JP3119563U - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の装置で生じていた、プレスパッタ工程中に２次散乱したスパッタ粒子およびターゲット以外の不特定材料の粒子による基板汚染を防止し、製品の歩留まりおよび製品寿命が向上するスパッタリング装置の提供。
【解決手段】プレスパッタ工程においてターゲット４からのスパッタ粒子Ｓは２次散乱したものを含めキャップ状の凹部を有し基板８を囲繞するシャッタ２１に衝突し基板８への堆積が阻止される。プレスパッタ工程終了後、ホルダ軸１０Ｌを右方に移動しシャッタ２１を下方に退避させる。その後再びホルダ軸１０Ｌを左方に移動させ基板８を図の位置に復元し、成膜する。成膜終了時にホルダ軸１０Ｌを再度右方に移動しシャッタ２１を再度ターゲット４と基板８の中間に挿入する。
【選択図】図１

Description

本考案は電子部品用薄膜の製造装置として使用されるスパッタリング装置に関する。

電子部品用薄膜の製造装置として広く使用されているスパッタリング成膜装置（以下、スパッタ装置と記載する）は、真空排気されたスパッタ室にアルゴンなどのスパッタリングガスを導入し電磁界により低圧グロー放電を発生させ、発生したプラズマ中の気体イオンを固体材料からなるターゲットに衝突させ、スパッタリング（以下、スパッタと記載する）により放出されたターゲット材料を基板上に堆積させて薄膜を作成する。ターゲットと基板の中間に配設されたシャッタ板は、成膜の開始時刻以前はターゲットと基板の中間に挿入されターゲットと基板の見通しを防止しており、基板へのターゲット材料の堆積を防止している。この工程はプレスパッタ工程と呼ばれており、この工程によってスパッタの初期にターゲット材料の表面の汚れなどが放出されて基板に堆積することが防止される。ターゲットの表面が清浄になった段階でシャッタ板を移動しターゲットと基板の中間位置から退避させ、スパッタされた材料を基板上に成膜していく。必要な期間の経過後、シャッタ板を再びターゲットと基板の中間に挿入し、成膜を終了する。プラズマの生成方式には種々のものが提案されており、近年マイクロ波による無極放電を利用したＥＣＲスパッタリング（たとえば特許文献１参照）が実用化されている。以下ＥＣＲスパッタリングを例として説明する。

図５は従来のスパッタ装置の構成の一例である。マイクロ波源１で発生したマイクロ波Ｍはスパッタ室３内で、ガス導入口（図示せず）から導入されるアルゴンなどのスパッタリングガスを電離し、スパッタリングガスのイオンおよび電子からなるプラズマＰを生成する。電磁コイル２は電磁界を発生させプラズマＰを集束し無極放電を持続させるために使用されている。プラズマＰ中のスパッタリングガスのイオンはスパッタ室３内にあるターゲット４に衝突してターゲット材料をスパッタさせスパッタ粒子Ｓを発生させる。スパッタ室３は排気口Ｖを介して真空ポンプ（図示せず）で常時排気されている。

スパッタ粒子Ｓはプレスパッタ工程では平板形状のシャッタ５で基板８への堆積が阻止されている。装置の作動が安定しターゲット４の表面の汚染が除去された後、シャッタ５を支持しているシャッタ軸６はシリンダ７に向けて図の下方に引き込まれ、成膜工程が開始される。シリンダ７の駆動方式としては圧空方式またはモータと機械的なギヤ駆動の組合せ方式などが用いられる。通常水晶振動子式膜厚モニタ（図示せず）などで基板上の膜圧が常時モニタされており、成膜が進行してあらかじめ定められた膜圧に達した段階でシャッタ５が再びターゲット４と基板８の中間に挿入され、成膜工程が終了する。基板８は基板ホルダ９およびホルダ軸１０を介して、固定または、前後移動可能または回転可能な構造（図示せず）によりスパッタ室３に対して保持されている。

特開平１０−２１９４４５号公報（第１−３頁）

従来のスパッタ装置の構造は以上のとおりであるが、この構造ではプレスパッタ工程等における基板８への着膜防止が不十分である。すなわち、図６に示されるように、平板形状のシャッタ５が挿入位置にあっても、スパッタ室３の壁面その他装置内の各表面から２次散乱したスパッタ粒子Ｓの一部分がある確率で基板方向に飛来し、基板汚染を生じる。また、プラズマ起因の散乱イオンやイオンが再中性化した高速中性粒子がスパッタ室３の壁面その他装置内の各表面に衝突して発生する、ターゲット以外の不特定材料の粒子もある確率で基板方向に飛来し、基板汚染を生じる。特にナノメータ（ｎｍ）オーダの超薄膜生成プロセスにおいては、これらの汚染がデバイス性能に致命的な影響を与え、製品の歩留まりおよび製品寿命を低下させる。

本考案が提供するスパッタ装置は上記課題を解決するために、シャッタの形状を基板の外面を覆うことができる形状に形成したものであり、またはシャッタの形状を基板に相対する面と基板の外面を覆うことができる断面コ字型に形成したものであり、プレスパッタ時等の基板の遮蔽効果が改善される。また本考案は、スパッタ室にシャッタを基板を覆うよう近接させまた基板から退避させるシャッタ進退機構を設ける。または基板ホルダに支持されている前記シャッタ進退機構を設ける。

本考案によれば、プレスパッタ時の２次散乱したスパッタ粒子による基板汚染および、プラズマ起因の散乱イオンやイオンが再中性化した高速中性粒子がスパッタ室の壁面その他装置内の各表面に衝突して発生するターゲット以外の不特定材料の粒子による基板汚染が防止され、製品の歩留まりおよび製品寿命が向上する。

本考案が提供するスパッタ装置の第１の特徴は、スパッタ室内に基板を保持する基板ホルダとプレスパッタ工程等における基板への着膜を防ぐためのシャッタを備えたスパッタ装置において、シャッタの形状を基板の外面を覆うことができる形状に形成した点であり、第２の特徴はシャッタの形状を基板に相対する面と基板の外面を覆うことができる断面コ字型に形成した点であり、第３の特徴はスパッタ室に、シャッタを基板を覆うよう近接させまた基板から退避させるシャッタ進退機構を設けた点であり、第４の特徴は前記シャッタ進退機構が基板ホルダに支持されている点であり、これらの特徴を備えた形態が最良の形態である。

以下図示例にしたがって説明する。図１（Ａ）は本考案の第１の実施例の断面図および主要部品の構造を示す図で、スパッタ室３の壁面に支持されるシャッタ進退機構を設けている。図１において図５と同一符号の部品の構造および作動は図５と同一である。プラズマＰによりスパッタされたターゲット４からのスパッタ粒子Ｓはプレスパッタ工程においてシャッタ２１に衝突し、基板８への堆積を阻止される。シャッタ２１は図１（Ｂ）中のシャッタ斜視図に示されるようにキャップ状の凹部を有しており、基板８の前面および側面を囲繞しており、この効果で図６の２次散乱スパッタ粒子Ｓおよび、プラズマＰ起因のターゲット以外の不特定材料の粒子による基板汚染は防止される。

シャッタ軸６Ｌおよびシリンダ７はシャッタ進退機構を構成する。プレスパッタ工程が終了した場合はホルダ軸１０Ｌを図１の右方に後退させ、次にシャッタ軸６Ｌをシリンダ７方向に移動してシャッタ２１を下方に後退させる。その後再びホルダ軸１０Ｌを左方に移動させて基板８を図の位置に復元し、成膜工程に移る。成膜終了の直前にホルダ軸１０Ｌを再度右方に移動し、シャッタ２１を再度ターゲット４と基板８の中間に挿入し、成膜を終了する。

図２は第２の実施例で、第１の実施例と同じく、スパッタ室３の壁面に支持されるシャッタ進退機構を設けている。シャッタ軸６Ｍおよびシリンダ７がシャッタ進退機構を構成する。プレスパッタ工程においては、図２（Ａ）に示すごとく、基板ホルダ９Ｍは実施例１とは９０度異なった方向に置かれている。またシャッタ２２も実施例１のシャッタ２１とは９０度異なった方向に取り付けられている。この状態でプレスパッタ工程を終了した後、シャッタ軸６Ｍを図２（Ａ）の下方に、シリンダ７に向けて引き込み、シャッタ２２を移動させる。次に図２（Ｂ）に示すように、基板ホルダ９Ｍを時計方向に９０度回転させ、ターゲット４と基板８を正対させ、成膜を開始する。

図３は本考案の第３の実施例で、基板ホルダ９Ｎに支持されるシャッタ進退機構を設けている。回転軸２４がシャッタ進退機構となる。プレスパッタ工程ではシャッタ２３および基板ホルダ９Ｎは図３（Ａ）の位置にある。プレスパッタ工程終了後、シャッタ２３を回転軸２４の周囲に回転させ、図３（Ｂ）のシャッタ回転部に示される位置におく。次いで基板ホルダ９Ｎを時計方向に９０度回転させ、ターゲット４と基板８を正対させ、成膜を開始する。回転軸２４の駆動源としては真空中で使用可能なモータなどが使用される。

本考案は上記の実施例に限定されるものではなく、さらに種々の変形実施例を挙げることができる。たとえば実施例１ではプレスパッタ工程終了後、基板ホルダ９Ｌを一度右方に移動させ、シャッタ２１を退避させた後再び左方に移動し、成膜を開始しているが、基板ホルダ９Ｌを一度右方に移動させたままで成膜を行い、成膜が終了しシャッタ２１が再びターゲット４と基板８に中間に挿入された後に基板ホルダ９Ｌを左方に移動させても良い。シャッタ２１から２４の形状は、基板８の側面を含めて外面を覆う形状であれば良く、たとえば図４のシャッタ２５に示すように、側面を円錐状としても良い。また各実施例に示したシャッタ進退機構の駆動源は一例であって、任意の駆動源が使用できる。さらに各実施例はＥＣＲスパッタリングを例として説明しているが、本考案はＥＣＲスパッタリングを含め、どんな方式のスパッタリングにも適用することができる。本考案はこれらをすべて包含する。

本考案は電子部品用薄膜の製造装置として使用されるスパッタ装置に適用することができる。

本考案の実施例１の構成図である。 本考案の実施例２の構成図である。 本考案の実施例３の構成図である。 本考案のシャッタの形状の一例を示す斜視図である。 従来のスパッタ装置の構成図である。 従来のスパッタ装置の基板汚染の説明図である。

符号の説明

１ マイクロ波源
２ 電磁コイル
３ スパッタ室
４ ターゲット
５ シャッタ
６ シャッタ軸
６Ｌ シャッタ軸
６Ｍ シャッタ軸
７ シリンダ
８ 基板
９ 基板ホルダ
９Ｌ 基板ホルダ
９Ｍ 基板ホルダ
９Ｎ 基板ホルダ
１０ ホルダ軸
１０Ｌ ホルダ軸
２１ シャッタ
２２ シャッタ
２３ シャッタ
２４ 回転軸
２５ シャッタ
Ｍ マイクロ波
Ｐ プラズマ
Ｓ スパッタ粒子
Ｖ 排気口

Claims (4)

1. スパッタリング室内に基板を保持する基板ホルダと、プレスパッタリング工程等における基板への着膜を防ぐためのシャッタを備えたスパッタリング装置において、シャッタの形状を基板の外面を覆うことができる形状に形成したことを特徴とするスパッタリング装置。
2. スパッタリング室内に基板を保持する基板ホルダと、プレスパッタリング工程等における基板への着膜を防ぐためのシャッタを備えたスパッタリング装置において、シャッタの形状を基板に相対する面と基板の外面を覆うことができる断面コ字型に形成したことを特徴とするスパッタリング装置。
3. スパッタリング室には、シャッタを基板を覆うよう近接させまた基板から退避させるシャッタ進退機構が設けられていることを特徴とする請求項１から２記載のスパッタリング装置。
4. シャッタ進退機構が基板ホルダに支持されていることを特徴とする請求項３記載のスパッタリング装置。

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