JP7263111B2 - スパッタ成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空中で基板上にスパッタリングによって成膜を行うスパッタリング装置に関し、特にマグネトロンスパッタリング装置に関する。

従来より、磁気回路を生成する磁石装置を用いてマグネトロンスパッタリングを行うスパッタ成膜装置が知られている。

図４は、従来のスパッタ成膜装置の内部構成を示す部分断面図である。

図４に示すように、このスパッタ成膜装置１０１は、接地電位にされた真空槽１０２を有し、この真空槽１０２の内部に、基板ホルダ１０５に保持された基板１０６が配置されるようになっている。

真空槽１０２内には、基板１０６と対向するように、バッキングプレート１０８に取り付けられたターゲット１０７が複数個設けられるとともに、真空槽１０２内のバッキングプレート１０８の基板１０６と反対側には、複数の磁石装置１１０が設けられている。

このような構成の下、真空槽１０２内にスパッタガスを導入し、複数のターゲット１０７に対してそれぞれ所定の電力を印加することにより、スパッタガスのプラズマを発生させてスパッタリングを行い、基板１０６上に薄膜を形成する。

しかし、近年、この種のスパッタ成膜装置においては、装置の大型化に伴って磁石装置が大型化し、その結果、磁石装置の反りが発生するという問題が生じている。

すなわち、例えば図４に示すスパッタ成膜装置１０１では、装置の構成上、磁石装置１１０とバッキングプレート１０８との間のクリアランスが１０ｍｍ程度しかなく、磁石装置１１０の熱伸びに起因する反りによりクリアランスが消失して磁石装置１１０とバッキングプレート１０８とが擦れる場合がある。

磁石装置１１０とバッキングプレート１０８に擦れが発生しない場合であっても、磁石装置１１０の熱伸びに起因する反りによって磁場が変動し、形成されるスパッタ膜の面内分布に影響する場合もある。

本発明は、このような従来の技術の課題を考慮してなされたもので、その目的とするところは、マグネトロンスパッタリングによって成膜を行う装置において、磁石装置の熱伸びに起因する反りを抑制する技術を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明は、スパッタリングによって基板上に成膜を行うスパッタ成膜装置であって、真空槽と、前記真空槽内において、バッキングプレートに電気的に接続されて並べられた複数のターゲットと、前記複数のターゲットの隣接するターゲットの間にそれぞれ配置されたアースシールドと、前記真空槽内において前記複数のターゲットの背面側に設けられた複数の磁石装置とを有し、前記アースシールドと前記磁石装置との間に、当該磁石装置に対する前記アースシールドからの放射熱を遮る遮熱部材が設けられているものである。
本発明では、前記遮熱部材が、前記磁石装置の前記アースシールド及び前記バッキングプレート側の部分を覆うように設けられている場合にも効果的である。
本発明では、前記遮熱部材が、前記磁石装置に取り付けられている場合にも効果的である。
本発明では、前記遮熱部材が、前記アースシールドに取り付けられている場合にも効果的である。

本発明によれば、隣接するターゲットの間に配置されたアースシールドとターゲットの背面側に設けられた磁石装置との間に、磁石装置に対するアースシールドからの放射熱を遮る遮熱部材が設けられていることから、磁石装置の温度上昇が抑えられ、その結果、磁石装置の熱伸びに起因する反りを抑制することができる。

本発明において、遮熱部材が、前記磁石装置のアースシールド及びバッキングプレート側の部分を覆うように設けられている場合には、アースシールド及びバッキングプレートからの熱が遮熱部材によって遮られ、これにより磁石装置の熱伸びに起因する反りを確実に抑制することができる。

（ａ）：本発明に係るスパッタ成膜装置の実施の形態の内部構成を示す部分断面図、（ｂ）：本実施の形態の要部を示す部分断面図 （ａ）：本実施の形態における磁石装置及びアースシールドの構成を示す平面図、（ｂ）：本実施の形態における磁石装置、アースシールド及び遮熱部材の構成を示す平面図 （ａ）：本発明の他の実施の形態の内部構成を示す部分断面図、（ｂ）：本実施の形態の要部を示す部分断面図 従来のスパッタ成膜装置の内部構成を示す部分断面図

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明に係るスパッタ成膜装置の実施の形態の内部構成を示す部分断面図、図１（ｂ）は、本実施の形態の要部を示す部分断面図である。

本実施の形態のスパッタ成膜装置１は、マグネトロンスパッタリング方式のもので、図１（ａ）に示すように、接地電位にされた真空槽２を有している。

真空槽２は、その内部の真空排気を行う真空排気装置３に接続されるとともに、真空槽２内にアルゴン（Ａｒ）ガス等のスパッタガスを導入可能なスパッタガス源４に接続されている。

真空槽２内には、基板ホルダ５に保持された基板６が配置されるようになっており、この基板６と対向するように、バッキングプレート８に取り付けられたターゲット７が複数個設けられている。

バッキングプレート８は、図示しない絶縁物を介して真空槽２の壁面に取り付けられ、これによりバッキングプレート８は真空槽２に対して電気的に絶縁されている。

バッキングプレート８は、図示しない電源装置に電気的に接続され、バッキングプレート８を介してターゲット７に対して所定の電力（電圧）を印加するように構成されている。

ターゲット７に印加する電力の種類は特に限定されるものではなく、直流、交流（高周波、パルス状のものも含む）のいずれであってもよい。

複数のターゲット７の隣接するターゲット７の間には、アースシールド９がそれぞれ設けられている。

このアースシールド９は、隣接するターゲット７間の異常放電を防止するためのもので、例えばチタン（Ｔｉ）からなり、接地電位となるように構成されている。

アースシールド９には、後述する磁石装置１０側に延びる基部９ａが設けられている。

真空槽２内のバッキングプレート８の背面側即ち基板６に対して反対側には、複数の磁石装置１０が設けられている。

図２（ａ）は、本実施の形態における磁石装置及びアースシールドの構成を示す平面図、図２（ｂ）は、本実施の形態における磁石装置、アースシールド及び遮熱部材の構成を示す平面図である。

図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）（ｂ）に示すように、各磁石装置１０は、ターゲット７のスパッタ面７ａ上に磁場を発生させるようにヨーク１０ａ上に設置された、中心磁石１１と、中心磁石１１の周囲に連続的な形状で設置された外周磁石１２とを有し、これらは磁石固定板１３上に設けられている。

中心磁石１１はバッキングプレート８と平行となるような例えば長方体形状に形成されるとともに、外周磁石１２はヨーク１０ａ上で中心磁石１１の周縁部から所定距離をおいて環状に形成され、中心磁石１１を取り囲むように配置されている。

この外周磁石１２は、必ずしも一つの継ぎ目のない環形状であることを意味しない。すなわち、中心磁石１１の周囲を取り囲む形状であれば、複数の部品から構成されていてもよいし、ある部分に直線的な形状を有していてもよい。また、閉じた円環又は円環を閉じたまま変形させた形状でもよい。

なお、本例の磁石装置１０は、外周磁石１２（ヨーク１０ａ）の外径が各ターゲット７の外径より小さくなるようにその寸法が設定されている。

外周磁石１２と中心磁石１１は、ターゲット７のスパッタ面７ａに対して互いに異なる極性の磁極を対向させて配置されている。

磁石装置１０のヨーク１０ａの背面側には、図示しない駆動機構によって駆動されるＸＹステージ等の移動装置（図示せず）が配置され、この移動装置によって磁石装置１０が移動するように構成されている。

本実施の形態では、各磁石装置１０をターゲット７のスパッタ面７ａに沿って中心磁石１１の延びる方向（長手方向）に対して直交する方向に往復移動させるように構成されている。

図１（ａ）（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、アースシールド９と磁石装置１０との間には、磁石装置１０に対するアースシールド９からの熱を遮る遮熱部材１４が設けられている。

本実施の形態では、各磁石装置１０における、外周磁石１２及び中心磁石１１のアースシールド９の基部９ａと対向する面、さらにバッキングプレート８と対向する面、並びに、ヨーク１０ａのアースシールド９の基部９ａと対向する面、さらにバッキングプレート８と対向する面をそれぞれ覆うように遮熱部材１４が設けられている。

この遮熱部材１４は、例えばＡｌ（アルミニウム）からなるもので、厚さ１～２ｍｍ程度の板状の部材を断面コ（Ｕ）字状に折り曲げることにより作成することができる。

また、遮熱部材１４の表面は鏡面加工が施され、反射率ができるだけ大きくなるようにされている。

遮熱部材１４は、磁石装置１０に対する放射熱の量を最小限にするため、磁石装置１０に接触させず、例えばねじ等の保持部材１５を用いて各磁石装置１０に保持させるように構成することが好ましい。

一方、図２（ｂ）に示すように、遮熱部材１４は、各磁石装置１０の長手方向の全範囲ではなく、それぞれの中腹部分にのみ設けることができる。

これは、各磁石装置１０の両端部には、図示しない磁力調整部材が設けられており、遮熱部材１４がこの磁力調整部材と干渉することを考慮したものである。

本発明者の知見によれば、各磁石装置１０の両端部に遮熱部材１４が存在しない場合であっても、遮熱部材１４が磁石装置１０の長さの５０％以上の長さを有していれば、磁石装置１０の反りを抑制可能であることが確認されている。

また、遮熱部材１４において例えば水等の冷却媒体を循環させるように構成することもでき、このような構成によれば磁石装置１０の温度上昇を確実に防止することができる。

このような構成を有する本実施の形態において、基板６上にスパッタリングによって成膜を行う場合には、真空槽２内を真空排気するとともに、真空槽２内にスパッタガスを導入し、図示しない電源装置からバッキングプレート８を介してターゲット７に所定の負電圧を印加する。

そして、複数の磁石装置１０を、ターゲット７のスパッタ面７ａに沿って中心磁石１１の延びる方向に対して直交する方向に往復移動させる。

以上の動作により、ターゲット７と基板６の間で放電が生じ、ターゲット７上のスパッタガスが電離され、プラズマ化する。

このプラズマ中に存在するスパッタガスのイオンは、磁石装置１０によって発生させた磁場に捕捉される。

本実施の形態では、ターゲット７に負電圧が印加されており、スパッタガスのイオンは負電位のターゲット７のスパッタ面７ａに衝突し、ターゲット材料の粒子（スパッタ粒子）を弾き飛ばす。

このスパッタ粒子が、上述した基板６の表面に到達して付着し、ターゲット材料の膜が基板６上に形成される。

以上述べた本実施の形態によれば、隣接するターゲット７の間に配置されたアースシールド９と、ターゲット７の背面側に設けられた磁石装置１０との間に、磁石装置１０に対するアースシールド９からの放射熱を遮る遮熱部材１４が設けられていることから、磁石装置１０の温度上昇が抑えられ、その結果、磁石装置１０の熱伸びに起因する反りを抑制することができる。

特に本実施の形態においては、遮熱部材１４が、磁石装置１０のアースシールド９及びバッキングプレート８側の部分を覆うように設けられていることから、アースシールド９及びバッキングプレート８からの放射熱が遮熱部材１４によって遮られ、これにより磁石装置１０の熱伸びに起因する反りを確実に抑制することができる。

図３（ａ）（ｂ）は、本発明の他の実施の形態を示すもので、図３（ａ）は、内部構成を示す部分断面図、図３（ｂ）は、本実施の形態の要部を示す部分断面図である。以下、上記実施の形態と対応する部分には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。

本実施の形態のスパッタ成膜装置１Ａは、図３（ａ）に示すように、遮熱部材１６が、各アースシールド９にも取り付けられているものである。

具体的には、図３（ｂ）に示すように、各アースシールド９の基部９ａの遮熱部材１４と対向する面、さらにアースシールド９の基部９ａの先端部を覆うように遮熱部材１６が設けられている。

この遮熱部材１６は、上記実施の形態と同じく表面に鏡面加工が施され、反射率ができるだけ大きくなるようにしたものを用いるとよい。

また、アースシールド９側の遮熱部材１６は、磁石装置１０（遮熱部材１４）に対して放射される熱の量を最小限にするため、アースシールド９の基部９ａに接触させず、例えばねじ等の保持部材１７を用いて各アースシールド９の基部９ａに保持させることが好ましい。

このような構成を有する本実施の形態によれば、磁石装置１０に対するアースシールド９の放射熱を小さくすることができるので、磁石装置１０の温度上昇が更に抑えられ、その結果、磁石装置１０の熱伸びに起因する反りを確実に抑制することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られず、種々の変更を行うことができる。例えば、図３（ａ）（ｂ）に示す実施の形態では、磁石装置１０とアースシールド９の両方に遮熱部材１４、１６を設けるようにしたが、本発明はこれに限られず、アースシールドにのみ遮熱部材を設けることもできる。

ただし、この場合には、アースシールドから十分に熱を逃がすような構成にすることが好ましい。

１……スパッタ成膜装置
２……真空槽
６……基板
７……ターゲット
７ａ…スパッタ面
８……バッキングプレート
９……アースシールド
１０…磁石装置
１１…中心磁石
１２…外周磁石
１４…遮熱部材
１５…保持部材

Claims (3)

1. スパッタリングによって基板上に成膜を行うスパッタ成膜装置であって、
   真空槽と、
   前記真空槽内において、バッキングプレートに電気的に接続されて並べられた複数のターゲットと、
   前記複数のターゲットの隣接するターゲットの間にそれぞれ配置されたアースシールドと、
   前記真空槽内において前記複数のターゲットの背面側に設けられた複数の磁石装置とを有し、
   前記アースシールドと前記磁石装置との間に、当該磁石装置に対する前記アースシールドからの放射熱を遮る遮熱部材が設けられ、
   前記遮熱部材が、前記磁石装置の前記アースシールド及び前記バッキングプレート側の部分を覆うように設けられているスパッタ成膜装置。
2. 前記遮熱部材が、前記磁石装置に取り付けられている請求項１記載のスパッタ成膜装置。
3. 前記遮熱部材が、前記アースシールドに取り付けられている請求項１記載のスパッタ成膜装置。

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