JP4516199B2 - スパッタ装置及び電子デバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタ装置に関し、特に、異種材料の複数のターゲットを使用して成膜するのに適したスパッタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
基板の表面に所定の薄膜を作成することは、LSI(大規模集積回路)等の電子デバイスやLCD(液晶ディスプレイ)等の表示デバイスの製造において広く行われている。このような薄膜作成には、品質の良い薄膜を高速に作成できることから、スパッタ装置が多く使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
スパッタ装置に求められる重要な特性の一つに、作成される薄膜の均一性がある。膜厚や膜質が均一でないと、その薄膜を利用して製造される製品の性能を低下させる恐れがある。
薄膜の均一性が低下する要因としては、スパッタ放電を基板の表面の方向において均一に形成することが困難であることが挙げられる。また、マグネトロン放電のための磁石機構を設けている場合、磁石機構による磁界も、基板の表面の方向に均一に形成することが困難であり、この点も膜の均一性低下の要因となる。
【0004】
このような点を克服して薄膜の均一性を確保する構成として、ターゲットの中心と同軸の回転軸の周りに基板を回転させる構成が採られることがある。しかしながら、機構的な理由で基板を回転させることができない場合、この構成は採用不可である。
本願の発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、基板を回転させること無しに均一な薄膜が作成できるようにするという技術的意義を有する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項1記載の発明は、第1ターゲットと、該第1ターゲットとは異なる種類の材料からなる第2ターゲットとを含む複数のターゲットを基板の中心軸からずれた位置に配置可能なカソードユニットと、
前記複数のターゲットのそれぞれの間を仕切るための仕切板と、
前記複数のターゲットの背後にそれぞれ設けられ、各ターゲットの中心軸に対して非対称の磁界を形成する磁石機構と、
前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させる主回転機構と、
前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させる副回転機構と
が設けられており、
前記副回転機構は、前記各ターゲットを回転させずに前記各磁石機構を回転させるものであり、
前記副回転機構は、前記主回転機構により前記カソードユニット及び前記各磁石機構が主回転した際に静止した状態を保つ静止ギヤと、前記各磁石機構に固定されて前記主回転機構により各磁石機構と一緒に主回転する従動ギヤとを備えており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットの中心軸を取り囲む環状であって前記静止ギヤに噛み合った状態で設けられており、前記主回転機構により前記各従動ギヤが主回転した際に、主回転とは別に前記静止ギヤとの噛み合いにより前記副回転が付随して生じるようになっており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットとは切り離して設けられており、前記各従動ギヤが前記静止ギヤと噛み合っていることにより生じる前記副回転は、前記各ターゲットには生じないようになっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、前記請求項1の構成において、前記複数のターゲットに前記スパッタ放電のための電力を導入する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項3記載の発明は、前記請求項1又は2の構成において、前記ターゲットは、前記基板に対して所定角度傾いた状態で配置されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項4記載の発明は、前記請求項1乃至3いずれかの構成において、前記カソードユニット、前記仕切板、前記各磁石機構、前記主回転機構、及び前記副回転機構は、前記基板を挟んで両側に設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項5載の発明は、前記請求項1乃至4いずれかの構成において、前記複数のターゲットは、前記第1ターゲット及び前記第2ターゲット以外のターゲットを含んでおり、
前記仕切板は、各ターゲットの間を通ってそれぞれ延びる部位を有し、これら部位は、基板の中心軸上において交差しているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項6載の発明は、第1ターゲットと、該第1ターゲットとは異なる種類の材料からなる第2ターゲットとを含む複数のターゲットを基板の中心軸からずれた位置に配置可能なカソードユニットと、
前記複数のターゲットのそれぞれの間を仕切るための仕切板と、
前記複数のターゲットの背後にそれぞれ設けられ、各ターゲットの中心軸に対して非対称の磁界を形成する磁石機構と、
前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させる主回転機構と、
前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させる副回転機構と
が設けられているスパッタ装置であり、
前記副回転機構は、前記主回転機構により前記カソードユニット及び前記各磁石機構が主回転した際に静止した状態を保つ静止ギヤと、前記各磁石機構に固定されて前記主回転機構により各磁石機構と一緒に主回転する従動ギヤとを備えており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットの中心軸を取り囲む環状であって前記静止ギヤに噛み合った状態で設けられており、前記主回転機構により前記各従動ギヤが主回転した際に、主回転とは別に前記静止ギヤとの噛み合いにより前記副回転が付随して生じるようになっており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットとは切り離して設けられており、前記各従動ギヤが前記静止ギヤと噛み合っていることにより生じる前記副回転は、前記各ターゲットには生じないようになっているスパッタ装置を用いた電子デバイス製造方法であって、
前記副回転機構により、前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させるとともに、
前記主回転機構により、前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させつつ、
前記複数のターゲットに所定の電圧を印加して基板に薄膜を作成する工程
を含むという構成を有する。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態(以下、実施形態)について説明する。以下の説明では、ハードディスクのような磁気記録ディスクを製造する際に使用されるスパッタ装置が想定されている。
図1は、本願発明の第一の実施形態のスパッタ装置の断面概略図である。図1に示す装置は、排気系11を備えたスパッタチャンバー1と、スパッタチャンバー1内の所定位置に基板9を配置するための基板キャリア2と、スパッタ放電を生じさせるためのカソードユニット3等から主に構成されている。
【0007】
スパッタチャンバー1は、気密な真空容器であり、基板9の出し入れを行うための不図示の開口を備えている。この開口は、不図示のゲートバルブによって開閉される。
スパッタチャンバー1には、内部にスパッタ放電用のガスを導入するガス導入系12が設けられている。ガス導入系12は、アルゴン等のスパッタ率の高いガスを導入する。
【0008】
基板キャリア2は、基板9を垂直に立った姿勢で保持するものである。このような基板キャリア2としては、特開平11−91945号公報や特開平11−91946号公報に開示されたものを使用することができる。
本実施形態では、基板9の両面に同時に成膜するため、基板キャリア2に保持された基板9の両側にカソードユニット3が配置されている。カソードユニット3は、ターゲット30や磁石機構5を含んでいる。
【0009】
図2を使用して、カソードユニット3の詳細な構造について説明する。図2は、図1に示すカソードユニット3の詳細を示す断面図である。図1に示す左右のカソードユニット3は同様の構造(基板9を挟んで対称の構造)であり、図2にはそのうち左側のカソードユニット3の詳細が示されている。
まず、スパッタチャンバー1の側壁部には、カソードユニット3の断面積よりも少し大きな開口が設けられている。カソードユニット3は、この開口に挿通されている。
【0010】
スパッタチャンバー1の側壁部の外面には、ユニット取付枠6が固定されている。ユニット取付枠6は、図2に示すような段差のある断面形状の円筒である。ユニット取付枠6の端面は、Oリングのような封止部材60を介してスパッタチャンバー1の側壁部の外面に固定されている。
ユニット取付枠6の内側には、主ホルダー31が設けられている。主ホルダー31もほぼ円筒であり、ユニット取付枠6と同軸上に設けられている。以下、この主ホルダー31の中心軸を「基準軸」と呼び、図2にAで示す。前述した基板キャリア2は、基板9の中心軸がこの基準軸Aに一致した状態で停止するようになっている。
主ホルダー31の右側の端部には、右ホルダーフランジ311が設けられている。右ホルダーフランジ311には、カソード取付枠32が固定されている。カソード取付枠32は、図2に示すような断面形状のほぼ円筒状であり、基準軸Aと同軸上に設けられている。
【0011】
カソード取付枠32の右側の端面はスパッタチャンバー1内に位置し、この端面に空洞形成板33が固定されている。空洞形成板33には、バッキングプレート34が固定されている。バッキングプレート34には、ターゲット押さえ310によりターゲット30が着脱可能に取り付けられている。即ち、左から順に、空洞形成板33、バッキングプレート34、ターゲット30が重ね合わされ、カソード取付枠32の右端面に固定されている。尚、空洞形成板33及びバッキングプレート34は、ターゲット30より少し大きいほぼ円盤状である。
【0012】
図3は、ターゲット30の形状や配置位置等を説明する側面概略図である。図3に示すように、本実施形態では、一つのカソードユニット3に三つのターゲット30が設けられている。各ターゲット30は同じ大きさの円盤状である。各ターゲット30は、基準軸A上の点を中心とする円周上に均等間隔で(即ち、120度毎に)設けられている。空洞形成板33は、バッキングプレート34とともに、空洞330を形成する形状となっている。この空洞330内には、後述するように、冷媒が供給される。
【0013】
本実施形態の装置の第一の大きな特徴点は、各ターゲット30を基板9の中心と同軸の回転軸の周り(即ち、基準軸Aの周り)に回転させる主回転機構が設けられている点である。主回転機構は、図2に示すように、上述した主ホルダー31と、主ホルダー31を回転させるモータのような回転駆動源351等によって構成されている。
具体的に説明すると、主ホルダー31の左側の端部には、左ホルダーフランジ312が設けられている。左ホルダーフランジ312の周面は、ギヤ歯(以下、フランジ側ギヤ歯)になっている。そして、回転駆動源351の出力軸には、フランジ側ギヤ歯に噛み合うギヤ歯を持つ駆動ギヤ352が連結されている。回転駆動源351が駆動されると、駆動ギヤ352を介して主ホルダー31が基準軸Aの周りに回転する。
主ホルダー31は、ユニット取付枠6によって保持されている。ユニット取付枠6と主ホルダー31の間には、ベアリング7が設けられており、上記主ホルダー31の回転を許容するようになっている。
【0014】
カソード取付枠32内には、磁石機構5が設けられている。磁石機構5は、各ターゲット30の背後にそれぞれ設けられている。磁石機構5は、中央磁石51と、中央磁石51を取り囲む周辺磁石52と、中央磁石51と周辺磁石52とをつなぐヨーク53とから主に構成されている。中央磁石51と周辺磁石52による磁力線50は、図2に示すように、ターゲット30を貫き、ターゲット30の前方の放電空間に弧状に形成される。ターゲット30と磁力線50とによって形成される閉空間内に電子がマグネトロン運動しながら閉じこめられ、高効率のマグネトロン放電が達成される。
【0015】
ヨーク53は、ターゲット30より少し小さい円盤状であり、垂直に立てて設けられている。中央磁石51は例えば円柱状で、周辺磁石52は例えば円環状である。ターゲット30の中心軸とヨーク53の中心軸は同軸であるが、中央磁石51や周辺磁石52の配置や形状は、ターゲット30の中心軸に対して非対称の形状になっている。即ち、磁石機構5によって形成される磁界は、ターゲット30の中心軸に対して非対称となっている。これは、後述するように磁石機構5が回転した際、ターゲット30の表面における時間平均した磁界強度が均一になるようにするためである。
【0016】
本実施形態の装置の第二の大きな特徴点は、各磁石機構5をターゲット30の中心軸と同軸の回転軸の周りに回転させる副回転機構が設けられている点である。副回転機構は、前述した主回転機構の回転動力により各磁石機構5を回転させるものとなっている。
具体的に説明すると、副回転機構は、各磁石機構5に設けられた従動ギヤ361と、主回転機構の回転動力を各磁石機構5の回転動力に変換する静止ギヤ362とから主に構成されている。
従動ギヤ361は、ヨーク53の下面に固定されている。従動ギヤ361は、ターゲット30の中心軸と同軸である。従動ギヤ361の中心から水平に延びるようにして軸棒363が固定されている。この軸棒363は、ベアリング7を介してカソード取付枠32に保持されている。
【0017】
一方、前述した主回転機構の回転駆動源351は、ベース板300に取り付けられている。ベース板300は、垂直な姿勢で設けられている。ベース板300には、スピンドルが挿通されているスピンドル用開口が設けられている。そして、スピンドル用開口の縁から水平に延びるようにして、ギヤホルダー360が設けられている。ギヤホルダー360は、基準軸Aと同軸のほぼ円筒状である。
静止ギヤ362は、ギヤホルダー360の先端に固定されている。静止ギヤ362のギア歯は、基準軸Aと同軸であり、基準軸Aに対して外側に向いている。そして、図2に示すように、静止ギヤ362は各従動ギヤ361に噛み合っている。静止ギヤ362と各従動ギヤ361の位置関係及び噛み合いが、図3に併せて示されている。
【0018】
図2及び図3から解るように、各磁石機構5は、軸棒363を介してカソード取付枠32に連結されているので、回転駆動源351によって主ホルダー31が回転し、各ターゲット30が基準軸Aの周りに回転する際、各磁石機構5や各従動ギヤ361も一体に基準軸Aの周りに回転する(以下、この基準軸A周りの回転を公転と呼ぶ)。従動ギヤ361は基準軸Aよりの箇所で静止ギヤ362に噛み合っているので、上記公転の際、従動ギヤ361は、ターゲット30と同軸の中心軸の周りに回転する(以下、この回転を自転と呼ぶ)。従動ギヤ361の自転に伴い、磁石機構5も一体に自転する。結局、磁石機構5は、基準軸Aの周りの公転と、ターゲット30の中心軸の周りの自転とを同時に行うことになる。尚、ギヤホルダー360とユニット取付枠6の間には、ベアリング7が設けられている。
【0019】
一方、主ホルダー31の中央を貫くようにしてスピンドル37が設けられている。スピンドル37は、先端部分で空洞形成板33やバッキングプレート34等を保持している。スピンドル37は、右側の部分が円柱状であり、左側の部分がほぼ同径の円筒状となっている。
スピンドル37の右側の円柱状の部分(以下、円柱部)には、空洞330内に冷媒を導入する冷媒導入路371が設けられている。冷媒導入路371は、途中から三つに分岐しており、この分岐した先が、各ターゲット30の背後の空洞330につながっている。また、円柱部には、各空洞330から冷媒を排出する冷媒排出路372が設けられている。冷媒排出路372は、図2からは明らかでないが、各空洞330のそれぞれに三つ設けられている。
【0020】
スピンドル37の左側の円筒状の部分(以下、円筒部)内には、冷媒導入路371につながる冷媒導入管373と、冷媒排出路372につながる冷媒排出管374が設けられている。図2では一つしか描かれていないが、冷媒排出管374は、各冷媒排出路372のそれぞれに設けられている。
また、スピンドル37の円柱部及び円筒部を貫くようにして給電ロッド381が設けられている。給電ロッド381は、各ターゲット30にスパッタ放電用の電力を供給するものである。図2では一つの給電ロッド381しか描かれていないが、実際には三つの給電ロッド381が設けられている。
【0021】
図2に示すように、給電ロッド381の先端は、空洞形成板33に接触している。空洞形成板33やバッキングプレート34は、ステンレスや銅のような金属であり、空洞形成板33及びバッキングプレート34を介してターゲット30に給電されるようになっている。尚、給電ロッド381とスピンドル37との間、及び、空洞形成板33やバッキングプレート34とスピンドル37との間には、不図示の絶縁材が設けられている。このため、給電ロッド381が供給する電力がスピンドル37側に漏れないようになっている。
【0022】
図4は、冷媒の導入排出位置及び給電位置について説明する側面概略図である。図4に示すように、給電ロッド381は、空洞形成板33の最も基準軸Aよりの位置で空洞形成板33に接触している。給電ロッド381の接触位置を、空洞形成板33の中心を原点として0度とすると、冷媒導入路371及び冷媒排出路372は、給電ロッド381を挟んで少し角度が付いた位置で空洞330につながっている。
【0023】
前述した公転に伴い、スピンドル37も基準軸Aの周りに公転する。スピンドル37の公転に拘わらず、電力供給や冷媒の流通ができるよう、スリップリング382及びロータリージョイント375が設けられている。図2に示すように、スリップリング382は、スピンドル37の左側の端部を取り囲むよう設けられている。スリップリング382は、ケーブルによって各給電ロッド381に結線されている。そして、スリップリング382には、各ターゲット30に対応してそれぞれ設けられた三つのスパッタ電源4が接続されている。
スリップリング382は、回転する円筒体の外側面に板バネ状の部材を接触させて導通を確保するものである。ここに使用するスリップリング382としては、例えばグローブテック社製の「φ150−60 3ch SR」等が挙げられる。
【0024】
また、ロータリージョイント375は、スピンドル37の左側の端部に接続されている。ロータリージョイント375には、冷媒導入管373につながる冷媒導入口376と、冷媒排出管374にそれぞれつながる三つの冷媒排出口377が設けられている。ロータリージョイント375は、スピンドル37の回転に拘わらず、冷媒導入管373と冷媒導入口376との連通、及び、各冷媒排出管374と各冷媒排出口377との連通を確保するようになっている。このようなロータリージョイント375としては、例えば光洋油圧社製のロータリージョイントKT−4−02−1Wが使用できる。
【0025】
上記ロータリージョイント375の冷媒導入口376と各冷媒排出口377は、図2に示すように、配管378及びサーキュレータ379を介してつながっている。サーキュレータ379により所定の温度に維持された冷媒は、冷媒導入口376、冷媒導入管373及び各冷媒導入路371を経由して各空洞330に導入される。そして、冷媒は、各空洞330から、各冷媒排出路372、各冷媒排出管374及び各冷媒排出口377を経てサーキュレータ379に戻る。
【0026】
尚、上述した三つの給電ロッド381、スリップリング382及び三つのスパッタ電源4は、ターゲット30にスパッタ放電用の電力を供給する電力供給系を構成している。そして、各スパッタ電源4は、独立して出力電圧を調整できるようになっており、ターゲット30に供給される電力が独立して制御されるようになっている。
【0027】
上記カソードユニット3の構造において、スパッタチャンバー1内で維持される真空のリークがないよう、Oリングのような封止部材が必要な箇所に設けられている。特に、本実施形態では、ユニット取付枠6と主ホルダー31との間に、磁性流体シール61を用いている。磁性流体シール61は、磁性流体を使用した封止部材であり、主ホルダー31の回転を許容しつつ、主ホルダー31とユニット取付枠6との間の空間からのリークを防止している。
【0028】
本実施形態の装置は、上述したスパッタチャンバー1を含む複数の真空チャンバーを基板9の搬送ラインに沿って接続したインライン式の装置となっている。各真空チャンバーの構成やレイアウトについては、特開平8−274142号公報の開示を参考にすることができる。
また、基板キャリア2は、基板9を保持した状態で、各真空チャンバーに移動することで基板9の搬送を行うようになっている。基板9の搬送のための構成の詳細についても、特開平8−274142号公報に開示のものと同じものを採用することが可能である。
【0029】
次に、上記構成に係る本実施形態のスパッタ装置の動作について説明する。以下の説明は、電子デバイス製造方法の発明の実施形態の説明でもある。不図示のロードロックチャンバーにおいて、基板キャリア2に基板9が搭載される。基板キャリア2は、不図示のプリヒートチャンバーに移動して基板9の予備加熱が行われる。その後、基板キャリア2は、図1及び図2に示すスパッタチャンバー1に移動する。基板キャリア2は、基板9の中心軸が基準軸Aに一致した位置で停止する。
【0030】
そして、回転駆動源351が動作し、前述した通り、ターゲット30及び磁石機構5の公転と磁石機構5の自転とが開始される。公転の回転速度は100〜200rpm程度、自転の回転速度は150〜300rpm程度である。また、スパッタチャンバー1内は、排気系11によって予め所定の圧力まで排気されている。不図示のゲートバルブを閉じた後、ガス導入系12によって所定のガスが所定の流量で導入される。この状態で、各スパッタ電源4が動作し、各給電ロッド381を介してターゲット30に所定の電圧が印加される。この電圧は、負の高電圧又は高周波電圧である。
【0031】
電圧印加によって、基板9とターゲット30との間に電界が形成され、スパッタ放電が生じる。スパッタ放電の過程で、イオン衝撃されたターゲット30の表面から粒子(通常は原子)が放出される。放出された粒子(スパッタ粒子)が基板9の表面に到達し、この到達が重なって薄膜が堆積する。
薄膜が所定の厚さになるのに要する時間、上記スパッタを行った後、スパッタ電源4、ガス導入系12及び回転駆動源351の動作を停止する。そして、排気系11がスパッタチャンバー1内を再度排気した後、基板キャリア2が移動して基板9がスパッタチャンバー1から搬出される。その後、基板キャリア2は、不図示のアンロードロックチャンバーに移動し、基板キャリア2から成膜済みの基板9が回収される。
【0032】
上記動作において、静止した基板9に対して、ターゲット30が基板9の中心軸と同軸の回転軸の周りに回転するので、膜質や膜厚の点でより均一な薄膜が基板9の表面に作成される。即ち、ターゲット30が回転しない場合、ターゲット30と基板9との位置関係や磁石機構5による磁界の形状等の影響により、成膜が不均一になる。ターゲット30と基板9との同軸に向かい合わせて配置すれば、ターゲット30と基板9との位置関係の影響による成膜の不均一化は解消するが、本実施形態のように、複数のターゲット30を同時に用いて成膜する場合、これは不可能である。
【0033】
また、磁石機構5による磁界の分布を基板9の表面に平行な面方向で均一にすることは困難であり、磁石機構5が公転しない場合、成膜速度や膜質も磁界の分布に影響を受けて不均一になってしまう。磁石機構5が公転する本実施形態では、このような問題が無い。
【0034】
磁石機構5がターゲット30と一体に公転する構成は、磁石機構5による磁界を無駄なく利用する技術的意義もある。もし磁石機構5が公転しない場合、ターゲット30は、静止した磁石機構5の前方を通り過ぎながらスパッタされることになる。これでは、ターゲットが360度回転するうち、ある限られた角度範囲の間でしか磁界の効果を利用できず、磁界の利用効率が低下してしまう。この結果、成膜速度が全体として低下してしまう。磁石機構5がターゲット30と一体に公転する本実施形態では、このような問題はない。
【0035】
上記ターゲット30及び磁石機構5の公転の効果は、ターゲット30が異種の材料で形成されており、異種の材料より成る薄膜を作成する場合に特に顕著となる。本実施形態の装置は、前述した通り、磁気記録ディスク製造用であることが想定されている。
磁気記録ディスクでは、記録層用の磁性膜やその下地膜として、合金膜を作成することが多い。例えば、磁性膜としてCoCrTa合金膜を作成することがある。また、下地膜としてCoCr合金膜を作成することがある。このような合金膜の場合、そのような合金より成るターゲット30を使用する場合もあるが、Co製のターゲット30と、Cr製のターゲット30と、Ta製のターゲット30というように、異種材料のターゲット30を使用する場合もある。
【0036】
このような場合、各ターゲット30が公転しないと、Co製のターゲット30に近い基板9の表面部分にはCo成分の多い膜が堆積し、Cr製のターゲット30に近い基板9の表面部分にはCr成分の多い膜が堆積し、と、Ta製のターゲット30に近い基板9の表面部分にはTa成分の多い膜が堆積してしまう。即ち、成分が極めて不均一な膜が出来てしまう。しかしながら、前述したようにターゲット30が公転すると、このような問題はなく、成分分布の均一な良質な薄膜が作成できる。
【0037】
尚、複数のターゲット30が、基板9の中心軸と同軸の円周上に等間隔で設けられている点は、基板9に対して各ターゲット30を等距離に配置することで、より均一な成膜ができるようにする意義がある。但し、この点は必ずしも必須の条件ではなく、意図的に各ターゲット30の基板9からの離間距離を変える場合がある。例えば、各ターゲット30が異種材料から成るものであり、あるターゲット30の材料が他のターゲット30に比べてスパッタ率(同じ元素の一個のイオンが入射した場合にターゲット30から放出されるスパッタ粒子の数)が低い材料である場合、このターゲット30だけを基板9に接近させて配置することがある。
【0038】
また、電力供給系が各ターゲット30に供給する電力を独立して制御できるようになっている点は、成膜の均一化に顕著な効果を有する。たとえば、上述した通り、異種材料のターゲット30を用いたスパッタにおいて、あるターゲット30のスパッタ率が低い場合、そのターゲット30への供給電力を大きくするようにする。つまり、供給電力の独立制御により、各ターゲット30におけるスパッタ条件の不均一性を補償して成膜を均一にすることが可能である。
【0039】
尚、上記の点は、磁石機構5についても同様に言える。即ち、磁石機構5として電磁石からなるものを使用し、各磁石機構5での通電電流を独立して制御するようにする。ターゲット30の前方の放電空間に設定される磁界の強度が、各ターゲット30について独立して制御される。この制御により、上記と同様に、成膜を均一にすることができる。
【0040】
次に、本実施形態の装置は、前述した通り、磁石機構5が、公転に加え自転もするようになっている。この点は、エロージョンの均一化によりターゲット30を長寿命化させる効果がある。
周知のように、スパッタを繰り返すうちにターゲット30は侵食(エロージョン)され、徐々に厚さが薄くなる。エロージョンの進行度合いは、ターゲット30の表面方向で均一ではなく、スパッタ放電が効率良く行われる所では速く進行し、効率良く行われない所では遅く進行する。そして、スパッタ放電の効率は磁石機構5による磁界の分布に依存する。従って、磁石機構5が自転しない場合、磁界強度の高い所ではエロージョンは速く、磁界強度の低い所では遅くなってしまう。このため、磁界強度の高い所ではエロージョンがターゲット30の厚さ程度まで進行してターゲット30の寿命が来た場合でも、磁界強度が低い所ではまだかなりの厚さが残っている場合がある。この状態でもターゲット30は交換しなければならず、残った部分のターゲット30の材料は成膜に使用されず、無駄に廃棄されてしまう。
しかしながら、本実施形態のように磁石機構5が自転する場合、磁界強度を時間的に均一にする(即ち、時間積分した磁界強度はターゲット30の面方向で均一になる)ので、ターゲット30のエロージョンも均一に進行する。このため、ターゲット30の寿命を長くし、無駄になるターゲット30の材料を減らすことができる。
【0041】
また、前述したように、本実施形態の装置では、副回転機構が主回転機構の回転動力を利用して各磁石機構5を自転させている。この構成は、回転駆動源及び回転駆動の導入系を一つにして、機構を全体に簡略にする技術的意義がある。
【0042】
次に、第二の実施形態のスパッタ装置について説明する。
図5は、第二の実施形態のスパッタ装置の主要部の概略構成を示す断面図である。図5に示す第二の実施形態の装置の大きな特徴点は、各ターゲット30が基板9に対して平行ではなく、傾いた状態で配置されている点である。
即ち、図2と図5とを比較すると解るように、本実施形態におけるカソード取付枠32、空洞形成板33、バッキングプレート34、ターゲット30、磁石機構5、従動ギヤ362、軸棒363は、機構的には図2に示す第一の実施形態と同様であるが、全体に傾いた状態で右ホルダーフランジ311に保持されている。傾きの角度は、軸棒363が中心軸Aに対して成す角度θでいうと15度程度である(図2では0度)。
【0043】
また、図5に示す第二の実施形態では、固定ギヤ362は、斜めに傾いた状態で従動ギヤ361に噛み合っている。即ち、固定ギヤ362は、傘歯ギヤの構成となっている。これら以外の構成は、第一の実施形態とほぼ同様である。
上記構成に係る本実施形態の装置においても、静止した基板9に対してターゲット30が基板9の中心軸の周りに公転するので、均一な薄膜が基板9の表面に形成され、その効果は異種材料の複数のターゲット30が使用された場合に著しい。そして、各磁石機構5が公転に加えて自転も行うので、ターゲット30を長寿命化させることが可能である。
【0044】
さらに、第二の実施形態の装置が第一の実施形態の装置に比べて優れているのは、ターゲット30が斜めに配置されているので、ターゲット30の利用効率が高くなっている点である。第一の実施形態のように、ターゲット30が基板9に対して平行であると、ターゲット30から放出されるスパッタ粒子のうち、基板9に到達せずに成膜に利用されないものが多くなってしまう。ターゲット30を基板9に対して同軸に配置すればこの問題は解決されるが、複数のターゲット30を同時に用いることができない。第二の実施形態のようにターゲット30を斜めに配置すれば、複数のターゲット30を用いつつターゲット30の利用効率の低下を抑制することができる。
【0045】
ターゲット30を基板9に対して斜めに配置して公転させる構成は、1つのターゲット30のみを使用する場合でも格別の技術的意義がある。この点は、図6を使用して説明する。図6は、一枚のターゲット30を斜めに配置して公転させることによる膜特性分布制御について説明する図である。図6では、膜特性分布の一例として膜厚分布が示されている。
【0046】
図6において、(1)はターゲット30を平行して基板9と同軸に配置する例、(2)は、第二の実施形態のように、ターゲット30を基板9の中心軸から偏心させるとともに基板9に対して斜めに配置して公転させる例である。
ターゲット30から放出されるスパッタ粒子の量は、ターゲット30の面の方向に対して均一ではなく、ある分布を持っている。この分布を「スパッタプロファイル」と呼び、図6中にSPで示す。スパッタ粒子の放出角度とスパッタ粒子の量との関係は、一般的には、cosine則に従うとされる。従って、スパッタプロファイルも、ターゲット30の中心軸の付近で多く、中心軸から離れる従って少なくなる形状となる。但し、ターゲット30の材料によっては例外もあり、例えば図6に点線で示すように、ターゲット30の中心軸に対して45度付近で最も多くなる形状のスパッタプロファイルも存在する。
【0047】
いずれにしても、図6(1)のように、ターゲット30が基板9に対して同軸であると、ターゲット30を回転させても、スパッタプロファイルの影響が解消されず、均一な成膜が難しくなる。しかしながら、図6(2)に示すように、ターゲット30を基板9から偏心させるとともに基板9に対して傾けて公転させると、スパッタプロファイルの影響を少なくすることができ、より均一な成膜が行える。ターゲット30の基板9に対する傾き角θは、作成される薄膜の膜厚分布や組成分布に影響を与えるので、それらが均一になるよう適宜傾き角θを選定することが望ましい。また、ターゲット30の中心軸は、基板9の表面の中心において基板9の表面に交差することが望ましいが、ずれた位置となる場合もある。尚、上記のような膜特性制御は、一つのターゲット30のみを使用する場合でも有効であることが明らかである。
【0048】
また、本実施形態では、ターゲット30を傾けて配置している関係から、ターゲット30の相互汚染(クロスコンタミネーション)を防止した構成を採用している。以下、この点について説明する。
図5に示すように、各ターゲット30の間を仕切るようにして仕切板39が設けられている。仕切板39は、スピンドル37及び空洞形成板33に固定されている。図7は、図5に示す仕切板39の構成について説明する側面図である。図7に示すように、仕切板39は、各ターゲット30が設けられた空間を仕切るよう設けられている。本実施形態では、四つのターゲット30が設けられているため、仕切板39は、側方から見ると、十字状である。十の字の中心は、図5に示す中心軸A上にある。
【0049】
図5及び図7において、仕切板39が無いと、ターゲット30の相互汚染の問題が生ずる。即ち、あるターゲット30から放出されたスパッタ粒子が他のターゲット30に付着することがある。付着した他のターゲット30からのスパッタ粒子は、再スパッタされて放出されるものの、各ターゲット30が異種の材料で形成されている場合、ターゲット30からそのターゲット30の本来の材料ではないものが放出されることになる。このようなことがあると、作成される薄膜の成分の分布を充分に制御することが難しくなり、不均一な成分分布の薄膜が出来やすい。
本実施形態では、仕切板39があるため、あるターゲット30から放出されたスパッタ粒子が他のターゲット30に付着することが抑制されている。従って、上述したような相互汚染が防止される。
【0050】
次に、本願発明の第三の実施形態について説明する。
図8は、第三の実施形態のスパッタ装置の概略構成を示す断面図である。図7に示すスパッタ装置は、基板9の両側にカソードユニット3が配置されているとともに、各カソードユニット3は、複数のターゲット30を基板9に対して斜めに配置した構成となっている。各カソードユニット3の構成は、第二の実施形態と同様なので説明は省略する。また、基板9は、図1に示すのと同様の基板キャリア2によって保持されている。
【0051】
この第三の実施形態の装置は、第一第二の実施形態の装置と同様、インライン式の装置に適用されると好適であり、ハードディスク等の磁気記録ディスクの製造用に好適に使用できる。第三の実施形態によれば、基板9の両面に同時に成膜が行える上、成膜を均一にしたり、ターゲット30の利用効率を高めたりする効果が、第二の実施形態と同様に得られる。
【0052】
上述した各実施形態の装置において、複数のターゲットが異種材料である必要はなく、同種の材料のターゲットを複数用いても良い。この場合も、膜厚等の膜特性が均一化したり、成膜速度が全体として向上したりする効果がある。
また、成膜の対象としては、磁気記録ディスク用の基板の他、LSI製造用の半導体ウェーハ、液晶ディスプレイやプレズマディスプレイ製造用のガラス基板等を対象とすることができる。
【0053】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項1記載の発明によれば、ターゲットが基板の中心軸からずれた位置に配置されているとともにターゲットが基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに回転するので、基板を回転させること無しに均一な膜を作成することができる。また、ターゲットが複数設けられているので、さらに成膜を均一にしたり、成膜速度を向上させたりする効果が得られる。さらに、磁石機構による磁界がターゲットの中心軸に対して非対称であるとともに、磁石機構がターゲットの中心軸の周りに回転するので、ターゲット上のエロージョンが均一になる。このため、ターゲットを長寿命化させることができる。また、副回転機構が主回転機構の回転動力により磁石機構を副回転させるので、回転導入のための機構が簡略化される。
また、請求項2記載の発明によれば、上記効果に加え、各ターゲットへの供給電力が独立して制御できるので、各ターゲットにおけるスパッタ条件の不均一性が補償できる。これにより、さらに均一な成膜を行うことができる。
また、請求項3記載の発明によれば、上記効果に加え、基板に対してターゲットが所定角度傾いた状態で配置されているので、スパッタプロファイルに応じた角度を選定することにより、成膜をさらに均一にすることができる。
また、請求項4記載の発明によれば、上記効果に加え、基板の両面に同時に成膜を行うことができるので、片面ずつ成膜する場合に比べて、生産性が向上したり、装置が小型化できたりする効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の第一の実施形態のスパッタ装置の断面概略図である。
【図2】図1に示すカソードユニット3の詳細を示す断面図である。
【図3】ターゲット30の形状や配置位置等を説明する側面概略図である。
【図4】冷媒の導入排出位置及び給電位置について説明する側面概略図である。
【図5】第二の実施形態のスパッタ装置の主要部の概略構成を示す断面図である。
【図6】一枚のターゲット30を斜めに配置して公転させることによる膜特性分布制御について説明する図である。
【図7】図5に示す仕切板39の構成について説明する側面図である。
【図8】第三の実施形態のスパッタ装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 スパッタチャンバー
11 排気系
12 ガス導入系
2 基板キャリア
3 カソードユニット
30 ターゲット
351 回転駆動源
4 スパッタ電源
5 磁石機構
9 基板
Claims (6)
- 第1ターゲットと、該第1ターゲットとは異なる種類の材料からなる第2ターゲットとを含む複数のターゲットを基板の中心軸からずれた位置に配置可能なカソードユニットと、
前記複数のターゲットのそれぞれの間を仕切るための仕切板と、
前記複数のターゲットの背後にそれぞれ設けられ、各ターゲットの中心軸に対して非対称の磁界を形成する磁石機構と、
前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させる主回転機構と、
前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させる副回転機構と
が設けられており、
前記副回転機構は、前記各ターゲットを回転させずに前記各磁石機構を副回転させるものであり、
前記副回転機構は、前記主回転機構により前記カソードユニット及び前記各磁石機構が主回転した際に静止した状態を保つ静止ギヤと、前記各磁石機構に固定されて前記主回転機構により各磁石機構と一緒に主回転する従動ギヤとを備えており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットの中心軸を取り囲む環状のものであって前記静止ギヤに噛み合った状態で設けられており、前記主回転機構により前記各従動ギヤが主回転した際に、主回転とは別に前記静止ギヤとの噛み合いにより前記副回転が付随して生じるようになっており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットとは切り離して設けられており、前記各従動ギヤが前記静止ギヤと噛み合っていることにより生じる前記副回転は、前記各ターゲットには生じないようになっていることを特徴とするスパッタ装置。 - 前記複数のターゲットに前記スパッタ放電のための電力を導入する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであることを特徴とする請求項1記載のスパッタ装置。
- 前記各ターゲットは、前記基板に対して所定角度傾いた状態で配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のスパッタ装置。
- 前記カソードユニット、前記仕切板、前記各磁石機構、前記主回転機構、及び前記副回転機構は、前記基板を挟んで両側に設けられていることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載のスパッタ装置。
- 前記複数のターゲットは、前記第1ターゲット及び前記第2ターゲット以外のターゲットを含んでおり、
前記仕切板は、各ターゲットの間を通ってそれぞれ延びる部位を有し、これら部位は、基板の中心軸上において交差していることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載のスパッタ装置。 - 第1ターゲットと、該第1ターゲットとは異なる種類の材料からなる第2ターゲットとを含む複数のターゲットを基板の中心軸からずれた位置に配置可能なカソードユニットと、
前記複数のターゲットのそれぞれの間を仕切るための仕切板と、
前記複数のターゲットの背後にそれぞれ設けられ、各ターゲットの中心軸に対して非対称の磁界を形成する磁石機構と、
前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させる主回転機構と、
前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させる副回転機構と
が設けられているスパッタ装置であり、
前記副回転機構は、前記主回転機構により前記カソードユニット及び前記各磁石機構が主回転した際に静止した状態を保つ静止ギヤと、前記各磁石機構に固定されて前記主回転機構により各磁石機構と一緒に主回転する従動ギヤとを備えており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットの中心軸を取り囲む環状であって前記静止ギヤに噛み合った状態で設けられており、前記主回転機構により前記各従動ギヤが主回転した際に、主回転とは別に前記静止ギヤとの噛み合いにより前記副回転が付随して生じるようになっており、
前記各従動ギヤは、前記各ターゲットとは切り離して設けられており、前記各従動ギヤが前記静止ギヤと噛み合っていることにより生じる前記副回転は、前記各ターゲットには生じないようになっているスパッタ装置を用いた電子デバイス製造方法であって、
前記副回転機構により、前記各磁石機構を前記各ターゲットの中心軸の周りに副回転させるとともに、
前記主回転機構により、前記カソードユニット及び前記各磁石機構を基板の中心軸と同軸の回転軸の周りに主回転させつつ、
前記複数のターゲットに所定の電圧を印加して基板に薄膜を作成する工程
を含むことを特徴とする電子デバイス製造方法。
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