JP7384735B2

JP7384735B2 - スパッタリング装置

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Publication number: JP7384735B2
Application number: JP2020069416A
Authority: JP
Inventors: 真也中村; 一義橋本; 征仁田代
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2023-11-21
Anticipated expiration: 2040-04-07
Also published as: JP2021165422A

Description

本発明は、スパッタリング装置に関し、より詳しくは、異種材料のターゲットを同時にスパッタリングして多元系薄膜を成膜することができるものに関する。

従来、大容量の半導体記憶素子として３Ｄ－ＮＡＮＤ型フラッシュメモリが知られている。３Ｄ－ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの製造工程の中には、高アスペクト比の細長い孔をエッチングする工程があり、これには、所定の薄膜をパターニングしてマスクとするハードマスクが利用されている。ハードマスクを構成する薄膜としては、タングステン膜やカーボン膜が広く利用されてきたが、例えばカーボン膜を用いる場合には、１μｍ以上の比較的厚い膜厚が要求されるようになっている。このことから、タングステン膜やカーボン膜に代わるものとして、多元系薄膜である炭化シリコン膜（ＳｉＣ膜）を用いることが注目されている。

ＳｉＣ膜を効率よく成膜する方法として、所定範囲の組成比を持つＳｉＣ製の焼結ターゲットを製作し、スパッタリング法により成膜することが考えられるが、焼結ターゲットの製作時、材料密度を効果的に高めることが難しい（このことは、ターゲットサイズが大きくなる（例えばスパッタ面の直径がφ３００ｍｍ）のに従い、より顕著になる）。このため、ＳｉＣ製の焼結ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜対象物表面にＳｉＣ膜を成膜すると、成膜直後の成膜対象物表面に微細なパーティクルが付着してしまうという不具合が生じる。そこで、ターゲットを多元系薄膜の主成分（ケイ素）で構成される第１ターゲットと、多元系薄膜の副成分（カーボン）で構成される第２ターゲットとに分け、単一の真空チャンバ内に両ターゲットを夫々設置し、これらを同時にスパッタリングすることで主成分に対する副成分の組成比が例えば１％～３０％の範囲であるＳｉＣ膜を成膜することが提案される。

上記成膜に利用できるスパッタリング装置（所謂多元スパッタリング装置）は例えば特許文献１で知られている。このものは、真空チャンバを備え、真空チャンバの下部には、被処理基板をその基板中心回りに回転自在に保持する保持ステージが設けられている。そして、保持ステージに対向させて真空チャンバ上部に、同等のターゲットサイズを持つ第１ターゲットと第２ターゲットとが夫々配置されている。この場合、被処理基板面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、第１ターゲットと第２ターゲットとは、基板中心をその内方に含まないように、被処理基板に平行に例えばＸ軸方向両側に夫々対向配置した状態からＹ軸回りに所定の回転角で傾斜させた姿勢で固定配置される。

ここで、上記従来例のスパッタリング装置のように、同等のターゲットサイズを持つ第１ターゲットと第２ターゲットとを真空チャンバに夫々配置すると、装置サイズの大型化を招来するという問題が生じる。また、スパッタリング装置により多元系薄膜を成膜する際に、主成分に対する副成分の組成比を所定の範囲内に調整しようとすると、各ターゲットへの投入電力や成膜時の真空チャンバ内の圧力（成膜時に導入する希ガス等のスパッタガスの分圧）といったスパッタ条件を調整することになる。然し、スパッタ条件を変更すると、ターゲットから飛散したスパッタ粒子が被処理基板に到達するときの分布が変化して、組成比の面内分布が変化する場合がある。このような場合、上記従来例のスパッタリング装置では、組成比の面内分布の均一性の再調整が実質的にできないという問題がある。

特開２０１３－５７１０８号公報

本発明は、以上の点に鑑み、異種材料のターゲットを同時にスパッタリングして多元系薄膜を成膜するときに、組成比の面内分布の均一性を損なうことなく、組成比の調整が可能で、装置の小型化が可能な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、真空チャンバ内でターゲットをスパッタリングして、ターゲットに対向配置される被処理基板の表面に多元系薄膜を成膜するための本発明のスパッタリング装置は、被処理基板をその基板中心回りに回転自在に保持する保持ステージを備え、ターゲットは、多元系薄膜の主成分を含む第１ターゲットと、この第１ターゲットよりスパッタ面の面積が小さい多元系薄膜の副成分を含む第２ターゲットとを有し、被処理基板面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、第１ターゲットが、基板中心をその内方に含むように被処理基板に平行に対向配置した状態からＹ軸回りに所定の回転角で傾斜させた姿勢で設置され、第２ターゲットが、第１ターゲットに隣接させて被処理基板に平行に対向配置した状態からＹ軸回りに所定の回転角で傾斜させると共に、Ｘ軸回りに所定の回転角で傾斜させた姿勢で設置され、少なくともＸ軸回りの回転角を調整自在に構成したことを特徴とする。

ここで、主成分に対する副成分の組成比が例えば１％～３０％の範囲、より好ましくは、１０％～２０％の多元系薄膜を成膜するような場合、主成分が占める割合が比較的多いことから、第１ターゲットと第２ターゲットとを同時にスパッタリングして多元系薄膜を成膜するとき、主成分が優先的に被処理基板に供給された方が成膜効率がよい。そこで、本発明では、基板中心をその内方に含むように被処理基板に平行に対向配置した状態からＹ軸回りに所定の回転角で傾斜させた姿勢で第１ターゲットを配置している。一方、第２のターゲットは、第１ターゲットよりスパッタ面の面積を小さくして（例えば、第１ターゲットに対する第２ターゲットのスパッタ面の面積を１／２以下にして）、第１ターゲットに隣接させて被処理基板に平行に対向配置した状態からＹ軸回りに所定の回転角で傾斜させた姿勢で配置している。これにより、上記従来例のものより装置サイズを小型化できる。この場合、第２ターゲットの中心を通るＸ軸及びＹ軸を第１ターゲットの中心回りに所定角で回転させて第２ターゲットを第１ターゲットに対してオフセット配置すれば、より装置の小型化が図れる。なお、本発明において、「Ｘ軸方向及びＹ軸方向」には、基板中心を通るＸ軸及びＹ軸をこの基板中心回りに回転させたときの被処理基板面内のＸ’軸方向及びＹ’軸方向も含むものとする。

上記の如く、各ターゲットを配置した状態で真空チャンバ内に希ガスなどのスパッタガスを所定流量で導入し、ターゲット種に応じて例えば第１及び第２の各ターゲットに負の電位を持つ所定電力を投入して第１及び第２の各ターゲットをスパッタリングする。すると、各ターゲットから夫々飛散するスパッタ粒子が、所定の回転速度で回転されている被処理基板表面に付着、堆積して多元系薄膜が成膜される。一方、主成分に対する副成分の組成比を調整する場合、各ターゲットへの投入電力や成膜時の真空チャンバ内の圧力（スパッタガスの分圧）といったスパッタ条件を調整することになるが、１％～３０％の比較的広い範囲で組成比を調整しようとすると、組成比の面内分布の均一性が損なわれる場合がある。本願発明者らは、鋭意研究を重ね、第２ターゲットのＸ軸回りの回転角を変えれば、主成分に対する副成分の組成比の面内分布を調整できることを見出した。そこで、第２ターゲットをＹ軸回りに所定の回転角で傾斜させると共に、Ｘ軸回りに所定の回転角で傾斜させた姿勢で設置し、少なくともＸ軸回りの回転角を調整自在な構成を採用することで、組成比の面内分布の均一性を損なうことなく、組成比の調整が可能になる。

本発明においては、前記真空チャンバ外から動力を伝達して前記第２ターゲットをＸ軸及びＹ軸の少なくとも一方の軸回りに所定の回転角で傾斜させる傾動手段を備えることが好ましい。これにより、真空チャンバを大気開放することなく、組成比の面内分布の調整を可能とする構成が実現できる。この場合、第１ターゲット及び第２ターゲットの侵食に伴って各ターゲットからのスパッタ粒子の飛散分布が変わった場合にも対応することができ、有利である。

また、本発明において、第２ターゲットのスパッタ面と基板中心との距離が、第１ターゲットのスパッタ面と基板中心との距離より長く設定され、第２ターゲットのスパッタ面の前方に、このスパッタ面を囲うようにして設けた筒状の防着板と、防着板の開口を開閉自在に閉塞するシャッタとを備える構成を採用してもよい。これによれば、各ターゲットのクロスコンタミネーション、具体的には、主成分に対する副成分の組成比を比較的少なくする（例えば、数％にする）ために例えば第２ターゲットへの投入電力を小さく設定したときに、第２ターゲット表面が第１ターゲットから飛散するスパッタ粒子で汚染されることや、いずれか一方のターゲットの交換に伴う所謂プレスパッタ時に、他方のターゲット表面が汚染されることを可及的に抑制することができ、有利である。

本発明の実施形態のスパッタリング装置を模式的に示す断面図。図１に示すスパッタリング装置の平面図。

以下、図面を参照し、被処理基板をシリコンウエハ（以下、単に「基板Ｓｗ」という）とし、真空チャンバの上部に第１ターゲットと第２ターゲットとが、その下部に保持ステージが設けられ、各ターゲットをスパッタリングして基板Ｓｗ表面に、例えば１％～３０％、より好ましくは、１０％～２０％の比較的広い範囲の組成比で膜厚分布の面内均一性よく多元系薄膜を成膜できるものを例に本発明のスパッタリング装置の実施形態を説明する。

図１及び図２を参照して、ＳＭは、本実施形態のマグネトロン方式の（多元）スパッタリング装置である。スパッタリング装置ＳＭは、真空チャンバ１を備え、真空チャンバ１の下部中央には、保持ステージ２が配置されている。保持ステージ２の上面には、特に図示して説明しないが、静電チャックを有するチャックプレートが設けられ、基板Ｓｗを吸着保持することができる。静電チャックの構造については、単極型や双極型等の公知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。保持ステージ２にはまた、真空チャンバ１の下部壁を（図外の真空シールを介して）貫通させて設けられる回転軸２１が連結され、モータ２２により、保持ステージ２に吸着保持される基板Ｓｗをその基板中心Ｓｃを通る中心線Ｃｌ回りに所定の回転数で回転することができる。以下において、基板Ｓｗ面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とする（図２参照）。

真空チャンバ１の下部壁には排気口３１，３１が開設され、排気口３１，３１には真空ポンプ３２からの排気管３３が接続され、真空チャンバ１内を所定の排気速度で真空排気することができる。真空ポンプ３２としては、クライオポンプ、ターボ分子ポンプやロータリーポンプ等が使用される。また、真空チャンバ１側壁の所定位置にはガス導入孔４１，４１が開設され、ガス導入孔４１，４１にはガス導入管４２，４２が接続され、これに介設されたマスフローコントローラ４３，４３により流量制御されたスパッタガスを真空雰囲気の真空チャンバ１に導入することができる。スパッタガスとしては、真空チャンバ１内にプラズマを形成する際に導入されるアルゴンガス等の希ガスが用いられる。そして、保持ステージ２上の基板Ｓｗに対向させて真空チャンバ１の上部に第１及び第２の各カソードユニットＣｕ１，Ｃｕ２が夫々着脱自在に取り付けられている。

第１のカソードユニットＣｕ１は、多元系薄膜の主成分（例えば、多元系薄膜としてのＳｉＣ膜を成膜するような場合には、ケイ素）で構成される第１ターゲット５１を備える。第１ターゲット５１は、円柱状の輪郭（即ち、スパッタ面５１ａが円形の輪郭）を有し、スパッタ面５１ａと背向する側である第１ターゲット５１の裏面にはバッキングプレート５２が接合されている。パッキングプレート５２の裏面には更に筒状の取付部材５３が設けられ、取付部材５３の一端には略直角に屈曲させたフランジ部５３ａが形成されている。第１のカソードユニットＣｕ１が取り付けられる真空チャンバ１の第１上壁部分１１ａは、Ｙ軸回りに所定の角度で（即ち、真空チャンバ１の中央側からその外側に向けて低くなるように）傾斜させて形成され、第１上壁部分１１ａの所定位置には、第１ターゲット５１の挿通を可能とする第１取付開口１１ｂが開設されている。

第１ターゲット５１は、基板Ｓｗの成膜面（図１中、上面）より大きい面積であるが、第１のカソードユニットＣｕ１の第１上壁部分１１ａへの取付姿勢でも、基板中心Ｓｃをその内方に含むようにそのスパッタ面５１ａの面積が設定される（例えば、基板Ｓｗの成膜面に対するスパッタ面５１ａの面積比が１～１．４６の範囲）。第１上壁部分１１ａを傾斜させる角度は、第１ターゲット５１をスパッタリングして、回転する基板Ｓｗに成膜したときの膜厚分布を考慮して適宜設定される。そして、スパッタ面５１ａ側を先頭にして第１取付開口１１ｂを挿通させ、第１取付開口１１ｂの周縁に位置する第１上壁部分１１ａ外面に真空シールとしてのベローズ管５４を介してフランジ部５３ａがその全周に亘って当接するように設置することで、第１のカソードユニットＣｕ１が第１上壁部分１１ａに取り付けられる。これにより、第１ターゲット５１は、そのスパッタ面５１ａが保持ステージ２側を向く（図１中、下方を向く）と共に、真空チャンバ１の第１上壁部分１１ａに倣ってＹ軸回りに所定の角度で傾斜した姿勢となる（スパッタ面５１ａが基板中心Ｓｃをその内方に含む）。このとき、ベローズ管５４により、後述のようにスパッタ面５１ａの傾斜角を変更するときでも、真空チャンバ１内を気密維持できるようにしている。また、第１のカソードユニットＣｕ１を第１上壁部分１１ａに取り付けた状態では、真空チャンバ１内には、第１ターゲット５１の周囲を囲うようにして筒状の防着板１２が設置される。

取付部材５３のＹ軸方向両側には回転軸５５ａ，５５ｂが夫々突設され、一方の回転軸５５ａは、これをその軸線回りに回転駆動するステッピングモータ５６ａに連結され、他方の回転軸５５ｂが軸受部材５６ｂで軸支されている。そして、ステッピングモータ５６ａにより回転軸５５ａ，５５ｂを回転させると、これに応じて、取付部材５３がそのＹ軸回りに所定（例えば、４度以下）の回転角で回転され、スパッタ面５１ａのＸＹ平面に対する傾斜角が変更されて、回転する基板Ｓｗに成膜したときの膜厚分布を調整することができる。また、第１のカソードユニットＣｕ１は、真空チャンバ１外に位置する取付部材５３の内方空間に配置した磁石ユニット５７を備える。磁石ユニット５７としては、第１ターゲット５１のスパッタ面５１ａの下方空間に磁場を発生させ、スパッタリング時にスパッタ面５１ａの下方で電離した電子等を捕捉して第１ターゲット５１から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化する閉鎖磁場若しくはカスプ磁場構造を有するものである。なお、図１，図２中、符号５７ａは、磁石ユニット５７を回転駆動するモータであり、磁石ユニット５７としては公知のものが利用できるため、第１のカソードユニットＣｕ１を含め、これ以上の説明は省略する。更に、特に図示して説明しないが、第１ターゲット５１には、スパッタ電源からの出力が接続され、第１ターゲット５１に負の電位を持った所定電力や高周波電力を投入できるようにしている。

一方、第２のカソードユニットＣｕ２は、多元系薄膜の副成分（例えば、多元系薄膜としてのＳｉＣ膜を成膜するような場合には、カーボン）で構成される第２ターゲット６１を備える。第２ターゲット６１もまた、円柱状の輪郭（即ち、スパッタ面６１ａが円形の輪郭）を有し、スパッタ面６１ａと背向する側である第２ターゲット６１の裏面にはバッキングプレート６２が接合されている。パッキングプレート６２の裏面には、筒状の取付部材６３が設けられ、取付部材６３の一端には略直角に屈曲させたフランジ部６３ａが形成されている。第２のカソードユニットＣｕ２が取り付けられる真空チャンバ１の第２上壁部分１３ａもまた、Ｙ軸回りに所定の角度で（即ち、真空チャンバ１の中央側からその外側に向けて低くなるように）傾斜させて形成され、第２上壁部分１３ａの所定位置には、第２ターゲット６１の挿通を可能とする第２取付開口１３ｂが開設されている。

第２上壁部分１３ａは、装置サイズの小型化を図るために、第１のカソードユニットＣｕ１が取り付けられる第１上壁部分１１ａに対して中心線Ｃｌ回りにオフセットさせて設けられている。具体的には、Ｘ軸及びＹ軸を中心線Ｃｌ回りに所定の回転角（例えば、反時計方向に３０度～６０度以下の範囲）で回転させた位置に第２上壁部分１３ａ、ひいては、第２のカソードユニットＣｕ２の第２ターゲット６１が存するようにしている（図２参照）。この場合、Ｘ軸及びＹ軸を基板中心Ｓｃ回りに回転させたときのＸＹ平面内の軸線をＸ’軸方向及びＹ’軸方向とする。また、第２上壁部分１３ａの真空チャンバ１の底面からの高さは、第１上壁部分１１ａより高くなるように設定され、第１及び第２の各カソードユニットＣｕ１，Ｃｕ２の取付状態では、基板Ｓｗからみて第２ターゲット６１のスパッタ面６１ａが第１ターゲット５１のスパッタ面５１ａより上方に位置するようになっている（言い換えると、図１に示すように、第２ターゲット６１のスパッタ面６１ａと基板中心Ｓｃとの距離が、第１ターゲット５１のスパッタ面５１ａと基板中心Ｓｃとの距離より長く設定されている）。更に、第２のカソードユニットＣｕ２を第２上壁部分１３ａに取り付けた状態では、真空チャンバ１内には、第２ターゲット６１の周囲を囲うようにして筒状の防着板１４が設置される。この場合、防着板１４の長さは、第１ターゲット５１をスパッタリングしたとき、そのスパッタ面５１ａから飛散するスパッタ粒子が直接第２ターゲット６１のスパッタ面６１ａに付着しないように設定されている。また、筒状の防着板１４の下端開口には、これを開閉自在に覆う板状のシャッタ１５ａが設けられ、モータ１５ｂを備える駆動手段によりシャッタ１５ａがＸ’Ｙ’平面内で移動されるようにしている。駆動手段としては、公知のものが利用されるため、これ以上の説明は省略する。

第２ターゲット６１は、第１ターゲット５１よりスパッタ面６１ａの面積が小さく（例えば、多元系薄膜の組成比等を考慮して、第１ターゲット５１のスパッタ面５１ａに対する第２ターゲット６１のスパッタ面６１ａの面積を１／２以下に）設定されるが、第２のカソードユニットＣｕ２の第２上壁部分１３ａへの取付姿勢でも、基板Ｓｗの外縁部の直上にスパッタ面６１ａの一部が位置するようにしている。そして、スパッタ面６１ａ側を先頭にして第２取付開口１３ｂを挿通させ、第２取付開口１３ｂの周縁に位置する第２上壁部分１３ａ外面に真空シールとしてのベローズ管６４を介してフランジ部６３ａがその全周に亘って当接するように設置することで、第２のカソードユニットＣｕ２が第２上壁部分１３ａに取り付けられる。これにより、第２ターゲット６１は、そのスパッタ面６１ａが保持ステージ２側を向く（図１中、下方を向く）と共に、第２上壁部分１３ａに倣ってＹ’軸回りに所定の角度で傾斜した姿勢となる。このとき、上記同様、ベローズ管６４により、後述のようにスパッタ面６１ａの傾斜角を変更するときでも、真空チャンバ１内を気密維持できるようにしている。

取付部材６３のＸ’軸方向一端には第１回転軸６５ａが突設され、第１回転軸６５ａは、これを軸線回りに回転駆動する第１ステッピングモータ６６ａに連結されている。また、取付部材６３のＹ’軸方向両端にもまた、第２回転軸６５ｂ，６５ｃが突設されている。一方の回転軸６５ｂは、これをその軸線回りに回転駆動する第２ステッピングモータ６６ｂに連結されている。この場合、第１回転軸６５ａ及び両第２回転軸６５ｂ，６５ｃは、平面視コ字状の支持フレーム６７に設けた軸受（図示せず）で軸支されている。そして、第１ステッピングモータ６６ａにより第１回転軸６５ａを回転させると、これに応じて、取付部材６３がそのＸ’軸回りに所定（例えば、±５度以下）の回転角で回転される一方で、第２ステッピングモータ６６ｂにより第２回転軸６５ｂ，６５ｃを回転させると、これに応じて、取付部材６３がそのＹ’軸回りに所定（例えば、±５度以下）の回転角で回転され、スパッタ面６１ａのＸＹ平面に対する傾斜角が変更される。なお、傾斜角を変更できる範囲は、例えば、多元系薄膜の主成分及び副成分を夫々構成する各ターゲット５１，６１の種類や、第２ターゲット６１の初期の傾斜角（言い換えると、第２上壁部分１３ａのＸＹ平面に対する傾斜角）に応じて適宜設定される。これにより、多元系薄膜の副成分の組成比やその組成比の面内分布の調整が可能となる。本実施形態では、上記のステッピングモータ６６ａ，６６ｂや回転軸６５ａ～６５ｃといった部品が、真空チャンバ１外から動力を伝達して第２ターゲット６１を少なくともＹ軸回りに所定の回転角で傾斜させる傾動手段を構成する。第２のカソードユニットＣｕ２もまた、上記同様、真空チャンバ１外に位置する取付部材６３の内方空間に配置した磁石ユニット６８を備える。更に、特に図示して説明しないが、第２ターゲット６１には、スパッタ電源からの出力が接続され、第２ターゲット６１に負の電位を持った所定電力や高周波電力を投入できるようにしている。

上記スパッタリング装置ＳＭにより基板Ｓｗに対して所定の多元系薄膜を成膜する場合、図外の真空搬送ロボットにより保持ステージ２上へと基板Ｓｗを搬入し、保持ステージ２のチャックプレート（図示せず）上面に基板Ｓｗを設置し、吸着保持する（この場合、基板Ｓｗの上面が成膜面となる）。次に、真空チャンバ１内が所定圧力（例えば、１×１０^－５Ｐａ）まで真空排気されると、モータ２２により保持ステージ２を一方向に所定回転数で回転させ、マスフローコントローラ４３の制御によりスパッタガスとしてのアルゴンガスを一定の流量で導入し、これに併せて第１ターゲット５１と第２ターゲット６１とにスパッタ電源（図示せず）から予め設定される電力を投入する。これにより、第１ターゲット５１と第２ターゲット６１との前方の空間にプラズマが夫々形成され、プラズマ中のアルゴンガスのイオンで各ターゲット５１，６１がスパッタリングされ、各ターゲット５１，６１からのスパッタ粒子が、回転する基板Ｓｗの上面に付着、堆積して所定の多元系薄膜が成膜される。

以上の実施形態によれば、上記従来例のものより装置サイズの小型化を図ることができる。それに加えて、主成分に対する副成分の組成比を調整する場合、各ターゲット５１，６１への投入電力や成膜時の真空チャンバ１内の圧力（スパッタガスの分圧）といったスパッタ条件を調整することで、組成比の面内分布の均一性が損なわれたとしても、第２ターゲット６１をＸ’軸及びＹ’軸の少なくとも一方回りの回転角を調整すれば、組成比の面内分布の均一性を損なうことなく、組成比の調整が可能になる。これは、第１ターゲット５１及び第２ターゲット６１の侵食に伴って各ターゲット５１，６１からのスパッタ粒子の飛散分布が変わった場合にも利用できる。しかも、各ターゲット５１，６１をスパッタリングする際、第２ターゲット６１のスパッタ面６１ａが第１ターゲット５１から飛散するスパッタ粒子で汚染されることや、いずれか一方のターゲット５１，６１の交換に伴う所謂プレスパッタ時に、他方のターゲット６１，５１のスパッタ面６１ａ，５１ａが汚染されることを可及的に抑制することができる。

次に、本発明の効果を確認するため、基板Ｓｗをφ３００ｍｍのシリコンウエハ、第１ターゲット５１をφ４４０ｍｍのケイ素製、第２ターゲット６１をφ１２５ｍｍのアモルファスカーボン製とし、上記スパッタリング装置ＳＭを用いて基板ＳｗにＳｉＣ膜を成膜した。スパッタ条件として、第１ターゲット５１への投入電力を２ｋＷ、第２ターゲット６１への投入電力を０．５ｋＷ、基板Ｓｗの回転速度を１２０ｒｐｍ、スパッタ時間を１００ｓｅｃに設定した。また、スパッタガスとしてアルゴンガスを用い、スパッタリング中、スパッタガスの分圧を０．２Ｐａとした。更に、第１ターゲット５１と基板中心Ｓｃとの間の距離を２５０ｍｍ、第２ターゲット６１と基板中心Ｓｃとの間の距離を２８５ｍｍとし、このとき、ＸＹ平面に対する第１ターゲット５１のＹ軸回りの傾斜角を１５度、ＸＹ平面に対する第２ターゲット６１のＹ’軸回りの傾斜角を２２度、ＸＹ平面に対する第２ターゲット６１のＸ’軸回りの傾斜角を３８度とした。このような条件で第１ターゲット５１及び第２ターゲット６１をスパッタリングして基板Ｓｗ表面にＳｉＣ膜を成膜し、公知の分析機によりその組成比と基板Ｓｗの径方向における組成比の面内分布を測定した。これによれば、ケイ素とカーボンとの組成比が１５：８５であり、その面内分布の均一性は１％であった。そこで、Ｘ’軸及びＹ’軸を夫々反時計方向に回転させ、ＸＹ平面に対する第２ターゲット６１のＹ’軸回りの傾斜角を＋４度以下の範囲、ＸＹ平面に対する第２ターゲット６１のＸ’軸回りの傾斜角を＋４度の範囲で夫々変更し、再度、ＳｉＣ膜を成膜したところ、ケイ素とカーボンとの組成比が１０：９０～２０：８０の範囲、その面内分布の均一性は１～２％であり、組成比及び面内分布を調整できることが確認された。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、傾動手段として、ステッピングモータ６６ａ，６６ｂや回転軸６５ａ～６５ｃといった部品を利用したものを例に説明したが、真空チャンバ１外から動力を伝達して第２ターゲット６１をＸ’軸及びＹ’軸回りに所定の回転角で傾斜させることができれば、これに限定されるものではない。また、上記実施形態では、小型化を図るため、第１ターゲット５１に対する第２ターゲット６１の位置をＸＹ平面上で及び上方にオフセットしたものを例に説明したが、第２ターゲット６１の配置（即ち、第２のカソードユニットＣｕ２の位置）は、上記に限定されるものではなく、種々のレイアウトを採用することができる。更に、上記実施形態では、第１及び第２の各カソードユニットＣｕ１，Ｃｕ２が取り付けられる真空チャンバ１の上壁部分１１ａ，１３ａをＸＹ平面に対して傾斜させたものを例に説明したが、第１及び第２の各ターゲット５１，６１を傾斜して配置すると共にその傾斜角を調整できるのではあれば、これに限定されるものではない。

ＳＭ…スパッタリング装置、Ｃｕ１，Ｃｕ２…カソードユニット、１…真空チャンバ、２…保持ステージ、１１ａ，１３ａ…真空チャンバの上壁部分、１２，１４…防着板、１５ａ…シャッタ、５１…第１ターゲット（主成分）、６１…第２ターゲット（副成分）、Ｓｗ…基板（被処理基板）、Ｓｃ…基板中心、６５ａ～６５ｃ…回転軸（傾動手段の構成要素）、６６ａ，６６ｂ…ステッピングモータ（傾動手段の構成要素）。

Claims

真空チャンバ内でターゲットをスパッタリングして、ターゲットに対向配置される被処理基板の表面に多元系薄膜を成膜するためのスパッタリング装置であって、
被処理基板をその基板中心回りに回転自在に保持する保持ステージを備えるものにおいて、
ターゲットは、多元系薄膜の主成分を含む第１ターゲットと、この第１ターゲットよりスパッタ面の面積が小さい多元系薄膜の副成分を含む第２ターゲットとを有し、
被処理基板面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、第１ターゲットが、基板中心をその内方に含むように被処理基板に平行に対向配置した状態からＹ軸回りに所定の回転角で傾斜させた姿勢で設置され、第２ターゲットが、第１ターゲットに隣接させて被処理基板に平行に対向配置した状態からＹ軸回りに所定の回転角で傾斜させると共に、Ｘ軸回りに所定の回転角で傾斜させた姿勢で設置され、少なくともＸ軸回りの回転角を調整自在に構成したことを特徴とするスパッタリング装置。
前記真空チャンバ外から動力を伝達して前記第２ターゲットをＸ軸及びＹ軸の少なくとも一方の軸回りに所定の回転角で傾斜させる傾動手段を備えることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
第２ターゲットのスパッタ面と基板中心との距離が、第１ターゲットのスパッタ面と基板中心との距離より長く設定され、第２ターゲットのスパッタ面の前方に、このスパッタ面を囲うようにして設けた筒状の防着板と、防着板の開口を開閉自在に閉塞するシャッタとを備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスパッタリング装置。