説明

スパッタ成膜装置

【課題】
ターゲット材料の使用効率を良くできると共に形成される膜の均一性に優れたスパッタ成膜装置を提供する。
【解決手段】
本発明によるスパッタ成膜装置では、基板ホルダを回転させかつターゲットに対する距離を変えるため垂直方向に移動させる基板駆動装置と、カソード電極を基板の表面に平行に移動させるカソード電極水平方向駆動装置と、基板駆動装置及びカソード電極水平方向駆動装置に接続され、基板駆動装置による基板の回転及び垂直方向移動、並びにカソード電極水平方向駆動装置によるターゲットの水平移動を制御して、基板の表面形状に応じて基板とターゲットとの距離及び基板に対するターゲットの位置を調整する制御装置とが設けられる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、大面積基板や凹凸レンズのような基板のスパッタ成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、大面積基板に膜厚の均一性良く膜を成長させるために、基板より大きい径のスパッタターゲットを基板から遠く離して配置するのが一般的である。
【0003】
このような方法では、基板の面積の増大に応じて、スパッタターゲットが大型になる。そのため、大型化によりターゲット材料の費用が嵩むと共に、スパッタターゲットと基板との距離を遠くするために、ターゲットの使用効率も低下する。また、凹凸基板に成膜する場合には、基板の成膜すべき表面形状に応じて成膜条件を個々に最適化する必要がある。
【0004】
この問題を解決するため、最近では小径のターゲットを基板に対して斜めに配置し、基板を自転させる方法が採られている(特許文献1、2参照)。
【0005】
また、基板とターゲットとの間隔を調整できるように基板ホルダを軸線方向に移動可能に構成し、一方基板より小径のターゲットを、基板の中心軸線からの距離を調整できるように構成したスパッタリング方法及び装置も提案されている(特許文献3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2003−293129号公開特許公報
【特許文献2】特開平11−189873号公開特許公報
【特許文献3】特開2004−169172号公開特許公報
【0007】
しかし、かかる方法では、膜厚の均一性を±1%にまで良好にするためには、スパッタターゲットと基板との距離を離さなければならず、そのためターゲットの使用効率は依然として改善されず、また材料やスパッタ条件に応じてスパッタターゲットと基板との相対配置を最適化しなければならならないという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
一般的に、ターゲットがスパッタされる際に、ターゲット面に垂直な方向以外にも材料が広がって飛び対向する面に堆積される。この広がり方は、ターゲットの垂直軸からの角度の余弦関数にほぼ比例すると言われている。また、ターゲットと基板との距離が大きくなればなるほど、基板に堆積する割合が減少するので、ターゲット材料の使用効率は低下する。
【0009】
そこで、本発明では、処理すべき表面が平面状でない基板に対してスパッタカソードを可及的に近づけて配置してターゲット材料の使用効率を向上させることを意図している。しかし、基板に対してスパッタカソードを可及的に近づけて配置すると、スパッタ放電の維持や膜の均一性の点で問題がある。
【0010】
本発明は、このような問題を解決して、ターゲット材料の使用効率を良くできると共に形成される膜の均一性に優れたスパッタ成膜装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の目的を達成するために、本発明の第1の発明によれば、
真空チャンバ内に、基板を保持する基板ホルダと、基板のサイズより小さいターゲットの装着されるカソード電極とを対向させて設け、基板とターゲットとを相対的に動かしながら基板上に薄膜を成長させるスパッタ成膜装置であって、
基板ホルダを回転させかつターゲットに対する距離を変えるため垂直方向に移動させる基板駆動装置と、
カソード電極を基板の表面に平行に移動させるカソード電極水平方向駆動装置と、
基板駆動装置及びカソード電極水平方向駆動装置に接続され、基板駆動装置による基板の回転及び垂直方向移動、並びにカソード電極水平方向駆動装置によるターゲットの水平移動を制御して、基板の表面形状に応じて基板とターゲットとの距離及び基板に対するターゲットの位置を調整する制御装置と
を設けたことを特徴としている。
【0012】
カソード電極はマグネトロン型のものであることができ、マグネトロン磁石を揺動させる揺動手段が設けられ得る。マグネトロン型のカソード電極を使用した場合には、マグネトロン磁石を固定していると、ターゲットの消耗は円周上の狭い領域に限られ、使用効率は悪くなるが、マグネトロン磁石を揺動させる揺動手段が設けたことによってターゲットのエロージョン領域は広くなり使用効率を実質的に向上させることができる。
【0013】
基板駆動装置及びカソード電極移動装置は、基板の表面形状に応じて、基板とターゲットとの距離及びターゲットの位置を調整するように構成され得る。基板とターゲットとの距離が小さくなると、局所的に成膜が行われるため、基板上の形成される膜厚の均一性が悪くなる。特にこの傾向は例えば成膜すべき基板が凹凸形状である場合に顕著に現れる。本発明では、基板駆動装置及びカソード電極移動装置により、基板の表面形状に応じて、基板とターゲットとの距離及びターゲットの位置を調整することによって、ターゲットの移動を最適化し、それにより膜厚の均一性の調節を行うことができる。特に、光学薄膜をレンズ等に形成する場合に、レンズ等の凹凸形状の変化に応じて最適な成膜条件を得ることが容易になる。
【0014】
ターゲットへ供給される電力は直流電力と交流電力とを重畳したものから成り得る。これにより、放電電圧を低下させることができ、放電による基板への影響を緩和させることができる。
【0015】
ターゲットは、位置調整可能な複数のターゲットから成り得る。
【0016】
また、本発明の第2の発明によれば、
真空チャンバ内に、基板を保持する基板ホルダと、基板のサイズより小さいターゲットの装着されるカソード電極とを対向させて設け、基板とターゲットとを相対的に動かしながら基板上に薄膜を成長させるスパッタ成膜装置であって、
基板ホルダを回転させかつターゲットに対する距離を変えるため垂直方向に移動させる基板駆動装置と、
基板ホルダの回転軸線に対して偏心した回転軸線のまわりでカソード電極を水平面内で回転移動させるカソード電極水平方向回転駆動装置と、
基板駆動装置及びカソード電極水平方向回転駆動装置に接続され、基板駆動装置による基板の回転及び垂直方向移動、並びにカソード電極水平方向回転駆動装置によるターゲットの水平移動を制御して、基板の表面形状に応じて基板とターゲットとの距離及び基板に対するターゲットの位置を調整する動作制御装置と
を設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【0017】
このように構成した本発明の成膜装置では、スパッタターゲットを基板に近づけて配置することにより、ターゲットの使用効率を向上させることができる。
【0018】
また、カソード電極はマグネトロン型のものであることができ、マグネトロン磁石を揺動させる揺動手段が設けられ得る。マグネトロン型のカソード電極を使用した場合には、マグネトロン磁石を揺動させる揺動手段が設けたことにより、ターゲットのエロージョン領域が広くなってターゲット材料の消耗が均一となり、ターゲットの使用効率を向上させることができる。
また、基板の表面形状に応じて、基板とターゲットとの距離及びターゲットの位置を調整する基板駆動装置及びカソード電極移動装置を設けたことによって、ターゲットの移動は最適化され、それにより膜厚の均一性の調節を行うことができるようになる。さらに、ターゲットへ供給される電力を直流電力と交流電力とを重畳したものにした場合には、放電電圧を低下させることができ、放電による基板への影響を緩和させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の一実施形態によるスパッタ成膜装置の構成を示す概略部分断面図。
【図2】本発明の別の実施形態によるスパッタ成膜装置の構成を示す概略部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【0021】
図1には、凹レンズの成膜に適用した本発明のスパッタ成膜装置の一実施形態を示し、1は真空チャンバで、この真空チャンバ1内には基板すなわち凹レンズ2を保持する基板ホルダ3が配置され、この基板ホルダ3は、真空チャンバ1の壁に設けた密封軸受け部材4を通って外部へのびる回転駆動軸5により外部の基板駆動装置6によって、回転及び上下方向に移動可能に構成されている。
【0022】
基板ホルダ3に対向して、真空チャンバ1内にはカソード電極組立体7が配置され、このカソード電極組立体7は、表面側にターゲット8を装着する電極本体9と、電極本体9の裏面に設けた永久磁石10とを備えている。電極本体9は絶縁体11を介して、断面L型の支持ハウジング12の一端に固定されている。支持ハウジング12の他端のフランジ13は水平方向駆動部材14の一端に接続され、また蛇腹装置15により真空チャンバ1の開口1aに密封して取付けられている。水平方向駆動棒14の他端は水平方向駆動装置16に接続されている。
【0023】
支持ハウジング12の内部には永久磁石10の揺動装置17が取付けられ、この揺動装置17は、支持部材18に取付けられた駆動モータ19と、駆動モータ18の回転運動を揺動運動に変換する変換機構20とを備えている。また21は電極本体9に、直流電力と交流電力とを重畳した電力を供給する電力供給導体であり、また22は電極本体9に冷却水を供給する冷却水導管である。ブロック23は基板駆動装置6、水平方向駆動装置16及び永久磁石10の揺動装置17の動作を制御する制御装置である。なお、図示していないが、真空チャンバ1にはその内部を排気する排気系、必要とされるスパッタガス供給系が接続される。
【0024】
このように構成した図示装置の動作において、ターゲット8の水平方向の移動により基板である凹レンズ2の凹面とターゲット8との距離が変動すると、制御装置23からの制御信号により、基板駆動装置6は、ターゲット8の水平方向の移動に応じて、垂直方向に基板ホルダ3を移動させ、基板2とターゲット8との距離を最適化する。すなわち水平方向駆動装置16によるターゲット8の水平方向移動と基板2の垂直方向移動は実質的に同期させて実施するようにできる。また基板駆動装置6による基板2の回転も制御装置23からの制御信号により制御され得る。
【0025】
図2には、凸レンズの成膜に適用した本発明のスパッタ成膜装置の別の実施形態を示ししている。図2に示す装置において、31は真空チャンバであり、この真空チャンバ31内には基板すなわち凸レンズ32を保持する基板ホルダ33が配置され、この基板ホルダ33は、真空チャンバ31の壁に設けた密封軸受け部材34を通って外部へのびる回転駆動軸35により外部の基板駆動装置36によって、回転可能にかつ上下方向に移動可能に構成されている。
【0026】
基板ホルダ33に対向して、真空チャンバ31内にはカソード電極組立体37が設けられている。このカソード電極組立体37は、表面側にターゲット38を装着する電極本体39と、電極本体39の裏面に設けた永久磁石40とを備えている。電極本体39は絶縁体41を介して、断面クランク型の回転支持ハウジング42の一端に固定されている。回転支持ハウジング42は真空チャンバ1の開口1aに密封して取付けられた軸受装置43により回動自在に支持され、回転支持ハウジング42の他端すなわち外方端には、歯車44が取付けられ、モータ45の出力軸に装着した駆動歯車45aと噛合うように構成されている。また回転支持ハウジング42の他端にはカソード電極組立体37の制御装置46が設けられている。モータ45はカソード電極水平方向回転駆動装置を構成しており、図2から認められように、カソード電極組立体37は、基板ホルダ33の回転軸線に対して偏心した回転軸線のまわりで水平面内で回転移動される。
【0027】
回転支持ハウジング42の内部には永久磁石40の揺動装置47が取付けられ、この揺動装置47は、支持部材48に取付けられた駆動モータ49と、駆動モータ49の回転運動を揺動運動に変換する変換機構50とを備えている。また回転支持ハウジング42の内部には、電極本体9に直流電力と交流電力とを重畳した電力を供給する電力供給導体51及び電極本体9に冷却水を供給する冷却水導管52が挿置されている。ブロック23は基板駆動装置36、カソード電極組立体37のモータ45及びカソード電極組立体37の制御装置46は動作制御装置53に接続され、それぞれの装置の動作及び関連動作を制御できるようにされている。なお、図示していないが、真空チャンバ31にはその内部を排気する排気系、必要とされるスパッタガス供給系が接続される。
【0028】
このように構成した図示装置の動作において、ターゲット38の水平方向の移動により基板である凸レンズ32の凸面とターゲット38との距離が変動すると、制御装置53からの制御信号により、基板駆動装置36は、ターゲット38の水平方向の移動に応じて、垂直方向に基板ホルダ33を移動させ、基板32とターゲット38との距離を最適化する。すなわちモータ46によるターゲット38の水平方向移動と基板32の垂直方向移動は実質的に同期させて実施するようにできる。また基板駆動装置36による基板32の回転も制御装置53からの制御信号により制御され得る。
【0029】
ところで、上述の実施形態では、基板として凹凸レンズの場合について例示しているが、他の光学系基板やその他の基板についても同様に適用できる。また上述の実施形態では、カソード電極組立体におけるマグネトロン磁石を揺動させるように構成しているが、マグネトロン磁石を揺動させないで実施することもできる。さらに、カソード電極組立体をマグネトロン型に構成する代わりに、磁石を用いないカソード電極組立体として構成することも可能である。
【符号の説明】
【0030】
1:真空チャンバ
2:凹レンズ
3:基板ホルダ
4:密封軸受け部材
5:回転駆動軸
6:基板駆動装置
7:カソード電極組立体
8:ターゲット
9:電極本体
10:永久磁石
11:絶縁体
12:支持ハウジング
13:支持ハウジング12の他端のフランジ
14:水平方向駆動部材
15:蛇腹装置
16:水平方向駆動装置
17:揺動装置
18:支持部材
19:駆動モータ
20:変換機構
21:電力供給導体
22:冷却水導管
23:制御装置
31:真空チャンバ
32:凸レンズ
33:基板ホルダ
34:密封軸受け部材
35:回転駆動軸
36:基板駆動装置
37:カソード電極組立体
38:ターゲット
39:電極本体
40:永久磁石
41:絶縁体
42:回転支持ハウジング
43:軸受装置
44:歯車
45:モータ
46:カソード電極組立体37の制御装置
47:揺動装置
48:支持部材
49:駆動モータ
50:変換機構
51:電力供給導体
52:冷却水導管
53:動作制御装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
真空チャンバ内に、基板を保持する基板ホルダと、基板のサイズより小さいターゲットの装着されるカソード電極とを対向させて設け、基板とターゲットとを相対的に動かしながら基板上に薄膜を成長させるスパッタ成膜装置であって、
基板ホルダを回転させかつターゲットに対する距離を変えるため垂直方向に移動させる基板駆動装置と、
カソード電極を基板の表面に平行に移動させるカソード電極水平方向駆動装置と、
基板駆動装置及びカソード電極水平方向駆動装置に接続され、基板駆動装置による基板の回転及び垂直方向移動、並びにカソード電極水平方向駆動装置によるターゲットの水平移動を制御して、基板の表面形状に応じて基板とターゲットとの距離及び基板に対するターゲットの位置を調整する制御装置と
を設けたことを特徴とするスパッタ成膜装置。
【請求項2】
カソード電極がマグネトロン型のものであり、マグネトロン磁石を揺動させる揺動手段を備え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】
ターゲットへ供給される電力が直流電力と交流電力とを重畳したものから成ることを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜装置。
【請求項4】
ターゲットが位置調整可能な複数のターゲットから成ることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項5】
基板が凹状の曲面を有することを特徴とする請求項1〜4いずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項6】
真空チャンバ内に、基板を保持する基板ホルダと、基板のサイズより小さいターゲットの装着されるカソード電極とを対向させて設け、基板とターゲットとを相対的に動かしながら基板上に薄膜を成長させるスパッタ成膜装置であって、
基板ホルダを回転させかつターゲットに対する距離を変えるため垂直方向に移動させる基板駆動装置と、
基板ホルダの回転軸線に対して偏心した回転軸線のまわりでカソード電極を水平面内で回転移動させるカソード電極水平方向回転駆動装置と、
基板駆動装置及びカソード電極水平方向回転駆動装置に接続され、基板駆動装置による基板の回転及び垂直方向移動、並びにカソード電極水平方向回転駆動装置によるターゲットの水平移動を制御して、基板の表面形状に応じて基板とターゲットとの距離及び基板に対するターゲットの位置を調整する動作制御装置と
を設けたことを特徴とするスパッタ成膜装置。
【請求項7】
カソード電極がマグネトロン型のものであり、マグネトロン磁石を揺動させる揺動手段を備えていることを特徴とする請求項6に記載の成膜装置。
【請求項8】
ターゲットへ供給される電力が直流電力と交流電力とを重畳したものから成ることを特徴とする請求項6又は7に記載の成膜装置。
【請求項9】
ターゲットが位置調整可能な複数のターゲットから成ることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項10】
基板が凹状の曲面を有することを特徴とする請求項6〜9いずれか一項に記載の成膜装置。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2012−158835(P2012−158835A)
【公開日】平成24年8月23日(2012.8.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−111323(P2012−111323)
【出願日】平成24年5月15日(2012.5.15)
【分割の表示】特願2006−2664(P2006−2664)の分割
【原出願日】平成18年1月10日(2006.1.10)
【出願人】(000231464)株式会社アルバック (1,740)
【Fターム(参考)】