JP2020105567A - 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。【解決手段】成膜装置１は、成膜対象物６およびターゲット２が内部に配置されるチャンバ１０と、ターゲット２からスパッタ粒子を発生させるスパッタリング領域Ａ１をチャンバ１０内で移動させる移動手段（移動台駆動装置１２）を有する。成膜装置１は、移動手段によってスパッタリング領域Ａ１を移動させつつスパッタ粒子を成膜対象物６に堆積させて成膜する。移動手段は、スパッタリング領域Ａ１の近傍の圧力に応じて、スパッタリング領域Ａ１の移動速度を変化させる。【選択図】図４

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ことにある。
本発明の一側面としての成膜装置は、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、前記ターゲットに電力を供給する電力供給手段と、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、前記電力供給手段は、前記スパ
ッタリング領域の近傍の圧力に応じて、前記ターゲットに供給する電力を変化させることを特徴とする。
本発明の一側面としての成膜装置は、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、前記ターゲットに電力を供給する電力供給手段と、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、前記電力供給手段は、前記チャンバ内における前記スパッタリング領域の位置に応じて、前記ターゲットに供給する電力を変化させることを特徴とする。
本発明の一側面としての成膜方法は、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、前記ターゲットに供給する電力を変化させることを特徴とする。
本発明の一側面としての成膜方法は、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、前記チャンバ内における前記スパッタリング領域の位置に応じて、前記ターゲットに供給する電力を変化させることを特徴とする。
本発明の一側面としての電子デバイスの製造方法は、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、前記ターゲットに供給する電力を変化させることを特徴とする。
本発明の一側面としての電子デバイスの製造方法は、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、前記チャンバ内における前記スパッタリング領域の位置に応じて、前記ターゲットに供給する電力を変化させることを特徴とする。
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ことができる。
（ａ）は実施形態１の成膜装置の構成を模式的に示す図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 磁石ユニットの構成を模式的に示す斜視図である。 実施形態１の供給電力変更の流れを示すフローチャートである。 チャンバ内の圧力分布と供給電力を模式的に示す図である。 （ａ）は実施形態２の成膜装置の構成を模式的に示す図、（ｂ）〜（ｄ）は磁石ユニットの移動を示す図である。 実施形態３の成膜装置の構成を模式的に示す図である。 有機ＥＬ素子の一般的な層構成を模式的に示す図である。
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。
＜有機ＥＬ素子＞
図７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７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。
＜装置構成＞
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。
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。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、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）。
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。本実施形態では、移動台２３０が移動することによってターゲット２を含むカソードユ
ニット８がチャンバ１０内で移動し、これに伴ってスパッタリング領域Ａ１がチャンバ１０内で移動する。したがって、本実施形態における移動台駆動装置１２は、スパッタリング領域Ａ１をチャンバ１０内で移動させる移動手段であり、移動台２３０の移動速度はカソードユニット８の移動速度となる。また、磁石ユニットがカソードユニット８に対して固定されているときには、移動台２３０の移動速度はスパッタリング領域Ａ１の移動速度となる。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。なお、案内レール２５０や移動台２３０、制御部１４を移動手段に含めて考えてもよい。
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。
成膜装置１は、ターゲット２に電力を供給する電力供給手段を有する。上述のように、ターゲット２にはバッキングチューブ２ａを介してまたは直接、電源１３からバイアス電圧が印加され、これにより電力が供給される。したがって、本実施形態における電力供給手段は電源１３を含む。また、電源１３は制御部１４によって制御され、制御部１４によって指示された電力をターゲット２に供給するため、本実施形態における電力供給手段に制御部１４を含めて考えてもよい。あるいは、電力供給手段には電源１３を含めずに、制御部１４のみを含めて考えてもよい。
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スパッタ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の内部から外部へ気体を排出して排気を行う。
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。
成膜装置１は、移動台２３０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。すなわち、成膜装置１は、カソードユニット８とともに移動可能な圧力センサ７を有している。換言すれば、圧力センサ７はスパッタリング領域Ａ１とともに移動可能である。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。このとき、複数の圧力センサ７は、カソードユニット８の移動経路に沿って並んで配置されていることが好ましい。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。
＜成膜方法＞
次に、成膜装置１を用いた成膜方法について説明する。本実施形態に係る成膜方法は、成膜工程（スパッタ工程）を含む。成膜工程では、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してターゲット２に電力を供給する。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、移動領域の始端から終端に向かってカソードユニット８を移動させる。ターゲット２にバイアス電圧が印加され
て電力が供給されると、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、成膜工程においてスパッタリング領域Ａ１を移動させつつ、スパッタリング領域Ａ１の近傍の圧力に応じてターゲット２に供給する電力を制御する。
＜供給電力制御＞
次に、本実施形態に係る成膜装置１による成膜工程中の供給電力制御について図面を参照して説明する。図３は、供給電力変更の流れ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。これにより、制御部１４は、スパッタリング領域Ａ１の近傍の圧力の情報を取得する。
ステップＳ１０２において、制御部１４は、記憶部（不図示）に記憶されたテーブルや数式を参照し、ステップＳ１０１で取得した圧力値に基づいて、好適な供給電力を決定する。
ステップＳ１０３において、制御部１４は、電源１３を制御し、ターゲット２に供給する電力をステップＳ１０３において決定された電力に変更する。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電力をターゲット２に供給し、スパッタリングが行われる。なお、電力の変更は、ターゲット２に印加するバイアス電圧およびターゲット２に流す電流の少なくとも一方を変更することで行う。
ステップＳ１０４において、制御部１４は、成膜対象物６の成膜が完了したか否かを判定する。判定の結果、成膜が完了していなければステップＳ１０６に進み、カソードユニット８の移動および供給電力制御を行いつつ、成膜が継続される。
図４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２に供給する電力Ｐｗ（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Ａ１の位置はターゲット２の位置に応じて定まることから、スパッタリング領域Ａ１の移動速度は、ターゲット２の移動速度と同様に考えることができる。
図４に示されるように、チャンバ１０内の圧力は不均一な分布を有し、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。こ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Ａ１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Ａ１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。スパッタリング領域Ａ１から放出されたスパッタ粒子の平均自由行程は圧力に反比例し、圧力が低い領域では長く、圧力が高い領域では短い。そのため、スパッタリング領域Ａ１の周囲の圧力が低いときには成膜対象物６まで到達するスパッタ粒子の量が相対的に多くなり、成膜レートは相対的に大きくなる。一方、スパッタリング領域Ａ１の周囲の圧力が高いときには成膜対象物６まで到達する量が相対的に少なくなり、成膜レートは相対的に小さくなる。このように成膜レートが変動すると、成膜対象物６に成膜される膜の膜厚や膜質にムラが生じてしまう。
そこで本実施形態では、図４に示されるように、ターゲット２に供給する電力Ｐｗを、
カソードユニット８の移動経路の始端側ｘ１および終端側ｘ３で大きく、中央部ｘ２で小さくなるように変化させる。すなわち、スパッタリング領域Ａ１の近傍の圧力が第１の圧力Ｐ（ｘ２）であるときにターゲット２に第１の電力Ｐｗ（ｘ２）を供給する。そして、スパッタリング領域Ａ１の近傍の圧力が第１の圧力Ｐ（ｘ２）よりも高い第２の圧力Ｐ（ｘ３）であるときには第１の電力Ｐｗ（ｘ２）よりも大きい第２の電力Ｐｗ（ｘ３）を供給する。
これにより、スパッタリング領域Ａ１の近傍の圧力が高くスパッタ粒子の平均自由行程が短くなるときには、より大きな電力が供給されるため、スパッタリング領域Ａ１から放出されるスパッタ粒子の量が増加する。したがって、スパッタ粒子の平均自由行程が短くなっても、成膜レートを略一定に保つことができる。また、スパッタリング領域Ａ１の近傍の圧力が低くスパッタ粒子の平均自由行程が長くなるときには、より小さな電力が供給されるため、スパッタリング領域Ａ１から放出されるスパッタ粒子の量が減少する。したがって、スパッタ粒子の平均自由行程が長くなっても、成膜レートを略一定に保つことができる。このように、本実施形態によれば、チャンバ内部のガスの圧力分布が不均一であっても、成膜レートを略一定に保つことができる。よって、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。
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供給電力を決定し、電源１３の制御条件を決定していた。しかし、カソードユニット８のＸ軸方向の位置毎に適切な供給電力を予め決定しておけば、必ずしも圧力センサは必要ない。カソードユニット８のＸ軸方向における位置と供給電力とが対応付けられたテーブルまたは数式を記憶部（不図示）に予め記憶しておいてもよい。そして、図３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または数式とに基づいて供給電力を決定するようにしてもよい。上述のテーブルまたは数式は、チャンバ内の圧力分布を予め取得しておき、その圧力分布に基づいて生成することができる。あるいは、カソードユニット８のＸ軸方向における位置に基づいて予め取得されたチャンバ内の圧力分布に基づいてスパッタリング領域の近傍の圧力を取得し、スパッタリング領域の近傍の圧力に基づいて適切な供給電力を決定してもよい。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。
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電源１３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て電源１３の制御値をプログラムしたりすることにより、適切に供給電力を決定できる。
［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５（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６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、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５（ｂ）〜図５（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。
本実施形態でも実施形態１と同様に、スパッタリング領域Ａ１の位置に応じて（本実施形態ではプレーナカソードユニット３０８の位置に応じて）、ターゲット２に供給する電力を調整する。これにより、本実施形態においても、チャンバ内部のガスの圧力分布が不均一であっても、成膜レートを略一定に保つことができる。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。
［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６は、本実施形態の成膜装置１を示している。上述した図５（ｂ）〜図５（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６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、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に導入口４２が配置され、終端側の側壁１０ａに排気口５が配置されている。したがって、チャンバ１０内には、始端側の側壁１０ｂの近傍で圧力が高く、終端側の側壁１０ａの近傍で圧力が低い圧力分布が存在している。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。
本実施形態でも上記の各実施形態と同様に、スパッタリング領域Ａ１の位置に応じて（本実施形態では磁石ユニット３の位置に応じて）、ターゲット２に供給する電力を調整する。これにより、本実施形態においても、チャンバ内部のガスの圧力分布が不均一であっても、成膜レートを略一定に保つことができる。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。
［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。あるいは、これらのユニットが１つであっても、ユニット内に複数のターゲットが配置されていてもよい。また、上述の各実施形態では、成膜工程においてターゲット２に供給する電力を調整する場合を示したが、これに加えて、スパッタリング領域Ａ１のチャンバ１０内における位置または近傍の圧力に応じて、チャンバ１０内の圧力、スパッタリング領域Ａ１の移動速度、および、ターゲット２と成膜対象物６との間の距離（Ｔ−Ｓ距離）の少なくとも一つを調整してもよい。また、上記各実施形態で示した各構成要素は、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（移動手段）
１３ 電源
１４ 制御部
Ａ１ スパッタリング領域

Claims (21)

  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、
    前記ターゲットに電力を供給する電力供給手段と、
    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、
    前記電力供給手段は、前記スパッタリング領域の近傍の圧力に応じて、前記ターゲットに供給する電力を変化させる
    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、前記ターゲットに供給する電力を大きくする
    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、前記ターゲットに第１の電力を供給し、
    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、前記ターゲットに前記第１の電力よりも大きい第２の電力を供給する
    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から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から４のいずれか１項に記載の成膜装置。
  7. 前記移動手段は、前記ターゲットを前記チャンバ内で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から６のいずれか１項に記載の成膜装置。
  8. 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７に記載の成膜装置。
  9. 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場発生手段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７または８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場発生手段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から６のいずれか１項に記載の成膜装置。
  11. 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１から９のいずれか１項に記載の成膜装置。
  12. 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１から１０のいずれか１項に記載の成膜装置。
  13. 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、
    前記ターゲットに電力を供給する電力供給手段と、
    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、
    前記電力供給手段は、前記チャンバ内における前記スパッタリング領域の位置に応じて、前記ターゲットに供給する電力を変化させる
    ことを特徴とする成膜装置。
  14. 前記チャンバは、気体を前記チャンバから排出する排気口をさらに備え、
    前記電力供給手段は、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、前記ターゲットに供給する電力を変化させる
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の成膜装置。
  15. 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、前記ターゲットに供給する電力を小さくする
    ことを特徴とする請求項１４に記載の成膜装置。
  16. 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、前記ターゲットに供給する電力を変化させる
    ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の成膜装置。
  17. 前記移動手段は、前記スパッタリング領域と前記導入口が近いほど、前記ターゲットに供給する電力を大きくする
    ことを特徴とする請求項１６に記載の成膜装置。
  18. 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、前記ターゲットに供給する電力を変化させる
    ことを特徴とする成膜方法。
  19. 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、前記チャンバ内における前記スパッタリング領域の位置に応じて、
    前記ターゲットに供給する電力を変化させる
    ことを特徴とする成膜方法。
  20. 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、前記ターゲットに供給する電力を変化させる
    ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
  21. 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、前記チャンバ内における前記スパッタリング領域の位置に応じて、前記ターゲットに供給する電力を変化させる
    ことを特徴とする成膜方法。
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