JPWO2009101909A1

JPWO2009101909A1 - マグネトロンスパッタ装置及びマグネトロンスパッタ方法

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Publication number: JPWO2009101909A1
Application number: JP2009553410A
Authority: JP
Inventors: 眞明岩崎; 小田　喜文; 喜文小田; 武大佐藤
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp; Sony DADC Corp
Current assignee: Sony Music Solutions Inc; Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: TW201000663A; WO2009101909A1; CN102016109B; JP4717142B2; CN102016109A; KR20110014559A; KR101258882B1; TWI435946B; US20110114473A1; EP2246459A1; US8663432B2

Abstract

本発明のマグネトロンスパッタ装置は、ターゲットと成膜対象物とを対向配置可能なスパッタ室と、スパッタ室に臨んで設けられたガス導入口と、スパッタ室の外部でターゲットに対向して設けられると共に、中心に対して偏心した位置を回転中心に回転可能に設けられたマグネットと、マグネットの回転面内での周方向位置を検出するセンサと、マグネットの回転中における周方向位置とスパッタ室内のガス圧力分布に基づいて、ターゲットへの電圧印加を開始させスパッタ室内に放電を起こさせる制御装置とを備えている。

Description

本発明は、マグネトロンスパッタ装置及びマグネトロンスパッタ方法に関する。

従来より、例えばディスク状記録媒体の樹脂製基板に対する記録層や反射膜などの成膜は、スパッタ成膜により行われている。
特開平５−３１１４２５号公報特開平５−１７９４２６号公報特開平１１−１４４３３８号公報

今までの光ディスクでは反射率のばらつきに対する許容範囲が比較的広かったため、反射率に影響する反射膜の膜厚のばらつきが問題になっていなかった。しかし、特に多層用、例えば２層用の半透過膜は周方向の均一性が要求される。その半透過膜を通して全反射上の情報を読み取るため、半透過膜の変動が全反射膜に対して、より大きな変動として影響を与えることになり、このような多層化や、次世代の高密度、高容量光ディスクでは、反射率のばらつきに対する許容範囲が狭くなるため、現状の膜厚ばらつきのままでは生産時の品質を保証する工程能力指数が低くなるなど品質低下の問題が懸念される。

現状、光ディスクの成膜において、径方向の膜厚分布は比較的安定したものが得られているが、周方向の膜厚分布は変動が比較的大きい。したがって、ディスク面全体の膜厚ばらつきを抑制するためには、特に周方向の膜厚ばらつきを抑えることが有効である。

なお、膜厚の周方向均一化を図るため、特許文献１、２に開示されているように、処理室周方向における複数箇所から均一にガスを導入することも考えられるが、装置の構造が複雑になり、また、現状の既存の装置をそのまま使用できない。

また、特許文献３には、マグネトロンスパッタ装置において、１回の薄膜形成に要する時間におけるマグネットの回転数を制御することで基板上の膜厚の均一化を図る旨が開示されている。しかし、膜厚分布に影響を与える成膜室内のプラズマ分布は、マグネット回転数の他にもガス導入口の位置等にも依存するため、単にマグネット回転数を制御するだけでは、特に今後厳しい膜厚品質が求められる次世代光ディスクのスパッタ成膜に適用するにあたっては不十分である。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、膜厚の周方向均一性を良くするマグネトロンスパッタ装置及びマグネトロンスパッタ方法を提供する。

本発明の一態様によれば、ターゲットと成膜対象物とを対向配置可能なスパッタ室と、前記スパッタ室に臨んで設けられたガス導入口と、前記スパッタ室の外部で前記ターゲットに対向して設けられると共に、中心に対して偏心した位置を回転中心に回転可能に設けられたマグネットと、前記マグネットの回転面内での周方向位置を検出するセンサと、前記マグネットの回転中における前記周方向位置と前記スパッタ室内のガス圧力分布に基づいて、前記ターゲットへの電圧印加を開始させ前記スパッタ室内に放電を起こさせる制御装置と、を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、スパッタ室内にターゲットと成膜対象物とを対向配置させ、前記スパッタ室に臨んで設けられたガス導入口からスパッタガスを前記スパッタ室内に導入し、且つ、前記スパッタ室の外部で前記ターゲットに対向して設けられたマグネットを、その中心に対して偏心した位置を回転中心に回転させ、前記マグネットの回転中における回転面内での周方向位置と前記スパッタ室内のガス圧力分布に基づいて、前記ターゲットへの電圧印加を開始して前記スパッタ室内に放電を起こさせることを特徴とするマグネトロンスパッタ方法が提供される。

本発明の実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置の概略構成を示す模式図。図１における要部の拡大図。同マグネトロンスパッタ装置における、マグネット、ターゲット、ガス導入口の平面レイアウトを示す模式図。本発明の実施形態において、ターゲットへの電圧印加の開始・終了タイミングを示すタイミングチャート。比較例における、ターゲットへの電圧印加の開始・終了タイミングを示すタイミングチャート。本発明者等が行ったスパッタ成膜試験における、ガス導入位置、マグネット中心の、測定原点に対する位置を示す模式図。本発明者等がスパッタ成膜試験を行って基板に形成された膜の、基板中心から半径５８ｍｍの位置における周方向一周分の反射率を測定した結果を示すグラフ。

符号の説明

１０基板
１３スパッタ室
１５ターゲット
１６マグネット
４５ガス導入口
５１電源
５３センサ
５５制御装置

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置の概略構成を示す模式図である。図２は、その要部の拡大図である。

この装置は、成膜対象物として例えばディスク状記録媒体の基板１０に対して一枚ずつ枚葉式でスパッタ成膜を行うマグネトロンスパッタ装置であり、主として、スパッタ源や搬送機構などを有する装置本体８と、装置本体８の内外に基板１０を搬出入する外部搬送機構９と、装置本体８の外部に設けられた電源５１、制御装置５５などを備える。

装置本体８は、略円筒状の気密容器１１と、この気密容器１１の径よりも大きな径の略円筒状の気密容器１２とを有する。気密容器１１の内部はスパッタ室１３として機能し、気密容器１２の内部は搬送室１４として機能する。

気密容器１２の底部には排気口３７が形成され、この排気口３７には真空ポンプ２３、２４などを有する真空排気系が接続されている。排気口３７を介して気密容器１２、１１内を真空引きすることで、それら気密容器１２、１１内は所望の減圧雰囲気にされる。

スパッタ室１３は搬送室１４の上部に偏心して位置している。スパッタ室１３の上部には、ターゲット１５がバッキングプレート４１（図２に示す）等を介して保持されている。ターゲット１５の中心部からはセンターマスク１８が下方に延在している。スパッタ室１３内における外周側部分にはアウターマスク１９が設けられている。

基板１０へのスパッタ成膜を行っていないときは、スパッタ室１３の底と搬送室１４とは連通しているが、スパッタ成膜時には、基板１０が図２において２点鎖線で示す位置にセットされ、ターゲット１５に対して対向する。その状態で、スパッタ室１３の底は基板１０によって塞がれる。また、センターマスク１８は、中央孔を有するディスク状の基板１０のその中央孔を含む中央部を覆い、アウターマスク１９の内周側縁部は、基板１０の最外周縁部を覆う。基板１０においてそれらマスク１８、１９で覆われた部分には成膜されない。また、スパッタ成膜時、スパッタ室１３内のガスは、アウターマスク１９に形成された排気孔４２を介して搬送室１４、さらには排気口３７へと排気可能となっている。

スパッタ室１３内へは、その周方向の一箇所からガス導入が行われる。図２に示すように、スパッタ室１３の周囲を囲む気密容器１１の周壁にガス導入口４５が開口されスパッタ室１３の内部に臨んでいる。ガス導入口４５にはガス導入管４６が接続され、ガス導入管４６は図示しないガス供給源に接続されている。

スパッタ室１３の上方であって気密容器１１の外部には、ターゲット１５に対向してマグネット１６が設けられている。マグネット１６は、モータ１７によって、ターゲット１５に対向した状態で回転可能となっている。

図３は、マグネット１６、ターゲット１５、ガス導入口４５の平面レイアウトを示す模式図である。

ターゲット１５の平面形状は略円形状に形成され、マグネット１６の平面形状は楕円形状に形成されている。マグネット１６の中心（重心）Ｃ１は、ターゲット１５の中心に対して偏心した位置にあり、且つ、マグネット１６は自身の中心Ｃ１に対して偏心した位置にある回転中心Ｃ２を中心に回転する。なお、マグネット１６の平面形状は楕円形に限らず、円形、三角形、ハート形などであってもよい。

マグネット１６には、マグネット１６の回転と共に回転する図示しない被検出体が取り付けられ、その被検出体を、静止物として設けられたセンサ５３が検出することで、マグネット１６の回転面内における周方向位置を検出することができる。

再び図１を参照して説明すると、搬送室１４の中央には、底壁を貫通して垂直に延在する回転軸３６が設けられ、この回転軸３６は搬送室１４の外部に設けられたモータ２８と連結されている。回転軸３６の上端部には回転テーブル２７が連結されている。回転テーブル２７には、複数のリング状のサセプタ２１が設けられている。

搬送室１４の底壁の下方には、回転軸３６を挟んで位置するアクチュエータ２５、２９が設けられている。各アクチュエータ２５、２９は、例えばエアシリンダ装置であり、それぞれ、搬送室１４の底壁を貫通して搬送室１４内で上下に往復運動するロッド２６、３０を備えている。一方のアクチュエータ２５はスパッタ室１３の下方に位置し、他方のアクチュエータ２９はロードロック用開口部４４の下方に位置している。ロードロック用開口部４４は、搬送室１４の上壁において搬送室１４の中心を挟んでスパッタ室１３の反対側の位置に形成されている。ロードロック用開口部４４は、外部搬送機構９の水平アーム３３の両端に固定された真空蓋３４ａ、３４ｂの一方により、気密に閉塞可能となっている。

装置本体８の外部には、電源５１と制御装置５５が設けられている。電源５１は例えば直流電源であり、ターゲット１５に対して直流電圧を印加する。電源５１の動作は、後述するように制御装置５５により制御される。

次に、上述した本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置を用いたスパッタ成膜処理について説明する。

基板１０は、外部搬送機構９により搬送室１４内に搬入される。なお、基板１０の搬出入時及びスパッタ成膜処理中は、搬送室１４及びスパッタ室１３の減圧状態は維持されている。
後述する搬出時の動作により、搬送室１４内においてアクチュエータ２９のロッド３０は上昇され、サセプタ２１が、ロッド３０先端部に取り付けられたプッシャ３２で持ち上げられてロードロック用開口部４４の下側縁部に密着している。その状態で、水平アーム３３の真空蓋３４ａ、３４ｂの一方がその下面に、例えばメカニカルチャック機構により基板１０を保持した状態でロードロック用開口部４４の上に移動され、ロードロック用開口部４４を気密に閉塞する。真空蓋３４ａ、３４ｂによるロードロック用開口部４４の閉塞状態は、成膜処理を終えた基板１０の外部への搬出時まで維持される。
そして、ロードロック用開口部４４の内部を排気して搬送室１４内の圧力と同程度の減圧状態になったら、ロッド３０が下降し、真空蓋３４ａ、３４ｂの一方からサセプタ２１に移された基板１０は、サセプタ２１と共に下降する。そして、基板１０を載置したサセプタ２１は、回転テーブル２７に形成された円形開口に嵌合支持される。

次に、モータ２８により回転軸３６が回転され、これにより回転テーブル２７が水平面内で回転されて、ロードロック用開口部４４に対向する位置にあるサセプタ２１及びこれに保持された基板１０は、スパッタ室１３の下方位置に移動される。

そして、アクチュエータ２５のロッド２６が上昇され、プッシャ２２の中央上面に設けられた突起部が基板１０の円形中央孔に嵌り込み、これにより基板１０はプッシャ２２上にセンタリングされた状態で略水平に支持されてサセプタ２１から持ち上げられる。そして、ロッド２６のさらなる上昇により、図２において２点鎖線で示すように、基板１０の被成膜面がターゲット１５に対向した状態でスパッタ室１３に臨む。

基板１０のスパッタ室１３への搬入前から、ガス導入管４６及びガス導入口４５を介してスパッタ室１３内に例えばアルゴンガスが導入されており、且つ、マグネット１６も回転された状態となっている。そして、基板１０の搬入後（図２において２点鎖線位置へのセット後）、電源５１からターゲット１５に電圧を印加する。この電圧印加により、ターゲット１５をカソード、スパッタ室１３内壁面をアノードとする放電が生じ、導入されたスパッタガスが電離してスパッタ室１３内にプラズマが生起され、加速された例えばアルゴンイオンによってターゲット１５がスパッタされる。

スパッタされたターゲット１５の構成原子は、基板１０の被成膜面において、センターマスク１８及びアウターマスク１９によって覆われていない部分に付着堆積され、その被成膜面にターゲット材料の膜が形成される。

本実施形態ではマグネトロンスパッタであり、マグネット１６が発生する磁界によってターゲット１５表面に磁界のトンネルが形成され、スパッタ室１３内の電子はその磁界トンネルの中を周回運動する。これにより、プラズマをターゲット１５付近に封じ込め、スパッタレートを速くできると共に、プラズマを基板１０から分離して基板１０のプラズマダメージを防げる。

以上説明した成膜処理が終了すると、ロッド２６が下降され、基板１０はサセプタ２１上に戻される。次いで、回転テーブル２７が回転され、成膜処理を終えた基板１０はロードロック用開口部４４に対向する位置に回転移動される。
そして、ロッド３０が上昇され、プッシャ３２によりサセプタ２１は基板１０を載置した状態で持ち上げられてロードロック用開口部４４の下側縁部に密着され、基板１０は、ロードロック用開口部４４を閉塞している真空蓋３４ａ、３４ｂの一方の下面に移される。
そして、ロードロック用開口部４４内が大気開放された後、ロードロック用開口部４４を閉塞している真空蓋３４ａ、３４ｂの一方が成膜処理済み基板１０を保持したまま上昇してロードロック用開口部４４から離間する。この後、水平アーム３３は真空蓋３４ａ、３４ｂの一方の下面に処理済みの基板１０を保持し、他方の下面に成膜処理前の基板１０を保持した状態で水平面内で回転される。
これにより、成膜処理済みの基板１０が搬送室１４の外部に搬出されると共に、成膜処理前の新たな処理対象基板１０がロードロック用開口部４４に臨む位置に移動される。ロードロック用開口部４４に臨む位置に移動された成膜処理前の基板１０に対しては前述と同様の動作及び処理が行われる。以上のことが繰り返され、基板１０は１枚ずつ次々と成膜処理される。

ここで、本実施形態では、図４に示すタイミングチャートのように、マグネット１６の回転中における回転面内での周方向位置が、ガス導入口４５の位置に対してどの位置にあるかに基づいて、ターゲット１５への電圧印加タイミングおよび終了タイミングを制御している。

図４において（ａ）は、マグネット１６の回転面内での周方向位置を検出するセンサ５３の出力信号を示す。マグネット１６に取り付けた前述した被検出体をセンサ５３が検出すると、センサ出力はオンとなる。例えば説明の便宜上、図３に示す平面視にて、マグネット１６の中心Ｃ１、回転中心Ｃ２およびガス導入口４５の位置が一直線上に並び、マグネット１６の中心（重心）Ｃ１が回転中心Ｃ２を挟んでガス導入口４５に対向する位置（以下、単に「対向位置」ともいう）に、マグネット１６が位置するときにセンサ５３が被検出体を検出してその出力信号がオンになるとする。

マグネット１６の回転に伴って被検出体がセンサ取付位置を通過するごとにセンサ出力はオンとなり、センサ出力のオンとオフとが交互に繰り返される状態が検出されることで、マグネット１６が正常に回転していると判定できる。

図４において（ｂ）は、基板１０が、スパッタ位置（図２において２点鎖線で示す位置）にあるか、搬送位置にあるかを示す。

図４において（ｃ）は、制御装置５５が電源５１に与える電圧印加指令を示す。電源５１が制御装置５５からオン指令を受けると電源５１からターゲット１５に電圧が印加され、スパッタ室１３内に放電が起こりプラズマが生成される。電源５１が制御装置５５からオフ指令を受けると、ターゲット１５への電圧印加が停止され、スパッタ室１３内における放電及びプラズマ生成が停止される。

ここで、図５は、比較例における図４と同様なタイミングチャートである。

基板１０がスパッタ位置にある場合はもちろん搬送位置にある場合でも、装置の稼働中は、ガスはスパッタ室１３内に導入され続け、マグネット１６は回転し続けている。
そして、比較例では、図５において実線で示すタイミングチャートのように時刻ｔ２で基板１０がスパッタ位置にセットされるのと同時にターゲット１５への電圧印加が開始され、所定時間スパッタ成膜が行われた後、時刻ｔ５にて基板１０のスパッタ位置からの離脱と同時にターゲット１５への電圧印加も終了する。

この比較例では、ターゲット１５への電圧印加開始タイミング及び終了タイミングは、マグネット１６の回転面内での周方向位置とは連動しておらず、基板１０がスパッタ位置にセットされたらターゲット１５への電圧印加が開始され、所定のスパッタ時間が経過してスパッタ成膜が終了するとターゲット１５への電圧印加が停止され、基板１０がスパッタ位置から離脱される。
すなわち、図５において１点鎖線で示すように、時刻ｔ１に基板１０がスパッタ位置にセットされれば時刻ｔ１でターゲット１５への電圧印加が開始され、時刻ｔ４で基板１０がスパッタ位置から離脱すると時刻ｔ４でターゲット１５への電圧印加が終了する。
同様に、破線で示すように、時刻ｔ３に基板１０がスパッタ位置にセットされれば時刻ｔ３でターゲット１５への電圧印加が開始され、時刻ｔ６で基板１０がスパッタ位置から離脱すると時刻ｔ６でターゲット１５への電圧印加が終了する。
比較例では、センサ５３は、単にマグネット１６が正常に回転しているかどうかを検出するためだけに用いられている。

これに対して、本実施形態では、マグネット１６の回転中における回転面内での周方向位置が、図３に示す平面視でガス導入口４５に対して相対的にどの位置にあるかに基づいて、ターゲット１５への電圧印加の開始・終了を制御する。

具体的には、基板１０がスパッタ位置にセットされた状態で、センサ５３がオンになるとき、すなわちマグネット１６が、図３を参照して前述したガス導入口４５に対する「対向位置」にあるときに、ターゲット１５への電圧印加を開始する。

図４において例えば時刻ｔ２にて実線で示すように基板１０がスパッタ位置にセットされても、その時刻ｔ２ではセンサ出力がオフであり、マグネット１６が上記「対向位置」にないためターゲット１５への電圧印加は開始せず、時刻ｔ２より後で最初にセンサ出力がオンとなる時刻ｔ３になるのを待ってターゲット１５への電圧印加を開始する。

同様に、例えば時刻ｔ１にて１点鎖線で示すように基板１０がスパッタ位置にセットされても、その時刻ｔ１ではセンサ出力がオンからオフに切り替わったタイミングであり、マグネット１６が上記「対向位置」にないためターゲット１５への電圧印加は開始せず、時刻ｔ１より後で最初にセンサ出力がオンとなる時刻ｔ３になるのを待ってターゲット１５への電圧印加を開始する。

また、時刻ｔ３より後の時刻ｔ４にて破線で示すように基板１０がスパッタ位置にセットされても、その時刻ｔ４ではセンサ出力がオンからオフに切り替わったタイミングであり、マグネット１６が上記「対向位置」にないためターゲット１５への電圧印加は開始せず、その時刻ｔ４より後で最初にセンサ出力がオンとなる時刻ｔ５になるのを待ってターゲット１５への電圧印加を開始する。

ターゲット１５への電圧印加は所定時間継続される。この電圧印加時間は、マグネット１６の単位時間あたりの回転数設定とスパッタ時間設定との関係に基づいて、マグネット１６を整数回回転させることを基本として決定される。図４に示す例では、時刻ｔ３にてターゲット１５への電圧印加が開始された場合には、そこからマグネット１６が５回転した時刻ｔ６にターゲット１５への電圧印加が終了する。同様に、時刻ｔ５にてターゲット１５への電圧印加が開始された場合には、そこからマグネット１６が５回転した時刻ｔ７にターゲット１５への電圧印加が終了する。

このように、ターゲット１５への電圧印加を停止するタイミングも、マグネット１６の回転面内での周方向位置と連動させて決めている。すなわち、マグネット１６が図３を参照して前述したガス導入口４５に対する「対向位置」にありセンサ５３がオンとなるとき（図４において時刻ｔ６、ｔ７）に、ターゲット１５への電圧印加を停止する。なお、放電停止タイミングは、必ずしもマグネット位置に連動させなくてもよく、放電開始タイミングのみマグネット位置に連動させるだけでもよい。

前述したようにマグネット１６の中心Ｃ１が、回転中心Ｃ２を挟んでガス導入口４５に対する「対向位置」にあるときにターゲット１５への電圧印加を開始及び終了することで、基板１０に形成される膜の膜厚の周方向均一性を向上でき、結果として基板面内全体の膜厚均一性を良好なものとし、高い品質のディスク状記録媒体を提供することができる。この理由として以下の理由が考察される。

基板面内における膜厚のばらつきはスパッタレートのばらつきに起因し、スパッタレートはスパッタ室内におけるプラズマ密度分布に依存する。プラズマ密度は、スパッタ室内に導入されたガス圧力に依存し、ガス圧力が高ければ生成するプラズマ密度が高くなる。

本実施形態では、ガス導入系の構造複雑化を回避する観点から、スパッタ室１３内にはその周方向の一箇所のみからガスを導入しており、また、スパッタ室１３の中央下方には基板１０を昇降させる機構があることから、排気口３７はスパッタ室１３の中心に対して偏心した位置に設けられている。このことから、スパッタ室１３内にガスを均一に分布させることが難しく、ガス導入口４５が最もガス圧力が高く、ガス導入口４５から遠ざかるにつれてガス圧力は低くなり、ガス導入口４５からスパッタ室１３の周方向に約１８０°離れ、ガス導入口４５から最も遠い上記「対向位置」付近が最もガス圧力が低くなる傾向にある。

また、スパッタに実質寄与する密度のプラズマは、実質マグネット１６の下方でのみ存在する。したがって、スパッタ室１３内におけるプラズマ密度分布は、スパッタ室１３内のガス圧力分布（すなわちこれを決めるガス導入口４５の位置）とマグネット１６の周方向位置とに依存する。そこで、本実施形態では、基板１０における周方向の膜厚均一化を図るため、ガス導入口４５の位置とマグネット１６の周方向位置とに基づいて、放電の開始・終了タイミングを決めている。

また、周方向の膜厚均一化を図る観点から本実施形態ではマグネット１６を整数回回転させるが、例えばマグネット１６を１回転させる場合を考えると、回転開始位置と回転終了位置とは一致し、この回転開始・終了位置以外の部分はマグネット１６が一度通過してマグネット１６と向き合わされるのは１回だけであるが、回転開始・終了位置ではそれ以外の位置の倍の回数（２回）、マグネット１６と向き合わされることになる。

例えば、マグネット１６が、図３に示す上記「対向位置」とは１８０°反対側に位置する場合には、マグネット１６（の中心Ｃ１）は最もガス導入口４５に近い位置にあり、そのガス導入口４５付近はガス圧力が最も高く、したがってそのガス導入位置にマグネット１６が位置するときにターゲット１５への電圧印加を開始し、マグネット１６が整数回回転して再び開始位置に位置したときにターゲット１５への電圧印加を終了すると、そのガス導入口４５付近では他の位置よりも倍の回数マグネット１６が位置することになるので、ガス導入口４５付近に高いプラズマ密度領域が偏在し、結果として基板１０の被成膜面において、ガス導入口４５付近の領域に対向する部分の膜厚が他の部分の膜厚よりも厚くなってしまう。

これに対して、図３を参照して前述したように、マグネット１６がその回転中心Ｃ２を挟んでガス導入口４５に対する対向位置にあるときにターゲット１５への電圧印加を開始し、且つ終了すれば、マグネット１６による高プラズマ密度が１回転あたり２度形成されることになる領域が、ガス導入口４５から最も遠い領域となり、そのガス導入口４５から最も遠い領域はガス導入口４５及びその近傍よりもガス圧力が低いため、結果としてその領域におけるプラズマ密度の低下を補うことができる。この結果、スパッタ室１３内におけるプラズマ密度分布の周方向の均一化を図れ、基板面内における膜厚の周方向均一化を図れる。

なお、基板１０をその中心まわりに水平面内で回転させることで、基板面内の膜厚分布を良くすることも考えられるが、本実施形態のように基板１０としてディスク状記録媒体への成膜を行う場合には、中央部及び外周縁部をマスク１８、１９で覆ってそれら部分に膜が付着しないようにする必要がある。したがって、それらマスク１８、１９と接した状態で基板１０はスパッタ成膜を受けるため、基板１０を回転させるとなるとそれらマスク１８、１９も基板１０と共に回転させるための機構を付加しなければならず、装置構成が複雑になり、コストアップもまねく。

これに対して、本実施形態では、スパッタ成膜時、基板１０は回転させず、よってマスク１８、１９の回転機構も不要であり、さらにガス導入口４５は一箇所だけである。すなわち、本実施形態では、マグネトロンスパッタ装置の装置本体の構造は既存のものを用いることができ、ターゲット１５への電圧印加・終了のタイミングをマグネット１６の回転面内での周方向位置と連動させて制御するというソフトウェア的アプローチで、大幅な改造やコストアップをまねくことなく、成膜品質を向上できる。

なお、ターゲット１５への電圧印加を開始するタイミングは、図３に示すように、マグネット１６の中心Ｃ１及び回転中心Ｃ２がガス導入口４５の位置とともに一直線上に位置するときに限らない。
ガス導入口４５の位置とマグネット１６の回転中心Ｃ２とを結ぶ直線（１点鎖線）Ｌ１に対してマグネット１６の回転面内で直交し回転中心Ｃ２を通る直線（２点鎖線）Ｌ２よりも、ガス導入口４５の位置に対して遠い領域（図３において２点鎖線の斜線で示す領域）は、スパッタ室１３の中でも比較的ガス圧力が低くなる領域であり、その領域上にマグネット１６の中心Ｃ１が位置するときにターゲット１５への電圧印加を開始しても、ガス圧力が低いことに起因するプラズマ密度の低下を補うことになり、スパッタ室１３内におけるプラズマ密度分布の均一化に効果が得られる。

また、ターゲット１５への電圧印加を終了させるにあたっては、ターゲット１５への電圧印加を開始したときにマグネット１６の中心Ｃ１が位置する位置（開始位置）と同じ位置にマグネット１６の中心Ｃ１があるときに終了することに限らず、開始位置より少し通り過ぎた位置（ただし図３における２点鎖線の斜線範囲内の位置）、あるいは開始位置に至る少し手前の位置（同じく図３における２点鎖線の斜線範囲内の位置）で、ターゲット１５への電圧印加を終了してもよい。

また、マグネット位置に連動させた前述した放電開始・終了制御は、ターゲット１５への電圧印加開始時のみ行ってもよい。例えば、ターゲット１５への電圧印加を終了するときは、マグネット１６の中心Ｃ１が図３における２点鎖線の斜線範囲内にないときに行ってもよい。

また、センサ５３の設置位置は上記実施形態に限られるものではない。前述した説明では、センサ５３がマグネット１６に取り付けた被検出体を検出してセンサ出力がオンになったときが、マグネット１６が図３に示す前述した「対向位置」にあるとしたが、その位置でセンサ５３が被検出体を検出することに限らず、他の位置で被検出体を検出して、上記「対向位置」とセンサ取付位置との周方向距離とマグネット１６の回転数とに基づいて、センサ出力オン時からの時間計算によりマグネット１６が上記「対向位置」にあることを認識するようにしてもよい。
また、マグネット１６に被検出体を設けなくても、例えばマグネット１６の磁界強度をモニタしてマグネット１６の回転面内での周方向位置を特定することも可能である。あるいは、モータ１７の駆動信号に基づいてマグネット１６の回転面内での周方向位置を求めることも可能である。

ここで、本発明者等は、ガス導入口４５の位置（ガス導入位置）に対する、マグネット１６の回転面内での周方向位置を変えて、基板１０に対してスパッタ成膜を行い、形成された膜の周方向の反射率を測定することで、周方向の膜厚分布の評価を行った。

図６に示すように、平面視で略円形状のスパッタ室１３の周方向（マグネット１６の回転方向）の一箇所を測定原点０°として、この測定原点に対して反時計方向に６０°の位置からガスをスパッタ室１３内に導入した。

マグネットの中心Ｃ１（図３の中心Ｃ１に対応）が、測定原点に対して反時計方向に６０°の位置（ガス導入位置と同じ位置）に位置するときにターゲットに対する電圧印加の開始及び終了を行った場合と、マグネットの中心Ｃ１が測定原点に対して反時計方向に１８０°の位置に位置するときにターゲットに対する電圧印加の開始及び終了を行った場合と、マグネットの中心Ｃ１が測定原点に対して反時計方向に２４０°の位置（図３と同じ「対向位置」）に位置するときにターゲットに対する電圧印加の開始及び終了を行った場合と、の３つのケースについて行った。
なお、図３において２点鎖線の斜線で示した、「ガス導入口４５の位置とマグネット１６の回転中心Ｃ２とを結ぶ直線Ｌ２に対してマグネット１６の回転面内で直交し回転中心Ｃ２を通る直線Ｌ１よりも、ガス導入口４５の位置に対して遠い領域」を、図６においても同じく２点鎖線の斜線で示している。

ターゲット材はＡｇを用い、マグネット回転数は１８０ｒｐｍとし、ターゲットへの印加電力は直流１．６ｋＷとし、ガスはアルゴンガスを流量２０ｓｃｃｍでスパッタ室内に導入し、スパッタ室内のガス圧力は１．２Ｐａに維持し、スパッタ時間は１秒間とした。

基板に形成された膜の、基板中心から半径５８ｍｍの位置における周方向一周分の反射率を測定した。この測定結果を図７のグラフに示す。

この図７のグラフにおいて横軸は、基板中心から半径５８ｍｍの位置における周方向一周分の位置を示す。縦軸は、反射率３０％を基準に基準化した反射率（±％）を示す。

この図７の測定結果を基に、反射率の周方向分布を求めた。この周方向分布は、反射率データの幅値（最大値−最小値）の半分が、データの中心値（ここでは最大値＋最小値の半分）に占める割合、すなわち、（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）×１００［±％］として求めた。この周方向分布を表１に示す。なお、成膜された膜の反射率と膜厚とは比例関係にあり、反射率の周方向分布は、膜厚の周方向分布を表す。

表１の結果より、図６においてマグネットが２４０°の位置にあるとき、すなわち、マグネットがガス導入口に対する対向位置にあるときにターゲットへの電圧印加（放電）を開始した場合に、最も、反射率（膜厚に対応）の周方向分布（ばらつき）が小さい。逆に、マグネットがガス導入口位置と同じ６０°の位置にあるときにターゲットへの電圧印加（放電）を開始した場合には、最も周方向分布が大きく、周方向に均一な成膜が行われていないことになる。マグネットが１８０°の位置にあるとき、すなわち、前述した２点鎖線の斜線範囲内にあれば、上記「対向位置」の場合よりは大きいが、ガス導入位置と同じ６０°の位置の場合よりは、反射率（膜厚に対応）の周方向分布（ばらつき）を小さく抑えることができる。

本発明の一態様によれば、ターゲットと成膜対象物とを対向配置可能なスパッタ室と、前記スパッタ室に臨んで設けられたガス導入口と、前記スパッタ室の外部で前記ターゲットに対向して設けられると共に、自身の中心に対して偏心した位置を回転中心に回転可能に設けられたマグネットと、前記マグネットの回転面内での周方向位置を検出するセンサと、前記マグネットの回転中における前記周方向位置と前記スパッタ室内のガス圧力分布に基づいて、前記ターゲットへの電圧印加を開始させ前記スパッタ室内に放電を起こさせる制御装置と、を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置が提供される。

Claims

ターゲットと成膜対象物とを対向配置可能なスパッタ室と、
前記スパッタ室に臨んで設けられたガス導入口と、
前記スパッタ室の外部で前記ターゲットに対向して設けられると共に、中心に対して偏心した位置を回転中心に回転可能に設けられたマグネットと、
前記マグネットの回転面内での周方向位置を検出するセンサと、
前記マグネットの回転中における前記周方向位置と前記スパッタ室内のガス圧力分布に基づいて、前記ターゲットへの電圧印加を開始させ前記スパッタ室内に放電を起こさせる制御装置と、
を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
前記スパッタ室内において前記ガス導入口の位置よりもガス圧力が低い領域上に、前記マグネットの中心が位置するときに、前記制御装置は前記ターゲットへの電圧印加を開始させることを特徴とする請求項１記載のマグネトロンスパッタ装置。
前記ガス導入口の位置と前記マグネットの回転中心とを結ぶ直線に対して前記マグネットの回転面内で直交し前記回転中心を通る直線よりも、前記ガス導入口の位置に対して遠い領域上に前記マグネットの中心が位置するときに、前記制御装置は前記ターゲットへの電圧印加を開始させることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネトロンスパッタ装置。
前記制御装置は、前記マグネットの回転中における前記周方向位置と前記スパッタ室内のガス圧力分布に基づいて、前記ターゲットへの電圧印加を終了させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のマグネトロンスパッタ装置。
前記ガス導入口の位置と前記マグネットの回転中心とを結ぶ直線に対して前記マグネットの回転面内で直交し前記回転中心を通る直線よりも、前記ガス導入口の位置に対して遠い領域上に前記マグネットの中心が位置するときに、前記制御装置は前記ターゲットへの電圧印加を終了させることを特徴とする請求項４記載のマグネトロンスパッタ装置。
前記マグネットの中心が、前記ターゲットへの電圧印加を開始するときと同じ位置に位置するときに、前記制御装置は前記ターゲットへの電圧印加を終了させることを特徴とする請求項４または５に記載のマグネトロンスパッタ装置。
スパッタ室内にターゲットと成膜対象物とを対向配置させ、
前記スパッタ室に臨んで設けられたガス導入口からスパッタガスを前記スパッタ室内に導入し、且つ、前記スパッタ室の外部で前記ターゲットに対向して設けられたマグネットを、その中心に対して偏心した位置を回転中心に回転させ、
前記マグネットの回転中における回転面内での周方向位置と前記スパッタ室内のガス圧力分布に基づいて、前記ターゲットへの電圧印加を開始して前記スパッタ室内に放電を起こさせることを特徴とするマグネトロンスパッタ方法。
前記スパッタ室内において前記ガス導入口の位置よりもガス圧力が低い領域上に、前記マグネットの中心が位置するときに、前記ターゲットへの電圧印加を開始させることを特徴とする請求項７記載のマグネトロンスパッタ方法。
前記ガス導入口の位置と前記マグネットの回転中心とを結ぶ直線に対して前記マグネットの回転面内で直交し前記回転中心を通る直線よりも、前記ガス導入口の位置に対して遠い領域上に前記マグネットの中心が位置するときに、前記ターゲットへの電圧印加を開始することを特徴とする請求項７または８に記載のマグネトロンスパッタ方法。
前記マグネットの回転中における回転面内での周方向位置と前記スパッタ室内のガス圧力分布に基づいて、前記ターゲットへの電圧印加を終了することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載のマグネトロンスパッタ方法。
前記ガス導入口の位置と前記マグネットの回転中心とを結ぶ直線に対して前記マグネットの回転面内で直交し前記回転中心を通る直線よりも、前記ガス導入口の位置に対して遠い領域上に前記マグネットの中心が位置するときに、前記ターゲットへの電圧印加を終了することを特徴とする請求項１０記載のマグネトロンスパッタ方法。
前記マグネットの中心が、前記ターゲットへの電圧印加を開始するときと同じ位置に位置するときに、前記ターゲットへの電圧印加を終了することを特徴とする請求項１０または１１に記載のマグネトロンスパッタ方法。