(57)【要約】【課題】２台のイオン源を搭載して、２元スパッタリングおよびイオンビームアシストスパッタリングのいずれの製膜も可能であり、さらにイオンビームアシストスパッタリングにおいて、製膜速度が低下すること等なくアシストイオンの入射角を任意に設定可能なイオンビームスパッタ装置を提供する。【解決手段】イオンビームスパッタ装置１０は、２台のイオン源１，１がそれぞれ回転導入機１３で回動自在に軸支されてイオンビームの照射方向を変化させることができ、イオン源１を水平にしてイオンビームＩＢ3をスパッタターゲットＴ3に照射してスパッタリングし、仰角に傾斜させてアシスト用のイオンビームＩＢaを所望の入射角θa1，θa2で基板Ｗを傾斜させることなく基板Ｗに照射することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に膜を形成される被処理体を保持するワークステージと、前記被処理体にまたは膜材料であるスパッタターゲットにイオンビームを照射する複数台のイオン源と、前記スパッタターゲットを装着する複数のターゲットホルダと、を処理室内に備え、
前記複数台のイオン源の少なくとも１台は、前記被処理体および前記スパッタターゲットの少なくとも一方に対して入射角を変化させてイオンビームを照射することができるように、回動機構に支持されていることを特徴とするイオンビームスパッタ装置。
【請求項２】
前記回動機構は、前記被処理体および前記スパッタターゲットのいずれにもイオンビームを照射することができるように、前記イオン源を支持していることを特徴とする請求項１に記載のイオンビームスパッタ装置。
【請求項３】
前記ワークステージは、前記被処理体を直線方向に移動して前記スパッタターゲットからの距離を変化させる直進機構に支持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオンビームスパッタ装置。
【請求項４】
複数の前記ターゲットホルダを直線方向に並べて備えるターゲットホルダユニットを前記イオン源別に備えると共に、飛散するスパッタ粒子から前記ターゲットホルダに装着したスパッタターゲットを遮蔽するスパッタ粒子防着板を備え、
前記ターゲットホルダユニットは、装着した前記複数のスパッタターゲットのいずれか１つがイオンビームの射線上に配置されるように、前記直線方向に沿って往復移動自在となる案内手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のイオンビームスパッタ装置。
【請求項５】
前記スパッタ粒子防着板は、前記ターゲットホルダユニットに装着したスパッタターゲットを、前記イオンビームが入射するスパッタターゲットの領域を空けて被覆するように形成されて、前記処理室内に固定されていることを特徴とする請求項４に記載のイオンビームスパッタ装置。
【請求項６】
前記イオン源から入射角を変化させてイオンビームを照射されるスパッタターゲットを装着する前記ターゲットホルダが、前記スパッタターゲットを前記イオンビームの入射角に対応した傾斜角にするように設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のイオンビームスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台のイオン源を搭載したイオンビームスパッタ装置、特にイオンビームアシスト法を併用して製膜するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
物理蒸着（ＰＶＤ）法の１つであるイオンビームスパッタリング法は、膜材料となるスパッタターゲット（スパッタ源）にイオンビームを照射してスパッタ粒子を飛散させ、被処理体に堆積させて膜を形成する。イオンビームスパッタリング法は、製膜速度が遅いものの、１〜数原子膜レベルでの膜厚調整の可能な製膜方法として、半導体装置等の製造に広く使用され、特にＣｏ／Ｐｄ多層膜やＣｒＰｔ3規則合金膜のような磁性膜の形成に好適である。さらに２台以上のイオン源（イオン銃）を搭載したイオンビームスパッタ装置を使用することにより、２種類以上のスパッタターゲットのそれぞれにイオンビームを同時に照射して（多元スパッタリング）、スパッタターゲット材料の組成によらずに所望の組成の合金膜を形成することができる（例えば、特許文献１，２）。また、２台のイオン源が交互にイオンビームを照射することにより、前記の規則合金膜等を効率的に形成することができる。このような製膜装置として、例えば図６に示すイオンビームスパッタ装置１００は、２台のイオン源１０１，１０１、被処理体である基板Ｗを保持する基板ステージ３１、板状のスパッタターゲットＴ6，Ｔ7をそれぞれ装着するターゲットホルダ４１，４１等を備える。なお、図６および後記図７において、イオンビーム（イオンビーム束）は、その中心のみが破線で示されている。
【０００３】
イオンビームスパッタ装置１００は、２台のイオン源１０１，１０１が、イオンビームの取出し口をターゲットホルダ４１，４１に装着されたスパッタターゲットＴ6，Ｔ7に向けて、処理室（真空処理室、チャンバ）１０２に形成された孔（窓）を貫通して設置されている。また、基板自転機構１０３は、モータ等の回転手段１３２および回転手段１３２の回転運動を基板ステージ３１へ伝達する直進回転導入機１３３を備える。このような構成により、基板Ｗが膜形成面（表面）の面内で回転（自転）しながら表面にスパッタ粒子が付着するので、面内均一に膜が形成される。さらに基板自転機構１０３は、回転手段１３２および直進回転導入機１３３により基板ステージ３１が上下に昇降して、スパッタターゲットＴ6，Ｔ7と基板Ｗとの距離を調整することができる。また、ターゲットホルダ４１を固定された基台１４２が回転導入機１４３により紙面垂直方向な回転軸（図中、十字で表す）で回転自在に処理室１０２に設置され、スパッタターゲットＴ6，Ｔ7を所望の角度に傾斜させることによりイオンビームの入射角θT6，θT7を任意に設定することができる。このような構成により、イオンビームスパッタ装置１００は、イオン源１０１，１０１が個別のイオン種（ガス種）や加速電圧、入射角等でイオンビームＩＢ6，ＩＢ7をスパッタターゲットＴ6，Ｔ7に照射して、所望の組成の合金膜を基板Ｗ表面に形成することができる。また、２つのターゲットホルダ４１，４１に同一材料のスパッタターゲットを装着して、それぞれに同時にイオンビームを照射して製膜速度を速くすることもできる。
【０００４】
あるいは、１台または複数台のイオン源でイオンビームスパッタをする際に、別の１台のイオン源が基板に直接にイオンビームを低出力で照射しながら製膜することにより、所望の特性の膜を基板表面に形成することができる（イオンビームアシスト法、例えば、特許文献３，４）。イオンビームアシスト法の可能なイオンビームスパッタ装置１００Ａは、図７に示すように、２台のイオン源１０１，１０１Ａを備え、一方のイオン源１０１がスパッタターゲットＴ8に向けて、他方のイオン源１０１Ａが基板ステージ３１に向けて、それぞれイオンビームＩＢ8，ＩＢaを照射するように設置されている。イオンビームアシスト法においては、基板Ｗへ照射するイオンビーム（アシストイオンビーム）ＩＢaのイオン種（ガス種）や加速電圧等の他に、基板Ｗへの入射角θaが膜の特性に影響する。そのため、基板自転機構１０３Ａは、基板ステージ３１（基板Ｗ）を自転させるだけでなく、所望の角度に傾斜させて基板ＷへのイオンビームＩＢaの入射角θaを任意に設定することができる。また、最大４枚のスパッタターゲットＴを装着することができるように、正四角柱の基台１４２Ａの４側面のそれぞれにターゲットホルダ４１を固定されたターゲットホルダユニット１０４Ａが、回転導入機１４３により基台１４２Ａの中心軸を回転軸（図中、十字で表す）にして処理室１０２Ａに回転自在に設置されている。このような構造によって、イオンビームスパッタ装置１００Ａは、処理室１０２Ａを開放することなく、基台１４２Ａを９０°刻みで回転させてイオンビームが照射されるスパッタターゲットＴを切り換えて異なる材料の膜を積層することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−７４４４０号公報
【特許文献２】特許第２７１３４８１号公報
【特許文献３】特許第２７４４０６９号公報
【特許文献４】特開２００１−２３７１３６号公報
【特許文献５】特開２０１１−１６８８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、イオンビームスパッタ装置においては、図６に示すように基板Ｗの表面を下へ向けて、下方からスパッタ粒子を飛散させて製膜することが好ましい。これは、製膜時に処理室１０２の壁面や基板ステージ３１等にもスパッタ粒子が付着するので、これが堆積してフレーク（金属剥片）になったものが剥離、落下して基板Ｗを汚染することを防止するためである。しかしながら、イオンビームアシスト法に対応したイオンビームスパッタ装置１００Ａにおいては、図７に示すように、イオンビームＩＢaの入射角θaを設定するために基板Ｗの表面を傾斜させる必要がある。その結果、基板Ｗの傾斜角によっては基板Ｗがフレークで汚染される虞がある。さらに、イオンビームスパッタ装置１００Ａにおいては、基板ステージ３１を傾斜させた状態で自転させるために、回転導入機１３３Ａの鉛直な回転軸の向きを処理室１０２Ａ内でかさ歯車（ギア）等の回転伝達手段（図示省略）により変化させる。基板自転機構１０３Ａの回転伝達手段に付着したフレークは、その駆動時（入射角θaの設定時）に特に剥離し易く、回転伝達手段が基板Ｗの上側さらに近傍に設けられているので、基板Ｗが汚染される虞がある。
【０００７】
また、イオンビームスパッタリング法においては、スパッタターゲットＴ（Ｔ6，Ｔ7）へのイオンビームの入射角θT（θT6，θT7）によって、スパッタターゲットＴからのスパッタ粒子の飛散量の多い方向が変化し、この方向に基板Ｗの表面の法線がより近いことが好ましい。例えばイオンビームスパッタ装置１００Ａにおいては、図７に示すように、斜め上４５°に傾斜させたスパッタターゲットＴ8へイオン源１０１がイオンビームＩＢ8を水平（０°）に入射して入射角θT8を４５°とし、主に真上へスパッタ粒子を飛散させている。しかし、アシストイオンビームの入射角θaによっては基板Ｗを傾斜させるため、製膜速度が低下する等の影響が生じ得る。また、イオンビームスパッタ装置１００においては、２つのスパッタターゲットＴ6，Ｔ7への各イオンビームの入射角θT6，θT7によっては所望の組成の合金膜を形成することが困難である。
【０００８】
また、イオンビームスパッタ装置１００は多元（２元）スパッタリングに、イオンビームスパッタ装置１００Ａはイオンビームアシストスパッタリングに、それぞれ機能が限定されている。言い換えれば、１基のイオンビームスパッタ装置で、２元スパッタリングとイオンビームアシストスパッタリングの両方を可能とするためには、いずれも同時に稼働しているイオン源が２台であるにもかかわらず、３台以上のイオン源を搭載する必要があり、高額な製膜装置になる。
【０００９】
また、スパッタターゲットＴの切換え可能な回転式（ドラム式）のターゲットホルダユニット１０４Ａは、隣り合うスパッタターゲットＴ，Ｔのイオンビーム照射面（表面）の角度を２７０°以上とすることで、スパッタ粒子がイオンビームの照射されていないスパッタターゲットＴに付着して汚染されることのないように構成されている。したがって、ターゲットホルダユニット１０４Ａ（基台１４２Ａ）は正四角柱や正三角柱、あるいは円柱に形成され、装着することのできるスパッタターゲットＴは最大４枚（正三角柱の場合は３枚）である。しかし、例えばＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ：Magneto-resistive Random Access Memory）の製造においては、搭載される磁気抵抗効果素子が磁気特性の異なる２層以上の磁性膜、ならびに非磁性の中間層および保護膜等を積層されていて、これらの膜を連続して形成するためにはスパッタターゲットの装着枚数（膜材料の種類）が不十分である。
【００１０】
あるいは、ターゲットホルダユニットを正多角柱や正多角錐台、あるいは内側が正多角錐台の皿状に形成して、各側面にスパッタターゲットを装着し、イオンビームが照射されていないスパッタターゲットを覆う遮蔽板（スパッタ粒子防着板）を備える構成とすることもできる（例えば、特許文献５）。しかしながら、装着するスパッタターゲットの数を増やすにしたがいターゲットホルダユニットが大口径化し、特に多元スパッタリングではこのようなターゲットホルダユニットを複数搭載するために、処理室を広く形成する必要があり、イオンビームスパッタ装置が大型化する。
【００１１】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、スパッタターゲットや被処理体へのイオンビームの入射角を任意に設定しつつ、製膜性の低下や被処理体の汚染を防止したイオンビームスパッタ装置を提供することを課題とする。さらに本発明は、少なくとも２台のイオン源を搭載していれば、２元スパッタリングおよびイオンビームアシストスパッタリングのいずれの製膜も可能なイオンビームスパッタ装置を提供することを課題とする。また、本発明は、処理室の拡張を抑制しつつ切換え可能な多数のスパッタターゲットを装着可能なイオンビームスパッタ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち本発明に係るイオンビームスパッタ装置は、表面に膜を形成される被処理体を保持するワークステージと、前記被処理体にまたは膜材料であるスパッタターゲットにイオンビームを照射する複数台のイオン源と、前記スパッタターゲットを装着する複数のターゲットホルダと、を処理室内に備え、前記複数台のイオン源の少なくとも１台が、前記被処理体および前記スパッタターゲットの少なくとも一方に対して入射角を変化させてイオンビームを照射することができるように、回動機構に支持されていることを特徴とする。さらに、前記回動機構は、前記被処理体および前記スパッタターゲットのいずれにもイオンビームを照射することができるように前記イオン源を支持していることが好ましい。
【００１３】
かかる構成により、イオンビームスパッタ装置は、被処理体の向きを変えることなくアシストイオンビームの入射角を設定したり、スパッタリング用とアシスト用の各イオンビームを同じイオン源で照射することができる。
【００１４】
また、本発明に係るイオンビームスパッタ装置は、複数のターゲットホルダを直線方向に並べて備えるターゲットホルダユニットをイオン源別に備えてもよく、飛散するスパッタ粒子から前記ターゲットホルダに装着したスパッタターゲットを遮蔽するスパッタ粒子防着板を共に備え、前記ターゲットホルダユニットが、装着した複数のスパッタターゲットのいずれか１つがイオンビームの射線上に配置されるように、前記直線方向に沿って往復移動自在となる案内手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成により、イオンビームスパッタ装置は、多数のスパッタターゲットを装着することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るイオンビームスパッタ装置は、複数のスパッタターゲットへの、またはスパッタターゲットと被処理体とへの各イオンビームの入射角をそれぞれ所望の値に設定することができ、さらに２台のイオン源で、２元スパッタリングおよびイオンビームアシストスパッタリングのいずれの製膜方法も可能となる。また、本発明に係るイオンビームスパッタ装置は、直線移動するターゲットホルダユニットを備えることにより、多数のスパッタターゲットを装着しつつ、処理室の拡張が限定的なものに抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置の側面図であり、２元スパッタリングを説明する模式図である。
【図２】図１に示すイオンビームスパッタ装置の要部の外観図で、イオン源の配置およびターゲットホルダユニットの構造を説明する模式図である。
【図３】図１に示すイオンビームスパッタ装置の側面図であり、イオンビームアシストスパッタリングを説明する模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るイオンビームスパッタ装置の側面図であり、２元スパッタリングを説明する模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るイオンビームスパッタ装置の側面図であり、イオンビームアシストスパッタリングを説明する模式図である。
【図６】２元スパッタリングを行う従来のイオンビームスパッタ装置の側面図である。
【図７】イオンビームアシストスパッタリングを行う従来のイオンビームスパッタ装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１実施形態：イオンビームスパッタ装置〕
本発明の第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置について、図１〜３を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０は、処理室（真空処理室、チャンバ）２と、イオンビームを照射する２台のイオン源１，１と、基板（被処理体）Ｗを保持する基板ステージ（ワークステージ）３１を含む基板自転機構３と、スパッタターゲットＴ（図１では、各１枚のスパッタターゲットＴ1，Ｔ2を示す）を装着する複数のターゲットホルダ４１（図２参照）を設けた２台のターゲットトレイン（ターゲットホルダユニット）４，４と、ターゲットトレイン４，４を覆うスパッタ粒子防着板４４と、処理室２を真空（減圧）状態に排気する排気系５と、処理室２に接続された予備室（図示省略）およびターゲット収容室２１ａ，２１ｂ（図２参照）と、予備室と処理室２の基板ステージ３１との間で基板Ｗを出し入れする搬送系（図示省略）と、イオン源１，１およびスパッタターゲットＴを冷却する冷媒（冷却水）を供給する冷却機構（図示省略）と、を備える。したがって、イオンビームスパッタ装置１０は、イオン源１およびターゲットトレイン４を２台ずつ備え、図１に示すように側面視において左右略対称な構造である。さらにイオンビームスパッタ装置１０は、イオン源１毎に、イオン種（ガス）からイオンビームを引き出すための電源（ＰＳ）１１、イオン源１にイオン種としてＡｒガス等を供給するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２、ならびに回転導入機（回動機構）１３およびこれにイオン源１を固定する支持部材１４を備える。
【００１９】
（処理室）
処理室２は、公知のイオンビームスパッタ装置（図６、図７参照）等の真空処理装置に適用されるものと同様の構造であり、真空ポンプ５２や自動圧力制御器（ＡＰＣ：Auto Pressure Controller）５１等からなる排気系５によって所望の圧力（真空状態）に制御され、これを保持する。また、処理室２には、基板Ｗの出し入れの際の処理室２の真空状態や雰囲気の変化を抑制するために、開閉可能なシャッタ（図示省略）を隔てて予備室が接続され、この予備室は排気系５とは別の排気系で圧力を制御される。さらに処理室２には、ターゲットトレイン４，４を処理室２から移動させるためのターゲット収容室２１ａ，２１ｂが、イオンビームスパッタ装置１０の幅方向（ｘ方向）の両側へ突出して接続されている（図２参照）。処理室２は、外形（ターゲット収容室２１ａ，２１ｂおよび予備室を除く）が、図１では側面視矩形の直方体または円柱で表されるがこれらに限られず、例えばドーム（半球）型等に形成されてもよい。
【００２０】
（イオン源）
イオン源１は、イオンビームＩＢ1，ＩＢ2（適宜まとめて、イオンビームＩＢ）をスパッタターゲットＴまたは基板Ｗに向けて照射する。イオン源１は、公知のイオンビームスパッタ装置に搭載されるイオン源であり、カウフマン型（フィラメント）、ホローカソード型、ＲＦ型、バケット型、デュオプラズマトロン型等を適用することができ、出力（加速電圧）やビーム径等がイオンビームスパッタおよびアシストイオンビームの両方に設定可能なものとする。イオン源１は、その全体が筐体に収納されて外形が図２に示すような円柱、あるいは角柱を呈し、一方の底面（前面）から柱体の軸方向に沿ってイオンビームＩＢを照射する。本明細書においては、この柱体の軸方向、すなわちイオンビームの射線方向をイオン源の向きと表し、例えば、図１に示すイオン源１，１は、２台共に水平な状態であるという。また、図２において、下側のイオン源１は水平な状態であり、上側のイオン源１は仰角に傾斜させた状態である。なお、図１および後記図３、図４、図５において、イオンビームＩＢ（イオンビーム束）は、その中心のみが破線で表される。
【００２１】
イオン源１は、処理室２において前面をｙ方向における中央に向けて設置され、もう一方の処理室２の側壁に向いた底面（後面）に、電流、ガス、冷却水等を供給するための可撓性の管が接続されている。図１〜３では、イオン源１毎に電源１１およびマスフローコントローラ１２に接続する２本の管１１ａ，１２ａ（図２参照）を示し、その他は省略する。これらの管１１ａ，１２ａは、フランジ２ｆ1，２ｆ2（図１参照）を貫通する電流導入端子やガス導入端子を経由して、処理室２の外（大気側）に設けられた電源１１、マスフローコントローラ１２、冷却機構等に接続する。各種導入端子は真空処理装置に一般に使用される部品であり、処理室２の側壁に形成された孔（窓）にフランジ２ｆ1，２ｆ2で固定される。マスフローコントローラ１２は、イオン源１がイオンビームを照射する対象のスパッタターゲットＴの材料に応じて、あるいは基板Ｗへのアシストイオンビームの仕様によって、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等の希ガスを切り替えてイオン源１に供給する。電源１１も、スパッタターゲットＴの材料や基板Ｗへのアシストイオンビームの仕様に応じて出力（加速電圧）を設定する。
【００２２】
さらにイオン源１は、イオンビームの照射方向を変化させることができるように、回転導入機１３および支持部材１４により、向きが上下に変化（回動）自在に処理室２に軸支されている。図２に示すように、回転導入機１３は、処理室２の側壁（図示省略）に固定されたフランジ２ｆ4，２ｆ5を通ってｘ方向を回転軸とするｙｚ面での回転運動を処理室２の外から伝達する。そして、支持部材１４は、イオン源１の胴部（筐体）を後部で把持する環状の留め金（クランプ）と、回転導入機１３のシャフト（回転軸）に接続するＬ字型のアームとからなる。支持部材１４のアームは、回転導入機１３のシャフトからイオンビームスパッタ装置１０の幅方向（ｘ方向）に延伸し、イオン源１の上方で９０°屈曲して留め金に接続する。回転導入機１３は、真空処理装置に一般に使用され、伝達方向に沿った回転軸の回転運動を伝達することができるものであればよい。また、回転導入機１３で伝達させる回転運動は、自動、手動のいずれによるものでもよく、処理室２の外にモータやハンドル等の回転手段（図示せず）を設けて回転導入機１３に接続する。
【００２３】
本実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０において、回転導入機１３は、イオン源１が水平な（イオンビームＩＢを水平（０°）に照射した）ときにスパッタターゲットＴの表面中央にイオンビームＩＢが入射し、かつイオン源１が傾斜されて基板Ｗへの入射角θaを所望の範囲とすることのできる位置に設定される。ここでは、支持部材１４により、回転軸をイオン源１の後部寄りに配置することにより、イオン源１の仰角（９０°−θa）が小さくてもイオンビームＩＢaがスパッタターゲットＴ（ターゲットトレイン４）に遮られずに基板Ｗに入射することができ、一方、イオン源１の上方に配置することにより、仰角を大きくしたときにイオンビームＩＢaの射線が上方へ振れ過ぎずに基板Ｗに入射することができる（図３参照）。また、堆積したフレークが基板Ｗを汚染しないように、支持部材１４や回転導入機１３は、基板Ｗ（基板ステージ３１）よりも上に配置されないことが好ましい。なお、ここでは、イオン源１がＬ字型の支持部材１４の１本のアームを介して回転導入機１３のみの１箇所で処理室２に支持されているが、支持部材１４の形状やイオン源１への取付け部位等は、回転軸の位置（回転導入機１３の配置）やイオン源１の重量等に応じて設計される。例えば支持部材１４のアームをｘ方向の両側へ延伸したＴ字型に形成して、一方を回転導入機１３に接続し、他方を処理室２内に設けた支柱で回転自由に支持されていてもよい（図示せず）。
【００２４】
（基板自転機構）
基板自転機構３は、公知のイオンビームスパッタ装置に搭載され、特に基板Ｗの高さ（ｚ方向）位置を設定することのできるものと同様の構成とすることができる。すなわち基板自転機構３は、基板Ｗを保持する基板ステージ３１、モータ等の回転手段３２、および回転手段３２の回転運動を基板ステージ３１へ伝達する直進回転導入機（直進機構）３３を備える。基板ステージ３１は、表面（基板Ｗの設置面、下面）で基板Ｗを保持することのできる構造とし、表面近傍にヒータを内蔵して基板Ｗを所望の温度に加熱したり、水冷や液体窒素等で基板Ｗを冷却する構造としてもよい。直進回転導入機３３は、イオン源１の回転導入機１３と同様に真空処理装置に一般に適用されるものであって、回転運動および回転軸方向の直線移動を、処理室２の外から内へ処理室２の壁面（天井）に固定されたフランジ２ｆ3を通って伝達するものである。直進回転導入機３３による基板ステージ３１の昇降範囲は、スパッタターゲットＴ1，Ｔ2（ターゲットトレイン４）から基板Ｗまでを所望の距離に設定することができ、また、イオンビームアシストスパッタリングにおいて、所望の入射角θaに設定されたイオンビームＩＢaの射線上に基板Ｗを配置することができればよい（図３参照）。基板自転機構３は、このような構成によって、基板Ｗを所望の高さ位置に配置し、また、必要に応じて、製膜時に基板Ｗを膜形成面（表面）の面内で回転（自転）させることができる。そのため、基板Ｗが、入射角θaにかからわずイオンビームＩＢaを入射され、また、自転しながらスパッタ粒子が付着して、表面に均一に膜が形成される。
【００２５】
（ターゲットトレイン）
ターゲットトレイン４は、複数枚のスパッタターゲットＴを装着するために、同数のターゲットホルダ４１が基台４２に固定されてなる。基台４２は、イオンビームスパッタ装置１０における側面視（図１参照）で直角二等辺三角形の略三角柱に形成され、柱体の軸を水平かつイオンビームに垂直な方向、すなわちイオンビームスパッタ装置１０の幅方向（ｘ方向、図１の紙面垂直方向）に延設される。そして、スパッタターゲットＴが表面を斜め上４５°に向けて装着されるように、ターゲットホルダ４１は基台４２の斜面上に固定され、さらに延設方向に沿って複数が一列に並べられている。図２では、簡潔に示すために、ターゲットトレイン４は４つのターゲットホルダ４１を備える。また、ターゲットトレイン４における左端のターゲットホルダ４１にスパッタターゲットＴが装着されていない状態で表す。基台４２上で隣り合うターゲットホルダ４１，４１（スパッタターゲットＴ，Ｔ）同士の間隔は、イオンビームＩＢを照射されていないスパッタターゲットＴに、このスパッタターゲットＴを覆うスパッタ粒子防着板４４との間隙からスパッタ粒子が飛散してきて付着しないように空けるものとする。また、ターゲットトレイン４（基台４２）は、装着するスパッタターゲットＴの枚数に応じて、処理室２からはみ出して長く延設されてもよい。
【００２６】
ターゲットホルダ４１は、公知のイオンビームスパッタ装置（例えば図６、図７参照）に搭載されるものと同様の構成とすることができる。すなわちターゲットホルダ４１は、ステンレス鋼等でスパッタターゲットＴよりも一回り大きな板状に形成され、表面にスパッタターゲットＴをネジ等（図示省略）で固定して、内部に水を循環させて冷却する。また、基台４２にも冷却水の流路を設けて、４つのターゲットホルダ４１の流路が接続される。あるいは、ターゲットトレイン４は、基台４２とこの基台４２に固定されている複数のターゲットホルダ４１とが一体に形成されていてもよい。イオンビームスパッタ装置１０においては、２台のターゲットトレイン４，４がそれぞれの基台４２の垂直な面同士を対向、近接させて設けられ、したがって、イオン源１，１がターゲットトレイン４，４のそれぞれに装着されたスパッタターゲットＴ（Ｔ1，Ｔ2）に対面する。
【００２７】
また、イオンビームスパッタ装置１０は、ターゲットトレイン４が基台４２の延設方向（ｘ方向）に往復移動自在に設置されるように、基台４２が下面に２本のレール（案内手段）４２ｒ，４２ｒを備え、処理室２の床面に固定された案内部４３の上面に形成された溝に嵌合される。イオンビームスパッタ装置１０において、案内部４３は、２つのターゲットトレイン４，４で共有される。このような構造により、２つのターゲットトレイン４，４を個別に移動させて、所望のスパッタターゲットＴ（Ｔ1，Ｔ2）が各イオン源１に対向するように切り替えられる。
【００２８】
（スパッタ粒子防着板）
スパッタ粒子防着板４４は、処理室２においてイオン源１に対面しないターゲットトレイン４上のスパッタターゲットＴを覆うように設けられる。スパッタ粒子防着板４４は、スパッタターゲットＴに合わせて４５°傾斜させた平板状で、イオン源１に対面するスパッタターゲットＴの形状に合わせた孔が開けられ、スパッタターゲットＴに接触せず、かつスパッタ粒子が侵入しても、被覆されているスパッタターゲットＴまで到達しない程度に間隙を設けて案内部４３または処理室２に固定される。図２では、スパッタ粒子防着板４４は、イオン源１に対面するスパッタターゲットＴの全面を空けて孔が形成されているが、これ以外のスパッタターゲットＴを被覆し、かつイオンビームＩＢおよびスパッタターゲットＴから飛散するスパッタ粒子を遮らなければこれに限られない。ここでは、スパッタ粒子防着板４４は、２つのターゲットトレイン４，４で共有されるように、山型に９０°に折り曲げられた一枚の板で形成される。このように、ターゲットトレイン４，４により、イオン源１，１に対向する２枚のスパッタターゲットＴ1，Ｔ2が角度２７０°の差で隣り合って装着されているので、位置が近くても互いのスパッタ粒子で汚染され難く、イオン源１に対向していないスパッタターゲットＴもスパッタ粒子防着板４４によりスパッタ粒子の付着が防止される。
【００２９】
イオンビームスパッタ装置１０においては、ターゲットトレイン４の両端に装着したスパッタターゲットＴ，Ｔをそれぞれイオン源１に対向させたときに、ターゲットトレイン４が処理室２に収まらない場合は、処理室２からはみ出した部分が収容されるターゲット収容室２１ａ，２１ｂが処理室２の両側に突出して接続される。したがって、案内部４３は、処理室２を挟んでターゲット収容室２１ａ，２１ｂの全体にわたって延設される。イオンビームスパッタ装置１０は、このような構成とすることで、処理室２を全体に拡張することなく、スパッタターゲットＴを多数装着してそのすべてを１枚ずつイオン源１に対向させることができる。ターゲットトレイン４の移動手段は特に規定されず、例えば基台４２の下面に移動（延設）方向に沿ったラックを備え、案内部４３に備えたピニオンを回転導入機を介して処理室２の外に設けたモータやハンドル等の回転手段で移動させることができる（図示省略）。さらに、ターゲット収容室２１ａ，２１ｂの一方が、ターゲットトレイン４の全体を収容可能な長さに設けられ、基板Ｗの予備室と同様、処理室２との間に開閉可能なシャッタを備えて、排気系５とは別の排気系を備えてもよい。このような構成とすることで、ターゲットトレイン４に装着するスパッタターゲットＴを容易に交換することができる。
【００３０】
（２元スパッタリング）
第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０により、２元スパッタリングで所望の組成の合金膜を形成する手順の一例を図１を参照して説明する。イオンビームスパッタ装置１０において、イオン源１，１がそれぞれ水平になるように向きを設定する。また、合金膜の材料とする異なる金属からなるスパッタターゲットＴ1，Ｔ2がイオンビームＩＢ1，ＩＢ2の射線上に配置されるように、ターゲットトレイン４，４をそれぞれ移動させる。ここでは、スパッタターゲットＴ1，Ｔ2へのイオンビームの入射角θT1，θT2はそれぞれ４５°に設定される。一方、予備室から基板Ｗを処理室２に搬送して基板ステージ３１で保持したら、回転手段３２を駆動して基板ステージ３１を昇降させて位置（基板ＷとスパッタターゲットＴ1，Ｔ2との距離）を設定する。なお、本明細書において、イオンビームの入射角とは、スパッタターゲットＴまたは基板Ｗのイオンビーム照射面（表面）の法線との角度を指す。
【００３１】
そして、イオン源１，１のそれぞれにマスフローコントローラ１２によりＡｒ，Ｋｒ等の動作ガスを導入し、さらに排気系５により、処理室２を１０-4Ｔｏｒｒ程度に減圧された状態に調整する。回転手段３２を駆動して基板ステージ３１を自転させ、必要に応じてマスフローコントローラ１２，１２から供給するガスを切り替えて、電源１１，１１をＯＮにしてイオン源１，１からイオンビームＩＢ1，ＩＢ2をスパッタターゲットＴ1，Ｔ2の表面中央へ照射する。イオンビームＩＢ1，ＩＢ2は水平なのでそのイオンビーム束がスパッタターゲットＴ1，Ｔ2の表面に対して４５°傾斜して入射し、イオンが衝突することで、スパッタターゲットＴ1，Ｔ2が表面から粒子状（スパッタ粒子）になって飛散する（スパッタリング）。スパッタ粒子は、イオンビームＩＢ1，ＩＢ2に対してスパッタターゲットＴ1，Ｔ2の法線を挟んで対称な方向へ主に飛散する傾向があり、したがって鉛直上向きに多く飛散して、基板自転機構３により自転している基板Ｗの表面に付着して、スパッタターゲットＴ1，Ｔ2の各金属からなる合金膜を形成する。このとき、スパッタターゲットＴ1，Ｔ2のそれぞれに照射されるイオンビームのイオン種や加速電圧を異なるものに設定することにより、合金膜の組成を変化させることができる。あるいは、ターゲットトレイン４，４に同一材料のスパッタターゲットＴを装着して、それぞれに同時にイオンビームＩＢを照射して製膜速度を速くすることもできる。
【００３２】
所望の厚さの膜が形成されたら、イオンビームＩＢ1，ＩＢ2の照射を停止する。そして、基板ステージ３１の自転を停止し、元の高さ位置に移動させて基板Ｗを搬出する。あるいは異なる材料の膜を積層する場合は、ターゲットトレイン４，４をそれぞれ移動させて所望のスパッタターゲットＴをイオン源１に対向させ、同様の工程を行う。
【００３３】
また、２台のイオン源１，１からそれぞれ所定時間ずつ交互にイオンビームＩＢ1，ＩＢ2を照射することにより、スパッタターゲットＴ1，Ｔ2の材料である２種類の金属の１〜数原子膜を交互に積層した多層膜や規則合金膜を形成することができる。規則合金膜等は、例えば回転式のターゲットホルダユニット１０４Ａを備えたイオンビームスパッタ装置１００Ａ（図７参照）により、スパッタターゲットＴを切り換えながら１台のイオン源１０１で形成することもできるが、切換えに時間を要する上、スパッタターゲットＴの材料に合わせてイオン源１０１のガス種を頻繁に切り換えることが困難である。
【００３４】
（イオンビームアシストスパッタリング）
イオンビームスパッタ装置１０により、イオンビームアシスト法で製膜する手順の一例を図３を参照して説明する。イオンビームスパッタ装置１０において、イオン源１，１の一方（左側）を水平（０°）に、他方（右側）を回動させて基板Ｗへの入射角θa（θa1，θa2）に合わせて仰角に（９０°−θa）傾斜させて、それぞれの向きを設定する。また、左側のターゲットトレイン４を移動させて所望のスパッタターゲットＴ3をイオン源１に対向させる。そして、予備室から基板Ｗを処理室２に搬送して基板ステージ３１で保持したら、回転手段３２を駆動して基板ステージ３１を昇降させて、基板Ｗの位置を右側のイオン源１から照射されるイオンビームＩＢaの射線上に設定する。図３に示すように、基板Ｗへの入射角θa1，θa2によって、イオンビームＩＢaの基板Ｗに到達する高さ位置が異なる。
【００３５】
２元スパッタリングと同様に、処理室２を動作ガス雰囲気に調整し、基板ステージ３１を自転させる。そして、右側のイオン源１からイオンビームＩＢaを基板Ｗへ照射し、左側のイオン源１からイオンビームＩＢ3をスパッタターゲットＴ3へ照射する。所望の厚さの膜が形成されたら、イオンビームＩＢ3，ＩＢaの照射を停止する。そして、基板ステージ３１の自転を停止し、元の高さ位置に移動させて基板Ｗを搬出する。
【００３６】
イオンビームスパッタ装置１０は、左側のイオン源１が向きを変えて基板ＷへイオンビームＩＢaを照射することもできる。所望の材料のスパッタターゲットＴが装着された方のターゲットトレイン４に対向する側のイオン源１がスパッタリング用のイオンビームＩＢを照射すればよい。また、イオンビームスパッタ装置１０は、一方のイオン源１のみを稼働して通常のイオンビームスパッタリング（単元スパッタリング）で製膜することもできる。
【００３７】
（変形例）
スパッタ粒子防着板４４は、スパッタターゲットＴに平行な板に限られず、例えば、基台４２の斜面上のターゲットホルダ４１，４１間のそれぞれに、垂直（ｙｚ方向）に突出させた壁を設けてもよい（図示省略）。壁は、隣のスパッタターゲットＴ上へのスパッタ粒子の飛散が遮られる高さに設計される。このような構成とする場合は、ターゲット収容室２１ａ，２１ｂが、基台４２に固定された壁も含めて収容可能な広さに形成される。
【００３８】
本実施形態に係るイオンビームスパッタ装置は、装着するスパッタターゲットの種類が少なく、イオン源１あたり７、８枚程度以下であれば、ターゲットトレイン４，４のそれぞれに代えて皿状の回転式のターゲットホルダを備えてもよい。さらに装着するスパッタターゲットの種類が少なく全部で４枚以下でよい場合は、ターゲットトレイン４，４に代えて例えば図７に示すドラム式のターゲットホルダユニット１０４Ａを１つ備えてもよい。また、本発明に係るイオンビームスパッタ装置は、２台のイオン源の一方を水平に固定してスパッタリング専用としてもよい（図７の左側のイオン源１０１）。
【００３９】
以上のように、本発明の第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置は、極めて簡素な回動機構を設けることにより、２台のイオン源を搭載して、２元スパッタリングおよびイオンビームアシストスパッタリングの両方で製膜することができ、装置の価格が抑えられる。また、基板の表面を真下（水平）に向けたままで、アシストイオンビームの入射角を任意に設定することができ、基板が汚染し難く、また、スパッタターゲットに対する角度が変化しないので製膜速度が低下しない。さらに、直線移動式のターゲットホルダユニットであるターゲットトレインを備えることにより、基板に多種類の膜を連続的に形成して積層することができる。
【００４０】
〔第２実施形態：イオンビームスパッタ装置〕
本発明に係るイオンビームスパッタ装置は、スパッタターゲットへも所望の入射角にイオンビームを照射することができる。ここで、図３に示すように、第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０においては、イオン源１の後部寄りに回転軸（回転導入機１３）を配置することにより、イオン源１が小さな角度で傾斜してもイオンビームがスパッタターゲットＴから外れるように構成されている。これに対して、非水平な照射方向のイオンビームＩＢがスパッタターゲットＴに入射するために、次のように構成する。以下、第２実施形態に係るイオンビームスパッタ装置について、図４を参照して説明する。第１実施形態（図１〜３参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
図４に示すように、第２実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０Ａは、処理室２Ａ、２台のイオン源１，１、基板自転機構３、２台のターゲットトレイン４，４Ａ、スパッタ粒子防着板４４、排気系５、ならびにイオン源１毎の電源１１およびマスフローコントローラ１２を備え、さらに第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０（図１参照）と同様に、処理室２Ａに接続された予備室（図示省略）およびターゲット収容室２１ａ，２１ｂ（図２参照）、搬送系（図示省略）、ならびに冷却機構（図示省略）を備える。イオンビームスパッタ装置１０Ａはさらに、回転導入機（回動機構）１３，１３Ａ、およびそれぞれにイオン源１，１を１台ずつ固定する支持部材１４，１４Ａを備える。すなわち、本実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０Ａは、２台のイオン源１，１の一方が、他方と異なる支持部材１４Ａおよび回転導入機１３Ａで処理室２Ａに取り付けられ、さらにこのイオン源１に対向してターゲットトレイン４Ａが設けられ、処理室２Ａが下方に広く形成されていること以外は、第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０（図１〜３参照）と同様の構成である。
【００４２】
したがって、イオンビームスパッタ装置１０Ａにおいて、支持部材１４および回転導入機１３で固定されている方の（図４における右側の）イオン源１は、第１実施形態と同様に作動する。すなわち、このイオン源１は、図４に示すように、入射角θT2が４５°に固定されてスパッタターゲットＴ2へイオンビームＩＢ2を照射するか、あるいは所定の範囲内における所望の入射角θaで基板ＷへイオンビームＩＢaを照射する（図３参照）。このイオン源１を、区別するために、適宜、アシスト兼用イオン源１と称する。これに対して、他方の（図４における左側の）イオン源１はスパッタリング専用であり、適宜、スパッタリング専用イオン源１と称し、後記するように、スパッタターゲットＴ（Ｔ4，Ｔ5）へ異なる入射角θT4，θT5でイオンビームＩＢ（ＩＢ4，ＩＢ5）を照射することができる。また、このスパッタリング専用イオン源１は、水平に配置されているときに対して回動して上下両方に大きく移動するため、処理室２Ａが下方に広く形成されている。以下に、スパッタリング専用イオン源１を回動させる回転導入機１３Ａ、およびスパッタリング専用イオン源１を支持する支持部材１４Ａについて、説明する。
【００４３】
（回転導入機および支持部材）
回転導入機１３Ａは、回転導入機１３と同じ構造であり、処理室２Ａの側壁への取付け位置が第１実施形態と異なる。具体的には、イオン源１が回動されてもイオンビームＩＢをスパッタターゲットＴに照射するために、図４に示すように、イオン源１の前方のスパッタターゲットＴ近傍に回転軸が設けられるように回転導入機１３Ａが取り付けられる。本実施形態においては、回転導入機１３Ａは、ターゲットトレイン４Ａの設置および移動を妨げないように、側面視においてイオン源１とターゲットトレイン４Ａとの間のターゲットトレイン４Ａ寄りの位置に取り付けられている。そして、この回転導入機１３Ａにイオン源１を固定する支持部材１４Ａは、イオン源１の胴部を中央部で把持する環状の留め金と、回転導入機１３Ａのシャフト（回転軸）に接続するＬ字型のアームとからなる。支持部材１４Ａのアームは、留め金から回転導入機１３Ａが取り付けられた処理室２Ａの側壁へ向かってイオンビームスパッタ装置１０Ａの幅方向（ｘ方向、図２参照）に突出し、側壁の近傍で９０°屈曲して、前記側壁に沿って延伸して回転導入機１３Ａのシャフトに接続する。このように、支持部材１４Ａは、イオン源１の前側に配置されるアームの部分が、処理室２Ａの側壁の近傍に配置されて、イオンビームＩＢを照射されているスパッタターゲットＴから距離を空けていることにより、スパッタ粒子の付着が抑えられ、フレークによるスパッタターゲットＴへの汚染が防止される。
【００４４】
（ターゲットトレイン）
また、イオンビームスパッタ装置１０Ａは、スパッタ粒子の飛散する方向を鉛直上向きに保持するために、スパッタリング専用イオン源１の向き（イオンビームＩＢの照射方向）に対応した角度にスパッタターゲットＴを傾斜させて装着することが好ましい。そのために、本実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０Ａは、以下の構造のターゲットトレイン４Ａを備える。
【００４５】
ターゲットトレイン４Ａは、基台４２の斜面（ターゲットホルダ４１が固定される面）の形状以外は、図２に示すターゲットトレイン４と同じ構造である。ターゲットトレイン４Ａにおいては、装着したスパッタターゲットＴ（Ｔ4，Ｔ5）毎に異なる傾斜角になるように、斜面に段差を有する。図４においては、手前により垂直に近付けて傾斜させたスパッタターゲットＴ4が、奥に傾斜角がより水平に近いスパッタターゲットＴ5が、紙面垂直方向（ｘ方向）に並べてターゲットトレイン４Ａに装着されている。
【００４６】
スパッタターゲットＴの傾斜角については、例えば図４の右側の（ターゲットトレイン４に対向する）アシスト兼用イオン源１からのイオンビームＩＢ2のように、イオンビームの入射角θT2を４５°に設定するときは、第１実施形態にて説明したように、スパッタターゲットＴ2の傾斜角は４５°である。また、イオンビームＩＢ2の照射方向は０°である。一方、イオンビームの入射角θT5が４５°よりも小さく、例えば３０°に設定すると、スパッタターゲットＴ5の傾斜角は３０°である。また、このとき、イオンビームＩＢ5の照射方向は水平に対して下方へ３０°（−３０°）である。反対に、イオンビームの入射角θT4が４５°よりも大きく、例えば６５°に設定すると、スパッタターゲットＴ4の傾斜角は６５°であり、イオンビームＩＢ4の照射方向は＋４０°である。このように、スパッタターゲットＴの傾斜角は、イオンビームの入射角θTと同じ角度に設定すればよい。したがって、ターゲットトレイン４Ａの基台４２は、装着するスパッタターゲットＴのそれぞれについて予め設定された入射角θTに合わせた傾斜角に形成されて、段差のある斜面となる。あるいは、基台４２は、スパッタターゲットＴ（ターゲットホルダ４１）の１枚分ずつに分割されて入射角θTに合わせて組み合わせたり、各ターゲットホルダ４１が傾斜角を調整して取り付けられるように構成されてもよい。
【００４７】
ここで、スパッタリング専用イオン源１についても、イオンビームの入射角θTは４５°を標準とし、したがって、ターゲットトレイン４Ａも、装着するスパッタターゲットＴの傾斜角が４５°を標準にして構成される。そのため、ターゲットトレイン４Ａの上方に設けられたスパッタ粒子防着板４４は、ターゲットトレイン４の側と同様に、４５°に傾斜した板で形成される。そこで、ターゲットトレイン４Ａは、傾斜角が４５°ではないスパッタターゲットＴ（Ｔ4，Ｔ5）が、スパッタ粒子防着板４４に接触しないために、傾斜角が４５°のスパッタターゲットＴ（図４に示すターゲットトレイン４に装着したスパッタターゲットＴ2参照）よりも上方に突出する部分がないように、基台４２が斜面を凹ませて形成される。その結果、ターゲットトレイン４Ａに装着されるこれらのスパッタターゲットＴ4，Ｔ5は、当該スパッタターゲットＴの寸法等にもよるが、傾斜角が４５°で装着されたスパッタターゲットＴよりも中心の位置が低くなる場合がある。このようなスパッタターゲットＴ4，Ｔ5は、スパッタ粒子防着板４４との間隙が一部で広いため、イオンビームＩＢを照射されていないときに飛散したスパッタ粒子が侵入しないように、基台４２の斜面上のターゲットホルダ４１，４１間に、垂直（ｙｚ方向）に、スパッタ粒子防着板４４に接触しない高さの壁を備えてもよい（図示省略）。
【００４８】
また、４５°ではない入射角θT（θT4，θT5）のイオンビームＩＢ4，ＩＢ5がターゲットトレイン４Ａに装着されたスパッタターゲットＴ4，Ｔ5の表面の略中心に到達するように、回転導入機１３Ａの位置等が設計される。なお、スパッタリング専用イオン源１のイオンビームＩＢの照射方向は、水平を０°、上方への照射を正（＋）、下方への照射を負（−）と表すと、（２θT−９０°）で表される。したがって、スパッタリング専用イオン源１は、イオンビームの入射角θTの変化量の２倍の角度で回動し、また、イオンビームの入射角θTの設定の範囲で回動可能に回転導入機１３Ａが構成される。
【００４９】
（スパッタリング）
第２実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０Ａにより、２元スパッタリングまたはイオンビームアシストスパッタリングで製膜する手順は、第１実施形態と同様である。ただし、本実施形態においては、スパッタリング専用イオン源１からイオンビームＩＢ4，ＩＢ5を照射する前に、必要に応じてスパッタリング専用イオン源１を回動させて、イオンビームの入射角θT4，θT5に対応した向きに設定する。また、イオンビームアシストスパッタリングにおいては、アシスト兼用イオン源１がアシストイオンビームＩＢaを照射する（図３参照）
【００５０】
（変形例）
イオンビームスパッタ装置１０Ａにおいては、スパッタターゲットＴへのイオンビームの入射角θTが、予め設定された複数の値（例えば、４５°，３０°，６５°）であるが、スパッタターゲットＴの傾斜角を任意に変化させる構成とすることもできる。例えば、ターゲットトレイン４Ａに代えて、図６に示す回動自在な基台１４２およびこの基台１４２に固定した４つのターゲットホルダ４１を備えてもよく、スパッタリング専用イオン源１の回動に追随してスパッタターゲットＴの傾斜角を任意に変化させる。あるいは、ターゲットトレイン４Ａの基台４２を回転自在な構成にしてもよい。
【００５１】
以上のように、本発明の第２実施形態に係るイオンビームスパッタ装置は、第１実施形態と同様に、簡素な回動機構を設けることにより、２台のイオン源を搭載して、２元スパッタリングおよびイオンビームアシストスパッタリングの両方で製膜することができ、また、基板の表面を真下（水平）に向けたままで、アシストイオンビームの入射角を任意に設定することができる。さらに、第２実施形態に係るイオンビームスパッタ装置は、スパッタ粒子の飛散方向を変化させずに、スパッタターゲットへのイオンビームの入射角を変化させることができ、製膜性が低下しない。また、入射角の異なるイオンビームを照射されるスパッタターゲットについても、直線移動式のターゲットホルダユニットであるターゲットトレインに装着することができる。
【００５２】
〔第３実施形態：イオンビームスパッタ装置〕
本発明に係るイオンビームスパッタ装置は、イオン源を２箇所の回転軸で作動させることにより、イオンビームの１台のイオン源が基板およびスパッタターゲットの両方へそれぞれ所望の入射角にイオンビームを照射することができる。以下、第３実施形態に係るイオンビームスパッタ装置について、図５を参照して説明する。第１、第２実施形態（図１〜４参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
図５に示すように、第３実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０Ｂは、処理室２Ｂ、２台のイオン源１，１、基板自転機構３、２台のターゲットトレイン４Ｂ，４Ｂ、スパッタ粒子防着板４４、排気系５、ならびにイオン源１毎の電源１１、マスフローコントローラ１２、回転導入機（回動機構）１３Ｂ、回転伝達アーム１５、回転軸変換部材１６、および支持部材１４Ｂを備える。さらにイオンビームスパッタ装置１０Ｂは、第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０（図１参照）と同様に、処理室２Ｂに接続された予備室（図示省略）およびターゲット収容室２１ａ，２１ｂ（図２参照）、搬送系（図示省略）、ならびに冷却機構（図示省略）を備える。すなわち、本実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０Ｂは、処理室２Ｂが第２実施形態と同様に下方に広く形成され、２台のイオン源１，１のそれぞれを支持して作動させる機構、およびターゲットトレイン４Ｂ，４Ｂ以外は、第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０（図１〜３参照）と同様の構成である。さらに、イオンビームスパッタ装置１０Ｂは、図５においてはイオン源１，１が作動してそれぞれ異なる位置に示されているが、第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０と同様、側面視において左右略対称な構造である。以下に、イオン源１を回動、回転させる回転導入機１３Ｂ、回転伝達アーム１５、および回転軸変換部材１６、ならびにイオン源１を支持する支持部材１４Ｂについて、説明する。
【００５４】
（回転導入機等、および支持部材）
回転導入機１３Ｂは、第１実施形態の回転導入機１３と同様、処理室２Ｂの側壁（図示省略）に固定されたフランジ（図２のフランジ２ｆ4，２ｆ5参照）を通ってｘ方向を回転軸とするｙｚ面での回転運動を処理室２Ｂの外から伝達する。本実施形態における回転導入機１３Ｂは、２軸型であり、１つの共通の回転軸（図５に十字で表す）で、独立して回転するインナーシャフトとアウターシャフトとを有する。そして、回転導入機１３Ｂのシャフトの一方、ここではアウターシャフトに直線状の回転伝達アーム１５が接続される。回転伝達アーム１５は、処理室２Ｂの側壁近傍でこの側壁に沿って延伸し、回転導入機１３Ｂのアウターシャフトに接続した一端を軸に揺動（枢動）される。さらに回転伝達アーム１５は、回転導入機１３Ｂのインナーシャフトの回転を伝達されて、当該回転伝達アーム１５の長手方向に沿った中心線を軸に回転（自転）する。そのために、例えば、回転導入機１３Ｂのインナーシャフトにギアが接続され、回転伝達アーム１５の一端にウォームが設けられている。また、回転伝達アーム１５の他端には、回転軸変換部材１６が接続されて、回転伝達アーム１５の自転運動をｘ方向を回転軸（図５に十字で表す）とするｙｚ面での回転運動に変換する。そのために、例えば、回転伝達アーム１５の他端にもウォームが設けられ、ギアからなる回転軸変換部材１６を回転させる。このような構成により、回転軸変換部材１６は、側面視（ｙｚ面）で、回転導入機１３Ｂを軸に回動（円運動、公転）し、かつ、当該回転軸変換部材１６の中心を軸に回転（自転）し、さらに、これら２通りの回転運動が互いに独立して１つの回転導入機１３Ｂを介して制御される。なお、回転伝達アーム１５および回転軸変換部材１６の回転伝達手段は、ウォームとギアの組み合わせに限られず、傘歯車等の公知の機構を適用することができる。
【００５５】
そして、イオン源１を支持する支持部材１４Ｂは、イオン源１の胴部を前部で把持する環状の留め金と、回転軸変換部材１６の回転軸に接続するＬ字型のアームとからなる。支持部材１４Ｂのアームは、第１実施形態の支持部材１４と同様、回転軸変換部材１６からイオンビームスパッタ装置１０Ｂの幅方向（ｘ方向）に延伸し、イオン源１の上方で９０°屈曲して留め金に接続する。このように、回転伝達アーム１５や回転軸変換部材１６が、処理室２Ｂの側壁の近傍に配置されて、イオンビームＩＢを照射されているスパッタターゲットＴ（Ｔ4，Ｔ5）から距離を空けていることにより、第２実施形態と同様に、スパッタ粒子の付着が抑えられ、フレークによるスパッタターゲットＴへの汚染が防止される。また、支持部材１４Ｂの形状は、回転導入機１３Ｂの処理室２Ｂの側壁への取付け位置および回転伝達アーム１５の長さと共に、イオン源１が基板ＷおよびスパッタターゲットＴにそれぞれ入射角を変化させてイオンビームを照射する際の、配置される位置と向きに応じて設計される。
【００５６】
本実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０Ｂにおいては、イオンビームＩＢ（ＩＢ4，ＩＢ5）を照射される、ターゲットトレイン４Ｂに装着されたスパッタターゲットＴ4，Ｔ5は、中心の位置が傾斜角度を変えてもほとんど変化しない。一方、基板Ｗは、基板自転機構３によって高さ（ｚ方向）位置を調整することができる。そこで、入射角θT（θT4，θT5）を変化させてスパッタターゲットＴにイオンビームＩＢを照射することができるように、このスパッタターゲットＴの近傍を軸にイオン源１が回動するように構成される。そのために、回転導入機１３Ｂは、第２実施形態の回転導入機１３Ａのように、ターゲットトレイン４Ｂの設置および移動を妨げないように、側面視においてイオン源１とターゲットトレイン４Ｂとの間のターゲットトレイン４Ｂ寄りの位置に取り付けられている。そして、イオン源１からスパッタターゲットＴまで適切な距離になるように、回転伝達アーム１５の長さが設計される。
【００５７】
そして、イオン源１が基板ＷにイオンビームＩＢaを所望の入射角θa（θa1，θa2）で照射するために、仰角に（９０°−θa）向けたときの射線が、基板自転機構３で移動させた基板Ｗに到達する位置に配置されるように、支持部材１４Ｂの形状（側面視におけるイオン源１と回転軸変換部材１６との距離）を設計する。このように設計されたイオンビームスパッタ装置１０Ｂは、第１、第２実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０，１０Ａを組み合わせた構成となる。詳しくは、第２実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０Ａ（図４参照）において、支持部材１４Ａのアームの一部を回転伝達アーム１５に置き換えて、さらにその先の回転軸変換部材１６を、第１実施形態（図１〜３参照）の回転導入機１３の代わりにして支持部材１４を接続した構成である。
【００５８】
（ターゲットトレイン）
ターゲットトレイン４Ｂは、第２実施形態のターゲットトレイン４Ａと概ね同じ構造である。装着したスパッタターゲットＴの中心が、それぞれの入射角θTで照射されるイオンビームＩＢの射線上に配置されるように、基台４２の斜面（ターゲットホルダ４１が固定される面）の形状が設計される。
【００５９】
（スパッタリング）
第３実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０Ｂにより、２元スパッタリングまたはイオンビームアシストスパッタリングで製膜する手順は、第１、第２実施形態と同様である。本実施形態においては、イオン源１からイオンビームＩＢ，ＩＢaを照射する前に、必要に応じて、回転導入機１３Ｂおよび回転軸変換部材１６のそれぞれを軸に回転させてイオン源１の位置および向きを設定する。本実施形態においては、イオン源１の位置と向きとを個別に制御することができるので、スパッタターゲットＴへのイオンビームＩＢの照射においては、スパッタターゲットＴまでの距離を制御する（例えば、入射角θTにかかわらず一定の距離にする）ことができる。一方、基板ＷへのアシストイオンビームＩＢaの照射においては、基板自転機構による基板Ｗの移動（高さ位置の変動）の範囲を狭くすることができる。
【００６０】
（変形例）
イオンビームスパッタ装置１０Ｂにおいては、第２実施形態の変形例と同様に、スパッタターゲットＴの傾斜角を任意に変化させるために、ターゲットトレイン４Ｂに代えて、図６に示す回動自在な基台１４２およびこの基台１４２に固定した４つのターゲットホルダ４１を備えてもよく、ターゲットトレイン４Ｂ，４Ｂの一方のみを置き換えてもよい。また、２台のイオン源１，１は、回転導入機１３Ｂの処理室２Ｂの側壁への取付け位置や回転伝達アーム１５の長さ等が互いに異なっていてもよく、このような構成により、作動範囲等を互いに異なるものとして、２台のイオン源１，１を合わせてより広い範囲に制御可能なイオンビームスパッタ装置となる。あるいは、２台のイオン源１，１の一方を、第１、第２実施形態のように、１軸型の回転導入機で回動させてもよい。
【００６１】
以上のように、本発明の第３実施形態に係るイオンビームスパッタ装置は、第２実施形態と同様に、２台のイオン源を搭載して、２元スパッタリングおよびイオンビームアシストスパッタリングの両方で製膜することができ、基板およびスパッタターゲットへのイオンビームの入射角を変化させることができる。また、比較的簡素な回動機構により、イオン源の作動域を広くして、イオンビームの入射角および射線の位置の設定の自由度が高くなる。
【００６２】
本発明に係るイオンビームスパッタ装置は３台のイオン源を備えてもよく、例えば、第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０にアシストイオンビーム専用のイオン源を１台追加して、イオンビームアシスト法を用いた２元スパッタリングで製膜することができる。なお、３元スパッタリングでも製膜するためには、３台のイオン源１，１，１を平面視で１２０°ずつ向きを変えて均等に配置し、さらにそれぞれのイオン源１に対向するように３つのターゲットホルダ４１を配置する。この場合、直線移動式のターゲットトレイン４は１台のイオン源１に対向する１台まで備えることができ、他の２台のイオン源１，１からイオンビームを照射されるスパッタターゲットＴは固定される。
【００６３】
以上、本発明に係るイオンビームスパッタ装置を実施するための実施形態について述べてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  イオンビームスパッタ装置
１      イオン源
１３，１３Ａ，１３Ｂ  回転導入機（回動機構）
２，２Ａ，２Ｂ  処理室
３      基板自転機構
３１    基板ステージ（ワークステージ）
３３    直進回転導入機（直進機構）
４，４Ａ，４Ｂ  ターゲットトレイン（ターゲットホルダユニット）
４１    ターゲットホルダ
４２ｒ  レール（案内手段）
４４    スパッタ粒子防着板
Ｔ，Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4，Ｔ5  スパッタターゲット
Ｗ      基板（被処理体）
【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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