JP4566681B2 - スパッタ装置 - Google Patents

Description

この発明は、カソードに装着されたターゲットをスパッタし、基板に薄膜を形成するスパッタ装置に関する。

特許文献１に開示されるイオンビームスパッタ装置は、真空の雰囲気中で成膜対象を処理するための空間を形成する真空容器と、前記真空容器に対してイオンビームを照射する複数のイオン源と、各イオン源からのイオンビームの照射によって各ターゲットから放出されたスパッタ粒子の移動領域のうち各移動領域が重複する移動領域内に配置されて成膜対象を保持するホルダと、前記真空容器内を移動可能に配置され、且つプリスパッタ用ターゲットと前記ホルダに保持された成膜対象とを結ぶスパッタ粒子の移動路内に配置された時には、前記プリスパッタ用ターゲットから放出されたスパッタ粒子の成膜対象側への移動を遮断するシャッタと、前記プリスパッタ用ターゲットに対するプリスパッタが終了した時に、前記シャッタを、次にプリスパッタすべきターゲットと前記ホルダに保持された成膜対象とを結ぶスパッタ粒子の移動路内に移動させる移動機構とを備えるものである。

特許文献２は、真空容器と、この真空容器にプラズマ生成用ガスを導入してプラズマによるプラズマ流を発生させるプラズマ発生手段と、前記プラズマ流と接触するように前記プラズマ流と同心的に配置された膜形成用材料からなるターゲットと、前記プラズマ流のイオンを用いて前記ターゲットから前記膜形成用材料所の粒子を飛散させている前記プラズマ流によって照射される膜形成用試料基板を載置固定する基板試料台とを有する薄膜形成装置において、前記複数のスパッタ源が、前記ターゲットの回転対称軸が前記基板試料台の回転中心軸状で交わると共に、前記回転試料台の回転対称軸に対して前記ターゲットの反対方向に位置するように傾斜して回転させる回転手段と、前記基板試料台を上下に移動させる移動手段とを備えることを開示する。
特開２００２−２１２７２４号公報 特開２００３−２４７０６５号公報

特許文献１及び２で示すように、基板等の被処理体に対してターゲットが装着されたカソードを傾斜して設けた場合、基板とカソードとの距離が基板の中心と外端とで異なるので、基板を回転させた場合、基板中心ではカソードとの距離が常に一定であるが、基板外端近傍では、カソードとの距離が変動し、またカソードに対して向かっていく場合と離れていく場合があるため、膜生成特性が基板内位置により異なることが指摘されていた。このため、特許文献２では、特に基板試料台を上下に移動させて膜層のむらを解消しようとするものであるが、基板試料台自体を回転させ、且つ移動させる機構は大変複雑であり、コストが上昇するという不具合を有する。

また、スパッタカソードの消耗度合いにより、成膜分布に変化が発生する場合があり、これを解消するために、ターゲットを基板の大きさよりも大きくすること（約１．４倍程度）や、ターゲットの使用率を制限することによって、膜厚分布及び膜成長の不具合を解消するようにすることが提案されたが、ターゲットを大きくし且つ使用率を制限するにはどうしてもコストアップするという不具合が生じる。

このため、本出願人は、特願２００４−１４０７０８号において、ターゲット材の消耗変化に対応し、基板内の膜厚分布の均一化を図り、膜成長成分を均一化して安定した膜質を得ることのできるスパッタ装置を提案した。

この装置では、膜厚分布が均一であり、基板の径方向に均一に傾斜した柱状構造を有する薄膜を形成することができ、この径方向に均一に傾斜した柱状構造を有する薄膜が、高密度磁気記録媒体や光通信分野において非常に有効な構造であることが実験により実証させた。

このため、この発明は、基板の径方向に均一に傾斜した柱状構造の薄膜を精度良く形成できると共に、膜厚分布をさらに均一にすることのできるスパッタ装置を提供することにある。

したがって、この発明は、真空空間を画成する真空容器と、該真空容器内に回転可能に配された基板保持台と、該基板保持台に載置される基板と、該基板に対して所定の角度で傾斜すると共に、前記基板に対して平行に移動するカソードと、該カソードに装着され、膜形成用材料からなるターゲットとを少なくとも具備するスパッタ装置において、前記基板と平行に配され、前記基板の所定の位置を前記ターゲットに対して露出する開口部が形成されたマスクと、前記カソードからのスパッタ粒子の飛散を制限すべく当該カソードに固定されるとともに、前記マスクと平行に開口するスパッタ粒子出口を有するフードと、を具備し、前記フードは、前記カソードの移動に伴って前記基板と平行に移動し、前記スパッタ粒子出口を通して前記スパッタ粒子を前記基板の回転径方向に対して所定の角度で入射させるようにしたことにある。

さらに、この発明において、前記開口部は、半円形状であることが望ましい。また、前記開口部は、略長円形状であることが望ましい。さらには、所定の中心角度に設定された扇形や、円形、長方形状であっても良く、その基板に要求される成膜の特性に従って自在に形成しても良いものである。

また、この発明において、前記フードのスパッタ粒子出口には、該スパッタ粒子出口の開口面積を制限するフードシャドーが設けられることが望ましい。

したがって、この発明によれば、基板へ所定の角度で入射するスパッタ粒子を、基板に平行に配され、開口部を有するマスクによって制限することによって、基板の径方向に所定の角度で傾斜する柱状構造の薄膜を形成することができる。さらに、前記開口部の開口面積を絞ることによって柱状構造の傾斜を制御することができるものである。以上のように、この発明のスパッタ装置によって、膜厚分布が３％以下で、円形基板の径方向に均一に傾斜した柱状構造の薄膜を形成することができるものである。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本願発明の実施例１に係るスパッタ装置１は、例えば図１に示すものである。このスパッタ装置１は、真空空間３を画成する真空容器２と、この真空容器２内に被処理体としての基板５を保持する基板保持台４と、この基板保持台４に保持された基板５に対してスパッタリングを行うスパッタカソード装置１０とによって少なくとも構成される。これにより、基本的に、前記真空空間３内にスパッタ用ガスを導入し、スパッタカソード装置１０に設けられたターゲット１３に例えばマイナス電圧を印加することによって、前記ターゲット１３からスパッタ粒子が基板５に対して放射され、基板５上に薄膜が形成されるものである。

また、基板保持台４は、回転軸６及びギア７を介して、電動モータ８によって回転するものであり、その回転速度は、図示しない外部制御装置により、基板５上に形成される薄膜の材質、厚さ等に基づいて任意に設定されるものである。

前記スパッタカソード装置１０は、前記基板５に対して所定の角度（θ）で傾斜して配されるカソード部１１と、このカソード部１１を前記基板５の径方向に平行に移動させる移動装置４０とによって構成される。

前記移動装置４０は、前記真空容器２に形成された開口部２０を貫通し、一端が前記カソード部１１に固定され、他端側に所定の範囲で螺旋状に形成されたネジ部１６を有する移動ロッド１５と、該移動ロッド１５のネジ部１６に螺合する内歯を有する回転ギア１７と、該回転ギア１７の外歯に螺合する駆動ギア１７と、該駆動ギア１７を回転させる電動モータ１９とによって構成される。また、移動装置４０の移動速度や往復周期等については、前述した電動モータ８の制御と共に図示しない外部制御装置により、基板５上に形成される薄膜の材質、厚さ等に基づいて任意に設定されるものである。尚、前記移動装置４０は、上述した構成の他に、油圧シリンダ、水圧シリンダ、空気圧シリンダ等によるシリンダ駆動でも良く、前記カソード部１１を基板５の径方向に水平に移動させるものであればよく、特に限定されるものではない。

さらに、前記移動ロッド１５の外側には、移動ロッド１５の伸縮と共に伸縮し、前記移動装置４０と前記真空空間３との間を遮蔽して真空空間３の真空度を維持するための蛇腹部１４が設けられる。さらに、前記カソード部１１には、図示されないが、前記蛇腹部１４の内部に配されるハーネスを介してマイナスの高圧電圧若しくは高周波電圧が供給される電圧供給部や、前記電圧と前記移動ロッド等を絶縁する絶縁機構が設けられる。また、前記カソード部１１には、プラズマ密度を向上させるために、複数のマグネット１２が設けられる。

また、前記基板保持台４と前記カソード部１１の間には、マスク２１が、マスク支持柱２２によって、前記基板保持台４に保持された基板５との間に所定の間隔があくように平行に配される。さらに、このマスク２１には、図３に示すように、前記カソード部１１側に半円形状で開口する開口部２３が形成され、前記カソード部１１に設置されるターゲット１３に対して基板５が略半分だけ露出するものである。

さらにまた、前記カソード部１１の前面には、図２に示されるように、前記ターゲット１３から放射されるスパッタ粒子の放射方向を制限するフード３０が設けられる。このフード３０は、前記マスク２１と所定の間隔を空けて平行に位置する面３０ａを有し、この面３０ａには、所定の面積で開口するスパッタ粒子出口３１が形成される。さらに、このスパッタ粒子出口３１には、フードシャドー３２が設けられ、開口面積が制限されるものである。

以上の構成のスパッタ装置１において、薄膜を形成したい基板５を基板保持台４に載置して、真空容器２内の空気を排気して真空空間３を形成し、前記基板保持台４を所定の回転速度で回転させると共にスパッタ用ガスを真空空間３内に導入し、前記カソード部１１及び前記基板５間に高圧電圧を印加して、ターゲット１３からスパッタ粒子を飛散させ、前記カソード部１１を基板５に対して所定の速度、所定の周期で前後に平行に移動させ、前記基板５に薄膜を形成するものである。

この場合、ターゲット１３から放射されたスパッタ粒子は、フード３０にて飛散が制限され、前記基板５に対して平行に開口したスパッタ粒子出口３１から所定の角度（θ）にて基板５に照射される。また、基板５に対して照射されたスパッタ粒子は、前記フードシャドー３２及びマスク２１にて基板５への照射が制限され、基板５の径方向に所定の角度（θ）で入射する。また、前記マスク２１が前記基板５の半分を遮蔽していることから、基板５上の薄膜５０は、図４で示すように、所定の角度（θ）に対してθ’（θ’＞θ）の角度で径方向に傾斜した柱状構造となる。また、これによって、基板５上の膜厚分布は、３％以下が達成できる。

この実施例１においては、前記柱状構造の薄膜５０は、基板５の径方向外側に向かって所定の角度θ’で傾斜するように成長するものである。

本願発明の実施例２は、上記構成のスパッタ装置１において、図５で示すように、前記マスク２１における開口部２４を前述した半円形状から基板５の回転方向の幅が制限された長円形状としたことにある。これによって、スパッタ粒子が基板５の径方向に確実に入射するようになるので、図６で示すように、所定の角度（θ）で成長する柱状構造の薄膜５０を得ることができる。この実施例２では、実施例１における薄膜の成長には時間がかかるものの径方向の傾斜を得ることができるという効果を奏する。また、膜厚分布も確実に３％以下を達成することができる。

この実施例２においては、前記柱状構造の薄膜５０は、基板５の径方向外側に向かって所定の角度θで傾斜するように成長するものである。

尚、上記実施例１及び２においては、開口部２３又は開口部２４が基板５のカソード側に開口していたために、柱状構造の薄膜５０は、基板５の径方向外側に向かって傾斜するように成長させることができた。これに対して、実施例３では、特に図示しないが、前記開口部２３，２４を基板５の反対側に形成することによって、柱状構造の薄膜５０を、基板５の径方向内側に向かって傾斜するように成長させることができるものである。

以上のような方法において形成された基板５の径方向又は回転方向に均一に傾斜した柱状構造を有する薄膜は、高密度磁気記録媒体や光通信分野で広く応用することができる。

本願発明の実施例に係るスパッタ装置の概略構成図である。 フードのスパッタ粒子出口近傍の説明図である。 実施例１に係るマスクの開口部近傍の説明図である。 実施例１に係る薄膜の説明図である。 実施例２に係るマスクの開口部近傍の説明図である。 実施例２に係る薄膜の説明図である。

符号の説明

１ スパッタ装置
２ 真空容器
３ 真空容器
４ 基板保持台
５ 基板
６ 回転軸
７ ギア
８ 電動モータ
１０ スパッタカソード装置
１１ カソード部
１２ マグネット
１３ ターゲット
１４ 蛇腹部
１５ 移動ロッド
１６ ネジ部
１９ 電動モータ
２０ 開口部
２１ マスク
２２ マスク支持柱
２３ 開口部
３０ フード
３１ スパッタ粒子出口
３２ フードシャドー
４０ 移動装置
５０ 薄膜

Claims (4)

1. 真空空間を画成する真空容器と、該真空容器内に回転可能に配された基板保持台と、該基板保持台に載置される基板と、該基板に対して所定の角度で傾斜すると共に、前記基板に対して平行に移動するカソードと、該カソードに装着され、膜形成用材料からなるターゲットとを少なくとも具備するスパッタ装置において、
   前記基板と平行に配され、前記基板の所定の位置を前記ターゲットに対して露出する開口部が形成されたマスクと、
   前記カソードからのスパッタ粒子の飛散を制限すべく当該カソードに固定されるとともに、前記マスクと平行に開口するスパッタ粒子出口を有するフードと、を具備し、
   前記フードは、前記カソードの移動に伴って前記基板と平行に移動し、前記スパッタ粒子出口を通して前記スパッタ粒子を前記基板の回転径方向に対して所定の角度で入射させるようにしたことを特徴とするスパッタ装置。
2. 前記開口部は、半円形状であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
3. 前記開口部は、略長円形状であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
4. 前記フードのスパッタ粒子出口には、該スパッタ粒子出口の開口面積を制限するフードシャドーが設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパッタ装置。

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