JP2002088471A

JP2002088471A - スパッタ装置

Info

Publication number: JP2002088471A
Application number: JP2000278962A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kamikura; 洋神倉; Naoki Yamada; 直樹山田; Terushige Takeyama; 輝茂竹山; Shuji Kumagai; 修二熊谷
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2002-03-27
Anticipated expiration: 2020-09-13
Also published as: JP4516199B2; US6461484B2; US20020029959A1

Abstract

(57)【要約】【課題】スパッタ装置において、基板を回転させるこ
と無しに均一な薄膜を作成できるようにする。【解決手段】スパッタ放電によりターゲット３０をス
パッタしてターゲット３０の材料の薄膜を基板９の表面
に作成する。ターゲット３０は基板９の中心軸Ａと同軸
の円周上に複数設けられ、主回転機構により基板９の中
心軸と同軸の回転軸の周りに回転する。各ターゲット３
０にスパッタ放電のための電力を導入する電力供給系
は、供給する電力を各々独立して制御するものである。
主回転機構は、スパッタ放電をマグネトロン放電にする
磁石機構５をターゲット３０とともに一体に回転させ
る。磁石機構５はターゲット３０の中心軸に対して非対
称の磁界を形成するものであり、副回転機構によりター
ゲット３０の中心軸の周りに回転する。副回転機構は、
主回転機構の回転動力により磁石機構５を回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、基板の表面に
所定の薄膜を作成するスパッタ装置に関し、特に、異種
材料の複数のターゲットを使用して成膜するのに適した
スパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板の表面に所定の薄膜を作成すること
は、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の電子デバイスやＬＣ
Ｄ（液晶ディスプレイ）等の表示デバイスの製造におい
て広く行われている。このような薄膜作成には、品質の
良い薄膜を高速に作成できることから、スパッタ装置が
多く使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】スパッタ装置に求めら
れる重要な特性の一つに、作成される薄膜の均一性があ
る。膜厚や膜質が均一でないと、その薄膜を利用して製
造される製品の性能を低下させる恐れがある。薄膜の均
一性が低下する要因としては、スパッタ放電を基板の表
面の方向において均一に形成することが困難であること
が挙げられる。また、マグネトロン放電のための磁石機
構を設けている場合、磁石機構による磁界も、基板の表
面の方向に均一に形成することが困難であり、この点も
膜の均一性低下の要因となる。

【０００４】このような点を克服して薄膜の均一性を確
保する構成として、ターゲットの中心と同軸の回転軸の
周りに基板を回転させる構成が採られることがある。し
かしながら、機構的な理由で基板を回転させることがで
きない場合、この構成は採用不可である。本願の発明
は、かかる課題を解決するためになされたものであり、
基板を回転させること無しに均一な薄膜が作成できるよ
うにするという技術的意義を有する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、スパッタ放電により
ターゲットをスパッタしてターゲットの材料の薄膜を基
板の表面に作成するスパッタ装置であって、ターゲット
は、基板の中心軸からずれた位置に配置されており、こ
のターゲットを基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに回
転させる主回転機構が設けられているという構成を有す
る。また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発
明は、前記請求項１の構成において、前記ターゲット
は、前記回転軸と同軸の円周上に複数設けられていると
いう構成を有する。また、上記課題を解決するため、請
求項３記載の発明は、前記請求項２の構成において、前
記複数のターゲットに前記スパッタ放電のための電力を
導入する電力供給系が設けられており、この電力供給系
は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御す
るものであるという構成を有する。また、上記課題を解
決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１乃至
３いずれかの構成において、前記ターゲットは、前記基
板に対して所定角度傾いた状態で配置されているという
構成を有する。また、上記課題を解決するため、請求項
５記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成に
おいて、前記スパッタ放電をマグネトロン放電にする磁
石機構が設けられており、前記主回転機構は、前記ター
ゲットとともにこの磁石機構を一体に回転させるもので
あるという構成を有する。また、上記課題を解決するた
め、請求項６記載の発明は、前記請求項５の構成におい
て、前記磁石機構は、前記ターゲットの中心軸に対して
非対称の磁界を形成するものであるとともに、前記磁石
機構を前記ターゲットの中心軸の周りに回転させる副回
転機構が設けられているという構成を有する。また、上
記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請
求項６の構成において、前記副回転機構は、前記主回転
機構の回転動力により前記磁石機構を回転させるもので
あるという構成を有する。また、上記課題を解決するた
め、請求項８記載の発明は、前記請求項１乃至７の構成
において、前記ターゲット及び前記主回転機構は、前記
基板を挟んで両側に設けられているという構成を有す
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態（以
下、実施形態）について説明する。以下の説明では、ハ
ードディスクのような磁気記録ディスクを製造する際に
使用されるスパッタ装置が想定されている。図１は、本
願発明の第一の実施形態のスパッタ装置の断面概略図で
ある。図１に示す装置は、排気系１１を備えたスパッタ
チャンバー１と、スパッタチャンバー１内の所定位置に
基板９を配置するための基板キャリア２と、スパッタ放
電を生じさせるためのカソードユニット３等から主に構
成されている。

【０００７】スパッタチャンバー１は、気密な真空容器
であり、基板９の出し入れを行うための不図示の開口を
備えている。この開口は、不図示のゲートバルブによっ
て開閉される。スパッタチャンバー１には、内部にスパ
ッタ放電用のガスを導入するガス導入系１２が設けられ
ている。ガス導入系１２は、アルゴン等のスパッタ率の
高いガスを導入する。

【０００８】基板キャリア２は、基板９を垂直に立った
姿勢で保持するものである。このような基板キャリア２
としては、特開平１１−９１９４５号公報や特開平１１
−９１９４６号公報に開示されたものを使用することが
できる。本実施形態では、基板９の両面に同時に成膜す
るため、基板キャリア２に保持された基板９の両側にカ
ソードユニット３が配置されている。カソードユニット
３は、ターゲット３０や磁石機構５を含んでいる。

【０００９】図２を使用して、カソードユニット３の詳
細な構造について説明する。図２は、図１に示すカソー
ドユニット３の詳細を示す断面図である。図１に示す左
右のカソードユニット３は同様の構造（基板９を挟んで
対称の構造）であり、図２にはそのうち左側のカソード
ユニット３の詳細が示されている。まず、スパッタチャ
ンバー１の側壁部には、カソードユニット３の断面積よ
りも少し大きな開口が設けられている。カソードユニッ
ト３は、この開口に挿通されている。

【００１０】スパッタチャンバー１の側壁部の外面に
は、ユニット取付枠６が固定されている。ユニット取付
枠６は、図２に示すような段差のある断面形状の円筒で
ある。ユニット取付枠６の端面は、Ｏリングのような封
止部材６０を介してスパッタチャンバー１の側壁部の外
面に固定されている。ユニット取付枠６の内側には、主
ホルダー３１が設けられている。主ホルダー３１もほぼ
円筒であり、ユニット取付枠６と同軸上に設けられてい
る。以下、この主ホルダー３１の中心軸を「基準軸」と
呼び、図２にＡで示す。前述した基板キャリア２は、基
板９の中心軸がこの基準軸Ａに一致した状態で停止する
ようになっている。主ホルダー３１の右側の端部には、
右ホルダーフランジ３１１が設けられている。右ホルダ
ーフランジ３１１には、カソード取付枠３２が固定され
ている。カソード取付枠３２は、図２に示すような断面
形状のほぼ円筒状であり、基準軸Ａと同軸上に設けられ
ている。

【００１１】カソード取付枠３２の右側の端面はスパッ
タチャンバー１内に位置し、この端面に空洞形成板３３
が固定されている。空洞形成板３３には、バッキングプ
レート３４が固定されている。バッキングプレート３４
には、ターゲット押さえ３１０によりターゲット３０が
着脱可能に取り付けられている。即ち、左から順に、空
洞形成板３３、バッキングプレート３４、ターゲット３
０が重ね合わされ、カソード取付枠３２の右端面に固定
されている。尚、空洞形成板３３及びバッキングプレー
ト３４は、ターゲット３０より少し大きいほぼ円盤状で
ある。

【００１２】図３は、ターゲット３０の形状や配置位置
等を説明する側面概略図である。図３に示すように、本
実施形態では、一つのカソードユニット３に三つのター
ゲット３０が設けられている。各ターゲット３０は同じ
大きさの円盤状である。各ターゲット３０は、基準軸Ａ
上の点を中心とする円周上に均等間隔で（即ち、１２０
度毎に）設けられている。空洞形成板３３は、バッキン
グプレート３４とともに、空洞３３０を形成する形状と
なっている。この空洞３３０内には、後述するように、
冷媒が供給される。

【００１３】本実施形態の装置の第一の大きな特徴点
は、各ターゲット３０を基板９の中心と同軸の回転軸の
周り（即ち、基準軸Ａの周り）に回転させる主回転機構
が設けられている点である。主回転機構は、図２に示す
ように、上述した主ホルダー３１と、主ホルダー３１を
回転させるモータのような回転駆動源３５１等によって
構成されている。具体的に説明すると、主ホルダー３１
の左側の端部には、左ホルダーフランジ３１２が設けら
れている。左ホルダーフランジ３１２の周面は、ギヤ歯
（以下、フランジ側ギヤ歯）になっている。そして、回
転駆動源３５１の出力軸には、フランジ側ギヤ歯に噛み
合うギヤ歯を持つ駆動ギヤ３５２が連結されている。回
転駆動源３５１が駆動されると、駆動ギヤ３５２を介し
て主ホルダー３１が基準軸Ａの周りに回転する。主ホル
ダー３１は、ユニット取付枠６によって保持されてい
る。ユニット取付枠６と主ホルダー３１の間には、ベア
リング７が設けられており、上記主ホルダー３１の回転
を許容するようになっている。

【００１４】カソード取付枠３２内には、磁石機構５が
設けられている。磁石機構５は、各ターゲット３０の背
後にそれぞれ設けられている。磁石機構５は、中央磁石
５１と、中央磁石５１を取り囲む周辺磁石５２と、中央
磁石５１と周辺磁石５２とをつなぐヨーク５３とから主
に構成されている。中央磁石５１と周辺磁石５２による
磁力線５０は、図２に示すように、ターゲット３０を貫
き、ターゲット３０の前方の放電空間に弧状に形成され
る。ターゲット３０と磁力線５０とによって形成される
閉空間内に電子がマグネトロン運動しながら閉じこめら
れ、高効率のマグネトロン放電が達成される。

【００１５】ヨーク５３は、ターゲット３０より少し小
さい円盤状であり、垂直に立てて設けられている。中央
磁石５１は例えば円柱状で、周辺磁石５２は例えば円環
状である。ターゲット３０の中心軸とヨーク５３の中心
軸は同軸であるが、中央磁石５１や周辺磁石５２の配置
や形状は、ターゲット３０の中心軸に対して非対称の形
状になっている。即ち、磁石機構５によって形成される
磁界は、ターゲット３０の中心軸に対して非対称となっ
ている。これは、後述するように磁石機構５が回転した
際、ターゲット３０の表面における時間平均した磁界強
度が均一になるようにするためである。

【００１６】本実施形態の装置の第二の大きな特徴点
は、各磁石機構５をターゲット３０の中心軸と同軸の回
転軸の周りに回転させる副回転機構が設けられている点
である。副回転機構は、前述した主回転機構の回転動力
により各磁石機構５を回転させるものとなっている。具
体的に説明すると、副回転機構は、各磁石機構５に設け
られた従動ギヤ３６１と、主回転機構の回転動力を各磁
石機構５の回転動力に変換する静止ギヤ３６２とから主
に構成されている。従動ギヤ３６１は、ヨーク５３の下
面に固定されている。従動ギヤ３６１は、ターゲット３
０の中心軸と同軸である。従動ギヤ３６１の中心から水
平に延びるようにして軸棒３６３が固定されている。こ
の軸棒３６３は、ベアリング７を介してカソード取付枠
３２に保持されている。

【００１７】一方、前述した主回転機構の回転駆動源３
５１は、ベース板３００に取り付けられている。ベース
板３００は、垂直な姿勢で設けられている。ベース板３
００には、スピンドルが挿通されているスピンドル用開
口が設けられている。そして、スピンドル用開口の縁か
ら水平に延びるようにして、ギヤホルダー３６０が設け
られている。ギヤホルダー３６０は、基準軸Ａと同軸の
ほぼ円筒状である。静止ギヤ３６２は、ギヤホルダー３
６０の先端に固定されている。静止ギヤ３６２のギア歯
は、基準軸Ａと同軸であり、基準軸Ａに対して外側に向
いている。そして、図２に示すように、静止ギヤ３６２
は各従動ギヤ３６１に噛み合っている。静止ギヤ３６２
と各従動ギヤ３６１の位置関係及び噛み合いが、図３に
併せて示されている。

【００１８】図２及び図３から解るように、各磁石機構
５は、軸棒３６３を介してカソード取付枠３２に連結さ
れているので、回転駆動源３５１によって主ホルダー３
１が回転し、各ターゲット３０が基準軸Ａの周りに回転
する際、各磁石機構５や各従動ギヤ３６１も一体に基準
軸Ａの周りに回転する（以下、この基準軸Ａ周りの回転
を公転と呼ぶ）。従動ギヤ３６１は基準軸Ａよりの箇所
で静止ギヤ３６２に噛み合っているので、上記公転の
際、従動ギヤ３６１は、ターゲット３０と同軸の中心軸
の周りに回転する（以下、この回転を自転と呼ぶ）。従
動ギヤ３６１の自転に伴い、磁石機構５も一体に自転す
る。結局、磁石機構５は、基準軸Ａの周りの公転と、タ
ーゲット３０の中心軸の周りの自転とを同時に行うこと
になる。尚、ギヤホルダー３６０とユニット取付枠６の
間には、ベアリング７が設けられている。

【００１９】一方、主ホルダー３１の中央を貫くように
してスピンドル３７が設けられている。スピンドル３７
は、先端部分で空洞形成板３３やバッキングプレート３
４等を保持している。スピンドル３７は、右側の部分が
円柱状であり、左側の部分がほぼ同径の円筒状となって
いる。スピンドル３７の右側の円柱状の部分（以下、円
柱部）には、空洞３３０内に冷媒を導入する冷媒導入路
３７１が設けられている。冷媒導入路３７１は、途中か
ら三つに分岐しており、この分岐した先が、各ターゲッ
ト３０の背後の空洞３３０につながっている。また、円
柱部には、各空洞３３０から冷媒を排出する冷媒排出路
３７２が設けられている。冷媒排出路３７２は、図２か
らは明らかでないが、各空洞３３０のそれぞれに三つ設
けられている。

【００２０】スピンドル３７の左側の円筒状の部分（以
下、円筒部）内には、冷媒導入路３７１につながる冷媒
導入管３７３と、冷媒排出路３７２につながる冷媒排出
管３７４が設けられている。図２では一つしか描かれて
いないが、冷媒排出管３７４は、各冷媒排出路３７２の
それぞれに設けられている。また、スピンドル３７の円
柱部及び円筒部を貫くようにして給電ロッド３８１が設
けられている。給電ロッド３８１は、各ターゲット３０
にスパッタ放電用の電力を供給するものである。図２で
は一つの給電ロッド３８１しか描かれていないが、実際
には三つの給電ロッド３８１が設けられている。

【００２１】図２に示すように、給電ロッド３８１の先
端は、空洞形成板３３に接触している。空洞形成板３３
やバッキングプレート３４は、ステンレスや銅のような
金属であり、空洞形成板３３及びバッキングプレート３
４を介してターゲット３０に給電されるようになってい
る。尚、給電ロッド３８１とスピンドル３７との間、及
び、空洞形成板３３やバッキングプレート３４とスピン
ドル３７との間には、不図示の絶縁材が設けられてい
る。このため、給電ロッド３８１が供給する電力がスピ
ンドル３７側に漏れないようになっている。

【００２２】図４は、冷媒の導入排出位置及び給電位置
について説明する側面概略図である。図４に示すよう
に、給電ロッド３８１は、空洞形成板３３の最も基準軸
Ａよりの位置で空洞形成板３３に接触している。給電ロ
ッド３８１の接触位置を、空洞形成板３３の中心を原点
として０度とすると、冷媒導入路３７１及び冷媒排出路
３７２は、給電ロッド３８１を挟んで少し角度が付いた
位置で空洞３３０につながっている。

【００２３】前述した公転に伴い、スピンドル３７も基
準軸Ａの周りに公転する。スピンドル３７の公転に拘わ
らず、電力供給や冷媒の流通ができるよう、スリップリ
ング３８２及びロータリージョイント３７５が設けられ
ている。図２に示すように、スリップリング３８２は、
スピンドル３７の左側の端部を取り囲むよう設けられて
いる。スリップリング３８２は、ケーブルによって各給
電ロッド３８１に結線されている。そして、スリップリ
ング３８２には、各ターゲット３０に対応してそれぞれ
設けられた三つのスパッタ電源４が接続されている。ス
リップリング３８２は、回転する円筒体の外側面に板バ
ネ状の部材を接触させて導通を確保するものである。こ
こに使用するスリップリング３８２としては、例えばグ
ローブテック社製の「φ１５０−６０３ｃｈＳＲ」
等が挙げられる。

【００２４】また、ロータリージョイント３７５は、ス
ピンドル３７の左側の端部に接続されている。ロータリ
ージョイント３７５には、冷媒導入管３７３につながる
冷媒導入口３７６と、冷媒排出管３７４にそれぞれつな
がる三つの冷媒排出口３７７が設けられている。ロータ
リージョイント３７５は、スピンドル３７の回転に拘わ
らず、冷媒導入管３７３と冷媒導入口３７６との連通、
及び、各冷媒排出管３７４と各冷媒排出口３７７との連
通を確保するようになっている。このようなロータリー
ジョイント３７５としては、例えば光洋油圧社製のロー
タリージョイントＫＴ−４−０２−１Ｗが使用できる。

【００２５】上記ロータリージョイント３７５の冷媒導
入口３７６と各冷媒排出口３７７は、図２に示すよう
に、配管３７８及びサーキュレータ３７９を介してつな
がっている。サーキュレータ３７９により所定の温度に
維持された冷媒は、冷媒導入口３７６、冷媒導入管３７
３及び各冷媒導入路３７１を経由して各空洞３３０に導
入される。そして、冷媒は、各空洞３３０から、各冷媒
排出路３７２、各冷媒排出管３７４及び各冷媒排出口３
７７を経てサーキュレータ３７９に戻る。

【００２６】尚、上述した三つの給電ロッド３８１、ス
リップリング３８２及び三つのスパッタ電源４は、ター
ゲット３０にスパッタ放電用の電力を供給する電力供給
系を構成している。そして、各スパッタ電源４は、独立
して出力電圧を調整できるようになっており、ターゲッ
ト３０に供給される電力が独立して制御されるようにな
っている。

【００２７】上記カソードユニット３の構造において、
スパッタチャンバー１内で維持される真空のリークがな
いよう、Ｏリングのような封止部材が必要な箇所に設け
られている。特に、本実施形態では、ユニット取付枠６
と主ホルダー３１との間に、磁性流体シール６１を用い
ている。磁性流体シール６１は、磁性流体を使用した封
止部材であり、主ホルダー３１の回転を許容しつつ、主
ホルダー３１とユニット取付枠６との間の空間からのリ
ークを防止している。

【００２８】本実施形態の装置は、上述したスパッタチ
ャンバー１を含む複数の真空チャンバーを基板９の搬送
ラインに沿って接続したインライン式の装置となってい
る。各真空チャンバーの構成やレイアウトについては、
特開平８−２７４１４２号公報の開示を参考にすること
ができる。また、基板キャリア２は、基板９を保持した
状態で、各真空チャンバーに移動することで基板９の搬
送を行うようになっている。基板９の搬送のための構成
の詳細についても、特開平８−２７４１４２号公報に開
示のものと同じものを採用することが可能である。

【００２９】次に、上記構成に係る本実施形態のスパッ
タ装置の動作について説明する。不図示のロードロック
チャンバーにおいて、基板キャリア２に基板９が搭載さ
れる。基板キャリア２は、不図示のプリヒートチャンバ
ーに移動して基板９の予備加熱が行われる。その後、基
板キャリア２は、図１及び図２に示すスパッタチャンバ
ー１に移動する。基板キャリア２は、基板９の中心軸が
基準軸Ａに一致した位置で停止する。

【００３０】そして、回転駆動源３５１が動作し、前述
した通り、ターゲット３０及び磁石機構５の公転と磁石
機構５の自転とが開始される。公転の回転速度は１００
〜２００ｒｐｍ程度、自転の回転速度は１５０〜３００
ｒｐｍ程度である。また、スパッタチャンバー１内は、
排気系１１によって予め所定の圧力まで排気されてい
る。不図示のゲートバルブを閉じた後、ガス導入系１２
によって所定のガスが所定の流量で導入される。この状
態で、各スパッタ電源４が動作し、各給電ロッド３８１
を介してターゲット３０に所定の電圧が印加される。こ
の電圧は、負の高電圧又は高周波電圧である。

【００３１】電圧印加によって、基板９とターゲット３
０との間に電界が形成され、スパッタ放電が生じる。ス
パッタ放電の過程で、イオン衝撃されたターゲット３０
の表面から粒子（通常は原子）が放出される。放出され
た粒子（スパッタ粒子）が基板９の表面に到達し、この
到達が重なって薄膜が堆積する。薄膜が所定の厚さにな
るのに要する時間、上記スパッタを行った後、スパッタ
電源４、ガス導入系１２及び回転駆動源３５１の動作を
停止する。そして、排気系１１がスパッタチャンバー１
内を再度排気した後、基板キャリア２が移動して基板９
がスパッタチャンバー１から搬出される。その後、基板
キャリア２は、不図示のアンロードロックチャンバーに
移動し、基板キャリア２から成膜済みの基板９が回収さ
れる。

【００３２】上記動作において、静止した基板９に対し
て、ターゲット３０が基板９の中心軸と同軸の回転軸の
周りに回転するので、膜質や膜厚の点でより均一な薄膜
が基板９の表面に作成される。即ち、ターゲット３０が
回転しない場合、ターゲット３０と基板９との位置関係
や磁石機構５による磁界の形状等の影響により、成膜が
不均一になる。ターゲット３０と基板９との同軸に向か
い合わせて配置すれば、ターゲット３０と基板９との位
置関係の影響による成膜の不均一化は解消するが、本実
施形態のように、複数のターゲット３０を同時に用いて
成膜する場合、これは不可能である。

【００３３】また、磁石機構５による磁界の分布を基板
９の表面に平行な面方向で均一にすることは困難であ
り、磁石機構５が公転しない場合、成膜速度や膜質も磁
界の分布に影響を受けて不均一になってしまう。磁石機
構５が公転する本実施形態では、このような問題が無
い。

【００３４】磁石機構５がターゲット３０と一体に公転
する構成は、磁石機構５による磁界を無駄なく利用する
技術的意義もある。もし磁石機構５が公転しない場合、
ターゲット３０は、静止した磁石機構５の前方を通り過
ぎながらスパッタされることになる。これでは、ターゲ
ットが３６０度回転するうち、ある限られた角度範囲の
間でしか磁界の効果を利用できず、磁界の利用効率が低
下してしまう。この結果、成膜速度が全体として低下し
てしまう。磁石機構５がターゲット３０と一体に公転す
る本実施形態では、このような問題はない。

【００３５】上記ターゲット３０及び磁石機構５の公転
の効果は、ターゲット３０が異種の材料で形成されてお
り、異種の材料より成る薄膜を作成する場合に特に顕著
となる。本実施形態の装置は、前述した通り、磁気記録
ディスク製造用であることが想定されている。磁気記録
ディスクでは、記録層用の磁性膜やその下地膜として、
合金膜を作成することが多い。例えば、磁性膜としてＣ
ｏＣｒＴａ合金膜を作成することがある。また、下地膜
としてＣｏＣｒ合金膜を作成することがある。このよう
な合金膜の場合、そのような合金より成るターゲット３
０を使用する場合もあるが、Ｃｏ製のターゲット３０
と、Ｃｒ製のターゲット３０と、Ｔａ製のターゲット３
０というように、異種材料のターゲット３０を使用する
場合もある。

【００３６】このような場合、各ターゲット３０が公転
しないと、Ｃｏ製のターゲット３０に近い基板９の表面
部分にはＣｏ成分の多い膜が堆積し、Ｃｒ製のターゲッ
ト３０に近い基板９の表面部分にはＣｒ成分の多い膜が
堆積し、と、Ｔａ製のターゲット３０に近い基板９の表
面部分にはＴａ成分の多い膜が堆積してしまう。即ち、
成分が極めて不均一な膜が出来てしまう。しかしなが
ら、前述したようにターゲット３０が公転すると、この
ような問題はなく、成分分布の均一な良質な薄膜が作成
できる。

【００３７】尚、複数のターゲット３０が、基板９の中
心軸と同軸の円周上に等間隔で設けられている点は、基
板９に対して各ターゲット３０を等距離に配置すること
で、より均一な成膜ができるようにする意義がある。但
し、この点は必ずしも必須の条件ではなく、意図的に各
ターゲット３０の基板９からの離間距離を変える場合が
ある。例えば、各ターゲット３０が異種材料から成るも
のであり、あるターゲット３０の材料が他のターゲット
３０に比べてスパッタ率（同じ元素の一個のイオンが入
射した場合にターゲット３０から放出されるスパッタ粒
子の数）が低い材料である場合、このターゲット３０だ
けを基板９に接近させて配置することがある。

【００３８】また、電力供給系が各ターゲット３０に供
給する電力を独立して制御できるようになっている点
は、成膜の均一化に顕著な効果を有する。たとえば、上
述した通り、異種材料のターゲット３０を用いたスパッ
タにおいて、あるターゲット３０のスパッタ率が低い場
合、そのターゲット３０への供給電力を大きくするよう
にする。つまり、供給電力の独立制御により、各ターゲ
ット３０におけるスパッタ条件の不均一性を補償して成
膜を均一にすることが可能である。

【００３９】尚、上記の点は、磁石機構５についても同
様に言える。即ち、磁石機構５として電磁石からなるも
のを使用し、各磁石機構５での通電電流を独立して制御
するようにする。ターゲット３０の前方の放電空間に設
定される磁界の強度が、各ターゲット３０について独立
して制御される。この制御により、上記と同様に、成膜
を均一にすることができる。

【００４０】次に、本実施形態の装置は、前述した通
り、磁石機構５が、公転に加え自転もするようになって
いる。この点は、エロージョンの均一化によりターゲッ
ト３０を長寿命化させる効果がある。周知のように、ス
パッタを繰り返すうちにターゲット３０は侵食（エロー
ジョン）され、徐々に厚さが薄くなる。エロージョンの
進行度合いは、ターゲット３０の表面方向で均一ではな
く、スパッタ放電が効率良く行われる所では速く進行
し、効率良く行われない所では遅く進行する。そして、
スパッタ放電の効率は磁石機構５による磁界の分布に依
存する。従って、磁石機構５が自転しない場合、磁界強
度の高い所ではエロージョンは速く、磁界強度の低い所
では遅くなってしまう。このため、磁界強度の高い所で
はエロージョンがターゲット３０の厚さ程度まで進行し
てターゲット３０の寿命が来た場合でも、磁界強度が低
い所ではまだかなりの厚さが残っている場合がある。こ
の状態でもターゲット３０は交換しなければならず、残
った部分のターゲット３０の材料は成膜に使用されず、
無駄に廃棄されてしまう。しかしながら、本実施形態の
ように磁石機構５が自転する場合、磁界強度を時間的に
均一にする（即ち、時間積分した磁界強度はターゲット
３０の面方向で均一になる）ので、ターゲット３０のエ
ロージョンも均一に進行する。このため、ターゲット３
０の寿命を長くし、無駄になるターゲット３０の材料を
減らすことができる。

【００４１】また、前述したように、本実施形態の装置
では、副回転機構が主回転機構の回転動力を利用して各
磁石機構５を自転させている。この構成は、回転駆動源
及び回転駆動の導入系を一つにして、機構を全体に簡略
にする技術的意義がある。

【００４２】次に、第二の実施形態のスパッタ装置につ
いて説明する。図５は、第二の実施形態のスパッタ装置
の主要部の概略構成を示す断面図である。図５に示す第
二の実施形態の装置の大きな特徴点は、各ターゲット３
０が基板９に対して平行ではなく、傾いた状態で配置さ
れている点である。即ち、図２と図５とを比較すると解
るように、本実施形態におけるカソード取付枠３２、空
洞形成板３３、バッキングプレート３４、ターゲット３
０、磁石機構５、従動ギヤ３６２、軸棒３６３は、機構
的には図２に示す第一の実施形態と同様であるが、全体
に傾いた状態で右ホルダーフランジ３１１に保持されて
いる。傾きの角度は、軸棒３６３が中心軸Ａに対して成
す角度θでいうと１５度程度である（図２では０度）。

【００４３】また、図５に示す第二の実施形態では、固
定ギヤ３６２は、斜めに傾いた状態で従動ギヤ３６１に
噛み合っている。即ち、固定ギヤ３６２は、傘歯ギヤの
構成となっている。これら以外の構成は、第一の実施形
態とほぼ同様である。上記構成に係る本実施形態の装置
においても、静止した基板９に対してターゲット３０が
基板９の中心軸の周りに公転するので、均一な薄膜が基
板９の表面に形成され、その効果は異種材料の複数のタ
ーゲット３０が使用された場合に著しい。そして、各磁
石機構５が公転に加えて自転も行うので、ターゲット３
０を長寿命化させることが可能である。

【００４４】さらに、第二の実施形態の装置が第一の実
施形態の装置に比べて優れているのは、ターゲット３０
が斜めに配置されているので、ターゲット３０の利用効
率が高くなっている点である。第一の実施形態のよう
に、ターゲット３０が基板９に対して平行であると、タ
ーゲット３０から放出されるスパッタ粒子のうち、基板
９に到達せずに成膜に利用されないものが多くなってし
まう。ターゲット３０を基板９に対して同軸に配置すれ
ばこの問題は解決されるが、複数のターゲット３０を同
時に用いることができない。第二の実施形態のようにタ
ーゲット３０を斜めに配置すれば、複数のターゲット３
０を用いつつターゲット３０の利用効率の低下を抑制す
ることができる。

【００４５】ターゲット３０を基板９に対して斜めに配
置して公転させる構成は、１つのターゲット３０のみを
使用する場合でも格別の技術的意義がある。この点は、
図６を使用して説明する。図６は、一枚のターゲット３
０を斜めに配置して公転させることによる膜特性分布制
御について説明する図である。図６では、膜特性分布の
一例として膜厚分布が示されている。

【００４６】図６において、（１）はターゲット３０を
平行して基板９と同軸に配置する例、（２）は、第二の
実施形態のように、ターゲット３０を基板９の中心軸か
ら偏心させるとともに基板９に対して斜めに配置して公
転させる例である。ターゲット３０から放出されるスパ
ッタ粒子の量は、ターゲット３０の面の方向に対して均
一ではなく、ある分布を持っている。この分布を「スパ
ッタプロファイル」と呼び、図６中にＳＰで示す。スパ
ッタ粒子の放出角度とスパッタ粒子の量との関係は、一
般的には、ｃｏｓｉｎｅ則に従うとされる。従って、ス
パッタプロファイルも、ターゲット３０の中心軸の付近
で多く、中心軸から離れる従って少なくなる形状とな
る。但し、ターゲット３０の材料によっては例外もあ
り、例えば図６に点線で示すように、ターゲット３０の
中心軸に対して４５度付近で最も多くなる形状のスパッ
タプロファイルも存在する。

【００４７】いずれにしても、図６（１）のように、タ
ーゲット３０が基板９に対して同軸であると、ターゲッ
ト３０を回転させても、スパッタプロファイルの影響が
解消されず、均一な成膜が難しくなる。しかしながら、
図６（２）に示すように、ターゲット３０を基板９から
偏心させるとともに基板９に対して傾けて公転させる
と、スパッタプロファイルの影響を少なくすることがで
き、より均一な成膜が行える。ターゲット３０の基板９
に対する傾き角θは、作成される薄膜の膜厚分布や組成
分布に影響を与えるので、それらが均一になるよう適宜
傾き角θを選定することが望ましい。また、ターゲット
３０の中心軸は、基板９の表面の中心において基板９の
表面に交差することが望ましいが、ずれた位置となる場
合もある。尚、上記のような膜特性制御は、一つのター
ゲット３０のみを使用する場合でも有効であることが明
らかである。

【００４８】また、本実施形態では、ターゲット３０を
傾けて配置している関係から、ターゲット３０の相互汚
染（クロスコンタミネーション）を防止した構成を採用
している。以下、この点について説明する。図５に示す
ように、各ターゲット３０の間を仕切るようにして仕切
板３９が設けられている。仕切板３９は、スピンドル３
７及び空洞形成板３３に固定されている。図７は、図５
に示す仕切板３９の構成について説明する側面図であ
る。図７に示すように、仕切板３９は、各ターゲット３
０が設けられた空間を仕切るよう設けられている。本実
施形態では、四つのターゲット３０が設けられているた
め、仕切板３９は、側方から見ると、十字状である。十
の字の中心は、図５に示す中心軸Ａ上にある。

【００４９】図５及び図７において、仕切板３９が無い
と、ターゲット３０の相互汚染の問題が生ずる。即ち、
あるターゲット３０から放出されたスパッタ粒子が他の
ターゲット３０に付着することがある。付着した他のタ
ーゲット３０からのスパッタ粒子は、再スパッタされて
放出されるものの、各ターゲット３０が異種の材料で形
成されている場合、ターゲット３０からそのターゲット
３０の本来の材料ではないものが放出されることにな
る。このようなことがあると、作成される薄膜の成分の
分布を充分に制御することが難しくなり、不均一な成分
分布の薄膜が出来やすい。本実施形態では、仕切板３９
があるため、あるターゲット３０から放出されたスパッ
タ粒子が他のターゲット３０に付着することが抑制され
ている。従って、上述したような相互汚染が防止され
る。

【００５０】次に、本願発明の第三の実施形態について
説明する。図８は、第三の実施形態のスパッタ装置の概
略構成を示す断面図である。図７に示すスパッタ装置
は、基板９の両側にカソードユニット３が配置されてい
るとともに、各カソードユニット３は、複数のターゲッ
ト３０を基板９に対して斜めに配置した構成となってい
る。各カソードユニット３の構成は、第二の実施形態と
同様なので説明は省略する。また、基板９は、図１に示
すのと同様の基板キャリア２によって保持されている。

【００５１】この第三の実施形態の装置は、第一第二の
実施形態の装置と同様、インライン式の装置に適用され
ると好適であり、ハードディスク等の磁気記録ディスク
の製造用に好適に使用できる。第三の実施形態によれ
ば、基板９の両面に同時に成膜が行える上、成膜を均一
にしたり、ターゲット３０の利用効率を高めたりする効
果が、第二の実施形態と同様に得られる。

【００５２】上述した各実施形態の装置において、複数
のターゲットが異種材料である必要はなく、同種の材料
のターゲットを複数用いても良い。この場合も、膜厚等
の膜特性が均一化したり、成膜速度が全体として向上し
たりする効果がある。また、成膜の対象としては、磁気
記録ディスク用の基板の他、ＬＳＩ製造用の半導体ウェ
ーハ、液晶ディスプレイやプレズマディスプレイ製造用
のガラス基板等を対象とすることができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１記載
の発明によれば、ターゲットが基板の中心軸からずれた
位置に配置されているとともにターゲットが基板の中心
軸と同軸の回転軸の周りに回転するので、基板を回転さ
せること無しに均一な膜を作成することができる。ま
た、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、タ
ーゲットが複数設けられているので、さらに成膜を均一
にしたり、成膜速度を向上させたりする効果が得られ
る。また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加
え、各ターゲットへの供給電力が独立して制御できるの
で、各ターゲットにおけるスパッタ条件の不均一性が補
償できる。これにより、さらに均一な成膜を行うことが
できる。また、請求項４記載の発明によれば、上記効果
に加え、基板に対してターゲットが所定角度傾いた状態
で配置されているので、スパッタプロファイルに応じた
角度を選定することにより、成膜をさらに均一にするこ
とができる。また、請求項５記載の発明によれば、上記
効果に加え、マグネトロン放電によって高効率かつ高速
のスパッタが行えるのに加え、磁石機構がターゲットと
一体に回転するので、さらに均一な成膜が行えたり、磁
界の効果を無駄なく使用したりできる効果が得られる。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、
磁石機構による磁界がターゲットの中心軸に対して非対
称であるとともに、磁石機構がターゲットの中心軸の周
りに回転するので、ターゲット上のエロージョンが均一
になる。このため、ターゲットを長寿命化させることが
できる。また、請求項７記載の発明によれば、上記効果
に加え、副回転機構が主回転機構の回転動力により磁石
機構を回転させるので、回転導入のための機構が簡略化
される。また、請求項８記載の発明によれば、上記効果
に加え、基板の両面に同時に成膜を行うことができるの
で、片面ずつ成膜する場合に比べて、生産性が向上した
り、装置が小型化できたりする効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の第一の実施形態のスパッタ装置の断
面概略図である。

【図２】図１に示すカソードユニット３の詳細を示す断
面図である。

【図３】ターゲット３０の形状や配置位置等を説明する
側面概略図である。

【図４】冷媒の導入排出位置及び給電位置について説明
する側面概略図である。

【図５】第二の実施形態のスパッタ装置の主要部の概略
構成を示す断面図である。

【図６】一枚のターゲット３０を斜めに配置して公転さ
せることによる膜特性分布制御について説明する図であ
る。

【図７】図５に示す仕切板３９の構成について説明する
側面図である。

【図８】第三の実施形態のスパッタ装置の概略構成を示
す断面図である。

【符号の説明】

１スパッタチャンバー１１排気系１２ガス導入系２基板キャリア３カソードユニット３０ターゲット３５１回転駆動源４スパッタ電源５磁石機構９基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹山輝茂東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者熊谷修二東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 BD00 BD01 CA05 DC01 DC16 DC40 DC43 DC45

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタ放電によりターゲットをスパッ
タしてターゲットの材料の薄膜を基板の表面に作成する
スパッタ装置であって、ターゲットは、基板の中心軸からずれた位置に配置され
ており、このターゲットを基板の中心軸と同軸の回転軸
の周りに回転させる主回転機構が設けられていることを
特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】前記ターゲットは、前記回転軸と同軸の
円周上に複数設けられていることを特徴とする請求項１
記載のスパッタ装置。
【請求項３】前記複数のターゲットに前記スパッタ放
電のための電力を導入する電力供給系が設けられてお
り、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を
各々独立して制御するものであることを特徴とする請求
項２記載のスパッタ装置。
【請求項４】前記ターゲットは、前記基板に対して所
定角度傾いた状態で配置されていることを特徴とする請
求項１乃至３いずれかに記載のスパッタ装置。
【請求項５】前記スパッタ放電をマグネトロン放電に
する磁石機構が設けられており、前記主回転機構は、前
記ターゲットとともにこの磁石機構を一体に回転させる
ものであることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに
記載のスパッタ装置。
【請求項６】前記磁石機構は、前記ターゲットの中心
軸に対して非対称の磁界を形成するものであるととも
に、前記磁石機構を前記ターゲットの中心軸の周りに回
転させる副回転機構が設けられていることを特徴とする
請求項５記載のスパッタ装置。
【請求項７】前記副回転機構は、前記主回転機構の回
転動力により前記磁石機構を回転させるものであること
を特徴とする請求項６記載のスパッタ装置。
【請求項８】前記ターゲット及び前記主回転機構は、
前記基板を挟んで両側に設けられていることを特徴とす
る請求項１乃至７いずれかに記載のスパッタ装置。