JPWO2016152395A1 - 成膜装置及び成膜ワーク製造方法 - Google Patents

Abstract

簡素な構成で、立体物等の複数の面を有するワークに対して、均一な厚さで成膜することができる成膜装置及び成膜ワーク製造方法を提供する。平面ＳＵ３を含む成膜材料のターゲット２１と、ターゲット２１に電力を印加する電源部３と、成膜対象であるワークＷを自転軸ＡＸ１を中心として自転させる自転部４と、自転部４を、自転軸４とは別の公転軸ＡＸ２を中心に公転させることにより、ターゲット２１に対するワークＷの接近と離隔を反復させる公転部５と、を有し、自転中及び公転中における自転軸４は、これに直交する自転軌道面ＳＵ１が公転軸ＡＸ２に直交する公転軌道面ＳＵ２に対して第１の傾斜角度θ１を有する角度に固定され、ターゲット２１は、平面ＳＵ３が公転軌道面ＳＵ２に対して第２の傾斜角度ＳＵ２を有する角度に固定されている。

Description

本発明は、成膜装置及び成膜ワーク製造方法に関する。

基板などのワークの表面に成膜を行う装置として、スパッタリングによる成膜装置が広く用いられている。スパッタリングは、チャンバ内に導入したガスをプラズマ化させることにより発生したイオンを成膜材料であるターゲットに衝突させ、この衝突によって叩き出された成膜材料の粒子をワークに付着させる技術である。

このようなスパッタリングにおいては、ワークに対する厚さが均一となるように成膜されることが望ましい。例えば、成膜対象が、半導体ウエーハなどの平板状のワークであって、その成膜対象面が１つの平面のみである場合、一般的には、ターゲットはワークに対して平行に対向して配置する。そして、複数のターゲットを配設して各ターゲットへの印加電力を調整する、或いは、ターゲットと成膜対象物との間の距離を調整する等の方法により、膜厚の面内均一化を図ることが行われていた。

特開２０１１−９４１６３号公報

しかしながら、成膜対象面が１つの平面のみではないワークを用いる場合がある。例えば、立方体、直方体等の複数の平面から成る多面体、半球状、ドーム状、椀状等の単数又は複数の曲面を含む曲面体、角筒形、円筒形、円錐形等の曲面と平面を含む複合体等の立体物における複数の平面や曲面を、成膜対象面とする場合がある。以下、このような成膜対象面を複数有するワークを立体物と呼び、成膜対象面が１つの平面のみであるワークと区別する。このような立体物の場合、ターゲットと成膜対象面との距離や角度が一様でなく、ターゲットへの印加電圧の調整や、ターゲットとワークとの距離の調整によって、膜厚の均一化を図ることは困難である。

これに対処するため、特許文献１のように、成膜中に、水平配置されたターゲットに対して、立体物を回転させ、かつ角度を変更することにより、成膜の均一性を向上させる技術が提案されている。この従来技術において、成膜中にワークを回転させる理由は、以下の通りである。スパッタリングは、ターゲットから叩き出された粒子の付着により成膜させる技術である。そのため、ターゲット側を向いている面に対しては粒子を良好に付着させることができる。半導体ウエーハのようにワークが平板状の場合は、成膜対象面は全体が平坦な一つの面のみであるため、この面のみがターゲットに平行に向き合うようにしていれば、比較的均一な成膜が可能となる。なおここで、ターゲット側を向いている面とは、ターゲットの表面であるスパッタ面に対する傾斜角が９０°未満の成膜対象面のことである。

一方、ワークが立体物等の複数の面を有する物体の場合は、角度の異なる複数の成膜対象面のうち、ターゲット側を向いている面と向いていない面がある場合、ターゲット側を向いていない面には、ほとんど成膜できない。この場合、複数の成膜対象面の全体に均一に成膜できないことになる。そこで、ワークの角度を傾けて、各成膜対象面がターゲット側を向くようにすることが考えられる。しかしながら、その場合でも、２つの成膜対象面が表裏の関係にあるような場合には、両方の成膜対象面を同時にターゲット側に向けることができない。このため、傾けたワークを自転及び公転させることにより、すべての成膜対象面がターゲットに向かう時間ができるようにしている。

しかし、このようにワークを傾けて自転及び公転させても、自転軸の角度が一定であると、常にターゲット側を向いている成膜対象面と、ターゲット側を向く状態とターゲット側を向かない状態とを繰り返す成膜対象面とが生じ、これらの成膜対象面との間で成膜量に差が生じる。これに対処するため、この従来技術では、成膜中に膜厚を検出し、検出した膜厚が所望の膜厚となるように、成膜中にターゲットに対するワークの自転軸の角度を変更している。しかし、成膜中に、膜の厚さを検出するとともに、均一な膜厚を得るためのターゲットに対する最適な角度を判断して、調整するための機械的構成、制御構成は非常に複雑となる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、簡素な構成で、立体物等の複数の面を有するワークに対して、均一な厚さで成膜することができる成膜装置及び成膜ワーク製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、実施形態の成膜装置は、平面を含む成膜材料のターゲットと、ターゲットに電力を印加する電源部と、成膜対象であるワークを前記自転軸を中心として自転させる自転部と、前記自転部を、前記自転軸とは別の公転軸を中心に公転させることにより、前記ターゲットに対する前記ワークの接近と離隔を反復させる公転部と、を有し、自転中及び公転中における前記自転軸は、これに直交する前記自転軌道面が前記公転軸に直交する公転軌道面に対して第１の傾斜角度となる角度に固定され、前記ターゲットは、前記平面が前記公転軌道面に対して第２の傾斜角度となる角度に固定されている。

前記第１の傾斜角度は、前記自転部が前記ターゲットに最も接近した位置において、前記自転軸が前記ターゲットの平面と非平行となる角度であってもよい。前記第１の傾斜角度は、自転部が前記ターゲットから最も離隔した位置において、前記自転軌道面が前記ターゲットの平面と平行となる角度であってもよい。前記第１の傾斜角度と前記第２の傾斜角度は同一であってもよい。

前記自転部による前記ワークの自転の回転速度が、前記公転部による前記ワークの交転の回転速度より速くてもよい。前記ターゲットは、複数配設されていてもよい。前記自転部は、複数配設されていてもよい。前記自転部は、前記公転軸に直交する方向の位置を可変に設けられていてもよい。前記第１の傾斜角度が可変に設けられていてもよい。

なお、上記の各態様は、成膜ワーク製造方法の発明としても捉えることができる。つまり、本発明の成膜ワークの製造方法は、自転部の自転軸に支持された成膜対象であるワークを、前記自転軸を中心に自転させながら、前記自転部を支持する公転部が、前記自転軸とは別の公転軸を中心に公転させるステップと、電源部が、成膜材料のターゲットに電力を印加することにより、前記ターゲットの平面の周囲に導入されたスパッタガスをプラズマ化させ、前記成膜材料を前記ワークの成膜対象面に堆積させるステップと、を含み、前記自転軸に直交する前記自転軌道面は、前記公転軸に直交する公転軌道面に対して、成膜中に固定されている第１の傾斜角度を有し、前記ターゲットは、前記平面が前記公転軌道面に対して第２の傾斜角度となる角度に固定されている。

本発明によれば、簡素な構成で、立体物等の複数の面を有するワークに対して、均一な厚さで成膜することができる成膜装置及び成膜ワーク製造方法を提供することができる。

実施形態の成膜装置の簡略断面図である。 実施形態のターゲットとワークの位置関係を示す簡略断面図である。 実施形態のターゲットとワークの位置関係を示す簡略断面図である。 実施形態の制御装置を示すブロック図である。 水平なターゲットに対するワークの自転及び公転態様を示す簡略側面図である。 水平なターゲットに対するワークの自転及び公転態様を示す簡略側面図である。 実施形態におけるワークの自転及び公転態様を示す簡略平面図である。 実施形態におけるワークの自転及び公転態様を示す簡略側面図である。 ターゲットとワークの角度と成膜状況の関係を示す説明図である。 ターゲットを複数設けた態様を示す簡略断面図である。 自転部を複数設けた態様を示す簡略断面図である。 ターゲット及び自転部を複数設けた態様を示す簡略断面図である。 立体物のワークの一例を示す説明図である。

本発明の実施の形態（以下、本実施形態と呼ぶ）について、図面を参照して具体的に説明する。
［ワーク］
まず、本実施形態の成膜対象となるワークは、成膜対象となる面が複数存在する立体物である。各種の外装部品、容器、ケース、カバーなどに用いられる多面体、曲面体、複合体は、ワークに含まれる。曲面については、角度の異なる無数の線の集合と考えることができるので、１つの曲面も、複数の面が存在するとみなせる。

以下の説明では、図１に示すように、底面と側面が直交する有底円筒形状の立体物を、成膜対象のワークＷとして用いた例を説明する。この場合、ワークＷの外底面が平面の成膜対象面Ｗａ、外側面が曲面の成膜対象面Ｗｂとする。また、成膜されたワークを成膜ワークと呼び、本実施形態は、成膜ワーク製造方法としても捉えることができる。

［成膜装置］
本実施形態の成膜装置１００は、図１に示すように、チャンバ１、スパッタ源２、電源部３、自転部４、公転部５、制御装置６を有する。

（チャンバ）
チャンバ１は、内部にスパッタガスが導入される容器である。スパッタガスは、スパッタリングを実施するためのガスである。スパッタリングは、成膜材料への電力の印加で生じるプラズマにより、スパッタガスから発生するイオン等を成膜材料に衝突させ、これによって叩き出された成膜材料の粒子を、成膜対象面に堆積させる技術である。例えば、アルゴンガスは、スパッタガスとして用いることができる。

チャンバ１の内部の空間は真空室１１を形成している。この真空室１１は、気密性があり、減圧により真空とすることができる空間である。チャンバ１は、図示はしないが、排気口、導入口を有する。排気口は、真空室１１と外部との間で気体の流通を確保して、排気を行うための開口である。排気口には、図示はしないが、配管及びポンプ、バルブ等を有する排気部が接続されている。この排気部による排気処理により、真空室１１内は減圧される。

導入口は、真空室１１内にスパッタガスを導入するための開口である。この導入口には、図示しないが、配管、スパッタガスのガス供給源、ポンプ、バルブ等を有するガス供給部が接続されている。このガス供給部によって、導入口から真空室１１内にスパッタガスが導入される。

さらに、チャンバ１は、図示しないロードロック部を有する。ロードロック部は、真空室１１の真空を維持した状態で、搬送手段によって外部から未処理のワークＷを真空室１１に搬入し、処理済みのワークＷを真空室１１の外部へ搬出する装置である。このロードロック部は、周知の構造のものを適用することができるため、説明を省略する。

（スパッタ源）
スパッタ源２は、ワークＷに堆積されて膜となる成膜材料の供給源である。スパッタ源２は、ターゲット２１、バッキングプレート２２、導電部材２３を有する。ターゲット２１は、平面を含む成膜材料からなる。図１では、この平面及びその角度（方向）をＳＵ３で示す。

ターゲット２１は、平面ＳＵ３が、真空室１１内のワークＷに向かう角度に設けられている。ターゲット２１の取り付け位置は、例えば、真空室１１の天井である。成膜材料としては、例えば、チタン、シリコンなどを使用できる。但し、スパッタリングにより成膜される材料であれば、周知のあらゆる材料を適用可能である。ターゲット２１の形状は、例えば、円柱形状である。但し、長円柱形状、角柱形状等、他の形状であってもよい。平面ＳＵ３は、スパッタリング時に、プラズマによって発生したイオンが衝突するする面、所謂、スパッタ面である。

バッキングプレート２２は、ターゲット２１における平面ＳＵ３とは反対側の面を保持する部材である。導電部材２３は、チャンバ１の外部からバッキングプレート２２を介してターゲット２１に電力を印加する部材である。なお、スパッタ源２には、必要に応じてマグネット、冷却機構などが設けられている。

（電源部）
電源部３は、ターゲット２１に電力を印加する構成部である。つまり、電源部３は、ターゲット２１に電力を印加することにより、ターゲット２１の平面ＳＵ３の周囲に導入されたスパッタガスをプラズマ化させ、成膜材料をワークＷに堆積させる。本実施形態における電源部３は、例えば、高電圧を印加するＤＣ電源である。なお、高周波スパッタを行う装置の場合には、ＲＦ電源とすることもできる。

（自転部）
自転部４は、ワークＷを、自転軸ＡＸ１を中心として自転させる構成部である。自転とは、ワークＷと交わる軸線を中心に回転することである。この回転の軸を自転軸ＡＸ１と呼ぶ。また、自転軸ＡＸ１に直交する平面を、自転軌道面と呼ぶ。図２、図３では、自転軌道面及びその角度（方向）をＳＵ１で示す。

自転部４は、駆動部４１、支持体４２を有する。駆動部４１は、回転軸を回転駆動する装置である。この回転軸は自転軸ＡＸ１と同軸である。駆動部４１としては、例えば、モータを用いることができる。

支持体４２は、駆動部４１を、その回転軸が後述する公転軌道面（図２、図３のＳＵ２参照）に対して傾斜する角度で固定する装置である。例えば、駆動部４１は、支持体４２が有する傾斜面に取り付けられている。なお、ワークＷの回転軸への取り付けは、例えば、固定用の冶具を用いて回転軸に取り付けることが考えられる。

（公転部）
公転部５は、自転部４を、自転軸ＡＸ１とは別の公転軸ＡＸ２を中心に公転させることにより、ターゲット２１に対するワークＷの接近と離隔を反復させる構成部である。公転とは、ワークＷと交わらない軸線を中心に、自転部４が回転することである。この回転の軸を公転軸ＡＸ２と呼ぶ。また、公転軸ＡＸ２に直交する平面を公転軌道面と呼ぶ。以下の説明では、公転軌道面及びその角度（方向）をＳＵ２で示す。

公転部５は、駆動部５１、回転部材５２を有する。駆動部５１は、回転軸を回転駆動する装置である。回転軸は公転軸Ｘ２と同軸である。駆動部５１としては、例えば、モータを用いることができる。回転部材５２は、駆動部５１の回転軸及び自転部４が取り付けられ、回転軸の回転に従って、自転部４を公転させる部材である。

回転部材５２としては、円板形状のターンテーブルを用いることができる。この場合、例えば、ターンテーブルの中心に、駆動部５１の回転軸が接続され、ターンテーブルの上面の偏心した位置に、自転部４が固定される。

（角度設定）
上記のような各部における角度の設定を、図２及び図３を参照して説明する。まず、自転部４の自転軌道面ＳＵ１は、公転軌道面ＳＵ２に対して、第１の傾斜角度θ１を有している。また、ターゲット２１の平面ＳＵ３は、公転軌道面ＳＵ２に対して第２の傾斜角度θ２を有している。第１の傾斜角度θ１、第２の傾斜角度θ２は、０°より大きく、９０°未満とする。好ましくは、後述するように、０°より大きく、４５°以下とする。

（制御装置）
制御装置６は、成膜装置１００の各部を制御する装置である。この制御装置６は、例えば、専用の電子回路若しくは所定のプログラムで動作するコンピュータ等によって構成できる。つまり、真空室１１へのスパッタガスの導入および排気に関する制御、電源部３の制御、駆動部４１、５１の制御などに関しては、その制御内容がプログラムされており、ＰＬＣやＣＰＵなどの処理装置により実行される。このため、多種多様な成膜仕様に対応可能である。

具体的に制御される内容としては、初期排気圧力、ターゲット２１への印加電力、スパッタガスの流量、種類、導入時間及び排気時間、成膜時間、公転の回転速度、自転の回転速度などが挙げられる。

このような制御装置６の構成を、仮想的な機能ブロック図である図４を参照して説明する。すなわち、制御装置６は、機構制御部６０、記憶部６１、設定部６２、入出力制御部６３を有する。

機構制御部６０は、排気部、ガス供給部、ロードロック部、電源部３、自転部４、公転部５等の駆動部４１、５１、バルブ、スイッチ、電源等を制御する処理部である。本実施形態においては、機構制御部６０は、自転の回転速度（単位時間当たりの回転数、以下同様）が、公転の回転速度よりも高速になるように、自転部４の駆動部４１、公転部５の駆動部５１を制御する。つまり、公転が１回転行なわれる間に、自転が１回転よりも多く行なわれるように制御される。

記憶部６１は、例えば、自転の回転速度、公転の回転速度等、本実施形態の制御に必要な情報を記憶する構成部である。設定部６２は、外部から入力された情報を、記憶部６１に設定する処理部である。入出力制御部６３は、制御対象となる各部との間での信号の変換や入出力を制御するインタフェースである。

さらに、制御装置６には、入力装置６４、出力装置６５が接続されている。入力装置６４は、オペレータが、制御装置６を介して成膜装置１００を操作するためのスイッチ、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力手段である。上記の自転の回転速度、公転の回転速度は、入力装置６４から所望の値を入力することができる。

出力装置６５は、装置の状態を確認するための情報を、オペレータが視認可能な状態とするディスプレイ、ランプ、メータ等の出力手段である。上記の自転の回転速度、公転の回転速度は、出力装置６５に表示することができる。

［作用］
（成膜処理）
以上のような本実施形態による成膜処理を、以下に説明する。まず、ロードロック部の搬送手段により、成膜処理すべきワークＷを、チャンバ１の真空室１１内に搬入し、公転部５の回転部材５２が、自転部４をロードロック部からの搬入箇所に移動させる。搬送手段は搬入したワークＷを、自転部４の駆動部４１の回転軸に取り付ける。

排気部は、真空室１１を排気して減圧することにより真空にする。ガス供給部は、スパッタガスを真空室１１に供給し、これにより、ターゲット２１の平面ＳＵ３の周囲をスパッタガスの雰囲気にする。そして、自転部４によりワークＷが自転を開始して、公転部５により自転部４が公転を開始する。つまり、駆動部４１が作動することによりワークＷが自転し、これとともに駆動部５１が作動して回転部材５２が回転することにより、ワークＷが公転する。制御装置６の機構制御部６０は、自転の回転速度を、公転の回転速度よりも高速とする。このように、ワークＷが自転しながら公転することにより、ターゲット２１に接近する位置と離隔する位置とを反復する。

電源部３が、ターゲット２１に電力を印加すると、真空室１１内のスパッタガスがプラズマ化する。スパッタ源２において、プラズマにより発生したイオンは、ターゲット２１に衝突して粒子を飛ばす。これにより、ワークＷの成膜対象面Ｗａ、成膜対象面Ｗｂに、成膜材料の粒子が堆積されて膜が生成される。例えば、チタン又はシリコンの膜が形成される。

（成膜均一化の原理）
まず、ターゲットをワークの公転軌道面の上方で公転軌道面に対して平行に配置して、成膜中にワークＷを傾斜させて自転及び公転させた場合、成膜対象面Ｗａ、Ｗｂに均一な厚さで成膜されない理由を、ワークＷの自転及び公転態様を示す図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６は、水平配置されたターゲットＴにより、上記と同様のワークＷの成膜対象面Ｗａ、成膜対象面Ｗｂに対して成膜する場合を示す。

図５に示すように、水平方向のターゲットＴに対して、成膜対象面Ｗａが内側上方を向くように、ワークＷに傾斜させて自転させながら公転させる場合、ワークＷのターゲットＴに対する距離は一定であり、成膜対象面Ｗａは、常にターゲットＴ側を向いている。しかも、成膜対象面Ｗａは、破線矢印で示すように、常に、ターゲットから叩き出された成膜材料Ｍの照射領域内にある。そのため、単位時間当たりの成膜量が非常に多くなる。

また、成膜対象面Ｗｂは、自転及び公転中、成膜対象面ＷａよりもターゲットＴから遠くなるとともに、ターゲットＴからの成膜材料Ｍの照射領域に対して裏側に隠れてしまう部分が生じる。ワークＷの自転により、成膜対象面ＷｂのターゲットＴに対向する面は順次変化するので、成膜量は全周に亘って分散されて平均化するものの、成膜対象面Ｗａとの成膜量の差は拡大する。

一方、図６に示すように、図５とは逆に、ワークＷの角度を変えて、成膜対象面Ｗａが外側上方を向くように、ワークＷに傾斜させて自転させながら公転させる。この場合、ワークＷのターゲットＴに対する距離は一定で、成膜対象面Ｗｂの一部が常にターゲットＴにほぼ正面から向き合った状態、つまり、対向した状態となっている。このため、成膜対象面Ｗｂへの単位時間当たりの成膜量が、成膜対象面Ｗａよりも多くなる。なぜならば、ワークＷの自転により、成膜対象面ＷｂのターゲットＴに対向する面は順次変化するので、成膜量の多い部分は全周に亘って分散されて平均化する。しかし、成膜対象面Ｗａは、常にターゲットＴに対する傾斜が大きく、常に成膜量が少ないままである。このため、成膜対象面Ｗａ、Ｗｂの成膜量の差は拡大する。

次に、本実施形態による成膜が、成膜対象面Ｗａ、Ｗｂに均一になされる原理を、図２及び図３に加えて、成膜中のワークＷの自転及び公転態様を示す図７及び図８を参照して説明する。

図２に示すように、成膜対象面Ｗａがターゲット２１の平面ＳＵ３に対して、平行又は平行に近い状態で向き合うのは、ターゲット２１から最も離隔した位置である。そのため、成膜対象面Ｗａがターゲット２１に対向していても、単位時間当たりの成膜量は比較的少ない。また、図３に示すように、成膜対象面Ｗａがターゲット２１に最も接近した位置に来た場合、ターゲット２１の平面ＳＵ３に対して、大きな傾斜角度で向き合う。そのため、ターゲット２１との距離が接近していても、単位時間当たりの成膜量は比較的少ない。但し、図７に示すように、ワークＷの成膜対象面Ｗａは、自転及び公転中、常にターゲット２１からの成膜材料Ｍの照射領域に入っていて、且つ、ターゲット２１側を向いている。このため、成膜対象面Ｗａに成膜される時間は長い。従って、全体としての成膜量は確保できる。また、ターゲット２１は自転しているため、成膜量は成膜対象面Ｗａの全面に亘って分散されて平均化するので、膜厚が均一となる。

一方、図３に示すように、成膜対象面Ｗｂがターゲット２１の平面ＳＵ３に対して、平行又は平行に近い状態で向き合うのは、ターゲット２１に最も接近した位置であり、このときの単位時間当たりの成膜量は非常に多い。また、図２に示すように、成膜対象面Ｗｂがターゲット２１から最も離隔した位置に来た場合、ターゲット２１の平面ＳＵ３に対して、大きな傾斜角度で向き合うため、単位時間当たりの成膜量は非常に少ない。このように、成膜対象面Ｗｂに対する成膜量は公転軌道の場所によって大きく異なるものの、ワークＷが自転するので公転中にターゲット２１側を向く成膜対象面Ｗｂは常に入れ替わる。このため、距離の相違による成膜量の差は相殺される。さらに、図８に示すように、ワークＷの成膜対象面Ｗｂは、自転及び公転中、ターゲット２１の平面ＳＵ３からの成膜材料Ｍの照射領域に対して、裏側に隠れてしまう部分が生じる。しかしながら上述したように、ワークＷは自転しているため、ターゲット２１に対向する面は順次変化して、成膜量は全周に亘って分散されて平均化するので、膜厚が均一となる。

このように、成膜対象面Ｗａは、成膜時間が長い分、上記のように単位時間当たりの成膜量を少なくした。一方、成膜対象面Ｗｂは、成膜対象面Ｗｂがターゲット２１側を向かない時間が生じる分、単位時間当たりの成膜量が非常に多くなるタイミングを設け、成膜時間の短さを補えるようにした。このため、成膜対象面Ｗａと成膜対象面Ｗｂは、最終的には近似した膜厚に収束していくことになり、ワークＷの成膜対象面Ｗａ、Ｗｂには、全体として、均一な膜厚が実現できる。

（角度設定例）
以下、本実施形態における各部の、より好ましい角度設定の一例を説明する。まず、第１の傾斜角度θ１が、自転部４がターゲット２１に最も接近した位置において、自転軸ＡＸ１がターゲット２１の平面ＳＵ３と非平行となる角度である。また、第１の傾斜角度θ１は、自転部４がターゲット２１から最も離隔した位置において、自転軌道面ＳＵ１がターゲット２１の平面ＳＵ３と平行となる角度である。なお、この例では、自転軸ＡＸ１は、公転軸ＡＸ２を通り公転軌道面ＳＵ２に直交する平面に沿って設けられている。このため、上記のような最離隔位置における自転軌道面ＳＵ１と平面ＳＵ３との平行を実現するためには、第１の傾斜角度θ１と第２の傾斜角度θ２が同一であればよい。

そして、自転軸ＡＸ１に対して、ワークＷを、１つの成膜対象面Ｗａが直交する角度に支持する。つまり、成膜対象面Ｗａが、自転軸ＡＸ１に直交する角度となるように、駆動部４１の回転軸にワークＷが取り付けられる。これにより、自転軸ＡＸ１に支持されたワークＷは、自転軌道面ＳＵ１に平行な角度の面が成膜対象面Ｗａとなり、自転軌道面ＳＵ１に直交する角度の面が成膜対象面Ｗｂとなる。なお、ワークＷの回転の中心が、成膜対象面Ｗａの重心となるようにして、回転の偏心を抑えることが望ましい。

すると、成膜対象面Ｗａは、自転軌道面ＳＵ１と一致又は平行となる。これにより、図２に示すように、ワークＷがターゲット２１に最も離隔した位置に来た場合には、成膜対象面Ｗａは、ターゲット２１の平面ＳＵ３に平行となる。また、図３に示すように、ワークＷがターゲット２１に最も接近した位置に来た場合には、自転軸ＡＸ１と平行な成膜対象面Ｗｂが、ターゲット２１の平面ＳＵ３に傾斜した角度で向き合うばかりでなく、これに直交する成膜対象面Ｗａも、ターゲット２１の平面ＳＵ３に傾斜した角度で向き合う。

以上のような角度設定とした場合、図２に示すように、ワークＷが、ターゲット２１の平面ＳＵ３から最も離隔した位置に来た場合、ターゲット２１の平面ＳＵ３に対して、成膜対象面Ｗａは平行となり、成膜対象面Ｗｂは直交する角度となる。また、図３に示すように、ワークＷが、ターゲット２１の平面ＳＵ３に最も接近する位置に来た場合、ターゲット２１の平面ＳＵ３に対して、成膜対象面Ｗｂは平行に近い角度となり、成膜対象面Ｗａは成膜対象面Ｗｂよりも大きな傾斜角で向き合う。

このように、成膜対象面Ｗａ及び成膜対象面Ｗｂについてターゲット２１の平面ＳＵ３に対する角度及び距離を変化させながらスパッタリングを行うと、上記のように、成膜対象面Ｗａと成膜対象面Ｗｂの成膜量の差が相殺され、全体として均一な厚みの成膜がなされる。

（実験結果）
このような成膜処理の実験結果を、図９を参照して説明する。この実験においては、ワークＷの成膜対象面Ｗａを上面、成膜対象面Ｗｂを側面とする。まず、比較例は、第１の傾斜角度θ１が０°、第２の傾斜角度θ２が０°、自転軌道面ＳＵ１とターゲット２１の平面ＳＵ３の角度が１８０°の場合である。この場合、ターゲット２１の平面ＳＵ３に対して、ワークＷの上面は常に平行である。すると、ワークＷの上面に非常に厚く成膜されてしまうことになる。これを、図９では、成膜が均一とならないことを示す「×」で表す。

一方、実施例１は、第１の傾斜角度θ１が４０°、第２の傾斜角度θ２が４０°、ワークＷがターゲット２１に最接近したときに、自転軌道面ＳＵ１とターゲット２１の平面ＳＵ３の角度（図３にαで示す）が１００°の場合である。この場合、自転部４がターゲット２１に最接近したときに、ワークＷの上面も側面も、ターゲット２１の平面ＳＵ３に傾斜角度を持って対向する。そして、側面は平面ＳＵ３に対して平行に近く、上面は平面ＳＵ３に対して傾斜が大きい。このため、上記の実施形態で説明した通り、ワークＷの上面及び側面に均一に成膜される。これを、図９では、成膜の均一性が非常に良好であることを示す「◎」で表す。

実施例２は、第１の傾斜角度θ１が４５°、第２の傾斜角度θ２が４５°、ワークＷがターゲット２１に最接近したときに、自転軌道面ＳＵ１とターゲット２１の平面ＳＵ３の角度αが９０°の場合である。この場合、ワークＷがターゲット２１に最接近したときに、ターゲット２１の平面ＳＵ３に対して、ワークＷの側面が平行となるが、上面は直交する角度となる。この場合、ワークＷの側面の膜厚が上面の膜厚に比べて僅かに厚くなるが、ほぼ均一といえる状態が得られる。これを、図９では、成膜の均一性が良好であることを示す「○」で表す。

以上の結果から、第１の傾斜角度θ１及び第２の傾斜角度θ２を４０°とすれば、上面及び側面に最も均一な成膜が可能となる。但し、製品によって要求される均一の程度は異なる。このため、第１の傾斜角度θ１と第２の傾斜角度θ２を、０°より大きく、４５°以下の角度にすることが好ましい。また、第１の傾斜角度θ１と第２の傾斜角度θ２の設定を、この範囲内で変えることにより、上面と側面の膜厚比率を調整することができる。

［効果］
以上のような本実施形態では、平面ＳＵ３を含む成膜材料のターゲット２１と、ターゲット２１に電力を印加する電源部３と、ワークＷを自転軸ＡＸ１を中心として自転させる自転部４と、自転部４を自転軸ＡＸ１とは別の公転軸ＡＸ２を中心に公転させることによりターゲット２１に対するワークＷの接近と離隔を反復させる公転部５と、を有し、自転中及び公転中における自転軸ＡＸ１は、これに直交する自転軌道面ＳＵ１が公転軸ＡＸ２に直交する公転軌道面ＳＵ２に対して第１の傾斜角度θ１を有する角度に固定され、ターゲット２１は、平面ＳＵ３が公転軌道面ＳＵ２に対して第２の傾斜角度θ２を有する角度に固定されている。

以上のような本実施形態では、ワークＷを自転させる自転部４の自転軸ＡＸ１と、ターゲット２１の平面ＳＵ３とを、公転軌道面ＳＵ２に対して傾斜させることにより、自転するワークＷが、ターゲットＷの平面ＳＵ３に対して、角度を変化させながら、且つ、接近と離隔を反復することにより距離を変えながら成膜を行う。このため、成膜量が成膜対象面Ｗａ、Ｗｂの全体に分散され、均一な成膜が実現できる。

また、ターゲットＷの平面ＳＵ３に対してワークＷの角度を変化させながら成膜を行なう構成でありながら、自転中及び公転中における第１の傾斜角度は固定されているので、成膜中の角度調整を必要とすることによる構造の複雑化を防止して、簡素な構成で均一な成膜が実現できる。

特に、本実施形態では、第１の傾斜角度θ１を、自転部４がターゲット２１に最も接近した位置において、自転軸ＡＸ１がターゲット２１の平面ＳＵ３と非平行となる角度に設定されている。このため、成膜量が非常に多くなる、ワークＷがターゲット２１へ最接近する位置においても、成膜対象面Ｗａ、Ｗｂの両者が、ターゲット２１の平面ＳＵ３と直交する角度とならずに傾斜した状態でターゲット２１に向き合うので、成膜対象面Ｗａ、Ｗｂの一方に成膜がなされない状態が回避され、成膜量が全体としてより均一になる。

また、本実施形態では、第１の傾斜角度θ１は、自転部４がターゲット２１から最も離隔した位置において、自転軌道面ＳＵ１がターゲット２１の平面ＳＵ３と平行となる角度である。このように、ワークＷがターゲット２１から離隔している場合には、全体の成膜量が少なくなるため、成膜対象面Ｗａ、Ｗｂとターゲット２１の平面ＳＵ３とが成す角度が異なっても、成膜対象面Ｗａ、Ｗｂへの成膜量の差は少なく、全体として均一に成膜される。

さらに、本実施形態では、第１の傾斜角度θ１と第２の傾斜角度θ２が同一である。このため、ターゲット２１の角度に、自転部４の自転軌道面ＳＵ１の角度を合わせればよく、成膜装置１００の設計及び調整が容易となる。

また、本実施形態では、自転部４によるワークＷの自転の回転速度が、公転部５によるワークＷの公転の回転速度よりも速い。つまり、ワークＷが１回公転する間に、ワークＷが１回よりも多く自転する。このため、ワークＷの成膜対象面Ｗａ、Ｗｂにおけるターゲット２１に対向する時間のばらつきが解消され、全体として均一な成膜が実現できる。なお、ワークＷの自転の回転速度は、ワークＷの公転の回転速度よりも速い速度であるが、公転の回転速度の整数倍ではない回転速度、例えば、２．１倍や２．３倍等の回転速度とすると良い。このような回転速度に設定すると、例えば、公転によってワークＷがターゲット２１に最接近する位置に来る毎に、ワークＷの成膜対象面Ｗｂの中でターゲットＷの平面ＳＵ３に対向する部分を異ならせることができる。これにより、成膜対象面Ｗａ、Ｗｂ上における成膜の偏りを、より一層低減させることができる。

［他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様も含む。
（１）ターゲットは、複数配設されていてもよい。これにより、自転及び公転するワークが、各ターゲットに対して上記と同様の角度及び距離の変化を繰り返すので、ターゲット毎の僅かな位置や角度、特性の相違等が相殺されて、全体としての均一化を達成しやすくなる。しかも、１つのワークに対する成膜処理を高速化することができる。この場合にも、ターゲット毎に、第１の傾斜角度、第２の傾斜角度の関係が成立するように、各ターゲット、自転部及び公転部が構成されているものとする。例えば、図１０に示すように、一対のスパッタ源２及び電源３を、公転軸ＡＸ２に対して対称となる位置関係に設けることができる。なお、ターゲットの数は、２つには限定されず、３つ以上であってもよい。さらに、複数のターゲットは、公転軸ＡＸ２を中心とする円周上に等間隔で配置しても良いし、不等間隔で配置しても良い。

また、自転部は、複数配設されていてもよい。これにより、成膜されるワークの生産効率を高めることができる。この場合にも、自転部毎に、第１の傾斜角度、第２の傾斜角度の関係が成立するように、ターゲット、各自転部及び公転部が構成されているものとする。例えば、図１１に示すように、一対の自転部４を公転軸ＡＸ２に対して対称となる位置関係に設けることができる。なお、自転部の数は、２つには限定されず、３つ以上であってもよい。

さらに、ターゲット及び自転部を複数設けてもよい。この場合にも、各ターゲット及び各自転部に、第１の傾斜角度、第２の傾斜角度の関係が成立するように、各ターゲット、各自転部及び公転部が構成されているものとする。例えば、図１２に示すように、一対のターゲット２１及び一対の自転部４を、公転軸ＡＸ２に対して対称となる位置関係に設けることができる。なお、ターゲット及び自転部の数は、２つには限定されず、３つ以上であってもよい。

なお、上記のように、ターゲット、自転部の双方又は一方を複数設ける場合であっても、各ターゲット、各自転部における第１の傾斜角度、第２の傾斜角度の関係は同じとすればよいため、設計は容易である。第１の傾斜角度、第２の傾斜角度を同一とした場合には、設計がより簡単となる。さらに、成膜中に第１の傾斜角度を変える場合に比べて、制御構成を簡略化できるので、多数のターゲット又は自転部を設けても、制御構成の複雑化が防止できる。

（２）第１の傾斜角度が可変に設けられていてもよい。自転軸を公転部に対して角度変更可能に設け、成膜処理の前に、自転軸の第１の傾斜角度を変えることも可能である。つまり、第１の傾斜角度は、ワークが接近した時に、異なる成膜対象面がそれぞれターゲットの平面に傾斜して向き合う角度であればよく、第１の傾斜角度が第２の傾斜角度と同一である必要はない。例えば、自転部の支持体を、公転部の回転部材に軸を中心に回動可能に設ける、可撓性を有する部材とする等により、角度変更可能に構成することが考えられる。但し、この場合にも、公転中及び自転中は第１の傾斜角度は固定である。

（３）公転部の構成及び自転部の公転部に対する支持構成は、上記の態様には限定されない。公転部の回転部材を、回転半径方向に伸びた棒状のアームとすることもできる。また、自転部の支持体を、公転部に連続して又は接続されて立設された棒状のアームにより、駆動部を支持する構成とすることもできる。

また、自転部４は、公転軸に直交する方向の位置を可変に設けてもよい。つまり、第１の傾斜角度及び第２の傾斜角度の関係を維持したまま、自転部の公転の半径方向の位置を変えることによって、成膜条件を変えることができる。例えば、自転部を、公転部の回転部材の半径方向にスライド移動可能に、且つ所望の位置で固定可能に設けることが考えられる。これにより、例えば、自転部の位置を公転軸に近づけることにより、ワークがターゲットに接近したときと離隔したときとの膜厚差を小さくすることができる。このため、上記の実施例２で示した４５°の態様であっても、側面が僅かに厚くなる傾向を抑えて、均一にすることができる。

自転部の駆動部、公転部の駆動部は、モータによる回転軸のダイレクトドライブ構成としても、モータを駆動源とする回転軸のギヤドライブ機構、ベルトドライブ機構等であってもよい。自転部の自転軸に対するワークの取り付け方法についても、公知のあらゆる技術を適用可能である。この自転軸に対するワークの取り付け角度によっても、膜厚が変化する。但し、各ワークにばらつきのない一定の成膜結果を得る場合には、自転軸に対して、１つの成膜対象面が直交する角度に取り付けられることが望ましい。また、自転の回転速度、公転の回転速度を調整することによっても、成膜条件を変えることができる。

（４）成膜対象となるワークの形状も、上記の実施形態で示したものには限定されない。上記の実施形態では、平面である成膜対象面Ｗａと曲面である成膜対象面Ｗｂの二面をスパッタリングにより成膜する事例を示した。このように、ワークは、複数の投影面に対応する成膜対象面を有する立体物として捉えることができる。

例えば、図１３に示すように、ワークＷが、単純な形状でない立体物の場合、直交する２方向から投影することにより、直交する２つの投影面Ｐａ、Ｐｂを形成する。投影面Ｐａがターゲットに対向した時に、投影面Ｐａに対応するワークＷの表面がほぼ成膜対象面となる。投影面Ｐｂがターゲットに対向した時に、投影面Ｐｂに対応するワークＷの表面がほぼ成膜対象面となる。ワークＷは自転することにより、ワークＷに向かう投影面は、ＰａからＰｂの間を無断階に変化する。

但し、ターゲットの平面の角度、ワークＷの回転軸への取り付け角度等の諸条件によって、投影面の形状は異なる。また、印加電力、スパッタガスの量や種類、ターゲットの大きさや材料等の諸条件により、成膜材料の照射領域も異なる。このため、諸条件に応じて、投影面、成膜対象面は変化する。

上記のように、立体物であるワークは、多面体、曲面体、複合体を含み、凹凸がある形状であってもよい。ワークの成膜対象面が複数ある場合の境界は、角を形成していても、丸みを帯びていてもよい。成膜対象面に境界と呼べるものがなく連続しているが、各部の角度が異なる面であってもよい。さらに、ワーク全体の形状又は成膜対象面の形状は、特定の軸を基準とする対象形状でなくてもよい。また、例えば、曲面を成膜対象面として、自転軸に直交する角度に取り付ける場合には、自転軸に直交する成膜対象面の角度は、曲面の接線方向又は投影面方向とする。

１ チャンバ
２ スパッタ源
３ 電源部
４ 自転部
５ 公転部
６ 制御装置
１１ 真空室
２１ ターゲット
２２ バッキングプレート
２３ 電極
４１ 駆動部
４２ 支持体
５１ 駆動部
５２ 回転部材
６０ 機構制御部
６１ 記憶部
６２ 設定部
６３ 入出力制御部
６４ 入力装置
６５ 出力装置
１００ 成膜装置
ＡＸ１ 自転軸
ＡＸ２ 公転軸
Ｍ 成膜材料
ＳＵ１ 自転軌道面
ＳＵ２ 公転軌道面
ＳＵ３ 平面
Ｗａ、Ｗｂ 成膜対象面
θ１ 第１の傾斜角度
θ２ 第２の傾斜角度

上記の目的を達成するため、実施形態の成膜装置は、平面を含む成膜材料のターゲットと、ターゲットに電力を印加する電源部と、成膜対象であるワークを前記自転軸を中心として自転させる自転部と、前記自転部を、前記自転軸とは別の公転軸を中心に公転させることにより、前記ターゲットに対する前記ワークの接近と離隔を反復させる公転部と、を有し、自転中及び公転中における前記自転軸は、これに直交する自転軌道面が前記公転軸に直交する公転軌道面に対して第１の傾斜角度となる角度に固定され、前記ターゲットは、前記平面が前記公転軌道面に対して第２の傾斜角度となる角度に固定されている。

前記自転部による前記ワークの自転の回転速度が、前記公転部による前記ワークの公転の回転速度より速くてもよい。前記ターゲットは、複数配設されていてもよい。前記自転部は、複数配設されていてもよい。前記自転部は、前記公転軸に直交する方向の位置を可変に設けられていてもよい。前記第１の傾斜角度が可変に設けられていてもよい。

なお、上記の各態様は、成膜ワーク製造方法の発明としても捉えることができる。つまり、本発明の成膜ワークの製造方法は、自転部の自転軸に支持された成膜対象であるワークを、前記自転軸を中心に自転させながら、前記自転部を支持する公転部が、前記自転軸とは別の公転軸を中心に公転させるステップと、電源部が、成膜材料のターゲットに電力を印加することにより、前記ターゲットの平面の周囲に導入されたスパッタガスをプラズマ化させ、前記成膜材料を前記ワークの成膜対象面に堆積させるステップと、を含み、前記自転軸に直交する自転軌道面は、前記公転軸に直交する公転軌道面に対して、成膜中に固定されている第１の傾斜角度を有し、前記ターゲットは、前記平面が前記公転軌道面に対して第２の傾斜角度となる角度に固定されている。

すると、成膜対象面Ｗａは、自転軌道面ＳＵ１と一致又は平行となる。これにより、図２に示すように、ワークＷがターゲット２１から最も離隔した位置に来た場合には、成膜対象面Ｗａは、ターゲット２１の平面ＳＵ３に平行となる。また、図３に示すように、ワークＷがターゲット２１に最も接近した位置に来た場合には、自転軸ＡＸ１と平行な成膜対象面Ｗｂが、ターゲット２１の平面ＳＵ３に傾斜した角度で向き合うばかりでなく、これに直交する成膜対象面Ｗａも、ターゲット２１の平面ＳＵ３に傾斜した角度で向き合う。

例えば、図１３に示すように、ワークＷが、単純な形状でない立体物の場合、直交する２方向から投影することにより、直交する２つの投影面Ｐａ、Ｐｂを形成する。投影面Ｐａがターゲットに対向した時に、投影面Ｐａに対応するワークＷの表面がほぼ成膜対象面となる。投影面Ｐｂがターゲットに対向した時に、投影面Ｐｂに対応するワークＷの表面がほぼ成膜対象面となる。ワークＷは自転することにより、ワークＷに向かう投影面は、ＰａからＰｂの間を無段階に変化する。

Claims (14)

1. 平面を含む成膜材料のターゲットと、
   ターゲットに電力を印加する電源部と、
   成膜対象であるワークを自転軸を中心として自転させる自転部と、
   前記自転部を、前記自転軸とは別の公転軸を中心に公転させることにより、前記ターゲットに対する前記ワークの接近と離隔を反復させる公転部と、
   を有し、
   自転中及び公転中における前記自転軸は、これに直交する前記自転軌道面が前記公転軸に直交する公転軌道面に対して第１の傾斜角度となる角度に固定され、
   前記ターゲットは、前記平面が前記公転軌道面に対して第２の傾斜角度となる角度に固定されていることを特徴とする成膜装置。
2. 前記第１の傾斜角度は、前記自転部が前記ターゲットに最も接近した位置において、前記自転軸が前記ターゲットの平面と非平行となる角度であることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 前記第１の傾斜角度は、前記自転部が前記ターゲットから最も離隔した位置において、前記自転軌道面が前記ターゲットの平面と平行となる角度であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の成膜装置。
4. 前記第１の傾斜角度と前記第２の傾斜角度が同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜装置。
5. 前記自転部による前記ワークの自転の回転速度が、前記公転部による前記ワークの公転の回転速度よりも速いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成膜装置。
6. 前記ターゲットは、複数配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の成膜装置。
7. 前記自転部は、複数配設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の成膜装置。
8. 前記自転部は、前記公転軸に直交する方向の位置を可変に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の成膜装置。
9. 前記第１の傾斜角度が可変に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の成膜装置。
10. 自転部の自転軸に支持された成膜対象であるワークを、前記自転軸を中心に自転させながら、前記自転部を支持する公転部が、前記自転軸とは別の公転軸を中心に公転させるステップと、
    電源部が、成膜材料のターゲットに電力を印加することにより、前記ターゲットの平面の周囲に導入されたスパッタガスをプラズマ化させ、前記成膜材料を前記ワークの成膜対象面に堆積させるステップと、
    を含み、
    前記自転軸に直交する前記自転軌道面は、前記公転軸に直交する公転軌道面に対して、成膜中に固定されている第１の傾斜角度を有し、
    前記ターゲットは、前記平面が前記公転軌道面に対して第２の傾斜角度となる角度に固定されていることを特徴とする成膜ワークの製造方法。
11. 前記公転部は、前記自転部を公転させることにより、前記ターゲットに対する前記ワークの接近と離隔を反復させることを特徴とする請求項１０記載の成膜ワークの製造方法。
12. 前記第１の傾斜角度は、前記自転部が前記ターゲットに最も接近した位置において、前記自転軸が前記ターゲットの平面と非平行となる角度であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の成膜ワークの製造方法。
13. 前記第１の傾斜角度は、前記自転部が前記ターゲットから最も離隔した位置において、前記自転軌道面が前記ターゲットの平面と平行となる角度であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の成膜ワークの製造方法。
14. 前記自転軸に支持された前記ワークは、前記自転軌道面に平行な角度の面と、前記自転軌道面に直交する角度の面とを、成膜対象とすることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の成膜ワークの製造方法。

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