JP2010018830A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜室を大気に開放させることなく、遮蔽板を交換することができるスパッタ装置を提供する。
【解決手段】真空容器１１に備えられた成膜室１１Ａの内部でターゲットのスパッタ物質を基板上に付着させるスパッタ装置１であって、ターゲットと基板の間にターゲットと対向して配置され、基板に付着させるスパッタ物質の厚み分布を制御する遮蔽板３６と、真空容器１１に備えられ、成膜室１１Ａに対してゲートバルブ１１ｄを介して連通する遮蔽板切替室１１Ｃと、成膜室１１Ａ内のターゲット及び基板間との間で、遮蔽板３６を移動させる移動手段１００，１００ａ，１００ｂ，１０２ａ，１０２ｂ，２００，３００，３０２，３０４，３０６，３０８，４００とを有するスパッタ装置１。
【選択図】図７

Description

この発明は、スパッタ装置に関する。

スパッタリングターゲットと、成膜対象としての基板を保持するための基板ホルダとの間に、前記基板に形成する薄膜に所望の膜厚分布を与える遮蔽板を、真空容器の内部に固定して設けたスパッタ装置が知られている（特許文献１）。

特開２００５−２６４２５０号公報

ところで、この種の遮蔽板は、例えば異なる膜厚分布の薄膜形成を望むときには、別の遮蔽板に取り換える必要がある。また、遮蔽板にスパッタ物質が堆積することによる性能の低下等を回避するときにも、その遮蔽板を定期的又は必要に応じて交換する必要がある。このような場合の交換方法としては、基板への成膜処理を一度終了させ、成膜室を大気に開放し、その大気開放状態で成膜室における保守用の扉を介して遮蔽板を交換する方法が考えられる。

しかしながら、この方法では、遮蔽板の交換の都度、成膜室を大気に開放せねばならない。成膜室が一旦大気に開放され、遮蔽板を交換した後に、再度成膜室を真空状態にして基板へ成膜する場合、成膜室の真空状態や温度等の成膜条件がそれまでの条件から変化するとともに、交換された遮蔽板により大気中の不純物が成膜室内に持ち込まれるおそれが高く、成膜品質が低下するという問題があった。

発明が解決しようとする課題は、成膜室を大気に開放させることなく、遮蔽板などの膜厚分布を制御する手段を交換することができるスパッタ装置を提供することである。

この発明は、真空容器（１１）に備えられた成膜室（１１Ａ）の内部に配置されるターゲット（２９ａ，２９ｂ）と基板（Ｓ）の間にターゲット（２９ａ，２９ｂ）と対向して配置され、基板（Ｓ）に付着させるスパッタ物質の厚み分布を制御するための厚み分布制御板（３６）と、成膜室（１１Ａ）に対してゲートバルブ（１１ｄ）を介して連通するロードロック室（１１Ｃ）と、成膜室（１１Ａ）内のターゲット（２９ａ，２９ｂ）及び基板（Ｓ）間との間で、厚み分布制御板（３６）を移動させる移動手段（１００，１００ａ，１００ｂ，１０２ａ，１０２ｂ，２００，３００，３０２，３０４，３０６，３０８，４００）とを、有するスパッタ装置（１）によって上記課題を解決する。なお、上記解決手段では、発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。

上記発明によれば、移動手段によって厚み分布制御板を成膜室からロードロック室に移動させ、ゲートバルブを閉じ、その後ロードロック室を開放することができるので、成膜室を大気に開放させないで、厚み分布制御板を交換することが可能となる。その結果、厚み分布制御板の交換後も、成膜室の真空状態や温度等の成膜条件が変わらず、成膜品質が低下することがない。

以下、図面を参照しつつ、発明の実施形態について説明する。

図１〜図３に示すように、本実施形態のスパッタ装置１は、真空容器１１を有する。真空容器１１は、公知のスパッタ装置で通常用いられるようなステンレス製で、略直方体形状を備える中空体である。真空容器１１の内部は、扉１１ｂ及びゲートバルブ１１ｄによって、成膜室１１Ａ、基板切替室１１Ｂ（第２のロードロック室）及び遮蔽板切替室１１Ｃ（ロードロック室）に分けられている。扉１１ｂは、真空容器１１の上方に形成された扉収納室（不図示）の内部と、真空容器１１の内部との間でスライドすることで開閉する。ゲートバルブ１１ｄは、成膜室１１Ａと遮蔽板切替室１１Ｃとの間に形成された扉収納室１１２の内部と、真空容器１１の内部との間でスライドすることで開閉する。真空容器１１には、基板切替室１１Ｂと真空容器１１の外部とを仕切る扉１１ｃが設けられており、さらに遮蔽板切替室１１Ｃと真空容器１１の外部とを仕切る扉１１ｅが設けられている。扉１１ｃ及び扉１１ｅは、スライドまたは回動することで開閉する。

成膜室１１Ａ、基板切替室１１Ｂ及び遮蔽板切替室１１Ｃには、排気用の配管１５ａ，１５ａ’，１５ａ”（排気手段）がそれぞれ接続され、これらの各配管１５ａ，１５ａ’，１５ａ”には、真空容器１１内を排気するための真空ポンプ１５，１５’，１５”（排気手段）がそれぞれ接続されている。

真空容器１１の内部には、基板ホルダ１３が配置されている。基板ホルダ１３の形状は例えば円筒状であり、その外周面に複数の基板Ｓ（図４参照）を保持する。基板ホルダ１３は、円筒の筒方向の中心軸線Ｚ（図２参照）が真空容器１１の上下方向になるように真空容器１１内に配設される。

基板ホルダ１３は、真空容器１１内の真空状態を維持した状態で、真空容器１１の上部に設けられた、基板ホルダ１３を回転させるためのモータ１７を駆動させることによって、中心軸線Ｚを中心に回転する。

図４に示すように、基板ホルダ１３の外周面には、多数の基板Ｓが、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚに沿った方向（上下方向）に所定間隔を保ちながら整列させた状態で保持される（図４の上下方向が、スパッタ装置１の上下方向（中心軸線Ｚの方向））。本実施形態では、基板の薄膜を形成させる面（以下「膜形成面」という）が、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚと垂直な方向を向くように、基板Ｓが基板保持具１３ａによって基板ホルダ１３の外周面に保持されている。基板保持具１３ａには基板Ｓが収納される凹部１３ｂが設けられている。凹部１３ｂは上下方向に形成されている。本実施形態では、一列に２つの凹部１３ｂを備えるが、この数は基板Ｓの大きさや、基板ホルダ１３の大きさに等によって変更される。

基板Ｓは、チャック部（不図示）で挟持された状態で基板保持具１３ａの凹部１３ｂに保持される。チャック部としてはネジや、板ばね等が用いられる。基板Ｓは、基板ホルダ１３が回転することで、中心軸線Ｚを公転軸として公転する。

図１〜図３に戻り、基板ホルダ１３は、成膜室１１Ａと基板切替室１１Ｂの間を移動できるように構成されている。本実施形態では、真空容器１１の底面にレール（不図示）が設置されており、基板ホルダ１３は、このレールに導かれて移動する。基板ホルダ１３は、成膜中は成膜室１１Ａの位置でロックされ、成膜前に基板Ｓを基板ホルダ１３に取り付けるときや、成膜後に基板ホルダ１３から基板Ｓを取り外すときに基板切替室１１Ｂの位置で固定される。

真空容器１１の内壁面には、仕切壁１２，１６が立設されている。仕切壁１２，１６は、真空容器１１と同じステンレス製の部材である。仕切壁１２，１６は、真空容器１１の内壁面から基板ホルダ１３へ向けて、四方を囲んだ状態で設けられている。これにより、真空容器１１の内壁面，仕切壁１２，基板ホルダ１３の外周面に囲繞されて、成膜プロセスゾーン２０が形成される。また、真空容器１１の内壁面，プラズマ発生手段８０，仕切壁１６，基板ホルダ１３の外周面に囲繞されて、反応プロセスゾーン６０が形成される。

成膜プロセスゾーン２０は、スパッタを行って基板Ｓ上に薄膜を形成（スパッタ物質を付着）するための領域である。成膜プロセスゾーン２０には、基板ホルダ１３の外周面に対向するように、真空容器１１の壁面にマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂが配置されている。このマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、不図示の絶縁部材を介して接地電位にある真空容器１１に固定されている。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、トランス２４を介して、交流電源２３に接続され、交番電界が印加可能に構成されている。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂには、ターゲット２９ａ，２９ｂが保持される。ターゲット２９ａ，２９ｂの形状は平板状であり、ターゲット２９ａ，２９ｂの基板ホルダ１３の外周面と対向する面が、基板ホルダ１３の中心軸線Ｚと垂直な方向を向くように保持される。

成膜プロセスゾーン２０には、マスフローコントローラ２５，２７が、配管を介して連結されている。マスフローコントローラ２５は、不活性ガス（例えばアルゴンガス）を貯留するスパッタガスボンベ２６に接続されている。マスフローコントローラ２７は、反応性ガスを貯留する反応性ガスボンベ２８に接続されている。不活性ガスや反応性ガスは、マスフローコントローラ２５，２７で流量を制御されて、配管を通して成膜プロセスゾーン２０に導入される。反応性ガスとしては、例えば酸素ガス，窒素ガス，弗素ガス，オゾンガス等が考えられる。

反応プロセスゾーン６０は、成膜プロセスゾーン２０とは異なる領域に形成される。反応プロセスゾーン６０は成膜プロセスゾーン２０が形成された位置から、基板ホルダ１３の回転軸を中心に円周上に約９０度回転した位置に形成されるように、仕切壁１６が真空容器１１に設けられている。モータ１７によって基板ホルダ１３が回転させられると、基板ホルダ１３の外周面に保持された基板Ｓが公転して、成膜プロセスゾーン２０に面する位置と、反応プロセスゾーン６０に面する位置との間を移動することになる。そして、このように、基板Ｓが公転することで、ターゲット２９ａ，２９ｂに対して相対的に移動することになる。

反応プロセスゾーン６０は、プラズマを発生させて基板Ｓ上の薄膜に対してプラズマ処理を行うための領域である。

反応プロセスゾーン６０に対応する真空容器１１の壁面には、プラズマ発生手段８０を設置するための開口１１ａが形成されている。反応プロセスゾーン６０には、マスフローコントローラ６５を介して不活性ガスボンベ６６内の不活性ガスを導入するための配管や、マスフローコントローラ６７を介して反応性ガスボンベ６８内の反応性ガスを導入するための配管が接続されている。

仕切壁１６の反応プロセスゾーン６０に面する壁面には、熱分解窒化硼素（ＰＢＮ）からなる保護層Ｐが被覆されている。さらに、真空容器１１の内壁面の反応プロセスゾーン６０に面する部分にも熱分解窒化硼素からなる保護層Ｐが被覆されている。熱分解窒化硼素は、化学的気相成長法（ＣＶＤ）を利用した熱分解法によって仕切壁１６や真空容器１１の内壁面へ被覆される。

プラズマ発生手段８０は、反応プロセスゾーン６０に面して設けられており、例えば、ケース体、誘電体板８３、固定枠、アンテナ８５ａ,８５ｂ、固定具、配管１５ａ及び真空ポンプ１５を含んで構成することができる。

ケース体は、真空容器１１の壁面に形成された開口１１ａを塞ぐ形状を備え、ボルト（不図示）で真空容器１１の開口１１ａを塞ぐように固定されている。ケース体が真空容器１１の壁面に固定されることで、プラズマ発生手段８０は真空容器１１に接続されている。誘電体板８３は、板状の誘電体で形成されている。固定枠は、ケース体に誘電体板８３を固定するために用いられるもので、ロの字形状を備えた枠体である。固定枠とケース体がボルト（不図示）で連結されることで、固定枠とケース体の間に誘電体板８３が挟持され、これにより誘電体板８３がケース体に固定される。誘電体板８３がケース体に固定されることで、ケース体と誘電体板８３によってアンテナ収容室８０Ａが形成されている。

ケース体に固定された誘電体板８３は、開口１１ａを介して真空容器１１の内部（反応プロセスゾーン６０）に臨んで設けられている。このとき、アンテナ収容室８０Ａは、真空容器１１の内部と分離している。すなわち、アンテナ収容室８０Ａと真空容器１１の内部とは、誘電体板８３で仕切られた状態で独立した空間を形成している。また、アンテナ収容室８０Ａと真空容器１１の外部は、ケース体で仕切られた状態で独立の空間を形成している。本実施形態では、独立の空間として形成されたアンテナ収容室８０Ａの中に、アンテナ８５ａ，８５ｂが設置されている。

本実施形態では、アンテナ収容室８０Ａの内部を排気して真空状態にするために、アンテナ収容室８０Ａに排気用の配管１５ａが接続されている。配管１５ａには、真空ポンプ１５が接続されている。配管１５ａは真空容器１１の内部へも連通している。配管１５ａには、真空ポンプ１５から真空容器１１の内部に連通する位置にバルブＶ１、Ｖ２が設けられている。また、配管１５ａには、真空ポンプ１５からアンテナ収容室８０Ａの内部に連通する位置にバルブＶ１、Ｖ３が設けられている。バルブＶ２，Ｖ３のいずれかを閉じることで、アンテナ収容室８０Ａの内部と真空容器１１の内部との間での気体の移動は阻止される。真空容器１１の内部の圧力や、アンテナ収容室８０Ａの内部の圧力は、真空計（不図示）で測定される。

本実施形態では、スパッタ装置１に制御装置（不図示）を備えている。この制御装置には、真空計の出力が入力される。制御装置は、入力された真空計の測定値に基づいて、真空ポンプ１５による排気を制御して、真空容器１１の内部やアンテナ収容室８０Ａの内部の真空度を調整する機能を備える。本実施形態では、制御装置がバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉を制御することで、真空容器１１の内部とアンテナ収容室８０Ａの内部を同時に、又は独立して排気できる。

アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂは、高周波電源８９から電力の供給を受けて、真空容器１１の内部（反応プロセスゾーン６０）に誘導電界を発生させ、プラズマを発生させるためのものである。本実施形態のアンテナ８５ａ，８５ｂは、銅で形成された円管状の本体部と、本体部の表面を被覆する銀で形成された被覆層を備えている。アンテナ８５ａのインピーダンスを低下するためには、電気抵抗の低い材料でアンテナ８５ａ，８５ｂを形成するのが好ましい。

アンテナ８５ａ及びアンテナ８５ｂは、平面上で渦を成した形状を備える。アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂとは、ケース体と誘電体板８３との間に形成されたアンテナ収容室８０Ａの中に、渦を成す面が反応プロセスゾーン６０を向いた状態で誘電体板８３に隣接して設置される。アンテナ８５ａとアンテナ８５ｂは、高周波電源８９に対して並列に接続されている。アンテナ８５ａ，８５ｂは、マッチング回路を収容するマッチングボックス８７を介して高周波電源８９に接続されている。マッチングボックス８７内には、可変コンデンサが設けられている。

渦状のアンテナ８５ａ，８５ｂは、導線部８６ａ，８６ｂを介してマッチングボックス８７に接続されている。導線部８６ａ，８６ｂは、アンテナ８５ａ，８５ｂと同様の素材からなる。ケース体には、導線部８６ａ，８６ｂを挿通するための挿通孔が形成されている。アンテナ収容室８０Ａ内側のアンテナ８５ａ，８５ｂと、アンテナ収容室８０Ａ外側のマッチングボックス８７，高周波電源８９とは、挿通孔に挿通される導線部８６ａを介して接続される。

本実施形態では、真空容器１１内のターゲット２９ａ，２９ｂと基板ホルダ１３との間には、膜厚補正板３５及び遮蔽板３６が配置される。膜厚補正板３５及び遮蔽板３６は、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに保持されるターゲット２９ａ，２９ｂから発生するスパッタ物質の一部を遮ることで、基板ホルダ１３の方向へ向かうスパッタ物質の量を調整する。なお、スパッタ物質とは、ターゲット２９ａ，２９ｂに対するスパッタによって、ターゲット２９ａ，２９ｂ，から発生する物質であり、ターゲット２９ａ，２９ｂを構成する原子または原子の集団等である。

本実施形態の膜厚補正板３５は、スパッタを行うことにより基板Ｓに形成される薄膜の膜厚を均一にする役目を果たす。

図５及び図６に示すように、膜厚補正板３５は、補正板３５ａと、補正板３５ｂとで構成され、これら補正板３５ａ及び補正板３５ｂは、ターゲット２９ａとターゲット２９ｂの中間位置から中心軸線Ｚに伸びる基準面Ｍに対して左右対称に配置されている。すなわち、補正板３５ａ，３５ｂは、図６に示すように、基板ホルダ１３からマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂの方向をのぞんだとき、補正板３５ａ，３５ｂによってターゲット２９ａ，２９ｂの一部が隠れるように配置されている。本実施形態では、補正板３５ａ，３５ｂの一端は、それぞれ仕切壁１２に固定されている。

補正板３５ａ，３５ｂを設けることで、ターゲット２９ａから発生する基板ホルダ１３の方向へ向かうスパッタ物質の量を規制して、基板Ｓに堆積するスパッタ物質の量が、基板Ｓ全面にわたって均一となるようにすることができる。ターゲット２９ａ，２９ｂから飛散するスパッタ物質は、補正板３５ａ，３５ｂの間に設けられた間隔を通過して基板Ｓに到達する。

基板ホルダ１３を、中心軸線Ｚを中心に回転させると、基板ホルダ１３の外周面に上下方向に連なって配列された基板Ｓが、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂ側からみて左右方向に移動する。

上下方向に長いターゲット２９ａ，２９ｂに対してスパッタを行うと、膜厚補正板３５、遮蔽板３６がない場合には、基板ホルダ１３へ向かうスパッタ物質の量は、基板ホルダ１３の上下方向の中心付近（以下、単に「中心付近」という）で多くなる。したがって、中心付近に保持される基板Ｓに、より多くのスパッタ物質が堆積し、中心付近に保持される基板Ｓに形成される薄膜の膜厚と、上側，下側の方に保持される基板Ｓに形成される薄膜の膜厚との間で、ばらつきが生じてしまう。また、同じ１つの基板Ｓに形成する薄膜でも、膜形成面の上端付近に形成される膜の膜厚と、下端付近に形成される膜の膜厚との間でばらつきが生じてしまう。そこで、膜厚補正板３５を配設して、基板ホルダ１３へ向かうスパッタ物質のうち、中心付近を通過しようとするスパッタ物質の量を規制して、基板Ｓに堆積するスパッタ物質の量を、各基板Ｓの基板全面にわたって均一になるようにして、膜厚のばらつきを解消している。具体的には、中心付近をより長い時間遮蔽することで、その分、基板ホルダ１３の中心付近へ向かうスパッタ物質の量を減らして、中心付近の膜厚を、膜厚補正板３５を設けない時よりも相対的に薄くする。これにより、膜厚補正板３５を設けない場合には膜厚が厚くなってしまう中心付近の膜厚を、膜厚補正板３５を設けることで薄くして、結果として基板の上下方向でばらつきのない均一な厚さの薄膜を形成させることができる。

さらに、本実施形態のスパッタ装置１では、基板ホルダ１３の外周面に保持された平面的な基板Ｓが中心軸線Ｚを中心に公転しているため、補正板３５ａと補正板３５ｂのいずれか一方だけを設けたり、基準面Ｍに対して補正板３５ａと補正板３５ｂを非対称に設置したりすると、基板Ｓが第１の成膜プロセスゾーン２０に近づくときと、遠ざかるときとで、形成される薄膜の厚みに基板Ｓの左右方向で差が生じる。そこで、本実施形態では、補正板３５ａと補正板３５ｂを基準面Ｍに対して常に左右対称になるように配置することで、膜厚補正板３５によって遮蔽される部分を基準面Ｍに対して左右対称にして、基板Ｓの左右方向で均一な厚さの薄膜を形成させている。

遮蔽板３６（厚み分布制御板）は、スパッタを行うことにより基板Ｓに形成される薄膜に所望の膜厚分布を与える。

遮蔽板３６は、板状体であり、製造しようとする薄膜の膜厚分布に応じた形状を備えている。図５，図６に示した例では、遮蔽板３６は、菱形が上下方向（基板ホルダ１３の中心軸線Ｚ方向）に連なった形状をしている。遮蔽板３６を菱形が連なった形状とすることで、基板Ｓの膜形成面上端から膜形成面下端にかけて膜厚が線形に変化する薄膜を作成することができる。

遮蔽板３６を菱形が連なった形状として、その菱形の各斜辺に対応する位置に基板Ｓを配置すれば、基板Ｓが左右方向に相対的に移動した場合に、ターゲット２９ａ，２９ｂ側から見て基板Ｓが遮蔽板３６により遮蔽される時間に、各基板Ｓの上端側と下端側とで差を生じさせることができる。基板Ｓが遮蔽板３６により遮蔽される時間が短い方が、より多くのスパッタ物質がターゲット２９ａ，２９ｂから基板Ｓに到達し、より厚い膜厚の薄膜が形成されることになる。

ところで、上述のように、膜厚補正板３５の作用により、基板Ｓには均一な膜厚の薄膜が形成されるようになっている。したがって、膜厚補正板３５を設けて、さらに遮蔽板３６を設ければ、上下方向の膜厚のばらつきに影響されることなく、ターゲット２９ａ，２９ｂから見て基板Ｓが遮蔽板３６により遮蔽される時間、すなわち、遮蔽板３６の左右方向の幅に直接対応した膜厚の薄膜を基板Ｓに形成させることができる。

本実施形態では、遮蔽板３６の形状を菱形が連なった形状としているため、その菱形の斜辺に対応する位置に各基板Ｓを配置すれば、基板Ｓの上端側から下端側にかけて膜厚が線形的に変化する薄膜を作成することができるのである。本実施形態では、遮蔽板３６の形状を菱形が連なった形状とすることで、基板Ｓの上端側から下端側にかけて膜厚が線形的に変化する薄膜を作成することができるが、基板Ｓの上端側から下端側にかけて膜厚が変化する薄膜を作成する場合の遮蔽板３６の形状はこれに限られない。形成させる薄膜の膜厚の分布に合わせた遮蔽板を用いればよい。例えば、遮蔽板３６の形状を丸形が上下方向に連なった形状とすることで、基板Ｓの上端側から下端側にかけて膜厚が放物線状に変化する薄膜を作成することができる。

本実施形態のスパッタ装置１によれば、膜厚補正板３５を設けて各基板Ｓの位置によらずに各基板Ｓで膜厚が均一になるようにしたうえで、遮蔽板３６の形状によって所望の膜厚分布を備える薄膜を形成するため、遮蔽板３６の形状を変更することで、製造する薄膜の膜厚分布を容易に変更することができる。また、各基板Ｓの位置による膜厚の差を考慮することがなく、所望の膜厚分布をもつ薄膜を作成するための遮蔽板３６の形状を簡易に設計することができる。

本実施形態では、遮蔽板３６は、仕切壁１２に固定される膜厚補正板３５とは異なり、遮蔽板切替室１１Ｃに取り付けられたモータ４００（図７参照）を駆動させることによって、成膜室１１Ａと遮蔽板切替室１１Ｃとの間を移動できるように構成されている。以下、この点を説明する。

図７〜図９に示すように、本実施形態の遮蔽板３６には、移動機構（移動手段）が接続してある。この移動機構の一例を示すと次の通りとなる。ただし、この態様に限定されず、同様の動作を行うことができるものであれば他の態様であってもよい。

本実施形態では、遮蔽板３６の下端近傍の背面には、第１進退部材としての第１リニアガイド１００ａが固定してある。第１リニアガイド１００ａは、ラック２００の上下端近傍にそれぞれ回転自在に固定されたスプロケット２０２，２０４上を摺動自在に回装させたベルトチェーン２０６に固定されているとともに、ラック２００の長手方向に沿って形成された第１リニアガイドレール１０２ａに対して摺動可能に設置されている。なお、ベルトチェーン２０６の一部は、遮蔽板切替室１１Ｃを構成する内壁に固定してある。

ラック２００の下端近傍には、第２進退部材としての第２リニアガイド１００ｂが固定されている。第２リニアガイド１００ｂは、第２リニアガイドレール１０２ｂに対して摺動可能に設置されている。第２リニアガイドレール１０２ｂは、遮蔽板切替室１１Ｃを構成する内壁に固定してある。

ラック２００は、ピニオン３００と噛み合っている。ピニオン３００の回転中心付近には第１回転軸棒３０２の一端が接続してあり、この第１回転軸棒３０２の他端には第１傘歯車３０４が固定されている。この第１傘歯車３０４は第２傘歯車３０６と噛み合っており、第２傘歯車３０６の回転中心付近には、第２回転軸棒３０８の一端が接続してある。この第２回転軸棒３０８の他端には、この第２回転軸棒３０８を回転駆動させるモータ４００が接続されている。

次に、本実施形態のスパッタ装置１を用いたスパッタ方法の一例として、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２ ）からなる薄膜を製造する場合を説明する。

（１）まず、成膜の準備を行う。

図１〜図６に示すように、ケイ素（Ｓｉ）からなるターゲット２９ａ，２９ｂをマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに保持させるとともに、膜厚補正板３５を取り付ける。

次に、扉１１ｂを閉じて、真空ポンプ１５を作動させて排気を行い、成膜室１１Ａを０．０１〜１０Ｐａ程度の真空状態にする。このとき、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３が開放され、アンテナ収容室８０Ａも同時に排気される。

そして、基板ホルダ１３を基板切替室１１Ｂの位置でロックしておいて、基板ホルダ１３に基板Ｓを保持させる。続いて、扉１１ｃを閉じた状態で、真空ポンプ１５’を作動させて基板切替室１１Ｂを排気して、０．０１〜１０Ｐａ程度の真空状態にする。その後、扉１１ｂを開いて、基板ホルダ１３を成膜室１１Ａへ移動させる。基板ホルダ１３を成膜室１１Ａへ移動させた後に、扉１１ｂを再び閉じる。

これとともに、遮蔽板３６を遮蔽板切替室１１Ｃの位置でロックしておき、続いて、扉１１ｅを閉じた状態で、真空ポンプ１５”を作動させて遮蔽板切替室１１Ｃを排気して、０．０１〜１０Ｐａ程度の真空状態にする。その後、ゲートバルブ１１ｄを開いて、遮蔽板３６を成膜室１１Ａへ移動させる。成膜室１１Ａへ移動手順を説明すると次のようになる。

図７〜図９に示すように、まずモータ４００を駆動させる。すると、第２回転軸棒３０８及び第２傘歯車３０６が回転し、これにより第１傘歯車３０４及び第１回転軸棒３０２を通じて、ピニオン３００が回転する。ピニオン３００が回転することで、そのピニオン３００がラック２００と噛み合い、当該ラック２００が成膜室１１Ａ側へ移動する。これに連動して、ラック２００に固定された第２リニアガイド１００ｂは、遮蔽板切替室１１Ｃを構成する内壁に固定された第２リニアガイドレール１０２ｂに対して成膜室１１Ａ側に移動する。このとき、ラック２００にはスプロケット２０２，２０４が回転自在に固定してあり、これらスプロケット２０２，２０４上にはベルトチェーン２０６が摺動自在に回装されているので、ラック２００が成膜室１１Ａ側へ移動すると、これに連動して、ベルトチェーン２０６が引き上げられる。これより、第１リニアガイド１００ａは、ラック２００に形成された第１リニアガイドレール１０２ａを摺動して成膜室１１Ａへ移動する。このように、第１リニアガイド１００ａが移動すると、これに連動して、遮蔽板３６が成膜室１１Ａへ移動する。このとき、ゲートバルブ１１ｄは開いているが、扉１１ｅが閉じられているために成膜室１１Ａ内の真空状態は維持される。

（２）次に、酸化ケイ素の薄膜を形成する。

図１〜図６に戻り、真空容器１１の内部，アンテナ収容室８０Ａの内部を上述の所定の圧力に減圧し、モータ１７を作動させて、基板ホルダ１３を回転させる。その後、真空容器１１の内部，アンテナ収容室８０Ａの内部の圧力が安定した後に、成膜プロセスゾーン２０の圧力を、０．１〜１．３Ｐａに調整する。

次に、成膜プロセスゾーン２０内に、スパッタ用の不活性ガスであるアルゴンガスと、反応性ガスである酸素ガスを、スパッタガスボンベ２６、反応性ガスボンベ２８からマスフローコントローラ２５，２７で流量を調整しながら導き、成膜プロセスゾーン２０でスパッタを行うための雰囲気を調整する。このとき第１の成膜プロセスゾーン２０に導入するアルゴンガスの流量は、約３００ｓｃｃｍである。成膜プロセスゾーン２０に導入する酸素ガスの流量を、後述のように所望の値に調整する。なお、流量の単位としてのｓｃｃｍは、０℃，１ａｔｍにおける、１分間あたりの流量を表すもので、ｃｍ^３ ／ｍｉｎに等しい。

次に、交流電源２３からトランス２４を介して、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに周波数１〜１００ＫＨｚの交流電圧を印加し、ターゲット２９ａ，２９ｂに、交番電界が掛かるようにする。これにより、ある時点においてはターゲット２９ａがカソード（マイナス極）となり、その時ターゲット２９ｂは必ずアノード（プラス極）となる。次の時点において交流の向きが変化すると、今度はターゲット２９ｂがカソード（マイナス極）となり、ターゲット２９ａがアノード（プラス極）となる。このように一対のターゲット２９ａ，２９ｂが、交互にアノードとカソードとなることにより、プラズマが形成され、カソード上のターゲットに対してスパッタを行う。

スパッタを行っている最中には、アノード上には非導電性あるいは導電性の低い酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ （ｘ≦２））が付着する場合もあるが、このアノードが交番電界によりカソードに変換された時に、これら酸化ケイ素がスパッタされ、ターゲット表面は元の清浄な状態となる。そして、一対のターゲット２９ａ，２９ｂが、交互にアノードとカソードとなることを繰り返すことにより、常に安定なアノード電位状態が得られ、プラズマ電位（通常アノード電位とほぼ等しい）の変化が防止され、基板Ｓの膜形成面に安定してケイ素或いは不完全酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ１（ｘ１＜２））からなる薄膜が形成される。このように、成膜プロセスゾーン２０においてスパッタを行うことにより、中間薄膜としての、ケイ素或いはケイ素不完全酸化物からなる中間薄膜を基板Ｓの膜形成面に形成する。ケイ素不完全酸化物は、不完全反応物であり、酸化ケイ素ＳｉＯ_２ の構成元素である酸素が欠乏した不完全な酸化ケイ素ＳｉＯ_ｘ （ｘ＜２）のことである。

本実施形態では、導入する酸素ガスの流量を所望の値に調整して、成膜プロセスゾーン２０でスパッタを行う。スパッタを行っている最中は、基板ホルダ１３を所定の回転速度で回転駆動させて基板Ｓを移動させながら、基板Ｓの膜形成面にケイ素或いはケイ素不完全酸化物からなる中間薄膜を形成させる。さらに、本実施形態では、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂと基板ホルダ１３との間に膜厚補正板３５及び遮蔽板３６が設けられているため、遮蔽板３６の形状に応じた膜厚分布の中間薄膜を形成させることができる。

成膜プロセスゾーン２０で、基板の膜形成面にケイ素或いは不完全酸化ケイ素からなる中間薄膜を形成させることで、中間薄膜形成工程を行った後には、基板Ｓを、基板ホルダ１３の回転にともなって、成膜プロセスゾーン２０に面する位置から反応プロセスゾーン６０に面する位置に搬送する。反応プロセスゾーン６０には、反応性ガスボンベ６８から反応性ガスとして酸素ガスを導入するとともに、不活性ガスボンベ６６から不活性ガスとしてアルゴンガスを導入する。次に、アンテナ８５ａ，８５ｂに１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加して、プラズマ発生手段８０によって反応プロセスゾーン６０にプラズマを発生させる。反応プロセスゾーン６０の圧力は、０．０７〜１．０Ｐａに維持する。また、少なくとも反応プロセスゾーン６０にプラズマを発生させている際中は、アンテナ収容室８０Ａの内部の圧力は、０．００１Ｐａ以下を保持する。

そして、基板ホルダ１３が回転して、ケイ素或いは不完全酸化ケイ素からなる中間薄膜が形成された基板Ｓが反応プロセスゾーン６０に面する位置に搬送されてくると、反応プロセスゾーン６０では、第１中間薄膜を構成するケイ素或いは不完全酸化ケイ素をプラズマ処理によって酸化反応させる工程を行う。

すなわち、プラズマ発生手段８０によって反応プロセスゾーン６０に発生させた酸素ガスのプラズマでケイ素或いは不完全酸化ケイ素を酸化反応させて、所望の組成の不完全酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ２（ｘ１＜ｘ２＜２））或いは酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ２）に変換させる。

本実施形態では、反応プロセスゾーン６０で、中間薄膜を構成するケイ素或いはケイ素不完全酸化物を酸化反応させて所望の組成の不完全酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ２（ｘ１＜ｘ２＜２））或いは酸化ケイ素に変換させることで、最終薄膜を形成する。これにより、膜組成変換工程を行う。この反応プロセスゾーン６０における膜組成変換工程では、最終薄膜の膜厚が中間薄膜の膜厚よりも厚くなるように最終薄膜を形成する。すなわち、中間薄膜を構成するケイ素或いはケイ素不完全酸化物ＳｉＯ_ｘ１（ｘ１＜２）を所望の組成の不完全酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ２（ｘ１＜ｘ２＜２））或いは酸化ケイ素（ＳｉＯ_２ ）に変換することにより中間薄膜を膨張させ、最終薄膜の膜厚を中間薄膜の膜厚よりも厚くする。

例えば、中間薄膜形成工程で、成膜プロセスゾーン２０に２０ｓｃｃｍの酸素ガスを導入しながら中間薄膜を形成させれば、化学量論係数ｘが０．１６のケイ素不完全酸化物から構成される中間薄膜が形成され、反応プロセスゾーン６０における膜組成変換工程では、中間薄膜に対する最終薄膜の膜厚の増加率を１．４とすることができる。

本実施形態では、中間薄膜形成工程で、膜厚補正板３５及び遮蔽板３６を備えたスパッタ装置１を用いて中間薄膜を基板Ｓに形成させているため、膜組成変換工程を行う前に、既に基板Ｓの膜形成面には所定の膜厚分布を備える中間薄膜が形成している。この状態で膜組成変換工程を行うことで、中間薄膜における膜厚分布をさらに変化させることができる。

つまり、本実施形態によれば、スパッタを行うだけで生成された中間薄膜よりも、スパッタを行うだけで生成された中間薄膜をさらに反応ガスで反応させた最終薄膜の膜厚の傾斜を強くするこができる。

本実施形態では、以上説明した中間薄膜形成工程と、膜組成変換工程とを、基板Ｓを搭載した基板ホルダ１３を回転させながら繰り返すことにより、成膜プロセスゾーン２０におけるケイ素或いはケイ素不完全酸化物（ＳｉＯ_ｘ１（ｘ１＜２））の基板上への形成と、反応プロセスゾーン６０におけるケイ素不完全反応物（ＳｉＯ_ｘ２（ｘ１＜ｘ２＜２））或いは酸化ケイ素（ＳｉＯ_２ ）への変換が繰り返され、所望の膜厚で、基板Ｓの膜形成面上端側から下端側に向けての膜厚の傾斜を強くした不完全酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ２（ｘ１＜ｘ２＜２））或いは酸化ケイ素（ＳｉＯ_２ ）の薄膜を形成することができる。

以上のように形成される薄膜の膜厚分布は、遮蔽板３６の形状を変化させ、中間薄膜形成工程で成膜プロセスゾーンに導入する酸素ガスの流量を調整することで、所望の分布にすることができる。

（３）次に、薄膜を取り出す。

酸化ケイ素の薄膜を形成した後、薄膜の形成された基板Ｓを真空容器１１から取り出す。まず、基板切替室１１Ｂを成膜室１１Ａとほぼ同じ真空状態（０．０１〜１０Ｐａ）に保つ。その後、扉１１ｂを開ける。そして、基板ホルダ１３を成膜室１１Ａから基板切替室１１Ｂへ移動させる。続いて、扉１１ｂを再び閉じて、基板切替室１１Ｂを大気圧までリークするとともに、扉１１ｃを開放する。そして、基板ホルダ１３から基板Ｓを取り外して完了する。

（４）遮蔽板３６の交換
膜厚分布を変更を望む場合など、遮蔽板３６を交換する場合には、まず、遮蔽板切替室１１Ｃを成膜室１１Ａとほぼ同じ真空状態（０．０１〜１０Ｐａ）に保つ。その後、ゲートバルブ１１ｄを開ける。そして、遮蔽板３６を成膜室１１Ａから遮蔽板切替室１１Ｃへ移動させる。遮蔽板３６を成膜室１１Ａから遮蔽板切替室１１Ｃへ移動させるには、上述した、遮蔽板３６を遮蔽板切替室１１Ｃから成膜室１１Ａへ移動させる手順の逆の手順をとればよい。

続いて、ゲートバルブ１１ｄを再び閉じて、遮蔽板切替室１１Ｃを大気圧までリークするとともに、扉１１ｅを開放する。そして、使用済みの遮蔽板３６を取り外して、新たな或いは別形状の遮蔽板３６を再装着する。

本実施形態では、成膜の準備、薄膜の取り出し及び遮蔽板の交換で、成膜室１１Ａを大気状態に戻す必要がないため、常に成膜室１１Ａを真空状態に保つことができる。このことにより、成膜室１１Ａの内部の環境を安定させることができる。また、成膜室１１Ａを大気状態に戻す必要がないため、酸化ケイ素の成膜品質が低下することがない。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

本実施形態では、スパッタの一例であるマグネトロンスパッタを行うスパッタ装置１によりスパッタ装置が構成されているものとして説明したが、これに限定されず、マグネトロン放電を用いない２極スパッタ等、他の公知のスパッタを行うスパッタ装置で構成することもできる。

本実施形態では、ターゲット２９ａ，２９ｂを構成する材料として、ケイ素（Ｓｉ）を用いる場合を例示したが、それ以外に、例えばニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、スズ（Ｓｎ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、テルル（Ｔｅ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニッケル・クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、インジウム・スズ（Ｉｎ−Ｓｎ）などの各種金属を用いることができる。また、単一種類の金属に限られるものではなく、複数種類の金属をターゲットとして使用してもよい。また、これらの金属の化合物、例えば、Ａｌ_２ Ｏ_３ 、ＴｉＯ_２ 、ＺｒＯ_２ 、Ｔａ_２ Ｏ_５ 、ＨｆＯ_２ 等を用いることもできる。

図１は本実施形態に係るスパッタ装置を平面から見た断面図である。 図２は図１のII−II−II線に沿った断面図である。 図３は図１のIII−III線に沿った断面図である。 図４は基板の配置例を示す説明図である。 図５は膜厚補正板及び遮蔽板の配置例を示す説明図である。 図６は膜厚補正板及び遮蔽板の配置例を示す説明図である。 図７は図３に相当する遮蔽板の移動機構を説明する説明図である。 図８は図７の移動機構の一部を説明する説明図である。 図９は図７及び図８の移動機構の動作を説明する説明図である。

符号の説明

１…スパッタ装置
１１…真空容器
１１Ａ…成膜室
１１Ｂ…基板切替室（第２のロードロック室）
１１Ｃ…遮蔽板切替室（ロードロック室）
１１ｂ…扉（第２の開閉扉）
１１ｄ…ゲートバルブ
１１ｅ…扉（開閉扉）
１３…基板ホルダ
Ｓ…基板
１５，１５’，１５”…真空ポンプ（排気手段）
１５ａ，１５ａ’，１５ａ”…配管（排気手段）
２０…成膜プロセスゾーン
２１ａ，２１ｂ…マグネトロンスパッタ電極
２９ａ，２９ｂ…ターゲット
３５…膜厚補正板
３６…遮蔽板（厚み分布制御板）
１００ａ…第１リニアガイド（移動手段）
１０２ａ…第１リニアガイドレール（移動手段）
２００…ラック（移動手段）
２０２，２０４…スプロケット（移動手段）
２０６…ベルトチェーン（移動手段）
１００ｂ…第２リニアガイド（移動手段）
１０２ｂ…第２リニアガイドレール（移動手段）
３００…ピニオン（移動手段）
３０２…第１回転軸棒（移動手段）
３０４…第１傘歯車（移動手段）
３０６…第２傘歯車（移動手段）
３０８…第２回転軸棒（移動手段）
４００…モータ（移動手段）
６０…反応プロセスゾーン
８０…プラズマ発生手段

Claims (4)

1. 真空容器に備えられた成膜室の内部でターゲットのスパッタ物質を基板上に付着させるスパッタ装置であって、
   前記ターゲットと前記基板の間に前記ターゲットと対向して配置され、前記基板に付着させる前記スパッタ物質の厚み分布を制御するための厚み分布制御板と、
   前記真空容器に備えられ、前記成膜室に対してゲートバルブを介して連通するロードロック室と、前記成膜室内の前記ターゲット及び前記基板間との間で、前記厚み分布制御板を移動させる移動手段とを、有するスパッタ装置。
2. 請求項１記載のスパッタ装置であって、
   前記成膜室と前記ロードロック室とを独立に排気可能な排気手段を有することを特徴とするスパッタ装置。
3. 請求項１又は２記載のスパッタ装置であって、
   前記ロードロック室には、前記ロードロック室の内部と前記真空容器の外部とを仕切る開閉扉が設けられており、前記ゲートバルブを閉じた状態で前記開閉扉を開放することで、前記成膜室の真空状態を保持することを特徴とするスパッタ装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項記載のスパッタ装置であって、
   前記真空容器に備えられ、前記成膜室に対して第２の開閉扉を介して連通する、前記成膜室の内部に前記基板を搬入するための第２のロードロック室を有することを特徴とするスパッタ装置。

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