(57)【要約】【課題】凹凸部を有する基板表面の膜厚分布の改善を図ることができる成膜装置を提供する。【解決手段】上記成膜装置１は、ステージ１１上の基板Ｗに対し、第１の軸Ｚ１のまわりへの自転と、第２の軸Ｚ２のまわりへの公転とを可能とする。これにより、成膜源１２に対する基板Ｗの相対位置変化の自由度が高まり、基板Ｗの半径位置によらない均一な膜厚分布が確保される。したがって、上記成膜装置１によれば、凹凸部を有する基板Ｗの表面に対して、例えば当該凹凸部の側面に対する膜厚分布の改善を図ることができる。【選択図】図１
2013147677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバの内部に設置された、基板を支持するためのステージと、
前記ステージ上の前記基板の中心を通る第１の軸のまわりに前記ステージを回転させる第１の回転軸と、
前記ステージ上の前記基板に斜め方向から成膜粒子を入射させる成膜源と、
前記第１の軸と平行な第２の軸に沿って配列され、前記第１の軸と第１の距離離間する第２の回転軸と、
前記第１の回転軸および前記第２の回転軸を各々の軸まわりに回転させることが可能な駆動源と、
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間に設置され、前記第２の軸のまわりに前記ステージを回転させる回転伝達機構と
を具備する成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置であって、
前記ステージを回転可能に支持する支持部と、前記第２の回転軸に固定される固定部とを有し、前記第２の軸と直交する平面内において前記第２の回転軸のまわりに回転可能な円板状のプレート部材をさらに具備する成膜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の成膜装置であって、
前記回転伝達機構は、
前記第１の回転軸の周囲に設置された第１のギヤと、
前記第２の回転軸が貫通する貫通孔を有し、前記チャンバに固定された第２のギヤと、
前記第１のギヤと前記第２のギヤとの間に配置された第３のギヤとを有する成膜装置。
【請求項４】
請求項１に記載の成膜装置であって、
前記第１の距離は、前記基板の半径をｒとしたとき、ｒ／４以上ｒ以下である成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹凸部を有する基板の表面に均一に薄膜を形成することが可能な成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板の表面に均一な膜厚で薄膜を形成するための成膜装置が種々提案されている。例えば下記特許文献１には、基板表面に対して斜め方向に対向するように配置されたスパッタリングターゲットと、基板ホルダを基板の中心の回りに回転させるホルダモータとを有し、基板を回転させながら、蒸着粒子を基板表面に斜め方向から入射させるスパッタ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０３０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成のスパッタ装置においては、基板上の比較的平坦な領域に関する膜厚分布の改善には大きな効果を有するものの、凹凸部を有する基板表面に対しては膜厚分布の改善が図れないという問題がある。すなわち、基板表面に構造層が島状に分布するような場合、基板の半径位置に応じて構造層の側面に形成される膜の厚みに分布が生じてしまい、要求される膜厚均一性を確保することが非常に困難であった。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、凹凸部を有する基板表面の膜厚分布の改善を図ることができる成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、チャンバと、ステージと、第１の回転軸と、成膜源と、第２の回転軸と、駆動源と、回転伝達機構とを具備する。
上記ステージは、基板を支持するためのもので、上記チャンバの内部に設置される。上記第１の回転軸は、上記ステージ上の上記基板の中心を通る第１の軸のまわりに上記ステージを回転させる。
上記成膜源は、上記ステージ上の上記基板に斜め方向から成膜粒子を入射させる。
上記第２の回転軸は、上記第１の軸と平行な第２の軸に沿って配列され、上記第１の軸と第１の距離離間する。
上記駆動源は、上記第１の回転軸および上記第２の回転軸を各々の軸まわりに回転させることが可能である。
上記回転伝達機構は、上記第１の回転軸と上記第２の回転軸との間に設置され、上記第２の軸のまわりに上記ステージを回転させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置を概略的に示す要部の斜視図である。
【図２】上記成膜装置の要部の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る成膜装置は、チャンバと、ステージと、第１の回転軸と、成膜源と、第２の回転軸と、駆動源と、回転伝達機構とを具備する。
上記ステージは、基板を支持するためのもので、上記チャンバの内部に設置される。上記第１の回転軸は、上記ステージ上の上記基板の中心を通る第１の軸のまわりに上記ステージを回転させる。
上記成膜源は、上記ステージ上の上記基板に斜め方向から成膜粒子を入射させる。
上記第２の回転軸は、上記第１の軸と平行な第２の軸に沿って配列され、上記第１の軸と第１の距離離間する。
上記駆動源は、上記第１の回転軸および上記第２の回転軸を各々の軸まわりに回転させることが可能である。
上記回転伝達機構は、上記第１の回転軸と上記第２の回転軸との間に設置され、上記第２の軸のまわりに上記ステージを回転させる。
【０００９】
上記成膜装置において、ステージ上における基板は、第１の軸のまわりへの自転と、第２の軸のまわりへの公転とが可能である。これにより、成膜源に対する基板の相対位置変化の自由度が高まり、基板の半径位置によらない均一な膜厚分布が確保される。したがって、上記成膜装置によれば、凹凸部を有する基板表面に対して、例えば当該凹凸部の側面に対する膜厚分布の改善を図ることができる。
【００１０】
上記成膜源は、成膜方式に応じて定まり、例えば、スパッタリング装置の場合はスパッタリングカソード（スパッタリングガン）、真空蒸着装置の場合は成膜材料の蒸発源が該当する。成膜源は１つに限らず、複数設置されてもよい。上記成膜粒子は、成膜源によって生成される成膜材料の粒子であり、例えば、スパッタリング装置の場合はターゲットをスパッタすることで生成されたスパッタ粒子、真空蒸着装置の場合は蒸発源によって生成された成膜材料の蒸発粒子が該当する。
【００１１】
上記成膜装置は、円板状のプレート部材をさらに具備してもよい。上記プレート部材は、上記ステージを支持する支持部と、上記第２の回転軸に固定される固定部とを有し、上記第２の軸と直交する平面内において上記第２の回転軸のまわりに回転可能である。
上記成膜装置によれば、成膜源から照射される成膜粒子のうち基板上に照射されない成膜粒子を、上記プレート部材の上に堆積させることができる。すなわち、上記プレート部材は、成膜粒子によるチャンバ内部の汚染を抑える防着板として機能する。これにより、チャンバ内壁面への成膜粒子の不用意な付着を抑制し、チャンバの洗浄効率を高めることができる。
【００１２】
上記回転伝達機構は、第１のギヤと、第２のギヤと、第３のギヤとを有する。上記第１のギヤは、上記第１の回転軸の周囲に設置される。上記第２のギヤは、上記第２の回転軸が貫通する貫通孔を有し、上記チャンバに固定される。上記第３のギヤは、上記第１のギヤと上記第２のギヤとの間に配置される。
この構成により、ステージは、プレート部材の回転により第２の軸まわりに公転運動をしながら、第２のギヤのまわりに回転する第３のギヤの回転力を受けて第１の軸まわりへの回転が可能となる。これにより、第２の回転軸を回転させる単一の駆動源によってステージ上の基板を自公転させることが可能となる。
【００１３】
上記第１の距離は、基板表面の凹凸部の高さ、凹凸部の側面の傾斜角などによって適宜定めることができ、例えば基板の半径をｒとしたとき、ｒ／４以上ｒ以下とすることができる。
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置を概略的に示す要部の斜視図である。図２は、上記成膜装置の要部の側面図である。本実施形態の成膜装置１は、スパッタリング装置として構成されており、チャンバ１０と、ステージ１１と、スパッタリングカソード１２とを有する。なお、図においてＸ軸およびＹ軸は相互に直交する水平方向を示し、Ｚ軸はＸ軸およびＹ軸に相互に直交する垂直方向を示す。
【００１６】
チャンバ１０は、図示しない真空排気ポンプに接続されており、内部が所定の圧力にまで真空排気されることが可能に構成されている。また、チャンバ１０は、図示しないガス供給源に接続されており、チャンバ１０の内部に所定のプロセスガス（例えばＡｒなどの放電ガス、酸素などの反応性ガス）の導入が可能に構成されている。さらに、チャンバ１０の外部と内部との間で基板Ｗを出し入れするための開口がチャンバの周壁に形成されているとともに、当該開口を開閉するためのゲートバルブが上記周壁に設置されている。
【００１７】
ステージ１１は、円板形状を有し、その表面は基板Ｗを水平に支持する支持面を形成する。図示せずとも、ステージ１１は、基板Ｗを保持するチャック機構（例えばメカニカルチャック）を有している。本実施形態において、ステージ１１は、基板Ｗの大きさと略同等の大きさで形成されているが、勿論これに限られない。
【００１８】
本実施形態において、基板Ｗには半導体ウェーハが用いられるが、これに限られず、ガラス基板、セラミック基板等も適用可能である。基板Ｗの大きさは特に限定されない。基板Ｗの表面は平坦面でもよいが、構造層等の凹凸部が島状に分布した凹凸面であってもよい。
【００１９】
スパッタリングカソード１２は、スパッタリングターゲット（以下単に「ターゲット」という。）１２０のほか、ターゲット１２０を支持するバッキングプレート、バッキングプレートに高周波電力を印加する電力ユニット、ターゲットの表面に磁場を形成するマグネットユニット等を含む。
【００２０】
スパッタリングカソード１２は、ターゲット１２０の表面がステージ１１上の基板Ｗの表面と斜め方向に対向するように、チャンバ１０に設置されている。そして、スパッタリングカソード１２は、ターゲット１２０と基板Ｗとの間に放電ガスのプラズマを形成することでターゲットをスパッタし、ターゲット１２０から叩き出された成膜粒子を基板Ｗ上に斜め方向から入射させる。これにより、基板Ｗの表面にターゲット１２０の構成材料からなる薄膜が形成される。ターゲット１２０の構成材料は特に限定されず、金属、合金あるいはこれらの化合物、さらにはセラミックス材料や樹脂材料であってもよい。
【００２１】
本実施形態の成膜装置１は、このスパッタ成膜に際して、基板Ｗをチャンバ１０の内部において自公転させるための自公転ユニット２０を有している。以下、この自公転ユニット２０について説明する。
【００２２】
自公転ユニット２０は、第１の回転軸２１と、第２の回転軸２２と、ステージ１１を支持するプレート部材５０と、第２の回転軸２２を回転させる駆動源４０と、第２の回転軸２２の回転に同期して第１の回転軸２１を回転させる回転伝達機構３０とを有する。
【００２３】
第１の回転軸２１は、ステージ１１に固定される。第１の回転軸２１は、ステージ１１に支持された基板Ｗの中心Ｏ１（図１）を通る第１の軸Ｚ１に沿って配置されている。第１の回転軸２１は、プレート部材５０に対して回転可能にプレート部材５０に取り付けられている。
【００２４】
第２の回転軸２２は、第１の軸Ｚ１と平行かつ第１の軸Ｚ１と所定の距離（Ｌ）だけ離間する第２の軸Ｚ２に沿って配置されている。駆動源４０は、例えばモータで構成され、第２の回転軸２２を第２の軸Ｚ２のまわりに回転させる。第２の回転軸２２は、チャンバ１０の底部を気密に貫通する筒状のガイド部材４１の内部に挿通されており、チャンバ１０の外側において駆動源４０と接続されている。
【００２５】
第１の軸Ｚ１と第２の軸Ｚ２との離間距離（オフセット量）Ｌは、基板Ｗの表面に形成された凹凸部の高さや凹凸部の側面のテーパ角、凹凸部の配列ピッチ、基板Ｗの半径（ｒ）、ターゲット１２０から入射する成膜粒子の入射角、基板Ｗとターゲット１２０との間の距離等に応じて適宜定められる。本実施形態では、オフセット量Ｌの大きさは、基板Ｗの半径ｒを基準として、例えば、ｒ／４以上ｒ以下の範囲に設定される。
【００２６】
プレート部材５０は、第１の回転軸２１を回転自在に支持する支持部５１と、第２の回転軸２２の上端に固定される固定部５２とを有する。支持部５１は軸受部材で構成され、この第１の回転軸２１を介してステージ１１を回転自在に支持する。プレート部材５０は、円板形状を有する。第２の軸Ｚ２とプレート部材５０との交点Ｏ２（図１）は、プレート部材５０の中心部とされている。これにより、プレート部材５０は、駆動源４０によってＸＹ平面内において第２の軸Ｚ２のまわりに回転可能とされる。
【００２７】
回転伝達機構３０は、第１のギヤ３１と、第２のギヤ３２と、第３のギヤ３３と、これらギヤを収容するケーシング３４とを有する。
【００２８】
第１のギヤ３１は、第１の回転軸２１の周囲に取り付けられ、第１の回転軸２１とともに回転する。第２のギヤ３２は、ガイド部材４１の上端部に固定され、その中心部には、第２の回転軸２２が貫通する貫通孔３２ａが形成されている。これにより、ガイド部材４１を介してチャンバ１０に固定された第２のギヤ３２に対して、第２の回転軸２２の回転が可能とされている。第３のギヤ３３は、第１のギヤ３１と第２のギヤ３２との間に配置され、ステージ１１の自転速度と公転速度との比を調整する調整ギヤとして機能する。
【００２９】
ケーシング３４は、第１の回転軸２１を回転自在に支持する第１の軸受３６と、ガイド部材４１を回転自在に支持する第２の軸受３７と、第３のギヤ３３の回転軸３５を回転自在に支持する第３の軸受３８とを有する。
【００３０】
以上のように構成される自公転ユニット２０においては、駆動源４０の駆動により、プレート部材５０がＸＹ平面内で回転する。これにより、プレート部材５０の支持部５１で支持される第１の回転軸２１およびその上のステージ１１は、点Ｏ２を中心とする半径Ｌの円を描くように第２の軸Ｚ２のまわりを公転する。
【００３１】
一方、第１の回転軸２１に設けられた第１のギヤ３１は、第３のギヤ３３を介して第２のギヤ３２と係合している。第２のギヤ３２はガイド部材４１に固定されているため、ステージ１１の公転に伴って、第１のギヤ３１は回転軸２１の軸まわりに、第３のギヤ３３は回転軸３５の軸まわりにそれぞれ回転しながら、第２のギヤ３２の周囲を回転する。以上のように、ステージ１１は、第１の軸Ｚ１のまわりに自転しながら、第２の軸Ｚ２のまわりを公転する。本実施形態では、ステージ１１が点Ｏ２を中心に時計方向へ回転する場合、ステージ１１は点Ｏ１を中心に反時計方向へ回転する。
【００３２】
ステージ１１の自転回転数は、ステージ１１の公転回転数および第３のギヤ３３のギヤ径などによって定まる。ステージ１１の公転回転数は特に限定されず、例えば、１２０ｒｐｍとされる。本実施形態では、ステージ１１の自転回転数が公転回転数の偶数倍（２倍、４倍など）となるように、第１のギヤ３１に対する第３のギヤ３３のギヤ比が設定されている。これにより、ステージ１１の公転位置と自転位置とが相互に対応することになるので、ステージ１１からの基板Ｗの取り出し位置において基板Ｗの向き（オリエンテーションフラットの向き）を常に一定とすることができる。その結果、基板の向きを光学的に検出するセンサ等を必要とすることなく、安定した基盤の搬入／搬出動作が確保される。
【００３３】
本実施形態の成膜装置１においては、自公転ユニット２０によって、ステージ１１上の基板Ｗを自公転させながらスパッタ成膜が実施される。これにより、ターゲット１２０に対する基板Ｗの相対位置変化の自由度が高まり、基板Ｗの半径位置によらない均一な膜厚分布が確保される。したがって、本実施形態の成膜装置１によれば、凹凸部を有する基板Ｗの表面に対して、当該凹凸部の側面に対する膜厚分布の改善を図ることができる。
【００３４】
また、本実施形態においては、ステージ１１の公転領域に円板状のプレート部材５０を備えているため、ターゲット１２０から照射されるスパッタ粒子のうち基板Ｗ上に照射されない粒子は、プレート部材５０の上に堆積させられる。すなわち、プレート部材５０は、スパッタ粒子によるチャンバ１０の内部の汚染を抑える防着板として機能する。これにより、チャンバ１０の内壁面へのスパッタ粒子の不用意な付着を抑制し、チャンバ１０の洗浄効率を高めることができる。
【００３５】
さらに、本実施形態の成膜装置１によれば、単一の駆動源４０によって基板Ｗ（ステージ１１）の自転および公転が可能である。これにより、自公転構造を簡素化できるとともに、制御の容易化を図ることができる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３７】
例えば以上の実施形態では、成膜装置としてスパッタリング装置を例に挙げて説明したが、これに限られず、真空蒸着装置やイオンプレーティング装置などの他の成膜装置にも本発明は適用可能である。
【００３８】
また、以上の実施形態では、公転軸（第２の軸Ｚ２）のまわりに単一のステージ１１を配置した例を説明したが、これに限られず、公転軸のまわりに複数のステージ１１が設置されてもよい。この場合、各ステージに上述の回転伝達機構を設置すればよい。プレート部材は必要に応じて省略されてもよい。
【００３９】
さらに、以上の実施形態では、公転軸である第２の回転軸２２に駆動源４０を設置したが、これに代えて、第１の回転軸２１に駆動源を設置してもよい。このような構成によっても、上記回転伝達機構を介してステージの公転駆動が実現可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１…成膜装置
１０…チャンバ
１１…ステージ
１２…スパッタリングカソード
２０…自公転ユニット
２１…第１の回転軸
２２…第２の回転軸
３０…回転伝達機構
３１…第１のギヤ
３２…第２のギヤ
３３…第３のギヤ
４０…駆動源
５０…プレート部材
１２０…ターゲット
Ｚ１…第１の軸
Ｚ２…第２の軸
Ｗ…基板
【図１】
2013147677.tif 000003
【図２】
2013147677.tif 000004