JP7219160B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタ面を水平方向に向けた起立姿勢でターゲットが配置される真空チャンバと、間隔を存してターゲットの外周縁部を囲うように設置される防着板とを備えるスパッタリング装置に関する。

この種のスパッタリング装置（所謂縦型のスパッタリング装置）は、比較的面積の大きい矩形のガラス基板（以下、「基板」という）表面に、ＩＴＯ膜、ＩＧＺＯ膜といった透明導電膜を製品歩留まりよく成膜するために従来から利用されている。このものでは、通常、ターゲットの周囲に間隔を存して、アノードとしても機能する板枠状の防着板が配置される（例えば、特許文献１参照）。

基板表面にＩＴＯ膜を成膜する場合には、真空チャンバ内に、その成膜面をスパッタ面に対向させた姿勢で基板を設置した後、真空雰囲気の真空チャンバ内に希ガスを導入し、ＩＴＯ製のターゲットに電力投入してプラズマ雰囲気を形成する。すると、プラズマ中の希ガスのイオンによりターゲットがスパッタリングされ、ターゲットのスパッタ面から所定の余弦則に従い飛散したスパッタ粒子が基板表面に付着、堆積してＩＴＯ膜が成膜される。このとき、ターゲットの周囲に位置する防着板の表面（即ち、水平方向を向く面）にもまた、スパッタ粒子が付着、堆積する。

ここで、スパッタ粒子が付着する防着板の表面は、ターゲット表面からみて所定の余弦則による直接のスパッタ粒子の付着（入射）を受けない領域にある。このため、防着板の表面には、主として反跳したスパッタ粒子が付着、堆積することになる。このようにして形成されるＩＴＯ膜は、通常、外力からの影響に弱くて脆いので、これが、何らかの原因で黄色の粉状体（イエローパウダー）となって飛散する場合がある。このとき、粉状体は、防着板の板面から水平成分を持って飛散してその自重で下落していく一方で、ターゲットと基板との間には、成膜条件等に応じて水平方向に所定の間隔が設けられているが、その一部が基板表面に付着することがあり、これが製品歩留まりを低下させる要因となる。

特開平５－２７１９２４号公報

本発明は、以上の点に鑑み、ターゲットの周囲に配置される防着板から飛散する粉状体の基板表面への付着を可及的に抑制できるようにしたスパッタリング装置を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、スパッタ面を水平方向に向けた起立姿勢でターゲットが配置される真空チャンバと、間隔を存してターゲットの外周縁部を囲うように設置される防着板とを備える本発明のスパッタリング装置は、鉛直方向にのびる防着板の部分が、円筒状の軸部とこの軸部の外筒面に所定ピッチで形成されたねじ山部とで構成され、軸部をその軸線回りに回転する駆動手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、プラズマ中の希ガスのイオンによりターゲットがスパッタリングされると、駆動手段により回転される防着板の部分の表面、具体的には、ねじ山部や露出する軸部の表面にも、主として反跳したスパッタ粒子が付着、堆積する。そして、これが、何らかの原因で黄色の粉状体となって飛散する。このとき、ねじ山部の表面（即ち、水平方向に対して傾斜した面）から飛散する粉状体は、起立姿勢の防着板の板面から飛散するものとは異なり、殆ど水平方向の成分を持たないので、基板表面まで到達する粉状体を可及的に少なくできる。しかも、ねじ山部の各山部のうち、鉛直方向下方に位置する領域から飛散した粉状体がその直下に位置する各山部で受け止められ、この受け止められた粉状体は、回転するねじ山部に沿って鉛直方向下方へと送られるようになり、飛散した粉状体が真空チャンバに浮遊することが抑制される。結果として、ターゲットの周囲に配置される防着板から飛散する粉状体の基板表面への付着を可及的に抑制できる。

本発明において、前記軸部に、鉛直方向にのびる縦孔と、この縦孔に連通し、径方向外方かつ鉛直方向上方に向けてのびて開口する横孔とを形成することが好ましい。これによれば、ねじ山部の各山部で受け止められた粉状体の少なくとも一部は、横孔から縦孔を経てターゲットより下方に位置する真空チャンバ内の空間へと速やかに送られるため、ねじ山部に沿って粉状体を下方へと送る際に、ねじ山部から粉状体が飛び散って真空チャンバに浮遊することをより一層抑制できる。この場合、前記ねじ山部の鉛直方向下方で且つターゲットの下端より下方に位置させて、前記縦孔に通じる回収容器が設けられていれば、真空チャンバ内のクリーニング時に、粉状体の回収が容易にでき、有利である。

本発明の実施形態のスパッタリング装置を示す模式図。 図１のＩＩ－ＩＩ線の部分拡大断面図。 防着板の変形例を示す模式断面図。

以下、図面を参照して、基板を矩形の輪郭を持つガラス基板（以下「基板Ｓｗ」という）とし、基板Ｓｗの表面にＩＴＯ膜を成膜する場合を例に、本発明の実施形態のスパッタリング装置について説明する。

図１を参照して、ＳＭは、本実施形態のスパッタリング装置であり、スパッタリング装置ＳＭは、真空チャンバ１を備える。以下においては、鉛直方向をＺ軸方向、水平方向のうち図１の左右方向をＸ軸方向とし、また、「上」「下」といった方向を示す用語は、図１を基準として説明する。

真空チャンバ１の下壁には、ターボ分子ポンプやロータリーポンプなどから構成される真空ポンプユニットＰｕに通じる排気管１１が接続され、真空チャンバ１内を所定圧力（例えば１×１０^－５Ｐａ）まで真空排気できるようにしている。真空チャンバ１の側壁上部には、アルゴンガス等の希ガスからなるスパッタガス（酸素ガスや窒素ガス等の反応性ガスも含まれる）のガス源（図示省略）に連通するガス導入管１２が接続されている。ガス導入管１２には、マスフローコントローラ１３が介設されており、真空チャンバ１内にスパッタガスを所定流量で導入できるようになっている。

真空チャンバ１内には、ＩＴＯ製のターゲット２がそのスパッタ面を水平方向に向けた起立姿勢で配置されている。ターゲット２にはまた、ＤＣ電源等から構成されるスパッタ電源Ｅからの出力が接続され、ターゲット２に負の電位を持った所定電力が投入されるようになっている。尚、ターゲット２のスパッタ面と背向する側には図示省略する公知の磁石ユニットが設けられ、スパッタ面前方に漏洩磁場を発生させることで、スパッタ面前方で電離した電子等を捕捉してターゲット２から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化できるようにしている。

上記スパッタリング装置ＳＭは、ゲートバルブＧｖを介して真空チャンバ１内のターゲット２と対向する位置に基板Ｓｗを搬送する基板搬送装置３を備える。基板搬送装置３は、基板Ｓｗをその成膜面を水平方向に向けた起立姿勢で保持するキャリア３１と、キャリア３１をＸ軸方向に搬送可能なキャリア搬送手段３２とで構成される。キャリア搬送手段３２は、真空チャンバ１内にＸ軸方向に所定間隔で列設された回転自在な複数個のローラ（図示省略）と、これらのローラに摺動自在に係合する、キャリア３１が固定されるスライダ３２ａとを備え、図示省略のモータにより各ローラを回転駆動することで、スライダ３２ａがＸ軸方向に移動するようになっている。キャリア搬送手段３２としては、これに限らず、公知のものを利用できる。

上記スパッタリング装置ＳＭは、ターゲット２の外周縁部を所定の間隔を存して囲うように設置される、アース接地の金属製の防着板４を更に備える。防着板４は、ターゲット２の上下に夫々配置されてＸ軸方向にのびる第１部分４ａと、ターゲット２の左右に夫々配置されてＺ軸方向にのびる第２部分４ｂとで構成されている。本実施形態では、各第１部分４ａと各第２部分４ｂとが互いに分離させた形態を有するが、一体に形成することもできる。第１部分４ａは、所定の幅を持つ板状の部材で構成され、第１部分４ａのＸ軸方向の長さは、ターゲット２のＸ軸方向の幅より長くなるように設定されている。

図２も参照して、第２部分４ｂは、所定の直径ｄを有する円筒状の軸部４１と、この軸部４１の外筒面４１ａに所定のピッチＰｃ及び高さで螺旋状に形成されたねじ山部４２とを備える。ねじ山部４２は、ターゲット２の上下方向の長さと同等以上となるように設定され、ねじ山部４２の各山部４２１が、水平面に対して対称な断面形状を持ち、かつ、その頂部４２１ａが鋭角（尖った形状）となるようにしている。この場合、軸部４１の直径ｄ、ねじ山部４２のピッチＰｃや各山部４２１の高さｈは、ターゲット２のスパッタ面の面積等を考慮して適宜設定される。

軸部４１の下端は、真空チャンバ１の底壁を貫通してその下方に突出し、この突出した部分は、モータ５に接続されている。そして、スパッタリングにより成膜時、モータ５によって第２部分４ｂがその軸線回りに回転されるようにしている。第２部分４ｂを回転するときの回転速度は、後述するように、各山部４２１に落下した粉状体Ｐｗを効率よく下方へと送ることができるように適宜設定される。ねじ山部４２の鉛直方向下方で且つターゲット２の下端より下方の真空チャンバ１の底部には、ねじ山部４２に沿って鉛直方向下方に送られた粉状体Ｐｗを回収する回収容器５１が配置されている。また、軸部４１には、鉛直方向にのびる縦孔４１ｂと、この縦孔４１ｂに連通し、径方向外方かつ鉛直方向上方に向けてのび、ねじ山部４２の各山部４２１の斜面４２１ｂにて開口する横孔４１ｃとが形成されている。更に、軸部４１には、縦孔４１ｂの下端から径方向外方かつ鉛直方向下方に向けてのびて回収容器５１を臨む他の横孔４１ｄが形成されている。

上記スパッタリング装置ＳＭを用いて基板Ｓｗ表面にＩＴＯ膜を成膜する場合、真空チャンバ１内に、基板Ｓｗの成膜面がターゲット２のスパッタ面に対向する位置に基板Ｓｗを設置し、真空チャンバ１内を所定の真空度（例えば、１×１０^－５Ｐａ）まで真空排気した後、アルゴンガスを所定流量で導入すると共にスパッタ電源Ｅからターゲット２に負の電位を持つ電力を投入してターゲット２をスパッタリングすると、ターゲット２から所定の余弦則に従いスパッタ粒子が飛散する。ターゲット２から飛散したスパッタ粒子は基板Ｓｗ表面に付着、堆積してＩＴＯ膜が成膜される。このような成膜中、防着板４の第２の部分４ｂにねじ山部４２や露出する軸部４１の外筒面４１ａにも、主として反跳したスパッタ粒子が付着し、この付着したスパッタ粒子が、何らかの原因で黄色の粉状体Ｐｗとなって飛散する。

ここで、本実施形態では、比較的多くの反跳したスパッタ粒子が付着する第２部分４ｂの外表面は、その外周面が尖ったねじ山部４２で形成されているため、反跳したスパッタ粒子は、水平面に対して傾斜した山部４２１の斜面４２１ｂ，４２１ｃや、谷部４２２に位置する軸部４１の外筒面４１ａに付着、堆積するようになる。そして、堆積したものから粉状体Ｐｗが飛散するとき、上記従来例の如く起立姿勢の防着板の板面から飛散するものとは異なり、特にねじ山部４２の各山部４２１から飛散するものは殆ど水平方向の成分を持たない。このため、基板Ｓｗ表面まで到達する前に鉛直方向下方に落下し、基板Ｓｗ表面に到達する粉状体Ｐｗを可及的に少なくできる。また、各山部４２１のうち鉛直方向下方に位置する斜面４２１ｃ（谷部４２２に位置する軸部４１の外筒面４１ａを含む）から飛散した粉状体Ｐｗはその直下に位置する各山部４２１で受け止められるようになる。この受け止められた粉状体Ｐｗは、回転するねじ山部４２に沿ってターゲット２より下方に位置する回収容器５１へと順次送られ、このとき、粉状体Ｐｗの一部は、横孔４１ｃから縦孔４１ｂを経て、ターゲット２より下方に位置する回収容器５１へと速やかに送られる。これにより、飛散した粉状体Ｐｗが真空チャンバ１内に浮遊することが抑制され、その結果、ターゲット２の周囲に配置される防着板４の第２部分４ｂから飛散する粉状体Ｐｗの基板Ｓｗ表面への付着を可及的に抑制できる。この場合、第２部分４ｂから飛散した粉状体Ｐｗが回収容器５１に集めて回収されるため、真空チャンバ１内のクリーニング時に粉状体Ｐｗの回収が容易にでき、有利である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ＩＴＯ製のターゲット２を用いてＩＴＯ膜を成膜する場合を例に説明したが、これに限らず、ＩＧＺＯ製のターゲットを用いてＩＧＺＯ膜を成膜する場合や、例えばタンタルやタングステン等の高融点金属製のターゲットを用いて高融点金属膜を成膜する場合にも本発明を好適に適用することができる。このようなＩＧＺＯ膜や高融点金属膜を成膜する場合も、防着板４に付着したスパッタ粒子が粉状体Ｐｗとなって飛散することがあり、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、ねじ山部４２の各山部４２１が、水平面に対して対称な断面形状を持つものを例に説明したが、ねじ山部４２の形態は、基板Ｓｗ表面に到達する粉状体Ｐｗを可及的に少なくできると共に、その一部を各山部４２で受け止められるものであれば、これに限定されるものではない。図３に示す変形例に係るものでは、上記実施形態のねじ山部４２の山部４２１にて、鉛直方向上側の部分（図３中、二点鎖線で示す部分）を切除することで、各山部４２１が略水平な上面４２１ｄを持つ、非対称な断面形状としている。これによれば、ねじ山部４２の鉛直方向下側の斜面４２１ｃから飛散した粉状体Ｐｗを受け止め易くでき、しかも、上面４２ｂに付着したものから飛散した紛状体Ｐｗの大部分は、上面４２ｂに戻るようになり、飛散した粉状体Ｐｗが真空チャンバ１内に浮遊することがより一層抑制され、有利である。

更に、上記実施形態では、真空チャンバ１の底部に配置した回収容器５１で粉状体Ｐｗを一旦受け止め、真空チャンバ１を大気開放したときに、回収容器５１から粉状体Ｐｗを回収できるようにしたものを例に説明したが、これに限定されるものでない。例えば、回収容器５１に排出管を介して吸引手段を接続し、真空チャンバ１を大気開放することなく、回収容器５１に集められた粉状体Ｐｗを真空チャンバ１外に排出するようにしてもよい。

上記実施形態では、１枚の基板Ｓｗと１枚のターゲット２とが対向配置されているが、基板Ｓｗの面積が比較的大きく、複数枚のターゲット２が間隔を存してＸ軸方向に並設される場合にも本発明を適用することができる。この場合、並設方向に隣接するターゲット２間の隙間に第２部分４ｂを配置することが好ましい。

Ｐｗ…粉状体、ＳＭ…スパッタリング装置、Ｓｗ…基板、１…真空チャンバ、２…ターゲット、４…防着板、４ｂ…防着板４の第２部分（鉛直方向にのびる防着板の部分）、４１…軸部、４１ａ…外筒面、４１ｂ…縦孔、４１ｃ…横孔、４２…ねじ山部、５…回転モータ（駆動手段）。

Claims (3)

1. スパッタ面を水平方向に向けた起立姿勢でターゲットが配置される真空チャンバと、間隔を存してターゲットの外周縁部を囲うように設置される防着板とを備えるスパッタリング装置において、
   鉛直方向にのびる防着板の部分は、円筒状の軸部とこの軸部の外筒面に所定ピッチで形成されたねじ山部とで構成され、
   軸部をその軸線回りに回転する駆動手段を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記軸部に、鉛直方向にのびる縦孔と、この縦孔に連通し、径方向外方かつ鉛直方向上方に向けてのびて開口する横孔とが形成されていることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 前記ねじ山部の鉛直方向下方で且つターゲットの下端より下方に位置させて、前記縦孔に通じる回収容器が設けられていることを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。

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