磁石ユニットおよびマグネトロンスパッタリング装置
【課題】ターゲット上の浸食を容易に均一に進めることができるマグネットユニットを提供する。
【解決手段】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４１２と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニット４０２と、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニット４０１と、前記ヨークを該ヨークの回転中心４１１１を中心として回転させる回転機構と、を備え、前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの回転中心から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する３ｎ−１本以上の外部磁石で構成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の磁石ユニット。
【解決手段】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４１２と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニット４０２と、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニット４０１と、前記ヨークを該ヨークの回転中心４１１１を中心として回転させる回転機構と、を備え、前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの回転中心から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する３ｎ−１本以上の外部磁石で構成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の磁石ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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電極の背面側に配置される磁石ユニットの構造の改良、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。半導体産業の成膜プロセスで使用されるスパッタ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、絶縁材料なども成膜することが可能であり、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な方法である。
【０００３】
スパッタプロセスで用いられるスパッタ現象は、ターゲット前面にグロー放電を発生させ、このグロー放電によって生成されたプラズマからターゲット方向にイオンを引き出し、加速させ、ターゲット表面にこのイオンを衝突させることで、ターゲット表面から膜の材料となるスパッタ粒子をはじき出すものである。
【０００４】
そして、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エンドレストラック状の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、この閉じ込められた電子が、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。ターゲット前面に発生した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。
【０００５】
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。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。浸食速度、形状は、ターゲット前面に発生する電界の大きさや磁束密度、スパッタ中のガス圧、磁気トラックの形状など様々な要因により変化する。浸食速度が速け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。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。浸食速度、形状に大きな影響を与える要因は磁気トラックであることが知られており、磁気トラックを生成させるためのカソードマグネット形状については、多くの提案がされてきている。
【０００６】
特許文献１（図２３）は、カソードマグネット形状についての提案であって、プラズマを閉じこめるための磁場を形成する複数の磁石２０と、複数の磁石２０Ａ，２０Ｂを回転させる回転機構（不図示）とを有する。複数の磁石２０Ａ，２０Ｂはターゲット表面近傍において閉じた曲線をまたぐように延在する磁場を形成するよう配列され、回転中心は閉じた曲線により囲まれた領域内にある。閉じた曲線は複数の凸部と複数の凹部を有し、凸部の各々と回転中心との距離が互いに異なり、かつ凹部の各々と回転中心との距離が互いに異なるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−７６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、磁気トラックの曲線の長さを回転中心から遠くなるほど長くし、凸部の頂点までの距離と凹部までの距離をそれぞれ異なるようにすることで、各径における浸食の速度をそろえるものであるが、このような幾何学的な形状のみで磁気回路設計時に浸食箇所と侵食速度を予想するのは困難である。特に、浸食速度を左右するターゲット前面のプラズマ密度は磁束密度にも依存するからである。例えば、磁気トラックが同じ長さでもその場所の磁束密度が異なれば、エロージョンの速度も変わってくる。
【０００９】
この点を図２５を用いて説明する。図２５は、図２３における磁石の配列パターンにより形成される磁場水平位置に対応する曲線を示す図である。特許文献１においては、図２５に示す凸部Ａ，Ｂ，Ｃの頂点（回転中心Ｐから最も離れた位置）をそれぞれａ，ｂ，ｃとすると、回転中心Ｐから凸部Ａの頂点ａまでの距離と、回転中心Ｐから凸部Ｂの頂点ｂまでの距離と、回転中心Ｐから凸部Ｃの頂点ｃまでの距離は、互いに異なっている。同様に、凹部Ｄ，Ｅ，Ｆの谷底（回転中心Ｐに最も近い位置）をそれぞれｄ，ｅ，ｆとすると、回転中心Ｐから凹部Ｄの谷底ｄまでの距離と、回転中心Ｐから凹部Ｅの谷底ｅまでの距離と、回転中心Ｐから凹部Ｆの谷底ｆまでの距離は、互いに異なっている。
【００１０】
特許文献１で説明されているようなエロージョンを均一に進める方法は、上記凸部Ａ，Ｂ，Ｃ、凹部Ｄ，Ｅ，Ｆの磁束密度が同等であることが前提である。ターゲット面における磁気トラック上の磁束密度をシミュレーションにより求めたところ、図２６のように磁気トラック上の磁束密度は必ずしも均一ではないことが確認できた。これは、磁石を湾曲して配置することにより、湾曲部の磁石数密度が変わってしまうからである。
【００１１】
上記のとおり、特許文献１では、回転中心から離れるほど磁気トラックの移動速度が速くなることを踏まえ、回転中心から離れるほど磁気トラックの弧長を長くすることで、ターゲット全体にわたり一様なエロージョンが進むとしている。しかし、特許文献１では、磁気トラック上で磁束密度が一様かまでは言及しておらず、必ずしもエロージョンが一様に進むとは限らない。
【００１２】
特に、ターゲットが磁性材料からなるような場合、カソードマグネットからの磁力線の多くがターゲット内部を通り抜けてしまうことから、図２４に示す設計どおりに磁気回路上に磁気トラックを生成させることが困難である。このため、予想に反した場所で浸食速度が高くなることで、ターゲット寿命を短くする場合もある。図２４（ａ）には、特許文献１における磁気回路に磁性ターゲット（飽和磁束密度１．０Ｔ、厚み３ｍｍ、直径１６０ｍｍ）を適用して、ターゲット表面の磁気トラックをシミュレーションした結果を示した。この結果によれば、特に、ターゲットが磁性材料からなるような場合、マグネット中心から左側の領域にて磁気回路上に磁気トラックが重ならない領域が多々ある。更に、このターゲット左領域の磁気トラック上の凹部、凸部のターゲット中心からの径に違いがなくなっている。
【００１３】
更に、磁性ターゲットでは、侵食の進行と共に浸食箇所に磁場が集中することから、図２４（ｂ）に示すように浸食最深部と磁気回路が一致していなくても、浸食箇所に磁場が集中してしまう。すなわち特許文献１の方法のように、磁気トラックにおいて磁石ユニットの回転方向に平行な領域を多く含み、その凹部と凸部の径をずらす方法には限界がある。特に、ターゲット径が大きくなると、凹部と凸部の径を多数設けないとターゲット全面に渡り均一に浸食を進めることは困難である。
【００１４】
本発明は、このような事情のもとになされたものであり、ターゲットの大小、ターゲットが磁性材料かどうかにかかわらず、効率的にターゲットを消費することでターゲートの消費量を抑えることが可能で、ターゲット上の浸食を容易に均一に進めることができるマグネット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ものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成すべく成された本発明の磁石ユニットおよびマグネトロンスパッタリング装置の構成は以下の通りである。
【００１６】
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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、
前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、
前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの所定位置から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、
前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する外部磁石で構成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の磁石ユニットである。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項２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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、
前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの回転中心から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する３ｎ−１本以上の外部磁石で構成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の磁石ユニットである。
【００１８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ｎ本の内部磁石は、１８０°以下の角度で、円周方向に配置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の磁石ユニットである。
【００１９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ｎ本の内部磁石は、ｎ／３６０°の角度で、円周方向に配置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の磁石ユニットである。
【００２０】
また、請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記外部磁石は、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ角形の形状を有する３ｎ本の外部磁石で構成され、前記３ｎ本の外部磁石とｎ本の内部磁石とのそれぞれの間には、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の間隙が設けら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の磁石ユニットである。
【００２１】
また、請求項６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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの回転中心と異なる放射中心から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する３ｎ−１本以上の外部磁石で構成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の磁石ユニットである。
【００２２】
また、請求項７記載の発明は、請求項６載の発明において、前記ｎ本の内部磁石は、１８０°以下の角度で、円周方向に配置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の磁石ユニットである。
【００２３】
また、請求項８記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記ｎ本の内部磁石は、ｎ／３６０°の角度で、円周方向に配置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の磁石ユニットである。
【００２４】
また、請求項９記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記外部磁石は、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ角形の形状を有する３ｎ本の外部磁石で構成され、前記３ｎ本の外部磁石とｎ本の内部磁石とのそれぞれの間には、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の間隙が設けら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の磁石ユニット。
【００２５】
また、請求項１０記載の発明は、真空排気可能な処理室に、処理対象としての基板を載置する基板保持台と、前記基板に対向するように配され、放電用電力が供給されるカソード電極と、前記カソード電極の前面側に支持されたターゲットと、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９のいずれか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である。
【発明の効果】
【００２６】
この発明に係る磁石ユニットによれば、磁石ユニットの回転方向に平行な磁気トラックの領域が大幅に減り、磁石ユニットの回転方向に垂直に交わる磁気トラックが増えることで、ターゲット上に発生する浸食が特定領域へ集中することなく進み、ターゲットの寿命を延ばすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に関わるマグネトロンスパッタ装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの第１の例を示すものである。
【図３】本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの第１の例の磁気トラックと磁力線の関係を示した図である。
【図４】本発明の実施形態に関わる第１の例の磁石ユニットによる非磁性ターゲット上の磁気トラックを示した図である。
【図５】本発明の実施形態に関わる第１の例の磁石ユニットによる磁性ターゲット上の磁気トラックを示した図である。
【図６】本発明の実施形態に関わる第２の例の磁石ユニットを示すものである。
【図７】本発明の実施形態に関わる第３の磁石ユニットを示すものである。
【図８】本発明の実施形態に関わる第４の磁石ユニットを示すものである。
【図９】本発明の実施形態に関わる第５の磁石ユニットを示すものである。
【図１０】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを示すものである。
【図１１】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、非磁性ターゲット表面に現われる磁気トラック形状（非磁性ターゲット面に平行な磁場成分のうち０ｍＴとなる領域）を示を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、非磁性ターゲット表面に現われる磁気トラック形状（非磁性ターゲット面に平行な磁場成分のうち５０ｍＴ以上となる領域）を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、非磁性ターゲットに生じた浸食形状を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、磁性ターゲット表面に現われる磁気トラック形状（磁性ターゲット面に平行な磁場成分のうち０ｍＴとなる領域）を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、磁性ターゲット表面に現われる磁気トラック形状（磁性ターゲット面に平行な磁場成分のうち５０ｍＴ以上となる領域）を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、磁性ターゲットに生じた浸食形状を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態に関わる第７の例の磁石ユニットを示すものである。
【図１８】本発明の実施形態に関わる第７の例の磁石ユニットを用いた場合の、ターゲットに生じた浸食形状を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態に関わる第８の例の磁石ユニットを示すものである。
【図２０】本発明の実施形態に関わる第８の例の磁石ユニットを用いた場合の、ターゲットに生じた浸食形状を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態に関わる第９の例の磁石ユニットを示すものである。
【図２２】本発明の実施形態に関わる第９の例の磁石ユニットを用いた場合の、ターゲットに生じた浸食形状を示す図である。
【図２３】従来（特許文献１）における永久磁石の配列パターンを示す平面図である。
【図２４】（ａ）従来（特許文献１）における永久磁石の配列パターンで磁性ターゲット表面の磁気トラックをシミュレーションした結果を示した図であり、（ｂ）はターゲットが磁性の場合の浸食領域と磁力線の関係を示す図である。
【図２５】図２４における磁石の配列パターンによより形成される磁場水平位置に対応する曲線を示す図である。
【図２６】従来（特許文献１）における永久磁石の配列パターンで非磁性ターゲット表面の磁気トラックをシミュレーションした結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置の一例を示す図である。マグネトロンスパッタ装置（以下、「スパッタリング装置」という。）は真空容器１２０内にカソード１２１、基板保持台１０６を含んでいる。カソードシールド１０７に覆われたカソード１０３は、カソードボディ１０９とカソードベース１１０によって真空容器１２０に固定されている。一方ターゲット１０５はターゲット支持板１０３上にターゲット把持リング１０４によって固定されている。ターゲット支持板１０３には不図示の冷却系統が配置され、ターゲット１０５の冷却が可能になっている。この本実施形態のスパッタリング装置は、後述する磁石ユニット（図１の磁石ユニット１０１）を搭載する装置として共通する。
【００２９】
ターゲット１０５には電力供給ライン１１１からターゲット支持板１０３を通してスパッタに必要な電力が投入されるが、カソードベース１１０や真空容器１２０は通常、接地電位であることから、絶縁部品１０８によって地絡を防いでいる。なお、電力供給ラインには不図示の電力源を接続し、直流電力、高周波電力、高周波電力に直流電力の重畳といった電力が投入可能になっている。
【００３０】
磁石ユニット１０１はマグネットベース（ヨーク）１０２に固定されている。マグネットベース（ヨーク）１０２は軸受け１１３を介して回転駆動源１１２に接続されており、磁石ユニット１０１はターゲット１０５後方で面方向に回転可能となっている
【００３１】
真空容器１２０には、不図示のプロセスガス流量制御機構を介してプロセスガスをプロセスガス導入口１２３から供給することができる。一方、大気成分等の不純物ガスの排気や、プロセスガスの排気を行うための排気機構１２２も真空容器１２０に設置されている。基板Ｗは、基板搬送機構１２５により、ターゲット１０５前まで搬送される（基板Ｗの位置）。基板Ｗを基板保持台１０６に載置するのであれば、あらかじめ上側に移動していた基板搬送上下機構１２６に置かれ、基板搬送機構１２５は退避される。その後、基板搬送上下機構１２６が下がり、基板保持台１０６に基板Ｗが載置され、非図示の基板押さえにて固定される。他方、成膜後に基板Ｗを退避させる場合には、基板搬送上下機構１２６により基板Ｗは基板保持台１０６からはなれ、基板搬送機構１２５に載置され、退避される。
【００３２】
次に、本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの特徴的構成について説明する。本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの第１の特徴点は、強磁性板材からなるヨーク（４１２）上に配置された環状の外部磁石ユニット４０２と、ヨーク上（４１２）の外部磁石ユニット４０２の内部に配置され、外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニット４０１とから構成される。内部磁石ユニット４０１は、ヨークの所定位置（回転中心）から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、外部磁石ユニット４０２は、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ角形以上の形状を有する３ｎ本以上の外部磁石で構成されている点である。本発明の実施形態に関わる磁石ユニットにおいては、ｎ＝３として、内部磁石４０１は、ヨークの回転中心から放射状に伸びる３本の棒状磁石（４０１１、４０１２、４０１３）で構成されている。また、外部磁石４０２は、３ｎ角形（３＊３＝９角形）の角形状を有し前記３本の内部磁石（４０１１、４０１２、４０１３）を取り囲むように配置されている。本例では外部磁石ユニット４０２をＮ極、内部磁石ユニット４０１をＳ極とする。無論、外部磁石ユニット４２１をＳ極、内部磁石ユニット４０１をＮ極としてもなんら問題はない。外部磁石ユニット４０２は、３ｎ角形（３＊３＝９角形）の角形状を有する磁石を１本の磁石で一体に形成してもよく、３ｎ角形（３＊３＝９角形）の角形状を有する磁石を３ｎ本の磁石に分離して形成してもよい。
【００３３】
本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの第２の特徴点は、前記３本の内部磁石（４０１１、４０１２、４０１３）が、１８０°以下の角度で、円周方向に配置されていることを特徴とする。なお、後述する図２に示す第１の例の磁石ユニットにおいては、３／３６０°＝１２０°の角度で、円周方向に等角度間隔で配置されている点である。
【００３４】
本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの第３の特徴点は、９角形の角形状を有する外部磁石の各辺が３本の内部磁石の各辺と平行に、等しい間隔（例えば、ターゲット上に磁力線を発生させることが可能な１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙が設けられている事である。以下、上記磁石ユニットの第１の特徴点から第３の特徴点について、図２から図５を用いて説明する。
【００３５】
図２は、本発明を適用できる磁石ユニットの第１の例を示すものである。磁性材料からなるヨーク４１２に、内部磁石ユニット４０１が固定されている。固定にはエポキシ系接着剤などが使用され、磁石がずれるようなことは無い。内部磁石ユニット４０１は、３本の長方形状の磁石要素４０１１、４０１２、４０１３からなり、仮想的に定めた放射軸４１０１、４１０２、４１０３にそれぞれ沿って固定されている。本例の磁石要素４０１１、４０１２、４０１３は、等しい矩形状であり、長辺４０１１ａが４０ｍｍから１５０ｍｍ、短辺４０１１ａが、１０ｍｍから７０ｍｍであることが好ましい。この数値は磁石ユニットの直径が１６０ｍｍから４５０ｍｍの場合に適用可能である。
【００３６】
図２に示す第１の例の磁石ユニットはヨーク４１２上の回転中心４１１１を中心に回転することが可能である。一方、放射軸４１０１、４１０２、４１０３は放射中心４１００から延びており、本例では回転中心４１１１と放射中心４１００が一致した例である。本例の磁石ユニットにおいては、放射軸４１０１、４０１０２、４１０３はそれぞれ１２０度の等角度を持っているが、これに限らず磁石要素４０１１と磁石要素４０１２の間の角度を１００度、磁石要素４０１２と磁石要素４０１３の間の角度を１００度、磁石要素４０１３と磁石要素４０１１の間の角度を１６０度の関係でもよいし、磁石要素４０１１と磁石要素４０１２の間の角度を９０度、磁石要素４０１２と磁石要素４０１３の間の角度を１２０度、磁石要素４０１３と磁石要素４０１１の間の角度を１５０度にした関係でもよい。即ち、上記磁石ユニットの第２の特徴点に記載のように、前記３本の内部磁石（４０１１、４０１２、４０１３）が、１８０°以下の角度で、円周方向に配置されていればよい。
【００３７】
図２に示す第１の例の磁石ユニットにおいては、外部磁石ユニット４０２は、３ｎ角形（ｎ＝３，３＊３＝９）の９角形の角形状を有する磁石要素４０２１、４０２２、４０２３、４０２４、４０２５、４０２６、４０２７、４０２８。４０２９とから構成される。外部磁石ユニット４０２のうち、磁石要素４０２１、４０２４、４０２７は、３本の内部磁石の短辺側（４０１１ｂ、４０１３ｂ、４０１２ｂ）各辺と平行に、等しい間隔（例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙を有するように設けられている。また、外部磁石ユニット４０２のうち、磁石要素４０２２、４０２３、４０２５、４０２６、４０２８、４０２９は、３本の内部磁石の長辺側（４０１１ａ、４０１３ａ、４０１２ａ）各辺と平行に、等しい間隔（例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙を有するように設けられている。この数値は、磁石ユニットの直径が１６０ｍｍから４５０ｍｍの場合に適用可能である。
【００３８】
即ち、図２に示す第１の例の磁石ユニットにおいては、外部磁石ユニット４０２の各磁石要素４０２１から４０２９は、内部磁石ユニット４０１の磁石要素４０１１から４０１３に接することなく内部磁石ユニット４０１の各磁石要素４０１１、４０１２、４０１３の周囲にエポキシ系接着剤などで固定されており、磁石が剥がれたり、移動したりすることはない。これにより、磁気回路４０３が形成される。なお、内部磁石ユニット４０１と外部磁石ユニット４０２の表面（図１のターゲット１０５に対向する面）における磁極は互いに異なっている。上記のような形状にすることで、図３のように磁石４０１と磁石４０２の上方に湾曲した磁力線４３０４が環状無終端で発生する。磁力線４３０４のうちターゲット面法線方向に平行な磁場成分がゼロになったところを磁気トラック４３０３とする。磁気トラック４３０３は、ターゲット上の電界と磁力線４３０４とが垂直に交わる領域でもあり、この領域でプラズマが閉じ込められる。
【００３９】
次に、図４によって浸食過程を説明する。図２で示した磁石ユニットによる非磁性ターゲット１０５１上磁気トラック４３０３の形状は磁気回路４０３にほぼ一致する。本例の磁石ユニットにおいて、磁気トラック４３０３の形状が磁気回路４０３にほぼ一致する第１の理由としては、ヨーク板の回転中心４１１と一致した放射中心４１００から放射状に伸びる３本の内部磁石ユニット４０１と、この内部磁石ユニット４０１を取り囲むように配置された外部磁石ユニット４０２とにより発生した磁力線はターゲット内部に吸収されることなくターゲット表面に到達することができるからである。磁石ユニットを回転させることで、ターゲット上の磁気トラック４３０３も回転し、閉じ込められたプラズマも回転する。ターゲット上の浸食はプラズマ直下で主に進行するため、磁石ユニットを回転させることで浸食領域も常に移動する。
【００４０】
磁気トラック４３０３には領域４３０１、４３０２が含まれており、領域４３０１は磁石ユニットの回転方向にほぼ平行、そして領域４３０２は磁石ユニットの回転方向に対してほぼ垂直方向に延びている。磁石ユニットの回転により、磁気トラック４３０３も非磁性ターゲット１０５１上を回転移動する場合、ターゲット上の径４３０４の範囲では、領域４３０２は磁石ユニットの回転方向に、ほぼ垂直方向に延びている。そのため、磁石ユニットの回転により、領域４３０２は、磁石ユニットの回転方向に対してほぼ垂直方向に円周上を移動することになる。
【００４１】
ターゲットの寿命を短くする浸食速度の増加は、ターゲット上の同一領域にプラズマが集中すること、すなわち、浸食領域がターゲット上の特定領域に連続で存在する時間が長くなるために発生する。したがって本発明のように、磁石ユニットの回転と回転方向に対する磁気トラックの方向を考慮することで、磁気トラック４３０３上の領域４３０２はターゲット１０５１上において連続で存在する時間が非常に短くなる。この結果、浸食速度が遅くなりターゲット寿命を延ばす効果につながる。
【００４２】
一方、領域４３０１は回転方向に対してほぼ平行であるものの、その長さは短く、ターゲット上の径４３０４の範囲より回転中心からの距離が長い。そして、径４３０４の範囲よりその移動速度も速くなっている。このようなことから磁気トラックの連続で存在する時間は短く、浸食速度が遅くなり、寿命を延ばす効果につながる。
【００４３】
このように、本発明の実施形態に係わる磁石ユニットにおいては、内部磁石ユニット４０１０をヨークの回転中心から放射状に伸びる３本の磁石要素４０１１、４０１２、４０１３で構成し（上記第１の特徴点）、３本内部磁石要素（４０１１、４０１２、４０１３）を、１２０°角度で、円周方向に等角度間隔で配置し（上記第２の特徴点）、９角形の角形状を有する外部磁石の各辺を３本の内部磁石の長辺・短円の各辺と平行に、等しい間隔の間隙を有するように配置（上記第３の特徴点）を有することにより、磁気トラック４３０３の領域４３０１では、磁石ユニットの回転方向にほぼ平行となり、磁気トラック４３０３の領域４３０２では磁石ユニットの回転方向にほぼ垂直となるようにすることができる。そのため、ターゲットの大小かどうかにかかわらず、効率的にターゲットを消費することでターゲートの消費量を抑えることのでき、ターゲット上の浸食を容易に均一に進めることができる・
【００４４】
以上の内容は、ターゲットの大小に関わらず有効であることは明白であり、磁石ユニットの設計を非常に容易にさせる効果がある。
【００４５】
図５は、本発明の第１の例の磁石ユニットを磁性ターゲットに用いた場合の、磁気トラックの形状を示した図である。図５によって浸食過程を説明する。図５で示した磁石ユニットによる磁性ターゲット１５０２上には磁気トラック４３１３が発生する。磁石ユニットを回転させることで磁気トラック４３１３を回転させ磁性ターゲット１５０２上の浸食の集中を防いでいる。磁気トラック４３１３には領域４３１１、４３１２が含まれており、領域４３１１は磁石ユニットの回転方向に対してほぼ平行、そして領域４３１２は磁石ユニットの回転方向に対して垂直方向から若干ずれた角度で延びている。このように、非磁性ターゲット１５０１上での磁気トラック４３０３と磁性ターゲット１５０２上の磁気トラック４３１３の形状が異なる理由は、磁性ターゲット１５０２の飽和磁束密度が非磁性ターゲット１５０１よりも高く、磁石ユニットからの磁力線が磁性ターゲット１５０２内部で多く通過するためであると考えられる。
【００４６】
磁石ユニットの回転により、磁気トラック４３１３が磁性ターゲット１０５２上を回転移動する場合、領域４３１２は回転方向に対して垂直方向から若干角度をもって延びているものの、磁石ユニット回転方向に対してほぼ垂直方向に円周上を移動することになる。そのため、磁気トラック４３１３の領域４３１２はターゲット１０５２（径４３１４の範囲）において連続で存在する時間が非常に短くなる。この結果、浸食速度が遅くなりターゲット寿命を延ばす効果につながる。
【００４７】
一方、領域４３１１は回転方向に対してほぼ平行であるものの、ターゲット１０５２上の径４３０４の範囲より、回転中心からの距離が長く、そのため、径４３１４の範囲よりその移動速度も速くなっている。この結果、浸食領域の存在時間は短くなり、浸食速度を遅くすることにつながり、寿命を延ばす効果につながる。すなわち、本発明を適用することで、ターゲットの大小に関係なく、かつ、磁性ターゲット、非磁性ターゲットのどちらでもターゲット寿命を延ばすことが可能であることが分かる。
【００４８】
このように、本発明の実施形態の係わる第１例に示す磁石ユニットおいては、ターゲットが磁性材料及び非磁性材料かどうかにかかわらず、磁石ユニットの回転方向と平行に伸びるトラック領域４３０２，４３１２及び磁石ユニットの回転方向と垂直に伸びるトラック領域４３０１，４３１１を形成することが可能となる。そのため、ターゲットの大小に関係なく、かつ、磁性ターゲット、非磁性ターゲットのどちらでもターゲット寿命を延ばすことが可能である。特に、第１の例の磁石ユニットにおいては、ヨークの回転中心４１１１と放射状に伸びる内部磁石ユニット４０１の放射中心４１００とが一致している。さらに、外部磁石ユニット４０２を、３＊３＝９の９角形状とし、外部磁石ユニット４０２の各磁石要素を、内部磁石ユニット４０１の各磁石要素と平行に一定間隔を有するように配置した。これにより、磁石要素４０１１、４０１２、４０１３の３本全てを最大限に長くすることが可能になり、磁石ユニットの回転方向と垂直に延びるトラック領域の範囲も長くなり、均等な浸食を得ることができるという技術的意義を有する。
【００４９】
図６及び図７は、上記第１の例の磁石ユニットを変形した第２の例及び第３の例の磁石ユニットを示す。外部磁石ユニット４４２、４５２をＮ極、内部磁石ユニット４４１，４５１をＳ極とする。無論、外部磁石ユニット４４２、４５２をＳ極、内部磁石ユニット４４１，４５１をＮ極としてもなんら問題はない。図６に示されるように内部磁石ユニット４４１を磁石ユニット（４４１１、４４１２、４４１３）外周へいくほど広げるようにすることも有効である。このような方法では、磁気トラックのうち例えば図４や図５の領域４３０２、４３１２に対応する範囲で回転方向に対してより垂直方向に近づけることが可能になる。
【００５０】
図６に示す第２の例の磁石ユニット４１１においては、内部磁石ユニット４４１が、ヨーク４１２の回転中心４１１１と同じ放射中心４１００から伸びる３本の矩形磁石要素で構成されている点で、前記第１の例のマグネットユニットと同じである。そして、図６に示す内部磁石ユニット４４１は、回転中心４１１１と同軸の放射中心４１００から放射状に伸びる３本の磁石要素４４１１、４４１２、４４１３から構成されている点でも、前記第１の例の磁石ユニットと同じである。しかし、図６に示す第２の例の磁石ユニット４１１では、放射軸４１０１と磁石要素４４１１の長辺４４１１ａと、放射軸４１０２と磁石要素４４１２の長辺４４１２ａ、放射軸４１０３と磁石要素４４１３の長辺４４１３ａとが、それぞれ外周へいくほど広がるようになっている点で前記第１の例の磁石ユニットと異なる。図６では、放射中心４１００から遠のくにつれて、放射軸４１０１と長辺４４１１ａ、放射軸４１０２と長辺４４１２ａ、放射軸４１０３と長辺４４１３ａ、との間隔が大きくなっている。なお、放射中心４１００から遠のくにつれて、放射軸４１０１と長辺４４１１ａ、放射軸４１０２と長辺４４１２ａ、放射軸４１０３と長辺４４１３ａ、との間隔が小さくなるようにしてもよい。内部磁石ユニット４４１の磁石要素４４１１の短辺４４１１ｂと外部磁石ユニット４４２の磁石要素４４２１、内部磁石ユニット４４１の磁石要素４４１２の短辺４４１２ｂと外部磁石ユニット４４２の磁石４４２７，内部磁石ユニット４４１の磁石要素４４１３の短辺４４１３ｂと外部磁石ユニット４４２の磁石４４２４、との間隔が、それぞれ一定の間隔を有するように平行して設けられている点は、前記第１の例の磁石ユニットと同様である。本発明の第２の例の磁石ユニット４１１を磁性ターゲットに用いた場合、図５に示すような磁気トラックが形成される。領域４３１１は磁石ユニット４１１の回転方向に対してほぼ平行、そして領域４３１２は磁石ユニット４１１の回転方向に対して垂直方向から若干ずれた角度で延びている。図６に示す第２の例の磁石ユニット４１１を用いることによって、磁石ユニット４１１の回転方向に対して垂直方向から若干ずれた角度で延びている領域４３１２の磁気トラックを垂直方向に修正することができる。
【００５１】
図７に示す第３の例の磁石ユニットにおいては、内部磁石ユニット４５１は、ヨーク４１２の回転中心４１１１と同じ放射中心４１００から伸びる３本の矩形磁石要素４５１１、４５１２、４５１３で構成されている点は、前記第１の例のマグネットユニットと同じである。第３の例の磁石ユニット４１２においては、矩形磁石要素４５１１、４５１２、４５１３にそれぞれ長方形状の磁石要素４５１４、４５１５、４５１６を取り付けた点にある。磁石要素４５１４は矩形磁石要素４５１１の短辺４５１１ｂより大きいことが望ましい。磁石要素４５１５は矩形磁石要素４５１２の短辺４５１２ｂより大きいことが望ましい。磁石要素４５１６は矩形磁石要素４５１３の短辺４５１３ｂより大きいことが望ましい。その他の構成は前記第１の例の磁石ユニットと同様である。本発明の第３の例の磁石ユニット４１２を磁性ターゲットに用いた場合、図５に示すような磁気トラックが形成される。領域４３１１は磁石ユニット４１２の回転方向に対してほぼ平行、そして領域４３１２は磁石ユニット４１２の回転方向に対して垂直方向から若干ずれた角度で延びている。図７に示す第３の例の磁石ユニット４１２を用いることによって、磁石ユニット４１２の回転方向に対して垂直方向から若干ずれた角度で延びている領域４３１２の磁気トラックを垂直方向に修正することができる。
【００５２】
図８は、本発明を適用できる第４の例の磁石ユニットを示すものである。第４の例の磁石ユニットと上記で述べた第１の例の磁石ユニットとの違いは、放射中心５１００が回転中心４１１１と異なる点（オフセンターと呼ぶ）である。オフセンター方向は、回路４０３が回転中心４１１１に近づく方向が望ましい。加えて図９に示すような磁石ユニット５０１のような適用例も可能である。内部磁石ユニット４０１も放射中心５２００と回転中心４１１１がオフセンターしており、オフセンターの方向と、距離が磁石ユニットと異なる例である。いずれにせよ図８の第４の例、図９の第５の例に示すように、放射中心５１００または放射中心５２００と回転中心４１１１をオフセンターさせることを特徴としている。オフセンター位置（距離と方向）は外部磁石ユニット４０２に接しないところまでとすればよい。この範囲であれば磁気回路４０３によって生成される磁気トラック（高密度プラズマ領域）はターゲット中心まで近づき、ターゲット中心まで確実に浸食を進めることが可能になるとともに、磁石ユニット設計時にターゲット中心の浸食の度合いを調整することができるという技術的効果を奏する。
【００５３】
もしも、オフセンターを外部磁石ユニット４０２上、もしくは、外部磁石ユニット４０２より外側に設定した場合、ターゲット上で回転する磁気トラックに沿って発生する高密度プラズマが、ターゲット中心に重なり、ターゲット中心領域の浸食速度が異常に高くなってしまう。したがって、オフセンターの最適設置位置は、磁気回路４０３上、または、内部磁石ユニット４０１上で、かつ、磁気回路４０３と接する面より５ｍｍ内側までが望ましい。５ｍｍ以上内側に入ってしまうと、高密度プラズマがターゲット中心よりも遠ざかり、ターゲット中心の浸食が進まず、ゴミの原因となる膜の再付着がターゲット中心に発生するからである。
【００５４】
一方、図１０は、本発明を適用できる第６の例の磁石ユニットを示すものである。ヨーク７１２上に放射中心７１００から放射軸７１０１、７１０２、７１０３が放射状に延びている。この放射軸に沿って磁石要素７０１１、７０１２、７０１３が固定され、内部磁石ユニット７０１を構成している。内部磁石ユニット７０１の周囲には外部磁石ユニット７０２が内部磁石ユニット７０１に接することなく配置され、回路７０３を形成している。磁石ユニットは磁石要素７０１１の幅を広くすることで、内部磁石ユニット７０１の面積を増やした例である。磁石要素７０１１のみ幅を増やすだけでも、磁石ユニットによってターゲット上に生成される磁気トラック上の磁束密度を増やし、安定して放電させることが可能になる。なお、内部磁石ユニット７０１をＮ極とすれば外部磁石ユニット７０２はＳ極となる。その逆でもなんら問題ない。
【実施例１】
【００５５】
本発明を適用できる図１０で示される形態について、磁気トラック形状、磁束密度の確認並びに、浸食形状の確認を行った。鉄が主成分（日本工業規格ＳＳ４００）のヨーク７１２は直径３７０ｍｍ厚み１０ｍｍである。ヨーク７１２上に、内部磁石ユニット７０１を構成する磁石要素７０１１が長さ１００ｍｍ幅７０ｍｍ高さ３７ｍｍ、磁石要素７０１２が長さ１５０ｍｍ幅４０ｍｍ高さ３７ｍｍ、そして磁石要素７０１３が長さ１５０ｍｍ幅４０ｍｍ高さ３７ｍｍでエポキシ系接着剤にて固定されている。内部磁石ユニット７０１の表面はＳ極（すなわち、ヨーク７１２との接着面はＮ極）とした。外部磁石ユニット７０２（表面はＮ極）は内部磁石ユニット７０１に接することなく２０ｍｍの幅を保ちヨーク７１２上にエポキシ系接着材にて固定されている。なお、内部磁石ユニット７０１、外部磁石ユニット７０２共に最大エネルギー積５０ＭＧＯｅの磁石を適用した。内部磁石ユニット７０１を構成する磁石要素７０１１、７０１２、７０１３は、放射中心７１００からそれぞれ１２０°の角度をなして延びる放射軸７１０１、７１０２、７１０３に沿った位置関係になっている。そして、オフセンター距離は２５ｍｍとした。
【００５６】
磁石ユニット上には直径３８０ｍｍ、厚み６．５ｍｍの非磁性ターゲット（材質Ｃｒ）を固定した。このとき磁石ユニットの表面と非磁性ターゲット１５０１表面の距離が３５ｍｍとなるように固定した。
【００５７】
非磁性ターゲット１５０１表面に現われる磁気トラック形状を確認した結果、図１１のようになった。また、非磁性ターゲット１５０１面に平行な磁場成分のうち５０ｍＴ以上となる領域は図１２のようになった。磁気トラック周辺のターゲット面方向磁束密度が５０ｍＴ以上あれば放電（着火）を安定して行えるため、本発明を適用できる磁石ユニットでは安定して放電を行える。なお、ターゲット上でターゲット面方向に磁束密度測定手段（例えば、ガウスメーター）を進ませながら磁束密度をコンピューターなどで採取し、そのうちターゲット面法線方向に平行な磁束密度がゼロとなったポイントを抽出することで磁気トラック（図１１）が得られる。そして、ターゲット面に平行な磁束密度でかつ５０ｍＴ以上のポイントを抽出すると図１２のような結果が得られる。
【００５８】
一方、ターゲット１５０１に生じた浸食形状を図１３に示した。図１３では回転中心から片側の浸食形状を示したものである。全域にわたりほぼ一様に浸食が進んでいる。本発明のように回転方向に対してほぼ垂直な磁気トラック領域を積極的に設けることでターゲット中心から外側までを容易に一様に浸食させることが可能になる。
【実施例２】
【００５９】
実施例１で示された磁石ユニットに対して、今度は鉄コバルト合金（飽和磁束密度２．４Ｔ）の磁性ターゲット１５０２を近接配置したときの磁性ターゲット１５０２上の磁気トラック形状、磁束密度の確認並びに、浸食形状の確認を行った。なお、ターゲットの大きさは直径３８０ｍｍ、厚み３ｍｍで、磁石ユニットの表面と磁性ターゲット１５０２表面との距離は１６ｍｍである。
【００６０】
このとき、磁性ターゲット１５０２表面に現われる磁気トラック形状を確認した結果、図１４のようになった。また、磁性ターゲット１５０２面に平行な磁場成分のうち５０ｍＴ以上となる領域は図１５のようになり、本発明を適用できる磁石ユニットでは磁性ターゲット上でも安定して放電を行える磁束密度が得られていることも確認できた。
【００６１】
そして、磁性ターゲット１５０２に生じた浸食形状を図１６に示した。図１６では回転中心から片側の浸食形状を示したものであり、全域にわたりほぼ一様に浸食が進んでいることがわかる。本発明のように回転方向に対してほぼ垂直な磁気トラック領域を積極的に設けることでターゲット中心から外側までを容易に一様に浸食させることが可能になる。
【実施例３】
【００６２】
図１７は、図２に示す第１の例の磁石ユニットを変形した第７の例の磁石ユニットを示す。図１７の第７の例の磁石ユニットの特徴点は、内部磁石ユニット４０１（Ｓ極）が、ヨークの回転中心から少なくともｎ（ｎ＝３）の方向に放射状に伸びる３本の磁石要素で構成され、外部磁石ユニット４０２（Ｎ極）は、前記３本の磁石要素を取り囲むように配置された３ｎ−１（３×３−１＝８）角形の形状を有する３ｎ−１（３×３−１＝８）本の磁石要素で構成されており、前記３本の磁石要素（４０１１、４０１２、４０１３）が、９０度、９０度、１８０度の角度で円周方向に配置されている点である。なお、図１７に示す第７の例の磁石ユニットにおいても、外部磁石ユニット４０２の各磁石要素は、３本の磁石要素の各磁石要素と平行に、等しい間隔（例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙を有するように設けられている。図１７のように放射角度をそれぞれ９０度、９０度、１８０度で組み合わせた場合についても非磁性ターゲットにて浸食形状を確認したが、図１８のようにターゲット全域にわたりほぼ均等に浸食を進めることができた。
【実施例４】
【００６３】
図１９は、図２に示す第１の例の磁石ユニットを変形した第８の例の磁石ユニットを示す。図１９では、内部磁石ユニット４０１（Ｓ極）は、ヨークの回転中心から少なくともｎ（ｎ＝３）の方向に放射状に伸びる３本の磁石要素で構成され、外部磁石ユニット４０２（Ｎ極）は、前記３本の磁石要素を取り囲むように配置された３ｎ（３×３＝９）角形の形状を有する３ｎ（３×３＝９）本の外部磁石で構成されており、前記３本の磁石要素（４０１１、４０１２、４０１３）が、７５度、７５度、２１０度の角度で、円周方向に配置されている点である。なお、図１９に示す第８の例の磁石ユニットにおいても、外部磁石ユニット４０２の各磁石要素は、３本の磁石要素の各磁石要素と平行に、等しい間隔（例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙を有するように設けられている。図１９のように放射角度をそれぞれ７５度、７５度、２１０度とすると、図２０のようにターゲット中心部の浸食速度が他領域に比較して大きくなり、短時間でターゲット寿命を迎えてしまった。これは放射角度を１８０度よりも大きくすることで、回転中心を取り囲むような磁気トラックを形成しプラズマの存在時間を増大させてしまったため、浸食速度が大きくなったからである。
【００６４】
なお第８の例の磁石ユニットでは、放射中心４１００を回転中心４１１１から遠ざける（すなわちオフセンター距離を大きくする）ことで、上記のようなことはなくなるが、次に述べるとおり、磁石ユニット設計の観点から対応が困難である。オフセンター距離を大きくすることで、磁気回路は磁石ユニット上部半分に納めなければならない。しかし、磁石ユニット上部半分のみでは磁気回路に割り当てることのできる領域が狭くなり、各磁石要素の幅や、磁気回路幅を狭くしなければならない。このような制約により、磁石ユニットからの磁束密度が低下し、磁性ターゲットなどへの使用に支障をきたすからである。
【実施例５】
【００６５】
図２１は、第９の例の磁石ユニットを示す。図２１では、内部磁石ユニット４０１（Ｓ極）は、ヨークの回転中心と異なる放射中心４１００から少なくともｎ（ｎ＝４）の方向に放射状に伸びる４本の内部磁石で構成され、外部磁石ユニット４０２（Ｎ極）は、前記４本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ（３×４＝１２）角形の形状を有する３ｎ（３×４＝１２）本の外部磁石で構成されており、前記４本の内部磁石（４０１１、４０１２、４０１３、４０１４）が、９０°の角度で、円周方向に配置されている点が特徴である。なお、図２１に示す第９の例の磁石ユニットにおいても、外部磁石ユニット４０２の各磁石要素（４０２１、４０２２、４０２３、４０２４、４０２４，４０２５、４０２６、４０２７、４０２８、４０２９、４０２１０、４０２１１、４１２１２）は、４本の内部磁石（４０１１、４０１２、４０１３、４０１４）の各磁石要素と平行に、等しい間隔（例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙を有するように設けられている。図２２は放射方向を４方向とした場合の浸食断面図である。ターゲットを非磁性材料（クロム）にした場合にはターゲット全面に渡りほぼ均一に浸食が進んだものの、ターゲットをＮｉＦｅ磁性材料とした場合、ターゲット上一部の領域に浸食が集中してしまった。このようになった理由は、次のように述べられる。磁性材料ターゲットを使用するとターゲット内部に磁束が多く通るため、ターゲット上の磁気トラックは図２１のように湾曲の幅が小さくなってしまう。言い換えれば、磁気トラックのうち、回転方向に対して垂直に向かう領域が減ってしまい、回転方向に対して平行な領域が増えてしまった。このため浸食が進むに従って侵食部分に磁束が集中しプラズマ密度が高くなり、さらに侵食を加速させてしまった。したがって、ターゲット材に非磁性材料を適用する場合には放射方向が４方向でも有効であるが、飽和磁束密度１．５Ｔ以上の材料を利用する場合には、放射方向は３方向が望ましい。
【００６６】
スパッタプロセスで使用するマグネトロンにおいて、ターゲット上に生成される磁気トラックは荷電粒子を効率よく閉じ込めるため、無終端の環状であることが一般的である。上記のように、磁気トラックのうち回転方向に対して垂直に向かう領域を増やすほど、さらにはその本数を増やすほど、侵食の集中が抑えられターゲット利用効率の向上が見込まれる。しかし、その本数を増やしすぎると磁気回路の幾何学的な制限から回転方向に対して垂直に向かう領域が減少するため、今度は、回転方向に対して平行な領域が増えてしまい、侵食の集中が発生する。加えて、磁気トラックは無終端である必要から、回転方向に対して垂直に向かう本数を減らせば回転方向に対して平行な領域が増えるため侵食の集中が発生する。これらのことを踏まえれば、非磁性ターゲットにおいては、磁気トラックのうち回転方向に対して垂直に向かう本数は５本から８本が望ましく、磁性ターゲットにおいては５本か６本が望ましいといえる。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。基板サイズや基板の種類が異なるものであっても、本発明が有効であることは明白である。
【００６８】
例えば、内部磁石ユニットの磁極と外部磁石ユニットの磁極は互いに異極であることを条件に、内部磁石ユニットには、Ｓ極、Ｎ極のどちらでも設定できる。磁石ユニットの直径を１５０ｍｍまで小さくしたり、逆に４５０ｍｍまで広げたりしても本発明は有効であり、マグネットの材質として最大エネルギー積を２６ＭＧＯｅに下げたものを使用しても、最大エネルギー積の異なるマグネット材料を組み合わせても有効である。更には、ターゲット材にルテニウムや白金、パラジウムなどの金属から二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどの絶縁体、そしてＮｉＦｅやＦｅＣｏＢなどの強磁性体、ＣｏＣｒＰｔＢなどの比較的弱い磁性をもつターゲットにも適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１０１ 磁石ユニット
１０２ マグネットベース（ヨーク）
１０３ ターゲット支持板
１１２ 回転駆動源
１０５ ターゲット
１２０ 真空容器
４０１ 内部磁石ユニット
４０２ 外部磁石ユニット
４１００ 放射中心
４１１１ 回転中心
４４１ 内部磁石ユニット
４４２ 外部磁石ユニット
４５１ 内部磁石ユニット，
４５２ 外部磁石ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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電極の背面側に配置される磁石ユニットの構造の改良、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。半導体産業の成膜プロセスで使用されるスパッタ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、絶縁材料なども成膜することが可能であり、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な方法である。
【０００３】
スパッタプロセスで用いられるスパッタ現象は、ターゲット前面にグロー放電を発生させ、このグロー放電によって生成されたプラズマからターゲット方向にイオンを引き出し、加速させ、ターゲット表面にこのイオンを衝突させることで、ターゲット表面から膜の材料となるスパッタ粒子をはじき出すものである。
【０００４】
そして、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エンドレストラック状の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、この閉じ込められた電子が、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。ターゲット前面に発生した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。
【０００５】
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。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。浸食速度、形状は、ターゲット前面に発生する電界の大きさや磁束密度、スパッタ中のガス圧、磁気トラックの形状など様々な要因により変化する。浸食速度が速け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。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。浸食速度、形状に大きな影響を与える要因は磁気トラックであることが知られており、磁気トラックを生成させるためのカソードマグネット形状については、多くの提案がされてきている。
【０００６】
特許文献１（図２３）は、カソードマグネット形状についての提案であって、プラズマを閉じこめるための磁場を形成する複数の磁石２０と、複数の磁石２０Ａ，２０Ｂを回転させる回転機構（不図示）とを有する。複数の磁石２０Ａ，２０Ｂはターゲット表面近傍において閉じた曲線をまたぐように延在する磁場を形成するよう配列され、回転中心は閉じた曲線により囲まれた領域内にある。閉じた曲線は複数の凸部と複数の凹部を有し、凸部の各々と回転中心との距離が互いに異なり、かつ凹部の各々と回転中心との距離が互いに異なるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−７６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、磁気トラックの曲線の長さを回転中心から遠くなるほど長くし、凸部の頂点までの距離と凹部までの距離をそれぞれ異なるようにすることで、各径における浸食の速度をそろえるものであるが、このような幾何学的な形状のみで磁気回路設計時に浸食箇所と侵食速度を予想するのは困難である。特に、浸食速度を左右するターゲット前面のプラズマ密度は磁束密度にも依存するからである。例えば、磁気トラックが同じ長さでもその場所の磁束密度が異なれば、エロージョンの速度も変わってくる。
【０００９】
この点を図２５を用いて説明する。図２５は、図２３における磁石の配列パターンにより形成される磁場水平位置に対応する曲線を示す図である。特許文献１においては、図２５に示す凸部Ａ，Ｂ，Ｃの頂点（回転中心Ｐから最も離れた位置）をそれぞれａ，ｂ，ｃとすると、回転中心Ｐから凸部Ａの頂点ａまでの距離と、回転中心Ｐから凸部Ｂの頂点ｂまでの距離と、回転中心Ｐから凸部Ｃの頂点ｃまでの距離は、互いに異なっている。同様に、凹部Ｄ，Ｅ，Ｆの谷底（回転中心Ｐに最も近い位置）をそれぞれｄ，ｅ，ｆとすると、回転中心Ｐから凹部Ｄの谷底ｄまでの距離と、回転中心Ｐから凹部Ｅの谷底ｅまでの距離と、回転中心Ｐから凹部Ｆの谷底ｆまでの距離は、互いに異なっている。
【００１０】
特許文献１で説明されているようなエロージョンを均一に進める方法は、上記凸部Ａ，Ｂ，Ｃ、凹部Ｄ，Ｅ，Ｆの磁束密度が同等であることが前提である。ターゲット面における磁気トラック上の磁束密度をシミュレーションにより求めたところ、図２６のように磁気トラック上の磁束密度は必ずしも均一ではないことが確認できた。これは、磁石を湾曲して配置することにより、湾曲部の磁石数密度が変わってしまうからである。
【００１１】
上記のとおり、特許文献１では、回転中心から離れるほど磁気トラックの移動速度が速くなることを踏まえ、回転中心から離れるほど磁気トラックの弧長を長くすることで、ターゲット全体にわたり一様なエロージョンが進むとしている。しかし、特許文献１では、磁気トラック上で磁束密度が一様かまでは言及しておらず、必ずしもエロージョンが一様に進むとは限らない。
【００１２】
特に、ターゲットが磁性材料からなるような場合、カソードマグネットからの磁力線の多くがターゲット内部を通り抜けてしまうことから、図２４に示す設計どおりに磁気回路上に磁気トラックを生成させることが困難である。このため、予想に反した場所で浸食速度が高くなることで、ターゲット寿命を短くする場合もある。図２４（ａ）には、特許文献１における磁気回路に磁性ターゲット（飽和磁束密度１．０Ｔ、厚み３ｍｍ、直径１６０ｍｍ）を適用して、ターゲット表面の磁気トラックをシミュレーションした結果を示した。この結果によれば、特に、ターゲットが磁性材料からなるような場合、マグネット中心から左側の領域にて磁気回路上に磁気トラックが重ならない領域が多々ある。更に、このターゲット左領域の磁気トラック上の凹部、凸部のターゲット中心からの径に違いがなくなっている。
【００１３】
更に、磁性ターゲットでは、侵食の進行と共に浸食箇所に磁場が集中することから、図２４（ｂ）に示すように浸食最深部と磁気回路が一致していなくても、浸食箇所に磁場が集中してしまう。すなわち特許文献１の方法のように、磁気トラックにおいて磁石ユニットの回転方向に平行な領域を多く含み、その凹部と凸部の径をずらす方法には限界がある。特に、ターゲット径が大きくなると、凹部と凸部の径を多数設けないとターゲット全面に渡り均一に浸食を進めることは困難である。
【００１４】
本発明は、このような事情のもとになされたものであり、ターゲットの大小、ターゲットが磁性材料かどうかにかかわらず、効率的にターゲットを消費することでターゲートの消費量を抑えることが可能で、ターゲット上の浸食を容易に均一に進めることができるマグネット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ものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成すべく成された本発明の磁石ユニットおよびマグネトロンスパッタリング装置の構成は以下の通りである。
【００１６】
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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、
前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、
前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの所定位置から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、
前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する外部磁石で構成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の磁石ユニットである。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項２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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、
前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの回転中心から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する３ｎ−１本以上の外部磁石で構成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の磁石ユニットである。
【００１８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ｎ本の内部磁石は、１８０°以下の角度で、円周方向に配置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の磁石ユニットである。
【００１９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ｎ本の内部磁石は、ｎ／３６０°の角度で、円周方向に配置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の磁石ユニットである。
【００２０】
また、請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記外部磁石は、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ角形の形状を有する３ｎ本の外部磁石で構成され、前記３ｎ本の外部磁石とｎ本の内部磁石とのそれぞれの間には、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の間隙が設けら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の磁石ユニットである。
【００２１】
また、請求項６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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの回転中心と異なる放射中心から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する３ｎ−１本以上の外部磁石で構成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の磁石ユニットである。
【００２２】
また、請求項７記載の発明は、請求項６載の発明において、前記ｎ本の内部磁石は、１８０°以下の角度で、円周方向に配置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の磁石ユニットである。
【００２３】
また、請求項８記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記ｎ本の内部磁石は、ｎ／３６０°の角度で、円周方向に配置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の磁石ユニットである。
【００２４】
また、請求項９記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記外部磁石は、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ角形の形状を有する３ｎ本の外部磁石で構成され、前記３ｎ本の外部磁石とｎ本の内部磁石とのそれぞれの間には、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の間隙が設けら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の磁石ユニット。
【００２５】
また、請求項１０記載の発明は、真空排気可能な処理室に、処理対象としての基板を載置する基板保持台と、前記基板に対向するように配され、放電用電力が供給されるカソード電極と、前記カソード電極の前面側に支持されたターゲットと、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９のいずれか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である。
【発明の効果】
【００２６】
この発明に係る磁石ユニットによれば、磁石ユニットの回転方向に平行な磁気トラックの領域が大幅に減り、磁石ユニットの回転方向に垂直に交わる磁気トラックが増えることで、ターゲット上に発生する浸食が特定領域へ集中することなく進み、ターゲットの寿命を延ばすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に関わるマグネトロンスパッタ装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの第１の例を示すものである。
【図３】本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの第１の例の磁気トラックと磁力線の関係を示した図である。
【図４】本発明の実施形態に関わる第１の例の磁石ユニットによる非磁性ターゲット上の磁気トラックを示した図である。
【図５】本発明の実施形態に関わる第１の例の磁石ユニットによる磁性ターゲット上の磁気トラックを示した図である。
【図６】本発明の実施形態に関わる第２の例の磁石ユニットを示すものである。
【図７】本発明の実施形態に関わる第３の磁石ユニットを示すものである。
【図８】本発明の実施形態に関わる第４の磁石ユニットを示すものである。
【図９】本発明の実施形態に関わる第５の磁石ユニットを示すものである。
【図１０】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを示すものである。
【図１１】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、非磁性ターゲット表面に現われる磁気トラック形状（非磁性ターゲット面に平行な磁場成分のうち０ｍＴとなる領域）を示を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、非磁性ターゲット表面に現われる磁気トラック形状（非磁性ターゲット面に平行な磁場成分のうち５０ｍＴ以上となる領域）を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、非磁性ターゲットに生じた浸食形状を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、磁性ターゲット表面に現われる磁気トラック形状（磁性ターゲット面に平行な磁場成分のうち０ｍＴとなる領域）を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、磁性ターゲット表面に現われる磁気トラック形状（磁性ターゲット面に平行な磁場成分のうち５０ｍＴ以上となる領域）を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態に関わる第６の例の磁石ユニットを用いた場合の、磁性ターゲットに生じた浸食形状を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態に関わる第７の例の磁石ユニットを示すものである。
【図１８】本発明の実施形態に関わる第７の例の磁石ユニットを用いた場合の、ターゲットに生じた浸食形状を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態に関わる第８の例の磁石ユニットを示すものである。
【図２０】本発明の実施形態に関わる第８の例の磁石ユニットを用いた場合の、ターゲットに生じた浸食形状を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態に関わる第９の例の磁石ユニットを示すものである。
【図２２】本発明の実施形態に関わる第９の例の磁石ユニットを用いた場合の、ターゲットに生じた浸食形状を示す図である。
【図２３】従来（特許文献１）における永久磁石の配列パターンを示す平面図である。
【図２４】（ａ）従来（特許文献１）における永久磁石の配列パターンで磁性ターゲット表面の磁気トラックをシミュレーションした結果を示した図であり、（ｂ）はターゲットが磁性の場合の浸食領域と磁力線の関係を示す図である。
【図２５】図２４における磁石の配列パターンによより形成される磁場水平位置に対応する曲線を示す図である。
【図２６】従来（特許文献１）における永久磁石の配列パターンで非磁性ターゲット表面の磁気トラックをシミュレーションした結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置の一例を示す図である。マグネトロンスパッタ装置（以下、「スパッタリング装置」という。）は真空容器１２０内にカソード１２１、基板保持台１０６を含んでいる。カソードシールド１０７に覆われたカソード１０３は、カソードボディ１０９とカソードベース１１０によって真空容器１２０に固定されている。一方ターゲット１０５はターゲット支持板１０３上にターゲット把持リング１０４によって固定されている。ターゲット支持板１０３には不図示の冷却系統が配置され、ターゲット１０５の冷却が可能になっている。この本実施形態のスパッタリング装置は、後述する磁石ユニット（図１の磁石ユニット１０１）を搭載する装置として共通する。
【００２９】
ターゲット１０５には電力供給ライン１１１からターゲット支持板１０３を通してスパッタに必要な電力が投入されるが、カソードベース１１０や真空容器１２０は通常、接地電位であることから、絶縁部品１０８によって地絡を防いでいる。なお、電力供給ラインには不図示の電力源を接続し、直流電力、高周波電力、高周波電力に直流電力の重畳といった電力が投入可能になっている。
【００３０】
磁石ユニット１０１はマグネットベース（ヨーク）１０２に固定されている。マグネットベース（ヨーク）１０２は軸受け１１３を介して回転駆動源１１２に接続されており、磁石ユニット１０１はターゲット１０５後方で面方向に回転可能となっている
【００３１】
真空容器１２０には、不図示のプロセスガス流量制御機構を介してプロセスガスをプロセスガス導入口１２３から供給することができる。一方、大気成分等の不純物ガスの排気や、プロセスガスの排気を行うための排気機構１２２も真空容器１２０に設置されている。基板Ｗは、基板搬送機構１２５により、ターゲット１０５前まで搬送される（基板Ｗの位置）。基板Ｗを基板保持台１０６に載置するのであれば、あらかじめ上側に移動していた基板搬送上下機構１２６に置かれ、基板搬送機構１２５は退避される。その後、基板搬送上下機構１２６が下がり、基板保持台１０６に基板Ｗが載置され、非図示の基板押さえにて固定される。他方、成膜後に基板Ｗを退避させる場合には、基板搬送上下機構１２６により基板Ｗは基板保持台１０６からはなれ、基板搬送機構１２５に載置され、退避される。
【００３２】
次に、本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの特徴的構成について説明する。本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの第１の特徴点は、強磁性板材からなるヨーク（４１２）上に配置された環状の外部磁石ユニット４０２と、ヨーク上（４１２）の外部磁石ユニット４０２の内部に配置され、外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニット４０１とから構成される。内部磁石ユニット４０１は、ヨークの所定位置（回転中心）から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、外部磁石ユニット４０２は、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ角形以上の形状を有する３ｎ本以上の外部磁石で構成されている点である。本発明の実施形態に関わる磁石ユニットにおいては、ｎ＝３として、内部磁石４０１は、ヨークの回転中心から放射状に伸びる３本の棒状磁石（４０１１、４０１２、４０１３）で構成されている。また、外部磁石４０２は、３ｎ角形（３＊３＝９角形）の角形状を有し前記３本の内部磁石（４０１１、４０１２、４０１３）を取り囲むように配置されている。本例では外部磁石ユニット４０２をＮ極、内部磁石ユニット４０１をＳ極とする。無論、外部磁石ユニット４２１をＳ極、内部磁石ユニット４０１をＮ極としてもなんら問題はない。外部磁石ユニット４０２は、３ｎ角形（３＊３＝９角形）の角形状を有する磁石を１本の磁石で一体に形成してもよく、３ｎ角形（３＊３＝９角形）の角形状を有する磁石を３ｎ本の磁石に分離して形成してもよい。
【００３３】
本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの第２の特徴点は、前記３本の内部磁石（４０１１、４０１２、４０１３）が、１８０°以下の角度で、円周方向に配置されていることを特徴とする。なお、後述する図２に示す第１の例の磁石ユニットにおいては、３／３６０°＝１２０°の角度で、円周方向に等角度間隔で配置されている点である。
【００３４】
本発明の実施形態に関わる磁石ユニットの第３の特徴点は、９角形の角形状を有する外部磁石の各辺が３本の内部磁石の各辺と平行に、等しい間隔（例えば、ターゲット上に磁力線を発生させることが可能な１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙が設けられている事である。以下、上記磁石ユニットの第１の特徴点から第３の特徴点について、図２から図５を用いて説明する。
【００３５】
図２は、本発明を適用できる磁石ユニットの第１の例を示すものである。磁性材料からなるヨーク４１２に、内部磁石ユニット４０１が固定されている。固定にはエポキシ系接着剤などが使用され、磁石がずれるようなことは無い。内部磁石ユニット４０１は、３本の長方形状の磁石要素４０１１、４０１２、４０１３からなり、仮想的に定めた放射軸４１０１、４１０２、４１０３にそれぞれ沿って固定されている。本例の磁石要素４０１１、４０１２、４０１３は、等しい矩形状であり、長辺４０１１ａが４０ｍｍから１５０ｍｍ、短辺４０１１ａが、１０ｍｍから７０ｍｍであることが好ましい。この数値は磁石ユニットの直径が１６０ｍｍから４５０ｍｍの場合に適用可能である。
【００３６】
図２に示す第１の例の磁石ユニットはヨーク４１２上の回転中心４１１１を中心に回転することが可能である。一方、放射軸４１０１、４１０２、４１０３は放射中心４１００から延びており、本例では回転中心４１１１と放射中心４１００が一致した例である。本例の磁石ユニットにおいては、放射軸４１０１、４０１０２、４１０３はそれぞれ１２０度の等角度を持っているが、これに限らず磁石要素４０１１と磁石要素４０１２の間の角度を１００度、磁石要素４０１２と磁石要素４０１３の間の角度を１００度、磁石要素４０１３と磁石要素４０１１の間の角度を１６０度の関係でもよいし、磁石要素４０１１と磁石要素４０１２の間の角度を９０度、磁石要素４０１２と磁石要素４０１３の間の角度を１２０度、磁石要素４０１３と磁石要素４０１１の間の角度を１５０度にした関係でもよい。即ち、上記磁石ユニットの第２の特徴点に記載のように、前記３本の内部磁石（４０１１、４０１２、４０１３）が、１８０°以下の角度で、円周方向に配置されていればよい。
【００３７】
図２に示す第１の例の磁石ユニットにおいては、外部磁石ユニット４０２は、３ｎ角形（ｎ＝３，３＊３＝９）の９角形の角形状を有する磁石要素４０２１、４０２２、４０２３、４０２４、４０２５、４０２６、４０２７、４０２８。４０２９とから構成される。外部磁石ユニット４０２のうち、磁石要素４０２１、４０２４、４０２７は、３本の内部磁石の短辺側（４０１１ｂ、４０１３ｂ、４０１２ｂ）各辺と平行に、等しい間隔（例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙を有するように設けられている。また、外部磁石ユニット４０２のうち、磁石要素４０２２、４０２３、４０２５、４０２６、４０２８、４０２９は、３本の内部磁石の長辺側（４０１１ａ、４０１３ａ、４０１２ａ）各辺と平行に、等しい間隔（例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙を有するように設けられている。この数値は、磁石ユニットの直径が１６０ｍｍから４５０ｍｍの場合に適用可能である。
【００３８】
即ち、図２に示す第１の例の磁石ユニットにおいては、外部磁石ユニット４０２の各磁石要素４０２１から４０２９は、内部磁石ユニット４０１の磁石要素４０１１から４０１３に接することなく内部磁石ユニット４０１の各磁石要素４０１１、４０１２、４０１３の周囲にエポキシ系接着剤などで固定されており、磁石が剥がれたり、移動したりすることはない。これにより、磁気回路４０３が形成される。なお、内部磁石ユニット４０１と外部磁石ユニット４０２の表面（図１のターゲット１０５に対向する面）における磁極は互いに異なっている。上記のような形状にすることで、図３のように磁石４０１と磁石４０２の上方に湾曲した磁力線４３０４が環状無終端で発生する。磁力線４３０４のうちターゲット面法線方向に平行な磁場成分がゼロになったところを磁気トラック４３０３とする。磁気トラック４３０３は、ターゲット上の電界と磁力線４３０４とが垂直に交わる領域でもあり、この領域でプラズマが閉じ込められる。
【００３９】
次に、図４によって浸食過程を説明する。図２で示した磁石ユニットによる非磁性ターゲット１０５１上磁気トラック４３０３の形状は磁気回路４０３にほぼ一致する。本例の磁石ユニットにおいて、磁気トラック４３０３の形状が磁気回路４０３にほぼ一致する第１の理由としては、ヨーク板の回転中心４１１と一致した放射中心４１００から放射状に伸びる３本の内部磁石ユニット４０１と、この内部磁石ユニット４０１を取り囲むように配置された外部磁石ユニット４０２とにより発生した磁力線はターゲット内部に吸収されることなくターゲット表面に到達することができるからである。磁石ユニットを回転させることで、ターゲット上の磁気トラック４３０３も回転し、閉じ込められたプラズマも回転する。ターゲット上の浸食はプラズマ直下で主に進行するため、磁石ユニットを回転させることで浸食領域も常に移動する。
【００４０】
磁気トラック４３０３には領域４３０１、４３０２が含まれており、領域４３０１は磁石ユニットの回転方向にほぼ平行、そして領域４３０２は磁石ユニットの回転方向に対してほぼ垂直方向に延びている。磁石ユニットの回転により、磁気トラック４３０３も非磁性ターゲット１０５１上を回転移動する場合、ターゲット上の径４３０４の範囲では、領域４３０２は磁石ユニットの回転方向に、ほぼ垂直方向に延びている。そのため、磁石ユニットの回転により、領域４３０２は、磁石ユニットの回転方向に対してほぼ垂直方向に円周上を移動することになる。
【００４１】
ターゲットの寿命を短くする浸食速度の増加は、ターゲット上の同一領域にプラズマが集中すること、すなわち、浸食領域がターゲット上の特定領域に連続で存在する時間が長くなるために発生する。したがって本発明のように、磁石ユニットの回転と回転方向に対する磁気トラックの方向を考慮することで、磁気トラック４３０３上の領域４３０２はターゲット１０５１上において連続で存在する時間が非常に短くなる。この結果、浸食速度が遅くなりターゲット寿命を延ばす効果につながる。
【００４２】
一方、領域４３０１は回転方向に対してほぼ平行であるものの、その長さは短く、ターゲット上の径４３０４の範囲より回転中心からの距離が長い。そして、径４３０４の範囲よりその移動速度も速くなっている。このようなことから磁気トラックの連続で存在する時間は短く、浸食速度が遅くなり、寿命を延ばす効果につながる。
【００４３】
このように、本発明の実施形態に係わる磁石ユニットにおいては、内部磁石ユニット４０１０をヨークの回転中心から放射状に伸びる３本の磁石要素４０１１、４０１２、４０１３で構成し（上記第１の特徴点）、３本内部磁石要素（４０１１、４０１２、４０１３）を、１２０°角度で、円周方向に等角度間隔で配置し（上記第２の特徴点）、９角形の角形状を有する外部磁石の各辺を３本の内部磁石の長辺・短円の各辺と平行に、等しい間隔の間隙を有するように配置（上記第３の特徴点）を有することにより、磁気トラック４３０３の領域４３０１では、磁石ユニットの回転方向にほぼ平行となり、磁気トラック４３０３の領域４３０２では磁石ユニットの回転方向にほぼ垂直となるようにすることができる。そのため、ターゲットの大小かどうかにかかわらず、効率的にターゲットを消費することでターゲートの消費量を抑えることのでき、ターゲット上の浸食を容易に均一に進めることができる・
【００４４】
以上の内容は、ターゲットの大小に関わらず有効であることは明白であり、磁石ユニットの設計を非常に容易にさせる効果がある。
【００４５】
図５は、本発明の第１の例の磁石ユニットを磁性ターゲットに用いた場合の、磁気トラックの形状を示した図である。図５によって浸食過程を説明する。図５で示した磁石ユニットによる磁性ターゲット１５０２上には磁気トラック４３１３が発生する。磁石ユニットを回転させることで磁気トラック４３１３を回転させ磁性ターゲット１５０２上の浸食の集中を防いでいる。磁気トラック４３１３には領域４３１１、４３１２が含まれており、領域４３１１は磁石ユニットの回転方向に対してほぼ平行、そして領域４３１２は磁石ユニットの回転方向に対して垂直方向から若干ずれた角度で延びている。このように、非磁性ターゲット１５０１上での磁気トラック４３０３と磁性ターゲット１５０２上の磁気トラック４３１３の形状が異なる理由は、磁性ターゲット１５０２の飽和磁束密度が非磁性ターゲット１５０１よりも高く、磁石ユニットからの磁力線が磁性ターゲット１５０２内部で多く通過するためであると考えられる。
【００４６】
磁石ユニットの回転により、磁気トラック４３１３が磁性ターゲット１０５２上を回転移動する場合、領域４３１２は回転方向に対して垂直方向から若干角度をもって延びているものの、磁石ユニット回転方向に対してほぼ垂直方向に円周上を移動することになる。そのため、磁気トラック４３１３の領域４３１２はターゲット１０５２（径４３１４の範囲）において連続で存在する時間が非常に短くなる。この結果、浸食速度が遅くなりターゲット寿命を延ばす効果につながる。
【００４７】
一方、領域４３１１は回転方向に対してほぼ平行であるものの、ターゲット１０５２上の径４３０４の範囲より、回転中心からの距離が長く、そのため、径４３１４の範囲よりその移動速度も速くなっている。この結果、浸食領域の存在時間は短くなり、浸食速度を遅くすることにつながり、寿命を延ばす効果につながる。すなわち、本発明を適用することで、ターゲットの大小に関係なく、かつ、磁性ターゲット、非磁性ターゲットのどちらでもターゲット寿命を延ばすことが可能であることが分かる。
【００４８】
このように、本発明の実施形態の係わる第１例に示す磁石ユニットおいては、ターゲットが磁性材料及び非磁性材料かどうかにかかわらず、磁石ユニットの回転方向と平行に伸びるトラック領域４３０２，４３１２及び磁石ユニットの回転方向と垂直に伸びるトラック領域４３０１，４３１１を形成することが可能となる。そのため、ターゲットの大小に関係なく、かつ、磁性ターゲット、非磁性ターゲットのどちらでもターゲット寿命を延ばすことが可能である。特に、第１の例の磁石ユニットにおいては、ヨークの回転中心４１１１と放射状に伸びる内部磁石ユニット４０１の放射中心４１００とが一致している。さらに、外部磁石ユニット４０２を、３＊３＝９の９角形状とし、外部磁石ユニット４０２の各磁石要素を、内部磁石ユニット４０１の各磁石要素と平行に一定間隔を有するように配置した。これにより、磁石要素４０１１、４０１２、４０１３の３本全てを最大限に長くすることが可能になり、磁石ユニットの回転方向と垂直に延びるトラック領域の範囲も長くなり、均等な浸食を得ることができるという技術的意義を有する。
【００４９】
図６及び図７は、上記第１の例の磁石ユニットを変形した第２の例及び第３の例の磁石ユニットを示す。外部磁石ユニット４４２、４５２をＮ極、内部磁石ユニット４４１，４５１をＳ極とする。無論、外部磁石ユニット４４２、４５２をＳ極、内部磁石ユニット４４１，４５１をＮ極としてもなんら問題はない。図６に示されるように内部磁石ユニット４４１を磁石ユニット（４４１１、４４１２、４４１３）外周へいくほど広げるようにすることも有効である。このような方法では、磁気トラックのうち例えば図４や図５の領域４３０２、４３１２に対応する範囲で回転方向に対してより垂直方向に近づけることが可能になる。
【００５０】
図６に示す第２の例の磁石ユニット４１１においては、内部磁石ユニット４４１が、ヨーク４１２の回転中心４１１１と同じ放射中心４１００から伸びる３本の矩形磁石要素で構成されている点で、前記第１の例のマグネットユニットと同じである。そして、図６に示す内部磁石ユニット４４１は、回転中心４１１１と同軸の放射中心４１００から放射状に伸びる３本の磁石要素４４１１、４４１２、４４１３から構成されている点でも、前記第１の例の磁石ユニットと同じである。しかし、図６に示す第２の例の磁石ユニット４１１では、放射軸４１０１と磁石要素４４１１の長辺４４１１ａと、放射軸４１０２と磁石要素４４１２の長辺４４１２ａ、放射軸４１０３と磁石要素４４１３の長辺４４１３ａとが、それぞれ外周へいくほど広がるようになっている点で前記第１の例の磁石ユニットと異なる。図６では、放射中心４１００から遠のくにつれて、放射軸４１０１と長辺４４１１ａ、放射軸４１０２と長辺４４１２ａ、放射軸４１０３と長辺４４１３ａ、との間隔が大きくなっている。なお、放射中心４１００から遠のくにつれて、放射軸４１０１と長辺４４１１ａ、放射軸４１０２と長辺４４１２ａ、放射軸４１０３と長辺４４１３ａ、との間隔が小さくなるようにしてもよい。内部磁石ユニット４４１の磁石要素４４１１の短辺４４１１ｂと外部磁石ユニット４４２の磁石要素４４２１、内部磁石ユニット４４１の磁石要素４４１２の短辺４４１２ｂと外部磁石ユニット４４２の磁石４４２７，内部磁石ユニット４４１の磁石要素４４１３の短辺４４１３ｂと外部磁石ユニット４４２の磁石４４２４、との間隔が、それぞれ一定の間隔を有するように平行して設けられている点は、前記第１の例の磁石ユニットと同様である。本発明の第２の例の磁石ユニット４１１を磁性ターゲットに用いた場合、図５に示すような磁気トラックが形成される。領域４３１１は磁石ユニット４１１の回転方向に対してほぼ平行、そして領域４３１２は磁石ユニット４１１の回転方向に対して垂直方向から若干ずれた角度で延びている。図６に示す第２の例の磁石ユニット４１１を用いることによって、磁石ユニット４１１の回転方向に対して垂直方向から若干ずれた角度で延びている領域４３１２の磁気トラックを垂直方向に修正することができる。
【００５１】
図７に示す第３の例の磁石ユニットにおいては、内部磁石ユニット４５１は、ヨーク４１２の回転中心４１１１と同じ放射中心４１００から伸びる３本の矩形磁石要素４５１１、４５１２、４５１３で構成されている点は、前記第１の例のマグネットユニットと同じである。第３の例の磁石ユニット４１２においては、矩形磁石要素４５１１、４５１２、４５１３にそれぞれ長方形状の磁石要素４５１４、４５１５、４５１６を取り付けた点にある。磁石要素４５１４は矩形磁石要素４５１１の短辺４５１１ｂより大きいことが望ましい。磁石要素４５１５は矩形磁石要素４５１２の短辺４５１２ｂより大きいことが望ましい。磁石要素４５１６は矩形磁石要素４５１３の短辺４５１３ｂより大きいことが望ましい。その他の構成は前記第１の例の磁石ユニットと同様である。本発明の第３の例の磁石ユニット４１２を磁性ターゲットに用いた場合、図５に示すような磁気トラックが形成される。領域４３１１は磁石ユニット４１２の回転方向に対してほぼ平行、そして領域４３１２は磁石ユニット４１２の回転方向に対して垂直方向から若干ずれた角度で延びている。図７に示す第３の例の磁石ユニット４１２を用いることによって、磁石ユニット４１２の回転方向に対して垂直方向から若干ずれた角度で延びている領域４３１２の磁気トラックを垂直方向に修正することができる。
【００５２】
図８は、本発明を適用できる第４の例の磁石ユニットを示すものである。第４の例の磁石ユニットと上記で述べた第１の例の磁石ユニットとの違いは、放射中心５１００が回転中心４１１１と異なる点（オフセンターと呼ぶ）である。オフセンター方向は、回路４０３が回転中心４１１１に近づく方向が望ましい。加えて図９に示すような磁石ユニット５０１のような適用例も可能である。内部磁石ユニット４０１も放射中心５２００と回転中心４１１１がオフセンターしており、オフセンターの方向と、距離が磁石ユニットと異なる例である。いずれにせよ図８の第４の例、図９の第５の例に示すように、放射中心５１００または放射中心５２００と回転中心４１１１をオフセンターさせることを特徴としている。オフセンター位置（距離と方向）は外部磁石ユニット４０２に接しないところまでとすればよい。この範囲であれば磁気回路４０３によって生成される磁気トラック（高密度プラズマ領域）はターゲット中心まで近づき、ターゲット中心まで確実に浸食を進めることが可能になるとともに、磁石ユニット設計時にターゲット中心の浸食の度合いを調整することができるという技術的効果を奏する。
【００５３】
もしも、オフセンターを外部磁石ユニット４０２上、もしくは、外部磁石ユニット４０２より外側に設定した場合、ターゲット上で回転する磁気トラックに沿って発生する高密度プラズマが、ターゲット中心に重なり、ターゲット中心領域の浸食速度が異常に高くなってしまう。したがって、オフセンターの最適設置位置は、磁気回路４０３上、または、内部磁石ユニット４０１上で、かつ、磁気回路４０３と接する面より５ｍｍ内側までが望ましい。５ｍｍ以上内側に入ってしまうと、高密度プラズマがターゲット中心よりも遠ざかり、ターゲット中心の浸食が進まず、ゴミの原因となる膜の再付着がターゲット中心に発生するからである。
【００５４】
一方、図１０は、本発明を適用できる第６の例の磁石ユニットを示すものである。ヨーク７１２上に放射中心７１００から放射軸７１０１、７１０２、７１０３が放射状に延びている。この放射軸に沿って磁石要素７０１１、７０１２、７０１３が固定され、内部磁石ユニット７０１を構成している。内部磁石ユニット７０１の周囲には外部磁石ユニット７０２が内部磁石ユニット７０１に接することなく配置され、回路７０３を形成している。磁石ユニットは磁石要素７０１１の幅を広くすることで、内部磁石ユニット７０１の面積を増やした例である。磁石要素７０１１のみ幅を増やすだけでも、磁石ユニットによってターゲット上に生成される磁気トラック上の磁束密度を増やし、安定して放電させることが可能になる。なお、内部磁石ユニット７０１をＮ極とすれば外部磁石ユニット７０２はＳ極となる。その逆でもなんら問題ない。
【実施例１】
【００５５】
本発明を適用できる図１０で示される形態について、磁気トラック形状、磁束密度の確認並びに、浸食形状の確認を行った。鉄が主成分（日本工業規格ＳＳ４００）のヨーク７１２は直径３７０ｍｍ厚み１０ｍｍである。ヨーク７１２上に、内部磁石ユニット７０１を構成する磁石要素７０１１が長さ１００ｍｍ幅７０ｍｍ高さ３７ｍｍ、磁石要素７０１２が長さ１５０ｍｍ幅４０ｍｍ高さ３７ｍｍ、そして磁石要素７０１３が長さ１５０ｍｍ幅４０ｍｍ高さ３７ｍｍでエポキシ系接着剤にて固定されている。内部磁石ユニット７０１の表面はＳ極（すなわち、ヨーク７１２との接着面はＮ極）とした。外部磁石ユニット７０２（表面はＮ極）は内部磁石ユニット７０１に接することなく２０ｍｍの幅を保ちヨーク７１２上にエポキシ系接着材にて固定されている。なお、内部磁石ユニット７０１、外部磁石ユニット７０２共に最大エネルギー積５０ＭＧＯｅの磁石を適用した。内部磁石ユニット７０１を構成する磁石要素７０１１、７０１２、７０１３は、放射中心７１００からそれぞれ１２０°の角度をなして延びる放射軸７１０１、７１０２、７１０３に沿った位置関係になっている。そして、オフセンター距離は２５ｍｍとした。
【００５６】
磁石ユニット上には直径３８０ｍｍ、厚み６．５ｍｍの非磁性ターゲット（材質Ｃｒ）を固定した。このとき磁石ユニットの表面と非磁性ターゲット１５０１表面の距離が３５ｍｍとなるように固定した。
【００５７】
非磁性ターゲット１５０１表面に現われる磁気トラック形状を確認した結果、図１１のようになった。また、非磁性ターゲット１５０１面に平行な磁場成分のうち５０ｍＴ以上となる領域は図１２のようになった。磁気トラック周辺のターゲット面方向磁束密度が５０ｍＴ以上あれば放電（着火）を安定して行えるため、本発明を適用できる磁石ユニットでは安定して放電を行える。なお、ターゲット上でターゲット面方向に磁束密度測定手段（例えば、ガウスメーター）を進ませながら磁束密度をコンピューターなどで採取し、そのうちターゲット面法線方向に平行な磁束密度がゼロとなったポイントを抽出することで磁気トラック（図１１）が得られる。そして、ターゲット面に平行な磁束密度でかつ５０ｍＴ以上のポイントを抽出すると図１２のような結果が得られる。
【００５８】
一方、ターゲット１５０１に生じた浸食形状を図１３に示した。図１３では回転中心から片側の浸食形状を示したものである。全域にわたりほぼ一様に浸食が進んでいる。本発明のように回転方向に対してほぼ垂直な磁気トラック領域を積極的に設けることでターゲット中心から外側までを容易に一様に浸食させることが可能になる。
【実施例２】
【００５９】
実施例１で示された磁石ユニットに対して、今度は鉄コバルト合金（飽和磁束密度２．４Ｔ）の磁性ターゲット１５０２を近接配置したときの磁性ターゲット１５０２上の磁気トラック形状、磁束密度の確認並びに、浸食形状の確認を行った。なお、ターゲットの大きさは直径３８０ｍｍ、厚み３ｍｍで、磁石ユニットの表面と磁性ターゲット１５０２表面との距離は１６ｍｍである。
【００６０】
このとき、磁性ターゲット１５０２表面に現われる磁気トラック形状を確認した結果、図１４のようになった。また、磁性ターゲット１５０２面に平行な磁場成分のうち５０ｍＴ以上となる領域は図１５のようになり、本発明を適用できる磁石ユニットでは磁性ターゲット上でも安定して放電を行える磁束密度が得られていることも確認できた。
【００６１】
そして、磁性ターゲット１５０２に生じた浸食形状を図１６に示した。図１６では回転中心から片側の浸食形状を示したものであり、全域にわたりほぼ一様に浸食が進んでいることがわかる。本発明のように回転方向に対してほぼ垂直な磁気トラック領域を積極的に設けることでターゲット中心から外側までを容易に一様に浸食させることが可能になる。
【実施例３】
【００６２】
図１７は、図２に示す第１の例の磁石ユニットを変形した第７の例の磁石ユニットを示す。図１７の第７の例の磁石ユニットの特徴点は、内部磁石ユニット４０１（Ｓ極）が、ヨークの回転中心から少なくともｎ（ｎ＝３）の方向に放射状に伸びる３本の磁石要素で構成され、外部磁石ユニット４０２（Ｎ極）は、前記３本の磁石要素を取り囲むように配置された３ｎ−１（３×３−１＝８）角形の形状を有する３ｎ−１（３×３−１＝８）本の磁石要素で構成されており、前記３本の磁石要素（４０１１、４０１２、４０１３）が、９０度、９０度、１８０度の角度で円周方向に配置されている点である。なお、図１７に示す第７の例の磁石ユニットにおいても、外部磁石ユニット４０２の各磁石要素は、３本の磁石要素の各磁石要素と平行に、等しい間隔（例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙を有するように設けられている。図１７のように放射角度をそれぞれ９０度、９０度、１８０度で組み合わせた場合についても非磁性ターゲットにて浸食形状を確認したが、図１８のようにターゲット全域にわたりほぼ均等に浸食を進めることができた。
【実施例４】
【００６３】
図１９は、図２に示す第１の例の磁石ユニットを変形した第８の例の磁石ユニットを示す。図１９では、内部磁石ユニット４０１（Ｓ極）は、ヨークの回転中心から少なくともｎ（ｎ＝３）の方向に放射状に伸びる３本の磁石要素で構成され、外部磁石ユニット４０２（Ｎ極）は、前記３本の磁石要素を取り囲むように配置された３ｎ（３×３＝９）角形の形状を有する３ｎ（３×３＝９）本の外部磁石で構成されており、前記３本の磁石要素（４０１１、４０１２、４０１３）が、７５度、７５度、２１０度の角度で、円周方向に配置されている点である。なお、図１９に示す第８の例の磁石ユニットにおいても、外部磁石ユニット４０２の各磁石要素は、３本の磁石要素の各磁石要素と平行に、等しい間隔（例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙を有するように設けられている。図１９のように放射角度をそれぞれ７５度、７５度、２１０度とすると、図２０のようにターゲット中心部の浸食速度が他領域に比較して大きくなり、短時間でターゲット寿命を迎えてしまった。これは放射角度を１８０度よりも大きくすることで、回転中心を取り囲むような磁気トラックを形成しプラズマの存在時間を増大させてしまったため、浸食速度が大きくなったからである。
【００６４】
なお第８の例の磁石ユニットでは、放射中心４１００を回転中心４１１１から遠ざける（すなわちオフセンター距離を大きくする）ことで、上記のようなことはなくなるが、次に述べるとおり、磁石ユニット設計の観点から対応が困難である。オフセンター距離を大きくすることで、磁気回路は磁石ユニット上部半分に納めなければならない。しかし、磁石ユニット上部半分のみでは磁気回路に割り当てることのできる領域が狭くなり、各磁石要素の幅や、磁気回路幅を狭くしなければならない。このような制約により、磁石ユニットからの磁束密度が低下し、磁性ターゲットなどへの使用に支障をきたすからである。
【実施例５】
【００６５】
図２１は、第９の例の磁石ユニットを示す。図２１では、内部磁石ユニット４０１（Ｓ極）は、ヨークの回転中心と異なる放射中心４１００から少なくともｎ（ｎ＝４）の方向に放射状に伸びる４本の内部磁石で構成され、外部磁石ユニット４０２（Ｎ極）は、前記４本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ（３×４＝１２）角形の形状を有する３ｎ（３×４＝１２）本の外部磁石で構成されており、前記４本の内部磁石（４０１１、４０１２、４０１３、４０１４）が、９０°の角度で、円周方向に配置されている点が特徴である。なお、図２１に示す第９の例の磁石ユニットにおいても、外部磁石ユニット４０２の各磁石要素（４０２１、４０２２、４０２３、４０２４、４０２４，４０２５、４０２６、４０２７、４０２８、４０２９、４０２１０、４０２１１、４１２１２）は、４本の内部磁石（４０１１、４０１２、４０１３、４０１４）の各磁石要素と平行に、等しい間隔（例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）の間隙を有するように設けられている。図２２は放射方向を４方向とした場合の浸食断面図である。ターゲットを非磁性材料（クロム）にした場合にはターゲット全面に渡りほぼ均一に浸食が進んだものの、ターゲットをＮｉＦｅ磁性材料とした場合、ターゲット上一部の領域に浸食が集中してしまった。このようになった理由は、次のように述べられる。磁性材料ターゲットを使用するとターゲット内部に磁束が多く通るため、ターゲット上の磁気トラックは図２１のように湾曲の幅が小さくなってしまう。言い換えれば、磁気トラックのうち、回転方向に対して垂直に向かう領域が減ってしまい、回転方向に対して平行な領域が増えてしまった。このため浸食が進むに従って侵食部分に磁束が集中しプラズマ密度が高くなり、さらに侵食を加速させてしまった。したがって、ターゲット材に非磁性材料を適用する場合には放射方向が４方向でも有効であるが、飽和磁束密度１．５Ｔ以上の材料を利用する場合には、放射方向は３方向が望ましい。
【００６６】
スパッタプロセスで使用するマグネトロンにおいて、ターゲット上に生成される磁気トラックは荷電粒子を効率よく閉じ込めるため、無終端の環状であることが一般的である。上記のように、磁気トラックのうち回転方向に対して垂直に向かう領域を増やすほど、さらにはその本数を増やすほど、侵食の集中が抑えられターゲット利用効率の向上が見込まれる。しかし、その本数を増やしすぎると磁気回路の幾何学的な制限から回転方向に対して垂直に向かう領域が減少するため、今度は、回転方向に対して平行な領域が増えてしまい、侵食の集中が発生する。加えて、磁気トラックは無終端である必要から、回転方向に対して垂直に向かう本数を減らせば回転方向に対して平行な領域が増えるため侵食の集中が発生する。これらのことを踏まえれば、非磁性ターゲットにおいては、磁気トラックのうち回転方向に対して垂直に向かう本数は５本から８本が望ましく、磁性ターゲットにおいては５本か６本が望ましいといえる。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。基板サイズや基板の種類が異なるものであっても、本発明が有効であることは明白である。
【００６８】
例えば、内部磁石ユニットの磁極と外部磁石ユニットの磁極は互いに異極であることを条件に、内部磁石ユニットには、Ｓ極、Ｎ極のどちらでも設定できる。磁石ユニットの直径を１５０ｍｍまで小さくしたり、逆に４５０ｍｍまで広げたりしても本発明は有効であり、マグネットの材質として最大エネルギー積を２６ＭＧＯｅに下げたものを使用しても、最大エネルギー積の異なるマグネット材料を組み合わせても有効である。更には、ターゲット材にルテニウムや白金、パラジウムなどの金属から二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどの絶縁体、そしてＮｉＦｅやＦｅＣｏＢなどの強磁性体、ＣｏＣｒＰｔＢなどの比較的弱い磁性をもつターゲットにも適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１０１ 磁石ユニット
１０２ マグネットベース（ヨーク）
１０３ ターゲット支持板
１１２ 回転駆動源
１０５ ターゲット
１２０ 真空容器
４０１ 内部磁石ユニット
４０２ 外部磁石ユニット
４１００ 放射中心
４１１１ 回転中心
４４１ 内部磁石ユニット
４４２ 外部磁石ユニット
４５１ 内部磁石ユニット，
４５２ 外部磁石ユニット
【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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、
前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、
前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの所定位置から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、
前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する外部磁石で構成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の磁石ユニット。
【請求項２】
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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、
前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、
前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの回転中心から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、
前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する３ｎ−１本以上の外部磁石で構成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の磁石ユニット。
【請求項３】
前記ｎ本の内部磁石は、１８０°以下の角度で、円周方向に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項４】
前記ｎ本の内部磁石は、ｎ／３６０°の角度で、円周方向に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項５】
前記外部磁石は、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ角形の形状を有する３ｎ本の外部磁石で構成され、前記３ｎ本の外部磁石とｎ本の内部磁石とのそれぞれの間には、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の間隙が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項６】
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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、
前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、
前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの回転中心と異なる放射中心から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、
前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する３ｎ−１本以上の外部磁石で構成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の磁石ユニット。
【請求項７】
前記ｎ本の内部磁石は、１８０°以下の角度で、円周方向に配置されていることを特徴とする請求項６記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項８】
前記ｎ本の内部磁石は、ｎ／３６０°の角度で、円周方向に配置されていることを特徴とする請求項６記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項９】
前記外部磁石は、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ角形の形状を有する３ｎ本の外部磁石で構成され、前記３ｎ本の外部磁石とｎ本の内部磁石とのそれぞれの間には、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の間隙が設けられていることを特徴とする請求項６記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項１０】
真空排気可能な処理室に、
処理対象としての基板を載置する基板保持台と、
前記基板に対向するように配され、放電用電力が供給されるカソード電極と、
前記カソード電極の前面側に支持されたターゲットと、
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９のいずれか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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、
前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、
前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの所定位置から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、
前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する外部磁石で構成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の磁石ユニット。
【請求項２】
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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、
前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、
前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの回転中心から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、
前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する３ｎ−１本以上の外部磁石で構成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の磁石ユニット。
【請求項３】
前記ｎ本の内部磁石は、１８０°以下の角度で、円周方向に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項４】
前記ｎ本の内部磁石は、ｎ／３６０°の角度で、円周方向に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項５】
前記外部磁石は、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ角形の形状を有する３ｎ本の外部磁石で構成され、前記３ｎ本の外部磁石とｎ本の内部磁石とのそれぞれの間には、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の間隙が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項６】
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と、該ヨーク上に配置された環状の外部磁石ユニットと、前記ヨーク上の前記外部磁石ユニットの内部に配置され、前記外部磁石ユニットと極性が異なる内部磁石ユニットと、前記ヨークを該ヨークの回転中心を中心として回転させる回転機構と、を備え、
前記外部磁石ユニットおよび前記内部磁石ユニット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マグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニットであって、
前記内部磁石ユニットは、前記ヨークの回転中心と異なる放射中心から少なくともｎ（ｎは３以上の正の整数）の方向に放射状に伸びるｎ本の内部磁石で構成され、
前記外部磁石ユニットは、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ−１角形以上の形状を有する３ｎ−１本以上の外部磁石で構成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の磁石ユニット。
【請求項７】
前記ｎ本の内部磁石は、１８０°以下の角度で、円周方向に配置されていることを特徴とする請求項６記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項８】
前記ｎ本の内部磁石は、ｎ／３６０°の角度で、円周方向に配置されていることを特徴とする請求項６記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項９】
前記外部磁石は、前記ｎ本の内部磁石を取り囲むように配置された３ｎ角形の形状を有する３ｎ本の外部磁石で構成され、前記３ｎ本の外部磁石とｎ本の内部磁石とのそれぞれの間には、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の間隙が設けられていることを特徴とする請求項６記載のマグネトロンスパッタリング装置の磁石ユニット。
【請求項１０】
真空排気可能な処理室に、
処理対象としての基板を載置する基板保持台と、
前記基板に対向するように配され、放電用電力が供給されるカソード電極と、
前記カソード電極の前面側に支持されたターゲットと、
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９のいずれか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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１２−１２７００（Ｐ２０１２−１２７００Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４５０３２（Ｐ２０１１−４５０３２）
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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