に位置する２つのアーム磁極３０９、３１０は、棒磁極３０２の縦軸に対して約６０度の角度αで位置するように配置されている。マグネット３１６は棒磁極３０２の端部に配置されている。また、アーム磁極３０９とアーム磁極３０３、アーム磁極３０３とアーム磁極３０４、アーム磁極３０４とアーム磁極３０５、アーム磁極３１０とアーム磁極３０６、アーム磁極３０６とアーム磁極３０７、アーム磁極３０７、アーム磁極３０８の間には、フレーム・セグメント３１１または３１２に垂直であり内側を向いているトング３２１〜３２３、３１４および３２４〜３２６、３１５が位置する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００７−５２５００５号公報
【特許文献２】特開平９−１１８９８０号公報
【特許文献３】特開２００６−２９１３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１９は、上記特許文献２記載の図１５記載のマグネットユニット２３４を用いて構成された矩形ターゲットのためのマグネット配列１００を簡略化して示した図である。矩形マグネット両端領域１０２ではエロージョントラックＭＴ１１０を折り返すようなマグネットユニット２３４の配列にしなければならないが、矩形（長方形）マグネットのようにエロージョントラック幅１０４を狭めなければならないような場合、領域１０２ではマグネットユニット２３４を並べるための曲率半径が小さくなることで、マグネットユニット２３４を配置できる数が少なくなり、領域１０２の磁場強度が急激に減少してしまう。領域１０２で磁場強度が減少してしまうことで、領域１０２から基板に到達するスパッタ粒子が減少し、図１８の領域１１１における膜厚分布の悪化を招いてしまう問題点があった。また、図１８において、ターゲット６０１、６０２に鉄、コバルト、ニッケルのいずれかひとつ以上の元素を含むような強磁性材料を適用した場合、ターゲット内を磁力線が通りやすくなるため、ターゲット表面に磁力線が漏れにくくなることで、領域１０２の磁場強度が更に低くなり、放電着火を行うことが困難になる問題点もあった。すなわち、矩形マグネット全ての領域でマグネットユニット２３４を適用しても、ターゲット材料に関わらず、良好な膜厚分布を得るという目的を達成することは困難である。
【００１３】
また、図１９において、マグネット配列１００の中央領域、すなわちエロージョントラックＭＴ１１０が直線となる領域１０１では、マグネットユニット２３４はお互いに対向する位置に固定される。このとき、対向するマグネットユニット２３４は、互いに同じ極性となる配置となるため、対向するマグネットユニット２３４の近接距離１０３には限界がり、２本のエロージョントラックの幅１０４が広がってしまい、たとえ揺動動作を行っても非エロージョン領域が発生してしまうという問題点があった。
【００１４】
特許文献３では、図１７Ａに示すように、棒磁極３０２の端部に位置する２つのアーム磁極３０９、３１０は、棒磁極３０２の縦軸に対して約６０度の角度αで位置するように配置され、マグネット３１６は棒磁極３０２の端部に配置されていることから、マグネット端部の磁気トラック折り返し部の形状を自由に変更できず、膜厚分布の調整余地がないという問題点があった。また、特許文献３では、アーム磁極３０７、アーム磁極３０８の間に、内側を向いているトング３２１〜３２３、３１４および３２４〜３２６、３１５が位置することにより、中央部のレーストラックが波形になることで磁気トラックの距離が伸びることから、マグネット中央からのスパッタ粒子の飛来が増え、膜厚分布の悪化を招くという問題点があった。また、図１７Ａで示されるトング３２１から３２６と３１４、３１５までを取り去り、更にアーム３０３から３０８までを取り去った場合、図１７Ｂのようなレーストラック３３０の経路となり、図１７Ａに示されるレーストラック３２０と比較してマグネット３０１中央付近のレーストラック長を短くすることが可能である。このようにすることで、マグネット３０１中央に対応するターゲット上からのスパッタ粒子を相対的に減少させることができるが、これでもまだ、マグネット３０１端部のレーストラック長は短く、例えば図１８の領域１１１の膜厚低下を抑えるような膜厚分布改善はできないという問題点があった。
【００１５】
本発明は、上記問題点を解決することを目的とし、より具体的には、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、磁極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、かつ磁場の分布を調整しやすく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】
【００１６】
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。
【００１７】
直方体形状のターゲットを支持するカソード電極の背面側であって、該カソード電極の短辺方向に、直方体形状の磁性体から成る第１のヨーク板を設け、前記第１のヨーク板の両端に設けられた第１磁石と、該第１磁石の間に設けられ該第１磁石と極性が異なる第２磁石と、からなる第１のマグネットエレメントを前記第１のヨーク板上に固着し、前記第１のマグネットエレメントを前記カソード電極の長辺方向に沿って所定の間隔で複数配置し、前記カソード電極の長手方向両側に、直方体形状の磁性体からなる第２のヨーク板をそれぞれ設け、前記第２のヨーク板の前記第１のマグネットエレメントと対向する以外の３辺の輪郭にそって、第３の磁石と第４の磁石と第５の磁石とをそれぞれ配置し、前記第２のヨーク板の短辺方向に配置された前記第４の磁石の内側から前記第２のヨーク板の長辺方向の内側に向けてｎ−１本（ｎは２以上の正の整数）の突出磁石を延出して配置し、前記突出磁石の両側に第４の磁石の磁石と所定の間隔をもってｎ本の延出磁石を配置し、前記第１の磁石と同じ極性の第３の磁石と前記第４の磁石と前記第５の磁石と前記突出磁石と、前記第１の磁石と異なる極性の前記延出磁石と、で第２のマグネットエレメントを構成し、前記第２のマグネットエレメントを前記第２のヨーク板上に固着し、前記突出磁石と前記延出磁石とにより、前記ターゲット上に、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有する磁気トラックを形成したことを特徴とする磁石ユニットである。
【発明の効果】
【００１８】
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、磁気トラック長手方向両端部の長さが補われる。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。更に、ｎ本の延出磁石が第５磁石・第３磁石と平行に配置され、ｎ本の延出磁石５６の間に、ｎ−１本の突出磁石を配置する構造としたため、端部の磁気トラックの折り返し部の形状を自由に変更できる。そして、第２磁石から両側に配置された第１磁石に磁力線が向かうことで二本の磁気トラックを形成することから、二本の磁気トラック同士の距離が狭まり、非エロージョン領域の発生も防ぐことが可能になる。
【００１９】
更に、ターゲット両端部からのスパッタ粒子の飛来を相対的に増やす場合、必要な数だけ第１のマグネットエレメントを取り外すことで、矩形マグネット内側の磁力を相対的に弱めてスパッタの発生を抑えることができ、相乗的な膜厚分布の補正を行うことができる。更に、第１マグネットエレメントの第１の磁石と第２の磁石との間隔、第１マグネットエレメントの間隔、をそれぞれ調整することにより、中央部の磁気トラックを自由に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】本発明に係る基板を通過させる機構の一例を示す概略図である。
【図３】本発明に係る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】本発明に係る第１マグネットエレメントの構成を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る第２マグネットエレメントの構成を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る第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７】本発明に係る第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８】本発明に係る第１の実施形態の磁石ユニットによって形成された磁気トラックＭＴを示す概略図である。
【図９】本発明に係る第１マグネットエレメントおよび、第２マグネットエレメントの固定方法を示す概略図である。
【図１０】本発明に係る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１１】従来の磁石ユニットを搭載した場合の基板中心からの膜厚分布を示した図である。
【図１２】本発明に係わる磁石ユニットを搭載した場合の基板中心からの膜厚分布を示した図である。
【図１３】本発明に係わる磁石ユニットを搭載した場合の基板中心からの膜厚分布を示した図である。
【図１４】本発明に係わるマグネトロンスパッタリング装置で製造した一般的なＣＩＳ系（カルコパイライト系）太陽電池の構造を示す断面模式図である。
【図１５】特許文献２記載のマグネトロンユニットの平面図である。
【図１６】特許文献２記載のマグネトロンユニットに適用するスパッタリング装置の概略図である。
【図１７Ａ】特許文献３記載の平面マグネトロン用マグネット装置の部分図である。
【図１７Ｂ】特許文献３記載の平面マグネトロン用マグネット装置の部分図である。
【図１８Ａ】特許文献１記載の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１８Ｂ】特許文献１記載の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１９】特許文献２記載のマグネット配列１００を簡略化して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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、後述する磁石ユニット６０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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、ＣｏＰｔ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、ＣｏＰｔ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。
【００２５】
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６０が配置され、この磁石ユニット６０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６０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６０の詳細構造については、後述する。
【００２６】
また、図２に示すように、ターゲット６の前方には、基板７を通過させる搬送機構８が配設されている。この基板７の搬送機構８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８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し、冷凍機等不図示の冷却機構を内蔵してもよい。
【００２７】
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８上を案内される。
【００２８】
また、図３に示すように、基板７の搬送機構９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。
【００２９】
〔第１の実施形態〕
次に、図４〜６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６０について説明する。図４は、第１の実施形態の第１マグネットエレメントの構成を示す斜視図である。図５は、第１の実施形態の第２マグネットエレメントの構成を示す斜視図である。図６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。
【００３０】
図５に示すように、本実施形態の第２のマグネットエレメント５１は、強磁性板材からなる第２のヨーク板５９を備えている。この第２のヨーク板５９上の輪郭に沿って順番に同極（上端がＮ極で下端がＳ極）の磁石５２、５３、５４（それぞれ第３の磁石、第４の磁石、第５の磁石）が順番にコの字状５０１に置かれ、そのうち第４の磁石５３からは、第３の磁石５２、第５の磁石５４に平行で、かつ、第４の磁石５３と垂直に、ｎ−１本（ｎは２以上の正の整数）の同一極の突出磁石５５が伸びている。本実施形態ではｎ＝２であり、ｎ−１＝１本の突出磁石を備えている。
【００３１】
このコの字状外周磁石５０１内側に配置された内部磁石５０２は、第４の磁石５３に向けて、第３の磁石５２、第５の磁石５４に平行でかつ第４の磁石に平行に延出され、コの字状外周磁石５０１の第４磁石５３に近接するｎ本の延出磁石５６を備えている。具体的には、内部磁石５０２は、上記延出磁石５６を端部に有し、ｎ−１本の長片磁石５７備えている。本実施形態では、ｎ＝２であり、ｎ＝２本の延出磁石５６（上端がＳ極で下端がＮ極）とｎ−１＝１本の長片磁石５７（上端がＳ極で下端がＮ極）を備えている。
【００３２】
内部磁石５０２は、ｎ−１本の長片磁石５７と、ｎ本の延出磁極５６を接続する結合ｎ−１本以上の結合磁石５８を備えている。本実施形態では、１本の長片磁石５７が２本の結合磁石５８によって、２本の延出磁極５６と接続されているが、第４磁石に平行な１本の結合磁石５８を１本の長片磁石５７と２本の延出磁石５６との間に設けてもよい。これら長片磁石５７および結合結合磁石５８そして、延出磁極５６は同一極性（上端がＳ極で下端がＮ極）を有している。
【００３３】
また、長片磁石５７を省き、結合磁石５８どおしの結合端を第２マグネットエレメント５１の第４磁石の反対側の端に持ってきてもよい。このとき、結合磁石５８と突出磁石５５との距離が広がるため、突出磁石５８を引き伸ばすことで、磁場強度の低下を抑えるとともに、折り返し距離を延ばすことが可能となる。いずれの場合においても折り返し形状を発生させるためには、第４磁石５３と平行に延びた突出磁石５５と延出磁石５６との重なり量は５ｍｍ以上が望ましい。これ以下では、複数の折り返しが生成されないためである。
【００３４】
また、コの字磁石５０１の第４の磁石５３から、ｎ本の延出磁石５６の間に位置するように、第４の磁石５３と垂直でかつ第３の磁石５２、第５の磁石５４に平行に内側へ向けてｎ−１本の突出磁石５５が突出されている。本実施形態では、２本の延出磁石５６が配置されているので、コの字磁石５０１の両端内側に、１本の突出磁石５５が突出されている。このように、２本の延出磁石５６が第５磁石５４・第３磁石５２と平行に配置され、２本の延出磁石５６の間に、突出磁石５３を配置する構造としたため、端部のレーストラックの折り返し部の形状を自由に変更できる。
【００３５】
次に、第１マグネットエレメントのついて図４を用いて説明する。図４に示すように第１のマグネットエレメント４１は長方形のヨーク板４５両端に第１の磁石４２、４４（上端がＮ極で下端がＳ極）が固定され、ヨーク板４５の中心部に第２の磁石４３（上端がＳ極で下端がＮ極）が固定されており、第１の磁石と第２の磁石は異なる磁極となる。
【００３６】
次に、図６を用いて第１マグネットエレメント４１と第２マグネットエレメント５１の全体構成について説明する。図６は第１のマグネットエレメント４１と第２のマグネットエレメント５１を組み合わせ磁石ユニット６０としたものである。ベース板６１上の両端に第２マグネットエレメント５１をそれぞれ第４の磁石５３が最外に向くように設置し、その間に、第１マグネットエレメント４１を平行に固定した状態を示している。この実施例では、両端に配置された２つの第２マグネットエレメント５１の間に、第１マグネットエレメント４１が１２個固定されていることになる。なお、第１マグネットエレメント４１の第１の磁石４２、４４と第２の磁石４３との間隔、第１マグネットエレメント４１の間隔、はそれぞれ適宜調整することができる。これにより、中央部の磁気トラックを自由に変更できる。
【００３７】
図６においては、第１磁石４２、第３磁石５２、第４磁石５３、第５磁石５４そして突出磁石５６は同一極性であり、同一極性である第２磁石４３、長片磁石５７、延出磁石５５そして結合磁石５８とは異極の関係にあるように、それぞれの磁石が配置されている。
【００３８】
即ち、第１の実施形態の磁石ユニット６０は、外周磁石グループ６２と、内部磁石グループ６３により構成され、外周磁石グループ６２と内部磁石グループ６３とは異極の関係となる。そのため、ｎ本の突出磁石とｎ−１本の延出磁石とにより、ターゲット上に発生した磁気トラックＭＴは、磁気トラックＭＴ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が可能となる。
【００３９】
磁気トラックＭＴのうち折り返し形状部以外の磁気トラックＭＴＬ（図６）について述べる。磁気トラックＭＴＬを構成する磁束の殆どは第１マグネットエレメント４１から発生したものである。このようなことから、第１マグネットエレメント４１の設置個数を増減させることで磁気トラックＭＴＬ上の磁束密度を増減させ、スパッタ粒子の発生量を調整することも可能となる。例えば、第１マグネットエレメント４１の設置個数を減らせば、磁気トラックＭＴのうち折り返し形状部の磁束密度が相対的に増加するため、磁石ユニット６０の両端部からのスパッタ粒子を増やすことが可能になる。
【００４０】
また、第１マグネットエレメント４１を複数配列させることが可能な本発明では、第２マグネットエレメント５１を磁石ユニット６０の長手方向、言い換えれば第１マグネットエレメント４１の配列方向に引き伸ばすことも可能になる。例えば、磁気トラックＭＴのうち折り返し形状部を更に引き伸ばしたい場合、すなわち突出磁石５５と延出磁石５６の重なり量を大きくしたい場合、第２マグネットエレメント５１の長手方向延長分を第１マグネットエレメント個数を省くか、配置距離を縮めるだけで対応可能となる。
【００４１】
次に、図７を参照して、第１の実施形態の磁石ユニット６０の作用について説明する。図７（Ｂ）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８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。
【００４２】
図７（Ａ）に示すように、外周磁石６２および内部磁石６３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７（Ｂ）に示すように、ターゲット上に発生した磁力線Ｍの接線のうち、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。
【００４３】
本発明に係る磁石ユニットでは、図６に示すように、内部磁石６３の両端部にｎ本の延出磁石５６が延出され、外周磁石６２の両端内側にその長手方向の内方へ向けてｎ−１本の突出磁石５５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本の延出磁石５６とｎ−１本の突出磁石５５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６０では、各端部に２本の延出磁石５６と１本の突出磁石５５とが互い違いに配置されているので、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。
【００４４】
本実施形態における延出磁石５６、突出磁石５５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、延出磁石５６が３本の場合、相隣接する延出磁石５６間に位置する突出磁石５５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、延出磁石５６が４本の場合、相隣接する延出磁石５６間に位置する突出磁石５５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。
【００４５】
このように、第１の実施形態の磁石ユニット６０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、両端部の延出磁石５６と、外周磁石５０１の両端内側に設けられた突出磁石５５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。
【００４６】
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。
【００４７】
また、本実施形態の磁石ユニット６０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。
【００４８】
次に、図９（Ａ）を用いて第１マグネットエレメント４１および、第２マグネットエレメント５１の固定方法について述べる。図９（Ａ）は、図６記載の磁石ユニット６０を「（Ａ）の矢視」からみた図である。第１、第２マグネットエレメントいずれのヨーク部４５，５９にも、マグネット固定面と反対面にネジ穴９１が配置されている。ネジ穴の数は、マグネット同士の反発力や、ターゲットへの吸引力に適した数だけ用意すればよい。
【００４９】
次に、第１、第２のマグネットエレメントを固定するためのベース板６１には、前記ネジ穴径よりも大きな貫通穴９２と、ネジ頭が納まる大きさの座繰り穴９３が共通軸で配置されている、そしてネジ９４によって第１、第２マグネットエレメントがベース板に固定されることになる
【００５０】
もうひとつの固定方法を図９（Ｂ）を用いて説明する。図９（Ｂ）は、図６記載の磁石ユニット６０を「（Ｂ）の矢視」からみた図である。第１マグネットエレメント４１のヨーク部４５にはマグネット固定面と反対面に矩形突起９６が配置され、一方ベースプレートには矩形溝９５が配置されている。矩形溝幅９５は矩形突起幅９６よりも広くなっており、はめ込むことが可能になっている。これにより、ベースプレート側面よりスライドさせて第１のマグネットエレメント４１を挿入することが可能になり、マグネットの脱着が容易に行え、他のマグネットと衝突することがなくなる。
【００５１】
矩形突起や矩形溝の代わりに断面形状が台形である突起９８や断面形状が台形である溝９７であってもよい。
【００５２】
もちろん、この場合にも突起部にはネジ穴９１が、そしてベースプレートには貫通穴９２と座繰り穴９３が共軸に施されており、ネジ９４によって固定できる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態の磁石ユニット６０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、本実施形態の磁石ユニット６０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、図１８（Ａ）の領域１１１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。
【００５４】
なお、ターゲット利用効率を上げるために、磁石ユニット６０を長手方向に沿って揺動させてもよい。
【実施例】
【００５５】
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。
【００５６】
〔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）８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ＣｏＰｔ磁性膜を成膜した。
【００５７】
カソード電極に支持するターゲット６としてＣｏＰｔ合金を用い、真空容器２内に処理ガスとして、Ａｒガスを導入した。
【００５８】
図１１は、実施例の成膜状況を従来技術で示す説明図である。図１１（Ａ）（Ｂ）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（ｘ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。
【００５９】
これに対し、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、スパッタリング装置１に本発明実施例による磁石ユニット６０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・延長されて、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。
【００６０】
このように本発明による磁石ユニット６０を用いることで、ターゲット６の長手方向両端部の磁力線が補強・延長されて、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。
【００６１】
図１０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。
【００６２】
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。
【００６３】
例えば、Ｐ＝２００ｍｍ，Ｗ＝６００ｍｍ，Ｄ＝１３０ｍｍ，Ｔ＝８０ｍｍとなる。
【００６４】
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。このディメンジョンでターゲットを５０ＫＷｈ使用したがターゲット表面に非エロージョン領域は発生しなかった。
【００６５】
本実施例で主に用いた磁石ユニット６０のディメンジョンは、長手方向の長さが４３０ｍｍ、長手方向に垂直な方向が９０ｍｍ、第１マグネットエレメントは１２個とした。
【００６６】
〔実施例２〕
実施例２では、図１３のように１２個ある第１磁石エレメント４１のうち、磁石ユニット６０中心から２つめの第１磁石エレメント４１を計２つ取り外し、磁石ユニット６０の中央付近の磁場を弱めることで容易に膜厚分布が改善できることを示す。
【００６７】
その結果、磁石ユニット６０中心の磁場強度が２割ほど減少し、図１３（Ｂ）のような膜厚分布が得られた。これは、中心部の磁場強度が下がることで、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。また、ターゲットを６４ＫＷｈ使用した後にターゲット表面を確認したところ、非エロージョン領域は発生していなかった。
【００６８】
本発明のスパッタリング装置は、実施例１，２で示した磁性膜成膜に限られず、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１７１上の下部電極１７２（例えばＭｏ膜）の成膜、下部電極１７２上のｐ形半導体層１７３（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１７４（例えばＣｄＳ）上の透明電極１７５（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１７６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】
【００６９】
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、磁性膜、太陽電池のみならず、酸化膜や窒化膜などＨＤＤ用ヘッド工程への成膜に用いられる材料についても展開可能である。
【符号の説明】
【００７０】
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
８、９  搬送機構
４１  第１マグネットエレメント
４２、４４  第１磁石
４３  第２磁石
４５  ヨーク
５１  第２マグネットエレメント
５２  第３磁石
５３  第４磁石
５４  第５磁石
５５  突出磁石
５６  延出磁石
５７  長片磁石
５８  結合磁石
５９  ヨーク
６０  磁石ユニット
６１  ベース板
６２  外周磁石
６３  内部磁石
Ｍ    磁力線
ＭＴ  磁気トラック
Ｕ    折り返し形状部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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