JP2002097570A

JP2002097570A - 成膜装置

Info

Publication number: JP2002097570A
Application number: JP2001213122A
Authority: JP
Inventors: Ken Funato; 謙船戸
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-07-17
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2002-04-02

Abstract

(57)【要約】【課題】自公転型の成膜装置において、基板に形成さ
れる薄膜の膜厚均一度をより高くする。【解決手段】公転テーブル１３には複数の基板載置台
１５が設けられており、公転テーブル１３と基板載置台
１５を回転させながら基板載置台１５の上にセットされ
た基板１９の表面に薄膜を形成する。ここで、公転テー
ブル１３の上面には、基板載置台１５の一部分を覆うこ
とによって基板１９上のターゲット材料の堆積量をコン
トロールし、薄膜の膜厚を均一にするための膜厚補正板
１７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜装置に関し、
蒸着源をターゲットとし、ターゲットから放出された原
子又は分子を基板の表面に堆積させることによって基板
表面に薄膜を成膜することができる成膜装置に関する。
特に、本発明の成膜装置には、スパッタリング装置など
が含まれる。

【０００２】

【従来の技術】成膜装置としては、蒸着装置やスパッタ
リング装置などがあるが、蒸着やスパッタリングを行う
だけでは、成膜された膜の膜厚が不均一になりやすい。
例えば、スパッタリング装置は、ターゲットから放出さ
れた原子又は分子（以下、ターゲット粒子という。）を
基板の表面に被着させるものであるが、ターゲットは均
一にスパッタされるものでなく、特に環状の磁石を用い
たマグネトロンスパッタリングでは、ドーナツ状の領域
だけが強くスパッタされる。また、ターゲット粒子の分
布を微細に見ると、Ａｒガスなどの流れによっても空間
的な分布が不均一になっている。このため、静止した基
板の上にターゲット粒子を堆積させたのでは、ターゲッ
ト粒子の分布むらにより基板に成膜される薄膜の厚みも
不均一になる。

【０００３】基板の表面に均一な膜厚で成膜するために
は、基板の上に堆積するターゲット粒子のむらを平均的
に馴らして均一な膜厚となるようにすることが考えられ
る。このようなスパッタリング装置としては、自公転型
のスパッタリング装置が知られている。自公転型のスパ
ッタリング装置としては、例えば特開平７−２９２４７
１号公報に開示されたものがある。

【０００４】このような自公転型のスパッタリング装置
は、真空チャンバ内において、ターゲットと対向させて
図１に示すような公転テーブル１を設置したものであ
る。公転テーブル１の回転軸２（以下、公転軸とい
う。）の回りには複数の基板載置台３が公転軸２を囲む
ようにして配置されており、各基板載置台３は公転テー
ブル１に支持された自転軸４により回転自在に支持され
ている。公転テーブル１の下面には、恒星ギア５が設け
られており、公転テーブル１が回転しても恒星ギア５は
静止状態に保たれている。また、基板載置台３の下面に
は遊星ギア６が一体に設けられている。従って、公転テ
ーブル１が回転すると、基板載置台３の上にセットされ
た基板は公転軸２の回りを公転すると共に、遊星ギア６
と恒星ギア５との噛み合いによって基板載置台３ととも
に自転する。その結果、基板は、ターゲットの下方で公
転及び自転を行いながらターゲット粒子を被着され、タ
ーゲット粒子の空間分布のむらを馴らされ、基板の上に
は、均一な厚みの薄膜が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造のスパッタリング装置でも、膜厚の±１％程度
の膜厚不均一が見られる。膜厚の不均一の程度として
は、±０.５％程度が要求されており、従来のような自
公転型のスパッタリング装置よりもより高い膜厚精度で
成膜可能なスパッタリング装置が求められている。

【０００６】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、自公転
型の成膜装置の改良により、より高い膜厚精度を達成す
ることができる成膜装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の成膜装
置は、蒸着源と、公転軸の回りで回転運動する公転テー
ブルと、基板を保持し、前記公転テーブルの上で公転テ
ーブルの公転軸と一致しない自転軸の回りで回転運動す
る基板載置台と、前記基板載置台に保持された基板の一
部を覆うようにして、前記公転テーブルに設けられた膜
厚補正板とを有するものである。

【０００８】請求項２に記載の成膜装置は、請求項１に
記載した成膜装置における前記蒸着源がターゲットであ
ることを特徴としている。

【０００９】請求項３に記載の成膜装置は、請求項２に
記載した成膜装置において、前記ターゲットを保持させ
るためのターゲット保持部と、前記ターゲット保持部と
ほぼ対向する位置に配置され、公転軸の回りで回転運動
する公転テーブルとを有することを特徴としている。

【００１０】請求項４に記載の成膜装置は、請求項１、
２又は３に記載した成膜装置において、前記公転テーブ
ルは複数の前記基板載置台を備え、個々の基板載置台に
対してそれぞれ膜厚補正板が設けられていることを特徴
としている。

【００１１】請求項５に記載の成膜装置は、請求項１、
２、３又は４に記載した成膜装置において、スパッタリ
ングにより前記基板に成膜することを特徴としている。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の成膜装置にあっては、公転テ
ーブルを回転させると同時に公転テーブルの上で基板を
置いた基板載置台を回転させながら基板の表面に薄膜を
成膜させるものであって、基板の位置及び方向を複雑に
変化させながら蒸着源（請求項２では、この蒸着源をタ
ーゲットとしており、請求項３では、このターゲットを
保持するターゲット保持部を公転テーブルと対向させて
いる。）から放出された原子又は分子を基板の上に堆積
させることができる。従って、蒸着源から放出された原
子又は分子の空間分布を馴らして基板全体に均一な膜厚
の薄膜を成膜することができる。しかも、自転運動する
基板載置台に膜厚補正板を設けているので、このような
自公転運動によっても解消されないような膜厚の不均一
を補正することができ、従来の自公転型のスパッタリン
グ装置などの成膜装置よりも膜厚がより均一な薄膜を形
成することができる。

【００１３】公転テーブルに複数の基板載置台が設けら
れている場合には、請求項４に記載の成膜装置のよう
に、各基板載置台に個々に膜厚補正板を設けることによ
り、１枚１枚の基板に均一な膜厚の薄膜を形成すること
ができる。

【００１４】請求項５に記載の成膜装置は、スパッタリ
ングにより前記基板に成膜するスパタリング装置であ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図２は本発明
の一実施形態によるマグネトロンスパッタリング装置１
１の構成を示す概略断面図である。真空チャンバ１２の
天井部には、ターゲット設置部２０が設けられている。
ターゲット設置部２０の下面はバッキングプレート２３
によって構成されており、バッキングプレート２３の上
の空間には柱状の磁石２１と環状の磁石２２が設置され
ている。ターゲット２４は、バッキングプレート２３の
下面にセットされるようになっており、ターゲット２４
の下面に対向する領域以外はカバーによって覆われてい
る。ターゲット設置部２０は冷却水循環部２６から供給
された冷水によって冷却される。

【００１６】真空チャンバ１２の床面には公転軸１４を
中心として回転する公転テーブル１３が設置されてい
る。公転テーブル１３には、公転テーブル１３に支持さ
れた自転軸１６を中心として回転する複数の基板載置台
１５が設けられている。各基板載置台１５は、図３に示
すように、公転テーブル１３の公転軸１４の回りを囲む
ように配置されており、公転テーブル１３が公転軸１４
の回りに回転するとき、同時に基板載置台１５は各自転
軸１６の回りに回転するようになっており、基板載置台
１５の上にセットされた半導体基板（ウエハ）等の基板
１９は、公転軸１４の回りを公転しつつ各自転軸１６の
回りで自転する。

【００１７】公転テーブル１３の上面では、支持台１８
の上に膜厚補正板１７の基部が固定されており、各膜厚
補正板１７は各基板載置台１５の上方へ張り出してい
る。この膜厚補正板１７は、基板載置台１５の上にセッ
トされた基板１９の上面と小さな間隔をあけて配置さ
れ、ターゲット２４から放出された原子又は分子が基板
１９に堆積しないように部分的に遮るものである。

【００１８】また、真空チャンバ内には、Ａｒガスを導
入するためのガス供給路２７が設けられている。

【００１９】しかして、このような構造のスパッタリン
グ装置１１においては、次のようにして基板１９の表面
に薄膜が形成される。各基板載置台１５の上にそれぞれ
基板１９をセットした後、真空チャンバ１２を閉じ、い
ったん真空チャンバ１２内を高真空に減圧する。つい
で、ガス供給路２７のバルブを開いて真空チャンバ１２
内にＡｒガスを通過させ、真空チャンバ内を１Ｐａ程度
の圧力に保つ。この状態で、公転テーブル１３と基板載
置台１５を回転させながら、ターゲット２４と公転テー
ブル１３との間に高周波電圧を印加すると、真空チャン
バ１２内にはプラズマが発生する。発生したプラズマ
は、磁石２１、２２の磁界によってターゲット設置部２
０へ集められ、ターゲット２４はプラズマによってスパ
ッタされて原子又は分子を放出する。

【００２０】ターゲット２４から放出されたターゲット
粒子は、カバー２５の開口を通って公転テーブル１３側
へ飛び出し、基板載置台１５の上で自公転している基板
１９の上に堆積し、基板１９の上に薄膜が形成される。
ここで、このスパッタリング装置１１によれば、基板１
９が公転テーブル１３の上で回転し、同時に基板載置台
１５によって回転させられており、しかも膜厚補正板１
７によって基板１９中心からの距離に応じてターゲット
粒子に曝される時間を制御されているので、膜厚補正板
１７の形状を適切に設計しておくことにより、基板１９
の表面に形成される薄膜の膜厚を高い精度で均一にする
ことができる。

【００２１】次に、本発明の原理を詳細に説明する。い
ま、ターゲット設置部２０の中心と公転テーブル１３の
中心とが一致しており、静止している公転テーブル１３
の上に堆積するターゲット粒子の量は公転軸１４からの
距離Ｒのみによって決まるものとする。すなわち、図４
に示すように、公転軸１４からＲの距離にある面積ｄＳ
の領域にｄｔの時間に堆積するターゲット粒子の量をＴ
（Ｒ）ｄＳｄｔであるとする。この堆積量を示す関数Ｔ
（Ｒ）は、例えば、図５に示すような曲線である。

【００２２】つぎに、図６に示すように、はじめ（時刻
ｔ＝０）に公転軸１４と自転軸１６とを結ぶ線分上にお
いて、自転軸１６からｒの距離にある基板載置台１５の
上の面積ｄＳの領域Ａを考える。ここで、基板載置台１
５の中心（自転軸１６）と公転テーブル１３の中心（公
転軸１４）との距離をＲ_０、公転テーブル１３の回転速
度（角速度）をωとし、基板載置台１５は公転テーブル
１３のｋ倍の回転速度（角速度ｋω）で回転していると
する。

【００２３】公転テーブル１３と基板載置台１５が回転
することにより、基板載置台１５の上の領域Ａは、図８
に示すような軌跡を描きながら移動するが、このとき領
域Ａと公転軸１４との距離は、次の（１）式に従って変
化する。すなわち、時刻ｔにおいては、公転テーブル１
３は角度ωｔだけ回転し、基板載置台１５は公転テーブ
ル１３に対して相対的にｋωｔだけ回転しているから、
基板載置台１５上の領域Ａは図７に示す位置へ移動して
いる。従って、領域Ａと公転軸１４との距離Ｒは、次の
（１）式で与えられる。

【００２４】

【数１】

【００２５】また、図８から分かるように、領域Ａの軌
跡は、基板載置部が１回転するときの動作を繰り返して
いるだけであるから、薄膜の膜厚均一性を評価するため
には、基板載置台１５が１回転する期間（２π／ｋω
ｔ）だけを考えれば十分である。

【００２６】よって、基板載置台１５が公転テーブル１
３上で公転テーブル１３と相対的に１回転する間に、基
板載置台１５上の領域（すなわち、基板上の領域）Ａに
堆積するターゲット粒子の量ΔＴｄＳを考えると、次の
（２）式で表される。

【００２７】

【数２】

【００２８】ただし、上記（２）式中のｆ（ｒ、ｋω
ｔ）は、次の（３）式で表されるものである。

【００２９】

【数３】

【００３０】基板載置台１５が１回転する間に、自転軸
１６からｒの距離に位置する領域Ａに堆積するターゲッ
ト材料の膜厚は、（２）式をｄＳで割ったものに等しい
から、これをＢ（ｒ）とすると、膜厚は次の（４）式で
表される。

【００３１】

【数４】

【００３２】ここで、（４）式の積分変数を時間ｔから
基板載置台１５の回転角度ｋωｔ＝θに変換すると、上
記（４）式は、次の（５）式となる。

【００３３】

【数５】

【００３４】この（５）式で表される膜厚分布Ｂ（ｒ）
は、膜厚補正板１７が設けられていない場合であって、
従来例のスパッタリング装置により薄膜を形成したとき
の膜厚分布に当たる。このときの膜厚分布の一例を図１
０に従来例として表わされている。

【００３５】つぎに、膜厚補正板１７により基板載置台
１５の一部を覆った場合を考える。膜厚補正板１７のう
ち基板載置台１５の上面と重なり合っている部分の形状
が、図９に示すように基板載置台１５の中心とその中心
が一致した扇形であって、基板載置台１５の回転角でθ
１〜θ２の領域に対応しているとする。膜厚補正板１７
のある箇所では、ターゲット材料が遮断されて基板１９
の上に堆積しないから、開き角θ２−θ１の扇形をした
膜厚補正板１７が設けられている場合、基板載置台１５
の中心から距離ｒの領域で形成される薄膜の膜厚Ｂ
（ｒ）は、つぎの（６）式で表される。

【００３６】

【数６】

【００３７】しかして、扇形の膜厚補正板１７を設計す
る場合には、膜厚補正板１７を用いない状態で基板１９
の表面に薄膜を形成し、その時の薄膜の膜厚分布Ｂ
（ｒ）を計測する。ついで、その計測結果と（５）式か
ら、ｆ（ｒ、ｋωｔ）又はＴ（Ｒ）を求める。こうして
求めたｆ（ｒ、ｋωｔ）又はＴ（Ｒ）を用いて（６）式
で膜厚Ｂ（ｒ）を計算し、自転軸１６からの距離ｒ（＜
基板１９の半径）の変化に対して膜厚Ｂ（ｒ）の変化が
できるだけ小さくなるようにθ１及びθ２を決めればよ
い。図１０には、こうして設計した膜厚補正板１７を用
いた場合の膜厚の変化を表している。

【００３８】より一般的には、（６）式に用いられてい
る膜厚補正板１７の縁の形状を表す値θ１、θ２を、自
転軸１６からの距離ｒの関数θ１（ｒ）、θ２（ｒ）で
置き換えればよい。あるいは、より一般的には、次の
（７）式で表すことができる。

【００３９】

【数７】

【００４０】ここで、関数Γ（ｒ、θ）は、膜厚補正板
１７の存在する位置ではΓ（ｒ、θ）＝０、膜厚補正板
１７の存在しない位置ではΓ（ｒ、θ）＝１である。

【００４１】図１０から分かるように、公転テーブル１
３に膜厚補正板１７を設置することにより、膜厚の変化
を小さくすることができ、均一な膜厚の薄膜を得られる
ことが分かる。また、ターゲットのスパッタ領域が変化
したり、スパッタ条件（ターゲットと基板との距離、Ａ
ｒガス圧など）が変化した場合には、膜厚補正板１７を
交換することにより、形状の異なる膜厚補正板１７に容
易に交換できるので、膜厚分布が均一になるように調整
することができる。

【００４２】上記実施形態では、成膜装置として主にス
パッタリング装置に関して説明を行ったが、公転テーブ
ルを公転させると同時に公転テーブルの上で基板を置い
た基板載置台を回転させながら基板の表面に薄膜を成膜
させ、自転運動する基板載置台に膜厚補正板を設けた構
造の成膜装置であればよい。例えば、この構造を設けた
電子ビーム蒸着装置や加熱蒸着装置などの成膜装置にお
いても、上記実施形態と同じように成膜された膜厚を均
一にすることができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、公転テーブルを回転さ
せると同時に公転テーブルの上で基板を置いた基板載置
台を回転させながら基板の表面に薄膜を成膜させる成膜
装置において、自転運動する基板載置台に膜厚補正板を
設けているので、自公転運動によっても解消されないよ
うな膜厚の不均一を補正することができ、従来の自公転
型のスパッタリング装置などの成膜装置よりも膜厚がよ
り均一な薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の自公転型スパッタリング装置の公転テー
ブルを示す平面図である。

【図２】本発明の一実施形態によるスパッタリング装置
の構造を示す概略断面図である。

【図３】同上のスパッタリング装置に用いられている公
転テーブルの構造を示す斜視図である。

【図４】公転軸から距離Ｒの領域Ａを示す平面図であ
る。

【図５】公転軸からＲの距離におけるターゲット材料の
堆積量Ｔ（Ｒ）の変化の一例を示す図である。

【図６】自転軸からｒの距離にある基板載置台上の領域
Ａを示す平面図である。

【図７】（ａ）は公転テーブルがωｔ、基板載置台がｋ
ωｔだけ回転した状態を示す平面図、（ｂ）はそのとき
の公転軸と自転軸と領域Ａとの位置関係を表した図であ
る。

【図８】公転テーブルと基板載置台が回転するときの領
域Ａの軌跡を示す図である。

【図９】公転テーブルに設けられた膜厚補正板の配置を
示す平面図である。

【図１０】本発明のスパッタリング装置により成膜され
た薄膜と、従来のスパッタリング装置により成膜された
薄膜の基板中心からの距離に対する膜厚の変化を示す図
である。

【符号の説明】

１３公転テーブル１４公転軸１５基板載置台１６自転軸１７膜厚補正板１９基板２４ターゲット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸着源と、公転軸の回りで回転運動する公転テーブルと、基板を保持し、前記公転テーブルの上で公転テーブルの
公転軸と一致しない自転軸の回りで回転運動する基板載
置台と、前記基板載置台に保持された基板の一部を覆うようにし
て、前記公転テーブルに設けられた膜厚補正板とを有す
る成膜装置。
【請求項２】前記蒸着源がターゲットであることを特
徴とする、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】前記ターゲットを保持させるためのター
ゲット保持部と、前記ターゲット保持部とほぼ対向する位置に配置され、
公転軸の回りで回転運動する公転テーブルとを有するこ
とを特徴とする、請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】前記公転テーブルは複数の前記基板載置
台を備え、個々の基板載置台に対してそれぞれ膜厚補正
板が設けられていることを特徴とする、請求項１、２又
は３に記載の成膜装置。
【請求項５】スパッタリングにより前記基板に成膜す
ることを特徴とする、請求項１、２、３又は４に記載の
成膜装置。