(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】ターゲットＴの平面に対する鉛直方向に沿って配置された第１磁気回路７１と第２磁気回路７２と、を備え、第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２の少なくとも一方は、ターゲットＴに平行に配置される支持板７２Ｂと、支持板７２Ｂに固定されかつ鉛直方向に延びる軸線ＡＸの周りを囲む第１コイルＣ１と、支持板７２Ｂに固定されかつ第１コイルＣ１の外側を囲む第２コイルＣ２とを備える。【選択図】図４
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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た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、
前記ターゲットの平面に対する鉛直方向に沿って配置された第１磁気回路と第２磁気回路と、
を備え、
前記第１磁気回路及び前記第２磁気回路の少なくとも一方は、
前記ターゲットに平行に配置される支持板と、
前記支持板に固定されかつ前記鉛直方向に延びる軸線の周りを囲む第１コイルと、
前記支持板に固定されかつ前記第１コイルの外側を囲む第２コイルと、
を備える、
スパッタリングカソード。
【請求項２】
前記ターゲットが固定されるバッキングプレートを備え、
前記バッキングプレートは、前記ターゲットが固定される面とは反対の面に溝を有し、
前記第１磁気回路及び前記第２磁気回路の少なくとも一方は、前記溝の内部に配置されている、
請求項１に記載のスパッタリングカソード。
【請求項３】
前記溝の表面には絶縁部材が形成されている、
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２磁気回路は、前記ターゲットと前記第１磁気回路との間に位置し、
前記第２磁気回路は、前記支持板と、前記第１コイルと、前記第２コイルとを備える、
請求項１に記載のスパッタリングカソード。
【請求項５】
前記第１磁気回路は、
前記第１磁気回路の平面視において第１配列線上に配列する複数の第１永久磁石と、
前記第１磁気回路の平面視において前記第１配列線を囲む第２配列線上に配列するとともに前記第１永久磁石とは異なる極性を有する複数の第２永久磁石とを備える、
請求項４に記載のスパッタリングカソード。
【請求項６】
前記第１磁気回路を回転させる回転機構と、
前記第１コイル及び前記第２コイルに電流を供給するコイル電源と、
前記回転機構及び前記コイル電源を制御する制御装置と、
を備える、
請求項５に記載のスパッタリングカソード。
【請求項７】
前記コイル電源は、第１方向に流れる電流を前記第１コイルに供給し、前記第１方向とは反対の第２方向に流れる電流を前記第２コイルに供給する、
請求項６に記載のスパッタリングカソード。
【請求項８】
前記第１磁気回路及び前記第２磁気回路によって生成される磁場の重畳によって得られる合成磁場の垂直成分がゼロとなる位置は、前記ターゲットの中心を通る、
請求項１から請求項７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た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、前記ターゲットの平面に対する鉛直方向に沿って配置された第１磁気回路と第２磁気回路と、を備え、前記第１磁気回路及び前記第２磁気回路の少なくとも一方は、前記ターゲットに平行に配置される支持板と、前記支持板に固定されかつ前記鉛直方向に延びる軸線の周りを囲む第１コイルと、前記支持板に固定されかつ前記第１コイルの外側を囲む第２コイルとを備える。
【０００９】
本発明の一態様に係るスパッタリングカソードは、前記ターゲットが固定されるバッキングプレートを備え、前記バッキングプレートは、前記ターゲットが固定される面とは反対の面に溝を有し、前記第１磁気回路及び前記第２磁気回路の少なくとも一方は、前記溝の内部に配置されてもよい。
【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、前記溝の表面には絶縁部材が形成されてもよい。
【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２磁気回路は、前記ターゲットと前記第１磁気回路との間に位置し、前記第２磁気回路は、前記支持板と、前記第１コイルと、前記第２コイルとを備えてもよい。
【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、前記第１磁気回路は、前記第１磁気回路の平面視において第１配列線上に配列する複数の第１永久磁石と、前記第１磁気回路の平面視において前記第１配列線を囲む第２配列線上に配列するとともに前記第１永久磁石とは異なる極性を有する複数の第２永久磁石と、を備えてもよい。
【００１３】
本発明の一態様に係るスパッタリングカソードにおいては、前記第１磁気回路を回転させる回転機構と、前記第１コイル及び前記第２コイルに電流を供給するコイル電源と、前記回転機構及び前記コイル電源を制御する制御装置と、を備えてもよい。
【００１４】
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、前記コイル電源は、第１方向に流れる電流を前記第１コイルに供給し、前記第１方向とは反対の第２方向に流れる電流を前記第２コイルに供給してもよい。
【００１５】
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磁気回路及び前記第２磁気回路によって生成される磁場の重畳によって得られる合成磁場の垂直成分がゼロとなる位置は、前記ターゲットの中心を通ってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
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】
【００１７】
【図１】本発明の第１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】本発明の第１実施形態に係るスパッタリングカソードを構成する第１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３】本発明の第１実施形態に係るスパッタリングカソードを構成する第２磁気回路を示す上面図であって、図１の符号Ａで示された方向とは反対の方向から見た概略構造を示す図である。
【図４】本発明の第１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部分的に示す拡大断面図であって、第１磁気回路、第２磁気回路、バッキングプレート、及びターゲットを示す図である。
【図５Ａ】本発明の第１実施形態に係るスパッタリングカソードを構成する第２磁気回路のコイルに供給される電流と、コイルから発生する磁場とを説明する図である。
【図５Ｂ】本発明の第１実施形態に係るスパッタリングカソードを構成する第２磁気回路のコイルに供給される電流と、コイルから発生する磁場とを説明する図であって、図５Ａに示す電流方向とは逆の方向に電流がコイルに供給される場合を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るスパッタリングカソードを構成する第２磁気回路を示す平面図である。
【図７Ａ】本発明の実施例を説明する図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例を説明する図である。
【図７Ｃ】本発明の実施例を説明する図である。
【図７Ｄ】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】
【００１８】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１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。また、「第１」や「第２」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付しており、数量を限定しない。
【００１９】
（スパッタ装置）
以下に述べる第１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。
【００２０】
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７０（第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２）と、コイル電源７３と、Ｔ／Ｍ可変機構８０と、磁気回路回転機構９０（回転機構）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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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。
【００２３】
（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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。
【００２６】
（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。
【００２７】
（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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（Ｔ／Ｍ可変機構）
Ｔ／Ｍ可変機構８０は、第１磁気回路７１を上下に移動させることで、ターゲットＴと第１磁気回路７１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。
【００３０】
（磁気回路回転機構）
磁気回路回転機構９０は、第１磁気回路７１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第１磁気回路７１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。
【００３１】
（コイル電源）
コイル電源７３は、後述する第２磁気回路７２を構成する第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２に電力を供給する。第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２の各々について、コイル電源７３は、電流方向と電流量とを制御することが可能である。
具体的に、コイル電源７３は、第１方向に流れる電流を第１コイルＣ１に供給し、第１方向とは反対の第２方向に流れる電流を第２コイルＣ２に供給することが可能である。換言すると、第１コイルＣ１に正電流（第１方向）が供給され、第２コイルＣ２に負電流（第２方向）が供給されてもよい。反対に、第１コイルＣ１に負電流（第１方向）が供給され、第２コイルＣ２に正電流（第２方向）が供給されてもよい。
【００３２】
また、コイル電源７３は、第２コイルＣ２に供給される電流量（絶対値）よりも高い電流量を第１コイルＣ１に供給することが可能である。反対に、コイル電源７３は、第１コイルＣ１に供給される電流量（絶対値）よりも高い電流量を第２コイルＣ２に供給することも可能である。
【００３３】
（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、及びコイル電源７３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。
【００３４】
（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、フランジＦ（バッキングプレート取り付けフランジ）及びシール部材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、後述する第１磁気回路７１の構成要素が配置される空間に面している。
【００３５】
なお、上面Ｂ２には、溝が形成されてもよい。この場合、第２磁気回路７２を構成する支持板７２Ｂの少なくとも一部が溝の内部に配置されてもよい。換言すると、バッキングプレートＢに支持板７２Ｂが埋め込まれた構成が採用されてもよい。さらに、この構成においては、バッキングプレートＢと支持板７２Ｂとを電気的に絶縁するために、溝の内部において、溝の表面に絶縁部材が形成されてもよい。これにより、スパッタ時に発生する高電圧が第２磁気回路７２に影響を与えることを防止することができる。
ここで、絶縁部材は、バッキングプレートＢに形成された溝に配置された絶縁フィルムや絶縁膜であってもよい。また、絶縁部材は、バッキングプレートＢに形成された溝の表面に対して表面処理（絶縁処理）を施すことによって得られた絶縁膜であってもよい。
【００３６】
図１は、フランジＦと上面Ｂ２とによって囲まれた凹形状空間の内部に、第２磁気回路７２が配置された例を示している。第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２が凹形状空間の内部に配置されてもよい。
【００３７】
（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。
【００３８】
（スパッタリングカソード）
スパッタリングカソード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、スパッタリングカソード７０は、スパッタ面ＴＳとは反対側に配置されている。スパッタリングカソード７０は、第１磁気回路７１と第２磁気回路７２とを備える。
第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２は、ターゲットＴの平面に対する鉛直方向に沿って配置されている。第２磁気回路７２は、ターゲットＴと第１磁気回路７１との間に位置する。本実施形態では、第１磁気回路７１は、ターゲットＴの中心を回転中心として回転する永久磁石を備える。
一方、第２磁気回路７２は、第１磁気回路７１とは異なり、回転しない。第２磁気回路７２は、コイル電源７３に電気的に接続された第１コイルＣ１（電磁石）及び第２コイルＣ２（電磁石）を備える。
【００３９】
（第１磁気回路）
図２に示すように、第１磁気回路７１は、磁気回路回転機構９０に機械的に接続しており、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。第１磁気回路７１は、固定板７１Ｂと、複数の第１永久磁石ＰＭ１と、複数の第２永久磁石ＰＭ２とを備える。
【００４０】
（固定板）
固定板７１Ｂ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７１Ｂの直径は、例えば、φ３００ｍｍである。なお、固定板７１Ｂの直径は、この大きさに限定されない。
【００４１】
（第１永久磁石、第２永久磁石）
固定板７１Ｂの平面視において、固定板７１Ｂ上には、複数の第１永久磁石ＰＭ１と複数の第２永久磁石ＰＭ２とが固定されている。
ここで、「固定板７１Ｂの平面視」とは、第１磁気回路７１を符号Ａから見た平面を意味しており、第１磁気回路７１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。
【００４２】
ターゲットＴから見て、第１永久磁石ＰＭ１と第２永久磁石ＰＭ２とは、極性が互いに異なっている。すなわち、第１永久磁石ＰＭ１がＮ極であれば、第２永久磁石ＰＭ２はＳ極であり、第１永久磁石ＰＭ１がＳ極であれば、第２永久磁石ＰＭ２はＮ極である。
また、複数の第１永久磁石ＰＭ１と複数の第２永久磁石ＰＭ２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永久磁石ＰＭ２の配列は、複数の第１永久磁石ＰＭ１の配列の外側に位置している。
【００４３】
複数の第１永久磁石ＰＭ１の配列は、第１磁石パターンＰ１（第１配列線）を形成している。第１磁石パターンＰ１は、略Ｃ字状の第１曲線ＣＶ１と、固定板７１Ｂの中心の近くに位置する点Ｔ１を有する略Ｖ字状の第１線Ｌ１との組み合わせにより形成されている。第１曲線ＣＶ１と第１線Ｌ１とは、２つの第１端点ＰＥ１で接続されている。
換言すると、第１磁石パターンＰ１は、ハート形状あるい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有するパターンである。
このような第１磁石パターンＰ１上に、複数の第１永久磁石ＰＭ１は、配列している。
【００４４】
複数の第２永久磁石ＰＭ２の配列は、第２磁石パターンＰ２（第２配列線）を形成している。第２磁石パターンＰ２は、第１磁石パターンＰ１の外側に位置し、かつ、第１磁石パターンＰ１を囲むパターンである。
第２磁石パターンＰ２は、略Ｃ字状の第２曲線ＣＶ２と、点Ｔ１よりも外側に位置する点Ｔ２を有する略Ｖ字状の第２線Ｌ２との組み合わせにより形成されている。第２曲線ＣＶ２と第２線Ｌ２とは、２つの第２端点ＰＥ２で接続されている。
換言すると、第２磁石パターンＰ２は、ハート形状あるい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有するパターンである。
このような第２磁石パターンＰ２上に、複数の第２永久磁石ＰＭ２は、配列している。
【００４５】
（第２磁気回路）
図３から図５Ｂに示すように、第２磁気回路７２は、支持板７２Ｂと、支持板７２Ｂに固定された第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２とを備える。
【００４６】
（支持板）
支持板７２Ｂ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。支持板７２Ｂの材料としては、銅が採用されている。支持板７２Ｂの表面には、円環状の溝が形成されている。この溝に嵌合するように、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２は、支持板７２Ｂに固定されている。第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２は、アルミニウム等の金属で構成されたボビン（不図示）に巻回された状態で、支持板７２Ｂの溝部に固定されている。
なお、必要に応じて、支持板７２Ｂを冷却する冷却媒体が流動する流路が支持板７２Ｂに設けられてもよい。
【００４７】
（第１コイル、第２コイル）
第１コイルＣ１は、Ｚ方向（ターゲットＴの平面に対する鉛直方向）に延びる軸線ＡＸの周りを囲む巻き線で構成されている。第２コイルＣ２は、第１コイルＣ１の外側を囲むように位置し、軸線ＡＸの周りを囲む巻き線で構成されている。
第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２を構成する巻き線は、例えば、複数の周回でボビンに巻回された構造を有する。巻き線は、公知の導線である。
【００４８】
第１コイルＣ１の端子（巻き線の端部）は、第１ケーブルＣＢ１を介して、コイル電源７３に電気的に接続されている。第２コイルＣ２の端子（巻き線の端部）は、第２ケーブルＣＢ２を介して、コイル電源７３に電気的に接続されている。
この構成において、コイル電源７３は、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２に電力を供給することが可能である。
【００４９】
次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２の各々に流れる電流と、発生される磁場について説明する。
なお、図５Ａ及び図５Ｂでは、コイルが巻回されているボビンは省略されており、コイルのみが示されている。また、図５Ａ及び図５Ｂでは、コイル電源７３と第１コイルＣ１とが接続されている構造が示されているが、コイル電源７３と第２コイルＣ２とが接続される構造も、図５Ａ及び図５Ｂに示す構造と同様である。
【００５０】
コイル電源７３は、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２の各々に対して電流（電力）を供給する。第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２の各々について、コイル電源７３が電流方向と電流量とを制御することで、第２磁気回路７２から発生する磁場の強度及び方向を自在に制御することが可能となる。
このため、図４に示すように第１磁気回路７１と第２磁気回路７２とが対向配置されたスパッタリングカソード７０の構造において、第２磁気回路７２から発生する磁場と第１磁気回路７１から発生する磁場とを重畳させることが可能となり、磁場の重畳によって得られる合成磁場（重畳磁場）の分布を制御することが可能となる。
【００５１】
特に、スパッタリングカソード７０によって生成される磁場の重畳によって得られる合成磁場の垂直成分がゼロとなる位置がターゲットＴの中心を通るように、合成磁場を制御することが可能となる。
スパッタリングカソード７０によって生じる磁場の垂直成分について説明すると、第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２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。
【００５２】
次に、以上のように構成された第１磁気回路７１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。
【００５３】
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と第１磁気回路７１との距離が調整される。次に、磁気回路回転機構９０が第１磁気回路７１を回転させ、コイル電源７３は第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２に電流を供給し、第２磁気回路７２から磁場が発生する。これにより、第２磁気回路７２から発生する磁場と第１磁気回路７１から発生する磁場とが重畳する。
【００５４】
さらに、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。
【００５５】
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、コイル電源７３から第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２への電流を供給により第２磁気回路７２から磁場を容易に発生することができ、この磁場の分布を調整することができる。このため、第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２によって生成される磁場を重畳させ、合成磁場を自在に変化させることができる。
【００５６】
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、第１磁気回路７１と第２磁気回路７２による合成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、合成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、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２に対する供給電流（電流方向、電流量）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、第２磁気回路７２の最適条件を容易に探査することができる。
【００５７】
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、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２に対する供給電流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、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２に対する供給電流の調整においては、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。
【００５８】
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、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２に対する供給電流の微調整（電流方向、電流量の調整）が可能であるため、合成磁場を調整することができ、成膜分布を容易に修正することができる。
【００５９】
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。
【００６０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２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。図６は、本実施形態に係るスパッタリングカソードを構成する第２磁気回路を示す平面図である。図６において、第１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。
第２磁気回路を構成するコイルの個数の点で、第２実施形態は上述した第１実施形態と相違する。
【００６１】
図６に示す第２磁気回路７２Ａは、支持板７２Ｂに４つのコイルが固定された構造を有する。すなわち、第２磁気回路７２Ａは、軸線ＡＸの周りを囲む第１コイルＣ１と、第１コイルＣ１の外側を囲むように位置する第２コイルＣ２と、第２コイルＣ２の外側を囲むように位置する第３コイルＣ３と、第３コイルＣ３の外側を囲むように位置する第４コイルＣ４とを備える。
第１コイルＣ１、第２コイルＣ２、第３コイルＣ３、及び第４コイルＣ４は、ケーブルを介して、コイル電源７３に接続されている。コイル電源７３は、上記４つのコイルの各々の電流方向と電流量とを制御することが可能である。
【００６２】
本実施形態によれば、第２磁気回路７２Ａを構成する４つのコイルによって生成される磁場と、第１磁気回路７１によって生成される磁場とを重畳させ、これによって合成磁場を得ることが可能となる。４つのコイルの電流方向と電流量を制御することで合成磁場を自在に変化させることができる。２つのコイルの電流を制御する第１実施形態よりも、電流が制御されるコイルの数が多いので、より細かく、合成磁場の微調整を行うことができる。
上述した第１実施形態及び第２実施形態では、コイルの個数が２つ又は４つの場合について説明したが、コイルの個数は、２つ以上であればよい。
【００６３】
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。
【００６４】
なお、電磁石を構成する第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２は、第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２の少なくとも一方に設けられていればよい。第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２は、第１磁気回路７１に設けられてもよいし、第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２の両方に設けられてもよい。
【００６５】
上述した実施形態では、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２を備える第２磁気回路７２は、永久磁石を備える第１磁気回路７１とターゲットＴとの間に位置しているが、永久磁石を備える第１磁気回路７１は、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２を備える第２磁気回路７２とターゲットＴとの間に位置してもよい。
【００６６】
ただし、この構成では、第２磁気回路７２は、ターゲットＴから離れた位置に配置されるため、第２磁気回路７２によって生成される磁場が成膜空間Ｒにおけるスパッタ面ＴＳに達しない恐れがあり、この場合、第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２によって生成される磁場の重畳によって得られる合成磁場を利用したスパッタリングが実現されないことが考えられる。
第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２による合成磁場を成膜空間Ｒにおけるスパッタ面ＴＳ上に発生させるために、第２磁気回路７２をターゲットＴの近くに配置する構成、すなわち、第１磁気回路７１とターゲットＴとの間に第２磁気回路７２を配置することが好ましい。
【００６７】
上述した実施形態では、第１磁気回路７１が備える複数の第１永久磁石ＰＭ１及び複数の第２永久磁石ＰＭ２は、ハート形状等の配列パターンに沿って配置されているが、本発明は、この構成に限定されない。
第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２によって生成される磁場の重畳によって得られる合成磁場を利用したスパッタリングによって、所望の成膜分布が得られれば、複数の第１永久磁石ＰＭ１及び複数の第２永久磁石ＰＭ２の配列パターンは限定されない。
【実施例】
【００６８】
次に、図７Ａから図７Ｄを参照し、本発明の実施例を説明する。
図７Ａから図７Ｄ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。
図７Ａから図７Ｄに示す実験結果は、上記の第１実施形態に係るスパッタリングカソード７０（第１磁気回路７１及び第２磁気回路７２）を備えるスパッタ装置を用いてスパッタリングを行って得られた膜厚分布を示している。
【００６９】
図７Ａは、第１コイルＣ１の電流値として０Ａ、＋５、−５Ａを設定し、かつ、第２コイルＣ２の電流値として０Ａを設定した条件（３条件）においてスパッタリングを行い、得られた膜厚分布を示している。
【００７０】
図７Ｂは、第１コイルＣ１の電流値として０Ａを設定し、かつ、第２コイルＣ２の電流値として０Ａ、＋５、−５Ａを設定した条件、すなわち、３条件においてスパッタリングを行い、得られた膜厚分布を示している。
【００７１】
図７Ｃは、第１コイルＣ１の電流値として０Ａを設定して第２コイルＣ２の電流値として０Ａを設定した第１条件、第１コイルＣ１の電流値として＋５Ａを設定して第２コイルＣ２の電流値として＋５Ａを設定した第２条件、及び第１コイルＣ１の電流値として−１．５Ａを設定して第２コイルＣ２の電流値として−１．５Ａを設定した第３条件、すなわち、３条件においてスパッタリングを行い、得られた膜厚分布を示している。
【００７２】
図７Ｄは、第１コイルＣ１の電流値として＋５Ａを設定して第２コイルＣ２の電流値として０Ａを設定した第１条件、第１コイルＣ１の電流値として＋５Ａを設定して第２コイルＣ２の電流値として−１．５Ａを設定した第２条件、第１コイルＣ１の電流値として＋５Ａを設定して第２コイルＣ２の電流値として−０．５Ａを設定した第３条件、及び第１コイルＣ１の電流値として＋５Ａを設定して第２コイルＣ２の電流値として−１．０Ａを設定した第４条件、すなわち、４条件においてスパッタリングを行い、得られた膜厚分布を示している。
【００７３】
第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２の電流条件を除いた実験条件は、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
・ターゲットサイズ：φ３０５ｍｍ／厚さ６ｍｍ
・第１磁気回路７１の形状：図２に示す構造
・Ｔ／Ｍ距離（ターゲットＴと第１磁気回路７１との距離）：５０ｍｍ
・Ｔ／Ｓ距離（ターゲットＴと基板ステージ２０との距離）：５２ｍｍ
・放電時間：９０秒
・放電開始の際の真空チャンバ１０内の圧力：６．０×１０−４Ｐａ未満
・バイアス電源３０Ｂの電力：３．０ｋＷ
・ガス種：Ａｒ
・ガス供給量：６０ｓｃｃｍ
・真空チャンバ１０内の圧力：０．８３Ｐａ
・成膜対象である基板Ｓの直径：２００ｍｍ
・第１磁気回路７１と第２磁気回路７２との間の距離Ｄ１（図４参照）：５ｍｍ
・第１コイルＣ１の半径：３８ｍｍ
・第２コイルＣ２の半径：９０ｍｍ
・コイル（第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２）の厚さＤ２（図４参照）：１５ｍｍ
・バッキングプレートＢの厚さＤ３（図４参照）：２４ｍｍ
・膜厚の測定方法：ＸＲＦ分析
【００７４】
図７Ａから図７Ｄ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、第１コイルＣ１の電流値として０Ａを設定し、かつ、第２コイルＣ２の電流値として０Ａを設定した条件で成膜を行い、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（リファレンス値）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。
【００７５】
図７Ａから図７Ｄが示す実験結果から、以下の点が明らかとなった。
（１）図７Ａに示すように、第１コイルＣ１の電流値を変化させた結果、電流値が−５Ａである場合には山型プロファイル（基板の中心の膜厚比率が大きく、基板の端部における膜厚比率が小さい）が得られ、電流値が＋５Ａである場合には谷型プロファイル（基板の中心の膜厚比率が小さく、基板の端部における膜厚比率が大きい）が得られることが明らかとなった。
（２）図７Ｂに示すように、第２コイルＣ２の電流値を変化させた結果、電流値が−１．５Ａである場合には山型プロファイル（基板の中心の膜厚比率が大きく、基板の端部における膜厚比率が小さい）が得られ、電流値が＋５Ａである場合には谷型プロファイル（基板の中心の膜厚比率が小さく、基板の端部における膜厚比率が大きい）が得られることが明らかとなった。特に、第１コイルＣ１の電流値が＋５Ａである図７Ａに比べて、第２コイルＣ２の電流値が＋５Ａである場合には、基板の端部における膜厚比率がより大きくなることが明らかとなった。
（３）図７Ｃに示すように、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２の両方の電流値を変化させた結果、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２の両方の電流値が−１．５Ａである場合には山型プロファイル（基板の中心の膜厚比率が大きく、基板の端部における膜厚比率が小さい）が得られ、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２の両方の電流値が＋５Ａである場合には谷型プロファイル（基板の中心の膜厚比率が小さく、基板の端部における膜厚比率が大きい）が得られることが明らかとなった。また、第２コイルＣ２の電流値が＋５Ａである図７Ｂに比べて、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２の両方の電流値が＋５Ａである場合には、基板の端部における膜厚比率がより大きくなることが明らかとなった。
（４）図７Ａから図７Ｃの結果から、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２の電流値の絶対値を互いに異ならせたり、電流値の正負（図５Ａ及び図５Ｂ参照）を変えたりすることで、均一な膜厚比率を実現する第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２の電流条件を発見できる可能性があることが明らかとなった。
（５）図７Ｄに示すように、第１コイルＣ１の電流値が＋５Ａであり、かつ、第２コイルＣ２の電流値が−１．０Ａである場合に、均一な膜厚比率を実現できることが明らかとなった。すなわち、第１コイルＣ１に正の電流値を供給し、第２コイルＣ２に負の電流値を供給し、第１コイルＣ１の電流値の絶対値が第２コイルＣ２の電流値の絶対値よりも大きくすることで、均一な膜厚比率が得られることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
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】
【００７７】
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  Ｔ／Ｓ可変機構、５０  真空ポンプ、６０  ガス供給部、７０  スパッタリングカソード、７１  第１磁気回路、７１Ｂ  固定板、７２、７２Ａ  第２磁気回路、７２Ｂ  支持板、７３  コイル電源、８０  Ｔ／Ｍ可変機構、９０  磁気回路回転機構、１００  スパッタ装置、ＡＸ  軸線、Ｂ  バッキングプレート、Ｂ１  下面、Ｂ２  上面、Ｃ１  第１コイル、Ｃ２  第２コイル、Ｃ３  第３コイル、Ｃ４  第４コイル、ＣＢ１  第１ケーブル、ＣＢ２  第２ケーブル、ＣＯＮＴ  制御装置、ＣＶ１  第１曲線、ＣＶ２  第２曲線、Ｆ  フランジ、Ｌ１  第１線、Ｌ２  第２線、Ｐ１  第１磁石パターン、Ｐ２  第２磁石パターン、ＰＥ１  第１端点、ＰＥ２  第２端点、ＰＭ１  第１永久磁石、ＰＭ２  第２永久磁石、Ｒ  成膜空間、ＲＦ  高周波電源、Ｓ  基板、Ｔ  ターゲット、ＴＳ  スパッタ面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2020132967.tif 000011
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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