JP2000129438A - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マグネトロン蒸発源が１種類のマグネトロン
磁場構成で済み、マグネトロン蒸発源の数、配置に関係
なく所望の閉じ込め磁場を形成でき、また閉じ込め磁場
形状が簡単に変えられるようにする。 【解決手段】 基板２の外周に複数のマグネトロン蒸発
源３が設けられ、マグネトロン蒸発源３より蒸発した金
属原子又はイオンを、基板２に付着させて基板２に薄膜
を形成するようにしたマグネトロンスパッタ装置におい
て、隣合うマグネトロン蒸発源３の中間位置に、マグネ
トロン蒸発源３の外側磁極４の極性と相異なる極性を持
った補助磁極９が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマグネトロンスパッ
タリング法により真空中で薄膜を形成するためのマグネ
トロンスパッタ装置、特にプラズマ中のイオン化反応を
促進し、基板へのイオン電流の増加が可能なマグネトロ
ンスパッタ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロンスパッタリング法により真
空中で薄膜を形成するための従来のマグネトロンスパッ
タ装置には、図１３に示すように、内側磁極３１とリン
グ状の外側磁極３２とターゲット３３を備えるマグネト
ロン蒸発源３４を、真空チャンバ３５内の基板３６の外
周を取り囲むように配置し、隣合うマグネトロン蒸発源
３４の各外側磁極３２の極性を互いにが異ならせること
により、隣合うマグネトロン蒸発源３４の外側磁極３２
間を順次結ぶように磁力線３８を生じさせて該磁力線３
８で基板３６の外周を取り囲み、これによりグロー放電
により発生したプラズマを基板３６の周囲に閉じ込め、
マグネトロン蒸発源３４より蒸発する金属原子のイオン
化を促進し、基板３６に高密度の金属の薄膜を形成する
ようにしたものがある（例えば特公表平５−５０５２１
５）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来では、各
マグネトロン蒸発源３４の外側磁極３２を順次結ぶよう
に磁力線３８を生じさせて該磁力線３８で基板３６の外
周を取り囲むためには、隣接するマグネトロン蒸発源３
４の外側磁極３２同士の磁極を互いに異ならせる必要が
あるため、外側磁極３２と内側磁極３１との極性が異な
る２種類のマグネトロン蒸発源が必要となった。また、
従来では、マグネトロン蒸発源３４の外側磁極３２同士
をつなぐ磁力線３８によってのみ基板３６を取り囲む磁
場を形成するため、マグネトロン蒸発源３４の数や配置
によって磁場形状、強度が左右された。逆にプラズマを
基板３６の周囲に十分閉じ込めるのに必要な所望の磁場
形状、強度を得るためには、マグネトロン蒸発源３４の
数や配置が制約を受けることになる。例えば、隣接する
マグネトロン蒸発源３４がある距離以内に配置されなけ
れば、所望の磁場が得られないので、大きな基板３６を
処理する大型の装置では、多数のマグネトロン蒸発源３
４を並べなければならなくなった。

【０００４】さらに、マグネトロン蒸発源３４の配置が
一旦決まってしまうと、磁場形状も決まってしまい、変
化させることが困難である。マグネトロン蒸発源３４の
磁極を永久磁石ではなく、コイルで形成することによ
り、従来技術でも磁場形状を変えることは可能だが、マ
グネトロン蒸発源３４中に複数のコイルを配置すること
はマグネトロン蒸発源３４のサイズを大きくし、構造を
複雑にしてしまうという問題があった。本発明は上記問
題点に鑑み、従来技術と同様に基板の周囲にマグネトロ
ン蒸発源より発生したプラズマが多く存在し、マグネト
ロン蒸発源より蒸発した金属原子のイオン化が促進さ
れ、更に、基板に形成される被膜がイオンの衝突をより
多く受けることにより、基板との密着力や膜構造が改善
することができるスパッタ装置において、マグネトロン
蒸発源が１種類のマグネトロン磁場構成で済み、マグネ
トロン蒸発源の数、配置に関係なく所望の閉じ込め磁場
を形成でき、また閉じ込め磁場形状が簡単に変えられる
ようにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この技術的課題を解決す
るための本発明の技術的手段は、基板２の外周に複数の
マグネトロン蒸発源３が設けられ、マグネトロン蒸発源
３より蒸発した金属原子又はイオンを、基板２に付着さ
せて基板２に薄膜を形成するようにしたマグネトロンス
パッタ装置において、隣合うマグネトロン蒸発源３の中
間位置に、マグネトロン蒸発源３の外側磁極４の極性と
相異なる極性を持った補助磁極９が配置されている点に
ある。

【０００６】従って、上記と同様にマグネトロン蒸発源
３と補助磁極４によって基板２を取り囲む形状の磁場が
形成され、基板２上に形成される被膜の密着力や膜構造
を改善することができる。そして、マグネトロン蒸発源
３のマグネトロン磁極自体は極性の同じ種類のものでも
よくなるし、また搭載されるマグネトロン蒸発源３の個
数に影響されず、基板２を取り囲む形状の磁場を確実に
形成することができる。また、本発明の他の技術的手段
は、マグネトロン蒸発源３より蒸発した金属原子又はイ
オンを、基板２に付着させて基板２に薄膜を形成するよ
うにしたマグネトロンスパッタ装置において、基板２の
外周に、１個のマグネトロン蒸発源３が設けられると共
に、奇数個の補助磁極９が、隣合う補助磁極９同士の極
性が相異なりかつ隣合うマグネトロン蒸発源３の外側磁
極４と補助磁極９との極性が相異なるように設けられて
いる点にある。

【０００７】従って、１個のマグネトロン蒸発源３と奇
数個の補助磁極４によって基板２を取り囲む形状の磁場
が形成され、基板２上に形成される被膜の密着力や膜構
造を改善することができる。そして、マグネトロン蒸発
源３の個数を１個で済ますことができて、基板２を取り
囲む形状の磁場を確実に形成することができる。また、
本発明の他の技術的手段は、基板２の外周に複数個のマ
グネトロン蒸発源３が設けられ、マグネトロン蒸発源３
より蒸発した金属原子又はイオンを、基板２に付着させ
て基板２に薄膜を形成するようにしたマグネトロンスパ
ッタ装置において、隣合うマグネトロン蒸発源３の間
に、奇数個の補助磁極９が、隣合う補助磁極９同士の極
性が相異なりかつ隣合うマグネトロン蒸発源３の外側磁
極４と補助磁極９との極性とが相異なるように設けられ
ている点にある。

【０００８】従って、補助磁極４があるため、マグネト
ロン蒸発源３のマグネトロン磁極自体は極性の同じ種類
のものでもよくなるし、また搭載されるマグネトロン蒸
発源３の個数に影響されずに、基板２を取り囲む形状の
磁場を確実に形成することができ、上記と同様に基板２
に向かう金属原子のイオンを増やして基板２に高密度の
薄膜を形成することができるようになる。また、本発明
の他の技術的手段は、基板２の外周に複数のマグネトロ
ン蒸発源３が設けられ、マグネトロン蒸発源３より蒸発
した金属原子又はイオンを、基板２に付着させて基板２
に薄膜を形成するようにしたマグネトロンスパッタ装置
において、隣合うマグネトロン蒸発源３の中間位置に、
マグネトロン蒸発源３の外側磁極４の極性と同一の極性
を持った補助磁極９が配置されている点にある。

【０００９】従って、上記と同様にマグネトロン蒸発源
３と補助磁極４によって基板２を取り囲む形状の磁場が
形成され、基板２上に形成される被膜の密着力や膜構造
を改善することができる。そして、マグネトロン蒸発源
３のマグネトロン磁極自体は極性の同じ種類のものでも
よくなるし、また搭載されるマグネトロン蒸発源３の個
数に影響されず、基板２を取り囲む形状の磁場を確実に
形成することができる。また、本発明の他の技術的手段
は、マグネトロン蒸発源３より蒸発した金属原子又はイ
オンを、基板２に付着させて基板２に薄膜を形成するよ
うにしたマグネトロンスパッタ装置において、基板２の
外周に、１個のマグネトロン蒸発源３が設けられると共
に、１又は複数個の補助磁極９が、隣合う補助磁極９同
士の極性が同一となりかつ隣合うマグネトロン蒸発源３
の外側磁極４と補助磁極９との極性が同一となるように
設けられている点にある。

【００１０】従って、１個のマグネトロン蒸発源３と１
又は複数個の補助磁極４によって基板２を取り囲む形状
の磁場が形成され、基板２上に形成される被膜の密着力
や膜構造を改善することができる。そして、マグネトロ
ン蒸発源３の個数を１個で済ますことができて、基板２
を取り囲む形状の磁場を確実に形成することができる。
また、本発明の他の技術的手段は、基板２の外周に複数
個のマグネトロン蒸発源３が設けられ、マグネトロン蒸
発源３より蒸発した金属原子又はイオンを、基板２に付
着させて基板２に薄膜を形成するようにしたマグネトロ
ンスパッタ装置において、隣合うマグネトロン蒸発源３
の間に、１又は複数個の補助磁極９が、隣合う補助磁極
９同士の極性が同一となりかつ隣合うマグネトロン蒸発
源３の外側磁極４と補助磁極９との極性とが同一となる
ように設けられている点にある。

【００１１】従って、補助磁極４があるため、マグネト
ロン蒸発源３のマグネトロン磁極自体は極性の同じ種類
のものでもよくなるし、また搭載されるマグネトロン蒸
発源３の個数に影響されずに、基板２を取り囲む形状の
磁場を確実に形成することができ、上記と同様に基板２
に向かう金属原子のイオンを増やして基板２に高密度の
薄膜を形成することができるようになる。また、本発明
の他の技術的手段は、前記マグネトロン蒸発源３が、マ
グネトロンを形成する外側磁極４の強度が内側磁極５の
強度よりも強い非平衡型のマグネトロン蒸発源３である
点にある。

【００１２】従って、マグネトロン蒸発源３自体から補
助磁極９へ漏洩する磁力線が増大し、基板２を取り囲む
形状の磁場の強度を増大させることができる。また、本
発明の他の技術的手段は、前記補助磁極９が、永久磁石
により構成されると共に、基板２に対して接離する方向
に移動可能である点にある。従って、マグネトロン蒸発
源３の配置を固定したままでも、補助磁極９によって、
全体の閉じ込め磁場の形状、強度を変更することがで
き、配置される基板２のサイズ等に応じて最適な磁場形
状に設定できる。

【００１３】また、本発明の他の技術的手段は、前記補
助磁極９がコイルにより形成され、コイル電流を変化さ
せることにより磁場形状、強度を変化させることができ
るようにした点にある。従って、補助磁極９のコイル電
流を変化させることにより閉じ込め磁場を調整し、配置
される基板２のサイズ等に応じた最適な磁場を形成する
ことができる。また、本発明の他の技術的手段は、前記
補助磁極９が基板２を格納した真空チャンバ１の大気側
に配置されている点にある。

【００１４】従って、補助磁極９の冷却や真空シールの
問題を除外でき、装置構成を簡素化できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の代表的な実施の形
態として、非平衡（不平衡）型マグネトロンスパッタ蒸
発源マグネトロン４式を搭載した、マグネトロンスパッ
タ装置を示している。図１において、真空チャンバ１内
の中央部に基板（被蒸着物）２が設けられ、真空チャン
バ１内に基板２の外周を取り囲むように４個のマグネト
ロン蒸発源３が設けられている。各マグネトロン蒸発源
３は互いに同一の構成であって、リング状の外側磁極４
と外側磁極４の中央に内嵌配置された内側磁極５とソー
ス材料により構成されたターゲット６とを備えている。
前記各マグネトロン蒸発源３は、マグネトロンを形成す
る外側磁極４の強度が内側磁極５の強度よりも強い非平
衡型（不平衡）のマグネトロン蒸発源により構成されて
いる。

【００１６】各マグネトロン蒸発源３は基板２の外周に
等間隔をおいて環状に配置され、基板２から等間隔の位
置にある。隣合うマグネトロン蒸発源３の中央位置に夫
々補助磁極９が設けられている。この補助磁極９は、永
久磁石により構成され、基板２に対して接離する方向に
移動可能になっている。各補助磁極９は、マグネトロン
蒸発源３の外側磁極４の極性と相異なる極性を持つよう
に配置されており、各マグネトロン蒸発源３の外側磁極
４及び各補助磁極９を順次交互に結ぶように磁力線１１
が生じ、これによりマグネトロン蒸発源３と補助磁極４
によって基板２を取り囲む形状の磁場が形成され、マグ
ネトロン蒸発源３より発生したプラズマを基板３の周囲
に閉じ込めることができるようになっている。

【００１７】上記実施の形態によれば、アルゴンなどの
不活性ガスが真空チャンバ１内に注入され、アースされ
た真空チャンバ１に対して、各マグネトロン蒸発源３に
スパッタ電源（図示しない）によりマイナス電圧が印加
されると、真空チャンバ１と各マグネトロン蒸発源３と
の間でグロー放電が生じ、真空チャンバ１内にプラズマ
（電子及びアルゴンイオン）が発生する。真空チャンバ
１内に存在するアルゴンイオンは、ソース材料でできた
マグネトロン蒸発源３のターゲット６に衝突し、これに
よりマグネトロン蒸発源３（ターゲット６）より金属原
子が蒸発（スパッタ）され、基板２上に付着して、薄膜
を形成する。また、一部の金属原子は真空チャンバ１内
でイオン化され、電気的に負にバイアスされた基板２に
より高いエネルギーで付着する。

【００１８】このとき、複数のマグネトロン蒸発源３の
中間位置にそのマグネトロン磁極を構成する外側磁極４
の極性と相異なる極性をもった補助磁極９を配置してい
るため、各マグネトロン蒸発源３の外側磁極４及び各補
助磁極９を順次結ぶように磁力線１１が生じ、これによ
り従来技術と同様にマグネトロン蒸発源３と補助磁極４
によって基板２を取り囲む形状の磁場が形成され、前記
グロー放電により発生したプラズマ（電子及びアルゴン
イオン）を基板２の周囲に閉じ込めることができる。従
って、基板２の周囲にマグネトロン蒸発源３より発生し
たプラズマ（アルゴンイオン）が多く存在し、また、マ
グネトロン蒸発源３より蒸発した金属原子のイオン化も
促進される為、基板２上に形成される被膜がアルゴンイ
オン、金属イオンの衝突をより多く受けることにより、
被膜と基板２との密着力や被膜の膜構造が改善される。

【００１９】また、マグネトロン蒸発源３間に補助磁極
９があるため、マグネトロン蒸発源３のマグネトロン磁
極自体は極性の同じ種類のものでよく、また搭載される
マグネトロン蒸発源３の個数に影響されず、基板２を取
り囲む形状の磁場を確実に形成することができる。ま
た、マグネトロンスパッタ蒸発源３として、マグネトロ
ンを形成する外側磁極４の強度が内側磁極５の強度より
も強い、非平衡（不平衡）型マグネトロン蒸発源を使用
することで、マグネトロン蒸発源３自体から補助磁極９
へ漏洩する磁力線が増大し、基板２を取り囲む形状の磁
場の強度を増大させることができる。更に、補助磁極９
を永久磁石により形成し、その位置が基板３方向に対し
て可変とすることで、マグネトロン蒸発源３の配置を固
定したままでも、全体の閉じ込め磁場の形状、強度を変
更することができ、配置される基板２のサイズ等に応じ
て最適な磁場形状に設定できる。

【００２０】図２は、図１に示す実施の形態において、
補助磁極９がある場合と無い場合について、アルゴンガ
スプラズマを形成した場合の基板２のバイアス電流の測
定結果を示している。この測定結果によって、補助磁極
９の配置により基板３のバイアス電流が増加し、磁場の
閉じ込め効果が確認された。図３は他の実施の形態を示
し、基板３の外周に２個のマグネトロン蒸発源３が設け
られ、マグネトロン蒸発源３は基板２を中心とした径方
向に対応するように配置され、隣合うマグネトロン蒸発
源３の間に３個の補助磁極９（補助磁極９ａ、補助磁極
９ｂ、補助磁極９ａ）が等間隔をおいて配置され、各マ
グネトロン蒸発源３と各補助磁極９とによって基板２の
外周を取り囲んでいる。前記補助磁極９のうちマグネト
ロン蒸発源３に隣接する補助磁極９ａは、マグネトロン
蒸発源３の外側磁極４と相異なる極性であり、また中央
側の補助磁極９ｂは、マグネトロン蒸発源３に隣接する
補助磁極９ａと異なる極性となっている。従って、各マ
グネトロン蒸発源３の外側磁極４及び各補助磁極９を順
次結ぶように磁束を生じさせて該磁束で基板２の外周を
取り囲むようになっている。各マグネトロン蒸発源３及
び各補助磁極９により、基板２を取り囲む形状の磁力線
１１が形成される。その他の点は前記実施の形態と同様
の構成である。

【００２１】なお、図３では、各マグネトロン蒸発源３
間に３個の補助磁極９が配置されているが、補助磁極９
の個数は補助磁極９ａと補助磁極９ｂとを交互に奇数個
配置したものであれば、更に補助磁極９の個数を増やし
ても良い。この場合、補助磁極９の個数を増やし、補助
磁極９間の間隔が縮まる程、プラズマの閉じ込め効果を
増大させることができる。図４は他の実施の形態を示
し、基板２の外周に、１個のマグネトロン蒸発源３が設
けられと共に、奇数個の補助磁極９が設けられ、１個の
マグネトロン蒸発源３と奇数個の補助磁極９とによって
基板２の外周を取り囲んでいる。前記補助磁極９のうち
マグネトロン蒸発源３に隣接する補助磁極９ａは、マグ
ネトロン蒸発源３の外側磁極４と相異なる極性であり、
また補助磁極９のうち隣合う補助磁極９ａと補助磁極９
ｂとの極性が相異なっている。従って、マグネトロン蒸
発源３及び異なる極性を持った補助磁極９ａ、９ｂを交
互に配置することで、各マグネトロン蒸発源３の外側磁
極４及び各補助磁極９を順次結ぶように磁束１１を生じ
させて該磁束１１で基板２の外周を取り囲むようになっ
ており、やはり閉じ込め磁場を形成している。その他の
点は前記実施の形態と同様の構成である。

【００２２】図５は他の実施の形態を示し、図１、３、
４の各実施の形態では補助磁極９として永久磁石を使用
しているが、これに代え、図５の場合は、補助磁極９と
して空心コイルを使用し、これを、マグネトロン蒸発源
３の外側磁極４と相異なる極性となるように励磁するよ
うにしたものである。この場合も、図１の実施の形態の
場合と同様に、各マグネトロン蒸発源３の外側磁極４及
び各補助磁極９を順次交互に結ぶように磁力線１１を生
じさせて、該磁力線１１で基板２の外周を取り囲むよう
になっている。しかも、補助磁極４として空心コイルを
用いたため、励磁電流を変化させることで簡単に磁場形
状を変化させることが可能になり、閉じ込め磁場を調整
し、配置される基板２のサイズ等に応じた最適な磁場を
形成することができる。

【００２３】図６は他の実施の形態を示し、マグネトロ
ン蒸発源３間に配置される補助磁極９が真空チャンバ１
の大気側に配置されている。また、形成される閉じ込め
磁場ができるだけ基板２に対し均等になるように、マグ
ネトロン蒸発源３と基板２との間の距離と、補助磁極９
と基板２との間の距離とが同程度となるように構成され
ている。なお、補助磁極９としては図６に示す永久磁石
の場合以外に空心コイルを使用することもできるが、何
れの場合も図１、５に示した実施の形態に比べ、補助磁
極９の冷却機構や真空チャンバ１内に空心コイルの配線
を導入するためのフィードスルーが省略でき、装置構成
が簡略化することができる。

【００２４】この実施の形態の場合、補助磁極９を真空
チャンバ１の外部に配置することで、補助磁極の冷却や
真空シールの問題を除外でき、装置構成を簡素化でき
る。図７は本発明の代表的な他の実施の形態として、非
平衡（不平衡）型マグネトロンスパッタ蒸発源マグネト
ロン４式を搭載した、マグネトロンスパッタ装置を示し
ている。図７において、真空チャンバ１内の中央部に基
板（被蒸着物）２が設けられ、真空チャンバ１内に基板
２の外周を取り囲むように４個のマグネトロン蒸発源３
が設けられている。各マグネトロン蒸発源３は互いに同
一の構成であって、リング状の外側磁極４と外側磁極４
の中央に内嵌配置された内側磁極５とソース材料により
構成されたターゲット６とを備えている。前記各マグネ
トロン蒸発源３は、マグネトロンを形成する外側磁極４
の強度が内側磁極５の強度よりも強い非平衡型（不平
衡）のマグネトロン蒸発源により構成されている。

【００２５】各マグネトロン蒸発源３は基板２の外周に
等間隔をおいて環状に配置され、基板２から等間隔の位
置にある。隣合うマグネトロン蒸発源３の中央位置に夫
々補助磁極９が設けられている。この補助磁極９は、永
久磁石により構成され、基板２に対して接離する方向に
移動可能になっている。各補助磁極９は、マグネトロン
蒸発源３の外側磁極４の極性と同一の極性を持つように
配置されている。上記実施の形態によれば、アルゴンな
どの不活性ガスが真空チャンバ１内に注入され、アース
された真空チャンバ１に対して、各マグネトロン蒸発源
３にスパッタ電源（図示しない）によりマイナス電圧が
印加されると、真空チャンバ１と各マグネトロン蒸発源
３との間でグロー放電が生じ、真空チャンバ１内にプラ
ズマ（電子及びアルゴンイオン）が発生する。真空チャ
ンバ１内に存在するアルゴンイオンは、ソース材料でで
きたマグネトロン蒸発源３のターゲット６に衝突し、こ
れによりマグネトロン蒸発源３（ターゲット６）より金
属原子が蒸発（スパッタ）され、基板２上に付着して、
薄膜を形成する。また、一部の金属原子は真空チャンバ
１内でイオン化され、電気的に負にバイアスされた基板
２により高いエネルギーで付着する。

【００２６】このとき、複数のマグネトロン蒸発源３の
中間位置にそのマグネトロン磁極を構成する外側磁極４
の極性と同一の極性をもった補助磁極９を配置している
ため、各マグネトロン蒸発源３の外側磁極４及び各補助
磁極９の中間付近で反発し合う磁場が生じるが、この部
分は磁力線が集中しているため、ミラー効果によって、
前記グロー放電により発生したプラズマ（電子及びアル
ゴンイオン）を基板２の周囲に閉じ込めることができ
る。また、隣接するマグネトロン蒸発源３と補助磁極９
の磁場が反発し合うために、蒸発源３前方の磁場はより
基板２方向に膨らみ、また、蒸発源３の内側磁極５と補
助磁極９を結ぶ磁力線も生じるため、プラズマが基板２
方向に広がり、基板２位置で高密度のプラズマが得られ
る。従って、基板２の周囲にマグネトロン蒸発源３より
発生したプラズマ（アルゴンイオン）が多く存在し、ま
た、マグネトロン蒸発源３より蒸発した金属原子のイオ
ン化も促進される為、基板２上に形成される被膜がアル
ゴンイオン、金属イオンの衝突をより多く受けることに
より、被膜と基板２との密着力や被膜の膜構造が改善さ
れる。

【００２７】また、マグネトロン蒸発源３間に補助磁極
９があるため、マグネトロン蒸発源３のマグネトロン磁
極自体は極性の同じ種類のものでよく、また搭載される
マグネトロン蒸発源３の個数に影響されず、基板２を取
り囲む形状の磁場を確実に形成することができる。ま
た、マグネトロンスパッタ蒸発源３として、マグネトロ
ンを形成する外側磁極４の強度が内側磁極５の強度より
も強い、非平衡（不平衡）型マグネトロン蒸発源を使用
することで、マグネトロン蒸発源３自体から補助磁極９
へ漏洩する磁力線が増大し、基板２を取り囲む形状の磁
場の強度を増大させることができる。更に、補助磁極９
を永久磁石により形成し、その位置が基板３方向に対し
て可変とすることで、マグネトロン蒸発源３の配置を固
定したままでも、全体の閉じ込め磁場の形状、強度を変
更することができ、配置される基板２のサイズ等に応じ
て最適な磁場形状に設定できる。

【００２８】図８は、図７に示す実施の形態において、
補助磁極９が無い場合、マグネトロン蒸発源３のマグネ
トロン磁極を構成する外側磁極４の極性と相異なる極性
をもった補助磁極９を配置した場合、マグネトロン蒸発
源３のマグネトロン磁極を構成する外側磁極４の極性と
同一の極性をもった補助磁極９を配置した場合につい
て、アルゴンガスプラズマを形成した場合の基板２のバ
イアス電流の測定結果を示している。この測定結果によ
って、同一の極性をもった補助磁極９の配置により基板
３のバイアス電流が大幅に増加し、大きな磁場の閉じ込
め効果が確認された。

【００２９】図９は他の実施の形態を示し、基板３の外
周に２個のマグネトロン蒸発源３が設けられ、マグネト
ロン蒸発源３は基板２を中心とした径方向に対応するよ
うに配置され、隣合うマグネトロン蒸発源３の間に３個
の補助磁極９が等間隔をおいて配置され、各マグネトロ
ン蒸発源３と各補助磁極９とによって基板２の外周を取
り囲んでいる。前記補助磁極９のうちマグネトロン蒸発
源３に隣接する補助磁極９は、マグネトロン蒸発源３の
外側磁極４と同一の極性であり、また中央側の補助磁極
９は、マグネトロン蒸発源３に隣接する補助磁極９と同
一の極性となっている。従って、各マグネトロン蒸発源
３の外側磁極４及び各補助磁極９の中間付近で反発し合
う磁場が生じるが、この部分は磁力線が集中しているた
め、ミラー効果によって、グロー放電により発生したプ
ラズマ（電子及びアルゴンイオン）を基板２の周囲に閉
じ込めることができる。また、隣接するマグネトロン蒸
発源３と補助磁極９の磁場が反発し合うために、蒸発源
３前方の磁場はより基板２方向に膨らみ、また、蒸発源
３の内側磁極５と補助磁極９を結ぶ磁力線も生じるた
め、プラズマが基板２方向に広がり、基板２位置で高密
度のプラズマが得られる。その他の点は前記実施の形態
と同様の構成である。

【００３０】なお、図９では、各マグネトロン蒸発源３
間に３個の補助磁極９が配置されているが、更に補助磁
極９の個数を増やしても良い。この場合、補助磁極９の
個数を増やし、補助磁極９間の間隔が縮まる程、プラズ
マの閉じ込め効果を増大させることができる。図１０は
他の実施の形態を示し、基板２の外周に、１個のマグネ
トロン蒸発源３が設けられと共に、複数個の補助磁極９
が設けられ、１個のマグネトロン蒸発源３と複数個の補
助磁極９とによって基板２の外周を取り囲んでいる。前
記補助磁極９のうちマグネトロン蒸発源３に隣接する補
助磁極９は、マグネトロン蒸発源３の外側磁極４と同一
の極性であり、また隣合う補助磁極９同士の極性も同一
になっている。従って、マグネトロン蒸発源３及び同一
の極性を持った補助磁極９を配置することで、各マグネ
トロン蒸発源３の外側磁極４及び各補助磁極９の中間付
近で反発し合う磁場が生じるが、この部分は磁力線が集
中しているため、ミラー効果によって、グロー放電によ
り発生したプラズマ（電子及びアルゴンイオン）を基板
２の周囲に閉じ込めることができる。また、隣接するマ
グネトロン蒸発源３と補助磁極９の磁場が反発し合うた
めに、蒸発源３前方の磁場はより基板２方向に膨らみ、
また、蒸発源３の内側磁極５と補助磁極９を結ぶ磁力線
も生じるため、プラズマが基板２方向に広がり、基板２
位置で高密度のプラズマが得られる。その他の点は前記
実施の形態と同様の構成である。

【００３１】図１１は他の実施の形態を示し、図７、
９、１０の各実施の形態では補助磁極９として永久磁石
を使用しているが、これに代え、図１１の場合は、補助
磁極９として空心コイルを使用し、これを、マグネトロ
ン蒸発源３の外側磁極４と同一の極性となるように励磁
するようにしたものである。この場合も、図７の実施の
形態の場合と同様に、各マグネトロン蒸発源３の外側磁
極４及び各補助磁極９の中間付近で反発し合う磁場が生
じるが、この部分は磁力線が集中しているため、ミラー
効果によって、グロー放電により発生したプラズマ（電
子及びアルゴンイオン）を基板２の周囲に閉じ込めるこ
とができる。また、隣接するマグネトロン蒸発源３と補
助磁極９の磁場が反発し合うために、蒸発源３前方の磁
場はより基板２方向に膨らみ、また、蒸発源３の内側磁
極５と補助磁極９を結ぶ磁力線も生じるため、プラズマ
が基板２方向に広がり、基板２位置で高密度のプラズマ
が得られる。しかも、補助磁極４として空心コイルを用
いたため、励磁電流を変化させることで簡単に磁場形状
を変化させることが可能になり、閉じ込め磁場を調整
し、配置される基板２のサイズ等に応じた最適な磁場を
形成することができる。

【００３２】図１２は他の実施の形態を示し、マグネト
ロン蒸発源３間に配置される補助磁極９が真空チャンバ
１の大気側に配置されている。また、形成される閉じ込
め磁場ができるだけ基板２に対し均等になるように、マ
グネトロン蒸発源３と基板２との間の距離と、補助磁極
９と基板２との間の距離とが同程度となるように構成さ
れている。なお、補助磁極９としては図１２に示す永久
磁石の場合以外に空心コイルを使用することもできる
が、何れの場合も図７、１１に示した実施の形態に比
べ、補助磁極９の冷却機構や真空チャンバ１内に空心コ
イルの配線を導入するためのフィードスルーが省略で
き、装置構成が簡略化することができる。

【００３３】この実施の形態の場合、補助磁極９を真空
チャンバ１の外部に配置することで、補助磁極の冷却や
真空シールの問題を除外でき、装置構成を簡素化でき
る。尚、補助磁極４を、真空チャンバ１の大気側に配置
された永久磁石またはコイルと、これに対応する位置で
真空チャンバ１内に配置される磁性体とから構成するこ
とで、真空チャンバ１の外部の永久磁石又はコイルで発
生した磁力線のロスを少なくしつつ、真空チャンバ１の
内部に導入することができ、装置の簡素化を図ると共
に、閉じ込め磁場の強度低下を防ぐことができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、マグネトロン蒸発源３
が１種類のマグネトロン磁場構成で済む。マグネトロン
蒸発源３の数、配置に関係なく所望の閉じ込め磁場を形
成できる。また、閉じ込め磁場形状を簡単に変えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す構成図である。

【図２】同基板バイアス電流と基板バイアス電圧との関
係を示すグラフである。

【図３】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。

【図４】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。

【図５】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。

【図６】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。

【図７】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。

【図８】同基板バイアス電流と基板バイアス電圧との関
係を示すグラフである。

【図９】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。

【図１０】本発明の他の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図１１】本発明の他の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図１２】本発明の他の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図１３】従来例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 基板 ３ マグネトロン蒸発源 ４ 外側磁極 ５ 内側磁極 ９ 補助磁極

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板（２）の外周に複数のマグネトロン
   蒸発源（３）が設けられ、マグネトロン蒸発源（３）よ
   り蒸発した金属原子又はイオンを、基板（２）に付着さ
   せて基板（２）に薄膜を形成するようにしたマグネトロ
   ンスパッタ装置において、 隣合うマグネトロン蒸発源（３）の中間位置に、マグネ
   トロン蒸発源（３）の外側磁極（４）の極性と相異なる
   極性を持った補助磁極（９）が配置されていることを特
   徴とするマグネトロンスパッタ装置。
2. 【請求項２】 マグネトロン蒸発源（３）より蒸発した
   金属原子又はイオンを、基板（２）に付着させて基板
   （２）に薄膜を形成するようにしたマグネトロンスパッ
   タ装置において、 基板（２）の外周に、１個のマグネトロン蒸発源（３）
   が設けられると共に、奇数個の補助磁極（９）が、隣合
   う補助磁極（９）同士の極性が相異なりかつ隣合うマグ
   ネトロン蒸発源（３）の外側磁極（４）と補助磁極
   （９）との極性が相異なるように設けられていることを
   特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
3. 【請求項３】 基板（２）の外周に複数個のマグネトロ
   ン蒸発源（３）が設けられ、マグネトロン蒸発源（３）
   より蒸発した金属原子のイオンを、基板（２）に衝突さ
   せて基板（２）に薄膜を形成するようにしたマグネトロ
   ンスパッタ装置において、 隣合うマグネトロン蒸発源（３）の間に、奇数個の補助
   磁極（９）が、隣合う補助磁極（９）同士の極性が相異
   なりかつ隣合うマグネトロン蒸発源（３）の外側磁極
   （４）と補助磁極（９）との極性とが相異なるように設
   けられていることを特徴とするマグネトロンスパッタ装
   置。
4. 【請求項４】 基板（２）の外周に複数のマグネトロン
   蒸発源（３）が設けられ、マグネトロン蒸発源（３）よ
   り蒸発した金属原子又はイオンを、基板（２）に付着さ
   せて基板（２）に薄膜を形成するようにしたマグネトロ
   ンスパッタ装置において、 隣合うマグネトロン蒸発源（３）の中間位置に、マグネ
   トロン蒸発源（３）の外側磁極（４）の極性と同一の極
   性を持った補助磁極（９）が配置されていることを特徴
   とするマグネトロンスパッタ装置。
5. 【請求項５】 マグネトロン蒸発源（３）より蒸発した
   金属原子又はイオンを、基板（２）に付着させて基板
   （２）に薄膜を形成するようにしたマグネトロンスパッ
   タ装置において、 基板（２）の外周に、１個のマグネトロン蒸発源（３）
   が設けられると共に、１又は複数個の補助磁極（９）
   が、隣合う補助磁極（９）同士の極性が同一となりかつ
   隣合うマグネトロン蒸発源（３）の外側磁極（４）と補
   助磁極（９）との極性が同一となるように設けられてい
   ることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
6. 【請求項６】 基板（２）の外周に複数個のマグネトロ
   ン蒸発源（３）が設けられ、マグネトロン蒸発源（３）
   より蒸発した金属原子のイオンを、基板（２）に衝突さ
   せて基板（２）に薄膜を形成するようにしたマグネトロ
   ンスパッタ装置において、 隣合うマグネトロン蒸発源（３）の間に、１又は複数個
   の補助磁極（９）が、隣合う補助磁極（９）同士の極性
   が同一となりかつ隣合うマグネトロン蒸発源（３）の外
   側磁極（４）と補助磁極（９）との極性とが同一となる
   ように設けられていることを特徴とするマグネトロンス
   パッタ装置。
7. 【請求項７】 前記マグネトロン蒸発源（３）が、マグ
   ネトロンを形成する外側磁極（４）の強度が内側磁極
   （５）の強度よりも強い非平衡型のマグネトロン蒸発源
   であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
   のマグネトロンスパッタ装置。
8. 【請求項８】 前記補助磁極（９）が、永久磁石により
   構成されると共に、基板（２）に対して接離する方向に
   移動可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
   かに記載のマグネトロンスパッタ装置。
9. 【請求項９】 前記補助磁極（９）がコイルにより形成
   され、コイル電流を変化させることにより磁場形状、強
   度を変化させることができるようにしたことを特徴とす
   る請求項１〜６のいずれかに記載のマグネトロンスパッ
   タ装置。
10. 【請求項１０】 前記補助磁極（９）が基板（２）を格
    納した真空チャンバ（１）の大気側に配置されているこ
    とを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマグネ
    トロンスパッタ装置。