JP5841172B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

本発明はスパッタリング装置に関する。特に、ターゲットとマグネットとの距離を調節できるスパッタリング装置に関する。

成膜プロセスを制御するためにターゲットとマグネットの距離を可変させるカソードにおいて、高周波を導入する際にはマグネットとカソードボディは、これらの部材の間での異常放電を防ぐため同電位とすることが望ましい。

ターゲットをカソードマグネットとの距離（ＴＭ距離）を調節できるスパッタリング装置（例えば、特許文献１参照）では、マグネットとカソード(ボディ)を柔軟性のある薄板（銅板）で電気的に接続することで同電位にしている。

特開２００１−０８１５５４号公報

しかしながら、マグネットが動くたびに薄板が動く構造では、薄板を配置する絶縁空間（スペース）が必要であった。また、薄板の繰り返しの動きによって、薄板を締結しているネジが緩む懸念があった。さらに、銅板の形状変化による電気抵抗変化により通電状態が変化し電気抵抗が変動する恐れがあるため定期的に交換する必要があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、メンテナンスが容易であり、電気的に安定なマグネットとターゲットの距離を可変できるスパッタリング装置を提供する。

本発明に係るスパッタリング装置は、ターゲットを配置できるカソードボディと、カソードボディに配置されたターゲットの表面に磁場を生じさせるカソードマグネットと、カソードマグネットを回転させるとともに、カソードボディに対して接近又は離間させるマグネット駆動装置と、カソードボディとカソードマグネットが同電位になるように電力を印加する電力印加装置と、を備え、マグネット駆動装置は、カソードマグネットに連結されるマグネット支持部と、マグネット支持部をカソードボディに対して接近又は離間する方向に移動できるように支持するスライド支持手段とを有し、前記マグネット支持部は、前記カソードマグネットに連結されたマグネット支持軸と、前記マグネット支持軸に回転力を伝達するマグネット回転軸と、前記マグネット支持軸にベアリングを介して連結され、前記カソードボディに対して接近又は離間する方向にマグネット支持軸を移動させる移動部材と、を有し、前記スライド支持手段は、前記カソードボディと前記移動部材の間に配置されたアウタスプラインと、前記マグネット回転軸と前記マグネット支持軸の間に配置されるインナスプラインとを備え、前記電力印加装置は、前記アウタスプライン及び前記インナスプラインを介して前記カソードマグネットに電力を供給することを特徴とする。

スプラインを介してマグネットとカソードボディを通電するため、信頼性が高く、メンテナンスが容易なスパッタリング装置を提供できる。

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。
本発明の第１の実施形態に係るスパッタリング装置の概略図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す図。 図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るスパッタリング装置の概略図である。 図４のスプライン軸部分の拡大図である。 本発明の第３の実施形態に係るスパッタリング装置の概略図である。 図６のスプライン軸部分の拡大図である。

以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変できることは勿論である。

（第1の実施形態）
図１〜図３に基づいて本発明の第１の実施形態に係るスパッタリング装置を説明する。図１に示すスパッタリング装置１は、内部を真空排気できる真空容器１０にカソード装置５が取り付けられて構成されている。真空容器１０内には、基板Ｗを保持できる基板ホルダー１４が配置されており、カソード装置５に取り付けられたターゲット１６が基板ホルダー１４に保持された基板Ｗに対向している。ターゲット１６はカソードボディ２１に取り付けられており、カソードボディ２１の裏側にはターゲット１６の表面に磁場（磁力）を生じさせるカソードマグネット２３が配置されている。

カソードボディ２１は真空隔壁として機能するとともに基板ホルダー１４に対向する位置にターゲット１６を取り付けることができる。カソード装置５は、真空容器１０の上部に絶縁体２５を介して設けられたカソードボディ２１に対してカソードマグネット２３の上下方向の位置を調整できる。なお、マグネット２３は、マグネット回転軸３１（マグネット支持部）に取り付けられたヨークとヨークのターゲット側に設けられた永久磁石を有している。また、下部ハウジング３４はカソードボディ２１を構成する部材の一つである。

カソード装置５の構成について説明する。カソード装置５は、カソードマグネット２３を回転させながら、上下方向（ターゲット１６と接近又は離間方向）に移動させるマグネット駆動装置と、カソードマグネット２３とカソードボディ２１に電力を供給し、同電位を印加する電力印加装置を備えている。

マグネット駆動装置は、カソードマグネット２３を支持するマグネット回転軸３１、マグネット回転軸３１をカソードボディ２１に対して上下動可能（移動可能）に支持するスプライン３３、マグネット回転軸３１をカソードボディ２１に対して回転可能に支持するベアリング３５、マグネット回転軸３１を上下方向に動かすモータ５１、マグネット回転軸３１を回転させるモータ６１を備えている。スプライン３３（スライド支持手段）はカソードボディ２１（下部ハウジング３４）に取り付けられている。モータ５１，６１はいずれもフレーム３６を介して真空容器１０側に取り付けられている。

モータ５１の回転力は、出力軸５１ａ、ボールネジ５３、上部ハウジング６５、絶縁体６７、マグネット回転軸３１を介してマグネット２３に伝達され、カソードボディ２１の中でマグネット２３を上下動させる。ボールネジ５３のねじ軸５３ａと雌ねじ５３ｂは、それぞれ出力軸５１ａと上部ハウジング６５に連結されており、上部ハウジング６５がモータ５１の回転に従って上下動する。上部ハウジング６５は、ベアリング５５を介して雌ねじ５３ｂに取り付けられているので、上部ハウジング６５と絶縁体６７とマグネット回転軸３１はボールネジ５３の配置によらずカソードマグネット２３を回転させることができる。また、上部ハウジング６５とフレーム３６の間にはリニアガイド６９が取り付けられ、上部ハウジング６５の上下方向以外の方向への移動を規制している。

モータ６１の回転力は、出力軸６１ａ、上部スプライン６３、上部ハウジング６５、絶縁体６７、マグネット回転軸３１を介してカソードマグネット２３に伝達され、カソードボディ２１の中でカソードマグネット２３を回転させる。すなわち、上部ハウジング６５、絶縁体６７、マグネット回転軸３１は回転しながら上下動するように構成されている。なお、出力軸５１ａ，６１ａはそれぞれベアリング５２，５２に軸支されている。

スプライン３３と上部スプライン６３について説明する。図２Ａ、Ｂにそれぞれ、図１のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図を示す。Ａ−Ａ断面図は上部スプライン６３部分の断面であり、Ｂ−Ｂ断面図はスプライン３３部分の断面である。図２Ａに示した上部スプライン６３は、スプラインナット６３ａの内側にスプライン軸６３ｂが嵌め込まれて構成されている。スプラインナット６３ａの内周と、スプライン軸６３ｂの外周にはそれぞれ上下方向に形成された溝を有している。そして、球状の係止部材６３ｃが、スプラインナット６３ａとスプライン軸６３ｂの溝にそれぞれ係止されるように配置されている。このため上部スプライン６３は、スプラインナット６３ａとスプライン軸６３ｂの間で係止部材６３ｃを介して回転力を伝達しながら、スプラインナット６３ａに対してスプライン軸６３ｂは上下方向にスライドできる。

上部スプライン６３は、上部ハウジング６５と出力軸６１ａの間に配置されている。スプラインナット６３ａは上部ハウジング６５に連結され、スプライン軸６３ｂは出力軸６１ａに連結されている。スプラインナット６３ａと上部ハウジング６５の間には位置ずれを防止するために滑り止め６５ａが配置されている。このため、出力軸６１ａの回転力を上部ハウジング６５に伝達しながら、出力軸６１ａに対して上部ハウジング６５を上下動することができる。

図２Ｂに示したスプライン３３は上部スプライン６３と同様の構造である。スプライン３３はスプラインナット３３ａの内側にスプライン軸３３ｂが嵌め込まれて構成されており、係止部材３３ｃがスプラインナット３３ａとスプライン軸３３ｂの溝にそれぞれ係止されるように配置されている。そのためスプライン３３は、スプラインナット３３ａとスプライン軸３３ｂの間で回転力を伝達しながら、スプラインナット３３ａに対してスプライン軸３３ｂは上下方向にスライドできる。なお、本実施形態のスプライン軸３３ｂはマグネット回転軸３１と一体に構成されているため、以後、スプライン軸３３ｂとマグネット回転軸３１は同一の部材として記述する。

スプライン軸３３ｂはマグネット回転軸３１と一体に構成されており、スプラインナット３３ａはベアリング３５を介して下部ハウジング３４に連結されている。ベアリング３５は、スプラインナット３３ａと下部ハウジング３４の間に配置され、スプラインナット３３ａの回転が下部ハウジング３４に伝達されないようになっている。このため、マグネット回転軸３１だけを回転させながら、下部ハウジング３４に対してマグネット回転軸３１を上下動することができる。

また、マグネット回転軸３１、スプライン３３、上部スプライン６３は、いずれも回転軸を同一直線上に一致させて配置されている。同一直線上に配置することでカソード装置５をコンパクトな構造にできる。

電力印加装置について説明する。電力印加装置（図１参照）は、外部の電源４３に電気的に接続された電気導入部材４１を有している。電気導入部材４１は、導電性の下部ハウジング３４に接続されている。下部ハウジング３４は、ベアリング３５とスプライン３３を介してマグネット回転軸３１と、カソードボディ２１に電気的に連結されている。また、スプライン３３を構成するスプラインナット３３ａ、スプライン軸３３ｂ、係止部材３３ｃはいずれも導電性の金属（例えばステンレス）であり、スプラインナット３３ａとスプライン軸３３ｂの間で良好な導電性を有している。同様に、ベアリング３５も導電性の良好なものを用いている。

マグネット回転軸３１はカソードマグネット２３に連結され、カソードボディ２１にはターゲット１６が取り付けられている。そのため、下部ハウジング３４、カソードボディ２１、ターゲット１６、マグネット回転軸３１、カソードマグネット２３は電気導入部材４１と導通し、同じ電気状態（高電圧部）となる。なお、本実施形態の電気導入部材４１は下部ハウジング３４にねじで固定さているが、導電するように連結されればよく、溶接などでもかまわない。

また、絶縁体２５，６７によって、真空容器１０、フレーム３６、モータ５１，６１などの駆動部品はアース電位とされている。すなわち、電気導入部材４１は、真空容器１０、フレーム３６などに接触することなくカソードボディ２１に接続できる。そして、電気導入部材４１とカソードボディ２１の接続位置はカソードマグネット２３の動作（回転、上下）による位置変動がない常に固定された位置となる。

電気導入部材４１から印加された電圧は、カソードボディ２１を介してターゲット１６側とカソードマグネット２３側に通電される。すなわち、1つの電気導入部材４１の１箇所の電気導入部分からターゲット側とマグネット側に通電できる。また、電気導入部材４１が接続される下部ハウジング３４からカソードマグネット２３へは、マグネット回転軸３１と１つのスプライン３３が介在するだけなので安定してカソードマグネット２３に通電できる。なお、電気導入部材４１からの通電路を図１中に矢印で図示した。

本実施形態によれば、スプライン３３を介して電気的に確実、安定してカソードマグネット２３に通電し、ターゲット１６とカソードマグネット２３を同電位にできるため、異常放電の懸念がない、安定したプラズマ放電を実現できる。また、マグネット駆動装置は上部スプライン６３を用いることで、カソードマグネット２３の回転駆動源であるモータ６１を上下させない構成である。そのため、モータ６１を上下動しないように配置できる。

（第２の実施形態）
図３，図４に基づいて本発明の第２の実施形態に係るスパッタリング装置２について説明する。第１の実施形態と同様の部材、配置等には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第２の実施形態は第１の実施形態と比べてマグネット駆動装置の構成に違いがある。具体的には、マグネット回転軸３１と移動部材７１とマグネット支持軸７５を備えている点に大きな違いがある。マグネット回転軸３１はモータ６１の回転力をカソードマグネット２３（マグネット支持軸７５）に伝達する部材であり上下動しない。なお、本実施形態でのマグネット支持部としては、マグネット回転軸３１と移動部材７１とマグネット支持軸７５が該当する。スライド支持手段としてスプライン７３（アウタスプライン）とスプライン７７（インナスプライン）を備えている。

移動部材７１は、マグネット回転軸３１の外周側に備えられた管状の部材であり、ボールねじ５３の動きに伴いカソードマグネット２３（マグネット支持軸７５）を上下動するが、回転しない。マグネット支持軸７５は、カソードマグネット２３に連結された管状の部材である。マグネット支持軸７５の内側にはマグネット回転軸３１の先端部分がスプライン７７（インナスプライン）を介して配置されている。マグネット回転軸３１はマグネット支持軸７５及び移動部材７１と同軸に配置されている。すなわち、マグネット支持軸７５とマグネット回転軸３１の間にはスプライン７７が配置されている。そのため、マグネット回転軸３１はマグネット支持軸７５に回転力を伝達しながら、マグネット支持軸７５は上下動することができる。

マグネット回転軸３１と移動部材７１の間にはベアリング７９が配置されている。ベアリング７９は、マグネット支持軸７５を回転自在に移動部材７１に支持する。マグネット支持軸７５はベアリング７９と移動部材７１とともに上下動する。また、移動部材７１と下部ハウジング３４との間にはスプライン７３が配置され、移動部材７１の上下動の位置ずれを防いでいる。スプライン７３（アウタスプライン）は下部ハウジング３４に対して移動部材７１を上下方向にのみスライド可能に支持する部材である。なお、移動部材７１は回転しない構成であるため、スプライン７３に替えてスライドブッシュを用いてもよい。

上記構成により本実施形態に係るスパッタリング装置２は、第１の実施形態のスパッタリング装置１とほぼ同様の作用効果を奏する。すなわち、スプライン７３とベアリング７９を介して電気的に安定してカソードマグネット２３に通電し、ターゲット１６とカソードマグネット２３を同電位にできるため、異常放電の懸念がない、安定したプラズマ放電を実現できる。

（第３の実施形態）
図５，図６に基づいて本発明の第２の実施形態に係るスパッタリング装置３について説明する。第１の実施形態と同様の部材、配置等には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施形態は第１の実施形態と比べてマグネット駆動装置の構成に違いがある。本実施形態に係るスパッタリング装置３は、第１の実施形態と同様、通電ラインはロータリースプラインを１つ通過するだけである。スライド支持手段としてスプライン８３（アウタスプライン）とスプライン８５（インナスプライン）を備えている。

具体的には、マグネット回転軸３１と移動部材８１を備えている点に大きな違いがある。マグネット回転軸３１はモータ６１の回転力をカソードマグネット２３（移動部材８１）に伝達する部材であり、上下動しない。なお、本実施形態でのマグネット支持部としては、マグネット回転軸３１と移動部材８１が該当する。

移動部材８１は、マグネット回転軸３１の外周側に備えられた管状の部材であり、ボールねじ５３の動きに伴いカソードマグネット２３を上下動し、さらにマグネット回転軸３１の回転に伴い回転する。移動部材８１はカソードマグネット２３に連結されている。マグネット回転軸３１は移動部材８１と同軸に配置されている。マグネット回転軸３１と移動部材８１の間にはスプライン８３（インナスプライン）が配置されている。移動部材８１と下部ハウジング３４の間にはスプライン８５（アウタスプライン）とベアリング８７が配置されている。スプライン８５が移動部材８１に接しており、ベアリング８７が下部ハウジング３４に接して配置されている。そのため、移動部材８１は回転しながら上下動することができる。なお、スプライン８５とベアリング８７は一体に構成（ロータリースプライン）することができる。

上記構成により本実施形態に係るスパッタリング装置３は、第１の実施形態のスパッタリング装置１とほぼ同様の作用効果を奏する。すなわち、スプライン８５とベアリング８７を介して電気的に安定してカソードマグネット２３に通電し、ターゲット１６とカソードマグネット２３を同電位にできるため、異常放電の懸念がない、安定したプラズマ放電を実現できる。

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１６日提出の日本国特許出願特願２０１１−２７５４９０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 (5)

1. ターゲットを配置できるカソードボディと、
   前記カソードボディに配置された前記ターゲットの表面に磁場を生じさせるカソードマグネットと、
   前記カソードマグネットを回転させるとともに、前記カソードボディに対して接近又は離間させるマグネット駆動装置と、
   前記カソードボディと前記カソードマグネットが同電位になるように電力を印加する電力印加装置と、を備え、
   前記マグネット駆動装置は、前記カソードマグネットに連結されるマグネット支持部と、前記マグネット支持部を前記カソードボディに対して接近又は離間する方向に移動できるように支持するスライド支持手段とを有し、
   前記マグネット支持部は、前記カソードマグネットに連結されたマグネット支持軸と、前記マグネット支持軸に回転力を伝達するマグネット回転軸と、前記マグネット支持軸にベアリングを介して連結され、前記カソードボディに対して接近又は離間する方向にマグネット支持軸を移動させる移動部材と、を有し、
   前記スライド支持手段は、前記カソードボディと前記移動部材の間に配置されたアウタスプラインと、前記マグネット回転軸と前記マグネット支持軸の間に配置されるインナスプラインとを備え、
   前記電力印加装置は、前記アウタスプライン及び前記インナスプラインを介して前記カソードマグネットに電力を供給することを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記マグネット支持部は、前記カソードマグネットとともに回転するマグネット回転軸であり、
   前記マグネット回転軸は、前記カソードボディに対して接近又は離間する方向に移動し、
   前記スライド支持手段は、前記カソードボディと前記マグネット回転軸の間に配置され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。
3. 前記マグネット支持軸及び前記移動部材はいずれも管状の部材であり、
   前記マグネット回転軸は、前記マグネット支持軸及び前記移動部材と同軸に配置され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。
4. ターゲットを配置できるカソードボディと、
   前記カソードボディに配置された前記ターゲットの表面に磁場を生じさせるカソードマグネットと、
   前記カソードマグネットを回転させるとともに、前記カソードボディに対して接近又は離間させるマグネット駆動装置と、
   前記カソードボディと前記カソードマグネットが同電位になるように電力を印加する電力印加装置と、を備え、
   前記マグネット駆動装置は、前記カソードマグネットに連結されるマグネット支持部と、前記マグネット支持部を前記カソードボディに対して接近又は離間する方向に移動できるように支持するスライド支持手段とを有し、
   前記マグネット支持部は、前記カソードマグネットに連結されるとともに前記カソードボディに対して接近又は離間する方向に移動する移動部材と、前記移動部材に回転力を伝達するマグネット回転軸と、を有し、
   前記スライド支持手段は、前記カソードボディと前記移動部材の間に配置されるアウタスプラインと、前記移動部材と前記マグネット回転軸の間に配置されるインナスプラインとを備え、
   前記電力印加装置は、前記アウタスプラインを介して前記カソードマグネットに電力を供給することを特徴とするスパッタリング装置。
5. 前記移動部材は管状の部材であり、
   前記マグネット回転軸は、前記移動部材と同軸に配置されることを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装置。