(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器に回転可能に支持され、前記真空容器内に少なくとも一部が配置される導電性の回転軸と、
常時アースされているアース部材と、
前記アース部材を前記回転軸の軸方向に沿って、前記回転軸に向けて進退動させる進退動装置と、を有し、
前記進退動装置は、前記アース部材を前記回転軸に当接させ、又は、前記アース部材を前記回転軸から離間させるように移動させることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項２】
前記回転軸と前記アース部材はいずれも真空領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転駆動装置。
【請求項３】
基板を保持可能な基板ホルダーと、
ターゲットを保持可能なターゲット電極と、
導電性のシャッタ板と、
前記シャッタ板を前記ターゲット電極と対向するクリーニング位置、及び前記ターゲット電極と離れたプロセス位置の間で移動させることができる可動シャッタ装置と、を真空容器内に備える真空処理装置であって、
前記可動シャッタ装置は、請求項１又は２に記載されている回転駆動装置を備えており、
前記シャッタ板は前記回転軸に取り付けられていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項４】
前記シャッタ板が前記クリーニング位置にあるときに前記アース部材を前記回転軸に当接させ、前記シャッタ板が前記プロセス位置にあるときに前記アース部材を前記回転軸から離間させることを特徴とする請求項３に記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空回転駆動装置及び真空処理装置に係るものであり、特に、半導体や磁気記憶媒体、フラットパネルディスプレイなどの成膜に用いられる真空処理装置に設けられ、安定したアースを得られる真空回転駆動装置及び該真空回転駆動装置を備える真空処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造や磁気記憶媒体における、成膜プロセス処理装置であるスパッタリング装置において、消耗品であるターゲットは、定期的に新品に交換される。新品ターゲットは、大気中で保管されるため、その表面は、酸化されたり、不純物が付着したりしてしまう。また、スパッタリング中にターゲット表面に再付着膜が堆積してしまい、実質的にスパッタリング膜の性能が悪化するおそれがある。これらの不都合を解消するために、定期的にターゲット表面の清浄化を図るターゲットクリーニングが行われている。
【０００３】
ターゲットクリーニングの具体的方法としては、ダミー基板に通常プロセス処理よりも大きな電力によりダミースパッタリングを行うことでターゲット表面の異物を除去する方法が知られている。さらに、ダミー基板のコストダウンを図るため、プロセスチャンバに回転可能に配備したシャッタ板をダミー基板として用いる方法が知られている。
【０００４】
通常のスパッタリング処理は、プロセスチャンバ内の基板ホルダーに基板が配置された状態でチャンバ内にプロセスガスを導入する工程、ターゲットに電力を供給してスパッタリングを行う工程、成膜量に応じた時間電力を供給した後に電力とプロセスガスの供給を停止して真空排気する工程、基板を搬送チャンバに搬出する工程、などの一連の工程から構成されている。
【０００５】
スパッタリング処理を繰り返すことでターゲットは消失していき、所定の薄さになると、新品ターゲットと交換することになる。また、スパッタリング中、ターゲットから飛び出した粒子が、基板へは付着せず、再度ターゲット表面に再付着してしまうことも発生する。再付着膜や異物が発生した状態で、基板に成膜してしまうと、欲すべき成膜性能が達成できないため、定期的なターゲットクリーニングが必要となる。
【０００６】
シャッタ板を使ったターゲットクリーニングは、シャッタ板をターゲットと対向させた状態でプロセスガスを導入し、ダミースパッタリングを行うことでターゲット表面の異物を除去している。シャッタ板は可動シャッタ機構によって移動可能に取り付けられており、成膜プロセス処理時はターゲットから離れた位置に配置され、ターゲットクリーニング時にはモータによってターゲットと対向した位置に配置することができる。
【０００７】
従来の可動シャッタ装置の一例を図６を用いて説明する（例えば、特許文献１，２参照）。可動シャッタ装置１０１は真空内への回転動力を伝達するための機構であり、大気と真空を隔離する真空シール部１０２を挟んでモータ１０３とシャッタ板１０５を連結する軸継ぎ手１０４と、モータ１０３の回転軸のガイドとしてのベアリング１０７とを有している。エンコーダの読み取り値に基づいてモータ１０３に電力を供給することにより、ターゲットＴＧと対向した位置と、ターゲットＴＧから完全に離れた位置とでシャッタ板１０５を回転動作可能に構成されている。この可動シャッタ装置１０１は、シャッタ板１０５がベアリング１０７を介してアースされる構造になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−９２７６４
【特許文献２】特開平９−６３９５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＲＦ電源を用いたスパッタリングでは、電気流路としてのアースが重要な役割を担っている。例えば、アースが不安定な場合、周辺センサや電気部品へのノイズを発生させたり、アークや想定外の場所での放電の発生などを誘発し、成膜性能が悪化することで膜質が低下したりする可能性がある。
【００１０】
しかしながら、従来の可動式シャッタ装置１０１では、ベアリング１０７を通してシャッタ板１０５がアースされる構造であるため、ベアリング１０７の球と内輪、球と外輪のそれぞれで点接触になり、必然的に電気抵抗が高くなってしまっていた。そのため、印加するＲＦ電力を増大するにはシャッタ板１０５のアースを強化することが望ましい。
【００１１】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題に鑑み、ターゲットクリーニングを行う際のシャッタ板のアースを安定させることができるスパッタリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る回転駆動装置は、真空容器に回転可能に支持され、前記真空容器内に少なくとも一部が配置される導電性の回転軸と、常時アースされているアース部材と、前記アース部材を前記回転軸の軸方向に沿って、前記回転軸に向けて進退動させる進退動装置と、を有し、前記進退動装置は、前記アース部材を前記回転軸に当接させ、又は、前記アース部材を前記回転軸から離間させるように移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、ターゲットクリーニングを行う際のシャッタ板のアースを確実にし、スパッタリング装置のターゲットクリーニングを安定的に行うことが可能になり、アーク、ノイズ等の発生リスクが低減し、装置の信頼性が向上する。またそのことにより、真空処理装置の稼働率を向上することができる。
【００１４】
また、アースが安定化することにより、膜質を安定させることができるとともに、スパッタリング空間に効率的に電力を供給することで電源のパワーロスを削減でき、消費電力を抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る可動シャッタ装置の概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る可動アースユニットの進退動装置の拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るソケットの拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の制御システムの構成例である。
【図６】従来の可動式シャッタ装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の各実施形態に係る真空回転駆動装置及び真空処理装置について以下に説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変できることは勿論である。また、本発明に係る真空回転駆動装置の適用は、スパッタリング装置に限定されるものではなく、真空容器内で安定なアースを確保する必要がある回転導入装置として適用可能である。
【００１７】
図１〜５は本発明に係るスパッタリング装置及び真空回転駆動装置の好適な一実施形態を示すものであり、図１はスパッタリング装置の概略図、図２は可動シャッタ装置の概略図、図３は可動アースユニットの進退動装置の拡大図、図４はソケットの拡大図、図５はスパッタリング装置の制御システムの構成例を示している。
【００１８】
まず、図１を用いて本実施形態に係るスパッタリング装置１を概説する。
スパッタリング装置１（真空処理装置）は、真空容器１１（以下チャンバ１１）、チャンバ１１内で基板Ｗを保持する基板ホルダー１５、ターゲットＴＧを保持するターゲット電極１７、シャッタ板２１、及び、シャッタ駆動装置２５を有している。後述するようにシャッタ駆動装置２５にシャッタ板２１を取り付けて可動シャッタ装置２（真空回転駆動装置）を構成している。
【００１９】
また、チャンバ１１には、チャンバ内の圧力をモニターする真空計ＰＧ、プロセスガスをチャンバ内部に導入するガス導入系１３、チャンバ内部空間を真空排気する真空排気系（不図示）、減圧されたチャンバ内部を大気圧に戻すベント配管系（不図示）が設けられており、ターゲット電極１７には、ターゲット電極１７へ電力を供給する不図示の電源が接続されている。また、チャンバ１１は隣接する搬送チャンバとゲートバルブＧＶを介して接続されており、搬送チャンバには基板を搬送する搬送系が設けられている。通常、チャンバ１１および基板ホルダー１５はアースされている。
【００２０】
真空回転駆動装置としての可動シャッタ装置２は、シャッタ駆動装置２５によってシャッタ板２１を水平方向（基板の成膜面に平行な方向）に移動させる装置であり、ターゲットＴＧと対向した位置と、ターゲットＴＧから完全に離れた位置との間でシャッタ板２１を移動させることができる。すなわち、可動シャッタ装置２により、スパッタリング成膜時はターゲットから離れた位置にシャッタ板２１を配置し、ターゲットクリーニング時にはターゲットＴＧと対向した位置にシャッタ板２１を配置することができる。なお、ターゲットクリーニングとは、ターゲット表面への再付着した膜を除去する処理工程である。
【００２１】
次に、図２を用いて可動シャッタ装置を説明する。
上述のように、可動シャッタ装置２はシャッタ駆動装置２５によってシャッタ板２１の配設位置を処理工程に応じて変更するための回転シャッタ装置であり、シャッタ駆動装置２５とシャッタ板２１及び、可動アースユニット４０を主要構成要素して有している。シャッタ駆動装置２５は、チャンバ１１の開口部１１ａからチャンバ内部に一部を突き出すように配設された回転軸２７と、回転軸２７の径方向の周りに配置されたステータ２９と、回転軸２７を軸支するとともにステータ２９を保持するケーシング３１と、を有している。シャッタ板２１は、チャンバ内部で回転軸２７に軸継ぎ手２８を介して接続されている。シャッタ板２１、軸継ぎ手２８、回転軸２７はいずれも導電性を有して構成されている。
【００２２】
ケーシング３１は、上端部がチャンバ１１に気密に取り付けられるとともに、ステータ２９及び、回転軸２７を支持する一組のベアリング３７が内周側に取り付けられている。ベアリング３７は回転軸２７を支持するための部材であり、パーティクルが発生し難い真空用のベアリングが用いられることが望ましい。ステータ２９は電力を印加することで磁力を生じるコイル群から構成されている。ステータ２９と回転軸２７の間には真空隔壁３９が設けられており、回転軸２７を真空側に、ステータ２９（コイル）を大気側に分けている。回転軸２７は真空隔壁３９とのギャップができる限り小さくなるように支持されている。なお、本明細書では便宜上、回転軸２７のチャンバ１１側を上方（上側）、回転軸２７に垂直な面を水平方向として記載する。
【００２３】
回転軸２７の外周部にはステータ２９に対向する位置に永久磁石が設けられ、ステータ２９との間でブラシレスＤＣモータが構成されている。シャッタ板２１は回転軸２７の回転に伴って回動し、クリーニング位置と、プロセス位置との間を移動する。シャッタ板２１のクリーニング位置とは、シャッタ板２１がターゲットＴＧ（ターゲット電極１７）と対向して位置し、シャッタ板２１がターゲットＴＧ（ターゲット電極１７）の上方を覆っている状態をいうものとする。一方、シャッタ板２１のプロセス位置とは、シャッタ板２１がターゲットＴＧの上方から離れて位置し、ターゲットＴＧと対向する領域がない状態をいうものとする。
【００２４】
回転軸２７の下側（シャッタ板２１が取り付けられた端部とは逆側）には、リニアスケールとエンコーダ５１を有する回転センサが設けられている。エンコーダ５１はケーシング３１側に固定されたホール素子などの磁気センサからなる公知のセンサであり、回転軸２７側に固定されたリニアスケールの磁性の変化を検出することができる。なお、投光器と受光器などから構成されたエンコーダを用いた場合にはリニアスケールに替えて所定間隔ごとに投光率や彩色を変化させた円盤が用いられる。
【００２５】
エンコーダ５１から得られる情報を基にステータ２９へ供給する電力を制御することにより、ターゲット電極１７と対向した位置（クリーニング位置）と、ターゲット電極１７の対向位置から完全に離れた位置（プロセス位置）とでシャッタ板２１を制御している。また、ケーシング３１の底部には、ステータ２９に接続されたパワーケーブルや信号ケーブル、エンコーダケーブル等（いずれも不図示）をケーシングの外側に引き回すフィードスルー５３がある。
【００２６】
ここで、可動アースユニット４０について説明する。
可動アースユニット４０は、所定のタイミングで回転軸２７と電気的に接続されて、軸継ぎ手２８と回転軸２７を介してシャッタ板２１をアースする装置である。可動アースユニット４０は、回転軸に当接できるアース部材４３と、回転軸２７に対してアース部材４３を進退動作させる進退動装置４５と、アース部材４３の周囲を真空側に保つベローズ管４７とを有している。本実施形態においては、可動アースユニット４０は回転軸２７の下側に設けられている。ベローズ管４７と真空隔壁３９の内側の領域は真空排気される領域であり、この真空領域（真空側）に回転軸２７とアース部材４３が配置されている。
【００２７】
アース部材４３は、進退動装置４５によって上下動するように構成されており、上側に移動したときに、回転軸２７の最下端部側に当接し、電気的に接続されるように取り付けられている。アース部材４３は常時アースされているため、回転軸２７とアース部材４３が当接した状態で、回転軸２７、軸継ぎ手２８、シャッタ板２１がいずれもアースされる。本実施形態においては進退動装置４５にエアシリンダが用いられているが、モータ、送りねじ機構等の物体を移動させる他の構成を適用できることはいうまでもない。
【００２８】
なお、基板ホルダー１５の周囲に配置されたシールドとラビリンス構造を組めるようにシャッタ板２１を構成して、ターゲットクリーニング中に生じる基板ホルダー１５表面への異物の付着を防ぐ構造としてもよい。具体的には、可動シャッタ装置２に、シャッタ板２１を上下動できるシャッタ上下装置をさらに取り付けて、シャッタ板２１が上昇したときに基板ホルダー１５周囲のシールドとラビリンス構造を形成できるようにするとよい。
【００２９】
通常のプロセス処理時、シャッタ板２１はプロセス位置にあり、アース部材４３は下降して回転軸２７と離間した状態（離間位置）にある。このとき、回転軸２７は回転可能であり、シャッタ板２１はベアリング３７だけを介してアースされている状態である。ターゲットクリーニング時、シャッタ板２１はターゲットクリーニング位置に移動させ、アース部材４３は上昇して回転軸２７に当接した状態（当接位置）にある。このとき、シャッタ板２１はベアリング３７とアース部材４３の両方を介してアースされている状態である。なお、本実施形態においては、アース部材４３の上下動の軌跡は回転軸２７と同軸に設定されているが、回転軸２７と同軸である必要はない。例えば、アース部材４３が水平方向に上下動し、回転軸２７の外周面に当接するように構成してもよい。
【００３０】
ここで、図３、４を用いて可動アースユニットについて詳しく説明する。
図３は、可動アースユニットの進退動装置の拡大図である。図３（ａ）はアース部材４３が離間位置にあるときの図である。図３（ｂ）
はアース部材４３が当接位置にあるときの図である。アース部材４３が当接位置にあるとき、シャッタ板２１はアース部材４３によって強固に接地されている状態になる。また、本実施形態においては、回転軸２７には、アース部材４３との接触面積を確保するためのソケット４９が取り付けられている。
【００３１】
図４にソケットの斜視図を示す。ソケット４９は、切り込みの入った円錐状であり、導電性材料で構成されている。ソケット４９は、回転軸２７の下端（アース部材４３と接する位置）に取り付けられている。アース部材４３の先端は、ソケット４９の内面の形状に合わせて細く形成されており、ソケット４９にアース部材４３が入り込み、安定的に接触させることができる。
【００３２】
図４に示したアース部材４３と回転軸２７との接触構造は一例である。アース部材４３と回転軸２７との接触構造の他の例として、例えば、回転軸２７の最下端を平坦にし、アース部材４３の先端も同様に平坦にして、平坦面同士を接触させる構成としてもよい。
【００３３】
このとき、より安定的に接触できるように、アース部材４３の接触面(あるいは回転軸２７の接触面)が回転軸２７の接触面（あるいはアース部材４３の接触面）に合わせて変形、若しくは傾斜する構造であると望ましい。
また、アース部材４３の接触面(あるいは回転軸２７の接触面)にエンボス加工を施し、安定して多数箇所で接触するように構成してもよい。
【００３４】
図５にスパッタリング装置の制御システムの構成例を示す。
スパッタリング装置はＰＬＣ（プログラムロジックコントローラ）を用いたコントローラによって制御されるシステムであり、コントローラとして装置ＰＬＣとユニットＰＬＣ（ユニットプログラムロジックコントローラ）を有している。装置ＰＬＣは、それぞれのユニットＰＬＣや搬送系（基板搬送）、ゲートバルブＧＶの動作等を制御するコントローラである。搬送系、ゲートバルブＧＶはユニットＰＬＣを経由して制御する場合もある。
ユニットＰＬＣは、装置ＰＬＣからの指令により、モータドライバやエアオペ（ガス導入系）、電源（例えば、ＲＦ電源）、排気系等を制御するコントローラである。
【００３５】
モータドライバはユニットＰＬＣからの指令により、シャッタ駆動装置２５のモータ（ステータ２９）へ電力を供給する。このとき、エンコーダ５１からの位置情報によりその電力を制御することにより、シャッタ板２１の開閉を行う。エアオペはユニットＰＬＣからの指令により、各バルブの開閉を制御してガス導入系の制御を行う。エアオペで制御される装置としては、例えば、進退動装置４５やガス導入系１３が挙げられる。可動アースユニット４０の進退動装置４５（シリンダ）は、エアオペからの指令によってエア供給の切り替えを行うことで回転軸２７の上下動を行う。ＲＦ電源もユニットＰＬＣからの指令により、マッチングボックスを介しカソード電極１７に電力を供給する。排気系も同様にユニットＰＬＣからの指令にて制御され、ポンプの起動やエアオペによるバルブの開閉を行っている。
【００３６】
本発明はシャッタ板２１の開閉装置（可動シャッタ装置２）に限定されるものではなく、真空容器内に回転力を導入する回転導入装置として広く利用することができる。例えば、ロールを用いて搬送する装置（ロール搬送装置）にて、ロールのアース強化などに利用可能である。従来のロール搬送装置では、シャッタ開閉の装置と同様にベアリングを通してアースされる構造であった。そのため、電気抵抗が高くなりアースが不安定になる恐れがあった。本発明の可動アースユニットを用いることにより、必要時(プロセス電流投入時)のみアースを強化することができる。ブラシを常時当接させてアースする方法と比べてメンテナンス間隔を長くすることができる。この場合、ロールは常に回転しているので、アース接続部にブラシなどを用いてロールのアースを強化する。また、必要時(プロセス電流投入時)のみブラシを接触させることにより、メンテナンス間隔（ブラシの寿命）を延ばすことできる。
【００３７】
本発明により、ターゲットクリーニングを行う際のシャッタ板のアースを確実にし、スパッタリング装置のターゲットクリーニングを安定的に行うことが可能になり、アーク、ノイズ等の発生リスクが低減し、装置の信頼性が向上する。またそのことにより、真空処理装置の稼働率を向上することができる。また、アースが安定化することにより、膜質を安定させることができるとともに、スパッタリング空間に効率的に電力を供給することで電源のパワーロスを削減でき、消費電力を抑えることが可能になる。
【００３８】
また、回転軸２７の最下端でアース部材４３と接触する構成であり、かつ、回転軸２７と真空隔壁３９とのギャップが小さいため、アース部材４３との接触により発生したパーティクルのプロセスチャンバ側への流出を低減することができる。また、回転軸２７の下部空間は設計上自由度が高いため、アース部材４３との接触部近傍にラビリンス構造（不図示）を配備し更なる低減を図ることが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
ＴＧ  ターゲット
ＰＧ  真空計
ＧＶ  ゲートバルブ
Ｗ  基板
１  スパッタリング装置
２  可動シャッタ装置
１１  チャンバ
１１ａ  開口部
１３  ガス導入系
１５  基板ホルダー
１７  ターゲット電極
２１  シャッタ板
２５  シャッタ駆動装置
２７  回転軸
２８  軸継ぎ手
２９  ステータ
３１  ケーシング
３７  ベアリング
３９  真空隔壁
４０  可動アースユニット
４３  アース部材
４５  進退動装置
４７  ベローズ管
４９  ソケット
５１  エンコーダ
５３  フィードスルー
１０１  可動シャッタ装置
１０２  真空シール部
１０３  モータ
１０４  軸継ぎ手
１０５  シャッタ板
１０７  ベアリング
【図１】
0005530348.tif 000002
【図２】
0005530348.tif 000003
【図３】
0005530348.tif 000004
【図４】
0005530348.tif 000005
【図５】
0005530348.tif 000006
【図６】
0005530348.tif 000007