WO2014167615A1 - スパッタリング装置 - Google Patents

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繁紀 石原
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キヤノンアネルバ株式会社
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    • H01J37/3447Collimators, shutters, apertures

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a substrate holder that holds a substrate, a sputtering cathode that mounts a target, a shutter plate that is movably disposed between the target and the substrate, a vacuum container that accommodates the shutter plate, Describes a sputtering apparatus having a gas inlet for supplying a gas such as argon gas.
  • An object of the present invention is to provide a sputtering apparatus having a configuration advantageous for ignition.
  • One aspect of the present invention relates to a sputtering apparatus having a chamber, a substrate holder for holding a substrate in the chamber, and a target holder for holding a target.
  • the sputtering apparatus includes the substrate holder.
  • a shutter having a first surface on the substrate holder side and a second surface opposite to the first surface, and a portion facing the second surface of the shutter.
  • a first shield having a third surface and a fourth surface opposite to the third surface; a second shield having a fifth surface including a portion facing the end portion of the shutter and the end portion of the first shield;
  • a guide disposed outside the first shield so as to communicate with a first gap formed between the second surface of the shutter and the third surface of the first shield.
  • a gas supply unit configured to supply a gas to the diffusion space
  • the second shield includes a protrusion protruding from the fifth surface so as to form a second gap with the end of the shutter, The gas supplied to the gas diffusion space by the gas supply unit is movable toward the space near the target through the first gap.
  • a sputtering apparatus having a configuration advantageous for ignition is provided.
  • the figure which expanded a part of sectional drawing of the sputtering device shown in FIG. The figure which expanded a part of sectional drawing of the sputtering device shown in FIG.
  • the figure which shows the modification of the sputtering device shown in FIG. The figure which shows the modification of the sputtering device shown in FIG.
  • the figure which shows the modification of the sputtering device shown in FIG. The figure which shows the modification of the sputtering device shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a sputtering apparatus 100 according to one embodiment of the present invention.
  • the sputtering apparatus 100 includes a chamber 101, a substrate holder 103 for holding the substrate S in the chamber 101, and one or more target holders 120 for holding one or more targets 110.
  • the chamber 101 includes, for example, an upper chamber 101a and a lower chamber 101b, and can be divided into an upper chamber 101a and a lower chamber 101b.
  • the upper chamber 101a and the lower chamber 101b can be coupled by a hinge (not shown).
  • the chamber 101 can be divided into an upper chamber 101a and a lower chamber 101b.
  • a seal member 131 such as an O-ring may be disposed between the upper chamber 101a and the lower chamber 101b. Power is supplied to the target 110 from a power supply device (not shown) through the target holder 120.
  • the sputtering apparatus 100 can include a shutter unit 104, a first shield 105, a second shield 109, a gas supply unit 22, and an exhaust device 102.
  • the shutter unit 104 can include one or more shutters.
  • the shutter unit 104 includes a first shutter 104a and a second shutter 104b.
  • the first shutter 104a and the second shutter 104b are independently rotated by the rotation mechanism 118.
  • Each of the first shutter 104a and the second shutter 104b has at least one opening.
  • the first shutter 104a and the second shutter 104b are configured such that the target 110 used for sputtering is the opening of the first shutter 104a and the second shutter 104b with respect to the inner space 34 (the space where the substrate S faces) of the chamber 101. It is driven by the rotation mechanism 118 so as to face through the opening.
  • the first shutter 104a is disposed between the substrate holder 103 and the target holder 120, and has a first surface S1 on the substrate holder 103 side and a second surface S2 on the opposite side of the first surface S1.
  • the second shutter 104b has a surface facing the first surface S1.
  • the first shield 105 has a third surface S3 including a portion facing the second surface S2 of the first shutter 104a and a fourth surface S4 opposite to the third surface S3.
  • the first shield 105 can also include a portion 15 disposed to surround the periphery of the target 110.
  • the portion 15 can be, for example, a cylindrical portion that surrounds the space 31 in the vicinity of the target 110 in addition to the target 110.
  • the second shield 109 has a fifth surface S5 including portions 109a and 109b facing the end portion 11 of the first shutter 104a and the end portion 12 of the first shield 105.
  • the second shield 109 may have a ring shape.
  • a first gap G1 is formed between the second surface S2 of the first shutter 104a and the third surface S3 of the first shield 105.
  • a gas diffusion space 21 is disposed outside the first shield 105 so as to communicate with the first gap G1.
  • the gas diffusion space 21 can be, for example, an annular space.
  • the gas supply unit 22 supplies gas to the gas diffusion space 21.
  • the gas diffusion space 21 may be at least partially defined by the fourth surface S4 of the first shield 105 and the fifth surface S5 of the second shield 109.
  • the second shield 109 includes a protruding portion 112.
  • the protruding portion 112 protrudes from the fifth surface S5 so as to form the second gap G2 between the end portion 11 of the first shutter 104a and the protruding portion 112.
  • sputtering particles from the inner space 34 between the target 110 and the substrate S and / or the space 31 near the target 110 pass between the end 11 of the first shutter 104 a and the second shield 109.
  • a gas for example, Ar, Kr or Xe gas, supplied to the gas diffusion space 21 by the gas supply unit 22 can move toward the space 31 in the vicinity of the target 110 through the first gap G1.
  • the sputtering apparatus 100 can include a third shield 117 arranged so as to surround the inner space 34 between the shutter unit 104 and the substrate holder 103.
  • the third shield 117 is disposed so that the outer space 35 is formed between the third shield 117 and the chamber 101.
  • the second shield 109 can be disposed so as to separate the gas diffusion space 21 and the outer space 35.
  • the gas flowing from the gas diffusion space 21 through the first gap G1 into the space 31 in the vicinity of the target 110 passes through the inner space 34 surrounded by the third shield 117 between the shutter unit 104 and the substrate holder 103.
  • the air can be sucked by the exhaust device 102 through an exhaust port that can be provided at a position lower than the substrate holding surface of the substrate holder 103.
  • a pressure distribution can be formed in the chamber 101 such that the pressure in the space 31 near the target 110 is higher than that in the inner space 34.
  • the ignition for generating the plasma is preferably performed by controlling the shutter unit 104 so that the target 110 used for sputtering does not face the inner space 34. That is, the ignition for generating the plasma is performed by the shutter unit 104 (the first shutter 104a and / or the second shutter) between the space 31 near the target 110 used for sputtering and the inner space 34 on the substrate S side. 104b) is preferably done in a separated state. Such a state is effective for making the pressure in the space 31 near the target 110 sufficiently higher than the pressure in the inner space 34 on the substrate S side.
  • the second gap G2 is preferably smaller than the minimum distance between the first shield 105 and the second shield 109. This reduces the conductance of the path from the gas diffusion space 21 to the inner space 34 via the second gap G2, and supplies gas from the gas diffusion space 21 to the space 31 near the target 110 via the first gap G1. It contributes to making it easier to do.
  • the second shield 109 further includes an outer convex portion 111 on the fifth surface S5.
  • the outer convex portion 111 is arranged such that the end portion 12 of the first shield 105 faces the portion 109a between the protruding portion 112 and the outer convex portion 111 in the fifth surface S5.
  • the outer convex portion 111 prevents the sputtered particles and the gas diffusion space 21 from entering the inner space 34 between the target 110 and the substrate S and / or the space 31 in the vicinity of the target 110.
  • a third gap G ⁇ b> 3 is configured by the outer convex portion 111 and the end portion 12 of the first shield 105.
  • the third gap G ⁇ b> 3 is preferably smaller than the minimum distance between the first shield 105 and the portion 109 a between the protruding portion 112 and the outer convex portion 111 of the second shield 109. This contributes to making the pressure of the gas diffusion space 21 constant and providing the same pressure to the space 31 in the vicinity of any of the plurality of targets 110. This is advantageous for reducing variations in pressure state among the plurality of targets 110.
  • the second shield 109 further includes an inner convex portion 113 on the fifth surface S5.
  • the end portion 11 of the first shutter 104a (and the end portion 13 of the second shutter 104b) faces the portion 109b between the protruding portion 112 and the inner convex portion 113 in the fifth surface S5.
  • the inner convex portion 113 prevents the sputtered particles and the gas diffusion space 21 from entering the inner space 34 between the target 110 and the substrate S and / or the space 31 in the vicinity of the target 110.
  • the protrusion 112, the outer protrusion 111, the inner protrusion 113, the first shutter 104a, the second shutter 104b, and the first shield 105 meander the path directly from the gas diffusion space 21 to the spaces 31, 34, thereby , Increasing the conductance of the path and preventing the sputtering particles from entering the gas diffusion space 21.
  • the second shield 109 may include a protrusion 114 that protrudes toward the space between the end 11 of the first shutter 104 a and the end 13 of the second shutter 104 b. Good.
  • the addition of the protrusion 114 is advantageous in order to increase the conductance of the path from the gas diffusion space 21 directly to the spaces 31 and 34.
  • the addition of the protrusion 114 is also advantageous in improving the effect of preventing the sputtered particles from entering the gas diffusion space 21.
  • an additional shield 130 may be provided between the shutter unit 104 and the inner space 34.
  • An additional shield 130 can be coupled to the second shield 109.
  • the additional shield 130 increases the conductance of the path from the gas diffusion space 21 to the spaces 31 and 34 without passing through the first gap G1.
  • the shutters exemplified as the first shutter 104a and the second shutter 104b may be curved as exemplified in FIGS. 1 to 5 or may have a planar shape as exemplified in FIG. Good.
  • the structure of the second shield 109 can be changed according to the shape of the shutter.

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Abstract

スパッタリング装置は、チャンバと、前記チャンバの中で基板を保持するための基板ホルダと、ターゲットを保持するためのターゲットホルダと、前記基板ホルダと前記ターゲットホルダとの間に配置され、前記基板ホルダの側の第1面および前記第1面の反対側の第2面を有するシャッターと、前記シャッターの前記第2面に対向する部分を含む第3面および前記第3面の反対側の第4面を有する第1シールドと、前記シャッターの端部および前記第1シールドの端部に対向する部分を含む第5面を有する第2シールドと、前記シャッターの前記第2面と前記第1シールドの前記第3面との間に形成される第1間隙に連通するように前記第1シールドの外側に配置されたガス拡散空間にガスを供給するガス供給部とを備える。前記第2シールドは、前記シャッターの端部との間に第2間隙を構成するように前記第5面から突出した突出部を含む。

Description

スパッタリング装置
 本発明は、スパッタリング装置に関する。
 特許文献1には、基板を保持する基板ホルダと、ターゲットを搭載するスパッタカソードと、ターゲットと基板との間に移動可能に配置されたシャッター板と、これを収容する真空容器と、真空容器内にアルゴンガス等のガスを供給するためのガス導入口とを有するスパッタ装置が記載されている。
特開2005-187830号公報
 プラズマを発生させるための着火時は、ターゲットが面している空間の圧力を相応の圧力まで高める必要がある。着火の後は、真空容器内の空間は、スパッタリングのための適正な圧力まで減圧される。特許文献1に記載されたスパッタリング装置は、ターゲットが面している空間の圧力を選択的に高めるための構成を有しない。したがって、着火のために、真空容器内の空間の全体の圧力を高くする必要がある。
 本発明は、着火に有利な構成を有するスパッタリング装置を提供することを目的とする。
 本発明の1つの側面は、チャンバと、前記チャンバの中で基板を保持するための基板ホルダと、ターゲットを保持するためのターゲットホルダとを有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、前記基板ホルダと前記ターゲットホルダとの間に配置され、前記基板ホルダの側の第1面および前記第1面の反対側の第2面を有するシャッターと、前記シャッターの前記第2面に対向する部分を含む第3面および前記第3面の反対側の第4面を有する第1シールドと、前記シャッターの端部および前記第1シールドの端部に対向する部分を含む第5面を有する第2シールドと、前記シャッターの前記第2面と前記第1シールドの前記第3面との間に形成される第1間隙に連通するように前記第1シールドの外側に配置されたガス拡散空間にガスを供給するガス供給部と、を備え、前記第2シールドは、前記シャッターの端部との間に第2間隙を構成するように前記第5面から突出した突出部を含み、前記ガス供給部によって前記ガス拡散空間に供給されたガスは、前記第1間隙を通って前記ターゲットの近傍の空間に向かって移動可能である。
 本発明によれば、着火に有利な構成を有するスパッタリング装置が提供される。
本発明の1つの実施形態のスパッタリング装置の概略構成を示す断面図。 図1に示すスパッタリング装置の断面図の一部を拡大した図。 図1に示すスパッタリング装置の断面図の一部を拡大した図。 図1乃至図3に示すスパッタリング装置の変形例を示す図。 図1乃至図3に示すスパッタリング装置の変形例を示す図。 図1乃至図3に示すスパッタリング装置の変形例を示す図。
 以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
 図1には、本発明の1つの実施形態のスパッタリング装置100の概略構成が示されている。図2には、スパッタリング装置100の一部が拡大して示されている。スパッタリング装置100は、チャンバ101と、チャンバ101の中で基板Sを保持するための基板ホルダ103と、1又は複数のターゲット110を保持するための1又は複数のターゲットホルダ120とを有する。チャンバ101は、例えば、上部チャンバ101aと下部チャンバ101bとを含み、上部チャンバ101aと下部チャンバ101bとに分割可能である。上部チャンバ101aと下部チャンバ101bとは、不図示のヒンジで結合されうる。メンテナンス時は、チャンバ101が上部チャンバ101aと下部チャンバ101bとに分割されうる。上部チャンバ101aと下部チャンバ101bとの間には、Oリング等のシール部材131が配置されうる。ターゲット110には、ターゲットホルダ120を介して不図示の電源装置から電力が供給される。
 スパッタリング装置100は、シャッターユニット104と、第1シールド105と、第2シールド109と、ガス供給部22と、排気装置102とを備えうる。シャッターユニット104は、1又は複数のシャッターを含みうる。図1に示された実施形態では、シャッターユニット104は、第1シャッター104aと、第2シャッター104bとを含む。第1シャッター104aと第2シャッター104bとは、回転機構118によって独立して回転される。第1シャッター104aおよび第2シャッター104bは、それぞれ少なくとも1つの開口を有する。第1シャッター104aおよび第2シャッター104bは、スパッタリングに使用されるターゲット110がチャンバ101の内側空間(基板Sが面している空間)34に対して第1シャッター104aの開口および第2シャッター104bの開口を介して面するように回転機構118によって駆動される。第1シャッター104aは、基板ホルダ103とターゲットホルダ120との間に配置され、基板ホルダ103の側の第1面S1および第1面S1の反対側の第2面S2を有する。第2シャッター104bは、第1面S1に対向する面を有する。
 第1シールド105は、第1シャッター104aの第2面S2に対向する部分を含む第3面S3および第3面S3の反対側の第4面S4を有する。第1シールド105はまた、ターゲット110の周囲を取り囲むように配置された部分15を含みうる。部分15は、例えば、ターゲット110のほか、ターゲット110の近傍の空間31を取り囲む筒状部でありうる。第2シールド109は、第1シャッター104aの端部11および第1シールド105の端部12に対向する部分109a、109bを含む第5面S5を有する。第2シールド109は、リング形状を有しうる。
 第1シャッター104aの第2面S2と第1シールド105の第3面S3との間には、第1間隙G1が形成されている。第1シールド105の外側には、第1間隙G1に連通するようにガス拡散空間21が配置されている。ガス拡散空間21は、例えば、環状の空間でありうる。ガス供給部22は、ガス拡散空間21にガスを供給する。ガス拡散空間21は、第1シールド105の第4面S4および第2シールド109の第5面S5によって少なくとも一部が画定されうる。
 第2シールド109は、突出部112を含む。突出部112は、第1シャッター104aの端部11と突出部112との間に第2間隙G2を構成するように第5面S5から突出している。突出部112は、ターゲット110と基板Sとの間の内側空間34および/またはターゲット110の近傍の空間31からのスパッタリング粒子が第1シャッター104aの端部11と第2シールド109との間を通過してガス拡散空間21に侵入することを防止する。ガス供給部22によってガス拡散空間21に供給されたガス、例えばAr、KrまたはXeガスは、第1間隙G1を通ってターゲット110の近傍の空間31に向かって移動可能である。
 スパッタリング装置100は、シャッターユニット104と基板ホルダ103との間の内側空間34を取り囲むように配置された第3シールド117を備えうる。第3シールド117は、第3シールド117とチャンバ101との間に外側空間35が形成されるように配置されている。第2シールド109は、ガス拡散空間21と外側空間35とを分離するように配置されうる。ガス拡散空間21から第1間隙G1を通ってターゲット110の近傍の空間31に流れ込んだガスは、シャッターユニット104と基板ホルダ103との間における第3シールド117によって取り囲まれた内側空間34を通過し、基板ホルダ103の基板保持面よりも低い位置に設けられうる排気口を通して排気装置102によって吸引されうる。このような構成によって、ターゲット110の近傍の空間31の圧力が内側空間34よりも高くなるような圧力分布をチャンバ101内に形成することができる。これにより、ガス供給部22からのガスの供給の開始後に、プラズマを発生させるための着火が可能な状態に速やかに移行することができる。
 プラズマを発生させるための着火は、図3に例示されるように、スパッタリングのために使用するターゲット110が内側空間34に面しないようにシャッターユニット104を制御してなされることが好ましい。つまり、プラズマを発生させるための着火は、スパッタリングのために使用されるターゲット110の近傍の空間31と、基板S側の内側空間34とがシャッターユニット104(第1シャッター104aおよび/または第2シャッター104b)によって分離された状態でなされることが好ましい。このような状態は、ターゲット110の近傍の空間31の圧力を基板S側の内側空間34の圧力よりも十分に高くするために効果的である。
 第2間隙G2は、第1シールド105と第2シールド109との間の最小距離よりも小さいことが好ましい。これは、ガス拡散空間21から第2間隙G2を介して内側空間34に至る経路のコンダクタンスを小さくし、ガス拡散空間21から第1間隙G1を介してターゲット110の近傍の空間31にガスを供給しやすくすることに寄与する。
 第2シールド109は、第5面S5に外側凸部111を更に含むことが好ましい。ここで、外側凸部111は、第1シールド105の端部12が、第5面S5のうち突出部112と外側凸部111との間の部分109aに対向するように配置される。外側凸部111は、ターゲット110と基板Sとの間の内側空間34および/またはターゲット110の近傍の空間31からのスパッタリング粒子およびガス拡散空間21に侵入することを防止する。
 外側凸部111と第1シールド105の端部12とで第3間隙G3が構成される。第3間隙G3は、第2シールド109のうち突出部112と外側凸部111との間の部分109aと第1シールド105との間の最小距離よりも小さいことが好ましい。これは、ガス拡散空間21の圧力を一定にし、複数のターゲット110のいずれの近傍の空間31に対しても同様の圧力を提供するために寄与する。このことは、複数のターゲット110間における圧力状態のばらつきを低減するために有利である。
 第2シールド109は、第5面S5に内側凸部113を更に含むことが好ましい。内側凸部113は、第1シャッター104aの端部11(および第2シャッター104bの端部13)が、第5面S5のうち突出部112と内側凸部113との間の部分109bに対向するように配置されうる。内側凸部113は、ターゲット110と基板Sとの間の内側空間34および/またはターゲット110の近傍の空間31からのスパッタリング粒子およびガス拡散空間21に侵入することを防止する。
 突出部112、外側凸部111、内側凸部113、第1シャッター104a、第2シャッター104bおよび第1シールド105は、ガス拡散空間21から空間31、34に直接に至る経路を蛇行させ、これによって、該経路のコンダクタンスを高めるとともにスパッタリング粒子がガス拡散空間21に侵入することを防止する。
 図4に例示されるように、第2シールド109は、第1シャッター104aの端部11と第2シャッター104bの端部13との間の空間に向かって突出する突出部114を有してもよい。突出部114の追加は、ガス拡散空間21から空間31、34に直接に至る経路のコンダクタンスを増加させるために有利である。突出部114の追加はまた、スパッタリング粒子がガス拡散空間21に侵入することを防止する効果の向上に有利である。
 図5に例示されるように、シャッターユニット104と内側空間34との間に追加のシールド130が設けられてもよい。追加のシールド130は、第2シールド109に結合されうる。追加のシールド130は、第1間隙G1を通ることなくガス拡散空間21から空間31、34に至る経路のコンダクタンスを高める。
 第1シャッター104aおよび第2シャッター104bとして例示されたシャッターは、図1~図5に例示されるように湾曲していてもよいし、図6に例示されるように平面形状を有してもよい。第2シールド109の構造は、シャッターの形状に応じて変更されうる。
 本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
 本願は、2013年4月10日提出の日本国特許出願特願2013-082484を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (9)

  1.  チャンバと、前記チャンバの中で基板を保持するための基板ホルダと、ターゲットを保持するためのターゲットホルダとを有するスパッタリング装置であって、
     前記基板ホルダと前記ターゲットホルダとの間に配置され、前記基板ホルダの側の第1面および前記第1面の反対側の第2面を有するシャッターと、
     前記シャッターの前記第2面に対向する部分を含む第3面および前記第3面の反対側の第4面を有する第1シールドと、
     前記シャッターの端部および前記第1シールドの端部に対向する部分を含む第5面を有する第2シールドと、
     前記シャッターの前記第2面と前記第1シールドの前記第3面との間に形成される第1間隙に連通するように前記第1シールドの外側に配置されたガス拡散空間にガスを供給するガス供給部と、を備え、
     前記第2シールドは、前記シャッターの端部との間に第2間隙を構成するように前記第5面から突出した突出部を含み、
     前記ガス供給部によって前記ガス拡散空間に供給されたガスは、前記第1間隙を通って前記ターゲットの近傍の空間に向かって移動可能である、
     ことを特徴とするスパッタリング装置。
  2.  前記第2間隙は、前記第1シールドと前記第2シールドとの間の最小距離よりも小さい、
     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。
  3.  前記第2シールドは、前記第5面に外側凸部を更に含み、前記外側凸部は、前記第1シールドの端部が、前記第5面のうち前記突出部と前記外側凸部との間の部分に対向するように配置されている、
     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。
  4.  前記外側凸部と前記第1シールドの端部とで第3間隙が構成され、
     前記第3間隙は、前記第2シールドのうち前記突出部と前記外側凸部との間の部分と前記第1シールドとの間の最小距離よりも小さい、
     ことを特徴とする請求項3に記載のスパッタリング装置。
  5.  前記第2シールドは、前記第5面に内側凸部を更に含み、前記内側凸部は、前記シャッターの端部が、前記第5面のうち前記突出部と前記内側凸部との間の部分に対向するように配置されている、
     ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のスパッタリング装置。
  6.  前記シャッターの前記第1面に対向する面を有する第2シャッターを更に備え、前記内側凸部は、前記第2シャッターの端部が、前記第5面のうち前記突出部と前記内側凸部との間の部分に対向するように配置されている、
     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。
  7.  前記ガス拡散空間は、前記第1シールドの前記第4面および前記第2シールドの前記第5面によって少なくとも一部が画定される、
     ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のスパッタリング装置。
  8.  前記第1シールドは、前記ターゲットの周囲を取り囲むように配置された部分を含む、
     ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のスパッタリング装置。
  9.  前記ターゲットホルダの他に、少なくとも1つのターゲットホルダを更に有する、
     ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のスパッタリング装置。
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