特許 7543448 マグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット及びマグネトロンスパッタリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-23

(45)【発行日】2024-09-02

(54)【発明の名称】マグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット及びマグネトロンスパッタリング装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/35 20060101AFI20240826BHJP

【ＦＩ】

C23C14/35 C

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022576965

(86)(22)【出願日】2021-09-13

(86)【国際出願番号】 JP2021033475

(87)【国際公開番号】W WO2022158034

(87)【国際公開日】2022-07-28

【審査請求日】2023-01-27

(31)【優先権主張番号】P 2021006574

(32)【優先日】2021-01-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】弁理士法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】北沢 僚也

(72)【発明者】

【氏名】阪上 弘敏

(72)【発明者】

【氏名】磯部 辰徳

【審査官】宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－３２５７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１６４３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２７６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１２９４３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空チャンバ内に配置されるターゲットのスパッタ面と背向する側に設けられる磁石ユニットを備え、磁石ユニットが、線状に配置される中央磁石と、この中央磁石両側に等間隔で且つ平行に延びる直線部及び両直線部の両自由端を夫々橋渡す橋渡し部とを有して中央磁石の周囲を囲う周辺磁石とをターゲット側の極性をかえて備え、磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線が中央磁石の長手方向に沿ってのびてレーストラック状に閉じるようにスパッタ面から漏洩する磁場を発生させるマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニットにおいて、
前記周辺磁石の姿勢を維持した状態で、前記中央磁石のターゲット側の極性に応じてこの中央磁石の両端部分を周辺磁石の互いに異なる直線部のうちプラズマ中の電子が電磁場によって曲げられて向きを変えた後の直線部側に夫々シフトさせ、このようにシフトさせる中央磁石両端部の長さが両直線部間の距離の倍以上に設定されることを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット。

【請求項2】

前記中央磁石の両端部分は、中央磁石の両端に向かうに従い、前記直線部との間の間隔が段階的に小さくなるようにシフトさせ、前記スパッタ面の上方空間に前記レーストラック状のプラズマを発生させたときにレーストラックに沿って周回運動するプラズマ中の周回電子の向きを変える前後の周辺領域での密度差を小さくなるように構成した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リング装置用のカソードユニット。

【請求項3】

真空チャンバ内で被処理基板に対向配置されるターゲットのスパッタ面側を上としてこのターゲットの下方に配置される磁石ユニットと、ターゲットに電力投入する電源と、真空雰囲気の真空チャンバに不活性ガスを導入するガス導入手段とを備えるマグネトロンスパッタリング装置であって、
磁石ユニットが、線状に配置される中央磁石と、この中央磁石両側に等間隔で且つ平行に延びる直線部及び両直線部の両自由端を夫々橋渡す橋渡し部とを有して中央磁石の周囲を囲う周辺磁石とをターゲット側の極性をかえて備え、中央磁石の長手方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する中央磁石の幅方向Ｙ軸方向として、磁石ユニットを所定のストローク長で少なくともＹ軸方向に往復動する駆動手段を更に設けたものにおいて、
真空雰囲気の真空チャンバに不活性ガスを導入し、ターゲットに電力投入することで、スパッタ面の上方空間にレーストラック状のプラズマを発生させときにプラズマ中の電子が電磁場によりレーストラックのコーナー部で向きを変える際に、電子の上方への発散を抑止する電子発散抑止手段を設け、
前記周辺磁石の姿勢を維持した状態で、前記中央磁石のターゲット側の極性に応じてこの中央磁石の両端部分を周辺磁石の互いに異なる直線部のうちプラズマ中の電子が電磁場によって曲げられて向きを変えた後の直線部側に夫々シフトさせ、このようにシフトさせる中央磁石両端部の長さを両直線部間の距離の倍以上に設定して電子発散抑止手段を構成したことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マグネトロンスパッタリング方式で被処理基板上に所定の薄膜を形成するためのマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット及びマグネトロンスパッタリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

マグネトロンスパッタリング装置は、一般に、真空チャンバ内で被処理基板に（対向）配置されるターゲットのスパッタ面と背向する側に磁石ユニットを備える。そして、真空雰囲気の真空チャンバ内にアルゴンガスなどの希ガスを導入し、ターゲットに負の電位を持つ直流電圧や交流電圧を印加してターゲットのスパッタ面をスパッタリングする際、スパッタ面前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉して電子密度を高め、電子と希ガスのガス分子との衝突確率を高めることでプラズマ密度を高めている。

【0003】

ガラス基板などの矩形の輪郭を持つ被処理基板（以下、「基板」という）に成膜するような場合、通常は、ターゲットとして基板と同等の輪郭を持つものが利用される。このときの磁石ユニットとしては、ターゲットに平行に設けられる矩形の支持板（ヨーク）の一方の面に線状に配置される中央磁石と、この中央磁石両側に等間隔で且つ平行に延びる直線部及び両直線部の両自由端を夫々橋渡す橋渡し部とを有して中央磁石の周囲を囲う周辺磁石とをターゲット側の極性をかえて備えるものが一般に利用される（以下、スパッタ面から基板に向かう方向をＺ軸方向上方、中央磁石の長手方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する中央磁石の幅方向をＹ軸方向とする）。これにより、磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線がＸ軸方向にのびてレーストラック状に閉じるようにスパッタ面から漏洩する磁場が作用し、スパッタ面と基板との間の空間（スパッタ面の上方空間）にレーストラック状のプラズマが発生する。このとき、プラズマ中の電子は、磁石ユニットのＸ軸方向両端部で電磁場によって曲げられて向きを変えながら、中央磁石及び周辺磁石の上側の磁性に応じて、レーストラックに沿って時計周りまたは半時計回りの周回軌道で運動する。

【0004】

ここで、上記マグネトロンスパッタリング装置を用いて基板に所定の薄膜を成膜すると、対角線上に位置する基板の角部領域で膜厚や膜質の分布が悪くなることが知られている。これは、プラズマ中の電子が電磁場によって曲げられて向きを変える際に惰性的な運動が残ることで、特に磁石ユニットのＸ軸方向両端部（即ち、レーストラックのコーナー部）にてプラズマがＹ軸方向外方に局所的に拡がることに起因すると考えられていた。このため、スパッタリングの進行に伴うターゲットの侵食領域を均一にするために、磁石ユニットをＹ軸方向に所定のストローク長で往復動させる際に、上記電子の惰性的な運動を考慮すると、ストローク長を短く設定せざるを得ず、却って、非侵食領域が大きくなってターゲットの利用効率が悪くなる。そこで、中央磁石と周辺磁石の各直線部とが等間隔で、かつ、磁石ユニットの長手方向両端部で直線部の一方及び中央磁石の両端部を他方の直線部側に移動させて中央磁石と各直線部との間隔をその中央領域におけるものより狭くなるように構成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

ところで、フラットパネルディスプレイの製造に利用されるガラス基板のように大面積の基板に成膜するような場合、ターゲットも長く製作せざるを得ず、これに伴い、磁石ユニットの中央磁石や周辺磁石の長さも長くなる。このような場合に、上記特許文献１の磁石ユニットを用い、磁石ユニットをＹ軸方向に往復動させながらスパッタ面をスパッタリングすると、磁石ユニットの長手方向両端部に夫々隣接してその内方に向かう所定長さの範囲でプラズマが不安定になり、または、消失する場合があることが判明した。

【0006】

そこで、本願発明者らは、レーストラックに沿って周回運動するプラズマ中の電子や二次電子（以下、「周回電子」という）の軌道や密度に着目して鋭意研究を重ね、次のことを知見するのに至った。即ち、中央磁石両側に等間隔で且つ平行に延びる直線部及び両直線部の両自由端を夫々橋渡す橋渡し部を有する従来の磁石ユニットを初期磁石ユニット、上記特許文献１のように直線部の一方及び中央磁石の両端部を他方の直線部側に移動させて中央磁石と各直線部との間隔をその中央領域におけるものより狭くした磁石ユニットを補正磁石ユニットとする。また、スパッタ面と被処理基板との間の空間に発生させたレーストラック状のプラズマのうち中央磁石寄りの領域を中央領域、その逆方向の領域を周辺領域とする。そして、プラズマ中の周回電子の密度分布をシミュレーションすると、初期磁石ユニットでは、ＸＹ平面にて、電磁場によって曲げられて向きを変える前の周辺領域での周回電子の密度が局所的に高くなり、向きを変えた後の周辺領域での周回電子の密度が局所的に低くなることが判った。このことから、ＸＺ平面にて周回電子の軌道を着目してみると、向きを変えた後の中央領域で周回電子が被処理基板側（Ｚ軸方向上方）へと飛散していることが判った。

【0007】

補正磁石ユニットでは、ＸＹ平面にて、向きを変える前後の周辺領域での周回電子の密度の差は然程なく、ＸＺ平面にて、向きを変えた後の中央領域における周回電子の被処理基板側への飛散は初期磁石ユニットよりも抑制されている（言い換えると、漏洩磁場にトラップされている）ことが確認された。他方、ＸＹ平面にて、向きを変えた後、磁石ユニットの長手方向両端部に夫々隣接してその内方に向かう所定長さの範囲（中央磁石と各直線部との間隔をその中央領域のものと同等に戻した位置を起点とする所定長さの範囲）では、周辺領域での周回電子の密度が大きくなると共に、Ｙ軸方向に拡がることが確認された。これに起因して、磁石ユニットをＹ軸方向に所定のストローク長で往復動させたときにプラズマの局所的な消失などを招来していると考えられる。従って、向きを変えた後の中央領域での周回電子の被処理基板側への飛散を抑制しながら、向きを変えた後の周辺領域での周回電子の拡がりを抑制できれば、スパッタリング時にＸ軸に略対称で電子密度分布の揃ったレーストラック状のプラズマを発生させることが可能になることを知見するのに至った。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００８－１２７６０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、以上の知見を基になされたものであり、プラズマの局所的な消失などを招くことなく、スパッタリングの進行に伴うターゲットの侵食領域を略均一にでき、ターゲットの利用効率を高めることができるマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット及びマグネトロンスパッタリング装置を提供することをその課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明のマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニットは、真空チャンバ内に配置されるターゲットのスパッタ面と背向する側に設けられる磁石ユニットを備え、磁石ユニットが、線状に配置される中央磁石と、この中央磁石両側に等間隔で且つ平行に延びる直線部及び両直線部の両自由端を夫々橋渡す橋渡し部とを有して中央磁石の周囲を囲う周辺磁石とをターゲット側の極性をかえて備え、磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線が中央磁石の長手方向に沿ってのびてレーストラック状に閉じるようにスパッタ面から漏洩する磁場を発生させ、前記周辺磁石の姿勢を維持した状態で、前記中央磁石のターゲット側の極性に応じてこの中央磁石の両端部分を周辺磁石の互いに異なる直線部側に夫々シフトさせたことを特徴とする。

【0011】

これによれば、プラズマ中の周回電子の密度分布をシミュレーションすると、向きを変えた後の中央領域での周回電子の被処理基板側への飛散が抑制されることに加えて、向きを変えた後の周辺領域での周回電子のＹ軸方向への拡がりも抑制することができる。これにより、本発明のカソードユニットをマグネトロンスパッタリング装置に組み付け、上記のようにしてプラズマを発生させると、磁石ユニットの略全直に亘ってＸ軸に略対称で電子密度分布の揃ったレーストラック状のプラズマとなる。この場合、シフトさせる中央磁石両端部の長さは、磁石ユニットのＸ軸方向長さ、スパッタ面と被処理基板との間の距離や、スパッタリング時のターゲットへの投入電力等に応じて適宜設定され、例えば、両直線部間の距離の倍以上に設定される。このとき、前記中央磁石の両端部分は、中央磁石の両端に向かうに従い、前記直線部との間の間隔が段階的に小さくなるようにシフトさせる構成を採用すれば、向きを変える前後の周辺領域での周回電子の密度差をより小さくすることができる。なお、上記とは逆に、中央磁石を固定とし、この中央磁石に対して周辺磁石の両直線部の両端部（及び橋渡し部）を互いに異なる方向にシフトさせることも考えられるが、これでは、向きを変えた後の周辺領域での周回電子の拡がりを抑制できない。

【0012】

また、上記課題を解決するために、真空チャンバ内で被処理基板に対向配置されるターゲットのスパッタ面側を上としてこのターゲットの下方に配置される磁石ユニットと、ターゲットに電力投入する電源と、真空雰囲気の真空チャンバに不活性ガスを導入するガス導入手段とを備える本発明のマグネトロンスパッタリング装置は、磁石ユニットが、線状に配置される中央磁石と、この中央磁石両側に等間隔で且つ平行に延びる直線部及び両直線部の両自由端を夫々橋渡す橋渡し部とを有して中央磁石の周囲を囲う周辺磁石とをターゲット側の極性をかえて備え、中央磁石の長手方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交して中央磁石から周辺磁石の直線部に向かう方向をＹ軸方向として磁石ユニットを所定のストローク長で少なくともＹ軸方向に往復動する駆動手段を更に設け、真空雰囲気の真空チャンバに不活性ガスを導入し、ターゲットに電力投入することで、スパッタ面の上方空間にレーストラック状のプラズマを発生させときにプラズマ中の電子が電磁場によりレーストラックのコーナー部で向きを変える際に、電子の上方への発散を抑止する電子発散抑止手段を設けたことを特徴とする。

【0013】

本発明においては、前記周辺磁石の姿勢を維持した状態で、前記中央磁石のターゲット側の極性に応じてこの中央磁石の両端部分を周辺磁石の互いに異なる直線部側に夫々シフトさせて電子発散抑止手段を構成すればよい。一方、例えば、真空チャンバ内のスパッタ粒子が飛散しない位置や真空チャンバ外に永久磁石や電磁石を設けて磁場を作用させ、向きを変える際に上方（被処理基板側）への発散しようとする電子を本来の軌道にトラップするようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態のカソードユニットを備えるマグネトロンスパッタリング装置の模式部分断面図。

【図2】（ａ）は、本実施形態のカソードユニットに用いられる磁石ユニットをその一部を省略した平面図、（ｂ）は、ＸＹ平面におけるプラズマ中の周回電子の密度分布を説明する図、（ｃ）は、ＸＺ平面におけるプラズマ中の周回電子の密度分布を説明する図。

【図3】（ａ）は、従来例の磁石ユニットのＸＹ平面におけるプラズマ中の周回電子の密度分布を説明する図、（ｂ）は、ＸＺ平面におけるプラズマ中の周回電子の密度分布を説明する図。

【図4】（ａ）は、他の従来例の磁石ユニットのＸＹ平面におけるプラズマ中の周回電子の密度分布を説明する図、（ｂ）は、ＸＺ平面におけるプラズマ中の周回電子の密度分布を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、被処理基板をフラットパネルディスプレイの製造に利用される大面積のガラス基板（以下、「基板Ｓｗ」という）とし、一方向に矩形の輪郭を持つ複数枚のターゲットを等間隔で並設した所謂マルチターゲット式のマグネトロンスパッタリング装置を例に本発明のマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット及びマグネトロンスパッタリング装置の実施形態を説明する。以下において、上、下といった方向を示す用語は、マグネトロンスパッタリング装置ＳＭの設置姿勢である図１を基準にし、ターゲットのスパッタ面から基板Ｓｗに向かう方向をＺ軸方向上方、後述の中央磁石の長手方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する中央磁石の幅方向をＹ軸方向とする。

【0016】

図１を参照して、本実施形態のマグネトロンスパッタリング装置ＳＭは、成膜室１１を画成する真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１の壁面には排気口１２が開設され、排気口１２には、ロータリーポンプ、ドライポンプ、ターボ分子ポンプなどで構成される真空排気ユニットＰｕからの排気管１３が接続され、成膜室１１内を真空排気して所定圧力（例えば、１×１０^－５Ｐａ）に保持することができる。真空チャンバ１の壁面にはまた、ガス供給口２１ａ，２１ｂが開設され、ガス供給口２１ａ，２１ｂには、マスフローコントローラ２２ａ，２２ｂが介設されたガス管２３ａ，２３ｂが夫々接続され、成膜室１１内に流量制御されたアルゴンガス等の希ガス（不活性ガス）と、必要に応じて酸素ガスなどの反応ガスとを導入することができ、これらが本実施形態のガス導入手段を構成する。

【0017】

真空チャンバ１内の上部空間には、基板搬送手段３が設けられている。基板搬送手段３は、基板Ｓｗをその下面（成膜面）を開放して保持するキャリア３１と、キャリア３１をＹ軸方向に搬送自在な図外の駆動源とを備える。なお、基板搬送手段３としては公知のものを利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。そして、成膜室１１内の所定位置に搬送されたキャリア３１で保持された基板Ｓｗに対向させて、真空チャンバ１内の下部には本実施形態のカソードユニットＣＵが設けられている。カソードユニットＣＵは、未使用時の上面（スパッタ面）がＸＹ平面内に位置するようにＹ軸方向に等間隔で並設される４枚のターゲット４_１～４_４と、各ターゲット４_１～４_４の（真空チャンバ外）下方空間に夫々配置した磁石ユニット５_１～５_４とを備える。基板Ｓｗの下面に成膜しようとする膜の組成に応じて製作される各ターゲット４_１～４_４は、同一の略直方体形状を有し、基板Ｓｗに正対させたときに、並設された各ターゲット４_１～４_４の輪郭が基板Ｓｗより一回り大きくなるように各ターゲット４_１～４_４の寸法（Ｘ軸方向の長さとＹ軸方向の幅）が夫々設定されている。各ターゲット４_１～４_４の下面には、銅製のバッキングプレート４１がインジウムなどのボンディング材（図示せず）を介して夫々接合され、スパッタリング中、各ターゲット４_１～４_４を夫々冷却できる状態で絶縁体４２を介して真空チャンバ１の底面に設置される。互いに隣接するターゲット４_１，４_２及び４_３，４_４を夫々対とし、各対のターゲット４_１～４_４には、電源としての交流電源６からの出力６１が夫々接続され、交流電源６により夫々対をなすターゲット４_１，４_２及び４_３，４_４の間に所定周波数（例えば、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）の交流電力を投入することができる。なお、ターゲット種によっては、例えば、負の電位を持つ直流電力をターゲット４_１～４_４毎に投入することもできる。

【0018】

図２も参照して、 各磁石ユニット５_１～５_４は、同一の形態を有し、バッキングプレート４１に平行に設けられ、磁性材料製の平板から構成される支持板５１（ヨーク）を備える。支持板５１上面中央には、Ｘ軸方向に線状に配置される中央磁石５２と、この中央磁石５２両側に等間隔で且つ平行に延びる直線部５３ａ，５３ｂ及び両直線部５３ａ，５３ｂの両自由端を夫々橋渡す橋渡し部５３ｃ，５３ｃとを有して中央磁石５２の周囲を囲う周辺磁石５３とをターゲット側の極性をかえて（例えば、中央磁石５２がＳ極、周辺磁石５３がＮ極）備える。この場合、中央磁石５２及び周辺磁石５３は、ネオジム磁石等で一体に製作されたもの、または、ネオジム磁石等での磁石片を列設して構成され、中央磁石５２と周辺磁石５３とは同磁化に換算したときの体積が同程度になるように設計される。これにより、各ターゲット４_１～４_４の上面（スパッタ面）と基板Ｓｗの下面の間の成膜室１１内の空間に、磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線がＸ軸方向にのびてレーストラック状に閉じるスパッタ面から漏洩する磁場Ｍｆを夫々発生させる。また、各磁石ユニット５_１～５_４の支持板５１の下面にはナット部材５４が夫々突設され、各ナット部材５４には、モータＭｔに連結された送りねじＦｓが螺合し、スパッタリング時に、各磁石ユニット５_１～５_４を所定ストローク長でＹ軸方向に往復動することができ、これらが本実施形態の駆動手段を構成する。なお、各磁石ユニット５_１～５_４を所定ストローク長でＸ軸方向にも往復動できるようにしてもよい。

【0019】

上記マグネトロンスパッタリング装置ＳＭを用いて基板Ｓｗの下面に成膜する場合には、基板搬送手段３により各ターゲット４_１～４_４に正対する成膜室１１内の所定位置に基板Ｓｗを搬送し、成膜室１１を所定圧力まで真空排気する。成膜室１１が所定圧力に達すると、マスフローコントローラ２２ａ，２２ｂで流量制御しながら希ガス（必要に応じて反応ガス）を導入し、交流電源６により夫々対をなす各ターゲット４_１～４_４の間に交流電力を投入する。すると、各ターゲット４_１～４_４のスパッタ面上方にレーストラック状のプラズマＰＬが夫々発生する。このとき、プラズマＰＬ中の電子は、各磁石ユニット５_１～５_４のＸ軸方向両端部で電磁場によって曲げられて向きを変えながら、中央磁石５２及び周辺磁石５３の上側の磁性に応じて、レーストラックに沿って時計周りまたは半時計回りの周回軌道で運動する。そして、プラズマＰＬで電離した希ガスのイオンによりスパッタ面がスパッタリングされ、所定の余弦則に従いスパッタ面から飛散するスパッタ粒子が基板Ｓｗの下面に付着、堆積して成膜される。このとき、各磁石ユニット５_１～５_４をＹ軸方向に所定のストローク長で一体に往復動することで、各ターゲット４_１～４_４がＹ軸方向に略均等に侵食される。

【0020】

ここで、図３（ａ）に示すように、支持板５１０上に設けた中央磁石５２０両側に等間隔で且つ平行に延びる直線部５３０ａ，５３０ｂ及び両直線部５３０ａ，５３０ｂの両自由端を夫々橋渡す橋渡し部５３０ｃを有する従来の磁石ユニットを初期磁石ユニットＭｕ１とする。また、図４（ａ）に示すように、支持板５１１上に設けた中央磁石５２１両側に等間隔で且つ平行に延びる直線部５３１ａ，５３１ｂ及び両直線部５３１ａ，５３１ｂの両自由端を夫々橋渡す橋渡し部５３１ｃを有する磁石ユニットを基準に、上記特許文献１の如く、直線部５３１ａの一方及び中央磁石５２１の両端部を他方の直線部５３１ｂ側に移動させて中央磁石５２１と各直線部５３１ａ，５３１ｂとの間隔をその中央領域におけるものより狭くした磁石ユニットを補正磁石ユニットＭｕ２とする。また、図１中に一点鎖線で示すように、スパッタ面と基板Ｓｗとの間の空間に発生させたレーストラック状のプラズマＰＬのうち中央磁石５２１寄りの領域を中央領域Ｐｃ、その逆方向の領域を周辺領域Ｐｐ１，Ｐｐ２とする。そして、プラズマＰＬ中の周回電子の軌道や密度分布をシミュレーションすると、初期磁石ユニットＭｕ１では、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＸＹ平面にて、（初期磁石ユニットＭｕ１の両端部において）電磁場によって曲げられて向きを変える前の周辺領域Ｐｐ１での周回電子の密度が局所的に高くなる一方で、向きを変えた後の周辺領域Ｐｐ２での周回電子の密度が局所的に低くなる。また、ＸＺ平面にて周回電子の軌道をみてみると、向きを変えた後の中央領域Ｐｃで周回電子がＺ軸方向上方へと飛散している。なお、図２～図４においては、周回電子の軌道を細い曲線で表すと共に、その軌道における周回電子の密集度を濃淡で示している。

【0021】

補正磁石ユニットＭｕ２では、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＸＹ平面にて、向きを変える前後の周辺領域Ｐｐ１，Ｐｐ２での周回電子の密度差は然程なく、ＸＺ平面にて、向きを変えた後の中央領域Ｐｃにおける周回電子の基板Ｓｗ側への飛散は、初期磁石ユニットＭｕ１よりも抑制されている（言い換えると、漏洩磁場Ｍｆにトラップされている）。一方、向きを変えた後、長手方向両端部に夫々隣接してその内方に向かう所定長さの範囲Ｌｐ（中央磁石５２１と各直線部５３１ａ，５３１ｂとの間隔をその中央領域のものと同等に戻した位置を起点とする所定長さの範囲）では、周辺領域Ｐｐ２での周回電子の密度が大きくなってＹ軸方向に拡がっている。これに起因して、補正磁石ユニットＭｕ２をＹ軸方向に所定のストローク長で往復動させたときにプラズマの局所的な消失などを招来していると考えられる。

【0022】

本実施形態の各磁石ユニット５_１～５_４では、図２（ａ）に示すように、周辺磁石５３の姿勢を維持した状態で、中央磁石５２のターゲット側の極性に応じて（言い換えると、電子が周回する方向に応じて）、中央磁石５２の両端部分５２ａ，５２ｂを周辺磁石５３の互いに異なる直線部５３ａ，５３ｂ側に夫々シフトさせる構成を採用している。この場合、シフトさせる中央磁石５２の両端部分５２ａ，５２ｂの長さＬ１は、磁石ユニット５_１～５_４のＸ軸方向長さ、スパッタ面と基板Ｓｗとの間の距離や、スパッタリング時のターゲット４_１～４_４への投入電力等に応じて適宜設定され、例えば、両直線部５３ａ，５３ｂ間の距離Ｌ２の倍以上に設定される。このとき、中央磁石５２の両端部分５２ａ，５２ｂは、中央磁石端に向かうに従い、直線部５３ａ，５３ｂとの間の間隔が段階的に小さくなるように（階段状に）シフトさせることができる。他方で、中央磁石５２の両端部分５２ａ，５２ｂが中央磁石端に向かうに従い、直線部５３ａ，５３ｂとの間の間隔が連続して小さくなるようにシフトさせることもできる（例えば、中央磁石５２の両端部分５２ａ，５２ｂをX軸方向に対して傾けて設置する）。

【0023】

本実施形態の磁石ユニット５_１～５_４を用い、プラズマＰＬ中の周回電子の軌道及び密度分布をシミュレーションすると、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ＸＹ平面にて、向きを変える前後の周辺領域Ｐｐ１，Ｐｐ２での周回電子の密度差は然程なく、また、ＸＺ平面にて、向きを変えた後の中央領域Ｐｃにおける周回電子の基板Ｓｗ側への飛散も、補正磁石ユニットＭｕ２よりも一層抑制されている（言い換えると、漏洩磁場Ｍｆにトラップされている）ことが確認できた。しかも、向きを変えた後でも、周辺領域Ｐｐ２での周回電子の密度はその他の箇所と同等でＹ軸方向に拡がらないことが確認された。これにより、中央磁石５２の両端部分５２ａ，５２ｂを周辺磁石５３の互いに異なる直線部５３ａ，５３ｂ側に夫々シフトさせる構成が周回する電子の上方への発散を抑止する電子発散抑止手段となることが判る。

【0024】

本実施形態によれば、磁石ユニット５_１～５_４の略全直に亘ってＸ軸に略対称で電子密度分布の揃ったレーストラック状のプラズマＰＬを形成することができる。このため、上記磁石ユニット５_１～５_４を設けたマグネトロンスパッタリング装置ＳＭを用いて基板Ｓｗに所定の薄膜を成膜すると、その全面に亘って膜厚や膜質の分布よく成膜することができ、しかも、駆動手段Ｍｔ，ＦｓによるＹ軸方向の往復動のストローク長を長く設定できることで、各ターゲット４_１～４_４の利用効率を向上させることができる。なお、特に図示して説明しないが、上記とは逆に、中央磁石５２を固定とし、この中央磁石５２に対して周辺磁石５３の両直線部５３ａ，５３ｂの両端部（及び橋渡し部）を互いに異なる方向にシフトさせることも考えられるが、これでは、向きを変えた後の周辺領域での周回電子の拡がりを抑制できないことが確認された。

【0025】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、中央磁石５２の両端部分５２ａ，５２ｂを周辺磁石５３の互いに異なる直線部５３ａ，５３ｂ側に夫々シフトさせて電子発散抑止手段を構成したものを例に説明したが、向きを変えた後の中央領域Ｐｃでの周回電子の基板Ｓｗ側への飛散を抑制できるものであれば、これに限定されるものではない。特に図示して説明しないが、例えば、真空チャンバ１内のスパッタ粒子が飛散しない位置や真空チャンバ１外に永久磁石や電磁石を設けて磁場を作用させ、向きを変える際に上方（被処理基板側）へと発散しようとする電子を本来の軌道にトラップするようにしてもよい。

【0026】

また、上記実施形態では、複数枚のターゲット４_１～４_４を等間隔で並設した所謂マルチターゲット式のマグネトロンスパッタリング装置ＳＭを例に説明したが、これに限定されるものではない。一枚のターゲットに単一の磁石ユニットを配置したマグネトロンスパッタリング装置や、一枚のターゲットに対して複数個の磁石ユニットを等間隔で並設した所謂マルチマグネット式のマグネトロンスパッタリング装置にも本発明は適用することができる。

【符号の説明】

【0027】

ＳＭ…マグネトロンスパッタリング装置、ＣＵ…カソードユニット、１…真空チャンバ、２１ａ，２１ｂ…ガス供給口（ガス導入手段の構成要素）、２２ａ，２２ｂ…マスフローコントローラ（ガス導入手段の構成要素）、２３ａ，２３ｂ…ガス管（ガス導入手段の構成要素）、４_１～４_４…ターゲット、５_１～５_４…磁石ユニット、５２…中央磁石、５２ａ，５２ｂ…中央磁石５２の両端部分（電子発散抑止手段）、５３…周辺磁石、５３ａ，５３ｂ…直線部、５３ｃ…橋渡し部、Ｍｆ…磁場、６…交流電源（電源）、Ｍｔ…モータ（駆動手段の構成要素）、Ｆｓ…送りねじ（駆動手段の構成要素）、５４…ナット部材（駆動手段の構成要素）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】