(57)【要約】  マグネトロンスパッタリング装置の構成を簡略化する。  マグネトロンスパッタリング装置は、真空チャンバ、スパッタリングターゲット、内環状磁石、外環状磁石およびヨークを具備する。スパッタリングターゲットは、真空チャンバ内に配置される。内環状磁石は、スパッタリングターゲットの裏面側に配置されてスパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備えることによりスパッタリングターゲットの中央部および外縁部と交差してスパッタリングターゲットの表面側に膨出するループ状磁束を形成する。外環状磁石は、スパッタリングターゲットの裏面側における内環状磁石の外側に配置されてスパッタリングターゲットの外縁近傍におけるループ状磁束を調整する。ヨークは、内環状磁石および外環状磁石を保持する。
2018101444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置されるスパッタリングターゲットと、
前記スパッタリングターゲットの裏面側に配置されて前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備えることにより前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部と交差して前記スパッタリングターゲットの表面側に膨出するループ状磁束を形成する内環状磁石と、
前記スパッタリングターゲットの裏面側における前記内環状磁石の外側に配置されて前記スパッタリングターゲットの外縁近傍における前記ループ状磁束を調整する外環状磁石と、
前記内環状磁石および前記外環状磁石を保持するヨークと
を具備するマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】
前記外環状磁石は、前記内環状磁石における２つの前記磁極を含む面に対して略垂直方向に２つの磁極が配向されるとともに前記内環状磁石の外縁部における磁極と同じ極性の磁極を有する端面が前記内環状磁石の外縁部の近傍に配置されることにより前記ループ状磁束を調整する請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３】
前記外環状磁石は、前記ループ状磁束を調整することにより前記スパッタリングターゲットの外縁部における前記ループ状磁束を前記スパッタリングターゲットに対して略垂直に交差させる請求項２記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項４】
前記外環状磁石は、前記スパッタリングターゲットの表面にミラー磁場を形成する請求項３記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項５】
前記外環状磁石は、前記ループ状磁束における磁場強度最弱部に対して磁場強度比が２以上の磁気ミラー領域を有する前記ミラー磁場を形成する請求項４記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項６】
前記内環状磁石は、所定の厚さに構成され、
前記外環状磁石は、前記内環状磁石の所定の厚さ以上の厚さを有する略円筒形状に構成されるとともに前記端面が前記内環状磁石の上端および下端の間に配置される
請求項２記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項７】
前記外環状磁石は、前記端面を上面とする略円筒形状に構成されて前記上面に対向する下面と前記上面とにおける径方向の厚さが異なる請求項２記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項８】
前記内環状磁石は、前記スパッタリングターゲットの中央部近傍に開口部を備える請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項９】
前記内環状磁石は、前記開口部における厚さと周縁部における厚さとが異なる請求項８記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記内環状磁石は、テーパ形状に構成された前記開口部を備える請求項８記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記内環状磁石は、前記スパッタリングターゲットの裏面側に配置されて前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備える複数の磁石による構成される請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１２】
前記外環状磁石は、前記内環状磁石における２つの磁極を含む面に対して略垂直方向に２つの磁極が配向される複数の磁石により構成される請求項２記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１３】
前記ヨークは、磁性材料により構成され、前記内環状磁石に隣接する底部と、前記外環状磁石の外縁に隣接するとともに前記スパッタリングターゲットの表面よりも前記真空チャンバ内に延在する壁部とを備える請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１４】
前記ヨークは、前記延在する壁部の端部において内周方向に配置されるフランジ状突起をさらに備える請求項１３記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１５】
スパッタリングターゲットの裏面側に配置されて前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備えることにより前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部と交差して前記スパッタリングターゲットの表面側に膨出するループ状磁束を形成する内環状磁石と、
前記スパッタリングターゲットの裏面側における前記内環状磁石の外側に配置されて前記スパッタリングターゲットの外縁近傍における前記ループ状磁束を調整する外環状磁石と、
前記内環状磁石および前記外環状磁石を保持するヨークと
を具備する磁場形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、マグネトロンスパッタリング装置、及び、磁場形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング現象を利用した成膜法では、電極上に配置されたターゲット材料に、真空中で荷電粒子の陽イオン（Ａｒイオン等）を衝突させ、ターゲット材料をスパッタリングさせ、基板上に堆積させる。スパッタリング現象を利用した成膜法の１つであるマグネトロンスパッタ法では、ターゲット裏面側に配設した磁場発生装置を用いてターゲット表面側に磁界（磁場）を形成し、プラズマ中の一次電子又はターゲット表面からスパッタリングされた二次電子をローレンツ力で捉えて周回ドリフト運動させることによりスパッタガス（Ａｒガス等）とのイオン化衝突の頻度を増大させ、ターゲット付近に高密度プラズマを生成させることで、成膜速度の高速化を可能にする。【０００３】
しかしながら、マグネトロンスパッタ法では、一次及び二次電子を捕捉する磁気トンネルがターゲット表面側のごく一部に局在するためプラズマ生成領域の局在を招き、ターゲットのごく一部領域（面積にして約１０〜２０％）が選択的に侵食される。特に磁性材料では、選択的に浸食（エロージョン）された部位から磁力線漏れが発生して放電状態が変化することから、使用率１５％以下でターゲットの交換を行わざるを得ず、ターゲット交換頻度の増大によるメンテナンス費用が嵩み、ランニングコスト悪化の要因となっていた。【０００４】
このような課題を解決するべく、各種の技術が提案されている。【０００５】
例えば特許文献１には、マグネトロン電極の磁場発生装置を、ターゲットの中央部から外周部に向かって順に、中心垂直磁石、内側平行磁石、外側平行磁石及び外周垂直磁石を配置した構成とし、内側平行磁石をターゲットに近づけて配置する技術が開示されている。この技術によれば、ターゲット表面の近傍上空の広範囲にプラズマを発生することが可能となり、ターゲット材料の利用効率を向上することが可能となる。【０００６】
また、例えば特許文献２には、ターゲットの背面に配置され、ターゲットの表面に磁力線に基づく磁場を発生させる磁場発生装置であって、ターゲットの面に対して平行な方向に極軸を持つ環状の第１の磁石体と、第１の磁石体の内側に配置され、第１の磁石体の極軸の方向と平行な方向に極軸を持つ第２の磁石体と、第１の磁石体及び第２の磁石体を背面から支持する透磁性の基盤と、ターゲットの表面の磁界分布を変動させる磁界分布変動部材とを有し、磁界分布変動部材は、第１の磁石体及び第２の磁石体の間に、かつ基盤によって背面から支持されるように配置されている磁場発生装置について開示されている。この磁場発生装置によれば、第１の磁石体と第２の磁石体とが双方とも、ターゲットの面に対して平行な方向（横方向）に磁極が向くように透磁性の基盤の表面に支持され、ターゲットの表面上に漏洩する磁力線の浸食領域の幅を拡げてターゲットの外周部分の利用率を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１４９９７３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／０３５９７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上述した技術は、浸食領域の拡大によるターゲット材料の利用効率の向上は実現されるものの、磁場発生装置の構造が複雑になるという問題があった。【０００９】
本技術は、上述した課題に鑑みてなされたもので、マグネトロンスパッタ法を用いたスパッタリング装置を簡略化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本技術の態様の１つは、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置されるスパッタリングターゲットと、前記スパッタリングターゲットの裏面側に配置されて上記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備えることにより上記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部と交差して上記スパッタリングターゲットの表面側に膨出するループ状磁束を形成する内環状磁石と、上記スパッタリングターゲットの裏面側における上記内環状磁石の外側に配置されて上記スパッタリングターゲットの外縁近傍における上記ループ状磁束を調整する外環状磁石と、上記内環状磁石および上記外環状磁石を保持するヨークとを具備するマグネトロンスパッタリング装置である。この態様により、スパッタリングターゲットの表面にループ状磁束が形成されるとともにスパッタリングターゲットの外縁近傍におけるループ状磁束が調整されるという作用をもたらす。ループ状磁束によるミラー磁場の形成が想定される。【００１１】
本技術の他の態様は、スパッタリングターゲットの裏面側に配置されて上記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備えることにより上記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部と交差して上記スパッタリングターゲットの表面側に膨出するループ状磁束を形成する内環状磁石と、上記スパッタリングターゲットの裏面側における上記内環状磁石の外側に配置されて上記スパッタリングターゲットの外縁近傍における上記ループ状磁束を調整する外環状磁石と、上記内環状磁石および上記外環状磁石を保持するヨークとを具備する磁場形成装置である。この態様により、スパッタリングターゲットの表面にループ状磁束が形成されるとともにスパッタリングターゲットの外縁近傍におけるループ状磁束が調整されるという作用をもたらす。ループ状磁束によるミラー磁場の形成が想定される。【００１２】
以上説明したマグネトロンスパッタリング装置や磁場形成装置は、他の機器に組み込まれた状態における実施や他の方法とともに実施される等の各種の態様を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本技術によれば、ターゲット表面の広範囲にプラズマを発生させるマグネトロンスパッタリング装置の構成を簡略化するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本技術の実施の形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す模式的な図である。
【図２】本技術の第１の実施の形態に係るターゲット保持装置の概略構成を示す模式的な図である。
【図３】本技術の第１の実施の形態に係るターゲット保持装置の構成例を示す図である。
【図４】本技術の第１の実施の形態に係る内環状磁石の構成例を示す図である。
【図５】本技術の第１の実施の形態に係る第１の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図６】本技術の第１の実施の形態に係る第２の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図７】本技術の第１の実施の形態に係る第３の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図８】本技術の第１の実施の形態に係る第４の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図９】本技術の第１の実施の形態に係る第５の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１０】本技術の第１の実施の形態に係る第６の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１１】本技術の第１の実施の形態に係る第７の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１２】本技術の第１の実施の形態に係る第８の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１３】本技術の第１の実施の形態に係る第９の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１４】本技術の第１の実施の形態に係る第１０の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１５】本技術の第１の実施の形態に係る第１１の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１６】本技術の第１の実施の形態に係る第１２の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１７】本技術の第１の実施の形態に係る第１３の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１８】本技術の第１の実施の形態に係る第１４の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１９】本技術の第１の実施の形態に係る第１５の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図２０】本技術の第１の実施の形態に係る第１６の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図２１】本技術の第１の実施の形態に係るプラズマ放電の一例を示す図である。
【図２２】本技術の第２の実施の形態に係るターゲット保持装置の概略構成を示す模式的な図である。
【図２３】本技術の第２の実施の形態に係る内環状磁石の構成例を示す図である。
【図２４】本技術の第２の実施の形態に係る内環状磁石の他の構成例を示す図である。
【図２５】本技術の第３の実施の形態に係る第１の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図２６】本技術の第３の実施の形態に係る第２の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図２７】本技術の第３の実施の形態に係る第３の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図２８】本技術の第３の実施の形態に係る第４の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図２９】本技術の第３の実施の形態に係る第５の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図３０】本技術の第３の実施の形態に係る第６の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図３１】本技術の第４の実施の形態に係る第１の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図３２】本技術の第４の実施の形態に係る第２の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本技術の実施の形態について説明する。
【００１６】
＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本技術の実施の形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す模式的な図である。以下、マグネトロンスパッタリング装置を単にスパッタリング装置と記載する。
【００１７】
図１に示すように、スパッタリング装置１００は、概略、真空チャンバ１０、真空チャンバ１０の内部に配置された基板支持部２０、基板支持部２０に対向して配置されたカソードとしてのターゲット保持装置３０、及び、電圧印加部としてのＤＣ電源４０を有する。
【００１８】
真空チャンバ１０には、真空排気配管１３及びガス配管１１が連結される。真空排気配管１３には真空ポンプ１２が接続され、真空チャンバ１０の内部を真空雰囲気に排気可能となっている。真空排気配管１３の途中にはバルブ１４が設けられる。ガス配管１１にはスパッタガス（水素、酸素、又は窒素、アルゴン等の不活性ガス、反応ガス等）のタンク等のガス導入装置１５が接続され、ガス配管１１を通して真空チャンバ１０の内部にスパッタガス（水素、酸素、又は窒素、アルゴン等の不活性ガス、反応ガス等）が導入される。
【００１９】
基板支持部２０は、成膜処理の対象となる半導体ウェハやガラス基板等の基板Ｓを支持する。図１に示すように、基板支持部２０は、ＤＣ電源４０の正極に接続される。基板支持部２０及び真空チャンバ１０はグランド電位に接続されている。
【００２０】
カソードとしてのターゲット保持装置３０は、スパッタリングターゲット５０を保持するとともに、当該スパッタリングターゲット５０の上面付近に所定形状の磁場Ｍを形成する。このターゲット保持装置３０が形成する磁場Ｍは、ターゲット保持装置３０に保持されたスパッタリングターゲット５０の上面５１付近に、当該スパッタリングターゲット５０と略同心円のリング状のプラズマ保持空間Ｒを形成する。
【００２１】
スパッタリングターゲット５０は、金属製のバッキングプレート６０に固定されてターゲット保持装置３０に固定される。バッキングプレート６０は、磁性体等で構成されるターゲット保持装置３０を介して、ＤＣ電源４０の負極に接続される。これにより、ＤＣ電圧印加時には、スパッタリングターゲット５０の上面から略垂直に基板Ｓに向かう電場Ｅが形成される。なお、電圧印加部として、ＤＣ電源４０以外を用いてもよい。
【００２２】
このようなスパッタリング装置１００において、バッキングプレート６０に負の高電圧が印加されると、スパッタリングターゲット５０の表面付近にスパッタガスより生成された荷電粒子（陽イオンと電子）を含むプラズマが発生する。荷電粒子は、磁力線に巻きつくラーマー運動を行いつつ、電場Ｅとスパッタリングターゲット５０表面の磁場Ｍの水平成分によるローレンツ力及び磁場発生装置により生じる磁場勾配及び磁力線の曲率などの磁場配位の影響によりスパッタリングターゲット５０の上空で周回ドリフト運動を行う。
【００２３】
［ターゲット保持装置の構成］
図２は、本技術の第１の実施の形態に係るターゲット保持装置の概略構成を示す模式的な図である。図２を参照しつつ、ターゲット保持装置３０がスパッタリングターゲット５０の表面側に形成する磁場Ｍについて説明する。図２（ａ)はターゲット保持装置３０の断面構造を模式的に示した図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のターゲット保持装置３０の一例を上方より見て示した図である。なお、以下では、スパッタリングターゲット５０の上面５１の中央部５１ａ付近を上面中央部、上面５１の外縁部５１ｂを上面外縁部とし、上面中央部と上面外縁部の略中間を通るスパッタリングターゲット５０と同心円の小円リング状部分を同心半円部と呼ぶ場合がある。
【００２４】
ターゲット保持装置３０が上面５１付近に形成する磁場Ｍは、中央収束磁場Ｍ１と、外縁収束磁場Ｍ２と、中間磁場Ｍ３とを有する。
【００２５】
中央収束磁場Ｍ１は、スパッタリングターゲット５０の上面５１の中央部５１ａ付近に形成される。外縁収束磁場Ｍ２は、スパッタリングターゲット５０の上面５１の外縁部５１ｂ付近に外縁部５１ｂに沿って外縁部５１ｂ全体に亘って連続的に形成される。中間磁場Ｍ３は、スパッタリングターゲット５０の上面５１上方において、中央収束磁場Ｍ１と外縁収束磁場Ｍ２の間に形成される。
【００２６】
磁場Ｍ中の複数の磁力線により構成されるループ状磁束の、ある磁力線に沿う磁束密度を考えると、中間磁場Ｍ３中の磁束密度と比較して両側の中央収束磁場Ｍ１及び外縁収束磁場Ｍ２中の磁束密度の方が高い、いわゆるミラー磁場の構造を有する。すなわち、中間磁場Ｍ３中の磁束は、中央収束磁場Ｍ１と外縁収束磁場Ｍ２中の磁束に比べて密度が低い。中間磁場Ｍ３は、中央収束磁場Ｍ１を構成する磁力線と外縁収束磁場Ｍ２を構成する磁力線とを繋ぐ磁力線の集合であり、スパッタリングターゲット５０の上面５１と略平行に延びる磁力線の集合により形成される。
【００２７】
中央収束磁場Ｍ１の磁力線と外縁収束磁場Ｍ２の磁力線は、それぞれスパッタリングターゲット５０の上面５１（又は上面５１を延長した仮想平面）と交差している。中間磁場Ｍ３の磁束は、スパッタリングターゲット５０の上面５１と交差しない。
【００２８】
磁場Ｍを構成する磁力線は、中央収束磁場Ｍ１と外縁収束磁場Ｍ２においてスパッタリングターゲット５０の上面５１（又は上面５１を延長した仮想平面）と交差し中間磁場Ｍ３で互いに接続されて、スパッタリングターゲット５０の表面５１から遠ざかる方向に凸の山なりに膨出するループ状の磁束を形成する。また、磁場Ｍを構成する磁力線は、中央収束磁場Ｍ１において中央部５１ａ付近に収束し、外縁収束磁場Ｍ２において外縁部５１ｂ付近に収束する。一方、磁場Ｍを構成する磁力線は、中間磁場Ｍ３において発散し、磁力線の密度が低下している。磁場Ｍは、スパッタリングターゲット５０の上面付近における、スパッタリングターゲット５０の中央部５１ａ付近及び外縁部５１ｂ付近において強い磁場強度となっている。一方、磁場Ｍは、スパッタリングターゲット５０の中央部５１ａ付近及び外縁部５１ｂ付近を結ぶ磁力線に沿い、中央部５１ａ及び外縁部５１ｂから同心半円部に近づくにつれて徐々に弱い磁場強度となっている。
【００２９】
ここで、中央収束磁場Ｍ１および外縁収束磁場Ｍ２を構成する磁力線の本数は略等しい値になる。一方、図２（ｂ）や後述する図２０において明らかなように、外縁収束磁場Ｍ２はスパッタリングターゲット５０の外縁部５１ｂの全体を通る磁力線により構成されるため、外縁収束磁場Ｍ２の面積は中央収束磁場Ｍ１より大きくなる。このため、中央収束磁場Ｍ１に対して外縁収束磁場Ｍ２の磁束密度（磁場強度）が低下する。外環状磁石３２を配置することにより、外縁収束磁場Ｍ２の磁束密度を高くすることができ、外縁収束磁場Ｍ２の磁束密度が中央収束磁場Ｍ１に比べて低下しないように調整することができる。
【００３０】
上述したループ状磁束において、中間磁場Ｍ３の最も磁束密度の低い箇所（磁場最弱部）の磁場強度と中央収束磁場Ｍ１及び外縁収束磁場Ｍ２の磁場強度との磁場強度比（磁気ミラー比）は２以上であり、より望ましくは５以上とする。磁気ミラー比が２の場合、ミラー磁場に入れた等方的な荷電粒子がミラー磁場から逃げ出す確率は約３０％であり、磁気ミラー比が５の場合、ミラー磁場に入れた等方的な荷電粒子がミラー磁場から逃げ出す確率は約１０％である。
【００３１】
このため、中央収束磁場Ｍ１と外縁収束磁場Ｍ２の間に挟まれたリング状の中間磁場Ｍ３においては、中央収束磁場Ｍ１側へ移動する荷電粒子に対しては磁気ミラー効果により中間磁場Ｍ３側へ押し戻す力が働き、外縁収束磁場Ｍ２側へ移動する荷電粒子に対しては磁気ミラー効果により中間磁場Ｍ３側へ押し戻す力が働くことになる。このように、中央収束磁場Ｍ１および外縁収束磁場Ｍ２が形成される領域は、荷電粒子を中間磁場Ｍ３に反射する領域である磁気ミラー領域を形成する。プラズマ保持空間Ｒ中の荷電粒子は、中間磁場Ｍ３を通り中央収束磁場Ｍ１と外縁収束磁場Ｍ２に連続する磁力線に沿って巻き付くようにラーマー運動を行い、スパッタリングターゲット５０の半径方向へ移動する。しかし、プラズマ保持空間Ｒ中の荷電粒子は、磁気ミラー効果によって、荷電粒子がプラズマ保持空間Ｒから逃げ出す確率が低くなる。このため、プラズマ保持空間Ｒにおける荷電粒子閉じ込め効果が向上する。このプラズマ保持空間Ｒに閉じ込められる荷電粒子は主に電子であるが、表面５１付近に一定（例えば、イオン温度が０．３ｅＶの窒素分子（分子量２８）の場合、数ｋＧ）以上の強度の磁場を形成すればイオンのラーマー運動の旋回半径が小さくなり、陽イオンのプラズマ保持空間Ｒへの閉じ込めも実効的に発生する。
【００３２】
このように、本実施形態に係るターゲット保持装置３０においては、スパッタリングターゲット５０の中央部５１ａと外縁部５１ｂに挟まれたリング状の範囲全体がプラズマ保持空間Ｒとなるため、スパッタリングターゲット５０の浸食領域を広く確保できる。また、プラズマ保持空間Ｒの外縁側の全周が外縁収束磁場Ｍ２で囲われており、プラズマ保持空間Ｒ内の荷電粒子の脱出路がほぼ遮蔽されているため、プラズマ保持空間Ｒから離脱する荷電粒子量が減少し、プラズマ空間形成に要するエネルギー投入効果を高めることができる。
【００３３】
図３は、本技術の第１の実施の形態に係るターゲット保持装置の構成例を示す図である。図３を参照して、上述した磁場Ｍを実現するターゲット保持装置３０の具体的な一例を説明する。以下では、特にターゲット保持装置３０を構成する磁石とヨークの形状及び配置について説明する。
【００３４】
図３に示すターゲット保持装置３０は、内環状磁石３１及び外環状磁石３２、並びに、これら及びスパッタリングターゲット５０を所定の相対的位置関係で容器状の内部に収容固定する磁性体３３を有する。この磁性体３３は、上述のヨークを構成する。磁性体３３の外側は、金属板で形成されるグランドプレーン７０によりスパッタリングターゲット５０の上面の上方を除いて覆われており、電気的・磁気的に外部から遮蔽されている。なお、内環状磁石３１、外環状磁石３２およびヨークは、磁場形成装置を構成する。
【００３５】
スパッタリングターゲット５０は、その側面の一部又は全部に突出部５２を有する。突出部５２は、表面５１よりも裏面側にオフセットした面である段下がり面５３を有する。スパッタリングターゲット５０は、段下がり面５３をスパッタリングターゲット５０に向けて押圧するステンレス等の金属製の係止突起８１によってバッキングプレート６０に固定される。段下がり面５３には押え金具８０の爪状の係止突起８１が当接され、押え金具８０の基部８２がバッキングプレート６０にネジ止め等で固定される。係止突起８１は、表面５１の縁部５１ｂに接しないように離間して固定されており、表面５１の縁部５１ｂと係止突起８１との間に隙間が設けられている。これにより、表面５１の外縁部５１ｂに外縁収束磁場Ｍ２を形成しつつもスパッタリング材料でない係止突起８１に浸食が及ばないように調整することが可能となる。また、係止突起８１がバッキングプレート６０とスパッタリングターゲット５０とを固定する構造にすることにより、スパッタリングターゲット５０とバッキングプレート６０との間の接着用材料を省略することができる。この場合、アルミニウムやインジウム等の熱伝導率および電気伝導率が高く展延性に富む金属シートを挿入することにより（ターゲットとバッキングプレート間の空隙を隙間なく埋めるため柔らかい金属シートを使用する必要がある）、ターゲットの冷却効果及び電気伝導性を向上させることができる。なお、スパッタリングターゲット５０に段下がり面５３を設けない場合は、スパッタリングターゲット５０の表面５１に係止突起８１の係止突起８１が当接することになる。この場合には、磁場Ｍ全体を中央開口５１ａに向けて縮小して外縁収束磁場Ｍ２を中央開口５１ａ寄りにオフセットさせることで係止突起８１への浸食を抑制できる。
【００３６】
内環状磁石３１及び外環状磁石３２は、スパッタリングターゲット５０と同心円状に配置された永久磁石であり、スパッタリングターゲット５０の下方に配設される。磁性体３３は上方開口の容器状であり、スパッタリングターゲット５０並びに内環状磁石３１及び外環状磁石３２の下方及び側方を覆うように配設される。内環状磁石３１とスパッタリングターゲット５０との距離は、本実施形態では、バッキングプレート６０の厚さで規定されるが、スパッタリングターゲット５０の上面に適切な強度の磁場を発生出来れば様々に変更可能である。
【００３７】
外環状磁石３２の内径（中央開口の径）は、内環状磁石３１の外径よりも大きく、磁性体３３の容器状の内部で外環状磁石３２と内環状磁石３１とが同心円状に配置されている。すなわち、内環状磁石３１は、平面視、外環状磁石３２の中央開口の内側に入れ子状に配設されている。
【００３８】
内環状磁石３１は、所定の厚さを有する円環形状に構成されて、外環状磁石３２よりもスパッタリングターゲット５０寄りの位置関係で配設されている。すなわち、内環状磁石３１の上面とスパッタリングターゲット５０の下面との距離は、外環状磁石３２の上面とスパッタリングターゲット５０の下面との距離に比べて近くなるように配設してある。これは、図中上下方向の距離だけでなく、図中左右方向の距離についても同様である。このため、スパッタリングターゲット５０の上面５１側に形成する磁場Ｍの形状に対する寄与は、内環状磁石３１の形成磁場が支配的であり、外環状磁石３２の形成磁場が補助的である。
【００３９】
内環状磁石３１は、中央開口３１ａ側の端部である内端部３１ｃが第一磁極（Ｎ極とＳ極の一方。図３にはＮ極を例示）を構成し、外側面３１ｂ側の端部である外端部３１ｄが第二磁極（Ｎ極とＳ極の他方。図３にはＳ極を例示）を構成する。内環状磁石３１において、第一磁極と第二磁極を結ぶ方向は、スパッタリングターゲット５０の上面５１の面方向と略平行に配向されている。内環状磁石３１において、中央開口３１ａ側に露出する面は全て同じ第一極性（第一磁極の極性）であり、外側面３１ｂ側に露出する面は全て同じ第二極性（第二磁極の極性）である。なお、中央開口３１ａは、請求の範囲に記載の開口部の一例である。
【００４０】
内環状磁石３１の中央開口３１ａの径は可能な限り小さくすることが望ましい。中央開口３１ａの径を小さくするほど、中間磁場Ｍ３の磁場最弱部に対する中央収束磁場Ｍ１の磁場強度の比率である磁気ミラー比が大きくなり、プラズマ保持空間Ｒにおいて、中央収束磁場Ｍ１側のミラー効果が高まり、荷電粒子閉じ込め効果が向上する。なお、中央開口３１ａには、バッキングプレート６０の裏面から突出する突起６１を挿通してある。図３に示す内環状磁石３１下部の空洞部分は冷却部（循環する冷却水を滞留させる冷却水溜め等）として使用可能であり、この冷却部に向けてバッキングプレート６０から突起６１を伝熱路として延設することでスパッタリングターゲット５０の冷却効率を向上できる。むろん、突起６１は、冷却部に達する程度に長く形成してもよい。
【００４１】
なお、内環状磁石３１は、全体を一体的に形成して着磁された円環形状の永久磁石で構成する必要は無く、複数の永久磁石を組み合わせて円環形状に形成してもよい。複数の永久磁石を組み合わせて形成された内環状磁石３１については後述する。
【００４２】
外環状磁石３２は、円筒形状に構成され、円筒形状の中心軸に沿う方向の一方の端部である上端部３２ｃが第二磁極（図３に示す例ではＳ極）を構成し、一方の端部である下端部３２ｄが第一磁極（図３に示す例ではＮ極）を構成する。外環状磁石３２は、第一磁極と第二磁極を結ぶ方向がスパッタリングターゲット５０の上面５１の面と略垂直な方向に配向されている。外環状磁石３２において、上側面３２ａ側に露出する面は全て同じ第二極性であり、下側面３２ｂ側に露出する面は全て同じ第一極性である。
【００４３】
外環状磁石３２の内径は、スパッタリングターゲット５０の外径と略同等であることが望ましい。この場合、内環状磁石３１の外径は、スパッタリングターゲット５０の外径よりもやや小さい程度に調整する。このように、平面視、内環状磁石３１と外環状磁石３２の隙間を、スパッタリングターゲット５０の外縁部に位置させることにより、外縁収束磁場Ｍ２の磁場収束領域をスパッタリングターゲット５０の外縁付近に位置するよう調整することができる。
【００４４】
外環状磁石３２の外径は、後述する壁部３３ａの内径よりも著しく小さくすると、スパッタリングターゲット５０上の磁場Ｍが、後述する壁部３３ａやフランジ状突起３４よりも外側に張り出すように大きく湾曲した形状になる可能性が生じる。このため、磁場Ｍの大きな湾曲を防ぎながら外縁収束磁場Ｍ２の磁束密度が増加するように、適切な外径を設定する。
【００４５】
なお、外環状磁石３２についても、内環状磁石３１と同様、全体を一体的に形成して着磁された円筒形状の磁石で構成する必要は無く、複数の磁石を組み合わせて円筒形状に形成してもよい。例えば、第一磁極と第二磁極を結ぶ方向がいずれもスパッタリングターゲット５０の上面に対して略垂直な方向に沿うように、複数の棒状磁石を円筒形状に配設して同様の磁気構造を実現してもよい。むろん、組み合わせる磁石の形状は棒状に限らず、その他、様々な形状の磁石を組み合わせることもできる。
【００４６】
外環状磁石３２の極性は、下端部３２ｄに比べて内環状磁石３１の外端部３１ｄに近づけて配設される上端部３２ｃの極性を、内環状磁石３１の外端部３１ｄの極性と一致させる。すなわち、内環状磁石３１の外端部３１ｄと外環状磁石３２の上端部３２ｃとの間には斥力が働き、内環状磁石３１の外端部３１ｄが形成する磁場は、外環状磁石３２の上端部３２ｃの形成する磁場との斥力により、外環状磁石３２が無い場合に比べて、外縁収束磁場Ｍ２の磁力線がターゲット表面と略垂直に近づき、且つ外縁収束磁場Ｍ２の磁束密度が高められる。このように、外環状磁石３２は、スパッタリングターゲット５１の外縁近傍におけるループ状磁束を調整する。
【００４７】
外環状磁石３２の高さは、内環状磁石３１の厚さと同程度かそれ以上とする。また、外環状磁石３２の上端部３２ｃと内環状磁石３１の外端部３１ｄとは、少なくともその一部が高さ方向において重複する位置関係であり、外環状磁石３２の第二磁極が内環状磁石３１の第二磁極の外側方に位置するように配設されている。より好ましくは、上端部３２ｃの上面が外端部３１ｄの高さ方向略半分以上に位置するように配設する。これにより、外環状磁石３２において、内環状磁石３１の外側面３１ｄ（第二磁極）に対面する部位が、第二磁極と同極性に帯磁した部位のみとなる。同極性の外環状磁石３２と内環状磁石３１との形成する磁場との斥力により、外縁収束磁場Ｍ２の磁力線が内環状磁石３１の外端部３１ｄ付近においてスパッタリングターゲット５０の上面に略垂直に延びる形状になるとともに高い収束性を得ることができる。なお、内環状磁石３１および外環状磁石３２の厚さとは、２つの磁極を通る面に垂直な方向に沿う大きさである。図３の断面図においては、内環状磁石３１の厚さは垂直方向の大きさに該当し、外環状磁石３２の厚さは水平方向の大きさに該当する。
【００４８】
このように、互いに反発する同極性の外環状磁石３２の上端部３２ｃと内環状磁石３１の外端部３１ｄとを近接配置するべく、内環状磁石３１と外環状磁石３２は、容器状の磁性体３３の中で、上述した押え金具８０やバッキングプレート６０を含む各種の部材を用いてネジ止め等することで所定の位置関係を維持するように固定されている。
【００４９】
内環状磁石３１と外環状磁石３２には、保磁力が大きく耐熱性の高い、例えば、サマリウムコバルト磁石を用いることが望ましい。内環状磁石３１の外径と外環状磁石３２の内径の距離が短いため、保持力の大きい磁石を用いることにより、目的の磁場配位を得やすくなる。なお、ネオジム磁石を用いる場合は、水冷機構等の冷却装置を設けて冷却しながら使えばよい。
【００５０】
磁性体３３は、スパッタリングターゲット５０の側方を、スパッタリングターゲット５０の上面と略垂直方向に延びて、外環状磁石３２の外側方を囲うように設けた磁性体の壁部３３ａを有している。壁部３３ａの内壁面は、外環状磁石３２の外側を上下に延びるように設けられており、スパッタリングターゲット５０の上面よりも上方まで延びている。壁部３３ａがスパッタリングターゲット５０の上面よりも上方まで延設されることにより、プラズマ保持空間Ｒを形成する磁場Ｍの磁力線が外方へ屈曲して膨出することを防ぐことができる。これにより、磁場配位を調整することができ、スパッタリングターゲット５０の上面からの荷電粒子の逃げやスパッタリングターゲット５０の上面以外における荷電粒子の周回ドリフト運動の発生を防止することができる。磁性体３３は、内環状磁石３１に隣接する底部を備える。また、この磁性体３３の底部には、外環状磁石３２がさらに隣接する。
【００５１】
壁部３３ａの上端には、内側に突出するフランジ状突起３４が設けられている。フランジ状突起３４の突出長は、平面視、スパッタリングターゲット５０の外縁に達しない範囲とする。これにより、外縁収束磁場Ｍ２より外側の磁力線がフランジ状突起３４に誘引され、外縁収束磁場Ｍ２と中間磁場Ｍ３の間に延びる磁束における磁場傾斜を急峻化させることができる。また、スパッタリングされたターゲット材料物質がスパッタリングターゲット５０の上面から基板Ｓに向かって飛ぶ際に、フランジ状突起３４が妨げとなることを防止することができる。
【００５２】
［内環状磁石の他の例］
図４は、本技術の第１の実施の形態に係る内環状磁石の構成例を示す図である。図４（ａ）に示すように、内環状磁石３１は、第一磁極と第二磁極を結ぶ方向が内環状磁石３１の径方向に沿うように複数の棒状磁石を中央開口３１ａから外側面３１ｂに向かう放射状に配設して構成することも可能である。これにより、図２の内環状磁石３１と同様の磁気構造を実現することができる。また、図４（ｂ）に示すように、複数の扇形柱体状の磁石を組み合わせて同様の磁気構造を実現してもよい。その他、様々な形状の磁石を組み合わせて構成することもできる。
【００５３】
［シミュレーション結果］
以下、ターゲット保持装置３０のパラメータを各種調整して行った磁場シミュレーションの結果を説明する。
【００５４】
図５は、本技術の第１の実施の形態に係る第１の磁場シミュレーション結果を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、以下の条件において行ったものである。内環状磁石３１の内径は４ｍｍ、外径は３２ｍｍ、厚さは１０ｍｍである。外環状磁石３２の内径は３６ｍｍ、外径は５６ｍｍ、厚さは１０ｍｍ、高さは２０ｍｍである。フランジ状突起３４上面とターゲット５０の上面との距離は１０ｍｍであり、フランジ状突起３４の幅は１２ｍｍである。なお、以下の全てのシミュレーションにおいて、内環状磁石３１および外環状磁石３２にはサマリウムコバルト磁石（残留磁束密度１．０７５Ｔ、保持力０．８４Ｔ）を適用した。同図に示す結果では、中央収束磁場Ｍ１、外縁収束磁場Ｍ２にミラー磁場が形成されており、中央収束磁場Ｍ１と外縁収束磁場Ｍ２の間にスパッタリングターゲット５０の上面と略平行な方向に延びる磁力線が接続する適切な磁場Ｍが形成されている。
【００５５】
図６は、本技術の第１の実施の形態に係る第２の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、内環状磁石３１の内径を１０ｍｍに変更して行ったものである。同図に示すように、内環状磁石３１の内径を拡大すると、中央収束磁場Ｍ１に形成される磁場の収束率が低下し、必要なミラー比が得られなくなる可能性が有る。逆に、内環状磁石３１の内径は、小さくすればするほどミラー比の高いミラー磁場が形成され、浸食領域が中央部まで伸長することが分かる。
【００５６】
図７は、本技術の第１の実施の形態に係る第３の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、内環状磁石３１の外径を２０ｍｍに変更して行ったものである。同図に示す磁場シミュレーションによれば、内環状磁石３１の外径は、スパッタリングターゲット５０の外径よりやや小さめの方が外縁収束磁場Ｍ２の磁束密度を高められることが分かる。むろん、内環状磁石３１や外環状磁石３２の保持力を維持しつつ、内環状磁石３１の外径と外環状磁石３２の内径とを一致可能であれば、そのようにしても構わない。
【００５７】
図８は、本技術の第１の実施の形態に係る第４の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示すシミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、内環状磁石３１の厚さを２０ｍｍに変更して行ったものである。
【００５８】
図９は、本技術の第１の実施の形態に係る第５の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、内環状磁石３１の厚さを３０ｍｍに変更して行ったものである。
【００５９】
図８および９に示す磁場シミュレーションによれば、内環状磁石３１の厚さはスパッタリングターゲット５０の外径に合わせて設定する必要があることが分かる。すなわち、内環状磁石３１は、プラズマ保持空間Ｒを形成する磁力線がフランジ状突起３４に掛からない程度の磁力線を発生する厚さにすることが望ましい。外縁収束磁場Ｍ２の磁束密度を高めることができるためである。
【００６０】
図１０は、本技術の第１の実施の形態に係る第６の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、外環状磁石３２の内径を４６ｍｍに変更して行ったものである（外環状磁石３２の厚さは５ｍｍ）。同図に示す結果では、スパッタリングターゲット５０の上面外縁部での磁場が十分に収束せず磁気ミラー比が不十分になっており、外環状磁石３２の内径は、内環状磁石３１の外径と同程度であることが望ましいことが分かる。
【００６１】
図１１は、本技術の第１の実施の形態に係る第７の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、外環状磁石３２の外形を４６ｍｍに変更して行ったものである（外環状磁石３２の厚さは５ｍｍ）。同図に示す磁場シミュレーションによれば、外環状磁石３２の外径を小さくすると、スパッタリングターゲット５０の上面付近に形成される中間磁場Ｍ３を構成する磁力線が外方に膨出してフランジ状突起３４や壁部３３ａ等に掛かってしまうこととなる。このため、中間磁場Ｍ３を構成する磁力線が外方に膨出しない程度に外環状磁石３２の外径を設定し、外縁収束磁場Ｍ２の磁束密度を高める必要が有ることが分かる。
【００６２】
図１２は、本技術の第１の実施の形態に係る第８の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示すシミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、外環状磁石３２の高さを１０ｍｍに変更して行ったものである。
【００６３】
図１３は、本技術の第１の実施の形態に係る第９の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、外環状磁石３２の高さを３０ｍｍに変更して行ったものである。
【００６４】
図１２および１３に示す磁場シミュレーションによれば、外環状磁石３２の高さは、内環状磁石３１の厚さと同程度以上であれば、外縁収束磁場Ｍ２の磁束密度を高められることが分かる。
【００６５】
図１４は、本技術の第１の実施の形態に係る第１０の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図の磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、フランジ状突起３４の上面とスパッタリングターゲット５０の上面との距離を０ｍｍに変更して行ったものである。
【００６６】
図１５は、本技術の第１の実施の形態に係る第１１の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、フランジ状突起３４の上面とスパッタリングターゲット５０の上面との距離を２０ｍｍに変更して行ったものである。
【００６７】
図１４および１５に示す磁場シミュレーションによれば、壁部３３ａは、スパッタリングターゲット５０の上面よりも上方に位置している方が外縁収束磁場Ｍ２の磁力線がターゲット表面と略垂直に近づくことが分かる。
【００６８】
図１６は、本技術の第１の実施の形態に係る第１２の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示すシミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、フランジ状突起３４の幅を７ｍｍに変更して行ったものである。この場合、磁性体３３の壁部の上端部の厚さとフランジ状突起３４が形成される部分の厚さが等しくなり、フランジ状突起３４が存在しない状態になる。
【００６９】
図１７は、本技術の第１の実施の形態に係る第１３の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、フランジ状突起３４の幅を１７ｍｍに変更して行ったものである。
【００７０】
図１６に示す磁場シミュレーションによれば、フランジ状突起３４を設けない場合は壁部３３ａ付近にプラズマ閉じ込めが発生して壁部３３ａ付近でスパッタリングが行われ、スパッタリングされる物質中に不純物が混入する可能性が有る。フランジ状突起３４を設けることにより、壁部３３ａ付近におけるスパッタリングを防止することができる。一方、図１７に示す磁場シミュレーションによれば、フランジ状突起３４の張り出し長がスパッタリングターゲット５０の外縁部に近づく程、中間磁場Ｍ３を構成する磁力線がフランジ状突起３４に掛かりやすくなる。フランジ状突起３４の長さを調整し、磁場Ｍの形状を最適化する必要がある。また、スパッタリングターゲット５０の上面からスパッタリングされるターゲット材料物質の飛行を阻害しない程度の長さに調整する観点も必要である。
【００７１】
図１８は、本技術の第１の実施の形態に係る第１４の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示すシミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、磁性体３３における外環状磁石３２の取り付け位置を高さ方向に５ｍｍ下げて行ったものである。
【００７２】
図１９は、本技術の第１の実施の形態に係る第１５の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、磁性体３３における外環状磁石３２の取り付け位置を高さ方向に５ｍｍ上げて行ったものである。
【００７３】
図１８および１９に示す磁場シミュレーションによれば、内環状磁石３１と外環状磁石３２の位置関係は、外環状磁石３２の上面を、内環状磁石３１の上面よりも低く、内環状磁石３１の下面よりも高くすれば良いことが分かる。また、外環状磁石３２の上面を、内環状磁石３１の厚さ方向の略半分の深さ方向位置に、外環状磁石３２の上面が来る程度に調整すると外縁収束磁場Ｍ２の磁力線がターゲット表面と略垂直に近づき、好適であることが分かる。
【００７４】
図２０は、本技術の第１の実施の形態に係る第１６の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、フランジ状突起３４を設けず壁部３３ａの高さをスパッタリングターゲット５０の下面に揃えてスパッタリングターゲット５０の外径と磁性体３３の外径とを一致させて行ったものである。これ以外のシミュレーション条件は、図５において説明したシミュレーションと同様である。この場合、内環状磁石３１の略上方にループ状磁束が形成され、しかも、内環状磁石３１の外縁よりも外方へ伸長したスパッタリングターゲット５０の上方にもループ状磁束が形成される。すなわち、内環状磁石３１の略上方に形成されたループ状磁束の外側を囲うもう一つのループ状磁束が形成される。図２０に示す磁場シミュレーションの条件下では、内環状磁石３１と外環状磁石３２の間の略上方に形成される第１外縁収束磁場（スパッタリングターゲット５０を外方へ伸長する前の外縁収束磁場Ｍ２に対応）の磁場強度が０．１Ｔ、外方へ伸長したスパッタリングターゲット５０の外縁部に形成される第２外縁収束磁場の磁場強度が０．０２Ｔ、これらの略中間の磁場である磁場最弱部の磁場強度が０．０３５Ｔであり、この磁場最弱部に対する第２収束磁場の磁気ミラー比は約１．７５、磁場最弱部に対する第１収束磁場の磁気ミラー比は約２．８であった。なお、中間磁場Ｍ３の磁場最弱部の磁場強度と中央収束磁場Ｍ１及び第１収束磁場の磁場強度との磁気ミラー比は２以上である。このようにループ状磁束を内外２重に形成するとターゲット径の拡張が容易であり、内側のループ状磁束における荷電粒子の閉じ込め効率を向上することができる。
【００７５】
なお、図２０に示すような壁部３３ａの高さをスパッタリングターゲット５０の下面以下とした上面平坦なスパッタリング装置１００の場合、スパッタリングターゲットに比べて小面積のスパッタリング装置１００を複数並設し、大面積のスパッタリングターゲットのスパッタリングを行うことも可能である。逆に言えば、スパッタリングターゲットの形状やサイズに合わせてスパッタリング装置１００の並設数や並設レイアウトを適宜変更可能であり、ターゲットに最適な形の浸食領域（ターゲット利用効率がより増大する形状等）を形成することが可能である。
【００７６】
［プラズマ放電の例］
図２１は、本技術の第１の実施の形態に係るプラズマ放電の一例を示す図である。図２１は、図３において説明したターゲット保持装置３０を使用してスパッタリングを行った際のプラズマ放電の様子を表したものであり、スパッタリングターゲット５０の表面のプラズマ放電をスパッタリングターゲット５０の上方から観察した際の画像である。図２１の円形状のスパッタリングターゲット５０の上方にリング形状のプラズマが生成していることがわかる。スパッタリングターゲットの比較的広い範囲にプラズマが生成しており、スパッタリングターゲットの選択的浸食を軽減することができる。
【００７７】
この際、スパッタリング装置１００において、スパッタリングターゲット５０と基板との間の距離は２８０ｍｍに設定した。また、ターゲットには直径５０ｍｍのアルミニウムを使用し、スパッタガスにはアルゴンを使用した。このようなスパッタリング装置１００において、ガスの圧力：０．１Ｐａ（流量：７．０ｓｃｃｍ）、投入電力：１５Ｗ（ＤＣ）の条件によりスパッタリングを行い、０．２ｎｍ／分の成膜速度が得られた。スパッタリングターゲットと基板との間が比較的離れている（２８０ｍｍ）ことを考慮すると、実用に足る成膜速度となった。この際の電力密度は、０．７６Ｗ／ｃｍ２である。前述のように、スパッタリングターゲット５０の中央部及び外縁部の間に形成されたループ状磁束がミラー磁場を構成し、スパッタリングターゲット５０の中央部と外縁部とに荷電粒子を中間磁場Ｍ３側へ押し戻す磁気ミラー領域を形成する。図２１に表したように、このミラー領域に挟まれた領域に荷電粒子が閉じ込められることとなり、高密度のプラズマが生成される。これにより、低電力および低ガス圧の条件であっても、スパッタリングを行うことができる。なお、プラズマ放電開始時のチャンバ内ガス圧力は０．７Ｐａであり、通常より低い圧力において放電を開始させることができる。これも、荷電粒子の閉じ込め効果によるものである。
【００７８】
なお、図２１は、直流電源によるスパッタリングの例であるが、高周波スパッタリングに適用可能であることは、言うまでもないことである。
【００７９】
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、円形状のターゲットを保持するターゲット保持装置を使用していた。これに対し、本技術の第２の実施の形態では、長方形の形状のターゲットを保持するターゲット保持装置を使用する点で第１の実施の形態と異なる。
【００８０】
［ターゲット保持装置の構成］
図２２は、本技術の第２の実施の形態に係るターゲット保持装置の概略構成を示す模式的な図である。この図２２は、ターゲット保持装置３０を上方より見た際の図である。図２２のスパッタリングターゲット５０は、長方形の形状を有する点で図２において説明したスパッタリングターゲット５０と異なる。図２２のターゲット保持装置においても、スパッタリングターゲット５０の中央部５１ａと外縁部５１ｂとの間に磁場Ｍが形成される。
【００８１】
［内環状磁石の他の例］
図２３は、本技術の第２の実施の形態に係る内環状磁石の構成例を示す図である。また、図２４は、本技術の第２の実施の形態に係る内環状磁石の他の構成例を示す図である。図２３の内環状磁石は、複数の棒状磁石により内環状磁石を構成する場合の例である。図２４は、一端が円弧形状に欠切された正方形の形状の磁石と長方形の形状の磁石とにより内環状磁石を構成する場合の例である。これらの内環状磁石は、何れも中央部に長円形状の開口部を備える。なお、内環状磁石の構成はこの例に限定されない。例えば、長方形の形状の開口部を備える構成にすることもできる。
【００８２】
これ以外のスパッタリング装置１００の構成は、図１において説明したスパッタリング装置１００と同様であるため、説明を省略する。
【００８３】
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、一定の厚さに構成された内環状磁石３１および外環状磁石３２を使用していた。これに対し、本技術の第３の実施の形態では、２つの磁極の近傍における厚さが異なる内環状磁石３１および外環状磁石３２を使用する点で第１の実施の形態と異なる。
【００８４】
［磁石の構成］
第３の実施の形態における内環状磁石３１は、内端部３１ｃおよび外端部３１ｄにおいて同じ厚さに構成されていた。また、外環状磁石３２は、上端部３２ｃおよび下端部３２ｄにおいて同じ厚さに構成されていた。これら内端部３１ｃおよび外端部３１ｄならびに上端部３２ｃおよび下端部３２ｄにはそれぞれ磁極が形成されているため、これらをそれぞれ異なる厚さに構成することにより、これらの近傍の磁束密度を変更することができる。これにより、ループ状磁束を調整することが可能となる。以下、シミュレーションの結果の一例を示す。
【００８５】
［シミュレーション］
図２５は、本技術の第３の実施の形態に係る第１の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、内環状磁石３１の外縁部の厚さを５ｍｍに変更して行ったものである。なお、内環状磁石３１の中央開口５１ａ近傍の厚さは１０ｍｍである。同図のシミュレーションは、図５おいて説明したシミュレーションにおいて外端部３１ｄの大きさを内端部３１ｃより小さくした場合を想定したものである。
【００８６】
図２６は、本技術の第３の実施の形態に係る第２の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図２５において説明したシミュレーションに対し、外環状磁石３２の上方厚さを１０ｍｍ、下方厚さを５ｍｍに変更して行ったものである。同図のシミュレーションは、外環状磁石３２の下端部３２ｄの大きさを上端部３２ｃより小さくした場合を想定したものである。
【００８７】
図２７は、本技術の第３の実施の形態に係る第３の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図２５において説明したシミュレーションに対し、外環状磁石３２の上方厚さを５ｍｍ、下方厚さを１０ｍｍに変更して行ったものである。同図のシミュレーションは、図２６のシミュレーションとは逆に、外環状磁石３２の上端部３２ｃの大きさを下端部３２ｄより小さくした場合を想定したものである。
【００８８】
図２８は、本技術の第３の実施の形態に係る第４の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図２５において説明したシミュレーションに対し、内環状磁石３１の中央開口５１ａ近傍の厚さを５ｍｍ、外縁部の厚さを１０ｍｍに変更して行ったものである。同図のシミュレーションは、図２５とは逆に、内環状磁石３１の内端部３１ｃの大きさを外端部３１ｄより小さくした場合を想定したものである。
【００８９】
図２９は、本技術の第３の実施の形態に係る第５の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図２８において説明したシミュレーションに対し、外環状磁石３２の上方厚さを１０ｍｍ、下方厚さを５ｍｍに変更して行ったものである。同図のシミュレーションは、図２６のシミュレーションと同様に、外環状磁石３２の下端部３２ｄの大きさを上端部３２ｃより小さくした場合を想定したものである。
【００９０】
図３０は、本技術の第３の実施の形態に係る第６の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図２８において説明したシミュレーションに対し、外環状磁石３２の上方厚さを５ｍｍ、下方厚さを１０ｍｍに変更して行ったものである。同図のシミュレーションは、図２７のシミュレーションと同様に、外環状磁石３２の上端部３２ｃの大きさを下端部３２ｄより小さくした場合を想定したものである。
【００９１】
図２５および２８のシミュレーション結果により、内環状磁石３１を内端部３１ｃおよび外端部３１ｄにおいて異なる厚さに構成することによりループ状磁束を調整可能なことが分かる。具体的には、ループ状磁束を調整することにより、スパッタリングターゲット５０の中央部の磁場強度を高くすることができる。図２８に表したように、内端部３１ｃの厚さを外端部３１ｄより小さくした場合には、内端部３１ｃにおける磁力線を発生させる領域が縮小することとなる。しかし、内端部３１ｃおよび外端部３１ｄが同一の磁石により構成される場合には、これらの磁極における磁力線の本数が等しくなるため、内端部３１ｃにおける磁束密度が高くなる。これは、例えば、図２０において説明した長方形の形状のスパッタリングターゲット５０を使用する場合における短辺近傍に配置される磁石に適用すると好適である。スパッタリングターゲット５０の中央部に対して外縁部の領域が拡大されているためである。
【００９２】
一方、外端部３１ｄの厚さを内端部３１ｃより小さくした場合には、内環状磁石３１の全周にわたる外端部３１ｄの面積と内端部３１ｃの面積との差が小さくなる。磁極の端面における磁束密度は、２つの磁極面において保存されるため、外端部３１ｄに対する内端部３１ｃの面積の増加に応じて内端部３１ｃ側の端面から発せられる磁力線が増加することとなる。このため、中央開口５１ａの磁束密度を高くすることができる。これは、例えば、図２０において説明した長方形の形状のスパッタリングターゲット５０を使用する場合における長辺中央部近傍に配置される磁石に適用することができる。
【００９３】
このように、内端部３１ｃの厚さを外端部３１ｄより小さくした場合および外端部３１ｄの厚さを内端部３１ｃより小さくした場合の何れにおいてもループ状磁束を調整することができる。スパッタリングターゲット５０の形状に合わせて最適な内環状磁石３１の構成を選択することにより、スパッタリングターゲット５０の表面におけるミラー領域の磁場強度を向上させることができる。
【００９４】
また、外環状磁石３２の上端部３２ｃおよび下端部３２ｄの厚さを変更することにより、ループ状磁束のスパッタリングターゲット５０の外縁部の磁束を調整することができる。上端部３２ｃおよび下端部３２ｄの厚さを変更することにより、磁化ベクトルの方向を軸方向に対して垂直な方向から変更することが可能なためである。例えば、上端部３２ｃより下端部３２ｄの厚さを大きくした場合には、上端部３２ｃの近傍の磁化ベクトルの方向をスパッタリングターゲット５０に近接する方向に調整することができる。これにより、スパッタリングターゲット５０の外縁部のループ状磁束をより垂直な方向に調整することが可能となり、スパッタリングターゲット５０の外縁部のミラー領域の磁場強度を向上させることができる。また、スパッタリングターゲット５０を固定する押さえ金具８０等からループ状磁束を離すことができ、押え金具８０等のスパッタリングを抑制することができる。
【００９５】
また、内環状磁石３１と同様に、外環状磁石３２の上端部３２ｃおよび下端部３２ｄの厚さを変更することにより、これらの磁極における磁束密度を調整することができる。すなわち、スパッタリングターゲット５０の外縁部のループ状磁束をより垂直な方向に調整することが可能となる。
【００９６】
なお、ターゲット保持装置３０の構成は、図２５乃至３０の構成に限定されない。例えば、内環状磁石３１を一定の厚さに構成しながら外環状磁石３２の上端部３２ｃおよび下端部３２ｄの厚さを変更する構成にすることができる。また、例えば、内環状磁石３１および外環状磁石３２の厚さを変更した箇所においても、磁性体３３に接触させる構成にすることもできる。例えば、図２５において、磁性体３３の形状を変更することにより、内環状磁石３１の底部全面を磁性体３３に接触させる構成にすることもできる。
【００９７】
これ以外のスパッタリング装置１００の構成は、図１において説明したスパッタリング装置１００と同様であるため、説明を省略する。
【００９８】
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、磁化の方向に対して垂直に形成された中央開口５１ａを備える内環状磁石３１を使用していた。これに対し、本技術の第４の実施の形態では、テーパ形状の断面を有する中央開口５１ａを備える外環状磁石３２を使用する点で第１の実施の形態と異なる。
【００９９】
［磁石の構成］
第４の実施の形態における内環状磁石３１は、中央開口５１ａの断面の形状を変更することにより、ループ状磁束を調整する。具体的には、スパッタリングターゲット５０側から見た内環状磁石３１の中央開口５１ａを順テーパおよび逆テーパの形状に構成する。これにより、内端部３１ｃから発せられる磁束の方向を調整することができる。以下、シミュレーションの結果を示す。
【０１００】
［シミュレーション］
図３１は、本技術の第４の実施の形態に係る第１の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、内環状磁石３１の上方の内径を４ｍｍ、下方の内径を１０ｍｍに変更して行ったものである。この場合、内環状磁石３１の中央開口５１ａは逆テーパの形状となる。同図に示すように、図５における磁場Ｍと同様の磁場が形成されることが分かる。すなわち、内環状磁石３１の上方の内径が同じであれば、内環状磁石３１の下方の内径に関わらず同等の磁場が形成され得る。
【０１０１】
また、中央開口５１ａを逆テーパの形状にすることにより、内環状磁石３１の内端部３１ｃから発せられる磁力線の角度を下向きに微調整することが可能となる。また、内環状磁石３１の上方の内径を４ｍｍからさらに小さくすることにより、図３において前述した中央開口３１ａの径を小さくすることと同様の効果を得ることができる。このように、中央開口５１ａを逆テーパの形状に構成するとともにテーパの形状を調整することにより、スパッタリングターゲット５０の中央部近傍のループ状磁束の磁束密度を高くすることができる。
【０１０２】
図３２は、本技術の第４の実施の形態に係る第２の磁場シミュレーション結果の一例を示す図である。同図に示す磁場シミュレーションは、図５において説明したシミュレーションに対し、内環状磁石３１の上方の内径を１０ｍｍ、下方の内径を４ｍｍに変更して行ったものである。この場合、内環状磁石３１の中央開口５１ａは順テーパの形状となる。図３１のシミュレーション結果と比較すると、スパッタリングターゲット５０の表面のループ状磁束がスパッタリングターゲット５０の外縁部にシフトしていることが分かる。このように、中央開口５１ａを順テーパの形状に構成するとともにテーパの形状を調整することにより、スパッタリングターゲット５０の表面のループ状磁束をスパッタリングターゲット５０の径方向にシフトさせることができる。
【０１０３】
以上説明したように、内環状磁石３１の中央開口５１ａのテーパの形状を調整することにより、ループ状磁束を調整することが可能となる。
【０１０４】
これ以外のスパッタリング装置１００の構成は、図１において説明したスパッタリング装置１００と同様であるため、説明を省略する。
【０１０５】
なお、本技術は上述した実施形態に限られず、上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また、本技術の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず、請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【符号の説明】
【０１０６】
１０…真空チャンバ、１１…ガス配管、１２…真空ポンプ、１３…真空排気配管、１４…バルブ、１５…ガス導入装置、２０…基板支持部、３０…ターゲット保持装置、３１…内環状磁石、３１ａ…中央開口、３１ｂ…外側面、３１ｃ…内端部、３１ｄ…外端部、３２…外環状磁石、３２ａ…上側面、３２ｂ…下側面、３２ｃ…上端部、３２ｄ…下端部、３３…磁性体、３３ａ…壁部、３４…フランジ状突起、４０…ＤＣ電源、５０…スパッタリングターゲット、５１…上面、５１ａ…中央部、５１ｂ…外縁部、５２…突出部、５３…段下がり面、６０…バッキングプレート、６１…突起、７０…グランドプレーン、８０…押え金具、８１…係止突起、８２…基部、１００…スパッタリング装置、Ｅ…電場、Ｍ…磁場、Ｍ１…中央収束磁場、Ｍ２…外縁収束磁場、Ｍ３…中間磁場、Ｓ…基板
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年4月3日(2019.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置されるスパッタリングターゲットと、
前記スパッタリングターゲットの裏面側に配置されて前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備えることにより前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部と交差して前記スパッタリングターゲットの表面側に膨出するループ状磁束を形成する内環状磁石と、
前記スパッタリングターゲットの裏面側における前記内環状磁石の外側に配置されて前記スパッタリングターゲットの外縁近傍における前記ループ状磁束を調整する外環状磁石と、
磁性材料により構成されて前記内環状磁石および前記外環状磁石を保持するとともに、前記内環状磁石に隣接する底部と、前記外環状磁石の外縁に隣接するとともに前記スパッタリングターゲットの表面よりも前記真空チャンバ内に延在する壁部とを備えるヨークと
を具備するマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】
前記外環状磁石は、前記内環状磁石における２つの前記磁極を含む面に対して略垂直方向に２つの磁極が配向されるとともに前記内環状磁石の外縁部における磁極と同じ極性の磁極を有する端面が前記内環状磁石の外縁部の近傍に配置されることにより前記ループ状磁束を調整する請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３】
前記外環状磁石は、前記ループ状磁束を調整することにより前記スパッタリングターゲットの外縁部における前記ループ状磁束を前記スパッタリングターゲットに対して略垂直に交差させる請求項２記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項４】
前記外環状磁石は、前記スパッタリングターゲットの表面にミラー磁場を形成する請求項３記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項５】
前記外環状磁石は、前記ループ状磁束における磁場強度最弱部に対して磁場強度比が２以上の磁気ミラー領域を有する前記ミラー磁場を形成する請求項４記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項６】
前記内環状磁石は、所定の厚さに構成され、
前記外環状磁石は、前記内環状磁石の所定の厚さ以上の厚さを有する略円筒形状に構成されるとともに前記端面が前記内環状磁石の上端および下端の間に配置される
請求項２記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項７】
前記外環状磁石は、前記端面を上面とする略円筒形状に構成されて前記上面に対向する下面と前記上面とにおける径方向の厚さが異なる請求項２記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項８】
前記内環状磁石は、前記スパッタリングターゲットの中央部近傍に開口部を備える請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項９】
前記内環状磁石は、前記開口部における厚さと周縁部における厚さとが異なる請求項８記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記内環状磁石は、テーパ形状に構成された前記開口部を備える請求項８記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記内環状磁石は、前記スパッタリングターゲットの裏面側に配置されて前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備える複数の磁石による構成される請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１２】
前記外環状磁石は、前記内環状磁石における２つの磁極を含む面に対して略垂直方向に２つの磁極が配向される複数の磁石により構成される請求項２記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１３】
前記ヨークは、前記延在する壁部の端部において内周方向に配置されるフランジ状突起をさらに備える請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１４】
真空チャンバ内に配置されるスパッタリングターゲットの裏面側に配置されて前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部の近傍においてそれぞれ異なる極性の磁極を備えることにより前記スパッタリングターゲットの中央部および外縁部と交差して前記スパッタリングターゲットの表面側に膨出するループ状磁束を形成する内環状磁石と、
前記スパッタリングターゲットの裏面側における前記内環状磁石の外側に配置されて前記スパッタリングターゲットの外縁近傍における前記ループ状磁束を調整する外環状磁石と、
磁性材料により構成されて前記内環状磁石および前記外環状磁石を保持するとともに、前記内環状磁石に隣接する底部と、前記外環状磁石の外縁に隣接するとともに前記スパッタリングターゲットの表面よりも前記真空チャンバ内に延在する壁部とを備えるヨークと
を具備する磁場形成装置。
【国際調査報告】
2018101444.tif 000035
2018101444.tif 000036
2018101444.tif 000037
2018101444.tif 000038