JP2590367B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、基板表面に薄膜を形成するためのスパッ
タリング装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般にスパッタリング装置は、成膜室である真空チャ
ンバ内に、それぞれホルダに保持された基板及びターゲ
ットが対向配置されており、前記ターゲットが例えば高
周波電源等のスパッタリング電源に、また基板がアーム
に接続されている。また、前記真空チャンバには、アル
ゴンガス等の不活性ガスを導入するめの導入系と、該真
空チャンバ内に真空排気等するための排気系が接続され
ている。

そして成膜を行う場合は、排気系により真空チャンバ
内を所定の真空圧にした後、この真空チャンバ内にアル
ゴンガスを導入する。次に前記基板とターゲット間に高
周波電圧を印加してグロー放電を起こさせ、生成された
ガスイオンをターゲット表面に衝突させる。これにより
スパッタされた原子は基板表面に付着し、該基板表面に
薄膜が形成される。

このようなスパッタリング装置では、第３図の特性Ａ
に示すように、ターゲットの中心（一点鎖線ｍで示す位
置）部に、より多くのスパッタリング粒子が分布するこ
とになる。従って、同図に示すようにターゲット中心ｍ
と基板１の中心とを一致させて対向配置すると、起案１
の膜厚分布は中央部が厚く、周辺に向かうにしたがって
薄くなる。このため基板全体に均一に所望の膜厚を得よ
うとすれば、基板よりもかなり大きな面積のターゲット
が必要になる。

例えば、第３図に示すように、使用有効範囲（図中、
Ｈ）として膜厚分布±10％程度を確保しようとする場合
には、基板直径の約２倍の径のターゲットが必要とな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで従来のスパッタリング装置では、第４図に示す
ように、基板１とターゲット２とを対向配置する際に、
それらを偏心して配置し（図では偏芯量ｅ）、さらに基
板１を回転させることにより、スパッタリング粒子の分
布の偏りにもかかわらず、基板１に均一に膜が形成され
るようにして成膜を行っている。なお、第４図におい
て、破線Ｂはスパッタリング粒子の分布（中央部が密度
が高い）を示し、また3,4はそれぞれ基板1,ターゲット
２を保持するホルダを示している。

前述のように基板１とターゲット２とを偏心して配置
する場合、膜厚分布が最も良好になる偏心量ｅは、ター
ゲット，基板のサイズ等によって予め設計計算によって
求めることが可能である。しかし、必ずしも最適偏心量
ｅが常に正確に求められるわけではなく、成膜条件によ
って多少のずれが生じる場合がある。

従来のスパッタリング装置では、一旦前記偏心量ｅを
設定すると固定されてしまい、これを変更することがで
きず、各種の成膜条件の変化に対応できないという問題
があった。

ターゲットに対して基板の位置を変化させるようにし
た装置が提案されているが、異種材料による多層成膜の
場合は構造が複雑でいまだ提案されていない状況であ
る。

この発明は、かかる点に鑑みてなれれたもので、常に
最適な膜厚分布が得られるように、基板とターゲットの
偏心量が可変であるとともに、異種材料による多層成膜
を簡略な構成にて可能にするスパッタリング装置を得る
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るスパッタリング装置は、真空チャンバ
内に、ターゲットと平行な面内で旋回可能な旋回アーム
を設けるとともに、この旋回アームの先端に回転自在に
保持された基板ホルダを回転駆動するための回転駆動機
構を設け、前記基板ホルダの装着された旋回アームの旋
回を旋回させて、前記基板中心とターゲット中心との偏
心量を可変にしかつターゲットを旋回アームの旋回範囲
内にて複数設置し、異種材料のターゲットによる多層成
膜を行うことができるようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、基板を保持する基板ホルダが旋
回アームの先端に装着されているから、旋回アームを旋
回させてターゲットに対する基板位置を変更することが
できる。これにより、基板とターゲットとの偏芯量を、
各種の成膜条件に応じて常に最適な膜厚分布となるよう
な値に設定できる。また、異種材料のターゲットが旋回
アームの旋回範囲内に設置されているから異種材料によ
る多層成膜が保障される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例によるスパッタリング装置の断面
構成図である。図において、５は真空チャンバであり、
この真空チャンバ５にはガス導入系６及び排気系７が接
続されている。真空チャンバ５内には、基板１とターゲ
ット２とが対向して配置され、それぞれ基板ホルダ3,タ
ーゲットホルダ４に保持されている。そして前記ターゲ
ット２はマッチング回路８を介して高周波電源等のスパ
ッタリング電源９に接続され、また基板１はアースに接
続されている。

前記基板１を保持する基板ホルダ３は、旋回アーム10
の先端に回転自在に装着されている。旋回アーム10は、
真空チャンバ５の中心を通り外部に突出した旋回駆動軸
11の下端に固定されており、この旋回駆動軸11は、後述
する回転駆動機構の中心に回転自在に支持されている。
16は旋回駆動手段を示す。この旋回駆動手段16には、手
動ハンドルあるいは機械駆動モータ，微小回転駆動機な
どが含まれる。このように、旋回駆動軸11を操作者が手
動で、また機械的に回転させることにより、前記旋回ア
ーム10はターゲット２と平行な面内で所定角度旋回可能
となっている。

また、前記基板ホルダ３は回転駆動機構によって回転
駆動されるようになっている。この回転駆動機構は、外
部に設けられた駆動モータ12を有し、駆動モータ12は真
空チャンバ５の中央部に回転自在に支持された中空軸13
に連結されている。中空軸13の外周下端には第１歯車14
が固定されており、この第１歯車14が前記基板ホルダ３
の上部先端に固定された第２歯車15に噛み合っている。
そして、前記中空軸13の内部を前記旋回駆動軸11が挿通
している。

本発明は、以上の構成に加えて、ターゲット２が旋回
アーム10の旋回範囲内に複数個設置されているのであ
る。以下同を説明する。

成膜の動作については従来装置と同様である。即ち、
ガス導入系６及び排気系７の各バルブを制御して真空チ
ャンバ５内を所定の真空圧にし、この真空チャンバ５内
に例えばアルゴンガスを導入して所定のガス圧にする。
そして、基板ホルダ３を回転駆動機構により回転しつ
つ、基板１とターゲット２間にスパッタ電源９により高
周波電圧を印加し、グロー放電を行わせる。すると、タ
ーゲット２からのスパッタリング粒子が基板１上に到達
し、成膜が行われる。

このときの基板中心とターゲット中心の偏心量の設
定，及び基板ホルダ３（基板１）の回転動作について詳
細に説明する。

偏心量の設定は、製品としての基板に成膜を行う前
に、試験的な成膜を行って実施される。まず、旋回駆動
軸11の、真空チャンバ外部に突出した部分を旋回駆動手
段16により回転させると、その下端に固定された旋回ア
ーム10が、第２図で示すように旋回駆動軸11を中心に旋
回する（図中、矢印参照）。これにより旋回アーム10の
先端に固定された基板ホルダ３、即ち基板１が旋回する
ので、ターゲット中心との偏心量ｅが変化する。この偏
心量ｅを種々に変化させ、最も均一な膜圧分布が得られ
る位置を求める。そして旋回駆動軸11の旋回を、この最
適位置に、図示しない固定手段により固定する。

また基板ホルダ３の回転について説明すると、駆動モ
ータ12を作動させると、これに連結された中空軸13が回
転する。これにより中空軸下端の第１歯車14が回転する
とともに、これと噛み合う第２歯車15が回転する。この
第２歯車15は基板ホルダ３に固定されているので、前記
駆動モータ12の作動により基板ホルダ３が回転すること
となる。

このような本実施例によれば、基板とターゲットの偏
心量を可変でき、成膜条件に応じて常に最適な偏心量を
設定できるので、成膜される基板表面の膜厚分布を常に
均一にすることができる。特に旋回駆動手段16を機械式
にて構成し、その駆動系に予め材料，基板の大きさ等に
よって定まる偏心量をキーインして設定しておくように
すれば、均一性がより確実に保障される。

そして本発明は、以上の構成において異種材料による
多層成膜ができるものである。即ち、第１図の二点鎖線
で示すように、異種材料のターゲット20を別に配置して
おき、前記実施例で説明した成膜を行った後、旋回アー
ム10を旋回させて、基板１をこの二点鎖線で示すターゲ
ット20に所定の偏心量を持たせて対向させ、前記同様に
成膜を行う。これにより、ターゲット２で成膜を行った
上層に別のターゲット20の成膜を行うことができ、多層
薄膜を形成することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、基板とターゲット
の偏心量を可変できるようにしたので、成膜条件に対応
して、常に最適な膜厚分布が得られかつその状態で異種
材料による多層成膜をすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるスパッタリング装置の
断面構成図、第２図はその一部平面図、第３図は従来の
スパッタリング装置の問題点を説明するための図、第４
図は従来のスパッタリング装置の概略構成を示す図であ
る。 １……基板、2,20……ターゲット、３……基板ホルダ、
５……真空チャンバ、10……旋回アーム、11……旋回駆
動軸、12……駆動モータ、13……中空軸、14……第１歯
車、15……第２歯車、16……旋回駆動手段、20……異種
材料ターゲット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平１−177267（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−212756（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−131447（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭47−7445（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭56−49992（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭59−38307（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空チャンバ内に対向して設けられた基板
   とターゲットとの間に放電を起こさせ、前記ターゲット
   からのスパッタリング粒子を前記基板表面に付着させて
   成膜を行うスパッタリング装置において、真空チャンバ
   内にて前記ターゲットと平行な面内で旋回可能に配設さ
   れた旋回アームと、この旋回アームに回転自在に保持さ
   れた基板ホルダを回転駆動するための回転駆動機構とを
   設け、前記基板ホルダの装着された旋回アームの旋回に
   よって基板をターゲットより偏心させ、この偏心位置に
   おいて基板ホルダを回転駆動させて成膜を行うと共に、
   前記旋回アームの旋回範囲内に異種材料のターゲットを
   複数設置して多層成膜を行うことができるようにしたこ
   とを特徴とするスパッタリング装置。