JP2008056990A

JP2008056990A - スパッタリング装置

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Publication number: JP2008056990A
Application number: JP2006235047A
Authority: JP
Inventors: Masao Marunaka; 正雄丸中; Takayuki Tsuchiya; 貴之土屋; Atsuhiro Terakura; 厚広寺倉
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP4795174B2

Abstract

【課題】ターゲットのスパッタ速度を磁界により容易に調整可能なシート状プラズマによるスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】スパッタリング装置１００は、プラズマ２２を輸送方向に向けて放出可能なプラズマガン４０と、輸送方向に延びる輸送空間２１を有する形成室２０と、形成室２０の輸送空間を輸送方向に対して交差する向きに挟み、同極同士が向き合った磁界発生手段の対２４Ａ、２４Ｂと、輸送空間２１に連通する成膜室３０と、成膜室３０内に配置されたターゲット３５Ｂを輸送方向に沿った向きに挟み、異極同士が向き合った電磁コイルの対３２、３３と、電源Ｖ３とを備え、プラズマ２２は、磁界発生手段の対２４Ａ、２４Ｂの磁界によりシート状に拡がり、バイアス電圧によるターゲット３５Ｂへのシート状プラズマ２７中の荷電粒子の入射に基づくターゲット電流量が、電磁コイルの対２４Ａ、２４Ｂのコイル磁界に基づき調整される装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタリング装置に係り、更に詳しくは、シート状プラズマ中の荷電粒子をターゲットに衝突させてなるスパッタリング技術の改良に関する。

円柱状のプラズマを、同じ磁極（例えばＮ極）同士を互いに対向させて強力な反発磁界を発生するような永久磁石の対で挟み、これにより、均一かつ高密度のシート状プラズマを形成できることが提案されている（従来例としての特許文献１参照）。

また、大直径空芯コイルで発生させた弱磁場をイオンプレーティング装置の容器にかけることにより（数ガウスから２０ガウス程度まで）、シート状プラズマの厚みが自由に変化（２０ｃｍ〜数ｃｍ）することが知られている（従来例としての特許文献２参照）。

更に、シート状プラズマをターゲットと基板との間の成膜空間に導いて、これにより、シート状プラズマ中の荷電粒子（正イオン）を用いたスパッタリングによりターゲット材料（スパッタ粒子）を叩き出した後に、当該スパッタ粒子をシート状プラズマに通して電離させ基板表面に飛散、堆積させるといった、スパッタリング技術が開発されている（従来例としての特許文献３参照）。
特公平４−２３４００号公報特開平８−２２８０２号公報特開２００５−１７９７６７号公報

本件発明者等は、シート状プラズマを用いたスパッタリング装置内の磁界を支配する装置のパラメータ（例えば、電磁コイルの電流量や永久磁石の強度等）の最適化に取り組んでいる。とりわけ、当該パラメータとターゲットのスパッタ速度（基板へのスパッタ粒子の成膜速度）との間の相関性は、シート状プラズマの性能を決定付ける重要な事項であるにも拘らず、従来例には、この相関性について何等記載も示唆もされていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スパッタリング用ターゲットのスパッタ速度を磁界に基づき容易に調整可能なシート状プラズマによるスパッタリング装置を提供することを目的とする。

本件発明者等による鋭意研究の結果、バイアス電圧によるターゲットへのシート状プラズマ中の荷電粒子の入射量に対応するターゲット電流量（ひいてはターゲットのスパッタ速度）が、シート状プラズマの幅方向の形状を整えるための電磁コイルの対により作られるコイル磁界に基づき調整できることを見出した。そして、このような両者間の相関性を裏付ける現象として、当該電磁コイルの巻線を流れるコイル電流の電流量を変更すれば、シート状プラズマの厚みを変えられることが確認された。

よって、本発明は、このような知見に基づき案出されたものであり、本発明のスパッタリング装置は、輸送方向の中心に対し略等密度分布するプラズマを放電により形成して、前記プラズマを前記輸送方向に向けて放出可能なプラズマガンと、前記輸送方向に延びる輸送空間を有するシート状プラズマ形成室と、前記シート状プラズマ形成室の輸送空間を前記輸送方向に対して交差する向きに挟み、互いに同極同士が向き合った磁界発生手段の対と、前記輸送空間に連通する真空成膜室と、前記真空成膜室内に配置されたターゲットを、前記輸送方向に沿った向きに挟み、互いに異極同士が向き合った電磁コイルの対と、前記ターゲットにバイアス電圧を印加する電源と、を備え、前記プラズマは、前記輸送空間を移動する間に、前記磁界発生手段の対の磁界によりシート状に拡がり、前記バイアス電圧による前記ターゲットへの前記シート状プラズマ中の荷電粒子の入射に基づくターゲット電流量が、前記電磁コイルの対のコイル磁界に基づき調整される装置である。

より具体的には、前記電磁コイルの対の巻線を流れるコイル電流の電流量を変更することにより、前記ターゲットに平行に拡がる前記シート状プラズマの厚みが調整される装置である。

このように電磁コイルの対の巻線を流れるコイル電流に基づきシート状プラズマの厚みを変更できるため、ターゲットのスパッタ速度が、電磁コイルの対により作られるコイル磁界に基づき調整され得る。その結果、基板への成膜粒子の成膜速度の向上や微調整が行える。

また、前記ターゲットを装着するターゲットホルダと、前記シート状プラズマ中の荷電粒子により叩き出された前記ターゲットの材料を堆積する基板を装着する基板ホルダと、を備え、前記ターゲットおよび前記基板は、前記シート状プラズマの厚み方向に間隔を隔て、かつ前記シート状プラズマを挟むようにして、前記真空成膜室内に互いに対向して配置される装置であっても良い。

本発明によれば、スパッタリング用ターゲットのスパッタ速度を磁界に基づき容易に調整可能なシート状プラズマによるスパッタリング装置が得られる。

図１は本実施形態のスパッタリング装置の一構成例を示す概略図である。以下、図１を参照しながらこのスパッタリング装置について説明する。

なおここでは便宜上、図１に示す如く、プラズマ輸送の方向をＺ方向にとり、このＺ方向に直交し、かつ棒磁石２４Ａ、２４Ｂ（後記）の磁化方向をＹ方向にとり、これらのＺ方向およびＹ方向の両方に直交する方向をＸ方向にとって、このスパッタリング装置の構成を述べる。

本実施形態のスパッタリング装置１００は、図１に示す如くＹＺ平面において略十字形をなしており、プラズマ輸送の方向（Ｚ方向）から見て順番に、プラズマを高密度に生成するプラズマガン４０と、Ｚ方向の軸を中心とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製やガラス製）のシート状プラズマ形成室２０と、Ｙ方向の軸を中心とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製）の真空成膜室３０と、を備える。なおこれらの各部４０、２０、３０は、プラズマを輸送する通路を介して互いに気密状態を保って連通されている。

プラズマガン４０は、減圧可能な放電空間（不図示）を有し、このプラズマガン４０のＺ方向の一端は、この放電空間を塞ぐようにフランジ１１（カソードマウント）が配置されている。このフランジ１１には、プラズマ放電誘発用の熱電子を放出するカソードＫが配置されているとともに、プラズマ放電により電離される放電ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスをこの放電空間に導くガス導入手段（不図示）が設けられている。

また、プラズマガン４０の放電空間の適所には、カソードＫとの間でプラズマ放電（グロー放電）を維持するため、直流電源Ｖ１と適宜の抵抗Ｒｖ、Ｒ₁、Ｒ₂の組合せにより所定のプラス電圧を印加された一対のグリット電極Ｇ₁、Ｇ₂（中間電極）が配置され、このようなプラズマ放電により、プラズマガン４０の放電空間には、荷電粒子（ここではＡｒ⁺と電子）の集合体としてのプラズマが形成される。

なおここでは、直流電源Ｖ１に基づく低電圧かつ大電流の直流アーク放電により、カソードＫとアノードＡ（後記）との間に高密度のプラズマ放電を可能にする、公知の圧力勾配型のプラズマガン４０が採用されている。

プラズマガン４０の周囲には、このプラズマガン４０の側面周囲を取り囲むように、円環状の第１の電磁コイル１２（空心コイル）が配設され、この第１の電磁コイル１２の巻線に電流を流すことにより、プラズマガン４０の放電空間にはコイル磁界に基づく磁束密度のＺ方向の勾配が形成される。このような磁束密度のＺ方向の勾配により、プラズマを構成する荷電粒子は、この放電空間からＺ方向（アノードＡに向かう方向）に運動するよう、磁力線の回りを旋回しながらＺ方向に進み、これらの荷電粒子の集合体としてのプラズマが、Ｚ方向の輸送中心Ｐ（図２参照）に対して略等密度分布してなる円柱状のプラズマ（以下、「円柱状プラズマ２２」という）として、プラズマガン４０のＺ方向の他端とシート状プラズマ形成室２０のＺ方向の一端との間に介在する通路（不図示）を介してシート状プラズマ形成室２０へ引き出される。

シート状プラズマ形成室２０は、Ｚ方向の軸を中心とした円柱状の減圧可能な輸送空間２１を有し、この輸送空間２１は、バルブ２６により開閉可能な排気口から真空ポンプ２５（例えばターボポンプ）により真空引きされ、これにより、当該輸送空間２１は円柱状プラズマ２２を輸送可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。

シート状プラズマ形成室２０の側面周囲には、このシート状プラズマ形成室２０を取り囲み、円柱状プラズマ２２のＺ方向の推進力を発生する円環状の第２の電磁コイル２３（空心コイル）が配設されている。なお、第２の電磁コイル２３の巻線には、カソードＫ側をＳ極、アノードＡ側をＮ極とする向きの電流が通電されている。

また、この第２の電磁コイル２３のＺ方向の前方側（アノードＡに近い側）には、このシート状プラズマ形成室２０（輸送空間２１）をＹ方向の向きに挟み、互いに同極（ここではＮ極）が対向するようにして、Ｙ方向に磁化され、かつＸ方向に延びる一対の角形の棒磁石２４Ａ、２４Ｂ（永久磁石；磁界発生手段の対）が、Ｙ方向に所定の間隔を隔てて配設されている。

上記第２の電磁コイル２３の巻線に電流を流すことによりシート状プラズマ形成室２０の輸送空間２１に作られるコイル磁界と、棒磁石２４Ａ、２４Ｂによりこの輸送空間２１に作られる磁石磁界との相互作用により、シート状プラズマ形成室２０の輸送空間２１を円柱状プラズマ２２がＺ方向に移動する間に、この円柱状プラズマ２２は、その輸送方向（Ｚ方向）の輸送中心Ｐを含むＸＺ平面（以下、「主面Ｓ」という）に沿って拡がる、均一なシート状のプラズマ（以下、「シート状プラズマ２７」という）に変形される。

以下、第２のコイル２３および一対の棒磁石２４Ａ、２４Ｂによる磁界相互作用に基づく、円柱状プラズマ２２からシート状プラズマ２７に変形する方法について、図２を参照しつつ述べる。

図２は、シート状プラズマの形成法の概略を説明する模式図であり、図２（ａ）は、棒磁石のＺ方向略中央付近のＸＹ平面に平行な断面の模式図であり、図２（ｂ）は、棒磁石のＸ方向略中央付近のＹＺ平面に平行な断面の模式図である。

なお、図２中の符号Ｂｘ、ＢｙおよびＢｚは各々、図１中のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の磁束密度ベクトル成分を表している。

図２（ｂ）から理解されるとおり、第２の電磁コイル２３のコイル磁界により、棒磁石２４Ａ、２４Ｂに到達する前の円柱状プラズマ２２のＺ方向に作用する初期の磁束密度成分Ｂｚ０が形成されている。このとき、初期の磁束密度成分Ｂｚ０と、一対の棒磁石２４Ａ、２４Ｂが作るＺ方向の磁束密度成分Ｂｚとの間の大小関係を適正に保つように、第２の電磁コイル２３の配置や第２の電磁コイル２３の巻線に流す電流量を設定する必要がある。両者間の適正な関係を保たなければ、円柱状プラズマ２２をシート状プラズマ２７に変形する際の、プラズマの形態が乱れて（例えば、いわゆる角の発生）、主面Ｓに沿って、円柱状プラズマ２２を均一に拡げ難くなると考えられている。

次に、図２（ａ）から理解されるとおり、ＸＹ平面上には、一対の棒磁石２４Ａ、２４ＢのＮ極面から互いに輸送中心Ｐに近づく、磁束密度のＹ方向成分Ｂｙの対が形成されるとともに、これらの棒磁石２４Ａ、２４ＢのＮ極面と平行に輸送中心Ｐから互いに離れる、磁束密度のＸ方向成分Ｂｘの対が形成されている。

磁束密度のＹ方向成分Ｂｙの対については、棒磁石２４Ａ、２４ＢのＮ極面を互いに対向配置させていることから、これらのＮ極面から輸送中心Ｐに近づくに連れて、そのＹ方向成分に互いに相殺され、これらの磁束密度のＹ成分に適宜のマイナス勾配を持たせることができる。

このような磁束密度のＹ方向成分Ｂｙの勾配は、図２（ａ）の矢印で示す如く、輸送中心Ｐに向かってＹ方向に円柱状プラズマ２２を圧縮する方向に荷電粒子を運動させ、これにより、円柱状プラズマ２２中の荷電粒子は、磁力線の回りを旋回しながら輸送中心Ｐの方向に進む。

一方、磁束密度のＸ方向成分Ｂｘの対については、棒磁石２４Ａ、２４Ｂの配置やその磁場強度の適切な設計により、輸送中心ＰからＸ方向に離れるに連れて、これらの磁束密度のＸ成分に適宜のマイナス勾配を持たせるように調整できる。

このような磁束密度のＸ方向成分Ｂｘの勾配は、図２（ａ）の矢印で示す如く、円柱状プラズマ２２を主面Ｓ（ＸＺ平面）に沿って拡げる方向に荷電粒子を運動させ、これにより、円柱状プラズマ２２中の荷電粒子は、磁力線の回りを旋回しながら輸送中心Ｐから離れる方向に進む。

こうして、円柱状プラズマ２２は、シート状プラズマ形成室２０をＺ方向に移動する間に、第２の電磁コイル２３および棒磁石２４Ａ、２４Ｂによる磁界相互作用に基づいて、主面Ｓに沿ったシート状プラズマ２７に均一に変形される。なお、シート状プラズマ２７の幅、厚みおよび荷電粒子密度分布等は、これらの磁束密度Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚ、Ｂｚ０を適宜変更することにより、調整可能である。

このようにして変形されたシート状プラズマ２７は、図１に示す如く、シート状プラズマ形成室２０のＺ方向の他端と真空成膜室３０の側壁との間に介在する、シート状プラズマ２７の通過用のスリット状のボトルネック部２８を介して真空成膜室３０へ引き出される。なお、ボトルネック部２８の間隔（Ｙ方向寸法）および厚み（Ｚ方向寸法）並びに幅（Ｘ方向寸法）は、シート状プラズマ２７を適切に通過するように設計されている。

またここでの真空成膜室３０としては、例えば、シート状プラズマ２７中のＡｒ⁺の衝突エネルギにより平板状のターゲット３５ＢのＣｕ材料をスパッタ粒子として叩き出す真空スパッタリング装置が採用されている。なお、このシート状プラズマ２７は、上記ターゲット３５Ｂおよび後記の平板状の基板３４Ｂに対し平行に拡がっている。

真空成膜室３０は、Ｙ方向の軸を中心とした円柱状の減圧可能な、スパッタリングプロセス用の成膜空間３１を有し、この成膜空間３１は、バルブ３７により開閉可能な排気口から真空ポンプ３６（例えばターボポンプ）により真空引きされ、これにより、当該成膜空間３１はスパッタリングプロセス可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。

ここで成膜空間３１は、その機能上、上下方向（Ｙ方向）において、ボトルネック部２８の間隔に対応する水平面（ＸＺ平面）に沿った中央空間を境にして、板状の銅製のターゲット３５Ｂを格納する囲い部により区画されたターゲット空間と、板状の基板３４Ｂを格納する囲い部により区画された基板空間と、に区分けして理解され得る。

つまり、ターゲット３５Ｂは、ターゲットホルダ３５Ａに装着された状態において、中央空間の上方に位置するターゲット空間内に格納され、適宜のアクチュエータ（不図示）によりターゲット空間内を上下（Ｙ方向）に移動可能に構成されている。一方、基板３４Ｂは、基板ホルダ３４Ａに装着された状態において、中央空間の下方に位置する基板空間内に格納され、適宜のアクチュエータ（不図示）により基板空間内を上下（Ｙ方向）に移動可能に構成されている。

なお上記中央空間は、真空成膜室３０においてシート状プラズマ２７の主成分を輸送させる空間である。

このようにして、ターゲット３５Ｂおよび基板３４Ｂは互いに、シート状プラズマ２７の厚み方向（Ｙ方向）に一定の好適な間隔を隔てるようにして、このシート状プラズマ２７（中央空間）を挟み、成膜空間３１内に対向して配置されている。

また、ターゲット３５Ｂには、スパッタリングプロセス中には、直流電源Ｖ３により数百ボルトの範囲内で変更可能な可変バイアス電圧（マイナス電圧）が印加される。これにより、シート状プラズマ２７中のＡｒ⁺がターゲット３５Ｂに向かって引き付けられる。その結果、Ａｒ⁺とターゲット３５Ｂとの間の衝突エネルギによりターゲット３５Ｂのスパッタ粒子（例えばＣｕ粒子）が、ターゲット３５Ｂから基板３４Ｂに向かって叩き出される。

また、ターゲット３５Ｂと直流電源Ｖ３との間には、電流計５０が配設され、これにより、バイアス電圧によるターゲット３５Ｂへのシート状プラズマ２７中のＡｒ⁺の入射量が、ターゲット電流量（Ａｒ⁺のイオン電流量）として電流計５０により検知できるように構成されている。

また、基板３４Ｂには、スパッタリングプロセス中には、直流電源Ｖ２によりバイアス電圧（マイナス電圧）が印加され、これにより、シート状プラズマ２７により、電子を剥ぎ取られて電離されたスパッタ粒子（例えばＣｕイオン）が、基板３４Ｂに向かって加速され、この基板３４Ｂに対し付着強度を高めて堆積される。

次に、ボトルネック部２８から見て、Ｚ方向に対向する位置の真空成膜室３０の周辺構成を説明する。

当該位置の真空成膜室３０の側壁にはアノードＡが配置され、この側壁とアノードＡとの間には、プラズマ通過用の通路２９が設けられている。

アノードＡは、カソードＫとの間で適宜のプラス電圧（例えば１００Ｖ）を印加され、これにより、カソードＫおよびアノードＡの間の直流アーク放電によるシート状プラズマ２７中の荷電粒子（特に電子）を回収する役割を担っている。

また、アノードＡの裏面（カソードＫに対する対向面の反対側の面）には、アノードＡ側をＳ極、大気側をＮ極とした永久磁石３８が配置されている。このため、この永久磁石３８のＮ極から出てＳ極に入るＸＺ平面に沿った磁力線により、アノードＡに向かうシート状プラズマ２７の幅方向（Ｘ方向）の拡散を抑えるようにシート状プラズマ２７が幅方向に収束され、シート状プラズマ２７の荷電粒子が、アノードＡに適切に回収され得る。

また、円環状の第３および第４の電磁コイル３２、３３（空心コイル）は、互いに対をなして、真空成膜室３０の側壁を臨むようにして、成膜空間３１内のターゲット３５Ｂおよび基板３４ＢをＺ方向の向きに挟み、異極同士（ここでは、第３の電磁コイル３２はＮ極、第４の電磁コイルはＳ極）を向かい合わせて配置されている。

より詳しくは、第３の電磁コイル３２は、第３の電磁コイル３２の巻線が、一対の棒磁石２４Ａ、２４Ｂと真空成膜室３０との間のＺ方向の適所を取り囲むよう配置され、第４の電磁コイル３３は、第４の電磁コイル３３の巻線が、真空成膜室３０の側壁とアノードＡとの間のＺ方向の適所を取り囲むよう配置されている。

このような第３および第４の電磁コイル３２、３３の対の巻線に電流を流すことにより作られるコイル磁界（例えば１０Ｇ〜３００Ｇ程度のミラー磁界）によれば、シートプラズマ２７の幅方向（Ｘ方向）の形状が、真空成膜室３０の成膜空間３１を跨ぐようにシート状プラズマ２７がＺ方向に移動する間に、シート状プラズマ２７中の荷電粒子の拡散を適切に抑えるように整形される。

ここで、第３および第４の電磁コイル３２、３３の巻線に流すコイル電流量（Ａ）と、電流計５０により検知された、バイアス電圧によるターゲット３５Ｂへのシート状プラズマ２７中のＡｒ⁺の入射に基づくターゲット電流量（Ａ）との間の相関性を検証した結果を述べる。

図３は、横軸にコイル電流量をとり、縦軸にターゲット電流量をとって、両者の相関性を示した図である。なお、直流電源Ｖ３によりターゲット３５Ｂに印加させるバイアス電圧Ｖａには、Ｖａ＝５００ＶとＶａ＝８００Ｖとが採用されている。

図３から理解されるとおり、上記コイル電流量を略１３Ａから略２６Ａに増加させると（第３および第４の電磁コイル３２、３３の対により作られるコイル磁界の磁束密度を高めると）、Ｖａ＝５００Ｖの場合には上記ターゲット電流量が略１．２３Ａから略１．０６Ａに減少し、Ｖａ＝８００Ｖの場合には上記ターゲット電流量が略１．２６Ａから略１．０１Ａに減少することが分かった。つまり、同じバイアス電圧Ｖａであっても、コイル電流量を変更することにより、バイアス電圧Ｖａに応じてターゲット電流量が適切に決定できるようになる。換言すれば、バイアス電圧Ｖａによるターゲット３５Ｂへのシート状プラズマ２７中のＡｒ⁺の入射量に対応するターゲット電流量は、シート状プラズマ２７の幅方向の形状を整えるための第３および第４の電磁コイル３２、３３の対により作られるコイル磁界（磁束密度）に基づき調整され得ると言える。そして、バイアス電圧Ｖａによるターゲット３５Ｂへのシート状プラズマ２７中のＡｒ⁺の入射量の多少は、ターゲット３５Ｂのスパッタ速度（ひいては基板３４ＢへのＣｕ粒子の成膜速度）の多少に比例的に反映されることから、ターゲット３５Ｂのスパッタ速度が、第３および第４の電磁コイル３２、３３の対により作られるコイル磁界（磁束密度）に基づき調整され得る。その結果、基板３４ＢへのＣｕ粒子の成膜速度の向上や微調整が行える。

次に、上記コイル電流量の変更に際して、シート状プラズマ２７の状態を目視観察した結果を述べる。当該目視観察によれば、コイル電流量を略１３Ａから略２６Ａに増やすに連れて、シート状プラズマ２７の厚みが薄くなることが確認された。このような現象から、本件発明者等は、図３に示したコイル電流量とターゲット電流量との間の相関関係の要因を以下のように推定している。

図４は、シート状プラズマとターゲットとの位置関係を示した図であって、コイル電流量とターゲット電流量との間の相関関係を説明する模式図である。図４（ａ）は、コイル電流量が多い場合（第３および第４の電磁コイル３２、３３の対により作られるコイル磁界の磁束密度が高い場合）において、シート状プラズマ２７とターゲット３５Ｂとの間の位置関係を示した図であり、図４（ｂ）は、コイル電流量が少ない場合（第３および第４の電磁コイル３２、３３の対により作られるコイル磁界の磁束密度が低い場合）において、シート状プラズマ２７とターゲット３５Ｂとの間の位置関係を示した図である。

図４（ａ）、（ｂ）に示したシート状プラズマ２７とターゲット３５Ｂとの間の位置関係から理解されるとおり、コイル電流量を多くすることによりシート状プラズマ２７の厚みｔ１が薄めになる一方（例えばｔ１＝１ｍｍ程度）、コイル電流量を少なくすることによりシート状プラズマ２７の厚みｔ２が厚めになる（例えばｔ２＝１０ｍｍ程度）。

このため、図４（ｂ）に示したシート状プラズマ２７のターゲット側の面２７Ｃとターゲット３５Ｂのプラズマ側の面３５Ｃとの間の間隔Ｌ２は、図４（ａ）に示したシート状プラズマ２７のターゲット側の面２７Ｃとターゲット３５Ｂのプラズマ側の面３５Ｃとの間の間隔Ｌ１より狭くなる。よって、コイル電流量を少なくすれば、ターゲット３５Ｂおよびシート状プラズマ２７間の距離が狭まり、その結果、ターゲット電流量が増加したものと考えられる。

なお、このようなコイル電流量を変更しなくても、アクチュエータによりターゲット３５Ｂをシート状プラズマ２７に近づければ、同様にターゲット電流量を増加できる。しかしこのようにすれば、シート状プラズマ２７に接近したターゲット３５Ｂが、シート状プラズマ２７中の電子温度により熱ダメージを受ける場合がある。

これに対し本実施形態の如く、コイル電流量を少なくして、シート状プラズマ２７の厚みを厚めにすれば、シート状プラズマ２７中の電子密度が低くなり、ターゲット３５Ｂの熱ダメージは、その分緩和され好適である。

以上に述べたスパッタリング装置１００によれば、第３および第４の電磁コイル３２、３３の対の巻線を流れるコイル電流に基づきシート状プラズマ２７の厚みを変更できる。このため、ターゲット３５Ｂのスパッタ速度が、第３および第４の電磁コイル３２、３３の対により作られるコイル磁界（磁束密度）に基づき調整され得る。その結果、基板３４ＢへのＣｕ粒子の成膜速度の向上や微調整が行える。

本発明は、シート状プラズマの荷電粒子によってターゲットをスパッタリングする真空スパッタリング装置に利用できる。

本発明の実施形態に係るスパッタリング装置の構成例を示す概略図である。シート状プラズマの形成法の概略を説明する模式図である。横軸にコイル電流量をとり、縦軸にターゲット電流量をとって、両者の相関性を示した図である。シート状プラズマとターゲットとの位置関係を示した図であって、（ａ）はコイル電流量が多い場合の位置関係、（ｂ）はコイル電流量が少ない場合の位置関係を示した図である。

符号の説明

１１フランジ
１２第１の電磁コイル
２０シート状プラズマ形成室
２１輸送空間
２２円柱状プラズマ
２３第２の電磁コイル
２４Ａ、２４Ｂ棒磁石
２５、３６真空ポンプ
２６、３７バルブ
２７シート状プラズマ
２７Ｃシート状プラズマのターゲット側の面
２８ボトルネック部
２９通路
３０真空成膜室
３１成膜空間
３２第３の電磁コイル
３３第４の電磁コイル
３４Ａ基板ホルダ
３４Ｂ基板
３５Ａターゲットホルダ
３５Ｂターゲット
３５Ｃターゲットのプラズマ側の面
３８永久磁石
４０プラズマガン
１００スパッタリング装置
Ａアノード
Ｋカソード
Ｐ輸送中心
Ｓ主面
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３直流電源

Claims

輸送方向の中心に対し略等密度分布するプラズマを放電により形成して、前記プラズマを前記輸送方向に向けて放出可能なプラズマガンと、
前記輸送方向に延びる輸送空間を有するシート状プラズマ形成室と、
前記シート状プラズマ形成室の輸送空間を前記輸送方向に対して交差する向きに挟み、互いに同極同士が向き合った磁界発生手段の対と、
前記輸送空間に連通する真空成膜室と、
前記真空成膜室内に配置されたターゲットを、前記輸送方向に沿った向きに挟み、互いに異極同士が向き合った電磁コイルの対と、
前記ターゲットにバイアス電圧を印加する電源と、を備え、
前記プラズマは、前記輸送空間を移動する間に、前記磁界発生手段の対の磁界によりシート状に拡がり、
前記バイアス電圧による前記ターゲットへの前記シート状プラズマ中の荷電粒子の入射に基づくターゲット電流量が、前記電磁コイルの対のコイル磁界に基づき調整されるスパッタリング装置。
前記電磁コイルの対の巻線を流れるコイル電流の電流量を変更することにより、前記ターゲットに平行に拡がる前記シート状プラズマの厚みが調整される請求項１記載のスパッタリング装置。
前記ターゲットを装着するターゲットホルダと、
前記シート状プラズマ中の荷電粒子により叩き出された前記ターゲットの材料を堆積する基板を装着する基板ホルダと、を備え、
前記ターゲットおよび前記基板は、前記シート状プラズマの厚み方向に間隔を隔て、かつ前記シート状プラズマを挟むようにして、前記真空成膜室内に互いに対向して配置される請求項２記載のスパッタリング装置。