JPH11189873A - スパッタリング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体プロセスや電子部品材料等の製造工程
に使用されるスパッタリング装置において、小型マグネ
トロンスパッタリング電極で、大型基板に形成される薄
膜の膜厚および膜質の均一性を向上させるスパッタリン
グ装置及び方法を提供する。 【解決手段】 平板ターゲット１を用いてスパッタリン
グを行い、基板１８に薄膜を形成するスパッタリング装
置において、スパッタリング電極３２のターゲット裏面
に設置した磁気回路５を、対向した位置にある基板面に
平行に移動させるための移動装置３３を有するスパッタ
リング電極３２と、スパッタリング電極３２に対向した
位置で基板１８を保持するとともに、基板１８の中心を
軸に基板１８を自転させるための回転装置３５を有する
基板ホルダー１７を備えて、大型基板に形成される薄膜
の膜厚および膜質の均一性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型マグネトロン
スパッタリング電極で、大型基板に形成される薄膜の基
板面内における膜厚および膜質の均一性の向上を目的と
したスパッタリング装置及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング法は真空蒸着法に比べ、
高融点材料や化合物の薄膜が容易に形成できる薄膜形成
技術ということで、現在広く半導体や電子部品等の工業
分野で普及している。特に永久磁石や電磁石を磁気回路
として用いるマグネトロンスパッタリング法は薄膜の形
成速度が真空蒸着法に比べ約１桁遅いというスパッタリ
ング法の欠点を解決し、スパッタリング法による薄膜形
成の量産化を可能にしている。以下、従来のマグネトロ
ンスパッタリング電極とその電極を搭載した装置につい
て、図６〜図９を参照して説明する。

【０００３】図６の（ａ）は従来の平板ターゲットを有
するマグネトロンスパッタリング電極の平面図、図６の
（ｂ）は図６の（ａ）のＡ−Ａ’断面図、及びび図７は
マグネトロンスパッタリング電極の斜視図である。図に
おいて、１０１は平板ターゲットであり、インジウム等
のハンダ剤によりバッキングプレート１０２に接着さ
れ、真空シール用のＯリング１０３を介して電極本体１
０４に設置される。ターゲット１０１の裏側にはマグネ
トロン放電用磁気回路１０５が、閉じた磁力線１０６を
形成し、かつ、少なくともその磁力線１０６の一部が上
記ターゲット表面で平行になるように配置される。その
ため、ターゲット表面には図７に示すようにトロイダル
型の閉じたトンネル状の磁場１０７が形成される。以上
のように構成されたマグネトロンスパッタリング電極に
ついて、その動作原理を説明する。

【０００４】図９は、上述したスパッタリング電極を設
置したスパッタリング装置の概略図である。スパッタリ
ング電極は、通常、真空チャンバー１０９に絶縁材１１
０を介して設置される。薄膜形成を行うには、真空チャ
ンバー１０９を真空ポンプ１１３により高真空（大気圧
〜１０^−７Ｔｏｒｒ程度）まで排気し、Ａｒ等の放電ガ
ス１１４を流量調整器１１５を通して真空チャンバー１
０９内に導入し、圧力調整バルブ１１６を調整して真空
チャンバー１０９内を１０^−３〜１０^−２Ｔｏｒｒ程度
の圧力に保つ。ターゲット１０１を取付けたスパッタリ
ング電極１１２に直流あるいは交流のスパッタリング用
電源１１１により負の電圧を印加することで、電場と磁
気回路１０５によるトロイダル型トンネル状磁場１０７
との周辺で、マグネトロン放電が起こり、ターゲット１
０１がスパッタされ、スパッタ粒子が基板ホルダー１１
７に設置した基板１１８に堆積され薄膜が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のマグネ
トロンスパッタリング電極では、ターゲット面と平行に
通る磁力線の最も強い部分でプラズマ密度が高くなるた
め、ターゲット０１上に、スパッタされる侵食領域（図
７の参照符号８）とスパッタされた粒子が再付着する領
域とができ、ターゲット１０１の侵食が不均一に進む。
このため、ターゲット１０１に対向して設置した基板１
１８上に形成される薄膜の膜厚均一性を確保するために
は、ターゲット１０１の大きさや磁気回路１０５、ある
いはターゲット１０１と基板１１８との距離を充分調整
する必要がある。一般的には薄膜の膜厚均一性を確保す
るため、一辺が基板１１８の約２倍の大きさ、つまり、
基板１１８に対し約４倍の大きさの面積を有するターゲ
ット１０１が必要とされる。図８に均一性を確保するた
めに必要なターゲット１０１と基板１１８の大きさの関
係を示す。図８の（ａ）が必要なターゲット１０１と基
板１１８の平面図、図８の（ｂ）が図８の（ａ）のＡ−
Ａ’断面図である。例えば、基板１１８の大きさをφ３
００ｍｍとすると、ターゲット１０１の直径は約φ６０
０ｍｍ必要となってしまう。

【０００６】現在、液晶や半導体、光や磁気ディスク
等、スパッタリング技術を必要とする分野では基板の大
型化が進んでおり、それにともなうターゲットの大型化
が余儀なくされている。その結果、スパッタリング装置
の大型化による設備コストや設備占有面積の増大、メン
テナンス性の低下等が問題となってきている。また、タ
ーゲットの大型化はターゲットそのものの高額化や、複
雑な合金ターゲットではターゲットの製造そのものが不
可能という問題も生じる。さらに、ターゲットの一部分
が局所的に薄くなるので、大型で高価なターゲットの利
用効率が悪いという問題点がある。そこで、これらの問
題を解決するため、小型スパッタリング電極で、大型基
板（例えば、太陽電池やプラズマ・ディスプレイ・パネ
ルなどの大版化に対応可能な基板）への薄膜形成を可能
にする取り組みが幅広く行われてきている。

【０００７】その一例として、図１０に平板の内周ター
ゲット１２１ａと傾斜角を持つ外周ターゲット１２１ｂ
を組合わせ、２種類のターゲット１２１ａ，１２１ｂを
独立に制御してスパッタすることができるスパッタリン
グ電極を示す。この装置では、内周電磁石コイル１２２
ａと外周電磁石コイル１２２ｂの電流を磁石用電源１２
３により、それぞれ独立に制御することで内周ターゲッ
ト１２１ａと外周ターゲット１２１ｂの磁場を最適化
し、さらにそれぞれのターゲット１２１ａ，１２１ｂへ
のスパッタ電力もスパッタリング用電源１１１により独
立して制御することができるので、大型基板１１８での
膜厚均一性の確保が可能となる。しかし、この磁場の調
整には微妙で複雑な制御が要求されるという問題があ
る。また、ターゲットの経時変化に対する膜厚均一性は
確保できても、化合物のスパッタリングや反応性スパッ
タリングにおいては、基板面内やロット間での膜組成や
構造などの薄膜物性に不均一性が生じるという問題があ
る。さらに、外周ターゲットはドーナツ状で傾斜角を持
つという複雑な形をしているため、ターゲットの高額化
につながるという問題がある。そこで、本発明は上記の
問題点を解決し、平板ターゲットを有する小型マグネト
ロンスパッタリング電極で、大型基板に形成される薄膜
の膜厚および膜質の均一性を向上させるスパッタリング
装置及び方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、以下のように構成している。本発明の第１態
様によれば、平板のターゲットを用いてスパッタリング
を行い、基板に薄膜を形成するスパッタリング装置にお
いて、スパッタリング電極自体、又は、該のスパッタリ
ング電極のターゲット裏面に設置した磁気回路を、これ
に対向した位置にある上記基板の面に大略平行にかつ上
記ターゲットの所定方向沿いに移動させる移動装置を有
するスパッタリング電極と、上記スパッタリング電極に
対向した位置で上記基板を保持するとともに、上記基板
の中心を軸に上記基板を自転させるための回転装置とを
有する基板ホルダーとを備えたことを特徴とするスパッ
タリング装置を提供する。

【０００９】本発明の第２態様によれば、上記ターゲッ
ト裏面に設置した上記磁気回路、あるいは上記スパッタ
リング電極を移動させる速度を制御する制御装置を備え
て、上記制御装置により上記移動装置による上記磁気回
路あるいは上記スパッタリング電極を移動させる速度を
制御して、上記移動方向沿いの上記基板の膜厚の均一性
を制御するようにした第１態様に記載のスパッタリング
装置を提供する。

【００１０】本発明の第３態様によれば、上記基板を自
転させる速度を制御するための制御装置を備えて、上記
制御装置により上記回転装置による上記基板の自転速度
を制御して、上記基板の縁沿い方向での膜厚の均一性を
制御するようにした第１又は２態様に記載のスパッタリ
ング装置を提供する。

【００１１】本発明の第４態様によれば、上記ターゲッ
ト裏面に設置した上記磁気回路、あるいは上記スパッタ
リング電極を移動させる速度を制御する第１制御装置
と、上記基板を自転させる速度を制御するための第２制
御装置と、上記２つの制御装置を制御する第３制御装置
とを備えて、上記第３制御装置により、上記第１制御装
置と第２制御装置とを制御して、上記第１制御装置によ
り上記移動装置による上記磁気回路あるいは上記スパッ
タリング電極を移動させる速度を制御しつつ、上記第２
制御装置により上記回転装置による上記基板の自転速度
を制御して、両速度を最適化させて上記基板面内での膜
厚の均一性を制御するようにした第１態様に記載のスパ
ッタリング装置を提供する。

【００１２】本発明の第５態様によれば、上記ターゲッ
トは平板の円形ターゲットであり、上記所定方向とは上
記ターゲットの直径方向沿いであるようにした請求項１
〜４のいずれかに記載のスパッタリング装置を提供す
る。

【００１３】本発明の第６態様によれば、上記ターゲッ
トは平板の矩形ターゲットであり、上記所定方向とは上
記ターゲットの矩形の長手又は短手方向沿いであるよう
にした請求項１〜４のいずれかに記載のスパッタリング
装置を提供する。

【００１４】本発明の第７態様によれば、平板のターゲ
ットを用いてスパッタリングを行い、基板に薄膜を形成
するスパッタリング方法において、スパッタリング電極
自体、又は、該のスパッタリング電極のターゲット裏面
に設置した磁気回路を、これに対向した位置にある上記
基板の面に大略平行にかつ上記ターゲットの所定方向沿
いに移動させると同時に、上記スパッタリング電極に対
向した位置で上記基板を保持するとともに、上記基板の
中心を軸に上記基板を自転させるようにしたことを特徴
とするスパッタリング方法を提供する。

【００１５】本発明の第８態様によれば、上記ターゲッ
ト裏面に設置した上記磁気回路、あるいは上記スパッタ
リング電極を移動させる速度を制御して、上記移動方向
沿いの上記基板の膜厚の均一性を制御するようにした第
７態様に記載のスパッタリング方法を提供する。

【００１６】本発明の第９態様によれば、上記基板を自
転させる速度を制御して、上記基板の縁沿い方向での膜
厚の均一性を制御するようにした第７又は８態様に記載
のスパッタリング方法を提供する。

【００１７】本発明の第１０態様によれば、上記ターゲ
ット裏面に設置した上記磁気回路、あるいは上記スパッ
タリング電極を移動させる速度を制御する第１制御装置
と、上記基板を自転させる速度を制御するための第２制
御装置と、上記２つの制御装置を制御する第３制御装置
とを備えて、上記第３制御装置により、上記第１制御装
置と第２制御装置とを制御して、上記第１制御装置によ
り上記移動装置による上記磁気回路あるいは上記スパッ
タリング電極を移動させる速度を制御しつつ、上記第２
制御装置により上記回転装置による上記基板の自転速度
を制御して、両速度を最適化させて上記基板面内での膜
厚の均一性を制御するようにした第７態様に記載のスパ
ッタリング方法を提供する。

【００１８】本発明の第１１態様によれば、 上記ター
ゲットは平板の円形ターゲットであり、上記所定方向と
は上記ターゲットの直径方向沿いであるようにした第７
〜１０態様のいずれかに記載のスパッタリング方法を提
供する。

【００１９】本発明の第１２態様によれば、 上記ター
ゲットは平板の矩形ターゲットであり、上記所定方向と
は上記ターゲットの矩形の長手又は短手方向沿いである
ようにした第７〜１０態様のいずれかに記載のスパッタ
リング方法を提供する。上記本発明によれば、平板ター
ゲットを有する小型マグネトロンスパッタリング電極で
大型基板に形成される薄膜の膜厚および膜質の均一性を
向上することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる実施の形
態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、始めに、本
発明の２つの実施形態の概略について説明する。本発明
の第１実施形態にかかるスパッタリング装置及び方法
は、平板ターゲットを用いてスパッタリングを行い、基
板に薄膜を形成するスパッタリング装置において、スパ
ッタリング電極のターゲット裏面に設置した磁気回路、
あるいはスパッタリング電極自体を、対向した位置にあ
る基板面に平行に移動させるための移動装置を有するス
パッタリング電極と、そのスパッタリング電極に対向し
た位置で基板を保持するとともに、その基板の中心を軸
に基板を自転させるための回転装置を有する基板ホルダ
ーを備えたことを特徴としたものであり、小型マグネト
ロンスパッタリング電極で大型基板に形成される薄膜の
膜厚および膜質の均一性を向上するという作用を有す
る。

【００２１】本発明の第２態様にかかるスパッタリング
装置及び方法は、ターゲット裏面に設置した磁気回路、
あるいはスパッタリング電極自体を移動させる速度を制
御するための制御装置を備えたことを特徴としたもので
あり、大型基板に形成される薄膜の膜厚および膜質の均
一性をより一層向上するという作用を有する。さらに、
上記各実施形態にかかるスパッタリング装置及び方法で
は、基板を自転させる速度を制御するための制御装置を
備えて、大型基板に形成される膜厚の絶対値精度や極薄
膜の膜厚および膜質の均一性を向上させることができ
る。

【００２２】（第１実施形態）以下、本発明の上記第１
実施形態にかかるスパッタリング装置及び方法につい
て、図１〜図３を参照して説明する。まず、上記スパッ
タリング装置のスパッタリング電極について図１、図２
を参照して説明する。図１の（ａ）は第１実施形態のス
パッタリング電極の平面図、図１の（ｂ）は図１（ａ）
のＡ−Ａ’断面図である。図１（ａ），（ｂ）におい
て、１は円形の平板ターゲット、２はバッキングプレー
ト、３は真空シール用のＯリング、４は電極本体、５は
磁場発生用の磁気回路、１９は基板１８の対向面と大略
平行にかつターゲット１の長手軸方向沿い（円形ターゲ
ットの場合には直径）上に延在しかつスパッタリング電
極３２の両端部３２ａ，３２ａで支持された磁気回路移
動用シャフトである。ターゲット１の裏面に設置された
磁気回路５は、磁気回路移動装置４３３によりシャフト
１９に沿って往復移動することができる。すなわち、支
持ブラケット５ａを介して、スパッタリング電極３２の
一方の端部３２ａに固定されたモーター等の駆動装置
（図３（ａ）の３３参照）により、ターゲット長手軸方
向をシャフト１９に沿って矢印３１に示すような往復運
動ができるように構成されている。この磁気回路移動装
置４３３の例としては、シャフト１９をねじ軸としてス
パッタリング電極３２の両端部３２ａ，３２ａに回転自
在に支持させ、このねじ軸であるシャフト１９に磁気回
路５の支持ブラケット５ａを螺合させ、シャフト１９を
駆動装置３３の一例のモータで正逆回転させることによ
り、支持ブラケット５ａを介して磁気回路５を往復移動
させることができる。

【００２３】図２の（ａ）〜（ｂ）に、順に、以上の構
成のスパッタリング電極を用いてスパッタリングを行っ
た時のターゲット１から放出されるスパッタ粒子２０の
時間変化の模式図を示す。電場と磁場によるマグネトロ
ン放電は、磁気回路５が存在するターゲット表面上での
み起こり、スパッタ粒子２０はターゲット１の局所から
放出されるが、その磁気回路５を図１の矢印３１のよう
に磁気回路移動装置４３３により移動させることでター
ゲット表面全体からのマグネトロンスパッタが可能とな
る。図３に上記のように構成されたスパッタリング電極
を用いた第１実施形態のスパッタリング装置を示す。図
３の（ａ）はスパッタリング装置の概略図、図３の
（ｂ）はターゲット１と基板１８の大きさ及び設置位置
の関係を示す図である。スパッタリング電極３２は、絶
縁材１０を介して、真空チャンバー９に設置され、か
つ、スパッタリング用電源１１が接続されている。ま
た、磁気回路５には、上記したように、その磁気回路５
を移動させるため、モーター等の駆動装置３３及びそ磁
気回路５移動速度を制御するための制御装置３４が接続
されて、磁気回路移動装置４３３が構成されている。

【００２４】薄膜が形成される基板１８を保持する基板
ホルダー１７は、真空チャンバー９内におけるスパッタ
リング電極３２と対向し、かつ基板１８の半径が少なく
ともターゲット１の長手軸方向（直径方向）上の内側
（図３（ｂ）のａ−ａ’内）となる位置に設置される。
また、基板ホルダー１７には、基板１８の中心を軸に基
板１８を自転させるため、モーター等による回転装置３
５及びその回転速度を制御するための制御装置３６が接
続されている。また、この制御装置３６と磁気回路移動
装置４３３の制御装置３４とは制御装置５００により動
作制御されるようにして、必要に応じて、基板回転動作
と磁気回路移動動作とを関連付けて制御できるようにし
ている。なお、図３において従来例と同一物には共通の
符号を付し、その説明を省略する。また、その動作方法
も従来のマグネトロンスパッタリング装置と大略同一で
あるので、その説明は省略する。

【００２５】第１実施形態においてスパッタリングを行
う場合、まず、スパッタリング電極３２に着目すると、
磁気回路５をターゲット裏面に設置し、磁気回路移動装
置４３３により、（実験やシュミレーションなどで基板
の径方向の膜厚分布が良くなる動作を決定するように）
ターゲット１の長手軸方向に時間を制御して矢印３１の
ように往復運動ができるような構成にしているため、基
板１８の径方向の膜厚均一性を制御することが可能とな
る。すなわち、このように往復移動できるようになった
ため、基板の径方向の膜厚均一性を制御することができ
る。次に、基板１８の中心を軸に、回転装置３５によ
り、基板１８を回転できるような構成にしているため、
基板１８の周方向での膜厚均一性を制御することも可能
となる。つまり、制御装置５００により、磁気回路移動
装置４３３の制御装置３４と基板１８の回転装置３５の
制御装置３６とを制御することにより、磁気回路５の移
動速度と基板１８の自転速度を上記制御動作と同様に膜
厚分布を良くするために最適化することができ、基板面
内での膜厚均一性の制御が可能となる。

【００２６】膜厚均一性の向上には、磁気回路移動装置
４３３の制御装置３４による磁気回路５の往復運動の速
度制御において、磁気回路５が基板１８の中心に向かう
ときには移動速度を加速させ、逆に基板１８の外周に向
かうときには減速させることで可能となる。ここで、こ
のように移動速度をそれぞれ変化させるのは、基板の回
転速度を一定とした場合には中心部分の方が外周部分よ
り膜厚が厚くなることから、中心部分より外周部分へ向
かう程、スパッタされている時間を長くして、単位時間
あたり単位面積に形成される薄膜の膜厚を一定にするた
めである。さらに、第１実施形態においては、ターゲッ
トの大きさに比較して磁気回路を小さくでき、そのよう
な小型の磁気回路を移動させてスパッタリングを行って
いるため、基板面内においてスパッタ粒子２０の入射角
度に大幅な違いが生じない。すなわち、基板面内での膜
質の均一性向上にもつながる。

【００２７】以上のように第１実施形態によれば、ター
ゲット裏面を移動する磁気回路５の移動速度と自転する
基板１８の自転速度とを制御装置５００により最適に制
御することで、小型のスパッタリング装置で大型基板へ
の安定した膜厚および膜質を有する薄膜形成が可能とな
る。なお、第１実施形態においてはターゲット長手軸方
向の大きさをほぼ基板半径と同程度としたが、ターゲッ
ト１の製造が可能であれば基板１８の直径程度に大きく
しても構わない。また、磁気回路５の形状は角型のほ
か、丸型でも構わない。

【００２８】（第２実施形態）以下、本発明の第２実施
形態にかかるスパッタリング装置及び方法について、図
４〜図５を参照して説明する。まず、上記スパッタリン
グ装置のスパッタリング電極について図４を参照して説
明する。図４の（ａ）は第２実施形態のスパッタリング
装置のスパッタリング電極の平面図、図４の（ｂ）は図
４（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図４において、１は
円形の平板ターゲット、２はバッキングプレート、３は
真空シール用のＯリング、４は電極本体、５は磁場発生
用の磁気回路、１０はアース電位との絶縁材、７はアー
スシールド、１９は基板１８の対向面と大略平行にかつ
ターゲット１の長手軸方向沿い（円形ターゲットの場合
には直径）上に延在しかつ真空チャンバー９で両端が支
持された磁気回路及びスパッタリング電極移動用シャフ
トである。スパッタリング電極４２には、スパッタリン
グ電極４２を設置する真空チャンバー９内をモーター等
の駆動装置（図５（ａ）に示す駆動装置２３３）によ
り、シャフト１９に沿って矢印３１に示すような往復運
動ができるようにスパッタリング電極移動装置５３３が
設置されている。すなわち、支持ブラケット４２ａを介
して、スパッタリング電極４２をシャフト１９の一方の
端部に連結されたモーター等の駆動装置（図５（ａ）の
２３３）により、ターゲット長手軸方向をシャフト１９
に沿って矢印３１に示すような往復運動ができるように
構成されている。このスパッタリング電極移動装置５３
３の例としては、シャフト１９をねじ軸としてスパッタ
リング電極４２の支持ブラケット４２ａと螺合させ、シ
ャフト１９を駆動装置２３３の一例のモータで正逆回転
させることにより、支持ブラケット４２ａを介してスパ
ッタリング電極４２を往復移動させることができる。以
上の構成のスパッタリング電極４２を用いてスパッタリ
ングを行うと、従来例と同様に電場と磁場によるマグネ
トロン放電が発生し、マグネトロンスパッタが可能とな
る。

【００２９】図５に上記のように構成されたスパッタリ
ング電極４２を用いた第２実施形態のスパッタリング装
置を示す。図５の（ａ）は上記スパッタリング装置の概
略図、図５の（ｂ）は上記スパッタリング装置のターゲ
ット１と基板１８の大きさおよび設置位置の関係を示す
図である。スパッタリング電極４２は真空チャンバー９
に設置され、スパッタリング用電源１１が接続されてい
る。また、スパッタリング電極４２にはそのスパッタリ
ング電極４２を移動させるため、モーター等による移動
装置２３３およびその移動速度を制御するための制御装
置２３４が接続されている。薄膜が形成される基板１８
を保持する基板ホルダー１７は、真空チャンバー９内に
おけるスパッタリング電極４２と対向し、かつ基板１８
の半径が少なくともスパッタリング電極４２の移動範囲
の内側（図５（ｂ）のａ−ａ’内）となる位置に設置さ
れる。また、基板ホルダー１７には、基板１８の中心を
軸に基板１８を自転させるため、モーター等による回転
装置３５及びその回転速度を制御するための制御装置３
６が接続されている。また、この制御装置３６とスパッ
タリング電極移動装置５３３の制御装置２３４とは制御
装置５００により動作制御されるようにして、必要に応
じて、基板回転動作とスパッタリング電極移動動作とを
関連付けて制御できるようにしている。なお、図５にお
いても従来例と同一物には共通の符号を付し、その説明
は省略する。またその動作方法も従来のマグネトロンス
パッタリング装置と大略同一であるので、その説明は省
略する。

【００３０】第２実施形態においてスパッタリングを行
う場合、まず、スパッタリング電極４２に着目すると、
スパッタリング電極移動装置５３３により、スパッタリ
ング電極４２自体が、（実験やシュミレーションなどで
基板の径方向の膜厚分布が良くなる動作を決定するよう
に）対向する位置に配置された基板１８の径方向に時間
を制御して矢印３１のように往復運動ができるような構
成にしているため、基板１８の径方向の膜厚均一性を制
御することが可能となる。次に、基板１８の中心を軸
に、回転装置３５により、基板１８を回転できるような
構成にしているため、基板１８の周方向での膜厚均一性
を制御することも可能となる。つまり、制御装置５００
により、スパッタリング電極移動装置５３３の制御装置
２３４と基板１８の回転装置３５の制御装置３６とを制
御することにより、スパッタリング電極４２の移動速度
と基板１８の自転速度を上記制御動作と同様に膜厚分布
を良くするために最適化することで第１実施形態と同
様、基板面内での膜厚均一性の制御が可能となる。

【００３１】また、膜厚均一性の向上には、やはりスパ
ッタリング電極４２の矢印３１の往復運動の速度制御に
おいて、第１実施形態の場合と同様な理由で、スパッタ
リング電極４２が基板１８の中心に向かうときには移動
速度を加速させ、逆に基板１８の外周に向かうときには
減速させることで可能となる。さらに、第２実施形態に
おいては小型のスパッタリング電極４２を移動させてス
パッタリングを行っているため、基板面内においてスパ
ッタ粒子の入射角度に大幅な違いが生じない。すなわ
ち、基板面内での膜質の均一性向上にもつながる。以上
のように、第２実施形態においても、制御装置５００に
より、スパッタリング電極自体の移動速度と自転する基
板１８の自転速度とを膜厚分布を良くするように最適に
制御することで、小型のスパッタリング装置で大型基板
への安定した膜厚および膜質を有する薄膜形成が可能と
なる。

【００３２】また、第２実施形態は第１実施形態と比較
して、ターゲット製造上やコスト等の問題で、あまり大
型のターゲットが使用できないときに有効である。な
お、第２実施形態においてはスパッタリング電極４２の
移動範囲をほぼ基板半径と同程度としたが、基板１８の
直径程度に大きくしても構わない。また、スパッタリン
グ電極４２の形状は角型のほか、丸型でも構わない。上
記各実施形態において、ターゲットの形状は円形に限ら
ず、矩形でもよい。この場合には、上記直径方向の代わ
りに、上記矩形の長手方向又は短手方向とする。

【００３３】

【発明の効果】本発明のスパッタリング装置及び方法に
よれば、以上の説明から明らかなように、円形又は矩形
等の平板ターゲットを用いてスパッタリングを行い、基
板に薄膜を形成するスパッタリング装置及び方法におい
て、スパッタリング電極のターゲット裏面に設置した磁
気回路、あるいはスパッタリング電極自体を、対向した
位置にある基板面に平行にかつ上記ターゲットの直径方
法又は長手又は短手方向沿いに移動させるための移動装
置を有するスパッタリング電極と、そのスパッタリング
電極に対向した位置で基板を保持するとともに、その基
板の中心を軸に基板を自転させるための回転装置を有す
る基板ホルダーとを備えているので、小型マグネトロン
スパッタリング電極で大型基板に形成される薄膜の膜厚
および膜質の均一性を向上することができる。例えば、
従来、大型基板に対しては、さらに大型のスパッタリン
グ電極（面積にして約４倍）でしか均一性が得られなか
ったが、本発明ではそのように大型のスパッタリング電
極を使用する必要がない。

【００３４】また、ターゲット裏面に設置した磁気回
路、あるいはスパッタリング電極自体を移動させる速度
を制御するための制御装置を備えることにより、大型基
板に形成される薄膜の膜厚および膜質の均一性をより一
層向上することができる。すなわち、従来は、ターゲッ
トと基板のサイズ及び距離でほぼ膜厚や膜質が決定され
ていたが、小型のターゲットを移動させるため、理論上
は±１％以内の分布が可能となる。さらに、基板を自転
させる速度を制御するための制御装置を備えることで、
大型基板に形成される膜厚の絶対値精度（例えば、理論
上、絶対値に対して±１％以内の精度）や数ナノメータ
程度の極薄膜の膜厚および膜質の均一性を向上すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は本発明の第１実施形態におけるスパ
ッタリング装置のスパッタリング電極の平面図であり、
（ｂ）は図１の（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【図２】 図１のスパッタリング電極のターゲットから
放出されるスパッタ粒子の時間変化の模式図である。

【図３】 （ａ）は第１実施の形態におけるスパッタリ
ング電極を設置したスパッタリング装置の概略図であ
り、（ｂ）はそのターゲットと基板の大きさおよび設置
位置の関係図である。

【図４】 （ａ）は本発明の第２実施形態におけるスパ
ッタリング装置のスパッタリング電極の平面図であり、
（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【図５】 （ａ）は第２実施形態におけるスパッタリン
グ電極を設置したスパッタリング装置の概略図であり、
（ｂ）はそのターゲットと基板の大きさおよび設置位置
の関係図である。

【図６】 （ａ）は従来のマグネトロンスパッタリング
電極の平面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図であ
る。

【図７】 従来のマグネトロンスパッタリング電極の斜
視図である。

【図８】 （ａ）均一性確保に必要なターゲットと基板
の大きさの関係図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図
である。

【図９】 従来のマグネトロンスパッタリング電極を設
置したスパッタリング装置の概略図である。

【図１０】 内周ターゲットと外周ターゲットを持つマ
グネトロンスパッタリング電極の概略図である。

【符号の説明】

１ ターゲット ５ 磁気回路 １７ 基板ホルダー １８ 基板 １９ シャフト ３３，２３３ 駆動装置 ３４，２３４ 移動速度制御装置 ３５ 回転装置 ３６ 回転速度制御装置 ４２ スパッタリング電極 ５００ 制御装置 ４３３，５３３ 移動装置

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板のターゲット（１）を用いてスパッ
   タリングを行い、基板（１８）に薄膜を形成するスパッ
   タリング装置において、 スパッタリング電極（３２，４２）自体、又は、該のス
   パッタリング電極のターゲット裏面に設置した磁気回路
   （５）を、これに対向した位置にある上記基板の面に大
   略平行にかつ上記ターゲットの所定方向沿いに移動させ
   る移動装置（４３３，５３３）を有するスパッタリング
   電極と、 上記スパッタリング電極に対向した位置で上記基板を保
   持するとともに、上記基板の中心を軸に上記基板を自転
   させるための回転装置（３５）とを有する基板ホルダー
   （１７）とを備えたことを特徴とするスパッタリング装
   置。
2. 【請求項２】 上記ターゲット裏面に設置した上記磁気
   回路、あるいは上記スパッタリング電極を移動させる速
   度を制御する制御装置（３４，２３４）を備えて、上記
   制御装置により上記移動装置による上記磁気回路あるい
   は上記スパッタリング電極を移動させる速度を制御し
   て、上記移動方向沿いの上記基板の膜厚の均一性を制御
   するようにした請求項１に記載のスパッタリング装置。
3. 【請求項３】 上記基板を自転させる速度を制御するた
   めの制御装置（３６）を備えて、上記制御装置により上
   記回転装置による上記基板の自転速度を制御して、上記
   基板の縁沿い方向での膜厚の均一性を制御するようにし
   た請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
4. 【請求項４】 上記ターゲット裏面に設置した上記磁気
   回路、あるいは上記スパッタリング電極を移動させる速
   度を制御する第１制御装置（３４，２３４）と、上記基
   板を自転させる速度を制御するための第２制御装置（３
   ６）と、上記２つの制御装置を制御する第３制御装置
   （５００）とを備えて、上記第３制御装置により、上記
   第１制御装置と第２制御装置とを制御して、上記第１制
   御装置により上記移動装置による上記磁気回路あるいは
   上記スパッタリング電極を移動させる速度を制御しつ
   つ、上記第２制御装置により上記回転装置による上記基
   板の自転速度を制御して、両速度を最適化させて上記基
   板面内での膜厚の均一性を制御するようにした請求項１
   に記載のスパッタリング装置。
5. 【請求項５】 上記ターゲットは平板の円形ターゲット
   （１）であり、上記所定方向とは上記ターゲットの直径
   方向沿いであるようにした請求項１〜４のいずれかに記
   載のスパッタリング装置。
6. 【請求項６】 上記ターゲットは平板の矩形ターゲット
   （１）であり、上記所定方向とは上記ターゲットの矩形
   の長手又は短手方向沿いであるようにした請求項１〜４
   のいずれかに記載のスパッタリング装置。
7. 【請求項７】 平板のターゲット（１）を用いてスパッ
   タリングを行い、基板（１８）に薄膜を形成するスパッ
   タリング方法において、 スパッタリング電極（３２，４２）自体、又は、該のス
   パッタリング電極のターゲット裏面に設置した磁気回路
   （５）を、これに対向した位置にある上記基板の面に大
   略平行にかつ上記ターゲットの所定方向沿いに移動させ
   ると同時に、上記スパッタリング電極に対向した位置で
   上記基板を保持するとともに、上記基板の中心を軸に上
   記基板を自転させるようにしたことを特徴とするスパッ
   タリング方法。
8. 【請求項８】 上記ターゲット裏面に設置した上記磁気
   回路、あるいは上記スパッタリング電極を移動させる速
   度を制御して、上記移動方向沿いの上記基板の膜厚の均
   一性を制御するようにした請求項７に記載のスパッタリ
   ング方法。
9. 【請求項９】 上記基板を自転させる速度を制御して、
   上記基板の縁沿い方向での膜厚の均一性を制御するよう
   にした請求項７又は８に記載のスパッタリング方法。
10. 【請求項１０】 上記ターゲット裏面に設置した上記磁
    気回路、あるいは上記スパッタリング電極を移動させる
    速度を制御する第１制御装置（３４，２３４）と、上記
    基板を自転させる速度を制御するための第２制御装置
    （３６）と、上記２つの制御装置を制御する第３制御装
    置（５００）とを備えて、上記第３制御装置により、上
    記第１制御装置と第２制御装置とを制御して、上記第１
    制御装置により上記移動装置による上記磁気回路あるい
    は上記スパッタリング電極を移動させる速度を制御しつ
    つ、上記第２制御装置により上記回転装置による上記基
    板の自転速度を制御して、両速度を最適化させて上記基
    板面内での膜厚の均一性を制御するようにした請求項７
    に記載のスパッタリング方法。
11. 【請求項１１】 上記ターゲットは平板の円形ターゲッ
    ト（１）であり、上記所定方向とは上記ターゲットの直
    径方向沿いであるようにした請求項７〜１０のいずれか
    に記載のスパッタリング方法。
12. 【請求項１２】 上記ターゲットは平板の矩形ターゲッ
    ト（１）であり、上記所定方向とは上記ターゲットの矩
    形の長手又は短手方向沿いであるようにした請求項７〜
    １０のいずれかに記載のスパッタリング方法。