[发明专利]磁控管溅射用磁体构件和阴极单元以及磁控管溅射装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁控管溅射用磁体构件和阴极单元以及磁控管溅射装置(以下称为“磁体构件”)，更详细地说，涉及以提高靶的利用效率为目的的磁控管溅射的磁体构件等的改良技术。

背景技术

通过在真空中以离子(例如Ar离子)轰击靶材，使靶的原子飞出去，使这这种原子附着在与靶材相向配置的基板上，采用这样的溅射现象成膜的方法是向来公知的。

在作为这样的溅射现象的一种方法的磁控管溅射成膜法中，在靶表面上形成隧道状的磁场，因此以洛伦兹力捕捉在溅射现象的过程发生的二次电子使其进行摆线运动，借助于此，能够增加与Ar气的离子化冲击的频率，以此在靶表面附近的空间形成高密度等离子体，能够使成膜速度高速化。

但是，这样的磁控管溅射成膜法由于磁场强的区域的靶材基于溅射局部上很快消耗，因此具有导致靶面内溅射量不均匀造成靶的利用效率不佳的缺点，为弥补向来存在的这种缺点研究了各种技术。

专利文献1提出了如下技术方案，就是将例如具有平行于靶表面的N-S磁场方位(磁矩)的3个磁体和具有与其垂直的N-S磁场方位的2个磁体适当组合，以此在靶区域内形成上部、下部、内侧以及外侧4个方向的隧道状的环形磁通(以下称为“四方向磁场”)，借助于此，使这些磁通的磁通密度相互抵消，能够将使真正的磁通密度为0的零点配置于靶区域内的四方向磁场形成技术。

如果采用这样的磁场形成技术，在利用等离子体放电(辉光放电)侵蚀靶材时，在靶区域中(溅射区域)等离子体的均匀性得到提高，有利于进一步提高靶的利用效率。

专利文献1：特许第3473954号说明书(图3)

发明内容

本发明人推断，将专利文献1所述的四方向磁场作为溅射用的等离子体封闭用漏磁场使用时，对于使四方向磁场的磁力线相对于靶能够形成良好平衡的磁体设计，反复进行试验花费大量劳动力。

具体地说，在泄漏到靶表面(与基板相向的主面)的漏磁场中的，平行于靶表面的磁通密度分量(以下称为“平行磁通密度”)作为等离子体封闭用的漏磁场起作用。

因此，出于谋求靶的高效率而且大范围的侵蚀，要求设计形成平行磁通密度的磁体结构，以在靶表面近旁的适当的范围内，使平行磁通密度能够维持在规定磁通密度(例如200～300G)以上。

而且对以将这样的平行磁通密度的值维持于上述密度以上作为前提条件，形成在泄漏于靶表面的漏磁场中的，垂直于靶表面的磁通密度分量(以下称为“垂直磁通密度”)的磁体结构，从有助于磁体能量有效利用，谋求靶的广泛侵蚀的观点出发，最好是设计为，在靶表面近旁使垂直磁通密度的变化变得缓慢，在靶面上近旁的适当范围内，使其为0附近的数值。从经验上已知，例如，垂直磁通密度如果是为0附近的靶区域，由于溅射很快消耗。由此可知，通过适当确保将垂直磁通密度调整到零点附近的靶区域，能够实现靶的大范围侵蚀。

专利文献1记载的四方向磁场被推断为是利用基于使磁矩的方向不同的多个磁体(这里是5个磁体)间的磁相互作用的巧妙平衡来满足水平磁通密度和垂直磁通密度两方面的规格，但在该专利文献1中，不过是表示使靶内形成零点的磁体设计方针。

而且，在专利文献1中也仍然是，形成四方向磁场的多个磁体造成的多个设计参数在相互复杂地纠缠在一起的情况下决定，满足上述水平磁通密度和垂直磁通密度两个规格的磁体设计即使是参照专利文献1也依然是不容易的。

又，这样的磁体设计实际上是根据熟练的技术人员的经验，利用静磁场模拟技术的分析设计(以及根据需要进行其验证实验)，反复进行试验检查错误。

本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供如下所述的一种磁体构件等，即在基于由多个磁体间的磁相互作用形成的四方向磁场，能够谋求在靶表面使隧道状的等离子体封闭漏磁场良好地平衡形成时节省磁体设计的劳动力的磁体构件。

为了解决上述存在问题，本发明的磁控管溅射用的磁体构件，具备：在所述靶的后面一侧使磁矩的方向相互错开地配置，以形成直到靶前面的第1磁力线的内部磁体以及外部磁体、在所述内部磁体与外部磁体间的所述靶的后面一侧，使磁矩的方向相互错开地配置，以形成抵消所述第1磁力线形成的磁通密度在所述靶的宽度方向的分量的第2磁力线的一对中间磁体、以及配置于所述靶的后面一侧，引导所述第2磁力线，以使从所述一对中间磁体的一个的端面出发的所述第2磁力线进入到所述一对中间磁体的另一个的端面的磁性构件；所述磁性构件在与所述内部磁体或所述外部磁体之间形成到所述靶的厚度方向上厚度的中部为止的磁力线。