JPH1121668A

JPH1121668A - 基板回転装置及び基板回転方法

Info

Publication number: JPH1121668A
Application number: JP7092098A
Authority: JP
Inventors: Steven Hurwitt; ハーヴィットスティーブン; Israel Wagner; ワグナーイズラエル; Ira Reiss; レイスイラ; Marian Zielinski; ズィリンスキマリアン; Swie-In Tan; タンスウィイン
Original assignee: Read Rite Corp; Materials Research Corp
Current assignee: Read Rite Corp; Materials Research Corp
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-01-26
Also published as: DE19811873A1

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上に不必要な微粒子を生じさせないとと
もに基板にスパッタリング材料を均一に堆積させる基板
回転装置を提供する。【解決手段】キャビティ５２の中に基板４２を第１の
軸４６を中心に回転させる第１の機構を有し、チャンバ
５０の外側に遊星歯車９０を第１の軸４６を中心に回転
させる第２の機構を有する。磁石機構により壁面５８を
通じて磁気的に結合された第１の機構と第２の機構を同
調させて第１の軸４６を中心に回転させる。チャンバ５
０の外で遊星歯車９０と歯合する太陽歯車９２を有し、
第１の機構と第２の機構を回転させる第１の回転を行
い、基板４２を中心軸１８を中心に第１の角速度で回転
させる。この第１の角速度は、基板４２が成膜領域４９
の中に入ると変化し、基板４２全体が成膜領域４９にあ
るときの時間を短くする。このとにより基板４２の中心
部に堆積するスパッタリング材料を減少させる。駆動装
置は、第１の機構と第２の機構を回転させる第２の回転
を行い、遊星歯車９０と太陽歯車９２の歯合により基板
４２を第１の軸４６を中心に回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に薄膜を形成
する基板回転装置及び基板回転方法に関し、特に、スパ
ッタリングプロセスの際に基板の速度を変えて基板に形
成される薄膜の均一性を向上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
ッタリングプロセスが用いられる。このプロセスにおい
て、半導体ウェハ等の基板上に金属の薄膜を形成するた
めに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などのスパ
ッタリングソース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、均一な膜厚を
高い精度で有していることが望ましい。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、スパ
ッタリングソースに対して基板を移動させるという技術
がある。この技術は、堆積パターンでの薄膜の不均一性
を完全なものにして、広い基板領域での薄膜の均一性を
向上させる。このとき、様々な種類の動作パターンが利
用される。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、基板をスパッタリングソ
ース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、基板をスパッタリン
グソース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６
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２１
８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２３
２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。
各支持軸２３８は中心軸２１８から半径Ｒの位置にあ
り、中心軸２１８の周りに円形構造を形成している。支
持軸２３８は、太陽歯車２３０に歯合する遊星歯車２４
４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２
４４、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２１
８を中心として回転、すなわち公転する。太陽歯車２３
０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２４
２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。カソ
ード２２６は、中心軸２１８から半径Ｒとほぼ等しい距
離Ｄの位置にある。よって、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２４
９を半径Ｒの公転の円弧に沿って通過する。各基板２４
２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２３
０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】図６及び図７を参照して、成膜領域２４９
に対する基板２４２の動作パターンを説明する。駆動軸
２１４の回転により、基板２４２は成膜領域２４９の中
を半径Ｒの円弧の軌道（矢印２５８で示す）に沿って動
く。これによって、基板２４２の内側端部２５０と外側
端部２５４は、それぞれ成膜領域２４９の中の内側軌道
２５２と外側軌道２５６に沿って動く。さらに、基板２
４２の中心部２６２は、内側軌道２５２と外側軌道２５
６の間の中心軌道２６４に沿って動く。中心軸２１８か
ら外側端部２５４までの距離は、中心軸２１８から内側
端部２５０までの距離より長いため、外側端部２５４は
内側端部２５０より速く動く。その結果、外側端部２５
４は内側端部２５０に比べて成膜領域２４９の中にある
ときの時間が短くなり、外側端部２５４は内側端部２５
０に比べて薄膜の堆積時間が短くなる。

【００１２】前述したように、駆動軸２１４が回転する
と、同時に基板２４２がそれぞれに対応する中心軸２４
６を中心として回転（矢印２６０の方向に回転）、すな
わち自転する。これにより、内側軌道２５２と外側軌道
２５６にそれぞれ対応する内側端部２５０と外側端部２
５４の位置が変化して、内側端部２５０と外側端部２５
４が成膜領域２４９の中にある時間が均一化される。そ
の結果、内側端部２５０と外側端部２５４にスパッタリ
ング材料が均一に堆積する。ところで、成膜領域２４９
の堆積特性は均等でないことがある。この結果、中心部
２６２に堆積するスパッタリング材料の量は、内側端部
２５０と外側端部２５４に堆積するスパッタリング材料
の量とは異なることがある。

【００１３】図８Ａに、中心軸２１８の周りの様々な角
度位置での中心部２６２の角速度を表す第１の速度曲線
２６６を示す。従来のシステムでは、基板２４２は成膜
領域２４９の中を図８Ａの水平線で示されるような一定
の角速度で動く。角度位置が−９０°のところでは、基
板２４２はまだ成膜領域２４９の中に入っていない。角
度位置が０°のところでは、基板２４２は成膜領域２４
９の中心部にある。角度位置が９０°のところでは、基
板２４２は完全に成膜領域２４９の外に出ている。

【００１４】図８Ｂに、基板２４２の第１の位置２７
４、第２の位置２７６及び第３の位置２７８での膜厚を
表す第１の膜厚曲線２７２を示す。この第１の位置２７
４、第２の位置２７６及び第３の位置２７８は、それぞ
れ基板２４２の内側端部２５０、中心部２６２及び外側
端部２５４に対応する。上述したように、基板２４２の
内側端部２５０と外側端部２５４にはほぼ同じ量のスパ
ッタリングの材料が堆積するので、第１の位置２７４及
び第３の位置２７８では第１の膜厚２６８を形成する。
さらに、成膜領域２４９の堆積特性は均等でないことが
あるため、中心部２６２にはより多くのスパッタリング
材料が堆積することがあり、このとき第２の位置２７６
は第１の膜厚２６８より膜厚の大きな第２の膜厚２７０
を形成する。

【００１５】ところで、ウェハ製造における仕様が厳し
くなり、基板２４２の内側端部２５０、中心部２６２及
び外側端部２５４の膜厚の差が低減され膜厚の均一性が
向上されることが好ましい。

【００１６】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。

【００１７】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回転装置を提供することを目的と
する。

【００１８】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。

【００１９】また本発明は、成膜領域の堆積特性が均等
でなくても、基板の中心部に堆積するスパッタリング材
料の量が基板の内側端部と外側端部に堆積するスパッタ
リング材料の量と同じになるようなスパッタリング材料
を堆積させる基板回転装置を提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、キャビティを
決定する壁面からなるチャンバの中で基板を回転させ、
成膜領域の中を動く基板に薄膜を形成する基板回転装置
を提供する。特に、基板を第１の軸を中心に回転させる
第１の機構を有し、この第１の機構はキャビティの中に
ある。また、遊星歯車を第１の軸を中心に回転させる第
２の機構を有し、この第２の機構はチャンバの外側にあ
る。さらに、第１の機構と第２の機構を壁面を通じて磁
気的に結合するために磁石機構が設けられ、第１の機構
と第２の機構を同調させて第１の軸を中心に回転させ
る。さらに、チャンバの外で遊星歯車と歯合する太陽歯
車を有する。第１の機構と第２の機構を回転させる第１
の回転を行い、基板を中心軸を中心に第１の角速度で回
転させる。この第１の角速度は、基板が成膜領域の中に
入ると変化し、基板全体が成膜領域にあるときの時間を
短くする。このとにより基板の中心部に堆積するスパッ
タリング材料を減少させ薄膜の均一性を向上させる。さ
らに、駆動装置は、第１の機構と第２の機構を回転させ
る第２の回転を行い、遊星歯車と太陽歯車の歯合により
基板を第１の軸を中心に回転させる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明での様々な形態の実施例が
可能であるが、図面を使用して特定の実施例を詳細に説
明しする。本発明に開示されている内容は本発明の原理
に基づく１実施例を示すものであり、本発明をこの特定
の実施例のみに限定しないものとする。

【００２２】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５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。

【００２３】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５
６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。

【００２４】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８
０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。

【００２５】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。

【００２６】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１０
２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。

【００２７】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。

【００２８】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４
２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。

【００２９】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１
０８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１
０８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。

【００３０】図２Ａ及び図２Ｂを用いて、この相対運動
の変化について説明する。図２Ａ及び図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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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１２
６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。

【００３６】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４
０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０．０
５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６
５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。

【００３７】図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明したよう
に、従来のシステムでは基板２４２は成膜領域２４９の
中を一定の角速度で動く。よって、基板２４２の内側端
部２５０と外側端部２５４にはほぼ同じ量のスパッタリ
ング材料が堆積するが、中心部２６２にはより多くのス
パッタリング材料が堆積する。よって、中心部２６２
と、内側端部２５０及び外側端部２５４の膜厚の差が低
減され、膜厚の均一性が向上されることが好ましい。

【００３８】図４Ａに、本発明に係る基板回転装置での
基板４２の中心部の角速度を表す第２の速度曲線１５０
を示す。図４Ａの第２の速度曲線１５０のポイント１５
２、１５４は、それぞれ基板４２が成膜領域４９の中に
入ったときと出たときの位置を示している。基板４２が
角度位置が−９０°のところから成膜領域４９の中に入
るポイント１５２までは、基板４２は第１の角速度１５
６で動き、ポイント１５２を通過して成膜領域４９の中
に入る。基板４２の角速度は、成膜領域４９の中で第２
の角速度１５８になる。そして、基板４２は、角度位置
が０°を越えて成膜領域４９から出るポイント１５４の
手前の位置まで第２の角速度１５８で動く。基板４２が
成膜領域４９の中にある間に、角速度は再び第１の角速
度１５２になり、基板４２が成膜領域４９から出るポイ
ント１５４を通過して角度位置が９０°のところまでそ
の速度で動く。よって、基板４２の中心部は、成膜領域
４９の間を通過しているときはより速く動く。このと
き、基板４２の中心部にスパッタリング材料が多く堆積
する状態、すなわち基板４２全体が成膜領域にあるとき
の時間が短くなる。換言すると、基板４２の中心部が成
膜領域になく基板４２の周辺部のみにスパッタリング材
料が堆積されている時間が相対的に長くなる。このこと
により、基板４２の中心部に堆積するスパッタリング材
料の量は少なくなる。このことは、基板４２に堆積する
スパッタリング材料の実質的な均一化となる。本発明に
よると、他の速度曲線を含め第２の速度曲線１５０は、
第１のモータ７０と第２のモータ１１８の駆動によって
達成される。図４Ｂに、基板４２の第１の位置１７４、
第２の位置１７６及び第３の位置１７８での膜厚量を示
す。第１の位置１７４、第２の位置１７６及び第３の位
置１７８は、それぞれ基板４２の内側端部、中心部及び
外側端部に対応し、図８Ｂの基板２４２の内側端部２５
０、中心部２６２及び外側端部２５４に対応する。図４
Ｂで示されるように、基板４２の中心部に堆積するスパ
ッタリングの量は低減し、第２の位置１７６に堆積する
スパッタリングの量が第１の位置１７４及び第３の位置
１７８に堆積するスパッタリングの量と等しくなる。こ
れにより実質的に水平な第２の膜厚曲線１７０が得ら
れ、これにより膜の均一性が向上される。

【００３９】再び図４Ａを参照して、速度曲線の他の実
施例を示す。図４Ａは、角速度が成膜領域４９の中で第
１の角速度角速度１５６から第３の角速度１６４になる
第３の速度曲線１６２（点線で示された曲線）を示す。
第３の角速度１６４は第２の角速度１５８よりも速く、
基板４２の中心部が第３の角速度１６４で動く時間は、
基板４２の中心部が第２の角速度１５８で動く時間より
も短い。このことにより、基板４２の中心部にスパッタ
リング材料が多く堆積する状態、すなわち基板４２全体
が成膜領域にあるときの時間がさらに短くなる。よっ
て、基板４２の中心部に堆積するスパッタリングの量は
さらに低減する。再び図４Ｂを参照して、第２の位置１
７６に堆積するスパッタリングの量が第１の位置１７４
及び第３の位置１７８に堆積するスパッタリングの量よ
り少ない第３の膜厚曲線１７２（点線で示された曲線）
を示す。

【００４０】実質的な膜厚の均一性を得るために使われ
る実際の速度曲線は、いくつかの要因に依存する。図５
に、基板４２が第２の角速度１５８で動く期間１９８
と、成膜領域４９の中心線１９２と第２の位置１７６の
間に存在するオフセット１９０を示す。他の要因として
は、第１の角速度１５６から第２の角速度１５８への角
速度の変化率１９４と、第１の角速度１５６と第２の角
速度１５８の差１９６がある。ここで、角速度を減らす
ことは、基板４２の中心部に堆積するスパッタリング材
料が増えてしまい、逆効果になってしまう。さらに、こ
れらの要因はスパッタリングシステムと成膜領域４９の
幾何及び成膜領域４９の中での堆積の発散によっても影
響される。

【００４１】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】本発明に係る基板回転装置の他の実施例を示す
図である。

【図４】本発明に係る基板回転装置の第２の速度曲線と
第３の速度曲線（点線で示す曲線）を示す図と、この第
２の速度曲線と第３の速度曲線で基板を動かしたときの
基板の各位置の膜厚を示す２の膜厚曲線と第３の膜厚曲
線（点線で示す曲線）を示す図である。

【図５】速度曲線を構成する様々な要因を示す図であ
る。

【図６】従来の遊星歯車駆動機構を示す図である。

【図７】成膜領域の中での基板の動作パターンを示す図
である。

【図８】成膜領域を動く基板の第１の速度曲線を示す図
と、この第１の速度曲線で基板が動くときの基板の各位
置の膜厚を示す１の膜厚曲線を示す図である。

【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、４
８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、７
２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、８
２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

フロントページの続き (72)発明者スティーブンハーヴィットアメリカ合衆国ニュージャージー州 07656 パークリッジパスカクロード 159 (72)発明者イズラエルワグナーアメリカ合衆国ニューヨーク州 10952 モンジーメドウブルックレーン７ (72)発明者イラレイスアメリカ合衆国ニューヨーク州 10956 ニューシティーオーバーンドライブ１ (72)発明者マリアンズィリンスキアメリカ合衆国ニュージャージー州 07675 ワシントンタウンシップブリッジロード 985 (72)発明者スウィインタンアメリカ合衆国カリフォルニア州 95120 サンノセグレイストーンレーン 19730

Claims

【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、上記基板が成膜領域を通過す
ることにより上記基板に薄膜を形成する基板回転装置で
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を中
心軸を中心として第１の回転を行い、上記基板が成膜領
域を通過するときに上記第１の回転の角速度を変化さ
せ、上記基板の中心部に堆積するスパッタリング材料を
低減させるとともに、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
基板を上記第１の軸を中心として第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、上記磁気的に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、上記基板が成膜領
域を通過することにより上記基板に薄膜を形成する基板
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、
上記基板の中心軸を中心とした第１の回転を行い、上記
基板が成膜領域を通過しているときに第１の角速度を第
２の角速度に増加し、上記基板の中心部に堆積するスパ
ッタリング材料を低減して薄膜の均一性を向上させると
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】成膜領域を通過して薄膜を形成する基
板を動かす基板回転方法であって、上記基板を、上記基板の中心から延びる第１の軸を中心
に回転させ、上記基板を、上記第１の軸から所定の位置にある中心軸
を中心に回転させ、上記基板は上記中心軸の周りを第１
の角速度で回転し、上記基板が成膜領域を通過しているときに第１の角速度
を第２の角速度に増加し、上記基板の中心部に堆積する
スパッタリング材料を低減して薄膜の均一性を向上させ
ることを特徴とする基板回転方法。
【請求項１２】上記第２の角速度は、上記第１の角速度
よりも大きいことを特徴とする請求項１１記載の基板回
転方法。
【請求項１３】上記第２の角速度は、上記第１の角速度
よりも小さいことを特徴とする請求項１１記載の基板回
転方法。
【請求項１４】上記基板は、上記基板の中心部に堆積す
るスパッタリング材料を低減するようにあらかじめ決め
られた時間の間、第２の角速度で回転することを特徴と
する請求項１１記載の基板回転方法。
【請求項１５】上記基板が上記成膜領域の外に出たと
き、上記第２の角速度が第１の角速度に再び戻ることを
特徴とする請求項１１記載の基板回転方法。
【請求項１６】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、磁性物質以外の物質からできており、キャビティを形成
する内壁面と凹部を有する外壁面とを有し、さらにスパ
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のペア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の中にあり上記
第１のペアの磁石から離間して配置された第２のペアの
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
気的に結合を行う第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、上記基板が成膜領域を通過して
いるときに第１の角速度を第３の角速度に増加し、上記
基板の中心部に堆積するスパッタリング材料を低減して
薄膜の均一性を向上させるとともに、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の回転を同時に行い、第
１の回転と第２の回転をスパッタリング処理の間に成膜
領域で行う第１の可変モータ機構と、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の可変モータ機構と、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セクションは離間し
てコンデンサを形成し、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１７】上記第３の角速度は、上記第１の角速度
よりも大きいことを特徴とする請求項１６記載の基板回
転装置。
【請求項１８】上記第３の角速度は、上記第１の角速度
よりも小さいことを特徴とする請求項１６記載の基板回
転装置。
【請求項１９】上記基板は、上記基板の中心部に堆積す
るスパッタリング材料を低減するようにあらかじめ決め
られた時間の間、第２の角速度で回転することを特徴と
する請求項１６記載の基板回転装置。
【請求項２０】上記基板が上記成膜領域の外に出たと
き、上記第２の角速度が第１の角速度に再び戻ることを
特徴とする請求項１６記載の基板回転装置。