JP6895589B2 - スパッタリング装置、薄膜製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリング装置と薄膜製造方法に関する。

マグネトロンスパッタリング方法は、スパッタリングターゲット表面に磁界を形成し、電子を磁界中で移動させ、効率よくスパッタリングガスをプラズマ化する装置であり、薄膜の形成に広く用いられている。

図８(ａ)、(ｂ)の符号１３０は、マグネトロンスパッタリング装置に用いられるターゲット装置であり、カソード電極１２１の片面にスパッタリングターゲット１１４が配置され、反対側の面に複数の磁石装置１３１が配置されている。

各磁石装置１３１は環状の外側磁石１３６と、外側磁石１３６で囲まれた領域に配置された直線状の内側磁石１３４を有しており、各磁石装置１３１の外側磁石１３６の二個の磁極のうち、同じ極性の磁極がカソード電極１２１に向けられ、内側磁石１３４の二個の磁極のうち、カソード電極１２１に向けられた外側磁石１３６の磁極とは逆極性の磁極がカソード電極１２１に向けられている。

カソード電極１２１にはスパッタリング電圧が印加されており、スパッタリングターゲット１１４表面から放出された電子は外側磁石１３６と内側磁石１３４とによってスパッタリングターゲット１１４の表面に形成される磁界に捕捉され、スパッタリングターゲット１１４の表面に、スパッタリングガスの高密度のプラズマが形成され、スパッタリングターゲット１１４の表面がスパッタリングされる。

高密度でプラズマが形成される場所は、外側磁石１３６と内側磁石１３４との間の上の領域であり、スパッタリングターゲット１１４の表面を広くスパッタリングするために、各磁石装置１３１が設けられた移動板１４５を、磁石装置１３１の長手方向とは垂直な方向に移動させ、高密度のプラズマがスパッタリングターゲット１１４の表面で移動するようにされている。

しかしながら磁石装置１３１の両端の位置の上では磁界強度が強くなりやすく、その場所に形成されるプラズマは特に高密度になり、スパッタリングターゲット１１４が多量にスパッタリングされてしまう。

そして、磁石装置１３１の両端位置で、ターゲットに形成されるエロ−ジョンの深さが他の領域よりも深くなると、スパッタリングターゲット１１４の表面と磁石装置１３１との間の距離が他の場所より短くなり、スパッタリングターゲット１１４が更に多量にスパッタリングされることになる。

特開平５−２１４５２７号公報 特開平８−８１７６９号公報 特開２０１２−２４１２５０号公報 特開２００４−１１５８４１号公報 特開２０１５−１７３４号公報 ＫＲ１０１８８５１２３ ＫＲ１０１９２４１４３

本願発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、永久磁石と電磁石とを組みあわせた可変磁石の磁界強度を減少させてスパッタ面上の磁界強度が変化しないようにして、スパッタ面上で均一にスパッタリングできるようにする。

上記目的を達成するためになされた本発明は、カソード電極と、前記カソード電極の片面に配置され、真空槽内に露出するスパッタ面がスパッタリングされるスパッタリングターゲットと、前記カソード電極の面のうち前記片面とは反対側の面に配置され、前記スパッタ面上に磁界を形成する磁石装置と、が設けられたターゲット装置を有し、前記スパッタリングターゲットがスパッタリングされると前記真空槽内に位置する成膜対象物の成膜面に薄膜が形成されるスパッタリング装置であって、前記磁石装置は、細長で長手方向を有しており、前記長手方向の両端にはそれぞれ可変磁力部が配置され、前記可変磁力部の間には固定磁力部が配置され、前記固定磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の中央外側部の間に前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る中央内側部と、を有し、前記可変磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の端外側部と、前記第一、第二の端外側部の間に前記長手方向に沿って配置された複数個の可変磁石から成る端内側部と、前記磁石装置の前記長手方向の両端に位置し、前記第一、第二の端外側部の端部同士を接続する細長で湾曲した永久磁石から成る接続部と、を有し、Ｎ極とＳ極のうち、いずれか一方の極性の磁極を第一極とし、他方の極性の磁極を第二極とすると、前記第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の端外側部と、前記接続部とは、前記第一極の磁極が前記カソード電極に向けられ、前記中央内側部と前記端内側部とは前記第二極の磁極が前記カソード電極に向けられ、前記可変磁石は磁芯部と、前記磁芯部の周りに巻かれたコイルを有し、励磁電流が流れると磁界を形成する電磁石部とを有し、前記可変磁石が形成する磁界の向きと強度は、前記励磁電流の流れる方向と大きさによって変更可能に構成されたスパッタリング装置である。
本発明は、前記可変磁石のうち、少なくとも一つの前記可変磁石の前記磁芯部は永久磁石からなる基礎磁力部を有し、前記可変磁石が形成する磁界の強度は前記基礎磁力部の磁界と前記電磁石部の磁界とが合成された磁界の強度になるスパッタリング装置である。
本発明は、前記基礎磁力部の前記第一極の磁極は前記カソード電極に向けられたスパッタリング装置である。
本発明は、前記基礎磁力部の前記第二極の磁極は前記カソード電極に向けられたスパッタリング装置である。
本発明は、前記可変磁石が形成する磁界の強度は、前記スパッタリングターゲットがスパッタリングされる間に変更可能にされたスパッタリング装置である。
本発明は、前記スパッタリングターゲットと前記磁石装置とは、相対的に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。
本発明は、前記ターゲット装置は、一枚の前記カソード電極と、一枚の前記カソード電極に配置された前記スパッタリングターゲットと、互いに平行に配置された複数個の前記磁石装置とを有するスパッタリング装置である。
本発明は、複数個の前記磁石装置を有するスパッタリング装置であって、複数個の前記磁石装置は互いに平行に配置されて一列に並べられ、並べられた前記磁石装置のうち、両端に位置する前記磁石装置の前記可変磁石の個数は、他に位置する前記磁石装置の前記可変磁石の個数よりも多数個にされたスパッタリング装置である。
本発明は、前記ターゲット装置を複数個有するスパッタリング装置である。
本発明は、スパッタリング装置であって、前記ターゲット装置は、円筒形形状にされた前記カソード電極と、前記カソード電極の外周に配置された円筒形形状の前記スパッタリングターゲットと、前記カソード電極で囲まれた領域に配置された前記磁石装置とを有するスパッタリング装置である。
本発明は、前記可変磁石はケース内に配置し、前記ケースに設けられた冷媒路に冷却媒体を流し、前記可変磁石を冷却するスパッタリング装置である。
本発明は、スパッタリング装置を制御して成膜対象物に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記スパッタリング装置は、カソード電極と、前記カソード電極の片面に配置され、真空槽内に露出するスパッタ面がスパッタリングされるスパッタリングターゲットと、前記カソード電極の面のうち前記片面とは反対側の面に配置され、前記スパッタ面上に磁界を形成する磁石装置と、が設けられたターゲット装置を有し、前記スパッタリングターゲットがスパッタリングされると前記真空槽内に位置する成膜対象物の成膜面に薄膜が形成されるスパッタリング装置であって、前記磁石装置は、細長で長手方向を有しており、前記長手方向の両端にはそれぞれ可変磁力部が配置され、前記可変磁力部の間には固定磁力部が配置され、前記固定磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の中央外側部の間に前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る中央内側部と、を有し、前記可変磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の端外側部と、前記第一、第二の端外側部の間に前記長手方向に沿って配置された複数個の可変磁石から成る端内側部と、前記磁石装置の前記長手方向の両端に位置し、前記第一、第二の端外側部の端部同士を接続する細長で湾曲した永久磁石から成る接続部と、を有し、Ｎ極とＳ極のうち、いずれか一方の極性の磁極を第一極とし、他方の極性の磁極を第二極とすると、前記第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の端外側部と、前記接続部とは、前記第一極の磁極が前記カソード電極に向けられ、前記中央内側部と前記端内側部とは前記第二極の磁極が前記カソード電極に向けられ、前記可変磁石は磁芯部と、前記磁芯部の周りに巻かれたコイルを有し、励磁電流が流れると磁界を形成する電磁石部とを有し、前記可変磁石が形成する磁界の向きと強度は、前記励磁電流の流れる方向と大きさによって変更可能に構成され、前記薄膜を形成した前記成膜対象物の枚数が増加すると、前記可変磁石が形成する磁界の強度を減少させる薄膜製造方法である。
本発明は、スパッタリング装置を制御して成膜対象物に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記スパッタリング装置は、カソード電極と、前記カソード電極の片面に配置され、真空槽内に露出するスパッタ面がスパッタリングされるスパッタリングターゲットと、前記カソード電極の面のうち前記片面とは反対側の面に配置され、前記スパッタ面上に磁界を形成する磁石装置と、が設けられたターゲット装置を有し、前記スパッタリングターゲットがスパッタリングされると前記真空槽内に位置する成膜対象物の成膜面に薄膜が形成されるスパッタリング装置であって、前記磁石装置は、細長で長手方向を有しており、前記長手方向の両端にはそれぞれ可変磁力部が配置され、前記可変磁力部の間には固定磁力部が配置され、前記固定磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の中央外側部の間に前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る中央内側部と、を有し、前記可変磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の端外側部と、前記第一、第二の端外側部の間に前記長手方向に沿って配置された複数個の可変磁石から成る端内側部と、前記磁石装置の前記長手方向の両端に位置し、前記第一、第二の端外側部の端部同士を接続する細長で湾曲した永久磁石から成る接続部と、を有し、Ｎ極とＳ極のうち、いずれか一方の極性の磁極を第一極とし、他方の極性の磁極を第二極とすると、前記第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の端外側部と、前記接続部とは、前記第一極の磁極が前記カソード電極に向けられ、前記中央内側部と前記端内側部とは前記第二極の磁極が前記カソード電極に向けられ、前記可変磁石は磁芯部と、前記磁芯部の周りに巻かれたコイルを有し、励磁電流が流れると磁界を形成する電磁石部とを有し、前記可変磁石が形成する磁界の向きと強度は、前記励磁電流の流れる方向と大きさによって変更可能に構成され、前記薄膜を形成した前記成膜対象物の枚数が増加すると、前記可変磁石が形成する磁界の強度を増加させる薄膜製造方法である。
本発明は、カソード電極と、前記カソード電極の片面に配置され、真空槽内に露出するスパッタ面がスパッタリングされるスパッタリングターゲットと、前記カソード電極の面のうち前記片面とは反対側の面に配置され、前記スパッタ面上に磁界を形成する複数の細長の磁石装置と、が設けられたターゲット装置を用い、前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽内に位置する成膜対象物の成膜面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、各前記磁石装置の両端部に、永久磁石と電磁石とを有し、前記永久磁石が形成する磁界と励磁電流が流れて前記電磁石が形成する磁界とが合成された磁界を形成する可変磁石を配置し、前記電磁石に流れる前記励磁電流の方向と大きさとを制御して、前記薄膜が形成された前記成膜対象物の枚数の増加により前記可変磁石が形成する磁界強度を小さくする薄膜製造方法である。

スパッタリングターゲット又は個別ターゲットの成膜面内の場所によるスパッタリング量の差が小さくなる。

可変磁石が電磁石部と基礎磁力部とを有している場合は電磁石部に励磁電流が流れなくなった場合でもスパッタリングを続行することができる。

本発明のスパッタリング装置を説明するための図面 (ａ)、(ｂ)：本発明の可変磁石を説明するための図面 (ａ)〜(ｃ)：本発明の一例のターゲット装置を説明するための図面 (ａ)〜(ｃ)：本発明の他の例のターゲット装置を説明するための図面 (ａ)：本発明の他の例のターゲット装置を説明するための図面 (ｂ)、(ｃ)：そのターゲット装置に用いられる磁石装置を説明するための図面 (ａ)、(ｂ)：本発明の他の例のターゲット装置の断面図 可変磁石を冷却するためのケースを説明するための図面 (ａ)、(ｂ)：従来技術のスパッタリング装置に用いられるターゲット装置を説明するための図面

＜スパッタリング装置＞
図１、２を参照し、図１の符号２は、本発明のスパッタリング装置を示している。

このスパッタリング装置２は、真空槽２５とターゲット装置５とを有している。

ターゲット装置５は、板状の一枚のカソード電極２１と、カソード電極２１の片面に配置された一枚のスパッタリングターゲット１４と、カソード電極２１のスパッタリングターゲット１４とは反対側の面に配置された一乃至複数個の磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂（図３（ａ）〜（ｃ））を有している。

真空槽２５の内部には成膜対象物１３が配置されており、スパッタリングターゲット１４のスパッタリングされるスパッタ面２４と成膜対象物１３の薄膜が形成される成膜面２２とは対面されている。

成膜対象物１３はここでは載置台２３上に配置されており、スパッタリングターゲット１４に対して静止しているが、成膜対象物１３又はスパッタリングターゲット１４のいずれか一方又は両方が真空槽２５の内部で移動するようにしてもよい。

真空槽２５にはガス源２６と真空排気装置２９とが接続されており、真空排気装置２９を動作させ、真空槽２５の内部を真空排気して真空槽２５の内部に真空雰囲気を形成した後、ガス源２６から真空槽２５の内部にスパッタリングガスを導入する。

カソード電極２１はスパッタ電源２８に接続され、スパッタ電源２８からスパッタ電圧が印加されるようにされている。スパッタリングターゲット１４はカソード電極２１に密着して配置されている。後述する他のカソード電極１６₁〜１６₆もスパッタ電源２８に接続され、スパッタ電圧が印加されるようにされている。

一枚のカソード電極２１の両面のうち、スパッタリングターゲット１４が配置された面とは反対側の面に、図３(ａ)に示すように、一乃至複数個の磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂が配置されている。図３(ｂ)は同図(ａ)のＡ₁−Ａ₁線截断断面図であり、図３(ｃ)は同図(ａ)のＢ₁−Ｂ₁線截断断面図である。

図３(ａ)〜(ｃ)のスパッタリングターゲット１４は長方形形状又は正方形形状の直角四辺形形状にされている。

後述する図６(ａ)、(ｂ)のターゲット装置６０は、円筒形形状のカソード電極６１と、円筒形形状のカソード電極６１の外周面に配置された円筒形形状のスパッタリングターゲット６４とを有しており、円筒形形状のスパッタリングターゲット６４の内周側の領域内に円筒形形状のカソード電極６１が位置するようにされ、円筒形形状のカソード電極６１の内周側であって、円筒形形状のカソード電極６１で取り囲まれた領域に、図５(ｂ)、(ｃ)に示す磁石装置３２が配置されている。

ここで、上述した直角四辺形形状のスパッタリングターゲット１４に配置された磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂と、円筒形形状のカソード電極６１内に配置された磁石装置３２とは、それぞれ細長で長手方向を有しており、各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２の長手方向を主方向と呼ぶと、各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２は、主方向が平板形形状のスパッタリングターゲット１４の二辺、又は円筒形形状のスパッタリングターゲット６４の中心軸線と平行になるように配置されている。

従って、複数の磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂を有する場合は、各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂は互いに平行に配置されている。平板形形状のスパッタリングターゲット１４は、主方向と平行な辺の長さが、それとは直角な辺の長さよりも長くなっている。

＜磁石装置＞
各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２は、長手方向が主方向に沿って配置された細長の薄板であるヨーク３９、４０をそれぞれ有している。ヨーク３９、４０は高透磁率材料で形成されている。複数の磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂を有する場合は、各ヨーク３９は同一平面に配置することができ、また、異なる平面上に配置することができる。

各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２は、それぞれ長手方向を有する可変磁力部５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂと、固定磁力部５１、５２とを有している。

可変磁力部５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂは細長で長手方向を有しており、各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２の両端に、その長手方向が主方向に沿って配置されている。

固定磁力部５１、５２は、両端の二個の可変磁力部５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂの間に、その長手方向が主方向に沿って配置されている。可変磁力部５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂと固定磁力部５１、５２は一直線上に配置されている。

固定磁力部５１、５２は、それぞれ細長の永久磁石から成る第一の中央外側部３５ａ、３６ａと第二の中央外側部３５ｂ、３６ｂと中央内側部３３、３４とを有している。

第一の中央外側部３５ａ、３６ａと第二の中央外側部３５ｂ、３６ｂとは、その長手方向が主方向に沿って配置されており、第一の中央外側部３５ａ、３６ａと第二の中央外側部３５ｂ、３６ｂとの両端は一方が他方よりも突き出されないように揃えられている。

中央内側部３３、３４は、第一の中央外側部３５ａ、３６ａと第二の中央外側部３５ｂ、３６ｂとの間に、その長手方向が主方向に沿って配置されている。

可変磁力部５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂは、それぞれ細長の永久磁石から成る第一の端外側部３７ａ、３８ａと第二の端外側部３７ｂ、３８ｂと、細長で湾曲形形状又は折線形形状の永久磁石からなる接続部３７ｃ、３８ｃと、一直線上に配置された複数個の可変磁石４７から成る端内側部４３、４４とを有している。

第一の端外側部３７ａ、３８ａと第二の端外側部３７ｂ、３８ｂとは、その長手方向が主方向に沿って配置されており、一方の端部は固定磁力部５１、５２に揃って向けられており、他方の端部には、接続部３７ｃ、３８ｃの端部がそれぞれ接続されている。従って、第一の端外側部３７ａ、３８ａと第二の端外側部３７ｂ、３８ｂとは、接続部３７ｃ、３８ｃによって接続され、Ｕ字形形状の永久磁石部材３７、３８が形成されている。

端内側部４３、４４は、第一の端外側部３７ａ、３８ａと第二の端外側部３７ｂ、３８ｂとの間に、その長手方向が主方向に沿って配置されている。

＜可変磁石＞
図２(ａ)、(ｂ)を参照し、可変磁石４７は、永久磁石から成る基礎磁力部７１と、絶縁被覆配線が螺旋状に巻き回されたコイルから成る電磁石部７３とを有している。

真空槽２５の外部には、励磁電源１８が配置されており、電磁石部７３は、配線７５によって励磁電源１８に接続され、励磁電源１８が出力する励磁電流が流れて電磁石部７３の両端に互いに逆極性の磁極が発生するようになっている。

図２(ａ)の可変磁石４７は、基礎磁力部７１が電磁石部７３の内部に挿通され、電磁石部７３が基礎磁力部７１を巻き回すように配置されており、基礎磁力部７１の互いに逆極性の磁極の中心を結ぶ直線と、電磁石部７３が発生させる互いに逆極性の磁極の中心を結ぶ直線とは、一致するように配置されている。その結果、基礎磁力部７１が形成する磁界と電磁石部７３が形成する磁界とが重なり合う。符号７０は、互いに逆極性の磁極の中心を結ぶ直線である。

電磁石部７３の磁極の極性は、電磁石部７３に流れる励磁電流の向きによって変わる。

なお、複数のヨーク３９を有する場合は、各ヨーク３９は、各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂毎に個別に互いに離間して配置されており、ヨーク３９の長手方向は主方向に沿って長手方向両端がそろうように配置されている。

各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２の永久磁石と電磁石とは、ヨーク３９、４０とカソード電極２１、６１との間に配置されている。

可変磁石４７はヨーク３９、４０上に固定されており、可変磁石４７のヨーク３９、４０に固定された面を底面とし、底面とは反対側の面を上端面とすると、基礎磁力部７１の磁極は、Ｎ極とＳ極の二個の極性のうち、一方の極性の磁極が底面側に位置し、他方の極性の磁極が上端面側に位置している。
電磁石部７３が発生させる磁極についても、一方の極性の磁極がヨーク３９、４０側に形成され、他方の極性の磁極がカソード電極２１、６１側に形成されている。
ヨーク３９、４０の位置とは反対側にはカソード電極２１、６１が位置している。

従って、基礎磁力部７１が形成する磁界と電磁石部７３が発生させる磁界とを合成した磁界の向きと強度が、可変磁石４７が形成する磁界の向きと強度になる。

励磁電源１８は制御装置１２に接続されており、励磁電源１８が電磁石部７３に供給する励磁電流は、流れる向きと大きさが制御装置１２によって制御されている。

励磁電流の向きは二方向あるが、いずれの方向に流れる場合であっても電磁石部７３が形成する磁界強度が基礎磁力部７１が形成する磁界強度よりも強くならないような大きさの励磁電流が流れるようになっている。

電磁石部７３に一方向の向きの励磁電流が流れ、電磁石部７３に発生した磁極のうち、ヨーク３９、４０に向けられた磁極の極性が、基礎磁力部７１のヨーク３９、４０に向けられた磁極の極性と一致した場合は、電磁石部７３に発生した磁極のうち、ヨーク３９、４０の位置とは反対側のカソード電極２１、６１に向けられた磁極の極性が、基礎磁力部７１のヨーク３９、４０の位置とは反対側のカソード電極２１、６１に向けられた磁極の極性と一致する。

この場合は基礎磁力部７１が形成する磁界強度と電磁石部７３が形成する磁界強度とが加算され、可変磁石４７の磁界強度は基礎磁力部７１の磁界強度よりも大きくなる。

それとは逆に、電磁石部７３に逆方向の向きの励磁電流が流れ、電磁石部７３に発生した磁極のうち、ヨーク３９、４０に向けられた磁極の極性が、基礎磁力部７１のヨーク３９、４０に向けられた磁極の極性とは逆極性になった場合は、電磁石部７３に発生した磁極のうち、ヨーク３９、４０の位置とは反対側に向けられた磁極の極性も、基礎磁力部７１のヨーク３９、４０の位置とは反対側に向けられた磁極の極性とは逆極性になる。

この場合は基礎磁力部７１が形成する磁界強度から電磁石部７３が形成する磁界強度が減算され、可変磁石４７の磁界強度は基礎磁力部７１の磁界強度よりも小さくなる。

なお、可変磁石４７の磁芯として、永久磁石の代わりに高透磁率の材料を使用することもできる。また、基礎磁力部７１に永久磁石を使用する場合は、ターゲット方向に永久磁石のどちらの磁極を向けてもよい。さらに、励磁電流の向きや電流値を制御することにより、基礎磁力部７１の磁界強度を強めることも、弱めることもできる。

図２(ｂ)は、電磁石部７３の中に、高透磁率で永久磁石になりにくい材料で形成された磁芯７２を挿入して磁芯７２を電磁石部７３の配線によって巻き回し、電磁石部７３の外部に基礎磁力部７１を配置して可変磁石４７を形成したものである。

図２(ａ)、(ｂ)のいずれの場合も、電磁石部７３が形成する磁極の中心同士を結ぶ直線７０が、基礎磁力部７１の二個の磁極の中心を通るように電磁石部７３と基礎磁力部７１とが配置される。

可変磁力部５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂに配置される複数の可変磁石４７のうち、いくつかの磁芯を永久磁石とし、他の磁芯を高透磁率の材料にすることもできる。さらに、可変磁力部５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂは、少なくとも一つの可変磁石４７を有していればよく、可変磁石４７と永久磁石の組み合わせでもよい。さらに、一番端部が可変磁石４７の場合に限定されない。

＜永久磁石＞
各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２に含まれる永久磁石は、各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２毎に設けられたヨーク３９、４０上にそれぞれ固定されており、永久磁石のヨーク３９、４０に固定された面を底面とし、底面の反対側に位置する面を上端面とすると、底面と上端面にそれぞれ磁極が位置するようにされている。

Ｓ極とＮ極のうち、いずれか一方の極性を第一極とし、他方の極性を第二極とすると、各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２の中のうち、第一の中央外側部３５ａ、３６ａと第二の中央外側部３５ｂ、３６ｂと、第一の端外側部３７ａ、３８ａと、第二の端外側部３７ｂ、３８ｂと、接続部３７ｃ、３８ｃとの中の永久磁石は、同じ極性である第一極の磁極がヨーク３９、４０側に向けられており、その第一極とは逆極性の第二極の磁極がカソード電極２１、６１に向けられている。

端内側部４３、４４の可変磁石４７と、中央内側部３３、３４と、端内側部４３、４４との中の永久磁石とは、第一の中央外側部３５ａ、３６ａと第二の中央外側部３５ｂ、３６ｂと、第一の端外側部３７ａ、３８ａと、第二の端外側部３７ｂ、３８ｂと、接続部３７ｃ、３８ｃとは逆極性の磁極がヨーク３９、４０とカソード電極２１にそれぞれ向けられるようになっている。

従って、第一極の磁極と第二極の磁極とがカソード電極２１、６１に向けられており、スパッタリングターゲット１４、６４のスパッタ面２４、６６上にアーチ形形状の磁力線が形成され、電子が捕捉されるようになっている。

真空槽２５の内部が真空排気装置２９によって真空排気され、真空雰囲気が形成された後、真空槽２５の内部にガス源２６からスパッタリングガスが導入され、カソード電極２１、６１に電圧が印加されてスパッタ面２４、６６から電子が放出される。

磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２がスパッタ面２４、６６上に形成する磁界によって電子が捕捉されてスパッタ面２４、６６の近傍にスパッタリングガスのプラズマが高効率に形成される。

第一の中央外側部３５ａ、３６ａと第二の中央外側部３５ｂ、３６ｂと、第一の端外側部３７ａ、３８ａと、第二の端外側部３７ｂ、３８ｂと、接続部３７ｃ、３８ｃとは、環状に配置され、第一の中央外側部３５ａ、３６ａと第二の中央外側部３５ｂ、３６ｂと、第一の端外側部３７ａ、３８ａと、第二の端外側部３７ｂ、３８ｂと、接続部３７ｃ、３８ｃとによって環状の磁石部が形成されるものとし、また、中央内側部３３、３４と端内側部４３、４４は同一直線上に配置され、直線状の磁石部が形成されるものとすると、直線状の磁石部は環状の磁石部の内側に配置されている。

＜エロ−ジョン領域＞
スパッタ面２４、６６上のプラズマは、環状の磁石部と直線状の磁石部との間の環状の領域で強度が大きくなっており、スパッタ面２４上で大量にスパッタリングされる部分は、各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２毎にプラズマ強度が大きい環状の領域である。この領域はエロ−ジョン領域と呼ばれている。

特に、平板形形状のスパッタリングターゲット１４は外周付近の領域が多量にスパッタリングされやすく、円筒形形状のスパッタリングターゲット６４では長手方向両端の領域が多量にスパッタリングされやすい。
スパッタ面２４の領域のうち、多量にスパッタリングされる領域と磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２との間の距離は、少量しかスパッタされない領域と磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２との間の距離よりも短くなり、多量にスパッタリングされる領域のスパッタ面２４上の磁界強度が強くなってしまうから、一層多量にスパッタリングされることになる。

平板形形状のスパッタリングターゲット１４では、可変磁石４７は、スパッタリングターゲット１４の外周付近に磁極が向く場所に配置されており、円筒形形状のスパッタリングターゲット６４では、可変磁石４７は、スパッタリングターゲット６４の両端付近に磁極が向く場所に配置されている。
そのため、スパッタリングターゲット１４、６４の中央付近よりも外周付近又は両端付近の方がエロ−ジョン領域は深くなる。

薄膜が形成された成膜対象物１３の枚数は制御装置１２によって計数されており、薄膜が形成された成膜対象物１３の枚数が増加すると、制御装置１２は励磁電流の向きと大きさを制御して可変磁石４７が形成する磁界強度が小さくなるようにされており、エロ−ジョン領域の深さが中央よりも深くなっても、可変磁石４７がスパッタ面２４に形成する磁界強度は一定になり、外周付近のスパッタリング量が多くならないようにされている。

この場合、例えば、可変磁石４７の中で、電磁石部７３の磁極と基礎磁力部７１の磁極のうち、カソード電極２１に向けられた磁極を同極性にして可変磁石４７が形成する磁界強度を強めておき、スパッタリング装置２で薄膜を形成する成膜対象物１３の枚数の増加に応じて励磁電流を減少させ、可変磁石４７が形成する磁界強度を枚数の増加に応じて減少させる。

励磁電流の大きさがゼロになった後、励磁電流の流れる方向を反転させ、電磁石部７３と基礎磁力部７１のカソード電極２１に向けられた磁極を逆極性にして、基礎磁力部７１が形成する磁界強度を、枚数の増加に応じて電磁石部７３が形成する磁界強度によって弱め、可変磁石４７が形成する磁界強度が枚数の増加に応じて減少するようにすると、多量にスパッタされる部分が磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２に接近するに従って磁界強度が小さくなるから、スパッタ面２４の外周に近い領域とその内側の領域との間でのスパッタリング量が均一になる。

従って、基礎磁力部７１が形成する磁界強度は電磁石部７３が形成せずに済むため、励磁電流が小さくて済み、可変磁石４７の発熱が減少する。その結果、電流消費量が減少し、発熱が減少する。また、励磁電流が流れなくなる事故が生じた場合でも、基礎磁力部７１が形成する磁界は消滅しないから、スパッタリングを続行することができるので、装置の信頼性が向上する。

但し、最初のときから基礎磁力部７１の磁界を減少させる向きに電磁石部７３の磁界を形成させ、向きを変化させずに励磁電流を増加させ、薄膜形成の枚数増加に応じて電磁石部７３の磁界強度を大きくすることで、可変磁石４７の磁界強度を小さくしてもよい。

本発明は全ての可変磁石４７の磁界強度を小さくする場合に限定されるものではなく、スパッタ面内でのエロ−ジョン領域の分布を考慮する場合等、複数の可変磁石４７の中に、磁界強度を減少させる可変磁石４７と磁界強度を増加させる可変磁石４７との両方が設けられる場合も本発明に含まれる。

各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２は互いに平行に一列に並べられている。平面上に配置された各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂の両端は、それぞれ一直線上に並ぶように揃えられている。他方、円筒のカソード電極６１内に配置された磁石装置３２は、カソード電極６１断面の円と同心で半径がその円よりも小さい円に沿って並べられている。

複数の磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂が互いに平行に一列に並べられているときは、一列に並べられた磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂のうち、両端に位置する二個の磁石装置３０₁、３０₂の可変磁力部５３ａ、５３ｂの可変磁石４７の個数は、他の場所に位置する磁石装置３１₁〜３１₄の可変磁力部５４ａ、５４ｂの可変磁石４７の個数よりも多くされており、スパッタ面２４のうち、主方向と平行な辺付近の領域でのスパッタリング量が調整されるようになっている。

＜磁石装置の移動＞
なお、複数の磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂は移動板４５に固定されている。真空槽２５の外部には、モーター等の駆動装置１９が配置されており、駆動装置１９によって移動板４５が移動されると、各磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂は互いに一緒に移動するようにされている。

円筒形形状のカソード電極６１の中に配置された磁石装置３２の移動については後述する。

平板形形状のスパッタリングターゲット１４の場合は、主方向に対し垂直であってスパッタ面２４に対して平行な方向を垂直方向とすると（この場合のスパッタ面２４はスパッタリングがされておらず、エロ−ジョン領域が形成されていない状態の場合）、図３(ａ)〜(ｃ)に示されたように配置されたスパッタリングターゲット１４の垂直方向の長さは、磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂が並べられた領域の垂直方向の長さよりも長くなるようにされており、駆動装置１９によって移動板４５は垂直方向に沿った方向に往復移動され、プラズマが強い領域がスパッタ面２４上で移動されるようになっている。

＜他の例＞
図３(ａ)のスパッタリングターゲット１４は成膜材料から成る一枚の板であり、カソード電極２１は一枚の電極板であったが、本発明のスパッタリング装置２の他の例は、図４(ａ)のように、複数のターゲット装置１０₁、１１₁〜１１₄、１０₂を有している。各ターゲット装置１０₁、１１₁〜１１₄、１０₂は個別の細長のカソード電極１６₁〜１６₆をそれぞれ有しており、各カソード電極１６₁〜１６₆の片面には、スパッタリングターゲット１５₁〜１５₆がそれぞれ配置され、反対側の面には、上述した磁石装置３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂がそれぞれ配置されている。

複数の各カソード電極１６₁〜１６₆は、同じ平面上に互いに平行に離間して配置されている。

図４(ｂ)は同図(ａ)のＡ₂−Ａ₂線截断断面図であり、図４(ｃ)は同図(ａ)のＢ₂−Ｂ₂線截断断面図である。図３(ａ)と図４(ａ)では、移動板４５とカソード電極２１、１６₁〜１６₆とヨーク３９とが省略されている。

＜円筒形形状＞
図５(ａ)の符号６０は他の構造のターゲット装置であり、そのＡ₃−Ａ₃線截断断面図を図６(ａ)に示し、Ｂ₃−Ｂ₃線截断断面図を同図(ｂ)に示す。

このターゲット装置６０は、上述したように、円筒形形状のカソード電極６１と、カソード電極６１の外周面に配置された円筒形形状のスパッタリングターゲット６４とを有しており、スパッタリングターゲット６４の内周側の領域内にカソード電極６１が位置するようにされている。

円筒形形状のカソード電極６１の内周側であって、カソード電極６１で取り囲まれた領域には図５(ｂ)に示す磁石装置３２が配置されている。同図(ｃ)は、同図(ｂ)のＣ−Ｃ線截断断面図である。

この磁石装置３２は、ヨーク４０を有しておりヨーク４０上には、上述した固定磁力部５２と可変磁力部５４ａ、５４ｂとが配置されている。固定磁力部５２と可変磁力部５４ａ、５４ｂとは、上述した通りに構成されており、但し、磁石装置３２内の磁極はカソード電極６１の内周面と対面するように、ヨーク４０に傾斜面又は接続面が設けられている。

ヨーク４０は台座５８に設けられており、台座５８は、回転軸５７に取り付けられた支持軸５６に取り付けられている。

円筒形形状のカソード電極６１の中心軸線と円筒形形状のスパッタリングターゲット６４の中心軸線とは一致しており、図５(ａ)の符号７４はその中心軸線を示しており、中心軸線７４が伸びる方向が主方向になっている。

回転軸５７の回転軸線はカソード電極６１の中心軸線７４とスパッタリングターゲット６４の中心軸線７４と一致しており、駆動装置によって回転軸５７が回転されると、磁石装置３２は、中心軸線７４を中心にして回転する。

このとき、磁石装置３２内の磁極とカソード電極６１との間の距離は変化せず、磁界強度が一定の場合は可変磁力部５４ａ、５４ｂ上のスパッタリング量が増加する。本発明では可変磁石４７が形成する磁界強度を制御して、可変磁力部５４ａ、５４ｂが形成する磁界強度を処理対象物の処理枚数に応じて減少させることで、スパッタリングターゲット６４のスパッタ面６６と磁石装置３２との間の距離の不均一を、磁界強度の変更により補って、スパッタリングターゲット６４の表面が均一にスパッタリングされるようにされている。

上記可変磁石４７は、図７に示した冷媒路６９ａ、６９ｂが設けられたケース６７の内部に配置されてユニット６８とされており、供給管６３ａ、６３ｂから冷却媒体を冷媒路６９ａ、６９ｂに供給して冷却媒体を冷媒路６９ａ、６９ｂの中に流し、熱を吸収した冷却媒体を排出管６５ａ、６５ｂからケース６７の外部に排出させ、真空槽２５の外部に配置した冷却装置２０によって冷却し、供給管６３ａ、６３ｂからケース６７の冷媒路６９ａ、６９ｂに戻すことで冷却媒体を循環させるようにすると、励磁電流を増加させることができる。

可変磁石４７毎に異なるケース６７に配置してもよいが、複数個の可変磁石４７を同じケース６７の内部に配置する方が、供給管６３ａ、６３ｂや排出管６５ａ、６５ｂを少なくすることができる。

２……スパッタリング装置
５、１０₁、１１₁〜１１₄、１０₂、６０……ターゲット装置
１３……成膜対象物
１４、１５₁〜１５₆、６４……スパッタリングターゲット
１６₁〜１６₆、２１、６１……カソード電極
１８……励磁電源
２２……成膜面
２４、６６……スパッタ面
２５……真空槽
３０₁、３１₁〜３１₄、３０₂、３２……磁石装置
３３、３４……中央内側部
３５ａ、３６ａ……第一の中央外側部
３５ｂ、３６ｂ……第二の中央外側部
３７ａ、３８ａ……第一の端外側部
３７ｂ、３８ｂ……第二の端外側部
３７ｃ、３８ｃ……接続部
４３、４４……端内側部
４７……可変磁石
５１、５２……固定磁力部
５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ……可変磁力部
６７……ケース
７１……基礎磁力部
７３……電磁石部

Claims (14)

1. カソード電極と、
   前記カソード電極の片面に配置され、真空槽内に露出するスパッタ面がスパッタリングされるスパッタリングターゲットと、
   前記カソード電極の面のうち前記片面とは反対側の面に配置され、前記スパッタ面上に磁界を形成する磁石装置と、が設けられたターゲット装置を有し、
   前記スパッタリングターゲットがスパッタリングされると前記真空槽内に位置する成膜対象物の成膜面に薄膜が形成されるスパッタリング装置であって、
   前記磁石装置は、細長で長手方向を有しており、前記長手方向の両端にはそれぞれ可変磁力部が配置され、前記可変磁力部の間には固定磁力部が配置され、
   前記固定磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の中央外側部の間に前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る中央内側部と、を有し、
   前記可変磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の端外側部と、前記第一、第二の端外側部の間に前記長手方向に沿って配置された複数個の可変磁石から成る端内側部と、前記磁石装置の前記長手方向の両端に位置し、前記第一、第二の端外側部の端部同士を接続する細長で湾曲した永久磁石から成る接続部と、を有し、
   Ｎ極とＳ極のうち、いずれか一方の極性の磁極を第一極とし、他方の極性の磁極を第二極とすると、
   前記第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の端外側部と、前記接続部とは、前記第一極の磁極が前記カソード電極に向けられ、
   前記中央内側部と前記端内側部とは前記第二極の磁極が前記カソード電極に向けられ、
   前記可変磁石は磁芯部と、前記磁芯部の周りに巻かれたコイルを有し、励磁電流が流れると磁界を形成する電磁石部とを有し、
   前記可変磁石が形成する磁界の向きと強度は、前記励磁電流の流れる方向と大きさによって変更可能に構成されたスパッタリング装置。
2. 前記可変磁石のうち、少なくとも一つの前記可変磁石の前記磁芯部は永久磁石からなる基礎磁力部を有し、
   前記可変磁石が形成する磁界の強度は前記基礎磁力部の磁界と前記電磁石部の磁界とが合成された磁界の強度になる請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 前記基礎磁力部の前記第一極の磁極は前記カソード電極に向けられた請求項２記載のスパッタリング装置。
4. 前記基礎磁力部の前記第二極の磁極は前記カソード電極に向けられた請求項２記載のスパッタリング装置。
5. 前記可変磁石が形成する磁界の強度は、前記スパッタリングターゲットがスパッタリングされる間に変更可能にされた請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
6. 前記スパッタリングターゲットと前記磁石装置とは、相対的に往復移動するように構成された請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
7. 前記ターゲット装置は、一枚の前記カソード電極と、一枚の前記カソード電極に配置された前記スパッタリングターゲットと、互いに平行に配置された複数個の前記磁石装置とを有する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
8. 複数個の前記磁石装置を有するスパッタリング装置であって、
   複数個の前記磁石装置は互いに平行に配置されて一列に並べられ、
   並べられた前記磁石装置のうち、両端に位置する前記磁石装置の前記可変磁石の個数は、他に位置する前記磁石装置の前記可変磁石の個数よりも多数個にされた請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
9. 前記ターゲット装置を複数個有する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
10. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスパッタリング装置であって、
    前記ターゲット装置は、円筒形形状にされた前記カソード電極と、前記カソード電極の外周に配置された円筒形形状の前記スパッタリングターゲットと、
    前記カソード電極で囲まれた領域に配置された前記磁石装置とを有するスパッタリング装置。
11. 前記可変磁石はケース内に配置し、前記ケースに設けられた冷媒路に冷却媒体を流し、前記可変磁石を冷却する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
12. スパッタリング装置を制御して成膜対象物に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
    前記スパッタリング装置は、
    カソード電極と、
    前記カソード電極の片面に配置され、真空槽内に露出するスパッタ面がスパッタリングされるスパッタリングターゲットと、
    前記カソード電極の面のうち前記片面とは反対側の面に配置され、前記スパッタ面上に磁界を形成する磁石装置と、が設けられたターゲット装置を有し、
    前記スパッタリングターゲットがスパッタリングされると前記真空槽内に位置する成膜対象物の成膜面に薄膜が形成されるスパッタリング装置であって、
    前記磁石装置は、細長で長手方向を有しており、前記長手方向の両端にはそれぞれ可変磁力部が配置され、前記可変磁力部の間には固定磁力部が配置され、
    前記固定磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の中央外側部の間に前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る中央内側部と、を有し、
    前記可変磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の端外側部と、前記第一、第二の端外側部の間に前記長手方向に沿って配置された複数個の可変磁石から成る端内側部と、前記磁石装置の前記長手方向の両端に位置し、前記第一、第二の端外側部の端部同士を接続する細長で湾曲した永久磁石から成る接続部と、を有し、
    Ｎ極とＳ極のうち、いずれか一方の極性の磁極を第一極とし、他方の極性の磁極を第二極とすると、
    前記第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の端外側部と、前記接続部とは、前記第一極の磁極が前記カソード電極に向けられ、
    前記中央内側部と前記端内側部とは前記第二極の磁極が前記カソード電極に向けられ、
    前記可変磁石は磁芯部と、前記磁芯部の周りに巻かれたコイルを有し、励磁電流が流れると磁界を形成する電磁石部とを有し、
    前記可変磁石が形成する磁界の向きと強度は、前記励磁電流の流れる方向と大きさによって変更可能に構成され、
    前記薄膜を形成した前記成膜対象物の枚数が増加すると、前記可変磁石が形成する磁界の強度を減少させる薄膜製造方法。
13. スパッタリング装置を制御して成膜対象物に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
    前記スパッタリング装置は、カソード電極と、
    前記カソード電極の片面に配置され、真空槽内に露出するスパッタ面がスパッタリングされるスパッタリングターゲットと、
    前記カソード電極の面のうち前記片面とは反対側の面に配置され、前記スパッタ面上に磁界を形成する磁石装置と、が設けられたターゲット装置を有し、
    前記スパッタリングターゲットがスパッタリングされると前記真空槽内に位置する成膜対象物の成膜面に薄膜が形成されるスパッタリング装置であって、
    前記磁石装置は、細長で長手方向を有しており、前記長手方向の両端にはそれぞれ可変磁力部が配置され、前記可変磁力部の間には固定磁力部が配置され、
    前記固定磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の中央外側部の間に前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る中央内側部と、を有し、
    前記可変磁力部は、前記長手方向に沿って配置された細長の永久磁石から成る第一、第二の端外側部と、前記第一、第二の端外側部の間に前記長手方向に沿って配置された複数個の可変磁石から成る端内側部と、前記磁石装置の前記長手方向の両端に位置し、前記第一、第二の端外側部の端部同士を接続する細長で湾曲した永久磁石から成る接続部と、を有し、
    Ｎ極とＳ極のうち、いずれか一方の極性の磁極を第一極とし、他方の極性の磁極を第二極とすると、
    前記第一、第二の中央外側部と、前記第一、第二の端外側部と、前記接続部とは、前記第一極の磁極が前記カソード電極に向けられ、
    前記中央内側部と前記端内側部とは前記第二極の磁極が前記カソード電極に向けられ、
    前記可変磁石は磁芯部と、前記磁芯部の周りに巻かれたコイルを有し、励磁電流が流れると磁界を形成する電磁石部とを有し、
    前記可変磁石が形成する磁界の向きと強度は、前記励磁電流の流れる方向と大きさによって変更可能に構成され、
    前記薄膜を形成した前記成膜対象物の枚数が増加すると、前記可変磁石が形成する磁界の強度を増加させる薄膜製造方法。
14. カソード電極と、
    前記カソード電極の片面に配置され、真空槽内に露出するスパッタ面がスパッタリングされるスパッタリングターゲットと、
    前記カソード電極の面のうち前記片面とは反対側の面に配置され、前記スパッタ面上に磁界を形成する複数の細長の磁石装置と、が設けられたターゲット装置を用い、
    前記スパッタリングターゲットをスパッタリングして前記真空槽内に位置する成膜対象物の成膜面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
    各前記磁石装置の両端部に、永久磁石と電磁石とを有し、前記永久磁石が形成する磁界と励磁電流が流れて前記電磁石が形成する磁界とが合成された磁界を形成する可変磁石を配置し、
    前記電磁石に流れる前記励磁電流の方向と大きさとを制御して、前記薄膜が形成された前記成膜対象物の枚数の増加により前記可変磁石が形成する磁界強度を小さくする薄膜製造方法。

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