成膜装置及び成膜方法
【課題】凹凸構造を有する基板表面の膜厚分布の改善を図ることができる成膜装置及び成膜方法を提供すること。
【解決手段】本発明の成膜装置１は、被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板Ｗを成膜対象とし、ステージ３と、成膜源４と、検出部１０と、成膜源制御部１６とを具備する。成膜源４は、成膜材料Ｔから成膜粒子を生成させ、ステージ３に支持された基板Ｗに第２の方向から成膜粒子を照射する。検出部１０は、ステージ３の回転角度を検出する。成膜源制御部１６は、検出部１０の検出結果に基づいて、第１の方向と、第２の方向を被成膜面に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、成膜速度が第１の成膜速度となり、第１の方向と第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、成膜速度が第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように成膜源４を制御する。
【解決手段】本発明の成膜装置１は、被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板Ｗを成膜対象とし、ステージ３と、成膜源４と、検出部１０と、成膜源制御部１６とを具備する。成膜源４は、成膜材料Ｔから成膜粒子を生成させ、ステージ３に支持された基板Ｗに第２の方向から成膜粒子を照射する。検出部１０は、ステージ３の回転角度を検出する。成膜源制御部１６は、検出部１０の検出結果に基づいて、第１の方向と、第２の方向を被成膜面に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、成膜速度が第１の成膜速度となり、第１の方向と第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、成膜速度が第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように成膜源４を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹凸構造を有する基板の表面に均一に薄膜を形成することが可能な成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板の表面（以下、被成膜面）に均一な膜厚で薄膜を形成するための成膜装置が種々提案されている。例えば下記特許文献１には、被成膜面に対して斜め方向に対向するように配置されたスパッタリングターゲットと、基板ホルダを基板の中心の回りに回転させるホルダモータとを有し、基板を回転させながら、蒸着粒子を被成膜面に斜め方向から入射させるスパッタ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０３０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような構成のスパッタ装置は、平坦な被成膜面を有する基板に対しては、良好な膜厚分布で成膜することが可能であるものの、凹凸構造のある被成膜面を有する基板に対しては、良好な膜厚分布で成膜することができないという問題がある。これは、凹凸構造の各領域によってスパッタリングターゲットに対向する角度が異なり、被成膜速度が異なるからである。基板を回転させても、被成膜面上の一点とスパッタリングターゲットとの距離が変動するために、凹凸構造の各領域における被成膜速度を均一化することはできない。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、凹凸構造を有する基板表面の膜厚分布の改善を図ることができる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る、被成膜面を有し上記記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜するため成膜装置は、ステージと、成膜源と、検出部と、成膜源制御部とを具備する。
上記ステージは、上記基板を支持し、上記被成膜面に垂直な軸の回りに回転する。
上記成膜源は、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から上記成膜粒子を照射する。
上記検出部は、上記ステージの回転角度を検出する。
上記成膜源制御部は、上記検出部の検出結果に基づいて、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように上記成膜源を制御し、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、成膜速度が上記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように上記成膜源を制御する。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜するため成膜装置は、ステージと、成膜源と、検出部と、成膜源制御部とを具備する。
上記ステージは、上記基板を支持し、上記被成膜面に垂直な軸の回りに回転する。
上記成膜源は、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から上記成膜粒子を照射する。
上記検出部は、上記ステージの回転角度を検出する。
上記ステージ制御部は、上記検出部の検出結果に基づいて、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、回転速度が第１の回転速度となるように上記ステージを制御し、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、回転速度が上記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように上記ステージを制御する。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜する成膜方法は、ステージに上記基板を載置して上記被成膜面に垂直な軸の周りに上記ステージを回転させる。
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させる。
成膜源制御部に、上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように上記成膜源を制御させ、上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となるときは、成膜速度が上記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように上記成膜源を制御させる。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜する成膜方法は、ステージに上記基板を載置して上記被成膜面に垂直な軸の周りに上記ステージを回転させる。
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させる。
ステージ制御部に、上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、回転速度が第１の回転速度となるように上記ステージを制御させ、上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となるときは、回転速度が上記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように上記ステージを制御させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るスパッタ装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係るスパッタ装置のチャンバを上面方向からみた斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係るスパッタ装置が成膜対象とする基板を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係るスパッタ装置のスパッタカソードと基板の位置関係を示す概念図である。
【図５】第１の実施形態に係るスパッタ装置における、基板の回転角度と第１の方向の関係を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態に係るスパッタ装置の電源制御部による印加電圧の制御の一例を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態に係るスパッタ装置の電源制御部による印加電圧の制御の一例を示すグラフである。
【図８】第１の実施形態に係るスパッタ装置の電源制御部による印加電圧の制御の一例を示すグラフである。
【図９】第１の実施形態に係るスパッタ装置の動作を説明する上で、基板上に設定した点の位置を示す平面図である。
【図１０】第１の実施形態に係るスパッタ装置が成膜対象とする基板の凹凸構造を示す図である。
【図１１】比較例に係る成膜方法で成膜した場合の、基板上の位置及び領域毎の積層膜厚を示す表である。
【図１２】第１の実施形態に係るスパッタ装置を用いて成膜した場合の、基板上の位置及び領域毎の積層膜厚を示す表である。
【図１３】第２の実施形態に係るスパッタ装置の概略構成図である。
【図１４】第２の実施形態に係るスパッタ装置の駆動源制御部によるステージ回転速度の制御の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る、被成膜面を有し、上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜するため成膜装置は、ステージと、成膜源と、検出部と、成膜源制御部とを具備する。
上記ステージは、上記基板を支持し、上記被成膜面に垂直な軸の回りに回転する。
上記成膜源は、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から上記成膜粒子を照射する。
上記検出部は、上記ステージの回転角度を検出する。
上記成膜源制御部は、上記検出部の検出結果に基づいて、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように上記成膜源を制御し、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、成膜速度が上記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように上記成膜源を制御する。
【００１２】
凹凸構造が形成された基板上の一点についてみると、第１の方向と第３の方向が垂直である場合、その凹凸構造の照射源に対向する領域（以下、対向領域）は照射源に対する角度（以下、照射角度）が鈍角であるために照射源から成膜粒子の照射密度が多い。これに対し、そのその裏側の領域（以下、背面領域）は凹凸構造の陰になり、あるいは照射角度が鋭角であるために成膜粒子の照射密度が少ない。このため、第１の方向と第３の方向が垂直である場合は対向領域と背面領域で被成膜速度（領域毎の成膜される速度）が大きく異なることとなる。一方、第１の方向と第３の方向が平行となる場合、凹凸構造の領域によっては照射角度が異ならないため、成膜粒子の照射密度は同等であり、被成膜速度も同等となる。ここで、本実施形態では、成膜源制御部が、検出部により検出されたステージの回転角度、即ち、第１の方向と第３の方向の交差角度に基づいて成膜源を制御し、成膜速度（成膜源が成膜する速度）を変動させる。これにより、凹凸構造の領域によって被成膜速度が大きく異なる状況（即ち、第１の方向と第３の方向が垂直）の場合には成膜速度自体が低減され、形成される膜厚が小さくなる。凹凸構造の領域によって被成膜速度が同等の状況（即ち第１の方向と第３の方向が平行）の場合には成膜速度が低減されることなく、均等に成膜される。この繰り返しで成膜することにより、成膜速度を変動させることなく成膜した場合に比べて膜厚分布を改善することが可能である。
【００１３】
上記成膜源は、スパッタリングカソードと、上記スパッタリングカソードに印加電圧を供給する電圧供給部とを含み、上記成膜源制御部は上記電圧供給部を制御することで成膜速度を制御してもよい。
【００１４】
この構成によれば、スパッタリングターゲットに印加する電圧を増減することにより、成膜速度を制御することが可能である。成膜速度の制御手法は電圧の制御に限られないが、電圧は応答性よく制御することが可能であるため好適である。
【００１５】
上記成膜源制御部は、上記第１の方向と上記第３の方向の交差角度が０°以上４５°未満のときは上記印加電圧を第１の電圧とし、上記交差角度が４５°以上９０°未満のときは上記印加電圧を上記第１の電圧より低い第２の電圧としてもよい。
【００１６】
この構成によれば、第１の方向と第３の方向の交差角度が平行もしくは平行に近いときには成膜速度を速くし、第１の方向と第３の方向の交差角度が垂直もしくは垂直に近いときには成膜速度を遅くすることが可能である。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜するため成膜装置は、ステージと、成膜源と、検出部と、成膜源制御部とを具備する。
上記ステージは、上記基板を支持し、上記被成膜面に垂直な軸の回りに回転する。
上記成膜源は、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から上記成膜粒子を照射する。
上記検出部は、上記ステージの回転角度を検出する。
上記ステージ制御部は、上記検出部の検出結果に基づいて、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、回転速度が第１の回転速度となるように上記ステージを制御し、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、回転速度が上記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように上記ステージを制御する。
【００１８】
本実施形態では、ステージ制御部が、検出部により検出されたステージの回転角度、即ち、第１の方向と第３の方向の交差角度に基づいてステージを制御し、被成膜速度を変動させる。これにより、凹凸構造の領域によって被成膜速度が大きく異なる状況（即ち、第１の方向と第３の方向が垂直）の場合には形成される膜厚が小さくなる。凹凸構造の領域によって被成膜速度が同等の状況（即ち第１の方向と第３の方向が平行）の場合には均等に成膜される。この繰り返しで成膜することにより、ステージの回転速度を変動させることなく成膜した場合に比べて膜厚分布を改善することが可能である。
【００１９】
本発明の一実施形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜する成膜方法は、ステージに上記基板を載置して上記被成膜面に垂直な軸の周りに上記ステージを回転させる。
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させる。
成膜源制御部に、上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように上記成膜源を制御させ、上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となるときは、成膜速度が上記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように上記成膜源を制御させる。
【００２０】
本発明の一実施形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜する成膜方法は、ステージに上記基板を載置して上記被成膜面に垂直な軸の周りに上記ステージを回転させる。
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させる。
ステージ制御部に、上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、回転速度が第１の回転速度となるように上記ステージを制御させ、上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となるときは、回転速度が上記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように上記ステージを制御させる。
【００２１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るスパッタ装置について説明する。
【００２２】
[スパッタ装置の構成]
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスパッタ装置１の概略構成図である。本実施の形態において、スパッタ装置１は、ＤＣ（Direct Current）スパッタ装置であるものとするがこれには限られず、ＡＣ（alternating current）スパッタ、ＲＦ（Radio Frequency）スパッタ、マグネトロンスパッタ等の他の方式のものであってもよい。
【００２３】
スパッタ装置１は、チャンバ２を備えている。チャンバ２の内部には、基板Ｗを支持するためのステージ３と、スパッタカソード４が設置されている。概略的には、スパッタ装置１は、チャンバ２内のステージ３上に載置された基板Ｗの表面に、スパッタカソード４から成膜粒子を照射し、成膜する装置である。以下、基板Ｗの成膜される面を被成膜面とする。
【００２４】
チャンバ２は図示しない真空排気装置を介して所定の真空度にまで減圧されることが可能である。スパッタ装置１は、チャンバ２の内部にアルゴンガス等、あるいは酸素、窒素等の反応性ガスを導入するためのガス導入ノズル（図示略）を備えている。上記ガス導入ノズルは、チャンバ２の所定位置に取り付けられている。
【００２５】
ステージ３は、内部に加熱源５を有するホットプレートで構成されている。この加熱源５は、ステージ３上に載置された基板Ｗを所定温度に加熱する。上記所定温度としては、例えば、２０℃から５００℃の範囲の一定温度とされる。加熱源５は、例えば抵抗加熱方式の加熱源が適用される。
【００２６】
ステージ３は、絶縁性材料（例えばＰＢＮ：パイロリティックボロンナイトライド）で構成されており、その表面近傍の内部には静電チャック用電極１１が適宜の位置に適宜の個数設置されている。これにより、基板Ｗをステージ３の表面に密着させて基板温度の面内均一化を図るようにしている。
【００２７】
ステージ３は、金属（例えばアルミニウム）製の台座６の上に設置される。台座６はその下面中心部に、基板Ｗの被成膜面に対して垂直な方向に伸びる回転軸７が取り付けられており、モータ等の駆動源８を介して回転可能に構成されている。回転軸７は、軸受機構（図示略）及び磁性流体シール等のシール機構９を介してチャンバ２の底壁に取り付けられている。また、駆動源８には、駆動源８の回転駆動角度、即ちステージ３の回転角度を検出するための検出部１０が接続されている。なお、検出部１０は、回転軸７に直接設けられ、回転軸７の回転角度を検出するものであってもよい。検出部１０によって検出されたステージ３の回転角度は、後述する電源制御部１６に入力される。
【００２８】
台座６の内部には図示せずとも冷却媒が循環する冷却ジャケットが設けられており、ステージ３を所定温度（例えば−４０℃から０℃）に冷却することが可能である。この冷却媒の導入・導出管路１７は、加熱源用配線１２、静電チャック用配線１３等とともに回転軸７の内部に設置されている。この回転軸７の内部には更に、ステージ３の温度を測定する図示しない熱電対等の測温手段に接続される測温用配線１４が設置されている。
【００２９】
さらに、本実施形態のスパッタ装置１には、チャンバ２の内壁面への成膜材料の付着を防止するための防着板や、基板Ｗに磁性膜を成膜する場合に磁性膜の磁化方向を制御するためのマグネットが設けられてもよい。
【００３０】
スパッタカソード４は、ターゲットＴを含み、スパッタカソード４に印加電圧を供給する電源１５に接続されている。また、電源１５には、電源１５がスパッタカソード４に供給する電圧を制御する電源制御部１６が接続されている。電源制御部１６による制御を受けて電源１５がスパッタカソード４に印加電圧を供給すると、チャンバ２に導入されているスパッタガス（例えばＡｒ）がイオン化してターゲットＴに衝突し、ターゲットＴの材料（以下、ターゲット材）が弾き出されて成膜粒子となる。成膜粒子は運動エネルギーをもって飛翔し、基板Ｗの被成膜面に付着する。即ち、スパッタカソード４によって成膜粒子が生成され、基板Ｗに対して照射される。電源制御部１６が印加電圧を制御することにより、上記ガスイオンの衝突速度及び衝突頻度が増減し、成膜速度（スパッタカソード４の基板Ｗ上に成膜する速度）を変動させることができる。
【００３１】
ターゲット材の種類は特に限定されない。例えば、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）、ＰＲＡＭ（Phase change Random Access Memory）等の抵抗変化素子の作製においては、当該素子の少なくとも１つの機能層を構成する強磁性材料あるいは反強磁性材料を用いることができる。具体的には、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｔｂ−Ｓｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系材料などが挙げられる。
【００３２】
また、磁性多層膜素子における絶縁層や保護層、導電層を構成する材料のターゲット材が用いられていてもよく、例えば、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｔａ、Ａｌ等、作製される素子の種類に応じてターゲット材を選定することができる。また、チャンバ２内に酸素や窒素等の反応性ガスを導入して酸化膜や窒化膜を成膜することも可能である。
【００３３】
図２は、チャンバ２を上面方向からみた斜視図である。同図に示すように、スパッタカソード４は、成膜粒子の照射方向が基板Ｗの被成膜面に対して斜め方向となるように、具体的には、ターゲットＴが基板Ｗの被成膜面と斜め方向から対向するように配置される。なお、成膜粒子はターゲットＴからある程度拡散して放出されるが、ターゲットＴの被スパッタ面に対して垂直方向を成膜粒子の照射方向（後述する、「第２の方向」）とする。
【００３４】
[基板について]
本実施形態に係るスパッタ装置１が成膜対象とする基板Ｗについて説明する。
図３（ａ）は基板Ｗを示す斜視図であり、図３（ｂ）は基板Ｗの拡大図である。また、図３（ｃ）は基板Ｗの模式的な断面図である。これらの図において、被成膜面上の直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。これらの図に示すように、基板Ｗには、その被成膜面上の一方向に沿って複数の凹凸構造ｓが形成されている。この被成膜面上の一方向を「第１の方向」とし、Ｘ方向に一致するものとする。なお、これらの図に示す凹凸構造ｓは便宜上の大きさであり、実際には例えばミクロンオーダーの大きさが想定される。また、凹凸構造ｓは、被成膜面の全域に形成されていなくてもよく、少なくとも一部に形成されていればよい。基板Ｗの形状も円板状に限られない。また、基板Ｗには、基板Ｗをステージ３上に搬送するロボット等が基板Ｗの向きを確認するためのノッチ（切り欠き）Ｎが形成されている。ここでは、ノッチＮは、ノッチＮと基板Ｗの中心を結ぶ線が第１の方向と直交する位置に設けられるものとする。なお、ノッチＮとしてオリエンテーションフラットを用いてもよい。
【００３５】
これらの図に示すように、凹凸構造ｓは第１の方向に沿って一様に形成された凹凸状の構造であり、凹凸構造ｓによって被成膜面は、微細なレベルにおいてはＸ−Ｙ平面に対する角度が異なる複数の領域に分けることができる。被成膜面のうち、凹凸構造ｓの上面及び凹凸構造ｓの間にあたるＸ−Ｙ平面に平行な領域を平坦領域ａ１、凹凸構造ｓの一方の側面にあたりＸ−Ｙ平面に対して傾斜する領域を第１側面領域ａ２、凹凸構造ｓの他方の側面にあたりＸ−Ｙ平面に対して傾斜する領域を第２側面領域ａ３とする。ここでは、第１側面領域ａ２が凹凸構造ｓのノッチＮ側であり、第２側面領域ａ３がノッチＮの反対側に位置するものとする。第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３の傾斜角度は任意であり、例えばＸ−Ｙ平面に対して垂直であってもよい。このような構造を有する基板として例えば、ＧＭＲ(Giant ManetoResistance：巨大磁気抵）素子を作製するための基板が想定される。
【００３６】
[スパッタカソードと基板の位置関係]
スパッタカソード４と基板Ｗの位置関係について説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）はこれらの位置関係を示す概念図である。図４（ａ）は斜視図であり、図４（ｂ）は基板Ｗの被成膜面に垂直な方向からみた平面図である。上述のように、基板ＷはＸ−Ｙ平面上の被成膜面を有し、凹凸構造ｓはＸ方向である第１の方向（図中のｄ１）に沿って形成されている。また、スパッタカソード４の被成膜面に対する成膜粒子の照射方向は、被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向（図中のｄ２）である。ここで、第２の方向を被成膜面と同一面、即ちＸ―Ｙ平面に投影（Ｚ成分を０）した方向を第３の方向（図中のｄ３）とする。Ｘ−Ｙ平面における、第１の方向と第３の方向が交差する角度を「交差角度」とする。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す状態では、交差角度は９０°である。
【００３７】
[成膜装置の動作]
以上のように構成されたスパッタ装置１の動作について説明する。
まず、基板搬送ロボット等によりステージ３に基板Ｗが載置される。この際、基板Ｗに形成されたノッチＮが基準とされ、所定の向きで基板Ｗが載置される。ここでは図４（ｂ）に示すように、ノッチＮがスパッタカソード４側になるように配置されるものとする。
【００３８】
チャンバ２内が真空排気された後、スパッタガスが導入される。また、加熱源５により基板Ｗが所定の温度まで加熱される。これらの準備が完了すると、駆動源８によって回転軸７が回転駆動され、ステージ３上に載置された基板Ｗが回転する。この際、検出部１０によって基板Ｗの回転角度が検出される。
【００３９】
電源制御部１６によって制御された電源１５によって基板ＷとターゲットＴの間に電圧が印加され、イオン化したスパッタガスによるターゲットＴのスパッタが開始される。スパッタにより生成したターゲット材の粒子（成膜粒子）は基板Ｗに向かって照射され、基板Ｗの被成膜面上に成膜される。
【００４０】
ここで、電源制御部１６が、検出部１０によって検出された基板Ｗの回転角度に応じて電源１５のターゲットＴへの印加電圧を制御する。図５（ａ）〜（ｄ）は基板Ｗの回転角度と上記第１の方向の関係を示す模式図である。基板Ｗが上記の向きに配置されているため、これらの図に示すように、基板Ｗの回転角度が０°（図５（ａ））及び１８０°（図５（ｃ））のときに第１の方向と第３の方向は直交し、基板Ｗの回転角度が回転角度が９０°（図５（ｂ））及び２７０°（図５（ｄ））のときに第１の方向と第３の方向は平行となる。
【００４１】
図６は、電源制御部１６の印加電圧の制御の一例を示すグラフである。同図に示すように、電源制御部１６はステージ３（基板Ｗ）の回転角度が０°以上４５°未満のときは印加電圧を電圧Ａとし、基板Ｗの回転角度が４５°以上１３５°未満のときは印加電圧を電圧Ａより高い電圧Ｂとする。同様に、回転角度が１３５°以上２２５°未満及び３１５°以上３６０°未満のときは電圧Ａ、回転角度が２２５°以上３１５°未満のときは電圧Ｂとする。なお、詳細は後述するが、電圧Ａと電圧Ｂは、例えば、電圧Ｂのときの成膜速度に対して電圧Ａのときの成膜速度が２２％となるような関係とすることができる。
【００４２】
上記電圧の制御は、第１の方向と第３の方向の交差角度で規定すると以下のようになる。即ち、交差角度が０°以上４５°未満のときは印加電圧を電圧Ｂとし、４５°以上９０°未満のときは電圧Ａとする。
【００４３】
電源制御部１６の制御による印加電圧の波形は、図６に示す矩形波に限られず、回転角度が０°及び１８０°のときに電圧Ａとなり、９０°及び２７０°のときは電圧Ａとなる波形とすることができる。例えば、図７に示す三角波、図８に示す正弦波とすることも可能である。また、交差角度が回転角度が９０°のときと２７０°のときのみ電圧を印加するパルス波であってもよい。
【００４４】
このように電源制御部１６が、電源１５がターゲットＴに印加する電圧を制御することにより、成膜速度が変動する。具体的には、印加電圧が電圧Ｂである場合は、電圧Ａである場合に比べてスパッタガスイオンの衝突速度及び衝突頻度が高く、成膜速度が速くなる。なお、成膜速度を変動させる手法は印加電圧の制御に限られないが、印加電圧は応答性よく制御することが可能であるため好適である。
【００４５】
［電圧制御による効果］
以上のように電源制御部１６が、電源１５がターゲットＴに印加する電圧を制御することによる効果について説明する。説明のために、複数の点を有する基板Ｗをモデルとして設定する。図９は基板Ｗ上に設定した点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４及びＰ５の位置を示す平面図である。なお、図９において凹凸構造ｓの図示は省略する。点Ｐ１は基板Ｗの中心点、点Ｐ２は基板Ｗの外周付近のノッチＮ近傍の点、点Ｐ３は点Ｐ２から点Ｐ１を挟んで基板Ｗの反対側の外周付近の点とする。また、点Ｐ４は点Ｐ２と点Ｐ３を結ぶ線の垂直二等分線上の基板Ｗの外周付近であって、ノッチＮ側からみて左側の点、点Ｐ５は同じく点Ｐ２と点Ｐ３を結ぶ線の垂直二等分線上の基板Ｗの外周付近であって、ノッチＮ側からみて右側の点とする。また、基板Ｗは、ノッチＮがスパッタカソード４側となる向きでステージに載置されているものとする。
【００４６】
仮に、ターゲットＴに印加される電圧を一定として、基板Ｗを回転させることなく成膜する場合を想定する。この場合に所定時間成膜した場合の膜厚を図９に併せて示す。図９に示す表は、上記各点Ｐ１〜Ｐ５における平坦領域ａ１、第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３のそれぞれの領域に成膜される膜厚を、点Ｐ１における平坦領域ａ１の膜厚を１００として示すものである。
【００４７】
点Ｐ１についてみると、平坦領域ａ１、第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３のそれぞれの膜厚は異なり、第１側面領域ａ２の膜厚が最も大きく、第２側面領域ａ３膜厚が最も小さい。これは、各領域がスパッタカソード４と対向する角度が異なることにより各領域の被成膜速度（各領域が成膜される速度）が異なるためである。図１０（ａ）及び（ｂ）は点Ｐ１の凹凸構造ｓを示す模式図である。図１０（ａ）に示すように、第１側面領域ａ２がスパッタカソード４の方向（第２の方向ｄ２）となす角は、平坦領域ａ１のそれより大きい。また、第２側面領域ａ３が第２の方向となす角は平坦領域ａ１のそれより小さいか、または第２側面領域ａ３は凹凸構造ｓの陰となる。スパッタカソード４から照射される成膜粒子は、大部分が第２の方向から飛来するため、第２の方向となす角が垂直に近いほど単位面積当たりの飛来成膜粒子数が多く（被成膜速度が速く）なり、図１０（ｂ）に示すように膜厚に差が生じる。
【００４８】
上記と同様の理由で、他の点Ｐ2〜Ｐ５のそれぞれにおいても、図９中の表に示すように第１側面領域ａ２の膜厚が最も大きく、第２側面領域ａ３膜厚が最も小さい。点Ｐ１〜Ｐ５の相互間でそれぞれ領域の膜厚が異なるのは、スパッタカソード４との距離及びスパッタカソード４と対向する角度が異なることにより被成膜速度が異なるためである。
【００４９】
次に、ターゲットＴに印加される電圧を一定として、基板Ｗを回転させて成膜する場合を想定する。この場合では、基板Ｗを１００回回転させるとする。図１１は、この場合における各点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれの領域の積算膜厚を算出した表である。積算膜厚は、０°、９０°、１８０°及び２７０°のそれぞれの回転位置において１回ずつ成膜が行われると仮定し、図９に示した膜厚を積算したものである。
【００５０】
点Ｐ１についてみると、点Ｐ１は基板Ｗの中心点であるので、その位置で回転するのみである。したがって、平坦領域ａ１については、１回の成膜で形成される膜厚１００に成膜回数１００を乗じた１００００が０°、９０°、１８０°、３６０°のそれぞれの回転位置において成膜される膜厚であり、積算すると膜厚４００００となる。
【００５１】
点Ｐ１の第１側面領域ａ２は回転角度０°においては膜厚１２０（図９のＰ１のａ２、以下Ｐ１ａ２等のように記載する）に成膜回数１００を乗じて膜厚１２０００となる。回転角度９０°においては、第１側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向（図９において点Ｐ５の方向）に対向する。このため、非回転時の平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向と反対方向（図９において点Ｐ３の方向）に対向する。このため、非回転時の第２側面領域ａ３と同程度に成膜されるとして膜厚４５（Ｐ１ａ３）に成膜回数１００を乗じて膜厚４５００となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。
【００５２】
点Ｐ１の第２側面領域ａ３は、回転角度０°においては膜厚４５（Ｐ１ａ３）に成膜回数１００を乗じて膜厚４５００となる。回転角度９０°においては、第２側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向（図９において点Ｐ４の方向）に対向する。このため、非回転時の平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向に対向する。このため、非回転時の第１側面領域ａ２と同程度に成膜されるとして膜厚１２０（Ｐ１ａ２）に成膜回数１００を乗じて膜厚１２０００となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。
【００５３】
このように点Ｐ１については、それぞれの積算膜厚は、平坦領域ａ１が膜厚４００００、第１側面領域ａ２が膜厚３６５００、第２側面領域ａ３が膜厚３６５００となる。
【００５４】
続いて点Ｐ２について検討する。点Ｐ２は基板Ｗが９０°回転すると図９の点Ｐ５の位置に移動し、１８０°ではＰ３、２７０°ではＰ４の位置に順に移動する。したがって、平坦領域ａ１は回転角度０°においては膜厚１６０（Ｐ２ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１６０００となる。回転角度９０°においては、点Ｐ２は点Ｐ５の位置に移動しているので、膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０においては、点Ｐ２は点Ｐ３の位置に移動しているので、膜厚５５（Ｐ３ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚５５００となる。回転角度２７０°においては、点Ｐ２は点Ｐ４の位置に移動しているので、膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００５５】
点Ｐ２の第１側面領域ａ２は、回転角度０°においては膜厚１７０（Ｐ２ａ２）に成膜回数１００を乗じて膜厚１７０００となる。回転角度９０°においては、第１側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ５の位置における平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向と反対方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ３の位置における第２側面領域ａ２と同程度に成膜されるとして膜厚５（Ｐ３ａ３）に成膜回数１００を乗じて膜厚５００となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００５６】
点Ｐ２の第２側面領域ａ３は、回転角度０°においては膜厚８０（Ｐ２ａ３）に成膜回数１００を乗じて膜厚８０００となる。回転角度９０°においては、第２側面領域ａ３は、スパッタカソード４の方向と直交する方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ５の位置における平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ３の位置における第１側面領域ａ２と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ３ａ２）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００５７】
このように点Ｐ２については、それぞれの積算膜厚は、平坦領域ａ１が膜厚３９５００、第１側面領域ａ２が膜厚３５５００、第２側面領域ａ３が膜厚３５０００となる。
【００５８】
以下、点Ｐ３、Ｐ４及びＰ５についても点Ｐ２と同様に計算することが可能である。このようして図１１に示す、各点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれの領域の積算膜厚が算出される。この積算膜厚について全領域の膜厚分布（標準得偏差／平均×１００）を算出すると１１．２％となる。一方、平坦領域ａ１のみの膜厚分布を算出すると０．５６％となる。ここから、単純に基板Ｗを回転させて成膜する場合、各点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれの平坦領域ａ１の膜厚分布は良好であるものの、第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３を加えた全領域の膜厚分布は良好ではないといえる。
【００５９】
続いて、上記モデルを用いて本実施形態に係る成膜方法、即ち、基板Ｗの回転角度に応じてターゲットＴに印加される電圧を変動させる成膜方法の場合に膜厚分布がどのようになるかを検討する。
【００６０】
図１２は、本実施形態における成膜方法により成膜した場合の、各点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれの領域の積算膜厚を算出した表である。積算膜厚は、０°、９０°、１８０°及び２７０°のそれぞれの回転位置において１回ずつ成膜が行われると仮定し、図９に示した膜厚を積算したものである。
【００６１】
上述のように本実施形態では、第１の方向と第３の方向が平行となるときはターゲットＴへの印加電圧を電圧Ｂとし、第１の方向と第３の方向が直交するときは電圧Ｂより小さい電圧Ａとする。上記モデルでは、基板Ｗの回転角度が０°及び１８０°のときに第１の方向と第３の方向が直交し、回転角度が９０°及び２７０°のときに第１の方向と第３の方向が平行になるとしている。このため、回転角度０°及び１８０°のときに印加電圧を電圧Ｂとし、回転角度９０°及び２７０°のときに印加電圧を電圧Ａとする。電圧Ａと電圧Ｂは、電圧Ｂのときの成膜速度に対して電圧Ａのときの成膜速度が２２％となるような関係とすることができる。
【００６２】
点Ｐ１の平坦領域ａ１は、回転角度０°においては膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚２２００となる。回転角度９０°においては膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。回転角度１８０°においては膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚２２００となる。回転角度２７０°においては膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。
【００６３】
点Ｐ１の第１側面領域ａ２は回転角度０°においては膜厚１２０（Ｐ１ａ２）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚２６４０となる。回転角度９０°においては、第１側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向（図９において点Ｐ５の方向）に対向する。このため、非回転時の平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向と反対方向（図９において点Ｐ３の方向）に対向する。このため、非回転時の第２側面領域ａ３と同程度に成膜されるとして膜厚４５（Ｐ１ａ３）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚９９０となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。
【００６４】
点Ｐ１の第２側面領域ａ３は、回転角度０°においては膜厚４５（Ｐ１ａ３）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚９９０となる。回転角度９０°においては、第２側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向（図９において点Ｐ４の方向）に対向する。このため、非回転時の平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向に対向する。このため、非回転時の平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚１２０（Ｐ１ａ２）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚２６４０となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。
【００６５】
このように点Ｐ１については、それぞれの積算膜厚は、平坦領域ａ１が膜厚２４４００、第１側面領域ａ２が膜厚２３６３０、第２側面領域ａ３が膜厚２３６３０となる。
【００６６】
続いて点Ｐ２について検討する。点Ｐ２は基板Ｗが９０°回転すると図９の点Ｐ５の位置に移動し、１８０°ではＰ３、２７０°ではＰ４の位置に順に移動する。したがって、平坦領域ａ１は回転角度０°においては膜厚１６０（Ｐ２ａ１）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚３５２０となる。回転角度９０°においては、点Ｐ２は点Ｐ５の位置に移動しているので、膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０においては、点Ｐ２は点Ｐ３の位置に移動しているので、膜厚５５（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚１２１０となる。回転角度２７０°においては、点Ｐ２は点Ｐ４の位置に移動しているので、膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００６７】
点Ｐ２の第１側面領域ａ２は、回転角度０°においては膜厚１７０（Ｐ２ａ２）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚３７４０となる。回転角度９０°においては、第１側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ５の位置における平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向と反対方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ３の位置における第２側面領域ａ２と同程度に成膜されるとして膜厚５（Ｐ３ａ３）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚１１０となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００６８】
点Ｐ２の第２側面領域ａ３は、回転角度０°においては膜厚８０（Ｐ２ａ３）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚１７６０となる。回転角度９０°においては、第２側面領域ａ３は、スパッタカソード４の方向と直交する方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ５の位置における平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ３の位置における第１側面領域ａ２と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ３ａ２）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚１９８０となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００６９】
このように点Ｐ２については、それぞれの積算膜厚は、平坦領域ａ１が膜厚２２７３００、第１側面領域ａ２が膜厚２１８５０、第２側面領域ａ３が膜厚２１７４０となる。
【００７０】
以下、点Ｐ３、Ｐ４及びＰ５についても点Ｐ２と同様に計算することが可能である。このようして図１２に示す、各点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれの領域の積算膜厚が算出される。この積算膜厚について全領域の膜厚分布（標準得偏差／平均×１００）を算出すると６．９１％となる。一方、平坦領域ａ１のみの膜厚分布を算出すると５．６８％となる。図１１に示した、単純に基板Ｗを回転させて成膜した場合に比べて平坦領域ａ１の膜厚分布は多少低下するものの、第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３を加えた全領域の膜厚分布は改善されている。
【００７１】
以上のように本実施形態では、電源制御部１６が、検出部１０により検出されたステージ３の回転角度、即ち、第１の方向と第３の方向の交差角度に基づいてスパッタカソード４を制御し、成膜速度を変動させる。これにより、第１の方向と第３の方向が直交し、成膜速度比が大きく異なる場合には成膜速度自体が低減され、形成される膜厚が小さくなる。第１の方向と第３の方向が平行であり、成膜速度比が同等の場合成膜速度が低減されることなく、均等に成膜される。この繰り返しで成膜することにより、成膜速度を変動させることなく成膜した場合に比べて膜厚分布を改善することが可能である。
【００７２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るスパッタ装置について説明する。
なお、本実施形態に係るスパッタ装置において、第１の実施形態にかかるスパッタ装置１の構成と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７３】
[スパッタ装置の構成]
図１３は、本発明の第２の実施形態に係るスパッタ装置２０の概略構成図である。本実施の形態において、スパッタ装置２０は、ＤＣ（Direct Current）スパッタ装置であるものとするがこれには限られず、ＡＣ（alternating current）スパッタ、ＲＦ（Radio Frequency）スパッタ、マグネトロンスパッタ等の他の方式のものであってもよい。
【００７４】
同図に示すスパッタ装置２０は、第１の実施形態に係るスパッタ装置１の電源制御部１６に替え、駆動源制御部２１を有する。駆動源制御部２１は、駆動源８に接続され、駆動源８が回転軸７を回転駆動する回転駆動速度を制御する。この際、駆動源制御部２１は、検出部１０によって検出された回転軸７の回転角度、即ち基板Ｗの回転角度に基づいて回転駆動速度の制御を行う。スパッタ装置２０のこの他の構成及び基板Ｗの構造は第１の実施形態と同様である。
【００７５】
[成膜装置の動作]
以上のように構成されたスパッタ装置２０の動作について説明する。
第１の実施形態と同様に、基板搬送ロボット等により、ノッチＮがスパッタカソード４側になる向きで基板Ｗがステージ３に載置される。
【００７６】
チャンバ２内が真空排気された後、スパッタガスが導入される。また、加熱源５により基板Ｗが所定の温度まで加熱される。これらの準備が完了すると、駆動源８によって回転軸７が回転駆動され、ステージ３上に載置された基板Ｗが回転する。この際、検出部１０によって基板Ｗの回転角度が検出される。
【００７７】
電源１５によって基板ＷとターゲットＴの間に電圧が印加され、イオン化したスパッタガスによるターゲットＴのスパッタが開始される。スパッタにより生成したターゲット材の粒子（成膜粒子）は基板Ｗに向かって照射され、基板Ｗの被成膜面上に成膜される。
【００７８】
ここで、駆動源制御部２１が、検出部１０によって検出された基板Ｗの回転角度に応じて駆動源８の回転駆動速度、即ちステージ３の回転速度を制御する。
【００７９】
図１４は、駆動源制御部２１のステージ３の回転速度（以下、ステージ回転速度）の制御の一例を示すグラフである。同図に示すように、駆動源制御部２１は、ステージ３（基板Ｗ）の回転角度が０°以上３０°未満のときはステージ回転速度を速度（角速度）ｖ１とする。基板Ｗの回転角度が６０°以上１２０°未満のときはステージ回転速度を速度ｖ１より小さい速度ｖ２とする。回転角度が３０°以上６０°未満の間で回転速度を速度ｖ１から速度ｖ２に減速させる。同様に、回転角度が１５０°以上２１０°未満及び３３０°以上３６０°未満のときは速度ｖ１、回転角度が２４０°以上３００°未満のときは速度ｖ２とする。回転角度が１２０°以上１５０°未満及び３００°以上３３０°未満のときは速度ｖ２から速度ｖ１に加速させ、回転速度が２１０°以上２４０°未満のときは速度ｖ１から速度ｖ２に減速させる。
【００８０】
このように駆動源制御部２１が、駆動源８がステージ３を回転させる駆動速度を制御することにより、被成膜速度が変動する。具体的には、ステージ回転速度が速度ｖ１である場合にスパッタカソード４に対向する領域は、スパッタカソード４に対向する時間が短いため、トータルの被成膜速度が小さくなる。一方、ステージ回転速度が速度ｖ２である場合にスパッタカソード４に対向する領域は、スパッタカソード４に対向する時間が長いため、トータルの被成膜速度が大きくなる。
【００８１】
［ステージ回転速度制御による効果］
以上のように駆動源制御部２１が、駆動源８がステージ３の回転速度を制御することによる効果について、上記基板Ｗのモデルを用いて説明する。
【００８２】
上述したように、基板Ｗの被成膜面はＸ−Ｙ平面に対する傾斜角度が異なる平坦領域ａ１、第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３を有する。このため、ステージ３の回転位置が、第１の方向と第３の方向が垂直となる場合には、第１側面領域ａ２と第２側面領域ａ３の被成膜速度の差が大きくなる。一方、第１の方向と第３の方向が平行となる場合には、第１側面領域ａ２と第２側面領域ａ３の被成膜速度は同等である。ここで、本実施形態に示す駆動源制御部２１によりステージ３の回転角度、即ち、第１の方向と第３の方向の交差角度に応じてステージ３の回転速度を制御する。これにより、被成膜速度の差が大きい回転角度の場合には被成膜速度を抑えて膜厚差を小さくし、非成膜速度の差が大きい場合には被成膜速度を抑えることなく均等に成膜することが可能となる。この繰り返しで成膜することにより、ステージ回転速度を制御することなく成膜した場合に比べて膜厚分布を改善することが可能である
【００８３】
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。
【００８４】
上記実施形態では、成膜方法としてスパッタリング法を用いたが、本発明はこれ以外の成膜方法に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１…スパッタ装置
３…ステージ
４…スパッタカソード
８…駆動源
１０…検出部
１５…電源
１６…電源制御部
２０…スパッタ装置
２１…駆動源制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹凸構造を有する基板の表面に均一に薄膜を形成することが可能な成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板の表面（以下、被成膜面）に均一な膜厚で薄膜を形成するための成膜装置が種々提案されている。例えば下記特許文献１には、被成膜面に対して斜め方向に対向するように配置されたスパッタリングターゲットと、基板ホルダを基板の中心の回りに回転させるホルダモータとを有し、基板を回転させながら、蒸着粒子を被成膜面に斜め方向から入射させるスパッタ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０３０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような構成のスパッタ装置は、平坦な被成膜面を有する基板に対しては、良好な膜厚分布で成膜することが可能であるものの、凹凸構造のある被成膜面を有する基板に対しては、良好な膜厚分布で成膜することができないという問題がある。これは、凹凸構造の各領域によってスパッタリングターゲットに対向する角度が異なり、被成膜速度が異なるからである。基板を回転させても、被成膜面上の一点とスパッタリングターゲットとの距離が変動するために、凹凸構造の各領域における被成膜速度を均一化することはできない。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、凹凸構造を有する基板表面の膜厚分布の改善を図ることができる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る、被成膜面を有し上記記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜するため成膜装置は、ステージと、成膜源と、検出部と、成膜源制御部とを具備する。
上記ステージは、上記基板を支持し、上記被成膜面に垂直な軸の回りに回転する。
上記成膜源は、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から上記成膜粒子を照射する。
上記検出部は、上記ステージの回転角度を検出する。
上記成膜源制御部は、上記検出部の検出結果に基づいて、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように上記成膜源を制御し、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、成膜速度が上記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように上記成膜源を制御する。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜するため成膜装置は、ステージと、成膜源と、検出部と、成膜源制御部とを具備する。
上記ステージは、上記基板を支持し、上記被成膜面に垂直な軸の回りに回転する。
上記成膜源は、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から上記成膜粒子を照射する。
上記検出部は、上記ステージの回転角度を検出する。
上記ステージ制御部は、上記検出部の検出結果に基づいて、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、回転速度が第１の回転速度となるように上記ステージを制御し、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、回転速度が上記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように上記ステージを制御する。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜する成膜方法は、ステージに上記基板を載置して上記被成膜面に垂直な軸の周りに上記ステージを回転させる。
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させる。
成膜源制御部に、上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように上記成膜源を制御させ、上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となるときは、成膜速度が上記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように上記成膜源を制御させる。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜する成膜方法は、ステージに上記基板を載置して上記被成膜面に垂直な軸の周りに上記ステージを回転させる。
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させる。
ステージ制御部に、上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、回転速度が第１の回転速度となるように上記ステージを制御させ、上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となるときは、回転速度が上記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように上記ステージを制御させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るスパッタ装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係るスパッタ装置のチャンバを上面方向からみた斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係るスパッタ装置が成膜対象とする基板を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係るスパッタ装置のスパッタカソードと基板の位置関係を示す概念図である。
【図５】第１の実施形態に係るスパッタ装置における、基板の回転角度と第１の方向の関係を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態に係るスパッタ装置の電源制御部による印加電圧の制御の一例を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態に係るスパッタ装置の電源制御部による印加電圧の制御の一例を示すグラフである。
【図８】第１の実施形態に係るスパッタ装置の電源制御部による印加電圧の制御の一例を示すグラフである。
【図９】第１の実施形態に係るスパッタ装置の動作を説明する上で、基板上に設定した点の位置を示す平面図である。
【図１０】第１の実施形態に係るスパッタ装置が成膜対象とする基板の凹凸構造を示す図である。
【図１１】比較例に係る成膜方法で成膜した場合の、基板上の位置及び領域毎の積層膜厚を示す表である。
【図１２】第１の実施形態に係るスパッタ装置を用いて成膜した場合の、基板上の位置及び領域毎の積層膜厚を示す表である。
【図１３】第２の実施形態に係るスパッタ装置の概略構成図である。
【図１４】第２の実施形態に係るスパッタ装置の駆動源制御部によるステージ回転速度の制御の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る、被成膜面を有し、上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜するため成膜装置は、ステージと、成膜源と、検出部と、成膜源制御部とを具備する。
上記ステージは、上記基板を支持し、上記被成膜面に垂直な軸の回りに回転する。
上記成膜源は、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から上記成膜粒子を照射する。
上記検出部は、上記ステージの回転角度を検出する。
上記成膜源制御部は、上記検出部の検出結果に基づいて、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように上記成膜源を制御し、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、成膜速度が上記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように上記成膜源を制御する。
【００１２】
凹凸構造が形成された基板上の一点についてみると、第１の方向と第３の方向が垂直である場合、その凹凸構造の照射源に対向する領域（以下、対向領域）は照射源に対する角度（以下、照射角度）が鈍角であるために照射源から成膜粒子の照射密度が多い。これに対し、そのその裏側の領域（以下、背面領域）は凹凸構造の陰になり、あるいは照射角度が鋭角であるために成膜粒子の照射密度が少ない。このため、第１の方向と第３の方向が垂直である場合は対向領域と背面領域で被成膜速度（領域毎の成膜される速度）が大きく異なることとなる。一方、第１の方向と第３の方向が平行となる場合、凹凸構造の領域によっては照射角度が異ならないため、成膜粒子の照射密度は同等であり、被成膜速度も同等となる。ここで、本実施形態では、成膜源制御部が、検出部により検出されたステージの回転角度、即ち、第１の方向と第３の方向の交差角度に基づいて成膜源を制御し、成膜速度（成膜源が成膜する速度）を変動させる。これにより、凹凸構造の領域によって被成膜速度が大きく異なる状況（即ち、第１の方向と第３の方向が垂直）の場合には成膜速度自体が低減され、形成される膜厚が小さくなる。凹凸構造の領域によって被成膜速度が同等の状況（即ち第１の方向と第３の方向が平行）の場合には成膜速度が低減されることなく、均等に成膜される。この繰り返しで成膜することにより、成膜速度を変動させることなく成膜した場合に比べて膜厚分布を改善することが可能である。
【００１３】
上記成膜源は、スパッタリングカソードと、上記スパッタリングカソードに印加電圧を供給する電圧供給部とを含み、上記成膜源制御部は上記電圧供給部を制御することで成膜速度を制御してもよい。
【００１４】
この構成によれば、スパッタリングターゲットに印加する電圧を増減することにより、成膜速度を制御することが可能である。成膜速度の制御手法は電圧の制御に限られないが、電圧は応答性よく制御することが可能であるため好適である。
【００１５】
上記成膜源制御部は、上記第１の方向と上記第３の方向の交差角度が０°以上４５°未満のときは上記印加電圧を第１の電圧とし、上記交差角度が４５°以上９０°未満のときは上記印加電圧を上記第１の電圧より低い第２の電圧としてもよい。
【００１６】
この構成によれば、第１の方向と第３の方向の交差角度が平行もしくは平行に近いときには成膜速度を速くし、第１の方向と第３の方向の交差角度が垂直もしくは垂直に近いときには成膜速度を遅くすることが可能である。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜するため成膜装置は、ステージと、成膜源と、検出部と、成膜源制御部とを具備する。
上記ステージは、上記基板を支持し、上記被成膜面に垂直な軸の回りに回転する。
上記成膜源は、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から上記成膜粒子を照射する。
上記検出部は、上記ステージの回転角度を検出する。
上記ステージ制御部は、上記検出部の検出結果に基づいて、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、回転速度が第１の回転速度となるように上記ステージを制御し、上記ステージ上の上記基板が上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、回転速度が上記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように上記ステージを制御する。
【００１８】
本実施形態では、ステージ制御部が、検出部により検出されたステージの回転角度、即ち、第１の方向と第３の方向の交差角度に基づいてステージを制御し、被成膜速度を変動させる。これにより、凹凸構造の領域によって被成膜速度が大きく異なる状況（即ち、第１の方向と第３の方向が垂直）の場合には形成される膜厚が小さくなる。凹凸構造の領域によって被成膜速度が同等の状況（即ち第１の方向と第３の方向が平行）の場合には均等に成膜される。この繰り返しで成膜することにより、ステージの回転速度を変動させることなく成膜した場合に比べて膜厚分布を改善することが可能である。
【００１９】
本発明の一実施形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜する成膜方法は、ステージに上記基板を載置して上記被成膜面に垂直な軸の周りに上記ステージを回転させる。
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させる。
成膜源制御部に、上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように上記成膜源を制御させ、上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となるときは、成膜速度が上記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように上記成膜源を制御させる。
【００２０】
本発明の一実施形態に係る、被成膜面を有し上記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、上記被成膜面に成膜する成膜方法は、ステージに上記基板を載置して上記被成膜面に垂直な軸の周りに上記ステージを回転させる。
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、上記ステージに支持された上記基板の上記被成膜面に、上記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させる。
ステージ制御部に、上記第１の方向と、上記第２の方向を上記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、回転速度が第１の回転速度となるように上記ステージを制御させ、上記第１の方向と上記第３の方向とが垂直となるときは、回転速度が上記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように上記ステージを制御させる。
【００２１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るスパッタ装置について説明する。
【００２２】
[スパッタ装置の構成]
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスパッタ装置１の概略構成図である。本実施の形態において、スパッタ装置１は、ＤＣ（Direct Current）スパッタ装置であるものとするがこれには限られず、ＡＣ（alternating current）スパッタ、ＲＦ（Radio Frequency）スパッタ、マグネトロンスパッタ等の他の方式のものであってもよい。
【００２３】
スパッタ装置１は、チャンバ２を備えている。チャンバ２の内部には、基板Ｗを支持するためのステージ３と、スパッタカソード４が設置されている。概略的には、スパッタ装置１は、チャンバ２内のステージ３上に載置された基板Ｗの表面に、スパッタカソード４から成膜粒子を照射し、成膜する装置である。以下、基板Ｗの成膜される面を被成膜面とする。
【００２４】
チャンバ２は図示しない真空排気装置を介して所定の真空度にまで減圧されることが可能である。スパッタ装置１は、チャンバ２の内部にアルゴンガス等、あるいは酸素、窒素等の反応性ガスを導入するためのガス導入ノズル（図示略）を備えている。上記ガス導入ノズルは、チャンバ２の所定位置に取り付けられている。
【００２５】
ステージ３は、内部に加熱源５を有するホットプレートで構成されている。この加熱源５は、ステージ３上に載置された基板Ｗを所定温度に加熱する。上記所定温度としては、例えば、２０℃から５００℃の範囲の一定温度とされる。加熱源５は、例えば抵抗加熱方式の加熱源が適用される。
【００２６】
ステージ３は、絶縁性材料（例えばＰＢＮ：パイロリティックボロンナイトライド）で構成されており、その表面近傍の内部には静電チャック用電極１１が適宜の位置に適宜の個数設置されている。これにより、基板Ｗをステージ３の表面に密着させて基板温度の面内均一化を図るようにしている。
【００２７】
ステージ３は、金属（例えばアルミニウム）製の台座６の上に設置される。台座６はその下面中心部に、基板Ｗの被成膜面に対して垂直な方向に伸びる回転軸７が取り付けられており、モータ等の駆動源８を介して回転可能に構成されている。回転軸７は、軸受機構（図示略）及び磁性流体シール等のシール機構９を介してチャンバ２の底壁に取り付けられている。また、駆動源８には、駆動源８の回転駆動角度、即ちステージ３の回転角度を検出するための検出部１０が接続されている。なお、検出部１０は、回転軸７に直接設けられ、回転軸７の回転角度を検出するものであってもよい。検出部１０によって検出されたステージ３の回転角度は、後述する電源制御部１６に入力される。
【００２８】
台座６の内部には図示せずとも冷却媒が循環する冷却ジャケットが設けられており、ステージ３を所定温度（例えば−４０℃から０℃）に冷却することが可能である。この冷却媒の導入・導出管路１７は、加熱源用配線１２、静電チャック用配線１３等とともに回転軸７の内部に設置されている。この回転軸７の内部には更に、ステージ３の温度を測定する図示しない熱電対等の測温手段に接続される測温用配線１４が設置されている。
【００２９】
さらに、本実施形態のスパッタ装置１には、チャンバ２の内壁面への成膜材料の付着を防止するための防着板や、基板Ｗに磁性膜を成膜する場合に磁性膜の磁化方向を制御するためのマグネットが設けられてもよい。
【００３０】
スパッタカソード４は、ターゲットＴを含み、スパッタカソード４に印加電圧を供給する電源１５に接続されている。また、電源１５には、電源１５がスパッタカソード４に供給する電圧を制御する電源制御部１６が接続されている。電源制御部１６による制御を受けて電源１５がスパッタカソード４に印加電圧を供給すると、チャンバ２に導入されているスパッタガス（例えばＡｒ）がイオン化してターゲットＴに衝突し、ターゲットＴの材料（以下、ターゲット材）が弾き出されて成膜粒子となる。成膜粒子は運動エネルギーをもって飛翔し、基板Ｗの被成膜面に付着する。即ち、スパッタカソード４によって成膜粒子が生成され、基板Ｗに対して照射される。電源制御部１６が印加電圧を制御することにより、上記ガスイオンの衝突速度及び衝突頻度が増減し、成膜速度（スパッタカソード４の基板Ｗ上に成膜する速度）を変動させることができる。
【００３１】
ターゲット材の種類は特に限定されない。例えば、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）、ＰＲＡＭ（Phase change Random Access Memory）等の抵抗変化素子の作製においては、当該素子の少なくとも１つの機能層を構成する強磁性材料あるいは反強磁性材料を用いることができる。具体的には、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｔｂ−Ｓｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系材料などが挙げられる。
【００３２】
また、磁性多層膜素子における絶縁層や保護層、導電層を構成する材料のターゲット材が用いられていてもよく、例えば、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｔａ、Ａｌ等、作製される素子の種類に応じてターゲット材を選定することができる。また、チャンバ２内に酸素や窒素等の反応性ガスを導入して酸化膜や窒化膜を成膜することも可能である。
【００３３】
図２は、チャンバ２を上面方向からみた斜視図である。同図に示すように、スパッタカソード４は、成膜粒子の照射方向が基板Ｗの被成膜面に対して斜め方向となるように、具体的には、ターゲットＴが基板Ｗの被成膜面と斜め方向から対向するように配置される。なお、成膜粒子はターゲットＴからある程度拡散して放出されるが、ターゲットＴの被スパッタ面に対して垂直方向を成膜粒子の照射方向（後述する、「第２の方向」）とする。
【００３４】
[基板について]
本実施形態に係るスパッタ装置１が成膜対象とする基板Ｗについて説明する。
図３（ａ）は基板Ｗを示す斜視図であり、図３（ｂ）は基板Ｗの拡大図である。また、図３（ｃ）は基板Ｗの模式的な断面図である。これらの図において、被成膜面上の直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。これらの図に示すように、基板Ｗには、その被成膜面上の一方向に沿って複数の凹凸構造ｓが形成されている。この被成膜面上の一方向を「第１の方向」とし、Ｘ方向に一致するものとする。なお、これらの図に示す凹凸構造ｓは便宜上の大きさであり、実際には例えばミクロンオーダーの大きさが想定される。また、凹凸構造ｓは、被成膜面の全域に形成されていなくてもよく、少なくとも一部に形成されていればよい。基板Ｗの形状も円板状に限られない。また、基板Ｗには、基板Ｗをステージ３上に搬送するロボット等が基板Ｗの向きを確認するためのノッチ（切り欠き）Ｎが形成されている。ここでは、ノッチＮは、ノッチＮと基板Ｗの中心を結ぶ線が第１の方向と直交する位置に設けられるものとする。なお、ノッチＮとしてオリエンテーションフラットを用いてもよい。
【００３５】
これらの図に示すように、凹凸構造ｓは第１の方向に沿って一様に形成された凹凸状の構造であり、凹凸構造ｓによって被成膜面は、微細なレベルにおいてはＸ−Ｙ平面に対する角度が異なる複数の領域に分けることができる。被成膜面のうち、凹凸構造ｓの上面及び凹凸構造ｓの間にあたるＸ−Ｙ平面に平行な領域を平坦領域ａ１、凹凸構造ｓの一方の側面にあたりＸ−Ｙ平面に対して傾斜する領域を第１側面領域ａ２、凹凸構造ｓの他方の側面にあたりＸ−Ｙ平面に対して傾斜する領域を第２側面領域ａ３とする。ここでは、第１側面領域ａ２が凹凸構造ｓのノッチＮ側であり、第２側面領域ａ３がノッチＮの反対側に位置するものとする。第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３の傾斜角度は任意であり、例えばＸ−Ｙ平面に対して垂直であってもよい。このような構造を有する基板として例えば、ＧＭＲ(Giant ManetoResistance：巨大磁気抵）素子を作製するための基板が想定される。
【００３６】
[スパッタカソードと基板の位置関係]
スパッタカソード４と基板Ｗの位置関係について説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）はこれらの位置関係を示す概念図である。図４（ａ）は斜視図であり、図４（ｂ）は基板Ｗの被成膜面に垂直な方向からみた平面図である。上述のように、基板ＷはＸ−Ｙ平面上の被成膜面を有し、凹凸構造ｓはＸ方向である第１の方向（図中のｄ１）に沿って形成されている。また、スパッタカソード４の被成膜面に対する成膜粒子の照射方向は、被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向（図中のｄ２）である。ここで、第２の方向を被成膜面と同一面、即ちＸ―Ｙ平面に投影（Ｚ成分を０）した方向を第３の方向（図中のｄ３）とする。Ｘ−Ｙ平面における、第１の方向と第３の方向が交差する角度を「交差角度」とする。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す状態では、交差角度は９０°である。
【００３７】
[成膜装置の動作]
以上のように構成されたスパッタ装置１の動作について説明する。
まず、基板搬送ロボット等によりステージ３に基板Ｗが載置される。この際、基板Ｗに形成されたノッチＮが基準とされ、所定の向きで基板Ｗが載置される。ここでは図４（ｂ）に示すように、ノッチＮがスパッタカソード４側になるように配置されるものとする。
【００３８】
チャンバ２内が真空排気された後、スパッタガスが導入される。また、加熱源５により基板Ｗが所定の温度まで加熱される。これらの準備が完了すると、駆動源８によって回転軸７が回転駆動され、ステージ３上に載置された基板Ｗが回転する。この際、検出部１０によって基板Ｗの回転角度が検出される。
【００３９】
電源制御部１６によって制御された電源１５によって基板ＷとターゲットＴの間に電圧が印加され、イオン化したスパッタガスによるターゲットＴのスパッタが開始される。スパッタにより生成したターゲット材の粒子（成膜粒子）は基板Ｗに向かって照射され、基板Ｗの被成膜面上に成膜される。
【００４０】
ここで、電源制御部１６が、検出部１０によって検出された基板Ｗの回転角度に応じて電源１５のターゲットＴへの印加電圧を制御する。図５（ａ）〜（ｄ）は基板Ｗの回転角度と上記第１の方向の関係を示す模式図である。基板Ｗが上記の向きに配置されているため、これらの図に示すように、基板Ｗの回転角度が０°（図５（ａ））及び１８０°（図５（ｃ））のときに第１の方向と第３の方向は直交し、基板Ｗの回転角度が回転角度が９０°（図５（ｂ））及び２７０°（図５（ｄ））のときに第１の方向と第３の方向は平行となる。
【００４１】
図６は、電源制御部１６の印加電圧の制御の一例を示すグラフである。同図に示すように、電源制御部１６はステージ３（基板Ｗ）の回転角度が０°以上４５°未満のときは印加電圧を電圧Ａとし、基板Ｗの回転角度が４５°以上１３５°未満のときは印加電圧を電圧Ａより高い電圧Ｂとする。同様に、回転角度が１３５°以上２２５°未満及び３１５°以上３６０°未満のときは電圧Ａ、回転角度が２２５°以上３１５°未満のときは電圧Ｂとする。なお、詳細は後述するが、電圧Ａと電圧Ｂは、例えば、電圧Ｂのときの成膜速度に対して電圧Ａのときの成膜速度が２２％となるような関係とすることができる。
【００４２】
上記電圧の制御は、第１の方向と第３の方向の交差角度で規定すると以下のようになる。即ち、交差角度が０°以上４５°未満のときは印加電圧を電圧Ｂとし、４５°以上９０°未満のときは電圧Ａとする。
【００４３】
電源制御部１６の制御による印加電圧の波形は、図６に示す矩形波に限られず、回転角度が０°及び１８０°のときに電圧Ａとなり、９０°及び２７０°のときは電圧Ａとなる波形とすることができる。例えば、図７に示す三角波、図８に示す正弦波とすることも可能である。また、交差角度が回転角度が９０°のときと２７０°のときのみ電圧を印加するパルス波であってもよい。
【００４４】
このように電源制御部１６が、電源１５がターゲットＴに印加する電圧を制御することにより、成膜速度が変動する。具体的には、印加電圧が電圧Ｂである場合は、電圧Ａである場合に比べてスパッタガスイオンの衝突速度及び衝突頻度が高く、成膜速度が速くなる。なお、成膜速度を変動させる手法は印加電圧の制御に限られないが、印加電圧は応答性よく制御することが可能であるため好適である。
【００４５】
［電圧制御による効果］
以上のように電源制御部１６が、電源１５がターゲットＴに印加する電圧を制御することによる効果について説明する。説明のために、複数の点を有する基板Ｗをモデルとして設定する。図９は基板Ｗ上に設定した点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４及びＰ５の位置を示す平面図である。なお、図９において凹凸構造ｓの図示は省略する。点Ｐ１は基板Ｗの中心点、点Ｐ２は基板Ｗの外周付近のノッチＮ近傍の点、点Ｐ３は点Ｐ２から点Ｐ１を挟んで基板Ｗの反対側の外周付近の点とする。また、点Ｐ４は点Ｐ２と点Ｐ３を結ぶ線の垂直二等分線上の基板Ｗの外周付近であって、ノッチＮ側からみて左側の点、点Ｐ５は同じく点Ｐ２と点Ｐ３を結ぶ線の垂直二等分線上の基板Ｗの外周付近であって、ノッチＮ側からみて右側の点とする。また、基板Ｗは、ノッチＮがスパッタカソード４側となる向きでステージに載置されているものとする。
【００４６】
仮に、ターゲットＴに印加される電圧を一定として、基板Ｗを回転させることなく成膜する場合を想定する。この場合に所定時間成膜した場合の膜厚を図９に併せて示す。図９に示す表は、上記各点Ｐ１〜Ｐ５における平坦領域ａ１、第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３のそれぞれの領域に成膜される膜厚を、点Ｐ１における平坦領域ａ１の膜厚を１００として示すものである。
【００４７】
点Ｐ１についてみると、平坦領域ａ１、第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３のそれぞれの膜厚は異なり、第１側面領域ａ２の膜厚が最も大きく、第２側面領域ａ３膜厚が最も小さい。これは、各領域がスパッタカソード４と対向する角度が異なることにより各領域の被成膜速度（各領域が成膜される速度）が異なるためである。図１０（ａ）及び（ｂ）は点Ｐ１の凹凸構造ｓを示す模式図である。図１０（ａ）に示すように、第１側面領域ａ２がスパッタカソード４の方向（第２の方向ｄ２）となす角は、平坦領域ａ１のそれより大きい。また、第２側面領域ａ３が第２の方向となす角は平坦領域ａ１のそれより小さいか、または第２側面領域ａ３は凹凸構造ｓの陰となる。スパッタカソード４から照射される成膜粒子は、大部分が第２の方向から飛来するため、第２の方向となす角が垂直に近いほど単位面積当たりの飛来成膜粒子数が多く（被成膜速度が速く）なり、図１０（ｂ）に示すように膜厚に差が生じる。
【００４８】
上記と同様の理由で、他の点Ｐ2〜Ｐ５のそれぞれにおいても、図９中の表に示すように第１側面領域ａ２の膜厚が最も大きく、第２側面領域ａ３膜厚が最も小さい。点Ｐ１〜Ｐ５の相互間でそれぞれ領域の膜厚が異なるのは、スパッタカソード４との距離及びスパッタカソード４と対向する角度が異なることにより被成膜速度が異なるためである。
【００４９】
次に、ターゲットＴに印加される電圧を一定として、基板Ｗを回転させて成膜する場合を想定する。この場合では、基板Ｗを１００回回転させるとする。図１１は、この場合における各点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれの領域の積算膜厚を算出した表である。積算膜厚は、０°、９０°、１８０°及び２７０°のそれぞれの回転位置において１回ずつ成膜が行われると仮定し、図９に示した膜厚を積算したものである。
【００５０】
点Ｐ１についてみると、点Ｐ１は基板Ｗの中心点であるので、その位置で回転するのみである。したがって、平坦領域ａ１については、１回の成膜で形成される膜厚１００に成膜回数１００を乗じた１００００が０°、９０°、１８０°、３６０°のそれぞれの回転位置において成膜される膜厚であり、積算すると膜厚４００００となる。
【００５１】
点Ｐ１の第１側面領域ａ２は回転角度０°においては膜厚１２０（図９のＰ１のａ２、以下Ｐ１ａ２等のように記載する）に成膜回数１００を乗じて膜厚１２０００となる。回転角度９０°においては、第１側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向（図９において点Ｐ５の方向）に対向する。このため、非回転時の平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向と反対方向（図９において点Ｐ３の方向）に対向する。このため、非回転時の第２側面領域ａ３と同程度に成膜されるとして膜厚４５（Ｐ１ａ３）に成膜回数１００を乗じて膜厚４５００となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。
【００５２】
点Ｐ１の第２側面領域ａ３は、回転角度０°においては膜厚４５（Ｐ１ａ３）に成膜回数１００を乗じて膜厚４５００となる。回転角度９０°においては、第２側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向（図９において点Ｐ４の方向）に対向する。このため、非回転時の平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向に対向する。このため、非回転時の第１側面領域ａ２と同程度に成膜されるとして膜厚１２０（Ｐ１ａ２）に成膜回数１００を乗じて膜厚１２０００となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。
【００５３】
このように点Ｐ１については、それぞれの積算膜厚は、平坦領域ａ１が膜厚４００００、第１側面領域ａ２が膜厚３６５００、第２側面領域ａ３が膜厚３６５００となる。
【００５４】
続いて点Ｐ２について検討する。点Ｐ２は基板Ｗが９０°回転すると図９の点Ｐ５の位置に移動し、１８０°ではＰ３、２７０°ではＰ４の位置に順に移動する。したがって、平坦領域ａ１は回転角度０°においては膜厚１６０（Ｐ２ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１６０００となる。回転角度９０°においては、点Ｐ２は点Ｐ５の位置に移動しているので、膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０においては、点Ｐ２は点Ｐ３の位置に移動しているので、膜厚５５（Ｐ３ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚５５００となる。回転角度２７０°においては、点Ｐ２は点Ｐ４の位置に移動しているので、膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００５５】
点Ｐ２の第１側面領域ａ２は、回転角度０°においては膜厚１７０（Ｐ２ａ２）に成膜回数１００を乗じて膜厚１７０００となる。回転角度９０°においては、第１側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ５の位置における平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向と反対方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ３の位置における第２側面領域ａ２と同程度に成膜されるとして膜厚５（Ｐ３ａ３）に成膜回数１００を乗じて膜厚５００となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００５６】
点Ｐ２の第２側面領域ａ３は、回転角度０°においては膜厚８０（Ｐ２ａ３）に成膜回数１００を乗じて膜厚８０００となる。回転角度９０°においては、第２側面領域ａ３は、スパッタカソード４の方向と直交する方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ５の位置における平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ３の位置における第１側面領域ａ２と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ３ａ２）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００５７】
このように点Ｐ２については、それぞれの積算膜厚は、平坦領域ａ１が膜厚３９５００、第１側面領域ａ２が膜厚３５５００、第２側面領域ａ３が膜厚３５０００となる。
【００５８】
以下、点Ｐ３、Ｐ４及びＰ５についても点Ｐ２と同様に計算することが可能である。このようして図１１に示す、各点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれの領域の積算膜厚が算出される。この積算膜厚について全領域の膜厚分布（標準得偏差／平均×１００）を算出すると１１．２％となる。一方、平坦領域ａ１のみの膜厚分布を算出すると０．５６％となる。ここから、単純に基板Ｗを回転させて成膜する場合、各点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれの平坦領域ａ１の膜厚分布は良好であるものの、第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３を加えた全領域の膜厚分布は良好ではないといえる。
【００５９】
続いて、上記モデルを用いて本実施形態に係る成膜方法、即ち、基板Ｗの回転角度に応じてターゲットＴに印加される電圧を変動させる成膜方法の場合に膜厚分布がどのようになるかを検討する。
【００６０】
図１２は、本実施形態における成膜方法により成膜した場合の、各点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれの領域の積算膜厚を算出した表である。積算膜厚は、０°、９０°、１８０°及び２７０°のそれぞれの回転位置において１回ずつ成膜が行われると仮定し、図９に示した膜厚を積算したものである。
【００６１】
上述のように本実施形態では、第１の方向と第３の方向が平行となるときはターゲットＴへの印加電圧を電圧Ｂとし、第１の方向と第３の方向が直交するときは電圧Ｂより小さい電圧Ａとする。上記モデルでは、基板Ｗの回転角度が０°及び１８０°のときに第１の方向と第３の方向が直交し、回転角度が９０°及び２７０°のときに第１の方向と第３の方向が平行になるとしている。このため、回転角度０°及び１８０°のときに印加電圧を電圧Ｂとし、回転角度９０°及び２７０°のときに印加電圧を電圧Ａとする。電圧Ａと電圧Ｂは、電圧Ｂのときの成膜速度に対して電圧Ａのときの成膜速度が２２％となるような関係とすることができる。
【００６２】
点Ｐ１の平坦領域ａ１は、回転角度０°においては膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚２２００となる。回転角度９０°においては膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。回転角度１８０°においては膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚２２００となる。回転角度２７０°においては膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。
【００６３】
点Ｐ１の第１側面領域ａ２は回転角度０°においては膜厚１２０（Ｐ１ａ２）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚２６４０となる。回転角度９０°においては、第１側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向（図９において点Ｐ５の方向）に対向する。このため、非回転時の平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向と反対方向（図９において点Ｐ３の方向）に対向する。このため、非回転時の第２側面領域ａ３と同程度に成膜されるとして膜厚４５（Ｐ１ａ３）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚９９０となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。
【００６４】
点Ｐ１の第２側面領域ａ３は、回転角度０°においては膜厚４５（Ｐ１ａ３）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚９９０となる。回転角度９０°においては、第２側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向（図９において点Ｐ４の方向）に対向する。このため、非回転時の平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向に対向する。このため、非回転時の平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚１２０（Ｐ１ａ２）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚２６４０となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚１００（Ｐ１ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚１００００となる。
【００６５】
このように点Ｐ１については、それぞれの積算膜厚は、平坦領域ａ１が膜厚２４４００、第１側面領域ａ２が膜厚２３６３０、第２側面領域ａ３が膜厚２３６３０となる。
【００６６】
続いて点Ｐ２について検討する。点Ｐ２は基板Ｗが９０°回転すると図９の点Ｐ５の位置に移動し、１８０°ではＰ３、２７０°ではＰ４の位置に順に移動する。したがって、平坦領域ａ１は回転角度０°においては膜厚１６０（Ｐ２ａ１）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚３５２０となる。回転角度９０°においては、点Ｐ２は点Ｐ５の位置に移動しているので、膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０においては、点Ｐ２は点Ｐ３の位置に移動しているので、膜厚５５（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚１２１０となる。回転角度２７０°においては、点Ｐ２は点Ｐ４の位置に移動しているので、膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００６７】
点Ｐ２の第１側面領域ａ２は、回転角度０°においては膜厚１７０（Ｐ２ａ２）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚３７４０となる。回転角度９０°においては、第１側面領域ａ２は、スパッタカソード４の方向と直交する方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ５の位置における平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向と反対方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ３の位置における第２側面領域ａ２と同程度に成膜されるとして膜厚５（Ｐ３ａ３）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚１１０となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００６８】
点Ｐ２の第２側面領域ａ３は、回転角度０°においては膜厚８０（Ｐ２ａ３）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚１７６０となる。回転角度９０°においては、第２側面領域ａ３は、スパッタカソード４の方向と直交する方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ５の位置における平坦領域ａ１と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ５ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。回転角度１８０°においては、第１側面領域ａ２はスパッタカソード４の方向に対向する。このため、非回転時の点Ｐ３の位置における第１側面領域ａ２と同程度に成膜されるとして膜厚９０（Ｐ３ａ２）に成膜回数１００及び成膜速度比０．２２を乗じて膜厚１９８０となる。回転角度２７０°においては、回転角度９０°の場合と同様に膜厚９０（Ｐ４ａ１）に成膜回数１００を乗じて膜厚９０００となる。
【００６９】
このように点Ｐ２については、それぞれの積算膜厚は、平坦領域ａ１が膜厚２２７３００、第１側面領域ａ２が膜厚２１８５０、第２側面領域ａ３が膜厚２１７４０となる。
【００７０】
以下、点Ｐ３、Ｐ４及びＰ５についても点Ｐ２と同様に計算することが可能である。このようして図１２に示す、各点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれの領域の積算膜厚が算出される。この積算膜厚について全領域の膜厚分布（標準得偏差／平均×１００）を算出すると６．９１％となる。一方、平坦領域ａ１のみの膜厚分布を算出すると５．６８％となる。図１１に示した、単純に基板Ｗを回転させて成膜した場合に比べて平坦領域ａ１の膜厚分布は多少低下するものの、第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３を加えた全領域の膜厚分布は改善されている。
【００７１】
以上のように本実施形態では、電源制御部１６が、検出部１０により検出されたステージ３の回転角度、即ち、第１の方向と第３の方向の交差角度に基づいてスパッタカソード４を制御し、成膜速度を変動させる。これにより、第１の方向と第３の方向が直交し、成膜速度比が大きく異なる場合には成膜速度自体が低減され、形成される膜厚が小さくなる。第１の方向と第３の方向が平行であり、成膜速度比が同等の場合成膜速度が低減されることなく、均等に成膜される。この繰り返しで成膜することにより、成膜速度を変動させることなく成膜した場合に比べて膜厚分布を改善することが可能である。
【００７２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るスパッタ装置について説明する。
なお、本実施形態に係るスパッタ装置において、第１の実施形態にかかるスパッタ装置１の構成と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７３】
[スパッタ装置の構成]
図１３は、本発明の第２の実施形態に係るスパッタ装置２０の概略構成図である。本実施の形態において、スパッタ装置２０は、ＤＣ（Direct Current）スパッタ装置であるものとするがこれには限られず、ＡＣ（alternating current）スパッタ、ＲＦ（Radio Frequency）スパッタ、マグネトロンスパッタ等の他の方式のものであってもよい。
【００７４】
同図に示すスパッタ装置２０は、第１の実施形態に係るスパッタ装置１の電源制御部１６に替え、駆動源制御部２１を有する。駆動源制御部２１は、駆動源８に接続され、駆動源８が回転軸７を回転駆動する回転駆動速度を制御する。この際、駆動源制御部２１は、検出部１０によって検出された回転軸７の回転角度、即ち基板Ｗの回転角度に基づいて回転駆動速度の制御を行う。スパッタ装置２０のこの他の構成及び基板Ｗの構造は第１の実施形態と同様である。
【００７５】
[成膜装置の動作]
以上のように構成されたスパッタ装置２０の動作について説明する。
第１の実施形態と同様に、基板搬送ロボット等により、ノッチＮがスパッタカソード４側になる向きで基板Ｗがステージ３に載置される。
【００７６】
チャンバ２内が真空排気された後、スパッタガスが導入される。また、加熱源５により基板Ｗが所定の温度まで加熱される。これらの準備が完了すると、駆動源８によって回転軸７が回転駆動され、ステージ３上に載置された基板Ｗが回転する。この際、検出部１０によって基板Ｗの回転角度が検出される。
【００７７】
電源１５によって基板ＷとターゲットＴの間に電圧が印加され、イオン化したスパッタガスによるターゲットＴのスパッタが開始される。スパッタにより生成したターゲット材の粒子（成膜粒子）は基板Ｗに向かって照射され、基板Ｗの被成膜面上に成膜される。
【００７８】
ここで、駆動源制御部２１が、検出部１０によって検出された基板Ｗの回転角度に応じて駆動源８の回転駆動速度、即ちステージ３の回転速度を制御する。
【００７９】
図１４は、駆動源制御部２１のステージ３の回転速度（以下、ステージ回転速度）の制御の一例を示すグラフである。同図に示すように、駆動源制御部２１は、ステージ３（基板Ｗ）の回転角度が０°以上３０°未満のときはステージ回転速度を速度（角速度）ｖ１とする。基板Ｗの回転角度が６０°以上１２０°未満のときはステージ回転速度を速度ｖ１より小さい速度ｖ２とする。回転角度が３０°以上６０°未満の間で回転速度を速度ｖ１から速度ｖ２に減速させる。同様に、回転角度が１５０°以上２１０°未満及び３３０°以上３６０°未満のときは速度ｖ１、回転角度が２４０°以上３００°未満のときは速度ｖ２とする。回転角度が１２０°以上１５０°未満及び３００°以上３３０°未満のときは速度ｖ２から速度ｖ１に加速させ、回転速度が２１０°以上２４０°未満のときは速度ｖ１から速度ｖ２に減速させる。
【００８０】
このように駆動源制御部２１が、駆動源８がステージ３を回転させる駆動速度を制御することにより、被成膜速度が変動する。具体的には、ステージ回転速度が速度ｖ１である場合にスパッタカソード４に対向する領域は、スパッタカソード４に対向する時間が短いため、トータルの被成膜速度が小さくなる。一方、ステージ回転速度が速度ｖ２である場合にスパッタカソード４に対向する領域は、スパッタカソード４に対向する時間が長いため、トータルの被成膜速度が大きくなる。
【００８１】
［ステージ回転速度制御による効果］
以上のように駆動源制御部２１が、駆動源８がステージ３の回転速度を制御することによる効果について、上記基板Ｗのモデルを用いて説明する。
【００８２】
上述したように、基板Ｗの被成膜面はＸ−Ｙ平面に対する傾斜角度が異なる平坦領域ａ１、第１側面領域ａ２及び第２側面領域ａ３を有する。このため、ステージ３の回転位置が、第１の方向と第３の方向が垂直となる場合には、第１側面領域ａ２と第２側面領域ａ３の被成膜速度の差が大きくなる。一方、第１の方向と第３の方向が平行となる場合には、第１側面領域ａ２と第２側面領域ａ３の被成膜速度は同等である。ここで、本実施形態に示す駆動源制御部２１によりステージ３の回転角度、即ち、第１の方向と第３の方向の交差角度に応じてステージ３の回転速度を制御する。これにより、被成膜速度の差が大きい回転角度の場合には被成膜速度を抑えて膜厚差を小さくし、非成膜速度の差が大きい場合には被成膜速度を抑えることなく均等に成膜することが可能となる。この繰り返しで成膜することにより、ステージ回転速度を制御することなく成膜した場合に比べて膜厚分布を改善することが可能である
【００８３】
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。
【００８４】
上記実施形態では、成膜方法としてスパッタリング法を用いたが、本発明はこれ以外の成膜方法に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１…スパッタ装置
３…ステージ
４…スパッタカソード
８…駆動源
１０…検出部
１５…電源
１６…電源制御部
２０…スパッタ装置
２１…駆動源制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜面を有し、前記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、前記被成膜面に成膜するための成膜装置であって、
前記基板を支持し、前記被成膜面に垂直な軸の回りに回転するステージと、
成膜材料から成膜粒子を生成させ、前記ステージに支持された前記基板の前記被成膜面に、前記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から前記成膜粒子を照射する成膜源と、
前記ステージの回転角度を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記ステージ上の前記基板が前記第１の方向と、前記第２の方向を前記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように前記成膜源を制御し、前記ステージ上の前記基板が前記第１の方向と前記第３の方向とが垂直である回転角度のときは、成膜速度が前記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように前記成膜源を制御する成膜源制御部と
を具備する成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置であって、
前記成膜源は、スパッタリングカソードと、前記スパッタリングカソードに印加電圧を供給する電圧供給部とを含み、
前記成膜源制御部は前記電圧供給部を制御することで成膜速度を制御する
成膜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の成膜装置であって、
前記成膜源制御部は、前記第１の方向と前記第３の方向の交差角度が０°以上４５°未満のときは前記印加電圧を第１の電圧とし、前記交差角度が４５°以上９０°未満のときは前記印加電圧を前記第１の電圧より低い第２の電圧とする
成膜装置。
【請求項４】
被成膜面を有し、前記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、前記被成膜面に成膜するための成膜装置であって、
前記基板を支持し、前記被成膜面に垂直な軸の回りに回転するステージと、
成膜材料から成膜粒子を生成させ、前記ステージに支持された前記基板の前記被成膜面に、前記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射する成膜源と、
前記ステージの回転角度を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記ステージ上の前記基板が前記第１の方向と、前記第２の方向を前記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、回転速度が第１の回転速度となるように前記ステージを制御し、前記ステージ上の前記基板が前記第１の方向と前記第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、回転速度が前記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように前記ステージを制御するステージ制御部と
を具備する成膜装置。
【請求項５】
被成膜面を有し、前記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、前記被成膜面に成膜する成膜方法であって、
ステージに前記基板を載置して前記被成膜面に垂直な軸の周りに前記ステージを回転させ、
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、前記ステージに支持された前記基板の前記被成膜面に、前記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させ、
成膜源制御部に、前記第１の方向と、前記第２の方向を前記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように前記成膜源を制御させ、前記第１の方向と前記第３の方向とが垂直となるときは、成膜速度が前記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように前記成膜源を制御させる
成膜方法。
【請求項６】
被成膜面を有し、前記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、前記被成膜面に成膜する成膜方法であって、
ステージに前記基板を載置して前記被成膜面に垂直な軸の周りに前記ステージを回転させ、
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、前記ステージに支持された前記基板の前記被成膜面に、前記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させ、
ステージ制御部に、前記第１の方向と、前記第２の方向を前記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、回転速度が第１の回転速度となるように前記ステージを制御させ、前記第１の方向と前記第３の方向とが垂直となるときは、回転速度が前記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように前記ステージを制御させる
成膜方法。
【請求項１】
被成膜面を有し、前記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、前記被成膜面に成膜するための成膜装置であって、
前記基板を支持し、前記被成膜面に垂直な軸の回りに回転するステージと、
成膜材料から成膜粒子を生成させ、前記ステージに支持された前記基板の前記被成膜面に、前記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から前記成膜粒子を照射する成膜源と、
前記ステージの回転角度を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記ステージ上の前記基板が前記第１の方向と、前記第２の方向を前記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように前記成膜源を制御し、前記ステージ上の前記基板が前記第１の方向と前記第３の方向とが垂直である回転角度のときは、成膜速度が前記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように前記成膜源を制御する成膜源制御部と
を具備する成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置であって、
前記成膜源は、スパッタリングカソードと、前記スパッタリングカソードに印加電圧を供給する電圧供給部とを含み、
前記成膜源制御部は前記電圧供給部を制御することで成膜速度を制御する
成膜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の成膜装置であって、
前記成膜源制御部は、前記第１の方向と前記第３の方向の交差角度が０°以上４５°未満のときは前記印加電圧を第１の電圧とし、前記交差角度が４５°以上９０°未満のときは前記印加電圧を前記第１の電圧より低い第２の電圧とする
成膜装置。
【請求項４】
被成膜面を有し、前記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、前記被成膜面に成膜するための成膜装置であって、
前記基板を支持し、前記被成膜面に垂直な軸の回りに回転するステージと、
成膜材料から成膜粒子を生成させ、前記ステージに支持された前記基板の前記被成膜面に、前記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射する成膜源と、
前記ステージの回転角度を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記ステージ上の前記基板が前記第１の方向と、前記第２の方向を前記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となる回転角度のときは、回転速度が第１の回転速度となるように前記ステージを制御し、前記ステージ上の前記基板が前記第１の方向と前記第３の方向とが垂直となる回転角度のときは、回転速度が前記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように前記ステージを制御するステージ制御部と
を具備する成膜装置。
【請求項５】
被成膜面を有し、前記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、前記被成膜面に成膜する成膜方法であって、
ステージに前記基板を載置して前記被成膜面に垂直な軸の周りに前記ステージを回転させ、
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、前記ステージに支持された前記基板の前記被成膜面に、前記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させ、
成膜源制御部に、前記第１の方向と、前記第２の方向を前記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、成膜速度が第１の成膜速度となるように前記成膜源を制御させ、前記第１の方向と前記第３の方向とが垂直となるときは、成膜速度が前記第１の成膜速度より小さい第２の成膜速度となるように前記成膜源を制御させる
成膜方法。
【請求項６】
被成膜面を有し、前記被成膜面上の一方向である第１の方向に沿って形成された凹凸構造を有する基板の、前記被成膜面に成膜する成膜方法であって、
ステージに前記基板を載置して前記被成膜面に垂直な軸の周りに前記ステージを回転させ、
成膜源に、成膜材料から成膜粒子を生成させ、前記ステージに支持された前記基板の前記被成膜面に、前記被成膜面に対して斜めの方向である第２の方向から成膜粒子を照射させ、
ステージ制御部に、前記第１の方向と、前記第２の方向を前記被成膜面と同一面上に投影した第３の方向とが平行となるときは、回転速度が第１の回転速度となるように前記ステージを制御させ、前記第１の方向と前記第３の方向とが垂直となるときは、回転速度が前記第１の回転速度より速い第２の回転速度となるように前記ステージを制御させる
成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２４６７５９（Ｐ２０１１−２４６７５９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０７９２（Ｐ２０１０−１２０７９２）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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