WO2018003615A1 - スパッタリング装置用成膜ユニット - Google Patents

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WO2018003615A1
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support plate
targets
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supply pipe
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PCT/JP2017/022797
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修司 齋藤
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株式会社アルバック
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Definitions

  • the present invention relates to a film forming unit for sputtering apparatus, and more particularly to a magnetron sputtering apparatus in which a target is reciprocated with respect to a magnet unit.
  • Patent Document 1 This type of film forming unit for a sputtering apparatus is known from Patent Document 1, for example.
  • This is provided with a box-shaped casing (displacement part) mounted on the inner wall surface of the vacuum chamber where film formation is performed, and a displacement plate is provided on the side of the casing facing the inside of the vacuum chamber.
  • a backing plate having a target as a cathode bonded to one surface is fixed to the displacement plate via a support.
  • a magnet unit that is located inside an opening provided in the displacement plate and that causes a leakage magnetic field to act on the target surface is fixedly disposed in the support.
  • the inside of the casing is divided into two chambers by a partition wall, and one chamber communicates with the space on the target side through a through hole opened in the casing, that is, a vacuum chamber in which film formation processing is performed by evacuation.
  • the other chamber is provided with a drive motor, the drive shaft of the drive motor passes through the partition wall and protrudes into one chamber, a connecting rod is provided at the tip of the protruding drive shaft, and the connecting rod is connected to the displacement plate. ing.
  • the drive motor is driven, the backing plate fixed to the displacement plate via the support plate, and thus the target moves relative to the magnet unit.
  • a rare gas for discharge or reactive gas during reactive sputtering is introduced into the vacuum chamber, and the target is moved while the target is sputtered by applying a predetermined power having a negative potential, for example.
  • the relative position of the magnet unit and the deposition preventing plate (anode) provided in front of the target facing the inside of the vacuum chamber does not change, and changes in plasma state such as plasma position and density on the surface of the target can be suppressed.
  • the present invention does not require the processing of installing a refrigerant supply pipe and a discharge pipe for the vacuum chamber without impairing the function that the target is movable relative to the magnet unit. It is an object of the present invention to provide a film forming unit for a sputtering apparatus having a structure and good maintainability.
  • a support plate that is detachably attached to the opening of the vacuum chamber, and a target having a backing plate bonded to the lower surface on one side of the support plate, and a backing plate
  • the film forming unit for a sputtering apparatus of the present invention having a magnet unit that is fixedly arranged between a plate and a support plate and causes a leakage magnetic field to act on the target is used while the target is sputtered by applying power to the target from a sputtering power source.
  • a supply pipe and a discharge pipe for the refrigerant communicating with the refrigerant passage formed in the backing plate are provided on the backing plate.
  • a long slit hole is opened in the support plate in the reciprocating direction of the target through which the pipe and the discharge pipe are inserted.
  • a cap body is provided on the lower surface of the supply pipe and the discharge pipe including the slit hole and the portions protruding downward from the slit hole of the supply pipe and the discharge pipe are hermetically sealed.
  • a bellows pipe is extrapolated to each of these parts, and a drive part of the drive means is connected to at least one of the supply pipe and the discharge pipe.
  • the backing plate since the refrigerant can be circulated, the film forming unit can be easily maintained with a simple configuration without impairing the function that the target is movable relative to the magnet unit. Further, when the inside of the vacuum chamber is evacuated, it is only necessary to evacuate only the portion surrounded by the cap body, and therefore it is not necessary to use a large vacuum pump for evacuating the vacuum chamber. In addition, since the driving means for driving the target is installed in the atmosphere outside the vacuum chamber, it is not necessary to use an expensive vacuum device as the driving means.
  • the direction in which the target reciprocates along the support plate is set.
  • the longitudinal direction of the target perpendicular to the X-axis direction and the X-axis direction is defined as the Y-axis direction
  • the position where the magnet unit and the target are concentric is the starting position. It is preferable to provide other driving means for relatively moving the magnet unit between the starting position and both folding positions, with the moved position as the folding position. According to this, local erosion of the target can be avoided, and the target can be eroded almost uniformly over the entire surface until the end of life, so that the usage efficiency of the target can be improved.
  • the magnet unit in order to prevent the film formation conditions from changing excessively, the magnet unit is appropriately moved between the starting position and the folding position at a time other than the time when the target is sputtered to form a film. It is desirable that the film forming process be performed while being fixed to the position of the magnet unit.
  • the supply pipe and the discharge pipe are respectively provided at both ends of each backing plate in a direction perpendicular to the reciprocating direction.
  • the other of the pipe and the discharge pipe is surrounded by a single cap body, and both targets are reciprocally moved in conjunction with each other by a drive unit. According to this, the volume in the cap body to be evacuated with the evacuation of the vacuum chamber can be reduced as much as possible, which is advantageous.
  • the target is powered. It is possible to realize the structure to be thrown in as simple and easy to maintain.
  • FIG. 4 The perspective view explaining the film-forming unit of 1st Embodiment of this invention.
  • wire of FIG. 1 which has a target in a starting position.
  • wire of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional perspective view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • Sectional drawing corresponding to FIG. 2 shown in the state which moved the target to the folding position.
  • a first embodiment of a film forming unit for a magnetron sputtering apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the film forming unit FU 1 shown in FIG. 1 is attached to and detached from the opening of the vacuum chamber (not shown), and terms indicating directions such as “up” and “down” are based on this attitude.
  • the direction in which the target reciprocates with a fixed stroke with respect to the magnet unit will be described as the X-axis direction
  • the longitudinal direction of the target perpendicular to the X-axis direction will be described as the Y-axis direction.
  • FU 1 is a film forming unit for a magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, and can be closely attached to a peripheral portion of a lower surface opening of a vacuum chamber (not shown) via a vacuum seal 11.
  • a long and rectangular support plate 1 is provided in the X-axis direction.
  • two targets 2a and 2b having the same shape and having a rectangular outline extending in the Y-axis direction are juxtaposed in the X-axis direction.
  • the targets 2a and 2b are appropriately selected according to the composition of the thin film to be formed on the substrate (not shown) disposed in the vacuum chamber. As shown in FIG.
  • backing plates 3a and 3b having the same shape and a rectangular outline larger than the targets 2a and 2b are joined to the lower surfaces of the targets 2a and 2b, respectively.
  • a refrigerant passage 31 is formed inside the backing plates 3a and 3b. By supplying a refrigerant such as cooling water to the refrigerant passage 31, the targets 2a and 2b can be cooled during sputtering. And each target 2a, 2b is stored in the target case 4 in the state joined to backing plate 3a, 3b.
  • the target case 4 is composed of a box body 42 that is partitioned into two chambers by a partition wall 41 extending in the Y-axis direction, and a cover plate 43 that is attached on the box body 42.
  • a spacer 44 made of an insulating material is provided inside the bottom surface of the box body 42, and the backing plates 3 a and 3 b are fixedly disposed on the spacer 44.
  • the cover plate 43 has two first openings that surround the outer peripheries of the targets 2a and 2b with a gap when the targets 2a and 2b are stored in the box 42 while being bonded to the backing plates 3a and 3b. 43a and 43b are established.
  • two second openings 42a and 42b that are long in the X-axis direction are opened.
  • the lengths of the second openings 42a and 42b in the X-axis direction are determined according to the reciprocating stroke of the targets 2a and 2b.
  • sliders 45 are respectively provided on the lower surfaces of the box bodies 42 located at both ends in the Y-axis direction, and each slider 45 is a pair that is long on the support plate 1 in the X-axis direction.
  • the rail member 12 is slidably engaged.
  • the target case 4 is held on the support plate 1, and the target case 4 and thus the targets 2a and 2b are interlocked with each other along a pair of rail members 12 by a driving means described later with a constant stroke in the X-axis direction. Reciprocates.
  • magnet units 5a and 5b having the same configuration are positioned below the targets 2a and 2b, respectively, and protrude into the box 42 through the second openings 42a and 42b. Each is fixedly arranged via Each of the magnet units 5a and 5b includes a yoke 52 that is long in the Y-axis direction and has a rectangular outline, and a central magnet 53 and a peripheral magnet 54 that is disposed so as to surround the central magnet 53 on the upper surface of the yoke 52. And are provided.
  • the central magnet 53 and the peripheral magnet 54 neodymium magnets having the same magnetization are used.
  • a bar-shaped one having a substantially square cross section formed integrally can be used. Thereby, each of the closed-loop leakage magnetic fields balanced on the targets 2a and 2b can be applied.
  • refrigerant supply pipes 32a and 33a and discharge pipes 32b and 33b communicating with the refrigerant passage 31 protrude downward from both ends of the backing plates 3a and 3b in the Y-axis direction.
  • the supply pipes 32 a and 33 a and the discharge pipes 32 b and 33 b are made of metal and have the same form, and the first part 321 extending downward from the refrigerant passage 31 and the first part 321.
  • the second portion 322 extends in the X-axis direction from the lower end.
  • the second portion 322 of the discharge pipe 33b of the other backing plate 3b are provided so as to extend in the opposite directions from the first portion 321 on the same line in the X-axis direction.
  • the attachment flange 323 is formed in the edge part of the 2nd part 322, respectively, the coupling 6 protrudes from the outer surface of the attachment flange 323, and piping from the equipment side outside a figure can be connected now.
  • the joint 6 is also connected with an output cable K from a sputtering power source Ps appropriately selected from a DC power source, a high-frequency power source and the like according to the types of the targets 2a and 2b (see FIG. 2), and supply pipes 32a and 33a.
  • a sputtering power source Ps appropriately selected from a DC power source, a high-frequency power source and the like according to the types of the targets 2a and 2b (see FIG. 2), and supply pipes 32a and 33a.
  • DC power or high frequency power having a negative potential can be applied from the discharge pipes 32b and 33b to the targets 2a and 2b through the backing plates 3a and 3b.
  • the joint 6 is a component part of the supply pipes 32a and 33a and the discharge pipes 32b and 33b.
  • the support plate 1 is provided with two slit holes 13 that are long in the X-axis direction through which the supply pipes 32 a and 33 a and the discharge pipes 32 b and 33 b are inserted, and the target case 4 is formed on the support plate 1.
  • the first portions 321 of the supply pipes 32a, 33a and the discharge pipes 32b, 33b extending from the backing plates 3a, 3b are inserted through the slit holes 13 so as to protrude downward.
  • the length of the slit hole 13 in the X-axis direction is fixed according to the reciprocating stroke of the targets 2a and 2b.
  • the lower surface of the support plate 1 surrounds the first portion 321 of the supply pipes 32a and 33a and the discharge pipes 32b and 33b which are inserted through the slit hole 13 and protrude downward, including the slit hole 13.
  • Two cap bodies 71 are provided to be kept airtight. Each cap body 71 includes a supply pipe 32a of one backing plate 3a, a supply pipe 33a of another backing plate 3b, and a discharge pipe 32b of one backing plate 3a and a discharge pipe 33b of another backing plate 3b. I try to enclose each one.
  • each cap body 71 is provided with a through hole 71 a through which the second portion 322 passes, and the second portion 322 protruding from the cap body 71 is covered between the cap body 71 and each mounting flange 323.
  • the bellows pipes 72 having the same form that are kept airtight are respectively extrapolated.
  • the through hole 71a of the cap body 71 is hermetically held by sealing means (not shown) provided on one flange 72a of the bellows pipe 72, and the other flange 72b of the bellows pipe 72 is connected to the inner surface of the mounting flange 323. Are joined via a sealing means 72c.
  • a driving means 8 is provided on the lower surface of the support plate 1.
  • the driving means 8 includes a motor 81 attached to the center of the lower surface of the support plate 1, a feed screw 82 connected to the motor 81 as a drive unit, and a drive screwed to the feed screw 82.
  • the operation rod 83 is provided as a part, and both end portions of the operation rod 83 are connected to mounting flanges 323 of the supply pipe 33a and the discharge pipe 33b of the other backing plate 3b, respectively.
  • the targets 2a and 2b have one side in the X-axis direction (that is, the position close to the right side with respect to the magnet units 5a and 5b shown in FIG. 2) as the starting point of the reciprocating motion.
  • the operation pipe 83 moves the supply pipe 33a and the discharge pipe 33b of the other backing plate 3b to move toward the other side in the X-axis direction (left side in FIG. 2).
  • the magnet case 4 moves, and the targets 2a and 2b reach the folding point on the other side in the X-axis direction (that is, the position closer to the left side with respect to the magnet units 5a and 5b shown in FIG. 5).
  • the expanding and contracting bellows pipe 72 that is, when the support plate 1 is attached to the vacuum chamber and film formation is performed by sputtering in a vacuum, the magnet case is maintained while maintaining the vacuum atmosphere in the vacuum chamber. 4 moves.
  • the feed screw 82 is reversed by the motor 81, and the supply pipe 33a and the discharge pipe 33b of the other backing plate 3b are interlocked with each other by the operating rod 83.
  • the magnet case 4 moves and the targets 2a and 2b return to their starting points.
  • the driving means 8 is not limited to the one having the above-described configuration, and the form thereof is not limited as long as the targets 2a and 2b can be moved synchronously.
  • a cover body 9 is provided on the support plate 1 to surround the targets 2a and 2b with a space above them.
  • the cover body 9 has a box shape with an open bottom surface, and is installed in a state where the lower end thereof is in contact with the support plate 1 over the entire circumference.
  • An isolating plate 91 is provided in the cover body 9 so as to isolate a space 94a in which one target 2a exists from a space 94b in which another target 2b exists.
  • two openings 93a and 93b respectively facing the targets 2a and 2b are formed.
  • the support plate 1 and the cover body 9 are mainly surrounded by the openings 93a and 93b.
  • the spaces 94a and 94b (that is, there are reciprocating targets and plasma is formed) are evacuated.
  • Two gas nozzles Gn1 and Gn2 are provided on the outer surfaces of the side wall portions 95a and 95b located in the X-axis direction of the cover body 9, respectively.
  • Each gas nozzle Gn1, Gn2 has a length along the Y-axis direction of the targets 2a, 2b, and injection ports Gnh for injecting gas toward the side wall portion of the cover body 9 are arranged at predetermined intervals in the X-axis direction.
  • the upper gas nozzle Gn1 is for introducing a rare gas for discharge
  • the lower gas nozzle Gn2 is for introducing a reactive gas.
  • Gas holes 96a and 96b are formed in the side wall portions 95a and 95b of the cover body 9 so as to face the injection ports Gnh of the gas nozzles Gn1 and Gn2, respectively.
  • the diameter of each gas hole 96a, 96b is set to be equal to or greater than the diameter of the injection port Gnh.
  • the mounting positions of the gas nozzles Gn1 and Gn2 with respect to the side wall portion of the cover body 9 and the diameter and number of the injection ports Gnh are appropriately selected in consideration of the volume of the vacuum chamber, the exhaust capacity of the vacuum pump, and the like.
  • the gas holes 96a and 96b are formed in the side wall portions 95a and 95b of the cover body 9 so as to face the opening Gnh will be described, the present invention is not limited to this.
  • a gas hole can also be comprised by the slit-shaped long hole facing the opening
  • the exhaust conductance from the spaces 94a and 94b in the cover body 9 hardly changes.
  • the reactive gas is introduced into the vacuum chamber through the gas hole 96 by the gas nozzle Gn2 when forming the film by reactive sputtering, the distribution of the reactive gas in the spaces 94a and 94b hardly changes, and as a result, A thin film can be formed by reactive sputtering with good film quality uniformity.
  • the cover body 9 is in contact with the support plate 1, and the support plate 1 is usually attached to a grounded vacuum chamber.
  • the cover body 9 itself becomes a ground potential, and when the targets 2a and 2b are powered on and sputtered, the upper wall portion 92 of the cover body 9 located at the periphery of the openings 93a and 93b serves as an anode. Can be discharged stably.
  • the driving means 8 for driving the targets 2a and 2b is installed in the atmosphere outside the vacuum chamber, it is not necessary to use an expensive vacuum means as the driving means 8.
  • the second portion 322 of the supply pipe 32a of the one backing plate 3a, the second portion 322 of the supply pipe 33a of the other backing plate 3b, and the discharge pipe 32b of the one backing plate 3a By adopting a configuration in which the second part 322 and the second part 322 of the discharge pipe 33b of the other backing plate 3b are positioned on the same line, and the bellows pipe 72 of the same form is extrapolated to each second part 322, Since the differential pressure between the atmospheric pressure and the vacuum pressure can be canceled when the targets 2a and 2b are reciprocated by the drive means 8, and the drive means 8 does not need to be responsible for the differential pressure, for example, the motor 81 of the drive means 8 is Since only a small rated torque is required and no force against the vacuum pressure is required, it is not necessary to give the operating rod 83 strong strength and the feed screw 82 is thin.
  • the driving means 8 for example, the motor 81 fails for some reason, it simply returns to the position where the spring force of each bellows pipe 72 located on the same line is antagonized. High safety can be obtained without the need for structural or electrical damage prevention means for preventing the drive part from being damaged.
  • this invention is not limited above.
  • an example using two targets 2a and 2b has been described.
  • the present invention can also be applied to a case where a single target is used, and the present invention can be applied to a case where three targets are used.
  • the case where the targets 2a and 2b are stored in the magnet case 4 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the support plate is electrically insulated from the support plate. As long as it can be reciprocated with respect to the magnet unit, the form is not limited.
  • the magnet units 5a and 5b are constituted by the central magnet 53 provided on the upper surface of the yoke 52 and the peripheral magnet 54 surrounding the central magnet 53 as in the above embodiment, a rare gas for discharge is introduced.
  • a rare gas for discharge is introduced.
  • plasma is generated along the racetrack, but the electron density in the plasma tends to increase locally at the corners of the racetrack.
  • the magnet units 5a and 5b are fixedly arranged on the support plate 1 below the targets 2a and 2b, respectively, the X-axis direction of the targets 2a and 2b with respect to the magnet units 5a and 5b.
  • the targets 2a and 2b are eroded almost uniformly in the X-axis direction by relative movement to the target, the targets 2a and 2b at the ends in the Y-axis direction of the targets 2a and 2b corresponding to the corners of the racetrack Is locally eroded. As a result, the targets 2a and 2b reach the end of life at an early stage, and the utilization efficiency of the targets 2a and 2b is poor.
  • a drive shaft that penetrates the Y-axis direction long slit hole formed in the support plate 1 is connected to the back surface of the yoke 52, and the magnet unit 5a, via the drive shaft is driven by a drive source provided in the atmosphere.
  • 5b is preferably configured to be relatively movable in the Y-axis direction with respect to the targets 2a and 2b.
  • the drive source has a position where the magnet units 5a, 5b and the targets 2a, 2b are concentric as a starting position, and a position moved from the starting position by a predetermined stroke in the Y-axis direction is a folding position.
  • the magnet units 5a and 5b are moved relative to each other between the starting position and the folding position.
  • the drive system of the above-described embodiment in which the targets 2a and 2b as components in a vacuum are reciprocated by a motor 81 arranged in the atmosphere can be used.
  • the relative movement of the targets 2a and 2b with respect to the magnet units 5a and 5b is not performed during sputtering of the targets 2a and 2b so that the film forming conditions do not change excessively.
  • the stroke of the relative movement of the magnet units 5a and 5b with respect to the targets 2a and 2b and the staying time at the starting position or the turn-back position are, for example, the erosion area and the erosion speed when the targets 2a and 2b are sputtered at the starting position.
  • the moving positions of the magnet units 5a and 5b are not limited to the above three points, and can be increased as appropriate according to the erosion state of the targets 2a and 2b.
  • the magnet units 5a and 5b can be appropriately reciprocated at a predetermined speed between the folding positions during sputtering of the targets 2a and 2b.
  • the first drive means 80a allows the targets 2a and 2b to reciprocate in the X-axis direction
  • the second drive means 80b moves the magnet units 5a and 5b in the Y-axis direction.
  • the sputtering apparatus for film formation unit FU 2 of the second embodiment was able to reciprocate described.
  • the direction in which the targets 2a and 2b reciprocate with a fixed stroke with respect to the magnet units 5a and 5b is the X-axis direction
  • the target longitudinal direction perpendicular to the X-axis direction Is the Y-axis direction, and the same reference numerals are used for the same members or elements as in the first embodiment, and the configuration different from the first embodiment will be mainly described.
  • the film forming unit FU 2 for the magnetron sputtering apparatus includes the support plate 1 as in the first embodiment, and has a rectangular outline extending in the Y-axis direction on the support plate 1.
  • Two targets 2 a and 2 b having the same form are juxtaposed in a state of being joined to the backing plates 3 a and 3 b, and stored in the target case 4.
  • the first drive means 80a is adapted to reciprocate the target case 4 along the pair of rail members (not shown), and consequently the targets 2a and 2b, with a constant stroke in the X-axis direction.
  • the first drive means 80a for reciprocating the targets 2a and 2b in the X-axis direction is a plate-like drive shaft 801 that is inserted into the first slit hole 101a that is long in the X-axis direction provided at the center of the support 1. Is provided. In this case, the length of the slit hole 101a in the X-axis direction is determined according to the stroke of reciprocation of the targets 2a and 2b, as in the first embodiment.
  • the upper end portion of the drive shaft 801 is fitted to a cylindrical body 41 a erected at a predetermined position on the lower surface of the partition wall 41 of the magnet case 4.
  • a screw hole (not shown) in the plate thickness direction is formed at the lower end portion of the drive shaft 801 protruding downward from the support 1, and a feed screw 802 extending in the X-axis direction is screwed into the screw hole.
  • the feed screw 802 is provided on the lower surface of the support plate 1 and includes a slit hole 101a.
  • the cap body 701 surrounds the lower end portion of the drive shaft 801 protruding downward from the support body 1 and holds the inside thereof in an airtight manner. Are pivotally supported via a pair of bearings 803a and 803b.
  • a motor 805 attached to the lower surface of the support 1 via a magnetic fluid seal 804 is connected to one end of the feed screw 802 that protrudes outward from the cap body 701, whereby the magnet case 4 and eventually the target 2a, 2b can reciprocate in the X-axis direction.
  • the drive shaft 801 since the drive shaft 801 is directly connected to the magnet case 4, parts such as the operation rod 83 of the first embodiment can be omitted, so that the drive input path can be simplified.
  • the rigidity can be improved.
  • the drive shaft 801 causes the magnet case 4 to be centered (near the center of inertia moment).
  • the cap body 702 provided on the lower surface of the support plate 1 is inserted through the slit hole 13 including the slit hole 13 in accordance with the change in the configuration of the driving unit 80a as described above. It has changed so that the 1st part 321 of the supply pipes 32a and 33a and the discharge pipes 32b and 33b which protrude below may be enclosed, respectively (refer FIG. 7).
  • the second driving means 80b for reciprocating the magnet units 5a and 5b in the Y-axis direction is positioned in the vicinity of the first slit hole 101a and is provided in the support 1 so as to be long in the Y-axis direction.
  • a plate-like drive shaft 810 is provided.
  • the length of the slit hole 101b in the Y-axis direction is fixed according to the reciprocating stroke of the magnet units 5a and 5b.
  • the upper end portion of the drive shaft 810 is fitted into a fitting hole 812 formed in a drive plate 811 provided to bridge between the yokes 52 of the magnet units 5a and 5b. In this case, as shown in FIG.
  • sliders 501 are respectively provided on the lower surfaces of the yokes 52 of the magnet units 5 a and 5 b, and each slider 501 is long in the Y-axis direction installed on the support plate 1.
  • the rail member 502 is slidably engaged.
  • a screw hole (not shown) in the plate thickness direction is formed at the lower end of the drive shaft 810 protruding downward from the support 1, and a feed screw 813 extending in the Y-axis direction is screwed into the screw hole.
  • the feed screw 813 is provided on the lower surface of the support plate 1 and includes a slit hole 101b.
  • the cap body 703 surrounds the lower end portion of the drive shaft 810 protruding downward from the support body 1 and hermetically holds the inside thereof. Are supported by a pair of bearings 814a and 814b.
  • One end of a feed screw 813 protruding from the cap body 703 is connected to another motor 816 attached to the lower surface of the support 1 via a magnetic fluid seal 815, so that the magnet units 5a and 5b are moved in the Y-axis direction. It will reciprocate.
  • FU 1 , FU 2 ... Film forming unit for sputtering apparatus 1 ... support plate, 13 ... slit hole, 2a, 2b ... target, 3a, 3b ... backing plate, 31 ... refrigerant passage, 32a, 33a ... supply pipe, 33a, 33b ... discharge pipe, 5a, 5b ... magnet unit, 71 ... cap body, 72 ... bellows pipe, 8, 80a, 80b ... drive means, 82 ... feed screw (drive part), 83 ... operation rod (drive part), 9 ... Cover body, 92 ... Opening, Ps ... Sputtering power supply, K ... Output cable.

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Abstract

マグネットユニットに対してターゲットが相対移動自在であるという機能を損なうことなく、簡単な構造でメンテナンス性のよいスパッタリング装置用成膜ユニットを提供する。　本発明のスパッタリング装置用成膜ユニットＦＵでは、支持板１にバッキングプレート３が接合されたターゲット２とマグネットユニット５とマグネットユニットに対してターゲットを支持板に沿って往復動する駆動手段８とを設ける。バッキングプレートにその冷媒通路３１に通じる供給管３２と排出管３３とを突設し、供給管と排出管とが挿通する、ターゲットの往復動方向に長手のスリット孔１３を支持板に開設する。支持板の下面に、スリット孔を含む、供給管と排出管のスリット孔から下方に突出した部分を気密状態に囲うキャップ体７１を設け、キャップ体から往復動方向に突出する供給管と排出管との部分にベローズ管７２を夫々外挿すると共に駆動手段の駆動部を連結する。

Description

スパッタリング装置用成膜ユニット
　本発明は、スパッタリング装置用成膜ユニットに関し、より詳しくは、マグネットユニットに対してターゲットを往復動するようにしたマグネトロンスパッタリング装置用のものに関する。
　この種のスパッタリング装置用成膜ユニットは例えば特許文献１で知られている。このものは、成膜処理が行われる真空チャンバの内壁面に装着される箱状の筐体（変位部）を備え、真空チャンバ内方を向く筐体の側面には変位プレートが設けられている。変位プレートには、支持体を介して、片面にカソードとしてのターゲットが接合されたバッキングプレートが固定されている。また、変位プレートに設けた開口の内側に位置させて支持体内にはターゲット表面に漏洩磁場を作用させるマグネットユニットが固定配置されている。
　筐体内は隔壁で２室に区画され、一方の室が筐体に開設した透孔を通してターゲット側の空間、即ち、真空排気されて成膜処理が行われる真空チャンバ内に連通している。他方の室は駆動モータが設けられ、駆動モータの駆動軸が隔壁を貫通して一方の室内に突出し、この突出した駆動軸の先端部に連結竿が設けられ、連結竿が変位プレートに連結されている。そして、駆動モータを駆動させると、支持板を介して変位プレートに固定のバッキングプレート、ひいては、ターゲットがマグネットユニットに対して相対移動する。これにより、真空チャンバ内に放電用希ガスや反応性スパッタリング時の反応ガスを導入し、ターゲットに例えば負の電位を持った所定電力を投入してターゲットをスパッタリングする間、ターゲットを移動させてもマグネットユニットや、真空チャンバ内方を向くターゲットの前方に設けられる防着板（アノード）の相対位置が変化せず、ターゲットの表面におけるプラズマの位置や密度等のプラズマ状態の変化が抑えられる。
　然しながら、上記従来のものでは、成膜ユニットの筐体を真空チャンバの内壁面に直接装着しているため、成膜ユニットの取り付け、取り外しが面倒でメンテナンス性が悪いという問題がある。また、スパッタリング中、バッキングプレートに冷却水などの冷媒を供給する必要があるが、真空チャンバの壁面に供給管や配水管を別途設ける必要があり、装置構成の複雑化を招来する。
国際公開第２０１４／０８０８１５号公報
　本発明は、以上の点に鑑み、ターゲットがマグネットユニットに対して相対移動自在であるという機能を損なうことなく、真空チャンバに対する冷媒用の供給管や排出管の設置加工を必要としない、簡単な構造でメンテナンス性のよいスパッタリング装置用成膜ユニット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、真空チャンバの開口に着脱自在な支持板を備え、支持板の一方の面側を上として、この支持板上に、下面にバッキングプレートが接合されたターゲットと、バッキングプレートと支持板との間に固定配置されてターゲット上に漏洩磁場を作用させるマグネットユニットとを有する本発明のスパッタリング装置用成膜ユニットは、スパッタ電源よりターゲットに電力投入してターゲットをスパッタリングする間、マグネットユニットに対してターゲットを支持板に沿って往復動する駆動手段を更に備え、バッキングプレートに、その内部に形成された冷媒通路に通じる冷媒の供給管と排出管とが突設され、供給管と排出管とが夫々挿通する、ターゲットの往復動方向に長手のスリット孔が支持板に開設され、支持板の下面に、スリット孔を含む、供給管と排出管のスリット孔から下方に突出した部分を気密状態に夫々囲うキャップ体が設けられ、キャップ体から往復動方向に突出する供給管と排出管との部分にベローズ管が夫々外挿され、駆動手段の駆動部が供給管及び排出管の少なくとも一方に連結されることを特徴とする。
　本発明によれば、真空チャンバの開口に着脱自在な支持板を介して成膜ユニットを真空チャンバに取り付けた状態で、供給管と排出管とに設備側からの配管を接続すれば、バッキングプレートに冷媒を循環させることができるため、ターゲットがマグネットユニットに対して相対移動自在であるという機能を損なうことなく、成膜ユニットを簡単な構成でメンテナンス性の良いものにできる。また、真空チャンバ内を真空排気する際には、キャップ体で囲われた部分のみ真空排気すればよいため、真空チャンバを真空排気する真空ポンプとして大型のものを用いる必要はない。しかも、ターゲットを駆動するための駆動手段が真空チャンバ外の大気中に設置されるため、駆動手段として真空用の高価なものを用いる必要もない。
　本発明において、各ターゲットと支持板との間にターゲットのスパッタ面側に漏洩磁場を夫々作用させるマグネットユニットが配置されている場合には、前記ターゲットが前記支持板に沿って往復動する方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に対して直交するターゲットの長手方向をＹ軸方向とし、マグネットユニットとターゲットとが同心になる位置を起点位置、この起点位置から、Ｙ軸方向に夫々所定のストロークで移動させた位置を折返位置とし、起点位置と両折返位置との間でマグネットユニットを相対移動させる他の駆動手段を備えることが好ましい。これによれば、ターゲットの局所的な侵食を回避して、ライフエンドまでターゲットをその全面に亘って略均等に侵食していくことができてターゲットの使用効率を向上させることができる。この場合、成膜条件が過度に変化しないように、ターゲットをスパッタリングして成膜する以外の時間に、起点位置と両折返位置との間でマグネットユニットを適宜移動させ、スパッタリング中は、移動後のマグネットユニットの位置に固定して成膜処理を行うことが望ましい。
　本発明において、同一平面内に並設される矩形の輪郭を持つ２枚のターゲットを備える場合、供給管と排出管とが往復動方向に対して直交する方向で各バッキングプレートの両端部に夫々設けられ、一のターゲットの供給管と排出管との一方と他のターゲットの供給管と排出管との一方と、及び、一のターゲットの供給管と排出管との他方と他のターゲットの供給管と排出管との他方とが、単一のキャップ体で夫々囲われ、駆動部により両ターゲットが連動して往復動するように構成されることが好ましい。これによれば、真空チャンバの真空排気に伴って真空排気するキャップ体内の容積を可及的に小さくでき、有利である。
　また、本発明においては、前記供給管と前記排出管との少なくとも一方にスパッタ電源からの出力ケーブルが接続され、バッキングプレートを介してターゲットに電力投入するように構成しておけば、ターゲットに電力投入する構成を簡単で、しかも、メンテナンス性の良いものとして実現することができる。
本発明の第１実施形態の成膜ユニットを説明する斜視図。 ターゲットが起点位置にある、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面斜視図。 ターゲットを折り返し位置に移動させた状態で示す図２に対応する断面図。 本発明の第２実施形態の成膜ユニットを説明する平面図。 第２実施形態の成膜ユニットを背面側から視た斜視図。 図２に対応する、第２実施形態の成膜ユニットの断面図。
　以下、図面を参照して、本発明のマグネトロンスパッタリング装置用成膜ユニットの第１実施形態を説明する。以下において、図１に示す成膜ユニットＦＵ１の姿勢で図外の真空チャンバの開口に対して着脱されるものとし、「上」、「下」といった方向を示す用語はこの姿勢を基準にすると共に、ターゲットがマグネットユニットに対して一定のストロークで往復動する方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に対して直交するターゲットの長手方向をＹ軸方向として説明する。
　図１～図４を参照して、ＦＵ１は、本発明の実施形態のマグネトロンスパッタリング装置用成膜ユニットであり、図外の真空チャンバの下面開口の周縁部に真空シール１１を介して密着可能なＸ軸方向に長手で矩形の支持板１を備える。支持板１上には、Ｙ軸方向に長手で矩形の輪郭を持つ同一形態の２枚のターゲット２ａ，２ｂがＸ軸方向に間隔を存して並設されている。ターゲット２ａ，２ｂは、真空チャンバ内に配置される図外の基板に対して成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択される。各ターゲット２ａ，２ｂの下面には、図２に示すように、ターゲット２ａ，２ｂより大きい矩形の輪郭を持つ同一形態のバッキングプレート３ａ，３ｂが夫々接合されている。バッキングプレート３ａ，３ｂの内部には冷媒通路３１が形成され、冷媒通路３１に冷却水などの冷媒を供給することで、スパッタリング中、ターゲット２ａ，２ｂを冷却できる。そして、各ターゲット２ａ，２ｂが、バッキングプレート３ａ，３ｂに接合された状態でターゲットケース４に格納される。
　ターゲットケース４は、Ｙ軸方向にのびる仕切り璧４１で２室に仕切られた、上面を開放した箱体４２と、箱体４２上に取り付けられる蓋板４３とで構成されている。箱体４２の底面内側には、絶縁材料製のスペーサ４４が設けられ、スペーサ４４上にバッキングプレート３ａ，３ｂが固定配置されている。蓋板４３には、箱体４２内にバッキングプレート３ａ，３ｂに接合した状態で各ターゲット２ａ，２ｂを格納したとき、ターゲット２ａ，２ｂの外周を隙間を存して囲う２個の第１開口４３ａ,４３ｂが開設されている。
　箱体４２の底面には、Ｘ軸方向に長手の２個の第２開口４２ａ，４２ｂが開設されている。この場合、第２開口４２ａ，４２ｂのＸ軸方向の長さは、ターゲット２ａ，２ｂの往復動のストロークに応じて定寸される。Ｙ軸方向両端部に位置する箱体４２の下面には、図３に示すように、スライダ４５が夫々設けられ、各スライダ４５が、支持板１上に設置されたＸ軸方向に長手の一対のレール部材１２にスライド自在に係合されている。これにより、ターゲットケース４が支持板１上に保持され、後述の駆動手段により一対のレール部材１２に沿ってターゲットケース４、ひいては、ターゲット２ａ，２ｂが連動してＸ軸方向に一定のストロークで往復動する。
　支持板１上には、各ターゲット２ａ，２ｂの下方に夫々位置させて、第２開口４２ａ，４２ｂを通って箱体４２内に夫々突出するように同一形態のマグネットユニット５ａ，５ｂがスペーサ５１を介して夫々固定配置されている。各マグネットユニット５ａ，５ｂは、Ｙ軸方向に長手で矩形の輪郭を持つヨーク５２を備え、ヨーク５２の上面には中央磁石５３と当該中央磁石５３の周囲を囲うように配置される周辺磁石５４とが設けられている。中央磁石５３及び周辺磁石５４としては、同磁化のネオジウム磁石が用いられ、例えば一体に成形した断面略四角形の棒状のものが利用できる。これにより、ターゲット２ａ，２ｂ上に釣り合った閉ループの漏洩磁場を夫々作用させることができる。
　更に、各バッキングプレート３ａ，３ｂのＹ軸方向両端部には、冷媒通路３１に通じる冷媒の供給管３２ａ，３３ａと排出管３２ｂ，３３ｂとが下方に向けて夫々突設されている。図４に示すように、供給管３２ａ，３３ａと排出管３２ｂ，３３ｂとは夫々金属製で同一形態を有し、冷媒通路３１から下方に向かってのびる第１部分３２１と、第１部分３２１の下端からＸ軸方向にのびる第２部分３２２とで夫々構成される。この場合、一のバッキングプレート３ａの供給管３２ａの第２部分３２２と他のバッキングプレート３ｂの供給管３３ａの第２部分３２２と、及び、一のバッキングプレート３ａの排出管３２ｂの第２部分３２２と他のバッキングプレート３ｂの排出管３３ｂの第２部分３２２とが、Ｘ軸方向の同一線上で第１部分３２１から夫々逆方向にのびるように設けられている。また、第２部分３２２の端部には取付フランジ３２３が夫々形成され、取付フランジ３２３の外表面に継手６が突設され、図外の設備側からの配管が接続できるようになっている。継手６にはまた、ターゲット２ａ，２ｂの種類に応じてＤＣ電源や高周波電源等の中から適宜選択されるスパッタ電源Ｐｓからの出力ケーブルＫが接続され（図２参照）、供給管３２ａ，３３ａまたは排出管３２ｂ，３３ｂからバッキングプレート３ａ，３ｂを介してターゲット２ａ，２ｂに負の電位を持った直流電力や高周波電力を印加できるようにしている。本実施形態では、継手６は供給管３２ａ，３３ａ及び排出管３２ｂ，３３ｂの構成部品である。
　また、支持板１には、各供給管３２ａ，３３ａと各排出管３２ｂ，３３ｂとが夫々挿通するＸ軸方向に長手の２個のスリット孔１３が開設され、支持板１上にターゲットケース４を設置した状態では、バッキングプレート３ａ，３ｂからのびる各供給管３２ａ，３３ａと各排出管３２ｂ、３３ｂとの第１部分３２１がスリット孔１３を挿通して下方に突出ようにしている。スリット孔１３のＸ軸方向の長さは、ターゲット２ａ，２ｂの往復動のストロークに応じて定寸される。そして、支持板１の下面には、スリット孔１３を含む、スリット孔１３を挿通して下方に突出する供給管３２ａ，３３ａと排出管３２ｂ、３３ｂとの第１部分３２１を囲ってその内部を気密保持する２個のキャップ体７１が設けられている。各キャップ体７１は、一のバッキングプレート３ａの供給管３２ａと他のバッキングプレート３ｂの供給管３３ａと、及び、一のバッキングプレート３ａの排出管３２ｂと他のバッキングプレート３ｂの排出管３３ｂとを夫々囲うようにしている。また、各キャップ体７１には、第２部分３２２が夫々貫通する透孔７１ａが開設され、キャップ体７１と各取付フランジ３２３との間には、キャップ体７１から突出した第２部分３２２を覆って気密保持する同一形態を持つベローズ管７２が夫々外挿されている。この場合、キャップ体７１の透孔７１ａはベローズ管７２の一方のフランジ７２ａに設けたシール手段（図示せず）で夫々気密保持され、ベローズ管７２の他方のフランジ７２ｂが、取付フランジ３２３の内面にシール手段７２ｃを介して接合されている。
　支持板１の下面には駆動手段８が設けられている。駆動手段８は、図４に示すように、支持板１の下面中央に取り付けられたモータ８１と、モータ８１に接続されて駆動部としての送りねじ８２と、送りねじ８２に螺合された駆動部としての操作竿８３とを備え、操作竿８３の両端部が他のバッキングプレート３ｂの供給管３３ａと排出管３３ｂとの取付フランジ３２３に夫々連結されている。これにより、ターゲット２ａ，２ｂがＸ軸方向一側（即ち、図２に示す、マグネットユニット５ａ，５ｂに対して右側に寄った位置）を往復動の起点とし、この起点から、モータ８１により送りねじ８２を一方向に回転させると、操作竿８３により他のバッキングプレート３ｂの供給管３３ａと排出管３３ｂとが連動してＸ軸方向他側（図２中、左側）に向かって移動され、これに伴って、マグネットケース４が移動し、ターゲット２ａ，２ｂがＸ軸方向他側の折り返し点（即ち、図５に示す、マグネットユニット５ａ，５ｂに対して左側に寄った位置）に到達する。このとき、伸縮するベローズ管７２により大気から隔絶された状態、即ち、支持板１を真空チャンバに取り付けて真空中でスパッタリングにより成膜するときは、真空チャンバ内の真空雰囲気を保持したままマグネットケース４が移動する。ターゲット２ａ，２ｂがＸ軸方向他側の折り返し点に到達すると、モータ８１により送りねじ８２が逆転され、操作竿８３により他のバッキングプレート３ｂの供給管３３ａと排出管３３ｂとが連動してＸ軸方向一側に向かって移動され、これに伴って、マグネットケース４が移動し、ターゲット２ａ，２ｂが起点に戻る。この動作を繰り返してターゲット２ａ，２ｂが往復動される。なお、駆動手段８は、上記構成のものに限定されるものではなく、ターゲット２ａ，２ｂを同期して移動できるものであれば、その形態は問わない。
　更に、支持板１上には、ターゲット２ａ，２ｂをその上方に空間を存して囲うカバー体９が設けられている。カバー体９は、下面を開口した箱状のものであり、その下端をその全周に亘って支持板１に当接させた状態で設置される。カバー体９内には隔絶板９１が設けられ、一のターゲット２ａが存する空間９４ａと他のターゲット２ｂが存する空間９４ｂとを互いに隔絶するようになっている。カバー体９の上璧部９２には、各ターゲット２ａ，２ｂに夫々臨む２個の開口９３ａ，９３ｂが形成されている。これにより、成膜ユニットＦＵ１を真空チャンバに取り付け、真空チャンバに接続された真空ポンプを作動させて真空排気したとき、主として開口９３ａ，９３ｂを介して支持板１とカバー体９とで囲繞された（つまり、往復動するターゲットが存し、プラズマが形成される）空間９４ａ,９４ｂが真空排気される。
　カバー体９のＸ軸方向に位置する側壁部９５ａ，９５ｂの外面には、２本のガスノズルＧｎ１、Ｇｎ２が夫々設けられている。各ガスノズルＧｎ１、Ｇｎ２はターゲット２ａ，２ｂのＹ軸方向に沿う長さを有し、カバー体９の側壁部に向けてガスを噴射する噴射口ＧｎｈがＸ軸方向に所定間隔で列設されている。この場合、上側に位置するガスノズルＧｎ１が放電用希ガスを導入するためのものであり、下側に位置するガスノズルＧｎ２が反応ガスを導入するためのものである。カバー体９の側壁部９５ａ，９５ｂには、各ガスノズルＧｎ１、Ｇｎ２の各噴射口Ｇｎｈに夫々対向させて、ガス孔９６ａ，９６ｂが穿設されている。この場合、各ガス孔９６ａ，９６ｂの径は、噴射口Ｇｎｈの径と同等以上に設定されている。これにより、各ガスノズルＧｎ１、Ｇｎ２の噴射口Ｇｎｈから放電用希ガスや反応ガスを噴射すると、この噴射された放電用希ガスや反応ガスが、主として各ガス孔９６ａ，９６ｂを通してカバー体９内の各空間９４ａ，９４ｂに導入される。なお、カバー体９の側壁部に対する各ガスノズルＧｎ１、Ｇｎ２の取付位置、噴射口Ｇｎｈの径や数は、真空チャンバの容積や真空ポンプの排気能力等を考慮して適宜選択され、また、各噴射口Ｇｎｈに夫々対向させてカバー体９の側壁部９５ａ，９５ｂにガス孔９６ａ，９６ｂを穿設するものを例に説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、複数個の各噴射口Ｇｎｈに対向するスリット状の長孔でガス孔を構成することもできる。
　これにより、ターゲット２ａ，２ｂを往復動させても、カバー体９内の空間９４ａ,９４ｂからの排気コンダクタンスは殆ど変化しない。また、反応性スパッタリングにより成膜する際に真空チャンバ内に、ガスノズルＧｎ２によりガス孔９６を通して反応ガスを導入しても、空間９４ａ,９４ｂ内の反応ガスの分布が殆ど変化せず、結果として、膜質の均一性よく反応性スパッタリングにより薄膜を成膜することができる。ここで、カバー体９が支持板１に接触し、支持板１は、通常、アース接地の真空チャンバに取り付けられている。このため、カバー体９自体はアース電位となり、ターゲット２ａ，２ｂに電力投入してスパッタリングする際には、各開口９３ａ，９３ｂの周縁に位置するカバー体９の上璧部９２がアノードとしての役割を果たし、安定して放電させることができる。
　以上の実施形態によれば、真空チャンバの開口に着脱自在な支持板１を介して成膜ユニットＦＵ１を真空チャンバに取り付けた状態で、供給管３２ａ，３３ａと排出管３２ｂ，３３ｂとの各継手６に設備側からの配管（図示せず）を接続すれば、バッキングプレート３ａ，３ｂに冷媒を循環させることができるため、成膜ユニットＦＵ１を簡単な構成でメンテナンス性の良いものにできる。また、真空チャンバの真空排気に伴って真空排気されるキャップ体７１内の容積を可及的に小さくでき、その上、真空チャンバ内を真空排気する際には、キャップ体７１で囲われた部分のみ真空排気すればよいため、真空チャンバを真空排気する真空ポンプとして大型のものを用いる必要はない。しかも、ターゲット２ａ，２ｂを駆動するための駆動手段８が真空チャンバ外の大気中に設置されるため、駆動手段８として真空用の高価なものを用いる必要もない。
　特に、上記実施形態では、一のバッキングプレート３ａの供給管３２ａの第２部分３２２と他のバッキングプレート３ｂの供給管３３ａの第２部分３２２と、及び、一のバッキングプレート３ａの排出管３２ｂの第２部分３２２と他のバッキングプレート３ｂの排出管３３ｂの第２部分３２２とを同一線上で位置させ、各第２部分３２２に同一形態のベローズ管７２を外挿する構成を採用したことで、駆動手段８によりターゲット２ａ，２ｂを往復動するときに大気圧と真空圧との差圧力をキャンセルでき、駆動手段８がその差圧を受け持つ必要がないため、例えば、駆動手段８のモータ８１は定格トルクの小さいもので済み、また、真空圧に抗する力も必要がないため、操作竿８３に強い強度を持たせる必要がなく、送りねじ８２も細いもので済む。結果として、一層低コスト化を図ることができる。その上、仮に、駆動手段８、例えばモータ８１が何らかの理由で故障した場合、同一線上に位置する各ベローズ管７２のばね力が拮抗する位置に戻るだけであるため、送りねじや操作竿８３などの駆動部の破損を防止する構造的または電気的な破損防止手段を必要とせずに、高い安全性が得られる。
　ところで、大気中に配置されるモータにより真空中の部品（上記実施形態では、ターゲット２ａ，２ｂ）を往復動させる駆動系の場合、モータには、部品に真空圧が作用する受圧方向への回生運転と、真空圧に抗する反受圧方向への力行運転とが存在する。これは、エネルギーの視点からすると、力行運転がエネルギー投入であり、回生運転がエネルギーの回収に相当すると言える。ここで、従来のこの種の駆動系では、回生運転時、例えばモータの駆動回路に設けた抵抗で熱として系外に放出するように設計することが一般であり、これでは、真空圧に相当する電力が全て熱に変わることになり、電力量負担が大きい。それに対して、上記実施形態のものでは、回生運転時、摩擦力に抗する電力を消費するだけであり、電力量負担は小さくて済む。しかも、低廉な汎用の駆動系が利用できるため、設備費用も抑制することができ、有利である。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のもの限定されるものではない。上記実施形態では、２枚のターゲット２ａ，２ｂを用いるものを例に説明したが、本発明は、単一のターゲットを用いる場合にも適用でき、また、３枚のターゲットを用いる場合でも本発明を利用して成膜ユニットＦＵ１を簡単な構成でメンテナンス性の良いものにできる。更に、上記実施形態では、ターゲット２ａ，２ｂをマグネットケース４に格納する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、支持板に、この支持板と電気的に絶縁された状態で、且つ、マグネットユニットに対して往復動自在にできるのであればその形態は問わない。また、上記実施形態では、成膜ユニットＦＵ１としてカバー体９を備えるものを例に説明したが、カバー体自体は省略することもできる。更に、大気中に配置されるモータ８１により真空中の部品としてのターゲット２ａ，２ｂを往復動させる上記実施形態の駆動系は、真空中に設置されるゲートバルブなどの部品の駆動系として転用することもできる。
　ところで、上記実施形態のように、ヨーク５２上面に設けた央磁石５３と当該中央磁石５３の周囲を囲う周辺磁石５４とでマグネットユニット５ａ，５ｂを構成した場合、放電用希ガス等を導入し、ターゲット２ａ，２ｂに電力投入すると、レーストラックに沿ってプラズマが発生するが、レーストラックのコーナ－部ではプラズマ中の電子密度が局所的に高くなり易い。このような場合、支持板１上に、各ターゲット２ａ，２ｂの下方に夫々位置させてマグネットユニット５ａ，５ｂを固定配置していると、マグネットユニット５ａ，５ｂに対するターゲット２ａ，２ｂのＸ軸方向への相対移動によりＸ軸方向にはターゲット２ａ，２ｂが略均等に侵食されていくが、レーストラックのコーナ－部に対応するターゲット２ａ，２ｂのＹ軸方向の端部において、ターゲット２ａ，２ｂが局所的に侵食される。その結果、ターゲット２ａ，２ｂが早期にライフエンドを迎え、ターゲット２ａ，２ｂの利用効率が悪い。　　
　そこで、ヨーク５２の裏面に、支持板１に形成されたＹ軸方向の長手のスリット穴を貫通する駆動軸を連結し、大気中に設けられた駆動源により駆動軸を介してマグネットユニット５ａ，５ｂをターゲット２ａ，２ｂに対してＹ軸方向に相対移動自在となるように構成することが好ましい。この場合、駆動源は、マグネットユニット５ａ，５ｂとターゲット２ａ，２ｂとが同心になる位置を起点位置とし、この起点位置から、Ｙ軸方向に夫々所定のストロークで移動させた位置を折返位置とし、起点位置と両折返位置との間でマグネットユニット５ａ，５ｂを相対移動させる。これにより、ターゲット２ａ，２ｂの局所的な侵食を回避して、ライフエンドまでターゲット２ａ，２ｂをその全面に亘って略均等に侵食していくことができる。その結果、ターゲット２ａ，２ｂの使用効率を向上させることができる。
　駆動源としては、大気中に配置されるモータ８１により真空中の部品としてのターゲット２ａ，２ｂを往復動させる上記実施形態の駆動系を利用することができる。マグネットユニット５ａ，５ｂに対するターゲット２ａ，２ｂの相対移動は、成膜条件が過度に変化しないように、ターゲット２ａ，２ｂのスパッタリング中は行わず、例えばターゲット２ａ，２ｂに対する積算投入電力に応じて、起点位置と両折返位置との間でマグネットユニット５ａ，５ｂを適宜移動させることが好ましい。この場合、ターゲット２ａ，２ｂに対するマグネットユニット５ａ，５ｂの相対移動のストロークや起点位置または折返位置での滞在時間は、例えば、起点位置にてターゲット２ａ，２ｂをスパッタリングしたときの侵食領域や侵食速度を測定し、これを基に適宜設定することができる。なお、マグネットユニット５ａ，５ｂの移動位置は上記３点の場合に限定されるものではなく、ターゲット２ａ，２ｂの侵食状態に応じて適宜増加させることができる。なお、例えば成膜条件が過度に変化しないような場合には、ターゲット２ａ，２ｂのスパッタリング中、両折返位置との間でマグネットユニット５ａ，５ｂを所定の速度で適宜往復動させることもできる。
　次に、図６～図８を参照して、第１駆動手段８０ａによりターゲット２ａ，２ｂをＸ軸方向に往復動自在とすると共に、第２駆動手段８０ｂによりマグネットユニット５ａ，５ｂをＹ軸方向に往復動自在とした第２実施形態のスパッタリング装置用成膜ユニットＦＵ２を説明する。以下においては、上記第１実施形態と同様、ターゲット２ａ，２ｂがマグネットユニット５ａ，５ｂに対して一定のストロークで往復動する方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に対して直交するターゲットの長手方向をＹ軸方向とし、また、上記第１実施形態と同一の部材または要素については同一の符号を用いるものとし、上記第１実施形態と異なる構成を主として説明する。
　図６～図８に示すように、マグネトロンスパッタリング装置用成膜ユニットＦＵ２は、第１実施形態と同様、支持板１を備え、支持板１上に、Ｙ軸方向に長手で矩形の輪郭を持つ同一形態の２枚のターゲット２ａ，２ｂがバッキングプレート３ａ，３ｂに接合された状態で並設され、ターゲットケース４に格納されている。そして、軸方向両端部に位置する箱体４２の下面に夫々設けられたスライダ４５が、支持板１上に設置されたＸ軸方向に長手の一対のレール部材１２にスライド自在に係合され、第１駆動手段８０ａにより一対のレール部材（図示せず）に沿ってターゲットケース４、ひいては、ターゲット２ａ，２ｂが連動してＸ軸方向に一定のストロークで往復動するようにしている。
　ターゲット２ａ，２ｂをＸ軸方向に往復動させる第１駆動手段８０ａは、支持体１の中央部に開設したＸ軸方向に長手の第１スリット孔１０１ａに挿設される板状の駆動軸８０１を備える。この場合、スリット孔１０１ａのＸ軸方向の長さは、上記第１実施形態と同様、ターゲット２ａ，２ｂの往復動のストロークに応じて定寸される。駆動軸８０１の上端部は、マグネットケース４の仕切り璧４１下面の所定位置に立設した筒体４１ａに嵌着されている。支持体１から下方に突出した駆動軸８０１の下端部には、板厚方向のねじ孔（図示せず）が形成され、ねじ孔には、Ｘ軸方向にのびる送りねじ８０２が螺合している。この場合、送りねじ８０２は、支持板１の下面に設けられて、スリット孔１０１ａを含む、支持体１から下方に突出した駆動軸８０１の下端部を囲ってその内部を気密保持するキャップ体７０１に一対の軸受８０３ａ，８０３ｂを介して軸支される。キャップ体７０１から外方に突出する送りねじ８０２の一端には、磁性流体シール８０４を介して支持体１の下面に取り付けられたモータ８０５が接続され、これにより、マグネットケース４、ひいてはターゲット２ａ，２ｂがＸ軸方向に往復動自在となる。これにより、上記実施形態１とは異なり、駆動軸８０１を直接マグネットケース４に連結しているため、上記実施形態１の操作竿８３のような部品を省略できるので、駆動入力経路が簡素化でき、しかも、剛性の向上を図ることができる。特に、ターゲット２ａ，２ｂがＹ軸方向に長く、これに伴い、操作竿８３を長くせざるを得ないような場合に、駆動軸８０１によりマグネットケース４の中央部分（慣性モーメント中心近傍）にて駆動する上記第２実施形態のものを適用すれば、より有効である。なお、第２実施形態では、上記の如く、駆動手段８０ａの構成を変更したことに伴い、支持板１の下面に設けられるキャップ体７０２は、スリット孔１３を含む、スリット孔１３を挿通して下方に突出する供給管３２ａ，３３ａと排出管３２ｂ、３３ｂとの第１部分３２１を夫々囲うように変更している（図７参照）。
　また、マグネットユニット５ａ，５ｂをＹ軸方向に往復動させる第２駆動手段８０ｂは、第１スリット孔１０１ａの近傍に位置させて支持体１に開設したＹ軸方向に長手の第２スリット孔１０１ｂに挿設される板状の駆動軸８１０を備える。スリット孔１０１ｂのＹ軸方向の長さは、マグネットユニット５ａ，５ｂの往復動のストロークに応じて定寸される。駆動軸８１０の上端部は、各マグネットユニット５ａ，５ｂのヨーク５２間を橋し渡すように設けた駆動板８１１に形成した嵌着孔８１２に嵌着されている。この場合、マグネットユニット５ａ，５ｂの各ヨーク５２の下面には、図８に示すように、スライダ５０１が夫々設けられ、各スライダ５０１が、支持板１上に設置されたＹ軸方向に長手のレール部材５０２にスライド自在に係合されている。
　他方、支持体１から下方に突出した駆動軸８１０の下端部には板厚方向のねじ孔（図示せず）が形成され、ねじ孔にはＹ軸方向にのびる送りねじ８１３が螺合している。この場合、送りねじ８１３は、支持板１の下面に設けられて、スリット孔１０１ｂを含む、支持体１から下方に突出した駆動軸８１０の下端部を囲ってその内部を気密保持するキャップ体７０３に一対の軸受８１４ａ，８１４ｂを介して軸支される。キャップ体７０３から突出する送りねじ８１３の一端には磁性流体シール８１５を介して支持体１の下面に取り付けられた他のモータ８１６が接続され、これにより、マグネットユニット５ａ，５ｂがＹ軸方向に往復動となる。
　ＦＵ１，ＦＵ２…スパッタリング装置用成膜ユニット、１…支持板、１３…スリット孔、２ａ、２ｂ…ターゲット、３ａ，３ｂ…バッキングプレート、３１…冷媒通路、３２ａ，３３ａ…供給管、３３ａ，３３ｂ…排出管、５ａ，５ｂ…マグネットユニット、７１…キャップ体、７２…べローズ管、８、８０ａ，８０ｂ…駆動手段、８２…送りねじ（駆動部）、８３…操作竿（駆動部）、９…カバー体、９２…開口、Ｐｓ…スパッタ電源、Ｋ…出力ケーブル。

Claims (4)

  1. 　真空チャンバの開口に着脱自在な支持板を備え、支持板の一方の面側を上として、この支持板上に、下面にバッキングプレートが接合されたターゲットと、バッキングプレートと支持板との間に固定配置されてターゲット上に漏洩磁場を作用させるマグネットユニットとを有するスパッタリング装置用成膜ユニットであって、
    　スパッタ電源よりターゲットに電力投入してターゲットをスパッタリングする間、マグネットユニットに対してターゲットを支持板に沿って往復動する駆動手段を更に備えるものにおいて、
    　バッキングプレートに、その内部に形成された冷媒通路に通じる冷媒の供給管と排出管とが突設され、供給管と排出管とが夫々挿通する、ターゲットの往復動方向に長手のスリット孔が支持板に開設され、支持板の下面に、スリット孔を含む、供給管と排出管のスリット孔から下方に突出した部分を気密状態に夫々囲うキャップ体が設けられ、キャップ体から往復動方向に突出する供給管と排出管との部分にベローズ管が夫々外挿され、駆動手段の駆動部が供給管及び排出管の少なくとも一方に連結されることを特徴とするスパッタリング装置用成膜ユニット。
  2. 　請求項１記載のスパッタリング装置用成膜ユニットであって、各ターゲットと支持板との間にターゲットのスパッタ面側に漏洩磁場を夫々作用させるマグネットユニットが配置されるものにおいて、
    　前記ターゲットが前記支持板に沿って往復動する方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に対して直交するターゲットの長手方向をＹ軸方向とし、マグネットユニットとターゲットとが同心になる位置を起点位置、この起点位置からＹ軸方向に夫々所定のストロークで移動させた位置を折返位置とし、起点位置と両折返位置との間でマグネットユニットを相対移動させる他の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用成膜ユニット。
  3. 　請求項１または請求項２記載のスパッタリング装置用成膜ユニットであって、同一平面内に並設される矩形の輪郭を持つ２枚のターゲットを備えるものにおいて、
    　供給管と排出管とが往復動方向に対して直交する方向で各バッキングプレートの両端部に夫々設けられ、
    　一のターゲットの供給管と排出管との一方と他のターゲットの供給管と排出管との一方と、及び、一のターゲットの供給管と排出管との他方と他のターゲットの供給管と排出管との他方とが、単一のキャップ体で夫々囲われ、駆動部により両ターゲットが連動して往復動するように構成されることを特徴とするスパッタリング装置用成膜ユニット。
  4. 　前記供給管と前記排出管との少なくとも一方にスパッタ電源からの出力ケーブルが接続され、バッキングプレートを介してターゲットに電力投入するようにしたことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のスパッタリング装置成膜ユニット。
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