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WO2014064741A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2014064741A1
WO2014064741A1 PCT/JP2012/006899 JP2012006899W WO2014064741A1 WO 2014064741 A1 WO2014064741 A1 WO 2014064741A1 JP 2012006899 W JP2012006899 W JP 2012006899W WO 2014064741 A1 WO2014064741 A1 WO 2014064741A1
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WO
WIPO (PCT)
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magnet
target
magnetic
magnetic induction
rotation axis
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2012/006899
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English (en)
French (fr)
Inventor
後藤　哲也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Original Assignee
Tohoku University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tohoku University NUC filed Critical Tohoku University NUC
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Priority to US14/376,519 priority patent/US20150235817A1/en
Priority to CN201280070032.8A priority patent/CN104114742A/zh
Priority to KR1020147021539A priority patent/KR20140116183A/ko
Priority to JP2013541144A priority patent/JP5424518B1/ja
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/345—Magnet arrangements in particular for cathodic sputtering apparatus
    • H01J37/3455—Movable magnets

Definitions

  • the present invention relates to a magnetron sputtering apparatus and a magnetron sputtering method.
  • a process of forming a thin film made of metal or an insulator on a substrate is required.
  • a film forming method using a sputtering apparatus is used.
  • an inert gas such as argon gas is converted into plasma by direct current high voltage or high frequency power, and the target, which is a raw material for forming a thin film, is activated, melted and scattered by this plasma gas, and deposited on the substrate.
  • Patent Document 1 a magnetron sputtering apparatus using a magnet rotation mechanism that can increase the deposition rate and improve target utilization efficiency to reduce production cost and enable stable long-term operation.
  • This device includes a magnet array composed of a plurality of magnets spirally arranged on the outer periphery of a rotating shaft so that magnetic poles of the same polarity face outward, and a fixed magnet provided around the magnet array facing a target By rotating the magnet array around the rotation axis, the magnetic field loop of the horizontal magnetic field horizontal to the target surface formed in the vicinity of the target surface is moved in the rotation axis direction to increase the deposition rate and the target. Improve usage efficiency.
  • the amount of magnets to be used becomes enormous, resulting in a significant increase in apparatus cost.
  • the force acting between the magnets also increases, making it difficult to ensure stable operation of the apparatus.
  • One of the objects of the present invention is to increase the erosion region as the target area increases, particularly in the width direction of the target, while minimizing the amount of magnet used in the magnetron sputtering apparatus using the magnet rotation mechanism. It is to provide an apparatus that can be increased, and a magnetron sputtering method using the apparatus.
  • the magnetron sputtering apparatus of the present invention includes a target arranged to face a plasma formation space, It is arranged on the opposite side of the plasma formation space with respect to the target, is arranged in a spiral around a rotation axis along the surface of the target on the plasma formation space side, and the N pole faces radially outward.
  • a first magnet array comprising a plurality of magnets;
  • a second magnet array composed of a plurality of magnets arranged in a spiral around the rotation axis and in parallel with the first magnet array, with the south pole facing radially outward;
  • the first and second magnets are arranged around the first and second magnet arrays, are formed of magnets having N or S poles on the side facing the target, and rotate.
  • a magnet rotation mechanism that supports the first and second magnet rows and rotates the first and second magnet rows around the rotation axis; When viewed from the target side, in a direction crossing the rotational axis direction, at least a part is disposed between the outer periphery of the first and second magnet rows and the fixed magnet, and along the rotational axis direction.
  • a plurality of magnetic induction members that are arranged and draw magnetic field lines coming out of the first magnet row and lead the magnetic force lines to the target side, or draw magnetic line rays coming from the target side and lead to the second magnet row, It is characterized by that.
  • the plasma formed in the plasma forming space near the surface of the target is rotated by rotating the first and second magnet arrays using the magnetron sputtering apparatus described above.
  • the target material is deposited on the substrate to be processed while being confined in the vicinity.
  • the magnetic field of a magnet that is relatively distant from the target among the plurality of magnets constituting the rotating first and second magnet arrays is effectively utilized as a magnetic field for confining plasma.
  • the erosion region can be expanded in the width direction of the target as the target area is expanded while minimizing the amount of magnet used.
  • the film formation rate and throughput can be improved.
  • Sectional drawing which shows an example of a magnetron sputtering device.
  • the perspective view which shows the magnet rotation mechanism in FIG. 1, a magnet row
  • Sectional drawing of the magnetron sputtering apparatus which concerns on one Embodiment of this invention It is a figure which shows the magnet rotation mechanism, magnet row
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the magnetic induction member, and is a cross-sectional view in the XA-XA direction of FIG. 9.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the magnetic induction member, and is a cross-sectional view in the XB-XB direction of FIG. 9.
  • FIG. 10 is a view for explaining the operation of the magnetic induction member, and is a cross-sectional view in the XC-XC direction of FIG. 9. Sectional drawing corresponding to FIG.
  • FIG. 10A which shows distribution of the line of magnetic force when there is no magnetic induction member.
  • Sectional drawing corresponding to FIG. 10B which shows distribution of the magnetic force line
  • the graph which shows the relationship between the opening width of a fixed magnet, and the intensity
  • the schematic diagram which shows the magnetic induction member which concerns on other embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a magnetron sputtering apparatus to which the present invention is applied
  • FIG. 2 is a perspective view showing a magnet rotation mechanism, a magnet row, and a fixed magnet of the apparatus of FIG.
  • This apparatus comprises a target 21 arranged to face the plasma formation space SP, a magnet rotation mechanism 30, a plurality of magnets 34 constituting a first magnet row 33 described later, and a second magnet row 35 described later.
  • a plurality of magnets 36 and fixed magnets 35 arranged around the first and second magnet rows 33 and 35.
  • 40 is a backing plate to which the target 21 is bonded
  • 50 is a magnetic cover
  • 51 is an RF power source for plasma excitation
  • 52 is a blocking capacitor
  • 53 is for plasma excitation and target DC voltage control.
  • DC power source 60 is an aluminum cover
  • 55 is a feeder line for supplying power to the target 21 through the aluminum cover 60 and the backing plate 40
  • 90 is a substrate to be processed
  • 200 is a substrate to be processed 90, and this is installed. It is a moving stage to be moved.
  • the magnet rotation mechanism 30 has a hollow rotation shaft 31, supports the first and second magnet rows 33, 35 on the outer peripheral surface of the rotation shaft 31, and the first and second magnet rows 33, 35. Rotate around the rotation axis Ct.
  • the rotary shaft 31 has a regular hexagonal outer shape in cross section, and a plurality of magnets 34 and 36 are attached to each surface. Both ends of the rotary shaft 31 are rotatably supported by a support mechanism (not shown), and one end can be rotated by being connected to a gear unit and a motor (not shown).
  • the material of the rotating shaft 31 may be ordinary stainless steel or the like, but it is preferable that a part or all of it is made of a ferromagnetic material having a low magnetic resistance, such as a Ni—Fe high permeability alloy or iron.
  • the material for forming the rotating shaft 31 is iron.
  • the first magnet row 33 is disposed on the opposite side of the target 21 from the plasma formation space SP, and around the rotation axis Ct along the surface of the target 21 on the plasma formation space SP side. And a plurality of magnets 34 whose N poles face radially outward.
  • the second magnet array 35 includes a plurality of magnets 36 that are spirally arranged around the rotation axis Ct, are parallel to the first magnet array 33, and the south pole faces radially outward.
  • Each of the magnets 34 and 36 is a plate-like magnet, and preferably a magnet having a high residual magnetic flux density, a coercive force, and an energy product is used in order to stably generate a strong magnetic field.
  • an Sm—Co based sintered magnet having a residual magnetic flux density of about 1.1 T, and an Nd—Fe—B based sintered magnet having a residual magnetic flux density of about 1.3 T are suitable.
  • an Nd—Fe—B based sintered magnet is used.
  • Each magnet 34, 36 is magnetized in a direction perpendicular to its surface.
  • the fixed magnet 35 is disposed so as to surround the first and second magnet arrays 33 and 35 when viewed from the target 21 side, and is formed of a magnet having an S pole on the side facing the target 21.
  • a magnet having an N pole on the side facing the target 21 may be used.
  • the fixed magnet 35 has the edge part of the part provided in the rotation axis C direction, and the part orthogonal to this connected, you may isolate
  • an Nd—Fe—B based sintered magnet is used as for the fixed magnet 35.
  • the backing plate 40 is installed on a processing chamber outer wall (not shown) via an insulator (not shown).
  • the power frequency of the RF power source 51 is, for example, 13.56 MHz.
  • the RF-DC coupled discharge method in which the DC power source can also be applied in an overlapping manner is adopted.
  • the DC discharge sputtering method using only the DC power source may be adopted, or the RF discharge sputtering method using only the RF power source may be adopted. It may be adopted.
  • the magnetic field that forms this magnetic field pattern acts to confine the plasma near the surface of the target, thereby forming an erosion region that is a sputtered region of the target surface.
  • the circumference of the N pole of the first magnet row 33 is approximately the first.
  • Two magnet rows 35 and a fixed magnet 38 are surrounded by the south pole.
  • the magnetic lines of force from the first magnet row 33 the magnetic lines of force from the magnet 34 that is relatively close to the target 21 pass through the target 21 and then the second magnet row 35 or the fixed magnet 38 that surrounds the target 21. Terminate at the S pole. Therefore, a plurality of closed loop magnetic field patterns 601 are formed on the surface of the target 21.
  • the magnetic field pattern 601 is a locus of a region in which the magnetic field component in the direction perpendicular to the surface of the target 21 is zero and only the magnetic field component in the direction horizontal to the surface of the target 21 exists, and this closed loop magnetic field. Since the plasma is confined in the pattern (hereinafter referred to as a horizontal magnetic field loop) 601, the magnetic field pattern 601 coincides with the erosion region.
  • the plurality of magnetic field patterns 601 move on the surface of the target 21 in the direction indicated by the arrow as the rotation shaft 31 rotates. Note that, at the end portions of the first and second magnet arrays 33 and 35, an erosion region is sequentially generated from one end portion, and the erosion region moves toward the other end portion, and at the other end portion. It disappears sequentially.
  • the usage efficiency of the target 21 is improved.
  • the atoms of the target 21 sputtered out in the erosion region reach the substrate 90 to be processed installed on the moving stage 200 and adhere thereto. Thereby, a thin film is formed on the substrate 90 to be processed. It is also possible to form a film while moving the substrate to be processed 90 relative to the target 21 while driving the moving stage 200 on which the substrate to be processed 90 is driven to excite plasma on the surface of the target 21. .
  • the opening width in the width direction (direction perpendicular to the rotation axis Ct when viewed from the target side) of the fixed magnet 38 indicated by W1 is set to the first and second magnet rows 33 indicated by D1. , 35, which is approximately the same as the diameter of the magnet array.
  • the opening width W1 is increased in order to increase the dimension in the width direction of the target 21, as will be described later, the first and second magnet arrays 33, This is because the magnetic field strength in a region relatively distant from 35 and the fixed magnet 38 decreases, and it becomes difficult to stably confine the plasma on the target surface.
  • a magnetron sputtering apparatus that can cope with an increase in the dimension in the width direction of the target 21 without increasing the amount of magnets to be used will be described.
  • FIG. 4 is a sectional view showing the magnetron sputtering apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the same components as those in the apparatus of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the opening width W1 of the fixed magnet 38 is formed to be sufficiently larger than the magnet row diameter D1
  • the magnetic induction member 11 is provided between the rotating shaft 31 and the fixed magnet 38. Yes.
  • the magnetic induction member 11 has a magnetic field strength of a moving horizontal magnetic field loop formed near the surface of the target 21, particularly between the first and second magnet arrays 33 and 35 and the fixed magnet 38. It is provided to increase the magnetic field strength in the region.
  • the magnetic induction member 11 is formed of a thin plate member, and the material for forming the magnetic induction member 11 is formed of a magnetic material that generates a magnetic pole by magnetic induction, and preferably has a magnetoresistance. It is made of a low ferromagnetic material such as a Ni—Fe high permeability alloy or iron. In the present embodiment, the magnetic induction member 11 is made of iron. As shown in FIG. 6, the magnetic induction member 11 has a trapezoidal shape in which two corners are perpendicular, and the dimensions A, B, and C shown in FIG. 6 are, for example, 37 mm, 34 mm, and 22 mm, respectively. . The thickness T is, for example, 2 mm.
  • the magnetic induction member 11 is rotated between the first and second magnet arrays 33 and 35 and the fixed magnet 38 on both sides of the rotation axis Ct as viewed from the target 21 side.
  • a plurality are arranged along the direction of the axis Ct.
  • FIG. 7 is a side view of the first and second magnet arrays and the magnetic induction member 11 as viewed from a direction horizontal to the surface of the target 21.
  • the magnetic induction member 11 is disposed to be inclined with respect to the rotation axis Ct in accordance with the inclination angle (spiral inclination angle) of the first and second magnet arrays 33 and 35 indicated by ⁇ D in FIG.
  • the inclination angle of the spiral is 65 °
  • the magnetic induction member 11 is also inclined by 65 ° with respect to the rotation axis Ct.
  • the magnetic induction member 11 is arranged in accordance with the spiral inclination angle).
  • the magnetic induction member 11 can be arranged so as to be orthogonal to the rotation axis Ct without being inclined with respect to the rotation axis Ct.
  • the plurality of magnetic induction members 11 are arranged at a predetermined arrangement pitch P1, and the pitch P1 is, for example, about 4 mm. Further, as can be seen from FIG. 7, the thickness of the magnetic induction member 11 in the direction of the rotational axis Ct is thinner than the width E of the magnets constituting the first and second magnet rows 33 and 35 in the direction of the rotational axis Ct.
  • the arrangement pitch P1 of the magnetic induction members 11 in the rotation axis Ct direction is configured to be smaller than the interval F between the first and second magnet rows.
  • the width E and the interval F are, for example, 19 mm and 25 mm. Under such dimensional conditions, two or three magnetic induction members 11 are installed in the range of the width E of the first and second magnet rows. The reason why the thickness and the arrangement pitch P1 of the magnetic induction member 11 are configured as described above will be described later.
  • the position of the lower end portion (the end portion facing the target 21) of the magnetic induction member 11 is the closest to the target 21 among the magnets of the first and second magnet arrays 33 and 35 in the direction perpendicular to the surface of the target 21. It is set to almost the same height as the nearby magnet.
  • a nonmagnetic material such as aluminum or resin is interposed between the plurality of magnetic induction members 11. It is also possible to sandwich a plate-shaped member made of a material. In that case, it is preferable to integrally mold the plurality of magnetic induction members 11 and the plurality of plate-like members.
  • the plate-like member is a non-magnetic metal material such as aluminum, it may be fastened with aluminum bolts / nuts or rivets, or may be firmly fixed with a belt-like frame.
  • the plate-like member When the plate-like member is a resin, it may be integrally formed by immersing a plurality of magnetic induction members 11 temporarily maintained at equal intervals in a molten resin and solidifying the resin.
  • Each of the plurality of magnetic induction members 11 is preferably formed of the same material and the same shape and size as shown in FIG. 6, but is not necessarily the same material, the same shape, May not be the same size. Furthermore, it may depend on other factors, for example, the shape or structural homogeneity of the target 21 and the magnet rotation mechanism 30. Considering these things, the allowable range of the material, shape, and size of the magnetic induction member 11 is such that the plasma formed between the target 21 and the magnet rotation mechanism 30 is homogeneous or substantially homogeneous without location dependence.
  • the arrangement intervals of the magnetic induction members 11 are preferably equal intervals, or substantially or effectively equal intervals. However, depending on the homogeneity of the target 21 and the magnet rotation mechanism 30, the equality of the target 21 and the magnet rotation mechanism 30 may hinder the homogeneity of the plasma formed between the target 21 and the magnet rotation mechanism 30. If so, the arrangement interval of the magnetic induction members 11 may be intentionally changed so that the homogeneity of the plasma is maintained. For example, it is preferable to arrange the plurality of magnetic induction members 11 by gradually increasing the arrangement interval toward the center of the magnet rotation mechanism 30 along the rotation axis Ct of the magnet rotation mechanism 30 because the above-described problem can be relatively easily solved. .
  • the first and second magnet arrays 33 and 35 are arranged in a spiral shape at an equal pitch along the periphery of the rotation axis Ct is an example of a preferable example.
  • it may be arranged in a spiral shape with an unequal pitch, and the unequal pitch is arranged along the rotation axis Ct of the magnet rotation mechanism 30.
  • the pitch interval may be continuously widened toward the center and arranged in a spiral shape.
  • the width E of the first and second magnet rows is described and illustrated in the same width for convenience of explanation, but the plasma depending on the difference in the magnetic force of the magnets constituting the magnet row or the desired plasma is as intended. It is also a suitable example to make it different so as to be formed. For example, it is desirable to make the width of the N-type magnet row wider than the width of the S-type magnet row according to the difference in the magnetic force of the magnets constituting the magnet row.
  • FIG. 8A when two magnets 301 and 302 having opposite magnetic poles are arranged side by side, the magnetic field lines MF emitted from one magnet 301 are attracted and enter the other magnet 302.
  • magnetic bodies 401 and 402 having end faces substantially the same as the magnets 301 and 302 are arranged at positions facing the magnets 301 and 302, the magnetic lines of force try to pass through the magnetic body as much as possible due to magnetic induction.
  • route of the magnetic force line MF can be extended to the position further distant from the magnets 301 and 302. FIG. However, as shown in FIG.
  • a plurality of magnetic bodies 501 having end surfaces narrower than the widths of the end surfaces of the magnets 301 and 302 are arranged at an interval narrower than the width of the end surfaces of the magnets 301 and 302.
  • the magnetic body 501 can extend the path of the magnetic lines of force MF to a position further away from the magnets 301 and 302, and even if the magnets 301 and 302 move relative to the magnetic body 501, the path of the extended magnetic lines of force MF Can be maintained. This is because magnetism is not shunted between magnets because the magnetic plates are isolated from each other.
  • the minimum horizontal magnetic field strength in the horizontal magnetic field loop region is at least 100 gauss, preferably 200 gauss or more, more preferably 300 gauss or more.
  • the minimum horizontal magnetic field strength in the horizontal magnetic field loop region is lowered.
  • the magnetic induction member 11 extends the path of the lines of magnetic force formed between the first magnet row 33, the second magnet row 35, and the fixed magnet 38, It acts to increase the magnetic field strength of the horizontal magnetic field loop.
  • FIG. 9 is a view of the first and second magnet arrays, the magnetic induction member, and the fixed magnet as seen from the target direction.
  • a locus 601 indicated by an alternate long and short dash line is a horizontal magnetic field loop formed on the surface of the target 21.
  • 10A is a cross-sectional view taken along line XA-XA along the first magnet row 33 in FIG. 9
  • FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line XB-XB perpendicular to the XA-XA line in FIG. 9, and
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line XC-XC along nine second magnet rows 35.
  • 10A and 10C show only one half of the magnet row with respect to the rotation axis Ct.
  • the lines of magnetic force emitted from the magnets 34 of the first magnet row 33 that are not closest to the surface of the target 21 but relatively far from the surface of the target 21 are derived from the properties of the magnetic material described above.
  • the magnetic induction member 11 is attracted to one end of the magnetic induction member 11 disposed between the first magnet row 33 and the fixed magnet 38 and enters the magnetic induction member 11. Since the magnetic lines of force are gathered in a material having as high a permeability as possible and the magnetic lines of force tend to repel each other, the magnetic lines of force that have entered the magnetic induction member 11 pass through the inside of the magnetic induction member 11 to the target side. It is guided and comes out from the lower end of the magnetic induction member 11 toward the target 21.
  • the remaining lines of magnetic force MFA from the magnetic induction member 11 are guided to the target 21 side as shown in FIGS. 10A and 10B. And the magnetic force line MFA guided to the surface side of the target 21 is finally terminated as the magnetic force line MFB on the magnet 36 of the second magnet row 35 adjacent in the rotation axis direction. Also in this case, as shown in FIGS. 10B and 10C, the magnetic force lines MFB entering from the target 21 side are attracted to the lower end portion of the magnetic induction member 11 disposed between the second magnet row 35 and the fixed magnet 38. And guided to the magnet 36 of the second magnet array 35 through the inside of the magnetic induction member 11. At that time, as shown in FIG.
  • a horizontal magnetic field region (the vertical magnetic field is zero) is formed on the target surface, and the plasma PL is confined there. This corresponds to the position 803 in FIG.
  • the opening width W1 of the fixed magnet 38 is expanded by using the magnetic field of the magnet relatively away from the target 21 as the magnetic field for confining the plasma using the magnetic induction member 11. , Can stably excite a wide horizontal magnetic field loop.
  • the opening width W1 of the fixed magnet 38 is increased without introducing the magnetic induction member 11
  • the lines of magnetic force emitted from the magnet that is not closest to the surface of the target 21 but relatively far from the surface of the target 21 are not directed toward the target 21 as shown in FIG. Diverges in a substantially vertical direction. Some of the magnetic field lines travel toward the fixed magnet 38.
  • the magnetic induction member 11 does not exist, it is difficult to form a horizontal magnetic field loop as shown in FIG. 10A and it is difficult to stably confine the plasma PL.
  • the magnetic field lines MFA ′ emitted from the N pole of the magnet located at a position away from the surface of the target 21 do not proceed to the target 21 side, but move toward the S pole of the adjacent magnet. This is because it does not go through the surface. Therefore, when the magnetic induction member 11 is not present, even if a strong plasma is excited at the position 801 where the distance between the magnet and the target 21 shown in FIG. 9 is short, the plasma diffuses at the positions 802 and 803 where the horizontal magnetic field is weak. Therefore, it becomes difficult to stably excite plasma.
  • FIG. 12 is a graph plotting the intensity of the lowest horizontal magnetic field in the horizontal magnetic field loop when the opening width W1 of the fixed magnet 38 is changed.
  • the comparative example shows the strength of the lowest horizontal magnetic field in the horizontal magnetic field loop in an apparatus in which the magnetic induction member 11 is not present.
  • the maximum horizontal magnetic field in the horizontal magnetic field loop is about 750 gauss near the center in the width direction of the target, and this hardly changes even when the opening width W1 of the fixed magnet 38 is changed.
  • the width of the target 21 was increased to twice the magnet row diameter D1, and the horizontal magnetic field loop could be expanded to the full target width.
  • the opening width W1 exceeds about 1.5 times the magnet array diameter D1
  • the minimum horizontal magnetic field is less than 100 gauss, and the plasma can be excited stably. It will disappear.
  • FIG. 13 is a view showing the structure of a magnetic induction member according to another embodiment of the present invention.
  • a plurality of magnetic induction members shown in FIG. 13 are arranged in the direction of the rotation axis Ct.
  • a plurality of magnetic induction members are also provided in the rotation direction R1 of the rotation shaft 31.
  • each of the magnetic induction members 11A to 11C is curved so that one end thereof faces the magnet of the first magnet row 33 separated from the surface of the target 21 and the other end thereof faces the target 21.
  • the magnetic resistance inside the magnetic induction member 11 is isotropic. However, some components diffuse from the right end of FIG. 10A and diffuse in the horizontal direction.
  • the magnetic induction members 11A to 11C are divided into a plurality of portions in the rotation direction R1, and the shape thereof is a curved shape from the first magnet row 33 toward the surface of the target 21, so It is possible to reduce the diffusion rate and efficiently guide the magnetic field lines to the target surface.
  • the width of the magnetic induction member is narrower than the width of the opposing magnets in both the direction of the rotation axis C and the direction of the rotation direction R1, and the arrangement pitch is such that at least two are arranged between the magnet width and the magnets. Size is preferred.
  • the spiral magnet rows are two rows, but the present invention is not limited to this.
  • the magnetic induction member is disposed between the outer periphery of the magnet array and the fixed magnet when viewed from the target side, but at least a part of the magnetic induction member is disposed between the outer periphery of the magnet array and the fixed magnet. It is sufficient that the magnetic induction member overlaps the magnet array when viewed from the target side.
  • the magnetron sputtering apparatus can be used not only to form an insulating film or a conductive film on a semiconductor wafer or the like but also to form various films on a substrate such as a glass of a flat display device. And can be used for sputter deposition in the manufacture of storage devices and other electronic devices.

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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

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
　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 (4)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
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