JP2932677B2 - 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〕 本発明は、スパッタリング装置、特に、基板を回転さ
せてターゲットからスパッタされた原子で膜形成を行う
スパッタリング装置に関する。

〔従来の技術及びその課題〕

基板上に薄膜を形成する装置として、従来よりスパッ
タリング装置が用いられている。このスパッタリング装
置では、一般に、成膜室内にたとえばアルゴンガス等の
所定のガスを封入し、基板とターゲットとの間に電圧を
印加してグロー放電を起こさせる。そして、ターゲット
にガスイオンを衝突させることによりスパッタされたス
パッタリング粒子（ターゲット原子）を基板表面に付着
させ、基板上に薄膜を形成している。

また、通常、成膜の前には、まず逆スパッタリング
（以下、「逆スパッタ」という）を行い、基板表面のク
リーニングを行う。さらにプレスパッタリング（以下、
単に「プレスパッタ」という）を行い、ターゲット表面
のクリーニングを行って放電の安定化を図るようにして
いる。

このようなスパッタリング装置においては、成膜時の
膜形成を均等に行うために基板を回転させているが、回
転中心側から見て基板の内周側の膜形成が相対的に外周
側に比べて厚くなってしまう。そのため、膜厚分布を均
等化させる目的で、基板内周側に付着するターゲット原
子を規制する膜厚補正板を用いたものがある。

そのようなスパッタリング装置を、第８図及び第９図
で示している。第８図に示すスパッタリング装置の成膜
室内１には、上部に基板ホルダ２が設置されており、基
板ホルダ２の下面には基板３が保持されている。成膜室
１内下部の基板ホルダ２に対向する位置にはターゲット
５が配置されている。基板ホルダ２とターゲット５との
間には、基板ホルダ２の近傍にプレスパッタ用シャッタ
16が、ターゲット５の近傍には逆スパッタ用シャッタ17
が、それぞれ配置されている。そして、ターゲット５上
の膜厚補正板７が配置されている。この場合、膜厚補正
板７が、元来、成膜速度を低下させるものである上に、
ターゲット５上に近接して膜厚補正板７を設置している
ため、さらに成膜速度が低下する。また、膜厚補正板７
への膜付着が大きく、メンテナンス頻度が高くなるとい
う問題が生じる。

第９図において、膜厚補正板７はプレスパッタ用シャ
ッタ16の上に取付けられている。この場合、第９図の従
来例に比べて成膜速度が速くなるが、逆スパッタシャッ
タ17と基板３との間で逆スパッタを行う時に、膜厚補正
板７の影になる部分が生じ、この部分がクリーニングさ
れにくいという問題が生じる。

本発明の目的は、成膜速度を低下させることなく、膜
厚分布の均等化を向上させるスパッタリング装置を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るスパッタリング装置は、基板を回転させ
てターゲットからスパッタされた原子で膜形成を行うス
パッタリング装置である。この装置は、基板を保持し回
転させるための基板ホルダと、基板に逆スパッタを前記
ターゲットにはプレスパッタを行うためのシャッタと、
成膜時には基板上の膜厚を均等にするための膜厚補正板
と、シャッタ及び膜厚補正板を支持する駆動機構と、放
電規制板とを備えている。前記駆動機構は、シャッタ及
び膜厚補正板を基板ホルダと前記ターゲットとの間で昇
降及び旋回させるためのものである。前記放電規制板
は、基板ホルダとの間でグロー放電が生じないように基
板ホルダに近接して配置され、基板とシャッタとの間で
グロー放電を生じさせるための開口を有している。

〔作用〕

本発明に係るスパッタリング装置においては、逆スパ
ッタ時には、駆動機構によりシャッタが基板と対向する
位置に移動し、基板ホルダに高周波電圧を印加する。こ
れにより、基板とシャッタとの間にグロー放電が生じ、
基板表面のクリーニングが行われる。このとき、グロー
放電は放電規制板の開口を通過して行われる。

プレスパッタ時には、駆動機構によりシャッタがター
ゲットと対向する位置に移動し、ターゲットに高周波電
圧を印加する。これにより、ターゲットとシャッタとの
間にグロー放電が生じ、ターゲット表面のクリーニング
が行われる。

成膜時には、駆動機構によりシャッタが基板ターゲッ
トとの間から退避し、膜厚補正板を基板とターゲットと
の間の基板側に配置する。そして、基板を基板ホルダに
より回転させた状態で、ターゲットに高周波電圧を印加
して、基板とターゲットとの間でスパッタリングを行
う。スパッタされたターゲット原子は、膜厚補正板によ
り内周側の膜付着が規制され、放電規制板の開口を通過
して基板上に付着し、成膜処理が行われる。そのため、
成膜速度を低下させることなく、基板上の膜厚分布の均
等化を向上させることができる。

〔実施例〕

第２図〜第４図は本発明の一実施例によるスパッタリ
ング装置を示している。

図におけるスパッタリング装置の成膜室１内上部には
基板ホルダ２が設置されており、基板ホルダ２の下面に
は基板３が保持されている。基板ホルダ２の側部及び上
部には、成膜室１の壁との間で放電が起こるのを防止す
るために、一定の間隔を開けてアースシールド４が配置
されている。また、図示されていないが、基板ホルダ２
内には基板３を加熱するためのヒータが設置されてお
り、このヒータは外部電源に接続されている。

成膜室１内下部には、基板３と対向する位置にターゲ
ット５が配置されている。なお、図示していないが、基
板３とターゲット５は、択一的に高周波電源に接続され
得るようになっている。

基板３と低下取５との間に逆スパッタ放電規制板６が
基板ホルダ２に近接して設けられている。基板ホルダ２
下面と逆スパッタ放電規制板６との隙間ｄは、逆スパッ
タ時に両者に高周波放電が起こらないように10mm以上
（約5mm）とするのが望ましい。

逆スパッタ放電規制板６は基板３と対向する位置に開
口6aを有している。開口6aは基板２の外径より大きく設
定されている。逆スパッタ放電規制板６は、アースシー
ルド４に接続支持されている。

基板２とターゲット５の間には、第１図に示すような
シャッタ７と膜厚補正板８とが配置されている。膜厚補
正板８は開口8aを有しており、開口8aは、基板３の回転
内周側の膜付着を外周側に比べ規制する形状になってい
る。シャッタ７には例えばSUS（ステンレス）鋼板が用
いられる。第１図に示すように、シャッタ７と膜厚補正
板８とは駆動機構９のパイプ9aの上部に固定されてい
る。

駆動機構９は、シャッタ７と膜厚補正板８とを支持す
るパイプ9aと、パイプ9aを昇降及び旋回させるための機
構とから構成されている。パイプ9aは成膜室１外部から
内部に挿通しており、成膜室１の下部に昇降かつ旋回自
在に支持されている。また、パイプ9aは成膜室１外部に
おいて周囲にギア9bを備えており、ギア9bはモータ10に
連結された駆動ギア11に噛み合っている。以上の構造に
より、パイプ9aは矢印Ａ方向に旋回可能となっている。
また、パイプ9a内には、ロッド9cが挿通しており、ロッ
ド9cの上部先端がパイプ9aに固定されている。ロッド9c
の下端は成膜室外部においてシリンダ12に連結されてお
り、このシリンダ12によってロッド9cが矢印Ｂ方向に昇
降可能となっている。

次に、動作について説明する。

成膜前には、逆スパッタ及びプレスパッタを行う。ま
ず、成膜室１内を所定の真空圧にする。その後、図示し
ていないガスバルブの開口を制御して、成膜室内にアル
ゴンガス等の所定のガスを導入し、所定のガス圧に設定
する。次に、モータ10により、駆動ギア11及びギア9bを
介してパイプ9aを回転させ、シャッタ７を基板３とター
ゲット５との間に配置させる。続いて、シリンダ12によ
ってロッド9cを下方に移動させ、シャッタ７をターゲッ
ト５近傍に配置させる（第２図）。この時、膜厚補正板
８は基板３とターゲット５との間から退避した位置にあ
る。このような状態で、スパッタ電源から基板ホルダ２
に高周波電圧を印加すると、基板３とシャッタ７との間
で逆スパッタが行われる。これにより、基板３の表面に
付着していた不純物が除去され、基板クリーニングが行
われる。この際、逆スパッタは逆スパッタ放電規制板６
の開口6aを通して行われるので、高周波放電が成膜室内
全体に拡がるのが防止され、高周波電力が無駄に利用さ
れることはない。したがって、十分な基板クリーニング
が行われる。

逆スパッタ終了後、シリンダ12によりロッド9cを上昇
させ、シャッタ７を基板３側に配置される（第３図）。
この状態で、スパッタ電源を切り換え、ターゲット５に
高周波電圧を印加する。すると、ターゲット５とシャッ
タ７との間でグロー放電が生じ、ターゲット５のプレス
パッタが行われる。これにより、ターゲット５の表面の
クリーニングが行われる。

成膜時には、モータ10を駆動して、駆動ギア11及びギ
ア9bを介してパイプ9aを回転させ、基板３とターゲット
５との間からシャッタ７を退避させ、基板３とターゲッ
ト５との間に膜厚補正板８を配置させる。次に、シリン
ダ12によりロッド9cを上昇させて、膜厚補正板８を基板
２の近傍に配置させる（第４図）。そして、ターゲット
５にスパッタ電源からの高周波電圧を印加するととも
に、基板ホルダ２により基板３を回転させる。すると、
ターゲット５と基板３との間でグロー放電が発生し、タ
ーゲット５からスパッタされたスパッタ原子が基板３上
に付着して成膜処理が行われる。この際、スパッタ原子
は膜厚補正板８の開口8a、逆スパッタ放電規制板６の開
口6aを通過して基板３上に付着する。逆スパッタ放電規
制板６の開口6aの径は基板３の幅より大きく設定されて
いるので、成膜時にスパッタ原子が基板３に付着するの
を妨げない。また、膜厚補正板８の開口8aは基板３の回
転軸内周側において外周側よりもスパッタ原子の付着を
規制するので、基板３上の成膜分布の均等化が向上す
る。

〔他の実施例〕

（ａ） 前記の実施例では、逆スパッタ放電規制板６は
アースシールド４に固定されていたが、第７図に示すよ
うに、成膜室１の壁に固定してもよい。

（ｂ） 前記実施例では、ターゲットが単数のスパッタ
リング装置を用いたが、ターゲットが同一円周上に複数
個設けられている場合には、各ターゲット近傍に、駆動
機構及び膜厚補正板とシャッタを対応して同数配置すれ
ばよい。

（ｃ） 前記実施例では、膜厚補正板とシャッタとは分
離して駆動機構に接続されていたが、第５図に示すよう
に、回転円板を用いてもい。回転円板15は中心Ｃを中心
に回転させる。回転円板15上には膜厚補正板８及び開口
8aを設け、成膜時にはこの膜厚補正板８がターゲットと
基板との間で基板への成膜分布の均等化を向上させる。
また、逆スパッタ及びプレスパッタ時には、前述した駆
動機構９の作動により、回転円板15のシャッタ部16をタ
ーゲットと基板との間に配置させ逆スパッタ，プレスパ
ッタを行う。また、複数個のターゲットを使用する場合
には回転円板15上に複数個の膜厚補正板８及び開口8aを
配置すればいい。第６図には、３つのターゲットを使用
する場合の回転円板15を示している。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によるスパッタリング装置は、膜
厚補正板とその膜厚補正板を基板ホルダとターゲットと
の間で昇降及び旋回させるための駆動機構とを備えてい
る。したがって、成膜時に成膜速度を低下させることな
く、膜厚分布の均等化を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシャッタと膜厚補正板の外観図、第２図は本発
明の一実施例が適用されたスパッタリング装置の逆スパ
ッタ時の概略構成図、第３図はプレスパッタ時の第２図
に相当する図、第４図は成膜時の第２図に相当する図、
第５図は別の実施例による膜厚補正板及びシャッタの平
面図、第６図は別の実施例による第５図に相当する図、
第７図は別の実施例による放電規制板の概略図、第８図
は従来例のスパッタリング装置の概略構成図、第９図は
別の従来例による第８図に相当する図である。 ２……基板ホルダ、３……基板、５……ターゲット、６
……放電規制板、７……シャッタ、８……膜厚補正板、
９……駆動機構、15……回転円板、16……シャッタ部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/203,21/285

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を回転させて、ターゲットからスパッ
   タされた原子で膜形成を行うスパッタリング装置であっ
   て、 前記基板を保持し、回転させるための基板ホルダと、 前記基板に逆スパッタを、前記ターゲットにプレスパッ
   タを行うためのシャッタと、 成膜時に基板上の膜厚を均等にするための膜厚補正板
   と、 前記シャッタ及び膜厚補正板を支持し、かつ前記シャッ
   タ及び膜厚補正板を前記基板ホルダと前記ターゲットと
   の間で昇降及び旋回させるための駆動機構と、 前記基板ホルダとの間でグロー放電が生じないように前
   記基板ホルダに近接して配置され、前記基板と前記シャ
   ッタとの間でグロー放電を生じさせるための開口を有す
   る放電規制板と、 を備えたスパッタリング装置。