JP2020105566A - 成膜装置、成膜方法、および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

成膜装置、成膜方法、および電子デバイスの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】不均一な圧力分布を有するチャンバ内においてスパッタリング領域を移動させながらスパッタリングを行う場合でも、スパッタリングの品質低下を抑制するための技術を提供する。【解決手段】成膜対象物およびターゲットが内部に配置されるチャンバと、ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域をチャンバ内で移動させる移動手段を有し、移動手段によってスパッタリング領域を移動させつつスパッタ粒子を成膜対象物に堆積させて成膜する成膜装置であって、移動手段は、スパッタリング領域の近傍の圧力に応じて、スパッタリング領域と成膜対象物との間の距離を変化させる成膜装置を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、成膜装置、成膜方法、および電子デバイスの製造方法に関する。
基板や基板上に形成された積層体などの成膜対象物に、金属や金属酸化物などの材料からなる薄膜を形成する方法として、スパッタ法が広く知られている。スパッタ法によって成膜を行う成膜装置は、真空チャンバ内において、成膜材料からなるターゲットと成膜対象物とを対向させて配置した構成を有している。ターゲットに電圧を印加するとターゲットの近傍にプラズマが発生し、電離した不活性ガス元素がターゲット表面に衝突することでターゲット表面からスパッタ粒子が放出され、放出されたスパッタ粒子が成膜対象物に堆積して成膜される。また、ターゲットの背面（円筒形のターゲットの場合にはターゲットの内側）にマグネットを配置し、発生する磁場によってカソード近傍の電子密度を高くして効率的にスパッタする、マグネトロンスパッタ法も知られている。
従来のこの種の成膜装置としては、例えば、特許文献１に記載のようなものが知られている。特許文献１の成膜装置は、ターゲットを成膜対象物の成膜面に対して平行移動させて成膜する。
特開２０１５−１７２２４０号公報
ここで、成膜装置のチャンバ内の圧力は均一ではない場合がある。すなわち、スパッタガスを導入するガス導入口の付近では圧力が高く、真空ポンプに接続される排気口の付近では圧力が低い、というように、チャンバ内の圧力分布が不均一となる場合がある。特許文献１のようにチャンバ内でカソードを移動させながらスパッタリングを行うと、ターゲットの表面からスパッタ粒子が放出されるスパッタリング領域もチャンバに対して移動する。そのため、上述のようにチャンバ内の圧力分布が不均一な条件下でスパッタリング領域を移動させながらスパッタリングを行うと、スパッタリング領域の周辺の圧力がスパッタリングプロセスの間に変化する。スパッタ粒子の平均自由行程は圧力に反比例し、分子密度が低く圧力が低い領域では長く、分子密度が高く圧力が高い領域では短いため、圧力が異なると成膜レートが変化してしまう。その結果、成膜の品質低下、例えば膜厚や膜質のムラなどが生じるおそれがある。しかし、特許文献１には、チャンバ内のスパッタガスの圧力分布に応じた成膜の制御については記載されていない。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、不均一な圧力分布を有するチャンバ内においてスパッタリング領域を移動させながらスパッタリングを行う場合でも、スパッタリングの品質低下を抑制するための技術を提供することにある。
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
成膜対象物およびターゲットが内部に配置されるチャンバと、
前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させる移動手段と、
を有し、
前記移動手段によって前記スパッタリング領域を移動させつつ前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜装置であって、
前記移動手段は、前記スパッタリング領域の近傍の圧力に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
ことを特徴とする成膜装置である。
本発明は、また以下の構成を採用する。すなわち、
成膜対象物およびターゲットが内部に配置されるチャンバであって、気体を前記チャンバから排出する排気口を備えるチャンバと、
前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させる移動手段と、
を有し、
前記移動手段によって前記スパッタリング領域を移動させつつ前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜装置であって、
前記移動手段は、前記スパッタリング領域と前記排気口の位置関係に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
ことを特徴とする成膜装置である。
本発明は、また以下の構成を採用する。すなわち、
成膜対象物およびターゲットが内部に配置されるチャンバと、
前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させる移動手段と、
を有し、
前記移動手段によって前記スパッタリング領域を移動させつつ前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜装置であって、
前記移動手段は、前記ターゲットを、前記成膜対象物と平行でない移動領域内で移動させる
ことを特徴とする成膜装置である。
本発明は、また以下の構成を採用する。すなわち、
成膜対象物およびターゲットが内部に配置されるチャンバと、
前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させる移動手段と、
前記成膜対象物を、前記ターゲットに近づく方向または前記ターゲットから遠ざかる方向に移動させる、第２の距離変化手段と、
を有し、
前記移動手段によって前記スパッタリング領域を移動させつつ、かつ、前記第２の距離変化手段によって前記成膜対象物と前記ターゲットの距離を変化させつつ、前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜装置であって、
前記移動手段は、前記スパッタリング領域を前記成膜対象物と平行な面内の移動領域で移動させる
ことを特徴とする成膜装置である。
本発明は、また以下の構成を採用する。すなわち、
成膜対象物とターゲットが配置されたチャンバを用いた成膜方法であって、
前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させつつ、前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜工程を含み、
前記成膜工程では、前記スパッタリング領域の近傍の圧力に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
ことを特徴とする成膜方法である。
本発明は、また以下の構成を採用する。すなわち、
成膜対象物とターゲットが配置されたチャンバであって、気体を前記チャンバから排出する排気口を備えるチャンバを用いた成膜方法であって、
前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させつつ、前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜工程を含み、
前記成膜工程では、前記スパッタリング領域と前記排気口の位置関係に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
ことを特徴とする成膜方法である。
本発明は、また以下の構成を採用する。すなわち、
電子デバイスの製造方法であって、
成膜対象物と、ターゲットを前記成膜対象物に対向するようにチャンバ内に配置する工程と、
前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させつつ、前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する工程を含み、
前記成膜工程では、前記スパッタリング領域と前記排気口の位置関係に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
ことを特徴とする電子デバイスの製造方法である。
本発明によれば、不均一な圧力分布を有するチャンバ内においてスパッタリング領域を移動させながらスパッタリングを行う場合でも、スパッタリングの品質低下を抑制するための技術を提供することができる。
（Ａ）は実施形態１の成膜装置の構成を示す模式図、（Ｂ）側面図。 （Ａ）はチャンバ内の圧力分布とＴ−Ｓ距離を示す模式図、（Ｂ）はマグネットユニットの構成を示す斜視図。 実施形態２の成膜装置の構成を示す模式図。 実施形態３の成膜装置の構成を示す模式図であり、（Ａ）はターゲット上昇時、（Ｂ）はターゲット下降時を示す。 実施形態２のＴ−Ｓ距離制御の流れを示すフローチャート。 （Ａ）は実施形態４の成膜装置の構成を示す模式図、（Ｂ）から（Ｄ）はプレーナカソードの態様を示す模式図。 実施形態５の成膜装置の構成を示す模式図であり、（Ａ）はターゲット上昇時、（Ｂ）はターゲット下降時を示す。 実施形態６の成膜装置の構成を示す模式図であり、（Ａ）は基板下降時、（Ｂ）は基板上昇時を示す。 実施形態７の成膜装置の構成を示す模式図であり、（Ａ）は基板下降時、（Ｂ）は基板上昇時を示す。 変形例の円筒状ターゲットの構成を示す模式図であり、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）〜（Ｃ）はポンプを用いた排水の様子を示す。 有機ＥＬ素子の一般的な層構成を示す図。
以下に、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は本発明の好ましい構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲はそれらの構成に限定されな
い。また、以下の説明における、装置のハードウェア構成およびソフトウェア構成、処理フロー、製造条件、寸法、材質、形状などは、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、基板等の成膜対象物に薄膜、特に無機薄膜を形成するために好適である。本発明は、成膜装置およびその制御方法、成膜方法としても捉えられる。本発明はまた、電子デバイスの製造装置や電子デバイスの製造方法としても捉えられる。本発明はまた、制御方法をコンピュータに実行させるプログラムや、当該プログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。記憶媒体は、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体であってもよい。
［実施形態１］
図面を参照して、実施形態１の成膜装置１の基本的な構成について説明する。成膜装置１は、半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品などの各種電子デバイスや、光学部品などの製造において基板（基板上に積層体が形成されているものも含む）上に薄膜を堆積形成するために用いられる。より具体的には、成膜装置１は、発光素子や光電変換素子、タッチパネルなどの電子デバイスの製造において好ましく用いられる。中でも、本実施形態に係る成膜装置１は、有機ＥＬ（ＥｒｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの有機発光素子や、有機薄膜太陽電池などの有機光電変換素子の製造において特に好ましく用いられる。本発明における電子デバイスは、発光素子を備えた表示装置（例えば有機ＥＬ表示装置）や照明装置（例えば有機ＥＬ照明装置）、光電変換素子を備えたセンサ（例えば有機ＣＭＯＳイメージセンサ）も含むものである。
図１１は、有機ＥＬ素子の一般的な層構成を模式的に示している。図１１に示す一般的な有機ＥＬ素子は、基板（成膜対象物６）に陽極６０１、正孔注入層６０２、正孔輸送層６０３、有機発光層６０４、電子輸送層６０５、電子注入層６０６、陰極６０７がこの順番に成膜された構成である。本実施形態に係る成膜装置１は、有機膜上に、スパッタリングによって、電子注入層や電極（陰極）に用いられる金属や金属酸化物等の積層被膜を成膜する際に好適に用いられる。また、有機膜上への成膜に限定されず、金属材料や酸化物材料等のスパッタで成膜可能な材料の組み合わせであれば、多様な面に積層成膜が可能である。さらに、本発明は金属材料や酸化物材料による成膜に限定されず、有機材料による成膜にも適用可能である。成膜の際に所望のマスクパターンを有するマスクを用いることにより、成膜される各層を任意に構成できる。
図１（Ａ）は、本実施形態の成膜装置１の構成を示す模式図である。成膜装置１は、基板である成膜対象物６を内部に収容可能である。成膜装置１は、ターゲット２が内部に配置されるチャンバ１０と、チャンバ１０内の、ターゲット２を介して成膜対象物６と対向する位置に配置される磁石ユニット３と、を有している。この実施形態では、ターゲット２は円筒形状であり、内部に配置される磁石ユニット３と共に、成膜源として機能する回転カソードユニット８（以下、単に「カソードユニット８」と称することがある）を構成している。なお、ここで言う「円筒形」とは、数学的に厳密な円筒形のみを意味するのではなく、母線が直線ではなく曲線であるものや、中心軸に垂直な断面が数学的に厳密な「円」ではないものも含む。すなわち、本発明におけるターゲット２は、中心軸を軸に回転可能な略円筒形状であればよい。
成膜が行われる前に、成膜対象物６がマスク６ｂとアライメントされホルダ６ａにより保持される。ホルダ６ａは、成膜対象物６を静電気力によって吸着保持するための静電チャックを備えていてもよく、成膜対象物６を挟持するクランプ機構を備えていてもよい。また、ホルダ６ａは、成膜対象物６の背面からマスク６ｂを引き寄せるためのマグネット板を備えていてもよい。成膜工程においては、カソードユニット８のターゲット２が、そ
の回転中心軸を中心に回転しながら、回転中心軸に対して直交方向に移動する。一方、磁石ユニット３は、ターゲット２と異なり回転せず、常にターゲット２の成膜対象物６と対向する表面側に漏洩磁場を生成し、ターゲット２の近傍の電子密度を高くしてスパッタする。この漏洩磁場が生成される領域が、スパッタ粒子が発生するスパッタリング領域Ａ１である。ターゲット２のスパッタリング領域Ａ１が、カソードユニット８の移動と共にチャンバ１０に対して移動することで、成膜対象物６の全体に順次成膜が行われる。ここでは磁石ユニット３は回転しないものとしたが、これに限定はされず、磁石ユニット３も回転または揺動してもよい。
ホルダ６ａに保持された成膜対象物６は、チャンバ１０の天井壁１０ｄ側に水平に配置されている。成膜対象物６は、例えば、チャンバ１０の側壁に設けられた一方のゲートバルブ１７から搬入されて成膜され、成膜後、チャンバ１０の他方の側壁に設けられたゲートバルブ１８から搬出される。図では、成膜対象物６の成膜面が重力方向下方を向いた状態で成膜が行われるデポアップの構成となっている。しかし、成膜対象物６がチャンバ１０の底面側に配置されてその上方にカソードユニット８が配置され、成膜対象物６の成膜面が重力方向上方を向いた状態で成膜が行われる、デポダウンの構成であってもよい。あるいは、成膜対象物６が垂直に立てられた状態、すなわち、成膜対象物６の成膜面が重力方向と平行な状態で成膜が行われる構成であってもよい。また、成膜対象物６は、ゲートバルブ１７および１８のいずれか一方からチャンバ１０に搬入されて成膜され、成膜後、搬入の際に通過したゲートバルブから搬出されてもよい。
図１（Ａ）で示したように、本実施形態では、チャンバ１０のＸ軸方向の両端部にガス導入手段１６（後述）と接続される導入口４１，４２が配置され、中央部に排気手段１５（後述）と接続される排気口５が配置されている。また、Ｘ軸方向に延伸する案内レール２５０（案内手段）は、カソードユニット８を、チャンバ１０のＸ軸方向の両端部（すなわち導入口４１，４２の付近）ではＺ軸方向の高い位置に、Ｘ軸方向の中央部（すなわち排気口５の付近）ではＺ軸方向の低い位置に移動させる。
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の成膜装置１を別の方向から見た側面図である。図１（Ｂ）では、カソードユニット８がチャンバ１０のＸ軸方向の中央部にある状態、すなわち、カソードユニット８が案内レール２５０上の最も低い位置にある状態を示す。カソードユニット８は、両端が移動台２３０上に固定されたサポートブロック２１０とエンドブロック２２０によって支持されている。カソードユニット８の円筒形状のターゲット２は回転可能であり、その内部の磁石ユニット３は固定状態で支持されている。
移動台２３０は、曲線ガイド、リニアベアリング等の搬送ガイド２４０を介して、一対の案内レール２５０に沿って移動可能に支持されている。カソードユニット８は、その回転軸ＮをＹ軸方向に延伸した状態で、回転軸を中心に回転しながら、成膜対象物６に対向する移動領域内を、案内レール２５０に沿って移動する（図１（Ａ）の白抜き矢印）。本実施形態の移動領域は、導入口４１，４２の付近ではＺ軸方向に高く、カソードユニット８が排気口５に近づくにつれてＺ軸方向に低くなる。このような移動領域内を移動することにより、カソードユニット８と成膜対象物６と間の距離は、導入口付近の圧力の高い領域では相対的に短くなり、排気口付近の圧力の低い領域では相対的に長くなる。また、これに伴い、ターゲット２と成膜対象物６との間の距離（後述するように、「Ｔ−Ｓ距離」という）も、導入口付近の圧力の高い領域では相対的に短くなり、排気口付近の圧力の低い領域では相対的に長くなる。
ターゲット２は、回転手段であるターゲット駆動装置１１によって回転駆動される。ターゲット駆動装置１１としては、モータ等の駆動源を有し、動力伝達機構を介してターゲット２に動力を伝達する一般的な駆動機構を利用できる。ターゲット駆動装置１１は、サ
ポートブロック２１０またはエンドブロック２２０に搭載されていてもよい。
移動台２３０は、移動台駆動装置１２によって、案内レール２５０に沿って駆動される。移動台駆動装置１２については、回転モータの回転運動を駆動力に変換するボールねじ等を用いたねじ送り機構、リニアモータ等、公知の種々の運動機構を用いることができる。図示例の移動台駆動装置１２は、ターゲットの長手方向（Ｙ軸方向）と交差する方向（Ｘ軸方向）にターゲットを移動させる。前記スパッタリング領域を移動させる移動台２３０のターゲット移動方向の前後に防着板２６１，２６２を設けてもよい。
ターゲット２は、成膜対象物６に成膜を行う成膜材料の供給源として機能する。ターゲット２の材質として例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉなどの金属単体、あるいは、それらの金属元素を含む合金または化合物が挙げられる。あるいは、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＷＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＧＺＯなどの透明導電酸化物であってもよい。これらの成膜材料が形成された層の内側には、別の材料からなるバッキングチューブ２ａの層が形成されている。バッキングチューブ２ａには、ターゲットホルダ（不図示）を介して電源１３が接続される。このとき、ターゲットホルダ（不図示）およびバッキングチューブ２ａは、電源１３から印加されるバイアス電圧（例えば、負電圧）をターゲット２に印加するカソードとして機能する。ただし、バッキングチューブを設けずに、バイアス電圧をターゲットそのものに印加してもよい。なお、チャンバ１０は接地されている。
磁石ユニット３は、成膜対象物６に向かう方向に磁場を形成する。図２（Ｂ）に示すように、磁石ユニット３は、カソードユニット８の回転軸と平行方向に延びる中心磁石３１と、中心磁石３１を取り囲む中心磁石３１とは異極の周辺磁石３２と、ヨーク板３３とを備えている。なお、中心磁石３１は、カソードユニット８の移動方向と交差する方向に延びているということもできる。周辺磁石３２は、中心磁石３１と平行に延びる一対の直線部３２ａ，３２ｂと、直線部３２ａ，３２ｂの両端を連結する転回部３２ｃ，３２ｄとによって構成されている。磁石ユニット３によって形成される磁場は、中心磁石３１の磁極から、周辺磁石３２の直線部３２ａ，３２ｂへ向けてループ状に戻る磁力線を有している。これにより、ターゲット２の表面近傍には、ターゲット２の長手方向に延びたトロイダル型の磁場のトンネルが形成される。この磁場によって、電子が捕捉され、ターゲット２の表面近傍にプラズマを集中させ、スパッタリングの効率が高められている。この磁石ユニットの磁場が漏れるターゲット２の表面の領域が、図１（Ａ）においてスパッタ粒子が発生するスパッタリング領域Ａ１として示される。スパッタリング領域Ａ１の近傍のガス圧力が粒子の飛翔距離に影響する。なお、スパッタリング領域Ａ１の近傍の範囲は、必ずしも距離によって限定されるものではなく、求められる成膜の精度に与える影響に応じて適宜規定してよい。
チャンバ１０には、ガス導入手段１６および排気手段１５が接続されている。ガス導入手段１６および排気手段１５は圧力調整手段として機能し、制御部１４の制御を受けてスパッタガスの導入や排気を行うことで、チャンバ内部の圧力を調整したり、チャンバ内部を所定の圧力に維持したりする。スパッタガスは、例えば、アルゴン等の不活性ガスや酸素や窒素等の反応性ガスである。本実施形態のガス導入手段１６は、チャンバ１０の両側部に設けられた導入口４１，４２を通じてスパッタガスを導入する。また、真空ポンプ等の排気手段１５は、排気口５を通じてチャンバ１０の内部から外部へ排気を行う。
ガス導入手段１６は、ガスボンベ等の供給源と、供給源と導入口４１，４２を接続する配管系と、配管系に設けられる各種真空バルブ、マスフローコントローラ等から構成されている。ガス導入手段１６は、マスフローコントローラの流量制御弁によって、ガス導入量を調整可能となっている。流量制御弁は、電磁弁等の、電気的に制御可能な構成となっ
ている。なお、導入口４１，４２を配置する位置は、チャンバの両側壁に限定されず、一方の側壁でもよいし、底壁や天井壁でもよい。また、配管がチャンバ内に延びて、導入口がチャンバ１０内に開口していてもよい。また、各側壁の導入口４１，４２は、それぞれターゲット２の長手方向（Ｙ軸方向）に複数配置されてもよい。
排気手段１５は、真空ポンプと、真空ポンプと排気口５を接続する配管系と、配管系に設置されるコンダクタンスバルブ等の電気的に制御可能な流量制御弁を含み、制御弁によって排気量を調整可能な構成である。排気口５を配置する位置は、図示例のような底壁の中央部に限定されず、底壁の端部（側壁寄りの位置）でもよいし、側壁でもよいし、天井壁でもよい。また、配管がチャンバ内に延びて、排気口５がチャンバ１０内に開口していてもよい。
図示例では、導入口４１，４２は、カソードユニット８が移動する移動領域の始端側の側壁１０ｂと、終端側の側壁１０ａに設けられ、排気口５は移動台の移動領域の中央位置の底壁１０ｃ側に設けられている。成膜工程（スパッタ工程）においては、スパッタガスを導入口４から導入しつつ、かつ、排気口５から排気しながら、成膜を行う。
図２（Ａ）に、本実施形態の装置構成により規定される、チャンバ１０内のターゲットの位置Ｘに応じて変化する圧力Ｐ（ｘ）を示す。また、本実施形態で目標とする、ターゲット（Ｔ：Ｔａｒｇｅｔ）と、成膜対象物である基板（Ｓ：Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）の間の距離（Ｔ−Ｓ距離）Ｄ（ｘ）を示す。なお、本実施形態においてはスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域の位置はターゲットの位置に応じて定まることから、Ｔ−Ｓ距離は、スパッタリング領域と成膜対象物の間の距離と同様に考えることができる。図示されるように、圧力Ｐは、導入口４２に近い始端側位置ｘ１および導入口４１に近い終端側位置ｘ３では相対的に高く、排気口５がある中央部の位置ｘ２では相対的に低い。Ｔ−Ｓ距離については、案内レール２５０の形状により、チャンバ１０の始端側ｘ１および終端側ｘ３で短く、中央部ｘ２では長い。第１の位置であるｘ２での距離を第１の距離Ｄ（ｘ２）、ｘ２での圧力を第１の圧力Ｐ（ｘ２）、第２の位置であるｘ３での距離を第２の距離Ｄ（ｘ３）、ｘ３での圧力を第２の圧力Ｐ（ｘ３）とする。このように、スパッタリング領域の近傍の圧力が第１の圧力よりも高い第２の圧力であるとき、スパッタリング領域と成膜対象物の間の距離は、第１の距離よりも小さい第２の距離となるようにする。
次に、成膜装置１の作用について説明する。スパッタ工程では、制御部１４にて、ターゲット駆動装置１１を駆動させてターゲット２を回転させ、電源１３からターゲット２にバイアス電圧を印加する。ターゲット２を回転させながらターゲット２にバイアス電圧を印加するとともに、移動台駆動装置１２を駆動し、カソードユニット８を移動領域の始端から所定速度で、所定の方向に移動させる。バイアス電圧が印加されると、成膜対象物６に対向するターゲット２の表面近傍にプラズマが集中して生成され、プラズマ中の陽イオン状態のガスイオンがターゲット２をスパッタし、飛散したスパッタ粒子が成膜対象物６に堆積する。カソードユニット８の移動に伴って、カソードユニット８の移動方向上流側から下流側に向けて順次、スパッタ粒子は堆積される。これにより成膜対象物上に成膜がなされる。
本実施形態では、上述のように、カソードユニット８の移動経路の始端側と終端側において圧力が高く、中央付近において圧力が低い。そのためスパッタガスの平均自由行程は、始端側と終端側で短く、中央部では長い。そこで本実施形態では、案内レール２５０が規定する移動経路にしたがってカソードユニット８のＺ軸方向の位置を変化させていることにより、図２（Ａ）に示すように、圧力が高い領域ではＴ−Ｓ距離が短くなり、圧力が低い領域ではＴ−Ｓ距離が長くなる。こうすることで、チャンバ内部のガスの圧力分布が不均一であっても、カソードユニット８のターゲット２から放出されたのち成膜対象物６
まで到達して堆積するスパッタ粒子の量を略均一にすることができる。その結果、成膜対象物６に生成される膜の膜厚や膜質のむらを低減し、スパッタリングの品質低下を抑制することができる。本実施形態では、移動手段としての移動台駆動装置１２の動作および案内レール２５０の形状により、スパッタリング領域近傍の圧力に応じてスパッタリング領域Ａ１と成膜対象物６の間の距離を変化させている。案内レール２５０や移動台２３０を移動手段に含めて考えてもよい。
本実施形態でのターゲットは、固定された案内レール上の決まった経路上のみを移動する。そのためチャンバ内部に案内レール２５０を配置する際には、想定されるチャンバ内の圧力分布を考慮する必要がある。チャンバ内の圧力分布は、排気手段１５の能力や流量制御値、ガス導入手段１６の能力や流量制御値、排気口と導入口の位置関係などに基づいて定まるため、予めシミュレーションや圧力センサを用いた測定により取得可能である。この場合、事前に保存された圧力分布を取得する制御部を圧力取得手段と考えてもよいし、事前に圧力分布を生成する際に用いる圧力センサと、その圧力分布を取得する制御部等を含めて圧力取得手段と考えてもよい。そこで、スパッタリングに好適な圧力分布条件下で成膜対象物に到達するスパッタ粒子が移動領域内の位置を問わず略均一となるように、案内レール２５０の形状を決定するとよい。
［実施形態２］
次に、本発明の実施形態２について説明する。以下、実施形態１との相違点を中心として説明を行い、同一の構成要素については同一の符号を付して説明を簡略化する。
図３は、本実施形態の成膜装置１の構成を示す模式図である。図１（Ａ）との相違点は導入口の位置および数、排気口の位置、ならびに案内レールの形状である。本実施形態では、チャンバ１０のＸ軸方向の一端の側壁１０ａに、導入口４１が配置されている。またチャンバ１０のＸ軸方向の他端の側壁１０ｂ付近の底壁１０ｃに、排気口５が配置されている。したがってチャンバ内部の圧力は、導入口４１がある側壁１０ａに近づくほど高くなり、排気口５の近傍に行くほど低くなる。
そこで本実施形態では、案内レール２５０を配置する際に、そのＺ軸方向における高さを、導入口４１が配置された側壁１０ａの側では高くし、排気口５が近傍に配置された側壁１０ｂの側では低くする。この構成によれば、移動台２３０に設置されたカソードユニット８が案内レール２５０上を移動するときのＺ軸方向における高さは、導入口４１が配置された側壁１０ａの側では高くなり、排気口５が近傍に配置された側壁１０ｂの側では低くなる。その結果、カソードユニット８のターゲット２と成膜対象物６と間のＴ−Ｓ距離が、圧力の高い導入口付近では相対的に短くなり、圧力の低い排気口付近では相対的に長くなる。よって、圧力分布を問わず、ターゲット２から放出されたのち成膜対象物６まで到達して堆積するスパッタ粒子の量を略均一にすることができるので、成膜時の膜厚や膜質のむらを低減し、スパッタリングの品質低下を抑制することができる。本実施形態でも、移動手段としての移動台駆動装置１２の動作および案内レール２５０の形状により、スパッタリング領域近傍の圧力に応じてスパッタリング領域Ａ１と成膜対象物６の間の距離を変化させる。案内レール２５０や移動台２３０を移動手段に含めて考えてもよい。
なお、上記実施形態１および本実施形態で示したように、チャンバにおける導入口および排気口の位置や数が如何様であろうとも、チャンバ内の圧力分布とＴ−Ｓ距離分布が逆の分布となるように（例えば、反比例するように）案内レールを配置できれば、スパッタリングの品質低下を抑制できる。
［実施形態３］
次に、本発明の実施形態３について説明する。以下、上記各実施形態との相違点を中心
として説明を行い、同一の構成要素については同一の符号を付して説明を簡略化する。
図４は、本実施形態の成膜装置１の構成を示す模式図である。図示例では図１（Ａ）と同様に、チャンバ１０の両側部に導入口４１，４２を、中央部の底壁１０ｃに排気口５を配置している。本実施形態の案内レール２５０は、成膜対象物６の成膜面と略平行に配置された２本の略直線状のレールを備えているため、移動台２３０も成膜対象物６の成膜面と略平行に、略直線状に移動する。
移動台２３０の上部には、移動台２３０と共に移動するターゲット昇降機構９が配置されている。ターゲット昇降機構９は、カソードユニット８が設置される昇降台２３２、モータ等の駆動源からの動力伝達を受けて昇降台２３２を上昇または下降させる直動ボールねじ２３４、昇降台２３２と移動台２３０を接続するベローズ２３６を含む。制御部１４の制御に従って直動ボールねじ２３４が駆動し、昇降台２３２が上下動することにより、Ｔ−Ｓ距離を変化させることが可能である。なおターゲット昇降機構９の構成は図示例には限られず、制御部１４からの指示に応じて、あるいは予め規定された通りにＴ−Ｓ距離を変化させられるものであればよい。
また成膜装置１は、昇降台２３２に設けられ、カソードユニット８の近傍の圧力を取得可能な圧力センサ７を有している。圧力センサ７を圧力取得手段だと考えてもよいし、圧力センサと制御部１４を含めて圧力取得手段だと考えてもよい。圧力センサ７は取得した圧力値を制御部１４に送信する。圧力センサ７としては、キャパシタンスマノメータ等の隔膜真空計、ピラニ真空計や熱電対真空計等の熱伝導式真空計、水晶摩擦真空計等の各種真空計が利用可能である。なお、圧力センサ７はスパッタリング領域近傍の圧力を測定できればよい。よって、圧力センサを防着板２６１，２６２に設置してもよい。また、チャンバ内部に複数の圧力センサを設置しておき、移動台２３０の位置情報に応じて最も近くにある圧力センサの測定値を取得してもよい。圧力センサ７をチャンバ内部に設置する場合、スパッタリング領域と略同一の高さに設置することが好ましい。
ターゲット昇降機構９が備える直動ボールねじ２３４の本数は、特に限定されるものではないが、例えば４本とする。その場合、矩形形状の移動台２３０の四隅の付近に１本ずつ配置するとよい（図４（Ａ）ではそのうち２本のみ示す）。なお、ベローズ２３６は角型ベローズとすることが好ましい。ベローズ２３６の内部には、チャンバ１０の外部からカソードユニット８に供給される冷却液を通す配管や、電気配線等が配置される。
図５は、制御部１４がＴ−Ｓ距離を制御する処理を示すフローチャートである。成膜処理開始後、ステップＳ１０１において、制御部１４は圧力センサ７から圧力値を取得する。ステップＳ１０２において、制御部１４は圧力値をメモリに保存された数式またはテーブルに適用して好適なＴ−Ｓ距離を決定する。ステップＳ１０３において、制御部１４はエンコーダ等を用いて取得した現在のＺ軸方向高さ情報と、Ｓ１０２で決定したＴ−Ｓ距離に基づいてターゲット昇降機構９の制御値を決定する。そしてステップＳ１０４において昇降制御が実施される。これにより、カソードユニット８の近傍の圧力に基づいて決定された適切なＴ−Ｓ距離で、スパッタリングが行われる。続いてステップＳ１０５で成膜対象物６の成膜が完了したか否かが判定され、完了していなければステップ１０６に進み、案内レール２５０上での移動および成膜が継続される。
図４（Ａ）は、カソードユニット８の移動が開始された直後の様子を示す。このときカソードユニット８は、一方の側壁１０ｂに配置された導入口４２の付近、すなわち圧力の高い領域に位置している。そこで制御部１４は、ターゲット昇降機構９を制御して昇降台２３２を上昇させてＴ−Ｓ距離を短くする。
図４（Ｂ）は、カソードユニット８がチャンバ１０の中央部まで移動した様子を示す。このときカソードユニット８は排気口５の近傍にあるため、圧力値は図４（Ａ）のときよりも低くなる。そこで制御部１４は、ターゲット昇降機構９を制御して昇降台２３２を下降させてＴ−Ｓ距離を長くする。
このように本実施形態では、ターゲット昇降機構９が、ターゲット２と成膜対象物６と間のＴ−Ｓ距離を、圧力の高い導入口付近では相対的に短くし、圧力の低い排気口付近では相対的に長くする。よって、圧力分布を問わず、ターゲット２から放出されたのち成膜対象物６まで到達して堆積するスパッタ粒子の量を略均一にすることができるので、成膜時の膜厚や膜質のむらを低減し、スパッタリングの品質低下を抑制することができる。本実施形態では、移動手段としての移動台駆動装置１２の動作と、距離変化手段としてのターゲット昇降機構９の動作により、スパッタリング領域近傍の圧力に応じてスパッタリング領域Ａ１と成膜対象物６の間の距離が変化する。案内レール２５０や移動台２３０を移動手段に含めて考えてもよい。本実施形態ではデポアップ形式であるため、昇降機構を採用しているが、チャンバ内でのターゲットや成膜対象物の配置に応じて、ターゲットを成膜対象物に近づく方向または成膜対象物から遠ざかる方向に移動させるような距離変化手段であれば、これに限定されない。
なお、上記の例では圧力センサ７が逐次圧力値を取得し、制御部１４が圧力値に基づいて好適なＴ−Ｓ距離を取得し、ターゲット昇降機構９の制御条件を決定していた。しかし、実施形態１，２のように、ターゲットのＸ軸方向の位置毎に予め固定したＺ軸方向高さを設定しておき、カソードユニット８が予め定められた経路上のみを動くようにすれば、必ずしも圧力センサは必要ない。例えば、ターゲットのＸ軸方向の位置と、チャンバ１０内の圧力分布に応じて決定される適切なＴ−Ｓ距離と、が対応付けられたテーブルを予めメモリに保存しておいてもよい。そして、図５のフローチャートのステップＳ１０１およびステップＳ１０２の代わりに、制御部１４が、ターゲットのＸ軸方向の位置の情報と当該テーブルとに基づいてＴ−Ｓ距離を決定するようにしてもよい。
また、図示例では両側壁に導入口、底壁に排気口が配置されていた。しかし、導入口と排気口がどう配置されたとしても、制御部１４が圧力センサの出力値に応じてターゲット昇降機構９を制御したり、予め実測またはシミュレーションで取得した圧力分布に応じてＸ軸方向の位置に応じたターゲット昇降機構９の制御値をプログラムしたりすることにより、適切にＴ−Ｓ距離を決定できる。
［変形例］
本実施形態で説明したターゲット昇降機構９は、ターゲットを昇降させる以外に、スパッタリング完了後、カソードユニット８から冷却液を排水するためにも使用できる。以下、図１０を参照して説明する。
図１０（Ａ）は、本変形例のカソードユニット８を長手方向で切断した断面模式図である。説明に不要な構成要素は省略している。図示例のカソードユニット８は、円筒状のターゲット２と、円筒の両端を塞ぐ蓋体８ｆ内部に、中心磁石３１や周辺磁石３２を含む磁石ユニット３が配置された構成である。カソードユニット８には、水などの冷却液の流路として、ターゲット２と磁石ユニット３の間に形成される第１冷却液流路Ｒ１と、磁石ユニット３の内部に、第１配管１３６と第２配管１３７により形成される第２冷却液流路Ｒ２が設けられている。第１配管１３６と第２配管１３７は、それぞれ複数あっても良い。第１冷却液流路Ｒ１と第２冷却液流路Ｒ２は、接続部位ＲＪで接続される。なお、本明細書で例示するデポアップ構成では、スパッタリング時には磁石群はＺ軸方向で上方を向く。しかし図１０（Ａ）は、スパッタリング時ではなく冷却液排水時の様子を示しているため、上下関係が反転している。
スパッタリング中は、カソードユニット８の外部に位置し、接続管により接続された冷却液ポンプＰ１から、第１冷却液流路Ｒ１に冷却液が供給される。冷却液は磁石とカソードを冷却し、第２冷却液流路Ｒ２を経由して外部に排出される。スパッタリングが終了してメンテナンスが行われるときには、磁石ユニット３を取り出す前に、周囲に冷却液が飛散することを防ぐために、内部に残留した冷却液を排出する作業が行われる。この排水時には、図１０（Ａ）に示したように接続部位ＲＪが鉛直方向の最下部の位置に配置される。そして、気体ポンプＰ２によって、第１冷却液流路Ｒ１に空気等の気体が供給され、供給される気体の圧力によって流路内部に残留した冷却液が排出される。このとき、接続部位ＲＪが鉛直方向で最下部にあることにより、冷却液を十分に排出することができる。
図１０（Ｂ）〜（Ｄ）では、図１０（Ａ）のうち冷却液流路の部分のみを示す。図１０（Ｂ）は、排水時に気体ポンプＰ２より気体が送り込まれてから、ある程度の時間が経過した状態を示す。矢印Ｓの方向に送り込まれた気体が、密閉空間内部で冷却液Ｗに対して圧力を掛けることにより、冷却液Ｗが矢印Ｔの方向に排出される。
図１０（Ｃ）は、さらに時間が経過して排水が進み、冷却液Ｗの液面が接続部位ＲＪまで下がった状態を示す。このとき、第１冷却液流路Ｒ１から第２冷却液流路Ｒ２へと抜けていく気体の流路が形成されるため、冷却液Ｗを外部に押し出す方向の圧力が掛からなくなり、排水がされなくなる。
図１０（Ｄ）は本変形例に特有の状態であり、図１０（Ｃ）から、ターゲット昇降機構９の直動ボールねじ２３４を用いて、接続部位ＲＪとは反対側の円筒端部を上昇させ、その状態で気体供給による排水を続けた様子を示す。本変形例においては、図示したように円筒の両端に配置された直動ボールねじ２３４のうち一方のみボールねじを昇降させることが可能な昇降機構を用いる。このようにカソードユニット８を傾けることで、ターゲットの一方の端部が成膜対象物に近づく方向に移動し、他方の端部が成膜対象物から遠ざかる方向に移動する。その結果、冷却液Ｗの液面が少なくとも接続部位ＲＪより上に来るようにすることで、ポンプから送り込まれた気体の圧力が再び冷却液に作用するようになる。その結果、従来よりも排水量が増加するため、メンテナンス時の液体の飛散等の可能性を低下させることができる。
なお、冷却液Ｗの排出完了後に、図１０（Ｄ）とは逆に接続部位ＲＪのある側がＺ軸方向において上になるように昇降機構を操作することも好ましい。これにより、ターゲット内部に残留した冷却液が外に漏出しにくくなる。その結果、メンテナンス時に液体の飛散をより効果的に抑制できるというさらなる効果が得られる。なお、本変形例のような、昇降機構を利用して気圧による排水性能を向上させることによる効果は、接続部位ＲＪを設けない構成のカソードユニット８においても享受できる。
［実施形態４］
次に、本発明の実施形態４について説明する。以下、上記各実施形態との相違点を中心として説明を行い、同一の構成要素については同一の符号を付して説明を簡略化する。
図６（Ａ）は、本実施形態の成膜装置１を示している。成膜装置１には、円筒状のターゲットを使用した回転カソードユニットではなく、平板形状のターゲット３０２を使用したプレーナカソードユニット３０８が用いられている。プレーナカソードユニット３０８は、成膜対象物と平行に配置されたターゲット３０２を有し、このターゲット３０２の成膜対象物６と反対側に磁場発生手段である磁石ユニット３が配置されている。また、ターゲット３０２の成膜対象物６とは反対側の面には、電源１３から電力が印加されるバッキングプレート３０２ａが設けられている。バッキングプレート３０２ａに電力が印加され
ることで、スパッタリング領域Ａ１からスパッタ粒子が放出される。プレーナカソードユニット３０８は、移動台２３０の上面に設置されている。
成膜工程においては、プレーナカソードユニット３０８が、成膜対象物６の成膜面に対向する移動領域上を、案内レール２５０に沿ってＺ軸方向の高さを変化させながら、ターゲット３０２の長手方向に対して直交方向（図中、Ｘ軸方向）に移動する。ターゲット３０２の成膜対象物６と対向する表面近傍が、磁石ユニット３によって生成される磁場によって電子密度を高められ、スパッタ粒子が発生するスパッタリング領域Ａ１である。成膜工程においては、プレーナカソードユニット３０８の移動とともに、スパッタリング領域Ａ１が成膜対象物６の成膜面に沿って移動し、成膜対象物６に順次成膜する。
なお、図６（Ｂ）〜図６（Ｄ）に示すように、プレーナカソードユニット３０８内において、磁石ユニット３が、ターゲット３０２に対して相対移動可能となっていてもよい。このようにすれば、スパッタリング領域Ａ１をターゲット３０２に対して相対的にずらすことができ、ターゲット３０２の利用効率を高めることができる。
本実施形態のようにプレーナカソードユニット３０８を用いる場合であっても、チャンバ内部の圧力分布に応じてＴ−Ｓ距離が変化するような案内レール２５０を用いることにより、圧力が高い領域ではＴ−Ｓ距離が短くし、圧力が低い領域ではＴ−Ｓ距離が長くすることができる。その結果、チャンバ内部のガスの圧力分布が不均一であっても、プレーナカソードユニット３０８の位置を問わず、ターゲット３０２から放出され成膜対象物６まで到達して堆積するスパッタ粒子の量を略均一にすることができる。その結果、成膜対象物６に生成される膜の膜厚や膜質のむらを低減し、スパッタリングの品質低下を抑制することができる。本実施形態では、移動手段としての移動台駆動装置１２の動作および案内レール２５０の形状により、スパッタリング領域近傍の圧力に応じてスパッタリング領域Ａ１と成膜対象物６の間の距離を変化させる。案内レール２５０や移動台２３０を移動手段に含めて考えてもよい。さらに、磁石ユニット３をターゲット３０２に対して相対移動させる駆動手段を移動手段に含めて考えてもよい。
［実施形態５］
次に、本発明の実施形態５について説明する。以下、上記各実施形態との相違点を中心として説明を行い、同一の構成要素については同一の符号を付して説明を簡略化する。
図７は、本実施形態の成膜装置１を示している。実施形態４と同様に、平板形状のターゲット３０２とバッキングプレート３０２ａを使用したプレーナカソードユニット３０８が用いられている。実施形態４との相違点は、ターゲットのＺ軸方向の高さを変位させる際に、案内レール２５０ではなく、実施形態３のようにターゲット昇降機構９を使用する点である。
図７（Ａ）は、プレーナカソードユニット３０８の移動が開始された直後の様子を示す。プレーナカソードユニット３０８が導入口４２の付近（すなわち圧力の高い領域）にあるため、制御部１４は、ターゲット昇降機構９を制御して昇降台２３２を上昇させてＴ−Ｓ距離を短くする。一方、図７（Ｂ）は、プレーナカソードユニット３０８がチャンバ１０の中央部まで移動した様子を示す。プレーナカソードユニット３０８が排気口５の近傍（すなわち圧力の低い領域）にあるため、圧力センサ７が取得する圧力値は図７（Ａ）のときよりも低くなる。そこで制御部１４は、ターゲット昇降機構９を制御して昇降台２３２を下降させてＴ−Ｓ距離を長くする。
このように本実施形態では、ターゲット昇降機構９が、ターゲット３０２と成膜対象物６と間のＴ−Ｓ距離を圧力分布に応じて変化させるため、上記各実施形態と同様に、成膜
時の膜厚や膜質のむらを低減し、スパッタリングの品質低下を抑制することができる。本実施形態では、移動手段としての移動台駆動装置１２の動作と、距離変化手段としてのターゲット昇降機構９の動作により、スパッタリング領域近傍の圧力に応じてスパッタリング領域Ａ１と成膜対象物６の間の距離を変化させる。案内レール２５０や移動台２３０を移動手段に含めて考えてもよい。
なお、本実施形態においても、圧力センサ７が逐次取得した圧力値に応じて制御部１４がＴ−Ｓ距離を決定する方式を採用してもよいし、想定される圧力分布に応じて予め決定されるＴ−Ｓ距離に基づいて、移動方向上の各位置におけるターゲット昇降機構の制御値を設定しておく方式を採用してもよい。圧力センサを用いる場合の配置位置についても、特に限定はない。
また、図示例では両側壁に導入口、底壁に排気口が配置されていたが、実施形態２のように導入口が一方の側壁に、排気口が他方の側壁付近の底壁に配置されていてもよい。その場合でも、制御部１４が圧力センサの出力値に応じてターゲット昇降機構９を制御したり、予めプログラムされた制御値に基づいて制御したりすることにより、Ｔ−Ｓ距離を適切に制御して良好なスパッタリングを実施できる。予め制御値をプログラムする場合、事前に実測またはシミュレーションで圧力分布を取得してＸ軸方向の位置ごとの好適なＴ−Ｓ距離を決定しておく。
［実施形態６］
次に、本発明の実施形態６について説明する。以下、上記各実施形態との相違点を中心として説明を行い、同一の構成要素については同一の符号を付して説明を簡略化する。図８は、本実施形態の成膜装置１を示している。本実施形態では、Ｔ−Ｓ距離の制御においてターゲット側ではなく、成膜対象物たる基板の側が移動する。一方、ターゲットおよびスパッタリング領域は、成膜対象物６と平行な面内の移動領域で移動する。
上述した図６（Ｂ）〜図６（Ｄ）においては、プレーナカソードユニット内の磁石ユニット３が、ターゲット３０２に対して相対移動可能となっていた。本実施形態では、平板形状のターゲット４０２がＸ軸方向およびＹ軸方向の両方において成膜対象物６よりも大きく、チャンバ１０に対して固定されて設けられている。また、磁場発生手段としての磁石ユニット３が、チャンバ１０に固定されたターゲット４０２に対して（すなわち、チャンバ１０に対して）移動する。これに伴い、ターゲット４０２のターゲット粒子が放出されるスパッタリング領域Ａ１も成膜対象物６に対して移動する。
ターゲット４０２は、真空領域と大気圧領域の境界部分に配置され、磁石ユニット３はチャンバ１０外の大気中に置かれる。すなわち、図８（Ａ）に示すように、ターゲット４０２は、チャンバ１０の底壁１０ｃに設けられた開口部１０ｃ１を気密に塞ぐように配置される。ターゲット４０２はチャンバ１０の内部空間に面し、成膜対象物６と対向している。ターゲット４０２の成膜対象物６とは反対側の面には、電源１３から電力が印加されるバッキングプレート４０２ａが設けられており、バッキングプレート４０２ａは外部空間に面している。なお、ここではターゲット４０２が真空領域と大気圧領域の境界部分に配置されるものとしたが、これには限定はされず、ターゲット４０２と大気圧領域との間に別の部材を設けてもよく、ターゲット４０２をチャンバ１０の底壁１０ｃに配置してもよい。
磁石ユニット３は、チャンバ１０の外に配置され、圧力センサ７はチャンバ１０内に配置される。磁石ユニット３は、チャンバ１０の外で、磁石ユニット移動装置４３０に支持され、ターゲット４０２に沿ってＸ軸方向に移動可能となっている。磁石ユニット３は、マグネット駆動装置１２１が磁石ユニット移動装置４３０を駆動することによって駆動さ
れる。磁石ユニット移動装置４３０は、磁石ユニット３をＸ軸方向に直線案内する装置であり、特に図示しないが、磁石ユニット３を支持する移動台と移動台を案内するレール等のガイド等によって構成される。この磁石ユニット３の移動によって、スパッタリング領域Ａ１がＸ軸方向に移動していく。圧力センサ７は、チャンバ１０内に配置したセンサ移動装置４５０に支持され、ターゲット４０２に沿って、Ｘ軸方向に移動可能となっている。センサ移動装置４５０についても、磁石ユニット移動装置４３０と同様に、圧力センサ７を支持する移動台と移動台を案内するレール等のガイド等によって構成される。磁石ユニット３および圧力センサ７は制御部１４によって制御されて移動し、制御部１４は、圧力センサ７が測定した圧力値を随時取得する。
本実施形態では、チャンバ１０の底壁１０ｃにターゲット４０２が配置されるので、排気口５１，５２がチャンバ１０の前壁（側壁）１０ｅおよび後壁（側壁）１０ｆに設けられている。図８では、後壁１０ｆの側の排気口５２のみ示す。なお、導入口４１，４２や排気口５１，５２の位置や数はこの例に限られない。また、圧力センサとして、前壁１０ｅに近い側を移動する圧力センサ７ａと、後壁１０ｆに近い側を移動する圧力センサ７ｂの二つを設置し、磁石ユニット３の長手方向（Ｙ軸方向）の両側の圧力を検出するようにしてもよい。その場合、圧力センサ７ａ、７ｂの出力の平均値を用いてもよい。
さらに本実施形態の成膜装置１は、成膜対象物６とマスク６ｂを保持するホルダ６ａを、成膜対象物６の面の法線方向に、上下に移動させるための成膜対象物昇降機構６４０を備える。成膜対象物昇降機構６４０は、チャンバ１０の天井壁１０ｄに設置されている。成膜対象物昇降機構６４０は、モータ等の駆動源からの動力伝達を受けてホルダ６ａを上昇または下降させる直動ボールねじ６４２を含む。制御部１４の制御に従って直動ボールねじ６４２が駆動し、ホルダ６ａが上下動することにより、Ｔ−Ｓ距離を変化させることができる。なお成膜対象物昇降機構の構成は図示例には限られず、制御部１４からの指示に応じて、あるいは予め規定された通りにＴ−Ｓ距離を変化させられるものであればよい。
図８（Ａ）は、磁石ユニット３の移動が開始された直後の様子を示す。磁石ユニット３が導入口４２の付近（すなわち圧力の高い領域）にあるため、制御部１４は、成膜対象物昇降機構６４０を制御してホルダ６ａを下降させ、Ｔ−Ｓ距離を短くする。一方、図８（Ｂ）は、磁石ユニット３がチャンバ１０の中央部まで移動した様子を示す。磁石ユニット３が排気口５１，５２の近傍（すなわち圧力の低い領域）にあるため、圧力センサ７が取得する圧力値は図８（Ａ）のときよりも低くなる。そこで制御部１４は、成膜対象物昇降機構６４０を制御してホルダ６ａを上昇させてＴ−Ｓ距離を長くする。
このように本実施形態では、成膜対象物昇降機構６４０が、ターゲット４０２と成膜対象物６と間のＴ−Ｓ距離を圧力分布に応じて変化させるため、成膜時の膜厚や膜質のむらを低減し、スパッタリングの品質低下を抑制することができる。本実施形態では、移動手段としてのマグネット駆動装置１２１の動作と、第２の距離変化手段としての成膜対象物昇降機構６４０の動作により、スパッタリング領域近傍の圧力に応じてスパッタリング領域Ａ１と成膜対象物６の間の距離が変化する。本実施形態ではデポアップ形式を採用しているため成膜物を昇降させているが、チャンバ内での成膜対象物とターゲットの配置に応じて、成膜対象物をターゲットに近づく方向またはターゲットから遠ざかる方向に移動させることが可能であればこれに限定されない。
なお、本実施形態においても、圧力センサ７が逐次取得した圧力値に応じて制御部１４がＴ−Ｓ距離を決定する方式を採用してもよいし、想定される圧力分布に応じて予め決定されるＴ−Ｓ距離に基づいて、移動方向上の各位置における成膜対象物昇降機構の制御値を設定しておく方式を採用してもよい。
［実施形態７］
次に、本発明の実施形態７について説明する。以下、上記各実施形態との相違点を中心として説明を行い、同一の構成要素については同一の符号を付して説明を簡略化する。図９は、本実施形態にかかる成膜装置１を示している。本実施形態では実施形態６と同様に、Ｔ−Ｓ距離の制御においてターゲット側ではなく、成膜対象物たる基板の側が移動する。本実施形態と実施形態６の相違点は、円筒形状のターゲット２を備える回転カソードユニット８を用いることである。
図９において、成膜対象物昇降機構６４０の構成は実施形態６と同様である。また、円筒形状のターゲット２を備えるカソードユニット８の構成は実施形態１，２とほぼ同一であり、移動台２３０をガイドする案内レール２５０が略直線状であり、移動領域が平面状となる点が異なる。
図９（Ａ）は、カソードユニット８の移動が開始された直後の様子を示す。カソードユニット８が導入口４２の付近（すなわち圧力の高い領域）にあるため、制御部１４は、成膜対象物昇降機構６４０を制御してホルダ６ａを下降させ、Ｔ−Ｓ距離を短くする。一方、図８（Ｂ）は、カソードユニット８がチャンバ１０の中央部まで移動した様子を示す。カソードユニット８が排気口５の近傍（すなわち圧力の低い領域）にあるため、圧力センサ７が取得する圧力値は図９（Ａ）のときよりも低くなる。そこで制御部１４は、成膜対象物昇降機構６４０を制御してホルダ６ａを上昇させてＴ−Ｓ距離を長くする。
本実施形態が示すように、成膜対象物昇降機構６４０によってＴ−Ｓ距離を変化させる制御方法は、カソードユニットを用いる成膜方法にも適用可能であり、成膜時の膜厚や膜質のむらを低減し、スパッタリングの品質低下を抑制することができる。本実施形態では、移動手段としての移動台駆動装置１２の動作と、第２の距離変化手段としての成膜対象物昇降機構６４０の動作により、スパッタリング領域近傍の圧力に応じてスパッタリング領域Ａ１と成膜対象物６の間の距離が変化する。
［他の実施形態］
上記各実施形態では、カソードユニット８や、プレーナカソードユニット３０８が１つの場合を示したが、これらのユニットがチャンバ内部に複数配置されていてもよい。
上記各実施形態では、カソードの構成として回転カソードユニット、プレーナカソードユニット、および磁石ユニット移動装置を用いるカソードを示した。またカソード高さの移動方法として案内レールを用いる方法と昇降機構を用いる方法を示した。また成膜対象物の昇降機構についても示した。また圧力を随時測定する制御方法と、予め取得した圧力分布に基づく制御方法を示した。これらの構成要素の組合せは、上記各実施形態の例に限定されず、矛盾を生じない限りにおいて互いに任意に組み合わせて構わない。
１：成膜装置、２：ターゲット、６：成膜対象物、１０：チャンバ、１２：移動台駆動装置、Ａ１：スパッタリング領域

Claims (25)

  1. 成膜対象物およびターゲットが内部に配置されるチャンバと、
    前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させる移動手段と、
    を有し、
    前記移動手段によって前記スパッタリング領域を移動させつつ前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜装置であって、
    前記移動手段は、前記スパッタリング領域の近傍の圧力に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
    ことを特徴とする成膜装置。
  2. 前記スパッタリング領域の近傍の圧力を取得する圧力取得手段をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記移動手段は、前記スパッタリング領域の近傍の圧力が高いほど、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物の間の距離を短くする
    ことを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
  4. 前記移動手段は、
    前記スパッタリング領域の近傍の圧力が第１の圧力であるときに、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物の間の距離が第１の距離となるように、前記スパッタリング領域または前記成膜対象物を移動させ、
    前記スパッタリング領域の近傍の圧力が前記第１の圧力よりも高い第２の圧力であるときに、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物の間の距離が前記第１の距離よりも小さい第２の距離となるように、前記スパッタリング領域または前記成膜対象物を移動させることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
  5. 前記圧力取得手段は、圧力センサである
    ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の成膜装置。
  6. 前記圧力取得手段は、予め取得された前記チャンバ内の圧力分布に基づいて前記スパッタリング領域の近傍の圧力を取得する
    ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の成膜装置。
  7. 前記移動手段は、前記ターゲットを案内レールに沿って移動させることにより、前記スパッタリング領域を移動させる
    ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の成膜装置。
  8. 前記成膜対象物と前記案内レールの間の距離は、前記案内レールにおける位置によって異なる
    ことを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
  9. 前記案内レールに沿って移動する前記ターゲットを、前記成膜対象物に近づく方向または前記成膜対象物から遠ざかる方向に移動させる、距離変化手段をさらに有する
    ことを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
  10. 前記ターゲットは、前記成膜対象物と対向するように前記チャンバに固定されており、
    前記移動手段は、前記ターゲットを介して前記成膜対象物と対向するように配置された磁石を移動させることにより、前記スパッタリング領域を移動させる
    ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の成膜装置。
  11. 前記成膜対象物を、前記ターゲットに近づく方向または前記ターゲットから遠ざかる方向に移動させる、第２の距離変化手段をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の成膜装置。
  12. 前記移動手段は、前記ターゲットの長手方向と交差する方向に前記ターゲットを移動させることにより、前記スパッタリング領域を移動させる
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の成膜装置。
  13. 前記ターゲットは円筒形状であり、
    前記ターゲットを回転させる回転手段をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の成膜装置。
  14. 前記円筒形状のターゲットは、案内レールに沿って前記チャンバ内を移動し、
    前記案内レールに沿って移動する前記円筒形状のターゲットを、前記成膜対象物に近づく方向または前記成膜対象物から遠ざかる方向に移動させる、距離変化手段をさらに有し、
    前記距離変化手段は、前記円筒形状のターゲットのいずれか一方の端部を前記成膜対象物に近づく方向または前記成膜対象物から遠ざかる方向に移動させ、前記円筒形状の他方の端部と前記成膜対象物の間の距離は変化させないような制御が可能である
    ことを特徴とする請求項１３に記載の成膜装置。
  15. 前記ターゲットは平板形状である
    ことを特徴とする請求項１２に記載の成膜装置。
  16. 成膜対象物およびターゲットが内部に配置されるチャンバであって、気体を前記チャンバから排出する排気口を備えるチャンバと、
    前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させる移動手段と、
    を有し、
    前記移動手段によって前記スパッタリング領域を移動させつつ前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜装置であって、
    前記移動手段は、前記スパッタリング領域と前記排気口の位置関係に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
    ことを特徴とする成膜装置。
  17. 前記移動手段は、前記スパッタリング領域と前記排気口が近いほど、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物の距離を長くする
    ことを特徴とする請求項１６に記載の成膜装置。
  18. 前記チャンバは、前記気体を前記チャンバ内に導入する導入口をさらに備え、
    前記移動手段は、前記スパッタリング領域と前記導入口の位置関係に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
    ことを特徴とする請求項１６または１７に記載の成膜装置。
  19. 前記移動手段は、前記スパッタリング領域と前記導入口が近いほど、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物の距離を短くする
    ことを特徴とする請求項１８に記載の成膜装置。
  20. 成膜対象物およびターゲットが内部に配置されるチャンバと、
    前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させる移動手段と、
    を有し、
    前記移動手段によって前記スパッタリング領域を移動させつつ前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜装置であって、
    前記移動手段は、前記ターゲットを、前記成膜対象物と平行でない移動領域内で移動させる
    ことを特徴とする成膜装置。
  21. 成膜対象物およびターゲットが内部に配置されるチャンバと、
    前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させる移動手段と、
    前記成膜対象物を、前記ターゲットに近づく方向または前記ターゲットから遠ざかる方向に移動させる、第２の距離変化手段と、
    を有し、
    前記移動手段によって前記スパッタリング領域を移動させつつ、かつ、前記第２の距離変化手段によって前記成膜対象物と前記ターゲットの距離を変化させつつ、前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜装置であって、
    前記移動手段は、前記スパッタリング領域を前記成膜対象物と平行な面内の移動領域で移動させる
    ことを特徴とする成膜装置。
  22. 成膜対象物とターゲットが配置されたチャンバを用いた成膜方法であって、
    前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させつつ、前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜工程を含み、
    前記成膜工程では、前記スパッタリング領域の近傍の圧力に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
    ことを特徴とする成膜方法。
  23. 成膜対象物とターゲットが配置されたチャンバであって、気体を前記チャンバから排出する排気口を備えるチャンバを用いた成膜方法であって、
    前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させつつ、前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜工程を含み、
    前記成膜工程では、前記スパッタリング領域と前記排気口の位置関係に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
    ことを特徴とする成膜方法。
  24. 電子デバイスの製造方法であって、
    成膜対象物と、ターゲットを前記成膜対象物に対向するようにチャンバ内に配置する工程と、
    前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させつつ、前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜工程を含み、
    前記成膜工程では、前記スパッタリング領域の近傍の圧力に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
    ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
  25. 電子デバイスの製造方法であって、
    成膜対象物と、ターゲットを前記成膜対象物に対向するように、気体を排出する排気口を備えるチャンバ内に配置する工程と、
    前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域を前記チャンバ内で移動させつつ、前記スパッタ粒子を前記成膜対象物に堆積させて成膜する成膜工程を含み、
    前記成膜工程では、前記スパッタリング領域と前記排気口の位置関係に応じて、前記スパッタリング領域と前記成膜対象物との間の距離を変化させる
    ことを特徴とする成膜方法。
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