JP2017002350A

JP2017002350A - マグネトロンスパッタリング装置用の回転式カソードユニット

Info

Publication number: JP2017002350A
Application number: JP2015116412A
Authority: JP
Inventors: 修司齋藤; Shuji Saito
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2017-01-05

Abstract

【課題】磁石ユニットを軸線回りに回転させてその姿勢を簡単に変えることができるマグネトロンスパッタリング装置用の回転式カソードユニットＲＣを提供する。【解決手段】筒状のターゲットＴｇ１，Ｔｇ２と、このターゲットの内部空間に配置される磁石ユニットとＭｕと、ターゲットを回転駆動する駆動ブロックＤｂ１，Ｄｂ２とを備える。駆動ブロックが、ターゲットの軸線方向に沿ってのびる固定の内筒体１２を備え、ターゲットの内部空間までその軸線方向に沿ってのびる部分に磁石ユニットが設けられる。内筒体が駆動ブロックの保持部に締結部材Ｂを介して締結され、締結手段により保持部と内筒体とを仮締結した状態で内筒体の軸線回りの回転をガイドするガイド部１２ｂが保持部に設けられる。【選択図】図６

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリング装置に用いられる回転式カソードユニットに関する。

この種の回転式カソードユニットは例えば特許文献１で知られている。このものは、真空チャンバ内を一定の速度で移送される基板の成膜面に対して高成膜レートで成膜するものであり、２本の筒状のターゲットと、このターゲットの内部空間に配置されて磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線がターゲットの母線に沿ってのびてレーストラック状に閉じるようにターゲット表面から漏洩する磁場を発生させる磁石ユニットと、ターゲットを回転駆動する駆動ブロックとを備えている。各ターゲットは、その母線方向が基板の移送方向に対して直交する方向に位置させて且つ移送方向に所定間隔を存して真空チャンバ内に設置される。駆動ブロックには、ターゲットの軸線方向に沿ってのびる固定の内筒体を備え、内筒体は、ターゲットの駆動ブロック側の一側から他側に亘ってターゲットの内部空間を軸線方向に沿ってのびる部分を有し、この部分で磁石ユニットが保持されている。また、内筒体の周囲にはこれと同心に外筒体が設けられ、駆動手段により回転駆動されるこの外筒体にターゲットの軸線方向一端が連結されている。

ところで、上記磁石ユニットにより漏洩磁場を作用させた状態でターゲットをスパッタリングする場合、ターゲットと基板との間の空間にレーストラック状のプラズマが発生し、このプラズマ形状が転写されるかの如く、ターゲットの外表面がスパッタリングされる。そして、スパッタリングにより生じたスパッタ粒子が所定の飛散角度で基板に向けて飛散して基板の成膜面に付着する。このとき、高成膜レートを達成するには、両ターゲットの外表面からのスパッタ粒子が基板の所定領域に合焦するように磁石ユニットを夫々傾ける必要がある。このことから、簡単な作業で磁石ユニットの軸線回りに回転させてターゲット内での磁石ユニットの姿勢を変えることができるようにしておくことが望まれている。

特表２００２-５２９６００号

本発明は、以上の点に鑑み、簡単な作業で磁石ユニットの軸線回りに回転させてターゲット内での磁石ユニットの姿勢を変えることができるように構成したマグネトロンスパッタリング装置用の回転式カソードユニットを提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、筒状のターゲットと、このターゲットの内部空間に配置されて磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線がターゲットの母線に沿ってのびてレーストラック状に閉じるようにターゲット表面から漏洩する磁場を発生させる磁石ユニットと、ターゲットを回転駆動する駆動ブロックとを備える本発明のマグネトロンスパッタリング装置用の回転式カソードユニットは、駆動ブロックが、ターゲットの軸線方向に沿ってのびる固定の内筒体と、内筒体と同心に配置されてターゲットの軸線方向一端が連結される外筒体と、この外筒体を回転駆動する駆動手段とを有し、内筒体はターゲットの内部空間までその軸線方向に沿ってのびる部分を有し、この部分に磁石ユニットが設けられ、内筒体が駆動ブロックの保持部に複数個の締結部材を介して締結され、締結手段により保持部と内筒体とを仮締結した状態で内筒体の軸線回りの回転をガイドするガイド部が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、締結手段による駆動ブロックの保持部と内筒体との締結を解消して仮締結した状態とし、この状態では、ガイド部に案内されて内筒体を軸線回りに回転できるため、磁石ユニットの姿勢を変えることができる。そして、両ターゲットの外表面からのスパッタ粒子が基板の所定領域に合焦するように磁石ユニットの姿勢（傾き）を調整した後、締結手段により保持部と内筒体とを再度締結する。このように本発明では、簡単な作業で磁石ユニットの軸線回りに回転させてターゲット内での磁石ユニットの姿勢を変えることができる。

本発明においては、前記締結部材は頭付きボルトであり、前記ガイド部は、同一の円周上に沿って湾曲してのびる長円状の貫通孔であるとすれば、簡単な作業で磁石ユニットの軸線回りに回転させてターゲット内での磁石ユニットの姿勢を変える構成が実現できる。

本発明のスパッタリング装置用の回転カソードユニットの構成を説明する斜視図。回転カソードユニットの部分断面図。図２に示す回転カソードユニットの駆動ブロックを拡大して示す断面図。図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。両ターゲット材からのスパッタ粒子の合焦を説明する図。ハウジングを取り外した状態で駆動ブロック側からみた部分拡大斜視図。

以下、図面を参照して、本発明のマグネトロンスパッタリング装置用の回転式カソードユニットの実施形態を説明する。以下において、図２に示す回転式カソードユニットの水平姿勢で図外の真空チャンバに配置されるものとし、これを基準として鉛直方向としての「上」、「下」並びに「右」、「左」と言った方向を示す用語を用いるものとする。

図１を参照して、ＲＣは、本発明の実施形態の回転式カソードユニットであり、図外の真空チャンバ内で成膜対象物たる基板Ｗに上下方向で対向配置される２本の円筒状のターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２を備える。各ターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２の右端にはクランプＣｐを介して駆動ブロックＤｂ_１，Ｄｂ_２が夫々連結されると共に、各ターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２の左端にはクランプＣｐを介して支持ブロックＳｂ_１，Ｓｂ_２が夫々連結され、これらが架台Ｓｔ上に設置されている。そして、架台Ｓｔの右端に連結された支持プレートＳｐを介して図外の真空チャンバの所定位置に回転式カソードユニットＲＣが着脱自在に取り付けられる。

ここで、各ターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２、駆動ブロックＤｂ_１，Ｄｂ_２及び支持ブロックＳｂ_１，Ｓｂ_２が夫々同一の形態であるため、図２及び図３も参照して、その一方の駆動ブロックＤｂ_１を例に説明すると、駆動ブロックＤｂ_１はハウジング１１を備え、ハウジング１１内には左右方向にのびる断面円形の内筒体１２が設けられている。固定配置される内筒体１２の周囲には、この内筒体１２と同心に断面円形の外筒体１３が配置されている。外筒体１３の内周面には、径方向にくぼむ環状の凹部１３ａが設けられ、この凹部１３ａを介して内筒体１２と外筒体１３とを導通するブラシ１４が設けられている。外筒体１３は、複数の軸受１５ａを介してハウジング１１に内挿された支持部材１６で回転自在に支持されている。外筒体１３には、軸受１５ａの左右方向両側に位置させてオイルシール１５ｂが外挿されている。

また、駆動ブロックＤｂ_１には、外筒体１３を回転駆動してこれに連結されるターゲットＴｇ_１を回転駆動する駆動手段２が設けられている。駆動手段２は、架台Ｓｔに格納されるモータ２１と、モータ２１の駆動軸に設けたプーリ―２２と外筒体１３の外周面との間に巻き掛けられるベルト２３とを備える。外筒体１３の左端には、導電性のフランジ１７と冷却水の流れを規制する規制板１８とが液密に取り付けられ、このフランジ１７を介してクランプＣｐにより後述のターゲットＴｇ_１のバッキングチューブ４１と連結されている。これにより、モータ２１を駆動して外筒体１３を回転駆動すると、この外筒体１３と一体にターゲットＴｇ_１が所定の回転数で回転駆動される。また、内筒体１２は、ブラシ１４を介して外筒体１３と導通し、この外筒体１３が、フランジ１７を介してバッキングチューブ４１、ひいてはターゲット材４２に導通している（つまり、内筒体１２とターゲット材４２とが同電位となる）。

ハウジング１１には、内部に元往路１９ａと元復路１９ｂとが夫々設けられた導電性の元管１９が設けられ、一端がハウジング１１を貫通して内筒体１２までのびて元往路１９ａが内筒体１２の内部空間１２ａに連通し、元復路１９ｂが内筒体１２と外筒体１３との間の空間１３ｂに連通している。元管１９の他端は、公知の構造を有する冷媒循環手段としてのチラーユニットＣｈに接続されている。また、元管１９には、図外のスパッタ電源からの出力ケーブルＰｋが接続されている。これにより、モータ２１により外筒体１３を回転駆動してターゲットＴｇ_１を回転駆動しながら、スパッタ電源からの出力ケーブルＰｋを介してターゲットＴｇ_１に例えば負の電位を持った所定電力を投入することができる。

支持ブロックＳｂ_１には、軸受３１で支承された被動軸３２が設けられ、ターゲットＴｇ_１の一端を回転自在に支持するようになっている。ターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２は、円筒状のバッキングチューブ４１と、バッキングチューブ４１にインジウムやスズなどのボンディング材（図示せず）を介して接合される円筒状のターゲット材４２とで構成される。ターゲット材４２としては、基板Ｗに成膜しようする膜の組成に応じて金属や金属化合物の中から適宜選択されたものが用いられる。

図４及び図５も参照して、バッキングチューブ４１内は、ターゲット材４２の母線方向略全長に亘ってのびる管体４３が挿設され、その右端が内筒体１２の左端に連結されている。本実施形態では、管体４３によって、ターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２の内部空間までその軸線方向に沿ってのびる内筒体１２の部分が構成される。管体４３の内部空間は冷媒を循環するときの往路４４を構成し、往路４４の右端が内筒体１２の内部空間１２ａに連通している。他方、管体４３とバッキングチューブ４１との間の空間は冷媒を循環するときの復路４５を構成し、この復路４５が内筒体１２と外筒体１３との間の空間１３ｂに連通している。これにより、チラーユニットＣｈから元管１９の元往路１９ａと内筒体１２の内部空間１２ａとを経て往路４４に達し、支持ブロックＳｂ_１，Ｓｂ_２側の端部で復路４５に戻ってこの復路４５から空間１３ｂに達し、元管１９の復路１９ｂからチラーユニットＣｈへと戻る冷媒循環通路が形成され、スパッタリング中、ターゲット材４２を冷媒との熱交換で冷却することができる。

また、バッキングチューブ４１内には、管体４３で支持させて、ターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２と基板Ｗとの間に磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線がターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２の母線に沿ってのびてレーストラック状に閉じるようにターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２表面から漏洩する磁場Ｍｆを発生する磁石ユニットＭｕが組み込まれている(図６も参照)。磁石ユニットＭｕは、ターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２の略全長に亘る長さのヨーク５１を備える。本実施形態では、ヨーク５１が略均等に４分割され、ヨーク５１の各部分は管体４３を貫装した支柱５２で夫々支持されている。ヨーク５１の各部分は、基板Ｗに平行な頂面５１ａと、頂面５１ａから夫々下方に向かって傾斜する傾斜面５１ｂとを形成した磁性材料製の板状部材で構成される。ヨーク５１の頂面５１ａには中央磁石５３が配置されると共に、両傾斜面５１ｂには周辺磁石５４が夫々配置されている。なお、特に図示して説明しないが、ヨーク５１の頂面５１ａの母線方向両端には、中央磁石５３の端部を囲うようにして周辺磁石５４相互の間を橋し渡すようにコーナー磁石（図示せず）が配置されている。この場合、中央磁石５３、周辺磁石５４及びコーナー磁石としては、同磁化のネオジウム磁石が用いられ、例えば一体に成形した断面略四角形の棒状のものが利用できる。

ところで、上述のように回転式カソードユニットＲＣを構成し、漏洩磁場Ｍｆを作用させた状態で両ターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２を同時にスパッタリングする場合、ターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２と基板Ｗとの間の空間に２つのレーストラック状のプラズマが発生し、このプラズマ形状が転写されるかの如く、ターゲット材４２の外表面がスパッタリングされる。そして、スパッタリングにより生じたスパッタ粒子が所定の飛散角度で基板Ｗに向けて飛散して基板Ｗの成膜面に付着する。このとき、高成膜レートを達成するには、図５に示すように、各ターゲット材４２の外表面からのスパッタ粒子が基板Ｗの所定領域に合焦するように磁石ユニットＭｕを夫々傾けてセットする必要があり、これには、簡単な作業で磁石ユニットＭｕの軸線回りに回転させてターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２内での磁石ユニットＭｕの姿勢を変えることができるようにしておく必要がある。

本実施形態では、内筒体１２が駆動ブロックＤｂ_１，Ｄｂ_２の保持部に締結部材を介して締結され、締結手段により保持部と内筒体１２とを仮締結した状態で内筒体１２の軸線回りの回転をガイドするガイド部を内筒体１２に設けることとした。具体的には、図３，６に示すように、内筒体１２の右端に、径方向に延出するフランジ部１２ｂを設けると共にこのフランジ部１２ｂにその板厚方向たる左右方向に貫通する４個の貫通孔１２ｃを径方向に所定間隔を存して形成している。そして、締結手段を頭部Ｂ１とねじ山を設けた軸部Ｂ２とで構成されるボルトＢ、駆動ブロックＤＢ_１の保持部を支持部材１６とし、各ボルトＢを各貫通孔１２ｃに通し、その軸部Ｂ２の先端を支持部材１６に所定位置に夫々形成したタップ孔（図示せず）に螺合していく。この場合、各貫通孔１２ｃの内周面が支持部材１６側の小径孔部１２１とこれに連続する大径孔部１２２とで構成され、大径孔部１２２の小径孔部１２１との境界面で頭部Ｂ１が係止されると、各ボルトＢにより内筒体１２が支持部材１６に締結され、内筒体１２が支持部材１６に固定される。

また、各貫通孔１２ｃは、同一の円周上に沿って湾曲してのびる長円状に形成され、軸部Ｂ２の先端がタップ孔に螺合しているが、大径孔部１２２の小径孔部１２１との境界面で頭部Ｂ１が係止されていない仮締結状態では、内筒体１２が各貫通孔１２ｃに案内されて軸線回りに回転することができ、磁石ユニットＭｕの姿勢を変えることができる。この場合、各貫通孔１２ｃが本実施形態のガイド部を構成する。

以上によれば、貫通孔１２ｃに案内されて内筒体１２を軸線回りに回転できるため、両ターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２の外表面のからのスパッタ粒子が基板Ｗの所定領域に合焦するように両磁石ユニットＭｕの姿勢（傾き）を調整でき、その後、内筒体１２を支持部材１６に再度締結することができる。また、上記の如く、４個の貫通孔１２ｃでガイド部を構成すれば、基板Ｗに対して磁石ユニットＭｕの取付角をどの様にも調整することができ、その結果、例えば、ターゲットＴｇ_１，Ｔｇ_２と基板Ｗとの間の距離に対応させて各ターゲット材４２の外表面からのスパッタ粒子が合焦する領域を変更したり、基板Ｗの任意の領域に合焦させたり、更には、基板Ｗの面内で合焦する領域が生じないようにしたりすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、内筒体１２が駆動ブロックＤｂ_１，Ｄｂ_２の支持部材１６にボルトＢを介して締結され、内筒体１２に長円状の貫通孔１２ｃを設けてガイド部を構成するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ハウジング１１の壁面を保持部とし、これにガイド部を設けてることもできる。また、締結手段をボルトＢ、ガイド部として長円状の貫通孔１２ｃを例に説明したが、仮締結状態にて内筒体１２が軸線回りに回転することができるものであれば、その形態は問わない。

ＲＣ…回転式カソードユニット、Ｄｂ_１，Ｄｂ_２…駆動ブロック、Ｔｇ_１，Ｔｇ_２…ターゲット、Ｓｂ_１，Ｓｂ_２…支持ブロック、１２…内筒体、１２ｃ…貫通孔（ガイド部）、１３…外筒体、４３…管体（内筒体の部分）、２…駆動手段、Ｂ…ボルト（締結手段）、Ｂ１…頭部、Ｍｕ…磁石ユニット、Ｍｆ…漏洩磁場。

Claims

筒状のターゲットと、このターゲットの内部空間に配置されて磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線がターゲットの母線に沿ってのびてレーストラック状に閉じるようにターゲット表面から漏洩する磁場を発生させる磁石ユニットと、ターゲットを回転駆動する駆動ブロックとを備えるマグネトロンスパッタリング装置用の回転式カソードユニットであって、
駆動ブロックが、ターゲットの軸線方向に沿ってのびる固定の内筒体と、内筒体と同心に配置されてターゲットの軸線方向一端が連結される外筒体と、この外筒体を回転駆動する駆動手段とを有し、内筒体はターゲットの内部空間までその軸線方向に沿ってのびる部分を有し、この部分に磁石ユニットが設けられるものにおいて、
内筒体が駆動ブロックの保持部に複数個の締結部材を介して締結され、締結手段により保持部と内筒体とを仮締結した状態で内筒体の軸線回りの回転をガイドするガイド部が設けられることを特徴とする回転式カソードユニット。
前記締結部材は頭付きボルトであり、前記ガイド部は、同一の円周上に沿って湾曲してのびる長円状の貫通孔であることを特徴とする請求項１記載の回転式カソードユニット。