JP4881335B2

JP4881335B2 - スパッタ装置

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Publication number: JP4881335B2
Application number: JP2008044576A
Authority: JP
Inventors: 泰敬宮本; 賢司町田
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP2009203495A

Description

本発明は、マグネトロンスパッタ技法に関し、特にカルーセル式マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置に関する。

近年のハードディスクで用いられているヘッドやメディアは、超高記録密度化の要請により、格段に複雑且つ多層・多種多様な材料を用いて作られるようになってきている。従って、これらのデバイス（例えば、ヘッド、メディア又は基板など）に薄膜を堆積させるスパッタ装置には、同一超高真空中で、１０元近い多種の材料をスパッタ堆積できるような仕組みが必要である。

通常、これらのデバイスのスパッタリングには、マグネトロンスパッタ法が用いられており、実際に多元のマグネトロンスパッタカソード源をチャンバ下部に搭載した超高真空スパッタ装置は既知である。例えば、前述したようなヘッドやメディアなどのデバイスを成膜するために、マグネトロンカソードを用いたスパッタ装置が用いられる。該スパッタ装置は、真空排気ポンプによって、例えばデバイスの表面に被覆された有機物から放出されるガス成分の影響を排除しながら、チャンバ内を真空状態にして、プロセスガス導入系によって各カソードが有する板状材料（以下、ターゲットと称する）全面にわたって均一にプロセスガスを供給し、カソードに取り付けられたターゲットに電源供給してプラズマを生じさせ、プロセスガスから形成される組成分子を弾き飛ばし（スパッタ）、弾き飛ばされたもの（以下、スパッタ粒子と称する）をデバイスに貼り付けることで成膜する。また、イオン化された残留ガスをデバイスにぶつけることで表面を削る（エッチング）こともできる。

また、マグネトロンスパッタ技法によるスパッタ装置は、デバイス（例えば、基板）側をカルーセル構造にしたものがほとんどであるが、ターゲット側（即ち、カソード側）をカルーセル構造にした技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２６５２６４号公報

現在の技術において、スパッタ装置におけるマグネトロンカソードの動作中において、ターゲットからスパッタされた粒子は、非常に広範囲に高エネルギーで飛散することがある。チャンバ内部のカソード配置によっては、これらのスパッタ粒子が周囲に搭載されているカソード上のターゲットへ堆積してしまい、ターゲットの汚染源となる問題がある。即ち、近年のプロセス要求では、この僅かな汚染でさえ、デバイス（例えば、基板）の不純物となり、格子欠陥や電子散乱中心となって、スパッタ装置の性能低下や歩留まり低下を引き起こしてしまう。これは、デバイス側をカルーセル構造にしたスパッタ装置において、特に観察される問題である。

また、特許文献１に開示されるターゲット側（即ち、カソード側）をカルーセル構造にしたスパッタ装置においても、或るカソードのターゲットから放出されたスパッタ粒子が他のカソード上のターゲットに堆積してしまう問題を完全に解決するには改善の余地がある。即ち、或るカソードのターゲットから放出されたスパッタ粒子の堆積を防止するため、防着板の役割を果たすように、正方形又は正六角形状のカソード回転体の各側面に各カソードを配置する構造にしているが、事実上チャンバ内をスパッタ粒子が飛散するので、防着板を有するスパッタ装置と比較して、スパッタ粒子の回り込み防止性能は向上しない。また、特許文献１に技術において、正方形又は正六角形状のカソード回転体に防着板を搭載するか、又はチャンバ側に防着板を搭載するように構成したとしても、カソード回転体の回転に悪影響を及ぼさない何らかの工夫（例えば、防着板の出し入れ機構など）が必要である。

より具体的に、従来の典型的な多元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置について説明する。図６は、典型的な３元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置の概略図である。図６に示すスパッタ装置は、チャンバ１１０に固定されるマグネトロンカソード（以下、単にカソードとも称する）１１３ａ，１１３ｂ及び１１３ｃを備え、各カソード１１３ａ，１１３ｂ及び１１３ｃに載置される板状材料のターゲットから放出されるスパッタ粒子によって、チャンバ１１０内の所定の位置に配置された基板１１１に膜を堆積させる。また、各カソード１１３ａ，１１３ｂ及び１１３ｃは、それぞれ電気配線１１５ａ，１１５ｂ及び１１５ｃを介して電源（直流電源又は高周波電源（ＲＦ電源））１１６ａ，１１６ｂ及び１１６ｃが接続される。各カソード１１３ａ，１１３ｂ及び１１３ｃにおける、それぞれのスパッタ粒子の放出によって成膜するために、それぞれの電源１１６ａ，１１６ｂ及び１１６ｃの切り替えとシャッタ１１２の開閉とを同期させて制御する。

尚、プロセスガス導入系１１４から放出されるプロセスガスから形成される組成分子を突き飛ばすスパッタ粒子を放出する際には、チャンバ１１０は、真空排気ポンプ（図示せず）によって超高真空状態が維持される。また、電源（直流電源又は高周波電源）１１６ａ，１１６ｂ及び１１６ｃは、単一の電源（直流電源又は高周波電源）からスイッチ切り替えで構成されることもある。更に、基板１１１の位置は、回転又は傾斜させるための回転兼傾斜機構、冷却又は加熱するための水冷兼加熱機構、又は堆積効果を高めるために基板１１１にバイアス電圧を印加するバイアス印加機構などを設ける場合もある。

図６に示す従来の典型的なスパッタ装置は、各カソード１１３ａ，１１３ｂ及び１１３ｃから上方の基板１１１へとスパッタ粒子を放射させて堆積させるように動作するものであるが、必ずしもスパッタ粒子は直進せず、空間的にかなり広い範囲へ飛び出すことが知られている（例えば、G. K. Wehner et al., “Angular Distribution of Sputtered Material”, J. Appl. Phys, January 1960, Vol. 31, Issue 1, pp. 177-179参照）。例えば、図６において、マグネトロンカソード１１３ｂがスパッタ粒子１１７ｂ_１の放出の動作中であるとすれば、周囲に飛び出すスパッタ粒子（例えばスパッタ粒子１１７ｂ_２）が、カソード１１３ｂの周囲に配置されたカソード（例えば、カソード１１３ｃ）に付着し、そのターゲットを汚染させてしまうことがある。このように汚染された状態で、基板１１１への次の層堆積のためにカソード１１３ａ又はカソード１１３ｃを動作させると、汚染された材料が基板１１１に堆積することになる。

特に、近年のナノテクノロジを利用した量子デバイスの作製においては、この汚染が無視できなくなっており、デバイス（例えば、基板）の作製時の歩留まりや性能の低下に極めて影響を与えている。そこで、図７に示すように、例えばＳＮＳの３極のプラズマ閉じ込め用磁石１２１ａ，１２１ｂ及び１２１ｃにおける、それぞれのターゲット１２０ａ，１２０ｂ及び１２０ｃのうち、例えばターゲット１２０ｂ上にプラズマ１２２を形成してスパッタ粒子を放出させた場合に、カソード１１６ａ，１１６ｂ及び１１６ｃの各々の間に、スパッタ粒子の回り込みを防止する防着板１２３，１２４を設けることがある。しかしながら、スパッタ装置の長時間使用後に、防着板１２３，１２４に付着していたフレーク状の堆積粒子１２５が剥がれ落ち（図示１２５ａ）、このフレーク状の堆積粒子１２５が汚染源となってしまう問題もある。

そこで、本発明の目的は、ターゲット汚染を低減する、カルーセル式マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置を提供することにある。

本発明においては、前述したスパッタ粒子の回り込み現象を低減させるために、カルーセル（回転木馬）型に複数のマグネトロンカソードを配置するという新しい構造（カルーセル式マグネトロンカソードと称する）を提供する。即ち、一つの回転機構且つ電流導入機構に複数のマグネトロンカソードをちょうど回転木馬のように設置する。更に、本発明のスパッタ装置には、このカルーセル式マグネトロンカソードと基板との間に防着板を設ける。防着板には、カソードに相当する大きさの“窓”が予め設けてあり、この窓から覗いているカソードのみが電源（直流電源又は高周波電源）につながり、スパッタを行うことができるようにする。別のカソードを使用するときには、カルーセル式マグネトロンカソード全体を回転して、スパッタ粒子の放出が所望されるカソードを“窓”位置に来るように制御する。

カルーセル式マグネトロンカソードには、多数のカソードを設置することができる。回転機構及びカソード保持機構に十分な機械的強度を持たすことができれば、数１０からなる多元のカソードを実現することができ、今後の要求にも十分に応えることができる。

カソードへは、外部より電源及び冷却水の供給が必要になる。そこで、冷却水の供給については、通常使用されている冷却水導入系か、又は真空中で使用可能なフレキシブルチューブを使用することができる。また、防着板の“窓”以外の位置にあるカソードへは電源が供給されないように、本発明の一態様では、回転機構及び電流導入機構には、モータによく用いられる“整流子”及び“ブラシ”を用いた構造を有する。

即ち、本発明によるスパッタ装置は、所定の真空状態に保たれたチャンバ内にて、固定位置に設けられたデバイスの成膜面に、当該デバイスの下方から所定の薄膜を成膜するカルーセル式マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置であって、当該デバイスを多層に成膜するために、スパッタ粒子を放出可能なターゲットを各々が有する複数のカソード、前記複数のカソードを、所定の半径を有する円の円周上にそれぞれ配置するとともに、前記複数のカソードの各々を保持するカソード保持機構、及び前記カソード保持機構によって保持された複数のカソードを、順にスパッタ粒子を放出するのに適した、当該円の中心を回転軸として回転する回転機構を備え、前記回転機構及び前記カソード保持機構の各々は、前記複数のカソードの発熱を低減させるのに用いる冷却水の流路として機能する経路を有するカルーセル式マグネトロンカソードと、前記回転機構の回転軸を維持するために、前記チャンバに固定される回転機構保持構体と、前記カルーセル式マグネトロンカソードと前記デバイスとの間に、スパッタ粒子を放出するターゲットのサイズと適合した１つの窓が空けられている防着板と、当該カルーセル式マグネトロンカソードの回転時に、前記窓の位置と適合したカソードのターゲットがスパッタ粒子を放出するように、該カソードに電源供給する電流導入機構と、前記防着板を、前記カルーセル式マグネトロンカソードと所定の距離で近接して、該所定の距離を維持するように前記回転機構の回転に応じて機械的に上下動する隙間保持手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明によるスパッタ装置において、前記電流導入機構は、前記複数のカソードのターゲットのうち、スパッタ粒子を放出するためのターゲットに対して電源供給するための整流子を有し、前記複数のカソードの各々は、スパッタ粒子を放出するときのみ前記整流子と電気的に接続されるブラシを有することを特徴とする。

本発明のスパッタ装置によれば、発熱を低減させながら、カルーセル式マグネトロンカソードの回転に好適な構造を有し、スパッタ粒子の回り込み現象を好適に低減させることができる。

まず、本発明による実施例１の多元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置を説明する。

（実施例１）
図１に、本発明による一実施例の３元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置の概略図を示す。本実施例のスパッタ装置は、所定の真空状態に保たれたチャンバ１０内にて、固定位置に設けられたデバイスホルダ（図示せず）に保持したデバイス（以下、代表的に基板１１）の成膜面に、所定の薄膜を成膜する装置である。真空排気ポンプ（図示せず）によって、基板１１の表面に被覆された有機物から放出されるガス成分の影響を排除しながら、チャンバ１０内を真空状態にした状態で、プロセスガス導入系１４によって各カソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃのうちのいずれか１つのカソードのターゲットに防着板１８の窓１８ａを経てプロセスガスを供給し、該カソードのターゲットに電源供給してプラズマを生じさせ、プロセスガスから形成される組成分子を弾き飛ばすスパッタ粒子を防着板１８の窓１８ａを経て放出し（例えばスパッタ粒子１７ｂ）、このスパッタ粒子によって基板１１の表面に成膜する。また、イオン化された残留ガスを基板１１にぶつけることで表面をエッチングすることもできる。尚、各カソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃにおける、それぞれのスパッタ粒子の放出のために、電源１６の電源供給による駆動制御で回動する回転機構６０とシャッタ１２の開閉とを同期して制御するだけでなく、スパッタ粒子の放出に係るカソードのみが電源１６の電源供給されるように制御する（詳細は、後述する）。

本実施例のカルーセル式マグネトロンカソードは、基板１１を多層に成膜するために、スパッタ粒子を放出可能なターゲットを各々が有する複数のカソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃと、カソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃを、所定の半径を有する円の円周上にそれぞれ配置するとともに、カソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃの各々を保持するカソード保持機構２０と、カソード保持機構２０によって保持されたカソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃを、順にスパッタ粒子を放出するのに適した、当該円の中心を回転軸として回転する回転機構２１とを備える。従って、本実施例のスパッタ装置は、回転機構２１の回転軸を維持するために、チャンバ１０に固定される回転機構保持構体２３が設けられる。

以下、本実施例のスパッタ装置をより具体的に説明する。本実施例のスパッタ装置は、マグネトロンカソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃのうち、順に選択された１つのカソードによって、チャンバ１０内の所定の位置に配置された基板１１に下方から膜を堆積させる。また、各カソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃは、カルーセル（回転木馬）状に配置されており、１つの構造体として組み合わされている（カルーセル式マグネトロンカソード）。尚、本実施例に係るカソード自体の構成は、前述の図２で説明したものと同様である。

更に、カルーセル式マグネトロンカソードを回転させる回転機構２１は、電気配線１５を介して電源（直流電源又は高周波電源）１６から各カソードに電源供給するための電源供給用の経路（図示しないが、後述する図５で明らかになる）を有する。また、回転機構２１及びカソード保持機構２０の各々は、カソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃの発熱を低減させるのに用いる冷却水循環機構として、排水部１９ａ及び入水部１９ｂと連結した冷却水の流路として機能する冷却水用の経路（図示せず）を有する。冷却水循環機構には、通常使用されている冷却水導入系か、又は真空中で使用可能なフレキシブルチューブを使用することができる。

また、プロセスガス導入系１４から放出されるプロセスガス（例えば、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｏ２，Ｎ２，ＮＨ３など）をスパッタ粒子によって放射させる際に、チャンバ１０は、真空排気ポンプ（図示せず）によって超高真空状態が維持される。また、電源（直流電源又は高周波電源）１６は、単一の電源（直流電源又は高周波電源）からスイッチ切り替えで構成することもできる。更に、基板１１の位置は、回転又は傾斜させるための回転兼傾斜機構、冷却又は加熱するための水冷兼加熱機構、又は堆積効果を高めるために基板１１にバイアス電圧を印加するバイアス印加機構などを設けることもできる。

また、本実施例のスパッタ装置は、基板１１とカソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃを有するカルーセル式マグネトロンカソードとの間に、防着板１８が設けられ、防着板１８の一部分には、１つのカソードサイズ（例えば、カソード１３ｂのターゲットの面積）に合わせた“窓”１８ａが開けられている。即ち、防着板１８の一部分に設けられた“窓”１８ａと、その下方に位置するカルーセル式マグネトロンカソードにおけるいずれかのカソード（即ち、カソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃのいずれか）の位置が適合した場合にのみ、該カソードからのスパッタ粒子によって膜を基板１１に堆積させる。続いて、本実施例のスパッタ装置は、回転機構２１の回転により、順次カソード切り替えを行い、基板１１への層形成の堆積を実現する。

ここで、防着板１８とカルーセル式マグネトロンカソード（即ち、カソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃ）との間は、他のカソードへのスパッタ粒子の回り込みを防止するために、できるだけ近接させることが好適である。そこで、本実施例のスパッタ装置は、防着板１８を、カソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃを有するカルーセル式マグネトロンカソードと所定の距離で近接して配置するとともに、該所定の距離を維持するように回転機構２１の回転に応じて機械的に上下動する隙間保持手段（図示せず）を備える。より具体的には、カルーセル式マグネトロンカソードの回動時においても、防着板１８とカソード１３ａ，１３ｂ及び１３ｃを有するカルーセル式マグネトロンカソードとの間の隙間を安定させるために、隙間保持手段によって防着板１８を機械的に上下させて接触を防止する。尚、このような隙間保持手段は、実施例２において幾つかの例を説明するが、種々の構造で実現することができ、例えば回転機構２１の回転に同期して、防着板１８を機械的に上下させる自動オフセット機構を設ければよい。

これにより、例えばカソード１３ｂを動作させて、薄膜を基板１１に堆積させる際に、近接した位置に設けた防着板１８の窓１８ａからスパッタ粒子を放出させることになるため、他のカソード（例えば、カソード１３ａ及びカソード１３ｃ）への汚染を防止することができる。

尚、図１では、カソード（例えばカソード１３ａ及びカソード１３ｃ）を傾けて配置させているが、全てのカソードを基板に対して垂直方向になるように配置させてもよい。或いは又、各カソードが他のカソードのターゲットを汚染しないように、防着板１８をカソードの角度に合わせて、基板１１に対して数１０度の角度で傾けて配置させてもよい。

スパッタ装置の装置規模を考慮して、防着板１８より下方に別の真空排気ポンプを設けてもよい。また、基板１１の位置は、防着板１８の窓１８ａの鉛直軸上における正対した位置に配置することができるが、防着板１８の窓１８ａの鉛直軸外（オフアクシス）に配置してもよい。

このように、本実施例のスパッタ装置によれば、発熱を低減させながら、より多数のカソードをも構成することができるカルーセル式マグネトロンカソードを安定した動作で実現することができるとともに、スパッタ粒子の回り込み現象を好適に低減させることができる。

次に、本発明による実施例２の多元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置を説明する。

（実施例２）
本実施例の４元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置は、実施例１のスパッタ装置の３元マグネトロンカソードを置き換えて構成するものであり、本実施例の４元マグネトロンカソードは実施例１のスパッタ装置に適用することができるものである。従って、同様な構成要素には同一の参照番号を付しており、本実施例に係る４元マグネトロンカソードについてのみ説明する。

図２（ａ）に、本発明による一実施例の４元カルーセル式マグネトロンカソードの上面図を示す。また、図２（ｂ）に、本発明による一実施例の防着板の上部から見た４元カルーセル式マグネトロンカソードの上面図を示す。即ち、本実施例のカルーセル式マグネトロンカソードは、基板１１を多層に成膜するために、スパッタ粒子を放出可能なターゲットを各々が有する複数のカソード１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄと、カソード１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄを、所定の半径を有する円の円周上にそれぞれ配置するとともに、カソード１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄの各々を保持するカソード保持機構２０と、カソード保持機構２０によって保持されたカソード１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄを、順にスパッタ粒子を放出するのに適した、当該円の中心を回転軸として回転する回転機構２１とを備える。本実施例から理解されるように、本発明による多元カルーセル式マグネトロンカソード方式であれば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すような４元にすることができるだけでなく、カソード保持機構２０の長さを長くして、機械的強度を十分に保つように構成すれば、更に大多数のカソード（例えば、３６個）を装備して構成することができる。

防着板１８のある一部分に開けられた窓１８ａは、各カソード１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄのターゲットのサイズと同一とするか、又は各カソードのターゲットのサイズよりわずかに大きくする。例えば、４元カルーセル式マグネトロンカソードを回転機構２１の中心軸を中心に回転させ、窓１８ａとカソード１３ｄのターゲットの位置が合致した際に、当該カソードのみが電流導入機構（図５にて詳述する）を通じてスパッタ粒子を放出するように電源供給し、スパッタできるように構成する。例えば、カソード１３ｄによりスパッタを行う場合には、防着板１８の窓１８ａの位置に、カソード１３ｄが露出する位置までカルーセル式マグネトロンカソードを回転させればよい。

実施例１と同様に、４元カルーセル式マグネトロンカソードを回転させる際に、各カソード１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び１３ｄと防着板１８とを近接させながら接触を防ぐために、防着板１８を上下動させる隙間保持手段を設けることができる。また、冷却水を用いて全てのカソードを十分に冷やすことができるように、カソード保持機構２０及び回転機構２１には、冷却水循環機構として、冷却水を循環させるための経路を設けることができる。

ここで、図３を参照して、防着板１８を上下動させる隙間保持手段について説明する。図３に、隙間保持手段を設けた一実施例の多元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置の概略図を示す。実施例１における３元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置（図１参照）と比較して、図３に示すスパッタ装置は、マグネトロンカソード１３ａ，１３ｂ，１３ｃを基板１１に対して垂直方向に配置させている点と、隙間保持手段として、回転機構２１の回転に同期して、防着板１８を機械的に上下させる直線導入機４０及び直線導入機４１を設けている点と、防着板１８の上下動によって、防着板１８とマグネトロンカソード１３ａ，１３ｂ，１３ｃとの接触を保護する保護板４２を設けている点で相違する。尚、図３に示すスパッタ装置において、マグネトロンカソード１３ａ，１３ｂ，１３ｃを実施例１のように傾けて配置してもよい。また、３元又は４元のマグネトロンカソードに限定する必要はない。

図３に示すスパッタ装置において、防着板１８とロッド４１は固着させており、防着板１８の上下動は、直線導入機４０によるロッド４１の上下動で制御することができる。また、直線導入機４０によるロッド４１の上下動は、スパッタ粒子の放出が所望されるマグネトロンカソードの回転位置が窓１８ａの位置に合致して停止しているときに最も近接するように、回転機構２１の回転に同期させて制御する。このように動作する直線導入機４０は、例えば圧縮空気や電気制御などで実現することができる。

例えば、図４（ａ）を参照するに、ターゲット１２０ｂ及びプラズマ閉じ込め用磁石１２１ｂを備えるマグネトロンカソード１３ｂが回転している場合は、防着板１８をターゲット１２０ｂの表面から遠ざけ、マグネトロンカソード１３ｂの回転位置が防着板１８の窓１８ａの位置に合致して停止している場合（即ち、スパッタ時などのカソードの非回転時）は、防着板１８をターゲット１２０ｂの表面に可能な限り近接させるように、ロッド４１の上下動を制御する。このようにして、他のカソードへの汚染を確実に防止するように隙間保持手段を設ける。一方、他のカソードへの汚染を確実に防止するには、本来、図４（ｂ）に示すように、スパッタ時などのカソードの非回転時にはスパッタ粒子の放出に用いるターゲット１２０ｂの表面より下方に防着板１８が位置するように、ロッド４１の上下動を制御することが好ましい。しかしながら、この場合、スパッタ粒子の放出に用いない他のカソードに防着板１８が接触しないような構造にする必要がある。尚、ターゲット及びプラズマ閉じ込め用磁石を有するマグネトロンカソードとして説明しているが、様々な形態のマグネトロンカソードに適用することができることは云うまでもない。

そこで、例えば、他のカソードへの汚染を確実に防止しながら、防着板と他のカソードと接触をも完全に防止する防着板の構造例として、図４（ｃ）に示すように、カソードとの接触を防止する立体的な逃げ形状の逃げ構造４３ｂを有する防着板４３とすることができる。或いは又、図４（ｄ）に示すように、カソードとの接触を防止する、ひさし構造４４ｂを有する防着板４４とすることができる。これにより、カソード回転時には、カソードと防着板とが干渉することなく回転させることができ、スパッタ時には、防着板としての機能をより向上させることができる。特に、ひさし構造４４ｂを有する防着板４４であれば、逃げ構造４３ｂを有する防着板４３と比較して、製造も容易であり利便性も高い。

このように、本実施例のスパッタ装置によれば、発熱を低減させながら、カルーセル式マグネトロンカソードの回転に好適な構造を有し、スパッタ粒子の回り込み現象を好適に低減させることができる。

次に、本発明による実施例３の多元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置を説明する。

（実施例３）
本実施例の多元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置に用いる回転機構及び電流導入機構は、実施例１又は実施例２のスパッタ装置に適用することができるものである。従って、同様な構成要素には同一の参照番号を付しており、本実施例に係る回転機構及び電流導入機構についてのみ説明する。従って、前述した各カソード１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのうち、代表的なカソード２９として説明する。

図５に、本発明による一実施例の回転機構及び電流導入機構を示す。図５に示す回転機構２１及び電流導入機構（絶縁被覆１５a，１５ｂを有する電気配線２２a，２２ｂ、及び整流子２４，２６を含む）に用いられる整流子２４，２６は、各カソード２９への電源１６からの電源供給に直流電源を用いる場合の構成例である。整流子２４は、回転機構２１の回転軸を維持するためのチャンバ１０に固定される絶縁性の回転機構保持構体２３（回転機構保持構体部分２５を含む）の所定位置を全周にわたって覆うように設けられ、回転機構２１によって回転する各カソード２９のブラシ２７ｂと常に接触するように構成する。また、整流子２６は、回転機構２１の回転軸を維持するためのチャンバ１０に固定される絶縁性の回転機構保持構体２３における回転機構保持構体部分２５の所定位置に設けられ、回転機構２１によって回転する特定のカソード２９（スパッタリング動作を行うカソード）のブラシ２７ａと接触可能に構成する。

ここで、カソード２９への電源供給用の電源１６として直流電源を用いる場合には、スパッタ装置の安全上、整流子２４をグランドにし、整流子２６をマグネトロンカソードを動作させるのに必要な正電位、もしくは負電位にすることが好ましい。尚、カソード２９への電源供給用の電源１６としてＲＦ電源を用いる場合には、整流子２６の面積を整流子２４の面積と同程度に小さくし、回転機構２１によって回転する特定のカソード２９（スパッタリング動作を行うカソード）のブラシ２７ａ，２７ｂと同時に接触するように構成する。

また、各カソード２９のブラシ２７ａ，２７ｂは、カソードへの電源供給のために各整流子２４，２６との接触を保つべく接触保持機構（図示せず）を設けるようにする。例えば、接触保持機構は、各カソード側の各ブラシ２７ａ，２７ｂをそれぞれ電流導入機構の整流子２４，２６に押し付けるリング状バネを設ける。より具体的には、接触保持機構は、各カソードのブラシ２７ａ，２７ｂと該カソード自身との間の配線２８ａ，２８ｂをそれぞれのリング状バネの内側に通すようにして、各カソード２９の各ブラシ２７ａ，２７ｂをそれぞれ電流導入機構の整流子２４，２６に押し付けるように構成する。

また、整流子２４，２６の面積は、防着板１８の窓１８ａとスパッタ粒子を放出する特定のカソード２９のターゲット位置とが合致する場合に、当該特定のカソード２９のみに電源源供給するのに必要な面積にする。これにより、防着板１８の窓１８ａと合致するターゲット位置のカソード以外には、電源供給がなされず、回転するカソード２９が防着板１８の窓１８ａを経てスパッタ粒子を放出するタイミングを維持することができる。

このように、本実施例のスパッタ装置によれば、発熱を低減させながら、安定したカルーセル式マグネトロンカソードの回転を実現することができるとともに、スパッタ粒子の回り込み現象を好適に低減させることができる。

上述の実施例については特定の多元カルーセル式マグネトロンカソード方式を代表的な例として説明したが、本発明は、上述の実施例によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲によってのみ制限される。

本発明による多元カルーセル式マグネトロンカソードは、高品質のスパッタリングを提供することができるため、特にマグネトロン方式のスパッタ装置に有用である。

本発明による一実施例の３元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置の概略図である。本発明による一実施例の４元カルーセル式マグネトロンカソードの概略的な上面図である。本発明による一実施例の多元カルーセル式マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置の概略図である。本発明の実施例における隙間保持手段として機能する、幾つかの防着板の構造例を示す図である。本発明による一実施例の回転機構及び電流導入機構を示す概略図である。典型的な３元マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置の概略図である。典型的な３元マグネトロンカソードを示す概略図である。

符号の説明

１０チャンバ
１１デバイス（基板）
１２シャッタ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄマグネトロンカソード
１４プロセスガス導入系
１５電気配線
１６電源（直流電源又は高周波電源）
１７ｂスパッタ粒子
１８防着板
１８ａ窓
１９ａ排水部
１９ｂ入水部
２０カソード保持機構
２１回転機構
２２ａ，２２ｂ電気配線
２３回転機構保持構体
２４整流子
２５回転機構保持構体部分
２６整流子
２７ａ，２７ｂブラシ
２８ａ，２８ｂ配線
２９マグネトロンカソード
４０直線導入機
４１ロッド
４２保護板
４３防着板
４３ｂ逃げ構造
４４防着板
４４ｂひさし構造
１１０チャンバ
１１１デバイス（基板）
１１２シャッタ
１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃマグネトロンカソード
１１４プロセスガス導入系
１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ電気配線
１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ電源（直流電源又は高周波電源）
１１７ｂ_１，１１７ｂ_２スパッタ粒子
１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃターゲット
１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃプラズマ閉じ込め用磁石
１２２プラズマ
１２３，１２４防着板
１２５フレーク状の堆積粒子
１２５ａ剥がれ落ちフレーク状の堆積粒子

Claims

所定の真空状態に保たれたチャンバ内にて、固定位置に設けられたデバイスの成膜面に、当該デバイスの下方から所定の薄膜を成膜するカルーセル式マグネトロンカソードを備えるスパッタ装置であって、
当該デバイスを多層に成膜するために、スパッタ粒子を放出可能なターゲットを各々が有する複数のカソード、
前記複数のカソードを、所定の半径を有する円の円周上にそれぞれ配置するとともに、前記複数のカソードの各々を保持するカソード保持機構、
及び前記カソード保持機構によって保持された複数のカソードを、順にスパッタ粒子を放出するのに適した、当該円の中心を回転軸として回転する回転機構を備え、
前記回転機構及び前記カソード保持機構の各々は、前記複数のカソードの発熱を低減させるのに用いる冷却水の流路として機能する経路を有するカルーセル式マグネトロンカソードと、
前記回転機構の回転軸を維持するために、前記チャンバに固定される回転機構保持構体と、
前記カルーセル式マグネトロンカソードと前記デバイスとの間に、スパッタ粒子を放出するターゲットのサイズと適合した１つの窓が空けられている防着板と、
当該カルーセル式マグネトロンカソードの回転時に、前記窓の位置と適合したカソードのターゲットがスパッタ粒子を放出するように、該カソードに電源供給する電流導入機構と、
前記防着板を、前記カルーセル式マグネトロンカソードと所定の距離で近接して、該所定の距離を維持するように前記回転機構の回転に応じて機械的に上下動する隙間保持手段と、
を備えることを特徴とするスパッタ装置。
前記電流導入機構は、前記複数のカソードのターゲットのうち、スパッタ粒子を放出するためのターゲットに対して電源供給するための整流子を有し、
前記複数のカソードの各々は、スパッタ粒子を放出するときのみ前記整流子と電気的に接続されるブラシを有することを特徴とする、請求項１に記載のスパッタ装置。