JP2012149339A - スパッタリング装置、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で薄膜を積層させる場合であっても、スループットを損なうことなく効率的に上記積層を実現可能なスパッタリング装置、及び電子デバイスの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置は、回転可能な基板ホルダー１０３と、基板ホルダー１３０に対して斜めに配置されたターゲットホルダー１０７ａ〜１０７ｄと、ターゲットホルダーと基板ホルダーの間に設けられ、回転軸Ｘに対して２回対称に配置された２個の孔を有する第１シャッター１１５および第２シャッター１１６とを備える。ターゲットホルダー１０７ａ、１０７ｃは、回転軸Ｘに対して２回対称な位置に配置される第１群のターゲットホルダーであり、ターゲットホルダー１０７ｂ、１０７ｄは、第１群のターゲットホルダー同士の間に回転軸Ｘに対して２回対称に配置される第２群のターゲットホルダーである。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタリング装置、及び電子デバイスの製造方法に関する。

従来より、スパッタリングを用いた均一な極薄膜の成膜には回転した基板に対して、斜めにスパッタ粒子を入射させて成膜を行なう、いわゆる斜めスパッタ成膜法が用いられている。特許文献１には、基板に対し、複数のターゲットと、複数の開口を有するシャッター板とを備えたスパッタリング装置が開示されている。

特開２００９−６８０７５号公報

ところで、近年、次世代不揮発性メモリとして注目されている磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の作製には、数ｎｍ程度の膜厚を有する絶縁層と金属層等との積層の実現が要求されている。ＭＲＡＭの記憶部は絶縁材料を磁性材料で挟んだ三層構造を持ち、磁性層の磁化配列状態（平行状態あるいは反平行状態）により情報の定義を可能とする。

従来のＭＲＡＭは、磁性層の磁化方向が基板に対して平行であった。しかしながら、近年、スケーリング、低消費電力の観点から磁化方向が垂直方向を有する磁性層（垂直磁性膜）を有する垂直型のＭＲＡＭが提案されるようになった。

垂直型ＭＲＡＭに含まれる垂直磁性膜にはＴｂＦｅＣｏ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ等の合金材料が用いられる。合金材料の薄膜作製方法としては、一般的に、合金ターゲットを用いたスパッタリング、異種の複数の金属ターゲットを同時放電させるコスパッタリング、あるいは異種の複数の金属ターゲットを交互に成膜させる交互スパッタリング等を用いて成膜し、熱処理で合金に規則化させる方法が主に用いられる。しかし、成膜された面内における均一な規則化合金を実現させるためには、熱処理前に組成比・膜厚分布等がそろえられている必要がある。従って、垂直型ＭＲＡＭにおける垂直磁性膜の作製において、交互スパッタリングは素性の良い手法とされている。

垂直型ＭＲＡＭにおける交互スパッタリング技術には１ｎｍ以下程度の薄い膜を繰り返し積層した積層膜を効率的に形成することが求められている。特許文献１に示すように、従来の斜めスパッタ成膜法で、基板を回転させながら、こうした薄膜を形成する場合、成膜の開始と終了は、ターゲットを遮蔽するシャッターの開閉により、行なわれる。通常、基板への成膜が始まる前にシャッターを閉じた状態で放電を行い、ターゲット表面の不純物を除去した後に放電を維持しながらシャッターを開く。これにより成膜が始められる。故に、ターゲットを基板に露出させたり、遮蔽するシャッター開閉動作中にも成膜が行われており、その間の成膜レートは安定していない。基板の回転数が十分に多い成膜時間が得られている場合、成膜レートが安定しない現象は問題にならない。しかしながら、ＭＲＡＭを大量生産するに当たって、スループットを向上させなければならない。そのためには成膜時間を短く（例えば、一層あたり３秒ないし６秒）する必要があるが、このような短時間では基板総回転数は少なく、結果として成膜時間のうちに占めるシャッター開閉時間が無視できなくなった。これにより、シャッターが開放されるまでの間に成膜された膜と、シャッターが完全に開放された後に成膜された膜とが、交じり合うことで、面内分布が不均一となるという問題が生じてしまう。また、基板ホルダーをより高速に回転することにより、こうした問題を解決することも可能であるが、基板ホルダーを回転させるモーターの高速化は、物理的限界に達していた。

そこで、本発明は、従来の問題に鑑みてなされたものであり、短時間で薄膜を積層させる場合であっても、スループットを損なうことなく効率的に上記積層を実現可能なスパッタリング装置及びその成膜装置を用いた電子デバイスの製造方法を提供する。

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、スパッタリング装置であって、処理チャンバと、前記処理チャンバ内に設けられ、基板の被成膜面に対して垂直な回転軸に対して回転可能に設けられ、基板を保持するための基板ホルダーと、前記処理チャンバ内に設けられ、ターゲットを保持可能に構成され、前記回転軸がターゲットの中心点を通る垂線と不一致となるように設けられたターゲットホルダー群と、前記ターゲットホルダー群と前記基板ホルダーの間に設けられ、前記回転軸に対して回転可能であり、前記回転軸に対してｎ回対称に配置されたｎ個の孔を有するシャッターと、を備え、前記ターゲットホルダー群は、前記回転軸に対してｎ回対称な位置に配置されるｎ個の第１群のターゲットホルダーと、前記回転軸に対してｎ回対称に配置されるｎ個の第２群のターゲットホルダーであって、該第２群のターゲットホルダーの各々が前記第１群のターゲットホルダー同士の間に設けられたｎ個の第２群のターゲットホルダーとを有し、前記ｎ個の孔の第１の回転位置においては、前記ｎ個の第１群のターゲットホルダーの各々と前記ｎ個の孔の各々とが重なり、前記ｎ個の孔の第２の回転位置においては、前記ｎ個の第２群のターゲットホルダーの各々と前記ｎ個の孔の各々とが重なることを特徴とする。

本発明の第２の態様は、処理チャンバと、前記処理チャンバ内設けられ、基板の被成膜面に対して垂直な回転軸回りに回転可能に設けられ、基板を保持するための基板ホルダーと、前記処理チャンバ内に設けられ、ターゲットを保持可能に構成され、前記回転軸がターゲットの中心点を通る垂線と不一致となるように設けられたターゲットホルダー群と、前記ターゲットホルダー群と前記基板ホルダーの間に設けられ、前記回転軸に対して回転可能であり、前記回転軸に対してｎ回対称に配置されたｎ個の孔を有するシャッターと、を備え、前記ターゲットホルダー群は、前記回転軸に対して、ｎ回対称な位置に配置されるｎ個の第１群のターゲットホルダーと、前記回転軸に対してｎ回対称に配置されるｎ個の第２群のターゲットホルダーであって、該第２群のターゲットホルダーの各々が前記第１群のターゲットホルダー同士の間に設けられたｎ個の第２群のターゲットホルダーとを有し、前記ｎ個の孔の第１の回転位置においては、前記ｎ個の第１群のターゲットホルダーの各々と前記ｎ個の孔の各々とが重なり、前記ｎ個の孔の第２の回転位置においては、前記ｎ個の第２群のターゲットホルダーの各々と前記ｎ個の孔の各々とが重なるように構成されたスパッタリング装置を用いた、電子デバイスの製造方法であって、前記基板ホルダーの回転を開始する第１準備工程と、前記第１群のターゲットホルダーに第１電力を供給し、前記第２群のターゲットホルダーに第２電力を供給する第２準備工程と、前記シャッターのｎ個の孔を、前記第１群のターゲットホルダーに対向して位置させる第１成膜工程と、前記シャッターのｎ個の孔を、前記第２群のターゲットホルダーに対向して位置させる第２成膜工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、短時間成膜における薄膜の積層を、スループットを損なうことなく効率的に行うことが可能なスパッタリング装置及びその成膜装置を用いた電子デバイスの製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の構成を説明する概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るターゲットホルダーの上面図である。 本発明の一実施形態に係るターゲットを遮蔽したときのシャッターの構造を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る第１成膜工程におけるシャッターの構造を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る第２成膜工程におけるシャッターの構造を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るターゲットとシャッターの孔との位置関係を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る成膜プロセスフローを説明する図である。 本発明の一実施形態に係る第１成膜工程と第２成膜工程のフローを説明する図である。 本発明の一実施形態に係る第１成膜工程と第２成膜工程のフローを説明する図である。 図５の成膜プロセスにより製造された膜構成を説明する断面図である。 比較例として斜めスパッタ成膜法により形成された膜の面内分布を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリング成膜法により形成された膜の面内分布を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る３回対称に配置されたターゲットホルダーを説明する平面図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置における制御系の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

図１を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の構成を説明する。
スパッタリング装置は、ＭＲＡＭといった電子デバイスを製造することができる。スパッタリング装置は、処理チャンバ１００と、該処理チャンバ内に設けられ、基板の被成膜面に対して垂直な回転軸回りに回転可能に設けられ、基板を保持するための基板ホルダー１０３と、基板ホルダー１０３を回転させる回転駆動手段としての回転駆動部１２１と、基板の被成膜面を含む平面に対する垂線のうち、基板の中心点を通る垂線がターゲットの中心点を通る垂線と不一致となるように設けられた、ターゲットホルダー１０７ａ〜１０７ｄを有するターゲットホルダー群と、を備えている。ターゲットホルダー１０７ａ〜１０７ｄはそれぞれ、ターゲットを保持可能に構成され、金属製部材からなり、電極として機能する。また、スパッタリング装置は、各ターゲットホルダーに、電力を供給するための電力供給手段としての直流電源を備えている。すなわち、ターゲットホルダー１０７ａ〜１０７ｄの各々には直流電源１１０ａ〜１１０ｄが接続されている。なお、図１においては、ターゲットホルダー１０７ａに電力を供給する直流電源１１０ａ、およびターゲットホルダー１０７ｃに電力を供給する直流電源１１０ｃのみを記載している。

ターゲットホルダー１０７ａ、１０７ｃの背後には、回転可能なマグネットユニット１１１ａ、１１１ｃが設けられている。なお、ターゲットホルダー１０７ｂ、１０７ｄの背後にもマグネットユニット１１１ａ、１１１ｃと同様のマグネットユニットが設けられている。また、処理チャンバ１００には、プロセスガス（本例ではアルゴン等の不活性ガス）を導入するガス導入手段としてのガス導入部２０１が、ゲートバルブ２０２を介して設けられている。さらに、処理チャンバ１００には、コンダクタンスバルブ１１７を介して排気ポンプ１１８が設けられている。

ターゲットホルダー１０７ａ〜１０７ｄにはそれぞれターゲット１０６ａ〜１０６ｄが設置されている。ターゲット１０６ａ〜１０６ｄの前面（すなわち、ターゲットホルダー１０７ａ〜１０７ｄと基板ホルダー１０３との間）には、基板１０２へのスパッタ粒子を遮蔽することが可能な二枚の第１シャッター１１５、第２シャッター１１６が設けられている。第１シャッター１１５、第２シャッター１１６は、シャッター駆動手段としてのシャッター駆動部１２０により、個別に駆動可能に構成されている。
なお、直流電源１１０ａ〜１１０ｄ、シャッター駆動部１２０、及び回転駆動部１２１は、電気的に接続された制御手段としての制御部１３０により制御可能に構成されている。

図１２は、本実施形態のスパッタリング装置における制御部１３０の概略構成を示すブロック図である。
図１２において、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部１３０は、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行するＣＰＵ１３１と、このＣＰＵ１３１によって実行される、図５にて後述される処理などの制御プログラムなどを格納するＲＯＭ１３２とを有する。また、制御部１３０は、ＣＰＵ１３１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ＲＡＭ１３３などを有する。
この制御部１３０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１３４、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１３５がそれぞれ接続されている。また、制御部１３０には、上記直流電源１１０ａ〜１１０ｄ、シャッター駆動部１２０、および回転駆動部１２１がそれぞれ駆動回路１３６〜１３８を介して接続されている。

図２は、ターゲットホルダーの上面図である。本例では、４つのターゲット１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄをそれぞれ保持するためのターゲットホルダー１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄが設けられている。ターゲットホルダー１０７ａとターゲットホルダー１０７ｃは、基板ホルダー１０３の回転軸Ｘに対して、互いに対称に配置されている。同様に、ターゲットホルダー１０７ｂとターゲットホルダー１０７ｄは、基板ホルダー１０３の回転軸Ｘに対して、互いに対称に配置されている。なお、本例では、ターゲットホルダー１０７ａとターゲットホルダー１０７ｃには、第１種のターゲット１０６ａ、１０６ｃ（例えば、Ｆｅ）が搭載されている。これらのターゲットホルダー１０７ａ、１０７ｃを、第１群のターゲットホルダーと称す。また、ターゲットホルダー１０７ｂとターゲットホルダー１０７ｄは、ターゲット１０６ａ、１０６ｃとは異なり、第２種のターゲット１０６ｂ、１０６ｄ（例えば、Ｐｔ）が搭載されている。これらのターゲットホルダー１０７ｂ、１０７ｄを、第２群のターゲットホルダーと称す。

電力供給手段としての直流電源１１０ａ、１１０ｃは、第１の層の成膜時においては、第１種のターゲット１０６ａ、１０６ｃ（例えば、Ｆｅ）を搭載したターゲットホルダー１０７ａとターゲットホルダー１０７ｃに、第１電力（例えば、６００Ｗ）を供給するように構成されている。一方、電力供給手段としての直流電源１１０ｂ、１１０ｄは、第２の層の成膜時においては、第２種のターゲット１０６ｂ、１０６ｄ（例えば、Ｐｔ）を搭載したターゲットホルダー１０７ｂとターゲットホルダー１０７ｄに、第１電力とは異なる第２電力（例えば、３００Ｗ）を供給するように構成されている。なお、複数のターゲットホルダー１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄには、個別に直流電源１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄが設けられていることが望ましい。

図３Ａ〜３Ｃは、シャッター１１５、１１６の詳細構成を説明する模式図である。
第２シャッター１１６には、回転軸Ｘに対して１／２回転（１８０°）回転させると回転前の孔の位置と重なる２回対称に配置された孔（開口部）１１６ａ、１１６ｂが設けられている。同様に、第１シャッター１１５には、回転軸Ｘに対して２回対称に配置された孔（開口部）１１５ａ、１１５ｂが設けられている。なお、第１シャッター１１５の回転軸、第２シャッター１１６の回転軸、及び基板１０２の回転軸は、同軸になるように配置されている。

図３Ａはシャッター１１５、１１６により全てのターゲット１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄを基板１０２に対して遮蔽している状態を示している。具体的には、第２シャッター１１６で、ターゲット１０６ａ、１０６ｃを遮蔽するとともに、第２シャッター１１６に設けられた孔１１６ａ、１１６ｂは、それぞれターゲット１０６ｂ、１０６ｃに対向して配置している。さらに図３Ａの状態では、第１シャッター１１５で、孔１１６ａ、１１６ｂと、ターゲット１０６ｂ、１０６ｄを基板１０２に対して遮蔽している。

図３Ｂはスパッタするターゲット１０６ａ、１０６ｃを基板１０２に対して開放している状態を示している。つまり、第２シャッター１１６に設けられた孔１１６ａ、１１６ｂは、それぞれターゲット１０６ａ、１０６ｃに対向して配置している。同様に、第１シャッター１１５に設けられた孔１１５ａ、１１５ｂは、それぞれターゲット１０６ａ、１０６ｃに対向して配置している。

図３Ｃはスパッタするターゲット１０６ｂ、１０６ｄを基板１０２に対して開放している状態を示している。つまり、第２シャッター１１６に設けられた孔１１６ａ、１１６ｂは、それぞれターゲット１０６ｂ、１０６ｄに対向して配置している。同様に、第１シャッター１１５に設けられた孔１１５ａ、１１５ｂは、それぞれターゲット１０６ｂ、１０６ｄに対向して配置している。

以上のように、第１シャッター１１５及び第２シャッター１１６は、シャッター駆動部１２０により、各回転軸で回転させることで、ターゲットと孔の位置を対向させたり、ずらしたりすることで、開閉可能となっている。なお、本明細書において、「開、開状態」とは、所定のターゲットが第１シャッター１１５および第２シャッター１１６の双方を介して基板１０２に対して露出している状態であり、第１シャッター１１５の孔および第２シャッター１１６の孔により所定のターゲットが基板１０２に対して開放されている状態を指す。また、本明細書において、「閉、閉状態」とは、所定のターゲットが第１シャッター１１５および第２シャッター１１６の少なくとも一方により基板１０２に対して露出していない状態であり、所定のターゲットが第１シャッター１１５および第２シャッター１１６の少なくとも一方により基板１０２に対して遮蔽されている状態を指す。

図４は、シャッター１１５、１１６と各ターゲットとの位置関係を説明する平面概略図である。

図４のＰｏｓｉｔｉｏｎ Ａは、図３Ｂに示すように、スパッタするターゲット１０６ａ、１０６ｃを基板１０２に対して開放している状態（開状態）を示す。本実施形態では、孔１１５ａ、１１５ｂおよび孔１１６ａ、１１６ｂの第１の回転位置であるＰｏｓｉｔｉｏｎ Ａにおいて、孔１１５ａ、１１５ｂおよび孔１１６ａ、１１６ｂがターゲット１０６ａ、１０６ｃと重なるように、ターゲットホルダー１０７ａ、１０７ｃ、ならびに孔１１５ａ、１１５ｂおよび孔１１６ａ、１１６ｂは位置決めされている。図４のＰｏｓｉｔｉｏｎ Ｂは、図３Ｃに示すように、スパッタするターゲット１０６ｂ、１０６ｄを基板１０２に対して開放している状態（開状態）を示す。本実施形態では、孔１１５ａ、１１５ｂおよび孔１１６ａ、１１６ｂの第２の回転位置であるＰｏｓｉｔｉｏｎ Ｂにおいて、孔１１５ａ、１１５ｂおよび孔１１６ａ、１１６ｂがターゲット１０６ｂ、１０６ｄと重なるように、ターゲットホルダー１０７ｂ、１０７ｄ、ならびに孔１１５ａ、１１５ｂおよび孔１１６ａ、１１６ｂは位置決めされている。

図４のＰｏｓｉｔｉｏｎ Ｃは、図４のＰｏｓｉｔｉｏｎ Ａから図４のＰｏｓｉｔｉｏｎ Ｂまでの中間地点で、第１シャッター１１５の孔１１５ａ、１１５ｂ及び１１６の孔１１６ａ、１１６ｂがいずれのターゲットにも重ならない状態（閉状態）を示している。図４のＰｏｓｉｔｉｏｎ Ｃに示すように、いずれのターゲットからもスパッタ成膜されない状態を作ることにより、基板１０２へのスパッタ粒子の付着を防止ないしは低減することができる。なお、本実施形態では、Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃの意義としては、第１シャッター１１５および第２シャッター１１６により閉状態を確立することが重要である。従って、図３Ａのように、第１シャッター１１５の孔および第２シャッター１１６の孔のいずれか一方が対象ターゲットと重なるような場合であっても、他方が該対象ターゲットと重ならないような配置であれば、Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃに含まれる。すなわち、第１シャッター１１５と第２シャッター１１６とにより、ターゲット１０６ａ〜ターゲット１０６ｄの全てを基板１０２に対して遮蔽する位置をＰｏｓｉｔｉｏｎＣと称することにする。

なお、本実施形態では、２つのシャッター１１５、１１６を用いているが、シャッターの数は２つに限定されない。すなわち、本発明では、第１種のターゲットを用いて成膜を行う場合に、シャッターに形成された孔の各々が、第１種のターゲットの各々に対向して位置し、かつ第２種のターゲットの各々がシャッターによって基板に対して遮られている状態を形成することが重要である。本発明では、これと共に、第２種のターゲットを用いて成膜を行う場合に、シャッターに形成された孔の各々が、第２種のターゲットの各々に対向して位置し、かつ第１種のターゲットの各々がシャッターによって基板に対して遮られている状態を形成することが重要である。これらが実現できるように、少なくとも１つのシャッターを用いれば良いのである。従って、第１シャッター１１５および第２シャッター１１６の一方を用い、他方（他のシャッター）を用いない形態であっても良い。

次に、図５を参照して、本発明の一実施形態に係る製造方法を説明する。
図５は、本実施形態に係るスパッタリング装置を用いたＭＲＡＭの製造方法を説明する図である。以下では、一例として、２つの異なる層（ターゲット１０６ａ、１０６ｃにより形成された第１の層、およびターゲット１０６ｂ、１０６ｄにより形成された第２の層）を交互に積層させた積層体の製造方法について説明する。本実施形態では、ターゲット１０６ａ、１０６ｃには、Ｆｅが用いられ、ターゲット１０６ｂ、１０６ｄには、Ｐｔが用いられる。しかし、これに限定されず、ターゲット１０６ａ、１０６ｃとしては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちいずれか１つの元素あるいは１つ以上の元素を含む合金からなるターゲット材を採用することができる。また、ターゲット１０６ｂ、ｄとしては、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｃｕのうちいずれか１つの元素あるいは１つ以上の元素を含む合金とからなるターゲット材料を採用することができる。なお、以下の処理は、本発明のスパッタリング装置に搭載されたコンピュータ等よりなる制御手段としての制御部１３０によって実行される。

ステップＳ１００で、本工程がスタートされる。すなわち、ユーザが入力操作部１３４を介して、ＭＲＡＭ製造の開始指示と上記第１の層および第２の層の積層数Ｍ（Ｍは自然数であり、第１および第２の層はそれぞれＭ層ずつ形成される）を示す情報とを入力すると、制御部１３０は、該ユーザ入力を受け付けて、上記積層数ＭをＲＡＭ１３３に記憶させ、上記開始指示に従って図５に示す製造手順を実行する。制御部１３０は、基板搬送、ガス導入、及びシャッターの遮蔽の３つの準備処理を並列に進行する。即ち、ステップＳ１０１では、制御部１３０は、搬送ロボット（不図示）を制御して、処理チャンバ１００内に基板１０２を搬入し、基板ホルダー１０３上に載置する。次に、ステップＳ１０３（第１準備工程）では、制御部１３０は、回転駆動部１２１によって基板ホルダー１０３が所定の回転速度（本例では１００ｒｐｍ）での回転を開始させる。

上記処理と並行して、ステップＳ１０４では、制御部１３０は、ガス導入部２０１により、処理チャンバ１００内にプロセスガス（アルゴンガスなどの不活性ガス）を導入させる。なお、上記処理の間、即ち、ステップＳ１０５で示すように、制御部１３０は、シャッター駆動部１２０を駆動して、シャッター１１５、１１６を、図３Ａで示した閉鎖状態となるように位置決めさせる。すなわち、本ステップでは、制御部１３０は、シャッター駆動部１２０を制御して、Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃとなるように、すなわち、シャッター１１６の孔１１６ａ、１１６ｂがターゲット１０６ｂ、１０６ｄと重なり、かつシャッター１１５の孔１１５ａ、１１５ｂがターゲット１０６ａ、１０６ｃと重ならないように第１シャッター１１５および第２シャッター１１６を回転させ位置決めさせる。

ステップＳ１０６（第２準備工程）では、制御部１３０は、直流電源１１０ａ〜１１０ｄを制御して、ターゲットホルダー１０７ａ〜１０７ｄに所定の電力を供給する。すなわち、直流電源１１０ａ、１１０ｃから、ターゲットホルダー１０７ａ、１０７ｃに第１電力が供給され、直流電源１１０ｂ、１１０ｄから、ターゲットホルダー１０７ｂ、１０７ｄに第２電力が供給される。これにより、処理チャンバ１００内のアルゴンガスがプラズマ放電される。以上のように、基板搬送、ガス導入、及びシャッターの遮蔽の３つの準備処理の後に、電力供給工程を行なうことで、ターゲットの消耗を抑制することができる。

ステップＳ１０７（第１成膜工程）では、シャッター１１５、１１６を、図３Ｂで示す状態とすることで、ターゲット１０６ａ、１０６ｃのスパッタリング成膜（上記第１の層の成膜）が開始される。すなわち、本ステップでは、制御部１３０は、シャッター駆動部１２０を制御して、図４のＰｏｓｉｔｉｏｎ Ａとなるように、すなわち、シャッター１１６の孔１１６ａ、１１６ｂおよび第２のシャッター１１５の孔１１５ａ、１１５ｂがターゲット１０６ａ、１０６ｃと重なるように第１シャッター１１５および第２シャッター１１６を回転させ位置決めさせる。所定時間、成膜が継続すると、次のステップに進む。

ステップＳ１０８（第２成膜工程）では、シャッター１１５、１１６を９０度回転させて、図３Ｃで示す状態とすることで、ターゲット１０６ｂ、１０６ｄのスパッタリング成膜（上記第２の層の成膜）が開始される。すなわち、本ステップでは、制御部１３０は、シャッター駆動部１２０を制御して、図４のＰｏｓｉｔｉｏｎ Ｂとなるように、すなわち、シャッター１１６の孔１１６ａ、１１６ｂおよび第２のシャッター１１５の孔１１５ａ、１１５ｂがターゲット１０６ｂ、１０６ｄと重なるように第１シャッター１１５および第２シャッター１１６を回転させ位置決めさせる。所定時間、成膜が継続すると、次のステップに進む。

ステップＳ１０９では、制御部１３０は、現在の成膜された積層数が所定の積層数Ｍに達したかどうかを判定する。本実施形態では、制御部１３０は、ステップＡ１０８を終了する毎に、現在成膜された積層数をカウントし、該カウント結果をＲＡＭ１３３に記憶させる。すなわち、制御部１３０は、第１成膜工程および第２成膜工程に係る所定時間経過すると、積層数に関するカウント値を１つずつ累積し、該累積したカウント値を現在の積層数としてＲＡＭ１３３に記憶させる。よって、本ステップにおいて制御部１３０は、ＲＡＭ１３３に保持された積層数Ｍと上記カウント値とを比較し、現在の成膜された積層数が所定の積層数Ｍに達したか否かを判断する。該判断結果、Ｎｏの場合には、ステップＳ１０７に戻り、成膜処理が繰り返される。なお、ここでいう「繰り返す」とは、少なくとも第１成膜工程、第２成膜工程、及び第１成膜工程を順に行なうことをいう。

なお、本ステップで、判定がＮＯであって、ステップＳ１０７に戻る場合、第１シャッター１１５と第２シャッター１１６の回転方向は、ステップＳ１０７からステップＳ１０８に遷移したときと同方向に９０度回転する場合と逆方向に９０度回転する場合がある。同方向に回転する場合、シャッター駆動部１２０は、第１シャッター１１５および第２シャッター１１６を同方向に回転させる回転機構だけを備えればよい。また、逆方向へ回転する場合、シャッターのターゲット側の面に付着する膜は異種の膜が積層することが無いため、シャッターを交換した後の膜の剥離が容易であるという利点がある。

ここで、図４、図５、図６を参照して、第１の層の成膜と第２の層の成膜の繰返し動作に係る時間を説明する。

第１シャッター１１５、第２シャッター１１６を、時刻Ｔ１まで、例えば図３Ａに示すＰｏｓｉｔｉｏｎ Ｃを示す状態に維持させる。時刻Ｔ１において、図６に示すように、約１秒間（時刻Ｔ１からＴ２までの時間）のシャッター１１６を動作させてＰｏｓｉｔｉｏｎ Ａを確立する。これにより、ターゲット１０６ａ、１０６ｃは完全に基板１０２に対して開放され、図３Ｂの状態（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａ）となり、時刻Ｔ２から所定時間の第１成膜工程が開始される。次に、時刻Ｔ３において、シャッター１１５、１１６は、回転軸Ｘに対して、同期して回転し、図４のＰｏｓｔｉｏｎ Ｃの状態、つまり、第１種のターゲット１０６ａ、１０６ｃからのスパッタ粒子も、第２種のターゲット１０６ｂ、１０６ｄからのスパッタ粒子も、シャッター１１５、１１６によって、基板１０２に対して遮蔽された状態となる。その後、時刻Ｔ５において、シャッター１１５、１１６は、図３Ｃの状態（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｂ）となり、時刻Ｔ５から所定時間の第２成膜工程が開始される。その後、時刻Ｔ６から所定時間のシャッター動作後、時刻Ｔ８からＴ９まで第１成膜工程が行なわれる。さらに、時刻Ｔ９からＴ１１までの間の所定時間のシャッター動作後、第２成膜工程が行なわれる。こうして、所定数の積層膜が形成される。なお、シャッターの移動は図６に示すように定速度で行われても良いし、成膜時間終了直後は低速に動作し、Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃを通過するときは高速に動作し、さらにＰｏｓｉｔｉｏｎ Ａに近づくときは再び低速に動作しても良い。このような動作を行うことで、成膜速度が過渡的に変化する成膜工程終了および開始直後について、成膜速度の制御性を向上させることが可能で、より精密な膜厚分布制御が可能となる。

さらに、図６は、第１種ターゲット１０６ａ、１０６ｃへの電力及び第２種１０６ｂ、１０６ｄへの電力と時間との関係も示している。直流電源１１０ａ、１１０ｃは、第１種ターゲット（ターゲットホルダー１０７ａ、１０７ｃ）に一定の電力（例えば、６００Ｗ）を供給し、直流電源１１０ｂ、１１０ｄは第２種ターゲット（ターゲットホルダー１０７ｂ、１０７ｄに一定の電力（例えば、３００Ｗ）を供給し続けてもよい。しかしながら、これでは、成膜されていないターゲットの消耗が大きく、また電力も無駄になってしまう。そのため、本例では、電力供給手段としての直流電源は、所定も層の成膜に関与していないターゲットへの電力を低減している。

具体的には、図６に示すように、前述した第２準備工程では、時刻Ｔ０において、直流電源１１０ａ、１１０ｃは、第１種ターゲット１０６ａ、１０６ｃ（ターゲットホルダー１０７ａ、１０７ｃ）に電力Ｐ２（５０Ｗ）を供給し、一方、直流電源１１０ｂ、１１０ｄは、第２種ターゲット１０６ｂ、１０６ｄ（ターゲットホルダー１０７ｂ、１０７ｄ）に電力Ｐ４（５０Ｗ）を供給する。シャッター１１５、１１６が開動作して、第１成膜工程を開始する際、直流電源１１０ａ、１１０ｃは、時刻Ｔ１において第１種ターゲット１０６ａ、１０６ｃに供給する電力Ｐ２を電力Ｐ１まで上昇させる一方、直流電源１１０ｂ、１１０ｄは第２種ターゲット１０６ｂ、１０６ｄに供給する電力Ｐ４をそのまま維持する。

さらに、Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ＡからＰｏｓｉｔｉｏｎ Ｂに移行する間の時刻Ｔ４において、直流電源１１０ａ、１１０ｃは、第１種ターゲット１０６ａ、１０６ｃに供給する電力をＰ１からＰ２へ減少させる一方、直流電源１１０ｂ、１１０ｄは第２種ターゲット１０６ｂ、１０６ｄに供給する電力をＰ４からＰ３へと上昇させる。よって、時刻Ｔ５においては、第２種ターゲット１０６ｂ、１０６ｄが基板１０２に対して開放され、かつ基板ホルダー１０７ｂ、１０７ｄに対して第２の層を形成するのに必要な電力Ｐ３が印加された状態となり、第２成膜工程が行われる。

以上のように、電力供給手段としての直流電源は成膜されていない側のターゲット群への投入電力を低減（５０Ｗくらい）することでターゲットの無駄な消費を抑えることができる。なお、図６では、各種ターゲットへの電力導入タイミングは、シャッター１１５、１１６がＰｏｓｉｔｉｏｎ Ｃを通過するときとしたが、これに限定されず、図７に示すように、これ以前に行ってもよい。

以上のように、ステップＳ１０９で、Ｙｅｓの場合、即ち、所定数の積層数Ｍに達した場合には、ステップＳ１１０に進み、成膜処理を終了する。
図８は、本製造方法により作製されたＦｅ／Ｐｔ人工格子である。図８において、符号９１は上記第１の層であり、符号９２は上記第２の層である。なお、人工格子の構成はこれに限定されず、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちいずれか１つの元素あるいは１つ以上の元素を含む合金と、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｃｕのうちいずれか１つの元素あるいは１つ以上の元素を含む合金とが交互に積層された構造であればよい。例えば、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、ＣｏＣｒ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｒｕ人工格子、Ｃｏ／Ｏｓ、Ｃｏ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｃｕ人工格子等があげられる。

以上のように、対向するターゲットをスパッタすることで、基板に均一な膜を形成することができる。また、本実施形態では、第１種ターゲット１０６ａ、１０６ｃを保持するためのターゲットホルダー１０７ａ、１０７ｃを回転軸Ｘに対して２回対称な位置に設け、第２種ターゲット１０６ｂ、１０６ｄを保持するためのターゲットホルダー１０７ｂ、１０７ｄを上記回転軸Ｘに対して２回対称な位置に設けている。さらに、孔１１５ａ、１１５ｂを上記回転軸Ｘに対して２回対称な位置に設け、かつ孔１１６ａ、１１６ｂを上記回転軸Ｘに対して２回対称な位置に設けるように第１シャッター１１５および第２シャッター１１６を構成している。さらに、これら孔１１５ａ、１１５ｂおよび孔１１６ａ、１１６ｂの各々が、ターゲット１０６ａ〜１０６ｄの各々と重なるように位置決めされている。従って、シャッターを所定角度（本例では９０度）回転する動作を継続することで、均質な積層膜を、高いスループットで作製することができる。

図９は、比較例として、斜めスパッタにより形成された膜の面内分布を示している。具体的には、符号９０１は、従来の構成９０２に示すように、一つのＴｉターゲットを用いて、基板を回転させながら、斜めスパッタを行なった場合のＴｉ膜の面内分布を示している。成膜中の基板ホルダーの総回転数は、１００回転とした。符号９０３は、従来の構成９０４に示すように、従来の構成９０２のターゲットの位置から回転軸に対して１８０°ずらしたターゲットを用いて、基板を回転させながら、斜めスパッタを行なった。なお、従来の構成９０２と従来の構成９０４は、ターゲットの位置以外は、同じ条件で実験を行なった。この結果から、面内分布９０１および９０３に示すように、各面内分布は不均一であることが分かる。これは、図６で示したように、シャッターの開動作に起因するものであると考えられる。

図１０は、本実施形態により形成された膜の面内分布を示している。具体的には、対向するターゲットホルダー１０６ａ、１０６ｃに保持されたＴｉターゲットを用いて、基板を回転させながら、斜めスパッタを行なった。この結果より、所定の軸（回転軸Ｘ）に対して２回対称な位置に配置された２つのターゲットからスパッタリング成膜を行なうことで、比較例で挙げられた、シャッター開動作に起因する膜の偏りが相殺され、同心円的で、かつ均一なＴｉ膜ができていることが分かる。

本実施形態では、基板ホルダー３の回転軸と第１シャッター１１５および第２シャッター１１６の回転軸とが一致している。そして、該一致した回転軸Ｘに対して、成膜しようとする層の材料となるターゲットを２回対称な位置に２つ配置し、孔１１５ａ１１５ｂを上記回転軸Ｘに対して２回対称な位置に設け、かつ孔１１６ａ、１１６ｂも上記回転軸Ｘに対して２回対称な位置に設けている。従って、開状態の時には、基板ホルダー１０３の回転軸Ｘに対して２回対称な位置に成膜対象の２つのターゲットが露出しているので、上記膜の偏りを相殺することができ、面内分布を同心的に均一にすることができる。

図１１は、ターゲットホルダーの変形例を説明する平面図である。
図２は、回転軸Ｘに対して、１８０°対称（２回対称）に配置されたターゲット１０６ａ、１０６ｃと、ターゲット１０６ａ、１０６ｃの間であって、回転軸Ｘに対して、１８０°対称（２回対称）に配置されたターゲット１０６ｂ、１０６ｄを示した。一方、図１０は、回転軸Ｘに対して、１２０°対称（３回対称）に配置されたターゲット１０６ａ、１０６ｃ、１０６ｅと、ターゲット１０６ａ、１０６ｃ、１０６ｅの間（第１群のターゲットホルダー同士の間）であって、回転軸Ｘに対して、１２０°対称（３回対称）に配置されたターゲット１０６ｂ、１０６ｄ、１０６ｆを示している。この場合、シャッター１１５に設けられた孔１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃは、回転軸Ｘに対して、３回対称に配置されている。同様に、シャッター１１６に設けられた孔１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃは、３回対称に配置されている。

以上、本発明に適用可能な第１群のターゲットホルダーの数は、２個や３個に限定されず、ｎ個（ｎは２以上の整数）であればよい。その場合、各第１群のターゲットホルダーは、基板ホルダーの回転軸Ｘに対してｎ回対称に配置する必要がある。同様に、第２群のターゲットホルダーの数もｎ個であり、かつ各第２群のターゲットホルダーも、上記回転軸Ｘに対してｎ回対称に配置する必要がある。シャッターに設けられた孔の数も、同様に、ｎ個であり、かつ各孔は、回転軸Ｘに対してｎ回対称に配置する必要がある。なお、シャッターの数は、２個に限らず、１個であっても良いし、３つ以上あっても良い。

このように、本発明の一実施形態では、第１の層を形成するためのｎ個の第１群のターゲットホルダーを基板ホルダーの回転軸Ｘに対してｎ回対称に配置し、第２の層を形成するためのｎ個の第２群のターゲットホルダーを回転軸Ｘに対してｎ回対称に配置している。これに加えて、上記回転軸Ｘを中心に回転可能であり、該回転に応じてそれぞれが第１群および第２群のターゲットホルダーと重なるように設けられたｎ個の孔を有するシャッターをターゲットホルダーと基板ホルダーとの間に設け、ｎ個の孔を、上記回転軸Ｘにn回対称に配置している。従って、例えば、第１の層を形成する際には、第１群のターゲットホルダーに保持されたターゲットを、回転軸Ｘに対してｎ回対称の位置から基板ホルダーに保持された基板に対して開放することができる。よって、上記膜の偏りを相殺することができ、面内分布を同心的に均一にすることができる。

１００ 処理チャンバ
１０２ 基板
１０３ 基板ホルダー
１０６ａ〜１０６ｄ ターゲット
１０７ａ〜１０６ｄ ターゲットホルダー
１１０ａ〜１１０ｄ 直流電源
１１１ａ〜１１１ｄ マグネットユニット
１１５ 第１シャッター
１１５ａ、１１５ｂ 孔
１１６ 第２シャッター
１１６ａ、１１６ｂ 孔
１２０ シャッター駆動部
１２１ 回転駆動部
１３０ 制御部

Claims (8)

1. 処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内に設けられ、基板の被成膜面に対して垂直な回転軸に対して回転可能に設けられ、基板を保持するための基板ホルダーと、
   前記処理チャンバ内に設けられ、ターゲットを保持可能に構成され、前記回転軸がターゲットの中心点を通る垂線と不一致となるように設けられたターゲットホルダー群と、
   前記ターゲットホルダー群と前記基板ホルダーの間に設けられ、前記回転軸に対して回転可能であり、前記回転軸に対してｎ回対称に配置されたｎ個の孔を有するシャッターと、
   を備え、
   前記ターゲットホルダー群は、
   前記回転軸に対してｎ回対称な位置に配置されるｎ個の第１群のターゲットホルダーと、前記回転軸に対してｎ回対称に配置されるｎ個の第２群のターゲットホルダーであって、該第２群のターゲットホルダーの各々が前記第１群のターゲットホルダー同士の間に設けられたｎ個の第２群のターゲットホルダーとを有し、
   前記ｎ個の孔の第１の回転位置においては、前記ｎ個の第１群のターゲットホルダーの各々と前記ｎ個の孔の各々とが重なり、前記ｎ個の孔の第２の回転位置においては、前記ｎ個の第２群のターゲットホルダーの各々と前記ｎ個の孔の各々とが重なることを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記基板ホルダーを前記回転軸に対して回転させる回転駆動手段と、
   前記シャッターを前記回転軸に対して回転させるシャッター駆動手段と、
   前記ターゲットホルダー群に電力を供給するための電力供給手段と、
   前記回転駆動手段、前記電力供給手段、及び前記シャッター駆動手段を制御するための制御手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、第１の層および第２の層を交互に積層させた積層体を形成する際、
   前記回転駆動手段を駆動して、前記基板ホルダーの回転を開始し、
   前記電力供給手段を駆動して、前記第１群のターゲットホルダーに第１電力を供給し、前記第２群のターゲットホルダーに第２電力を供給し、
   前記第１の層を成膜する場合、前記シャッター駆動手段を駆動して、前記シャッターのｎ個の孔を、前記第１群のターゲットホルダーに対向して位置させ、
   前記第２の層を成膜する場合、前記シャッター駆動手段を駆動して、前記シャッターのｎ個の孔を、前記第２群のターゲットホルダーに対向して位置させるように構成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。
3. 前記ターゲットホルダー群と前記基板ホルダーの間に設けられ、前記回転軸に対して回転可能であり、前記回転軸に対してｎ回対称に配置されたｎ個の孔を有する他のシャッターをさらに備え、
   前記他のシャッターが有するｎ個の孔の各々は、該他のシャッターの回転位置に応じて、前記第１群のターゲットホルダーの各々および前記第２群のターゲットホルダーの各々と重な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。
4. 前記シャッターおよび前記他のシャッターを前記回転軸に対して回転させるシャッター駆動手段と
   前記シャッター駆動手段を制御するための制御手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、第１の層および第２の層を交互に積層させた積層体を形成する際、
   前記第１の層および第２の層の形成の前に、前記シャッターのｎ個の孔と、前記他のシャッターのｎ個の孔とを、互いに重ならない位置に配置するように前記シャッター駆動手段を制御することを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
5. 前記基板ホルダーを前記回転軸に対して回転させる回転駆動手段と、
   前記ターゲットホルダー群に電力を供給するための電力供給手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記回転駆動手段および前記電力供給手段をも制御するように構成されており、
   前記制御手段は、前記第１の層および第２の層の形成の前に、前記回転駆動手段を駆動して、前記基板ホルダーの回転を開始し、その後で、前記電力供給手段を駆動して、前記第１群のターゲットホルダーに第１電力を供給し、前記第２群のターゲットホルダーに第２電力を供給するように構成されてい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. 前記制御手段は、前記第１の層の成膜時においては、前記第２群のターゲットホルダーに供給する電力を低減し、前記第２の層の成膜時においては、前記第１群のターゲットホルダーに供給する電力を低減するように前記電力供給手段を制御す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。
7. 処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内に設けられ、基板の被成膜面に対して垂直な回転軸回りに回転可能に設けられ、基板を保持するための基板ホルダーと、
   前記処理チャンバ内に設けられ、ターゲットを保持可能に構成され、前記回転軸がターゲットの中心点を通る垂線と不一致となるように設けられたターゲットホルダー群と、
   前記ターゲットホルダー群と前記基板ホルダーの間に設けられ、前記回転軸に対して回転可能であり、前記回転軸に対してｎ回対称に配置されたｎ個の孔を有するシャッターと、
   を備え、
   前記ターゲットホルダー群は、
   前記回転軸に対して、ｎ回対称な位置に配置されるｎ個の第１群のターゲットホルダーと、前記回転軸に対してｎ回対称に配置されるｎ個の第２群のターゲットホルダーであって、該第２群のターゲットホルダーの各々が前記第１群のターゲットホルダー同士の間に設けられたｎ個の第２群のターゲットホルダーとを有し、
   前記ｎ個の孔の第１の回転位置においては、前記ｎ個の第１群のターゲットホルダーの各々と前記ｎ個の孔の各々とが重なり、前記ｎ個の孔の第２の回転位置においては、前記ｎ個の第２群のターゲットホルダーの各々と前記ｎ個の孔の各々とが重なるように構成されたスパッタリング装置を用いた、電子デバイスの製造方法であって、
   前記基板ホルダーの回転を開始する第１準備工程と、
   前記第１群のターゲットホルダーに第１電力を供給し、前記第２群のターゲットホルダーに第２電力を供給する第２準備工程と、
   前記シャッターのｎ個の孔を、前記第１群のターゲットホルダーに対向して位置させる第１成膜工程と、
   前記シャッターのｎ個の孔を、前記第２群のターゲットホルダーに対向して位置させる第２成膜工程と
   を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
8. 前記第１成膜工程と前記第２成膜工程とを繰り返すことを特徴とする請求項７に記載の電子デバイスの製造方法。

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