JP2014074188A - スパッタリング装置およびスパッタリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スパッタリング装置の稼動を停止させることなく、Ｔ／Ｓ距離を調整することを可能とするスパッタリング装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決する手段】
基板にスパッタリング処理を行うスパッタリング装置において、チャンバーと、チャンバー内に設けられた円筒状ターゲットと、円筒状ターゲットを基板と対向する位置に保持するターゲット支持機構と、ターゲット支持機構に設けられた支持軸と、を有し、支持軸の一端は前記円筒状ターゲットと接続し、支持軸は支持軸の回動中心部を中心に回動可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタリング装置およびスパッタリング方法に係わり、特に円筒状のターゲットを用いた回転式カソードを有するスパッタリング装置および方法に関する。

スパッタリング装置として、円筒状のターゲットを用いたスパッタリング装置が知られている（例えば、特許文献１、２）。
特許文献１には、円筒状のターゲット内部に磁場発生機構を配置したスパッタリング装置が開示されている。特許文献２には、円筒状ターゲットとして、ターゲットの両端にターゲットを支持する機構と、ターゲットを回転させる回転機構を有する円筒状ターゲットが記載されている。また、ターゲットに冷却水を流入する冷却水システムを設けることが記載されている。

ところで、このような円筒状のターゲットを用いたスパッタリング装置においてもターゲット（ｔａｒｇｅｔ）と基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）との間の距離（Ｔ／Ｓ距離）を調節することが望まれる。そこで、特許文献３には、エンドブロックとスパッタ装置の取付部との間に、インサート部品を挿入することにより、Ｔ／Ｓ距離を調整可能とすることが記載されている。

特公平３−６８１１３号公報 特表２００８−５０５２５０号公報 特表２００９−５４１５８号公報

しかしながら、特許文献３に記載されたスパッタリング装置において、Ｔ／Ｓ距離を調整する為には、円筒状ターゲットをスパッタリング装置から一度取外してインサート部品を装着しなければならなかった。また、Ｔ／Ｓ距離は、インサート部品によって定まるため、Ｔ／Ｓ距離を任意に変更することはできなかった。
そこで、本発明は、スパッタリング装置の稼動を停止させることなく、Ｔ／Ｓ距離を調整することを可能とするスパッタリング装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題は、本発明により解決することができる。
すなわち、本発明のスパッタリング装置は、基板にスパッタリング処理を行うスパッタリング装置において、チャンバーと、前記チャンバー内に設けられた円筒状ターゲットと、前記円筒状ターゲットを前記基板と対向する位置に保持するターゲット支持機構と、前記ターゲット支持機構に設けられた支持軸と、を有し、前記支持軸の一端は前記円筒状ターゲットと接続し、前記支持軸は前記支持軸の回動中心部を中心に回動可能であることを特徴とする。
本発明のスパッタリング方法は、上記スパッタリング装置を用いて基板にスパッタリングする方法であって、前記支持軸を前記回動中心部を中心に回動させることにより、前記基板とターゲットとの距離を所定の間隔に設定する工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、円筒状ターゲットに回動運動を与えることにより、円筒状ターゲットを用いたスパッタ装置においても任意の距離にＴ／Ｓ距離を調整することができる。

本発明に係るスパッタリング装置を概略的に示した図である。 Ｔ／Ｓ距離が最小であるときの円筒状カソードと基板の位置関係を示す模式図である。 Ｔ／Ｓ距離を変化させたときの円筒状カソードと基板の位置関係を示す模式図である。 支持軸を回動させる一態様を示す模式図である。 支持軸を回動させる他の態様を示す模式図である。 支持軸を回動させる他の態様を示す模式図である。 円筒状ターゲットの内面の断面を概略的に示した図である。 円筒状ターゲットの斜視図の概略である。

本発明のスパッタリング装置の一態様を図１、２を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係わるスパッタリング装置を概略的に示した図である。

チャンバー１３内には、円筒状ターゲット１が設けられている。また、チャンバー１３内には、基板搬送機構１０が設けられており、チャンバー１３内に搬入された基板９は基板搬送機構１０により搬送される。チャンバー１３内には、不図示のガス供給口からガスが供給される。また、不図示の排気口からチャンバー１３内のガスが排気される。

円筒状ターゲット１はターゲット支持機構６にて支持されている。ターゲット支持機構６は、円筒状ターゲット１の回転駆動軸８を支持する２本の支持軸６１と、支持軸６１とモータ固定板４と接続する接続棒６２とを具備する。支持軸６１は、いずれもその一端が円筒状ターゲット１の回転駆動軸８を保持する。
円筒状ターゲット１を回転させる為の回転駆動伝達用ベルト３が、円筒状ターゲット１の回転駆動軸８と
ターゲット駆動用モータ２との間に渡されている。ターゲット駆動用モータ２は、モータ固定板４に固定されている。回転駆動伝達用ベルト３は大気側でターゲット回転用モータ２に取付けられており、回転用モータ２を回転させると、回転用モータ２の駆動が回転駆動伝達用ベルト３により円筒状ターゲット１の回転駆動軸８に伝達され、回転駆動軸８に接続された円筒状ターゲット１が回転する。

円筒状ターゲット１を支持する円筒状ターゲット支持機構６には、円筒状ターゲット１の内面を冷却する不図示の冷却水路が設けられており、冷却水を円筒状ターゲット１内に供給、排出することが出来るようになっている。また、円筒状ターゲット１を支持するターゲット支持機構６には、円筒状ターゲット１に電力を供給する不図示の電極が設けられており、不図示の電源から電力を供給することが出来るようになっている。

ターゲット回転用モータ２は、モータ固定板４に固定されている。モータ固定板４は、ターゲット支持機構６の大気側部分と連結部７で連結されている。

回動軸５は、チャンバー１３の壁内に設けられており、ターゲット支持機構６の支持軸６１は、支持軸の回動中心部６３を中心に回動可能に、回動軸５に固定されている。回動軸５はベアリングにより、外から動力を与えることにより回転可能な構造となっている。

回転動力伝達部１２の一端には、支持軸６１を回動させるための第一の歯車１５が設けられている。第一の歯車１５は、第二の歯車１６に噛み合うように配置されている。第二の歯車１６は、不図示の歯車駆動モータに接続されており、歯車１６を回転させることにより、歯車１５に接続されている回転動力伝達部１２に歯車の回転が伝達され、ターゲット支持機構６の支持軸６１が支持軸６１の回動中心部６３を中心に回動する。
支持軸６１の駆動範囲をカバーするようにターゲット支持機構６のチャンバー１３導入部にはベローズ１１が設けられており、駆動部においてチャンバー１３内との真空を保持する役割を担っている。

円筒状ターゲット１の内側には、磁場発生構造体としての不図示の磁場発生機構が配置されている。磁場発生機構は、円筒状ターゲット１が回転しても磁場発生機構は回転しないように配設されている。

なお、上記例では、真空を保持する手段としてベローズ１１を例に説明したが、これに限らず、磁性流体を使用したシール等、駆動部における真空シールが可能な方法であれば用いることができる。

次に、図１のスパッタリング装置を用いた基板へのスパッタリング方法について説明する。
不図示の真空ポンプにてチャンバー１３を排気し、チャンバー１３内を所望の圧力（例えば１×１０−５Ｐａ程度）にした後、不図示のガス供給口より所望の流量（例えば、アルゴンガスを数１００ｓｃｃｍ程度）を導入する。チャンバー１３内の圧力が安定した後、チャンバー外に設けた不図示の電源より円筒状ターゲット１へ電流を供給し、放電プラズマを励起させる。励起されたプラズマは、円筒状ターゲット１の内面に設置された不図示の磁場発生機構により作られた閉ループ磁界に沿った領域にてスパッタリングが行われる。

基板９は基板搬送機構１０により、円筒状ターゲット１の直下を通過する。基板搬送機構１０としては、基板を基板搬送保持具に載置して搬送する方法、基板を回転ロールにて搬送する方法、ウェブ基板をロールツーロールにより搬送する方法など、連続的に基板を搬送することのできる機構が用いられる。その際、スパッタリングにより、円筒状ターゲット１の材料（例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ等の金属材料）が微粒子として下方向に放出され、基板９に付着する。スパッタリング時に放出されるターゲット材料の基板以外への付着を最小限に留める為、シールド１４を円筒状ターゲット１の両端付近に設けることが好ましい。

本発明で用いるＴ／Ｓ距離の変更方法を、図１とともに、図２、３を用いて説明する。図２、３は、チャンバー内で基板とターゲットとの配置を示す模式図であり、チャンバー１３の側面から、支持軸６１と円筒状ターゲット１を見た図である。基板は、移動方向１００に移動する。図２は、図１において、Ｔ／Ｓ距離が最小であるときの円筒状カソードと基板の位置関係を示す概略図であり、図３はＴ／Ｓ距離を変化させたときの位置関係を示す概略図である。ここで、Ｔ／Ｓ距離とは、円筒状ターゲットのターゲット面と基板９との一番短い距離をいう。

図２において、Ｔ／Ｓ距離は、Ｌである。この状態から、Ｔ／Ｓ距離を増加させる為にモータ固定板４を矢印aの方向に動かす。すると、回動中心部６３を支点として、支持軸６１が回動し、円筒状ターゲット１が矢印ｂの方向に弧を描くように動く。
その結果、円筒状ターゲット１は、基板９から鉛直方向にr移動し、Ｔ／Ｓ距離がＬ＋ｒとなる（図３）。
すなわち、Ｔ／Ｓ距離は、rだけ長くなる。このようにして、Ｔ／Ｓ距離を所定の間隔に設定することができる。

不図示の歯車駆動モータを用いて、円筒状ターゲット１を動かしているため、精度、再現性の高いＴ／Ｓ距離の調整が可能である。
なお、円筒状ターゲット1の位置が、基板の進行方向に対して前後方向にずれるが、通過成膜にてスパッタリングを行う為、実質的にＴ／Ｓ距離のみを可変した形と同じになる。

次に、図４を用いて、歯車１５、１６を用いて支持軸６１を回動させる方法の詳細について説明する。
図４は、歯車１５、１６と、回転動力伝達部１２の位置関係を示す模式図である。図中、図１と同一の符号は、同一の部品を示す。

回転動力伝達部１２の一端には、第一の歯車１５が接続されており、第二の歯車１６が第一の歯車１５とかみ合わさっている。また、回転動力伝達部１２の他端は、モータ固定板４に接続しており、モータ固定板４には、ターゲット支持機構６の支持軸６１の一端が接続されており、支持軸６１の他端は円筒状ターゲット１に接続している。
第二の歯車１６をｃの方向に回すことにより、第一の歯車１５はｄの方向に回り、その結果、第一の歯車１５に接続した回転駆動伝達部１２がeの方向に動き、モータ固定板４もeの方向に動く。それにより、図２において、モータ固定板４に接続した支持軸６１が回動中心部６３を中心に回動する。

図５に支持軸を回動させる他の態様として、クラッチモータ３１を用いた例を示す。クラッチモータ３１の
動力により、回転駆動伝達部１２を動かすことができる。

図６に支持軸を回動させる他の態様として、ＬＭガイド３２を用いた例を示す。ＬＭガイド３２により、回転駆動伝達部１２を動かすことができる。

なお、上記例では、モータ駆動を用いた例を挙げて説明したが、前後運動をさせる駆動機構であれば、本法に限らず用いることができる。

図７、８に、円筒状ターゲット１内に配置されている磁場発生構造体の断面模式図を示す。
マグネット２０は、図７、８に示すように磁場発生構造体であるマグネットユニット２２の中に配置されている。円筒状ターゲット１の両端を塞いでいるフランジ２３の中心には、ベアリング２４が設けられ、ベアリング２４にマグネットユニット２２の中心軸２１が接続される構造になっている。このように、中心軸２１は、円筒状ターゲット１の長手方向軸である回転駆動軸８と独立して保持されているので、円筒状ターゲット１の動きに連動することがない。
従って、円筒状ターゲット1が回転駆動軸８を中心に回転しても、マグネット２０は、マグネットの自重で常に下向きに位置する。その結果、本発明の方法でT／S距離を変更してもスパッタリングの方向は変わらない。

なお、上記態様では、マグネットの自重を利用した下向きの制御にて説明をしたが、円筒状ターゲット1内面の中心軸に回転機構を設けることにより、下向きの制御をすることも可能である。この場合、円周上のあらゆる角度の制御が可能となる。

このように、本発明によれば、Ｔ／Ｓ距離を装置を再組み立てすることなく変更するができるため、生産性を向上することができる。また、スパッタ装置の稼動を停止することなくＴ／S距離を変更することができるため、汎用性の高いスパッタリング装置を提供することができる。

１ 円筒状ターゲット
２ ターゲット回転用モータ
３ 回転駆動伝達用ベルト
４ モータ固定板
５ 回動軸
６ ターゲット支持機構
６１ 支持軸
６２ 接続棒
６３ 回動中心部
７ 連結部
８ 回転駆動軸
９ 基板
１０ 基板搬送機構
１１ ベローズ
１２ 回転駆動伝達部
１３ チャンバー
１４ シールド
１５ 第一の歯車
１６ 第二の歯車
２０ マグネット
２１ 中心軸
２２ マグネットユニット
２３ フランジ
２４ ベアリング
３１ クラッチモータ
３２ ＬＭガイド
１００基板進行方向

Claims (4)

1. 基板にスパッタリングを行うスパッタリング装置において、チャンバーと、前記チャンバー内に設けられた円筒状ターゲットと、前記円筒状ターゲットを前記基板と対向する位置に保持するターゲット支持機構と、前記ターゲット支持機構に設けられた支持軸と、を有し、前記支持軸の一端は前記円筒状ターゲットと接続し、前記支持軸は前記支持軸の回動中心部を中心に回動可能であることを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記円筒状ターゲット内部に磁場発生構造体を有し、該磁場発生構造体の中心軸は、前記円筒状のターゲットの長手方向軸とは独立して保持されていることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置。
3. 前記チャンバー内に基板を搬送する搬送機構を有することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
4. 請求項1に記載のスパッタリング装置を用いて基板にスパッタリングする方法であって、前記支持軸を前記回動中心部を中心に回転させることにより、前記基板とターゲットとの距離を所定の間隔に設定する工程を有することを特徴とするスパッタリング方法。