JP4392895B2

JP4392895B2 - スパッタリング装置

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Publication number: JP4392895B2
Application number: JP07265399A
Authority: JP
Inventors: 信二高城; 英利下川
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: JP2000265271A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタリング装置に関し、特に、光ディスク等の製造に適し、基板の温度上昇の抑制と、ターゲットから基板への膜の付着効率とターゲットの利用効率を高めたスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＶＤ−ＲＡＭやＭＤ（ミニディスク）等の光ディスクを製作する従来のスパッタリング装置を説明する。
【０００３】
例えばＤＶＤ−ＲＡＭは大容量ディスクメモリとして有望である。ＤＶＤ−ＲＡＭの構造を図１３に示す。ＤＶＤ−ＲＡＭは、基板５０１の上に保護膜５０２、記録膜５０３、保護膜５０４、反射膜５０５の順序で各膜が堆積され積層される。基板５０１にはポリカーボネイド等の樹脂基板が使用され、その厚みは例えば０．６ｍｍである。保護膜５０２，５０４にはＺｎＳ−ＳｉＯ₂が使用される。この保護膜の作製に使用されるターゲットは絶縁物であり、このため高周波マグネトロンスパッタリング方式で保護膜を形成している。
【０００４】
スパッタリング装置では、基板とターゲットを対向させ、プラズマ放電を起こしてターゲットをスパッタし、ターゲットからスパッタ粒子を放出させ、基板上にスパッタ粒子を付着させて薄膜の堆積を行う。ターゲットはカソードに取り付けられ、基板は基板ホルダに取り付けられている。スパッタ成膜の際の基板とカソードの関係について、従来、静止状態のカソードに対して、基板を静止状態に保つ静止成膜方式、基板を自公転させる自公転成膜方式、基板を自転させる自転成膜方式が知られている。
【０００５】
静止成膜方式のスパッタリング装置の例を図１４に示す。真空装置５１１において、下部にシールド５１２を周囲に備えたカソード５１３が絶縁体５１４を介して設けられ、上部に基板ホルダ５１５が設けられている。カソード５１３の上にはターゲット５１６が取り付けられ、基板ホルダ５１５には基板５１７が取り付けられている。ターゲット５１６の５１６ａはエロージョンである。カソード５１３は、ターゲット５１６を固定する裏板５１８を有し、マグネット５１９が内蔵され、整合回路５２０を介して高周波電源５２１が接続されている。カソード５１３の内部には冷却水が矢印５２２のごとく供給される。真空容器５１１には、圧力計５２３、プロセスガス供給系５２４、バルブ５２５とオリフィス５２６を有する排気系５２７を備える。上記静止成膜方式では、基板とカソードは、同軸位置関係（両者の中心軸が一致）で正対させられ、両者の距離が４０〜５０ｍｍ程度となるように近付けて配置されている。カソードに所定電力が投入されると、イオンや電子等が基板に入射する確率が高くなり、基板温度が上昇し基板が軟化するという不具合が生じる。また基板上での膜厚分布を±３％以内にすることから、ターゲットの外周付近に大量なエロージョンを形成しており、このためターゲットの利用効率（スパッタ前のターゲットの体積とエロージョンされた部分の体積の比）が４０％以下となる。さらにスパッタ成膜時には、チャンバの内壁等に膜が付着し、基板への膜の付着効率はおよそ１０％程度である。
【０００６】
自公転成膜方式のスパッタリング装置は図１５に示される。図１５において図１４で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。このスパッタリング装置では、上壁に回転自在な軸５３１ａを有するパレット５３１が設けられ、このパレット５３１に例えば８個の基板ホルダ５３２が回転自在に設けられている。各基板ホルダ５３２には基板５１７が取り付けられている。基板ホルダ５３２の軸には自転歯車５３３が固定され、自転歯車５３３は公転歯車５３４，５３５と噛み合っている。その他の構造は、図１４で説明した構造と同じである。この自公転成膜方式では、各基板５１７は、パレット５３１の回転で公転しながら、基板ホルダ５３２の回転で自転する。パレット５３１の軸５３１ａの位置とターゲット５１６の中心軸の位置はずれている。従って、基板とターゲットが向かい合うのは、公転中の基板５１７がターゲット５１６の上方位置を通過するときの短時間である。このような構成の自公転方式では、基板の膜厚分布を±３％以内にするため基板とカソードの距離が１４０〜１６０ｍｍ程度になるように離されている。基板とカソードの間隔が大きくなるため、プラズマ密度が小さくなって基板の温度は低くなるが、成膜速度は静止成膜方式に比較して１／３０程度に小さくなる。従って生産性が悪くなる。また付着効率も１０％程度である。
【０００７】
自転成膜方式のスパッタリング装置については、具体的な従来例として特開平６−３２２５３８号公報に開示された装置が挙げられる。このスパッタリング装置では、真空容器におけるカソードの上方の壁部に円形のホルダを固定状態で取付け、このホルダに自転する４つの基板を配置している。各基板は、回転する円盤状プレートに取り付けられ、自転するようになっている。この例では、ターゲットに対向するホルダの関係について、それぞれ円形のターゲットとホルダが同軸位置に配置され、かつホルダにおいて４つの基板は、各基板の中心が同軸円の円周上に等間隔となるように配置されている。なおカソード側にはモータで偏心回転する磁石が内蔵されている。以上の自転成膜方式では、付着効率を２０％程度まで向上させることができ、上記の付着効率の問題は解消される。さらにホルダに自転するように設けられた４つの基板の各々で膜厚分布が均一化されるという利点を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自転成膜方式のスパッタリング装置では、前述の利点を有しているが、基板ホルダに取り付けられた４つの基板の間で膜厚分布に違いが生じるという問題が起きる。このことは、各基板は、その位置が変化せず、同じ位置で自転するだけであるため、実際上、真空容器内の他の構造、すなわちシールドの形状、排気方向などの影響によって各基板上での成膜条件が異なることになるからである。さらに自転成膜方式では、基板ホルダにおいて、基板を、その基板の大きさに応じて最適な位置に配置されることが要求される。従って上記の従来の自転成膜方式のスパッタリング装置によれば、例えば仮に当該装置が直径１２０ｍｍのＤＶＤ−ＲＡＭ用基板のスパッタ成膜のために基板取付け位置が設計されている場合に、直径６４ｍｍのＭＤ用基板のスパッタ成膜を行うことができないことになる。すなわち、上記基板取付け機構を備えたスパッタリング装置は、大きさの異なる基板のスパッタ成膜に共用できないという問題を有している。
【０００９】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、マグネトロスパッタリング方式のスパッタリング装置において、大きさの異なる基板にスパッタ成膜する場合に共用でき、付着効率とターゲット利用効率を向上できるスパッタリング装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るスパッタリング装置は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【００１１】
本発明に係るスパッタリング装置は、ターゲットを取り付けたカソードと、ターゲットをスパッタして基板に薄膜を形成する構造とを有し、ターゲットに対向して回転する１つのパレットを配置し、パレットのカソード対向面に３つの回転する基板ホルダを同一円周上で等間隔に取り付け、パレットの回転と３つの基板ホルダの各々の回転とに基づいて自公転成膜を行う構成において、ターゲットは正面形状が円形である１つの円形ターゲットでありかつパレットは円形パレットであり、円形パレットは円形ターゲットに正対して平行かつ同軸の位置関係で配置され、円形パレットのカソード対向面に取り付けた３つの基板ホルダの各々の基板搭載面は、搭載面外縁内の範囲で、１枚の大型基板、または３枚の小型基板を搭載する大きさを有する、ことを特徴とする。
上記の構成において、好ましくは、３つの基板ホルダの各々に３枚の小型基板を搭載するとき、基板搭載面上で、３枚の小型基板は同一円周上で等間隔に配置されることを特徴とする。
上記の構成において、好ましくは、円形ターゲットと基板ホルダに搭載された基板の間の距離（Ｔ／Ｓ）は６５〜８０ｍｍの範囲に含まれる距離に設定されることを特徴とする。
本発明に係るスパッタリング装置では、自公転成膜方式が利用され、公転用パレットとターゲットの各中心軸が一致するように配置され、ターゲットと基板の距離を比較的大きな距離（６５〜８０ｍｍ）に設定され、かつ膜厚分布を±３％以下にするために３つの基板ホルダを同一円周上に等間隔で配置している。かかる構成の自公転成膜方式によって、基板間の膜厚分布の差がなくなり、基板への膜の付着が高まり、付着効率が向上する。またパレットにおける基板ホルダの取り付け位置を変更することなく、基板ホルダを基板固有のものに交換するだけで、ＤＶＤ−ＲＡＭ基板、φ５．２５光磁気ディスク基板、ＭＤ基板等の各種の大きさの基板のスパッタ成膜に対処することができる。さらにターゲットのエロージョン形状は静止成膜方式のように制限されず、ターゲットの利用効率を高めることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
最初に、概略図である図１〜図３を参照して、本発明に係るスパッタリング装置の要部の全体的な構成を概略的に説明する。図１は縦断面図、図２は水平断面図、図３はバルブ板の開閉状態を拡大して示す図である。
【００１４】
本実施形態によるスパッタリング装置では、内部にカソード機構１０を設けたチャンバ１００（以下「カソードチャンバ」という）と、内部に基板取付け機構２０を設けたチャンバ２００（以下「基板チャンバ」という）とを備える。基板チャンバ２００は基板を所定の処理位置に搬送するための真空搬送チャンバである。カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００は所要の間隔を開けて配置されている。カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間には、当該間隔に基づき、スパッタチャンバを形成するためのスペース１１が確保される。このスペース１１は、周囲を側壁部１２で囲まれ、外部空間から隔離されている。またスペース１１は、開口部１３を通してカソードチャンバ１００の内部空間と通じることが可能であり、開口部１４を通して基板チャンバ２００の内部空間と通じることが可能である。またスペース１１における開口部１３の側、および開口部１４の側にはそれぞれバルブ板１５，１６が配置されている。バルブ板１５は中央に位置する筒部１５ａを有し、その外側周囲に鍔部１５ｂを有している。またバルブ板１６も同様に筒部１６ａと鍔部１６ｂを有する。バルブ板１５，１６はそれぞれ直線駆動装置１７，１８によって中央の筒部の軸方向に動くことが可能である。バルブ板１５が動くことで開口部１３が開閉され、バルブ板１６が動くことで開口部１４が実質的に開閉される。
【００１５】
カソードチャンバ１００、基板チャンバ２００、スパッタチャンバを形成するためのスペース１１は、それぞれ真空ポンプ２１，２２，２３によって所要の真空状態に排気される。なお真空ポンプはチャンバごとに設ける代わりに、例えばスパッタチャンバの箇所に共通の真空ポンプを一台設け、この一台の真空ポンプで全体の排気を行うように構成することも可能である。
【００１６】
カソードチャンバ１００の内部に設けられたカソード機構１０は、回転式機構として形成され、例えば４つの側面を有するカソード回転体２４と、カソード回転体２４の４つの側面に設けられたカソード２５とから構成されている。このカソード回転体２４の内部は空洞になっており、４つの側面を持つ側壁部を形成する部分は四角筒の形状を有している。カソード回転体２４は、カソードチャンバ１００の中央に取り付けられ、カソードチャンバ１００の外部に設けられた回転駆動装置２６で必要に応じて自在に回転される。４つのカソード２５は９０°の等間隔で配置され、各カソードにはターゲット２７ａ〜２７ｄがボンディング等で取り付けられている。カソード２７ａ〜２７ｄの各々は、カソード回転体２４の側壁の部分に絶縁体を介して組み込まれている。ターゲット２７ａ〜２７ｄは、例えば、異なる材料で形成され、異なる種類の膜の形成に使用される。なお、ターゲット２７ａ〜２７ｄについては、同じ材料のターゲットが設けられる場合もある。４つのカソード２５の各々はカソード回転体２４が９０°の単位で回転することによりスペース１１に順次に臨むように配置させることができる。カソード回転体２４の内部スペースには各種装置が組み込まれ、例えばカソード電源から４つのカソード２５の各々に給電を行う給電部や、各カソードを冷却する冷却水通路、ターゲット２７ａ〜２７ｄの位置を変更するための位置調整機構等が内蔵される。
【００１７】
基板チャンバ２００の内部に設けられた基板取付け機構２０は、例えば４つの側面を有する基板回転体２８である。基板回転体２８の４つの側面の各々には回転するパレット２０１が設けられ、各パレット２０１には回転する３つの基板ホルダ２０２ａ〜２０２ｃが等間隔で設けられ、基板ホルダ２０２ａ〜２０２ｃのそれぞれには基板２９ａ〜２９ｃが取り付けられている。基板回転体２８は基板搬送装置として機能する。基板回転体２８は、基板チャンバ２００の中央部に取り付けられ、基板チャンバ２００の外部に設けられた回転駆動装置３１で回転自在である。４つのパレット２０１は９０°の等間隔で配置されている。４つのパレット２０１の各々は基板回転体２８が９０°の単位で回転することによりスペース１１に順次に臨むように配置させることができる。
【００１８】
次に、カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間において、スペース１１とバルブ板１５，１６の移動とを利用して形成されるスパッタチャンバについて説明する。本実施形態によるスパッタリング装置では、もともとスパッタチャンバとして確立したチャンバを備えておらず、バルブ板１５，１６を移動させてスペース１１を他の領域から隔離することによりスパッタチャンバが形成される。スペース１１は、本来、単にカソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間の隙間として形成され、側壁部１２によって四方を囲まれることにより形成される。スペース１１において、カソードチャンバ１００側の箇所にはバルブ板１５が配置され、基板チャンバ２００側の箇所にはバルブ板１６が配置される。バルブ板１５，１６の各々が直線駆動装置１７，１８により内側に移動して配置されると、開口部１３，１４は開かれ、スペース１１は他の領域と通じた状態に保持される。バルブ板１５が直線駆動装置１７により外側に移動して配置されると、筒部１５ａの外端がカソード回転体２４の側面に押し付けられかつ鍔部１５ｂの外端が境界部３２に押し付けられ、開口部１３が閉じられ、かつカソード２５とタートゲット２７ａが筒部１５ａの内部空間を利用してスペース１１に臨む。バルブ板１６が直線駆動装置１８により外側に移動して配置されると、筒部１６ａの外端が基板回転体２８の側面に押し付けられかつ鍔部１６ｂの外端が境界部３３に押し付けられ、開口部１４が閉じられ、かつパレット２０１が筒部１６ａの内部空間を利用してスペース１１に臨む。上記構成によりスペース１１が他の部分と分離されてスパッタチャンバとして確立され、パレット２０１に取り付けられた３つの基板２９ａ〜２９ｃがターゲット２７ａに対向して配置されることになる。上記において、バルブ板１５，１６の筒部１５ａ，１６ａの開口内寸法はカソード２７ａとパレット２０１よりも大きく設定されている。このように形成されたスパッタチャンバは真空ポンプ２３で真空にされ、当該スパッタチャンバに対し側壁部１２に付設されたマスフローコントローラ３４からスパッタ用ガスが導入される。スパッタチャンバ内の圧力は、マスフローコントローラ３４から導入されるガスの流量を調整することにより調整される。
【００１９】
上記構成を有するスパッタリング装置で、スパッタ成膜が行われる前の段階では、直線駆動装置１７，１８でバルブ板１５，１６が、図３に示すごとく内側に移動して配置されている。このとき、開口部１３，１４が開かれてスペース１１はカソードチャンバ１００の内部空間と基板チャンバ２００の内部空間に通じており、カソードチャンバ１００ではカソード回転体１０が回転できる状態にありかつ基板チャンバ２００では基板回転体２８が回転できる状態にある。この状態で、回転駆動装置２６でカソード回転体２４が回転されかつ回転駆動装置３１で基板回転体２８が回転され、これによりスパッタ成膜に使用されるターゲットが選択されかつスパッタ成膜が施される基板を備えたパレットが選択される。カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００は真空ポンプ２１，２２でそれぞれ所要の真空状態に保持されている。スペース１１に臨むターゲットと基板が選択された状態で、直線駆動装置１７，１８によってバルブ板１５，１６が矢印３５，３６のごとく外側に移動されると、前述のごとくスペース１１が隔離され、スパッタチャンバが形成される。その後、スパッタチャンバ内のスペース１１が真空ポンプ２３で排気され、マスフローコントローラ３４でスパッタ用プロセスガス（Ａｒガス）が導入され、カソード２５にカソード電源から給電が行われ、選択されたパレット２０１に取り付けられた３つの基板２９ａ〜２９ｃに対してスパッタ成膜が開始される。スパッタ成膜の際、等間隔で配置された基板２９ａ〜２９ｃは、パレット２０１の回転で公転し、基板ホルダ２０２ａ〜２０２ｃの回転で自転する。このように、スパッタ成膜の間、基板２９ａ〜２９ｃは自公転させられる。基板２９ａ〜２９ｃに対する成膜が終了すると、スパッタ用プロセスガスの導入等が停止される。その後、図３に示した状態にして次の成膜で使用されるターゲットと基板がスパッタチャンバで対向するように、カソード回転体２４と基板回転体２８を回転させる。バルブ板１５，１６を前述と同様にして移動させてスパッタ用プロセスガスを導入し、基板の表面に薄膜が形成される。さらに、前述した同様な動作に基づいて、成膜したい基板とカソードおよびターゲットとの組合せてスパッタリングにより膜を形成する。
【００２０】
上記構成のスパッタリング装置によれば、カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間のスペース１１と、スペース１１内に配置したバルブ板１５，１６の開閉動作を利用して、スパッタ成膜を行う際に他の部分から分離されたスパッタチャンバが形成される。さらにカソードチャンバ１００に複数のカソードおよびターゲットを備えた回転自在なカソード回転体２４を設け、基板チャンバ２００に公転用パレットと自転用基板ホルダによって自公転する例えば３つの基板を備えた回転自在な基板回転体２８を設け、スパッタ成膜を行うとき、形成されたスパッタチャンバに、ターゲットと基板とを任意に組合せてセットすることができる。従って、複数のスパッタチャンバを予め特別に持つ必要はなく、構成を簡単することができる。また基板に成膜される膜の数を増すため、スパッタチャンバの数を増さなければならない場合にも、カソード回転体２４および基板回転体２８の構造を変更し、形成される１つのスパッタチャンバにセットされるカソード等と基板の組みを増せばよく、容易に対処することができる。なお上記の例では、４つのカソードを備えたカソード回転体２４、４つのパレットを備える基板回転体２８の例を示したが、カソード数等は他の数に変更できるのは勿論である。
【００２１】
また１つのカソードを利用してスパッタ成膜を行うとき、当該カソードはスパッタチャンバを形成するスペース１１に臨みかつバルブ板１５が閉じることにより、他の３つのカソードから完全に分離される。それ故、スパッタ成膜の際に関係するカソードのターゲットがスパッタされたとしても、他のカソードのターゲットの表面が汚染されることはない。
【００２２】
次に、図４と図５に本発明に係るスパッタリング装置の要部の具体例を示し、これらの図を参照して前述したカソードチャンバ１００とカソード機構１０の具体的な構造について説明する。図４はカソードチャンバ１００およびこれに関連する下側部分の内部構造、スパッタチャンバの内部構造、バルブ板１５、基板取付け構造の一部を示す縦断面図であり、図５は図４におけるカソード回転体の内部構造を示す水平断面図である。図４と図５において前述した図１〜図３で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。
【００２３】
このスパッタリング装置において、カソードチャンバ１００の下側には例えばテーブル状の下部フレーム４１が設けられ、下部フレーム４１の上部に円筒形の支持フレーム４２が設けられており、またスペース１１を有するスパッタチャンバ３００の下側には真空ポンプ４３が設けられている。円筒形の支持フレーム４２は下部フレーム４１の上板４１ａに固定されており、さらにカソードチャンバ１００は支持フレーム４２の上に固定されている。カソードチャンバ１００の下壁には孔１００ａが形成されており、カソードチャンバ１００に固定される円筒形支持フレーム４２は下壁の孔１００ａの周囲の外側面に結合されている。カソードチャンバ１００の内部に回転自在に取り付けられたカソード回転体２４が設けられている。カソードチャンバ１００の内部スペースは気密であり、減圧されて真空状態に保持されるが、カソード回転体２４の内部は、その下部が開放されて大気状態になっている。真空ポンプ４３は、排気チャンバ４４を介してスパッタチャンバ３００内のスペース１１に接続される。真空ポンプ４３は前述の真空ポンプ２３に対応するものであるが、この具体例ではスパッタチャンバ３００内のスペース１１とカソードチャンバ１００内のスペースを１つの真空ポンプ４３で同時に排気する構造を採用している。下部フレーム４１には上記の４つのカソード２５に対してスパッタ成膜の際に必要な電力を供給する高圧のカソード用電源４６と、カソード回転体２４を回転させるための駆動用モータ４７と、装置各部の動作を制御するコントローラ４８と、その他にカソードチャンバを冷却する冷却水を供給する冷却装置と、スパッタチャンバにプロセスガスを供給するためのガス供給装置が設けられている。冷却装置や冷却水を流すための配管、ガス供給装置やガスを流す配管の図示は、図を簡略化するために省略されている。また駆動用モータ４７は支持台４９の上に配置されている。
【００２４】
次に、カソード回転体２４内には空洞のスペースが形成され、下壁１０ａには例えば円形の孔が形成され、これによってカソード回転体２４の内部スペースが開放されている。カソード回転体２４の下壁の外側周囲には支持筒体５１が固定されている。カソード回転体２４の下壁１０ａの円形孔および支持筒体５１は、カソード回転体２４の内部スペースと外部とを通じさせる連通部を形成する。支持筒体５１は、カソードチャンバ１００の下壁の孔１００ａと支持フレーム４２の中に挿通されて配置され、支持筒体５１と支持フレーム４２の間には３つの軸受け部材５２，５３，５４が設けられ、支持筒体５１は支持フレーム４２に対して回転自在に取り付けられている。支持筒体５１の軸方向長さは筒形支持フレーム４２の軸方向長さよりも長く、その下部は、支持フレーム４２の下部よりも下方に延設されている。延設された支持筒体５１の下端にはプーリ５５が固定されている。さらにまた支持筒体５１と支持フレーム４２の間には磁性流体を利用して磁気シール５６が設けられる。磁気シール５６によってカソードチャンバ１００の内部スペースの気密性が保持され、カソードチャンバ１００内が所要の真空状態に保持される。
【００２５】
支持筒体５１の下端のプーリ５５と、モータ４７の回転軸に固定されたプーリ５７との間にはベルト５８が掛け渡される。モータ４７が回転すると、回転力がベルト５８によって支持筒体５１に伝達され、支持筒体５１およびこれに結合されるカソード回転体２４が回転させられる。
【００２６】
回転自在なカソード回転体２４の内部には、下部フレーム４１に支持ロッド６１を介して固定された筒形支柱６２を支持筒体５１の内部に挿通させて配置し、この筒形支柱６２の上部に支持台６３を固定する。そして支持台６３の上には、可動軸６４ａの先端にマグネット６５を備えたシリンダ６４と、可動軸６６ａの先端に給電端子６７を有するシリンダ６６が配置されている。シリンダ６４とシリンダ６６は高さ位置を異ならせて配置されるので、支持台６３も２段のステージを有するように形成されている。固定静止状態の筒形支柱６２と回転自在なカソード回転体２４の間には、軸受け部材６８が配置される。このようにして、回転自在なカソード回転体２４の内部に静止状態のマグネット６５と給電端子６７が一組配置される。マグネット６５は永久磁石または電磁石である。電磁石の場合には筒形支柱６２を通して外部から電力が供給される。またカソード２５に高電圧を供給する給電端子６７には高圧電源４６から高圧線６９を通して電圧が供給される。スパッタ処理を行うとき、スパッタチャンバ３００のスペース１１に臨むように配置されたカソード２５に対して、マグネット６５は、ターゲット２７ａの表面に所定の磁界分布を与えるべく、一点鎖線に示されるようにその背面部に配置される。このときの配置状態では、シリンダ６４を動作させて可動軸６４ａを前方に伸ばし、マグネット６５を前方に移動させる。また給電端子６７も、シリンダ６６が動作して可動軸６６ａが前方に伸び、カソード２５側の接続端子７０と接続される。スパッタ処理が終了すると、シリンダ６４，６６は動作してその可動軸６４ａ，６６ａを後退させ、マグネット６５と給電端子６７をカソード２５から引き離す。これによってカソード回転体２４を回転動作を行える状態になる。以上のように、回転自在なカソード回転体２４の内部には静止状態でかつ必要に応じてシリンダ６４，６６によって前進または後退するように設けられたマグネット６５と給電端子６７が配置されている。この一組のマグネット６５と給電端子６７は、カソード回転体２４の側面に取り付けられた４つのカソード２５のすべてに共用される。すなわち、回転式構造で設けられたカソード機構１０によってスパッタ処理を行うときにスペース１１に臨むように配置されたいずれのカソード２５に対しても一組のマグネット６５と給電端子６７がセットされる。
【００２７】
図５に示すごとく、カソード回転体２４の４つの側面にはそれぞれカソード２５が設けられ、各カソード２５は所定位置に給電用の接続端子７０を備えている。スパッタチャンバ３００の成膜を行う領域を形成するスペース１１に臨む位置にカソード２５がセットされると、そのターゲットは基板２９に対向する。このとき、カソード２５の背面にはマグネット６５が対向し、接続端子７０には給電端子６７が対向する位置関係になる。この状態で、シリンダ６４が動作して可動軸６４ａを前進させるとマグネット６５がカソード２５の背面の近傍位置にセットされ、シリンダ６６が動作して可動軸６６ａを前進させると給電端子６７が接続端子７０に接続される。その後、プロセスガスが供給される等を条件にしてスパッタ成膜が行われる。成膜が終了すると、シリンダ６４，６６が動作してマグネット６５と給電端子６７をカソードから引き離し、次のスパッタ成膜を行うためのカソードがスパッタチャンバの位置に到来するのを待機する。
【００２８】
また図４に示すごとくカソードチャンバ１００側のバルブ板１５は、カソードチャンバ１００の上側と下側に設けられた直線駆動装置１７の駆動軸に連結プレート７１を介して結合されている。直線駆動装置１７が動作することにより、バルブ板１５はカソードチャンバ１００側に移動し、筒部１５ａがＯリングを介してカソード回転体２４に当接し、鍔部１５ｂはＯリングを介してカソードチャンバ１００の一部に当接する。このようにして、スパッタチャンバ３００の内部スペース１１とカソードチャンバ１００の内部スペースが隔離され、スパッタチャンバ３００が他の領域から分離して形成される。図４では省略されているが、基板チャンバの側も同様な構成になっている。図４と図５において、基板側については、回転するプレート２０１と、このプレート２０１に設けられた回転する３つの基板ホルダ２０２ａ〜２０２ｃと、基板ホルダ２０２ａ〜２０２ｃの各々に取り付けられた２９ａ〜２９ｃとが示されている。回転する円形のプレート２０１とターゲット２７ａは正対し、それらの中心は同軸位置関係にある。
【００２９】
上記の構成において、スパッタ成膜を行うときにカソードの背面に配置されるマグネット６５の位置は、ターゲットとの間の距離を考慮して予め定められている。なお、ターゲットに対するマグネット６５の位置については、シリンダ６４の可動軸６４ａのストロークを変化させることによって調整することが可能である。マグネット６５の位置を変更する装置としては、その他、モータとボールネジの組み合わせを利用した機構とによって構成された装置を用いることもできる。また、基板とターゲットの間の距離は、ターゲットを取り付けるときにスペーサを付設することによって調整される。
【００３０】
以上において、カソード回転体２４を回転させるモータ４７の動作、カソード電源４６の給電動作、バルブ板１５の開閉を行う直線駆動装置１７の動作、シリンダ６４，６６の動作、真空ポンプ４３の動作等は、コントローラ４８による制御に基づいて行われる。
【００３１】
次に、図６〜図８を参照して上記スパッタリング装置における成膜方式と基板の取付け構造について詳述する。本実施形態による成膜方式は自公転成膜方式である。本実施形態の自公転成膜方式は、従来の自公転成膜方式と比較すると、円形の正面形状を有するカソード２５（またはターゲット２７ａ）に対して、回転する公転用プレート２０１を同軸位置関係（両者の中心軸が軸２０３で一致する関係）で正対させて配置し、このプレート２０１のカソード対向面に、回転する３つの自転用基板ホルダ２０２ａ〜２０２ｃを設けている。カソード２５に固定されたターゲット２７ａは例えば絶縁物のＺｎＳ−ＳｉＯ₂である。基板ホルダ２０２ａ〜２０２ｃの各々には基板２９ａ〜２９ｃが取り付けられている。基板ホルダ２０２ａ〜２０２ｃは、図７または図８に示されるように、プレート２０１のカソード対向面においてプレート２０１の中心２０１ａを利用して同心的に描かれた円２０４の上に等間隔（１２０°の間隔）となるように配置されている。その結果、基板ホルダ２０２ａ〜２０２ｃ上の基板２９ａ〜２９ｃも円２０４の上で等間隔に配置される。なお基板ホルダ２０２ａ〜２０２ｃ上に配置された基板２９ａ〜２９ｃに対しては、スパッタ成膜の際に、図８に示されるごとくマスク２０５が配置される。
【００３２】
上記構成において、好ましくは、正面から見た形状が円形のターゲット２７ａの直径は例えば１６４ｍｍであり、円形パレット２０１の直径は例えば３３４ｍｍであり、円２０４の直径は例えば１９０ｍｍである。またターゲットと基板の間の距離（Ｔ／Ｓ）は６５〜８０ｍｍの範囲に含まれる距離に設定される。図６〜図８に示された構成は、パレット２０１に取り付けられた自転用基板ホルダ２０２ａ〜２０２ｃの各々に１枚の基板が取り付けられているが、このようなレイアウトは直径の大きいＤＶＤ−ＲＡＭ基板あるいはφ５．２５磁気ディスク基板をスパッタ成膜する場合のレイアウトである。なお、図６でパレット２０１を回転させる機構の図示は省略されている。また自公転のための機構は従来の周知の機構が利用される。
【００３３】
図９は、ターゲットと基板の距離と、基板を配置する円２０４の直径に対する膜厚分布の計算結果を示している。この図を参照すれば、ターゲットと基板の距離は６５〜８０ｍｍに設定し、円２０４の直径を１８５〜１９５ｍｍに設定すると、良好な膜厚分布を得ることができる。
【００３４】
図１０は、例えば、プロセスガス（Ａｒガス）の流量を５０sccm、内部圧力０．７Ｐａ、供給電力２ｋＷ、ターゲットと基板の間の距離７０ｍｍ、基板を配置する円２０４の直径１９０ｍｍという成膜条件で、基板２９ａ〜２９ｃにＺｎＳ−ＳｉＯ₂膜を作製したときの膜厚の分布形状を示している。図示された分布によれば、直径１２０ｍｍの範囲での膜厚分布±１．６％であり、良好な膜厚分布を得ることができた。また同じ成膜条件での付着効率を求めると３８％であり、従来の静止成膜方式に比較して３倍以上向上することができた。
【００３５】
図１１は、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂膜の膜厚に対する基板温度の関係を示しており、本発明によるスパッタ方法による特性２０６と従来の静止成膜方式のスパッタ方法による特性２０７とを比較すると、本発明によるスパッタ方法は、従来の静止成膜方式の場合よりも基板温度を下げることができる。
【００３６】
図１２は、上記構成を有するスパッタリング装置で、ＭＤ基板に対してスパッタ成膜を行うとき基板を配置するときのレイアウトを示すものである。図１２は図８に対応している。基板を自公転させるパレット２０１と３つの基板ホルダ２１２ａ〜２１２ｃの構成、大きさは前述したものと実質的に同じである。基板ホルダ２１２ａ〜２１２ｃは、３枚の基板を取り付ける構造を有しているという点で前述の基板２０２ａ〜２０２ｃとは異なっている。ＭＤ基板２０８はＤＶＤ−ＲＡＭ基板に比較して直径が小さいので、図に示される通り、基板ホルダ２１２ａ〜２１２ｃの各々で３枚ずつ取り付けられている。３枚のＭＤ基板２０８は各基板ホルダ２１２ａ〜２１２ｃにおいて同心円２０９の円周上で等間隔になるように配置されている。基板ホルダ２１２ａ〜２１２ｃに取り付けられた３枚のＭＤ基板２０８に対してはマスク２１０が設けられる。本発明によるスパッタリング装置では、同じパレット２０１と３枚基板取付け用の基板ホルダ２１２ａ〜２１２ｃを用いて、パレット２０１における基板ホルダの取付け位置を変えることなく、ＤＶＤ−ＲＡＭ基板２９ａ〜２９ｃと併せて、寸法の小さいＭＤ基板２０８のスパッタ成膜を行うことができる。ただしこの場合、ＭＤ基板２０８は円２０４に沿って回転しながら円２０９に沿って回転するという特性を有している。この意味で、基板ホルダの回転で自転しながら円２０４に沿って公転するＤＶＤ−ＲＡＭ基板２９ａ〜２９ｃの場合とは厳密には異なっている。しかしこの場合にも実質的には自公転成膜方式とみなすこととする。本方式のスパッタリング装置では、基板ホルダの取付け位置を変更することなく、各種の大きさの光ディスク用基板の各々で良好な膜厚分布を達成し、かつ基板の間の膜厚分布の差をなくすことができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、カソードに設けたターゲットに対して同軸位置関係で回転可能に取り付けたパレットにおいて３つの基板ホルダを同心円の円周上に等間隔で回転可能に取り付け、基板を自公転させるようにしたため、各基板で良好な膜厚分布を達成し、さらに基板間の膜厚分布の差もなくし、付着効率とターゲット利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタリング装置の代表例を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明に係るスパッタリング装置の代表例を示す概略水平断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示した図である。
【図４】本発明に係るスパッタリング装置の具体的な構造を示す縦断面図である。
【図５】上記具体的構造でカソード回転体の内部構造を示す水平断面図である。
【図６】カソードおよびターゲットに対する基板の取付け構造を詳述するための縦断面図である。
【図７】カソードおよびターゲットに対する基板の取付け構造を概念的に説明するための斜視図である。
【図８】パレットにおける基板ホルダと大型基板の配置関係を示す正面図である。
【図９】ターゲットと基板の距離と、基板を配置する円周の直径に対する膜厚分布の関係を示す図である。
【図１０】特定の成膜条件で基板にＺｎＳ−ＳｉＯ₂膜を作製したときの膜厚の分布形状を示す図である。
【図１１】ＺｎＳ−ＳｉＯ₂膜の膜厚に対する基板温度の関係を示す図である。
【図１２】パレットにおける基板ホルダと小型基板の配置関係を示す正面図である。
【図１３】光ディスクの膜構造を示す縦断面図である。
【図１４】従来のスパッタリング装置の第１例を示す縦断面図である。
【図１５】従来のスパッタリング装置の第２例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０カソード機構
１５，１６バルブ板
１７，１８直線駆動装置
２０基板取付け機構
２４カソード回転体
２５カソード
２６回転駆動装置
２７ａ〜２７ｄターゲット
２８基板回転体
２９ａ〜２９ｃ基板
１００カソードチャンバ
２００基板チャンバ
２０１パレット
２０２ａ〜２０２ｃ基板ホルダ
２０８基板
３００スパッタチャンバ

Claims

ターゲットを取り付けたカソードと、前記ターゲットをスパッタして基板に薄膜を形成する構造とを有し、前記ターゲットに対向して回転する１つのパレットを配置し、前記パレットのカソード対向面に３つの回転する基板ホルダを同一円周上で等間隔に取り付け、前記パレットの回転と３つの前記基板ホルダの各々の回転とに基づいて自公転成膜を行うスパッタリング装置において、
前記ターゲットは正面形状が円形である１つの円形ターゲットでありかつ前記パレットは円形パレットであり、前記円形パレットは前記円形ターゲットに正対して平行かつ同軸の位置関係で配置され、
前記円形パレットの前記カソード対向面に取り付けた３つの前記基板ホルダの各々の基板搭載面は、搭載面外縁内の範囲で、１枚の大型基板、または３枚の小型基板を搭載する大きさを有する、
ことを特徴とするスパッタリング装置。
３つの前記基板ホルダの各々に３枚の前記小型基板を搭載するとき、前記基板搭載面上で、３枚の前記小型基板は同一円周上で等間隔に配置されることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
前記円形ターゲットと前記基板ホルダに搭載された基板の間の距離（Ｔ／Ｓ）は６５〜８０ｍｍの範囲に含まれる距離に設定されることを特徴とする請求項１または２記載のスパッタリング装置。