JPH0525623A

JPH0525623A - 成膜装置

Info

Publication number: JPH0525623A
Application number: JP18124591A
Authority: JP
Inventors: Norio Ichikawa; 典男市川
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1993-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、簡単な構造で常にターゲットとビ
ームの焦点位置とを一致させておくことができ、かつ、
成膜面積を増大できる成膜装置を提供することを目的と
する。【構成】チャンバー２内にターゲット５と基板Ａとを
互に平行に配設し、外部から導入した光ビームＢをター
ゲット５の表面に照射してスパッタ粒子を放出させ、ス
パッタ粒子を基板Ａ上に堆積させて薄膜を形成する成膜
装置において、光ビームＢの光軸上に、光ビームＢをタ
ーゲット５に向けて反射するミラー３と、光ビームＢを
ターゲット５の表面に集光するレンズ４と、ミラー３、
レンズ４およびターゲット５を一体として、光ビームＢ
の光軸方向に進退可能な移動手段１１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜デバイス等にスパ
ッタリングにより薄膜を形成する成膜装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図７および図８は、従来の成膜装置の構
成を概略的に現した断面図であり、前者はいわゆるイオ
ンビームスパッタ（特開昭６１−１７０５６７）、後者
はいわゆるレーザービームスパッタ（特開平２−２７０
９６２）と呼ばれる成膜装置である。

【０００３】図７に示すように前者の成膜装置７１で
は、真空チャンバ７２内に加工対象物Ａがホルダ７３に
保持された状態で収容されており、この加工対象物Ａに
沿わせてターゲット７４が配設されている。ターゲット
７４には、真空チャンバ７２の外部から、収束されたイ
オンビームＢが照射されるようになっており、この照射
によりターゲット７４から放出したスパッタ粒子が加工
対象物Ａに堆積する。ターゲット７４はアーム７５の先
端に固定され、アーム７５はイオンビームＢと同一照射
軸上に延び、後端で真空チャンバ７２内に設けた駆動装
置（図示せず）に接続されている。駆動装置は、アーム
７５を介してターゲット７４を照射軸方向に進退可能に
構成されると共に、ターゲット７４を照射軸回りに回転
可能に構成されている。したがって、イオンビームＢを
ターゲット７４に照射した状態で、駆動装置によりター
ゲット７４を回転させながら後退させてゆくと、発生し
たスパッタ粒子が筒状に形成した加工対象物Ａの加工面
に均一に堆積してゆく。

【０００４】一方、図８に示すように後者の成膜装置８
１では、真空チャンバ８２内に基板（加工対象物）Ａと
ターゲット８３が平行状態で配設されており、真空チャ
ンバ８２の窓８４を介して外部からレーザービームＢが
ターゲット８３に向けて照射されるようになっている。
レーザービームＢは、レーザー発振器８５から各種調整
レンズ８６を透過し、ミラー８７で反射して、最後に集
光レンズ８８を経て真空チャンバ８２内に導かれる。ミ
ラー８７は揺動自在に構成され、ターゲット８３に照射
される反射光を走査できるようになっている。すなわ
ち、基板Ａとターゲット８３とは走査方向にほぼ同一の
長さとなっおり、ターゲット８３上を走査してその長さ
方向に連続的にスパッタ粒子を放出させ、これを連続的
に基板Ａに堆積して薄膜を形成するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで前者の成膜装
置７１では、収束されたイオンビームＢが外部からター
ゲット７４に照射されるようになっており、初期位置に
おいてその焦点がターゲット７４の表面の照射部位に一
致するようになっている。ところが、ターゲット７４が
照射軸上を進退動すると焦点がターゲット７４からずれ
てしまうので、常にターゲット７４上に高いエネルギー
密度状態を作るのが困難である。もっとも、ターゲット
７４の移動に連動させて焦点位置を移動させるようにす
るか、逆に加工対象物Ａを移動するようにすれば上記の
問題は解消されるが、前者にあっては装置が複雑化して
しまう問題があり、後者にあっては真空チャンバ７２内
でもあり全体として成膜面積が稼げない問題があった。

【０００６】一方、後者の成膜装置８１では、真空チャ
ンバ８２の窓８４の大きさでレーザビームＢの走査角度
が規制されてしまうし、前者の装置と同様に、焦点位置
の移動に伴う装置の複雑化や、基板Ａを移動させても成
膜面積が稼げない問題があった。

【０００７】本発明は、簡単な構造で常にターゲットと
光ビームの焦点位置とを一致させておくことができ、か
つ、成膜面積を増大できる成膜装置を提供することをそ
の目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１の発明は、チャンバ内にターゲットと基板とを互
に平行に配設し、外部から導入した光ビームをターゲッ
トの表面に照射してスパッタ粒子を放出させ、スパッタ
粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成する成膜装置にお
いて、光ビームの光軸上に、光ビームをターゲットに向
けて反射するミラーと、光ビームをターゲットの表面に
集光するレンズと、ミラー、レンズおよびターゲットを
一体として、光ビームの光軸方向に進退可能な移動手段
とを備えることを特徴とする。

【０００９】この場合、移動手段は、更に、前記ミラー
に入射する光ビームの光軸廻りに回転可能に構成されて
いること。移動手段は、外部から進退かつ回転操作可能
な操作アームと、操作アームに連結され、ミラー、レン
ズおよびターゲットを保持する保持アームとから成るこ
とが好ましい。

【００１０】また、この場合、移動手段の保持アーム
は、ミラーを保持する第１の保持アームと、レンズおよ
びターゲットを保持する第２の保持アームとを有し、移
動手段の操作アームは、その先端に、第１の保持アーム
を回動自在に連結する第１のヒンジと、第２の保持アー
ムを回動自在に連結する第２のヒンジとを有し、更に移
動手段は、第１・第２両ヒンジに併設され、第１の保持
アームの回動に伴うミラーのビーム反射角の変動に追従
させて、第２の保持アームを回動させてレンズおよびタ
ーゲットの位置を変動させる回動手段を有しているこ
と、さらには、ミラーに入射する光ビームの光軸方向を
Ｚ軸方向とし、前記基板に平行する方向をＸ軸方向とし
た場合に、第１・第２両ヒンジは、それぞれ保持アーム
をＸ・Ｙ軸方向に回動自在な一対のヒンジ要素から成る
ことが好ましい。

【００１１】一方、ターゲットは、保持アームに固定さ
れた回転手段により、光ビームの焦点を含む面内におい
て回転可能に構成されていること、或いは、ターゲット
は任意の複数個で構成されており、ターゲット各個は、
保持アームに固定された繰出し手段により、光ビームの
焦点位置に順次繰出し可能に構成されていることが好ま
しい。

【００１２】請求項８の発明は、チャンバ内にターゲッ
トと基板とを互に平行に配設し、外部から導入した光ビ
ームをターゲットの表面に照射してスパッタ粒子を放出
させ、スパッタ粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成す
る成膜装置において、光ビームの光軸上に配設された、
ターゲットおよびターゲットに光ビームを集光させるレ
ンズと、ターゲットおよびレンズを一体として、光ビー
ムの光軸方向に進退可能な移動手段とを備えることを特
徴とする。

【００１３】この場合、移動手段は、更に、光ビームの
光軸廻りに回転可能に構成されていることが好ましい。

【００１４】

【作用】外部からチャンバ内に入射した光ビームは、ミ
ラーで反射しレンズで集光されてターゲットの表面に照
射される。この光ビームの照射によりターゲットの表面
からスパッタ粒子が放出され、対向する基板の表面に堆
積されて薄膜が形成される。この場合、チャンバ内にミ
ラー、レンズおよびターゲットを収容し、これらを一体
として、移動手段によりビームの光軸方向に進退可能に
構成すれば、光ビームの焦点をターゲットの表面に一致
させたまま、ターゲットをチャンバ内で進退移動させる
ことができる。さらに、ミラー、レンズおよびターゲッ
トを進退に加え回転可能に構成すれば、スパッタ粒子を
前後方向と周方向に連続的に放出させることができる。

【００１５】また、チャンバ内に入射した光ビームを直
接ターゲットに照射するようにすれば、ミラーを省略す
ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、図１乃至図６を参照して、本発明の実
施例に係るいわゆるレーザーアブレーション法を用いた
成膜装置について説明する。このレーザーアブレーショ
ン法は、レーザービームをターゲットの表面に照射して
スパッタ粒子であるアブレーション粒子を放出させ、こ
のアブレーション粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成
するものである。

【００１７】図１は、本発明の第１の実施例に係る成膜
装置の概略構成を示す裁断側面図であり、同図に示すよ
うにこの成膜装置１は、真空チャンバ２と、この真空チ
ャンバ２内にミラー３、レンズ４およびターゲット５を
収容して構成されている。真空チャンバ２は、両側端部
２ａ，２ｂが閉蓋された円筒容器であり、その一方の側
端部２ａの中心位置にはレーザービームＢを導き入れる
透光窓６が形成され、他方の側端部２ｂの中心位置には
後述する操作アーム１１が挿入さけるスリーブ７が取り
付けられている。また、真空チャンバ２の適宜位置に
は、真空装置（図示せず）に連通される真空ポート８が
形成されている。真空チャンバ２の内部周壁２ｃには、
多数の基板Ａが長手方向および周方向にそれぞれ整列状
態で取り付けられるようになっている。

【００１８】真空チャンバ２の透光窓６から真空チャン
バ２内に平行に入射したレーザービームＢは、ミラー３
により反射され、レンズ４で集光されてターゲット５の
表面に照射される。このため、ミラー３は入射したレー
ザービームＢの光軸上に配設され、レンズ４はその反射
光の光軸上に配設され、さらにターゲット５は基板Ａに
平行に、かつこのレーザービームＢの焦点位置にその表
面の所定の照射部位（一般的には中央）が合致するよう
に配設される。そして、この配設状態を維持するため、
これらミラー３、レンズ４およびターゲット５は一体に
構成された保持アーム１０の各枝端に支持されている。

【００１９】一方、保持アーム１０の基端は、操作アー
ム１１の先端に固定されている。操作アーム１１は、例
えば真空封止を可能にするトランスファーロッド等が用
いられ、真空チャンバ２のスリーブ７を介して真空チャ
ンバ２内に平行に挿入されている。操作アーム１１は真
空チャンバ２の側端部２ｂの中心位置、すなわち、入射
したレーザービームＢの光軸上に伸びており、外部から
駆動装置（図示せず）により進退かつ回転可能に構成さ
れている。このため、保持アーム１０に取り付けられた
ミラー３、レンズ４およびターゲット５は、この操作ア
ーム１１の進退動操作により三者一体に真空チャンバ２
内を進退することとなり、また、回転動操作により光軸
廻りに一体に回転することとなる。このように、保持ア
ーム１０および操作アーム１１によりミラー３、レンズ
４およびターゲット５の移動手段が構成されている。

【００２０】したがって、これら進退および回転の動き
の中で、ミラー３は常に真空チャンバ２内に入射してく
るレーザービームＢをターゲット５に向けて反射するこ
とができ、ターゲット５はレンズ４で集光されてエネル
ギ密度が高まったレーザービームＢを、所望の照射部位
で確実に捕らえることができる。そして、このレーザー
ビームＢの照射により、ターゲット５の表面からアブレ
ーション粒子が放出され、このアブレーション粒子が基
板Ａ上に堆積されて薄膜が形成される。このように本装
置では安定したスパッタ状態を作ることができ、しか
も、ミラー３、レンズ４およびターゲット５を回転させ
ながら進退させるので、多数の基板Ａを一回にかつ短時
間で成膜でき、すなわち、真空チャンバの容積に比して
成膜面積を広くすることができる。

【００２１】図２は、本発明の第２の実施例に係る成膜
装置の概略構成を示す裁断側面図であり、同図に示すよ
うにこの成膜装置１では、真空チャンバ２が箱型に形成
され、その上部内壁２ｄに格子状に基板Ａが整列配置さ
れている。また、この実施例では保持アーム１０が、ミ
ラー３を支持する第１保持アーム２１と、レンズ４およ
びターゲット５を支持する第２保持アーム２２とから成
り、また、操作アーム１１もその先端部分が二つに枝別
れして、それぞれ第１保持アーム２１および第２保持ア
ーム２２に連結されている。そして、この連結部分、す
なわち操作アーム１１の枝別れ端には、第１保持アーム
２１が回動自在に連結されるための第１ヒンジ２３と、
第２保持アーム２２が回動自在に連結されるための第２
ヒンジ２４とが取り付けられている。この第１ヒンジ２
３と第２ヒンジ２４とは、同一構造のヒンジとなってお
り、真空チャンバ２内に入射するレーザービームＢの光
軸方向をＺ軸方向とし、基板Ａに平行な方向にＸ軸方向
とした場合に、Ｘ・Ｙ軸方向、すなわち図示の左右およ
び上下方向に回動自在に構成されている。このため、各
第１・第２両ヒンジ２３，２４は左右方向のヒンジ要素
２３ａ，２４ａと上下方向のヒンジ要素２３ｂ，２４ｂ
とが直結した構造となっている。また、第１・第２両ヒ
ンジ２３，２４は、前後方向の同一位置に配設され、両
者は連動して第１・第２両保持アーム２１，２２を回動
させる。この連動はミラー３の反射角を考慮したもの
で、すなわち、ミラー３が第１保持アーム２１の回動に
より角度α傾動した場合に、反射角は角度２α変化す
る。したがって、ミラー３の角度変化にレンズ４および
ターゲット５が追従するためには、第１保持アーム２１
に対し第２保持アーム２２を２倍、角度変化させなけれ
ばならない。

【００２２】図３は、第１・第２両保持アーム２１，２
２の連動した回動操作を為す回動手段を現している。同
図に示すように、第１・第２両保持アーム２１，２２に
はそれぞれ第１・第２両ヒンジ２３，２４に連結され、
各ヒンジ２３，２４は左右方向のヒンジ要素２３ａ，２
４ａと上下方向のヒンジ要素２３ｂ，２４ｂとが直結し
た状態となっている。各左右方向のヒンジ要素２３ａ，
２４ａと各上下方向のヒンジ要素２３ｂ，２４ｂとは、
駆動切替クラッチ２５に接続され、この駆動切替クラッ
チ２５の切り替えによりどちらか一方のヒンジ要素２３
ａ，２４ａ（２３ｂ，２４ｂ）を駆動できるようになっ
ている。そして、この駆動は駆動切替クラッチ２５に接
続されたステッピングモータ２６により行われる。ミラ
ー駆動側のステッピングモータ２６にはエンコーダ２７
が併設されており（エンコーダ付きステッピングモー
タ）、このステッピングモータ２６により検出される回
転角がコントローラ２８に入力され、これに基づいてタ
ーゲット駆動側のステッピングモータ２６が回転制御さ
れる。

【００２３】すなわち、外部からコントローラ２８に左
右または上下方向の回動信号が入力されると、両駆動切
替クラッチ２５，２５が作動して左右または上下方向の
ヒンジ要素２３ａ，２４ａ２３ｂ，２４ｂの選択切替え
が行われると共に、両ステッピングモータ２６，２６が
駆動される。ミラー駆動側のステッピングモータ２６の
回転は逐次エンコーダ２７より検出され、この検出信号
はコントローラ２８に入力される。そして、コントロー
ラ２８は、ターゲット駆動側のステッピングモータ２６
をミラー駆動側のステッピングモータ２６より２倍の回
転角度に回転制御する。

【００２４】以上のように構成すれば、基板Ａを平面的
に並べた場合であっても、また、操作アーム１１の進退
動操作で死角が生じてしまう場合でも、基板Ａ上に均一
に薄膜を形成することができる。なおこの場合、２倍の
回転角度の制御をコントローラ２８により電気的に行っ
ているが、ギヤやベルト駆動等により機械的に行っても
よい。

【００２５】図４および図５は、保持アーム１０による
ターゲット５の支持状態の変形例である。これらの変形
例はターゲット５に対するレーザービームＢの照射位置
を変化させ、アブレーション粒子の放出がターゲット５
の表面の一箇所に集中しないようにするためのものであ
る。図４に示すターゲット５は回転円盤３１上に載置固
定され、この回転円盤３１がモータ３２の垂直駆動軸３
３に固定されて、回転手段を構成している。また、モー
タ３２は保持アーム１０の先端に固定されていて、この
モータ３２の回転によりターゲット５が保持アーム１０
の先端で適宜回転するようになっている。そして、レー
ザービームＢの照射部位をターゲット５の周縁部とし、
回転に伴ってこの照射部位が相対移動するようになって
いる。

【００２６】一方、図５は回転円盤３１上に、複数種の
ターゲット５を周方向に整列配置し、この回転円盤３１
をモータ３２により回転させて繰出し手段を構成したも
ので、他の構造はほぼ図４の変形例と同様である。この
変形例では、モータ３２の回転に従って随時各ターゲッ
ト５がレーザービームＢの焦点位置に繰り出され、すな
わち焦点位置に臨んで、所望のターゲット５を選択的に
使用できるようになっている。これによれば、各種のタ
ーゲット５が適宜容易に使用できる。また、図示しない
が各ターゲット５を小回転円盤に載置し、この小回転円
盤を回転円盤に設けた遊星歯車機構により回転させるよ
うにすれば、各ターゲットは自転しながら公転すること
となり、図４の変形例のメリットを合わせ持たせること
ができる。なお、これらの変形例は後述する第３実施例
にも応用できることは、いうまでもない。

【００２７】図６は、本発明の第３の実施例に係る成膜
装置の概略構成を示す裁断側面図であり、同図に示すよ
うにこの成膜装置１は、基本構造は第１実施例と同様で
あるが、ミラー３を省略した構造となっている。このミ
ラー３の省略に伴い、レンズ４およびターゲット５はレ
ーザービームＢの光軸上に配設された状態で、保持アー
ム１０に支持されている。また、ターゲット５はアブレ
ーション粒子の放出方向を考慮して、光軸に対し斜めに
傾けられており、これに伴って基板Ａも斜めに傾けられ
て取り付けられている。外部から入射されたレーザービ
ームＢはレンズ４を介してターゲット５に照射され、一
方で、レンズ４およびターゲット５は操作アーム１１に
より回転かつ進退動される。したがって、ターゲット５
から放出されるアブレーション粒子は、真空チャンバ２
の全域に放出され、多数の基板Ａには均一に薄膜が形成
される。この場合は、極めて簡単な構造で成膜面積を大
きくすることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、チャンバ
内にミラー、レンズおよびターゲットを収容し、かつこ
れらを移動手段で一体に進退動、あるいは回転動させる
ようにしているので、簡単な構造でターゲットに対する
光ビームの焦点が外れることを防止でき、また、チャン
バの大きさに比して成膜面積を大きくできる効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る成膜装置の概略構
成を現した裁断側面図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る成膜装置の概略構
成を現した裁断側面図である。

【図３】第２の実施例の回動装置の説明図である。

【図４】ターゲット回りの変形例を示す斜視図である。

【図５】ターゲット回りの他の変形例を示す斜視図であ
る。

【図６】本発明の第３の実施例に係る成膜装置の概略構
成を現した裁断側面図である。

【図７】従来の成膜装置の概略構成を現した裁断側面図
である。

【図８】従来の成膜装置の概略構成を現した裁断側面図
である。

【符号の説明】

１…成膜装置２…真空チャンバ３…ミラー４…レンズ５…ターゲット１０…保持アーム１１…操作アーム２１…第１保持アーム２２…第２保持アーム２３…第１ヒンジ２４…第２ヒンジ３２…モータＡ…基板Ｂ…レーザービーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバ内にターゲットと基板とを互に
平行に配設し、外部から導入した光ビームを当該ターゲ
ットの表面に照射してスパッタ粒子を放出させ、当該ス
パッタ粒子を前記基板上に堆積させて薄膜を形成する成
膜装置において、前記光ビームの光軸上に、当該光ビームを前記ターゲッ
トに向けて反射するミラーと、前記光ビームを前記ターゲットの表面に集光するレンズ
と、前記ミラー、前記レンズおよび前記ターゲットを一体と
して、前記光ビームの光軸方向に進退可能な移動手段と
を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】前記移動手段は、更に、前記ミラーに入
射する光ビームの光軸廻りに回転可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】前記移動手段は、外部から進退かつ回転
操作可能な操作アームと、当該操作アームに連結され、前記ミラー、前記レンズお
よび前記ターゲットを保持する保持アームとから成るこ
とを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】前記移動手段の保持アームは、前記ミラ
ーを保持する第１の保持アームと、前記レンズおよび前
記ターゲットを保持する第２の保持アームとを有し、前記移動手段の操作アームは、その先端に、前記第１の
保持アームを回動自在に連結する第１のヒンジと、前記
第２の保持アームを回動自在に連結する第２のヒンジと
を有し、更に前記移動手段は、前記第１・第２両ヒンジに併設さ
れ、前記第１の保持アームの回動に伴うミラーのビーム
反射角の変動に追従させて、前記第２の保持アームを回
動させて前記レンズおよび前記ターゲットの位置を変動
させる回動手段を有していることを特徴とする請求項３
に記載の成膜装置。
【請求項５】前記ミラーに入射する光ビームの光軸方
向をＺ軸方向とし、前記基板に平行する方向をＸ軸方向
とした場合に、前記第１・第２両ヒンジは、それぞれ前
記保持アームをＸ・Ｙ軸方向に回動自在な一対のヒンジ
要素から成ることを特徴とする請求項４に記載の成膜装
置。
【請求項６】前記ターゲットは、前記保持アームに固
定された回転手段により、光ビームの焦点を含む面内に
おいて回転可能に構成されていることを特徴とする請求
項３または請求項４に記載の成膜装置。
【請求項７】前記ターゲットは任意の複数個で構成さ
れており、当該ターゲット各個は、前記保持アームに固
定された繰出し手段により、前記光ビームの焦点位置に
順次繰出し可能に構成されていることを特徴とする請求
項３または請求項４に記載の成膜装置。
【請求項８】チャンバ内にターゲットと基板とを互に
平行に配設し、外部から導入した光ビームを当該ターゲ
ットの表面に照射してスパッタ粒子を放出させ、当該ス
パッタ粒子を前記基板上に堆積させて薄膜を形成する成
膜装置において、前記光ビームの光軸上に配設された、前記ターゲットお
よび当該ターゲットに当該光ビームを集光させるレンズ
と、前記ターゲットおよび前記レンズを一体として、前記光
ビームの光軸方向に進退可能な移動手段とを備えること
を特徴とする成膜装置。
【請求項９】前記移動手段は、更に、前記光ビームの
光軸廻りに回転可能に構成されていることを特徴とする
請求項８に記載の成膜装置。