特許 6184468 スパッタリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6184468

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】スパッタリング装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20170814BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 C

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-253532(P2015-253532)

(22)【出願日】2015年12月25日

(65)【公開番号】特開2017-115218(P2017-115218A)

(43)【公開日】2017年6月29日

【審査請求日】2016年4月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】390027683

【氏名又は名称】株式会社エイコー・エンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】110001922

【氏名又は名称】特許業務法人 日峯国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 泰平

【審査官】 塩谷 領大

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２５６４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０１９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９１３１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空チャンバ内でスパッタ源に当接されたターゲットをスパッタリングして基板上に薄膜を堆積させるスパッタリング装置において、
前記ターゲットが横に複数並べて配置され、前記ターゲットが前記基板に対して斜めを向くように前記ターゲットを保持すると共に、前記ターゲットが並置された長手方向であって前記スパッタ源と直交する方向にスライド移動するためのレール状のスライダを有するターゲットテーブルと、
前記スパッタ源を前記ターゲットに当接させる移動機構と、を備え、
前記ターゲットテーブルは、前記スライダでスライド移動することにより、配置された複数のターゲットのうち前記スパッタ源の延長線上にある一のターゲットを選択し、
前記移動機構は、前記ターゲットテーブルで選択された前記ターゲットに向かって前記スパッタ源を軸方向に移動させる、
ことを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項2】

前記ターゲットは、前記基板に対して４０〜５０度の角度で保持される、
ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。

【請求項3】

前記ターゲットテーブルは、前記スパッタ源を通すための貫通孔を有し、
前記ターゲットは、前記ターゲットテーブルからの高さが変動可能に保持され、
前記移動機構は、前記スパッタ源の前記ターゲットへの当接が維持されるように、前記スパッタ源を前記ターゲットテーブルに貫通させ、さらに前記スパッタ源を前記ターゲットに押し込む、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板に薄膜を形成するためのスパッタリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体を製造する過程において、ウエハ等の基板に薄膜を形成することがある。薄膜の形成方法としては、真空チャンバ内で高エネルギーの粒子を材料となる物質（ターゲット）に衝突させ、叩き出された当該物質を基板上に堆積させて成膜するスパッタ法などがある。スパッタ法で使用するスパッタリング装置には、複数のスパッタ源やターゲットを備え付けたものもある。

【0003】

特許文献１〜４に記載されているように、必要とするターゲットの数が増えても真空チャンバの径を大きくしなくても済み、全体として真空チャンバの小型化を図るスパッタリング装置の発明も公開されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３４９８９５０号公報

【特許文献2】特許第４０８６７９２号公報

【特許文献3】特許第４８８９７１２号公報

【特許文献4】特許第５０７５６６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１〜４の発明は、基板とターゲットが対向しているので、成膜分布を良くするためには、基板に対してターゲットのサイズを大きくしなければならず、基板のサイズが大きい場合にはコストも大きくなってしまうという欠点がある。また、成膜分布を良くするために、基板の中心とターゲットの中心をずらす方法もあるが、成膜速度が遅くなってしまうという欠点がある。

【0006】

さらに、基板に対してスパッタ源を斜めにすると、多数のスパッタ源を配置することができ、小さいターゲットでも成膜分布を良くすることが可能であるが、スパッタ源の数量が増えるとコストも多大になるという問題もある。

【0007】

そこで、本発明は、基板上の成膜分布を良くし、スパッタ源の数量も減らしたスパッタリング装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明であるスパッタリング装置は、真空チャンバ内でスパッタ源に当接されたターゲットをスパッタリングして基板上に薄膜を堆積させるスパッタリング装置において、前記ターゲットが横に複数並べて配置され、前記ターゲットが前記基板に対して斜めを向くように前記ターゲットを保持すると共に、前記ターゲットが並置された長手方向であって前記スパッタ源と直交する方向にスライド移動するためのレール状のスライダを有するターゲットテーブルと、前記スパッタ源を前記ターゲットに当接させる移動機構と、を備え、前記ターゲットテーブルは、前記スライダでスライド移動することにより、配置された複数のターゲットのうち前記スパッタ源の延長線上にある一のターゲットを選択し、前記移動機構は、前記ターゲットテーブルで選択された前記ターゲットに向かって前記スパッタ源を軸方向に移動させる、ことを特徴とする。

【0009】

前記ターゲットテーブルは、前記スパッタ源と直交する方向にスライド移動するためのスライダを有し、前記移動機構は、前記スパッタ源の延長線上にある前記ターゲットを選択すべく前記スパッタ源を軸方向に移動させる、ことを特徴とする。

【0010】

前記ターゲットは、前記基板に対して４０〜５０度の角度で保持される、ことを特徴とする。

【0011】

前記ターゲットテーブルは、前記スパッタ源を通すための貫通孔を有し、前記ターゲットは、前記ターゲットテーブルからの高さが変動可能に保持され、前記移動機構は、前記スパッタ源の前記ターゲットへの当接が維持されるように、前記スパッタ源を前記ターゲットテーブルに貫通させ、さらに前記スパッタ源を前記ターゲットに押し込む、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、基板に対して斜めに配置したスパッタ源に、複数のターゲットを選択可能に取り付けたので、小さなターゲットでも大面積の基板に分布良く成膜できる。また、スパッタ源の数量も増やさなくて済むので、コストを抑えることができ、極めて経済的である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明であるスパッタリング装置の正面図である。

【図2】本発明であるスパッタリング装置の平面図である。

【図3】本発明であるスパッタリング装置の側面図である。

【図4】本発明であるスパッタリング装置の一部を透過させた正面図である。

【図5】本発明であるスパッタリング装置の収納ポートを水平方向（横断面）で切断した横断面図である。

【図6】本発明であるスパッタリング装置の収納ポートを垂直方向（冠状面）で切断した縦断面図である。

【図7】本発明であるスパッタリング装置の収納ポートを垂直方向（矢状面）で切断した縦断面図である。

【図8】本発明であるスパッタリング装置のターゲットテーブルについて説明する図である。

【図9】本発明であるスパッタリング装置によるスパッタリングについて説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【実施例1】

【0015】

まず、本発明であるスパッタリング装置の全体の概要について説明する。図１は、スパッタリング装置の正面図であり、図２は、スパッタリング装置の平面図であり、図３は、スパッタリング装置の側面図である。また、図４は、スパッタリング装置の一部を透過させた正面図であり、拡張ポート５００を接続した状態を示すために、収納ポート３１０の左半分を透過させたものである。

【0016】

図１〜４に示すように、スパッタリング装置１００は、真空チャンバ２００内でスパッタ源４００又はスパッタ源４１０に設置されたターゲットをスパッタリングして基板上に薄膜を堆積させる装置である。なお、スパッタリング装置１００は、複数のターゲットから任意に選択可能なマルチターゲット式であり、さらに複数のスパッタ源により同時にスパッタリングすることが可能である。基板は、操作者がマニピュレータ２１０を操作することにより、例えば、薄膜を塗布する面を下向きにした状態で、真空チャンバ２００内に設置されれば良い。

【0017】

真空チャンバ２００は、内部を真空にするための容器であり、真空ポンプを利用して真空状態が作り出される。真空チャンバ２００は、少なくとも、スパッタ源４００、収納ポート３００等を備え、拡張ポート５００等を有しても良い。なお、スパッタ源４１０、収納ポート３１０のように２組又はそれ以上設けるようにしても良い。本実施例においては、２組の場合とする。

【0018】

スパッタ源４００、４１０は、真空チャンバ２００内にマグネトロン放電を利用する等して高電圧をかけるための電極である。スパッタ源４００、４１０の電極は、ターゲットと分離しており、ターゲットに電極を当接させた上で、ＲＦ（高周波）やＤＣ（直流）等を印加する。スパッタ源４００、４１０は、例えば、基板の下方に基板に対してターゲットが傾斜するようにして設置される。なお、スパッタ源４００及びスパッタ源４１０で種類の異なるターゲットを同時にスパッタリングして混合比率を変えた成膜しても良いし、一方のみでスパッタリングしても良い。

【0019】

収納ポート３００、３１０は、複数のターゲットと、それらを横に並べて配置したターゲットテーブルを収納するためのスペースである。収納ポート３００は、スパッタ源４００に対して直交するように配置され、収納ポート３１０は、スパッタ源４１０に対して直交するように配置されれば良い。なお、収納ポート３００と収納ポート３１０とが平行となるように配置した場合、スパッタ源４００とスパッタ源４１０とがお互い反対側に延びるようにすれば良い。

【0020】

拡張ポート５００は、真空チャンバ２００内にＯ（酸素）やＮ（窒素）等の反応性ガスを導入するためのプラズマ源などを接続するためのスペースである。拡張ポート５００は、例えば、スパッタ源４００とスパッタ源４１０の間など任意の位置に設ければ良い。

【0021】

次に、スパッタリング装置の内部の構造について説明する。図５は、スパッタリング装置の収納ポートを図１に記載のＡ−Ａで切断した横断面図であり、図６は、スパッタリング装置の収納ポートを図２に記載のＢ−Ｂで切断した縦断面図であり、図７は、スパッタリング装置の収納ポートを図２に記載のＣ−Ｃで切断した縦断面図である。

【0022】

図５〜７に示すように、真空チャンバ２００が有する収納ポート３００、３１０は、筒状など内部が中空であり、内部には複数のターゲット３６０、３７０（例えば、各３個など）が並置されたターゲットテーブル３４０、３５０が配置される。

【0023】

ターゲット３６０、３７０は、基板に形成する薄膜の材料となる金属や化合物などである。種類の異なるターゲット３６０、３７０を真空一貫でスパッタリングして多層膜を成膜する。そのため、ターゲット３６０、３７０とスパッタ源４００、４１０を分離して、複数のターゲット３６０、３７０をスパッタ源４００、４１０に対して換装可能にする。スパッタ源４００、４１０とターゲット３６０、３７０の組み合わせパターンは、自由に選択可能である。

【0024】

ターゲットテーブル３４０、３５０は、長方形状の板材又は枠材であり、幅はターゲット３６０、３７０より若干大きく、長さは任意でターゲット３６０、３７０を横に複数並べて配置可能である。ターゲットテーブル３４０、３５０は、ターゲット３６０、３７０が基板ホルダ６００で保持される基板に対して斜め（４０〜５０度）を向くように、ターゲット３６０、３７０を保持する。また、ターゲットテーブル３４０、３５０は、収納ポート３００、３１０内に設けたスライダ３０１、３１１に沿って、スパッタ源４００、４１０と直交する方向にスライド移動可能に配置される。

【0025】

スライダ３０１、３１１は、例えば、２本の平行なレール状の部材を収納ポート３００、３１０内に敷設する等して、ターゲットテーブル３４０、３５０を収納ポート３００、３１０の内部で長手方向に移動させる。スライダ３０１、３１１でターゲットテーブル３４０、３５０をスライド移動させて、複数のターゲット３６０、３７０からスパッタ源４００、４１０に当接させるターゲット３６０、３７０を１つ選択する。

【0026】

ターゲットテーブル３４０、３５０の表面に配置したターゲット３６０、３７０を覆うために、ターゲットテーブル３４０、３５０の上側に保護板３２０が配置される（図５においてはターゲットテーブル３５０の保護板３２０は図示せず）。保護板３２０には、ターゲット３６０、３７０の形状に合わせた開口部３２１が１つ空けられる。

【0027】

保護板３２０の開口部３２１と、ターゲット３６０、３７０のうち選択された何れか一と、スパッタ源４００、４１０とは、柱状のスパッタ源４００、４１０の長手方向（軸方向）において一直線上に並ぶ。スパッタ源４００、４１０は、ターゲット３６０、３７０が基板に対向する位置（０度）から一の方向に所定の角度（４０〜５０度）傾けた状態となるように配置する。なお、スパッタ源４１０は、スパッタ源４００の反対側の方向に配置されれば良い。

【0028】

スパッタ源４００、４１０には、電極４０１、４１１を軸方向に往復移動させるための移動機構が設けられ、電極４０１、４１１を軸方向に移動させることにより、選択された一のターゲット３６０、３７０に当接させ、又はターゲット３６０、３７０から離間させる。

【0029】

拡張ポート５００には、プラズマ源５０１などが設置される。プラズマ源５０１は、Ｏ（酸素）やＮ（窒素）等の反応性ガスを導入するためのものであり、スパッタリング中やスパッタリング前後など目的に合わせて使用する。

【0030】

スパッタリングをする際は、真空チャンバ２００内の基板ホルダ６００で基板を支持し、真空チャンバ２００内を真空にする。そして、真空チャンバ２００内に、放電させるためのＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスを導入しておく。スパッタ源４００、４１０に印加することで、イオン化した不活性ガス等がターゲット３６０、３７０に衝突し、ターゲット３６０、３７０の表面から材料が弾き飛ばされて基板の表面に付着することにより成膜される。

【0031】

次に、スパッタリング装置の動作について説明する。図８は、スパッタリング装置のターゲットテーブルについて説明する図であり、図９は、スパッタリング装置によるスパッタリングについて説明する図である。

【0032】

図８、９に示すように、真空チャンバ２００内において、表面を下に向けた円板状の基板６１０を基板ホルダ６００で支持し、その下方で２つのスパッタ源４００、４１０がそれぞれ基板６１０に対して傾斜した状態で、スパッタリング装置を使用して基板６１０に薄膜を形成するものとする。なお、スパッタ源４００から一の材料をスパッタリングし、スパッタ源４１０から他の材料をスパッタリングするようにしても良いし、スパッタ源４００及びスパッタ源４１０で単一の材料をスパッタリングするようにしても良い。

【0033】

スパッタリングを行う前に、予めターゲットテーブル３４０にターゲット３６０、３６１、３６２（３６０等）を設置し、ターゲットテーブル３５０にターゲット３７０、３７１、３７２（３７０等）を設置する。なお、ターゲット３６０等、３７０等の枚数は、スパッタリングの条件に応じて２枚又はそれ以上設けるようにしても良い。本実施例においては、３枚の場合とする。なお、例として示したターゲット３６０等、３７０等は、円板状の中心部が薄膜の材料であり、周縁部が保持するための枠である。ターゲット３６０等、３７０等は、回転する基板６１０に対して対向している訳ではなく傾斜しているので、成膜分布を良くする点においては、基板６１０の径よりも大きくする必要はない。

【0034】

ターゲット３６０等、３７０等は、ターゲットホルダ３４１、３４２を周縁部に通すことにより、ターゲットテーブル３４０、３５０に保持される。ターゲットホルダ３４１、３４２は、例えば、ピン状の留具が用いられ、周縁部の四ヶ所程度を留められれば良い。なお、その際、ピンの軸部の長さの範囲で、ターゲット３６０等、３７０等のターゲットテーブル３４０、３５０からの高さを変動可能に留める。

【0035】

ターゲットテーブル３４０は、スパッタ源４００と直交する方向に敷設されたスライダ３０１によりスライド移動し、ターゲット３６０、３６１、３６２のうち何れか一を選択してスパッタ源４００の延長線上に持ってくる。ここでは、ターゲット３６０が選択されたとする。また、ターゲットテーブル３４１は、スパッタ源４１０と直交する方向に敷設されたスライダ３１１によりスライド移動し、ターゲット３７０、３７１、３７２のうち何れか一を選択してスパッタ源４１０の延長線上に持ってくる。ここでは、ターゲット３７２が選択されたとする。

【0036】

ターゲットテーブル３４０、３５０のスライド移動は、常にターゲット３６０等、３７０等の何れかが、位置ズレすることなくスパッタ源４００、４１０の延長線上に来るように、ターゲット３６０等、３７０等の並置間隔で移動するように制御しても良い。

【0037】

図９に示すように、移動機構４２０によってスパッタ源４１０を、選択されたターゲット３７２に向けて移動させ、スパッタ源４１０とターゲット３７２とを当接させる。なお、スパッタ源４００とターゲット３６０とを当接させるために、移動機構４２０によってスパッタ源４００を、選択されたターゲット３６０に向けて移動させても良い。

【0038】

スパッタ源４００、４１０は、ターゲットテーブル３４０、３５０の裏側に存在するので、ターゲットテーブル３４０、３５０の表側に配置されたターゲット３６０等、３７０等に当接させるために、ターゲットテーブル３４０、３５０にスパッタ源４００、４１０を通すための貫通孔３４２、３５２を空けておく。貫通孔３４２、３５２は、少なくともターゲット３６０等、３７０等が存在する位置に、スパッタ源４００、４１０の貫通する部分の形状及びサイズ（例えば、円柱状の場合は直径）で空ければ良い。

【0039】

ターゲットテーブル３４０、３５０を貫通したスパッタ源４００、４１０は、ターゲット３６０等、３７０等に当接されるが、さらにターゲット３６０等、３７０等が持ち上がるようにスパッタ源４００、４１０を押し込むことにより、ターゲット３６０等、３７０等とスパッタ源４００、４１０との接合が離れないように維持される。

【0040】

基板ホルダ６００で支持された基板６１０を回転させ、スパッタ源４１０の電極４１１に印加することにより、基板６１０に表面にスパッタリングを行う。さらに、スパッタ源４００をターゲット３６０に当接させてスパッタ源４００の電極４０１に印加して同時にスパッタリングしても良い。

【0041】

このように、基板６１０に対して斜めに配置したスパッタ源４００、４１０に、複数のターゲット３６０等、３７０等を選択可能に取り付けたので、小さなターゲット３６０等、３７０等でも大面積の基板６１０に分布良く成膜できる。また、スパッタ源４００、４１０の数量も増やさなくて済むので、コストを抑えることができる。さらに、ターゲットテーブル３５０、３６０は収納ポート３００、３１０内に設置されるので、真空チャンバ２００の容量が増大する訳ではなく、真空ポンプ等を強化しなくても済む。すなわち、極めて効率的かつ経済的である。

【0042】

以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、ターゲットテーブル３４０、３５０は、長方形状の板材に限られず、それぞれ両端を繋いだ環状にしてターゲット３６０等、３７０等を環上に配置しても良い。また、ターゲットテーブル３４０の端とターゲットテーブル３５０の端を繋いだ環状にしても良い。

【0043】

実施例においては、ターゲットテーブル３４０、３５０をスライド移動させ、スパッタ源４００、４１０を往復移動させることでターゲット３６０等、３７０等とスパッタ源４００、４１０とを当接させたが、スパッタ源４００、４１０をターゲットテーブル３４０、３５０に沿って平行移動させても良いし、ターゲットテーブル３４０、３５０をスパッタ源４００、４１０に向けて往復移動させても良い。

【0044】

ターゲット３６０等、３７０等が消耗した場合に、別のターゲットに選択を変えてスパッタリングを続行しても良い。その際、操作者にターゲット３６０の消耗を通知した上で未使用のターゲットの何れかを選択するように通知しても良いし、自動的に未使用のターゲットを選択するように制御しても良い。真空チャンバ２００を大気に曝すことなく、真空チャンバ２００内でターゲットを交換することができるので、効率的に作業することが可能である。

【符号の説明】

【0045】

１００：スパッタリング装置
２００：真空チャンバ
２１０：マニピュレータ
３００，３１０：収納ポート
３０１，３１１：スライダ
３２０：保護板
３２１：開口部
３４０，３５０：ターゲットテーブル
３４１，３５１：ターゲットホルダ
３４２，３５２：貫通孔
３６０，３６１，３６２，３７０，３７１，３７２：ターゲット
４００，４１０：スパッタ源
４０１，４１１：電極
４２０：移動機構
５００：拡張ポート
５０１：プラズマ源
６００：基板ホルダ
６１０：基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】