JP5015623B2

JP5015623B2 - スパッタリング装置

Info

Publication number: JP5015623B2
Application number: JP2007023446A
Authority: JP
Inventors: 茂生大石
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: JP2008189953A

Description

本発明は、スパッタリングを用いて光学薄膜を作製するスパッタリング装置に関する。

従来、スパッタリング装置において、ターゲットの温度を急激に上昇させることによるクラックの発生を抑制するために、ターゲットの近傍に設けられた熱源によって、プレスパッタ前にターゲットを成膜時よりも低い所定の温度に加熱する予備加熱を行うものが提案されている。
特開２００６−１２４７６７号公報

しかしながら、特許文献１の装置に設けられた上述の熱源は、予備加熱の際にターゲット以外の部位も同時に加熱してしまうため、不純物が真空槽内に発生して真空度が低下したり、成膜の対象となる基板の温度が上昇して温度制御が困難になるなどの問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ターゲットの予備加熱による真空度の低下や基板温度の上昇を抑制することのできるスパッタリング装置を提供することを目的とする。

本発明のスパッタリング装置は、ターゲットに所定の電力を印加して、基板上に成膜を行うスパッタリング装置であって、前記ターゲットを支持する支持部材と、前記基板を前記支持部材に支持された前記ターゲットに対向させて支持する基板ホルダと、前記基板ホルダと前記支持部材との間に退避可能に設けられ、前記ターゲットを予備加熱する加熱部と、前記加熱部の前記基板ホルダに対向する面を覆うように設けられた反射板と、前記基板ホルダと前記反射板との間に設けられたシャッターとを備えたことを特徴とする。

本発明のスパッタリング装置によれば、加熱部から発生し、基板ホルダの方向に放射される熱は反射板によって反射されるため、ターゲットのみが加熱部によって加熱される。

本発明のスパッタリング装置は、前記加熱部と前記シャッターとの間に設けられ、前記反射板に蓄積された熱が前記基板に伝達することを抑制する排熱部をさらに備えてもよい。

前記排熱部は、前記反射板と前記シャッターとの間に設けられてもよい。また、前記反射板は複数設けられていてもよい。

本発明のスパッタリング装置によれば、加熱部によって、ターゲットのみを予備加熱することができるので、ターゲットの予備加熱による真空度の低下や基板温度の上昇を抑制することができる。

本発明の第１実施形態のスパッタリング装置について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態のスパッタリング装置１を示す概略図である。
スパッタリング装置１は、真空槽２と、真空槽２の内部上方に設けられた基板ホルダ３と、真空槽２内部の下部に設けられたバッキングプレート（支持部材）４と、バッキングプレート４と基板ホルダ３との間に設けられた加熱部５と、加熱部５の基板ホルダ３側の面を覆うように設けられた反射板６と、反射板６と基板ホルダ３との間に設けられたシャッター７とを備えて構成されている。

真空槽２の側面には、導入ポート８が貫通して設けられており、真空槽２への反応ガスの導入に使用される。
基板ホルダ３は回転軸９を中心に回転可能に構成されており、基板ホルダ３の下側の面に成膜対象となる基板１０が設置される。バッキングプレート４はマグネトロンカソード（以下、「カソード」と称する。）１２の上部に設けられており、成膜する光学薄膜の材料となるターゲット１１は、バッキングプレート４の上に設置される。

カソード１２の内部はリング状の中空構造となっており、冷却水が流れるように構成されている。また、カソード１２は真空槽２の外に設けられたマッチングボックス１３を介して高周波電源１４と接続されている。カソード１２の内部のリング状の中空構造には、２０℃から３０℃に温度制御された図示しない水が流されており、カソード１２の温度が一定に保たれている。

加熱部５はマイクロシーズヒータやセラミックヒータ等の公知の構成からなり、接続部１６及び反射板６を介して真空槽２の下部にその軸周りに回動自在に設けられた第１回動軸１５に支持固定され、第１回動軸１５を通して図示しない電源と接続されている。この状態で、加熱部５はバッキングプレート４上に設置されたターゲット１１の上方に配置される。

反射板６は加熱部５の上面及び側面、すなわち加熱部５のターゲット１１に対向する面を除くすべての面を覆うように配置され、接続部１６を介して加熱部５と接続されて、第１回動軸１５に支持固定される。すなわち加熱部５及び反射板６は、第１回動軸１５をその軸周りに回動することによってターゲット１１の上方から退避可能に構成されている。

このとき、加熱部５と反射板６との間の接続部１６は、図１に示すように、第１回動軸１５から最も離れた反射板６の側面に設けられてもよい。このようにすると、加熱部５で発生した熱が第１回動軸１５から逃げる際の伝熱経路が長くなり、熱が逃げにくくなる。反射板６の板厚は１〜２ｍｍ程度が好ましく、材質としては、反射性に優れ、熱伝導率が低いセラミックス又はステンレスが好ましい。

シャッター７は真空槽２の下部にその軸周りに回動自在に設けられた第２回動軸１７に支持固定される。シャッター７は、スパッタリング環境が安定するまでターゲット１１と基板１０との間を遮蔽し、基板１０への成膜が行われないよう制御する。

上記の構成を備えたスパッタリング装置１の動作について、以下に説明する。
まず、基板ホルダ３上に基板１０を設置し、ターゲット１１をバッキングプレート４上に設置する。このとき、シャッター７は基板１０とターゲット１１との間に位置させる。図示しない排気手段によって真空槽２の排気を行い、真空槽２内を真空にした後、第１回動軸１５を軸周りに回動させて加熱部５及び反射板６をターゲット１１の上方に移動させる。

次に図示しない電源から加熱部５に通電を行って加熱部５を発熱させ、ターゲット１１の表面を均一に約５００℃まで加熱し、プレスパッタ前の予備加熱を行う。予備加熱終了後、加熱部５の発熱を停止して第１回動軸１５を軸回りに回動し、加熱部５及び反射板６をターゲット１１の上部にかからない位置に退避させる。加熱部５の発熱停止は移動後に行ってもよい。

続いて反応ガスを導入ポート８から導入してから、高周波電源１４から電力をカソード１２に供給してプラズマを発生させる。発生したプラズマによってターゲット１１がスパッタリングの温度まで加熱され、スパッタリング環境が安定してから回転軸９をその軸回りに回転させて基板ホルダ３を回転させる。第２回動軸１７をその軸回りに回動させてシャッター７を開き、基板１０とターゲット１１との間の遮蔽物をなくすと、基板１０の表面にスパッタリングによって薄膜が形成される。

本実施形態のスパッタリング装置１によれば、プレスパッタ前の予備加熱において、加熱部５の上面及び側面が反射板６に覆われているため、加熱部５の上方及び側方に放射された熱は、反射板６によって反射され、真空槽２内への伝達が抑制される。従って、基板１０の温度上昇が抑制されると同時に、真空槽２の内部の温度上昇による真空度の低下も抑制することができる。

また、反射板６によって反射された熱の一部もターゲット１１の表面を加熱するので、省電力でターゲット１１の予備加熱を行うことができる。さらに、加熱部５と反射板６との接続部１６が第１回動軸１５から離れた箇所に設けられているので、加熱部５で発生した熱が第１回動軸１５を通って逃げにくい。従って、さらに省電力で予備加熱可能にスパッタリング装置を構成することができる。

次に本発明の第２実施形態について、図２を参照して説明する。本実施形態と上述の第１実施形態の異なる点は、反射板とシャッターとの間に排熱部がさらに設けられている点である。なお、第１実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図２は本実施形態のスパッタリング装置２１を示す図である。スパッタリング装置２１においては、反射板６とシャッター７との間に、冷却配管２２を有する板状部材（排熱部）２３が第１回動軸１５に固定されて設けられている。従って第１回動軸１５を回動させることによって、加熱部５、反射板６、及び板状部材２３は一体となって回動するように構成されている。

冷却配管２２は板状部材２３のシャッター７に対向する面に、該面の略外周に沿って引き回されて設けられており、内部を冷却水が流れるように構成されている。板状部材２３の水平方向の寸法はターゲット１１より大きいほうが好ましく、厚さは１〜２ｍｍ程度とする。板状部材２３の材質は、冷却配管２２が設置される観点から、腐食しにくいアルミニウムやステンレスが好ましい。なお、冷却配管２２の設置に代えて、板状部材２３の内部に管腔を設けて、冷却水が流れるように板状部材２３を構成してもよい。この場合、板状部材の厚さは５ｍｍ前後、上述した管腔の径は２〜３ｍｍ程度とするのが好ましい。

スパッタリング装置２１の動作は上述した第１実施形態と基本的に同様であるが、ターゲット１１の予備加熱終了後、加熱部５の発熱を停止して第１回動軸１５を回動し、加熱部５及び反射板６をターゲット１１の上部にかからない位置に退避させる際に、第１回動軸１５に支持固定された板状部材２３も連動して退避させられる。

本実施形態のスパッタリング装置２１によれば、加熱部５によってターゲット１１の予備加熱を行う際に、反射板６の上部に放出される熱が、板状部材２３に沿って循環する冷却水によって吸収され、基板１０への伝達が抑制される。従って、より効果的に基板１０の温度上昇等を抑制することができる。

また、加熱部５、反射板６及び板状部材２３が共通の第１回動軸１５に固定されているので、スパッタリングを開始する際に、第１回動軸１５を回動するだけでこれらをすべてターゲット１１の上方から退避させることができる。従って、操作の簡便なスパッタリング装置を提供することができる。なお、板状部材２３は第２回動軸１７に支持固定され、シャッター７と一体となって回動するように構成されてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した各実施形態においては、加熱部５の上に一枚の反射板６が設けられているが、図３（ａ）に示す変形例のように、加熱部５とシャッター７との間に第１反射板２４と第２反射板２５との２枚が設けられていてもよい。この場合、第１反射板２４の上部にさらに第２反射板２５が設けられているので、第１反射板２４の上部及び側部から放射される熱が第２反射板２５によって反射される。従って、さらに効果的に基板１０の温度上昇等を抑制することができる。

このとき、図３（ａ）に示すように、加熱部５と加熱部５の上部に設けられた第１反射板２４とを接続する第１接続部２６を、第１反射板２４の第１回動軸１５に最も近い側面に設け、第１反射板２４と第２反射板２５とを電気的に接続する第２接続部２７を、第１反射板の第１回動軸１５から最も離れた側面に設けるのが好ましい。このようにすると、加熱部５から第１回動軸１５に至る伝熱経路が最も長くなり、加熱部５で発生した熱が第１回動軸１５から逃げにくくなる。従って、さらに省電力でターゲット１１の表面を加熱することができる。

また、上述した各実施形態においては、排熱部として板状部材２３が設けられているが、これに代えて、図３（ｂ）に示す変形例のように反射板２８の内部に冷却配管２９を設置することによって排熱部を設けてもよい。この場合、例えばターゲット１１の上面を覆う反射板２８の厚さを５ｍｍ程度にし、冷却配管２９の径を２〜３ｍｍとすると、反射板２８で発生する輻射熱を効率よく吸収させることができる。

本発明の第１実施形態のスパッタリング装置の模式図である。本発明の第２実施形態のスパッタリング装置の模式図である。本発明の実施形態のスパッタリング装置の変形例における加熱部及び反射板を示す図である。

符号の説明

１、２１…スパッタリング装置、３…基板ホルダ、４…バッキングプレート（支持部材）、５…加熱部、６、２８…反射板、７…シャッター、１０…基板、１１…ターゲット、２３…板状部材（排熱部）、２４…第１反射板（反射板）、２５…第２反射板（反射板）

Claims

ターゲットに所定の電力を印加して基板上に成膜を行うスパッタリング装置であって、
前記ターゲットを支持する支持部材と、
前記基板を前記支持部材に支持された前記ターゲットに対向させて支持する基板ホルダと、
前記基板ホルダと前記支持部材との間に退避可能に設けられ、前記ターゲットを予備加熱する加熱部と、
前記加熱部の前記基板ホルダに対向する面を覆うように設けられた反射板と、
前記基板ホルダと前記反射板との間に設けられたシャッターと、
を備えたことを特徴とするスパッタリング装置。
前記加熱部と前記シャッターとの間に設けられ、前記反射板に蓄積された熱が前記基板に伝達することを抑制する排熱部をさらに備え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。
前記排熱部は、前記反射板と前記シャッターとの間に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のスパッタリング装置。
前記反射板が複数設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。