JP4550540B2 - Sample stage and ion sputtering equipment - Google Patents
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Description
本発明は、試料を回転可能に保持する試料台に関し、特に、イオンスパッタ装置に使用して好適な試料台に関する。 The present invention relates to a sample stage for holding a sample rotatably, and more particularly to a sample stage suitable for use in an ion sputtering apparatus.
図4に示すようにイオンスパッタ装置では、真空室20内に試料6を保持するための回転可能なテーブル1を有する試料台が配置され、試料6の真上にイオン源21が配置されている。表面の凹凸が大きい試料6の場合、試料の表面に対するイオン粒子線22の照射角が一定にならない。図5に示すように、試料6の表面の被膜23の厚さは均一にならない。従って、傾斜可能な試料台が提案されている。
As shown in FIG. 4, in the ion sputtering apparatus, a sample stage having a rotatable table 1 for holding the sample 6 is disposed in the
特開平10-121237号公報に記載されたスパッタ装置では、被処理基板を載置する基板ホルダが傾斜可能でしかも回転可能に配設されている。しかしながら、この例では、傾斜角は測定毎に設定しなければならない。特開平5-242801号に記載された蒸着装置では、被蒸着部材の蒸着膜形成面に対して所定角度に傾斜した蒸着源を支持して首振り回転させる首振り機構が設けられている。しかしながら、この例でも、傾斜角は測定毎に設定しなければならない。特開平6-57423号公報に記載された成膜装置では、ホルダ内面が水平線に対して所定の角度だけ傾斜させホルダ内面を回転させる機構が設けられている。この例では、傾斜角は傾斜できない。 In the sputtering apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-121237, a substrate holder on which a substrate to be processed is placed is tiltable and rotatable. However, in this example, the tilt angle must be set for each measurement. In the vapor deposition apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-228801, a swing mechanism is provided that supports and rotates a vapor deposition source inclined at a predetermined angle with respect to a vapor deposition film forming surface of a vapor deposition member. However, even in this example, the tilt angle must be set for each measurement. In the film forming apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-57423, there is provided a mechanism for rotating the holder inner surface by tilting the inner surface of the holder by a predetermined angle with respect to the horizontal line. In this example, the tilt angle cannot be tilted.
従来の装置では、試料台は傾斜するがその傾斜角は一定である。従って、複雑な凹凸の表面に均一な被膜を形成することはできない。例えば、凸部は容易にスパッタが可能であるが凹部の窪みの奥にはスパッタ粒子が届かない。 In the conventional apparatus, the sample stage is tilted, but the tilt angle is constant. Therefore, it is impossible to form a uniform film on the surface of complicated irregularities. For example, the projection can be easily sputtered, but the sputtered particles do not reach the back of the recess.
本発明の目的は、簡単な装置によって試料の表面の角度を自由に変化させることができる手段を提供することにある。 An object of the present invention is to provide means capable of freely changing the angle of the surface of a sample with a simple apparatus.
試料台は、試料を保持するテーブルと、該テーブルを回転自在に支持する支持装置と、上記テーブルに係合しているカムと、該カムを回転させる回転駆動装置と、を有し、上記カムが回転すると、上記テーブルは中心軸線周りに回転すると同時に水平面に対して傾斜するように構成されている。 The sample stage includes a table for holding a sample, a support device for rotatably supporting the table, a cam engaged with the table, and a rotation driving device for rotating the cam. As the table rotates, the table rotates around the central axis and simultaneously tilts with respect to the horizontal plane.
本発明によれば、凹凸がある試料でも均一な膜厚のスパッタコーティングを実現することが可能である。 According to the present invention, it is possible to realize sputter coating with a uniform film thickness even for a sample with unevenness.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。図1(a)は本発明による試料台の上面図、図1(b)は正面図、図1(c)は右側面図である。本例の試料台は、テーブル1、垂直軸2、球面軸受7、カム3、カム軸4、及び、回転駆動装置5を有する。テーブル1の上面1Aには、複数の試料6が接着等の方法で載置されている。図1(b)に示すように、テーブル1は、垂直軸2の上端に設けられた球面軸受7によって、回転自在に保持されている。カム3はテーブル1の下面1Bの外周部に係合している。即ち、カム3とテーブル1の下面1Bによってカム機構が構成されている。カム3とテーブル1の下面1Bは摩擦接触によって係合してよいが、テーブル1の下面1Bに設けられたラックとカム3のピニオンからなる歯車機構によって係合してよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1A is a top view of a sample stage according to the present invention, FIG. 1B is a front view, and FIG. 1C is a right side view. The sample stage of this example includes a table 1, a
カム3はカム軸4に装着され、カム軸4は、回転駆動装置5に接続されている。回転駆動装置5は、カム軸4を回転させるものであればどのようなももであってもよく、例えば、モータと歯車機構、モータと摩擦伝動機構等であってもよい。
The
回転駆動装置5によってカム軸4が回転し、カム3が回転すると、カム3とテーブル1の下面1Bからなるカム機構によって、テーブル1は、球面軸受7によって、テーブル1に垂直な且つテーブルの中心を通る回転軸線周りに回転すると同時に傾斜する。即ち、テーブルの回転軸線は、垂直軸線に対して傾斜し、テーブル1は水平面に対して傾斜する。
When the
以下に、カム3の外周が楕円である場合を説明する。この楕円の長径を2a、短径を2bとすると、楕円の外周の長さはπ(a+b)である。
Below, the case where the outer periphery of the
テーブル1の下面1Bのカム3と係合する点をxとする。テーブル1の回転軸線から係合点xまでの距離をRとする。テーブル1が1回転すると、係合点xは半径Rの円を描き、その軌跡は2πRとなる。
Let x be the point that engages with the
本例では、係合点xの軌跡2πRと、楕円の外周円π(a+b)の比、2πR/π(a+b)を適当な値に選択する。ここで、例えば、1回のスパッタリング処理では、テーブルを1回転のみさせると仮定する。2πR/π(a+b)=2/1の場合、テーブル1が1回転する間に、カム3は2回転する。2πR/π(a+b)=n/1の場合、テーブル1が1回転する間に、カム3はn回転する。
In this example, the ratio 2πR / π (a + b) of the locus 2πR of the engagement point x and the outer circumferential circle π (a + b) of the ellipse is selected to an appropriate value. Here, for example, it is assumed that the table is rotated only once in one sputtering process. When 2πR / π (a + b) = 2/1, the
nは自然数であってもよく、自然数以外の数であってもよい。nが自然数の場合、テーブル1が1回転すると、カム3は最初の回転角、即ち、最初の位相に戻る。しかしながら、自然数以外の数の場合、テーブル1が1回転しても、カム3は最初の位相に戻らない。
n may be a natural number or a number other than a natural number. When n is a natural number, when the table 1 rotates once, the
例えば、n=1/0.49≒2.04の場合、テーブル1が1回転する間に、カム3は2.04回転する。即ち、カム3が2回転したとき、テーブル1は未だ1回転していない。
For example, when n = 1 / 0.49≈2.04, the
例えば、n=1/0.51≒1.96の場合、テーブル1が1回転する間に、カム3は1.96回転する。即ち、カム3が2回転したとき、テーブル1は1回転を超えている。
For example, when n = 1 / 0.51≈1.96, the
凹凸のある試料に、スパッタリング処理によって、均一な膜厚を形成するには、nは自然数でないほうがよい。 In order to form a uniform film thickness on an uneven sample by sputtering, n should not be a natural number.
図2を参照してテーブル1の回転角と傾斜角の関係を説明する。テーブル1の回転軸線、即ち、球面軸受7を原点Oとし、水平方向にx軸、垂直方向にy軸をとり、x軸の正の方向から反時計方向に傾斜角を測る。図2(a)及び図2(b)は、カム3の楕円の長径とテーブル1の下面1Bが係合している状態を示し、テーブル1の傾斜角は最大である。図2(c)及び図2(d)はカム3の楕円の短径とテーブル1の下面1Bが係合している状態を示し、テーブル1の傾斜角は最小である。
The relationship between the rotation angle and the tilt angle of the table 1 will be described with reference to FIG. The rotation axis of the table 1, that is, the
カム3が1回転する間に、テーブル1の傾斜角は最大からゼロに変化し、ゼロから最小に変化し、更にゼロに戻る。即ち、カム3が1回転する間に、図1に示すようにテーブル1の傾斜角がゼロとなる位置が2回ある。
While the
図3を参照して本発明による試料台の他の例を説明する。本例では、テーブル1の上側に、且つ、カム3が配置されている位置に、テーブル1を上から下へ押え付けるための押え手段10が設けられている。押え手段10は、下端の押え部材11とこの押え部材11を下方に押圧するばね12とを有する。押え部材11の先端は回転可能なロールが設けられてよい。こうして、押え手段10によってテーブル1を上から下に押し付けることにより、テーブル1の下面1Bとカム3の係合が確実となる。即ち、テーブル1の下面1Bとカム3が離れることが防止される。
Another example of the sample stage according to the present invention will be described with reference to FIG. In this example, a
ここでは、カム3の外周が楕円の場合を説明したが、楕円以外の形状であってもよいことは勿論である。
Although the case where the outer periphery of the
本例の試料台はイオンスパッタ装置に適用できるが、他の薄膜形成装置、微細加工装置等に適用可能である。 The sample stage of this example can be applied to an ion sputtering apparatus, but can be applied to other thin film forming apparatuses, microfabrication apparatuses, and the like.
以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。 The example of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. It will be understood.
1…テーブル、2…垂直軸、3…カム、4…カム軸、5…回転駆動装置、6…試料、10…押え手段、11…押え部材、12…ばね DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Table, 2 ... Vertical axis | shaft, 3 ... Cam, 4 ... Cam shaft, 5 ... Rotation drive device, 6 ... Sample, 10 ... Pressing means, 11 ... Pressing member, 12 ... Spring
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