JP5764467B2 - スパッタ装置、ターゲット装置 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタ装置、ターゲット装置に関し、特に円筒形状のターゲットの内部空間から冷却水を排水する技術に関する。

特許文献１、２には、円筒形状のターゲットを有する従来のスパッタ装置が記載されている。円筒形状のターゲットは平板形状のターゲットに比べて使用効率がよいという利点がある。
円筒形状のターゲットをスパッタするときには、ターゲットの温度上昇を抑えるために、ターゲットの内部空間に冷却水を循環させて、ターゲットの冷却を行う。ターゲットの内部空間に供給された冷却水は、ターゲットの端部に設けられた排水孔から外部空間に排出される。

しかしながら、図３を参照し、ターゲット１２１の中心軸線が水平に向けられている場合には、ターゲット１２１の内部空間のうち排水孔１２６より下方に位置する冷却水１０２は、排水孔１２６に到達できず、ターゲット１２１の内部空間に残留してしまうという問題があった。

従来は、ターゲット１２１の中心軸線を水平面に対して斜めに傾けることにより、残留した冷却水の排水を行っていたが、ターゲット１２１を斜めに傾けるための機構や人手が必要であるという不都合があった。

特表２００２−５２９６００号公報 特表２００８−５１００６６号公報

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、円筒形状のターゲットの内部空間に冷却水が残留しにくいスパッタ装置、ターゲット装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行って、ターゲットの内部空間に減容ブロックを追加することを考えたが、ターゲットの内部空間は磁石部材等の他の部材によって既に空間を占められており、構造の観点から複雑な減容ブロックの設置は困難であることが分かった。

係る知見に基づいて成された本発明は、真空槽と、前記真空槽内に、中心軸線を水平に向けて配置された円筒形状のターゲットと、前記ターゲットの端部に固定された支持部材と、前記支持部材を前記ターゲットと一緒に前記中心軸線を中心に回転させる回転装置と、を有し、前記支持部材には、前記ターゲットの内部空間と外部空間とを連通させる給水孔と排水孔とが設けられ、前記給水孔から前記内部空間に冷却水が導入され、前記排水孔から排出されながら、前記ターゲットがスパッタされるスパッタ装置であって、前記ターゲットの前記内部空間には、ガスが供給されると体積が増加する風船部材が配置されたスパッタ装置である。
本発明はスパッタ装置であって、前記ターゲットが前記中心軸線を中心に回転するときに、前記風船部材は前記真空槽に対して静止されたスパッタ装置である。
本発明はスパッタ装置であって、前記風船部材は前記排水孔より下方に配置されたスパッタ装置である。
本発明は、円筒形状のターゲットと、前記ターゲットの端部に固定された支持部材と、前記支持部材を前記ターゲットと一緒に前記ターゲットの中心軸線を中心に回転させる回転装置と、を有し、前記支持部材には、前記ターゲットの内部空間と外部空間とを連通させる給水孔と排水孔とが設けられ、前記給水孔から前記内部空間に冷却水が導入され、前記排水孔から排出されるターゲット装置であって、前記ターゲットの前記内部空間には、ガスが供給されると体積が増加する風船部材が配置されたターゲット装置である。
本発明はターゲット装置であって、前記ターゲットは前記風船部材に対して前記中心軸線を中心に回転できるように構成されたターゲット装置である。

円筒形状のターゲットの内部空間に残留する冷却水の量を低減できるため、メンテナンス性が向上する。

本発明のスパッタ装置の内部構成図 （ａ）（ｂ）：ターゲット装置のＡ−Ａ線切断断面図 従来の円筒形状のターゲットの断面図

＜スパッタ装置の構造＞
本発明のスパッタ装置の構造を説明する。
図１は本発明のスパッタ装置１０の内部構成図である。

本発明のスパッタ装置１０は、真空槽１１とターゲット装置２０とを有している。
ターゲット装置２０は、円筒形状のターゲット２１と、ターゲット２１の端部に固定された支持部材２４と、支持部材２４をターゲット２１と一緒にターゲット２１の中心軸線Ｌを中心に回転させる回転装置２２とを有している。

本実施形態では、支持部材２４は円柱形状であり、中心軸線を水平に向けた状態で真空槽１１の側壁を気密に貫通して設けられている。支持部材２４の外周面と真空槽１１の側壁との間は不図示のシール部材により気密に封止されており、支持部材２４が中心軸線を中心に回転しても真空槽１１の気密性が維持されるようになっている。

ターゲット２１は中心軸線Ｌを支持部材２４の中心軸線と一致させた状態で真空槽１１内に配置され、ターゲット２１の一端は支持部材２４に固定されて支持されている。ターゲット２１の中心軸線Ｌは水平に向けられており、ターゲット２１の外周面は真空槽１１の内壁面から離間されている。

回転装置２２はここではモーターであり、真空槽１１の外側に配置され、支持部材２４に接続されている。回転装置２２から支持部材２４に動力が伝達されると、支持部材２４はターゲット２１と一緒に中心軸線Ｌを中心に回転するようになっている。

本実施形態では、ターゲット装置２０は、ターゲット２１の内部空間に配置された磁石部材２３を有している。
磁石部材２３はここでは細長形状であり、ターゲット２１の内部空間に中心軸線Ｌと平行に配置されている。磁石部材２３の磁極は中心軸線Ｌとは逆側に向けられて、ターゲット２１の内周面と対面されており、磁極から出た磁力線はターゲット２１を厚み方向に貫通して、ターゲット２１の外周面に磁場を形成している。

本実施形態では磁石部材２３は中心軸線Ｌより上方に配置され、磁石部材２３の磁極は上方に向けられており、ターゲット２１の外周面のうち上方を向いた部分に磁場が形成されている。
なお、磁石部材２３はターゲット２１の内周面とは離間されており、ターゲット２１が中心軸線Ｌを中心に回転するときに、磁石部材２３は真空槽１１に対して静止するようになっている。

支持部材２４には電源装置３１が電気的に接続されている。電源装置３１から支持部材２４に電圧が印加されると、支持部材２４を介してターゲット２１に電圧が印加されるようになっている。

真空槽１１には、真空排気部１２とスパッタガス供給部１３とがそれぞれ接続されている。
真空排気部１２により真空槽１１内が真空排気され、スパッタガス供給部１３から真空槽１１内にスパッタガスが供給され、電源装置３１からターゲット２１に電圧が印加されると、ターゲット２１の外周面上でスパッタガスは電離されてプラズマが生成され、プラズマ中の荷電粒子は磁石部材２３の磁場に捕捉されて、ターゲット２１の外周面がスパッタされるようになっている。

ターゲット２１の外周面がスパッタされるときに、回転装置２２によりターゲット２１を中心軸線Ｌを中心に回転させると、ターゲット２１の外周面は周方向に亘って均一にスパッタされ、ターゲット２１の使用効率が高くなる。

ターゲット２１の支持部材２４とは逆側の端部には蓋部材２７が固定されており、ターゲット２１の一端と他端はそれぞれ支持部材２４と蓋部材２７により水密に蓋されている。
支持部材２４には、ターゲット２１の内部空間と外部空間とを連通させる給水孔２５と排水孔２６とがそれぞれ設けられている。

本実施形態では、排水孔２６は支持部材２４を中心軸線Ｌと同軸状に貫通して設けられ、排水孔２６には排水管３６が挿入されている。排水管３６の外周面と排水孔２６の内周面との間には不図示のシール部材（例えばオーリング）が配置され、水密に封止されている。

支持部材２４が中心軸線Ｌを中心に回転するときには、排水管３６は磁石部材２３に対して静止され、すなわち真空槽１１に対して静止されるようになっている。このときシール部材により排水管３６の外周面と排水孔２６の内周面との間の封止状態は維持され、水漏れが起こらないようになっている。

排水管３６の内側にはここでは同軸状に給水管３５が挿入され、給水孔２５は給水管３５の内部空間で構成されている。
給水管３５の一端と配水管３６の一端はそれぞれ真空槽１１の外側まで延ばされ、冷却水を循環させる冷却水循環部３２に接続されている。

冷却水循環部３２から給水管３５に冷却水が供給されると、冷却水は給水管３５の他端からターゲット２１の内部空間に流出される。ターゲット２１の端部は支持部材２４と蓋部材２７により水密に塞がれており、ターゲット２１の内部空間は冷却水で満たされるようになっている。
ターゲット２１の内部空間に満たされた冷却水は排水管３６の他端に流入して冷却水循環部３２に戻されるようになっている。

本実施形態では、給水管３５の他端はターゲット２１の長手方向に沿って蓋部材２７まで伸ばされており、給水管３５の側面には、給水管３５の内部空間とターゲット２１の内部空間とを連通させる流出孔３４が複数個、長手方向に沿って並んで設けられている。

給水管３５に供給された冷却水は、各流出孔３４からそれぞれターゲット２１の内部空間に流出されるようになっており、ターゲット２１は長手方向に亘って均等に冷却され、ターゲット２１の冷却効率が向上している。

図２はターゲット装置２０のＡ−Ａ線切断断面図である。
本発明のターゲット装置２０では、ターゲット２１の内部空間には、ガスが供給されると体積が増大する風船部材２８が配置されている。

風船部材２８は弾性を有する部材から成る中空の袋であり、ここではポリエーテルエーテルケトン樹脂から成る。風船部材２８の復元力により、ガスが供給される前は風船部材２８はしぼんでおり、狭い空間でも容易に設置できるようになっている。
風船部材２８はここでは細長形状であり、ターゲット２１の内部空間のうち中心軸線Ｌから見て磁石部材２３とは逆側に、中心軸線Ｌと平行に配置されている。

風船部材２８は、ターゲット２１が中心軸線Ｌを中心に回転するときに、真空槽１１に対して静止されるようになっている。すなわち、ターゲット２１は風船部材２８に対して中心軸線Ｌを中心に回転できるように構成されている。そのため、ターゲット２１が中心軸線Ｌを中心に回転するときに、真空槽１１に対して静止されたターゲット２１内の他の部材（例えば磁石部材２３）と風船部材２８とが衝突することはない。

図１と図２（ａ）の図面上では、風船部材２８はターゲット２１の内周面と離間して配置されているが、ターゲット２１の内周面と接触して配置され、ターゲット２１が中心軸線Ｌを中心に回転するときには、風船部材２８がターゲット２１の内周面を摺動するように構成してもよい。

風船部材２８には通気管３９が接続され、通気管３９の端部は排水管３６の内側を通って真空槽１１の外側まで伸ばされ、真空槽１１の外側に配置されたガスポンプ３８に接続されている。
ガスポンプ３８からガスが放出されると、ガスは通気管３９の内側を通って風船部材２８に供給され、図２（ｂ）を参照し、風船部材２８は膨らんで体積が増大する。

風船部材２８は、ターゲット２１の内周面と離間して配置されている場合には、中心軸線Ｌとは逆向きに膨らみ、ターゲット２１の内周面と接触して配置されている場合には、中心軸線Ｌに向かって膨らむようになっており、風船部材２８の体積が増大すると、増大量だけターゲット２１の内部空間のうち中心軸線Ｌから見て磁石部材２３とは逆側の空間の体積が減少する。

本実施形態では、風船部材２８は排水孔２６より下方に配置され、磁石部材２３は風船部材２８の上方に配置されており、風船部材２８が膨らむと、ターゲット２１の内部空間のうち排水孔２６より下方の空間の体積が減少するようになっている。

＜スパッタ装置の使用方法＞
本発明のスパッタ装置１０の使用方法を説明する。

（成膜工程）
真空排気部１２により真空槽１１内を真空排気して、真空雰囲気を形成する。以後、真空排気を継続して、真空槽１１内の真空雰囲気を維持する。

真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながら、真空槽１１内に基板５０を搬入し、ターゲット２１の外周面のうちスパッタされる部分と対面する位置に配置する。本実施例では基板５０をターゲット２１の上方に水平に配置する。

冷却水循環部３２から給水管３５を通してターゲット２１の内部空間に冷却水を供給し、ターゲット２１の内部空間を冷却水で満たして、ターゲット２１を冷却する。ターゲット２１の内部空間に満たされた冷却水は排水管３６を通って冷却水循環部３２に戻される。
以後、冷却水循環部３２による冷却水の循環を継続して、ターゲット２１を冷却し続ける。

回転装置２２によりターゲット２１を中心軸線Ｌを中心に回転させておく。
スパッタガス供給部１３から真空槽１１内にスパッタガス（例えばＡｒガス）を供給し、電源装置３１からターゲット２１に電圧を印加すると、スパッタガスはターゲット２１の外周面上で電離されてプラズマが生成される。

本実施形態では、ターゲット２１の外周面のうち上方を向いた部分には磁石部材２３による磁場が形成されており、プラズマ中の荷電粒子は磁場に捕捉され、ターゲット２１の外周面のうち上方を向いた部分がスパッタされる。

ターゲット２１は中心軸線Ｌを中心に回転しており、ターゲット２１の外周面は周方向に亘って均等にスパッタされる。
ターゲット２１の外周面のうち上方を向いた部分から放出されたスパッタ粒子は、ターゲット２１の上方に配置された基板５０の表面に到達して、基板５０の表面に薄膜が形成される。

基板５０表面に所望の膜厚の薄膜を形成した後、ターゲット２１への電圧印加を停止し、真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながら成膜済みの基板５０を真空槽１１の外側へ搬出する。
次いで、未成膜の基板５０を真空槽１１内に搬入し、上述の成膜工程を繰り返す。

複数枚の基板５０の成膜を繰り返すと、ターゲット２１の外周面は徐々に削られて、ターゲット２１の厚みが減少し、ターゲット２１に穴が空いて冷却水が真空槽１１内に漏れ出すおそれがある。そのため、ターゲット２１に穴が空く前に後述するメンテナンス工程を行う。

（メンテナンス工程）
冷却水循環部３２から給水管３５への冷却水の供給を停止する。
ターゲット２１の内部空間のうち、排水孔２６と同じ高さ又は排水孔２６より上方の空間に位置する冷却水は、排水管３６に流入してターゲット２１の外部空間に排出され、冷却水の水面の高さは徐々に降下するが、排水孔２６より下方の空間に位置する冷却水は排水管３６に到達できず、ターゲット２１の内部空間に残留する。

ガスポンプ３８から通気管３９を通して風船部材２８にガスを供給すると、図２（ｂ）を参照し、風船部材２８は膨らんで、ターゲット２１の内部空間のうち排水孔２６より下方の空間の体積が減少し、排水孔２６より下方の空間に位置する冷却水は、風船部材２８により押し上げられて排水孔２６から排出され、ターゲット２１の内部空間に残留する冷却水の量が減少する。

風船部材２８を膨らませて冷却水を排水させた後、ターゲット２１を支持部材２４から分離させ、ターゲット２１の交換を行う。ターゲット２１の内部空間に残留する冷却水の量は減少しており、ターゲット２１を支持部材２４から分離させるときに、ターゲット２１と支持部材２４との間から冷却水が漏れ出して、周囲の機器を浸水させるおそれがなく、メンテナンス性が向上する。

なお、上述のスパッタ装置１０では、風船部材２８は排水孔２６より下方に配置され、磁石部材２３は風船部材２８の上方に配置され、ターゲット２１の外周面のうち上方を向いた部分がスパッタされるように構成されていたが、本発明はこの構成に限定されず、風船部材２８は排水孔２６より上方に配置され、磁石部材２３は風船部材２８の下方に配置され、ターゲット２１の外周面のうち下方を向いた部分がスパッタされるように構成されていてもよいし、風船部材２８と磁石部材２３とは水平方向に並んで配置され、ターゲット２１の外周面のうち水平方向に向いた部分がスパッタされるように構成されていてもよい。

これらの別構成のスパッタ装置１０では、風船部材２８と磁石部材２３とを真空槽１１に対して中心軸線Ｌを中心に回転移動させる補助回転装置を有し、成膜工程後、メンテナンス工程の前に、風船部材２８と磁石部材２３とを中心軸線Ｌを中心に回転させて、風船部材２８を排水孔２６より下方に配置し、磁石部材２３を風船部材２８の上方に配置した状態で、メンテナンス工程を行う。

１０……スパッタ装置
１１……真空槽
２０……ターゲット装置
２１……ターゲット
２２……回転装置
２４……支持部材
２５……給水孔
２６……排水孔
２８……風船部材

Claims (5)

1. 真空槽と、
   前記真空槽内に、中心軸線を水平に向けて配置された円筒形状のターゲットと、
   前記ターゲットの端部に固定された支持部材と、
   前記支持部材を前記ターゲットと一緒に前記中心軸線を中心に回転させる回転装置と、
   を有し、
   前記支持部材には、前記ターゲットの内部空間と外部空間とを連通させる給水孔と排水孔とが設けられ、
   前記給水孔から前記内部空間に冷却水が導入され、前記排水孔から排出されながら、前記ターゲットがスパッタされるスパッタ装置であって、
   前記ターゲットの前記内部空間には、ガスが供給されると体積が増加する風船部材が配置されたスパッタ装置。
2. 前記ターゲットが前記中心軸線を中心に回転するときに、前記風船部材は前記真空槽に対して静止された請求項１記載のスパッタ装置。
3. 前記風船部材は前記排水孔より下方に配置された請求項１記載のスパッタ装置。
4. 円筒形状のターゲットと、
   前記ターゲットの端部に固定された支持部材と、
   前記支持部材を前記ターゲットと一緒に前記ターゲットの中心軸線を中心に回転させる回転装置と、
   を有し、
   前記支持部材には、前記ターゲットの内部空間と外部空間とを連通させる給水孔と排水孔とが設けられ、
   前記給水孔から前記内部空間に冷却水が導入され、前記排水孔から排出されるターゲット装置であって、
   前記ターゲットの前記内部空間には、ガスが供給されると体積が増加する風船部材が配置されたターゲット装置。
5. 前記ターゲットは前記風船部材に対して前記中心軸線を中心に回転できるように構成された請求項４記載のターゲット装置。

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