JPWO2019049472A1 - スパッタリング装置 - Google Patents

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Abstract

基板表面に形成されたホールやトレンチの内部に良好な対称性を持ちながら且つカバレッジ良く所定の薄膜が成膜できるスパッタリング装置を提供する。ターゲットが配置される真空チャンバを備え、真空チャンバ内で、円形の基板Ｗを所定の回転数で回転させながらスパッタリングして基板表面に薄膜を成膜するスパッタリング装置であって、基板の中心がターゲットの中心から径方向一方に所定間隔でオフセットされた状態でこの基板を回転自在に保持するステージと、ターゲットとステージ上の基板との間に設けられて基板を覆う遮蔽板とを備え、遮蔽板にはターゲットから飛散するスパッタ粒子の基板側への通過を許容する開口部が形成され、開口部は、基板の中心領域を起点としてこの起点から径方向外方へと向かうに従いその開口面積が次第に増加するような輪郭を持ち、開口面積の増加量がターゲットと基板との間の距離に応じて設定される。

Description

本発明は、半導体装置の製造工程において基板表面に形成されたホールやトレンチの内部にバリア膜やシード層等の薄膜を成膜するスパッタリング装置に関し、より詳しくは、ホールやトレンチの底面及び側面にカバレッジ良く、且つ、ホールやトレンチに対して対称性良く（即ち、ホールやトレンチの対向する側面に成膜された薄膜の膜厚が同等となるように）薄膜を成膜するのに適したスパッタリング装置に関する。
一般的なスパッタリング装置として、例えば基板面内の良好な均一性を得るために、ターゲットが配置される真空チャンバと、真空チャンバ内でターゲットに対向配置されて円形の基板を回転自在に保持するステージとを備え、基板をその中心を回転中心として所定の回転数で回転させながら、ターゲットをスパッタリングして基板表面に薄膜を成膜するものがある。
また、基板の中心がターゲットの中心から径方向一方に所定間隔でオフセットされた状態でステージ上に基板を回転自在に保持し、ターゲットと基板との間に、一部開口部を持つ遮蔽板を配置することで、比較的小さなターゲットを用いて、比較的大きな基板の表面全体に亘って成膜するものが、例えば特許文献１で示されている。
しかしながら、上記従来例のものでは、ターゲットから飛散したスパッタ粒子のうち基板表面に対して斜めに入射するものを十分に抑制することができず、ホール開口部におけるオーバーハングの成長に伴うカバレッジの低下及び非対称性が発生するという問題があり、近年の微細パターンへの成膜に対して要求される良好なカバレッジや良好な対称性でホールやトレンチの内部に薄膜を成膜することができない。
特開平９−２１３６３４号公報
本発明は、以上の点に鑑み、基板表面に形成されたホールやトレンチの内部に良好な対称性を持ちながら且つカバレッジ良く所定の薄膜が成膜できるスパッタリング装置を提供することをその課題とするものである。
上記課題を解決するために、ターゲットが配置される真空チャンバを備え、真空チャンバ内でターゲットに対向配置される、円形の基板をその中心を回転中心として所定の回転数で回転させながら、ターゲットをスパッタリングして基板表面に薄膜を成膜する本発明のスパッタリング装置は、基板の中心がターゲットの中心から径方向一方に所定間隔でオフセットされた状態でこの基板を回転自在に保持するステージと、ターゲットとステージ上の基板との間に設けられて基板を覆う遮蔽板とを備え、遮蔽板に、ターゲットを所定の放電圧力でスパッタリングすることでターゲットから飛散するスパッタ粒子の基板側への通過を許容する開口部が形成され、開口部は、基板の中心領域を起点としてこの起点から径方向外方へと向かうに従いその開口面積が次第に増加するような輪郭を持ち、開口面積の増加量がターゲットと基板との間の距離に応じて設定されることを特徴とする。
本発明によれば、スパッタ粒子の平均自由行程が長い圧力領域でスパッタリングを行うため、スパッタ粒子はターゲットから飛散した角度を保ったまま進行する。その進行する過程で、ターゲットから飛散したスパッタ粒子のうち基板表面に対して斜めに入射するものが遮蔽板で遮蔽されるため、ホールやトレンチの底面及び側面にカバレッジ良く薄膜を成膜できると共に、ホールやトレンチに対して対称性良く薄膜を成膜することができる。しかも、ターゲットと基板との間の距離に応じて開口部の開口面積の増加量を設定することで、良好な対称性を持ちながら且つカバレッジ良く所定の薄膜が成膜できるという機能を損なうことなく、高い成膜レートを実現することができる。尚、本発明において、ホールやトレンチに成膜する薄膜の膜厚の良好な均一性及び着膜形状の対称性を得るため、ターゲットの直径は、基板半径の２倍程度かそれ以上に設定されることが好ましい。
本発明において、前記開口部が扇形の輪郭を持つ場合、基板の半径をｒ、ターゲットと基板との間の距離をｄとし、基板の中心が、ターゲットの中心よりｒ／３以上離れるようにオフセットされ、遮蔽板による基板の被遮蔽面積比が、１−（ｄ÷２ｒ/２．６６）の値より大きくなるように前記開口部の面積が設定されることが好ましい。このような開口部の面積は、前記開口部の中心角を６０〜１２０°の範囲で設定することが好ましい。中心角が６０°より小さいと、成膜レートを十分に高めることができない場合がある一方で、中心角が１２０°より大きいと、基板表面に対して斜めに入射するスパッタ粒子の量が多くなり、対称性やカバレッジが悪くなる場合がある。
ところで、開口部の起点周辺の部分に成膜されると、基板の中心領域に到達するスパッタ粒子の量が減少する場合がある。この場合、遮蔽板を交換することが考えられるが、これでは、真空チャンバ内を大気開放する必要があり、生産性の低下を招来する。本発明では、ターゲットの中心に対する基板のオフセット方向に沿って遮蔽板を移動させることで、基板の中心領域に到達するスパッタ粒子の量を維持することができ、当該中心領域に存在するホールやトレンチに成膜される薄膜の膜厚が薄くなることを防止できる。
また、ターゲットの基板との背面側に配置されてターゲットと基板との間で且つターゲットの中心とターゲットの外周部との間に偏在するように漏洩磁場を発生させる磁石ユニットと、ターゲットの中心を回転中心として磁石ユニットを回転させる回転手段とを備える場合、磁石ユニットとステージとの回転が同期していると、基板面内で所望の膜厚で成膜されない領域が生じることがある。本発明では、磁石ユニットとステージとの回転が同期しないように、磁石ユニット及びステージの回数数を夫々制御する制御手段を設けることで、基板全面に亘って所望の膜厚で成膜することができる。
本発明において、前記遮蔽板と基板との間の距離が、前記放電圧力の平均自由工程の２倍以内であることが好ましい。２倍より大きいと、粒子同士の散乱によって、基板表面に斜めに入射する粒子の数が増えるため、ホールやトレンチの開口部への付着膜がオーバーハングを起こしやすいという不具合がある。
本発明において、前記遮蔽板の開口部が、基板の中心領域を露出させていることが好ましい。これによれば、基板の中心の直上に開口部を設けることにより、基板の中心領域に存在するホールやトレンチに成膜される薄膜の膜厚が薄くなることがなく、基板の中心領域のカバレッジを良好にすることができる。
本発明の実施形態のマグネトロンスパッタリング装置を示す模式的断面図。 図１に示す遮蔽板の模式的平面図。 本発明の効果を確認する実験結果を示す図。 遮蔽板の変形例を示す模式的平面図。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態のスパッタリング装置について説明する。以下においては、図１を基準とし、真空チャンバ１の天井部側を「上」、その底部側を「下」として説明する。
図１に示すように、スパッタリング装置ＳＭは、処理室１ａを画成する真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１の側壁には排気口１１が設けられ、この排気口１１には排気管１２を介してターボ分子ポンプやロータリーポンプなどからなる真空ポンプＰが接続され、処理室１ａを所定圧力（例えば１×１０−５Ｐａ）まで真空引きできるようにしている。真空チャンバ１の側壁にはガス導入口１３が設けられ、このガス導入口１３には、図示省略のガス源に連通し、マスフローコントローラ１４が介設されたガス管１５が接続され、Ａｒなどの希ガスからなるスパッタガスを処理室１ａ内に所定流量で導入できるようになっている。
真空チャンバ１の天井部には、カソードユニットＣが着脱自在に設けられている。カソードユニットＣは、真空チャンバ１内（処理室１ａ）を臨むように設置されるターゲット２と、ターゲット２のスパッタ面２ａと背向する側に配置されてターゲット２と基板Ｗとの間で且つターゲット２の中心とターゲット２の外周部との間に偏在するように漏洩磁場を発生させる磁石ユニット３とで構成される。ターゲット２は、成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択される金属や金属化合物（絶縁物）等の材料製であり、公知の方法を用いて例えば円形の輪郭を持つように作製されている。ターゲット２には、スパッタ電源Ｅとしての負の電位を持つ直流電源や高周波電源からの出力が接続され、スパッタリング時に電力投入される。ターゲット２のスパッタ面２ａと背向する面には、インジウムやスズ等のボンディング材を介してバッキングプレート２１が接合されている。バッキングプレート２１は、熱伝導の良いＣｕ等の金属製であり、図示省略の冷媒循環通路に冷媒を循環させることでターゲット２を冷却出来るようになっている。磁石ユニット３としては、磁性材料製の板状のヨーク３１と、ヨーク３１の下面に環状に列設した同磁化の複数個の第１の磁石３２と、第１の磁石３２の周囲を囲うように環状に列設した第１の磁石３２と同磁化の複数個の第２の磁石３３とを有する公知のものを用いることができる。ヨーク３１の上面には、回転手段４の回転軸４１が接続され、ターゲット２をスパッタリングして成膜する間、ターゲット２の中心を回転中心として磁石ユニット３を回転できるようになっている。
真空チャンバ１の底部には、ターゲット２の中心から径方向一方に所定間隔でオフセットされた状態で基板Ｗを保持するステージ５が設けられている。ステージ５の下面中央には、図示省略の真空シール部材を介して真空チャンバ１底壁を貫通する回転手段６の回転軸６１が接続され、基板Ｗを所定の回転数で回転できるようになっている。ステージ５には、バイアス電源Ｅ２たる高周波電源の出力が接続されており、スパッタリング時にバイアス電力が投入される。尚、ステージ５は図示省略する公知の静電チャックを有し、この静電チャックの電極に所定電圧を印加することで、ステージ５上に基板Ｗをその成膜面を上にして吸着保持できるようになっている。また、ステージ５に図示省略の昇降手段の駆動軸を接続し、ターゲット２と基板Ｗとの間の距離を変更できるように構成してもよい。
ターゲット２とステージ５上の基板Ｗとの間には、基板Ｗを覆う遮蔽板７が設けられている。遮蔽板７には、ターゲット２から飛散するスパッタ粒子の基板Ｗ側への通過を許容する開口部７１が形成されている。図２も参照して、開口部７１は、例えば基板Ｗの中心領域を露出させ、この中心領域が露出した部分を起点７２としてこの起点から径方向外方へと向かうに従いその開口面積が次第に増加するような輪郭を持ち、開口面積の増加量がターゲット２と基板Ｗとの間の距離ｄ１に応じて設定されている。基板Ｗと遮蔽板７との間の距離ｄ２は、５〜１００ｍｍの範囲に設定することが好ましい。特に遮蔽板７の開口部７１を通り抜けた後のスパッタ粒子が他の粒子と衝突して、その進行方向を変えるという事象を考えると、基板Ｗと遮蔽板７との間の距離ｄ２は、放電圧力に対する平均自由行程の２倍以内で設定されることがより好ましい。また、遮蔽板７の側面には移動手段８の駆動軸８１が接続され、ターゲット２の中心に対する基板Ｗのオフセット方向に沿って（即ち、図１中の右方向に）遮蔽板７を移動できるようになっている。
上記スパッタリング装置ＳＭは、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段Ｒｕを有し、真空ポンプＰの稼働、マスフローコントローラ１４の稼働、スパッタ電源Ｅの稼働、回転手段４の稼働、回転手段６の稼働や移動手段８の稼働等を統括制御するようにしている。尚、磁石ユニット３とステージ５との回転が同期していると、基板Ｗ面内で所望の膜厚で成膜されない領域が生じることがあるが、制御手段Ｒｕにより、磁石ユニット３とステージ５との回転が同期しないように、磁石ユニット３及びステージ５の回数数を夫々制御することで、基板Ｗ全面に亘って所望の膜厚で成膜することができる。以下、上記スパッタリング装置ＳＭを用いた成膜方法について、基板Ｗ表面に形成された図示省略のホールやトレンチの内部にＣｕ膜を成膜する場合を例に説明する。
Ｃｕ製のターゲット２が配置された真空チャンバ１内を所定の真空度（例えば、１×１０−５Ｐａ）まで真空引きし、図外の搬送ロボットにより真空チャンバ１内に基板Ｗを搬送し、ステージ５に基板Ｗを受け渡し、ステージ５上に基板Ｗを静電吸着させて保持する。次いで、回転手段６によりステージ５を所定の回転数（例えば、１２０ｒｐｍ）で回転させることにより基板Ｗを回転させる。これと共に、回転手段４により磁石ユニット３を所定の回転数（例えば、５２ｒｐｍ）で回転させながら、スパッタガスたるアルゴンガスを例えば、０〜２０ｓｃｃｍの流量で導入し（このときの真空チャンバ１内の圧力は２．０×１０−１Ｐａ以下）、スパッタ電源Ｅ１からターゲット２に直流電力（例えば、１０〜３０ｋＷ）を投入し、バイアス電源Ｅ２からステージ５に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力３００Ｗを投入することにより、真空チャンバ１内にプラズマを形成する。これにより、ターゲット２のスパッタ面２ａがスパッタリングされ、ターゲット２から飛散したスパッタ粒子が遮蔽板７の開口部７１を通過し、基板Ｗ表面に形成されたホールやトレンチの底面及び側面に付着、堆積してＣｕ膜が成膜される。
このとき、ターゲット２から飛散したスパッタ粒子のうち基板Ｗ表面に対して斜めに入射するものが遮蔽板７で遮蔽されるため、つまり、遮蔽板７の開口部７１を通過したスパッタ粒子が基板Ｗ表面に対して略垂直に入射するため、ホールやトレンチに対して対称性良く且つカバレッジ良くＣｕ膜を成膜することができる。また、基板Ｗの中央領域の直上には、遮蔽板７の開口部７１が存在するよう遮蔽板７を設置することが好ましい。この場合、基板Ｗの中央領域に到達するスパッタ粒子が少なくなることがなく、基板Ｗの中心領域に存在するホールやトレンチに成膜されるＣｕ膜の膜厚が局所的に薄くならず、基板Ｗの全面に亘って略同等の膜厚を持つＣｕ膜を成膜することができる。
ところで、遮蔽板７の開口部７１の開口面積を小さく設定すると、良好な対称性及びカバレッジを得ることができるが、成膜レートが低くなる場合がある。その一方で、開口部７１の開口面積を大きく設定すると、成膜レートを高くすることができるが、対称性及びカバレッジが悪化する場合がある。
そこで、本実施形態によれば、基板Ｗとターゲット２との間の距離に応じて開口部７１の開口面積の増大量を設定したため、基板Ｗ表面に形成されたホールやトレンチの内部に良好な対称性を持ちながら且つカバレッジ良くＣｕ膜が成膜できるという機能を損なうことなく、基板Ｗの全面に亘って同等の膜厚を持つＣｕ膜を高い成膜レートで成膜できる。具体的には、開口部７１が扇形の輪郭を持つ場合、基板Ｗの半径をｒ、ターゲット２と基板Ｗとの間の距離をｄ１とし、基板Ｗの中心が、ターゲット２の中心よりｒ／２以上離れるようにオフセットされ、遮蔽板７による基板Ｗの被遮蔽面積比が、１−（ｄ１÷２ｒ／２．６６）の値より大きくなるように開口部７１の面積が設定される。この場合、開口部７１の中心角θを６０〜１２０°の範囲に設定することが好ましい。
ところで、開口部７１の起点７２周辺の部分に成膜されると、基板Ｗの中心領域に到達するスパッタ粒子の量が減少する場合がある。この場合、移動手段８によりターゲット２の中心に対する基板Ｗのオフセット方向に沿って遮蔽板７を移動させることで、基板Ｗの中心領域に到達するスパッタ粒子の量を維持することができ、当該中心領域に存在するホールやトレンチに成膜される薄膜の膜厚が薄くなることを防止できる。尚、基板Ｗの処理枚数と上記部分への成膜量との関係を予め取得しておき、基板Ｗの処理枚数に応じて遮蔽板７を移動させるように構成してもよい。
次に、上記効果を確認するために、上記スパッタリング装置ＳＭを用いて次の実験を行った。即ち、本実験では、基板Ｗとしてφ３００ｍｍの円形のシリコン基板の表面に開口幅が５０ｎｍ、深さが２００ｎｍであるトレンチが形成されたものを用い、ターゲット２としてφ４００ｍｍ（基板Ｗの半径ｒの２．６６倍）のＣｕ製のものを用い、基板Ｗとターゲット２との間の距離（以下「Ｔ／Ｓ距離」という）ｄ１を４００ｍｍに設定し、基板Ｗと遮蔽板７との間の距離ｄ２を５０ｍｍに設定し、ターゲット２の中心からの基板Ｗの中心のオフセット量Ｖｏをｒ／２に設定した。遮蔽板７としてφ４００ｍｍのＳＵＳ製のものを用い、遮蔽板７に中心角θが９０°の扇形の輪郭を持つ開口部７１を開設した。そして、ステージ５の回転数を１２０ｒｐｍ、磁石ユニット３の回転数を５２ｒｐｍに夫々制御し、真空チャンバ１内にアルゴンガスを導入すると共にターゲットに直流電力を投入してプラズマを生成した。その後、直ちにアルゴンガスの流量を０ｓｃｃｍに調整し（このときの処理室１ａ内の圧力は１×１０−５Ｐａ）、ターゲット２に投入する直流電力を２３ｋＷに設定すると共にステージ５に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を３００Ｗ投入し、ターゲット２をスパッタリングしてトレンチの内部にＣｕ膜を成膜した。成膜後の基板Ｗの断面ＳＥＭ像からトレンチ内部に成膜されたＣｕ膜の対称性及びカバレッジを評価し、これと併せて、基板Ｗ表面の平坦な部分（トレンチ以外の部分）に成膜されたＣｕ膜の膜厚測定値から成膜レートを評価した。これらの評価結果を図３（ａ）に纏めて示す。図３（ａ）には、開口部７１の中心角θを４５°、６０°、１２０°、１５０°、１８０°に変化させた場合の評価結果も併せて示している。尚、図３に示す評価結果について、「○」は、対称性及びカバレッジが優れており且つ成膜レートが高い場合、「△」は、対称性及びカバレッジが優れており且つ成膜レートが量産適用可能である場合、「▲」は、対称性及びカバレッジが量産適用可能であり且つ成膜レートが高い場合、「×」は、対称性及びカバレッジがＮＧ（量産適用不可）である場合を夫々表している。図３(ａ)には、Ｔ／Ｓ距離ｄ１を２００ｍｍ、３００ｍｍに変化させた場合の評価結果も併せて示している。
図３（ａ）に示す「○」、「△」及び「▲」との評価結果が得られる場合、遮蔽板７による基板Ｗの被遮蔽面積比が１−（ｄ÷２ｒ/２．６６）の値より大きくなるという条件を満たす。この条件を満たすように開口部７１の面積が設定され、例えば、Ｔ／Ｓ距離ｄ１が２００ｍｍの場合には、中心角θを９０°まで大きくすることができ、Ｔ／Ｓ距離ｄ１を３００ｍｍに設定すると、中心角θを１２０°まで大きくすることができ、Ｔ／Ｓ距離ｄ１を４００ｍｍに設定すると、中心角θを１８０°まで大きくすることができることが確認された。但し、カバレッジ性能が強く要求される場合には中心角θは１２０°以下とすることが好ましく、さらに生産性を鑑みて６０°以上とすることが好ましい。
図３（ｂ）は、φ４５０ｍｍの基板Ｗを用いる点以外は、上記と同様の方法でＣｕ膜を成膜し、その評価結果を示している。図３（ｂ）に示す「○」、「△」及び「▲」との評価結果が得られる場合、遮蔽板７による基板Ｗの被遮蔽面積比が１−（ｄ÷２ｒ/２．６６）の値より大きくなるという条件を満たす。この条件を満たすように開口部７１の面積が設定され、例えば、Ｔ／Ｓ距離ｄ１が２００ｍｍの場合には、中心角θは４５°に設定されるが、Ｔ／Ｓ距離ｄ１を３００ｍｍに設定すると、中心角θを６０°まで大きくすることができ、Ｔ／Ｓ距離ｄ１を４００ｍｍに設定すると、中心角θを９０°まで大きくすることができ、Ｔ／Ｓ距離ｄ１を６００ｍｍに設定すると、中心角θを１８０°まで大きくすることが確認された。但し、カバレッジ性能が強く要求される場合には中心角θは１２０°以下とすることが好ましく、さらに生産性を鑑みて６０°以上とすることが好ましい。
以上説明した実験によれば、Ｔ／Ｓ距離ｄ１に応じて中心角θを設定すれば、対称性及びカバレッジ良く成膜できるという機能を損なうことなく、成膜レートを高くすることができることが判った。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、遮蔽板７の開口部７１が切欠部として形成されていてもよい。また、開口部７１は、中心領域を起点としてこの起点から径方向外方へと向かうに従いその開口面積が次第に増加するような輪郭を有しているが、所謂略扇型や略三角形形状の開口部が１ヶ所に設けられている場合に限定されず、離散して複数の開口部として設けられ、それらの開口部の総和が上記条件を満たすようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ターゲット２としてＣｕ製のものを用いて基板Ｗ表面にＣｕ膜を成膜する場合を例に説明したが、これに限らず、Ｃｕ膜以外の金属膜を成膜する場合やＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ，ＳｉＮ等で作製された絶縁物ターゲットを用いて絶縁膜を成膜する場合にも適用することができる。
ＳＭ…スパッタリング装置、Ｗ…基板、１…真空チャンバ、２…ターゲット、２ａ…スパッタ面、２ｃ…ターゲット２の中心、３…磁石ユニット、５…ステージ、７…遮蔽板、７１…開口部、７２…起点。
本発明において、前記遮蔽板と基板との間の距離が、前記放電圧力における平均自由行程の２倍以内であることが好ましい。２倍より大きいと、粒子同士の散乱によって、基板表面に斜めに入射する粒子の数が増えるため、ホールやトレンチの開口部への付着膜がオーバーハングを起こしやすいという不具合がある。

Claims (7)

  1. ターゲットが配置される真空チャンバを備え、真空チャンバ内でターゲットに対向配置される、円形の基板をその中心を回転中心として所定の回転数で回転させながら、ターゲットをスパッタリングして基板表面に薄膜を成膜するスパッタリング装置であって、
    基板の中心がターゲットの中心から径方向一方に所定間隔でオフセットされた状態でこの基板を回転自在に保持するステージと、ターゲットとステージ上の基板との間に設けられて基板を覆う遮蔽板とを備え、遮蔽板に、ターゲットを所定の放電圧力でスパッタリングすることでターゲットから飛散するスパッタ粒子の基板側への通過を許容する開口部が形成されているものにおいて、
    開口部は、基板の中心領域を起点としてこの起点から径方向外方へと向かうに従いその開口面積が次第に増加するような輪郭を持ち、開口面積の増加量がターゲットと基板との間の距離に応じて設定されることを特徴とするスパッタリング装置。
  2. 請求項１記載のスパッタリング装置であって、前記開口部が扇形の輪郭を持つものにおいて、
    基板の半径をｒ、ターゲットと基板との間の距離をｄとし、
    基板の中心が、ターゲットの中心よりｒ／３以上離れるようにオフセットされ、
    遮蔽板による基板の被遮蔽面積比が、１−（ｄ÷２ｒ／２．６６）の値より大きくなるように前記開口部の面積が設定されることを特徴とするスパッタリング装置
  3. 前記開口部の中心角を６０〜１２０°の範囲としたことを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。
  4. 前記ターゲットの中心に対する基板のオフセット方向に沿って前記遮蔽板を移動可能な移動手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載のマグネトロンスパッタリング装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項記載のスパッタリング装置であって、ターゲットの基板との背面側に配置されてターゲットと基板との間で且つターゲットの中心とターゲットの外周部との間に偏在するように漏洩磁場を発生させる磁石ユニットと、ターゲットの中心を回転中心として磁石ユニットを回転させる回転手段とを備えるものにおいて、
    磁石ユニットとステージとが同期しないように、磁石ユニット及びステージの回数数を夫々制御する制御手段を更に備えることを特徴とするスパッタリング装置。
  6. 前記遮蔽板と基板との間の距離が、前記放電圧力の平均自由工程の２倍以内であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
  7. 前記遮蔽板の開口部が、基板の中心領域を露出させていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
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Family Cites Families (13)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60131966A (ja) * 1983-12-20 1985-07-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd スパツタ装置
JPH09213634A (ja) 1996-02-02 1997-08-15 Sony Corp 薄膜成膜方法、半導体装置の製造方法及び薄膜成膜装置
US6830663B2 (en) * 1999-01-26 2004-12-14 Symyx Technologies, Inc. Method for creating radial profiles on a substrate
US6398929B1 (en) * 1999-10-08 2002-06-04 Applied Materials, Inc. Plasma reactor and shields generating self-ionized plasma for sputtering
JP2002069634A (ja) * 2000-08-29 2002-03-08 Canon Inc 薄膜作製方法および薄膜作製装置
GB0215699D0 (en) * 2002-07-06 2002-08-14 Trikon Holdings Ltd Deposition methods and apparatus
JP4471767B2 (ja) * 2004-07-30 2010-06-02 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 スパッタ装置及びそれを用いたスパッタ方法
JP4566681B2 (ja) * 2004-10-06 2010-10-20 株式会社昭和真空 スパッタ装置
US8454804B2 (en) * 2005-10-28 2013-06-04 Applied Materials Inc. Protective offset sputtering
WO2009157341A1 (ja) * 2008-06-25 2009-12-30 キヤノンアネルバ株式会社 スパッタリング装置及びその制御用プログラムを記録した記録媒体
JP4727764B2 (ja) * 2008-12-03 2011-07-20 キヤノンアネルバ株式会社 プラズマ処理装置、磁気抵抗素子の製造装置、磁性薄膜の成膜方法及び成膜制御プログラム
JP5180796B2 (ja) * 2008-12-09 2013-04-10 芝浦メカトロニクス株式会社 マグネトロンスパッタ装置及びマグネトロンスパッタ方法
JP5802811B1 (ja) * 2014-08-27 2015-11-04 株式会社ジーエル・マテリアルズホールディングス ナノ粒子の製造方法

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