(57)【要約】【課題】基板上に成膜された膜の面内ばらつきが小さいスパッタリング装置を提供する。【解決手段】スパッタリング装置は、ターゲット５０を保持する保持部３１１を有し保持部３１１を介してターゲット５０に電位を与える電極３１０と、基板が配置されるべき基板配置面ＳＳと保持部３１１との間の空間ＳＰを挟むように、かつ、基板配置面ＳＳに沿った方向に互いに離隔して配置された第１マグネット３３１および第２マグネット３３２と、第１マグネット３３１と第２マグネット３３２との間かつ基板配置面ＳＳと保持部３１１との間の位置に配置されるシールド３４０と、ターゲット５０、第１マグネット３３１および第２マグネット３３２を一体的に回転させる回転駆動部４３０と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバの中でスパッタリングによって基板に膜を形成するスパッタリング装置であって、
ターゲットを保持する保持部を有し前記保持部を介して前記ターゲットに電位を与える電極と、
基板が配置されるべき基板配置面と前記保持部との間の空間を挟むように、かつ、前記基板配置面に沿った方向に互いに離隔して配置された第１マグネットおよび第２マグネットと、
前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間かつ前記基板配置面と前記保持部との間の位置に配置されるシールドと、
前記ターゲット、前記第１マグネットおよび前記第２マグネットを一体的に回転させる回転駆動部と、
を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記電極には、前記回転駆動部を介して電力が供給される、
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】
前記シールドには、前記回転駆動部を介して電位が与えられる、
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。
【請求項４】
前記ターゲットは、前記第１マグネットと前記空間との間に配置されるべき第１部分と、前記第２マグネットと前記空間との間に配置されるべき第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とを連結する連結部分とを含み、
前記連結部分が前記保持部に固定される、
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５】
前記保持部は、前記ターゲットを保持するための第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有し、
前記スパッタリング装置は、前記保持部の前記第２面の側に、前記電極を冷却するための冷却チャネルを備え、
前記ターゲットの前記第１部分および前記第２部分は、前記冷却チャネルを流れる冷却媒体によって前記保持部を介して前記連結部分が冷却されることによって冷却される、
ことを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記冷却チャネルには、前記回転駆動部を介して前記冷却媒体が供給される、
ことを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記第１マグネットと前記ターゲットの前記第１部分が配置されるべき位置との間および前記第２マグネットと前記ターゲットの前記第２部分が配置されるべき位置との間には、冷却媒体を流すための冷却チャネルが設けられていない、
ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記第１部分および前記第２部分は、平板状の形状を有し、互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
前記第１部分および前記第２部分が互いに対向する面に垂直な方向の磁場が形成されるように、前記第１マグネットと前記第２マグネットが設けられている、
ことを特徴とする請求項８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、スパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、処理対象の基板の１つの面が対面する空間を挟むように対向して配置された一対のターゲットを備える箱型対向ターゲット式スパッタ装置が記載されている。各ターゲットの背面側には永久磁石が配置され、ターゲットと永久磁石との間には冷却ジャケットが配置されている。各ターゲットは、冷却ジャケットを構成する部分や永久磁石などとともに組み上げられてターゲット部を構成している。各ターゲット部は、それぞれ枠体に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４８２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された箱型対向ターゲット式スパッタ装置では、一対のターゲットが固定的に配置されているので、基板上に形成される膜が不均一になりやすい。その他、特許文献１に記載された箱型対向ターゲット式スパッタ装置では、一対のターゲット部のそれぞれを枠体に取り付ける必要がある。しかも、各ターゲット部は、ターゲットの他に冷却ジャケットを構成する部分や永久磁石などを含むので大型である。したがって、特許文献１に記載された箱型対向ターゲット式スパッタ装置では、ターゲットの交換などのメンテナンスにかなりの時間を要すると考えられる。また、永久磁石とターゲットとの間に冷却ジャケットを配置した構成では、永久磁石が発生する磁界が冷却ジャケット中の冷媒などによって減衰するので永久磁石を大型化する必要がある。
【０００５】
本発明は、基板上に成膜された膜の面内ばらつきが小さい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】
本発明の１つの側面は、チャンバの中でスパッタリングによって基板に膜を形成するスパッタリング装置に係り、前記スパッタリング装置は、ターゲットを保持する保持部を有し前記保持部を介して前記ターゲットに電位を与える電極と、基板が配置されるべき基板配置面と前記保持部との間の空間を挟むように、かつ、前記基板配置面に沿った方向に互いに離隔して配置された第１マグネットおよび第２マグネットと、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間かつ前記基板配置面と前記保持部との間の位置に配置されるシールドと、前記ターゲット、前記第１マグネットおよび前記第２マグネットを一体的に回転させる回転駆動部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基板上に成膜された膜の面内ばらつきが小さいスパッタリング装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の１つの実施形態の処理システムの構成を概略的に示す平面図。
【図２】成膜装置の構成を示す図。
【図３】成膜装置の構成を示す図。
【図４】成膜装置の構成を示す図。
【図５】ターゲットの１つの構成例を示す図。
【図６】ターゲットの他の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。
【００１０】
図１は、本発明の１つの実施形態の処理システム１００の構成を概略的に示す平面図である。処理システム１００は、インライン式の処理装置として構成されている。インライン式とは、連結された複数のチャンバを経由して基板を搬送しながら基板を処理する方式をいう。図１に示す成膜装置２００では、複数のチャンバ１１１〜１３０が方形のレイアウトを構成するように無端状に連結されている。チャンバ１１１〜１３０の各々には、キャリア１０によって保持された基板１を搬送する搬送装置が備えられている。チャンバ１１１〜１３０における互いに隣接するチャンバは、ゲートバルブを介して連結されている。チャンバ１１１は、キャリア１０に基板１を取り付ける処理が行われるロードロック室である。チャンバ１１６は、キャリア１０から基板１を取り外す処理が行われるアンロードロック室である。
【００１１】
より具体的な例として、処理システム１００がハードディスクを製造するための処理装置に適用された例を説明する。基板１は、例えば、中心部分に孔を有する金属製若しくはガラス製の円板状部材でありうる。キャリア１０は、２枚の基板を保持するように構成されうる。
【００１２】
まず、チャンバ１１１内で未処理の２枚の基板１が先頭のキャリア１０に取り付けられる。キャリア１０は、密着層を形成するためのチャンバ１１７に移動して、基板１に密着層が形成される。この間に、２番目のキャリア１０に対して２枚の未処理の基板１が取り付けられる。
【００１３】
次いで、先頭のキャリア１０が軟磁性層を形成するためのチャンバ１１８、１１９、１２０に順に移動しながら基板１に軟磁性層が形成される。この間、２番目のキャリア１０が密着層を形成するためのチャンバ１１７に移動し、基板１に密着層が形成され、更に、チャンバ１１１内では、３番目のキャリア１０に対して基板１が取り付けられる。このようにして、先頭のキャリア１０およびそれに続くキャリア１０が移動する度に、チャンバ１１１内において後続のキャリア１０に対して基板１が取り付けられる。
【００１４】
軟磁性層が形成された基板１を保持している先頭のキャリア１０は、シード層を形成するためのチャンバ１２１に移動し、基板１にシード層が形成される。その後、先頭のキャリア１０は、中間層を形成するためのチャンバ１２３、１２４、磁性膜を形成するためのチャンバ１２６、１２７、保護膜を形成するためのチャンバ１２９に順に移動する。
【００１５】
方形のレイアウトにおける四隅の部分には、チャンバ１１２、１１３、１１４、１１５が配置されている。チャンバ１１２、１１３、１１４、１１５は、キャリア１０（基板１）の搬送方向を９０度転換する方向転換装置を備えたチャンバである。
【００１６】
チャンバ１１７〜１３０（１１２〜１１４を除く）は、それぞれ成膜装置の構成要素である。図２および図３は、１つの成膜装置の構成を示す図であり、チャンバ１１７〜１３０（１１２〜１１４を除く）の各々は、図２のチャンバ２０１に対応する。図２は、成膜装置２００をキャリア１０（基板１）の搬送方向に直交する面（搬送方向に沿った面）で切断した断面図である。図３には、図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図（断面矢視図）が示されている。図４には、ターゲット（スパッタリング用ターゲット）５０を保持し駆動するカソードユニット４３０の構成が示されている。成膜装置２００は、スパッタリング装置として構成されている。
【００１７】
成膜装置（スパッタリング装置）２００は、チャンバ２０１と、キャリア１０を搬送する搬送装置２３０と、搬送装置２３０によるキャリア１０の搬送経路の上流側および下流側に配置されたゲートバルブ２２０を有する。チャンバ２０１は、ゲートバルブ２２０を介して隣接するチャンバと接続されている。
【００１８】
成膜装置２００は、ガス供給部２９０および排気装置２０２を備える。チャンバ２０１には、ガス供給部２９０によってガスが供給され、チャンバ２０１内のガスは、排気装置２０２により排気され、これによってチャンバ２０１内の圧力が目標圧力に制御される。
【００１９】
この実施形態では、チャンバ２０１の中では、２枚の基板１のそれぞれの２つの面に対して、同時に、スパッタリングによって膜が形成される。チャンバ２０１の中には、４つのターゲット５０が配置されている。具体的には、第１の基板の１つの面に第１のターゲット５０が対向し、第１の基板の他の面に第２のターゲット５０が対向し、第２の基板の１つの面に第３のターゲット５０が対向し、第２の基板の他の面に第４のターゲット５０が対向する。第１〜第４のターゲット５０の各々は、１つのカソードユニット４３０によって保持され駆動される。なお、成膜装置２００は、１つのチャンバ２０１の中で一度に１枚の基板１にのみ膜が形成されるように構成されてもよい。
【００２０】
図４に例示されるように、カソードユニット４３０は、電極部４３２と、回転駆動部４３４とを備えている。電極部４３２は、その構成要素として、バッキングプレートとしての電極（カソード）３１０と、第１マグネット３３１と、第２マグネット３３２と、第１シールド３４０、第２シールド３６１と、第３シールド３５２とを含みうる。電極３１０は、ターゲット５０を保持する保持部３１１を有し、保持部３１１を介してターゲット５０に電位を与えるように構成されている。電極３１０には、例えば、ベース部材３２０および回転駆動部４３４を介して電源３７１から電位が与えられうる。電源３７１は、例えば、パルスＤＣ電源でありうるが、他の電源であってもよい。シールド３４０には、回転駆動部４３４を介して電源２５２から電位が与えられうる。シールド３６１、３５２には、回転駆動部４３４を介して電源２５４から電位が与えられうる。回転駆動部４３４は、電極部４３２の構成要素を一体的に回転させるための構造である。回転駆動部４３４については後述する。
【００２１】
第１マグネット３３１および第２マグネット３３２は、例えば永久磁石で構成されうる。第１マグネット３３１および第２マグネット３３２は、基板１が配置されるべき基板配置面ＳＳと保持部３１１との間の空間ＳＰを挟むように、かつ、基板配置面ＳＳに沿った方向に互いに離隔して配置されている。シールド３４０は、第１マグネット３３１と第２マグネット３３２との間かつ基板配置面ＳＳと保持部３１１との間の位置に配置されている。
【００２２】
ターゲット５０は、図５又は図６に例示的に示されるように、第１マグネット３３１と空間ＳＰとの間に配置されるべき第１部分５１と、第２マグネット３３２と空間ＳＰとの間に配置されるべき第２部分５２と、第１部分５１と第２部分５２とを連結する連結部分５３とを含む。ターゲット５０は、連結部分５３が保持部３１１に固定される。保持部３１１は、ターゲット５０を固定するための固定部材３１５が係合される係合部３１２を有する。一例において、係合部３１２は、ねじ穴であり、固定部材３１５は、ねじである。固定部材３１５は、ターゲット５０の連結部分５３に設けられた穴５５を貫通して係合部３１２に捩じ込まれる。第１部分５１および第２部分５２には、電極３１０から連結部分５３を介して電位が与えられる。
【００２３】
電極３１０の保持部３１１がターゲット５０の第１部分５１、第２部分５２および連結部分５３のうち連結部分５３を保持することによってターゲット５０が支持される構造は、電極３１０へのターゲット５０の装着および電極３１０からのターゲット５０の取り外しの作業の容易化に有利である。
【００２４】
図５には、ターゲット５０の１つの構成例が示されている。ターゲット５０の第１部分５１および第２部分５２は、図５に例示されるように、互いに平行でありうる。ターゲット５０の第１部分５１および第２部分５２は、いずれも平板状の形状を有しうる。第１部分５１と第２部分５２との間の空間では、第１部分５１から第２部分５２へ、もしくは、第２部分５２から第１部分５１へ向かう向きを有する磁場が形成される。
【００２５】
図４には、第１マグネット３３１および第２マグネット３３２の磁極が例示されている。図４に示された例では、第１マグネット３３１は、Ｓ極が放電空間ＳＰに向くように配置され、第２マグネット３３２は、Ｎ極が放電空間ＳＰに向くように配置されている。すなわち、図４に示された例では、第１マグネット３３１のＳ極と第２マグネット３３２のＮ極とを対向させて、第１部分５１および第２部分５２の互いに対向する面に対して垂直な方向に向きが一致する磁場が形成される。なお、図４に示された例とは反対に、第１マグネット３３１のＮ極と第２マグネット３３２のＳ極とが対向するように第１マグネット３３１および第２マグネット３３２が配置されてもよい。
【００２６】
ターゲット５０の第１部分５１および第２部分５２の互いに対向する面に対して垂直な方向に向きが一致する磁場を形成することで放電空間ＳＰに均一な磁場を形成することができる。放電空間ＳＰに均一な磁場は、ターゲット５０へのリデポを抑える効果がある。
【００２７】
図６には、ターゲット５０の他の構成例が示されている。ターゲット５０の第１部分５１および第２部分５２は、図６に例示されるように、円筒部５４における互いに対向する部分でありうる。
【００２８】
第１部分５１、第２部分５２および連結部分５３は、同一材料で一体的に構成されることが好ましい。しかしながら、第１部分５１および第２部分５２を同一材料（ターゲット材料、例えば炭素）で構成し、連結部分５３を第１部分５１および第２部分５２の材料とは異なる材料で構成してもよい。この場合は、第１部分５１および第２部分５２の効率的な冷却、並びに、第１部分５１および第２部分５２への効率的な電位の供給のために、電気伝導性および熱伝導性に優れた材料で連結部分５３を形成するべきである。
【００２９】
更に、第１部分５１と第２部分５２とを互いに異なる材料で構成してもよく、この場合、互いに異なる材料からなる膜を基板１の上に形成すること、即ち同時スパッタリングが実現される。
【００３０】
シールド３４０には、ターゲット５０の連結部分５３がスパッタリングされることを防止することができる電位、例えば接地電位が与えられうる。シールド３４０は、連結部分５３と短絡しないように、連結部分５３から離隔して配置される。
【００３１】
シールド３４０には、正電位が印加されてもよい。シールド３４０に正電位を印加することで、第１部分５１と第２部分５２との間にある正電位のイオンを基板１に向けて押し出すことができる。一方、中性粒子は、シールド３４０の電位からの影響を受けない。ターゲット５０がカーボンで構成されている場合は、カーボンイオンによる成膜をより効率よく行うことができる。成膜時における基板１は、フローティング電位とされうる。
【００３２】
保持部３１１は、ターゲット５０を保持するための第１面Ｓ１と、第１面Ｓ１の反対側の第２面Ｓ２とを有し、成膜装置２００は、保持部３１１の第２面Ｓ２の側に、電極３１０を冷却するための冷却チャネル３７０を備えうる。冷却チャネル３７０は、電極３１０（保持部３１１）とベース部材３２０との間に形成されうる。ターゲット５０の第１部分５１および第２部分５２は、冷却チャネル３７０を流れる冷却媒体によって保持部３１１を介してターゲット５０の連結部分５３が冷却されることによって冷却される。
【００３３】
第１マグネット３３１とターゲット５０の第１部分５１が配置されるべき位置との間、および、第２マグネット３３２とターゲット５０の第２部分５２が配置されるべき位置との間には、冷却媒体を流すための冷却チャネルが設けられていないことが好ましい。第１マグネット３３１とターゲット５０の第１部分５１が配置されるべき位置との間、および、第２マグネット３３２とターゲット５０の第２部分５２が配置されるべき位置との間に冷却チャネルを配置しないことによって、第１マグネット３３１および第２マグネット３３２が発生する磁界を少ない減衰で空間ＳＰに導くことができる。これは、第１マグネット３３１および第２マグネット３３２の小型化に有利である。
【００３４】
成膜装置２００あるいは電極部４３２は、更に、第１マグネット３３１および第２マグネット３３２が配置された位置と基板配置面ＳＳとの間に前述の第２シールド３６１を備えうる。成膜装置２００あるいは電極部４３２は、更に、ブロック３５１および第３シールド３５２を備えうる。ブロック３５１は、第１マグネット３３１および第２マグネット３３２の外側には配置されうる。ブロック３５１は、例えば、アルミニウムで構成されうる。第３シールド３５２は、ブロック３５１、電極３１０およびベース部材３２０を取り囲むように配置されうる。第３シールド３５２は、第２シールド３６１と電気的に接続されうる。第２シールド３６１および第３シールド３５２は接地されうる。
【００３５】
ガス供給部２９０からチャンバ２０１内にガスを供給しつつ排気装置２０２によってチャンバ２０１内のガスを排気することによってチャンバ２０１内の圧力を目標圧力に制御しながら、電源３７１から電極３１０を介してターゲット５０の第１部分５１および第２部分５２に電位を与えることによって空間ＳＰにおいて放電が生じる。これによって発生したイオンによってターゲット５０の第１部分５１および第２部分５２がスパッタリングされる。これにより、ターゲット５０の第１部分５１および第２部分５２から飛びした粒子によって基板１の上に膜が形成される。
【００３６】
以下、カソードユニット４３０について説明する。カソードユニット４３０は、前述のように、電極部４３２と、回転駆動部４３４とを含む。電極部４３２は、電極（カソード）３１０、第１マグネット３３１、第２マグネット３３２、第１シールド３４０、第２シールド３６１、第３シールド３５２、ベース部材３２０、底板４１９を含みうる。
【００３７】
回転駆動部４３４は、底板４１９に接続された回転軸４１７と、回転軸４１７に接続されたロータリージョイント４０１とを備えている。回転軸４１７の外周には歯車４１８が設けられている。歯車４１８には、モータ４１６の回転軸に固定された歯車４１６が噛み合っている。モータ４１５が発生した回転力は、歯車４１６、４１８を介して回転軸４１７に伝達され、これにより、回転軸４１７とともにカソードユニット４３０が回転する。
【００３８】
回転軸４１７とチャンバ２０１に設けられた開口との間には、磁気シール４０３が設けられている。歯車４１８、４１６、モータ４１５およびロータリージョイント４０１は、チャンバ２０１の外側（即ち、大気側）に配置されている。
【００３９】
ロータリージョイント４０１は、回転軸４１７を通して電極部４３２と大気側の電源３７１、２５２、２５４および温調部２５６とを接続するために設けられている。電源３７１は、ロータリージョイント４０１および回転軸４１７を介して電極(カソード）３１０に電位を与える。電源２５２は、ロータリージョイント４０１および回転軸４１７を介して第１シールド３４０に電位を与える。電源２５４は、ロータリージョイント４０１および回転軸４１７を介して第２シールド３６１および第３シールド３５２に電位を与える。温調部２５６は、ロータリージョイント４０１および回転軸４１７を介して冷却チャネル３７０に、温調のための冷却媒体を流す。ロータリージョイント４０１としては、例えば、国際公開２０１３／０８８６０３号に記載されたロータリージョイントを採用することができる。
【００４０】
回転軸４１７には、円板４１３が固定され、円板４１３とセンサ４１４とでエンコーダが構成されうる。円板４１３のセンサ４１４側の面には、半円状に黒体部４２６が設けられている。回転軸４１７の回転（即ち、電極部４３２の回転）は、黒体部４２６をセンサ４１４によって検知することによって検知される。センサ４１４は、黒体部２６と黒体部以外（円板４１３）とを判別できるものであればよく、例えば、キーエンス製のFU-６Fセンサを用いることができる。このような構成に代えて、電極部４３２に設けられたマークなどを検出することによって電極部４３２の回転を検出する構成が採用されてもよい。
【００４１】
本実施形態によれば、電極部４３２を回転させることによって基板１に形成される膜の面内ばらつきを低減することができる。また、第１部分５１、第２部分５２および連結部分５３を有するターゲット５０およびそれを保持する保持部３１１は、ターゲット５０の交換などのメンテナンスの容易化に寄与する。また、第１マグネット３３１と第１部分５１との間、および、第２マグネット３３２と第２部分５２との間に冷却チャネルを配置しない構成は、第１マグネット３３１と第１部分５１との距離を近づけ、第２マグネット３３２と第２部分５２との距離を近づけるために有利であり、これは、第１マグネット３３１および第２マグネット３３２の小型化に寄与する。
【符号の説明】
【００４２】
５０：ターゲット、３１０：電極、３３１：第１マグネット、３３２：第２マグネット、３４０：シールド、４３４：回転駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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