JP4902518B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリング装置の技術分野に係り、特に、通過成膜型のスパッタリング装置に関する。

大型の基板表面に薄膜を形成するスパッタリング装置では、ターゲット材料と対面しながらターゲット材料の正面を通過し、通過する間に薄膜が形成される通過型スパッタリング装置が用いられている。

このようなスパッタリング装置では、ターゲットのエロージョン領域を拡大するために、ターゲット材料裏面に配置されたマグネトロン磁石装置を移動させる構成が採用されており、例えば、ターゲット材料の裏面に長手方向に沿ってマグネトロン磁石装置の走行軌道を敷設し、走行軌道上を小径のマグネトロン磁石装置が多数走行し、ターゲット材料裏面の広い領域とマグネトロン磁石装置が向き合うことで、エロージョン領域が拡大するようにされている。
特開２００３−２９３１３０号公報 特開平７−１８４３５号公報 特開平２００５−３３６５２０号公報

しかしながら上記のように磁石を走行させても、ターゲットの中央部分と外周部分はスパッタされ難く、ターゲットの使用効率を向上させるのにも限界がある。

第一の発明は、板状の第一のターゲットと、第一のマグネトロン磁石装置と、前記第一のマグネトロン磁石装置よりも小径の第二のマグネトロン磁石装置と、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置を前記第一のターゲットの裏面位置を繰り返し通過させる磁石移動装置とを有するスパッタリング装置であって、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置のうち、少なくとも一方のマグネトロン磁石装置は、中心磁石と、リング状の第一、第二のリング磁石とを有し、前記第一、第二のリング磁石は、前記第一のターゲットの表面とそれぞれ平行にされ、前記第一のリング磁石のリング内側に前記中心磁石が配置され、前記第二のリング磁石のリング内側に前記第一のリング磁石が配置され、前記中心磁石と、前記第一、第二のリング磁石は、Ｓ極とＮ極のうち、前記第一のターゲット側の面に一方の磁極が、前記第一のターゲットと反対側の面に他方の磁極がそれぞれ形成され、前記中心磁石と前記第一のリング磁石は、前記第一のターゲット側の面の磁極の極性が互いに反対にされ、前記第一、第二のリング磁石は前記第一のターゲット側の面の磁極の極性が互いに反対にされたスパッタリング装置である。
第一の発明はスパッタリング装置であって、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は複数設けられ、前記各第一、第二のマグネトロン磁石装置は、周回移動して前記第一のターゲットの裏面を繰り返し通過するように構成されたスパッタリング装置である。
第一の発明はスパッタリング装置であって、第二のターゲットを有し、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は、一回の前記周回移動によって、前記第一、第二のターゲットの両方の裏面を通過するように構成されたスパッタリング装置である。
第一の発明はスパッタリング装置であって、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は、往復移動するように構成されたスパッタリング装置である。
第二の発明は、一乃至複数個の第一のマグネトロン磁石装置が配置され、前記第一のマグネトロン磁石装置が移動する第一の磁石走行軌道と、前記第一のマグネトロン磁石装置とは別の第二のマグネトロン磁石装置が配置され、前記第二のマグネトロン磁石装置が移動する第二の磁石走行軌道と、前記第一、第二の磁石走行軌道の一部が裏面に位置する第一のターゲットとを有するスパッタリング装置であって、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置のうち、少なくとも一方のマグネトロン磁石装置は、中心磁石と、リング状の第一、第二のリング磁石とを有し、前記第一、第二のリング磁石は、前記第一のターゲットの表面とそれぞれ平行にされ、前記第一のリング磁石のリング内側に前記中心磁石が配置され、前記第二のリング磁石のリング内側に前記第一のリング磁石が配置され、前記中心磁石と、前記第一、第二のリング磁石は、Ｓ極とＮ極のうち、前記第一のターゲット側の面に一方の磁極が、前記第一のターゲットと反対側の面に他方の磁極がそれぞれ形成され、前記中心磁石と前記第一のリング磁石は、前記第一のターゲット側の面の磁極の極性が互いに反対にされ、前記第一、第二のリング磁石は前記第一のターゲット側の面の磁極の極性が互いに反対にされたスパッタリング装置である。
第二の発明はスパッタリング装置であって、前記第一、第二の磁石走行軌道はそれぞれ環状に形成され、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置が、前記第一、第二の磁石走行軌道に沿ってそれぞれ周回移動するように構成されたスパッタリング装置である。
第二の発明はスパッタリング装置であって、前記第一の磁石走行軌道は、前記第二の磁石走行軌道の内側に位置するスパッタリング装置である。
第二の発明はスパッタリング装置であって、前記第一、第二の磁石走行軌道が裏面に位置する第二のターゲットを有するスパッタリング装置である。

本発明は上記のように構成されており、第一の発明は大きさの異なるマグネトロン磁石装置（第一、第二のマグネトロン磁石装置）を二つ以上有している。

第一の発明では、少なくとも第一のマグネトロン磁石装置は第一のターゲット表面に２本以上のエロージョン領域を形成する。第二のマグネトロン磁石装置が第一のターゲット表面に形成するエロージョン領域が、第一のマグネトロン磁石装置が形成するエロージョン領域の間に位置するように、第一、第二のマグネトロン磁石装置を配置すれば、エロージョン領域の数が増えるから、ターゲットの使用効率が上がる。

第二の発明は、複数の磁石走行軌道が一乃至複数のターゲットの裏面側に配置されており、各磁石走行軌道の一部が各ターゲットの真裏位置に配置されている。各磁石走行軌道には、それぞれマグネトロン磁石装置が取り付けられており、各マグネトロン磁石装置がターゲットの真裏位置を移動し、ターゲット表面に複数のエロージョン領域が形成され、ターゲットの使用効率が向上するようになっている。

リング磁石の数が増えることで、ターゲット上のエロージョン領域の数が増えるので、ターゲットの使用効率が向上する。各磁石走行軌道上のマグネトロン磁石装置によるエロージョン領域が重なり合わないように磁石走行軌道を配置することで、ターゲット使用効率がより向上する。

先ず、本発明に用いるマグネトロン磁石装置について説明する。
後述する第一、第二の発明のスパッタリング装置は、二種類以上のマグネトロン磁石装置（第一、第二のマグネトロン磁石装置）を有している。

図２（ａ）は第一、第二の発明に用いるマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂、８１、８２の一例を示す断面図である。
マグネトロン磁石装置２０₁、２０₂、８１、８２は、第一のリング磁石４６と、中心磁石４５をそれぞれ有している。第一のリング磁石４６はリング状である。中心磁石４５は、外周が第一のリング磁石４６のリング内周よりも小さい相似形である。

第一のリング磁石４６と中心磁石４５は、中心磁石４５の中心が第一のリング磁石４６のリング中心軸線Ｃ上に位置し、第一のリング磁石４６のリング形状の一底面と、中心磁石４５の片面とが、板状の金属ヨーク４０の表面にそれぞれ接触するよう取り付けられている。従って、中心磁石４５は第一のリング磁石４６のリング内側で、第一のリング磁石４６と離間して配置されている。

後述する第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂、８１、８２のうち、一方又は両方のマグネトロン磁石装置は、中心磁石４５と第一のリング磁石４６に加え、図２（ａ）に示すように、リング状の第二のリング磁石４７を有している。

第二のリング磁石４７のリング内周は、第一のリング磁石４６のリング外周よりも大きい相似形であって、そのリング中心軸線が、第一のリング磁石４６のリング中心軸線Ｃと一致するように、リング形状の一底面が金属ヨーク４０の表面に接触して取り付けられている。従って、第一のリング磁石４６は第二のリング磁石４７のリング内側に位置し、第一、第二のリング磁石４６、４７は互いに離間している。

第一、第二のリング磁石４６、４７と中心磁石４５は、金属ヨーク４０側のリング底面（裏面）にＳ極又はＮ極がそれぞれ形成され、その反対側のリング底面（表面）に裏面と反対の極性の磁極がそれぞれ形成されている。

中心磁石４５及び第二のリング磁石４７の表面の磁極の極性がＳ極の場合は、第一のリング磁石４６表面の磁極の極性はＮ極である。中心磁石４５及び第二のリング磁石４７の表面の磁極の極性がＮ極の場合は、第一のリング磁石４６表面の磁極の極性はＳ極である。

即ち、互いに隣接する磁石（中心磁石４５と第一のリング磁石４６、又は第一、第二のリング磁石４６、４７）は、表面の磁極の極性が互いに異なり、後述するように、中心磁石４５と第一、第二のリング磁石４６、４７の表面をターゲットに向けると、ターゲット表面にはリング状の磁力線トンネルが形成される。

尚、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂、８１、８２のうち、いずれか一方を、図２（ｂ）に示すように、第二のリング磁石４７を有しないマグネトロン磁石装置で構成してもよい。
次に、上記マグネトロン磁石装置を用いた第一の発明のスパッタリング装置について説明する。

図１は第一の発明のスパッタリング装置１０であり、真空槽１７を有している。真空槽１７の内部には基板移動軌道２９が設けられている。基板移動軌道２９には、基板ホルダ１９が設けられており、図示しないモータ等の駆動装置を動作させると、基板ホルダ１９は真空槽１７内を、基板移動軌道２９に沿って移動するように構成されている。

基板移動軌道２９と面する位置には、バッキングプレート１８に取り付けられ、表面が露出された板状の第一、第二のターゲット２１、２２が配置されている。
第一、第二のターゲット２１、２２は、第一のターゲット２１が基板移動軌道２９の上流側、第二のターゲット２２が基板移動軌道２９の下流側に配置されており、基板ホルダ１９に基板８を保持させ、基板８の表面が第一、第二のターゲット２１、２２表面と対面するように通過させると、基板８の表面は、第一のターゲット２１の表面と第二のターゲット２２の表面に、この順序で対面するように配置されている。

第一、第二のターゲット２１、２２は長方形であり、その長手方向が基板８の移動方向と直交するように配置されており、基板８は第一、第二のターゲット２１、２２の長辺を横切るようにされている。
第一、第二のターゲット２１、２２の裏面には、磁石走行軌道２３が敷設されており、該磁石走行軌道２３には、大きさが異なる第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂がそれぞれ一個、又は二個以上取り付けられている。

各マグネトロン磁石装置は、磁石走行軌道２３に沿って並んで配置されており、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂は、磁石移動装置１３によって、順番を変えずに磁石走行軌道２３上を移動するように構成されている。

図３は、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂とターゲットの位置関係を説明するための平面図であり、図３と、後述する図５〜図７では金属ヨーク４０と磁石走行軌道２３はそれぞれ省略されている。

ここでは、磁石走行軌道２３はトラック状であり、直線部分と半円部分を有している。その直線部分は、第一、第二のターゲット２１、２２の真裏位置に、第一、第二のターゲット２１、２２の長辺に沿って配置されている。
半円部分は、第一、第二のターゲット２１、２２の真裏から離間した位置に配置されており、直線部分の両端は半円形部分に接続されることで、環状になっている。

複数の第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂が磁石走行軌道２３に沿って同方向に走行すると、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂は同一の磁石走行軌道２３上を周回移動する。

複数回周回移動する際、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂は、第一、又は第二のターゲット２１、２２のうちの、一方のターゲットの一短辺を横切って第一、第二のターゲット２１、２２の真裏位置に入り、第一、第二のターゲット２１、２２の裏面位置を長辺と平行な方向に通過し、他の短辺を横切って第一又は第二のターゲット２１、２２の真裏位置から脱出する。

そして第一、第二のターゲット２１、２２の真裏から離間した位置で方向転換し、他方のターゲットの真裏位置に侵入する。このような動作を繰り返し、第一又は第二のターゲット２１、２２の真裏位置と、第一、第二のターゲット２１、２２の真裏から離間した位置を交互に通過する。

第一、第二のターゲット２１、２２の表面は同一平面Ｈ内に位置している。上述した第一、第二のリング磁石４６、４７と中心磁石４５は、第一、第二のターゲット２１、２２の表面が位置する平面Ｈと平行に配置され、その平面とリング中心軸線Ｃが垂直になっている。

第一、第二のリング磁石４６、４７と中心磁石４５は金属ヨーク４０に固定されており、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂が移動しても、第一、第二のリング磁石４６、４７と中心磁石４５の位置関係は変らない。

また、磁石走行軌道２３は第一、第二のターゲット２１、２２表面が位置する平面と平行な平面内に延設されており、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂が移動しても、第一、第二のリング磁石４６、４７と中心磁石４５は、第一、第二のターゲット２１、２２の表面が位置する平面Ｈと平行なままである。
第一、第二のリング磁石４６、４７と中心磁石４５は、金属ヨーク４０とは反対側の底面（表面）が第一、第二のターゲット２１、２２の表面が位置する平面Ｈに向けられている。

上述したように、互いに隣接する磁石は、表面の磁極の極性が互いに異なるから、第一、第二のターゲット２１、２２表面が位置する平面Ｈには、中心磁石４５と第二のリング磁石４７のＳ極と、第一のリング磁石４６のＮ極がそれぞれ向けられるか、中心磁石４５と第二のリング磁石４７のＮ極と、第一のリング磁石４６のＳ極がそれぞれ向けられる。

第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂が第一又は第二のターゲット２１、２２の裏面位置を通過する際には、第一、第二のリング磁石４６、４７表面と中心磁石４５の表面は第一、第二のターゲット２１、２２の裏面に近接し、第一のリング磁石４６と中心磁石４５の間に形成される磁力線と、第一、第二のリング磁石４６、４７の間に形成される磁力線は、第一又は第二のターゲット２１、２２の表面に漏洩する。

第一のリング磁石４６と中心磁石４５は異なる磁極が第一又は第二のターゲット２１、２２の表面に向けられ、第一、第二のリング磁石４６、４７は異なる磁極が第一又は第二のターゲット２１、２２の表面に向けられているため、第一、第二のターゲット２１、２２の表面にはリング状の磁力線トンネルが形成される。

第一の発明のスパッタリング装置１０は上記のように構成されており、薄膜を形成する際には、真空排気系１５によって真空槽１７内を真空排気すると共に、ガス導入系１６から真空槽１７内にスパッタリングガスを導入し、スパッタ電源１４によって、バッキングプレート１８を介して第一、第二のターゲット２１、２２に電圧を印加し、第一、第二のターゲット２１、２２表面をスパッタしながら、基板ホルダ１９に保持された基板８を真空槽１７内に搬入し、第一、第二のターゲット２１、２２表面と対面させながら真空槽１７の内部を移動させると基板８表面が第一、第二のターゲット２１、２２対面する位置を通過する際に、第一、第二のターゲット２１、２２から飛び出したスパッタリング粒子が基板８表面に到達し、薄膜が形成される。

スパッタリングの際に、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂は第一、第二のターゲット２１、２２裏面位置で、第一、第二のターゲット２１、２２の長辺に沿って直線的に移動し、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂により、図４に模式的に示すように、第一、第二のターゲット２１、２２の表面に、複数本ずつ帯状のエロージョン領域(ターゲット表面が多量にスパッタリングされ表面が深く掘られる領域)３５ａ〜３５ｄ、３６ａ〜３６ｄが形成される。

図２（ａ）のマグネトロン磁石装置一個がターゲット表面に形成するエロージョン領域の数は４本である。図２（ｂ）のマグネトロン磁石装置一個がターゲット表面に形成するエロージョン領域は２本である。

第一のマグネトロン磁石装置２０₁が形成するエロージョン領域と、第二のマグネトロン磁石装置２０₂が形成するエロージョン領域とが重なり合わないと、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂の両方が図２（ａ）のマグネトロン磁石装置の場合には、１つのターゲット２１、２２に形成されるエロージョン領域３５ａ〜３５ｄ、３６ａ〜３６ｄの数は８本、いずれか一方が図２（ａ）、他方が図２（ｂ）のマグネトロン磁石装置の場合、一つのターゲット２１、２２に形成されるエロージョン領域の数は６本となる。

同じ大きさの磁石が配置された複数のマグネトロン磁石装置を中心が同一直線上を走行するように移動させても、それらのマグネトロン磁石装置が形成するエロージョン領域は重なり合ってしまい、４本のエロージョン領域しか形成されない。

それに対し、第一の発明では、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂の大きさを変えることで、同一直線上を走行するよう移動させても、第一のマグネトロン磁石装置２０₁が形成するエロージョン領域３５ａ〜３５ｄの中心線（エロージョン領域の帯の幅方向の中心が移動する軌道）と、第二のマグネトロン磁石装置２０₂が形成するエロージョン領域３６ａ〜３６ｄの中心線とが重なり合わないようになっている。

例えば、第一のマグネトロン磁石装置２０₁の第二のリング磁石４７と、第二のマグネトロン磁石装置２０₂の第二のリング磁石４７と、第一のマグネトロン磁石装置２０₁の第一のリング磁石４６と、第二のマグネトロン磁石装置２０₂の第一のリング磁石４６と、第一のマグネトロン磁石装置２０₁の中心磁石４５と、第二のマグネトロン磁石装置２０₂の中心磁石４５は、大きさが異なり、記載した順番に小さくなっており、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂の中心が同一直線上を走行しても、第一のマグネトロン磁石装置２０₁によって形成されるエロージョン領域３５ａ〜３５ｄの中心線の間に、第二のマグネトロン磁石装置２０₂によって形成されるエロージョン領域３６ａ〜３６ｄの中心線が１又は２本以上配置されている。

従って、第一のマグネトロン磁石装置２０₁によって形成されるエロージョン領域３５ａ〜３５ｄと第二のマグネトロン磁石装置２０₂によって形成されるエロージョン領域３６ａ〜３６ｄは、少なくとも一部は重複しないので、ターゲット表面の広い領域が均一にスパッタされ、ターゲット使用効率が向上する。

各エロージョン領域３５ａ〜３５ｄ、３６ａ〜３６ｄは、第一、第二のターゲット２１、２２の長辺と平行であり、実際には一部が重なり合い、スパッタリングされない領域（非エロージョン領域）は無い。

第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂の第一、第二のターゲット２１、２２の裏面での移動方向は、基板８の移動方向と垂直であり、基板８の移動速度を第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂の移動よりも遅くしておくと、基板８表面に膜厚分布のよい薄膜が形成される。

なお、図５に示すように、一枚のターゲット４１の真裏位置の範囲内で環状になる磁石走行軌道２３を設け、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂を、一枚のターゲット４１の裏面位置で周回移動させると、四本の環状同心のエロージョン領域が得られるが、内側である程エロージョン領域は短くなってしまうので、図６に示すように、一枚のターゲット４２の裏面では、各エロージョン領域の両端がターゲット４２の短辺上で終端するように、往動経路と復動経路の両方を長辺方向に沿って設け、往動と復動の間で方向転換する部分をターゲット４２の真裏とは離間した位置に配置して第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂がターゲットの一短辺を横切ってターゲット４２の真裏位置に入り、他の短辺を横切ってターゲット４２の真裏位置から脱出するようにすればよい。

また、上記実施例では、磁石走行軌道２３が環状であり、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂が周回移動したが、図７に示すように、長方形のターゲット４３の長手方向と平行な直線状の磁石走行軌道２３をターゲット４３の幅方向中央位置に設け、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂を磁石走行軌道２３に沿って繰り返し往復移動させてもよい。

第一のマグネトロン磁石装置２０₁と、第二のマグネトロン磁石装置２０₂の往復移動の両端がターゲットの外側に位置するように磁石走行軌道２３を設けるか、第一のマグネトロン磁石装置２０₁と第二のマグネトロン磁石装置２０₂が複数個配置された場合、同じ大きさの磁石装置の往復移動範囲同士(第一のマグネトロン磁石装置２０₁の往復移動範囲同士や第二のマグネトロン磁石装置２０₂の往復移動範囲同士)が重なり合うようにすると、エロージョン領域が繋がって直線状になる。

なお、図３、図５〜７中の符号３１〜３４は、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂の中心の移動経路を示しており、図７では、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂の中心は、同一直線上を往復移動する。

上記実施例では、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂を用いたが、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂に加え、第一、第二のマグネトロン磁石装置２０₁、２０₂とは大きさが異なる他のマグネトロン磁石装置を磁石走行軌道２３に取り付け、少なくとも一部が重なり合わないエロージョン領域を合計８本以上形成されるようにすると、更にターゲット表面が均一にスパッタされる。他のマグネトロン磁石装置は、図２（ａ）、（ｂ）のいずれに示すものであってもよい。

次に、第二の発明のスパッタリング装置について説明する。
図８は第二の発明のスパッタリング装置５０であり、第一の発明と同様に、真空槽５７を有しており、真空槽５７内部には基板移動軌道８５が敷設されている。

第一の発明と同様に、基板移動軌道８５には基板ホルダ８９が取り付けられており、図示しないモータ等の駆動装置を動作させると、基板ホルダ８９は真空槽５７内を基板移動軌道８５に沿って移動するように構成されている。

第一の発明と同様に、真空槽５７内の基板移動軌道８５と対面する位置には、表面が露出された板状の第一、第二のターゲット６１、６２が、バッキングプレート６８に取り付けられて配置されている。

第一の発明と同様に、第一、第二のターゲット６１、６２は、第一のターゲット６１が基板移動軌道８５の上流側、第二のターゲット６２が基板移動軌道８５の下流側に配置されており、基板ホルダ８９に基板５８を保持させ、基板５８の表面を第一、第二のターゲット６１、６２に向けながら移動させると、基板５８の表面は、第一のターゲット６１の表面と第二のターゲット６２の表面にこの順序で対面しながら通過する。

第一、第二のターゲット６１、６２は長方形であり、第一の発明と同様に、その長手方向が基板５８の移動方向と直交するように配置され、基板５８が移動すると、基板５８は第一、第二のターゲット６１、６２の長辺を横切る。
第一、第二のターゲット６１、６２の裏面側には、第一、第二の磁石走行軌道７１、７２が配置されている。第一のターゲット６１の真裏位置には、第一、第二の磁石走行軌道７１、７２の一部がそれぞれ配置され、同様に、第二のターゲット６２の真裏位置にも、第一、第二の磁石走行軌道７１、７２の他の一部がそれぞれ配置されている。

第一、第二の磁石走行軌道７１、７２は環状であり、直線部分と半円形部分が組み合わされたトラック形状にされている。第一、第二のターゲット６１、６２の真裏位置には、第一、第二の磁石走行軌道７１、７２の直線部分が配置されている。
ここでは、第一の磁石走行軌道７１の一周距離は、第二の磁石走行軌道７２の一周距離よりも短く、第一の磁石走行軌道７１は第二の磁石走行軌道７２の内側に位置する。

第一、第二の磁石走行軌道７１、７２には、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２がそれぞれ一個又は複数個ずつ取り付けられ、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２は、それぞれ第一、第二の磁石走行軌道７１、７２に沿って並んだ状態になっている。

第一、第二の磁石走行軌道７１、７２は磁石移動装置５３に接続され、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２は、第一、第二の磁石走行軌道７１、７２上を、第一、第二の磁石走行軌道７１、７２に沿って、順番を変えずにそれぞれ走行し、繰り返し周回移動するように構成されている。

第一、第二のターゲット６１、６２は長方形形状であり、基板移動軌道８５が伸びる方向は、第一、第二のターゲット６１、６２の長辺が伸びる方向と直交しており、第一、第二のターゲット６１、６２の真裏に位置する第一、第二の磁石走行軌道７１、７２の部分は、第一、第二のターゲット６１、６２の長辺と平行にされている。

従って、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２が周回移動し、第一、第二のターゲット６１、６２の外側から真裏位置に進入する際、また、真裏位置から外部に脱出する際には、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２は、第一、第二のターゲット６１、６２の短辺を横断する。

第一、第二の磁石走行軌道７１、７２の半円部分は、第一、第二のターゲット６１、６２の真裏から離間した位置に配置されており、従って、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２が周回移動する際には第一、第二のターゲット６１、６２の外側で方向転換し、第一、第二のターゲット６１、６２の一方の真裏位置から他方の真裏位置に入るようになっている。
第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２のうち、いずれか一方又は両方は、上記図２（ａ）に示したマグネトロン磁石装置である。

ここでは、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２の両方（及び後述する他のマグネトロン磁石装置）が、図２（ａ）に示したマグネトロン磁石装置で構成され、各マグネトロン磁石装置の中心磁石４５同士と、第一のリング磁石４６同士と、第二のリング磁石４７同士の大きさは等しくされている。

第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２は、異なる磁石走行軌道上を移動するマグネトロン磁石装置同士のエロージョン領域が同じ位置に形成されなければ、大きさが異なっていてもよい。

第一の発明と同様に、第一、第二のターゲット６１、６２の表面は略同一平面内に位置し、第一、第二のリング磁石４６、４７と中心磁石４５は、第一、第二のターゲット６１、６２の表面が位置する平面ｈと平行に配置され、その平面ｈと第一、第二のリング磁石４６、４７のリング中心軸線ｃは垂直である。

第一、第二のリング磁石４６、４７の金属ヨーク４０と反対側のリング一底面（表面）と、中心磁石４５の片面（表面）は、第一、第二のターゲット６１、６２の表面が位置する平面に向けられている。

第一の発明と同様に、互いに隣接する磁石は、表面の磁極の極性が互いに異なり、第一、第二のターゲット６１、６２表面が位置する平面ｈには、中心磁石４５と第二のリング磁石４７のＳ極と、第一のリング磁石４６のＮ極がそれぞれ向けられるか、中心磁石４５と第二のリング磁石４７のＮ極と、第一のリング磁石４６のＳ極がそれぞれ向けられる。

図９は、第一、第二の磁石走行軌道７１、７２と第一、第二のターゲット６１、６２の位置関係を説明するための平面図であり、同図では金属ヨーク４０は省略されている。

第一の発明と同様に、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２が第一又は第二のターゲット６１、６２の真裏位置を通過する際には、第一、第二のリング磁石４６、４７の表面と中心磁石４５の表面は、第一、第二のターゲット６１、６２の裏面に近接し、第一のリング磁石４６と中心磁石４５の間に形成される磁力線と、第一、第二のリング磁石４６、４７の間に形成される磁力線は、第一又は第二のターゲット６１、６２の表面に漏洩する。

第一のリング磁石４６と中心磁石４５は異なる磁極が第一又は第二のターゲット６１、６２の表面に向けられ、第一、第二のリング磁石４６、４７は異なる磁極が第一又は第二のターゲット６１、６２の表面に向けられているため、第一、第二のターゲット６１、６２の表面にはリング状の磁力線トンネルが形成される。

磁力線トンネルが形成される部分はスパッタリング量が多い。即ち、第一のリング磁石４６と中心磁石４５の中間付近の真上位置と、第一、第二のリング磁石４６、４７の中心付近の真上位置でスパッタリング量が多い。第一、第二のリング磁石４６、４７はリング形状であるため、このスパッタリング量が多い領域もリング状になる。

第二の発明のスパッタリング装置５０は上記のように構成されており、薄膜を形成する際には、真空排気系５５によって真空槽５７内を真空排気すると共に、ガス導入系５６から真空槽５７内にスパッタリングガスを導入し、スパッタ電源５４によって、バッキングプレート６８を介して第一、第二のターゲット６１、６２に電圧を印加し、第一、第二のターゲット６１、６２表面のスパッタリングを開始し、スパッタリングしながら基板ホルダ８９に保持された基板５８を真空槽５７内に搬入し、第一、第二のターゲット６１、６２表面と対面させながら真空槽５７の内部を移動させる。

基板５８の表面が第一、第二のターゲット６１、６２に対面する位置を通過する際に、第一、第二のターゲット６１、６２から飛び出したスパッタリング粒子が基板５８表面に到達し、そこに薄膜が形成される。

スパッタリングの際には第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２は第一、第二のターゲット６１、６２の真裏位置では、長辺に沿って直線的に移動されており、各マグネトロン磁石装置８１、８２が形成するスパッタリング量が多い領域も直線的に移動し、第一、第二のターゲット６１、６２表面の、各磁石走行軌道７１、７２の両側位置に、移動方向に沿って、二本ずつエロージョン領域(ターゲット表面が多量にスパッタリングされ表面が深く掘られる領域)が帯状に形成される。

ここでは、第一のマグネトロン磁石装置８１の中心が移動する移動経路と、第二のマグネトロン磁石装置８２の中心が移動する移動経路との間の距離ｄは、第一のマグネトロン磁石装置８１の中心から第一、第二のリング磁石４６、４７の中間位置までの距離ｓ₁と、第二のマグネトロン磁石装置８２の中心から第一、第二のリング磁石４６、４７との中間位置までの距離ｓ₂の合計よりも大きくされ（ｓ₁＋ｓ₂＜ｄ）、第一のマグネトロン磁石装置８１が形成するエロージョン領域８５ａ〜８５ｄの中心線（エロージョン領域の帯の幅方向の中心が移動する軌道）は磁石走行軌道のリング内側に、第二のマグネトロン磁石装置８２が形成するエロージョン領域８６ａ〜８６ｄの中心線はリング外側に位置し、重なり合わない（図１０）。

即ち、第二の発明では、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２が、第一、第二のターゲット６１、６２の真裏位置で異なる経路を移動することで、第一のマグネトロン磁石装置８１が形成するエロージョン領域８５ａ〜８５ｄの中心線と、第二のマグネトロン磁石装置８２が形成するエロージョン領域８６ａ〜８６ｄの中心線とが重なり合わないようになっている。

このように、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２のエロージョン領域８５ａ〜８５ｄ、８６ａ〜８６ｄは重なり合わないから、各ターゲットに形成されるエロージョン領域の本数は、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２の両方が図２（ａ）のマグネトロン磁石装置の場合は八本になり、いずれか一方が図２（ａ）、他方が図２（ｂ）のマグネトロン磁石装置の場合は六本になる。

第二の発明もエロージョン領域の本数が多いから、ターゲット表面の広い領域が均一にスパッタリングされ、ターゲット使用効率が向上する。
各エロージョン領域８５ａ〜８５ｄ、８６ａ〜８６ｄは、第一、第二のターゲット６１、６２の長辺と平行であり、両端は、第一、第二のターゲット６１、６２の短辺上に位置している。

第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２の第一、第二のターゲット６１、６２の裏面での移動方向は、基板５８の移動方向と垂直であり、基板５８の移動速度を第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２の移動速度よりも遅くしておくと、基板５８表面に膜厚分布のよい薄膜が形成される。

第二の発明では、第一、第二の磁石走行軌道に加え、第三の磁石走行軌道を配置し、第一〜第三の磁石走行軌道の一部が第一、第二のターゲットの真裏に位置し、第一〜第三の磁石走行軌道に取り付けられた第一〜第三のマグネトロン磁石装置が、第一、第二のターゲットの真裏位置を移動するようにしてもよい。

更に、第四以上の磁石走行軌道を設け、四以上の磁石走行軌道の一部が第一、第二のターゲットの真裏に位置するようにして、それらの磁石走行軌道上をマグネトロン磁石装置が移動するようにしてもよい。

また、第一、第二のターゲットに、更に他の一又は複数のターゲットを加え、それらのターゲットの真裏位置に二個以上の磁石走行軌道を配置し、各磁石走行軌道上をマグネトロン磁石を走行させてもよい。

要するに、第二の発明は、一又は複数のターゲットの裏面に複数の磁石走行軌道を配置し、各磁石走行軌道上を異なるマグネトロン磁石装置が走行するようにすればよい。複数の磁石走行軌道は環状にし、それぞれ交差しないように同心に配置することができる。

環状の磁石走行軌道を配置する場合、図１１に示すように、環状の第一、第二の磁石走行軌道７３、７４を一枚のターゲット６３の真裏位置で一周するように配置し、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２が一枚のターゲット６３の裏面位置で周回移動させてもよい。この場合、図９よりも多数(ここでは１６本)の環状同心のエロージョン領域が得られるが、内側に位置するエロージョン領域程一周距離が短くなってしまう。

他方、図１２に示すように、一枚のターゲット６３に対して環状の第一、第二の磁石走行軌道７５、７６を配置する際に、ターゲット６３の真裏位置に第一、第二の磁石走行軌道７５、７６の直線部分が位置し、ターゲット６３の真裏位置の外側に半円周部分が位置するようにすると、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２が形成する各エロージョン領域の両端はターゲット６３の短辺上で終端するから長辺と同じ長さになり、エロージョン領域の長さが長くなる。また、ターゲット６３の外側でマグネトロン磁石装置が方向転換できるから、一枚のターゲット６３の真裏位置に配置できる磁石走行軌道の数を増やすことができる。

なお、上記実施例では、第一、第二の磁石走行軌道７１、７３、７５、７２、７４、７６は環状であり、第一、第二のマグネトロン磁石装置８１、８２が第一、第二の磁石走行軌道７１、７３、７５、７２、７４、７６上を周回移動したが、図１３に示すように、長方形のターゲット６４の長辺よりも長い直線状の第一〜第四の磁石走行軌道７７ａ〜７７ｄを、各磁石走行軌道７７ａ〜７７ｄの両端がターゲット６４の短辺からはみ出るように配置し、各磁石走行軌道７７ａ〜７７ｄの中央部分がターゲット６４の真裏に位置するようにし、第一〜第四の磁石走行軌道７７ａ〜７７ｄ上にそれぞれ一又は複数の同じ大きさの第一〜第四のマグネトロン磁石装置８３ａ〜８３ｄを取り付け、隣接する磁石走行軌道７７ａ〜７７ｄ上のマグネトロン磁石装置８３ａ〜８３ｄのエロージョン領域が重ならないようにしてもよい。

この場合、第一〜第四の磁石走行軌道７７ａ〜７７ｄのうち、少なくとも一つの磁石走行軌道上に配置するマグネトロン磁石装置を、図２（ａ）のマグネトロン磁石装置で構成する。

なお、第二の発明では、上記各磁石走行軌道７１〜７６、７７ａ〜７７ｄのうち、同じ磁石走行軌道上を走行するマグネトロン磁石装置８１、８２、８３ａ〜８３ｄは同じ大きさであり、その中心は同じ軌跡上を移動するから、同じ磁石走行軌道７１〜７６、７７ａ〜７７ｄ上の異なるマグネトロン磁石装置８１、８２、８３ａ〜８３ｄのエロージョン領域は重なり合う。

また、第二の発明で、一つの磁石走行軌道に同じ大きさ同じ構造のマグネトロン磁石装置８１、８２を取り付ける場合に限定されず、大きさや構造の異なる第三のマグネトロン磁石装置を取り付けることもできる。

尚、第一、第二の発明で用いるマグネトロン磁石装置には、第一、第二のリング磁石４６、４７とは大きさの異なる１個以上のリング磁石を、第一、第二のリング磁石４６、４７と同心状に配置してもよい。

第一、第二の発明では、中心磁石４５の形状は特に限定されず、円形、リング形状、矩形等種々の形状とすることができるが、磁力線の密度を均一にするためには、中心磁石４５の外周を、第一のリング磁石４６のリング内周と相似形にし、かつ、中心磁石４５の中心を第一、第二のリング磁石４６、４７のリング中心に位置させる。
第一、第二のリング磁石４６、４７と中心磁石４５は、具体的には永久磁石である。

第一の発明のスパッタリング装置の内部説明図 （ａ）（ｂ）：第一、第二の発明に用いるマグネトロン磁石装置を説明するための断面図 第一の発明における第一、第二のマグネトロン磁石装置の移動経路の一例を説明するための平面図 第一の発明によるエロージョン領域を模式的に説明するための平面図 第一の発明における第一、第二のマグネトロン磁石装置の移動経路の比較例を説明するための平面図 第一の発明における第一、第二のマグネトロン磁石装置の移動経路の他の例を説明するための平面図 第一の発明における第一、第二のマグネトロン磁石装置が往復移動する場合の移動経路を説明するための平面図 第二の発明のスパッタリング装置の内部説明図 第二の発明における第一、第二の磁石移動経路の一例を説明するための平面図 第二の発明によるエロージョン領域を模式的に説明するための平面図 第二の発明における第一、第二の磁石移動経路の例を説明するための平面図 第二の発明における第一、第二の磁石移動経路の他の例を説明するための平面図 第二の発明における第一、第二のマグネトロン磁石装置が往復移動する場合の移動経路を説明するための平面図

符号の説明

１０、５０……スパッタリング装置 ２９、８５……基板移動軌道 ２０₁、８１……第一のマグネトロン磁石装置 ２０₂、８２……第二のマグネトロン磁石装置 ２１、６１……第一のターゲット ２２、６２……第二のターゲット ２３……磁石走行軌道 ４５……中心磁石 ４６……第一のリング磁石 ４７……第二のリング磁石 ７１、７３、７５……第一の磁石走行軌道 ７２、７４、７６……第二の磁石走行軌道

Claims (8)

1. 板状の第一のターゲットと、
   第一のマグネトロン磁石装置と、
   前記第一のマグネトロン磁石装置よりも小径の第二のマグネトロン磁石装置と、
   前記第一、第二のマグネトロン磁石装置を前記第一のターゲットの裏面位置を繰り返し通過させる磁石移動装置とを有するスパッタリング装置であって、
   前記第一、第二のマグネトロン磁石装置のうち、少なくとも一方のマグネトロン磁石装置は、中心磁石と、リング状の第一、第二のリング磁石とを有し、
   前記第一、第二のリング磁石は、前記第一のターゲットの表面とそれぞれ平行にされ、
   前記第一のリング磁石のリング内側に前記中心磁石が配置され、前記第二のリング磁石のリング内側に前記第一のリング磁石が配置され、
   前記中心磁石と、前記第一、第二のリング磁石は、Ｓ極とＮ極のうち、前記第一のターゲット側の面に一方の磁極が、前記第一のターゲットと反対側の面に他方の磁極がそれぞれ形成され、
   前記中心磁石と前記第一のリング磁石は、前記第一のターゲット側の面の磁極の極性が互いに反対にされ、
   前記第一、第二のリング磁石は前記第一のターゲット側の面の磁極の極性が互いに反対にされたスパッタリング装置。
2. 前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は複数設けられ、前記各第一、第二のマグネトロン磁石装置は、周回移動して前記第一のターゲットの裏面を繰り返し通過するように構成された請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 第二のターゲットを有し、
   前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は、一回の前記周回移動によって、前記第一、第二のターゲットの両方の裏面を通過するように構成された請求項２記載のスパッタリング装置。
4. 前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は、往復移動するように構成された請求項１記載のスパッタリング装置。
5. 一乃至複数個の第一のマグネトロン磁石装置が配置され、前記第一のマグネトロン磁石装置が移動する第一の磁石走行軌道と、
   前記第一のマグネトロン磁石装置とは別の第二のマグネトロン磁石装置が配置され、前記第二のマグネトロン磁石装置が移動する第二の磁石走行軌道と、
   前記第一、第二の磁石走行軌道の一部が裏面に位置する第一のターゲットとを有するスパッタリング装置であって、
   前記第一、第二のマグネトロン磁石装置のうち、少なくとも一方のマグネトロン磁石装置は、中心磁石と、リング状の第一、第二のリング磁石とを有し、
   前記第一、第二のリング磁石は、前記第一のターゲットの表面とそれぞれ平行にされ、
   前記第一のリング磁石のリング内側に前記中心磁石が配置され、前記第二のリング磁石のリング内側に前記第一のリング磁石が配置され、
   前記中心磁石と、前記第一、第二のリング磁石は、Ｓ極とＮ極のうち、前記第一のターゲット側の面に一方の磁極が、前記第一のターゲットと反対側の面に他方の磁極がそれぞれ形成され、
   前記中心磁石と前記第一のリング磁石は、前記第一のターゲット側の面の磁極の極性が互いに反対にされ、
   前記第一、第二のリング磁石は前記第一のターゲット側の面の磁極の極性が互いに反対にされたスパッタリング装置。
6. 前記第一、第二の磁石走行軌道はそれぞれ環状に形成され、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置が、前記第一、第二の磁石走行軌道に沿ってそれぞれ周回移動するように構成された請求項５記載のスパッタリング装置。
7. 前記第一の磁石走行軌道は、前記第二の磁石走行軌道の内側に位置する請求項５記載のスパッタリング装置。
8. 前記第一、第二の磁石走行軌道が裏面に位置する第二のターゲットを有する請求項５乃至請求項７のいずれか１項記載のスパッタリング装置。

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