JP2009235497A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の磁石を必要とせず、磁石の表面の磁束密度を容易に均一化する磁石ホルダを備えるスパッタリング装置を安価に提供する。
【解決手段】 スパッタリング装置が、プラズマガンと、プラズマ形成室と、一対の磁石１１Ａ，１１Ｂと、一対の磁石ホルダ２５Ａ，２５Ｂと、真空成膜室と、電磁コイルと、電源と、を備え、前記一対の磁石ホルダは、それぞれ、その有効主面に対向する第１の構成部材２８Ａ，２８Ｂと、前記有効主面以外の部分に対向する第２の構成部材２６Ａ，２６Ｂ，２７Ａ，２７Ｂと、を有し、第１の構成部材２８Ａ，２８Ｂが磁性材料からなる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プラズマをシート状に変形するための磁石を保持する磁石ホルダを備えるスパッタリング装置に関し、特に、磁石を保持し、且つ、その表面の磁束密度を容易に均一化する磁石ホルダを備えるスパッタリング装置に関する。

従来から、円柱状のプラズマを、同じ磁極同士を互いに対向させて強力な反発磁界を発生するような一対の磁石により挟むことで、均一且つ高密度のシート状プラズマを形成できることが知られている。

又、従来から、シート状プラズマをターゲットと基板との間の成膜空間に導いて、シート状プラズマ中の荷電粒子を用いたスパッタリングによりスパッタ粒子を叩き出し、そのスパッタ粒子をシート状プラズマに通して電離させ、基板に堆積させるといったスパッタリング技術が開発されている。

ところで、シート状プラズマを用いてスパッタ粒子を基板に堆積させるスパッタリング技術において、円柱状のプラズマの形状を一対の磁石により挟むことでシート状に変形させる構成では、その磁石の表面における磁束密度には約１００ガウス程度の面内ばらつきがあり、これに起因してプラズマ変形用の磁場に非対称性が発生するため、変形されたシート状プラズマの形状には、左右方向、上下方向、及び捻れ方向にずれが発生する。そして、シート状プラズマの形状にずれが発生すると、そのシート状プラズマの密度の不均一化が発生して、基板上の膜厚分布及び膜質分布が悪化するという問題が生じる。

その対策として、所定の磁束密度及び分布を得るために、中心部分の反発磁場強度が外縁部分の反発磁場強度よりも強い磁石を少なくとも１以上備えることを特徴とするスパッタリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１１９８０４号公報

しかしながら、複数の磁石を用いて所定の磁束密度及び分布を得ようとする場合には、矩形状の磁石を組み合わせることにより、磁束密度の乱れが生じて、一様な所定の磁束密度及び分布が得られ難いという問題が発生する。従って、実際には、被成膜基板上の膜厚分布及び膜質分布が悪化するという問題を解消することは難しい。

又、複数の磁石を用いて所定の磁束密度及び分布を得ようとする場合には、個々の磁石の特性を十分に考慮して、複数の磁石を精密に組み合わせる必要がある。そのため、所定の磁束密度及び分布を容易に得ることは難しく、これを実現するためには、スパッタリング装置のコストアップを招く危険性がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、複数の磁石を必要とせず、磁石の表面の磁束密度を容易に均一化する磁石ホルダを備えるスパッタリング装置を安価に提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じた。

即ち、本発明に係る特徴的なスパッタリング装置は、円柱状プラズマを放電により形成して輸送方向に向けて放出するプラズマガンと、前記プラズマガンに連通し前記円柱状プラズマが前記輸送方向に移動する輸送空間を有するプラズマ形成室と、前記プラズマ形成室の輸送空間を前記輸送方向に対して交差する向きに同極同士が向き合うように挟む一対の磁石と、前記一対の磁石を同極同士が向き合うように保持する一対の磁石ホルダと、前記プラズマ形成室の輸送空間に連通する開口を通じてシート状プラズマが導入される真空成膜室と、前記真空成膜室内に配置されたターゲットを前記輸送方向に沿った向きに挟み互いに異極同士が向き合った対をなす電磁コイルと、前記ターゲットにバイアス電圧を印加する電源と、を備え、前記一対の磁石は、それぞれ、磁束を提供する有効主面を有し、前記それぞれの有効主面が前記輸送空間を挟むように前記一対の磁石が配置され、前記有効主面からの前記磁束により前記円柱状プラズマをシート状に変形させて前記シート状プラズマとするスパッタリング装置であって、前記一対の磁石ホルダは、それぞれ、前記有効主面に対向する第１の構成部材と、前記有効主面以外の部分に対向する第２の構成部材と、を有し、前記第１の構成部材が磁性材料からなる。

かかる構成とすると、一対の磁石ホルダにおける第１の構成部材が磁性材料により構成されているので、一対の磁石の有効主面における磁束密度が不均一である場合でも、その一対の磁石の有効主面における磁束密度を全面に渡り容易に均一化することができる。その結果、円柱状のプラズマをシート状のプラズマに変形するための磁場が全面に渡り一様となり、シート状に変形されたプラズマの形状が均一になるので、基板上の膜厚分布及び膜質分布を均一化することが可能になる。

この場合、前記磁性材料が、少なくとも１０００以上の透磁率の磁性材料である。

かかる構成とすると、一対の磁石ホルダにおける第１の構成部材が少なくとも１０００以上の透磁率の磁性材料からなるので、一対の磁石の有効主面における磁束密度が不均一である場合でも、その一対の磁石の有効主面における磁束密度を全面に渡り容易に且つ確実に均一化することが可能になる。

この場合、前記磁性材料が、鉄、ニッケルの何れかの強磁性材料である。

かかる構成とすると、一対の磁石ホルダにおける第１の構成部材が、鉄、ニッケルの何れかの強磁性材料からなるので、一対の磁石の有効主面における磁束密度が不均一である場合でも、その一対の磁石の有効主面における磁束密度を全面に渡り容易に且つより一層確実に均一化することが可能になる。

又、上記の場合、前記第２の構成部材が非磁性材料からなる。

かかる構成とすると、一対の磁石ホルダにおける第２の構成部材が非磁性材料からなっているので、それぞれの磁石ホルダにおいて磁界が収束することを効果的に防ぐことが可能になる。

又、かかる構成とすると、一対の磁石ホルダを機械加工により容易に製作することが可能になるので、一対の磁石ホルダの寸法精度が向上して、スパッタリング装置の組み立て及び調整が容易になる。

この場合、前記非磁性材料が、アルミニウム、銅、樹脂、セラミックスの何れかの非磁性材料である。

かかる構成とすると、一対の磁石ホルダにおける第２の構成部材が、比較的安価なアルミニウム、銅、樹脂、セラミックスの何れかの非磁性材料からなるので、一対の磁石ホルダを比較的安価に構成することが可能になる。

又、上記の場合、前記一対の磁石の有効主面と前記一対の磁石ホルダの第１の構成部材とが相互に接触している。

かかる構成とすると、一対の磁石の有効主面と一対の磁石ホルダの第１の構成部材とが相互に接触しているので、一対の磁石の有効主面における磁束密度が比較的高度に不均一である場合でも、その一対の磁石の有効主面における磁束密度を全面に渡り効果的に均一化することが可能になる。

上記の通り、本発明によれば、複数の磁石を用いることなく、磁石の表面の磁束密度を容易に均一化する磁石ホルダを備えるスパッタリング装置を安価に提供することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、本実施の形態に係るスパッタリング装置の基本的な構成について説明する。

図１は、本発明に係るスパッタリング装置の概略構成を示す模式図である。尚、以下の説明においては、プラズマの輸送方向である図１の紙面左右方向をＺ方向とし、このＺ方向に直交する図１の紙面上下方向をＹ方向とし、Ｚ方向に直交する図１の紙面貫通方向をＸ方向とする。

図１に示すように、本実施の形態に係るスパッタリング装置１は、Ｚ方向に沿って図１の右側から順に、プラズマを高密度に生成してＺ方向に放出するプラズマガン２と、Ｚ方向の軸心を中心とした円筒状に形成された非磁性材料からなるプラズマ形成室３と、Ｙ方向を軸心とする円筒状に形成された非磁性材料からなる真空成膜室４とを備えている。ここで、これらプラズマガン２、プラズマ形成室３、及び真空成膜室４は、気密状態を保った状態で互いに連通されている。

プラズマガン２は、減圧可能な図示しない放電空間を有しており、当該プラズマガン２の一端には、当該放電空間を塞ぐフランジ５（カソードマウント）が設けられている。このフランジ５には、プラズマ放電誘発用の熱電子を放出するカソード６と、プラズマ放電により電離される放電ガスとしてのアルゴンガスを上記放電空間に導く図示しないガス導入部とが設けられている。

上記放電空間の適所には、カソード６との間でプラズマ放電を維持するため、直流電源と抵抗との組み合わせにより所定のプラス電圧を印加された一対のグリッド電極Ｇ１，Ｇ２（中間電極）が配置されている。このようなプラズマ放電により、プラズマガン２の放電空間には、荷電粒子の集合体としてのプラズマが形成される。尚、直流電源に基づく低電圧且つ大電流の直流アーク放電により、カソード６と後述のアノード７との間に高密度のプラズマ放電を可能とする公知の圧力勾配型のプラズマガンが採用されている。

磁束密度のＺ方向における勾配により、プラズマを構成する荷電粒子は、上記放電空間からＺ方向に運動するよう、磁力線の回りを旋回しながら進む。そして、これら荷電粒子の集合体としてのプラズマが、Ｚ方向の輸送中心に対して略等密度分布する円柱状のプラズマ（以下、円柱状プラズマという）として、プラズマガン２のＺ方向の端部とプラズマ形成室３の端部との間に介在する図示しない通路を介して、当該プラズマ形成室３へ引き出される。

ここで、プラズマ形成室３は、導電性材料、半導体、絶縁性材料の何れかにより構成されるが、その機械的強度を考慮する場合には、導電性金属材料により構成することが好ましい。

又、プラズマ形成室３は、Ｚ方向の軸を中心とした円柱状の減圧可能な輸送空間１０を有している。このプラズマ形成室３の周囲には、円柱状プラズマ８のＺ方向の推進力を発生する円環状の第１電磁コイル９（空心コイル）が配設されている。尚、この第１電磁コイル９の巻線には、カソード６側をＳ極とし、アノード７側をＮ極とする向きの電流が通電されている。又、第１電磁コイル９のＺ方向の前方側（アノードＡに近い側）には、プラズマ形成室３（輸送空間１０）をＹ方向の向きに挟み、互いに同極（ここではＮ極）が対向する一対の角形の棒磁石１１Ａ，１１Ｂ（一対の磁石）が、Ｙ方向に所定の間隔を隔てて配設されている。尚、一対の棒磁石１１Ａ，１１Ｂは、図１に示すＸ軸に対して平行に配置されている。又、一対の棒磁石１１Ａ，１１Ｂの材料としては、例えば、ネオジウム、フェライト、サマリウムコバルト等の材料が用いられる。ここで、便宜上、図１では図示しないが、棒磁石１１Ａは、磁石ホルダにより所定の位置に配設されている。又、同様にして、棒磁石１１Ｂも、磁石ホルダにより所定の位置に配設されている。これらの磁石ホルダ（後述する磁石ホルダ１１Ａ，１１Ｂ）の特徴的な構成については、後に詳細に説明する。

上記第１電磁コイル９の巻線に電流を流すと、プラズマ形成室３の輸送空間１０に作られるコイル磁界と、一対の棒磁石１１Ａ，１１Ｂによりこの輸送空間１０に作られる磁石磁界との相互作用により、円柱状プラズマ８が、輸送空間１０をＺ方向に移動する過程において、シート状に変形されたシート状プラズマ１２となる。このシート状プラズマ１２は、輸送中心Ｐを含むＸＺ平面（以下、主面Ｓという）に沿って均一に拡がっている。

ここで、第１電磁コイル９及び一対の棒磁石１１Ａ，１１Ｂによる磁界相互作用に基づいて、円柱状プラズマ８がシート状プラズマ１２に変形されることについて、図２を参照しながら説明する。

図２はシート状プラズマ１２の形成法の概略を説明する模式図であって、図２（ａ）は棒磁石１１Ａ，１１ＢのＺ方向の略中央付近におけるＸＹ平面に平行な断面の模式図であり、図２（ｂ）は棒磁石１１Ａ，１１ＢのＸ方向の略中央付近におけるＹＺ平面に平行な断面の模式図である。尚、図２において、符号Ｂｘ，Ｂｙ及びＢｚは、各々、図１中のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の磁束密度ベクトル成分を表している。

図２（ｂ）から理解されるように、第１電磁コイル９のコイル磁界により、棒磁石１１Ａ，１１Ｂに到達する前の円柱状プラズマ８のＺ方向に作用する初期の磁束密度成分Ｂｚ０が形成されている。このとき、初期の磁束密度成分Ｂｚ０と、一対の棒磁石１１Ａ，１１Ｂが作るＺ方向の磁束密度成分Ｂｚとの間の大小関係を適正に保つように、第１電磁コイル９の配置やその巻線に流す電流量を設定する必要がある。両者間の適正な関係を保たなければ、円柱状プラズマ８をシート状プラズマ１２に変形する際の、プラズマの形態が乱れて、主面Ｓに沿って、円柱状プラズマ８を均一に拡げ難くなると考えられている。

又、図２（ａ）から理解されるように、ＸＹ平面上には、一対の棒磁石１１Ａ，１１ＢのＮ極面から互いに輸送中心Ｐ１に近づく磁束密度のＹ方向成分Ｂｙの対が形成されると共に、これらの棒磁石１１Ａ，１１ＢのＮ極面と平行に輸送中心Ｐ１から互いに離れる磁束密度のＸ方向成分Ｂｘの対が形成されている。

磁束密度のＹ方向成分Ｂｙの対については、棒磁石１１Ａ，１１ＢのＮ極面を互いに対向配置させていることから、これらのＮ極面から輸送中心Ｐ１に近づくに連れて、そのＹ方向成分に互いに相殺され、これらの磁束密度のＹ成分に適宜のマイナス勾配を持たせることができる。

このような、磁束密度のＹ方向成分Ｂｙの勾配は、図２（ａ）の矢印で示す如く、輸送中心Ｐ１に向かってＹ方向に円柱状プラズマ８を圧縮する方向に荷電粒子を運動させ、これにより、円柱状プラズマ８中の荷電粒子は、磁力線の回りを旋回しながら、輸送中心Ｐ１の方向に進む。

一方、磁束密度のＸ方向成分Ｂｘの対については、棒磁石１１Ａ，１１Ｂの配置やその磁場強度の適切な設計により、輸送中心Ｐ１からＸ方向に離れるに連れて、これらの磁束密度のＸ成分に適宜のマイナス勾配を持たせるように調整できる。

このような、磁束密度のＸ方向成分Ｂｘの勾配は、図２（ａ）の矢印で示す如く、円柱状プラズマ８を主面Ｓ（ＸＺ平面）に沿って拡げる方向に荷電粒子を運動させ、これにより、円柱状プラズマ８中の荷電粒子は、磁力線の回りを旋回しながら、輸送中心Ｐから離れる方向に進む。

このようにして、円柱状プラズマ８は、プラズマ形成室３をＺ方向に移動する間に、第１電磁コイル９及び棒磁石１１Ａ，１１Ｂによる磁界相互作用に基づいて、主面Ｓに沿ったシート状プラズマ１２に均一に変形される。尚、シート状プラズマ１２の幅、厚み及び荷電粒子の密度分布等は、これらの磁束密度Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ，Ｂｚ０を適宜変更することにより、調整可能である。

さて、このようにして変形されたシート状プラズマ１２は、図１に示すように、プラズマ形成室３のＺ方向の他端と真空成膜室４の側壁との間に介在する、ボトルネック部１３を介して、真空成膜室４へ引き出される。尚、本実施の形態において、ボトルネック部１３の間隔（Ｙ方向寸法）及び厚み（Ｚ方向寸法）並びに幅（Ｘ方向寸法）は、シート状プラズマ１２を適切に通過させるように設計されている。

真空成膜室４としては、例えば、シート状プラズマ１２中のＡｒイオンの衝突エネルギにより平板状のターゲット１４のＣｕ材料をスパッタ粒子として叩き出す真空スパッタリング装置が採用される。尚、この真空成膜室４の筐体は、例えば、アルミニウム、ステンレス等の導電性材料により構成される。

本実施の形態では、真空成膜室４は、Ｙ方向の軸を中心とした円柱状の減圧可能な、スパッタリングプロセス用の成膜空間１６を有している。この成膜空間１６は、バルブ１７により開閉可能な排気口から真空ポンプ１８（例えば、ターボポンプ）により真空引きされる。当該成膜空間１６は、スパッタリングプロセス可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧されると共に、プラズマ形成室３の輸送空間１０が円柱状プラズマを輸送可能なレベルの真空度まで速やかに減圧される。

成膜空間１６は、その機能上、上下方向（Ｙ方向）において、ボトルネック部１３の間隔に対応する水平面（ＸＺ平面）に沿った中央空間を境にして、板状の銅製のターゲット１４を格納する囲い部により区画されたターゲット空間と、板状の基板１５を格納する囲い部により区画された基板空間と、に区分けされる。

つまり、本実施の形態において、ターゲット１４は、ターゲットホルダ１９に装着された状態でターゲット空間内に格納され、図示しないアクチュエータによりターゲット空間内を上下（Ｙ方向）に移動可能に構成されている。一方、基板１５は、基板ホルダ２０に装着された状態で基板空間内に格納され、図示しないアクチュエータにより基板空間内を上下（Ｙ方向）に移動可能に構成されている。

このようにして、ターゲット１４及び基板１５は、互いに、シート状プラズマ１２の厚み方向（Ｙ方向）に一定の好適な間隔を隔てるようにして、このシート状プラズマ１２を挟み、成膜空間１６内に対向して配置されている。

又、スパッタリングプロセス中、ターゲット１４には、直流電源Ｖ３により数百ボルトの範囲内で変更可能な可変バイアス電圧（マイナス電圧）が印加される。これにより、シート状プラズマ１２中のＡｒイオンがターゲット１４に向かって引き付けられる。その結果、Ａｒイオンとターゲット１４との間の衝突エネルギにより、ターゲット１４のスパッタ粒子（例えば、Ｃｕ粒子）が、ターゲット１４から基板１５に向かって叩き出される。

又、基板１５には、直流電源Ｖ２により数百ボルトの範囲内で変更可能な直流の可変バイアス電圧が基板ホルダ２０を介して印加されており、シート状プラズマ１２により電子を剥ぎ取られて電離されたスパッタ粒子（例えば、Ｃｕイオン）が、基板１５に向かって加速され、当該基板１５に対し付着強度を高めて堆積される。

ここで、ボトルネック部１３から見て、Ｚ方向に対向する位置の真空成膜室４の周辺構成を説明する。

真空成膜室４の側壁にはアノード７が配置され、この側壁とアノード７との間には、プラズマ通過用の通路２１が設けられている。

アノード７は、カソード６との間で適宜のプラス電圧（例えば、１００Ｖ程度の印加電圧）が印加され、カソード６及びアノード７の間の直流アーク放電によるシート状プラズマ１２中の荷電粒子（特に、電子）を回収する役割を担っている。

又、アノード７の裏側には、アノード７側をＳ極、大気側をＮ極とした永久磁石（収束用磁石）２２が配置されている。このため、この永久磁石２２のＮ極から出てＳ極に入るＸＺ平面に沿った磁力線により、アノード７に向かうシート状プラズマ１２が幅方向に収束され、シート状プラズマ１２の荷電粒子が、アノード７に適切に回収され得る。

尚、図１では図示しないが、スパッタリング装置１には、上記永久磁石２２をプラズマの輸送中心Ｐ１を傾動軸として傾ける収束磁石用の傾動機構が設けられている。この収束磁石用の傾動機構は、アノード７の裏側に配置された永久磁石２２の近傍に配置されている。傾動機構は、永久磁石２２を挟んで保持する保持部と、この保持部を輸送中心Ｐ１を傾動軸として傾ける回転部と、この回転部に設けられた手動で操作するためのレバーとを備え、更に、回転部には、永久磁石２２の傾きを読みとれる目盛りが設けられている。これにより、永久磁石２２を所望の角度まで簡単に傾けることができる。

尚、当該傾動機構には、永久磁石２２を保持し且つ傾ける構成のものであれば、公知の機構を採用することができる。例えば、他の傾動機構の構成として、角度値を入力すれば回転部を自動で傾けるための駆動部及び制御部を設けて、永久磁石２２をその角度に傾けるようにしてもよい。

又、図１に示すように、このスパッタリング装置１では、円環状の第２、及び第３の電磁コイル２３，２４（空心コイル）が、互いに対をなして、真空成膜室４の側壁を臨むようにして、成膜空間１６内のターゲット１４及び基板１５をＺ方向の向きに挟んで配置されている。

ここで、第２の電磁コイル２３は、その巻線が一対の棒磁石１１Ａ，１１Ｂと真空成膜室４との間のＺ方向の適所を取り囲むように、配置されている。又、第３の電磁コイル２４は、その巻線が真空成膜室４の側壁とアノード７との間のＺ方向の適所を取り囲むように配置されている。

このような、第２及び第３の電磁コイル２３，２４の対の巻線に電流を流すことにより作られるコイル磁界（例えば、１０Ｇ〜３００Ｇ程度のミラー磁界）により、シート状プラズマ１２の幅方向（Ｘ方向）の形状が、当該シート状プラズマ１２中の荷電粒子の拡散を適切に抑えるように整形される。

尚、本実施の形態に係るスパッタリング装置１において、プラズマガン２、真空成膜室４、アノード７、ターゲット１４、基板１５は、セラミック、プラスチック等の電気絶縁性材料を介し、それぞれ電気的に絶縁されている。

次に、本発明に係る特徴的な磁石ホルダの具体的な構成について説明する。

図３は、一対の棒磁石１１Ａ，１１Ｂを同極同士が向き合うように保持する磁石ホルダの断面構成を示す模式図である。尚、図３に示す模式図は、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を示し、磁石ホルダの断面をカソード５からアノード７の方向に観察した場合の断面構成を示している。

図３に示すように、本発明に係る一対の磁石ホルダ２５Ａ，２５Ｂは、一対の角形の棒磁石１１Ａ，１１Ｂの周囲を取り囲むようにして、Ｚ方向から見てそれぞれ平板状の、ホルダベース２６Ａ，２６Ｂと、サイドベース２７Ａ，２７Ｂと、トップベース２８Ａ，２８Ｂと、を備えている。

具体的には、説明が重複するため磁石ホルダ２５Ａを挙げて説明すると、この磁石ホルダ２５Ａは、角形の棒磁石１１Ａの上面を完全に覆うようにして、Ｚ方向から見て平板状であり且つＹ方向から見て矩形状のホルダベース２６Ａを備えている。又、この磁石ホルダ２５Ａは、棒磁石１１Ａの側面をその全周に渡り完全に覆うようにして、Ｚ方向から見て平板状であり、且つ、Ｘ方向及びＺ方向から見て矩形状のサイドベース２７Ａを備えている。そして、この磁石ホルダ２５Ａは、角形の棒磁石１１Ａの下面を完全に覆うようにして、Ｚ方向から見て平板状であり且つＹ方向から見て矩形状のトップベース２８Ａを備えている。ここで、本実施の形態では、図３に示すように、棒磁石１１Ａと磁石ホルダ２５Ａとは互いに接触した状態とされている。又、ホルダベース２６Ａの周縁の内方に矩形状に形成されたサイドベース２７Ａが配設され、その矩形状のサイドベース２７Ａの内方に棒磁石１１Ａが配置されている。そして、この棒磁石１１Ａの下面にその上面が接し且つその下面がサイドベース２７Ａの下端と同一平面上に位置するように、トップベース２８Ａが配設されている。

ホルダベース２６Ａ及びサイドベース２７Ａは、それぞれ分割して製作された後に接合されてもよく、或いは、一体加工により結合状態で製作されてもよい。又、サイドベース２７Ａとトップベース２８Ａとは、ネジ、リベットロー付け等の適切な手段により相互に接合される。

本明細書では、角形の棒磁石１１Ａの下面を有効主面という。又、この有効主面に対向するトップベース２８Ａを、磁石ホルダ２５Ａにおける第１の構成部材という。更に、棒磁石１１Ａの有効主面以外の部分に対向するホルダベース２６Ａ及びサイドベース２７Ａを、磁石ホルダ２５Ａにおける第２の構成部材という。

そして、本実施の形態では、磁石ホルダ２５Ａにおける第１の構成部材としてのトップベース２８Ａが、磁性材料により構成されている。又、磁石ホルダ２５Ａにおける第２の構成部材としてのホルダベース２６Ａ及びサイドベース２７Ａが、非磁性材料により構成されている。ここで、磁性材料としては、少なくとも１０００以上の透磁率の磁性材料が用いられる。好ましくは、この磁性材料としては、例えば、鉄、ニッケル等の強磁性材料が用いられる。一方、非磁性材料としては、アルミニウム、銅、樹脂、セラミックス等の非磁性材料が用いられる。尚、磁性材料及び非磁性材料としては、上記に挙げた鉄等の磁性材料及びアルミニウム等の非磁性材料に限定されることはなく、磁気的特性及び機械的強度等が所定の基準を満たすものであれば、如何なる磁性材料及び非磁性材料を用いてもよい。かかる構成としても、本実施の形態により得られる効果と同様の効果を得ることができる。

又、図３に示すように、本実施の形態では、棒磁石１１Ａの有効主面と磁石ホルダ２５Ａにおける第１の構成部材としてのトップベース２８Ａとが相互に接触している。尚、棒磁石１１Ａの有効主面と磁石ホルダ２５Ａにおけるトップベース２８Ａとは、磁石ホルダ２５Ａの形状次第により若干間隙を有するように配置されてもよい。

又、本実施の形態では、トップベース２８ＡがＺ方向から見て平板状に整形されている形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、棒磁石１１Ａの有効主面における磁束密度の分布等に応じて、その磁束密度の分布を適切に改善するべく、トップベース２８Ａの断面形状を適当な断面形状に変形させてもよい。例えば、トップベース２８Ａの断面形状を三角状に整形してもよく、或いは、トップベース２８Ａの断面形状を台形状に整形してもよい。このように、トップベース２８Ａの形状を適宜変形させることで、様々な磁場分布が得られるので、磁石を複数個使用する場合と比べて、棒磁石１１Ａの有効主面における磁束密度の分布を安価に且つ適切に制御することが可能になる。

尚、磁石ホルダ２５Ａに対向して配設される磁石ホルダ２５Ｂの構成は、磁石ホルダ２５Ａの構成と同様である。又、磁石ホルダ２５Ａ，２５Ｂは、スパッタリング装置１における所定の位置に適切な手段により固定されている。

次に、本発明に係る特徴的な磁石ホルダにより得られる効果について説明する。

図４は、本発明に係る特徴的な磁石ホルダが提供する効果を概念的に説明するための模式図である。尚、図４では、磁石ホルダが提供する効果のシミュレーションによる計算結果の一例を模式的に示している。又、図４において、曲線ａは矩形磁石の磁束密度が均一に分布している場合の理論モデルを示し、曲線ｂは矩形磁石上に磁性部材を配置しない場合の磁束密度の分布を示し、曲線ｃは矩形磁石上に磁性部材を配置した場合の磁束密度の分布を示している。

ここで、図４に示すシミュレーションの計算結果を求める際には、矩形磁石上に配置する磁性部材の透磁率を１０００と設定した。

図４に示すように、矩形磁石の磁束密度が均一に分布している場合の理論モデルを基準にすると（曲線ａ参照）、矩形磁石上に磁性部材を配置しない場合には、矩形磁石が配置されている中央部の磁束密度は、矩形磁石が配置されてはいない周縁部の磁束密度よりも大きく、その磁束密度は凸状に突出している（曲線ｂ参照）。これに対して、矩形磁石上に磁性部材を配置した場合には、矩形磁石が配置されている中央部の磁束密度は、矩形磁石が配置されてはいない周縁部の磁束密度よりも僅かながら大きいが、その磁束密度が明確に凸状に突出することはなく、磁性部材を配置することにより磁束密度が平均化される傾向があることを示している（曲線ｃ参照）。このように、棒磁石１１Ａ，１１Ｂの図３では下面及び上面に第１の構成部材としてのトップベース２８Ａ，２８Ｂを設けることにより、複数の磁石を設けることなく、棒磁石１１Ａ，１１Ｂの表面の磁束密度を容易に且つ安価に均一化することが可能になる。

尚、上述したように、棒磁石１１Ａ，１１Ｂの表面の磁束密度をその全面に渡り均一化するためには、棒磁石１１Ａ，１１Ｂの表面の磁束密度の分布に応じて、磁石ホルダ２５Ａ，２５Ｂにおけるトップベース２８Ａ，２８Ｂの形状を適切に変形すればよい。

以上、本実施の形態に係るスパッタリング装置１によれば、複数の磁石を必要とせず、棒磁石１１Ａ，１１Ｂの表面の磁束密度を容易に均一化する磁石ホルダ２５Ａ，２５Ｂを備えるスパッタリング装置１を安価に提供することが可能になる。

尚、本実施の形態では、スパッタリング装置１が永久磁石２２を備えている形態を例示したが、このような形態に限定されることはなく、永久磁石２２を備えていない形態であっても、本発明を適用することができる。

又、上記の実施形態は例示であり制限的なものではなく、本発明はあらゆる種類のスパッタリング装置に対して適用することができる。

本発明は、複数の磁石を必要とせず、棒磁石の表面の磁束密度を容易に均一化する磁石ホルダを備えるスパッタリング装置として、産業上の利用可能性を十分に有している。

図１は、本発明に係るスパッタリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２はシート状プラズマの形成法の概略を説明するための模式図であって、図２（ａ）は棒磁石のＺ方向の略中央付近におけるＸＹ平面に平行な断面の模式図であり、図２（ｂ）は棒磁石のＸ方向の略中央付近におけるＹＺ平面に平行な断面の模式図である。 図３は、一対の棒磁石を同極同士が向き合うように保持する磁石ホルダの断面構成を示す模式図である。 図４は、本発明に係る特徴的な磁石ホルダが提供する効果を概念的に説明するための模式図である。

符号の説明

１ スパッタリング装置
２ プラズマガン
３ プラズマ形成室
４ 真空成膜室
５ フランジ
６ カソード
７ アノード
８ 円柱プラズマ
９ 第１の電磁コイル
１０ 輸送空間
１１Ａ，１１Ｂ 棒磁石
１２ シート状プラズマ
１３ ボトルネック部
１４ ターゲット
１５ 基板
１６ 成膜空間
１７ バルブ
１８ 真空ポンプ
１９ ターゲットホルダ
２０ 基板ホルダ
２１ 通路
２２ 永久磁石
２３ 第２の電磁コイル
２４ 第３の電磁コイル
２５Ａ，２５Ｂ 磁石ホルダ
２６Ａ，２６Ｂ ホルダベース
２７Ａ，２７Ｂ サイドベース
２８Ａ，２８Ｂ トップベース
Ｇ１，Ｇ２ グリッド電極
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 電源
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
ＲＶ 可変抵抗

Claims (6)

1. 円柱状プラズマを放電により形成して輸送方向に向けて放出するプラズマガンと、
   前記プラズマガンに連通し前記円柱状プラズマが前記輸送方向に移動する輸送空間を有するプラズマ形成室と、
   前記プラズマ形成室の輸送空間を前記輸送方向に対して交差する向きに同極同士が向き合うように挟む一対の磁石と、
   前記一対の磁石を同極同士が向き合うように保持する一対の磁石ホルダと、
   前記プラズマ形成室の輸送空間に連通する開口を通じてシート状プラズマが導入される真空成膜室と、
   前記真空成膜室内に配置されたターゲットを前記輸送方向に沿った向きに挟み互いに異極同士が向き合った対をなす電磁コイルと、
   前記ターゲットにバイアス電圧を印加する電源と、を備え、
   前記一対の磁石は、それぞれ、磁束を提供する有効主面を有し、
   前記それぞれの有効主面が前記輸送空間を挟むように前記一対の磁石が配置され、
   前記有効主面からの前記磁束により前記円柱状プラズマをシート状に変形させて前記シート状プラズマとするスパッタリング装置であって、
   前記一対の磁石ホルダは、それぞれ、前記有効主面に対向する第１の構成部材と、前記有効主面以外の部分に対向する第２の構成部材と、を有し、
   前記第１の構成部材が磁性材料からなる、スパッタリング装置。
2. 前記磁性材料が、少なくとも１０００以上の透磁率の磁性材料である、請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 前記磁性材料が、鉄、ニッケルの何れかの強磁性材料である、請求項２記載のスパッタリング装置。
4. 前記第２の構成部材が非磁性材料からなる、請求項１記載のスパッタリング装置。
5. 前記非磁性材料が、アルミニウム、銅、樹脂、セラミックスの何れかの非磁性材料である、請求項４記載のスパッタリング装置。
6. 前記一対の磁石の有効主面と前記一対の磁石ホルダの第１の構成部材とが相互に接触している、請求項１記載のスパッタリング装置。

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