【手続補正書】
【提出日】平成15年12月9日(2003.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】基板回転装置及び基板回転方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】キャビティを形成する壁部からなるチャンバ内で基板を回転させる基板回転装置であって、
上記キャビティ内に配置され、上記基板を第１の軸を中心に回転させる第１の回転手段と、
上記チャンバの外部に配置され、遊星歯車を上記第１の軸を中心に回転させる第２の回転手段と、
上記第１の回転手段と第２の回転手段を上記壁部を介して磁気的に結合し、上記第１の回転手段及び第２の回転手段を上記第１の軸を中心に同調させて回転させる磁気結合手段と、
上記チャンバの外部で上記遊星歯車に歯合する太陽歯車と、
上記第１の回転手段、第２の回転手段及び上記基板の中心軸を中心とした第１の回転を行うとともに、上記遊星歯車と上記太陽歯車の歯合により上記第１の回転手段、第２の回転手段及び上記基板の上記第１の軸を中心とした第２の回転を同時に行う第１の駆動手段と、
を備えることを特徴とする基板回転装置。
【請求項２】上記第１の回転手段及び第２の回転手段は、上記磁気的な結合を行うためにそれぞれ２組の磁石を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の基板回転装置。
【請求項３】上記チャンバは、スパッタリング処理に適した真空レベルを維持するための上記チャンバを密封するシール手段を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の基板回転装置。
【請求項４】上記第１の駆動手段は、回転速度を変えることができるモータを有する、
ことを特徴とする請求項１記載の基板回転装置。
【請求項５】上記チャンバは、スパッタリング処理のためのカソードを有し、
上記カソードは、上記基板上に薄膜を形成するための隣接した成膜領域を形成するソースターゲットを有し、
上記基板は、スパッタリング処理が行われる上記成膜領域にある場合、上記第１の回転及び第２の回転で同時に回転される、
ことを特徴とする請求項１記載の基板回転装置。
【請求項６】外壁面とキャビティを形成する内壁面からなるチャンバ内で基板を回転させる基板回転装置であって、
上記基板を支持する載置台と上記内壁面に隣接して配置された第１の磁石の間に取り付けられた第１の回転機構を有し、上記第１の回転機構を第１の軸を中心として回転させる上記キャビティ内に配置された第１の支持手段と、
太陽歯車に歯合する遊星歯車と上記外壁面に隣接し上記第１の磁石から離間して配置された第２の磁石の間に取り付けられ、上記第１の磁石と第２の磁石の磁気的結合を行う第２の回転機構を有し、上記第２の回転機構を上記第１の軸を中心として回転することにより、上記第１の回転機構及び第２の回転機構を上記第１の軸を中心に同調して回転させる上記チャンバの外部に配置された第２の支持手段と、
上記第１支持手段及び第２の支持手段に取り付けられ、この回転により、上記基板の中心軸を中心とした第１の回転を行うとともに、上記太陽歯車と上記遊星歯車の上記歯合により上記基板の上記第１の軸を中心とした第２の回転を同時に行う駆動手段と、
を備えることを特徴とする基板回転装置。
【請求項７】上記第１の回転機構及び第２の回転機構は、それぞれ上記磁気的結合を行う第３の磁石と第４の磁石をさらに有する、
ことを特徴とする請求項６記載の基板回転装置。
【請求項８】上記チャンバは、スパッタリング処理に適した真空レベルを維持するための上記駆動手段と上記チャンバを密封するシール部材を有する、
ことを特徴とする請求項６記載の基板回転装置。
【請求項９】上記駆動手段を回転させるモータを有する、
ことを特徴とする請求項６記載の基板回転装置。
【請求項１０】上記チャンバは、スパッタリング処理のためのカソードを有し、上記カソードは、上記基板上に薄膜を形成するための隣接した成膜領域を形成するソースターゲットを有し、
上記基板は、上記スパッタリング処理が行われる上記成膜領域にある場合、上記第１の回転及び第２の回転で同時に回転される、
ことを特徴とする請求項６記載の基板回転装置。
【請求項１１】スパッタリング処理の際に基板を回転させる基板回転装置であって、外壁面とキャビティを形成する内壁面からなるチャンバと、
上記基板を支持する載置台と上記内壁面に隣接して配置された第１の磁石の間に取り付けられた第１の回転機構を有し、上記第１の回転機構を第１の軸を中心として回転させる上記キャビティ内に配置された第１の支持手段と、
太陽歯車に歯合する遊星歯車と上記外壁面に隣接し上記第１の磁石から離間して配置された第２の磁石の間に取り付けられ、上記第１の磁石と第２の磁石の磁気的結合を行う第２の回転機構を有し、上記第２の回転機構を上記第１の軸を中心として回転することにより、上記第１の回転機構及び第２の回転機構を上記第１の軸を中心に同調して回転させる上記チャンバの外部に配置された第２の支持手段と、
上記第１の支持手段及び第２の支持手段に取り付けられた駆動機構と、
上記駆動機構を回転させ、上記駆動機構の回転により、上記基板の中心軸を中心とした第１の回転速度での第１の回転を行うとともに、上記太陽歯車と上記遊星歯車の歯合により上記基板の上記第１の軸を中心とした第２の回転速度での第２の回転を同時に行う第１のモータ機構と、
上記太陽歯車を第３の回転速度で回転させ、上記太陽歯車と上記遊星歯車の相対的な回転速度を変化させて、上記太陽歯車のそれぞれの回転に対する上記遊星歯車の回転数の比を変化させる第２のモータ機構と、
を有することを特徴とする基板回転装置。
【請求項１２】上記第１の回転機構及び第２の回転機構は、それぞれ上記磁気的結合を行う第３の磁石及び第４の磁石をさらに有する、ことを特徴とする請求項１１記載の基板回転装置。
【請求項１３】上記チャンバは、スパッタリング処理に適した真空レベルを維持するための上記駆動機構と上記チャンバを密封するシール部材を有する、
ことを特徴とする請求項１１記載の基板回転装置。
【請求項１４】上記第１のモータ機構及び第２のモータ機構は、回転速度を変えることができるモータからなる、
ことを特徴とする請求項１１記載の基板回転装置。
【請求項１５】上記外壁面は、上記第２の磁石を上記第１の磁石に近接して配置することにより強力な磁気的な結合を行うための凹部を有する、ことを特徴とする請求項１１記載の基板回転装置。
【請求項１６】上記チャンバは、非磁性材料からなる、
ことを特徴とする請求項１１記載の基板回転装置。
【請求項１７】上記チャンバは、スパッタリング処理のためのカソードを有し、上記カソードは、上記基板上に薄膜を形成するための隣接した成膜領域を形成するソースターゲットを有し、
上記基板は、スパッタリング処理が行われる上記成膜領域にある場合、上記第１の回転及び第２の回転で同時に回転される、
ことを特徴とする請求項１１記載の基板回転装置。
【請求項１８】チャンバの壁部により形成されたキャビティ内で所定のパターンで基板を移動させる基板回転方法であって、
第１の支持機構により、上記キャビティ内で上記基板と第１の磁石を移動可能に支持し、
第２の支持機構により、上記キャビティ内で第２の磁石を支持を移動可能に支持し、
上記第１の支持機構と第２の支持機構の間で上記壁部を介して磁気的な結合を行い、上記第１の支持機構と第２の支持機構を同調して移動し、
上記第２の支持機構を上記所定のパターンで移動させることにより、上記基板を上記キャビティ内で上記所定のパターンで移動させる、
ことを特徴とする基板回転方法。
【請求項１９】上記チャンバは、スパッタリング処理のためのカソードを有し、上記カソードは、上記基板上に薄膜を形成するための隣接した成膜領域を形成するソースターゲットを有し、
上記基板は、スパッタリング処理が行われる上記成膜領域にある場合、上記所定のパターンで移動する、
ことを特徴とする請求項１８記載の基板回転方法。
【請求項２０】スパッタリング処理の際に基板を回転させる基板回転装置であって、
外壁面とキャビティを形成する内壁面からなるチャンバと、
上記基板を支持する載置台と上記内壁面に隣接して配置された第１の磁石の間に取り付けられた第１の回転機構を有し、上記第１の回転機構を第１の軸を中心として回転させる上記キャビティ内に配置された第１の支持手段と、
太陽歯車に歯合する遊星歯車と上記外壁面に隣接し上記第１の磁石から離間して配置された第２の磁石の間に取り付けられて上記第１及び第２の磁石の磁気的な結合を行う第２の回転機構を有し、上記第２の回転機構が上記第１の軸を中心として回転することにより、上記第１及び第２の回転機構を上記第１の軸を中心に同調して回転させる上記チャンバの外部に配置された第２の支持手段と、
上記第１の支持手段及び第２の支持手段に取り付けられた駆動機構と、
上記駆動機構を回転させ、上記駆動機構の回転により、上記基板の中心軸を中心とした第１の回転速度での第１の回転を行うとともに、上記太陽歯車と上記遊星歯車の歯合により上記基板の上記第１の軸を中心とした第２の回転速度での第２の回転を同時に行う第１のモータ機構と、
上記太陽歯車を第３の回転速度で回転させ、上記太陽歯車と上記遊星歯車の相対的な回転速度を変化させて、上記太陽歯車のそれぞれの回転に対する上記遊星歯車の回転数の比を変化させる第２のモータ機構と、
上記駆動機構を上記第１の支持手段から絶縁する第１の絶縁部材と、
上記第１の支持手段に取り付けられ、上記キャビティを通り上記チャンバの外部に延在する接点軸と、
高周波電圧を発生するバイアス電源と、
上記接点軸を上記バイアス電源に電気的に接続し、上記基板に所望のバイアス電圧を印加させるバイアス電圧供給機構を構成する接点部材と、
を有することを特徴とする基板回転装置。
【請求項２１】上記第１の回転機構及び第２の回転機構は、それぞれ上記磁気的な結合を行う第３の磁石及び第４の磁石をさらに有する、
ことを特徴とする請求項２０記載の基板回転装置。
【請求項２２】上記チャンバは、スパッタリングに適した真空レベルを維持するための上記駆動機構と上記チャンバを密封する第１のシール部材を有する、  ことを特徴とする請求項２０記載の基板回転装置。
【請求項２３】上記第１のモータ機構及び第２のモータ機構は、回転速度を変えることができる可変モータからなる、
ことを特徴とする請求項２０記載の基板回転装置。
【請求項２４】上記外壁面は、上記第２の磁石を上記第１の磁石に近接して配置することにより強力な磁気的な結合を行うための凹部を有する、
ことを特徴とする請求項２０記載の基板回転装置。
【請求項２５】上記チャンバは、非磁性材料からなる、
ことを特徴とする請求項２０記載の基板回転装置。
【請求項２６】上記非磁性材料は、アルミニウム合金からなる、
ことを特徴とする請求項２０記載の基板回転装置。
【請求項２７】上記非磁性材料は、ステンレススチールからなる、ことを特徴とする請求項２０記載の基板回転装置。
【請求項２８】上記第１の支持機構と上記載置台の第１の部分は、離間されてコンデンサを形成する、
ことを特徴とする請求項２０記載の基板回転装置。
【請求項２９】上記チャンバは、スパッタリング処理のためのカソードを有し、上記カソードは、上記基板上に薄膜を形成するための隣接した成膜領域を形成するソースターゲットを有し、
上記基板は、スパッタリング処理が行われる上記成膜領域にある場合、上記第１の回転及び第２の回転で同時に回転される、
ことを特徴とする請求項２０記載の基板回転装置。
【請求項３０】スパッタリング処理の際に基板を回転させる基板回転装置であって、
キャビティを形成する内壁面及び凹部が設けられた外壁面を有し、スパッタリング処理のためのカソードを有し、上記カソードは上記基板上に薄膜を形成するための隣接した成膜領域を形成するソースターゲットを有し、上記キャビティはスパッタリング処理に適した真空レベルに維持されるようになす非磁性材料により構成されたチャンバと、
上記基板を支持する載置台と上記内壁面に隣接して配置された１対の第１の磁石の間に取り付けられた第１の回転機構を有し、上記第１の回転機構を第１の軸を中心として回転させる上記キャビティ内に配置された第１の支持手段と、
太陽歯車に歯合する遊星歯車と、上記凹部内に配置され上記１対の第１の磁石から離間した１対の第２の磁石との間に取り付けられ、上記１対の第１及び第２の磁石の磁気的な結合を行う第２の回転機構を有し、上記第２の回転機構が上記第１の軸を中心として回転することにより、上記第１の回転機構及び第２の回転機構を上記第１の軸を中心に同調して回転させる上記チャンバの外部に配置された第２の支持手段と、
上記第１の支持手段及び第２の支持手段に取り付けられた駆動機構と、
上記駆動機構を回転させ、上記駆動機構の回転により、上記基板の中心軸を中心とした第１の回転速度での第１の回転を行うとともに、上記太陽歯車と上記遊星歯車との歯合により上記基板の上記第１の軸を中心とした第２の回転速度での第２の回転を同時に行い、上記第１の回転及び第２の回転はスパッタリング処理の際に上記成膜領域において行われるようになす、回転速度を変えることができる第１のモータ機構と、
上記太陽歯車を第３の回転速度で回転させ、上記太陽歯車と上記遊星歯車の相対的な回転速度を変化させて、上記太陽歯車のそれぞれの回転に対する上記遊星歯車の回転数の比を変化させる、回転速度を変えることができる第２のモータ機構と、
上記駆動機構を上記第１の支持手段から絶縁する第１の絶縁部材と、上記第１の支持手段に取り付けられ、上記キャビティを通り上記チャンバの外部に延在する接点軸と、
高周波電圧を発生するバイアス電源と、
上記接点軸を上記バイアス電源に電気的に接続し、上記載置台と上記第１の支持手段の第１の部分が離間されて、上記基板に所望のバイアス電圧を印加させるバイアス電圧供給機構を形成するためのコンデンサを形成する接点部材と、
上記真空レベルを維持するための上記駆動機構と上記チャンバを密封するシール部材と、
を有することを特徴とする基板回転装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板回転装置及び基板回転方法に関し、例えばスパッタリング処理の際に基板を回転させる装置等に関する。特に、離間した構成要素を磁気的に結合するための磁石を有し、スパッタリング処理の際に基板を回転させる装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の製造においては、一般にスパッタリング処理が用いられる。この処理において、半導体ウェハ等の基板上に金属の薄膜が形成される。この薄膜形成にはスパッタリング装置が用いられる。スパッタリング装置は、ソースターゲットを有するカソードを備えた真空チャンバを備える。スパッタリング処理の際には、薄膜の材料の粒子がソースターゲットからたたき出され、基板上に堆積して、薄膜が形成される。
【０００３】
基板上に形成された薄膜は、均一な膜厚が高い精度で形成されることが望ましい。例えば、半導体ウェハでは、薄膜の最も厚い部分と最も薄い部分が±５％以内となっていることが好ましい。この膜厚の±５％以内という精度は、カソードの適切な設計により達成することができる。他の製品、例えば、磁気的にデータを記録し、又データを再生するための磁気ヘッド等では、膜厚の均一性が±２％以内、あるいはそれ以上の均一性が望まれる。この±２％という精度は、カソードの適切な設計のみでは達成されないことがわかっている。そこで、カソードの設計で得られる以上の膜厚の均一性を達成するためには、他の技術が用いられている。
【０００４】
薄膜の厚さの均一性を向上させる技術の１つとして、基板をスパッタリングしている最中に、ソースターゲットに対して基板を移動させるという技術がある。このソースターゲットに対する基板の動作パターンとしては、一般的には、基板をカソードに対して直線的に移動させる動作パターンがある。また、他の動作パターンとしては、基板をカソードに対して回転させる動作パターンがある。さらに、他の動作パターンとしては、基板をカソードに対して回転させると同時に円弧に沿って移動させるという動作パターンがある。
【０００５】
一般的に、基板をこの複合動作パターンで移動させるには、遊星歯車駆動機構が用いられる。図４に、スパッタリング装置２１２内に配設された従来の遊星歯車駆動機構２１０を示す。遊星歯車駆動機構２１０は、駆動軸２１４と、この駆動軸２１４を、中心軸２１８を中心に回転させる駆動モータ２１６とを有している。スパッタリング装置２１２は、チャンバ２２０を有し、このチャンバ２２０は、キャビティ２２４と排気口２２２を有する。また、チャンバ２２０は、基板上に薄膜を形成するための少なくとも１つのカソード２２６を有している。駆動軸２１４は、チャンバ２２０に取り付けられた密封型軸受２２８を貫通してキャビティ２２４内に延在している。スパッタリング処理が行われている最中、すなわち遊星歯車駆動機構２１０が動作しているときには、キャビティ２２４内は、真空ポンプや他の真空装置（図示せず）により、排気口２２２を介してスパッタリングに適した真空レベルまで排気される。密封型軸受２２８は、駆動軸２１４とチャンバ２２０を密封してチャンバ２２０内の真空レベルを維持するように働く。
【０００６】
また、遊星歯車駆動機構２１０は、中心口２３２を有する太陽歯車２３０を備えている。太陽歯車２３０は、チャンバ２２０のキャビティ２２４内に取り付けられ固定されている。駆動軸２１４は、中心口２３２を通り、太陽歯車２３０の上方に延在する。複数のアーム部材２３４は、駆動軸２１４の先端部から外方に放射状に延在し、スポーク型の構造となっている。各アーム部材２３４は、その端部に、軸受２３６を有し、この軸受２３６は支持軸２３８を回転自在に支持している。支持軸２３８は、太陽歯車２３０に歯合する遊星歯車２４４の上に立設されており、その先端部には基板２４２を搭載する載置台２４０が取り付けられている。なお、各遊星歯車２４４及び太陽歯車２３０の歯は、説明を簡単にするために図示しないものとする。各軸受２３６は、それぞれに対応する載置台の支持軸２３８、遊星歯車２４４、載置台２４０、基板２４２を、それぞれに対応する中心軸２４６を中心に回転自在としている。
【０００７】
ここで、遊星歯車駆動機構２１０の動作について説明する。駆動モータ２１６は駆動軸２１４を回転させる。駆動軸２１４が回転すると、これに対応して各アーム部材２３４、支持軸の軸受２３６、載置台の支持軸２３８、載置台２４０、基板２４２が、中心軸２１８を中心として回転、すなわち公転する。太陽歯車２３０と各遊星歯車２４４が歯合しているので、この公転により、各遊星歯車２４４、載置台の支持軸２３８、載置台２４０及び基板２４２が、それぞれに対応する中心軸２４６を中心として回転、すなわち自転する。
【０００８】
スパッタリング処理の際には、各基板２４２上に薄膜を形成するための成膜領域２４９が、キャビティ２２４内のカソード２２６に隣接して生じる。通常、カソード２２６はチャンバ２２０内に配置され、各基板２４２が中心軸２１８を中心に公転することにより、各基板２４２は成膜領域２４９を公転の円弧に沿って通過する。各基板２４２が、成膜領域２４９内を円弧に沿って通過するとともに、それぞれに対応する軸２４６を中心として同時に自転することにより、基板２４２の上述した複合動作パターンが生じる。このような複合動作パターンは、薄膜の膜厚の均一性に非常に効果的である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような遊星歯車駆動機構には問題がある。１つは、潤滑剤を用いても、太陽歯車２３０と各遊星歯車２４４が接触することにより、歯車が磨耗してしまうことである。このような歯車の磨耗により、キャビティ２２４内に、例えば０．２ミクロン程度の大きさの金属微粒子が多量に発生する。これら金属微粒子の多くは、スパッタリング処理の際に、基板上に形成された薄膜に付着する。これにより、この薄膜を含む半導体素子に不良が生じる。例えば、薄膜の粒子密度は、基板表面で０．１／ｃｍ２未満であることが望ましいが、歯車を用いた駆動機構では、基板表面で１００／ｃｍ２以上の粒子密度となってしまい、望ましい粒子密度を大きく超えていることがわかった。
【００１０】
さらに、各遊星歯車２４４と太陽歯車２３０は、所定のギア比を得るような大きさとされている。したがって、太陽歯車２３０が５００個の歯を有し、各遊星歯車２４４が５０の歯を有する場合、各基板２４２は、中心軸２１８を中心とする１回転の公転毎に、対応する軸２４６を中心として１０回転自転する。すなわち、各基板２４２の軸２４６を中心とする自転の速度と、中心軸２１８を中心とする公転の速度との比は固定されている。ところで、膜厚の均一性に対する要求は薄膜によっては異なり、各薄膜に対する膜厚の均一性を補償できるように、回転速度の比は変えることができることが好ましい。しかしながら、このような遊星歯車駆動機構においては、各遊星歯車２４４や太陽歯車２３０を交換するのは面倒であり、時間がかかる。また、これによりコストが上昇し、さらに問題が増えることになる。
【００１１】
したがって、本発明は、スパッタリングの際に基板上に最小限の微粒子しか生じないような磁気的結合により基板を回転させる基板回転装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、公転軸を中心とする回転速度に対して、各基板の対応する自転軸を中心とする回転速度を容易に変化することができ、薄膜を安価に形成することができる基板移動装置を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、本発明は、各基板が複合動作パターンで移動されるとき、各基板にバイアス電圧を印加する、磁気的結合により基板を回転させる基板回転装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外壁面とキャビティを形成する内壁面を有するスパッタリング処理のためのチャンバ内で、基板を回転させる基板回転装置を提供する。特に、この基板回転装置は、キャビティ内に配置された第１の支持部手段を有する。第１の支持手段は、基板を支持する台と、内壁面に隣接して配置された第１の磁石との間に取り付けられた第１の回転機構を有する。また、第１の回転機構は、第１の軸を中心として回転するようになっている。
【００１５】
さらに、基板回転装置は、チャンバの外に配置された第２の支持手段を有する。第２の支持手段は、太陽歯車に歯合する遊星歯車と、外壁面に隣接して配置され第１の磁石から離間した第２の磁石との間に取り付けられた第２の回転機構を有する。これにより、第１の磁石と第２の磁石の磁気的な結合が行われる。また、第２の回転機構は、第１の軸を中心として回転するようになっており、これにより、第１の回転機構と第２の回転機構が一致して第１の軸を中心として回転する。
【００１６】
さらに、基板回転置は、第１の支持手段及び第２の支持手段に取り付けられた駆動機構を有し、この駆動機構の回転により、中心軸を中心として第１の回転機構、第２の回転機構及び基板の第１の回転が行われる。また、これにより、太陽歯車と遊星歯車が歯合して第１の軸を中心として基板を同時に回転させる第２の回転が行われる。さらに、第１の回転及び第２の回転は、共通のモータ機構により行われてもよく、独立したモータ機構により行われてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板回転装置及び基板回転方法の実施例を図１乃至３を参照して詳細に説明する。なお、これらの図における同じ構成要素については同じ符号を付して示す。また、以下の説明においては、図４と同じ構成要素も参照する。
【００１８】
図１は、本発明を適用した基板回転装置の断面を示す図である。図１に示すように、この本発明を適用した基板回転装置４８は、チャンバ５０を有し、このチャンバ５０は、キャビティ５２を形成する内壁面５６と外壁面５８を有する。内壁面５６から外壁面５８までのチャンバ５０の壁厚はｄ1である。チャンバ５０は、その壁を貫通する開口部５４を有している。また、チャンバ５０は、真空ポンプあるいは他の真空装置（図示せず）に連結されており、キャビティ５２内は、スパッタリング処理に適した真空レベルまで排気される。キャビティ５２内には、複数の基板４２を支持する上部回転体６２が配置されている。また、下方に延在するネック部６６を有する下部回転体６４が、チャンバ５０の外部に配設されている。駆動軸１４は、上部回転体６２に取り付けられ、開口部５４及びネック部６６を介して延在し、ネック部６６に回転自在に取り付けられている。さらに、基板回転装置４８は、第１の歯車群６８と第１のモータ７０を有している。第１の歯車群６８と第１のモータ７０は、駆動軸１４、上部回転体６２及び下部回転体６４を、中心軸１８を中心に回転させる。密封型軸受２８を備えたシール部材７２が、開口部５４を覆って外壁面５８に取り付けられている。シール部材７２と密封型軸受２８は、駆動軸１４とチャンバ５０を密封し、チャンバ５０内の真空レベルがスパッタリングに適した真空レベルを維持するように機能する。
【００１９】
各載置台４０は、キャビティ５２内に配置され、後述する駆動部９８と磁気的に結合された被回転部（以下、磁気結合被回転部という。）７４に連結されている。図１においては、２つの磁気結合被回転部のみを示す。各磁気結合被回転部７４は、内壁面５６に隣接して配置される被駆動側のＮ極７６及び被駆動側のＳ極７８を有している。各載置台４０と、それぞれに対応する磁気結合被回転部７４との間には、載置台４０の支持軸８０が取り付けられている。各載置台４０の支持軸８０は、上部回転体６２を貫通し、この上部回転体６２内に回転自在に取り付けられている。これにより、各載置台４０、磁気結合被回転部７４及び基板４２が、それぞれに対応する軸４６を中心として回転することができる。
【００２０】
下部回転体６４は、各載置台４０に対応したアーム部材８２を有している。各アーム部材８２は、ベアリング８６と、磁石を支持する下部支持軸８８を有する下部支持軸８８の軸受８４とを有している。各磁石を支持する下部支持軸８８は、太陽歯車９２に歯合する各遊星歯車９０と、磁気結合被回転部７４と磁気的に結合する駆動部（以下、磁気結合駆動部という。）９８との間に取り付けられている。各ベアリング８６は、磁石を支持する下部支持軸８８の回転を可能にすることにより、各遊星歯車９０及び磁気結合駆動部９８の回転を可能にする。磁気結合駆動部９８は、被駆動側のＳ極７８及びＮ極７６に対応して外壁面５８に隣接して配置された駆動側のＮ極１００及びＳ極１０２を有している。これにより、磁気結合駆動部９８と磁気結合被回転部７４とが磁気的に結合され、磁気結合駆動部９８からのトルクが磁気結合被回転部７４に伝達される。したがって、各遊星歯車９０の回転により、それに連結されている磁気結合駆動部９８、磁気結合被回転部７４、載置台４０及び基板４２が、それぞれに対応する軸４６を中心として回転（自転）する。このように、各遊星歯車９０と太陽歯車９２の歯合に伴う金属の微粒子の発生は、チャンバ５０の外側で行われることになる。これにより、スパッタリング処理の際にチャンバ５０内で発生する金属の微粒子による汚染の量は、全体として大幅に低減される。また、非常に低い粒子密度の薄膜を形成することもできる。なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、例えば、磁気結合駆動部と磁気結合被回転部のいずれか一方のみが、例えば磁気結合駆動部のみが磁石を有するようにしてもよい。この場合、磁気結合被回転部は、磁気結合駆動部との間に磁気的な結合を生じさせることができる磁気的な吸引力を有する材料からなっている。
【００２１】
この実施例において、チャンバ５０は、内壁面５６からの厚さが厚さｄ1より小さい厚さｄ2の凹部１０４を有している。駆動側のＮ極１００及びＳ極１０２を凹部１０４に隣接して配置することにより、駆動側のＮ極１００及びＳ極１０２と、被駆動側のＳ極７８及びＮ極７６とをより近接して配置することができ、磁気的結合の強度や伝達されるトルクを増大することができる。また、磁気的結合の強度をさらに上げるために、チャンバ５０は、アルミニウム合金や３０４型ステンレススチール等の非磁性材料からなり、厚さｄ1又は凹部の厚さｄ2の壁を介して放散される磁力線の量を低減するようになっている。
【００２２】
ここで、本発明を適用した基板回転装置の動作について説明する。
【００２３】
第１のモータ７０は、駆動軸１４を回転させる。駆動軸１４の回転に伴い、下部回転体６４、遊星歯車９０、磁石を支持する下部支持軸８８、磁気結合駆動部９８、磁気結合被回転部７４、載置台４０の支持軸８０、上部回転体６２、各載置台４０、各基板４２が、中心軸１８を中心として環状に回転、すなわち公転する。この公転とともに、太陽歯車９２と各遊星歯車９０が歯合しているので、各遊星歯車９０、磁石を支持する下部支持軸８８、磁気結合駆動部９８、磁気結合被回転部７４、載置台の支持軸８０、各載置台４０、各基板４２が、それぞれに対応する軸４６を中心として同時に回転、すなわち自転する。これにより、各基板４２が、キャビティ５２内のカソード２６に隣接した成膜領域４９内を公転の円弧に沿って通過するのと同時に、軸４６を中心として回転するような、各基板４２の複合動作パターンが生じる。なお、本発明は、スパッタリング処理の際に、基板を他の適した動きのパターンで動かす他の駆動機構を備えた装置に対しても、本発明を適用することができることはいうまでもない。
【００２４】
また、基板回転装置４８は、太陽歯車９２に取り付けられた駆動板１０８を有している。駆動板１０８には、内壁１１２を有する中心孔１１０が設けられている。中心孔１１０には、下部回転体６４のネック部６６が配置されている。ネック部６６と内壁１１２との間には、軸受１１４が取り付けられる。この軸受１１４により、太陽歯車９２と下部回転体６４は、中心軸１８を中心として、互いに相対的に回転することができるようになっている。また、基板回転装置４８は、駆動板１０８及び太陽歯車９２を中心軸１８を中心として回転させる第２の歯車群１１６及び第２のモータ１１８を有している。この実施例では、第２のモータ１１８が回転することにより、太陽歯車９２と各遊星歯車９０との相対運動が変化する。すなわち、各基板４２が中心軸１８を中心として公転する速度に対する、各基板４２が軸４６を中心として自転する速度の比が変化する。
【００２５】
図２Ａ及び２Ｂを用いて、この相対運動の変化について説明する。図２Ａ及び２Ｂは、太陽歯車９２、１つのアーム部材８２、１つの遊星歯車９０を示す上面模式図である。
【００２６】
図２Ａ及び図１は、第１のモータ７０が回転し、第２のモータ１１８が回転しないときの状態である第１の動作状態を示す。第１のモータ７０が回転すると、アーム部材８２及び遊星歯車９０が、中心軸１８を中心として反時計回りに第１の回転速度Ｒ1で公転する。そして、遊星歯車９０が、太陽歯車９２と歯合しているので、軸４６を中心として反時計周りに第２の回転速度ｒ1で自転する。第２のモータ１１８が回転していないので、太陽歯車９２は静止している。このため、第２のモータ１１８が回転していない第１の動作状態では、中心軸１８を中心とする太陽歯車９２の第１の回転速度Ｒ1に対する、軸４６を中心とする遊星歯車９０の第２の回転速度ｒ1の比は一定である。したがって、遊星歯車９０が中心軸１８を中心として１回転公転する間に、遊星歯車９０が軸４６を中心として自転する回転数は一定である。
【００２７】
図２Ｂは、第１のモータ７０及び第２のモータ１１８の両方が回転する第２の動作状態を示す。上述のように、第１のモータ７０が回転すると、遊星歯車９０は、中心軸１８を中心として反時計回りに第１の回転速度Ｒ1で公転するとともに、軸４６を中心として反時計回りに第２の回転速度ｒ1で自転する。ここでさらに、第２のモータ１１８が回転し、太陽歯車９２が、中心軸１８を中心として、例えば反時計回りに第３の回転速度Ｒ2で回転すると、太陽歯車９２に対する遊星歯車９０の相対的な公転速度は減少して、第４の速度Ｒ3となる。この結果、遊星歯車９０の自転速度は、第２の回転速度ｒ1から第５の回転速度ｒ2に減少する。すなわち、第２のモータ１１８により太陽歯車９２を回転させると、太陽歯車９２と遊星歯車９０の相対的な公転速度が変化する。その結果、第２の動作条件における第１の回転速度Ｒ1と第５の回転速度ｒ2の比は、第１の動作条件での回転速度の比に対して変化している。これに対応して、遊星歯車９０が中心軸１８を中心として１回転公転する間に遊星歯車９０が軸４６を中心として自転する自転数も変化する。
【００２８】
この実施例において、第１のモータ７０及び第２のモータ１１８は、例えば駆動電流を変化させることによりそれらの回転速度を変化させることができるようになっている（なお、他の種のモータを用いてもよい。）。すなわち、第１の回転速度Ｒ1又は第３の回転速度Ｒ3を所望の速度に変化させることができるようになっている。これにより、遊星歯車９０が中心軸１８を中心として１回転公転する間に遊星歯車９０が軸４６を中心として自転する自転数を、所望の値に増減することができる。このような遊星歯車９０の中心軸１８を中心とする１公転の間の自転数の増減することにより、スパッタリング処理において、均一な薄膜を形成するための調整を行うことができる。なお、第１の回転速度Ｒ1と第２の回転速度ｒ2の比を、遊星歯車９０が対応する軸４６を中心として自転しないように変化させることもできる。あるいは、第２のモータ１１８の回転方向を逆にして、遊星歯車９０を、第１の回転速度Ｒ1の方向とは逆の方向、すなわち時計回りに回転させることもできる。
【００２９】
スパッタリング処理の際に、通常、チャンバ５０の電位はアース電位とされている。スパッタリング処理を行う際には、各基板４２及び載置台４０にチャンバ５０のアース電位とは異なるバイアス電圧を印加して、電位条件を変更する必要がある。通常、各基板４２は絶縁材料からなる。周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することにより、基板材料を透過して所望のバイアス電圧を供給することができる。図３を用いて、本発明の他の実施例を説明する。
【００３０】
図３は、図１の左側の拡大図である。この実施例において、基板回転装置４８は、各基板４２に所望のバイアス電圧を印加するバイアス電圧供給機構１２６を備えている。バイアス電圧供給機構１２６は、上部回転体６２を駆動軸１４に取り付けるための第１の絶縁部材１２８を有している。第１の絶縁部材１２８は、上部回転体６２と駆動軸１４を電気的に絶縁する。上部回転体６２には、接点軸１３０が取り付けられている。このため、上部回転体６２が回転すると、接点軸１３０も上部回転体６２と同時に回転する。接点軸１３０は、上部回転体６２からキャビティ５２を通り、第２の絶縁部材１４２によりチャンバ５０から絶縁分離されている第２の密封型軸受１３２を貫通してチャンバ５０の外部に延在している。第２の密封型軸受１３２は、接点軸１３０とチャンバ５０を密封し、チャンバ５０内の真空レベルをスパッタリングに適した真空レベルに維持する。また、バイアス電圧供給機構１２６は、高周波電源とインピーダンス整合回路（図示せず）を有するバイアス電源１３４を有している。バイアス電源１３４は、接点部材１３６により接点軸１３０に電気的接続されている。接点部材１３６は、接点軸１３０が回転しているときにも接点軸１３０に電気的に接触している。すなわち、接点部材１３６は、チャンバ５０の外部にある接点軸１３０の一部に接触している。これにより、接点部材１３６と接点軸１３０の接触により生じる金属微粒子は、チャンバ５０の外部で生じ、各基板４２をそのような金属微粒子による汚染から保護することができる。
【００３１】
この実施例では、上部回転体６２は、各載置台４０の下方に比較的近接した、すなわち各載置台４０とギャップｇだけ離れた外周部１３８を有している。これにより、外周部１３８が第１の電極となり、各載置台４０が第２の電極となる電気的なコンデンサが形成される。この実施例において、この間隙は、例えば０．０５インチ程度であり、各載置台４０及び各載置台４０に近接する上部回転体６２の外周部１３８は、それぞれ６５平方インチの面積を有している。これにより、３００ピコファラド（ｐＦ）程度の容量のコンデンサが形成される。各基板４２に所望のバイアス電圧を供給するためには、この程度の値で十分であることがわかっている以上の説明でも明らかなように、本発明に係る基板回転装置及び基板回転方法は、本発明の目的を達成し、効果を奏するものである。上述では、具体的な実施例を用いて本発明を説明したが、当業者にとって種々の変更や置き換えを行うことができることは明らかである。したがって、本発明は、特許請求の範囲内であれば、そのような変更や置き換え等を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板回転装置を示す断面図である。
【図２】本発明に係る具体的な太陽歯車、アーム部材、遊星歯車の相対移動を示す図である。
【図３】本発明装置の他の実施例を示す図である。
【図４】従来の遊星歯車駆動機構を示す図である。
【符号の説明】
１４ 駆動軸、１８ 中心軸、２６ カソード、２８ 密封型軸受、４０ 載置台、４２ 基板、４６ 軸、４８ 基板回転装置、４９ 成膜領域、５０ チャンバ、５２ キャビティ、５４ 開口部、５６ 内壁面、５８ 外壁面、６２上部回転体、６４ 下部回転体、６６ ネック部、６８ 第１の歯車群、７０第１のモータ、７２ シール部材、７４ 被回転部、７６ 被駆動側のＮ極、７８ 被駆動側のＳ極、８０ 載置台の支持軸、８２ アーム部材、８４ 下部支持軸の軸受、８６ ベアリング、８８ 下部支持軸、９０ 遊星歯車、９２ 太陽歯車、９８ 駆動部、１００ 駆動側のＮ極、１０２ 駆動側のＳ極、１０４凹部、１０８ 駆動板、１１０ 中心孔、１１２ 内壁、１１４ 軸受、１１６ 第２の歯車群、１１８ 第２のモータ、１２６ バイアス電圧供給機構、１２８ 第１の絶縁部材、１３０ 接点軸、１３２ 第２の密封型軸受、１３４バイアス電源、１３６ 接点部材、１３８ 外周部、１４２ 第２の絶縁部材