JPWO2019004351A1 - スパッタ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年6月28日に日本に出願された特願2017−126261号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
特許文献1に開示された技術のようにマグネットあるいはカソードを揺動させる装置においては、揺動中の擦動部から発生する塵は必ず存在する。
このため、特許文献1には開示されていないが、発生したパーティクルがスパッタ処理室内における成膜に悪影響を及ぼすことを防止する目的で、マグネットおよび/またはカソードを揺動させる駆動部を収納して密閉するための内部チャンバをスパッタ処理室内に設けることが必要となっていた(特許文献2)。
1.ターゲットと基板とを相対的に移動することを可能とし、基板に形成される膜の均一性を維持すること。
2.装置の省スペース化を図ること。
3.成膜量の増加にかかわらず、パーティクル発生の低減を図ること。
4.パーティクル発生の原因となるカソード側の駆動によらずに、成膜特性の維持とパーティクル発生の低減を図ること。
5.膜特性の低下を防止すること。
本発明の一態様に係るスパッタ装置においては、前記基板保持部は、前記基板保持部の揺動方向における前記被処理基板の両端位置に配置され、かつ、前記揺動方向と交差する方向に延在する縦防着板を備えてもよい。
本発明の一態様に係るスパッタ装置においては、前記真空チャンバは、前記揺動方向と交差する方向における前記縦防着板の端部に配置され、前記被処理基板の両端位置に配置され、かつ、前記基板保持部の揺動とは同期しない横防着板を備えてもよい。
本発明の一態様に係るスパッタ装置においては、前記縦防着板の長さは、前記揺動方向と交差する方向において互いに対向する前記横防着板の間の寸法よりも大きく設定されてもよい。
本発明の一態様に係るスパッタ装置においては、前記横防着板における前記揺動方向の寸法は、前記揺動方向における前記縦防着板の揺動範囲の外側境界寸法よりも大きく設定されてもよい。
本発明の一態様に係るスパッタ装置においては、前記揺動方向における前記横防着板の寸法が、前記揺動方向における前記ターゲットの寸法よりも小さく設定されてもよい。
本発明の一態様に係るスパッタ装置においては、前記揺動部が、揺動方向に延在する揺動軸を有し、前記揺動軸の軸線方向に前記基板保持部を揺動させる揺動駆動部を有してもよい。
本発明の一態様に係るスパッタ装置においては、前記揺動軸には、前記揺動軸を軸線周りに回動可能な回転駆動部に接続され、前記揺動軸の回動により、前記基板保持部が、略水平方向位置とされた前記被処理基板を載置・取り出しする水平載置位置と、前記被処理基板の被処理面を略鉛直方向に沿うように立ち上げた鉛直処理位置との間で回転動作可能とする回動駆動部が設けられてもよい。
本発明の一態様に係るスパッタ装置においては、前記カソードの背面に配置されマグネトロンプラズマを発生させるマグネトロン磁気回路と、前記マグネトロン磁気回路を前記カソードの背面に対して揺動させ、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマがターゲットの表面を移動するようにする磁気回路揺動部と、を有してもよい。
このような揺動式ターゲットを備えた構成の場合、成膜に伴う付着物が、図12の斜線で示された領域の表面に堆積されるだけでなく、ガラス基板に対向しない筐体の側面や裏面にも付着物が堆積されてしまう。換言すると、揺動式ターゲットを備えた構造では、付着物が堆積する表面積が増加する。
一例として、本実施形態は、揺動式ターゲットの場合と比べて、揺動部分に付着物が付着する面積を2/3〜1/2程度に削減することが可能となる。
この例においては、揺動式ターゲットを構成する揺動部分の面積に対して、付着物が付着する面積を1.5〜2倍程度、削減可能である。
ここで、揺動方向における前記ターゲットの寸法とは、スパッタ装置が複数のターゲットを備える場合には、成膜粒子を発生可能な領域の最大寸法を意味している。
また、横防着板の寸法は、少なくとも、互いに対向する横防着板の内側端部の間の距離が、揺動方向に直交する方向におけるターゲットの寸法よりも小さく設定されていればよく、互いに対向する横防着板の外側端部の間の距離は、成膜粒子を発生可能なターゲットの揺動方向における領域よりはみ出していることもできる。
具体的には、マグネトロン磁気回路の揺動範囲に対して、被処理基板の揺動範囲が小さくなるように設定することが可能である。あるいは、マグネトロン磁気回路の揺動周期に対して、被処理基板の揺動周期が大きくなるように設定することが可能である。
図1は、本実施形態に係るスパッタ装置を示す模式平面図であり、図1において、符号1は、スパッタ装置である。
ロード・アンロード室2には、また、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の粗引き排気装置(粗引き排気手段、低真空排気装置)が設けられる。
搬送装置3aは、回転軸と、この回転軸に取り付けられたロボットアームと、ロボットアームの一端に形成されたロボットハンドと、ロボットハンドを上下動させる上下動装置とを有している。ロボットアームは、互いに屈曲可能な第一、第二の能動アームと、第一、第二の従動アームとから構成されている。搬送装置3aは、被搬送物であるガラス基板11を、チャンバ2、2A、4、4Aの各々と搬送室3との間で移動させることができる。
成膜室4の内部には、図1、図2に示すように、成膜材料を供給する供給装置(供給手段)として機能し、立設されたターゲット7を保持するバッキングプレート6(カソード、カソード電極)と、バッキングプレート6に負電位のスパッタ電圧を印加する電源と、この室内にガスを導入するガス導入装置(ガス導入手段)と、成膜室4の内部を高真空引きするターボ分子ポンプ等の高真空排気装置(高真空排気手段)と、が設けられている。成膜室4の内部において、バッキングプレート6は、搬送室3の搬送口4aから最も遠い位置に立設される(図4参照)。
バッキングプレート6の裏側(カソードの背面)には、ターゲット7上に所定の磁場を形成し、マグネトロンプラズマを発生さるためのマグネトロン磁気回路が設置されている。また、マグネトロン磁気回路は、揺動機構に装着され、磁気回路揺動用駆動装置により揺動できるように構成されている。なお、ターゲット7は、後述する図12に示すように、トラック形状を有する複数の長尺ターゲットが並んで構成されている。図12は、8つの長尺ターゲットを示しているが、長尺ターゲットの個数は、8つに限定されない。
成膜室4の裏側空間42には、図1、図2に示すように、前側空間41に開口する成膜口4bが設けられている。
また、成膜室4には、成膜口4bの上位置及び下位置の各々に横防着板21が設けられる。横防着板21は、符号AXに示す揺動方向と交差する方向における縦防着板15の端部に配置され、ガラス基板11の両端位置に配置され、かつ、基板保持部10の揺動とは同期しない。
縦防着板15の長さは、符号AXに示す揺動方向と交差する方向において互いに対向する横防着板21の間の寸法よりも大きい。
縦防着板15は、縦防着板15と保持部13とを互いに離間および近接するように移動可能である。即ち、縦防着板15と保持部13とが離間する距離が可変となるように、縦防着板15は設けられている。この際、縦防着板15と保持部13とは互いに並行状態を維持しながら、鉛直方向において、縦防着板15と保持部13とが離間する距離が変化する。
縦防着板15は、例えば、リフトピン移動部(不図示)などにより、保持部13に対して並行状態を維持したまま、上下動が可能である。
縦防着板15は、ガラス基板11を挟持した状態で、揺動軸12の回動動作による保持部13と同期して回動動作が可能とされている。
なお、保持部13の回動動作中および保持部13が鉛直処理位置に配置された際に、縦防着板15は、保持部13から離間しないように構成されている。
横防着板21の横方向の寸法は、成膜口4bの横方向の寸法と等しく設定されており、横防着板21は、成膜口4bの横方向における全長に亘って延在している。
このとき、成膜室4では、図4に示すように、基板保持部10において、回転駆動部20によって揺動軸12が回転され、保持部13および縦防着板15が水平載置位置に配置される。さらに、図示しないリフトピン移動部によって、縦防着板15は、保持部13から離間した準備位置に配置されている。
縦防着板15の停止により、図示しない支持部等によりガラス基板11の表面及び裏面が縦防着板15と保持部13とにより挟持される。この状態で、ガラス基板11が成膜処理位置としてアライメントされた状態で基板保持部10に保持される。この際、ガラス基板11は、縦防着板15または保持部13に設けられた基板ガイドなどによって支持されることも可能である。
これにより、縦防着板15と保持部13とによって成膜口4bがほぼ閉塞された状態となるとともに、縦防着板15が横防着板21に近接する。
図10、図11は、本実施形態における防着板(縦防着板15、横防着板21)の揺動を示す模式上面図である。
図10、図11に示した成膜工程においては、保持部13は、符号D1、D2に示すように往復動作を行う。具体的に、図10のバッキングプレート6から見て、保持部13は、成膜口4bの左側端部の位置PLから右側端部の位置PRに向けた方向、即ち、方向D1に沿って移動する。
さらに、図11のバッキングプレート6から見て、保持部13は、成膜口4bの右側端部の位置PRから左側端部の位置PLに向けた方向、即ち、方向D2に沿って移動する。
即ち、位置PR及び位置PLの間の領域において、方向D1、D2に沿って、保持部13は往復動作する。これにより、保持部13によって保持されたガラス基板11とバッキングプレート6とが相対的に移動し、ガラス基板11上に形成されるスパッタ膜における膜特性の面内均一性を維持する。
また、図3に示すように成膜口4bの右辺側Rと左辺側Lは、縦防着板15によって覆われているため、成膜粒子は、縦防着板15に遮られて裏側空間42に到達しない。また、また、成膜粒子は、保持部13に付着しない。
これにより、裏側空間42に対する成膜粒子の侵入が防止され、保持部13における成膜粒子の付着が防止される。従って、成膜粒子の付着物に起因するパーティクルの発生を低減することができる。
図12においては、保持部13の往復移動に伴って移動するガラス基板11の位置と、ターゲット7の位置とが重ね合わされている。
図13においては、縦防着板15と横防着板21とが重なる部分が省略されており、縦防着板15及び横防着板21が一体的に組み合わされた一つの防着板が示されている。
ターゲット7を構成する8つの長尺ターゲットのうち、成膜口4bの位置PR(図10、図11参照)の近くに位置する長尺ターゲットは右端ターゲット7Rであり、成膜口4bの位置PL(図10、図11参照)の近くに位置する長尺ターゲットは左端ターゲット7Lである。
ターゲット7の右縁部から左縁部までの領域、及び、ターゲット7の上縁部から下縁部までの領域は、エロージョン領域7Eである。エロージョン領域7Eのうち、ターゲット7の右縁部から左縁部までの領域はエロージョン領域7Eの横寸法7EXであり、ターゲット7の上縁部から下縁部までの領域はエロージョン領域7Eの縦寸法7EZである。
エロージョン領域7Eの横寸法7EXは、右端ターゲット7Rの右縁部に生じたエロージョン7REと、左端ターゲット7Lの左縁部に生じたエロージョン7LEとの間の距離に相当する。
符号11WXは、右側の縦防着板15ERの左端15aR(開口部15a)と左側の縦防着板15ELの右端15aL(開口部15a)との間の距離であり、即ち、前側空間41に露出するガラス基板11の横幅(横方向の寸法)である。
符号11WZは、上側の横防着板21EUの下端21aL(内側端部、開口部21a)と下側の横防着板21ELの上端21aU(内側端部、開口部21a)との間の距離であり、即ち、前側空間41に露出するガラス基板11の縦幅(縦方向の寸法)である。
なお、図12においても、下端21aL、上端21aU、及びガラス基板11の縦幅WZが破線で示されている。
また、符号11MLは、図11に示すように保持部13が方向D2に沿って移動して、保持部13が成膜口4bの左側端部の位置PLに最も近づいたときのガラス基板11の位置を示している。
揺動領域50は、図12に破線で示すように、ターゲット7におけるエロージョン領域7Eの横寸法7EXより小さく設定されている。ここで、ターゲット7のエロージョン領域7Eとは、ターゲット7から成膜粒子が飛び出してほぼ均一にスパッタ成膜ができる領域を意味し、実際のターゲット7の輪郭には拘らない。
図10及び図12に示すように、方向D1に沿ってガラス基板11が移動すると、前側空間41に曝される左側の縦防着板15ELの領域が徐々に大きくなる。また、ガラス基板11が位置11MRに到達した時、前側空間41に曝される左側の縦防着板15ELの領域が最も大きくなる。このとき、図13に示す左側の縦防着板15ELの左端15bLは、前側空間41に露出しないため、ターゲット7から叩き出された粒子が左端15bLの側面を通じて、前側空間41に到達しない。
このため、横防着板21によって、縦防着板15の揺動範囲15SRを全て覆うことが可能となるため、成膜処理中にガラス基板11の揺動をさせても、揺動方向と直交する方向におけるガラス基板11および縦防着板15の端部を覆った状態を維持することができる。
これにより、ガラス基板11の揺動領域50がターゲット7のエロージョン領域7Eより小さく設定されているため、成膜の均一性を得ることができる。
次いで、リフトピン移動部によって、縦防着板15は、図7に示す矢印Bとは逆方向に上昇し、図6に示す状態となる。その後、縦防着板15と保持部13との間から、ガラス基板11は、搬送装置3a(搬送ロボット)によって、図5の矢印Aと逆方向に取り出される。さらに、ガラス基板11は、搬送室3を介して最終的にロード・アンロード室2から外部に搬出される。なお、他のチャンバにおいて、その他の処理を行うことも可能である。
上述した実施形態とは異なる構造として、例えば、ターゲットが揺動する揺動式ターゲットを備えたスパッタ装置が知られている。揺動式ターゲットが採用されている装置においては、ターゲットだけでなく、ターゲットに接続される配線や磁気回路を囲う筐体(内部チャンバ)が成膜室内に設けられている。筐体は、図12に示すようにターゲットの表面を前側空間41に露出させる。この筐体は、揺動部分であり、ターゲットを揺動する際に、筐体も成膜室内で揺動する。
このような揺動式ターゲットを備えた構成の場合、成膜に伴う付着物が、図12の斜線で示された領域の表面に堆積されるだけでなく、ガラス基板に対向しない筐体の側面や裏面にも付着物が堆積されてしまう。換言すると、揺動式ターゲットを備えた構造では、付着物が堆積する表面積が増加する。
一例として、本実施形態は、揺動式ターゲットの場合と比べて、揺動部分に付着物が付着する面積を2/3〜1/2程度に削減することが可能となる。
この例においては、揺動式ターゲットを構成する揺動部分の面積に対して、付着物が付着する面積を1.5〜2倍程度、削減可能である。
同時に、本実施形態によれば、揺動式ターゲットの場合に比べて、成膜室4の容積を削減し、省スペース化を図ることができる。また、揺動駆動部20(回転駆動部)が、成膜室(真空チャンバ)の外側に配置されていることにより、パーティクル発生量を削減することが可能となる。
Claims (9)
- スパッタリング法で被処理基板上に成膜を行う装置であって、
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられたカソードの表面に設けられたターゲットと、
前記ターゲットに対向するように前記真空チャンバ内に設けられ被処理基板が設置される基板保持部と、
前記基板保持部を前記ターゲットに対して揺動可能とする揺動部と、を備え、
前記基板保持部における前記被処理基板の揺動領域が前記ターゲットのエロージョン領域より小さく設定されている、
スパッタ装置。 - 前記基板保持部は、
前記基板保持部の揺動方向における前記被処理基板の両端位置に配置され、かつ、前記揺動方向と交差する方向に延在する縦防着板を備える、
請求項1に記載のスパッタ装置。 - 前記真空チャンバは、
前記揺動方向と交差する方向における前記縦防着板の端部に配置され、前記被処理基板の両端位置に配置され、かつ、前記基板保持部の揺動とは同期しない横防着板を備える、
請求項2に記載のスパッタ装置。 - 前記縦防着板の長さは、前記揺動方向と交差する方向において互いに対向する前記横防着板の間の寸法よりも大きく設定される、
請求項3に記載のスパッタ装置。 - 前記横防着板における前記揺動方向の寸法は、前記揺動方向における前記縦防着板の揺動範囲の外側境界寸法よりも大きく設定される、
請求項3に記載のスパッタ装置。 - 前記揺動方向における前記横防着板の寸法が、前記揺動方向における前記ターゲットの寸法よりも小さく設定される、
請求項4または請求項5に記載のスパッタ装置。 - 前記揺動部が、揺動方向に延在する揺動軸を有し、前記揺動軸の軸線方向に前記基板保持部を揺動させる揺動駆動部を有する、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のスパッタ装置。 - 前記揺動軸には、前記揺動軸を軸線周りに回動可能な回転駆動部に接続され、
前記揺動軸の回動により、前記基板保持部が、略水平方向位置とされた前記被処理基板を載置・取り出しする水平載置位置と、前記被処理基板の被処理面を略鉛直方向に沿うように立ち上げた鉛直処理位置との間で回転動作可能とする回動駆動部が設けられる、
請求項7に記載のスパッタ装置。 - 前記カソードの背面に配置されマグネトロンプラズマを発生させるマグネトロン磁気回路と、
前記マグネトロン磁気回路を前記カソードの背面に対して揺動させ、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマがターゲットの表面を移動するようにする磁気回路揺動部と、
を有する、
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のスパッタ装置。
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