(57)【要約】【課題】被加工体の中央部から周辺部までの全域に渡って均一にスパッタリングを行うことができ、エロージョンの発生を減少することができるマグネトロンスパッタリング装置を提供する。【解決手段】マグネトロンスパッタリング装置１において、カソード電極５と、被加工体１０上に磁界を形成する磁界形成部７と、アノード電極１３とを備える。磁界形成部７は、回転軸８Ｃからずれた位置に第１の磁極面７３Ｓを有する第１の磁石７３と、回転軸８Ｃ及び第１の磁石７３の周囲に沿って磁極が異なる第２の磁極面７２Ｓを有する第２の磁石７２と、第２の磁極面７２上の第１の磁石７３の周囲に沿った一部に第１の磁極面７３Ｓよりも低く第２の磁極面７２Ｓよりも高い範囲内において第２の磁極面７２Ｓと磁極が同一の第３の磁極面７４Ｓを有する第３の磁石７４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工体を保持する保持面とこの保持面に対向する非保持面とを有するカソード電極と、
前記カソード電極の前記非保持面から前記保持面とは反対側に離間して配設され、前記保持面の中央部に交差する線を回転軸として前記保持面に沿って回転し、前記保持面に保持される前記被加工体上に磁界を形成する磁界形成部と、
前記カソード電極の前記保持面から前記非保持面とは反対側に離間して配置されたアノード電極と、を備え、
前記磁界形成部は、
前記回転軸上の位置とは異なる位置に前記カソード電極の前記非保持面に対向配置された第１の磁極面と、
前記回転軸及び前記第１の磁極面を含む領域の周囲に沿って前記非保持面に対向配置され、前記第１の磁極面とは磁極が異なると共に前記第１の磁極面よりも磁界強度が弱い第２の磁極面と、
前記回転軸及び前記第１の磁極面を含む領域の周囲に沿って前記非保持面に対向配置され、前記第２の磁極面と磁極が同じであり前記第２の磁極面よりも磁界強度が強い第３の磁極面と、
を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】
前記磁界形成部は、
前記第１の磁極面を有する第１の磁石と、
前記第２の磁極面を有する第２の磁石と、
前記第３の磁極面を有する第３の磁石と、を備え、
前記第１〜第３の磁極面は、前記保持面に対して、前記第１の磁極面、前記第３の磁極面、前記第２の磁極面の順に離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３】
前記第１の磁石は前記第１の磁極面を円形状とする円柱状磁石であり、
前記第２の磁石は、前記第１の磁石の前記第１の磁極面の第１の中心と前記回転軸とを結ぶ直線上に第２の中心を有し、前記回転軸及び前記第１の磁石を含む領域の周囲を取り囲む環状磁石であり、
前記第３の磁石は、前記第２の磁極面上における前記第１の磁石と前記第２の磁石との距離が短い側の領域に配設されていることを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項４】
前記第３の磁極面は、前記保持面との距離が面内で均一であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項５】
前記第３の磁極面は、前記保持面との距離が前記回転軸から第１の中心に向かって連続的若しくは段階的に短くなっていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項６】
前記磁界形成部は、
前記回転軸と前記第１の中心とを結ぶ直線上において前記第１の磁石と前記第３の磁石の前記保持面の周辺部側との間の第１のヨークギャップに比べて前記第１の磁石と前記第２の磁石の前記保持面の中央側との間の第２のヨークギャップが広く設定され、
前記第２のヨークギャップ側において前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に発生する漏洩磁界によって前記保持面の中央部における前記被加工体上にプラズマ領域が形成され、
前記第１の磁石と前記第２の磁石又は前記第３の磁石との間であって前記第１の磁石の周囲において、前記被加工体上に形成されるプラズマ領域を形成する漏洩磁界の強度は、前記プラズマ領域のプラズマ密度を前記保持面の中央部からプラズマ領域までの距離で割った値が均一になるように調整されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項７】
前記カソード電極、前記磁界形成部及び前記アノード電極を内部に収納するチャンバと、
前記チャンバ内に不活性ガスを供給するガス供給源と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に所定の電圧を印加する電源と、
前記チャンバ内のガスを排気する排気システムと、
前記磁界形成部を前記回転軸を中心として回転させる回転駆動部と、を更に備え、
前記被加工体にはターゲットが使用され、このターゲットは前記カソード電極の前記保持面に保持され、前記アノード電極にはウエーハが保持され、前記ターゲットの組成物質が前記ウエーハ上に成膜されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項８】
前記カソード電極、前記磁界形成部及び前記アノード電極を内部に収納するチャンバと、
前記チャンバ内にエッチングガスを供給するガス供給源と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に所定の電圧を印加する電源と、
前記チャンバ内のガスを排気する排気システムと、
前記磁界形成部を前記回転軸を中心として回転させる回転駆動部と、を更に備え、
前記被加工体にはウエーハが使用され、このウエーハは前記カソード電極の前記保持面に保持され、前記ウエーハの表面がエッチングされることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のマグネトロン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、マグネトロンスパッタリング装置に関し、特にカソード電極の保持面に被加工体を保持し、カソード電極の保持面に沿って磁界形成部を回転させて被加工体上に磁界を発生させ、被加工体上に発生させるプラズマ密度を高めて被加工体にスパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング装置は、ガラス、セラミックス、プラスチック、金属又はその他の材料を主成分とする構造体の表面に金属若しくはその化合物又はそれらの混合物等の薄膜をスパッタリング法を用いて形成するものである。この種のスパッタリング装置は、光情報記録媒体、半導体デバイス、電気電子部品、その他、様々な分野における成膜装置として広く使用されている。特に、マグネトロンスパッタリング装置は、成膜効率に優れ、高い成膜速度を得ることができるので、近年のスパッタリング装置の主流になっている。
【０００３】
マグネトロンスパッタリング装置は、ターゲット上に磁界を生じさせ、この磁界によりターゲット上近傍にプラズマの高密度領域を形成し、このプラズマの高密度領域において活性化されたアルゴン（Ａｒ）等の不活性原子をターゲットに加速度的に衝突させることによりターゲット材料を飛散させ、この飛散させたターゲット材料を構造体の表面に堆積させることによりこのターゲット材料を主組成とする薄膜を形成する装置である。
【０００４】
しかしながら、従来のマグネトロンスパッタリング装置においては、磁界により形成されるプラズマの高密度領域が極狭い領域のみに形成されるので、この高密度領域に対応するターゲットの極狭い領域のみに不活性原子が集中して衝突する。このため、ターゲットは部分的に削られ、エロージョンと呼ばれる溝がターゲットに形成されてしまう。このようなマグネトロンスパッタリング装置においては、ターゲットの極一部のみをスパッタリングに用いることができるものの、それ以外の部分はスパッタリングに用いることができないので、ターゲットの使用効率が悪く、その改善が望まれている。
【０００５】
下記特許文献１及び特許文献２には、ターゲットの使用効率を向上させるマグネトロンスパッタリング装置が開示されている。このマグネトロンスパッタリング装置は、円柱状の第１磁石と、この第１磁石とは極性が逆向きでかつ第１磁石を囲む円筒状の第２磁石とを有し、ターゲットの表面に沿う方向に回転運動を行い、プラズマの高密度領域を２つの磁石の回転方向に沿って移動させるものである。このような構成を有するマグネトロンスパッタリング装置においては、ターゲットの削られる範囲を拡大することができるので、ターゲットの使用効率を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１７９４４１号公報
【特許文献２】特開２００４−１４３５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述の特許文献１及び２に開示されたマグネトロンスパッタリング装置においては、以下の点について配慮がなされていなかった。
【０００８】
特許文献１に開示されたマグネトロンスパッタリング装置においては、第１磁石の重心位置と第２磁石の中心位置とを一致させているが、ターゲットの中心位置（第１磁石及び第２磁石の回転軸心）はずれており第１磁石と第２磁石との中間に設定されている。このマグネトロンスパッタリング装置においては、ターゲットの中心からその外縁部近傍に至る領域までプラズマの高密度領域を形成することができるので、ターゲットに均一なスパッタリングを行うことができ、ターゲットの使用効率を向上することができる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されたマグネトロンスパッタリング装置においては、プラズマの高密度領域が第１磁石と第２磁石との中間の位置に形成されるので、ターゲットの外縁部の領域までプラズマの高密度領域を広げることが難しい。つまり、ターゲットの外縁部の領域のスパッタリングを行うことが難しいので、ターゲットの使用効率は十分ではなかった。
【００１０】
一方、特許文献２に開示されたマグネトロンスパッタリング装置においては、第１磁石の重心を外周の円筒状の第２磁石の中心位置から少しずれた位置に配置するとともに、第２磁石の中心位置とターゲットの中心位置（第１磁石及び第２磁石の回転軸心）とを一致させ、かつターゲット面に対して第１磁石の磁極面及び第２磁石の磁極面を傾斜させている。このマグネトロンスパッタリング装置においては、ターゲットの中心位置の左右においてプラズマの高密度領域の形成位置が異なるので、ターゲットの広範囲にスパッタリングを行うことができる。
【００１１】
しかしながら、特許文献２に開示されたマグネトロンスパッタリング装置においては、プラズマの高密度領域が第１磁石と第２磁石との中間の位置に形成されるので、ターゲットの中心位置にプラズマの高密度領域を広げることが難しい。つまり、ターゲットの中央部の領域のスパッタリングを行うことが難しいので、ターゲットの使用効率は十分ではなかった。
【００１２】
なお、マグネトロンスパッタリング装置は、成膜装置としてだけではなく、エッチング装置としても使用されている。マグネトロンスパッタリング装置において、ターゲットに代えてウエーハにスパッタリングが行われるが、この場合にはエッチング深さの分布にばらつきが生じ、エッチングの精度を向上することができない。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、被加工体の中央部から周辺部までの全域に渡って均一にスパッタリングを行うことができ、エロージョンの発生を減少することができるマグネトロンスパッタリング装置を提供することである。
【００１４】
また、本発明は、ターゲットの使用効率を向上することができるマグネトロンスパッタリング装置を提供することである。更に、本発明は、ウエーハのエッチングの精度を向上することができるマグネトロンスパッタリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の実施例に係る特徴は、マグネトロンスパッタリング装置において、被加工体を保持する保持面とこの保持面に対向する非保持面とを有するカソード電極と、カソード電極の非保持面から保持面とは反対側に離間して配設され、保持面の中央部に交差する線を回転軸として保持面に沿って回転し、保持面に保持される被加工体上に磁界を形成する磁界形成部と、カソード電極の保持面から非保持面とは反対側に離間して配置されたアノード電極とを備え、磁界形成部は、回転軸上の位置とは異なる位置にカソード電極の非保持面に対向配置された第１の磁極面と、回転軸及び第１の磁極面を含む領域の周囲に沿って非保持面に対向配置され、第１の磁極面とは磁極が異なると共に第１の磁極面よりも磁界強度が弱い第２の磁極面と、回転軸及び第１の磁極面を含む領域の周囲に沿って非保持面に対向配置され、第２の磁極面と磁極が同じであり第２の磁極面よりも磁界強度が強い第３の磁極面とを備える。
【００１６】
また、マグネトロンスパッタリング装置において、磁界形成部は、第１の磁極面を有する第１の磁石と、第２の磁極面を有する第２の磁石と、第３の磁極面を有する第３の磁石とを備え、第１〜第３の磁極面は、保持面に対して、第１の磁極面、第３の磁極面、第２の磁極面の順に離間して配置されていることが好ましい。
【００１７】
また、マグネトロンスパッタリング装置において、第１の磁石は第１の磁極面を円形状とする円柱状磁石であり、第２の磁石は、第１の磁石の第１の磁極面の第１の中心と回転軸とを結ぶ直線上に第２の中心を有し、回転軸及び第１の磁石を含む領域の周囲を取り囲む環状磁石であり、第３の磁石は、第２の磁極面上における第１の磁石と第２の磁石との距離が短い側の領域に配設されていることが好ましい。
【００１８】
また、マグネトロンスパッタリング装置において、第３の磁極面は保持面との距離が面内で均一であることが好ましい。
【００１９】
また、マグネトロンスパッタリング装置において、第３の磁極面は保持面との距離が回転軸から第１の中心に向かって連続的若しくは段階的に短くなっていることが好ましい。
【００２０】
また、マグネトロンスパッタリング装置において、磁界形成部は、回転軸と第１の中心とを結ぶ直線上において第１の磁石と第３の磁石の保持面の周辺部側との間の第１のヨークギャップに比べて第１の磁石と第２の磁石の保持面の中央側との間の第２のヨークギャップが広く設定され、第２のヨークギャップ側において第１の磁石と第２の磁石との間に発生する漏洩磁界によって保持面の中央部における被加工体上にプラズマ領域が形成され、第１の磁石と第２の磁石又は第３の磁石との間であって第１の磁石の周囲において、被加工体上に形成されるプラズマ領域を形成する漏洩磁界の強度は、プラズマ領域のプラズマ密度を保持面の中央部からプラズマ領域までの距離で割った値が均一になるように調整されていることが好ましい。
【００２１】
また、マグネトロンスパッタリング装置において、カソード電極、磁界形成部及びアノード電極を内部に収納するチャンバと、チャンバ内に不活性ガスを供給するガス供給源と、カソード電極とアノード電極との間に所定の電圧を印加する電源と、チャンバ内のガスを排気する排気システムと、磁界形成部を回転軸を中心として回転させる回転駆動部とを更に備え、被加工体にはターゲットが使用され、このターゲットはカソード電極の保持面に保持され、アノード電極にはウエーハが保持され、ターゲットの組成物質がウエーハ上に成膜されることが好ましい。
【００２２】
更に、マグネトロンスパッタリング装置において、カソード電極、磁界形成部及びアノード電極を内部に収納するチャンバと、チャンバ内にエッチングガスを供給するガス供給源と、カソード電極とアノード電極との間に所定の電圧を印加する電源と、チャンバ内のガスを排気する排気システムと、磁界形成部を回転軸を中心として回転させる回転駆動部とを備え、被加工体にはウエーハが使用され、このウエーハはカソード電極の保持面に保持され、ウエーハの表面がエッチングされることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、被加工体の中央部から周辺部までの全域に渡って均一にスパッタリングを行うことができ、エロージョンの発生を減少することができるマグネトロンスパッタリング装置を提供することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、ターゲットの使用効率を向上することができるマグネトロンスパッタリング装置を提供することができる。更に、本発明によれば、ウエーハのエッチングの精度を向上することができるマグネトロンスパッタリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置の模式的断面構成図である。
【図２】（Ａ）図１に示すマグネトロンスパッタリング装置の被加工体、カソード電極及び磁界形成部の位置関係を示す模式的側面図であり、（Ｂ）は模式的底面図である。
【図３】実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置においてスパッタリング特性を説明する第１の実験結果を示す図である。
【図４】第２の実験結果を示す図である。
【図５】第３の実験結果を示す図である。
【図６】第４の実験結果を示す図である。
【図７】比較例に係るマグネトロンスパッタリング装置においてスパッタリング特性を説明する第５の実験結果を示す図である。
【図８】比較例に係るマグネトロンスパッタリング装置においてスパッタリング特性を説明する第６の実験結果を示す図である。
【図９】本発明の実施例２に係るマグネトロンスパッタリング装置の被加工体、カソード電極及び磁界形成部の位置関係を示す模式的側面図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は実施例２に係るスパッタリング特性を説明するためのマグネトロンスパッタリング装置の磁界形成部の模式図である。
【図１１】実施例２に係るマグネトロンスパッタリング装置においてスパッタリング特性を説明する第１の実験結果を示す図である。
【図１２】第２の実験結果を示す図である。
【図１３】第３の実験結果を示す図である。
【図１４】本発明の実施例３に係るマグネトロンスパッタリング装置において第２の磁石と垂直磁束密度との関係を示す図である。
【図１５】図１４に示す要部の拡大図である。
【図１６】図１４に示す他の要部の拡大図である。
【図１７】（Ａ）実施例３に係るマグネトロンスパッタリング装置の被加工体、カソード電極及び磁界形成部の位置関係を示す模式的側面図であり、（Ｂ）は模式的底面図である。
【図１８】（Ａ）実施例３に係るマグネトロンスパッタリング装置の被加工体、カソード電極及び磁界形成部の位置関係を示す模式的側面図であり、（Ｂ）は被加工体上のプラズマ収束部の発生状態を示す模式的底面図である。
【図１９】実施例３に係る被加工体の実際のエロージョンの形状を示す図である。
【図２０】実施例３に係る単位時間当たりプラズマ密度の値と被加工体の半径との関係を示す図である。
【図２１】本発明の実施例４に係るマグネトロンスパッタリング装置の模式的断面構成図である。
【図２２】実施例４に係るマグネトロンスパッタリング装置において被加工体の保持位置に対するエッチングガスの供給方向と排気方向とを説明するための図である。
【図２３】実施例４に係るマグネトロンスパッタリング装置においてエッチングレート分布を示す図である。
【図２４】実施例４に係るマグネトロンスパッタリング装置において他のエッチングレート分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２７】
また、以下に示す実施例はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２８】
（実施例１）
本発明の実施例１は、成膜装置としてのマグネトロンスパッタリング装置に本発明を適用した例を説明するものである。
【００２９】
［装置構成］
図１に示すように、実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置１は、被加工体１０を保持する保持面（表面）５Ａとこの保持面５Ａに対向する非保持面（裏面）５Ｂとを有するカソード電極５と、カソード電極５の非保持面５Ｂから保持面５Ａとは反対側に離間して配設され、保持面５Ａの中央部に交差する線（仮想線）上に配置された回転軸８Ｃを中心として保持面５Ａに沿って回転し、保持面５Ａに保持される被加工体１０上に磁界を形成する磁界形成部７と、カソード電極５の保持面５Ａから非保持面５Ｂとは反対側に離間して配置されたアノード電極１３とを備えている。このマグネトロンスパッタリング装置１は、カソード電極５、磁界形成部７及びアノード電極１３を内部に収納するチャンバ（真空チャンバ）２と、チャンバ２内に不活性ガスを供給するガス供給源３と、カソード電極５に高周波を供給しカソード電極５とアノード電極との間に電圧を発生させる高周波電源（電源）６と、チャンバ２内のガスを排気する排気システム４と、磁界形成部７を回転軸８Ｃを中心として回転させる回転駆動部８とを更に備えている。
【００３０】
実施例１において、マグネトロンスパッタリング装置１は成膜装置であり、被加工体１０にはターゲットが使用される。このターゲットはカソード電極５の保持面５Ａに保持され、アノード電極１３にはウエーハ１１が保持される。保持面５Ａはカソード電極５のアノード電極１３側に対向する表面である。従って、非保持面５Ｂはカソード電極５のアノード電極１３側とは反対の裏面である。ウエーハ１１はアノード電極１３のカソード電極５側に対向する表面上に保持される。そして、マグネトロンスパッタリング装置１は、ターゲット上（ターゲットのアノード電極１３側の表面上）に磁界形成部７により磁界を生じさせ、この磁界によりターゲット上近傍にプラズマの高密度領域を形成し、このプラズマの高密度領域において活性化された不活性原子をターゲット表面に加速度的に衝突させることによりターゲット材料を飛散させ、この飛散させたターゲット材料をウエーハ１１の表面に堆積させる。ウエーハ１１の表面に堆積された薄膜はターゲット材料を主組成として成膜されている。
【００３１】
マグネトロンスパッタリング装置１において、カソード電極５の非保持面５Ｂの周縁でカソード電極５を保持するカソード筐体５１が配設されている。更に、カソード電極５及びカソード筐体５１の側面周囲には一定の距離を持ってカソードシールド５２が配設されている。カソード電極５とカソード筐体５１とによって周囲が密閉された内部には磁界形成部７が配設されている。
【００３２】
カソード電極５の保持面５Ａに保持される被加工体１０つまりターゲットは円盤形状により製作され、ターゲットの組成材料には金属若しくはその化合物又はそれらを含む混合物等が使用されている。また、ターゲット材料を飛散させるウエーハ１１には、実施例１において、半導体基板、ガラス基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、セラミックス基板、樹脂基板等が使用される。ここで、半導体基板には、シリコン基板に限定されるものではなく、ＧａＡｓ基板等の化合物半導体基板が含まれる。セラミックス基板には例えばＡｌＴｉＣ基板等が含まれる。
【００３３】
ガス供給源３から供給される不活性ガスには例えばＡｒガスが使用される。また、排気システム４には、チャンバ２内を減圧する真空ポンプ、バルブ等が含まれる。符号２１はチャンバ２及び高周波電源６にそれぞれ接続された接地である。
【００３４】
回転駆動部８は、モータ８１と、その回転軸に連結された駆動側プーリ８２と、磁界形成部７に連結され回転軸８Ｃを中心に回転する回転主軸８５と、回転主軸８５に連結された従動側プーリ８３と、駆動側プーリ８２と従動側プーリ８３とに掛け回された伝達ベルト８４とを備えている。回転駆動部８は、モータ８１の回転軸の回転を回転主軸８５に伝達し、回転軸８Ｃを中心として磁界形成部７を回転させるようになっている。
【００３５】
磁界形成部７は、図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、回転軸８Ｃから保持面５Ａの周辺部に向かってずれた位置（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）中右側にずれた位置）にカソード電極５の非保持面５Ｂに対向配置させた第１の磁極面７３Ｓを有する第１の磁石７３と、回転軸８Ｃと第１の磁石７３との間を除き回転軸８Ｃ及び第１の磁石７３の周囲に沿ってカソード電極５の非保持面５Ｂに対向配置させ、保持面５Ａから第１の磁極面７３Ｓよりも離間し、第１の磁極面７３Ｓに対して磁極が異なる第２の磁極面７２Ｓを有し、かつ第１の磁石７３に比べて磁界強度が弱い第２の磁石７２と、第２の磁極面７２Ｓ上の第１の磁石７３の周囲に沿った一部に第１の磁極面７３Ｓよりも低く（保持面５Ａから離間し）第２の磁極面７２Ｓよりも高い（保持面５Ａに近い）範囲内においてカソード電極５の非保持面５Ｂに対向配置させ、第２の磁極面７２Ｓと磁極が同一の第３の磁極面７４Ｓを有し、かつ第２の磁石７２に比べて磁気強度が強い第３の磁石７４とを備える。
【００３６】
磁界形成部７は、ヨーク磁石を構築し、回転駆動部８の回転主軸８５に連結された円盤状の支持台７１を備え、この支持台７１上に第１の磁石７３及び第２の磁石７２が取り付けられ固定されている。第３の磁石７４は第２の磁石７２の第２の磁極面７２Ｓ上に取り付けられ固定されている。
【００３７】
実施例１において、第１の磁石７３は第１の磁極面７３Ｓを円形状とする円柱状磁石である。第１の磁石７３の直径はＬ３、第１の磁石７３の第１の磁極面７３Ｓの支持台７１からの高さはｔ１である。ここで、第１の磁極面７３Ｓは、カソード電極５の保持面５Ａに対応した表面であり、保持面５Ａと同様にアノード電極１３側の表面である。実施例１においては、第１の磁極面７３Ｓは保持面５Ａに平行に一定の距離を持って離間されている。平行とは、理想的には数学上の平行であるが、実用上問題無い範囲において平行に近ければよい。第１の磁石７３には、例えばＦｅＮｄＢ（鉄・ネオジム・ホウ素）やＣｏＳｍ（コバルト・サマリウム）等の強い磁界強度を有する希土類を主成分とする永久磁石を実用的に使用することができる。第１の磁極面７３Ｓの極性はここではＮ極である。なお、第１の磁石７３の第１の磁極面７３Ｓは、好ましくは円形状であるが、必ずしもこの形状に限定されるものではなく、楕円形状、多角形形状等であってもよい。
【００３８】
第２の磁石７２は、第１の磁石７３の第１の磁極面７３Ｓの第１の中心Ｃ１（ここでは重心と等価である。）と回転軸８Ｃとを結ぶ直線（仮想線）上に第２の中心Ｃ２（同様にここでは重心と等価である。）を有し、回転軸８Ｃ及び第１の磁石７３の周囲を取り囲む環状磁石である。第２の磁石７２の外径（つまり、ヨーク永久磁石の外径）Ｌ２は被加工体１０の直径Ｌ１の約０．５〜０．６倍の大きさに設定されている。第２の磁極面７２ＳはここではＳ極である。第２の磁石７２の第２の磁極面７２Ｓの支持台７１からの高さはｔ２である。第２の磁極面７２Ｓの定義は前述の第１の磁極面７３Ｓの定義と同様である。ここで、第２の磁石７２の外径をこのように規定しているのは、それ以上に大きくなると、被加工体１０の中央部近傍にプラズマが発生しにくく、被加工体１０の中央部が残りやすくなるためである。また、それ以下にしても、被加工体１０の中央近傍にプラズマが発生しにくくなる。第２の磁石７２には例えば第１の磁石７３と同様に希土類を主成分とする永久磁石を実用的に使用することができる。なお、第２の磁石７２の第２の磁極面７２Ｓは、好ましくは真円環状であるが、必ずしもこの形状に限定されるものではなく、楕円環状、多角形環状等であってもよい。
【００３９】
第２の磁石７２の第１の磁石７３がずれた方向の少なくとも半径以上の領域、つまり保持面５Ａの周辺部から保持面５Ａの中央部に向い第２の磁極面７２Ｓの２分の１〜４分の３の面積範囲内の領域おいて、第２の磁石７２はそれ以外の領域より強い磁界が発生するように構成されている。第１の磁石７３の第１の中心Ｃ１が第２の磁石７２の第２の中心Ｃ２からずれた時点において漏洩磁界の磁界強度の分布はそのようになるが、被加工体１０の中央近傍と外周近傍では磁界形成部７を回転させたときの線速度に大きな差が生じるため、被加工体１０のエロージョンを均一化するにはその漏洩磁界強度の差を極端に大きくする必要がある。実施例１においては、第２の磁石７２の第２の磁極面７２Ｓ上の一部（２分の１〜４分の３の面積範囲内の領域）に第３の磁石７４が配設されている。
【００４０】
第３の磁石７４は、このように半環状の第３の磁極面７４Ｓを有し、保持面５Ａに近づけ磁界強度を強くするために、第２の磁極面７２Ｓに比べて高い高さｔ３を有する。実施例１において、第３の磁極面７４Ｓの高さｔ３は均一に設定されている。ここで、第３の磁極面７４Ｓの定義は前述の第１の磁極面７３Ｓの定義と同様であり、結果的に第３の磁極面７４Ｓの全域に渡って保持面５Ａとの間の距離は均一化されている。第３の磁石７４にはＦｅＮｄＢ等の軟鉄材料を実用的に使用することができる。第３の磁石７４は第２の磁石７２の一部の領域の高さ（第３の磁極面７４Ｓの高さｔ３）と第１の磁石７３の第１の磁極面７３Ｓとの高さｔ１との差を小さくし、かつこの第３の磁極面７４Ｓの磁界強度を強くすることができるので、被加工体１０の中央近傍と外周近傍とにおいて発生する漏洩磁界の強度差をより大きくすることができる。
【００４１】
このように構成される磁界形成部７においては、第２の磁石７２の第２の磁極面７２Ｓよりも第１の磁石７３の第１の磁極面７３Ｓ及び第３の磁石７４の第３の磁極面７４Ｓを被加工体１０に近づけているので、これらの第１の磁石７３、第２の磁石７２及び第３の磁石７４によって生じる磁界は被加工体１０を通過して被加工体１０上にまで強い磁界強度を持って及ぶ。
【００４２】
更に、磁界形成部７においては、第１の磁石７３の第１の磁極面７３Ｓの高さｔ１に対して、第２の磁石７２の第２の磁極面７２Ｓの高さｔ２及び第３の磁石７４の第３の磁極面７４Ｓの高さｔ３を低く（保持面５Ａから離れた位置に）設定しているので、磁界を外側に広げられると共にプラズマ領域の密度分布を広くすることができる。図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、回転軸８Ｃ、第２の中心Ｃ２、第１の中心Ｃ１のそれぞれを結ぶ直線上において、保持面５Ａの周辺部側の第１の磁石７３と第３の磁石７４との間の第１のヨークギャップに発生する磁界Ｍ２は被加工体１０の周縁まで拡がる。符号Ｐ２は磁界Ｍ２によって発生するプラズマ領域である。同様に、保持面５Ａの中央部側の第１の磁石７３と第２の磁石７２との間の第２のヨークギャップに発生する磁界Ｍ１は被加工体１０の回転軸８Ｃを含みそれを超えた領域まで拡がる。符号Ｐ１は磁界Ｍ１によって発生するプラズマ領域である。
【００４３】
［スパッタリング特性］
次に、実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置１を用いてスパッタリングを実施した実験結果は以下の通りである。被加工体１０は５インチ径（Ｌ１）を有する非磁性材料であるアルミニウムターゲットを用いた。磁界形成部７の第２の磁石７２の外径（Ｌ２）は７０ｍｍ（被加工体１０の直径の０．５６倍）、第１の磁石７３の厚さ（高さｔ１）は１６ｍｍに設定した。第２の磁石７２の第２の中心Ｃ２からずらして狭くなる第１のヨークギャップは８ｍｍに固定した。第１の磁石７３は３６ｍｍ（図１中、符号７３（１））、３０ｍｍ（図１中、符号７３（２））、２８ｍｍ（図１中、符号７３（３））、２５ｍｍ（図１中、符号７３（４））の４種類の直径（Ｌ３）を選び、第２のヨークギャップの幅を調節した。また、第２の磁石７２は軟鉄材により製作し、第２の磁石７２の幅は５ｍｍ、高さｔ２は１０ｍｍに設定した。第３の磁石７４はＦｅＮｄＢにより製作し、第３の磁石７４の幅は５ｍｍ、高さｔ３は８ｍｍ（第３の磁石７４のみの高さ３ｍｍ）に設定した。
【００４４】
更に、磁界形成部７の回転軸８Ｃは第２の中心Ｃ２から２０ｍｍずれた位置に設定された。この磁界形成部７は回転駆動部８により偏心回転し、スパッタリング放電時にプラズマ領域が回転移動する。
【００４５】
磁界形成部７を回転軸８Ｃを中心に回転させることにより、被加工体１０の中央部分（回転軸８Ｃに一致する部分）には漏洩磁界の分布によって第２のヨークギャップに発生するプラズマのピークからずれた弱いプラズマが発生する。この中央部分に発生する弱いプラズマは磁界形成部７が回転しても移動しないので、被加工体１０の中央部分は常にスパッタされた状態になる。被加工体１０の中央部分以外の領域においては磁界形成部７の回転とともにプラズマが移動するので、単位時間当たりにスパッタされる量は回転半径に反比例する。従って、被加工体１０の中央部分は常時スパッタされ続けるが、プラズマ密度が小さいので、他の領域と共に被加工体１０は削られ、全面をエロージョンとすることができる。
【００４６】
図３は直径３６ｍｍの第１の磁石７３を用いたマグネトロンスパッタリング装置１によってスパッタリングが行われた被加工体１０のエロージョン断面を示す。図３中、横軸は被加工体（ターゲット）１０の回転軸８Ｃからの位置（ｍｍ）、横軸は被加工体１０の厚さ（ｍｍ）である。データＳ０はスパッタリング開始前の被加工体１０の表面形状、データＳ１は５００Ｗの高周波出力において７０時間のスパッタリングを実施した後の被加工体１０の表面形状、データＳ２は最後までスパッタリングを実施した後の計算上の被加工体１０の表面形状である。
【００４７】
図４は直径３０ｍｍの第１の磁石７３を用いたマグネトロンスパッタリング装置１によってスパッタリングが行われた被加工体１０のエロージョン断面を示す。図５は直径２８ｍｍの第１の磁石７３を用いたマグネトロンスパッタリング装置１によってスパッタリングが行われた被加工体１０のエロージョン断面を示す。図６は直径２５ｍｍの第１の磁石７３を用いたマグネトロンスパッタリング装置１によってスパッタリングが行われた被加工体１０のエロージョン断面を示す。横軸、縦軸、データＳ０〜Ｓ２のそれぞれは図３に示す場合と同様である。
【００４８】
図７は前述の特許文献１に開示されたマグネトロンスパッタリング技術を利用し、外径が５インチのカソード及び外径が７０ｍｍのヨーク磁石を用いてスパッタリングを実施した実験結果（比較例）を示す。図８は前述の特許文献２に開示されたマグネトロンスパッタリング技術を利用し、外径が５インチのカソード及び外径が７０ｍｍのヨーク磁石を用いてスパッタリングを実施した実験結果（比較例）を示す。
【００４９】
図３〜図６に示すように、実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置１においては、磁界形成部７の第１の磁石７３の直径Ｌ３を変化させることにより、被加工体１０の中央付近並びに周縁付近におけるエロージョン形状に変化が発生する。特に、図５に示す第１の磁石７３の直径Ｌ３が２８ｍｍに設定されたとき、被加工体１０の中心から半径５０ｍｍの範囲内においてエロージョン深さの分布が小さくなっている。このときのターゲット使用効率は計算により約７０％であった。
【００５０】
これに対して、特許文献１に係るマグネトロンスパッタリング装置においては、ターゲット中心近傍ばかりが集中的にスパッタリングされるため、図７に示すようにエロージョン深さの分布が非常に大きい。また、ターゲットの中心ばかりが削れるため、ターゲット使用効率も非常に小さい。
【００５１】
また、図８に示す特許文献２に係るマグネトロンスパッタリング装置においては、ターゲット全体に渡ってエロージョンが広がり、ターゲット使用効率は非常に高く約８０％であった。これは、ターゲットの最外周までもエロージョン領域になっているためである。しかしながら、ターゲットの中央部はスパッタリングにより削れる速度が遅いため、最もエロージョンの深い部分が０ｍｍに達したときでも、ターゲットの中心はまだ３ｍｍ以上も残っており、均一なエロージョン形状を得ることが難い。
【００５２】
実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置１においては、特許文献２に係るマグネトロンスパッタリング装置におけるターゲット使用効率には達しないものの、若干漏洩磁界が外側に拡がるように調節すれば同様の８０％以上の使用効率を得ることが可能である。
【００５３】
このように実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置１においては、磁気形成部７の回転軸８Ｃに対して第２の磁石７２の第２の中心Ｃをずらし、回転軸８Ｃを第１の磁石７３と第２の磁石７２との間の第２のヨークギャップ内に設定し、かつ第１の磁石７３の第１の磁極面７３Ｓを被加工体１０に近づけ第１の磁極面７３Ｓに対して第２の磁石７２の第２の磁極面７２Ｓの高さに差を設けたので、プラズマ密度分布が広がりやすくなり、被加工体１０上の中央近傍部における磁界Ｍ１をプラズマ収束が可能な強度を維持しつつ回転軸８Ｃの周囲に磁界Ｍ１を広げたので、被加工体１０の中央部でのプラズマ密度を減少することができる。更に、マグネトロンスパッタリング装置１においては、第２の磁石７２の第２の中心Ｃ２に対して第１の磁石７３の第１の中心Ｃ１を保持面５Ａの周辺側にずらして第１のヨークギャップにおける第１の磁石７３と第３の磁石７４との間の磁界Ｍ２の強度を強くし、かつ第１の磁石７３の第１の磁極面７３Ｓ及び第３の磁石７４の第３の磁極面７４Ｓを被加工体１０に近づけ、かつ第３の磁石７４の磁界Ｍ２の強度を強くし、加えて第１の磁石７３の第１の磁極面７３Ｓに対して第３の磁石７４の第３の磁極面７４Ｓの高さに差を設けたので、被加工体１０上の周辺部における磁界Ｍ２の強度を強くし被加工体１０の周縁に磁界Ｍ２を拡げたので、被加工体１０の周辺部のプラズマ密度を増加させることができる。加えて第１の磁石７３をずらしたことで、磁界Ｍ１を形成する第２のヨークギャップは広がるため、磁界Ｍ１の強度に対する磁界Ｍ２の強度はより大きくなる。一方、磁気形成部７が回転するときに磁界Ｍ２が動く線速度は回転半径に反比例する。従って、磁界Ｍ２が動く線速度は磁界Ｍ１が動く線速度よりも大きいので、被加工体１０の各領域で単位時間当たりに形成されるプラズマの密度はより平均化される。そのため、被加工体１０の中央部分及び周辺部分を含み、被加工体１０の全体に渡って凹凸の少ないエロージョン深さの分布を得ることができ、結果的にエロージョンの局所的な発生を減少することができるので、被加工体１０つまりターゲットの使用効率を向上することができる。
【００５４】
（実施例２）
本発明の実施例２は、前述の実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置１の磁界形成部７の構造を変えた例を説明するものである。
【００５５】
［装置構成］
図９及び図１０に示すように、実施例２に係るマグネトロンスパッタリング装置１は、磁界形成部７の第２の磁石７２の一部すなわち第１のヨークギャップにおける第３の磁石７４の磁界Ｍ２の強度を変化させたものである。詳細には、第３の磁石７４の磁界Ｍの強度は保持面５Ａの周辺部から中央部に向かって連続的に小さくなるように設定されている。
【００５６】
第３の磁石７４は、第１の磁石７３の第１の中心Ｃと回転軸８Ｃとを結ぶ直線上において、保持面５Ａの周辺部から中央部に向かって連続的又は段階的に厚さが薄く形成されている。すなわち、保持面５Ａの最も周辺部において第３の磁石７４の高さｔ３は最も高く、保持面５Ａの中央部に向かうに従って第３の磁石７４の高さｔ３は減少し、漏洩磁界の強度差は連続的又は段階的に変化する。
【００５７】
［スパッタリング特性］
次に、実施例２に係るマグネトロンスパッタリング装置１を用いてスパッタリングを実施した実験結果は以下の通りである。被加工体１０は、実施例１に係るスパッタリング特性において使用した被加工体１０と同様に、５インチ径（Ｌ１）を有する非磁性材料であるアルミニウムターゲットを用いた。磁界形成部７の第２の磁石７２の外径（Ｌ２）は第１実施例と同じ７０ｍｍであるが、磁界Ｍ１をさらにターゲットの中心に近づけるため、図１０に示すように、磁界Ｍ１の第２のヨークギャップ部分がさらに５ｍｍ小さくなるように第２の磁石７２側の一部に軟鉄材を配置した。また、図９に示すように第２の磁石７２の外径（Ｌ２）を６５ｍｍ（被加工体１０の直径の０．５２倍）としてもよい。第１の磁石７３の外径（Ｌ１）は最も特性が良好であった前述の図５に示す実験に使用した２８ｍｍを使用した。第３の磁石７４は、長さ１０ｍｍ、幅５ｍｍを有し、厚さが最大５ｍｍから最小１ｍｍまで１ｍｍ毎に段階的に異なる複数種類の板状のＦｅＮｄＢ磁石を使用した。図１０（Ａ）に示すマグネトロンスパッタリング装置１の第３の磁石７４の保持面５Ａの周辺部から中央部までの長さＬ４は４０ｍｍに設定した。同様に、図１０（Ｂ）に示すマグネトロンスパッタリング装置１の第３の磁石７４の長さＬ４は４５ｍｍ、図１０（Ｃ）に示すマグネトロンスパッタリング装置１の第３の磁石７４の長さＬ４は５０ｍｍに設定した。
【００５８】
図１１は図１０（Ａ）に示すマグネトロンスパッタリング装置１によってスパッタリングが行われた被加工体１０のエロージョン断面を示す。図１１中、横軸は被加工体（ターゲット）１０の回転軸８Ｃからの位置（ｍｍ）、横軸は被加工体１０の厚さ（ｍｍ）である。データＳ０はスパッタリング開始前の被加工体１０の表面形状、データＳ１は５００Ｗの高周波出力において７０時間のスパッタリングを実施した後の被加工体１０の表面形状、データＳ２は最後までスパッタリングを実施した後の計算上の被加工体１０の表面形状である。同様に、図１２は図１０（Ｂ）に示すマグネトロンスパッタリング装置１によってスパッタリングが行われた被加工体１０のエロージョン断面、図１３は図１０（Ｃ）に示すマグネトロンスパッタリング装置１によってスパッタリングが行われた被加工体１０のエロージョン断面を示す。
【００５９】
図１１〜図１３に示すように、マグネトロンスパッタリング装置１の磁界形成部７の第３の磁石７４の厚さを変化させることにより、第３の磁石７４の領域においてエロージョンの平坦性をある程度制御することができる。特に、図１２に示すように、図１０（Ｂ）に示すマグネトロンスパッタリング装置１を使用した場合、被加工体１０の中央領域から周辺部に向かって約５０ｍｍの範囲内において、非常に均一なエロージョン形状が得られた。このときのターゲット使用効率は、約７７％であり、実施例１に係るターゲット使用効率に比べて高い。更に、被加工体１０の中心から半径５０ｍｍの範囲内において、エロージョン深さの分布は±６％であった。
【００６０】
このように構成される実施例２に係るマグネトロンスパッタリング装置１においては、前述の実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置１により得られる効果と同様の効果を奏することができる。更に、実施例２に係るマグネトロンスパッタリング装置１においては、ターゲット使用効率を向上することができ、ほぼ平坦化されたエロージョン形状を得ることができる。
【００６１】
（実施例３）
本発明の実施例３は、前述の実施例２に係るマグネトロンスパッタリング装置１においてエロージョンの分布の最適化を図った例を説明するものである。
【００６２】
実施例３に係るマグネトロンスパッタリング装置１の構成は基本的には前述の実施例２に係るマグネトロンスパッタリング装置１の構成と同一である。前述の実施例２に係る図１０（Ｂ）に示すマグネトロンスパッタリング装置１を用いて図１２に示す良好なエロージョンの分布が得られた結果から、エロージョンの平坦度は磁界形成部７の第３の磁石７４の配置された領域により変化する。そこで、図１０（Ｂ）に示すマグネトロンスパッタリング装置１を用いて図１２に示すエロージョンの分布が得られるための漏洩磁界構成は磁界形成部（ヨーク磁石）７の磁界を測定することにより求められる。
【００６３】
図１４は、磁界形成部７の第２の磁石７２の第２の中心Ｃ２を０ｍｍとし、第１の磁石７３が最も外側にずれた方向を０度−１８０度（データＤ）、３０度−１５０度（データＣ）、６０度−１２０度（データＢ）、９０度−２７０度（データＡ）の方向毎に被加工体１０の表面高さでの垂直方向の漏洩磁界を測定した結果である。横軸は第２の磁石７２の直径（Ｌ２：ｍｍ）、縦軸は垂直磁束密度（Ｇａｕｓｓ）である。図１５は図１４中左側の破線で囲んだ領域を拡大した図であり、図１６は図１４中右側の破線で囲んだ領域を拡大した図である。
【００６４】
データＡ〜Ｄにおいて、垂直方向磁界がおよそゼロになる近傍が最もプラズマ封じ込めの磁界強度が強いと考えられ、その強度を表わす、垂直方向磁界の被加工体１０の位置による変化率ΔＢｐは下記（１）式により求められる。
【００６５】
ΔＢｐ＝（Ｂ１−Ｂ２）／（ｘ１−ｘ２）          …（１）
Ｂ１；ｘ１位置での垂直方向磁界
Ｂ２；ｘ２位置での垂直方向磁界
なお、一般的には水平方向磁界がプラズマ封じ込めに寄与する磁界であるので、この水平方向磁界を磁界強度の数値として用いることができる。但し、磁界強度の実測では、水平方向磁界の値は測定プローブを当てるときの被加工体１０の表面に対する垂直性や、水平方向磁界に対するプローブの微妙な角度ずれなどで、測定誤差が出やすい。垂直方向磁界であれば、被加工体１０の表面に測定プローブをぴったりと押し当てることで測定することができるので、測定誤差が少ない。従って、このような垂直方向磁界の変化率ΔＢｐを用いて評価することが望ましい。
【００６６】
図１４〜図１６において、垂直方向磁界がゼロになる近傍を拡大し、ゼロになる点と第２の磁石７２の測定時の角度とから、被加工体１０の表面上での垂直方向磁界がゼロになるプラズマ収束部ＰＤとその位置とを求めることができる。
【００６７】
図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、磁界形成部７の回転を停止した状態において、被加工体１０上に一定間隔で求めた垂直方向磁界がゼロになるプラズマ収束部ＰＤ１〜ＰＤ７とそれらの被加工体１０上での位置とを示す。プラズマ収束部ＰＤ１〜ＰＤ７は、磁界形成部７の第１の磁石７３と第２の磁石７２との間において第１の磁石７３の周囲に沿って生成される。ここで、前述の通り、磁界形成部７においては、第１の磁石７３の第１の中心Ｃ１は第２の磁石７２の第２の中心Ｃ２から被加工体１０の周辺部側にずれて配置され、かつ第２の磁石７２に比べて第３の磁石７４の磁気強度が強く設定されているので、プラズマ収束部ＰＤ１〜ＰＤ７は第２の中心Ｃ２から第１の中心Ｃ１側にずれている。
【００６８】
プラズマ収束部ＰＤ１は、回転軸８Ｃから距離ｒ１の位置に生成され、被加工体１０の最も周辺側に生成される。プラズマ収束部ＰＤ２は、プラズマ収束部ＰＤ１から一定間隔離れ、回転軸８Ｃから距離ｒ２の位置に生成される。同様に、プラズマ収束部ＰＤ３は、プラズマ収束部ＰＤ２から一定間隔離れ、回転軸８Ｃから距離ｒ３の位置に生成され、…、プラズマ収束部ＰＤ７は、プラズマ収束部ＰＤ６から一定間隔離れ、回転軸８Ｃから距離ｒ７の位置に生成される。プラズマ収束部ＰＤ７は、被加工体１０の最も中央部に生成され、回転軸８Ｃから最も近い位置に生成される。そして、プラズマ収束部ＰＤ１の垂直方向磁界の磁界強度は最も強く、順次磁界強度は小さくなり、プラズマ収束部ＰＤ７の垂直方向磁界の磁界強度は最も弱くなる。
【００６９】
図１８（Ａ）は、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示す磁界形成部７の回転を停止した状態におけるプラズマ収束部ＰＤ１〜ＰＤ７と、磁界形成部７を１８０度回転させて停止した状態におけるプラズマ収束部ＰＤ１‘〜ＰＤ７’との関係を示す。被加工体１０の断面で見ると、被加工体１０上の各位置におけるプラズマ密度ＰＤは０度から１８０度までのプラズマ収束部ＰＤ１〜ＰＤ７及びＰＤ１‘〜ＰＤ７’の和になる。
【００７０】
図１８（Ｂ）に示すように、磁界形成部７は回転軸８Ｃを中心として回転するとき、プラズマ収束部ＰＤ１〜ＰＤ７は角速度一定で回転するので、回転半径ｒが大きいほど線速度は大きくなり、プラズマ密度ＰＤは平均化される。被加工体１０の各位置でのプラズマの単位時間当たり密度は、下記（２）式の通り、回転半径ｒで割れば求められる。
【００７１】
ΔＢｐ／ｒ          …（２）
なお、被加工体１０の中心（回転軸８Ｃ）は回転半径ｒが０となるため、ΔＢｐ／ｒは計算上無限大になるが、被加工体１０の中心には磁界Ｍ１の強度が最も強くなる位置から離れておおよそ正規分布するプラズマの端部がくるように設定されている。つまり、磁界形成部７の回転動作中連続的にスパッタされて周囲とほぼ同じレートになるように、磁界形成部７と被加工体１０との位置関係が最適化されている。
【００７２】
図１９は前述の図１２に示す被加工体１０の実際のエロージョンの形状を示す図であり、図２０は各位置での単位時間当たりプラズマ密度の値（絶対値）とそれぞれの回転半径ｒつまり被加工体１０の半径との関係をグラフ化したものである。図１９と図２０とを比較すると、単位時間当たりのプラズマ密度に相当する値が大きいほどエロージョン形成スピードが速いので、図２０に示すグラフはおおよそ図１９に示す被加工体１０の実際のエッチング量に近い形状になる。具体的には、図２０において、大きな値となっている半径８ｍｍ及び４７ｍｍ近傍は、図１９において最もエロージョンが深くなっている。なお、図２０でプロットした各値は、例えば磁界Ｍ１及びＭ２の最も強い位置のみをプロットしているため、半径が８ｍｍ以下および４８ｍｍ以上ではデータが得られていないが、これらの領域は、それぞれ磁界Ｍ１及びＭ２から広がったプラズマでスパッタされるので、ΔＢｐ／ｒの値は徐々に小さくなることが推測される。
【００７３】
上述したように、この各位置でのプラズマの単位時間当たりの密度ΔＢｐ／ｒがほぼ一定になるように磁界形成部７の漏洩磁界分布を調節すれば、被加工体１０の全面に渡ってほぼ均一なスパッタリングにより削られ、平坦なエロージョンの形状が得られる。
【００７４】
このように実施例３に係るマグネトロンスパッタリング装置１においては、磁界形成部７の漏洩磁界を制御することにより、被加工体１０の平坦なエロージョン形状を実現することができる。
【００７５】
（実施例４）
本発明の実施例４は、エッチング装置としてのマグネトロンスパッタリング装置に本発明を適用した例を説明するものである。
【００７６】
［装置構成］
図２１に示すように、実施例４に係るマグネトロンスパッタリング装置１は、基本的には前述の実施例１又は実施例２に係るマグネトロンスパッタリング装置１と同様の構成であるが、カソード電極５の保持面５Ａを被加工体１０を保持する基板ステージとして使用し、アノード側にガス供給部３から供給されたエッチングガスを被加工体１０の表面上にシャワーのように噴出すガスシャワーアノード１２を備えている。このマグネトロンスパッタリング装置１は例えば高い集積度が要求されるウエーハのエッチング装置として実用的に使用することができる。
【００７７】
被加工体１０の材質やエッチング方法に合わせてエッチングガスに反応性の高いガス種を選べば、低圧力下においてマグネトロンを発生させ高密度なプラズマが得られるリアクティブイオンエッチングを実施することができる。スパッタリング率の高いＡｒガスを選べば、様々な材料の物理的エッチングが可能なスパッタエッチングを実現することができる。
【００７８】
なお、基板ステージとして使用されるカソード電極５には、エッチングプラズマに対して十分な冷却を行えるように、冷却水、ヘリウムガス等を用いた冷却システムを備えることができる。
【００７９】
［スパッタリング（エッチング）特性］
実施例４に係るマグネトロンスパッタリング装置１を用いてスパッタリング（エッチング）を実施した実験結果は以下の通りである。カソード電極５の直径は５インチ、被加工体１０の直径は４インチに設定された。被加工体１０には単結晶シリコンウエーハが使用された。図２２に示すように、マグネトロンスパッタリング装置１において、被加工体１０の保持位置に対するガス供給原３からのエッチングガスの供給方向はＸ方向であり、ガスの排気システム４への排気方向はＹ方向である。
【００８０】
図２３はエッチングガスとしてＡｒガスを使用したときの被加工体１０のスパッタエッチングにおけるエッチングレート分布を示す。図２４はエッチングガスとしてＳＦ6＋Ｏ2ガスを使用したときの被加工体１０の反応性イオンエッチングにおけるエッチングレート分布を示す。データＥＸは図２２に示すＸ方向のエッチングレート分布であり、データＥＹはＹ方向のエッチングレート分布である。
【００８１】
いずれの場合においても、前述の実施例１〜実施例３に係るマグネトロンスパッタリング装置１において説明した被加工体１０のエロージョンの形状に近いエッチングレート分布が得られ、マグネトロンスパッタエッチングでありながら、被加工体１０の４インチ内の分布が±６％〜±１０％程度の比較的良好なエッチングレート分布特性を得ることができた。なお、ＳＦ6を用いる反応性イオンエッチングにおいては、ガスの流れる方向、排気口の方向等の影響を受けやすく、スパッタエッチングとは少し分布特性が異なる。
【００８２】
このように実施例４に係るマグネトロンスパッタリング装置１においては、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）のようなチャンバを石英とする、高周波電源をＩＣＰと基板バイアスとそれぞれ２台用意する等の特殊な装置構成を必要としないで、単純にスパッタリング装置からエッチング装置に改良することができる。従って、簡単な装置構成によって低圧力下において高速かつ良好なエッチングレート分布が得られるエッチング装置を実現することができる。
【００８３】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を複数の実施例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。本発明は様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、被加工体の中央部から周辺部までの全域に渡って均一にスパッタリングを行うことができ、エロージョンの発生を減少することができるマグネトロンスパッタリング装置に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１…マグネトロンスパッタリング装置、２…チャンバ、３…ガス供給源、４…排気システム、５…カソード電極、５Ａ…保持面、５Ｂ…非保持面、６…高周波電源、７…磁界形成部、７２…第２の磁石、７２Ｓ…第２の磁極面、７３…第１の磁石、７３Ｓ…第１の磁極面、７４…第３の磁石、７４Ｓ…第３の磁極面、８…回転駆動部、８５…回転主軸、８Ｃ…回転軸、１０…被加工体、１１…ウエーハ、１２…ガスシャワーアノード、１３…アノード電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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