(57)【要約】【課題】本発明は、マグネトロンスパッタ装置に関し、ターゲットの寿命を延ばすことができるマグネトロンスパッタ装置および半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。【解決手段】本発明に係るマグネトロンスパッタ装置は、真空槽と、真空槽の内部に設けられ、上面に処理対象を搭載するステージと、真空槽の内部に設けられ、ステージの上面と対向する第１面と、第１面の反対側の面である第２面と、を有するターゲットと、ターゲットの第２面側に設けられ、第１面側に磁場を発生させ、ターゲットに対して第２面と平行に往復運動するマグネット部と、ターゲットをステージの上面と平行な面内において回転させる回転機構と、を備え、マグネット部の往復運動の速度は、往復運動の範囲の中心部よりも端部において小さい。【選択図】図１
2018095939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽の内部に設けられ、上面に処理対象を搭載するステージと、
前記真空槽の内部に設けられ、前記ステージの前記上面と対向する第１面と、前記第１面の反対側の面である第２面と、を有するターゲットと、
前記ターゲットの前記第２面側に設けられ、前記第１面側に磁場を発生させ、前記ターゲットに対して前記第２面と平行に往復運動するマグネット部と、
前記ターゲットを前記ステージの前記上面と平行な面内において回転させる回転機構と、
を備え、
前記マグネット部の前記往復運動の速度は、前記往復運動の範囲の中心部よりも端部において小さいことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２】
前記回転機構は、前記ターゲットに供給された積算電力量が閾値よりも大きくなると前記ターゲットを回転させることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項３】
前記回転機構は、前記ターゲットを９０度回転させることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項４】
前記マグネット部は、複数のマグネットを備え、
前記複数のマグネットの各々は、前記第２面と平行な面内で回転することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項５】
真空槽と、
前記真空槽の内部に設けられ、上面に処理対象を搭載するステージと、
前記真空槽の内部に設けられ、前記ステージの前記上面と対向する第１面と、前記第１面の反対側の面である第２面と、を有するターゲットと、
前記ターゲットの前記第２面側に設けられ、前記第１面側に磁場を発生させる複数の電磁石と、
前記複数の電磁石の各々が発生させる磁場を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記ターゲットに供給された積算電力量が閾値以下の場合に、前記複数の電磁石のうち複数の第１電磁石が発生させる磁場が、前記複数の電磁石のうち複数の第２電磁石が発生させる磁場よりも強くなるように制御し、前記積算電力量が前記閾値よりも大きい場合に、前記複数の第１電磁石が発生させる磁場が、前記複数の第２電磁石が発生させる磁場よりも弱くなるように制御することを特徴とする請求項５に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項７】
前記複数の電磁石は、第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に並び、
前記複数の第１電磁石は、前記第１方向の両端に配置され、
前記複数の第２電磁石は、前記第２方向の両端に配置されることを特徴とする請求項６に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項８】
真空槽と、
前記真空槽の内部に設けられたステージと、
前記真空槽の内部に設けられ、前記ステージの上面と対向する第１面と、前記第１面の反対側の面である第２面と、を有するターゲットと、
前記ターゲットの前記第２面側に設けられ、前記第１面側に磁場を発生させるマグネット部と、
を備えたマグネトロンスパッタ装置を準備する工程と、
前記ステージの前記上面に基板を搭載する搭載工程と、
前記ターゲットに対して前記第２面と平行に前記マグネット部を往復運動させながら、前記ターゲットをスパッタリングして前記基板上に成膜させる成膜工程と、
前記成膜工程の後に、前記ターゲットを前記ステージの前記上面と平行な面内において回転させ、他の基板について前記搭載工程と前記成膜工程を実施する工程と、
を備え、
前記マグネット部の前記往復運動の速度は、前記往復運動の範囲の中心部よりも端部において小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング法は薄膜の形成手段として広く知られた技術であり、半導体、液晶表示素子、あるいは磁気ヘッドなど電子部品の製造分野で用いられている。スパッタ装置として、２極バイアススパッタ装置、ＲＦスパッタ装置、ＤＣマグネトロンスパッタ装置などが知られている。スパッタ装置は、半導体分野および液晶分野におけるデバイスの電極および配線形成の用途に広く使用されている。特に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置は、薄膜形成が速いという利点があり産業用途で広く使われている。
【０００３】
特許文献１には、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は、ターゲットの裏面に配置された磁石装置を備える。磁石装置は、リング状の外側磁石と、外側磁石の内側を移動する内側磁石を備える。これにより、ターゲットの消耗度合の面内バラツキを改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３６７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されるマグネトロンスパッタ装置は、主に半導体分野で使用されているターゲット裏側でマグネットを回転運動させるスパッタ装置を対象にしたものである。このため、主に液晶分野で広く使用されているターゲット裏側でマグネットを往復運動または揺動運動させるスパッタ装置に対しては適用することはできない。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、ターゲットの寿命を延ばすことができるマグネトロンスパッタ装置および半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係るマグネトロンスパッタ装置は、真空槽と、該真空槽の内部に設けられ、上面に処理対象を搭載するステージと、該真空槽の内部に設けられ、該ステージの該上面と対向する第１面と、該第１面の反対側の面である第２面と、を有するターゲットと、該ターゲットの該第２面側に設けられ、該第１面側に磁場を発生させ、該ターゲットに対して該第２面と平行に往復運動するマグネット部と、該ターゲットを該ステージの該上面と平行な面内において回転させる回転機構と、を備え、該マグネット部の該往復運動の速度は、該往復運動の範囲の中心部よりも端部において小さい。
【０００８】
第２の発明に係るマグネトロンスパッタ装置は、真空槽と、該真空槽の内部に設けられ、上面に処理対象を搭載するステージと、該真空槽の内部に設けられ、該ステージの該上面と対向する第１面と、該第１面の反対側の面である第２面と、を有するターゲットと、該ターゲットの該第２面側に設けられ、該第１面側に磁場を発生させる複数の電磁石と、該複数の電磁石の各々が発生させる磁場を制御する制御部と、を備える。
【０００９】
第３の発明に係る半導体装置の製造方法は、真空槽と、該真空槽の内部に設けられたステージと、該真空槽の内部に設けられ、該ステージの上面と対向する第１面と、該第１面の反対側の面である第２面と、を有するターゲットと、該ターゲットの該第２面側に設けられ、該第１面側に磁場を発生させるマグネット部と、を備えたマグネトロンスパッタ装置を準備する工程と、該ステージの該上面に基板を搭載する搭載工程と、該ターゲットに対して該第２面と平行に該マグネット部を往復運動させながら、該ターゲットをスパッタリングして該基板上に成膜させる成膜工程と、該成膜工程の後に、該ターゲットを該ステージの該上面と平行な面内において回転させ、他の基板について該搭載工程と該成膜工程を実施する工程と、を備え、該マグネット部の該往復運動の速度は、該往復運動の範囲の中心部よりも端部において小さい。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明に係るマグネトロンスパッタ装置では、ターゲットがマグネット部の往復運動の方向に対して回転する。このため、ターゲットの消耗が大きい部分と、ターゲットの消耗の少ない部分の位置を置き換えることができる。従って、ターゲットの寿命を延ばすことができる。
第２の発明に係るマグネトロンスパッタ装置では、複数の電磁石の各々が発生させる磁場は、制御部によって制御される。このため、ターゲットの消耗が大きい部分に小さい磁場を発生させることができる。従って、ターゲットの寿命を延ばすことができる。
第３の発明に係る半導体装置の製造方法では、ターゲットをマグネット部の往復運動の方向に対して回転させる。このため、ターゲットの消耗が大きい部分と、ターゲットの消耗の少ない部分の位置を置き換えることができる。従って、ターゲットの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係るマグネトロンスパッタ装置の断面図である。
【図２】実施の形態１に係るマグネット部およびターゲットの斜視図である。
【図３】実施の形態１の比較例に係るマグネトロンスパッタ装置の断面図である。
【図４】実施の形態１の比較例に係るターゲットの消耗度合いを説明する図である。
【図５】実施の形態１に係るターゲットの平面図である。
【図６】実施の形態１に係るターゲットの回転後の状態を示す平面図である。
【図７】実施の形態２に係るマグネット部の断面図である。
【図８】実施の形態３に係るマグネット部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置および半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るマグネトロンスパッタ装置の断面図である。本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置１００は、真空槽１を備える。真空槽１の内部には、ステージ３が設けられる。ステージ３の上面６３には、処理対象である基板２が搭載される。基板２は矩形である。基板２は円形であっても良い。基板２は半導体基板またはガラス基板である。真空槽１の内部には、ターゲット６が設けられる。ターゲット６は、ステージ３の上面６３と対向する第１面６１と、第１面６１の反対側の面である第２面６２とを有する。
【００１４】
マグネトロンスパッタ装置１００は回転機構３０を備える。回転機構３０は、バッキングプレート９と回転軸３１とを備える。ターゲット６の第２面６２はバッキングプレート９の下面に取り付けられている。ターゲット６は、バッキングプレート９にインジウムなどでロウ付けされている。バッキングプレート９の上面には回転軸３１の一端が取り付けられている。回転軸３１の他端は、真空槽１に固定されている。回転機構３０は回転軸３１を中心に回転する。従って、回転機構３０は、ステージ３の上面６３と平行な面内においてターゲット６を回転させる。
【００１５】
ターゲット６の第２面６２側には、マグネット部７が設けられる。マグネット部７が発生させる磁場は、第１面６１側に漏洩する。マグネット部７はターゲット６の第１面６１側に磁場を発生させる。マグネット部７には、Ｓ極とＮ極が交互に並ぶように複数のマグネットが配置されている。複数のマグネットは永久磁石である。マグネット部７によって、第１面６１側には、Ｎ極から隣接するＳ極に向かう磁力線アーチ８が形成される。図１においてマグネット部７は４個のマグネットを備える。マグネット部７が備えるマグネットの数はこれに限らない。
【００１６】
矢印２０に示されるように、マグネット部７はターゲット６に対して、第２面６２と平行に往復運動する。マグネット部７は、ターゲット６の第２面６２側において、ターゲット６の一端から他端までの範囲を往復運動または揺動運動する。また、本実施の形態では、マグネット部７は真空槽１の外側に設けられる。この変形例として、マグネット部７は真空槽１の内部に設けられても良い。
【００１７】
ステージ３とターゲット６との間にはＤＣ電源４が接続される。マグネトロンスパッタ装置１００において、ターゲット６は陰極となり、ステージ３は陽極となる。本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置１００は、ＤＣマグネトロンスパッタ装置である。また、マグネトロンスパッタ装置１００は、防着板５を備える。防着板５により、スパッタされ、ターゲット６から飛散した粒子がステージ３および真空槽１の内壁に付着することを防止できる。
【００１８】
図２は、実施の形態１に係るマグネット部およびターゲットの斜視図である。マグネット部７の往復運動の方向は、矢印２０に示されるように、ターゲット６の側面と平行である。マグネット部７の往復運動に伴い、矢印２１に示すように磁力線アーチ８も第１面６１側を移動する。回転機構３０は、ターゲット６をマグネット部７の往復運動の方向に対して角度θだけ回転させる。本実施の形態では角度θは９０度である。なお、図２において真空槽１は省略されている。
【００１９】
次に、マグネトロンスパッタ装置１００における薄膜形成のメカニズムを説明する。まず、ステージ３上に基板２が搭載され、高い真空度に保たれた真空槽１において、不活性ガスを封入する。不活性ガスは例えばＡｒである。次に、ターゲット６とステージ３との間に電圧を印加することで、不活性ガスに放電を発生させ、プラズマを発生させる。放電により不活性ガスイオンが生成される。この不活性ガスイオンは、陰極であるターゲット６に衝突する。ターゲット６は母材とも呼ばれる。
【００２０】
不活性ガスの衝突のエネルギーによりターゲット６から粒子が飛散する。この粒子は、ターゲット６を構成する物質が原子レベルまたは原子の集合したクラスター状態で飛散したものである。ターゲット６から飛散した粒子は、ターゲット６に対向して置かれた基板２上に堆積する。この結果、基板２の上面に薄膜が形成される。この方法によれば、基板２に微細かつ緻密な薄膜を形成できる。
【００２１】
また、磁力線アーチ８により、電子をターゲット６の第１面６１の近傍にトラップできる。この結果、不活性ガスイオンの生成量が増大する。このため、ターゲット６から飛散する粒子が増加する。従って、薄膜の形成速度を向上できる。
【００２２】
また、マグネトロンスパッタ装置１００ではマグネット部７が往復運動する。これにより、ターゲット６の第１面６１における磁場の強い領域が、第１面６１の全域を移動する。この結果、基板２上に形成される薄膜の厚さの均一性を改善できる。
【００２３】
ここで、ターゲット６から飛散する粒子は、基板２に対して垂直に入射するのみではなく、様々な方向に飛散する。基板２は、基板２の中心とターゲット６の中心とが一致するように配置される。この時、基板２の中心部には、様々な方向から粒子が入射し、堆積する。これに対し、基板２の端部の近傍では、ターゲット６との位置関係上、粒子の飛来する方向が限定される場合がある。このため、マグネット部７の往復運動の速度が一定である場合、基板２の端部における薄膜の形成速度は、中心部と比べて低くなることが考えられる。この時、基板２の上面内における膜厚分布が大きくなる可能性がある。
【００２４】
これに対し、本実施の形態では、マグネット部７の往復運動の速度は、往復運動の範囲の中心部よりも端部において小さい。つまり、基板２の端部に近い位置においてマグネット部７の移動速度を低下させている。この結果、一定時間内に基板２の端部に入射する粒子が増加する。このため、基板２の端部における薄膜の形成速度を向上できる。従って、基板２の上面内における膜厚分布を小さくできる。
【００２５】
この変形例として、マグネット部７は、往復運動の折り返し地点において一定時間停止するものとしても良い。また、マグネット部７の往復運動の速度は一定であり、マグネット部７が発生させる磁場は、マグネット部７の往復運動の範囲の中心部よりも端部において大きいものとしても良い。つまり、基板２の端部に近い位置においてマグネット部７の磁束密度が大きくなる。このため、基板２の端部における薄膜の形成速度を向上できる。従って、基板２の上面内における膜厚分布を小さくできる。
【００２６】
図３は、実施の形態１の比較例に係るマグネトロンスパッタ装置の断面図である。比較例に係るマグネトロンスパッタ装置８００は、回転機構３０を備えない。その他の構成は、実施の形態１と同様である。比較例に係るマグネトロンスパッタ装置８００においても、マグネット部７の速度は、往復運動の範囲の中心部よりも端部において小さい。
【００２７】
図４は、実施の形態１の比較例に係るターゲットの消耗度合いを説明する図である。ターゲット６のうちマグネット部７の速度が低下する領域の直下に位置する部分では、一定時間内に強い磁場が印加される期間が、ターゲット６の他の部分と比較して長い。よって、ターゲット６の消耗の進行は、マグネット部７の速度が低下する領域の直下に位置する部分において、ターゲット６の他の部分よりも速くなる。従って、ターゲット６の消耗度合いの面内バラツキが発生する。消耗度合いは、エロージョンとも呼ばれる。
【００２８】
図４は、使用済みターゲット６の断面形状の一例を示す図である。図４に示すように、ターゲット６の中央部の両側には、中央部よりも消耗の大きい領域８１０が形成される。ターゲット６の中央部では、ターゲット６の消耗が遅くターゲット６が厚いのに対して、ターゲット６の中央部の両側では、ターゲット６は大きく削り取られている。
【００２９】
一般に、ターゲットの交換時には、使用済みターゲットをバッキングプレートから剥離し、回収する。この作業を容易に実行するために、ターゲットの厚さが初期の厚さの２割程度に到達した時点でターゲットを交換する必要がある。つまり、図４に示される消耗の大きい領域８１０の厚さが、初期の厚さの２割になった時点で、ターゲット６を交換する必要がある。この時、ターゲット６の他の部分は厚さが大きい。これにも関わらず、消耗の大きい領域８１０の消耗度合によりターゲット６の寿命が決まる。このため、ターゲット６の使用効率が低下する。
【００３０】
図５は、実施の形態１に係るターゲットの平面図である。本実施の形態では、ターゲット６は、角の丸い四角形である。ターゲット６の形状はこれに限らない。ターゲット６は、矩形、正方形、四角形、多角形、円形または楕円形でも良い。ターゲット６の互いに対向する一組の側面は、矢印２０に示される往復運動の方向と平行に配置される。本実施の形態においても、矢印２０に示される往復運動の範囲の両端部付近において、ターゲット６の第１面６１には、ターゲット６の中央部よりも消耗の大きい第１部分１０が形成される。第１部分１０の長手方向は、往復運動の方向と垂直である。第１部分１０の長手方向の長さは、マグネット部７の長さに対応する。
【００３１】
ここで、本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置１００は、回転機構３０を備える。このため、本実施の形態では、ターゲット６を回転させることにより、第１部分１０の位置を移動させることができる。図６は、実施の形態１に係るターゲットの回転後の状態を示す平面図である。ターゲット６は、矢印２２に示すθ方向に回転する。本実施の形態では、ターゲット６を９０度回転させる。これにより、第１部分１０の位置が移動し、回転前に第１部分１０が配置されていた位置に、消耗の少ない第２部分１１が配置される。
【００３２】
本実施の形態においてターゲット６は角の丸い四角形である。このため、ターゲット６を９０度回転させることにより、消耗の大きい部分を消耗の少ない部分と置き換えることができる。ターゲット６の回転角度は９０度以外でも良い。ターゲット６の回転角度はマグネトロンスパッタ装置１００の種類、ターゲット６の種類、ターゲット６の形状に応じて適切な値を設定することが望ましい。
【００３３】
比較例に係るマグネトロンスパッタ装置８００では、ターゲット６の消耗の大きい領域８１０の厚さによってターゲット６の寿命が決められていた。これに対し、本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置１００では、ターゲット６を回転させ、回転前に第１部分１０が配置されていた位置に、消耗の少ない第２部分１１を配置する。従って、ターゲット６の寿命を延ばすことができる。よって、ターゲット６の利用効率を向上できる。
【００３４】
ここで、マグネット部７の長手方向の長さは、第１部分１０同士の間隔よりも小さく設定される。また、マグネット部７の長手方向の長さは、往復運動の範囲の長さよりも短く設定されるものとしても良い。これにより、消耗の大きい第１部分１０が、ターゲット６の回転後に、再び消耗の大きい領域に含まれることを防止できる。従って、消耗の大きい第１部分１０における更なるターゲット６の消耗を抑制できる。
【００３５】
次に、本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置１００を用いた半導体装置の製造方法を説明する。まず、マグネトロンスパッタ装置１００を準備する。次に、搭載工程を実施する。搭載工程では、ステージ３の上面６３に基板２を搭載する。次に、成膜工程を実施する。成膜工程では、ターゲット６に対して第２面６２と平行にマグネット部７を往復運動させながら、ターゲット６をスパッタリングする。スパッタリングされたターゲット６は、基板２上に成膜される。次に、ターゲット６をステージ３の上面６３と平行な面内において９０度回転させる。次に、他の基板について搭載工程と成膜工程を実施する。
【００３６】
ターゲット６は、第１部分１０の厚みが閾値に到達した時点で回転するものとしても良い。ここで閾値は、使用済みターゲット６をバッキングプレート９から剥離し回収することが可能な厚さよりも大きい値に設定される。例えば、閾値はターゲット６の使用前の厚さの２割よりも大きい値に設定される。また、処理対象となる基板２を交換する工程毎に、ターゲット６を回転させるものとしても良い。この場合、処理対象の交換ごとに、ターゲット６の消耗の多い領域に第１部分１０と第２部分１１が交互に配置されることになる。このため、第１部分１０と第２部分１１が均等に消耗され、ターゲット６の寿命を延ばすことができる。
【００３７】
本実施の形態の変形例として、回転機構３０は、ターゲット６に供給された積算電力量が閾値よりも大きくなると、ターゲット６を回転させるものとしても良い。ターゲット６の消耗度合を知る尺度として、ターゲット６に印加された積算電力量がある。積算電力量は、ターゲット６の使用開始時からターゲット６に印加された電力量である。積算電力量が大きい程、ターゲット６の消耗が大きい。積算電力量は、ＤＣ電源４からマグネトロンスパッタ装置１００に供給された電力を測定することで得ることができる。
【００３８】
積算電力量が増加し閾値を超えると、回転機構３０は自動でターゲット６を回転させる。これにより、ターゲット６を回転させるための装置オペレーターの労力および手間を削減できる。また、本実施の形態では、回転機構３０がターゲット６を回転させるものとした。これに対し、マグネトロンスパッタ装置１００は回転機構３０を備えなくても良い。この場合、ターゲット６の回転は手動で行われる。
【００３９】
また、本実施の形態では、回転機構３０が回転軸３１を中心に回転することで、バッキングプレート９に取り付けられたターゲット６が回転する。回転機構３０の構造はこれに限らず、ターゲット６をステージ３の上面６３と平行な面内において回転させることができれば別の構造でも良い。
【００４０】
これらの変形は以下の実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置および半導体装置の製造方法について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置および半導体装置の製造方法については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００４１】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係るマグネット部の断面図である。本実施の形態では、マグネット部２０７の構造が実施の形態１と異なる。その他の構造は実施の形態１と同様である。本実施の形態に係るマグネット部２０７は、複数のマグネット２１２を備える。マグネット部２０７はマグネット２１２を３組備える。マグネット２１２の数はこれに限らない。複数のマグネット２１２の各々は、矢印２２３に示される方向に回転する。複数のマグネット２１２の各々は、第２面６２と平行な面内で回転する。
【００４２】
マグネット２１２は、回転マグネットユニットである。マグネット部２０７は、複数の回転マグネットユニットから成る構造体である。この場合、マグネット２１２の作る磁力線アーチ２０８は、ターゲット６の第２面６２と平行な面内で回転しながらターゲット６の第１面６１側を往復運動する。磁力線アーチ２０８の回転によって、磁場の強い部分がターゲット６の第１面６１において平均化される。よって、ターゲット６の消耗度合いがターゲット６の第１面６１内で平均化される。本実施の形態では、実施の形態１と比較して、ターゲット６の消耗の大きい部分が発生し難くなる。従って、更にターゲット６の寿命を伸ばし利用効率を向上できる。
【００４３】
本実施の形態では、各々のマグネット２１２はＳ極とＮ極の中点を中心に回転する。これに対し、各々のマグネット２１２はＳ極またはＮ極を中心に回転しても良い。
【００４４】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係るマグネット部の斜視図である。本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置３００には、マグネット部７の代わりに、複数の電磁石３１３が設けられる。複数の電磁石３１３は、ターゲット６の第２面６２側に設けられる。複数の電磁石３１３は、ターゲット６の第１面６１側に磁場を発生させる。
【００４５】
また、本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置３００は、制御部３４０を備える。制御部３４０は、複数の電磁石３１３の各々が発生させる磁場を制御する。制御部３４０は、各々の電磁石３１３が適切なタイミングで適切な強度の磁場を発生させるよう制御する。また、制御部３４０は、複数の電磁石３１３の各々が発生させる磁束密度を制御するものとしても良い。
【００４６】
図８において、便宜上、真空槽１、基板２、ステージ３および防着板５は省略されている。また、本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置３００は回転機構３０を備えない。その他の構造は、実施の形態１と同様である。図８において、マグネトロンスパッタ装置３００は１２個の電磁石３１３を備える。電磁石３１３の数はこれに限らない。
【００４７】
複数の電磁石３１３は、第１方向３２４および第１方向３２４と直交する第２方向３２５に並ぶ。ここで、第１方向３２４の両端に配置される電磁石３１３を第１電磁石３４１とする。本実施の形態では、第１電磁石３４１は、第１方向３２４の両端に２つずつ配置される。また、第２方向３２５の両端に配置される電磁石３１３を第２電磁石３４２とする。本実施の形態では、第２電磁石３４２は、第２方向３２５の両端に３つずつ配置される。
【００４８】
制御部３４０は、ターゲット６に供給された積算電力量を測定する。制御部３４０は、積算電力量が閾値以下の場合に、第１電磁石３４１が発生させる磁場が、第２電磁石３４２が発生させる磁場よりも強くなるように制御する。また、制御部３４０は、積算電力量が閾値よりも大きい場合に、第１電磁石３４１が発生させる磁場が、第２電磁石３４２が発生させる磁場よりも弱くなるように制御する。
【００４９】
本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置３００を使用した半導体装置の製造方法を説明する。搭載工程までは実施の形態１と同様である。次に、成膜工程を実施する。成膜工程では、第１電磁石３４１が発生させる磁場を、第２電磁石３４２が発生させる磁場よりも強く設定した状態で、ターゲット６をスパッタリングする。この時、処理対象である基板２において、ターゲット６との位置関係からスパッタリングされた粒子の飛来する方向が限定され、薄膜の形成速度が遅くなり易い部分を、第１電磁石３４１の下方に配置する。これにより、粒子の飛来する方向が限定される部分において、薄膜の形成速度が向上する。従って、基板２の上面内における膜厚分布を小さくできる。
【００５０】
次に、積算電力量が閾値を超えた時点で、第１電磁石３４１が発生させる磁場が、第２電磁石３４２が発生させる磁場よりも弱くなるように設定する。さらに、処理対象においてスパッタリングされた粒子の飛来する方向が限定される部分を、第２電磁石３４２の下方に配置する。これにより、処理対象の上面内における膜厚分布を小さくできる。
【００５１】
本実施の形態では、ターゲット６に印加された積算電力量に応じて、ターゲット６において強い磁場が印加される箇所が切り替わる。制御部３４０は、積算電力量が閾値以下の場合に、第１電磁石３４１が発生させる磁場が、第２電磁石３４２が発生させる磁場よりも強くなるように制御する。これにより、第１電磁石３４１の直下において、ターゲット６の消耗が速くなる。
【００５２】
積算電力量が閾値よりも大きくなると、制御部３４０は、第２電磁石３４２が発生させる磁場が、第１電磁石３４１が発生させる磁場よりも強くなるように制御する。つまり、マグネトロンスパッタ装置３００では、自動でターゲット６の消耗の大きい部分に弱い磁場が形成されることになる。この結果、第１電磁石３４１の直下において、ターゲット６の消耗が遅くなる。これにより、ターゲット６の消耗の大きい部分における更なる消耗の進行が抑制される。
【００５３】
また、積算電力量が閾値よりも大きくなると、ターゲット６の消耗の少ない部分に、強度の高い磁場が印加される。つまり、ターゲット６の消耗の少ない部分が、粒子の飛来する方向が限定される部分における薄膜の形成速度の向上に寄与する。以上から、ターゲット６の寿命を伸ばし、利用効率を向上させることができる。電磁石３１３の発生させる磁場の制御は、制御部３４０が自動で行う。このため、装置オペレーターの労力および手間を低減できる。
【００５４】
本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置３００では、実施の形態１のようにマグネット部７を往復運動させる駆動部が必要ない。このため、駆動部の劣化による装置故障のリスクを低減できる。また、マグネトロンスパッタ装置３００は回転機構３０を備える必要がない。このため、マグネトロンスパッタ装置３００を小型化できる。
【００５５】
本実施の形態では、積算電力量が閾値を越えると、強い磁場を発生させる電磁石３１３を第１電磁石３４１から第２電磁石３４２に切り替える。この変形例として、処理対象が交換される毎に、強い磁場を発生させる電磁石３１３を、第１電磁石３４１および第２電磁石３４２の一方から他方に切り替えるものとしても良い。
【００５６】
また、本実施の形態では、第１電磁石３４１は第１方向３２４の両端に配置されるものとした。また、第２電磁石３４２は、第２方向３２５の両端に配置されるものとした。ここで、第１電磁石３４１と第２電磁石３４２の配置は、第１電磁石３４１と第２電磁石３４２が別の電磁石３１３であれば、これに限らない。例えば、第１方向３２４に並んだ４列の電磁石３１３のうち、１列目と３列目の電磁石３１３が第１電磁石３４１であり、２列目と４列目の電磁石３１３が第２電磁石３４２であってもよい。第１電磁石３４１および第２電磁石３４２は、基板２の形状、マグネトロンスパッタ装置３００の形状およびターゲット６の形状に応じて選択する。
【００５７】
また、本実施の形態では、電磁石３１３は第１方向３２４および第２方向３２５に並ぶ。電磁石３１３の配置はこれに限らず、例えば千鳥配置でも良い。電磁石３１３の配置は、マグネトロンスパッタ装置３００の種類、ターゲット６の種類およびターゲット６の形状に応じて適切なものを設定することが望ましい。なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１００、３００  マグネトロンスパッタ装置、１  真空槽、２  基板、３  ステージ、６  ターゲット、７、２０７  マグネット部、３０  回転機構、６１  第１面、６２  第２面、６３  上面、２１２  マグネット、３１３  電磁石、３２４  第１方向、３２５  第２方向、３４０  制御部、３４１  第１電磁石、３４２  第２電磁石
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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