JP6154943B2 - 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。

特許文献１には、基板を保持する基板ホルダと、ターゲットを搭載するスパッタカソードと、ターゲットと基板との間に移動可能に配置されたシャッター板と、これを収容する真空容器と、真空容器内にアルゴンガス等のガスを供給するためのガス導入口とを有するスパッタ装置が記載されている。

特開２００５−１８７８３０号公報

プラズマを発生させるための着火時は、ターゲットが面している空間の圧力を相応の圧力まで高める必要がある。着火の後は、真空容器内の空間は、スパッタリングのための適正な圧力まで減圧される。特許文献１に記載されたスパッタリング装置は、ターゲットが面している空間の圧力を選択的に高めるための構成を有しない。したがって、着火のために、真空容器内の空間の全体の圧力を高くする必要がある。

本発明は、着火に有利な構成を有するスパッタリング装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、チャンバと、前記チャンバの中で基板を保持するための基板ホルダと、ターゲットを保持するためのターゲットホルダとを有するスパッタリング装置に係り、前記スパッタリング装置は、前記基板ホルダと前記ターゲットホルダとの間に配置され、前記基板ホルダの側の第１面および前記第１面の反対側の第２面を有するシャッターと、前記シャッターの前記第２面に対向する部分を含む第３面および前記第３面の反対側の第４面を有する第１シールドと、前記シャッターの端部および前記第１シールドの端部に対向する部分を含む第５面を有する第２シールドと、前記シャッターの前記第２面と前記第１シールドの前記第３面との間に形成される第１間隙に連通するように前記第１シールドの外側に配置されたガス拡散空間にガスを供給するガス供給部と、を備え、前記第２シールドの前記第５面と前記シャッターの前記端部との間に第２間隙が構成され、前記ガス供給部によって前記ガス拡散空間に供給されたガスは、前記第１間隙を通って前記ターゲットの近傍の空間に向かって移動可能であり、前記第２間隙は、前記第１シールドと前記第２シールドとの間の最小距離よりも小さい。

本発明によれば、着火に有利な構成を有するスパッタリング装置が提供される。

本発明の１つの実施形態のスパッタリング装置の概略構成を示す断面図。 図１に示すスパッタリング装置の断面図の一部を拡大した図。 図１に示すスパッタリング装置の断面図の一部を拡大した図。 図１乃至図３に示すスパッタリング装置の変形例を示す図。 図１乃至図３に示すスパッタリング装置の変形例を示す図。 図１乃至図３に示すスパッタリング装置の変形例を示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１には、本発明の１つの実施形態のスパッタリング装置１００の概略構成が示されている。図２には、スパッタリング装置１００の一部が拡大して示されている。スパッタリング装置１００は、チャンバ１０１と、チャンバ１０１の中で基板Ｓを保持するための基板ホルダ１０３と、１又は複数のターゲット１１０を保持するための１又は複数のターゲットホルダ１２０とを有する。チャンバ１０１は、例えば、上部チャンバ１０１ａと下部チャンバ１０１ｂとを含み、上部チャンバ１０１ａと下部チャンバ１０１ｂとに分割可能である。上部チャンバ１０１ａと下部チャンバ１０１ｂとは、不図示のヒンジで結合されうる。メンテナンス時は、チャンバ１０１が上部チャンバ１０１ａと下部チャンバ１０１ｂとに分割されうる。上部チャンバ１０１ａと下部チャンバ１０１ｂとの間には、Ｏリング等のシール部材１３１が配置されうる。ターゲット１１０には、ターゲットホルダ１２０を介して不図示の電源装置から電力が供給される。

スパッタリング装置１００は、シャッターユニット１０４と、第１シールド１０５と、第２シールド１０９と、ガス供給部２２と、排気装置１０２とを備えうる。シャッターユニット１０４は、１又は複数のシャッターを含みうる。図１に示された実施形態では、シャッターユニット１０４は、第１シャッター１０４ａと、第２シャッター１０４ｂとを含む。第１シャッター１０４ａと第２シャッター１０４ｂとは、回転機構１１８によって独立して回転される。第１シャッター１０４ａおよび第２シャッター１０４ｂは、それぞれ少なくとも１つの開口を有する。第１シャッター１０４ａおよび第２シャッター１０４ｂは、スパッタリングに使用されるターゲット１１０がチャンバ１０１の内側空間（基板Ｓが面している空間）３４に対して第１シャッター１０４ａの開口および第２シャッター１０４ｂの開口を介して面するように回転機構１１８によって駆動される。第１シャッター１０４ａは、基板ホルダ１０３とターゲットホルダ１２０との間に配置され、基板ホルダ１０３の側の第１面Ｓ１および第１面Ｓ１の反対側の第２面Ｓ２を有する。第２シャッター１０４ｂは、第１面Ｓ１に対向する面を有する。

第１シールド１０５は、第１シャッター１０４ａの第２面Ｓ２に対向する部分を含む第３面Ｓ３および第３面Ｓ３の反対側の第４面Ｓ４を有する。第１シールド１０５はまた、ターゲット１１０の周囲を取り囲むように配置された部分１５を含みうる。部分１５は、例えば、ターゲット１１０のほか、ターゲット１１０の近傍の空間３１を取り囲む筒状部でありうる。第２シールド１０９は、第１シャッター１０４ａの端部１１および第１シールド１０５の端部１２に対向する部分１０９ａ、１０９ｂを含む第５面Ｓ５を有する。第２シールド１０９は、リング形状を有しうる。

第１シャッター１０４ａの第２面Ｓ２と第１シールド１０５の第３面Ｓ３との間には、第１間隙Ｇ１が形成されている。第１シールド１０５の外側には、第１間隙Ｇ１に連通するようにガス拡散空間２１が配置されている。ガス拡散空間２１は、例えば、環状の空間でありうる。ガス供給部２２は、ガス拡散空間２１にガスを供給する。ガス拡散空間２１は、第１シールド１０５の第４面Ｓ４および第２シールド１０９の第５面Ｓ５によって少なくとも一部が画定されうる。

第２シールド１０９は、突出部１１２を含む。突出部１１２は、第１シャッター１０４ａの端部１１と突出部１１２との間に第２間隙Ｇ２を構成するように第５面Ｓ５から突出している。突出部１１２は、ターゲット１１０と基板Ｓとの間の内側空間３４および／またはターゲット１１０の近傍の空間３１からのスパッタリング粒子が第１シャッター１０４ａの端部１１と第２シールド１０９との間を通過してガス拡散空間２１に侵入することを防止する。ガス供給部２２によってガス拡散空間２１に供給されたガス、例えばＡｒ、ＫｒまたはＸｅガスは、第１間隙Ｇ１を通ってターゲット１１０の近傍の空間３１に向かって移動可能である。

スパッタリング装置１００は、シャッターユニット１０４と基板ホルダ１０３との間の内側空間３４を取り囲むように配置された第３シールド１１７を備えうる。第３シールド１１７は、第３シールド１１７とチャンバ１０１との間に外側空間３５が形成されるように配置されている。第２シールド１０９は、ガス拡散空間２１と外側空間３５とを分離するように配置されうる。ガス拡散空間２１から第１間隙Ｇ１を通ってターゲット１１０の近傍の空間３１に流れ込んだガスは、シャッターユニット１０４と基板ホルダ１０３との間における第３シールド１１７によって取り囲まれた内側空間３４を通過し、基板ホルダ１０３の基板保持面よりも低い位置に設けられうる排気口を通して排気装置１０２によって吸引されうる。このような構成によって、ターゲット１１０の近傍の空間３１の圧力が内側空間３４よりも高くなるような圧力分布をチャンバ１０１内に形成することができる。これにより、ガス供給部２２からのガスの供給の開始後に、プラズマを発生させるための着火が可能な状態に速やかに移行することができる。

プラズマを発生させるための着火は、図３に例示されるように、スパッタリングのために使用するターゲット１１０が内側空間３４に面しないようにシャッターユニット１０４を制御してなされることが好ましい。つまり、プラズマを発生させるための着火は、スパッタリングのために使用されるターゲット１１０の近傍の空間３１と、基板Ｓ側の内側空間３４とがシャッターユニット１０４（第１シャッター１０４ａおよび／または第２シャッター１０４ｂ）によって分離された状態でなされることが好ましい。このような状態は、ターゲット１１０の近傍の空間３１の圧力を基板Ｓ側の内側空間３４の圧力よりも十分に高くするために効果的である。

第２間隙Ｇ２は、第１シールド１０５と第２シールド１０９との間の最小距離よりも小さいことが好ましい。これは、ガス拡散空間２１から第２間隙Ｇ２を介して内側空間３４に至る経路のコンダクタンスを小さくし、ガス拡散空間２１から第１間隙Ｇ１を介してターゲット１１０の近傍の空間３１にガスを供給しやすくすることに寄与する。

第２シールド１０９は、第５面Ｓ５に外側凸部１１１を更に含むことが好ましい。ここで、外側凸部１１１は、第１シールド１０５の端部１２が、第５面Ｓ５のうち突出部１１２と外側凸部１１１との間の部分１０９ａに対向するように配置される。外側凸部１１１は、ターゲット１１０と基板Ｓとの間の内側空間３４および／またはターゲット１１０の近傍の空間３１からのスパッタリング粒子およびガス拡散空間２１に侵入することを防止する。

外側凸部１１１と第１シールド１０５の端部１２とで第３間隙Ｇ３が構成される。第３間隙Ｇ３は、第２シールド１０９のうち突出部１１２と外側凸部１１１との間の部分１０９ａと第１シールド１０５との間の最小距離よりも小さいことが好ましい。これは、ガス拡散空間２１の圧力を一定にし、複数のターゲット１１０のいずれの近傍の空間３１に対しても同様の圧力を提供するために寄与する。このことは、複数のターゲット１１０間における圧力状態のばらつきを低減するために有利である。

第２シールド１０９は、第５面Ｓ５に内側凸部１１３を更に含むことが好ましい。内側凸部１１３は、第１シャッター１０４ａの端部１１（および第２シャッター１０４ｂの端部１３）が、第５面Ｓ５のうち突出部１１２と内側凸部１１３との間の部分１０９ｂに対向するように配置されうる。内側凸部１１３は、ターゲット１１０と基板Ｓとの間の内側空間３４および／またはターゲット１１０の近傍の空間３１からのスパッタリング粒子およびガス拡散空間２１に侵入することを防止する。

突出部１１２、外側凸部１１１、内側凸部１１３、第１シャッター１０４ａ、第２シャッター１０４ｂおよび第１シールド１０５は、ガス拡散空間２１から空間３１、３４に直接に至る経路を蛇行させ、これによって、該経路のコンダクタンスを高めるとともにスパッタリング粒子がガス拡散空間２１に侵入することを防止する。

図４に例示されるように、第２シールド１０９は、第１シャッター１０４ａの端部１１と第２シャッター１０４ｂの端部１３との間の空間に向かって突出する突出部１１４を有してもよい。突出部１１４の追加は、ガス拡散空間２１から空間３１、３４に直接に至る経路のコンダクタンスを増加させるために有利である。突出部１１４の追加はまた、スパッタリング粒子がガス拡散空間２１に侵入することを防止する効果の向上に有利である。

図５に例示されるように、シャッターユニット１０４と内側空間３４との間に追加のシールド１３０が設けられてもよい。追加のシールド１３０は、第２シールド１０９に結合されうる。追加のシールド１３０は、第１間隙Ｇ１を通ることなくガス拡散空間２１から空間３１、３４に至る経路のコンダクタンスを高める。

第１シャッター１０４ａおよび第２シャッター１０４ｂとして例示されたシャッターは、図１〜図５に例示されるように湾曲していてもよいし、図６に例示されるように平面形状を有してもよい。第２シールド１０９の構造は、シャッターの形状に応じて変更されうる。

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、２０１３年４月１０日提出の日本国特許出願特願２０１３−０８２４８４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 (9)

1. チャンバと、前記チャンバの中で基板を保持するための基板ホルダと、ターゲットを保持するためのターゲットホルダとを有するスパッタリング装置であって、
   前記基板ホルダと前記ターゲットホルダとの間に配置され、前記基板ホルダの側の第１面および前記第１面の反対側の第２面を有するシャッターと、
   前記シャッターの前記第２面に対向する部分を含む第３面および前記第３面の反対側の第４面を有する第１シールドと、
   前記シャッターの端部および前記第１シールドの端部に対向する部分を含む第５面を有する第２シールドと、
   前記シャッターの前記第２面と前記第１シールドの前記第３面との間に形成される第１間隙に連通するように前記第１シールドの外側に配置されたガス拡散空間にガスを供給するガス供給部と、を備え、
   前記第２シールドの前記第５面と前記シャッターの前記端部との間に第２間隙が構成され、
   前記ガス供給部によって前記ガス拡散空間に供給されたガスは、前記第１間隙を通って前記ターゲットの近傍の空間に向かって移動可能であり、
   前記第２間隙は、前記第１シールドと前記第２シールドとの間の最小距離よりも小さい、
   ことを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記シャッターは、開口を有し、プラズマを発生させるための着火は、前記ターゲットが前記基板ホルダに面しないように前記シャッターが制御された状態でなされる、
   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. 前記第２シールドは、前記第５面に外側凸部を更に含み、前記外側凸部は、前記第１シールドの前記端部が、前記第５面のうち前記第２間隙を構成する部分と前記外側凸部との間の部分に対向するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
4. 前記外側凸部と前記第１シールドの前記端部とで第３間隙が構成され、
   前記第３間隙は、前記第２シールドのうち前記第２間隙を構成する部分と前記外側凸部との間の部分と前記第１シールドとの間の最小距離よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
5. 前記第２シールドは、前記第５面に内側凸部を更に含み、前記内側凸部は、前記シャッターの端部が、前記第５面のうち前記第２間隙を構成する部分と前記内側凸部との間の部分に対向するように配置されている、
   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。
6. 前記シャッターの前記第１面に対向する面を有する第２シャッターを更に備え、前記内側凸部は、前記第２シャッターの端部が、前記第５面のうち前記第２間隙を構成する部分と前記内側凸部との間の部分に対向するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング装置。
7. 前記ガス拡散空間は、前記第１シールドの前記第４面および前記第２シールドの前記第５面によって少なくとも一部が画定される、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
8. 前記第１シールドは、前記ターゲットの周囲を取り囲むように配置された部分を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
9. 前記ターゲットホルダの他に、少なくとも１つのターゲットホルダを更に有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。

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