JP4202459B2

JP4202459B2 - Sputter deposition apparatus and sputter deposition method

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Publication number: JP4202459B2
Application number: JP06617898A
Authority: JP
Inventors: 寛岩田; 英和鈴木; 勝也吉岡; 和弘檜森
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2018-03-02
Also published as: JPH11246969A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタ成膜装置に関し、特に、真空チャンバ内で一列に並べた複数のマグネトロンカソードに対しターゲットに対向させて基板を搬送し、搬送成膜にて基板表面にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、マグネトロンカソードを用いた例えばインライン型スパッタ成膜装置が知られている（例えば特開平７−１８４３５号公報）。このスパッタ成膜装置では、一般的には、真空チャンバ内に複数のマグネトロンカソードを基板搬送方向に一列状に並べ、各マグネトロンカソードのターゲットに対し順次に対向するように基板を搬送してスパッタ成膜を行うように構成される。各マグネトロンカソードでは、図９に示すように、基板に対向できるように正面にターゲット１０１を配置している。ターゲット１０１は、ボンディングプレート１０２によってカソードボディー１０３に固定されている。カソードボディー１０３の裏面には凹所１０４が形成され、この凹所１０４には、磁気回路１０５が、矢印（振幅）１０６に示すごとく基板搬送方向１０７と同じ方向に揺動可能に設けられている。磁気回路１０５は、ターゲット１０１の背面に位置し、ターゲット１０１の表面側に磁力線１０８で示される通りの磁場を作り、プラズマ１０９を発生する領域を形成するためのマグネトロン磁石ユニットである。図９において、磁気回路１０５を揺動させる揺動機構の図示は省略されている。なお磁気回路１０５を揺動させるのは、ターゲット１０１の利用効率を高めるためである。
【０００３】
上記磁力線１０８を形成するため、磁気回路１０５では、図９に示されるように、基板搬送方向にて中央にＮ極が作られ、その両側にＳ極が作られる。磁気回路１０５の構造の代表例を示すと、図１０のようになる。この磁気回路１０５には、上記Ｎ極を有する棒状の中心磁石１１０と、中心磁石１１０の周りを囲むように配置された長方形リング形状の外周磁石１１１が備えられる。かかる中心磁石１１０と外周磁石１１１は図１１に示すようにヨーク板１１２の上に固定され、こうしてマグネトロン磁石ユニットとしての磁気回路１０５が構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図９〜１０を参照して説明された従来のスパッタ成膜装置では、基板搬送方向と平行な方向に一列に配置された複数のマグネトロンカソードに関し、基板への搬送成膜で、各々のマグネトロンカソードが互いに影響を及ぼし合うことを無視して設計されており、各々のマグネトロンカソードの磁気回路１０５の揺動動作はそれぞれ独立に制御されていた。そのため、図１２に示すように、基板１１４の表面には場所によって膜厚が非常に異なる膜厚分布を持った膜１２３が形成された。
【０００５】
次に図１３〜図１６を参照して、従来のスパッタ成膜装置によれば上記膜厚分布が生じる理由を説明し、問題点を明らかにする。
【０００６】
図１３に示すようにトレイ１１３に装着された例えば２枚の基板１１４が、基板搬送方向１０７と同方向に一列に配置された複数のマグネトロンカソードに対し、そのターゲットに順次に対向して移動しながらスパッタ成膜されるとする。このとき、基板の移動速度は一定速度Ｖ_Sとし、さらに各マグネトロンカソードにおける磁気回路１０５の平均揺動速度の大きさＶ_Mは基板搬送速度Ｖ_Sに等しいものとし、同方向をプラス、逆方向をマイナスで表すものとする。図１４は、１つのマグネトロンカソード１１５において、搬送中の基板１１４が成膜される様子を示している。マグネトロンカソード１１５の構成は、図９を参照して説明した構成と同じである。磁気回路１０５は図９に示すように距離Ｌ_Xの振幅１０６で揺動運動している。磁気回路１０５の揺動運動に同期して磁力線１０８がターゲット１０１上を揺動運動し、プラズマ１０９が距離Ｌ_Xの振幅１１８で揺動運動をすることになる。
【０００７】
図１５を参照して時間経過（時刻１〜３）に伴う基板１１４での成膜状態の変化を説明する。時刻１は、基板１１４とマグネトロンカソード１１５の位置関係において、一定の基板搬送速度Ｖ_Sで移動する基板１１４に対して同方向１２４にＶ_Mなる平均速度でプラズマ１０９が移動することによって、基板上に厚く堆積した膜１１９の形成が終わった瞬間である。時刻２は、上記基板搬送速度と逆方向１２５の−Ｖ_Mなる平均速度でプラズマ１０９が移動することによって、基板上に薄く堆積した膜１２０の形成が終わった瞬間である。さらに時刻３は、上記基板搬送速度と同方向１２４のＶ_Mなる平均速度でプラズマ１０９が移動することによって、基板上に厚く堆積した膜１２１の形成が終わった瞬間である。時刻３の後の時間にも上記の時刻１、時刻２、時刻３と同じ現象が繰り返される。これにより、図１６に模式的に示すような、基板搬送方向に不均一の（凹凸が生じた）膜厚分布をもった膜１２２が形成されることになる。ただし実際には、図１２に示すように基板搬送方向に曲面状凹凸の膜厚分布を持った膜１２３が形成される。以上述べたように、従来のスパッタ成膜装置によれば、基板搬送方向に不均一な膜厚分布が発生するという根本問題が存在した。さらに膜種によっては膜質分布が不良になるという問題も併せて存在していた。
【０００８】
上記問題を解決するための従来手法の例として、前述の特開平７−１８４３５号公報では、放電電力を制御し成膜速度を制御して膜厚分布を改善することが試みられた。しかし、問題解決の手法として理論的に議論することは可能であっても、実用上は有効に問題を解決することはできない。
【０００９】
また他の解決手法としては、基板搬送方向における磁気回路１０５の揺動運動の速度を大きくするということも考えられた。上記従来例では磁気回路の揺動運動については例えば３秒で往復させるようにしていたが、これを例えば２０倍以上の高速にして揺動させるという考えが提案された。しかしながら、磁気回路１０５を構成するマグネトロン磁石ユニットはかなりの重量物（例えば３０Ｋｇ）であるので、実際上高速の揺動運動を行わせることは不可能であり、無理に行っても機械的に破損が生じ、寿命が短くなるという問題が生じた。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、複数のマグネトロンカソードを並べて配置した真空チャンバで基板を搬送しながらスパッタ成膜を行うスパッタ成膜装置において、各マグネントロンカソードにおける磁気回路の揺動運動の位相関係等を調整し、基板搬送方向の膜厚分布と膜質分布の均一性と安定性を向上したスパッタ成膜装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るスパッタ成膜装置は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
第１のスパッタ成膜装置（請求項１に対応）は、真空チャンバ内に少なくとも２つのマグネトロンカソードを並べて配置し、基板をマグネロンカソードに順次に対向させながら搬送し、搬送中に基板にスパッタ成膜を行うように構成され、さらに、マグネトロンカソードの各々は、スパッタ成膜時に基板に対向する位置にあるターゲットと、このターゲットの背面で基板搬送方向に揺動しターゲットの表面に揺動磁場を作る磁気回路を備え、隣接する任意の２つのマグネトロンカソードの各々における磁気回路の揺動運動の位相関係について、磁気回路の揺動周期をＴ _Ｘ、２つのマグネトロンカソードのうち、一方の磁気回路の揺動周期Ｔ _Ｘとの位相のずれ時間をｔ _Ｘ０とし、見掛け上の時間ｔ _Ｘとして、ずれ時間ｔ _Ｘ０と、移動する任意の点が一方のマグネトロンカソードの中心から他方のマグネトロンカソードの中心まで移動するのに要する時間ｔ _１との和で表すとき、見掛け上の時間ｔ _Ｘは、揺動周期Ｔ _Ｘの（整数＋０．５）倍である、という位相関係を満たす構成を備えたことを特徴とする。複数のマグネトロンカソードの関係を位相関係という観点から関連づけ、各マグネトロンカソードから搬送中の基板への順次のスパッタ成膜において、互いの影響が相殺条件（各マグネトロンカソードで形成された膜の厚み等の凹凸変動を解消する条件）を満たすようにそれらの位相関係を設定し、基板に堆積される膜の膜厚分布等を均一性および安定性の点で良好なものとする。
第２のスパッタ成膜装置（請求項２に対応）は、上記第１の構成において、２つのマグネトロンカソードの各々における磁気回路の揺動運動を、見掛け上の時間ｔ _Ｘが揺動周期Ｔ _Ｘの（整数＋０．５）倍であるという位相関係が満たされるように同期させる制御手段を設けたことを特徴とする。相殺条件は、揺動する磁気回路の位相関係に基づいて実現することができる。
第３のスパッタ成膜装置（請求項３に対応）は、上記第２の構成において、マグネトロンカソードの個数がａであるとき、隣接するマグネトロンカソードの磁気回路の揺動運動の間で３６０度／ａの位相差を持たせるように構成される。
第４のスパッタ成膜装置（請求項４に対応）は、上記第１の構成において、上記２つのマグネトロンカソードの各々の間の位置関係によって上記位相のずれを設定し、マグネトロンカソードの各々における磁気回路の揺動運動の位相は同じであるように構成される。磁気回路の揺動運動は各カソードで同じのままで、カソード間の位置関係を調整することで上記相殺条件を達成することもできる。
本発明に係るスパッタ成膜方法（請求項５に対応）は、真空チャンバ内に少なくとも２つのマグネトロンカソードを並べて配置し、基板をマグネロンカソードに順次に対向させながら搬送し、搬送中に基板にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜方法であって、マグネトロンカソードの各々は、スパッタ成膜時に基板に対向する位置にあるターゲットと、このターゲットの背面で基板搬送方向に揺動しターゲットの表面に揺動磁場を作る磁気回路を備え、隣接する任意の２つのマグネトロンカソードの各々における磁気回路の揺動運動の位相関係について、磁気回路の揺動周期をＴ _Ｘ、２つのマグネトロンカソードのうち、一方の磁気回路の揺動周期Ｔ _Ｘとの位相のずれ時間をｔ _Ｘ０とし、見掛け上の時間ｔ _Ｘとして、ずれ時間ｔ _Ｘ０と、移動する任意の点が一方のマグネトロンカソードの中心から他方のマグネトロンカソードの中心まで移動するのに要する時間ｔ _１との和で表すとき、見掛け上の時間ｔ _Ｘは、揺動周期Ｔ _Ｘの（整数＋０．５）倍である、という位相関係を満たす、ことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明に係るスパッタ成膜装置の代表的な実施形態を示し、本装置はインライン型スパッタ成膜装置である。図１は装置を上から見てその内部構成を示している。
【００１４】
まずスパッタ成膜装置の基本的な構成を説明する。図１で、スパッタ成膜装置を構成するロードロックチャンバ１００とスパッタ成膜チャンバ２００とアンロードロックチャンバ３００は、各々ゲートバルブ４０２，４０３で区切られて直列に配置されている。スパッタ成膜チャンバ２００の両側側壁の内面には、本発明の特徴であるマグネトロンカソード（以下カソードと呼ぶ）１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８が基板搬送方向と同一方向（平行な方向）に一列状に並べて設けられている。一列に並べられたカソードの個数は、少なくとも２基あればよい。本実施形態では好ましい例としてそれぞれ４基のカソード１１〜１４，１５〜１８を並べた構成を示している。ロードロックチャンバ１００とアンロードロックチャンバ３００はドライポンプ（図示せず）で排気され、スパッタ成膜チャンバ２００はクライオポンプ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄで排気されている。かかるスパッタ成膜チャンバ２００で、２組のトレイ２に装着された計４枚の基板３が、図１中左側から右側に向かってトレイ搬送機構（図示せず）によって搬送される。基板３は、搬送中に、カソード１１〜１４および１５〜１８によってスパッタ成膜される。なお４０１は基板を搬入する入口バルブ、４０４は基板を搬出する出口バルブである。矢印４は基板の搬送方向を示している。
【００１５】
次に本実施形態の特徴的な構成を説明する。ここでは説明を簡単にするため、図１の下側片面に設けられたカソード１１〜１４に関して説明する。図２は、図１においてＡ方向から見たカソード１１〜１４の配列状態を示している。カソード１２〜１４は、カソード１１との間隔（各々の中心線の間の距離として定義される）が各々Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃となるように位置関係が保持されている。これらの間隔Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃は任意に設定できる。例えばＳ₂がＳ₁の２倍、Ｓ₃がＳ₁の３倍になっている必要は必ずしもない。各カソードの構成は、前述の図９等を参照して説明した構成と同じである。各カソードでは基板３に対向する側にターゲットが配置される。以下の説明では、カソードや揺動する磁気回路の構成に関しては図９に示した符号を用いて説明する。
【００１６】
上記のように配列された４つのカソード１１〜１４に対して、基板３を各カソードのターゲット１０１に対向させながら順次に搬送し、基板表面にスパッタ成膜を行う。このとき、従来通りの構成によれば、カソード１１〜１４の各々の磁気回路１０５の揺動運動の間で位相関係に関して前述の通り何も考慮されていないため、膜の厚みについて大きな変動が生じた。膜厚分布の不均一性が増長されるので、以下これを「増長条件」と呼ぶ。これに対して、本実施形態の構成では以下に説明するようにカソード１１〜１４の各々の磁気回路１０５の揺動運動の間で位相関係に関して所定の同期関係が生じるように設定される。そのため、基板３に堆積する膜の厚みの変動（凹凸）が相殺され、膜厚分布の均一性が向上する。以下、膜厚分布を良好にする条件を「相殺条件」と呼ぶことにする。
【００１７】
図３を参照して、上記の増長条件と相殺条件の観点で比較しながら、本実施形態のカソード１１〜１４で設定された磁気回路の揺動に関しての同期関係を説明する。図３では、説明の簡略化のため、２基のカソード１１，１２による基板成膜に限定して説明する。カソード１１，１２を基板搬送方向と同方向に並べて設置し、基板の搬送成膜を行うと、カソード１１による成膜とカソード１２による成膜の関係について、基板における膜厚分布が増長する条件と、相殺する条件が存在する。
【００１８】
増長条件とは、図３の（Ａ）増長条件で示すようにカソード１１で基板３上に厚く堆積した膜部分６と同じ位置に、カソード１２でも同様に厚く堆積した膜部分６ａが形成され、カソード１１で基板３上に薄く堆積した膜部分７と同じ位置に、カソード１２でも同様に薄く堆積した膜部分７ａが形成されるという条件である。このときの装置構成上の条件は、基板搬送速度Ｖ_S、平均揺動速度の大きさ｜Ｖ_M｜、任意の点がカソード１１の中心からカソード１２の中心まで移動するのに要する時間ｔ₁、基板搬送方向の揺動周期Ｔ_X、カソード１１の中心からカソード１２の中心までの距離Ｓ₁、磁気回路１０５の基板搬送方向の揺動振幅Ｌ_Xとすると、Ｔ_X＝２Ｌ_X／｜Ｖ_M｜，ｔ_X＝ｔ_X0＋ｔ₁，ｔ₁＝Ｓ₁／Ｖ_Sの関係から、下記の（１）式が導かれる。
【００１９】
【数１】
ｔ_X＝ｔ_X0＋｛Ｓ₁｜Ｖ_M｜／（２Ｌ_XＶ_S）｝・Ｔ_X …（１）
【００２０】
上記のｔ_X0はカソード１１の磁気回路１０５の揺動周期Ｔ_Xとカソード１２の磁気回路１０５の揺動周期Ｔ_Xとの位相のずれ時間を意味し、０≦ｔ_X0＜Ｔ_Xで規定される。またｔ_Xはこのずれ時間ｔ_X0を加味したときの見掛上の時間を意味する。なおｔ_X0は揺動周期Ｔ_Xに関する位相のずれ時間であるので、ｔ_X0＝ｎ_X1Ｔ_X（０≦ｎ_X1＜１）と定義できる。よって上記（１）式は下記の（２）式のように書き換えることができる。
【００２１】
【数２】
ｔ_X＝｛ｎ_X1＋Ｓ₁｜Ｖ_M｜／（２Ｌ_XＶ_S）｝・Ｔ_X …（２）
【００２２】
今、図３の（Ａ）増長条件ではカソード１１とカソード１２の揺動周期が同期しているので、ｎ_X1＝０となり、｜Ｖ_M｜＝Ｖ_Sで考えているので、上記（２）式は下記の（３）式のように簡略化される。
【００２３】
【数３】
ｔ_X＝｛Ｓ₁／（２Ｌ_X）｝・Ｔ_X …（３）
【００２４】
図３では、Ｓ₁＝４Ｌ_Xとして設定しているので、（３）式は次の（４）式となる。
【００２５】
【数４】
ｔ_X＝２Ｔ_X …（４）
【００２６】
一方、上記相殺条件とは、図３の（Ｂ）相殺条件で示すように、カソード１１で基板３上に厚く堆積した膜部分６と同じ位置にカソード１２で薄く堆積した膜部分７ａが形成され、反対にカソード１１で基板３上に薄く堆積した膜部分７と同じ位置にカソード１２で厚く堆積した膜部分６ａが形成されるという条件である。図３の（Ｂ）相殺条件の場合は、カソード１１とカソード１２の磁気回路１０５の揺動周期が１／２周期ずれているので、（２）式においてｎ_X1＝０．５となる。また｜Ｖ_M｜＝Ｖ_SとＳ₁＝４Ｌ_Xは増長条件と同じなので、上記（２）式は下記の（５）式となる。
【００２７】
【数５】
ｔ_X＝２．５Ｔ_X …（５）
【００２８】
上記において、（４）式と（５）式を比較すると、ｔ_XがＴ_Xの整数倍のときは膜厚分布が増長され、（整数＋０．５）倍のときは膜厚分布が相殺されることが解る。そこで（２）式においてｎ_X1＋Ｓ₁｜Ｖ_M｜／（２Ｌ_XＶ_S）＝ｋ_X1と定義すると、ｋ_X1が整数倍のとき膜厚分布が増長され、（整数＋０．５）倍のとき膜厚分布が相殺されることになる。ここで「ｋ_X1」は見掛上の位相差（基板の搬送による影響を加味）を意味する。この定義からｎ_X1（一般的にｎ_Xi：ｉ＝１，２，３）を求めると、下記の式のようになる。ただし第２式にはＴ_X＝２Ｌ_X／｜Ｖ_M｜を代入した。
【００２９】
【数６】
ｎ_Xi＝ｋ_Xi−Ｓ_i｜Ｖ_M｜／（２Ｌ_XＶ_S）
＝ｋ_Xi−Ｓ_i／（Ｖ_SＴ_X） …（６）
【００３０】
以上に述べた相殺条件を用いて改善した膜厚分布を模式的に表すと、図４のようになる。すなわち、カソード１１によって薄く堆積された膜部分７の上にはカソード１２によって厚く堆積された膜部分６ａが堆積し、カソード１１によって厚く堆積された膜部分６の上にはカソード１２によって薄く堆積された膜７ａが堆積し、結果として、各カソードによる成膜での膜厚分布の凹凸が相殺され、膜厚分布の良好な膜２０が形成される。実際の成膜においても、図５（Ａ）に示すように、カソード１１により成膜される膜１４１とカソード１２により成膜される膜１４２が膜厚分布を相殺する形で重なり合い、結果として、図５（Ｂ）に示す膜１４３のように膜厚分布が改善される。なお以降では、カソード１１に対する各カソードの揺動周期のずれ、すなわちｎ_X1，ｎ_X2，ｎ_X3，…を実際の位相差と呼ぶ。カソードの個数を３基、４基と増設していくと、ｎ_X2，ｎ_X3，…を考える必要性が生じる。
【００３１】
本実施形態では、上記理論を応用して、スパッタ成膜チャンバ２００の片面に４基のカソード１１〜１４を配置し、基板搬送速度等の揺動位相パラメータの値を適宜に設定して成膜を行った結果、図５（Ｂ）に示すように膜厚分布が実際に改善された。また膜種によっては膜質変化も低減することができた。
【００３２】
次に、図３（Ｂ）を参照して説明した相殺条件に基づくスパッタ成膜を、他の発明把握の観点に基づいて説明する。この説明では、一例として、基板３を搬送させながら４基のカソード１１〜１４によるスパッタ成膜を完了したとき、カソード１１に対するカソード１２〜１４の各々に設けた磁気回路１０５の見掛上の揺動位相差ｋを０．２５とした場合、すなわち各々の磁気回路１０５の揺動で９０度ずつ位相差を設定した場合における膜形成の状態の変化を明らかにする。図６は、カソード１１〜１４による成膜の経過を、カソード１１による１層目からカソード１４による４層目までの成膜状態を示している。カソード１１〜１４の各々によって膜２１〜２４が形成されると、膜２１〜２４の各々は凹凸を有しているが、各膜の成膜では上記のように磁気回路１０５の揺動運動に位相差が設定されているので、カソード１１〜１４による成膜が完了したとき、当該位相差に基づいて最終的な膜の表面では凹凸が相殺される。こうして膜厚分布が良好な膜をスパッタ成膜を行うことができる。
【００３３】
前述の例では４基のカソードが設けられたが、一般的にカソードの個数がａ基の場合（ａは２以上の整数）にも、その位相差を３６０度／ａとすることにより、同様に膜厚分布の良好なスパッタ成膜を行うことができる。
【００３４】
次に、図７を参照して他の相殺条件を説明する。前述の実施形態では、カソード１１〜１４の各々における磁気回路１０５の揺動運動に所定の位相差を設定することにより、磁気回路の揺動運動を所定位相関係を満たすように同期させたものであるのに対して、本実施形態では磁気回路の揺動運動の位相は各カソードで同じとし、代わりにカソードの間の距離を所定関係に設定し位相のずれを設定する。
【００３５】
この相殺条件の場合には、カソード１１と１２の揺動周期のずれはないので、上記（２）式においてｎ_X1＝０となる。また｜Ｖ_M｜＝Ｖ_Sは増長条件と同じだが、Ｓ₁＝３Ｌ_Xとなっているので、（２）式は下記の（７）式となる。
【００３６】
【数７】
ｔ_X＝１．５Ｔ_X …（７）
【００３７】
（７）式においても、ｔ_XがＴ_Xの（整数＋０．５）倍となり、各カソードによる膜厚分布が相殺されることが解る。本実施形態のよる相殺条件の場合には位相制御系が不要となるという利点を有し、搬送速度に変更がない場合に都合がよい。
【００３８】
図８は、本実施形態において各カソードにおける磁気回路の揺動の位相制御を行う制御系の構成を示し、位相差を順次に生成する制御の流れを示している。
【００３９】
図８において、サーボモータ３１はカソード１１の磁気回路１０５の揺動機構（図示せず）を動作させる駆動装置であり、サーボモータ３２はカソード１２の磁気回路の揺動機構を動作させる駆動装置であり、サーボモータ３３はカソード１３の磁気回路の揺動機構を動作させる駆動装置であり、サーボモータ３４はカソード１１の磁気回路の揺動機構を動作させる駆動装置である。サーボモータ３１〜３４の各々はエンコーダ４１〜４４を備えている。
【００４０】
サーボモータ３１の動作はエンコーダ４１を介してサーボコントローラ４６へフィードバック５３で戻され、サーボコントローラ４６で即座に補正を加えられた制御データがサーボドライバ４５に送られ、そこから補正出力５２がサーボモータ３１へ送られる。これによりサーボモータ３１の制御ループが作られ、サーボモータ３１を安定して回転させる。上記フィードバック５３のデータは同時に位相コンパレータ４８にも送られ、別のサーボコントローラ４９で補正を加え、他のサーボモータ３２〜３４を駆動するためのサーボドライバスレーブ４７ａ，４７ｂ，４７ｃに送られる。各々のサーボドライバスレーブ４７ａ，４７ｂ，４７ｃからの出力５２ａ，５２ｂ，５２ｃはそれぞれサーボモータ３２，３３，３４を駆動させる。
【００４１】
上記サーボモータ３２〜３４の各々と連動したエンコーダ４２〜４４からはフィードバック５３ａ，５３ｂ，５３ｃが位相コンパレータ４８に送られる。位相コンパレータ４８は、モータ位相設定器５１で各モータ位相設定値に基づき指定された位相差を位相設定器５０を介して受け取り、即座にサーボコントローラ４９に補正値を送ることで制御ループが作られ、サーボモータ３２〜３４は指定された前述の位相差を保ちつつ、安定した回転運動を行う。
【００４２】
以上の制御系により、各カソード１１〜１４の磁気回路１０５の揺動運動に関し前述の所定位相差を持った安定した揺動運動を実現できる。その結果、高いターゲット利用効率を維持しつつ、揺動周期（往復に要する時間）を長くしてもスパッタ成膜された基板上の薄膜の膜厚分布と膜質分布を良好なものに改善できるため、揺動機構の寿命を大幅に延ばすことが実現できた。
【００４３】
上記の実施形態ではカソード１１〜１４について説明したが、カソード１５〜１８の動作についても同様に制御されまたは同様な構成を有する。
【００４４】
本実施形態では、基板搬送方向の揺動運動に関して単振動の揺動運動を応用したが、これは必ずしも単振動に限ることなく、等速度運動のような他の運動であっても一向に差し支えない。また本発明に係るスパッタ成膜装置は、インライン型には限定されず、バッチ型あるいは枚葉型のものであってもかまわない。さらに本実施形態では、スパッタ成膜チャンバに平行に配列された２組のトレイ２を導入した両面成膜形式のスパッタ成膜装置を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、複数のマグネトロンカソードを一列に並べて設置してなり、各カソードのターゲット背面に配置される磁気回路を基板搬送方向に対して平行な方向に揺動するスパッタ成膜装置において、各磁気回路の揺動運動を所定の位相関係を満足するように同期させ、各カソードごとに制御できるように構成したため、カソードの持つ利点である高いターゲット利用効率を維持しつつ、揺動周期を長くしても、基板上にスパッタ成膜された薄膜の膜厚分布と膜質分布の特性を向上することができる。さらに揺動機構の寿命を大幅に延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスパッタ成膜装置の実施形態を示す構成図である。
【図２】カソードの配列状態を示す図である。
【図３】基板の搬送成膜における増長条件と相殺条件を比較説明する図である。
【図４】成膜状態を説明する断面図である。
【図５】堆積した膜が相殺された状態を示す図である。
【図６】他の観点から成膜過程を説明する経過図である。
【図７】他の相殺条件を説明する縦断面図である。
【図８】各磁気回路の揺動運動に所定の位相関係を与える制御系の構成図である。
【図９】従来におけるマグネトロンカソードの構造を示す縦断面図である。
【図１０】磁気回路の平面図である。
【図１１】図１０におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】従来のマグネトロンカソードによる実際の成膜状態を示す図である。
【図１３】トレイに装備された基板の一例を示す正面図である。
【図１４】基板がマグネトロンカソードからスパッタ成膜を受ける状態を示す図である。
【図１５】従来のマグネトロンカソードによる成膜の状態変化を示す経過図である。
【図１６】従来のマグネトロンカソードで堆積された膜の状態を示す図である。
【符号の説明】
２トレイ
３基板
４基板搬送方向
１１〜１８マグネトロンカソード
１０１ターゲット
１０３カソードボディ
１０５磁気回路
２００スパッタ成膜チャンバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputter deposition apparatus, and in particular, a sputter deposition method in which a substrate is transported facing a target against a plurality of magnetron cathodes arranged in a line in a vacuum chamber, and sputter deposition is performed on the substrate surface by transport deposition. The present invention relates to a membrane device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, an in-line type sputtering film forming apparatus using a magnetron cathode is known (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-18435). In this sputter deposition apparatus, in general, a plurality of magnetron cathodes are arranged in a line in the substrate transport direction in a vacuum chamber, and the substrate is transported so as to sequentially face the targets of each magnetron cathode to perform sputtering. Configured to do membrane. In each magnetron cathode, as shown in FIG. 9, a target 101 is arranged in front so as to face the substrate. The target 101 is fixed to the cathode body 103 by a bonding plate 102. A recess 104 is formed on the back surface of the cathode body 103, and a magnetic circuit 105 is provided in the recess 104 so as to be swingable in the same direction as the substrate transport direction 107 as indicated by an arrow (amplitude) 106. . The magnetic circuit 105 is a magnetron magnet unit that is located on the back surface of the target 101, generates a magnetic field as indicated by the magnetic field lines 108 on the surface side of the target 101, and forms a region for generating plasma 109. In FIG. 9, the swing mechanism that swings the magnetic circuit 105 is not shown. The reason why the magnetic circuit 105 is swung is to increase the utilization efficiency of the target 101.
[0003]
In order to form the magnetic lines of force 108, in the magnetic circuit 105, as shown in FIG. 9, an N pole is formed in the center in the substrate transport direction, and S poles are formed on both sides thereof. A typical example of the structure of the magnetic circuit 105 is shown in FIG. The magnetic circuit 105 includes a rod-shaped center magnet 110 having the north pole and a rectangular ring-shaped outer periphery magnet 111 arranged so as to surround the center magnet 110. The central magnet 110 and the outer peripheral magnet 111 are fixed on a yoke plate 112 as shown in FIG. 11, and thus a magnetic circuit 105 as a magnetron magnet unit is configured.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional sputter deposition apparatus described with reference to FIGS. 9 to 10, a plurality of magnetron cathodes arranged in a line in a direction parallel to the substrate transport direction, each of the magnetron cathodes is transported to the substrate. Are designed to ignore the influence of each other, and the swinging operation of the magnetic circuit 105 of each magnetron cathode is controlled independently. For this reason, as shown in FIG. 12, a film 123 having a film thickness distribution having a very different film thickness depending on the location is formed on the surface of the substrate 114.
[0005]
Next, with reference to FIG. 13 to FIG. 16, the reason why the film thickness distribution is generated according to the conventional sputter film forming apparatus will be described, and the problems will be clarified.
[0006]
As shown in FIG. 13, for example, two substrates 114 mounted on the tray 113 move sequentially facing the targets with respect to a plurality of magnetron cathodes arranged in a line in the same direction as the substrate transport direction 107. Suppose that sputtering film formation is performed. At this time, the moving speed of the substrate is a constant speed V_SFurthermore, the magnitude V of the average oscillation speed of the magnetic circuit 105 in each magnetron cathode_MIs the substrate transfer speed V_SThe same direction is represented by plus and the opposite direction is represented by minus. FIG. 14 shows a state in which the substrate 114 being transported is formed on one magnetron cathode 115. The configuration of the magnetron cathode 115 is the same as that described with reference to FIG. The magnetic circuit 105 has a distance L as shown in FIG._XOscillating motion with an amplitude of. The magnetic field lines 108 oscillate on the target 101 in synchronization with the oscillating motion of the magnetic circuit 105, and the plasma 109 moves at a distance L_XOscillates at an amplitude 118.
[0007]
With reference to FIG. 15, the change in the film formation state on the substrate 114 with time (time 1 to time 3) will be described. Time 1 is a constant substrate transport speed V in the positional relationship between the substrate 114 and the magnetron cathode 115._SV in the same direction 124 with respect to the moving substrate 114_MThis is the moment when the formation of the film 119 thickly deposited on the substrate is finished by the movement of the plasma 109 at a certain average speed. Time 2 is −V in the direction 125 opposite to the substrate transfer speed._MThis is the moment when the formation of the film 120 thinly deposited on the substrate is completed by the plasma 109 moving at a certain average speed. Furthermore, time 3 is V in the same direction 124 as the substrate transfer speed._MThis is the moment when the formation of the film 121 thickly deposited on the substrate is completed by the movement of the plasma 109 at a certain average speed. In the time after time 3, the same phenomenon as in time 1, time 2, and time 3 is repeated. As a result, a film 122 having a non-uniform (unevenness) film thickness distribution in the substrate transport direction as schematically shown in FIG. 16 is formed. However, in actuality, as shown in FIG. 12, a film 123 having a curved surface unevenness distribution in the substrate transport direction is formed. As described above, according to the conventional sputter deposition apparatus, there is a fundamental problem that a non-uniform film thickness distribution occurs in the substrate transport direction. Furthermore, there is a problem that the film quality distribution becomes poor depending on the film type.
[0008]
As an example of a conventional technique for solving the above problem, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-18435, an attempt was made to improve the film thickness distribution by controlling the discharge power and the film formation speed. However, even though it is possible to discuss theoretically as a problem-solving technique, it cannot be effectively solved in practice.
[0009]
Another possible solution is to increase the speed of the oscillating motion of the magnetic circuit 105 in the substrate transport direction. In the above conventional example, the swinging motion of the magnetic circuit is reciprocated in, for example, 3 seconds. However, the idea of swinging the magnetic circuit at a high speed of 20 times or more has been proposed. However, since the magnetron magnet unit constituting the magnetic circuit 105 is a heavy object (for example, 30 kg), it is impossible to actually perform a high-speed rocking motion, and it is mechanically damaged even if it is forcibly performed. As a result, there was a problem of shortening the service life.
[0010]
An object of the present invention is to solve the above-described problems, and in a sputter deposition apparatus that performs sputter deposition while transporting a substrate in a vacuum chamber in which a plurality of magnetron cathodes are arranged side by side, the magnetism in each magnetontron cathode It is an object of the present invention to provide a sputter deposition apparatus in which the phase relationship of the oscillation motion of a circuit is adjusted to improve the uniformity and stability of the film thickness distribution and film quality distribution in the substrate transport direction.
[0011]
[Means and Actions for Solving the Problems]
  The sputter deposition apparatus according to the present invention is configured as follows in order to achieve the above object.
  The first sputter deposition apparatus (corresponding to claim 1) arranges at least two magnetron cathodes side by side in a vacuum chamber, conveys the substrate while sequentially facing the magnetron cathode, and sputters the substrate during conveyance. Each of the magnetron cathodes is configured to perform film formation, and each of the magnetron cathodes swings in the substrate transport direction on the back surface of the target at a position facing the substrate at the time of sputtering film formation and swings on the surface of the target. With magnetic circuit to makeWith respect to the phase relationship of the oscillating motion of the magnetic circuit in each of any two adjacent magnetron cathodes, the oscillating period of the magnetic circuit is expressed as T _X The oscillation period T of one of the two magnetron cathodes _X The phase shift time from _X0 And apparent time t _X As a deviation time t _X0 And the time t required for any moving point to move from the center of one magnetron cathode to the center of the other magnetron cathode. ₁ And the apparent time t _X Is the oscillation period T _X Of (integer +0.5) times that satisfy the phase relationshipIt is characterized by that. The relationship between multiple magnetron cathodes is related from the viewpoint of phase relationship, and in the sequential sputter deposition from each magnetron cathode to the substrate being transported, the mutual effect is offset (such as the thickness of the film formed by each magnetron cathode) The phase relationship is set so as to satisfy the condition for eliminating the unevenness variation, and the film thickness distribution of the film deposited on the substrate is made favorable in terms of uniformity and stability.
  The second sputter deposition apparatus (corresponding to claim 2) is the above first configuration,TwoOscillating motion of the magnetic circuit in each magnetron cathode, Apparent time t _X Is the oscillation period T _X Phase relation of (integer + 0.5) timesControl means to synchronize so thatTheIt is characterized by that. The cancellation condition can be realized based on the phase relationship of the oscillating magnetic circuit.
  A third sputter deposition apparatus (corresponding to claim 3) is configured such that, in the above second configuration, when the number of magnetron cathodes is a, 360 degrees / It is configured to have a phase difference of a.
  A fourth sputter deposition apparatus (corresponding to claim 4) is the first configuration, wherein theTwoThe phase shift is set according to the positional relationship between the magnetron cathodes, and the phase of the oscillating motion of the magnetic circuit in each of the magnetron cathodes is the same. The canceling condition can also be achieved by adjusting the positional relationship between the cathodes while the swinging motion of the magnetic circuit remains the same for each cathode.
  In the sputter deposition method according to the present invention (corresponding to claim 5), at least two magnetron cathodes are arranged side by side in a vacuum chamber, and the substrate is transported while sequentially facing the magnetron cathode, and the substrate is transported to the substrate during transportation. Each of the magnetron cathodes is a sputtering film forming method in which sputter film formation is performed. Each of the magnetron cathodes swings in the substrate transport direction on the back surface of the target at a position facing the substrate during the sputtering film formation and swings on the surface of the target. A magnetic circuit for generating a dynamic magnetic field is provided, and the phase relationship of the oscillating motion of the magnetic circuit in each of any two adjacent magnetron cathodes is expressed as T _X The oscillation period T of one of the two magnetron cathodes _X The phase shift time from _X0 And apparent time t _X As a deviation time t _X0 And the time t required for any moving point to move from the center of one magnetron cathode to the center of the other magnetron cathode. ₁ And the apparent time t _X Is the oscillation period T _X It satisfies the phase relationship of (integer + 0.5) times.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0013]
FIG. 1 shows a typical embodiment of a sputter deposition apparatus according to the present invention, which is an inline-type sputter deposition apparatus. FIG. 1 shows the internal structure of the apparatus as viewed from above.
[0014]
  First, the basic configuration of the sputter deposition apparatus will be described. In FIG. 1, a load lock chamber 100, a sputter film formation chamber 200, and an unload lock chamber 300 that constitute a sputter film forming apparatus are separated in series by gate valves 402 and 403, respectively. Magnetron cathodes (hereinafter referred to as cathodes) 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 which are features of the present invention are formed on the inner surfaces of both side walls of the sputter deposition chamber 200 in the same direction as the substrate transport direction ( (Parallel direction) are arranged in a line. The number of cathodes arranged in a line should be at least two. In this embodiment, as a preferred example, a configuration in which four cathodes 11 to 14 and 15 to 18 are arranged is shown. Load lock chamber 100 and unload lockHThe chamber 300 is evacuated by a dry pump (not shown), and the sputter deposition chamber 200 is evacuated by cryopumps 5a, 5b, 5c, and 5d. In the sputter deposition chamber 200, a total of four substrates 3 mounted on the two sets of trays 2 are transported from the left side to the right side in FIG. 1 by a tray transport mechanism (not shown). The substrate 3 is sputtered by the cathodes 11 to 14 and 15 to 18 during transportation. Reference numeral 401 denotes an inlet valve for carrying in the substrate, and 404 denotes an outlet valve for carrying out the substrate. An arrow 4 indicates the substrate transport direction.
[0015]
Next, a characteristic configuration of the present embodiment will be described. Here, in order to simplify the description, the cathodes 11 to 14 provided on the lower side of FIG. 1 will be described. FIG. 2 shows an arrangement state of the cathodes 11 to 14 as viewed from the direction A in FIG. Each of the cathodes 12 to 14 has a distance from the cathode 11 (defined as a distance between the center lines) of S.₁, S₂, S_ThreeThe positional relationship is maintained so that These intervals S₁, S₂, S_ThreeCan be set arbitrarily. For example S₂Is S₁2 times S_ThreeIs S₁It is not always necessary to be three times as large. The configuration of each cathode is the same as that described with reference to FIG. In each cathode, a target is disposed on the side facing the substrate 3. In the following description, the configuration of the cathode and the swinging magnetic circuit will be described using the reference numerals shown in FIG.
[0016]
The substrate 3 is sequentially transferred to the four cathodes 11 to 14 arranged as described above while facing the target 101 of each cathode, and sputter film formation is performed on the substrate surface. At this time, according to the conventional configuration, since the phase relationship between the oscillating motions of the magnetic circuits 105 of the cathodes 11 to 14 is not considered as described above, a large variation occurs in the film thickness. It was. Since the non-uniformity of the film thickness distribution is increased, this is hereinafter referred to as “a lengthening condition”. On the other hand, in the configuration of the present embodiment, as described below, a predetermined synchronization relationship is set with respect to the phase relationship between the oscillating motions of the magnetic circuits 105 of the cathodes 11 to 14. Therefore, the variation (unevenness) in the thickness of the film deposited on the substrate 3 is canceled out, and the uniformity of the film thickness distribution is improved. Hereinafter, the condition for improving the film thickness distribution is referred to as “cancellation condition”.
[0017]
With reference to FIG. 3, the synchronization relationship regarding the oscillation of the magnetic circuit set by the cathodes 11 to 14 of the present embodiment will be described while comparing in terms of the above-described increase condition and cancellation condition. In FIG. 3, for simplification of description, the description is limited to the substrate film formation by the two cathodes 11 and 12. When the cathodes 11 and 12 are installed side by side in the same direction as the substrate transport direction and the substrate transport film is formed, the relationship between the film formation by the cathode 11 and the film formation by the cathode 12 is such that the film thickness distribution on the substrate increases. There are conditions to offset.
[0018]
As shown in FIG. 3 (A), the increasing condition is that the film portion 6a that is also thickly deposited on the cathode 12 is formed at the same position as the film portion 6 that is thickly deposited on the substrate 3 by the cathode 11, The condition is that a thin film portion 7a similarly formed on the cathode 12 is formed at the same position as the thin film portion 7 deposited on the substrate 3 at the cathode 11. The conditions on the apparatus configuration at this time are the substrate transport speed V_S, Average swing speed | V_M|, The time t required for an arbitrary point to move from the center of the cathode 11 to the center of the cathode 12₁, Oscillation period T in substrate transport direction_XThe distance S from the center of the cathode 11 to the center of the cathode 12₁, Swing amplitude L of the magnetic circuit 105 in the substrate transport direction_XThen T_X= 2L_X/ | V_M|, T_X= T_X0+ T₁, T₁= S₁/ V_SFrom the relationship, the following equation (1) is derived.
[0019]
[Expression 1]
t_X= T_X0+ {S₁｜ V_M| / (2L_XV_S)} ・ T_X    ... (1)
[0020]
T above_X0Is the oscillation period T of the magnetic circuit 105 of the cathode 11._XAnd the oscillation period T of the magnetic circuit 105 of the cathode 12_XAnd 0 ≦ t_X0<T_XIt is prescribed by. T_XIs the deviation time t_X0It means the apparent time when T_X0Is the oscillation period T_XSince the phase shift time with respect to t_X0= N_X1T_X(0 ≦ n_X1<1) can be defined. Therefore, the above equation (1) can be rewritten as the following equation (2).
[0021]
[Expression 2]
t_X= {N_X1+ S₁｜ V_M| / (2L_XV_S)} ・ T_X    ... (2)
[0022]
Now, since the oscillation cycle of the cathode 11 and the cathode 12 is synchronized under the increasing condition in FIG._X1= 0 and | V_M| = V_STherefore, the above equation (2) is simplified as the following equation (3).
[0023]
[Equation 3]
t_X= {S₁/ (2L_X)} ・ T_X                      ... (3)
[0024]
In FIG. 3, S₁= 4L_XTherefore, the equation (3) becomes the following equation (4).
[0025]
[Expression 4]
t_X= 2T_X            (4)
[0026]
On the other hand, as shown in FIG. 3B, the canceling condition is that a film portion 7a thinly deposited on the cathode 12 is formed at the same position as the film portion 6 thickly deposited on the substrate 3 on the cathode 11. On the other hand, the condition is that the film portion 6a thickly deposited by the cathode 12 is formed at the same position as the film portion 7 thinly deposited on the substrate 3 by the cathode 11. In the case of (B) cancellation condition in FIG. 3, the oscillation period of the magnetic circuit 105 of the cathode 11 and the cathode 12 is shifted by 1/2 period._X1= 0.5. Also | V_M| = V_SAnd S₁= 4L_XIs the same as the lengthening condition, so the above equation (2) becomes the following equation (5).
[0027]
[Equation 5]
t_X= 2.5T_X        ... (5)
[0028]
In the above, when the formulas (4) and (5) are compared, t_XIs T_XIt can be seen that the film thickness distribution is increased when the number is an integer multiple, and the film thickness distribution is canceled when the number is (integer + 0.5) times. Therefore, n in equation (2)_X1+ S₁｜ V_M| / (2L_XV_S) = K_X1And k_X1Is an integer multiple, the film thickness distribution is increased, and when (integer + 0.5) times, the film thickness distribution is offset. Where "k_X1"Means an apparent phase difference (including the influence of substrate transport). N from this definition_X1(Generally n_Xi: I = 1, 2, 3), the following equation is obtained. However, in the second equation, T_X= 2L_X/ | V_M| Was substituted.
[0029]
[Formula 6]
n_Xi= K_Xi-S_i｜ V_M| / (2L_XV_S)
= K_Xi-S_i/ (V_ST_X(6)
[0030]
FIG. 4 is a schematic representation of the improved film thickness distribution using the offset conditions described above. That is, a film portion 6 a thickly deposited by the cathode 12 is deposited on the film portion 7 thinly deposited by the cathode 11, and thinly deposited by the cathode 12 on the film portion 6 thickly deposited by the cathode 11. As a result, the unevenness of the film thickness distribution in the film formation by each cathode is offset, and the film 20 having a good film thickness distribution is formed. Also in the actual film formation, as shown in FIG. 5A, the film 141 formed by the cathode 11 and the film 142 formed by the cathode 12 overlap each other in a form that cancels the film thickness distribution. The film thickness distribution is improved as in a film 143 illustrated in FIG. In the following, the deviation of the oscillation cycle of each cathode with respect to the cathode 11, that is, n_X1, N_X2, N_X3, ... are called actual phase differences. When the number of cathodes is increased to 3, 4_X2, N_X3The need to think about ...
[0031]
In the present embodiment, applying the above theory, four cathodes 11 to 14 are arranged on one side of the sputter deposition chamber 200, and film formation is performed by appropriately setting values of oscillation phase parameters such as a substrate transport speed. As a result, the film thickness distribution was actually improved as shown in FIG. In addition, depending on the type of film, the change in film quality could be reduced.
[0032]
Next, the sputter film formation based on the canceling condition described with reference to FIG. 3B will be described based on another aspect of grasping the invention. In this description, as an example, when the sputter film formation by the four cathodes 11 to 14 is completed while the substrate 3 is being conveyed, the apparent fluctuation of the magnetic circuit 105 provided on each of the cathodes 12 to 14 with respect to the cathode 11. When the dynamic phase difference k is set to 0.25, that is, when the phase difference is set by 90 degrees by the swing of each magnetic circuit 105, the change of the film formation state will be clarified. FIG. 6 shows the progress of film formation by the cathodes 11 to 14 from the first layer by the cathode 11 to the fourth layer by the cathode 14. When the films 21 to 24 are formed by each of the cathodes 11 to 14, each of the films 21 to 24 has unevenness. However, in the film formation of each film, the magnetic circuit 105 swings as described above. Since the phase difference is set, when film formation by the cathodes 11 to 14 is completed, unevenness is canceled on the final film surface based on the phase difference. Thus, a film having a good film thickness distribution can be formed by sputtering.
[0033]
In the above example, four cathodes are provided. Generally, when the number of cathodes is a (a is an integer of 2 or more), the same is achieved by setting the phase difference to 360 degrees / a. In addition, it is possible to perform sputtering film formation with a good film thickness distribution.
[0034]
Next, another canceling condition will be described with reference to FIG. In the above-described embodiment, by setting a predetermined phase difference in the swing motion of the magnetic circuit 105 in each of the cathodes 11 to 14, the swing motion of the magnetic circuit is synchronized so as to satisfy the predetermined phase relationship. In contrast, in this embodiment, the phase of the oscillating motion of the magnetic circuit is the same for each cathode, and instead, the distance between the cathodes is set to a predetermined relationship to set the phase shift.
[0035]
In the case of this canceling condition, there is no shift in the oscillation cycle of the cathodes 11 and 12, so in the above equation (2), n_X1= 0. Also | V_M| = V_SIs the same as the growth condition, but S₁= 3L_XTherefore, the equation (2) becomes the following equation (7).
[0036]
[Expression 7]
t_X= 1.5T_X              ... (7)
[0037]
Also in the equation (7), t_XIs T_X(Integer + 0.5) times, and it can be seen that the film thickness distribution by each cathode is offset. In the case of the canceling condition according to the present embodiment, there is an advantage that the phase control system becomes unnecessary, which is convenient when there is no change in the conveyance speed.
[0038]
FIG. 8 shows the configuration of a control system that performs phase control of the oscillation of the magnetic circuit in each cathode in this embodiment, and shows the flow of control for sequentially generating phase differences.
[0039]
In FIG. 8, a servo motor 31 is a drive device that operates a swing mechanism (not shown) of the magnetic circuit 105 of the cathode 11, and a servo motor 32 is a drive device that operates a swing mechanism of the magnetic circuit of the cathode 12. The servo motor 33 is a drive device that operates the swing mechanism of the magnetic circuit of the cathode 13, and the servo motor 34 is a drive device that operates the swing mechanism of the magnetic circuit of the cathode 11. Each of the servo motors 31 to 34 includes encoders 41 to 44.
[0040]
The operation of the servo motor 31 is returned to the servo controller 46 via the encoder 41 by feedback 53, and the control data immediately corrected by the servo controller 46 is sent to the servo driver 45, from which the correction output 52 is sent to the servo motor 45. 31. As a result, a control loop of the servo motor 31 is created, and the servo motor 31 is stably rotated. The data of the feedback 53 is simultaneously sent to the phase comparator 48, corrected by another servo controller 49, and sent to servo driver slaves 47a, 47b, 47c for driving the other servo motors 32-34. The outputs 52a, 52b, 52c from the servo driver slaves 47a, 47b, 47c drive the servo motors 32, 33, 34, respectively.
[0041]
Feedbacks 53 a, 53 b, 53 c are sent to the phase comparator 48 from the encoders 42 to 44 that are linked to the servo motors 32 to 34. The phase comparator 48 receives a phase difference designated based on each motor phase setting value by the motor phase setting device 51 via the phase setting device 50, and immediately sends a correction value to the servo controller 49 to create a control loop. The servo motors 32 to 34 perform a stable rotational motion while maintaining the specified phase difference.
[0042]
With the above control system, it is possible to realize a stable oscillating motion having the aforementioned predetermined phase difference with respect to the oscillating motion of the magnetic circuit 105 of each cathode 11-14. As a result, while maintaining high target utilization efficiency, the film thickness distribution and film quality distribution on the sputtered substrate can be improved even if the oscillation period (reciprocation time) is increased. It was possible to extend the life of the swing mechanism significantly.
[0043]
In the above embodiment, the cathodes 11 to 14 have been described, but the operations of the cathodes 15 to 18 are similarly controlled or have the same configuration.
[0044]
In the present embodiment, the swing motion of single vibration is applied to the swing motion in the substrate transport direction. However, this is not necessarily limited to the single vibration, and other motions such as a constant velocity motion may be used. . Further, the sputter deposition apparatus according to the present invention is not limited to an inline type, and may be a batch type or a single wafer type. Further, in the present embodiment, a double-sided film forming type sputtering film forming apparatus is shown in which two sets of trays 2 arranged in parallel to the sputter film forming chamber are introduced. However, the present invention is not limited to this. .
[0045]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, a plurality of magnetron cathodes are arranged in a line, and a magnetic circuit arranged on the target back surface of each cathode is swung in a direction parallel to the substrate transport direction. In the moving sputter deposition system, the swing motion of each magnetic circuit is synchronized so as to satisfy a predetermined phase relationship and can be controlled for each cathode, so that high target utilization efficiency, which is an advantage of the cathode, is achieved. Even if the oscillation period is lengthened while maintaining, the film thickness distribution and film quality distribution characteristics of the thin film formed by sputtering on the substrate can be improved. Furthermore, the life of the swing mechanism can be greatly extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a sputter deposition apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an arrangement state of cathodes.
FIG. 3 is a diagram for explaining a comparison between an increasing condition and a canceling condition in transport film formation on a substrate.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a film formation state.
FIG. 5 is a diagram showing a state in which deposited films are offset.
FIG. 6 is a progress diagram illustrating a film forming process from another viewpoint.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view for explaining another canceling condition.
FIG. 8 is a configuration diagram of a control system that gives a predetermined phase relationship to the swing motion of each magnetic circuit.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing the structure of a conventional magnetron cathode.
FIG. 10 is a plan view of a magnetic circuit.
11 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 12 is a diagram showing an actual film formation state using a conventional magnetron cathode.
FIG. 13 is a front view showing an example of a substrate mounted on a tray.
FIG. 14 is a diagram showing a state where a substrate is subjected to sputtering film formation from a magnetron cathode.
FIG. 15 is a progress diagram showing a change in state of film formation by a conventional magnetron cathode.
FIG. 16 is a view showing a state of a film deposited by a conventional magnetron cathode.
[Explanation of symbols]
2 trays
3 Substrate
4 Board transport direction
11-18 Magnetron cathode
101 target
103 cathode body
105 Magnetic circuit
200 Sputter deposition chamber

Claims

In a sputter deposition apparatus in which at least two magnetron cathodes are arranged side by side in a vacuum chamber, a substrate is transported while sequentially facing the magnetron cathode, and sputter deposition is performed on the substrate during transportation.
Each of the magnetron cathodes includes a target at a position facing the substrate at the time of sputtering film formation, and a magnetic circuit that oscillates in the substrate transport direction on the back surface of the target and creates an oscillating magnetic field on the surface of the target.
Regarding the phase relationship of the oscillating motion of the magnetic circuit in each of any two adjacent magnetron cathodes,
The oscillation period of the magnetic circuit is T _X , and the phase shift time with respect to the oscillation period T _{X of} one of the two magnetron cathodes is t _X0 , and the apparent time t _X is a shift time t _X0, when any point moves represented by the sum of the time t ₁ required to move from one of said magnetron cathode of the center to the other of said magnetron cathode of the center,
The apparent time t _X has a configuration that satisfies the phase relationship of (integer +0.5) times the oscillation period T _X.
A sputter deposition apparatus characterized by the above.

The oscillating motion of the magnetic circuit in each of the two magnetron cathodes is synchronized so that the phase relationship that the apparent time t _X is (integer +0.5) times the oscillating cycle T _X is satisfied. 2. The sputter deposition apparatus according to claim 1 , further comprising a control unit.

3. The sputtering method according to claim 2, wherein when the number of the magnetron cathodes is a, a phase difference of 360 degrees / a is provided between the swinging motions of the magnetic circuits of the adjacent magnetron cathodes. Membrane device.

Set the phase shift by the positional relationship between each of the two magnetron cathodes, according to claim 1, wherein said two oscillating movement of the phase of the magnetic circuit in each of the magnetron cathode is the same Sputter deposition system.

A sputter deposition method in which at least two magnetron cathodes are arranged side by side in a vacuum chamber, a substrate is transported while sequentially facing the magnetron cathode, and sputter deposition is performed on the substrate during transport,
Each of the magnetron cathodes includes a target at a position facing the substrate at the time of sputtering film formation, and a magnetic circuit that oscillates in the substrate transport direction on the back surface of the target and creates an oscillating magnetic field on the surface of the target.
Regarding the phase relationship of the oscillating motion of the magnetic circuit in each of any two adjacent magnetron cathodes,
The oscillation cycle of the magnetic circuit is T _ＸX , The oscillation period T of one of the two magnetron cathodes _ＸX The phase shift time from _Ｘ０X0 And apparent time t _ＸX The deviation time t _Ｘ０X0 And the time t required for any moving point to move from the center of one of the magnetron cathodes to the center of the other magnetron cathode. _１1 When expressed as the sum of
The apparent time t _ＸX Is the oscillation period T _ＸX Satisfying the phase relationship of (integer + 0.5) times
A sputter film forming method characterized by the above.