JP2000319779A - スパッタリング方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部応力の少ない膜を成膜するのに適し、特
に大型基板の成膜に適するスパッタリング方法とその装
置を提供することを課題とする。 【解決手段】 スパッタ用チャンバ内に設けられた直線
状の２ラインに沿って基板の設けられた保持台をそれぞ
れ逆方向に移送し、それぞれ両端側で保持台を他方のラ
インに移送することで、保持台を周回させながら基板両
面にスパッタを行うスパッタリング方法であって、スパ
ッタする際に、スパッタ粒子の入射角をランダム状態に
してスパッタすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続してスパッタ
リングを行うのための成膜方法とその装置に関し、特に
大型の基板にヒロックのない膜を成膜するのに適するス
パッタリング方法とその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続してスパッタを行う装置としては、
基板搬入室、基板準備・加熱室、基板スパッタ室、基板
取出室とがバルブを介して直線状に連結され、一方向に
基板の保持された保持台を移動するロードタイプの装置
が使用されている。この装置では、基板を取り付けたキ
ャリア（保持台）を基板搬入室に搬入し、基板搬入室内
を真空にした後、キャリアごと基板準備・加熱室に移送
して基板の前処理を行い、その後、前処理された基板を
キャリアごとスパッタ室に移送して基板表面に金属膜等
を成膜し基板取出室に移送する。基板取出室に移送され
た基板は基板取出室内の真空を解除して大気と同じにし
た状態でキャリアより取り外す、この工程を繰り返すこ
とで連続して基板に成膜していた。

【０００３】しかしながら、上記装置は一方向に基板の
保持されたキャリアを移送するために、単層からなる成
膜にしか対応することができず、さらに、膜の材質（Ａ
ｌ等の低融点の金属膜等）によっては、精度の良い膜質
を得ることができないという欠点があった。

【０００４】そこで、多層膜等に対応して精度のよい膜
を得るために、特開平５−１７１４４１号に記載のスパ
ッタ装置が提案された。この装置は、図５に示すよう
に、矩形状のチャンバ３１内に平行な２列のライン３
２、３３と、ライン３２、３３の両端部に移し換えライ
ン３４、３５とを設け、チャンバ３１の両側壁には、ラ
イン３２、３３に沿ってターゲット３６を設け、チャン
バ３１の一方側に基板搬入用の準備室３７と、基板取出
用の取出室３８とをバルブ３９を介して設けた構成であ
る。

【０００５】この装置を使用する際は、基板を取り付け
た保持台（キャリア）４０を準備室３７に搬入し、準備
室３７とチャンバ３１内とを同圧（真空）にしてバルブ
３９を開放して、保持台４０を搬送ライン３２に送り出
し、基板の一面側をターゲット３６より入射する粒子に
より成膜する。その後、保持台４０を移し換えライン３
４を介してライン３３に移動し、基板の他面側をターゲ
ット３６より入射するスパッタ粒子により成膜し、移し
換えライン３５を介してライン３２に戻り、再度基板の
一面側をターゲット３６により成膜する。このようにし
て、所定の多層膜等を成膜した後、保持台４０を取出室
３８に移動し、バルブ３９を閉塞した後、成膜された基
板を取り出すことにより、大量の基板を成膜するもので
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかながら、上記装置
ではターゲットが基板に対して平行に設けられているた
めに、スパッタ粒子が一定の角度でのみ基板に入射し膜
の内部応力が大きくなり、膜にヒロックが発生したり、
膜が湾曲したりすることとなる。従って、特に近年需要
の多くなった大型の基板に対しては、適さないという問
題点があった。

【０００７】又、チャンバに、準備室と、取出室とをそ
れぞれ別に取り付ける構成であるために、例えば、スパ
ッタの前の基板の前処理等を行う場合は、準備室と、取
出室とを介してチャンバを連結しなければならず、その
分保持台の移送距離が増すこととなり、作業効率の低下
を招くという欠点があった。

【０００８】そこで、本発明は、良質の膜を成膜するの
に適し、特に大型の基板に大量に成膜するのに適するス
パッタリング方法とその装置を提供することを課題とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は上記のよ
うな課題を解決するために、スパッタ用チャンバ内に設
けられた直線状の２つのラインに沿って基板の設けられ
た保持台をそれぞれ逆方向に移送し、それぞれその両端
側で保持台を他方のラインに移送することで、保持台を
周回させながら基板両面にスパッタを行うスパッタリン
グ方法であって、スパッタする際、ターゲット面を基板
に対して一定の角度をもって取り付けることにより、ス
パッタ粒子の入射角をランダム状態にしてスパッタする
ことを特徴とする。

【００１０】また、スパッタ用チャンバに設けられた複
数のターゲットをそれぞれ種々の異なる金属／合金で構
成し、目的に応じて保持台を所定量回転することで種々
の膜を積層することである。

【００１１】装置としては、基板の設けられた保持台を
移送する並列した直線状のラインと、ラインの両端側で
一方のラインより搬送された保持台を他方のラインへ移
送する移送機とが設けられたチャンバが少なくとも２以
上バルブを介して連結され、しかも、一方のチャンバに
は、保持台に設けられた基板に対して一定の角度を有し
た複数のターゲットと、ターゲットの対向側に設けられ
た熱源とがラインに沿って設けられ、連結された他方の
チャンバには、各ラインの外側に沿って基板の前処理を
するためのプラズマと、熱源とが設けられていることを
特徴とする。

【００１２】具体的には、隣り合うターゲットがそれぞ
れ逆方向に一定の角度を有して取り付けられていること
である。

【００１３】

【作用】即ち、本発明は、スパッタ用チャンバ内に設け
られた直線状の２つのラインと、両端側で保持台を他方
のラインに移送するラインとで、基板の設けられた保持
台をチャンバ内で周回移送させながら、直線状のライン
に沿って一定の角度をもって取り付けられたターゲット
より、スパッタ粒子をランダムに基板に入射させて多層
膜を成膜する。この膜は、それぞれの膜がランダムに入
射したスパッタ粒子で成膜されているために、内部応力
の少なく、ヒロックのない膜として成膜されることとな
る。

【００１４】この際、スパッタ用チャンバに設けられた
複数のターゲットをそれぞれ種々の異なる金属／合金で
構成することにより、必要なターゲットのみをスパッタ
して、目的に応じて種々の膜を積層することができる。
例えば、図４に示すように、先ずＴｉのターゲットのみ
をスパッタして第１層にＴｉ膜を成膜し、その後Ａｌの
ターゲットのみをスパッタして第２層にＡｌ膜を第１層
より厚い膜厚にすべく保持台の周回回数を多くして成膜
し、最後にＴｉＮのターゲットのみをスパッタして第１
層と同程度の膜厚の第３層のＴｉＮ膜を成膜する。この
ようにして３種類の膜を成膜することも可能である。

【００１５】装置としては、一方のチャンバ内の直線状
のラインと、ラインの両端側に設けられた移送機とで、
基板の設けられた保持台を周回移送させながら、チャン
バに設けられ、基板に対して一定の角度を有した複数の
ターゲットと熱源とで、周回移送する基板に対してラン
ダムにスパッタ粒子を入射させて積層された膜を成膜す
る。この際、同時に、バルブを介して一端側のチャンバ
に連結された他方のチャンバ内で、同様に基板の設けら
れた保持台を回転移送しながらラインに沿って設けられ
たプラズマと、熱源とで、基板の前処理（洗浄等）をす
る。その後、一方のチャンバ内で成膜された基板の設け
られた保持台と、他方のチャンバ内で前処理された基板
の設けられた保持台とを同時に入替え、さらに、他方の
チャンバ内の成膜された基板の設けられた保持台と、処
理されていない基板の設けられた保持台とを入れ換える
ことで、連続して基板に成膜することが可能となる。

【００１６】また、一方のチャンバ内の隣り合うターゲ
ットをそれぞれ逆方向に一定の角度を有して取り付ける
ことにより、さらに、スパッタ粒子の入射方向をランダ
ムにすることを可能とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
面に沿って説明する。図１〜３は本装置を示す概略平面
図である。この図において、略長方形状のチャンバ１が
バルブ２を解して３台（Ａ、Ｂ、Ｃ）連結されている。
各（Ａ、Ｂ）チャンバ１には、複数の基板の設けられた
保持台４を搬送すべく、ローラー３で形成された並列す
る直線状の横のライン４ａ，４ｂが設けられ、各ライン
４ａ，４ｂはそれぞれ保持台４を逆方向に移送すべく駆
動している。前記ライン４ａ，４ｂの両端側には、移送
された保持台４を一方のライン４ａより、他方のライン
４ｂに移送すべく、縦のライン５ａ、５ｂに沿って移動
する移送機５が設けられ、これにより、保持台４はチュ
ンバ１内をラインに沿って周回移送されることとなる。

【００１８】チャンバ１（Ａ）内はポンプ（図示せず）
を介して真空状態に維持され、チャンバ１（Ａ）の横側
側壁１ａには、ライン４ａ，４ｂに沿ってそれぞれター
ゲット６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）、７（７ａ、７
ｂ、７ｃ、７ｄ）が、基板に対して一定の角度（約３０
°）を有するように設けられ、横のレーン４ａ，４ｂに
沿って内側には、基板３を加熱するための熱源としての
ヒータ８が設けられている。尚、隣り合うターゲット６
（６ａと６ｂ、６ｃと６ｄ）、７（７ａと７ｂ、７ｃと
７ｄ）は、スパッタ粒子をよりランダムに入射すべくそ
れぞれ、逆向きに一定の角度（約３０°）を有して設け
られている。また、ターゲット６（６ａ、６ｂ、６ｃ、
６ｄ）、７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）のそれぞれの源
電９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）、１０（１０ａ、１０
ｂ、１０ｃ、１０ｄ）は、それぞれ位相が制御されてい
る。

【００１９】チャンバ１（Ｂ）内は真空ポンプ（図示せ
ず）により、真空と大気との状態を切り替え可能に構成
され、横のレーン４ａ，４ｂのそれぞれの側壁１ａに
は、基板の前処理（洗浄、乾燥）をするためのプラズマ
１１とヒーター１２とが設けられている。

【００２０】チャンバ１（Ｃ）内は常に大気の状態で保
たれ、このチャンバ１（Ｃ）で成膜された基板の設けら
れた保持台４と、処理されていない基板の設けられた保
持台４との搬入、搬出が行われるべく、平行した横のラ
イン４ａ、４ｂのみが設けられている。

【００２１】次に、上記スパッタリング装置を使用する
場合について説明する。先ず、チャンバ１（Ｃ、Ｂ）内
を大気と同じ状態にしてバルブ２（Ｂ−Ｃ間）を開放
し、チャンバ１（Ｃ）に処理されていない基板の設けら
れた保持台４をライン４ａに沿って搬入した後、チャン
バ１（Ｂ）に移送する。

【００２２】チャンバ１（Ｂ）に順次移送された保持台
４は、横のライン４ａ、縦のライン５ａ、横のライン４
ｂ、縦のライン５ｂを介してチャンバ１（Ｂ）内に回転
状に搬入されることとなる。搬入された後、バルブ２
（Ｂ−Ｃ間）を閉塞しチャンバ１（Ｂ）を真空にして、
各ラインに沿って保持台４をチャンバ１（Ｂ）内で周回
移送させるとともに、側壁１ａに設けられたプラズマ１
１とヒーター１２とにより、基板の前処理（洗浄、乾
燥）を行う。その後、チャンバ１（Ｂ）の真空度がチャ
ンバ１（Ａ）と同じになると、バルブ２（Ａ−Ｂ間）の
みを開閉して、前処理された基板の設けられた保持台４
をチャンバ１（Ａ）に移送する。

【００２３】チャンバ１（Ａ）に順次移送された保持台
４は、チャンバ１（Ｂ）の場合と同様に横のライン４
ａ、縦のライン５ａ、横のライン４ｂ、縦のライン５ｂ
を介してチャンバ１（Ａ）内に周回状に搬入されること
となる。搬入された後、バルブ２（Ａ−Ｂ間）を閉塞し
て、各ラインに沿って保持台４をチャンバ１（Ｂ）内で
周回移送させるとともに、側壁１ａに設けられたターゲ
ット６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）、７（７ａ、７ｂ、
７ｃ、７ｄ）により、スパッタされた粒子が入射して、
コントロールされた積層膜が成膜されることとなる。こ
の際、ターゲット６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）、７
（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）は、基板に対して一定の角
度（実施例では約３０°）を有して設けられているため
に、スパッタ粒子は、ランダムな状態で基板に入射する
こととなる。

【００２４】このため、基板に成膜された膜は内部応力
が少なくヒロックのない膜を成膜することが可能とな
る。従って、大型の基板に対して良質の膜を成膜するこ
とができる。

【００２５】チャンバ１（Ａ）で基板に膜を成膜する
際、チャンバ１（Ｂ）では、大気にもどし、バルブ２
（Ｂ−Ｃ間）を開放し、次の基板の設けられた保持台４
が搬入されるとともに、基板の前処理が行われることと
なる。次に、バルブ２（Ａ−Ｂ間）を開放した後、チャ
ンバ１（Ａ）で成膜された基板の設けられた保持台４
を、各ラインに沿ってチャンバ１（Ｂ）に移送するとと
もに、前処理された基板の設けられた保持台４をチャン
バ１（Ｂ）より各ラインに沿ってチャンバ１（Ａ）に移
送し、バルブ２（Ａ−Ｂ間）を閉塞した後、バルブ２
（Ｂ−Ｃ間）を開放して、成膜された基板の設けられた
保持台４をチャンバ１（Ｂ）よりライン４ｂに沿ってチ
ャンバ１（Ｃ）に移送して、取り出す。以上の工程を繰
り返すことで、連続して基板の搬入−前処理−スパッタ
による成膜−搬出を行うことができる。

【００２６】尚、上記実施の形態では、ターゲット６、
７をそれぞれ４台づつ取り付けたが、ターゲット６、７
の数はこれに限定されるものでなく、成膜の目的に応じ
て自在に増減可能である。また、ターゲット６、７の取
り付け角度、取り付け方法も、これに限定されるもので
なく、４５°近くの角度を有して取り付けることも可能
であり、全てのターゲット６、７を一定の向き（一定の
角度で同じ向き）に取り付けることも可能である。さら
に、ターゲット６、７をそれぞれ相違する金属又は合金
で構成して、複数の金属膜を積層することも可能であ
る。この際も、周回数に応じて各金属膜の膜厚をコント
ロールすることは当然可能である。

【００２７】また、上記実施の形態では、チャンバ１を
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）と３台連結したが、チャンバ１
の連結はこれに限定されるものでなく、例えば、チャン
バ１を（Ａ）、（Ｂ）のみで上記実施の形態と同様の膜
を連続成膜することも可能であり、さらに、膜質に応じ
て３台以上を連結することも可能である。

【００２８】

【発明の効果】叙上のように、本発明によるスパッタリ
ング方法は、基板に対してのスパッタ粒子の入射に角度
を設けることにより、スパッタ粒子の入射をランダムな
状態とし、成膜される膜の内部応力を少なくすること
で、ヒロックのない良質の膜を成膜することができると
いう顕著な効果を得るに至った。

【００２９】また、本発明のスパッタリング装置は、周
回移送するチャンバを連結することにより、従来のよう
な成膜する際の時間的なロスを省くことができ、生産効
率の高いスパッタリングを行うことができるという利点
を得た。さらに、チャンバを矩形状にして基板を周回移
送するために、特に、大型基板を連続して成膜するのに
適するという利点もある。

【００３０】また、チャンバ内での基板の周回数を調整
することで、基板に成膜する膜厚を自在にコントロール
することで、種々の金属又は合金膜を所定の膜厚で積層
して成膜することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるスパッタリング装
置のスパッタ用チャンバを示す概略平面図。

【図２】本発明の一実施形態におけるスパッタリング装
置の前処理用チャンバを示す概略平面図。

【図３】本発明の一実施形態におけるスパッタリング装
置の準備室（搬入、搬出）用チャンバを示す概略平面
図。

【図４】スパッタリング装置を使用して形成された積層
膜を示す概略断面図。

【図５】従来のスパッタリング装置を示す概略平面図。

【符号の説明】

１…チャンバ ４…保持台 ５…移送機 ６、７…ターゲット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタ用チャンバ内に設けられた直線
   状の２つのラインに沿って基板の設けられた保持台をそ
   れぞれ逆方向に移送し、それぞれその両端側で保持台を
   他方のラインに移送することで、保持台を周回させなが
   ら基板両面にスパッタを行うスパッタリング方法であっ
   て、スパッタする際、ターゲット面を基板に対して一定
   の角度をもって取り付けることにより、スパッタ粒子の
   入射角をランダム状態にしてスパッタすることを特徴と
   するスパッタリング方法。
2. 【請求項２】 スパッタ用チャンバに設けられた複数の
   ターゲットをそれぞれ種々の異なる金属／合金で構成
   し、目的に応じて保持台を所定回数周回することで種々
   の膜を積層する請求項１記載のスパッタリング方法。
3. 【請求項３】 基板の設けられた保持台を移送する並列
   した直線状のラインと、ラインの両端側で一方のライン
   より搬送された保持台を他方のラインへ移送する移送機
   とが設けられたチャンバが少なくとも２以上バルブを介
   して連結され、しかも、一方のチャンバには、保持台に
   設けられた基板に対して一定の角度を有した複数のター
   ゲットと、ターゲットの対向側に設けられた熱源とがラ
   インに沿って設けられ、連結された他方のチャンバに
   は、各ラインの外側に沿って基板の前処理をするための
   プラズマと、熱源とが設けられていることを特徴とする
   スパッタリング装置。
4. 【請求項４】 隣り合うターゲットがそれぞれ逆方向に
   一定の角度を有して取り付けられている請求項３記載の
   スパッタリング装置。