JP2013032574A - スパッタリング成膜装置のカルーセル及びスパッタリング成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カルーセルが大型である場合にも、成膜される薄膜の厚みや膜質がばらつきにくいスパッタリング成膜装置のカルーセル及びそれを備えるスパッタリング成膜装置を提供する。
【解決手段】カルーセルは、カルーセルの回転軸を中心として回転するホルダ３０を備える。ホルダ３０は、取付部３２と押さえ部材３３とを備える。取付部３２は、開口部３１とフランジ部とを有する。開口部３１には、スパッタリング成膜される被成膜部材４が挿入される。フランジ部は、開口部３１の内壁から内側に向かって突出している。フランジ部は、開口部３１に挿入される被成膜部材４に当接する。押さえ部材３３は、開口部３１に、開口部３１の軸方向に変位可能に挿入されている。押さえ部材３３は、ホルダ３０と共に回転することにより、遠心力によりフランジ部に対して被成膜部材４を径方向外側に向けて押圧する。
【選択図】図３

Description

本発明は、スパッタリング成膜装置のカルーセル及びそれを備えるスパッタリング成膜装置に関する。

従来、スパッタリング成膜装置として、被成膜部材が取り付けられたカルーセル（回転ドラム）を回転させながら、カルーセルの周囲に配されたターゲットから被成膜部材に向けて原子を飛散させてスパッタリング成膜を行うカルーセル型のスパッタリング成膜装置が知られている（例えば、特許文献１等を参照）。

特開２００６−１２４７７８号公報

近年、カルーセル型のスパッタリング成膜装置を用いて大型の被成膜部材に対して成膜を行いたいという要望を満足させるために、カルーセルを大型化することが検討されている。

しかしながら、カルーセルを大型化すると、成膜される薄膜の厚みや膜質にばらつきが生じやすいという問題がある。

本発明は、カルーセルが大型である場合にも、成膜される薄膜の厚みや膜質がばらつきにくいスパッタリング成膜装置のカルーセル及びそれを備えるスパッタリング成膜装置を提供することを主な目的とする。

本発明のスパッタリング成膜装置のカルーセルは、ホルダを備える。ホルダは、カルーセルの回転軸を中心として回転する。ホルダは、カルーセルの回転軸を中心とする円周面に沿って配されている。ホルダは、取付部と押さえ部材とを備える。取付部は、開口部とフランジ部とを有する。開口部には、スパッタリング成膜される被成膜部材が挿入される。フランジ部は、開口部の内壁から内側に向かって突出している。フランジ部は、開口部に挿入される被成膜部材に当接する。押さえ部材は、開口部に、開口部の軸方向に変位可能に挿入される。押さえ部材は、ホルダと共に回転することにより、遠心力によりフランジ部に対して被成膜部材を径方向外側に向けて押圧する。

押さえ部材は、被成膜部材よりも重いことが好ましい。

押さえ部材は、被成膜部材のフランジ部とは反対側の主面を覆っていることが好ましい。

押さえ部材は、フランジ部と対向している対向部を有することが好ましい。

対向部は、開口部の全周にわたって設けられていることが好ましい。

押さえ部材は、被成膜部材と周縁部において当接していることが好ましい。

開口部は、フランジ部側に向かって先細るテーパー状であることが好ましい。

取付部は、チタン及びモリブデンの少なくとも一方を含む金属、またはセラミックスからなることが好ましい。

なお、本発明において、金属には、合金が含まれるものとする。

本発明のスパッタリング成膜装置は、カルーセルとターゲット取付部とを備える。ターゲット取付部は、カルーセルに対向して設けられている。ターゲット取付部には、ターゲットが取り付けられる。

本発明によれば、成膜される薄膜の厚みや膜質がばらつきにくいスパッタリング成膜装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るスパッタリング成膜装置の模式的平面図である。 本発明の一実施形態におけるカルーセルの略図的斜視図である。 本発明の一実施形態におけるホルダの一部分の略図的分解斜視図である。 本発明の一実施形態におけるホルダの略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（スパッタリング成膜装置１の概略構成）
図１は、本実施形態に係るスパッタリング成膜装置の模式的平面図である。図１に示すように、スパッタリング成膜装置１は、成膜チャンバ１０を備えている。図示は省略するが、成膜チャンバ１０には、減圧機構と、スパッタガス供給機構とが接続されている。減圧機構により、成膜チャンバ１０内が減圧可能となっている。なお、減圧機構は、例えば、減圧ポンプなどにより構成することができる。

スパッタガス供給機構は、成膜チャンバ１０に対して、成膜に必要なスパッタガスを供給するための機構である。このスパッタガス供給機構と減圧機構とにより、成膜チャンバ１０内が、スパッタガスにより満たされた減圧雰囲気とされる。なお、スパッタガス供給機構は、例えば、ガスボンベなどにより構成することができる。スパッタガスの種類は特に限定されない。スパッタガスは、成膜しようとする薄膜の種類に応じて適宜選択することができる。

成膜チャンバ１０の内部には、少なくとも一つの被成膜部材を固定するためのカルーセル（成膜ドラム）１１が配置されている。カルーセル１１は、円筒状である。カルーセル１１は、回転軸Ｃ１を中心として一方向に回転可能である。

成膜チャンバ１０内には、少なくともひとつのターゲット取付部１３が配されている。ターゲット取付部１３は、ターゲット取付部１３に取り付けられたターゲット１２がカルーセル１１の外周面に対向するように配されている。

成膜は、被成膜部材４（図３及び図４を参照）が外周面に取り付けられたカルーセル１１を回転させながら、ターゲット１２から原子を飛散させ、被成膜部材４の表面上に堆積させることにより行う。

（カルーセル１１の詳細構成）
図２は、本実施形態におけるカルーセルの略図的斜視図である。図３は、本実施形態におけるホルダの一部分の略図的分解斜視図である。図４は、本実施形態におけるホルダの略図的断面図である。

次に、図２〜図４を参照しながら、カルーセル１１の詳細構成について説明する。カルーセル１１は、回転軸Ｃ１を中心として回転するシャフト２１を備えている。シャフト２１は、例えば、鉄、チタン、モリブデン、ステンレスなどの金属や合金により構成することができる。

シャフト２１には、第１及び第２の保持具２２，２３が取り付けられている。第１及び第２の保持具２２，２３は、回転軸Ｃ１の延びる方向であるｘ方向において互いに間隔をおいて配されている。第１及び第２の保持具２２，２３のそれぞれは、シャフト２１に固定されており、シャフト２１と一体に回転する。

図２に示すように、第１及び第２の保持具２２，２３には、ホルダ３０が複数取り付けられている。ホルダ３０はカルーセル１１の回転軸Ｃ１を中心とする円周面に沿って配されている。ホルダ３０は、シャフト２１並びに第１及び第２の保持具２２，２３と共に回転軸Ｃ１を中心として旋回する。なお、図２では、描画の便宜上、第１及び第２の保持具２２，２３に取り付けられる複数のホルダ３０の一部のみが描画されている。

ホルダ３０は、ホルダ本体３０ａと、一対のフック部３４と、取付部３２と、押さえ部材３３とを備える。図２に示すように、一対のフック部３４は、ホルダ本体３０ａのｘ方向における両端部に接続されている。ホルダ３０は、一対のフック部３４により第１及び第２の保持具２２，２３に係止されている。

ホルダ本体３０ａは、例えば、鉄、チタン、モリブデン、ステンレスなどの金属や合金からなる板により構成されている。

ホルダ本体３０ａには、少なくともひとつの開口３０ａ１が形成されている。開口３０ａ１には、取付部３２が取り付けられている。詳細には、図３に示すように、取付部３２は、開口３０ａ１に対して着脱可能に挿入されている。

取付部３２は、チタン及びモリブデンのうちの少なくとも一方を含む金属またはセラミックスからなることが好ましい。

取付部３２は、開口部３１と、フランジ部３２ａ（図４を参照）とを有する。開口部３１は、スパッタリング成膜される被成膜部材４が挿入される部分である。フランジ部３２ａは、開口部３１の内壁３１ａのｚ１側端部から内側に向かって突出している。フランジ部３２ａは、開口部３１の全周にわたって設けられている。

開口部３１のフランジ部３２ａ側の内径寸法は、被成膜部材４の外径寸法と実質的に等しい。このため、開口部３１に、被成膜部材４をフランジ部３２ａに当接するように挿入することにより、開口部３１に対して被成膜部材４を高い位置精度で配置することができる。

また、開口部３１の内壁３１ａは、テーパー部３１ａ１と収納部３１ａ２とを有する。開口部３１のテーパー部３１ａ１は、フランジ部３２ａ側（ｚ１側）に向かって先細るテーパー状である。このため、開口部３１へ被成膜部材４を容易に挿入することができる。収納部３１ａ２は、内壁部３１ａのフランジ部３２ａ側（ｚ１側）に設けられている。収納部３１ａ２は、ｚ方向に対して平行である。これにより、成膜前後において、カルーセル１１が回転せず、被成膜部材４に遠心力がかからない状態であっても、被成膜部材４が取付部３２によって安定して保持される。

また、フランジ部３２ａと被成膜部材４とが当接する、フランジ部３２ａの当接部３２ａ１は、径方向内側に向かってｚ１側に傾斜していることが好ましい。これにより、被成膜部材４の外径寸法が開口部３１のフランジ部３２ａ側の内径寸法よりも小さい場合であっても、成膜時の遠心力により、被成膜部材４が開口部３１に対してセンタリングされ、高精度に位置決めされやすい。

なお、被成膜部材４の形状は特に限定されない。被成膜部材４は、平板状であってもよいし、立体的な構造体であってもよい。

開口部３１には、被成膜部材４が挿入された後に、押さえ部材３３が開口部３１の軸方向（ｚ方向）に変位可能に挿入される。押さえ部材３３は、押さえ部材本体３３ｂと、突出部３３ａとを有する。押さえ部材本体３３ｂは、被成膜部材４のフランジ部３２ａとは反対側（ｚ２側）の主面全体を覆うように設けられている。これにより、被成膜部材４のｚ２側の主面の上に成膜されることを抑制することができる。

突出部３３ａは、押さえ部材本体３３ｂの周縁部からフランジ部３２ａ側（ｚ１側）に向かって突出するように設けられている。突出部３３ａは、押さえ部材本体３３ｂの周縁部に沿って全周にわたって設けられている。押さえ部材３３は、この突出部３３ａの先端面において被成膜部材４と当接している。即ち、押さえ部材３３は、被成膜部材４と周縁部において当接している。押さえ部材３３は、被成膜部材４の中央部とは当接していない。ホルダ本体３０ａには、脱落防止部材が取り付けられていてもよい。これにより、カルーセル１１に遠心力がかからない状態であっても、押さえ部材３３を取付部３２に安定して保持することができる。

突出部３３ａは、フランジ部３２ａと対向している対向部３３ａ１を有する。対向部３３ａ１は、開口部３１の全周にわたって設けられている。

押さえ部材３３は、被成膜部材４よりも重いことが好ましい。押さえ部材３３は、被成膜部材４よりも１．５倍以上重いことがより好ましく、２倍以上重いことが特に好ましい。押さえ部材３３は、例えば、アルミ、チタン、セラミックス等により構成することができる。

次に、スパッタリング成膜装置１を用いたスパッタリング成膜について説明する。

まず、開口部３１ａ内に被成膜部材４を挿入し、さらにその後に、押さえ部材３３を挿入する。そして、スパッタガスが充填され、かつ減圧された雰囲気に調整された成膜チャンバ１０内において被成膜部材４及び押さえ部材３３が挿入されたカルーセル１１を回転させる。この状態でターゲットから原子を飛散させ、被成膜部材４の表面上に堆積させることにより薄膜を形成する。

カルーセル１１の回転中においては、押さえ部材３３がホルダ３０と共に回転することにより、遠心力によりフランジ部３２ａに対して被成膜部材４を、カルーセル１１の径方向外側に向けて押圧する。これにより、被成膜部材４が取付部３２に固定される。

上述の通り、大型の被成膜部材を成膜することなどを目的として、カルーセルを大型化することが行われている。ところが、カルーセルが大型になると、成膜中のカルーセルの回転によって被成膜部材にかかる遠心力が大きくなる。被成膜部材に大きな遠心力がかかると、成膜中に被成膜部材がホルダに対して相対的に変位したり、姿勢が変化したりしやすくなる。成膜中に被成膜部材がホルダに対して相対的に変位したり、被成膜部材の姿勢が変化すると、被成膜部材に形成される薄膜の厚みや膜質がばらつく原因となる。

被成膜部材をカルーセルのホルダに取り付ける方法としては、例えば複数の爪によって固定する方法が一般的に知られている。この場合、被成膜部材を強固に固定するために、被成膜部材を固定する爪の数を増やしたり、爪の面積を大きくすることが考えられる。

しかしながら、爪を多くしたり、大型化した場合であっても、成膜中に被成膜部材が変位したり、姿勢変化したりしないように強固に固定することは困難である。

これに対して、スパッタリング成膜装置１においては、被成膜部材４が、押さえ部材３３に付加する遠心力によって取付部３２に固定される。この場合、カルーセルが大型になると、押さえ部材３３に加わる遠心力も大きくなるため、被成膜部材４を強固に固定することができる。よって、被成膜部材４の変位や姿勢変化を効果的に抑制することができる。従って、成膜される薄膜の厚みや膜質がばらつくことを抑制することができる。

また、この方法では、大型の爪を多数要さないため、被成膜部材４に占める成膜される領域の面積割合を大きくすることができる。換言すれば、被成膜部材４のより広い領域に成膜することが可能となる。つまり、被成膜部材４のより広い領域に対して均一な厚み及び膜質で成膜を行うことができる。

被成膜部材４をより強固に固定する観点からは、押さえ部材３３を被成膜部材４よりも重くして付与される遠心力を大きくすることが好ましい。

本実施形態において、押さえ部材３３は、取付部３２のフランジ部３２ａと対向する突出部３３ａを有する。このため、カルーセル１１が回転している状態では、突出部３３ａとフランジ部３２ａとにより被成膜部材４が狭持された状態となる。よって、成膜中に被成膜部材４が変位したり変形したりすることに起因して生じる膜厚や膜質のばらつきをより効果的に抑制することができる。特に、本実施形態においては、押さえ部材３３の突出部３３ａは、開口部３１の全周わたって設けられている。このため、カルーセル１１が回転している状態では、突出部３３ａとフランジ部３２ａとにより被成膜部材４が全周にわたって挟持された状態となる。よって、成膜中に被成膜部材４が変位したり変形したりすることに起因して生じる膜厚や膜質のばらつきをより効果的に抑制することができる。

本実施形態において、押さえ部材３３は、被成膜部材４と周縁部において当接している。つまり、押さえ部材３３は、被成膜部材４の中央部には当接していない。このため、被成膜部材４の中央部には押さえ部材３３との接触による傷は発生しない。

スパッタリング成膜装置は、高温下で使用されるため、成膜中に被成膜部材を取り付けるホルダが膨張などにより変形する虞がある。ホルダが変形すると、被成膜部材ががたつくなどして、膜厚や膜質にばらつきが生じる。これに対して、本実施形態において、ホルダ３０の取付部３２は、チタン及びモリブデンの少なくとも一方を含む金属、またはセラミックスからなる。このため、取付部３２の熱膨張率が低い。よって、成膜が行われる際の高温下においても、取付部３２が変形し難い。従って、膜厚や膜質にばらつきが生じることをより効果的に抑制することができる。

なお、本実施形態において、押さえ部材３３の押さえ部材本体３３ｂは、被成膜部材４と当接していない例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明において、押さえ部材３３の中央部は、被成膜部材４と当接していてもよい。また、押さえ部材３３の一方側主面全体が被成膜部材４と当接していてもよい。

１…スパッタリング成膜装置
４…被成膜部材
１０…成膜チャンバ
１１…カルーセル
１２…ターゲット
１３…ターゲット取付部
２１…シャフト
２２…第１の保持具
２３…第２の保持具
３０…ホルダ
３０ａ…ホルダ本体
３０ａ１…開口
３１…開口部
３１ａ…内壁
３１ａ１…テーパー部
３１ａ２…収納部
３２…取付部
３２ａ…フランジ部
３２ａ１…当接部
３３…押さえ部材
３３ａ…突出部
３３ａ１…対向部
３３ｂ…押さえ部材本体
３４…フック部

Claims (9)

1. 回転軸を中心として回転し、前記回転軸を中心とする円周面に沿って配されたホルダを備え、
   前記ホルダは、スパッタリング成膜される被成膜部材が挿入される開口部と、前記開口部の内壁から内側に向かって突出しており、前記開口部に挿入される被成膜部材に当接するフランジ部とを有する取付部と、
   前記開口部に、前記開口部の軸方向に変位可能に挿入され、前記ホルダと共に回転することにより、遠心力により前記フランジ部に対して前記被成膜部材を径方向外側に向けて押圧する押さえ部材と、
   を備える、スパッタリング成膜装置のカルーセル。
2. 前記押さえ部材は、前記被成膜部材よりも重い、請求項１に記載のスパッタリング成膜装置のカルーセル。
3. 前記押さえ部材は、前記被成膜部材の前記フランジ部とは反対側の主面を覆っている、請求項１または２に記載のスパッタリング成膜装置のカルーセル。
4. 前記押さえ部材は、フランジ部と対向している対向部を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパッタリング成膜装置のカルーセル。
5. 対向部は、開口部の全周にわたって設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパッタリング成膜装置のカルーセル。
6. 前記押さえ部材は、前記被成膜部材と周縁部において当接している、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパッタリング成膜装置のカルーセル。
7. 前記開口部は、前記フランジ部側に向かって先細るテーパー状である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパッタリング成膜装置のカルーセル。
8. 前記取付部は、チタン及びモリブデンの少なくとも一方を含む金属、またはセラミックスからなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のスパッタリング成膜装置のカルーセル。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のカルーセルと、
   前記カルーセルに対向して設けられており、ターゲットが取り付けられるターゲット取付部と、
   を備える、スパッタリング成膜装置。

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