(57)【要約】【課題】真空チャンバ内でターゲットを回転駆動するための部品から簡単に着脱することができ、ターゲット近傍の部品への着膜を防ぐことができるように構成した回転式カソードユニットを提供する。【解決手段】筒状のバッキングチューブ４１とこれに外挿されるターゲット材４２とを有するターゲットＴｇ１，Ｔｇ２と、ターゲットの軸線方向一端に配置されてターゲットを回転駆動する駆動ブロックＤｂ１，Ｄｂ２とを備える。駆動ブロックが駆動手段２により回転駆動される回転部材１３を有し、回転部材にフランジが設けられてこのフランジ１７にバッキングチューブの一端を組み合わせてクランプＣｐ１によりターゲットが連結される。バッキングチューブの端部にクランプ及び駆動ブロックへのスパッタ粒子の飛散を防ぐ第１の防着手段Ｐｓ１が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のバッキングチューブとこれに外挿されるターゲット材とを有するターゲットと、ターゲットの軸線方向一端に配置されてターゲットを回転駆動する駆動ブロックとを備え、
駆動ブロックが駆動手段により回転駆動される回転部材を有し、回転部材にフランジが設けられてこのフランジにバッキングチューブの一端を組み合わせてクランプによりターゲットが連結され、
ターゲットの軸線方向一側からのびるバッキングチューブの部分にクランプ及び駆動ブロックへのスパッタ粒子の飛散を防ぐ第１の防着手段が設けられることを特徴とするスパッタリング装置用の回転式カソードユニット。
【請求項２】
前記ターゲットの軸線方向他端に配置されてターゲットを回転自在に支持する支持ブロックを更に備え、支持ブロックに設けた被動軸にバッキングチューブの一端を組み合わせてクランプによりターゲットが連結され、
ターゲットの軸線方向他側からのびるバッキングチューブの部分にクランプ及び支持ブロックへのスパッタ粒子の飛散を防ぐ第２の防着手段が設けられ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用の回転式カソードユニット。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のスパッタリング装置用の回転式カソードユニットであって、ターゲットの内部空間に配置されて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表面から漏洩する磁場を発生させる磁石ユニットを更に備えるものにおいて、
前記第１及び第２の両防着手段は、バッキングチューブの部分に外挿されるリング状の基部と、この基部から径方向外方にのびる板状部と、基部から軸線方向にのびてターゲット材の軸線方向端部を覆う筒状部とで構成され、筒状部に、磁場が漏洩するターゲット材の軸線方向端部を局所的に露出するように軸線方向にくぼむ切欠きが形成されることを特徴とするスパッタリング装置用の回転式カソードユニット。
【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用いられる回転式カソードユニットに関し、より詳しくはマグネトロン方式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転式カソードユニットは例えば特許文献１で知られている。このものは、処理すべき基板が存する真空チャンバ内にセットされる円筒状のターゲットと、ターゲットの軸線方向一端に配置されてターゲットを回転駆動する駆動ブロックと、ターゲットの軸線方向他端に配置されてターゲットを回転自在に支持する支持ブロックとを備える。また、ターゲットの内部空間には磁石ユニットが設けられ、基板側に、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表面から漏洩する磁場を発生するようにしている。
【０００３】
ターゲットとしては、基板に成膜しようとする薄膜の組成に応じて、金属や金属化合物（金属酸化物や金属窒化物等）から適宜選択された材質で構成される。ここで、ターゲットをスパッタリングして基板に対して成膜すると、ターゲットが侵食されていく。このため、ターゲットは定期的に交換されるが、ターゲット交換の作業性等を考慮すれば、ターゲットを駆動ブロックや支持ブロックに対して簡単に着脱できる構成が望まれる。そこで、支持ブロック及び駆動ブロックに夫々設けられる、ターゲットを回転駆動するための部品と組み合わせてクランプを用いてターゲットを固定し、簡単な作業でターゲットを駆動ブロックや支持ブロックから着脱できるように構成することが提案される。
【０００４】
ところで、スパッタリング時、ターゲットからのスパッタ粒子は基板に向うだけでなく、その近傍に存する部品（駆動ブロックや支持ブロック）などにも向けて飛散し、付着する。このため、基板に対する良好な成膜を阻害しないように部品への付着（着膜）を防止する構成を採用しておく必要がある。特に、上記提案の如く、クランプを用いてターゲットを支持ブロックや駆動ブロックに取り付ける場合、ターゲットの近傍にクランプが位置することになるため、クランプ表面に付着した薄膜によっては、スパッタリング時に電子が帯電し、異常放電を誘発する問題を招来する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１３２０３９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、真空チャンバ内でターゲットを回転駆動するための部品から簡単に着脱することができ、しかも、ターゲット近傍の部品への着膜を防ぐことができるように構成したスパッタリング装置用の回転式カソードユニット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、本発明のスパッタリング装置用の回転式カソードユニットは、筒状のバッキングチューブとこれに外挿されるターゲット材とを有するターゲットと、ターゲットの軸線方向一端に配置されてターゲットを回転駆動する駆動ブロックとを備え、駆動ブロックが駆動手段により回転駆動される回転部材を有し、回転部材にフランジが設けられてこのフランジにバッキングチューブの一端を組み合わせてクランプによりターゲットが連結され、ターゲットの軸線方向一側からのびるバッキングチューブの部分にクランプ及び駆動ブロックへのスパッタ粒子の飛散を防ぐ第１の防着手段が設けられることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、駆動ブロックの回転部材に設けたフランジとターゲットのバッキングチューブとを組み合せてクランプで両者を固定するため、駆動ブロックとターゲットとを簡単な作業で着脱することができる。そして、ターゲットからのびるバッキングチューブの部分に防着手段を設けて、スパッタリング時にスパッタリングされるターゲット材の近傍に位置させることで、スパッタ粒子のクランプへの飛散を確実に防ぐことができる。なお、ターゲット材とバッキングチューブとは別体で構成することも、同一の材料で一体に構成することもできる。
【０００９】
本発明において、前記ターゲットの軸線方向他端に配置されてターゲットを回転自在に支持する支持ブロックを更に備え、支持ブロックに設けた被動軸にバッキングチューブの一端を組み合わせてクランプによりターゲットが連結され、ターゲットの軸線方向他側からのびるバッキングチューブの部分にクランプ及び支持ブロックへのスパッタ粒子の飛散を防ぐ第２の防着手段が設けられる構成を採用すればよい。
【００１０】
ところで、スパッタリングレートを効果的に高める等のために、ターゲットの内部空間に磁石ユニットを設け、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基板側のターゲット表面に漏洩磁場を発生させてスパッタリングすることがある(マグネトロン方式)。この場合、真空チャンバ内に希ガスなどのスパッタガスを導入し、ターゲットに電力投入すると、レーストラックに沿ってプラズマが発生する。このとき、レーストラックのコーナー部ではプラズマ中の電子密度が局所的に高くなり易い。このことから、通常、コーナー部に夫々対向するターゲットの両端部での磁場強度が局所的に弱められる。他方、回転駆動されるターゲットは、漏洩磁場が作用する回転位置で主としてスパッタリングされて侵食される一方で、その以外のターゲットの回転位置ではスパッタ粒子が再付着する。この場合、電子密度が低くなったターゲットの両端部ではスパッタ粒子の再付着が支配的となり易い。その結果、ターゲットの両端部での侵食が進行し難く、しかも、再付着したスパッタ粒子で異常放電が誘発される虞もある。
【００１１】
本発明においては、前記防着手段は、バッキングチューブの部分に外挿されるリング状の基部と、この基部から径方向外方にのびる板状部と、基部から軸線方向にのびてターゲット材の軸線方向端部を覆う筒状部とで構成され、筒状部に、磁場が漏洩するターゲット材の軸方向端部を局所的に露出するように軸方向にくぼむ切欠きが形成されることが好ましい。これによれば、切欠きを備えることで、ターゲットが一回転する間で、漏洩磁場が作用する位置ではターゲットが侵食される一方で、漏洩磁場が作用しない位置ではスパッタ粒子の付着が防止される。従って、ターゲットの両端部も侵食させることができてターゲットをその軸線方向全長に亘って略均等に侵食でき、しかも、異常放電の誘発を確実に防止することができる。なお、ターゲットの端部を覆う筒状部の長さやターゲットを露出させる面積（切欠きの幅）は、磁石ユニットの構成（漏洩磁場）に応じて適宜設定され、また、板状部の高さは、ターゲット種やターゲットの投入電力等に応じて、クランプや、駆動ブロック及び支持ブロックにスパッタ粒子が飛散しないように適宜設定される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のスパッタリング装置用の回転カソードユニットの構成を説明する斜視図。
【図２】回転カソードユニットの部分断面図。
【図３】図２に示す回転カソードユニットの駆動ブロックを拡大して示す断面図。
【図４】クランプの構成を説明する図。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図。
【図６】防着手段を説明する斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明のマグネトロンスパッタリング装置用の回転式カソードユニットの実施形態を説明する。以下において、図２に示すように、回転式カソードユニットは水平姿勢で図外の真空チャンバに配置されるものとし、これを基準として鉛直方向としての「上」、「下」並びに軸線方向としての「右」、「左」と言った方向を示す用語を用いるものとする。本実施形態では、軸線方向一側が図２中、右側、軸線方向他側が図２中、左側に対応する。
【００１４】
図１及び図２を参照して、ＲＣは、本発明の実施形態の回転式カソードユニットであり、図外の真空チャンバ内で成膜対象物たる基板Ｗに上下方向で対向配置される２本の円筒状のターゲットＴｇ１，Ｔｇ２を備える。各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の右端には架台Ｓｔ上に設置される駆動ブロックＤｂ１，Ｄｂ２が夫々連結されると共に、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の左端には支持ブロックＳｂ１，Ｓｂ２が夫々連結されている。そして、架台Ｓｔの右端に連結された支持プレートＳｐを介して図外の真空チャンバの所定位置に回転式カソードユニットＲＣが着脱自在に取り付けられる。
【００１５】
ここで、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２、駆動ブロックＤｂ１，Ｄｂ２及び支持ブロックＳｂ１，Ｓｂ２が夫々同一の形態であるため、図３も参照して、その一方の駆動ブロックＤｂ１を例に説明すると、駆動ブロックＤｂ１はハウジング１１を備え、ハウジング１１内には左右方向にのびる断面円形の内筒体１２が設けられている。固定配置される内筒体１２の周囲には、この内筒体１２と同心に断面円形の外筒体１３が配置され、外筒体１３が本実施形態の回転部材を構成する。外筒体１３の内周面には、径方向にくぼむ環状の凹部１３ａが設けられ、この凹部１３ａを介して内筒体１２と外筒体１３とを導通するブラシ１４が設けられている。外筒体１３は、複数の軸受１５ａを介してハウジング１１に内挿された支持部材１６で回転自在に支持されている。外筒体１３には、軸受１５ａの左右方向両側に位置させてオイルシール１５ｂが外挿されている。また、駆動ブロックＤｂ１には、外筒体１３を回転駆動してこれに連結されるターゲットＴｇ１を回転駆動する駆動手段２が設けられている。
【００１６】
駆動手段２は、架台Ｓｔに格納されるモータ２１と、モータ２１の駆動軸に設けたプーリ―２２と外筒体１３の外周面との間に巻き掛けられるベルト２３とを備える。外筒体１３の左端には、導電性のフランジ１７と冷却水の流れを規制する規制板１８とが液密に取り付けられている。そして、後述するバッキングチューブの内右端をフランジ１７の外周面にＯリング１７ａを介して嵌挿し（即ち、バッキングチューブの一端とフランジ１７とを組み合わせ）、クランプＣｐ１によりバッキングチューブと、フランジ１７、ひいては、駆動ブロックＤｂ１の回転部材としての外筒体１３とが連結されている。
【００１７】
クランプＣｐ１としては、その着脱が容易なものであれば特に制限はなく、公知のものが利用でき、図４に示すように、例えば、バッキングチューブの内端がフランジ１７の外周面に嵌挿された部分のうち上半分を包み込むようにして囲う半円状の上枠部Ｃ１１と、上記部分のうち下半分を包み込むようにして囲う半円状の下枠部Ｃ１２と、上枠部Ｃ１１と下枠部Ｃ１２とに夫々設けたフランジＣ１３，Ｃ１４を互いに接合した状態で両者を締結するボルトＣ１５とを備える。そして、モータ２１を駆動して外筒体１３を回転駆動すると、この外筒体１３及びクランプＣｐ１と一体にターゲットＴｇ１が所定の回転数で回転駆動される。また、内筒体１２は、ブラシ１４を介して外筒体１３と導通し、この外筒体１３が、フランジ１７及びクランプＣｐ１を介してバッキングチューブ４１、ひいてはターゲット材４２に導通している（つまり、内筒体１２とターゲット材４２とが同電位となる）。
【００１８】
ハウジング１１には、内部に元往路１９ａと元復路１９ｂとが夫々設けられた導電性の元管１９が設けられ、一端がハウジング１１を貫通して内筒体１２までのびて元往路１９ａが内筒体１２の内部空間１２ａに連通し、元復路１９ｂが内筒体１２と外筒体１３との間の空間１３ｂに連通している。元管１９の他端は、公知の構造を有するチラーユニットＣｈに接続されている。また、元管１９には、図外のスパッタ電源からの出力ケーブルＰｋが接続されている。これにより、モータ２１により外筒体１３を回転駆動してターゲットＴｇ１を回転駆動しながら、スパッタ電源からの出力ケーブルＰｋを介してターゲットＴｇ１に例えば負の電位を持った所定電力を投入することができる。
【００１９】
支持ブロックＳｂ１には、軸受３１で回転自在に支持される被動軸３２が設けられ、ターゲットＴｇ１の一端を回転自在に支持するようになっている。この場合、被動軸３２の右端にはフランジ３２ａが設けられ、上記同様、バッキングチューブ４１の内左端をフランジ３２ａの外周面にＯリング（図示せず）を介して嵌挿し、クランプＣｐ２によりバッキングチューブ４１が支持ブロックＳｂ１に連結されている。これにより、各ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２が駆動ブロックＤｂ１，Ｄｂ２及び支持ブロックＳｂ１，Ｓｂ２から簡単な作業で着脱できる。クランプＣｐ２としては、駆動ブロックＤｂ１側のクランプＣｐ１と同一のものが用いられる。
【００２０】
ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２は、円筒状のバッキングチューブ４１と、バッキングチューブ４１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４２とで構成されている。この場合、ターゲット材４２の両端から夫々バッキングチューブ４１が突出するようにバッキングチューブ４１とターゲット材４２との左右方向（軸線方向）長さが定寸されている。ターゲット材４２としては、基板Ｗに成膜しようする膜の組成に応じて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、ターゲット種によっては、バッキングチューブ４１とターゲット材４２とは一体に形成することができる。
【００２１】
バッキングチューブ４１内には管体４３が挿設され、その右端が内筒体１２の左端に連結されている。この場合、管体４３の内部空間が冷媒を循環するときの往路４４を構成し、往路４４の右端が内筒体１２の内部空間１２ａに連通している。他方、管体４３とバッキングチューブ４１との間の空間が冷媒を循環するときの復路４５を構成し、この復路４５が内筒体１２と外筒体１３との間の空間１３ｂに連通している。これにより、チラーユニットＣｈから元管１９の元往路１９ａと内筒体１２の内部空間１２ａとを経て往路４４に達し、支持ブロックＳｂ１，Ｓｂ２側の端部で復路４５に戻ってこの復路４５から空間１３ｂに達し、元管１９の復路１９ｂからチラーユニットＣｈへと戻る冷媒循環通路が形成され、スパッタリング中、ターゲット材４２を冷媒との熱交換で冷却することができる。
【００２２】
また、バッキングチューブ４１内には、管体４３で支持させて、ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２と基板Ｗ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は、ターゲットの略全長に亘る長さのヨーク５１を備える。本実施形態では、ヨーク５１が略均等に４分割され、ヨーク５１の各部分が管体４３を貫装した支柱５２で夫々支持されている。ヨーク５１の各部分は、基板Ｗに平行な頂面５１ａと、頂面５１ａから夫々下方に向かって傾斜する傾斜面５１ｂとを形成した磁性材料製の板状部材で構成される。ヨーク５１の頂面５１ａには中央磁石５３が配置されると共に、両傾斜面５１ｂには周辺磁石５４が夫々配置されている。なお、特に図示して説明しないが、ヨーク５１の頂面５１ａの母線方向両端には、中央磁石５３の端部を囲うようにして周辺磁石５４相互の間を橋し渡すようにコーナー磁石（図示せず）が配置されている。この場合、中央磁石５３、周辺磁石５４及びコーナー磁石としては、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。
【００２３】
ところで、上記回転式カソードユニットＲＣを真空チャンバ内に設置し、真空チャンバ内に希ガスなどのスパッタガスを導入し、ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２に電力投入すると、レーストラック状の磁場に沿ってプラズマが発生し、ターゲット材４２がその軸方向略全長に亘ってスパッタリングされて侵食される。このとき、ターゲット材４２からのスパッタ粒子は基板Ｗに向けて飛散するだけでなく、その近傍の存するクランプＣｐ１，Ｃｐ２、駆動ブロックＤｂ１，Ｄｂ２や支持ブロックＳｂ１，Ｓｂ２などに飛散して付着する。このため、基板Ｗに対する良好な成膜を阻害しないようにこれらの部品へのスパッタ粒子の飛散を防ぐ構成を採用しておく必要がある。特に、導電性のクランプＣｐ１，Ｃｐ２がターゲットＴｇ１，Ｔｇ２の近傍に位置することになるため、クランプＣｐ１，Ｃｐ２表面に付着した薄膜によって電子の帯電に起因する異常放電の誘発を防止できるように構成する必要がある。
【００２４】
本実施形態では、ターゲット材４２から左右方向外方に夫々のびるバッキングチューブ４１の部分に、所定の間隔を存してクランプＣｐ１，Ｃｐ２へのスパッタ粒子の飛散を夫々防ぐ第１及び第２の両防着手段Ｐｓ１，Ｐｓ２を夫々設けた。防着手段Ｐｓ１，Ｐｓ２は同一の形態を備えるため、図６も参照して、駆動ブロックＤｂ１側の第１の防着手段Ｐｓ１について説明すると、防着手段Ｐｓ１は、バッキングチューブ４１の外径より大きい内径を持ち、ターゲット材４２から右方向（あるいは左方向）にのびるバッキングチューブ４１の部分に外挿されるリング状の基部７１と、この基部７１から径方向外方にのびる板状部７２と、基部７１から左右方向にのびてターゲット材４２の右端部を覆う筒状部７３とで構成されている（図３参照）。筒状部７３には、磁場が漏洩するターゲット材４２の右端部を局所的に露出するように左右方向にくぼむ切欠き７４が形成されている。
【００２５】
ターゲット材４２の右端部を覆う筒状部７３の長さやターゲット材４２を露出させる面積（切欠き７４の円弧方向の長さ）は、磁石ユニットＭｕからの漏洩磁場に応じて適宜設定され、また、板状部７２の径方向の長さは、ターゲット種やターゲットＴｇ１，Ｔｇ２への投入電力等に応じて、クランプＣｐ１，Ｃｐ２や、駆動ブロックＤｂ１，Ｄｂ２及び支持ブロックＳｂ１，Ｓｂ２にスパッタ粒子が飛散しないように適宜設定される。また、防着手段Ｐｓ１は、バッキングチューブ４１に対する着脱を考慮して、上下に二分割され、２本のターゲットＴｇ１，Ｔｇ２を径方向外方に位置するように架台Ｓｔに立設した二本の支柱７５にねじ等の締結手段を介して取り付けられている。
【００２６】
以上の実施形態によれば、ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２を回転駆動する部品としての外筒体１３及び被動軸３２に夫々設けたフランジ１７,３２ａとバッキングチューブ４１とを組み合せてクランプＣｐ１，Ｃｐ２で両者を固定するため、ターゲットＴｇ１，Ｔｇ２を駆動ブロックＤｂ１，Ｄｂ２及び支持ブロックＳｂ１，Ｓｂ２から簡単な作業で着脱することができる。そして、防着手段Ｐｓ１，Ｐｓ２をターゲット材４２の近傍に位置させることで、ターゲット材４２のスパッタリングにより生じるスパッタ粒子のクランプＣｐ１，Ｃｐ２への飛散を確実に防ぐことができる。しかも、筒状部７３に切欠き７４を備えることで、ターゲット材４２が一回転する間で、漏洩磁場が作用する位置ではターゲット材４２が侵食される一方で、漏洩磁場が作用しない位置ではスパッタ粒子の付着が防止される。従って、ターゲット材４２の両端部も侵食させることができてターゲット材４２をその母線方向全長に亘って略均等に侵食でき、しかも、異常放電の誘発を確実に防止することができる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、支持ブロックＳｂ１，Ｓｂ２を備えるものを例に説明したが、省略することができ、また、防着手段Ｐｓ１，Ｐｓ２を二分割し、２本のターゲットＴｇ１，Ｔｇ２を径方向外方に位置するように架台Ｓｔに立設した二本の支柱７５を介して配置す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、ターゲットの回転を阻害しないように配置できるものであれば、その取付方法は問わない。
【符号の説明】
【００２８】
ＲＣ…回転式カソードユニット、Ｃｐ１，Ｃｐ２…クランプ、Ｄｂ１，Ｄｂ２…駆動ブロック、Ｐｓ１，Ｐｓ２…防着手段、Ｔｇ１，Ｔｇ２…ターゲット、Ｓｂ１，Ｓｂ２…支持ブロック、１２…内筒体、１３…外筒体、１７，３２ａ…フランジ、２…駆動手段、４１…バッキングチューブ（ターゲットの構成要素）、４２…ターゲット材（ターゲットの構成要素）、７１…基部（防着手段）、７２…板状部、７３…筒状部、７４…切欠き、Ｍｕ…磁石ユニット。
【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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