JP2005320601A - スパッタ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 この発明は、ターゲット材の変化を均一にし、基板内の膜厚分布の均一化を図り、且つ膜成長成分を均一化して、安定した膜質を得ることのできるスパッタ装置を提供する。
【解決手段】 この発明は、真空空間を画成する真空容器と、該真空容器内に基板を保持する基板保持台と、該基板保持台に保持された基板に対峙する位置に設けられたカソードと、該カソードに設置されるターゲットとを少なくとも具備するスパッタ装置において、前記ターゲットが設置されたカソードを前記基板に対して所定の角度で配すると共に、前記基板に対して平行に移動させるカソード移動手段を具備することにある。さらに、前記基板保持台は、所定の速度で回転することが望ましい。さらにまた、前記カソードは、前記基板保持台の周方向に所定の間隔で複数配置されるものであっても良いものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、真空空間を画成する真空容器と、該真空容器内に基板を保持する基板保持台と、該基板保持台に保持された基板に対峙する位置に設けられたカソードと、該カソードに設置されるターゲットとを少なくとも具備するスパッタ装置に関する。
特許文献１に開示されるイオンビームスパッタ装置は、真空の雰囲気中で成膜対象を処理するための空間を形成する真空容器と、前記真空容器に対してイオンビームを照射する複数のイオン源と、各イオン源からのイオンビームの照射によって各ターゲットから放出されたスパッタ粒子の移動領域のうち各移動領域が重複する移動領域内に配置されて成膜対象を保持するホルダと、前記真空容器内を移動可能に配置され、且つプリスパッタ用ターゲットと前記ホルダに保持された成膜対象とを結ぶスパッタ粒子の移動路内に配置された時には、前記プリスパッタ用ターゲットから放出されたスパッタ粒子の成膜対象側への移動を遮断するシャッタと、前記プリスパッタ用ターゲットに対するプリスパッタが終了したときに前記シャッタを次にプリスパッタすべきターゲットと前記ホルダに保持された成膜対象とを結ぶスパッタ粒子の移動路内に移動させる移動機構とを備えるものである。
特許文献２は、真空容器と、この真空容器に、プラズマ生成用ガスを導入してプラズマによるプラズマ流を発生させるプラズマ発生手段と、前記プラズマ流と接触するように前記プラズマ流と同心的に配置された膜形成用材料からなるターゲットと、前記プラズマ流のイオンを用いて前記ターゲットから前記膜形成用材料の粒子をスパッタリングにより飛散させる手段を備える複数のスパッタ源と、前記膜形成用材料の粒子を飛散させている前記プラズマ流によって照射される膜形成用試料基板を載置固定する基板資料台とを有する薄膜形成装置において、前記プラズマ発生手段は、電子サイクロトロン共鳴放電によりプラズマを発生させ、前記複数のスパッタ源は、前記ターゲットの回転対称軸が前記基板試料台の回転中心軸上で交わると共に、前記回転試料台の回転対象軸に対して前記ターゲットの反対方向に位置するように傾斜して回転させる回転手段と、前記基板試料台を上下に移動させる移動手段とを備えることが開示される。
特開２００２−２１２７２４号公報 特開２００３−２４７０６５号公報
特許文献１及び特許文献２で示すように、基板等の被処理体に対してターゲットが装着されたカソードを傾斜して設ける場合、基板とカソードとの距離が基板の中心と外端とで異なるため、基板を回転させた場合でも、基板中心ではカソードとの距離が常に一定であるが、基板外側では、カソードとの距離が遠い時と近い時があり、またカソードに対して向かっていく時と離れていく時があるため、膜特性が基板内位置により異なることが指摘されている。このため、特許文献２では、前記基板試料台を上下に移動させて膜層のむらを解消しようとするものであるが、基板資料台自体を回転させ、且つ移動させる機構は複雑であり、コストが上昇するという不具合を有する。
従来では、スパッタカソードの消耗度合いにより、成膜分布に変化が発生する。さらに、スパッタカソードを基板の大きさよりも大きくすること（約１．４倍程度）や、ターゲットの使用率を制限することによって、膜厚分布及び膜成長の不具合を解消するようにしていたが、ターゲットの大きさを大きくし且つ使用率を制限する必要があるため、コストアップするという不具合が生じる。
このため、この発明は、ターゲット材の消耗変化に対応し、基板内の膜厚分布の均一化を図り、膜成長成分を均一化して、安定した膜質を得ることのできるスパッタ装置を提供することにある。
したがって、この発明は、真空空間を画成する真空容器と、該真空容器内に基板を保持する基板保持台と、該基板保持台に保持された基板に対峙する位置に設けられたカソードと、該カソードに設置されるターゲットとを少なくとも具備するスパッタ装置において、前記ターゲットが設置されたカソードを前記基板に対して所定の角度で配すると共に、前記基板に対して平行に移動させるカソード移動手段を具備することにある。
さらに、前記基板保持台は、所定の速度で回転することが望ましい。
さらにまた、前記カソードは、前記基板保持台の周方向に所定の間隔で複数配置されるものであっても良いものである。
この発明によれば、ターゲットが設置されたカソードを、回転する基板に対して傾斜させると共に、基板に対して移動させるため、ターゲットの大きさを基板の大きさ以下にすることが可能となり、コストダウンを達成できると共に、基板内の膜厚及び膜質が均一化され、基板の歩留まりを向上させることができるものである。
以下、この発明の実施例ついて図面により説明する。
図１に示すように、本願発明の実施例１に係るスパッタ装置１は、真空空間３を画成する真空容器２と、この真空容器２内に被処理体としての基板４を保持する基板保持台５と、この基板保持台５に保持された基板４に対してスパッタリングを行うスパッタカソード装置１０とによって少なくとも構成される。このような構成により、基本的に、前記真空空間３内にスパッタ用ガスを導入し、スパッタカソード装置１０に設けられたターゲット１３にマイナス電圧を印加することによって、真空空間３内に載置された基板４に対して、前記ターゲット１３から放出されるスパッタ粒子により、基板４上に薄膜が形成されるものである。
また、前記基板保持台５は、回転軸６及びギア７を介して、駆動手段としての電動モータ８によって所定の速度で回転するものであり、その回転速度は図示しない外部制御装置により可変自在であると共に、基板４上に形成される薄膜の材質、厚さ等により最適な速度に設定されるものである。
前記スパッタカソード装置１０は、前記基板４に対して所定の角度で傾斜して配されるカソード部１１と、このカソード部１１を前記基板４の径方向に平行に移動させる移動装置３０とによって構成される。
前記移動装置３０は、この実施例１では、前記真空容器２に形成された開口部２０を貫通し、一端が前記カソード部１１に固定され、他端側に所定の範囲に螺旋状に形成されたネジ部１６を有する移動ロッド１５と、この移動ロッド１５を伸縮させるために、前記ネジ部１６に螺合する内歯及びギア１８を介して電動モータ１９の回転が伝達される外歯を有する駆動ギア１７とによって構成される。また、移動装置３０の移動速度は、前述した基板保持台５の制御と共に、図示しない外部制御装置により制御されるもので、基板４上に形成される薄膜の材質、厚さ等により最適な速度に設定されるものである。尚、前記移動装置３０は、前記移動ロッド１５を伸縮される構成であれば、油圧、水圧、空気圧によるシリンダ駆動等、特に限定されない。
また、前記移動ロッド１５の外側には、移動ロッド１５の伸縮に伴って伸縮し、前記移動装置３０と真空空間３との間を遮蔽して真空空間３の真空度を保持するために、蛇腹部１４が設けられる。
さらに、前記カソード部１１には、前記蛇腹部１４の内部に配された図示しないハーネスを介してマイナスの高圧電圧を印加する電圧供給機構や、前記高圧電圧と前記移動ロッド等を絶縁する絶縁機構が設けられ、さらにプラズマ密度を上げるため、複数のマグネット１２が設けられるものである。
以上の構成により、薄膜を形成したい基板４を基板保持台５に設置して、真空容器２内を排気して真空空間３を画成し、前記基板保持台５を所定の速度で回転させる共にスパッタ用ガスを真空空間３内に導入し、前記カソード部１１及び基板４間に高圧電圧を印加して、ターゲット１３からスパッタ粒子を飛散させると共に、カソード部１１を基板４に対して所定の速度で前後に移動させ、前記基板４に薄膜を形成するものである。この方法では、ターゲット１３各部と基板４各部との距離が連続して変わることから、膜厚と膜の成長を均一にすることができるものである。さらに、ターゲット１３の消耗による膜厚と膜成長の経時変化を、カソード部１１の速度制御により補正することができるため、ターゲット１３を効率よく使用することができるものである。
図２に示す実施例２に係るスパッタ装置１Ａは、前記スパッタカソード装置１０と同様のスパッタカソード装置１０Ａ，１０Ｂを、前記基板４の周方向に所定の間隔で複数設けたことを特徴とするものである。
前記スパッタカソード装置１０Ａ，１０Ｂは、前記基板４に対して所定の角度で傾斜して配されるカソード部１１Ａ，１１Ｂと、このカソード部１１Ａ，１１Ｂを前記基板４の径方向に平行に移動させる移動装置３０Ａ，３０Ｂによって構成される。
前記移動装置３０Ａ，３０Ｂは、この実施例２では、前記真空容器２に形成された開口部２０Ａ，２０Ｂを貫通し、一端が前記カソード部１１Ａ，１１Ｂに固定され、他端側に所定の範囲に螺旋状に形成されたネジ部１６Ａ，１６Ｂを有する移動ロッド１５Ａ，１５Ｂと、この移動ロッド１５Ａ，１５Ｂを伸縮させるために、前記ネジ部１６Ａ，１６Ｂに螺合する内歯及びギア１８Ａ，１８Ｂを介して電動モータ１９Ａ，１９Ｂの回転が伝達される外歯を有する駆動ギア１７Ａ，１７Ｂとによって構成される。また、移動装置３０Ａ，３０Ｂの移動速度は、前述した外部制御装置により制御されるもので、基板４上に形成される薄膜の材質、厚さ等により最適な速度に設定されるものである。尚、この実施例２においても、前記移動装置３０Ａ，３０Ｂは、前記移動ロッド１５Ａ，１５Ｂを伸縮される構成であれば、油圧、水圧、空気圧によるシリンダ駆動等、特に限定されない。
また、前記移動ロッド１５Ａ，１５Ｂの外側には、移動ロッド１５Ａ，１５Ｂの伸縮に伴って伸縮し、前記移動装置３０Ａ，３０Ｂと真空空間３との間を遮蔽して真空空間３の真空度を保持するために、蛇腹部１４Ａ，１４Ｂが設けられる。
さらに、前記カソード部１１Ａ，１１Ｂには、前記蛇腹部１４Ａ，１４Ｂの内部に配された図示しないハーネスを介してマイナスの高圧電圧を印加する電圧供給機構や、前記高圧電圧と前記移動ロッド等を絶縁する絶縁機構が設けられ、さらに前記ターゲット１３Ａ，１３Ｂから放出されるスパッタ粒子の飛散方向や量を制御する複数のマグネット１２Ａ，１２Ｂが設けられるものである。
以上の構成のスパッタ装置１Ａにおいては、それぞれのターゲット１３Ａ，１３Ｂを同一の材料とすることによって、膜の成長速度を向上させることができると共に、異種の材料とすることによって膜を積層させたり、合金を形成させることが可能となるものである。
本願発明の第１の実施例に係るスパッタ装置を示した説明図である。 本願発明の第２の実施例に係るスパッタ装置を示した説明図である。
符号の説明
１，１Ａ スパッタ装置
２，２Ａ 真空容器
３ 真空空間
４ 基板
５ 基板保持台
６ 回転軸
７ ギア
８ 電動モータ
１０，１０Ａ，１０Ｂ スパッタカソード装置
１１，１１Ａ，１１Ｂ カソード部
１２，１２Ａ，１２Ｂ マグネット
１３，１３Ａ，１３Ｂ ターゲット
１４，１４Ａ，１４Ｂ 蛇腹部
１５，１５Ａ，１５Ｂ 移動ロッド
１６，１６Ａ，１６Ｂ ネジ部
１７，１７Ａ，１７Ｂ 駆動ギア
１８，１８Ａ，１８Ｂ ギア
１９，１９Ａ，１９Ｂ 電動モータ
２０，２０Ａ，２０Ｂ 開口部
３０，３０Ａ，３０Ｂ 移動装置

Claims (3)

  1. 真空空間を画成する真空容器と、該真空容器内に基板を保持する基板保持台と、該基板保持台に保持された基板に対峙する位置に設けられたカソードと、該カソードに設置されるターゲットとを少なくとも具備するスパッタ装置において、
    前記ターゲットが設置されたカソードを前記基板に対して所定の角度で配すると共に、前記基板に対して平行に移動させるカソード移動手段を具備することを特徴するスパッタ装置。
  2. 前記基板保持台は、所定の速度で回転することを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
  3. 前記カソードは、前記基板保持台の周方向に所定の間隔で複数配置されることを特徴とする請求項１又は２記載のスパッタ装置。
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