JP4314318B2 - マグネトロンユニット、マグネトロンスパッタリング装置及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハ等の基板に材料を成膜処理するマグネトロンスパッタリング装置のマグネトロンユニットに関する。特に、ウェハをスパッタリングターゲットと対面させながら成膜させる方式（以下、「インライン方式」と呼ぶ）を採用するマグネトロン型スパッタリング装置のマグネトロンユニット、マグネトロンスパッタリング装置及び電子デバイスの製造方法に関する。

スパッタリング装置は、プラズマを生成し、そのプラズマにて発生したイオンをターゲットに衝突させることにより、ターゲット物質を弾き飛ばし、基板へ付着させ成膜を行うものである。このような成膜処理装置のなかでもマグネトロン型と呼ばれる装置は、ターゲット裏面に配置されたカソードマグネット（マグネトロンユニット）によりターゲット表面に平行な磁界を発生させる。この磁界はターゲットと基板との間の電界と交差するため、ターゲットから出た電子がターゲット近傍で閉じ込められプラズマ密度が高められる。このため、マグネトロン型のスパッタリング装置における成膜レートは、ターゲット上に形成される電界と漏洩磁場の強度に強く依存する。

特に、ターゲット背面に設置されているマグネトロンユニットからの磁場強度がプラズマ密度に強く作用し、基板上の膜厚分布に影響を与える。一般的には、磁場強度が高いほど、対応するターゲット上のプラズマ密度も上がる。それによってスパッタリングレートが上昇するため、対応する基板位置の成膜レートも上昇する。

このようなことから、基板上の膜厚分布を調整する方法として、磁界を形成するための磁気回路の変更による調整方法や、磁場強度の強弱により調整する方法（特許文献１〜３参照）が提案されている。
特公平７−２６２０２号公報（図１） 特開平９−１１８９８０号公報 特開平３−７５３６９号公報（図５）

インライン方式を採用したマグネトロンスパッタリング装置の場合、図１４に示すように、ターゲット７はウェハ等の基板(被成膜基板９)の搬送方向に対して直交する方向に延びた矩形状に形成されている。ターゲット７の裏面側のマグネトロンユニット２８は、矩形環状の隙間を有する構造を備える。ターゲット７の全域に対応した、異なる磁極の永久磁石が、矩形環状の隙間部分に設けられている。

このようなマグネトロンユニット２８では、矩形ターゲット（ターゲット７）の長手方向両側からのスパッタ粒子が少なく（図１５）、基板両端の膜が中央部よりも薄くなる傾向（図１６）がある。このような場合には、図１７に示すように、被成膜基板９の搬送方向（ｘ方向）に対して直交する方向（ｙ方向）にターゲット７を長くするような大掛かりな変更を行って膜厚分布を改善する必要がある。特に近年では被成膜基板の大型化に伴い、基板搬送方向に対し直交する方向にターゲット７およびマグネトロンユニット２８を長くする必要がある。このようなことから、基板外周部における膜厚分布の調整が行いやすい矩形マグネトロンユニットが望まれている。

特許文献１に開示される方法では、膜厚分布を調整するために予めさまざまな高さ・大きさの磁石片を用意しなければならないことや、磁石の物理的な大きさで基板上の磁場強度が決まってしまうため、基板上の磁場の微調整が出来ない。

また、特許文献２に開示されるマグネトロンユニットには適宜配置可能な複数の磁石を使用しているが、インライン方式のスパッタリング装置における膜厚分布調整では、移動調整させる磁石の数が多くなり、調整が複雑になる。

特許文献３に開示されるスパッタリング装置では、ターゲットの長手両側の磁場強度が強くなるように磁石を構成しているが、磁石は連続形状で形成されている。そのため、磁場調整には磁石全体を再設計または交換する必要があり、簡単に調整することができず、非効率的である。

そこで本発明の目的は、上記のような課題に鑑み、インライン方式のマグネトロンスパッタリング装置において、長大化することなく、被成膜基板の全面に形成される膜の膜厚分布を簡単に精度良く調整できるマグネトロンユニットを提供することにある。

上記の目的を達成する本発明にかかるマグネトロンユニットは、磁性体からなるヨーク板の両端部に設けられた同じ極性の第１の磁石と、ヨーク板の中央部に設けられ第１の磁石とは極性が異なる第２の磁石と、からなる複数の第１のマグネットエレメントと、複数の第１のマグネットエレメントの各々が一方向に平行に並んで移動できるように配置されたベースプレートと、ベースプレートにおける一方向の両端に固定され、第１のマグネットエレメントの第１の磁石と同じ極性の磁石からなる第２のマグネットエレメントと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、被成膜基板の全面に形成される膜の膜厚分布を調整するにあたってターゲットおよびマグネトロンユニットを長くすることなく、精度良く簡単に膜厚調整を行うことができる。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明のマグネトロンユニットの構成例を示す図である。 マグネトロンユニットによるターゲット上の磁場強度として、本発明が適用されていない場合の磁場強度を例示する図である。 本発明のマグネトロンユニットによるターゲット上の磁場強度を説明する図である。 本発明の第一の実施形態によるスパッタリング装置の主要部を示す模式図である。 本発明の第二の実施形態によるスパッタリング装置の主要部を示す模式図である。 本発明のマグネトロンユニットの具体的な構成を示した端面図である。 マグネトロンユニットのマグネットエレメントを移動調整する様子を示した側面図である。 本発明のマグネトロンユニットに適用するマグネットエレメントの移動機構の一例を示す模式図である。 本発明のマグネトロンユニットに適用するマグネットエレメントの移動機構の一例を示す模式図である。 図６Ａ，Ｂに示されるマグネットエレメント移動機構の構成を説明する図である。 図６Ａ，Ｂに示されるマグネットエレメント移動機構の構成例を説明する図である。 第２のマグネットエレメントの構成例を示す図である。 マグネットエレメント移動機構を備えたマグネトロンユニットにおけるマグネットエレメントの配置例を示す図である。 マグネットエレメント移動機構を備えたマグネトロンユニットにおけるマグネットエレメントの配置例を示す図である。 本発明の第三の実施形態によるスパッタリング装置を示す概略図である。 本発明の第四の実施形態によるスパッタリング装置を示す概略図である。 本発明のマグネトロンユニットを適用したスパッタリング装置で成膜したときの磁場強度と膜厚状態を説明するための模式図である。 本発明のマグネトロンユニットを適用したスパッタリング装置で成膜したときの磁場強度と膜厚状態を説明するための模式図である。 従来技術と本発明を適用した場合の効果を比較説明するための図である。 従来のマグネトロンユニットを使用したスパッタリング装置の模式的斜視図である。 図１４の矢視Ｂ方向での磁場強度と膜厚状態を示す側面図である。 図１４の矢視Ａ方向での磁場強度と膜厚状態を示す上面図である。 従来のマグネトロンユニットの場合での膜厚分布の改善方法を説明するための模式図である。 反発力を補助する部材として、弾性部材を利用した構成を例示する図である。 スパッタリングターゲットに対して、複数のマグネトロンユニットを配置して、磁場の調整を行う実施例を示す図である。 スパッタリングターゲットが複数ある場合に、それぞれのスパッタリングターゲットに対してマグネトロンユニットを設けて、磁場の調整を行う実施例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

図１に本発明のマグネトロンユニット８の構成例を示す。

本例のマグネトロンユニット８は、長方形板１と、長方形板１の上にその長手方向に並列に配置された第１のマグネットエレメント２と第２のマグネットエレメント３とを有する。

第１のマグネットエレメント２は、ヨーク板４と、極性の異なる第１の磁石５と第２の磁石６とからなる。ヨーク板４は磁性体からなり、長方形板１の長手方向と直交する方向に延在するように配置される。第１の磁石５はヨーク板４の両端にそれぞれ同じ極性で設けられている。第２の磁石６はヨーク板４の略中央部に固定されている。このような第１のマグネットエレメント２は長方形板１の長手方向に並列配置され、例えば図５Ａに示す、リニアガイド１５、レール１３などにより構成される移動機構により移動可能であり、移動機構は、第１のマグネットエレメント２を長手方向の任意の位置に位置決めすることが可能である。

第２のマグネットエレメント３は、長方形板１の上の長手方向の両端にヨーク板４を介してそれぞれ固定されている。第２のマグネットエレメント３には、ヨーク板４の上に第２の磁石６と同極（図１の例ではＳ極）の磁石が配置されており、この磁石の上には第１の磁石５と同極（図１の例ではＮ極）の磁石が配置されている。

このようなマグネトロンユニット８はインライン方式のスパッタリング装置のターゲットの背面に設置することが可能である。

スパッタリングにおいて、被成膜基板の全面の膜厚分布を均一化するためにターゲット上の漏洩磁場強度を調整するには、被成膜基板上において膜厚を調整したい場所に対応するターゲット上の磁場強度を増減させればよい。つまり、ターゲット裏面に配置されているマグネトロンユニットにおいて対応する場所の磁場強度を増減させればよい。

その調整方法として、磁石の高さや材質を変える方法以外に、磁石同士の間隔を変えることでも可能である。

そこで、本発明のマグネトロンユニット８において、図２Ａ、Ｂに示すように隣り合う第１のマグネットエレメント２の間の距離を縮めれば、その場所に対応するターゲット７の端部の磁場強度は強くなり（高くなり）（図２Ｂ）、その距離を広げればターゲット７の端部の磁場強度は弱くなる（下がる）（図２Ａ）。

このようなマグネトロンユニット８によれば、第１のマグネットエレメント２の位置を、長方形版１の長手方向に沿って直線的に移動するだけで、磁場強度の変更並びに被成膜基板上の膜厚分布の調整を行うことが可能となり、調整が簡単になる利点がある。

次に、本発明のマグネトロンユニット８を適用できるスパッタリング装置の形態を示す。

図３は本発明の第一の実施形態によるスパッタリング装置の主要部を示す模式図である。

矩形のターゲット７の背面（上面側）に、前述した図１の構成のマグネトロンユニット８が配置され、ターゲット７の背面の反対側（下面側）にウェハ等の被成膜基板９が基板ステージ１１上に配置されている。これにより、マグネトロンユニット８から発生したターゲット７表面の磁界と、不図示の電源ユニットによって投入された電力とにより、ターゲット７と被成膜基板９の間に高密度プラズマを発生させ、スパッタリングによる成膜を行うことができる。

被成膜基板９については、ターゲット７の長手方向に対して交差する方向（好ましくは直交する水平方向）にガイドレール１０で駆動される基板ステージ１１を用いて搬送することが可能で、スパッタリングと被成膜基板９の搬送とを同時に行うことが可能である。

このように本発明のマグネトロンユニット８をスパッタリング装置に適用することで、ターゲット７の長手方向両端に対応する被成膜基板外周部の膜厚低下を抑えることが出来る。

図４は本発明の第二の実施形態によるスパッタリング装置の主要部を示す模式図である。

矩形のターゲット７の背面（上面側）に、前述した図１の構成のマグネトロンユニット８が配置され、ターゲット７の背面の反対面側（下面側）に被成膜基板９が配置されている点は第一の実施形態と同じであるが、被成膜基板９の搬送手段が異なる。

本実施形態では、基板ステージ１１自身がターゲット７の長手方向に平行な軸１２を持っており、この軸１２を中心に基板ステージ１１が回ることで、被成膜基板９がターゲット７の前面を通過するようになっている。

このような形態によっても、ターゲット７の長手方向両端に対応する被成膜基板外周部の膜厚低下を抑えることが出来る。

さらに、マグネトロンユニット８の具体的な構成例を示す。

図５Ａはマグネトロンユニット８における第１のマグネットエレメントの具体的な構成を表した端面図であり、図５Ｂはマグネトロンユニット８の第１のマグネットエレメント２を移動調整する様子を例示した側面図である。尚、図５Ｂは、第１のマグネットエレメント２の移動調整を例示することを目的とするものであり、図示されている第１のマグネットエレメント２の個数は、本発明の趣旨を限定するものでない。

マグネトロンユニット８は、複数の第１のマグネットエレメント２と、第１のマグネットエレメント２が移動するためのレール１３と、ベースプレート１４と、ベースプレート１４の両端に固定されている第２のマグネットエレメント３と、を備える。ベースプレート１４は図１の長方形板１に相当する。ベースプレート１４の一面には長手方向に二本のレール１３が平行に固定されている。一方、第１のマグネットエレメント２のそれぞれのヨーク板４の下部にはリニアガイド１５が二つ固定されている。リニアガイド１５とレール１３はそれぞれ中心部が同幅に配置されている。レール１３にリニアガイド１５をはめ込むことで、第１のマグネットエレメント２のそれぞれがベースプレート１４の上をレール１３に沿って自由に移動することが可能になる（図５Ａ）。但し、マグネトロンユニット８の長手方向の両端に位置する第２のマグネットエレメント３はベースプレート１４に固定されている。このような構成において、任意の第１のマグネットエレメント２（図５Ｂに斜線で示す第１のマグネットエレメント）をレール１３に沿って一方向に移動させる。すると、この任意の第１のマグネットエレメント２の移動方向前方における第１のマグネットエレメント列の各マグネットエレメント間の距離は相対する磁極どうしの反発力で略均等に狭まる。これに伴い、その移動反対方向におけるマグネットエレメント列のマグネット間距離は相対する磁極どうしの反発力で広がることになる（図５Ｂ）。

以上の操作により、上記のマグネトロンユニット８を備えたターゲット７において、ターゲット７の表面の磁場強度をターゲット７の両端方向にて調整することが可能になる。

さらに、上記のマグネトロンユニット８における第１のマグネットエレメント２の移動機構について詳述する。図６Ａ，Ｂは任意のマグネットエレメント２の移動機構の一例を示す模式図、図７Ａ，Ｂは図６Ａ、Ｂに示される移動機構の構成を説明する図である。図７Ｃは、第２のマグネットエレメント３の構成例を示す図である。

図６Ａに示すように２つの第１のマグネットエレメント（マグネットエレメント２Ａ）が、長方形板としてのベースプレート１４の長手方向中央部に平行に並んで配置されている。さらに、複数の第１のマグネットエレメント（マグネットエレメント２Ｂ）が、ベースプレート１４の長手方向において２つのマグネットエレメント２Ａの列を両側から挟むように並列配置されている。図６Ａに示す例では、マグネットエレメント２Ａの左側にマグネットエレメント２Ｂが３個配置されており、マグネットエレメント２Ａの右側にマグネットエレメント２Ｂが３個配置されている。ベースプレート１４の左端、および右端には、第２のマグネットエレメント３がそれぞれ配置されている。

尚、マグネットエレメント２Ａ，２Ｂは前述したようなレール１３およびリニアガイド１５からなる移動機構（ガイド手段）により、ベースプレート１４の長手方向に自由に移動することが可能である。

各マグネットエレメント２Ａは、図７Ａに示すようにヨーク板４の移動方向の面にネジ穴１６が貫通するよう設けられている。一方、各マグネットエレメント２Ｂは、図７Ｂに示すようにヨーク板４の移動方向の面に貫通穴１７が設けられている。貫通穴１７の穴径はネジ穴１６の穴径（タップ径）よりも大きく設計されている。第２のマグネットエレメント３は、図７Ｃに示すようにヨーク板４の移動方向の面に貫通穴１７が設けられている。貫通穴１７の穴径はネジ穴１６の穴径（タップ径）よりも大きく設計されている。

さらに、図６Ａ、Ｂに示すように、棒状のネジ１８が２本用意されている。各ネジ１８は、第２のマグネットエレメント３および複数のマグネットエレメント２Ｂのそれぞれのヨーク板４の貫通穴１７に貫通され、かつ、一つのマグネットエレメント２Ａのヨーク板４のネジ穴１６に螺合されている。

図６Ａにおいて、モータ６１０、６２０は、ネジ１８を回転駆動するための駆動機構として機能する。モータ６１０、６２０には、例えば、エンコーダなどにより構成されるモータの回転数、回転角を検出するための検出手段６３０、６４０がそれぞれ接続されている。コントローラ６５０は、検出手段６３０、６４０の検出情報と、既知のパラメータであるネジ１８のピッチに基づいて、モータ６１０、６２０の回転数または回転角を制御し、マグネットエレメント２Ａの並進方向の移動量を制御することが可能である。

こうした構成において各ネジ１８を回転させることで、マグネットエレメント２Ａはねじ１８の回転によってレール１３上を強制的に移動可能である。このとき、複数のマグネットエレメント２Ｂはネジ１８の回転とは無関係に、隣り合うマグネットエレメント同士の反発力によりレール１３に沿って移動することが可能である（図６Ｂ）。

また、上記のようなネジ１８を使用するマグネットエレメントの移動機構を備えたマグネトロンユニットでは、マグネットエレメント２Ａ、２Ｂの配置を図６Ａ，Ｂとは異なる配置にすることも可能である。図８及び図９はマグネットエレメント２Ａ、２Ｂの別の配置例を示したものである。尚、図８、図９においては、図６Ａと説明の重複を避けるため、モータ６１０、６２０、検出手段６３０、６４０及びコントローラ６５０により構成される制御系は、省略されているものとする。また、図８、図９では、マグネットエレメント２Ａ、２Ｂの配置を例示することを目的とするものであり、図示されているマグネットエレメント２Ｂの個数は、本発明の趣旨を限定するものでない。

図８及び図９ではベースプレート１４の中央部に１つ又は２つの第１のマグネットエレメントにより構成されるマグネットエレメント２Ｃが配置されている。そして、２つのマグネットエレメント２Ａが、ベースプレート１４の長手方向においてマグネットエレメント２Ｃを挟むように並列配置されている。さらに、複数のマグネットエレメント２Ｂが、ベースプレート１４の長手方向においてマグネットエレメント２Ａ及び２Ｃの列を挟むように並列配置されている。そして、ベースプレート１４の両端には、第２のマグネットエレメント３が固定されている。尚、マグネットエレメント２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、第１のマグネットエレメント２に対応するものであり、前述したレール１３に沿ってベースプレート１４の長手方向に自由に移動することが可能であり、ネジ１８の回転によりマグネットエレメント２Ａを強制的に移動させて複数のマグネットエレメント２Ｂが磁石の反発力で移動する。

図８及び図９の例は共に、ターゲット両端の磁場強度を中心部と比較して高く調整することが可能である。この調整により、ターゲットの長手方向両端部からスパッタ粒子がより多く基板に付着されるため、基板外周部の急激な膜厚の減少を抑えることができる。

尚、図８及び図９の例で、ベースプレート１４の中央部のマグネットエレメント２Ｃをネジ１８で強制的に移動させず中央部付近に残しているのは、ターゲットの中心部の磁場の急激な減少により放電が不安定となることを防止するためである。

図８では、マグネットエレメント２Ｃが１つの場合を例示し、図９では、マグネットエレメント２Ｃが２つの場合を例示しているが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものでないことは言うまでもない。ベースプレート１４の中央部における磁場の急激な変動を回避し、磁場を安定化するために、２つ以上のマグネットエレメント２Ｃを配置することも可能である。ベースプレート中央部付近に残すマグネットエレメント２Ｃの数は、例えば、１）マグネトロンユニットの長手方向両端の磁場強度より、マグネトロンユニット中央部の磁場強度が低く、かつ、２）その磁場強度の低いマグネトロンユニット中央部に対応するターゲット上の漏れ磁場が３００Ｇ以上になるように決定することが望ましい。

次に、先に説明した構成のマグネトロンユニット８が適用されたスパッタリング装置について詳述する。

図１０は第三の実施形態によるスパッタリング装置の概略図である。この図の装置は第一の実施形態と同じように、ターゲット７の長手方向に対して交差する方向（好ましくは直交する水平方向）に直線的に移動する基板ホルダー１９を備える。基板ホルダー１９は被成膜基板９を保持し下部のレール２０に沿って往復移動することが可能である。この基板ホルダー１９と、マグネトロンユニット８の下方に設置されたターゲット７とは真空チャンバー２１の内部で対面配置されている。また、マグネトロンユニット８のマグネットエレメント２（図１０では不図示）の配置方向は基板ホルダー１９の移動方向（矢印方向）と直交する方向である。

真空チャンバー２１は、プロセスガス導入用ポート２２と真空ポンプ２３と排気用ポート２４とを備えている。

また、ターゲット７には負の電圧をかけることが可能で、ターゲット７の裏面に設置されているマグネトロンユニット８により真空中に高密度プラズマを発生させ、ターゲット７の表面にイオン衝突を起こすことが可能である。これにより、ターゲット材料を基板９に堆積させることが出来る。またレール２０上で基板ホルダー１９を往復運動した状態においても、スパッタリング動作を行うことが可能である。

尚、ターゲット利用効率を高めるという目的から、ターゲット７の裏面側に設置されているマグネトロンユニット８を、揺動機構を用いて基板ホルダー１９の移動方向に揺動動作させることも可能である。

図１１は第四の実施形態によるスパッタリング装置の概略図である。この図の装置は第二の実施形態と同じように、ターゲット７の長手方向に対して交差する方向（好ましくは直交する水平方向）に曲線的に移動する基板ホルダー１９を備える。この基板ホルダー１９と、マグネトロンユニット８に設置されたターゲット７とは真空チャンバー２１の内部で対面配置されている。また、マグネトロンユニット８のマグネットエレメント２（図１１では不図示）の配置方向は基板ホルダー１９の移動方向と直交する方向である。

マグネトロンユニット８と基板ホルダー１９はそれぞれ個別に回転軸１２，２５を持っており、夫々の回転軸１２，２５を中心に自由に回転することが可能である。このようなマグネトロンユニット８と基板ホルダー１９を夫々の回転軸１２，２５を中心に互いに逆方向に回転することで、ターゲット７と基板ホルダー１９の位置関係は常に平行な状態でかつオフセット距離を変えることが可能になる。つまり、カソード７からみれば基板ホルダー１９がカソード表面側の空間を通過している状態と同じである。

また、ターゲット７には負の電圧をかけることが可能であり、第三の実施形態と同様にしてターゲット７の表面にイオン衝突を起こすことで、ターゲット材料を基板９に堆積させることが可能である。また基板ホルダー１９を回転運動した状態においても、スパッタリング動作を行うことが可能である。

尚、ターゲット利用効率を高めるという目的から、ターゲット７の裏面側に設置されているマグネトロンユニット８を基板ホルダー移動方向に揺動動作することも可能である。

先に説明した図６Ａ、図６Ｂ、図８、及び図９のマグネトロンユニット８では、マグネットエレメント２Ａをネジ１８の回転により移動させ、マグネットエレメント２Ｂを同極磁石により形成される磁界（磁力）の反発力により、各マグネットエレメント２Ｂを移動させている。

しかしながら、マグネットエレメント２Ａと、マグネットエレメント２Ｂとの磁場が弱い場合や、隣り合うマグネットエレメント２Ｂ間の磁場が弱い場合、更に、マグネットエレメント２Ａとマグネットエレメント２Ｂとが離れている場合、隣り合うマグネットエレメント２Ｂ同士が離れている場合などは、磁界の反発力が小さくなるため、マグネットエレメント２Ｂを所望の位置に位置決めするための反発力が得られないことになる。このような場合、磁場による反発力を補助するための補助反発力を発生させる弾性部材（補助部材）を用いることも可能である。

図１８は、マグネットエレメント２Ａとマグネットエレメント２Ｂとの間、マグネットエレメント２Ｂ同士の間、マグネットエレメント２Ｂと第２のマグネットエレメント３との間で発生する反発力を補助する部材として、例えば、コイルバネなどで構成される弾性部材（反発力補強用バネ１８０１）を利用した構成を例示する図である。マグネットエレメント２Ａの移動に応じて、弾性部材（反発力補強用バネ１８０１）は、磁界による反発力を補助する補助反発力を発生させる。補助反発力は、弾性部材（反発力補強用バネ１８０１）の変位に、弾性部材の弾性係数（バネ定数）を乗じた復元力として求められる。弾性部材（反発力補強用バネ１８０１）の変位は、マグネットエレメント２Ａの移動量に対応し、マグネットエレメント２Ａの移動量は、ネジ１８のピッチと回転量によりコントローラ６５０（図６Ａ）により制御される。

予め定められた弾性係数（バネ定数）の弾性部材（反発力補強用バネ１８０１）をそれぞれ配置することにより、弾性係数（バネ定数）と、マグネットエレメント２Ａの移動量と、に基づき補助反発力（反発力補強用バネ１８０１の復元力）が求められる。コントローラ６５０は、既知の弾性係数（バネ定数）に基づいて、必要とされる補助反発力を発生させるために移動量を制御することも可能である。

弾性部材（反発力補強用バネ１８０１）のバネ定数は、それぞれ同一でも良いし、マグネットエレメント２Ａ、２Ｂの間隔をそれぞれ調整するために、異なるバネ定数のものを利用することも可能である。

図１８の構成に拠れば、磁力による反発力が小さい場合であっても、弾性部材（反発力補強用バネ１８０１）の補助反発力を利用して、マグネマグネットエレメント２Ｂの位置を合せることが可能になる。

尚、弾性部材（反発力補強用バネ１８０１）の構成として、図１８では、コイルバネを例示しているが、本発明の趣旨は、この例に限定されるものではなく、例えば、板ばねなど、弾性変形に対する復元力を発生させる弾性部材を用いることも可能である。

次に、先に説明した実施形態のマグネットユニット８を用いたスパッタリング装置で成膜したときの磁場強度と膜厚状態を説明する。図１２Ａは本発明を適用した場合の磁場強度と基板上の膜厚状態を示す平面図であり、図１２Ｂは図１２Ａの矢視Ｂ方向での磁場強度と膜厚状態を示す図である。

従来技術のマグネトロンユニット（図１４）では、図１５，１６に示したようにターゲット長手方向端面からのスパッタ粒子が少ないため、基板端面の膜厚が基板中央部よりも薄くなる傾向があった。

これに対し、前述した実施形態のマグネトロンユニット８を用いた場合、図１２Ａ、図１２Ｂに示すようにターゲット７の長手方向の両側（両端部領域）の磁場強度２５（図では視覚的に示した。）が上昇し、ターゲット７の中心部の磁場強度２５は下がる。その結果、相対的にターゲット７長手方向の両側からのスパッタ粒子２６が増加する。したがって、ターゲットを図１７に示したようにその長手方向を延ばすことなく、ターゲット表面側の空間を通過する基板面に堆積される膜厚分布を改善することが可能になる。

さらに、従来技術と本発明を適用した場合の効果について数値を挙げて比較説明する。図１３は被成膜基板９とターゲット７との配置関係を示した図である。この図において、符号Ｗはターゲット７の長手方向の寸法、符号Ｄはターゲット７の短手方向の寸法、符号Ｐは被成膜基板９（ウェハ）の搬送方向と直交する方向の幅、符号Ｔは対面するターゲット７と基板９との距離を指し示している。

従来技術で膜厚分布の良好な成膜を行う場合、
W/P ≧ 2.8
W/D ≧ 4.5
W/T ≧ 7
というディメンジョンの関係が一般的である。

例えば、P=200mm, W=600mm, D=130mm, T=80mm という寸法である。

これに対し、本発明を適用した場合、
2.5 ≧ W/P ≧ 1.8
W/D ＜ 4.5
6.3 ≧ W/T ≧ 4.5
というディメンジョンの関係で Range/Mean ＜3％ の膜厚分布を得ることができた。つまり、基板搬送方向と直交する方向でのターゲット両端の磁場強度を高めた効果により、ターゲット幅Ｗを減らしランニングコストを低減することが可能になったことを意味する。

例えば、P=200mm, W=450mm, D=130mm, T=100mmという寸法で装置設計をすることが出来る。

上記の各実施形態に拠れば、インライン方式のマグネトロンスパッタリング装置において、長大化することなく、被成膜基板の全面に形成される膜の膜厚分布を簡単に精度良く調整できるマグネトロンユニットを提供することが可能になる。

（電子デバイスの製造方法への適用）
本発明の実施形態にかかるマグネトロンユニット８は、例えば、大型フラットパネルディスプレイ（液晶ディスプレイ）や薄膜太陽電池パネル、マイクロインダクタ、磁気記録ヘッドなどの電子デバイス、あるいは、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）のような磁性薄膜を使用したメモリデバイスなどを製造するための成膜工程に使用されるカソードマグネットにも適用可能である。

例えば、大型フラットパネルディスプレイ（液晶ディスプレイ）等の成膜工程（スパッタ工程）には大型の矩形ターゲット（スパッタリングターゲット）が使用される。スパッタリングターゲットの基板に対する反対面側にはマグネトロン発生用のカソードマグネットが載置されており、多くの場合においてカソードマグネットは、本発明の実施形態にかかるマグネトロンユニット８と同様に矩形形状を有する。ただし大きさはメートル級である。この場合にもマグネットユニットの磁場調整による膜厚分布等の調整は必要であるが、マグネット自体が大きいために、その反発（吸着）力も大きく、従来の構成では、磁石の交換・脱着による磁場調整は困難である。

図１９Ａは、スパッタリングターゲットに対して、複数のマグネトロンユニット８を配置して、磁場の調整を行う実施例を示す図である。図１９Ｂは、スパッタリングターゲットが複数ある場合に、それぞれのスパッタリングターゲットに対してマグネトロンユニット８を設けて、個別のスパッタリングターゲットに対して磁場の調整を行う実施例を示す図である。本発明の実施形態にかかるマグネトロンユニット８を大型フラットパネルディスプレイ（液晶ディスプレイ）や薄膜太陽電池パネル、マイクロインダクタ、磁気記録ヘッドなどの電子デバイスや、ＭＲＡＭのような磁性薄膜を使用したメモリデバイスなどを製造するための成膜工程に使用することで、マグネットを取り外すことなく、磁場調整を行うことが可能になる。

以上、本発明の好ましい実施形態を添付図面の参照により説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々な形態に変更可能である。

本願は、２００７年１０月３１日提出の日本国特許出願特願２００７−２８３４３８を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (10)

1. マグネトロンユニットであって、
   磁性体からなるヨーク板の両端部に設けられた同じ極性の第１の磁石と、前記ヨーク板の中央部に設けられ前記第１の磁石とは極性が異なる第２の磁石と、からなる複数の第１のマグネットエレメントと、
   複数の前記第１のマグネットエレメントの各々が一方向に移動できるように移動手段が配置されたベースプレートと、
   前記ベースプレートの両端部にそれぞれ固定された磁性体からなるヨーク板と、当該ヨーク板上に配置され前記第２の磁石と同じ極性の磁石と、当該磁石の上に配置され前記第１の磁石と同じ極性の磁石と、からなる第２のマグネットエレメントと、
   を有することを特徴とするマグネトロンユニット。
2. 前記ベースプレートに配置された前記移動手段は、
   複数の前記第１のマグネットエレメントを、前記一方向に移動可能にするガイド手段と、
   複数の前記第１のマグネットエレメントのうちの何れか一つの第１のマグネットエレメントを、前記ガイド手段を用いて前記一方向に移動させる移動機構と、を更に備え、
   前記移動機構による前記一つの第１のマグネットエレメントの移動により、当該一つの第１のマグネットエレメントを除く他の第１のマグネットエレメントは、同極磁石の反発力でそれぞれ前記一方向に移動し、
   前記他の第１のマグネットエレメントのそれぞれの移動により、隣り合う当該他の第１のマグネットエレメントにより形成される磁場が調整されることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンユニット。
3. 前記ガイド手段は、
   前記ベースプレート上において、前記一方向に平行に設けられた２本のガイドレールと、
   前記第１のマグネットエレメントの各々が前記一の方向に移動できるよう、前記第１のマグネットエレメントのヨーク板に取り付けられ、前記ガイドレール上を移動可能なリニアガイドと、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンユニット。
4. 前記移動機構には、ネジが含まれ、
   前記一つの第１のマグネットエレメントのヨーク板には、ネジ穴が設けられており、
   前記他の第１のマグネットエレメントおよび前記第２のマグネットエレメントのヨーク板には前記ネジ穴より穴径が大きい貫通穴が設けられており、
   前記ネジは、前記ネジ穴と螺合し、前記貫通穴を通り、当該ネジの回転により、前記一つの第１のマグネットエレメントは前記一方向に移動することを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンユニット。
5. 前記移動機構の移動を制御するための制御手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記ネジの回転と前記ネジのピッチとに基づき、前記一つの第１のマグネットエレメントの前記一方向における移動を制御することを特徴とする請求項４に記載のマグネトロンユニット。
6. 前記第２のマグネットエレメントと当該第２のマグネットエレメントと隣り合う第１のマグネットエレメントとの間、および、複数の前記第１のマグネットエレメントそれぞれの間、には、前記一つの第１のマグネットエレメントの移動に応じて、前記反発力を補助する補助反発力を発生させる弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンユニット。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のマグネトロンユニットを備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
8. 前記マグネトロンユニットを構成する第１のマグネットエレメントと第２のマグネットエレメントとに対向して設けられている被成膜基板を保持する基板ホルダーを更に有し、
   前記基板ホルダーは前記マグネトロンユニットを構成する前記第１のマグネットエレメントと前記第２のマグネットエレメントの配置方向と直交する方向に移動することを特徴とする請求項７に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
9. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマグネトロンユニットを用いて電子デバイスを製造することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
10. 前記電子デバイスには、フラットパネルディスプレイ、薄膜太陽電池パネル、マイクロインダクタ、磁気記録ヘッド、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）のうち、少なくとも一つが含まれることを特徴とする請求項９に記載の電子デバイスの製造方法。

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