JP2007239033A - 多元薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつコンパクトな機構の多元薄膜形成装置を低コストで提供することを課題とする。
【解決手段】真空チャンバ内で処理基板に対向させて同一円周上に配置した複数の蒸発源と、いずれかの蒸発源の蒸発粒子が他の蒸発源に再付着することを防止するために各蒸発源を遮る複数の遮蔽手段とを備え、この遮蔽手段は、上記円周の中心を通る線を回転中心として回動自在に設けられたアーム部と、このアーム部の先端に設けられたシャッター部とを有し、少なくとも２本のアーム部に対し、押圧力または引張力のいずれか一方を加えて、上記蒸発源を開放する開放位置と上記シャッター部によって遮蔽する遮蔽位置とに回動させる移動手段を備えたことを特徴とする多元薄膜形成装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、処理基板上に所定の薄膜を形成することに用いられる薄膜形成装置、特に、複数の蒸発源を設けた多元薄膜形成装置に関する。

合金または化合物の薄膜形成では、成膜しようとする薄膜の組成に応じて作製した複数の蒸発源（ターゲット）を設けた多元薄膜形成装置が知られている。

この多元薄膜装置における成膜処理では、成膜処理中のターゲットから発生するスパッタ粒子が、成膜処理に使用していないターゲットに再付着することを防止するためにターゲットの数と同数の遮蔽手段を備えている場合がある。この複数の遮蔽手段のうち、ターゲットを開放するものについては、真空チャンバ内で待機させるスペースを確保する必要がある。

従来、この待機スペースによって真空チャンバ内の容積が増大し、真空排気速度の低下を防ぐために、各ターゲットを同一円周上に配置し、この円周の中心を回転中心とする１個の回転軸と、この回転軸に同心に配置された各ターゲットの数より少ない本数でかつ真空チャンバへの突出長さを回転軸より段階的に短くした中空回転軸とを設け、回転軸、中空回転軸に遮蔽手段をそれぞれ連結すると共に、ターゲットを開放する開放位置とターゲットを遮る遮蔽位置との間で回転軸、中空回転軸を介して遮蔽手段を移動させる駆動手段を設けた多元薄膜形成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特願２００５−３２４３４７（請求項１の記載）

しかしながら、上記従来の多元薄膜形成装置では、複数の遮蔽手段にそれぞれ駆動手段を設ける必要があるため、機構が複雑になり、装置が大型化するという不都合が生じていた。

また、遮蔽手段ごとに駆動手段を設けるため、部品点数が増えてコストが高くなるという不都合もあった。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、簡単かつコンパクトな機構の多元薄膜形成装置を低コストで提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかる多元薄膜形成装置は、真空チャンバ内で処理基板に対向させて同一円周上に配置した複数の蒸発源と、いずれかの蒸発源の蒸発粒子が他の蒸発源に再付着することを防止するために各蒸発源を遮る複数の遮蔽手段とを備え、この遮蔽手段は、上記円周の中心を通る線を回転中心として回動自在に設けられたアーム部と、このアーム部の先端に設けられたシャッター部とを有し、少なくとも２本のアーム部に対し、押圧力または引張力のいずれか一方を加えて、上記蒸発源を開放する開放位置と上記シャッター部によって遮蔽する遮蔽位置とに回動させる移動手段を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、１の移動手段で、２以上の遮蔽手段を上記開放位置と遮蔽位置とに回動させることができる。

上記移動手段は、上記押圧力を加える押圧手段と、この押圧手段を駆動する駆動手段と、上記押圧されたアーム部を上記引張力によって回動前の位置に引き戻す引張手段とから構成される、ものであってもよい。

上記押圧手段は、２本のアーム部間に配設され、上記駆動手段により、いずれか一方に回動させると、一方のアーム部を上記引張手段に抗して上記開放位置または遮蔽位置に向けて押圧回動し、上記駆動手段により、他方に回動させると、他方のアーム部を上記引張手段に抗して上記開放位置または遮蔽位置に向けて押圧回動するように構成されたものであってもよい。

また、上記押圧手段は、台座とこの台座に立設させた１対の突起部とを有し、回動前の状態でこの１対の突起部は２本のアーム部にそれぞれ内接し、２本のアーム部を上記円周方向に所定角度の間隔を保持して位置決めできるように形成されたものであってもよい。

上記引張手段は、上記２本のアーム部間で挟持された固定部と、各々の一端がこの固定部で支持されると共に、各々の他端が各アーム部に支持された引張力を有する１対の弾性体とを有し、上記押圧手段により上記開放位置または遮蔽位置に回動したアーム部を回動前の位置に引き戻すように構成されたものであってもよい。

また、上記引張手段は、上記２本のアーム部が、回動前の状態で上記円周方向に所定角度の間隔を保持して位置決めできるうように固定部が形成されたものであってもよい。

この構成によれば、上記２本のアーム部は、上記押圧手段の突起部と引張手段の固定部とによって回動前の位置決めがより確実にできる。

上記遮蔽手段に代えてまたは加えて、蒸着粒子の飛行経路を選択的に遮ることで成膜速度の調整及び上記処理基板への薄膜の膜厚分布の調整を少なくとも一方を可能とする１個以上の開口部を設けた調整手段を備えたものであれば、多元同時成膜によって合金または化合物の薄膜を形成する際にその組成の調整ができてよい。

上記押圧手段の台座が、上記同一円周上に配置された相互に隣接する蒸発源の間隔に応じて円周方向に伸縮自在に形成されたものであってもよい。この構成によれば、上記蒸発源の配置間隔を変更するごとに、押圧手段を交換する必要がなくなる。

上記引張手段に代えてまたは加えて、上記押圧されたアーム部の回動に伴って他のアーム部を同一方向に引き寄せる牽引手段を設ければ、２以上の遮蔽手段を遮蔽位置又は開放位置のいずれかの方向に一時に回動させることができる。

たとえば、上記弾性体を有する２本のアーム部間に上記引張手段の固定部に代えて１本以上のアーム部を全体で同時に回動自在になるように設け、上記押圧手段により、上記２本のアーム部のいずれか一方が、押圧回動すると、押圧されたアーム部側に支持された弾性体が上記牽引手段として、上記１本以上のアーム部を牽引するように構成すればよい。

なお、上記蒸発源は、ターゲットを有するスパッタリングカソードとしてもよい。

以上の説明から明らかなように、本発明にかかる多元薄膜形成装置は、複数の遮蔽手段を１つの移動手段で回動させることができるので、従来の多元薄膜形成装置に比べて、簡単かつコンパクトな機構にすることが可能になるという効果を奏する。

また、高価な駆動手段を従来の半数以下に抑えることが可能になるため、低コストで装置を提供することができるという効果を奏する。

図１乃至図３を参照して、１は、本発明にかかる多元スパッタリング装置（以下、「スパッタ装置」という）である。スパッタ装置１は、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段（図示せず）を介して所定の真空度に保持できるたとえば内壁円筒形状の真空チャンバ１１を有する。真空チャンバ１１の下部空間には、真空チャンバ１１の中央に位置して基板ステージ２が設けられている。基板ステージ２は、ガラス基板やウェハなどの処理基板３の載置を可能とする載置部２１を有し、この載置部２１には、図示しないモータなどの駆動手段の回転軸２２が連結され、スパッタリング中、処理基板３を一定の回転速度で回転自在に保持する役割を果たす。

また、真空チャンバ１１には、ガス導入手段（図示せず）が設けられている。このガス導入手段は、例えばマスフローコントローラを設けたガス管を介してガス源に連通しており、Ａｒなどのスパッタガスや反応性スパッタリングの際に用いるＯ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２、Ｎ_２などの反応ガスを真空チャンバ１１内に一定の流量で導入できる。真空チャンバ１１内の上部空間には、回転軸２２からの延長線上の点を中心とする同一の円周上に位置して、相互に等間隔に複数の蒸発源、すなわち、本実施の形態では、スパッタリングカソード４が設けられている。

各スパッタリングカソード４は、それぞれターゲット４１を有する。本実施の形態では、ターゲット４１は、処理基板３と平行になるように対向させているが、この形態に限定する趣旨ではない。従って、ターゲットを回転軸２２からの延長線に対して所定の角度で傾斜させるようにしてもよい。

各ターゲット４１は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＩＴＯなど、処理基板３上に成膜しようとうする薄膜の組成に応じて公知の方法で作製され、略円柱形（上面視において円形）に形成されている。各ターゲット４１は、スパッタリング中、ターゲット４１を冷却する銅製のバッキングプレートに、インジウムやスズなどのボンディング材を介して接合され、真空チャンバ１１取り付けられている。

成膜処理は、まず、真空チャンバ１１内の圧力が所定値に達するまで真空排気し、上記ガス導入手段を介して所定のスパッタガスや反応ガスを真空チャンバ１１内に導入する。そして、ターゲット４１に、スパッタ電源（図示せず）を介して負の直流電圧または高周波電圧を印加すると、ターゲット４１の前方にプラズマが発生してターゲット４１がスパッタリングされることで、基板ステージ２上の処理基板３表面に所定の薄膜が形成される。

ところで、上記成膜処理を行なう際、各スパッタリングカソード４のうち、少なくとも２個を作動させて処理基板３表面に合金または化合物の薄膜を形成したり、各スパッタリングカソード４を順次作動させて処理基板３表面に多層膜を形成する場合がある。この場合、その成膜処理に用いるターゲット４１からの蒸発粒子、すなわち、本実施の形態ではスパッタ粒子が、その成膜処理に用いない他のターゲット４１に再付着することを防止する必要がある。

本発明にかかるスパッタ装置１は、上記スパッタ粒子の再付着という問題を解決するために、ターゲット４１と同数の遮蔽手段５を設けた（図３参照）。遮蔽手段５は、上記円周の周方向に回動自在なアーム部５１と、アーム部５１の先端に設けられ、上記再付着を防止するためにターゲット４１を遮るシャッター部５２を有する。

アーム部５１は、中空円筒形状の回転部５１１を有し、回転部５１１の側面から径方向外側にアーム部５１のアームが突設されている。この回転部５１１は、固定支軸５３に回動自在に挿通されている。この固定支軸５３は、真空チャンバ１１に固定され、上記円周の中心から処理基板３方向に突出させて設けられている。本実施の形態では、回転部５１１と固定支軸５３との間に摩擦低減部材（ボールベアリング）５４を介在させるため、固定支軸５３を回転部５１１に挿通した場合に、収納孔が形成されるようになっている。

各アーム部５１の回転部５１１は、固定支軸５３の長手方向に仕切板５３１を介して連設され、固定支軸５３の先端は、ストッパ５３２で回転部５１１が脱落しないように止められている。

シャッター部５２は、アルミニウム合金などから作製された円形の板材であり、ターゲット４１のスパッタ面の面積よりも大きい面積を有する。本実施の形態では、ターゲット４１と略平行になるように設けられているが、上記スパッタ粒子の再付着を防止できれば、平行に設けることに限定されるものではない。また、上記したように、ターゲット４１を回転軸２２からの延長線に対して所定の角度で傾斜させ場合、この傾斜に合わせてシャッター部５２をアーム部５１に対して角度をつけて設けるようにしてもよい。

本発明にかかるスパッタ装置１は、少なくとも２本のアーム部５１をターゲット４１の開放位置又は遮蔽位置のいずれかの方向に回動させて、成膜処理に使用するターゲット４１を開放して薄膜形成し、又は成膜処理に使用しないターゲット４１をシャッター部５２によって遮蔽することにより、成膜処理に使用しないターゲット４１に上記スパッタ粒子が再付着することを防止する。

上記アーム部５１を移動させる移動手段は、アーム部５１を上記遮蔽位置方向又は開放位置方向に押圧する押圧手段６と、押圧手段６を上記遮蔽位置または開放位置のいずれかの方向に駆動する駆動手段７と、上記押圧されたアーム部５１を移動前の位置に引き戻す引張手段８とから構成される。

なお、本発明にかかるスパッタ装置１は、回動前の遮蔽手段５の定常位置を開放位置と遮蔽装置のいずれでにしてもよいが、以下便宜的に本実施の形態では、定常位置を遮蔽位置として説明する。

本実施の形態では、押圧手段６は、台座６１とこの台座６１上に立設させた２本の突起部６２とから構成され、隣接する２本のアーム部５１間に配設させた。上記定常位置では、２本の突起部６２は、上記２本のアーム部５１にそれぞれ内接している。すなわち、押圧手段６は、回動前の状態で、この２本の突起部６２が、２本のアーム部５１を上記円周方向に所定角度の間隔を保持して位置決めできるように形成されたものである。

なお、複数のターゲット４１は、成膜しようとする薄膜の組成や大きさ等に応じて配置する間隔を変更する場合がある。この場合、この配置間隔に応じた押圧手段６を作製し、その都度取り替えるのでは作業効率の低下を招く。

そこで、相互に隣接するターゲット４１を配置する間隔に応じて台座６１を上記円周方向に伸縮自在に形成すればよい（図示せず）。このようにすれば、ターゲット４１の配置間隔を変更するごとに、押圧手段６を取替えなくても、上記間隔に応じて台座６１を伸縮させればよい。

駆動手段７は、モータなどの駆動源７１と、駆動源７１の作動を制御する制御手段７２と、駆動源７１の駆動力を伝達する回転軸７３と、回転軸７３の先端に取り付けられ、回転軸７２の回転動力を押圧手段６に伝達する伝達手段７４とを有する。

引張手段８は、上記２本のアーム部５１に挟持され、真空チャンバ１１の内壁天井部に固定された固定部８１と、一端が上記２本のアーム部５１にそれぞれ取り付けられ、他端が固定部８１に取り付けられている引張力を有する弾性体８２とから構成されている。この引張手段８は、押圧手段６により上記開放位置または遮蔽位置に回動したアーム部５１を回動前の位置に引き戻す。

この固定部８１は、上記２本のアーム部５１が、移動前の状態で上円周方向に所定角度の間隔を保持して位置決めできるうように形成されたものである。

従って、上記２本のアーム部５１は、上記押圧手段６の突起部６２とこの引張手段８の固定部８１とによって移動前の位置決めが確実にできる。

以下、スパッタ装置１の作用について図３に従って説明する。定常位置である遮蔽位置Ｃ１にある遮蔽手段５のシャッター部５２ａは、押圧手段６の突起部６２ａを介して、駆動手段７により開放位置Ｏ１方向に駆動される。すなわち、この突起部６２ａは、駆動手段７によって加えてられた回転力をアーム部５１ａに押圧力として伝達する。アーム部５１ａは、引張手段８の弾性体８２ａに抗して上記周方向に押圧回動し、シャッター部５２ａを上記開放位置Ｏ１に到達させ、ターゲット４１ａを開放する。この場合、弾性体８２ａは、伸びた状態になっている。アーム部５１ａを引き戻して開放したターゲット４１ａを再び遮蔽するときは、上記アーム部５１ａにかかる押圧力を停止し、上記弾性体８２ａの収縮する方向にかかる引張力を利用してアーム部５１ａを遮蔽位置Ｃ１に戻すようにすればよい。

逆に、定常位置である遮蔽位置Ｃ２にある遮蔽手段５のシャッター部５２ｂは、押圧手段６の突起部６２ｂを介して、駆動手段７により開放位置Ｏ２方向に駆動される。すなわち、この突起部６２ｂは、駆動手段７によって加えてられた回転力をアーム部５１ｂに押圧力として伝達する。アーム部５１ｂは、引張手段８の弾性体８２ｂに抗して上記周方向に押圧回動し、シャッター部５２ｂを上記開放位置Ｏ２に到達させ、ターゲット４１ｂを開放する。この場合、弾性体８２ｂは、伸びた状態になっている。アーム部５１ｂを引き戻して開放したターゲット４１ｂを再び遮蔽するときは、上記アーム部５１ｂにかかる押圧力を停止し、上記弾性体８２ｂの収縮する方向にかかる引張力を利用してアーム部５１ｂを遮蔽位置Ｃ２に戻すようにすればよい。

上記引張手段８に代えてまたは加えて、上記押圧されたアーム部５１の移動に伴って他のアーム部５１を同一方向に引き寄せる牽引手段（図示せず）を備えるようにしてもよい。

たとえば、２本のアーム部５１間に、上記引張手段８の固定部８１に代えて１本以上のアーム部を全体で同時に回動自在になるように設け、上記押圧手段６により、上記２本のアーム部５１のいずれか一方が、押圧回動すると、押圧されたアーム部５１側に支持された弾性体８２が上記牽引手段として、上記１本以上のアーム部５１を牽引するように構成すればよい。

このような構成によれば、２本以上の遮蔽手段５を１の駆動手段７で一時に回動させることができる。

上記遮蔽手段５に代えてまたは加えて、蒸着粒子の飛行経路を選択的に遮ることで成膜速度の調整及び上記処理基板への薄膜の膜厚分布の調整を少なくとも一方を可能とする１個以上の開口部を設けた調整手段（図示せず）を設けてもよい。

以上の通り、スパッタ装置１は、複数の遮蔽手段を１つの移動手段で移動させることができるので、従来のスパッタ装置に比べて、簡単かつコンパクトな機構にすることが可能になる。

また、高価な駆動手段を従来の半数以下に抑えることが可能になるため、低コストのスパッタ装置を提供することもできる。

なお、本実施の形態では、多元スパッタ装置１について説明したが、これに限定される趣旨ではなく、真空チャンバ１１内に複数の蒸発源を設け、いずれかの蒸発源を適宜遮蔽して成膜処理を行なうものであれば本発明を適用できる。

本発明にかかる多元薄膜形成装置であるスパッタ装置を概略的に示す断面図 遮蔽手段の斜視図 ターゲットと遮蔽手段との配置を示す平面図

符号の説明

１ スパッタ装置
２ 基板ステージ
３ 処理基板
４ スパッタリングカソード
５ 遮蔽手段
６ 押圧手段
７ 駆動手段
８ 引張手段

Claims (11)

1. 真空チャンバ内で処理基板に対向させて同一円周上に配置した複数の蒸発源と、いずれかの蒸発源の蒸発粒子が他の蒸発源に再付着することを防止するために各蒸発源を遮る複数の遮蔽手段とを備え、この遮蔽手段は、上記円周の中心を通る線を回転中心として回動自在に設けられたアーム部と、このアーム部の先端に設けられたシャッター部とを有し、少なくとも２本のアーム部に対し、押圧力または引張力のいずれか一方を加えて、上記蒸発源を開放する開放位置と上記シャッター部によって遮蔽する遮蔽位置とに回動させる移動手段を備えたことを特徴とする多元薄膜形成装置。
2. 上記移動手段は、上記押圧力を加える押圧手段と、この押圧手段を駆動する駆動手段と、上記押圧されたアーム部を上記引張力によって回動前の位置に引き戻す引張手段とから構成されることを特徴とする請求項１記載の多元薄膜形成装置。
3. 上記押圧手段は、２本のアーム部間に配設され、上記駆動手段により、いずれか一方に回動させると、一方のアーム部を上記引張手段に抗して上記開放位置または遮蔽位置に向けて押圧回動し、上記駆動手段により、他方に回動させると、他方のアーム部を上記引張手段に抗して上記開放位置または遮蔽位置に向けて押圧回動するように構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の多元薄膜形成装置。
4. 上記押圧手段は、台座とこの台座に立設させた１対の突起部とを有し、回動前の状態でこの１対の突起部は２本のアーム部にそれぞれ内接し、２本のアーム部を上記円周方向に所定角度の間隔を保持して位置決めできるように形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の多元薄膜形成装置。
5. 上記引張手段は、上記２本のアーム部間で挟持された固定部と、各々の一端がこの固定部で支持されると共に、各々の他端が各アーム部に支持された引張力を有する１対の弾性体とを有し、上記押圧手段により上記開放位置または遮蔽位置に回動したアーム部を回動前の位置に引き戻すように構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の多元薄膜形成装置。
6. 上記引張手段は、上記２本のアーム部が、回動前の状態で上記円周方向に所定角度の間隔を保持して位置決めできるうように固定部が形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の多元薄膜形成装置。
7. 上記遮蔽手段に代えてまたは加えて、蒸着粒子の飛行経路を選択的に遮ることで成膜速度の調整及び上記処理基板への薄膜の膜厚分布の調整の少なくとも一方を可能とする１個以上の開口部を設けた調整手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項６記載の多元薄膜形成装置。
8. 上記押圧手段の台座が、上記同一円周上に配置された相互に隣接する蒸発源の間隔に応じて円周方向に伸縮自在に形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載の多元薄膜形成装置。
9. 上記引張手段に代えてまたは加えて、上記押圧されたアーム部の回動に伴って他のアーム部を同一方向に引き寄せる牽引手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の多元薄膜形成装置。
10. 上記弾性体を有する２本のアーム部間に上記引張手段の固定部に代えて１本以上のアーム部を全体で同時に回動自在になるように設け、上記押圧手段により、上記２本のアーム部のいずれか一方が、押圧回動すると、押圧されたアーム部側に支持された弾性体が上記牽引手段として、上記１本以上のアーム部を牽引するように構成されたものであることを特徴とする請求項９記載の多元薄膜形成装置。
11. 上記蒸発源は、ターゲットを有するスパッタリングカソードであることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかに記載の多元薄膜形成装置。

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