CN114174552A - 成膜装置和成膜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的成膜装置包括：处理容器；在处理容器内保持基片的基片保持部；配置于基片保持部的上方的阴极单元；和对处理容器内导入等离子体生成气体的气体导入机构。阴极单元包括：靶材；对靶材供给电功率的电源；设置于靶材的背面侧的磁体；和驱动磁体的磁体驱动部，磁体驱动部具有使磁体沿着靶材摆动的摆动驱动部和垂直驱动部，该垂直驱动部以独立于由摆动驱动部进行的驱动的方式在与靶材的主面垂直的方向上驱动磁体，通过磁控溅射使溅射颗粒沉积在基片上。

Description

成膜装置和成膜方法
技术领域
本发明涉及成膜装置和成膜方法。
背景技术
作为形成金属膜的技术之一，使用使来自靶材的溅射颗粒沉积在基片上的溅射成膜。在专利文献1中记载了一种磁控溅射装置，其作为进行溅射成膜的成膜装置，在靶材的背面侧设置磁体，利用由施加到靶材的电压产生的电场和由磁体产生的磁场高密度地进行等离子体化来进行溅射成膜。另外，在专利文献1中记载了一种技术，设置使磁体进行扫描的机构，控制溅射成膜时的靶材的腐蚀(erosion)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-86438号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明提供能够有效地控制靶材的腐蚀的成膜装置和成膜方法。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的一个方式的成膜装置包括：处理容器；在上述处理容器内保持基片的基片保持部；配置于上述基片保持部的上方的阴极单元；和对上述处理容器内导入等离子体生成气体的气体导入机构，上述阴极单元包括：用于对上述基片释放溅射颗粒的靶材；对上述靶材供给电功率的电源；对上述靶材施加漏磁场的磁体，其设置于上述靶材的背面侧；和对上述磁体进行驱动的磁体驱动部，上述磁体驱动部包括：使上述磁体沿着上述靶材摆动的摆动驱动部；和垂直驱动部，其独立于由上述摆动驱动部的进行驱动，在与上述靶材的主面垂直的方向上驱动上述磁体，在上述靶材附近形成磁控等离子体，通过磁控溅射使上述溅射颗粒沉积在上述基片上。
发明效果
依照本发明，可提供能够有效地控制靶材的腐蚀的成膜装置和成膜方法。
附图说明
图1是表示第一实施方式的成膜装置的剖视图。
图2是第一实施方式的成膜装置的概略俯视图。
图3是用于对第一实施方式的成膜装置的磁体驱动部详细地进行说明的剖视图。
图4是对第一实施方式的成膜装置中的控制部的控制磁体驱动部的部分进行说明的框图。
图5是表示在各种阴极磁体与靶材电极的距离下求取靶材寿命(电功率累计量)与放电失活的Ar流量的关系得到的结果的图。
图6是对专利文献1的使阴极磁体摆动的装置中的、初始靶材和腐蚀进展时的靶材的漏磁场强度进行说明的图。
图7是对在专利文献1的使阴极磁体摆动的装置中使阴极磁体的摆动高度位置变化的情况下的、初始靶材和腐蚀进展时的靶材的漏磁场强度进行说明的图。
图8是对第一实施方式的装置中的初始靶材和腐蚀进展时的靶材的漏磁场强度进行说明的图。
图9是表示现有技术中在等离子体点火时阴极磁体的X方向位置的概略俯视图。
图10是表示放电电压与阴极磁体的X方向位置的关系的图。
图11是表示第一实施方式的在等离子体点火时阴极磁体的X方向位置的概略俯视图。
图12是表示在等离子体点火时磁体的位置为左端和中央部的情况下的点火状态的图，(a)是使Ar气体流量为200sccm的情况，(b)是使Ar气体流量为11.5sccm的低流量(低压)的情况。
图13是表示当阴极磁体在等离子体点火时的X方向位置为靶材的一端部时，点火后阴极磁体移动的方向的图。
图14是表示当阴极磁体在等离子体点火时的X方向位置为靶材的中央部时，点火后阴极磁体移动的方向的图。
图15是第二实施方式的成膜装置的概略俯视图。
图16是用于对第二实施方式的成膜装置的磁体驱动部详细地进行说明的剖视图。
图17是用于说明由现有的成膜装置的磁体驱动部进行的阴极磁体的移动的图。
图18是用于说明由图17的磁体驱动部使阴极磁体移动时的靶材的腐蚀状态的图。
图19是表示第二实施方式中的阴极磁体的具体扫描方式的一例的示意图。
图20是用于说明如图19那样使阴极磁体进行扫描时的靶材的腐蚀状态的图。
图21是表示第二实施方式中的阴极磁体的具体扫描方式的另一例的示意图。
图22是用于说明如图21那样使阴极磁体进行扫描时的靶材的腐蚀状态的图。
图23是用于对第三实施方式的成膜装置的磁体驱动部详细地进行说明的剖视图。
图24是表示第三实施方式中的阴极磁体的具体扫描方式的一例的示意图。
图25是用于说明如图24那样使阴极磁体进行扫描时的靶材的腐蚀状态的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对实施方式具体地进行说明。
[第一实施方式]
图1是表示第一实施方式的成膜装置的剖视图，图2是其概略俯视图。本实施方式的成膜装置1通过溅射在基片W上形成金属、合金或化合物的膜。基片W没有特别限定，例如能够例举出具有Si等半导体基体的半导体晶片。
成膜装置1包括处理容器10、基片保持部20、阴极单元30、气体供给部40、开闭件50和控制部60。
处理容器10例如为铝制的，划分出进行基片W的处理的处理室。处理容器10与接地电位连接。处理容器10具有上部开口的容器主体10a和以封闭容器主体10a的上部开口的方式设置的盖体10b。盖体10b呈大致圆锥台状。
在处理容器10的底部形成有排气口11，排气口11与排气装置12连接。排气装置12包括压力控制阀和真空泵，利用排气装置12将处理容器10内真空排气到规定的真空度。
在处理容器10的侧壁形成有用于在其与相邻的输送室(未图示)之间送入送出基片W的送入送出口13。送入送出口13由闸门14开闭。
基片保持部20呈大致圆板状，设置在处理容器10内的底部附近，将基片W水平地保持。基片保持部20具有基体部21和静电吸盘22。基体部21例如由铝构成。静电吸盘22由电介质构成，在内部设置有电极23。从直流电源(未图示)对电极23施加直流电压，利用由此产生的静电力将基片W静电吸附于静电吸盘22的表面。
另外，也可以在基片保持部20的内部设置有温度调节机构(未图示)。作为温度调节机构，例如能够使用使温度调节介质在基片保持部20中流动的机构、加热器。
基片保持部20经由支轴26与设置于处理容器10的下方的驱动装置25连接。支轴26从驱动装置25以贯通处理容器10的底壁的方式延伸，其前端与基片保持部20的底面中央连接。驱动装置25构成为能够经由支轴26使基片保持部20旋转和升降。支轴26与处理容器10的底壁之间被密封部件28密封。通过设置密封部件28，能够在将处理容器10内保持为真空状态的状态下支轴26进行旋转和升降动作。作为密封部件28，例如能够例举出磁性流体密封件。
阴极单元30设置于处理容器10的盖体10b的倾斜面。如图2所示，在本例中，4个阴极单元30等间隔地设置在相同的高度位置。阴极单元的数量不限于此，可以是1个以上的任意个数。阴极单元30具有靶材31、保持靶材31的靶材电极32和经由靶材电极32对靶材供给电功率的电源33。
靶材31由构成要沉积的膜的金属、合金或化合物形成，平面形状呈矩形。构成靶材31的材料根据要成膜的膜而适当选择，例如能够例举出CoFeB、NiFe等磁性材料、Cu等非磁性材料。另外，不限于导电性材料，也可以是绝缘性材料。4个靶材31可以由不同的材料构成，也可以由相同的材料构成。如后所述，通过对靶材31施加电压，溅射颗粒被释放。在成膜时，能够对1个或2个以上的靶材31施加电压而使溅射颗粒释放。
靶材电极32经由绝缘性部件34安装于在处理容器10的盖体10b的倾斜面形成的孔部10c的内侧。电源33是直流电源，对靶材电极32施加负的直流电压。靶材电极32作为阴极发挥功能。此外，电源33也可以是交流电源。在靶材31为绝缘材料的情况下，使用交流电源。
在靶材31的外周设置有遮挡部件37。遮挡部件37具有防止从靶材释放出的溅射颗粒绕到处理容器10的壁部或靶材电极32等的靶材背面侧的功能。此外，还具有限制从靶材31释放的溅射颗粒的释放方向的功能。
在靶材电极32的背面侧(外侧)设置有阴极磁体(磁体)35。阴极磁体35用于对靶材31施加漏磁场，进行磁控溅射。阴极磁体35设置在处理容器10的外侧，构成为能够由磁体驱动部36驱动。
图3是用于对磁体驱动部36详细地进行说明的剖视图。如图3所示，磁体驱动部36包括：摆动驱动部70，其使阴极磁体35沿着靶材31的长边方向(X方向)摆动；和垂直驱动部80，其在与靶材31的主面垂直的方向(Z方向)上驱动阴极磁体35。垂直驱动部80以独立于摆动驱动部70的方式在Z方向上驱动阴极磁体35。由此，阴极磁体35构成为能够在沿着靶材31的长边方向的X方向上摆动，并且能够以独立于此的方式在与靶材31的主面垂直的方向即Z方向上移动。即，能够使阴极磁体35进行三维扫描。
在本实施方式中，给出摆动驱动部70和垂直驱动部80均使用滚珠丝杠机构的例子。摆动驱动部70包括：X方向滚珠丝杠机构部71，其内置有在X方向上延伸的X方向滚珠丝杠(未图示)；使X方向滚珠丝杠旋转的电机72；和沿着X方向滚珠丝杠机构部71延伸的引导部件73。此外，摆动驱动部70还包括X方向移动部件74，其与X方向滚珠丝杠螺合，被引导部件73引导而在X方向上移动。阴极磁体35支承于X方向移动部件74，利用电机72使X方向滚珠丝杠机构部71的X方向滚珠丝杠旋转，由此将阴极磁体35与X方向移动部件74一起沿着引导部件73在X方向上驱动。另一方面，垂直驱动部80包括：Z方向滚珠丝杠机构部81，其内置有在Z方向上延伸的Z方向滚珠丝杠(未图示)；使Z方向滚珠丝杠旋转的电机82；引导部件83，其沿着Z方向滚珠丝杠机构部81延伸；和与Z方向滚珠丝杠螺合的Z方向移动部件(未图示)。Z方向移动部件构成为能够被引导部件83引导。X方向滚珠丝杠机构部71支承于Z方向移动部件，利用电机82使Z方向滚珠丝杠机构部81的Z方向滚珠丝杠旋转，由此将X方向滚珠丝杠机构部71与Z方向移动部件一起沿着引导部件83在Z方向上驱动。由此，将阴极磁体35与X方向滚珠丝杠机构部71一起在Z方向上驱动。
另外，摆动驱动部70和垂直驱动部80的驱动机构不限于上述滚珠丝杠机构。只要是摆动驱动部70具有在X方向上延伸并使阴极磁体35沿着X方向移动的第一移动部，并且垂直驱动部80具有使第一移动部在Z方向上移动的第二移动部的构成即可，则够使用其他的驱动机构。在上述滚珠丝杠机构的情况下，X方向滚珠丝杠机构部71构成第一移动部，Z方向滚珠丝杠机构部81构成第二移动部。
返回图1，气体供给部40具有气体供给源41、从气体供给源41延伸的气体供给配管42、设置于气体供给配管42的如质量流量控制器那样的流量控制器43和气体导入部件44。从气体供给源41经由气体供给配管42和气体导入部件44，对处理容器10内供给作为在处理容器10内被激发的等离子体生成气体的非活性气体，例如Ar、Ne、Kr等稀有气体(图1表示Ar气体的例子)。
被供给到处理容器10内的气体通过从电源33经由靶材电极32对靶材31施加电压而被激发。此时，阴极磁体35的漏磁场作用于靶材31的周围，由此，以集中在靶材31的周围的方式形成磁控等离子体。在该状态下，等离子体中的正离子与靶材31碰撞，从靶材31释放其构成元素而成为溅射颗粒，通过磁控溅射而将溅射颗粒沉积在基片W上。
开闭件50具有遮挡在未用于成膜的靶材31的功能。开闭件50呈沿着处理容器10的盖部10b的圆锥台状，具有覆盖4个靶材31的投影区域的大小，形成有尺寸比靶材31稍大的开口部51。而且，开口部51与用于成膜的靶材31对应，其他靶材31被开闭件50遮挡。开闭件50经由在处理容器10的顶部的中心设置的旋转轴52可旋转地安装。旋转轴52与设置于处理容器10的上方的旋转机构53连接，开闭件50利用旋转机构53旋转。
控制部60由计算机构成，具有由CPU构成的主控制部，该主控制部控制成膜装置1的各构成部，例如电源33、排气装置12、磁体驱动部36、气体供给部40、旋转机构53等。另外，除此之外，还具有键盘、鼠标等输入装置、输出装置、显示装置、存储装置。控制部60的主控制部通过在存储装置中设置存储有处理方案的存储介质，基于从存储介质调出的处理方案使成膜装置1执行规定的动作。特别是，在本实施方式中，控制部60的特征在于驱动阴极磁体35的磁体驱动部36的动作控制。
具体而言，控制部60例如如图4所示，具有磁体数据存储部91、磁体驱动控制器92和检测放电电压等放电参数的传感器93。在磁体数据存储部91中，例如存储有与基于靶材腐蚀(target erosion)的靶材形状对应的阴极磁体35的漏磁场强度等。而且，基于预先存储在磁体数据存储部91中的数据，磁体驱动控制器92能够控制由磁体驱动部36进行的阴极磁体35的驱动(由垂直驱动部80进行的驱动)。此外，也可以利用传感器93实时地监视放电参数，磁体驱动控制器92控制由磁体驱动部36进行的阴极磁体35的驱动(由垂直驱动部80进行的驱动)，以将放电参数保持为一定的。
另外，磁体驱动控制器92还能够控制由摆动驱动部70控制的等离子点火时的阴极磁体35的位置和等离子点火后的由摆动驱动部70控制的阴极磁体35的移动方向。
下面，对如以上那样构成的成膜装置的动作进行说明。
首先，打开闸门14，利用输送装置(未图示)将基片W从与处理容器10相邻的输送室(未图示)送入处理容器10内，使基片保持部20保持基片W。
然后，对处理容器10内进行抽真空，并且将处理容器10内控制为预先规定的压力。接着，预先利用开闭件50遮挡要使用的靶材31并使其放电，以对靶材的表面进行清洁。之后，利用开闭件50遮挡不使用的靶材31，在使开口部51与要使用的靶材31对应的状态下开始成膜处理。
从气体供给部40向处理容器10内导入非活性气体例如Ar气体。接着，从电源33经由靶材电极32对靶材31施加电压，而使Ar气体激发。此时，阴极磁体35的漏磁场作用于靶材的周围，由此形成等离子体集中于靶材31的周围的状态的磁控等离子体。在该状态下，等离子体中的正离子与靶材31碰撞，从靶材31释放其构成元素而成为溅射颗粒，通过磁控溅射而将溅射颗粒沉积在基片W上。
在这样的磁控溅射成膜中，由于长期使用靶材而靶材腐蚀进展。当靶材腐蚀进展时，最终靶材到达寿命结束。由于漏磁场的变动等，在靶材腐蚀的进展中产生不均，因此一直以来，随之会产生在直至寿命结束为止的期间，成膜性能(成膜速度、分布)的变动、点火性能的不稳定性的问题。特别是，在要求膜的平坦性、膜质的用途中，在超高真空下(0.02Pa以下)进行低压溅射，但在低压溅射中成膜性能、点火性能的变动显著。此外，由于靶材腐蚀的进展的不均，靶材的利用率不充分，靶材寿命缩短，这一点也是问题。因此，人们寻求减少靶材正上方的漏磁场变动、靶材不会形成陡峭的腐蚀而均匀地对靶材整个面进行溅射的技术。
从这样的观点出发，在专利文献1中，使用面积大的矩形形状的靶材作为靶材，并且使阴极磁体沿着靶材连续地摆动。
但是，仅通过阴极磁体的摆动，基于阴极磁体的磁路，在靶材形成陡峭的腐蚀。因此，会造成点火、放电的不稳定性、成膜速度的变动。特别是在靶材为磁性材料的情况下，这样的倾向显著。
实际上，使用磁性材料CoFe30B作为靶材料，评价有放电稳定性。在此，在各种阴极磁体与靶材电极的距离下，求取出靶材寿命(电功率累计量)与放电失活的Ar流量的关系。图5表示其结果。在此，靶材的厚度为5mm，供给功率为500W。
如图5所示，可知当靶材寿命(电功率累计量)增加，靶材腐蚀进展时，在阴极磁体与靶材电极的距离相同的情况下，放电失活的Ar气体流量增加。另外，可知为了在靶材寿命增加时在低流量(低压)下使其稳定放电，需要增加阴极磁体与靶材电极的距离。
即，在专利文献1的装置中，当靶材腐蚀进展时，为了确保放电稳定性，例如需要改变阴极磁体与靶材电极的距离来调整阴极磁体的漏磁场的强度这样的对策。
在专利文献1的装置中，能够通过垫片调整等使阴极磁体的摆动高度位置本身变化。但是，由此，虽然能够调整漏磁场的强度本身，但是阴极磁体仅在相同的高度摆动。因此，无法使靶材腐蚀的形状变化，难以避免成膜性能变动以及提高靶材的利用率而延长靶材寿命。
基于图6、图7，对此时的具体例进行说明。
在专利文献1的使阴极磁体摆动的装置中，如图6所示，在腐蚀未进展的初始的靶材中，通过使漏磁场摆动而对靶材施加均匀的磁场强度。但是，当腐蚀进展时，基于阴极磁体的磁路，形成例如靶材的中央的腐蚀较大的陡峭的腐蚀形状。因此，靶材寿命变短，并且漏磁场强度局部地增大，引起点火的不稳定性。
另一方面，通过垫片调整等来改变阴极磁体的摆动高度位置，由此，如图7所示，能够调整腐蚀进展时的漏磁场的强度本身。但是，阴极磁体摆动的高度相同，仅漏磁场的强度整体地变化，陡峭的腐蚀形状不会大幅变化。
与此相对，在本实施方式中，能够利用磁体驱动部36的摆动驱动部70使阴极磁体35在沿着靶材31的主面的X方向上摆动，并且以独立于此的方式在与靶材31的主面垂直的方向即Z方向上移动。因此，能够使阴极磁体35任意地进行三维扫描。因此，在利用磁体驱动部36的摆动驱动部70使阴极磁体35在X方向上摆动时，能够利用垂直驱动部80使阴极磁体35在Z方向上移动而控制靶材31正上方的漏磁场强度。
具体而言，如图8所示，利用垂直驱动部80进行控制，以使得在靶材31的腐蚀较大的部分(中央部分)，使阴极磁体35远离靶材31，在腐蚀较小的部分(端部)使阴极磁体35靠近靶材31。
作为此时的阴极磁体35的驱动控制，例示以下的(1)、(2)。
(1)预先对靶材31的腐蚀图案进行解析，通过模拟求取出与此时的靶材形状对应的漏磁场强度，使用该数据来控制垂直驱动部80。在该情况下，将与通过模拟求取出的靶材形状对应的漏磁场强度数据存储在磁体数据存储部91中，磁体驱动控制器92基于该数据控制垂直驱动部80。
(2)实时地监视放电电压等放电参数，控制垂直驱动部80，以将其放电参数保持一定的。在该情况下，利用传感器93实时地监视放电参数，基于传感器93的检测利用磁体驱动控制器92对垂直驱动部80进行反馈控制。
如上所述，通过磁体驱动部36的垂直驱动部80的控制来控制靶材31正上方的漏磁场强度，能够提高靶材整个面的腐蚀形状的均匀性。因此，能够确保放电稳定性、以及成膜速度和成膜分布的稳定性。此外，通过使靶材腐蚀均匀地进展，能够提高靶材利用率而延长靶材寿命，能够增大一个靶材的可生产个数而提高生产率。
下面，对磁体驱动部36的沿着靶材31的长度方向(X方向)摆动时的控制进行说明。在磁体驱动部36中，通过控制等离子体点火时的阴极磁体35的X方向位置，能够进一步提高放电稳定性、靶材利用率。
当使阴极磁体35在X方向上摆动时，现有技术中通常将其初始位置始终设为靶材31(靶材电极32)的一端部、例如图9所示的左端，在使阴极磁体35处于其初始位置的状态下对等离子体进行点火。
但是，已判明靶材端部不适合作为等离子体点火时的阴极磁体的位置。认为这是由于，在靶材端部存在非腐蚀部，并且存在周边部件的影响，因此与靶材中央部分的腐蚀部相比，来自阴极磁体的漏磁场强度小。
图10是表示放电电压与阴极磁体的X方向位置的关系的图。阴极磁体位置为0mm时为左端，为50mm时为中央，为100mm时为右端。如该图所示，当阴极磁体35位于左端时，观察到放电电压的急剧降低。该放电电压的降低表示等离子体的失火或即将失火之前。这表示当阴极磁体35存在于靶材端部时，不利于等离子点火。
因此，优选控制磁体驱动部36的摆动驱动部70，以使得阴极磁体35在等离子体点火时的X方向位置如图11所示成为靶材31的X方向中央部。特别是，在要求膜的平坦性、膜质的用途中，在超高真空下(0.02Pa以下)进行低压溅射的情况下，难以进行等离子体点火，因此这样的阴极磁体的X方向位置控制是有效的。
下面，对验证了该情况的结果进行说明。
图12是表示在等离子体点火时磁体的位置为左端和中央部的情况下的点火状态的图，(a)是将Ar气体流量设为200sccm的情况，(b)是将Ar气体流量设为11.5sccm的低流量(低压)的情况。图中○表示如通常那样点火了的情况，R表示重新点火的情况。如(a)所示，当Ar气体流量为200sccm时，无关乎阴极磁体的位置，而如通常那样点火了。另一方面，如(b)所示，当Ar气体流量为11.5sccm和低流量(低压)化时，阴极磁体的位置在左端的情况下全部成为重新点火，点火不稳定，与此相对，在阴极磁体在中央部的情况下，点火稳定。
另外，在阴极磁体35在等离子体点火时的X方向位置如以往那样在靶材的一端部的情况下，如图13所示，在点火后阴极磁体35移动的方向被限制为同一方向(A方向)，因此存在靶材左右的腐蚀根据放电时间(成膜时间)而变得不均匀的倾向。因此，有时靶材的利用率变低。
对此，如上所述，优选在将等离子体点火时的阴极磁体35的X方向位置设为靶材中央部的基础上，如图14所示，控制磁体驱动部36的摆动驱动部70，使以得在点火后阴极磁体35移动的方向对于一个基片为一个方向(A方向)，对于下一个基片为相反方向(B方向)，以这样的方式交替地改变。此外，也可以控制摆动驱动部70，以使得对于一个批次的基片为一个方向(A方向)，对于下一个批次的基片为相反方向(B方向)，以这样的方式按每个批次交替地改变。进而，也可以进行控制，以使得按每若干个基片而改变方向。由此，靶材31的腐蚀变得更加均匀，能够提高靶材的利用率。
<第二实施方式>
下面，对第二实施方式进行说明。
图15是第二实施方式的成膜装置的概略俯视图，图16是用于对第二实施方式的成膜装置的磁体驱动部详细地进行说明的剖视图。
第二实施方式的成膜装置的基本结构与第一实施方式的成膜装置大致相同，但与第一实施方式的不同之处在于，设置磁体驱动部136来代替第一实施方式的磁体驱动部36。
另外，如图15所示，在本实施方式中，阴极磁体35的长度比靶材31的短边短，阴极磁体35不仅能够在靶材的长边方向上移动，还能够在短边方向上移动。
本实施方式的磁体驱动部136构成为能够使阴极磁体35沿着靶材31的长边方向和短边方向平面地移动。具体而言，如图16所示，本实施方式的磁体驱动部136具有使与第一实施方式相同的阴极磁体35沿着靶材31的长边方向(X方向)摆动的摆动驱动部70。此外，具有沿着靶材31的短边方向(Y方向)驱动阴极磁体35的短边方向驱动部110。此外，磁体驱动部136不具有第一实施方式的磁体驱动部36所包括的垂直驱动部80。
短边方向驱动部110包括：Y方向滚珠丝杠机构部111，其内置有在Y方向上延伸的Y方向滚珠丝杠(未图示)；使Y方向滚珠丝杠旋转的电机112；和沿着Y方向滚珠丝杠机构部111延伸的引导部件113。Y方向滚珠丝杠机构部111支承于摆动驱动部70的X方向移动部件74。另外，短边方向驱动部110还具有Y方向移动部件114，其与Y方向滚珠丝杠螺合，被引导部件113引导而在Y方向上移动。在Y方向移动部件114支承有阴极磁体35，利用电机112使Y方向滚珠丝杠机构111的Y方向滚珠丝杠旋转，由此将阴极磁体35与Y方向移动部件114一起沿着引导部件113在Y方向上驱动。因此，利用摆动驱动部70和短边方向驱动部110，能够使阴极磁体35在靶材31的XY平面内自由地移动。
另外，摆动驱动部70和短边方向驱动部110的驱动机构不限于上述滚珠丝杠机构。当摆动驱动部70具有在X方向上延伸并使阴极磁体35在X方向上移动的第一移动部，并且短边方向驱动部110具有使阴极磁体35在Y方向上移动的第二移动部的构成时，能够使用其他驱动机构。在上述滚珠丝杠机构的情况下，X方向滚珠丝杠机构部71构成第一移动部，Y方向滚珠丝杠机构部111构成第二移动部。
在本实施方式中，也与第一实施方式同样地，将处理容器10内控制为预先设定的压力，利用开闭件50遮挡不使用的靶材31，在使开口部51与所使用的靶材31对应的状态下开始成膜处理。在成膜处理中，向处理容器10内导入非活性气体例如Ar气体，接着，从电源33经由靶材电极32对靶材31施加电压而使Ar气体激发。此时，阴极磁体35的漏磁场作用于靶材的周围，由此等离子体集中在靶材31的周围而形成磁控等离子体，通过磁控溅射而将溅射颗粒沉积在基片W上。
如上所述，如专利文献1那样，仅通过阴极磁体的摆动，基于阴极磁体的磁路，较深地形成陡峭的腐蚀。即，由于漏磁场在阴极磁体35的端部变大，因此由漏磁场引起的腐蚀在阴极磁体35的端部变得严重。因此，如图17所示，仅通过使阴极磁体35在靶材31的长度方向上摆动，在如图18那样摆动的阴极磁体的端部的沿着移动轨迹的部分产生腐蚀严重的陡峭的腐蚀区域140。此时，若该腐蚀区域140仅为2个部位，且仅腐蚀区域140接连被腐蚀，则靶材寿命会变短。此外，由于产生局部地陡峭的腐蚀区域，靶材的利用率也降低。
因此，在本实施方式中，磁体驱动部136使阴极磁体35不仅能够在靶材31的长边方向上移动，还能够在短边方向上移动，使得在靶材31的背面能够在XY平面上自由地移动。具体而言，能够利用磁体驱动部136的摆动驱动部70使阴极磁体35在长边方向(X方向)上摆动，并且利用短边方向移动部110使之在短边方向(Y方向)上移动。
由此，能够扩大在靶材31中形成陡峭的腐蚀的区域，能够抑制腐蚀的局部进展。因此，能够延长靶材寿命，也能够提高靶材31的利用率。
作为此时的阴极磁体35的具体扫描方式，例如如图19所示，能够举出在使阴极磁体35的Y方向位置位于任意位置的状态下使阴极磁体35在X方向上摆动的方式。在该情况下，如图20所示，陡峭的腐蚀区域140平行地形成4个部位，能够扩大腐蚀区域140。
另外，如图21所示，能够例举出使摆动驱动部70和短边方向驱动部110同时驱动而使阴极磁体35在XY平面内以任意轨迹、例如8字进行扫描的方式。在该情况下，如图22所示，以每2个部位交叉的方式合计4个部位形成陡峭的腐蚀区域140，同样能够扩大腐蚀区域140。
<第三实施方式>
下面，对第三实施方式进行说明。
图23是用于对第三实施方式的成膜装置的磁体驱动部详细地进行说明的剖视图。
第三实施方式的成膜装置的基本结构与第一实施方式和第二实施方式的成膜装置大致相同，但磁体驱动部的结构不同。
另外，在本实施方式中，与第二实施方式同样，阴极磁体35的长度比靶材31的短边短，阴极磁体35不仅能够在靶材的长边方向上移动，还能够在短边方向上移动(参照图15)。
本实施方式的磁体驱动部236构成为能够使阴极磁体35沿着靶材31的长边方向和短边方向平面地移动，并且能够在与靶材31平面垂直的方向上移动。具体而言，如图23所示，本实施方式的磁体驱动部236具有摆动驱动部70、垂直驱动部80和短边方向驱动部110。摆动驱动部70和短边方向驱动部110的结构与第二实施方式相同。此外，垂直驱动部80的结构与第一实施方式相同。
另外，摆动驱动部70、短边方向驱动部110和垂直方向驱动部80的驱动机构不限于上述滚珠丝杠机构。摆动驱动部70、短边方向驱动部110和垂直方向驱动部80只要分别具有使阴极磁体35在X方向上移动的第一移动部、使之在Y方向上移动的第二驱动部、使之在Z方向上移动的第三驱动部即可。在上述滚珠丝杠机构的情况下，X方向滚珠丝杠机构部71构成第一移动部，Y方向滚珠丝杠机构部111构成第二移动部，Z方向滚珠丝杠机构部81构成第三移动部。
在本实施方式中，也与第一和第二实施方式同样地，将处理容器10内控制为预先设定的压力，利用开闭件50遮挡不使用的靶材31，在使开口部51与要使用的靶材31对应的状态下开始成膜处理。在成膜处理中，向处理容器10内导入非活性气体例如Ar气体，接着，从电源33经由靶材电极32对靶材31施加电压而使Ar气体激发。此时，阴极磁体35的漏磁场作用于靶材的周围，由此等离子体集中在靶材31的周围而形成磁控等离子体，通过磁控溅射而将溅射颗粒沉积在基片W上。
在本实施方式中，磁体驱动部236能够使阴极磁体35在靶材31的长边方向和短边方向上移动，并且也能够在与靶材31平面垂直的方向上移动。即，能够利用磁体驱动部236的摆动驱动部70使阴极磁体35在长边方向(X方向)上摆动，利用短边方向移动部110使之在短边方向(Y方向)上移动，并且利用垂直方向移动部80使之在垂直方向(Z方向)上移动。
像这样，阴极磁体35除了能够在X方向和Y方向上移动之外，还能够在作为垂直方向的Z方向上移动，由此能够扩大在靶材31中形成腐蚀的区域，并且扩大腐蚀宽度。即，通过使阴极磁体35在XY平面上移动，在靶材31中漏磁场强的腐蚀区域扩展，并且通过使阴极磁体35在Z方向上移动而减弱漏磁场强度以使腐蚀的深度变浅，并且能够使腐蚀宽度本身变宽。因此，与第二实施方式相比，能够进一步提高延长靶材寿命的效果和提高靶材31的利用率的效果。
例如，如图24所示，与图19同样地，能够例举出除了在使阴极磁体35的Y方向位置位于任意位置的状态下使阴极磁体35在X方向上摆动以外，还调整阴极磁体35的Z方向位置的方式。在该情况下，如图25所示，腐蚀区域140平行地形成4个部位，能够扩大腐蚀区域140，而且能够使腐蚀区域140变浅，且使其宽度变宽。当然，也可以与图21同样地，除了使阴极磁体35在XY平面内以任意轨迹、例如8字进行扫描以外，还调整阴极磁体35的Z方向位置。在该情况下也能够得到同样的效果。
<其他应用>
以上，对实施方式进行了说明，但应当认为，本次公开的实施方式在所有方面均是例示而并非限制性的。上述的实施方式在不脱离所附的权利要求及其主旨的情况下，能够以各种方式进行省略、替换、改变。
例如，成膜装置的整体结构不限于实施方式所记载的内容，靶材的位置、角度、大小是任意的，配置于一个靶材的磁体的数量也是任意的。另外，也可以将第一实施方式至第三实施方式的要素适当组合来实施。
附图标记说明
1：成膜装置；10：处理容器；10a：容器主体；10b：盖体；20：基片保持部；30：阴极单元；31：靶材；32：靶材电极；33：电源；35：阴极磁体；36、136、236：磁体驱动部；40：气体供给部；50：挡板；60：控制部；70：摆动驱动部；80：垂直驱动部；91：磁体数据存储部；92：磁体驱动控制器；93：传感器；110：短边方向驱动部；W：基片。

Claims (25)

1.一种成膜装置，其特征在于，包括：
处理容器；
在所述处理容器内保持基片的基片保持部；
配置于所述基片保持部的上方的阴极单元；和
对所述处理容器内导入等离子体生成气体的气体导入机构；
所述阴极单元包括：
用于对所述基片释放溅射颗粒的靶材；
对所述靶材供给电功率的电源；
对所述靶材施加漏磁场的磁体，其设置于所述靶材的背面侧；和
驱动所述磁体的磁体驱动部，
所述磁体驱动部包括：
使所述磁体沿着所述靶材摆动的摆动驱动部；和
垂直驱动部，其以独立于由所述摆动驱动部进行的驱动的方式，在与所述靶材的主面垂直的方向上驱动所述磁体，
在所述靶材附近形成磁控等离子体，通过磁控溅射使所述溅射颗粒沉积在所述基片上。
2.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
所述靶材呈矩形。
3.如权利要求2所述的成膜装置，其特征在于：
所述摆动驱动部使所述磁体沿着所述靶材的长度方向摆动。
4.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
所述摆动驱动部具有第一移动部，所述第一移动部在所述磁体的摆动方向上延伸并使所述磁体在所述摆动方向上移动，所述垂直驱动部具有使所述第一移动部在与所述靶材的主面垂直的方向上移动的第二移动部。
5.如权利要求4所述的成膜装置，其特征在于：
所述摆动驱动部包括：作为所述第一移动部的第一滚珠丝杠机构部，其具有在所述摆动方向上延伸的第一滚珠丝杠；第一移动部件，其与所述第一滚珠丝杠螺合，在所述摆动方向上移动；使所述第一滚珠丝杠旋转的第一电机；和第一引导件，其在所述摆动方向上引导所述第一移动部件，
所述垂直驱动部包括：作为所述第二移动部的第二滚珠丝杠机构部，其具有在与所述靶材的主面垂直的方向上延伸的第二滚珠丝杠；第二移动部件，其与所述第二滚珠丝杠螺合，在与所述靶材的主面垂直的方向上移动；使所述第二滚珠丝杠旋转的第二电机；和第二引导件，其在与所述靶材的主面垂直的方向上引导所述第二移动部件，
所述第一滚珠丝杠机构部支承于所述第二移动部件，所述磁体支承于所述第一移动部件。
6.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
还包括控制所述磁体驱动部的控制部，
在使所述磁体摆动时，所述控制部控制由所述磁体驱动部的所述垂直驱动部进行的所述磁体的驱动，以使得从所述磁体作用于所述靶材的漏磁场强度适当。
7.如权利要求6所述的成膜装置，其特征在于：
所述控制部控制由述磁体驱动部的所述垂直驱动部进行的所述磁体的驱动，以使得在所述靶材的腐蚀较大的部分，使所述磁体远离所述靶材，在腐蚀较小的部分，使所述磁体靠近所述靶材。
8.如权利要求6所述的成膜装置，其特征在于：
所述控制部包括磁体数据存储部和磁体驱动控制器，在所述磁体数据存储部中存储有与基于靶材腐蚀的靶材形状对应的所述磁体的漏磁场强度，基于存储在所述磁体数据存储部中的数据，所述磁体驱动控制器控制由所述磁体驱动部的所述垂直驱动部进行的所述磁体的驱动。
9.如权利要求6所述的成膜装置，其特征在于：
所述控制部包括检测放电参数的传感器和磁体驱动控制器，利用所述传感器监视所述放电参数，所述磁体驱动控制器控制由所述磁体驱动部的所述垂直驱动部进行的所述磁体的驱动，以将所述放电参数保持为一定的。
10.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
还包括控制所述磁体驱动部的控制部，
所述控制部控制所述磁体驱动部的所述摆动驱动部，以使得在所述磁控等离子体点火时所述磁体在沿着所述靶材的方向上的位置成为所述靶材的中央部。
11.如权利要求10所述的成膜装置，其特征在于：
所述控制部控制所述磁体驱动部的所述摆动驱动部，以使得在所述磁控等离子体点火后，所述磁体沿着所述靶材移动的方向对于一个基片为第一方向，对于下一个基片为与所述第一方向相反的第二方向，或者对于一个批次的基片为第一方向，对于下一个批次的基片为第二方向，以这样的方式按每个基片或按每个批次交替地改变。
12.一种成膜装置，其特征在于，包括：
处理容器；
在所述处理容器内保持基片的基片保持部；
配置于所述基片保持部的上方的阴极单元；和
对所述处理容器内导入等离子体生成气体的气体导入机构，
所述阴极单元包括：
用于对所述基片释放溅射颗粒的靶材；
对所述靶材供给电功率的电源；
对所述靶材施加漏磁场的磁体，其设置于所述靶材的背面侧；和
驱动所述磁体的磁体驱动部，
所述磁体驱动部构成为能够使所述磁体沿着所述靶材的长边方向和短边方向移动，
在所述靶材附近形成磁控等离子体，通过磁控溅射使所述溅射颗粒沉积在所述基片上。
13.如权利要求12所述的成膜装置，其特征在于：
所述磁体驱动部包括：
使所述磁体沿着所述靶材的长边方向摆动的摆动驱动部；和
使所述磁体沿着所述靶材的短边方向移动的短边方向驱动部。
14.如权利要求13所述的成膜装置，其特征在于：
所述摆动驱动部具有第一移动部，所述第一移动部在所述磁体的摆动方向上延伸并使所述磁体在所述摆动方向上移动，所述短边方向驱动部具有使所述磁体在所述短边方向上移动的第二移动部。
15.如权利要求14所述的成膜装置，其特征在于：
所述摆动驱动部包括：作为所述第一移动部的第一滚珠丝杠机构部，其具有在所述摆动方向上延伸的第一滚珠丝杠；第一移动部件，其与所述第一滚珠丝杠螺合，在所述摆动方向上移动；使所述第一滚珠丝杠旋转的第一电机；和第一引导件，其在所述摆动方向上引导所述第一移动部件，
所述短边方向驱动部包括：作为所述第二移动部的第二滚珠丝杠机构部，其具有在所述短边方向上延伸的第二滚珠丝杠；第二移动部件，其与所述第二滚珠丝杠螺合，在所述短边方向上移动；使所述第二滚珠丝杠旋转的第二电机；和第二引导件，其在所述短边方向上引导所述第一移动部件，
所述第二滚珠丝杠机构部支承于所述第一移动部件，所述磁体支承于所述第二移动部件。
16.如权利要求13所述的成膜装置，其特征在于：
所述磁体驱动部还包括垂直驱动部，所述垂直驱动部在与所述靶材的主面垂直的方向上驱动所述磁体。
17.如权利要求16所述的成膜装置，其特征在于：
所述摆动驱动部包括第一移动部，所述第一移动部在所述磁体的摆动方向上延伸并使所述磁体在所述摆动方向上移动，所述短边方向驱动部具有使所述磁体在所述短边方向上移动的第二移动部，所述垂直驱动部具有使所述第一移动部在与所述靶材的主面垂直的方向上移动的第三移动部。
18.如权利要求17所述的成膜装置，其特征在于：
所述摆动驱动部包括：作为所述第一移动部的第一滚珠丝杠机构部，其具有在所述摆动方向上延伸的第一滚珠丝杠；第一移动部件，其与所述第一滚珠丝杠螺合，在所述摆动方向上移动；使所述第一滚珠丝杠旋转的第一电机；和第一引导件，其在所述摆动方向上引导所述第一移动部件，
所述短边方向驱动部包括：作为所述第二移动部的第二滚珠丝杠机构部，其具有在所述短边方向上延伸的第二滚珠丝杠；第二移动部件，其与所述第二滚珠丝杠螺合，在所述短边方向上移动；使所述第二滚珠丝杠旋转的第二电机；和第二引导件，其在所述短边方向上引导所述第一移动部件，
所述垂直驱动部包括：作为所述第三移动部的第三滚珠丝杠机构部，其具有在与所述靶材的主面垂直的方向上延伸的第三滚珠丝杠；第三移动部件，其与所述第三滚珠丝杠螺合，在与所述靶材的主面垂直的方向上移动；使所述第三滚珠丝杠旋转的第三电机；和第三引导件，其在与所述靶材的主面垂直的方向上引导所述第三移动部件，
所述第二滚珠丝杠机构部支承于所述第一移动部件，所述第一滚珠丝杠机构支承于所述第三移动部件，所述磁体支承于所述第二移动部件。
19.一种成膜方法，其特征在于，包括：
准备成膜装置的步骤，其中，所述成膜装置包括：
处理容器；
在所述处理容器内保持基片的基片保持部；
配置于所述基片保持部的上方的阴极单元；和
对所述处理容器内导入等离子体生成气体的气体导入机构，
所述阴极单元包括：
用于对所述基片释放溅射颗粒的靶材；
对所述靶材供给电功率的电源；
对所述靶材施加漏磁场的磁体，其设置于所述靶材的背面侧；和
驱动所述磁体的磁体驱动部，
所述磁体驱动部包括：
使所述磁体沿着所述靶材摆动的摆动驱动部；和
垂直驱动部，其以独立于由所述摆动驱动部进行的驱动的方式，在与所述靶材的主面垂直的方向上驱动所述磁体；
一边对所述处理容器内导入所述等离子体生成气体，一边对所述靶材供给电功率，在所述靶材附近形成磁控等离子体，通过磁控溅射使所述溅射颗粒沉积在所述基片上的步骤；
在使所述溅射颗粒沉积的期间，利用所述磁体驱动部的所述摆动驱动部使所述磁体摆动的步骤；以及
在使所述磁体摆动时，利用所述磁体驱动部的所述垂直驱动部驱动所述磁体，以使得从所述磁体作用于所述靶材的漏磁场强度适当的步骤。
20.如权利要求19所述的成膜方法，其特征在于：
利用所述磁体驱动部的所述垂直驱动部驱动所述磁体，以使得在所述靶材的腐蚀较大的部分，使所述磁体远离所述靶材，在腐蚀较小的部分，使所述磁体靠近所述靶材。
21.如权利要求19所述的成膜方法，其特征在于：
基于预先存储的所述磁体的漏磁场强度的数据，利用所述磁体驱动部的所述垂直驱动部驱动所述磁体，其中所述磁体的漏磁场强度与基于靶材腐蚀的靶材形状对应。
22.如权利要求19所述的成膜方法，其特征在于：
监视放电参数，控制由所述磁体驱动部的所述垂直驱动部进行的所述磁体的驱动，以将所述放电参数保持为一定的。
23.如权利要求19所述的成膜方法，其特征在于：
还包括如下步骤：控制所述磁体驱动部的所述摆动驱动部，以使得在所述磁控等离子体点火时所述磁体在沿着所述靶材的方向上的位置成为所述靶材的中央部。
24.如权利要求23所述的成膜方法，其特征在于：
还包括如下步骤：控制所述磁体驱动部的所述摆动驱动部，以使得在所述磁控等离子体点火后，所述磁体沿着所述靶材移动的方向对于一个基片为第一方向，对于下一个基片为与所述第一方向相反的第二方向，或者对于一个批次的基片为第一方向，对于下一个批次的基片上为第二方向，以这样的方式按每个基片或每个批次交替地改变。
25.如权利要求24所述的成膜方法，其特征在于：
所述沿着靶材移动的步骤中，除了沿着所述靶材的长边方向和短边方向移动之外，还沿着与所述靶材的主面垂直的方向移动。
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