JPH08239760A - スパッタリング装置およびスパッタリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜特性、特に膜の等方性が良好な薄膜を生産
性良く形成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。 【構成】 スパッタリング室１内にスパッタリング源10
が設置され、このスパッタリング源10にターゲット11が
設けられ、スパッタリング源10に給電してターゲット11
近傍にプラズマを生成させる。自転公転可能な基板ホル
ダ４に基板を装着し、ターゲット11から放出されたスパ
ッタリング粒子を基板５に被着させる。このとき、基板
ホルダの公転軸と自転軸との距離をＤｓ、基板ホルダの
公転中心と前記ターゲットの中心とのターゲット面と平
行な方向の距離をＤｔ、ターゲット面と基板ホルダに保
持された基板表面とのターゲット面と垂直な方向の距離
をＨ、ターゲット中心とターゲットのエロージョン部最
外側位置との距離をＥとした場合に、Ｄｓ＋Ｄｔ≧Ｅ＋
０．１Ｈ、｜Ｄｓ−Ｄｔ｜≦Ｅ＋０．１Ｈの関係を満た
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜素子の製造に使用さ
れるスパッタリング装置およびそれを用いたスパッタリ
ング方法に関し、特に高透磁率膜の量産に適したスパッ
タリング装置およびスパッタリング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング法は、薄膜源としてのタ
ーゲット付近にスパッタリングガスの放電プラズマを生
成し、このプラズマ中のイオンをターゲット付近に形成
される陰極降下部で加速してターゲットに入射せしめ、
このイオン衝撃によってターゲット物質を気相中にスパ
ッタリング粒子として放出し、このスパッタリング粒子
を適当な位置に配置された基板上に被着させて所定の薄
膜の形成を行う技術であり、比較的安価かつ簡便な装置
によって各種薄膜の形成が可能である。従って、半導体
集積回路、薄膜表示素子、薄膜磁気記録素子、光記録素
子、プリンターヘッド、電界放出素子等の薄膜機能素子
の製造に幅広く利用されている。

【０００３】スパッタリングには、基板をターゲットに
対して静止させて膜形成を行う静止スパッタリングと、
基板を移動させながら膜形成を行う移動スパッタリング
があるが、静止スパッタリングでは基板の設置位置は膜
厚・膜特性が一様な場所に限定されるのに対し、移動ス
パッタリングではその限定が著しく緩和され広い面積に
一度に基板を設置することが可能なため生産上有利であ
る。

【０００４】移動スパッタリングにおいて、基板のター
ゲットに対する移動の方式としては、例えば大型の薄膜
表示素子の製造に供されているような、矩形ターゲット
を用いてその短軸方向に基板を平行移動させる方式と、
例えば磁気ヘッド、磁気ディスク、光ディスクの製造に
供されているような、円形ターゲットを用いて基板をタ
ーゲットとは偏心した位置を中心として公転もしくは自
公転させる方式がある。

【０００５】これらのうち、公転もしくは自公転方式は
ターゲットサイズ、スパッタリング装置サイズが比較的
小さく選べるので製造コスト上有利であり、特に小型な
いしは中形の素子を一度に数多く製造する上で優れてい
る。また、多元同時スパッタの適用が容易なので多元素
子系の薄膜の製造にも好適である。特に自公転方式は公
転方式に比べて基板ホルダーの構造が若干複雑化するも
のの、公転のみの場合よりもさらに広い領域を基板設置
位置として利用することができるので、生産性上極めて
好ましい方式である。

【０００６】基板ホルダをターゲットに対して公転もし
くは自公転させた場合の問題点は、スパッタリング粒子
の基板への入射方向が回転に伴って変化することに起因
して、膜の微視的な構造が膜成長方向に揺らぎ、膜特性
に影響を与える点である。膜特性への影響とは、例えば
微視的な膜構造の揺らぎに起因して発生する膜内部の異
方性であり、磁性体膜においては磁化容易軸の異方性、
強誘電体膜においては分極容易方向の異方性等を挙げる
ことができ、また異なる観点から言えば、結晶性膜の場
合の結晶異方性、非晶質膜の場合の最近接原子配列の異
方性等を挙げることができる。

【０００７】特に高透磁率膜の磁気的な異方性はスパッ
タ粒子の入射方向に敏感で、斜め入射するとその方向に
異方性を持ちやすいことから、従来においては磁気ヘッ
ド、特に積層形ヘッドの磁性体膜形成時に基板ホルダを
公転もしくは自公転させることが困難であり、基板設置
位置がターゲットのエロージョン部直上に限定される
等、著しく生産性を損なう結果となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、基板ホルダをターゲット
に対して公転もしくは自公転させながら、基板上に所定
の薄膜を被着させるスパッタリング装置およびスパッタ
リング方法において、スパッタ粒子の基板面への入射角
度の時間的変化に起因する膜の微視的構造の揺らぎ、ひ
いては膜厚方向の膜特性の揺らぎを補償することがで
き、もって膜特性、特に等方性と生産性とを両立するこ
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、第１に、ガス供給系と排気系とが設けられ
たスパッタリング室と、このスパッタリング室内に設置
されたスパッタリング源と、このスパッタリング源に設
置されたターゲットと、前記スパッタリング源に給電し
て前記ターゲット近傍にプラズマを生成させるための電
源と、前記ターゲットから放出されたスパッタリング粒
子を被着させるための基板を支持すると共に自転公転可
能な基板ホルダとを具備するスパッタリング装置であっ
て、前記基板ホルダの公転軸と自転軸との距離をＤｓ、
前記基板ホルダの公転中心と前記ターゲットの中心との
ターゲット面と平行な方向の距離をＤｔ、ターゲット面
と基板ホルダに保持された状態の基板の表面とのターゲ
ット面と垂直な方向の距離をＨ、ターゲットの中心とタ
ーゲットのエロージョン部最外側位置との距離をＥとし
た場合に、 Ｄｓ＋Ｄｔ≧Ｅ＋０．１Ｈ ｜Ｄｓ−Ｄｔ｜≦Ｅ＋０．１Ｈ の関係を満たすことを特徴とするスパッタリング装置を
提供する。

【００１０】第２に、上記スパッタリング装置におい
て、前記基板ホルダの自転中心からの基板の成膜半径を
Ｒとした場合に、 Ｒ≦０．６（Ｄｓ＋Ｄｔ） の関係を満たすことを特徴とするスパッタリング装置を
提供する。

【００１１】第３に、上記いずれかのスパッタリング装
置において、基板ホルダの公転周期をＴｈ、自転周期を
Ｔｓとした場合に、Ｔｈ／ＴｓおよびＴｓ／Ｔｈが非整
数であることを特徴とするスパッタリング装置を提供す
る。

【００１２】第４に、スパッタリング室内に設置された
スパッタリング源にターゲットを設置し、ターゲット近
傍にプラズマを生成させると共に、プラズマ中のイオン
をターゲットに入射させてターゲットからスパッタリン
グ粒子を放出させ、基板を自転公転させながら、該基板
にスパッタリング粒子を被着させて膜を形成するスパッ
タリング方法であって、前記基板の公転軸と自転軸との
距離をＤｓ、前記基板の公転中心と前記ターゲットの中
心とのターゲット面と平行な方向の距離をＤｔ、ターゲ
ット面と基板ホルダに保持された状態の基板面とのター
ゲット面と垂直な方向の距離をＨ、ターゲットの中心と
ターゲットのエロージョン部最外側位置との距離をＥ、
前記基板の自転中心からの基板の成膜半径をＲとした場
合に、 Ｄｓ＋Ｄｔ≧Ｅ＋０．１Ｈ ｜Ｄｓ−Ｄｔ｜≦Ｅ＋０．１Ｈ Ｒ≦０．６（Ｄｓ＋Ｄｔ） の関係を満たすことを特徴とするスパッタリング方法を
提供する。

【００１３】第５に、上記スパッタリング方法におい
て、スパッタリング粒子が被着されることにより形成さ
れる膜の膜厚をＴ、単位時間に形成される膜の膜厚を
ｔ、前記基板の公転周期をＴｈとした場合に、 Ｔ／ｔ≧１０Ｔｈ の関係を満たすことを特徴とするスパッタリング方法を
提供する。

【００１４】第６に、上記いずれかのスパッタリング方
法において、基板の公転周期をＴｈ、自転周期をＴｓと
した場合に、Ｔｈ／ＴｓまたはＴｓ／Ｔｈが非整数であ
ることを特徴とするスパッタリング方法を提供する。

【００１５】

【作用】従来の自公転方式の移動スパッタリングでは、
基板ホルダ（または基板）の公転軸と自転軸との距離を
Ｄｓ、基板ホルダ（または基板）の公転中心とターゲッ
トの中心とのターゲット面と平行な方向の距離Ｄｔ、タ
ーゲットの中心とターゲットのエロージョン部最外側位
置との距離Ｅ、ターゲット面と基板ホルダに保持された
状態の基板の表面とのターゲット面と垂直な方向の距離
Ｈ、基板ホルダ（または基板）の自転中心からの基板の
成膜半径Ｒ、基板上に形成される膜の膜厚Ｔと単位時間
に形成される膜の膜厚ｔとの比Ｔ／ｔ，基板ホルダ（ま
たは基板）の公転周期Ｔｈ、自転周期Ｔｓといった自公
転パラメータ間の関係に対する配慮がなされていなかっ
たために、形成された薄膜に異方性を発生し、良好な素
子特性を損なう場合が発生していた。ここで異方性と
は、例えば磁性体薄膜の場合には磁気異方性であり、誘
電体薄膜の場合には分極異方性であり、異なる観点から
は例えば結晶性薄膜の場合の結晶異方性であり、非晶質
薄膜の場合の近接原子配列の異方性である。異方性が薄
膜素子機能に与える影響は、素子の種類、用いる薄膜の
種類あるいは素子を応用するシステムの種類に依存する
が、例えば積層形磁気ヘッドに使用される磁性体薄膜
や、半導体集積回路のゲート絶縁膜に用いられる強誘電
体薄膜の場合、できるだけ異方性の小さい膜が素子機能
上望ましく、そのような膜は従来の自公転スパッタリン
グ方式によって得ることは困難であった。

【００１６】これに対し、本発明に従って自公転パラメ
ータ間の関係を規定すれば、形成される膜の異方性は著
しく低減されるので、従来困難であった低異方性磁性体
膜や低異方性誘電体膜の製造を、生産性の良好な自公転
スパッタリング方式によって実現することが可能とな
る。

【００１７】すなわち、 Ｄｓ＋Ｄｔ≧Ｅ＋０．１Ｈ ｜Ｄｓ−Ｄｔ｜≦Ｅ＋０．１Ｈ なる条件で成膜すれば、 Ｒ≦０．６（Ｄｓ＋Ｄｔ） なる領域で等方膜の形成が可能となる。

【００１８】また、Ｔ／ｔで表わされる成膜時間が、 Ｔ／ｔ≧１０Ｔｈ を満足するように十分長ければ等方的な膜となる。

【００１９】この場合に、Ｔｈ／ＴｓまたはＴｓ／Ｔｈ
が整数の場合には一公転後に基板の同じ位置がターゲッ
トに対して同一の位置に戻るために膜厚方向に異方性が
生じやすいが、Ｔｈ／ＴｓまたはＴｓ／Ｔｈが非整数で
あればこのような異方性が緩和される。

【００２０】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて具体的に説明する。図１は本発明の一実施例に係
るスパッタリング装置を示す断面図、図２は図１の装置
に用いられる基板支持部を示す底面図である。

【００２１】このスパッタリング装置は、スパッタリン
グ室１を備えており、スパッタリング室１内の上部に基
板支持部２が設けられている。図２にも示すように、基
板支持部２は、水平に配置された円盤状の支持板３を有
しており、この支持板３に、基板５を保持する８個の基
板ホルダー４がその面を水平にして回転可能に支持され
ている。支持板３は回転モーター６により回転可能とな
っており、その回転軸７には支持板３とともに回転する
主ギア８が設けられている。また、基板ホルダー４の回
転軸４ａには基板ホルダー４とともに回転する副ギア９
が設けられており、この副ギア９は主ギア８に噛合して
いる。そして、モーター６により支持板３が回転される
ことにより、基板ホルダ４および基板５が自転および公
転するようになっている。

【００２２】スパッタリング室１内の底部近傍には基板
５に対向する位置にスパッタリング源１０が設けられて
いる。スパッタリング源１０にはスパッタリング電源１
３が接続されており、またその上にはスパッタリングタ
ーゲット１１が設けられている。さらに、スパッタリン
グ源１０内にはマグネット１２が設けられている。そし
て、ターゲット１１の上方には開閉可能なシャッター１
４が設けられており、さらに遮蔽板１５が設けられてい
る。なお、マグネット１２は必須なものではない。

【００２３】また、スパッタリング室１の側壁には、ス
パッタリングガスをスパッタリング室１内に供給するた
めのガス供給系１６およびスパッタリング室１内を排気
するためのガス排気系１７が接続されている。

【００２４】このように構成されるスパッタリング装置
においては、排気系１７によりスパッタリング室１内を
所定の真空雰囲気にしつつ、ガス供給系１６からスパッ
タリング室内にスパッタリングガスを供給する。そし
て、基板ホルダー４に保持された基板５を自転および公
転させつつ、電源１３からスパッタリング源１０に給電
してプラズマを生成し、ターゲット１１にスパッタリン
グガスのイオンを衝突させて、スパッタ粒子を叩きだ
し、それを基板５に堆積させる。

【００２５】本発明は、このような基板を自転および公
転させる自公転スパッタリングにおいて、自公転パラメ
ータ間の関係を規定したものであるため、以下に各パラ
メータについて説明する。

【００２６】図３に模式的に示すように、ターゲット１
１の中心位置（矩形ターゲットの場合には短軸中心位
置）をＯｔ、基板ホルダー４の公転中心をＯｈ、自転中
心をＯｓ、Ｏｈ−Ｏｓ間距離をＤｓ、Ｏｈ−Ｏｔ間のタ
ーゲット面と平行な方向の距離をＤｔ、基板面とターゲ
ット面間のターゲット面と垂直な方向の距離をＨ、ター
ゲットのエロージョン外周半径、つまりターゲットの中
心位置からエロージョンが生じている部分の最外周まで
の距離をＥ（矩形ターゲットの場合は短軸方向のターゲ
ット中心位置とエロージョン最外部位置間の距離、また
マグネットを用いない場合にはターゲットの半径）、基
板の中心からの成膜半径をＲとする。また、基板の単位
時間当たりの公転数をωｈ、単位時間当たりの自転周波
数をωｓとすると、公転周期Ｔｈ、自転周期Ｔｓは各々
ωｈ，ωｓの逆数である。

【００２７】本発明を適用するにあたり、ターゲット１
１の材料は特に限定されるものではないが、本発明の効
果が顕著に表れることから磁性体が好ましい。本発明の
ターゲットとして用いられる磁性体としては、磁気記録
媒体原料であるＣｏＣｒＴａ，ＣｏＰｔ，ＣｏＮｉ等、
磁気記録ヘッド原料であるＮｉＦｅ，ＦｅＡｌＳｉ，Ｃ
ｏＡＺｒＮｂ，ＦｅＴａ、ＦｅＺｒ等、光磁気記録媒体
原料であるＴｂＦｅＣｏ，ＭｎＢｉ等、種々のものが使
用可能であるが、磁気記録ヘッド用の高透磁率原料をタ
ーゲットに用いた場合に本発明の効果が最も顕著に表れ
る。なお、磁性体ターゲット以外にも強誘電体ターゲッ
ト等を使用することもできる。

【００２８】以下に、特に本発明の効果が顕著に表れる
高透磁率磁性体ターゲットを使用して実験を行った結果
について説明する。図１の構成のスパッタリング装置を
用い、スパッタリングターゲットとしてＦｅＡｌＳｉを
用いて、先ず基板ホルダを静止させた状態でスパッタリ
ングを行い、基板上に形成された膜の厚さと特性の分布
を調査した。なお、ここでは、Ｈ＝８０ｍｍ、Ｅ＝４２
ｍｍとした。

【００２９】その結果を図４に示す。図４において、横
軸は基板面上のＯｔ直上の位置を原点とした基板位置を
示し、縦軸は左側が成膜速度、右側が膜面内の内部応力
差を示す。

【００３０】成膜速度分布は一般的にターゲット面から
スパッタリング粒子が略余弦則に従って放出するとした
分布に一致する。内部応力差Δσは膜面内において、タ
ーゲットに対して半径方向（矩形ターゲットでは短軸方
向）とそれとは垂直な方向の基板のそり量との差から導
出したものであり、膜面内の磁気的異方性の評価基準で
ある。Δσが０であれば等方膜であり、正であればター
ゲット半径方向に垂直な方向に磁気的異方性を有してお
り負であればターゲット半径方向に磁気的異方性を有し
ている。

【００３１】図４に示すように、Δσはターゲットエロ
ージョンの内側では０、エロージョン直上付近（エロー
ジョン領域よりも広い；広がりはＨに依存する）では
正、エロージョン外側では負となっており、スパッタリ
ング粒子の基板面への平均的な入射角度に従って磁気的
異方性が生成されることが確認される。

【００３２】ここで、Ｅ、ＨによってΔσが符号を反転
する位置や反転する位置付近での傾斜は異なるが、Δσ
の分布自体は一般的なものであり、本発明は実験とシミ
ュレーションによってこのようなΔσの分布のＥ，Ｈ依
存性を一般的なものとして考慮している。

【００３３】また、上記ＦｅＡｌＳｉ以外の他の磁性体
膜や誘電体膜、結晶性膜や非晶質膜等を形成する場合に
おいても、基板面へのスパッタリング粒子の入射角度
が、膜の磁気的、誘電的もしくは結晶的あるいは近接原
子配列的性質と関連するので、図４の分布はＦｅＡｌＳ
ｉ特有のものではなく一般的なものである。つまり、ス
パッタリング粒子の平均入射角度が基板面にほぼ垂直な
エロージョン内部では等方的性質の膜となり、スパッタ
リング粒子の平均入射角度が膜面内でターゲットの半径
方向に対して垂直の方向に強く局在するエロージョン直
上付近と、スパッタリング粒子の平均入射角度が膜面内
でターゲット半径方向に局在するエロージョン外部と
で、各々逆符号の膜面内異方性を呈することが一般的で
あるので、図４の関係から一般的な議論を展開すること
は何等差支えない。

【００３４】次に、本発明におけるＤｓ，Ｄｔ，Ｅ，Ｈ
の関係を明確にする目的で、図４の分布を用いて、基板
ホルダを自転および公転させた場合のΔσの分布を周回
積分計算と実験（計算、実験共にＴｈの１０倍以上の成
膜時間とした）によって調べた。

【００３５】図５、図６はその計算結果の一例であり、
Ｅ＝４２ｍｍ、Ｈ＝８０ｍｍの場合に、図５はＤｓ＝０
（自転・公転軸が一致）としてＤｔを変えた場合のΔσ
分布を示し、図６はＤｔ＝０（ターゲット中心軸と公転
軸が一致）としてＤｓを変えた場合のΔσ分布である。

【００３６】これら図５、図６は本発明の条件範囲の臨
界値を与えるものであり、これらの図から周回積分した
Δσが０の等方的成膜が実質的に可能な基板領域Ｒを有
するためには、図５においてはＤｔ＝５０ｍｍ、すなわ
ちＤｓ＋Ｄｔ＝Ｅ＋０．１Ｈ、｜Ｄｓ−Ｄｔ｜＝Ｅ＋
０．１Ｈであり、図６においてはＤｓ＝５０ｍｍ、すな
わちＤｓ＋Ｄｔ＝Ｅ＋０．１Ｈ、｜Ｄｓ−Ｄｔ｜＝Ｅ＋
０．１Ｈである必要がある。そして、このとき、図５、
図６のいずれもＲが３０ｍｍであるから、Ｒ＝０．６
（Ｄｓ＋Ｄｔ）が成り立つ。つまりＤｓ＝０もしくはＤ
ｔ＝０の臨界条件では各々１点ずつが等方膜を得るため
の条件となる。

【００３７】実験的な検証を行うためにＤｔ＝０の条件
でＤｓを４０，５０，６０ｍｍの三通りに変えて実験し
た結果、ほぼ図６の計算結果と同一の結果となり計算の
妥当性が実証された。

【００３８】そして、種々のＤｓ，Ｄｔ，Ｅ，Ｈの組合
わせで同様に計算を行い、周回積分したΔσが０の実質
成膜可能な基板領域Ｒを有する条件を調べた結果、 Ｄｓ＋Ｄｔ≧Ｅ＋０．１Ｈ （１） ｜Ｄｓ−Ｄｔ｜≦Ｅ＋０．１Ｈ （２） なる条件で成膜すれば、 Ｒ≦０．６（Ｄｓ＋Ｄｔ） （３） なる領域で等方膜の形成が可能なことを見出した。

【００３９】計算したポイントと本発明の範囲を図示し
たものが図７である。図７において丸印および星印が等
方膜であり、×印は非等方膜であって、上記（１）式、
（２）式の範囲において等方膜が得られることを示して
いる。なお、従来の製膜条件は一般的にＤｓ＋Ｄｔ＜Ｅ
＋０．１Ｈ、すなわち図７のＡで示された本発明の範囲
からは外れる領域であり、等方膜が得られないことがわ
かる。

【００４０】また、図８は典型例として図７の星印で示
した条件で形成した膜のΔσの分布を示したものであ
り、Ｒが４０ｍｍ程度まで等方膜が得られていることが
確認される。

【００４１】なお、図７はＥとＨに関して一般的に表記
したが、計算ではＥを３０〜１００ｍｍ、Ｈを５０〜２
００ｍｍの実用的と考えられる範囲で変化させた。図８
はＥが４２ｍｍ、Ｈが８０ｍｍの場合である。

【００４２】以上の計算結果および一部の実験結果は成
膜時間（Ｔ／ｔ；Ｔは膜厚、ｔは成膜速度）がＴｈの１
０倍以上とした例であるが、成膜時間が短すぎる場合に
は周回積分による等方効果が不十分であると考えられる
ため、次に図８の条件でΔσの時間変化をシミュレート
した。その結果を図９に示す。

【００４３】予想したように図９ではＴ／ｔが短いと膜
厚方向のΔσ変調が緩和されてなく時間に対して広い振
幅で振動することが示されている。そして、図９から明
らかなように、 Ｔ／ｔ≧１０Ｔｈ （４） とすれば膜厚方向のΔσ変調は充分に緩和されΔσの時
間変動が実質的に問題とならない振幅内に抑えられるこ
とがわかる。

【００４４】以上は公転周期と自転周期との比が整数で
なくかつ整数分の一でもない自公転方式を採用した場合
の結果だが、自転周期と公転周期との比が整数の場合に
は一公転後に基板の同じ位置がターゲットに対して同一
の位置に戻るために膜厚方向にΔσが緩和されにくくな
り、Ｔ／ｔ≧１０Ｔｈの後もΔσの振幅が図９に示した
本発明の場合に比べて３倍程度大きかった。Δσの振幅
をどの程度に抑制するかは形成する膜とその膜を応用す
る素子に依存して一義的には決められないが、本発明の
図９程度の振幅であればどのような素子仕様にも対応可
能である。従って、 Ｔｈ／ＴｓおよびＴｓ／Ｔｈ：非整数 （５） とするのがよい。

【００４５】以上の条件に従って磁性体膜または誘電体
膜を形成すれば磁気的、誘電的な等方性が得られ、また
以上の条件に従って結晶膜または非晶質膜を形成すれば
結晶的、近接原子配列的な等方性が得られるが、軟磁性
体膜について検討した結果、以上のような等方性の条件
を満たしているのみならず、望ましくは軟磁性発現のた
めのさらなる付加条件が必要であることが明らかとなっ
た。

【００４６】以下に、その付加条件について説明する。
ＦｅＡｌＳｉ膜、ＦｅＺｒＮ膜、ＮｉＦｅ膜といった代
表的な軟磁性膜について上述の（１）〜（５）の条件を
満たす条件で成膜を試みた結果、磁気的に等方性を有す
る膜は得られたものの、基板面におけるターゲット中心
の点からＥ＋３^1/2 ×Ｈを越えて離れた位置（ターゲッ
トエロージョン外周からターゲット面に対して３０°の
ラインと基板面の交点より外側）を長い時間帯に亘って
基板が通過する場合には膜の保磁力が充分に低下せずに
軟磁性上問題があることが判明した。

【００４７】これは経験的に知られている、基板上に入
射するスパッタリング粒子の角度が過度に斜めになる
か、あるいは過度に低い成膜速度で膜形成が行われる
と、軟磁性の発現が困難であるという事実から導かれる
ものである。

【００４８】そこで、スパッタリング粒子が過度に斜め
入射する部分もしくは過度に成膜速度の遅い部分では膜
が形成されないように、ターゲットと基板との間にター
ゲット中心上を中心とする半径ｒの略円形開口部を有す
る図１に示されるような遮蔽板を、ターゲット面に平行
に設置して実験した結果、遮蔽板とターゲット間の距離
をｈとおく時、開口部の半径ｒが ｒ≦Ｅ＋３^1/2 ×ｈ （６） の条件を満足（すなわちターゲットエロージョン外周か
らターゲット面に対して３０°のライン内に遮蔽板の開
口部が有る条件を満足）していれば、等方性と軟磁性を
両立することが明らかとなった。

【００４９】この（６）の条件を満足するスパッタリン
グ方法を採用した場合には遮蔽板の無い場合に比較する
と生産性は若干低下するが、低下の度合いは僅かであっ
て、例えば現行の軟磁性等方膜の形成に使用されている
基板をターゲット直上に静止させて形成する方法に比べ
れば、（６）の等号の条件では約３倍の成膜能力を実現
することができる。

【００５０】上記（６）の条件については経験的なもの
であり、軟磁性膜の形成に有用であるが、ハード磁性体
膜、誘電体膜等ではこれを満足する必要はない。なお、
以上の説明では本発明を磁性体膜形成に適用した場合
に、膜の等方性が確保され、製造性が向上することを示
したが、膜の異方性の主要な原因の一つが基板面上への
スパッタ粒子の入射角度であることから、上述したよう
に、本発明は磁性体膜を形成する場合のみならず誘電体
膜等を形成する場合にも同様の効果が得られ、また膜が
結晶質、非晶質にかかわらず同様な効果が得られること
は自明である。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、膜特性、特に膜の等方
性が良好な薄膜を生産性良く形成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が提供され
る。従って、薄膜素子の製造性が向上し、薄膜素子を低
価格で提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るスパッタリング装置を
示す断面図。

【図２】図１の装置に用いられる基板支持部を示す底面
図。

【図３】本発明のパラメータを説明するために、本発明
のスパッタリング装置を模式的に示した図。

【図４】基板ホルダを静止させた状態でスパッタリング
を行った場合の基板位置と成膜速度および膜面内の内部
応力差との関係を示す図。

【図５】図４の分布を用いて、Ｄｓ＝０としてＤｔを変
化させて基板ホルダを自転および公転させた場合のΔσ
の分布を周回積分計算した結果を示す図。

【図６】図４の分布を用いて、Ｄｔ＝０としてＤｓを変
化させて基板ホルダを自転および公転させた場合のΔσ
の分布を周回積分計算した結果を示す図。

【図７】Ｄｔを横軸にとりＤｓを縦軸にとった座標にお
いて、等方膜が得られる範囲を示す図。

【図８】図７の等方膜が得られる範囲内の条件で実際に
成膜を行った場合における膜の等方性を示す図。

【図９】成膜時間と膜の等方性との関係を示す図。

【符号の説明】

１……スパッタリング室、２……基板支持部、３……支
持板、４……基板ホルダー、５……基板、６……回転モ
ーター、７……回転軸、８……主ギア、９……副ギア、
１０……スパッタリング源、１１……スパッタリングタ
ーゲット、１２……マグネット、１３……スパッタリン
グ電源、１４……シャッター、１５……遮蔽板、１６…
…ガス供給系、１７……ガス排気系。

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 昭彦 神奈川県座間市相模が丘６丁目25番22号 株式会社芝浦製作所相模工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス供給系と排気系とが設けられたスパ
   ッタリング室と、このスパッタリング室内に設置された
   スパッタリング源と、このスパッタリング源に設置され
   たターゲットと、前記スパッタリング源に給電して前記
   ターゲット近傍にプラズマを生成させるための電源と、
   前記ターゲットから放出されたスパッタリング粒子を被
   着させるための基板を支持すると共に自転公転可能な基
   板ホルダとを具備するスパッタリング装置であって、前
   記基板ホルダの公転軸と自転軸との距離をＤｓ、前記基
   板ホルダの公転中心と前記ターゲットの中心とのターゲ
   ット面と平行な方向の距離をＤｔ、ターゲット面と基板
   ホルダに保持された状態の基板の表面とのターゲット面
   と垂直な方向の距離をＨ、ターゲットの中心とターゲッ
   トのエロージョン部最外側位置との距離をＥとした場合
   に、 Ｄｓ＋Ｄｔ≧Ｅ＋０．１Ｈ ｜Ｄｓ−Ｄｔ｜≦Ｅ＋０．１Ｈ の関係を満たすことを特徴とするスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 前記基板ホルダの自転中心からの基板の
   成膜半径をＲとした場合に、 Ｒ≦０．６（Ｄｓ＋Ｄｔ） の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のスパ
   ッタリング装置。
3. 【請求項３】 前記基板ホルダの公転周期をＴｈ、自転
   周期をＴｓとした場合に、Ｔｈ／ＴｓおよびＴｓ／Ｔｈ
   が非整数であることを特徴とする請求項１または請求項
   ２に記載のスパッタリング装置。
4. 【請求項４】 スパッタリング室内に設置されたスパッ
   タリング源にターゲットを設置し、ターゲット近傍にプ
   ラズマを生成させると共に、プラズマ中のイオンをター
   ゲットに入射させてターゲットからスパッタリング粒子
   を放出させ、基板を自転公転させながら、該基板にスパ
   ッタリング粒子を被着させて膜を形成するスパッタリン
   グ方法であって、前記基板の公転軸と自転軸との距離を
   Ｄｓ、前記基板の公転中心と前記ターゲットの中心との
   ターゲット面と平行な方向の距離をＤｔ、ターゲット面
   と基板ホルダに保持された状態の基板面とのターゲット
   面と垂直な方向の距離をＨ、ターゲットの中心とターゲ
   ットのエロージョン部最外側位置との距離をＥ、前記基
   板の自転中心からの基板の成膜半径をＲとした場合に、 Ｄｓ＋Ｄｔ≧Ｅ＋０．１Ｈ ｜Ｄｓ−Ｄｔ｜≦Ｅ＋０．１Ｈ Ｒ≦０．６（Ｄｓ＋Ｄｔ） の関係を満たすことを特徴とするスパッタリング方法。
5. 【請求項５】 スパッタリング粒子が基板に被着される
   ことにより基板上に形成される膜の膜厚をＴ、単位時間
   に形成される膜の膜厚をｔ、前記基板の公転周期をＴｈ
   とした場合に、 Ｔ／ｔ≧１０Ｔｈ の関係を満たすことを特徴とする請求項４に記載のスパ
   ッタリング方法。
6. 【請求項６】 前記基板の公転周期をＴｈ、自転周期を
   Ｔｓとした場合に、Ｔｈ／ＴｓまたはＴｓ／Ｔｈが非整
   数であることを特徴とする請求項４または請求項５に記
   載のスパッタリング方法。