JPH11246969A

JPH11246969A - スパッタ成膜装置

Info

Publication number: JPH11246969A
Application number: JP6617898A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwata; 寛岩田; Hidekazu Suzuki; 英和鈴木; Katsuya Yoshioka; 勝也吉岡; Kazuhiro Himori; 和弘檜森
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-14
Anticipated expiration: 2018-03-02
Also published as: JP4202459B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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
う時、基板搬送方向の膜厚分布と膜質分布の均一性と安
定性を向上する。【解決手段】チャンバ200 内に複数のマグネトロンカ
ソード11-18 を並べて配置し、搬送中に基板3 にスパッ
タ成膜を行い、マグネトロンカソードの各々は基板搬送
方向に揺動する磁気回路105 を備え、さらにマグネトロ
ンカソードの各々によって決まる位相が所定の位相関係
を満たす構成を備える。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、互いの影響が
相殺条件を満たすようにそれらの位相関係を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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１０
１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１
１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１２
３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１１
４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１０
５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、マグネトロンカソードの各々によって決ま
る位相が所定の位相関係を満たす構成を備えていること
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、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所定の位相関係が満たさ
れるように同期させる制御手段を設け、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差が相
殺条件を満たすことを特徴とする。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。

【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４
０２，４０３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シャンバ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２０
０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４
０１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１
１〜１４に対して、基板３を各カソードのターゲット１
０１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１０
５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１０
５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１
１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１
２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３
２，３３，３４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５３
ａ，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１１〜１
４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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者檜森和弘東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、基板を前記マグネロ
ンカソードに順次に対向させながら搬送し、搬送中に前
記基板にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜装置におい
て、前記マグネトロンカソードの各々は、スパッタ成膜時に
前記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前記ターゲットの
表面に揺動磁場を作る磁気回路を備え、前記マグネトロンカソードの各々によって決まる位相が
所定の位相関係を満たす構成を備えたことを特徴とする
スパッタ成膜装置。
【請求項２】前記マグネトロンカソードの各々におけ
る前記磁気回路の揺動運動を所定の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、前記マグネトロン
カソードの各々における前記磁気回路の揺動運動の位相
差が相殺条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の
スパッタ成膜装置。
【請求項３】前記マグネトロンカソードの個数がａで
あるとき、隣接する前記マグネトロンカソードの前記磁
気回路の揺動運動の間で３６０度／ａの位相差を持たせ
たことを特徴とする請求項２記載のスパッタ成膜装置。
【請求項４】前記マグネトロンカソードの各々の間の
位置関係によって位相のずれを設定し、前記マグネトロ
ンカソードの各々における前記磁気回路の揺動運動の位
相は同じであることを特徴とする請求項１記載のスパッ
タ成膜装置。