(57)【要約】  基板７に対してターゲット２がオフセット配置されたスパッタリング装置であって、基板支持ホルダー６が数回転〜数十回転の低回転数で、且つ、１ｎｍ膜厚以下のような極めて少ない量の堆積であっても、堆積量の均一性を確保できるスパッタリング装置を提供する。  前記基板７の被成膜面へのスパッタ粒子の堆積時間Ｔ（秒）における前記基板支持ホルダー６の総回転数をＸとしたとき、    Ｘ＝Ｎ＋α（但し、Ｎは正の整数である総整数回転数、αは正の純小数である端数回転数。）となる総整数回転数Ｎと端数回転数αの値と、前記堆積時間Ｔの値を入力することにより、前記基板支持ホルダー６の回転速度Ｖ（ｒｐｓ）を、    Ｖ・Ｔ＝Ｎ＋αを満たすように制御する制御部１１を設ける。
2009157341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットを支持するためのスパッタリングカソードと、基板を支持するための基板支持ホルダーとを有し、前記基板の被成膜面を含む平面に対する垂線のうち、前記ターゲットの中心点を通る垂線と、前記基板の中心点を通る垂線とが不一致となるように、前記スパッタリングカソード及び前記基板支持ホルダーが設けられており、しかも前記基板支持ホルダーが、前記基板の被成膜面に対して垂直な回転軸回りに回転可能なスパッタリング装置において、
前記基板の被成膜面へのスパッタ粒子の堆積時間Ｔ（秒）における前記基板支持ホルダーの総回転数をＸとしたとき、
Ｘ＝Ｎ＋α（但し、Ｎは正の整数である総整数回転数、αは正の純小数である端数回転数。）
となる総整数回転数Ｎと端数回転数αの値と、前記堆積時間Ｔの値を入力することにより、前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖ（ｒｐｓ）を、
Ｖ・Ｔ＝Ｎ＋α
を満たすように制御する制御部を有することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記堆積時間Ｔが１〜４００秒、前記総整数回転数Ｎが１〜１００、前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖが０．０１６〜３．５ｒｐｓであることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
端数回転数αが０．２〜０．８であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記スパッタリングカソードに電力を供給するための電力供給手段を備えており、前記堆積時間Ｔが、前記電力供給手段から前記スパッタリングカソードへの電力投入開始から電力投入終了までの時間であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記スパッタリングカソードに電力を供給するための電力供給手段を備えおり、前記スパッタリングカソードと前記基板支持ホルダーとの間に開閉可能なシャッターが設けられており、前記堆積時間Ｔが、前記電力供給手段から前記スパッタリングカソードへ電力投入が供給され、且つ、前記シャッターが開放されている時間であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
ターゲットを支持するためのスパッタリングカソードと、基板を支持するための基板支持ホルダーとを有し、前記基板の被成膜面を含む平面に対する垂線のうち、前記ターゲットの中心点を通る垂線と、前記基板の中心点を通る垂線とが不一致となるように、前記スパッタリングカソード及び前記基板支持ホルダーが設けられており、しかも前記基板支持ホルダーが、前記基板の被成膜面に対して垂直な回転軸回りに回転可能なスパッタリング装置の前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖ（ｒｐｓ）を制御するプログラムが記録された記録媒体において、
前記基板の被成膜面へのスパッタ粒子の堆積時間Ｔ（秒）における前記基板支持ホルダーの総回転数をＸとしたとき、
Ｘ＝Ｎ＋α（但し、Ｎは正の整数である総整数回転数、αは正の純小数である端数回転数。）
となる総整数回転数Ｎと端数回転数αの値と、前記堆積時間Ｔの値に基づき、
Ｖ・Ｔ＝Ｎ＋α
を演算して前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖを制御するプログラムが記録されていることを特徴とする記録媒体。
【請求項７】
前記堆積時間Ｔが１〜４００秒、前記総整数回転数Ｎが１〜１００、前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖが０．０１６〜３．５ｒｐｓであることを特徴とする請求項６に記載の記録媒体。
【請求項８】
端数回転数αが０．２〜０．８であることを特徴とする請求項６又は７に記載の記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば磁性記録媒体、半導体装置や表示装置等の電子機器装置の製造工程において、基板の被成膜面に成膜材料を堆積するために用いるスパッタリング装置及びその駆動制御に用いるプログラムを記録した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体装置の製造工程では、基板より小さなターゲットを用いて、成膜材料を基板の被成膜面に均一に堆積させるために、斜めスパッタリング装置を用いることが知られている。この斜めスパッタリング装置では、ターゲットを支持するスパッタリングカソードと、基板を支持する基板支持ホルダーとが、ターゲットの表面が基板の被成膜面に対して傾斜して位置するよう配置されている。成膜材料の堆積は、基板支持ホルダーを回転させ、基板の被成膜面を一定の平面内で回転させながら、基板の被成膜面に斜方向よりスパッタ粒子を飛ばすことで行われる（例えば、特許文献１、２、３、４及び５参照）。【０００３】
一方、半導体デバイスに対する高機能化の要求から、１０ｎｍ以下の膜厚となる極めて少量の材料を均一な厚さで堆積させる技術が求められている。例えば、トランジスタでは、閾値電圧を調整して消費電力を低くするために、１ｎｍ以下の厚さでＭｇＯを堆積させる技術が求められている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６５２６３号公報
【特許文献２】特開２００５−３４０７２１号公報
【特許文献３】特開２００６−２３７３７１号公報
【特許文献４】特開２００６−２３３２８３号公報
【特許文献５】ＷＯ２００６／０７７８２７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｎ．  Ｍｉｓｅ  ｅｔ  ａｌ．著  ＩＥＤＭ  Ｔｅｃｈ．  Ｄｉｇ．，  ｐ．５２７  （２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
膜厚が１０ｎｍ以下、特に上述した１ｎｍ以下の成膜のように、極めて微量な成膜材料の堆積をスパッタリング装置で実施した場合、堆積時間が数秒から数十秒という、短時間のうちに堆積が完了することになる。【０００７】
一方、膜の品質を維持するために高真空雰囲気を維持させることを考慮すると、現在の工業技術では、基板支持ホルダーの回転速度の高速化限界は１００ｒｐｍ程度である。このため、数秒から数十秒の堆積時間では基板支持ホルダーの回転数がせいぜい数十回転程度止まりとなり、回転数を増加させて堆積量の均一性向上を図ろうとしても、回転数をこれ以上増加させることは困難である。【０００８】
本発明の目的は、基板支持ホルダーが数回転〜数十回転の低回転数で、且つ、１０ｎｍ以下、特に１ｎｍ以下の膜厚のような極めて少ない量の堆積であっても、堆積量の均一性を確保できるスパッタリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るスパッタリング装置は、ターゲットを支持するためのスパッタリングカソードと、基板を支持するための基板支持ホルダーとを有している。このスパッタリングカソード及び基板支持ホルダーは、前記基板の被成膜面を含む平面に対する垂線のうち、前記ターゲットの中心点を通る垂線と、前記基板の中心点を通る垂線とが不一致となるように設けられている。具体的には、前記基板の被成膜面と前記ターゲットの表面とが平行で、両者の中心点の位置がずれている場合と、前記基板の被成膜面と前記ターゲットの表面とが非平行で、両者の中心点の位置がずれている場合とがある。また、前記基板支持ホルダーは、前記基板の被成膜面に対して垂直な回転軸回りに回転可能となっている。そして、前記基板の被成膜面へのスパッタ粒子の堆積時間Ｔ（秒）における前記基板支持ホルダーの総回転数をＸとしたとき、
Ｘ＝Ｎ＋α（但し、Ｎは正の整数である総整数回転数、αは正の純小数である端数回転数。）
となる総整数回転数Ｎと端数回転数αの値と、前記堆積時間Ｔの値を入力することにより、前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖ（ｒｐｓ）を、
Ｖ・Ｔ＝Ｎ＋α
を満たすように制御する制御部を有する。【００１０】
本発明に係るスパッタリング装置は、前記スパッタリングカソードに電力を供給するための電力供給手段を備えており、前記堆積時間Ｔが、前記電力供給手段から前記スパッタリングカソードへの電力投入開始から電力投入終了までの時間であることを好ましい態様として含む。【００１１】
更に本発明に係るスパッタリング装置は、前記スパッタリングカソードに電力を供給するための電力供給手段を備えていると共に、前記スパッタリングカソードと前記基板支持ホルダーとの間に開閉可能なシャッターが設けられており、前記堆積時間Ｔが、前記電力供給手段から前記スパッタリングカソードへ電力投入が供給され、且つ、前記シャッターが開放されている時間であることを好ましい態様として含む。【００１２】
本発明に係る記録媒体は、ターゲットを支持するためのスパッタリングカソードと、基板を支持するための基板支持ホルダーとを有し、前記基板の被成膜面を含む平面に対する垂線のうち、前記ターゲットの中心点を通る垂線と、前記基板の中心点を通る垂線とが不一致となるように、前記スパッタリングカソード及び前記基板支持ホルダーが設けられており、しかも前記基板支持ホルダーが、前記基板の被成膜面に対して垂直な回転軸回りに回転可能なスパッタリング装置の前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖ（ｒｐｓ）を制御するプログラムが記録された記録媒体である。そして、本発明に係る記録媒体は、前記基板の被成膜面へのスパッタ粒子の堆積時間Ｔ（秒）における前記基板支持ホルダーの総回転数をＸとしたとき、
Ｘ＝Ｎ＋α（但し、Ｎは正の整数である総整数回転数、αは正の純小数である。）
となる総整数回転数Ｎと端数回転数αの値と、前記堆積時間Ｔの値に基づき、
Ｖ・Ｔ＝Ｎ＋α
を演算して前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖを制御するプログラムが記録されているものである。【００１３】
前記本発明に係るスパッタリング装置と記録媒体は、それぞれ、前記堆積時間Ｔが１〜４００秒、前記総整数回転数Ｎが１〜１００、前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖが０．０１６〜３．５ｒｐｓであること、及び、端数回転数αが０．２〜０．８であることを好ましい態様として含むものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ゲート絶縁膜や多層磁性膜などの１０ｎｍ膜厚以下の堆積膜、特に、１ｎｍ膜厚以下の堆積膜を基板の殆んどの領域に亘って均一に堆積させることができる。【００１５】
この結果、本発明は、高性能な半導体装置やＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子のような磁気メモリ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るスパッタリング装置の一例を示す模式的断面図である。
【図２】堆積時間Ｔの開始点と終了点のタイミングを示す第１のタイミングチャート図である。
【図３】堆積時間Ｔの開始点と終了点のタイミングを示す第２のタイミングチャート図である。
【図４】堆積時間Ｔの開始点と終了点のタイミングを示す第３のタイミングチャート図である。
【図５】堆積時間Ｔの開始点と終了点のタイミングを示す第４のタイミングチャート図である。
【図６】本発明における基板支持ホルダーとスパッタリングカソードの配置関係を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明における基板支持ホルダーとスパッタリングカソードの他の配置関係を模式的に示す断面図である。
【図８】実施例４におけるＭｇの堆積量分布を示す図である。
【図９】比較例１におけるＭｇの堆積量分布を示す図である。
【図１０】実施例１〜４及び比較例１に基づく、ずれ角度β（端数回転数α）と堆積量の均一性の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明に係るスパッタリング装置の一例を示す模式的断面図である。
【００１８】
図１に示されるスパッタリング装置において、真空容器１の天井部には、ターゲット２を支持するスパッタリングカソード３が設けられている。また、真空容器１の底面部の中央には、回転駆動機構４によって回転する回転軸５に取り付けられた基板支持ホルダー６が配置されている。基板支持ホルダー６は、基板７を水平に支持するもので、回転軸４は基板７の被成膜面（ターゲット２側に露出した面）に対して垂直に設けられている。従って、基板７を、その被成膜面を一定の平面内に位置させた状態で、基板支持ホルダー６の回転に伴って回転させることができる。
【００１９】
基板支持ホルダー６は、少なくとも、ターゲット２からのスパッタ粒子がその被成膜面に堆積される時間である堆積時間（成膜時間）Ｔ（秒）の間回転される。この基板支持ホルダー６の回転速度Ｖ（ｒｐｓ）は、制御のしやすさから、前記堆積時間Ｔの間中一定速度とすることが好ましい。但し、回転速度Ｖを、前記堆積時間Ｔ中に変化させることもできる。例えば、前記堆積時間Ｔ中、初期を低速の回転速度とし、後半を高速の回転速度としたり、逆に、初期を高速の回転速度とし、後半を低速の回転速度とすることもできる。更には、基板支持ホルダー６の回転速度Ｖを、前記堆積時間Ｔの間中、一次関数や二次関数の割合で変化させることもできる。
【００２０】
図１に示される例では、基板７の被成膜面に対してターゲット２の表面（基板７側に露出した面）が傾斜するようにスパッタリングカソード３及び基板支持ホルダー６が設けられている。従って、ターゲット２から基板７の被成膜面へ向かうスパッタ粒子は、被成膜面に対して斜め方向より入射して堆積される。
【００２１】
スパッタリングカソード３には、電力供給手段としてＤＣ電源８が接続されている。スパッタリングカソード３にはＤＣ電源８から所定のＤＣ電力（例えば、１Ｗ〜１０００Ｗ、好ましくは１０Ｗ〜７５０Ｗ）を印加できるようになっている。このＤＣ電源８の代わりにＲＦ電源を電力供給手段として使用することもできる。
【００２２】
スパッタリングカソード３（ターゲット２）と基板支持ホルダー６（基板７）との間には、シャッター駆動機構９によって開閉可能なシャッター１０が配置されている。このシャッター１０が開放されているときは、ターゲット２から生じたスパッタ粒子を基板７の被成膜面に堆積させることができる。しかし、シャッター１０が閉じているときは、ターゲット２から生じたスパッタ粒子の基板７の被成膜面への飛翔が遮断され、基板７の被成膜面へのスパッタ粒子の堆積が阻止される。
【００２３】
基板支持ホルダー６の回転、ＤＣ電源８の入・切、シャッター１０の開閉は、制御部１１で制御されるものとなっている。この制御部１１は、ＣＰＵ（中央演算装置）１２、制御プログラムを記録した記録媒体１３及び入力部１４から構成されている。制御部１１としては、汎用コンピュータを使用することができる。記録媒体１３は、後述するプログラムを呼び出し可能な状態で記録できる媒体で、具体的には、汎用コンピュータで使用されるハードディスク、光磁気ディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリ（Ｎｏｎ−ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｍｅｍｏｒｙ）を用いることができる。入力部１４としては、キーボード、マウス、タッチパネル、音声入力手段等が使用できる。
【００２４】
制御部１１は、基板７の被成膜面へのスパッタ粒子の堆積時間Ｔにおける基板支持ホルダー６の総回転数をＸとしたとき、
Ｘ＝Ｎ＋α（但し、Ｎは正の整数である総整数回転数、αは正の純小数である端数回転数。）
となる総整数回転数Ｎと端数回転数αの値と共に、前記堆積時間Ｔを入力することで、基板支持ホルダー６の回転速度Ｖ（ｒｐｓ）を制御する。
【００２５】
更に説明すると、ＣＰＵ１２には、入力部１４から、堆積時間Ｔに関する第１デジタル値、該堆積時間Ｔ内の基板支持ホルダー６の総整数回転数Ｎに関する第２デジタル値及び端数回転数αに関する第３デジタル値が入力され、一時ここに記録される。これらのデジタル値は、記録媒体１３に記録し、必要に応じて読み取ることができるようにすることもできる。
【００２６】
制御部１１のＣＰＵ１２は、回転制御機構４、ＤＣ電源８及びシャッター駆動機構９と接続されている。制御部１１のＣＰＵ１２は、ＤＣ電源８及びシャッター駆動機構９等を必要なタイミングで作動制御すると共に、これらの駆動のタイミングに合わせて回転制御機構４の作動を制御し、基板支持ホルダー６の回転速度Ｖ（ｒｐｓ）を制御する。
【００２７】
回転駆動機構４への作動の指令と制御は、記録媒体１３に記録されている制御プログラムを読み出して、ＣＰＵ１２に一時記録されている前記第１、第２及び第３デジタル値に基づいて行われる。この回転駆動機構４への作動の指令と制御は、第１、第２及び第３デジタル値として与えられた堆積時間Ｔ、総整数回転数Ｎ及び端数回転数αの各値から、
Ｖ・Ｔ＝Ｎ＋α
を演算し、所定の堆積時間Ｔの間、求められた回転速度Ｖで基板支持ホルダー６を回転させることで行われる。即ち、本発明のスパッタリング装置では、堆積時間Ｔにおける基板ホルダー６の総回転数Ｘが、整数ではなく、必ず端数回転数αを有するものとなるように、基板支持ホルダー６の回転速度Ｖが制御される。
【００２８】
本発明における堆積時間Ｔは、基板７への形成すべき堆積膜の厚みと、使用する本発明に係るスパッタリング装置の堆積速度（基板７への成膜材料の単位時間当たりの堆積厚さ）から定められる。堆積速度は、基板７への堆積膜の形成時と同じ条件下で予備成膜実験を行うことで求めることができる。総整数回転数Ｎは、回転駆動機構４の能力に応じ、回転駆動機構４に過剰な負荷が加わらない範囲で任意に選択することができる。また、端数回転数αは、総整数回転数Ｎを固定し、基板支持ホルダー６の回転速度Ｖを調整して端数回転数αを変えた予備成膜実験を行い、できるだけ均一な膜厚の堆積膜が形成できる端数回転数αを求めることで定めることができる。
【００２９】
堆積時間Ｔの開始点と終了点は、例えば、スパッタリングカソード３への電力供給手段（例えばＤＣ電源８）の入切タイミング、シャッター１０の開閉タイミング、又は電力供給手段の入切タイミングとシャッター１０の開閉タイミングとの組み合わせとして定めることができる。
【００３０】
図２〜図５は、それぞれ堆積時間Ｔの開始点と終了点のタイミングを示す第１〜第４のタイミングチャートをそれぞれ示す。これらのタイミングチャートを図１をも引用しながら説明する。
【００３１】
図２の第１のタイミングチャートは、シャッター１０を開閉するタイミングで堆積時間Ｔを定める場合を示すものである。制御部１１のＣＰＵ１２は、まず、シャッター１０を閉じた状態で、スパッタガスをスパッタリング装置の真空容器１内に導入し、ＤＣ電源８を「入」にして一定電力をスパッタリングカソード３に供給して放電を開始させ、ターゲット２の前面にプラズマを発生させる。その後、シャッター駆動機構９を作動させてシャッター１０を開放する。シャッター１０の開放動作終了時（シャッター１０が全開された時点）が堆積時間Ｔの開始点である。そして、このシャッター１０の開放動作終了時から堆積時間Ｔが経過したときに再度シャッター駆動機構９を作動させてシャッター１０を閉鎖する。この場合、シャッター１０の閉鎖動作開始時が堆積時間Ｔの終了点である。
【００３２】
図３の第２のタイミングチャートは、スパッタリングカソード３への電力供給手段（例えばＤＣ電源８）の入切のタイミングで堆積時間Ｔを定める場合を示すものである。このタイミングチャートは、シャッター１０を備えていない装置や、シャッター１０を常に開放させた状態でスパッタリング装置を駆動する場合に適用することができる。第２のタイミングチャートでは、制御部１１のＣＰＵ１２がスパッタガスをスパッタリング装置の真空容器１内に導入し、ＤＣ電源８を「入」にした時点が堆積時間Ｔの開始点であり、その後ＤＣ電源８を「切」にした時点が堆積時間Ｔの終了点である。
【００３３】
図４の第３のタイミングチャートは、電力供給手段（例えばＤＣ電源８）の入切のタイミングとシャッター１０の開閉のタイミングとの組み合わせで堆積時間Ｔを定める場合の第１の例を示すものである。この第３のタイミングチャートにおける堆積時間Ｔの開始点は前記第１のタイミングチャートでの開始点と同じである。第３のタイミングチャートでは、この開始点から堆積時間Ｔが経過したときに、シャッター１０が開放したままの状態でＤＣ電源８が切られ、その後シャッター１０が閉じられるものとなっている。そして、このＤＣ電源８を「切」にした時点が堆積時間Ｔの終了点となっている。
【００３４】
図５の第４のタイミングチャートは、電力供給手段（例えばＤＣ電源８）の入切のタイミングとシャッター１０の開閉のタイミングとの組み合わせで堆積時間Ｔを定める場合の第２の例を示すものである。制御部１１のＣＰＵ１２は、まず、シャッター１０を閉じた状態で、スパッタガスをスパッタリング装置の真空容器１内に導入し、シャッター駆動機構９を作動させてシャッター１０を開放する。その後、ＤＣ電源８を「入」にして一定電力をスパッタリングカソード３に供給して放電を開始させ、ターゲット２の前面にプラズマを発生させる。この第４のタイミングチャートにおける堆積時間Ｔの開始点は、ＤＣ電源８を「入」にした時点である。また、堆積時間Ｔの終了点は前記第１のタイミングチャートでの終了点と同じである。
【００３５】
本発明における堆積時間Ｔは、必要な堆積膜厚が得られる時間として定められるが、特に本発明は薄い堆積膜の形成に有効で、堆積膜厚が１０ｎｍ以下、特に１ｎｍ以下の場合に有効である。つまり、本発明は堆積時間Ｔが短い堆積膜の形成に有効であり、本発明における堆積時間Ｔは、１〜４００秒であることが好ましく、１〜３０秒であることがより好ましい。
【００３６】
本発明における基板支持ホルダー６の回転速度Ｖは、一般的な回転制御機構４により得られるものでよく、好ましくは０．０１６〜３．５ｒｐｓ、より好ましくは０．０５〜２ｒｐｓの範囲である。非常に低速な回転は回転機構および制御機構に特別なシステムを必要とするため０．０１６ｒｐｓ以上であることがコストの観点から好ましい。そして、簡便な封止機構で高真空雰囲気を維持できるようにするためには回転速度Ｖが３．５ｒｐｓ以下であることが好ましい。また、より安定な運転のためには０．０５ｒｐｓ以上であることがより好ましい。基板支持ホルダー６に基板７が載置され、回転停止した状態から加速されて、基板支持ホルダー６が所望の回転速度に達した後に成膜が開始され、成膜終了後に減速して停止状態へ戻される。このため、回転速度を大きくすると、基板支持ホルダー６の加速減速時間によるスループット（単位時間当たりに装置が処理できる枚数）への影響が大きくなり、またこの加速減速時間を短縮しようとすると機構に無理な力がかかってメンテナンスサイクルが短くなるので、基板支持ホルダー６の回転速度Ｖは２ｒｐｓ以下であることがより好ましい。
【００３７】
本発明における総整数回転数Ｎは、１以上の整数となるが、一般的には、１〜１００回転、好ましくは、１〜５０回転の範囲である。
【００３８】
本発明における端数回転数αは、前記のように、予備成膜実験で定められるもので、例えば０．１回転（ずれ角度β＝３６度）、０．２回転（ずれ角度β＝７２度）、０．５回転（ずれ角度β＝１８０度）、０．１５回転（ずれ角度β＝５４度）、０．１５１回転（ずれ角度β＝５４．３６度）等のように定められる。一般的に端数回転数αは０．１〜０．９回転であることが好ましく、より好ましくは０．２〜０．８回転である。なお、上記ずれ角度βは、基板支持ホルダー６上の一点について、回転開始時と回転停止時との間で生じた、回転軸５を中心とした角度のずれ量をいう。
【００３９】
本発明で用いるターゲット２の材質としては、例えば、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｐｔ（白金）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）等の金属、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン、珪素酸化物、タンタル酸化物、クロム酸化物等の酸化物、炭化珪素等の炭化物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。ターゲット２の直径は、基板７の直径より小さい値に設定されていることが好ましい。好ましい態様においては、ターゲット２の直径は、基板７の直径の０．１〜０．９倍、特に０．３〜０．７倍の範囲が好ましい。
【００４０】
本発明で用いる基板７としては、例えばシリコン基板、ガリウムヒ素基板、ＡｌＴｉＣ基板、ガラス基板、ステンレス基板、アルミニウム基板、プラスチック基板等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４１】
図１に示される例では、基板７の被成膜面に対してターゲット２の表面（基板７側に露出した面）が傾斜するように、スパッタリングカソード３及び基板支持ホルダー６が設けられている。しかし、本発明におけるスパッタリングカソード３及び基板支持ホルダー６の配置はこれに限られるものではない。基板７の被成膜面を含む平面に対する垂線のうち、ターゲット２の中心点を通る垂線と、基板の中心点を通る垂線とが不一致となる配置であれば、基板７の被成膜面とターゲット２の表面が平行となるような配置であっても良い。以下、本発明におけるスパッタリングカソード３と基板支持ホルダー６の配置例について図６及び図７で説明する。
【００４２】
図６及び図７は、それぞれ本発明における基板とターゲットの配置関係を模式的に図示した断面図で、図１と共通の部材には類似の符号を付してある。
【００４３】
図中、１０２はターゲット、１０３はスパッタリングカソード、１０６は基板支持ホルダー、１０７は基板、ａは基板１０７の被成膜面を含む平面に対する垂線のうち、基板１０７の中心ｏを通る垂線（基板垂線ａ）、ｂはターゲット１０２の中心ｐを通る垂線（基板垂線ｂ）、シフト量ｌは基板垂線ａと基板垂線ｂ間の距離である。また、図７におけるｃは、ターゲット１０２の表面を含む平面に対する垂線のうち、ターゲット１０２の中心ｐを通る垂線（ターゲット垂線ｃ）である。
【００４４】
図６に示される配置例では、スパッタリングカソード１０３と基板支持ホルダー１０６は、ターゲット１０２の表面と、基板１０７の被成膜面とが平行で、しかも基板垂線ａと基板垂線ｂが共通の直線ではなく、互いにずれた位置にあり、不一致となるように配置されている。スパッタリングカソード１０３と基板支持ホルダー１０６は、基板垂線ｂが基板１０７の外周縁より内側を通る直線となるように配置されていても、基板垂線ｂが基板１０７の外周縁より外側を通る直線となるように配置されていても良い。シフト量ｌは、好ましくは５０〜８００ｍｍであり、より好ましくは１００〜５００ｍｍであり、更により好ましくは１５０〜４００ｍｍである。また、ターゲット１０２の中心ｐから、基板１０７の被成膜面を含む平面までの基板垂線ｂに沿った距離は、好ましくは５０〜８００ｍｍであり、より好ましくは１００〜５００ｍｍであり、更により好ましくは１５０〜４００ｍｍである。
【００４５】
図７に示される配置例では、スパッタリングカソード１０３と基板支持ホルダー１０６は、ターゲット１０２の表面が、基板１０７の被成膜面に対して非平行で、しかも基板垂線ａと基板垂線ｂが共通の直線ではなく、互いにずれた位置にあり、不一致となるように配置されている。基板垂線ａとターゲット垂線ｃとの交差角θは、好ましくは１〜４５度、より好ましくは、５〜３５度である。この配置例においても、スパッタリングカソード１０３と基板支持ホルダー１０６は、基板垂線ｂが基板１０７の外周縁より内側を通る直線となるように配置されていても、垂線Ｂが基板１０７の外周縁より外側を通る直線となるように配置されていても良い。シフト量ｌは、好ましくは５０〜８００ｍｍであり、より好ましくは１００〜５００ｍｍであり、更により好ましくは１５０〜４００ｍｍである。また、ターゲット１０２の中心ｐから、基板１０７の被成膜面を含む平面までの基板垂線ｂに沿った距離は、好ましくは５０〜８００ｍｍであり、より好ましくは１００〜５００ｍｍであり、更により好ましくは１５０〜４００ｍｍである。
【００４６】
なお、基板１０７の中心点ｏは、基板１０７がシリコンウエハーのような円形状の場合には当該円形の中心であり、ガラス基板のような四角形の場合には２本の対角線の交点をいう。円形又は四角形以外の形状においては、重心点を中心点ｏとする。これらはターゲット１０２においても同様である。
【実施例】
【００４７】
〔実施例１〜４、比較例１〕
図１に示されるスパッタリング装置を用いてＭｇ（マグネシウム）を基板に堆積した。成膜条件は以下の通りである。なお、堆積速度は、Ｍｇの堆積膜を形成する予備成膜実験を行って求めた。具体的には、以下に述べる方法と同様にしてＭｇの堆積膜を形成した直径３００ｍｍのＳｉウエハの外周部５ｍｍを除く範囲の１７点の堆積量をそれぞれ測定し、この１７点の平均を堆積時間（成膜時間）で割った値を堆積速度とした。また、総整数回転数Ｎは、使用したスパッタリング装置の回転駆動機構４の能力における一般的な値として選択した。【００４８】
（１）堆積速度：１秒あたり０．０１４１８ｎｍ
（２）目標とするＭｇの膜厚：０．２ｎｍ
（３）堆積時間Ｔ：１４．１秒（０．２÷０．０１４１８＝１４．１）
（４）総整数回転数Ｎ：２３回転。
（５）総回転数Ｘと端数回転数α
実施例１：総回転数Ｘ＝２３．２０回転、端数回転数α＝０．２０回転（ずれ角度β＝７２度）
実施例２：総回転数Ｘ＝２３．４０回転、端数回転数α＝０．４０回転（ずれ角度β＝１４４度）
実施例３：総回転数Ｘ＝２３．６０回転、端数回転数α＝０．６０回転（ずれ角度β＝２１６度）
実施例４：総回転数Ｘ＝２３．８０回転、端数回転数α＝０．８０回転（ずれ角度β＝２８８度）
比較例１：総回転数Ｘ＝２３．０回転、端数回転数α＝０（ずれ角度β＝０度）
（６）スパッタリングカソード１０３と基板支持ホルダー１０６配置：交差角θ＝３２．７度、シフト量ｌ＝２７６ｍｍ
（７）スパッタリングカソード３への電力供給手段：ＤＣ電源８（電力５０Ｗ）
Ｍｇの基板７への堆積は、実施例１〜４と比較例１で、上記（５）に示されるように、端数回転数αを変えた以外は同様にして、以下のようにして実施した。【００４９】
制御部１１のＣＰＵ１２へ上記条件（３）〜（５）の値、すなわち堆積時間Ｔ、総整数回転数Ｎ、端数回転数αの値を入力し、ＣＰＵ１２で、基板支持ホルダー６の回転速度Ｖ（ｒｐｓ）が
Ｖ・Ｔ＝Ｎ＋α
を満たすように演算し、この演算結果に基づいて、回転駆動機構４の回転速度Ｖを、シャッター１０の開閉動作及びＤＣ電源８の入切動作と共に制御した。【００５０】
まず、基板支持ホルダー６に基板７として直径３００ｍｍのＳｉ（シリコン）ウエハを搭載し、真空容器１の内部を５．３×１０-7Ｐａに排気した。【００５１】
ターゲット２としては、純度９９．９％の金属Ｍｇを用いた。【００５２】
次に、真空容器１内の排気を行いながらＡｒガスを真空容器１内に導入し、真空容器１内を、０．１Ｐａの低圧Ａｒガス雰囲気とした。【００５３】
Ａｒガスの導入と共に、基板支持ホルダー６の回転を開始し、基板７を基板支持ホルダー６とともに回転させた。この回転は、堆積時間Ｔ、総整数回転数Ｎ、端数回転数αの値から演算された一定の回転速度Ｖとした。【００５４】
シャッター１０を閉じた状態で、ＤＣ電源８を「入」とし、５０Ｗに定電力制御された電力をスパッタリングカソード３へ印加してターゲット２からの放電を開始させ、ターゲット２の前面にプラズマを発生させた。このとき、アース電位に対してターゲットの電位は負電位となり、プラズマ中の正イオンがターゲット２に入射し、Ｍｇのターゲット２のスパッタリングが開始した。【００５５】
この状態でシャッター１０を開動作させ、Ｍｇの基板７への堆積を開始した。所定の堆積時間ＴだけＭｇのスパッタ粒子を基板７に堆積させた後、ＤＣ電源８を「切」としてスパッタリングカソード３への電力投入を遮断し、Ｍｇの堆積を終了した。シャッター１０の開動作終了時からＤＣ電源８の「切」までが堆積時間Ｔで、この堆積時間Ｔは前記（３）に示した通り１４．１秒とした。なお、この１４．１秒の堆積時間Ｔの間、基板支持ホルダー６は前記のようにして演算された回転速度Ｖで回転を続けた。【００５６】
得られたＭｇの膜についてＭｇの堆積量を測定し、堆積量分布を測定した。堆積量は蛍光Ｘ線分析法により測定した。堆積量分布は、直径３００ｍｍのＳｉウエハの外周部５ｍｍを除く範囲の１７点の堆積量をそれぞれ測定し、１７点の堆積量平均値に対する標準偏差の割合の３倍を均一性の値とした。【００５７】
図８は、実施例４〔総回転数Ｘ＝２３．８０回転、端数回転数α＝０．８０回転（ずれ角度β＝２８８度）〕で成膜した時のＭｇの堆積量分布の測定結果を、堆積量の平均値に対する割合で規格化して表したものである。また、図９は、比較例１〔総回転数Ｘ＝２３．０回転、端数回転数α＝０（ずれ角度β＝０度）〕で成膜した時のＭｇの堆積量分布の測定結果を、堆積量の平均値に対する割合で規格化して表したものである。更に、図１０は、実施例１〜４及び比較例１で変化させたずれ角度β（端数回転数α）と、実施例１〜４及び比較例１で得られたＭｇ膜における堆積量の均一性の関係を示すグラフである。【００５８】
図８〜図１０からすれば、総整数回転数Ｎが２３回転と少ない回転数であり、また堆積時間Ｔも１４．１秒と短いにも拘わらず、純小数の端数回転数αを与える制御を行うことで、堆積量の分布を押さえることができ、均一性を高めることができることが分かる。
【符号の説明】
【００５９】
１  真空容器
２，１０２  ターゲット
３，１０３  スパッタリングカソード
４  回転駆動機構
５  回転軸
６，１０６  基板支持ホルダー
７，１０７  基板
８  ＤＣ電源
９  シャッター駆動機構
１０  シャッター機構
１１  制御部（コンピューター）
１２  ＣＰＵ（演算装置）
１３  記録媒体
１４  入力部
ａ  被成膜面を含む平面に対する垂線のうち、基板の中心を通る垂線
ｂ  被成膜面を含む平面に対する垂線のうち、ターゲットの中心を通る垂線
ｃ  ターゲットの表面を含む平面に対する垂線のうち、ターゲットの中心を通る垂線
ｏ  基板の中心
ｐ  ターゲットの中心
ｌ  シフト量
θ  交差角
【図１】
2009157341.tif 000003
【図２】
2009157341.tif 000004
【図３】
2009157341.tif 000005
【図４】
2009157341.tif 000006
【図５】
2009157341.tif 000007
【図６】
2009157341.tif 000008
【図７】
2009157341.tif 000009
【図８】
2009157341.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2009157341.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月23日(2009.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットを支持するためのスパッタリングカソードと、基板を支持するための基板支持ホルダーとを有し、前記基板の被成膜面を含む平面に対する垂線のうち、前記ターゲットの中心点を通る垂線と、前記基板の中心点を通る垂線とが不一致となるように、前記スパッタリングカソード及び前記基板支持ホルダーが設けられており、しかも前記基板支持ホルダーが、前記基板の被成膜面に対して垂直な回転軸回りに回転可能なスパッタリング装置において、
前記基板の被成膜面へのスパッタ粒子の堆積時間Ｔ（秒）における前記基板支持ホルダーの総回転数をＸとしたとき、
Ｘ＝Ｎ＋α（但し、Ｎは正の整数である総整数回転数、αは正の純小数である端数回転数。）
となる、１〜１００の範囲の総整数回転数Ｎと０．２〜０．８の範囲の端数回転数αの値と、１〜４００秒の範囲の前記堆積時間Ｔの値を入力することにより、前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖ（ｒｐｓ）を、０．０１６〜３．５ｒｐｓの範囲で、
Ｖ・Ｔ＝Ｎ＋α
を満たすように制御する制御部を有することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記スパッタリングカソードに電力を供給するための電力供給手段を備えており、前記堆積時間Ｔが、前記電力供給手段から前記スパッタリングカソードへの電力投入開始から電力投入終了までの時間であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記スパッタリングカソードに電力を供給するための電力供給手段を備えており、前記スパッタリングカソードと前記基板支持ホルダーとの間に開閉可能なシャッターが設けられており、前記堆積時間Ｔが、前記電力供給手段から前記スパッタリングカソードへ電力投入が供給され、且つ、前記シャッターが開放されている時間であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
ターゲットを支持するためのスパッタリングカソードと、基板を支持するための基板支持ホルダーとを有し、前記基板の被成膜面を含む平面に対する垂線のうち、前記ターゲットの中心点を通る垂線と、前記基板の中心点を通る垂線とが不一致となるように、前記スパッタリングカソード及び前記基板支持ホルダーが設けられており、しかも前記基板支持ホルダーが、前記基板の被成膜面に対して垂直な回転軸回りに回転可能なスパッタリング装置の前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖ（ｒｐｓ）を制御するプログラムが記録された記録媒体において、
前記基板の被成膜面へのスパッタ粒子の堆積時間Ｔ（秒）における前記基板支持ホルダーの総回転数をＸとしたとき、
Ｘ＝Ｎ＋α（但し、Ｎは正の整数である総整数回転数、αは正の純小数である端数回転数。）
となる、１〜１００の範囲の総整数回転数Ｎと０．２〜０．８の範囲の端数回転数αの値と、１〜４００秒の範囲の前記堆積時間Ｔの値に基づき、
Ｖ・Ｔ＝Ｎ＋α
を演算して前記基板支持ホルダーの回転速度Ｖを０．０１６〜３．５ｒｐｓの範囲で制御するプログラムが記録されていることを特徴とする記録媒体。
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
前記制御部は、前記基板支持ホルダーを回転させ、前記回転速度Ｖになるように維持した後、前記シャッターを閉じた状態で、前記電力供給手段を作動させ、その後、前記シャッターを開動作させる制御も行うものであることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記シャッターの開動作終了時から前記堆積時間Ｔ経過後に、前記電力供給手段の電力を停止する制御も行うものであることを特徴とする請求項９に記載のスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記シャッターの開動作終了時から前記堆積時間Ｔ経過後に、前記シャッターの閉動作を開始する制御も行うものであることを特徴とする請求項９に記載のスパッタリング装置。
【請求項１２】
前記スパッタリング装置が、前記スパッタリングカソードに電力を供給するための電力供給手段を備えており、前記スパッタリングカソードと前記基板支持ホルダーとの間に開閉可能なシャッターが設けられており、前記堆積時間Ｔが、前記電力供給手段から前記スパッタリングカソードへ電力投入が供給され、且つ、前記シャッターが開放されている時間であることを特徴とする請求項６に記載のスパッタリング装置。
【請求項１３】
前記プログラムは、前記基板支持ホルダーを回転させ、前記回転速度Ｖになるように維持した後、前記シャッターを閉じた状態で、前記電力供給手段を作動させ、その後、前記シャッターを開動作させる制御も行うものであることを特徴とする請求項１２に記載のスパッタリング装置。
【請求項１４】
前記プログラムは、前記シャッターの開動作終了時から前記堆積時間Ｔ経過後に、前記電力供給手段の電力を停止する制御も行うものであることを特徴とする請求項１３に記載のスパッタリング装置。
【請求項１５】
前記プログラムは、前記シャッターの開動作終了時から前記堆積時間Ｔ経過後に、前記シャッターの閉動作を開始する制御も行うものであることを特徴とする請求項１３に記載のスパッタリング装置。
【国際調査報告】
2009157341.tif 000013
2009157341.tif 000014
2009157341.tif 000015
2009157341.tif 000016