JP3378043B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリング法によ
って基板上に薄膜を形成する装置に関し、さらに詳しく
は、ターゲットと相対する位置に基板を保持し、この基
板における膜形成面を自公転させながら該面上に薄膜を
形成するスパッタリング装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、光ディスクや光磁気ディスク等の
基板は、レーザー光による記録・再生が可能なことか
ら、記録媒体としての需要が増大している。一般に、こ
のような記録媒体は、データの記録密度を向上させるた
め、ガラスやプラスチック等の基板上に、スパッタリン
グ法によって誘電体層・記録層・保護層等の層を形成す
ることにより構成される。 【０００３】従来、スパッタリング法による成膜は、静
止している基板とターゲットとを相対させた状態で行わ
れたり、スパッタ室内において基板を公転させ、基板と
ターゲットとを相対的に移動させながら行われていた。
しかしながら、これらの方法で成膜を行うと、いずれも
膜厚分布が不定となり、しかも均一な組成の薄膜が得ら
れないという問題点があった。 【０００４】そこで、均一な膜厚の薄膜を形成すること
を目的として、ターゲットに相対配置した基板を自公転
させながら、基板とターゲットとを相対的に移動させス
パッタリング成膜を行うという方法および装置が開発さ
れた。 【０００５】すなわち、上記のスパッタリング装置は、
基板を自公転させる機構を備えたものであって、例え
ば、図３に示すようなサイドスパッタリング装置があげ
られる。このサイドスパッタリング装置は、駆動源を有
する公転円盤（以下、ターンテーブル１２という）に設
けられた凹部内に基板１１を装填し、リング状の基板ホ
ルダー１７によって基板１１を保持し、露出した基板１
１の表面にスパッタリング成膜を行うというものであっ
て、この装置によると、上記凹部内に装填された基板１
１は、その径（φｄ）が基板ホルダー１７の開口部の径
（φａ）よりも大きいため凹部内に確実に保持され、ま
た、基板１１の径（φｄ）は、凹部の径（φＤ）よりも
小さいため、その円周差により、ターンテーブル１２が
回転（この回転は基板の公転である）する間に自転す
る。 【０００６】また、他の例としては、図４に示すよう
に、スパッタ室１６内において、防着シールド１３に包
囲されたターンテーブル１２に保持された基板１１とタ
ーゲット１４とを上下に相対させて配置したバッチ式ス
パッタリング装置があり、この装置によると、駆動源に
よるターンテーブル１２の回転を（この回転によってタ
ーンテーブルに保持された基板は公転する）、歯車１８
によって基板１１に伝えることにより、基板を自転せし
めるというものである。 【０００７】しかしながら、上記サイドスパッタリング
装置における自公転機構によると、ターンテーブルと自
公転する基板との摺動部に付着した薄膜が剥離し、基板
の薄膜形成に悪影響を及ぼす等といった問題点があり、
一方、バッチ式スパッタリング装置における自公転機構
によると、機構の複雑化に伴うスパッタ室自体の大型化
が避けられないという問題点があった。 【０００８】また、上記のような均一な薄膜を形成する
ためのスパッタリング装置における自公転機構は、スパ
ッタリング装置製造時に一緒に組み入れるのが一般的で
あるが、公転機構のみを有するスパッタリング装置に自
転機構を新たに取付けるような場合には、装置の大幅な
改造が余儀なくされるため、スパッタ室が大型化し、こ
れに伴って装置価格が高価になることが避けられなかっ
た。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
述従来の技術の問題点を解決し、基板の公転機構を有す
る従来のスパッタリング装置を大幅に改造することなく
安価に製造することができ、脱着可能で均一な膜厚の薄
膜を形成することができる基板自公転機構を有するスパ
ッタリング装置を提供することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するために鋭意研究した結果、防着シールドの外
周面にローラー部の周面を密接配置した伝達ローラー
を、摺動アームを介してターンテーブルに固定し、この
伝達ローラーと基板とを伝達ベルトで結び、伝達ローラ
ーの回転によって基板を自転せしめることにより、上記
課題が解決されることを見い出し、本発明に到達した。 【００１１】すなわち、本発明は、所定の位置にターゲ
ットが配置されたスパッタ室内において、防着シールド
に包囲され、ターゲットと相対する位置で基板を保持す
る機構を有し、駆動源との連結による自転により、保持
した基板における膜形成面を公転せしめるターンテーブ
ル、およびこのターンテーブルに保持された基板自体を
回転させることにより、基板における膜形成面を自転せ
しめる機構を有してなるスパッタリング装置であって、
ローラー周面が防着シールドの外周面に密接配置され、
ローラー軸が摺動アームを介してターンテーブルに固定
された、ターンテーブルの回転と共にターンテーブルと
は逆方向に回転する伝達ローラーと、この伝達ローラー
の回転を基板に伝える伝達ベルトとによって、前記基板
における膜形成面の自転機構が構成されていることを特
徴とするスパッタリング装置を提供するものである。 【００１２】 【作用】本発明のスパッタリング装置における基板（膜
形成面）の自転機構は、ターンテーブルの回転と共にタ
ーンテーブルとは逆方向に回転する伝達ローラーと、こ
の伝達ローラーの回転を基板に伝える伝達ベルトによっ
て構成されており、上記伝達ローラーは、そのローラー
軸が摺動アームを介してターンテーブルに固定され、そ
のローラー周面がターンテーブルを包囲する防着シール
ドの外周面に密着配置されている。 【００１３】上記のような基板自転機構を有してなる本
発明のスパッタリング装置は、例えば、ターゲットと相
対する位置で基板を保持し、この基板を公転せしめるタ
ーンテーブルを有する従来のバッチ式スパッタリング装
置を用いて製造することができる。 【００１４】まず、上記従来のバッチ式スパッタリング
装置におけるターンテーブル下面に、所定数の基板取付
部を固定しておき、この基板取付部に、基板取付ホルダ
ーおよび自転ローラーが装備された自公転機構取付ベー
スを固定する（これらはすべて連動する）。これによっ
て、基板取付ホルダーに取り付けられた基板は、駆動源
によるターンテーブルの回転と共に公転する。 【００１５】次に、上記自公転機構取付ベースに、テン
ションスプリングおよびスライドガイドを介して摺動ア
ームを固定し、さらにこの摺動アームに伝達ローラー
（回転軸）を固定する。このとき、伝達ローラーにおけ
るローラー部の周面は、防着シールドの外周面に密着さ
せる。次いで、上記伝達ローラーと自転ローラーとを伝
達ベルトで結び、伝達ローラーの回転と共に自転ローラ
ーが回転するようにし、基板の自転機構を構成する。 【００１６】すなわち、上記のような構成で伝達ローラ
ーおよび伝達ベルトを装備することにより、駆動源によ
ってターンテーブルを回転させると、伝達ローラーがタ
ーンテーブルとは逆方向に回転し、この伝達ローラーの
回転が、伝達ベルトによって自転ローラーに伝えられる
ため、自転ローラーと連動する基板取付ホルダーに保持
された基板が回転（自転）するようになるのである。 【００１７】このような構成の基板自公転機構を有する
本発明のスパッタリング装置によると、基板取付ホルダ
ーに保持される基板は、該ホルダーとの間に摺動部がな
いため、形成された薄膜に剥離が生じることがなく、し
かも外部からの脱着が極めて容易である。 【００１８】本発明のスパッタリング装置は、スパッタ
リング処理時における不純物の巻き込みを避けるため、
ステンレス等の耐腐蝕性の良い材質を使用することが望
ましい。また、自公転機構を構成する伝達ベルトについ
ては、スパッタ条件によっては、スパッタ室内が 100℃
以上の高温域となることを考慮し、弗素系ゴムを使用す
ることが望ましい。 【００１９】本発明のスパッタリング装置の基板自公転
機構における基板の好ましい公転軌道は、以下の通りで
ある。 【００２０】従来のターゲットと基板とを相対させて行
うスパッタリング成膜によると、基板を、図１に示す半
径Ｒａの円周の軌道を公転させてスパッタリング成膜を
行っており、例えば、ターゲットサイズ４インチ、基板
サイズ５インチ径を用いてスパッタリング成膜を行った
場合、その膜厚は図５のイに示す放物線状に分布する。 【００２１】本発明の自公転機構を有するスパッタリン
グ装置は、上記軌道を公転させながらスパッタリング成
膜を行ったのでは、膜厚分布を均一にすることはできな
い。したがって、上記公転時における膜厚分布をあらか
じめ求めておき、この膜厚分布をもとにシュミレーショ
ンによって自公転時の膜厚分布を求め、膜厚分布が最適
となる領域に基板中心を移動した図１に示す半径Ｒｂの
軌道を通る公転を行わせることが望ましい。 【００２２】以下、実施例により本発明をさらに詳細に
説明する。しかし本発明の範囲は以下の実施例により制
限されるものではない。 【００２３】 【実施例】本発明のスパッタリング装置の一例につい
て、図１および図２を用いて以下に説明する。 【００２４】図１は、バッチ式スパッタリング装置にお
けるスパッタ室内に、自公転機構を取り付けた本発明の
スパッタリング装置の一例を示す模式断面図であって、
スパッタ室１６内には、ターゲット１４と、防着シール
ド１３に囲まれた直径 400mmのターンテーブル１２とが
相対するように設置されており、ターンテーブル１２の
下面には、ターゲット１４と対応する位置にターンテー
ブル基板取付部２が設けられ、その下面に自公転機構１
５が構成されている。 【００２５】図２は、上記自公転機構１５を拡大した斜
視図であって、ターンテーブル１２の下面には、直径 1
20mm、厚さ３mmのターンテーブル基板取付部２が設けら
れており、この基板取付部２の下面には、これと同一径
の自公転機構取付ベース１が固定されている。上記自公
転機構取付ベース１下面には、直径 130mm、厚さ３mmの
基板取付ホルダー１０を固定した自転ローラー９、テン
ションスプリング６およびアイドルローラー８が固定さ
れている。 【００２６】テンションスプリング６には、スライドガ
イド４、摺動アーム５、および伝達ローラー３が連結さ
れており、伝達ローラー３と自転ローラー９との間に
は、アイドルローラー８を介した伝達ベルト７がかけら
れている。なお、伝達ローラー３のローラー周面は、テ
ンションスプリング６によって２〜３kgｆの張力にて常
に内側に引張られることにより、防着シールド１３の外
周面に密着配置されている。 【００２７】上記のような構成からなる自公転機構は、
次のような態様で基板を自公転せしめる。まず、駆動源
によるターンテーブル１２の回転と共に、ターンテーブ
ル基板取付部２に固定された自公転機構取付ベース１
は、ターンテーブル１２と同一方向に回転し、基板を公
転せしめる。一方、このターンテーブル１２の回転と共
に、伝達ローラー３はターンテーブルとは逆方向に回転
しながら防着シールド１３の外周面上を移動する。 【００２８】この伝達ローラー３の回転は、２ケのアイ
ドルローラー８を介した伝達ベルト７によって自転ロー
ラー９に伝えられ、自転ローラー９は、基板取付ホルダ
ー１０と共に回転し、該ホルダー１０に保持された基板
１１を自転せしめる。 【００２９】次に、上記のような構成からなる本発明の
スパッタリング装置により、直径４インチ、厚さ５mmの
ＧｅＳｂＴｅ系合金のターゲット、および直径５イン
チ、厚さ 1.2mmのガラス基板を用い、これを半径（Ｒ
ａ） 130mmの軌道を、公転回転速度４rpm で公転させな
がら成膜を行い、その膜厚分布を求めたところ、図５に
おけるイの放物線に示すような分布領域を得た。 【００３０】上記放物線イに示されるように、この場合
は、５インチ基板の範囲内において、膜厚中央値を 100
％とした場合、膜厚分布に20％程度のバラツキが見ら
れ、均一に膜形成することができなかったため、この膜
厚分布をもとに基板を自公転させた時の最均一膜厚分布
領域を求め、基板中心を半径Ｒｂ80mmの公転軌道を通る
ように自公転時の公転軌道を任意に変えた。 【００３１】このように、基板中心が半径Ｒｂの公転軌
道を通るように調整して、公転回転速度４rpm 、自転回
転速度16rpm にてスパッタリング成膜を行い、その膜厚
分布を求めたところ、図５におけるロの放物線に示すよ
うな分布領域を得た。すなわち、５インチ基板の範囲内
において、膜厚中央値を100 ％とした場合、わずかに±
２％以内の膜厚分布で成膜できたのである。 【００３２】また、上記のようにして形成された薄膜の
組成は極めて良好であり、複数ターゲットや各種の基板
サイズに対応できるものであることが確認された。 【００３３】 【発明の効果】本発明のスパッタリング装置の開発によ
り、均一な膜厚の薄膜を容易に形成することができるよ
うになった。また、本発明のスパッタリング装置は、膜
厚分布の良好な領域に基板公転軌道を移動することが容
易であるため、従来のように、公転機構駆動系に別途駆
動源を組み込むことを要する等のスパッタ室内の大型化
につながる装置の改造を必要としなくなった。そのた
め、装置の小型化および低コスト化が可能になった。さ
らに、本発明のスパッタリング装置は、基板に摺動部が
ないため、形成された薄膜の剥離等が防止されるように
なった。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のスパッタリング装置の一例を示す模式
断面図である。 【図２】図１のスパッタリング装置における自公転機構
を拡大した斜視図である。 【図３】従来のサイドスパッタリング装置における自公
転機構を示す模式断面図である。 【図４】従来のバッチ式スパッタリング装置を示す模式
断面図である。 【図５】膜厚（％）と公転中心からの距離（mm）との関
係をグラフである。 【符号の説明】 １‥‥‥自公転機構取付ベース ２‥‥‥ターンテーブル基板取付部 ３‥‥‥伝達ローラー ４‥‥‥スライドガイド ５‥‥‥摺動アーム ６‥‥‥テンションスプリング ７‥‥‥伝達ベルト ８‥‥‥アイドルローラー ９‥‥‥自転ローラー １０‥‥‥基板取付ホルダー １１‥‥‥基板 １２‥‥‥ターンテーブル １３‥‥‥防着シールド １４‥‥‥ターゲット １５‥‥‥自公転機構 １６‥‥‥スパッタ室 １７‥‥‥基板ホルダー １８‥‥‥歯車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭63−15050（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−42729（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−98720（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−3655（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/34

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 所定の位置にターゲットが配置されたス
   パッタ室内において、防着シールドに包囲され、ターゲ
   ットと相対する位置で基板を保持する機構を有し、駆動
   源との連結による自転により、保持した基板における膜
   形成面を公転せしめるターンテーブル、およびこのター
   ンテーブルに保持された基板自体を回転させることによ
   り、基板における膜形成面を自転せしめる機構を有して
   なるスパッタリング装置であって、ローラー周面が防着
   シールドの外周面に密接配置され、ローラー軸が摺動ア
   ームを介してターンテーブルに固定された、ターンテー
   ブルの回転と共にターンテーブルとは逆方向に回転する
   伝達ローラーと、この伝達ローラーの回転を基板に伝え
   る伝達ベルトとによって、前記基板における膜形成面の
   自転機構が構成されていることを特徴とするスパッタリ
   ング装置。