WO2007080906A1 - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

　交流電源を用いたスパッタリング装置を、その設置場所と交流電源の設置場所との間の距離に依存せず、精度の良く電力投入できるように構成する。真空チャンバ１１内に、一対のターゲット４１ａ、４１ｂと、この一対のターゲットに対し所定の周波数で交互に極性をかえて電圧を印加する交流電源Ｅとを設ける。交流電源Ｅを、電力の供給を可能とする電力供給部６と、この電力供給部からの電力ラインに接続された発振用スイッチ回路７２を有する発振部７とに分けて構成し、この発振部と各ターゲットとをブスバー８によって連結する

Description

明 細 書

スパッタリング装置

技術分野

[0001] 本発明は、処理基板表面への成膜を可能とするスパッタリング装置、特に、交流電 源を用いたスパッタリング装置に関する。

背景技術

[0002] スパッタリング法では、プラズマ雰囲気中のイオンを、処理基板表面に成膜しょうす る膜の組成に応じて所定形状に作製されたターゲットに向けて加速させて衝撃させ、 ターゲット原子を飛散させ、処理基板表面に薄膜を形成する。この場合、力ソード電 極であるターゲットに、直流電源または交流電源などのスパッタ電源を介して電圧を 印加することで力ソード電極と、アノード電極またはアース電極との間にグロ一放電を 生じさせてプラズマ雰囲気を形成している力 特に、交流電源を用いると、力ソード表 面に蓄積する電荷を反対の位相電圧を印カロし打ち消すことにより、安定的な放電が 得られる。

[0003] このことから、真空チャンバ内に一対のターゲットを配置し、この一対のターゲットに 、交流電源を介して所定の周波数で交互に極性をかえて電圧を印加し、各ターゲッ トをアノード電極、力ソード電極に交互に切替え、アノード電極及び力ソード電極間に グロ一放電を生じさせてプラズマ雰囲気を形成し、各ターゲットをスパッタリングするこ とが知られている（例えば、特許文献 1)。

特許文献 1：国際公開 WO2003Z14410号公報 (例えば、請求項 1参照)。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 上記のものでは、一対のターゲットに交流電力を出力（電力投入)するための発振 部を内蔵した交流電源を用いている。一般に、この交流電源と各ターゲットとは、例え ば導線を多数本撚り合わせてなる公知の交流電源ケーブルを介して接続される。こ の場合、交流電流を流したときの表皮効果により、交流電源の周波数の上昇と共に、 導体の実効断面積が減少して交流抵抗が増加し、導体損失が増えることで、交流電 源力も一対のターゲットへの投入電力の損失を招き易ぐまた、ノイズの影響を受けて 一対のターゲットへの投入電力の電力波形が乱れ易くなる。このことは、スパッタ装置 本体の設置場所と交流電源の設置場所との間の距離が長くなるに従いより顕著にな り、その結果、一対のターゲットに精度よく投入電力できないという問題がある。

[0005] そこで、本発明は、上記点に鑑み、スパッタ装置本体の設置場所と交流電源の設 置場所との間の距離に依存せず、精度良く電力投入できるように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

[0006] 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、真空チャンバ内に設 けた一対のターゲットと、この一対のターゲットに対し所定の周波数で交互に極性を かえて電圧を印加する交流電源とを備え、この交流電源を、電力の供給を可能とす る電力供給部と、この電力供給部力 の電力ラインに接続された発振用スィッチ回路 を有する発振部とに分けて構成し、この発振部と各ターゲットとをブスバーによって連 結したことを特徴とする。

[0007] 本発明によれば、電力供給部と発振部とを分けて構成したため、交流電力を出力 する発振部のみを、一対のターゲットとの間の距離が一定の短い距離に保持される ように配置できる。また、この発振部と各ターゲットとをブスバーによって連結したため 、交流電流が流れる部分の表面積が大きぐ表皮効果の影響を受けずに大電流を流 すことができる。その結果、公知の交流電源ケーブルを用いるのに比較して投入電 力の損失を招き難くでき、その上、ノイズの影響を受け難くでき、ひいては、交流電源 力も精度よく一対のターゲットに電力投入できる。

[0008] この場合、前記ブスバーを、その表面を Auまたは Agの薄膜で覆ったものとすれば 、交流電力を投入する際に、交流電流が流れる部分だけを導電率の高い材料にす ることで、コスト低減を図ることができてよい。

[0009] また、前記ブスバーを伸縮自在としておけば、このブスバーを取付ける際に、発振 部とターゲットとの間の間隔の誤差を吸収でき、ブスバーの取付作業を容易にできて よい。

[0010] また、交流電力を出力する発振部と各ターゲットとの間の距離を一定の短い距離に 保持するために、前記発振部の筐体を真空チャンバの外壁に取付けておけばよい。

[0011] また、前記真空チャンバ内に一対のターゲットを複数並設すると共に一対のターゲ ット毎に交流電源を設け、各ターゲットの前方に磁束をそれぞれ形成するように各タ 一ゲットの後方に設けられ、交互に極性を変えて設けた複数個の磁石力も構成され る磁石組立体を配置したものの場合、交流電源力 精度よく各一対のターゲットにそ れぞれ電力投入できるため、各ターゲットを均等にスパッタして良好な成膜が可能に なる。

[0012] この場合、前記磁束がターゲットに対して平行移動自在であるように各磁石組立体 を一体に駆動する駆動手段を設けておけば、各ターゲットを均等に侵食できてよい。 発明の効果

[0013] 以上説明したように、本発明のスパッタリング装置は、投入電力の損失やノイズの影 響を受け難ぐ精度よくターゲットに電力投入でき、その上、高価な交流電源ケープ ルが不要になりコスト低減を図れると 、う効果を奏する。 発明を実施するための最良の形態

[0014] 図 1を参照して、 1は、本発明のマグネトロンスパッタリング装置（以下、「スパッタ装 置」という）である。スパッタ装置 1は、後述するターゲット表面に蓄積する電荷を反対 の位相電圧を印加し打ち消すことで安定的な放電が得られるように、交流電源を用 いたインライン式のものである。スパッタ装置 1は、ロータリーポンプ、ターボ分子ポン プなどの真空排気手段（図示せず)を介して所定の真空度に保持できる真空チャン バ 11を有する。真空チャンバ 11の上部には基板搬送手段が設けられている。この基 板搬送手段は、公知の構造を有し、例えば、処理基板 Sが装着されるキャリア 2を有 し、駆動手段を間欠駆動させてターゲットに対向した位置に処理基板 Sを順次搬送 できる。

[0015] 真空チャンバ 11には、ガス導入手段 3が設けられている。ガス導入手段 3は、マスフ ローコントローラ 31を設けたガス管 32を介してガス源 33に連通しており、 Arなどのス ノ ッタガスや反応性スパッタリングの際に用いる O、 H 0、 H、 Nなどの反応ガスが

2 2 2 2

真空チャンバ 11内に一定の流量で導入できる。真空チャンバ 11の下側には、カソー ド電極 Cが配置されて!ヽる。 [0016] 力ソード電極 Cは、処理基板 Sに対向して配置された一対のターゲット 41a、 41bを 有する。各ターゲット 41a、 41bは、 Al、 Ti、 Moや ITOなど、処理基板 S上に成膜しよ うする薄膜の組成に応じて公知の方法で作製され、略直方体 (上面視において長方 形）に形成されている。各ターゲット 41a、 41bは、スパッタリング中、ターゲット 41a、 4 lbを冷却するバッキングプレート 42に、インジウムゃスズなどのボンディング材を介し て接合され、図示しない絶縁材を介して力ソード電極 Cのフレームに取付けられ、真 空チャンバ 11内にフローティング状態に配置されて 、る。

[0017] この場合、ターゲット 41a、 41bは、その未使時のスパッタ面 411が、処理基板 Sに 平行な同一平面上に位置するように並設され、各ターゲット 41a、 41bの向かい合う 側面 412相互の間には、アノードやシールドなどの構成部品を何ら設けていない。各 ターゲット 41a、 41bの外形寸法は、各ターゲット 41a、 41bを並設した際に処理基板 Sの外形寸法より大きくなるように設定して 、る。

[0018] また、力ソード電極 Cは、各ターゲット 41a、 41bの後方に位置して磁石組立体 5を 装備している。磁石組立体 5は、各ターゲット 41a、 41bに平行に設けられた支持板 5 1を有する。この支持板 51は、各ターゲット 41a、 41bの横幅より小さく、ターゲット 41 a、 41bの長手方向に沿ってその両側に延出するように形成した長方形状の平板か ら構成され、磁石の吸着力を増幅する磁性材料製である。支持板 51上には、ターゲ ット 41a、 41bの長手方向に沿った棒状の中央磁石 52と、支持板 51の外周に沿って 設けた周辺磁石 53とが交互に極性を変えて設けられている。この場合、中央磁石 52 の同磁ィ匕に換算したときの体積を、例えば周辺磁石 52の同磁ィ匕に換算したときの体 積の和 (周辺磁石：中心磁石：周辺磁石 = 1 : 2 : 1)に等しくなるように設計して 、る。

[0019] これにより、各ターゲット 41a、 41bの前方に、釣り合った閉ループのトンネル状の磁 束がそれぞれ形成され、ターゲット 41a、 41bの前方で電離した電子及びスパッタリン グによって生じた二次電子を捕捉することで、ターゲット 41a、 41bのそれぞれ前方で の電子密度を高くしてプラズマ密度を高くできる。また、一対のターゲット 41a、 41bに 所定の周波数（l〜400KHz)で交互に極性をかえて電圧が印加できるように交流電 源 Eが設けられている。

[0020] ところで、交流電源 Eを用いて一対のターゲット 41a、 41bに電力投入する際、投入 電力が損失せず、また、ノイズの影響を受け難くして、精度よく設定した電力が投入 できるようにする必要がある。本実施の形態では、電力の供給を可能とする電力供給 部 6と、所定の周波数で交互に極性をかえて電圧を各ターゲット 41a、 41bに出力す る発振部 7とに分けて交流電源 Eを構成し、発振部 7の筐体 70を真空チャンバ 11の 底壁に取付けると共に、後述するように発振部 7と各ターゲット 41a、 41bとを所定長 さ寸法を有するブスバー 8によって連結することとした。この場合、出力電圧の波形に ついては正弦波であるが、これに限定されるものではなぐ例えば方形波でもよい。

[0021] 図 2に示すように、電力供給部 6は箱状の筐体 60を有し、筐体 60内には、その作 動を制御する第 1の CPU回路 61と、商用の交流電力（3相 AC 200 Vまたは 400 V) が入力される入力部 62と、入力された交流電力を整流して直流電力に変換する 6個 のダイオード 63とを有し、直流電力ライン 64a、 64bを介して直流電力を発振部 7に 出力する役割を果たす。

[0022] また、直流電力ライン 64a、 64b間には、スイッチングトランジスタ 65が設けられ、第 1の CPU回路 61に通信自在に接続され、スイッチングトランジスタ 65のオン、オフを 制御する第 1のドライバー回路 66a及び第 1の PMW制御回路 66bが設けられている 。この場合、電流検出センサ及び電圧検出トランスを有し、直流電力ライン 64a、 64b 間の電流、電圧を検出する検出回路 67a及び AD変換回路 67bが設けられ、検出回 路 67a及び AD変換回路 67bを介して CPU回路 61に入力されるようになっている。

[0023] 他方、発振部 7は、箱状の筐体 70を有し、真空チャンバ 11下側の外壁に取付けら れている。筐体 70内には、第 1の CPU回路 61に通信自在に接続された第 2の CPU 回路 71と、直流電力ライン 64a、 64b間に設けた発振用スィッチ回路 72を構成する 4 個の第 1乃至第 4のスイッチングトランジスタ 72a、 72b, 72c, 72dと、第 2の CPU回 路 71に通信自在に接続され、各スイッチングトランジスタ 72a、 72b、 72c、 72dのォ ン、オフを制御する第 2のドライバー回路 73a及び第 2の PMW制御回路 73bとが設 けられている。

[0024] そして、第 2のドライバー回路 73a及び第 2の PMW制御回路 73bによって、例えば 第 1及び第 4のスイッチングトランジスタ 72a、 72dと、第 2及び第 3のスイッチングトラ ンジスタ 72b、 72cとのオン、オフのタイミングが反転するように各スイッチングトランジ スタ 72a、 72b、 72c、 72dの作動を制御すると、発振用スィッチ回路 72からの交流電 カライン 74a、 74bを介して正弦波の交流電力が出力できる。この場合、発振電圧、 発振電流を検出する検出回路 75a及び AD変換回路 75bが設けられ、検出回路 75a 及び AD変換回路 75bを介して第 2の CPU回路 71に入力されるようになっている。

[0025] 交流電力ライン 74a、 74bは、直列もしくは並列またはこれらを組合わせた共振用 L C回路を経て公知の構造を有する出力トランス 76に接続され、出力トランス 76からの 出力端子 76a、 76bと、一対のターゲット 41a、 41bとの間をブスバー 8によって接続 している。この場合、電流検出センサ及び電圧検出トランスを有し、一対のターゲット 41a、 41bへの出力電圧、出力電流を検出する検出回路 77a及び AD変換回路 77b が設けられ、検出回路 77a及び AD変換回路 77bを介して第 2の CPU回路 71に入 力されるようになっている。これにより、スパッタリング中、交流電源 Eを介して一定の 周波数で交互に極性をかえて一対のターゲット 41a、 41bに一定の電圧が印加でき る。

[0026] また、検出回路 77aからの出力は、出力電圧と出力電流との出力位相及び周波数 を検出する検出回路 78aに接続され、この検出回路 78aに通信自在に接続された出 力位相周波数制御回路 78bを介して、出力電圧と出力電流の位相及び周波数が第 2の CPU回路 71に入力されるようになっている。これにより、第 2の CPU回路 71から の制御信号で第 2のドライバー回路 73aによって発振用スィッチ回路 72の各スィッチ ングトランジスタ 72a、 72b, 72c, 73dのオン、オフを制御し、出力電圧と出力電流の 位相が相互に略一致するように制御できる。

[0027] 図 3に示すように、ブスバー 8は、板状の中央部 81の両側に、ボルト B及びナット N からなる締結手段を介して取付部 81、 82をそれぞれ連結して構成されている。中央 部 81と各取付部 82、 83とは、導電率が高い同一の材料力も構成することが好ましく 、例えば、 Cu、 Au、 Agやアルミ合金製である。

[0028] この場合、中央部 81の表面積や板厚は、この中央部 81を構成する板材の材質や スパッタ装置 1を用いて成膜処理する際のターゲット 41a、 41bへの投入電力、交流 電力の周波数などを考慮して適宜設定される（例えば、中央部 81の長さが約 300m mで、幅が 40mmのとき、その板厚は 6mmに設定する）。他方、取付部 82、 83は、 発振部 7の出力トランス 76の出力側に設けた出力端子 76a、 76b及び各ターゲット 4 la、 41bへの取付けを考慮して、中央部 81の板材より幅の広い板材を、断面視で略 Z字状に屈曲させて構成され、その一端に設けた取付孔 82a、 83aを介してボルト等 の締結手段（図示せず)で出力端子 76a、 76b及び各ターゲット 41a、 41bにそれぞ れ固定される。

[0029] また、中央部 81の両端と、各取付部 82、 83の他端とには、それぞれ 2個の貫通孔 81a、 82b、 83bが形成され、各貫通孔 81a、 82b、 83bを上下方向で一致させて中 央部 81の両端と各取付部 82、 83の一端とを相互に重ね合わせ、各貫通孔 81a、 82 b、 83bにボルト Bの軸部を揷通させた後、その他端にナット Nを締結して相互に連結 される。この場合、一方の取付部 82の貫通孔 82bが長孔に形成され、出力端子 76a 、 76bと各ターゲット 41a、 41bとの間の距離に応じてブスバー 8自体の長さが調節で きるように、つまり、ブスバー 8を伸縮自在としている。これにより、発振部 7とターゲット 41a、 41bとの間の間隔の誤差を吸収でき、ブスバー 8の取付作業を容易にできる。

[0030] ブスバー 8を、出力端子 76a、 76bと各ターゲット 41a、 41bとの間に取付けた場合 に、支持板 51を貫通する中央部 81が露出するため、この中央部 81を、セラミックス などの公知の絶縁材料 9によって覆っている。

[0031] これにより、交流電流が流れる部分の表面積が大きぐ表皮効果の影響を受けずに 大電流を流すことができる。その結果、公知の交流電源ケーブルを用いるのに比較 して投入電力の損失を招き難くできると共に、ノイズの影響を受け難くでき、ひいては 、交流電源 E力も精度よく一対のターゲット 41a、 41bに電力投入できる。

[0032] そして、基板搬送手段によって処理基板 Sを一対のターゲット 41a、 41bと対向した 位置に搬送し、ガス導入手段 3を介して所定のスパッタガスを導入する。交流電源 E を介して一対のターゲット 41a、 41bに交流電圧を印加し、各ターゲット 41a、 41bを アノード電極、力ソード電極に交互に切替え、アノード電極及び力ソード電極間にグ ロー放電を生じさせてプラズマ雰囲気を形成する。これにより、プラズマ雰囲気中の イオンが力ソード電極となった一方のターゲット 41a、 41bに向けて加速されて衝撃し 、ターゲット原子が飛散されることで、処理基板 S表面に薄膜が形成される。

[0033] この場合、磁石組立体 5に、図示しないモータなどの駆動手段を設け、この駆動手 段によって、ターゲット 41a、 41bの水平方向に沿った 2箇所の位置の間で平行かつ 等速で往復動させるようにし、ターゲット 41a、 41b全面に亘つて均等に侵食領域が 得られるようにしている。

[0034] 本実施の形態では、ブスバー 8を、中央部 81の両側に 2個の取付部 82、 83を連結 して構成したものについて説明した力 これに限定されるものではなぐ一体に製作し てもよい。また、導電率の高い材料製としたが、交流電力を投入する際に、交流電流 が流れる部分だけを Auや Agなどの導電率の高い材料にすることで、つまり、ブスバ 一 8の表面を Auや Agの薄膜で覆って構成し、コスト低減を図るようにしてもよ!、。

[0035] また、本実施の形態では、真空チャンバ 11内に一対のターゲット 41a、 41bを設け たものについて説明した力 これに限定されるものではなぐ図 4に示すように、真空 チャンバ 11a内に、複数のターゲット 41a〜41fを並設し、相互に隣接するターゲット 41a〜41f毎に、同一構造を有する交流電源 E1〜E3を割り当て、各交流電源 El、 E2、 E3を介して複数の一対のターゲット 41a〜41fに電力投入できるようにスパッタ 装置を構成したものにも本発明は適用できる。この場合、異なる交流電源 E1〜E3か ら各ターゲット 41a〜41fに交流電力を投入することになる力 交流電源 E1〜E3から 精度よく各一対のターゲット 41a〜41fにそれぞれ電力投入できる（各交流電源から の投入電力を略一致させることができる）ため、各ターゲット 41a〜41fを均等にスパ ッタして良好な成膜が可能になる。

図面の簡単な説明

[0036] [図 1]本発明のスパッタリング装置を概略的に説明する図。

[図 2]交流電源の構成を説明する図。

[図 3]ブスバーの構成を説明する分解斜視図。

[図 4]本発明のスパッタリング装置の変形例を概略的に説明する図。

符号の説明

[0037] 1 スパッタリング装置

11 真空チャンバ

41a、 41b ターゲット

6 電力供給部 発振部 ブスバー 交流電源

Claims

請求の範囲

[1] 真空チャンバ内に設けた一対のターゲットと、この一対のターゲットに対し所定の周 波数で交互に極性をかえて電圧を印加する交流電源とを備え、この交流電源を、電 力の供給を可能とする電力供給部と、この電力供給部からの電力ラインに接続され た発振用スィッチ回路を有する発振部とに分けて構成し、この発振部と各ターゲットと をブスバーによって連結したことを特徴とするスパッタリング装置。

[2] 前記ブスバーは、その表面を Auまたは Agの薄膜で覆ったものであることを特徴とす る請求項 1記載のスパッタリング装置。

[3] 前記ブスバーを伸縮自在としたことを特徴とする請求項 1または請求項 2記載のスパ ッタリング装置。

[4] 前記発振部の筐体を真空チャンバの外壁に取付けたことを特徴とする請求項 1乃至 請求項 3のいずれかに記載のスパッタリング装置。

[5] 前記真空チャンバ内に一対のターゲットを複数並設すると共に一対のターゲット毎に 交流電源を設け、各ターゲットの前方に磁束をそれぞれ形成するように各ターゲット の後方に設けられ、交互に極性を変えて設けた複数個の磁石カゝら構成される磁石組 立体を配置したことを特徴とする請求項 1乃至請求項 4のいずれかに記載のスパッタ リング装置。

[6] 前記磁束力 Sターゲットに対して平行移動自在であるように各磁石組立体を一体に 駆動する駆動手段を設けたことを特徴とする請求項 5のいずれかに記載のスパッタリ ング装置。