JP5775175B2 - スパッタリング装置およびシールド - Google Patents
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Description
本発明は、スパッタリング装置、ならびに、それに組み込まれるターゲットおよびシールドに関する。
集積回路、ディスプレイパネル、ディスクなどの製造において、半導体ウェハ、ガラスパネル、樹脂ディスクなどの基板の上に膜を形成するためにスパッタリングが使用されうる。スパッタリングは、ターゲットの表面にイオンを衝突させ、これによって該表面から放出される粒子を基板の上に堆積させて膜を形成する成膜技術である。ターゲットは、バッキングプレートに固定される。バッキングプレートは、冷却手段によって冷却され、これによってターゲットが冷却される。バッキングプレートはまた、ターゲットに電圧を印加する電極としても機能する。
図８は、本願発明の課題を説明するために本願の発明者が作成した図面であり、同図には、スパッタリング装置におけるターゲット５の周辺部が模式的に示されている。スパッタリング装置は、バッキングプレート７と、ターゲット５をバッキングプレート７に固定する固定部１３と、ターゲット５の周囲を取り囲むシールド１４とを有しうる。固定部１３は、ターゲット５をバッキングプレート７に押し付けるように螺子等によってバッキングプレート７に固定されうる。シールド１４は、固定部１３を覆うようにターゲット５の周囲に配置されうる。基板Ｓを保持する基板保持部４とバッキングプレート７との間に与えられる電圧によって引き起こされる放電によって発生したイオンがターゲット５に衝突し、これによってターゲット５から粒子が放出される。この粒子は、膜を形成すべき基板Ｓのほか、シールド１４にも堆積し堆積物ＤＰを形成しうる。堆積物ＤＰがシールド１４から剥がれ落ちると、基板Ｓ、または、スパッタリング装置のチャンバ壁１内の処理空間１２を汚染しうる。
堆積物ＤＰの形成は、ターゲット５の表面、即ちイオンが衝突し粒子が放出される部分に近い部分ほど顕著になりうる。そこで、シールド１４の内側部分（ターゲット５に対向している部分）をターゲット５から離隔することも考えられるが、これではシールド１４の代わりに固定部１３などに堆積物が形成されることになるので、シールド１４が本来の目的を果たせない。
本発明は、発明者による上記の課題認識を契機としてなされたものであり、シールドやターゲットを固定するための固定部への堆積物の形成を低減するために有利な技術を提供する。
本発明の第１の側面は、バッキングプレートと、ターゲットを前記バッキングプレートに固定するための固定部と、前記ターゲットの周囲を取り囲むシールドとを有し、処理空間においてスパッタリングによって基板に膜を形成するスパッタリング装置に係り、前記シールドは、開口部を有し、前記固定部は、前記ターゲットの周辺部を前記バッキングプレートに押し付けることによって前記ターゲットを前記バッキングプレートに固定するように構成され、前記シールドは、前記固定部を介することなく前記バッキングプレートに対面する対面部と、前記対面部の外側の外側部とを有し、前記対面部と前記バッキングプレートとの間隔が、前記外側部と前記バッキングプレートとの間隔より小さく、
前記シールドの前記処理空間に面する内面は、前記内面と前記バッキングプレートとの距離が前記外側部から前記対面部に向かうに従って小さくなるように傾斜した部分を含む。
前記シールドの前記処理空間に面する内面は、前記内面と前記バッキングプレートとの距離が前記外側部から前記対面部に向かうに従って小さくなるように傾斜した部分を含む。
本発明の第２の側面は、バッキングプレートと、ターゲットを前記バッキングプレートに固定するための固定部とを有し、処理空間においてスパッタリングによって基板に膜を形成するスパッタリング装置において前記ターゲットの周囲を取り囲むように配置されるシールドに係り、前記シールドは、開口部を有し、前記固定部は、前記ターゲットの周辺部を前記バッキングプレートに押し付けることによって前記ターゲットを前記バッキングプレートに固定するように構成され、前記シールドは、前記固定部を介することなく前記バッキングプレートに対面する対面部と、前記対面部の外側の外側部とを有し、前記対面部と前記バッキングプレートとの間隔が、前記外側部と前記バッキングプレートとの間隔より小さく、前記シールドの前記処理空間に面する内面は、前記内面と前記バッキングプレートとの距離が前記外側部から前記対面部に向かに従って小さくなるように傾斜した部分を含む。
本発明の第３の側面は、スパッタリング装置において使用されるターゲットに係り、本体部と、前記本体部を取り囲む鍔部とを有し、前記鍔部が環状の凹部を有する。
本発明によれば、シールドやターゲットを固定するための固定部への堆積物の形成を低減するために有利な技術が提供される。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の実施形態のスパッタリング装置の基本構成を示す図。
本発明の第１実施形態のスパッタリング装置の部分的な構成を示す図。
本発明の第２実施形態のスパッタリング装置の部分的な構成を示す図。
本発明の第３実施形態のスパッタリング装置の部分的な構成を示す図。
本発明の第４実施形態のスパッタリング装置の構成を示す図。
本発明の第５実施形態のスパッタリング装置の部分的な構成を示す図。
本発明の第６実施形態のスパッタリング装置の部分的な構成を示す図。
課題を説明するための図。
以下、添付図面を参照しながら本発明の特定の実施形態を説明するが、これは本発明を限定することを意図したものではない。
まず、図１を参照しながら本発明のスパッタリング装置の１つの実施形態における基本構成を説明する。本発明の１つの実施形態のスパッタリング装置１００は、バッキングプレート７と、ターゲット５をバッキングプレート７に固定する固定部１３と、ターゲット５の周囲を取り囲むシールド１４とを有しうる。固定部１３は、ターゲット５をバッキングプレート７に押し付けるように螺子等の締結部品３１２によってバッキングプレート７に固定されうる。バッキングプレート７は熱伝導性の観点から導電性のシート等を有しうる。ターゲット５は、放電によって発生するプラズマに晒されるので、その温度が上昇し膨張しうる。そこで、固定部１３は、ターゲット５が膨張することを許容するようにターゲット５を固定しうる。シールド１４は、固定部１３を覆うようにターゲット５の周囲に配置されうる。これにより固定部１３の温度の上昇が抑えられうる。バッキングプレート７は、絶縁部材１０を介してチャンバ壁１に固定されうる。バッキングプレート７は、チャンバ壁１とともに処理容器を構成しうる。
スパッタリング装置１００は、チャンバ壁１によって外部空間から隔てられた処理空間１２においてスパッタリングによって基板Ｓに膜を形成するように構成されうる。具体的には、基板Ｓを保持する基板保持部４とバッキングプレート７との間に与えられる電圧によって引き起こされる放電によって発生したイオンがターゲット５に衝突し、これによってターゲット５から粒子が放出される。この粒子が基板Ｓの上に堆積することによって基板Ｓの上に膜が形成される。ターゲット５からの粒子は、基板Ｓのほか、シールド１４にも堆積し堆積物を形成しうる。処理空間１２は、チャンバ壁１に設けられた排気口３を通してターボ分子ポンプなどの排気装置２によって排気され減圧される。処理空間１２には、不図示のガス供給部を通してスパッタガス（例えば、アルゴン）が導入されうる。
スパッタリング装置１００は、ターゲット５の周囲に磁場を提供するマグネット８を備えることができ、マグネトロンスパッタリング装置として構成されうる。マグネット８は、マグネット８とターゲット５とによってバッキングプレート７が挟まれるように配置されうる。ターゲット５は、その全体がターゲット材で構成されてもよいが、例えば、バッキングプレート７と接触するプレート部材（例えば、無酸素銅で構成されたプレート部材）の上にターゲット材を半田等で接合した構成を有してもよい。
以下、図１のほか図２を参照しながら本発明の第１実施形態のスパッタリング装置について説明する。シールド１４は、開口部ＯＰを有する。ターゲット５は、シールド１４の開口部ＯＰの内側に配置される本体部ＭＢと、本体部ＭＢを取り囲む鍔部ＦＬとを有しうる。鍔部ＦＬは、バッキングプレート７の側の面である第１面５１と、第１面５１の反対側の面である第２面５２とを有する。固定部１３は、ターゲット５の周辺部である鍔部ＦＬをバッキングプレート７に押し付けることによってターゲット５をバッキングプレート７に固定するように構成されうる。
シールド１４は、固定部１３を介することなくバッキングプレート７に対面する対面部１４１と、対面部１４１の外側の外側部１４２とを有する。ここで、外側部１４２は、開口部ＯＰを基準として、対面部１４１の外側に配置されている。固定部１３を介することなくバッキングプレート７に対面する対面部１４１とバッキングプレート７との間隔Ｇ１は、外側部１４２とバッキングプレート７との間隔Ｇ２より小さいことが好ましい。これは、例えば、ターゲット５から放出された粒子がシールド１４とターゲット５との間隙を通して固定部１３に至って固定部１３に堆積することを防止するために効果的である。また、これは、シールド１４の対面部１４１をバッキングプレート７の側に近づけるために有利であり、これは、ターゲット５から放出された粒子による対面部１４１への堆積物の形成を低減するために効果的である。なお、ターゲット５が固定部１３によってバッキングプレート７に取り付けられている場合には、ターゲット５を取り去った状態において固定部１３を介することなくバッキングプレート７と対面する部位を対面部１４１とする。
更に、シールド１４における処理空間１２に面する内面Ｓ１は、内面Ｓ１とバッキングプレート７との距離Ｄ１が外側部１４２から対面部１４１に向かうに従って小さくなるように傾斜した部分（以下、第１傾斜部）を含むことが好ましい。ここで、第１傾斜部は、図２に例示されるような断面において、直線状に傾斜した部分であってもよいし、曲線を構成するように傾斜した部分であってもよい。
更に、固定部１３の処理空間１２の側の面ＦＳは、面ＦＳとバッキングプレート７との距離Ｄ３がシールド１４の開口部ＯＰの内側に向かうに従って小さくなるように傾斜した部分（以下、第２傾斜部）を含み、シールド１４の内面Ｓ１と反対側の面Ｓ２は、面Ｓ２とバッキングプレート７との距離Ｄ２が外側部１４２から対面部１４１に向かうに従って小さくなるように傾斜した部分（以下、第３傾斜部）を含むことが好ましい。このように固定部１３に第２傾斜部を設け、それに面するシールド１４の面Ｓ２に第３傾斜部を設けた構成によれば、シールド１４の対面部１４１をよりバッキングプレート７あるいはターゲット５の鍔部ＦＬに近づけることができ、これによりターゲット５から放出された粒子による対面部１４１への堆積物の形成を低減することができる。
シールド１４の処理空間１２に面する内面Ｓ１とバッキングプレート７との最小距離ＤＭは、ターゲット５の最大厚さＴＭよりも小さいことが好ましい。これもまた、ターゲット５から放出された粒子による対面部１４１への堆積物の形成を低減するために効果的である。
次に、図１のほか図３を参照しながら本発明の第２実施形態のスパッタリング装置について説明する。なお、第２実施形態として特に言及しない事項については、第１実施形態に従いうる。第２実施形態では、シールド１４の対面部１４１は、図３に例示されるように、バッキングプレート７に向かって突出した突出部１４５を含む。これは、ターゲット５から放出された粒子がシールド１４とターゲット５との間隙を通して固定部１３に至って固定部１３に堆積することを防止するために効果的である。
次に、図１のほか図４を参照しながら本発明の第３実施形態のスパッタリング装置について説明する。なお、第３実施形態として特に言及しない事項については、第１、第２実施形態に従いうる。第３実施形態では、シールド１４の内面Ｓ１に設けた第３傾斜部が第１実施形態よりも大きくされ、例えば、固定部１３が配置された領域よりも外側方向（「外側方向」は、シールド１４の開口部ＯＰを基準とする外側を意味する）まで拡大されている。このような構造は、シールド１４の強度を高めることに寄与する。また、このような構造は、点線で例示するような円筒面ＣＳを有するようなシールドに比べ、シールドの内面の面積を大きくすることができるので、シールドの内面に形成される堆積物の厚さを薄くするために有利である。例えば、円筒面ＣＳの領域Ａ１に形成されうる堆積物の体積とシールド１４の領域Ａ２に形成されうる堆積物の体積とが等しいとすれば、領域Ａ１よりも領域Ａ２の方が広いので、領域Ａ１に形成される堆積物の厚さよりも領域Ａ２に形成される堆積物の厚さの方が薄くなる。つまり、第３実施形態は、シールド１４の内面Ｓ１に形成される堆積物を薄くし、内面Ｓ１からの堆積物の剥がれを防止するために効果的である。
次に、図５を参照しながら本発明の第４実施形態のスパッタリング装置について説明する。なお、第４実施形態として特に言及しない事項については、第１〜第３実施形態に従いうる。第４実施形態では、シールド１４の処理空間１２に面する内面Ｓ１は、シールド１４の開口部ＯＰから遠ざかるに従って、バッキングプレート７の中心軸ＡＸからの距離Ｒが大きくなり、その後に小さくなる。これは、ターゲット５から放出された粒子が外側方向に拡散することを防止するために有利である。
次に、図６を参照しながら本発明の第５実施形態のスパッタリング装置について説明する。なお、第５実施形態として特に言及しない事項については、第１〜第４実施形態に従いうる。第５実施形態では、ターゲット５の本体部ＭＢは、その周辺部に傾斜面ＴＰを有する。このようなターゲット５の構造により、本体部ＭＢの側面における鍔部ＦＬに垂直な部分ＶＳの面積が小さくなる。ここで、本体部ＭＢの側面における鍔部ＦＬに垂直な部分ＶＳには、ターゲット５から放出された粒子が付着し堆積物が形成されやすく、これが剥がれると基板Ｓや処理空間１２を汚染しうる。そこで、ターゲット５の本体部ＭＢの周辺部に傾斜面ＴＰを設けて、本体部ＭＢの側面における鍔部ＦＬに垂直な部分ＶＳの面積を小さくすることが好ましい。このようなターゲット５の使用は、第１〜第４実施形態として説明したスパッタリング装置１００の使用との相乗効果により基板Ｓの汚染などの低減において優れた効果を発揮しうる。
次に、図１のほか図７を参照しながら本発明の第６実施形態のスパッタリング装置について説明する。なお、第６実施形態として特に言及しない事項については、第１〜第５実施形態に従いうる。第６実施形態では、ターゲット５は、鍔部ＦＬに環状の凹部ＲＲを有し、シールド１４に設けられた突出部１４５は、ターゲット５の凹部ＲＲに対面している。これにより、処理空間１２から固定部１３に至る経路が屈曲し、あるいはラビリンスシール状になるので、ターゲット５から放出された粒子が固定部１３に至って固定部１３に堆積することを防止するために効果的である。
（実施例）
ターゲット５としては、例えば、純金属（例えばチタン）、又は、合金（例えばアルミニウムと銅との合金）、誘電体（例えばＳｉＯ２）などのターゲット材を使用することができる。ターゲット５は、そのコンタクト面がバッキングプレート７のコンタクト面に接触するように固定部１３によってバッキングプレート７に固定される。バッキングプレート７は、例えば、無酸素銅などの熱伝導性が良い材料で構成されうる。ターゲット５は、例えば、鍔部ＦＬの外径が１８０ｍｍ、鍔部ＦＬの厚さが３ｍｍであり、本体部（被スパッタ部）ＭＢの外径が１６０ｍｍ、本体部ＭＢの厚さが１４ｍｍでありうる。
ターゲット５としては、例えば、純金属（例えばチタン）、又は、合金（例えばアルミニウムと銅との合金）、誘電体（例えばＳｉＯ２）などのターゲット材を使用することができる。ターゲット５は、そのコンタクト面がバッキングプレート７のコンタクト面に接触するように固定部１３によってバッキングプレート７に固定される。バッキングプレート７は、例えば、無酸素銅などの熱伝導性が良い材料で構成されうる。ターゲット５は、例えば、鍔部ＦＬの外径が１８０ｍｍ、鍔部ＦＬの厚さが３ｍｍであり、本体部（被スパッタ部）ＭＢの外径が１６０ｍｍ、本体部ＭＢの厚さが１４ｍｍでありうる。
固定部１３は、例えば、ステンレス鋼で構成されうる。固定部１３の処理空間１２の側の面ＦＳにおける第２傾斜面とバッキングプレート７のコンタクト面（これは、典型的には、ターゲット５のコンタクト面、ターゲット５の鍔部ＦＬの第１面５１および第２面５２に平行である。）に平行な面との間の角度Ａ（図４参照）は、例えば、２０度〜６０度の角度であることが好ましく、例えば３０度でありうる。
シールド１４は、例えば、アルミニウム合金で形成されうる。シールド１４で構成され、固定部１３の処理空間１２に面する内面Ｓ１における第１傾斜部およびその反対側の面Ｓ２における第３傾斜部は、例えば、固定部１３の処理空間１２の側の面ＦＳにおける第２傾斜部と平行でありうる。固定部１３とシールド１４との間には、アーク放電を防ぎ、かつ、プラズマの発生を防ぐように、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍの間隔にされうる。シールド１４の対面部１４１および外側部１４２の厚さは、例えば、６ｍｍ以上であることが好ましい。
突出部１４５を設ける場合、突出部１４５の鍔部ＦＬ側の面と鍔部ＦＬとの間隙は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍでありうる。シールド１４の対面部１４１の内側部分とターゲット５の本体部ＭＢの側面との間隙は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍでありうる。
ターゲット５の傾斜部ＴＰを設ける場合、傾斜部ＴＰは、ターゲット５のコンタクト面に平行な面に対して１５〜３０度であることが好ましく、例えば、２５度でありうる。
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
本願は、２０１１年１２月１２日提出の日本国特許出願特願２０１１−２７１６６３を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
Claims (10)
- バッキングプレートと、ターゲットを前記バッキングプレートに固定するための固定部と、前記ターゲットの周囲を取り囲むシールドとを有し、処理空間においてスパッタリングによって基板に膜を形成するスパッタリング装置であって、
前記シールドは、開口部を有し、
前記ターゲットは、前記開口部の内側に配置される本体部と、前記本体部を取り囲む鍔部とを有し、
前記固定部は、前記ターゲットの周辺部を前記バッキングプレートに押し付けることによって前記ターゲットを前記バッキングプレートに固定するように構成され、
前記シールドは、前記固定部によって前記バッキングプレートに固定された前記ターゲットの前記鍔部に対して前記固定部を介することなく対面する対面部と、前記対面部の外側の外側部とを有し、前記対面部と前記バッキングプレートとの間隔が、前記外側部と前記バッキングプレートとの間隔より小さく、
前記シールドの前記処理空間に面する内面は、前記内面と前記バッキングプレートとの距離が前記外側部から前記対面部に向かうに従って小さくなるように傾斜した部分を含み、
前記固定部の前記処理空間の側の面は、当該面と前記バッキングプレートとの距離が前記開口部の内側に向かうに従って小さくなるように傾斜した部分を含み、
前記シールドの前記内面と反対側の面は、当該面と前記バッキングプレートとの距離が前記外側部から前記対面部に向かうに従って小さくなるように傾斜した部分を含む、
ことを特徴とするスパッタリング装置。 - 前記対面部は、前記バッキングプレートに向かって突出した突出部を含む、
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。 - 前記ターゲットは、前記鍔部に環状の凹部を有し、前記突出部は、前記凹部に対面している、
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。 - 前記シールドは、前記開口部から遠ざかるに従って厚さが厚くなる部分を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。 - 前記シールドの前記処理空間に面する内面は、前記開口部から遠ざかるに従って、前記バッキングプレートの中心軸からの距離が大きくなった後に小さくなる、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。 - 前記ターゲットの前記本体部は、その周辺部に傾斜面を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。 - バッキングプレートと、ターゲットを前記バッキングプレートに固定するための固定部とを有し、処理空間においてスパッタリングによって基板に膜を形成するスパッタリング装置において前記ターゲットの周囲を取り囲むように配置されるシールドであって、
前記シールドは、開口部を有し、
前記ターゲットは、前記開口部の内側に配置される本体部と、前記本体部を取り囲む鍔部とを有し、
前記固定部は、前記ターゲットの周辺部を前記バッキングプレートに押し付けることによって前記ターゲットを前記バッキングプレートに固定するように構成され、
前記シールドは、前記固定部によって前記バッキングプレートに固定された前記ターゲットの前記鍔部に対して前記固定部を介することなく対面する対面部と、前記対面部の外側の外側部とを有し、前記対面部と前記バッキングプレートとの間隔が、前記外側部と前記バッキングプレートとの間隔より小さく、
前記シールドの前記処理空間に面する内面は、前記内面と前記バッキングプレートとの距離が前記外側部から前記対面部に向かに従って小さくなるように傾斜した部分を含み、
前記固定部の前記処理空間の側の面は、当該面と前記バッキングプレートとの距離が前記開口部の内側に向かうに従って小さくなるように傾斜した部分を含み、
前記シールドの前記内面と反対側の面は、前記内面と前記バッキングプレートとの距離が前記外側部から前記対面部に向かうに従って小さくなるように傾斜した部分を含む、
ことを特徴とする記載のシールド。 - 前記対面部は、前記バッキングプレートに向かって突出した突出部を含む、
ことを特徴とする請求項７に記載のシールド。 - 前記シールドは、前記開口部から遠ざかるに従って厚さが厚くなる部分を含む、
ことを特徴とする請求項７または８に記載のシールド。 - 前記シールドの前記処理空間に面する内面は、前記開口部から遠ざかるに従って、前記バッキングプレートの中心軸からの距離が大きくなった後に小さくなる、
ことを特徴とする請求項７または８に記載のシールド。
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