JP2024021196A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】マグネトロンスパッタリングによる均一な成膜レートの成膜が可能な成膜装置及び成膜方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る成膜装置は、中心軸とターゲット面とを有し、中心軸の周りに回転可能な磁石を内部に備えるロータリターゲットが所定の間隔で配列され、中心軸が互いに平行かつ同一間隔である複数のロータリターゲットを備え、基板にスパッタリング成膜を行う成膜装置であって、ロータリターゲットと基板の距離を対基板距離とすると、複数のロータリターゲットは、中央部のロータリターゲットから端部のロータリターゲットにかけて対基板距離が次第に小さくなり、特定のロータリターゲットの対基板距離と、特定のロータリターゲットに隣接して特定のロータリターゲットとは対基板距離が異なるロータリターゲットの対基板距離の差分を距離差分とすると、端部の距離差分は中央部の距離差分より大きい。【選択図】図１１

Description

本発明は、ロータリターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングによる成膜装置及び成膜方法に関する。
スパッタリングでは、真空中に導入したスパッタリングガスへ放電を行うことによりスパッタリングガスをプラズマ化し、生成したイオンをターゲットに衝突させてスパッタリング粒子を発生させ、基板上にスパッタリング粒子を堆積させる。マグネトロンスパッタリングは、ターゲット近傍に配置した磁石を用いて磁場の中に電子を囲い込むことでターゲット近傍に高密度プラズマ領域を作り、イオンをターゲットに効率的に衝突させることにより成膜の高速化が可能である。
マグネトロンスパッタリング装置には、基板に対向させた円筒状のスパッタリングターゲット（以下、ロータリターゲット）中に磁石を配置し、磁石を回転させることにより、ロータリターゲット表面におけるプラズマ密度を変化させるものが開発されている。この装置では、磁石を回転させることによりロータリターゲット間でのスパッタリング粒子の量を均一化させることが可能となっている。
マグネトロンスパッタリング装置では、複数のロータリターゲットを基板に対向して配置することで大面積の基板に対して成膜が可能である。ここで、複数のロータリターゲットを利用する場合、ロータリターゲットの基板に対する配置によって基板上の膜厚分布に影響が生じ、特に対向するロータリターゲット数が少ない基板端部の成膜レートが不足しやすい。これに対し、特許文献１には中央部のロータリターゲットから端部のロータリターゲットにかけて、ロータリターゲットを次第に基板に接近させて配置した成膜システムについて開示されている。
特表２０１３－５４４９５８号公報
しかしながら、特許文献１に記載のようなロータリターゲットの配置では、基板端部の成膜レートは向上するものの、基板中央部の成膜レートが減少し、結果として成膜レートが不均一になるという問題がある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、マグネトロンスパッタリングによる均一な成膜レートの成膜が可能な成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、中心軸とターゲット面とを有し、上記中心軸の周りに回転可能な磁石を内部に備えるロータリターゲットが所定の間隔で配列され、上記中心軸が互いに平行かつ同一間隔である複数のロータリターゲットを備え、基板にスパッタリング成膜を行う成膜装置であって、
上記ロータリターゲットと上記基板の距離を対基板距離とすると、上記複数のロータリターゲットは、中央部のロータリターゲットから端部のロータリターゲットにかけて上記対基板距離が次第に小さくなり、特定のロータリターゲットの上記対基板距離と、上記特定のロータリターゲットに隣接して上記特定のロータリターゲットとは上記対基板距離が異なるロータリターゲットの上記対基板距離の差分を距離差分とすると、上記端部の距離差分は上記中央部の距離差分より大きい。
上記複数のロータリターゲットは、上記中央部のロータリターゲットを含む第１のロータリターゲット群と、上記端部のロータリターゲットを含む第２のロータリターゲット群とを有し、上記第１のロータリターゲット群は上記距離差分が第１距離差分であり、上記第２のロータリターゲット群は上記距離差分が上記第１距離差分より大きい第２距離差分であってもよい。
上記中央部のロータリターゲットと上記端部のロータリターゲットの間に位置する中間部のロータリターゲットの上記対基板距離と上記中間部のロータリターゲットに隣接するロータリターゲットの上記距離差分は、上記端部のロータリターゲットの上記距離差分より小さく、上記中央部のロータリターゲットの上記距離差分より大きくてもよい。
上記複数のロータリターゲットは、上記中央部のロータリターゲットを含む第１のロータリターゲット群と、上記端部のロータリターゲットを含む第２のロータリターゲット群と、上記中間部のロータリターゲットを含む第３のロータリターゲット群とを有し、上記第１のロータリターゲット群は上記距離差分が第１距離差分であり、上記第２のロータリターゲット群は上記距離差分が上記第１距離差分より大きい第２距離差分であり、上記第３のロータリターゲット群は上記距離差分が上記第１距離差分より大きく、上記第２距離差分より小さい第３距離差分であってもよい。
上記距離差分は１ｍｍ以上であってもよい。
上記複数のロータリターゲットは、特定のロータリターゲットの上記中心軸と、上記特定のロータリターゲットに隣接して上記特定のロータリターゲットとは上記対基板距離が異なるロータリターゲットの上記中心軸を含む平面と上記基板に平行な平面のなす角が０．２°以上であってもよい。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜方法は、中心軸とターゲット面とを有し、上記中心軸の周りに回転可能な磁石を内部に備えるロータリターゲットが所定の間隔で配列され、上記中心軸が互いに平行かつ同一間隔である複数のロータリターゲットを用いて基板にスパッタリング成膜を行う成膜方法であって、
上記ロータリターゲットと上記基板の距離を対基板距離とすると、上記複数のロータリターゲットは、中央部のロータリターゲットから端部のロータリターゲットにかけて上記対基板距離が次第に小さくなり、特定のロータリターゲットの上記対基板距離と、上記特定のロータリターゲットに隣接して上記特定のロータリターゲットとは上記対基板距離が異なるロータリターゲットの上記対基板距離の差分を距離差分とすると、上記端部の距離差分は上記中央部の距離差分より大きい。
以上のように、本発明によれば、マグネトロンスパッタリングによる均一な成膜レートの成膜が可能な成膜装置及び成膜方法を提供することが可能である。
本発明の実施形態に係る成膜装置の模式図である。 上記成膜装置の一部構成の模式図である。 上記成膜装置が備えるロータリターゲットの斜視図である。 上記成膜装置が備えるロータリターゲットの断面図である。 上記成膜装置における磁石ユニットの回転を示す模式図である。 上記成膜装置が備えるロータリターゲットの磁石の配置を示す模式図である。 上記成膜装置による成膜方法を示す模式図である。 上記成膜装置におけるロータリターゲットの配置を示す模式図である。 上記成膜装置におけるロータリターゲットのピッチ、傾斜角度及び距離差分を示す模式図である。 上記成膜装置におけるロータリターゲットの傾斜角度とピッチの関係を示すグラフである。 上記成膜装置におけるロータリターゲットの第１距離差分及び第２距離差分を示す模式図である。 上記成膜装置における第１ロータリターゲット群及び第２ロータリターゲット群の模式図である。 上記成膜装置における第１ロータリターゲット群及び第２ロータリターゲット群の模式図である。 上記成膜装置における第１ロータリターゲット群及び第２ロータリターゲット群の模式図である。 上記成膜装置におけるロータリターゲットの第１距離差分、第２距離差分及び第３距離差分を示す模式図である。 上記成膜装置における第１ロータリターゲット群、第２ロータリターゲット群及び第３ロータリターゲット群の模式図である。 上記成膜装置における第１ロータリターゲット群、第２ロータリターゲット群及び第３ロータリターゲット群の模式図である。 上記成膜装置における第１ロータリターゲット群、第２ロータリターゲット群及び第３ロータリターゲット群の模式図である。 上記成膜装置におけるロータリターゲットの別の配置を示す模式図である。 比較例に係る成膜装置におけるロータリターゲットの配置を示す模式図である。 比較例に係る成膜装置における成膜レートのシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例１～５に係る成膜装置における成膜レートのシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例１～５に係る成膜装置における端部ピッチと増減率の関係を示すグラフである。 別の比較例に係る成膜装置における成膜レートのシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例１、６及び７に係る成膜装置における成膜レートのシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例１及び実施例１、２に係る成膜装置における成膜レートのシミュレーション結果を示すグラフである。 実施例１に係る成膜装置における成膜レートのシミュレーション結果を示すグラフである。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
[成膜装置について]
本実施形態に係る成膜装置について説明する。図１は本実施形態に係る成膜装置１００の模式図であり、図２は成膜装置１００の一部構成を示す模式図である。成膜装置１００はマグネトロンスパッタリング装置であり、図１及び図２に示すように、真空チャンバ１１０、複数のロータリターゲット１２０、防着板１３０、ガス導入部１４０、基板ホルダ１５０及び制御部１６０を備える。基板ホルダ１５０には成膜対象物である基板Ｓが装着されている。
真空チャンバ１１０は、内部空間１１１を形成する。真空チャンバ１１０にはガス供給系１１２及び排気系１１３が接続されている。ガス供給系１１２はガス導入部１４０に接続され、後述するスパッタリング用ガスをガス導入部１４０に供給する。排気系１１３は図示しない真空ポンプに接続され、内部空間１１１を真空排気する。
図３は１本のロータリターゲット１２０を示す斜視図である。各ロータリターゲット１２０は中心軸１２１の周りに回転可能に構成されており、成膜装置１００が備える複数のロータリターゲット１２０は、それぞれの中心軸１２１が互いに平行となるように配置されている。以下、各中心軸１２１の延伸方向をＹ方向とする。
図２に示すように複数のロータリターゲット１２０は中心軸１２１に直交する一方向（Ｚ方向)において基板Ｓと対向する。ロータリターゲット１２０の配置については後述する。なお、図１では１６本のロータリターゲット１２０を示すが、成膜装置１００が備えるロータリターゲット１２０の数は特に限定されず、基板Ｓのサイズに応じて適宜変更される。
図４は一つのロータリターゲット１２０を示す断面図である。同図に示すようにロータリターゲット１２０はターゲット部１２３及び磁石ユニット１２４を備える。ターゲット部１２３はターゲット材料からなり、中心軸１２１を中心とする円筒形状を有する。成膜装置１００により成膜可能な成膜材料は特に限定されないが、例えばＩＧＺＯ（Indium Gallium Zinc Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)、ＩＡＺＯ（Indium Aluminum Zinc Oxide）、ＩＡＴＯ（Indium Aluminum Tin Oxide）等の酸化物半導体であり、ターゲット材料はこれらの成膜材料に応じて選択される。以下、ターゲット部１２３の表面をターゲット面１２５とする。
磁石ユニット１２４は、図４に示すようにロータリターゲット１２０内に配置され、図示しない回転機構により回転可能に構成されている。図５は磁石ユニット１２４の回転を示す模式図である。同図に矢印で示すように、磁石ユニット１２４はターゲット部１２３の内部で中心軸１２１の周りに回転する。
図４に示すように磁石ユニット１２４は、ヨーク１２６、Ｎ極磁石１２７及びＳ極磁石１２８を備え、Ｎ極磁石１２７及びＳ極磁石１２８がロータリターゲット１２０の内部からターゲット部１２３に対向するように配置されている。図６はＮ極磁石１２７及びＳ極磁石１２８のターゲット部１２３に対する配置を示す模式図である。同図に示すようにＮ極磁石１２７はＳ極磁石１２８の周囲を囲み、Ｎ極磁石１２７及びＳ極磁石１２８は中心軸１２１の延伸方向（Ｙ方向）に沿って、ターゲット部１２３と同等の長さを有する。なお、Ｎ極磁石１２７とＳ極磁石１２８の磁極は反対であってもよい。
防着板１３０は真空チャンバ１１０への成膜材料の付着を防止する。防着板１３０の材料及び形状は特に限定されない。ガス導入部１４０はガス供給系１１２（図１参照）から供給されるスパッタリング用ガスを内部空間１１１に放出する。このスパッタリング用ガスはスパッタリングガスと反応性ガスを含む。スパッタリングガスは放電によりイオン化されるガスであり、例えばＡｒである。反応性ガスは上記イオンの衝突より生じるターゲット材料の粒子と化学反応を生じるガスであり、例えばＯ２である。ガス導入部１４０は図２に示すように防着板１３０上に設けられてもよく、内部空間１１１内の他の位置に設けられてもよい。
基板ホルダ１５０は内部空間１１１内に設けられ、基板Ｓを保持する。基板ホルダ１５０は基板Ｓの保持が可能なものであればよく、その構成は特に限定されない。制御部１６０は、電源１６１及び回転駆動部１６２を制御する。電源１６１はロータリターゲット１２０に供給される放電電力の電源であり、ＤＣ（Direct Current）電源でもよく、ＲＦ（Radio Frequency）電源、ＶＨＦ（Very High Frequency）電源等の高周波電源でもよい。回転駆動部１６２は、磁石ユニット１２４の回転機構を駆動し、磁石ユニット１２４の回転角度を制御する。
[成膜方法について]
成膜装置１００による成膜方法について説明する。図７は、成膜装置１００による成膜方法を示す模式図である。本成膜方法では、まず、排気系１１３(図１参照）により内部空間１１１を真空排気する。内部空間１１１を十分に減圧した後、ガス導入部１４０からスパッタリング用ガスを放出させる。
続いて、各ロータリターゲット１２０が備える磁石ユニット１２４を基板Ｓ側に回転させ、各ロータリターゲット１２０に放電電力の供給を開始する。この放電電力によりロータリターゲット１２０と基板Ｓの間に放電が生じ、スパッタリングガスがプラズマ化する。このプラズマはＮ極磁石１２７及びＳ極磁石１２８によって生成された磁場内に閉じ込められ、図７に示すように高密度プラズマＨを形成する。
高密度プラズマＨを形成するイオンはターゲット面１２５に衝突し、ターゲット材料の粒子を飛散させる。飛散したターゲット材料の粒子は反応性ガスと反応しながら基板Ｓ上に堆積し、膜を形成する。このまま放電電力の供給を継続し、膜厚が所望の厚みとなるまで維持する。成膜中では図５に示すように磁石ユニット１２４を揺動させることができ、これにより膜質及び膜厚分布のさらなる均一化が可能である。
成膜装置１００による成膜は以上のようにして行われる。なお、上述した成膜プロセスは、成膜装置１００を用いてユーザが実施してもよく、制御部１６０が電源１６１及び回転駆動部１６２を制御して実施してもよい。
[ロータリターゲットの配置について]
ロータリターゲット１２０の配置について説明する。図８はロータリターゲット１２０の配置を示す模式図である。同図に示すように成膜装置１００は１６本のロータリターゲット１２０を備えるものとし、図中左からロータリターゲット１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ…１２０ｐとする。ロータリターゲット１２０ｈ、１２０ｉは中央部のロータリターゲット１２０であり、ロータリターゲット１２０ａ、１２０ｐは端部のロータリターゲット１２０である。ロータリターゲット１２０の基板Ｓに対する配置は、ロータリターゲット１２０ｈとロータリターゲット１２０ｉの間の中央線Ｃを挟んで対称であり、以下左半分のロータリターゲット１２０の配置について説明する。
また、図８に示すように、各ロータリターゲット１２０と基板Ｓの距離を対基板距離Ｌとする。各ロータリターゲット１２０は中央部のロータリターゲット１２０から端部のロータリターゲット１２０にかけて対基板距離Ｌが次第に小さくなるように配置されている。具体的にはロータリターゲット１２０ｈからロータリターゲット１２０ａにかけて対基板距離Ｌが次第に小さくなり、ロータリターゲット１２０ｉからロータリターゲット１２０ｐにかけて対基板距離Ｌが次第に小さくなる。ロータリターゲット１２０ｈとロータリターゲット１２０ｉは対基板距離Ｌが同一である。
図９は各ロータリターゲット１２０のピッチＰ、距離差分ΔＬ及び傾斜角度θを示す模式図である。ロータリターゲット１２０のピッチＰは隣接するロータリターゲット１２０の中心軸１２１間の距離である。各ロータリターゲット１２０のピッチＰは同一であり、１９０ｍｍ以上２９０ｍｍ以下が好適である。
距離差分ΔＬは特定のロータリターゲット１２０の対基板距離Ｌと、その特定のロータリターゲット１２０に隣接するロータリターゲット１２０の対基板距離Ｌの差分である。ロータリターゲット１２０ｈのように隣接するロータリターゲット１２０ｉと対基板距離Ｌが同一の場合、対基板距離Ｌが異なるロータリターゲット１２０ｇとの対基板距離Ｌとの差分を距離差分ΔＬとする。距離差分ΔＬは１ｍｍ以上が好適である。
また、隣接するロータリターゲット１２０の中心軸１２１を含む平面Ｈ１と基板Ｓに平行な平面Ｈ２がなす角を傾斜角度θとする。ロータリターゲット１２０ｈのように隣接するロータリターゲット１２０ｉと対基板距離Ｌが同一の場合、ロータリターゲット１２０ｈの中心軸１２１と、対基板距離Ｌが異なるロータリターゲット１２０ｇの中心軸１２１を含む平面Ｈ１と平面Ｈ２がなす角を傾斜角度θとする。傾斜角度θは０．２°以上が好適である。
図１０はピッチＰと傾斜角度θの関係を示すグラフである。同図に示すように、距離差分ΔＬが１ｍｍ以上である場合、ピッチＰを１９０ｍｍ以上２９０ｍｍ以下とするには傾斜角度θを０．２°以上とすればよい。したがって、傾斜角度θは０．２°以上が好適である。
図１１乃至図１４はロータリターゲット１２０の位置による距離差分ΔＬを示す模式図である。上述のように、ロータリターゲット１２０ｈは複数のロータリターゲット１２０の中央部に位置し、ロータリターゲット１２０ａは複数のロータリターゲット１２０の端部に位置する。図１１に示すように、中央部の距離差分ΔＬであるロータリターゲット１２０ｈとロータリターゲット１２０ｇの距離差分ΔＬを第１距離差分ΔＬ１とする。また、端部の距離差分ΔＬであるロータリターゲット１２０ａとロータリターゲット１２０ｂの距離差分ΔＬを第２距離差分ΔＬ２とする。
ここで、成膜装置１００では第２距離差分ΔＬ２が第１距離差分ΔＬ１より大きくなるように構成されている。第２距離差分ΔＬ２は第１距離差分ΔＬ１の２倍以上が好適であり、第１距離差分ΔＬ１は例えば５ｍｍ、第２距離差分ΔＬ２は例えば１０ｍｍである。また、中央部と端部の間の各距離差分ΔＬ、即ちロータリターゲット１２０ｇとロータリターゲット１２０ｂの間の各距離差分ΔＬは第１距離差分ΔＬ１以上第２距離差分ΔＬ２以下である。
具体的には図１２に示すように、ロータリターゲット１２０は第１ロータリターゲット群１５１及び第２ロータリターゲット群１５２を含むものであってもよい。第１ロータリターゲット群１５１は、中央部のロータリターゲット１２０ｈを含み、距離差分ΔＬが第１距離差分ΔＬ１である複数のロータリターゲット１２０を含む。第２ロータリターゲット群１５２は、端部のロータリターゲット１２０ａを含み、距離差分ΔＬが第２距離差分ΔＬ２である複数のロータリターゲット１２０を含む。第１ロータリターゲット群１５１と第２ロータリターゲット群１５２に含まれるロータリターゲット１２０の数は特に限定されず、図１３及び図１４に示すように変更することも可能である。
また、ロータリターゲット１２０の配置は次の様にすることも可能である。図１５及び図１８はロータリターゲット１２０の位置による距離差分ΔＬを示す模式図である。これらの図に示すロータリターゲット１２０ｃは中央部のロータリターゲット１２０ｈと端部のロータリターゲット１２０ａの中間部に位置する。図１５に示すように、中間部の距離差分ΔＬであるロータリターゲット１２０ｃとロータリターゲット１２０ｂの距離差分ΔＬを第３距離差分ΔＬ３とする。上述したように、中央部の距離差分ΔＬは第１距離差分ΔＬ１であり、端部の距離差分ΔＬは第２距離差分ΔＬ２である。なお、中間部の距離差分、即ち第３距離差分ΔＬ３はロータリターゲット１２０ｂとロータリターゲット１２０ｇの間の距離差分ΔＬのうちいずれか１つ以上であってもよい。
ここで、成膜装置１００では中間部の第３距離差分ΔＬ３が第２距離差分ΔＬ２より小さく、第１距離差分ΔＬ１より大きくなるように構成されている。第１距離差分ΔＬ１は例えば２ｍｍ、第２距離差分ΔＬ２は例えば３５ｍｍ、第３距離差分ΔＬ３は例えば１０ｍｍである。また、中央部と中間部の間の各距離差分ΔＬ、即ちロータリターゲット１２０ｇとロータリターゲット１２０ｃの間の各距離差分ΔＬは第１距離差分ΔＬ１以上第３距離差分ΔＬ３以下であり、中間部と端部の間の各距離差分ΔＬ、即ちロータリターゲット１２０ｂとロータリターゲット１２０ａの間の各距離差分ΔＬは第３距離差分ΔＬ３以上第２距離差分ΔＬ２以下である。
具体的には図１６に示すようにロータリターゲット１２０は第１ロータリターゲット群１５１、第２ロータリターゲット群１５２及び第３ロータリターゲット群１５３を含むものであってもよい。第１ロータリターゲット群１５１は、中央部のロータリターゲット１２０ｈを含み、距離差分ΔＬが第１距離差分ΔＬ１である複数のロータリターゲット１２０を含む。第２ロータリターゲット群１５２は、端部のロータリターゲット１２０ａを含み、距離差分ΔＬが第２距離差分ΔＬ２である複数のロータリターゲット１２０を含む。第３ロータリターゲット群１５３は、中間部のロータリターゲット１２０ｃを含み、距離差分ΔＬが第３距離差分ΔＬ３である複数のロータリターゲット１２０を含む。第１ロータリターゲット群１５１、第２ロータリターゲット群１５２及び第３ロータリターゲット群１５３に含まれるロータリターゲット１２０の数は特に限定されず、図１７及び図１８に示すように変更することも可能である。
ロータリターゲット１２０は以上のような配置を有する。上記説明においては左半分のロータリターゲットについて説明したが、右半分も同様である。即ち、中央部の距離差分ΔＬである第１距離差分ΔＬ１はロータリターゲット１２０ｉとロータリターゲット１２０ｊの間の距離差分ΔＬである。また、端部の距離差分ΔＬである第２距離差分ΔＬ２はロータリターゲット１２０ｏとロータリターゲット１２０ｐの間の距離差分ΔＬである。さらに、中間部の距離差分ΔＬである第３距離差分ΔＬ３を有する場合、第３距離差分ΔＬ３はロータリターゲット１２０ｊとロータリターゲット１２０ｏの間の距離差分ΔＬのうちいずれか１つ以上である。
また、ロータリターゲット１２０の本数は偶数に限られず、奇数であってもよい。図１９は１３本のロータリターゲット１２０を有する成膜装置１００におけるロータリターゲット１２０の配置を示す模式図である。この構成では各ロータリターゲット１２０は、中央部のロータリターゲット１２０ｇから端部のロータリターゲット１２０ａにかけて対基板距離Ｌが次第に小さくなり、かつ中央部のロータリターゲット１２０ｇから端部のロータリターゲット１２０ｍにかけて対基板距離Ｌが次第に小さくなるように配置されている。
この構成では中央部の距離差分ΔＬである第１距離差分ΔＬ１はロータリターゲット１２０ｇとロータリターゲット１２０ｆ又はロータリターゲット１２０ｈの間の距離差分ΔＬである。端部の距離差分ΔＬである第２距離差分ΔＬ２はロータリターゲット１２０ａとロータリターゲット１２０ｂの間の距離差分ΔＬ及びロータリターゲット１２０ｌとロータリターゲット１２０ｍの間の距離差分ΔＬである。中間部の距離差分ΔＬである第３距離差分ΔＬ３を有する場合、第３距離差分ΔＬ３はロータリターゲット１２０ｂとロータリターゲット１２０ｆの間の距離差分ΔＬのうちいずれか1つ以上及びロータリターゲット１２０ｈとロータリターゲット１２０ｌの間の距離差分ΔＬのうちいずれか１つ以上である。
以上のようにロータリターゲット１２０の本数は適宜変更可能であり、第１距離差分ΔＬ１、第２距離差分ΔＬ２及び第３距離差分ΔＬ３となるロータリターゲット１２０間の位置はロータリターゲット１２０の本数に応じた位置となる。
[成膜装置による効果について]
成膜装置１００による効果について、比較例との比較の上で説明する。図２０は比較例に係る成膜装置２００のロータリターゲット２２０及び基板Ｓを示す模式図である。ロータリターゲット２２０は本実施形態に係るロータリターゲット１２０と同一の構造を有し、中心軸２２１を有する。各ロータリターゲット２２０を図中左からロータリターゲット２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ…２２０ｐとし、右半分のロータリターゲット２２０は図示を省略する。同図に示すように成膜装置２００では各ロータリターゲット２２０と基板Ｓの距離が等しい。
また、隣接するロータリターゲット２２０の中心軸２２１間の距離をピッチとする。図２０において、ロータリターゲット２２０ａとロータリターゲット２２０ｂのピッチを端部ピッチＰＥとし、他のロータリターゲット２２０間のピッチを非端部ピッチＰＮとして示す。
図２１は、端部ピッチＰＥと非端部ピッチＰＮがいずれも２３５ｍｍである成膜装置２００による、成膜レート分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図中「２２０ａ」～「２２０ｐ」は各ロータリターゲット２２０を個別に駆動した場合の基板Ｓ上の成膜レート分布を示す。図中「ＳＵＭ」は、各ロータリターゲット２２０の成膜レート分布を合算したものであり、成膜装置２００が備える全てのロータリターゲット２２０による成膜レート分布を示す。同図に示すように、この構成では基板端部での成膜レートが小さく、ユニフォミティＵが高くなっている。
そこで、基板端部の成膜レートを向上させるため、端部ピッチＰＥを非端部ピッチＰＮに対して小さくした成膜装置２００について検討する。次の［表１］は比較例１～５に係る成膜装置２００の条件及びシミュレーション結果を示す表である。比較例１は上述のように、成膜装置２００において非端部ピッチＰＮ及び端部ピッチＰＥを２３５ｍｍとしたものである。比較例２～５は成膜装置２００において非端部ピッチＰＮを２３５ｍｍとし、端部端部ピッチＰＥを［表１］に記載の値としたものである。
Figure 2024021196000002
［表１］において「成膜レート（ＥＥ１０）」は基板端部から１０ｍｍの位置での成膜レートであり、「増減率（ＥＥ１０）」は比較例１に対する成膜レート（ＥＥ１０）の増減率である。「ユニフォミティ」は図２１に示すように基板中央部の成膜レートと基板端部の成膜レートの差異を示す。
図２２は、比較例１～５に係る成膜装置２００による成膜レート分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図２３は、比較例１～５に係る成膜装置２００における端部ピッチＰＥと増減率の関係を示すグラフである。図２２及び図２３に示すように、端部ピッチＰＥが減少すると増減率が上昇（図２２中、矢印）し、端部の成膜レートが非端部の成膜レートに接近することがわかる。しかしながら、端部ピッチＰＥを小さくするとロータリターゲット２２０間で磁場干渉が生じ、膜質に影響が生じる可能性がある。また、成膜装置のハードウェア設計上の問題から、端部ピッチＰＥのみを小さくできない場合もある。
このため、次の構成について検討する。図２４は別の比較例に係る成膜装置３００のロータリターゲット３２０及び基板Ｓを示す模式図である。ロータリターゲット３２０は本実施形態に係るロータリターゲット１２０と同一の構造を有し、中心軸３２１を有する。各ロータリターゲット３２０を図中左からロータリターゲット３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ…３２０ｐとし、右半分のロータリターゲット３２０は図示を省略する。
成膜装置３００では、隣接するロータリターゲット３２０の中心軸３２１間の距離であるピッチは各ロータリターゲット３２０の間で同一である。また、各ロータリターゲット３２０と基板Ｓの距離である対基板距離は、中央部のロータリターゲット３２０から端部のロータリターゲット３２０にかけて次第に小さくなるように各ロータリターゲット３２０が配置されている。特定のロータリターゲット３２０の対基板距離と、その特定のロータリターゲット３２０に隣接するロータリターゲット３２０の対基板距離の差分である距離差分ΔＬは各ロータリターゲット３２０の間で一定である。
次の［表２］は比較例１に係る成膜装置２００と比較例６及び７に係る成膜装置３００の条件及びシミュレーション結果を示す表である。［表２］に示すように、比較例６は成膜装置３００において距離差分ΔＬを５ｍｍとしたものであり、比較例７は成膜装置３００において距離差分ΔＬを１０ｍｍとしたものである。比較例１、６及び７においてロータリターゲット３２０のピッチはいずれも２３５ｍｍである。
Figure 2024021196000003
［表２］において「成膜レート（ＥＥ１０）」、「増減率（ＥＥ１０）」及び「ユニフォミティ」の意味は［表１］と同様である。「成膜レート（中央部）」は基板中央部での成膜レートであり、「増減率（中央部）」は比較例１に対する成膜レート（中央部）の増減率である。
図２５は、比較例１に係る成膜装置２００及び比較例６及び７に係る成膜装置３００による成膜レート分布のシミュレーション結果を示すグラフである。同図に示すように、距離差分ΔＬを大きくすると基板端部の成膜レートが上昇（図２５中、白矢印）することがわかる。しかしながら、距離差分ΔＬを大きくすると基板中央部での成膜レートが減少（図２５中、黒矢印）してしまい、成膜レート分布が不均一となる。
以上を踏まえて本実施形態に係る成膜装置１００では、各ロータリターゲット１２０のピッチＰ（図９参照）を同一とし、かつ端部の第２距離差分ΔＬ２が中央部の第１距離差分ΔＬ１より大きくなるように構成されている（図１１及び図１５参照）。次の［表３］は比較例１に係る成膜装置２００と実施例１及び２に係る成膜装置１００の条件及びシミュレーション結果を示す表である。
［表３］に示すように、実施例１は成膜装置１００（図１１参照）において第１距離差分ΔＬ１を５ｍｍ、第２距離差分ΔＬ２を１０ｍｍとしたものであり、実施例２は成膜装置１００（図１５参照）において第１距離差分ΔＬ１を２ｍｍ、第２距離差分ΔＬ２を３５ｍｍ、第３距離差分ΔＬ３を１０ｍｍとしたものである。比較例１、実施例１及び２においてロータリターゲットのピッチはいずれも２３５ｍｍである。
Figure 2024021196000004
［表３］において「成膜レート（ＥＥ１０）」、「増減率（ＥＥ１０）」及び「ユニフォミティ」の意味は［表１］と同様である。
図２６は、比較例１に係る成膜装置２００及び実施例１及び２に係る成膜装置１００による成膜レート分布のシミュレーション結果を示すグラフである。同図に示すように、実施例１及び２では比較例１に対して基板端部の成膜レート（図２５中、白印）が上昇している。一方、基板中央部では、実施例１及び２の成膜レートは比較例１の成膜レートと差異が小さく、図２５に示したような基板中央部での成膜レートの減少が生じていない。
図２７は、実施例１に係る成膜装置１００における成膜レート分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図中「１２０ａ」～「１２０ｐ」は各ロータリターゲット１２０を個別に駆動した場合の基板Ｓ上の成膜レート分布を示す。図中「ＳＵＭ」は、各ロータリターゲット１２０の成膜レート分布を合算したものであり、実施例１に係る成膜装置１００が備える全てのロータリターゲット１２０による成膜レート分布を示す。同図に示すようにこの構成では、基板端部での成膜レートと基板中央部での成膜レートの差異が小さく、ユニフォミティＵが低くなっている。
以上のように成膜装置１００では、各ロータリターゲット１２０のピッチＰを同一とし、かつ端部の第２距離差分ΔＬ２を中央部の第１距離差分ΔＬ１より大きくなるように構成することにより、基板上での成膜レート分布を均一化し、ユニフォミティを低くすることが可能である。また、各ロータリターゲット１２０のピッチＰが同一であるため、ロータリターゲット１２０間での磁場干渉による膜質への影響を回避することが可能である。
[本発明の実施形態について]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。上述の実施形態において説明した特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を任意に組み合わせることも可能である。
１００…成膜装置
１１０…真空チャンバ
１１１…内部空間
１２０…ロータリターゲット
１２１…中心軸
１２３…ターゲット部
１２４…磁石ユニット
１２５…ターゲット面
１３０…防着板
１４０…ガス導入部
１５０…基板ホルダ
１６０…制御部

Claims (7)

  1. 中心軸とターゲット面とを有し、前記中心軸の周りに回転可能な磁石を内部に備えるロータリターゲットが所定の間隔で配列され、前記中心軸が互いに平行かつ同一間隔である複数のロータリターゲットを備え、基板にスパッタリング成膜を行う成膜装置であって、
    前記ロータリターゲットと前記基板の距離を対基板距離とすると、前記複数のロータリターゲットは、中央部のロータリターゲットから端部のロータリターゲットにかけて前記対基板距離が次第に小さくなり、特定のロータリターゲットの前記対基板距離と、前記特定のロータリターゲットに隣接して前記特定のロータリターゲットとは前記対基板距離が異なるロータリターゲットの前記対基板距離の差分を距離差分とすると、前記端部の距離差分は前記中央部の距離差分より大きい
    成膜装置。
  2. 請求項１に記載の成膜装置であって、
    前記複数のロータリターゲットは、前記中央部のロータリターゲットを含む第１のロータリターゲット群と、前記端部のロータリターゲットを含む第２のロータリターゲット群とを有し、前記第１のロータリターゲット群は前記距離差分が第１距離差分であり、前記第２のロータリターゲット群は前記距離差分が前記第１距離差分より大きい第２距離差分である
    成膜装置。
  3. 請求項１に記載の成膜装置であって、
    前記中央部のロータリターゲットと前記端部のロータリターゲットの間に位置する中間部のロータリターゲットの前記対基板距離と前記中間部のロータリターゲットに隣接するロータリターゲットの前記距離差分は、前記端部のロータリターゲットの前記距離差分より小さく、前記中央部のロータリターゲットの前記距離差分より大きい
    成膜装置。
  4. 請求項３に記載の成膜装置であって、
    前記複数のロータリターゲットは、前記中央部のロータリターゲットを含む第１のロータリターゲット群と、前記端部のロータリターゲットを含む第２のロータリターゲット群と、前記中間部のロータリターゲットを含む第３のロータリターゲット群とを有し、前記第１のロータリターゲット群は前記距離差分が第１距離差分であり、前記第２のロータリターゲット群は前記距離差分が前記第１距離差分より大きい第２距離差分であり、前記第３のロータリターゲット群は前記距離差分が前記第１距離差分より大きく、前記第２距離差分より小さい第３距離差分である
    成膜装置。
  5. 請求項１から４のうちいずれか1項に記載の成膜装置であって、
    前記距離差分は１ｍｍ以上である
    成膜装置。
  6. 請求項１から４のうちいずれか1項に記載の成膜装置であって、
    前記複数のロータリターゲットは、特定のロータリターゲットの前記中心軸と、前記特定のロータリターゲットに隣接して前記特定のロータリターゲットとは前記対基板距離が異なるロータリターゲットの前記中心軸を含む平面と前記基板に平行な平面のなす角が０．２°以上である
    成膜装置。
  7. 中心軸とターゲット面とを有し、前記中心軸の周りに回転可能な磁石を内部に備えるロータリターゲットが所定の間隔で配列され、前記中心軸が互いに平行かつ同一間隔である複数のロータリターゲットを用いて基板にスパッタリング成膜を行う成膜方法であって、
    前記ロータリターゲットと前記基板の距離を対基板距離とすると、前記複数のロータリターゲットは、中央部のロータリターゲットから端部のロータリターゲットにかけて前記対基板距離が次第に小さくなり、特定のロータリターゲットの前記対基板距離と、前記特定のロータリターゲットに隣接して前記特定のロータリターゲットとは前記対基板距離が異なるロータリターゲットの前記対基板距離の差分を距離差分とすると、前記端部の距離差分は前記中央部の距離差分より大きい
    成膜方法。
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