JP7325278B2 - スパッタ方法およびスパッタ装置 - Google Patents

Description

本開示は、スパッタ方法およびスパッタ装置に関する。

成膜技術として、ターゲットからのスパッタ粒子を基板上に堆積させるスパッタリングが多用されている。例えば、特許文献１には、スパッタリングにより所定の膜を成膜するスパッタ装置として、それぞれ異なる物質で構成された２つのターゲットと、一方のターゲットをスパッタしているときに他方のターゲットを遮蔽するシャッターとを有するものが記載されている。シャッターは、一方のターゲットからの粒子が他方のターゲットに付着すること（クロスコンタミネーション）を防止するためにターゲットに近接して設けられる。

また、スパッタ装置では、ターゲットをシャッターで遮蔽した状態でそのターゲットのプレスパッタを行い、次に、そのターゲットに対してシャッターを開いて（ターゲットの遮蔽を解除して）本スパッタを行い基板に対して成膜を行う。特許文献１のような２つのターゲットを有する場合は、他方のターゲットに対しても同様の動作が行われる。このような動作が複数の基板の処理において繰り返し実施される。

特開２０１３－２４９５１７号公報

本開示は、ターゲットに近接するシャッターを閉じた状態でプレスパッタを行い開いた状態で本スパッタを行う処理を繰り返す際に、シャッターのシールドライフを長くすることができるスパッタ方法およびスパッタ装置を提供する。

本開示の一態様に係るスパッタ方法は、ターゲットと、前記ターゲットに近接して設けられ、前記ターゲットを開閉可能なシャッターとを有するスパッタ装置によるスパッタ方法であって、前記シャッターの遮蔽部により前記ターゲットを遮蔽した状態で、前記ターゲットからスパッタ粒子を放出させてプレスパッタを行う工程と、前記プレスパッタする工程の後、前記シャッターの開口部を前記ターゲットに対応させた状態で、前記ターゲットからスパッタ粒子を放出させ、成膜対象にスパッタ粒子を堆積させる本スパッタを行う工程と、を有し、前記プレスパッタを行う工程と、前記本スパッタを行う工程とを繰り返し行う際に、前記プレスパッタする工程の前記シャッターの位置を変化させ、前記遮蔽部の前記ターゲットに対応する位置を変化させる。

本開示によれば、ターゲットに近接するシャッターを閉じた状態でプレスパッタを行い開いた状態で本スパッタを行う処理を繰り返す際に、シャッターのシールドライフを長くすることができる成膜方法および成膜装置が提供される。

一実施形態に係るスパッタ装置を示す断面図である。 一実施形態に係るスパッタ装置を示す平面図である。 一実施形態に係るスパッタ装置に用いられるシャッターを示す底面図である。 一実施形態に係るスパッタ装置に用いられるカバープレートの底面図である。 一実施形態に係るスパッタ装置に用いられる制御部を示すブロック図である。 図５の制御部の特徴部分を示すブロック図である。 シャッターの位置の設定例を模式的に示す図である。 第１のターゲットによるスパッタ成膜を行う際のスパッタ装置の状態を示す模式図である。 第２のターゲットによるスパッタ成膜を行う際のスパッタ装置の状態を示す模式図である。 金属膜（Ｍｇ膜）の酸化処理を行う際のスパッタ装置の状態を示す模式図である。 金属膜の酸化処理の後に再び第１のターゲットによるスパッタ成膜を行う際のスパッタ装置の状態を示す模式図である。 一連の処理が終了後、基板を搬出する状態を示す模式図である。 従来のプレスパッタの際のシャッター位置を示す底面図である。 プレスパッタの際のシャッター位置を一箇所に固定した場合のシャッターに堆積するターゲット材料の堆積レートの分布を示す図である。 一実施形態に係るスパッタ方法を実施する際のプロセスレシピの例を示す図である。 シャッター位置の数と最大堆積レートとの関係を、計算値と実験値で示す図である。 シャッター位置の数が３で、シャッター６１の遮蔽部におけるターゲットに対応する位置が３箇所のときのシャッター上の堆積レートの分布を示す図である。 シャッター位置の数が５で、シャッター６１の遮蔽部におけるターゲットに対応する位置が５箇所のときのシャッター上の堆積レートの分布を示す図である。 シャッター位置の数が７で、シャッター６１の遮蔽部におけるターゲットに対応する位置が７箇所のときのシャッター上の堆積レートの分布を示す図である。

以下、実施形態について説明する。
図１は一実施形態に係るスパッタ装置を示す断面図、図２はその平面図である。
図１に示すように、スパッタ装置１００は、導電性、例えばステンレス鋼で構成され、接地された真空容器２を備えている。真空容器２は円筒部分２ａと、円筒部分２ａの側方（図中ｘ方向）に突出する突出部分２ｂとからなる。

円筒部２ａの天井部には、円形をなし互いに同一の大きさを有する第１のターゲット電極３２ａおよび第２のターゲット電極３２ｂが、水平方向（図中ｘ方向）に並んで配置されている。これら第１および第２のターゲット電極３２ａおよび３２ｂは、それぞれリング状の保持体３４ａおよび３４ｂを介してリング状の絶縁体２５ａおよび２５ｂに接合されている。絶縁体２５ａおよび２５ｂは真空容器２の天井部に接合されている。したがって、第１および第２のターゲット電極３２ａおよび３２ｂは、真空容器２とは電気的に絶縁された状態で、円筒部分２ａの上面から下方へ落とし込まれた位置に配置されている。

第１のターゲット電極３２ａの下面には第１のターゲット３１ａが、第２のターゲット電極３２ｂの下面には第２のターゲット３１ｂがそれぞれ接合されている。第１および第２のターゲット３１ａおよび３１ｂは、例えば正方形などの矩形状をなし、略同一の大きさを有している。

第１および第２のターゲット３１ａおよび３１ｂの直下には、シャッター６１が設けられている。図３は、シャッター６１を下方から見た底面図である。図３に示すように、シャッター６１は、第１および第２のターゲット３１ａおよび３１ｂの両方の投影領域をカバーする大きさを持つ円形の板であり、円筒部分２ａの上面中心部に回転軸６３を介して回転自在に取り付けられている。シャッター６１には、第１および第２のターゲット３１ａおよび３１ｂよりも若干大きいサイズの矩形の開口部６２が形成されており、シャッター６１の開口部６２以外の部分は遮蔽部となっている。第１のターゲット３１ａおよび第２のターゲット３１ｂは、シャッター６１の遮蔽部で覆われている際には遮蔽され、開口部６２に対応した際には開放された状態となる。そして、第１のターゲット３１ａおよび第２のターゲット３１ｂの一方に臨む領域に開口部６２が位置するときには、他方がシャッター６１により覆われることとなる。これにより、一方のターゲットがスパッタされているときに叩き出された粒子が他方のターゲットに付着することが防止される。なお、シャッター６１の遮蔽部に覆われているターゲットに対しては、後述するように、クリーニングのためのプレスパッタが行われる。

シャッター６１は２枚重ねて用いてもよく、また、１枚のシャッター６１に対して開口部６２は複数であってもよい。

真空容器２の天井部上方における回転軸６３と対応する位置にはマグネット６４ａを有するシャッター回転駆動部６４が設けられ、このマグネット６４ａと回転軸６３側に設けられたマグネットとの間の磁気結合により回転軸６３が回転され、それにともなってシャッター６１が回転されるようになっている。

第１および第２のターゲット電極３２ａおよび３２ｂには、それぞれ電源部３３ａおよび３３ｂが接続されており、例えば負の直流電圧が印加されるようになっている。第１のターゲット電極３２ａと電源部３３ａとの間、および第２のターゲット電極３２ｂと電源部３３ｂの間には、それぞれスイッチ３８ａおよび３８ｂが介在している。

第１のターゲット３１ａおよび第２のターゲット３１ｂの材料は、特に限定されず、形成する膜の材料に応じて適宜設定される。本例では、金属膜を成膜後、酸化処理により酸化膜を形成する場合を示し、各ターゲットはそれに適した材料が適用される。第１のターゲット３１ａの材料としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはハフニウム（Ｈｆ）、あるいはこれらの合金などを挙げられる。これらは、酸素や水分を吸収する部材（以下「ゲッタリング部材」という）として機能する。一方、第２のターゲット３１ｂの材料としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、ガリウム（Ｇａ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、またはＨｆなどの金属が挙げられる。これらは基板Ｓに対する成膜材として機能する。

真空容器２内には第１および第２のターゲット３１ａおよび３１ｂと対向するように、基板Ｓを水平に載置する載置部４が設けられている。基板Ｓは特に限定されないが、例えばシリコンのような半導体基体を有する半導体ウエハを用いることができる。載置部４は、軸部材４ａを介して真空容器２の下方側に配置された駆動機構４１に接続されている。駆動機構４１は、載置部４を回転させる役割と、基板Ｓを外部の図示しない搬送機構との間で昇降ピン４１ａを介して受け渡しする位置と、スパッタ時における処理位置との間で昇降させる役割を果たしている。４２はシール部である。載置部４内には図示しない加熱機構が組み込まれており、スパッタ時に基板Ｓを加熱できるように構成されている。昇降ピン４１ａは、基板Ｓの下面から３ヶ所で支持するように３本設けられ、昇降部４１ｂにより支持部材４１ｃを介して昇降する。

第１および第２のターゲット電極３２ａおよび３２ｂの上部には、それぞれに近接するようにマグネット配列体５１ａおよび５１ｂが設けられている。マグネット配列体５１ａおよび５１ｂは、透磁性の高い素材、例えば鉄（Ｆｅ）のベース体にＮ極マグネット群およびＳ極マグネット群を、例えばＮ極とＳ極がマトリクス状となるように配列することで構成されている。

マグネット配列体５１ａおよび５１ｂは、それぞれ第１および第２のターゲット３１ａおよび３１ｂの中心から偏芯した位置に配置され、回転機構５３ａおよび５３ｂによりターゲット３１ａ及び３１ｂの中心を回転中心として回転するようになっている。このように、マグネット配列体５１ａおよび５１ｂを第１および第２のターゲット３１ａおよび３１ｂの中心から偏芯した位置に配置することによりエロージョンの均一性を高めることができる。

真空容器２内部には、基板Ｓを遮蔽する遮蔽部材として機能する円形状のカバープレート４３が設けられている。カバープレート４３は、基板Ｓよりも大きいサイズの円形状をなしている。カバープレート４３の外周には垂直に伸びる支柱４３ａが接続されており、カバープレート４３は支柱４３ａを中心に、基板Ｓを覆う遮蔽位置と基板Ｓを覆う位置から退避した退避位置との間で水平方向に旋回可能に構成されている。支柱４３ａは真空容器２の底部を貫通し、カバープレート回転駆動部４７を介して回転支持部４８により回転自在に支持されている。４４はシール機構である。カバープレート回転駆動部４７としては、モータの回転をベルトにより伝達して支柱４３ａを回転させるベルト駆動が例示されるが、これに限るものではない。

本実施形態では、カバープレート４３は、上述の遮蔽機能に加えて酸素（Ｏ_２）を基板Ｓに供給する機能を有している。具体的には、図４にも示すように、カバープレート４３の下面には直径方向に沿うように複数のガス吐出孔４５が形成されている。カバープレート４３の内部にはガス吐出孔４５に連通したガス流路４５ａが水平に形成されている。支柱４３ａの内部にはガス流路４５ａに連通するガス流路４６が垂直に形成されている。ガス流路４６には、ガス供給配管４９ｂの一端が接続され、ガス供給配管４９ｂの他端には酸素ガス供給源４９が接続されている。ガス供給配管４９ｂの下流側部分は支柱４３ａの回転に対応可能なようにフレキシブルチューブとなっている。ガス供給配管４９ｂには、バルブやフローメータ等のガス制御機器群４９ａが設けられている。酸素ガス供給源４９からの酸素ガスは、ガス供給配管４９ｂ、ガス流路４６、４５ａを通ってガス吐出口４５から吐出される。

カバープレート４３内には温調機構として、例えばヒータ（図示せず）が設けられ、このヒータによりガス供給路４５ａ内の酸素ガスが予備加熱される。ヒータはカバープレート４３内に限らず支柱４３ａ内に設けられていてもよいし、両方に設けてもよい。

真空容器２は底部に排気路２１が接続され、排気路２１には圧力制御バルブ２１ａおよび真空排気装置２２が接続されている。真空排気装置２２により真空容器２内を排気し、圧力制御バルブ２１ａにより圧力を制御することにより、真空容器２内を所定の真空圧力にすることが可能となっている。

真空容器２の側面部には、基板Ｓを搬入出するための搬入出口２３と、搬入出口２３を開閉するためのゲートバルブ２４とが設けられている。

真空容器２の上部側壁には、プラズマ発生用のガスである不活性ガス、例えばＡｒガスを真空容器２内に導入するためのガス導入ノズル２８が真空容器２内に貫通するように挿入され、ガス導入ノズル２８にはガス供給路２８ａの一端が接続されている。ガス供給路２８ａの他端には不活性ガス供給源２６が接続されている。そして、不活性ガス供給源２６からガス供給路２８ａおよびガス導入ノズル２８を介して真空容器２内に不活性ガス、例えばＡｒガスが供給される。ガス供給路２８ａは、バルブやフローメータ等のガス制御機器群２７が設けられている。不活性ガス供給源２６、ガス供給路２８ａ、ガス導入ノズル２８は、不活性ガス供給機構を構成する。

なお、第１および第２のターゲット電極３２ａおよび３２ｂ、電源部３３ａおよび３３ｂ、マグネット配列体５１ａおよび５１ｂ、不活性ガス供給機構は、スパッタ粒子放出機構を構成する。

スパッタ装置１００は、さらに制御部８０を有している。制御部８０は、図５に示すように、主制御部８１と、ユーザーインターフェイス８２と、記憶装置８３と、出力装置８４とを有する。

主制御部８１は、ＣＰＵを有し、スパッタ装置１００の各構成部、例えば、電源部３３ａ，３３ｂ、駆動機構４１、カバープレート回転駆動部４７、シャッター回転駆動部６４、回転機構５３ａ，５３ｂ、真空排気装置２２、ＡｒガスやＯ_２ガスを供給するガス供給機構を制御する。

ユーザーインターフェイス８２は、主制御部８１に接続されており、オペレータがスパッタ装置１００の各構成部を管理するためにコマンドの入力操作などを行うキーボードや、スパッタ装置１００の各構成部の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなっている。

記憶装置８３は、ハードディスク等の記憶媒体を内蔵し、その中に制御に必要なデータが格納されている。また、ＣＤやＤＶＤ、またはフラッシュメモリ等の制御に必要なデータが格納された可搬性の記憶媒体をセット可能となっている。記憶媒体には、例えばスパッタ装置１の動作の制御を行うレシピや、スパッタ装置１の動作を行うためのその他のデータが記憶されている。

主制御部８１は、記憶装置８３の記憶媒体から呼び出された処理レシピに基づいてスパッタ装置１に所定の動作を実行させる。特に、本実施形態では、制御部８０は、シャッター６１を回転させるシャッター回転駆動部６４の動作制御に特徴がある。具体的には、制御部８０（主制御部８１）は、図６に示すように、シャッター位置設定部８５と、シャッターコントローラ８６とを有し、シャッター６１が設定位置になるように、シャッターコントローラ８６がシャッター回転駆動部６４を制御する。

具体的には、一方のターゲット３１ａまたは３１ｂがシャッター６１で覆われている状態で、そのターゲットに電源部３３ａまたは３３ｂから給電してプレスパッタを行う際に、シャッター６１の位置を複数設定可能とする。シャッター６１の各設定位置では、シャッター６１の開口部６２以外の遮蔽部におけるターゲットに対応する位置が異なる。図７の例では、シャッター６１の設定位置の数は７である。

シャッター位置設定部８５は、例えば、オペレータがユーザーインターフェイス８２で入力操作に基づいて、シャッター６１の位置を設定する。そして、シャッター位置設定部８５の設定に基づいて、シャッターコントローラ８６がシャッター回転駆動部６４を制御する。これにより、シャッター６１は回転軸６３を回転中心として回転（揺動）され、複数の設定可能位置のうち、設定された位置に位置される。複数の基板Ｓの処理に際し、シャッター６１の位置の設定を変化させてプレスパッタを行う。これにより、シャッター６１の開口部６２以外の遮蔽部におけるターゲットに対応する位置が変化する。

このため、ターゲット３１ａまたは３１ｂのプレスパッタの際に、シャッター６１のスパッタ粒子が堆積する位置を分散させることができ、シャッター６１のシールドライフを長くすることができる。

このとき、特定枚数（１枚または２枚以上）の基板ごとにプレスパッタの際のシャッターの位置が変化するように、シャッター位置設定部８５の設定を行うことができる。また、１枚の基板のプレスパッタにおいてシャッターの位置が変化するような設定であってもよい。

次に、このように構成されたスパッタ装置１００における動作について説明する。
まず、真空容器２に隣接して設けられた真空搬送室（図示せず）に設けられた搬送機構（図示せず）により、搬入出口２３を介して基板Ｓを真空容器２に搬入し、載置部４上に載置し、ゲートバルブ２４を閉じる。次いで圧力制御バルブ２１ａを全開にして真空容器２内の引き切りを行う。

基板Ｓの搬入時においては、シャッター６１が全クローズ（ターゲット３１ａ、３１ｂの両方に対して閉じた位置）、カバープレート４３が遮蔽位置に置かれている。そして不活性ガス供給機構の不活性ガス供給源２６から不活性ガス、例えばＡｒガスを導入し、真空容器２内の圧力を例えば１００ｍＰａ（０．８ｍＴｏｒｒ）に設定する。

この状態で、一連の成膜動作を実施する。この一連の成膜動作の概略を、図８Ａ～図８Ｅを参照して説明する。

最初に、図８Ａに示すように、第１のターゲット３１ａによるスパッタ成膜を行う。第１のターゲット３１ａは、上述したように、ゲッタリング部材として機能し、例えばＴｉで構成される。

この工程では、カバープレート４３を遮蔽位置に位置させ、最初にシャッター６１の遮蔽部により第１のターゲット３１ａを遮蔽した状態でプレスパッタを行う。次にシャッター６１を回転させて開口部６２を第１のターゲット３１ａに対応させて開放し、本スパッタを行う。

このとき、電源部３３ａをオンにして、ターゲット電極３２ａに直流電圧を印加し、マグネット配列体５１ａを回転させる。これにより、不活性ガス（Ａｒガス）が、第１のターゲット３１ａに印加された電界およびマグネット配列体５１ａによる磁界により高密度にプラズマ化し、このプラズマにより第１のターゲット３１ａがスパッタされてターゲット粒子（例えばＴｉ粒子）が叩き出される。このターゲット粒子は、プレスパッタの際にはシャッター６１の遮蔽部に堆積され、本スパッタの際には真空容器２の壁面やカバープレート４３の上面などに付着する。

本スパッタにより真空容器２内部に付着した粒子、例えばＴｉ粒子は、真空容器２内に存在する酸素分子や水分子を吸着し、真空容器２内部の圧力を例えば９×１０^－８Ｐａまで低下させる。第１のターゲット３１ａによるスパッタを例えば１０秒間行った後、第１のターゲット３１ａへの電圧印加と不活性ガス（Ａｒガス）の供給を停止し、マグネット配列体５１ａを停止させ、シャッター６１を閉じる。

なお、プレスパッタは、本スパッタの前にターゲットの表面洗浄を洗浄するため、および、本スパッタの前のコンディショニングのために行われる。

次に、図８Ｂに示すように、第２のターゲット３１ｂによるスパッタ成膜を行う。第２のターゲット３１ｂは、上述したように、基板Ｓに対する成膜材として機能し、例えばＭｇで構成される。

この工程では、カバープレート４３を退避位置に位置させ、最初にシャッター６１の遮蔽部により第２のターゲット３１ｂを遮蔽した状態でプレスパッタを行う。次にシャッター６１を回転させて開口部６２を第２のターゲット３１ｂに対応させて開放し、本スパッタを行う。

このとき、電源部３３ｂをオンにして、ターゲット電極３２ｂに直流電圧を印加し、マグネット配列体５１ｂを回転させる。これにより、不活性ガス（Ａｒガス）が、第２のターゲット３１ｂに印加された電界およびマグネット配列体５１ｂによる磁界により高密度にプラズマ化し、このプラズマにより第２のターゲット３１ｂがスパッタされてターゲット粒子（例えばＭｇ粒子）が叩き出される。このターゲット粒子は、プレスパッタの際にはシャッター６１の遮蔽部に堆積され、本スパッタの際には基板Ｓ上へ堆積される。

この本スパッタを例えば１０秒間行うことにより、基板Ｓ上に例えば膜厚０．３ｎｍの金属膜、例えばＭｇ膜が成膜される。第２のターゲット３１ｂへの電圧印加と不活性ガス（Ａｒガス）の供給を停止し、マグネット配列体５１ｂを停止させ、シャッター６１を閉じる。

次に、図８Ｃに示すように、金属膜（Ｍｇ膜）の酸化処理を行う。酸化処理は、シャッター６１を全クローズ（ターゲット３１ａ、３１ｂの両方に対して閉じた位置）とし、カバープレート４３を遮蔽位置に位置させる。そして、酸素ガス供給源４９からの酸素ガスをヒータ（図示せず）により予備加熱した状態でカバープレート４３のガス吐出口４５から吐出させて、基板Ｓの表面に供給する。この酸素ガス供給により金属膜、例えばＭｇ膜が酸化されて、金属酸化膜、例えばＭｇＯ膜となる。

このような第２のターゲット３１ｂのスパッタによる金属膜の成膜と、金属膜の酸化処理とを複数回繰り返して所望の膜厚の金属酸化膜を成膜する。例えば、Ｍｇ膜の成膜と酸化処理を３回繰り返すことにより、膜厚０．９ｎｍのＭｇＯ膜を成膜する。

金属酸化膜の成膜が終了後、図８Ｄに示すように、カバープレート４３を載置部４上方の遮蔽位置に置いたまま、再び不活性ガス（Ａｒガス）を供給し、第１のターゲット３１ａによるスパッタ成膜を行う。このときのスパッタ成膜は、図８Ａを参照して説明したスパッタ成膜と同じ手順で行われる。これにより、基板ＳのＭｇＯ膜上および真空容器２内から、余剰の酸素ガスが除去される。

その後、図８Ｅに示すように、ターゲット３１ａおよび３１ｂの両方をシャッター６１により遮蔽した状態にし、カバープレート４３を載置部４上から退避させ、ゲートバルブ２４を開放し、搬入出口２３から基板Ｓを搬出する。

以上の図８Ａ～図８Ｅの処理を、複数の基板に対して連続的に実施する。
このような手法により成膜される薄い金属酸化膜（例えばＭｇＯ膜）は、例えば、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）のトンネル接合（Magnetic Tunnel Junction ：ＭＴＪ）素子の一部として用いられる。

ところで、このようなスパッタ装置においては、上述したように、本スパッタの前にプレスパッタが行われる。プレスパッタは、ターゲット表面のクリーニングや真空容器のコンディショニングのために行われるものであり、シャッターを閉にした状態で実際にターゲットに電圧を与えてスパッタするため、シャッターのターゲット側の面にはターゲット材料が堆積する。プレスパッタ１回のシャッターへの堆積量は少ないが、基板の処理枚数が大量になると堆積量が数ｍｍ以上に達する。複数の異なる材料からなるターゲットを搭載する場合、ターゲット間におけるクロスコンタミネーションを防止する観点から、シャッターとターゲットのシールドとの間のクリアランスは数ｍｍ～十数ｍｍに設計されているのが一般的である。このため、基板の処理枚数が増加すると、いずれシャッターへの堆積量がターゲットのシールドとの間のクリアランスよりも大きくなる。この場合には、シールドとシャッターとの間で擦れが生じパーティクル発生の原因となるため、シャッターへの堆積量が閾値以上になった際にメンテナンスが行われる。

従来、プレスパッタの際のシャッター位置は予め定められていた。例えば、第１のターゲット３１ａのプレスパッタを行う場合、シャッター６１の位置は、例えば、図９に示すように、開口部６２が第２のターゲット３１ｂに対応する位置の一箇所に固定されていた。この場合、プレスパッタの際に堆積するターゲット材料の堆積は一か所に集中し、堆積レート分布は、図１０に示すように、シャッター６１の第１のターゲット３１ａの中心付近に対応する位置で最大値（最大堆積レート）となる。なお、図１０は、シャッター６１の第１のターゲット３１ａを含む領域におけるターゲット材料の堆積レート（ターゲットに印加する電力量（ｋＷｈｒ）あたりの堆積量）の分布を示すマップの最大堆積レートの位置を通る一方向の分布を示すものである。なお、図１０の縦軸は、規格化した堆積レート（規格化堆積レート）で示している。

しかし、本実施形態のように複数のターゲットを有し、頻繁にシャッターを移動させて処理を行う場合は、１枚の基板処理の際のプレスパッタの回数も多いため、従来の手法では、シャッターのシールドライフが短いものとなってしまう。シールドライフは、シャッター６１に堆積するターゲット材料の堆積量が、メンテナンスが必要となる閾値に達するまでの期間である。

そこで、本実施形態では、シャッター６１を閉にしてプレスパッタを行う際に、シャッター６１の位置を複数設定可能とする。シャッター６１の各設定位置では、シャッター６１の開口部６２以外の遮蔽部におけるターゲットに対応する位置が異なる。そして、上述した図６に示すように、シャッター位置設定部８５により、シャッター位置設定部８５が複数の設定可能位置のうち任意の位置にシャッター６１の位置を設定する。例えば、特定枚数（１枚または２枚以上）の基板の処理ごとにプレスパッタの際のシャッターの位置が変化するように、または、１枚の基板のプレスパッタにおいてシャッターの位置が変化するように、シャッター位置設定部８５の設定を行う。そして、シャッター位置設定部８５の設定に基づいて、シャッターコントローラ８６がシャッター回転駆動部６４を制御する。これにより、シャッター６１は回転軸６３を回転中心として回転（揺動）され、複数の設定可能位置のうち、設定された位置に位置される。そして、複数の基板Ｓの処理に際し、シャッター６１の位置を変化させながらプレスパッタを行う。これにより、シャッター６１の開口部６２以外の遮蔽部におけるターゲットに対応する位置が変化する。

このような制御を行うことにより、ターゲット３１ａまたは３１ｂのプレスパッタの際に、シャッター６１のスパッタ粒子が堆積する位置を分散させることができ、シャッター６１のシールドライフを長くすることができる。

次に、本実施形態におけるプレスパッタと成膜処理を含むスパッタ方法を実施する際のプロセスレシピの例について、図１１を参照して説明する。
まず、対応するターゲットに対してシャッター６１を閉（ＣＬＯＳＥ）にした状態として、アルゴンガスを真空容器２に導入する（Ｇａｓ ｉｎ；ステップ１）。次に、ターゲットに電圧を印加してプラズマの着火を行い（Ｉｇｎｉｔｉｏｎ；ステップ２）、そのプラズマ放電を維持したまま、第１段階のプレスパッタであるターゲット表面の洗浄処理を行う（ＰｒｅＳＰ１；ステップ３）。このときの電圧は、例えば、成膜処理のときよりも高く設定し、洗浄効果を高める。次に、条件を成膜処理の際の条件として、第２段階のプレスパッタであるコンディショニングを行う（ＰｒｅＳＰ２；ステップ４）。その後、シャッター６１を開（ＯＰＥＮ）にした状態で基板Ｓに対して成膜を行う（Ｄｅｐｏ；ステップ５）。なお、ステップ３の時間は、例えば５ｓｅｃ、ステップ４の時間は、例えば５ｓｅｃである。

これらのステップのうちステップ２、３では、シャッター６１は閉（ＣＬＯＳＥ）状態であり、かつ、シャッター６１は回転（揺動）されて複数の位置を取り得るようになっている（図１１中の「シャッターの状態」の欄では「ＣＬＯＳＥ（Ｍｕｌｔｉ）」と示す）。図１１中の「シャッター位置」の欄では便宜上、一つの位置を示しているが、実際には、設定に応じて複数の位置のうちの特定の位置に位置させる。

第２段階のプレスパッタであるステップ４では、シャッター６１の位置が、初期状態であるステップ１とともに、従来と同様の図９に示す位置に固定である。これは、ステップ４は成膜直前のコンディショニングを行う工程であり、成膜の際のシャッター６１が開までのシャッター６１の移動距離が異なると、成膜される薄い金属膜の膜厚がばらつくからである。

このように、ステップ２、３においてシャッター６１の位置を複数取り得るようにし、シャッター６１を揺動させて、プレスパッタの際のシャッター６１の位置を変化させることにより、シャッター６１の遮蔽部のターゲットに対応する位置が変化する。これにより、シャッター６１のスパッタ粒子が堆積する位置を複数に分散させることができる。このため、従来のシャッター６１を固定してプレスパッタを行う場合に比べ、最大堆積レートを小さくすることができ、シャッター６１のシールドライフを延ばすことができる。

このとき、シャッター６１を閉にしてプレスパッタを行うときのシャッター位置の設定数を増加させることにより、最大堆積レートを低下させることができる。図１２は、シャッター位置の数と最大堆積レートとの関係を示す図であり、計算値と実験値を示す。ここでは、シャッター位置が複数の場合に、ステップ１～５を複数の基板に対して行う際に、ステップ２、３において各位置の堆積レートが均等になるようにプレスパッタを行った結果を示す。なお、図１２では、縦軸は規格化した最大堆積レート（規格化最大堆積レート）であり、計算値を線で示し、実験値を●のプロットで示している。この図に示すように、計算値と実験値はほぼ一致し、シャッター位置が複数になり、シャッター６１の遮蔽部におけるターゲットに対応する位置が複数箇所に分散されると、最大堆積レートが急激に低下する。そして、シャッター数が１でターゲットに対応する位置が１箇所の場合に比べて、シャッター位置の数が３以上で最大堆積レートが１／２以下となり、６以上で最大堆積レートが１／４以下となることがわかる。そして、シャッター位置が６になると最大堆積レートの低下がほぼ飽和しているのがわかる。

シャッター位置の数が３、５、７で、シャッター６１の遮蔽部におけるターゲットに対応する位置が３箇所、５箇所、７箇所のときのシャッター上の堆積レートの分布（計算値）を、それぞれ図１３、図１４、図１５に示す。なお、これらの図において、縦軸は規格化した堆積レート（規格化堆積レート）である。これらの図に示すように、いずれも、各シャッターのターゲットに対応した位置でピーク（最大堆積レート）を示し、シャッター位置が多くなるほど、そのピーク高さが低くなっていることがわかる。そして、シャッター位置の数が７になるとほぼピークが見えなくなっている。

以上の結果からすると、シャッター位置の数は、３以上が好ましく、６以上がより好ましい。

以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、上記実施形態では、ターゲット材料としてゲッター材と基板に成膜する材料を挙げ、これらについて複数の材料を例示したが、これに限るものではなく、両方とも基板に成膜する材料等、種々の目的で種々の材料を用いることができる。また、上記実施形態では、基板に金属膜を成膜した後、酸化処理を行っているが、酸化処理を行わなくてもよい。

また、上記実施形態においては、ターゲットを２つ設けた例を示したが、ターゲットに近接して開閉可能なシャッターが設けられていれば、ターゲットの数はこれに限らず、１つでも３つ以上でもよい。

さらに、上記実施形態の装置はあくまで例示であり、ターゲットに近接して開閉可能なシャッターが設けられているものであれば装置の構造は限定されない。例えば、上記実施形態の装置は、金属膜を酸化する酸化ガス導入機構を有しているが、酸化ガス導入機構を設けず、単純に金属膜を成膜するものであってもよい。スパッタ手法も例示であり、他の手法のスパッタ手法であってもよい。

２；真空容器
４；載置部
２２；真空排気装置
２６；Ａｒ供給源
３１ａ、３１ｂ；ターゲット
３２ａ、３２ｂ；ターゲット電極
３３ａ、３３ｂ；電源部
４３；カバープレート
４５；ガス吐出口
６１；シャッター
６２；開口部
８０；制御部
８５；シャッター位置設定部
８６；シャッターコントローラ
１００；スパッタ装置
Ｓ；基板

Claims (20)

1. ターゲットと、前記ターゲットに近接して設けられ、前記ターゲットを開閉可能なシャッターとを有するスパッタ装置によるスパッタ方法であって、
   前記シャッターの遮蔽部により前記ターゲットを遮蔽した状態で、前記ターゲットからスパッタ粒子を放出させてプレスパッタを行う工程と、
   前記プレスパッタする工程の後、前記シャッターの開口部を前記ターゲットに対応させた状態で、前記ターゲットからスパッタ粒子を放出させ、成膜対象にスパッタ粒子を堆積させる本スパッタを行う工程と、
   を有し、
   前記プレスパッタを行う工程と、前記本スパッタを行う工程とを繰り返し行う際に、前記プレスパッタする工程の前記シャッターの位置を変化させて前記遮蔽部の前記ターゲットに対応する位置を変化させ、前記シャッターのスパッタ粒子が堆積する位置を分散させる、スパッタ方法。
2. 前記プレスパッタの際に、前記シャッターを揺動させて前記シャッターの位置を変化させ、前記遮蔽部の前記ターゲットに対応する位置を変化させる、請求項１に記載のスパッタ方法。
3. 前記シャッターの位置を複数設定し、前記複数のシャッターの位置から前記プレスパッタを行う際の前記シャッター位置を選択する、請求項１または請求項２に記載のスパッタ方法。
4. 前記複数のシャッター位置の数は３以上である、請求項３に記載のスパッタ方法。
5. 前記複数のシャッター位置の数は６以上である、請求項４に記載のスパッタ方法。
6. 前記本スパッタを行う工程は、基板に対してスパッタ粒子を堆積させて成膜し、前記プレスパッタを行う工程と、前記本スパッタを行う工程とを複数の基板に対し繰り返し行う、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスパッタ方法。
7. 特定枚数の基板の処理ごとに前記プレスパッタを行う際の前記シャッターの位置を変化させる、請求項６に記載のスパッタ方法。
8. １枚の基板について前記プレスパッタを行う際の前記シャッターの位置を変化させる、請求項６に記載のスパッタ方法。
9. 前記ターゲットを複数有し、前記シャッターは、前記ターゲットのうち前記本スパッタを行うもの以外のターゲットを前記遮蔽部で遮蔽する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスパッタ方法。
10. 前記複数のターゲットは、ゲッター材で構成されたものと、基板に成膜するための材料で構成されたものとを含む、請求項９に記載のスパッタ方法。
11. 真空に保持され、内部に成膜対象を有する真空容器と、
    前記真空容器内に配置されたターゲットと、
    前記ターゲットに近接して設けられ、前記ターゲットを開閉可能なシャッターと、
    前記ターゲットからスパッタ粒子を放出させるスパッタ粒子放出機構と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記シャッターの遮蔽部により前記ターゲットを遮蔽した状態で、前記ターゲットからスパッタ粒子を放出させてプレスパッタを行う工程と、前記プレスパッタする工程の後、前記シャッターの開口部を前記ターゲットに対応させた状態で、前記ターゲットからスパッタ粒子を放出させ、成膜対象にスパッタ粒子を堆積させる本スパッタを行う工程とを繰り返し実行させ、その際に、前記プレスパッタする工程の前記シャッターの位置を変化させて前記遮蔽部の前記ターゲットに対応する位置を変化させ、前記シャッターのスパッタ粒子が堆積する位置を分散させるように制御する、スパッタ装置。
12. 前記制御部は、前記プレスパッタの際に、前記シャッターを揺動させて前記シャッターの位置を変化させ、前記遮蔽部の前記ターゲットに対応する位置を変化させるように制御する、請求項１１に記載のスパッタ装置。
13. 前記制御部は、前記シャッターの位置を複数設定し、前記複数のシャッターの位置から前記プレスパッタを行う際の前記シャッター位置を選択する、請求項１１または請求項１２に記載のスパッタ装置。
14. 前記複数のシャッター位置の数は３以上である、請求項１３に記載のスパッタ装置。
15. 前記複数のシャッター位置の数は６以上である、請求項１４に記載のスパッタ装置。
16. 前記制御部は、前記本スパッタを行う工程の際に、基板に対してスパッタ粒子を堆積させて成膜させ、前記プレスパッタを行う工程と、前記本スパッタを行う工程とを複数の基板に対し繰り返し行うように制御する、請求項１１から請求項１５のいずれか一項に記載のスパッタ装置。
17. 前記制御部は、特定枚数の基板の処理ごとに前記プレスパッタを行う際の前記シャッターの位置を変化させる、請求項１６に記載のスパッタ装置。
18. 前記制御部は、１枚の基板について前記プレスパッタを行う際の前記シャッターの位置を変化させる、請求項１６に記載のスパッタ装置。
19. 前記ターゲットを複数有し、前記シャッターは、前記ターゲットのうち前記本スパッタを行うもの以外のターゲットを前記遮蔽部で遮蔽する、請求項１１から請求項１５のいずれか一項に記載のスパッタ装置。
20. 前記複数のターゲットは、ゲッター材で構成されたものと、基板に成膜するための材料で構成されたものとを含む、請求項１９に記載のスパッタ装置。

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