特許 7415155 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】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】スパッタリング装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/22 20060101AFI20240110BHJP

   C23C 14/34 20060101ALI20240110BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

C23C14/22 F

C23C14/34 J

C23C14/34 Z

H05H1/46 L

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020005286

(22)【出願日】2020-01-16

(65)【公開番号】P2021113337

(43)【公開日】2021-08-05

【審査請求日】2022-12-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000003942

【氏名又は名称】日新電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100129702

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 喜永

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(72)【発明者】

【氏名】入澤 一彦

【審査官】山本 一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２９０４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２１３６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２２６６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１６２６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／０８７９７３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／２２

Ｃ２３Ｃ １４／３４

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして被処理物に成膜するスパッタリング装置であって、
真空排気される筒状をなす真空容器と、
前記ターゲットを前記真空容器内に保持するターゲット保持部と、
成膜中の前記被処理物を前記ターゲットに対して移動させる移動機構と、
前記真空容器の外部に設けられて、前記真空容器内にプラズマを発生させるアンテナとを備え、
前記移動機構が、前記真空容器の軸方向と平行な軸周りに前記被処理物を回転移動させ、
前記真空容器が、側壁を外側に凹ませてなる凹部空間を有し、
前記ターゲット保持部が、前記凹部空間に前記ターゲットを保持し、
前記凹部空間が、前記真空容器の中心に向かって拡がるテーパ状をなす、スパッタリング装置。

【請求項2】

前記アンテナ及び前記ターゲットが、前記真空容器の軸方向に沿って延在している、請求項１記載のスパッタリング装置。

【請求項3】

前記ターゲット保持部が、前記真空容器の側壁の周方向に沿った複数箇所に設けられており、
前記アンテナが、前記真空容器の外部において前記ターゲット保持部それぞれに対応する複数箇所に設けられている、請求項１又は２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、スパッタリング装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来のスパッタリング装置としては、特許文献１に示すように、真空容器内に配置したターゲットをプラズマによりスパッタリングして被処理物に成膜するものがある。

【0003】

より具体的に説明すると、このスパッタリング装置は、真空容器の上壁にターゲットが保持されており、このターゲットと被処理物との間にアンテナを配置し、このアンテナに高周波電流を流してプラズマを生成することにより、ターゲットをスパッタリングしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

しかしながら、上述した構成であると、アンテナがターゲットと被処理物との間に配置されているので、ターゲットを被処理物に近づけることができず、成膜速度の向上には限界がある。しかも、ターゲットのスパッタにより、アンテナを覆うカバーに膜が付着してしまい、成膜速度の減少や膜質の不均一化を招来するうえ、メンテナンスにも時間がかかるという問題もある。

【0005】

【文献】特開２０１８－１５４８７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本願発明は、かかる問題を一挙に解決するべくなされたものであり、ターゲットを被処理物に近づけることができ、成膜速度の向上や膜質の均一化を図り、しかもメンテナンス性に優れたスパッタリング装置を提供することをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち本発明に係るスパッタリング装置は、プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして被処理物に成膜するものであって、真空排気される真空容器と、前記ターゲットを前記真空容器内に保持するターゲット保持部と、成膜中の前記被処理物を前記ターゲットに対して移動させる移動機構と、前記真空容器の外部に設けられて、前記真空容器内にプラズマを発生させるアンテナとを備えることを特徴とするものである。

【0008】

このように構成されたスパッタリング装置によれば、アンテナが真空容器の外部に設けられているので、ターゲットと被処理物との間に、これらの距離を制約するものがなく、ターゲットを被処理物に近づけることができ、成膜速度の向上を図れる。しかも、アンテナが真空容器の外部に設けられているので、メンテンス性にも優れたものとなり、なおかつ、移動機構により成膜中の被処理物をターゲットに対して移動させるので、膜質の均一化をも図れる。

【0009】

被処理物の外周面に均一な膜を生成するためには、前記真空容器が筒状をなし、前記移動機構が、前記真空容器の軸方向と平行な軸周りに前記被処理物を回転移動させることが望ましい。

【0010】

複数の被処理物に一挙に成膜したり、大きいサイズの被処理物にも成膜したりするためには、前記アンテナ及び前記ターゲットが、前記真空容器の軸方向に沿って延在していることが望ましい。

【0011】

前記ターゲット保持部が、前記真空容器の側壁の周方向に沿った複数箇所に設けられており、前記アンテナが、前記真空容器の外部において前記ターゲット保持部それぞれに対応する複数箇所に設けられていることが望ましい。
このような構成であれば、複数のターゲットや複数のアンテナを用いて成膜するので、成膜速度のさらなる向上を図れる。

【0012】

前記真空容器が、側壁を外側に凹ませてなる凹部空間を有し、前記ターゲット保持部が、前記凹部空間に前記ターゲットを保持することが望ましい。
このような構成であれば、プラズマを効率良くターゲットに導くことができる。

【0013】

前記凹部が、前記真空容器の中心に向かって拡がるテーパ状をなすことが望ましい。
これならば、凹部がテーパ状に拡がっているので、ターゲットからはじき出されたスパッタ粒子を効率良く被処理物に到達させることができる。

【発明の効果】

【0014】

このように構成した本発明によれば、ターゲットを被処理物に近づけることができ、成膜速度の向上や膜質の均一化を図れ、しかもメンテナンス性をも向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示す横断面図。

【図2】同実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示す縦断面図。

【図3】その他の実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示す上面図。

【図4】その他の実施形態における一対のアンテナの接続態様を示す模式図。

【図5】その他の実施形態における一対のアンテナの接続態様を示す模式図。

【図6】その他の実施形態におけるスパッタリング装置の構成を模式的に示す横断面図。

【図7】その他の実施形態におけるスパッタリング装置の構成を模式的に示す横断面図。

【図8】その他の実施形態におけるスパッタリング装置の構成を模式的に示す横断面図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明に係るスパッタリング装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0017】

＜装置構成＞
本実施形態のスパッタリング装置は、例えば工具等の被処理物の長寿命化を図るべく、プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして被処理物に成膜するものである。なお、被処理物はこれに限らず、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板や、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等であっても良い。

【0018】

具体的にこのスパッタリング装置１００は、図１に示すように、真空容器２と、処理中の被処理物Ｗを移動させる移動機構３と、真空容器２内にターゲットＴをターゲット保持部４と、真空容器２内にプラズマを発生させるアンテナ５とを備えている。

【0019】

真空容器２は、被処理物Ｗを収容する例えば金属製の容器であり、その内部は真空排気装置（不図示）によって真空排気される。この真空容器２内には、スパッタ用ガス又は反応性ガスが導入される。なお、スパッタ用ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスであり、反応性ガスとしては、例えば酸素（Ｏ_２）や窒素（Ｎ_２）やメタン（ＣＨ_３）等である。

【0020】

具体的にこの真空容器２は、図１及び図２に示すように、筒状をなすものであり、この実施形態では横断面が例えば八角形状のものである。なお、真空容器２の形状はこれに限らず、例えば横断面が円形状、四角形状、多角形状をなす筒状のものであっても良い。

【0021】

移動機構３は、処理中の被処理物ＷをターゲットＴに対して所定の方向に移動させるものであり、この実施形態では真空容器２の軸方向と平行な軸周りに被処理物Ｗを回転移動させるように構成されている。

【0022】

具体的にこの移動機構３は、図１及び図２に示すように、外周面に被処理物Ｗを支持する支持台３１と、支持台３１を回転させるモータ等の駆動源３２とを備えている。

【0023】

支持台３１は、例えば円柱状をなす金属製のものであり、例えばその外周面の周方向や軸方向に沿った複数箇所に被処理物Ｗを支持するものである。そして、図３に示すように、この支持台３１を介してバイアス電源６からバイアス電圧が被処理物Ｗに印加されるようにしてある。このように支持台３１が複数の被処理物Ｗを支持しながら回転することにより、複数の被処理物Ｗに一挙に成膜できるようにしてある。たたし、支持台３１はこれに限らず、例えば横断面が四角形状や多角形状の柱状のものであっても良い。また、真空容器２内に複数の支持台３１が設けられていても良い。

【0024】

ターゲット保持部４は、ターゲットＴを真空容器２内に保持するものである。
ここでは、図２に示すように、ターゲットＴが長尺状をなすものであり、ターゲット保持部４も長尺状をなす。このターゲット保持部４は、真空容器２の側壁２１に形成された開口を塞ぐように設けられており、ターゲット保持部４と真空容器２の側壁２１との間には、真空シール機能を有する絶縁部７が設けられている。

【0025】

本実施形態のターゲット保持部４は、真空容器２の軸方向に沿って延在しており、ターゲットＴもまた真空容器２の軸方向に沿って延在している。ターゲットＴには、ターゲットバイアス電圧を印加するターゲットバイアス電源８が、この例ではターゲット保持部４を介して接続されている。ターゲットバイアス電圧は、プラズマ中のイオンをターゲットＴに引き込んでスパッタさせる電圧である。

【0026】

本実施形態では、図１に示すように、ターゲット保持部４が複数設けられている。これらのターゲット保持部４は、真空容器２の側壁２１の周方向に沿った複数箇所に設けられており、ここでは、周方向に沿って等間隔に配置されている。これにより、複数のターゲットＴが、真空容器２の側壁２１の周方向における複数箇所に保持され、ここでは周方向に沿って等間隔に配置されている。なお、この実施形態では、各ターゲットＴそれぞれに、上述したターゲットバイアス電源８が接続されている。

【0027】

アンテナ５は、図２に示すように、真空容器２の軸方向に沿って延びる直線状のものであり、高周波電源９から高周波電流が印加されて真空容器２内に誘導結合型のプラズマを発生させるものである。なお、アンテナ５の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等であるが、これに限られるものではない。また、アンテナ５を中空にして、その中に冷却水等の冷媒を流し、アンテナ５を冷却するようにしても良い。

【0028】

アンテナ５の一端部である給電端部５ａには、整合器９１を介して高周波電源９が接続されており、他端部である終端部５ｂは直接接地されている。かかる構成により、高周波電源９から、整合器９１を介して、アンテナ５に高周波電流を流すことで、真空容器２内に誘導結合型のプラズマが発生する。高周波の周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。

【0029】

然して、このアンテナ５は、真空容器２の外部に設けられている。
より具体的に説明すると、アンテナ５は、真空容器２の外部において上述したターゲット保持部４それぞれに対応する箇所に設けられており、真空容器２の側壁２１に設けられた誘電体窓１０に臨むように配置されている。ここでは、一対のアンテナ５が、１つのターゲット保持部４を挟み込むように設けられており、これら一対のアンテナ５が、各ターゲット保持部４に対応して複数組設けられている。

【0030】

また、この実施形態におけるスパッタリング装置１００は、図１に示すように、処理中の被処理物Ｗを加熱するヒータ１１をさらに備えている。
具体的にこのヒータ１１は、真空容器２の側壁２１に形成された開口を塞ぐ蓋体に取り付けられており、ここでは互いに対向する箇所に一対のヒータ１１を設けてある。これにより、処理中の被処理物Ｗを加熱することがで、被処理物Ｗに対する膜の密着性の向上を図れる。ただし、ヒータ１１は必ずしも設ける必要はないし、設けるとしてもその数や配置は図１の態様に限らず、適宜変更して構わない。

【0031】

＜本実施形態の効果＞
このように構成されたスパッタリング装置１００によれば、アンテナ５が真空容器２の外部に設けられているので、ターゲットＴと被処理物Ｗとの間に、これらの距離を制約するものがなく、ターゲットＴを被処理物Ｗに近づけることができ、成膜速度の向上を図れる。しかも、アンテナ５が真空容器２の外部に設けられているので、メンテンス性にも優れたものとなり、なおかつ、移動機構３により処理中の被処理物Ｗを移動させるので、膜質の均一化をも図れる。

【0032】

また、移動機構３が、真空容器２の軸方向と平行な軸周りに処理中の被処理物Ｗを回転移動させるので、被処理物Ｗの外周面に均一な膜を生成することができる。

【0033】

さらに、複数のターゲットＴや複数のアンテナ５を用いて成膜するので、成膜速度の向上を図れる。

【0034】

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0035】

例えば、前記実施形態では、複数のターゲットＴそれぞれにターゲットバイアス電源８が接続されていたが、図３に示すように、複数のターゲットＴに共通のターゲットバイアス電源８が接続されていても良い。この例では、２つのターゲットＴに共通のターゲットバイアス電源８を接続してあるが、その数はこれに限らず、例えば全てのターゲットＴが共通のターゲットバイアス電源８に接続されていても良い。

【0036】

また、各ターゲット保持部４に対応して設けられた一対のアンテナ５は、図４に示すように、並列接続されていても良いし、図５に示すように、直列接続されていても良い。

【0037】

さらに、図５に示すように、一対のアンテナ５の間に可変コンデンサ又は可変リアクトル等のインピーダンス調整素子５ｃを設けて、各アンテナ５のインピーダンスを調整するように構成しても良い。また、図示していないが、一方のアンテナ５の給電端部５ａ、又は、他方のアンテナ５の終端部５ｂに、可変コンデンサ又は可変リアクトル等のインピーダンス調整素子５ｃを設けても良い。
このような構成であれば、各アンテナ５のインピーダンスを調整することにより、アンテナ５の長手方向におけるプラズマ密度分布の均一化を図ることができ、ひいてはアンテナ５の長手方向の膜厚を均一化することができる。

【0038】

加えて、図６に示すように、真空容器２が、側壁２１を外側に凹ませてなる凹部空間２ｓを有し、ターゲット保持部４が、この凹部空間２ｓにターゲットＴを保持するように構成されていても良い。

【0039】

より具体的に説明すると、この実施形態における真空容器２は、少なくとも１つの側壁２１が、主壁２ａと、主壁２ａから外側に起立するとともに互いに対向する一対の起立壁２ｂとを有している。

【0040】

そして、これら一対の起立壁２ｂに囲まれた空間が凹部空間２ｓとして形成されており、この凹部空間２ｓの底部にターゲット保持部４が設けられて、ターゲットＴが凹部空間２ｓに保持されている。この実施形態では、凹部空間２ｓが真空容器２の周方向に沿った複数箇所に設けられており、ここではこれらの凹部空間２ｓは、周方向に沿って等間隔に配置されている。

【0041】

また、この実施形態では、ターゲット保持部４を挟み込むように一対のアンテナ５が設けられている。これらのアンテナ５は、真空容器２の外部において起立壁２ｂに臨むように配置されており、それぞれの起立壁２ｂには誘電体窓１０が設けられている。

【0042】

このように凹部空間２ｓにターゲットＴを保持することにより、プラズマを効率良くターゲットＴに導くことができ、成膜効率のさらなる向上を図れる。

【0043】

上述した凹部空間２ｓについて附言すれば、図７に示すように、真空容器２の中心に向かって徐々に拡がるテーパ状のものであっても良い。すなわち、上述した一対の起立壁２ｂは、外側に向かうに連れて徐々に近づくように傾斜していても良い。
このような構成であれば、凹部空間２ｓがテーパ状に拡がっているので、ターゲットＴからはじき出されたスパッタ粒子を効率良く被処理物Ｗに到達させることができる。

【0044】

そのうえ、真空容器２としては、図８に示すように、外筒体２Ｘ及び内筒体２Ｙからなる二重筒構造をなすものであっても良い。そして、かかる構成において、内筒体２Ｙの側壁２１にターゲット保持部４が設けられるとともに、内筒体２Ｙの内側にアンテナ５が設けられていても良い。なお、ここでの外筒体２Ｘの周辺構造は、前記実施形態と同様としてある。また、図８においては、内筒体２Ｙの内側に１つのアンテナ５と１つのターゲット保持部４を設けた構成を示しているが、アンテナ５やターゲット保持部４は複数設けられていても良い。
このような構成であれば、内筒体２Ｙにもターゲット保持部４やアンテナ５を設けているので、処理速度のさらなる向上を図れるうえ、内筒体２Ｙの内側が真空容器２の外部となるので、メンテンス性も担保することができる。

【0045】

さらに、移動機構３は、例えば図８に示すように、真空容器２内の複数箇所に設けられていても良い。ここでは、複数の移動機構３それぞれが、処理中の被処理物Ｗを回転させるものであり、これらが真空容器２の中心周りに周方向に沿って等間隔に配置されている。

【0046】

また、移動機構３としては、被処理物Ｗを回転移動させるものに限らず、例えば処理中の被処理物Ｗを水平方向に搬送するものであっても良いし、処理中の被処理物Ｗを同一平面上で往復走査させるものであっても良い。

【0047】

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0048】

１００・・・スパッタリング装置
Ｗ ・・・被処理物
２ ・・・真空容器
３ ・・・移動機構
３１ ・・・支持台
３２ ・・・モータ
４ ・・・ターゲット保持部
Ｔ ・・・ターゲット
５ ・・・アンテナ
５ａ ・・・給電端部
５ｂ ・・・終端部
６ ・・・バイアス電源
７ ・・・絶縁部
８ ・・・ターゲットバイアス電源
９ ・・・高周波電源
９１ ・・・整合器
１０ ・・・誘電体窓
１１ ・・・ヒータ
２ｓ ・・・凹部空間
２１ ・・・側壁
２ａ・・・主壁
２ｂ・・・起立壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】