JP2008274325A - 成膜方法ならびに成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットを小さくすることができ、装置重量やスパッタ電力などの増加を抑制する方法および装置を提供する。
【解決手段】平行平板型スパッタ装置において、ターゲット１１と平行に保持された基板１２を、ターゲット１１の取付面に平行な軸を中心に所定の角度だけ回転させながら、基板１２への成膜を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタリングによって基板上に薄膜を形成する成膜方法および成膜装置に関する。

平行平板型スパッタ装置による成膜工程において、成膜を施される基板（被成膜基板）への成膜速度を速めるためにスパッタリング・ターゲットの裏面にマグネットが配される。そして、基板上の膜厚分布のばらつきを小さくするために前記マグネットをターゲット裏面側において適当に動かすことが従来から行われている。

図２は従来の平行平板型スパッタ装置における被成膜基板、ターゲットおよびマグネットの位置関係を説明する図である。とりわけ、図（ａ）は被成膜基板、ターゲットおよびマグネットをターゲット取付面に垂直な断面で示した図、図（ｂ）はターゲットおよびマグネットをターゲット取付面に垂直な方向から透視した図である。従来装置では、図２に示すように、ターゲット１の面積は、基板ホルダー２に保持された基板３のそれより大きく、かつ、ターゲット１の裏面（基板ホルダーとは反対側）にはカソードマグネット４を配置することが多い。このカソードマグネット４は、ターゲット１の裏面側でターゲット１に平行な平面上に沿って動くことができるようになっている。

しかしながら、図２に示す従来構成では、被成膜基板の大きさが大きくなると、それに伴いターゲットが大きくなり、成膜装置も大きくなる。さらには、装置重量も大きくなり、スパッタリングに必要な電力も大きくなる。

また、ターゲット裏面のマグネットは、ターゲットの面積が大きくなるとその裏面の面積とほぼ同じくらいの大きさの物にする必要があるので、マグネットの重量はターゲットの面積の増大に伴い増加することとなる。

さらに、ターゲット面積が大きくなることにより、ターゲットの製造工程も複雑化するという問題点もある。

本発明の目的は、上記のような従来技術の問題を解決することにあり、ターゲットを小さくすることができ、装置重量やスパッタ電力などの増加を抑制する方法および装置を提供することにある。

本発明は、平行平板型スパッタ装置においてスパッタリング・ターゲットと平行に被成膜基板を固定する基板ホルダーを、該ターゲットの取付面に平行な軸を基準に回転移動可能に設ける。そして、基板ホルダーを所定の回転角度だけ回転移動させながら、被成膜基板上に薄膜を形成することにより、上記従来技術の課題を解決する。

本発明によれば、成膜工程において、基板が大きくなっても、それに伴ってターゲットおよびカソードマグネットを大きくする必要がなくなり、装置重量やスパッタ電力などの増加を抑制することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態による成膜時の被成膜基板、ターゲットおよびマグネットの位置関係と構成を説明する図である。とりわけ、図１（ａ）は被成膜基板、ターゲットおよびマグネットをターゲット取付面に垂直な断面で示した図、図１（ｂ）はターゲットおよびマグネットをターゲット取付面に垂直な方向から透視した図である。

図１（ａ）を参照すると、本実施形態の平行平板型スパッタ装置では、ターゲット１１と略平行に基板ホルダー１２で固定された基板１３が、ターゲット１１の取付面である裏板１４と略平行な仮想軸Ｘを基準に所定の角度だけ回転移動可能になっている。

このようなスパッタ装置において、基板ホルダー１２で固定された基板１３がターゲット１１と対向し平行に保持されている状態から、基板ホルダー１２ごと基板１３にスパッタ成膜を開始する（図中（イ）の状態）。この状態から、図中Ａの方向に仮想軸Ｘを基準に基板ホルダー１２を回転させながら基板１３に成膜し、適正な回転角度になる位置まで回転移動する（図中（ロ）の状態）。次に、成膜しながら、仮想軸Ｘを基準に図中Ｂの方向に基板ホルダー１２を逆回転させて、図中（イ）の状態を経て図中（ハ）の状態まで達した後、さらに図中Ｃの方向に逆回転させる。そして、動作開始位置である図中（イ）の状態になると、成膜工程が完了となる。

上記のように、ターゲット１１に略平行な仮想軸Ｘを基準に基板１３を回転移動させることにより、基板１３の回転方向両端部をターゲット１１の投影面内に交互に接近させることが出来る。そのため、基板１３の面積がターゲット１１の面積よりも大きくなった場合でも、ターゲート１１の面積を大きくすることなく、基板１３への成膜が可能となる。尚、図中の（ロ）や（ハ）の状態になる基板ホルダー１２の回転角度は、回転移動した基板１３の回転方向端部がターゲット１１の投影面内にできる限り接近するような角度である。

尚、上記では基板ホルダー１２を一往復させる時間内で成膜工程が完了する説明であったが、成膜しようとする膜厚が厚い場合などでは数回乃至数十回の往復時間で成膜工程を終えるようにしても何ら差し支えない。

しかし、周知のように、スパッタリングにより単位時間内に形成される薄膜の厚さは、ターゲットと被成膜基板の距離が近いほど厚く、その距離が遠いほど薄く形成される。そのため上記の方法によると、基板１３の中心近くと、基板１３の回転方向端部側とでは、形成される膜厚に差が生じる虞がある。それを解消するため、回転移動する基板１３とターゲット１１との位置関係により、ターゲット１１に投入する電力を調整する。例えば、図１中の（イ）から（ロ）の位置に基板１３が回転移動するに従ってターゲット１１への投入電力を下げ、（ロ）の位置から（イ）の位置に基板１３が回転移動するに従ってターゲット１１への投入電力を元の電力になるように上げる。さらに、図１中の（イ）から（ハ）の位置に基板１３が回転移動するに従って再びターゲット１１への投入電力を下げ、（ハ）の位置から（イ）の位置に基板１３が回転移動するに従って再びターゲット１１への投入電力を元の電力になるように上げる。このような電力調整を行いながら成膜することで、基板１３上に形成される薄膜の膜厚分布を良好にする。尚、投入電力の制御手法としては、本実施形態の平行平板型スパッタ装置において予め、基板１３の回転角度とターゲット１１への投入電力と膜厚分布の関係を求めておく。そして、スパッタ装置に基板１３の回転角度検出部を設け、この検出部で検出される回転角度に応じて、基板１３上に形成した薄膜が目的の膜厚分布となるよう、ターゲット１１への電力供給部の電力値を制御すればよい。

また、基板１３に形成される膜厚を調整する方法として、放電空間に直交する磁場空間を作ることも知られているとおりであり、従来技術で説明した方法を適用できる。よって、成膜中に回転移動する基板１３の姿勢に応じて、ターゲット１１の裏面側に設置されたカソードマグネット１５をマグネット位置調整機構により図中α方向に動かして適正な位置に調整することによっても、膜厚分布を補正することができる。

以上説明した本実施形態によれば、上記投入電力制御および／または上記カソードマグネット位置調整により、従来では基板面積が大きくなるに伴ってターゲットが大きくなるという問題を解決することができる。つまり、少なくともターゲットの面積を基板の面積よりも小さくすることができ、被成膜基板上に膜厚分布に優れた成膜が可能になる。

本発明の実施形態による成膜時の被成膜基板、ターゲットおよびマグネットの位置関係と構成を説明する図である。 従来の平行平板型スパッタ装置における被成膜基板、ターゲットおよびマグネットの位置関係を説明する図である。

符号の説明

１１ ターゲット
１２ 基板ホルダー
１３ 基板（被成膜基板）
１４ 裏板
１５ カソードターゲット

Claims (6)

1. 平行平板型スパッタ装置においてスパッタリング・ターゲットと平行に被成膜基板を固定する基板ホルダーを、該ターゲットの取付面に平行な軸を基準に回転移動可能に設け、
   前記基板ホルダーを所定の回転角度だけ回転移動させながら、前記被成膜基板上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
2. 回転移動する前記被成膜基板と前記ターゲットとの位置関係により、スパッタリングのために前記ターゲットに投入する電力を調整することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記ターゲットの前記基板ホルダーとは反対側に配置されるカソードマグネットの位置を、回転移動する前記被成膜基板と前記ターゲットとの位置関係により調整することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。
4. スパッタリング・ターゲットと、該ターゲットと平行に被成膜基板を固定する基板ホルダーと、前記ターゲットの前記基板ホルダーとは反対側に配置されたカソードマグネットを備える平行平板型スパッタ装置において、
   前記基板ホルダーが、前記ターゲットの取付面に平行な軸を基準に回転移動可能であること特徴とする平行平板型スパッタ装置。
5. 前記基板ホルダーの回転角度を検出する回転角度検出部と、該回転角度検出部で検出された回転角度に応じて、前記被成膜基板上に形成する薄膜が目的の膜厚分布になるよう前記ターゲットへの投入電力を制御する電力供給部とを備えることを特徴とする請求項４に記載の平行平板型スパッタ装置。
6. 前記基板ホルダーの回転角度を検出する回転角度検出部と、該回転角度検出部で検出された回転角度に応じて、前記被成膜基板上に形成する薄膜が目的の膜厚分布になるよう前記カソードマグネットの位置を調整するマグネット位置調整機構とを備えることを特徴とする請求項４または５に記載の平行平板型スパッタ装置。

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