JP5922761B2 - スパッタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空チャンバを有するスパッタリング装置に係り、特に、スパッタリングに使用するターゲットを複数のターゲットの間でシャッター機構によって切り替えることが可能なスパッタリング装置に関する。

従来から、真空室内で基板上に薄膜を堆積させる成膜装置は、様々な産業分野において古くから用いられている。最近は半導体デバイスやメモリに代表されるように、ナノメーターオーダーという極薄膜を積層する需要が高まっている。こうした要求に応えるため、高純度の極薄膜を堆積可能な物理蒸着(Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ; ＰＶＤ)の中でも、１つのチャンバに２つ以上のターゲットを配し、該複数のターゲットを各々異なる材料とすることで、高い生産性及び界面制御性で積層構造を形成することができる装置が多用されている。

図７は従来技術の一例であるところの複数ターゲットを備えたスパッタリング装置である。このような装置は、例えば特許文献１に開示されている。

図７において、７０１は、気密構造となるよう構成された真空チャンバであり、チャンバ壁に設けられた排気口７０２を通じて図示しない排気手段へ接続され、さらにスパッタガス導入手段７０３が接続されている。

真空チャンバ７０１内にはステージ７０６が設けられており、ステージ７０６は、被処理体７０７を固定可能なように構成される。真空チャンバ７０１内には、金属の純物質又は化合物からなるターゲット７０４、７０５が配置されており、ターゲット７０４、７０５は真空チャンバ７０１と電気的に絶縁された上で図示しないＤＣ電源に接続されている。ＤＣ電源とターゲット７０４、７０５との間には、図示しない切り替え手段が接続されており、ターゲット７０４又は７０５のいずれかを選択して一方に電力を供給できるようになっている。

さらに、ターゲット７０４、７０５と被処理体７０７との間には、図示しない回転機構を備えたシャッター機構７０８が設けられており、回転機構によってシャッター機構７０８を駆動させることで、ターゲット７０４又は７０５のいずれかを遮蔽状態とし、もう一方のターゲットを被処理体７０７に対して露出させることができる。

ターゲット７０４、７０５には、大気側に近接して図示しないマグネットがそれぞれ設けられており、ターゲット７０４、７０５のスパッタされる面に磁場を形成可能である。被処理体７０７をステージ７０６へ固定し、例えばＤＣ電力の切り替え手段をターゲット７０４側へ接続状態とし、さらにシャッター機構７０８を駆動させてターゲット７０５側を遮蔽状態とすることで、ターゲット７０４からスパッタされた粒子によって被処理体７０７に膜を形成することができる。また、切り替え手段及びシャッター機構７０８を逆側へ切り替え、ターゲット７０５へＤＣ電力を供給することで、被処理体７０７をチャンバから取り出すことなくターゲット７０５の膜を積層可能である。

ところが、上記のような技術においては、スパッタされているターゲットから、スパッタに使用していないターゲット表面及び近傍のシールドにスパッタ粒子が付着し、ターゲットを切り替えて成膜を行う場合にコンタミネーションが発生するという問題が有った。

そこで上述の特許文献１に開示されている技術では、図７の装置においてターゲット７０４の近傍にガス導入管７１０及びバルブ７０９が設けられ、ターゲット７０５の近傍に別のガス導入管７１１及びバルブ７１２が設けられている。このような構成において、スパッタガス導入手段７０３から導入されるガスとは別に、使用しない側のターゲット近傍のガス導入管及びバルブを通じてガス（以下、パージガスと表記）を導入し、使用しないターゲット近傍の圧力がスパッタ空間の圧力よりも高くなるようにすることで、スパッタされているターゲットからのコンタミネーションを防ぐことが可能としている

ところが、特許文献１の技術においては、スパッタガスとは別にパージガスを導入することで、スパッタで使用されているターゲット近傍にパージガスが到達し、意図したスパッタ性能が発揮できないという欠点が有った。

このようにスパッタされているターゲットから外部へのスパッタ粒子漏れを低減する技術として、さらに特許文献２が開示されている（図８）。特許文献２では、回転シャッター８０１がさらに直進方向の駆動も可能なように構成されており、ターゲット８０２を遮蔽する場合にターゲット８０２の側面部までを覆うように駆動可能であるため、ターゲット８０２から周囲へスパッタ粒子が漏れるのを防止可能としている。なお、図８において、８０３はアノード電極、８０６はアノード電極８０３をカバー可能なリング状のカバーである。

しかしながら、これらの駆動機構においてモーター等の動力源は大気圧側に設ける必要があるため、真空チャンバ内のシャッター機構において直線駆動と回転とを同時に実現するためには複雑な機構を必要とし、装置の信頼性を低下させコストの増加を招くという難点がある。

さらに、二重回転シャッタ機構を有するスパッタリング装置でクロスコンタミネーションの防止を図ることができるスパッタリング装置として、特許文献３が開示されている（図９）。特許文献３には、真空容器９１１内に設けられた複数のスパッタリングカソード９４２と、二重回転シャッタ機構と、第１の防着シールド９３８とを備えたスパッタリング装置が開示されている。二重回転シャッタ機構は、互いに独立に回転可能に配設された第１のシャッタ板９３２及び第２のシャッタ板９３４を含む。第１のシャッタ板９３２、第２のシャッタ板９３４には、それぞれ少なくとも１つの開口部９３２ａ、９３４ａが形成されている。第２のシャッタ板９３４は、第１のシャッタ板９３２よりもスパッタリングカソード９４２から遠い位置に配置されている。第１の防着シールド９３８は、スパッタリングカソード９４２と第１のシャッタ板９３２との間に配設され、スパッタリングカソード９４２の第１のシャッタ板９３２側の前面領域の側面を囲んでいる。

特許文献３では、二重回転シャッタ機構を構成する２枚のシャッタ板９３２、９３４のうち、ターゲット９４４側に配設された第１のシャッタ板９３２に形成された第１の開口部９３２ａの周囲かつ第２のシャッタ板９３４との間に、円筒状の第２の防着シールド９３７が設けられている。また、スパッタリングカソード９４２と第１のシャッタ板９３２との間には、ターゲット９４４の前面領域の周囲を囲むように円筒状の第１の防着シールド９３８が配設される。これにより、スパッタ物質が第１のシャッタ板９３２と第２のシャッタ板９３４の間、及び、第１のシャッタ板９３２とスパッタリングカソード９４２との間の隙間を通ることができなくなり、クロスコンタミネーションの発生を防止することができる。

一方、特許文献４には、入射角を小さくできるスパッタリング装置が開示されている(図１０)。特許文献４には、真空槽４１１と、真空槽４１１内に配置された基板配置部４１３と、基板配置部４１３と対向して配置された複数のターゲット４０５１〜４０５９とを有するスパッタリング装置において、基板配置部４１３と複数のターゲット４０５１〜４０５９との間には、複数の孔４３１、４３２、４３３が形成されたシールド板４２１〜４２３が間隔を開けて配置されたスパッタリング装置が開示されている。特許文献４では、ターゲット４０５１〜４０５３から斜めに飛び出したスパッタリング粒子はシールド板４２１〜４２３の表面に付着し、垂直に飛び出したものだけが基板４１２表面に到達できる。従って、高アスペクトの微細孔内に薄膜を均一に形成することができる。スパッタリングガスをターゲット４０５１〜４０５３付近から導入し、反応性ガスを基板４１２付近から導入し、基板４１２付近から真空排気すると、ターゲット４０５１〜４０５３側には反応性ガスが進入しないので、ターゲット４０５１〜４０５３表面の変質を防止できる。

特開平０４-２０２７６８号公報 特開昭５８-２１０１６６号公報 特開２０１０-２０９４６３号公報 特許第４１３７２７７号公報

しかしながら、特許文献３において、駆動部品であるシャッター板周囲のクリアランスを狭めることは、該シャッター板が干渉する危険性を高めることになり、装置信頼性を低下させる要因となる。

一方、特許文献４のスパッタリング装置は、ターゲット４０５１〜４０５３から斜めに飛び出したスパッタリング粒子はシールド板４２１〜４２３の表面に付着し、垂直に飛び出したものだけが基板４１２表面に到達でき、高アスペクトの微細孔内に薄膜を均一に形成することができる。しかし、特許文献４のスパッタリング装置はターゲット間のコンタミネーションを抑制することはできず、本発明者の知りうる範囲でこの点を解消するものは未だ知られていない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、複数ターゲットを備えたスパッタ装置において、信頼性を損ねることなくターゲット間のコンタミネーションを抑制可能な技術の提供を目的とする。

上記の問題を解決するため、本願の請求項第1記載の発明は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ基板を保持するための基板ステージと、前記基板ステージと対向して設けられ各々ターゲットを保持するための複数のカソード電極と、前記基板ステージと前記カソード電極との間に配置され、前記複数のターゲットの各々に対向する位置に孔が形成された防着板とが配置されたスパッタ装置であって、前記ターゲットを前記基板に露出させる少なくとも１つの孔が形成されており、回転軸を中心として回転することにより、前記ターゲットと前記基板とを遮蔽状態にしたり非遮蔽状態にしたりするシャッター板を前記防着板と前記基板ステージとの間に有し、前記防着板と前記シャッター板との対向する各々の面に該シャッター板の回転軸を中心とする同心状の凹凸形状が形成されており、前記各々の面に形成された前記凹凸形状は、それぞれの凹部と凸部とが互いに向かい合い、かつ、それぞれの凹部と凸部とが互い違いとなるように形成されていることを特徴とするスパッタ装置である。

ここで、防着板は、ターゲットの間の壁面部に膜が付着しないように設けられるが、特にこの領域に限らずさらに広い範囲を保護するものであっても良い。例えば前記真空チャンバ内壁のターゲット側半分を覆うような形状でもよい。また、防着板は１枚のシールド板で構成される必要もなく、複数のシールド板を組み合わせた形状であってもよい。

ここで、シャッター板は、各ターゲットの使用・不使用いずれの状態においても、各々のターゲットの間にシャッター板に凹凸形状が形成されたシールド面が設けられていれば、シャッター板の形状は特に制限されるものではなく、例えば、シャッター板を１枚の円形シールド板より形成し、前記円形シールド板にスパッタ粒子を通過させるための開口を設けておき、これを該円形シールド板の中心を軸として自転させることで使用ターゲットを切り替えるような機構でも良い。また、各々のターゲットの間に円形シールド板で形成されたシャッター板をそれぞれ設け、複数の円形シールド板でこの機能を達成しても良い。また、シャッター板を１枚の円形シールド板より形成し、１枚のシールド板に複数の開口を設けておき、角度によって１つのターゲットのみならず２つ以上のターゲットを同時にスパッタに使用可能としたものでもよい。

上記目的を達成するために、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記凹凸形状における凹部の幅は前記ターゲットの大きさよりも小さいことを特徴とするスパッタ装置である。

円弧状の凹凸に関しては、シャッター板の回転軸を中心として円弧を描く形状であれば断面形状に特に制限は無く、矩形や三角形、曲線などで構成される凹凸であってよい。また、シャッター板が移動方向に沿って凹凸形状が形成されていれば、円弧状でなくてもよい。

また、凹凸が形成された防着板とシャッター板の対向する各々の面の裏側面の形状は本発明の効果に影響を与えない。

すなわち、防着板とシャッター板自体が凹凸に屈曲されたような形状で裏面側に凹凸が形成されていてもよく、防着板とシャッター板に突起又は溝が形成されたような形状で裏面側には凹凸が形成されていない構成でもよい。さらに、円弧状の凹凸は、１本であっても複数本であってもよく、円弧が途中で切断されるような形状であっても問題はない。

上記目的を達成するために、請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記シャッター板に形成された凹凸形状における凸部の高さと前記防着板に形成された凹凸形状における凸部の高さが同じあることを特徴とするスパッタ装置である。

上記目的を達成するために、請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記シャッター板に形成された凹凸形状における凸部の高さと前記防着板上に形成された凹凸形状における凸部の高さが、前記シャッター板に形成された凹凸形状における凸部と前記防着板上に形成された凹凸形状における凹部との間隔および前記シャッター板に形成された凹凸形状における凹部と前記防着板上に形成された凹凸形状における凸部との間隔より大きいことを特徴とするスパッタ装置である。

上記目的を達成するために、請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか1項に記載の発明において、前記防着板に形成されている凹凸形状と前記シャッター板に形成されている凹凸形状は、それぞれ前記防着板と前記シャッター板の母材とは異なる材料からなる膜で形成されていることを特徴とするスパッタ装置である。ここで、膜で形成されているとは、例えば溶射やＣＶＤ，スパッタなど種々の技術を使用することができる。また、凸部にのみ膜が付与された形状でも良いし、前記形成された膜の膜厚を場所によって変えることにより凹凸が形成されても良い。

上記目的を達成するために、請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか1項に記載の発明において、前記複数のターゲットは、前記回転軸を中心とした同一円周状に配置されているスパッタ装置である。ここでは、ターゲットの中心が前記回転軸に対して同一円周状であればよく、ターゲット面の角度やターゲットと被処理体の距離などは任意に構成することができる。

上記目的を達成するために、請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の発明において、前記シャッター板と前記防着板とが対向するそれぞれの面は、曲面であることを特徴とするスパッタ装置である。

上記目的を達成するために、請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか1項に記載の発明において、前記防着板が前記シャッター板と対向する面の凹凸形状における凹部の内径をRn、該凹部の幅をWn、該凹部の両側の凸部の円弧角のうち小さい方をθnとしたとき、(Rn+Wn)cos(θn/2） ≦ Rn であることを特徴とするスパッタ装置である。

上記目的を達成するために、請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれか1項に記載の発明において、前記基板ステージと前記ターゲットとの間のスパッタリング空間を取り囲む第１のシールドと、前記ターゲットの外周を取り囲む筒状の第２のシールドをさらに備えることを特徴とするスパッタ装置である。

上記目的を達成するために、請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれか1項に記載の発明において、前記防着板が前記シャッター板と対向する面にスパッタガスの吐出口を備えることを特徴とするスパッタ装置である。

上記目的を達成するために、請求項１１記載の発明は、請求項９又は請求項１０記載の発明において、前記筒状の第２のシールドの先端にスパッタガスの吐出口を備えることを特徴とするスパッタ装置である。

上記目的を達成するために、請求項１２記載の発明は、請求項９から１１のいずれか1項に記載の発明において、前記第２のシールドと前記防着板とが、前記第２のシールドの全周に渡って接触していることを特徴とするスパッタ装置である。ここで、第２のシールドと防着板は、ガスやスパッタ粒子の通過を遮蔽できる形態であればどのような接触状態でも問題なく、第２のシールドのどの部分で接触しているかは問わない。接触状態についても、両者が締結されていても、単に接触しているのみであっても問題ない。

本願の請求項１記載の発明によれば、複数のターゲットを備えたスパッタ装置において、真空チャンバの壁面を保護する防着板とシャッター板とによって各ターゲットの間に向かい合うシールド面が形成され、さらに該シールド面に互いに向かい合う凹凸形状がシャッター板の回転軸を中心とする同心状に形成されている。

前記凹凸形状は互いに向かい合っており、かつ同心状に形成されているため、前記シャッター板の回転によって前記シャッター板と前記防着板とが接触することがなく、よって、信頼性を損ねる懸念がない。

本願の請求項２記載の発明によれば、該凹凸形状における凹部の幅がターゲットの大きさよりも小さく形成されているため、スパッタを行っているターゲットから使用していないターゲットへスパッタ粒子が到達する軌道を大幅に制限し、コンタミネーションを抑制することができる。

また、本願の請求項第３記載の発明によれば、シャッター板の駆動の信頼性とコンタミネーション防止の両立において望ましい。

また、本願の請求項第４記載の発明によれば、前記シャッター板と前記防着板との間をスパッタ粒子が通過することが効果的に妨げられる。

また、本願の請求項第５記載の発明によれば、前記円弧状の凹凸形状が、防着板と又はシャッター板の母材とは異なる材質の膜によって形成されているため、該防着板やシャッター板にスパッタ膜が一定量付着した場合に、該膜を選択的に除去することにより容易に再生を行うことができ、装置の運用コスト低減に寄与することができる。

また、本願の請求項第６記載の発明によれば、複数のターゲットが、シャッター板の回転軸を中心として同一円周状に配置されているため、スパッタ粒子を遮蔽するための円弧状凹凸形状を、該ターゲットの間に効果的に配置することができる。

また、本願の請求項第７の発明によれば、前記シャッター板と前記防着板とが対向するそれぞれの面が互いに曲面となっており、ターゲット間のスパッタ粒子の移動をさらに妨げることができるため好ましい。

また、本願の請求項第８の発明によれば、前記防着板が前記シャッター板と対向する面の凹凸形状における凹部の内径をRn、該凹部の幅をWn、該凹部の両側の凸部の円弧角のうち小さい方をθnとしたとき、(Rn+Wn) cos ( θn/2 ） ≦ Rn を満たすように形成されている。この条件式は、円弧状通路の両端を直線で結ぶことができない場合に成立する。すなわち、一方のターゲットから放出されたスパッタ粒子が、円弧状の前記凹凸形状における凹部を通過して別のターゲットへ飛翔するとき、必ず円弧状の通路の壁面に衝突することになり、直接入射することが不可能となるため、スパッタ粒子によるコンタミ防止に好ましい。

また、本願の請求項第9の発明によれば、前記ターゲットの外周を取り囲む筒状の第２のシールドを更に設けることにより、ターゲットと前記防着板との間からスパッタ粒子が飛散するのを防止できる。更に前記基板ステージと前記ターゲットとの間のスパッタリング空間を取り囲む第１のシールドを更に設けることにより、ターゲットと前記防着板との間からスパッタ粒子が飛散しても、真空チャンバーの内壁にスパッタ粒子が飛散することを防止できる。

また、本願の請求項第１０の発明によれば、前記防着板が前記シャッター板と対向する第一の面にスパッタガスの吐出口設けられているため、コンタミネーションを抑制すべきターゲットの間において、吐出口領域のガス圧が他の領域よりも高くなるよう構成可能である。更に、吐出口の圧力の高い領域においては、スパッタ粒子がガス分子に衝突する確率が高くなり運動エネルギーを下げることができる。従って、スパッタ粒子が凹凸形状が形成されたシールド面に衝突した場合に捕捉される確率を上げることができるため好ましい構成である。

また、本願の請求項１１の発明によれば、ターゲット周囲に配された第２のシールド先端にスパッタガスの吐出口が構成されるため、前記第２のシールド先端部の圧力が、他の領域に比べて高圧となる。このため、スパッタされた粒子が他のターゲットへコンタミネーションされるのを抑制することができ、装置構成上望ましい。

また、本願の請求項１２の発明によれば、前記第２のシールドの先端が前記防着板と接触しているため、前記第２のシールドと前記防着板との空隙をスパッタガスをスパッタ粒子が通過するのを防ぐことができるため、装置信頼性の向上に好ましい。

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。
本発明の実施例である、スパッタ装置の構造を示す模式図である。 図１Ａにおける防着板209とシャッター板208、ターゲット203a,bの位置関係を示す図である。 図１Ａにおける防着板209とシャッター板208、ターゲット203a,bの位置関係を示す図である。 図１Ａにおける防着板209とシャッター板208、ターゲット203a,bの位置関係を示す図である。 図１Ａから図１Ｃに示すスパッタ装置において、シャッター板208と防着板209の構造を詳細に示す図である。 図１Ａから図１Ｃに示すスパッタ装置において、シャッター板208と防着板209の構造を詳細に示す図である。 図１Ａから図１Ｃに示すスパッタ装置において、シャッター板208と防着板209の構造を詳細に示す図である。 図１Ａにおける点線で示された領域における拡大図である。 図１Ａから図１Ｃに示すスパッタ装置において、第２のシールド204a,bの構造を詳細に示す図である。 図３に示すスパッタ装置において、シャッター板208防着板209の別の形状例を示す図である。 本発明において、円弧状凹部の望ましい実施形態を説明する図である。 本発明において、凹凸部の実施形態の別の一例を示す図である。 従来技術（特許文献１）の一例であるところのマルチターゲットスパッタ装置の構造を示す模式図である。 従来技術（特許文献２）の別の一例であるところのスパッタ装置において、シャッター部の構造を示す図である。 従来技術（特許文献３）の別の一例であるところのスパッタ装置において、シャッター部の構造を示す図である。 従来技術（特許文献４）の別の一例であるところのスパッタ装置の構造を示す模式図である。

以下、本発明の詳細を図面に基づいて説明する。

本発明の１つの実施形態のスパッタ装置は、真空チャンバ２０１を有する。真空チャンバ２０１の中には、基板（被処理体）２０７を保持するための基板ステージ２０６と、基板ステージ２０６と対向して設けられ各々ターゲット２０３ａ、２０３ｂを保持するための複数のカソード電極２０３ａ、２０３ｂとが配置されている。基板ステージ２０６とカソード電極２０３ａ、２０３ｂとの間には、防着板２０９が配置されている。防着板２０９には、複数のターゲット２０３ａ、２０３ｂにそれぞれ対面する位置に、孔２１３a、２１３ｂが形成されている。防着板２０９と基板ステージ２０６との間には、シャッター板２０８が配置されている。シャッター板２０８は、ターゲット２０３ａ、２０３ｂを基板２０７に対して露出させる少なくとも１つの孔２１２を有し、回転軸２１０を中心とした自転回転により、ターゲット２０３a、２０３ｂと基板２０７とを遮蔽状態にしたり非遮蔽状態（ターゲットが基板に対して露出した状態、即ち、当該ターゲットのスパッタリングによって基板に膜を形成することができる状態）にしたりすることができる。図２Ａ〜図２Ｃに例示されているように、防着板２０９とシャッター板２０８との対向する各々の面２３０、２３１には、回転軸２１０を中心とする同心状の凹凸形状２２０、２２１が形成されており、各々の面２３０、２３１に形成された凹凸形状２２０、２２１は、凹凸形状２２０における凸部と凹凸形状２２１における凹部とが対向し、凹凸形状２２０における凹部と凹凸形状２２１における凸部とが対向するように配置されている。

図１Ａは本発明の第１の実施形態のスパッタ装置の断面図である。本装置では、ターゲットを2つ保持し、シャッター機構により、使用するターゲットを切り替えることで連続的に積層構造を基板に成膜可能となっている。

本装置では、例えばステンレス鋼などにより気密構造となるよう構成された真空チャンバ２０１内に、被処理体（基板）２０７を戴置又は保持可能な基板ステージ２０６が設置されている。真空チャンバ２０１内の空間は、ターボ分子ポンプ等の排気部２０２により略真空に排気される。２０３ａ，２０３ｂはターゲットであり、接地電位である真空チャンバ２０１のチャンバ壁と電気的に絶縁されている。ターゲット２０３ａ，２０３ｂには図示しないＤＣ電源及びマグネットが設けられている。一方、ガス導入部２１１ａ，ｂは、選択的に使用され、アルゴンガス等のスパッタガスをターゲット２０３ａ，２０３ｂのいずれかの近傍より、真空チャンバ２０１内に供給することができる。ガス導入部２１１ａ又は２１１ｂによってスパッタガスを供給し、ターゲット２０３ａ又２０３ｂにＤＣ電力を供給することで、ターゲット２０３ａ又は２０３ｂの表面にマグネトロン放電を発生させ、スパッタを行うことができる。

基板ステージ２０６とターゲット２０３ａ，２０３ｂとの間に配置された防着板２０９には、複数のターゲット２０３ａ，２０３ｂの各々に対面する位置に、孔２１３ａ、２１３ｂが形成されている。図１Ａのスパッタ装置は、防着板２０９の他に、基板ステージ２０６とターゲット２０３ａ，２０３ｂとの間のスパッタリング空間を取り囲む第１のシールド２０５と、ターゲット２０３ａ，２０３ｂをそれぞれ取り囲む筒状の第２のシールド２０４ａ、２０４ｂをさらに備えうる。第１のシールド２０５，防着板２０９，第２のシールド２０４ａ、２０４ｂは、真空チャンバ２０１のチャンバ壁に、スパッタされた粒子が付着するのを防止するために設けられており、防着板２０９、第１のシールド２０５、第２のシールド２０４ａ、２０４ｂは、それぞれ定期的に取り外して交換することで堆積したスパッタ膜が真空チャンバ２０１内で剥落するのを防止することができる。

このうち、第２のシールド２０４ａ，２０４ｂは筒状シールドであり、それぞれターゲット２０３ａ，２０３ｂを取り囲むように構成されるシールド部品であり、図３に例示されるように、ターゲット２０３より飛散したスパッタ粒子の飛翔方向を制限する役割を果たすと共に、該第２のシールド２０４ａ，２０４ｂの先端部はガス導入部２１１ａ，２１１ｂの吐出口２１６となっている。

また、防着板２０９は、第２のシールド２０４ａ、２０４ｂの下端に位置する略円盤状のシールドであり、真空チャンバ２０１のターゲット近傍の内壁へスパッタ粒子が付着するのを防止している。また、第１のシールド２０５は、防着板２０９の下方から基板ステージ２０６近傍までを取り囲むように構成されている。

シャッター板２０８を含むシャッター機構は、ターゲット２０３ａ，２０３ｂを切り替えて使用するための部品である。シャッター機構は、例えば、略円形のシールド板２０８と、それを駆動する図示しない駆動部とを含み、回転軸２１０を中心としてシャッター板２０８を駆動することでターゲット２０３ａ，２０３ｂと被処理体２０７との間を遮蔽状態又は非遮蔽状態とすることができる。例えば、シャッター機構のシャッター板２０８をターゲット２０３ａ、２０３ｂのうちターゲット２０３ａ側を非遮蔽状態とするように回転させ、スパッタガス供給部２１１ａよりスパッタガスを導入し、ＤＣ電力をターゲット２０３ａへ供給することで、ターゲット２０３ａをスパッタし、それによって発生する粒子によって被処理体２０７へ成膜を行うことができる。

図１Ｂは、シャッター機構のシャッター板２０８、防着板２０９及びターゲット２０３ａ，２０３ｂの位置関係を例示するための模式図であり、位置関係を分かりやすく示すため他の部品は省略している。ターゲット２０３ａ，２０３ｂは、シャッター板２０８における回転軸２１０を中心とする同一円周上に、例えば８０度の角度で配されている。防着板２０９には、ターゲット２０３ａ，２０３ｂのそれぞれからのスパッタ粒子を通過させるべく、２つの開口２１３ａ，２１３ｂが設けられており、シャッター機構のシャッター板２０８には１つの開口２１２が設けられている。図１Ｃのようにシャッター板２０８を回転させて、開口２１２をターゲット２０３ａに対向する位置に移動させれば、ターゲット２０３ａからのスパッタ粒子を開口２１３ａ，２１２を通じて被処理体２０７へ供給することができる。シャッター板２０８をターゲット２０３ａ側から見て８０度時計回りに回転させて、図１Ｂのように開口２１２をターゲット２０３ｂ側となるようにすれば、ターゲット２０３ｂからのスパッタ粒子を被処理体２０７へ供給することができる。さらに時計回りに８０度回転させて、図１Ｄのように、開口２１２がターゲット２０３ａ，ｂのいずれにも対向しない位置に移動させれば、いずれのターゲット２０３ａ，２０３ｂからのスパッタ粒子も被処理体２０７へ到達しない状態とすることができる。このようなシャッター板２０８の状態は、例えば、ターゲット２０３ａを使用して成膜を行った後、被処理体２０７を取り出さずにターゲット２０３ｂを使用して成膜を行う場合において、ターゲット２０３ｂ側で予備放電を必要とする場合などに有用である。

さらに図２Ａ〜図２Ｃは、防着板２０９，シャッター板２０８の構成をさらに詳細に示した図である。図２Ａ、図２Ｂは、それぞれ防着板２０９及びシャッター機構のシャッター板２０８をターゲット側から見た図である。ここでは、シャッター機構のシャッター板２０８に設けられた開口２１２は、ターゲット２０３ｂ及び開口２１３ｂの直下に位置するものとして描かれおり、２つのターゲット２０３ａ，２０３ｂの中間位置を共通する一点破線２９９で示している。また、図２Ｃは、防着板２０９とシャッター機構のシャッター板２０８の位置関係を、２つのターゲットの中間位置（図２Ｂの一点破線２９９の位置）の断面図で示している。

図２Ａ、図２Ｃに示す通り、防着板２０９のうち領域２００で示すターゲットの間に位置する領域において点線に示す位置には、シャッター機構のシャッター板２０８に対向する防着板２０９の第１のシールド面２３０に、凹凸形状２２０を構成する円弧状の凸部が設けられており、さらにシャッター機構のシャッター板２０８のターゲット側の第２のシールド面２３１にも図２Ｂ，図２Ｃに示す破線の位置に、凹凸形状２２１を構成する円弧状の凸部が設けられている。即ち、凹凸形状２２０と凹凸形状２２１とは、防着板２０９とシャッター板２０８との対向する各々の面２３０，２３１に、シャッター板２０８の回転軸２１０を中心とする同心状に形成されている。ここで、凹凸形状２２０における凸部と凹凸形状２２１における凹部とが対向し、凹凸形状２２０における凹部と凹凸形状２２１における凸部とが対向している。凹凸形状２２０における凸部と凹凸形状２２１における凹部との間隔２５１、および、凹凸形状２２０における凹部と凹凸形状２２１における凸部との間隔２５２は、いずれの場所においても所定の値以下にならないよう構成される。凹凸形状２２０における凸部と凹凸形状２２１における凹部との間隔２５１と凹凸形状２２０における凹部と凹凸形状２２１における凸部との間隔２５２とは、典型的には同じである。

さらに、図２Ｂにおいて、シャッター機構のシャッター板２０８の円弧状の凹凸形状２２１は、約２４０度の円弧角に渡って形成されており、シャッター機構のシャッター板２０８が図１Ｂ，図１Ｃ、図１Ｄに示すポジションのいずれに移動しても、防着板２０９の凹凸形状２２０と向かい合った位置にシャッター機構のシャッター板２０８の凹凸形状２２１が対向する。

この構成により、ターゲットより放出されたスパッタ粒子は、シャッター板２０８の回転軸２１０に対して径方向の運動が著しく制限される。すなわち、ターゲットより放出されたスパッタ粒子は、防着板２０９の凹凸形状２２０における凸部およびシャッター板２０８の凹凸形状２２１における凸部に対して高い確率で衝突する。これにより、ターゲット間のクロスコンタミネーションを効果的に抑制することができる。しかも、凹凸形状は、シャッター機構のシャッター板２０８の回転軸２１０を中心とする同心状に形成されており、駆動の信頼性確保に必要なクリアランスを保つことができるため、シャッター板２０８の駆動に影響を与えることがない。

図３は、図１Ａにおける第２のシールド（円筒状シールド）２０４ａ、２０４ｂの詳細を示す図である。該シールド２０４ａ、２０４ｂには、スパッタガスの吐出口２１６が３箇所設けられており、ガス導入手段２１１より３分岐されたガス管がそれぞれ接続されている。スパッタされるターゲットの周囲に、このような構成の第２のシールド２０４ａ、２０４ｂを配し、スパッタガスを吐出した場合、該第２のシールド２０４ａ、２０４ｂの先端部分がガス吐出の影響で周囲より高い圧力となる。そのため、第２のシールド２０４ａ、２０４ｂの先端部でスパッタされた粒子がガス分子に衝突しやすくなり、運動エネルギーが減衰する。このため、該スパッタ粒子は隣接ターゲットへ到達する前にシールド表面に捕捉されやすくなるため、本発明の実施上望ましい構成である。

本発明において、凹凸形状２２０，２２１のそれぞれにおける凸部の高さは、前述の間隔２５１、２５２よりも大きいことが望ましい。この場合、第１・第２のシールド面２３０，２３１の向かい合う凹部および凸部が互いに嵌合するような位置関係となるため、スパッタ粒子が回転軸２１０に対して径方向に直線移動する経路を遮蔽することになり、該スパッタ粒子のシールド面への衝突確率を高めることができる。

また、本発明において、スパッタガス導入機構２１１ａ、２１１ｂは、図２Ｃに示すように、防着板２０９における凹凸形状２２０が形成された第１のシールド面２３０に吐出口３００を有するように構成されてもよい。このような構成の場合、第１・第２のシールド面２３０，２３１の間の空間を、周囲よりも高圧とすることができ、該空間を経由するスパッタ粒子の移動を阻害することができる。

本発明において、防着板２０９及びシャッター機構のシャッター板２０８を、例えば図４のように曲面で構成することで、スパッタ粒子が隣接するターゲット間を直線的に移動する過程で第１・第２のシールド面２３０，２３１に衝突する確率をさらに高めることができる。

本発明において、円弧状の凹凸形状２２０、２２１における凹部の内径をＲｎ，該凹部の幅をＷｎ，該凹部の両側の凸部（即ち、外壁および内壁）の円弧角のうち小さい方をθｎとしたとき、（Ｒｎ＋Ｗｎ）ｃｏｓ（θｎ／２） ≦ Ｒｎであることが望ましい。例えば、図５に示す構成において、外壁を構成する凸部の円弧角θｎが６０度、内壁を構成する凸部の内径Ｒｎが２００ｍｍである場合、凹部２４０の幅Ｗｎは、約３０．９ｍｍ以下であることが望ましい。

本発明において、図２Ｄに示すように、第２のシールド２０４（２０４ａ、２０４ｂ）の先端は、防着板２０９に対して全周に渡って接触していることが望ましい。このような構成とすることにより、ターゲット２０３ａ，ｂからスパッタ粒子が防着板２０９から真空チャンバ２０１ｍｐ内壁方向へ漏れる可能性を低減することができるため、装置信頼性確保の上で望ましい構成である。

以上で本発明の望ましい実施形態であるスパッタ装置の一例について述べているが、本発明の形態はこれに限られるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、防着板２０９，シャッター機構のシャッター板２０８に設けられた凹凸形状の本数に制限は無く、幅についてもターゲットより小さい構成とすれば効果を得ることができる。また、円弧形状についても連続している必要は無く、途中で途切れている箇所が有っても発明の実施において問題はない。さらに、凹凸形状は、例えば図６に示すような波形であってもよい。

さらに、ターゲットの個数も複数であればよく、回転機構を持つシャッター機構（シャッター板）によって切り替え可能なように配置されていれば、その配置は任意である。シャッター機構（シャッター板）についても、１枚のシールド板によって構成される必要は無く、複数枚のシールド板で構成されてよくその形状も円盤に限られるものではない。

また、スパッタにおける放電機構においても、ＤＣマグネトロンに限らずＲＦやマイクロ波などであってよく、使用するガスもアルゴンのほかキセノン、ネオン等の希ガスに加え、窒素や酸素等の反応性ガスを使用することができる。
さらに、本発明におけるガス導入位置、排気手段、真空チャンバの構成や放電機構においても、適宜変更が可能であることは言うまでもない。

また、防着板２０８に形成されている第１の円弧状の凹凸形状２２０とシャッター板２０９に形成されている第２の円弧状の凹凸形状２２１は、それぞれ防着板２０８とシャッター板２０９の母材とは異なる材料からなる膜で形成されていてもよい。ここで、膜で形成されているとは、例えば溶射やＣＶＤ，スパッタなど種々の技術を使用することができる。また、凸部にのみ膜が付与された形状でも良いし、前記形成された膜の膜厚を場所によって変えることにより凹凸形状が形成されても良い。

第１の円弧状の凹凸形状２２０、第２の円弧状の凹凸形状２２１に関しては、シャッター板２０９の回転軸２１０を中心として円弧を描く形状であれば断面形状に特に制限は無く、矩形や三角形、曲線などで構成される凹凸であってよい。また、シャッター板２０９が駆動する軌道に沿って凹凸形状が形成されていれば、円弧状でなくてもよい。また、凹凸形状が形成された防着板２０８とシャッター板２０９の対向する各々の面の裏側面の形状は本発明の効果に影響を与えない。すなわち、防着板２０８とシャッター板２０９自体が凹凸に屈曲されたような形状で裏面側に凹凸が形成されていてもよく、防着板２０８とシャッター板２０９に突起又は溝が形成されたような形状で裏面側には凹凸が形成されていない構成でも問題ない。さらに、円弧状の凹凸は、１本であっても複数本であってもよく、円弧が途中で切断されるような形状であっても問題はない。

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、２０１２年３月１４日提出の日本国特許出願特願２０１２−５７３００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。

２０１ 真空チャンバ
２０３a、２０３ｂ ターゲット
２０４ａ、２０４ｂ 第２のシールド
２０５ 第１のシールド
２０６ 基板ステージ
２０７ 基板（被処理体）
２０８ シャッター板
２０９ 防着板
２１２ 孔
２１３a、２１３ｂ 孔
２２０ 第１の円弧状凹凸形状
２２１ 第２の円弧状凹凸形状
２３０ 第１のシールド面
２３１ 第２のシールド面

Claims (13)

1. 真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ基板を保持するための基板ステージと、前記基板ステージと対向して設けられ各々ターゲットを保持するための複数のカソード電極と、前記基板ステージと前記カソード電極との間に配置され、前記複数のターゲットの各々に対向する位置に孔が形成された防着板とが配置されたスパッタ装置であって、
   前記ターゲットを前記基板に露出させる少なくとも１つの孔が形成されており、回転軸を中心として回転することにより、前記ターゲットと前記基板とを遮蔽状態にしたり非遮蔽状態にしたりするシャッター板を前記防着板と前記基板ステージとの間に有し、
   前記防着板と前記シャッター板との対向する各々の面に該シャッター板の回転軸を中心とする同心状の凹凸形状が形成されており、前記各々の面に形成された前記凹凸形状は、それぞれの凹部と凸部とが互いに向かい合い、かつ、それぞれの凹部と凸部とが互い違いとなるように形成されていることを特徴とするスパッタ装置。
2. 前記凹凸形状における凹部の幅は前記ターゲットの大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
3. 前記シャッター板に形成された凹凸形状における凸部の高さと前記防着板に形成された凹凸形状における凸部の高さとが同じであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスパッタ装置。
4. 前記シャッター板に形成された凹凸形状における凸部の高さと前記防着板上に形成された凹凸形状における凸部の高さが、前記シャッター板に形成された凹凸形状における凸部と前記防着板上に形成された凹凸形状における凹部との間隔および前記シャッター板に形成された凹凸形状における凹部と前記防着板上に形成された凹凸形状における凸部との間隔より大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
5. 前記防着板に形成されている凹凸形状と前記シャッター板に形成されている凹凸形状は、それぞれ前記防着板と前記シャッター板の母材とは異なる材料からなる膜で形成されていることを特徴とする請求項１からの４のいずれか1項に記載のスパッタ装置。
6. 前記複数のターゲットは、前記回転軸を中心とした同一円周状に配置されている請求項１から５のいずれか1項に記載のスパッタ装置。
7. 前記シャッター板と前記防着板とが対向するそれぞれの面は、曲面であることを特徴とする請求項１から６のいずれか1項に記載のスパッタ装置。
8. 前記防着板が前記シャッター板と対向する面の凹凸形状における凹部の内径をRn、該凹部の幅をWn、該凹部の両側の凸部の円弧角のうち小さい方をθnとしたとき、(Rn+Wn)cos(θn/2） ≦ Rn であることを特徴とする請求項１から７のいずれか1項に記載のスパッタ装置。
9. 前記基板ステージと前記ターゲットとの間のスパッタリング空間を取り囲む第１のシールドと、前記ターゲットの外周を取り囲む筒状の第２のシールドをさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか1項に記載のスパッタ装置。
10. 前記防着板が前記シャッター板と対向する面にスパッタガスの吐出口を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか1項に記載のスパッタ装置。
11. 前記筒状の第２のシールドの先端にスパッタガスの吐出口を備えることを特徴とする請求項９又は請求項１０記載のスパッタ装置。
12. 前記第２のシールドと前記防着板とが、前記第２のシールドの全周に渡って接触していることを特徴とする請求項９から１１のいずれか1項に記載のスパッタ装置。
13. 真空チャンバと、前記真空チャンバ内において基板を保持する基板ステージと、前記真空チャンバ内において各々ターゲットを保持する複数のカソード電極と、前記基板ステージと前記複数のカソード電極との間に配置され、前記複数のターゲットの各々に対向する位置に孔が形成された防着板とを有するスパッタ装置であって、
    前記ターゲットを前記基板に露出させる孔を有し、回転軸を中心として回転することにより、前記ターゲットと前記基板とを遮蔽状態にしたり非遮蔽状態にしたりするシャッター板を前記防着板と前記基板ステージとの間に有し、
    前記防着板と前記シャッター板との対向する各々の面には、該シャッター板の回転軸を中心とする同心状の凹凸形状が、互いに接触しないように、形成されていることを特徴とするスパッタ装置。

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