JP5626157B2 - Carousel of sputtering film forming apparatus and sputtering film forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、スパッタリング成膜装置のカルーセル及びそれを備えるスパッタリング成膜装置に関する。 The present invention relates to a carousel of a sputtering film forming apparatus and a sputtering film forming apparatus including the carousel.
従来、スパッタリング成膜装置として、被成膜部材が取り付けられたカルーセル(回転ドラム)を回転させながら、カルーセルの周囲に配されたターゲットから被成膜部材に向けて原子を飛散させてスパッタリング成膜を行うカルーセル型のスパッタリング成膜装置が知られている(例えば、特許文献1等を参照)。 Conventionally, as a sputtering film forming apparatus, while a carousel (rotary drum) to which a film forming member is attached is rotated, atoms are scattered from a target arranged around the carousel toward the film forming member. There is known a carousel type sputtering film forming apparatus for performing (see, for example, Patent Document 1).
近年、カルーセル型のスパッタリング成膜装置を用いて大型の被成膜部材に対して成膜を行いたいという要望を満足させるために、カルーセルを大型化することが検討されている。 In recent years, it has been studied to increase the size of a carousel in order to satisfy the desire to form a film on a large film-forming member using a carousel type sputtering film forming apparatus.
しかしながら、カルーセルを大型化すると、成膜される薄膜の厚みや膜質にばらつきが生じやすいという問題がある。 However, when the size of the carousel is increased, there is a problem that the thickness and quality of the thin film to be formed tend to vary.
本発明は、カルーセルが大型である場合にも、成膜される薄膜の厚みや膜質がばらつきにくいスパッタリング成膜装置のカルーセル及びそれを備えるスパッタリング成膜装置を提供することを主な目的とする。 The main object of the present invention is to provide a carousel of a sputtering film forming apparatus in which the thickness and film quality of a thin film to be formed are difficult to vary even when the carousel is large, and a sputtering film forming apparatus including the same.
本発明のスパッタリング成膜装置のカルーセルは、ホルダを備える。ホルダは、カルーセルの回転軸を中心として回転する。ホルダは、カルーセルの回転軸を中心とする円周面に沿って配されている。ホルダは、取付部と押さえ部材とを備える。取付部は、開口部とフランジ部とを有する。開口部には、スパッタリング成膜される被成膜部材が挿入される。フランジ部は、開口部の内壁から内側に向かって突出している。フランジ部は、開口部に挿入される被成膜部材に当接する。押さえ部材は、開口部に、開口部の軸方向に変位可能に挿入される。押さえ部材は、ホルダと共に回転することにより、遠心力によりフランジ部に対して被成膜部材を径方向外側に向けて押圧する。 The carousel of the sputtering film forming apparatus of the present invention includes a holder. The holder rotates about the rotation axis of the carousel. The holder is disposed along a circumferential surface around the rotation axis of the carousel. The holder includes an attachment portion and a pressing member. The attachment portion has an opening and a flange portion. A film forming member to be formed by sputtering is inserted into the opening. The flange portion protrudes inward from the inner wall of the opening. The flange portion comes into contact with the film forming member inserted into the opening. The pressing member is inserted into the opening so as to be displaceable in the axial direction of the opening. By rotating together with the holder, the pressing member presses the film forming member toward the radially outer side against the flange portion by centrifugal force.
押さえ部材は、被成膜部材よりも重いことが好ましい。 The pressing member is preferably heavier than the film forming member.
押さえ部材は、被成膜部材のフランジ部とは反対側の主面を覆っていることが好ましい。 It is preferable that the pressing member covers the main surface opposite to the flange portion of the film forming member.
押さえ部材は、フランジ部と対向している対向部を有することが好ましい。 It is preferable that the pressing member has a facing portion that faces the flange portion.
対向部は、開口部の全周にわたって設けられていることが好ましい。 The facing portion is preferably provided over the entire circumference of the opening.
押さえ部材は、被成膜部材と周縁部において当接していることが好ましい。 The pressing member is preferably in contact with the film forming member at the peripheral edge.
開口部は、フランジ部側に向かって先細るテーパー状であることが好ましい。 It is preferable that the opening has a tapered shape that tapers toward the flange side.
取付部は、チタン及びモリブデンの少なくとも一方を含む金属、またはセラミックスからなることが好ましい。 The attachment portion is preferably made of a metal containing at least one of titanium and molybdenum, or ceramics.
なお、本発明において、金属には、合金が含まれるものとする。 In the present invention, the metal includes an alloy.
本発明のスパッタリング成膜装置は、カルーセルとターゲット取付部とを備える。ターゲット取付部は、カルーセルに対向して設けられている。ターゲット取付部には、ターゲットが取り付けられる。 The sputtering film forming apparatus of the present invention includes a carousel and a target mounting portion. The target mounting portion is provided to face the carousel. A target is attached to the target attachment portion.
本発明によれば、成膜される薄膜の厚みや膜質がばらつきにくいスパッタリング成膜装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sputtering film forming apparatus in which the thickness and quality of a thin film to be formed are less likely to vary.
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。 Hereinafter, an example of the preferable form which implemented this invention is demonstrated. However, the following embodiment is merely an example. The present invention is not limited to the following embodiments.
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。 Moreover, in each drawing referred in embodiment etc., the member which has a substantially the same function shall be referred with the same code | symbol. The drawings referred to in the embodiments and the like are schematically described, and the ratio of the dimensions of the objects drawn in the drawings may be different from the ratio of the dimensions of the actual objects. The dimensional ratio of the object may be different between the drawings. The specific dimensional ratio of the object should be determined in consideration of the following description.
(スパッタリング成膜装置1の概略構成)
図1は、本実施形態に係るスパッタリング成膜装置の模式的平面図である。図1に示すように、スパッタリング成膜装置1は、成膜チャンバ10を備えている。図示は省略するが、成膜チャンバ10には、減圧機構と、スパッタガス供給機構とが接続されている。減圧機構により、成膜チャンバ10内が減圧可能となっている。なお、減圧機構は、例えば、減圧ポンプなどにより構成することができる。
(Schematic configuration of sputtering film forming apparatus 1)
FIG. 1 is a schematic plan view of a sputtering film forming apparatus according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the sputtering
スパッタガス供給機構は、成膜チャンバ10に対して、成膜に必要なスパッタガスを供給するための機構である。このスパッタガス供給機構と減圧機構とにより、成膜チャンバ10内が、スパッタガスにより満たされた減圧雰囲気とされる。なお、スパッタガス供給機構は、例えば、ガスボンベなどにより構成することができる。スパッタガスの種類は特に限定されない。スパッタガスは、成膜しようとする薄膜の種類に応じて適宜選択することができる。
The sputtering gas supply mechanism is a mechanism for supplying a sputtering gas necessary for film formation to the
成膜チャンバ10の内部には、少なくとも一つの被成膜部材を固定するためのカルーセル(成膜ドラム)11が配置されている。カルーセル11は、円筒状である。カルーセル11は、回転軸C1を中心として一方向に回転可能である。
A carousel (film forming drum) 11 for fixing at least one film forming member is disposed inside the
成膜チャンバ10内には、少なくともひとつのターゲット取付部13が配されている。ターゲット取付部13は、ターゲット取付部13に取り付けられたターゲット12がカルーセル11の外周面に対向するように配されている。
In the
成膜は、被成膜部材4(図3及び図4を参照)が外周面に取り付けられたカルーセル11を回転させながら、ターゲット12から原子を飛散させ、被成膜部材4の表面上に堆積させることにより行う。
In film formation, the film-forming member 4 (see FIGS. 3 and 4) is sputtered from the
(カルーセル11の詳細構成)
図2は、本実施形態におけるカルーセルの略図的斜視図である。図3は、本実施形態におけるホルダの一部分の略図的分解斜視図である。図4は、本実施形態におけるホルダの略図的断面図である。
(Detailed configuration of carousel 11)
FIG. 2 is a schematic perspective view of the carousel in the present embodiment. FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of a part of the holder in the present embodiment. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the holder in the present embodiment.
次に、図2〜図4を参照しながら、カルーセル11の詳細構成について説明する。カルーセル11は、回転軸C1を中心として回転するシャフト21を備えている。シャフト21は、例えば、鉄、チタン、モリブデン、ステンレスなどの金属や合金により構成することができる。
Next, a detailed configuration of the
シャフト21には、第1及び第2の保持具22,23が取り付けられている。第1及び第2の保持具22,23は、回転軸C1の延びる方向であるx方向において互いに間隔をおいて配されている。第1及び第2の保持具22,23のそれぞれは、シャフト21に固定されており、シャフト21と一体に回転する。
First and
図2に示すように、第1及び第2の保持具22,23には、ホルダ30が複数取り付けられている。ホルダ30はカルーセル11の回転軸C1を中心とする円周面に沿って配されている。ホルダ30は、シャフト21並びに第1及び第2の保持具22,23と共に回転軸C1を中心として旋回する。なお、図2では、描画の便宜上、第1及び第2の保持具22,23に取り付けられる複数のホルダ30の一部のみが描画されている。
As shown in FIG. 2, a plurality of
ホルダ30は、ホルダ本体30aと、一対のフック部34と、取付部32と、押さえ部材33とを備える。図2に示すように、一対のフック部34は、ホルダ本体30aのx方向における両端部に接続されている。ホルダ30は、一対のフック部34により第1及び第2の保持具22,23に係止されている。
The
ホルダ本体30aは、例えば、鉄、チタン、モリブデン、ステンレスなどの金属や合金からなる板により構成されている。
The holder
ホルダ本体30aには、少なくともひとつの開口30a1が形成されている。開口30a1には、取付部32が取り付けられている。詳細には、図3に示すように、取付部32は、開口30a1に対して着脱可能に挿入されている。
At least one opening 30a1 is formed in the
取付部32は、チタン及びモリブデンのうちの少なくとも一方を含む金属またはセラミックスからなることが好ましい。
The mounting
取付部32は、開口部31と、フランジ部32a(図4を参照)とを有する。開口部31は、スパッタリング成膜される被成膜部材4が挿入される部分である。フランジ部32aは、開口部31の内壁31aのz1側端部から内側に向かって突出している。フランジ部32aは、開口部31の全周にわたって設けられている。
The
開口部31のフランジ部32a側の内径寸法は、被成膜部材4の外径寸法と実質的に等しい。このため、開口部31に、被成膜部材4をフランジ部32aに当接するように挿入することにより、開口部31に対して被成膜部材4を高い位置精度で配置することができる。
The inner diameter dimension of the
また、開口部31の内壁31aは、テーパー部31a1と収納部31a2とを有する。開口部31のテーパー部31a1は、フランジ部32a側(z1側)に向かって先細るテーパー状である。このため、開口部31へ被成膜部材4を容易に挿入することができる。収納部31a2は、内壁部31aのフランジ部32a側(z1側)に設けられている。収納部31a2は、z方向に対して平行である。これにより、成膜前後において、カルーセル11が回転せず、被成膜部材4に遠心力がかからない状態であっても、被成膜部材4が取付部32によって安定して保持される。
Moreover, the
また、フランジ部32aと被成膜部材4とが当接する、フランジ部32aの当接部32a1は、径方向内側に向かってz1側に傾斜していることが好ましい。これにより、被成膜部材4の外径寸法が開口部31のフランジ部32a側の内径寸法よりも小さい場合であっても、成膜時の遠心力により、被成膜部材4が開口部31に対してセンタリングされ、高精度に位置決めされやすい。
Moreover, it is preferable that the contact part 32a1 of the
なお、被成膜部材4の形状は特に限定されない。被成膜部材4は、平板状であってもよいし、立体的な構造体であってもよい。
The shape of the
開口部31には、被成膜部材4が挿入された後に、押さえ部材33が開口部31の軸方向(z方向)に変位可能に挿入される。押さえ部材33は、押さえ部材本体33bと、突出部33aとを有する。押さえ部材本体33bは、被成膜部材4のフランジ部32aとは反対側(z2側)の主面全体を覆うように設けられている。これにより、被成膜部材4のz2側の主面の上に成膜されることを抑制することができる。
After the
突出部33aは、押さえ部材本体33bの周縁部からフランジ部32a側(z1側)に向かって突出するように設けられている。突出部33aは、押さえ部材本体33bの周縁部に沿って全周にわたって設けられている。押さえ部材33は、この突出部33aの先端面において被成膜部材4と当接している。即ち、押さえ部材33は、被成膜部材4と周縁部において当接している。押さえ部材33は、被成膜部材4の中央部とは当接していない。ホルダ本体30aには、脱落防止部材が取り付けられていてもよい。これにより、カルーセル11に遠心力がかからない状態であっても、押さえ部材33を取付部32に安定して保持することができる。
The protruding
突出部33aは、フランジ部32aと対向している対向部33a1を有する。対向部33a1は、開口部31の全周にわたって設けられている。
The
押さえ部材33は、被成膜部材4よりも重いことが好ましい。押さえ部材33は、被成膜部材4よりも1.5倍以上重いことがより好ましく、2倍以上重いことが特に好ましい。押さえ部材33は、例えば、アルミ、チタン、セラミックス等により構成することができる。
The pressing
次に、スパッタリング成膜装置1を用いたスパッタリング成膜について説明する。
Next, sputtering film formation using the sputtering
まず、開口部31a内に被成膜部材4を挿入し、さらにその後に、押さえ部材33を挿入する。そして、スパッタガスが充填され、かつ減圧された雰囲気に調整された成膜チャンバ10内において被成膜部材4及び押さえ部材33が挿入されたカルーセル11を回転させる。この状態でターゲットから原子を飛散させ、被成膜部材4の表面上に堆積させることにより薄膜を形成する。
First, the
カルーセル11の回転中においては、押さえ部材33がホルダ30と共に回転することにより、遠心力によりフランジ部32aに対して被成膜部材4を、カルーセル11の径方向外側に向けて押圧する。これにより、被成膜部材4が取付部32に固定される。
During the rotation of the
上述の通り、大型の被成膜部材を成膜することなどを目的として、カルーセルを大型化することが行われている。ところが、カルーセルが大型になると、成膜中のカルーセルの回転によって被成膜部材にかかる遠心力が大きくなる。被成膜部材に大きな遠心力がかかると、成膜中に被成膜部材がホルダに対して相対的に変位したり、姿勢が変化したりしやすくなる。成膜中に被成膜部材がホルダに対して相対的に変位したり、被成膜部材の姿勢が変化すると、被成膜部材に形成される薄膜の厚みや膜質がばらつく原因となる。 As described above, the carousel is increased in size for the purpose of forming a large film-forming member. However, when the carousel becomes large, the centrifugal force applied to the film forming member increases due to the rotation of the carousel during film formation. When a large centrifugal force is applied to the film-forming member, the film-forming member is likely to be displaced relative to the holder or change its posture during film formation. If the film forming member is displaced relative to the holder during film formation or the posture of the film forming member is changed, the thickness and quality of the thin film formed on the film forming member may vary.
被成膜部材をカルーセルのホルダに取り付ける方法としては、例えば複数の爪によって固定する方法が一般的に知られている。この場合、被成膜部材を強固に固定するために、被成膜部材を固定する爪の数を増やしたり、爪の面積を大きくすることが考えられる。 As a method of attaching the film forming member to the carousel holder, for example, a method of fixing with a plurality of claws is generally known. In this case, in order to firmly fix the film forming member, it is conceivable to increase the number of nails for fixing the film forming member or increase the area of the nail.
しかしながら、爪を多くしたり、大型化した場合であっても、成膜中に被成膜部材が変位したり、姿勢変化したりしないように強固に固定することは困難である。 However, even when the number of nails is increased or the size is increased, it is difficult to firmly fix the film forming member so that the film forming member is not displaced or the posture is not changed during film formation.
これに対して、スパッタリング成膜装置1においては、被成膜部材4が、押さえ部材33に付加する遠心力によって取付部32に固定される。この場合、カルーセルが大型になると、押さえ部材33に加わる遠心力も大きくなるため、被成膜部材4を強固に固定することができる。よって、被成膜部材4の変位や姿勢変化を効果的に抑制することができる。従って、成膜される薄膜の厚みや膜質がばらつくことを抑制することができる。
On the other hand, in the sputtering
また、この方法では、大型の爪を多数要さないため、被成膜部材4に占める成膜される領域の面積割合を大きくすることができる。換言すれば、被成膜部材4のより広い領域に成膜することが可能となる。つまり、被成膜部材4のより広い領域に対して均一な厚み及び膜質で成膜を行うことができる。
Further, in this method, since a large number of large claws are not required, the area ratio of the film formation region in the
被成膜部材4をより強固に固定する観点からは、押さえ部材33を被成膜部材4よりも重くして付与される遠心力を大きくすることが好ましい。
From the viewpoint of fixing the
本実施形態において、押さえ部材33は、取付部32のフランジ部32aと対向する突出部33aを有する。このため、カルーセル11が回転している状態では、突出部33aとフランジ部32aとにより被成膜部材4が狭持された状態となる。よって、成膜中に被成膜部材4が変位したり変形したりすることに起因して生じる膜厚や膜質のばらつきをより効果的に抑制することができる。特に、本実施形態においては、押さえ部材33の突出部33aは、開口部31の全周わたって設けられている。このため、カルーセル11が回転している状態では、突出部33aとフランジ部32aとにより被成膜部材4が全周にわたって挟持された状態となる。よって、成膜中に被成膜部材4が変位したり変形したりすることに起因して生じる膜厚や膜質のばらつきをより効果的に抑制することができる。
In the present embodiment, the pressing
本実施形態において、押さえ部材33は、被成膜部材4と周縁部において当接している。つまり、押さえ部材33は、被成膜部材4の中央部には当接していない。このため、被成膜部材4の中央部には押さえ部材33との接触による傷は発生しない。
In the present embodiment, the pressing
スパッタリング成膜装置は、高温下で使用されるため、成膜中に被成膜部材を取り付けるホルダが膨張などにより変形する虞がある。ホルダが変形すると、被成膜部材ががたつくなどして、膜厚や膜質にばらつきが生じる。これに対して、本実施形態において、ホルダ30の取付部32は、チタン及びモリブデンの少なくとも一方を含む金属、またはセラミックスからなる。このため、取付部32の熱膨張率が低い。よって、成膜が行われる際の高温下においても、取付部32が変形し難い。従って、膜厚や膜質にばらつきが生じることをより効果的に抑制することができる。
Since the sputtering film forming apparatus is used at a high temperature, there is a possibility that a holder for attaching a film forming member is deformed due to expansion or the like during film forming. When the holder is deformed, the film-forming member is rattled and the film thickness and film quality vary. On the other hand, in this embodiment, the
なお、本実施形態において、押さえ部材33の押さえ部材本体33bは、被成膜部材4と当接していない例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明において、押さえ部材33の中央部は、被成膜部材4と当接していてもよい。また、押さえ部材33の一方側主面全体が被成膜部材4と当接していてもよい。
In the present embodiment, the example in which the pressing member
1…スパッタリング成膜装置
4…被成膜部材
10…成膜チャンバ
11…カルーセル
12…ターゲット
13…ターゲット取付部
21…シャフト
22…第1の保持具
23…第2の保持具
30…ホルダ
30a…ホルダ本体
30a1…開口
31…開口部
31a…内壁
31a1…テーパー部
31a2…収納部
32…取付部
32a…フランジ部
32a1…当接部
33…押さえ部材
33a…突出部
33a1…対向部
33b…押さえ部材本体
34…フック部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ホルダは、スパッタリング成膜される被成膜部材が挿入される開口部と、前記開口部の内壁から内側に向かって突出しており、前記開口部に挿入される被成膜部材に当接するフランジ部とを有する取付部と、
前記開口部に、前記開口部の軸方向に変位可能に挿入され、前記ホルダと共に回転することにより、遠心力により前記フランジ部に対して前記被成膜部材を径方向外側に向けて押圧する押さえ部材と、
を備える、スパッタリング成膜装置のカルーセル。 A holder that rotates around a rotation axis and is disposed along a circumferential surface around the rotation axis;
The holder includes an opening into which a film-forming member to be formed by sputtering is inserted, and a flange that protrudes inward from an inner wall of the opening and contacts the film-forming member to be inserted into the opening A mounting portion having a portion;
A pressing member that is inserted into the opening so as to be displaceable in the axial direction of the opening, and rotates together with the holder to press the film forming member radially outward against the flange by centrifugal force. Members,
A carousel for a sputtering film forming apparatus.
前記カルーセルに対向して設けられており、ターゲットが取り付けられるターゲット取付部と、
を備える、スパッタリング成膜装置。 The carousel according to any one of claims 1 to 8,
A target mounting portion provided facing the carousel, to which a target is mounted;
A sputtering film forming apparatus comprising:
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