JPH01290768A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は成膜加工設備の技術分野で利用され、特に、ス
パッタリング装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、スパッタリング装置における基板の保持手段とし
ては、たとえば、成膜加工が施こされる基板の複数個を
適宜のピッチ円上で保持するための平板回転テーブルが
適用されている。ところが、各基板はその移動軌跡に対
応して設けられたターゲットに対して平板回転テーブル
の１回転ごとに１回しか通過させることができないので
、ターゲットから叩き出されるターゲット物質を充分に
捕捉することができず、したがって、膜厚分布が不同に
なるという不具合がある。そこで、これを解消しようと
して基板を保持する基板ホルダをその移動軌跡（公転軌
’ｙａ＞上で自転させる多軸フラットプラネタリ治具が
提供されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記の多軸フラットプラネタリ治具は、基板ホ
ルダ軸に対する基板の公転軌跡をターゲットの配置ピッ
チ円に重ねながら移動させたり、ターゲットの配置ピッ
チ円上に基板ホルダの公転軌跡を一致させたりしても、
均一な膜厚を形成するのが容易でなく、なお、改善すべ
き点が残されている。

本発明はかかる従来の上記課題にかんがみ、基板は基板
ホルダの１回動動作で各ターゲットを多数回通過させた
り、ターゲットと相対する位置で停止または自転させた
りすることができるようにして、成膜速度の向上と膜厚
分布の均一化とを図ったスパッタリング装置をを提供す
るにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の上記課題を解決するための手段は、真空槽の内
部にターゲットと、該ターゲットに相対せしめる基板を
保持するための基板保持手段とを配設して、スパッタリ
ングにより基板の表面にターゲット物質の薄膜を形成す
るものにおいて、前記ターゲットは少なくとも真空槽の
中心位置に設けられ、前記基板保持手段は前記中心位置
に枢支された基部回動部材と、該基部回動部材と連動可
能で、かつ中心位置を囲繞する公転軌道上に自転可能に
設けられた基板ホルダとからなり、該基板ホルダの自転
軸を囲繞する公転軌道上にｎ；ｊ記基板が保持され、該
基板をターゲットと相対する位置に反復して臨ませるよ
うにしたことを特徴とし、また、基板を停止式にしてタ
ーゲットと相対する位置に位置せしめるようにしたり、
基板を自転式にしてターゲットと相対する位置で回転さ
れるようにしたりすることをも包含するものである。

（作用） 上記の手段による作用は、駆動手段によって基板保持手
段の基部回動部材が回動されると、該基部回動部材の中
心位置を囲繞する公転軌道上に枢支されている基板ホル
ダは、基部回動部材の回動動作に連動して自転する。し
たがって、基板ホルダの自転軸を囲繞する公転軌道上に
保持されている基板は、中心位置に対する基板ホルダの
公転軌道上でさらに公転することにより、基板を前記タ
ーゲットと相対する位置に反復して臨ませたり、ターゲ
ットと相対する位置に位置せしめたり、またはその位置
で回転させたりしてターゲット物質の薄膜が形成される
。

（実施例） 以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。

実施例１ 本例は基板を連続して移動させながらスパッタリングす
る場合に適用されるもので第１図および第２図に示し、
基板保持手段の基部回動部材の１回動ごとに描かれる基
板の移動軌跡が、互いに深く重なり合うようにしたのを
特徴としている。

第１図に示すスパッタリング装置１は、真空槽２の内部
に配設されたターゲット３．４および加熱器５と、前記
ターゲット３．４に相対せしめる基板６を保持するため
の基板保持手段７とを主要部として包含している。

前記ターゲット３．４は真空槽２の中心位置へと、該中
心位置に対し互いに等間隔を保って囲繞する周回位ｉ１
Ｂ　（第２図では３個所）とに設けられ、また、加熱器
５は前記ターゲット３と相対するように、ターゲット３
の上方に後述の基板ホルダ１０を通過させるための間隔
Ｃを保って配設されている。

前記基板保持手段７は、前記中心位置Ａ上方の真空槽２
の冠板２ａに枢支され、かつ駆動手段８を連設せしめた
基部回動部材９と、該基部回動部材と連動可能で、かつ
、中心位置Ａを囲繞する公転軌道０．上に自転可能に設
けられた基板ホルダ１０とからなっていて淘ホルダの後
述する自転軸２２を囲繞する公転軌道０２上に前記基板
６が保持されており、さらに、上述の各構成部材につい
て詳述する。

すなわち、前記ターゲット３，４はそれぞれ半径がたと
えば１０１．６Ｍに形成されたターゲット物Ｑ３ａ、４
ａをターゲット支持体３ｂ、４１）に支持せしめたもの
で、ターゲット４は中心位置へからのターゲットピッチ
円の半径Ｒ，（たとえば２５０Ｍ）で設定した前記周回
位［Ｂに配置され、かつ各ターゲット３．４は高さを互
いに等しくするとともに、パツキン箱１１．１２を介し
て真空槽２の底板２ｂに固定されている。

前記加熱器５は基板６に対して下向きの加熱をするよう
に、筒状の保持部材１３を介して真空槽２の冠板２ａに
固定されており、保持部材１３の上端部は冠板２ａの上
方に突出されている。

前記駆動手段８は竪形の減速機付きモータ１４と、駆動
歯車１５とからなり、前記減速機付きモータ１４は前記
冠板２ａの上面に固設されて軸受部１４ａを真空槽２内
に突出せしめ、前記駆動歯車１５は減速機付きモータ１
４の出力軸１４ｂに固着されている。

前記基部回動部材９は前記駆動歯車１５に噛合せしめる
従動歯車１６と、該従動歯車の上面に同心状に突設され
た筒状のボス部材１７と、前記従動歯車１６の外周部の
１個所に設けられたホルダ軸受１８とからなっており、
前記ボス部材１７は前記中心位置Ａにおける冠板２ａの
下面（真空槽２内部）に突設した軸受箱１９に、基部軸
受２０を介して枢支されている。２１は防着板でターゲ
ット物質３ａ、４ａが真空槽２内の上方に飛散するのを
防ぐために設けられるものであって、内周部を前記従動
歯車１６の外周部に固着して、該外周部から真空槽２の
胴板２ｃに至るまでの空所を回動可能に遮蔽している。

前記基板ホルダ１０は前記ホルダ軸受１８に枢支された
自転軸２２と、該自転軸の上端部に固着された遊星歯車
２３と、該遊星歯車に噛合して前記軸受箱１９の下端部
に固着された太陽歯車２４と、前記自転軸２２の下端部
に同心状に固着された回動板２５とからなっており、該
回動板は自転軸２２を中心とする基板６の公転軌道０２
上の等間隔位置に３個の基板６が装着されている。

前記基板の公転半径Ｒ２は、真空槽２の中心位置へから
自転軸２２の中心に至る前記基板ホルダ１０の公転半径
Ｒ３（たとえば１５２＋ｎｍ）に等しく形成されており
、したがって、前記ターゲットピッチ円の半径Ｒ１、基
板の公転半径Ｒ２および基板ホルダの公転半径Ｒ３は次
の条件を満たすように設定されている。

Ｒ２＝Ｒ３ Ｒ１（Ｒ２＋　Ｒ３ 次に、上記実施例１の作用について説明する。

駆動手段８を起動して駆動歯車１５が第２図の紙面に対
してたとえば右回りをすると、従動歯車１６とともに基
板回動部材９が左回りをし、該基部回動部材に枢支され
ている基板ホルダ１０は遊星歯車２３が太陽歯車２４の
歯形部を転動して左回りをすることにより、基板ホルダ
１０に保持された３個の基板６の各中心ｐｔ　　（第２
図では１個の基板６の中心Ｐ、を示す）は、それぞれ基
部回動部材９の１回動動作で中心位置Ａのターゲット３
に対して６回、周回位ＩＷＢの各ターゲット４゜４．４
に対して３回通過する移動軌跡Ｌ１を反復して描くとと
もに、中心位置Ａに設けた加熱手段５によって加熱され
ながらスパッタリングが行なわれ、基板６の表面には、
ターゲット物質３ａ。

４ａの薄膜が均一に成膜される。

なお、上述の基板６の移動軌跡Ｌ１は、前記駆動歯車１
５と従動歯車１６の歯数比や、遊星歯車２３と太陽歯車
２４の歯数比を選択したり、ターゲットピッチ円の半径
Ｒ□、基板の公転半径Ｒ２および基板ホルダ１０の公転
半径Ｒ３の相互比率を選択したりすることによって、所
望の成膜条件に適合した薄膜が均一な膜厚分布で形成さ
れる。

実施例２ 本例は基板が各ターゲットと対応する位置に進入するご
とに停止させてスパッタリングする場合に適用されるも
ので第３図および第４図に示し、基板保持手段の基部回
動部材の１回動ごとに描かれる基板の移動軌跡が、特に
、真空槽の中心位置に集中するようにしたのを特徴とし
ている。

第３図に示すスパッタリング装置３１は、ターゲットピ
ッチ円の半径Ｒ１に対して３個の基板６を保持する回動
板３２の基板の公転の半径Ｒ２および前記回動板３２の
自転軸３３（すなわち基板ホルダ１０）の公転半径Ｒ３
が Ｒ２＝Ｒ３ Ｒｔ　＝　Ｒ２十Ｒ３ に設定される一方、歯数比の異なる遊星歯車３４および
太陽歯車３５が設けられているほかは、実施例１と同様
に構成されており、実施例１における符号は自転軸２２
、遊星歯車２３、太陽歯車２４および回動板２５を除い
て実施例２にも適用する。

上記の構造において、基板ホルダ１０の回動板３２に保
持された３個の基板６の各中心Ｐ２は、それぞれ基部回
動部材９の１回動動作で中心位置へのターゲット３に対
して６回、周回位置Ｂの各ターゲット４，４．４に対し
て１回通過する移動軌跡Ｌ２を描く一方、ターゲット３
．４と相対する位置に基板６が進入した際、駆動手段８
を停止することにより、基板６はターゲット物［３ａ。

４ａのいずれかを選択して停止されるので、所望の成膜
条件に適合した成膜加工が行なわれる。

実施例３ 本例は基板が各ターゲットと対応する位置に進入するご
とに停止させてスパッタリングする場合に適用される他
の例であって、第５図および第６図に示し、特に、基板
が各ターゲットに対して自転するようにしたのを特徴と
している。

第５図に示すスパッタリング装置４１は、真空槽４２の
内部に懸吊して配設されたターゲット４３．４４と、該
ターゲットに相対せしめる基板４５を保持するための基
板保持手段４６と、該基板保持手段と連係させるための
基板自転手段４７とを主要構成要素としている。

前記ターゲット４３．４４はそれぞれターゲット支持体
４３ａ、４４ａにターゲット物質４３ｂ。

４４ｂを支持せしめたもので、前記真空槽４２の中心位
置へと、該中心位置に対し互いに間隔を保って囲繞する
周回位ｒｌ（第５図では２個所）とに前記ターゲット物
質４３ｂ、４４ｂを下向きにして設けられている。

前記基板保持手段４６は前記中心位ＩＡ上下方真空槽４
２の底板４２ａに軸受４８を介して枢支され、かつ駆動
手段４９を連設せしめた基部回動部材５０と、該基部回
動部材と連動可能で、かつ中心位置へを囲繞する公転軌
道０１上に自転可能に設けられた基板ホルダ５１とから
なり、該基板ホルダの後述する自転軸５３を囲繞する公
転軌道０２上に基板ステージ５２が枢支されており、該
基板ステージの外周部に基板４５を保持している。

基板ホルダ５１は自転軸５３の下端部に設けた遊星歯車
５４を、後述の中空軸５９に設けられて前記基部回動部
材５０と一体的に回動可能な太陽歯車５５に噛合せしめ
ることにより、自転軸５３が中空軸５９まわりを公転す
るとともに、該自転軸まわりを基板ステージ５２が公転
可能とされている。　なお、前記基板４５は本例に代え
て基板ステージ５２の中心に保持されることもある。

前記駆動手段４９は、真空槽４２の底板４２ａから下方
に架設した吊架台５６上に、減速機付きモータ５７と連
動クラッチ５８とが設けられ、該減速機付きモータの出
力軸５７ａと、前記軸受４８に枢支せしめて真空槽４２
の内部に臨ませた中空軸５９との間に傘歯車機構６０を
介在せしめており、前記中空軸５９に挿通した基部回動
軸６１は、下端部が前記吊架台５６の下方へブラケット
６２を介して配置した下部軸受６３に枢支されるととも
に、上端部に前記基部回動部材５０が固定される一方、
前記傘歯車機構６０と前記連動クラッチ５８との間に入
力側歯車機構６４が、連動クラッチ５８と前記基部回動
軸６１の間に出力側歯車機構６５が介設されて構成され
る。

６６は中空軸用検出器、６７は基部回動軸用検出器、６
８はストッパである。

前記基板自転手段４７は周回位置Ｂのターゲット４４に
相対している基板４５もしくは基板ステージ５２を自転
させるために付設されたもので、前記真空槽４２の底板
４２ａの取付管６９に固定した減速機付き補助モータ７
０の軸受部７０ａを真空槽４２の内部に臨ませ、該軸受
部は上端部に歯車機構７１を保持するアーム７２の回動
軸７２ａが枢支される一方、内腔部に駆動側歯車７１ａ
を固定せしめた前記減速機付き補助モータ７０の出力軸
７０ｂが回動可能に挿通されており、従動側歯車７１ｂ
には、前記基板ステージ５２の人力軸５２ａに固定した
従動側摩擦車７３を回転せしめるための駆動側摩擦車が
設けられて構成される。

前記基板４５（もしくは基板ステージ５２）の公転半径
Ｒ２、基板ホルダ５１の公転半径Ｒ３およびターゲット
４４のピッチ円の半径Ｒ１はＲ２＝Ｒ３ Ｒ１＝Ｒ２＋Ｒ３ の条件を満たすように設定されている。

次に、実施例３の作用について説明する。

（ａ）中心位置Ａで基板４５を自転させる場合第５図お
よび第６図に示す状態で連動クラッチ５８を接続したの
ち、減速機付きモータ５７を起動すると、傘歯車機構６
０から中空軸５９を経て太陽歯車５５に伝わる回転作用
と、傘歯車機構６０から入力端歯車機構６４、連動クラ
ッチ５８、出力側歯車機構６５および基部回動軸６１を
経て基部回動部材５０に伝わる回転作用とが同調して同
方向に入力されることにより、自転軸５３および遊星歯
車５４が太陽歯車５５とともに中心位置Ａまわりを公転
して、基板４５（基板４５が複数個の場合は基板ステー
ジ５２）はターゲット４３に対して自転する。

（ｂ）周回位［Ｂで基板４５を自転させる場合まず、基
部回動軸６１をストッパ６８で固定して連動クラッチ５
８を解除しておき、減速機付きモータ５７を起動すると
、太陽歯車５５の回動により基板ホルダ５７は自転軸５
３および遊星歯車５４とともに回動して基部回動部材５
０の遠心方向に開脚し、基板ステージ５２の中心を周回
位置Ｂのピッチ円上に移動せしめたのち停止する。

次に、ストッパ６８を解除して連動クラッチ５８を接続
したのち、減速機付きモータ５７を起動し、直線状の基
部回動部材５０および基板ホルダ５１を一体的に回動せ
しめてターゲット４４と相対して停止する。

続いて、基板自転手段４７の減速機付き補助モータ７０
を起動して駆動側摩擦車７４を回転させながらアーム７
２を回動し、該駆動側摩擦車で回動板５２の従動側摩擦
車７３を押圧することにより、基板４５（もしくは基板
ステージ５２）はターゲット４４に対して自転する。

（発明の効果） 本発明は上記の構成により、第１請求項記載の発明は中
心位置に対する基板ホルダの公転軌道上で、基板が反復
して公転しながらスパッタリングされるので、同質のタ
ーゲットによる大量生産の成膜加工において膜厚分布の
均一化と成膜速度の向」二とに有利であり、また第２請
求項記載の発明は基板ホルダの公転軌道上の成膜条件に
適合したターゲットと相対する位置で、基板が停止して
スパッタリングされるので、成膜条件の異なる多品種少
量生産方式の成膜加工に有利であり、さらに第３請求項
記載の発明は基板ホルダの公転軌道上の成膜条件に適合
したターゲットと相対する位置で、基板が自転しながら
スパッタリングされるので、成膜条件の異なる多品種少
量生産方式の成膜加］二において、膜厚分布の均一化と
成膜速度の向上とに有利であるという優れた効果がある
。

【図面の簡単な説明】

図面の本発明の実施態様を例示し、第１図は実施例１に
おけるスパッタリング装置の中央縦断面図、第２図は第
１図のＩＩ−ＩＩ＆Ｉにおける断面で基板の回動軌跡を
示す平面図、第３図は実施例２におけるスパッタリング
装置の中央縦断面図、第４図は第３図のｒＶ−ｒＶ１％
における断面で基板の回動軌跡を示す平面図、第５図は
実施例３におけるスパッタリング装置の中央縦断面図、
第６図は同平面図である。 １．３１．４１・・・・・・スパッタリング装置、２゜
４２・・・・・真空槽、３，４，４３．４４・・・・・
・ターゲット、３　ａ、　　４　ａ、　　４３　ａ、　
　４４　ａ・・・・ターゲット物質、６，４５・・・・
・・基板、７．４６・・・・・・基板保持手段、８．４
９・・・・・駆動手段、９，５０・・・・基部回動部材
、１０．５１・・・・・・基板ホルダ、２２゜３３．５
３・・・・・自転軸、Ａ・・・・・・中心位置、０１゜
０□・・・・・・公転軌道。 特許出願人　新明和工業株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空槽の内部にターゲットと、該ターゲットに相
   対せしめる基板を保持するための基板保持手段とを配設
   して、スパッタリングにより基板の表面にターゲット物
   質の薄膜を形成するものにおいて、前記ターゲットは少
   なくとも真空槽の中心位置に設けられ、前記基板保持手
   段は前記中心位置に枢支された基部回動部材と、該基部
   回動部材と連動可能で、かつ中心位置を囲繞する公転軌
   道上に自転可能に設けられた基板ホルダとからなり、該
   基板ホルダの自転軸を囲繞する公転軌道上に前記基板が
   保持され、該基板をターゲットと相対する位置に反復し
   て臨ませるようにしたことを特徴とするスパッタリング
   装置。
2. （２）前記基板を停止式にして、前記ターゲットと相対
   する位置に位置せしめるようにした特許請求の範囲第１
   項記載のスパッタリング装置。
3. （３）前記基板を自転式にして、前記ターゲットと相対
   する位置で回転されるようにした特許請求の範囲第１項
   記載のスパッタリング装置。