(57)【要約】【課題】ターゲットに印加する電圧の低電圧化を図りつつ、成膜速度を維持すると共に、成膜に伴う基板の温度上昇を抑制し、かつターゲットの利用効率を向上させる。【解決手段】スパッタリング装置（１）の真空容器（２）には、ターゲットホルダ（３２）と、第１磁性体（５２ａ）・第２磁性体（５２ｂ）と、アンテナ（２０）とが備えられている。第１磁性体・第２磁性体は、ターゲット（３０）の表面全体と対向する位置に、マグネトロン放電が生じる強度未満の平行磁場を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタ用のガスが導入される真空容器内でターゲットをスパッタさせて基板上に成膜するスパッタリング装置であって、
前記真空容器には、
前記ターゲットが保持される保持部と、
極性が互いに異なる磁性体と、
前記ターゲットへの電力供給とは独立して電力が供給されることによりプラズマを発生させるアンテナと、が備えられており、
前記磁性体は、前記保持部に保持されたターゲットの表面全体と対向する位置に、マグネトロン放電が生じる強度未満の平行磁場を形成する、スパッタリング装置。
【請求項２】
前記磁性体は、前記平行磁場として、前記ターゲットから放出される電子のラーマー半径が、前記ターゲットと前記基板との距離よりも小さくなるような強度の磁場を形成する、請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記磁性体は、前記ターゲットの表面近傍に前記平行磁場を形成する、請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記磁性体は、前記ターゲットの表面側であって、前記保持部を平面視したときに、前記ターゲットを挟んで対向する位置に、互いに極性が異なる磁極を形成する、請求項１から３の何れか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記磁性体は、前記位置に配置される永久磁石である、請求項４に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記磁性体は、前記位置に前記磁極を形成する磁気回路である、請求項４に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記磁性体は接地されている、請求項１から６の何れか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記アンテナは、前記保持部を平面視したときに、前記磁性体よりも外側に配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、種々のスパッタリング装置が提案されている。当該スパッタリング装置の一例として、例えば特許文献１及び２が挙げられる。特許文献１には、ターゲットの下部に配された少なくとも２個の磁石と、ターゲットの側上部に配された少なくとも２個の磁石とからなるスパッタリング装置が開示されている。また、特許文献２には、磁性体とターゲット上部磁石とを有する放電電極を備えたスパッタリング装置が開示されている。磁性体は、ターゲットの表面側の両側縁に沿うように設けられ、ターゲットを隔てて対向しており、ターゲット上部磁石は、磁性体を隔ててターゲットの反対側に磁性体と接して組み合わせて設けられ、ターゲットを隔てて異極性の関係である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−１２４５６７号公報（１９８６年６月１２日公開）
【特許文献２】特許第５８５３４８７号公報（２０１６年２月９日発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び２の技術では、ターゲットに印加する電圧の低電圧化を図ることについては想定されていない。
【０００５】
本発明の一態様は、ターゲットに印加する電圧の低電圧化を図りつつ、成膜速度を維持すると共に、成膜に伴う基板の温度上昇を抑制し、かつターゲットの利用効率を向上させることが可能なスパッタリング装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るスパッタリング装置は、スパッタ用のガスが導入される真空容器内でターゲットをスパッタさせて基板上に成膜するスパッタリング装置であって、前記真空容器には、前記ターゲットが保持される保持部と、極性が互いに異なる磁性体と、前記ターゲットへの電力供給とは独立して電力が供給されることによりプラズマを発生させるアンテナと、が備えられており、前記磁性体は、前記保持部に保持されたターゲットの表面全体と対向する位置に、マグネトロン放電が生じる強度未満の平行磁場を形成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、ターゲットに印加する電圧の低電圧化を図りつつ、成膜速度を維持すると共に、成膜に伴う基板の温度上昇を抑制し、かつターゲットの利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係るスパッタリング装置における真空容器の上面部付近の構成例を示す概略図であり、（ａ）は上面部付近の断面図であり、（ｂ）は上面部付近を下方向から見たときの平面図である。
【図２】上記スパッタリング装置の全体的な構成例を示す図である。
【図３】比較例に係るスパッタリング装置について説明するための図であり、（ａ）は、真空容器の上面部付近の構成例を示す概略図であり、（ｂ）は、比較例のスパッタリング装置によりスパッタされたターゲットの一例を示す図である。
【図４】別の比較例に係るスパッタリング装置について説明するための図であり、真空容器内部の構成例を示す概略図である。
【図５】本実施例のスパッタリング装置と、別の比較例に係るスパッタリング装置とにおける基板の経時的な温度変化を示すグラフである。
【図６】変形例に係るスパッタリング装置の構成例を示す概略図である。
【図７】実施形態２に係るスパッタリング装置の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図６を用いて詳細に説明する。
【００１０】
＜スパッタリング装置の全体構成＞
まず、図２を用いて、本実施形態に係るスパッタリング装置１の全体構成について説明する。図２は、スパッタリング装置１の全体的な構成例を示す図である。
【００１１】
図２に示すように、スパッタリング装置１は、スパッタ用のガス１０が導入される真空容器２内でターゲット３０をスパッタさせて基板１２上に成膜する装置である。
【００１２】
具体的には、スパッタリング装置１は、真空排気装置４によって真空排気される真空容器２を備えている。真空容器２は、電気的に接地されており、その内部にスパッタリング用のガス１０が導入される。ガス１０は、流量調節器８でその流量を調整されながら、ガス源６から真空容器２へと導入される。ガス１０は、例えば、アルゴンガスである。反応性スパッタリングを行う場合、ガス１０は、アルゴンガスと活性ガス（例えば酸素ガス、窒素ガス等）との混合ガスでもあっても構わない。
【００１３】
真空容器２内には、基板１２を保持する基板ホルダ１４が設けられている。本実施形態では、基板バイアス電源１６を備え、基板ホルダ１４に基板バイアス電圧ＶＳを印加している。基板バイアス電圧ＶＳは、負の直流電圧であっても構わないし、負のパルス電圧、交流電圧等でもあっても構わない。また、基板ホルダ１４は、電気的に接地されていても構わない。なお、４０は、真空シール機能を有する絶縁部である。また、基板１２は、ターゲット３０から放出されたスパッタ粒子により薄膜が形成される被処理物である。基板１２としては、ガラス基板、半導体基板等が用いられるが、これに限られるものではない。
【００１４】
また真空容器２の上面部３には、基板ホルダ１４に対向する位置に、ターゲット３０が保持されるターゲットホルダ（バッキングプレート）３２（保持部）が設けられている。これにより、ターゲット３０は、真空容器２の内部において基板１２に対向する位置に保持される。ターゲット３０の平面形状は、例えば矩形状であるが（図１の（ｂ）参照）、これに限らず、円形状等であっても構わない。ターゲットホルダ３２は、冷却水を流す通水路３６を備えることで、ターゲット３０を水冷する。ターゲットホルダ３２と真空容器２（具体的には上面部３）との間には、真空シール機能を有する絶縁部４２が設けられている。
【００１５】
ターゲット３０の材質は、基板１２上に形成する膜に応じたものにすれば良い。一例を示せば、基板１２上に酸化物半導体薄膜を形成する場合には、ターゲット３０は、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（インジウム−ガリウム−亜鉛−酸素）、又はＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ（インジウム−スズ−亜鉛−酸素）等から構成される酸化物半導体であるが、ターゲット３０の材質はこれに限られるものではない。
【００１６】
ターゲット３０には、ターゲットホルダ３２を介してターゲットバイアス電源３４が接続されている。ターゲットバイアス電源３４は、ターゲット３０にターゲットバイアス電圧ＶＴを供給（印加）するものである。ターゲットバイアス電圧ＶＴは、プラズマ２２中のイオン（本出願では正イオンを意味する）をターゲット３０に引き込んでスパッタさせる電圧であり、例えば、（ａ）負の直流電圧、（ｂ）正負交互のパルス電圧（又は負の直流パルス電圧）、（ｃ）交流電圧である。交流電圧は、例えば、１３．５６ＭＨｚのようなＭＨｚオーダーの高周波電圧であっても構わないし、高周波電源２４の出力（例えば１３．５６ＭＨｚ）よりも低い周波数（例えば１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度）の低周波電圧であっても構わない。低周波電圧にすると、高周波電源２４を用いたプラズマ生成動作との干渉を避けることが容易になる。
【００１７】
ターゲットバイアス電源３４から出力されるターゲットバイアス電圧ＶＴは、例えば、ターゲット３０の材質等に応じて決定される。ターゲットバイアス電圧ＶＴは、例えば、ターゲット３０が導電性の場合には、上記（ａ）〜（ｃ）に示したいずれの電圧であっても構わない。一方、ターゲット３０が絶縁物の場合には、上記（ｂ）又は（ｃ）に示した電圧とすることで、絶縁物の表面が流入イオンの正電荷で覆われることによりスパッタが停止することを防止できる。
【００１８】
ターゲットバイアス電源３４は、ターゲットバイアス電圧ＶＴとして、上記（ａ）〜（ｃ）の電圧のうちの一種類の電圧を出力しても構わないし、複数種類の電圧を切り換えて出力しても構わない。
【００１９】
さらに、真空容器２の内部には、アンテナ２０が配置されている。本実施形態では、２本のアンテナ２０が、ターゲットホルダ３２に保持されたターゲット３０を両側から挟むように対向して配置されている。２本のアンテナ２０が上面部３を貫通する貫通部には、真空シール機能を有する絶縁部４１がそれぞれ設けられている。
【００２０】
各アンテナ２０には、整合回路２６を介して高周波電源２４が接続されている。具体的には、各アンテナ２０の一端部に整合回路２６が接続され、各アンテナ２０の他端部は電気的に接地されている。高周波電源２４の一端も電気的に接地されている。なお、各アンテナ２０用に高周波電源２４及び整合回路２６をそれぞれ設けても構わない。
【００２１】
高周波電源２４は、高周波電力ＰＲを各アンテナ２０に供給するものである。具体的には、各アンテナ２０に高周波電力ＰＲが並列に供給されることで、ターゲット３０の表面近傍に、誘導結合型のプラズマ２２を発生させる。高周波電源２４から出力される高周波電力ＰＲの周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。
【００２２】
また、スパッタリング装置１は、制御装置４６を備えている。制御装置４６は、スパッタリング装置１の各部を統括して制御するものであり、特に高周波電源２４及びターゲットバイアス電源３４からの電力供給を制御する。
【００２３】
また、真空容器２には、極性が互いに異なる第１磁性体５２ａ（磁性体）及び第２磁性体５２ｂ（磁性体）が設けられている。
【００２４】
＜真空容器の上面部付近の構成＞
次に、図１を用いて、真空容器２の上面部３付近の具体的構成について詳細に説明する。図１は、真空容器２の上面部３付近の構成例を示す概略図であり、（ａ）は上面部３付近の断面図であり、（ｂ）は上面部３付近を下方向から見たときの平面図である。
【００２５】
上面部３付近には、主として、
・ターゲット３０を保持するターゲットホルダ３２、
・ターゲットホルダ３２と真空容器２と絶縁する絶縁部４２、
・ターゲットホルダ３２に保持されたターゲット３０の表面全体と対向する位置に、平行磁場を形成する第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂ、及び、
・ターゲット３０の表面近傍においてプラズマ２２を発生させるアンテナ２０
が設けられている。
【００２６】
（アンテナ）
図１の（ａ）に示すように、アンテナ２０は、真空容器２内部の、ターゲットホルダ３２の近傍に（具体的には、ターゲットホルダ３２に保持されたターゲット３０の表面近傍に）配置されている。本実施形態では、図１の（ｂ）に示すように、２本のアンテナ２０は、ターゲットホルダ３２に保持されたターゲット３０を両側から挟むように、かつ、略矩形状のターゲット３０の辺に沿うように配置されている。
【００２７】
２本のアンテナ２０をこのように配置することにより、ターゲット３０の表面全体と対向するようにプラズマ２２を発生させることが可能となる。これにより、ターゲット３０の表面全体をスパッタリングすることが可能となり、ターゲット３０の利用効率を向上させることが可能となる。但し、この点を考慮しなければ、例えば１本のアンテナ２０をターゲット３０の片側の辺に沿うように配置しても構わない。
【００２８】
また、各アンテナ２０は、両端部以外が棒状の導体（アンテナ導体）であり、その両端部において上面部３側へと屈曲している。各アンテナ２０の両端部は、上面部３を貫通して上面部３から上方に突出し、整合回路２６に接続されている。
【００２９】
各アンテナ２０は、中が詰まった中実構造であっても構わないし、中空構造（例：管状又は筒状）であっても構わない。中空構造の場合、その内部に冷却水路を設け、冷却水を流すことで各アンテナ２０を冷却する水冷構造としても構わない。また、各アンテナ２０は、アンテナ導体の途中にコンデンサを挿入した構造であっても構わない。
【００３０】
なお、アンテナ２０の形状は、上述した形状に限らず、全体が棒状でもあっても構わないし、Ｕ字状、Ｃ字状、コイル状等であっても構わない。また、アンテナ２０の形状は、ターゲット３０の平面形状に応じた形状としても構わない。例えば、ターゲット３０の平面形状が円形状の場合には、アンテナ２０の平面形状を円形状にしても構わない。
【００３１】
また、アンテナ２０は、その構造又は形状に依らず、アンテナ導体が絶縁性部材の内側に収納された構造となっている。
【００３２】
上述したアンテナ２０の構造又は形状はあくまで一例であって、アンテナ２０は、プラズマ２２を発生させることが可能な構造又は形状であればよい。
【００３３】
また、アンテナ２０には、ターゲット３０へのターゲットバイアス電圧ＶＴの供給とは独立して高周波電力ＰＲが供給される。具体的には、制御装置４６（図２参照）が、ターゲット３０にターゲットバイアス電圧ＶＴを供給するターゲットバイアス電源３４と、アンテナ２０に高周波電力ＰＲを供給する高周波電源２４とを独立に制御する。
【００３４】
一般に、成膜速度を向上させるためには、イオンの数（本実施形態ではアルゴンイオンの数）を増加させるか、ターゲット３０に入射するイオンのエネルギーを高める必要がある。ターゲットバイアス電圧ＶＴを低くした場合、ターゲット３０に入射するイオンのエネルギーを低下させることができるため、ターゲット３０から飛び出すスパッタ粒子のエネルギーを抑制できる。従って、基板１２にスパッタ粒子が衝突するときに生じるエネルギーを抑制できるので、基板１２の温度上昇を抑制できる。しかし一方で、上記イオンのエネルギーが低くなるため成膜速度は低下する。
【００３５】
スパッタリング装置１では、ターゲットバイアス電源３４と高周波電源２４とを独立制御できるため、ターゲットバイアス電圧ＶＴを低くした場合に、アンテナ２０に供給する高周波電力ＰＲを高めることができる。この場合、プラズマ２２中のイオンの数を多くすることができる。そのため、ターゲットバイアス電圧ＶＴの低下に伴う上記イオンのエネルギーの低下によるスパッタ率の低下を、プラズマ２２中のイオンの数を多くすることで補うことができる。
【００３６】
このように、アンテナ２０を備え、制御装置４６がターゲットバイアス電圧ＶＴ及び高周波電力ＰＲの供給を独立に制御することで、スパッタリング装置１では、ターゲットバイアス電圧ＶＴの低電圧化を図りつつ、成膜速度（高速成膜）を維持できる。また、ターゲットバイアス電圧ＶＴの低電圧化により、基板１２にスパッタ粒子が衝突するときに生じるエネルギーを抑制できるので、基板１２に形成される膜の高品質化を図ることができる。
【００３７】
（第１磁性体・第２磁性体）
図１の（ａ）に示すように、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂは、真空容器２内部の、ターゲットホルダ３２の近傍に（具体的には、ターゲットホルダ３２に保持されたターゲット３０の表面近傍に）配置されている。本実施形態では、図１の（ｂ）に示すように、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂは、ターゲットホルダ３２に保持されたターゲット３０を両側から挟むように、かつ、略矩形状のターゲット３０の辺に沿うように配置されている。
【００３８】
換言すれば、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂは、ターゲット３０の表面側（スパッタされる側）であって、ターゲットホルダ３２を平面視したときに、ターゲット３０を挟んで対向する位置に配置されている。つまり本実施形態では、当該位置に、極性が互いに異なる第１磁極ＭＰａ（磁極）及び第２磁極ＭＰｂ（磁極）が形成される。また、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂ（つまり第１磁極ＭＰａ及び第２磁極ＭＰｂ）は、上記辺に沿って延伸するように配置されている。
【００３９】
このような配置により、少なくともターゲット３０の表面全体と対向する位置に、当該表面に略平行な磁力線ＭＬの成分を有する磁場分布（平行磁場）を形成できる。そのため、ターゲット３０でのイオンの衝突により発生する電子（２次電子）を効率良く捕捉することができる。その結果、基板１２に向かう電子の移動を抑制できるため、電子の基板１２への衝突により生じるエネルギーが基板１２に流入することを抑制できる。従って、当該エネルギーによる基板１２の温度上昇を抑制できる。
【００４０】
また、ターゲットバイアス電圧ＶＴを低く設定することにより、基板１２に電子が衝突するときのエネルギーを低くすることはできるが、基板１２に衝突する電子の数を大きく変えることはできない。上記のように平行磁場を形成することにより、基板１２に衝突する電子の数を低下させることができるため、基板１２の温度上昇を更に抑制できる。
【００４１】
また、ターゲット３０の表面全体と対向する位置に平行磁場を形成することにより、ターゲット３０の表面全体に亘り一様に電子を捕捉することが可能となる。上述のように２本のアンテナ２０を配置することで、ターゲット３０の表面全体と対向するようにプラズマ２２を発生させることは可能である。しかしこの場合であっても、ターゲット３０の表面においてプラズマ２２の密度が局在化してしまう可能性はある。上記平行磁場の形成による電子の捕捉により、上記プラズマ２２の密度の局在化を抑制できる。そのため、ターゲット３０の表面全体を一様にスパッタリングすることが可能となり、ターゲット３０の利用効率を更に向上させることができる。
【００４２】
また、ターゲット３０の裏側に磁石を設けて、ターゲット３０の表面に磁場を形成しようとする場合（図３参照）、ターゲット３０が強磁性材料で構成される場合には、ターゲット３０の表面に所定強度の磁場を形成することが困難となる可能性がある。磁石が発生した磁力がターゲット３０側へと引き込まれてしまいやすいためである。
【００４３】
一方、ターゲット３０の表面側に第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂを配置することで、発生した磁力がターゲット３０側へ引き込まれにくくすることができる。そのため、強磁性材料のターゲット３０が保持された場合でも、ターゲット３０の表面に所定強度の磁場を形成しやすい。そのため、強磁性材料のターゲット３０であっても、それ以外の材料のターゲット３０と同様にスパッタリングを行うことが可能となる。なお、本実施形態では、ターゲット３０の側面近傍に、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂが設けられている。
【００４４】
また、本実施形態では、第１磁性体５２ａがＮ極として、第２磁性体５２ｂがＳ極として機能する。そのため、図１の（ｂ）に示すように、第１磁性体５２ａ（第１磁極ＭＰａ）から第２磁性体５２ｂ（第２磁極ＭＰｂ）に向けて、少なくともターゲット３０の表面上においては平行な磁力線ＭＬが形成される。また、図１の（ａ）に示すように、ターゲット３０の表面近傍に磁力線ＭＬが形成される。なお、第１磁性体５２ａがＳ極として、第２磁性体５２ｂがＮ極として機能した場合でも、磁力線ＭＬの向きが逆となるだけで、同様の分布を有する磁場が形成される。
【００４５】
また、図１の（ａ）に示すように、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂは、高さ方向において、アンテナ２０よりもターゲット３０の表面に近い位置に設けられている。つまり、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂは、ターゲット３０の表面近傍（具体的には、ターゲット３０の表面直上）に平行磁場を形成するように設けられている。本実施形態では上述のように、ターゲット３０の側面近傍（上側面）に、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂが設けられている。
【００４６】
電子は、広範囲に亘りターゲット３０から飛び出すため、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂがターゲット３０の表面から離れるほど、当該電子を捕捉する確率（捕捉率、収率）は低下すると共に、スパッタリング装置１の構成が大きくなる。第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂを上記位置に設けることで、電子の収率を向上させつつ、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂを設けたときのスパッタリング装置１の小型化を図ることができる。
【００４７】
また、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂが形成する磁場強度（磁束密度）は、マグネトロン放電が生じる強度未満である。スパッタリング装置１では、上述のようにアンテナ２０によるプラズマ２２を発生させるため、マグネトロン放電を生じさせるような高い強度の磁場を発生させる必要が無い。
【００４８】
また、アンテナ２０によるプラズマ２２の発生とは別に、マグネトロン放電を生じさせる（電子を磁場に絡みつけて長距離移動させる）ことでガス分子をプラズマ化した場合、プラズマの片寄りが生じてしまう。磁場強度をマグネトロン放電が生じる強度未満とすることで、このようなプラズマの片寄りの発生を防止できる。
【００４９】
具体的には、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂが形成する平行磁場の強度は、その何れの位置においても１００ガウス未満である。一般に、磁場の強度が１００ガウス以上である場合、マグネトロン放電が生じる。従って、ターゲット３０の表面に対向して形成される平行磁場の強度が１００ガウス未満であれば、マグネトロン放電を生じさせないようにすることが可能である。
【００５０】
また、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂは、平行磁場として、ターゲット３０から放出される電子のラーマー半径ＲＬが、ターゲット３０と基板１２との距離よりも小さくなるような強度の磁場を形成する。これにより、電子の基板１２への衝突を防止できるため、電子による基板１２の温度上昇を確実に防止できる。
【００５１】
ラーマー半径ＲＬは、ＲＬ＝ｍｖ／｜ｑ｜Ｂ（ｍ：電子の質量、ｖ：電子の速度、ｑ：電子の電荷、Ｂ：磁場強度）で定義される。つまり、磁場強度が小さくなるほど、ラーマー半径ＲＬは大きくなる。また、磁場強度が小さくなりすぎると、ターゲット３０から放出される電子を捕捉できなくなる。そのため、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂは、ラーマー半径ＲＬが、ターゲット３０と基板１２との距離よりも小さくなるような強度であって、かつ、ターゲット３０から放出される電子を捕捉可能な強度の平行磁場を形成すればよい。
【００５２】
なお、ラーマー半径ＲＬは、磁場強度及びターゲットバイアス電圧ＶＴによって調整される。
【００５３】
また、平行磁場の強度は、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂの磁気的な強さと、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂ間の距離とによって調整される。第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂ間の距離が大きくなるほど平行磁場の強度は小さくなり、かつその分布は悪くなる。分布が悪くなった場合、ターゲット３０の表面全体において平行磁場を形成できず、電子の捕捉にムラが生じてしまう可能性がある。従って、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂ間の距離は、上記磁気的な強さを考慮して、ターゲット３０の表面全体と対向する位置に平行磁場を形成できる程度の距離に設定される。本実施形態では、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂは、ターゲットホルダ３２を平面視したときに、ターゲット３０よりも外側で、かつターゲット３０に近い位置に設けられている。
【００５４】
また、本実施形態では、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂは、絶縁部４２を介してターゲットホルダ３２を支持する上面部３の、内側端部付近に設けられている。
【００５５】
上面部３は電気的に接地されており、かつ、絶縁部４２を介してターゲットホルダ３２を支持している。そのため、プラズマ２２中のイオンが上面部３に引き込まれることを防止できるので、上面部３をスパッタすること、又は、上面部３にイオンが衝突することにより上面部３の温度が上昇することを防止できる。
【００５６】
従って、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂが上面部３に設けられ電気的に接地されることで、上述したように、イオンが第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂに引き込まれることを防止できる。そのため、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂのスパッタ、又は、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂの温度上昇を防止できる。なお、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂが上面部３に設けられていなくても電気的に接地されていれば、当該効果を奏することができる。
【００５７】
上面部３、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂを電気的に接地したとしても、プラズマ２２の電位と接地と電位差により、イオンを引き込んでしまう可能性はある。そのため、イオンが引き込まれることによる温度上昇を防止するために、上面部３の内部に冷却水路を設けても構わない。上面部３に第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂが設けられる場合、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂの近傍に設けられることで、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂを効率良く冷却できる。
【００５８】
なお、本実施形態では、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂとしては、例えば永久磁石が用いられる。これにより、安価にかつ容易に、上述した平行磁場を形成できる。
【００５９】
また、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂの形状は、上述した形状に限られず、ターゲット３０の平面形状に応じた形状としても構わない。例えば、ターゲット３０の平面形状が円形状の場合には、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂの平面形状を円弧形状にしても構わない。
【００６０】
（アンテナと第１磁性体・第２磁性体との配置関係）
図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、アンテナ２０は、ターゲットホルダ３２を平面視したときに、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂよりも外側に配置されている。
【００６１】
アンテナ２０が第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂよりも内側に設けられる場合、真空容器２におけるプラズマ２２の発生領域が局所的となる。そのため、ターゲット３０におけるイオンの衝突領域も局所的となる可能性がある。また、ターゲット３０から放出されたスパッタ粒子がアンテナ２０に衝突してしまう。そのため、ターゲット３０の利用効率が低下する。また、スパッタ粒子の付着によりアンテナ２０が汚れてしまう。これらの点を考慮し、アンテナ２０が、ターゲットホルダ３２を平面視したときに、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂよりも外側に配置されることで、ターゲット３０の利用効率が低下し、アンテナ２０が汚れてしまうことを防止できる。
【００６２】
なお、アンテナ２０は、ターゲットホルダ３２を平面視したときに、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂと同じ位置であっても構わないが、この場合、外側に配置された場合よりも、アンテナ２０にスパッタ粒子が衝突又は付着する可能性が高くなる。この点からいえば、アンテナ２０は、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂよりも外側に配置された方がよい。
【００６３】
また、アンテナ２０にスパッタ粒子が衝突又は付着しないように、高さ方向におけるターゲット３０からの距離が調整されても構わない。
【００６４】
＜比較例との対比＞
次に、図３〜図５を用いて、本実施形態のスパッタリング装置１の比較例について説明する。
【００６５】
（比較例１との対比）
まず、図３を用いて、比較例１に係るスパッタリング装置１０１について説明する。図３は、スパッタリング装置１０１について説明するための図であり、（ａ）は、上面部３付近の構成例を示す概略図であり、（ｂ）は、スパッタリング装置１０１によりスパッタされたターゲット３０の一例を示す図である。
【００６６】
図３の（ａ）に示すように、スパッタリング装置１０１では、上面部３は、絶縁部４２を介してターゲットホルダ１３２を支持している。ターゲットホルダ１３２は、通水路３６を備えると共に、第１磁石１５１、第２磁石１５２及び第３磁石１５３を備えることにより形成される磁気回路１５０を有する。磁気回路１５０は、マグネトロン放電を生じさせる。
【００６７】
具体的には、ターゲットホルダ１３２の中央付近に第２磁石１５２が設けられることで、磁極ＭＰ１０２が形成されている。また、ターゲットホルダ１３２の両端部付近にそれぞれ第１磁石１５１及び第３磁石１５３が設けられることで、磁極ＭＰ１０１及びＭＰ１０３が形成されている。第１磁石１５１と第２磁石１５２とは互いに異なる極性を有し、第２磁石１５２と第３磁石１５３とは互いに異なる極性を有する。そのため、磁気回路１５０では、第１磁石１５１と第２磁石１５２との間で磁力線ＭＬが形成されると共に、第２磁石１５２と第３磁石１５３との間で磁力線ＭＬが形成される。
【００６８】
図３の（ａ）に示すように、ターゲット３０の表面の一方の領域において、磁極ＭＰ１０１及び磁極ＭＰ１０２の間に形成される磁力線ＭＬによる高密度のプラズマが発生する。また、他方の領域において、磁極ＭＰ１０２及び磁極ＭＰ１０３の間に形成される磁力線ＭＬによる高密度のプラズマが発生する。
【００６９】
そのため、ターゲット３０の表面の２箇所において発生したプラズマにより、ターゲット３０の表面がスパッタされる。その結果、図３の（ｂ）に示すように、局所的にターゲット３０がスパッタされたスパッタ領域（消耗部）Ｐ１及びＰ２が生じてしまう。
【００７０】
このように、スパッタリング装置１０１では、ターゲット３０の表面の一部分に高密度のプラズマが局在化することによる局所的なスパッタ領域の形成により、ターゲット３０の利用効率が低下する。その結果、材料費（ターゲット３０にかかる費用）が上がってしまう。また、ターゲット３０からのスパッタ粒子の飛び出し角度は、ターゲット３０の材料及び飛び出し位置によって大きく変わる。そのため、局所的なスパッタ領域の形成により、ターゲット３０の材料によっては、基板１２に形成される膜の膜質が不均一になる可能性がある。
【００７１】
本実施形態のスパッタリング装置１では、ターゲット３０の表面全体と対向する位置に平行磁場を形成している。そのため、スパッタ領域Ｐ１及びＰ２のような局所的なスパッタ領域が形成されず、プラズマ２２中のイオンをターゲット３０の表面全体に一様に衝突させることができる。そのため、ターゲット３０の利用効率を向上させることができる。
【００７２】
また、スパッタリング装置１０１は、アンテナ２０を備えず（制御装置は、アンテナ２０への高周波電力ＰＲの供給制御を行わず）、第１磁石１５１、第２磁石１５２及び第３磁石１５３によりプラズマを発生させている。一方、スパッタリング装置１では、アンテナ２０に高周波電力ＰＲを供給することによりプラズマ２２を発生させるため、スパッタリング装置１０１のようにマグネトロン放電を生じさせる必要がない。そのため、マグネトロン放電によって生じ得るプラズマの片寄りの発生を防止できる。また、ターゲットバイアス電圧ＶＴとは独立に高周波電力ＰＲをアンテナ２０に供給できるので、ターゲットバイアス電圧ＶＴの低電圧化を図りつつ、成膜速度を維持できる。
【００７３】
また、スパッタリング装置１０１では、ターゲット３０の裏面に第１磁石１５１、第２磁石１５２及び第３磁石１５３が設けられている。そのため、強磁性材料のターゲット３０の場合、これらの磁石が発生させた磁力がターゲット３０側へと引き込まれてしまいやすい。一方、スパッタリング装置１では、ターゲット３０の表面側に第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂを設けているので、強磁性材料のターゲット３０であっても、それ以外のターゲット３０と同様にスパッタリングを行うことが可能となる。
【００７４】
（比較例２との対比）
次に、図４を用いて、比較例２に係るスパッタリング装置１０２について説明する。図４は、スパッタリング装置１０２について説明するための図であり、真空容器２内部の構成例を示す概略図である。
【００７５】
図４に示すように、スパッタリング装置１０２は、スパッタリング装置１と同様、アンテナ２０を備えている。そのため、ターゲットバイアス電圧ＶＴの低電圧化を図りつつ、成膜速度を維持できる。
【００７６】
しかし、図４に示すように、スパッタリング装置１０２では、上面部３は、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂを備えていないため、イオンがターゲット３０に引き込まれたときに放出される電子を磁場により捕捉できない。そのため、電子が基板１２に衝突することにより、電子による不要なエネルギーが基板１２に流入するため、基板１２の温度が上昇してしまう。一方、スパッタリング装置１では、上面部３に第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂを備え、ターゲット３０の表面全体と対向する位置に平行磁場を形成することで、ターゲット３０の表面全体において電子を捕捉できる。そのため、電子の基板１２への衝突による温度上昇を抑制できる。
【００７７】
（実施例と比較例２との比較結果）
次に、本実施例のスパッタリング装置１と、比較例２のスパッタリング装置１０２とにおける基板１２の温度変化について、図５を用いて説明する。図５は、本実施例のスパッタリング装置１と、比較例２のスパッタリング装置１０２とにおける基板１２の経時的な温度変化を示すグラフである。
【００７８】
本実験において、ターゲット３０としては、６インチ径の円形状のＡｌ−Ｓｉ系合金（１ｗｔ％のＳｉを含む）を用いた。基板１２（評価用基板）としては、０．５ｍｍ厚のシリコンウェハを用いた。ガス１０としては、アルゴン（Ａｒ）ガスを用いた。アンテナ２０には２．０ｋｗの高周波電力ＰＲ（ＲＦパワー）を供給し、ターゲット３０には−４００Ｖのターゲットバイアス電圧ＶＴを供給した。
【００７９】
また、電子のエネルギーとしてターゲットバイアス電圧ＶＴ相当のエネルギーを想定した場合、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂが形成する第１磁極ＭＰａ及び第２磁極ＭＰｂを結ぶ線分の中央付近の磁場強度が１００ガウスの場合、ラーマー半径ＲＬは１０ｍｍと算出できる。また、当該中央付近の磁場強度が１０ガウスの場合、ラーマー半径ＲＬは１００ｍｍと算出できる。
【００８０】
スパッタリング装置１では、ターゲット３０の表面における平行磁場の強度は、ラーマー半径ＲＬが、ターゲット３０と基板１２との距離よりも小さくなるような強度に設定される。この点を考慮し、基板１２及びターゲット３０間の距離を１２５ｍｍに設定すると共に、ラーマー半径ＲＬが１２５ｍｍ未満となるように、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂの特性（磁気的な強さ）と、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂの位置とが設定された。
【００８１】
具体的には、ターゲット３０の表面全体と対向する位置に平行磁場を形成すべく、図１に示すように、ターゲット３０の表面側の側面近傍に、ターゲット３０の辺に沿うように、棒状の第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂが配置された。第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂとしては、その表面近傍の磁場強度が約１０００ガウスの永久磁石が用いられた。第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂ間の距離は、約２００ｍｍに設定された。このとき、上記中央付近で７ガウス、上記中央付近からターゲット３０の方向に３０ｍｍの位置で４ガウス、上記中央付近から基板１２の方向に３０ｍｍの位置で４ガウスの磁場強度が得られた。
【００８２】
この条件において、サーモラベル（登録商標）を基板１２に貼り付けて、基板１２の温度を測定した。なお、成膜開始前の基板１２の温度（真空容器２内部の温度）は、約２５℃であった。
【００８３】
その結果、図５に示すように、磁場が形成されないスパッタリング装置１０２（図５における「磁場なし」のグラフ）では、基板１２の温度上昇速度は、約２．８℃／秒であることが確認された。一方、平行磁場が形成されたスパッタリング装置１（図５における「磁場あり」のグラフ）では、約０．５２℃／秒であることが確認された。
【００８４】
このように、スパッタリング装置１によれば、ターゲット３０の表面全体と対向する位置に平行磁場を形成することで、基板１２の温度上昇を抑制できることがわかる。
【００８５】
例えば、フレキシブルディスプレイの基板としては、一般に耐熱性が高い基板が用いられているが、耐熱性が高くなるほど基板の価格は高くなる。つまり、フレキシブルディスプレイを安価にするために比較的安い基板を用いた場合、基板の耐熱性が低くなってしまう。従って、耐熱性が低い基板に対して成膜を行う場合には特に、スパッタリング装置１を用いることで基板の温度上昇を抑制することは有用であるといえる。
【００８６】
＜変形例＞
図６は、スパッタリング装置１の変形例に係るスパッタリング装置１Ａの構成例を示す概略図である。図６に示すように、スパッタリング装置１Ａでは、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂの配置位置が、スパッタリング装置１と異なる。
【００８７】
スパッタリング装置１Ａは、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂを含む磁気回路５４が、平行磁場を形成する磁性体として設けられた構成である。磁気回路５４は、ターゲットホルダ３２を平面視したときに、ターゲット３０を挟んで対向する位置に、極性が互いに異なる第１磁極ＭＰａ及び第２磁極ＭＰｂを形成する。つまり、上記位置に第１磁極ＭＰａ及び第２磁極ＭＰｂが形成されれば、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂの配置位置は上記位置に限られない。
【００８８】
具体的には、図６に示すように、磁気回路５４は、第１磁性体５２ａ、第１伝達部材５３ａ、第２磁性体５２ｂ、及び第２伝達部材５３ｂにより形成されている。第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂは、例えば永久磁石である。第１伝達部材５３ａは、第１磁性体５２ａからの磁力を第１磁極ＭＰａに伝達するものであり、第２伝達部材５３ｂは、第１磁極ＭＰａからの磁力を第２磁極ＭＰｂから第２磁性体５２ｂに伝達するものである。
【００８９】
この構成によっても、第１磁極ＭＰａ及び第２磁極ＭＰｂとの間に、ターゲット３０の表面全体と対向する位置に平行磁場を形成できる。
【００９０】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００９１】
図７は、本実施形態に係るスパッタリング装置１Ｂの構成例を示す概略図である。図７に示すように、スパッタリング装置１Ｂは、１つの基板ホルダ１４に対して、ターゲットホルダ３２ａ及び３２ｂを備えている。ターゲットホルダ３２ａ及び３２ｂは、ターゲットホルダ３２と同じ構成及び機能を有する。
【００９２】
ターゲットホルダ３２ａ及び３２ｂのそれぞれに対して、２つのアンテナ２０が対向配置されている。具体的には、ターゲットホルダ３２ａ及び３２ｂの間に存在するアンテナ２０は、ターゲットホルダ３２ａ及び３２ｂに対して共通化されている。同様に、ターゲットホルダ３２ａ及び３２ｂの間に存在する上面部３についても、ターゲットホルダ３２ａ及び３２ｂに対して共通化されている。つまり、この上面部３は、ターゲットホルダ３２ａ及び３２ｂの両方を支持する。また、この上面部３には、ターゲットホルダ３２ａ用の第２磁性体５２ｂと、ターゲットホルダ３２ｂ用の第１磁性体５２ａとが設けられている。
【００９３】
また、スパッタリング装置１Ｂでは、基板ホルダ１４がターゲットホルダ３２ａ及び３２ｂに対して略水平方向（ターゲット３０の並び方向）に移動する。この移動は、基板ホルダ１４に接続された駆動機構（不図示）を制御装置４６（図２参照）が制御することにより実行される。制御装置４６は、基板ホルダ１４を、例えばターゲットホルダ３２ａ及び３２ｂが並ぶ方向（図７に示す矢印方向）に移動させる。
【００９４】
図７では、ターゲットホルダ３２ａ及び３２ｂが並設される構成について説明したが、これに限られない。３つ以上のターゲットホルダ３２が１方向に延伸するように並設されても構わない。また、複数のターゲットホルダ３２が２方向に延伸するように（つまりマトリクス状に）並設されても構わない。この場合、駆動機構は、基板ホルダ１４を２方向のそれぞれに（つまり紙面奥行き方向にも）移動させることが可能なように設けられる。
【００９５】
このように、スパッタリング装置１Ｂでは、ターゲットホルダ３２（つまりターゲット３０）と、第１磁性体５２ａ及び第２磁性体５２ｂと、アンテナ２０との組合せを複数配列した構成となっている。そのため、スパッタリング装置１Ｂは、比較的広い基板１２に対して成膜を行うことができる。
【００９６】
また、スパッタリング装置１Ｂでは、基板ホルダ１４をターゲットホルダ３２に対して略水平方向に移動（揺動）させる。そのため、基板１２に対して、より均一及び均質な成膜を行うことができる。
【００９７】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９８】
１、１Ａ、１Ｂ  スパッタリング装置
２      真空容器
１０    ガス
１２    基板
２０    アンテナ
２２    プラズマ
３０    ターゲット
３２、３２ａ、３２ｂ  ターゲットホルダ（保持部）
５２ａ  第１磁性体（磁性体）
５２ｂ  第２磁性体（磁性体）
５４    磁気回路（磁性体）
ＭＰａ  第１磁極（磁極）
ＭＰｂ  第２磁極（磁極）
ＲＬ     ラーマー半径
【図１】
2020152968.tif 000003
【図２】
2020152968.tif 000004
【図３】
2020152968.tif 000005
【図４】
2020152968.tif 000006
【図５】
2020152968.tif 000007
【図６】
2020152968.tif 000008
【図７】
2020152968.tif 000009