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WO2019087724A1 - スパッタリング装置及び成膜方法 - Google Patents

スパッタリング装置及び成膜方法 Download PDF

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WO2019087724A1
WO2019087724A1 PCT/JP2018/037846 JP2018037846W WO2019087724A1 WO 2019087724 A1 WO2019087724 A1 WO 2019087724A1 JP 2018037846 W JP2018037846 W JP 2018037846W WO 2019087724 A1 WO2019087724 A1 WO 2019087724A1
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WO
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target
sputtering
tilting
magnet
film
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PCT/JP2018/037846
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English (en)
French (fr)
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中村　真也
征仁 田代
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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    • H01J37/3491—Manufacturing of targets

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering apparatus and a film forming method, and more particularly to one suitable for film formation by sputtering of a sintered target.
  • a 3D (three-dimensional) NAND flash memory in which memory cells are vertically stacked is known.
  • the manufacturing process of the 3D-NAND flash memory for example, there is a process of forming an aluminum oxide film as an etching stop layer (see, for example, Patent Document 1).
  • a sputtering apparatus is used to form such an aluminum oxide film, and as such a sputtering apparatus, a magnet unit disposed on the side of the target to be aligned with the sputtering surface is rotated around the center of the target.
  • the magnetron type is used.
  • a target for a sputtering apparatus one obtained by sintering aluminum oxide powder is generally used.
  • the region where the film thickness is thin in the substrate surface is localized Were found to occur. Since the presence of such a thin film thickness region is an obstacle in enhancing the uniformity of the film thickness distribution, it is necessary to suppress the occurrence of such a region as much as possible.
  • the inventors of the present invention have conducted intensive studies and sintered the raw material powder to produce a target, an area with low density locally occurs in the target surface due to some cause in production, As a result, it was found that the sputtering rate (the amount of sputtered particles scattered from the target surface per unit time) in a relatively low density region was locally decreased when the target was sputtered. .
  • the present invention has been made based on the above findings, and in the case of forming a film by sputtering this sintered target using a sintered target, sputtering can be performed with good film thickness distribution in the substrate surface. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a film forming method.
  • the sputtering apparatus comprises a vacuum chamber having a target formed by sintering raw material powder, a target surface to be eroded by sputtering as a sputtering surface, and a thickness direction of the target in the vertical direction.
  • the target is non-rotatably attached to the vacuum chamber with the sputter surface facing downward, and has a plurality of magnets disposed in the same plane above the target and is biased to the sputter surface to penetrate the target
  • the magnet is further comprising a tilting means for tilting with respect to the center line of the rotary shaft so as to close to or away from the upper surface of the target.
  • the rotation axis is inclined to the center line, and the magnet above the low density region is magnetized
  • the distance between the magnet and the target is relatively short, and when passing above the other area, the distance between the magnet and the target is relatively long, and the density of the target is increased.
  • the strength of the leakage magnetic field acting on the target it is possible to make the sputtering rate over the entire circumferential direction substantially uniform when the magnet unit orbits on the imaginary circumference.
  • the sintered target is sputtered to form a film on the substrate surface, it is possible to further improve the uniformity of the film thickness distribution in the substrate surface.
  • the tilting means includes a base plate having a central opening through which the rotating shaft is inserted, a tilting plate for supporting an upper portion of the rotating shaft projecting upward from the base plate, and a lower surface of the tilting plate circumferentially.
  • the drive unit comprises at least three tilting shafts erected at intervals, and a drive unit provided on the base plate for tilting the tilting plate with respect to the center line through the respective tilt shafts, the drive unit comprising inclined surfaces A first block provided on the base plate and movable along the base plate by the actuator, and a second block vertically displaced by moving along the slope along with the movement of the first block A block, and a receiving portion provided in the second block for pivotably receiving the lower end of the tilting shaft, any one of the receiving portions being a reaction force accompanying the vertical displacement of the other second block Move in one direction A configuration in which the tilting shaft swings may be adopted.
  • the tilting plate tilts as the tilting shaft swings, and the rotation shaft also tilts relative to the center line according to this. If the magnet unit is rotated about the rotation axis in this state, for example, when the magnet passes above the low density region, the distance between the magnet and the target is relatively short, and the other region is above When passing through, it is possible to realize a configuration in which the distance between the magnet and the target can be relatively long.
  • a target formed by sintering raw material powder and a substrate to be processed are disposed in a vacuum chamber, a sputtering gas is introduced into the vacuum chamber, and power is supplied to the target.
  • the target is sputtered, and sputtered particles scattered from the target are deposited and deposited on the surface of the substrate to be treated, and the film is formed by sputtering.
  • the target surface to be eroded by sputtering is a sputtered surface, the thickness of the target
  • the direction is the vertical direction, and the direction in which the sputtering surface faces is downward, and a magnet unit having a plurality of magnets arranged in the same plane above the target is biased to the sputtering surface to cause a leakage magnetic field penetrating the target to act by sputtering.
  • the region of action of the leakage magnetic field on the sputtering surface orbits on a virtual circle centered on the target center And rotating the magnet unit about a rotation axis disposed on a center line passing through the center of the target, prior to film formation by sputtering, acquiring the density distribution of the target, and reducing the area of the target and the magnet And a step of tilting the rotation axis with respect to the center line such that the distance between the two regions is relatively short and the distance between the other region and the magnet is relatively long.
  • the density distribution of the target can be calculated based on the film thickness distribution of the thin film formed on the surface of the substrate to be processed.
  • FIG. 1 Typical sectional drawing which shows the sputtering device of embodiment of this invention.
  • the typical top view which shows the tilting means shown in FIG. (A) is a plan view of the drive unit, (b) is a front view of the drive unit, (c) is a rear view of the drive unit, and (d) is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. .
  • the substrate to be processed W is a silicon substrate (hereinafter referred to as “substrate W”)
  • the target is made of aluminum oxide formed by sintering raw material powder, and an aluminum oxide film as an insulating film on the surface of the substrate W
  • the film forming method and the sputtering apparatus according to the embodiment of the present invention will be described by taking the case of forming a film as an example. In the following, it is assumed that film formation is performed in the posture shown in FIG. 1, and the terms indicating the directions of upper and lower are based on FIG.
  • SM is a sputtering apparatus of a magnetron type, and this sputtering apparatus SM includes a vacuum chamber 1 defining a processing chamber 10.
  • a gas pipe 11 for introducing a sputtering gas is connected to a side wall of the vacuum chamber 1, and the gas pipe 11 communicates with a gas source 13 via a mass flow controller 12.
  • a sputtering gas in addition to a rare gas such as argon, in the case of performing reactive sputtering, a reactive gas such as an oxygen gas or a water vapor gas is included.
  • An exhaust pipe 14 communicating with an evacuation means P consisting of a turbo molecular pump, a rotary pump, etc.
  • the flow rate is controlled by the mass flow controller 12.
  • stage 2 via an insulating member I 1 is arranged.
  • the stage 2 has a known electrostatic chuck (not shown), and the chuck voltage is applied to the electrodes of the electrostatic chuck to hold the substrate W on the stage 2 with its film formation surface upside by chucking. It can be done.
  • a target assembly 3 is attached to the top of the vacuum chamber 1.
  • the target assembly 3 is composed of a target 31 and a backing plate 32 bonded to the upper surface of the target 31 via a bonding material (not shown) such as indium, and in a posture in which the sputtered surface 31 a of the target 31 is directed downward. attached to the top of the vacuum chamber 1 the periphery of the backing plate 32 via the insulating member I 2.
  • a coolant circulation passage 32 a is formed in the backing plate 32 so that the target 31 can be cooled during film formation by sputtering.
  • the output of a high frequency power source as a sputtering power source E is connected to the target 31 via a backing plate 32 so that high frequency power can be supplied to the target 31.
  • the sputtering power source E is appropriately selected according to the type of the target 31, and a DC power source, a DC pulse power source, or the like can be used.
  • a magnet unit 4 is disposed above the target assembly 3 to make a leakage magnetic field act locally below the sputtered surface 31a of the target 31, and capture electrons and the like ionized below the sputtered surface 31a during film formation by sputtering. Thus, the sputtered particles scattered from the target 31 can be efficiently ionized.
  • the magnet unit 4 includes a disk-shaped yoke 41, a plurality of first magnets 42 arranged in a ring on the lower surface of the yoke 41, and a plurality of rings arranged in a ring so as to surround the first magnet 42. And a second magnet 43.
  • the arrangement of the magnets 42 and 43 may be a known one.
  • a rotating shaft 44 located on a center line CI passing through the center of the target 31 is connected to the center of the upper surface of the yoke 41, and the rotating shaft 44 is rotationally driven by the drive motor 45, thereby acting on the sputtered surface 31a.
  • An area is made to go around on a virtual circle centered on the center of the target 31.
  • the sputter rate (the amount of sputtered particles scattered from the sputtered surface 31 a of the target 31 per unit time) in a relatively low density region is local It is necessary to suppress this as much as possible.
  • rotation axis 44 is made to center line CI so that each magnet 42 and 43 may approach and separate from the upper surface of target 31.
  • Tilt means 5 is provided (see FIG. 2). The configuration of the tilting means 5 will be specifically described below with reference to FIGS. 2 to 4.
  • the tilting means 5 comprises a circular base plate 51 provided with a circular central opening 51 a through which the rotary shaft 44 is inserted.
  • the base plate 51 is provided via an insulating member I 3 on the upper surface of the periphery of the backing plate 32.
  • a tilt plate 52 is provided above the base plate 51 at an interval.
  • the tilting plate 52 has a central proximal end 521 having a substantially regular hexagonal outline and three arms provided radially outward from the proximal end 521 at equal intervals (120 degrees apart) in the circumferential direction. And a unit 522.
  • the upper portion of the rotary shaft 44 protruding upward from the base plate 51 is supported at the base end portion 521 via a bearing 521 a.
  • a tilting shaft 53 is provided upright on the lower surface 522a at the tip of the arm 522.
  • three drive units 54 for tilting the tilting plate 52 via the respective tilting shafts 53 are provided.
  • Each drive unit 54 has the same configuration. Taking one drive unit 54 as an example, the drive unit 54 includes a first block 541 and a second block 542.
  • the first block 541 and the second block 542 are formed by dividing a rectangular block body so as to have inclined surfaces 541 a and 542 a at the same angle with respect to the upper surface of the base plate 51.
  • the lower surface 541 b is mounted on the base plate 51 via the first linear guide 543 so as to extend in the tangential direction of the base plate 51.
  • a screw hole 541 c extending in the tangential direction is formed in the first block 541, and a feed screw 544 a is screwed into the screw hole 541 c.
  • the feed screw 544a is rotationally driven by the drive motor 544b provided at one end of the feed screw 544a
  • the first block 541 is guided by the first linear guide 543 so that the first block 541 advances / retracts (moves) along the tangential direction.
  • the feed screw 544a, the drive motor 544b and the like constitute the actuator 544 of the present embodiment.
  • the second block 542 is a guide in which one side surface is erected upward on the base plate 51 in a state where the inclined surface 542a is overlapped with the inclined surface 541a of the first block 541 via the second linear guide 545 It is attached to the wall 51 b via a third linear guide 546.
  • the second block 542 is guided by the second and third linear guides 545 and 546 to be displaced in the vertical direction.
  • an accommodation groove 542b elongated in a direction orthogonal to the tangential direction is recessed, and a block-shaped receiving portion 548 is formed in the accommodation groove 542b via a fourth linear guide 547.
  • the lower end of the tilting shaft 53 is connected to the receiving portion 548 via the ball joint 531.
  • the receiving portion 548 is guided by the fourth linear guide 547 and moves in one direction (radial direction)
  • the tilting shaft 53 pivots from the ball joint 531 as a starting point.
  • the tilting plate 52 can be inclined at any angle in any direction, and accordingly, the rotation shaft 44 is inclined with respect to the center line CI.
  • the first to fourth linear guides 543, 545, 545, 547 since known ones can be used as the first to fourth linear guides 543, 545, 545, 547, the detailed description will be omitted here.
  • the sputtering apparatus SM has a control unit (not shown) including a microcomputer, a sequencer, etc., and performs overall control of the operation of the mass flow controller 12, the operation of the vacuum evacuation unit P, the operation of the sputtering power source E, etc. There is.
  • the control unit acquires the density distribution of the target 31 as described later, determines the direction and angle for tilting the tilting plate 52 according to the acquired density distribution, and calculates the movement amount of the first block 541 that realizes it.
  • the actuator 544 is driven and controlled.
  • the density distribution of the target 31 Prior to film formation, the density distribution of the target 31 is acquired.
  • the density distribution not only the density distribution measured at the time of manufacturing the target 31 is acquired, but also the thin film (aluminum oxide film) formed on the substrate W by sputtering the target 31 in the posture of FIG. It can be calculated based on the film thickness distribution of
  • the control unit obtains the direction and the angle of the rotation axis 44 to be inclined with respect to the center line CI according to the acquired density distribution, and drives and controls the actuator 544 so as to realize the determined direction and the angle.
  • the substrate W is transported onto the stage 2 using a transport robot (not shown), and the substrate W is positioned and held by the stage 2.
  • the mass flow controller 12 is controlled to introduce argon gas at a predetermined flow rate (for example, 100 to 200 sccm) (at this time, the pressure in the processing chamber 10 becomes 1.8 to 2.2 Pa), and For example, 2 kW to 5 kW of high frequency power with a frequency of 13.56 MHz is supplied from the high frequency power source E to the target 31 while rotating the magnet unit 4 around the inclined rotation shaft 44 to form plasma in the vacuum chamber 1;
  • the target 31 is sputtered.
  • the rotation axis 44 is inclined to the center line CI, and the low density region is When the magnets 42 and 43 pass above, the distance between the magnets 42 and 43 and the target 31 is relatively short, and when passing above the other area, the magnets 42 and 43 and the target 31 By making the distance between them relatively long and changing the strength of the leakage magnetic field acting on the target 31 according to the density of the target 31, the entire circumferential direction when the magnet unit 4 orbits on the imaginary circumference The sputtering rate can be made substantially uniform.
  • the sintered target 31 is sputtered to form a film on the surface of the substrate W
  • the uniformity of the film thickness distribution in the surface of the substrate W can be further improved.
  • the intensity of the leakage magnetic field acting on the target 31 is locally changed, it is conceivable to appropriately provide a so-called magnetic shunt, but it is easy to visually check which region in the target 31 is a low density region. It is not realistic because it can not be judged.
  • This film thickness distribution is acquired as a density distribution on the surface of the target 31, and a region with a relatively thin film thickness is regarded as a region with a low target density, and the distance between the region with a low target density and the magnet is close.
  • a region with a relatively thin film thickness is regarded as a region with a low target density, and the distance between the region with a low target density and the magnet is close.
  • FIG. 2 after the rotary shaft 44 was inclined with respect to the center line CI, an aluminum oxide film was formed on the substrate W under the same conditions as described above.
  • the film thickness distribution of the aluminum oxide film formed by inclining the rotary shaft 44 was measured, it was 1.86%, and it was found that the uniformity of the film thickness distribution in the substrate surface can be further improved.
  • this invention is not limited above.
  • the case of forming the aluminum oxide film using the target 31 made of aluminum oxide has been described as an example, the case of forming another thin film (insulating film) using another sintering target Naturally, the present invention can be applied.
  • the tilting means 5 has been described by way of example as having the base plate 51, the tilting plate 52, the tilting shaft 53 and the drive unit 54, the invention is not limited thereto. It can be used as long as it can be inclined in any direction and angle.
  • CI Center line
  • SM Sputtering device
  • W Substrate to be processed
  • 1 Vacuum chamber
  • 31: Target
  • 31a Sputtering surface
  • 31b Upper surface of target
  • driving motor 5 tilting means 51 base plate 51a central opening 52 tilting plate 53 tilting shaft 54 drive unit 541 first block 541a sloped surface 542 Second block, 544 ... actuator, 548 ... receiving part.

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Abstract

焼結ターゲットをスパッタリングして成膜する場合に、基板面内の膜厚分布よく成膜することができるスパッタリング装置を提供する。　スパッタリング装置ＳＭは、原料粉末を焼結してなるターゲット３１を有する真空チャンバ１と、真空チャンバに回転不能に取り付けられるターゲットの上方の同一平面内に配置される複数個の磁石４１，４２を有してスパッタ面３１ａに偏在させてターゲットを貫通する漏洩磁場を作用させる磁石ユニット４と、ターゲット中心を通る中心線ＣＩ上に配置されて磁石ユニットに連結される回転軸４４と、回転軸を回転駆動して、スパッタ面に対する漏洩磁場の作用領域がターゲット中心を中心とする仮想円周上を周回するように磁石ユニットを回転させる駆動モータ４５とを備え、原料粉末の焼結時のターゲットの密度分布に応じて、各磁石がターゲットの上面に対して近接離間するように回転軸を中心線に対して傾ける傾動手段５を更に備える。

Description

スパッタリング装置及び成膜方法
　本発明は、スパッタリング装置及び成膜方法に関し、より詳しくは、焼結ターゲットのスパッタリングによる成膜に適したものに関する。
　大容量の半導体デバイスとして、メモリセルを縦方向に積層してなる３Ｄ（３次元）－ＮＡＮＤフラッシュメモリが知られている。３Ｄ－ＮＡＮＤフラッシュメモリの製造工程では、例えば、エッチングストップ層として酸化アルミニウム膜を成膜する工程がある（例えば、特許文献１参照）。このような酸化アルミニウム膜の成膜には、通常、スパッタリング装置が用いられ、このようなスパッタリング装置としては、ターゲットのスパッタ面と配向する側に配置される磁石ユニットをターゲット中心を回転中心として回転させるマグネトロン方式のものが利用される。また、スパッタリング装置用のターゲットとしては、酸化アルミニウム粉末を焼結してなるものが一般に利用される。
　ここで、上記の如く、原料粉末を焼結してなるターゲットを有するスパッタリング装置を用いて、このターゲットをスパッタリングして基板表面に成膜した場合、基板面内で膜厚が薄くなる領域が局所的に生じることが判明した。このような膜厚の薄い領域の存在は、膜厚分布の均一性を高める上で障害となるため、このような領域が生じることを可及的に抑制する必要がある。そこで、本願発明者らは、鋭意研究を重ね、原料粉末を焼結してターゲットを製造したとき、製造上の何等かの原因でターゲット面内に密度が低い領域が局所的に生じ、これに起因して、ターゲットをスパッタリングしたときに比較的密度の低い領域におけるスパッタレート（単位時間当たりにターゲット表面から飛散するスパッタ粒子の量）が局所的に低下していることを知見するのに至った。
特開２０１６－２５１４１号公報
　本発明は、上記知見を基になされたものであり、焼結ターゲットを用い、この焼結ターゲットをスパッタリングして成膜する場合に、基板面内の膜厚分布よく成膜することができるスパッタリング装置及び成膜方法を提供することをその課題とするものである。
　上記課題を解決するために、本発明のスパッタリング装置は、原料粉末を焼結してなるターゲットを有する真空チャンバと、スパッタリングにより侵食されるターゲットの面をスパッタ面、ターゲットの厚さ方向を上下方向、スパッタ面が下方を向く姿勢でターゲットが真空チャンバに回転不能に取り付けられるものとして、ターゲット上方の同一平面内に配置される複数個の磁石を有してスパッタ面に偏在させてターゲットを貫通する漏洩磁場を作用させる磁石ユニットと、ターゲット中心を通る中心線上に配置されて磁石ユニットに連結される回転軸と、回転軸を回転駆動して、スパッタ面に対する漏洩磁場の作用領域がターゲット中心を中心とする仮想円周上を周回するように磁石ユニットを回転させる駆動モータとを備え、原料粉末の焼結時のターゲットの密度分布に応じて、各磁石がターゲットの上面に対して近接離間するように回転軸を中心線に対して傾ける傾動手段を更に備えることを特徴とする。
　本発明によれば、製作上の何等かの原因でターゲット面内に密度が低い領域が局所的に存在しても、回転軸を中心線に対して傾けて、密度が低い領域の上方を磁石が通過するときには、磁石とターゲットとの間の距離を比較的に短く、それ以外の領域の上方を通過するときには、磁石とターゲットとの間の距離を比較的に長くして、ターゲットの密度に応じてターゲットに作用する漏洩磁場の強度を変化させることで、磁石ユニットが仮想円周上を周回したときのその周方向全体に亘るスパッタリングレートを略均一にすることができる。その結果、焼結ターゲットをスパッタリングして基板表面に成膜する場合に、その基板面内の膜厚分布の均一性をより向上させることができる。なお、ターゲットに作用する漏洩磁場の強度を局所的に変える場合、所謂磁気シャントを適宜設けることも考えられるが、ターゲット中のどの領域が密度が低い領域であるかを目視等で簡単に判断することはできず、現実的ではない。
　本発明において、前記傾動手段は、前記回転軸が挿通する中央開口を備えたベース板と、ベース板より上方に突出した回転軸の上部を支承する傾動板と、傾動板の下面に周方向に間隔を存して立設される少なくとも３つの傾動軸と、ベース板上に設けられて各傾動軸を介して傾動板を中心線に対して傾ける駆動ユニットとを備え、駆動ユニットが、傾斜面を持ち、ベース板上に設けられてアクチュエータによりベース板に沿って移動自在な第１ブロックと、第１ブロックの移動に伴ってその傾斜面に沿って移動することで上下方向に変位する第２ブロックと、第２ブロックに設けられて傾動軸の下端を揺動自在に受け入れる受入れ部とを備え、いずれか1個の受入れ部が、他の第２ブロックの上下方向の変位に伴う反力で一方向に移動することで傾動軸が揺動する構成を採用してもよい。これによれば、第１ブロックの移動により第２ブロックが上方または下方に移動すると、傾動軸が揺動することで傾動板が傾き、これに応じて回転軸も中心線に対して傾く。この状態で回転軸回りに磁石ユニットを回転させれば、例えば、密度が低い領域の上方を磁石が通過するときには、磁石とターゲットとの間の距離を比較的に短く、それ以外の領域の上方を通過するときには、磁石とターゲットとの間の距離を比較的に長くできる構成が実現できる。
　また、上記課題を解決するために、本発明は、真空チャンバ内に原料粉末を焼結してなるターゲットと被処理基板とを配置し、真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、ターゲットに電力投入してターゲットをスパッタリングし、ターゲットから飛散するスパッタ粒子を被処理基板表面に付着、堆積させて成膜する成膜方法であって、スパッタリングにより浸食されるターゲットの面をスパッタ面、ターゲットの厚さ方向を上下方向、スパッタ面が向く方向を下とし、ターゲット上方の同一平面内に配置される複数の磁石を有する磁石ユニットによりスパッタ面に偏在させてターゲットを貫通する漏洩磁場を作用させ、スパッタリングによる成膜中、スパッタ面に対する漏洩磁場の作用領域がターゲット中心を中心とする仮想円周上を周回するように磁石ユニットをターゲット中心を通る中心線上に配置される回転軸を中心に回転させるものにおいて、スパッタリングによる成膜に先立ち、ターゲットの密度分布を取得する工程と、ターゲットのが低い領域と磁石との間の距離が比較的短く、それ以外の領域と磁石との間の距離が比較的遠くなるように、回転軸を中心線に対して傾ける工程とを含むことを特徴とする。この場合、前記ターゲットの密度分布は、被処理基板表面に成膜された薄膜の膜厚分布に基づいて算出することができる。
本発明の実施形態のスパッタリング装置を示す模式的断面図。 回転軸を中心線に対して傾けた状態のスパッタリング装置を示す模式的断面図。 図２に示す傾動手段を示す模式的平面図。 （ａ）は駆動ユニットの平面図、（ｂ）は駆動ユニットの正面図、（ｃ）は駆動ユニットの背面図、及び（ｄ）は図４（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿う断面図。 回転軸を中心線に対して傾ける動作を説明する模式図。
　以下、図面を参照して、被処理基板Ｗをシリコン基板（以下、「基板Ｗ」という）、ターゲットを原料粉末を焼結してなる酸化アルミニウム製とし、基板Ｗ表面に絶縁膜たる酸化アルミニウム膜を成膜する場合を例として、本発明の実施形態の成膜方法及びスパッタリング装置について説明する。以下においては、図１に示す姿勢で成膜が行われるものとし、上、下と言った方向を示す用語は図１を基準とする。
　図１を参照して、ＳＭは、マグネトロン方式のスパッタリング装置であり、このスパッタリング装置ＳＭは、処理室１０を画成する真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１の側壁には、スパッタガスを導入するガス管１１が接続され、ガス管１１がマスフローコントローラ１２を介してガス源１３に連通している。スパッタガスとして、アルゴン等の希ガスのほか、反応性スパッタリングを行う場合には、酸素ガスや水蒸気ガス等の反応性ガスを含む。真空チャンバ１の側壁には、ターボ分子ポンプやロータリーポンプなどからなる真空排気手段Ｐに通じる排気管１４が接続され、処理室１０を所定圧力に真空引きした後、マスフローコントローラ１２により流量制御されたスパッタガスを処理室１０内に導入すると、処理室１０の圧力が略一定に保持されるようになっている。
　真空チャンバ１の下部には、絶縁部材Ｉ１を介してステージ２が配置されている。ステージ２は、図示省略する公知の静電チャックを有し、静電チャックの電極にチャック電源からチャック電圧を印加することで、ステージ２上に基板Ｗをその成膜面を上にして吸着保持できるようになっている。真空チャンバ１の上部にはターゲットアッセンブリ３が取付けられている。ターゲットアッセンブリ３は、ターゲット３１と、ターゲット３１の上面にインジウム等のボンディング材（図示省略）を介して接合されるバッキングプレート３２とで構成され、ターゲット３１のスパッタ面３１ａを下方に向けた姿勢で、バッキングプレート３２の周縁部が絶縁部材Ｉ２を介して真空チャンバ１の上部に取り付けられる。なお、ターゲット３１の製法自体は公知のものが利用できるため、ここでは、詳細な説明を省略する。また、バッキングプレート３２には、冷媒循環通路３２ａが形成され、スパッタリングによる成膜中、ターゲット３１を冷却できるようになっている。ターゲット３１にはスパッタ電源Ｅとしての高周波電源の出力がバッキングプレート３２を介して接続され、ターゲット３１に高周波電力を投入できるようになっている。尚、スパッタ電源Ｅは、ターゲット３１の種類に応じて適宜選択され、直流電源や直流パルス電源等が利用できる。
　ターゲットアッセンブリ３の上方には磁石ユニット４が配置され、ターゲット３１のスパッタ面３１ａの下方に漏洩磁場を局所的に作用させ、スパッタリングによる成膜中にスパッタ面３１ａの下方で電離した電子等を捕捉してターゲット３１から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化できるようにしている。磁石ユニット４は、円板状のヨーク４１と、ヨーク４１の下面に環状に列設した複数個の第１磁石４２と、第１磁石４２の周囲を囲うように環状に列設した複数個の第２磁石４３とを有する。尚、これら磁石４２，４３の配置は、公知のものを用いることができる。ヨーク４１上面の中央には、ターゲット３１中心を通る中心線ＣＩ上に位置する回転軸４４が連結され、この回転軸４４を駆動モータ４５により回転駆動することで、スパッタ面３１ａに対する漏洩磁場の作用領域がターゲット３１中心を中心とする仮想円周上を周回するようにしている。
　ここで、上記ターゲット３１をスパッタリングして基板Ｗ表面に成膜した場合、比較的密度の低い領域におけるスパッタレート（単位時間当たりにターゲット３１のスパッタ面３１ａから飛散するスパッタ粒子の量）が局所的に低下するため、これを可及的に抑制する必要がある。そこで、本実施形態では、原料粉末の焼結時のターゲット３１の密度分布に応じて、各磁石４２，４３がターゲット３１の上面に対して近接離間するように回転軸４４を中心線ＣＩに対して傾ける傾動手段５を設けることとした（図２参照）。以下、図２～図４を参照して傾動手段５の構成を具体的に説明する。
　傾動手段５は、回転軸４４が挿通する円形の中央開口５１ａを備えた円形のベース板５１を備える。ベース板５１は、バッキングプレート３２の周縁部の上面に絶縁部材Ｉ３を介して設けられる。ベース板５１の上方には間隔を存して傾動板５２が設けられている。傾動板５２は、略正六角形の輪郭を持つ中央の基端部５２１と、周方向に等間隔（１２０度間隔）で基端部５２１から径方向外方に突出させて設けた３本のアーム部５２２とで構成されている。この場合、基端部５２１には、ベース板５１より上方に突出した回転軸４４の上部が軸受５２１ａを介して支承されている。また、アーム部５２２先端の下面５２２ａには、傾動軸５３が夫々立設されている。一方、ベース板５１上には、各傾動軸５３を介して傾動板５２を傾ける３個の駆動ユニット５４が設けられている。
　各駆動ユニット５４は、同一の形態を有し、一の駆動ユニット５４を例に説明すると、駆動ユニット５４は第１ブロック５４１と第２ブロック５４２とを備える。第１ブロック５４１と第２ブロック５４２とは、直方体のブロック体をベース板５１の上面に対して同一の角度の傾斜面５４１ａ，５４２ａを持つように分割して構成され、第１ブロック５４１は、その下面５４１ｂがベース板５１の接線方向にのびるようにベース板５１上に第１リニアガイド５４３を介して取り付けられている。この場合、第１ブロック５４１には、接線方向にのびるネジ孔５４１ｃが開設され、このネジ孔５４１ｃには、送りねじ５４４ａが螺合している。そして、送りねじ５４４ａの一端に設けた駆動モータ５４４ｂにより送りねじ５４４ａを回転駆動すると、第１リニアガイド５４３に案内されて第１ブロック５４１が接線方向に沿って進退（移動）するようになっている。この場合、送りねじ５４４ａや駆動モータ５４４ｂ等が本実施形態のアクチュエータ５４４を構成する。
　第２ブロック５４２は、その傾斜面５４２ａを第１ブロック５４１の傾斜面５４１ａに第２リニアガイド５４５を介して重ねた状態で、その一側面がベース板５１に上方に向けて立設された案内壁５１ｂに第３リニアガイド５４６を介して取り付けられている。これにより、第１ブロック５４１を移動させると、第２ブロック５４２が第２及び第３のリニアガイド５４５，５４６に案内されて上下方向に変位する。また、第２ブロック５４２の上面には、接線方向に対して直交する方向に長手の収容溝５４２ｂが凹設され、収容溝５４２ｂには、第４リニアガイド５４７を介してブロック状の受入れ部５４８が設けられ、受入れ部５４８にボールジョイント５３１を介して傾動軸５３の下端が連結されている。これにより、いずれか１個の第２ブロック５４２が上方または下方に変位したとき、そのときの反力でいずれか他の1個（又は２個）の第２ブロック５４２の収容溝５４２ｂに設けられた受入れ部５４８が第４リニアガイド５４７に案内されて一方向（径方向）に移動することでボールジョイント５３１を起点に傾動軸５３が揺動する。その結果、第1ブロック５４１の移動量を適宜調整すれば、傾動板５２を任意の方向に任意の角度で傾斜させることができ、これに応じて回転軸４４を中心線ＣＩに対して傾けることができる。なお、第１～第４の各リニアガイド５４３，５４５，５４５，５４７としては公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明は省略する。
　上記スパッタリング装置ＳＭは、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた制御部（図示省略）を有し、マスフローコントローラ１２の稼働、真空排気手段Ｐの稼働、スパッタ電源Ｅの稼働等を統括制御するようにしている。この制御部は、後述の如くターゲット３１の密度分布を取得し、取得した密度分布に応じて傾動板５２を傾斜させる方向及び角度を求め、それを実現する第１ブロック５４１の移動量を算出してアクチュエータ５４４を駆動制御している。以下、上記スパッタリング装置ＳＭを用いた本発明の実施形態の成膜方法について説明する。
　成膜に先立ち、ターゲット３１の密度分布を取得する。当該密度分布の取得方法としては、ターゲット３１の製造時に測定した密度分布を取得するだけでなく、当該ターゲット３１を図１の姿勢でスパッタリングして基板Ｗに成膜された薄膜（酸化アルミニウム膜）の膜厚分布に基づき算出することができる。制御部は、取得した密度分布に応じて、中心線ＣＩに対して傾斜させる回転軸４４の方向及び角度を求め、求めた方向及び角度を実現するようにアクチュエータ５４４を駆動制御する。図５に示す例では、ターゲット３１の左側の密度が低い場合に、右側の第１ブロック５４１を移動することで、第２ブロック５４２が上下方向に変位し、その反力で左側の第２ブロック５４２の収容溝５４２ｂに設けられた受入れ部５４８が径方向（紙面に直交する方向）に移動することでボールジョイント５３１を起点に傾動軸５３が揺動し、その結果、傾動板５２がその左側が下がるように傾斜し、これに応じて回転軸４４が中心線ＣＩに対して傾く。
　このように回転軸４４を傾けた後、図示省略の搬送ロボットを用いてステージ２上に基板Ｗを搬送し、ステージ２により基板Ｗを位置決め保持する。次いで、マスフローコントローラ１２を制御してアルゴンガスを所定の流量（例えば、１００～２００ｓｃｃｍ）で導入し（このとき、処理室１０の圧力が１．８～２．２Ｐａとなる）、これと併せて、傾けた回転軸４４を中心に磁石ユニット４を回転させながら、高周波電源Ｅからターゲット３１に例えば、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を２ｋＷ～５ｋＷ投入して真空チャンバ１内にプラズマを形成し、ターゲット３１をスパッタリングする。スパッタリングにより飛散したスパッタ粒子を基板Ｗの表面に付着、堆積させることで、基板Ｗ表面に酸化アルミニウム膜が成膜される。
　本実施形態によれば、製作上の何等かの原因でターゲット３１面内に密度が低い領域が局所的に存在しても、回転軸４４を中心線ＣＩに対して傾けて、密度が低い領域の上方を磁石４２，４３が通過するときには、磁石４２，４３とターゲット３１との間の距離を比較的に短く、それ以外の領域の上方を通過するときには、磁石４２，４３とターゲット３１との間の距離を比較的に長くして、ターゲット３１の密度に応じてターゲット３１に作用する漏洩磁場の強度を変化させることで、磁石ユニット４が仮想円周上を周回したときのその周方向全体に亘るスパッタリングレートを略均一にすることができる。その結果、焼結ターゲット３１をスパッタリングして基板Ｗ表面に成膜する場合に、その基板Ｗ面内の膜厚分布の均一性をより向上させることができる。なお、ターゲット３１に作用する漏洩磁場の強度を局所的に変える場合、所謂磁気シャントを適宜設けることも考えられるが、ターゲット３１中のどの領域が密度が低い領域であるかを目視等で簡単に判断することはできないため、現実的ではない。
　次に、上記効果を確認するために、上記スパッタリング装置ＳＭを用いて、以下の実験を行った。本実験では、先ず比較対象のため、図１に示すように中心線ＣＩに対して回転軸４４を傾けず（中心線Ｃ１上に回転軸４４を配置して）、基板Ｗとしてφ３００ｍｍのシリコン基板を用い、真空チャンバ１内のステージ２に基板Ｗをセットした後、アルゴンガスを流量２００ｓｃｃｍで処理室１０内に導入し（このときの処理室１０内の圧力は約２．２Ｐａ）、酸化アルミニウム製の焼結ターゲット３１に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を４ｋＷ投入した。これにより、処理室１０内にプラズマが形成され、磁石ユニット４を６０ｒｐｍの速度で回転させながら、ターゲット３１をスパッタリングして、基板Ｗ表面に酸化アルミニウム膜を２００ｓｅｃ成膜した。成膜した酸化アルミニウム膜の膜厚分布を測定したところ、２．８７％であった。
　この膜厚分布をターゲット３１表面の密度分布として取得し、膜厚が比較的薄い領域をターゲット密度が低い領域とみなし、当該ターゲット密度が低い領域と磁石との間の距離が近くなるように、図２に示す如く中心線ＣＩに対して回転軸４４を傾けた後、上記と同一の条件で基板Ｗに対して酸化アルミニウム膜を成膜した。このように回転軸４４を傾けて成膜した酸化アルミニウム膜の膜厚分布を測定したところ、１．８６％であり、基板面内の膜厚分布の均一性をより向上できることが判った。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態においては、酸化アルミニウム製のターゲット３１を用いて酸化アルミニウム膜を成膜する場合を例に説明したが、他の焼結ターゲットを用いて他の薄膜（絶縁膜）を成膜する場合にも当然に本発明を適用することができる。
　上記実施形態では、傾動手段５として、ベース板５１と傾動板５２と傾動軸５３と駆動ユニット５４とを備えるものを例に説明したが、これに限定されず、回転軸４４を中心線ＣＩに対して任意の方向及び角度で傾けることができものであれば用いることができる。
　ＣＩ…中心線、ＳＭ…スパッタリング装置、Ｗ…被処理基板、１…真空チャンバ、３１…ターゲット、３１ａ…スパッタ面、３１ｂ…ターゲットの上面、４…磁石ユニット、４２，４３…磁石、４４…回転軸、４５…駆動モータ、５…傾動手段、５１…ベース板、５１ａ…中央開口、５２…傾動板、５３…傾動軸、５４…駆動ユニット、５４１…第１ブロック、５４１ａ…傾斜面、５４２…第２ブロック、５４４…アクチュエータ、５４８…受入れ部。

Claims (4)

  1. 　原料粉末を焼結してなるターゲットを有する真空チャンバと、
    　スパッタリングにより侵食されるターゲットの面をスパッタ面、ターゲットの厚さ方向を上下方向、スパッタ面が下方を向く姿勢でターゲットが真空チャンバに回転不能に取り付けられるものとして、ターゲット上方の同一平面内に配置される複数個の磁石を有してスパッタ面に偏在させてターゲットを貫通する漏洩磁場を作用させる磁石ユニットと、
    　ターゲット中心を通る中心線上に配置されて磁石ユニットに連結される回転軸と、
    　回転軸を回転駆動して、スパッタ面に対する漏洩磁場の作用領域がターゲット中心を中心とする仮想円周上を周回するように磁石ユニットを回転させる駆動モータとを備え、
    　原料粉末の焼結時のターゲットの密度分布に応じて、各磁石がターゲットの上面に対して近接離間するように回転軸を中心線に対して傾ける傾動手段を更に備えることを特徴とするスパッタリング装置。
  2. 　前記傾動手段は、前記回転軸が挿通する中央開口を備えたベース板と、ベース板より上方に突出した回転軸の上部を支承する傾動板と、傾動板の下面に周方向に間隔を存して立設される少なくとも３つの傾動軸と、ベース板上に設けられて各傾動軸を介して傾動板を中心線に対して傾ける駆動ユニットとを備え、
    　駆動ユニットが、傾斜面を持ち、ベース板上に設けられてアクチュエータによりベース板に沿って移動自在な第1ブロックと、第１ブロックの移動に伴ってその傾斜面に沿って移動することで上下方向に変位する第２ブロックと、第２ブロックに設けられて傾動軸の下端を揺動自在に受け入れる受入れ部とを備え、いずれか1個の受入れ部が、他の第２ブロックの上下方向の変位に伴う反力で一方向に移動することで傾動軸が揺動するようにしたことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
  3. 　真空チャンバ内に原料粉末を焼結してなるターゲットと被処理基板とを配置し、真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、ターゲットに電力投入してターゲットをスパッタリングし、ターゲットから飛散するスパッタ粒子を被処理基板表面に付着、堆積させて成膜する成膜方法であって、
    　スパッタリングにより浸食されるターゲットの面をスパッタ面、ターゲットの厚さ方向を上下方向、スパッタ面が向く方向を下とし、ターゲット上方の同一平面内に配置される複数の磁石を有する磁石ユニットによりスパッタ面に偏在させてターゲットを貫通する漏洩磁場を作用させ、スパッタリングによる成膜中、スパッタ面に対する漏洩磁場の作用領域がターゲット中心を中心とする仮想円周上を周回するように磁石ユニットをターゲット中心を通る中心線上に配置される回転軸を中心に回転させるものにおいて、
    　スパッタリングによる成膜に先立ち、ターゲットの密度分布を取得する工程と、ターゲットの密度が低い領域と磁石との間の距離が比較的短く、それ以外の領域と磁石との間の距離が比較的長くなるように、回転軸を中心線に対して傾ける工程とを含むことを特徴とする成膜方法。
  4. 　前記ターゲットの密度分布は、被処理基板表面に成膜された薄膜の膜厚分布に基づいて算出されることを特徴とする請求項３記載の成膜方法。
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