(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を真空状態にすることが可能な真空容器内に、薄膜を形成する基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダで保持する基板の薄膜形成面と対向する位置に設けられたターゲットと、前記基板ホルダで保持する基板と前記ターゲットの間に電界を印加する電界印加手段と、前記ターゲット上に前記電界と交差する磁界を印加する磁界印加手段とを備え、真空状態にした前記真空容器内に放電用ガスを導入して前記ターゲット上にプラズマを発生させて前記ターゲットから原子または分子を発生させ、前記発生させた原子または分子を前記基板ホルダで保持する基板上に堆積させて成膜するスパッタリング装置であって、
前記磁界印加手段は、それぞれ単独で磁界を生成する３つ以上のマグネットと、前記３つ以上のマグネットを公転させるマグネット公転手段と、前記マグネット公転手段と連動して前記各マグネットを自転させるマグネット自転手段とを備え、前記各マグネットのＮ極とＳ極は、一方の極および隣接するマグネットの他方の極との相互作用による磁界が生成し、かつ、公転および自転をする間に当該生成した磁界が変化するように配置されており、
前記３つ以上のマグネットの公転の中心から前記各マグネットの自転の中心までの距離が同一であり、かつ、前記ターゲットの裏面から同一の距離に前記各マグネットが配置されていることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記マグネット自転手段は、前記各マグネットの単位時間あたりの自転角度が、公転角度の整数倍にならない速度で前記各マグネットを自転させることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記マグネット自転手段は、前記各マグネットを自転可能な状態で支持するマグネット支持手段と、前記マグネット支持手段の外周部の近傍に沿って固定させて設けられたインターナルギアと、
前記各マグネットに固定させて設けられたマグネット回転ギアと、
前記インターナルギアおよび前記マグネット回転ギア、または２つの前記マグネット回転ギアと噛合するアイドルギアとを備え、
前記マグネット支持手段が回転することにより、前記各マグネット回転ギアおよびマグネットが自転することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記インターナルギアと、前記インターナルギアと噛合し前記マグネット回転ギアを自転させるアイドルギアのギア比を１：Ｒとしたときに、Ｒが１以上５以下であり、かつ、３６０の公約数ではない値であることを特徴とする請求項３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し、特に、マグネットを用いて電界に交差する磁界を印加することでターゲット上に高密度のプラズマを作るマグネトロン・スパッタリング装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン基板、樹脂基板、セラミック基板等の表面に薄膜を形成する方法として、スパッタリングと呼ばれる方法がある。
【０００３】
前記スパッタリングは、たとえば、真空容器内に、前記基板と、あらかじめ定められた材料でなるターゲットを対向させておき、前記真空容器内に放電用ガスを導入し、前記基板とターゲットの間に電界を印加してプラズマを発生させる。そして、前記プラズマの正のイオンを前記ターゲットに衝突させ、前記ターゲットから原子または分子をはじき出す。そして、はじき出した原子を前記基板の表面に導き、堆積させることで前記薄膜を形成する。
【０００４】
前記スパッタリングで薄膜を形成する装置（以下、スパッタリング装置という）では、従来、各種方式の電極構造が提案されている。その中で、近年、工業的に最も多く使用されているのはマグネトロン方式の電極構造である。前記マグネトロン方式を適用したスパッタリング装置は、電界と交差する磁界を印加することで陰極から出た電子にトコロイド運動を行わせ、ターゲット上に高密度のプラズマを作ることができる。そのため、比較的低電圧でスパッタ速度を高めることができ、薄膜の形成速度を大きくすることができる。
【０００５】
前記マグネトロン方式の電極構造には、従来、様々なタイプがあるが、工業的に最も有用であり、一般的なのは、たとえば、図２２及び図２３に示すように、平面形状を有するターゲットを備えた平板マグネトロン（Planar Magnetron）カソード電極と呼ばれる電極構造である。前記平板マグネトロンカソード電極は、たとえば、図２３に示したように、前記ターゲット８の裏面側、すなわち前記基板６と対向する面の裏面側の中心付近にマグネットのＳ極１０２、外周部にマグネットのＮ極１０１が設けられている。このとき、前記ターゲット８上には、図２２に示したような磁界が生じており、電子がトコロイド運動を行う。
【０００６】
このとき、前記電子のトコロイド運動は、図２４に示すように、磁界（磁力線）が電界Ｅと直交する付近で起こる。そのため、図２５に示すように、磁界（磁力線）が電界と直交する領域ＭＣでは、より多くの原子または分子がはじき出され、ターゲット８の消耗速度が他の部分に比べて速くなる。またこのとき、磁界（磁力線）が電界Ｅと直交する領域ＭＣでは、より多くの原子または分子がはじき出されるので、図２５に示したように、前記基板６の表面に形成された膜８’では、磁界（磁力線）が電界Ｅと直交する領域ＭＣと対向する部分の膜厚とその他の部分の膜厚にばらつきが生じる。
【０００７】
また、近年では、たとえば、前記マグネットを回転させて磁界（磁力線）が電界と直交する領域を時間変化させることで膜厚のばらつきを低減する方法（たとえば、特許文献１を参照）や、磁界（磁力線）が電界と直交する領域が均一になるようにマグネットの形状を複雑にする方法（たとえば、特許文献２を参照）が提案されている。
【特許文献１】
特開平７−２９２４６８号公報
【特許文献２】
特許第２５０５７２４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする問題点は、前記背景技術で説明したように、前記平板マグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング装置では、ターゲット面での不均一なイオン衝突とプラズマ空間密度分布の不均一性、すなわち磁界（磁力線）が電界と直交する付近とその他の領域ではじき出されるターゲットの原子または分子の量が異なることに起因する基板上に形成された薄膜の不均質性および膜厚の不均一性を低減することが難しいという点である。
【０００９】
また、このような問題を解決する方法として、たとえば、特許文献１や特許文献２に記載されたような方法が提案されているが、これらの方法においても、たとえば、ターゲットの中心部と外周部のイオン衝突の均一化、プラズマ空間密度分布の均一化が難しいと本願発明の発明者らは考える。前記特許文献１に記載されたような方法の場合、たとえば、磁石系（マグネット）を回転させることで磁界（磁力線）が電界と直交する領域を時間変化させることができるが、前記磁石系が１つであり、ある瞬間の磁界（磁力線）が電界と直交する領域はターゲット上に１カ所しかない。そのため、今後予想される基板の大面積化、形成する薄膜の薄型化が進んだときに、前記特許文献１に記載されたような方法では、基板上に形成された薄膜の不均質性および膜厚の不均一性を低減することが難しいと本願発明の発明者らは考える。
［００１０］
また、前記特許文献２に記載されたような方法の場合、半径のことなる環状のＮ極とＳ極を交互に配置することで、磁界（磁力線）が電界と直交する領域を増やすことができるが、Ｎ極上およびＳ極上では磁界（磁力線）が電界と直交せず、ターゲット面のＮ極上およびＳ極上と、Ｎ極とＳ極の間の領域でのイオン衝突の不均一化、プラズマ空間密度分布の不均一化が起こる。そのため、今後予想される基板の大面積化、形成する薄膜の薄型化が進んだときに、前記特許文献２に記載されたような方法では、基板上に形成された薄膜の不均質性および膜厚の不均一性を低減することが難しいと本願発明の発明者らは考える。
［００１１］
すなわち、本発明は、マグネトロン・スパッタリング装置において、磁界（磁力線）が電界と直交する領域を均一化し、基板に形成する薄膜の均質化、膜厚の均一化を容易にすることを目的としている。
［００１２］
本発明のその他の目的および新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
［課題を解決するための手段］
［００１３］
本発明のスパッタリング装置は、内部を真空状態にすることが可能な真空容器内に、薄膜を形成する基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダで保持する基板の薄膜形成面と対向する位置に設けられたターゲットと、前記基板ホルダで保持する基板と前記ターゲットの周に電界を印加する電界印加手段と、前記ターゲット上に前記電界と交差する磁界を印加する磁界印加手段とを備え、真空状態にした前記真空容器内に放電用ガスを導入して前記ターゲット上にプラズマを発生させて前記ターゲットから原子または分子を発生させ、前記発生させた原子または分子を前記基板ホルダで保持する基板上に堆積させて成膜するスパッタリング装置であって、前記磁界印加手段は、それぞれ単独で磁界を生成する複数個のマグネット対と、前記複数個のマグネット対を公転させるマグネット公転手段と、前記マグネット公転手段と連動して前記各マグネット対を自転させるマグネット自転手段とを備え、前記各マグネット対のＮ極とＳ極は、一方の極および別のマグネット対の他方の極との相互作用による磁界が生成し、かつ、公転および自転をする間に当該生成した磁界が変化するように配置されていることを最も主要な特徴とする。
［発明の効果］
［００１４］
本発明のスパッタリング装置は、複数個のマグネット対（以下、単にマグネットという）を公転させることにより、各マグネットが生成する磁界が前記マグネット公転手段の回転軸（公転軸）周りに公転する。このとき、各マグネットが生成する磁界に電界と直交する領域があれば、ある瞬間の磁界（磁力線）が電界と直交する領域はターゲット上に複数箇所存在し、効率よくスパッタリングを行うことができる。またこのとき、前記各マグネットが公転するとともに自転することで、前記各マグネットが生成する磁界の電界と直交する領域が複雑に変化するため、多くの原子または分子がはじき出される領域（エロージョン領域）の偏りが低下する。また、本発明のスパッタリング装置では、各マグネットが単独で生成する磁界の他に、隣接するマグネット間の相互作用による磁界が生成し、複数のマグネットを公転と連動させて自転させることにより、この隣接するマグネット間の相互作用により生成する磁界が変化する。つまり、本発明のスパッタリング装置によれば、ターゲット面でのイオン衝突の均一化、プラズマ空間密度分布の均一化が容易になり、基板に形成される薄膜の均質化、膜厚の均一化が容易になる。
［００１５］
また、本発明のスパッタリング装置のように前記各マグネットを公転と連動させて自転させる場合、前記マグネット自転手段は、たとえば、前記各マグネットを自転可能な状態で支持するマグネット支持手段と、前記マグネット支持手段の外周部の近傍に沿って固定させて設けられたインターナルギアと、前記各マグネットに固定させて設けられたマグネット回転ギアと、前記インターナルギアおよび前記マグネット回転ギア、または２つの前記マグネット回転ギアと噛合するアイドルギアとを備えるものとし、前記マグネット支持手段が回転することにより、前記インターナルギアと噛合するアイドルギアが回転し、前記各マグネット回転ギアおよびマグネットが公転と連動して自転するようにすればよい。
［００１６］
また、本発明のスパッタリング装置では、前記インターナルギアと、前記インターナルギアと噛合し前記マグネット回転ギアを自転させるアイドルギアのギア比を１：Ｒとしたときに、Ｒを１以上５以下であり、かつ、３６０の公約数ではない値にすることが好ましい。このようにすると、前記各マグネットは１回（３６０度）公転した時に、公転する前と公転した後で相対的な位置関係（角度）が異なる。そのため、各マグネットが生成する磁界の時間変化がさらに複雑になり、ターゲット面でのイオン衝突、プラズマ空間密度分布がさらに均一化され、基板に形成される薄膜の均質化、膜厚の均一化が容易になる。
【００１７】
またさらに、本発明のスパッタリング装置では、前記マグネット支持手段の回転軸から前記各マグネットの自転軸までの距離が、それぞれ異なるようにすることが好ましい。このようにすることで、各マグネットを公転させながら自転させた時に、各マグネットが生成する磁界と電界の直交する領域が重なりにくくすることができ、ターゲット面でのイオン衝突、プラズマ空間密度分布をより一層均一化でき、基板に形成される薄膜の均質化、膜厚の均一化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第１の原理を説明するための模式図であり、マグネットの構成例を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第１の原理を説明するための模式図であり、自転角度と公転角度の比が１：１の場合のマグネットの動作例を示す図である。
【図３】図３は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第１の原理を説明するための模式図であり、作用効果の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第１の原理を説明するための模式図であり、磁界の中心の変化の求め方の原理を示す図である。
【図５】図５は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第１の原理を説明するための模式図であり、自転角度と公転角度の比が２：１の場合の磁界の中心の変化の例を示す図である。
【図６】図６は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第２の原理を説明するための模式図であり、自転角度と公転角度の比が１．７：１の場合のマグネットの動作例を示す図である。
【図７】図７は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第２の原理を説明するための模式図であり、自転角度と公転角度の比が１．７：１の場合の磁界の中心の変化の例を示す図である。
【図８】図８は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第２の原理を説明するための模式図であり、自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合のマグネットの動作例を示す図である。
【図９】図９は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第２の原理を説明するための模式図であり、自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合の磁界の中心の変化の例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第２の原理を説明するための模式図であり、自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合の３つのマグネットの磁界の中心の変化を合成した場合を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第３の原理を説明するための模式図であり、マグネットの配置の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第３の原理を説明するための模式図であり、自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合のマグネットの動作例を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第３の原理を説明するための模式図であり、自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合の磁界の中心の変化の例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第３の原理を説明するための模式図であり、マグネットの配置の変形例を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明のスパッタリング装置において磁界を印加するマグネットの構成例を説明するための模式図であり、開ループの磁界を印加するマグネットの構成例を示す平面図である。
【図１６】図１６は、本発明のスパッタリング装置において磁界を印加するマグネットの構成例を説明するための模式図であり、図１５のＡ−Ａ’線断面図である。
【図１７】図１７は、本発明のスパッタリング装置において磁界を印加するマグネットの構成例を説明するための模式図であり、閉ループの磁界を印加するマグネットの構成例を示す平面図である。
【図１８】図１８は、本発明のスパッタリング装置において磁界を印加するマグネットの構成例を説明するための模式図であり、図１７のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図１９】図１９は、本発明による一実施例のスパッタリング装置の概略構成を示す模式図であり、装置の全体的な構成例を示す断面図である。
【図２０】図２０は、本発明による一実施例のスパッタリング装置の概略構成を示す模式図であり、図１９における磁界印加手段の周辺の拡大図である。
【図２１】図２１は、本発明による一実施例のスパッタリング装置の概略構成を示す模式図であり、磁界印加手段におけるマグネット自転手段の構成例を示す図である。
【図２２】図２２は、従来の平板マグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング装置の動作原理を示す模式図である。
【図２３】図２３は、従来の平板マグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング装置の動作原理を示す模式図である。
【図２４】図２４は、従来の平板マグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング装置による薄膜形成方法を説明するための模式図である。
【図２５】図２５は、従来の平板マグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング装置における問題点を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００１９】
１，２，３    マグネット
４    マグネット支持手段
５    真空容器
６    基板
７    基板ホルダ
８    ターゲット
９    マグネット公転手段
１１Ａ    インターナルギア
１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ    マグネット回転ギア
１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇ    アイドルギア
ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３    各マグネットの磁界の中心
ＭＣ  隣接するマグネットの相互作用で生じる磁界の中心
［発明を実施するための最良の形態］
［００２０］
本発明のスパッタリング装置では、それぞれ単独で磁界を生成する複数個のマグネット対（以下、単にマグネットと呼ぶ）を公転と連動させて自転させることで、ターゲット面上の磁界と電界が直交する領域を複雑に時間変化させ、多くの原子または分子がはじき出される領域（エロージョン領域）を均一化し、基板上に形成される薄膜の均質化、膜厚の均一化を実現する。
［００２１］
本発明をより詳細に説明するために、添付の図面にしたがってこれを説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［００２２］
図１乃至図４は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第１の原理を説明するための模式図であり、図１はマグネットの構成例を示す平面図、図２は自転速度と交点速度の比が１：１の場合のマグネットの動作例を示す図、図３は作用効果の一例を示す図、図４は磁界の中心の変化の求め方の原理を示す図、図５は自転角度と公転角度の比が２：１の場合の磁界の中心の変化の例を示す図である。
［００２３］
本発明のスパッタリング装置では、ターゲットと基板の間に印加した電界と交差する磁界を印加する磁界印加手段として、たとえば、図１に示すように、３個のマグネット１，２，３をマグネット支持手段４で支持したものを用いる。このとき、前記マグネット支持手段４は回転軸ＲＥＡＸ周りに回転し、前記各マグネット１，２，３が前記回転軸ＲＥＡＸ周りに公転できるようになっているとする。また、前記各マグネット１，２，３は、それぞれ自転可能な状態で前記マグネット支持手段４に支持されており、前記マグネット支持手段４の回転、すなわち各マグネット１，２，３の公転と連動してそれぞれ回転軸ＲＯＡＸ１，ＲＯＡＸ２，ＲＯＡＸ３周りに自転するようになっているとする。
［００２４］
このとき、たとえば、前記各マグネット１，２，３の単位時間あたりの自転角度と公転角度の比が１対１、すなわち各マグネット１，２，３が１回（３６０度）公転する間に１回（３６０度）自転するようになっているとすれば、前記各マグネット１，２，３は、１回公転する間に、図２に示すような変化をする。このとき、前記各マグネット１，２，３が、図１および図２に示したように、棒状のものであれば、Ｎ極とＳ極の間に磁界の中心、すなわち磁力線が電界と直交する領域ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３がある。そのため、図２に示したように、各マグネット１，２，３の磁界と電界が直交する領域ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３が、それぞれ公転しながら自転することで、前記ターゲット面上の原子または分子がはじき出されやすい領域（エロージョン領域）を均一化し、基板上に形成される薄膜の均質化、膜厚の均一化が容易になる。
［００２５］
またこのとき、たとえば、図３の左側に示したように、ある瞬間の各マグネット１，２，３の状態が、各マグネット１，２，３のＳ極１０２，２０２，３０２が向かい合っているような状態であった場合、そこから１２０度公転させると、各マグネット１，２，３は図３の右側に示したような状態になる。このとき、各マグネット１，２，３のＮ極とＳ極の間に磁界の中心、すなわち磁力線が電界と直交する領城ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３があるのは当然であるが、その他に、隣接するマグネットのＮ極とＳ極の間、たとえばマグネット１のＮ極１０１とマグネット２のＳ極２０２の間の相互作用による磁界が生成し、磁力線が電界と直交する領域ＭＣができる。つまり、前記複数個のマグネットを公転させながら自転させることで、各マグネットが単独で生成する磁界とは別に、隣接するマグネット間での磁界ＭＣの生成、消滅が繰り返され、前記ターゲット面上の原子または分子がはじき出されやすい領域（エロージョン領域）の変化がより複雑になる。その結果、大局的に見たエロージョン領域の均一化が可能であり、基板上に形成される薄膜の均質化、膜厚の均一化が容易になる。
［００２６］
また、図２では、前記各マグネット１，２，３の単位時間あたりの自転角度と公転角度の比が１対１、すなわち各マグネット１，２，３が１回公転する間に１回自転するような場合を例に挙げてマグネットの時間変化を示しているが、前記単位時間あたりの自転角度と公転角度の比を大きくすることで、前記エロージョン領域の時間変化がより複雑になり、大局的に見た場合のエロージョン領域のさらなる均一化が可能である。
［００２７］
図１に示したマグネットの１つについて、磁界と電界が直交する領域（エロージョン領域）の時間変化は、たとえば、図４に示したような関係式から導き出される。つまり、マグネットが公転前の位置にあるときの自転の回転中心ａ０，磁界の一端ａ１および他端ａ２の座標をそれぞれ（ｘｃ，ｙｃ），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）とし、単位時間あたりの自転角度と公転角度の比をＮとすると、前記マグネットが公転角度θ１だけ回転した時に、前記マグネットの自転の回転中心ａｃの座標は（ｒｃｃｏｓθ１，ｒｃｓｉｎθ１）となる。またこのとき、前記マグネットは、自転角度θ２＝（１＋Ｎ）θ１だけ自転しているので、前記マグネットが公転角度θ１だけ回転したあとの前記磁界の一端ａ１および前記他端ａ２の座標をそれぞれ（ｘ１’，ｙ１’），（ｘ２’，ｙ２’）とすると、ｘ１’，ｙ１’，ｘ２’，ｙ２’はそれぞれ下記数式（式１−１から式１−４）により求まる。
ｘ１’＝ｒ２ｃｏｓ｛（１＋Ｎ）θ１＋θａ｝＋ｒ１ｃｏｓθ１  （式１−１）
ｙ１’＝ｒ２ｓｉｎ｛（１＋Ｎ）θ１＋θａ｝＋ｒ１ｓｉｎθ１  （式１−２）
ｘ２’＝ｒ２ｃｏｓ｛（１＋Ｎ）θ１−θａ｝＋ｒ１ｃｏｓθ１  （式１−３）
ｙ２’＝ｒ２ｓｉｎ｛（１＋Ｎ）θ１−θａ｝＋ｒ１ｓｉｎθ１  （式１−４）
なお、式１−１から式１−４の各数式においてθａは初期角度である。
［００２８］
図４および前記式１−１から式１−４の各数式に示したような関係から、たとえば、単位時間あたりの自転角度と公転角度の比が２：１（Ｎ＝２）の場合の１つのマグネットの磁界の中心（エロージョン領域）の軌跡を求めると、図５のようになる。
［００２９］
図６乃至図１０は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第２の原理を説明するための模式図であり、図６は自転角度と公転角度の比が１．７：１の場合のマグネットの動作例を示す図、図７は自転角度と公転角度の比が１．７：１の場合の磁界の中心の変化の例を示す図、図８は自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合のマグネットの動作例を示す図、図９は自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合の磁界の中心の変化の例を示す図、図１０は自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合の３つのマグネットの磁界の中心の変化を合成した場合を示す図である。
［００３０］
本発明のスパッタリング装置では、たとえば、図２に示したように、３つのマグネット１，２，３を公転と連動させて自転させる時に、単位時間あたりの自転角度と公転角度の比がｎ：１（ｎは正の整数）であると、１回（３６０度）公転させた時に、公転させる曲と公転させた後で前記ターゲット面上の原子または分子がはじき出されやすい領域（エロージョン領域）の分布が同じになる。つまり、各マグネット１，２，３の磁界の中心（エロージョン領域）ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３の変化が周期的であり、前記ターゲット面上の原子または分子がはじき出されやすい領域（エロージョン領域）の分布の変化が比較的単調である。このとき、前記マグネット１，２，３を複数回公転させた時のターゲット面上の各領域の磁界の中心（エロージョン領域）ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３の変化は各マグネット１，２，３の初期配置により一義的に決まり、大局的に見たエロージョン領域の変化が必ずしも均一化されているとは言い難い。そこで、本発明のスパッタリング装置では、前記マグネット１，２，３を複数回公転させた時のターゲット面上の各領域の磁界の中心（エロージョン領域）ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３の変化をより複雑にするために、各マグネット１，２，３の単位時間あたりの自転角度と公転角度の比をＲ：１とした時に、Ｒが１〜５であり、かつ、３６０の公約数とならないようにすることが好ましい。
［００３１］
このような方法の一例として、Ｒ＝１．７、すなわち自転角度と公転角度の比が１．７：１の場合を考えてみる。このとき、前記各マグネット１，２，３は、θ度公転する間に１．７×θ度自転するので、各マグネット１，２，３は、１回（３６０度）公転する間に、たとえば、図６に示すような変化する。つまり、前記各マグネット１，２，３は１回（３６０度）公転する間に３６０×１．７＝６１２度自転するので、図６の上段左端の状態から１回公転すると図６の上段右端のような状態となり、公転させる前と公転した後で、各マグネット１，２，３の磁界の中心（エロージョン領域）ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３の向きが異なる。そのため、前記マグネット１，２，３を複数回公転させた時のターゲット面上の各領域の磁界の中心（エロージョン領域）の変化がより複雑になり、自転速度と公転速度の比がｎ：１（ｎは正の整数）の場合に比べて、大局的に見たエロージョン領域の変化が均一化されていると言える。また、自転角度と公転角度の比が１．７：１の場合に、図４および前記数式１に示したような関係から、たとえば、１つのマグネットの磁界の中心（エロージョン領域）の軌跡を求めると、図７のようになる。
［００３２］
同様に、今度はＲ＝３．１、すなわち単位時間あたりの自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合を考えてみる。このとき、前記各マグネット１，２，３は、θ度公転する間に３．１×０度自転するので、各マグネット１，２，３は、９０度公転する間に、たとえば、図８に示すような変化する。また、自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合に、図４および前記数式１に示したような関係から、たとえば、１つのマグネットの磁界の中心（エロージョン領域）の軌跡を求めると、図９のようになる。そして、図９に示した軌跡は、１つのマグネットに対する軌跡であるため、図１に示したような３つのマグネットの軌跡を見るために、図９に示した軌跡を合成すると、図１０に示したような軌跡（分布）になる。
【００３３】
図１１乃至図１４は、本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の第３の原理を説明するための模式図であり、図１１はマグネットの配置の一例を示す図、図１２は自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合のマグネットの動作例を示す図、図１３は自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合の磁界の中心の変化の例を示す図、図１４はマグネットの配置の変形例を示す図である。
【００３４】
本発明のスパッタリング装置における磁界の印加方法の好ましい例として、前記第２の原理では、単位時間あたりの自転角度と公転角度の比をＲ：１とした時に、Ｒが１〜５であり、かつ、３６０の公約数とならないようにすることを挙げた。しかしながら、図１に示したようなマグネット１，２，３の配置において前記第２の原理を適用した場合、公転の中心から各マグネット１，２，３の自転の中心までの距離がそれぞれ等しい。そのため、各マグネット１，２，３が単独で生成する磁界の中心ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３の軌跡を合成した場合、図１０に示したように、各マグネット１，２，３の自転中心の軌道上での軌跡の密度が高くなり、各マグネットの自転中心の軌道付近でのターゲットの消耗が大きくなると考えられる。そこで、本発明のスパッタリング装置では、前記第１の原理、第２の原理を適用した上で、さらに、図１１に示すように、公転の中心ＲＥＡＸから前記各マグネット１，２，３の自転の中心ＲＯＡＸ１，ＲＯＡＸ２，ＲＯＡＸ３までの距離が異なるように前記各マグネットを配置することが好ましい。
【００３５】
図１１に示したような配置のマグネット１，２，３を、たとえば、単位時間あたりの自転角度と公転角度の比を３．１：１として公転させた場合を考えてみる。このとき、前記各マグネット１，２，３は、θ度公転する間に３．１×θ度自転するので、各マグネットは、９０度公転する間に、たとえば、図１２に示すような変化する。また、自転角度と公転角度の比が３．１：１の場合に、図４および前記数式１に示したような関係から、各マグネット１，２，３について、公転の中心から自転の中心までの距離を考慮して磁界の中心（エロージョン領域）ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３の軌跡を求め、合成すると、図１３のようになる。このとき、図１１に示した配置のマグネットにおいて、最も大きいマグネット１の自転の中心ＲＯＡＸ１と公転の中心ＲＥＡＸの距離が、図１に示した配置のマグネットにおける各マグネットの自転の中心と公転の中心の距離と等しいとし、図１１に示した配置のマグネットにおける２番目に大きいマグネット２の自転の中心ＲＯＡＸ２と公転の中心ＲＥＡＸの距離が最も大きいマグネット１の自転の中心ＲＯＡＸ１と公転の中心ＲＥＡＸの距離よりもΔｒだけ大きく、図１１に示した配置のマグネットにおける最も小さいマグネット３の自転の中心ＲＯＡＸ３と公転の中心ＲＥＡＸの距離が最も大きいマグネット１の自転の中心ＲＯＡＸ１と公転の中心ＲＥＡＸの距離よりもΔｒだけ小さいとして、図１３の軌跡の分布と図１０の軌跡の分布を比較すると、図１３では、図１０に比べて、密度の高い（軌跡が密集している）領域の幅が広くなっていることがわかる。そのため、各マグネットの自転の中心と公転の中心の距離を変えることにより、大局的に見たエロージョン領域の変化がさらに均一化され、基板上に形成される薄膜の均質化、膜厚の均一化が可能になると考えられる。
【００３６】
また、図１１では、最も大きいマグネットの自転の中心と公転の中心の距離を基準とした場合に、２番目に大きいマグネットの自転の中心と公転の中心の距離が最も大きいマグネットの自転の中心と公転の中心の距離よりもΔｒだけ大きく、最も小さいマグネットの自転の中心と公転の中心の距離が最も大きいマグネットの自転の中心と公転の中心の距離よりもΔｒだけ小さい配置を例に挙げているが、これに限らず、たとえば、図１４に示すように、最も大きいマグネット１の自転の中心ＲＯＡＸ１と公転の中心ＲＥＡＸの距離を基準とした場合に、２番目に大きいマグネット２の自転の中心ＲＯＡＸ２と公転の中心ＲＥＡＸの距離が最も大きいマグネット１の自転の中心ＲＯＡＸ１と公転の中心ＲＥＡＸの距離よりもΔｒだけ大きく、最も小さいマグネット３の自転の中心ＲＯＡＸ３と公転の中心ＲＥＡＸの距離が２番目に大きいマグネット２の自転の中心ＲＯＡＸ２と公転の中心ＲＥＡＸの距離よりもさらにΔｒだけ大きい配置であってもよい。また、各マグネット１，２，３の自転の中心と公転の中心の距離が異なり、かつ、各マグネットが他のマグネットと接触することなく自転することが可能であれば、図１１および図１４に示したような配置に限らず、どのような配置であってもよい。
【００３７】
図１５乃至図１８は、本発明のスパッタリング装置において磁界を印加するマグネットの構成例を説明するための模式図であり、図１５は開ループの磁界を印加するマグネットの構成例を示す平面図、図１８は図１７のＢ−Ｂ’線断面図である。
［００３８］
本発明のスパッタリング装置において磁界を印加するマグネット１は、たとえば、図１５および図１６に示すように、棒状または板状の左右相対するＮ極１０１およびＳ極１０２を設けた開ループの磁界を印加するマグネットであってもよいし、図１７および図１８に示すように、環状のＮ極１０１の内側にＳ極１０２を設けた閉ループの磁界を印加するマグネットであってもよい。また、図１７および図１８に示したような閉ループの磁界を印加するマグネットの場合、環状のＮ極の内側にＳ極を設けたマグネットと、環状のＳ極の内側にＮ極を設けたマグネットを交互に複数個配置することで、各マグネットが単独で生成する閉ループの磁界に加え、隣接するマグネット間に開ループの磁界を生成することができる。また、図１７および図１８に示したような閉ループの磁界を印加するマグネットの場合、環状のマグネットおよび内側のマグネットの形状は円形であってもよいし、非円形であってもよい。
［００３９］
また、前記第１の原理から第３の原理までを説明するにあたっては、図１または図１１に示すように、３つのマグネット１，２，３を公転と連動させて自転させる場合を例に挙げているが、これに限らず、２つのマグネットを公転と連動させて自転させてもよいし、４つ以上のマグネットを公転と連動させて自転させてもよい。
［００４０］
また、前記第１の原理から第３の原理までを説明するにあたっては、図１または図１１に示すように、３つのマグネット１，２，３が同一方向に自転する場合を例に挙げたが、これに限らず、時計回りに自転するマグネットと反時計回りに自転するマグネットが混在していてもよい。
［００４１］
以下、前記第１の原理から第３の原理までを適用したスパッタリング装置の構成例について説明する。
［実施例］
［００４２］
図１９乃至図２１は、本発明による一実施例のスパッタリング装置の概略構成を示す模式図であり、図１９は装置の全体的な構成例を示す断面図、図２０は図１９における磁界印加手段の周辺の拡大図、図２１は磁界印加手段におけるマグネット自転手段の構成例を示す図である。
【００４３】
本実施例のスパッタリング装置は、図１９および図２０に示すように、内部を真空状態にすることが可能な真空容器５内に、薄膜を形成する基板６を保持する基板ホルダ７と、前記基板ホルダ７で保持する基板６の薄膜形成面と対向する位置に設けられたターゲット８と、前記基板ホルダ７で保持する基板６と前記ターゲット８の間に電界を印加する電界印加手段（図示しない）と、前記ターゲット８上に前記電界と交差する磁界を印加する磁界印加手段とを備える装置である。なお、図１９および図２０では図示を省略しているが、前記スパッタリング装置は、前記真空容器５内を真空状態にする排気手段や、前記真空容器５内に放電用ガスを導入するガス導入手段、前記ターゲット８を冷却するターゲット冷却手段等も備えているとする。また、前記基板ホルダ７は、前記基板６を加熱するヒータとしての機能を兼ねていてもよい。
【００４４】
また、前記磁界印加手段は、図１９および図２０に示すように、複数個のマグネットと、前記各マグネットをそれぞれ自転可能な状態で支持するマグネット支持手段４と、前記マグネット支持手段４をあらかじめ定められた回転軸まわりに回転させて前記各マグネットを前記回転軸周りに公転させるマグネット公転手段９と、前記マグネット支持手段４の回転に合わせて、前記各マグネットを自転させるマグネット自転手段とを備えている。このとき、前記マグネット支持手段４には、たとえば、図１１に示したように、大きさの異なり、かつ、それぞれ公転の中心から自転の中心までの距離が異なる３つのマグネット１，２，３が支持されているとする。また、前記マグネット公転手段９は、駆動モータ１０に接続されている。
【００４５】
またこのとき、前記マグネット自転手段は、たとえば、図２０および図２１に示すように、前記マグネット支持手段４の外周部の近傍に沿って固定させて設けられたインターナルギア１１Ａと、前記各マグネット１，２，３に固定させて設けられたマグネット回転ギア１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄと、前記インターナルギア１１Ａおよび前記マグネット回転ギア１１Ｂ，１１Ｃ、または２つの前記マグネット回転ギア１１Ｂ，１１Ｄと噛合するアイドルギア１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇとを備える。このとき、前記インターナルギア１１Ａと噛合するアイドルギア１１Ｅと、前記アイドルギア１１Ｅと重なっており前記マグネット回転ギア１１Ｂ，１１Ｃと噛合しているアイドルギア１１Ｆは連結させておく。
【００４６】
またこのとき、前記インターナルギア１１Ａと前記インターナルギア１１Ａと噛合するアイドルギア１１Ｅ、前記アイドルギア１１Ｅと連結され前記マグネット回転ギア１１Ｂ，１１Ｃを自転させるアイドルギア１１Ｆのギア比を１：Ｒとしたときに、Ｒは任意の値にすることができるが、前記第２の原理で説明したように、１以上５以下であり、かつ、３６０の公約数ではない値とすることが好ましい。
［００４７］
このような構成のスパッタリング装置において、たとえば、前記駆動モータ１０を回転させ、前記マグネット公転手段９を回転させると、前記マグネット支持手段４が回転し、前記マグネット支持手段４で支持されている各マグネット１，２，３が公転する。
［００４８］
またこのとき、前記マグネット支持手段４が回転すると、前記インターナルギア１１Ａと噛合するアイドルギア１１Ｅおよび前記アイドルギア１１Ｅと連結されたアイドルギア１１Ｆが回転し、前記アイドルギア１１Ｆと噛合する最も大きいマグネット１に固定されたギア１１Ｂおよび２番目に大きいマグネット２に固定されたギア１１Ｃが回転する。また、図２１に示したように、前記最も大きいマグネット１に固定されたギア１１Ｂには、別のアイドルギア１１Ｇが噛合しており、前記別のアイドルギア１１Ｇは最も小さいマグネット３に固定されたギア１１Ｄと噛合している。そのため、前記最も大きいマグネット１に固定されたギア１１Ｂが回転すると、前記最も小さいマグネット３に固定されたギア１１Ｇも回転する。その結果、前記マグネット支持手段４が回転することにより、前記各マグネット１，２，３は公転と連動した自転をすることになり、前記第１の原理から第３の原理に沿って説明したように、前記ターゲット面上の磁界の中心（エロージョン領域）Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が複雑に変化する。そのため、大局的に見たエロージョン領域の変化が均一化され、基板上に形成される薄膜の均質化、膜厚の均一化が可能になる。
［００４９］
なお、本実施例のスパッタリング装置を用いて薄膜を形成する場合の装置の動作に関して、従来のスパッタリング装置と異なる点は、前記磁界印加手段の動作のみであり、その他の動作については、従来のスパッタリング装置と同じ動作でよいので、詳細な説明は省略する。
［００５０］
以上説明したように、本実施例のスパッタリング装置によれば、前記マグネット自転手段により、前記各マグネットを公転と連動させて自転させることにより、磁界の中心（エロージョン領域）を複雑に変化させることができ、ターゲット面上で大局的に見たエロージョン領域の変化が均一化され、基板上に形成される薄膜の均質化、膜厚の均一化が可能になる。
［００５１］
また、前記マグネット自転手段におけるインターナルギア１１Ａとアイドルギア１１Ｅ、アイドルギア１１Ｆとマグネット回転ギア１１Ｂ，１１Ｃのギア比を変えることで、前記各マグネットの単位時間あたりの自転角度と公転角度の比を容易に変えることができるので、磁界の中心（エロージョン領域）が複雑に変化し、基板上に形成される薄膜の均質化、膜厚の均一化が容易なスパッタリング装置を容易に製造することができる。
［００５２］
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。
［００５３］
たとえば、前記実施例では、３つのマグネットを公転させながら自転させるスパッタリング装置を例に挙げたが、これに限らず、２つのマグネットを公転させながら自転させる装置でも、４つ以上のマグネットを公転させながら自転させる装置でもよい。また、前記実施例では、各マグネットが同じ方向に自転する場合を例に挙げたが、これに限らず、各マグネットが時計回りまたは反時計回りの任意の方向に自転するような装置であってもよい。
［００５４］
また、前記実施例では、前記マグネット自転手段として、インターナルギア１１Ａ、マグネット回転ギア１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ、アイドルギア１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇを用いて前記各マグネット１，２，３を自転させているが、これに限らず、他の方法で前記各マグネット１，２，３を自転させてもよい。
【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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