JP2002088470A

JP2002088470A - スパッタ装置

Info

Publication number: JP2002088470A
Application number: JP2000277970A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ando; 謙二安藤; Minoru Otani; 実大谷; Yasuyuki Suzuki; 康之鈴木; Ryuji Hiroo; 竜二枇榔; Hidehiro Kanazawa; 秀宏金沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】多層膜成膜の形成において小型で効率良く高
速で且つ、優れた膜特性が得られるスパッタ装置を安価
に提供する。【解決手段】成膜する基板を保持する基板ホルダー１
９を側面に複数個支持し回転するカルーセル１８の外側
の周囲に複数個のマグネトロンカソードが設置されてい
る。このマグネトロンカソードはカルーセル１８の回転
軸を中心とした円周上にある点を回転中心軸とした多角
柱状のカソードホルダー６ａ，６ｂ，６ｃを有し、カソ
ードホルダー６ａ，６ｂ，６ｃの複数の側面にカソード
が取付けられ、各カソードにはそれぞれ異なる材料のタ
ーゲート９１ａ，９２ａ，９３ａ，９１ｂ，９２ｂ，９
３ｂ，９１ｃ，９２ｃ，９３ｃが設置され、カソードホ
ルダー６ａ，６ｂ，６ｃはその中心軸で回転して、成膜
する基板に対面させるターゲットを切り替えるターゲッ
ト駆動系２３を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターゲットをスパ
ッタリングして、基板ホルダーに取り付けられた基板上
に薄膜を成膜するスパッタ装置及びスパッタ方法で、特
にスパッタガスにフッ化物系ガスや酸化物系ガスを導入
して高速で多層光学薄膜を形成するカルーセル型スパッ
タ装置及びスパッタ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から広く用いられている平行平板型
のマグネトロンスパッタ装置は、真空槽内に、薄膜の材
料となるターゲットと、基板ホルダーに取り付けられた
基板とを対向するように配した上で、プラズマを生成し
てターゲットをスパッタリングし、スパッタリングによ
って叩き出されたスパッタリング粒子を基板上に堆積さ
せることにより、基板上に薄膜を成膜する装置で、他の
手法に比べ簡便で高密度膜の成膜、高強度膜の成膜、大
面積成膜、ターゲット寿命等に優れるという特徴があ
り、近年この様な特徴を生かし基板を加熱することなく
優れた膜の密着性が得られることや自動化の容易さとい
った利点からスパッタリング法による光学薄膜の形成技
術が検討されている。

【０００３】この様なスパッタリング法で基板収納枚数
を大幅に増やし生産性の改善した装置構成がカルーセル
型スパッタ装置である。回転する円筒状支持体（カルー
セル）の側面に、成膜する基板を取り付け、そのホルダ
ー外周に面して設置されたターゲットをスパッタして薄
膜を形成する装置形態である。

【０００４】一方、光学素子を形成するに当たっては、
２種以上の屈折率（ｎ）が異なる材料と光学的膜厚
（ｄ）を設計値どうり数層〜数十層積層して所望の光学
特性を得ることが出来る。したがって、従来のカルーセ
ル型スパッタ装置では、例えば、カルーセル外周に面し
たチャンバー壁に３基のカソードが取り付けられた装置
で３種の異種材料の多層膜で所望の光学特性を得るため
にはカソード１基毎に異種のターゲットを取り付け、各
層１基のターゲットで成膜する必要があり、成膜速度に
おいては、他の手法である蒸着法に比べると遅い等の問
題があった。

【０００５】この様な問題に対し、従来下記の解決策が
提案されてきた。

【０００６】回転する基体支持体（カルーセル）の周辺
部に比較的に低い活性ガス（酸素等）分圧雰囲気で成膜
速度の早い金属蒸着モードで作動する金属蒸着ゾーン
と、比較的高い酸素等の活性ガス分圧雰囲気で反応性の
高い反応プラズマモードで作動する反応ゾーンを設け、
交互に成膜／反応を繰り返し成膜する装置及び成膜方法
等が提案されている（オプチカルコーテイングラボ
ラトリーインコーポレーテッドによる特開平２−４９６
７号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、こ
れらの解決策は、成膜速度の安定性又はその安定性を得
るために高価な制御機器が複数必要で、装置価格も高価
となり製品の価格がコストアツプになるという問題があ
った。

【０００８】一般にスパッタの成膜速度は、ターゲット
材料やスパッタ条件（スパッタ電力、スパッタガス種、
ガス分圧、ガス圧力、基体温度）で異なる。特に、同じ
ターゲット材料ならば金属でスパッタした方が高い成膜
速度を得ることが出来る。また、スパッタ条件ではスパ
ッタ電力、スパッタガス種、ガス圧力が同じならばスパ
ッタガス分圧が成膜速度に大きな影響を与える。それは
前述したようにスパッタガス分圧によって金属状態のス
パッタから絶縁体のスパッタか選択できるからである。

【０００９】例えば、図６はアルゴンと酸素の分圧を変
化させた時のＴｉＯ₂の成膜速度を示すグラフで、前記
オプチカルコーテイングラボラトリーインコーポレ
ーテッドの装置はＯ₂/Ａｒ分圧比の低い成膜速度が急峻
な変化をする金属モード領域で成膜するため、高速成膜
が実現出来ている。しかしＯ₂/Ａｒ分圧比に対し成膜速
度変化が急峻な為、外部の影響を受けやすく設定値と同
じ膜厚を安定して得るのは困難である。その為、成膜中
のＯ₂/Ａｒ分圧比をスパッタプロセス雰囲気中でも計測
できる高価なスパッタプロセスモニター等でＯ₂/Ａｒ分
圧比を計測しガス流量やスパッタＤＣ電源出力等を制御
する等の方策をとらなければならない。また、反応ゾー
ンにおいても同様なことがいえる。

【００１０】従って、本発明の目的は、多層膜成膜にお
いて従来とは異なったスパッタカソードを搭載した小型
で効率良く高速で且つ、優れた膜特性が得られるスパッ
タ装置を安価に提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るスパッタ装置は、成膜する基板を側面に
複数個支持し回転する筒状支持体と、該筒状支持体の外
側で前記筒状支持体の回転軸を中心とした円周上に複数
個配置されたマグネトロンカソードとを有し、基板上に
多層膜を形成するスパッタ装置において、前記マグネト
ロンカソードが前記筒状支持体の回転軸を中心とした円
周上にある点を回転中心軸とした多角柱状のカソードホ
ルダーを有し、前記カソードホルダーの複数の側面にカ
ソードが取付けられ、各カソードにはそれぞれ異なる材
料のターゲートが設置され、前記カソードホルダーはそ
の中心軸で回転して、成膜する基板に対面させるターゲ
ットを切り替える手段を有することを特徴とする。

【００１２】この場合、成膜する基板上の、前記円筒状
支持体の回転方向に垂直な膜厚むらを補正する膜むら補
正板が各ターゲットの前面空間部に配設され、さらに、
前記膜むら補正板は、ターゲット材料毎にターゲット面
に平行に移動調整され、かつ、ターゲットの回転切り替
えと連動することを特徴とするスパッタ装置であること
が好ましい。前記膜むら補正板が多数の穴で構成された
開口率の分布を有するものであってもよく、また補正板
材料がアルミ又はアルミナであることが好ましい。

【００１３】また、上記のスパッタ装置において、前記
筒状支持体が配置された成膜室と、該成膜室の上部に仕
切弁を介して配置された予備室とを有し、前記成膜室は
前記筒状支持体の回転中心軸の位置出し機能を有する回
転機構を備え、前記予備室は成膜室と予備室間の上下方
向に前記筒状支持体を移動させる手段を備えていること
を特徴とするものが好ましい。

【００１４】さらに、前記筒状支持体と、該筒状支持体
の外側で前記筒状支持体の回転軸を中心とした円周上に
複数個配置されたマグネトロンカソードとの間の空間
に、マグネトロンカソードの個数に１を足した数の開口
部を有する円筒状シャッターを有し、該円筒状シャッタ
ーは前記筒状支持体の回転軸と同軸の回転軸を有し、成
膜の開始および終了のシャッター開閉動作を同一回転方
向で、かつ筒状支持体の回転位置と同期させる手段を有
していることを特徴とするスパッタ装置が好ましい。

【００１５】（作用）光学特性等の機能素子を薄膜で形
成する場合、多くは屈折率の異なる異種材料の多層膜を
必要とし、特に、光学素子においては各層が使用波長に
対し光学的に光吸収の低い膜であること、屈折率の安定
性と膜厚の制御性が高い事などが重要である。

【００１６】光学素子の使用波長に対し光学的に光吸収
の低い膜や屈折率の安定性と膜厚制御性の高い膜を得る
為には、図６を例にするとＯ₂/Ａｒ分圧比が高い領域で
達成される。しかしこの領域では成膜速度が遅い欠点を
有する。

【００１７】例えば、図３の様な構成のカルーセル型ス
パッタ装置、特に、チャンバー（成膜室）の側壁面が４
面を有する四角のチャンバーの中央部に、回転するカル
ーセル（筒状支持体）を有するスパッタ装置の場合、１
面はチャンバー内部を排気する排気ポートで使用し、他
の３面にそれぞれマグネトロンカソードが設置され、各
々に異種材料のターゲットが取り付けられている構成と
なる。

【００１８】この様な構成のカルーセル型スパッタ装置
に比べ、本発明のカルーセル型スパッタ装置は例えば図
１および図２の様な構成で、筒形のカルーセル回転軸を
中心とした外周上のある点を回転中心軸とした略三角柱
のカソードホルダーの３側面にそれぞれカソードが取付
けられ、各々に異種材料のターゲットが取り付けられ、
カソードホルダーがその中心軸で回転してターゲット材
料を切り替える機能を有する構成となる。

【００１９】この様な装置で多層膜を成膜する場合を比
較すると、図３の様な装置では、各層を成膜する場合、
カソードには各々異種材料のターゲットが設置されてい
るので、１面のカソードでスパッタリングを行ない、ス
パッタするターゲットを順次切り替えて多層膜を形成す
る方法となる。

【００２０】それに比べ、図１および図２の様な本発明
のカルーセル型スパッタ装置は、３種の異種材料のター
ゲットを有するカソードホルダーが３基配設され、それ
ぞれ同種のターゲット材料が円筒状のカルーセル側に対
面するようにカソードホルダーが回転して切り替えられ
るため、１層当たり３面同時にスパッタリングすること
が可能となる。その後、順次３基のターゲット材料を切
り替えてスパッタリングすることで基板に多層膜を形成
することができる。

【００２１】したがって、上記の例で比較すると、図３
の様な装置では必要な材料が設置されている領域のみで
成膜するのに対し、本発明の場合はカルーセル周方向の
複数領域で成膜が可能で、上記の例では３倍の成膜速度
を優れた膜特性が得られる成膜条件下で得ることができ
る。尚、上記例では筒形のカルーセル回転軸を中心とし
た外周上に３個の略三角柱のカソードホルダーを設置し
た場合で説明したが、可能な限り設置した方がより成膜
速度は高くなる。また、上記例では３種の異種材料の多
層膜で説明したが、必要に応じて、ｎ種の材料が必要な
場合はｎ角柱体のｎ面にそれぞれｎ種の異なるターゲッ
トを設置することが出来る。

【００２２】次に、カルーセルの膜厚分布補正について
述べる。前述したようにカルーセルに膜厚分布が存在す
ると、目標となる光学特性を広範囲に得ることが出来な
い。ターゲットのスパッタリング領域が無限長ならば、
カルーセルに取り付けられた基板上に成膜された膜厚は
カルーセル回転方向および軸方向の膜厚均一化は達成で
きるが、スパッタリング領域が有限長なので膜厚分布は
カルーセル軸方向の中心部（ターゲット中心部）の膜厚
が厚く周辺に行くほど薄くなる傾向が−般である。その
為、本発明では、基板上の、カルーセルの回転方向に垂
直な膜厚むらを補正する機能を有する膜むら補正板が各
ターゲット前面でカルーセルとターゲット面で囲まれる
空間位置に配置され、膜厚の厚い中心部分の約９０％程
度の厚さに一様となるようにスパッタ粒子を膜むら補正
板が捕捉する。この様にすると膜むら補正板は三日月形
状となりターゲット前面側方の片側または両側に配置し
てもよい。また、多数個の穴で開口率を調整して膜むら
補正を図っても良い。また、膜むら補正板をターゲット
面に平行に移動する調整機能によって、ターゲットのエ
ロージョン領域の進行に伴って変化する膜厚分布や、原
因不明であるがカルーセル上下方向の不均衡の調整など
の微調整を行う。

【００２３】さらに、ターゲットからスパッタガスで叩
き出されたスパッタ粒子の放出角度分布がターゲット材
料によって異なる為、ターゲット材料毎に専用の膜むら
補正板が必要となる。その為、ターゲット材料毎の膜む
ら補正板をターゲットの回転切り替えと連動させて切り
替え、膜厚均一化を図っている。尚、酸化物系の誘電体
膜を形成する場合、膜むら補正板の材料としてスパッタ
リング率が低く且つ、膜中に不純物として混入しても影
響の少ないアルミもしくはアルミナが好ましい。

【００２４】前記カルーセル型スパッタ装置において膜
質および成膜速度の安定という優れた特性で小型・低価
格・成膜の高効率化を実現する為のトータルシステム
は、成膜室および予備室を備えた一貫システムが必要で
特に駆動部分において、簡単な構成で信頼性の高い搬送
機構が重要である。本発明では、カルーセルが配置され
た成膜室と、該カルーセルの上部に仕切弁を介して配置
された予備室とを有し、前記成膜室はカルーセルの回転
中心軸の位置出し機能を有する回転機構を備え、前記予
備室は成膜室と予備室間の上下方向にカルーセルを移動
させる手段を備えていることを特徴とする装置が考えら
れる。

【００２５】具体的な上下方向に移動可能なカルーセル
の搬送機構は、強力なサマリュウムコバルト磁石などで
大気側の外部磁石と、ロッドが連結された真空側の内部
磁石とを結合したトランスファーロッドと呼ばれる直線
導入機で達成される。また、ロッド先端部には前記同
様、磁石結合で大気側から伝達された駆動力で作動する
クランプ／アンクランプ機構を有する。

【００２６】予備室側で予備排気されたカルーセルは、
トランスファーロッドの先端部のクランプ機構で保持さ
れている。予備排気後成膜室上部に仕切弁を介してカル
ーセルはトランスファーロッドで搬送され成膜室下部に
ある回転機構を有するテーブルに乗せる。テーブルには
回転中心軸を自動調整するテーパー状の突起形状を有
し、また、カルーセル下部にはテーパー状の凹部を有し
はめ合わせることで回転中心軸を自動的に合わせる事が
出来る。トランスファーロッドはカルーセルのセット位
置より奥でクランプ用の爪を閉じカルーセル上部のクラ
ンプ穴から離れ予備室側に戻り成膜室側で成膜が開始す
る。尚、成膜後のカルーセルの排出は前記と同様な動作
で排出される。

【００２７】従って、この様に簡単な構成で信頼性の高
い搬送が可能となった。

【００２８】次に成膜方法においては、ターゲットとカ
ルーセルの間に開閉するシャッターで成膜開始と成膜終
了の動作を行う。成膜開始時にはシャッターを閉じカル
ーセルに配設された基体に膜が成膜されないようにスパ
ッタ粒子をシャッターで捕捉する。ターゲット表面のク
リーニングおよびターゲット温度が一定となる等の成膜
速度が安定した後シャッターを開き成膜を開始し、設定
膜厚成膜後シャッターを閉じ成膜を終了する。

【００２９】この時、カルーセル回転位置が成膜を開始
した位置と成膜を終了した位置が異なっていると、カル
ーセル回転方向に膜厚バラツキが生じる。この膜厚バラ
ツキを減少させるためにカルーセル回転とシャッター開
閉動作の同期をとり且つ、シャッター開閉動作を一方向
動作にすることで解消出来る。

【００３０】具体的には、カルーセル回転軸と同軸で回
転する円筒形状のシャッター板でカルーセル外側の周囲
にあるｎ個の多角柱カソードホルダーと同位置でｎ＋１
の開口部を有するシャッター板で成膜の開始および終了
のシャッター開閉動作が同一回転で、さらにカルーセル
の回転と同期する手段を有するカルーセル型スパッタ装
置およびスパッタ方法で達成される。

【００３１】以上により、本発明では、優れた膜特性の
得られるスパッタ条件でカルーセル外側の周囲で回転に
よる複数のターゲット材料を切り替える機構を有するカ
ソードホルダーで効率良く成膜することで成膜速度を高
め、また、各ターゲット材料毎の膜むら補正板や成膜開
始と終了のシャッター動作を工夫することによりカルー
セル全体が均一な成膜となり、さらにスパッタ装置全体
システムとして簡単な安価で、信頼性の高い搬送機構に
することにより小型で高効率な安価なカルーセル型スパ
ッタ装置となった。

【００３２】したがって本発明の目的である、多層膜成
膜において従来とは異なったスパッタカソードを搭載し
た小型で効率良く高速で且つ、優れた膜特性が得られる
カルーセル型スパッタ装置を安価に提供することが出来
た。

【００３３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００３４】図１は本発明の一つの実施の形態によるカ
ルーセル型スパッタ装置の横断面図で、図２は本発明の
一つの実施の形態によるカルーセル型スパッタ装置の縦
断面図である。

【００３５】図１および図２に示す形態のカルーセル型
スパッタ装置は、成膜室１、ターゲットが配設されてい
るターゲット室２ａ，２ｂ，２ｃ、成膜室１およびター
ゲット室２ａ，２ｂ，２ｃを真空排気する真空ポンプ等
からなる排気系３、スパッタガスおよび反応性ガスを供
給するガス供給系４を有している。そしてターゲット室
２ａ，２ｂ，２ｃには、回転シール５ｂ，５ｂ’を介し
て固定された多角柱形状のカソードホルダー６ａ，６
ｂ，６ｃが設けられ、該カソードホルダー６ａ，６ｂ，
６ｃには絶縁部材７１ａ，７２ａ，７３ａ，７１ｂ，７
２ｂ，７３ｂ，７１ｃ，７２ｃ，７３ｃを介して固着さ
れたターゲットホルダー８１ａ，８２ａ，８３ａ，８１
ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８１ｃ，８２ｃ，８３ｃが設けら
れ、該ホルダー８１ａ，８２ａ，８３ａ，８１ｂ，８２
ｂ，８３ｂ，８１ｃ，８２ｃ，８３ｃにはバッキングプ
レートにボンディングされたターゲット９１ａ，９２
ａ，９３ａ，９１ｂ，９２ｂ，９３ｂ，９１ｃ，９２
ｃ，９３ｃが配設してある。尚、ターゲット９１ａ，９
１ｂ，９１ｃと、ターゲット９２ａ，９２ｂ，９２ｃ
と、ターゲット９３ａ，９３ｂ，９３ｃにはそれぞれ同
じターゲット材料が取り付けられている。

【００３６】このターゲット９１ａ，９２ａ，９３ａ，
９１ｂ，９２ｂ，９３ｂ，９１ｃ，９２ｃ，９３ｃの背
後には、ターゲット面を所望の電位にするカソード（不
図示）と、ターゲット面に沿ってマグネトロン磁場を発
生させる磁界発生手段（不図示）とが配置してある。

【００３７】また、ターゲット９１ａ，９２ａ，９３
ａ，９１ｂ，９２ｂ，９３ｂ，９１ｃ，９２ｃ，９３ｃ
とそれに対応するターゲットホルダー８１ａ，８２ａ，
８３ａ，８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８１ｃ，８２ｃ，８
３ｃの部分には、冷却パイプを介して冷却水が各バッキ
ングプレートと各ターゲットホルダーで形成された水冷
ジャケット内部を循環し、各ターゲットおよび各マグネ
トロン永久磁石が冷却されるようになっている。

【００３８】尚、符号１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，
１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ、１０１ｃ，１０２ｃ，
１０３ｃは放電をシールドするシールド板で、ターゲッ
ト材料以外のスパッタリングを防止し薄膜中への不純物
混入を防止する役割や、ターゲットホルダー８１ａ，８
２ａ，８３ａ，８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８１ｃ，８２
ｃ，８３ｃ、絶縁部材７１ａ，７２ａ，７３ａ，７１
ｂ，７２ｂ，７３ｂ，７１ｃ，７２ｃ，７３ｃ等の防着
板、さらに陽極としても働く。

【００３９】また、ターゲット９１ａ，９２ａ，９３
ａ，９１ｂ，９２ｂ，９３ｂ，９１ｃ，９２ｃ，９３ｃ
の前面空間部には、薄膜が形成される基板の膜厚分布を
補正する補正板１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ，１１１
ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ，１１１ｃ，１１２ｃ，１１３
ｃがスペーサーを介してシールド板１０１ａ，１０２
ａ，ｌ０３ａ，１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０１
ｃ，１０２ｃ，１０３ｃに固着され、さらに補正板はタ
ーゲット面に平行に移動することで補正板自体の形状や
開口率分布を調整可能な機構（図４および図５に例示す
る。）を有している。

【００４０】各々のターゲットには電極棒１２が接続さ
れ、さらに各々のターゲット室２ａ，２ｂ，２ｃの上部
に位置する３個の電極棒１２の上方にターゲット切り替
えの接点１３ａ，１３ｂ，１３ｃが設けられていて、そ
れぞれスパッタ電源１４ａ，１４ｂ，１４ｃと接続され
ている。そして、ターゲット回転シール５ｂを介した回
転軸の下部に配設されたターゲット駆動系２３によって
カソードホルダー６ａ，６ｂ，６ｃを回転することによ
って、カルーセル１８に向き合うターゲットのみにスパ
ッタ電力を供給する事が可能となっている。

【００４１】成膜室１の底面にはカルーセルを回転する
回転駆動系１５が固着され、その回転軸には回転シール
１６を介して回転テーブル１７が接続されている。

【００４２】回転テーブル１７の上面は凸状の形状で側
面がテーパー状を有し、カルーセル１８とのはめ合いで
回転中心出しおよび高さ位置を精度良く出している。

【００４３】多角柱状のカルーセル１８の側面には、基
体を取り付けた基板ホルダー１９が全周に取り付けられ
ている。

【００４４】カルーセル１８とターゲットの間には側面
に四カ所（カソードホルダーの数＋１）の開口部を有す
る円筒状のシャッター２０が配設されている。このシャ
ッター２０は、成膜室１の下部にあるシャッター駆動軸
２１および回転シールを介してシャッター駆動系２２で
回転し、シャッター２０の開口部がターゲットに向き合
う位置で成膜が可能となる。また、非成膜時にシャッタ
ー駆動系２２でシャッター２０の開口部をターゲットか
ら完全にずらした際、シャッター開口部を塞いでシャッ
ター開口部からのカルーセルヘの膜付着を防止するため
に防着板２４が成膜室１の四隅に配設されている。

【００４５】成膜室１の上部には仕切弁２５を介して前
室（予備室ともいう）２６が配設されている。前室２６
には室内を真空排気する真空ポンプ等からなる排気系２
７、およびカルーセル１８を搬送する搬送系２８が配設
されている。搬送系２８の内部にはトランスファーロッ
ド２９に固定された内部磁石（不図示）が挿入され、搬
送系２８の外部には、その内部磁石と磁気結合された搬
送用外部磁石３０が配され、トランスファーロッド２９
は真空側である前室２６の内側に、搬送用外部磁石３０
は大気側である前室２６の内側に分離して配置されてい
る。

【００４６】大気側の搬送用外部磁石３０はボールねじ
等を介して搬送駆動系３１に連結されている。搬送駆動
系３１にて大気側の搬送用外部磁石３０を下降させる
と、外部磁石３０と磁気結合された内部磁石と固定され
ている真空側のトランスファーロッド２９は下降する。

【００４７】トランスファーロッド２９の先端にはクラ
ンプ機構３２が取り付けられ、クランプ機構３２の側面
には複数の開閉する爪３３が配設されている。この爪３
３を開閉（飛び出させたり引っ込めたり）する力は、ト
ランスファーロッド２９の内部に上下移動するクランプ
軸（不図示）を配設し先端部の爪と連結することで伝達
する。

【００４８】このクランプ軸のクランプ機構３２とは反
対側に、トランスファーロッドと同様な内部磁石（不図
示）が固着されている。この内部磁石の大気側にはクラ
ンプ用外部磁石３４が磁気結合されていて、クランプ駆
動系３５と連結されている。また、クランプ駆動系３５
は搬送用外部磁石３０と固着されているのでトランスフ
ァーロッド２９がどの位置にあっても爪３３を開閉する
ことができる。

【００４９】次に、上記のカルーセル型スパッタ装置を
用いて実際にダイクロミラー用の多層膜を成膜した方法
を述べる。

【００５０】ターゲットはサイズが５インチ×２５イン
チ（約１２７ｍｍ×６３５ｍｍ）の長方形ターゲットで
あり、ターゲット９１ａ，９１ｂ，９１ｃには純度９
９．９％のタンタル（Ｔａ）が、ターゲット９２ａ，９
２ｂ，９２ｃにはシリコン（Ｓｉ）にリン（Ｐ）をドー
プした多結晶シリコンが、ターゲット９３ａ，９３ｂ，
９３ｃには純度９９．９％のチタン（Ｔｉ）がそれぞれ
取り付けてある。また、カルーセル１８は高さ４００ｍ
ｍ、直径４００ｍｍの１０角柱であり、１０角柱の側面
全周に基体がセットされている。

【００５１】カルーセル１８が前室２６内部で、トラン
スファーロッド２９の先端部のクランプ機構３２によっ
てクランプ保持されている。さらに許しくはカルーセル
１８上部の穴を通してクランプ機構３２が挿入され、カ
ルーセル１８内部でクランプ機構３２の爪３３が開きカ
ルーセル１８が吊り下がって保持されている。

【００５２】この様な状態で前室２６の内部空間が例え
ば真空ポンプからなる排気系２７で真空排気される。

【００５３】真空排気終了後真空ポンプ等からなる排気
系３にて真空排気された成膜室１ヘカルーセル１８を搬
送する。成膜室１の上部の仕切弁２５を開き、搬送駆動
系３１にて大気側の搬送用外部磁石３０を下降させ、カ
ルーセル１８が保持されているトランスファーロッド２
９を下降させ、カルーセル１８を成膜室１の底面に配設
された回転テーブル１７の上に乗せる。この時、カルー
セル１８の底面と回転テーブル１７の上部では、凹凸の
テーパー形状どうしのはめ合いにてカルーセルの高さお
よび回転中心軸合わせが自動的に行われる。トランスフ
ァーロッド２９はカルーセル１８のセット位置よりもや
や奥に移動して停止する。次にクランプ駆動系３５を駆
動させて、クランプ駆動系３５と連結されたクランプ用
外部磁石３４と磁気結合されているクランプ軸そしてク
ランプ機構３２ヘ力を伝達することで、クランプ機構３
２の側面の爪３３を閉じる。

【００５４】その後、トランスファーロッド２９を前室
２６まで上昇させて戻し、仕切弁２５を閉じて、カルー
セル１８の成膜室１への搬送を終了し、成膜工程に入
る。

【００５５】成膜工程では、シャッター２０は閉じた状
態（図１の状態）で回転テーブル１７に乗っているカル
ーセル１８を回転駆動系１５で回転させる。回転数は早
い方が回転方向の膜むらが小さくなるが、回転機構や振
動等を考慮して６０ｒｐｍ程度とした。

【００５６】一方、ターゲット室２ａ，２ｂ，２ｃでは
ダイクロ膜の１層目の材料であるタンタル（Ｔａ）がカ
ルーセル側に向くように、ターゲット切り替えの接点１
３ａ，１３ｂ，１３ｃとそれぞれに対応する各電極棒１
２とが離れた状態でターゲット駆動系２３によってカソ
ードホルダー６ａ，６ｂ，６ｃを位置合わせする。位置
合わせ終了後、接点１３ａ，１３ｂ，１３ｃとそれぞれ
に対応する各電極１２とを閉じる。

【００５７】ガス供給系４よりスパッタガスとしてアル
ゴン（Ａｒ）６００［ｍＬ／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）］
と酸素（Ｏ₂）４００［ｍＬ／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａ
ｌ）］導入しスパッタ圧力を１Ｐａにした後、スパッタ
電源１４ａ，１４ｂ，１４ｃより各５００Ｗの直流電力
を供給して放電を開始する。放電開始後、電力を設定値
の電力各１０ｋＷになるまで徐々にランピングする。

【００５８】ターゲット表面のクリーニングとターゲッ
ト温度が一定となる等の放電が安定するまで、プリスパ
ッタ工程を行う。

【００５９】プリスパッタ工程終了後、シャッター駆動
系２２でシャッター２０を４５度回転させるとターゲッ
ト前面にシャッター開口部が来て、成膜が開始される。

【００６０】設定された膜厚まで成膜された後、前述と
同様シャッター２０が開時と同じ回転方向で４５度回転
して、ターゲット前面に位置する基体への膜形成がシャ
ッター２０で遮られる。その後、ＤＣ電源およびガス供
給を停止する。この時シャッターの動作は成膜の開始と
終了の位置を同じにするためにシャッター開時と閉時で
同じ回転方向にし、かつカルーセル１８の回転位置と同
期させており、さらに、シャッター開時のカルーセル回
転動作中に捕捉されたスパッタ粒子の量をシャッター閉
時に補正し、カルーセルの周方向における膜厚の均一化
を図っている。

【００６１】また、カルーセルの縦方向（カルーセル回
転方向に垂直な方向、あるいは回転軸に沿った方向）の
膜厚均一化に関して、膜厚補正板１１１ａ，１ｌｌｂ，
１１１ｃが配設されていない時、カルーセル縦方向の中
心部の最大膜厚の約９０％の膜厚が得られる領域は、タ
ーゲットサイズの上下１００ｍｍを除いたターゲット正
面の領域で達成される。

【００６２】本発明によるカルーセル型スパッタ装置で
は、ターゲットサイズが２５インチ（６３５ｍｍ）でタ
ーゲット上下の両側各１００ｍｍを除いた約４００ｍｍ
の領域が中心部の最大膜厚の約９０％の膜厚が得られる
領域となる（カルーセルの高さ寸法と同じ寸法）。

【００６３】上記の領域の膜厚分布を±１％以下になる
ようにターゲットとカルーセルとの空間に、アルミ材料
からなる膜厚補正板１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを配
設して膜厚の均一化を図る。

【００６４】尚、さらに膜厚補正板について言えば、タ
ーゲット材料の放出角度分布や、原因は不明であるがカ
ルーセル上下方向の不均衡などによって膜厚分布が異な
るため、ターゲット材料毎の補正板形状が必要となる。

【００６５】図４および図５はターゲット面に平行に移
動することで調整可能な補正板を示したものである。図
４に示す膜厚補正板は、長穴２０２で固定される補正板
中心部２０１の両側に複数の周辺部補正板２０３，２０
４が回転中心ネジ２０５．２０６で取り付けられ、周辺
部補正板２０３と２０４を別個に回転中心ネジ２０５と
２０６を中心に回転させて補正板形状を微調整した後固
定ネジ２０７，２０８で固定する方式のものである。図
５に示す膜厚補正板は長穴２０２で固定される補正板中
心部２０１の両側に多数の穴２０９，２１０が開いた形
状で、両側の開口率の異なる周辺部補正板２０３，２０
４の位置を調整して多数の穴２０９，２１０の重なり具
合で膜むら補正する補正板である。

【００６６】１層目の成膜が終了後、１層目と同様にタ
ーゲット切り替えの接点１３ａ，１３ｂ，１３ｃとそれ
ぞれに対応する電極棒１２とが離れた状態でターゲット
駆動系２３でカソードホルダー６ａ，６ｂ，６ｃを回転
させ、ターゲット９２ａ，９２ｂ，９２ｃがカルーセル
前面位置になるように位置合わせを行う。位置合わせ終
了後、ターゲット切り替えの接点１３ａ，１３ｂ，１３
ｃとそれぞれに対応する電極棒１２を繋ぐ。

【００６７】ターゲット９２ａ，９２ｂ，９２ｃはリン
（Ｐ）又はボロン（Ｂ）ドープの多結晶Ｓｉターゲット
が取り付けられている。Ｓｉターゲットにはアルゴン
（Ａｒ）８００［ｍＬ／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）］、酸
素（Ｏ₂）２００［ｍＬ／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）］、
ＤＣ電力を各６．５ｋＷ投入し、前述した１層目と同様
な手順でＳｉＯ₂成膜を行う。１層目、２層目のペアを
数ペア成膜後、ターゲット９３ａ，９３ｂ，９３ｃのチ
タン（Ｔｉ）に切り替え、成膜を開始する。Ｔｉの成膜
条件はアルゴン（Ａｒ）８００［ｍＬ／ｍｉｎ（ｎｏｒ
ｍａｌ）］、酸素（Ｏ₂）１５０［ｍＬ／ｍｉｎ（ｎｏ
ｒｍａｌ）］、ＤＣ電力を各１０ｋＷ投入し、成膜を行
う。

【００６８】ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂膜のペアをさらに数ペア
成膜後、成膜工程は完了する。

【００６９】成膜工程完了後、カルーセル１８の回転を
停止した後、仕切弁２５を開き、搬送駆動系３１を作動
してトランスファーロッド２９を下降させる。この時、
トランスファーロッド先端のクランプ機構３２の爪３３
は閉じた状態にしておく。カルーセル１８上部の穴をク
ランプ機構３２が通過した後、クランプ駆動系３５を作
動してクランプ機構側面の爪３３を開きカルーセル１８
をクランプする。その後、トランスファーロッド２９を
上昇させてカルーセル１８を吊り下げながら前室２６ま
で搬送させる。仕切弁２５を閉じ、搬送工程は完了す
る。前室２６を大気に開放した後、成膜した基板を取り
外して一連の工程は完了する。

【００７０】本実施形態では、ターゲット室が３室、カ
ソードホルダーのターゲットが３面で３種の材料のＤＣ
スパッタ成膜で説明したが、本発明はこれに限定したも
のでなく、例えば、成膜室を５角柱としそのうちの４側
面に４室のターゲット室を設けた構成にすると、さらに
成膜速度が速くなり好ましい。また、ターゲット材料が
絶縁物の場合、ＤＣ電源をＲＦ電源に置き換えることで
絶縁物材料にも対応することが出来る。

【００７１】以上により、本実施形態では、優れた膜特
性の得られるスパッタ条件でカルーセル外周に面した複
数個所に設けられた、回転による複数のターゲット材料
を切り替える機構を有するカソードによって効率良く成
膜することで成膜速度を高め、また、各ターゲット材料
毎の膜むら補正板や成膜開始と終了のシャッター動作を
工夫することによりカルーセル全体が均一な成膜とな
り、さらにスパッタ装置全体システムとして簡単な安価
で信頼性の高い搬送機構にすることにより小型で高効率
な安価なカルーセル型スパッタ装置となった。したがっ
て、本発明の目的である、多層膜成膜において従来とは
異なったスパッタリングカソードを搭載した小型で効率
良く高速で優れた膜特性が得られるスパッタ装置を安価
に提供することが出来た。

【００７２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明は以下に述べ
る効果を有する。

【００７３】従来のカルーセル型平行平板型マグネトロ
ンスパッタの基板収納枚数を大幅に増やし生産性の改善
出来る等の長所を取り入れ、優れた膜特性の得られるス
パッタ条件でカルーセル外側の周囲で回転による複数の
ターゲット材料を切り替える機構を有するカソードホル
ダーを用いて複数個所同時に成膜することで成膜速度を
高め、また、各ターゲット材料毎の膜むら補正板や成膜
開始と終了のシャッター動作を工夫することによりカル
ーセル全体が均−な成膜となり、更にスパッタ装置全一
体システムとして簡単な安価で信頼性の高い搬送機構に
することにより小型で高効率な安価なカルーセル型スパ
ッタ装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施の形態によるカルーセル型
スパッタ装置の横断面を示す図である。

【図２】本発明の一つの実施の形態によるカルーセル型
スパッタ装置の縦断面を示す図である。

【図３】本願発明の構成と比較するためのカルーセル型
スパッタ装置の横断面を示す図である。

【図４】本発明のカルーセル型スパッタ装置に使用する
膜厚補正板の例を示す図である。

【図５】本発明のカルーセル型スパッタ装置に使用する
膜厚補正板の例を示す図である。

【図６】Ｏ₂／Ａｒ分圧比を変化させた時の成膜速度変
化を示すグラフである。

【符号の説明】

１成膜室２ａ、２ｂ、２ｃターゲット室３排気系４ガス供給系５ｂ、５ｂ’ 回転シール６ａ、６ｂ、６ｃカソードホルダー７１ａ、７２ａ、７３ａ、７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７
１ｃ、７２ｃ、７３ｃ絶縁部材８１ａ、８２ａ、８３ａ、８１ｂ、８２ｂ、８３ｂ、８
１ｃ、８２ｃ、８３ｃターゲットホルダー９１ａ、９２ａ、９３ａ、９１ｂ、９２ｂ、９３ｂ、９
１ｃ、９２ｃ、９３ｃターゲット１０１ａ、１０２ａ、１０３ａ、１０１ｂ、１０２ｂ、
１０３ｂ、１０１ｃ、１０２ｃ、１０３ｃシールド
板１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１１ｂ、１１２ｂ、
１１３ｂ、１１１ｃ、１１２ｃ、１１３ｃ膜厚補正
板１３ａ、１３ｂ、１３ｃターゲット切り替えの接点１４ａ、１４ｂ、１４ｃスパッタ電源１５回転駆動系１６回転シール１７回転テーブル１８カルーセル１９基板ホルダー２０シャッター２１シャッター駆動軸２２シャッター駆動系２３ターゲット駆動系２４防着板２５仕切弁２６前室（予備室）２７排気系２８搬送系２９トランスファーロッド３０搬送用外部磁石３１搬送駆動系３２クランプ機構３３爪３４クランプ用外部磁石３５クランプ駆動系２０１補正板中心部２０２長穴２０３、２０４周辺部補正板２０５、２０６回転中心ネジ２０７、２０８固定ネジ２０９、２１０穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木康之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者枇榔竜二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金沢秀宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H048 FA07 FA15 FA24 GA14 GA32 GA60 4K029 BA46 BA48 BB02 BC07 BD00 CA05 DA00 DA12 DC03 DC05 DC16 DC34 DC35 DC39 EA01 JA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成膜する基板を側面に複数個支持し回転
する筒状支持体と、該筒状支持体の外側で前記筒状支持
体の回転軸を中心とした円周上に複数個配置されたマグ
ネトロンカソードとを有し、基板上に多層膜を形成する
スパッタ装置において、前記マグネトロンカソードが前記筒状支持体の回転軸を
中心とした円周上にある点を回転中心軸とした多角柱状
のカソードホルダーを有し、前記カソードホルダーの複
数の側面にカソードが取付けられ、各カソードにはそれ
ぞれ異なる材料のターゲートが設置され、前記カソード
ホルダーはその中心軸で回転して、成膜する基板に対面
させるターゲットを切り替える手段を有することを特徴
とするスパッタ装置。
【請求項２】成膜する基板上の、前記円筒状支持体の
回転方向に垂直な膜厚むらを補正する膜むら補正板が各
ターゲットの前面空間部に配設され、さらに、前記膜む
ら補正板は、ターゲット材料毎にターゲット面に平行に
移動調整され、かつ、ターゲットの回転切り替えと連動
することを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】膜むら補正板が多数の穴で構成された開
口率の分布を有することを特徴とする請求項２に記載の
スパッタ装置。
【請求項４】膜むら補正板の材料がアルミまたはアル
ミナであることを特徴とする請求項２に記載のスパッタ
装置。
【請求項５】前記筒状支持体が配置された成膜室と、
該成膜室の上部に仕切弁を介して配置された予備室とを
有し、前記成膜室は前記筒状支持体の回転中心軸の位置
出し機能を有する回転機構を備え、前記予備室は成膜室
と予備室間の上下方向に前記筒状支持体を移動させる手
段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記
載のスパッタ装置。
【請求項６】前記筒状支持体と、該筒状支持体の外側
で前記筒状支持体の回転軸を中心とした円周上に複数個
配置されたマグネトロンカソードとの間の空間に、マグ
ネトロンカソードの個数に１を足した数の開口部を有す
る円筒状シャッターを有し、該円筒状シャッターは前記
筒状支持体の回転軸と同軸の回転軸を有し、成膜の開始
および終了のシャッター開閉動作を同一回転方向で、か
つ筒状支持体の回転位置と同期させる手段を有している
ことを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタ装
置。