(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状の外側磁極（４）と該外側磁極の中央に配置された内側磁極（５）とを備えた複数個のマグネトロン型スパッタ蒸発源（３）と複数個の補助磁極（９）とが、被蒸着物（２）の周囲を取り囲むようにチャンバ（１）内に交互に配置され、
前記マグネトロン型スパッタ蒸発源（３）と前記補助磁極（９）とによって形成される磁場形状を変化させるために前記補助磁極（９）の前記被蒸着物（２）に対する角度を変える角度変更機構を備えており、
前記角度変更機構によって、隣接する外側磁極（４）の極性と補助磁極（９）の極性とが相異なる位置と同一な位置とに変更可能とされ、
前記相異なる位置では、外側磁極（４）と補助磁極（９）とを順次交互に結ぶ磁力線（７）を生じせしめて被蒸着物（２）の周囲にプラズマを閉じ込め、
前記同一な位置では、外側磁極（４）と補助磁極（９）との中間で反発し合う磁力線（７）を生じせしめると共に内側磁極（５）と補助磁極（９）とを結ぶ磁力線（７）を生じせしめて被蒸着物（２）の位置に高密度のプラズマを発生させることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記角度変更機構は、前記補助磁極（９）を任意の角度に変更自在とされていることを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
【請求項３】
前記角度変更機構に対して角度変更動作のための動力を与える動力付与部（１４，１９）が前記チャンバ（１）外に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のスパッタ装置。
【請求項４】
前記動力付与部は、チャンバ（１）外から手動で前記角度変更機構を動作させるべく前記チャンバ（１）外に設けられた手動操作部（１４）であることを特徴とする請求項３記載のスパッタ装置。
【請求項５】
前記動力付与部は、チャンバ（１）外から前記方向変更機構に動力与えて自動的に補助磁極（９）の角度を変えるための駆動装置（１９）であることを特徴とする請求項３のスパッタ装置。
【請求項６】
前記複数の補助磁極（９）は同期して角度を変更できるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明はマグネトロンスパッタリング法により薄膜を形成するためのスパッタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、被蒸着物（基板）周囲に蒸発源から発生したプラズマを効率良く閉じ込めるため、マグネトロン型スパッタ蒸発源とは別に補助磁極を設けて、基板周囲において高密度のプラズマを得る技術を特願平１１−２２８３７７号において提案した。
この特願平１１−２２８３７７号で提案の技術は、例えば、マグネトロン型スパッタ蒸発源と補助磁極とが被蒸着物を取り囲むように配置し、補助磁極の極性を、蒸発源のマグネトロン磁極を構成する外側磁極の極性と相反するものとして、基板の取り囲む形状の磁場を形成し、プラズマを基板周囲に閉じ込めるものである。
【０００３】
また、この特願平１１−２２８３７７号で提案の他の技術は、例えば、マグネトロン型スパッタ蒸発源と補助磁極とが被蒸着物を取り囲むように配置し、補助磁極の極性を、蒸発源のマグネトロン磁極を構成する外側磁極の極性と同一にすることにより、隣接する蒸発源と補助磁極の間に磁場が集中しミラー効果によって蒸発源から発生したプラズマを基板の周囲に閉じ込めることができるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明における主たる課題は、スパッタ装置に前記補助磁極を設ける場合に、磁場形状を容易に変化させることにある。
すなわち、基板付近の磁場形状を変化させると、基板付近のプラズマ密度を調節し、同時に基板バイアス電流を制御できる。
ここで、磁場形状の変更は、例えば、蒸発源背面にコイルを設け、そのコイルに電流を流すことによって行うことができるが、コイルが放電空間から遠いためその効果は小さく、しかも蒸発源上の磁場を逆に乱すおそれもあった。
【０００５】
また、特願平１１−２２８３７７号のように補助磁極を設けた装置においては、補助磁極を取り外して基板方向の極性を異ならせて装着し直すことで、磁場形状を変化させることも考えられるが、補助磁極の取外・再装着等の労力が必要であり作業性が悪い。しかも、補助磁極を取外・再装着しても、補助磁極の基板方向の極性をＳ又はＮとしかすることができないから、基板付近の磁場形状は２種類しか形成できず、細かく磁場形状を変化させることができない。
また、補助磁極の取外・再装着によって磁場形状を変化させるのでは、成膜中に磁場形状を変化させることができない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁場形状の変更に、前記補助磁極を利用したものであり、次の技術的手段を採用した。すなわち、本発明の特徴は、リング状の外側磁極と該外側磁極の中央に配置された内側磁極とを備えた複数個のマグネトロン型スパッタ蒸発源と複数個の補助磁極とが、被蒸着物の周囲を取り囲むようにチャンバ内に交互に配置され、前記マグネトロン型スパッタ蒸発源と前記補助磁極とによって形成される磁場形状を変化させるために前記補助磁極の前記被蒸着物に対する角度を変える角度変更機構を備えており、前記角度変更機構によって、隣接する外側磁極の極性と補助磁極の極性とが相異なる位置と同一な位置とに変更可能とされ、前記相異なる位置では、外側磁極と補助磁極とを順次交互に結ぶ磁力線を生じせしめて被蒸着物の周囲にプラズマを閉じ込め、前記同一な位置では、外側磁極と補助磁極との中間で反発し合う磁力線を生じせしめると共に内側磁極と補助磁極とを結ぶ磁力線を生じせしめて被蒸着物の位置に高密度のプラズマを発生させる点にある。
【０００７】
かかる角度変更機構により補助磁極の角度を変えることで、磁場形状を意図的に変化させ、被蒸着物（基板）近傍でのプラズマ密度を幅広く調節できる。あわせて基板バイアス電流も調節できることとなるため、膜種や基板の条件に合わせた最適なバイアス電流での成膜条件を選択することができる。
また、磁場形状を変化させるためのコイルが必要でなくなり、コイルを設けなければ、コイル・コイル電源等のコストを削減でき、蒸発源の磁場の乱れも防止できる。また、コイルより簡単に大きな磁場形状変化を実現できるため、幅広く基板バイアス電流をコントロールできる。
【０００８】
本発明において前記角度変更機構は、前記補助磁極を任意の角度に変更自在とされているのが好ましい。この場合、補助磁極を任意の角度に変更できるので、磁場形状を細かく変化させることができ、バイアス電流を細かく制御できる。
前記角度変更機構を成膜中に動作可能にしておくと、成膜中にも磁場形状を簡単に変えることができるので好ましい。特に、前記角度変更機構に対して角度変更動作のための動力を与える動力付与部が前記チャンバ外に設けられていると構成が簡易になり好ましい。
【０００９】
また、前記動力付与部は、チャンバ外から手動で前記角度変更機構を動作させるべく前記チャンバ外に設けられた手動操作部としたり、チャンバ外から前記方向変更機構に動力与えて自動的に補助磁極の角度を変えるための駆動装置（例えば、モータ、空圧）とすることができる。
さらに、前記複数の補助磁極が同期して角度を変更できるように構成されているのが好ましい。同期して補助磁極を動作させることで全体的に磁場形状を変化させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の代表的な実施形態として、非平衡（不平衡）型マグネトロンスパッタ蒸発源を４式搭載したマグネトロンスパッタ装置を示している。
図１において、真空チャンバ１内の中央部に基板（被蒸着物）２が設けられ、真空チャンバ１内に基板２の周囲を取り囲むように４個のマグネトロン蒸発源３が設けられている。各マグネトロン蒸発源３は互いに同一の構成であって、リング状の外側磁極４と外側磁極４の中央に内嵌配置された内側磁極５とソース材料により構成されたターゲット６とを備えている。前記各マグネトロン蒸発源３は、マグネトロンを形成する外側磁極４の強度が内側磁極５の強度よりも強い非平衡型（不平衡）のマグネトロン蒸発源により構成されている。
【００１１】
各マグネトロン蒸発源３は基板２の外周に等間隔をおいて環状に配置され、基板２から等間隔の位置にある。隣り合う蒸発源３の中間位置には、それぞれ補助磁極９が設けられている。この補助磁極９は、永久磁石により主構成されている。
このマグネトロンスパッタ装置によれば、アルゴンなどの不活性ガスが真空チャンバ１内に注入され、アースされた真空チャンバ１に対して、各マグネトロン蒸発源３にスパッタ電源（図示しない）によりマイナス電圧が印加されると、真空チャンバ１と各マグネトロン蒸発源３との間でグロー放電が生じ、真空チャンバ１内にプラズマ（電子及びアルゴンイオン）が発生する。真空チャンバ１内に存在するアルゴンイオンは、ソース材料でできた蒸発源３のターゲット６に衝突し、これによりマグネトロン蒸発源３（ターゲット６）より金属原子が蒸発され、基板２に付着して、薄膜を形成する。また、一部の金属原子は真空チャンバ内１でイオン化され、電気的に負にバイアスされた基板２により高いエネルギーで付着する。
【００１２】
このマグネトロンスパッタ装置では、補助磁極９を有するので、基板２の周囲に蒸発源３より発生したプラズマが多く存在し、蒸発源３より蒸発した金属原子のイオン化が促進され、更に、形成される被膜がイオンの衝突をより多く受けることにより、基板２との密着力や膜構造を改善することができる。
図１において、各補助磁極９の基板２方向の極性は、マグネトロン蒸発源３の外側磁極４の極性と相異なるようになっているが、各補助磁極９は、図１の矢印方向に３６０度回転自在であり、任意の角度で停止できる。
【００１３】
図２は、各補助磁極９が図１の状態（回転角度θ＝０度：基板方向に補助磁極９がＳとなる場合）から回転角度θ＝９０度回転した場合を示し、図３は、図１の状態から回転角度θ＝１８０度回転した場合を示している。
図３の場合、補助磁極の基板方向の極性はＮであり、マグネトロン蒸発源３の外側磁極４の極性と同一になっている。
図４は図１の磁場解析結果（解析領域は真空チャンバ１／４部分）を示しており、同様に図５は図２の、図６は図３の磁場解析結果を示している。なお、図４〜図６において符号７は磁力線を示している。
【００１４】
図４〜図６から明らかなように、補助磁極９を回転させることにより磁場形状が大きく変わっている。また、補助磁極９の基板２方向の極性がＮからＳとなる範囲で補助磁極９を任意の角度に変えることで、細かく磁場形状を変化させることも可能である。
図７は、アルゴンガスプラズマを形成した場合の基板２のバイアス電流を、図１〜図３の補助磁極９の角度毎に測定した結果を示している。図７より、補助磁極９の回転角度θを変えることで幅広く基板バイアス電流を制御できることがわかる。
【００１５】
なお、図１のように、補助磁極９の基板２方向の極性が、マグネトロン蒸発源３の外側磁極４の極性と相異なる場合には、各マグネトロン蒸発源３の外側磁極及び各補助磁極を順次交互に結ぶように磁力線７が生じ、これにより蒸発源３と補助磁極４によって基板２を取り囲む形状の磁場が形成され、蒸発源３より発生したプラズマを基板２の周囲に閉じ込めることができる。
したがって、基板２の周囲にマグネトロン蒸発源３より発生したプラズマが多く存在し、また、マグネトロン蒸発源３より蒸発した金属原子のイオン化も促進される為、基板２上に形成される被膜がアルゴンイオン、金属イオンの衝突をより多く受けることにより、被膜と基板２との密着力や被膜の膜構造が改善される。
【００１６】
また、図３のように、補助磁極９の基板２方向の極性が、蒸発源３の外側磁極３の極性と同一であるため、各蒸発源３の外側磁極４及び各補助磁極９の中間付近で反発し合う磁場が生じるが、この部分は磁力線７が集中しているため、ミラー効果によって、前記グロー放電により発生したプラズマを基板２の周囲に閉じ込めることができる。また、隣接する蒸発源３と補助磁場９の磁場が反発し合うために、蒸発源３前方の磁場はより基板２方向に膨らみ、また、蒸発源３の内側磁極５と補助磁極９を結ぶ磁力線７も生じるため、プラズマが基板２方向に広がり、基板２位置で高密度のプラズマが得られる。従って、基板２の周囲に蒸発源３より発生したプラズマが多く存在し、また、蒸発源３より蒸発した金属原子のイオン化も促進される為、基板２上に形成される被膜がアルゴンイオン、金属イオンの衝突をより多く受けることにより、被膜と基板２との密着力や被膜の膜構造が改善される。
【００１７】
図８は、補助磁極９の角度変更機構を示している。この角度変更機構は、補助磁極９内の永久磁石８を回転させるものである。
補助磁極９は、磁石収納体１０内に永久磁石８を備えて主構成され、角度変更機構は、永久磁石８の上下両端から延設された回転軸１１ａ，１１ｂが収納体１０に回転自在に支持され、永久磁石８が上下方向の軸心回りに回転できるように構成されている。図８の状態では、磁石８の基板２側（図８右側）がＳ極であり、反対側がＮ極となっている（図１の状態に対応）が、磁石８が回転することで、図２や図３の状態とすることができる。
【００１８】
上側の回転軸１１ｂは、収納体１０上部のフランジ１２から収納体１０外に突出状に貫通しており、収納体１０外の回転軸１１ｂには手動操作部としてハンドル１４が設けられている。この収納体１０外のハンドル１４を回転操作することにより、回転軸１１ａ，１１ｂが回転し、永久磁石８も回転して、磁場形状を変更することができる。
なお、収納体１０は、チャンバ１外から供給される冷却水の供給口１５と排出口１６を有しており、収納体１０内部を冷却水が循環して磁石８を冷却する冷却室を兼ねている。
【００１９】
図９は、角度変更機構の他の例を示している。この角度変更機構は、補助磁極
９全体を回転させるものである。
補助磁極９は、磁石収納体１０の中に永久磁石８を備え、角度変更機構は、収納体１０の上下端から延設された回転軸１７ａ，１７ｂがチャンバ１に回転自在に支持され、磁石８とともに収納体１０が上下方向の軸心回りに回転できるように構成されている。図９の状態では、磁石８の基板２側（図９右側）がＳ極であり、反対側がＮ極となっている（図１の状態に対応）が、磁石８が回転することで、図２や図３の状態とすることができる。
【００２０】
上側の回転軸１７ｂは、チャンバ１外に突出状に貫通して設けられており、チャンバ１外の回転軸１７には手動操作部としてハンドル１４が設けられている。このチャンバ１外のハンドル１４を回転操作することにより、回転軸１７ａ，１７ｂが回転し、収納体１０とともに永久磁石８が回転して、磁場形状を変更することができる。
なお、上下の回転軸１７ａ，１７ｂは、冷却室でもある収納体１０内へ冷却水を供給するための給水管・排水管を兼ねている。
【００２１】
図１０は、図８の回転軸１１ｂを回転させるための駆動装置としてモータ１９を設けて、モータ１９の回転により自動的に磁石８を回転させるようにしたものである。また、図９のようにハンドル１４をチャンバ１外に設けたものにおいても、ハンドル１４に変えてモータにより自動的に回転するようにしてもよい。
チャンバ１内で全体的に磁場形状を変化させる場合には、複数の補助磁極９を同期させて動かすことが望まれる。複数の補助磁極９の角度を同期して変更するために図１１のような同期動作機構を設けることができる。この同期動作機構は、図８又は図９のようにハンドル１４を備えたものにおいて、ハンドル１４による回転動力を環状に配置された各補助磁極９に伝えるためのもので、各補助磁極９の回転軸１１ｂに設けられたプーリやスプロケット等の回転体２０と、ベルトやチェーン等の動力伝達体２１とを有している。
【００２２】
この場合、ハンドル１４が回転操作されると、直接又は動力伝達体２１を介して回転体２０が回転し、各補助磁極９の角度が同期的に変化し、チャンバ１内の全体的な磁場形状が変化する。
なお、図１１のハンドルに代えて、図１０のようにモータ等の駆動装置を設けてもよい。
また、駆動装置を設ける場合において、図１１のような同期動作機構を設ける場合には、モータは１つでもよいが、図１２のように各補助磁極９にそれぞれ駆動装置２１を設けておき、制御装置２２によって各駆動装置２１が同期して回転するように各駆動装置２１を制御してもよい。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、補助磁極の変更機構により、補助磁極の角度を変えることができるので、磁場形状を意図的に変化させ、被蒸着物（基板）近傍でのプラズマ密度を幅広く調節できる。あわせて基板バイアス電流も調節できることとなるため、膜種や基板の条件に合わせた最適なバイアス電流での成膜条件を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  スパッタ装置の内部平面図である。
【図２】  補助磁極の角度が変化した状態を示すスパッタ装置の内部平面図である。
【図３】  補助磁極の角度が変化した状態を示すスパッタ装置の内部平面図である。
【図４】  図１の磁場解析結果を示す図である。
【図５】  図２の磁場解析結果を示す図である。
【図６】  図３の磁場解析結果を示す図である。
【図７】  基板バイアス電圧と基板バイアス電流との関係を示すグラフである。
【図８】  補助磁極の角度変更機構の一例を示す図である。
【図９】  補助磁極の角度変更機構の他の一例を示す図である。
【図１０】  補助磁極の角度変更機構のさらに他の一例を示す図である。
【図１１】  複数の補助磁極を同期的に回転させる機構の構成図である。
【図１２】  複数の補助磁極を制御装置によって同期的に回転させるための構成図である。
【符号の説明】
１  真空チャンバ
２  基板（被蒸着物）
３  蒸発源
８  永久磁石
９  補助磁極
１４  ハンドル（手動操作部）
１９  駆動装置
【図１】
0004219566.tif 000002
【図２】
0004219566.tif 000003
【図３】
0004219566.tif 000004
【図４】
0004219566.tif 000005
【図５】
0004219566.tif 000006
【図６】
0004219566.tif 000007
【図７】
0004219566.tif 000008
【図８】
0004219566.tif 000009
【図９】
0004219566.tif 000010
【図１０】
0004219566.tif 000011
【図１１】
0004219566.tif 000012
【図１２】
0004219566.tif 000013