JP5289035B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、成膜処理や表面処理などに適用可能なスパッタリング装置に関する。

図６は、ターゲットをスパッタするための、特許文献１に記載のスパッタリング装置の内部構造を示す断面図である。この図に示したスパッタリング装置は、回転可能なカソード回転体７０を有している。なお、図６では、カソード回転体７０の回転軸に垂直な断面が示されている。カソード回転体７０の側面に設けられたカソード６０には、複数のターゲット７２が備えられる。

カソード回転体７０はその回転方向に４つの側面を有し、カソード回転体７０の４つの側面には、それぞれカソード６０が設けられる。各カソード６０は、カソード回転体７０の内部に突出した給電用の接続端子７５を備えている。スパッタチャンバ（不図示）内において、スパッタリングを行う領域を形成するスペース６１に臨む位置にカソード６０がセットされると、そのカソード６０に設けられたターゲット７２は、基板ホルダー６６に支持された基板７３に対向する。この基板７３は、成膜処理が行われる基体である。

このとき、カソード６０の背面（カソード回転体７０の内側の面）にはマグネット７４が対向し、そのカソード６０の接続端子７５には給電端子６２が対向する。この状態でシリンダ６３が動作して可動軸６４を前進させると、マグネット７４がカソード６０の背面の近傍にセットされる。また、別のシリンダ７１が動作して別の可動軸６５を前進させると、給電端子６２が接続端子７５に接続される。給電端子６２から、給電端子６２に接続された接続端子７５を経由して、カソード６０に電力が供給される。その後、プロセスガスが供給され、スパッタ成膜が行われる。成膜が終了すると、シリンダ７１，６３が動作して、マグネット７４と給電端子６２とをカソード６０から引き離す。

特許文献１では、カソード回転体７０の側面に複数のカソード６０を設け、カソード回転体７０を回転可能に構成している。これにより、複数のターゲット７２を用いてスパッタ可能なスパッタリング装置をコンパクトにすることができるとされている。
特開２０００−２６５２６４号公報

現在、成膜する基板に対して、ターゲット（またはカソード）を所定の角度に配置し、スパッタリングを行うことがある。このようにして、基板に形成される膜の膜質が改善されることが知られている。

また、例えば１ｍを越える大型のガラス等の基体に成膜を行うスパッタリング装置では、複数のターゲットを基板に対向させることがある。この場合、膜厚の分布を整えるために、基板に対してそれぞれのターゲットを所定の角度に調整する技術が重要になりつつある。

しかし、特許文献１に記載のスパッタリング装置では、カソード回転体７０の回転運動によって、接続端子７５や接続端子７５から延びた配線に、負荷やよじれが生じることがある。これは、配線が、カソード６０からカソード回転体７０の内部へ向いた方向、つまり回転の半径方向に突出しているからである。特に、給電端子６２と接続端子７５とを接触させた状態でカソード回転体７０を回転させた場合には、配線にかかる負荷やよじれは、大きくなる。このような負荷やよじれによって、カソード６０に、安定して電力を供給することができないという課題がある。

また、特許文献１では、カソード６０が所定の位置に配された場合にのみ、給電端子６２と接続端子７５とが電気的に接続されるように構成されている。そのため、カソードが基板と正対する場合でなく、角度を付けてスパッタすることは困難であった。

上記の点から、特許文献１に記載のスパッタリング装置では、基体に対するカソードまたはターゲットの角度を調整することは困難である。

本発明の目的は、上記背景技術の課題の少なくとも１つを解決するスパッタリング装置を提供することにある。その目的の一例は、基体に対するターゲットの角度を調整することができるスパッタリング装置を提供することである。

上記課題の少なくとも１つを解決するため、本発明に係るスパッタリング装置は、ターゲットが取り付けられる回転自在な回転部材と、前記ターゲットと電気的に接続され、前記回転部材の回転軸に沿った方向の前記回転部材の端部に配置された接続端子と、回転軸方向に往復移動可能に構成され、前記接続端子を介して前記ターゲットに電力を供給する給電端子と、を有し、前記給電端子を前記往復移動させることにより、前記給電端子を前記接続端子と接触または離間させ、前記給電端子と前記接続端子との導通または絶縁を切り替え可能であり、前記給電端子と前記接続端子との少なくとも一方が、前記回転部材の回転方向に沿って延びている。

本構成によれば、電力供給の不安定さを少なくし、かつ、基体に対するターゲットの角度を調整することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の断面図である。図２は、図１の点線で示された領域におけるスパッタリング装置の拡大図である。図３は、回転部材２０の回転軸１０に沿った方向から見た回転部材２０の平面図である。

本実施形態では、スパッタリング装置は、チャンバー１１と、回転自在な回転部材２０と、基体（不図示）を保持する基体ホルダー１３と、を有している。回転部材２０は略正三角柱形状であり、三角柱の中心軸が回転の回転軸１０となっている。この回転部材２０の回転軸１０に沿った３つの側面は、それぞれ、カソードとなっている。これらの側面に、スパッタされる材料であるターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃが、着脱自在に取り付けられる。

回転部材２０の形状は略正三角柱に限定されず、ターゲットを取り付けることができれば、どのような形状であっても良い。従がって、回転部材２０に取り付け可能なターゲットの数は、いくつであっても良い。本実施形態では、回転部材２０は、ターゲットを複数取り付け可能となっているが、１つのターゲットのみが取り付け可能であっても良い。

チャンバー１１の内部は、不図示の排気系機構により、減圧可能となっている。チャンバー１１内には、処理を行う基体を保持する基体ホルダー１３が設けられている。不図示のプラズマ発生機構とＡｒ等のガス導入機構とにより形成されるプラズマによって、カソードに取り付けられたターゲット１２ａの、基体ホルダー１３と対向する面に、スパッタリング現象が生じる。これにより、基体ホルダー１３に取り付けられた基体に、ターゲット１２ａの組成を主成分とする薄膜が形成される。スパッタリングによる薄膜形成中において、基体が静止していても、移動していても良い。基体を移動させるには、搬送機構（不図示）が用いられる。

また、本実施形態に係るスパッタリング装置では、回転部材２０の内部に、マグネトロンスパッタリング用のマグネット１４が配されている。回転部材２０の側面に取り付けられ、基体ホルダー１３と対向しているターゲット１２ａの裏側（つまり、スパッタされる面とは反対側）に、マグネット１４は位置している。マグネット１４は、不図示の駆動機構により、回転軸１０に略垂直で基体ホルダー１３に対向したターゲット１２ａの表面に沿った方向（図１の紙面と直交する方向）に往復移動可能に構成されていてもよい。この往復移動により、ターゲットの利用効率と基体上に形成される薄膜の膜厚均一性とが高められる。マグネット１４は、ターゲットの表面近傍に磁束を発生させ、プラズマをターゲット近傍に集中させるために設けられる。

本実施形態では、回転部材２０は、複数のターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設置可能に構成されている。これらのターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、回転部材２０の回転軸１０に沿った側面に取り付けられる。回転部材２０は、モータ１９を動力源にして、複数個のギア１８とベアリング１５等により、回転する。これにより、ターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、回転部材２０の回転軸１０の周りを回動する。そして、回転部材２０に取り付けられている複数のターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうちの任意の１つを、基体ホルダー１３に取り付けられた基体に対向させた状態で、スパッタリングを行う。

回転部材２０の回転軸１０に沿った方向の、回転部材２０の端面近傍には、シリンダ２１と、シリンダ２１に固定された給電端子固定板２４と、が配置されている。給電端子固定板２４には、給電端子２２が設けられている。給電端子２２は往復移動可能に構成されている。具体的には、シリンダ２１が給電端子２２を駆動させ、給電端子２２を往復移動させることにより、給電端子２２は、回転部材２０の回転軸１０に沿った方向の端部と、接触または離間された状態になる。

給電端子２２は、高圧線１７を介して電源１６と繋がっている。ここでは、電源１６はＤＣ電源とするが、ＤＣパルス電源、又は、ＡＣ電源でもかまわない。給電端子２２が回転部材２０に接触しているときに、回転部材２０に形成されている配線を介して、カソードに取り付けられたターゲット１２へ電力供給を行う。

回転部材２０からターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃへ、電源１６からの電力を供給するための構造を、図２を参照して説明する。回転部材２０の回転軸１０に沿った方向の端部には、３組の接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃが露出している（図３参照。）。各組の接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、それぞれ、回転部材２０に取り付けられるターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃと電気的に接続される。異なる組の接続端子が、給電端子２２と同時に接続されることはない。つまり、給電端子２２は、１度に１つのターゲットにのみ電力を供給する。そして、給電端子２２から、給電端子２２と接続されている接続端子を介して、ターゲットに電力が供給される。

本構成によれば、接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは回転部材２０の回転軸１０に沿った方向における回転部材２０の端部に露出している。この露出した接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃに給電端子２２が接触する。接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは回転部材２０の端部に露出しており、接続端子と結線された配線は、回転部材２０から突出しない。そのため、回転部材２０が、基体（不図示）に対する角度を付けるため、又は、ターゲットの種類等を変更するために回転軸１０を中心に回転したとしても、接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃや配線に負荷やよじれが生じることが抑制される。特に、接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃが回転部材２０の端部に埋められていれば、接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃにかかる負荷はより低減される。

給電端子２２は、回転軸１０に沿った方向に往復移動可能に構成されており、回転部材２０の端部と接触、離間可能になっている。具体的には、シリンダ直動部２３によって、シリンダ２１の動力が給電端子固定板２４に伝えられる。これにより、給電端子２２が回転軸１０に沿った方向に移動可能となっている。

シリンダ２１に固定された給電端子固定板２４には、回転軸１０を挟んで相対する位置に、２つの給電端子２２が備えられている。この給電端子２２は、高圧線１７によって電源１６と繋がっている。

一方、回転軸１０に沿った方向における回転部材２０の端部には、電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃとそれぞれ導通している、３組の接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃが形成されている。各組の接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、回転部材２０の回転軸１０上に中心を置く円周上に、それぞれ２つ配置されている。同じ組の接続端子は、給電端子２２と同時に接続可能となっている。

例えば、回転部材２０に取り付けられた一のターゲット１２ａは、配線２７ａによって電極２６ａと導通しており、配線２７ａは他のターゲット１２ｂ，１２ｃの電極２６ａ，２６ｂとは電気的に接続されていない。

また、一のターゲット１２ａ以外のターゲット１２ｂ，１２ｃは、それぞれに対応する電極２６ｂ，２６ｃと導通している。しかし、各電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃ同士は絶縁体２９ａ，２９ｂ，２９ｃによって、互いに絶縁されている。それぞれの電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃと導通する接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、回転部材２０の回転軸１０に沿った方向の端部に露出している（図３参照。）。

このように、各組の接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、対応するターゲット（ターゲット１２ａの場合は接続端子２５ａ）とのみ導通している。本実施形態では、各組の接続端子は２つとした。しかし、各ターゲットには、少なくとも１つの接続端子が対応していれば良い。

本実施形態では、一のターゲット１２ａに対応する接続端子２５ａは二つ設けられている。この二つの接続端子２５ａは、回転軸１０を中心に１８０度の回転した位置に配置されている。これにより、シリンダ直動部２３から、給電端子２２を介して接続端子２５ａにかかる力が、均等になる。

図３は、回転軸１０に沿った方向から見た回転部材２０の平面図である。つまり、回転部材２０の回転軸方向の端部が示されている。回転部材２０の端部には、電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃとそれぞれ導通している、３組の接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃが露出している。それぞれの接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、回転部材２０の回転軸１０上を中心とする円周上に配置されている。つまり、接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、すべて、回転軸から略等距離の位置に露出している。３組の接続端子が配置される回転部材２０の端部は、減圧可能なチャンバー１１からベアリング１５によって隔てられた大気圧下に配置されている。

上記構成により、給電端子２２が回転部材２０の端部に接触した状態で、回転部材２０が回転することで、給電端子２２と接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃとの導通または絶縁が切り替わる。本構成により、回転部材２０が回転することで、カソードに取り付けられたターゲットの、基体に対する角度を調整することができる。

また、回転部材２０の回転軸方向の端部には、接地された接地配線３１と繋がった接地リング３３が設けられている。接地リング３３は、接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃが露出している円周よりも内側で、同心円の形状をしている。図３では、給電端子２２が接続端子２５ａに接触しているときに、接地リング３３上の給電端子２２の接地位置３２ａも示されている。給電端子２２が接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃを押さえるときと同様に、接触の安定性を確保するため、接地位置３２ａは回転軸１０を対称に２箇所設けられている。

上記のように、本実施形態では、給電端子２２がターゲットに電力供給を行っているときに、給電端子２２は、接続端子２箇所、接地リング２箇所の計４箇所と接触しているが、この箇所に限定されるものでない。

回転部材２０の端部には露出しないが、参考のため、図３には、ターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃと接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃとを結線する配線２７ａ，２７ｂ，２７ｃの位置も点線で示されている。

接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、回転部材２０の回転軸１０を中心とする円上に配置されている。各ターゲットの着脱が可能な各カソードからの配線が突出していないため、回転部材２０が回転しても、配線に負荷やよじれが生じることを抑制することができ、ターゲットに安定して電力を供給することができる。

また、接地用の端子である接地リング３３が、回転部材２０の回転軸１０を中心とする円形状に形成されている。本実施形態では、接地リング３３は、一例として、接続端子よりも内側に設けられている。

接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、回転軸１０を中心とした円周上に配置されている。そして、各接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、回転軸１０を中心とした所定の中心角θを有する円周に沿って延びた形状、つまり回転部材２０の回転方向に沿って延びた形状であることが好ましい。これにより、接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃと給電端子２２との接触位置に広がり（所定の範囲）を持たせることができる。そのため、接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃと給電端子２２とが位置ずれし、電力供給が不安定になることを抑制することができる。したがって、さらに安定して、カソードに電力を供給することができる。

それぞれのターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃと接続された接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、回転部材２０の回転軸１０に沿った方向の端面に、回転方向に沿って並べて配置されている。これによって、回転部材２０の回転にともなって、給電端子２２と接続される接続端子を切り替えることができる。

本実施形態のスパッタリング装置は、一のターゲットに対して二つの接続端子が対応しており、３つのターゲットと接続する３組の接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃを有している。この場合、回転軸１０を中心とする円上の接続端子は、６０°（３６０°÷３（ターゲット数）÷２（ターゲット毎の接続端子数））毎に配置されていればよい。

接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃ同士の間には、絶縁するために、隙間を設ける必要がある。その場合でも、各接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、回転軸１０の回りに最大で６０°未満の回転角を持たせることができる。これにより、電力供給の安定化を図れるとともに、カソード（またはターゲット）の基体に対する角度調整の許容範囲を広げることもできる。

図４は、図３に示す接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃについて、給電端子２２の押さえ位置の許容範囲を示している。それぞれの接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、回転部材２０の端部において、回転部材２０の回転方向に沿って延びている。図４では、回転方向に沿って延びた接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃの接続が保たれる許容範囲が、中心位置３０からのずれ角θと調整上限の押さえ位置とで表わされている。

このように、回転方向に沿って接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃが形成されているため、接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃと給電端子２２との接続位置のずれにより、電力供給が不安定になることは少なく、さらに安定した電力供給が実現できる。さらに、カソードに取り付けられるターゲットの、基体に対する角度を許容範囲内で任意に調整することができ、スパッタリングのプロセス条件を拡張することができる。

上記の実施形態では、接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃが、回転部材２０の回転方向に沿って延びている。しか給電端子と接続端子との少なくとも一方が、回転部材の回転方向に沿って延びていればよい。この場合にも、接続端子が回転方向に延びている場合と同様の効果を得ることができる。

図５は、本発明の別の本実施形態に係るスパッタリング装置の上面図（回転軸に沿った方向から見た平面図）である。本実施形態のスパッタリング装置は、図１に示す回転部材と同様の構成を持つ回転部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、チャンバー１１内に４つ配された構成である。４つの回転部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは並んで配置されている。それぞれの回転部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに備えられたカソードの１つが、基体ホルダー１３と対向可能になっている。本実施形態では、回転部材は４つであるが、回転部材の数はいくつであっても良い。

なお、上記の実施形態では、ターゲットは、カソード回転部材２０に着脱自在に取り付けられるが、ターゲットはカソード回転部材２０に一体的に取り付けられるものであっても良い。

上記の実施形態では、一例として、マグネトロンスパッタ装置について詳細に説明したが、本発明のスパッタ装置は、２極ＤＣグロー放電スパッタ装置であっても良いし、これらに限定されるものでない。

以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。

本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の断面図。 図１の点線で示された領域における回転部材の拡大図。 回転軸に沿った方向から見た回転部材の平面図。 接続端子と給電端子との接続位置の許容範囲を説明する図。 本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の上面図。 従来例のスパッタリング装置の概略構成を示す断面図。

符号の説明

１０ 回転軸
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ ターゲット
１６ 電源
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 回転部材
２２ 給電端子
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 接続端子
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 電極
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ 配線
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ 絶縁体

Claims (6)

1. ターゲットが取り付けられる回転自在な回転部材と、
   前記ターゲットと電気的に接続され、前記回転部材の回転軸に沿った方向の前記回転部材の端部に配置された接続端子と、
   回転軸方向に往復移動可能に構成され、前記接続端子を介して前記ターゲットに電力を供給する給電端子と、を有し、
   前記給電端子を前記往復移動させることにより、前記給電端子を前記接続端子と接触または離間させ、前記給電端子と前記接続端子との導通または絶縁を切り替え可能であり、
   前記給電端子と前記接続端子との少なくとも一方が、前記回転部材の回転方向に沿って延びていることを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記回転部材は前記ターゲットを複数取り付け可能に構成されており、
   前記回転部材の前記端部には、前記ターゲットのそれぞれと接続される前記接続端子が配置されており、
   それぞれの前記接続端子は、前記回転部材の回転方向に並べられている、請求項１に記載のスパッタリング装置。
3. 前記回転部材の回転にともなって、前記給電端子と接続される前記接続端子が切り替わる、請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
4. 前記回転部材に取り付けられている前記ターゲットの表面に磁束を発生させるマグネットが、前記回転部材の内部に配されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
5. 前記回転部材が少なくとも２つ設置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
6. 前記回転部材の、前記ターゲットが取り付けられる面に対向して配置され、処理を行う基体を保持するホルダーをさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
   

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