JP4516199B2 - スパッタ装置及び電子デバイス製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタ装置に関し、特に、異種材料の複数のターゲットを使用して成膜するのに適したスパッタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板の表面に所定の薄膜を作成することは、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の電子デバイスやＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の表示デバイスの製造において広く行われている。このような薄膜作成には、品質の良い薄膜を高速に作成できることから、スパッタ装置が多く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スパッタ装置に求められる重要な特性の一つに、作成される薄膜の均一性がある。膜厚や膜質が均一でないと、その薄膜を利用して製造される製品の性能を低下させる恐れがある。
薄膜の均一性が低下する要因としては、スパッタ放電を基板の表面の方向において均一に形成することが困難であることが挙げられる。また、マグネトロン放電のための磁石機構を設けている場合、磁石機構による磁界も、基板の表面の方向に均一に形成することが困難であり、この点も膜の均一性低下の要因となる。
【０００４】
このような点を克服して薄膜の均一性を確保する構成として、ターゲットの中心と同軸の回転軸の周りに基板を回転させる構成が採られることがある。しかしながら、機構的な理由で基板を回転させることができない場合、この構成は採用不可である。
本願の発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、基板を回転させること無しに均一な薄膜が作成できるようにするという技術的意義を有する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、第１ターゲットと、該第１ターゲットとは異なる種類の材料からなる第２ターゲットとを含む複数のターゲットを基板の中心軸からずれた位置に配置可能なカソードユニットと、
前記複数のターゲットのそれぞれの間を仕切るための仕切板と、
前記複数のターゲットの背後にそれぞれ設けられ、各ターゲットの中心軸に対して非対称の磁界を形成する磁石機構と、
前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させる主回転機構と、
前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させる副回転機構と
が設けられており、
前記副回転機構は、前記各ターゲットを回転させずに前記各磁石機構を回転させるものであり、
前記副回転機構は、前記主回転機構により前記カソードユニット及び前記各磁石機構が主回転した際に静止した状態を保つ静止ギヤと、前記各磁石機構に固定されて前記主回転機構により各磁石機構と一緒に主回転する従動ギヤとを備えており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットの中心軸を取り囲む環状であって前記静止ギヤに噛み合った状態で設けられており、前記主回転機構により前記各従動ギヤが主回転した際に、主回転とは別に前記静止ギヤとの噛み合いにより前記副回転が付随して生じるようになっており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットとは切り離して設けられており、前記各従動ギヤが前記静止ギヤと噛み合っていることにより生じる前記副回転は、前記各ターゲットには生じないようになっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記複数のターゲットに前記スパッタ放電のための電力を導入する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２の構成において、前記ターゲットは、前記基板に対して所定角度傾いた状態で配置されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記カソードユニット、前記仕切板、前記各磁石機構、前記主回転機構、及び前記副回転機構は、前記基板を挟んで両側に設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記複数のターゲットは、前記第１ターゲット及び前記第２ターゲット以外のターゲットを含んでおり、
前記仕切板は、各ターゲットの間を通ってそれぞれ延びる部位を有し、これら部位は、基板の中心軸上において交差しているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６載の発明は、第１ターゲットと、該第１ターゲットとは異なる種類の材料からなる第２ターゲットとを含む複数のターゲットを基板の中心軸からずれた位置に配置可能なカソードユニットと、
前記複数のターゲットのそれぞれの間を仕切るための仕切板と、
前記複数のターゲットの背後にそれぞれ設けられ、各ターゲットの中心軸に対して非対称の磁界を形成する磁石機構と、
前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させる主回転機構と、
前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させる副回転機構と
が設けられているスパッタ装置であり、
前記副回転機構は、前記主回転機構により前記カソードユニット及び前記各磁石機構が主回転した際に静止した状態を保つ静止ギヤと、前記各磁石機構に固定されて前記主回転機構により各磁石機構と一緒に主回転する従動ギヤとを備えており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットの中心軸を取り囲む環状であって前記静止ギヤに噛み合った状態で設けられており、前記主回転機構により前記各従動ギヤが主回転した際に、主回転とは別に前記静止ギヤとの噛み合いにより前記副回転が付随して生じるようになっており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットとは切り離して設けられており、前記各従動ギヤが前記静止ギヤと噛み合っていることにより生じる前記副回転は、前記各ターゲットには生じないようになっているスパッタ装置を用いた電子デバイス製造方法であって、
前記副回転機構により、前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させるとともに、
前記主回転機構により、前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させつつ、
前記複数のターゲットに所定の電圧を印加して基板に薄膜を作成する工程
を含むという構成を有する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態（以下、実施形態）について説明する。以下の説明では、ハードディスクのような磁気記録ディスクを製造する際に使用されるスパッタ装置が想定されている。
図１は、本願発明の第一の実施形態のスパッタ装置の断面概略図である。図１に示す装置は、排気系１１を備えたスパッタチャンバー１と、スパッタチャンバー１内の所定位置に基板９を配置するための基板キャリア２と、スパッタ放電を生じさせるためのカソードユニット３等から主に構成されている。
【０００７】
スパッタチャンバー１は、気密な真空容器であり、基板９の出し入れを行うための不図示の開口を備えている。この開口は、不図示のゲートバルブによって開閉される。
スパッタチャンバー１には、内部にスパッタ放電用のガスを導入するガス導入系１２が設けられている。ガス導入系１２は、アルゴン等のスパッタ率の高いガスを導入する。
【０００８】
基板キャリア２は、基板９を垂直に立った姿勢で保持するものである。このような基板キャリア２としては、特開平１１−９１９４５号公報や特開平１１−９１９４６号公報に開示されたものを使用することができる。
本実施形態では、基板９の両面に同時に成膜するため、基板キャリア２に保持された基板９の両側にカソードユニット３が配置されている。カソードユニット３は、ターゲット３０や磁石機構５を含んでいる。
【０００９】
図２を使用して、カソードユニット３の詳細な構造について説明する。図２は、図１に示すカソードユニット３の詳細を示す断面図である。図１に示す左右のカソードユニット３は同様の構造（基板９を挟んで対称の構造）であり、図２にはそのうち左側のカソードユニット３の詳細が示されている。
まず、スパッタチャンバー１の側壁部には、カソードユニット３の断面積よりも少し大きな開口が設けられている。カソードユニット３は、この開口に挿通されている。
【００１０】
スパッタチャンバー１の側壁部の外面には、ユニット取付枠６が固定されている。ユニット取付枠６は、図２に示すような段差のある断面形状の円筒である。ユニット取付枠６の端面は、Ｏリングのような封止部材６０を介してスパッタチャンバー１の側壁部の外面に固定されている。
ユニット取付枠６の内側には、主ホルダー３１が設けられている。主ホルダー３１もほぼ円筒であり、ユニット取付枠６と同軸上に設けられている。以下、この主ホルダー３１の中心軸を「基準軸」と呼び、図２にＡで示す。前述した基板キャリア２は、基板９の中心軸がこの基準軸Ａに一致した状態で停止するようになっている。
主ホルダー３１の右側の端部には、右ホルダーフランジ３１１が設けられている。右ホルダーフランジ３１１には、カソード取付枠３２が固定されている。カソード取付枠３２は、図２に示すような断面形状のほぼ円筒状であり、基準軸Ａと同軸上に設けられている。
【００１１】
カソード取付枠３２の右側の端面はスパッタチャンバー１内に位置し、この端面に空洞形成板３３が固定されている。空洞形成板３３には、バッキングプレート３４が固定されている。バッキングプレート３４には、ターゲット押さえ３１０によりターゲット３０が着脱可能に取り付けられている。即ち、左から順に、空洞形成板３３、バッキングプレート３４、ターゲット３０が重ね合わされ、カソード取付枠３２の右端面に固定されている。尚、空洞形成板３３及びバッキングプレート３４は、ターゲット３０より少し大きいほぼ円盤状である。
【００１２】
図３は、ターゲット３０の形状や配置位置等を説明する側面概略図である。図３に示すように、本実施形態では、一つのカソードユニット３に三つのターゲット３０が設けられている。各ターゲット３０は同じ大きさの円盤状である。各ターゲット３０は、基準軸Ａ上の点を中心とする円周上に均等間隔で（即ち、１２０度毎に）設けられている。空洞形成板３３は、バッキングプレート３４とともに、空洞３３０を形成する形状となっている。この空洞３３０内には、後述するように、冷媒が供給される。
【００１３】
本実施形態の装置の第一の大きな特徴点は、各ターゲット３０を基板９の中心と同軸の回転軸の周り（即ち、基準軸Ａの周り）に回転させる主回転機構が設けられている点である。主回転機構は、図２に示すように、上述した主ホルダー３１と、主ホルダー３１を回転させるモータのような回転駆動源３５１等によって構成されている。
具体的に説明すると、主ホルダー３１の左側の端部には、左ホルダーフランジ３１２が設けられている。左ホルダーフランジ３１２の周面は、ギヤ歯（以下、フランジ側ギヤ歯）になっている。そして、回転駆動源３５１の出力軸には、フランジ側ギヤ歯に噛み合うギヤ歯を持つ駆動ギヤ３５２が連結されている。回転駆動源３５１が駆動されると、駆動ギヤ３５２を介して主ホルダー３１が基準軸Ａの周りに回転する。
主ホルダー３１は、ユニット取付枠６によって保持されている。ユニット取付枠６と主ホルダー３１の間には、ベアリング７が設けられており、上記主ホルダー３１の回転を許容するようになっている。
【００１４】
カソード取付枠３２内には、磁石機構５が設けられている。磁石機構５は、各ターゲット３０の背後にそれぞれ設けられている。磁石機構５は、中央磁石５１と、中央磁石５１を取り囲む周辺磁石５２と、中央磁石５１と周辺磁石５２とをつなぐヨーク５３とから主に構成されている。中央磁石５１と周辺磁石５２による磁力線５０は、図２に示すように、ターゲット３０を貫き、ターゲット３０の前方の放電空間に弧状に形成される。ターゲット３０と磁力線５０とによって形成される閉空間内に電子がマグネトロン運動しながら閉じこめられ、高効率のマグネトロン放電が達成される。
【００１５】
ヨーク５３は、ターゲット３０より少し小さい円盤状であり、垂直に立てて設けられている。中央磁石５１は例えば円柱状で、周辺磁石５２は例えば円環状である。ターゲット３０の中心軸とヨーク５３の中心軸は同軸であるが、中央磁石５１や周辺磁石５２の配置や形状は、ターゲット３０の中心軸に対して非対称の形状になっている。即ち、磁石機構５によって形成される磁界は、ターゲット３０の中心軸に対して非対称となっている。これは、後述するように磁石機構５が回転した際、ターゲット３０の表面における時間平均した磁界強度が均一になるようにするためである。
【００１６】
本実施形態の装置の第二の大きな特徴点は、各磁石機構５をターゲット３０の中心軸と同軸の回転軸の周りに回転させる副回転機構が設けられている点である。副回転機構は、前述した主回転機構の回転動力により各磁石機構５を回転させるものとなっている。
具体的に説明すると、副回転機構は、各磁石機構５に設けられた従動ギヤ３６１と、主回転機構の回転動力を各磁石機構５の回転動力に変換する静止ギヤ３６２とから主に構成されている。
従動ギヤ３６１は、ヨーク５３の下面に固定されている。従動ギヤ３６１は、ターゲット３０の中心軸と同軸である。従動ギヤ３６１の中心から水平に延びるようにして軸棒３６３が固定されている。この軸棒３６３は、ベアリング７を介してカソード取付枠３２に保持されている。
【００１７】
一方、前述した主回転機構の回転駆動源３５１は、ベース板３００に取り付けられている。ベース板３００は、垂直な姿勢で設けられている。ベース板３００には、スピンドルが挿通されているスピンドル用開口が設けられている。そして、スピンドル用開口の縁から水平に延びるようにして、ギヤホルダー３６０が設けられている。ギヤホルダー３６０は、基準軸Ａと同軸のほぼ円筒状である。
静止ギヤ３６２は、ギヤホルダー３６０の先端に固定されている。静止ギヤ３６２のギア歯は、基準軸Ａと同軸であり、基準軸Ａに対して外側に向いている。そして、図２に示すように、静止ギヤ３６２は各従動ギヤ３６１に噛み合っている。静止ギヤ３６２と各従動ギヤ３６１の位置関係及び噛み合いが、図３に併せて示されている。
【００１８】
図２及び図３から解るように、各磁石機構５は、軸棒３６３を介してカソード取付枠３２に連結されているので、回転駆動源３５１によって主ホルダー３１が回転し、各ターゲット３０が基準軸Ａの周りに回転する際、各磁石機構５や各従動ギヤ３６１も一体に基準軸Ａの周りに回転する（以下、この基準軸Ａ周りの回転を公転と呼ぶ）。従動ギヤ３６１は基準軸Ａよりの箇所で静止ギヤ３６２に噛み合っているので、上記公転の際、従動ギヤ３６１は、ターゲット３０と同軸の中心軸の周りに回転する（以下、この回転を自転と呼ぶ）。従動ギヤ３６１の自転に伴い、磁石機構５も一体に自転する。結局、磁石機構５は、基準軸Ａの周りの公転と、ターゲット３０の中心軸の周りの自転とを同時に行うことになる。尚、ギヤホルダー３６０とユニット取付枠６の間には、ベアリング７が設けられている。
【００１９】
一方、主ホルダー３１の中央を貫くようにしてスピンドル３７が設けられている。スピンドル３７は、先端部分で空洞形成板３３やバッキングプレート３４等を保持している。スピンドル３７は、右側の部分が円柱状であり、左側の部分がほぼ同径の円筒状となっている。
スピンドル３７の右側の円柱状の部分（以下、円柱部）には、空洞３３０内に冷媒を導入する冷媒導入路３７１が設けられている。冷媒導入路３７１は、途中から三つに分岐しており、この分岐した先が、各ターゲット３０の背後の空洞３３０につながっている。また、円柱部には、各空洞３３０から冷媒を排出する冷媒排出路３７２が設けられている。冷媒排出路３７２は、図２からは明らかでないが、各空洞３３０のそれぞれに三つ設けられている。
【００２０】
スピンドル３７の左側の円筒状の部分（以下、円筒部）内には、冷媒導入路３７１につながる冷媒導入管３７３と、冷媒排出路３７２につながる冷媒排出管３７４が設けられている。図２では一つしか描かれていないが、冷媒排出管３７４は、各冷媒排出路３７２のそれぞれに設けられている。
また、スピンドル３７の円柱部及び円筒部を貫くようにして給電ロッド３８１が設けられている。給電ロッド３８１は、各ターゲット３０にスパッタ放電用の電力を供給するものである。図２では一つの給電ロッド３８１しか描かれていないが、実際には三つの給電ロッド３８１が設けられている。
【００２１】
図２に示すように、給電ロッド３８１の先端は、空洞形成板３３に接触している。空洞形成板３３やバッキングプレート３４は、ステンレスや銅のような金属であり、空洞形成板３３及びバッキングプレート３４を介してターゲット３０に給電されるようになっている。尚、給電ロッド３８１とスピンドル３７との間、及び、空洞形成板３３やバッキングプレート３４とスピンドル３７との間には、不図示の絶縁材が設けられている。このため、給電ロッド３８１が供給する電力がスピンドル３７側に漏れないようになっている。
【００２２】
図４は、冷媒の導入排出位置及び給電位置について説明する側面概略図である。図４に示すように、給電ロッド３８１は、空洞形成板３３の最も基準軸Ａよりの位置で空洞形成板３３に接触している。給電ロッド３８１の接触位置を、空洞形成板３３の中心を原点として０度とすると、冷媒導入路３７１及び冷媒排出路３７２は、給電ロッド３８１を挟んで少し角度が付いた位置で空洞３３０につながっている。
【００２３】
前述した公転に伴い、スピンドル３７も基準軸Ａの周りに公転する。スピンドル３７の公転に拘わらず、電力供給や冷媒の流通ができるよう、スリップリング３８２及びロータリージョイント３７５が設けられている。図２に示すように、スリップリング３８２は、スピンドル３７の左側の端部を取り囲むよう設けられている。スリップリング３８２は、ケーブルによって各給電ロッド３８１に結線されている。そして、スリップリング３８２には、各ターゲット３０に対応してそれぞれ設けられた三つのスパッタ電源４が接続されている。
スリップリング３８２は、回転する円筒体の外側面に板バネ状の部材を接触させて導通を確保するものである。ここに使用するスリップリング３８２としては、例えばグローブテック社製の「φ１５０−６０ ３ｃｈ ＳＲ」等が挙げられる。
【００２４】
また、ロータリージョイント３７５は、スピンドル３７の左側の端部に接続されている。ロータリージョイント３７５には、冷媒導入管３７３につながる冷媒導入口３７６と、冷媒排出管３７４にそれぞれつながる三つの冷媒排出口３７７が設けられている。ロータリージョイント３７５は、スピンドル３７の回転に拘わらず、冷媒導入管３７３と冷媒導入口３７６との連通、及び、各冷媒排出管３７４と各冷媒排出口３７７との連通を確保するようになっている。このようなロータリージョイント３７５としては、例えば光洋油圧社製のロータリージョイントＫＴ−４−０２−１Ｗが使用できる。
【００２５】
上記ロータリージョイント３７５の冷媒導入口３７６と各冷媒排出口３７７は、図２に示すように、配管３７８及びサーキュレータ３７９を介してつながっている。サーキュレータ３７９により所定の温度に維持された冷媒は、冷媒導入口３７６、冷媒導入管３７３及び各冷媒導入路３７１を経由して各空洞３３０に導入される。そして、冷媒は、各空洞３３０から、各冷媒排出路３７２、各冷媒排出管３７４及び各冷媒排出口３７７を経てサーキュレータ３７９に戻る。
【００２６】
尚、上述した三つの給電ロッド３８１、スリップリング３８２及び三つのスパッタ電源４は、ターゲット３０にスパッタ放電用の電力を供給する電力供給系を構成している。そして、各スパッタ電源４は、独立して出力電圧を調整できるようになっており、ターゲット３０に供給される電力が独立して制御されるようになっている。
【００２７】
上記カソードユニット３の構造において、スパッタチャンバー１内で維持される真空のリークがないよう、Ｏリングのような封止部材が必要な箇所に設けられている。特に、本実施形態では、ユニット取付枠６と主ホルダー３１との間に、磁性流体シール６１を用いている。磁性流体シール６１は、磁性流体を使用した封止部材であり、主ホルダー３１の回転を許容しつつ、主ホルダー３１とユニット取付枠６との間の空間からのリークを防止している。
【００２８】
本実施形態の装置は、上述したスパッタチャンバー１を含む複数の真空チャンバーを基板９の搬送ラインに沿って接続したインライン式の装置となっている。各真空チャンバーの構成やレイアウトについては、特開平８−２７４１４２号公報の開示を参考にすることができる。
また、基板キャリア２は、基板９を保持した状態で、各真空チャンバーに移動することで基板９の搬送を行うようになっている。基板９の搬送のための構成の詳細についても、特開平８−２７４１４２号公報に開示のものと同じものを採用することが可能である。
【００２９】
次に、上記構成に係る本実施形態のスパッタ装置の動作について説明する。以下の説明は、電子デバイス製造方法の発明の実施形態の説明でもある。不図示のロードロックチャンバーにおいて、基板キャリア２に基板９が搭載される。基板キャリア２は、不図示のプリヒートチャンバーに移動して基板９の予備加熱が行われる。その後、基板キャリア２は、図１及び図２に示すスパッタチャンバー１に移動する。基板キャリア２は、基板９の中心軸が基準軸Ａに一致した位置で停止する。
【００３０】
そして、回転駆動源３５１が動作し、前述した通り、ターゲット３０及び磁石機構５の公転と磁石機構５の自転とが開始される。公転の回転速度は１００〜２００ｒｐｍ程度、自転の回転速度は１５０〜３００ｒｐｍ程度である。また、スパッタチャンバー１内は、排気系１１によって予め所定の圧力まで排気されている。不図示のゲートバルブを閉じた後、ガス導入系１２によって所定のガスが所定の流量で導入される。この状態で、各スパッタ電源４が動作し、各給電ロッド３８１を介してターゲット３０に所定の電圧が印加される。この電圧は、負の高電圧又は高周波電圧である。
【００３１】
電圧印加によって、基板９とターゲット３０との間に電界が形成され、スパッタ放電が生じる。スパッタ放電の過程で、イオン衝撃されたターゲット３０の表面から粒子（通常は原子）が放出される。放出された粒子（スパッタ粒子）が基板９の表面に到達し、この到達が重なって薄膜が堆積する。
薄膜が所定の厚さになるのに要する時間、上記スパッタを行った後、スパッタ電源４、ガス導入系１２及び回転駆動源３５１の動作を停止する。そして、排気系１１がスパッタチャンバー１内を再度排気した後、基板キャリア２が移動して基板９がスパッタチャンバー１から搬出される。その後、基板キャリア２は、不図示のアンロードロックチャンバーに移動し、基板キャリア２から成膜済みの基板９が回収される。
【００３２】
上記動作において、静止した基板９に対して、ターゲット３０が基板９の中心軸と同軸の回転軸の周りに回転するので、膜質や膜厚の点でより均一な薄膜が基板９の表面に作成される。即ち、ターゲット３０が回転しない場合、ターゲット３０と基板９との位置関係や磁石機構５による磁界の形状等の影響により、成膜が不均一になる。ターゲット３０と基板９との同軸に向かい合わせて配置すれば、ターゲット３０と基板９との位置関係の影響による成膜の不均一化は解消するが、本実施形態のように、複数のターゲット３０を同時に用いて成膜する場合、これは不可能である。
【００３３】
また、磁石機構５による磁界の分布を基板９の表面に平行な面方向で均一にすることは困難であり、磁石機構５が公転しない場合、成膜速度や膜質も磁界の分布に影響を受けて不均一になってしまう。磁石機構５が公転する本実施形態では、このような問題が無い。
【００３４】
磁石機構５がターゲット３０と一体に公転する構成は、磁石機構５による磁界を無駄なく利用する技術的意義もある。もし磁石機構５が公転しない場合、ターゲット３０は、静止した磁石機構５の前方を通り過ぎながらスパッタされることになる。これでは、ターゲットが３６０度回転するうち、ある限られた角度範囲の間でしか磁界の効果を利用できず、磁界の利用効率が低下してしまう。この結果、成膜速度が全体として低下してしまう。磁石機構５がターゲット３０と一体に公転する本実施形態では、このような問題はない。
【００３５】
上記ターゲット３０及び磁石機構５の公転の効果は、ターゲット３０が異種の材料で形成されており、異種の材料より成る薄膜を作成する場合に特に顕著となる。本実施形態の装置は、前述した通り、磁気記録ディスク製造用であることが想定されている。
磁気記録ディスクでは、記録層用の磁性膜やその下地膜として、合金膜を作成することが多い。例えば、磁性膜としてＣｏＣｒＴａ合金膜を作成することがある。また、下地膜としてＣｏＣｒ合金膜を作成することがある。このような合金膜の場合、そのような合金より成るターゲット３０を使用する場合もあるが、Ｃｏ製のターゲット３０と、Ｃｒ製のターゲット３０と、Ｔａ製のターゲット３０というように、異種材料のターゲット３０を使用する場合もある。
【００３６】
このような場合、各ターゲット３０が公転しないと、Ｃｏ製のターゲット３０に近い基板９の表面部分にはＣｏ成分の多い膜が堆積し、Ｃｒ製のターゲット３０に近い基板９の表面部分にはＣｒ成分の多い膜が堆積し、と、Ｔａ製のターゲット３０に近い基板９の表面部分にはＴａ成分の多い膜が堆積してしまう。即ち、成分が極めて不均一な膜が出来てしまう。しかしながら、前述したようにターゲット３０が公転すると、このような問題はなく、成分分布の均一な良質な薄膜が作成できる。
【００３７】
尚、複数のターゲット３０が、基板９の中心軸と同軸の円周上に等間隔で設けられている点は、基板９に対して各ターゲット３０を等距離に配置することで、より均一な成膜ができるようにする意義がある。但し、この点は必ずしも必須の条件ではなく、意図的に各ターゲット３０の基板９からの離間距離を変える場合がある。例えば、各ターゲット３０が異種材料から成るものであり、あるターゲット３０の材料が他のターゲット３０に比べてスパッタ率（同じ元素の一個のイオンが入射した場合にターゲット３０から放出されるスパッタ粒子の数）が低い材料である場合、このターゲット３０だけを基板９に接近させて配置することがある。
【００３８】
また、電力供給系が各ターゲット３０に供給する電力を独立して制御できるようになっている点は、成膜の均一化に顕著な効果を有する。たとえば、上述した通り、異種材料のターゲット３０を用いたスパッタにおいて、あるターゲット３０のスパッタ率が低い場合、そのターゲット３０への供給電力を大きくするようにする。つまり、供給電力の独立制御により、各ターゲット３０におけるスパッタ条件の不均一性を補償して成膜を均一にすることが可能である。
【００３９】
尚、上記の点は、磁石機構５についても同様に言える。即ち、磁石機構５として電磁石からなるものを使用し、各磁石機構５での通電電流を独立して制御するようにする。ターゲット３０の前方の放電空間に設定される磁界の強度が、各ターゲット３０について独立して制御される。この制御により、上記と同様に、成膜を均一にすることができる。
【００４０】
次に、本実施形態の装置は、前述した通り、磁石機構５が、公転に加え自転もするようになっている。この点は、エロージョンの均一化によりターゲット３０を長寿命化させる効果がある。
周知のように、スパッタを繰り返すうちにターゲット３０は侵食（エロージョン）され、徐々に厚さが薄くなる。エロージョンの進行度合いは、ターゲット３０の表面方向で均一ではなく、スパッタ放電が効率良く行われる所では速く進行し、効率良く行われない所では遅く進行する。そして、スパッタ放電の効率は磁石機構５による磁界の分布に依存する。従って、磁石機構５が自転しない場合、磁界強度の高い所ではエロージョンは速く、磁界強度の低い所では遅くなってしまう。このため、磁界強度の高い所ではエロージョンがターゲット３０の厚さ程度まで進行してターゲット３０の寿命が来た場合でも、磁界強度が低い所ではまだかなりの厚さが残っている場合がある。この状態でもターゲット３０は交換しなければならず、残った部分のターゲット３０の材料は成膜に使用されず、無駄に廃棄されてしまう。
しかしながら、本実施形態のように磁石機構５が自転する場合、磁界強度を時間的に均一にする（即ち、時間積分した磁界強度はターゲット３０の面方向で均一になる）ので、ターゲット３０のエロージョンも均一に進行する。このため、ターゲット３０の寿命を長くし、無駄になるターゲット３０の材料を減らすことができる。
【００４１】
また、前述したように、本実施形態の装置では、副回転機構が主回転機構の回転動力を利用して各磁石機構５を自転させている。この構成は、回転駆動源及び回転駆動の導入系を一つにして、機構を全体に簡略にする技術的意義がある。
【００４２】
次に、第二の実施形態のスパッタ装置について説明する。
図５は、第二の実施形態のスパッタ装置の主要部の概略構成を示す断面図である。図５に示す第二の実施形態の装置の大きな特徴点は、各ターゲット３０が基板９に対して平行ではなく、傾いた状態で配置されている点である。
即ち、図２と図５とを比較すると解るように、本実施形態におけるカソード取付枠３２、空洞形成板３３、バッキングプレート３４、ターゲット３０、磁石機構５、従動ギヤ３６２、軸棒３６３は、機構的には図２に示す第一の実施形態と同様であるが、全体に傾いた状態で右ホルダーフランジ３１１に保持されている。傾きの角度は、軸棒３６３が中心軸Ａに対して成す角度θでいうと１５度程度である（図２では０度）。
【００４３】
また、図５に示す第二の実施形態では、固定ギヤ３６２は、斜めに傾いた状態で従動ギヤ３６１に噛み合っている。即ち、固定ギヤ３６２は、傘歯ギヤの構成となっている。これら以外の構成は、第一の実施形態とほぼ同様である。
上記構成に係る本実施形態の装置においても、静止した基板９に対してターゲット３０が基板９の中心軸の周りに公転するので、均一な薄膜が基板９の表面に形成され、その効果は異種材料の複数のターゲット３０が使用された場合に著しい。そして、各磁石機構５が公転に加えて自転も行うので、ターゲット３０を長寿命化させることが可能である。
【００４４】
さらに、第二の実施形態の装置が第一の実施形態の装置に比べて優れているのは、ターゲット３０が斜めに配置されているので、ターゲット３０の利用効率が高くなっている点である。第一の実施形態のように、ターゲット３０が基板９に対して平行であると、ターゲット３０から放出されるスパッタ粒子のうち、基板９に到達せずに成膜に利用されないものが多くなってしまう。ターゲット３０を基板９に対して同軸に配置すればこの問題は解決されるが、複数のターゲット３０を同時に用いることができない。第二の実施形態のようにターゲット３０を斜めに配置すれば、複数のターゲット３０を用いつつターゲット３０の利用効率の低下を抑制することができる。
【００４５】
ターゲット３０を基板９に対して斜めに配置して公転させる構成は、１つのターゲット３０のみを使用する場合でも格別の技術的意義がある。この点は、図６を使用して説明する。図６は、一枚のターゲット３０を斜めに配置して公転させることによる膜特性分布制御について説明する図である。図６では、膜特性分布の一例として膜厚分布が示されている。
【００４６】
図６において、（１）はターゲット３０を平行して基板９と同軸に配置する例、（２）は、第二の実施形態のように、ターゲット３０を基板９の中心軸から偏心させるとともに基板９に対して斜めに配置して公転させる例である。
ターゲット３０から放出されるスパッタ粒子の量は、ターゲット３０の面の方向に対して均一ではなく、ある分布を持っている。この分布を「スパッタプロファイル」と呼び、図６中にＳＰで示す。スパッタ粒子の放出角度とスパッタ粒子の量との関係は、一般的には、ｃｏｓｉｎｅ則に従うとされる。従って、スパッタプロファイルも、ターゲット３０の中心軸の付近で多く、中心軸から離れる従って少なくなる形状となる。但し、ターゲット３０の材料によっては例外もあり、例えば図６に点線で示すように、ターゲット３０の中心軸に対して４５度付近で最も多くなる形状のスパッタプロファイルも存在する。
【００４７】
いずれにしても、図６（１）のように、ターゲット３０が基板９に対して同軸であると、ターゲット３０を回転させても、スパッタプロファイルの影響が解消されず、均一な成膜が難しくなる。しかしながら、図６（２）に示すように、ターゲット３０を基板９から偏心させるとともに基板９に対して傾けて公転させると、スパッタプロファイルの影響を少なくすることができ、より均一な成膜が行える。ターゲット３０の基板９に対する傾き角θは、作成される薄膜の膜厚分布や組成分布に影響を与えるので、それらが均一になるよう適宜傾き角θを選定することが望ましい。また、ターゲット３０の中心軸は、基板９の表面の中心において基板９の表面に交差することが望ましいが、ずれた位置となる場合もある。尚、上記のような膜特性制御は、一つのターゲット３０のみを使用する場合でも有効であることが明らかである。
【００４８】
また、本実施形態では、ターゲット３０を傾けて配置している関係から、ターゲット３０の相互汚染（クロスコンタミネーション）を防止した構成を採用している。以下、この点について説明する。
図５に示すように、各ターゲット３０の間を仕切るようにして仕切板３９が設けられている。仕切板３９は、スピンドル３７及び空洞形成板３３に固定されている。図７は、図５に示す仕切板３９の構成について説明する側面図である。図７に示すように、仕切板３９は、各ターゲット３０が設けられた空間を仕切るよう設けられている。本実施形態では、四つのターゲット３０が設けられているため、仕切板３９は、側方から見ると、十字状である。十の字の中心は、図５に示す中心軸Ａ上にある。
【００４９】
図５及び図７において、仕切板３９が無いと、ターゲット３０の相互汚染の問題が生ずる。即ち、あるターゲット３０から放出されたスパッタ粒子が他のターゲット３０に付着することがある。付着した他のターゲット３０からのスパッタ粒子は、再スパッタされて放出されるものの、各ターゲット３０が異種の材料で形成されている場合、ターゲット３０からそのターゲット３０の本来の材料ではないものが放出されることになる。このようなことがあると、作成される薄膜の成分の分布を充分に制御することが難しくなり、不均一な成分分布の薄膜が出来やすい。
本実施形態では、仕切板３９があるため、あるターゲット３０から放出されたスパッタ粒子が他のターゲット３０に付着することが抑制されている。従って、上述したような相互汚染が防止される。
【００５０】
次に、本願発明の第三の実施形態について説明する。
図８は、第三の実施形態のスパッタ装置の概略構成を示す断面図である。図７に示すスパッタ装置は、基板９の両側にカソードユニット３が配置されているとともに、各カソードユニット３は、複数のターゲット３０を基板９に対して斜めに配置した構成となっている。各カソードユニット３の構成は、第二の実施形態と同様なので説明は省略する。また、基板９は、図１に示すのと同様の基板キャリア２によって保持されている。
【００５１】
この第三の実施形態の装置は、第一第二の実施形態の装置と同様、インライン式の装置に適用されると好適であり、ハードディスク等の磁気記録ディスクの製造用に好適に使用できる。第三の実施形態によれば、基板９の両面に同時に成膜が行える上、成膜を均一にしたり、ターゲット３０の利用効率を高めたりする効果が、第二の実施形態と同様に得られる。
【００５２】
上述した各実施形態の装置において、複数のターゲットが異種材料である必要はなく、同種の材料のターゲットを複数用いても良い。この場合も、膜厚等の膜特性が均一化したり、成膜速度が全体として向上したりする効果がある。
また、成膜の対象としては、磁気記録ディスク用の基板の他、ＬＳＩ製造用の半導体ウェーハ、液晶ディスプレイやプレズマディスプレイ製造用のガラス基板等を対象とすることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１記載の発明によれば、ターゲットが基板の中心軸からずれた位置に配置されているとともにターゲットが基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに回転するので、基板を回転させること無しに均一な膜を作成することができる。また、ターゲットが複数設けられているので、さらに成膜を均一にしたり、成膜速度を向上させたりする効果が得られる。さらに、磁石機構による磁界がターゲットの中心軸に対して非対称であるとともに、磁石機構がターゲットの中心軸の周りに回転するので、ターゲット上のエロージョンが均一になる。このため、ターゲットを長寿命化させることができる。また、副回転機構が主回転機構の回転動力により磁石機構を副回転させるので、回転導入のための機構が簡略化される。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、各ターゲットへの供給電力が独立して制御できるので、各ターゲットにおけるスパッタ条件の不均一性が補償できる。これにより、さらに均一な成膜を行うことができる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、基板に対してターゲットが所定角度傾いた状態で配置されているので、スパッタプロファイルに応じた角度を選定することにより、成膜をさらに均一にすることができる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、基板の両面に同時に成膜を行うことができるので、片面ずつ成膜する場合に比べて、生産性が向上したり、装置が小型化できたりする効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第一の実施形態のスパッタ装置の断面概略図である。
【図２】図１に示すカソードユニット３の詳細を示す断面図である。
【図３】ターゲット３０の形状や配置位置等を説明する側面概略図である。
【図４】冷媒の導入排出位置及び給電位置について説明する側面概略図である。
【図５】第二の実施形態のスパッタ装置の主要部の概略構成を示す断面図である。
【図６】一枚のターゲット３０を斜めに配置して公転させることによる膜特性分布制御について説明する図である。
【図７】図５に示す仕切板３９の構成について説明する側面図である。
【図８】第三の実施形態のスパッタ装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ スパッタチャンバー
１１ 排気系
１２ ガス導入系
２ 基板キャリア
３ カソードユニット
３０ ターゲット
３５１ 回転駆動源
４ スパッタ電源
５ 磁石機構
９ 基板

Claims (6)

1. 第１ターゲットと、該第１ターゲットとは異なる種類の材料からなる第２ターゲットとを含む複数のターゲットを基板の中心軸からずれた位置に配置可能なカソードユニットと、
   前記複数のターゲットのそれぞれの間を仕切るための仕切板と、
   前記複数のターゲットの背後にそれぞれ設けられ、各ターゲットの中心軸に対して非対称の磁界を形成する磁石機構と、
   前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させる主回転機構と、
   前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させる副回転機構と
   が設けられており、
   前記副回転機構は、前記各ターゲットを回転させずに前記各磁石機構を副回転させるものであり、
   前記副回転機構は、前記主回転機構により前記カソードユニット及び前記各磁石機構が主回転した際に静止した状態を保つ静止ギヤと、前記各磁石機構に固定されて前記主回転機構により各磁石機構と一緒に主回転する従動ギヤとを備えており、
   前記各従動ギヤは、前記各ターゲットの中心軸を取り囲む環状のものであって前記静止ギヤに噛み合った状態で設けられており、前記主回転機構により前記各従動ギヤが主回転した際に、主回転とは別に前記静止ギヤとの噛み合いにより前記副回転が付随して生じるようになっており、
   前記各従動ギヤは、前記各ターゲットとは切り離して設けられており、前記各従動ギヤが前記静止ギヤと噛み合っていることにより生じる前記副回転は、前記各ターゲットには生じないようになっていることを特徴とするスパッタ装置。
2. 前記複数のターゲットに前記スパッタ放電のための電力を導入する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであることを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
3. 前記各ターゲットは、前記基板に対して所定角度傾いた状態で配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタ装置。
4. 前記カソードユニット、前記仕切板、前記各磁石機構、前記主回転機構、及び前記副回転機構は、前記基板を挟んで両側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のスパッタ装置。
5. 前記複数のターゲットは、前記第１ターゲット及び前記第２ターゲット以外のターゲットを含んでおり、
   前記仕切板は、各ターゲットの間を通ってそれぞれ延びる部位を有し、これら部位は、基板の中心軸上において交差していることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のスパッタ装置。
6. 第１ターゲットと、該第１ターゲットとは異なる種類の材料からなる第２ターゲットとを含む複数のターゲットを基板の中心軸からずれた位置に配置可能なカソードユニットと、
   前記複数のターゲットのそれぞれの間を仕切るための仕切板と、
   前記複数のターゲットの背後にそれぞれ設けられ、各ターゲットの中心軸に対して非対称の磁界を形成する磁石機構と、
   前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させる主回転機構と、
   前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させる副回転機構と
   が設けられているスパッタ装置であり、
   前記副回転機構は、前記主回転機構により前記カソードユニット及び前記各磁石機構が主回転した際に静止した状態を保つ静止ギヤと、前記各磁石機構に固定されて前記主回転機構により各磁石機構と一緒に主回転する従動ギヤとを備えており、
   前記各従動ギヤは、前記各ターゲットの中心軸を取り囲む環状であって前記静止ギヤに噛み合った状態で設けられており、前記主回転機構により前記各従動ギヤが主回転した際に、主回転とは別に前記静止ギヤとの噛み合いにより前記副回転が付随して生じるようになっており、
   前記各従動ギヤは、前記各ターゲットとは切り離して設けられており、前記各従動ギヤが前記静止ギヤと噛み合っていることにより生じる前記副回転は、前記各ターゲットには生じないようになっているスパッタ装置を用いた電子デバイス製造方法であって、
   前記副回転機構により、前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させるとともに、
   前記主回転機構により、前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させつつ、
   前記複数のターゲットに所定の電圧を印加して基板に薄膜を作成する工程
   を含むことを特徴とする電子デバイス製造方法。

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