(57)【要約】【課題】成膜面に付着する異物の発生を低減することができる自公転機構を有するバイアススパッタ装置を提供する。【解決手段】自公転機構を有する基板ホルダ１２を備えたバイアススパッタ装置１において、基板ホルダ１２は公転部材２１と自転ホルダ２３とを有してなり、自転ホルダ２３に取り付けられたそれぞれの基板１４の裏面側には、基板１４から０．５〜１０ｍｍ離間した位置に、基板１４と同等サイズの円板状の基板電極３０が設けられている。
2009154196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイアススパッタ装置に係り、特に、自公転式基板ホルダを備えるバイアススパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に使用されているバイアススパッタ装置においては、真空容器内に対向して配設された基板側とターゲットのそれぞれにスパッタ用電力が印加されるように構成されており、基板とターゲットの間にプラズマを発生させて、ターゲット状の成膜物質をイオンでスパッタしながら薄膜を形成することができる（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、バイアススパッタ装置においては、光学デバイス、半導体デバイスなどの薄膜デバイスの品質及び歩留まりの向上のために様々な対策が施されている。
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）。【０００４】
また、膜厚モニタを用いたリアルタイムの膜厚計測結果に基づく成膜時間及び成膜電力の制御によって膜厚の安定化を図る方法や、基板ホルダを自転及び公転させながら成膜を行う方法、若しくは、基板ホルダとターゲットの間に補正板機構を設けて高精度に膜厚を制御する試みがなされている（例えば、特許文献３乃至６参照）。
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）。【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２９４４１号公報
【特許文献２】特開１９９７−０８７８３５号公報
【特許文献３】特開２００２−０３０４３５号公報
【特許文献４】特開２００６−２６５６９２号公報
【特許文献５】特開１９９５−２９２４７１号公報
【特許文献６】特開２００６−０７０３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、バイアススパッタ装置では、基板ホルダ全体にスパッタ用電源が印加されることから、基板ホルダ部分にもターゲットからスパッタされた成膜物質が付着して成膜されてしまうこととなる。この基板以外の部分（例えば、基板ホルダ）に付着した成膜物質は、基板ホルダ表面の凹凸部分や、基板の取り付け部分の段差近傍では、不均一な膜厚に成膜される傾向がある。特に、基板の近傍に積層された不均一な膜が、成膜中のボンバード処理によるイオンの衝突で剥離した場合、この剥離した膜が異物として成膜中の基板に付着して、成膜不良を起こす原因となっていた。【０００７】
また、大型のドーム状の基板ホルダを備えるバイアススパッタ装置では、スパッタ用電源が印加される基板ホルダの面積が大きいため、基板ホルダ全体のセルフバイアスの電位を高くすることが困難であった。特に、上記特許文献４若しくは５に示された技術のように、基板ホルダに自転公転機構を備えた自公転式スパッタ装置においては、基板ホルダが大型化、複雑化するため、高い電位を基板上に発生させることが困難であると共に、イオンの衝突による異物の発生が問題となっていた。【０００８】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、清浄度が高く且つ高精度の薄膜デバイスを製造す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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、請求項１のバイアススパッタ装置によれば、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により解決される。【００１０】
このように、本発明に係るバイアススパッタ装置によれば、基板電極は、基板ホルダに支持された基板のそれぞれの裏面側にのみ備えられ、基板電極と基板とは所定距離離間して配設されているため、基板ホルダに取り付けられたそれぞれの基板の裏面側にのみ電力が供給されることとなる。このため、基板に供給できる電圧・電力値の範囲を従来よりも高い値に設定することができ、膜質の緻密化若しくは処理時間の短縮を図ることができる。
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。【００１１】
具体的には、請求項２のように、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以下であると好適である。
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。【００１２】
具体的には、請求項３のように、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とさらに好適である。
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。【００１３】
さらに具体的には、請求項４のように、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いると好適である。
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。【００１４】
また、請求項５のように、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ように構成されていると好適である。
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。【００１５】
さらに、請求項６のように、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と好適である。
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。【００１６】
具体的には、請求項７のように、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と好適である。
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。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係るバイアススパッタ装置によれば、印加できる電圧の範囲を従来よりも高い値に設定することができると共に、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。
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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の概念図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る基板ホルダの上面説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る基板ホルダの部分断面説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る基板ホルダの上面説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る基板ホルダの部分断面説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
Ｍ１，Ｍ２  サーボモータ
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
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。【００２１】
（第１の実施形態）
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。【００２２】
以下に、図１乃至図３に基づいて、本発明の一実施形態に係るスパッタ装置１の構成部材について説明する。
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。【００２３】
なお、真空容器１０の内側は、不図示の排気手段によって、その内圧が所定の圧力（例えば３×１０―２〜１０−４ Ｐａ程度）となるように排気される。
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。【００２４】
本実施形態に係るシャフト１６は、ステンレス製の略パイプ状部材であり、真空容器１０の上方に形成された孔部分に配設された絶縁部材２８を介して、真空容器１０に対して回転可能に支持されている。
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。【００２５】
また、歯車１７ｂの下側には、ブラシ受け部１９ｂが取り付けられている。
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。【００２６】
なお、シャフト１６は、不図示のエアシリンダによって真空容器１０内の気密を維持したまま上下方向に動くように構成されており、この作用によりシャフト１６の位置調整が可能となっている。
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。【００２７】
本実施形態に係る基板ホルダ１２は、公転部材２１と、自転ホルダ２３を主要構成として構成されている。
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。【００２８】
また、公転部材２１の外縁側には、リング状伝達部材２４が配設されている。リング状伝達部材２４は、不図示のベアリングを介して公転部材２１側に取り付けられており、公転部材２１に対して回転可能に構成されている。このリング状伝達部材２４の内側及び外側の全周に渡って歯部２４ａ，２４ｂが形成されている。【００２９】
本実施形態に係る自転ホルダ２３は、基板１４を保持するものであって、略円筒状のステンレス製部材として構成されている。
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。【００３０】
自転ホルダ２３に保持される基板１４は、必要に応じて適宜選択される。
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。【００３１】
自転ホルダ２３に装備される基板電極３０は、基板１４の裏側（ターゲット３４，３６に対向する側の面と反対側）に配置されたステンレス製の略円板状の部材であり、ＲＦ電力に接続された印加受け部材２０と配線部材３１を介して電気的に接続されている。
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。【００３２】
本実施形態に係るターゲット３４，３６は、基板１４に成膜される成膜材料が表面に接合された円板状若しくは略矩形状の部材であり、プラズマ中で発生したイオンが衝突を起こすことにより成膜物質を基板に向けてスパッタすることができる。成膜材料としては、例えば、Ｓｉ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｕなどの金属や、ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３のような絶縁物などを必要に応じて適宜選択することができる。本実施形態においては、２種類のターゲット３４，３６を有する構成とされているが、必要に応じてターゲット３４，３６の数も任意に変更することができる。
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。【００３３】
基板電極３０とターゲット３４，３６に印可するＲＦ電力は、マッチングボックスＭｂｏｘにより整合をとりながら供給される。ＲＦ電源としては、１０〜１００ＭＨｚ程度の周波数のものを用いることができる。【００３４】
以上のように、真空容器１０内部の上方には、シャフト１６が、真空容器１０の外部上方から貫通しており、真空容器１０に対して回転可能に取り付けられている。
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。【００３５】
次に、上述した各部材の関係について説明する。
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。【００３６】
また、自転ホルダ２３は略円筒状に形成されているため、公転ホルダ２１の取り付け開口部２１ａに取り付けられると、公転ホルダ２１を表裏方向に貫通する円形の開口領域が形成される。
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。【００３７】
自転ホルダ２３の外周側に形成された歯車２３ａは、公転部材２１の外縁側に回転可能に配設されるリング状伝達部材２４の内側に形成された歯部２４ａと歯合するように配設されている。このように構成されているため、サーボモータＭ２によってリング状伝達部材２４の外側に形成された２４ｂを回転させることにより、リング状伝達部材２４の内側に形成された歯部２４ｂに歯合する自転ホルダ２３の歯車２３ａを回転させることができる。こうして、自転ホルダ２３は、公転部材２１に取り付けられた状態で自転することができる。
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。【００３８】
それぞれの自転ホルダ２３の下側には基板１４が成膜面を下向きにして固定される。すなわち、自転ホルダ２３下側の開口領域を塞ぐように基板１４は固定される。もちろん、基板１４を支持する治具や接着剤などの他の固着手段を用いて基板１４を固定してもよい。
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。【００３９】
以上のように、公転部材２１と自転ホルダ２３とを組み立てて基板ホルダ１２を構成することにより、自転ホルダ２３は、公転する公転部材２１に取り付けられた状態で自転できる構造を有している。すなわち、基板ホルダ１２は自公転運動を行うことができる。従って、自転ホルダ２３に取り付けられた基板１４も自公転運動を行うため、基板１４に対して、均一な成膜を行うことができる。【００４０】
基板電極３０は、基板１４の裏面から所定の距離離間した位置に、基板１４の裏面と対向して平行に配設される。
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。【００４１】
ここで、基板電極３０は、基板１４と所定の距離（ｄ）だけ離間して配設されるが、この基板１４と基板電極３０との距離ｄ（より正確には、基板１４の裏面と基板電極３０の表面との距離ｄ；以下、距離ｄとする）は、基板電極３０によるセルフバイアスの効果が基板１４に反映される範囲内に設定される。また、基板１４に反映されるセルフバイアス効果は、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。もちろん、スパッタ用電力を変更することでセルフバイアス電位を調整してもよい。【００４２】
また、成膜条件にもよるが、本実施形態においては、距離ｄが２０ｍｍ程度以下のときに、基板電極３０によるセルフバイアスの効果が基板１４に影響する。基板１４材料やＲＦ電力値、成膜雰囲気などの成膜条件を変化させて成膜実験を行った結果、距離ｄは０．５〜１０ｍｍの範囲内で良好な膜が得られたことから、距離ｄは０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲とされると好適である。また、セルフバイアス効果の調整は、距離ｄ若しくは、ＲＦ電力値の変更によって行われる。もちろん、距離ｄは０．５〜１０ｍｍの範囲内で調整される。【００４３】
距離ｄは、導電性のスペーサ３８を挟んで固定することによって調整できる。
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。【００４４】
なお、スペーサ３８の代わりにネジにより配線部材３１の高さを調整する機構としてもよい。この場合、印加受け部２０側と配線部材３１を不図示のボルトなどで固着し、公転部材２１側に形成したネジ穴（不図示）に嵌合させたネジの上下動に従って、印加受け部２０側と配線部材３１との固着部分を上下動可能に構成するとよい。このような構成とすることにより、ネジの回転に従って配線部材３１及び基板電極３０の高さを上下動させることができるため、容易に精密な高さ調整を行うことができる。
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。【００４５】
また、本実施形態において、距離ｄは、８個それぞれの自転ホルダ２３毎に調整を行っているが、８個の基板電極３０を一体として構成することにより、一括して距離ｄの設定を行うことができる。
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。【００４６】
基板電極３０の大きさは、基板１４の大きさを考慮して決定される。この基板電極３０は、基板１４の直径に対して８０〜９８％の直径を有して形成され、特に、基板１４サイズの９０％以上の大きさであることが好ましい。本実施形態においては、円板状の基板１４は直径１００ｍｍであるため、基板電極３０の直径は８０〜９８ｍｍに形成されている。
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。【００４７】
一方、基板電極３０が自転ホルダ２３などの他の部材と接近しすぎると、基板ホルダ１２との間で放電して供給されるスパッタ用電力が不安定になる虞がある。このため、基板電極３０の大きさを基板１４の直径に対して９０％程度以上に形成する場合には、基板電極３０と接近する領域の自転ホルダ２３に絶縁性コーティング３９が施されている。絶縁性コーティング３９は溶射によって自転ホルダ２３の所定の表面に形成される。【００４８】
ここで、基板電極３０を、それぞれの基板１４の裏面側に取り付けた効果について説明する。
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。【００４９】
また、基板１４の近傍に位置する公転部材２１には成膜材料が成膜されづらくなるため、ボンバード処理によってイオンが衝突しても膜が剥離することがなく、基板電極３０の表面に付着する異物（パーティクル）を減少させることができる。このため、膜の清浄度及び歩留まりの向上を図ることができる。さらに、公転部材２１や自転ホルダ２３に付着して蓄積する薄膜材料を減らすことができるため、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）を短縮して設備稼働率を向上することができる。
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。【００５０】
また、基板電極３０は、基板ホルダ１２に自公転機構を備えるスパッタ装置１に適用できるため、公転機構のみの基板ホルダで採用されていた膜厚分布調整のための補正板が不要となる。もちろん、基板ホルダ１２に公転機構のみ備える型式のバイアススパッタ装置にも本実施形態に係る基板電極３０を適用することができ、基板１４に印可できる電圧・電流値の範囲拡大及び成膜された膜の清浄度の向上を図ることができる。【００５１】
本実施形態においては、二極のＲＦバイアススパッタ装置（スパッタ装置１）として本発明は構成されているが、基板１４に電流を印可する方式のスパッタ装置であれば本発明に係る構成を適用することが可能である。例えば、安定化電極を用いた三極又は四極のスパッタ装置として構成してもよい。
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。【００５２】
なお、成膜中にＯ２やＮ２などの活性ガスを導入せず、反応性でないスパッタを行うことができることはもちろんである。
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。【００５３】
（第２の実施形態）
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。【００５４】
基板電極４０は、ステンレス製の略円板状の部材であり、ターゲット３４，３６に対して基板１４の裏面側に配置されるように、各自転ホルダ４３側に固定部材４０ａによって固定されている。自転ホルダ４３は、自転ホルダ４３の外周部に当接するベアリング４５を介して、配線部材４１及び印加受け部材２０と電気的に接続されているため、基板電極４０には、自転ホルダ４３を介してＲＦ電力が供給されている。
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。【００５５】
基板電極４０は、第１の実施形態の場合と同様に、基板１４の裏面から所定の距離（ｄ）だけ離間した位置に、基板１４と対向して平行に配設されている。
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。【００５６】
距離ｄは、基板電極４０を自転ホルダ４３に取り付ける際に、基板電極４０の位置を変更することによって調整できる。
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。
【図１】
2009154196.tif 000003
【図２】
2009154196.tif 000004
【図３】
2009154196.tif 000005
【図４】
2009154196.tif 000006
【図５】
2009154196.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ており、
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バイアススパッタ装置。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記課題は、請求項１のバイアススパッタ装置によれば、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ており、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により解決される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
さらに具体的には、請求項１に係るバイアススパッタ装置において、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とさらに好適である。
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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
さらに具体的には、請求項３のように、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いると好適である。
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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、請求項４のように、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ように構成されていると好適である。
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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
さらに、基板ホルダは、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、基板を支持可能な自転ホルダと、を有し、自転ホルダは、公転部材に対して絶縁され、基板電極は、自転ホルダ側に取り付けられる装置も存在する。
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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
具体的には、前装置においては、基板ホルダは、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、基板を支持可能な自転ホルダと、を有し、自転ホルダは、公転部材に対して絶縁されるとともに、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、基板電極は、自転ホルダ側に取り付けられている。
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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明に係るバイアススパッタ装置によれば、印加できる電圧の範囲を従来よりも高い値に設定することができると共に、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。
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。
【国際調査報告】
2009154196.tif 000008
2009154196.tif 000009