(57)【要約】【課題】所望の成膜分布が得られる最適な成膜条件の探査、マグネトロンスパッタ装置のメンテナンス、或いは磁気回路の組立て作業において、多大な手間と時間がかかることを避けつつ、成膜分布を容易に調整することができるスパッタリングカソードを提供する。【解決手段】スパッタリングカソードは、２つの第１端点７２ＥＦの間に位置する第１配列曲線７２ＬＦ上に配列して固定部７２上に固定された第１固定磁石７２ＭＦと、第１配列曲線７２ＬＦを囲むように２つの第２端点７２ＥＳの間に位置する第２配列曲線７２ＬＳ上に配列して固定部７２上に固定された第２固定磁石７２ＭＳと、第１固定磁石７２ＭＦに対して相対的に移動して可動部７３に固定された第１可動磁石７３ＭＦと、第２固定磁石７２ＭＳに対して相対的に移動して可動部７３に固定された第２可動磁石７３ＭＳとを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視円形のターゲットのスパッタ面とは反対側に配置され、前記ターゲットの中心を回転中心として回転駆動されるマグネトロンスパッタ装置用のスパッタリングカソードであって、
前記ターゲットに平行に配置される板状の固定部と、
前記固定部の平面視において、２つの第１端点の間に位置する第１配列曲線上に配列し、前記固定部上に固定された複数の第１固定磁石と、
前記固定部の平面視において、前記第１配列曲線を囲むように２つの第２端点の間に位置する第２配列曲線上に配列し、前記固定部上に固定され、前記第１固定磁石とは異なる極性を有する複数の第２固定磁石と、
前記２つの第１端点の間に位置する領域及び前記２つの第２端点の間に位置する領域において、往復移動が可能な可動部と、
前記可動部に固定され、前記可動部の移動によって前記複数の第１固定磁石に対して相対的に移動する複数の第１可動磁石と、
前記可動部に固定され、前記可動部の移動によって前記複数の第２固定磁石に対して相対的に移動し、前記第１可動磁石とは異なる極性を有する複数の第２可動磁石と、
を備える、
スパッタリングカソード。
【請求項２】
前記可動部において、
前記複数の第１可動磁石は、２つの端点と前記２つの端点の間に位置する中点とを有する第１配列線上に配列し、一つの第１可動磁石は前記第１配列線の前記中点に位置し、前記可動部が往復移動する方向において、前記第１配列線の前記中点は、前記第１配列線の前記２つの端点よりも前記固定部の中心の近くに位置しており、
前記複数の第２可動磁石は、２つの端点と前記２つの端点の間に位置する中点とを有するとともに前記第１配列線よりも外側に位置する第２配列線上に配列し、一つの第２可動磁石は前記第２配列線の前記中点に位置し、前記可動部が往復移動する方向において、前記第２配列線の前記中点は、前記第２配列線の前記２つの端点よりも前記固定部の前記中心の近くに位置している、
請求項１に記載のスパッタリングカソード。
【請求項３】
前記第１配列曲線の端点が前記第１配列線の端点に近接する位置において、前記第１配列曲線及び前記第１配列線は、ハート形状を形成する、
請求項２に記載のスパッタリングカソード。
【請求項４】
前記第１配列曲線の端点が前記第１配列線の端点に近接する位置において、前記第１配列曲線及び前記第１配列線は、円形形状から部分的にＶ字形状が除去された凹部形状を形成する、
請求項２に記載のスパッタリングカソード。
【請求項５】
前記複数の第１固定磁石、前記複数の第２固定磁石、前記複数の第１可動磁石、及び前記複数の第２可動磁石によって生成される磁場の垂直成分がゼロとなる位置は、前記ターゲットの前記中心を通る、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスパッタリングカソード。
【請求項６】
前記可動部に接続され、前記可動部の往復移動させる駆動機構を備える、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスパッタリングカソード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリングカソードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マグネトロンスパッタ装置に用いられるスパッタリングカソードが知られている（例えば、特許文献１参照）。スパッタリングカソードの一方の面には、成膜空間に面するターゲットが固定されており、他方の面には、複数の磁石が配列されている。
【０００３】
スパッタリングによる成膜では、ターゲットを構成する金属の種類や構成元素に起因して、ターゲットから叩き出されたスパッタ粒子の挙動が異なる。また、スパッタリングの条件の変動により、スパッタ粒子が基板に到達するまでの過程は複雑に変化する。スパッタリングによって所望の成膜分布を得るために、複数の磁石により構成された磁気回路を調整するだけでなく、成膜空間の圧力、Ｔ／Ｓ距離（ターゲットと基板との距離）、Ｔ／Ｍ距離（ターゲットと磁石との距離）、基板に対するバイアス電圧、外部磁場等を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５７８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、マグネトロンスパッタ装置によって得られる成膜分布として、±５％未満といった均一性に優れた分布が求められている。しかしながら、従来のスパッタリングカソードにおける上述した各種調整によって、均一性に優れた分布を得るためには、極めて微細な調整が必要であり、多大な手間と時間を要し、調整を容易に行うことができないという問題がある。また、磁気回路を変更する作業は、マグネトロンスパッタ装置を停止させた状態で行われる場合が多い。更に、磁気回路の設計、組立て作業において、多大な時間を要し、生産性の低下を招くという問題がある。
【０００６】
さらに、スパッタリングによる±５％未満の成膜分布の形状は、複数の基板に対する連続成膜に伴う、ターゲットの形状変化、成膜空間の内部に露出するシールド部材に対する膜の付着等の不可避的な経時変化により、容易に崩れてしまう。このため、成膜分布の再現性が得られにくいという問題もある。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、以下の目的を達成するスパッタリングカソードを提供する。
１．所望の成膜分布が得られる最適な成膜条件の探査、マグネトロンスパッタ装置のメンテナンス、或いは磁気回路の組立て作業において、多大な手間と時間がかかることを避けつつ、成膜分布を容易に調整することができる。
２．連続成膜等に起因する経時変化に伴って成膜分布が変化した場合であっても、成膜分布を容易に修正することができる。
３．マグネトロンスパッタ装置の生産性の向上に寄与する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係るスパッタリングカソードは、平面視円形のターゲットのスパッタ面とは反対側に配置され、前記ターゲットの中心を回転中心として回転駆動されるマグネトロンスパッタ装置用のスパッタリングカソードであって、前記ターゲットに平行に配置される板状の固定部と、前記固定部の平面視において、２つの第１端点の間に位置する第１配列曲線上に配列し、前記固定部上に固定された複数の第１固定磁石と、前記固定部の平面視において、前記第１配列曲線を囲むように２つの第２端点の間に位置する第２配列曲線上に配列し、前記固定部上に固定され、前記第１固定磁石とは異なる極性を有する複数の第２固定磁石と、前記２つの第１端点の間に位置する領域及び前記２つの第２端点の間に位置する領域において、往復移動が可能な可動部と、前記可動部に固定され、前記可動部の移動によって前記複数の第１固定磁石に対して相対的に移動する複数の第１可動磁石と、前記可動部に固定され、前記可動部の移動によって前記複数の第２固定磁石に対して相対的に移動し、前記第１可動磁石とは異なる極性を有する複数の第２可動磁石と、を備える。
【０００９】
本発明の一態様に係るスパッタリングカソードにおいては、前記可動部において、前記複数の第１可動磁石は、２つの端点と前記２つの端点の間に位置する中点とを有する第１配列線上に配列し、一つの第１可動磁石は前記第１配列線の前記中点に位置し、前記可動部が往復移動する方向において、前記第１配列線の前記中点は、前記第１配列線の前記２つの端点よりも前記固定部の中心の近くに位置しており、前記複数の第２可動磁石は、２つの端点と前記２つの端点の間に位置する中点とを有するとともに前記第１配列線よりも外側に位置する第２配列線上に配列し、一つの第２可動磁石は前記第２配列線の前記中点に位置し、前記可動部が往復移動する方向において、前記第２配列線の前記中点は、前記第２配列線の前記２つの端点よりも前記固定部の前記中心の近くに位置してもよい。
【００１０】
本発明の一態様に係るスパッタリングカソードにおいては、前記第１配列曲線の端点が前記第１配列線の端点に近接する位置において、前記第１配列曲線及び前記第１配列線は、ハート形状を形成してもよい。
【００１１】
本発明の一態様に係るスパッタリングカソードにおいては、前記第１配列曲線の端点が前記第１配列線の端点に近接する位置において、前記第１配列曲線及び前記第１配列線は、円形形状から部分的にＶ字形状が除去された凹部形状を形成してもよい。
【００１２】
本発明の一態様に係るスパッタリングカソードにおいては、前記複数の第１固定磁石、前記複数の第２固定磁石、前記複数の第１可動磁石、及び前記複数の第２可動磁石によって生成される磁場の垂直成分がゼロとなる位置は、前記ターゲットの前記中心を通ってもよい。
【００１３】
本発明の一態様に係るスパッタリングカソードは、前記可動部に接続され、前記可動部の往復移動させる駆動機構を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の上記態様によれば、所望の成膜分布が得られる最適な成膜条件の探査、マグネトロンスパッタ装置のメンテナンス、或いは磁気回路の組立て作業において、多大な手間と時間がかかることを避けつつ、成膜分布を容易に調整することができる。さらに、連続成膜等に起因する経時変化に伴って成膜分布が変化した場合であっても成膜分布を容易に修正することができる。この結果、マグネトロンスパッタ装置の生産性の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るスパッタリングカソードを備えたマグネトロンスパッタ装置の概略構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るスパッタリングカソードを構成する磁気回路を示す下面図であって、図１の符号Ａで示された方向から見た概略構造を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に係るスパッタリングカソードにおける磁石回路のパターンを示す模式図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に係るスパッタリングカソードにおける磁石回路のパターンを示す模式図である。
【図４Ａ】本発明の実施例を説明する図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例を説明する図である。
【図４Ｃ】本発明の実施例を説明する図である。
【図４Ｄ】本発明の実施例を説明する図である。
【図５Ａ】本発明の実施例を説明する図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係るスパッタリングカソードについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
以下の説明において、「平面視」とは、図２に示すＺ方向から見た平面を意味している。このＺ方向は、図１の符号Ａに示された方向と同じである。
【００１７】
（スパッタ装置）
以下に述べる実施形態では、スパッタ装置の一例として、マグネトロンスパッタ装置を説明する。このマグネトロンスパッタ装置は、スパッタダウン方式による平行平板型のスパッタ装置であり、回転マグネトロンカソード（スパッタリングカソードユニット）を用いる。ここで、スパッタリングカソードユニットとは、スパッタ装置のカソード側を構成する部材の一群（ターゲットや磁気回路等）を意味する。なお、以下の説明では、マグネトロンスパッタ装置を、単に、スパッタ装置と称することがある。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係るスパッタ装置１００は、真空チャンバ１０と、基板ステージ２０と、後述するターゲットＴに電力を印加するスパッタ電源３０Ａと、基板ステージ２０に電力を印加するバイアス電源３０Ｂと、Ｔ／Ｓ可変機構４０と、真空ポンプ５０と、ガス供給部６０と、スパッタリングカソードを構成する磁気回路７０と、Ｔ／Ｍ可変機構８０と、磁気回路回転機構９０と、ターゲットＴと、バッキングプレートＢと、制御装置ＣＯＮＴとを備える。
【００１９】
（真空チャンバ）
真空チャンバ１０は、下部チャンバ１１と上部チャンバ１２とを備える。上部チャンバ１２は、開口１２Ａを有している。この開口１２Ａは、後述するバッキングプレートＢが設けられる部分である。真空チャンバ１０及びバッキングプレートＢで囲まれたスパッタ装置１００の内部は、成膜空間Ｒである。下部チャンバ１１には、ゲートバルブ（不図示）が設けられており、成膜空間Ｒの真空度を維持した状態でゲートバルブを開閉し、基板Ｓを成膜空間Ｒの外部と内部との間において、基板Ｓの搬送が可能となっている。
【００２０】
（基板ステージ）
基板ステージ２０は、真空チャンバ１０内に配置されており、導電性部材であるアルミニウムによって形成されている。基板ステージ２０は、基板載置面２１を有する。この基板載置面２１上には、基板Ｓが載置される。本実施形態において、基板Ｓの直径は、例えば、２００ｍｍである。
【００２１】
（スパッタ電源）
スパッタ電源３０Ａは、例えば、直流電源であり、真空チャンバ１０の外部に設けられており、後述するバッキングプレートＢに電気的に接続されている。なお、スパッタ電源３０Ａとしては、直流／交流等の公知の電源を採用することができる。また、スパッタ電源３０Ａは、異なる周波数の電力を重畳させてバッキングプレートＢに供給することも可能である。
【００２２】
（バイアス電源）
バイアス電源３０Ｂは、例えば、真空チャンバ１０の外部に設けられており、不図示のマッチングボックス及び配線を通じて真空チャンバ１０内に設けられた基板ステージ２０に電気的に接続されている。バイアス電源３０Ｂは、１３．５６ＭＨｚといった公知の高周波電力を基板ステージ２０に供給する。なお、バイアス電源３０Ｂは、例えば、２Ｍｚといったバイアス周波数の電力を基板ステージ２０に供給することも可能である。
【００２３】
なお、上述したスパッタ電源３０Ａ及びバイアス電源３０Ｂの構成は、直流電源（ＤＣ）や高周波電源（ＲＦ）に限定されない。ＤＣ、ＲＦ以外にも、Ｐｕｌｓｅ−ＤＣ、ＤＣ＋ＲＦ等を採用することができる。
【００２４】
（Ｔ／Ｓ可変機構）
Ｔ／Ｓ可変機構４０は、基板ステージ２０を上下に移動させることで、後述するターゲットＴと基板Ｓとの距離（Ｔ／Ｓ距離）を調整する。Ｔ／Ｓ可変機構４０の駆動機構としては、ステッピングモータ等を用いた公知の機構が用いられる。
【００２５】
（真空ポンプ）
真空ポンプ５０は、不図示の圧力調整弁及び配管を介して、真空チャンバ１０に形成された排気口に接続されている。真空ポンプ５０を駆動することで、真空チャンバ１０内を真空状態に維持することが可能であり、プロセス終了後に真空チャンバ１０内に残存するガスを除去することが可能である。また、プロセスガスが真空チャンバ１０内に供給されている状態で真空ポンプ５０及び圧力調整弁が駆動することで、プロセス条件に応じて真空チャンバ１０内の圧力を調整することが可能である。
【００２６】
（ガス供給部）
ガス供給部６０は、不図示のマスフローコントローラ及び配管を介して、真空チャンバ１０に形成されたガス供給口に接続されている。ガス供給部６０から真空チャンバ１０に供給されるガスとしては、スパッタリングに用いられる公知のガスが用いられる。例えば、アルゴン、酸素、或いは窒素が用いられる。
【００２７】
（Ｔ／Ｍ可変機構）
Ｔ／Ｍ可変機構８０は、磁気回路７０を上下に移動させることで、ターゲットＴと磁気回路７０との距離（Ｔ／Ｍ距離）を調整する。Ｔ／Ｍ可変機構８０の駆動機構としては、ステッピングモータ等を用いた公知の機構が用いられる。
【００２８】
（磁気回路回転機構）
磁気回路回転機構９０は、磁気回路７０がターゲットＴに平行に支持された状態で、スパッタリングが行われている間に磁気回路７０を回転させる。磁気回路回転機構９０の駆動機構としては、モータ等を用いた公知の機構が用いられる。磁気回路回転機構９０の回転数は、適宜調整可能である。
【００２９】
（制御装置）
制御装置ＣＯＮＴは、スパッタ装置１００を制御する装置である。制御装置ＣＯＮＴは、ターゲットＴに電力を印加するスパッタ電源３０Ａ、基板ステージ２０に電力を印加するバイアス電源３０Ｂ、Ｔ／Ｓ可変機構４０、真空ポンプ５０、ガス供給部６０、Ｔ／Ｍ可変機構８０、磁気回路回転機構９０、及び直動機構７４（後述）に電気的に接続されている。制御装置ＣＯＮＴによって、スパッタ装置１００を構成する各種の部材、装置、機構の動作が制御される。
【００３０】
（バッキングプレート）
バッキングプレートＢは、上部チャンバ１２の開口１２Ａに配置されており、シール部材１２Ｓを介して上部チャンバ１２に固定されている。バッキングプレートＢは、下面Ｂ１と上面Ｂ２とを有する。下面Ｂ１は、成膜空間Ｒに面しており、ターゲットＴが固定される面である。上面Ｂ２は、下面Ｂ１の反対側に位置し、後述する磁気回路７０の構成要素が配置される空間に面している。
【００３１】
（ターゲット）
ターゲットＴは、平面視において、円形形状を有する。ターゲットＴを構成する金属の種類は特に限定されない。金属材料は、単一材料であってもよいし、複数の材料が所定の比率で含有された合金であってもよい。ターゲットＴは、成膜空間Ｒ内において基板Ｓに対向するスパッタ面ＴＳを有する。
【００３２】
（磁気回路）
磁気回路７０は、バッキングプレートＢの上面Ｂ２に面しており、成膜空間Ｒの外側に配置されている。換言すると、磁気回路７０は、スパッタ面ＴＳとは反対側に配置されている。磁気回路７０は、磁気回路回転機構９０の駆動によって、ターゲットＴの中心を回転中心として回転する。
磁気回路７０は、固定板７２（固定部）と、可動板７３（可動部）と、直動機構７４（駆動機構）とを備える。
以下、図１及び図２を参照し、磁気回路７０の具体的な構成について説明する。
【００３３】
（固定板）
固定板７２は、板状部材であり、ターゲットＴに平行に配置されている。本実施形態において、固定板７２の直径は、例えば、φ３００ｍｍである。なお、固定板７２の直径は、この大きさに限定されない。
固定板７２には、略Ｕ字状の切欠７２Ｕが形成されている。切欠７２Ｕの形状は、可動板７３の形状に対応しており、可動板７３の外形よりも大きい。換言すると、切欠７２Ｕの形状は、可動板７３が切欠７２Ｕの内側で往復移動した場合に（後述）、固定板７２と可動板７３とが接触しないように設計されている。
【００３４】
（第１固定磁石、第２固定磁石）
固定板７２の平面視において、固定板７２上には、複数の第１固定磁石７２ＭＦと複数の第２固定磁石７２ＭＳとが固定されている。
ここで、「固定板７２の平面視」とは、磁気回路７０を符号Ａから見た平面を意味しており、磁気回路７０の下面図に相当する。換言すると、ターゲットＴから見た平面図と称することもできる。
【００３５】
ターゲットＴから見て、第１固定磁石７２ＭＦと第２固定磁石７２ＭＳとは、極性が互いに異なっている。すなわち、第１固定磁石７２ＭＦがＮ極であれば、第２固定磁石７２ＭＳはＳ極であり、第１固定磁石７２ＭＦがＳ極であれば、第２固定磁石７２ＭＳはＮ極である。また、複数の第１固定磁石７２ＭＦと複数の第２固定磁石７２ＭＳの配列に関し、互いに同じ極性を有する複数の磁石が連続的な曲線を形成するように並んでいる。複数の第２固定磁石７２ＭＳの配列は、複数の第１固定磁石７２ＭＦの配列の外側に配置されている。
【００３６】
複数の第１固定磁石７２ＭＦの配列は、第１固定磁石パターン７２ＬＦ（第１配列曲線）を形成している。換言すると、複数の第１固定磁石７２ＭＦは、第１固定磁石パターン７２ＬＦ上に配列している。第１固定磁石パターン７２ＬＦは、２つの第１端点７２ＥＦを有する略Ｃ字状の線を形成しており、２つの第１端点７２ＥＦの間に位置する線分である。複数の第１固定磁石７２ＭＦのうち、第１端点７２ＥＦに配置されている第１固定磁石７２ＭＦは、可動板７３の最も近くに位置している。
【００３７】
複数の第２固定磁石７２ＭＳの配列は、第２固定磁石パターン７２ＬＳ（第２配列曲線）を形成している。換言すると、複数の第２固定磁石７２ＭＳは、第２固定磁石パターン７２ＬＳ上に配列している。特に、第２固定磁石パターン７２ＬＳは、第１固定磁石パターン７２ＬＦを囲んでいる。第２固定磁石パターン７２ＬＳは、２つの第２端点７２ＥＳを有する略Ｃ字状の線を形成しており、２つの第２端点７２ＥＳの間に位置する線分である。複数の第２固定磁石７２ＭＳのうち、第２端点７２ＥＳに配置されている第２固定磁石７２ＭＳは、可動板７３の最も近くに位置している。
【００３８】
（可動板、直動機構）
可動板７３は、切欠７２Ｕ内に配置されており、直動機構７４に接続されている。可動板７３は、直動機構７４の駆動によって、切欠７２Ｕの外側から内側に向けた方向と、切欠７２Ｕの内側から外側に向けた方向とにおいて移動可能である。換言すると、２つの第１端点７２ＥＦの間に位置する領域７２ＲＦ及び２つの第２端点７２ＥＳの間に位置する領域７２ＲＳにおいて、直動機構７４は、Ｙ方向に可動板７３を往復移動させることが可能であり、Ｙ方向における所望の位置に可動板７３を配置することが可能である。なお、直動機構７４は、制御装置ＣＯＮＴに電気的に接続されており、制御装置ＣＯＮＴから直動機構７４に供給される信号（電力）によって直動機構７４の駆動が制御される。
【００３９】
図１に示すように、直動機構７４は、可動板７３の裏面側、すなわち、磁石が配置されていない面に設けられている。換言すると、平面視において、直動機構７４は、可動板７３に重なる位置に設けられている。
直動機構７４の具体的な構造は、特に限定されず、例えば、ステッピングモータ等を用いた公知の機構が用いられる。特に、直動機構７４は、磁気回路回転機構９０の駆動によって磁気回路７０が回転している間であっても、回転しながら、可動板７３を往復移動させることが可能であり、可動板７３の位置を高精度に決定することが可能である。
【００４０】
（第１可動磁石、第２可動磁石）
可動板７３の平面視において、可動板７３上には、複数の第１可動磁石７３ＭＦと複数の第２可動磁石７３ＭＳとが固定されている。
ここで、「可動板７３の平面視」とは、「固定板７２の平面視」と同様に、磁気回路７０を符号Ａから見た平面を意味している。
複数の第１可動磁石７３ＭＦは、可動板７３の移動によって、第１固定磁石７２ＭＦに対して相対的に移動する。同様に、第２可動磁石７３ＭＳは、可動板７３の移動によって、第２固定磁石７２ＭＳに対して相対的に移動する。
【００４１】
ターゲットＴから見て、第１可動磁石７３ＭＦと第２可動磁石７３ＭＳとは、極性が互いに異なっている。すなわち、第１可動磁石７３ＭＦがＮ極であれば、第２可動磁石７３ＭＳはＳ極であり、第１可動磁石７３ＭＦがＳ極であれば、第２可動磁石７３ＭＳはＮ極である。
特に、本実施形態においては、上述した第１固定磁石７２ＭＦの極性と、第１可動磁石７３ＭＦの極性は、同じであり、上述した第２固定磁石７２ＭＳの極性と、第２可動磁石７３ＭＳの極性は、同じである。
また、複数の第１可動磁石７３ＭＦと複数の第２可動磁石７３ＭＳの配列に関し、互いに同じ極性を有する複数の磁石が連続的な線を形成するように並んでいる。複数の第２可動磁石７３ＭＳの配列は、複数の第１可動磁石７３ＭＦの配列の外側に配置されている。
【００４２】
複数の第１可動磁石７３ＭＦの配列は、第１可動磁石パターン７３ＬＦ（第１配列線）を形成している。換言すると、複数の第１可動磁石７３ＭＦは、第１可動磁石パターン７３ＬＦ上に配列している。第１可動磁石パターン７３ＬＦは、２つの第１端点７３ＥＦと、第１可動磁石パターン７３ＬＦが延在する方向において２つの第１端点７３ＥＦの間に位置する中点７３ＣＦとを有する。１つの第１可動磁石７３ＭＦは、中点７３ＣＦに位置し、２つの第１可動磁石７３ＭＦは、２つの第１端点７３ＥＦに位置している。可動板７３が往復移動する方向（Ｙ方向）において、中点７３ＣＦは、例えば、２つの第１端点７３ＥＦよりも固定板７２の中心７２Ｃの近くに位置している。換言すると、第１可動磁石パターン７３ＬＦは、固定板７２の中心７２Ｃに向けて突出する突出点（中点）を有する。
図２に示す例では、第１可動磁石パターン７３ＬＦは、角部を有する略Ｌ字状の線状パターンであり、中点７３ＣＦが略Ｌ字状パターンの角部に位置している。このような第１可動磁石パターン７３ＬＦ上に複数の第１可動磁石７３ＭＦが配列している。
【００４３】
複数の第２可動磁石７３ＭＳの配列は、第２可動磁石パターン７３ＬＳ（第２配列線）を形成している。換言すると、複数の第２可動磁石７３ＭＳは、第２可動磁石パターン７３ＬＳ上に配列している。第２可動磁石パターン７３ＬＳは、第１可動磁石パターン７３ＬＦよりも外側に位置している。第２可動磁石パターン７３ＬＳは、２つの第２端点７３ＥＳと、第２可動磁石パターン７３ＬＳが延在する方向において２つの第２端点７３ＥＳの間に位置する中点７３ＣＳとを有する。１つの第２可動磁石７３ＭＳは、中点７３ＣＳに位置し、２つの第２可動磁石７３ＭＳは、２つの第２端点７３ＥＳに位置している。可動板７３が往復移動する方向（Ｙ方向）において、中点７３ＣＳは、例えば、２つの第２端点７３ＥＳよりも固定板７２の中心７２Ｃの近くに位置している。換言すると、第２可動磁石パターン７３ＬＳは、固定板７２の中心７２Ｃに向けて突出する突出点（中点）を有する。
図２に示す例では、第２可動磁石パターン７３ＬＳは、角部を有する略Ｌ字状の線状パターンであり、中点７３ＣＦが略Ｌ字状パターンの角部に位置している。このパターン上に複数の第２可動磁石７３ＭＳが配列している。
【００４４】
なお、上述した中点７３ＣＦ及び中点７３ＣＳを有する線状パターンが採用されていれば、第１可動磁石パターン７３ＬＦ及び第２可動磁石パターン７３ＬＳは、特に限定されない。
具体的に、第１可動磁石パターン７３ＬＦ及び第２可動磁石パターン７３ＬＳを形成する略Ｌ字状の線状パターン（図２参照）は、略９０°の角部を有するパターンに限られない。角部は、鋭角でもよいし、鈍角でもよい。角部が所定の曲率の弧状に形成されてもよい。
また、略Ｌ字状の線状パターンに限定されず、略Ｃ字状の線状パターンが採用されてもよいし、形状の異なる複数の線状パターンが組み合わされた合成パターンが採用されてもよい。
【００４５】
（磁気回路によって得られる磁場）
上述した複数の第１固定磁石７２ＭＦ、複数の第２固定磁石７２ＭＳ、複数の第１可動磁石７３ＭＦ、及び複数の第２可動磁石７３ＭＳによって、本実施形態に係るスパッタリングカソードの磁気回路７０が構成されている。このような固定磁石及び可動磁石によって生成される磁場の垂直成分がゼロとなる位置は、ターゲットＴの中心を通る。
【００４６】
具体的に、複数の第１固定磁石７２ＭＦ及び複数の第１可動磁石７３ＭＦは、同じ極性を有する内側磁気回路７５Ｆを形成している。また、複数の第２固定磁石７２ＭＳ及び複数の第２可動磁石７３ＭＳは、同じ極性を有する外側磁気回路７５Ｓを形成している。外側磁気回路７５Ｓの極性は、内側磁気回路７５Ｆとは異なる。
スパッタリングカソードの磁気回路７０によって生じる磁場の垂直成分について説明すると、内側磁気回路７５Ｆ及び外側磁気回路７５Ｓによって、ターゲットＴのスパッタ面ＴＳに面する空間内に磁場が生成される。この磁場は、ターゲットＴの中心と外周との間の領域における磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線が無端状に閉じるように、ターゲットＴから漏洩する。
【００４７】
第１固定磁石パターン７２ＬＦの第１端点７２ＥＦと、第１可動磁石パターン７３ＬＦの第１端点７３ＥＦとが近接するように可動板７３が配置された状態では、第１固定磁石パターン７２ＬＦと第１可動磁石パターン７３ＬＦとが連続的に繋がるような形状が得られる。この場合、内側磁気回路７５Ｆは、ハート形状７６を形成する。
また、このように内側磁気回路７５Ｆがハート形状７６を形成する場合、第２固定磁石パターン７２ＬＳの第２端点７２ＥＳと、第２可動磁石パターン７３ＬＳの第２端点７３ＥＳとが近接し、第２固定磁石パターン７２ＬＳと第２可動磁石パターン７３ＬＳとが連続的に繋がるような形状が得られる。すなわち、外側磁気回路７５Ｓは、図３Ａに示すようなハート形状７６を形成する。
【００４８】
特に、内側磁気回路７５Ｆ及び外側磁気回路７５Ｓにおいては、可動板７３の移動によって、第１可動磁石７３ＭＦ及び第２可動磁石７３ＭＳの位置を微細かつ自動的に変更することが可能であるため、内側磁気回路７５Ｆ及び外側磁気回路７５Ｓの各々から生じる磁場を容易に調整することができる。
特に、スパッタリングカソードの磁気回路７０によって生じる磁場の垂直成分について説明すると、固定板７２の中心７２Ｃから外側に向けた方向に可動板７３が移動することによって、磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線の一部がターゲットＴの中心から外周に向かって移動する。
反対に、固定板７２の外側から中心７２Ｃに向けた方向に可動板７３が移動することによって、磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線の一部がターゲットＴの外周から中心に向かって移動する。
【００４９】
なお、内側磁気回路７５Ｆ及び外側磁気回路７５Ｓの各々の形状は、図３Ａに示すハート形状７６に限定されない。例えば、第１固定磁石パターン７２ＬＦの第１端点７２ＥＦと、第１可動磁石パターン７３ＬＦの第１端点７３ＥＦとが近接するように可動板７３が配置された状態で、第１固定磁石パターン７２ＬＦ及び第１可動磁石パターン７３ＬＦは、図３Ｂに示すように、円形形状７７Ｃから部分的にＶ字形状７７Ｖが除去された凹部形状７７が形成されてもよい。
【００５０】
次に、以上のように構成された磁気回路７０を備えたスパッタ装置１００の作用について説明する。
スパッタ装置１００の成膜空間Ｒにおいては、予め、真空ポンプ５０の駆動によって、所定の真空度が維持されている。その後、ゲートバルブが開いた状態で、成膜空間Ｒの外部から内部に向けて不図示の搬送アームが基板Ｓを搬送し、基板ステージ２０の基板載置面２１上に基板Ｓが載置される。
【００５１】
この状態で、Ｔ／Ｓ可変機構４０及びＴ／Ｍ可変機構８０が駆動し、ターゲットＴと基板Ｓとの距離が調整され、ターゲットＴと磁気回路７０との距離が調整される。次に、磁気回路回転機構９０が磁気回路７０を回転させ、ガス供給部６０からスパッタガスが成膜空間Ｒの内部に導入され、圧力調整弁を制御することで成膜空間Ｒ内の圧力が所定圧力に調整される。この状態で、ターゲットＴに電気的に接続されたスパッタ電源３０Ａから所定の電力がターゲットＴに印加され、真空チャンバ１０内にプラズマが発生し、スパッタリングが行われる。また、この際、バイアス電源３０Ｂから所定の電力が基板ステージ２０に印加されてもよい。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態に係るスパッタ装置１００によれば、直動機構７４によって可動板７３を移動させ、可動板７３の位置を決定することが可能であるため、内側磁気回路７５Ｆ及び外側磁気回路７５Ｓによって生成される磁場を変化させることができる。
例えば、プラズマの発生に伴ってスパッタリングが行われている状態で、内側磁気回路７５Ｆ及び外側磁気回路７５Ｓによる磁場を調整することができる。また、スパッタリングが行われていない状態においても、磁場を調整することができる。
特に、所望の成膜分布が得られる最適な成膜条件の探査する際に、可動板７３の位置をパラメータとする条件でスパッタリングを行うことで、内側磁気回路７５Ｆ及び外側磁気回路７５Ｓの最適条件を容易に探査することができる。
【００５３】
スパッタ装置１００によって得られる成膜分布として±５％未満といった均一性に優れた分布が求められている場合でも、内側磁気回路７５Ｆ及び外側磁気回路７５Ｓを微細に調整することができるので、均一性に優れた成膜分布を容易に得ることができる。
また、このような微細な調整においては、多大な手間や時間が不要となる。また、内側磁気回路７５Ｆ及び外側磁気回路７５Ｓの調整においては、スパッタ装置１００を停止させる必要がないため、組立て作業やメンテナンスにおいて多大な時間を要することがなく、スパッタ装置１００の生産性の向上に寄与する。
【００５４】
従来では、スパッタリングによる成膜分布の形状は、複数の基板に対する連続成膜に伴って、ターゲットＴの形状変化、成膜空間Ｒの内部に露出する部材に対する膜の付着等の不可避的な経時変化により、容易に崩れてしまう。特に、連続成膜において±５％未満といった成膜分布を維持することは難しく、成膜分布の再現性が得られにくい。
これに対し、本実施形態に係るスパッタ装置１００によれば、内側磁気回路７５Ｆ及び外側磁気回路７５Ｓの微調整が可能であるため、成膜分布を容易に修正することができる。
【００５５】
さらに、ターゲットＴの非エロージョンが発生する範囲を含むことなく成膜分布を変化させることができる。このため、非エロージョンを起因とするターゲットからの発塵を抑制することもできる。
【００５６】
上述した実施形態においては、１つの固定板７２に１つの可動板７３が設置された構造について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。１つの固定板７２に２つ以上の切欠７２Ｕが形成され、切欠７２Ｕに対応するように、２つ以上の可動板７３が固定板７２に設置されてもよい。この場合、直動機構７４の個数は、可動板７３の個数と同じである。
【００５７】
また、上述した実施形態においては、Ｙ軸方向（固定板７２の中心７２Ｃから固定板７２の外側に向かう方向）に沿って、可動板７３が移動する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。Ｙ軸方向に傾斜する方向に可動板７３が移動してもよい。
【００５８】
また、可動板７３を移動させる駆動機構は、直動機構７４に限定されない。可動板７３の移動は、一方向における往復移動に限定されず、所定の角度で可動板７３を回転させてもよい。この場合、可動板７３に接続される駆動機構としては、回転機構が用いられる。
また、可動板７３は、直線的に移動するだけでなく、曲線を描くように移動してもよい。さらに、可動板７３の回転移動と、可動板７３の回転中心の位置が直線状に変化する移動、又は、可動板７３の回転中心の位置が曲線状に変化する移動とが、組み合わされた複合的な移動が可能な駆動機構が採用されてもよい。
【００５９】
また、上述した実施形態においては、複数の固定磁石及び複数の可動磁石がＹ軸方向に対して対称に配置されている構造について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。複数の固定磁石及び複数の可動磁石は、Ｙ軸方向に対して非対称に配置されてもよい。ただし、磁気回路７０の扱い易さの点で、図２に示すように左右対称に磁石が配置されていることが好ましい。
【００６０】
また、上述した実施形態においては、第１固定磁石パターン７２ＬＦ及び第２固定磁石パターン７２ＬＳの形状がＣ字状パターンである場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。Ｕ字状パターンが採用されてもよいし、矩形状パターンが採用されてもよい。また、このパターンを形成する曲線の曲率が部分的に異なってもよいし、曲線の曲率が全て同じであってもよい。
【００６１】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明し、上記で説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、請求の範囲によって制限されている。
【実施例】
【００６２】
次に、図４Ａ〜図４Ｄ及び図５Ａ及び図５Ｂを参照し、本発明の実施例を説明する。
図４Ａ〜図４Ｄにおいて、上記の実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
【００６３】
図４Ａ〜図４Ｄは、本実施例に用いられる磁気回路７０に設定される可動板７３の配置（４箇所）を示している。
図４Ａに示す磁気回路７０Ａは、図２に示す磁気回路７０に対応しており、固定板７２に対して基準位置に可動板７３が配置された場合を示している。
図４Ｂに示す磁気回路７０Ｂは、図４Ａに示す磁気回路７０Ａの可動板７３が−７ｍｍだけ移動して配置された場合を示している。換言すると、図４Ｂに示すＹ方向の矢印とは反対の方向に沿って、可動板７３は、図４Ａに示す位置Ｐ１から７ｍｍだけ移動した位置に配置されている。
図４Ｃに示す磁気回路７０Ｃは、図４Ａに示す磁気回路７０Ａの可動板７３が＋１４ｍｍだけ移動して配置された場合を示している。換言すると、図４Ｃに示すＹ方向の矢印に沿って、可動板７３は、図４Ａに示す位置Ｐ１から１４ｍｍだけ移動した位置に配置されている。
図４Ｄに示す磁気回路７０Ｄは、図４Ａに示す磁気回路７０Ａの可動板７３が＋７ｍｍだけ移動して配置された場合を示している。換言すると、図４Ｄに示すＹ方向の矢印に沿って、可動板７３は、図４Ａに示す位置Ｐ１から７ｍｍだけ移動した位置に配置されている。
なお、図４Ａ〜図４Ｄにおいては、可動板７３を移動させる直動機構７４は省略されている。符号７０Ｌは、垂直磁場が測定される位置である磁場測定線を示している。
本実施例の磁気回路７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄの各々において用いられる磁石の強度（磁力）に関し、Ｔ／Ｍ距離が３５ｍｍの場合における水平磁場強度（Ｎ極とＳ極との間）の最高値は、２５〜３０ｍＴ程度である。
【００６４】
（可動板の配置と垂直磁場との関係）
次に、図５Ａを参照し、磁気回路の可動板７３の配置（Ｙ方向に沿う４箇所）と、磁気回路から発生する垂直磁場の分布との関係について説明する。
図５Ａは、磁場測定線７０Ｌにおける測定位置と、この測定位置において測定された垂直磁場との関係を示しており、すなわち、磁気回路７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄによって得られる垂直磁場の分布を示している。
【００６５】
図５Ａにおいて横軸は、磁場測定線に沿う方向（Ｙ方向）における固定板７２上の位置（ｍｍ）を示しており、縦軸は、垂直磁場の強さ（ｍＴ）を示している。横軸において、「０ｍｍ」は、磁気回路７０を構成する固定板７２の中心に相当する。なお、−１６０ｍｍの位置とは、図４Ａ〜図４Ｄに示すＹ方向の矢印とは反対の方向に沿って、固定板７２の中心から１６０ｍｍだけ離れた位置を意味する。また、６０ｍｍの位置とは、図４Ａ〜図４Ｄに示すＹ方向の矢印に沿って、固定板７２の中心から１６０ｍｍだけ離れた位置を意味する。
【００６６】
図５Ａが示す可動板の配置と垂直磁場との関係から、以下の点が明らかとなった。
（Ａ１）磁気回路７０の外周側（固定板７２の中心から離れた領域）では、磁気回路７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄの磁場分布は、互いに略同じであることが明らかとなった。
（Ａ２）磁気回路７０の中心（固定板７２の中心）に近い領域では、磁気回路７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄの磁場分布に大きな違いが生じていることが明らかとなった。
（Ａ３）垂直磁場が０ｍＴである位置においては、プラズマが最も強く発生している。このため、磁気回路７０Ｂの場合では、固定板７２の中心に近い位置で、プラズマが最も強く発生していることが明らかとなった。これは、磁気回路７０Ｂにおいて可動板７３が−７ｍｍだけ移動して配置されていること、すなわち、可動板７３が固定板７２の中心の近い位置に配置されていることに起因しているためと考えられる。
（Ａ４）反対に、磁気回路７０Ｃの場合では、固定板７２の中心から離れた位置で、プラズマが最も強く発生していることが明らかとなった。これは、磁気回路７０Ｃにおいて可動板７３が＋１４ｍｍだけ移動して配置されていること、すなわち、可動板７３が固定板７２の中心から離れた位置に配置されていることに起因しているためと考えられる。
【００６７】
（可動板の配置と、成膜によって得られた膜厚との関係）
次に、図５Ｂを参照し、磁気回路の可動板７３の配置（Ｙ方向に沿う４箇所）と、磁気回路を備えたスパッタ装置を用いたスパッタリングによって得られた膜厚との関係について説明する。
図５Ｂは、成膜対象である基板上の測定位置と、この測定位置における膜厚との関係を示しており、すなわち、磁気回路７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄによって得られる膜厚の分布を示している。
【００６８】
図５Ｂにおいて横軸は、基板の中心（０ｍｍ）から端部（１００ｍｍ）までの位置（ｍｍ）を示しており、縦軸は、基板の中心における膜厚を１とした場合の膜厚比率を示している。
ここで、縦軸が示す数値についてより具体的に説明する。まず、磁気回路７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄの各々を用いて成膜を行い、基板の中心（０ｍｍ）から端部（１００ｍｍ）までの複数の位置における膜厚を測定し、複数の膜厚測定値を得る。複数の膜厚測定値の各々を、基板の中心における膜厚測定値で割ることによって得られた値が膜厚比率である。換言すると、基板の中心における膜厚測定値を用いて膜厚測定値を規格化することによって得られた値が膜厚比率である。
【００６９】
実験条件は、以下のとおりである。
・使用装置：ＳＭＥ−２００Ｊ（株式会社アルバック社製）
・ターゲット材料：Ａｌ−１．０ｗｔ％Ｓｉ
・バイアス電源の電力：６．０ｋＷ
・真空チャンバ内の圧力：０．１４Ｐａ
・成膜時間：４０秒
・Ｔ／Ｍ距離（ターゲットと磁石との距離）：３５ｍｍ
・Ｔ／Ｓ距離（ターゲットと基板との距離）：５５ｍｍ
・成膜対象である基板の直径：２００ｍｍ
・膜厚の測定方法：ＸＲＦ分析
【００７０】
図５Ｂが示す可動板の配置と垂直磁場との関係から、以下の点が明らかとなった。
（Ｂ１）４つの磁気回路のうち、磁気回路７０Ｂを用いる場合において、膜厚分布が最も悪化することが明らかとなった。
（Ｂ２）これに対し、磁気回路７０Ｃ、７０Ｄを用いる場合は、磁気回路７０Ａ、７０Ｂを用いる場合よりも、膜厚均一性が優れることが明らかとなった。
（Ｂ３）磁気回路７０Ｃ（可動板７３の移動量：＋１４ｍｍ）と磁気回路７０Ｄ（可動板７３の移動量：＋７ｍｍ）によって得られる膜厚分布に基づき、可動板７３の移動量の最適化（例えば、可動板７３の移動量：＋１０．５ｍｍ）を図ることができる可能性が見出された。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、所望の成膜分布が得られる最適な成膜条件の探査、マグネトロンスパッタ装置のメンテナンス、或いは磁気回路の組立て作業において、多大な手間と時間がかかることを避けつつ、成膜分布を容易に調整することができる磁気回路を備えたスパッタリングカソードに広く適用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  真空チャンバ、１１  下部チャンバ、１２  上部チャンバ、１２Ａ  開口、１２Ｓ  シール部材、２０  基板ステージ、２１  基板載置面、３０Ａ  スパッタ電源、３０Ｂ  バイアス電源、４０  可変機構、５０  真空ポンプ、６０  ガス供給部、７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ  磁気回路、７２  固定板（固定部）、７２Ｃ  中心、７２ＥＦ、７３ＥＦ  第１端点、７２ＥＳ、７３ＥＳ  第２端点、７２ＬＦ  第１固定磁石パターン（第１配列曲線）、７２ＬＳ  第２固定磁石パターン（第２配列曲線）、７２ＭＦ  第１固定磁石、７２ＭＳ  第２固定磁石、７２ＲＦ  領域、７２ＲＳ  領域、７２Ｕ  切欠、７３  可動板（可動部）、７３ＣＦ、７３ＣＳ  中点、７３ＬＦ  第１可動磁石パターン、７３ＬＳ  第２可動磁石パターン、７３ＭＦ  第１可動磁石、７３ＭＳ  第２可動磁石、７４  直動機構（駆動機構）、７５Ｆ  内側磁気回路、７５Ｓ  外側磁気回路、７６  ハート形状、７７  凹部形状、７７Ｃ  円形形状、７７Ｖ  Ｖ字形状、８０  可変機構、９０  磁気回路回転機構、１００  スパッタ装置（マグネトロンスパッタ装置）、Ｂ  バッキングプレート、Ｂ１  下面、Ｂ２  上面、ＣＯＮＴ  制御装置、Ｒ  成膜空間、Ｓ  基板、Ｔ  ターゲット、ＴＳ  スパッタ面。
【図１】
2020033590.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2020033590.tif 000010
【図５Ａ】
2020033590.tif 000011
【図５Ｂ】
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