(57)【要約】【課題】小型マグネトロンスパッタリングカソードで、大型基板に形成される薄膜の基板面内における膜厚および膜質の均一性を向上させる。【解決手段】基板ホルダ７の回転中心９を通る軸線を基準として、外周方向に向けて距離Ｌ１の位置および距離Ｌ２(＞Ｌ１)の位置に、同種の成膜材料からなり、面積が同じであると共に、基板ホルダ７の面積よりも小さく、かつ絶縁材１０８を介して電気的に絶縁された複数枚のターゲット１ａ，１ｂを、該ターゲット１ａ，１ｂの長手方向を基板ホルダ７の径方向と平行にしてスパッタリングカソード１０３に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系とガス導入系を有する真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設置され、かつターゲットを有するスパッタリングカソードと、基板が載置される回転可能な基板ホルダと、前記スパッタリングカソードに接続されたスパッタリング用電源とを備えたスパッタリング装置において、
前記スパッタリングカソードに、同種の成膜材料からなり、かつ前記基板ホルダの面積よりも小さい複数のターゲットを電気的に絶縁して設置したことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記スパッタリングカソードにおいて、少なくとも１つの前記ターゲットに投入するスパッタリング電力を、他の前記ターゲットに対して独立して制御可能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。
【請求項３】
長手方向の長さが前記基板ホルダの直径の０．５倍以上１．５倍以下であって、同種の成膜材料でかつ同一面積の矩形形状をなす複数の前記ターゲットを、各ターゲットの長手方向を前記基板ホルダの径方向に対して平行に配置して、前記スパッタリングカソードに設けたことを特徴とする請求項１または２記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記複数のターゲットにおいて、前記基板ホルダの回転中心に対して外側に配されたターゲットに投入するスパッタリング電力を、内側に配されたターゲットに投入するスパッタリング電力よりも大きくしたことを特徴とする請求項３記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記基板ホルダの回転中心から前記各ターゲットの中心線までの距離をＬｎ、Ｌｎ＋１(ただし、Ｌｎ＜Ｌｎ＋１)とし、前記各ターゲットに投入するスパッタリング電力をそれぞれＰｎ、Ｐｎ＋１としたとき、下式（数１）の条件を満たすことを特徴とする請求項４記載のスパッタリング装置。
１≦Ｐｎ＋１／Ｐｎ≦(Ｌｎ＋１２−Ｌｎ２)／Ｌｎ２‥‥‥‥（数１）
【請求項６】
長手方向の長さが前記基板ホルダの直径の０．５倍以上１．５倍以下であって、同種の成膜材料かつ同一面積の複数個のターゲットが前記基板ホルダの径方向に対して平行に一列に配置されたターゲット群を、前記スパッタリングカソードに複数列設けたことを特徴とする請求項１または２記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記複数列のターゲット群において、前記基板ホルダの回転中心に対して外側に配されたターゲット群に投入するスパッタリング電力の総和を、内側に配されたターゲット群に投入されるスパッタリング電力の総和より大きくしたことを特徴とする請求項６記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記基板ホルダの回転中心から前記各ターゲット群の中心線までの距離を、Ｌｍ、Ｌｍ＋１(ただし、Ｌｍ＜Ｌｍ＋１)とし、前記各ターゲット群に投入するスパッタリング電力の総和をそれぞれＰｔｍ、Ｐｔｍ＋１としたとき、下式（数２）の条件を満たすことを特徴とする請求項７記載のスパッタリング装置。
１≦Ｐｔｍ＋１／Ｐｔｍ≦(Ｌｍ＋１２−Ｌｍ２)／Ｌｍ２‥‥‥‥（数２）
【請求項９】
前記ターゲット群の各ターゲットが、平面状の円形体であることを特徴とする請求項６〜８いずれか１項記載のスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記ターゲット群の各ターゲットが、平面状の矩形体であることを特徴とする請求項６〜８いずれか１項記載のスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記複数のターゲットの少なくとも一つと他のターゲットとにおいて、前記基板ホルダの対向面との距離が異なるように設定されていることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項記載のスパッタリング装置。
【請求項１２】
前記複数のターゲットの少なくとも一面が、前記基板ホルダの対向面に対し傾斜して設置されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１３】
前記ターゲットの材料とは異なる成膜材料のターゲットを複数設けたスパッタリングカソードをさらに設置したことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３いずれか１項記載のスパッタリング装置を用い、スパッタリングカソードに設けられた複数のターゲットをマグネトロン放電させ、かつ基板ホルダを回転させながら該基板ホルダに載置された基板に薄膜を形成することを特徴とするスパッタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型マグネトロンスパッタリングカソードで、大型基板に形成される薄膜の基板面内における膜厚および膜質の均一性向上を目的としたスパッタリング装置およびスパッタリング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング法は、真空蒸着法に比べ、形成される膜厚の制御性が良く、また、高融点材料や化合物の薄膜も比較的容易に形成できる薄膜形成技術ということで、広く半導体やディスプレイ、電子部品などの工業分野にて普及している。特に、永久磁石や電磁石などを磁気回路として用いるマグネトロンスパッタリング法は、薄膜の形成速度が真空蒸着法に比べ約１〜２桁遅いというスパッタリング法の課題を解決し、スパッタリング法による量産化を可能にしている。
【０００３】
以下、従来の一般的なマグネトロンスパッタリングカソードと、そのカソードを搭載したスパッタリング装置およびスパッタリング方法について、図９〜図１４を参照しながら説明する。
【０００４】
図９は従来の平板ターゲットを有するマグネトロンスパッタリングカソードの平面概略図、図１０は図９のＡ−Ａ断面概略図、図１１はマグネトロンスパッタリングカソードの斜視図である。
【０００５】
図９，図１０において、１は平板状のターゲットであって、インジウムなどのハンダ剤によりバッキングプレート２に接着され、カソード本体３に設置される。ターゲット１の裏側にはマグネトロン放電用の磁気回路４が、閉じた磁力線５を形成し、かつ少なくともその磁力線５の一部がターゲット１の表面で平行になるように配置される。
【０００６】
このため、ターゲット１の表面には、図１１に示すように、トロイダル型の閉じたトンネル状の磁場６(図における網掛部分)が形成される。
【０００７】
次に、以上のように構成されたマグネトロンスパッタリングカソードと該カソードを搭載したマグネトロンスパッタリング装置について、その動作原理を説明する。
【０００８】
図１２は前記マグネトロンスパッタリングカソードを設置したスパッタリング装置の概略図である。
【０００９】
図１２において、スパッタリングカソード１０３は、通常、真空チャンバ１０７に絶縁材１０８を介して設置される。マグネトロンスパッタリング法による薄膜形成を行うには、真空チャンバ１０７を真空ポンプ１０９などの真空排気系にて高真空(１０−４〜１０−５Ｐａ程度)まで排気し、Ａｒなどの放電ガスを、ガス導入系のガス流量調整器１１０を通して真空チャンバ１０７に導入し、圧力調整バルブ１１１を調整して真空チャンバ内を１０−１〜１０−２Ｐａ程度の圧力に保つ。
【００１０】
ここで、ターゲット１を取付けたスパッタリングカソード１０３に接続した直流もしくは交流のスパッタリング電源１１２により負の電圧を印加することにより、電場と磁気回路によるトロイダル型トンネル状磁場との周辺でマグネトロン放電が起こり、ターゲット１がスパッタされ、スパッタ粒子が基板ホルダ７に載置された基板８に堆積されて基板８に対して薄膜が形成される。
【００１１】
ここで、前述のようにターゲット１と基板８の位置関係が静止対向方式をなすスパッタリング装置において、基板面内の膜厚均一性を確保するためには、より大面積のターゲットが必要となる。これは、マグネトロンスパッタリング法では、ターゲット面と平行に通る磁力線の最も強い部分でプラズマ密度が高くなるため、ターゲット上に、スパッタされる侵食領域と、スパッタされた粒子が再付着する(スパッタされない)領域とができることによって、ターゲットの侵食が不均一に進むためであり、現実的には、薄膜が形成される基板より大面積のターゲットを有するスパッタリングカソードを用い、かつ磁気回路の構成やターゲットと基板間の距離(以下、Ｔ／Ｓ距離と記す)を充分調整する必要が生じる。
【００１２】
具体的には、例えば基板面内での膜厚均一性、±１％程度を達成しようとすれば、ターゲットの一辺が基板の一辺の約２倍の大きさ、つまり、基板の面積に対して約４倍の面積を有するターゲットが必要となる。
【００１３】
図１３，図１４に、前述した前記各部の大きさの関係を表わすターゲットと基板との構成を示す。図１３は均一性確保に必要なターゲットと基板の大きさの関係を示す平面概略図、図１４は図１１のＡ−Ａ断面概略図である。
【００１４】
図１３，図１４に示す例において、例えば、基板８の大きさを直径３００ｍｍとすると、ターゲット１の直径は６００ｍｍ必要となる。
【００１５】
現在、半導体やディスプレイを中心に、取れ数の拡大に向けた基板の大型化が進む一方であり、それに対応するため、ターゲットの大型化も余儀なくされている。その結果、スパッタリング装置そのものの大型化による設備コストや設備占有面積の増大、またメンテナンスに必要なコスト(防着板やアースシールドなどの治具の再生)、および時間の増大などが問題となってきている。
【００１６】
さらには、ターゲットの大型化は、ターゲットそのものの高額化や、レアメタルあるいは複雑な組成の多元素(または合金)ターゲットではターゲットの製造自体が不可能になるという問題も生じる。加えて、マグネトロンスパッタリングの特徴であるターゲットの一部分が局所的に侵食されることによる材料利用効率の悪さも問題となる。
【００１７】
一方、基板の大型化と共に、新たな課題となるのが半導体や電子部品などの基板に形成されたラインアンドスペースやビアホールなどへの段差被覆性(ステップまたはボトムカバレッジ)、あるいは光学部品であるレンズなどの立体形状物への均一成膜である。
【００１８】
これら３次元形状への薄膜形成の要求は、段差部や傾斜部での膜厚の絶対値向上はもちろん、基板面内、あるいは基板ホルダ上に複数設置されたレンズなどの立体形状物の設置場所ごとにおける均一性向上である。
【００１９】
つまり、前述したように、仮に基板の大型化に対応してターゲット面積を大型化することで基板平面での膜厚均一性は改善できたとしても、ターゲットの局所的なエロージョン形成のため、基板位置、特に中心と外周におけるスパッタ粒子の入射角度の違いによる段差(傾斜部)に対する被覆性の非対称性が発生し、デバイス性能のバラツキや歩留の低下を招いてしまう。
【００２０】
そこで、これらの問題を解決するため、小型スパッタリングカソードを用い、大型基板に対する均一な薄膜形成を可能とする取り組みが幅広く行われてきている。
【００２１】
以下、これらの従来の取り組みについて、図１５〜図１７を参照しながら説明する。なお、図１５〜図１７において、図９〜図１４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、その動作方法も、前述した図１２に示す従来の一般的なマグネトロンスパッタリング装置と略同一であるので、その説明は省略する。
【００２２】
図１５は膜厚補正板を有するマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図、図１６は図１５のＡ−Ａ断面概略図である。
【００２３】
この方式におけるスパッタリング装置によるスパッタリング成膜の特徴は、基板ホルダ７の回転中心９を中心に自転する基板ホルダ７上に載置された基板８と対向位置にある小型スパッタリングカソード１０３との空間に、スパッタ粒子１２が通過するスリット１０を設けたシールド板１１を設置し、前記スリット１０の形状を最適化することで基板８に到達するスパッタ粒子１２を制御し、膜厚均一性を向上させるものである(例えば、特許文献１参照)。
【００２４】
図１７は傾斜スパッタリングカソードを搭載したスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す斜視概略図である。
【００２５】
この方式におけるスパッタリング装置によるスパッタリング成膜の特徴は、やはり基板８を、基板ホルダ７の回転中心９を中心に回転させ、その基板８よりも小さい面積のターゲット１を有する小型スパッタリングカソード１０３を、ある条件を満たす位置に傾斜させて設置することで、膜厚均一性を向上させるものである(例えば、特許文献２参照)。
【００２６】
これらの方法は、いずれも基板平面での膜厚均一性向上には一定の効果があることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開平９−２１３６３４号公報
【特許文献２】特開２００９−１９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
しかしながら、図１５および図１６に示す従来の構成では、ターゲット１から飛び出すスパッタ粒子１２の一部をシールド板１１(膜厚補正板)にて除去することで均一性を向上しているため、成膜速度の低下かつ材料利用効率の低下に繋がる。また、時間とともにシールド板１１への膜堆積が増加するためスリット１０の経時変化による膜厚バラツキと共に、堆積膜の剥離によるダストの発生が懸念される。このため、装置メンテナンス回数の増加による設備稼働率の低下を招くことが予測され、効率的な生産性という点において課題を有している。
【００２９】
また、図１７に示す従来の構成は、基板８とスパッタリングカソード１０３との傾斜角などの位置関係を、ある程度限定しているため、膜厚均一性の改善に限界があることが懸念され、例えば、光学フィルタなどの非常に高精度な膜厚均一性が必要なデバイス(例えば、膜厚均一性が±０．３％以下)などに対しては課題を有していると思われる。加えて、スパッタ粒子１２の入射角度が、ある程度限定されるため、基板面内での３次元形状物への段差(傾斜部)の膜厚に非対称性が発生し、結果としてデバイス性能のバラツキや歩留低下に繋がるという課題を有している。
【００３０】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、小型マグネトロンスパッタリングカソードで、大型基板に形成される薄膜の基板面内における膜厚および膜質の均一性を向上することができるスパッタリング装置およびスパッタリング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
前記目的を達成するために、本発明のスパッタリング装置およびスパッタリング方法は、排気系とガス導入系を有する真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設置され、かつターゲットを有するスパッタリングカソードと、基板が載置される回転可能な基板ホルダと、前記スパッタリングカソードに接続されたスパッタリング用電源とを備えたスパッタリング装置において、前記スパッタリングカソードに、同種の成膜材料からなり、かつ前記基板ホルダの面積よりも小さい複数のターゲットを電気的に絶縁して設置したスパッタリング装置を用い、前記スパッタリングカソードに設けられた複数のターゲットをマグネトロン放電させ、かつ前記基板ホルダを回転させながら該基板ホルダに載置された基板に薄膜を形成することを特徴としている。
【００３２】
本構成によって、大型基板に到達するスパッタ粒子の量と方向を制御し、面内で均一化することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明のスパッタリング装置およびスパッタリング方法によれば、小型マグネトロンスパッタリングカソードで、大型基板に形成される薄膜の基板面内における膜厚および膜質の均一性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係およびスパッタリング電源の接続状態を示す平面概略図
【図２】図１の実施の形態１のＡ−Ａ断面概略図
【図３】本発明の実施の形態２におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図
【図４】本発明の実施の形態３におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係およびスパッタリング電源の接続状態示す平面概略図
【図５】図４の実施の形態３のＡ−Ａ断面概略図
【図６】本発明の実施の形態３におけるスパッタリング装置の他のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図
【図７】本発明の実施の形態３における他のスパッタリング電源の接続状態を示す平面概略図
【図８】本発明の実施の形態４におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図
【図９】従来のマグネトロンスパッタリングカソードの平面概略図
【図１０】図９の従来例のＡ−Ａ断面概略図
【図１１】従来のマグネトロンスパッタリングカソードの斜視概略図
【図１２】従来のマグネトロンスパッタリングカソードを搭載した一般的スパッタリング装置の概略図
【図１３】従来例における膜厚均一性確保に必要なターゲットと基板の大きさの関係を示した平面概略図
【図１４】図１１の従来例のＡ−Ａ断面概略図
【図１５】従来の膜厚補正板を有するマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図
【図１６】図１３の従来例のＡ−Ａ断面概略図
【図１７】従来の傾斜スパッタリングカソードを搭載したスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す斜視概略図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係と該ターゲットにスパッタリング電源を接続した状態を示す平面概略図、図２は図１のＡ−Ａ断面概略図である。なお、以下の説明において、図９〜図１７と同じ構成要素については同じ符号を用いて説明を省略する。
【００３７】
また、以下に説明する本実施の形態の基本構成と動作は、図１２に示す従来のマグネトロンスパッタリング装置と略同一であるので、その説明は省略する。
【００３８】
実施の形態１におけるスパッタリング装置およびスパッタリング方法の特徴は、図１および図２に示すように、基板ホルダ７の回転中心９を通る軸線を基準として、外周方向に向けて距離Ｌ１の位置および距離Ｌ２(＞Ｌ１)の位置に、同種の成膜材料からなり、面積が同じであると共に、基板ホルダ７の面積よりも小さく、かつ絶縁材１０８を介して電気的に絶縁された複数枚（本例では内側と外側の２枚）のターゲット１ａ，１ｂ（内側ターゲット１ａ，外側ターゲット１ｂ）を、該ターゲット１ａ，１ｂの長手方向を基板ホルダ７の径方向と平行にしてスパッタリングカソード１０３に設け、さらに各ターゲット１ａ，１ｂに印加する投入電力(スパッタリング電力)Ｐ１，Ｐ２を独立して制御することができるようにしたことにある。
【００３９】
実施の形態１では、２枚のターゲット１ａ，１ｂの長手方向の長さを基板８の直径と同じとしたが、０．５倍以上１．５倍以下の長さであればよい。これは、０．５倍以下ではターゲット面積が小さ過ぎて成膜速度が遅くなり、１．５倍以上ではターゲット面積が大き過ぎてスパッタリング装置自体の大型化を招くためである。
【００４０】
また、同じ大きさのターゲット１ａ，１ｂを使用した意図は、該ターゲット１ａ，１ｂを配置するスパッタリングカソード１０３の構成を簡易にすると共に、量産時のターゲットコストを抑制し、メンテナンス性をも向上させるためである。
【００４１】
ここで、実施の形態１においてスパッタリング成膜を行う場合、基板ホルダ７上に載置された基板８には、内側ターゲット１ａと外側ターゲット１ｂの２枚のターゲットからスパッタ粒子１２が放出されるが、このとき、内側ターゲット１ａと外側ターゲット１ｂに接続したスパッタリング電源１１２ａ，１１２ｂからの投入電力Ｐ１，Ｐ２を同電力とした場合、内外ターゲットが同面積であるため、基板８を載置した基板ホルダ７の自転(回転中心９を中心に回転)を考慮すると、基板８の内周部と外周部とでは、基板８の回転運動における線速度の違いにより、基板８の外周部の膜厚が薄くなり、基板面内で膜厚の不均一性が生じる。
【００４２】
そこで、前記結果を考慮し、内側ターゲット１ａに投入する電力Ｐ１と外側ターゲット１ｂに投入する電力Ｐ２とを、それぞれ調整(具体的にはＰ１＜Ｐ２)することで、基板面内の膜厚均一性が改善する。
【００４３】
さらに、実施の形態１においては、基板８の大きさに比較して面積の小さい２枚のターゲット１ａ，１ｂを配置したマグネトロンスパッタリングカソード１０３を使用しているため、基板面内においてスパッタ粒子１２の入射角度に大幅な違いが生じない。すなわち、基板面内での膜質の均一性が向上する。
【００４４】
次に、実施の形態１において、基板ホルダ７の回転中心９を通る軸線から内側ターゲット１ａの長手方向の中心線までの距離をＬ１、および回転中心９を通る軸線から外側ターゲット１ｂの長手方向の中心線までの距離をＬ２とし、内側ターゲット１ａへの投入電力Ｐ１、および外側ターゲット１ｂへの投入電力Ｐ２との関係を、下式(数１)の範囲に設置するとさらに好適で、かつ基板面内での膜厚均一性がより向上する。
【００４５】
１≦Ｐ２／Ｐ１≦(Ｌ２２−Ｌ１２)／Ｌ１２‥‥‥‥（数１）
ここで、Ｐ２／Ｐ１の比が１未満であると、内側ターゲット１ａに投入する電力Ｐ１が外側ターゲット１ｂに投入する電力Ｐ２より大きいため、基板８に到達する単位時間当たりのスパッタ粒子１２の数が、基板８において内周側の方が外周側より多くなってしまう。つまり、基板８の回転運動における線速度の違いを相殺することができず、基板８の内外周の膜厚補正効果が不充分となり、結果として基板面内の内周で膜厚が薄くなる。
【００４６】
逆に、(Ｌ２２−Ｌ１２)／Ｌ１２の比より超えると、外側ターゲット１ｂに投入する電力Ｐ２が内側ターゲット１ａに投入する電力Ｐ１より大き過ぎるため、基板８に到達する単位時間当たりのスパッタ粒子１２の数が、基板８において外周側の方が内周側より多くなり過ぎてしまう。これは、基板の回転運動における線速度の違いを相殺する効果、つまり基板面内の内外周での膜厚を補正する効果が過剰となり、結果として基板面内の外周で膜厚が厚くなる。
【００４７】
なお、実施の形態１においては、ターゲットを２枚としたが、３枚以上配置してもよい。
【００４８】
さらに、複数枚配置されたターゲットの少なくとも１枚のＴ／Ｓ距離（ターゲットと基板間の距離）が、他のターゲットのＴ／Ｓ距離と異なっていてもよい。
【００４９】
加えて、複数枚配置されたターゲットの少なくとも１枚が基板ホルダ７の面に対し、ある角度をもって傾斜して配置されてもよい。
【００５０】
一方、薄膜が形成される基板８に関しても、実施の形態１においては、基板ホルダ７と略同じ大きさの円形としたが、基板ホルダ７上に載置できる大きさであれば、その形状や枚数に制限はない。
【００５１】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図である。図３において、実施の形態１の説明で用いた図１，図９〜図１７と同じ構成要素については同じ符号を用いて説明を省略する。
【００５２】
実施の形態２におけるスパッタリング装置およびスパッタリング方法の特徴は、実施の形態１の特徴である内側および外側２枚のターゲット１ａ，１ｂを配置したスパッタリングカソード１０３と略同一構成で、異なる成膜材料からなるターゲットに置き換えたスパッタリングカソードを、さらに一基搭載したことにある。
【００５３】
具体的には、図３の基板ホルダ７の回転中心９を通る軸線を基準として、実施の形態１のスパッタリングカソード１０３の２つのターゲット群１ａ，１ｂと同一位置、すなわち、距離Ｌ１の位置に内側ターゲット１ａ’を、また同じく距離Ｌ２(＞Ｌ１)の位置に外側ターゲット１ｂ’を絶縁材１０８’を介して配置したスパッタリングカソード１０３’を設置したことである。
【００５４】
なお、実施の形態２における膜厚均一性向上に関する作用は、実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【００５５】
実施の形態２においてスパッタリング成膜を行う場合、まず、内側ターゲット１ａと外側ターゲット１ｂとを配置したスパッタリングカソード１０３にてスパッタリング成膜を行い、続けて、異なる成膜材料からなる内側ターゲット１ａ’と外側ターゲット１ｂ’とを配置したスパッタリングカソード１０３’にてスパッタリング成膜を行うことにより、基板面内で膜厚および膜質均一性の優れた多層膜を形成することが可能となる。
【００５６】
さらには、前記のプロセスを複数回繰り返すことで、基板面内で膜厚および膜質均一性の優れた積層膜を形成することが可能となる。
【００５７】
なお、実施の形態２においては、成膜材料の種類を２種類としたが、スパッタリングカソードの大きさと個数を調整することで、レイアウト的に設置可能であれば３種類以上にしてもよい。
【００５８】
また、その他の構成に関しても、実施の形態１と同様な構成である。
【００５９】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係と該ターゲットにスパッタリング電源を接続した状態を示す平面概略図、図５は図１のＡ−Ａ断面概略図である。図４および図５において、図１〜図３，図９〜図１７と同じ構成要素については同じ符号を用いて説明を省略する。
【００６０】
実施の形態３におけるスパッタリング装置およびスパッタリング方法の特徴は、図４および図５に示すように、基板ホルダ７の回転中心９を通る軸線から外周方向に向けて距離Ｌ１の位置に、同種の成膜材料からなり、面積が同じであって、かつ基板ホルダ７の面積よりも小さい５枚のターゲット１ａが、基板ホルダ７の径方向と平行に一列に絶縁材１０８を介して電気的に絶縁された状態で配置されてなる内側のターゲット群（１ａ）が設けられ、かつ基板ホルダ７の回転中心９から外周方向に向けて距離Ｌ２(＞Ｌ１)の位置に、内側ターゲット群（１ａ）と同様の条件で５枚のターゲット１ｂが配置された外側ターゲット群（１ｂ）が設けられたスパッタリングカソード１０３を搭載した構成である。
【００６１】
さらに、実施の形態３では、前記距離Ｌ１を基準として一列に配置された内側ターゲット群（１ａ）の各ターゲット１ａをターゲット間配線１１３で結線し、また、前記距離Ｌ２を中心に一列に配置された外側ターゲット群（１ｂ）の各ターゲット１ｂも同様にターゲット間配線１１３で結線することにより、両ターゲット群（１ａ），（１ｂ）に印加するスパッタリング電力Ｐ１，Ｐ２を独立して制御することができるようにしたことを特徴とする。
【００６２】
実施の形態３では、５枚のターゲット１ａ，１ｂからなる各ターゲット群（１ａ），（１ｂ）の長手方向の長さを基板８の直径と略同じとしたが、０．５倍以上１．５倍以下の長さであればよい。これは、０．５倍以下ではターゲット面積が小さ過ぎて、成膜速度が遅くなり、１．５倍以上ではターゲット面積が大き過ぎて、スパッタリング装置自体の大型化を招くためである。
【００６３】
また、同じ大きさのターゲット１ａ，１ｂを使用する意図は、該ターゲット１ａ，１ｂを配置するスパッタリングカソード１０３の構成を簡易にすると共に、量産時のターゲットコストを抑制し、メンテナンス性をも向上させるためである。
【００６４】
ここで、実施の形態３においてスパッタリング成膜を行う場合、基板ホルダ７上に載置された基板８には、内側ターゲット群（１ａ）と外側ターゲット群（１ｂ）とからスパッタ粒子１２が放出されるが、このとき、内側ターゲット群（１ａ）と外側ターゲット群（１ｂ）とに接続したスパッタリング電源１１２ａ，１１２ｂからの投入電力Ｐｔ１，Ｐｔ２を同電力とした場合、両ターゲット群（１ａ），（１ｂ）の合計面積が同じ(同面積のターゲット１ａ，１ｂが各５枚ずつ)であるため、基板８を載置した基板ホルダ７の自転(基板ホルダ７の回転中心９を中心に回転）を考慮すると、基板８における内周部と外周部では基板８の回転運動における線速度の違いにより、基板８の外周部の膜厚が薄くなり、基板面内で膜厚の不均一性が生じる。
【００６５】
そこで、この結果を考慮し、内側ターゲット群（１ａ）に投入する電力Ｐｔ１と外側ターゲット群（１ｂ）に投入する電力Ｐｔ２とを、それぞれ調整(具体的にはＰｔ１＜Ｐｔ２)することによって、基板面内の膜厚均一性が改善する。
【００６６】
さらに、実施の形態３においては、基板８の大きさに比較して面積の小さいターゲット１ａ，１ｂを、それぞれ各５枚配置した一対のターゲット群（１ａ），（１ｂ）を具備するマグネトロンスパッタリングカソード１０３を使用しているため、基板面内においてスパッタ粒子１２の入射角度に大幅な違いが生じない。すなわち、基板面内での膜質の均一性向上にも繋がる。
【００６７】
加えて、表面に凹凸などの３次元形状を有する基板８へのスパッタリング成膜においても、その基板面内へのスパッタ粒子の入射角度が略一様なため、段差部や傾斜部などにおける膜厚非対称性の改善に繋がる。
【００６８】
次に、実施の形態３において、基板ホルダ７の回転中心９が通る軸線から内側ターゲット群（１ａ）の中心軸線までの距離をＬ１、および外側ターゲット群（１ｂ）の中心軸線までの距離をＬ２とし、内側ターゲット群（１ａ）への投入電力Ｐｔ１、および外側ターゲット群（１ｂ）への投入電力Ｐｔ２との関係を、下式(数２)の範囲に設置すると、さらに好適で、基板面内での膜厚均一性がより向上する。
【００６９】
１≦Ｐｔ２／Ｐｔ１≦(Ｌ２２−Ｌ１２)／Ｌ１２‥‥‥‥（数２）
ここで、Ｐｔ２／Ｐｔ１の比が１未満では、内側ターゲット群（１ａ）に投入する電力Ｐｔ１が外側ターゲット群（１ｂ）に投入する電力Ｐｔ２より大きいため、基板８に到達する単位時間当たりのスパッタ粒子１２の数が、基板８の内周側の方が外周側より多くなってしまう。つまり、基板８の回転運動における線速度の違いを相殺することができず、基板８の内外周の膜厚補正効果が不充分となり、結果として基板面内の内周で膜厚が薄くなる。
【００７０】
逆に、(Ｌ２２−Ｌ１２)／Ｌ１２の比より超えると、外側ターゲット群（１ｂ）に投入する電力Ｐｔ２が内側ターゲット群（１ａ）に投入する電力Ｐｔ１より大き過ぎるため、基板８に到達する単位時間当たりのスパッタ粒子１２の数が、基板８の外周側の方が内周側より多くなり過ぎてしまう。これは、基板８の回転運動における線速度の違いを相殺する効果、つまり基板面内の内外周での膜厚を補正する効果が過剰となり、結果として基板面内の外周で膜厚が厚くなる。
【００７１】
なお、実施の形態３においては、各ターゲット群（１ａ），（１ｂ）のターゲット１ａ，１ｂの数を内外側で各５枚としたが、６枚以上配置してもよい。
【００７２】
また、複数個一列に並べた各ターゲット群（１ａ），（１ｂ）の長さが、基板ホルダ７の直径の０．５倍以上１．５倍以下であれば、図６に示すように、内側ターゲット群（１ａ）にターゲット１ａを５枚、外側ターゲット群（１ｂ）にターゲット１ｂを４枚にするなど、各ターゲット群（１ａ），（１ｂ）ごとのターゲット１ａ，１ｂの枚数が異なってもよく、さらに、ターゲットの配列を、図６に示すように、千鳥格子状に配列してもよい。
【００７３】
加えて、上式（数２）の関係が成り立つ範囲であれば、図７に示すように、各ターゲット１ａ，１ｂにおけるターゲット間配線１１３を変更するようにしてもよい。
【００７４】
また、ターゲットの形状を、円形の以外に矩形などにすることも考えられる。
【００７５】
さらに、複数枚配置されたターゲットの少なくとも１枚のＴ／Ｓ距離が他のターゲットのＴ／Ｓ距離と異なるようにしてもよい。
【００７６】
加えて、複数枚配置されたターゲット１ａ，１ｂの少なくとも１枚が基板ホルダ７の対向面に対し、ある角度をもって傾斜して配置されてもよい。
【００７７】
一方、薄膜が形成される基板８に関しても、実施の形態３においては、基板ホルダ７と略同じ大きさの円形としたが、実施の形態１と同様、基板ホルダ７上に載置できる大きさであれば、その形状や枚数に制限はない。
【００７８】
（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図である。図８において、実施の形態３の説明で用いた図４と同じ構成要素については同じ符号を用いて説明を省略する。
【００７９】
実施の形態４におけるスパッタリング装置およびスパッタリング方法の特徴は、実施の形態３の特徴であるそれぞれ５枚のターゲットからなる内側および外側の２つのターゲット群（１ａ），（１ｂ）を配置したスパッタリングカソード１０３と略同一構成で、異なる成膜材料からなるターゲットに置き換えたスパッタリングカソードを、さらに一基搭載したことにある。
【００８０】
具体的には、図８に示すように、基板ホルダ７の回転中心９を通る軸線に対して実施の形態３のスパッタリングカソード１０３の２つのターゲット群（１ａ），（１ｂ）とは軸対称に、距離Ｌ１の位置に内側ターゲット群（１ａ’）を、同じく距離Ｌ２(＞Ｌ１)の位置に外側ターゲット群（１ｂ’）を、それぞれ絶縁材１０８を介して配置したスパッタリングカソード１０３’を設置することである。他方の各ターゲット群（１ａ’），（１ｂ’）のターゲット１ａ’，１ｂ’は実施の形態３の各ターゲット群（１ａ），（１ｂ）のターゲット１ａ，１ｂとは異なる成膜材料からなるものである。
【００８１】
なお、実施の形態４における膜厚均一性向上に関する作用は、実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【００８２】
実施の形態４においてスパッタリング成膜を行う場合、まず、一方の内側ターゲット群(１ａ)と外側ターゲット群(１ｂ)とを配置したスパッタリングカソード１０３にてスパッタリング成膜を行い、続けて、異なる成膜材料からなる他方の内側ターゲット群(１ａ’)と外側ターゲット群(１ｂ’)とを配置したスパッタリングカソード１０３’にてスパッタリング成膜を行うことで、基板面内で膜厚(３次元形状物に対する膜厚の対称性を含む)および膜質均一性の優れた多層膜を形成することが可能となる。
【００８３】
さらには、前記プロセスを複数回繰り返すことにより、基板面内で膜厚(３次元形状物に対する膜厚の対称性を含む)および膜質均一性の優れた積層膜を形成することが可能となる。
【００８４】
なお、実施の形態４においては、成膜材料の種類を２種類としたが、スパッタリングカソードの大きさと個数を調整することにより、レイアウト的に設置可能であれば３種類以上としてもよい。
【００８５】
また、その他の構成に関しても、実施の形態３と同様な構成である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明のスパッタリング装置およびスパッタリング方法は、小型マグネトロンスパッタリングカソードで、大型基板に形成される薄膜の基板面内における膜厚および膜質の均一性を向上することが可能であるため、光学デバイスに使用される光学フィルタ膜や各種センサなどに使用される機能膜などを無駄なく高歩留・高品質に生産することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１ａ，１ｂ，１ａ’，１ｂ’  ターゲット
（１ａ），（１ｂ），（１ａ’），（１ｂ’）  ターゲット群
７  基板ホルダ
８  基板
９  基板ホルダの回転中心
１２  スパッタ粒子
１０３，１０３’  スパッタリングカソード
１０８，１０８’  絶縁材
１１２ａ，１１２ｂ  スパッタリング電源
１１３  ターゲット間配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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