JP2007126722A - マグネトロンスパッタリング装置用の磁石構造体およびカソード電極ユニット並びにマグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な駆動機構によりターゲット表面上の磁力線分布を変え、ターゲットのワイドエロージョン化を図るようにした磁石構造体等を提供する。
【解決手段】磁石構造体１１０は、ターゲット表面２０Ａに至る主磁力線を形成するよう、ターゲット２０の裏面２０Ｂの側に配置された主磁石１０、１３と、主磁力線による磁束密度分布を変える補正磁力線を形成するよう、ターゲット２０の裏面２０Ｂの側に配置された補正磁石１１と、ターゲット２０の裏面２０Ｂの側に配置された前記補正磁力線の磁路２１Ａ、２１Ｂ、２４と、磁路２１Ａ、２１Ｂ、２４の内部を貫く補正磁力線の強度を変更可能な磁界補正手段１２、１４と、を備えて構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリング装置用の磁石構造体およびカソード電極ユニット並びにマグネトロンスパッタリング装置（以下、「磁石構造体等」という）に係り、更に詳しくは、ターゲット利用効率を高めることを目的とした、マグネトロンスパッタリングの磁石構造体等の改良技術に関する。

ターゲット材料に真空中でイオン（例えば、Ａｒイオン）が衝突することにより、ターゲットの原子を飛び出させ、ターゲット材料に対向して配置された基板に、この原子を付着させるというスパッタリング現象による成膜手法は、従来から良く知られている。

こうしたスパッタリング現象の一手法であるマグネトロンスパッタリング成膜法においては、ターゲット表面（基板に対向するおもて面）上に、所定の磁束密度以上のトンネル状の漏れ磁界を形成できることから、スパッタリング現象の過程で発生する二次電子をローレンツ力で捉えてこれをサイクロイド運動させることにより、Ａｒガスとのイオン化衝突の頻度を増加でき、これにより、ターゲット表面付近の空間に高密度プラズマを形成して成膜速度の高速化を可能にしている。

しかし、このようなマグネトロンスパッタリング成膜法は、磁界の強い領域のターゲット材料がスパッタリングに基づいて局所的に早く削られることにより、ターゲットの面内におけるスパッタ量にムラを招いてターゲットの利用効率に劣るといった欠点を有しており、従来からこのような欠点を補うための各種の技術が開発されている。

例えば、上記漏れ磁界形成用の複数の磁石と、ヨークと、各種の連結部材と、を含む磁気装置（磁石構造体）全体を、ターゲット表面の面方向に揺動する磁石構造体の駆動機構が提案されている（特許文献１参照）。

このような駆動機構によれば、ターゲット裏面内に沿って磁石を面方向に動かせることから、こうした磁石の動きに連動してターゲット表面上の磁力線分布を変えることができ、その結果として、ターゲット表面上のエロージョン促進領域が時々刻々と周期的に変化することになり、スパッタリングに際してのターゲット表面の均一なエロージョンが図れる。
特開平４−３２９８７４号公報（図３）

しかしながら、特許文献１記載の磁石構造体の駆動機構は、磁気構造体全体を駆動することを要し、これにより、駆動機構の複雑化かつ大型化を招くという欠点を内包している。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、磁石構造体全体を揺動させることなく、簡易な駆動機構によりターゲット表面上の磁力線分布を時間の経過とともに変え、ターゲットのワイドエロージョン化を図るようにした磁石構造体等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明によるマグネトロンスパッタリング装置用の磁石構造体は、ターゲット表面に至る主磁力線を形成するよう、前記ターゲットの裏面側に配置された主磁石と、前記主磁力線による磁束密度分布を変える補正磁力線を形成するよう、前記ターゲットの裏面側に配置された補正磁石と、前記ターゲットの裏面側に配置された前記補正磁力線の磁路と、前記磁路内を貫く前記補正磁力線の強度を変更可能な磁界補正手段と、を備えて構成されている。

このような構成により、磁石構造体全体を揺動させることなく、簡易な駆動機構により、磁路内を貫く補正磁力線の強度が時間の経過とともに変わり、延いては、ターゲットの表面上の主磁力線分布（磁束密度分布）を、例えば一定の周期毎に変えて、ターゲットのワイドエロージョン化が図れる。

前記磁界補正手段の一例は、前記補正磁石との間で所定の設定位置にある磁性材料からなる可動体と、前記設定位置を変化させるように前記可動体を駆動する駆動装置と、を備えて構成されている。

このような構成により、磁石構造体の一部材に過ぎない可動体のみを周期的に動かすという簡易な駆動機構が実現可能である。

なおここで、前記主磁石を保持する磁性材料からなる板状の基材を備え、前記磁路として前記基材を含んで構成しても良い。こうすると、基材を、補正磁力線を導く磁路として有効に活用できる。

このような基材は、例えば一対の内外部基材により構成されてなり、前記補正磁石の磁気モーメントの向きを前記内外部基材の面方向に並行にして、前記内外部基材により前記補正磁石が挟まれるものであっても良い。

また、前記可動体の一例は、前記補正磁石の裏面側に対向配置される板部材である。

こうすると、補正磁石の裏面側には適正なスペース（空間）が存在することにより、可動体と補正磁石との間の距離を容易に変えることが可能になると期待される。

なおここで、前記磁路は前記ターゲット裏面に向けて突出する磁性部材からなる凸部を含み、前記凸部は、前記補正磁石を跨ぐようにして、前記凸部の各両端面が前記内外部基材に接続して構成されても良い。このような凸部の一例は、アーチ状に湾曲して構成される部材である。

ここで、本発明のマグネトロンスパッタリング装置用のカソード電極ユニットは、非磁性金属からなるターゲットと、前記ターゲット裏面側に配置された上記の何れかに記載の磁石構造体と、前記ターゲットに所定電力を給電する電力源と、を備えて構成されている。

また、本発明のマグネトロンスパッタリング装置は、上記記載のカソード電極ユニットと、前記カソード電極ユニットの前記ターゲットに対向する基板と、を格納した内部を減圧可能な真空槽を備えて構成されている。

本発明によれば、磁石構造体全体を揺動させることなく、簡易な駆動機構によりターゲット表面上の磁力線分布を時間の経過とともに変え、ターゲットのワイドエロージョン化を図るようにした磁石構造体等が得られる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る磁石構造体（磁界形成手段）を含むカソード電極ユニットを平面視した図である。

また、図２は、図１のII−II断面線に沿った部分のカソード電極ユニットの斜視図であ
る。

なお図１では、図面の簡素化の観点から、磁石構造体１１０の磁石断面のみを図示している。

また便宜上、図１および図２において（図３も同じ）、ターゲット２０の幅方向をＸ方向とし、ターゲット２０の厚み方向をＹ方向として、カソード電極ユニット１００の各構成部材を説明する。

更に、図２の磁石構造体１１０の各構成部材の奥行（Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向）は、所定厚みに区切ったような形態で示されているが、これらの構成部材は、実際には同一断面形状で奥行の方向に延びて構成されており、このことは、図１を参酌することにより容易に理解され得る。

本実施の形態によるカソード電極ユニット１００は、図２に示す如く、主として、アルミ（Ａｌ）等の非磁性金属からなる矩形状のターゲット２０と、このターゲット２０の裏面２０Ｂ側に配置され、複数の磁石を有する磁石構造体１１０と、を備えて構成されている。

ターゲット２０は、これに対向配置させた基板（不図示）に被覆させる薄膜の母材であり、プラズマ中のＡｒイオン（プラスイオン）を引き付ける目的で、電力源Ｖ１により陰極（カソード）になるように給電されている。

またここでは、カソード電極ユニット１００と、基板とを格納してなり、内部を減圧可能なマグネトロンスパッタリング装置用の真空槽（不図示）が、陽極（アノード）として接地されている。

なお、スパッタリング現象の過程において、プラズマ閉じ込め用のトンネル状の漏れ磁界によりターゲット２０の表面付近にＡｒイオンを含む高密度プラズマを形成する一方、ターゲット２０の構成原子（ここではアルミ原子）が、このＡｒイオンの衝突エネルギーによりターゲット表面から叩き出され、叩き出された原子が基板に堆積されるが、こうした技術は周知であり、ここでは詳細な説明は省く。

磁石構造体１１０は、図２に示す如く、強磁性ステンレスや鉄により製作された、一対の外部基材２１Ａおよび内部基材２１Ｂを有している。

外部基材２１Ａは、平面視においてターゲット２０の外寸と略同一寸法の外周面と、板状かつ長円環状の中間永久磁石１１（後記）が嵌るよう、その外寸と略同一寸法の内周面と、により区画され、その結果として、長円孔を有する環状かつ板状の形態をなしている。

また、内部基材２１Ｂは、平面視において中間永久磁石１１の長円孔に嵌まるように、長円板状の形態をなしている。

なおここで、これらの内外部基材２１Ａ、２１Ｂの各々の上には、ターゲット２０の表面２０Ａ近傍の上方空間にプラズマ閉じ込め用のトンネル状の漏れ磁界を作る、磁石や磁性部材（詳細は後程述べる）が配置されている。

なお、磁石構造体１１０の各構成部材（内外部基材２１Ａ、２１Ｂ、磁石および磁性部材）やターゲット２０は実際には、適宜の固定手段により一体的に固定されているが、ここでは、こうした固定手段の図示および説明は省略する。

磁石構造体１１０の第１の主磁石として、ターゲット２０の裏面２０Ｂ側には、図１および図２に示す如く、ターゲット２０の幅方向（Ｘ方向）の中央部に位置する、略長方形状の中央部永久磁石１０（内部磁石）が、平面視においてこの磁石１０の長手方向中心線をターゲット２０の長辺方向中心線に一致させた棒状の形態で、図２に示した内部基材２１Ｂに載った第１のベース片２２の上面に配置されている。

この中央部永久磁石１０は、図２に示す如く、Ｙ方向逆向き（ターゲット２０の表面２０Ａから裏面２０Ｂに向かう方向）に中央部永久磁石１０内の磁気モーメントの向きを生じせしめるＮ極とＳ極を有してなり、中央部永久磁石１０のＮ極側がターゲット２０の裏面２０Ｂの中央部に当接して、中央部永久磁石１０のＳ極側が、磁性材料（例えば強磁性ステンレスや鉄）により製作された第１のベース片２２の上面に当接したうえで、この第１のベース片２２を介して、上記内部基材２１Ｂの中央部に対向している。

磁石構造体１１０の第２の主磁石として、ターゲット２０の裏面２０Ｂ側には、図１および図２に示す如く、ターゲット２０の幅方向（Ｘ方向）の端部近傍内側に位置する、略長円筒状の最外部永久磁石１３（外部磁石）が、平面視においてターゲット２０の端部周囲に沿った環状の形態で、図２に示した外部基材２１Ａに載った第２のベース片２３の上面に配置されている。

この最外部永久磁石１３は、図２に示す如く、Ｙ方向（ターゲット２０の裏面２０Ｂから表面２０Ａに向かう方向）に最外部永久磁石１３内の磁気モーメントの向きを生じせしめるＮ極とＳ極を有してなり、最外部永久磁石１３のＳ極側がターゲット２０の裏面２０Ｂの周辺部に当接して、最外部永久磁石１３のＮ極側が、磁性材料（例えば強磁性ステンレスや鉄）により製作された第２のベース片２３の上面に当接したうえで、この第２のベース片２３を介して、上記外部基材２１Ａの周辺部に対向している。

磁石構造体１１０の補正磁石として、ターゲット２０の裏面２０Ｂ側には、図１および図２に示す如く、中央部永久磁石１０と最外部永久磁石１３との間のＸ方向略中央に位置する、平面視において長円環状かつ板状の中間永久磁石１１が、内外部基材２１Ａ、２１Ｂに挟まれて構成されている。

なおここでは、図２に示す如く、中央永久磁石１１の厚みは、内外部基材２１Ａ、２１Ｂと略同一厚みになっていることから、中央永久磁石１１と内外部基材２１Ａ、２１Ｂとの間の段差は存在せず、これらの部材２１Ａ、２１Ｂ、１１は、外形上各々一体化されて単一の矩形部材の如く構成されている。

また、この中間永久磁石１１は、図２に示す如く、Ｘ方向逆向き（ターゲット２０の端部から中央部に向かう方向）に中間永久磁石１１内の磁気モーメントの向きを生じせしめるＮ極とＳ極を有してなり、中間永久磁石１１のＳ極側が、内部基材２１Ｂの外周面に当接し、中間永久磁石１１のＮ極側が、外部基材２１Ａの内周面に当接している。すなわち内外部基材２１Ａ、２１Ｂは、中間永久磁石１１内の磁気モーメントの向きをこれらの内外部基材２１Ａ、２１Ｂの面方向に並行にして、中間永久磁石１１を挟んで構成されている。

なお、以上に述べた永久磁石１０、１１、１３は、公知の各種磁石材料を用いて構成され得るが、これらの永久磁石１０、１１、１３を、ターゲット２０の裏面２０Ｂを冷却する冷却水中に浸けて使用する場合には、磁石表面に防錆加工を施すことや、錆び難い磁石材料（例えば、フェライト磁石）を選択することが望ましい。

弓型（アーチ状）に湾曲して、磁性材料（強磁性ステンレスまたは鉄）により製作された湾曲磁性部材２４（凸部の強磁性体）は、図２に示す如く、ターゲット２０の裏面２０Ｂと平行な両端面を有し、その端面の一方を内部基材２１Ｂの表面に当接させ、その端面の他方を外部基材２１Ａの表面に当接させて構成され、これにより、湾曲磁性部材２４が、中間永久磁石１１を跨ぐようにして内外部基材２１Ａ、２１Ｂをブリッジしている。

また、この湾曲磁性部材２４は、平面視において略長円環状の形態をなしている。より詳しくは、この湾曲磁性部材２４は、ターゲット２０の厚み方向（Ｙ方向）に、ターゲット２０の裏面２０Ｂに向けて凸状に同一曲率により湾曲した湾曲内面２４Ａと湾曲外面２４Ｂを有して、これらの湾曲内外面２４Ａ、２４Ｂの間の間隔を肉厚相当部分とした仮想の略長円断面の環状筒体を、上記端面を境に半割りした形状になっている。

更に、湾曲磁性部材２４の湾曲外面２４ＢのＸ方向両端の一方が、第１のベース片２２の側面に当接し、その他方が、第２のベース片２３の側面に当接している。

このようにして、湾曲磁性部材２４および内外基材２１Ａ、２１Ｂの一部（正確には中央永久磁石１１の各磁極と湾曲磁性部材２４の各端面との間に存在する、内外基材２１Ａ、２１Ｂの部位）により、中間永久磁石１１による補正磁力線の磁路が形成されている。このような構成により、内外基材２１Ａ、２１Ｂを、第２の下側磁力線２６Ｂを導く磁路として活用でき、磁性部材の有効活用に資することになる。

なお磁路は、中間永久磁石１１のＮ極から出た磁力線を、再び、中間永久磁石１１のＳ極に戻すように、補正磁力線を閉じ込めて導くよう構成されているが、補正磁力線の具体的な形態は、後程詳しく述べる。

またここで、湾曲外面２４ＢのＹ方向頂点をターゲット２０の裏面２０Ｂに当接させても良く、湾曲外面２４ＢのＹ方向頂点とターゲット２０の裏面２０Ｂとの間に適宜の隙間（不図示）を設けても良い。

両者を当接させることにより、中間永久磁石１１とターゲット２０との距離が短くなって、この磁石１１によりもたらされる、プラズマ閉じ込め磁界形成に寄与する磁気エネルギーを効果的に発揮させ得て有益な場合がある。

両者間に隙間を確保することにより、ターゲット２０の裏面２０Ｂを冷却水により冷却するに際して有益な場合がある。例えば、冷却水を溜めた冷却水容器（不図示）の中に磁石構造体１１０の全体を浸けるような形態の冷却構造を採用する場合には、この隙間に冷却水を流せて、冷却水とターゲット２０の裏面２０Ｂとの間の熱交換が効率良く実行され好適である。また、冷却水を通水させる中空を有する矩形状のバッキングプレート（不図示）をターゲット２０の裏面２０Ｂに当接させる形態の冷却構造を採用するには、バッキングプレート挿入用空間としてこのような隙間は、不可欠になる。

また、中間永久磁石１１による補正磁力線の強度を変更可能な磁界補正手段の構成部材として、中間永久磁石１１との間で所定の設定位置にある磁性材料（例えば強磁性ステンレスや鉄）の可動体１２と、この設定位置を変化させるように可動体１２を駆動するアクチュエータ（駆動装置）１４と、がある。

可動体１２は、平面視において中間永久磁石１１と同一外寸の形状をなしており、図２においては、平面視から見て中間永久磁石１１に揃った態様の可動体１２が、中間永久磁石１１の裏面に対向するように当接して配置されている状態が示されている。

中間永久磁石１１の裏面側に可動体１１を対向配置すれば、中間永久磁石１１の裏面側には適正なスペース（空間）が存在することから、可動体１２と中間永久磁石１１との間の距離を容易に変えることができ好適である。

また、適宜の制御手段（マイクロプロセッサ等；不図示）の制御に基づいたアクチュエータ１４により、このような可動体１１を、両者の接触した状態から所定の設定距離分、例えば下方（Ｙ方向逆向き）に離した状態に一定の周期毎に揺動することが可能になる。

勿論、この可動体１１を、アクチュエータ１４によりＸ方向に周期的にずらしても良く、可動体１１の移動開始時期や移動速度を、ターゲット２０のスパッタリング状態に基づき決定するように構成しても良い。

次に、静磁場シミュレーション技術を活用することにより、以上に述べたターゲット２０に帯磁された磁束密度分布の検証結果を説明する。

図２に示した形状と略同一形の解析モデルが、数値計算のための単位解析領域にメッシュ分割してコンピュータ上に生成され、磁石構造体１１０の各構成部材に相当するメッシュ領域およびターゲット２０に相当するメッシュ領域およびこれらの境界メッシュ領域には、各々適宜の材料物性データや境界条件データが入力されている。

なお解析ソルバーとして、汎用の磁場解析ソフト（ＩＮＦＯＬＹＴＩＣＡ社製の「ＭａｇＮｅｔ」）を使用した。

図３、図４および図５は何れも、静磁場シミュレーション技術による本実施の形態に係る磁石構造体の解析結果の一例を示した図である。

図３は、解析モデル中の磁束密度分布（等高面）および磁束密度ベクトル（矢印）を示した図であり、図１のII−II線に沿った二次元断面の解析結果図である。

但しここでは、各磁石１０、１１、１３内の磁束密度ベクトルの表示は省いている。

図４（ｂ）は、横軸にターゲット表面のＸ方向の位置をとり、縦軸にターゲット表面上の磁束密度のＹ方向成分をとって、両者の関係を解析結果から得られた数値データを使ってプロットした図であり、図４（ａ）の如く、可動体１２と、中央永久磁石１１とを、互いに接触させた際の解析結果図である。

図５（ｂ）は、横軸にターゲット表面のＸ方向の位置をとり、縦軸にターゲット表面上の磁束密度のＹ方向成分をとって、両者の関係を解析結果から得られた数値データを使ってプロットした図であり、図５（ａ）の如く、可動体１２と、中央永久磁石１１と、所定の設定距離分、互いに離間させた際の解析結果図である。

なおここで、図３中にグレイスケールにより表示した磁束密度のコンター図（等高図）は、磁束密度のベクトル成分の合計（絶対値）の高低分布（磁束密度分布）であり、淡いグレイ領域から濃いグレイ領域に移行するに連れて、磁束密度が高まることを表している（但し、この磁束密度の上限を５００Ｇにしている）。

なお、このような磁束密度のコンター図やベクトル図を参照すれば、各点における接線方向がその点の磁界の方向と一致する曲線としての磁力線が理解され得る。

但し図３では、解析用コンピュータから出力された磁束密度のコンター図およびベクトル図に可能な限り倣って示しているが、これらの内容を理解し易くする目的で、コンピュータにより出力された磁束密度分布を簡略化して示しているとともに、上側磁力線２５、下側磁力線２６（第１の下側磁力線２６Ａ、第２の下側磁力線２６Ｂ）、内側中間磁力線２７および外側中間磁力線２８の各々を代表して仮想的に引いた太い２点鎖線を加筆している。

図３によれば、ターゲット２０の内部には、磁束密度のＸ方向ベクトル成分（ターゲット２０の幅方向成分）を互いに打ち消すように上側磁力線２５および下側磁力線２６（第１の下側磁力線２６Ａと第２の下側磁力線２６Ｂ）が形成され、磁束密度のＹ方向ベクトル成分（ターゲット２０の厚み方向成分）を互いに打ち消すように内側中間磁力線２７および外側中間磁力線２８が形成されている。

上側磁力線２５（主磁力線）は、詳しくは、中央部永久磁石１０のＮ極から出てターゲット２０の表面２０Ａに至り、磁束密度のＹ方向ベクトル成分およびＸ方向ベクトル成分が略ゼロとなるゼロ点２９の直上のターゲット２０の内部においてＸ方向に略平行に延び、この内部をアーチ状に曲がりつつ、最外部永久磁石１３のＳ極に入る。

ここで、下側磁力線２６は、以下に述べる第１の下側磁力線２６Ａと第２の下側磁力線２６Ｂ（補正磁力線）を含んでいる。

第１の下側磁力線２６Ａは、最外部永久磁石１３のＮ極から出て第２のベース片２３を通り、ゼロ点２９の直下の湾曲磁性部材２４の内部に閉じ込められてＸ方向逆向きに略平行に延び、この湾曲磁性部材２４の形態に沿ってアーチ状に曲がりつつ、第１のベース片２２を通って、中央部永久磁石１０のＳ極に入る。

第２の下側磁力線２６Ｂは、後程述べる可動体１２の移動動作により、その強度が変更される磁力線であり、中間永久磁石１１のＮ極から出て、外部基材２１Ａを通り、ゼロ点２９の直下の湾曲磁性部材２４の内部に閉じ込められてＸ方向逆向きに略平行に延び、この湾曲磁性部材２４の形態に沿ってアーチ状に曲がりつつ、内部基材２１Ｂを通って、中間永久磁石１０のＳ極に戻る。

なお、この第２の下側磁力線２６Ｂと、中間永久磁石１１の内部を貫く磁力線と、によって、環状の磁気回路が形成されている。

また、内側中間磁力線２７は、中央部永久磁石１０のＮ極から出てターゲット２０の厚み方向の途中まで至り、ターゲット２０の内部をアーチ状に曲がるように延び、ゼロ点２９の横（ゼロ点２９からＸ方向マイナス側の位置）をＹ方向逆向きに略平行に通って湾曲磁性部材２４に入る。

また、外側中間磁力線２８は、湾曲磁性部材２４から出て、ゼロ点２９の横（ゼロ点２９からＸ方向プラス側の位置）をＹ方向に略平行に通り、ターゲット２０の厚み方向の途中まで至り、その内部をアーチ状に曲がるように延び、最外部永久磁石１３のＳ極に入る。

そして図３に示す如く、これらの磁力線２５、２６、２７および２８に囲まれた領域内にゼロ点２９が形成されている。なおここでは、このようなゼロ点２９は、ターゲット２０の裏面２０Ｂと湾曲磁性部材２４の頂点との接点近傍に存在している。

このようにゼロ点２９を、ターゲット２０の構成（厚みや材質等）に適合する最適な位置に置くことにより、ターゲット２０の表面２０Ａ上のプラズマ閉じ込め用漏れ磁界が適正に調整され得る。

より詳しくは、ターゲット２０の表面２０Ａに漏洩する、表面２０Ａ近傍の漏れ磁界のうちの、表面２０Ａに平行（Ｘ方向）な磁束密度成分（以下、「平行磁束密度」という）が、プラズマ閉じ込め用の漏れ磁界として機能する。

本磁石構造体１１０においては、ターゲット２０の表面２０ＡのＸ方向の略全域に亘って、上記平行磁束密度が、所定の磁束密度ＢＳ（例えば、２００〜３００Ｇ）以上に維持され、その結果として、ターゲット２０の効率的かつワイドなエロージョンを図れる。

また、上記漏れ磁界のうちの、表面２０Ａに垂直（Ｙ方向）な磁束密度成分（以下、「垂直磁束密度」という）をゼロ付近に維持したターゲット部分が、スパッタリングにより早く削られることが経験上知られている。

本磁石構造体１１０においては、垂直磁束密度が略ゼロになるゼロクロス位置（例えば、図４（ｂ）のＢＭ１および図５のＢＭ２の位置）が、ターゲット２０の表面２０ＡのＸ方向において適正に形成され、その結果として、磁石エネルギーの有効活用に資してターゲット２０のワイドエロージョンを図れる。

よって、本実施の形態の磁石構造体１１０によれば、ターゲット２０の適所（例えば裏面２０Ｂ近傍）に存在するゼロ点２９を囲む、上側磁力線２５、下側磁力線２６（第１の下側磁力線２６Ａと第２の下側磁力線２６Ｂ）、内側中間磁力線２７および外側中間磁力線２８からなる４方向磁界を形成可能であることから、ターゲット２０の局所的なスパッタが抑えられたワイドエロージョンを実現可能であり、ターゲット利用効率を高めることができ、延いては、ターゲット２０の交換期間を延ばせて、プレーナ型マグネトロンスパッタリング装置の稼働率向上に資することになる。

またここで、図４および図５に示す如く、可動体１２と中間永久磁石１１との間の距離を周期的に変更することにより、垂直磁束密度が略ゼロになるターゲット２０の表面２０Ａ上のＸ方向位置（以下、「ゼロクロス位置」という）を周期的に変えることが可能になる。

すなわち、可動体１２と離間状態にあった中間永久磁石１１（図５）を、可動体１２を当接させることにより（図４）、中間永久磁石１１から出る磁力線の一部が短絡された結果として、磁路としての内外部基材２１Ａ、２１Ｂ内を貫く第２の下側磁力線２６Ｂ（補正磁力線）の強度に変化をもたらす。

そうなると、ターゲット２０の表面２０Ａ上の上側磁力線２５（主磁力線）の磁束密度分布も変化し得ることから、図５（可動体１２と中間永久磁石１１と離間状態）の垂直磁束密度が略ゼロになる２箇所のゼロクロス位置ＢＭ２は、ターゲット２０の表面２０に沿って、図４（可動体１２と中間永久磁石１１とが接触状態）の垂直磁束密度が略ゼロになる２箇所のゼロクロス位置ＢＭ１の如く、Ｘ方向（ターゲット２０の中央部から端部に向かう方向）に周期的に移動すると、推定される。

よって、本実施の形態の磁石構造体１１０によれば、磁石構造体１１０の全体を揺動させることなく、磁石構造体１１０の一部材に過ぎない可動体１２のみを、中間永久磁石１１に対し時間の経過とともに動かすという簡易な駆動機構により、湾曲磁性部材２４内を貫く第２の下側磁力線２６Ｂ（補正磁力線）の強度を時間の経過とともに変更させることができ、延いては、ターゲット２０の表面２０Ａ上の磁力線分布（磁束密度分布）を、例えば一定の周期毎に変え、ターゲット２０のワイドエロージョン化が図れるようになる。

本発明による磁石構造体は、例えば、マグネトロンスパッタリング装置用の磁界形成手段として有用である。

本発明の実施の形態１に係る磁石構造体を含むカソード電極ユニットを平面視した図である。 図１のII−II断面線に沿った部分のカソード電極ユニットの斜視図である。 静磁場シミュレーション技術による本実施の形態に係る磁石構造体の解析結果の一例を示した図である。 静磁場シミュレーション技術による本実施の形態に係る磁石構造体の解析結果の一例を示した図である。 静磁場シミュレーション技術による本実施の形態に係る磁石構造体の解析結果の一例を示した図である。

符号の説明

１０ 中央部永久磁石
１１ 中間永久磁石
１２ 可動体
１３ 最外部永久磁石
１４ アクチュエータ
２０ ターゲット
２１Ａ 外部基材
２１Ｂ 内部基材
２２ 第１のベース片
２３ 第２のベース片
２４ 湾曲磁性部材
２４Ａ 湾曲内面
２４Ｂ 湾曲外面
２５ 上側磁力線
２６ 下側磁力線
２６Ａ 第１の下側磁力線
２６Ｂ 第２の下側磁力線
２７ 内側中間磁力線
２８ 外側中間磁力線
２９ ゼロ点
１００ カソード電極ユニット
１１０ 磁石構造体
Ｖ１ 電力源
ＢＭ１、ＢＭ２ ゼロクロス位置

Claims (9)

1. ターゲット表面に至る主磁力線を形成するよう、前記ターゲットの裏面側に配置された主磁石と、
   前記主磁力線による磁束密度分布を変える補正磁力線を形成するよう、前記ターゲットの裏面側に配置された補正磁石と、
   前記ターゲットの裏面側に配置された前記補正磁力線の磁路と、
   前記磁路内を貫く前記補正磁力線の強度を変更可能な磁界補正手段と、
   を備えた、マグネトロンスパッタリング装置用の磁石構造体。
2. 前記磁界補正手段は、前記補正磁石との間で所定の設定位置にある磁性材料からなる可動体と、
   前記設定位置を変化させるように前記可動体を駆動する駆動装置と、
   を備えた請求項１記載の磁石構造体。
3. 前記主磁石を保持する磁性材料からなる板状の基材を備え、前記磁路が、前記基材を含んで構成される請求項２記載の磁石構造体。
4. 前記基材は一対の内外部基材により構成され、
   前記補正磁石の磁気モーメントの向きを前記内外部基材の面方向に並行にして、前記内外部基材により前記補正磁石が挟まれている請求項３記載の磁石構造体。
5. 前記可動体は、前記補正磁石の裏面側に対向配置される板部材である請求項４記載の磁石構造体。
6. 前記磁路は前記ターゲット裏面に向けて突出する磁性部材からなる凸部を含み、前記凸部は前記補正磁石を跨ぐようにして、前記凸部の各両端面が、前記内外部基材の各々に接続して構成される請求項４記載の磁石構造体。
7. 前記凸部はアーチ状に湾曲して構成される請求項６記載の磁石構造体。
8. 非磁性金属からなるターゲットと、前記ターゲット裏面側に配置された請求項１乃至７の何れかに記載の磁石構造体と、前記ターゲットに所定電力を給電する電力源と、を備えたマグネトロンスパッタリング装置用のカソード電極ユニット。
9. 請求項８記載のカソード電極ユニットと、前記カソード電極ユニットの前記ターゲットに対向する基板と、を格納した内部を減圧可能な真空槽を備えたマグネトロンスパッタリング装置。