JP4860594B2

JP4860594B2 - スパッタリング装置

Info

Publication number: JP4860594B2
Application number: JP2007307572A
Authority: JP
Inventors: 安邦岩崎; 厚広寺倉; 貴之土屋; 大輔明石; 典明宮崎; 正雄丸中; 悦郎西田; 清武内
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: JP2009132947A

Description

本発明は、スパッタリング装置に関し、特にターゲットに対してシート状プラズマを平行状態に調整できるスパッタリング装置に関する。

円柱状のプラズマを、同じ磁極同士を互いに対応させて強力な反発磁界を発生するような対の永久磁石で挟むことで、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。

また、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だし、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。

成膜速度増加等のために、プラズマ中を流れる電流を増加させると、この電流により発生する磁場の影響で、シート状プラズマが移動軸を中心として捻られる。シート状プラズマが捻られると、ターゲット等に対応する位置で当該ターゲット等に対して非平行状態となり、基板上の膜厚分布が偏ってしまうという問題がある。その対策として、特許文献１では、シート状プラズマの両端部を挟むように輸送空間の長手方向に沿う長尺の磁石を配置することで当該シート状プラズマの捻れを低減している。

また、特許文献２では、電子ビームをシート状に変形させる対の永久磁石を、互いに逆方向にずらすことで、電子ビームのシート面の傾きを変え、ウエハの位置において電子ビームのシート面がほぼ水平となるようにしている。
特開平３−６１３６４号公報特許第３０９５６１４号公報

スパッタリング装置には、上記ターゲットや、スパッタ粒子が堆積される基板が設けられているため、特許文献１のような長尺の磁石を配置する場合、同磁石とターゲット等との干渉を避けなければならない。そのため、既存装置の大幅な設計変更が必要となってしまうという問題がある。更に、長尺の磁石は高価であるため、装置の製造コストが嵩むという問題もある。また、特許文献２のように永久磁石を、互いに逆方向にずらす場合には、平行状態にできるシート状の電子ビームの傾き角度の範囲が小さく、更に、二つの永久磁石を互いにずらす寸法が大きくなればなる程、当該二つの永久磁石の互いに対向するオーバーラップ範囲が小さくなり、それと共にシート状への変形領域の幅が小さくなってしまう。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、既存装置の大幅な設計変更を必要とせず、同装置の製造コストが抑えられ、それと共に平行状態にできるシート状の電子ビームの傾き角度の範囲が大きく、且つシート状への変形領域の幅が小さくならないスパッタリング装置を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。

すなわち本発明の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み、前記円柱状プラズマを磁界によりシート状に変形させてシート状プラズマとする対の磁石と、前記対の磁石を同極同士が向き合うように保持する磁石保持部と、前記輸送空間に連通する開口を通じて前記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、前記磁石保持部は、前記輸送中心を傾動軸として前記対の磁石を傾ける傾動機構を有していることを特徴とする。

上記本発明のスパッタリング装置によれば、シート状プラズマに輸送中心を軸とした捻れが生じる場合であっても、傾動機構で磁石を傾動させることで、ターゲットに対応する位置でのシート状プラズマを当該ターゲットと平行状態とすることができる。従って、基板上の膜厚分布が偏ってしまうことがないため、従来のように輸送空間の長手方向に沿う長尺の磁石を配置する必要がない。これにより、既存装置の大幅な設計変更を必要とせず、高価な長尺の磁石を用いる必要もない。

更に、シート状プラズマの傾き角度に対の磁石の傾き角度を追随させることができるので、シート状プラズマの傾き角度が大きい場合であっても当該シート状プラズマをターゲットに対して平行状態に変化させることができる。また、二つの永久磁石をどのような角度に傾けても、当該二つの永久磁石の互いに対向するオーバーラップ範囲が小さくなることはないため、シート状への変形領域の幅が小さくなってしまうことがない。

また、前記傾動機構は、前記輸送中心を第１傾動軸とすると共に、前記第１傾動軸に直交する軸を第２傾動軸とし且つ前記第１及び第２傾動軸に直交する軸を第３傾動軸とした三つの傾動軸で、前記対の磁石を傾けるように構成されていることが好ましい。

この場合、ターゲットに対応する位置でのシート状プラズマを平行状態とし、それと共に磁石の磁力のばらつきにより磁場に偏りが生じた際に、磁石を傾けてその偏りの修正を行うことができる。

また、前記輸送空間の終端部に、前記シート状プラズマを収束させる収束用磁石を更に備えていることが好ましい。

この場合、収束用磁石の磁界作用によりシート状プラズマを収束させると共に、対の磁石と連携して、ターゲットに対応する位置でのシート状プラズマを平行状態に誘導することができる。

また、前記輸送中心を傾動軸として前記収束用磁石を傾ける他の傾動機構を更に設けてもよい。

この場合、傾動機構により収束用磁石を傾けることができるので、対の磁石を傾け易くなりシート状プラズマを平行状態に誘導しやすくなる。

上記の通り、本発明によれば、長尺の磁石を配置しなくても、基板上の膜厚分布が偏ってしまうことがないので、既存装置の大幅な設計変更を必要とせず、且つ同装置の製造コストを抑えることができる。更に、本発明によれば、シート状プラズマの傾き角度が大きい場合であっても、その角度に対の磁石の傾き角度を追随させることができるので、平行状態にできるシート状の電子ビームの傾き角度の範囲が大きく、且つ二つの永久磁石の互いに対向するオーバーラップ範囲が小さくなることはないため、シート状への変形領域の幅が小さくなってしまうことがない。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るスパッタリング装置１の一実施形態（第１実施形態）の概略を示す模式図である。なお、以下の説明において、プラズマの輸送方向である図１紙面左右方向をＺ方向とし、このＺ方向に直交する図１紙面上下方向をＹ方向とし、Ｚ方向に直交する図１紙面貫通方向をＸ方向とする。

本実施形態のスパッタリング装置１は、Ｚ方向に沿って図１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とを備える。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。なお、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方向の勾配により、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。

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。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。なお、第１電磁コイル９の巻線には、カソード６側をＳ極、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。また、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）が対向する対の角形の棒磁石１１Ａ、１１Ｂ（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。

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、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方向に移動する間に、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。

以下、第１電磁コイル９および対の棒磁石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となることについて、図２を参照して説明する。

図２（ａ）、（ｂ）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り、図２（ａ）は、棒磁石１１Ａ、１１ＢのＺ方向略中央付近の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方向略中央付近のＹＺ平面に平行な断面の模式図である。なお、同図中の符号Ｂｘ、ＢｙおよびＢｚは各々、図１中のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の磁束密度ベクトル成分を表している。

図２（ｂ）から理解されるとおり、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、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。

次に、図２（ａ）から理解されるとおり、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ともに、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、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。

こうして、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および棒磁石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。なお、シート状プラズマ１２の幅、厚みおよび荷電粒子密度分布等は、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。

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、シート状プラズマ形成室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。なお、ボトルネック部１３の間隔（Ｙ方向寸法）および厚み（Ｚ方向寸法）並びに幅（Ｘ方向寸法）は、シート状プラズマ１２を適切に通過す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⁺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ている。

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、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および基板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。

また、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⁺がターゲット１４に向かって引き付けられる。その結果、Ａｒ⁺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。

また、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。

次に、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）を印加され、カソード６およびアノード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。

また、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。

図１に示すように、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５０（他の傾動機構）が設けられている。この収束磁石用の傾動機構５０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５０は、永久磁石２２を挟んで保持する保持部５１と、この保持部５１を輸送中心Ｐ１を傾動軸として傾ける回転部５２と、回転部５２に設けられた手動で操作するためのレバー５３とを備え、更に、回転部５２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。なお、当該傾動機構５０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５０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。

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および基板１５をＺ方向の向きに挟んで配置されている。

第２の電磁コイル２３は、その巻線が対の棒磁石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配置されている。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２７中の荷電粒子の拡散を適切に抑えるように整形される。

図３は、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保持部２５（傾動機構２６）の模式図である。プラズマ形成室３の周囲を取り囲むように、Ｚ方向から見て矩形状の内枠体２７が設けられている。この内枠体２７は、プラズマ形成室３よりの幅広の上壁部２７ａと、この上壁部２７ａの両端からプラズマ形成室３の下側まで延びる左右の両側壁部２７ｂと、この両側壁部２７ｂの下端に繋がり且つ上壁部２７ａに対向する下壁部２７ｃとからなる。

上壁部２７ａの下面には、棒磁石１１Ａが固定されており、下壁部２７ｃの上面には、棒磁石１１Ｂが固定されている。当該内枠体２７には、Ｚ方向に向かってプラズマ形成室３が貫通している。両側壁部２７ｂは、当該両側壁部２７ｂの上下方向中央よりも上側の位置で二つに分割されている。つまり内枠体２７は、上枠部２７Ａと下枠部２７Ｂとからなることで上下に分割できるようになっている。また、分割部分には、取付具２８が設けられており、上枠部２７Ａと下枠部２７Ｂとが互いに取り付け、及び取り外し可能となっている。

上記両側壁２７ｂの外側面には、当該外側面から外方（Ｘ方向）へ延びる横軸２９が固定されている。また、上記内枠体２７の外側には、下方から当該内枠体２７を囲むように構成された外枠体３０が設けられている。この外枠体３０は、内枠体２７の下壁部２７ｃの下側に位置する底壁部３０ａと、この底壁部３０ａの両端から内枠体２７の上下方向中途部まで延びる外壁部３０ｂからなり、Ｚ方向から見て凹形状に構成されている。

両外壁部３０ｂの内面には、上記横軸２９が図示しない軸受を介して回転可能に取り付けられている。これにより、両棒磁石１１Ａ、１１Ｂは、位置決めされた外枠体３０に対してプラズマの輸送中心Ｐ１に直交するＸ方向に沿う軸Ｐ２を傾動軸（第２傾動軸）として傾けられる。また、両外壁部３０ｂは、当該両外壁部３０ｂの上下方向略中央で分割されている。つまり、外枠体３０は、上側の上壁部３０Ａと下本体部３０Ｂとからなることで、当該上壁部３０Ａが位置決めされた状態で当該下本体部３０Ｂのみを切り離せるようになっている。また、その分割部分に取付具３１が設けられており、上壁部３０Ａと下本体部３０Ｂとが、互いに取り付け、及び取り外し可能となっている。

外枠体３０の底壁部３０ａの下面には、当該下面から下方へ延びる縦軸３２が固定されている。一方、プラズマ形成室３の下側に位置する載置面３３上には、Ｘ方向に長い台座３４が固定されている。この台座３４は、凹湾曲状に形成された上湾曲面３５ａを有する下台３５と、当該上湾曲面３５ａに合わさる凸湾曲状に形成された下湾曲面３６ａを有する上台３６とで主に構成されている。

上台３６は、Ｚ方向の移動が規制されており、且つ上湾曲面３５ａと下湾曲面３６ａとが互いに摺動することで、当該上湾曲面３５ａに沿ってプラズマの輸送中心Ｐ１（Ｚ方向に沿う軸）を傾動軸（第１傾動軸）としてスライドするようになっている。また、上台３６の上面３６ｂには、縦軸３２の下端が図示しない軸受を介して回転可能に取り付けられている。

台座３４に回転可能に取り付けられた当該縦軸３２により、外枠体３０は、プラズマの輸送中心Ｐ１に直交するＹ方向に沿う軸Ｐ３を傾動軸（第３傾動軸）として傾けられる。このように、磁石保持部２５には、棒磁石１１Ａ、１１Ｂを、プラズマの輸送中心Ｐ１を傾動軸として傾けると共に、プラズマの輸送中心Ｐ１に直交するＸ方向に沿う軸Ｐ２を傾動軸として傾け、且つプラズマの輸送中心Ｐ１に直交するＹ方向の沿う軸Ｐ３を傾動軸として傾ける傾動機構２６が構成されている。また、各傾動軸を中心とする傾動は、適宜な駆動手段（図示せず）によって行われる。

次に、シート状プラズマ１２をターゲット１４及び基板１５に対応する位置で当該ターゲット１４等に対して平行状態とすることについて説明する。成膜速度増加等のために、プラズマ中を流れる電流を増加させると、この電流により発生する磁場の影響で、シート状プラズマ１２が輸送中心を軸として捻られる。シート状プラズマ１２が捻られると、ターゲット１４等に対応する位置で当該ターゲット１４等に対して非平行状態となり、基板１５上の膜厚分布が偏ってしまうという問題があった。本実施形態では、上記傾動機構２６で、棒磁石１１Ａ、１１Ｂをターゲット１４等と非平行状態に傾けておくことで、捻られたシート状プラズマ１２がターゲット１４等に対応する位置で当該ターゲット１４等と平行状態となることを見いだした。

図４は、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂを水平状態（ターゲット１４等と平行状態）とした場合の、図１のＡ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部、Ｅ部における、シート状プラズマ１２を表すＸＹ断面図である。同図のＣ部からわかるように、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂを水平状態としたままでは、ターゲット１４等に対応する位置のシート状プラズマ１２は、当該ターゲット１４等に対して平行状態ではなくなっている。以下、平行状態というときは、シート状プラズマ１２がターゲット１４等と平行となっている状態をいうものとする。このような場合には、基板１５上の膜厚分布は、偏ったものとなる。具体的には、基板１５上の中央部から同基板１５上の周縁に向かう膜厚減少度合いが場所によって異なってしまう。

図５は、傾動機構２６で対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂを＋１０°傾けた場合の、図１のＡ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部、Ｅ部における、シート状プラズマ１２を表すＸＹ断面図である。Ａ部から分かるように、変形初期のシート状プラズマ１２は、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂにより輸送軸Ｐ１を軸として当該対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂと同じだけ傾けられている。Ｂ部では、シート状プラズマ１２の傾きが少なくなり、シート状プラズマ１２がＸ方向に沿う水平状態に近づいている。

Ｃ部では、シート状プラズマ１２の傾きがなくなり、シート状プラズマ１２がＸ方向に沿う平行状態となる。Ｄ部では、シート状プラズマ１２の傾きが再び現れ、シート状プラズマ１２が平行状態ではなくなる。Ｅ部では、シート状プラズマ１２の傾きがＤ部より大きくなる。また、Ｅ部で示すように、アノード７の裏側に配置した永久磁石２２を傾けておくことで、捻られたシート状プラズマ１２をシート状のまま収束させることができる。

このように、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂをターゲット１４等と非平行状態に傾けておくことで、シート状プラズマ１２はターゲット１４等に対応する位置で平行状態となる。図６は、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂを＋１０°傾けた場合における、基板１５上の膜厚分布グラフである。同図に示すように、基板１５上の中央部から同基板１５上の周縁に向かう膜厚減少度合いが均一となっており、基板１５上の膜厚分布が偏っていない。

なお、本実施形態のスパッタリング装置１では、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂとアノード間の距離が約２ｍ、放電電流が２０Ａ以下となっており、シート状プラズマ１２の捻れ程度との関係から、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂの傾き角度は、±４５°（図５に表すものが＋に傾けられた状態であり、これと逆が−に傾けられた状態である）を限度として調整可能となっている。対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂの傾き角度は、ターゲット１４等に対応する位置でのシート状プラズマ１２の捻れ度合いに応じて変更すればよい。

本実施形態のスパッタリング装置１によれば、シート状プラズマ１２に、輸送中心Ｐ１を軸とした捻れが生じる場合であっても、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂで変形初期のシート状プラズマ１２を予め傾けておくことで、ターゲット１４等に対応する位置でシート状プラズマ１２を当該ターゲット１４等に対して平行状態とすることができる。従って、基板１５上の膜厚分布が偏ってしまうことがないため、輸送空間１０の長手方向に沿う長尺の磁石を配置する必要がない。これにより、既存装置の大幅な設計変更を必要とせず、高価な長尺の磁石を用いる必要もない。

更に、シート状プラズマ１２の傾き角度に対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂの傾き角度を追随させることができるので、シート状プラズマ１２の傾き角度が大きい場合であっても当該シート状プラズマ１２をターゲット１４等に対して平行状態に変化させることができる。つまり、平行状態にできるシート状の電子ビームの傾き角度の範囲が大きい。また、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂをどのような角度に傾けても、当該対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂの互いに対向するオーバーラップ範囲が小さくなることはないため、シート状プラズマ１２への変形領域の幅が小さくなってしまうことがない。

更に、傾動機構２６のうち、内枠体２７が互いに取り付け及び取り外し可能な上枠部２７Ａと下枠部２７Ｂとからなり、且つ外枠体３０が互いに取り付け及び取り外し可能な上壁部３０Ａと下本体部３０Ｂとからなるので、プラズマ形成室３等を設置した状態のままで、傾動機構２６を分解して当該傾動機構２６のメンテナンスを行うことができる。

また、アノード７の裏側に永久磁石２２（収束用磁石）が配置されているので、その磁界作用によりシート状プラズマ１２が収束させられると共に、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂと連携させて、ターゲット１４等に対応する位置でのシート状プラズマ１２を平行状態に誘導することができる。また、図１に示す永久磁石２２の傾動機構５０を設けることにより、永久磁石２２を傾け易くなりシート状プラズマ１２を平行状態に誘導しやすくなる。

また、傾動機構２６により、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂを三つの傾動軸で傾けることができるので、ターゲット１４等に対応する位置でのシート状プラズマ１２を平行状態とし、それと共に対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂの磁力のばらつきにより磁場に偏りが生じた際に、磁石を適宜傾けてその偏りの修正を行うことができる。

図７は、本発明の第２実施形態に係る図示しないスパッタリング装置で形成したシート状プラズマ４０の、図１のＡ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部、Ｅ部に対応する位置でのＸＹ断面図である。本実施形態のスパッタリング装置が上記第１実施形態と異なる点は、アノード７の裏側に永久磁石が配置されていない点である。

Ａ部では、変形初期のシート状プラズマ４０は、対の棒磁石１１Ａ、１１Ｂにより輸送中心Ｐ１を軸として傾けられている。Ｂ部では、シート状プラズマ４０の傾きが少なくなり、シート状プラズマ４０がＸ方向に沿う水平状態に近づいている。Ｃ部では、シート状プラズマ４０の傾きがなくなり、シート状プラズマ４０が平行状態となる。Ｄ部では、シート状プラズマ４０の傾きが再び現れ、シート状プラズマ４０が平行状態ではなくなる。このＤ部でのシート状プラズマ４０の傾きは、アノード７の裏側に永久磁石２２が配置された図５に示す場合の逆となっている。Ｅ部では、シート状プラズマ４０の傾きがＤ部より大きくなっている。

なお、上記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適用することができる。

本発明は、例えばスパッタリング装置に適用することができる。

本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概略を示す模式図である。（ａ）及び（ｂ）は、シート状プラズマの形成方法の概略を説明する模式図である。磁石保持部（傾動機構）の模式図である。対の棒磁石を傾けていない場合の、図１のＡ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部、Ｅ部における、シート状プラズマを表すＸＹ断面図である。対の棒磁石を＋１０°傾けた場合の、図１のＡ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部、Ｅ部におけるシート状プラズマを表すＸＹ断面図である。対の棒磁石を＋１０°傾けた場合における基板上の膜厚分布グラフである。本発明の第２実施形態に係るスパッタリング装置で、対の棒磁石を＋１０°傾けた場合の、図１のＡ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部、Ｅ部におけるシート状プラズマを表すＸＹ断面図である。

符号の説明

１スパッタリング装置
２プラズマガン
８円柱プラズマ
１０輸送空間
１１Ａ棒磁石
１１Ｂ棒磁石
１２シート状プラズマ
１４ターゲット
１５基板
２２永久磁石
２５磁石保持部
２６傾動機構

Claims

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み、前記円柱状プラズマを磁界によりシート状に変形させてシート状プラズマとする対の磁石と、
前記対の磁石を同極同士が向き合うように保持する磁石保持部と、
前記輸送空間に連通する開口を通じて前記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、
前記磁石保持部は、前記輸送中心を傾動軸として前記対の磁石を傾ける傾動機構を有していることを特徴とするスパッタリング装置。
前記傾動機構は、前記輸送中心を第１傾動軸とすると共に、前記第１傾動軸に直交する軸を第２傾動軸とし且つ前記第１及び第２傾動軸に直交する軸を第３傾動軸とした三つの傾動軸で、前記対の磁石を傾けるように構成されている請求項１に記載のスパッタリング装置。
前記輸送空間の終端部に、前記シート状プラズマを収束させる収束用磁石を更に備えている請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
前記輸送中心を傾動軸として前記収束用磁石を傾ける他の傾動機構を更に備えている請求項３に記載のスパッタリング装置。