JP5364172B2 - スパッタリング装置による成膜方法およびスパッタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリング装置による成膜方法とスパッタリング装置に関する。

磁気記録再生装置、いわゆるハードディスクドライブに搭載される磁気抵抗効果型磁気ヘッドでは、固定層と自由層の磁化の成す角度に応じて電気抵抗が変化する現象を利用して再生出力を行っている。この再生出力に際してノイズを減らす手法として磁気抵抗効果積層体の両脇にハードバイアス構造積層体を配置する方法がある（特許文献１参照）。ハードバイアス構造により自由層に一軸異方性、すなわち単磁区化が促進されノイズ低減を実現することが可能となった。他方、磁気記録媒体からの磁界に対して線形応答を得るためには、単磁区化による自由層の異方性磁界を大きくすることが望ましい。

磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおける自由層に磁気異方性を付与することについては、着目する磁性膜の成膜において斜め入射成膜を行うことが提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２には、縦バイアス磁界を与えるための積層体を有さずとも、自由層を斜め入射成膜することで単磁区状態にすることができ、トラック幅の狭小化が進んでも、高い再生感度とノイズが小さな、再生特性を実現できることが記載されている。

一方、磁性膜に異方性を付与するための斜め入射スパッタは、スパッタリング動作を行っているターゲット前面を基板が通過するような方法（以下、「通過型成膜」と呼ぶ）によって可能である（特許文献３，特許文献４参照）。

通過型成膜の場合、良好な膜厚分布を得るためには、ターゲットの各辺のうち基板の進行（移動）方向については長いほどよく、進行方向に平行な方向の長さについては短くてもいいことから、スパッタリングターゲットが長方形タイプのものが多く用いられる。例えば、直径２００ｍｍの基板に成膜を行う場合には、矩形ターゲットとして、例えば基板進行方向に対して垂直方向の長さは４５０ｍｍ〜６００ｍｍ、平行方向の長さは１００ｍｍ〜１５０ｍｍのものが用いられている。

ところで、矩形ターゲットに対しては、矩形マグネットが用いられ、ターゲット利用効率の向上や、非スパッタリング領域の低減などの目的でターゲット位置に対してマグネットを揺動・往復運動をさせるケースがほとんどである。しかしながら矩形マグネットを揺動させる場合、常にカソードの重心が変動するため機械的に不安定になることから揺動周期（往復周期）を高めることは事実上困難で、せいぜい数Ｈｚ程度の揺動周期になるといえる。

このような状況下、磁気抵抗効果積層体の自由層のような数十Åの膜厚を通過型のスパッタリング装置で成膜を行う場合、一層の成膜時間あたりのマグネット往復周期はせいぜい１０周期以内である。成膜時間が短い上に、往復回数も少ないため基板上にはスパッタ源形状が転写されてしまう。ここで、スパッタ源とはターゲット上でスパッタが発生している領域をあらわす。

このような矩形ターゲットとカソードマグネットの揺動運動（周期）を最適化することで膜厚分布とターゲット利用効率を満たす対策は、すでに提案されている（特許文献５、特許文献６参照）。

特許文献５には、揺動運動をしているカソードマグネットにおいて基板移動方向のマグネットの速度は、基板の移動速度の１／１０以下、かつ、１５０ｍｍ／分以上であり、基板移動方向に垂直な方向の往復移動の速度は、上記基板がターゲットの表面と対向しながら１００ｍｍ移動する間に、０．３往復以上する大きさにされた成膜方法が記載されている。また、特許文献５には、基板搬送方向に垂直な方向の揺動速度を、基板搬送方向の移動速度よりも早くすれば、磁石が形成する磁力線が、ターゲット表面の同じ場所を通る確率が低くなり、ターゲットの特定の場所が他の場所よりも多量にスパッタリングされる片掘れ部が小さくなり、非エロージョン部が大幅に減少することが判ったと記載されている。特許文献５の成膜方法によれば、非エロージョン部を少なくできるのでパーティクルの発生を抑制し、ノジュールの発生も抑制でき、異常放電の発生を減少できる。かた掘れも改善でき、ターゲットの使用効率が改善される。

一方、スパッタ粒子を選択するスリット手段を備え、マグネットの基板進行方向の幅と基板サイズとの差が小さいスパッタリング装置として、特許文献７に記載のものがある。図１４から図１６を用いて、特許文献７記載のスパッタリング装置について説明する。

図１４Ａは、特許文献７に係るスパッタリング装置１６００の側面図である。図１４Ｂは、特許文献７に係るスパッタリング装置１６００の斜視図である。

図１４Ａ及びＢにおいて、スパッタリング装置１６００は、基板１６０４を載置するステージ１６０１と、ターゲット１６０３を支持するカソード１６０２及び遮蔽板１６０６とを備えており、カソード１６０２のターゲット支持面とステージ１６０１の基板支持面とが互いに対面するように配置されている。ステージ１６０１及びカソード１６０２はそれぞれ、回転軸Ａ及び回転軸Ｂを備えており、且つ、ステージ１６０１及びカソード１６０２はそれぞれ、回転軸Ａ及び回転軸Ｂを中心に任意の角度で回転可能である。例えば、ステージ１６０１及びカソード１６０２は、モーターなどの回転手段を用いて回転させることが回転させることが可能であり、この回転手段を制御装置により制御することが可能である。

回転軸Ａと回転軸Ｂは、互いに平行に配置されており、カソード１６０２は、ターゲット１６０３を回転軸Ｂに対して平行となるように支持することができる。回転軸Ｂを中心に任意の角度で回転可能であるカソード１６０２により支持されるターゲット１６０３は、静止中及び回転中いずれの場合においても、プラズマ中のイオンをターゲット１６０３表面に衝突させることによってスパッタ粒子１６０５を基板１６０４に堆積させることが出来る。

成膜処理時では、ターゲット１６０３によって成膜処理が施される基板１６０４は、回転軸Ａを中心に任意の角度で回転可能であるステージ１６０１上に載置される。ステージ１６０１の基板支持面とカソード１６０２のターゲット支持面とは、それぞれ回転軸Ａ及び回転軸Ｂを中心として、独立して回転可能に構成されている。

さらに、ターゲット１６０３とステージ１６０１との間に遮蔽板１６０６が設けられている。遮蔽板１６０６は、回転軸Ａ又は回転軸Ｂのいずれかを中心に任意の角度で回転するための手段を有しており、堆積される膜の膜厚分布の微調整やスパッタ粒子の入射角の選択性を高める機能を果たす。遮蔽板１６０６は、任意の方法で、回転軸Ａ又は回転軸Ｂを中心として回転することが出来るが、以下で説明する構成では回転軸Ａを中心として回転可能と構成している。遮蔽板１６０６は、カソード１６０３又はステージ１６０１とは独立して回転運動をするように、制御装置により制御することが可能である。

図１５Ａは、図１４Ａのスパッタリング装置のステージとして利用可能なステージ１７０１の側面図である。ステージ１７０１は基板載置台１７０２を有しており、基板載置台１７０２上には基板１７０３が載置されている。図１５Ｂは、特許文献７に係るステージ１７０１の斜視図である。ステージ１７０１は、図１４と同様に、回転軸Ａを中心に回転可能に構成されている。ステージ１７０１の基板載置台１７０２は、回転軸Ａに垂直であり且つ基板１７０３の中心を通過する回転軸Cを中心に回転可能に構成されており、回転軸Cを中心に基板１７０３を回転させることが可能である。基板載置台１７０２は、例えばモーターなどの回転手段を用いて回転させることが可能であり、この回転手段を制御装置により制御することが可能である。

図１６は、特許文献７記載の別のスパッタリング装置の一例を示す図である。スパッタリング装置１８００は、基板１８０４を載置するステージ１８０１と、ターゲット１８０３ａ〜１８０３ｃを支持するカソード１８０２及び遮蔽板１８０５とを備えている。ステージ１８０１及びカソード１８０２はそれぞれ、回転軸Ａ及び回転軸Ｂを備えており、且つ、ステージ１８０１及びカソード１８０２の少なくとも一方は、回転軸Ａ及び回転軸Ｂを中心に任意の角度で回転するように構成されている。例えば、ステージ１８０１及びカソード１８０２の少なくとも一方は、モーターなどの回転手段を用いて回転させることが可能であり、回転手段を制御装置によって制御することが可能である。回転軸Ａと回転軸Ｂは、互いに平行に配置されており、ターゲット１８０３ａ〜１８０３ｃは、回転軸Ｂに対して平行となるように、カソード１８０２によって支持されている。

回転軸Ｂを中心に任意の角度で回転可能であるカソード１８０２により支持されるターゲット１８０３ａ〜１８０３ｃは、静止中及び回転中いずれの場合においても、プラズマ中のイオンをターゲット表面に衝突させることによってスパッタ粒子を基板１８０４上に堆積させることが出来る。

ターゲット１８０３ａ〜１８０３ｃによって成膜処理が施される基板１８０４は、回転軸Ａを中心に任意の角度で回転可能であるステージ１８０１上に載置されている。ステージ１８０１は基板載置台１８０７を有しており、基板載置台１８０７上には基板１８０４を設けることができる。ステージ１８０１の基板載置台１８０７は、回転軸Ａに垂直であり且つ基板１８０４の中心を通過する回転軸（不図示）を中心に回転可能に構成されており、該回転軸を中心に基板１８０４を回転させることが可能である。基板載置台１８０７は、例えばモーターなどの回転手段を用いて回転させることが可能であり、この回転手段を制御装置により制御することが可能である。

さらに、ターゲットとステージ１８０１との間に遮蔽板１８０５が設けられており、遮蔽板１８０５は、回転軸Ａを中心に任意の角度で回転するための手段を有しており、堆積される膜の膜厚分布の微調整やスパッタ粒子の入射角の選択性を高める機能を果たす。遮蔽板１８０５は、遮蔽板用回転手段１８０６を制御装置によって適切に制御することによって、カソード１８０２又はステージ１８０１とは独立して、回転軸Ａを中心に回転することができる。

通常、配向性を高めた膜は複数層からなっており、その代表例はＴａ／ＦｅＣｏ，ＮｉＦｅ／ＦｅＣｏ，ＮｉＦｅＣｒ／ＦｅＣｏである。このような複数層からなる膜を製作するためには、カソード１８０２に支持されるターゲット１８０３は複数であることが望ましい。図１６の形態においては、複数のターゲット１８０３ａ、１８０３ｂ及び１８０３ｃが存在しており、使用用途に応じて適宜ターゲット１８０３ａ、１８０３ｂ及び１８０３ｃを使い分けることが可能である。回転軸Ａと回転軸Ｂは、互いに平行に配置されており、ターゲット１８０３ａ、１８０３ｂ及び１８０３ｃは、回転軸Ｂに対して平行となるように、カソード１８０２によって支持されている。回転軸Ｂを中心に回転可能であるターゲット１８０３ａ、１８０３ｂ及び１８０３ｃは、プラズマ中のイオンをターゲット１８０３表面に衝突させることによってスパッタ粒子を基板８０４に堆積させる。

米国特許第７０６１７３１号公報 特開２００７−２００４２８号公報 特表２００７−５２５００５号公報 特開平０７−５４１４５号公報 特開２００９−４６７３０号公報 特開平１０−４６３３４号公報 ＷＯ２００９／０２８０５５号公報

しかし、特許文献５に記載のスパッタ装置では、基板とターゲットとの間にスパッタ粒子を遮蔽するための手段がない。このような装置構成では、スパッタ粒子の入射角度を揃えるなどして、膜に異方性などを付与することができないという問題が発生する。加えて、ターゲット（基板進行方向の幅）と基板サイズとの差が大きいため、基板全面に成膜するまでの時間が長くなるという欠点がある。一方、マグネット（基板進行方向の幅）と基板サイズとの差が小さい特許文献７記載のスパッタリング装置では、基板全面に成膜するまでの時間を短くすることが可能で、時間当たりの処理基板数を増やすことが可能になる。

しかし、特許文献７のように、基板１８０４とターゲット１８０３上でスパッタが発生している領域（以下、「スパッタ源」と呼ぶ）との間に遮蔽板１８０５（分布修正板）が存在する場合でも、次のような問題が発生する。この問題を図１７Ａ、図１７Ｂに基づき説明する。図１７Ａ、図１７Ｂは、図１６記載のスパッタリング装置の遮蔽板にスリットを設け、カソード内に揺動するマグネットを設けた側面図である。なお、図１７Ａ、１７Ｂにおいて、矢印Ｆは本来の粒子軌道であり、矢印Ｃは揺動によりずれた軌道であり、領域Ｄは任意の領域であり、矢印Ｐはマグネット揺動によるスパッタ源の動き（プラズマの動き）である。

遮蔽板５は、特定の角度や特定の領域から飛来するスパッタ粒子を選択的に基板Ｗに付着させるためのもので、成膜時間内において、マグネット７の往復運動に伴って生じるスパッタ源の往復運動回数が多ければ多いほど、基板Ｗに対する遮蔽板５とスパッタ源の位置関係はスパッタ源の長期の往復運動により平均化される。例えば、基板Ｗの法線方向に対して６０°近傍の入射角をもつスパッタ粒子を遮蔽板５により選択入射成膜させる場合を例に挙げて説明する。マグネット７の往復運動周期が１Ｈｚ（１／ｓ）の場合、成膜時間は５０秒以上あれば、往復運動は５０回行われ膜厚分布は平均化される。しかし、往復回数が減っていく場合、例えば１０秒程度の成膜時間では往復運動は１０回となり、基板通過方向に分布が発生するという問題が発生する。

また、図１７Ａ、図１７Ｂのスパッタリング装置においては、ステージ２の回転とともにマグネット７が揺動しながら成膜を行っている。そのため、スパッタ源から発生したスパッタ粒子は、スリット８をとおり成膜対象基板Ｗへ到達するが、マグネット７の揺動によるスパッタ源の位置が図１７Ａのような関係になると、本来のスパッタ粒子の軌道Ｆからずれて、基板Ｗに到達しないスパッタ粒子の軌道Ｃを通る場合がある。

マグネット７の揺動周期に比べてステージ２の回転角速度が非常に遅い場合、具体的には、マグネット７の揺動周期が１Ｈｚでステージ２の回転角が０．１度／秒の場合には、ステージ２の回転角速度に比べマグネット７の揺動周期が速いため、スパッタ粒子は軌道Ｃを通る場合があるが、目標の軌道Ｆを通る場合もあり、膜厚分布等の悪化は発生しない。加えて、ステージ２の回転角速度が遅い場合、例えば回転角速度が０．１度／秒において薄い膜厚制御を必要とする場合を考える。このようなときには、成膜レートを下げなければならなく、通常はスパッタ電力を下げることで対応する。しかし、スパッタ電源の特性・仕様によりスパッタ電力を下げることができない場合には、ステージ２の回転角速度を大きくせざるをえない。ステージ２の回転角速度を大きくすると、図１７Ａから図１７Ｂに至る期間では領域Ｄにスパッタ粒子が殆ど飛来しないことになるという問題が発生する。

このような問題は、マグネット７の揺動周期を早め、スパッタ源の往復周期（揺動周期）を短くすることで解決できるが、すでに述べたように、矩形マグネットを揺動させる場合、常にカソード４の重心が変動するため、機構的な不安定さから実現は困難であるといわざるを得ない。一方、マグネット７の往復運動を行わず、スパッタ源を停止することで成膜基板Ｗ上の膜厚分布の変動は減らすことが可能になる。ところが、この方法だけではターゲット３ａ、３ｂ、３ｃに対してスパッタ源が停止するため非エロージョン領域が発生すると共にターゲット３ａ、３ｂ、３ｃの利用効率を著しく低下させてしまう問題点が発生する。

本発明は、上記問題点を解決することを目的とするものであり、ターゲットの利用効率を向上しつつ、成膜する膜厚が非常に薄くても膜厚分布の悪化を軽減することのできるスパッタリング装置による成膜方法およびスパッタリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明者が検討を重ねてきた結果、基板の移動速度とマグネットの揺動周期を見直すことで膜厚分布、シート抵抗分布が改善可能であることを見出した。

前述の目的を満たすため、本発明は、スパッタリングターゲットを支持し、内部にマグネットを有するカソードと基板を支持するステージとの間に設けられた遮蔽板により、前記基板に所望の入射角のスパッタ粒子を入射して成膜する成膜方法であって、前記マグネットを前記カソード内の第１の位置に固定して該マグネットを前記スパッタリングターゲットに対して静止させつつ、前記ステージの位置および前記カソードの位置を相対的に変化させて前記基板に対して前記成膜を行う第１の工程と、前記マグネットを前記カソード内の前記第１の位置とは異なる第２の位置に移動させる第２の工程と、前記マグネットを前記第２の位置に固定して該マグネットを前記スパッタリングターゲットに対して静止させつつ、前記ステージの位置および前記カソードの位置を相対的に変化させて前記基板に対して前記成膜を行う第３の工程とを有することを特徴とする。

また、本発明は、スパッタリング装置であって、スパッタリングターゲット支持面を有するカソードと、基板支持面を有するステージと、前記スパッタリング支持面と前記基板支持面との間に配置された遮蔽板と、前記カソードの内部に配置され、前記ターゲット支持面と平行な平面内で移動可能なマグネットと、前記基板支持面に基板が支持され、前記スパッタリングターゲット支持面にスパッタリングターゲットが支持されて、該基板に成膜を行う場合、該成膜中では前記マグネットが前記支持されたスパッタリングターゲットに対して静止されるように前記マグネットを制御し、かつ所定の成膜と該所定の成膜の次の成膜との間において、該所定の成膜中に前記カソード内において前記マグネットが配置されている位置とは別の位置に前記マグネットを移動させるように前記マグネットを制御する制御機構とを備えることを特徴とする。

この発明に係るスパッタリング装置による成膜方法およびスパッタリング装置を使用することで、成膜時間が短い条件においても膜厚分布を均一にでき、かつ非エロージョン領域をなくす、あるいは非エロージョン領域の発生を低減することが可能になる。

本発明の実施形態に係るスパッタリング装置による動作の一例を示す側面図である。 本発明の実施形態に係るスパッタリング装置による動作の一例を示す側面図である。 本発明の実施形態に係るターゲットとカソードマグネットとのディメンジョン関係を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るスパッタリング装置の概略側面図である。 本発明の実施形態に係るスパッタリング装置の概略側面図である。 本発明の実施形態に係るターゲットとカソードマグネットとのディメンジョン関係を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る遮蔽板のディメンジョン関係を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るスパッタリング装置による成膜方法の一例を示す側面図である。 本発明の実施形態に係わるカソードマグネットの往復運動・揺動を示す図である。 従来の成膜方法で基板上に形成した薄膜の単位面積あたりの表面抵抗分布の大きさを示す図である。 本発明の実施形態に係わる成膜方法で基板上に形成した薄膜の単位面積あたりの表面抵抗分布の大きさを示す図である。 従来の成膜方法で基板上に形成した薄膜の単位面積あたりの表面抵抗分布の大きさを示す図である。 本発明の実施形態に係わる成膜方法で基板上に形成した薄膜の単位面積あたりの表面抵抗分布の大きさを示す図である。 本発明の実施形態に係わるマグネットの固定位置を示す図である。 本発明の実施形態にマグネットとステージの運動を示す側面図である。 本発明の実施形態にマグネットとステージの運動を示す側面図である。 本発明の実施形態にマグネットとステージの運動を示す側面図である。 本発明の実施形態にマグネットとステージの運動を示す側面図である。 本発明の実施形態にマグネットとステージの運動位置を示す図である。 本発明の実施形態にマグネットとステージの運動位置を示す図である。 本発明の実施形態に係るスパッタリング装置における制御機構の概略構成を示すブロック図である。 従来のスパッタリング装置の側面図である。 従来のスパッタリング装置の斜視図である。 図１４Ａのスパッタリング装置のステージとして利用可能なステージの側面図である。 従来のスパッタリング装置のステージの斜視図である。 従来のスパッタリング装置の一例を示す図である。 従来の成膜方法のマグネットとステージの運動を示す側面図である。 従来の成膜方法のマグネットとステージの運動を示す側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

（第１の実施形態）
図１Ａの工程１〜工程３は、本実施形態に係るスパッタリング装置による動作の一例を示す側面図である。図１Ａ、１Ｂにおいて、スパッタリング装置１は、基板Ｗを載置可能な、基板保持部としてのステージ２と、ターゲット３を支持可能なカソード４及びスリット状の開口部（“スリット”とも呼ぶ）８を有する遮蔽板５とを備えている。図１Ａでは、ターゲット３の表面（スパッタ面）とステージ２の基板載置面とは略平行である。従って、上記搬送方向Ｚは、基板Ｗの処理面（ステージ２の基板載置面）とターゲット３の表面とが略平行になるときの基板の搬送方向と言える。

カソードマグネット７は、カソード４内部にあり、不図示のマグネット駆動機構によってターゲット３の面に対して平行に動くことができる。すなわち、カソードマグネット７は、上記不図示のマグネット駆動機構を備えており、該マグネット駆動機構の駆動により、基板の搬送方向Ｚに沿って揺動可能である。なお、カソードマグネット７を、搬送方向Ｚ以外の方向（例えば、ターゲット３の面内において、搬送方向Ｚと垂直な方向Ｘなど）に沿って揺動させても良い。上記不図示のマグネット駆動機構は後述する制御装置１０００（図１Ａ、１Ｂでは不図示）により制御される。すなわち、カソードマグネット７は、その制御装置１０００により動作方向、速度、位置決め等を任意に制御される。なお、制御には静止動作も含まれる。

カソードマグネット７は、一方の極性（例えば、Ｎ極）の第１の磁石７ａと、該第１の磁石７ａを囲むようにかつ、接しないように配置された、他方の極性（例えば、Ｓ極）の第２の略矩形状磁石とを有する。このような配置によりターゲット３上に発生した磁場のうち、第１の磁石７ａと第２の略矩形磁石７ｂとの間に生じる磁気トンネルのうち、カソード３のターゲット支持面に対する垂直成分が０になる領域の集合体がエロージョントラックに略対応する。該エロージョントラックにおいてスパッタが発生するので、該エロージョントラックに沿ってスパッタ源１００が発生し、該スパッタ源１００からスパッタ粒子１０１が発生する。

基板Ｗを載置可能なステージ２は、ターゲット３の面に対向載置されており、図１Ａ、１Ｂに示す形態では、搬送方向Ｚに沿って移動可能に構成されている。すなわち、ステージ２は、不図示のステージ駆動機構を備えており、該ステージ駆動機構の駆動により、搬送方向Ｚに沿って移動することができる。ステージ２についても、上記不図示のステージ駆動機構と制御装置１０００（図１Ａでは不図示）によりターゲット３の対向側を任意の方向（例えば、搬送方向Ｚ）への移動、速度、位置決めを制御されることができる。

そして、スパッタ粒子を通過可能なように形成されたスリット状の開口部８を有する遮蔽板５はステージ２とターゲット３の間に載置されており、図１Ａ、１Ｂに示す形態では、搬送方向Ｚに沿って移動可能に構成されている。すなわち、遮蔽板５は、不図示の遮蔽板駆動機構を備えており、該遮蔽板駆動機構の駆動により、搬送方向Ｚに沿って移動することができる。遮蔽板５についても、不図示の遮蔽板駆動機構と制御装置１０００（図１Ａ、１Ｂでは不図示）により、ステージ２とターゲット３との間において任意の移動方向（例えば、搬送方向Ｚ）、速度、位置決めで制御されることが可能で、堆積される膜の膜厚分布の微調整やスパッタ粒子の入射角の選択性を高める機能を果たす。なお、ステージ２、遮蔽板５の制御には静止動作も含まれる。

カソード４により支持されるターゲット３は、カソードマグネット７、ステージ２、遮蔽板５が動作中のいずれの場合においてもプラズマ中のイオンをターゲット３表面に衝突させ、スパッタ粒子を基板Ｗ上に堆積させることが可能である。さらには、カソードマグネット７、ステージ２、遮蔽板５の制御は、例えば制御装置１０００によってそれぞれ独立にまたは、リンクさせながら制御されることが可能であり、基板Ｗ上の膜厚分布、膜特性を均一にするための調整を容易にする。なお、スパッタリングターゲット３は矩形状であり、基板Ｗの搬送方向（搬送方向Ｚ）に垂直な方向Ｘの長さは平行な方向Ｙよりも長くなっている。

本実施形態に係るスパッタリング装置の動作方法の一例を図１Ａを用いて説明する。

図１Ａの工程１では、基板Ｗが載置されたステージ２が、スパッタリング動作中のターゲット３の対向面を通過する状態を表している（往路）。スパッタ動作は、カソードマグネット７がターゲット３（カソード４）に対して静止している状態で行われている。そして、遮蔽板５に設けられたスリット８を通過したスパッタ粒子のみが、基板Ｗへの成膜に寄与する。このとき、カソード４に対してカソードマグネット７が静止していれば、カソード４は静止状態であっても良いし、所定の方向に移動させても良い。また、遮蔽板５についても、スパッタ動作中において静止状態であっても良いし、所定の方向に移動させても良い。

すなわち、図１Ａの工程１では、制御装置１０００は、マグネット駆動機構を制御してカソードマグネット７をカソード４内の第１の位置に位置させ、カソード４に対して静止させる。次いで、ステージ２上に基板Ｗが載置されると、制御装置１０００は、カソード４に所定の電力を供給してプラズマを発生させてスパッタ源１００を発生させ、スパッタ粒子１０１を発生させる。次いで、制御装置１０００は、ステージ駆動機構を制御してステージ２を搬送方向Ｚに平行な方向αに沿って移動させる。従って、ステージ２が開口部８に対向する領域に差し掛かると、スパッタ源１００から発生したスパッタ粒子１０１のうち開口部８を通過したスパッタ粒子１０１が基板Ｗに到来し、所定の膜が成膜される。本実施形態では、遮蔽板５に開口部８を設けているので、基板Ｗには、所望の範囲の入射角のスパッタ粒子を最も多く到達させることができる。

このとき、カソード４が移動しようが静止していようが、カソードマグネット７はカソード４に対して静止しているので、スパッタ源１００はターゲット３上において移動しない、すなわちターゲット３上のスパッタ源１００の相対位置は変化しない。従って、図１７Ａ、１７Ｂのようなスパッタ源１００の動きＰを抑制することができる。よって、遮蔽板５の移動を複雑に制御しなくても、スパッタ源１００と開口部８とを所望の位置関係にすることができ、ターゲット３の対向側を通過する基板Ｗの全面に対して、所望の入射角（または、所望の入射角範囲）でスパッタ粒子１０１を入射することができる。

よって、例えば、スパッタ電力を下げずに成膜する膜厚を薄くする場合、ステージ２の方向αへの移動速度を大きくしても、スパッタ源１００のターゲット３に対するずれを抑えることができるので、遮蔽板５を複雑に制御しなくても、スパッタ源１００から出射されたスパッタ粒子１０１を開口部８を介して、所望の入射角で基板Ｗの全面に対して均一に到達させることができる。よって、薄い膜厚で成膜する場合であっても、基板Ｗ上に、均一な膜厚分布にて成膜することができる。

なお、本明細書において、「入射角」とは、スパッタ粒子が入射される面（基板Ｗの基板表面等）の法線と、入射するスパッタ粒子の入射方向とのなす角度を指す。

また、本実施形態では、基板Ｗへの入射角の範囲は、幾何学的に求めることができる。従って、例えば、基板Ｗに対して所定の範囲の入射角で入射するスパッタ粒子の割合を最も多くしたい場合は、該所定の角度に対応する基板への入射角を幾何学的に求めることができる。そして、このように求められた基板への入射角で入射するスパッタ粒子が最も多くなるように、シミュレーション等によって制御条件（ターゲットマグネット７の位置、開口部８の位置等）を求めれば良い。

図１Ａの工程１における基板Ｗへの成膜が終了すると、図１Ａの工程２へ進む。図１Ａの工程２では、搬送を終えたステージ２が待機している状態である。この期間内にカソードマグネット７は、ターゲット３に対して移動する。この理由はターゲット３上に発生するエロージョン（侵食）の集中を抑えるためである。すなわち、上記工程２では、制御装置１０００は、ステージ２を静止した状態で、マグネット駆動機構を制御して、第１の位置に配置されたカソードマグネット７を方向αに沿って移動させ、第１の位置とは異なる第２の位置に位置させる。

なお、図１Ａの工程２において、カソードマグネット７を移動させる際には、カソード４に対して電力を供給していても良いし、該電力供給を一旦停止しても良い。ただし、ターゲットをより有効に利用することを考慮すると、カソードマグネット７の移動時にはカソード４への電力供給を停止することが好ましい。

第１の位置から第２の位置へのカソードマグネット７の移動が終了すると、図１Ａの工程３のように、基板Ｗを載置したステージ２がターゲット３の対向面を再び通過する（復路）。図１Ａの工程２でカソード４への電力供給を一旦停止している場合は、制御装置１０００は、カソード４への電力供給を再開する。本工程では、カソードマグネット７は、カソード４の内部において、第１の位置（図１Ａの工程１）とは異なる第２の位置に配置されているので、ターゲット１０３において図１Ａの工程１とは異なる位置にスパッタ源１００を形成することができる。従って、図１Ａの工程３においては、図１Ａの工程１では非エロージョン領域である領域をエロージョン領域にすることができ、ターゲット３を有効利用することができる。次いで、制御装置１０００は、ステージ駆動機構を制御してカソードマグネット７をカソード４に対して静止させた状態で、ステージ２を搬送方向Ｚに平行であり方向αと反対方向である方向βに沿って移動させる。これにより、一連の成膜が終了する。この後、カソードマグネット７をターゲット３に対して再び移動させて図１Ａの工程１の位置に戻る。

本工程においても、図１Ａの工程１と同様に、ターゲット３に対するスパッタ源１００の相対的な位置は変化することは無いので、スパッタ源１００から出射されたスパッタ粒子１０１を開口部８を介して、所望の入射角で基板Ｗの全面に対して均一に到達させることができる。

本実施形態に係るスパッタリング装置の動作方法の別の例を図１Ｂを用いて説明する。図１Ｂの工程１では、図１Ａの工程１と同様に、基板Ｗが載置されたステージ２が、スパッタリング動作中のターゲット３の対向面を通過する状態を表している。スパッタ動作は、カソードマグネット７がターゲット３に対して静止している状態で行われている。そして、遮蔽板５に設けられたスリット８を通過したスパッタ粒子のみが、基板Ｗへの成膜に寄与する。

図１Ｂの工程１の基板Ｗへの成膜が終了すると、図１Ｂの工程２へ進む。図１Ｂの工程２では、ステージ２は初期位置に戻され、成膜を終えた基板Ｗは回収される。すなわち、制御装置１０００は、カソード４への電力供給を一旦停止させ、ステージ駆動機構を制御してステージ２を方向βに沿って移動させ、図１Ｂの工程１の初期位置にステージ２を配置する。このとき、処理済み基板Ｗを回収すると、次に処理すべき新規基板Ｗがステージ２に載置可能な状態となる。次いで、次に新規基板Ｗをステージ２上に配置する。この期間内にカソードマグネット７は、ターゲット３に対して移動する。この理由は、前述のとおりターゲット３上に発生するエロージョン（侵食）の集中を抑えるためである。すなわち、制御装置１０００は、ステージ２を静止した状態で、マグネット駆動機構を制御して、第１の位置に配置されたカソードマグネット７を方向αに沿って移動させて第２の位置に位置させる。

カソードマグネット７の移動が終了すると、図１Ｂの工程３のように基板Ｗを載置したステージ２がターゲット３の対向面を通過し、成膜動作を行う。すなわち、制御装置１０００は、カソード４への電力供給を再開し、図１Ｂの工程１とは別の領域にスパッタ源１００を発生させる。次いで、制御装置１０００は、ステージ駆動機構を制御してカソードマグネット７をカソード４に対して静止させた状態で、ステージ２を搬送方向Ｚに平行であり方向αに沿って移動させる。

このように、図１Ｂの形態においても、基板を搬送させて成膜する工程である、工程１と工程３とで、ターゲット３に対するカソードマグネット７の位置を変えているので、スパッタ源１００の発生位置を変化させることができ、ターゲット３の有効利用を実現することができる。さらに、上記工程１、３においては、ターゲット３に対してカソードマグネット７が静止するようにしているので（カソードマグネット７をカソード４内において固定しているので）、成膜中においてスパッタ源１００のずれを抑制することができる。従って、ターゲット３を有効に利用することを実現しつつ、基板Ｗの全面に対して所望の入射角でスパッタ粒子１０１を入射することができる。

このように、本実施形態では、基板Ｗに対する所定の成膜工程中は、カソードマグネット７をターゲット３に対して静止させつつ、ある２つの成膜工程間で、ターゲット３に対するカソードマグネット７の配置位置を変化させること（カソード４内におけるカソードマグネット７の配置位置を変化させること）が重要である。従って、成膜工程中におけるカソード４内におけるカソードマグネット７の位置は、上記第１の位置、第２の位置の２種類に限らず、第１の位置、第２の位置とは異なる第３の位置、第４の位置・・・としても良い。また、例えば、搬送成膜工程毎に、搬送成膜工程中におけるカソード４内におけるカソードマグネット７の位置を変えても良い。あるいは、第１の位置において搬送成膜工程を複数回行い、該複数回の搬送成膜工程が終了したら、第２の位置にて搬送成膜工程を行うようにしても良い。

また、図１Ａ、１Ｂでは、カソード４を固定し、ステージ２を移動させる形態について説明したが、ある２つの成膜工程間でターゲット３に対するカソードマグネット７の配置位置を変化させることができれば、成膜工程中において、ステージ２を固定し、カソード４を搬送方向Ｚに沿って移動させても良いし、ステージ２およびカソード４の双方を移動させても良い。このとき、スパッタ源１００から開口部８を介して基板Ｗに所定の入射角のスパッタ粒子が入射するように遮蔽板５の動きを制御すれば良い。すなわち、本実施形態では、制御装置１０００は、ステージ２の位置およびカソード４の位置を相対的に変化させながら成膜を行う成膜工程中は、カソードマグネット７をターゲット３に対して静止させつつ、ある２つの成膜工程間で、ターゲット３に対するカソードマグネット７の配置位置を変化させるように、ステージ２、カソード４、およびカソードマグネット７の少なくとも１つの動きを制御する。

図１Ａ、１Ｂでは、ステージ２をターゲット３に対して平行移動させるスパッタリング装置について説明したが、本実施形態を、ステージ２を回転させる形態のスパッタリング装置にも適用できる。

図３Ａは、本実施形態に係る、ステージ２を回転して基板Ｗを搬送するスパッタリング装置１の一例を示す概略側面図である。図３Ａにおいて、スパッタリング装置１は、基板Ｗを載置するステージ２と、ターゲット３を支持するカソード４及びスリット状の開口部８を有する遮蔽板５とを備えている。なお、図３Ａの形態では、ステージ２は回転軸Ｒを備えており、且つ、回転軸Ｒを中心に任意の角度で時計回り、反時計回りに回転するように構成されている。例えば、ステージ２は、モーターなどの回転手段を用いて回転させることが可能であり、回転手段を制御装置１０００によって制御することが可能である。また、カソード４は、スパッタリング装置１中において固定されている。なお、回転軸Ｒとターゲット３とは平行になるようにカソード４によって支持されている。

回転軸Ｒを中心に任意の角度で回転可能であるステージ２が、静止中及び回転中いずれの場合においても、プラズマ中のイオンをターゲット３表面に衝突させることによってスパッタ粒子を基板Ｗ上に堆積させることが出来る。

ターゲット３によって成膜処理が施される基板Ｗは、回転軸Ｒを中心に任意の角度で回転可能であるステージ２上に載置されている。ステージ２は基板載置台６を有しており基板載置台６上には基板Ｗを設けることができる。ステージ２の基板載置台６は、回転軸Ｒに垂直であり且つ基板Ｗの中心を通過する回転軸（不図示）を中心に回転可能に構成されており、該回転軸を中心に基板Ｗを回転させることが可能である。基板載置台６は、例えばモーターなどの回転手段を用いて回転させることが可能であり、この回転手段を制御装置１０００により制御することが可能である。

さらに、ターゲット３とステージ２との間に、スパッタ粒子が通過可能なように形成されたスリット状の開口部８を有する遮蔽板５が設けられており、遮蔽板５は、回転軸Ｒを中心に任意の角度で回転するための手段を有しており、堆積される膜の膜厚分布の微調整やスパッタ粒子の入射角の選択性を高める機能を果たす。遮蔽板５は、遮蔽板用回転手段を制御装置１０００によって適切に制御することによって、カソード４又はステージ２とは独立して、回転軸Ｒを中心に回転することができる。

図３Ｂも、本実施形態に係る、ステージ２を回転して基板Ｗを搬送するスパッタリング装置の一例を示す図である。図３Ｂにおいて、スパッタリング装置１は、基板Ｗを載置するステージ２と、ターゲット３を支持するカソード４及びスリット状の開口部８を有する遮蔽板５とを備えている。ステージ２及びカソード４はそれぞれ、回転軸Ａ及び回転軸Ｂを備えており、且つ、ステージ２及びカソード４の少なくとも一方は、回転軸Ａ及び回転軸Ｂを中心に任意の角度で時計回り、反時計回りに回転するように構成されている。例えば、ステージ２及びカソード４の少なくとも一方は、モーターなどの回転手段を用いて回転させることが可能であり、回転手段を制御装置１０００によって制御することが可能である。回転軸Ａと回転軸Ｂは、互いに平行に配置されており、ターゲット３は、回転軸Ｂに対して平行となるように、カソード４によって支持されている。

回転軸Ｂを中心に任意の角度で回転可能であるカソード４により支持されるターゲット３は、静止中及び回転中いずれの場合においても、プラズマ中のイオンをターゲット３表面に衝突させることによってスパッタ粒子を基板Ｗ上に堆積させることが出来る。

ターゲット３によって成膜処理が施される基板Ｗは、回転軸Ａを中心に任意の角度で回転可能であるステージ２上に載置されている。ステージ２は基板載置台６を有しており、基板載置台６上には基板Ｗを設けることができる。ステージ２の基板載置台６は、回転軸Ａに垂直であり且つ基板Ｗの中心を通過する回転軸（不図示）を中心に回転可能に構成されており、該回転軸を中心に基板Ｗを回転させることが可能である。基板載置台６は、例えばモーターなどの回転手段を用いて回転させることが可能であり、この回転手段を制御装置１０００により制御することが可能である。

さらに、ターゲット３とステージ２との間に、スパッタ粒子が通過可能なように形成されたスリット状の開口部８を有する遮蔽板５が設けられている。遮蔽板５は、回転軸Ａを中心に任意の角度で回転するための手段を有しており、堆積される膜の膜厚分布の微調整やスパッタ粒子の入射角の選択性を高める機能を果たす。遮蔽板５は、遮蔽板用回転手段を制御装置１０００によって適切に制御することによって、カソード４又はステージ２とは独立して、回転軸Ａを中心に回転することができる。

なお、図３Ｂでは、遮蔽板５を回転軸Ａ中心に回転する形態を示しているが、遮蔽板用回転手段をカソード４側に設けるなどして、遮蔽板５を回転軸Ｂ中心に回転する形態であっても良い。

カソード４に支持されるターゲット３は複数であることが望ましい。これは、以下の理由による。書き込みヘッドに使用される磁性材料は、ＦｅＣｏ合金等、飽和磁束密度が高い材料が多く、スパッタプロセスで使用できるターゲット材の厚みはせいぜい４ｍｍ〜５ｍｍが限界である。このため、成膜可能な処理数も多くできない。そこで、同一のターゲット材を複数設置すればターゲット交換などの作業を行うことなく連続処理が可能になる。図３Ｂの形態においては、複数のターゲット３ａ、３ｂ及び３ｃが存在しており、上記のような用途、ならびに使用用途に応じて適宜ターゲット３ａ、３ｂ及び３ｃを使い分けることが可能である。回転軸Ａと回転軸Ｂは、互いに平行に配置されており、ターゲット３ａ、３ｂ及び３ｃは、回転軸Ｂに対して平行となるように、カソード４によって支持されている。回転軸Ｂを中心に回転可能であるターゲット３ａ、３ｂ及び３ｃは、プラズマ中のイオンをターゲット表面に衝突させることによってスパッタ粒子を基板（Ｗ）に堆積させる。なお、ターゲットの数は、１つであっても良いし、複数であっても良いことは言うまでもない。
なお、本明細書において、ターゲット３ａ〜３ｃを総じてターゲット３と呼ぶこともある。

また、スパッタリングターゲット３aは矩形状であり、基板Ｗの搬送方向（基板の回転方向Ｓ）に垂直な方向Ｘの長さは平行な方向Ｙよりも長くなっている。ターゲット３ａ、３ｂ及び３ｃの放電面の裏側には、マグネトロンを発生させるためのカソードマグネット７がターゲット数分載置されている（図２）。すなわち、図２、４に示すように、カソード４の内部に、各ターゲット３ａ〜３ｃのそれぞれに対応してカソードマグネット７ａ〜７ｃが設けられており、カソードマグネット７ａ、７ｂ及び７ｃはそれぞれ、ターゲット３ａ、３ｂ及び３ｃに平行に往復運動・揺動することが可能である。カソードマグネット７ａ、７ｂ及び７ｃの往復運動・揺動は例えば図７のような軌跡を描く。

上記のとおり、本実施形態では、カソードマグネット７、カソード４、ステージ２、遮蔽板５には回転制御用の駆動装置（マグネット駆動機構、カソード駆動機構、ステージ駆動機構、遮蔽板駆動機構（いずれも不図示））が接続されている。これらの駆動装置の動作は、例えば不図示の制御装置１０００に備えられた記録装置にインストールされた制御プログラムを、ＣＰＵによって適宜読み出されて実行される。

本実施形態では、制御装置１０００が、制御プログラムによって上記複数の駆動装置をリンクさせながら制御を行うことで任意の動きをさせることが可能になる。一例を挙げればカソード４とステージ２とを同一方向に同一速度で回すことで、基板Ｗとターゲット３が対向した状態ですれ違う動作を実現することが可能である。そして、遮蔽板５の制御により基板Ｗの所定の場所に、所定の入射角でスパッタ粒子を基板Ｗに付着させる動作を行うことや、これらの回転速度（駆動速度）を変更することで、基板Ｗ上の任意領域において成膜時間を調整することも可能である。

一方、カソードマグネット７にも、図３Ｂに示すターゲット３の長手方向Ｘ軸、短手方向Ｙ軸に駆動軸を設け、該カソードマグネット７の揺動運動は、同様に不図示の制御装置１０００によって備えられた記録装置にインストールされた制御プログラムをＣＰＵによって適宜読み出されて実行される。これにより、カソードマグネット７ａ〜７ｃは、ターゲット３ａ、３ｂ及び３ｃ裏面において任意の軌跡を描くことができる。この軌跡は連続動作でも“動”“静”の繰り返し動作のどちらでも可能である。当然のことながら、カソードマグネット７の駆動速度を速めればマグネット７の移動（往復）速度を速めることが可能で、その逆も可能である。駆動部であるマグネット駆動機構の制御を止めることでマグネット７を任意の場所で静止することも可能である。

上記のカソード４、ステージ２、遮蔽板５そしてカソードマグネット７の制御系はすべて制御プログラムによって上記駆動系をリンクさせながら動作することが可能である。

図４、図５は、ターゲット３とカソードマグネット７とスリット８とのディメンジョン関係を示す説明図である。上述した、図３Ｂで示したターゲット３、カソードマグネット７そして遮蔽板５に設けられたスリット８幅を以下に示す大きさで作製した。
ターゲット３ Ｘ方向長さ４５０ｍｍ
Ｙ方向長さ１５０ｍｍ
カソードマグネット７ Ｘ方向長さ４３０ｍｍ
Ｙ方向長さ１２０ｍｍ
スリット８ ２５ｍｍ幅

（比較例１）
本発明の効果を明確にするために、従来方法すなわち揺動運動を用いた方法による結果を以下に示す。図６のように、ターゲット３を固定、ステージ４を回転、そして遮蔽板５は回転軸Ｂを中心に回転させることで、ターゲット３前を通過しながら成膜する方法を例にとる。ターゲット３前をステージ２が回転通過する際には、遮蔽板５に設けられたスリット８端とターゲット３上のスパッタ源（１００）すなわちプラズマの発生する領域Ｅとを結んだ基板Ｗへの延長線ＥＬと基板Ｗとの交点における基板Ｗ面法線ベクトルＶＳとの角度θを設定値どおり一定にしながら回転制御されている（図６）。ここでは、従来どおり、マグネットは１Ｈｚにて略楕円状（図７）に往復（揺動）運動をしている。

成膜にあたり、
θ＝３０度
とするために、各部の速度は
カソード４ ０度／秒（静止）
ステージ２ ５度／秒
遮蔽板５ θ＝３０となるように自動調整
マグネット７の往復（揺動）運動 １Ｈｚ
そして、放電電力は１０００ワットとした。

この結果、表面抵抗分布は図８Ａのようになり基板進行方向に沿って波状の分布が発生した。この方向の単位面積あたりの表面抵抗（以下、「シート抵抗分布」と呼ぶ）分布の大きさはＲＡＮＧＥ／ＭＥＡＮで１３％となった。なお、「ＲＡＮＧＥ／ＭＥＡＮ＝（シート抵抗最大値−シート抵抗最小値）／シート抵抗平均値」である。この波状の分布は、ステージ２の回転スピードが速いために発生する。

これを図１７Ａ、図１７Ｂにより説明する。従来では、ステージ２の回転とともにカソードマグネット７が揺動しながら成膜を行っている。スパッタ源から発生したスパッタ粒子は、スリット８をとおり成膜対象基板Ｗへ到達するが、揺動によるスパッタ源の位置が図１７Ａのような関係になると、基板Ｗに到達しない軌道Ｃを通る場合がある。このまま図１７Ａから図１７Ｂにステージ２が回転を続けることで、膜が付着しない領域Ｄが発生してしまうことで膜厚分布が悪化する。

すなわち、成膜中において、カソードマグネット７も移動しているので、該移動に伴いスパッタ源も移動し、基板Ｗに入射するスパッタ粒子の軌道が、所望の入射角を有する本来の粒子軌道Ｆからずれることがある。この場合、本来の粒子軌道Ｆの発生源となる位置からスパッタ源の位置はずれているので、ずれたスパッタ源から基板Ｗに入射されるスパッタ粒子が遮蔽板５によりブロックされる可能性がある。このようにブロックがある場合は、本来スパッタ粒子を到達させるべき任意の領域Ｄに本来入射させるべきスパッタ粒子が到達しないので、該任意の領域に意図しない入射角のスパッタ粒子が入射する場合や、スパッタ粒子が入射しない場合などが引き起こされる。その結果、基板Ｗの面内において、シート抵抗にバラツキが生じてしまう。

（比較例２）
本発明の効果をさらに明確にするために、従来方法により下記の条件についても実験を行った。
θ＝６０度
とするために、各部の速度は
カソード ０度／秒（静止）
ステージ １．３度／秒
遮蔽板 θ＝６０となるように自動調整
マグネット７の往復（揺動）運動 １Ｈｚ
そして、放電電力は１０００ワットとした。

この結果、表面抵抗分布は図９Ａのようになり基板進行方向に沿って波状の分布が発生した。分布は同様な計算方法で２０％であった。このような現象が起こる理由は、すでに述べたとおりである。

（第１の実施例）
本願発明の第１の実施例について説明する。第１の実施例では、カソードマグネット７をカソード４の内部の第１の位置に固定し、ステージ２の基板支持面上の基板Ｗへの成膜を行う第１の工程と、基板Ｗへの成膜終了後、カソードマグネット７を第１の位置と異なるカソード４の内部の第２の位置に移動した後固定する第２の工程と、第２の位置の固定されたカソードマグネット７を用いて、ステージ２の基板支持面上の基板Ｗへの成膜を行う第３の工程、とを有することが特徴となっている。

本実施例による結果を以下に示す。図６のように、ターゲット３を固定、ステージ２を回転、そして遮蔽板５は回転軸Ｂを中心に回転させることで、ターゲット３前を通過しながら成膜する方法を例にとる。ターゲット３前をステージが回転通過する際には、遮蔽板５に設けられたスリット８端とターゲット３上のスパッタ源すなわちプラズマの発生する領域Ｅとを結んだ基板への延長線ＥＬと基板との交点における基板面法線ベクトルＶＳとの角度θを設定値どおり一定にしながら回転制御されている（図６）。ここでは、カソードマグネット７はターゲット３の中央位置（第１の位置）に固定した。

第１回目の成膜にあたり、
θ＝３０度
とするために、各部の速度は
カソード４ ０度／秒（静止）
ステージ２ ５度／秒
遮蔽板５ θ＝３０となるように自動調整
そして、放電電力は１０００ワットとした。

この結果、本実施例における表面抵抗分布は図８Ｂのようになり、図８Ａで発生していた基板進行方向の波状分布は低減された。この方向のシート抵抗分布の大きさはＲＡＮＧＥ／ＭＥＡＮで１．２％となった。なお、「ＲＡＮＧＥ／ＭＥＡＮ＝（シート抵抗最大値−シート抵抗最小値）／シート抵抗平均値」である。

第１の実施例では、上記第１回目の成膜終了後、カソードマグネット７をターゲット３中央より右側位置（第２の位置）に移動し、カソードマグネット７をターゲット３に固定した。その後、第２回目の成膜を行った。

第２回目の成膜にあたり、
θ＝３０度
とするために、各部の速度は
カソード４ ０度／秒（静止）
ステージ２ ５度／秒
遮蔽板５ θ＝３０となるように自動調整
そして、放電電力は１０００ワットとした。

このように、第１の実施例によれば、第１の位置と異なる第２の位置にカソードマグネット７を固定して第２回目の成膜を行ったため、成膜中はマグネットを固定しているにも関わらず、ターゲット利用効率を落とすことなく、膜厚分布の改善が行えるという効果を奏する。

（第２の実施例）
本発明の効果は、スパッタ入射角を変更しても有効であることを示すために、第２の実施例として下記の条件についても実験を行った。
θ＝６０度
とするために、各部の速度は
カソード４ ０度／秒（静止）
ステージ２ １．３度／秒
遮蔽板５ θ＝６０となるように自動調整
そして、放電電力は１０００ワットとした。

この結果、本実施例における表面抵抗分布は図９Ｂのようになり基板進行方向の分布は、２％となり、スパッタ入射角度を変えても本発明は有効であることが明らかになった。

なお、スパッタ成膜終了後、基板Ｗの搬送処理を行っている間にカソードマグネット７の固定位置を第１の位置と異なる第２の位置にずらして、次の基板Ｗにスパッタ成膜処理を行ってもよい（図１０）。このようにすることで、ターゲット全面にわたりエロージョンが発生することが可能で、ターゲット上に非エロージョン領域が発生することを防ぐ、ないしは低減することが可能である。カソードマグネット７の固定位置をずらす方向は、基板Ｗ移動方向に平行な方向が望ましい。

基板搬送処理を行っている間のカソードマグネット７の移動距離は放電時間やスパッタ膜厚により最適化されるべきであり、基板５枚から１０枚でターゲット全面にいきわたればよい。これ以上の枚数では、スパッタ源が来る前にターゲット上に反跳スパッタ原子が多く付着してしまう。これより少ない枚数では反跳スパッタ粒子の付着は防げるが、エロージョンが集中しやすくターゲット利用効率が下がる。

一方、放電時間が数秒と非常に短い場合には、カソードマグネット７を任意の位置に移動させるまでの基板処理枚数を複数枚にしてもよい。例えばＡｌＴｉＣ（アルミチタンカーバイド）の場合、ロードロック内には１０枚〜１６枚収納可能であり、この収納単位で成膜処理が終了した後にカソードマグネット７の固定位置をずらしても、ターゲット上に非エロージョン領域を発生させること無くターゲット全面エロージョンを得ることが可能になる。カソードマグネット７の動作が少なくなるため膜厚や膜厚分布等の基板間差も発生しにくくなる利点がある。

なお、遮蔽板５は自由に回転することができるので、ターゲット面内位置でのカソードマグネット７の固定位置が変わったとしても、基板Ｗ−スリット８−（位置の変わった）スパッタ源１００との関係は常に調整可能である。すなわち、基板上に入射するスパッタ粒子１０１の角度はカソードマグネット７（スパッタ源１００）の固定位置によらず修正可能であり、処理基板により膜質が変わることはない。

（第２の実施形態）
次に、本願発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、図３Ｂに示すスパッタリング装置において、第１の成膜時における、基板Ｗの処理面とターゲット３の表面とが略平行となる時の基板Ｗの搬送方向Ｚに平行な方向Ｚ’に移動するカソードマグネット７の第１の運動開始と、遮蔽板５とステージ２の少なくとも一方の第１の回転運動開始（上記搬送方向Ｚを実現するような回転運動の開始）と、を同期させ、かつ、カソードマグネット７の上記第１の運動終了（基板Ｗの方向Ｚ’に平行な方向の移動終了）と、遮蔽板５とステージ２の少なくとも一方の上記第１の回転運動終了（上記搬送方向Ｚを実現するような回転運動終了）と、を同期させながら、ステージ２の基板支持面上の基板Ｗへの成膜を行うことが特徴となっている。

更に、第２の実施形態では、上記第１の成膜の次の第２の成膜時における、カソードマグネット７の、上記第１の成膜における移動方向と逆方向の第２の運動開始と、遮蔽板５とステージ２の少なくとも一方の、上記第１の成膜における回転方向と逆の回転方向の第２の回転運動開始と、を同期させ、かつ、カソードマグネット７の第２の運動終了と、遮蔽板５とステージ２の少なくとも一方の第２の回転運動終了と、を同期させながら、ステージ２の基板支持面上の基板Ｗへの成膜を行っても良い。

本願発明の第２の実施形態によれば、更に、成膜レートを高くするために放電電力を高くする場合（例えば上記のディメンジョンにて４０００Ｗ以上）、基板Ｗへのスパッタ成膜中にカソードマグネット７を移動運動させて、基板Ｗからのスパッタ粒子の反跳によるターゲット３への膜の再付着を抑えることができる。このときカソードマグネット７の運動方法の一例を、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄに示す。また、図１２Ａ、１２Ｂは、図１２Ａ、図１２Ｂ中に記載の符号１１、１２、１３、１４は、それぞれ、カソードマグネット７とステージ２の第１の成膜時の運動開始位置１１、第１の成膜時の運動終了位置１２、第２の成膜時の運動開始位置１３、第２の成膜時の運動終了位置１４を示す。

図１２Ａの形態では、第１の成膜時と第２の成膜時とにおいて、カソードマグネット７の移動方向およびステージ２の回転方向とが同一である。本形態では、カソードマグネット７が第１の移動方向Ｚ’に移動可能であり、ステージ２が第１の回転方向Ｑに回転可能であり、かつステージ２の第１の回転方向Ｑで回転してステージ２の基板載置面がターゲット３の表面と略平行になる時に、基板Ｗの搬送方向（該場合のステージ２の移動方向：回転方向の接線方向）が上記第１の移動方向Ｚ’と一致するように、上記第１の移動方向と第１の回転方向とが設定されている。

図１２Ａの形態では、制御装置１０００は、マグネット駆動機構を制御して、カソードマグネット７をカソード４内の第１の配置位置（第１の成膜時の運動開始位置１１に対応）に位置させ、かつステージ駆動機構を制御して、ステージ２を第１の回転位置（第１の成膜時の運動開始位置１１に対応）に位置させる。このとき、図１１Ａに示すように、ステージ２、カソードマグネット７、および遮蔽板５を停止した状態で、スパッタ源１００から開口部８を介して基板Ｗ上の任意の領域Ｄに入射されるスパッタ粒子が所定の範囲の入射角となるように、ステージ２、カソードマグネット７、および遮蔽板５を位置決めする。

次いで、制御装置１０００は、マグネット駆動機構、ステージ駆動機構、および遮蔽板駆動機構を制御して、第１の配置位置に位置するカソードマグネット７を第１の移動方向Ｚ’に移動させ、該カソードマグネット７の移動に同期して第１の回転位置に位置するステージ２を第１の回転方向Ｑに回転させ、遮蔽板５を回転させる。このようにステージ２が第１の回転方向Ｑに回転すると、例えばステージ２の基板載置面の位置はその軌道は円軌道になるとは言え、第１の移動方向Ｚ’において変化することになるので、ステージ２は第１の移動方向Ｚ’での変位が生じるように変位させられているとも言える。
このようにして、第１の成膜時におけるカソードマグネット７、ステージ２、および遮蔽板５の動き（変位）が開始される。

次いで、制御装置１０００は、図１１Ｂ〜図１１Ｃに示すように、同期して開始されたカソードマグネット７、ステージ２、および遮蔽板５の動き（変位）を制御して第１の成膜を実行する。次いで、制御装置１０００は、カソードマグネット７がカソード内の第２の配置位置（第１の成膜時の運動終了位置１２に対応）に位置し、ステージ２が第２の回転位置（第１の成膜時の運動終了位置１２に対応）に位置すると、マグネット駆動機構、ステージ駆動機構、および遮蔽板駆動機構５を制御して、第１の成膜時におけるカソードマグネット７の移動の停止に同期して、ステージ２の回転および遮蔽板５の回転を停止する。このようにして、第１の成膜時におけるカソードマグネット７、ステージ２、および遮蔽板５の動き（変位）が停止され、所定の成膜が終了される。

本実施形態では、成膜中において、ターゲット３に対してカソードマグネット７が移動しているので、スパッタ源１００も移動することになるが、カソードマグネット７の変位（移動）開始に同期して、ステージ２および遮蔽板５の少なくとも一方の変位（回転）を開始させている。従って、スパッタ源１００の移動に応じて、基板Ｗと開口部８とスパッタ源１００とを適切な位置関係を保つことができる。従って、ターゲット３の有効利用のために成膜中においてカソードマグネット７を移動させても、基板Ｗの全面において、所望の入射角のスパッタ粒子を入射させることができる。

上記第１の成膜が終了すると、制御装置１０００は、カソード駆動機構を制御して、カソードマグネット７をカソード４内の第１の配置位置（第２の成膜時の運動開始位置１３に対応）に位置させ、かつステージ駆動機構を制御して、ステージ２を第１の回転位置（第２の成膜時の運動開始位置１３に対応）に位置させる。次いで、制御装置１０００は上記と同様にして、カソードマグネット７がカソード内の第２の配置位置（第２の成膜時の運動終了位置１４に対応）に位置し、ステージ２が第２の回転位置（第２の成膜時の運動終了位置１４に対応）に位置すると、マグネット駆動機構およびステージ駆動機構を制御して、第２の成膜時におけるカソードマグネット７の移動の停止に同期して、ステージ２の回転を停止する。

一方、図１２Ｂの形態では、第１の成膜時と第２の成膜時とにおいて、カソードマグネット７の移動方向およびステージ２の回転方向とが逆になっている。従って、第１の成膜が往路であり、第２の成膜が復路に対応する。

この第２の実施形態の方法では、マグネット７の移動周期（上記第１の配置位置から第２の配置位置まで移動するのにかかる時間）と、軸Ａを中心に回転するステージ２の周期（第１の回転位置から第２の回転位置になるまでの時間）を一致させることが好ましい。スパッタしている間もマグネット７は移動運動を行っているから、基板Ｗからの反跳スパッタ粒子がターゲット３に付着した場合でも移動するスパッタ源１００により、スパッタされ膜の再付着は抑えられる。

もしもカソードマグネット７の移動周期を、軸Ａを中心に回転するステージ２の周期よりも短くしてしまうと、成膜の途中でカソードマグネット７の運動に折り返しが発生し、図１７Ａ、図１７Ｂのように膜厚が均一になるような成膜が行えなくなることがある。一方、カソードマグネット７の移動周期を軸Ａを中心に回転するステージ２の周期より遅くすると、膜厚均一性は保てるものの、成膜中にカソードマグネット７の移動範囲がターゲット３全面に行き渡らず、非エロージョン領域が発生してしまう。

なお、この第２の実施形態の方法でも遮蔽板５は自由に回転することができるので、ターゲット３面内位置でのカソードマグネット７の固定位置が変わったとしても、基板Ｗ−スリット８−（位置の変わった）スパッタ源１００との関係は常に調整可能である。すなわち、基板Ｗ上に入射するスパッタ粒子の角度はマグネット（スパッタ源）の固定位置によらず修正可能であり、処理基板により膜質が変わることはない。

また、第２の実施形態の方法では、カソードマグネット７の移動周期と、軸Ａを中心に回転する遮蔽板５の周期を一致させてもよい。この場合、ステージ２は自由に回転することができるので、ターゲット３面内位置でのカソードマグネット７の固定位置が変わったとしても、基板Ｗ−スリット８−（位置の変わった）スパッタ源１００との関係は常に調整可能である。すなわち、基板Ｗ上に入射するスパッタ粒子の角度はマグネット（スパッタ源）の固定位置によらず修正可能であり、処理基板により膜質が変わることはない。

なお、上記説明では、図３Ｂに示すような、ステージ２を回転軸Ａを中心に回転させる形態について説明したが、図１Ａ、１Ｂに示すように、ステージ２をターゲット３に対して平行移動させる形態についても本実施形態を適用できることは言うまでもない。

（第３の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態および第２の実施形態において説明した制御装置１０００について説明する。該制御装置１０００は、第１の実施形態のように、カソード４とステージ２とを相対的に移動させて基板Ｗに成膜する第１の成膜工程においては、カソードマグネット７をターゲット３に対して停止させた状態で基板Ｗを搬送して該基板Ｗに対して成膜を行い、該第１の成膜工程が終了すると、カソードマグネット７を第１の成膜工程とは別の位置に移動し、該別の位置においてカソードマグネット７がターゲット３に対して静止している状態で、第２の成膜工程を行うように、カソード４、カソードマグネット７およびステージ２の少なくとも１つの動きを制御する制御機構として機能することができる。

また、制御装置１０００は、ある成膜時におけるカソードマグネット７の変位の開始と、遮蔽板５とステージ２の少なくとも一方の変位の開始と、を同期させ、かつ、上記カソードマグネット７の変位の終了と、上記遮蔽板５とステージ２の少なくとも一方の変位の終了と、を同期させる制御機構として機能することもできる。

図１３は、第３の実施形態のスパッタリング装置における制御機構の概略構成を示すブロック図である。図１３において、符号１０００はスパッタリング装置全体を制御する制御手段としての制御機構（制御装置）である。この制御装置１０００は、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行するＣＰＵ１００１、およびこのＣＰＵ１００１によって実行される様々な制御プログラムなどを格納するＲＯＭ１００２を有する。また、制御部１０００は、ＣＰＵ１００１の処理動作中のデータや入力データなどを一時的に格納するＲＡＭ１００３、およびフラッシュメモリやＳＲＡＭ等の不揮発性メモリ１００４などを有する。

また、この制御機構１０００には、所定の指令あるいはデータなどを入力するキーボードあるいは各種スイッチなどを含む入力操作部１００５、スパッタリング装置の入力・設定状態などをはじめとする種々の表示を行う表示部１００６が接続されている。また、制御機構１０００には、カソード２、カソードマグネット７，遮蔽板、ステージ２がそれぞれ、駆動回路１００７、１００８、１００９、１０１０を介して接続されている。

第１の実施形態の動作を行う場合は、ＣＰＵ１００１からの指示に従い、スパッタリング装置１は、第１の成膜工程においては、カソードマグネット７をターゲット３に対して停止させた状態で基板Ｗを搬送して該基板Ｗに対して成膜を行い、該第１の成膜工程が終了すると、カソードマグネット７を第１の成膜工程とは別の位置に移動し、該別の位置においてカソードマグネット７がターゲット３に対して静止している状態で、第２の成膜工程を行う。

また、第２の実施形態の動作を行う場合は、ＣＰＵ１００１からの指示に従い、ある成膜時におけるカソードマグネット７の変位の開始と、遮蔽板５とステージ２の少なくとも一方の変位の開始と、を同期させ、かつ、上記カソードマグネット７の変位の終了と、上記遮蔽板５とステージ２の少なくとも一方の変位の終了と、を同期させる。

Claims (8)

1. スパッタリングターゲットを支持し、内部にマグネットを有するカソードと基板を支持するステージとの間に設けられた遮蔽板により、前記基板に所望の入射角のスパッタ粒子を入射して成膜する成膜方法であって、
   前記マグネットを前記カソード内の第１の位置に固定して該マグネットを前記スパッタリングターゲットに対して静止させつつ、前記ステージの位置および前記カソードの位置を相対的に変化させて前記基板に対して前記成膜を行う第１の工程と、
   前記マグネットを前記カソード内の前記第１の位置とは異なる第２の位置に移動させる第２の工程と、
   前記マグネットを前記第２の位置に固定して該マグネットを前記スパッタリングターゲットに対して静止させつつ、前記ステージの位置および前記カソードの位置を相対的に変化させて前記基板に対して前記成膜を行う第３の工程と
   を有することを特徴とする成膜方法。
2. 前記遮蔽板には、前記スパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子が通過可能なスリット状の開口部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
3. 前記遮蔽板は、所定の方向に回転可能に構成されており、
   前記開口部は、前記遮蔽板の回転方向の幅より該回転方向に垂直な方向の幅が広い開口部であることを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
4. 前記カソードは、第１の回転軸を中心に回転可能に構成され、
   前記ステージは、前記第１の回転軸と平行に配置された第２の回転軸を中心に回転可能に構成され、
   前記遮蔽板は、前記第１の回転軸、または第２の回転軸を中心に回転可能に構成されており、
   前記スパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子のうち、前記所望の入射角を有するスパッタ粒子を前記基板に入射させるように、前記スパッタリングターゲット、前記基板、および遮蔽板の少なくとも１つの回転を制御しながら、前記基板への成膜を行うことを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
5. スパッタリングターゲット支持面を有するカソードと、
   基板支持面を有するステージと、
   前記スパッタリング支持面と前記基板支持面との間に配置された遮蔽板と、
   前記カソードの内部に配置され、前記ターゲット支持面と平行な平面内で移動可能なマグネットと、
   前記基板支持面に基板が支持され、前記スパッタリングターゲット支持面にスパッタリングターゲットが支持されて、該基板に成膜を行う場合、該成膜中では前記マグネットが前記支持されたスパッタリングターゲットに対して静止されるように前記マグネットを制御し、かつ所定の成膜と該所定の成膜の次の成膜との間において、該所定の成膜中に前記カソード内において前記マグネットが配置されている位置とは別の位置に前記マグネットを移動させるように前記マグネットを制御する制御機構と
   を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
6. 前記遮蔽板には、前記スパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子が通過可能なスリット状の開口部が設けられていることを特徴とする請求項５記載のスパッタリング装置。
7. 前記遮蔽板は、所定の方向に回転可能に構成されており、
   前記開口部は、前記遮蔽板の回転方向の幅より該回転方向に垂直な方向の幅が広い開口部であることを特徴とする請求項６記載のスパッタリング装置。
8. 前記カソードは、第１の回転軸を中心に回転可能に構成され、
   前記ステージは、前記第１の回転軸と平行に配置された第２の回転軸を中心に回転可能に構成され、
   前記遮蔽板は、前記第１の回転軸、または第２の回転軸を中心に回転可能に構成されており、
   前記制御機構は、前記基板支持面上の基板への成膜中に、前記スパッタリングターゲット支持面に支持されるスパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子のうち、前記基板支持面の法線との成す角度が一定の角度で入射するスパッタ粒子を前記基板支持面に支持される基板に入射させるように、前記スパッタリングターゲット支持面、前記基板支持面、および遮蔽板の少なくとも１つの回転を制御するように構成されてい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。

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