JP2006118052A - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

【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の外周に設けられた複数の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、各々のマグネトロン蒸発源３の外側磁極４の極性がすべて同一とされることにより、各マグネトロン蒸発源３の外側磁極４と該外側磁極４に隣接する前記補助磁極９との中間付近で反発し合う磁場を生じさせると共に、各マグネトロン蒸発源３の内側磁極５と該内側磁極５に隣接する前記補助磁極９とを相互に結ぶ磁力線を生じさせる。
【選択図】 図７

Description

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。

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３８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。
特表平５−５０５２１５号公報

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３４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３４を並べなければならなくなった。

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。

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の極性と同一の極性を持った補助磁極９が配置され、各々のマグネトロン蒸発源３の外側磁極４の極性がすべて同一とされることにより、各マグネトロン蒸発源３の外側磁極４と該外側磁極４に隣接する前記補助磁極９との中間付近で反発し合う磁場を生じさせると共に、各マグネトロン蒸発源３の内側磁極５と該内側磁極５に隣接する前記補助磁極９とを相互に結ぶ磁力線を生じさせている点にある。

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、前記マグネトロン蒸発源３の外側磁極４と該外側磁極４に隣接する前記補助磁極９との中間付近及び隣接する前記補助磁極９間の中間付近で反発し合う磁場を生じさせると共に、前記マグネトロン蒸発源３の内側磁極５と該内側磁極５に隣接する前記補助磁極９とを相互に結ぶ磁力線を生じさせている点にある。

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、各々のマグネトロン蒸発源３の外側磁極４の極性がすべて同一とされることにより、各マグネトロン蒸発源３の外側磁極４と該外側磁極４に隣接する前記補助磁極９との中間付近及び隣接する前記補助磁極９間の中間付近で反発し合う磁場を生じさせると共に、各マグネトロン蒸発源３の内側磁極５と該内側磁極５に隣接する前記補助磁極９とを相互に結ぶ磁力線を生じさせている点にある。

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。
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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９ｂ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一実施の形態を示す構成図である。 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。 本発明の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明の他の実施の形態を示す構成図である。 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。 本発明の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明の他の実施の形態を示す構成図である。 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 (7)

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）の極性と同一の極性を持った補助磁極（９）が配置され、各々のマグネトロン蒸発源（３）の外側磁極（４）の極性がすべて同一とされることにより、各マグネトロン蒸発源（３）の外側磁極（４）と該外側磁極（４）に隣接する前記補助磁極（９）との中間付近で反発し合う磁場を生じさせると共に、各マグネトロン蒸発源（３）の内側磁極（５）と該内側磁極（５）に隣接する前記補助磁極（９）とを相互に結ぶ磁力線を生じさせていることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
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、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、前記マグネトロン蒸発源（３）の外側磁極（４）と該外側磁極（４）に隣接する前記補助磁極（９）との中間付近及び隣接する前記補助磁極（９）間の中間付近で反発し合う磁場を生じさせると共に、前記マグネトロン蒸発源（３）の内側磁極（５）と該内側磁極（５）に隣接する前記補助磁極（９）とを相互に結ぶ磁力線を生じさせていることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
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、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、各々のマグネトロン蒸発源（３）の外側磁極（４）の極性がすべて同一とされることにより、各マグネトロン蒸発源（３）の外側磁極（４）と該外側磁極（４）に隣接する前記補助磁極（９）との中間付近及び隣接する前記補助磁極（９）間の中間付近で反発し合う磁場を生じさせると共に、各マグネトロン蒸発源（３）の内側磁極（５）と該内側磁極（５）に隣接する前記補助磁極（９）とを相互に結ぶ磁力線を生じさせていることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
4. 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１〜３のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ装置。
5. 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１〜３のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ装置。
6. 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１〜３のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ装置。
7. 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１〜３のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ装置。

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