特開 2024-167600 ガス導入管

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024167600

(43)【公開日】2024-12-04

(54)【発明の名称】ガス導入管

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20241127BHJP

【ＦＩ】

C23C14/34 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023083793

(22)【出願日】2023-05-22

(71)【出願人】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】弁理士法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】須田 具和

(72)【発明者】

【氏名】立川 晋輔

【テーマコード（参考）】

4K029

【Ｆターム（参考）】

4K029AA09

4K029AA24

4K029BA43

4K029BA58

4K029BD01

4K029CA06

4K029DA05

4K029DA06

4K029DC02

4K029DC13

4K029DC16

4K029DC43

4K029DC45

4K029EA04

(57)【要約】

【課題】長手方向にて複数の異なる流量でガスを噴出できるという機構を損なうことなく、真空チャンバ内への取付作業性の良いガス導入管を提供する。
【解決手段】真空チャンバ１内でターゲットＴｇ１，Ｔｇ２をスパッタリングして基板Ｓｇに成膜する際に、真空チャンバ内に設置されてターゲットと基板との間の空間にガスを導入する本発明のガス導入管ＧＰは、第１のガス噴出孔４２が開設される主管４と、主管より小径で当該主管に夫々内挿されると共に第２のガス噴出孔５１が夫々開設された複数本の副管５とを備える。主管内が複数個の空間５１ａ～５１ｃに仕切られ、これら仕切られた各空間にいずれかの副管の第２のガス噴出孔を夫々位置させると共に、各副管に供給されるガスを副管毎に流量調節する流量調節手段６ａ，６ｂを更に備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スパッタリング装置の真空チャンバ内でターゲットをスパッタリングして成膜対象物表面に成膜する際に、真空チャンバ内に設置されてターゲットと成膜対象物との間の空間にガスを導入するガス導入管において、
第１のガス噴出孔が開設される主管と、主管より小径で当該主管に夫々内挿されると共に第２のガス噴出孔が夫々開設された複数本の副管とを備え、
主管内が複数個の空間に仕切られ、これら仕切られた各空間にいずれかの副管の第２のガス噴出孔を夫々位置させると共に、各副管に供給されるガスを副管毎に流量調節する流量調節手段を更に備えることを特徴とするガス導入管。

【請求項2】

請求項１記載のガス導入管であって、前記ターゲットが筒状の輪郭を有し、ターゲットの長手方向に沿ってのびるようにレーストラック状に閉じる漏洩磁場を発生させる磁石ユニットを設けたスパッタリング装置に利用されるものにおいて、
前記主管は、ターゲットの母線方向長さと同等の長さを有し、ターゲットの母線方向両端部に対応する領域に前記空間を持つことを特徴とするガス導入管。

【請求項3】

前記ガスは、反応性スパッタリングにより成膜するときに導入される反応ガスであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガス導入管。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス導入管に関し、より詳しくは、スパッタリング装置の真空チャンバ内でターゲットをスパッタリングして成膜対象物表面に成膜する際に、真空チャンバ内に設置されてターゲットと成膜対象物との間の空間に放電用の希ガスや酸素などの反応ガスを導入するためのものに関する。

【背景技術】

【0002】

シリコンウエハやガラス基板といった成膜対象物表面に金属膜や金属化合物膜を効率よく成膜するためにマグネトロン方式のスパッタリング装置が広く利用されている。例えば、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造工程にて比較的大面積のガラス基板（以下、「基板」という）に金属酸化物膜を成膜するスパッタリング装置は、その上部に基板が配置される真空チャンバを備える。真空チャンバ内の下部には、基板に対向させて一方向に長手で平板状のターゲットの複数枚がこれに直交する方向に等間隔で並設されている。真空チャンバ内にはまた、各ターゲットと成膜対象物との間の空間に流量調節された放電用の希ガスや反応ガスを導入するガス導入管が設けられている（例えば、特許文献１参照）。ガス導入管は、通常、等間隔で列設された複数個のガス噴出孔を有してターゲットの長手方向に沿って配置される。そして、真空雰囲気の真空チャンバ内にガス導入管を通して放電用の希ガスや酸素ガス等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。これにより、ターゲットから飛散したスパッタ粒子と反応ガスとの反応物が基板表面に付着、堆積して金属酸化物膜が成膜される。

【0003】

この種のスパッタリング装置では、ターゲットのスパッタ面と背向する側に配置される磁石ユニットが設けられている。磁石ユニットとしては、磁性材料製のヨーク片面にターゲットの長手方向に沿ってのびるように配置される中央磁石と、この中央磁石を囲うように配置される周辺磁石とを有してレーストラック状に閉じる漏洩磁場を発生させるものが一般に利用される。このような磁石ユニットを用いると、レーストラックのコーナー部では電子密度が局所的に高くなり易いので、ターゲットの長手方向両端とその内側の中央領域ではそのスパッタレートに差が出る。このため、ガス導入管の各ガス噴出孔から同等の流量（噴出量）で反応ガスを導入すると、基板に成膜される金属酸化物膜の膜厚や膜質の面内均一性が損なわれてしまう。

【0004】

そこで、ガス導入管を複数本のガス管で構成し、ターゲットをその長手方向で複数の領域に分け、これら分けられた領域毎にガス管を夫々配置して各ガス管から流量調節された反応ガスが導入されるようにしている。然し、これでは、真空チャンバ内の限られた狭いスペースに各ガス導入管を夫々取り付ける必要があり、その取付作業が著しく面倒であるという問題もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－１３３０６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、以上の点に鑑み、ガス導入管の長手方向にて複数の異なる流量でガスを噴出できるという機構を損なうことなく、真空チャンバ内への取付作業性の良いガス導入管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、スパッタリング装置の真空チャンバ内でターゲットをスパッタリングして成膜対象物表面に成膜する際に、真空チャンバ内に設置されてターゲットと成膜対象物との間の空間にガスを導入する本発明のガス導入管は、第１のガス噴出孔が開設される主管と、主管より小径で当該主管に夫々内挿されると共に第２のガス噴出孔が夫々開設された複数本の副管とを備え、主管内が複数個の空間に仕切られ、これら仕切られた各空間にいずれかの副管の第２のガス噴出孔を夫々位置させると共に、各副管に供給されるガスを副管毎に流量調節する流量調節手段を更に備えることを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、主管内に副管を内挿してガス導入管が一体に纏められているため、真空チャンバ内の限られた狭いスペースにガス導入管を取り付ける場合でも、複数本のガス管を設置するために煩雑な配管を必要とする上記従来例と比較して格段にその取付作業性を向上することができる。しかも、副管から主管内に各空間に供給するガス流量を調整すれば、この空間に連通する主管の第１の噴出孔からのガス流量を変化させることができるため、ガス導入管の長手方向にて複数の異なる流量でガスを噴出できるという機能は損なわれない。

【0009】

この種のガス導入管は、通常、ガス導入管の流量断面積に対するガス噴出孔の孔径の比（例えば、１／１０）を適宜設定することで、各ガス噴出孔から噴出されるガスの流量（噴出量）が均等になるようにしている。上記従来例のように複数本のガス管を設置するような場合、例えば、真空チャンバへのガス導入管の取付を考慮してガス導入管の外径を比較的小さく設定することがあり、このときには、ガス噴出孔の孔径が小さくなる。そのため、スパッタリングによる成膜中の着膜によりガス噴出孔が部分的に閉塞される虞がある。このため、例えば比較的大きなガス孔を形成した防着板を真空チャンバ内に設置してガス導入管への直接の着膜を防止することが一般である。然し、平板状のターゲットを用いるスパッタリング装置では、そのような防着板を設置することは比較的容易であるものの、筒状のターゲット（所謂ロータリーカソード）を用いるスパッタリング装置では、その構造上、防着板を設置することが困難である。それに対して、本発明では、複数本の副管が内挿される比較的大径の主管が防着板としての役割も果たすため、別途防着板を設けてガス導入管への着膜を防止するといったことを不要にできる。

【0010】

本発明においては、前記ターゲットが筒状の輪郭を有し、ターゲットの長手方向に沿ってのびるようにレーストラック状に閉じる漏洩磁場を発生させる磁石ユニットを設けたスパッタリング装置に利用される場合、前記主管は、ターゲットの母線方向長さと同等の長さを有し、ターゲットの母線方向両端部に対応する領域に前記空間を持つことが好ましい。また、前記ガスは、反応性スパッタリングにより成膜するときに導入される反応ガスとすればよい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態のガス導入管を備えるスパッタリング装置の模式断面図。

【図2】図１のＩＩ―ＩＩ線に沿う部分断面図。

【図3】ガス導入管の説明する拡大断面図。

【図4】変形例に係るガス導入管の拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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Ｓｇ」という）とし、スパッタリング装置として回転式カソードユニットを備えるものを例に本発明のガス導入管の実施形態を説明する。

【0013】

図１及び図２を参照して、スパッタリング装置Ｓｍは、真空成膜室１ａを画成する真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１には、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプユニット（図示せず）が接続され、真空成膜室１ａを所定圧力に真空排気して真空雰囲気を形成でき、スパッタリングによる成膜時には、スパッタガスを導入した状態で真空成膜室１ａが所定圧力に保持される。真空成膜室１ａの下部には、回転式カソードユニットＲｃが配置されている。回転式カソードユニットＲｃは、真空成膜室１ａ上部に設置される基板Ｓｇに上下方向で対向させて且つ上下方向に直交する左右方向に間隔を置いて水平姿勢で夫々配置される２本の円筒状のターゲットＴｇ１，Ｔｇ２を備える。ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２は、円筒状のバッキングチューブ２１と、バッキングチューブ２１の外表面にインジウムやスズなどのボンディング材（図示せず）を介して接合される円筒状のターゲット材２２とで構成される。ターゲット材２２としては、基板Ｓｇの下面に成膜しようする膜の組成に応じて例えば金属や金属化合物の中から適宜選択されたものが用いられる。

【0014】

バッキングチューブ２１には筒状の磁石ケース２３が内挿され、磁石ケース２３内には、ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２と基板Ｓｇとの間に磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線がターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の母線に沿ってのびてレーストラック状に閉じるようにターゲットＴｇ１，Ｔｇ２表面から漏洩する磁場（図示せず）を発生する磁石ユニットＭｕが組み込まれている。磁石ユニットＭｕとしては、ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の略全長に亘る長さのヨーク３１を備え、ヨーク３１の上面には中央磁石３２と、その周囲を囲う周辺磁石３３とが配置されている。中央磁石３２及び周辺磁石３３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。

【0015】

各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の一端（図２中、下端）には、支持ブロックＳｂ１，Ｓｂ２が夫々連結されると共に、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の他端（図２中、上端）には駆動ブロックＤｂ１，Ｄｂ２が夫々連結され、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２が、夫々が真空チャンバ１の壁面に取り付けられる支持ブロックＳｂ１，Ｓｂ２と駆動ブロックＤｂ１，Ｄｂ２とで回転自在に支持される。支持ブロックＳｂ１，Ｓｂ２及び駆動ブロックＤｂ１，Ｄｂ２としては、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２に給電する機構、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２を回転させる機構や各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２に冷却水を供給する機構などを有する公知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。そして、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２と基板Ｓｇとの間の空間に流量調節された放電用の希ガスや反応ガスを導入するために、同一の水平面内で且つ各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の両側に夫々位置するように３本のガス導入管ＧＰが設けられている。本実施形態では、ガス導入管ＧＰは、反応性スパッタリング法により成膜するときの酸素や窒素といった反応ガスを導入するために利用され、特に図示して説明しないが、放電用の希ガスは、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２と基板Ｓｇとの間の空間を臨むように真空チャンバ１の壁面に開設したガス噴出孔から導入されるようにしている。

【0016】

図３も参照して、各ガス導入管ＧＰは、同一の構造を有し、ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２と同等の長手方向長さを有する主管４と、主管４より小径で当該主管４に夫々内挿される２本の副管５ａ，５ｂとを備える。主管４は、例えば、その両端が閉塞されたステンレス製のものであり、その内部が長手方向で３個の第１～第３の各空間４１ａ～４１ｃに仕切られている。第１及び第３の各空間４１ａ，４１ｃの長手方向の長さは、磁石ユニットＭｕによって発生する漏洩磁場のレーストラックのコーナー部に応じて適宜設定される。主管４の外表面にはまた、第１～第３の各空間４１ａ，４１ｂ，４１ｃに夫々連通する複数個の第１のガス噴出孔４２が列設されている。この場合、第１のガス噴出孔４２の孔径は、主管４の流量断面積に対する比に応じて適宜設定され、第１の各ガス噴出孔４２から噴出されるガスの流量（噴出量）が均等になるようにしている。また、第１のガス噴出孔４２の数は、ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の長手方向における反応ガスの分布を考慮して適宜設定される。

【0017】

本実施形態では、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の間に位置するガス導入管ＧＰは、主管４の第１の各ガス噴出孔４２が鉛直方向上方を向く姿勢で真空チャンバ１の壁面に取り付けられている。他方で、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の両外側に夫々位置するガス導入管ＧＰは、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の外周面に向けてガスを噴出できるように主管４の第１の各ガス噴出孔４２が鉛直方向に対して傾く姿勢で真空チャンバ１の壁面に取り付けられている。なお、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の間に位置するガス導入管ＧＰの主管４に、例えば２列で第１の各ガス噴出孔４２を列設し、第１の各ガス噴出孔４２から各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の外周面に向けてガスを夫々噴出できるようにしてもよい。

【0018】

一方の副管５ａは、その先端（図３中、右端）が閉塞されたステンレス製のものであり、主管４の一端面を貫通して第１、第２の各空間４１ａ，４１ｂを経て第３の空間４１ｃに達する長さを有する。第１、第３の各空間４１ａ，４１ｃに位置する一方の副管５ａの部分には、複数個の第２のガス噴出孔５１が列設されている。この場合、第２のガス噴出孔５１の孔径は、一方の副管５ａの流量断面積に対する比に応じて適宜設定され、第２の各ガス噴出孔５１から噴出されるガスの流量（噴出量）が均等になるようにしている。また、第２のガス噴出孔５１の数は、第１の各ガス噴出孔４２から均等にガスを噴出できるように適宜設定される。そして、主管４の一端面から外方に突出する一方の副管５ａの部分には流量調整手段としてマスフローコントローラ６ａが介設され、図外の反応ガスのガス源に連通している。

【0019】

他方の副管５ｂは、その先端（図３中、右端）が閉塞されたステンレス製のものであり、主管４の一端面を貫通して第１の空間４１ａを経て第２の空間４１ｂに達する長さを有する。第２の空間４１ｂに位置する他方の副管５ｂの部分には、複数個の第２のガス噴出孔５１が列設されている。上記同様、第２のガス噴出孔５１の孔径は、他方の副管５ｂの流量断面積に対する比に応じて適宜設定され、その数は、各第１のガス噴出孔４２から均等にガスを噴出できるように適宜設定される。本実施形態では、各副管５ａ，５ｂとして同一の管径で、その上、第２のガス噴出孔５１の孔径も同一としたものを用いているが、例えば、ガス導入管ＧＰから噴出させるガスの流量に応じて、管径や孔径の異なるものを用いることもできる。そして、上記同様、主管４の一端面から外方に突出する他方の副管５ｂの部分にはマスフローコントローラ６ｂが介設され、図外の反応ガスのガス源に連通している。

【0020】

各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２と基板Ｓｇとの間の空間にガス（反応ガス）導入する場合、制御しようとする流量に応じて、各マスフローコントローラ６ａ，６ｂにより夫々流量調節されたガスが各副官５ａ，５ｂに供給される。そして、一方の副管５ａの第２の各ガス噴出孔５１から第１、第３の各空間４１ａ，４１ｃにガスが噴出されると共に、他方の副管５ｂの第２の各ガス噴出孔５１から第２の空間４１ｂにガスが夫々噴出される。これにより、主管４の第１の各ガス噴出孔４２からガスが噴出され、このとき、各マスフローコントローラ６ａ，６ｂの流量調整により、第１及び第３の各空間４１ａ，４１ｃに連通するものと第２の空間４１ｂに連通ものとでガス流量の異なるものにできる。

【0021】

以上の実施形態によれば、主管４内に副管５ａ，５ｂを内挿してガス導入管ＧＰが１本に纏められているため、真空チャンバ１内の限られた狭いスペースにガス導入管ＧＰを取り付ける場合でも、複数本のガス管を設置するために煩雑な配管を必要とする上記従来例と比較して、格段にその取付作業性を向上することができ、しかも、ガス導入管ＧＰの長手方向にて複数の異なる流量でガスを噴出できるという機能も発揮できる。その上、複数本の副管５ａ，５ｂが内挿される比較的大径の主管４が防着板としての役割も果たすため、別途防着板を設けてガス導入管ＧＰへの着膜を防止するといったことを不要にできる。

【0022】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の両端側とその内方部分との３個の空間に主管４を仕切るものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、主管４を任意の数に仕切ることもでき、第１及び第２のガス噴出孔４２，５１を単一の長孔で構成することもできる。また、上記実施形態では、第２の空間４１ｂに位置する第１の副管５ａの部分には第２のガス噴出孔５１を形成していないが、当該部分に第２のガス噴出孔５１を形成することもできる。

【0023】

上記実施形態では、ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の両端側にて同等の流量でガスを供給すると共に、その内方部分で更に流量を変えてガス（反応ガス）を供給できるように、副管５ａ，５ｂを２本と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。例えば、図４に示すように、変形例に係るガス導入管ＧＰでは、主管４の仕切られた各空間４０ａ～４０ｃに副管５０ａ～５０ｃの一端が夫々位置するようにし、副管５０ａ～５０ｃにマスフローコントローラ６０ａ～６０ｃを介在させて各空間４０ａ～４０ｃ毎にガス流量が調整できるようにしてもよい。また、上記実施形態では、回転式カソードユニットＲｃを備えるスパッタリング装置Ｓｍを例に説明したが、これに限定されるものではない。平板状のターゲットを備えるものだけでなく、真空チャンバ１内の一方向にて異なる流量でガスを導入する必要がある真空処理装置にも本発明は広く適用することができる。

【符号の説明】

【0024】

ＣＰ…ガス導入管、Ｓｍ…スパッタリング装置、Ｔｇ１，Ｔｇ２…ターゲット、Ｍｕ…磁石ユニット、１…真空チャンバ、４…主管、４１ａ～４１ｃ…空間、４２…第１のガス噴出孔、５ａ，５ｂ…副管、５１…第２のガス噴出孔、６ａ，６ｂ…マスフローコントローラ（流量調節手段）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】