JPWO2009154196A1 - バイアススパッタ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、製造コスト削減の試みとして、防着板を設けることにより、真空容器内に蓄積した薄膜材料の除去に要する時間(チャンバメンテナンス時間)を短縮し、設備稼働率の向上が図られている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、スパッタ用電源として直流(DC)電源の代わりに高周波(RF)電源を用いる方式をRFバイアススパッタといい、高周波電源を用いることで、金属及び絶縁物質のスパッタを可能としている(例えば、特許文献1,2,4参照)。
また、本発明の他の目的は、薄膜デバイスの製造コスト低減を図ることができるバイアススパッタ装置を提供することである。
また、本発明に係るバイアススパッタ装置基板ホルダに付着する成膜物質を減らすことで、成膜中にイオンの衝突により膜の一部が剥離して生じる異物の発生を抑えて膜の清浄度の向上を図ることができる。
なお、基板の「裏面」とは、スパッタ面ではない側の面という意味であり、ターゲットと対向する面と反対側の面を指す。
このように、基板電極と基板との所定距離を0.5mm以上10mm以下とすることで、基板電極に現出するセルフバイアスの効果が反映される範囲内に基板を配設することができる。また、基板電極と基板との距離を変更することで、基板に反映されるセルフバイアス効果を調整することができる。
このように、基板電極は、自転ホルダ及び公転部材のいずれに対しても絶縁されると共に、外部電源と直接的若しくは間接的に接続された状態で配設されるため(具体的には、公転部材側に接続される)、基板電極と自転ホルダとが電気的に接触しない構成とすることができる。このため、基板電極と自転ホルダとの接触による異物の発生を防止することができ、膜の清浄度を向上することができる。
なお、ここでいう「公転部材側」とは、広い意味で公転部材を回転駆動するために関わる全ての部材側という意味であり、より具体的には、配線部材の一端部は、公転部材を回転させるために公転部材の中央部に貫通する回転軸に固定された印加受け部に接続される。
上記構成により、配線部材の公転部材側に対する取り付け高さを変更することで、基板電極と基板との距離を任意に変更できるため、基板電極に現出するセルフバイアスの効果が反映される範囲内に基板を配設することができ、また、基板電極と基板との距離を変更することで、基板に反映されるセルフバイアス効果を任意に調整することができる。
このように、自転ホルダは、基板電極と近接する所定部分の表面に絶縁性のコーティングを有する。このため、基板電極との放電を防止でき、基板裏面のほぼ全面と対向する大きさの基板電極を配置することができるようになる。よって、基板全体を均一な成膜条件にすることでき、均一性の高い高精度な成膜を行うことができる。
このように、自転ホルダが公転部材に対して絶縁されると共に、基板電極が自転ホルダ側に取り付けられることで、基板電極の大きさを基板とほぼ同じ形状及び大きさに形成することができる。このため、基板全体をほぼ均一な成膜条件にすることでき、膜厚・膜質などの均一性が高く高精度な成膜を行うことができる。
上記構成のように、基板電極に供給されるスパッタ用電源が導通される自転ホルダと配線部材との接続部分にベアリングを用いることで、部材の摺接により生じる異物の発生を抑えることができ、膜の清浄度を向上することができる。
また、請求項2及び4に係るバイアススパッタ装置によれば、基板電極に現出するセルフバイアスの効果が反映される範囲内に基板を配設すると共に、基板電極と基板との所定距離を変更することで、基板に反映されるセルフバイアスの効果を調整することができる。
更に、請求項3及び7に係るバイアススパッタ装置によれば、異物が発生せず膜の清浄度を向上することができる。
また更に、請求項5及び6に係るバイアススパッタ装置によれば、基板全体を均一な成膜条件にすることができ、均一性の高い高精度な成膜を行うことができる。
Mbox マッチングボックス
d 基板と基板電極との距離
1 スパッタ装置
10 真空容器
12 基板ホルダ
14 基板
16 シャフト
17a,17b,23a 歯車
19a カーボンブラシ
19b ブラシ受け部
20 印加受け部材
21 公転部材
21a 取り付け開口部
23,43 自転ホルダ
24 リング状伝達部材
24a,24b 歯部
28,29a,29b 絶縁部材
30,40 基板電極
40a 固定部材
31,41 配線部材
34,36 ターゲット
38 スペーサ
39 絶縁コーティング
21b,45 ベアリング
図1乃至3は本発明に係る第1の実施形態を示し、図1は本発明の第1の実施形態に係るRFバイアススパッタ装置(以下、スパッタ装置1)の概念図、図2は基板ホルダの上面説明図、図3は基板ホルダの部分断面説明図である。
本実施形態に係るスパッタ装置1は、図1の概念図に示すように、真空容器10、シャフト16、基板ホルダ12、ターゲット34,36、を主要構成としている。
本実施形態に係る真空容器10は、真空容器10は、公知の成膜装置で通常用いられるステンレス製の容器であり、縦置き円筒形状部材である。
この真空容器10は、上方に後述するシャフト16を貫通させるための孔が形成されており、電気的に接地されて接地電位とされている。
また、不図示のガス導入管からは、Arガスなどのプラズマを発生させるためのプロセスガスや、O2ガス若しくはN2ガスなどの反応性ガスを必要に応じて適宜真空容器10内に導入することができるよう構成されている。
なお、この絶縁部材28は、碍子や樹脂などで形成されており、この絶縁部材28を介して真空容器10に支持されることにより、シャフト16は、真空容器10に対して電気的に絶縁された状態で、真空容器10に対して回転可能となる。
シャフト16の上端側(真空容器10の外側に配設される)には、歯車17bが固着されており、この歯車17bは、サーボモータM1の出力側の歯車17aと歯合している。
このため、サーボモータM1を駆動することにより、歯車17aを介して歯車17bに回転駆動力が伝達され、シャフト16が回転することとなる。
このブラシ受け部19bは、マッチングボックスを介して高周波(RF)電源に接続されたカーボンブラシ19aと摺動するように構成されている。
このように構成されているため、シャフト16側にRF電源が供給される。
シャフト16の下端部(真空容器10の内側に位置している)には、後述する公転部材21が取り付けられている。
この公転部材21とシャフト16との接続部分には、RF電力が接続された銅製の印加受け部材20が取り付けられている。
このように、このエアシリンダによって、シャフト16下端部側に取り付けられた後述する公転部材21及び自転ホルダ23と後述するターゲット34,36との距離を調整することができる。
本実施形態に係る公転部材21は、ドーム状のステンレス製部材であり、その中央部がシャフト16の下端側に支持された状態で、真空容器10内の上側に配設される。
なお、この公転部材21は、接地電位とされている。
また、シャフト16下端部に固着された印加受け部材20と公転部材21との間には絶縁部材29aが配置されている。このように、絶縁部材29aを介して、公転部材21がシャフト16に固着されることで、公転部材21がシャフト16に対して電気的に絶縁される構成となっている。
更に、公転部材21には、後述する自転ホルダ23を取り付けるための取り付け開口部21aが所定位置(公転部材21の中心を基点に各々中心角45度離隔した位置)に8箇所設けられている。この取り付け開口部21aには内面側にリング状に構成されたベアリンク21bが配置されている。
この自転ホルダ23の上端部側には外周部の径方向に張り出して形成された歯車23aが一体として組み付けられている。
また、自転ホルダ23下側には、固定フランジ(不図示)が形成されており、この固定フランジに基板14を固定することで、基板14が自転ホルダ23に固定される。また、基板14の固定方法としては、これに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、固定フランジ以外にも、ボルト、板ばねなどの他の固定具を用いることができる。
なお、本実施形態においては、8個の自転ホルダ23を公転部材21に取り付ける構成を有しているため、同一形状の自転ホルダ23を8個有しているが、自転ホルダ23は必要に応じて任意の数に変更可能なことは勿論である。
例えば、光学デバイスを作製する場合は、円板状又は板状若しくはレンズ形状の樹脂(例えば、ポリイミド)や石英などの光透過性を有する材料が選択される。また、電子デバイスを作製する場合は、Si基板やGaAs基板などの半導体基板が用いられる。
この配線部材31は、基板電極30と同素材で作製された部材であり、一方の端部が印加受け部材20に固定されている。また、他方の端部側は、基板電極30に溶接により固着されて基板電極30と一体となっている。配線部材31は、その一方の端部を印加受け部材20に締結部材により確実に固定されており、このため、基板電極30は所定位置に要求される強度をもって保持されることとなる。
このターゲット34,36は、真空容器10の下方側に、自転ホルダ23に配設された基板14と対向するように配設される。
この回転は、サーボモータM1の回転駆動力を歯車17a,17bと伝達することによって、シャフト16に伝導される。また、回転駆動力と同時に、マッチングボックスを介して高周波(RF)電源に接続されたカーボンブラシ19aと摺動するように構成されたブラシ受け部19bにより、シャフト16側にRF電源が供給される。
そして、シャフト16の下端側には、公転部材21が配設されるとともに、この公転部材21には、本実施形態においては8個の自転ホルダ23が配設される。
また、真空容器10の下方側に、自転ホルダ23に配設された基板14と対向するようにターゲット34,36が配設される。このターゲット34,36には、マッチングボックスMboxを介して、RF電源よりRF電力が供給されるよう構成されている。
8個の自転ホルダ23は、公転部材21に形成された取り付け開口部21aにそれぞれ取り付けられる。自転ホルダ23は、公転部材21の取り付け開口部21aの上側から嵌め込むことで容易に取り付けることができる。
このとき、自転ホルダ23の外周部は、取り付け開口部21aに配置されたベアリング21bに支持されて配設されるため、自転ホルダ23は公転部材21に対して回転可能に支持される。
自転ホルダ23が公転部材21に取り付けられた状態では、自転ホルダ23の上側の外周側に形成された歯車23aが、取り付け開口部21aの上側に露出した状態となっている。
なお、リング状伝達部材24に形成された歯部24a,24bには絶縁性のコーティングが施されており自転ホルダ23と電気的に絶縁されている。
このとき、基板14の成膜面の周囲に凹凸が生じないように、公転部材21の下面と基板14の成膜面の高さを揃えて固定するとよい。
このとき、基板電極30は、公転部材21及び自転ホルダ23とは接触しないように配設されているため、印加受け部20に印加されるRF電力が配線部材31を介して基板電極30に供給される。また、配線部材31は、公転部材21側に固着された印加受け部20に固定されるため、配線部材31に固着されている基板電極30も公転部材21と共に回転する。すなわち、基板電極30は公転部材21と共に回転する。このため、基板電極30は、自転ホルダ23の自転運動に関わらず基板14の裏側の所定位置に配置される。
このスペーサ38は、印加受け部20側と配線部材31との接続部分に、これらの部材に挟持された状態で配設される任意の厚さを有する導電性の部材である。
印加受け部20側と配線部材31及びスペーサ38は、これらを貫いて締結できるボルトなどの締結部材(不図示)を用いて固定される。
このように構成されているため、基板電極30は配線部材31と一体に構成されているため、自転ホルダ23に対する基板電極30の取り付け高さを、印加受け部20側と配線部材31との接続部分に挟むスペーサ38の高さ(厚さ)を変更することによって調整できる。
なお、本実施形態においては、配線部材31は、公転部材21側の印加受け部20に固定されているが、配線部材31を公転部材21側に絶縁性のスペーサ用部材を介して固定して、屈曲自在な導電性部材を介して印加受け部20と導通させる構成としてもよい。
さらに、印加受け部20側との接続部分において、配線部材31を上下動制御可能なアクチュエータを取り付けて、基板14の厚さや成膜速度、成膜材料などの成膜条件と連動させて基板電極30の配設位置制御が可能な構成とすることもできる。
もちろん、基板電極30と配線部材31とをボルトで固定して、この接続部分で基板電極位置を調整する構成としてもよい。
例えば、印加受け部20側の上側に、高い剛性を有する導電性のリング状部材(不図示)を、シャフト16に挿通した状態で取り付けて、このリング状部材を印加受け部20と導通状態を維持したまま上下方向に位置調整可能に構成するとよい。このリング状部材に全ての配線部材31を固定することで一括して距離dの設定を行うことができる。このリング状部材の上下動は、印加受け部20との間に導電性のスペーサを挟んで行うことができる。もちろん、ネジを用いて上下動可能に構成してもよい。このように構成することで、8カ所の基板14と基板電極30との距離dの調整を一括して行うことができ、スパッタ装置1の稼働率の向上、すなわち成膜処理の低コスト化を図ることができる。
ここで、基板14の大きさに対して基板電極30が小さすぎると、基板14表面に反映されるセルフバイアスの効果を均一とすることが困難になるため、基板14上に形成される成膜層の厚さや膜質が不均一になる可能性がある。
基板14の裏面側に配設された基板電極30にRF電源が供給されるため、公転部材21全体にRFを印可する必要がない。RF電流が印加される面積が小さいために、基板14に印可できる電圧・電流値の範囲を従来よりも高い値に設定して、イオンの密度を高くすることができることから、膜質の緻密化若しくは処理時間の短縮化を図ることができる。
そして、基板電極30は自転ホルダ21と接触しない構成であるので、基板電極30と自転ホルダ23との摺接による摩耗を原因とした粉塵などの異物の発生を防止し、膜の清浄度の向上を図ることができる。さらに、簡単な構造であるため部品点数の増加を抑えて設備の低コスト化を図ることができる。
さらに、基板電極30は、基板14と所定距離離間して平行に配置されるため、基板14の成膜面では均一な成膜条件が保たれ、膜厚・膜質の均一性の高い高精度な成膜を行うことができる。
また、本実施形態においては、スパッタ用電源としてRF電源を用いているが、DC電源を用いて構成してもよい。DC電源を用いた場合には、絶縁物のスパッタができないことを除いて本実施形態に係るスパッタ装置1と同様の効果を得ることができる。
また、ターゲット34,36の上側に開閉制御可能なシャッタ(不図示)を設けて、シャッタの開度を調整することで、スパッタされるターゲット34,36やスパッタ量を調整できる構成としてもよい。
図4及び図5は本発明の第2の実施形態を示し、図4は基板ホルダの上面説明図、図5は基板ホルダの部分断面説明図である。
なお、以下の各実施の形態において、第1の実施の形態と同様部材、配置等には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施形態では、第1の実施形態に係るスパッタ装置1において、基板電極40の取り付け構造に違いがある。本実施形態に係る基板電極40は、自転ホルダ43に固着されており、自転ホルダ43と共に回転する構成である。
また、自転ホルダ43は、公転部材21に絶縁部材29bを介して取り付けられるため、公転部材21とは電気的に絶縁されている。
距離dは、基板14に基板電極40によるセルフバイアスが現出、反映される範囲内に設定される。なお、本実施形態においても、距離dは0.5mm以上10mm以下とされると好適であった。
また、基板14に反映されるセルフバイアスの効果は、距離dを変化させることによって調整することができるが、RF電力値の変更によっても調整可能である。
基板電極40は、自転ホルダ43に固着されているために基板14の裏面全体に配置することができる。すなわち、絶縁コーティング39を自転ホルダ43に施さない状態であっても、基板電極40を基板14とほぼ同じ形状及び大きさに形成することができる。基板14表面に反映されるセルフバイアスの効果の影響を均一にすることができるため、基板14上に形成される成膜層の厚さや膜質の均一化を図ることができる。
また、ベアリング45を介して自転ホルダ43と配線部材41とを導通させることで、配線部材41を自転ホルダ43の外周部に摺接させる場合のように、部材の摩耗による粉塵などの異物の発生を防止し、膜の清浄度の向上を図ることができる。
このように、基板電極は、自転ホルダ及び公転部材のいずれに対しても絶縁されると共に、外部電源と直接的若しくは間接的に接続された状態で配設されるため(具体的には、公転部材側に接続される)、基板電極と自転ホルダとが電気的に接触しない構成とすることができる。このため、基板電極と自転ホルダとの接触による異物の発生を防止することができ、膜の清浄度を向上することができる。
なお、ここでいう「公転部材側」とは、広い意味で公転部材を回転駆動するために関わる全ての部材側という意味であり、より具体的には、配線部材の一端部は、公転部材を回転させるために公転部材の中央部に貫通する回転軸に固定された印加受け部に接続される。
上記構成により、配線部材の公転部材側に対する取り付け高さを変更することで、基板電極と基板との距離を任意に変更できるため、基板電極に現出するセルフバイアスの効果が反映される範囲内に基板を配設することができ、また、基板電極と基板との距離を変更することで、基板に反映されるセルフバイアス効果を任意に調整することができる。
このように、自転ホルダは、基板電極と近接する所定部分の表面に絶縁性のコーティングを有する。このため、基板電極との放電を防止でき、基板裏面のほぼ全面と対向する大きさの基板電極を配置することができるようになる。よって、基板全体を均一な成膜条件にすることでき、均一性の高い高精度な成膜を行うことができる。
このように、自転ホルダが公転部材に対して絶縁されると共に、基板電極が自転ホルダ側に取り付けられることで、基板電極の大きさを基板とほぼ同じ形状及び大きさに形成することができる。このため、基板全体をほぼ均一な成膜条件にすることでき、膜厚・膜質などの均一性が高く高精度な成膜を行うことができる。
上記構成のように、基板電極に供給されるスパッタ用電源が導通される自転ホルダと配線部材との接続部分にベアリングを用いることで、部材の摺接により生じる異物の発生を抑えることができ、膜の清浄度を向上することができる。
また、本発明に係るバイアススパッタ装置によれば、基板電極に現出するセルフバイアスの効果が反映される範囲内に基板を配設すると共に、基板電極と基板との所定距離を変更することで、基板に反映されるセルフバイアスの効果を調整することができる。
更に、本発明に係るバイアススパッタ装置によれば、異物が発生せず膜の清浄度を向上することができる。
また更に、本発明に係るバイアススパッタ装置によれば、基板全体を均一な成膜条件にすることができ、均一性の高い高精度な成膜を行うことができる。
Claims (7)
- 自公転機構を有し、真空容器内に基板を支持するための基板ホルダと、該基板ホルダ側に設けられた基板電極と、前記基板に対向して配設されるターゲットと、を備え、前記基板電極及び前記ターゲットに電力を印加し、前記基板電極及び前記ターゲットの間にプラズマを発生させて前記基板表面に薄膜を形成するバイアススパッタ装置において、
前記基板電極は、前記基板ホルダに支持された前記基板のそれぞれの裏面側にのみ備えられ、
前記基板電極と前記基板とは、所定距離離間して配設されることを特徴とするバイアススパッタ装置。 - 前記基板電極と前記基板との前記所定距離は、0.5mm以上10mm以下であることを特徴とする請求項1に記載のバイアススパッタ装置。
- 前記基板ホルダは、前記真空容器に対して回転する公転部材と、該公転部材に対して回転すると共に、前記基板を支持可能な自転ホルダと、を有して構成されており、
前記基板電極は、外部電源と直接的若しくは間接的に一端部側が接続された配線部材の他端側に支持されると共に、前記自転ホルダ及び前記公転部材のいずれに対しても絶縁されていることを特徴とする請求項1に記載のバイアススパッタ装置。 - 前記基板ホルダは、前記真空容器に対して回転する公転部材と、前記公転部材に対して回転し、前記基板を支持可能な自転ホルダと、を有して構成されており、
前記基板電極は、外部電源と直接的若しくは間接的に一端部側が接続された配線部材の他端側に支持されると共に、前記自転ホルダ及び前記公転部材のいずれに対しても絶縁され、
前記基板電極と前記基板との前記所定距離は、前記配線部材の前記公転部材に対する取り付け位置を変更することで調整可能に構成されることを特徴とする請求項1に記載のバイアススパッタ装置。 - 前記基板ホルダは、前記真空容器に対して回転する公転部材と、前記公転部材に対して回転し、前記基板を支持可能な自転ホルダと、を有して構成されており、
前記基板電極は、外部電源と直接的若しくは間接的に一端部側が接続された配線部材の他端側に支持されると共に、前記自転ホルダ及び前記公転部材のいずれに対しても絶縁され、
前記基板電極と前記基板との前記所定距離は、前記配線部材の前記公転部材に対する取り付け位置を変更することで調整可能に構成されており、
前記自転ホルダは、前記基板電極と近接する所定部分の表面に絶縁性のコーティングを有することを特徴とする請求項1に記載のバイアススパッタ装置。 - 前記基板ホルダは、前記真空容器に対して回転する公転部材と、該公転部材に対して回転し、前記基板を支持可能な自転ホルダと、を有し、
前記自転ホルダは、前記公転部材に対して絶縁され、
前記基板電極は、前記自転ホルダ側に取り付けられることを特徴とする請求項1に記載のバイアススパッタ装置。 - 前記基板ホルダは、前記真空容器に対して回転する公転部材と、該公転部材に対して回転し、前記基板を支持可能な自転ホルダと、を有し、
前記自転ホルダは、前記公転部材に対して絶縁されるとともに、前記自転ホルダ側に当接するベアリングを介して電力が供給されており、
前記基板電極は、前記自転ホルダ側に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載のバイアススパッタ装置。
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