JPH1192924A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空槽内に複数のターゲットブロックを収容
しながらも、真空槽の内容積を小さくし、また放電用の
給電回路及び冷却用の配管を簡略にする。 【解決手段】 偏平な箱型の真空槽２の下方にターゲッ
トハウス１５を連設する。ターゲットハウス１５内にタ
ーレット式に切替え可能に４個のターゲットブロック２
２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを配置する。ターレット
板の回転により、一つのターゲットブロック２２ａを基
板ホルダ５の回転面に対面する使用位置に移動させるこ
とができる。使用位置に移動したターゲットブロック２
２ａに対してのみ、放電用の給電と冷却水の供給が行わ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のターゲット
ブロックを収容したスパッタリング装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】光学薄膜や導電性薄膜などの各種の薄膜
を形成する際にスパッタリングが行われる。スパッタリ
ングでは、グロー放電で生成された陽イオンを電気的に
加速してターゲット材料に衝突させ、これにより叩き出
された原子を下地基板に被着させることによって成膜が
行われる。グロー放電のために真空槽内にはアルゴンガ
スなどの不活性ガスが導入されるが、化学反応性スパッ
タリングを行う際にはさらに酸素ガス，窒素ガスなどの
反応ガスの導入も行われる。

【０００３】スパッタリングで形成した薄膜は、抵抗加
熱方式や電子線加熱方式に代表される真空蒸着法で形成
した薄膜と比較して、成膜に時間がかかるという難点は
あるものの、膜構造が緻密で物理，化学的に安定したも
のが得られ、また基板への付着力の強い薄膜が得られる
という利点がある。

【０００４】スパッタリング装置は、真空槽の内部に下
地基板を保持した基板ホルダと、ターゲットブロックと
を収容して構成され、さらに真空槽の内部を真空引きす
るための真空排気装置と、基板ホルダとターゲットブロ
ックとの間でグロー放電を生じさせるための電気系装置
と、不活性ガスや反応性ガスの供給装置などを備えてい
る。

【０００５】ターゲットブロックは成膜時に陰電極とな
るターゲットホルダにターゲット材料を固着したもの
で、下地基板に正対するように真空槽内部に配置されて
いる。成膜時のグロー放電によってターゲットブロック
が高温度になると、ターゲットホルダの電気抵抗が大き
くなって放電電流を抑制し、グロー放電を安定に保つこ
とが困難になってくるため、ターゲットブロックには水
冷用の配管を行うのが通常となっている。

【０００６】一方、薄膜の量産に適したスパッタリング
装置は、例えば特開平７−７０７４８号公報に記載され
ているように、真空槽内部に複数のターゲットブロック
を配置している。ターゲットブロックにそれぞれ同じタ
ーゲット材料を装着し、基板ホルダを回転させながら同
時に成膜を行うことによって、成膜時間を短縮すること
が可能となる。また、複数のターゲットブロックに異種
のターゲット材料を装着した用いることも可能で、これ
によれば一回の真空引きで異種の薄膜を組み合わせた多
層膜の成膜も行うことができるようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、真空槽
内に複数のターゲットブロックを配置すると、単層膜，
多層膜のいずれにしても効率的な成膜ができるようにな
るが、ターゲットブロックの設置スペースを確保するた
めに真空槽の内容積が増えることが避けられず、一回の
真空引きに要する時間が長くなる。また、各々のターゲ
ットブロックに対して水冷用の配管が必要になる他、成
膜の開始及び停止を制御するためのシャッタ機構もター
ゲットブロックごとに設けなくてはならないため、スパ
ッタリング装置の構造が複雑化しやすい。

【０００８】本発明は上記背景に鑑みてなされたもの
で、その目的は、真空槽の内容積をあまり大きくせずに
複数のターゲットブロックを真空槽内に配置し、これら
のターゲットブロックを順次に使用することによって、
一回の真空引きの後に、充分な膜厚で成膜を行うことが
でき、あるいは多層膜の成膜も行うことができるように
したスパッタリング装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するにあたり、複数のターゲットブロックをターレット
式に切替え使用できるようにしたもので、回転自在なタ
ーレット板に複数のターゲットブロックを保持させ、タ
ーレット板を切替え回転することによって、複数のター
ゲットブロックのうちの一つを基板ホルダの回転面に対
面する位置に移動させることができるようにしたもので
ある。

【００１０】前記ターゲットブロックを、円筒形のター
ゲットホルダとその外周面に固着された円筒形のターゲ
ット材料とから構成し、ターゲットブロックの両端を一
対のターレット板の間に保持させ、ターレット板を回転
してターゲットブロックの切替えを行うようにすること
によって、ターレット構造を複雑化させずに済む。さら
に、使用位置に移動してきたターゲットブロックに対し
てのみ、放電のための電力の供給や、冷却水の供給を行
う構成にすることによって、給電用の配線や冷却水の配
管が簡単になり、装置の小型化及びローコスト化が達成
される。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１及び図２に本発明を適用した
スパッタリング装置の外観及び要部断面を示す。偏平な
箱状をした真空槽２の背面側に開閉自在なドア３が設け
られ、このドア３を開くことによって、真空槽２に基板
ホルダ５の出し入れを行うことができる。基板ホルダ５
は円錐ドーム状で、その周面には下地基板の外径に応じ
た開口が形成されており、周知の基板載置用の治具（ヤ
トイ）を利用することによって図示のように多数の下地
基板６を載置することができる。下地基板６はスパッタ
リングによる薄膜の形成対象となるもので、としては、
ガラスレンズやプラスチックレンズ、ガラスプレート，
プラスチックプレートなど、様々なものが対象となり得
る。

【００１２】基板ホルダ５の頂部にギヤ７が固定されて
いる。図２に示すように、ギヤ７は基板ホルダ５の頂部
よりも大径となっており、真空槽２の天板に固定された
案内レール８によって支持できるようにしてある。した
がって、ギヤ７の下面を案内レール８上でスライドさせ
ながら、基板ホルダ５を真空槽２内に収容させることが
できる。そして、基板ホルダ５を所定の位置まで送り込
むと、真空槽２の天板に設けられた駆動ギヤ１０が基板
ホルダ５のギヤ７と噛み合う。

【００１３】所定の収容位置において、ギヤ７の下面は
ローラ，ベアリングなどの回転支持手段によって回転自
在に保持されるようにしてあるため、モータ１１によっ
て駆動ギヤ１０を回転させると、基板ホルダ５は水平姿
勢のまま回転する。また、真空槽２には、油拡散ポンプ
や分子ターボポンプ，スクロール型ドライ真空ポンプな
どの適宜の真空排気装置１２が取り付られており、真空
排気装置１２を作動させることによって、真空槽２の内
部を１０^-6Torr以下の高真空にすることができる。真空
槽２を支持する一対の脚部１４，１４の間に、ターゲッ
トハウス１５が設けられている。図２に示すように、タ
ーゲットハウス１５は真空槽２と空間的に連絡され、真
空排気装置１２により真空槽２と同様に真空引きされ
る。

【００１４】図３にも概略的に示すように、ターゲット
ハウス１５の内部には一対のターレット板１６，１７が
設けられ、一方のターレット板１６はボルト１８により
回転軸１９と一体に連結され、他方のターレット板１７
は固定の支軸２０に対して回転自在に嵌め込まれてい
る。ターレット板１６，１７の間には、円柱形状をした
４個のターゲットブロック２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２
２ｄが固定され、また各々のターゲットブロック間を区
画するように４枚の仕切り板２３が固定されている（図
３では仕切り板２３の図示を省略してある）。

【００１５】回転軸１９にはギヤ２４が固定され、ター
ゲットハウス１５の外部に固定されたモータ２５の駆動
により回転させることができる。回転軸１９の回転とと
もにターレット板１６が回転し、またターゲットブロッ
ク及び仕切り板２３によって連結された他方のターレッ
ト板１７も支軸２０の回りに同方向に回転する。なお、
符号２１はロータリー式のシャッタを示す。

【００１６】ターゲットブロックの両端はターレット板
１６，１７の外面よりも突出し、ソレノイド２６，２７
の駆動によって電極２６ａ，２７ａが接触したときに電
源の供給が行われる。ソレノイド２６，２７及び電極２
６ａ，２７ａは、ターレット板１６，１７で保持された
４個のターゲットブロックのうち、真空槽２との連通部
分、すなわち基板ホルダ５の回転面に対面する使用位置
に移動してきたターゲットブロック（図３におけるター
ゲットブロック２２ａ）の両端に対面する位置にのみ設
けられている。

【００１７】また、使用位置に移動してきたターゲット
ブロック２２ａに対してのみ、ターゲットブロック冷却
用の給水が行われるようになっている。これは、図３に
破線で示すように、回転軸１９の内部に挿通してある給
水パイプからの冷却水が、ターレット板１６の内部に形
成された給水路を通してターゲットブロック２２ａにの
み供給されることによって達成される。なお、ターゲッ
トブロック２２ａを通った後、冷却水は他方のターレッ
ト板１７の給水路を経て支軸２０の内部に設けられた排
水管を通って排水される。

【００１８】図４にターレット板１６側の要部断面を示
す。回転軸１９は、ターゲットハウス１５の外壁に固定
された給水パイプ３０の外周面に対し、気密にかつ回転
自在に軸受けされ、回転軸１９は給水パイプ３０を中心
にして回転自在である。もちろん、回転軸１９の外周面
とターゲットハウス１５の外壁との間も気密に軸受けさ
れている。給水パイプ３０の先端には、内部を通ってき
た冷却水を上方にのみ向けるための栓３１が嵌め込まれ
ている。

【００１９】回転軸１９に対してターレット板１６がボ
ルト１８で固定されている。ターレット板１６の内部に
は、ターゲットブロック２２ａ〜２２ｄの取付位置ごと
に４つの給水路３３が放射状に設けられている。ただ
し、上記のように栓３１は上方にのみ給水を送るため、
図４においてはターゲットブロック２２ａにのみ給水が
行われる。

【００２０】ターレット板１６の内側の面には支軸２０
を受け入れるスリーブ３４が固定されている。この実施
形態では、支軸２０を固定して用いているため、ターレ
ット板１６が回転するときは支軸２０の先端も軸受けと
して作用する。なお、支軸２０をターレット板１６と回
転方向において係合させる構造にすることによって、支
軸２０を回転式に用いることも可能で、この場合には支
軸２０の他端側も他方のターレット板１７にその回転方
向において係合させればよい。

【００２１】ターゲットブロック２２ａは、ターゲット
材料３６、ターゲットホルダ３７、マグネットブロック
３８から構成されている。ターゲット材料３６は下地基
板６に被着される薄膜材料を円筒形状にしたもので、銅
などの良導体からなる円筒形状をしたターゲットホルダ
３７の外周面に密着して固定されている。マグネットブ
ロック３８は、軟鉄からなる基板３８ａ上に永久磁石３
８ｂ，３８ｃを固定したもので、ターゲットホルダ３７
の中空部内に配置される。

【００２２】永久磁石３８ｂは長手方向がターゲットホ
ルダ３７と一致し、ターゲットホルダ３７の内壁に向い
た先端の磁極がＮ極となっている。永久磁石３８ｃは、
永久磁石３８ｂを矩形状に取り囲むように配置され、タ
ーゲットホルダ３７の内壁に向いた先端の磁極はＳ極と
なっている。これにより、ターゲット材料３６の外表面
の母線に対して直交する向きに磁力線が発生し、スパッ
タリング効率を向上させることができる。

【００２３】ターゲットホルダ３７の両端には電極部材
４０が嵌め込みによって固定され、その先端はターレッ
ト板１６の外方に突出している。この電極部材４０は、
テフロンなどによってターレット板１６に対して電気的
に絶縁されている。ターゲットハウス１５の外壁に固定
されたソレノイド２６を駆動すると、電極２６ａが突出
して電極部材４０に接触する。なお、この構造は、ター
ゲットブロック２２ａの他方の側でも同様である。この
ように、両端を同電位にすることによって、安定したス
パッタリングを行うことができる。

【００２４】ターゲットホルダ３７の電極部材４０に電
極２６ａが接触すると、ターゲットブロック３７が電気
的に能動状態となり、放電のための陰電極となる。ま
た、基板ホルダ５は周知のように放電時に陽極となる。
電極部材４０には冷却水を通すための給水穴が形成され
ているため、給水パイプ３０から送られたきた冷却水
は、図中に破線で示す経路を通って流れ、スパッタリン
グ時にターゲットブロック２２ａを冷やす。他方のター
レット板１７側についても、ターゲットホルダ３７を通
ってきた冷却水は、ターレット板１７の内部に形成され
た排水路を通り、さらに支軸２０の内部に設けられた排
水パイプを経て排水される。

【００２５】スパッタリングを行うときには、まず真空
排気装置１２により真空槽２及びターゲットハウス１５
内を高真空にする。次に、適当な真空度になるまでアル
ゴンガスなどの不活性ガスを導入する。最初に用いるタ
ーゲット材料２２ａが使用位置にくるようにモータ２５
を駆動してターレット板１６，１７を回転させる。

【００２６】給水パイプ３０から冷却水を供給してター
ゲットブロック２２ａを冷却する。次にソレノイド２
６，２７を駆動し、各々の電極２６ａ，２７ａをターゲ
ットブロック２２ａの両端に接触させ、シャッタ２１を
閉じた状態のままターゲットブロック２２ａが陰電極、
基板ホルダ５が陽電極となるように高電圧を印加する。
これによりグロー放電が開始されるが、シャッタ２１が
閉じているので未だスパッタリングは行われない。

【００２７】シャッタ２１を開放することによってスパ
ッタリングが開始され、ターゲット材料３６から飛散し
た原子が下地基板６に被着される。なお、このとき基板
ホルダ５はゆっくりと回転を行っている。したがって、
ターゲット材料３６から飛散した原子は基板ホルダ５で
保持された下地基板６の全てに被着する。その被着膜厚
は、ターゲットハウス１５のほぼ真上に位置する真空槽
２の天板に取り付られた膜厚監視装置４４で監視するこ
とができる。

【００２８】ターゲットブロック２２ａを用いたスパッ
タリングにより、下地基板６に予定した膜厚で薄膜が形
成されたことが膜厚監視装置４４で確認されたときに
は、シャッタ２１を閉じる。次にソレノイド２６，２７
の駆動をオフし、電極２６ａ，２７ａをターゲットブロ
ック２２ａの両端から離す。これにより放電が停止し、
また冷却水の供給を一旦停止させることによってターゲ
ットブロック２２ａによるスパッタリングが終了する。

【００２９】続いてターゲットブロック２２ｂでスパッ
タリングを行うには、モータ２５の駆動によりターレッ
ト板１６，１７を９０°回転させる。給水パイプ３０の
先端に固定した栓３１によって、ターゲットブロック２
２ｂに対する給水路が形成される。なお、ターレット板
１６，１７の回転中には給水が自動的に断たれるよう
に、給水パイプ３０の前段に電磁弁を設け、自動的にそ
の開閉制御を行うようにしてもよい。

【００３０】こうしてターゲットブロック２２ｂを使用
位置に移動させた後は、ターゲットブロック２２ａを用
いたスパッタリング工程と同様、冷却水の供給、ソレノ
イド２６，２７の駆動、シャッタ２１の開放により、ス
パッタリングを行うことができる。以後は、同様の手順
でターゲットブロック２２ｃ，２２ｄを用いてスパッタ
リングを継続的に行うことができる。

【００３１】ターゲットブロック２２ａ〜２２ｄに用い
るターゲット材料を同じものにしたときには、ターゲッ
ト材料を新しく交換しながら４回分のスパッタリングを
行うことができるため、一回の真空引きで膜厚が充分な
成膜が可能となる。また、ターゲット材料の種類をター
ゲットブロックごとに変えておけば、一回の真空引きで
多層膜のスパッタリング成膜を行うことができる。

【００３２】なお、ターゲット材料を交換するときに
は、支軸２０を引き抜き、またボルト１８を外すことに
よって、ターゲットブロックごとターレット板１６，１
７をターゲットハウス１５から取り出す。その後に、電
極部材４０をターレット板１６に固定しているボルトを
取り外すなどして、ターゲットハウス１５の外で自在に
ターゲットブロックの交換を行うことができる。

【００３３】図５に本発明の他の実施形態を概略的に示
す。この実施形態は、四角筒形状の真空槽５０に円筒形
状の基板ホルダ５１を収容し、基板ホルダ５１の外周面
に下地基板を保持させるようにしておく。ターゲットハ
ウス５２を真空槽５０の一側壁に連設し、その内部に前
述した実施形態で用いたターレット板１６，１７を含む
ターゲット機構部分５３を垂直な軸を中心にして回転自
在に配置する。この実施形態においても、ターレット板
１６，１７を９０°ずつ回転してターゲットブロックの
切替えを行うことによって、全く同様の効果が得られ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明のスパッタリング
装置によれば、ターゲットブロックを複数個保持したタ
ーレット板を回転してターゲットブロックを切替え使用
できるようにしたから、真空槽内部の限られた個所にタ
ーレット板を含むターゲット機構部分を集約的にまとめ
ることができるようになり、真空槽内の様々な個所に複
数のターゲットブロックを配置したものと比較して、真
空槽の内容積を大きくせずに済み、また放電用の給電回
路や冷却用の配管設備も簡単になり、スパッタリング装
置の小型化及びローコスト化に寄与するところが大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いたスパッタリング装置の外観図で
ある。

【図２】図１に示すスパッタリング装置の概略要部断面
図である。

【図３】図１に示すスパッタリング装置のターゲットハ
ウス部の概略断面図である。

【図４】ターレット機構部の要部断面図である。

【図５】本発明の他の実施形態を示す概略図である。

【符号の説明】

２ 真空槽 ５ 基板ホルダ ６ 下地基板 １５ ターゲットハウス １６，１７ ターレット板 １９ 回転軸 ２０ 支軸 ２２ａ ターゲットブロック ２６，２７ ソレノイド ２６ａ，２７ａ 電極 ３６ ターゲット材料 ３７ ターゲットホルダ ３８ マグネットブロック ４０ 電極部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽内に回転自在に収容され、薄膜の
   被着対象となる下地基板を保持した基板ホルダと、基板
   ホルダの回転面に対面するように配置され、放電によっ
   て下地基板に向かって薄膜材料を飛散させるターゲット
   ブロックとを備えたスパッタリング装置において、 回転自在なターレット板に複数のターゲットブロックを
   保持させ、ターレット板を切替え回転することによっ
   て、複数のターゲットブロックのうちの一つを基板ホル
   ダの回転面に対面する位置に移動させることができるよ
   うにしたことを特徴とするスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 前記ターゲットブロックは、円筒形のタ
   ーゲットホルダとその外周面に固着された円筒形のター
   ゲット材料とからなり、ターゲットブロックの両端が一
   対のターレット板の間に保持されていることを特徴する
   請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 【請求項３】 基板ホルダの回転面と対面する位置に移
   動したターゲットブロックに対してのみ、その両端から
   放電用の電力供給が行われることを特徴とする請求項２
   記載のスパッタリング装置。
4. 【請求項４】 基板ホルダの回転面と対面する位置に移
   動したターゲットブロックに対してのみ、冷却水の供給
   が行わ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。