(57)【要約】【課題】メンテナンス工数、メンテナンス時間、メンテナンス費用、装置立ち上げ時間などが縮減されたスパッタリング装置を提供する。【解決手段】独立した複数のカソード４１を備えたスパッタリング処理室４０と、処理室４０内に設けられた基板ステージ４４とを有し、基板ステージ４４上の処理基板を各カソード４１上のターゲット２２と順次対向させてスパッタリング処理を実行する。基板ステージ４４は、各カソード２２と対向する直立状態まで回動可能であり、直立状態となったときに、対向しているカソード４１及び該カソード４１上のターゲット２２を内包する気密な空間２４を処理室４０内に形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立した複数のカソードを備えたスパッタリング処理室と、前記スパッタリング処理室内に設けられた基板ステージとを有し、前記基板ステージに載置されている処理基板を各カソードの上のターゲットと順次対向させて前記処理基板に対してスパッタリング処理を実行するスパッタリング装置において、
前記基板ステージは、各カソードと対向する直立状態まで回動可能であり、前記直立状態となったときに、対向している前記カソード及び該カソードの上の前記ターゲットを内包する気密な空間を前記スパッタリング処理室内に形成することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記基板ステージは、前記カソードよりも前記スパッタリング処理室の内側寄りに設けられたフランジに当接することによって、前記気密な空間を形成す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。
【請求項３】
前記基板ステージの前記フランジと当接する面に、シーリング部材が設けられてい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。
【請求項４】
前記気密な空間内の圧力を前記スパッタリング処理室内の他の空間の圧力とは独立して調整可能な吸気系と排気系の双方または一方を有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記基板ステージに、該ステージに載置された前記処理基板を加熱する加熱機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか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、基板上に薄膜を形成する成膜用のスパッタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５に従来のスパッタリング装置の全体構成を示す。図示されているスパッタリング装置は、搬送ロボット５１が設置された真空搬送室５０と、該真空搬送室５０の周囲に配置されたロードロック室６０、加熱室７０およびスパッタリング処理室（成膜室）８０とを有する。図６は、図５に示すスパッタリング処理室８０の拡大斜視図である。同図に示すように、スパッタリング処理室８０には、３つのカソード８１が設けられている。また、スパッタリング処理室８０内には、不図示の処理基板が載置されるホルダー８２が設けられている。
【０００３】
図５に示すように、処理基板９０は、まずロードロック室６０に搬入される。ロードロック室６０に処理基板９０が搬入されると、該ロードロック室６０が真空排気される。ロードロック室６０内の真空排気が完了すると、処理基板９０は、搬送ロボット５１によって、加熱室７０に搬送され、脱ガス処理が行われる。
【０００４】
上記脱ガス処理が施された処理基板９０は、搬送ロボット５１によって、スパッタリング処理室８０に搬送される。具体的には、加熱室７０から処理基板９０を取り出した搬送ロボット５１は、取り出した処理基板９０をスパッタリング処理室８０内のホルダー８２に設けられた基板ステージ８３（図６）の上に移動させる。すると、基板ステージ８３に埋没していた複数の突き上げピンが基板ステージ８３の表面から突出し、搬送ロボット５１から処理基板９０を受け取る。その後、搬送ロボット５１が退避すると、突き上げピンは、再び基板ステージ８３内に埋没する。これによって、処理基板９０は基板ステージ８３上に載置される。基板ステージ８３上に載置された処理基板９０は、不図示のクランプ機構によってクランプされる。
【０００５】
その後、図６に示すように、基板ステージ８３は、処理基板９０と所定のカソード８１とが対向するように垂直に立ち上がる。この状態で一回目の成膜処理が行われる。一回目の成膜処理が完了すると、基板ステージ８３は倒伏し、ホルダー８２は図中の矢印方向に回転する。次いで、基板ステージ８３は再度垂直に立ち上がり、処理基板９０を次のカソード８１と対向させ、二回目の成膜処理が行われる。
【０００６】
以上のように、一つのスパッタリング処理室８０に複数のカソード８１が設けられているので、一度の搬入動作により、カソード８１の数の分だけ成膜処理を行なって多層膜を成膜することができる。必要回数の成膜処理が完了すると、処理基板９０は真空搬送室５０を介してロードロック室６０に搬送され（戻され）、大気下に搬出される。
【０００７】
次に、従来のスパッタリング装置のメンテナンスについて説明する。図７に示すように、各カソード８１は開閉可能になっており、メンテナンス対象のカソード８１を開いてメンテナンス作業が行われる。このとき、スパッタリング処理室８０は大気開放される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来のスパッタリング装置には次のような課題があった。多層成膜を目的とする場合、それぞれのカソードに異なるターゲットが組み込まれることがある。この場合、成膜条件や使用頻度は、それぞれのターゲットにより異なるため、交換時期もそれぞれに違ってくる。
【０００９】
しかし、ターゲットを交換するときには、スパッタリング処理室を大気開放しなければならないので、交換時期に達していないターゲットを含む全てのターゲットが大気に曝され、汚染を受けることになる。また、カソードを覆うシールド部品には、成膜による薄膜が付着している。スパッタリング処理室を真空状態から大気状態に戻すことにより、シールド部品の表面温度や付着した膜表面の応力が変わり、膜剥離を起こす場合がある。剥離した薄膜は、パーティクルとなり、スパッタリング処理（成膜処理）に悪影響を与える虞がある。従って、スパッタリング処理室を大気開放した場合には、交換対象のターゲットが組み込まれているカソード以外のカソードに組み込まれているシールド関係部品を含む全てのシールド部品を交換する必要がある。
【００１０】
さらに、複数のカソードのそれぞれに対して処理基板を順次対向させるため、処理基板が載置されたホルダーは、スパッタリング処理室内（チャンバー内）で回転したり、立ち上がったりする。従って、チャンバーには、かかるホルダーの動きを許容するだけの容積が必要となる。一方、スパッタリング処理を行う場合、チャンバー内の圧力は、スパッタリング放電が行える圧力まで高める必要があり、通常アルゴンなどの不活性ガスにより圧力変更を行っている。つまり、チャンバー容積が大きければ、使用するガスの量も増え、コストアップにつながるという難点がある。しかも、チャンバー容積が大きいと、メンテナンス後のチャンバー排気にも時間が掛かり、チャンバー処理を開始できる状態になるまでに要する時間が増加する。
【００１１】
本発明の目的は、上記課題の少なくとも一つを解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のスパッタリング装置は、独立した複数のカソードを備えたスパッタリング処理室と、前記スパッタリング処理室内に設けられた基板ステージとを有する。そして、前記基板ステージに載置されている処理基板を各カソード上のターゲットと順次対向させて前記処理基板に対してスパッタリング処理を実行する。前記基板ステージは、各カソードと対向する直立状態まで回動可能であり、前記直立状態となったときに、対向している前記カソード及び該カソード上のターゲットを内包する気密な空間を前記スパッタリング処理室内に形成する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、メンテナンス工数、メンテナンス時間、メンテナンス費用、装置立ち上げ時間などが縮減されたスパッタリング装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のスパッタリング装置の実施形態の一例について図面を参照して説明する。図１は、本例のスパッタリング装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本例のスパッタリング装置は、搬送ロボット１１が設置された真空搬送室１０と、該真空搬送室１０の周囲に配置されたロードロック室２０、加熱室３０およびスパッタリング処理室（成膜室）４０とを有する。スパッタリング処理室４０には、３つのカソード４１が設けられている。また、スパッタリング処理室４０内には、処理基板９０が載置されるホルダー４２が設けられている。
【００１５】
図２は、ホルダー４２の構造及び動作を示す斜視図である。ホルダー４２は、台座４３と、台座４３に回動可能に設けられた基板ステージ４４とを備えている。基板ステージ４４は、図２（ａ）に示す状態（倒伏状態）から同図（ｄ）に示す状態（直立状態）まで回動可能である。また、台座４３は、倒伏状態の基板ステージ４４と直交する中心軸回りに回転可能である（図２（ｅ）（ｆ）参照）。さらに、基板ステージ４４には、該ステージ４４の表面からの突出長が可変な複数の突き上げピン４５が内蔵されている。また、基板ステージ４４上には、該ステージ４４上に載置された処理基板９０を挟持する複数のクランプ４６が設けられている。加えて、基板ステージ４４の基板搭載エリアの外側には、該エリアを取り囲むようにシーリング部材４７が配置されている。
【００１６】
再び図１を参照する。処理基板９０は、まずロードロック室２０に搬入される。ロードロック室２０に処理基板９０が搬入されると、該ロードロック室２０が真空排気される。ロードロック室２０内の真空排気が完了すると、処理基板９０は、搬送ロボット１１によって、加熱室３０に搬送され、脱ガス処理が行われる。
【００１７】
脱ガス処理が施された処理基板９０は、搬送ロボット１１によって、スパッタリング処理室４０に搬送される。具体的には、加熱室３０から処理基板９０を取り出した搬送ロボット１１は、取り出した処理基板９０をスパッタリング処理室４０内のホルダー４２の上に移動させる。すると、図２（ａ）に示すように、基板ステージ４４に埋没していた複数の突き上げピン４５が基板ステージ４４の表面から突出し、搬送ロボット１１から処理基板９０を受け取る。具体的には、搬送ロボット１１のアームに載せられている処理基板９０にその下方から突き上げピン４５が接触し、そのまま処理基板９０を持ち上げてアームから浮かす。その後、搬送ロボット１１が退避すると、突き上げピン４４は、再び基板ステージ４４内に埋没する。これによって、処理基板９０は基板ステージ４４上に載置される（移し変えられる）。基板ステージ４４上に載置された処理基板９０は、図２（ｃ）に示すように、クランプ４７によってクランプされる。
【００１８】
その後、図３に示すように、基板ステージ４４は、処理基板９０と所定のカソード４１とが対向するように回動し、直立状態になる。基板ステージ４４が直立状態になると、図２に示すシーリング部材４７がカソード４１よりも処理室４０の内側寄りに設けられているフランジ３５のシール面３６と当接する。シール面３６に当接したシーリング部材４７は、基板ステージ４４を垂直に立ち上げる駆動部４８によって、シール面３６に圧着される。これによって、スパッタリング処理室４０内に、気密状態の独立した空間２４が形成され、処理基板９０、ターゲット２２及びシールド２３は、この空間２４に内包される。次いで、独立した空間２４内をスパッタリング処理に適した圧力にすべく、独立した吸気系（バルブ２５）を介してガスが導入されるとともに、独立した排気系（ポンプ２６）によって圧力調整が行われる。このとき、スパッタリング処理室４０内の他の空間２７内は、チャンバー側排気系（ポンプ２８）により、高真空に保たれている。以上の状態で一回目のスパッタリング処理（成膜処理）が行われる。なお、上記説明によって、本例のスパッタリング装置が空間２４内の圧力を他の空間２７の圧力とは独立して調整可能な吸気系と排気系を有することが理解できるはずである。もっとも、必要な圧力調整が実行可能である限り、吸気系と排気系の双方ではなく、いずれか一方のみを設けてもよい。
【００１９】
一回目の成膜処理が終了したら、基板ステージ４４が回動して倒伏状態となり、次いで、台座４３が所定方向に回転する。その後は、上記と同様の動作によって、他のカソード４１との間で独立した空間２４を形成し、二回目以降の成膜処理を行う。
【００２０】
全ての成膜処理が完了したら、その時点で形成されている独立した空間２４と他の空間２７とが同圧となるまで、該空間２４内を排気してから、処理基板９０を真空搬送室１０を介してロードロック室２０に搬送し、大気下に搬出する。
【００２１】
次に、本例のスパッタリング装置のメンテナンスに関して説明する。特定のターゲット及びシールドを交換する場合には、基板ステージ４４を上記のように直立状態にして、独立した空間２４を形成する。次いで、図４に示すように、カソード４１を開いて、空間２４を大気開放する。このとき、空間２７内は真空状態にあるので、その負圧に負けない力で、基板ステージ４４をロックする係止機構４９が設けられている。これによって、空間２７内の真空を保持した状態で、空間２４が大気に開放され、メンテナンス作業に入ることができる。他のターゲットやシールドは真空状態の空間２７内に保持されているため、大気に曝されることはない。
【００２２】
次に、アルミ材とチタン材のターゲットが組み込まれたＦＰＤ用スパッタリング装置の場合を例にとって、年間のシールドメンテナンスについて比較する。各空間２４で１年間に使用されるシールド２３の数は次のとおりである。すなわち、アルミ材のターゲット２２が組み込まれたカソード４１（空間２４）では２６枚、チタン材のターゲット２２が組み込まれたカソード４１（空間２４）では９枚である。また、シールドの交換は、アルミ材のターゲット２２が組み込まれたカソード４１（空間２４）では５２回、チタン材のターゲット２２が組み込まれたカソード４１（空間２４）では３６回である。しかし、従来は、アルミ材のターゲットが組み込まれたカソードをメンテナンスする際に、チタン材のターゲットが組み込まれたカソードのシールド関係部品も大気汚染を受け、交換作業が必要となる。
【００２３】
つまり、チタン材のターゲットが組み込まれたカソードにおけるシールド交換回数は、アルミ材のターゲットが組み込まれたカソードにおけるシールド交換回数に依存する。よって、チタン材のターゲットが組み込まれたカソードにおけるシールド交換回数は、本来必要な回数よりも１６回も多くなる（５２回−３６回＝１２回）。尚、以上のシールド交換回数の比較結果を以下に示す。
【００２４】
【表１】
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次に、ターゲット２２及びシールド２３の交換を行った後の処置方法について説明する。ターゲット２２及びシールド２３の交換が終了した後、独立した空間２４内は、高真空になるべく排気される。しかし、ターゲット２２及びシールド２３の交換は大気下で行われるため、ターゲット表面には多くの水分等が吸着している。その吸着した水分等を放出させるため、直立状態となりターゲット２２と対面している基板ステージ４４を加熱し、独立した空間２４内のガスを放出させ、短時間で高真空の状態を作る。基板ステージ４４には、成膜処理時に処理基板９０を加熱するための加熱機構が全面に組み込まれており、この加熱機構を用いて基板ステージ４４を加熱する。加熱機構としては、セラミックヒーターが好適に用いられる。
【００２５】
以上のように、スパッタリング処理室内に、各カソードごとに独立した気密空間を作ることができるので、それぞれ空間内でスパッタリング処理を行うことができる。また、各空間は、スパッタリング処理室の全容積に比して小さい。よって、一度大気開放されても、スパッタリング処理を実行可能な状態に戻すために要する時間は、大気開放されたスパッタリング処理室をスパッタリング処理を実行可能な状態に戻すために要する時間に比べて大幅に短縮される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のスパッタリング装置の実施形態の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示すホルダーの構造及び動作を示す斜視図である。
【図３】図１に示すスパッタリング処理室の内部構造を示す断面図である。
【図４】図１に示すスパッタリング処理室のメンテナンス時の状態を示す断面図である。
【図５】従来のスパッタリング装置の一例を示すブロック図である。
【図６】図５に示すスパッタリング処理室の透視斜視図である。
【図７】図５にスパッタリング処理室のメンテナンス時の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  真空搬送室
２０  ロードロック室
２２  ターゲット
２４、２７  空間
２６、２８  ポンプ
３０  加熱室
３５  フランジ
４０  スパッタリング処理室
４１  カソード
４２  ホルダー
４４  基板ステージ
４７  シーリング部材
【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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【図７】
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