(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタ室内に配置されたターゲット材と、
該ターゲット材が取り付けられる裏板と、
該裏板の裏面側に所定距離離間して配置された磁石と、
を備えたカソードユニットにおいて、
前記磁石はヨークおよびリブと共に磁気回路を構成し、該磁石の裏面側に該ヨークが、該ヨークの裏面側に該リブが各々配されてなる構造を備え、
前記ヨークが、ターゲット材の長手方向全体にわたって一体構造をなしており、
磁場強度調整機構は、前記ヨークと前記リブとの隙間を調整可能な調整ボルト、および、前記ヨークと前記リブが結束された状態とする結束ボルトを含み、前記調整ボルトを前記リブの雄ネジ部に対しねじ込むことにより、前記調整ボルトが前記ヨークを押し込む構成を備えており、前記隙間を設けることにより前記磁気回路の高さを調整する
ことを特徴とするカソードユニット。
【請求項２】
前記磁場強度調整機構は、前記磁石が基板の被成膜面に平行な面内方向で、かつ、該基板の進行方向に対して直交する方向が、前記ターゲット材の長手方向をなしており、該方向に対して、中心部分が凸状になるように変形可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のカソードユニット。
【請求項３】
前記磁石を所定量変形するためのスペーサを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカソードユニット。
【請求項４】
前記調整ボルト、および、前記結束ボルト、が取り付け可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のカソードユニット。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のカソードユニットを備えたことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソードユニットおよび成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板に対して薄膜をスパッタ法にて形成する場合、析出速度が速く、生産性に優れたマグネトロンカソード（カソードユニット）を用いた成膜装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。この成膜装置では、一般的にスパッタ室内にマグネトロンカソードを基板搬送方向に沿って一つ以上配列している。そして、マグネトロンカソードのターゲットに対向するように基板を搬送させることで、基板面に薄膜を成膜するように構成されている。なお、基板は被成膜面が鉛直方向と平行になるように、基板を立てた状態で搬送しながら成膜を行うのが一般的である。
【０００３】
特許文献１に示すように、ターゲットの背面には裏板が設けられ、ターゲットを固定し、裏板から所定距離離間して磁石が配置されている。また、磁石はヨークに固定され、さらにヨークを支持するリブが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０９５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年の基板の大型化に伴って、マグネトロンカソードも大型化している。マグネトロンカソードが大型化すると、ターゲットが取り付けられた裏板が、その自重およびスパッタ室内が真空状態に保持されることで引っ張られる（外部の大気側から押される）ことにより反ってしまうことがある。一方、磁石はヨークに固定され、さらにリブでヨークを補強しているため反りは発生しない。したがって、この状態で成膜を行うと、ターゲットと磁石との距離が基板の被成膜面の鉛直方向の位置によって異なり、膜厚分布が大きくなる。具体的には、裏板は鉛直方向の略中間位置において凸状の頂部になるように山なりに反りが生ずるため、その位置においてターゲットと磁石との距離が一番大きくなり、磁場が弱くなる。その結果、基板の鉛直方向の両端の膜厚が厚くなり、中間部分の膜厚が薄くなってしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、高精度に膜厚を均一化することができるカソードユニットおよび成膜装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載した発明は、スパッタ室内に配置されたターゲット材と、該ターゲット材が取り付けられる裏板と、該裏板の裏面側に所定距離離間して配置された磁石と、を備えたカソードユニットにおいて、前記磁石はヨークおよびリブと共に磁気回路を構成し、該磁石の裏面側に該ヨークが、該ヨークの裏面側に該リブが各々配されてなる構造を備え、前記ヨークが、ターゲット材の長手方向において一体構造をなしており、磁場強度調整機構は、前記ヨークと前記リブとの隙間を調整可能な調整ボルト、および、前記ヨークと前記リブが結束された状態とする結束ボルトを含み、前記調整ボルトを前記リブの雄ネジ部に対しねじ込むことにより、前記調整ボルトが前記ヨークを押し込む構成を備えており、前記隙間を設けることにより前記磁気回路の高さを調整することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載した発明（カソードユニット）によれば、磁石とその裏面側に配したヨークとヨークの裏面側に配したリブからなる磁気回路に対して、ヨークとリブとの隙間を調整可能な調整ボルトを含む磁場強度調整機構が、該隙間を設けることにより前記磁気回路の高さを調整する。その際に、前記ヨークと前記リブは結束ボルトにより結束された状態とされており、前記調整ボルトを前記リブの雄ネジ部に対しねじ込むことにより、前記調整ボルトが前記ヨークを押し込む構成を備えている。
ゆえに、前記磁場強度調整機構によりターゲット材にかかる磁場の大きさが略均一になるように調整することが可能となるので、基板の被成膜面の全面に亘って略均一な膜厚で成膜することができる。したがって、高精度に膜厚を均一化することができる。
また、上記カソードユニットにおいては、前記ヨークが、ターゲット材の長手方向全体にわたって一体構造をなしているので、ターゲットの長手方向に亘って、ヨークとリブとの隙間を連続的に調整できるので、ターゲットの長手方向の全域において磁場の略均一化が図れる。したがって、本発明のカソードユニットは、前述した基板の大型化に伴う問題が解消し、大型の基板に対しても膜厚の均一な成膜をもたらす。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、前記磁場強度調整機構は、前記磁石が基板の被成膜面に平行な面内方向で、かつ、該基板の進行方向に対して直交する方向が、前記ターゲット材の長手方向をなしており、該方向に対して、中心部分が凸状になるように変形可能に構成されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載した発明によれば、磁石の表面とターゲットの表面との距離が磁石を基板の被成膜面に平行な面内方向で、かつ、基板の進行方向に対して直交する方向の全長（鉛直方向の全長）に亘って等間隔になるように調整することができる。したがって、鉛直方向の全長に亘って磁場を略均一にすることができるため、基板の鉛直方向の全長に亘って膜厚を略均一に成膜することができる。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、前記磁石を所定量変形するためのスペーサを備えていることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載した発明によれば、スペーサを用いて磁石を変形させることができるため、磁石の変形量を精度良く調整することができる。
【００１３】
請求項４に記載した発明は、前記調整ボルト、および、前記結束ボルト、が取り付け可能に構成されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載した発明によれば、調整ボルトおよび結束ボルトを用いてヨークを反らせることができるとともに、その状態を確実に保持することができる。したがって、磁石を所定量反らせることができ、ターゲット鉛直方向表面の全長に亘って磁場を略均一にすることができる。
【００１５】
請求項５に記載した発明は、成膜装置において、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のカソードユニットを備えたことを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載した発明によれば、磁場強度調整機構によりターゲット材にかかる磁場の大きさが略均一になるように調整することにより、基板の被成膜面の全面に亘って略均一な膜厚で成膜することができる。したがって、高精度に膜厚を均一化された基板を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、磁場強度調整機構によりターゲット材にかかる磁場の大きさが略均一になるように調整することにより、基板の被成膜面の全面に亘って略均一な膜厚で成膜することができる。したがって、高精度に膜厚を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態におけるスパッタ成膜装置の概略構成図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】本発明の実施形態における磁気回路（永久磁石、ヨークおよびリブで構成されている）の斜視図である。
【図４】本発明の実施形態におけるヨークとリブとの固定方向を示す部分断面図である。
【図５】本発明の実施形態におけるスペーサの斜視図である。
【図６】本発明の実施形態におけるスパッタ成膜装置で基板を成膜する際のマグネトロンカソードの状態を説明する側面図である。
【図７】本発明の実施形態におけるスパッタ成膜装置で基板を成膜した際の基板の鉛直方向における膜厚分布を示す図である。
【図８】従来のスパッタ成膜装置で基板を成膜した際の基板の鉛直方向における膜厚分布を示す図である。
【図９】鉛直方向におけるターゲットと永久磁石との距離のばらつき（ΔＴ／Ｍ）と、そのときの表面磁場強度のばらつきとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態に係るスパッタ成膜装置について、図１〜図９に基づいて説明する。
図１はスパッタ成膜装置の要部概略構成図（平面図）である。図１に示すように、スパッタ成膜装置１０は、量産式のインライン式スパッタ装置であり、等速駆動されるキャリア１１に基板２１が載置され、スパッタ室１３内を矢印Ｘの方向に連続して順次搬送される。なお、基板２１は被成膜面２１ａが鉛直方向と平行になるように載置された状態で水平方向に搬送される。また、キャリア１１（基板２１）の搬送手段としては、モータに連結された搬送ローラやラック＆ピニオン機構などの搬送手段を用いることができる。また、基板２１の上端縁と下端縁とを溝付ロータにより挟持し、モータなどにより溝付ローラを回転させることで、基板２１を搬送するように構成してもよい。また、スパッタ室１３内は真空雰囲気に保持可能に構成されている。
【００２０】
基板２１の被成膜面２１ａに対向した位置に、マグネトロンカソード（カソードユニット）１５が配置されている。マグネトロンカソード１５における基板２１に対向する面には、ターゲット１７が配されている。ターゲット１７はバッキングプレート（裏板）１９にメタルボンディングされ、絶縁板２３を介してスパッタ室１３の壁面２５に取り付けられている。
【００２１】
また、図１および図２に示すように、バッキングプレート１９の背面側（大気側）にはヨーク２７が配置されており、このヨーク２７の表面２７ａには永久磁石２９が設けられている。また、ヨーク２７は、ヨーク２７の背面２７ｂに設けられた柱状のリブ２８に支持されており、図３および図６に示すように、ターゲット１７の長手方向において、一体構造をなしている。このリブ２８は例えば鋼などで製造された強固なものである。
【００２２】
さらに、図２、図３に示すように、ヨーク２７の表面２７ａには、バッキングプレート１９側から見て鉛直方向に平行になるように配された棒状の中央磁石２９ａと、中央磁石２９ａの周囲を囲むように矩形状に配された外周磁石２９ｂと、で構成された磁石群２９ｃが２組配されている。
【００２３】
中央磁石２９ａおよび外周磁石２９ｂは、ともに基板２１の被成膜面２１ａに対して垂直方向に着磁されており、さらに中央磁石２９ａと外周磁石２９ｂとは互いに逆方向に着磁されている。例えば、中央磁石２９ａの表面がＳ極に着磁されており、外周磁石２９ｂの表面がＮ極に着磁されている。このように永久磁石２９を配置することにより、中央磁石２９ａと外周磁石２９ｂとの間に磁場が形成される。なお、永久磁石２９は、例えばモータなどからなる移動装置（不図示）を用いて基板２１の搬送方向に沿って往復移動できるように構成してもよい。
【００２４】
また、バッキングプレート１９には、ターゲット１７に直流電界を印加するための直流電源装置３１が設けられている。さらに、スパッタ室１３内へ供給するスパッタガスが封入された第一ガスボンベ３３およびスパッタ室１３内へ供給する反応性ガスが封入された第二ガスボンベ３５が配置されている。第一ガスボンベ３３および第二ガスボンベ３５は、スパッタ室１３内へ配管３７を介して導入され、その先端がガス導入ノズル３９に接続され、スパッタ室１３内に噴出できるようになっている。
【００２５】
ここで、図４に示すように、ヨーク２７とリブ２８とは結束ボルト４１により締結固定されている。結束ボルト４１は、リブ２８の軸方向（鉛直方向）に沿って複数取り付け可能に構成されている。具体的には、ヨーク２７に雌ネジ部４２が形成されるとともに、リブ２８における雌ネジ部４２に対応した位置に貫通孔４３が形成されている。なお、貫通孔４３の大きさは結束ボルト４１の雄ネジ部４４の外形よりも大きく、頭部４５の外形よりも小さく形成されている。したがって、結束ボルト４１をリブ２８の貫通孔４３に挿通するとともにヨーク２７の雌ネジ部４２で螺合することにより、ヨーク２７とリブ２８とを締結固定することができる。
【００２６】
一方、リブ２８には調整ボルト５１が取り付け可能に構成されており、調整ボルト５１によりヨーク２７とリブ２８との間に隙間を形成することができる。調整ボルト５１は、リブ２８の軸方向（鉛直方向）に沿って複数取り付け可能に構成されている。具体的には、リブ２８に雌ネジ部５２が形成されている。なお、雌ネジ部５２はリブ２８を貫通するように形成されている。したがって、調整ボルト５１をリブ２８の雌ネジ部５２に螺合することにより調整ボルト５１の先端部５３はヨーク２７側へと移動し、先端部５３はヨーク２７の背面２７ｂに当接する。さらに、調整ボルト５１を螺合することにより、ヨーク２７とリブ２８との間を押し広げ、ヨーク２７とリブ２８との間に隙間を形成することができる。
【００２７】
つまり、ヨーク２７とリブ２８とを結束ボルト４１で締結しつつ、調整ボルト５１によりヨーク２７とリブ２８との間に隙間を形成することにより、ヨーク２７を鉛直方向に沿って湾曲させることができる。
【００２８】
本実施形態においては、基板２１の被成膜面２１ａに平行な面内方向で、かつ、基板２１の進行方向に対して直交する方向（鉛直方向）に対して、中心部分が凸状になるように湾曲可能に構成した。このようにリブ２８に対してヨーク２７および永久磁石２９を湾曲させてマグネトロンカソード１５の磁場を調整する機構を磁場強度調整機構１００という。つまり、磁場強度調整機構１００により、基板２１のの被成膜面２１ａに平行な面内方向で、かつ、基板２１の進行方向に対して直交する方向（鉛直方向）の磁場強度を調整することができる。
【００２９】
また、ヨーク２７とリブ２８との隙間には、スペーサ６１を配置できるように構成した。スペーサ６１を隙間に配置することにより、隙間の管理を容易にすることができる。図５に示すように、スペーサ６１は板状の部材であり、調整ボルト５１を挿通可能な貫通孔６２および結束ボルト４１との接触を回避するための切欠部６３が形成されている。スペーサ６１は厚さの異なるものを複数用意して、隙間の大きさに合わせて使い分けるようにしてもよいし、薄板のスペーサ６１を複数用意して、隙間の大きさに合わせてスペーサ６１を積層して隙間に配置するようにしてもよい。
【００３０】
次に、スパッタ成膜装置１０を用いて基板を成膜する方法について説明する。なお、ここでは基板２１の大きさが（幅）２２００ｍｍ×（長さ）２５００ｍｍのものを用いてその被成膜面２１ａに成膜する場合について説明する。
【００３１】
基板２１が上述のように大型の場合には、カソードとなるターゲット１７およびバッキングプレート１９の長さは約３０００ｍｍの長さとなる。このように大型のターゲット１７およびバッキングプレート１９をスパッタ成膜装置１０にセットし、スパッタ室１３内を真空雰囲気にすると、図６に示すように、ターゲット１７およびバッキングプレート１９は基板２１の被成膜面２１ａに平行な面内方向で、かつ、基板２１の進行方向に対して直交する方向（鉛直方向）に対して、中心部分が凸状になるように湾曲する。このときターゲット１７およびバッキングプレート１９の鉛直方向両端部と、鉛直方向中心部と、は約４ｍｍ程度撓んだ状態となる。
【００３２】
そこで、本実施形態では、調整ボルト５１を調整することで、ヨーク２７の表面２７ａが同様に約４ｍｍ、鉛直方向中心部分が凸状になるようにする。つまり、ヨーク２７の表面２７ａに配された永久磁石２９の鉛直方向中心部分が凸状になるようにして、ターゲット１７と永久磁石２９とが略平行に配されるように設定した。
【００３３】
このように設定したスパッタ成膜装置１０を用いて、基板２１の被成膜面２１ａを成膜したときの鉛直方向の膜厚分布の結果を図７に示す。図７に示すように、基板２１の鉛直方向に沿う方向の膜厚分布は±２．２％となった。
【００３４】
一方、従来のようにターゲット１７およびバッキングプレート１９が撓んだ状態で、永久磁石２９は撓ませず鉛直方向に平行な状態で、基板２１の被成膜面２１ａを成膜したときの鉛直方向の膜厚分布の結果を図８に示す。図８に示すように、基板２１の鉛直方向に沿う方向の膜厚分布は±３．７％となった。
【００３５】
つまり、本実施形態のように、ターゲット１７の撓みに応じて永久磁石２９も撓ませて、ターゲット１７と永久磁石２９とが略平行になるように配した状態で成膜した方が、基板２１の鉛直方向の膜厚分布を小さくすることができる。
【００３６】
さらに、図９に鉛直方向におけるターゲット１７と永久磁石２９との距離のばらつき（ΔＴ／Ｍ）と、そのときの表面磁場強度のばらつきとの関係を示す。図９に示すように、ΔＴ／Ｍが±２ｍｍ以下であれば、表面磁場強度のばらつきが±６％以下となる。表面磁場強度のばらつきが±６％以下であれば、膜厚分布は図７に示した膜厚分布に近づき、問題ない。なお、上記図７の状態においては、鉛直方向両端部におけるターゲット１７と永久磁石２９との間の距離（Ｔ／Ｍ）は３４ｍｍであり、Ｔ／Ｍは小さい方にずれることはない。つまり、鉛直方向中心部分は凸状に変形し、Ｔ／Ｍは３４ｍｍよりも必ず大きくなる。したがって、鉛直方向中心部分においてＴ／Ｍを３４ｍｍ〜３６ｍｍとなるように永久磁石２９を湾曲させれば表面磁場強度のばらつきが小さくなり、膜厚分布を小さくすることができる。
なお、上述のΔＴ／Ｍは、例えばＴ／Ｍがもっと大きい場合（例えば、４０ｍｍ）には、許容できる値は大きくなる。
【００３７】
本実施形態によれば、磁場強度調整機構１００によりターゲット１７にかかる磁場の大きさが略均一になるように調整することにより、基板２１の被成膜面２１ａの全面に亘って略均一な膜厚で成膜することができる。したがって、高精度に膜厚を均一化することができる。
【００３８】
また、永久磁石２９とターゲット１７との距離（Ｔ／Ｍ）が、永久磁石２９を基板２１の被成膜面２１ａに平行な面内方向で、かつ、基板２１の進行方向に対して直交する方向の全長（鉛直方向の全長）に亘って等間隔になるように調整することができるように構成した。したがって、鉛直方向の全長に亘って磁場を略均一にすることができるため、基板２１の鉛直方向の全長に亘って膜厚を略均一に成膜することができる。
【００３９】
また、スペーサ６１を用いて永久磁石２９を変形させることができるため、永久磁石２９の変形量を精度良く調整することができる。
【００４０】
さらに、調整ボルト５１および結束ボルト４１を用いてヨーク２７を反らせることができるとともに、その状態を確実に保持することができる。したがって、永久磁石２９を所定量反らせることができ、鉛直方向の全長に亘って磁場を略均一にすることができる。
【００４１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述の実施形態では、インライン式のスパッタ成膜装置を用いて説明したが、これに限らず静止型の成膜装置など、真空排気を必要とするチャンバ室が複数ある成膜装置に採用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…スパッタ成膜装置（成膜装置）  １３…スパッタ室  １５…マグネトロンカソード（カソードユニット）  １７…ターゲット（ターゲット材）  １９…バッキングプレート（裏板）  ２７…ヨーク  ２８…リブ  ２９…永久磁石（磁石）  ４１…結束ボルト  ５１…調整ボルト  ６１…スペーサ  １００…磁場強度調整機構
【図１】
0005734612.tif 000002
【図２】
0005734612.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005734612.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005734612.tif 000008
【図８】
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【図９】
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