JP7360845B2 - スパッタ粒子防着板及びイオンビームスパッタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタ粒子防着板及びイオンビームスパッタ装置に関する。

物理蒸着（ＰＶＤ）法の１つであるイオンビームスパッタリング法は、膜材料となるスパッタターゲット（スパッタ源）にイオンビームを照射してスパッタ粒子を飛散させ、被処理体に堆積させて膜を形成する。イオンビームスパッタリング法は、製膜速度が遅いものの、１～数原子膜レベルでの膜厚調整の可能な製膜方法として、半導体装置等の製造に広く使用され、特にＣｏ／Ｐｄ多層膜やＣｒＰｔ_３規則合金膜のような磁性膜の形成に好適である（特許文献１）。

図７を参照し、従来のイオンビームスパッタ装置９について説明する。図７に示すように、イオンビームスパッタ装置９は、イオン源１、被処理体である基板Ｗを保持する基板ステージ４１、板状のスパッタターゲットＴを装着するターゲットホルダユニット５等を備える。
なお、図７には、イオンビーム（イオンビーム束）ＩＢの中心のみを破線で図示した。また、以後の各図では、奥行き方向をｘ軸、水平方向をｙ軸、垂直方向をｚ軸とする。

イオン源１は、イオンビームＩＢの取出し口をターゲットホルダ５１に装着されたスパッタターゲットＴに向けて、処理室（真空処理室、チャンバ）２に形成されたフランジ７を貫通して設置されている。基板自転機構４は、モータ等の回転手段４２及び回転手段４２の回転運動を基板ステージ４１へ伝達する直進回転導入機４３を備える。また、基板自転機構４は、回転手段４２及び直進回転導入機４３により基板ステージ４１が上下に昇降して、スパッタターゲットＴと基板Ｗとの距離を調整することができる。ターゲットホルダユニット５は、複数のターゲットホルダ５１が固定され、処理室２内に配置される。ターゲットホルダユニット５は、三角柱状や四角柱状の基台５２を有している。基台５２は、ターゲットホルダ５１を介して、複数のスパッタターゲットＴが取り付けられる。また、基台５２は、端面（上面及び下面）の中心に回転軸が設定され、この回転軸を回転導入機５３が回転させる。すなわち、ターゲットホルダユニット５は、複数のスパッタターゲットＴを切り替え、イオンビームＩＢを照射する１個のスパッタターゲットＴ_１を選択可能な回転式（ドラム式）となっている。

このように、イオンビームＩＢを生み出すイオン源１は、処理室２と空間的に分離されているため、スパッタターゲットＴや基板Ｗにはプラズマが直接当たることはない。さらに、処理室２の真空度は、１０^－３～１０^－２Ｐａ程度であり、マグネトロンスパッタ法と比べて１桁高真空である。このことから、スパッタ粒子の平均自由工程が長く、スパッタターゲットＴにイオンビームＩＢが到達することによって生じたスパッタ粒子が、高エネルギーのまま基板Ｗに到達する。これにより、イオンビームスパッタリング法では、原子の配列が緻密できわめて良質な薄膜を堆積することができる。また、イオンビームスパッタリング法では、イオンビームＩＢの加速電圧の調整、プラズマ放電条件の個別設定、及び、薄膜の結晶成長方位・応力の調整が可能であり、種々のデバイスに応じた薄膜や界面を形成することができる。さらに、イオンビームスパッタリング法では、複数のスパッタターゲットＴをターゲットホルダユニット５に取り付け、複数のスパッタターゲットＴを切り替えてイオンビームＩＢを照射することにより、多層膜を堆積することが可能である。イオン源１と処理室２が空間的に分離され、処理室２には十分なスペースがあるので、多元材料のスパッタ法として大変優れている。

特開２０１７－５７４８７号公報

従来のイオンビームスパッタリング法では、堆積した薄膜の品質を向上させるため、スパッタターゲットＴの純度が非常に重要である。一般的にイオン源１に導入するスパッタガスとしてアルゴンが利用されており、スパッタターゲットＴの主要な材料として鉄、銅、コバルト、タンタルが利用されている。これら材料の質量（原子番号）がアルゴンより大きいため、スパッタターゲットＴをスパッタ後、アルゴンが高エネルギーの反跳粒子となる。図８に示すように、反跳したアルゴンは、処理室２や他のスパッタ粒子に連鎖的に衝突し、その一部が他のスパッタターゲットＴに回り込んで再び付着し、その表面を汚染することがある（符号α）。特に、イオンビームＩＢのダウンストリーム側では、スパッタターゲットＴの汚染が酷くなる。

通常、スパッタ粒子は単原子状態で飛散するが、同時に飛散したスパッタ粒子同士が衝突し、その運動方向が変ることで、スパッタ粒子の回り込み再付着が発生すると考えられる。イオンビームスパッタリング法は、マグネトロンスパッタリング法に比べて製膜レートが遅く、スパッタに時間を要するため、スパッタターゲットＴが一度汚染されてしまうと、その汚染状態が長期間に渡ってしまう。このため、汚染されたスパッタターゲットＴをスパッタしても、高純度な薄膜を得ることが極めて困難である。

そこで、複数のスパッタターゲットＴを切り替えてスパッタする場合、他のスパッタターゲットＴの汚染を防止するために、図９に示すような防着板８が用いられる。一般的には、スパッタターゲットＴが防着板８に接触しないようにターゲットホルダユニット５を回転させるため、防着板８を円筒状とし、防着板８の中心軸をターゲットホルダユニット５の回転軸と同一軸に設定する。この防着板８は、円筒状の筐体内部にターゲットホルダユニット５を収容し、筐体を切り欠けて形成した開口部からスパッタターゲットＴを露出させる。

しかしながら、防着板８では、スパッタターゲットＴとの隙間が生じるため（例えば、数ｃｍ）、以下で説明するように、スパッタ粒子の回り込み再付着を防止できない。イオンビームスパッタリング法では、反跳したスパッタ粒子のほとんどが防着板８に衝突するが、一部のスパッタ粒子が他のスパッタターゲットＴに堆積することがある。つまり、防着板８により他のスパッタターゲットＴが遮蔽されている場合でも、防着板８の隙間から入り込んだスパッタ粒子が他のスパッタターゲットＴに回り込み再付着することがある。

そこで、本発明は、複数のスパッタターゲットを切り替えてスパッタする際、スパッタ粒子の回り込み再付着を防止できるスパッタ粒子防着板及びイオンビームスパッタ装置を提供することを課題とする。

前記した課題に鑑みて、本発明に係るスパッタ粒子防着板は、複数のスパッタターゲットを保持するターゲットホルダユニットを回転軸により回転させ、選択したスパッタターゲットにイオンビームを照射するイオンビームスパッタ装置用のスパッタ粒子防着板であって、筐体と、移動機構と、を備える構成とした。

かかる構成によれば、筐体は、ターゲットホルダユニットを内部に収容し、選択したスパッタターゲットを露出させる開口部が形成された上面と側面と下面とを有する箱状である。また、筐体は、開口部を除いてターゲットホルダユニットの周囲を覆っており、回転軸が挿通する側面と上面と下面とで第１筐体及び第２筐体に二分される。
移動機構は、第１筐体及び第２筐体が結合して筐体となると共に、筐体が第１筐体及び第２筐体に分離するように、第１筐体及び第２筐体の少なくとも一方を移動させる。
開口部は、第１筐体及び第２筐体に亘って形成されており、第１筐体及び第２筐体が結合して筐体となったときに、開口部の内周と選択したスパッタターゲットの外周との隙間を遮蔽し、スパッタ粒子が隙間に入り込まないように形成されている。

なお、移動機構が開口部の内周と選択したスパッタターゲットの外周とを近接又は当接させるように第１筐体及び第２筐体の少なくとも一方を移動させることで、開口部が隙間を遮蔽し、スパッタ粒子が隙間に入り込まないようにすればよい。

また、前記した課題に鑑みて、本発明に係るイオンビームスパッタ装置は、複数のスパッタターゲットを保持するターゲットホルダが側面に配置され、両端面に回転軸を有するターゲットホルダユニットと、選択したスパッタターゲットにイオンビームを照射するイオン源と、前記したスパッタ粒子防着板と、スパッタ粒子防着板の移動機構を制御する制御部と、を備える構成とした。

かかる構成によれば、制御部は、筐体を第１筐体及び第２筐体に分離した後、ターゲットホルダユニットを回転させ、ターゲットホルダユニットの回転が完了した後、第１筐体及び第２筐体を結合して筐体となるように移動機構を制御する。
そして、イオンビームの照射時、開口部の内周とスパッタターゲットの外周との隙間を遮蔽するため、複数のスパッタターゲットを切り替えてスパッタする場合でも、スパッタ粒子の回り込み再付着を防止できる。さらに、ターゲットホルダユニットの回転時、ターゲットホルダユニットを収容している筐体が第１筐体及び第２筐体に分離するため、スパッタターゲットが筐体の内壁面に接触することもない。

本発明によれば、複数のスパッタターゲットを切り替えてスパッタする際、スパッタ粒子の回り込み再付着を防止することができる。

第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置の側面図である。 第１実施形態において、（ａ）はスパッタ粒子防着板の外観図であり、（ｂ）は筐体が閉じた状態の断面図であり、（ｃ）筐体が開いた状態の断面図である。 第１実施形態において、（ａ）はラックアンドピニオンを備えるスパッタ粒子防着板の側面図であり、（ｂ）はガイドを備えるスパッタ粒子防着板の側面図である。 第１実施形態において、ターゲットホルダユニット回転時の制御を示すフローチャートである。 （ａ）は第２実施形態に係るスパッタ粒子防着板の外観図であり、（ｂ）は筐体が閉じた状態の断面図であり、（ｃ）筐体が開いた状態の断面図である。 （ａ）は第３実施形態に係るスパッタ粒子防着板の外観図であり、（ｂ）は筐体が閉じた状態の断面図であり、（ｃ）筐体が開いた状態の断面図である。 従来のイオンビームスパッタ装置の側面図である。 従来のイオンビームスパッタ装置において、ターゲットの汚染を説明する説明図である。 （ａ）は従来のイオンビームスパッタ装置で用いられるスパッタ粒子防着板の側面図であり、（ｂ）はスパッタ粒子防着板の拡大図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の各実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の部材及び手段には同一の符号を付し、説明を省略した。

図１に示すように、第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０は、イオン源１と、処理室（真空処理室、チャンバ）２と、排気系３と、基板自転機構４と、ターゲットホルダユニット５と、スパッタ粒子防着板６と、イオン源１及びスパッタターゲットＴを冷却する冷媒（冷却水）を供給する冷却機構（図示省略）とを備える。さらに、イオンビームスパッタ装置１０は、イオン種（ガス）からイオンビームを引き出すための電源（ＰＳ）１１と、イオン源１にイオン種としてＡｒガス等を供給するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２と、スパッタ粒子防着板６の開閉及びターゲットホルダユニット５の開閉を制御する制御部（ＣＴＬ）１３とを備える。

（イオン源）
イオン源１は、イオンビームＩＢをスパッタターゲットＴに照射するものである。イオン源１は、公知のイオンビームスパッタ装置９（図７）に搭載されるイオン源である。例えば、イオン源１としては、カウフマン型（フィラメント）、ホローカソード型、ＲＦ型、バケット型、デュオプラズマトロン型等があげられる。イオン源１は、その全体が筐体に収納されて外形が円柱、あるいは角柱を呈し、一方の底面（前面）から柱体の軸方向に沿ってイオンビームＩＢを照射する。本実施形態では、この柱体の軸方向、すなわちイオンビームの射線方向をイオン源１の向きと表し、図１のイオン源１では水平な状態となっている。なお、図１において、イオンビームＩＢの中心のみを破線で図示している。

イオン源１は、一例として、フランジ７を介して、処理室２の側面に固定されている。また、イオン源１は、前面を処理室２の中央に向けて設置され、前面に対向する後面に、電流、ガス、冷却水等を供給するための可撓性の管が接続されている。図１では、イオン源１に電源１１及びマスフローコントローラ１２に接続する２本の管を模式的に示した。

（処理室、排気系）
処理室２は、公知のイオンビームスパッタ装置９の真空処理装置に適用されるものと同様の構造である。処理室２は、公知の排気系３によって所望の圧力（真空状態）に制御され、これを保持する。また、処理室２には、基板Ｗの出し入れの際の処理室２の真空状態や雰囲気の変化を抑制するために、開閉可能なシャッタ（図示省略）を隔てて予備室が接続され、この予備室は排気系３とは別の排気系で圧力を制御される。
排気系３は、処理室２を真空（減圧）状態に排気するものであり、メインバルブ３１と、真空ポンプ３２とを備える。

（基板自転機構）
基板自転機構４は、基板Ｗを所望の高さに保持し、製膜時に基板Ｗを回転（自転）させるものである。基板自転機構４は、公知のイオンビームスパッタ装置９に搭載されるものと同様の構成であり、基板Ｗを保持する高さを設定できる。すなわち、基板自転機構４は、基板Ｗを保持する基板ステージ４１と、モータ等の回転手段４２と、回転手段４２の回転運動を基板ステージ４１へ伝達する直進回転導入機４３とを備える。基板ステージ４１は、表面（基板Ｗの設置面、下面）で基板Ｗを保持することのできる構造とし、表面近傍にヒータを内蔵して基板Ｗを所望の温度に加熱したり、水冷や液体窒素等で基板Ｗを冷却する構造としてもよい。直進回転導入機４３は、真空処理装置に一般に適用されるものであって、回転運動及び垂直方向の直線移動を、処理室２の外から内へ処理室２の壁面（天井）に固定されたフランジ７を介して伝達するものである。基板自転機構４は、このような構成によって、基板Ｗを所望の高さに保持し、また、必要に応じて、製膜時に基板Ｗを膜形成面（表面）の面内で回転（自転）させることができる。そのため、イオンビームＩＢの入射角にかかわらず、スパッタ粒子が自転する基板Ｗに付着して、基板Ｗの表面に均一に薄膜が形成される。

（ターゲットホルダユニット）
ターゲットホルダユニット５は、複数のスパッタターゲットＴを保持すると共に、イオンビームＩＢの照射対象となるスパッタターゲットＴ_１を選択して開口部６２に配置するものである。ターゲットホルダユニット５は、スパッタターゲットＴを保持するターゲットホルダ５１が側面に配置され、側面に直交する両端面に回転軸を有している。ターゲットホルダユニット５は、４つの側面を連続させた四角筒状の基台５２を有し、４枚のスパッタターゲットＴを装着するために、４個のターゲットホルダ５１が基台５２の各側面に固定されている。また、ターゲットホルダユニット５は、イオンビームＩＢの照射対象となるスパッタターゲットＴ_１が斜め上４５°に向くように配置される。ターゲットホルダユニット５は、回転導入機（回転軸）５３を介して、モータ（不図示）からの回転運動が処理室２の外から伝達され、時計回り又は反時計回りに回転する。

ターゲットホルダ５１は、公知のイオンビームスパッタ装置９に搭載されるものと同様の構造である。すなわち、ターゲットホルダ５１は、ステンレス鋼等でスパッタターゲットＴよりも一回り大きな板状に形成され、表面にスパッタターゲットＴをネジ等（図示省略）で固定して、内部に水を循環させて冷却する構成となっている。また、ターゲットホルダユニット５にも冷却水の流路を設けて、４個のターゲットホルダ５１への流路が接続される。あるいは、ターゲットホルダユニット５は、各側面に亘って複数のターゲットホルダ５１と一体に形成されてもよい。

（スパッタ粒子防着板）
スパッタ粒子防着板６は、イオンビームＩＢの照射対象となるスパッタターゲットＴ_１から飛散したスパッタ粒子が、他のスパッタターゲットＴに付着することを防止するものである。スパッタ粒子防着板６は、任意の材料で形成可能であり、例えば、処理室２と同一の材料（ステンレス鋼等の金属）で形成できる。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、スパッタ粒子防着板６は、ターゲットホルダユニット５を内部に収容可能な筐体６１を有する。筐体６１は、箱状の形状であり、ターゲットホルダユニット５を収容可能なサイズの内部空間を有する。つまり、筐体６１は、後記する開口部６２を除き、ターゲットホルダユニット５の周囲を覆っている。
なお、図２では、図面を見やすくするために、スパッタ粒子防着板６を斜めにせずに図示した。

筐体６１は、回転導入機５３が挿通する側面６０_Ｎ，６０_Ｆと、回転導入機５３に対向する上面６０_Ｕと、下面６０_Ｄとで二分される。以後、二分した筐体６１の右半分を筐体（第１筐体）６１_Ｒ、筐体６１の左半分を筐体（第２筐体）６１_Ｌとする。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、２つの筐体６１_Ｒ，６１_Ｌが結合して１つの筐体６１となることを「閉じる」とする。図２（ｃ）に示すように、１つの筐体６１が２つの筐体６１_Ｒ，６１_Ｌに分離することを「開く」とする。以後の各図では、奥行方向（ｘ軸）で手前側の壁面を側面６０_Ｎ、奥行方向で奥側の壁面を側面６０_Ｆ、水平方向（ｙ軸）で右側の壁面を側面６０_Ｒ、垂直方向（ｚ軸）で上側の壁面を上面６０_Ｕ、垂直方向で下側の壁面を下面６０_Ｄとする。

筐体６１は、スパッタターゲットＴ_１を露出させる開口部６２を上面６０_Ｕに有する。開口部６２は、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌに亘って形成されている。例えば、開口部６２は、スパッタターゲットＴと同一形状（円形）であり、同程度のサイズである。また、選択された１個のスパッタターゲットＴ_１のみが露出すればよいので、開口部６２も１個である。筐体６１_Ｒ，６１_Ｌの境界が、側面６０_Ｎ，６０_Ｆの中央で高さ方向に形成され、開口部６２に交わるように上面６０_Ｕの中央で奥行方向に形成されている。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、筐体６１が閉じたとき、開口部６２は、開口部６２の内周とスパッタターゲットＴ_１の外周との隙間にスパッタ粒子が入り込まないように遮蔽する。図２（ａ）及び図２（ｂ）では、図面を見やすくするために、開口部６２の内周とスパッタターゲットＴ_１の外周との隙間を広く図示しているが、実際には、これらが近接した状態で隙間が極めて狭くなっている（例えば、隙間が１ｍｍ以下）。さらに、この隙間がなくなるように、開口部６２の内周とスパッタターゲットＴ_１の外周とを当接（密着）させてもよい。図２（ｃ）に示すように、筐体６１が開くと、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌのそれぞれの上面６０_Ｕに、開口部６２を二分した半円状の開口部分が形成されている。

そして、筐体６１は、筐体６１を開閉するための移動機構６３を備える。移動機構６３は、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌが結合して筐体６１となると共に、筐体６１が筐体６１_Ｒ，６１_Ｌに分離するように、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌの少なくとも一方を移動（スライド）させるものである。例えば、移動機構６３としては、筐体６１の下面６０_Ｄに形成されたラックアンドピニオン６４（図３）があげられる。

図３（ａ）に示すように、ラックアンドピニオン６４は、１対の櫛歯（案内部）６５_１，６５_２と、１個の歯車（移動部）６６とを備える。櫛歯６５_１，６５_２は、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌが分離又は結合するように、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌを直線方向（水平方向）に案内する。一方の櫛歯６５_１は、筐体６１_Ｌの下面６０_Ｄに設置される。他方の櫛歯６５_２は、筐体６１_Ｒの下面において、一方の櫛歯６５_１と対向するように設置される。このように、櫛歯６５_１，６５_２は、互いに平行となるように、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌの下面に対向して形成されている。歯車６６は、互いに平行な櫛歯６５_１，６５_２の間に挿入されている。歯車６６は、回転導入機（不図示）を介して、モータにより時計回り又は反時計回りに回転させられることで、櫛歯６５_１，６５_２に沿って筐体６１_Ｒ，６１_Ｌを移動させる。

ここで、歯車６６の回転により、１対の櫛歯６５_１，６５_２が互いに逆方向にスライドする。例えば、歯車６６が時計回りに回転した場合、櫛歯６５_１が右方向に移動し、櫛歯６５_２が左方向に移動し、筐体６１が閉じる。また、歯車６６が反時計回りに回転した場合、櫛歯６５_１が左方向に移動し、櫛歯６５_２が右方向に移動し、筐体６１が開く。

なお、図３（ｂ）に示すように、移動機構６３は、凸部６７_１及び凹部６７_２からなるガイド（案内部）６７と、直線導入機（移動部）７１とを備えてもよい。凸部６７_１及び凹部６７_２は、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌが分離又は結合するように、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌを直線方向（水平方向）に案内する。凸部６７_１は、筐体６１_Ｌの下面６０_Ｄに設置される。凹部６７_２は、筐体６１_Ｒの下面において、凸部６７_１と対向するように設置される。このように、凸部６７_１及び凹部６７_２は、互いに平行となるように、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌの下面に対向して形成されている。筐体６１_Ｒ，６１_Ｌの側面６０_Ｒ，６０_Ｌには、フランジ７を介して、直線導入機（移動部）７１が挿入される。直線導入機７１は、圧空シリンダ７２が接続されており、凸部６７_１及び凹部６７_２がガイドとなり筐体６１_Ｒ，６１_Ｌを移動させる。なお、直線導入機７１は、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌの側面６０_Ｒ，６０_Ｌに固定せず、図示を省略した爪による引っ掛け式としてもよい。

ここで、圧空シリンダ７２の伸縮により直線運動が与えられることで、ガイド６７（凸部６７_１，凹部６７_２）が互いに逆方向にスライドする。例えば、圧空シリンダ７２_Ｒ，７２_Ｌが伸びた場合、凸部６７_１が右方向に移動し、凹部６７_２が左方向に移動し、筐体６１が閉じる。また、圧空シリンダ７２_Ｒ，７２_Ｌが縮んだ場合、凸部６７_１が左方向に移動し、凹部６７_２が右方向に移動し、筐体６１が開く。

以上のように、スパッタ粒子防着板６は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように筐体６１が閉じた状態では、開口部６２の内周とスパッタターゲットＴ_１の外周との隙間にスパッタ粒子が入り込まないように遮蔽するので、スパッタ粒子の回り込み再付着を防止できる。すなわち、スパッタ粒子防着板６は、筐体６１が隙間なく閉じるので、他のスパッタターゲットＴを処理室２内の雰囲気から隔離できる。さらに、スパッタ粒子防着板６は、図２（ｃ）に示すように、筐体６１に開くので、スパッタターゲットＴやターゲットホルダユニット５と筐体６１とが接触することなく、ターゲットホルダユニット５を回転させて所望のスパッタターゲットＴを選択できる。

（制御部）
図１に戻り、制御部１３について説明する。
制御部１３は、移動機構６３を制御するものである。つまり、制御部１３は、歯車６６を回転させるモータ（不図示）を駆動し、筐体６１の開閉を制御する。また、制御部１３は、回転導入機５３に接続されたモータ（不図示）を駆動し、ターゲットホルダユニット５の回転を制御する。なお、図１では、図面を簡略化するため、制御部１３が回転導入機５３及び歯車６６に接続されているように図示している。

＜制御部の動作：ターゲットホルダユニット回転制御＞
図４を参照し、制御部１３の動作として、ターゲットホルダユニット５の回転制御を説明する。なお、図４では、図面を見やすくするため、一部符号のみを図示した。
図４（ａ）に示すように、ステップＳ１において、制御部１３は、歯車６６を反時計回りに回転させ、筐体６１を筐体６１_Ｒ，６１_Ｌに分離する。すると、図４（ｂ）に示すように、全てのスパッタターゲットＴが筐体６１の内壁面に接触しないように、筐体６１が開いた状態となる。
ステップＳ２において、制御部１３は、回転導入機５３を介して、ターゲットホルダユニット５を例えば反時計回りに回転させる。

ステップＳ３において、制御部１３は、ターゲットホルダユニット５の回転が完了したか否かを判定する。例えば、制御部１３は、モータのエンコーダの計測値を取得し、回転の完了を判定する。なお、制御部１３は、フォトカプラ等の光学センサ（不図示）により筐体６１の開度を検出してもよい。
ターゲットホルダユニット５の回転が完了していない場合（ステップＳ３でＮｏ）、制御部１３は、ステップＳ２の処理に戻る。つまり、制御部１３は、イオンビームＩＢを照射できる位置にスパッタターゲットＴ_１が到達するまで、ターゲットホルダユニット５を回転させる。

図４（ｃ）に示すように、ターゲットホルダユニット５の回転が完了した場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、制御部１３は、ステップＳ４の処理に進む。
ステップＳ４において、制御部１３は、歯車６６を時計回りに回転させ、筐体６１_Ｒ，６１_Ｌを筐体６１として結合する。すると、図４（ｄ）に示すように、選択したスパッタターゲットＴ_１のみが開口部６２（図３）から露出するように、筐体６１が閉じた状態となる。

なお、制御部１３は、ターゲットホルダユニット５の回転制御と、イオンビームＩＢの照射タイミング及び基板自転機構４の自転タイミングとを連動させてもよい。例えば、ステップＳ４の終了後、制御部１３は、基板自転機構４（図１）に制御信号を送信することでこれを自転させ、イオン源１に制御信号を送信することでイオンビームＩＢを照射させてもよい。

［作用・効果］
以上のように、第１実施形態に係るイオンビームスパッタ装置１０は、スパッタ粒子防着板６により、スパッタ粒子の回り込み再付着を防止し、スパッタターゲットＴの汚染を防止することができる。

イオンビームスパッタリング法を用いて、磁性薄膜を製膜する場合、原子配列や応力のわずかな違いで磁気特性に大きな差が生じるため、スパッタターゲットＴの純度が非常に重要となる。前記したスパッタ粒子防着板６は、スパッタターゲットＴの汚染を防止できるので、磁性薄膜の形成に最適である。

また、スピントロニクス分野では、真空蒸着法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法ではなく、スパッタ法で製膜可能な材料に対する期待が高まっている。例えば、飽和蒸気圧が極端に低く処理室２内に拡散するビスマスや、黒い煤状の汚染が広がるマンガンは、新な物性が期待される一方で汚染源にもなるので、イオンビームスパッタリング法に適さないと考えられていた。しかし、前記した構成のスパッタ粒子防着板６を用いれば、ビスマスやマンガンといった新たな材料をスパッタしても、スパッタターゲットＴの汚染を防止できる。従って、イオンビームスパッタ装置１０によれば、従来の磁性材料と新たな材料を組み合わせ、新たな多層構造デバイスを実現できる可能性が高まる。

（第２実施形態）
図５を参照し、第２実施形態に係るスパッタ粒子防着板６Ｂについて、第１実施形態と異なる点を説明する。なお、イオンビームスパッタ装置１０（図１）は、第１実施形態と同様のため、説明及び図示を省略する。

図５（ａ）に示すように、スパッタ粒子防着板６Ｂは、筐体６１に斜面６８を設けた点が、第１実施形態と異なる。筐体６１は、回転導入機５３に平行な側面６０_Ｒ，６０_Ｌと上面６０_Ｕとが、斜面６８を介して接続されている。例えば、斜面６８は、上面６０_Ｕ及び側面６０_Ｒ，６０_Ｌに対して、斜め４５°である。筐体６１に斜面６８を設けたので、図２のように筐体６１が長方体のときよりも、筐体６１の内容積が小さくなる。

図５（ｂ）に示すように、筐体６１が閉じた状態では、ターゲットホルダユニット５と斜面６８との隙間が狭くなる。このため、開口部６２の内周とスパッタターゲットＴ_１の外周との隙間からスパッタ粒子が侵入した場合でも、このスパッタ粒子が斜面６８に付着するので、スパッタ粒子の回り込み再付着を防止できる。このように、スパッタ粒子防着板６Ｂは、斜面６８を設けることで、筐体６１の外壁面だけでなく、筐体６１の内壁面も防着板として機能する。

図５（ｃ）に示すように、スパッタ粒子防着板６Ｂは、筐体６１を開くことで、スパッタターゲットＴが筐体６１に接触することなく、ターゲットホルダユニット５が回転することができる。なお、スパッタ粒子防着板６Ｂは、筐体６１を開閉するために図３（ａ）及び図３（ｂ）と同様の移動機構６３を備えている。

スパッタ粒子防着板６Ｂでは、筐体６１に斜面６８以外を形成してもよい。つまり、スパッタ粒子防着板６Ｂは、筐体６１の内部を多角形状（例えば、８角形や１２角形）に形成し、回転するターゲットホルダユニット５と筐体６１との隙間をさらに狭くすることができる。

なお、本実施形態では、斜面６８を筐体６１_Ｒ，６１_Ｌの両方に形成することとして説明したが、何れか一方のみに形成してもよい。例えば、イオンビームＩＢのダウンストリーム側となる筐体６１_Ｒ又は筐体６１_Ｌのみ、斜面６８を形成してもよい。

（第３実施形態）
図６を参照し、第３実施形態に係るスパッタ粒子防着板６Ｃについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
図６（ａ）に示すように、スパッタ粒子防着板６Ｃは、筐体６１の内部に板状部材６９を形成した点が第１実施形態と異なる。この板状部材６９は、上面６０_Ｕからターゲットホルダユニット５に向けて所定の幅で斜めに突出させる。例えば、板状部材６９は、上面６０_Ｕ及び側面６０_Ｒ，６０_Ｌに対して、上面６０_Ｕの端から斜め４５°で突出する。板状部材６９は、開口部６２の隙間と、スパッタターゲットＴ_１の隣に位置する他のスパッタターゲットＴとの間に位置する。なお、隣に位置する他のスパッタターゲットＴとは、スパッタターゲットＴ_１の左右に位置する２個のスパッタターゲットＴのことである。また、板状部材６９は、筐体６１の内部で手前側から奥側まで設けられ、回転するターゲットホルダユニット５に接触しないサイズである。また、板状部材６９は、筐体６１と同様の材料で形成できる。

図６（ｂ）に示すように、筐体６１が閉じた状態では、ターゲットホルダユニット５と板状部材６９との隙間が狭くなる。このため、開口部６２の内周とスパッタターゲットＴ_１の外周との隙間からスパッタ粒子が侵入した場合でも、このスパッタ粒子が板状部材６９に付着するので、スパッタ粒子の回り込み再付着を防止できる。このように、スパッタ粒子防着板６Ｃは、板状部材６９を有することで、筐体６１の外壁面だけでなく、筐体６１の内部も防着板として機能する。

図６（ｃ）に示すように、スパッタ粒子防着板ＣＢは、筐体６１を開くことで、スパッタターゲットＴが筐体６１に接触することなく、ターゲットホルダユニット５が回転することができる。なお、スパッタ粒子防着板６Ｃは、筐体６１を開閉するため、図３（ａ）及び図３（ｂ）と同様の移動機構６３を備えている。

なお、本実施形態では、板状部材６９を筐体６１_Ｒ，６１_Ｌの両方に配置することとして説明したが、何れか一方のみに形成してもよい。例えば、イオンビームＩＢのダウンストリーム側となる筐体６１_Ｒ又は筐体６１_Ｌのみ、板状部材６９を配置してもよい。

（変形例）
以上、本発明の各実施形態を詳述してきたが、本発明は前記した各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
前記した第１実施形態では、イオンビームスパッタ装置の構成を説明したが、これに限定されない。

前記した各実施形態では、スパッタターゲットが４個であることとして説明したが、これに限定されない。つまり、ターゲットホルダユニットは、基台が円柱状又は多角柱状であり、基台の側面にスパッタターゲットと同数のターゲットホルダを備えればよい。例えば、スパッタターゲットが３個の場合、ターゲットホルダユニットが三角柱状の基台を備える。

前記した各実施形態では、移動機構を筐体の下面に形成することとして説明したが、筐体の側面に移動機構を形成してもよい。例えば、筐体で対向する両側面にそれぞれ、移動機構を形成してもよく、何れかの側面のみに移動機構を形成してもよい。また、移動機構は、ラックアンドピニオン又はガイドに限定されない。
前記した各実施形態では、移動機構が第１筐体及び第２筐体の両方を移動させることとして説明したが、何れか一方のみを移動させてもよい。

１ イオン源
２ 処理室
３ 排気系
４ 基板自転機構
５ ターゲットホルダユニット
６，６Ｂ，６Ｃ スパッタ粒子防着板
１０ イオンビームスパッタ装置
１１ 電源
１２ マスフローコントローラ
１３ 制御部
５１ ターゲットホルダ
５２ 基台
５３ 回転導入機（回転軸）
６１ 筐体
６１_Ｒ 筐体（第１筐体）
６１_Ｌ 筐体（第２筐体）
６２ 開口部
６３ 移動機構
６４ ラックアンドピニオン
６５_１，６５_２ 櫛歯（案内部）
６６ 歯車（移動部）
６７ ガイド（案内部）
６７_１ 凸部
６７_２ 凹部
６８ 斜面
６９ 板状部材
７１ 直線導入機（移動部）
Ｔ スパッタターゲット

Claims (6)

1. 複数のスパッタターゲットを保持するターゲットホルダユニットを回転軸により回転させ、選択した前記スパッタターゲットにイオンビームを照射するイオンビームスパッタ装置用のスパッタ粒子防着板であって、
   前記ターゲットホルダユニットを内部に収容し、選択した前記スパッタターゲットを露出させる開口部が形成された上面と側面と下面とを有する箱状の筐体を有し、
   前記筐体は、前記開口部を除いて前記ターゲットホルダユニットの周囲を覆っており、前記回転軸が挿通する側面と前記上面と前記下面とで第１筐体及び第２筐体に二分され、
   前記第１筐体及び前記第２筐体が結合して前記筐体となると共に、前記筐体が前記第１筐体及び前記第２筐体に分離するように、前記第１筐体及び前記第２筐体の少なくとも一方を移動させる移動機構、を備え、
   前記開口部は、前記第１筐体及び前記第２筐体に亘っており、前記第１筐体及び前記第２筐体が結合して前記筐体となったときに、前記開口部の内周と選択した前記スパッタターゲットの外周との隙間を遮蔽するように形成されていることを特徴とするスパッタ粒子防着板。
2. 前記移動機構は、前記第１筐体及び前記第２筐体が分離又は結合するように前記第１筐体及び前記第２筐体を直線方向に案内する案内部と、前記案内部に沿って前記第１筐体及び前記第２筐体を移動させる移動部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ粒子防着板。
3. 前記筐体は、前記筐体の内容積が長方体のときよりも小さくなるように、前記上面と前記上面に隣接して前記回転軸に平行な側面とが斜面を介して接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスパッタ粒子防着板。
4. 前記筐体の内部において、前記上面から前記ターゲットホルダユニットに向けて突出する板状部材を有し、
   前記板状部材は、前記隙間と選択した前記スパッタターゲットの隣に位置する他のスパッタターゲットとの間に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスパッタ粒子防着板。
5. 前記開口部の内周と選択した前記スパッタターゲットの外周とを近接又は当接させるように前記第１筐体及び前記第２筐体の少なくとも一方を前記移動機構が移動させることで、前記開口部が前記隙間を遮蔽することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のスパッタ粒子防着板。
6. 複数のスパッタターゲットを保持するターゲットホルダが側面に配置され、両端面に回転軸を有するターゲットホルダユニットと、選択した前記スパッタターゲットにイオンビームを照射するイオン源と、請求項１から請求項５の何れか一項に記載のスパッタ粒子防着板と、前記スパッタ粒子防着板の移動機構を制御する制御部と、を備えるイオンビームスパッタ装置であって、
   前記制御部は、前記筐体を前記第１筐体及び前記第２筐体に分離した後、前記ターゲットホルダユニットを回転させ、前記ターゲットホルダユニットの回転が完了した後、前記第１筐体及び前記第２筐体を結合して前記筐体となるように前記移動機構を制御することを特徴とするイオンビームスパッタ装置。

Images