JPH086178B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜形成装置に関し、特に、半導体等の製造
工程で使用されるスパッタリング装置に用いて最適な薄
膜形成装置に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

スパッタリングによって薄膜を形成する場合、ターゲ
ット（陰極）表面の不純物を除去するために、いわゆる
プレスパッタを行なう。その時、スパッタされた不純物
がターゲットと対向する基板（陽極）に堆積しないよう
にターゲットと基板の間にシヤッタを設けている。プレ
スパッタ終了後、基板上に成膜する時はシヤッタを移動
させ、スパッタされたターゲット材が基板に堆積するよ
うにする。

第3A図及び第3B図はシヤッタ構造の第１従来例を示す
ものであるが、真空槽内にあって基板ホルダ（１）には
基板（２）が取り付けられ、これと対向してカソード
（３）にターゲット（４）が取り付けられている。そし
て、これらターゲット（４）と基板（２）との間にレバ
ー形状の金属板（５）がシヤッタとして配設される。プ
レスパッタ時には、金属板（５）は第3B図で実線で示す
位置をとっており、ターゲット（４）と基板（２）とを
遮断している。基板（２）への成膜時には、金属板
（５）は回転中心０のまわりに回動されて一点鎖線で示
す位置をとる。

第4A図、第4B図は第２従来例を示し、金属板（６′）
の一部に穴（6a）を開ける方法である。プレスパッタ時
は、穴（6a）が開いていない部分がターゲット（４）と
基板（２）の間にくるようにし、第4B図に示すように成
膜時は、穴（6a）がターゲット（４）と基板（２）の間
にくるように回動される。

シヤッタは通常、成膜室などと同電位（通常グランド
レベル）になっておりスパッタ放電中はカソードに対す
るアノードとして作用する。第3A図、第3B図の構造で
は、プレスパッタ時はアノードとしてのシヤッタとカソ
ードが平行に対向するので放電はターゲットの正面に集
中し問題はないが、成膜中は移動したシヤッタの方向に
放電が移行し、均一なスパッタがなされず、堆積した膜
厚にも分布ができる。また高周波放電の場合、カソード
からみたアノードが非対称なため放電が安定しない。さ
らに、スパッタ粒子が基板ホルダやホルダの裏側などに
まわり込んで付着する。第4A図、第4B図の構造はこれら
の問題を解決する。この構造ではカソードからみたアノ
ードがほぼ対称になるので均一なスパッタと高周波放電
の問題は改善される。

しかし、回転を行うためにベアリングなどを使ってお
り、シヤッタの面と成膜室などとの間は高周波になる程
インピーダンスが大きくなり、シヤッタ面は電気的に完
全なグランドレベルにはならない。また、スパッタ粒子
のまわり込みの問題を考えるとシヤッタ（６）の穴（6
a）が基板（２）の大きさと同程度になるようにしなく
てはならないので、基板周辺部はシヤッタ（６）のかげ
になり、堆積速度が中心部より遅くなり膜厚に分布が生
じる。そこで、膜厚を均一にするために基板にも負電圧
あるいは高周波を印加し、成膜と同時にスパッタを行な
う、バイアス・スパッタ方式がある。膜厚が均一になる
のは、イオンの入射角によってスパッタ効率が違うため
であるがプラズマ中の電位分布が違えば、入射するイオ
ンの入射角も違ってくるので、条件を選んでやれば平担
な膜が得られる。平担になる電位分布を得るために、基
板のまわりにグランドシールドを設けるがグランドシー
ルドの形状により電位分布が違ってくるので実際に成膜
して最適なグランドシールドの形状を決めなくてはなら
ない。これは大変面倒なことである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記問題に鑑みてなされ、従来より均一な成
膜を行うことができ、またバイアス・スパッタを行うと
きには最適なグランドシールド状態を簡単に得ることが
できる薄膜形成装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

以上の目的は、真空槽内にターゲットと、これに対向
して支持された基板と、該基板の外形よりわずかに大き
い開口を有し、前記ターゲットと前記基板との間に配設
されるシヤッタとを備えた薄膜形成装置において、前記
シヤッタはその面に対して垂直方向の軸のまわりに回動
可能であり、かつ該軸方向に直線移動可能であって、前
記基板を前記ターゲットから遮蔽するときには前記シヤ
ッタに前記開口が前記基板から偏位する位置にあるよう
に回動位置をとらせ、前記基板に前記ターゲットの構成
材料の薄膜を形成するときには、前記開口が前記基板と
整合する位置にあるように回動位置をとらせ、かつ前記
軸方向に移動させて、前記基板を前記シヤッタの開口よ
り前記ターゲット側に位置させるようにしたことを特徴
とする薄膜形成装置によって達成される。

また、シヤッタと真空槽との間を導線で短絡させ、シ
ヤッタ面を完全なグランドレベルにした。

〔作用〕

プレスパッタ時には、シヤッタはその開口が基板から
偏位する位置にあるように回動させられる。

基板への薄膜の形成時には、開口が基板と整合する位
置にあるように回動させられたのち、軸方向に移動して
基板が開口より突出してターゲット側に位置させられ
る。

これにより基板の周辺部がシヤッタのかげになり膜厚
分布ができる問題点は解消し、基板には一様な厚さの薄
膜が形成されると共にシヤッタ裏側へのスパッタ粒子の
まわり込みは最小限に抑えられ、またバイアス・スパッ
タを行う場合には、単にシヤッタを外部から軸方向に移
動させるだけで、最適なグランドシールド状態を得るこ
とができる。従来のように真空をやぶってグランドシー
ルドを作り直す必要はない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例によるスパッタリング装置につ
いて説明する。

真空槽（10）は隔壁（38）によって成膜室（11）と準
備室（12）とに画成され、隔壁（38）の開口にはゲート
バルブ（13）が設けられ、この開閉により、両室（11）
（12）は連通、非連通とされる。各室（11）（12）の底
壁部の開口にもゲートバルブ（14）（15）が設けられ、
この開閉により、それぞれ排気系（16）（17）と各室
（11）（12）とは連通、非連通とされる。排気系（16）
（17）は公知のように各種のバルブや真空ポンプを備え
ている。

成膜室（11）の一方の側壁には放電ガス導入口（18）
が形成されており、成膜室（11）内にはホルダ回転体
（21）が駆動軸（22）により回転可能に配設されてい
る。駆動軸（22）は気密に軸受（24）により支承され、
モータ（23）により回転駆動される。ホルダ回転体（2
1）には基板ホルダ（25）が固定されており、これに基
板（26）が取り付けられている。

側壁部には、また基板（26）と対向するようにカソー
ド（27）が固定され、これにターゲット（29）が取り付
けられている。カソード（27）には導線（28）を介して
負の電圧が印加されている。カソード（27）と、アノー
ドとしての基板ホルダ（25）との間に第２図に明示され
る金属製の円板状シヤッタ（30）が配設され、軸（31）
によってその軸心のまわりに回動可能（矢印ｂで示す如
く）であり、更にその軸心に沿って直線移動可能（矢印
ａ示す如く）となっている。シヤッタ（30）には丸い開
口（30a）が形成され、この径はホルダ回転体（21）の
基板ホルダ取付部（21a）の径よりわずかに大きい。ま
た、シヤッタ（30）は導線（50）を介して真空槽（10）
に接地されている。

準備室（12）の一側壁部には吸気口（19）が形成さ
れ、これにはリークバルブ（20）が接続されている。ま
た、準備室（12）内には基板受渡機構（40）が配設され
るが、これへの未処理基板の取付手段や処理済基板の受
取構造などについては図示省略する。

本発明の実施例は以上のように構成されるが、次にこ
の作用について説明する。

排気系（16）（17）を作動させる。ゲートバルブ（1
4）を開き、ゲートバルブ（13）は閉じて成膜室（11）
内は真空にされる。次いで、ゲートバルブ（15）は閉
じ、リークバルブ（20）を開いて、準備室（12）内を大
気圧にして、未処理の基板を基板受渡機構（40）に取付
ける。

次いで、リークバルブ（20）を閉じ、ゲートバルブ
（15）を開いて準備室（12）内を真空にした後、ゲート
バルブ（13）を開く。基板ホルダ回転体（21）をモータ
（23）の駆動により、図示の実線の位置より180度回転
させる。基板ホルダ回転体（21）は点線で示す位置をと
る。この状態で基板受渡機構（40）から未処理基板（2
6）が基板ホルダ（25）に受け渡され、これに取り付け
られる。

ゲートバルブ（13）を閉じ、基板ホルダ回転体（21）
をモータ（23）の駆動により再び実線で示す位置に回動
させる。シヤッタ（30）はその開口（30a）が基板（2
6）から偏位した回動位置（実線で示す）にある。すな
わち、ターゲット（29）と基板（26）とは相互に遮断さ
れた状態にある。この状態でプレスパッタが行われ、タ
ーゲット（29）の表面から不純物が取り除かれる。

次いで、シヤッタ（30）が回動され、その開口（30
a）が基板（26）と整合する位置をとる。この後、軸（3
1）の軸心方向に沿って第１図において右方へと移動さ
れる。シヤッタ（30）の開口（30a）は基板ホルダ（2
5）及び基板ホルダ取付部（21a）を通過して点線で示す
位置で停止する。この状態でターゲット材が基板（26）
にスパッタされ、均一な成膜が行われる。上述の第２の
従来例のように、かげとなる部分が生じて、膜分布が不
均一になるということはなく、その他、第１の従来例に
はない第２従来例の効果をもそのまゝ奏することができ
る。

成膜が終了するとシヤッタ（30）を元の位置に戻し、
基板（26）を準備室（12）側に向けるべく基板ホルダ回
転体（21）は回転し（点線で示す位置）、ゲートバルブ
（13）が開かれ、基板受渡機構（40）に受け渡される。
ゲートバルブ（13）が閉じられ、ゲートバルブ（15）も
閉じられる。リークバルブ（20）を開いて、準備室（1
2）内は大気圧とされ、処理済の基板（26）は外部へと
取出される。以下、上述の同様な作用が繰り返される。

以上はバイアス・スパッタを行わない場合であった
が、これを行う場合には、点線で示すシヤッタ（30）の
軸方向の位置を変えることにより基板（26）の周辺部付
近での電位分布が変わってくる。すなわち、シヤッタ
（30）がグランドシールドの役目もすることになる。電
位分布が変わればイオンの分布や基板に入射するイオン
の入射角が変わるので基板（26）の周辺部でのスパッタ
率が変わり、平担な膜が得られる条件を、従来のように
グランドシールドを作り変えることなく、つまり真空を
やぶることなしに得ることができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本
発明はこれに限定されることなく本発明の技術的発想に
基づいて種々の変形が可能である。

例えば、以上の実施例ではシヤッタ（30）は円形であ
ったが、これに限ることなく他の形状であってもよい。
また開口（30a）も円形に限ることはない。

また、シヤッタ（30）の回転駆動機構及び直線駆動機
構は図示しなかったが、これは電動であっても手動であ
ってもよい。

更に本発明は、エッチング、CVDなど一般にプラズマ
を利用する装置に適用可能である。

なお、以上の実施例では基板ホルダ（25）と基板ホル
ダ取付部（21a）とに別の名称を用いたが、これらを共
通に基板ホルダと称してもよい。なおまた、図示の実施
例ではシヤッタ（30）を点線で示す如く、基板（26）よ
りかなり右方へ偏位した位置へと移動させたが、勿論、
基板（26）と整列する位置へと移動させるようにしても
よい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の薄膜形成装置によれば、バ
イアスを印加しない通常の成膜では、従来より均一な膜
厚が得られる。また、バイアス・スパッタを行う場合に
は、単にシヤッタを外部から軸方向に移動させるだけ
で、最適なグランドシールド状態を得ることができる。
従来のように真空をやぶってグランドシールドを作り直
す必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるスパッタリング装置の側
断面図、第２図は第１図におけるII−II線方向断面図、
第3A図は第１従来例の要部の側面図、第3B図は第3A図に
おけるシヤッタの正面図、第4A図は第２従来例の要部の
側面図及び第4B図は第4A図におけるシヤッタの正面図で
ある。 なお図において、 （25）……基板ホルダ （26）……基板 （27）……ターゲット （30）……シヤッタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空槽内にターゲットと、これに対向して
   支持された基板と、該基板の外形よりわずかに大きい開
   口を有し、前記ターゲットと前記基板との間に配設され
   るシヤッタとを備えた薄膜形成装置において、前記シヤ
   ッタはその面に対して垂直方向の軸のまわりに回動可能
   であり、かつ該軸方向に直線移動可能であって、前記基
   板を前記ターゲットから遮蔽するときには前記シヤッタ
   に前記開口が前記基板から偏位する位置にあるように回
   動位置をとらせ、前記基板に前記ターゲットの構成材料
   の薄膜を形成するときには、前記開口が前記基板と整合
   する位置にあるように回動位置をとらせ、かつ前記軸方
   向に移動させて、前記基板を前記シヤッタの開口より前
   記ターゲット側に位置させるようにしたことを特徴とす
   る薄膜形成装置。
2. 【請求項２】前記シヤッタを接地させた前記第１項に記
   載の薄膜形成装置。