WO2010073323A1 - スパッタリング装置および成膜方法 - Google Patents

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徹哉 遠藤
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Definitions

  • the present invention relates to a sputtering apparatus and a film forming method.
  • FIG. 1 is a diagram showing a conventional method for manufacturing a write head.
  • a material 3 constituting a writing head is formed on the substrate 1 on which a V-shaped groove (hereinafter referred to as a V-groove) 2 is formed by vacuum vapor deposition or sputtering. Is deposited.
  • a portion 4 unnecessary for the write head is removed from the material 3 formed on the substrate 3.
  • the tip 5 of the write head is formed in the V-shaped groove 2 as shown on the right side of FIG.
  • the sputtered particles 7 are normally incident on the oblique wall 6 of the V groove 2 (the sputtered particles 7 are incident from the direction perpendicular to the surface of the substrate 1 in FIG. 2A).
  • the material to be deposited grows in a columnar shape on the oblique wall 6 and forms a columnar portion 8.
  • the formation of the columnar portion 8 leads to a decrease in quality.
  • the columnar portion 8 is formed because the sputtered particles 7 are incident on the oblique wall 6 obliquely.
  • columnar growth is alleviated by applying a bias, but voids 9 are generated.
  • Patent Document 1 discloses a configuration for making sputtered particles incident at an angle close to perpendicular to the V-groove.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the sputtering apparatus disclosed in Patent Document 1.
  • a substrate 12 having a V-groove 13 is disposed on a substrate holder 11 whose substrate mounting surface is an inclined surface.
  • a target 14 having a magnet 16 provided on a surface facing the target surface 14a is disposed above the substrate holder 11.
  • the target 15 provided with the magnet 17 having a polarity different from that of the magnet 16 on the surface facing the target surface 15 a is arranged so as to be shifted upward with respect to the target 14 by a predetermined interval. With such a configuration, the plasma 18 for containing the plasma is generated.
  • the sputtered particles flying from the target 15 contribute to the film formation on the oblique wall 13a of the V-groove, and the oblique wall 13b.
  • the sputtered particles flying from the target 14 contribute to the film formation.
  • the incident angle of the sputtered particles incident on the oblique wall 13a from the target 15 is made closer to the vertical direction with respect to the oblique wall 13a.
  • the incident angle of the sputtered particles incident on the oblique wall 13b from the target 14 can be made closer to the vertical direction with respect to the oblique wall 13b.
  • Patent Document 1 the position of the substrate 12 and the targets 14 and 15 are fixed, and the incident angle of the sputtered particles to the V-groove 13 depends on the position of the tilted direction of the substrate 12 arranged at an angle. Variation occurs. Therefore, the film quality of the film formed in the V groove on the lower side (left side in FIG. 3) of the substrate holder 19 and the film formed in the V groove on the upper side (right side in FIG. 3) in the slope direction is changed. Variations may occur.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a sputtering apparatus and a film forming method capable of forming a high quality film in a groove having an oblique wall such as a V groove. There is.
  • a first embodiment of the present invention is a sputtering apparatus, a cathode having a sputtering target support surface, the cathode capable of rotating the sputtering target support surface about a first rotation axis, and a substrate support surface
  • a stage capable of rotating the substrate support surface about a second rotation axis arranged in parallel with the first rotation axis, and between the sputtering support surface and the substrate support surface
  • a shielding plate that is rotatable about the first rotation axis or the second rotation axis, and a substrate having at least one V-groove formed on the substrate support surface is disposed during sputtering.
  • sputtered particles that are incident at an angle of 50 ° or less with the normal line of the oblique wall of the V-groove formed on the substrate to be disposed are incident on the V-groove.
  • Sea urchin, the sputtering target supporting surface, and controlling at least one rotation of the substrate supporting surface, and the shield plate are incident on the V-groove.
  • a second embodiment of the present invention is a sputtering apparatus, a cathode having a sputtering target support surface, the cathode capable of rotating the sputtering target support surface around a first rotation axis, and a substrate A stage having a support surface, wherein the substrate support surface is rotatable about a second rotation axis arranged in parallel with the first rotation axis, the sputtering support surface, and the substrate support surface.
  • a shielding plate that is rotatable about the first rotating shaft or the second rotating shaft, and the shielding plate has a slit-like opening, and the opening is interposed through the opening.
  • the sputtered particles can pass therethrough, and the opening is an opening having a width in a direction perpendicular to the rotation direction wider than a width in the rotation direction of the shielding plate.
  • a third embodiment of the present invention is a sputtering apparatus, a cathode having a sputtering target support surface, the cathode capable of rotating the sputtering target support surface about a first rotation axis, and a substrate A stage having a support surface, wherein the substrate support surface is rotatable about a second rotation axis arranged in parallel with the first rotation axis, the sputtering support surface, and the substrate support surface.
  • a shielding plate that is rotatable about the first rotation axis or the second rotation axis, and at least one V-groove is formed on the substrate support surface during sputtering Is arranged, the ratio of sputtered particles incident at a predetermined angle of 50 ° or less with respect to the normal line of the oblique wall of the V-groove formed on the substrate to be arranged is the largest. Kusuru so on, the sputtering target supporting surface, and controlling at least one rotation of the substrate supporting surface, and the shield plate.
  • a fourth embodiment of the present invention is a cathode having a sputtering target support surface, wherein the sputtering target support surface is rotatable about a first rotation axis, and a stage having a substrate support surface.
  • a film forming method using a sputtering apparatus including the first rotating shaft or a shielding plate rotatable about the second rotating shaft, wherein at least one V-groove is formed on the substrate support surface during sputtering.
  • the sputtered particles incident at an angle of 50 ° or less with the normal line of the oblique wall of the V groove formed on the arranged substrate are arranged.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a sputtering apparatus according to the present embodiment.
  • the sputtering apparatus 100 includes a stage 101 on which a substrate 104 is placed, a cathode 102 that supports a target 103, and a shielding plate 105 having a slit-shaped opening 108.
  • Each of the stage 101 and the cathode 102 includes a rotation axis A and a rotation axis B, and at least one of the stage 101 and the cathode 102 rotates at an arbitrary angle around the rotation axis A and the rotation axis B. It is configured.
  • At least one of the stage 101 and the cathode 102 can be rotated using rotating means such as a motor, and the rotating means can be controlled by a control device.
  • the rotation axis A and the rotation axis B are arranged in parallel to each other, and the target 103 is supported by the cathode 102 so as to be parallel to the rotation axis B.
  • the target 103 supported by the cathode 102 that can rotate at an arbitrary angle around the rotation axis B can cause sputter particles to collide with ions in the plasma against the surface of the target 103 in both cases of stationary and rotating. Can be deposited on the substrate 104.
  • the substrate 104 on which film formation processing is performed by the targets 103a to 103c is placed on a stage 101 that can rotate at an arbitrary angle around the rotation axis A.
  • a V-groove (not shown) is formed in the substrate 104.
  • the stage 101 has a substrate mounting table 107, and the substrate 104 can be provided on the substrate mounting table 107.
  • the substrate mounting table 107 of the stage 101 is configured to be rotatable around a rotation axis (not shown) that is perpendicular to the rotation axis A and passes through the center of the substrate 104, and the substrate 104 is moved around the rotation axis. It is possible to rotate.
  • the substrate mounting table 107 can be rotated using a rotating means such as a motor, for example, and this rotating means can be controlled by a control device.
  • a shielding plate 105 having a slit-like opening 108 formed so that sputtered particles can pass is provided between the target and the stage 101, and the shielding plate 105 is centered on the rotation axis A. It has means for rotating at an arbitrary angle, and functions to finely adjust the film thickness distribution of the deposited film and to increase the selectivity of the incident angle of the sputtered particles.
  • the shielding plate 105 can be rotated around the rotation axis A independently of the cathode 102 or the stage 101 by appropriately controlling the shielding plate rotating means 106 by a control device.
  • FIG. 4 shows a mode in which the shielding plate 105 is rotated about the rotation axis A, but the shielding plate 105 is centered on the rotation axis B by providing the shielding plate rotation means 106 on the cathode 102 side. It may be a form that rotates in a straight line.
  • targets 103 supported by the cathode 102. This is due to the following reason. Many of the magnetic materials used for the write head have a high saturation magnetic flux density, such as FeCo alloy, and the thickness of the target material that can be used in the sputtering process is 4 mm to 5 mm at most. Therefore, the number of processes that can be formed cannot be increased. Therefore, if a plurality of the same target materials are installed, continuous processing can be performed without performing work such as target replacement. In the form of FIG. 4, there are a plurality of targets 103a, 103b, and 103c, and the targets 103a, 103b, and 103c can be properly used according to the use as described above and the use application.
  • the rotation axis A and the rotation axis B are arranged in parallel to each other, and the targets 103a, 103b, and 103c are supported by the cathode 102 so as to be parallel to the rotation axis B.
  • the targets 103 a, 103 b, and 103 c that are rotatable about the rotation axis B deposit sputtered particles on the substrate 104 by causing ions in the plasma to collide with the surface of the target 103.
  • the number of targets may be one or plural.
  • a slit-shaped shielding plate 105 is provided between the substrate and the target at the time of film formation by sputtering, and an oblique V groove formed on the substrate 104 from the target target. Sputtered particles are incident on the V-groove in an angle range as close as possible to the wall (the slope of the V-groove) (an angle range where the angle formed with the normal direction of the oblique wall is as small as possible).
  • the shielding plate 105 is rotated during film formation. By controlling in this way, sputtered particles incident on the oblique wall of the V-groove within a predetermined angle range contribute to the film formation.
  • FIG. 5 is a top view of the shielding plate 105 according to the present embodiment.
  • the shielding plate 105 may be formed by forming the opening 108 in one shielding plate, or may be formed by arranging two shielding plates separated by a predetermined distance. That is, what is important in this embodiment is that the shielding plate 105 has an opening 108 for narrowing the incident angle of the sputtered particles from the target toward the substrate to the substrate within a predetermined angle range.
  • the shielding plate 105 blocks the sputtered particles having an incident angle that the V-groove formed in the substrate 104 does not want to enter as much as possible. Sputtered particles incident at an incident angle can be incident on the V-groove through the opening 108.
  • the “incident angle” is defined as the normal of the surface on which the sputtered particles are incident (the surface of the slanted wall of the V-groove, the substrate surface, etc.) and the incident direction of the incident sputtered particles. Refers to an angle.
  • the opening 108 has a shape whose width in the direction perpendicular to the rotation direction (vertical direction in FIG. 5) is wider than the width of the shielding plate 105 in the rotation direction (horizontal direction in FIG. 5). . Further, the edge portion in the direction perpendicular to the rotation direction of the shielding plate 105 has a curvature radius R.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the V-groove formed in the substrate 104.
  • a V groove 601 having an oblique wall 602 is formed in the substrate 104 as a pattern shape on the deposition target substrate.
  • the V-groove 601 is formed on the substrate 104 so that the longitudinal direction of the groove coincides with the direction perpendicular to the rotation direction (vertical direction in FIG. 5). Thereby, the formation direction of the inclined surface of the V-groove 601 and the moving direction of the shielding plate 105 coincide.
  • the incident angle of the sputtered particles incident on the oblique wall 602 is controlled by the relative positional relationship between the opening 108 of the shielding plate 105, the target, and the substrate 104.
  • the formation direction of the slope of the V groove and the shielding plate 105 The movement direction is matched.
  • the V-groove has an opening width of 200 nm and an opening angle of 30 °.
  • the V-groove opening width and opening angle are not limited to the above values.
  • the “opening angle” is an angle formed by one slope of the V groove and the other slope.
  • the target 103a is the target target.
  • the distance between the target 103a and the substrate 104 is 100 nm
  • the size of the target 103a is 450 mm ⁇ 130 mm
  • the size of the substrate 104 is 200 mm in diameter.
  • the substrate 104 is formed with at least one V-groove shown in FIG.
  • the width of the opening 108 of the shielding plate 105 in the rotational direction is 25 mm
  • the width of the shielding plate 105 width in the vertical direction in FIG.
  • the radius R is set to 100 mm.
  • the rotation radius of the shielding plate 105 (distance from the center of the rotation axis A to the shielding plate 105) is 330 mm, and the rotation radius of the target (distance from the center of the rotation axis B to the target) is 160 mm.
  • the sputtering power is 4000 W (direct current)
  • the bias is 50 W / 13.56 MHz
  • the gas pressure is 0.05 Pa
  • the material of the target 103 a is an FeCo alloy.
  • FIG. 7 is a view for explaining the film forming operation by the sputtering apparatus according to the present embodiment.
  • a rectangular erosion track (erosion part) 701 is formed on the target 103a.
  • the erosion track may be formed on the targets 103b and 103c.
  • one of the upstream region (region 701a) and the downstream region (region 701b) along the rotation direction P of the stage 701 of the erosion track 701 (hereinafter referred to as “target erosion side”).
  • the incident angle of the sputtered particles generated from the control is controlled so as to fall within a predetermined range. That is, in the present embodiment, at least the substrate 104 among the sputtered particles generated from the region of the erosion track that is not the target erosion side (hereinafter referred to as “non-target erosion side”).
  • the sputtered particles that are incident at a vertical and near vertical angle are shielded as much as possible by the shielding plate 105, and the sputtered particles generated from the erosion side of interest are incident at a predetermined incident angle.
  • the opening 108 is positioned so that the sputtered particles to be incident on the substrate 104.
  • the reference line ⁇ is a line connecting the center of the rotation axis A and the center of the rotation axis B.
  • the center line ⁇ is a line connecting the center of the rotation axis A and the rotation center of the substrate mounting table 107.
  • the imaginary line ⁇ is a predetermined area on the erosion side of interest (for example, a point having the deepest area in the erosion track) and the center line of the opening 108, and extends along the longitudinal direction of the opening 108. This is a line connecting an arbitrary point on the center line (reference numeral 501 in FIG. 5) (for example, the center point in the longitudinal direction of the opening 108 on the center line 501).
  • the virtual line ⁇ is defined as an arbitrary point (for example, the middle point) in the region surrounded by the erosion track 701 and an arbitrary point on the center line 501 (for example, the longitudinal length of the opening 108 on the center line 501). It may be a line connecting the middle point of the direction). In the present embodiment, it is not essential where the virtual line ⁇ is set, but it is important to use the provided virtual line ⁇ as a guide for control, and the virtual line ⁇ can be provided based on any location. good.
  • the cathode 102 is fixed, the stage 101 is rotated about the rotation axis A in the direction of the arrow P, and the shielding plate 105 is also appropriately rotated to perform operations from step 1 to step 5 in FIG. I do. Then, after Step 1 to Step 5 in FIG. 7 are completed and film formation is once completed in a predetermined region of the substrate 104, the substrate 104 is rotated by 180 °, and Step 1 to Step 5 in FIG. 7 are performed again.
  • the shielding plate 105 and the stage 101 are independently rotated so that the angle formed between the normal line of the substrate 104 and the virtual line ⁇ is within a predetermined angle range.
  • the substrate 104 (of the substrate support surface of the stage 101) is used.
  • the rotation of the shielding plate 105 and the stage 101 is controlled so that the angle formed by the normal line) and the virtual line ⁇ is close to 30 °, which is the incident angle that is desired to be incident at the highest rate.
  • the stage 101 is positioned so that the angle ⁇ between the reference line ⁇ and the center line ⁇ is ⁇ 25 °. That is, at the start of sputtering film formation (step 1 in FIG. 7), the upstream region (region 701a) of the erosion track 701 in the rotation direction of the substrate 104 (rotation direction of the stage 101) is on the erosion side of interest. Thus, the opening 108 and the substrate 104 of the shielding plate 105 are positioned.
  • the optimal positions of the shielding plate, the cathode, and the stage are obtained by simulation.
  • the rotation of the shielding plate, cathode, and stage may be controlled according to the simulation result.
  • step 5 of FIG. 7 at the end of sputtering film formation the stage 101 is rotated so that the angle ⁇ is 7 °.
  • the center line ⁇ is inclined from the reference line ⁇ to the left side in the drawing
  • ⁇ angle a case where the centerline ⁇ is inclined to the right side
  • the shielding plate 105 and the stage 101 are set so that the angle formed between the normal line of the substrate 104 and the virtual line ⁇ is 30 °. Therefore, sputtered particles having an incident angle of 30 ° are incident on the substrate 104 at the highest ratio. Therefore, the incident angle of the sputtered particles incident on the V groove formed in the substrate 104 can be reduced, and the magnetic film formed in the V groove can be made uniform.
  • the ratio of sputtered particles incident at a predetermined incident angle becomes the largest, and from the upstream end (left side in FIG. 7) in the rotation direction of the substrate 104 to the downstream side (right side in FIG. 7). 7), the rotation of the stage 101 and the shielding plate 105 is controlled so that the region where the sputtered particles are deposited gradually moves toward the edge of (), and from step 1 (at the start of sputtering film formation) to step 5 ( At the end of sputtering film formation).
  • the sputtered particles are incident on the slope of the V-groove so as to reduce columnar growth and increase the atomic density in the film in the film formed by sputtering in the V-groove.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the incident angle to the slope of the V groove and the saturation magnetic flux density according to this embodiment.
  • the saturation magnetic flux density is lowered. That is, the atomic density in the film formed in the V groove is lowered. This occurs because the incident angle to the inclined surface of the V-groove becomes a high incident angle, and a lot of columnar growth occurs.
  • the incident angle on the substrate is set to a predetermined incident angle so that the incident angle of the sputtered particles on the slope of the V groove is 50 ° or less. Therefore, the predetermined incident angle (incident angle to the substrate) is an angle at which the sputtered particles enter the inclined surface of the V groove at an incident angle of 50 ° or less.
  • the incident angle of the sputtered particles to the slope of the V groove is 50 ° or less depending on the opening angle.
  • the range of the incident angle can be obtained geometrically. Therefore, for example, when it is desired to maximize the ratio of sputtered particles incident on the inclined surface of the V-groove at a predetermined angle within a range of 50 ° or less, the sputtered particles are incident on the substrate corresponding to the predetermined angle.
  • the incident angle can be obtained geometrically.
  • the control condition may be obtained by simulation or the like so that the number of sputtered particles incident at the incident angle on the substrate thus obtained becomes the largest.
  • step 5 in FIG. 7 when step 5 in FIG. 7 is completed, the substrate mounting table 107 is rotated, and the substrate 104 is rotated 180 °. Next, the shielding plate 105 and the stage 101 are rotated so that the positional relationship shown in step 1 of FIG. 7 is obtained. That is, the last film-formed region in the previous sputtering film formation is set as the current sputtering film formation start region.
  • the film thickness distribution can be improved by rotating the substrate on which the sputtering film has been formed once by 180 ° and performing the film formation process again on the formed film. That is, in this embodiment, by rotating the substrate by 180 °, on the film formed by sputtering under a certain condition from one end of the substrate toward the other end, the other end to the one end. Sputtering is performed under certain conditions. Therefore, the substrate 104 is formed from one end of the substrate toward the other end (first film formation), and from the other end to the one end (second formation). In the case of film), sputtering under the same conditions is experienced.
  • the film formed by the first film formation and the second composition under the same conditions as the first film formation are obtained.
  • a film formed by the film is deposited. Therefore, the influence of the first film formation and the second film formation can be canceled over the entire surface of the substrate 104, and the film thickness distribution can be made uniform.
  • the angle formed by the substrate 104 and the imaginary line ⁇ is around 15 °, which is the incident angle that is desired to be incident at the highest rate.
  • the rotation of the shielding plate 105 and the stage 101 is controlled so that At this time, in step 1 of FIG. 7, the angle ⁇ is set to ⁇ 23 °, and in step 5, the angle ⁇ is set to 9 °.
  • the stage 101 is rotated so that the angle ⁇ is ⁇ 23 ° to 9 °, and the angle formed between the normal line of the substrate 104 and the virtual line ⁇ is 15 °.
  • the rotation of the shielding plate 105 and the stage 101 is controlled so as to maintain the above. That is, the rotation of the shielding plate 105 and the stage 101 is controlled so that the incident angle of the sputtered particles to the oblique wall of the V groove formed in the substrate 104 is 50 ° or less.
  • the angle formed by the substrate 104 and the imaginary line ⁇ is near 5 °, which is the incident angle at which it is desired to be incident at the highest rate.
  • the rotation of the shielding plate 105 and the stage 101 is controlled so that At this time, in step 1 of FIG. 7, the angle ⁇ is set to ⁇ 20 °, and in step 5, the angle ⁇ is set to 13 °. Then, along Step 1 to Step 5 in FIG. 7, the stage 101 is rotated so that the angle ⁇ is ⁇ 20 ° to 13 °, and the angle formed between the normal line of the substrate 104 and the virtual line ⁇ is 5 °.
  • the rotation of the shielding plate 105 and the stage 101 is controlled so as to maintain the above. That is, the rotation of the shielding plate 105 and the stage 101 is controlled so that the incident angle of the sputtered particles to the oblique wall of the V groove formed in the substrate 104 is 50 ° or less.
  • the present embodiment can also be applied to the case where a target on which an erosion track such as a new target is not formed is used.
  • a target on which an erosion track such as a new target is not formed is used.
  • a cathode having a first magnet having one polarity and a second rectangular magnet having the other polarity and being arranged in a rectangular shape so as to surround the first magnet is used.
  • an aggregate of regions in the target where the vertical component of the magnetic field generated between the first magnet and the second rectangular magnet with respect to the target support surface of the cathode is 0 corresponds to the erosion track.
  • annular magnet may be used instead of the second rectangular magnet.
  • FIG. 9 is a view for explaining the film forming operation by the sputtering apparatus according to the present embodiment.
  • the same operation as that of the first embodiment is performed except that the cathode 102 is rotated about the rotation axis B in the same direction as the stage 101. That is, in each step of FIG. 9, the shielding plate 105, the stage 101, and the cathode 102 are independently rotated so that the angle formed by the normal line of the substrate 104 and the virtual line ⁇ is within a predetermined angle range.
  • the cathode 102 and the stage 101 are arranged so that the target support surface of the cathode 102 on which the target target is disposed and the substrate support surface of the stage 101 are parallel to each other. Control the rotation of
  • Step 1 to Step 4 in FIG. 9 the substrate mounting table 107 is rotated by 180 °, and Steps 1 to 4 are performed again.
  • the angle formed by the substrate 104 and the virtual line ⁇ is in the vicinity of 15 °, which is the incident angle that is desired to be incident at the highest rate.
  • the rotation of the shielding plate 105, the stage 101, and the cathode 102 is controlled. That is, the rotation of the shielding plate 105 and the stage 101 is controlled so that the incident angle of the sputtered particles to the oblique wall of the V groove formed in the substrate 104 is 50 ° or less.
  • the angle ⁇ formed between the reference line ⁇ and the center line ⁇ and the angle ⁇ ′ formed between the reference line ⁇ and the center line ⁇ ′ are ⁇ 16 °.
  • the stage 101 and the cathode 102 are positioned. Accordingly, the substrate support surface of the stage 101 and the cathode support surface on which the target 103a, which is the target to be sputtered, is parallel.
  • the opening 108 of the shielding plate 105 is positioned so that the region 701b of the erosion track 701 is the erosion side of interest.
  • the center line ⁇ ′ is a line connecting the center of the rotation axis B and the center of the target 103a.
  • Steps 2 to 4 are performed.
  • the cathode 102 and the stage 101 are rotated so that the target 103a and the substrate 104 are parallel to each other.
  • Step 4 of FIG. 9 at the end of sputtering film formation the cathode 102 and the stage 101 are rotated so that the angles ⁇ and ⁇ ′ are 8 °, respectively.
  • the surface of the target 103a to be sputtered and the substrate 104 are parallel, so the cathode 102 and the stage 101 are rotating, but at each instant of sputtering, the target 103a and the substrate are rotated.
  • the relative positional relationship with 104 does not change. Therefore, variation in the incident angle of sputtered particles on the substrate 104 can be suppressed.
  • the cathode 102 since the cathode 102 is also rotated during the sputtering film formation, the target 103a and the substrate 104 are made parallel at any moment during the sputtering film formation for the purpose of suppressing fluctuations in the incident angle. Can be realized.
  • the incident angles to the substrate 104 can be made more uniform. Further, when step 4 in FIG. 9 is completed, the substrate 104 is rotated and the steps 1 to 4 in FIG. 9 are further performed, so that the film thickness distribution can be improved.
  • the stage 101 having the substrate support surface may include an electrostatic adsorption mechanism.
  • an electrostatic adsorption mechanism Conventionally, a method of mechanically fixing the outer periphery of the substrate with an annular component has been common.
  • the substrate installation surface becomes oblique, and the substrate may fall when the fixing adjustment is insufficient.
  • an O-ring or the like is inserted between the stage and the substrate to prevent the cooling gas from leaking.
  • the substrate 104 can be fixed on the substrate mounting table 107 without using an O-ring or the like by providing an electrostatic adsorption mechanism. Therefore, it is possible to prevent the substrate from warping with the O-ring as a fulcrum, and to eliminate the fear of the substrate falling. Furthermore, in the fixing method using the annular component, since the substrate and the annular component are in contact with each other, it is difficult to introduce a substrate bias from the viewpoint of contamination, but the bias is applied only to the substrate by the electrostatic adsorption mechanism. It becomes possible to input.
  • a bias power source may be connected to the stage 101 so that a bias voltage (DC bias or high frequency bias) is applied to the stage 101.
  • a bias voltage DC bias or high frequency bias

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Abstract

　本発明は、Ｖ溝といった斜めの壁を有する溝において、高品位に成膜可能なスパッタリング装置および成膜方法を提供する。本発明のスパッタリング装置は、回転可能なカソード（１０２）と、回転可能なステージ(１０１)と、回転可能な遮蔽板(１０５)とを備える。上記スパッタリング装置は、スパッタリング中において、基板（１０４）に形成されたＶ溝の斜めの壁の法線との成す角度が５０°以下の角度で入射するスパッタ粒子を、上記Ｖ溝に入射させるように、カソード（１０２）、ステージ（１０１）、および遮蔽板（１０５）の少なくとも１つの回転を制御する。

Description

スパッタリング装置および成膜方法
　本発明は、スパッタリング装置および成膜方法に関する。
　近年の高度な情報化社会に対応するため、ハードディスクといった磁気記憶媒体の記憶容量を高めることが望まれている。例えば、ハードディスクの記憶容量を高めるためには、書き込みヘッドの先端を小さくする必要がある。
　図１は、従来の、書き込みヘッドの作製方法を示す図である。　
　図１の工程１において、Ｖ字状の溝（以下、Ｖ溝と呼ぶことにする）２が形成された基板１に対して、真空蒸着法やスパッタリング法等により、書き込みヘッドを構成する材料３を成膜する。次いで、図１の工程２において、基板３に形成された材料３のうち、書き込みヘッドとしては不要な部分４を除去する。すると、図１の右に示した図のように、書き込みヘッドの先端部５が、Ｖ溝２中に形成される。
　しかしながら、図２Ａに示すように、例えばスパッタリング法において、Ｖ溝２の斜めの壁６に対してスパッタ粒子７の通常入射（図２Ａの基板１の表面に対して垂直方向からスパッタ粒子７を入射させる）により成膜すると、図２Ｂに示すように、斜めの壁６において、成膜すべき材料が柱状に成長し、柱状部分８を形成してしまう。この柱状部分８の形成は、品質の低下に繋がってしまう。このような柱状部分８の形成は、斜めの壁６に対してスパッタ粒子７が斜めに入射するために起こる。これに対する対策として、図２Ｃに示すように、基板１にバイアスを印加することが挙げられる。このように、バイアスを印加することによって柱状成長は緩和されるが、ボイド９が発生してしまう。
　図２Ｂ、２Ｃにて示した現象を低減するためには、斜めの壁６に対してスパッタ粒子７の入射角度を少しでも垂直に近づければ良い。このように、斜めの壁６に対して垂直に近づけるようにしてスパッタ粒子を入射すれば、膜の柱状成長を低減することができる。特許文献１では、このようにＶ溝に対して垂直に近い角度でスパッタ粒子を入射させるための構成が開示されている。
　図３は、特許文献１に開示されたスパッタリング装置の構成を示す図である。　
　図３において、基板載置面が斜面である基板ホルダー１１上には、Ｖ溝１３が形成された基板１２が配置されている。該基板ホルダー１１の上方には、ターゲット面１４ａと対向する面に磁石１６が設けられたターゲット１４が配置されている。さらに、ターゲット面１５ａと対向する面に磁石１６とは異なる極性を有する磁石１７が設けられたターゲット１５が、ターゲット１４に対して上方に所定の間隔だけずらして配置されている。このような構成により、プラズマを封じ込めるためのプラズマ１８が発生する。
　特許文献１に開示されたスパッタリング装置では、図３の構成において、Ｖ溝の斜めの壁１３ａに対しては、ターゲット１５から飛来するスパッタ粒子が成膜に寄与し、斜めの壁１３ｂに対しては、ターゲット１４から飛来するスパッタ粒子が成膜に寄与する。このとき、基板１２とターゲット１４、１５との位置関係を調節することにより、ターゲット１５から斜めの壁１３ａに入射されるスパッタ粒子の入射角度を、斜めの壁１３ａに対して垂直方向に近づけることができ、またターゲット１４から斜めの壁１３ｂに入射されるスパッタ粒子の入射角度を、斜めの壁１３ｂに対して垂直方向に近づけることができる。
特開平１０－３３０９３０号公報
　このように特許文献１に開示されたスパッタリング方法においては、Ｖ溝１３の斜めの壁１３ａ、１３ｂにおける柱状成長を低減することができ、当時としては十分に良好な膜質を得ることができたが、近年の高度情報化社会の発達による書き込みヘッドに対する要望に伴い、Ｖ溝に形成される膜の品質の更なる向上が求められている。
　すなわち、特許文献１においては、基板１２とターゲット１４、１５の位置とが固定されており、傾斜されて配置された基板１２の傾斜方向の位置によっては、Ｖ溝１３へのスパッタ粒子の入射角度にバラツキが生じる。従って、基板ホルダー１９の、斜面方向の下側（図３の左側）のＶ溝に形成された膜と、斜面方向の上側（図３の右側）のＶ溝に形成された膜との膜質にバラツキが生じてしまうことがある。
　本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、Ｖ溝といった斜めの壁を有する溝において、高品位に成膜可能なスパッタリング装置および成膜方法を提供することにある。
　本発明の第１の実施態様は、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であって、第１の回転軸を中心に前記スパッタリングターゲット支持面が回転可能なカソードと、基板支持面を有するステージであって、前記第１の回転軸と平行に配置された第２の回転軸を中心に前記基板支持面が回転可能なステージと、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、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な遮蔽板とを備え、スパッタリング中において、前記基板支持面に少なくとも１つのＶ溝が形成された基板が配置される場合、該配置される基板に形成されたＶ溝の斜めの壁の法線との成す角度が５０°以下の角度で入射するスパッタ粒子を、前記Ｖ溝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ことを特徴とする。
　また、本発明の第２の実施態様は、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であって、第１の回転軸を中心に前記スパッタリングターゲット支持面が回転可能なカソードと、基板支持面を有するステージであって、前記第１の回転軸と平行に配置された第２の回転軸を中心に前記基板支持面が回転可能なステージと、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、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な遮蔽板とを備え、前記遮蔽板は、スリット状の開口部を有し、該開口部を介してスパッタ粒子が通過可能であり、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。
　また、本発明の第３の実施態様は、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であって、第１の回転軸を中心に前記スパッタリングターゲット支持面が回転可能なカソードと、基板支持面を有するステージであって、前記第１の回転軸と平行に配置された第２の回転軸を中心に前記基板支持面が回転可能なステージと、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、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な遮蔽板とを備え、スパッタリング中において、前記基板支持面に少なくとも１つのＶ溝が形成された基板が配置される場合、該配置される基板に形成されたＶ溝の斜めの壁の法線との成す角度が５０°以下の所定の角度で入射するスパッタ粒子の割合を最も多くするように、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ことを特徴とする。
　さらに、本発明の第４の実施態様は、スパッタリングターゲット支持面を有するカソードであって、第１の回転軸を中心に前記スパッタリングターゲット支持面が回転可能なカソードと、基板支持面を有するステージであって、前記第１の回転軸と平行に配置された第２の回転軸を中心に前記基板支持面が回転可能なステージと、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、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な遮蔽板とを備えるスパッタリング装置による成膜方法であって、スパッタリング中において、前記基板支持面に少なくとも１つのＶ溝が形成された基板が配置される場合、該配置される基板に形成されたＶ溝の斜めの壁の法線との成す角度が５０°以下の角度で入射するスパッタ粒子を、前記Ｖ溝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つを回転させることを特徴とする。
従来の、書き込みヘッドの先端を作製する方法を示す図である。 従来の、Ｖ溝が形成された基板に対して垂直にスパッタ粒子を入射する様子を示す図である。 図２Ａに示すスパッタリングによって、Ｖ溝中に柱状部分が形成される様子を示す図である。 図２Ａに示すスパッタリングによって、Ｖ溝中にボイドが形成される様子を示す図である。 従来のスパッタリング装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る遮蔽板の上面図である。 本発明の一実施形態に係る、基板に形成されたＶ溝の断面図である。 本発明の一実施形態に係る、スパッタリング装置による成膜動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る、Ｖ溝の斜面への入射角度と飽和磁束密度との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、スパッタリング装置による成膜動作を説明するための図である。
　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４は、本実施形態に係る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１００は、基板１０４を載置するステージ１０１と、ターゲット１０３を支持するカソード１０２及びスリット状の開口部１０８を有する遮蔽板１０５とを備えている。ステージ１０１及びカソード１０２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１０１及びカソード１０２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１０１及びカソード１０２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１０３は、回転軸Ｂに対して平行となるように、カソード１０２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１０２により支持されるターゲット１０３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１０３表面に衝突させることによってスパッタ粒子を基板１０４上に堆積させることが出来る。
　ターゲット１０３ａ～１０３ｃによって成膜処理が施される基板１０４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１０１上に載置されている。該基板１０４には、Ｖ溝（不図示）が形成されている。ステージ１０１は基板載置台１０７を有しており、基板載置台１０７上には基板１０４を設けることができる。ステージ１０１の基板載置台１０７は、回転軸Ａに垂直であり且つ基板１０４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１０４を回転させることが可能である。基板載置台１０７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１０１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１０８を有する遮蔽板１０５が設けられており、遮蔽板１０５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１０５は、遮蔽板用回転手段１０６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１０２又はステージ１０１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４では、遮蔽板１０５を回転軸Ａを中心に回転する形態を示しているが、遮蔽板用回転手段１０６をカソード１０２側に設けるなどして、遮蔽板１０５を回転軸Ｂを中心に回転する形態であっても良い。
　カソード１０２に支持されるターゲット１０３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４の形態においては、複数のターゲット１０３ａ、１０３ｂ及び１０３ｃ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１０３ａ、１０３ｂ及び１０３ｃ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１０３ａ、１０３ｂ及び１０３ｃは、回転軸Ｂに対して平行となるように、カソード１０２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１０３ａ、１０３ｂ及び１０３ｃは、プラズマ中のイオンをターゲット１０３表面に衝突させることによってスパッタ粒子を基板１０４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。
　本実施形態では、上述の構成のように、スパッタリングによる成膜時に、基板とターゲットとの間にスリット状の遮蔽板１０５を設け、対象となるターゲットから基板１０４に形成されたＶ溝の斜めの壁（Ｖ溝の斜面）に対して、なるべく垂直に近い角度の範囲（斜めの壁の法線方向と成す角度がなるべく小さくなるような角度の範囲）でスパッタ粒子がＶ溝に入射するように、成膜中に遮蔽板１０５を回転させる。このように制御することで、所定の角度範囲でＶ溝の斜めの壁に入射するスパッタ粒子が成膜に寄与することになる。これによって、Ｖ溝の斜めの壁に入射されるスパッタ粒子のうち、該斜めの壁に対しての斜め成分を減らしながら成膜を行うことができる。よって、成膜後のＶ溝中における柱状成長や、ボイドの形成を低減することができる。
　本実施形態では、成膜中において、カソード１０２は固定し、ステージ１０１および遮蔽板１０５を回転させる形態について説明する。　
　図５は、本実施形態に係る遮蔽板１０５の上面図である。遮蔽板１０５は、１つの遮蔽板に開口部１０８を形成するようにしても良いし、２つの遮蔽板を所定の距離だけ離間して配置することによって形成しても良い。すなわち、本実施形態で重要なことは、ターゲットから基板へと向かうスパッタ粒子の、基板への入射角度を所定の角度範囲に絞るための開口部１０８を、遮蔽板１０５が有することである。このように開口部１０８を形成することによって、成膜中の各瞬間において、基板１０４に形成されたＶ溝になるべく入射させたくない入射角度のスパッタ粒子を遮蔽板１０５にてブロックし、適切な入射角度で入射するスパッタ粒子を開口部１０８を介してＶ溝に入射させることができる。
　なお、本明細書において、「入射角度」とは、スパッタ粒子が入射される面（Ｖ溝の斜めの壁の表面や基板表面等）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。
　図５に示されるように、開口部１０８は、遮蔽板１０５の回転方向（図５の水平方向）の幅よりも回転方向に垂直な方向（図５の鉛直方向）の幅が広い形状を有する。また、遮蔽板１０５の回転方向に垂直な方向のエッジ部分は曲率半径Ｒの曲率を有している。
　図６は、基板１０４に形成されたＶ溝の断面図である。図６に示すように、基板１０４には、被成膜基板上のパターン形状として、斜めの壁６０２を有するＶ溝６０１が形成されている。このV溝６０１は、該溝の長手方向が上記回転方向に垂直な方向（図５の鉛直方向）と一致するように基板１０４に形成されている。これにより、V溝６０１の斜面の形成方向と遮蔽板１０５の移動方向とが一致することになる。本実施形態では、遮蔽板１０５の回転制御によって、成膜中の各瞬間において、斜めの壁（Ｖ溝の斜面）６０２への入射角度をなるべく小さくすることが重要である。これを実現するために本実施形態では、斜めの壁６０２へと入射されるスパッタ粒子の入射角度を、遮蔽板１０５の開口部１０８、ターゲット、および基板１０４との相対的な位置関係によって制御しており、ターゲットからの、不要な入射角度となるスパッタ粒子を遮蔽板１０５にて遮蔽する作用をＶ溝の斜めの壁６０２に及ばせるために、Ｖ溝の斜面の形成方向と遮蔽板１０５の移動方向とを一致させているのである。　
　本実施形態では、Ｖ溝の開口幅を２００nｍ、開口角度を３０°として説明するが、本発明では、V溝の開口幅、開口角度は上記値に限定されないことは言うまでもない。なお、本明細書において、「開口角度」とは、Ｖ溝の一方の斜面と他方の斜面とのなす角度である。
　次に、本実施形態におけるスパッタリング装置の動作を説明する。　
　本実施形態では、ターゲット１０３ａを対象ターゲットとする。該ターゲット１０３ａと基板１０４とが平行になる際の、ターゲット１０３ａと基板１０４との間の距離を１００ｎｍとし、ターゲット１０３ａのサイズを４５０ｍｍ×１３０ｍｍとし、基板１０４のサイズを直径２００ｍｍとする。該基板１０４には図６に示すＶ溝が少なくとも１つ形成されている。また、遮蔽板１０５の開口部１０８の回転方向の幅（図５の水平方向の幅）を２５ｍｍとし、遮蔽板１０５の幅（図５の鉛直方向の幅）を４５０ｍｍとし、遮蔽板１０５の曲率半径Rを１００ｍｍとする。また、遮蔽板１０５の回転半径（回転軸Ａの中心から遮蔽板１０５までの距離）を３３０ｍｍとし、ターゲットの回転半径（回転軸Ｂの中心からターゲットまでの距離）を１６０ｍｍとする。
　また、放電条件としては、スパッタ電力を４０００Ｗ（直流）とし、バイアスを５０Ｗ／１３．５６ＭＨｚとし、ガス圧を０．０５Ｐａとし、ターゲット１０３ａの材料をＦｅＣｏ合金とする。
　図７は、本実施形態に係る、スパッタリング装置による成膜動作を説明するための図である。　
　図７において、ターゲット１０３ａには矩形状のエロージョントラック（侵食部）７０１が形成されている。このエロージョントラックは、ターゲット１０３ｂ、１０３ｃに形成されている場合もある。
　本実施形態では、エロージョントラック７０１の、ステージ７０１の回転方向Ｐに沿った上流側の領域（領域７０１ａ）と下流側の領域（領域７０１ｂ）との一方（以降、“着目するエロージョンサイド”と呼ぶことにする）から発生するスパッタ粒子の入射角度を所定の範囲内に収めるように制御する。すなわち、本実施形態では、エロージョントラックの、着目するエロージョンサイドではない方の領域（以降、“着目しないエロージョンサイド”と呼ぶことにする）から発生するスパッタ粒子のうち、少なくとも、基板１０４に対して垂直、および垂直に近い角度（例えば、０°以上５°未満）で入射するスパッタ粒子を遮蔽板１０５にてなるべく遮蔽し、着目するエロージョンサイドから発生するスパッタ粒子のうち、所定の入射角度で入射するスパッタ粒子が基板１０４に入射するように、開口部１０８を位置させる。
　図７において、基準線αは、回転軸Ａの中心と回転軸Ｂの中心とを結ぶ線である。また、中心線βは、回転軸Ａの中心と基板載置台１０７の回転中心とを結ぶ線である。さらに、仮想線γは、着目するエロージョンサイドの所定の領域（例えば、エロージョントラック中の最も深い領域のある点等）と、開口部１０８の中心線であって、開口部１０８の長手方向に沿った中心線（図５の符号５０１）上の任意の点（例えば、中心線５０１上の、開口部１０８の長手方向の中点等）とを結ぶ線である。また、仮想線γを、エロージョントラック７０１に囲まれた領域の任意の点（例えば、真ん中の点）と、中心線５０１上の任意の点（例えば、中心線５０１上の、開口部１０８の長手方向の中点等）とを結ぶ線としても良い。本実施形態では、仮想線γを何処に設定するかが本質ではなく、設けられた仮想線γを制御の目安として用いることが重要であり、仮想線γはいずれの場所を基準に設けても良い。
　本実施形態では、カソード１０２を固定し、ステージ１０１を回転軸Ａを中心に矢印方向Ｐに向かって回転させ、かつ遮蔽板１０５も適宜回転させて、図７の工程１から工程５までの動作を行う。そして、図７の工程１から工程５が終了し、基板１０４の所定の領域に一度成膜を完了した後に、基板１０４を１８０°回転させて、再び図７の工程１から工程５を行う。
　具体的には、図７の各工程において、基板１０４の法線と仮想線γとのなす角度が所定の角度範囲内に収まるように、遮蔽板１０５およびステージ１０１を独立に回転させる。
　例えば、スパッタ粒子の、基板１０４へのメインの入射角度を３０°にしたい場合（入射角度が３０°近傍のスパッタ粒子の割合を最も多くしたい場合）は、基板１０４（ステージ１０１の基板支持面の法線）と仮想線γとのなす角度が、最も多い割合で入射させたい入射角度である３０°近傍になるように、遮蔽板１０５およびステージ１０１の回転を制御する。
　このとき、スパッタリング成膜の開始時（図７の工程１）においては、基準線αと中心線βとのなす角度θが－２５°となるように、ステージ１０１を位置させる。すなわち、スパッタリング成膜の開始時（図７の工程１）においては、エロージョントラック７０１の、基板１０４の回転方向（ステージ１０１の回転方向）の上流側の領域（領域７０１ａ）が着目するエロージョンサイドになるように、遮蔽板１０５の開口部１０８および基板１０４を位置させる。
　なお、上記所定の入射角度（例えば、上述のメインの入射角度）で基板に入射するスパッタ粒子の割合を最も大きくしたい場合は、シミュレーションによりそのための遮蔽板、カソード、ステージの最適な位置を求め、該シミュレーション結果に従って遮蔽板、カソード、ステージの回転を制御すれば良い。
　次いで、スパッタリング成膜中においては、ステージ１０１を回転軸Ａを中心に矢印方向Ｐに向かって回転させ、図７の工程２から工程５を行う。スパッタリング成膜の終了時である図７の工程５においては、角度θが７°となるように、ステージ１０１を回転させる。なお、本明細書では、中心線βが基準線αから図中の左側に傾いた場合を“＋の角度”とし、右側に傾いた場合を“－の角度”とする。
　すなわち、スパッタリング成膜中の各瞬間において（例えば、図７の工程１～工程５）、基板１０４の法線と仮想線γとのなす角度が３０°となるように、遮蔽板１０５およびステージ１０１の回転を制御しているので、基板１０４へは、入射角度３０°のスパッタ粒子が最も多い割合で入射される。従って、基板１０４に形成されたＶ溝に入射されるスパッタ粒子の入射角度を小さくすることができ、Ｖ溝に形成される磁性膜の均一化を図ることができる。なお、このように制御しても、基板１０４に対して垂直、あるいは垂直に近い入射角度で入射するスパッタ粒子（Ｖ溝の斜めの壁に対して大きな角度で入射するスパッタ粒子）が存在する場合もある。しかしながら、本実施形態では、Ｖ溝中に良好に磁性膜を成膜できる入射角度の割合が最も大きくなるように、遮蔽板１０５およびステージ１０１の回転を制御しているので、基板１０４に対して垂直、あるいは垂直に近い入射角度で入射するスパッタ粒子を低減することができ、該スパッタ粒子の成膜への寄与を低減することができる。
　このように、所定の入射角度で入射するスパッタ粒子の割合が最も多くなり、かつ基板１０４の回転方向の上流側（図７の左側）の端から、該回転方向の下流側（図７の右側）の端に向かって、スパッタ粒子が堆積する領域が徐々に移動するように、ステージ１０１および遮蔽板１０５の回転を制御し、図７の工程１（スパッタリング成膜の開始時）から工程５（スパッタリング成膜の終了時）を行う。
　さて、本実施形態では、Ｖ溝中においてスパッタリングによって形成された膜において、柱状成長を低減し、膜中の原子密度を高めるように、スパッタ粒子をＶ溝の斜面に入射させることが本質である。このためには、適切な入射角度の範囲内で、Ｖ溝の斜めの壁（Ｖ溝の斜面）に対してスパッタ粒子を入射させる必要がある。
　図８は、本実施形態に係る、Ｖ溝の斜面への入射角度と飽和磁束密度との関係を示す図である。図８に示されるように、Ｖ溝の斜面への入射角度が５０°よりも大きくなると、飽和磁束密度が下がってしまう。すなわち、Ｖ溝に形成された膜中の原子密度が下がってしまう。これは、Ｖ溝の斜面への入射角度が高入射角度となり、柱状成長が多く発生するために起こる。
　そこで、本実施形態では、Ｖ溝の斜面へのスパッタ粒子の入射角度が５０°以下となるように、カソード、ステージ、および遮蔽板の少なくとも１つを独立に制御することが好ましい。従って、本実施形態では、Ｖ溝の斜面へのスパッタ粒子の入射角度が５０°以下となるように、上記基板への入射角度を所定の入射角度に設定する。よって、所定の入射角度（基板への入射角度）とは、スパッタ粒子がＶ溝の斜面へと入射角度５０°以下で入射するような角度である。
　なお、成膜対象のＶ溝の開口角度がいずれの値であっても、該開口角度に応じて、Ｖ溝の斜面へのスパッタ粒子の入射角度が５０°以下となるような、基板への入射角度の範囲は、幾何学的に求めることができる。従って、例えば、Ｖ溝の斜面へのスパッタ粒子の入射角度が５０°以下の範囲内の所定の角度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度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度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を求めれば良い。
　本実施形態では、図７の工程５が終了すると、基板載置台１０７を回転させて、基板１０４を１８０°回転させる。次いで、図７の工程１に示す位置関係となるように、遮蔽板１０５およびステージ１０１を回転させる。すなわち、前回のスパッタリング成膜において最後に成膜された領域を、今回のスパッタリング成膜の開始領域とする。
　このように、１度スパッタリング成膜が行われた基板を１８０°回転させて、成膜された基板に対して再度成膜処理を行うことで、膜厚分布を改善することができる。すなわち、本実施形態では、基板を１８０°回転させることにより、基板の一方の端から他方の端に向かってある条件でスパッタリングして形成された膜上に、上記他方の端から一方の端に向かって上記ある条件でスパッタリングしている。よって、基板１０４は、基板の一方の端から他方の端に向かって成膜する場合（第１の成膜）と、他方の端から一方の端に向かって成膜する場合（第２の成膜）とにおいて、同じ条件のスパッタリングを経験することになる。従って、基板１０４の、ステージ１０１の回転方向（基板１０４の移動方向）における対称の位置では、第１の成膜によって形成された膜と、該第１の成膜と同条件の第２の成膜によって成膜された膜とが堆積することになる。よって、基板１０４全面において、第１の成膜と第２の成膜による影響をキャンセルすることができ、膜厚分布の均一化を図ることができる。
　また、例えば、スパッタ粒子の、基板１０４へのメインの入射角度を１５°にしたい場合は、基板１０４と仮想線γとのなす角度が、最も多い割合で入射させたい入射角度である１５°近傍になるように、遮蔽板１０５およびステージ１０１の回転を制御する。このとき、図７の工程１においては、角度θを－２３°に設定し、工程５においては、角度θを９°に設定する。そして、図７の工程１～工程５に沿って、角度θが－２３°～９°になるようにステージ１０１を回転させ、かつ基板１０４の法線と仮想線γとのなす角度が１５°を維持するように、遮蔽板１０５およびステージ１０１の回転を制御する。すなわち、基板１０４に形成されたＶ溝の斜めの壁へのスパッタ粒子の入射角度が５０°以下となるように、遮蔽板１０５およびステージ１０１の回転を制御する。
　さらに、例えば、スパッタ粒子の、基板１０４へのメインの入射角度を５°にしたい場合は、基板１０４と仮想線γとのなす角度が、最も多い割合で入射させたい入射角度である５°近傍になるように、遮蔽板１０５およびステージ１０１の回転を制御する。このとき、図７の工程１においては、角度θを－２０°に設定し、工程５においては、角度θを１３°に設定する。そして、図７の工程１～工程５に沿って、角度θが－２０°～１３°になるようにステージ１０１を回転させ、かつ基板１０４の法線と仮想線γとのなす角度が５°を維持するように、遮蔽板１０５およびステージ１０１の回転を制御する。すなわち、基板１０４に形成されたＶ溝の斜めの壁へのスパッタ粒子の入射角度が５０°以下となるように、遮蔽板１０５およびステージ１０１の回転を制御する。
　なお、上記説明では、エロージョントラックが形成されたターゲットを用いた場合について説明したが、本実施形態は、新品のターゲット等のエロージョントラックが形成されてないターゲットを用いる場合にも適用可能である。例えば、一方の極性の第１の磁石と、該第１の磁石を囲むように該第１の磁石と矩形状に配置された、他方の極性の第２の矩形状磁石とを有するカソードを用いる場合、ターゲットのうち、第１の磁石と第２の矩形状磁石との間に生じる磁場の、カソード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対応する。
　なお、本実施形態では、第２の矩形状磁石の代わりに円環状磁石を用いても良い。本実施形態では、他方の磁性の磁石により、第１の磁石を囲むようにループ形態を形成することが重要であり、該ループ形態の形状はいずれの形状でも良い。
　（第２の実施形態）　
　第１の実施形態では、カソードを固定した形態について説明したが、本実施形態では、ステージ、遮蔽板に加えてカソードも回転させる形態について説明する。
　図９は、本実施形態に係る、スパッタリング装置による成膜動作を説明するための図である。　
　本実施形態では、カソード１０２を回転軸Ｂを中心に、ステージ１０１と同一の方向に回転させること以外は、第１の実施形態と同様の動作を行う。すなわち、図９の各工程において、基板１０４の法線と仮想線γとのなす角度が所定の角度範囲内に収まるように、遮蔽板１０５、ステージ１０１およびカソード１０２を独立に回転させる。このとき、本実施形態では、スパッタリング成膜中において、カソード１０２の、対象となるターゲットが配置されたターゲット支持面と、ステージ１０１の基板支持面とが平行になるように、カソード１０２およびステージ１０１の回転を制御する。
　次いで、本実施形態では、図９の工程１～工程４が終了すると、基板載置台１０７を１８０°回転させ、再び工程１～４を行う。
　例えば、スパッタ粒子の、基板１０４へのメインの入射角度を１５°にしたい場合は、基板１０４と仮想線γとのなす角度が、最も多い割合で入射させたい入射角度である１５°近傍になるように、遮蔽板１０５、ステージ１０１、およびカソード１０２の回転を制御する。すなわち、基板１０４に形成されたＶ溝の斜めの壁へのスパッタ粒子の入射角度が５０°以下となるように、遮蔽板１０５およびステージ１０１の回転を制御する。
　スパッタリング成膜の開始時（図９の工程１）においては、基準線αと中心線βとのなす角度θ、および基準線αと中心線β'とのなす角度θ'が－１６°となるように、ステージ１０１、およびカソード１０２を位置させる。従って、ステージ１０１の基板支持面と、スパッタリング対象のターゲットであるターゲット１０３ａが配置されたカソード支持面とは平行になる。また、エロージョントラック７０１の領域７０１ｂが着目するエロージョンサイドになるように、遮蔽板１０５の開口部１０８を位置させる。　
　なお、中心線β'は、回転軸Ｂの中心と、対象となるターゲット１０３ａの中心とを結ぶ線である。
　次いで、スパッタリング成膜中においては、ステージ１０１を回転軸Ａを中心に矢印方向Ｐに向かって回転させ、かつカソード１０２を回転軸Ｂを中心に矢印方向Ｑに向かって回転させ、図９の工程２から工程４を行う。また、各工程において、ターゲット１０３ａと基板１０４とが平行になるように、カソード１０２およびステージ１０１を回転させる。スパッタリング成膜の終了時である図９の工程４においては、角度θおよびθ'がそれぞれ、８°となるように、カソード１０２およびステージ１０１を回転させる。
　本実施形態では、スパッタリング成膜中において、スパッタ対象となるターゲット１０３ａの表面と基板１０４とが平行であるため、カソード１０２およびステージ１０１は回転しているが、スパッタリングの各瞬間においてターゲット１０３ａと基板１０４との相対的な位置関係は変動しなくなる。従って、基板１０４へのスパッタ粒子の入射角度の変動を抑えることができる。
　本実施形態では、スパッタリング成膜中においてカソード１０２も回転させているので、入射角度の変動を抑えることを目的とした、スパッタリング成膜中のいずれの瞬間においてもターゲット１０３ａと基板１０４とを平行にすること、が実現することができる。
　このように本実施形態によれば、スパッタリング成膜中は、対象となるターゲット１０３ａと基板１０４とが平行になるようにしているので、基板１０４への入射角度をよりいっそう揃えることができる。また、図９の工程４が終了すると、基板１０４を回転し、さらに図９の工程１～４を行っているので、膜厚分布の改善を図ることができる。
　（第３の実施形態）　
　基板支持面を有するステージ１０１は、静電吸着機構を備えていても良い。従来は、基板外周を環状部品により機械的に固定する方法が一般的であった。しかし、ステージ自体が回転することで基板設置面が斜めになり、固定の調整が不十分である場合に基板が落下することがあった。また、基板冷却用ガスを封止するため、ステージと基板の間にＯリング等を挿入することで、冷却ガスの漏洩を防止していた。
　本実施形態では、静電吸着機構を備えることによって、Ｏリング等を介さなくても、基板１０４を基板載置台１０７上に固定することができる。よって、Ｏリングを支点とした基板の反りを防ぐことができるとともに、基板落下の心配も無くなる。さらには、環状部品による固定方法においては、基板と環状部品とが接しているために、基板バイアスを投入することが汚染の観点から困難であったが、静電吸着機構により基板のみにバイアスを投入することが可能になる。
　また、上記ステージ１０１にバイアス電源を接続して、該ステージ１０１にバイアス電圧（直流バイアス、または高周波バイアス）を印加するようにしても良い。このように、バイアス電圧を印加することによって、スパッタ粒子をより緻密に堆積させることができる。

Claims (17)

  1. 　スパッタリングターゲット支持面を有するカソードであって、第１の回転軸を中心に前記スパッタリングターゲット支持面が回転可能なカソードと、
    　基板支持面を有するステージであって、前記第１の回転軸と平行に配置された第２の回転軸を中心に前記基板支持面が回転可能なステージと、
    　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、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な遮蔽板とを備え、
    　スパッタリング中において、前記基板支持面に少なくとも１つのＶ溝が形成された基板が配置される場合、該配置される基板に形成されたＶ溝の斜めの壁の法線との成す角度が５０°以下の角度で入射するスパッタ粒子を、前記Ｖ溝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ことを特徴とするスパッタリング装置。
  2. 　前記スパッタリング中では、前記スパッタリングターゲット支持面を固定し、前記遮蔽板および前記基板支持面を回転するように制御する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. 　前記ステージは、前記第２の回転軸に対して垂直な第３の回転軸を中心に回転可能な基板載置台を有し、
    　前記スパッタリング中において、前記基板において成膜すべき領域の成膜が終了すると、前記第３の回転軸を中心に前記基板載置台を１８０°回転させることを特徴とする請求項２に記載のスパッタリング装置。
  4. 　前記スパッタリング中では、前記スパッタリングターゲット支持面および前記基板支持面を同一方向に回転させ、かつ前記スパッタリングターゲット支持面と前記基板支持面とが平行になるように回転させる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。
  5. 　前記ステージは、前記第２の回転軸に対して垂直な第３の回転軸を中心に回転可能な基板載置台を有し、
    　前記スパッタリング中において、前記基板において成膜すべき領域の成膜が終了すると、前記第３の回転軸を中心に前記基板載置台を１８０°回転させることを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装置。
  6. 　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ための制御装置をさらに備える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。
  7. 　前記カソードは、複数のスパッタリングターゲット支持面を有し、該複数のスパッタリングターゲット支持面は前記カソードの周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
  8. 　前記ステージは、静電吸着機構を有する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。
  9. 　前記ステージは、該ステージにバイアス電圧を印加可能なバイアス電源に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
  10. 　スパッタリングターゲット支持面を有するカソードであって、第１の回転軸を中心に前記スパッタリングターゲット支持面が回転可能なカソードと、
    　基板支持面を有するステージであって、前記第１の回転軸と平行に配置された第２の回転軸を中心に前記基板支持面が回転可能なステージと、
    　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、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な遮蔽板とを備え、
    　前記遮蔽板は、スリット状の開口部を有し、該開口部を介してスパッタ粒子が通過可能であり、
    　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スパッタリング装置。
  11. 　前記開口部の、前記回転方向の幅は５ｍｍよりも広く、かつ４０ｍｍよりも狭いことを特徴とする請求項１０に記載のスパッタリング装置。
  12. 　スパッタリングターゲット支持面を有するカソードであって、第１の回転軸を中心に前記スパッタリングターゲット支持面が回転可能なカソードと、
    　基板支持面を有するステージであって、前記第１の回転軸と平行に配置された第２の回転軸を中心に前記基板支持面が回転可能なステージと、
    　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、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な遮蔽板とを備え、
    　スパッタリング中において、前記基板支持面に少なくとも１つのＶ溝が形成された基板が配置される場合、該配置される基板に形成されたＶ溝の斜めの壁の法線との成す角度が５０°以下の所定の角度で入射するスパッタ粒子の割合を最も多くするように、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ことを特徴とするスパッタリング装置。
  13. 　スパッタリングターゲット支持面を有するカソードであって、第１の回転軸を中心に前記スパッタリングターゲット支持面が回転可能なカソードと、
    　基板支持面を有するステージであって、前記第１の回転軸と平行に配置された第２の回転軸を中心に前記基板支持面が回転可能なステージと、
    　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、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な遮蔽板とを備えるスパッタリング装置による成膜方法であって、
    　スパッタリング中において、前記基板支持面に少なくとも１つのＶ溝が形成された基板が配置される場合、該配置される基板に形成されたＶ溝の斜めの壁の法線との成す角度が５０°以下の角度で入射するスパッタ粒子を、前記Ｖ溝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つを回転させることを特徴とする成膜方法。
  14. 　前記スパッタリング中では、前記スパッタリングターゲット支持面を固定し、前記遮蔽板および前記基板支持面を回転させることを特徴とする請求項１３に記載の成膜方法。
  15. 　前記ステージは、前記第２の回転軸に対して垂直な第３の回転軸を中心に回転可能な基板載置台を有し、
    　前記スパッタリング中において、前記基板において成膜すべき領域の成膜が終了すると、前記第３の回転軸を中心に前記基板載置台を１８０°回転させることを特徴とする請求項１４に記載の成膜方法。
  16. 　前記スパッタリング中では、前記スパッタリングターゲット支持面および前記基板支持面を同一方向に回転させ、かつ前記スパッタリングターゲット支持面と前記基板支持面とが平行になるように回転させることを特徴とする請求項１３に記載の成膜方法。
  17. 　前記ステージは、前記第２の回転軸に対して垂直な第３の回転軸を中心に回転可能な基板載置台を有し、
    　前記スパッタリング中において、前記基板において成膜すべき領域の成膜が終了すると、前記第３の回転軸を中心に前記基板載置台を１８０°回転させることを特徴とする請求項１６に記載の成膜方法。
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