JP2000248360A - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投入される電力を有効にターゲットのスパッ
タに費やすことが可能で、且つターゲットの利用効率を
高く保ち、基板上に形成される薄膜の厚さ分布を所定の
範囲内に収めることが可能なマグネトロンスパッタ装置
を提供する。 【解決手段】 複数の閉じたレーストラック状高密度プ
ラズマを矩形状のターゲット４の表面に生成する磁場発
生機構７を、上記ターゲット４の長辺あるいは短辺の何
れかに平行に往復移動させる駆動装置８を備える。上記
駆動装置８は、ターゲット４の表面に生成された各レー
ストラック状高密度プラズマの間隔以下の大きさの振幅
で上記磁場発生機構７を等速で往復移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンスパ
ッタ装置に関し、さらに詳しくは、静止した矩形状の基
板の表面に、該基板有効成膜面積よりも大きい矩形ター
ゲットを用いて、厚さや膜質の均一な薄膜を形成できる
マグネトロンカソード電極を備えたマグネトロンスパッ
タ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置製造用として大面積
基板上に膜厚分布が均一でかつ均質な成膜が可能な装置
が要求されている。その成膜装置としてマグネトロンス
パッタ装置が多く使用されている。

【０００３】一般的なマグネトロンスパッタ装置の基本
構成について、図１４を用いて説明する。

【０００４】上記マグネトロンスパッタ装置は、真空室
１０１内に成膜すべき基板１０２と、この基板１０２に
対向して薄膜の母材であるターゲット１０３とが配置さ
れた構成となっている。

【０００５】上記ターゲット１０３は、冷却水等により
冷却されたバッキングプレート１０４にインジウム等の
低融点金属（ハンダ）（図示せず）で接合されており、
このバッキングプレート１０４によりスパッタ時のイオ
ン衝撃による温度上昇が抑制されている。

【０００６】上記バッキングプレート１０４の裏面側に
は、磁気回路１０５が設置され、ターゲット１０３の表
面にトンネル状のポロイダル磁界を発生させるようにな
っている。

【０００７】上記磁気回路１０５によりトンネル状のポ
ロイダル磁界が発生した状態で、ターゲット１０３に電
源１０６により負電位が印加されると、ターゲット１０
３表面がプラズマ中のイオンで衝撃される。このとき、
γ作用により放出される二次電子がポロイダル磁界によ
り捕捉されるので、トンネル状のポロイダル磁界に沿っ
た閉じた環状（以下、レーストラック状と称する）の高
密度プラズマが形成される。

【０００８】上記の高密度プラズマ中のイオンは、ター
ゲット１０３表面近傍に生成されるイオンシースの電界
により該ターゲット１０３に向けて加速され、上記ター
ゲット１０３に衝突し、該ターゲット１０３を構成する
物質を飛散させる。このとき、同時にγ作用により二次
電子もターゲット１０３表面から放出される。

【０００９】上記ターゲット１０３の表面から飛散した
粒子が該ターゲット１０３に対向する基板１０２の表面
に付着、堆積することで薄膜が形成される。

【００１０】このマグネトロンスパッタ装置では、レー
ストラック状に局部的な高密度プラズマを発生すること
ができるので高速成膜や基板の温度上昇の抑制が可能と
なっている。

【００１１】ところが、上記構成のマグネトロンスパッ
タ装置では、ターゲット１０３が局部的に消耗すること
を反映して、基板１０２に形成される薄膜の厚さや膜特
性の面内分布が発生する。

【００１２】そこで、基板１０２上に形成される薄膜の
厚さを均一にしたり、ターゲット１０３が均一に消耗し
て有効に利用されるための技術が種々提案されてきてい
る。このような技術は、例えばスパッタによって膜を形
成しようとする基板１０２が円形である場合と矩形であ
る場合とに大別される。基本的には、どちらの技術にお
いてもターゲット１０３を保持するバッキングプレート
１０４裏面に配置される磁気回路１０５を意図的に移動
させることでターゲット１０３を均一に消耗させ、かつ
基板１０２上に形成される薄膜の膜厚や膜質の均一性を
得ようとしている。

【００１３】つまり、基板１０２上に形成される薄膜の
厚さを均一にしたり、ターゲット１０３が均一に消耗し
て有効に利用されるために、基板１０２が円形の場合に
は、磁気回路１０５をターゲット１０３表面にほぼ平行
な面内で回転させればよく、また、基板１０２が矩形の
場合には、磁気回路１０５をターゲット１０３表面にほ
ぼ平行な面内で往復運動させればよい。

【００１４】ここで、膜を形成しようとする基板が矩形
の場合に、該基板の有効成膜面積よりも大きい矩形状の
ターゲットを用いて基板表面に薄膜を形成するためのマ
グネトロンスパッタ装置について説明する。このマグネ
トロンスパッタ装置では、磁場発生手段である磁気回路
をターゲット表面にほぼ平行な面内で往復運動させるよ
うになっている。

【００１５】始めに、磁場発生手段である磁気回路ユニ
ットが単一の磁気回路で構成されたマグネトロンスパッ
タ装置について、図１５および図１６を参照しながら以
下に説明する。

【００１６】図１５は、特開平６−１０１２７号公報に
開示されたマグネトロンスパッタ装置の成膜室要部断面
図を示したものである。図１６は、特開平９−３１６４
６号公報に開示されたマグネトロンスパッタ置の成膜室
要部斜視図を示したものである。

【００１７】図１５に示すマグネトロンスパッタ装置
は、ターゲット１１２を表面に取り付けたバッキングプ
レート１１１の裏面側に一つの磁気回路で構成された磁
気回路ユニットとしての磁石装置１１３が配設されてい
る。この磁石装置１１３には、該磁石装置１１３をバッ
キングプレート１１１の裏面に沿って移動させる移動手
段１１４が取り付けられている。

【００１８】このとき、磁石装置１１３は、高密度プラ
ズマがターゲット１１２の一端部と他端部との間で各端
部においてはみ出すようになるまで移動する。また、ス
パッタ時には、ターゲット１１２の各端部においてプラ
ズマが不安定とならぬよう光照射による励起や熱電子供
給が行われる。

【００１９】また、図１６に示すマグネトロンスパッタ
装置は、ターゲット（図示せず）が取り付けられたバッ
キングプレート２１５の裏面に矢印方向に移動可能な一
つの磁気回路で構成された磁気回路ユニットとしての磁
場発生手段２１１が配置されている点で、図１５で示し
たマグネトロンスパッタ装置と同様の構成であるが、バ
ッキングプレート２１５のターゲット取り付け面とは反
対面にリブ２１５ａを設け、これと機械的に干渉せぬよ
うに磁場発生手段２１１に逃げを設けている点で異な
る。

【００２０】このように、バッキングプレート２１５に
リブ２１５ａが設けられていることで、該バッキングプ
レート２１５を厚く形成することなく、機械的強度を確
保することができる。

【００２１】また、スパッタ対象となる基板の大型化に
伴い、バッキングプレート２１５を大きくする場合、大
気圧により該バッキングプレート２１５上のターゲット
が変形するのを防止するために厚くする必要があるが、
上述のようにリブ２１５ａを設けることにより、該バッ
キングプレート２１５を厚くすることなく、大気圧によ
るターゲットの変形を抑制することができる。

【００２２】さらに、大気圧によるターゲットの変形を
抑制するために、特開平５−１３２７７４号公報には、
磁場発生手段を収容する空間を真空排気する手段を備え
たマグネトロンスパッタ装置が開示されている。このマ
グネトロンスパッタ装置では、図１７に示すように、タ
ーゲット３０９を取り付けたバッキングプレート３０４
を薄くすることで磁場発生手段３０５とターゲット３０
９表面とを近づけ、該ターゲット３０９表面で強い磁界
を得ようとしている。

【００２３】続いて、磁場発生手段である磁気回路ユニ
ットが複数の磁気回路で構成されたマグネトロンスパッ
タ装置について、図１８（ａ）〜（ｃ）ないし図２２
（ａ）〜（ｃ）を参照しながら以下に説明する。

【００２４】図１８（ａ）〜（ｃ）および図１９（ａ）
〜（ｃ）は、特開平６−１９２８３３号公報に開示され
たマグネトロンスパッタ装置についての説明図である。

【００２５】図１８（ａ）は、一組のターゲット４０１
とバッキングプレート４０２に対して、それぞれの磁界
強度が同じである磁気回路４０３ａ…を複数配置した磁
気回路ユニット４０３が設けられているマグネトロンス
パッタ装置の概略断面図である。

【００２６】図１８（ｂ）は、ターゲット４０１の両側
部分に対応する磁気回路４１３ａにおける磁界強度が該
ターゲット４０１の中央部分に対応する磁気回路４１３
ｂにおける磁界強度よりも強くなるように構成された磁
気回路ユニット４１３が設けられているマグネトロンス
パッタ装置の概略断面図である。

【００２７】図１８（ｃ）は、図１８（ｂ）に示すマグ
ネトロンスパッタ装置と同様に、ターゲット４０１の両
側部分に対応する磁気回路４２３ａにおける磁界強度が
該ターゲット４０１の中央部分に対応する磁気回路４２
３ｂにおける磁界強度よりも強くなるように構成された
磁気回路ユニット４２３が設けられているマグネトロン
スパッタ装置の概略断面図である。

【００２８】図１９（ａ）は、複数の磁気回路４３３ａ
…と、各磁気回路４３３ａ間およびその周囲に磁気シー
ルド４３４，４３５が形成された磁気回路ユニット４３
３の平面図である。

【００２９】図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す磁気
回路ユニット４３３により浸食された状態の矩形状のタ
ーゲット４３１の平面図である。ここでは、上記磁気回
路ユニット４３３を静止した状態で該ターゲット４３１
を浸食した状態を示しており、浸食部分４３１ａはレー
ストラック状になっている。この場合、上記磁気回路ユ
ニット４３３の各磁気回路４３３ａの磁気強度はどれも
同じとする。

【００３０】図１９（ｃ）は、図１９（ｂ）に示すター
ゲット４３１の断面図である。この場合、上記磁気回路
ユニット４３３における各磁気回路４３３ａの磁気強度
が同じであるので、ターゲット４３１の各浸食部分４３
１ａの深さは同じとなっている。

【００３１】ところで、上記のように磁気回路ユニット
４３３を静止させた状態では、磁気回路４３３ａに対応
した部分のみが浸食されることになるので、磁気回路ユ
ニット４３３を、図１９（ｂ）に示すように、ターゲッ
ト４３１の長手方向を示す矢印Ｘ・Ｙ方向に移動させれ
ば、図１９（ｃ）の一点鎖線で示す浸食部分４３１ｂの
ようにほぼ均一にターゲット４３１を浸食することが可
能となる。

【００３２】図２０（ａ）（ｂ）は、特開平８−１３４
６４０号公報に開示されたマグネトロンスパッタ装置の
磁場発生手段を示したものである。同図（ａ）は単一の
磁気回路５０１ａからなる磁気回路ユニット５０１の斜
視図、同図（ｂ）は複数の磁気回路５１１ａ…を組み合
わせた磁気回路ユニット５１１の平面図である。

【００３３】上記公報のマグネトロンスパッタ装置で
は、例えば図２０（ｂ）に示すように、磁気回路ユニッ
ト５１１を図示しない矩形状のターゲットの長手方向で
ある矢印Ｘ・Ｙ方向に往復移動させて該ターゲットの不
均一消耗と、それにより引き起こされる薄膜の厚さ分布
とを所望の範囲内に収めようとするとき、各磁気回路５
１１ａの外周部を構成する磁石部分５１２に対応するタ
ーゲット表面の領域では磁界強度を弱くする必要があ
る。

【００３４】このため、図２０（ａ）に示す磁気回路ユ
ニット５０１では、磁気回路５０１ａの外周部を構成す
る磁石部分５０２の高さを中央部にある磁石部分５０３
よりも低くすることで、該磁気回路５０１ａの外周部に
対応するターゲット表面の領域での磁界強度を小さくし
ている。

【００３５】一方、図２０（ｂ）に示す磁気回路ユニッ
ト５１１では、磁気回路５１１ａの外周部を構成する磁
石部分５１２と、その中心にある中心磁石５１３との距
離（ＧＡ，ＧＢ）を大きくして、該磁気回路５１１ａの
外周部に対応するターゲット表面の領域での磁界強度を
小さくしている。

【００３６】図２１（ａ）（ｂ）は、特開平８−１９９
３５４号公報に開示されたマグネトロンスパッタ装置の
磁場発生手段の側面図を示したものである。同図（ａ）
は磁気回路ユニット６０１の長手方向に垂直な面を含む
要部断面図を示し、同図（ｂ）は磁気回路ユニット６０
１の短手方向に垂直な面を含む要部断面図を示してい
る。

【００３７】上記磁気回路ユニット６０１は、図２１
（ａ）に示すように、複数の磁気回路６０１ａ…で構成
されており、それぞれの磁気回路６０１ａ同士の間隔を
独立に調整できるようになっていると同時に、図２１
（ｂ）に示すように、その長辺方向に自在に傾斜させる
ことができるようになっている。

【００３８】これにより、磁場発生手段である磁気回路
ユニット６０１を往復運動させてターゲット６０２の不
均一消耗とそれにより引き起こされる薄膜の厚さ分布を
所望の範囲内に収めようとした場合に、調整しきれない
プラズマの非対称性による薄膜の厚さの不均一性を、磁
気回路ユニット６０１の往復運動と連動して磁気回路６
０１ａを傾斜運動させることでプラズマの非対称性を補
償するようになっている。

【００３９】図２２（ａ）〜（ｃ）は、特開平９−１２
５２４２号公報に開示されるマグネトロンスパッタ装置
を示したものである。同図（ａ）はマグネトロンスパッ
タ装置の成膜室７００の要部断面図、同図（ｂ）は成膜
室７００内に配置されたマグネトロンスパッタ装置の磁
場発生手段７０２の平面図、同図（ｃ）は磁場発生手段
７０２を構成する５つの磁石ユニット７０３の磁極面と
ターゲット７０１との距離を調整してターゲット７０１
表面での磁界強度を調整し、ひいては基板７０４上に形
成される薄膜の厚さ分布を調整する場合の各磁石ユニッ
ト７０３の配置を示す断面図である。

【００４０】上記構成のマグネトロンスパッタ装置に
は、上述した図１８（ａ）〜（ｃ）および図１９（ａ）
〜（ｃ）に示した特開平６−１９２８３３号公報に開示
さるような磁場発生手段を構成する複数の磁気回路ユニ
ットの、両端の磁気回路によりターゲット表面に発生さ
せる磁界強度を強くするための磁気回路構成に加えて、
中心に位置する磁石ユニット７０３によりターゲット７
０１表面に発生させる磁界強度を強くする構成と、それ
に伴うターゲット７０１の不均一消耗を抑制するための
磁石ユニット７０３の端部の構成とが開示されている。

【００４１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各従来の構成では、以下のような問題が生じる。

【００４２】（Ａ）図１５と図１６に示されたマグネト
ロンスパッタ装置では、単一の磁石ユニットにより磁場
発生手段が構成されているので、基板上に形成される薄
膜の厚さの均一性を図るために、磁石ユニットをターゲ
ットの全幅にわたって往復移動させる必要がある。

【００４３】また、成膜速度を増加させるために、プラ
ズマを発生させるための投入電力を増加させる必要があ
る。しかしながら、投入電力を増加させすぎると、ター
ゲットを衝撃するイオン電流密度が大きくなりすぎて、
スパッタ作用を起こさせるグロー放電（γ作用による二
次電子放出が放電維持に必要な電子供給源）から、アー
ク放電（熱電子放出が放電維持に必要な電子供給源）へ
と放電形態が変化してしまう。即ち、投入電力密度を一
定値以上に大きくできない。

【００４４】したがって、上記の投入電力の増加による
弊害の発生と、先に述べた磁石ユニットをターゲット全
幅にわたって往復運動させる必要性とから、磁石ユニッ
トの幅に対してかなり大きなターゲットを用いた場合に
は単一の磁石ユニットで得られるレーストラック状高密
度プラズマに極端に多くの電力を投入することができ
ず、装置性能を向上させる目的で成膜速度を向上させる
のにも限界がある。

【００４５】さらに、基板上に形成される薄膜の厚さ分
布を均一にするために、磁石ユニットの往復運動の速度
をターゲットとの相対位置によって制御する必要があ
り、複雑な制御系を必要とする。

【００４６】（Ｂ）図１６に示されたマグネトロンスパ
ッタ装置において、バッキングプレ−ト２１５にリブ２
１５ａを設ける点については、ターゲットをバッキング
プレート２１５にインジウム等の低融点ハンダでボンデ
ィングする際に、以下の様な問題が発生する。

【００４７】通常、バッキングプレート２１５の材料に
は、スパッタリング中のターゲットヘのイオン衝撃によ
るターゲット温度の上昇を抑制するために熱伝導の良い
銅系の材料が用いられる。ターゲットは、インジウム系
の低温ハンダでバッキングプレート２１５にボンディン
グされ、その上で、バッキングプレート２１５を直接あ
るいは間接に冷却（通常は水冷）することにより冷却さ
れる。

【００４８】ターゲットは、バッキングプレート２１５
とは異なる材料（基板上に形成したい薄膜材そのもの
か、あるいは、反応性スパッタで薄膜を形成するための
材料）であるので、大なり小なり熱膨張に差がある。こ
の状態でインジウム系の低温ハンダ（融点１５０℃程
度）でターゲットとバッキングプレート２１５をボンデ
ィングすると、熱膨張の差のために全体として反りが発
生してしまう。バッキングプレート２１５の材料をター
ゲットと同等の熱膨張であるものとし、一方で熱伝導を
犠牲にしつつ反りを解消しようとする試みも見られる
が、素材のコスト、加工のコストという観点から好まし
くはない。

【００４９】また、図１６に示されたマグネトロンスパ
ッタ装置では、ターゲットのボンディングに伴う該バッ
キングプレート２１５の反りをも軽減できるが、実際に
はボンディング時の熱履歴と熱膨張の差による熱応力は
そのまま残るのでターゲット表面には大きな応力がかか
った状態となってしまう。特に、ターゲットが銅系統の
材料よりも熱膨張が小さいセラミック材料である場合に
は、ターゲット表面に大きな引っ張り側の応力が残る結
果となりターゲットの機械的強度の為には好ましくな
い。

【００５０】尚、リブのない平板型のバッキングプレー
トを使用する場合には、ターゲットのボンディング工程
の温度下降時に、適当な温度において積極的にバッキン
グプレートをたわませた形態をある時間維持すること
で、インジウムハンダの塑性流動を起こさせ、熱応力を
緩和しつつターゲット全体としての反りを小さくすると
いう処理を施すこともできる。しかしながら、上述のよ
うにバッキングプレートにリブがあれば、この処理での
自由度が減少してしまう。

【００５１】さらに、図１６のマグネトロンスパッタ装
置を開示した公報には、バッキングプレート２１５を薄
くすることの目的としてその重量を軽くすることのみが
記載されているにすぎず、ターゲット表面の磁界強度に
関する記述はない。

【００５２】（Ｃ）図１７に示されたマグネトロンスパ
ッタ装置では、磁場発生手段３０５を収容する空間の圧
力を規定しておらず、また磁場発生手段を収容する空間
の外壁や磁場発生手段３０５あるいは磁場発生手段駆動
機構の電位を規定していないので、ただ単に大気圧との
圧力差を小さくするために磁場発生手段を収容する空間
を排気してしまうと、その空間内での幾何学的配置と各
部品の電位によってはバッキングプレート３０４と磁場
発生手段３０５や磁場発生手段移動機構等との間で放電
してしまい、スパッタリングのために投入された電力が
損失するだけでなく、機構上の障害を誘発してしまう。

【００５３】ここで、「ただ単に」とは磁場発生手段３
０５を収容する空間を排気するに際して、大気圧との圧
力差によるバッキングプレート３０４の変形だけを考慮
した場合の排気の程度という意味で使用している。した
がって、上記の磁場発生手段３０５を収容する空間を排
気するための排気ポンプは、油回転ポンプやあるいは油
回転ポンプとメカニカルブースターポンプを組み合わせ
た様な数Ｐａ程度まで排気できるものが用いられる。こ
のようなポンプは、機器のコストや維持管理の観点から
も好んで選択される。

【００５４】しかしながら、排気ポンプとしてこれらの
ものを使用した場合には、磁場発生手段３０５を収容す
る空間は数Ｐａ程度の圧力にしかならず、磁場発生手段
３０５や磁場発生手段駆動機構等の電位がターゲット３
０９やバッキングプレート３０４と同一でなく、例えば
接地されていたとすれば、スパッタするためにターゲッ
ト３０９がボンディングされたバッキングプレート３０
４に高電圧が印加されたときには前記のようなターゲッ
ト３０９表面だけでない不要な放電が発生してしまう。

【００５５】これを回避するために、磁場発生手段を収
容する空間を排気するに際して、その到達圧力が１０^-3
Ｐａ程度よりも低くなるような例えばターボ分子ポンプ
やクライオポンプを使用すると、コスト的に不利であ
る。

【００５６】（Ｄ）図１８（ａ）〜（ｃ）ないし図２２
（ａ）〜（ｃ）で示したマグネトロンスパッタ装置で
は、個々の具体的手段により得られる効果はそれぞれの
公報に開示されるものが期待できる。しかしながら、磁
場発生手段を構成する複数の磁石ユニットの寸法と磁場
発生手段の往復運動の振幅とにおいて、「ターゲットの
不均一消耗を抑制する」という目的に於いて未だ問題点
を有している。

【００５７】図１８（ａ）〜（ｃ）および図１９（ａ）
〜（ｃ）で説明した特開平６−１９２８３３号公報に開
示されたマグネトロンスパッタ装置では、磁場発生手段
の往復運動の振幅は一つの磁気回路ユニット４０３の短
辺方向の幅とほぼ等しいとしている。また、往復運動は
正弦波状に速度を変化させている。

【００５８】この時、図１８（ａ）ないし（ｃ）に示さ
れる磁気回路ユニット４０３を静止させた場合、ターゲ
ット４０１は、例えば図２３（ａ）に示される様な浸食
状況になる。図において、凹状部分が浸食された部分を
示す。

【００５９】そして、磁気回路ユニット４０３を往復運
動させた場合の浸食状況は、図２３（ｂ）〜（ｅ）のよ
うになる。ここで、図２３（ｂ）〜（ｅ）におけるＰ１
からＰ４は、磁気回路ユニット４０３の往復運動した場
合の振幅を示しており、徐々に振幅が大きくなっている
ことを示している。そして、図２３（ｅ）で示す振幅が
Ｐ４のときに、磁気回路ユニット４０３の一つの磁気回
路４０３ａの短辺方向の幅とほぼ等しい状態となってい
る。即ち、ターゲット４０１は均一に浸食されるのでな
く、浸食が進行する部分とさほど進行しない部分とが縦
縞状に分布することになる。

【００６０】従って、ターゲット４０１の利用効率は最
も浸食が進行する部分で定まってしまう。さらに、この
状態に於いて基板上に形成される薄膜の厚さ分布はやは
りターゲット４０１の浸食状況を反映して縦縞状の分布
となる。

【００６１】（Ｅ）図２０（ａ）（ｂ）で説明した特開
平８−１３４６４０号公報に開示されたマグネトロンス
パッタ装置では、磁気回路ユニット５１１の往復運動の
振幅が一つの磁気回路５１１ａの短辺方向の幅の約半分
に等しくなるように設定されている。また、磁気回路ユ
ニット５１１の往復運動における速度は、正弦波状に変
化させている。

【００６２】上記公報には、磁気回路ユニット５１１を
静止させた時に得られるターゲットの浸食状況が開示さ
れていないので、該磁気回路ユニット５１１を往復運動
させて放電した場合のターゲット浸食状況は必ずしも明
らかでないが、単一の磁気回路５１１ａの寸法と各磁気
回路５１１ａの並ぴピッチが規定されていないことか
ら、ターゲット浸食が均一に進行しているとは限らな
い。さらに、往復運動が正弦波状の速度変化を持つ分だ
けターゲットが高密度のプラズマに晒される時間に差が
あり、往復運動の振幅両端部分でターゲット浸食が進行
しやすい。

【００６３】上記公報におけるターゲットの浸食状況の
分布は、例えば図２４に示すように、縦縞状の分布とな
っている。これは先に述べたターゲット利用効率と基板
上に形成される薄膜の厚さ分布に関して程度は異なるも
のの同様の問題点を有していることになる。

【００６４】（Ｆ）図２１（ａ）（ｂ）で説明した特開
平８−１９９３５４号公報に開示されたマグネトロンス
パッタ装置では、磁気回路ユニット６０１の往復運動の
振幅や速度変化について記載されていない。この公報で
は、複数の磁気回路６０１ａが一体化された磁気回路ユ
ニット６０１自体を往復運動させる機構に加えて、複数
の磁気回路６０１ａの互いの間隔を調整する機構、各磁
気回路６０１ａとバッキングプレート（ターゲット表
面）との距離を調整する機構を備えた構成となってい
る。特に、後者については、各磁気回路６０１ａの長辺
方向で磁気回路ユニット６０１とバッキングプレート
（ターゲット表面）との距離、即ち傾斜の程度を変化さ
せられる構成としている。

【００６５】ところが、上記公報におけるマグネトロン
スパッタ装置では、基板上に形成される薄膜の厚さ分布
を調整する手段の一具体例を示しているにすぎず、装置
構成として複雑になり、コストがかさむばかりでなく、
可動部品が多くなってしまうので装置自体の信頼性を確
保し難くなる。

【００６６】また、磁気回路ユニット６０１は、ほとん
どの時間をバッキングプレート（ターゲット表面）に最
も近づいた位置から離脱した位置で使用されることとな
り、磁気回路ユニット６０１としての能力を十分に発揮
できていない。

【００６７】（Ｇ）図２２（ａ）〜（ｃ）で説明した特
開平６−１９２８３３号公報に開示されたマグネトロン
スパッタ装置では、磁場発生手段７０２の往復運動の振
幅は一つの磁石ユニット７０３の短辺方向の幅の約半分
に等しいとしているが、特開平８−１３４６４０号公報
と同じく、磁石ユニット７０３の並びピッチに関しては
記述されていない。また、磁場発生手段７０２の往復運
動の速度も開示の例では正弦波状となる。

【００６８】従って、必ずしもターゲット７０１の浸食
が均一に進行するとは限らず、さらに、磁場発生手段７
０２の往復運動が正弦波状の速度変化を持つ分だけター
ゲットが高密度のプラズマに晒される時間に差があり、
往復運動の振幅両端部分でターゲット浸食が進行しやす
い。

【００６９】本願発明は、上記の各問題点に鑑みなされ
たものであって、その目的は、コスト的に有利な部品で
構成された単純な機構を有し、投入される電力を有効に
ターゲットのスパッタに費やすことができて、なおかつ
ターゲットの利用効率を高く保ち、基板上に形成される
薄膜の厚さ分布を所定の範囲内に収めることが可能なマ
グネトロンスパッタ装置を提供することにある。

【００７０】

【課題を解決するための手段】請求項１のマグネトロン
スパッタ装置は、上記の課題を解決するために、真空室
内で薄膜が形成される矩形状の基板に対向配置され、該
基板の有効成膜面積よりも大きい矩形状のターゲット
と、上記ターゲットに対してマグネトロン放電を行なう
ことにより、該ターゲットの表面に、複数の閉じたレー
ストラック状高密度プラズマを生成するプラズマ生成手
段と、上記プラズマ生成手段を、上記ターゲットに対し
て、該ターゲットの長辺あるいは短辺の何れかに平行に
往復移動させる駆動手段とを備え、上記プラズマ生成手
段は、上記ターゲットの表面に、該プラズマ生成手段の
移動方向に沿って、それぞれのレーストラック状高密度
プラズマの長軸方向直線領域での間隔と、隣り合うレー
ストラック状高密度プラズマの長軸方向直線領域での間
隔とが略等しくなるようにレーストラック状高密度プラ
ズマを生成し、上記駆動手段は、生成された各レースト
ラック状高密度プラズマの間隔以下の大きさの振幅で上
記プラズマ生成手段を等速で往復移動させることを特徴
としている。

【００７１】上記の構成によれば、プラズマ生成手段
が、上記ターゲットの表面に、該プラズマ生成手段の移
動方向に沿って、それぞれのレーストラック状高密度プ
ラズマの長軸方向直線領域での間隔と、隣り合うレース
トラック状高密度プラズマの長軸方向直線領域での間隔
とが略等しくなるようにレーストラック状高密度プラズ
マを生成するようになっている。これにより、プラズマ
発生のために供給される電力が複数個のプラズマに分散
されるので、電力密度を抑制することができ、アーク放
電に至るような異常放電なく大電力供給が可能となって
装置の性能としての成膜速度を増加させることができ
る。

【００７２】さらに、駆動手段が、生成された各レース
トラック状高密度プラズマの間隔以下の大きさの振幅で
上記プラズマ生成手段を等速で往復移動させるようにな
っているので、個々のレーストラック状高密度プラズマ
により浸食されるターゲット表面部分が重なり合うこと
がなくなり、局所的にターゲットの浸食が進行してしま
うことをなくすことができる。

【００７３】したがって、上記構成のマグネトロンスパ
ッタ装置によれば、コスト的に有利な部品で構成された
単純な機構を有し、投入される電力を有効にターゲット
のスパッタに費やすことができて、なおかつターゲット
の利用効率を高く保ち、基板上に形成される薄膜の厚さ
分布を所定の範囲内に収めることが可能となる。

【００７４】請求項２のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項１の構成に加え
て、上記レーストラック状高密度プラズマの間隔は、該
レーストラック状高密度プラズマの最も密度の高い部分
同士の距離であることを特徴としている。

【００７５】上記の構成によれば、請求項１の作用に加
えて、レーストラック状高密度プラズマの間隔は、該レ
ーストラック状高密度プラズマの最も密度の高い部分同
士の距離であることで、上記複合磁気回路を上記各磁気
ユニット並び方向に等速で往復移動させるときの振幅
が、上記のレーストラック状高密度プラズマの最も密度
の高い部分同士の距離よりも小さく設定することがで
き、この結果、個々のレーストラック状高密度プラズマ
により浸食されるターゲット表面部分が重なり合うこと
がなくなり、局所的にターゲットの浸食が進行してしま
うことがない。

【００７６】請求項３のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、第１真空室内で薄膜が形
成される矩形状の基板に対向配置された矩形状のターゲ
ットと、上記ターゲットを支持するバッキングプレート
の裏面側に配設され、該ターゲットの上記基板の対向面
上に磁界を発生させる磁界発生手段と、上記磁界発生手
段を、上記ターゲットに対して、該ターゲットの長辺あ
るいは短辺の何れかに平行に往復移動させる駆動手段を
備え、上記磁界発生手段は、ターゲット表面に磁界を発
生させる矩形状の磁石ユニットを、それぞれの長辺が互
いに隣接するように、且つ同一極性を示すように複数個
配置した複合磁気回路からなり、上記駆動手段は、上記
ターゲット表面に発生される磁界の該ターゲット表面に
垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記磁石
ユニットの長辺に平行なラインのピッチＰに対して、上
記複合磁気回路を上記各磁気ユニット並び方向に等速で
往復移動させるときの振幅ＳＷが、ＳＷ≦Ｐの関係が成
り立つように該複合磁気回路を移動させることを特徴と
している。

【００７７】上記の構成によれば、磁界発生手段が、タ
ーゲット表面に磁界を発生させる矩形状の磁石ユニット
を、それぞれの長辺が互いに隣接するように、且つ同一
極性を示すように複数個配置した複合磁気回路からなる
ことで、これらの複合磁気回路を発生源とするターゲッ
トの表面上に、生成された磁界により収束された閉じた
レーストラック状高密度プラズマを複数個得ることがで
きる。

【００７８】これにより、プラズマ発生のために供給さ
れる電力が複数個のプラズマに分散されるので電力密度
を抑制することができ、アーク放電に至るような異常放
電なく大電力供給が可能となって装置の性能としての成
膜速度を増加させることができる。

【００７９】さらに、駆動手段が、上記複合磁気回路に
よりターゲット表面に発生される磁界の該ターゲット表
面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記
磁石ユニットの長辺に平行なラインのピッチＰに対し
て、上記複合磁気回路を上記各磁気ユニット並び方向に
等速で往復移動させるときの振幅ＳＷが、ＳＷ≦Ｐの関
係が成り立つように設定されていることで、個々のレー
ストラック状高密度プラズマにより浸食されるターゲッ
ト表面部分が重なり合うことがなくなり、局所的にター
ゲットの浸食が進行してしまうことがない。

【００８０】請求項４のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項３の構成に加え
て、上記磁石ユニットは、ユニット中心に配置された中
心磁石と、この中心磁石の周囲を囲むように、且つ中心
磁石とは逆極性の磁極が対向するように配置された周辺
磁石とで構成され、これら中心磁石と周辺磁石とにより
上記ターゲット表面に発生させる磁界の上記ターゲット
表面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上
記磁石ユニットの長辺に平行な部分のピッチＰが、該磁
石ユニットの短辺方向の寸法ＭＷに対して、Ｐ＞ＭＷ／
２となるように形成されていることを特徴としている。

【００８１】上記の構成によれば、請求項３の作用に加
えて、磁石ユニットは、ユニット中心に配置された中心
磁石と、この中心磁石の周囲を囲むように、且つ中心磁
石とは逆極性の磁極が対向するように配置された周辺磁
石とで構成され、これら中心磁石と周辺磁石とにより上
記ターゲット表面に発生させる磁界の上記ターゲット表
面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記
磁石ユニットの長辺に平行な部分のピッチＰが、該磁石
ユニットの短辺方向の寸法ＭＷに対して、Ｐ＞ＭＷ／２
となるように形成されていることで、単一の磁石ユニッ
トにより形成されるレーストラック状高密度プラズマの
ピッチもＭＷ／２よりも大きくなる。

【００８２】したがって、隣接する磁石ユニットにおい
て生成されるレーストラック状高密度プラズマとの距離
を、個々の磁石ユニットにおいて生成される高密度プラ
ズマのピッチ間隔と等しくなるように磁石ユニット間の
隙間を調整して配置することができる。

【００８３】請求項５のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項３または４の構成
に加えて、上記複合磁気回路は、ｎ個（ｎ＞１）の磁石
ユニットからなり、各磁石ユニットの間隔が、それぞれ
の磁石ユニットより生成される磁界のピッチＰと等しく
なるように設定されると共に、上記ターゲットの磁石ユ
ニット並び方向の寸法をＴＷとしたときに、Ｐ＝ＴＷ／
（２×ｎ＋１）となるように設定されていることを特徴
としている。

【００８４】上記の構成によれば、請求項３または４の
作用に加えて、複合磁気回路は、ｎ個（ｎ＞１）の磁石
ユニットからなり、各磁石ユニットの間隔が、それぞれ
の磁石ユニットより生成される磁界のピッチＰと等しく
なるように設定されると共に、上記ターゲットの磁石ユ
ニット並び方向の寸法をＴＷとしたときに、Ｐ＝ＴＷ／
（２×ｎ＋１）となるように設定されていることで、タ
ーゲットをピッチＰ間隔で浸食させることが可能とな
る。

【００８５】請求項６のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項３ないし５の何れ
かの構成に加えて、上記磁界発生手段は、上記ターゲッ
トの基板対向面とは反対面側に設けられた第２真空室内
に配置されていることを特徴としている。

【００８６】上記の構成によれば、請求項３ないし５の
何れかの作用に加えて、磁界発生手段は、上記ターゲッ
トの基板対向面とは反対面側に設けられた第２真空室内
に配置されていることで、装置稼働状態においてターゲ
ットがボンディングされたバッキングプレートはターゲ
ット側の第１真空室（成膜空間側）とその裏面側の第２
真空室（複合磁気回路側）の両面が真空排気状態とな
る。

【００８７】これにより、ターゲットがボンディングさ
れたバッキングプレートの両面には実質的に機械構造上
影響を与えるような圧力差が無くなるので、バッキング
プレートはターゲットとのボンディングや、装置へ取り
付けるのに必要な機械的強度を持つ厚さでよく、大気圧
に耐えるだけの強度を持たせる場合よりも薄くすること
ができる。

【００８８】請求項７のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項６の構成に加え
て、上記第２真空室内に配置された磁界発生手段および
該磁界発生手段を駆動させる駆動手段と、該第２真空室
自体とは、上記ターゲットおよび該ターゲットを支持す
るバッキングプレートと同電位に設定されていることを
特徴としている。

【００８９】上記の構成によれば、請求項６の作用に加
えて、第２真空室内に配置された磁界発生手段および該
磁界発生手段を駆動させる駆動手段と、該第２真空室自
体とは、上記ターゲットおよび該ターゲットを支持する
バッキングプレートと同電位に設定されていることで、
磁界発生手段が収められるターゲット裏面に設けられた
第２真空室の排気は油回転ポンプやあるいは油回転ポン
プとメカニカルブースターポンプの組合のようないわゆ
る“粗引”程度であっても、ターゲットがボンディング
されたバッキングプレートに高電圧を印加してスパッタ
の為のマグネトロン放電を起こさせる際に、バッキング
プレートと磁界発生手段が収められるターゲット裏面に
設けられた第２真空室あるいはその内容物との間で放電
することがない。

【００９０】したがって、第２真空室を排気するための
ポンプを前記のような粗引ポンプで済ますことができる
ので、高真空排気するための高価なポンプやそれを動作
させるための各種バルブを含む排気系を必要としないの
で装置としてのコストを少なくできる。

【００９１】請求項８のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項３ないし７の何れ
かの構成に加えて、上記複合磁気回路は、ターゲットの
基板対向面の磁石ユニットの並び方向両端部が中央部に
対して磁界が強く、上記磁石ユニットの並び方向に直交
する方向両端部が中央部に対して磁界が弱くなるように
調整されていることを特徴としている。

【００９２】上記の構成によれば、請求項３ないし７の
何れかの作用に加えて、複合磁気回路は、ターゲットの
基板対向面の磁石ユニットの並び方向両端部が中央部に
対して磁界が強く、上記磁石ユニットの並び方向に直交
する方向両端部が中央部に対して磁界が弱くなるように
調整されていることで、ターゲットを均一に浸食させ、
基板上の膜厚分布を補正することができる。

【００９３】したがって、磁石ユニットを、複合磁気回
路に組み立てられた時に、ターゲット表面の磁石ユニッ
ト並び方向両端部で磁界が中央部に対して強くなるよう
に調整することにより、ターゲット長辺に沿った部分の
プラズマ密度を高め、磁界発生手段が往復移動を行う方
向（ターゲット短辺方向）の膜厚分布を補正することが
できる。

【００９４】さらに、磁石ユニット並び直角方向端部で
磁界を中央部に対して弱くすることにより、矩形状磁石
ユニットの長辺方向端部（ターゲット短辺に沿った周辺
部分）における高密度プラズマの密度を小さくし、磁界
発生手段を往復移動した際にターゲット表面でのプラズ
マ滞在時間の差に基づくターゲット浸食進行速度を調整
し、膜厚分布を補正することができる。

【００９５】請求項９のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項８の構成に加え
て、上記磁石ユニットは、中心磁石と周辺磁石とが磁石
アッシーヨークに接着固定された磁石アッシーと、該磁
石ユニットの全体のベースとなるベースヨークとで構成
され、上記磁石アッシーは、上記磁石アッシーヨークに
設けられた締結用穴を用いて、上記ベースヨークにボル
トで締結され、上記締結用穴の直径は、上記ボルトの直
径よりも大きくなるように形成されていることを特徴と
している。

【００９６】上記の構成によれば、請求項８の作用に加
えて、磁石ユニットは、中心磁石と周辺磁石とが磁石ア
ッシーヨークに接着固定された磁石アッシーと、該磁石
ユニットの全体のベースとなるベースヨークとで構成さ
れ、上記磁石アッシーは、上記磁石アッシーヨークに設
けられた締結用穴を用いて、上記ベースヨークにボルト
で締結されていることで、磁石ユニットにより発生する
磁界のターゲット表面上での強度分布調整を、磁石アッ
シーとベースヨークとの間に補助ヨークを挿入した状態
でのボルト締結により実現することができる。

【００９７】請求項１０のマグネトロンスパッタ装置
は、上記の課題を解決するために、請求項９の構成に加
えて、上記磁石アッシーヨークの締結用穴は、上記磁石
アッシーとベースヨークとを締結する際に、該磁石アッ
シーの位置がベースヨーク上で磁界発生手段の駆動方向
に調整可能なように長穴に形成されていることを特徴と
している。

【００９８】上記の構成によれば、請求項９の作用に加
えて、磁石アッシーヨークの締結用穴は、上記磁石アッ
シーとベースヨークとを締結する際に、該磁石アッシー
の位置がベースヨーク上で磁界発生手段の駆動方向に調
整可能なように長穴に形成されていることで、複数の磁
石ユニットを組み合わせた時において、レーストラック
状高密度プラズマの磁石ユニット長辺方向に平行な部分
の矩形短辺方向ピッチが等しくなるように微調整するこ
とができる。

【００９９】請求項１１のマグネトロンスパッタ装置
は、上記の課題を解決するために、請求項９または１０
の構成に加えて、上記磁石アッシーヨークとベースヨー
クの少なくとも一方は、磁石ユニットの長手方向端部が
他の部分よりも薄く形成されていることを特徴としてい
る。

【０１００】上記の構成によれば、請求項９または１０
の作用に加えて、磁石アッシーヨークとベースヨークの
少なくとも一方は、磁石ユニットの長手方向端部が他の
部分よりも薄く形成されていることで、磁石ユニット長
手方向端部で磁界が中央部に対して特に弱くなるように
調整することができる。

【０１０１】請求項１２のマグネトロンスパッタ装置
は、上記の課題を解決するために、請求項９ないし１１
の何れかの構成に加えて、上記磁石アッシーヨークとベ
ースヨークとは、導電性の軟磁性材料で構成され、上記
中心磁石と周辺磁石とは、導電性の磁石材料あるいは導
電性材料を表面に被覆した磁石材料で構成され、上記磁
石アッシーは、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッシーヨ
ークに対して導電性接着剤で固定されていることを特徴
としている。

【０１０２】上記の構成によれば、請求項９ない１１の
何れかの作用に加えて、磁石アッシーヨークとベースヨ
ークとは、導電性の軟磁性材料で構成され、上記中心磁
石と周辺磁石とは、導電性の磁石材料あるいは導電性材
料を表面に被覆した磁石材料で構成され、上記磁石アッ
シーは、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッシーヨークに
対して導電性接着剤で固定されていることで、磁界発生
手段の支持を導電性物質で行い、必要な電気的接続を行
うことにより複合磁気回路の磁石表面まで同電位とする
ことができる。

【０１０３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について、
図１ないし図１３に基づいて説明すれば以下の通りであ
る。

【０１０４】本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ
装置は、図１に示すように、第１真空室を構成する成膜
室１と、該成膜室１に隣接した第２真空室を構成するマ
グネット室２とを備えている。

【０１０５】上記成膜室１には、表面に薄膜が成膜され
る基板３と、この基板３に対向し、該基板３表面に成膜
される薄膜の母材となるターゲット４とが配されてい
る。

【０１０６】上記基板３は、成膜室１内に設けられた基
板ホルダ５に膜形成面と反対面で装着されている。尚、
基板３の基板ホルダ５への装着は、成膜室１内で行われ
る場合や前段階の真空室（図示せず）内で行われる場
合、さらには、大気中で行われる場合等適宜選択される
ものとする。

【０１０７】上記ターゲット４は、成膜室１とマグネッ
ト室２との境界部分に配置されており、該成膜室１の底
面を構成している。このターゲット４は、基板３との対
向面と反対面側で上記マグネット室２の上面を構成して
いるバッキングプレート６に半田やインジウム等の低融
点金属（図示せず）により接続されている。

【０１０８】上記バッキングプレート６は、冷却水等に
より冷却される機構を有し、接続されたターゲット４が
スパッタリング時に温度が上昇するのを抑えるようにな
っている。

【０１０９】上記マグネット室２内には、上記バッキン
グプレート６に接続されているターゲット４の表面にト
ンネル状のポロイダル磁界を発生させるための磁界発生
手段としての磁場発生機構７が配設されている。なお、
磁場発生機構７の詳細な構成については、後述する。

【０１１０】さらに、マグネット室２内には、磁場発生
機構７を矢印Ａ・Ｂ方向に等速で往復移動させる駆動装
置８が設けられている。

【０１１１】上記成膜室１は、上述したように第１真空
室を構成していることから、図示しない排気ポンプによ
り、排気ダクト９を通して成膜室１の外部（図中矢印方
向）に成膜室１内のガスを排気する機構と、成膜室１外
部の図示しないガス供給源からガス配管１０を通して該
成膜室１内部にガスを導入する機構とを備えている。こ
れらの機構により、成膜時に、成膜室１内は、０．０１
〜１Ｐａ程度の圧力に設定される。

【０１１２】また、マグネット室２は、図示しない排気
ポンプにより、排気ダクト１１を通してガスを該マグネ
ット室２の外部（図中矢印）に排気する機構を備えてい
る。この機構により、成膜時に、マグネット室２内も、
連続排気され０．０１〜１Ｐａ程度の圧力に設定され
る。

【０１１３】上記成膜室１およびマグネット室２は、上
述のように０．０１〜１Ｐａ程度の圧力に設定すればよ
いことから、排気ポンプとして、メカニカルブースター
ポンプが使用される。

【０１１４】例えば、上記成膜室１内の圧力は、成膜時
（ガス導入時）、０．０５〜１Ｐａ程度の圧力に設定さ
れ、ガス導入がなければ、１０^-5〜１０^-4Ｐａ程度の圧
力に設定される。

【０１１５】なお、上記マグネット室２は、大気圧が１
０⁵ Ｐａ程度であるので、ターゲット４の反り防止の為
には１００Ｐａ程度の圧力で支障はない。

【０１１６】上記構成のマグネトロンスパッタ装置にお
いて、上記マグネット室２と、駆動装置８と、磁場発生
機構７と、バッキングプレート６とは電気的に同電位で
あるように接続されている一方、成膜室１は接地されて
いるので、上記マグネット室２は電気的に短絡しないよ
うに絶縁材１２・１２を介して成膜室１に固定されてい
る。

【０１１７】さらに、上述の排気ダクト１１は、絶縁フ
ランジ１３を介してマグネット室２に接続されている。

【０１１８】また、上記成膜室１の両側部には、該成膜
室１に隣接する図示しない他の機構と連結するためのバ
ルブ１４・１４が設けられている。ここで、他の機構と
は、例えば他の成膜室、ロードロック室、あるいは大気
中の機構等である。したがって、成膜室１と該成膜室１
にバルブ１４により接続された他の機構との間では、該
バルブ１４の開閉により、同じ雰囲気にしたり、異なる
雰囲気にしたりすることが可能となる。

【０１１９】また、基板３の周縁部には、スパッタリン
グ時にスパッタ薄膜が付着するのを防止するためのマス
ク１５が設けられている。

【０１２０】さらに、ターゲット４の周縁部には、スパ
ッタリング時に該ターゲット４周囲の機構がプラズマに
さらされるのを防ぐためのグラウンドシールド１６が設
けられている。

【０１２１】また、バッキングプレート６には、負電位
を印加するための電源１７が接続されている。

【０１２２】したがって、上記磁場発生機構７、バッキ
ングプレート６および電源１７により、ターゲット４表
面に高密度のプラズマを生成するプラズマ生成手段を構
成している。

【０１２３】ここで、上記のマグネトロンスパッタ装置
に備えられている磁場発生機構７について詳細に説明す
る。

【０１２４】はじめに、磁場発生機構７の構成について
簡単に説明する。

【０１２５】上記磁場発生機構７は、図１に示すよう
に、上記ターゲット４に対して平行な略平板状の支持部
材７ａ上に複数の磁石ユニット３０…が配設された複合
磁気回路構造となっている。上記支持部材７ａは、駆動
装置８に固定されており、該駆動装置８によって矢印Ａ
・Ｂ方向に移動するようになっている。上記磁石ユニッ
ト３０は、本マグネトロンスパッタ装置におけるマグネ
トロンカソード電極として用いられている。

【０１２６】つまり、上記磁場発生機構７は、成膜時に
おいて、ターゲット４表面に、プラズマを収束させるプ
ラズマ収束手段としての機能を有していることになる。

【０１２７】上記の各磁石ユニット３０は、上記磁場発
生機構７の移動方向に直交する方向が長手方向となる矩
形状をなしており、それぞれが略等間隔で上記支持部材
７ａ上に配置されている。

【０１２８】次に、上記磁石ユニット３０を利用したマ
グネトロン放電について図２（ａ）〜（ｄ）を参照しな
がら以下に説明する。なお、図２（ａ）〜（ｄ）は、説
明の便宜上、必要な部材のみを記載したものとなってい
る。

【０１２９】上記磁石ユニット３０は、矩形状をなし、
図２（ａ）に示すように、中心磁石３１と、該中心磁石
３１の周囲に略口状に形成された周辺磁石３２と、上記
中心磁石３１と周辺磁石３２とを固定するためのヨーク
３３とで構成されている。上記中心磁石３１と周辺磁石
３２とは、上記ヨーク３３に対して逆極性の磁極を対向
させて固定されている。ここでは、中心磁石３１はＮ
極、周辺磁石３２はＳ極がヨーク３３に接した状態とな
っている。

【０１３０】上記磁石ユニット３０では、中心磁石３
１、周辺磁石３２、およびヨーク３３とで磁気回路を構
成し、該磁石ユニット３０の上方空間にポロイダル磁界
を発生させている。つまり、磁石ユニット３０では、図
２（ｂ）に示すように、磁力線３４が周辺磁石３２から
中心磁石３１に向かうポロイダル磁界を発生させてい
る。

【０１３１】なお、磁石ユニット３０における磁力線３
４の形状や強さは、中心磁石３１、周辺磁石３２、ヨー
ク３３の寸法や磁気特性で決定される。また、ヨーク３
３は、磁気飽和しないような寸法となっている。

【０１３２】上記構成のマグネトロンスパッタ装置で
は、図２（ｃ）に示すように、磁石ユニット３０のヨー
ク３３とは反対側の磁極面側にバッキングプレート６に
ボンディングされたターゲット４が配置されている。こ
こで、バッキングプレート６が銅のような強磁性体でな
い材料で製作され、また、ターゲット４も強磁性体でな
い材料からなるものであれば、磁石ユニット３０は発生
する磁力線３４の形状を保ってターゲット４の表面に磁
界を発生させる。

【０１３３】また、磁石ユニット３０は、図２（ｄ）に
示すように、ターゲット４の表面において長手方向のみ
ならず短手方向にも磁力線３４が形成される。そして、
このときの磁力線３４による磁界分布は、その形状から
『トンネル状の磁界』あるいは『トンネル状のポロイダ
ル磁界』と称される。つまり、磁石ユニット３０は、タ
ーゲット４の表面にトンネル状磁界を発生させることに
なる。

【０１３４】ここで、上記マグネトロンスパッタ装置に
おけるスパッタリングについて以下に説明する。なお、
ここではターゲット４が強磁性体でない場合について説
明する。

【０１３５】まず、図２（ｄ）に示すように、ターゲッ
ト４表面にトンネル状の磁界が形成された状態で、該タ
ーゲット４の表面側を真空排気し、Ａｒ等の不活性ガス
を導入して１０^-2〜１０^-1Ｐａ程度の圧力で保持する。

【０１３６】次いで、図２（ｃ）に示すように、ターゲ
ット４がボンディングされたバッキングプレート６に電
源１７より負電圧を印加して上記ターゲット４表面に向
かう電界３５を与えてグロー放電させる。

【０１３７】このとき、ターゲット４表面がプラズマ中
のイオンで衝撃され、このイオンの衝撃のγ作用により
放出される二次電子がトンネル状の磁界に補足される。
そして、ターゲット４表面上には、トンネル状の磁界に
沿った細長い環状（以下、レーストラック状と称する）
の高密度プラズマ３６が形成される。

【０１３８】続いて、プラズマ中のイオンはターゲット
４表面近傍に生成されるイオンシースの電界により上記
ターゲット４に向けて加速されて該ターゲット４に衝突
し、ターゲット４を構成する物質を飛散させる。この
時、同時にγ作用により二次電子もターゲット表面から
放出される。ターゲット４表面から飛散した粒子が該タ
ーゲット４に対向する基板３に付着、堆積することで薄
膜が形成される。

【０１３９】上記のレーストラック状の高密度プラズマ
３６は、ターゲット４の表面に磁界が平行な位置、すな
わちターゲット４に垂直な磁界成分がゼロの位置で最も
密度が高くなる。そして、この位置でターゲット４のス
パッタリング作用による浸食が最も速く進行する。従っ
て、ターゲット４上には、図２（ｄ）に示すように、高
密度プラズマ３６に沿った形のレーストラック状の浸食
領域３７が生成されることになる。

【０１４０】本発明のマグネトロンスパッタ装置に用い
られる磁石ユニット３０では、レーストラック状の浸食
領域３７の磁石ユニット３０の短手方向の間隔が磁石ユ
ニット３０短辺方向の寸法ＭＷの１／２以上となるよう
に中心磁石３１と周辺磁石３２の寸法を決定している。

【０１４１】従来の技術でも述べたように、単一の矩形
状の磁石ユニット３０をターゲット４に対して静止した
状態でスパッタを継続すれば、ターゲット４が局部的に
消耗されることを反映して、形成される薄膜の厚さや膜
特性の基板３面内分布が発生する。そこで、基板３の上
に形成される薄膜の厚さを均一にしたり、ターゲット４
が均一に消耗して有効に利用することが必要となる。

【０１４２】上記磁場発生機構７は、図３（ａ）（ｂ）
に示すように、ターゲット４表面上に複数のレーストラ
ック状の高密度プラズマ３６を生成するようになってい
る。ここで、磁場発生機構７は、７個の磁石ユニット３
０からなっているので、ターゲット４表面上に７個の高
密度プラズマ３６が形成される。

【０１４３】それぞれの磁石ユニット３０は、前記のよ
うにレーストラック状の浸食領域３７の間隔が該磁石ユ
ニット３０の短手方向の寸法ＭＷの１／２以上となるよ
うに中心磁石３１と周辺磁石３２の寸法を決定してある
ので、それぞれの磁石ユニット３０の間にクリアランス
Ｃを保って磁石ユニット３０を長辺が隣り合う形で並
べ、隣り合う磁石ユニット３０のそれぞれが形成するレ
ーストラック状の高密度プラズマ３６によって最もター
ゲット４の浸食が進行する部分、すなわち最もプラズマ
密度が高い部分の間隔を、浸食領域３７の磁石ユニット
３０の短手方向の間隔と等しくすることができる。以下
の説明において、上記浸食領域３７の磁石ユニット３０
の短手方向の間隔をピッチＰとする。

【０１４４】図３（ａ）に示す状態で、磁場発生機構７
を静止させてマグネトロン放電を続ければ、ターゲット
４は、高密度プラズマ３６により形成されるレーストラ
ック状の浸食領域３７（図２（ｄ））が等ピッチＰで複
数個並んだ状態に浸食される。

【０１４５】しかしながら、上記構成のマグネトロンス
パッタ装置では、磁場発生機構７をターゲット４に平行
な面内で磁石ユニット３０の短手方向に往復移動させる
駆動装置８が設けられている。そこで、この駆動装置８
により磁場発生機構７を等速で往復移動させ、さらにそ
の振幅ＳＷを高密度プラズマ３６のピッチＰと等しいか
これより小さく設定する。これにより、ターゲット４表
面全体のレーストラック状の高密度プラズマ３６にさら
される時間が平均化されるので、ターゲット４表面全体
の浸食進行を均一化することができる。

【０１４６】この時、磁場発生機構７が往復する方向の
ターゲット４の寸法ＴＷ（短手方向寸法）は少なくとも
磁石ユニット３０の数ｎ（本実施の形態では、ｎ＝７）
の２倍にピッチＰを乗じたものより大でなければならな
い。実際には、ターゲット４の浸食が進行する部分は有
限の幅を持つが、磁石ユニット３０を静止させてマグネ
トロン放電を継続させても、磁石ユニット３０自体の幅
よりも外側におよぶことはないように、磁石ユニット３
０の中心磁石３１と周辺磁石３２の寸法が定められる。

【０１４７】本発明の磁石ユニット３０では、ピッチＰ
が磁石ユニット３０の短辺方向寸法ＭＷの１／２以上と
なるように中心磁石３１と周辺磁石３２の寸法を決定し
てあるため、ＴＷ＝Ｐ（２ｎ＋１）であるようにターゲ
ット４の寸法ＴＷを定めれば、往復移動方向の端部で浸
食されない部分を大きくすることなくターゲット４を有
効に使用することができる。

【０１４８】さらに、上記磁場発生機構７の構成の詳細
について、図４（ａ）（ｂ）および図５（ａ）（ｂ）を
参照しながら以下に説明する。

【０１４９】図４（ａ）は磁場発生機構７の平面図、図
４（ｂ）は同図（ａ）の磁場発生機構７の側面図であ
る。また、図５（ａ）は図４（ａ）の要部４０の拡大
図、図５（ｂ）は同図（ａ）の側面図である。

【０１５０】磁場発生機構７は、図４（ａ）に示すよう
に、７個の磁石ユニット３０を配置した構成となってい
る。これら各磁石ユニット３０は、図４（ｂ）に示すよ
うに、該磁石ユニット３０の長手方向端部側の中心磁石
３１および周辺磁石３２の支持部材７ａからの高さがそ
れ以外の中心磁石３１および周辺磁石３２よりも小さく
なるように形成されている。

【０１５１】上記中心磁石３１および周辺磁石３２は、
複数のブロックに分割されている。例えば中心磁石３１
は、磁石ユニット３０の長手方向端部の１ブロックのみ
を中心磁石３１ｂとし、他のブロックを中心磁石３１ａ
と便宜上区別する。一方、周辺磁石３２は、磁石ユニッ
ト３０の長手方向端部において、長辺部分の１ブロック
を周辺磁石３２ｂ、短辺部分のブロックを周辺磁石３２
ｃと便宜上区別する。

【０１５２】したがって、上記磁石ユニット３０では、
長手方向端部側の中心磁石３１ａと周辺磁石３２ｂと周
辺磁石３２ｃとで構成される部分の厚みが、中心磁石３
１ｂと周辺磁石３２ａとで構成される部分の厚みよりも
薄くなるように形成されている。この詳細な構成につい
ては、後述する。

【０１５３】さらに、上記中心磁石３１および周辺磁石
３２が取り付けられたヨーク３３は、図５（ｂ）に示す
ように、ベースヨーク４１と、中心磁石３１を取り付け
るための中心磁石用磁石アッシーヨーク４２と、周辺磁
石３２を取り付けるための周辺磁石用磁石アッシーヨー
ク４３とで構成されている。

【０１５４】上記中心磁石３１が中心磁石用磁石アッシ
ーヨーク４２に接着固定され中心磁石用磁石アッシー４
４を構成し、上記周辺磁石３２が周辺磁石用磁石アッシ
ーヨーク４３に接着固定され周辺磁石用磁石アッシー４
５を構成している。

【０１５５】上記周辺磁石用磁石アッシー４５には、ベ
ースヨーク４１に対してボルト４６で締結するための締
結用穴４７が形成されている。つまり、周辺磁石用磁石
アッシー４５は、ベースヨーク４１に対してボルト４６
で締結固定される。なお、中心磁石用磁石アッシー４４
は、図示されていないが、ベースヨーク４１の裏面側か
ら同じくボルトにより締結固定されている。

【０１５６】また、周辺磁石用磁石アッシー４５の締結
用穴４７は、上記ボルト４６の直径よりも大きく、且つ
該ボルト４６で該周辺磁石用磁石アッシー４５をベース
ヨーク４１に固定する際に固定位置を微調整できるよう
に長孔状に形成されている。つまり、複数の磁石ユニッ
ト３０を組み合わせた時の、レーストラック状の高密度
プラズマ３６の磁石ユニット３０の長手方向に平行な部
分の矩形短手方向のピッチＰがそれぞれ等しくなるよう
に微調整することができる。

【０１５７】さらに、中心磁石３１と周辺磁石３２は導
電性の磁石材料であるか導電性の表面被覆（図示せず）
が施され、かつ、磁石ユニット３０の構成部材である中
心磁石用磁石アッシー４４および周辺磁石用磁石アッシ
ー４５は、中心磁石３１と周辺磁石３２が中心磁石用磁
石アッシーヨーク４２および周辺磁石用磁石アッシーヨ
ーク４３に対して導電性接着材（図示せず）で固定され
る。これにより、中心磁石３１と周辺磁石３２の表面は
電気的に中心磁石用磁石アッシー４４および周辺磁石用
磁石アッシー４５と同じ電位とするとができるので、磁
石ユニット３０までターゲット４がボンディングされた
バッキングプレート６と同電位とすることができる。

【０１５８】さらに、ベースヨーク４１と、中心磁石用
磁石アッシー４４および周辺磁石用磁石アッシー４５
は、磁石ユニット３０長手方向端部で、いずれか、また
は双方が他の部分よりも薄くなるように形成されてい
る。これにより、磁石ユニット３０の長手方向端部での
磁界が中央部に対して弱くなるように調整することがで
きる。

【０１５９】ここで、上記磁石ユニット３０の長手方向
端部と中央部との磁界強度を異ならせるための構成につ
いて、図６（ａ）〜（ｄ）を参照しながら以下に説明す
る。図６（ｂ）〜（ｄ）は本発明のマグネトロンスパッ
タ装置のマグネトロンカソード電極に用いられる磁石ユ
ニット３０の各種の構成を該磁石ユニット３０の長軸方
向断面図である。また、図６（ａ）は磁石ユニット３０
の平面図である。

【０１６０】磁石ユニット３０は、前記のように中心磁
石用磁石アッシー４４および周辺磁石用磁石アッシー４
５が磁石ユニット３０の全体のベースとなるベースヨー
ク４１に対して、ボルトで締結され、さらに、磁石ユニ
ット３０の構成部材でベースヨーク４１と中心磁石用磁
石アッシー４４および周辺磁石用磁石アッシー４５が該
磁石ユニット３０長手方向端部３０ｂで、いずれか、ま
たは双方が中央部３０ａよりも薄く形成されている。

【０１６１】そして、磁石ユニット３０により発生する
磁界のターゲット４の表面上での強度分布を調整するた
めには、磁石ユニット３０表面とターゲット４表面との
距離を磁場発生機構７とバッキングプレート６との間隔
により調整するようになっている。

【０１６２】図６（ｂ）に示す磁石ユニット３０は、中
心磁石用磁石アッシー４４および周辺磁石用磁石アッシ
ー４５の厚みは均一にし、ベースヨーク４１の厚みを該
磁石ユニット３０の長手方向端部３０ｂにおいて中央部
３０ａよりも薄くなるように形成されている。これによ
り、磁石ユニット３０表面とターゲット４表面との間
で、磁石ユニット３０の長手方向端部３０ｂにおける距
離を中央部３０ａにおける距離よりも長くなり、ターゲ
ット４の表面における磁界強度が該磁石ユニット３０の
長手方向端部３０ｂに対応する領域が中央部３０ａに対
応する領域よりも小さくなる。すなわち、この磁石ユニ
ット３０は、該磁石ユニット３０の長手方向端部３０ｂ
で磁界強度を弱める構成となっている。

【０１６３】また、図６（ｃ）に示す磁石ユニット３０
は、図６（ａ）に示す磁石ユニット３０と同様に、中心
磁石用磁石アッシー４４および周辺磁石用磁石アッシー
４５の厚みが均一となっている。この磁石ユニット３０
では、中央部３０ａの中央近傍を除く部分にベースヨー
ク４１と周辺磁石用磁石アッシー４５との間に補助ヨー
ク４８が設けられている。なお、中心磁石用磁石アッシ
ー４４とベースヨーク４１との間にも、図示しないが同
じ厚みの補助ヨーク４８が設けられている。これによ
り、磁石ユニット３０の中央部分３０ａの中央近傍以外
の領域の表面がターゲット４に近づくようになり、結果
として、該ターゲット４の中央近傍の磁界強度がその両
側部分よりも弱くなる。

【０１６４】さらに、図６（ｄ）に示す磁石ユニット３
０は、図６（ｂ）に示す磁石ユニット３０の中央部分３
０ａの中央近傍にのみ上記補助ヨーク４８が設けられて
いる。これにより、磁石ユニット３０の中央近傍表面の
みがターゲット４に近づくようになり、結果として、該
ターゲット４の中央近傍の磁界強度が他の領域に比べて
強くなる。

【０１６５】上記磁場発生機構７において、複合化する
磁石ユニット３０はすべて同じ寸法、同じ極性の磁極構
成であっても良いが、通常全く同一の磁石ユニット３０
を複数個並べた場合には、磁場発生機構７より発生させ
られるターゲット４の表面上での磁界強度は磁石ユニッ
ト３０の並び方向端部で弱くなるため、例えば両端の磁
石ユニット３０は中心磁石３１と周辺磁石３２の磁石ユ
ニット３０の並び方向寸法を増加させて磁界の均一性を
得ることもできる。

【０１６６】例えば図７に示すように、磁場発生機構７
において、磁石ユニット３０を複合化する際に、短手方
向端部において、該磁場発生機構７の支持部材７ａと磁
石ユニット３０との間に補助板４９を設ければ、該磁場
発生機構７によりターゲット４上に生成される磁界の、
磁石ユニット３０の並び方向端部において磁界強度を強
めることができ、結果として、ターゲット４表面の磁界
強度の均一化を図ることになる。なお、上記補助板４９
は、導電性材料であれば、軟磁性を有していなくても良
い。

【０１６７】ここで、図４（ａ）（ｂ）で示した磁場発
生機構７の実際の寸法について述べる。

【０１６８】磁場発生機構７に適用されるターゲット４
は、８２５ｍｍ×９７５ｍｍ×６ｍｍの大きさであり、
バッキングプレート６の厚さは１９ｍｍである。磁石ユ
ニット３０は７個（ｎ＝７）であるので、該磁場発生機
構７の磁石ユニット３０の並び方向の幅ＴＷ＝８２５ｍ
ｍとなり、ＴＷ＝（２×７＋１）×Ｐより、ピッチＰ＝
５５ｍｍであるように各磁石ユニット３０を配設した。

【０１６９】また、磁石ユニット３０を構成する中心磁
石３１と周辺磁石３２は厚さ（磁化方向）が１５ｍｍの
ネオジウム系希土類永久磁石であり、残留磁束密度が
１．３５Ｔ程度のものである。両端の磁石ユニット３０
に属する中心磁石３１と周辺磁石３２は他の磁石ユニッ
ト３０に属する中心磁石３１と周辺磁石３２よりも磁石
ユニット３０の並び方向寸法を増加させるように設計さ
れている。

【０１７０】これにより、７個の磁石ユニットが同一平
面にある状態で磁石ユニット３０の並び方向磁界強度分
布を均一にすることができる。さらに、各磁石ユニット
３０の長辺方向端部では中心磁石用磁石アッシー４４、
周辺磁石用磁石アッシー４５、ベースヨーク４１ともに
薄く形成した。

【０１７１】以上のように、ターゲット４の浸食を略均
一にするには、上述したように該ターゲット４表面の高
密度プラズマ３６のピッチＰを磁場発生機構７において
同じにする必要がある。

【０１７２】上記磁場発生機構７において各磁石ユニッ
ト３０同士のピッチＰをそれぞれ同じにするには、上述
したように、磁石ユニット３０の短手方向の幅ＭＷとピ
ッチＰとがＰ＞ＭＷ／２の関係にあればよい。このこと
について、図８（ａ）〜（ｃ）および図９（ａ）〜
（ｃ）を参照しながら以下に説明する。図８（ａ）〜
（ｃ）は、Ｐ＞ＭＷ／２の場合についての説明図、図９
（ａ）〜（ｃ）は、Ｐ＜ＭＷ／２の場合についての説明
図である。

【０１７３】図８（ａ）に示すように、磁石ユニット３
０の短手方向の長さＭＷの１／２よりも、該磁石ユニッ
ト３０が、図８（ｂ）に示されるターゲット４の配置に
おいて、磁力線３４がターゲット４の表面と平行になる
位置同士の距離であるピッチＰを大きく設定した場合、
図８（ｂ）に示すように、ターゲット４表面に形成され
る高密度プラズマ３６の最もプラズマの高い部分同士の
距離もピッチＰとなる。

【０１７４】したがって、Ｐ＞ＭＷ／２に設定された磁
石ユニット３０を、長手方向で配置した場合、図８
（ｃ）に示すように、各磁石ユニット３０間に隙間Ｃを
設けることができる。この場合、上記隙間Ｃを調節する
ことにより、隣接する磁石ユニット３０同士の高密度プ
ラズマ３６間の距離を磁石ユニット３０のピッチＰと同
じにすることができる。すなわち、磁石ユニット３０を
該磁石ユニット３０の短手方向に並べた場合の高密度プ
ラズマ３６同士の間隔を全て同じにすることが可能とな
る。

【０１７５】これに対して、図９（ａ）に示すように、
磁石ユニット３０’の短手方向の長さＭＷの１／２より
も、該磁石ユニット３０’が、図９（ｂ）に示されるタ
ーゲット４の配置において、磁力線３４’がターゲット
４の表面と平行になる位置同士の距離Ｐ’を小さく設定
した場合、図９（ｂ）に示すように、ターゲット４表面
に形成される高密度プラズマ３６’の最もを高い部分同
士の距離もＰ’となる。ここで、ＭＷを一定とすれば、
Ｐ＞Ｐ’の関係となっている。なお、上記磁石ユニット
３０’は、中心磁石３１’、周辺磁石３２’およびヨー
ク３３’からなっている。

【０１７６】したがって、各磁石ユニット３０’の高密
度プラズマ３６’同士の距離を同じにしようとして、
Ｐ’＜ＭＷ／２に設定された磁石ユニット３０’を、長
手方向で配置しても、図９（ｃ）に示すように、Ｐ’＜
ＭＷ／２となっていることから、各磁石ユニット３０’
を隙間無く配置しても磁石ユニット３０’間の高密度プ
ラズマ３６’の距離Ｐ”は、距離Ｐ’よりも大きく
（Ｐ’＜Ｐ”）なり、磁石ユニット３０’を該磁石ユニ
ット３０’の短手方向に並べた場合の高密度プラズマ３
６’同士の間隔を同じにすることができない。

【０１７７】以上のことから、ターゲット４の浸食を均
一にするには、磁石ユニット３０の短手方向の幅ＭＷと
ピッチＰとがＰ＞ＭＷ／２の関係にあればよいことが分
かる。

【０１７８】したがって、図１０に示すように、ターゲ
ット４の寸法のうち、複数個の磁石ユニット３０を並べ
た方向の寸法ＴＷと前記のレーストラック状の高密度プ
ラズマ３６の磁石ユニット３０の長手方向に平行な部分
の矩形短手方向のピッチＰとが、Ｐ＝ＴＷ／（２×ｎ＋
１）となる関係を満たすように設計することができる。
この状態で、磁場発生機構７が移動しないでスパッタリ
ングを行った場合、ターゲット４は、図１１（ａ）に示
すように、ピッチＰで並んだ部分が浸食されることにな
る。

【０１７９】また、上記磁場発生機構７は、磁石ユニッ
ト３０の並び方向に等速で往復移動するように構成され
ている。このときの磁場発生機構７の振幅ＳＷは、レー
ストラック状の高密度プラズマ３６の長辺部並びピッチ
Ｐに対してＳＷ≦Ｐなる関係とすることで、個々の高密
度プラズマ３６により浸食されるターゲット４表面部分
が重なり合うことがないように設定されている。この場
合、ターゲット４は、図１１（ｂ）に示すように、局所
的にターゲット４の浸食が進行してしまうことがなく、
略均一に浸食されている。

【０１８０】以上のように、本願発明では、ターゲット
４の浸食進行状況を完全に均一にすることが目的ではな
く、あくまで基板３上に形成される薄膜の膜厚分布を所
定の範囲内とし、かつターゲット４の利用効率を極力大
きくすることが目的となっている。

【０１８１】例えば、ターゲット４が無限大の大きさで
あれば、完全に均一に浸食進行させれば基板３上にも均
一な厚さで薄膜が形成される。この場合、薄膜として基
板３上に堆積するターゲット材料とターゲット４表面か
ら取り去られたターゲット材料との比率はゼロとなる。
これは、ターゲット４が無限大の大きさであるので、上
記比率を示す分母が無限大となるためである。

【０１８２】また、ターゲット４と基板３との面積が同
じか小さければ、いくらターゲット４を均一に浸食進行
させても基板３上に形成される薄膜の厚みは均一になら
ない。

【０１８３】そこで、ターゲット４として、基板３の有
効成膜面積よりもも若干大きなものを使用することが考
えられる。この場合、ターゲット４は、基板３に対して
辺の長さの比で１．２〜１．５倍の大きさ、好ましくは
１．３〜１．４倍のものを使用する。

【０１８４】この場合、ターゲット４の浸食進行をなる
べく均一にするとともに、基板３に形成される薄膜を均
一にするために該ターゲット４の周縁で浸食進行を中央
部よりも速くするように磁場発生機構７が調整される。

【０１８５】したがって、ターゲット４は、図１１
（ｃ）に示すように、該ターゲット４の両端部の浸食進
行がそれ以外の部分の浸食進行よりも進んでいるのが分
かる。

【０１８６】そして、磁場発生機構７を振幅ＳＷ≦Ｐに
より磁石ユニット３０の並び方向に往復移動させれば、
ターゲット４は、図１１（ｄ）に示すように、周縁にお
いて若干浸食進行が進んでいるものの全体としてはほぼ
均一に浸食されていることが分かる。

【０１８７】このように、ターゲット４の大きさは有限
であるので、薄膜として基板３上に堆積するターゲット
材料と、該ターゲット４表面から取り去られたターゲッ
ト材料との比率はゼロとはならず、通常、ターゲット４
表面から取り去れるターゲット材料の量の５０％程度が
基板３上に堆積することになる。

【０１８８】さらに、ターゲット４の浸食される部分の
体積の新品ターゲット母材体積に占める割合は２０〜３
０％、多くても６０％程度なので、実際に基板３表面に
堆積されるターゲット材料は、新品のターゲット４その
ものの多くとも３０％程度にしかならない。

【０１８９】このように、ターゲット４の浸食進行状況
に重みをつけることにより、基板３に形成される薄膜の
膜厚分布を調整することができ、且つターゲット４その
ものの使用効率を高めることができる。

【０１９０】具体的には、例えば磁石ユニット３０が磁
場発生機構７に組み込まれる時に、ターゲット４表面の
磁石ユニット３０の並び方向両端部で磁界が中央部に対
して強く、磁石ユニット３０の並び直角方向端部で磁界
が中央部に対して弱くなるように、それぞれ中心磁石３
１・周辺磁石３２・ヨーク３３の寸法を調整する。これ
により、ターゲット４を均一に浸食させることが可能と
なり、基板３上の薄膜の膜厚分布を補正することができ
る。

【０１９１】例えば図１２および図１３に示す３次元グ
ラフは、ターゲット４表面が均一に浸食されていくと仮
定し、さらにスパッタ粒子の放出密度がターゲット４表
面の法線方向に対してなす角度の余弦に比例する場合
に、余弦則に基づいて基板３表面に形成される薄膜の膜
厚分布シミュレーションを行った結果を示している。

【０１９２】上記３次元グラフでは、ターゲット４は基
板３に対して辺の長さで１．５倍の相似形とし、基板３
は、短辺５５０ｍｍ、長辺６５０ｍｍの大きさとした場
合についての結果を示している。

【０１９３】ここで、図１２および図１３の３次元グラ
フ横軸上の数値は、それぞれ基板３の各辺の中心からの
距離を示している。つまり、基板３の短辺方向に対応す
る軸には−２７０ｍｍから＋２７０ｍｍまで、長辺方向
に対応する軸には−３２０ｍｍから＋３１０ｍｍでの数
値が記載されている。また、縦軸は、基板３表面に形成
される薄膜の相対的な膜厚分布を示している。この縦軸
上の数値は、( Ｔmax＋Ｔmin)／２を中心膜厚（分布で
０）とする基板３面内一での膜厚のずれを示している。
また、上記縦軸の値Ｚを数式で示せば、以下のようにな
る。

【０１９４】Ｚ＝｛Ｔlocal −( Ｔmax ＋Ｔmin)／２｝
／｛（Ｔmax ＋Ｔmin ）／２｝×１００ ここで、Ｔmax は面内最大膜厚、Ｔmin は面内最小膜
厚、Ｔlocal を各位置での膜厚とする。

【０１９５】通常、膜厚分布は、±（Ｔmax −Ｔmin ）
／（Ｔmax ＋Ｔmin ）を百分率で表した数値で評価す
る。上記の数式において、Ｔlocal にＴmax またはＴmi
n を代入した値に相当する。

【０１９６】基板３表面に形成される薄膜の膜厚分布の
程度は該基板３とターゲット４との間隔にも依存する
が、上述したように、基板３に対してターゲット４は無
限に大きくはないことを反映して、図１２に示す３次元
グラフのように、基板３の周縁部、特に４角において膜
厚が薄くなる。

【０１９７】これを補正するために、ターゲット４の周
縁部で浸食進行が速い（スパッタ粒子の放出密度が大き
い）余弦則に基づいた膜厚分布シミュレーションを行っ
た結果、図１３に示す３次元グラフとなった。この３次
元グラフから基板３の周縁部での膜厚の落ち込みが補正
されていることが分かる。

【０１９８】従って、磁石ユニット３０を磁場発生機構
７に組み込む時に、ターゲット４表面の磁石ユニット３
０の並び方向両端部で磁界が中央部に対して強くなるよ
うにすることにより、ターゲット４の長辺に沿った部分
のプラズマ密度を高め、該磁場発生機構７が往復移動を
行う方向（ターゲット４の短辺方向）の膜厚分布を補正
することができる。

【０１９９】さらに、磁石ユニット３０の並び直角方向
端部で磁界を中央部に対して弱くすることにより、矩形
状の磁石ユニット３０の長辺方向端部（ターゲット４の
短辺に沿った周辺部分）における高密度プラズマの密度
を小さくし、磁場発生機構７が往復移動した際にターゲ
ット４表面でのプラズマ滞在時間の差に基づく該ターゲ
ット４の浸食進行速度を調整し、膜厚分布を補正するこ
とができる。

【０２００】以上のように、本発明に開示した構成にす
ることにより、静止した矩形基板の表面に、該基板有効
成膜面積よりも大きい矩形ターゲットを用いて、厚さや
膜質の均一な薄膜を形成できるマグネトロンカソード電
極を備えたマグネトロンスパッタリング装置を、複雑な
機構を設けることなく高速成膜が可能な形で構成するこ
とができる。

【０２０１】具体的には、磁場発生手段が複数個の矩形
状磁石ユニットを組み合わせたものであるので、レース
トラック状の高密度プラズマを複数個得ることができ
る。これにより、プラズマ発生のために供給される電力
が複数個のプラズマに分散されるので単一の磁石ユニッ
トを用いる場合に比べて電力密度を抑制し易くなり、ア
ーク放電に至るような異常放電なく大電力供給が可能と
なって、装置の性能としての成膜速度を増加させること
ができる。

【０２０２】単一の磁石ユニットに関して、それにより
ターゲット表面に形成されるレーストラック状高密度プ
ラズマの磁石ユニット長辺方向に平行な部分のピッチＰ
を、磁石ユニットの短辺方向の寸法ＭＷに対して、Ｐ＞
ＭＷ／２となるようにしたので、隣接する磁石ユニット
により形成されるレーストラック状高密度プラズマのピ
ッチを個々の磁石ユニットにより形成されるレーストラ
ック状高密度プラズマのピッチＰと等しくなるように磁
石ユニット間の隙間Ｃを確保して配置することができ
る。

【０２０３】一方、磁場発生手段はターゲット裏面に設
けられた真空室内に設置されるので、装置稼働状態にお
いてターゲットがボンディングされたバッキングプレー
トはターゲット側（成膜空間側）とその裏面側（複合磁
気回路側）の両面が真空排気状態となる。これにより、
ターゲットがボンディングされたバッキングプレートの
両面には実質的に機械構造上影響を与えるような圧力差
が無くなるので、バッキングプレートはターゲットとの
ボンディングや、装置へ取り付けるのに必要な機械的強
度を持つ様な厚さでよく、大気圧に耐えるだけの強度を
持たせる場合よりも薄くすることができる。

【０２０４】しかも、磁場発生手段表面とターゲット表
面間の距離を小さくすることができるので、同じ磁場発
生手段を用いたときには、ターゲット表面での磁界強度
を大きくすることができるため、より高密度のプラズマ
を発生させることができ、装置性能を向上させることが
できる。また、一定の磁界強度を得るのに必要な永久磁
石の体積を小さくすることができるので、コスト的に有
利となる。

【０２０５】さらに、磁場発生手段、磁場発生手段の往
復移動駆動系の主要部、真空室自体はターゲット及びバ
ッキングプレートと同電位としているので、磁場発生手
段が収められるターゲット裏面に設けられた真空室の排
気は油回転ポンプやあるいは油回転ポンプとメカニカル
ブースターポンプの組合のようないわゆる“粗引”程度
であっても、ターゲットがボンディングされたバッキン
グプレートに高電圧を印加してスパッタの為のマグネト
ロン放電を起こさせる際に、バッキングプレートと磁場
発生手段が収められるターゲット裏面に設けられた真空
室あるいはその内容物との間で放電することがない。

【０２０６】また、磁場発生手段が収められるターゲッ
ト裏面に設けられた真空室を排気するためのポンプも前
記のような粗引ポンプで済ますことができて、高真空排
気するための高価なポンプやそれを動作させるための各
種バルブを含む排気系を必要としないので装置としての
コストを低減できる。

【０２０７】さらに、磁石ユニットは複合磁気回路に組
み立てられる時に、ターゲット表面の磁石ユニット並び
方向両端部で磁界が中央部に対して強く、磁石ユニット
並び直角方向端部で磁界が中央部に対して弱くなるよう
に、それぞれ中心磁石・周辺磁石・ヨーク寸法が調整さ
れている。

【０２０８】これにより、磁場発生手段をバッキングプ
レートの裏面側で各磁気回路の短辺方向に往復移動させ
てレーストラック状高密度プラズマのターゲット表面上
での位置を変化させて均一にターゲット浸食を進行させ
て基板上にスパッタ薄膜を形成する場合に、成膜される
べき基板の大きさに対してターゲットが無限に大きくな
いような実際の装置構成において、ターゲットを完全に
均一に浸食させた場合に生じる基板上の膜厚分布を補正
することができる。

【０２０９】さらに、磁石ユニットは、中心磁石と周辺
磁石が磁石アッシーヨークに接着固定されて磁石アッシ
ーを構成し、該磁石アッシーは磁石ユニットの全体のべ
ースとなるべースヨークに対して、ボルトで締結されて
いるので、磁石ユニットにより発生する磁界のターゲッ
ト表面上での強度分布調整を、磁石アッシーとベースヨ
ークとの間に補助ヨークを挿入した状態でのボルト締結
により、磁石表面とターゲット表面との間の距離を調整
することで実現することができる。

【０２１０】また、磁石アッシーの磁石アッシーヨーク
に設けられた締結用の穴は、磁石アッシーの位置がべー
スヨーク上で磁場発生手段駆動方向に調整可能であるよ
うに長穴であるので、中心磁石や周辺磁石の加工精度を
極端に高く設定しなくても、複数の磁石ユニットを組み
合わせた時の、レーストラック状高密度プラズマの磁石
ユニット長辺方向に平行な部分の矩形短辺方向ピッチＰ
が等しくなるように徴調整することができる。即ち、磁
石のコストを低減することができるとともに、ヨークも
含めた磁気特性のバラツキや接着精度等の組立バラツキ
を吸収して所望の磁場発生手段を容易に製作することが
できる。

【０２１１】さらに、磁石ユニットの構成部材である磁
石アッシーのべースヨークと磁石アッシーヨークは、タ
ーゲット面上でのレーストラック状高密度プラズマが磁
場発生手段駆動方向に平行に近くなる磁石ユニット長手
方向端部において、べースヨークと磁石アッシーヨーク
のいずれか、または双方が他の部分よりも薄く形成され
ているので、磁石ユニット並び直角方向端部即ち磁石ユ
ニット長手方向端部で磁界が中央部に対して特に弱くな
るように調整することができる。

【０２１２】また、べースヨークと磁石アッシーヨーク
は導電性の軟磁性材料であり、中心磁石と周辺磁石は導
電性の磁石材料であるか導電性の表面被覆を施し、か
つ、磁石ユニットの構成部材である磁石アッシーは、中
心磁石と周辺磁石が磁石アッシーヨークに対して導電性
接着材で固定されるので、磁場発生手段の支持を導電性
物質で行い、必要な電気的接続を行うことにより複合磁
気回路を構成する磁石まで同電位にすることができる。

【０２１３】また、上述の中心磁石、周辺磁石を構成す
る永久磁石材料には、現存する最もエネルギー積の大き
い磁石として、希土類系磁石（ネオジ−鉄系、サマリウ
ム−コバルト系等）を用いる。但し、希土類系磁石は脆
弱であり、耐食性に劣る欠点を有する。そこで、表面に
導電性被覆を施すようにすれば、上記の短所を補い、磁
石ユニット組立や複合磁気回路の組立に際して磁石の破
損および腐食を防止することができる。

【０２１４】

【発明の効果】請求項１の発明のマグネトロンスパッタ
装置は、以上のように、真空室内で薄膜が形成される矩
形状の基板に対向配置され、該基板の有効成膜面積より
も大きい矩形状のターゲットと、上記ターゲットに対し
てマグネトロン放電を行なうことにより、該ターゲット
の表面に、複数の閉じたレーストラック状高密度プラズ
マを生成するプラズマ生成手段と、上記プラズマ生成手
段を、上記ターゲットに対して、該ターゲットの長辺あ
るいは短辺の何れかに平行に往復移動させる駆動手段と
を備え、上記プラズマ生成手段は、上記ターゲットの表
面に、該プラズマ生成手段の移動方向に沿って、それぞ
れのレーストラック状高密度プラズマの長軸方向直線領
域での間隔と、隣り合うレーストラック状高密度プラズ
マの長軸方向直線領域での間隔とが略等しくなるように
レーストラック状高密度プラズマを生成し、上記駆動手
段は、生成された各レーストラック状高密度プラズマの
間隔以下の大きさの振幅で上記プラズマ生成手段を等速
で往復移動させる構成である。

【０２１５】それゆえ、プラズマ生成手段が、上記ター
ゲットの表面に、該プラズマ生成手段の移動方向に沿っ
て、それぞれのレーストラック状高密度プラズマの長軸
方向直線領域での間隔と、隣り合うレーストラック状高
密度プラズマの長軸方向直線領域での間隔とが略等しく
なるようにレーストラック状高密度プラズマを生成する
ようになっている。

【０２１６】これにより、プラズマ発生のために供給さ
れる電力が複数個のプラズマに分散されるので、電力密
度を抑制することができ、アーク放電に至るような異常
放電なく大電力供給が可能となって装置の性能としての
成膜速度を増加させることができる。

【０２１７】さらに、駆動手段が、生成された各レース
トラック状高密度プラズマの間隔以下の大きさの振幅で
上記プラズマ生成手段を等速で往復移動させるようにな
っているので、個々のレーストラック状高密度プラズマ
により浸食されるターゲット表面部分が重なり合うこと
がなくなり、局所的にターゲットの浸食が進行してしま
うことをなくすことができる。

【０２１８】したがって、上記構成のマグネトロンスパ
ッタ装置によれば、コスト的に有利な部品で構成された
単純な機構を有し、投入される電力を有効にターゲット
のスパッタに費やすことができて、なおかつターゲット
の利用効率を高く保ち、基板上に形成される薄膜の厚さ
分布を所定の範囲内に収めることができるという効果を
奏する。

【０２１９】請求項２の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項１の構成に加えて、上記レ
ーストラック状高密度プラズマの間隔は、該レーストラ
ック状高密度プラズマの最も密度の高い部分同士の距離
である構成である。

【０２２０】それゆえ、請求項１の構成による効果に加
えて、レーストラック状高密度プラズマの間隔は、該レ
ーストラック状高密度プラズマの最も密度の高い部分同
士の距離であることで、上記複合磁気回路を上記各磁気
ユニット並び方向に等速で往復移動させるときの振幅
が、上記のレーストラック状高密度プラズマの最も密度
の高い部分同士の距離よりも小さく設定することがで
き、この結果、個々のレーストラック状高密度プラズマ
により浸食されるターゲット表面部分が重なり合うこと
がなくなり、局所的にターゲットの浸食の進行を抑制す
ることができるという効果を奏する。

【０２２１】請求項３の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、第１真空室内で薄膜が形成される
矩形状の基板に対向配置され、該基板の有効成膜面積よ
りも大きい矩形状のターゲットと、上記ターゲットを支
持するバッキングプレートの裏面側に配設され、該ター
ゲットの上記基板の対向面上に磁界を発生させる磁界発
生手段と、上記磁界発生手段を、上記ターゲットに対し
て、該ターゲットの長辺あるいは短辺の何れかに平行に
往復移動させる駆動手段とを備え、上記磁界発生手段
は、ターゲット表面に磁界を発生させる矩形状の磁石ユ
ニットを、それぞれの長辺が互いに隣接するように、且
つ同一極性を示すように複数個配置した複合磁気回路か
らなり、上記駆動手段は、上記ターゲット表面に発生さ
れる磁界の該ターゲット表面に垂直な成分がゼロとなる
点を結ぶラインのうち上記磁石ユニットの長辺に平行な
ラインのピッチＰに対して、上記複合磁気回路を上記各
磁気ユニット並び方向に等速で往復移動させるときの振
幅ＳＷが、ＳＷ≦Ｐの関係が成り立つように該複合磁気
回路を往復移動させる構成である。

【０２２２】それゆえ、磁界発生手段が、ターゲット表
面に磁界を発生させる矩形状の磁石ユニットを、それぞ
れの長辺が互いに隣接するように、且つ同一極性を示す
ように複数個配置した複合磁気回路からなることで、こ
れらの複合磁気回路を発生源とするターゲットの表面上
に、生成された磁界により収束された、閉じたレースト
ラック状高密度プラズマを複数個得ることができる。

【０２２３】これにより、プラズマ発生のために供給さ
れる電力が複数個のプラズマに分散されるので、電力密
度を抑制することができ、アーク放電に至るような異常
放電なく大電力供給が可能となって装置の性能としての
成膜速度を増加させることができる。

【０２２４】さらに、駆動手段が、上記複合磁気回路に
よりターゲット表面に発生される磁界の該ターゲット表
面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記
磁石ユニットの長辺に平行なラインのピッチＰに対し
て、上記複合磁気回路を上記各磁気ユニット並び方向に
等速で往復移動させるときの振幅ＳＷが、ＳＷ≦Ｐの関
係が成り立つように設定されていることで、個々のレー
ストラック状高密度プラズマにより浸食されるターゲッ
ト表面部分が重なり合うことがなくなり、局所的にター
ゲットの浸食の進行を抑制することができるという効果
を奏する。

【０２２５】請求項４の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項３の構成に加えて、上記磁
石ユニットは、ユニット中心に配置された中心磁石と、
この中心磁石の周囲を囲むように、且つ中心磁石とは逆
極性の磁極が対向するように配置された周辺磁石とで構
成され、これら中心磁石と周辺磁石とにより上記ターゲ
ット表面に発生させた磁界の上記ターゲット表面に垂直
な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記磁石ユニ
ットの長辺に平行な部分のピッチＰが、該磁石ユニット
の短辺方向の寸法ＭＷに対して、Ｐ＞ＭＷ／２となるよ
うに形成されている構成である。

【０２２６】それゆえ、請求項３の構成による効果に加
えて、磁石ユニットは、ユニット中心に配置された中心
磁石と、この中心磁石の周囲を囲むように、且つ中心磁
石とは逆極性の磁極が対向するように配置された周辺磁
石とで構成され、これら中心磁石と周辺磁石とにより上
記ターゲット表面に発生させた磁界の上記ターゲット表
面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記
磁石ユニットの長辺に平行な部分のピッチＰが、該磁石
ユニットの短辺方向の寸法ＭＷに対して、Ｐ＞ＭＷ／２
となるように形成されていることで、単一の磁石ユニッ
トにより形成されるレーストラック状高密度プラズマの
ピッチもＭＷ／２よりも大きくなる。

【０２２７】したがって、隣接する磁石ユニットにおい
て生成されるレーストラック状高密度プラズマとの距離
を、個々の磁石ユニットにおいて生成される高密度プラ
ズマのピッチ間隔と等しくなるよう、磁石ユニット間の
隙間を調整して配置することができるという効果を奏す
る。

【０２２８】請求項５の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項３または４の構成に加え
て、上記複合磁気回路は、ｎ個（ｎ＞１）の磁石ユニッ
トからなり、各磁石ユニットの間隔が、それぞれの磁石
ユニットより生成される磁界のピッチＰと等しくなるよ
うに設定されると共に、上記ターゲットの磁石ユニット
並び方向の寸法をＴＷとしたときに、Ｐ＝ＴＷ／（２×
ｎ＋１）となるように設定されている構成である。

【０２２９】それゆえ、請求項３または４の構成による
効果に加えて、複合磁気回路は、ｎ個（ｎ＞１）の磁石
ユニットからなり、各磁石ユニットの間隔が、それぞれ
の磁石ユニットより生成される磁界のピッチＰと等しく
なるように設定されると共に、上記ターゲットの磁石ユ
ニット並び方向の寸法をＴＷとしたときに、Ｐ＝ＴＷ／
（２×ｎ＋１）となるように設定されていることで、タ
ーゲットをピッチＰで並んだ浸食領域を磁界発生手段の
移動幅ＳＷで走査して均一にさせることができるという
効果を奏する。

【０２３０】請求項６の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項３ないし５の何れかの構成
に加えて、上記磁界発生手段は、上記ターゲットの基板
対向面とは反対面側に設けられた第２真空室内に配置さ
れている構成である。

【０２３１】それゆえ、請求項３ないし５の何れかの構
成による効果に加えて、磁界発生手段は、上記ターゲッ
トの基板対向面とは反対面側に設けられた第２真空室内
に配置されていることで、装置稼働状態においてターゲ
ットがボンディングされたバッキングプレートはターゲ
ット側の第１真空室（成膜空間側）とその裏面側の第２
真空室（複合磁気回路側）の両面が真空排気状態とな
る。

【０２３２】これにより、ターゲットがボンディングさ
れたバッキングプレートの両面には実質的に機械構造上
影響を与えるような圧力差が無くなるので、バッキング
プレートはターゲットとのボンディングや、装置へ取り
付けるのに必要な機械的強度を持つ厚さでよく、大気圧
に耐えるだけの強度を持たせる場合よりも薄くすること
ができるという効果を奏する。

【０２３３】請求項７の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項６の構成に加えて、上記第
２真空室内に配置された磁界発生手段および該磁界発生
手段を駆動させる駆動手段と、該第２真空室自体とは、
上記ターゲットおよび該ターゲットを支持するバッキン
グプレートと同電位に設定されている構成である。

【０２３４】それゆえ、請求項６の構成による効果に加
えて、第２真空室内に配置された磁界発生手段および該
磁界発生手段を駆動させる駆動手段と、該第２真空室自
体とは、上記ターゲットおよび該ターゲットを支持する
バッキングプレートと同電位に設定されていることで、
磁界発生手段が収められるターゲット裏面に設けられた
第２真空室の排気は油回転ポンプやあるいは油回転ポン
プとメカニカルブースターポンプの組合のようないわゆ
る“粗引”程度であっても、ターゲットがボンディング
されたバッキングプレートに高電圧を印加してスパッタ
の為のマグネトロン放電を起こさせる際に、バッキング
プレートと磁界発生手段が収められるターゲット裏面に
設けられた第２真空室あるいはその内容物との間で放電
することがない。

【０２３５】したがって、第２真空室を排気するための
ポンプを前記のような粗引ポンプで済ますことができる
ので、高真空排気するための高価なポンプやそれを動作
させるための各種バルブを含む排気系を必要としないの
で装置としてのコストを少なくできるという効果を奏す
る。

【０２３６】請求項８の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項３ないし７の何れかの構成
に加えて、上記複合磁気回路は、ターゲットの基板対向
面の磁石ユニットの並び方向両端部が中央部に対して磁
界が強く、上記磁石ユニットの並び方向に直交する方向
両端部が中央部に対して磁界が弱くなるように調整され
ている構成である。

【０２３７】それゆえ、請求項３ないし７の何れかの構
成による効果に加えて、複合磁気回路は、ターゲットの
基板対向面の磁石ユニットの並び方向両端部が中央部に
対して磁界が強く、上記磁石ユニットの並び方向に直交
する方向両端部が中央部に対して磁界が弱くなるように
調整されていることで、ターゲットを均一に浸食させ、
基板上の膜厚分布を補正することができる。

【０２３８】したがって、磁石ユニットを、複合磁気回
路に組み立てられた時に、ターゲット表面の磁石ユニッ
ト並び方向両端部で磁界が中央部に対して強くするよう
に調整することにより、ターゲット長辺に沿った部分の
プラズマ密度を高め、磁界発生手段が往復移動を行う方
向（ターゲット短辺方向）の膜厚分布を補正することが
できる。

【０２３９】さらに、磁石ユニット並び直角方向端部で
磁界を中央部に対して弱くすることにより、矩形状磁石
ユニットの長辺方向端部（ターゲット短辺に沿った周辺
部分）における高密度プラズマの密度を小さくし、磁界
発生手段を往復移動した際にターゲット表面でのプラズ
マ滞在時間の差に基づくターゲット浸食進行速度を調整
し、膜厚分布を補正することができるという効果を奏す
る。

【０２４０】請求項９の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項８の構成に加えて、上記磁
石ユニットは、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッシーヨ
ークに接着固定された磁石アッシーと、該磁石ユニット
の全体のベースとなるベースヨークとで構成され、上記
磁石アッシーは、上記磁石アッシーヨークに設けられた
締結用穴を用いて、上記ベースヨークにボルトで締結さ
れ、上記締結用穴の直径は、上記ボルトの直径よりも大
きくなるように形成されている構成である。

【０２４１】それゆえ、請求項８の構成による効果に加
えて、磁石ユニットは、中心磁石と周辺磁石とが磁石ア
ッシーヨークに接着固定された磁石アッシーと、該磁石
ユニットの全体のベースとなるベースヨークとで構成さ
れ、上記磁石アッシーは、上記磁石アッシーヨークに設
けられた締結用穴を用いて、上記ベースヨークにボルト
で締結されていることで、磁石ユニットにより発生する
磁界のターゲット表面上での強度分布調整を、磁石アッ
シーとベースヨークとの間に補助ヨークを挿入した状態
でのボルト締結により実現することができるという効果
を奏する。

【０２４２】請求項１０の発明のマグネトロンスパッタ
装置は、以上のように、請求項９の構成に加えて、上記
磁石アッシーヨークの締結用穴は、上記磁石アッシーと
ベースヨークとを締結する際に、該磁石アッシーの位置
がベースヨーク上で磁界発生手段の駆動方向に調整可能
なように長穴に形成されている構成である。

【０２４３】それゆえ、請求項９の構成による効果に加
えて、磁石アッシーヨークの締結用穴は、上記磁石アッ
シーとベースヨークとを締結する際に、該磁石アッシー
の位置がベースヨーク上で磁界発生手段の駆動方向に調
整可能なように長穴に形成されていることで、複数の磁
石ユニットを組み合わせた時の、レーストラック状高密
度プラズマの磁石ユニット長辺方向に平行な部分の矩形
短辺方向ピッチが等しくなるように微調整することがで
きるという効果を奏する。

【０２４４】請求項１１の発明のマグネトロンスパッタ
装置は、以上のように、請求項９または１０の構成に加
えて、上記磁石アッシーヨークとベースヨークの少なく
とも一方は、磁石ユニットの長手方向端部が他の部分よ
りも薄く形成されている構成である。

【０２４５】それゆえ、請求項９または１０の構成によ
る効果に加えて、磁石アッシーヨークとベースヨークの
少なくとも一方は、磁石ユニットの長手方向端部が他の
部分よりも薄く形成されていることで、磁石ユニット長
手方向端部で磁界が中央部に対して特に弱くなるように
調整することができるという効果を奏する。

【０２４６】請求項１２の発明のマグネトロンスパッタ
装置は、以上のように、請求項９ないし１１の何れかの
構成に加えて、上記磁石アッシーヨークとベースヨーク
とは、導電性の軟磁性材料で構成され、上記中心磁石と
周辺磁石とは、導電性の磁石材料あるいは導電性材料を
表面に被覆した磁石材料で構成され、上記磁石アッシー
は、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッシーヨークに対し
て導電性接着剤で固定されている構成である。

【０２４７】それゆえ、請求項９ない１１の何れかの構
成による効果に加えて、磁石アッシーヨークとベースヨ
ークとは、導電性の軟磁性材料で構成され、上記中心磁
石と周辺磁石とは、導電性の磁石材料あるいは導電性材
料を表面に被覆した磁石材料で構成され、上記磁石アッ
シーは、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッシーヨークに
対して導電性接着剤で固定されていることで、磁界発生
手段の支持を導電性物質で行い、必要な電気的接続を行
うことにより複合磁気回路の磁石表面まで同電位とする
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るマグネトロンスパッ
タ装置の概略構成図である。

【図２】図１に示すマグネトロンスパッタ装置に備えら
れた磁場発生機構を構成する矩形状の磁石ユニットにお
けるマグネトロン放電を説明する図であって、（ａ）は
一つの磁石ユニットの斜視図、（ｂ）は（ａ）で示した
磁石ユニットの長手方向断面図、（ｃ）は（ａ）で示し
た磁石ユニットにおいてターゲットと組み合わせてグロ
ー放電させた場合の説明図、（ｄ）は（ｃ）の斜視図で
ある。

【図３】図１に示すマグネトロンスパッタ装置の磁場発
生機構によるターゲット上での高密度プラズマの形成状
態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
の磁場発生機構の長手方向断面図である。

【図４】（ａ）は図１に示すマグネトロンスパッタ装置
の磁場発生機構の平面図、（ｂ）は（ａ）で示した磁場
発生機構の側面図である。

【図５】（ａ）は図４（ａ）で示した磁場発生機構の要
部拡大図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

【図６】図１に示すマグネトロンスパッタ装置の磁場発
生機構を構成する磁石ユニットの種々の構成例を示す図
であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は磁石ユニットの短
手方向に垂直な断面図、（ｃ）は長手方向の２箇所で補
助板を挿入した磁石ユニットの短手方向に垂直な断面
図、（ｄ）は長手方向の中央部１箇所のみに補助板を挿
入した磁石ユニットの短手方向に垂直な断面図である。

【図７】本発明のマグネトロンスパッタ装置に備えられ
た磁場発生機構の他の例を示す概略構成図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は磁場発生機構を構成する各磁
石ユニット同士のピッチＰと、磁石ユニットの短手方向
の幅ＭＷとの関係がＰ＞ＭＷ／２の場合についての説明
図である。

【図９】（ａ）〜（ｃ）は磁場発生機構を構成する各磁
石ユニット同士のピッチＰと、磁石ユニットの短手方向
の幅ＭＷとの関係がＰ＜ＭＷ／２の場合についての説明
図である。

【図１０】本発明の磁場発生機構によってターゲット上
に高密度プラズマを発生させた場合のターゲット寸法の
うち、複数個の磁石ユニットを並べた磁場発生機構の短
手方向の寸法ＴＷと高密度プラズマの磁石ユニットの長
手方向に平行な部分のピッチＰとが、Ｐ＝ＴＷ／（２×
ｎ＋１）なる関係を満たしている場合を示す説明図であ
る。

【図１１】本発明の磁場発生機構から発生される高密度
プラズマによりターゲットを浸食した状態を示す図であ
り、（ａ）はターゲットの全ての浸食位置で浸食進行速
度が同じである場合に該磁場発生機構を静止させてマグ
ネトロン放電を行ったときのターゲット浸食状況を示す
説明図、（ｂ）は（ａ）の場合で隣接するターゲットの
浸食位置が重ならない振幅で磁場発生機構を往復移動さ
せたときのターゲット浸食状況を示す説明図、（ｃ）は
両端の磁石ユニットに対応するターゲットの浸食位置で
浸食速度が他よりも大きい場合で磁場発生機構を静止さ
せてマグネトロン放電を行ったときのターゲットの浸食
状況を示す説明図、（ｄ）は（ｃ）の場合で隣接するタ
ーゲットの浸食位置が重ならない振幅で磁場発生機構を
往復移動させたときのターゲット浸食状況を示す説明図
である。

【図１２】余弦則に基づく基板表面に形成された薄膜の
膜厚分布シミュレーションの結果を示すグラフであっ
て、膜厚分布がある場合の３次元グラフである。

【図１３】余弦則に基づく基板表面に形成された薄膜の
膜厚分布シミュレーションの結果を示すグラフであっ
て、膜厚分布を補正した場合の３次元グラフである。

【図１４】従来のマグネトロンスパッタ装置の概略構成
断面図である。

【図１５】従来の他のマグネトロンスパッタ装置の成膜
室要部断面図である。

【図１６】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
の成膜室要部斜視図である。

【図１７】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
の概略構成断面図である。

【図１８】（ａ）〜（ｃ）は、従来のさらに他のマグネ
トロンスパッタ装置に備えられている磁気回路ユニット
とターゲットとの配置関係を示す説明図である。

【図１９】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
に備えられている磁気回路ユニットとターゲットの関係
を示し、（ａ）は磁気回路ユニットの平面図、（ｂ）は
ターゲットの平面図、（ｃ）は（ｂ）で示したターゲッ
トが浸食された状態を示す断面図である。

【図２０】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
に備えられた磁気回路ユニットを示し、（ａ）は一つの
磁気回路で構成される磁気回路ユニットの斜視図、
（ｂ）は複数の磁気回路で構成される磁気回路ユニット
の平面図である。

【図２１】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
を示し、（ａ）はマグネトロンスパッタ装置に備えられ
た矩形状の磁気回路ユニットの長手方向概略断面図、
（ｂ）はマグネトロンスパッタ装置に備えられた矩形状
の磁気回路ユニットの短手方向概略断面図である。

【図２２】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
を示し、（ａ）はマグネトロンスパッタ装置の概略構成
断面図、（ｂ）は（ａ）で示したマグネトロンスパッタ
装置に備えられた磁気回路ユニットの平面図、（ｃ）は
（ａ）で示したマグネトロンスパッタ装置に備えられた
磁気回路ユニットおよびターゲットと、成膜対象となる
基板との位置関係を示す説明図である。

【図２３】従来の複数の磁気回路で構成された磁気回路
ユニットにより浸食される矩形状のターゲットの浸食状
態を示す磁気回路ユニットの長手方向断面図であり、
（ａ）は磁気回路ユニットが静止した状態でのターゲッ
トの浸食状態を示す長手方向断面図、（ｂ）は磁気回路
ユニットがターゲットの長手方向に振幅Ｐ１だけ振幅し
た場合のターゲットの浸食状態を示す長手方向断面図、
（ｃ）は磁気回路ユニットがターゲットの長手方向に振
幅Ｐ２だけ振幅した場合のターゲットの浸食状態を示す
長手方向断面図、（ｄ）は磁気回路ユニットがターゲッ
トの長手方向に振幅Ｐ３だけ振幅した場合のターゲット
の浸食状態を示す長手方向断面図、（ｅ）は磁気回路ユ
ニットがターゲットの長手方向に振幅Ｐ４だけ振幅した
場合のターゲットの浸食状態を示す長手方向断面図であ
る。

【図２４】従来のマグネトロンスパッタ装置によるター
ゲットの浸食状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 成膜室（第１真空室） ２ マグネット室（第２真空室） ３ 基板 ４ ターゲット ６ バッキングプレート（プラズマ生成手段） ７ 磁場発生機構（プラズマ生成手段，磁界発生手
段） ８ 駆動装置（駆動手段） １７ 電源（プラズマ生成手段） ３０ 磁石ユニット ３１ 中心磁石 ３２ 周辺磁石 ３３ ヨーク ３４ 磁力線 ３５ 電界 ３６ 高密度プラズマ（レーストラック状高密度プラ
ズマ） ４１ ベースヨーク ４２ 中心磁石用磁石アッシーヨーク ４３ 周辺磁石用磁石アッシーヨーク ４４ 中心磁石用磁石アッシー ４５ 周辺磁石用磁石アッシー ４６ ボルト ４７ 締結用穴

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空室内で薄膜が形成される矩形状の基板
   に対向配置され、該基板の有効成膜面積よりも大きい矩
   形状のターゲットと、 上記ターゲットに対してマグネトロン放電を行なうこと
   により、該ターゲットの表面に、複数の閉じたレースト
   ラック状高密度プラズマを生成するプラズマ生成手段
   と、 上記プラズマ生成手段を、上記ターゲットに対して、該
   ターゲットの長辺あるいは短辺の何れかに平行に往復移
   動させる駆動手段とを備え、 上記プラズマ生成手段は、上記ターゲットの表面に、該
   プラズマ生成手段の移動方向に沿って、それぞれのレー
   ストラック状高密度プラズマの長軸方向直線領域での間
   隔と、隣り合うレーストラック状高密度プラズマの長軸
   方向直線領域での間隔とが略等しくなるようにレースト
   ラック状高密度プラズマを生成し、 上記駆動手段は、生成された各レーストラック状高密度
   プラズマの間隔以下の大きさの振幅で上記プラズマ生成
   手段を等速で往復移動させることを特徴とするマグネト
   ロンスパッタ装置。
2. 【請求項２】上記レーストラック状高密度プラズマの間
   隔は、該レーストラック状高密度プラズマの最も密度の
   高い部分同士の距離であることを特徴とする請求項１記
   載のマグネトロンスパッタ装置。
3. 【請求項３】第１真空室内で薄膜が形成される矩形状の
   基板に対向配置され、該基板の有効成膜面積よりも大き
   い矩形状のターゲットと、 上記ターゲットを支持するバッキングプレートの裏面側
   に配設され、該ターゲットの上記基板の対向面上に磁界
   を発生させる磁界発生手段と、 上記磁界発生手段を、上記ターゲットに対して、該ター
   ゲットの長辺あるいは短辺の何れかに平行に往復移動さ
   せる駆動手段とを備え、 上記磁界発生手段は、 ターゲット表面に磁界を発生させる矩形状の磁石ユニッ
   トを、それぞれの長辺が互いに隣接するように、且つ同
   一極性を示すように複数個配置した複合磁気回路からな
   り、 上記駆動手段は、 上記ターゲット表面に発生された磁界の上記ターゲット
   表面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上
   記磁石ユニットの長辺に平行なラインのピッチＰに対し
   て、上記複合磁気回路を上記各磁気ユニット並び方向に
   等速で往復移動させるときの振幅ＳＷが、ＳＷ≦Ｐの関
   係が成り立つように該複合磁気回路を移動させることを
   特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
4. 【請求項４】上記磁石ユニットは、該磁石ユニット中心
   に配置された中心磁石と、この中心磁石の周囲を囲むよ
   うに、且つ中心磁石とは逆極性の磁極が対向するように
   配置された周辺磁石とで構成され、これら中心磁石と周
   辺磁石とにより上記ターゲット表面に発生された磁界の
   上記ターゲット表面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶ
   ラインのうち上記磁石ユニットの長辺に平行な部分のピ
   ッチＰが、該磁石ユニットの短辺方向の寸法ＭＷに対し
   て、Ｐ＞ＭＷ／２となるように形成されていることを特
   徴とする請求項３記載のマグネトロンスパッタ装置。
5. 【請求項５】上記複合磁気回路は、ｎ個（ｎ＞１）の磁
   石ユニットからなり、各磁石ユニットの間隔が、上記ピ
   ッチＰと等しくなるように設定されると共に、上記ター
   ゲットの磁石ユニット並び方向の寸法をＴＷとしたとき
   に、Ｐ＝ＴＷ／（２×ｎ＋１）となるように設定されて
   いることを特徴とする請求項３または４記載のマグネト
   ロンスパッタ装置。
6. 【請求項６】上記磁界発生手段は、上記ターゲットの基
   板対向面とは反対面側に設けられた第２真空室内に配置
   されていることを特徴とする請求項３ないし５の何れか
   に記載のマグネトロンスパッタ装置。
7. 【請求項７】上記第２真空室内に配置された磁界発生手
   段および該磁界発生手段を駆動させる駆動手段と、該第
   ２真空室自体とは、上記ターゲットおよび該ターゲット
   を支持するバッキングプレートと同電位に設定されてい
   ることを特徴とする請求項６記載のマグネトロンスパッ
   タ装置。
8. 【請求項８】上記複合磁気回路は、ターゲットの基板対
   向面の磁石ユニットの並び方向両端部が中央部に対して
   磁界が強く、上記磁石ユニットの並び方向に直交する方
   向両端部が中央部に対して磁界が弱くなるように調整さ
   れていることを特徴とする請求項３ないし７の何れかに
   記載のマグネトロンスパッタ装置。
9. 【請求項９】上記磁石ユニットは、中心磁石と周辺磁石
   とが磁石アッシーヨークに接着固定された磁石アッシー
   と、該磁石ユニットの全体のベースとなるベースヨーク
   とで構成され、 上記磁石アッシーは、上記磁石アッシーヨークに設けら
   れた締結用穴を用いて、上記ベースヨークにボルトで締
   結され、 上記締結用穴の直径は、上記ボルトの直径よりも大きく
   なるように形成されていることを特徴とする請求項８記
   載のマグネトロンスパッタ装置。
10. 【請求項１０】上記磁石アッシーヨークの締結用穴は、
    上記磁石アッシーとベースヨークとを締結する際に、該
    磁石アッシーの位置がベースヨーク上で磁界発生手段の
    駆動方向に調整可能なように長穴に形成されていること
    を特徴とする請求項９記載のマグネトロンスパッタ装
    置。
11. 【請求項１１】上記磁石アッシーヨークとベースヨーク
    の少なくとも一方は、磁石ユニットの長手方向端部が他
    の部分よりも薄く形成されていることを特徴とする請求
    項９または１０記載のマグネトロンスパッタ装置。
12. 【請求項１２】上記磁石アッシーヨークと上記ベースヨ
    ークとは、導電性の軟磁性材料で構成され、 上記中心磁石と上記周辺磁石とは、導電性の磁石材料あ
    るいは導電性材料を表面に被覆した磁石材料で構成さ
    れ、 上記磁石アッシーは、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッ
    シーヨークに対して導電性接着剤で固定されていること
    を特徴とする請求項９ないし１１の何れかに記載のマグ
    ネトロンスパッタ装置。