JP4726704B2

JP4726704B2 - スパッタ装置およびスパッタ方法

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Publication number: JP4726704B2
Application number: JP2006156475A
Authority: JP
Inventors: 真也中村; 邦明中島; 森本　　直樹; 智保近藤; 正森田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2026-06-05
Also published as: JP2007321238A

Description

本発明は、スパッタ装置およびスパッタ方法に関するものである。

基板上に金属薄膜等を形成するため、スパッタ装置が利用されている。
図８は、従来技術に係るスパッタ装置の左半部の側面断面図である。スパッタ装置１３０は、気密封止されたチャンバ３２を備えている。そのチャンバ３２の下部には、基板５を保持するステージ３５が設けられている。またチャンバ３２の上部には、被膜の形成材料（スパッタ材料）を備えたターゲット４２を保持するターゲット保持機構１４０が設けられている。なお図示しないが、複数のターゲット保持機構１４０がチャンバ３２の周方向に略等間隔で配置されている。ターゲット４２は、スパッタ材料面がチャンバ３２の内側に露出するように配置されている。

一般にスパッタ装置には、基板上に形成される被膜の膜厚ばらつきを低減することが求められている。そのため、基板５に対して最適な位置にターゲット４２が保持されている。具体的には、スパッタ材料面の中心を通る法線４１と、基板５の表面との交点Ｐが、基板５の中心軸から所定距離Ｒだけ離れるように、ターゲット４２が保持されている。またターゲット４２の法線４１が、基板５の中心軸から所定角度φだけ傾くように、ターゲット４２が保持されている。
特開２００１−１０７２２８号公報

上述したターゲット４２は、スパッタ材料を所定方向に圧延して成形される。このターゲット４２の圧延方向と基板との相対位置により、基板上に形成される被膜の膜厚分布が変化する。そのため、ターゲット保持機構１４０に対するターゲット４２の周方向の取付け位置を調整することにより（すなわち、ターゲット４２を回転させることにより）、膜厚ばらつきを低減することができる。
しかしながら、ターゲットの取付け位置を変更するたびにチャンバ３２を大気開放（分解）する必要があり、膜厚ばらつきの調整作業が煩雑になるという問題がある。

これに対して、特許文献１には、基板に対するターゲットの傾斜角度を調整しうるスパッタリング装置が記載されている。この特許文献１には、両側のターゲットを水平状態から内側に向かって傾斜させることで、基板上の膜厚分布が改善されると記載されている。しかしながら、特許文献１に記載された技術でも、ターゲットの取付け角度を変更するたびにチャンバ３２を開放する必要があり、膜厚ばらつきの調整作業が煩雑である。また特許文献１に記載された技術では、ターゲットの傾斜角度を調整するための摺動部がチャンバの内部に配置されているため、膜厚ばらつきの調整中に前記摺動部において発生したパーティクルが基板上に付着するおそれがある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、膜厚ばらつきの調整作業を効率的に行うことが可能であり、また基板へのパーティクルの付着を防止することが可能な、スパッタ装置およびスパッタ方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るスパッタ装置は、スパッタ処理により被膜を形成すべき基板を内部に配置するチャンバと、前記チャンバの開口部において、スパッタ処理面が前記チャンバの内面と面一をなすように配置された、前記被膜の形成材料を含むターゲットと、前記ターゲットを保持しつつ、前記チャンバとの相対位置を調整することにより、前記基板に対する前記ターゲットの相対位置を調整可能なターゲット位置調整機構と、を有し、前記ターゲット位置調整機構は、前記チャンバの開口部から前記チャンバの外方に向けて突出するように、前記チャンバに固着されたパイプ状のケースと、前記ケースの一部であり、前記チャンバと接している側とは反対側の周縁部をなし、かつ、前記ケースの内方に突出したフランジと、前記フランジと前記ターゲットのホルダとの間に位置して、両者間を封止する封止部材と、前記ターゲットのスパッタ処理面と反対側の面と対向し、前記ケース内で傾動可能であるように支持された磁場発生手段と、を備え、前記ターゲット位置調整機構と前記チャンバとの摺動部が、前記封止部材により封止された前記チャンバの外側に配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係るスパッタ装置は、前記ターゲット位置調整機構の側壁をなすサブフレームにおいて外側に突出し、前記磁場発生手段を傾動させる回動軸が立設され、前記回動軸は、前記チャンバから延設された軸受け部材に支持されていることを特徴とする。
また、本発明に係るスパッタ装置は、前記フランジに接し、該ケースの蓋体をなすプレートと、前記プレートを覆うように、前記ケースの蓋体をなすフレームから延設され、雌ねじ部を備えたアームと、前記アームの雌ねじ部に螺合され、先端が前記プレートに当接するボルトと、を有することを特徴とする。
基板に対するターゲットの相対位置を調整することにより、基板に形成される被膜の膜厚ばらつきを低減することができる。しかも、ターゲット位置調整機構とチャンバとの摺動部がチャンバの外側に配置されているので、膜厚ばらつきの調整中に前記摺動部で発生したパーティクルが基板に付着するのを防止することができる。

また前記ターゲット位置調整機構は、前記チャンバに対する前記ターゲットの相対位置を、前記封止部材により封止された前記チャンバの外側において調整しうるように構成されていることが望ましい。
この構成によれば、チャンバの外側おいて基板に対するターゲットの相対位置を調整することができるので、チャンバを開放することなく真空状態を維持したまま膜厚ばらつきを調整することが可能になる。これにより、膜厚ばらつきの調整作業を効率的に行うことができる。

また前記ターゲット位置調整機構には、所定電位に保持されたシールドが、前記ターゲットの周縁部に対向配置された状態で固定されていることが望ましい。
この構成によれば、基板に対するターゲットの相対位置が変化しても、ターゲットとシールドとの間隔を一定に保持することが可能になり、安定した放電を維持することができる。

一方、本発明に係るスパッタ方法は、スパッタ処理により被膜を形成すべき基板を内部に配置するチャンバと、前記チャンバの開口部において、スパッタ処理面が前記チャンバの内面と面一をなすように配置された、前記被膜の形成材料を含むターゲットと、前記ターゲットを保持しつつ、前記チャンバとの相対位置を調整することにより、前記基板に対する前記ターゲットの相対位置を調整可能なターゲット位置調整機構と、を有し、前記ターゲット位置調整機構は、前記チャンバの開口部から前記チャンバの外方に向けて突出するように、前記チャンバに固着されたパイプ状のケースと、前記ケースの一部であり、前記チャンバと接している側とは反対側の周縁部をなし、かつ、前記ケースの内方に突出したフランジと、前記フランジと前記ターゲットのホルダとの間に位置して、両者間を封止する封止部材と、前記ターゲットのスパッタ処理面と反対側の面と対向し、前記ケース内で傾動可能であるように支持された磁場発生手段と、を備え、前記ターゲット位置調整機構と前記チャンバとの摺動部が、前記封止部材により封止された前記チャンバの外側に配置されたスパッタ装置を用いたスパッタ方法であって、前記ターゲット位置調整機構に保持された前記ターゲットを交換する工程と、前記基板に対するスパッタ処理を行う工程と、前記基板上に形成された被膜の膜厚分布を測定する工程と、前記膜厚分布の測定結果に応じて、前記チャンバに対する前記ターゲットの相対位置を、前記封止部材により封止された前記チャンバの外側において調整する工程と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、チャンバを開放してターゲットを交換した後は、チャンバの外側おいて基板に対するターゲットの相対位置を調整することにより、チャンバを開放することなく真空状態を維持したまま膜厚ばらつきを調整することが可能になる。これにより、膜厚ばらつきの調整作業を効率的に行うことができる。

本発明によれば、基板に対するターゲットの相対位置を調整することにより、基板に形成される被膜の膜厚ばらつきを低減することができる。しかも、ターゲット位置調整機構とチャンバとの摺動部がチャンバの外側に配置されているので、基板へのパーティクルの付着を防止することができる。また、チャンバの外側おいて基板に対するターゲットの相対位置を調整することにより、膜厚ばらつきの調整作業を効率的に行うことができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

（トンネル接合素子）
最初に、本実施形態のスパッタ装置を使用することによって好適に形成されるトンネル接合素子について説明する。
図１は、トンネル接合素子の側面断面図である。このトンネル接合素子１０では、基板５の表面に下地層１２が形成されている。この下地層１２は、Ｔａ等からなる第１下地層１２ａ、およびＮｉＦｅ等からなる第２下地層１２ｂを備えている。その下地層１２の表面に、ＰｔＭｎやＩｒＭｎ等からなる反強磁性層１３が形成されている。前記第２下地層１２ｂは、この反強磁性層１３の結晶性を整える機能を有する。その反強磁性層１３の表面に、第１磁性層（固定層）１４が形成されている。前記反強磁性層１３は、この固定層１４の磁化方向を固定する機能を有する。固定層１４は、ＣｏＦｅやＮｉＦｅ等からなる第１固定層１４ａ、Ｒｕ等からなる中間固定層１４ｂ、およびＣｏＦｅやＮｉＦｅ等からなる第２固定層１４ｃを備えた、積層フェリ型の固定層となっている。これにより、固定層１４における磁化方向が強固に結合されている。

その固定層１４の表面に、ＡｌＯ（アルミナ）等の電気絶縁性材料からなる非磁性層（トンネルバリア層）１５が形成されている。このトンネルバリア層１５は、厚さ１０オングストローム程度の金属アルミニウム層を形成し、その金属アルミニウム層を熱酸化することによって形成される。そのトンネルバリア層１５の表面に、ＮｉＦｅ等からなる第２磁性層（フリー層）１６が形成されている。このフリー層１６は、周囲の磁場によって磁化方向を反転させることが可能であり、その磁場を取り除いても磁化方向を保持することが可能である。そのフリー層１６の表面に、Ｔａ等からなる保護層１７が形成されている。なお、実際のトンネル接合素子１０は、上記以外の機能層も含めて、１５層程度の多層構造になっている。

図２は、トンネル接合素子の製造装置の平面図である。トンネル接合素子の製造装置２０は、複数のスパッタ処理室２４，２５，２６，２７を備えている。各スパッタ処理室には、本実施形態に係るスパッタ装置３０が設けられている。各スパッタ装置３０は、複数（例えば３個）のターゲット４２を備え、チャンバの内部に配置された基板５に対してスパッタ処理を行うようになっている。なお、本実施形態に係るスパッタ装置３０については後に詳述する。

第１スパッタ処理室２４は、トンネル接合素子の下地層および反強磁性層を形成するため、ＴａやＮｉＦｅ、ＰｔＭｎ等のターゲットを備えている。第２スパッタ処理室２５は、固定層を形成するため、ＣｏＦｅやＲｕ等のターゲットを備えている。第３スパッタ処理室２６は、トンネルバリア層となる金属アルミニウム層を形成するため、Ａｌ等のターゲットを備えている。第４スパッタ処理室２７は、フリー層および保護層を形成するため、ＮｉＦｅやＴａ等のターゲットを備えている。複数種類のターゲットを備えたスパッタ処理室では、複数種類のターゲットを順次使用して、基板上に複数種類の被膜を積層形成する。なお複数種類のターゲットを同時に使用することにより、複数種類の材料が混合された被膜を形成することも可能である。

またトンネル接合素子の製造装置２０は、被膜形成前の基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理室２３と、金属アルミニウム層を熱酸化するための酸化処理室２８とを備えている。各処理室２３〜２８は、基板搬送室２２を中心として放射状に配置されている。これにより、基板搬送室２２を介して各処理室に基板５を供給することが可能になり、基板５を大気に晒すことなくトンネル接合素子を形成することができる。その基板搬送室２２には、ロード／アンロード（Ｌ／ＵＬ）室２１を介して基板５を供給および排出することができるようになっている。

図１に示すトンネル接合素子１０では、固定層１４およびフリー層１６の磁化方向が平行か反平行かによって、トンネル接合素子１０の抵抗値が異なる。そのため、トンネル接合素子１０の厚さ方向に電圧を印加した場合に、トンネルバリア層１５を流れる電流の大きさが異なる（ＴＭＲ効果）。そこで、その電流値を測定することにより、トンネル接合素子１０から「１」または「０」を読み出すことができるようになっている。また、トンネル接合素子１０の周囲に磁場を発生させて、フリー層１６の磁化方向を反転させれば、「１」または「０」を書き換えることができるようになっている。

なお、フリー層１６の磁化方向によるトンネル接合素子１０の抵抗値の差は、一般的に非常に小さくなる。この抵抗値の微差を検出するには、アルミナ等の電気絶縁性材料からなるトンネルバリア層１５の電気抵抗値を極力小さくする必要がある。そのため、トンネルバリア層１５は非常に薄く形成する必要があり、しかもトンネルバリア層１５の膜厚ばらつきを低減する必要がある。この点、以下に詳述する本実施形態のスパッタ装置を使用して金属アルミニウム層を形成することにより、膜厚ばらつきの調整作業を効率的に行うことができる。

（スパッタ装置）
図３は、本実施形態に係るスパッタ装置であり、図２のＡ−Ａ線における側面断面図である。図３に示すように、スパッタ装置３０は、内部を気密封止しうるチャンバ３２を備えている。チャンバ３２は、円筒状の本体３２ａと椀状の上蓋３２ｂとを重ねて構成されている。そのチャンバ３２の内壁に沿って、防着板３８が設けられている。またチャンバ３２の下部には、基板５を載置するステージ３５が設けられている。このステージ３５は、基板５の載置面内で回転しうるように形成され、また基板５を温度調節しうるように形成されている。なお、チャンバ３２にはスパッタガスを供給するスパッタガス供給手段（不図示）が設けられている。また、チャンバ３２には排気ポンプに接続された排気口（不図示）が設けられている。

チャンバ３２の上部には、基板５の表面に形成すべき被膜の形成材料からなる円盤状のターゲット４２が配置されている、このターゲット４２は、ターゲット位置調整機構４０の下面に保持されている。
より具体的には、ターゲット４２の表面（スパッタ処理面）は、チャンバの開口部３３において、チャンバ３２の内面と面一をなすように配置されている。そして、ターゲット４２を下面とするターゲット位置調整機構４０は、チャンバの開口部３３からチャンバ３２の外方に向けて突出するように、チャンバの上蓋３２ｂに固着されている。
ターゲット４２の表面（スパッタ処理面）がチャンバ３２の内面と面一をなすため、スパッタ処理中に、ターゲット４２の表面にパーティクルが付着するのを防止することができる。
なお複数のターゲット位置調整機構４０が、チャンバ３２の上部の周方向に略等間隔で配置されていてもよい。本実施形態のスパッタ装置３０では、図２に示すように３個のターゲット位置調整機構４０が配置されている。

図３に戻り、基板５の表面に形成される被膜の厚さを均一化するため、基板５に対して好適な相対位置にターゲット４２が配置されている。具体的には、ターゲット４２の中心を通る法線４１と、基板５の表面との交点Ｐが、基板５の中心軸から所定距離Ｒだけ離れるように、ターゲット４２が保持されている。またターゲット４２の法線４１が、基板５の中心軸に対して所定角度φだけ傾斜するように、ターゲット４２が保持されている。さらに本実施形態では、基板５に対するターゲット４２の傾斜角を調整しうるように、ターゲット位置調整機構４０が構成されている。具体的には、基板５の中心軸から交点Ｐまでの距離Ｒが増加する方向（θ_１方向）および減少する方向（θ_２方向）に、ターゲット４２の傾斜角を調整しうるようになっている。

（ターゲット位置調整機構）
図４は、ターゲット位置調整機構の説明図であり、図３のＢ−Ｂ線における断面図である。なお以下には、ターゲット位置調整機構４０の高さ方向をＺ方向（チャンバ３２の外側が＋Ｚ方向）、ターゲット位置調整機構の半径方向をＲ方向とする円筒座標系に基づいて説明する。図４に示すように、チャンバ３２におけるターゲット位置調整機構４０の形成位置には、略円形状の開口部３３が形成されている。その開口部３３の周縁から＋Ｚ方向に伸びるように、チャンバ３２の外面にパイプ状のケース６４が固着されている。

チャンバ３２の開口部３３を覆うように、上述したターゲット４２が配置されている。ターゲット４２の＋Ｚ側の周縁部には、リング状のターゲットホルダ（以下、単に「ホルダ」という。）４６が配置されている。ターゲット４２は、電気絶縁部材４４を介してホルダ４６に固着されている。またターゲット４２の−Ｚ側には、接地電位に保持されたシールド４８が配置されている。このシールド４８は、ターゲット４２の周縁部と対向配置された状態で、ターゲット４２とともにホルダ４６に固定されている。これにより、基板に対するターゲットの相対位置が変化しても、ターゲットとシールドとの間隔を一定に保持することが可能になり、安定した放電を維持することができる。

一方、ターゲット４２の表面近傍に磁場を発生させるため、ターゲット４２の＋Ｚ側の中央部に、電磁ソレノイド等の磁場発生手段５０が配置されている。この磁場発生手段５０は、その＋Ｚ側に配置されたモータ５２に接続されている。このモータ５２を駆動して、磁場発生手段５０を±Ｚ方向に移動させることにより、ターゲット表面の磁場の強さを調整しうるようになっている。なお、ケース６４の＋Ｚ側端部から所定間隔を置いてフレーム５４が配置され、そのフレーム５４の＋Ｚ側面に上述したモータ５２が固定されている。また上述したホルダ４６も、連結部材５６を介してフレーム５４の−Ｚ側面に固定されている。
より具体的には、磁場発生手段５０は、ターゲット６４のスパッタ処理面と反対側の面と対面し、ケース６４内において、図３を用いて説明した傾斜角が増減する方向に傾動可能であるように、フレーム５４に固定されたモータ５２に支持されている。

フレーム５４は、平面視において略矩形状に形成されている。そのフレーム５４の長手方向端部は、ケース６４の＋Ｒ側まで延設されている。そのフレーム５４の端部から−Ｚ方向に、ターゲット位置調整機構の側壁をなすサブフレーム５７が立設され、そのサブフレーム５７から＋Ｒ方向に回動軸６０が立設されている。この回動軸６０は、チャンバ３２から延設された軸受け部材６２によって支持されている。なお、回動軸６０と軸受け部材６２との間の摺動部６１には、オイレスメタル等が配置されている。

一方、ケース６４の＋Ｚ側端部には、−Ｒ方向に折り曲げられたフランジ６５が形成されている。そのフランジ６５の−Ｚ側面と、上述したホルダ４６の＋Ｚ側面との間には、封止部材６６が配置されている。すなわち封止部材６６は、ターゲット位置調整機構４０に設けられたホルダ４６と、チャンバ３２の壁面から延設されたフランジ６５との間に配設されている。この封止部材６６は、回動軸６０を中心にホルダ４６が回動した場合でもフランジ６５との間を気密封止するものであり、具体的には金属材料等からなるベローズ（蛇腹）で構成されている。

この封止部材６６により、チャンバ３２の内側（真空側）と外側（大気側）とが区画されている。そして、回動軸６０と軸受け部材６２との間の摺動部６１や、磁場発生手段５０とモータ５２との摺動部などが、封止部材６６によって封止されたチャンバ３２の外側に配置されている。なお、伸縮変形する封止部材６６自体も、基板から離間したケース６４の＋Ｚ側端部に配置されている。これにより、摺動部等において発生したパーティクルが、チャンバ３２の内側に配置された基板に付着するのを防止することができる。

図５はターゲット位置調整機構の角度調整方法の説明図であり、図４のＣ矢視図である。図５に示すように、フランジ６５の＋Ｚ側面の一部には、プレート７４が固着されている。このプレート７４の＋Ｚ側面を覆うように、フレーム５４からアーム７２が延設されている。このアーム７２は雌ねじ部を備え、その雌ねじ部には雄ねじ（ボルト）７０が螺合されている。そのボルト７０の先端は、上述したプレート７４の＋Ｚ側面に当接している。

このボルト７０をアーム７２に対して−Ｚ方向に進行させると、プレート７４からアーム７２が離反して、フレーム５４が回動軸６０を中心として回動する。これにより、フレーム５４にホルダ（不図示）を介して固定されたターゲット（不図示）の法線４１を、θ_１方向に回動させることができる。またボルト７０をアーム７２に対して＋Ｚ方向に後退させると、プレート７４にアーム７２が接近する。これにより、フレーム５４に固定されたターゲット（不図示）の法線４１を、θ_２方向に回動させることができる。本実施形態では、例えばθ_１方向およびθ_２方向にそれぞれ約１°ずつ回動しうるようになっている。

（スパッタ方法）
次に、本実施形態に係るスパッタ装置を使用して、基板上に形成される被膜の膜厚分布を調整する方法について説明する。なおターゲットの交換時に膜厚分布を最適化すれば、そのターゲットのライフ期間を通じて最適な膜厚分布が維持される。そこで、特にターゲットの交換時に膜厚分布を調整する方法について説明する。

まず、ターゲット位置調整機構に保持されたターゲットの交換を行う。具体的には、図３に示すチャンバ３２の上蓋３２ｂを開けて、ターゲット位置調整機構４０に装着されている使用済みターゲット４２を取り外し、新たなターゲット４２を装着する。その後、チャンバ３２の上蓋を閉めて密閉する。
次に、チャンバ３２のステージ３５に基板を供給する。具体的には、図２に示すＬ／ＵＬ室２１から基板搬送室２２に基板５を供給し、その基板搬送室２２から第３スパッタ処理室２６に基板５を搬入する。

次に、スパッタ装置３０を駆動して、基板５の表面に被膜を形成する。具体的には、基板５を回転させつつ、図４に示すターゲット４２の表面近傍にＡｒ等のスパッタガスを導入する。また、ターゲット４２にＲＦ電力を印加してプラズマを発生させる。すると、スパッタガスの活性種がカソードであるターゲット４２に衝突し、ターゲット４２からスパッタ材料の原子が飛び出して、基板の表面に付着し被膜が形成される。その際、磁場発生手段５０によりターゲット４２の表面近傍に磁場を発生させ、高密度プラズマを生成することで、成膜速度を向上させることができる。

次に、基板上に形成された被膜の膜厚分布を測定する。具体的には、図２に示すトンネル接合素子の製造装置２０の第３スパッタ処理室２６から、基板搬送室２２およびＬ／ＵＬ室２１を介して成膜後の基板を排出し、外部機器により膜厚分布を測定する。なお、基板搬送室２２に膜厚分布測定室（不図示）を接続すれば、製造装置２０から成膜後の基板を排出することなく、製造装置２０の内部で膜厚分布を測定することが可能になる。

次に、膜厚分布の測定結果に基づいて、ターゲット傾斜角（ターゲットの法線と基板の中心軸との角度）の調整を行う。
図６は、ターゲット傾斜角と膜厚ばらつきとの関係を示すグラフである。なお図６は基板上にＡｌ膜を形成する場合のグラフであり、その横軸はターゲット傾斜角であり、縦軸は膜厚分布の平均値に対する標準偏差の百分率である。図６によれば、ターゲット傾斜角が２４°付近において、膜厚ばらつきが極小値をとる。そのためターゲット傾斜角の調整は、膜厚ばらつきが極小となるように行うことが望ましい。

図７は、ターゲット傾斜角の調整方法の説明図である。測定された膜厚分布が、基板５の表面に実線８１で示すような凸状（すなわち、基板５の中央部ほど膜厚が厚く、周縁部ほど膜厚が薄い状態）である場合には、ターゲット４２の法線４１をθ_１方向に回動させる。これに伴って、ターゲット４２の法線４１と基板５との交点Ｐが、基板５の中央から離反する。これにより、以後のスパッタ処理において、基板５の中央部の膜厚を薄く、周縁部の膜厚を厚くすることが可能になり、膜厚ばらつきを低減することができる。

また測定された膜厚分布が、基板５の表面に破線８２で示すような凹状（すなわち、基板５の中央部ほど膜厚が厚く、周縁部ほど膜厚が薄い状態）である場合には、ターゲット４２の法線４１をθ_２方向に回動させる。これに伴って、ターゲット４２の法線４１と基板５との交点Ｐが、基板５の中央に接近する。これにより、以後のスパッタ処理において、基板５の中央部の膜厚を厚く、周縁部の膜厚を薄くすることが可能になり、膜厚ばらつきを低減することができる。

なお測定された膜厚分布が、基板５の表面に一点鎖線８４で示すような波紋状（すなわち、基板５にリング状の凸部または凹部が形成されている状態）である場合には、上述した凸状または凹状の場合と比べて、膜厚ばらつきが小さくなっている。この場合には、膜厚ばらつきが極小値に近いものとして、ターゲット傾斜角をそのままの状態に維持する。以上により、基板５より外径の小さいターゲット４２を採用した場合でも、膜厚ばらつきの小さい被膜を形成することができる。

ターゲット傾斜角の調整は、チャンバの外側において行う。図５に示すプレート７４、アーム７２およびボルト７０は、いずれもチャンバの外側に配置されている。このボルト７０を回転させて、アーム７２を±Ｚ方向に移動させることにより、チャンバの外側においてターゲット傾斜角の調整を行うことができる。これにより、チャンバを開放してターゲットを交換した後は、チャンバを開放することなく真空状態を維持したまま膜厚ばらつきを調整することが可能になる。これにより、膜厚ばらつきの調整作業を効率的に行うことができる。

また図４に示すターゲット位置調整機構４０では、ターゲット位置調整機構４０とチャンバ３２との摺動部（すなわち、回動軸６０と軸受け部材６２との間の摺動部）６１が、封止部材６６によって封止されたチャンバ３２の外側に配置されている。これにより、膜厚ばらつきの調整中に摺動部６１で発生したパーティクル等が、チャンバ３２の内側に配置された基板の表面に付着するのを防止することができる。これに伴って、基板の表面に形成されるデバイスの品質を向上させることができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態ではトンネル接合素子のトンネルバリア層を形成する場合を例にして説明したが、上記実施形態のスパッタ装置を使用してトンネルバリア層以外の各層を形成することも可能である。また実施形態のスパッタ装置を使用して、トンネル接合素子以外のデバイスの構成層を形成することも可能である。いずれの場合でも、上記実施形態のスパッタ装置を使用することにより、膜厚ばらつきの調整を効率的に行うことができる。

また、上記実施形態ではターゲット位置調整機構を１方向のみに回動可能としたが、２方向に回動可能としてもよい。これにより、膜厚ばらつきの調整を緻密に行うことが可能になり、膜厚ばらつきをより低減することができる。
また、上記実施形態では膜厚分布の測定結果に基づいて手動でターゲット傾斜角を調整したが、膜厚分布の測定結果からターゲット傾斜角の調整量を決定する判断部と、その調整量に合わせてモータ等を駆動しターゲット傾斜角を調整する角度調整部とを設けて、ターゲット傾斜角の調整を自動的に行ってもよい。これにより、膜厚ばらつきの調整をより効率的に行うことができる。

トンネル接合素子の側面断面図である。トンネル接合素子の製造装置の平面図である。本実施形態に係るスパッタ装置の側面断面図である。ターゲット位置調整機構の断面図である。ターゲット位置調整機構の角度調整方法の説明図である。ターゲット傾斜角と膜厚ばらつきとの関係を示すグラフである。ターゲット傾斜角の調整方法の説明図である。従来技術に係るスパッタ装置の左半部の側面断面図である。

符号の説明

５…基板３０…スパッタ装置３２…チャンバ４０…ターゲット位置調整機構４８…シールド６１…摺動部６６…封止部材

Claims

スパッタ処理により被膜を形成すべき基板を内部に配置するチャンバと、
前記チャンバの開口部において、スパッタ処理面が前記チャンバの内面と面一をなすように配置された、前記被膜の形成材料を含むターゲットと、
前記ターゲットを保持しつつ、前記チャンバとの相対位置を調整することにより、前記基板に対する前記ターゲットの相対位置を調整可能なターゲット位置調整機構と、を有し、
前記ターゲット位置調整機構は、
前記チャンバの開口部から前記チャンバの外方に向けて突出するように、前記チャンバに固着されたパイプ状のケースと、
前記ケースの一部であり、前記チャンバと接している側とは反対側の周縁部をなし、かつ、前記ケースの内方に突出したフランジと、
前記フランジと前記ターゲットのホルダとの間に位置して、両者間を封止する封止部材と、
前記ターゲットのスパッタ処理面と反対側の面と対向し、前記ケース内で傾動可能であるように支持された磁場発生手段と、を備え、
前記ターゲット位置調整機構と前記チャンバとの摺動部が、前記封止部材により封止された前記チャンバの外側に配置されていることを特徴とするスパッタ装置。
前記ターゲット位置調整機構の側壁をなすサブフレームにおいて外側に突出し、
前記磁場発生手段を傾動させる回動軸が立設され、
前記回動軸は、前記チャンバから延設された軸受け部材に支持されていることを特徴とする、請求項１に記載のスパッタ装置。
前記フランジに接し、該ケースの蓋体をなすプレートと、
前記プレートを覆うように、前記ケースの蓋体をなすフレームから延設され、雌ねじ部を備えたアームと、
前記アームの雌ねじ部に螺合され、先端が前記プレートに当接するボルトと、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタ装置。
前記ターゲット位置調整機構は、前記チャンバに対する前記ターゲットの相対位置を、前記封止部材により封止された前記チャンバの外側において調整しうるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパッタ装置。
前記ターゲット位置調整機構には、所定電位に保持されたシールドが、前記ターゲット
の周縁部に対向配置された状態で固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスパッタ装置。
スパッタ処理により被膜を形成すべき基板を内部に配置するチャンバと、
前記チャンバの開口部において、スパッタ処理面が前記チャンバの内面と面一をなすように配置された、前記被膜の形成材料を含むターゲットと、
前記ターゲットを保持しつつ、前記チャンバとの相対位置を調整することにより、前記基板に対する前記ターゲットの相対位置を調整可能なターゲット位置調整機構と、を有し、
前記ターゲット位置調整機構は、
前記チャンバの開口部から前記チャンバの外方に向けて突出するように、前記チャンバに固着されたパイプ状のケースと、
前記ケースの一部であり、前記チャンバと接している側とは反対側の周縁部をなし、かつ、前記ケースの内方に突出したフランジと、
前記フランジと前記ターゲットのホルダとの間に位置して、両者間を封止する封止部材と、
前記ターゲットのスパッタ処理面と反対側の面と対向し、前記ケース内で傾動可能であるように支持された磁場発生手段と、を備え、
前記ターゲット位置調整機構と前記チャンバとの摺動部が、前記封止部材により封止された前記チャンバの外側に配置されたスパッタ装置を用いたスパッタ方法であって、
前記ターゲット位置調整機構に保持された前記ターゲットを交換する工程と、
前記基板に対するスパッタ処理を行う工程と、
前記基板上に形成された被膜の膜厚分布を測定する工程と、
前記膜厚分布の測定結果に応じて、前記チャンバに対する前記ターゲットの相対位置を、前記封止部材により封止された前記チャンバの外側において調整する工程と、
を有することを特徴とするスパッタ方法。