JP2007100183A - スパッタ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は、基板上の膜厚分布を向上させる新しい構成を有するスパッタ装置を提供する。
【解決手段】この発明は、真空容器と、該真空容器内に配置される基板ホルダーと、該基板ホルダー上に載置された基板に対してスパッタを行うターゲットを有する複数のスパッタリングカソードを具備するスパッタ装置において、前記複数のスパッタリングカソードは、それぞれのスパッタリングカソードに装着されるターゲットの中心軸が、前記基板ホルダーに載置される基板の中心軸に対して、所定の角度で傾斜するように配設されると共に、該複数のスパッタリングカソードによって構成されるスパッタリングカソードユニットが、前記真空容器に対して前記基板の中心軸を中心として回転自在に保持されることにある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板に薄膜を形成するためのターゲットを有する複数のスパッタリングカソードを有し、前記ターゲットに対してイオン化した気体を衝突させてターゲットの原子又は分子を叩き出し、これらの原子又は分子を前記基板に付着させて薄膜を形成するスパッタ装置に関する。
特許文献１は、別個のカソードに取り付けられた複数のターゲットと、成膜すべき円形の基板をその中心周りに自転させる基板回転装置を有し、前記複数のターゲットは前記基板の表面に対して平行であると共に、前記複数のターゲットの中心は前記基板の中心とずれており、複数のターゲットのそれぞれについて、ターゲットの表面の中心と前記基板の表面の中心とを結ぶ線分と基板の表面の法線とのなす角度が４０度以上であるスパッタリング装置を開示する。
特許文献２は、互いに対向する回転基板と成膜源とを有する薄膜の成膜装置であって、前記基板上に成膜される薄膜の成膜速度を規制する成膜速度規制部材と、前記基板上に成膜される薄膜の膜厚を補正する膜厚補正部材とを、前記基板と成膜源との間にそれぞれ挿脱自在に設けるものにおいて、前記回転基板の半径に沿った複数の計測点で前記薄膜の膜厚を計測する膜厚計測手段を設け、前記狭く速度規制部材に、前記回転基板の半径に沿って傾斜した成膜速度勾配を生じさせる開口部と該開口部の開土を増減可能とする開閉シャッタとを設け、前記膜厚補正部材として前記基板上の薄膜を遮蔽する可動シャッタを用いることを特徴とする成膜装置を開示する。
特許文献３は、本出願人によってなされたもので、基板と、該基板を保持する基板ホルダと、前記基板に薄膜を形成するためのターゲットと、該ターゲットが搭載されるスパッタカソードと、前記ターゲットの背面に排されるマグネットとによって少なくとも構成され、前記ターゲットの軸を、前記スパッタカソードの軸に対して傾斜させると共に、前記スパッタカソードを自転させ、前記ターゲットを前記基板に対して揺動運動させるスパッタ装置を開示する。
特開２００２−２０８６４号公報 特開２００３−１６６０５５号公報 特開２００４−３３９５４７号公報
上述した特許文献から明らかなように、従来から基板上の膜厚分布をいかにして向上させるかが大きな課題となっており、このためにいろいろな工夫がなされてきた。
このため、この発明は、基板上の膜厚分布を向上させる新しい構成を有するスパッタ装置を提供するものである。
したがって、この発明は、真空容器と、該真空容器内に配置される基板ホルダーと、該基板ホルダー上に載置された基板に対してスパッタを行うターゲットを有する複数のスパッタリングカソードを具備するスパッタ装置において、前記複数のスパッタリングカソードは、それぞれのスパッタリングカソードに装着されるターゲットの中心軸が、前記基板ホルダーに載置される基板の中心軸に対して、所定の角度で傾斜するように配設されると共に、該複数のスパッタリングカソードによって構成されるスパッタリングカソードユニットが、前記真空容器に対して前記基板の中心軸を中心として回転自在に保持されることにある。尚、前記ターゲットの背面には、ターゲットに対して磁界を発生させるマグネットが配されるものである。
また、前記それぞれのスパッタリングカソードには、前記ターゲットの前方に前記ターゲットの中心軸に沿って所定の長さ延出するフード部が設けられ、該フード部の開口端部には、該開口端部を所定の範囲で閉塞する分布修正手段が設けられることが望ましい。
さらに、前記分布修正手段は、前記ターゲットの直径の略１／２の直径を有する円形金属プレートと、該円形金属プレートを支持する支持部とによって構成されると共に、前記基板の中心軸側に位置する部分に切り欠き部を有することにある。
さらにまた、前記分布修正手段は、前記ターゲットの直径の略１／２の直径を有する底面を有すると共に前記ターゲットの中心軸に沿って所定の長さ延出する円柱部と、該円周部を支持する支持部とによって構成されることが望ましい。
また、前記フード部は、前記ターゲットの直径の略１．５倍の直径を有する開口端部と、前記ターゲットの直径と略等しい長さを有することが望ましい。
さらに、前記それぞれのスパッタリングカソードは、前記ターゲットの中心軸が、前記基板ホルダーに載置される基板の中心軸に対して、最大４５度で傾斜することが望ましい。特に傾斜範囲としては、１５度〜４５度の範囲内であることが望ましい。
さらにまた、前記ターゲットの中心軸に沿った前記ターゲットと前記基板の距離は、前記ターゲットの直径の略３倍から４倍の範囲内であることが望ましい。
また、前記基板ホルダーに保持された基板は、それぞれのターゲットの中心軸が交差する交点とずれた位置に配されることが望ましい。
以上の構成により、複数のスパッタリングカソードが基板の略中心位置に向かって配設されるスパッタリングカソードユニットが基板の中心軸を中心として自転可能であることから、各ターゲットを順にスパッタすることが可能であり、これによって膜厚分布を向上させることができるという効果を奏する。
また、各ターゲットを同時にスパッタすることも可能であり、これによって膜厚方向に合金度合いの良い合金薄膜を形成することができるという効果を奏する。
さらに、分布修正手段を、前記スパッタリングカソードの開口端部に設けることによって、開口端部中心部分のスパッタ粒子を制限することができるので、膜厚分布をさらに向上させることができるものである。
また、分布修正手段を、前記ターゲットの直径の略１／２の直径を有する円形金属プレートと、該円形金属プレートを支持する支持部とによって構成すると共に、前記基板の中心軸側に位置する部分に切り欠き部を設けることによって、傾斜するスパッタリングカソードの基板中心軸側のスパッタ粒子を増大させることができるので、基板全体の膜厚分布を向上させることができる。
さらに、分布修正手段を、前記ターゲットの直径の略１／２の直径を有する底面を有すると共に前記ターゲットの中心軸に沿って所定の長さ延出する円柱部と、該円周部を支持する支持部とによって構成することによって、傾斜するスパッタリングカソードユニットの膜厚の厚い部分を平滑にすることができるので、基板全体の膜厚分布を改善す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に示されるスパッタ装置１は、スパッタ空間３を画成する真空容器２と、前記スパッタ空間３内に基板５を保持する基板ホルダー４と、前記真空容器２に回転自在に保持されるスパッタリングカソードユニット６０と、このスパッタリングカソードユニット６０を回転させる駆動機構３０とによって少なくとも構成される。
スパッタリングカソードユニット６０は、前記真空容器２にＯリング等によって密閉性が保持された状態で回転自在に装着されるカソードブロック６と、このカソードブロック６内に配された複数のスパッタリングカソード１０とによって構成される。さらに、このカソードブロック６には、前記基板５に対峙するように、スパッタ粒子の放射孔１４がそれぞれのスパッタリングカソード１０に対応して形成され、この放射孔１４の周囲は、フード部１３として定義される。また、前記カソードブロック６内に図示された４０は、下記するカソードベースを冷却するための冷却水を導入／排出する配管であり、５０はカソード電力ケーブルである。また、スパッタリングカソードユニット１０は、電動モータ３１、電動モータ３１の回転軸に装着される駆動ギア３２及び前記カソードブロック６の軸周囲に形成された駆動ギア３３によって構成される駆動機構３０によって中心軸Ｃｃを中心として回転するものである。
前記スパッタリングカソード１０は、カソードベース１５と、このカソードベース１５に囲設されると共に前記カソードベース１５と前記カソードブロック６の間を絶縁する絶縁ブロック１１と、前記カソードベース１５に装着されるターゲット７と、このターゲット７の背面に配され、前記ターゲット７に対して磁界を発生させるマグネット１２とによって構成される。
また、それぞれのスパッタリングカソード１０は、前記基板５側に延出する軸ＳＰｃを中心軸として、前記カソードブロック６に装着され、前記スパッタリングカソードユニット６０は、前記基板５の中心Ｃｓを通過する軸Ｃｃを中心軸として回転可能に設置される。尚、前記スパッタリングカソード１０の中心軸Ｓｐｃは、前記スパッタリングカソードユニット６０及び基板５の中心軸Ｃｃと交点Ｐｃにおいて交差すると共に前記ターゲット７の中心Ｐｔを通過する。さらに、前記放射孔１４は前記中心軸ＳＰｃに沿って延出する。
さらに、前記放射孔１４の開口端部には、分布修正板２０が配置される。この分布修正板２０は、例えば、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、前記カソードブロック６に固定される固定部２１と、この固定部２１から延出する保持アーム部２２と、この保持アーム部２２に固定される分布修正プレート部２３とによって構成される。また、分布修正プレート部２３には、前記中心軸Ｃｃ側に所定の切欠部２４が形成されるものである。
尚、スパッタリングカソード１０の中心軸ＳＰｃと、スパッタリングカソードユニット６０の中心軸Ｃｃのなす角度αは、４５度以下、特には１５度〜４５度の範囲内である。
また、前記中心軸ＳＰｃに沿った前記ターゲット７の中心Ｐｔと前記基板５上の点Ｐｓとの間の距離Ｆは、前記ターゲット７の直径Ｄｔの約３〜４倍に設定される（２．５Ｄｔ≦Ｆ＜４．５Ｄｔ）。さらに、前記フード部１３の長さＬは、前記ターゲット７の直径Ｄｔと略等しい長さに設定される（Ｌ≒Ｄｔ）。さらにまた、前記放射孔１４の開口径Ｄｏは、前記ターゲット７の直径Ｄｔの略１．５倍に設定される（Ｄｏ≒１．５Ｄｔ）。
さらに、前記基板ホルダー４は、搭載される基板５の位置が、前記交点Ｐｃから所定値ずれた位置（この実施例では、所定値下方）になるように配置される。これによって、基板５の中心Ｃｓ近傍での膜厚の成長を抑制するものである。
さらに、前記分布修正板２０の分布修正プレート部２３の直径Ｄｐは、前記ターゲット７の径Ｄｔの略１／２に設定される（Ｄｐ≒０．５Ｄｔ）。これらの数値限定に基づく配置によって最適な膜厚分布を達成できるものである。
以上の構成のスパッタ装置１において、それぞれのスパッタカソード１０に搭載されるターゲット７の種類を同一とし、前記基板５に対して順次スパッタするように図示しない電源、排気ポンプ及びガス供給機構、さらに駆動機構３０を制御することによって、膜厚分布の良い薄膜を基板７上に形成できるものである。さらに、切欠部２４を有する分布修正板２０によって、図３に示すように、ターゲット７から遠い部分の膜厚の成長を増進することができるため、膜厚分布をさらに改善することができるものである。
以下、実施例２について説明するが、分布修正手段以外の構成については、実施例１と同様であるため、それらの記載については省略する。
図４に示すように、実施例２に係る分布修正手段としての分布修正ブロック２０Ａは、例えば、図４（ａ），（ｂ）に示されるように、前記カソードブロック６に固定される固定部２１Ａと、この固定部２１Ａから延出する保持アーム部２２Ａと、この保持アーム部２２に固定される分布修正円筒部２３Ａとによって構成される。この分布修正円筒部２３Ａの底面の径ＤｐＡは、前記分布修正プレート部の径Ｄｐと等しい。
以上の構造を有する分布修正ブロック２０Ａによって、図５に示すように、中央部分の膜厚の成長を抑制できるので、基板５上の膜厚分布をさらに向上させることができるものである。
本願発明の実施例１及び２に係るスパッタ装置の概略構成図である。 本願発明の実施例１に係る分布修正板の構成図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本願発明の実施例１に係る分布修正板による膜厚分布を示した特性線図である。 本願発明の実施例２に係る分布修正ブロックの構成図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本願発明の実施例２に係る分布修正ブロックによる膜厚分布を示した特性線図である。
符号の説明
１ スパッタ装置
２ 真空容器
３ 真空空間
４ 基板ホルダー
５ 基板
６ カソードブロック
７ ターゲット
１０ スパッタリングカソード
１１ 絶縁ブロック
１２ マグネット
１３ フード部
１４ 放射孔
１５ カソードベース
２０ 分布修正板
２０Ａ 分布修正ブロック
３０ 駆動機構
３１ 電動モータ
３２，３３ 駆動ギア
４０ 配管
５０ カソード電力ケーブル
６０ スパッタリングカソードユニット

Claims (8)

  1. 真空容器と、該真空容器内に配置される基板ホルダーと、該基板ホルダー上に載置された基板に対してスパッタを行うターゲットを有する複数のスパッタリングカソードを具備するスパッタ装置において、
    前記複数のスパッタリングカソードは、それぞれのスパッタリングカソードに装着されるターゲットの中心軸が、前記基板ホルダーに載置される基板の中心軸に対して、所定の角度で傾斜するように配設されると共に、該複数のスパッタリングカソードによって構成されるスパッタリングカソードユニットが、前記真空容器に対して前記基板の中心軸を中心として回転自在に保持されることを特徴とするスパッタ装置。
  2. 前記それぞれのスパッタリングカソードには、前記ターゲットの前方に前記ターゲットの中心軸に沿って所定の長さ延出するフード部が設けられ、該フード部の開口端部には、該開口端部を所定の範囲で閉塞する分布修正手段が設けられることを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
  3. 前記分布修正手段は、前記ターゲットの直径の略１／２の直径を有する円形金属プレートと、該円形金属プレートを支持する支持部とによって構成されると共に、前記基板の中心軸側に位置する部分に切り欠き部を有することを特徴とする請求項２記載のスパッタ装置。
  4. 前記分布修正手段は、前記ターゲットの直径の略１／２の直径を有する底面を有すると共に前記ターゲットの中心軸に沿って所定の長さ延出する円柱部と、該円周部を支持する支持部とによって構成されることを特徴とする請求項２記載のスパッタ装置。
  5. 前記フード部は、前記ターゲットの直径の略１．５倍の直径を有する開口端部と、前記ターゲットの直径と略等しい長さを有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のスパッタ装置。
  6. 前記それぞれのスパッタリングカソードは、前記ターゲットの中心軸が、前記基板ホルダーに載置される基板の中心軸に対して、最大４５度で傾斜することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のスパッタ装置。
  7. 前記ターゲットの中心軸に沿った前記ターゲットと前記基板の距離は、前記ターゲットの直径の略３倍から４倍の範囲内であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のスパッタ装置。
  8. 前記基板ホルダーに保持された基板は、それぞれのターゲットの中心軸が交差する交点とずれた位置に配されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のスパッタ装置。
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