(57)【要約】【課題】マグネトロンスパッタリング装置及びそのマグネトロンスパッタリング方法を提供する。【解決手段】放電ガスの導入口と放電ガス排出口とを含む真空チャンバ１０１と、真空チャンバ１０１内部に設けられて基板１００が載置される基板ホルダ１０３と、基板ホルダ１０３と対向して基板ホルダ１０３の中心軸を中心に円運動し、基板１００に対向するターゲット電極１０２とその背面に固定されたマグネトロン１０４とを含む磁気回路部１０５及び磁気回路部１０５を円運動させて基板ホルダ１０３の中心軸からの距離を調節する駆動部１０７を備えて構成する。このように構成すれば、薄膜の均質度（膜厚の均一性等）を向上させるとともに、ステップカバレッジ特性を向上させることができる。【選択図】        図６
2004169172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ガスの導入口と放電ガスの排出口とを含む真空チャンバと、
前記真空チャンバ内部に設けられ、基板が載置される基板ホルダと、
前記基板ホルダと対向して前記基板ホルダの中心軸を中心に円運動し、前記基板に対向するターゲット電極及びその背面に固定されたマグネトロンを含む磁気回路部と、
前記磁気回路部を円運動させ、前記基板ホルダの中心軸からの距離を調節する駆動部と、
を備えることを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】
前記基板ホルダは、前記ターゲット電極に向けて、上下方向に動作可能であることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３】
前記磁気回路部は、前記基板ホルダの中心軸に偏心して円運動することを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項４】
前記ターゲット電極は、前記基板より小さいことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項５】
前記基板と前記ターゲット電極との間に、前記ターゲット電極を遮蔽して前記基板に対する蒸着を遮断することができるシャッタを、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項６】
前記駆動部は、
一端が前記磁気回路部に固着された駆動軸と、
前記駆動軸をシールしたままで前記真空チャンバに対して伸縮自在に入出動作させるベローズと、
前記ベローズと連結されて前記駆動軸の他端と結合し、前記駆動軸を前後左右に駆動させることにより前記磁気回路部を円運動させるスライディング支持台と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項７】
前記真空チャンバの外部に設けられ、前記真空チャンバを貫通して前記磁気回路部を支持するホルダ部を備えることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項８】
前記ホルダ部は、
前記真空チャンバを貫通して一端が前記磁気回路部に連結されるホルダ軸と、
前記真空チャンバの外部から前記ホルダ軸の他端と連結されて前記磁気回路部の円運動を補助するギア部と、
を備え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。
【請求項９】
前記ギア部は、
前記ホルダ軸を中心に配置したホルダギアと、
前記ホルダギアと噛み合って前記ホルダ軸に駆動力を伝達する噛合ギアとを備えることを特徴とする請求項８に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記駆動軸は、前記真空チャンバを貫通して前記ターゲット電極に連結される電気線と冷却線とを備えることを特徴とする請求項６に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記駆動軸の入出運動時に前記真空チャンバの圧力変化を補償するエアシリンダをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置で行われるマグネトロンスパッタリング方法であって、
基板に対向するターゲット電極とその背面に固定されるマグネトロンとを備える磁気回路部を設け、前記基板に対して所定距離離隔させて真空チャンバの内部に設ける第１段階と、
前記真空チャンバに放電ガスを引き込み、前記磁気回路部を前記基板の中心軸に対して所定オフセットほど離隔させ、前記中心軸を中心に所定回転速度で円運動させる第２段階と、
前記放電ガスをプラズマ状態で放電させることにより前記ターゲット電極からスパッタリングされた粒子を前記基板に蒸着させる第３段階と、
を含むことを特徴とするマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項１３】
前記ターゲット電極は前記基板より小さいことを特徴とする請求項１２に記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項１４】
前記第１段階にて、前記基板が載置される基板ホルダを上下に駆動することにより前記磁気回路部と前記基板との距離ｈを調節することを特徴とする請求項１２に記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項１５】
前記第２段階にて、前記磁気回路部をシャッタで遮蔽することにより、前記ターゲットからスパッタリングされた粒子が前記基板に不必要に蒸着するプレ蒸着を防止することを特徴とする請求項１２に記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項１６】
前記距離、オフセット及び回転速度を変化させて前記基板に蒸着される薄膜の均質度を向上させることを特徴とする請求項１２に記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項１７】
前記磁気回路部の露出時間と前記ターゲット電極の大きさとを調節することにより前記基板のステップカバレッジを調節することを特徴とする請求項１２に記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項１８】
前記磁気回路部で、ＲＦまたは直流のパワーを、一定に持続させる、あるいは、周期的に変化させることを特徴とする請求項１２に記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネトロンスパッタリング蒸着装置、及びそのスパッタリング方法に係り、詳細には、半導体及び他の電子素子を製造する工程において、基板上に薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネトロンスパッタリング技術は、蒸着装置における条件設定の調節の容易性により、半導体をはじめとする各種の電子素子の製造工程において、基板上に薄膜を形成する技術として一般的に用いられている。
【０００３】
その中で、フラットマグネトロンスパッタリング装置は、高い蒸着率、低い製造コスト、放出電子の制御性、あるいは、高融点金属や化合物の蒸着にも比較的容易に応用できるといった数々の長所により、マイクロ電子素子や光学素子等の製造に幅広く用いられている。
【０００４】
従来のスパッタリング装置においては、薄膜を形成するための物質より構成されるターゲットと蒸着基板とは、真空容器またはチャンバ内（反応容器）で、互いの位置が対応するように配置されている。そして、アルゴン気体のような不活性ガスの放電ガスは、前記反応容器内部の真空度を、高真空に保持した状態で前記容器内部に導入される。また、放電は、ターゲットに負電圧を印加することにより開始される。このようにして放電が開始されると、イオン化されたガス分子、すなわちイオンが生成され、このイオンが前記負電圧で加速されてターゲットに衝突して、ターゲットの表面から原子がスパッタされる。そして、スパッタされた原子の一部が基板上に蒸着して薄膜が形成される。このとき、スパッタされた原子の分布は、コサイン法則に従うことが知られている。
【０００５】
図１は従来の一般的なマグネトロンスパッタリング装置を模式的に示す図である。真空チャンバ１１の内部に、基板１５と、この基板１５を載置する基板ホルダ１４と、この基板ホルダ１４と対向したターゲット電極１７と、このターゲット電極１７に備えられたターゲット１８とが配置されている。さらに、このマグネトロンスパッタリング装置では、ターゲット電極１７の後方に磁石１９を配置して、一定の方向に磁力線２０を形成させるようになっている。
【０００６】
また、成膜時に、基板ホルダ１４及びターゲット電極１７に適宜に電圧を印加すべく、真空チャンバ１１の外部に電源供給部２１が備えられている。そして、真空チャンバ１１には放電ガスを導入するためのガス導入口１２が設けられ、また、真空度を一定に保持するために放電ガスなどのガスを排出させる排出口１３が設けられている。この排出口１３は、放電の初期段階では所望の高い真空度を形成し、かつ、成膜中には所望の真空度に保持させるものである。また、このマグネトロンスパッタリング装置には、高い真空度を具現できる高い性能を有するポンプ（図示省略）が連結されている。
【０００７】
従来の一般的なマグネトロンスパッタリング装置におけるターゲット１８と基板１５との大きさの相対関係として、たとえば、米国特許第５，７７０，０２５号明細書（特許文献１）に次のような記載がある。すなわち、従来の一般的なスパッタリング工程におけるターゲット１８と基板１５との間の距離は、スパッタリング工程の圧力が１０−２から１０−３Ｐａである場合、ターゲット１８からスパッタされて飛び出したスパッタ原子が、放電ガス分子と衝突することなく到達可能な距離（平均自由工程）は３０から６０ｍｍ程度であるため、このことを踏まえて、ターゲット１８は基板１５の直径の１．５倍の大きさを有するものが用いられる。
【０００８】
したがって、半導体素子をはじめとする各種の電子素子の製造工程においても、通常、基板１５の直径に比べて大きな直径を有するターゲット１８が用いられる。このようにすれば、膜質及び膜厚の均一性がより高められた薄膜が得られる。しかし、このように比較的大きな直径を有するターゲット１８を適用する場合には、比較的直径の小さなターゲットを用いる場合に比べて、コストの面で不利であるとともに、前記の放電ガスによってスパッタリングされる部位はターゲット１８表面の一部にすぎないので、比較的大きな直径を有するターゲット１８ではスパッタリングの効率の点で不利である。一方、比較的直径の小さなターゲット１８を用いる従来のスパッタリング装置では、膜質及び膜厚の均一性の高い薄膜を得ることが難しいという問題が内在している。
【０００９】
図２は、図１に示すような従来のスパッタリング装置において、円形状を有するターゲット１８の表面と基板ホルダ１４との距離を一定とした場合に、ターゲット１８の中心部の軸心方向における前記距離と、形成された薄膜の膜厚の均一性との関係を示すグラフである。このときの薄膜の均一性は下記式（１）で定義される。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
ここで注意すべき点は、前記式（１）が、膜厚の均一性が低いほど、基板に蒸着される物質が平均して蒸着されたことを示すということである。
なお、この実験では、直径が８インチの円形ターゲットと、大きさが６インチの基板とが用いられた。
【００１２】
図２に示すように、膜厚の均一性は、グラフｆ１及びグラフｆ２から、ターゲットと基板との距離が長くなるにつれ次第に向上することがわかる。しかし、ターゲット分子が放電ガスの分子と衝突することなく基板に到達できる距離は、３０から６０ｍｍであるので、従来のスパッタリング装置では膜厚の均一性が充分に向上された薄膜を得ることは困難であった。
【００１３】
図３、図４、及び図５は、従来のスパッタリング方法で、基板の上に微細なトレンチを埋め込む過程を示している。このようなトレンチは近年の技術の進歩によって一段と微細化され、このように微細化されたトレンチを、従来の通常のスパッタリング技術で完全に埋め込むことは次第に困難になってきている。図３に示すように、基板３１に形成されたトレンチ３２にターゲット物質３３が所定の傾斜角を有して入射するので、図４に示すように、トレンチ３２の開口部近傍にターゲット物質３３が蒸着され、さらに、図５に示すようにターゲット物質３３がトレンチ３２を完全に埋め込むことができずに空隙が生じるようになる。その結果、基板３１より大きいターゲットを利用する従来のスパッタリング装置では、ステップカバレッジ特性（ターゲット物質３３によるトレンチ内部の埋め込み性）が阻害されることとなる。
【００１４】
【特許文献１】
米国特許第５，７７０，０２５号明細書
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を解決するために、本発明は、比較的小さなターゲットと比較的大型の基板とを用いて、膜厚の均一性とトレンチのステップカバレッジ性とを向上させることが可能なマグネトロンスパッタリング装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置は、放電ガスの導入口と放電ガスの排出口とを含む真空チャンバと、前記真空チャンバ内部に設けられ、基板が載置される基板ホルダと、前記基板ホルダと対向して前記基板ホルダの中心軸を中心に円運動し、前記基板に対向するターゲット電極及びその背面に固定されたマグネトロンを含む磁気回路部と、前記磁気回路部を円運動させ、前記基板ホルダの中心軸からの距離を調節する駆動部とを備えて構成される（請求項１）。
【００１７】
前記マグネトロンスパッタリング装置では、基板ホルダがターゲット電極に向けて上下に動作することが可能なように構成されることが望ましい（請求項２）。
【００１８】
また、前記マグネトロンスパッタリング装置では、磁気回路部が基板ホルダの中心軸に偏心して、円運動を行えるように構成することが望ましい（請求項３）。
【００１９】
さらに、前記マグネトロンスパッタリング装置では、ターゲット電極が基板より小さいことが望ましい（請求項４）。
【００２０】
そして、前記マグネトロンスパッタリング装置では、基板とターゲット電極との間に、ターゲット電極を遮蔽して基板に対する蒸着を遮断することができるシャッタを、さらに備えることができる（請求項５）。
【００２１】
また、前記マグネトロンスパッタリング装置では、駆動部は、一端が磁気回路部に付着される駆動軸と、この駆動軸をシール（封止）したままで前記真空チャンバに対して駆動軸に入出運動を行わせる伸縮自在のベローズと、前記ベローズと連結され、前記駆動軸の他端とヒンジで結合されて前記駆動軸を前後左右に駆動させることにより前記磁気回路部を円運動させるスライディング支持台とを備えるように構成することができる（請求項６）。
【００２２】
さらに、前記マグネトロンスパッタリング装置では、真空チャンバの外部に、真空チャンバを貫通して磁気回路部を支持するホルダ部を備えることができる（請求項７）。
【００２３】
また、前記マグネトロンスパッタリング装置では、ホルダ部は、真空チャンバを貫通して、一端が前記磁気回路部に連結されるホルダ軸と、真空チャンバの外部でホルダ軸の他端と連結されて磁気回路部の円運動を補助するギア部とを備えることができる（請求項８）。
【００２４】
また、前記マグネトロンスパッタリング装置では、ギア部が、ホルダ軸を中心に配置したホルダギアと、ホルダギアと噛み合ってホルダ軸に駆動力を伝達する噛合ギアとを備えることができる（請求項９）。
【００２５】
さらに、前記マグネトロンスパッタリング装置では、駆動軸が、真空チャンバを貫通してターゲット電極に連結される電気線と冷却線とを備えることができる（請求項１０）。
【００２６】
そして、前記マグネトロンスパッタリング装置では、駆動軸の入出運動を行う際に、真空チャンバの圧力変化を補償するエアシリンダをさらに備えることできる（請求項１１）。
【００２７】
前記課題を達成するための本発明に係るマグネトロンスパッタリング方法は、基板に対向するターゲット電極とその背面に固定されるマグネトロンとを備える磁気回路部を設け、前記基板に対して所定距離離隔させて真空チャンバの内部に設ける第１段階と、前記真空チャンバに放電ガスを引き込み、前記磁気回路部を前記基板の中心軸に対して所定オフセットほど離隔させ、前記中心軸を中心に所定回転速度で円運動させる第２段階と、前記放電ガスをプラズマ状態で放電させることにより前記ターゲット電極からスパッタリングされる粒子を前記基板に蒸着させる第３段階とを含んで構成される（請求項１２）。
【００２８】
前記マグネトロンスパッタリング方法では、ターゲット電極が基板より小さいことが望ましい（請求項１３）。
【００２９】
また、前記マグネトロンスパッタリング方法では、第１段階にて、基板が載置される基板ホルダを上下に駆動して前記磁気回路部と前記基板との距離を調節する（請求項１４）。
【００３０】
また、前記マグネトロンスパッタリング方法では、第２段階にて、磁気回路部をシャッタで遮蔽することにより、前記ターゲットからスパッタリングされた粒子が前記基板に不必要に蒸着するプレ蒸着を防止することが望ましい（請求項１５）。
【００３１】
また、前記マグネトロンスパッタリング方法では、距離、オフセット及び回転速度を変化させることにより基板に蒸着される薄膜の均質度（膜厚の均一性）を向上させるように構成することができる（請求項１６）。
【００３２】
さらに、前記マグネトロンスパッタリング方法では、磁気回路部の露出時間とターゲット電極の大きさとを調節することにより基板のステップカバレッジを調節できるように構成してもよい（請求項１７）。
【００３３】
そして、前記マグネトロンスパッタリング方法では、磁気回路部におけるＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）またはＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｃｙ）のパワーを一定に持続させる、あるいは、周期的に変化させてスパッタリングを行うように構成することができる（請求項１８）。
【００３４】
このように構成すれば、前記基板と磁気回路部間の距離、前記基板の中心軸から離隔された磁気回路部のオフセット、及び前記磁気回路部の回転速度を調節することにより、前記基板に蒸着される薄膜の均質度（膜厚の均一性等）を向上させ、前記磁気回路部が放電ガスに露出される時間、前記基板と前記磁気回路部間の距離、及びターゲット電極の大きさを調節することにより、ステップカバレッジを向上させるマグネトロンスパッタリング装置及びそのスパッタリング方法が具現される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照ながら、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置及びスパッタリング方法の実施形態を詳細に説明する。
図４は本発明に係る１実施形態のマグネトロンスパッタリング装置の構造を模式的に示す図である。
【００３６】
図４に示すように、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置は、放電ガスの導入口（図示せず）とその排出口（図示せず）とを有して放電ガスが導入されて排出される真空チャンバ１０１が備えられ、真空チャンバ１０１の外部には真空チャンバ１０１の内部に配置された磁気回路部１０５と連結されて磁気回路部１０５を円運動させる駆動部１０７が設けられている。
【００３７】
真空チャンバ１０５内の下部には、基板１００が載置される基板ホルダ１０３が配置され、さらに、この基板ホルダ１０３を支持する支持軸１２８が真空チャンバ１０１を貫通して配置され、基板ホルダ１０３を昇降させて基板ホルダ１０３と磁気回路部１０５との間の距離を適宜調節することができるように構成されている。磁気回路部１０５は基板１００と偏心して対向し、基板１００に蒸着させる物質で構成されたターゲット電極１０２とターゲット電極１０２の背面に固定される複数のマグネトロン１０４とを含んで構成されている。
【００３８】
また、本発明は、前記ターゲットからスパッタリングされた粒子が前記基板に不必要に蒸着するプレ蒸着を防止するために、基板１００とターゲット電極１０２との間にシャッタ１０９が配置され、ターゲット電極１０２からスパッタリングされる粒子が基板１００に蒸着されることを防止するように構成されている。
【００３９】
ここで、本発明に係る１例の実施形態のスパッタリング装置におけるスパッタリングのメカニズムを簡単に説明すると、まず、真空チャンバ１０１内を排気して所定圧力の真空状態に保持し、つぎに、放電ガスの導入口から放電ガスを真空チャンバ１０１内に導入し、ターゲット電極１０２に外部電源から所定電圧を印加する。そして、ターゲット電極１０２の表面上で前記放電ガスの放電（プラズマ）が生じると、ターゲット電極１０２の表面に前記プラズマ中のイオンが衝突して運動エネルギーを伝達する。その結果、ターゲット電極１０２表面を構成する結晶の格子構造が破壊されて、ターゲット電極１０２からの原子の脱離現象（スパッタリング）とこのスパッタリングされた原子の基板１００への吸着現象とが生じる。
【００４０】
そして、前記放電ガスの放電（プラズマ）によりターゲット電極１０２から脱離した原子は所望の軌跡を描いて円運動して基板１００に蒸着するように構成される。本発明にあっては、磁気回路部１０５で磁力線のプロファイルを適切に調節することによって、前記のターゲット電極１０２から脱離した原子が、このように適切に調節されたプロファイルを有する磁力線に沿って所望の軌跡の円運動を行わせることができる。したがって、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置では、磁気回路部１０５が蒸着の際に重要な役割を果たす。
【００４１】
このとき、本発明では、必要に応じてＲＦまたはＤＣパワーを、一定に持続させる、あるいは周期的に変化させることにより、所望の蒸着速度で蒸着を行うことができる。本発明では、このようにして蒸着に寄与する種々のパラメータを適宜調節してスパッタリングを行うことができるが、その詳細な方法については、図９を参照しながら後で説明する。
【００４２】
シャッタ１０９が遮蔽されると、基板１００上には蒸着されることなくシャッタ１０９上に蒸着され、ターゲット電極１０２をクリーニングして蒸着工程を安定化させることができる。そして、シャッタ１０９が開放されると、基板１００上が蒸着され、磁気回路部１０５は蒸着のサイクルによりシャッタ１０９上方の同一の位置に回帰する円運動を行う。
ここで、シャッタ１０９が位置する領域は、磁気回路部１０５のパーキング領域である。
【００４３】
図７は本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示す平面図であり、図８はその側面図である。
図６、図７及び図８に示すように、駆動部１０７は、磁気回路部１０５を一定の位置に固定（ホールディング）し、かつ円運動させる駆動軸１１４を備え、駆動軸１１４は真空チャンバ１０１を貫通して外部のスライディング支持台１０６と結合されている。このスライディング支持台１０６はモータ（図示せず）の動きにより前後左右に駆動して、駆動軸１１４を所定の回転半径及び回転速度で円運動される。
【００４４】
そして、駆動軸１１４はベローズ１０８によりシール（封止）され、ベローズ１０８はスライディング支持台１０６の前後の運動により伸縮自在に構成されている。このようにして、スライディング支持台１０６で駆動軸１１４を前後に駆動させて、真空チャンバ１０１に対して駆動軸１１４の入出運動を行わせることができる。また、駆動軸１１４の左右にはエアシリンダ１１０がさらに設けられ、駆動軸１１４の入出運動による真空チャンバ１０１内室の圧力差を補償するようになっている。このエアシリンダ１１０は、駆動軸１１４が磁気回路部１０５を円運動させている間にポンピングの動作を行って、真空チャンバ１０１内に空気を導入したり、空気を排出したりして真空チャンバ１０１内部の圧力を補償する役割を果たすものである。本発明では、このようにして真空チャンバ１０１の内部圧力を０．１〜１Ｐａ程度に保持させることが望ましい。
【００４５】
ホルダ部１１２は、真空チャンバ１０１外部の上方に備えられ、真空チャンバ１０１内部に配置された磁気回路部１０５を支持する。ホルダ部１１２の内部中心には磁気回路部１０５と連結されるホルダ軸１２６が配置され、真空チャンバ１０１の外部にホルダ軸１２６の他端と連結されて磁気回路部１０５の円運動を補助するギア部が配置される。ギア部はホルダ軸１２６を中心に置いたホルダギア１２０と、ホルダギア１２０に噛み合わせてホルダ軸１２６に駆動力を伝達する噛合ギア１２２を備える。ここで、参照符号１１６は放電ガスラインであり、１１８は放電ガスライン支持台である。
【００４６】
図９は本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置の駆動原理の概略を示した図面である。
基板１００より小さいターゲット電極１０２は、基板１００の中心軸に対して偏心して回転し、基板１００上に均質な膜を蒸着する。基板１００に蒸着される薄膜の均質度（膜厚の均一性等）は薄膜の物理的特性に直接的な影響を及ぼし、多層膜の形態で薄膜を蒸着して素子を製造する際に、この多層膜の性質及び素子の特性に多大な影響を及ぼす。このため、膜厚の均一性を向上させるように各種のパラメータを適宜調節することは極めて重要である。分子の大きさに近い膜厚を有する薄膜を、基板１００の上に蒸着する場合には、たとえ極めて微細な突起物であっても、これが表面の粗さに大きな影響を及ぼし、薄膜の平坦性を阻害することとなる。
【００４７】
基板１００の広がりをＲ、基板１００とターゲット電極１０２との間の距離をｈ、基板１００の中心軸からターゲット電極１０２が離隔されたオフセットをＡ、スパッタリングされる粒子の全体質量をｍ、ターゲット電極１０２の質量密度をρとする時、基板１００上に蒸着される膜厚は数式２のように計算される。
【００４８】
【数２】
2004169172.tif 000004
【００４９】
マルチオフセット運動をする場合、基板１００に蒸着される膜厚はそれぞれの厚さを加えたものと仮定し、前記式（２）から以下に示す式（３）のように求められる。
【００５０】
【数３】
2004169172.tif 000005
【００５１】
前記式（３）中、Θ（ｄ，ｒ，θ）＝ｄ２＋ｒ２＋２ｄｒｃｏｓθ、Ψ（ｈ，Ａ，ｄ，ｒ，θ）＝ｈ２＋Ａ２＋Θ（ｄ，ｒ，θ）であり、τは蒸着時間（ｓｅｃ）であり、ｄはマグネトロンのオフセット（ｍｍ）である。
【００５２】
本発明に係る１実施形態のスパッタリング方法では、基板１００を定着させる基板ホルダ１０３が上下に移動して基板１００とターゲット電極１０２との間の距離ｈを適切に調節し、駆動軸１１４を真空チャンバ１０１に対して入出運動をさせることにより基板１００の中心軸からターゲット電極１０２の中心が離隔されたオフセットＡを適切に調節するとともに、ターゲット電極１０２の駆動速度ｖを適切に調節して基板１００に蒸着される薄膜の均質度（膜厚の均一性等）を向上させる。
【００５３】
本発明に係る１実施形態のスパッタリング方法では、基板１００対比ターゲット電極１０２の大きさを２０％ないし５０％程度に調節し、望ましくは３０％程度に調節して基板１００に蒸着されるターゲット物質の厚さの均一性を向上させるとともに、ステップカバレッジ特性を高める。
【００５４】
図１２及び図１１は、本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置及び方法を利用してトレンチが形成されている基板９６に蒸着を行う過程を示した工程図である。
【００５５】
図１０に示すように、基板９６上に複数のトレンチ９８が形成されており、その上部でプラズマ状態のアルゴンガスなどの不活性ガスのイオンがターゲット電極に衝突して脱離させたターゲット粒子９４が基板９６上に蒸着されている。本発明に係る１実施形態のターゲット電極１０２は、基板１００より小さな大きさを有し、このターゲット電極から脱離したターゲット粒子９４は、従来の技術とは異なって、トレンチ９８に対して傾斜することなく、ほぼ垂直方向に入射するようになっている。したがって、図１１に示すように、本発明によれば、基板９６のトレンチ９８に蒸着されるターゲット粒子９４は段差部分にも薄膜が均一に蒸着されて薄膜の均質度（膜厚の均一性）とステップカバレッジ特性とが向上された薄膜９４ａを形成できることがわかる。
【００５６】
本発明に係る１実施形態のスパッタリング方法では、特にステップカバレッジ特性を向上させるために、ターゲット電極の半径ｒ、基板から離隔されたターゲット電極までの距離ｈ、及びシャッタを開放してターゲット電極を露出させる時間ｔを適切に調節することができる。
【００５７】
図１２は、本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置、及びそのスパッタリング方法を用いて、基板の中心から距離に対する薄膜の膜厚の変化を示すグラフである。
この本発明に係る１例の実施形態のセッティングの条件は、以下の通りである。すなわち、スパッタリングされる物質の質量を５ｇ、スパッタリングされる物質の質量密度を２．７ｇ／ｃｍ３、マグネトロンの半径を２５ｍｍ、基板の直径を１５０ｍｍ、ターゲット電極から基板までの距離を５０ｍｍに調節し、ターゲット電極の回転速度を１０ｒｐｍに設定する。まず、基板の中心軸からターゲット電極の中心までのオフセットを１０７ｍｍに設定して４３秒間ターゲット電極を露出させた後で、オフセットを８５ｍｍに設定して１３７秒間露出させ、さらに３ｍｍに変化させて２０秒間露出させる。
【００５８】
図１２に示すように、膜厚のプロファイルが０．８３％以内の誤差を有するように形成され、薄膜の均質度（膜厚の均一性）が大きく向上していることが明らかである。
【００５９】
図１３は、本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置、及びこれを用いたスパッタリング方法によるその他の１実施形態であって、基板の中心から距離に対する薄膜の膜厚の均一性を示すグラフである。
前記のその他の１実施形態におけるスパッタリング装置のセッティングでは、マグネトロンの半径を２ｉｎｃｈ、基板の直径を６ｉｎｃｈに設定し、まずターゲット電極から基板までの距離を６０ｍｍ離隔させ、基板の中心軸からターゲット電極の中心までのオフセットを２０ｍｍに設定して３３６秒間ターゲット電極を露出させる。その後、ターゲット電極から基板までの距離を４０ｍｍに離隔させ、さらにオフセットを７４ｍｍに調節して４３２秒間ターゲット電極を露出させた後で、ターゲット電極から基板までの距離を４ｍｍに変化させて４３２秒間露出させる。
【００６０】
図１３に示すように、膜厚のプロファイルが２．８％以内の誤差を有するように形成されて薄膜の均質度（膜厚の均一性）が大きく向上していることが明らかである。
【００６１】
本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置、及びスパッタリング方法にあっては、基板より小さな大きさを有するターゲット電極を用い、このターゲット電極を基板に対して円運動させて距離、オフセット、回転速度、及び露出時間等の重要なパラメータを適切に調節することができる駆動部を採用することにより、比較的大面積の基板に対して、均質度（膜厚の均一性等）が良好な薄膜を蒸着することができるとともに、トレンチに対するステップカバレッジ特性を向上させるという長所を有している。
【００６２】
前記の説明にて多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものと見るより、望ましい実施形態の例示として解釈されるべきである。
たとえば、本発明が属する技術分野で当業者ならば本発明の技術的思想に基づいて、基板から離隔されたターゲット電極までの距離、基板中心軸から離隔されたターゲット電極の中心オフセット、ターゲット及び基板の半径比、ターゲット電極の回転速度、及び露出時間などのパラメータを適切に調節して薄膜の均質度（膜厚の均一性等）とステップカバレッジとを向上させられるであろう。したがって、本発明の技術的範囲は、以上のように説明された実施形態によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められるべきである。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したとおりに構成される本発明によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本発明に係るスパッタリング装置の長所は、基板に比べて小さな大きさを有するターゲット電極を、駆動部により、前記基板に対して偏心させて円運動させることができる駆動部により、薄膜の均質度（膜厚の均一性等）及びステップカバレッジ特性を向上させる点にある。
【００６４】
また、本発明に係るスパッタリング方法の長所は、基板とターゲット電極との距離、基板の中心軸とターゲット電極の中心軸とのオフセット、及びターゲット電極の回転速度のパラメータを適切に調節することにより、薄膜の均質度（膜厚の均一性等）を向上させることができるとともに、基板とターゲット電極との距離、ターゲット電極の露出時間、及びターゲット直径のパラメータを適切に調節することにより、トレンチが形成された基板に対して蒸着する際のステップカバレッジ特性を向上させることができるという点にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一般的なスパッタリング装置の概略的な構成断面図である。
【図２】従来のスパッタリング装置で、ターゲットの軸心方向で、ターゲット表面と固定されたホルダとの間の距離に対する薄膜の均質度（膜厚の均一性）の変化を示すグラフである。
【図３】従来の１例のスパッタリング方法を用いて、基板上に微細なトレンチの埋め込みを行う過程の様子を模式的に示した断面図である。
【図４】従来の１例のスパッタリング方法を用いて、基板上に微細なトレンチの埋め込みを行う過程の様子を模式的に示した断面図である。
【図５】従来の１例のスパッタリング方法を用いて、基板上に微細なトレンチの埋め込みを行う過程の様子を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明に係る１実施形態のマグネトロンスパッタリング装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図９】本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置の駆動原理の概略を示す図面である。
【図１０】本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置及びそのスパッタリング方法を用いて、トレンチが形成されている基板に蒸着を行う過程を模式的に示す工程図である。
【図１１】本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置及びそのスパッタリング方法を用いて、トレンチが形成されている基板に蒸着を行う過程を模式的に示す工程図である。
【図１２】本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置及びこの装置を用いて行うスパッタリング方法の１例であって、基板の中心から距離に対する薄膜の膜厚の均一性を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る１実施形態のスパッタリング装置、及びこのスパッタリング装置を用いて行うスパッタリング方法のその他の１例であって、基板の中心から距離に対する薄膜の膜厚の均一性を示すグラフである。
【符号の説明】
１００  基板
１０１  真空チャンバ
１０２  ターゲット電極
１０３  基板ホルダ
１０４  マグネトロン
１０５  磁気回路部
１０６  スライディング支持台
１０７  駆動部
１０８  ベローズ
１０９  シャッタ
１１０  エアシリンダ
１１２  ホルダ部
１１４  駆動軸
【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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