JP2006291262A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板とターゲットの間隔が変化しても、磁場状態の変化を従来に比べて抑制することができるとともに、基板とターゲットの間隔を精度よく設定できる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 チャンバー１１の外周にソレノイド保持部材１９を上下方向に移動可能に設け、ソレノイド保持部材１９に外部ソレノイド２０を巻回する。支持体１２の基部１２ｂの外周に対向板２１を設け、ソレノイド保持部材１９の下面板１９ｂと対向板２１を連結部材２２によって連結する。このようにすると、間隔Ｈを変化させるときに、外部ソレノイド２０を支持体１２と一体となって上下方向に移動させることができ、内部磁界発生部１８と外部磁界発生部である外部ソレノイド２０の位置関係を常に一定に保つことができる。また、間隔Ｈは、ターゲット１３のみを上下方向に移動させることによって変化させられるため、間隔Ｈを精度よく設定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、装置の外部からも磁場を印加するマグネトロン放電方式の薄膜形成装置に係り、特に、基板とターゲットの間隔が変化しても、磁場状態の変化を従来に比べて抑制することができる薄膜形成装置に関する。

図４は従来の薄膜形成装置の断面図である。なお、中心磁石，外側磁石，ヨーク，支持体にはハッチングは施していない。

薄膜形成装置１００では、まず、基板１４が、搬送機構（図示せず）によって搬送され、保持部材１５，１５によって所定の位置に保持される。

その後、図示しない駆動源によって支持体１２を上方（図示Ｚ１方向）または下方（図示Ｚ２方向）に移動させ、所望の成膜速度となるように、基板１４とターゲット１３の間隔Ｈを変化させて、所定の間隔Ｈに設定する。

支持体１２の電極部１２ａ内には、１つの中心磁石１６ａと複数の外側磁石１６ｂ、およびヨーク１７からなる内部磁界発生部１８が設けられており、中心磁石１６ａは、例えば上方をＮ極に、下方をＳ極に着磁されており、外側磁石１６ｂは、上方をＳ極に、下方をＮ極に着磁されている。ターゲット１３には、内部磁界発生部１８から内部磁界ｇ１が印加されている。

図４に示すように、チャンバー１１の外周には外部ソレノイド２０が設けられている。外部ソレノイド２０に電流Ｉを流すと、外部ソレノイド２０によって外部磁界ｇ２がチャンバー１１内に一様に印加される。外部磁界ｇ２はターゲット１３にも印加されるため、ターゲット１３には、内部磁界ｇ１と外部磁界ｇ２が合成された合成磁界ｇ３が印加される。

その後、チャンバー１１内にはガス導入口（図示せず）からＡｒガスが導入され、電極部１２ａに高周波電源（ＲＦ電源またはＤＣパルス電源）（図示せず）から電圧が印加され、チャンバー１１内に電界Ｅが発生される。そして、電界Ｅと合成磁界ｇ３の相互作用により、マグネトロン放電が発生し、ターゲット１３がスパッタされ、ターゲット１３と対向する位置に配置された基板１４の下面に薄膜が形成される。

下記の特許文献１には従来の磁性膜形成装置が開示されている。
図５は前記磁性膜形成装置の断面図である。なお、図５は特許文献１の図４と同じ図を用いている。

図５に示す従来の磁性膜形成装置２００では、まず、成膜室２０１内で基板２０２を所定の方向に向けて基板トレイ２０３により保持し、その状態で基板２０２の表面に磁場修正板２０４，２０４を介してヘルムホルツコイル２０５，２０５によって磁場を印加し、スパッタリングによって基板２０２の表面に磁性膜を形成する。

次に、基板トレイ２０３が、図示されていない基板トレイ搬送系によって、ツメ機構２０６の位置まで搬送される。この位置でツメ機構２０６を回転させて基板保持金具２０７の先端とツメを重ねた状態で、ツメ機構２０６を上昇させる（図示Ｚ１方向に移動させる。）。この状態でツメ機構２０６を９０°回転させたのち、ツメ機構２０６を下降（図示Ｚ２方向に移動）させて再度、基板保持金具２０７を基板トレイ２０３に戻す。この後、基板トレイ２０３を前記基板トレイ搬送系により元の成膜室２０１内に戻し、ヘルムホルツコイル２０５，２０５によって磁場を印加しながら成膜する。

下記の特許文献２にはマグネトロンカソード電極を用いた従来のスパッタリング装置が開示されている。

図６は前記マグネトロンカソード電極の正面断面図である。なお、図６は特許文献２の図１と同じ図を用いている。

図６に示すように、ターゲット３０１の下方（図示Ｚ２方向）には前記マグネトロンカソード電極を構成する磁石ユニット３０２ａ〜３０２ｅが、磁石ベース３０３上に固定されて設けられている。各磁石ユニットの内側磁石３０４と外側磁石３０５の間に、軟磁性体でできたシャントバー３０６が配置されている。
特開平６−２６４２３５号公報 特開平１０−１０２２４６号公報

図４に示す従来の薄膜形成装置１００では、例えば、薄膜の成膜速度あるいは膜厚の分布等を調整するために、基板１４とターゲット１３間の間隔Ｈを変更したい場合、支持体１２を上下方向に移動できるようになっている。

しかし、外部ソレノイド２０はチャンバー１１の外周に固設されているため、支持体１２の移動により間隔Ｈを変更するたびに、内部磁界発生部１８と外部磁界ｇ２を発生する外部ソレノイド２０の位置関係が変化し、内部磁界発生部１８および外部ソレノイド２０から印加されるチャンバー１１内の磁場状態が変化する。その結果、基板１４に、目的とする薄膜を適切に形成することができなくなるという問題が生じた。

前記特許文献１に記載の発明では、ターゲット２０８がターゲット電極２０９を介して真空容器２１０に固定されているため、磁性膜の成膜速度などを調整するためには基板２０２の位置を上下方向に変化させなければならない。しかし、基板２０２は、前記基板トレイ搬送系によって成膜室２０１内から取り出されたり、成膜室２０１内に戻されたりする。このため、この前記基板トレイ搬送系による移動によって、基板２０２の保持位置にずれが生じやすい。そして、ずれた状態のままで基板２０２とターゲット２０８との間隔を変更すると、前記間隔にもずれが生じる。すなわち、前記間隔の設定精度が悪くなるという問題がある。

前記特許文献２に記載の発明は、均一な膜厚分布を有する薄膜を基板上に形成するために、磁石ベース３０３を図示Ｘ１−Ｘ２方向に移動させることによって、カソード電極を構成する磁石ユニット３０２ａ〜３０２ｅの位置をカソード電極の内部で図示Ｘ１−Ｘ２方向に変化させ、さらに各磁石ユニットにシャントバー３０６を設けて、シャントバー３０６を磁石ベース３０３の図示Ｘ１−Ｘ２方向の往復運動に同期させて上下（図示Ｚ１−Ｚ２方向）に動かすものである。すなわち、外部に磁石ユニット３０２ａ〜３０２ｅ以外の別個の外部磁界発生部が設けられて、磁石ユニット３０２ａ〜３０２ｅからの磁場に加えて前記外部磁界発生部からさらなる磁場が印加されてスパッタリングされるものではなく、その結果、磁石ユニット３０２ａ〜３０２ｅと前記外部磁界発生部との位置関係については全く考慮されていない。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、基板とターゲットの間隔が変化しても、磁場状態の変化を従来に比べて抑制することができるとともに、基板とターゲットの間隔を精度よく設定できる薄膜形成装置を提供することを目的としている。

本発明は、筐体と、前記筐体内にて相対向するターゲット及び基板と、前記ターゲットの、前記基板との対向面側と反対側に設けられた内部磁界発生部と、前記内部磁界発生部が組み込まれるとともに前記ターゲットを設置する設置面を有する支持体と、前記筐体の外周に設けられた外部磁界発生部とを有し、
前記ターゲットと前記基板との距離を変えることができるように前記支持体が移動可能とされているマグネトロン放電方式の薄膜形成装置であって、
前記外部磁界発生部は前記筐体の外周を前記支持体の移動方向と平行な方向に移動可能とされており、前記外部磁界発生部と前記支持体は一体となって移動することを特徴とする。

本発明では、基板とターゲットとの間隔を変化させるときに、外部磁界発生部が支持体と一体となって支持体とともに上下方向に移動する。このため、内部磁界発生部と外部磁界発生部の位置関係を常に一定に保つことができ、ターゲットに印加される合成磁界を、従来に比べて一定に保つことができる。その結果、スッパタリングにおいて、合成磁界は、前記間隔が変化しても、従来に比べて変化しにくく、所定の磁場状態で基板に薄膜を形成することができる。

上記においては、前記支持体と前記外部磁界発生部は、前記筐体の外側で連結されていることが好ましい。

本発明では、例えば、支持体の基部の外周に例えば円板状の対向板が設けられ、外部磁界発生部を保持する保持部材と対向板が連結部材によって連結されている。

このようにすると、単純な連結構造により、外部磁界発生部と支持体とを一体で上下方向に移動させることができる。

また、本発明では、前記基板は、前記筐体内に固設された保持部材に保持されることが好ましい。

上記においては、例えば前記筐体には所定の位置に前記基板を挿入／排出する基板用開口部が設けられ、前記基板は、搬送機構により前記基板用開口部から挿入されて、前記保持部材に保持される。

このようにすると、基板とターゲットとの間隔を変化させるときには、基板は、保持部材によって保持された状態のままである。すなわち、前記間隔は、基板を上下方向に移動させることなく、支持体のみを上下方向に移動させることによって、つまり、ターゲットのみを上下方向に移動させることによって変化させられる。このため、搬送機構によって移動させられる基板の保持位置にはずれが生じず、基板の保持位置を一定に保つことができ、ターゲットは上下方向には移動させずに基板および保持部材側を上下方向に移動させる機構と比べて、前記間隔を精度よく設定することができる。

本発明の薄膜形成装置では、基板とターゲットの間隔が変化しても、磁場状態の変化を従来に比べて抑制することができる。

図１は本発明の薄膜形成装置の断面図、図２は電極部内の磁石の配置状態を示した平面図、図３はターゲットの平面図である。なお、図１では、中心磁石，外側磁石，ヨーク，支持体にはハッチングは施していない。

本発明の薄膜形成装置１０は、いわゆるマグネトロン放電方式の薄膜形成装置であり、ターゲット１３を利用してスパッタリングにより基板１４の下面（図示Ｚ２側の面）１４ａに薄膜を形成するために用いられる装置である。

薄膜形成装置１０は、図１に示すように、チャンバー（筐体）１１と支持体１２を有している。

支持体１２の上面は、ターゲット１３を取り付けることができる設置面となっている。支持体１２は、平面形状が円形状の電極部１２ａと、電極部１２ａに比べて半径が小さい、平面形状が円形状の基部１２ｂとを有して構成される。電極部１２ａはチャンバー１１内に位置している。チャンバー１１の下面には開口部１１ａが形成され、開口部１１ａから基部１２ｂが下方に向けて突出して設けられている。支持体１２は、チャンバー１１に対して上下方向（図示Ｚ１−Ｚ２方向）に移動可能になっている。

チャンバー１１内には、ターゲット１３と上方で対向する位置に、基板１４を左右（図示Ｘ１−Ｘ２方向）の両側方から支持する、断面が略Ｌ字状の保持部材１５，１５が設けられている。

各保持部材１５は、チャンバー１１の天井面１１ｂに固定される、所定の長さを有する支持部１５ａと、基板１４を載置する載置部１５ｂからなる。

チャンバー１１の、保持部材１５，１５の載置部１５ｂ，１５ｂの周辺には基板１４をチャンバー１１内に挿入する、および基板１４をチャンバー１１内から排出するための基板用開口部１１ｃが設けられている。

支持体１２の電極部１２ａ内には、１つの中心磁石１６ａと複数の外側磁石１６ｂ、およびヨーク１７からなる内部磁界発生部１８が設けられている。外側磁石１６ｂは、図２に示すように、中心磁石１６ａを中心とした同心円状に設けられている。中心磁石１６ａは、例えば上方をＮ極に、下方をＳ極に着磁されており、外側磁石１６ｂは、上方をＳ極に、下方をＮ極に着磁されている。すなわち、中心磁石１６ａの極性と外側磁石１６ｂの極性は逆になっている。そして、中心磁石１６ａと外側磁石１６ｂが下方においてヨーク１７によって接続されており、磁気的にとじられている（閉磁路を形成している）。よって、中心磁石１６ａと１つの外側磁石１６ｂ、およびヨーク１７により、図１の矢印で示すような、磁力線の経路が、中心磁石１６ａのＮ極→外側磁石１６ｂのＳ極→外側磁石１６ｂのＮ極→中心磁石１６ａのＳ極といった経路となる磁気回路Ｇが形成される。よって、内部磁界発生部１８では複数の磁気回路Ｇが形成されている。

チャンバー１１の外周には、真ん中にチャンバー１１が通る貫通孔を有する、例えば円板状の上面板１９ａと下面板１９ｂと、高さ方向（図示Ｚ１−Ｚ２方向）に所定の高さを有するリング状の側面板１９ｃと、を有してなるソレノイド保持部材１９が設けられている。上面板１９ａ、下面板１９ｂ及び側面板１９ｃは一体に形成されている。また、ソレノイド保持部材１９は、上下方向（図示Ｚ１−Ｚ２方向）に移動可能に設けられている。図１に示すように、上面板１９ａと下面板１９ｂ間には、外部磁界発生部となる外部ソレノイド２０が設けられている。外部ソレノイド２０は例えばコイルであり、側面板１９ｃを巻回面として、上面板１９ａと下面板１９ｂとの間に前記コイルが巻回形成されている。

支持体１２の基部１２ｂの外周には例えば円板状であって、ソレノイド保持部材１９の下面板１９ｂあるいは上面板１９ａと高さ方向（図示Ｚ１−Ｚ２方向）にて対向する位置まで延出された対向板２１が設けられており、下面板１９ｂと対向板２１とが、連結部材２２によって連結されている。なお、連結部材２２は、下面板１９ｂとだけではなく、下面板１９ｂおよび上面板１９ａの双方に連結されていてもよいし、上面板１９ａにのみ連結されていてもよい。また、対向板２１は円形状に限らず、例えば基部１２ｂから四方へ略矩形状で形成された複数の対向板が設けられ、前記対向板と下面板１９ｂとがそれぞれ連結部材２２によって連結されていてもよい。

次に、本発明の薄膜形成装置１０の動作について説明する。
まず、基板１４が、搬送機構（図示せず）によってチャンバー１１の基板用開口部１１ｃまで搬送され、基板用開口部１１ｃからチャンバー１１内に挿入され、保持部材１５，１５によって所定の位置に保持される。前記搬送機構は、例えば図示しないロボットアームと、このロボットアームを駆動させる駆動装置などを有している。前記ロボットアームの先端には基板１４を保持する把持部が設けられており、基板１４は、前記把持部で保持されて前記ロボットアームによって基板用開口部１１ｃからチャンバー１１内に挿入され、保持部材１５，１５によって所定の位置に保持される。

その後、図示しない駆動源によって支持体１２を上方または下方に移動させ、所望の成膜速度あるいは膜厚分布となるように、基板１４とターゲット１３の間隔Ｈを変化させて、所定の間隔Ｈに設定する。その後、外部ソレノイド２０に図１に示す方向に電流Ｉを流す。すると、外部ソレノイド２０によって、図１に矢印で示す外部磁界ｇ２が発生し、この外部磁界ｇ２は、内部磁界発生部１８から発生した内部磁界ｇ１に影響を及ぼし、ターゲット１３付近に発生する磁場の磁界がｇ３になる。局所的にみると、例えば、中心磁石１６ａのＮ極からターゲット１３に向かって発生される局所内部磁界ｇ１１と外部磁界ｇ２の磁界方向が同じであるとき、この部分では、局所内部磁界ｇ１１が外部磁界ｇ２によって強められ、このようにして強められた合成磁界がターゲット１３に印加されている。一方、外側磁石１６ｂのＳ極に入る局所内部磁界ｇ１２と外部磁界ｇ２は磁界方向が反対であるため、この部分では、局所内部磁界ｇ１２が外部磁界ｇ２によって抑えられ、このようにして抑えられた合成磁界がターゲット１３に印加されている。そして、上記のような合成磁界ｇ３によって、ターゲット１３の表面（図示Ｚ１方向の面）には、図３に斜線で示すようなエロージョン領域Ｒが形成される。なお、図３ではエロージョン領域Ｒを概念的に示しており、実際の形成領域および形成範囲等は図３とは異なっている。

その後、チャンバー１１内にはガス導入口（図示せず）からＡｒガスが導入され、電極部１２ａに高周波電源（ＲＦ電源またはＤＣパルス電源）（図示せず）から電圧が印加され、チャンバー１１内に電界Ｅが発生される。そして、電界Ｅと合成磁界ｇ３の相互作用により、マグネトロン放電が発生し、ターゲット１３がスパッタされ、ターゲット１３と対向する位置に配置された基板１４の下面に薄膜が形成される。

このようにして、ターゲット１３に内部磁界ｇ１だけでなく外部磁界ｇ２も印加することによってターゲット１３に形成されるエロージョン領域Ｒを調整することができる。その結果、より適切な条件でスパッタリングを行うことができ、膜厚がより均一な薄膜を形成することができる。

本発明では、ターゲット１３と基板１４との間の間隔Ｈを変化させるときに、外部ソレノイド２０が支持体１２と一体となって支持体１２とともに上下方向に移動する。このため、内部磁界発生部１８と外部磁界発生部である外部ソレノイド２０の位置関係を常に一定に保つことができ、ターゲット１３に印加される合成磁界ｇ３を、従来に比べて一定に保つことができる。その結果、スッパタリングにおいて、合成磁界ｇ３は、間隔Ｈが変化しても、従来に比べて変化しにくく、所定の磁場状態で基板１４に薄膜を形成することができる。

また本発明では、支持体１２の基部１２ｂの外周に例えば円板状の対向板２１が設けられ、ソレノイド保持部材１９と対向板２１が連結部材２２によって連結されている。このため、単純な連結構造により、外部ソレノイド２０と支持体１２とを一体で上下方向に移動させることができる。

さらに、本発明では、基板１４が、前記搬送機構によってチャンバー１１の基板用開口部１１ｃからチャンバー１１内に挿入されて保持部材１５，１５によって保持され、あるいはチャンバー１１内から排出される。そして、ターゲット１３と基板１４との間の間隔Ｈを変化させるときには、基板１４は、チャンバー１１の天井面１１ｂに固定されて設けられた保持部材１５，１５によって保持された状態のままである。すなわち、間隔Ｈは、基板１４を上下方向に移動させることなく、支持体１２のみを上下方向に移動させることによって、つまり、ターゲット１３のみを上下方向に移動させることによって変化させられる。このため、前記搬送機構によって移動させられる基板１４の保持位置にはずれが生じず、基板１４の保持位置を一定に保つことができ、ターゲット１３は上下方向には移動させずに基板１４および保持部材１５，１５側を上下方向に移動させる機構と比べて、間隔Ｈを精度よく設定することができる。

なお、本発明では、中心磁石１６ａの極性と外側磁石１６ｂの極性が逆になっていればよく、上記の場合と着磁方向が逆、すなわち、中心磁石１６ａでは、その上方がＳ極に、下方がＮ極に着磁されており、外側磁石１６ｂでは、その上方がＮ極に、下方がＳ極に着磁されていてもよい。また、外部ソレノイド２０に流す電流Ｉの方向も上記と逆向きであってもよい。ただし、中心磁石１６ａと外側磁石１６ｂの着磁方向によって内部磁界ｇ１の発生方向が変化し、電流Ｉを流す方向によって外部磁界ｇ２の発生方向が変化するため、中心磁石１６ａと外側磁石１６ｂの着磁方向、および電流Ｉを流す方向の組み合わせによってターゲット１３に印加される合成磁界ｇ３のうち、内部磁界ｇ１が外部磁界ｇ２によって強められた磁界が印加される場所と、内部磁界ｇ１が外部磁界ｇ２によって抑えられた磁界が印加される場所は変化する。

本発明の薄膜形成装置の断面図、 電極部内の磁石の配置状態を示した平面図、 ターゲットの平面図、 従来の薄膜形成装置の断面図、 従来の磁性膜形成装置の断面図、 従来のスパッタリング装置のマグネトロンカソード電極の正面断面図

符号の説明

１０ 薄膜形成装置
１１ チャンバー
１１ｃ 基板用開口部
１２ 支持体
１２ａ 電極部
１２ｂ 基部
１３ ターゲット
１４ 基板
１５ 保持部材
１６ａ 中心磁石
１６ｂ 外側磁石
１７ ヨーク
１８ 内部磁界発生部
１９ ソレノイド保持部材
２０ 外部ソレノイド
２１ 対向板
２２ 連結部材
ｇ１ 内部磁界
ｇ２ 外部磁界
ｇ３ 合成磁界
Ｈ 間隔

Claims (4)

1. 筐体と、前記筐体内にて相対向するターゲット及び基板と、前記ターゲットの、前記基板との対向面側と反対側に設けられた内部磁界発生部と、前記内部磁界発生部が組み込まれるとともに前記ターゲットを設置する設置面を有する支持体と、前記筐体の外周に設けられた外部磁界発生部とを有し、
   前記ターゲットと前記基板との距離を変えることができるように前記支持体が移動可能とされているマグネトロン放電方式の薄膜形成装置であって、
   前記外部磁界発生部は前記筐体の外周を前記支持体の移動方向と平行な方向に移動可能とされており、前記外部磁界発生部と前記支持体は一体となって移動することを特徴とする薄膜形成装置。
2. 前記支持体と前記外部磁界発生部は、前記筐体の外側で連結されている請求項１記載の薄膜形成装置。
3. 前記基板は、前記筐体内に固設された保持部材に保持される請求項１または２記載の薄膜形成装置。
4. 前記筐体には所定の位置に前記基板を挿入／排出する基板用開口部が設けられ、前記基板は、搬送機構により前記基板用開口部から挿入されて、前記保持部材に保持される請求項３記載の薄膜形成装置。

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