(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
互いに連設される少なくとも2個の真空処理室と、上流側の真空処理室から下流側の真空処理室に成膜対象物を移送する移送手段と、下流側の真空処理室内に配置される立体形状の輪郭を有する少なくとも1個のターゲットとを備え、
ターゲットの互いに対向する2つの面をスパッタリングにより侵食されるスパッタ面とし、
移送手段が、成膜対象物の成膜面が各スパッタ面に対向する姿勢で当該成膜対象物を移送し、トンネル状の磁場を形成する磁石ユニットを、この磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線が両スパッタ面を跨いでターゲットの周囲を周回するように下流側の真空処理室に設けたことを特徴とするスパッタリング装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記点に鑑み、ターゲットに局所的な侵食が発生することが抑制できてターゲットの利用効率を高めることができるマグネトロン方式の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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明のスパッタリング装置は、互いに連設される少なくとも2個の真空処理室と、上流側の真空処理室から下流側の真空処理室に成膜対象物を移送する移送手段と、下流側の真空処理室内に配置される立体形状の輪郭を有する少なくとも1個のターゲットとを備え、ターゲットの互いに対向する2つの面をスパッタリングにより侵食されるスパッタ面とし、移送手段が、成膜対象物の成膜面が各スパッタ面に対向する姿勢で当該成膜対象物を移送し、トンネル状の磁場を形成す
る磁石ユニットを、この磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線が両スパッタ面を跨いでターゲットの周囲を周回するように下流側の真空処理室に設けたことを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、前記磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線がスパッタ面を跨いでターゲットの周囲を周回するように磁石ユニットを真空処理室に設けた(つまり、局所的な侵食を生じるコーナ部がなくすようにした)ため、例えばターゲットに負の電位を持った電力を投入すると、スパッタ面の前方に上記線に沿う長さ方向に密度が略均等な筋状のプラズマが発生するようになる。その結果、ターゲットのスパッタ面を線状(筋状)に略均等に侵食することができ、ターゲットに局所的な侵食が発生することが抑制できる。なお、本発明にいう立体形状とは、例えば、直方体、立方体や円柱等だけでなく、円錐、角錐または截頭錐体を含み、また、中空または中実のものであってもよく、また、板状のものを含む。また、立体形状の表面のうち、磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線が跨ぐ面を全てスパッタ面とすることができ、その中で任意の少なくとも1面を選択し、この面に成膜対象物を対向させておけば、当該成膜対象物に成膜することが可能となる。
【0009】
本発明においては
、前記磁石ユニットは、処理対象物の移送方向に直交する方向でターゲットの外周を囲い、かつ、ターゲッ
ト側の磁性をかえて移送方向に隣接配置される
2個以上のリング磁石を有し、各リング磁石が真空処理室を画成するチャンバ外壁に配置されることが好ましい。これにより、ターゲットのスパッタ面を線状(筋状)に略均等に侵食する構成が実現できる。この場合、複数対のリング磁石をターゲットの移送方向に列設しておけば、例えば、成膜対象物への成膜速度を向上できて有利である。
【0010】
本発明においては、下流側の真空処理室内に、各ターゲットのスパッタ面が相互に対向するように複数のターゲットが配置される構成を採用してもよい。これによれば、移送手段に2枚の成膜対象物を保持させて夫々ターゲットに対向する位置に移送して同時に成膜したり、基板の両面に同時に成膜したりすることができてよい。なお、成膜対象物の移送方向に複数枚のターゲットを並設するようにしてもよい。
【0011】
本発明においては、
ターゲットが単一である場合、前記ターゲット
が、その移送方向にのびる貫通孔を有し、磁石ユニット
が、ターゲットの内周面側の磁性をかえて貫通孔内に挿設された
2個以上のリング磁石を有し、
互いに対向するターゲットの
2つの外表面をスパッタ面としてもよい。これによれば、ターゲットの表面のうち少なくとも2面をスパッタ面とすることができ、各スパッタ面に対向するように成膜対象物を移送すれば、生産性を向上できてよい。
【0012】
更に、本発明においては、前記磁石ユニットを移送方向に所定のストロークで往復動する駆動手段を更に備えることが好ましい。これによれば、ターゲットのスパッタ面をその全面に亘って均等に侵食させることができ、ターゲットの極めて高い利用効率を達成することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照して、成膜対象物を矩形のガラス基板(以下、「基板W
1」という)とし、この基板W
1の二枚を同時に移送し、両基板W
1の片面に成膜する場合を例に本発明の第1の実施形態に係るマグネトロン方式のスパッタリング装置を説明する。
【0015】
図1(a)及び(b)を参照して、SM1は、第1の実施形態に係るスパッタリング装置であり、スパッタリング装置SM1はインライン式に構成されたものであり、例えばクライオポンプ等の図外の真空ポンプで真空引きされる、成膜室(下流側の真空処理室)1aを画成する直方体形状の中央の真空チャンバ1を備える。この真空チャンバ1の上流側(
図1中、左側)及び下流側(
図1中、右側)には、図外の真空ポンプにより夫々真空引きされる、上流側の真空補助室(上流側の真空処理室)2aを画成する補助真空チャンバ2と、下流側の真空補助室3aを画成する補助真空チャンバ3とがゲートバルブ(隔絶手段)GVを介して夫々連設されている。以下においては、真空チャンバ1及び両補助真空チャンバ2、3の連設した方向をX軸方向(
図1(a)中、左右方向)、この連設方向と直交する方向をY軸方向(
図1(a)中、上下方向)として説明する。
【0016】
成膜室1aと、上流側及び下流側の両真空補助室2a,3aとの底部には、X軸方向に線状にのびるように一対のレール部材4R,4Lが設けられている。レール部材4R,4Lには、図示省略の駆動源を有するステージ5がスライド自在に係合し、ステージ5には、後述する2枚のターゲットに夫々対向した姿勢で2枚の基板W
1を保持する基板ホルダ51が立設されている。第1の実施形態では、レール部材4R,4L、ステージ5及び基板ホルダ51が移送手段を構成する。そして、上流側の真空補助室2aにて2枚の基板W
1を基板ホルダ51に夫々保持させ、この上流側の真空補助室2aを所定圧力まで真空引きした後、ゲートバルブGVの開状態でステージ5を移動させると、当該ステージ5がゲートバルブGVを設けた空間を跨いで、所定圧力まで真空引きされた成膜室1aに移送され、両基板W
1が、成膜室1a内に配置したターゲットに夫々対向する位置に到達する。成膜後、ゲートバルブGVの開状態でステージ5を移動させると、ステージ5がゲートバルブGVを設けた空間を跨いで下流側の真空補助室3aに移動し、下流側の真空補助室3aを大気開放した後、成膜済みの基板W
1が回収される。
【0017】
成膜室1aを画成する真空チャンバ1のY軸方向の両側壁には、マグネトロンスパッタカソードC
1が設けられている。マグネトロンスパッタカソードC
1は、成膜室1a内を臨むターゲットT
1を備える。ターゲットT
1は、Al合金、MoやITOなど基板W
1上に成膜しようとする薄膜の組成に応じて公知の方法で作製されている。そして、ターゲットT
1のうち基板W
1との背向面に、スパッタリングによる成膜中、ターゲットT
1を冷却するバッキングプレートBpがインジウムやスズなどのボンディング材を介して接合され、この状態で、図示省略の絶縁体を介して設けられる。ターゲットT
1には図示省略のスパッタ電源からの出力端が接続され、ターゲット種に応じて負の電位を持った直流電力または高周波電力が投入されるようになっている。ターゲットT
1のうち基板W
1との対向面たるスパッタ面Tsの面積は、基板W
1の面積より大きく設定されている。
【0018】
なお、公知のスパッタリング装置と同様、特に図示して説明しないが、成膜室1a内でターゲットT
1のスパッタ面Tsの周囲には、グランド接地されたアノードとしての役割を果たすシールドや防着板が装着されている。また、成膜室1aには、ガス導入手段が設けられ、アルゴン等の希ガスからなるスパッタガスや反応性スパッタリングの際に用いる反応ガスが成膜室1a内に一定の流量で導入できる。反応ガスとしては、基板W
1表面に成膜しようする薄膜の組成に応じて選択され、酸素、窒素、炭素、水素を含むガス、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスなどが用いられる。
【0019】
また、マグネトロンスパッタカソードC
1は、Y軸方向で真空チャンバ1の周囲を周回するように夫々配置された一対のリング磁石Mg1、Mg2で構成される磁石ユニットM
1を備える。リング磁石Mg1、Mg2は、磁石の同磁化に換算したときの体積が一致しており、また、成膜室1a側の極性をかえてかつX軸方向に所定間隔で隣接配置される。これにより、両ターゲットT
1のY軸方向で、ターゲットT
1の基板W
1との対向面たるスパッタ面Tsの基板W
1側に、釣り合ったトンネル状の磁場(磁束)が形成される(図示せず)。そして、磁場の垂直成分がゼロとなる位置(トンネル状の磁束の各頂部)を通る線MfがターゲットT
1をY軸方向でその全長に亘って跨ぐようになる(
図1(a)参照)。
【0020】
両リング磁石Mg1、Mg2は、板状の保持部材Mhで夫々保持され、保持部材Mhには、図示省略のナット部材が設けられており、X軸方向にのびる、モータ61に連結された送りねじ6が螺合している。この場合、モータ61付きの送りねじ6が駆動手段を構成する。そして、モータ61で送りねじ6を回転駆動すると、この送りねじ6の回転方向に応じて磁石ユニットM
1がX軸方向に往復動するようになる。なお、往復動のストロークは、磁場の垂直成分がゼロとなる位置がターゲットT
1のX軸方向でその全長に亘って跨ぐように設定される。
【0021】
上記第1の実施形態では、一対のリング磁石Mg1,Mg2で磁石ユニットM
1を構成する場合を例に説明するが、成膜室1a側の極性をかえて3個のリング磁石を列設して磁石ユニットを構成してもよく、また、複数対の上記磁石ユニットM
1をX軸方向に所定間隔で設けるようにしてもよい。この場合、複数対の上記磁石ユニットは同期して往復動するように構成することが好ましい。
【0022】
上記第1の実施形態によれば、磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線Mfがスパッタ面TsをY軸方向に線状に跨いでターゲットT
1の周囲を周回するようになるため、ターゲットT
1に負の電位を持った電力や交流電力を投入すると、スパッタ面Tsの基板W
1側に、密度が略均等な筋状のプラズマが発生するようになる。その結果、スパッタ面Tsが線状(筋状)に略均等に侵食されるようになり、ターゲットT
1に局所的な侵食が発生するが抑制できる。そして、駆動手段6,61により磁石ユニットM
1をターゲットT
1の長手方向全長に亘って往復度すれば、ターゲットT
1のスパッタ面Tsをその全面に亘って均等に侵食させることができ、ターゲットT
1の極めて高い利用効率を達成することができる。なお、ターゲットの形状は上記のものに限定されるものではなく、例えば、平面視円形のものであってもよい。
【0023】
上記第1の実施形態では、成膜室1aを1個としたものを例に説明したが、
図2に示すように、基板W
1の移送方向にゲートバルブGVを介して複数個の成膜室1aを連設するようにしたものであってもよい。
【0024】
次に、
図3(a)及び(b)を参照して、第2の実施形態のスパッタリング装置SM2を説明する。以下においては、上記第1の実施形態と同一の部材または要素のものは、同一の符号が用いられ、同一の形態を有するものとする。第2の実施形態のスパッタリング装置SM2は、長尺の基材W
2を一定の速度で移送しながら、当該基材W
2の片面に連続して成膜する巻取式のものである。スパッタリング装置SM2は、真空ポンプで真空引きされる、成膜室1aを画成するX軸方向に長手の直方体形状の中央の真空チャンバ(下流側の真空チャンバ)1を備える。この真空チャンバ1の上流側(
図1中、左側)及び下流側(
図1中、右側)には、上流側の真空補助室2aを画成する補助真空チャンバ2と、下流側の真空補助室3aを画成する補助真空チャンバ3とが、基材W
2の通過を許容するスリットSを備えた仕切板Spを介して夫々連設されている。成膜室1aと、両真空補助室2a,3aとを単一の真空チャンバに内に形成するようにしてもよい。
【0025】
上流側の真空補助室2aには、基材W
2が夫々巻回された繰出リール7u,7dが上下方向に所定間隔を存して設けられ、繰出リール7u,7dに夫々付設した図示省略のモータの回転駆動により一定の速度で基材W
2が繰り出されるようになっている。他方、下流側の真空補助室3aには、基材W
2を夫々巻き取る巻取ローラ8u,8dが上下方向に所定間隔を存して設けられ、巻取ローラ8u,8dに夫々付設した図示省略のモータの回転駆動により一定の速度で基材W
2が巻き取られるようになっている。
【0026】
成膜室1aには、当該成膜室1a内で繰出リール7u,7dから夫々繰り出された基材W
2がターゲットT
1のスパッタ面TsをそのX軸方向全長に亘って平行に移送されるようにガイドするガイドローラGrが設けられている。そして、成膜室1aを画成する真空チャンバ1のY軸方向の上壁と下壁に4個のマグネトロンスパッタカソードC
1が設けられている。マグネトロンスパッタカソードC
1は、上記第1の実施形態と同一の構成を有する。これにより、成膜室1aを連続して移送される基材W
2に対して、スパッタ面Tsをその全面に亘って均等に侵食しながら、成膜することができる。
【0027】
なお、上記第1及び第2の両実施形態では、成膜室1aを画成する真空チャンバ1の壁面に板状のターゲットT
1を配置したものを例に説明したが、これに限定されるものではない。
図4(a)及び(b)を参照して説明すれば、第3の実施形態に係るスパッタリング装置SM3は、他の形態のスパッタリングカソードC
2を備える。スパッタリングカソードC
2は、成膜室1a内に配置される直方体形状のターゲットT
2を備え、ターゲットT
2には、X軸方向たるその長手方向にのびる、断面視矩形の貫通孔Thが形成されている。そして、貫通孔Th内には磁石ユニットM
2が挿設されている。
【0028】
磁石ユニットM
2は、ターゲットT
2の内周面の輪郭より小さい輪郭を有し、磁石の吸着力を増幅する磁性材料製の支持棒(ヨーク)Mrを備える。支持棒Mrには、ターゲットT
2の内周面と隙間を存してこの内周面と同心になるように複数対のリング磁石Mg1,Mg2が外装されている。対をなす両リング磁石Mg1,Mg2は、磁石の同磁化に換算したときの体積が一致しており、また、ターゲッT
2の内周面側の極性かえてかつターゲットT
2のX軸方向に所定間隔を存するように隣接配置される。これにより、ターゲットT
2のX軸方向の前面及び後面を除く、ターゲットの4つの外表面(外周面)の上方(前方)で釣り合ったトンネル状の磁場(磁束)が形成される。そして、磁場の垂直成分がゼロとなる位置(トンネル状の磁束の各頂部)を通る線がターゲットT
2の長手方向に直交する方向で4つの外表面を夫々跨いでターゲットT
2の周囲を周回するようになる。そして、各基材W
2に互いに対向する2つの面をスパッタ面Tsとしている。なお、真空チャンバ1に上記マグネトロンカソードユニットC
2を設置した場合には、比較的面積の小さい面の周囲に所定の隙間(例えば、2〜3mmの範囲)を存して、図示省略のシールド部材が配置され、スパッタリング時にはスパッタリングされないようになっている。
【0029】
次に、
図5を参照して、第4の実施形態のスパッタリング装置SM4を説明する。第4の実施形態のスパッタリング装置SM4は、所謂クラスターツール式に構成されたものであり、例えばクライオポンプ等の図外の真空ポンプで真空引きされる、搬送ロボットRを備えた中央の搬送室(下流側の真空処理室)11aを画成する真空チャンバ11と、搬送室11aの周囲にゲートバルブGVを介して配置された少なくとも1個の成膜室12aとを備える。なお、他の真空処理室は、ロードロック室や加熱室等、基板への処理に応じて適宜選択されるため、ここでは、詳細な説明を省略する。
【0030】
成膜室12aを画成する真空チャンバ12の底面には、搬送ロボットRにより搬送される基板W
1が位置決め保持されるステージ9が設けられ、このステージ9に対向させて、真空チャンバ12の上壁には、マグネトロンスパッタカソードC
1が設けられている。そして、磁石ユニットM
1を構成する一対のリング磁石Mg1、Mg2が、X軸方向で真空チャンバ12の周囲を周回するように夫々配置される。
【0031】
なお、上記第4の実施形態では、成膜室12aに磁石ユニットM
1を設けるものを例に説明したが、これに限定されるものではない。
図6に示すように、搬送室11aから成膜室12aに搬送された基板W
1が、その姿勢を90°かえ、この状態で成膜するような場合には、成膜室12aのうち、搬送室11a側にターゲットT
1を設けると共に、磁石ユニットM
2の両リング磁石Mg3を搬送室11aに設けておいてもよい。これによれば、単一の磁石ユニットM
2で複数の成膜室12aに夫々設けたターゲットT
1のスパッタ面Tsの基板W
1側に、密度が略均等な筋状のプラズマが発生するようにできる。
【0032】
次に、
図7を参照して、第5の実施形態に係るスパッタリング装置SM5は、次のように構成されている。即ち、第5の実施形態のスパッタリング装置SM5は、成膜室100aを画成する筒状の真空チャンバ100を備え、その内部には多角柱状の基板ホルダ17が同心に挿設されている。そして、基板ホルダ17の外周面には、複数枚の基板W
1が取付られるようになっている。また、真空チャンバ100の周方向に所定の間隔(例えば、90°間隔)を存してマグネトロンスパッタカソードC
3が設けられている。マグネトロンスパッタカソードC
3は、処理室16aを臨む、真空チャンバ100の長手方向(高さ方向)に長尺のターゲットT
3と、基板ホルダ17の長手方向(高さ方向)に直交する方向で各ターゲットT
3の外周を囲うように真空チャンバ100外側に配置され、かつ、基板ホルダ17側の磁性をかえて長手方向に隣接配置される少なくとも一対のリング磁石Mg1、Mg2で構成される磁石ユニットM
3を有する。これにより、各ターゲットT
3のうち基板W
1との対向面がスパッタ面Tsのうち長手方向と直交する方向で磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線が跨いで周回するようになり、ターゲットT
3に局所的な侵食が発生するが抑制できる。