JP2020015958A - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットの被スパッタ面に沿う漏洩磁場の強度における自由度を高めることを可能としたマグネトロンスパッタ装置を提供する。【解決手段】成膜空間１１Ａに露出する被スパッタ面１２Ｓを含むターゲット１２と、ターゲット１２に対して成膜空間１１Ａとは反対側に位置し、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、ターゲット１２の一部を覆う大きさを有し、第１磁石部１３Ａ１と第２磁石部１３Ａ２とを含む磁石１３Ａを含む磁気回路１３と、ターゲット１２と磁気回路１３とが対向する対向方向に沿う回転軸Ａを中心に磁気回路１３を回転させる回転部１４と、第１磁石部１３Ａ１と被スパッタ面１２Ｓとの間の距離である第１距離と、第２磁石部１３Ａ２と被スパッタ面１２Ｓとの間の距離である第２距離とを互いに独立に変え、かつ、ターゲット１２がスパッタされている間に第１距離と第２距離とを変えることが可能な変更部１５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、マグネトロンスパッタ装置に関する。

マグネトロンスパッタ装置は、ターゲットと磁気回路とを備えている。ターゲットは、真空槽に露出する被スパッタ面を含んでいる。磁気回路は、ターゲットに対して真空槽とは反対側に位置し、ターゲットの被スパッタ面に沿う漏洩磁場を形成する。磁気回路が備える磁石は、ターゲットと磁気回路とが対向する対向方向から見て、ターゲットの一部と重なる形状を有する。マグネトロンスパッタ装置は、対向方向に沿う回転軸を中心に磁気回路を回転させる回転部をさらに備えている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１３−０８２９６１号公報

ところで、マグネトロンスパッタ装置では、成膜対象の各部位に対して到達するスパッタ粒子の量を調整する上で、被スパッタ面に沿う漏洩磁場の強度における自由度を高めることが求められている。

本発明は、ターゲットの被スパッタ面に沿う漏洩磁場の強度における自由度を高めることを可能としたマグネトロンスパッタ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのマグネトロンスパッタ装置は、成膜空間を区画する真空槽と、前記成膜空間に露出する被スパッタ面を含むターゲットと、前記ターゲットに対して前記成膜空間とは反対側に位置し、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記ターゲットの一部を覆う大きさを有し、第１磁石部と第２磁石部とを含む磁石を含む磁気回路と、前記ターゲットと前記磁気回路とが対向する対向方向に沿う回転軸を中心に前記磁気回路を回転させる回転部と、前記第１磁石部と前記被スパッタ面との間の距離である第１距離と、前記第２磁石部と前記被スパッタ面との間の距離である第２距離とを互いに独立に変え、かつ、前記ターゲットがスパッタされている間に前記第１距離と前記第２距離とを変えることが可能な変更部と、を備える。

磁気回路が備える磁石と、ターゲットの被スパッタ面との間の距離が小さいほど、被スパッタ面上に形成される漏洩磁場の強度が高くなる。上記構成によれば、第１距離と第２距離とを互いに独立に変えることができるため、被スパッタ面と対向する平面視において、被スパッタ面のなかで第１磁石部と重なる部分における漏洩磁場の強度と、第２磁石部を重なる部分における漏洩磁場の強度とを互いに独立に変えることができる。すなわち、被スパッタ面と磁石との間の距離が固定された場合と比べて、被スパッタ面に沿う漏洩磁場の強度における自由度を高めることができる。

上記マグネトロンスパッタ装置では、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記磁石が配置される領域が配置領域であり、前記配置領域は、前記対向方向に沿って延びる中心軸を中心とする円状を有し、かつ、第１区画と第２区画とを含み、前記第１区画と前記第２区画とは、前記中心軸を中心とする同心状であり、前記配置領域の径方向において、前記第２区画は前記第１区画よりも外側に位置し、前記第１磁石部は、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記第１区画に位置し、前記第２磁石部は、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記第２区画に位置してもよい。

上記構成によれば、第１距離および第２距離の各々を変えることによって、中心軸の径方向における所定の位置について、中心軸の周方向における漏洩磁場の強度を変えることができる。

上記マグネトロンスパッタ装置では、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記磁石が配置される領域が配置領域であり、前記配置領域は、前記回転軸を中心とする円状を有し、かつ、第１区画と第２区画とを含み、前記第１区画と前記第２区画とは、前記回転軸を中心とする同心状であり、前記配置領域の径方向において、前記第２区画は前記第１区画よりも外側に位置し、前記第１磁石部は、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記第１区画に位置し、前記第２磁石部は、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記第２区画に位置してもよい。

上記マグネトロンスパッタ装置において、前記磁気回路は、前記磁石が固定されるヨークを含み、前記ヨークは、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記回転軸を中心とする円板状を有し、前記第１磁石部が固定される第１ヨーク部と、前記第２磁石部が固定される第２ヨーク部とを含み、前記第１ヨーク部と前記第２ヨーク部とは、前記回転軸を中心とする同心状であり、前記ヨークの径方向において、前記第２ヨーク部は、前記第１ヨーク部よりも外側に位置し、前記変更部は、前記対向方向における前記第１ヨーク部の位置と前記第２ヨーク部の位置とを互いに独立に変えることによって、前記第１距離と前記第２距離とを互いに独立に変えてもよい。

磁気回路は、回転軸を中心に回転するため、被スパッタ面における漏洩磁場の強度における積算値は、中心からの距離に応じて変わる。言い換えれば、被スパッタ面における各部位において、中心からの距離が互いに等しい部位における積算値は、一周期を単位として周方向において一定である。上記各構成によれば、第１磁石部および第２磁石部は、被スパッタ面の径方向において、中心からの距離が互いに異なる部分として設定される。そのため、被スパッタ面内において、漏洩磁場の強度における積算値が等しい部分の全体において、１つの磁石部の位置を変えることによって、漏洩磁場の強度を同じ度合いだけ変化させることが可能である。

上記マグネトロンスパッタ装置では、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記被スパッタ面における前記第１磁石部の位置が第１位置であり、前記被スパッタ面における前記第２磁石部の位置が第２位置であり、前記変更部は、前記第１位置と前記第２位置とを互いに独立に変えてもよい。

上記構成によれば、第１距離および第２距離に加えて、第１位置および第２位置を変えることが可能であるため、第１距離および第２距離のみを変えることが可能である場合と比べて、被スパッタ面内において漏洩磁場の強度を変更する自由度をより高めることができる。

上記マグネトロンスパッタ装置において、前記磁気回路が前記回転軸を中心に１回転するときの前記被スパッタ面の径方向での各位置における漏洩磁場の強度を積算した値が積算値であり、前記被スパッタ面の径方向のなかで、前記積算値が最大である位置が最大位置であり、前記第１磁石部および前記第２磁石部のいずれか一方が、前記被スパッタ面と対向する平面視において前記最大位置と重なってもよい。

被スパッタ面のなかで、漏洩磁場の強度における積算値が最大である最大位置において、ターゲットの浸食量が最も大きくなる。そのため、被スパッタ面の最大位置では、他の部分に比べて、磁石と被スパッタ面との間の距離の変化量が最も大きくなる。結果として、最大位置から放出されるスパッタ粒子の量の変化量も最も大きくなる。上記構成によれば、被スパッタ面と対向する平面視において最大位置と重なる磁石において、磁石と被スパッタ面との間の距離を変えることが可能である。そのため、磁石と被スパッタ面との間の距離が変わることによって、スパッタ粒子の放出量が変わることを抑える効果を顕著に得ることができる。

一実施形態におけるマグネトロンスパッタ装置の構成を模式的に示すブロック図。 被スパッタ面と対向する平面視における磁石とヨークとの構造を示す平面図。 ターゲットの径方向におけるターゲットの中心からの距離と径方向の各位置におけるターゲットの侵食量との関係を示すグラフ。 変更部における第１の形態の構成を模式的に示すブロック図。 変更部における第２の形態の構成を模式的に示すブロック図。 変更部における第３の形態の構成を模式的に示すブロック図。 変更部における第４の形態の構成を模式的に示すブロック図。 変更部における第５の形態が有する第１の状態を示すブロック図。 変更部における第５の形態が有する第２の状態を示すブロック図。 マグネトロンスパッタ装置の作用を説明するための作用図。 変形例における被スパッタ面と対向する平面視における磁石とヨークとの構造を示す平面図。

図１から図１０を参照して、マグネトロンスパッタ装置の一実施形態を説明する。以下では、マグネトロンスパッタ装置の構成、磁気回路の構成、変更部の構成、および、マグネトロンスパッタ装置の作用を順に説明する。

［マグネトロンスパッタ装置の構成］
図１を参照してマグネトロンスパッタ装置の構成を説明する。
図１が示すように、マグネトロンスパッタ装置１０は、真空槽１１、ターゲット１２、磁気回路１３、回転部１４、および、変更部１５を備えている。真空槽１１は、成膜空間１１Ａを区画している。ターゲット１２は、成膜空間１１Ａに露出する被スパッタ面１２Ｓを含んでいる。磁気回路１３は、ターゲット１２に対して成膜空間１１Ａとは反対側に位置している。磁気回路１３は、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、ターゲット１２の一部を覆う大きさを有する磁石１３Ａを含んでいる。磁石１３Ａは、第１磁石部１３Ａ１、第２磁石部１３Ａ２、および、第３磁石部１３Ａ３を含んでいる。

回転部１４は、ターゲット１２と磁気回路１３とが対向する対向方向に沿う回転軸Ａを中心に磁気回路１３を回転させる。第１磁石部１３Ａ１と被スパッタ面１２Ｓとの間の距離が第１距離であり、第２磁石部１３Ａ２と被スパッタ面１２Ｓとの間の距離が第２距離であり、第３磁石部１３Ａ３と被スパッタ面１２Ｓとの間の距離が第３距離である。変更部１５は、第１距離、第２距離、および、第３距離を互いに独立に変える。変更部１５は、ターゲット１２がスパッタされている間に第１距離、第２距離、および、第３距離を変えることが可能である。

真空槽１１は、成膜空間１１Ａを排気する排気部に接続されている。成膜空間１１Ａの圧力は、排気部によって減圧される。真空槽１１内であって、かつ、ターゲット１２と対向する位置には、成膜対象Ｓを支持する支持部１６が位置している。支持部１６は、例えば成膜対象Ｓを支持するステージである。

本実施形態において、ターゲット１２は円板状を有する。磁気回路１３の回転軸Ａは、ターゲット１２の中心を通る。ターゲット１２の形成材料は、金属であってもよいし、金属化合物であってもよい。金属化合物は、例えば、金属酸化物であってもよいし、金属窒化物であってもよい。ターゲット１２の形成材料は、非金属であってもよい。非金属は、例えばケイ素であってよい。

回転部１４は、例えばモーターと軸部材とを含んでいる。回転部１４は、モーターの回転によって回転軸Ａを中心として軸部材を回転させることによって、磁気回路１３を所定の速度で回転させる。

ターゲット１２は、バッキングプレート１７に固定されている。バッキングプレート１７は、金属製の板部材である。バッキングプレート１７には、ターゲット電源１８が接続されている。ターゲット電源１８は、バッキングプレート１７を通じてターゲット１２に電力を供給する。ターゲット電源１８は、ターゲット１２の主成分に応じて、直流電源でもよいし、交流電源でもよい。

真空槽１１には、ガス供給部１９が接続されている。ガス供給部１９は、成膜空間１１Ａ内にプラズマを生成するためのガスを供給する。ガス供給部１９は、ターゲット１２をスパッタするためのイオンを含んだプラズマを生成するためのスパッタガスのみを供給してもよいし、スパッタガスに加えて、ターゲット１２から放出されたスパッタ粒子と反応させるための反応ガスを供給してもよい。

マグネトロンスパッタ装置１０は、制御部１０Ｃをさらに備えている。制御部１０Ｃは、回転部１４、ターゲット電源１８、および、ガス供給部１９に電気的に接続されている。制御部１０Ｃは、回転部１４、ターゲット電源１８、および、ガス供給部１９の駆動を制御する。なお、後述する変更部１５における複数の形態なかで、制御部１０Ｃは一部の変更部１５に電気的に接続される一方で、制御部１０Ｃは他の一部の変更部１５には電気的に接続されていない。

マグネトロンスパッタ装置１０において成膜処理が行われるときには、支持部１６に成膜対象Ｓが配置された後、成膜空間１１Ａが排気される。次いで、制御部１０Ｃは、ガス供給部１９にガスの供給を開始させる。そして、制御部１０Ｃがターゲット電源１８に電力の供給を開始させることによって、被スパッタ面１２Ｓの近傍にプラズマが生成される。これにより、被スパッタ面１２Ｓがスパッタされることによって、スパッタ粒子がターゲット１２から放出される。スパッタ粒子が成膜対象Ｓに到達することによって、成膜対象Ｓに薄膜が形成される。なお、制御部１０Ｃは、ターゲット電源１８が電力の供給を開始する前に、回転部１４に磁気回路１３の回転を開始させる。

［磁気回路の構成］
図２および図３を参照して磁気回路の構成をより詳しく説明する。以下では、磁気回路１３における構成の一例として、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、ターゲット１２が円板状である場合における磁気回路１３の構成を説明する。

図２が示すように、磁気回路１３は、磁石１３Ａが固定されるヨーク１３Ｂを含んでいる。ヨーク１３Ｂは、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、回転軸Ａを中心とする円板状を有している。ヨーク１３Ｂは、第１ヨーク部１３Ｂ１および第２ヨーク部１３Ｂ２を備えている。第１ヨーク部１３Ｂ１には、第１磁石部１３Ａ１が固定されている。第２ヨーク部１３Ｂ２には、第２磁石部１３Ａ２が固定されている。

第１ヨーク部１３Ｂ１と第２ヨーク部１３Ｂ２とは、回転軸Ａを中心とする同心状であり、ヨーク１３Ｂの径方向ＤＲにおいて、第２ヨーク部１３Ｂ２は、第１ヨーク部１３Ｂ１よりも外側に位置している。変更部１５は、対向方向における第１ヨーク部１３Ｂ１の位置と第２ヨーク部１３Ｂ２の位置とを互いに独立に変えることによって、第１距離と第２距離とを互いに独立に変える。

本実施形態において、ヨーク１３Ｂは、第１ヨーク部１３Ｂ１、第２ヨーク部１３Ｂ２、および、第３ヨーク部１３Ｂ３から構成されている。第１ヨーク部１３Ｂ１はヨーク１３Ｂの中心を含んでいる。ヨーク１３Ｂの径方向ＤＲにおいて、第２ヨーク部１３Ｂ２は、第１ヨーク部１３Ｂ１よりも外側に位置し、かつ、第３ヨーク部１３Ｂ３よりも内側に位置している。第１ヨーク部１３Ｂ１は、円板状を有している。第２ヨーク部１３Ｂ２および第３ヨーク部１３Ｂ３は、それぞれ第１ヨーク部１３Ｂ１と同心の円環状を有している。

本実施形態において、磁石１３Ａは、複数の磁石要素１３ＡＥから構成されている。磁石１３Ａの外形は、ターゲット１２とヨーク１３Ｂとが対向する方向から見て、無端の環状を有している。複数の磁石要素１３ＡＥが形成する磁石１３Ａの外形は、対向方向において、ターゲット１２の被スパッタ面１２Ｓの一部に重なる形状である。すなわち、磁石１３Ａは、対向方向において、被スパッタ面１２Ｓの一部に重なる大きさである。磁石１３Ａにおいて、磁石１３Ａの外形における中心がターゲット１２の中心に対して偏心している。なお、磁石１３Ａにおいて、磁石１３Ａの外形における中心が、ターゲット１２の中心に一致してもよい。

磁石１３Ａは、第１磁石部１３Ａ１、第２磁石部１３Ａ２、および、第３磁石部１３Ａ３から構成されている。各磁石部１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ａ３は、複数の磁石要素１３ＡＥから構成されている。ヨーク１３Ｂの径方向ＤＲにおいて、第２磁石部１３Ａ２が、第１磁石部１３Ａ１よりも外側に位置し、かつ、第３磁石部１３Ａ３よりも内側に位置している。

第１磁石部１３Ａ１を構成する各磁石要素１３ＡＥは、第１ヨーク部１３Ｂ１に固定されている。第２磁石部１３Ａ２を構成する各磁石要素１３ＡＥは、第２ヨーク部１３Ｂ２に固定されている。第３磁石部１３Ａ３を構成する各磁石要素１３ＡＥは、第３ヨーク部１３Ｂ３に固定されている。

磁気回路１３は、回転軸Ａを中心に回転するため、被スパッタ面１２Ｓにおいて、漏洩磁場の強度における積算値は、中心からの距離に応じて変わる。言い換えれば、被スパッタ面１２Ｓにおける各部位において、中心からの距離が互いに等しい部位における積算値は、周方向において一定である。ここで、各磁石部１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ａ３は、被スパッタ面１２Ｓの径方向において、中心からの距離が互いに異なる部分として設定される。そのため、被スパッタ面１２Ｓ内において、漏洩磁場の強度における積算値が等しい部分の全体において、１つの磁石部１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ａ３の位置を変えることによって、漏洩磁場の強度を同じ度合いだけ変化させることが可能である。

言い換えれば、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、磁石１３Ａが配置される領域が配置領域である。配置領域は、回転軸Ａを中心とする円状を有し、かつ、第１区画Ｓ１と第２区画Ｓ２とを含んでいる。第１区画Ｓ１と第２区画Ｓ２とは、回転軸Ａを中心とする同心状であり、配置領域の径方向において、第２区画Ｓ２は第１区画Ｓ１よりも外側に位置している。第１磁石部１３Ａ１は、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、第１区画Ｓ１に位置している。第２磁石部１３Ａ２は、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、第２区画Ｓ２に位置している。

本実施形態では、配置領域は、第１区画Ｓ１、第２区画Ｓ２、および、第３区画Ｓ３から構成されている。配置領域の径方向において、第２区画Ｓ２が、第１区画Ｓ１よりも外側に位置し、かつ、第３区画Ｓ３よりも内側に位置している。第１区画Ｓ１は、円状を有している。第２区画Ｓ２および第３区画Ｓ３は、第１区画Ｓ１と同心の円環状を有している。

すなわち、本実施形態では、第１区画Ｓ１に、ヨーク１３Ｂの第１ヨーク部１３Ｂ１が位置している。第２区画Ｓ２に、ヨーク１３Ｂの第２ヨーク部１３Ｂ２が位置している。第３区画Ｓ３に、ヨーク１３Ｂの第３ヨーク部１３Ｂ３が位置している。

図３は、ターゲット１２の径方向におけるターゲット１２の中心からの距離と、ターゲット１２の径方向における各位置でのターゲット１２の浸食量との関係を示すグラフである。図３に示す浸食量は、以下の条件でターゲット１２をスパッタしたときの浸食量をシミュレーションによって算出した値である。なお、図３では、ターゲット１２の一例として、半径が１５０ｍｍであるターゲット１２を用いた場合の浸食量が示されている。

（条件１）ターゲット１２をスパッタする前に設定されたターゲット１２と磁気回路１３との間の距離は、ターゲット１２の全体において一定である。
（条件２）ターゲット１２がスパッタされる所定の期間にわたって、ターゲット１２と磁気回路１３との間の距離は、ターゲット１２の全体において一定である。

図３が示すように、ターゲット１２の浸食量は、３つのピークを有する。ターゲット１２の中心側から順に、ターゲット１２の浸食量は、第１ピーク、第２ピーク、および、第３ピークを有する。第１ピークは、ターゲット１２の中心からの距離が０ｍｍから３０ｍｍまでの間に位置している。第２ピークは、ターゲット１２の中心からの距離が６０ｍｍから９０ｍｍまでの間に位置している。第３ピークは、ターゲット１２の中心からの距離が１２０ｍｍに位置している。第２ピークでの浸食量は、第１ピークでの浸食量よりも大きく、かつ、第３ピークでの浸食量よりも小さい。

上述したように、磁気回路１３は、ターゲット１２の中心を通る回転軸Ａを中心に回転するため、ターゲット１２の周方向における各位置における浸食量は、ターゲット１２の中心からの距離によって決まる。言い換えれば、ターゲット１２の周方向における各位置において、ターゲット１２の中心からの距離が等しければ、ターゲット１２の浸食量も等しい。

磁気回路１３が回転軸Ａを中心に１回転するときの被スパッタ面１２Ｓの径方向での各位置における漏洩磁場の強度を積算した値が積算値である。ターゲット１２の各位置における浸食量は、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、漏洩磁場のなかで各位置と重なる部分の密度に比例する。そのため、ターゲット１２の各位置における浸食量は、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、各位置における積算値の大きさに比例する。そのため、磁石１３Ａの外形が、図２が示す形状、すなわち、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視においていわゆるハート形状の曲線である本実施形態では、ターゲット１２の径方向において、積算値は、浸食量と同様、３つのピークを有する。なお、ハート形状は、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、無端の環状であり、かつ、環の一部が環の中心に向けて窪むことによって、２つの鋭角（θａ）を有する角部と、２つの鈍角（θｂ）を有する角部とが、環の周方向において交互に並ぶ形状である。

被スパッタ面１２Ｓの径方向のなかで、積算値が最大である位置が最大位置である。第１磁石部から第３磁石部のいずれか１つが、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において最大位置と重なることができる。

本実施形態では、被スパッタ面１２Ｓの径方向のなかで、ターゲット１２の中心からの距離が１２０ｍｍである位置が最大位置である。第３磁石部１３Ａ３が、被スパッタ面１２Ｓと対応する平面視において最大位置と重なる。

被スパッタ面１２Ｓのなかで、漏洩磁場の強度における積算値が最大である最大位置において、ターゲット１２の浸食量が最も大きくなる。そのため、被スパッタ面１２Ｓの最大位置では、他の部分に比べて、磁石１３Ａと被スパッタ面１２Ｓとの間の距離における変化量が最も大きくなる。結果として、最大位置から放出されるスパッタ粒子の量の変化量も最も大きくなる。本実施形態では、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において最大位置と重なる磁石１３Ａにおいて、磁石１３Ａと被スパッタ面１２Ｓとの間の距離を変えることが可能である。そのため、磁石１３Ａと被スパッタ面１２Ｓとの間の距離が変わることによって、スパッタ粒子の放出量が変わることを抑える効果を顕著に得ることができる。

本実施形態では、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、被スパッタ面１２Ｓの径方向のなかで、第１ピークの位置に第１磁石部１３Ａ１が重なる。被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、被スパッタ面１２Ｓの径方向のなかで、第２ピークの位置に第２磁石部１３Ａ２が重なる。

［変更部の構成］
図４から図９を参照して変更部の構成を説明する。以下では、変更部として採用することが可能な５つの構成を順に説明する。図４から図９の各々では、説明および図示の便宜上、変更部１５が含む機構のなかで、第２ヨーク部１３Ｂ２の位置を変える機構のみが図示されている。実際には、第２ヨーク部１３Ｂ２は、第１ヨーク部１３Ｂ１の位置を変える機構、および、第３ヨーク部１３Ｂ３の位置を変える機構を含んでいる。なお、磁気回路１３は、以下に説明する第１の形態から第５の形態のなかで、１つの形態のみを含んでもよいし、２つ以上の形態を含んでもよい。

［第１の形態］
図４が示すように、磁気回路１３は、磁石１３Ａおよびヨーク１３Ｂに加えて、回転軸Ａに沿って延びる筒部１３Ｃを備えている。筒部１３Ｃは、ヨーク１３Ｂに対してターゲット１２とは反対側に底部を有する有底筒状である。筒部１３Ｃにおいて、底部とは反対側の開口は、ヨーク１３Ｂによって塞がれている。変更部１５は、ヨーク１３Ｂと筒部１３Ｃとによって形成される空間内に位置している。なお、以下に説明する第２の形態から第５の形態の各々においても、磁気回路１３が筒部１３Ｃを備え、かつ、変更部１５の少なくとも一部が、筒部１３Ｃとヨーク１３Ｂとによって区画される空間内に位置している。

変更部１５は、空圧式アクチュエーター２１と、プレート２２とを備えている。空圧式アクチュエーター２１は、回転軸Ａが延びる方向に沿って伸縮するシリンダを備えている。シリンダは、シリンダに供給される圧縮空気の圧力に応じて、回転軸Ａに沿った長さが変わる。プレート２２は、空圧式アクチュエーター２１のシリンダと、第２ヨーク部１３Ｂ２とに接続されている。

磁気回路１３は、ロータリージョイント２３をさらに備えている。ロータリージョイント２３は、回転部１４と同軸上において筒部１３Ｃの底部に固定されている。ロータリ−ジョイント２３は、空圧式アクチュエーター２１に圧縮空気を供給するための流路を有している。ロータリージョイント２３は、回転体である空圧式アクチュエーター２１に圧縮空気を供給する。

［第２の形態］
図５が示すように、変更部１５は、電磁式アクチュエーター３１を備えている。電磁式アクチュエーター３１は、回転軸Ａに沿って延び、かつ、第２ヨーク部１３Ｂ２に接続されたシャフトを含んでいる。シャフトは、電磁式アクチュエーター３１に供給される電力の積算値に応じて、回転軸Ａに沿った長さが変わる。

磁気回路１３は、スリップリング３２をさらに備えている。スリップリング３２は、磁気回路１３の外部から、回転体である電磁式アクチュエーター３１への電力の供給を可能にするためのコネクタである。

なお、マグネトロンスパッタ装置１０は、電磁式アクチュエーター３１に電力を供給するための蓄電池を備えてもよい。蓄電池は、変更部１５と同様、筒部１３Ｃとヨーク１３Ｂとによって区画される空間内に位置する。マグネトロンスパッタ装置１０が蓄電池を備える場合には、磁気回路１３の外部から電磁式アクチュエーター３１に電力を供給することが不要である。そのため、スリップリング３２を省略することができる。この場合には、無線通信などを用いて、電磁式アクチュエーター３１の駆動を制御することが可能である。

［第３の形態］
図６が示すように、変更部１５は、シャフト４１、ベアリング４２、レール４３、アクチュエーター４４、および、リニアガイド４５を備えている。シャフト４１は、回転軸Ａに沿って延びている。シャフト４１において、第１端部は、第２ヨーク部１３Ｂ２に接続され、かつ、第２端部は、ヨーク１３Ｂの径方向における外側に向けて屈曲している。ベアリング４２は、第２端部に接続されている。レール４３は、磁気回路１３と同心の円環状を有している。シャフト４１の第２端部は、ベアリング４２を介してレール４３に支持されている。これにより、磁気回路１３の回転に伴って、シャフト４１がレール４３に沿って回転する。

アクチュエーター４４は、回転軸Ａが延びる方向に沿って、レール４３の位置を変える。回転軸Ａが延びる方向において、レール４３の位置が変わることにより、シャフト４１が、回転軸Ａが延びる方向においてリニアガイド４５に沿って移動する。これにより、回転軸Ａが延びる方向において、第２ヨーク部１３Ｂ２の位置が変わる。

［第４の形態］
図７が示すように、変更部１５は、ギヤボックス５１、入力部５２、出力部５３、および、シャフト５４を備えている。ギヤボックス５１は、所定の減速比を有する。ギヤボックス５１は、例えば、ウォームギヤと歯車との組み合わせによる高い減速比を有する。入力部５２は、回転部１４の回転をギヤボックス５１に入力するための機構である。出力部５３は、ギヤボックス５１における回転運動を出力部５３に接続されたシャフト５４の直動運動に変換するための機構である。

これにより、第４の形態では、回転部１４の回転に応じて、シャフト５４が、回転軸Ａに沿って移動する。シャフト５４は、ヨーク１３Ｂから筒部１３Ｃの底部に向かう方向に移動する。言い換えれば、シャフト５４は、磁石１３Ａとターゲット１２の被スパッタ面１２Ｓとの間の距離が大きくなる方向に移動する。第４の形態では、例えば、回転部１４が１回転するごとにシャフト５４が０．０１ｍｍ程度移動する。

第４の形態では、回転部１４の回転に応じて変更部１５が磁石１３Ａと被スパッタ面１２Ｓとの間の距離を変える。そのため、第４の形態では、変更部１５を制御部１０Ｃに電気的に接続するための構成を省略することができる。

［第５の形態］
被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、被スパッタ面１２Ｓにおける第１磁石部１３Ａ１の位置が第１位置であり、被スパッタ面１２Ｓにおける第２磁石部１３Ａ２の位置が第２位置である。第５の形態が備える変更部１５は、上述した第１位置と第２位置とを互いに独立に変えることが可能である。図８および図９を参照して、第５の形態をより詳しく説明する。

図８が示すように、第１ヨーク部１３Ｂ１、第２ヨーク部１３Ｂ２、および、第３ヨーク部１３Ｂ３は、ヨーク１３Ｂの径方向において、等間隔で並んでいる。径方向において互いに隣り合うヨーク部１３Ｂ１，１３Ｂ２，１３Ｂ３間の距離は、ヨーク１３Ｂの周方向において一定である。第３ヨーク部１３Ｂ３は、ヨーク１３Ｂの径方向において、筒部１３Ｃから所定の距離だけ離れている。径方向における第３ヨーク部１３Ｂ３と筒部１３Ｃとの間の距離は、ヨーク１３Ｂの周方向において一定である。

第１ヨーク部１３Ｂ１は、２以上の要素から構成されていてもよい。第１ヨーク部１３Ｂ１は、周方向において分割されている。第２ヨーク部１３Ｂ２は、２以上の要素から構成されていてもよい。第２ヨーク部１３Ｂ２は、周方向において分割されている。第２ヨーク部１３Ｂ２を構成する各要素は、円弧状を有している。第２ヨーク部１３Ｂ２は、２以上の要素から構成されている。第３ヨーク部１３Ｂ３は、周方向に沿って分割されていてもよい。第３ヨーク部１３Ｂ３を構成する各要素は、円弧状を有している。第３ヨーク部１３Ｂ３は、２以上の要素から構成されている。

第５の形態において、変更部１５は、各ヨーク部１３Ｂ１，１３Ｂ２，１３Ｂ３を構成する要素ごとに、回転軸Ａが延びる方向に沿う位置と、ヨーク１３Ｂの径方向に沿う位置とを変えることが可能な機構を含む。

変更部１５は、アクチュエーター６１と変更部材６２とを備えている。アクチュエーター６１は、空圧式アクチュエーターでもよいし、電磁式アクチュエーターでもよいし、油圧式アクチュエーターでもよい。アクチュエーター６１は、シャフトを備えている。アクチュエーター６１のシャフトは、ヨーク１３Ｂの径方向に沿って伸縮する。変更部材６２は、回転軸Ａに沿って延びる形状を有している。変更部材６２における第１端部は、第２ヨーク部１３Ｂ２に接続され、変更部材６２における第２端部は、筒部１３Ｃの底部に接続されている。変更部材６２は、第２端部を支点として、ヨーク１３Ｂの径方向に沿う第１端部の位置における変更が可能であるように、第２ヨーク部１３Ｂ２と筒部１３Ｃの底部とに固定されている。変更部材６２は、典型的には、平行リンクあるいはスライダと、クランク機構あるいは直線導入機構とによって構成される。

図８は、例えば変更部１５が第１の状態であるときの磁気回路１３の状態を示している。変更部１５が第１の状態であるとき、変更部材６２は、回転軸Ａに沿って延びている。そのため、第２ヨーク部１３Ｂ２と筒部１３Ｃの底部との間の距離が、最も大きい。

これに対して、図９は、変更部１５が駆動された状態である第２の状態であるときの磁気回路１３の状態を示している。第２の状態において、アクチュエーター６１にアクチュエーター６１を駆動するためのエネルギーが供給されている。

図９が示すように、アクチュエーター６１が駆動されることによって、ヨーク１３Ｂの径方向におけるシャフトの長さが第１の状態よりも長くなる。これにより、変更部材６２が、回転軸Ａに対して傾く。より詳しくは、変更部材６２の第１端部が径方向の外側に向けて移動するように、変更部材６２が傾く。結果として、変更部材６２の第１端部の位置が、回転軸Ａの延びる方向と、ヨーク１３Ｂの径方向との両方において変わる。すなわち、第２の状態において、第２ヨーク部１３Ｂ２と、筒部１３Ｃの底部との間の距離が、第１の状態よりも短くなる。これに伴い、第２ヨーク部１３Ｂ２とターゲット１２の被スパッタ面１２Ｓとの間の距離と、被スパッタ面１２Ｓにおける第２ヨーク部１３Ｂ２の位置との両方が同時に変わる。

第５の形態では、第１距離および第２距離に加えて、第１位置および第２位置を変えることが可能であることによって、第１距離および第２距離のみを変えることが可能である場合と比べて、被スパッタ面１２Ｓ内において漏洩磁場の強度を変更する自由度をより高めることができる。

［マグネトロンスパッタ装置の作用］
図１０を参照して、マグネトロンスパッタ装置１０の作用を説明する。以下では、マグネトロンスパッタ装置１０の作用のなかで、上述した磁気回路１３によって得られる作用を説明する。

上述したように、マグネトロンスパッタ装置１０では、第１距離、第２距離、および、第３距離を互いに独立に変えることができる。そのため、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、被スパッタ面１２Ｓのなかで各磁石部１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ａ３と重なる部分における漏洩磁場の強度を互いに独立に変えることができる。すなわち、被スパッタ面１２Ｓと磁石との間の距離が固定された場合と比べて、被スパッタ面１２Ｓに沿う漏洩磁場の強度における自由度を高めることができる。

なお、変更部１５が第１距離、第２距離、および、第３距離の各々を変えるタイミングは、ターゲット１２がスパッタされている間でもよいし、ターゲット１２がスパッタされていない間、かつ、真空槽１１内が真空に保たれている間でもよい。いずれの場合であっても、本実施形態のマグネトロンスパッタ装置１０によれば、真空槽１１を大気に開放することなく、第１距離、第２距離、および、第３距離の各々を変えることができる。

図１０は、ターゲット１２の使用を開始してから所定の期間が経過した後のターゲットと、磁気回路１３とを示している。
図１０が示すように、ターゲット１２の使用を開始してから所定の期間が経過した後では、被スパッタ面１２Ｓは、凹凸面である。なお、ターゲット１２の使用が開始された時点において、被スパッタ面１２Ｓはほぼ平坦な面である。図３を参照して先に説明したように、ターゲット１２の浸食量は、中心からの距離に応じた３つのピークを有し、かつ、中心からの距離が大きいピークほど浸食量が大きい。そのため、被スパッタ面１２Ｓは、ターゲット１２の中心から縁までの間に、３つの凹部を有する。３つの凹部は、ターゲット１２の中心から順に第１凹部、第２凹部、および、第３凹部である。第２凹部の深さは、第１凹部の深さよりも深く、かつ、第３凹部の深さよりも浅い。

そのため、回転軸Ａが延びる方向において、各ヨーク部１３Ｂ１，１３Ｂ２，１３Ｂ３の位置が等しい場合には、第３距離が最も短くなり、かつ、第１距離が最も長くなる。それゆえに、回転軸Ａが延びる方向において、第３ヨーク部１３Ｂ３の移動量を最も大きくし、かつ、第１ヨーク部１３Ｂ１の移動量を最も小さくすることによって、磁石１３Ａにおいて、各磁石部１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ａ３と被スパッタ面１２Ｓとの間の距離におけるばらつきを抑えることができる。これにより、被スパッタ面１２Ｓ内において、磁石１３Ａと被スパッタ面１２Ｓとの間の距離におけるばらつきを抑えることが可能である。結果として、被スパッタ面１２Ｓに沿う漏洩磁場の強度におけるばらつきを抑えることが可能である。

以上説明したように、マグネトロンスパッタ装置の一実施形態によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）第１距離、第２距離、および、第３距離を互いに独立に変えることができる。そのため、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、被スパッタ面１２Ｓのなかで各磁石部１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ａ３と重なる部分における漏洩磁場の強度を互いに独立に変えることができる。すなわち、被スパッタ面１２Ｓと磁石との間の距離が固定された場合と比べて、被スパッタ面１２Ｓに沿う漏洩磁場の強度における自由度を高めることができる。

（２）各磁石部１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ａ３は、被スパッタ面１２Ｓの径方向において、中心からの距離が互いに異なる部分として設定される。そのため、被スパッタ面１２Ｓ内において、漏洩磁場の強度における積算値が等しい部分の全体において、１つの磁石部１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ａ３の位置を変えることによって、漏洩磁場の強度を同じ度合いだけ変化させることが可能である。

（３）第１距離および第２距離に加えて、第１位置および第２位置を変えることが可能であれば、第１距離および第２距離のみを変えることが可能である場合と比べて、被スパッタ面１２Ｓ内において漏洩磁場の強度を変更する自由度をより高めることができる。

（４）被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において最大位置と重なる磁石１３Ａにおいて、磁石１３Ａと被スパッタ面１２Ｓとの間の距離を変えることが可能である。そのため、磁石１３Ａと被スパッタ面１２Ｓとの間の距離が変わることによって、スパッタ粒子の放出量が変わることを抑える効果を顕著に得ることができる。

なお、上述した実施形態は以下のように変更して実施することができる。
［磁気回路］
・磁石部の数、すなわちヨーク部の数は、２以上であれば３以外でもよい。
・磁石１３Ａが配置される配置領域は、対向方向に沿って延びる中心軸を中心とする円状を有してよい。中心軸は、上述した回転軸Ａでもよいし、回転軸Ａ以外の軸であって、回転軸Ａに対して偏心した中心軸でもよい。これにより、以下の効果を得ることができる。

（５）第１距離および第２距離の各々を変えることによって、中心軸の径方向における所定の位置について、中心軸の周方向における漏洩磁場の強度を変えることができる。

・図１１が示すように、ヨーク７１は、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、ヨーク７１の径方向に沿って延びる直線によって分割されてもよい。ヨーク７１は、第１ヨーク部７１Ａ、第２ヨーク部７１Ｂ、および、第３ヨーク部７１Ｃから構成されている。各ヨーク部７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃは、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、扇形を有している。ヨーク７１は、被スパッタ面１２Ｓと対向する平面視において、ほぼ３等分されている。

こうした構成であっても、第１距離、第２距離、および、第３距離を互いに独立に変更することが可能であるため、被スパッタ面１２Ｓにおける漏洩磁場の強度における自由度を高めることができる。なお、ヨークが扇形を有する複数のヨーク部から構成される場合には、複数のヨーク部には、互いに異なる大きさを有したヨーク部が含まれてよい。

・各ヨーク部の形状、言い換えれば、各磁石部が配置される区画の形状は、扇形以外の形状であってもよい。例えば、各ヨーク部および区画は、径方向ＤＲに対して交差する直線によって分割された形状を有してもよい。また例えば、ヨークおよび配置領域が２つに分割される場合には、各ヨーク部および各区画は、半円状を有してもよい。要は、ヨークおよび配置領域が２つ以上に分割され、かつ、各ヨーク部および各区画において、磁石部と被スパッタ面１２Ｓとの間の距離を互いに独立に変更することが可能であれば、各ヨーク部および各区画の形状に関わらず、被スパッタ面１２Ｓにおける漏洩磁場の強度における自由度を高めることは可能である。

［変更部］
・変更部１５が被スパッタ面１２Ｓにおける各磁石部の位置を変えることが可能である場合には、変更部１５は、対向方向における磁石部の位置と、被スパッタ面１２Ｓにおける磁石部の位置とを互いに独立に変えることが可能でもよい。これにより、対向方向における各磁石部の位置の変更に伴って、被スパッタ面１２Ｓにおける各磁石部の位置が変わる場合と比べて、被スパッタ面１２Ｓにおける漏洩磁場の強度における自由度がより高まる。

［位置検出装置］
・マグネトロンスパッタ装置１０は、ヨーク１３Ｂ，７１のＺ位置を検出する検出装置を備えてもよい。なお、Ｚ位置とは、ヨーク１３Ｂ，７１とターゲット１２とが対向する方向における位置である。検出装置は、筒部１３Ｃにおける円筒面よりも外側から、ヨーク１３Ｂ，７１に対して非接触でヨーク１３Ｂ，７１の位置を検出することが可能であることが好ましい。この場合には、回転体である磁気回路１３よりも外側に検出装置が位置するため、ロータリージョイント２３やスリップリング３２を介して、制御部１０Ｃと検出装置とが信号の送受信を行う必要がない。なお、検出装置には、例えば、渦電流式の位置検出装置、または、光学式の位置検出装置を用いることができる。

図５を用いて先に説明した第２の形態では、電磁式アクチュエーター３１としてステッピングモーターを用いることによって、検出装置を割愛することが可能である。この点において、第２の形態は好ましい。

また、図６を用いて先に説明した第３の形態では、ヨーク１３Ｂを駆動するための機構が磁気回路１３の外部に位置するため、他の形態と比べて、ロータリージョイント２３、スリップリング３２、および、アクチュエーター６１が不要である。第３の形態では、ヨーク１３ＢのＺ位置をレール４３の位置を測定することで把握することが可能である。レール４３は回転しないため、第３の形態では、上述した非接触式の位置検出装置に限らず、接触式の位置検出装置を用いることも可能である。このように、第３の形態は、位置検出装置の方式における自由度が高い点で好ましい形態である。

１０…マグネトロンスパッタ装置、１０Ｃ…制御部、１１…真空槽、１１Ａ…成膜空間、１２…ターゲット、１２Ｓ…被スパッタ面、１３…磁気回路、１３Ａ…磁石、１３Ａ１…第１磁石部、１３Ａ２…第２磁石部、１３Ａ３…第３磁石部、１３ＡＥ…磁石要素、１３Ｂ，７１…ヨーク、１３Ｂ１，７１Ａ…第１ヨーク部、１３Ｂ２，７１Ｂ…第２ヨーク部、１３Ｂ３，７１Ｃ…第３ヨーク部、１３Ｃ…筒部、１４…回転部、１５…変更部、１６…支持部、１７…バッキングプレート、１８…ターゲット電源、１９…ガス供給部、２１…空圧式アクチュエーター、２２…プレート、２３…ロータリージョイント、３１…電磁式アクチュエーター、３２…スリップリング、４１，５４…シャフト、４２…ベアリング、４３…レール、４４，６１…アクチュエーター、４５…リニアガイド、５１…ギヤボックス、５２…入力部、５３…出力部、６２…変更部材、Ａ…回転軸、Ｓ…成膜対象、Ｓ１…第１区画、Ｓ２…第２区画、Ｓ３…第３区画。

Claims (6)

1. 成膜空間を区画する真空槽と、
   前記成膜空間に露出する被スパッタ面を含むターゲットと、
   前記ターゲットに対して前記成膜空間とは反対側に位置し、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記ターゲットの一部を覆う大きさを有し、第１磁石部と第２磁石部とを含む磁石を含む磁気回路と、
   前記ターゲットと前記磁気回路とが対向する対向方向に沿う回転軸を中心に前記磁気回路を回転させる回転部と、
   前記第１磁石部と前記被スパッタ面との間の距離である第１距離と、前記第２磁石部と前記被スパッタ面との間の距離である第２距離とを互いに独立に変え、かつ、前記ターゲットがスパッタされている間に前記第１距離と前記第２距離とを変えることが可能な変更部と、を備える
   マグネトロンスパッタ装置。
2. 前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記磁石が配置される領域が配置領域であり、
   前記配置領域は、前記対向方向に沿って延びる中心軸を中心とする円状を有し、かつ、第１区画と第２区画とを含み、
   前記第１区画と前記第２区画とは、前記中心軸を中心とする同心状であり、前記配置領域の径方向において、前記第２区画は前記第１区画よりも外側に位置し、
   前記第１磁石部は、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記第１区画に位置し、
   前記第２磁石部は、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記第２区画に位置する
   請求項１に記載のマグネトロンスパッタ装置。
3. 前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記磁石が配置される領域が配置領域であり、
   前記配置領域は、前記回転軸を中心とする円状を有し、かつ、第１区画と第２区画とを含み、
   前記第１区画と前記第２区画とは、前記回転軸を中心とする同心状であり、前記配置領域の径方向において、前記第２区画は前記第１区画よりも外側に位置し、
   前記第１磁石部は、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記第１区画に位置し、
   前記第２磁石部は、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記第２区画に位置する
   請求項１に記載のマグネトロンスパッタ装置。
4. 前記磁気回路は、前記磁石が固定されるヨークを含み、
   前記ヨークは、前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記回転軸を中心とする円板状を有し、前記第１磁石部が固定される第１ヨーク部と、前記第２磁石部が固定される第２ヨーク部とを含み、
   前記第１ヨーク部と前記第２ヨーク部とは、前記回転軸を中心とする同心状であり、前記ヨークの径方向において、前記第２ヨーク部は、前記第１ヨーク部よりも外側に位置し、
   前記変更部は、前記対向方向における前記第１ヨーク部の位置と前記第２ヨーク部の位置とを互いに独立に変えることによって、前記第１距離と前記第２距離とを互いに独立に変える
   請求項１に記載のマグネトロンスパッタ装置。
5. 前記被スパッタ面と対向する平面視において、前記被スパッタ面における前記第１磁石部の位置が第１位置であり、前記被スパッタ面における前記第２磁石部の位置が第２位置であり、
   前記変更部は、前記第１位置と前記第２位置とを互いに独立に変える
   請求項１から４のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
6. 前記磁気回路が前記回転軸を中心に１回転するときの前記被スパッタ面の径方向での各位置における漏洩磁場の強度を積算した値が積算値であり、
   前記被スパッタ面の径方向のなかで、前記積算値が最大である位置が最大位置であり、
   前記第１磁石部および前記第２磁石部のいずれか一方が、前記被スパッタ面と対向する平面視において前記最大位置と重なる
   請求項３または４に記載のマグネトロンスパッタ装置。

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