JP2026106900A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナおよびターゲットの各々に対する個別制御を適切に行うことができるスパッタ装置を提供する。【解決手段】スパッタ装置（１００）は、ターゲット（６）に高周波電力を供給するターゲット側電源（６１）と、ターゲット側線路（６２）と、真空容器（１）の外部に配置されるアンテナ（５）に高周波電力を供給するアンテナ側電源（５１）と、アンテナ側線路（５２）と、前記ターゲット側線路と前記アンテナ側線路との間に配置されるシールド板（１２）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタ装置に関する。

真空容器内において、成膜用の原料からなるターゲットをプラズマによりスパッタリングし、ガラス等の基板上に、所要の膜を積層する成膜技術が知られている。このような処理を行う成膜装置として、ターゲットに高周波電圧を印加するマグネトロンスパッタリングを行うとともに、高周波電力が印加される金属部材（アンテナ）を真空容器内に配置してプラズマの発生をアシストし、高密度のプラズマの生成を行うようにしたスパッタ装置が知られている。当該スパッタ装置は、例えば特許文献１に開示される。

特開２００７－２２４３９０号公報

上記特許文献１では、高周波電力をアンテナに供給するアンテナ側線路と、高周波電力をターゲットに供給するターゲット側線路とが電磁界を介して互いに干渉する可能性がある。そのため、アンテナおよびターゲットの各々に対する個別制御が困難になる可能性がある。

本発明の一態様は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、アンテナおよびターゲットの各々に対する個別制御を適切に行うことができるスパッタ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の態様１に係るスパッタ装置は、真空容器と、前記真空容器の内部に配置されるターゲットと、前記ターゲットに高周波電力を供給するターゲット側電源と、前記ターゲットと前記ターゲット側電源とを接続するターゲット側線路と、前記真空容器の外部に配置され、前記真空容器の内部に電磁波を導入するアンテナと、前記アンテナに高周波電力を供給するアンテナ側電源と、前記アンテナと前記アンテナ側電源とを接続するアンテナ側線路と、前記ターゲット側線路と前記アンテナ側線路との間に配置される電磁シールドとを備える。

本発明の態様２に係るスパッタ装置では、上記態様１において、前記電磁シールドは接地されていてもよい。

本発明の態様３に係るスパッタ装置は、上記態様１または２において、前記ターゲット側線路を囲う導電性の第１筐体と、前記アンテナ側線路を囲う導電性の第２筐体と、をさらに備え、前記電磁シールドは、前記第１筐体および前記第２筐体の壁であってもよい。

本発明の態様４に係るスパッタ装置の点検方法は、上記態様１から３のいずれか１項に記載のスパッタ装置の点検方法であって、（ｉ）前記ターゲットに所定の電力を供給したときの前記アンテナ側線路における電流値および／または電圧値をアンテナ側検出値として検出する、または（ｉｉ）前記アンテナに所定の電力を供給したときの前記ターゲット側線路における電流値および／または電圧値をターゲット側検出値として検出する検出ステップと、前記アンテナ側検出値または前記ターゲット側検出値が閾値を超えた場合、前記ターゲットおよび前記アンテナへの電力供給を停止する停止ステップと、を含む。

本発明の態様５に係るプログラムは、上記態様４に記載のスパッタ装置の点検方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記検出ステップおよび前記停止ステップをコンピュータに実行させる。

本発明の一態様によれば、アンテナおよびターゲットの各々に対する個別制御を適切に行うことができる。

実施形態１に係るスパッタ装置の概略構成を示す断面図である。 アンテナに供給される高周波電力の大きさに対するターゲット側線路の電流値の分布を示すグラフである。 実施形態２に係るスパッタ装置の点検方法に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。

〔実施形態１〕
（スパッタ装置の概略構成）
図１は、本実施形態に係るスパッタ装置１００の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、スパッタ装置１００は、真空容器１を備える。また、スパッタ装置１００は、真空容器１の内部にて、膜形成が行われる基板３を載置する基板ホルダー２と、成膜用の原料からなるターゲット６を保持するバッキングプレート７とを備える。成膜時には、基板ホルダー２に載置される基板３と、バッキングプレート７に保持されるターゲット６とが互いに対向するように、基板ホルダー２とバッキングプレート７とが配置される。基板３とターゲット６との距離ＴＳは、５０～３００ｍｍ程度である。

ここで通常、基板ホルダー２が下となり、バッキングプレート７が上となり、それぞれの真空容器１の内側に向いている表面が、水平面に平行になるように、真空容器１とそれに付帯する部分が構成されて設置される。そのため、本実施形態において、水平方向、鉛直方向、あるいは上や下と称される際には、これらの用語は、真空容器１とそれに付帯する部分がそのような向きに設置されていることを前提に使用される。ただし、真空容器１とそれに付帯する部分の設置の向きは、必ずしもこれに限られるものではない。

真空容器１は、その内部空間が排気装置（不図示）によって排気され所要の真空度に制御される。所要の真空度は、誘導結合型プラズマが生成しやすい範囲から選択され、通常０．１Ｐａから１０Ｐａ程度である。

バッキングプレート７は導電性の板状部材であり、絶縁フランジ８を介して真空容器１の上側の壁面の中央部付近に取り付けられている。絶縁フランジ８は、真空容器１内部の真空を保ちつつ、バッキングプレート７を真空容器１に固定し、真空容器１から絶縁する役割を果たす。

バッキングプレート７のターゲット６を保持する側とは反対側の表面（上面）には、ターゲット６の周辺に磁界を発生させるための磁石７１と、当該磁石７１を囲む導電性のハウジング７２とが設けられる。ハウジング７２の上面は真空容器１の外部に露出しており、ハウジング７２の上面には後述するターゲット側線路６２が接続される。また、磁石７１とハウジング７２との間には、ターゲット６を冷却するための冷媒（例えば冷却水）を通す冷媒経路７３が形成されている。また、絶縁フランジ８の内側の表面には、ターゲット６と間隙を有しつつターゲット６の外縁を覆うアノード７４が設けられる。

ターゲット６の原料は、高周波電力によるスパッタリングにおいて適用可能な原料であればよい。ターゲット６の原料は、例えば酸化物である。酸化物としては、例えば、ＬＡＴＰ（組成の一例として、Ｌｉ_１．４Ａｌ_０．４Ｔｉ_１．６（ＰＯ_４）_３）またはＬＬＺＯ（組成の一例として、Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２）が挙げられる。また、ターゲット６の原料は、絶縁物であってもよい。

基板ホルダー２は接地されている。基板ホルダー２には、成膜時に基板の表面に形成される膜の結晶化度等の制御を行うために、基板３を加熱するヒータが設けられてもよい。また、基板ホルダー２に、バイアス電圧が印加されてもよい。

スパッタ装置１００には、真空容器１内に所要のガスを導入するためのガス供給ライン１１０が適宜設けられる。本実施形態においては、アルゴンを含むガスを供給するためのアルゴンガス導入ラインと、酸素を含むガスを供給するための酸素ガス導入ラインとが少なくとも設けられる。

スパッタ装置１００は、真空容器１の外部に配置され、真空容器１の内部に電磁波を導入するアンテナ５をさらに備える。アンテナ５は、真空容器１の側壁１ａ付近において、水平方向に沿って延びる金属部材である。ここで、真空容器１の側壁１ａは、アンテナ５から発生した電磁波を透過させる電磁波透過部材である。それゆえ、アンテナ５に高周波電流が流れることにより、真空容器１内に誘導電界が発生し、誘導結合型のプラズマが生成される。すなわち、アンテナ５は、真空容器１内のプラズマの発生をアシストするＩＣＰ支援アンテナである。アンテナ５には管状の絶縁カバー４が覆われている。

以上のように、真空容器１内に誘導結合型のプラズマを生じさせるアンテナ５を、真空容器１の外部に配置する。これにより、アンテナ５が直接プラズマに曝されることはなく、アンテナ５からプラズマを介してターゲット６に高周波電力が伝わることを防止できる。したがって、アンテナ５およびターゲット６の両者に高周波電力を供給する場合であっても、アンテナ５およびターゲット６の各々に対する個別制御を適切に行うことができる。

（高周波電力の供給システム）
本実施形態では、ターゲット６に高周波電力を供給してターゲット６の周辺にプラズマを発生させるスパッタ装置において、プラズマの発生をアシストするＩＣＰアシスト構成（アンテナ５およびアンテナ５に高周波電力を供給する供給システム）を設けている。すなわち、ターゲット６およびアンテナ５の両者に高周波電力を供給する。

具体的には、スパッタ装置１００は、ターゲット側電源６１と、ターゲット側線路６２と、アンテナ側電源５１と、アンテナ側線路５２と、を備える。ターゲット側電源６１は、ターゲット６に高周波電力を供給する高周波電源である。ターゲット側線路６２は、ターゲット６とターゲット側電源６１とを電気的に接続する電線である。アンテナ側電源５１は、アンテナ５に高周波電力を供給する高周波電源である。アンテナ側線路５２は、アンテナ５とアンテナ側電源５１とを電気的に接続する電線である。

スパッタ装置１００は、ターゲット側線路６２およびアンテナ側線路５２の各々において、インピーダンス整合を行うためのターゲット側マッチングボックス６３およびアンテナ側マッチングボックス５３をさらに備える。

ターゲット側電源６１およびアンテナ側電源５１から供給される高周波電力の周波数は、一般的には１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。

スパッタ装置１００は、少なくともターゲット側線路６２およびアンテナ側線路５２の一部を覆うシールドボックス１１をさらに備える。シールドボックス１１は、ターゲット側線路６２およびアンテナ側線路５２にて発生する電磁界の外部への漏れを抑制する。シールドボックス１１は、ターゲット側マッチングボックス６３とハウジング７２とを接続するターゲット側線路６２を覆う。また、シールドボックス１１は、アンテナ側マッチングボックス５３とアンテナ５とを接続するアンテナ側線路５２の一部を覆う。

スパッタ装置１００は、ターゲット側線路６２とアンテナ側線路５２との間に配置されるシールド板１２（電磁シールド）をさらに備える。シールド板１２は、ターゲット側線路６２およびアンテナ側線路５２にて発生する電磁界を遮断する。すなわち、シールド板１２は、ターゲット側線路６２とアンテナ側線路５２との間で互いに高周波電力が入り込むことを抑制する役割を果たす。シールド板１２は、導電性の材料（例えばアルミニウム）から形成される。本実施形態では、シールド板１２は、シールドボックス１１内の空間を、ターゲット側線路６２が配置される空間と、アンテナ側線路５２が配置される空間とに区切る。

以上のように、本実施形態では、高周波電力を供給するための配線であるターゲット側線路６２およびアンテナ側線路５２の間に電磁シールドを設けている。これにより、ターゲット側線路６２とアンテナ側線路５２との間で互いに高周波電力が入り込むことを抑えることができる。したがって、アンテナ５およびターゲット６の両者に高周波電力を供給する場合であっても、アンテナ５およびターゲット６の各々に対する個別制御を適切に行うことができる。

これは、ＩＣＰ支援アンテナを用いたスパッタリングにおいて、高周波電力を供給する必要があるターゲット６（例えば絶縁物）を用いることを可能にする。スパッタ装置１００の構造（特にアンテナ長さ）にも依るが、典型的にはアンテナ電力を２００Ｗ以上とするとアンテナ５に数十Ａ程度のピークｔｏピーク電流が流れるため、アンテナ側供給システムの電力がターゲット側供給システムに入り込むこととなる。そのため、特にアンテナ電力を２００Ｗ以上とする場合に電磁シールドを設けることは有意義である。

また、シールド板１２は接地されている。本実施形態では、シールド板１２は、接地された真空容器１に電気的に接続されている。これにより、ターゲット側線路６２およびアンテナ側線路５２で発生した電界を適切に遮蔽することもできる。したがって、静電誘導に起因する、ターゲット側線路６２とアンテナ側線路５２との間の高周波電力の干渉を抑制できる。

（変形例）
なお、スパッタ装置１００は、シールドボックス１１に代えて、ターゲット側線路６２を囲う導電性の第１シールドボックス（第１筐体）と、アンテナ側線路５２を囲う導電性の第２シールドボックス（第２筐体）とを備えてもよい。この場合、第１シールドボックスおよび第２シールドボックスの壁が電磁シールドとして機能する。

（実験データ）
以下、本発明者により調査された、ターゲット側供給システムとアンテナ側供給システムとの電磁界を介した干渉についての実験データについて説明する。本発明者は、アンテナ５に所定の電力を供給したときのターゲット側線路６２に流れる電流値を、ターゲット側供給システムとアンテナ側供給システムとの干渉を示す値として測定した。

図２は、アンテナ５に供給される高周波電力の大きさに対するターゲット側線路６２の電流値の分布を示すグラフである。図２において、横軸は、アンテナ５に供給する電力（Ｗ）であり、縦軸はターゲット側線路６２に流れる電流値（Ａ）である。図２のグラフＧ１は、ターゲット側線路６２とアンテナ側線路５２との間に電磁シールドを設けなかった場合の実験データを示す。図２のグラフＧ２はターゲット側線路６２とアンテナ側線路５２との間に電磁シールドを設けた場合の実験データを示す。

なお、ターゲット６に供給する高周波電力の大きさを５０Ｗとした。また、真空容器１に導入されるＡｒおよびＯ_２の流量をそれぞれ９．５ｓｃｃｍ、０．５ｓｃｃｍとした。また、真空容器１内の真空度を０．８Ｐａとした。また、基板３をシリコン基板とし、距離ＴＳを９５ｍｍとした。

図２のグラフＧ１に示すように、電磁シールドを設けなかった場合、アンテナ５に供給する電力が増加するにつれて、ターゲット側線路６２に流れる電流値は増加する。これは、アンテナ側線路５２の周りに生じる磁界がターゲット側線路６２に誘導電流を誘起していることを表す。すなわち、電磁シールド無しでは、アンテナ５に供給する高周波電力の一部が空間伝導ノイズとしてターゲット側供給システムに入り込んでしまい、アンテナ５およびターゲット６の各々に対する個別制御を行うのが困難であることが分かる。

一方、図２のグラフＧ２に示すように、電磁シールドを設けた場合、アンテナ５に供給する電力に対して、ターゲット側線路６２に流れる電流値は略一定である。これは、アンテナ側線路５２の周りに生じる磁界が電磁シールドによって打ち消され、当該磁界のターゲット側線路６２への影響を低減していることを表す。すなわち、電磁シールドを設けることにより、アンテナ５に供給する高周波電力がターゲット側供給システムに入り込むことを抑えることが可能であることが分かる。同様に、ターゲット６に供給する高周波電力がアンテナ側供給システムに入り込むことを抑えることも可能であることが推察される。したがって、電磁シールドを設けることにより、アンテナ５およびターゲット６の各々に対する個別制御を適切に行うことができることが理解される。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

本実施形態では、スパッタ装置１００の点検方法について説明する。具体的には、ターゲット側供給システムとアンテナ側供給システムとの電磁界を介した干渉の有無を判定する方法について説明する。

図１に示すように、スパッタ装置１００は、制御部２０をさらに備える。制御部２０は、スパッタ装置１００の各部（アンテナ側電源５１、ターゲット側電源６１等）の動作を制御する。また、制御部２０は、ターゲット側供給システムとアンテナ側供給システムとの電磁界を介した干渉の有無を判定する。

また、スパッタ装置１００は、アンテナ側線路５２における電流値および／または電圧値を検出するアンテナ側検出部２１、およびターゲット側線路６２における電流値および／または電圧値を検出するターゲット側検出部２２をさらに備える。

図３は、スパッタ装置１００の点検方法に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３に示すように、まず、アンテナ側検出部２１は、ターゲット６に所定の電力を供給したときのアンテナ側線路５２における電流値および／または電圧値をアンテナ側検出値として検出する（検出ステップＳ１）。または、ターゲット側検出部２２は、アンテナ５に所定の電力を供給したときのターゲット側線路６２における電流値および／または電圧値をターゲット側検出値として検出する（検出ステップＳ１）。制御部２０は、アンテナ側検出部２１から上記アンテナ側検出値を取得する、またはターゲット側検出部２２から上記ターゲット側検出値を取得する。

次に、制御部２０は、アンテナ側検出値またはターゲット側検出値が対応する閾値を超えたか否かを判定する（Ｓ２）。アンテナ側検出値またはターゲット側検出値が対応する閾値を超えていない場合（Ｓ２におけるＮＯ）、Ｓ１に戻る。アンテナ側検出値またはターゲット側検出値が対応する閾値を超えた場合（Ｓ２におけるＹＥＳ）、制御部２０は、ターゲット６およびアンテナ５への電力供給を停止するようにアンテナ側電源５１およびターゲット側電源６１を制御する（停止ステップＳ３）。

上記の構成によれば、アンテナ側検出値またはターゲット側検出値が対応する閾値を超えた場合、制御部２０は、何らかの不具合により上記空間伝導ノイズが遮蔽できていない状況であると判断し、インターロックを行うことができる。これにより、メンテナンス時の電磁シールドの付け忘れ等を（メンテナンスの）作業者やユーザに気付かせることができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
スパッタ装置１００（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック（特に制御部２０に含まれる各部）としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。

この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。

上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。

また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。

また、上記各実施形態で説明した各処理は、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）に実行させてもよい。この場合、ＡＩは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置（例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等）で動作するものであってもよい。

（付記事項）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 真空容器
２ 基板ホルダー
３ 基板
４ 絶縁カバー
５ アンテナ
６ ターゲット
７ バッキングプレート
１２ シールド板（電磁シールド）
２０ 制御部
２１ アンテナ側検出部
２２ ターゲット側検出部
５１ アンテナ側電源
５２ アンテナ側線路
６１ ターゲット側電源
６２ ターゲット側線路

Claims (5)

1. 真空容器と、
   前記真空容器の内部に配置されるターゲットと、
   前記ターゲットに高周波電力を供給するターゲット側電源と、
   前記ターゲットと前記ターゲット側電源とを接続するターゲット側線路と、
   前記真空容器の外部に配置され、前記真空容器の内部に電磁波を導入するアンテナと、
   前記アンテナに高周波電力を供給するアンテナ側電源と、
   前記アンテナと前記アンテナ側電源とを接続するアンテナ側線路と、
   前記ターゲット側線路と前記アンテナ側線路との間に配置される電磁シールドと、を備える、スパッタ装置。
2. 前記電磁シールドは接地されている、請求項１に記載のスパッタ装置。
3. 前記ターゲット側線路を囲う導電性の第１筐体と、
   前記アンテナ側線路を囲う導電性の第２筐体と、をさらに備え、
   前記電磁シールドは、前記第１筐体および前記第２筐体の壁である、請求項１に記載のスパッタ装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載のスパッタ装置の点検方法であって、
   （ｉ）前記ターゲットに所定の電力を供給したときの前記アンテナ側線路における電流値および／または電圧値をアンテナ側検出値として検出する、または（ｉｉ）前記アンテナに所定の電力を供給したときの前記ターゲット側線路における電流値および／または電圧値をターゲット側検出値として検出する検出ステップと、
   前記アンテナ側検出値または前記ターゲット側検出値が閾値を超えた場合、前記ターゲットおよび前記アンテナへの電力供給を停止する停止ステップと、を含む、スパッタ装置の点検方法。
5. 請求項４に記載のスパッタ装置の点検方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記検出ステップおよび前記停止ステップをコンピュータに実行させるプログラム。