JP5424518B1

JP5424518B1 - マグネトロンスパッタ装置およびマグネトロンスパッタ方法

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Publication number: JP5424518B1
Application number: JP2013541144A
Authority: JP
Inventors: 哲也後藤
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-02-26
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Abstract

螺旋状に配列された第１の磁石列（３３）と、第１の磁石列（３３）に並列した第２の磁石列（３５）と、第１および第２の磁石列の周囲に配置された固定磁石（３８）と、第１および第２の磁石列（３３，３５）を回転軸線Ｃｔを中心に回転させる磁石回転機構（３０）と、ターゲット（２１）側から見たとき、回転軸線方向を横切る方向において、第１および第２の磁石列（３３，３５）の外周と固定磁石（３８）との間に配置されるとともに回転軸線方向に沿って配列され、第１の磁石列（３３）から出る磁力線を引き寄せて当該磁力線をターゲット（２１）側に導き、または、ターゲット（２１）側から入る磁力線を引き寄せて第２の磁石列（３５）へ導く複数の磁気誘導部材（１１）、とを有する。

Description

本発明は、マグネトロンスパッタ装置およびマグネトロンスパッタ方法に関する。

液晶表示素子や半導体素子などの製造においては、基板上に金属あるいは絶縁物などからなる薄膜を形成する工程が必要である。この薄膜形成工程には、スパッタ装置による成膜方法が用いられている。スパッタ装置では、アルゴンガス等の不活性ガスを直流高電圧あるいは高周波電力によりプラズマ化し、このプラズマ化ガスにより薄膜形成用の原材料であるターゲットを活性化して融解するとともに飛散させ、基板上に被着させる。スパッタ装置として、成膜速度を速めるとともにターゲット利用効率を向上させて生産コストを低減し、安定した長期運転が可能である、磁石回転機構を用いたマグネトロンスパッタ装置が提案されている（特許文献１参照）。この装置は、同じ極性の磁極が外側を向くように回転軸の外周に螺旋状に配列された複数の磁石からなる磁石列と、ターゲットに対向して当該磁石列の周囲に設けられた固定磁石とを有し、磁石列を回転軸を中心に回転させることにより、ターゲット表面付近に形成されるターゲット表面に水平な水平磁界の磁場ループを回転軸線方向に移動させて成膜速度を速めるとともにターゲットの利用効率を向上させる。

国際公開２００７／０４３４７６Ａ１

一般的に、マグネトロンスパッタリングにおいて、より大面積の基板へ高スループットで成膜するためには、ターゲットの面積を拡大するとともに、エロージョン領域を増大させることが有効である。上記のような磁石回転機構を用いたマグネトロンスパッタ装置において、エロージョン領域を増大させるためには、長手方向（回転軸線方向）においては、磁石回転機構の全長を延ばすことで対応可能である。しかしながら、磁石回転機構の長手方向を横切る幅方向のエロージョン領域を増大させるために、磁石列と固定磁石との間の距離を延ばすと、ターゲット表面における磁石列と固定磁石との間の領域の磁界強度が低下してしまい、ターゲット表面にプラズマを安定的に閉じ込めることが困難になる。これを防ぐために、磁石列を形成する螺旋の直径を大きくする、あるいは、磁石回転機構を複数並列させると、使用する磁石の量が膨大になり、装置コストが大きく上昇してしまう。また、使用する磁石の量が膨大になると、磁石間で作用する力も大きくなり、装置の安定した動作を確保することが困難になる。

本発明の目的の一つは、磁石回転機構を用いたマグネトロンスパッタ装置において、磁石の使用量を最小限に抑えつつ、ターゲット面積の拡大に伴ってエロージョン領域を増大、特に、ターゲットの幅方向において増大できる装置、および、この装置を用いたマグネトロンスパッタ方法を提供することである。

本発明のマグネトロンスパッタ装置は、プラズマ形成空間に面するように配置されたターゲットと、
前記ターゲットに対して前記プラズマ形成空間とは反対側に配置され、前記ターゲットのプラズマ形成空間側の表面に沿った回転軸線の周りに螺旋状に配列され、かつ、Ｎ極が半径方向外側を向く複数の磁石からなる第１の磁石列と、
前記回転軸線の周りに螺旋状に配列されるとともに前記第１の磁石列に並列し、Ｓ極が半径方向外側を向く複数の磁石からなる第２の磁石列と、
前記ターゲット側から見て、前記第１および第２の磁石列の周囲に配置され、前記ターゲットに対向する側にＮ極又はＳ極を有する磁石で形成され、回転する前記第１および第２の磁石列と協働して、前記ターゲットの表面を前記回転軸線の方向に移動するループ状の磁場パターンを形成するための固定磁石と、
前記第１および第２の磁石列を支持して、前記第１および第２の磁石列を前記回転軸線を中心に回転させる磁石回転機構と、
前記ターゲット側から見て、前記回転軸線方向を横切る方向において、前記第１および第２の磁石列の外周と前記固定磁石との間に少なくとも一部が配置されるとともに前記回転軸線方向に沿って配列され、前記第１の磁石列から出る磁力線を引き寄せて当該磁力線をターゲット側に導き、または、ターゲット側から入る磁力線を引き寄せて前記第２の磁石列へ導く複数の磁気誘導部材とを有する、ことを特徴とする。

本発明のマグネトロンスパッタ方法は、上記のマグネトロンスパッタ装置を用いて、前記第１および第２の磁石列を回転させて前記ターゲットの表面付近に前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマを前記ターゲットの表面付近に閉じ込めつつ、前記ターゲットの材料を被処理基板上に成膜する。

本発明によれば、回転する第１および第２の磁石列を構成する複数の磁石のうち、ターゲットから相対的に離れた状態にある磁石の磁場をプラズマ閉じ込めのための磁場として有効活用することで、磁石の使用量を最小限に抑えつつ、ターゲット面積の拡大に伴ってエロージョン領域を当該ターゲットの幅方向に拡張することができる。その結果、成膜レートやスループットの向上が実現する。

マグネトロンスパッタ装置の一例を示す断面図。図１における磁石回転機構、磁石列および固定磁石を示す斜視図。エロージョン領域を説明するための図。本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置の断面図図４の装置における磁石回転機構、磁石列、固定磁石および磁気誘導部材を示す図であって、ターゲット側から見た平面図。磁気誘導部材の形状を示す図。磁気誘導部材の配置を示す図であって、ターゲット表面に水平な方向から見た側面図。磁性体の性質を説明するための模式図。磁性体の性質を説明するための模式図。本発明の原理を説明するための模式図。磁気誘導部材の作用を説明するための図。磁気誘導部材の作用を説明するための図であって、図９のXＡ−XＡ方向の断面図。磁気誘導部材の作用を説明するための図であって、図９のXＢ−XＢ方向の断面図。磁気誘導部材の作用を説明するための図であって、図９のXＣ−XＣ方向の断面図。磁気誘導部材が無い場合の磁力線の分布を示す、図１０Ａに対応する断面図。磁気誘導部材が無い場合の磁力線の分布を示す、図１０Ｂに対応する断面図。固定磁石の開口幅と水平磁場ループパターンの強度との関係を示すグラフ。本発明の他の実施形態に係る磁気誘導部材を示す模式図。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［マグネトロンスパッタ装置の基本構成］
図１は本発明が適用されるマグネトロンスパッタ装置の一例を示す図であり、図２は、図１の装置の磁石回転機構、磁石列および固定磁石を示す斜視図である。この装置は、プラズマ形成空間ＳＰに面するように配置されたターゲット２１、磁石回転機構３０、後述する第１の磁石列３３を構成する複数の磁石３４、後述する第２の磁石列３５を構成する複数の磁石３６、第１および第２の磁石列３３，３５の周囲に配置された固定磁石３５を有する。なお、図１において、４０はターゲット２１が接着されているバッキングプレート、５０は磁性体カバー、５１はプラズマ励起のためのＲＦ電源、５２はブロッキングコンデンサ、５３はプラズマ励起およびターゲット直流電圧制御のための直流電源、６０はアルミカバー、５５はターゲット２１にアルミカバー６０およびバッキングプレート４０を介して電力を供給するためフィーダー線、９０は被処理基板、２００は被処理基板９０が設置されてこれを移動させる移動ステージである。

磁石回転機構３０は、中空の回転軸３１を有し、回転軸３１の外周面に第１および第２の磁石列３３，３５を支持して、第１および第２の磁石列３３，３５を回転軸線Ｃｔを中心に回転させる。回転軸３１は、その断面の外形形状が正１６角形となっており、それぞれの面に複数の磁石３４，３６が取り付けられる。回転軸３１の両端部は、図示しない支持機構により回転自在に支持されているとともに、一端部は、図示しないギアユニットおよびモータに接続されることで、回転させることが可能となっている。回転軸３１の材質としては、通常のステンレス鋼等でもよいが、磁気抵抗の低い強磁性体、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ系高透磁率合金や鉄で一部または全てを構成することが好ましい。本実施形態においては、回転軸３１の形成材料は鉄である。

第１の磁石列３３は、図２に示すように、ターゲット２１に対してプラズマ形成空間ＳＰとは反対側に配置され、ターゲット２１のプラズマ形成空間ＳＰ側の表面に沿った回転軸線Ｃｔの周りに螺旋状に配列され、かつ、Ｎ極が半径方向外側を向く複数の磁石３４からなる。第２の磁石列３５は、回転軸線Ｃｔの周りに螺旋状に配列されるとともに、第１の磁石列３３に並列し、Ｓ極が半径方向外側を向く複数の磁石３６からなる。各磁石３４，３６は、板状磁石からなり、好適には、強い磁界を安定して発生させるために、残留磁束密度、保磁力、エネルギー積の高い磁石が用いられる。例えば残留磁束密度が１.１T程度のＳｍ−Ｃｏ系焼結磁石、さらには、残留磁束密度が１．３Ｔ程度あるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石等が好適である。本実施形態においては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を使用した。各磁石３４，３６はその表面に垂直な方向に磁化されている。

固定磁石３５は、ターゲット２１側から見て、第１および第２の磁石列３３，３５の周囲を囲むように配置され、ターゲット２１に対向する側にＳ極を有する磁石で形成されている。なお、ターゲット２１に対向する側にＮ極を有する磁石でもよい。なお、固定磁石３５は、回転軸線Ｃ方向に設けられた部分とこれに直交する部分との端部が連結されているが、分離されていてもよい。固定磁石３５についても、各磁石３４，３６と同様に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が用いられている。

バッキングプレート４０は、図示しない処理室外壁に、図示しない絶縁体を介して設置されている。ＲＦ電源５１の電力周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。本実施形態においては直流電源も重畳印加可能なＲＦ−ＤＣ結合放電方式を採用しているが、直流電源のみのＤＣ放電スパッタ方式を採用してもよいし、ＲＦ電源のみのＲＦ放電スパッタ方式を採用してもよい。

次に、図３を用いてマグネトロンスパッタ装置において、ターゲット表面を移動するループ状の磁場パターンの形成について説明する。なお、この磁場パターンを形成する磁場がターゲットの表面付近にプラズマを閉じ込めるように作用し、ターゲット表面のスパッタされる領域であるエロージョン領域を形成する。

図３に示すように、回転軸３１に設けられた第１および第２の磁石列３３，３５をターゲット２１側から見ると、近似的に、第１の磁石列３３のＮ極の周囲が第２の磁石列３５および固定磁石３８のＳ極により囲まれる。第１の磁石列３３からの磁力線のうち、相対的にターゲット２１に近い位置にある磁石３４からの磁力線は、ターゲット２１を通過した後、これを取り囲む第２の磁石列３５又は固定磁石３８のＳ極で終端する。このためターゲット２１の表面においては、閉じたループ状の磁場パターン６０１が複数形成される。磁場パターン６０１は、ターゲット２１の表面に対して垂直な方向の磁場成分がゼロでかつターゲット２１の表面に水平な方向の磁場成分のみが存在する領域の軌跡であり、この閉じたループ状の磁場パターン（以下、水平磁場ループと呼ぶ。）６０１内にはプラズマが閉じ込められるため、磁場パターン６０１はエロージョン領域と一致する。複数の磁場パターン６０１は、回転軸３１の回転に伴って、ターゲット２１の表面を矢印で示す方向へ移動することとなる。なお、第１および第２の磁石列３３，３５の端部においては、一方の端部からエロージョン領域が順次発生し、このエロージョン領域が他方の端部に向けて移動し、他方の端部において順次消滅する。

ターゲット２１の表面は、時間平均効果によりその全面が効率的に削られる（エロージョンされる）ので、ターゲット２１の使用効率が向上する。エロージョン領域においてスパッタされて飛び出したターゲット２１の原子は、移動ステージ２００に設置された被処理基板９０に到達して付着する。これにより被処理基板９０上に薄膜が形成される。なお、被処理基板９０を設置する移動ステージ２００を駆動して、ターゲット２１の表面にプラズマを励起している間に、被処理基板９０をターゲット２１に対して移動させつつ成膜することもできる。

(第１の実施形態)
図１に示したマグネトロンスパッタ装置では、Ｗ１で示す固定磁石３８の幅方向（ターゲット側から見て回転軸線Ｃｔに直交する方向）の開口幅を、Ｄ１で示す第１および第２に磁石列３３，３５の直径である磁石列径と同等程度にしている。これは、ターゲット２１の幅方向の寸法を拡大するために、開口幅Ｗ１を拡大すると、後述するように、ターゲット２１の表面において、水平磁場ループ６０１の、第１および第２に磁石列３３，３５および固定磁石３８から相対的に離れた領域の磁場強度が低下し、ターゲット表面にプラズマを安定的に閉じ込めることが困難になるからである。このため、本実施形態では、使用する磁石の量を増加させることなく、ターゲット２１の幅方向の寸法の拡大に対応可能なマグネトロンスパッタ装置について説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置を示す断面図である。なお、図４において、図１の装置と同様の構成部分には、同一の符号を使用している。この装置は、固定磁石３８の開口幅Ｗ１が磁石列径Ｄ１よりも十分に大きくなるように形成されているとともに、回転軸３１と固定磁石３８との間に、磁気誘導部材１１が設けられている。この磁気誘導部材１１は、後述するように、ターゲット２１の表面付近に形成される移動する水平磁場ループの磁場強度、特に、第１および第２の磁石列３３，３５と固定磁石３８との間の領域の磁場強度を高めるために設けられている。

図５および図６に示すように、磁気誘導部材１１は、薄板部材で形成され、磁気誘導部材１１の形成材料は、磁気誘導によって磁極が生じる磁性体で形成され、好適には、磁気抵抗の低い強磁性体、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ系高透磁率合金や鉄などで形成される。本実施形態においては、磁気誘導部材１１は、鉄で形成されている。磁気誘導部材１１は、図６に示すように、片側の２角が直角な台形形状を有し、図６に示す寸法Ａ，Ｂ，Ｃは、例えば、それぞれ３７mm、３４mm、２２mmとなっている。また、厚さＴは、例えば、２mmである。磁気誘導部材１１は、図５に示すように、ターゲット２１側から見て、第１および第２の磁石列３３，３５と固定磁石３８との間であって、回転軸線Ｃｔ両側に、当該回転軸線Ｃｔ方向に沿って複数配列されている。

次に、図７を参照して、磁気誘導部材１１の具体的な配置例について説明する。図７は、ターゲット２１の表面に水平な方向から第１および第２の磁石列と磁気誘導部材１１を見た側面図である。磁気誘導部材１１は、図７においてθDで示す第１および第２の磁石列３３，３５の傾斜角度（螺旋の傾斜角度）に合わせて、回転軸線Ｃｔに対して傾斜して配置されている。本実施形態において、螺旋の傾斜角度は６５°であるので、磁気誘導部材１１も、回転軸線Ｃｔに対して６５°傾けられている。隣り合う第１および第２の磁石列３３，３５の間の磁力線の干渉を防ぐために、磁気誘導部材１１を螺旋の傾斜角度）に合わせて配置している。なお、螺旋の傾斜角度が比較的小さい場合には、磁気誘導部材１１を回転軸線Ｃｔに対して傾斜させずに、回転軸線Ｃｔに直交するように配置することも可能である。

複数の磁気誘導部材１１は、所定の配列ピッチＰ１で配列され、ピッチＰ１は、例えば、４mm程度である。また、図７から分かるように、磁気誘導部材１１の回転軸線Ｃｔ方向の厚さは、第１および第２の磁石列３３，３５を構成する磁石の回転軸線Ｃｔ方向の幅Ｅよりも薄く、磁気誘導部材１１の回転軸線Ｃｔ方向の配列ピッチＰ１は、第１および第２の磁石列の間隔Ｆよりも小さくなるように構成されている。幅Ｅと間隔Ｆは、例えば、１９mmと２５mmである。このような寸法条件においては、磁気誘導部材１１は、第１および第２の磁石列の幅Ｅの範囲に２〜３枚設置されることになる。なお、磁気誘導部材１１の厚さおよび配列ピッチＰ１を上記のような構成にした理由については後述する。

磁気誘導部材１１の下端部（ターゲット２１に対向する端部）の位置は、ターゲット２１の表面に垂直な方向において、第１および第２の磁石列３３，３５の磁石のうち、ターゲット２１に最も近い位置の磁石と略同じ高さに設定されている。

磁気誘導部材１１を支持する支持部材の図示を省略しているが、磁気誘導部材１１を支持部材に固定するために、複数の磁気誘導部材１１の間に、例えば、アルミニウムや樹脂等の非磁性材料で形成された板状部材を挟むことも可能である。その際、複数の磁気誘導部材１１と複数の前記板状部材を一体化成形するのが好ましい。前記板状部材がアルミニウムのような非磁性金属材料の場合は、アルミニウム製のボルト・ナットやリベットで書締めてもよいし、帯状枠体で密着強固に固定しても良い。前記板状部材が樹脂の場合は、溶融樹脂中に等間隔に仮配列維持した複数の磁気誘導部材１１を浸漬して樹脂を固化させることで一体成型しても良い。複数の磁気誘導部材１１の夫々は、図６に示す様に同じ材質で同形状、同サイズに形成するのが良いが、材質の均質性や加工精度の点から、必ずしも同材質・同形状・同サイズにならないことがある。更には、他のファクター、例えば、ターゲット２１や磁石回転機構３０の形状的或いは構造的均質性にも左右される場合がある。これらのことを考慮すると、この磁気誘導部材１１の材質・形状・サイズの許容範囲は、ターゲット２１と磁石回転機構３０との間に形成されるプラズマが場所依存性なく均質若しくは実質的に均質になる範囲にするのが望ましい。磁気誘導部材１１の配列間隔は、等間隔若しくは実質的或いは実効的等間隔とされるのが好ましい。しかし、ターゲット２１と磁石回転機構３０の均質性に依存して等間隔若しくは実質的或いは実効的等間隔にするとターゲット２１と磁石回転機構３０との間に形成されるプラズマの均質性を阻害するようであれば、プラズマの均質性が保たれるように磁気誘導部材１１の配列間隔を意図的に変化させても良い。例えば、磁石回転機構３０の回転軸線Ｃｔに沿って磁石回転機構３０の中央に向かってその配列間隔を漸次広げて複数の磁気誘導部材１１を配列すると、前述の課題は比較的解決しやすいので好ましい。本発明に於ける実施態様例の説明では、第１および第２の磁石列３３，３５は、回転軸線Ｃｔの周辺に沿って等ピッチで螺旋状に配されている例が好適な例の一つとして説明されているが、この他、実施態様例によっては不等ピッチで螺旋状に配されても良く、不等ピッチは、磁石回転機構３０の回転軸線Ｃｔに沿って磁石回転機構３０の中央に向かってピッチ間隔を連続的に広げて螺旋状に配設しても良い。第１および第２の磁石列の幅Ｅは、説明の都合上等幅で説明並びに図示されているが、磁石列を構成する磁石の磁力の程度の差に応じて又は望まれるプラズマが目的通り形成されるように異ならせるのも好適な例の一つである。例えば、磁石列を構成する磁石の磁力の程度の差に応じて、Ｎ型磁石列の幅をＳ型磁石列の幅よりも広くすることが望ましい例として挙げられる。

次に、図８Ａ〜図１１Ｂを参照して、磁気誘導部材１１の作用、効果について説明する。図８Ａに示すように、磁極が逆向きの２つの磁石３０１，３０２を並べて配置すると、一方の磁石３０１から出た磁力線ＭＦは、引き寄せられて他方の磁石３０２に入る。磁石３０１，３０２にそれぞれ対向する位置に、端面の幅が磁石３０１，３０２とほぼ同じである磁性体４０１，４０２を配置すると、磁気誘導によって磁力線はなるべく磁性体の中を通ろうとするため、図８Ａに示すように、磁力線ＭＦの経路を磁石３０１，３０２からより離れた位置まで延ばすことができる。しかしながら、図８Ｂに示すように、磁性体４０１，４０２に対して対向しない位置に磁石３０１，３０２が移動すると、磁気が磁石間で短絡されて、磁力線ＭＦが磁石３０１，３０２から離れた位置まで延びない。そこで、図８Ｃに示すように、磁石３０１，３０２の端面の幅よりも狭い端面を有する複数の磁性体５０１を、磁石３０１，３０２の端面の幅よりも狭い間隔で配列する。磁性体５０１によって、磁力線ＭＦの経路を磁石３０１，３０２からより離れた位置まで延ばすことができるとともに、磁性体５０１に対して磁石３０１，３０２が移動したとしても、延長された磁力線ＭＦの経路を維持することができる。これは、磁性体板同士が孤立しているため、磁気が磁石間でシャントされることがないからである。

水平磁場ループ領域において、プラズマを効率良く閉じ込めるためには、水平磁場ループ領域における最低水平磁場強度を少なくとも１００ガウス以上、望ましくは２００ガウス以上、さらに望ましくは３００ガウス以上持たせることが必要である。上記したように、固定磁石３８の開口幅Ｗ１が磁石列径Ｄ１よりも十分に大きくなるように形成すると、水平磁場ループ領域における最低水平磁場強度が低下する。本実施形態では、図８Ｃに示す原理を利用して、磁気誘導部材１１によって、第１の磁石列３３、第２の磁石列３５および固定磁石３８の間で形成される磁力線の経路を延ばし、水平磁場ループの磁場強度を高めるように作用する。

図９は第１および第２の磁石列、磁気誘導部材および固定磁石をターゲット方向から見た図である。図９において、一点鎖線で示した軌跡６０１は、ターゲット２１の表面に形成される水平磁場ループである。図１０Ａは図９の第１の磁石列３３に沿ったＸＡ−ＸＡ線断面図、および、図１０Ｂは図９のＸＡ−ＸＡ線に直交するＸＢ−ＸＢ線断面図、および、図１０Ｃは図９の第２の磁石列３５に沿ったＸＣ−ＸＣ線断面図である。なお、図１０Ａおよび図１０Ｃは、回転軸線Ｃｔに対して片側半分の磁石列のみ示す。

図１０Ａに示すように、ターゲット２１の表面の直近ではなく、ターゲット２１の表面から比較的離れた位置にある第１の磁石列３３の磁石３４から出る磁力線は、前述した磁性体の性質から、当該第１の磁石列３３と固定磁石３８との間に配置された磁気誘導部材１１の一端部に引き寄せられ、磁気誘導部材１１内に入る。磁力線は、なるべく透磁率の高い材質に集まり、かつ、磁力線同士は互いに反発しようとする性質があるため、磁気誘導部材１１内に入った磁力線は、磁気誘導部材１１の内部を通ってターゲット側へ導かれ、磁気誘導部材１１の下端部からターゲット２１に向けて出る。磁気誘導部材１１から出た磁力線のうち、固定磁石３８に近い位置にある磁力線は、固定磁石３８へ終端される。その際に、図１０Ａに示すようにターゲット２１の表面に水平磁場領域（垂直磁場がゼロ）を形成し、そこにプラズマＰＬが閉じ込められることとなる。この位置は、図９の位置８０２に対応している。

磁気誘導部材１１から出た残りの磁力線ＭＦＡは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、ターゲット２１側へ導かれる。そして、ターゲット２１の表面側へ導かれた磁力線ＭＦＡは、最終的には、回転軸線方向において隣り合う第２の磁石列３５の磁石３６に磁力線ＭＦＢとして終端することになる。この場合にも、図１０Ｂおよび図１０Ｃに示すように、ターゲット２１側から入る磁力線ＭＦＢは、第２の磁石列３５と固定磁石３８との間に配置された磁気誘導部材１１の下端部に引き寄せられ、磁気誘導部材１１の内部を通って第２の磁石列３５の磁石３６に導かれる。その際に、図１０Ｂに示すようにターゲット表面に水平磁場領域（垂直磁場がゼロ）が形成され、そこにプラズマＰＬが閉じ込められる。これは図９の位置８０３に対応している。このように、ターゲット２１から相対的に離れた状態にある磁石の磁場を磁気誘導部材１１を用いてプラズマ閉じ込めのための磁場として活用することにより、固定磁石３８の開口幅Ｗ１を拡大したとしても、幅の広い水平磁場ループを安定して励起できる。

比較のため、磁気誘導部材１１を導入せずに固定磁石３８の開口幅Ｗ１を広げた場合について説明する。この場合には、ターゲット２１の表面の直近ではなく、ターゲット２１の表面から比較的離れた位置にある磁石から出た磁力線は、図１１Ａに示すように、ターゲット２１側へ向かわずに、磁石面に対して略垂直方向に発散する。一部の磁力線は、固定磁石３８に向かって進むが、磁気誘導部材１１が存在しないため、図１０Ａに示すような水平磁場ループを形成しにくく、プラズマＰＬを安定的に閉じ込めることが難しい。また、図９の位置８０３の付近では、強い磁場強度の水平磁場ループ領域をターゲット２１の表面上に形成することは非常に困難である。それは、図１１Ｂに示すように、ターゲット２１の表面から離れた位置にある磁石のＮ極から出る磁力線ＭＦＡ’は、ターゲット２１側には進まずに隣り合う磁石のＳ極へ向かい、ターゲット２１の表面を経由しないからである。したがって、磁気誘導部材１１が存在しない場合には、図９に示す磁石とターゲット２１の距離が近い位置８０１で濃いプラズマが励起されたとしも、水平磁場の弱い位置８０２、８０３においてプラズマが拡散してしまい、プラズマを安定的に励起することが困難となる。

図１２は、固定磁石３８の開口幅Ｗ１を変えたときの水平磁場ループ内における最低水平磁場の強度をプロットしたグラフである。比較例は、磁気誘導部材１１が存在しない装置での水平磁場ループ内における最低水平磁場の強度を示す。本実施例においては、磁石列径Ｄ１の２倍まで固定磁石３８の開口幅Ｗ１を広げたとしても、最低水平磁界が２００ガウスを超えることがわかった。なお、水平磁場ループ内の最高水平磁場は、ターゲットの幅方向の中央付近で７５０ガウス程度であり、これは固定磁石３８の開口幅Ｗ１を変えても、ほとんど変化していない。磁気誘導部材１１を導入することにより、ターゲット２１の幅を磁石列径Ｄ１の２倍まで増大し、そのターゲット幅一杯まで水平磁場ループプを広げることができた。一方、磁気誘導部材１１がない比較例においては、開口幅Ｗ１が磁石列径Ｄ１の約1.５倍を超えると、最低水平磁界が１００ガウスを下回ってしまい、プラズマを安定的に励起ができなくなってしまう。

（第２の実施形態）
図１３は、本発明の他の実施形態に係る磁気誘導部材の構造を示す図である。図１３に示す磁気誘導部材は、第１の実施形態と同様に、回転軸線Ｃｔ方向にそれぞれ複数配列されているが、１１Ａ〜１１Ｃで示すように、回転軸３１の回転方向Ｒ１においても、複数の磁気誘導部材が配列されている。加えて、磁気誘導部材１１Ａ〜１１Ｃは、ターゲット２１の表面から離れた第１の磁石列３３の磁石に一端部が対向し、他端部がターゲット２１に対向するように湾曲している。

第１の実施形態における一枚の磁性体で形成された磁気誘導部材１１は、当該磁気誘導部材１１の内部の磁気抵抗は等方的であるから、ターゲット２１の表面に向かって大部分の磁力線は進むが、一部は、図１０Ａの右端部から拡散して水平方向に拡散する成分が発生してしまう。

一方、本実施形態では、磁気誘導部材１１Ａ〜１１Ｃは、回転方向Ｒ１において複数に分割され、その形状が第１の磁石列３３からターゲット２１の表面へ向かう湾曲形状をしているので、磁力線の拡散の割合を減らし、効率良くターゲット表面に磁力線を導くことが可能となる。

なお、磁気誘導部材の幅は、回転軸線Ｃの方向および回転方向Ｒ１の方向のいずれにおいても、対向する磁石の幅より狭く、配列ピッチは、磁石幅および磁石間に少なくとも２個以上並べるような大きさが好ましい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。上記実施形態では、螺旋状の磁石列を２列としたが、これに限定されるわけではなく、例えば、４列、６列、８列等、より多くの磁石列を形成することも可能である。上記実施形態では、磁気誘導部材を、ターゲット側から見たとき、磁石列の外周と固定磁石の間に配置したが、磁気誘導部材の少なくとも一部が磁石列の外周と固定磁石の間に配置されていればよく、ターゲット側から見たときに磁気誘導部材が磁石列と重なり合う構成とすることも可能である。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明に係るマグネトロンスパッタ装置は、半導体ウェハ等に絶縁膜或いは導電性膜を形成するために使用できるだけでなく、フラットディスプレイ装置のガラス等の基板に対して種々の被膜を形成するのにも適用でき、記憶装置やその他の電子装置の製造においてスパッタ成膜のために使用することができる。

Claims

プラズマ形成空間に面するように配置されたターゲットと、
前記ターゲットに対して前記プラズマ形成空間とは反対側に配置され、前記ターゲットのプラズマ形成空間側の表面に沿った回転軸線の周りに螺旋状に配列され、かつ、Ｎ極が半径方向外側を向く複数の磁石からなる第１の磁石列と、
前記回転軸線の周りに螺旋状に配列されるとともに前記第１の磁石列に並列し、Ｓ極が半径方向外側を向く複数の磁石からなる第２の磁石列と、
前記ターゲット側から見て、前記第１および第２の磁石列の周囲に配置され、前記ターゲットに対向する側にＮ極又はＳ極を有する磁石で形成され、回転する前記第１および第２の磁石列と協働して、前記ターゲットの表面を前記回転軸線の方向に移動するループ状の磁場パターンを形成するための固定磁石と、
前記第１および第２の磁石列を支持して、前記第１および第２の磁石列を前記回転軸線を中心に回転させる磁石回転機構と、
前記ターゲット側から見て、前記回転軸線方向を横切る方向において、前記第１および第２の磁石列の外周と前記固定磁石との間に少なくとも一部が配置されるとともに前記回転軸線方向に沿って配列され、前記第１の磁石列から出る磁力線を引き寄せて当該磁力線をターゲット側に導き、または、ターゲット側から入る磁力線を引き寄せて前記第２の磁石列へ導く複数の磁気誘導部材とを有する、ことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
前記複数の磁気誘導部材の各々の前記回転軸線方向の厚さは、前記第１および第２の磁石列を構成する磁石の前記回転軸線方向の幅よりも薄く、前記複数の磁気誘導部材の前記回転軸線方向の配列ピッチは、前記第１および第２の磁石列の間隔よりも小さい、ことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタ装置。
前記複数の磁気誘導部材は、前記磁石回転機構の回転方向に沿って複数配列されている、ことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタ装置。
請求項１から３のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ装置を用いて、前記第１および第２の磁石列を回転させて前記ターゲットの表面付近に前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマを前記ターゲットの表面付近に閉じ込めつつ、前記ターゲットの材料を被処理基板上に成膜することを特徴とするマグネトロンスパッタ方法。