(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の側面の各々にカソードを備えたカソード回転体が中央に配置されるカソードチャンバと、
複数の側面の各々に基板を保持した基板回転体が中央に配置される基板搬送チャンバと、
前記カソードチャンバと前記基板搬送チャンバの間に設けられた１つのスパッタチャンバとを備えるスパッタリング装置において、
前記カソードチャンバと前記スパッタチャンバの間に配置され、第１駆動装置によりカソードチャンバ側またはスパッタチャンバ側に移動可能に設けられ、筒部を有する第１バルブ板と、
前記基板搬送チャンバと前記スパッタチャンバの間に配置され、第２駆動装置により基板搬送チャンバ側またはスパッタチャンバ側に移動可能に設けられ、筒部を有する第２バルブ板とを備え、
前記カソード回転体の１つの前記側面に備えた前記カソードと、前記基板回転体の１つの前記側面に保持した前記基板とが対向した状態で、前記第１駆動装置と前記第２駆動装置を作動させることにより前記第１バルブ板を前記カソードチャンバ側にかつ前記第２バルブ板を前記基板搬送チャンバ側にそれぞれ移動させ、前記第１バルブ板の前記筒部の端部を前記カソード回転体の前記側面に接触させ、前記第２バルブ板の前記筒部の端部を前記基板回転体の前記側面に接触させることにより、前記スパッタチャンバ内にスパッタ成膜スペースを形成する、
ことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記第１バルブ板は、前記スパッタ成膜用スペースと前記カソードチャンバの内部スペースとを分離する仕切り板となること特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記第２バルブ板は、前記スパッタ成膜用スペースと前記基板搬送チャンバの内部スペースとを分離する仕切り板となること特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記スパッタチャンバに排気用真空ポンプが設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタリング装置に関し、特に、簡素な構造の組合せで１つのスパッタチャンバを形成でき、基板上に多層膜を成膜する必要からスパッタチャンバの数の増大の要請に対して１つのスパッタチャンバを備えるだけで容易に対処できるスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報記録ディスクのような基板上に多層膜を形成するための従来のスパッタリング装置の代表的な構成例を図を参照して説明する。
【０００３】
図６はスパッタリング装置の第１の従来例を示し、スパッタリング装置の要部の内部構造を概略的に示した平面図である。６１１はスパッタチャンバである。スパッタチャンバ６１１は４つの側壁を備えている。スパッタチャンバ６１１の中央には、周囲に４つの側面を有する回転体６１２が設けられる。回転体６１２の４つの側面の各々には、処理対象である基板６１３ａ〜６１３ｄが固定されている。回転体６１２は、回転駆動装置（図示せず）によって、その中心回転軸６１４の周りに時計方向または反時計方向に回転する。スパッタチャンバ６１１を形成する４つの側壁にはカソード６１５ａ〜６１５ｄが設けられ、各カソードにはターゲット６１６ａ〜６１６ｄが固定される。回転体６１２上の基板６１３ａ〜６１３ｄと、ターゲット６１６ａ〜６１６ｄとは対向する位置関係に設定されている。回転体６１２を回転させることにより、対向する基板とターゲットとを変更することが可能となる。ターゲット６１６ａ〜６１６ｄはそれぞれ異なる種類の材質で作られている。スパッタチャンバ６１１を排気する排気機構、カソードの各々に給電するカソード電源、プロセスガス供給機構等の図示は省略されている。
【０００４】
上記のスパッタリング装置による成膜は次のように行われる。基板６１３ａに対する成膜の例で説明する。図示しない排気機構でスパッタチャンバ６１１を所要の真空度になるように排気し、スパッタ用プロセスガスをスパッタチャンバ６１１へ流し、カソード６１５ａに給電を行ってターゲット６１６ａがスパッタされるようにする。その結果、ターゲット６１６ａに対向する基板６１３ａに、ターゲット材のスパッタ粒子による成膜が行われ、第１の膜が形成される。ターゲット６１６ａに基づく成膜が終了すると、回転体６１２を反時計方向に９０°回転させ、基板６１３ａをターゲット６１６ｂに対向させる。この位置関係で、同様にしてターゲット６１６ｂをスパッタして基板６１３ａの上に第２の膜を成膜する。ターゲット６１６ｂに基づく成膜が終了すると、同様に回転体６１２を回転させ、ターゲット６１６ｃ，６１６ｄを順次にスパッタさせて、基板６１３ａの上に第３の膜、第４の膜を順次に成膜する。上記では、基板６１３ａの成膜について説明したが、他の基板６１３ｂ〜６１３ｄについても同じ手順で成膜が行われる。
【０００５】
図７と図８はスパッタリング装置の第２の従来例を示す。図７はスパッタリング装置の要部の内部構造を概略的に示した平面図であり、図８は図７におけるＡ−Ａ線断面図である。このスパッタリング装置は、中央に真空搬送チャンバ７１１を備え、その周囲に４つのスパッタチャンバ７１２ａ〜７１２ｄと１つのロードロックチャンバ７１３が接続されている。真空搬送チャンバ７１１、スパッタチャンバ７１２ａ〜７１２ｄ、ロードロックチャンバ７１３の各々は排気機構（真空ポンプ）７１４が付設されている。真空搬送チャンバ７１１の内部には基板搬送ロボット７１５が配置される。基板搬送ロボット７１５は、基板７１６を把持してロードロックチャンバ７１３から各スパッタチャンバへ、あるいはスパッタチャンバ同士の間で基板７１６を受け渡す。スパッタチャンバ７１２ａ〜７１２ｄの各々では、その上部に、ターゲット７１７を備えたカソード７１８が設けられ、その下部にカソードに対向する位置で基板固定台７１９が設けられている。各スパッタチャンバ７１２ａ〜７１２ｄでは、例えば、異なる材質のターゲットが設けられ、異なる膜の成膜が行われる。この場合、スパッタチャンバの数は、基板７１６に成膜しようとする膜の種類の数に対応して決められる。なお、同じ種類のターゲットが異なるスパッタチャンバに設けられることもある。基板搬送ロボット７１５でスパッタチャンバに搬入された基板７１６は基板固定台７１９の上に置かれる。また真空搬送チャンバ７１１と、スパッタチャンバ７１２ａ〜７１２ｄおよびロードロックチャンバ７１３との間には、それぞれゲートバルブ７２０が介設されている。ゲートバルブ７２０は通常閉じられており、基板７１６を出し入れするときに開かれる。各スパッタチャンバでスパッタリングを行うときにはゲートバルブ７２０は閉じられた状態に保持され、他のチャンバから隔離される。なおカソード電源、プロセスガス供給機構等の図示は省略されている。
【０００６】
図９と図１０はスパッタリング装置の第３の従来例を示し、全体的構成としては第２例に類似している。図９はスパッタリング装置の要部の内部構造を概略的に示した平面図であり、図１０は図９におけるＢ−Ｂ線断面図である。このスパッタリング装置は光ディスク製造工程に用いられる枚葉式の装置である。このスパッタリング装置では、中央に真空搬送チャンバ８１１を備え、その周囲に７つのスパッタチャンバ８１２ａ〜８１２ｇと１つのロードロックチャンバ８１３が接続されている。真空搬送チャンバ８１１、スパッタチャンバ８１２ａ〜８１２ｇ、ロードロックチャンバ８１３の各々は排気機構（真空ポンプ）８１４が付設されている。スパッタチャンバ８１２ａ〜８１２ｇの各々では、ターゲット８１５を備えたカソード８１６が設けられている。各スパッタチャンバ８１２ａ〜８１２ｇでは、例えば、異なる材質のターゲットが設けられ、これらのターゲットを用いて異なる膜の成膜が行われており、従ってスパッタチャンバの数は、基板８１７に成膜しようとする膜の種類数に対応して決められている。真空搬送チャンバ８１１の内部には、その中央に、複数の基板８１７を保持する回転体８１８が配置される。回転体８１８の側面には、８個のバルブ板８１９と、先端にバルブ板８１９が固定され、バルブ板８１９の位置を変更できる軸方向に移動自在な８本のアーム８２０とが設けられる。８本のアーム８２０は等間隔で配置される。８個のバルブ板８１９の各々の外側面に基板８１７が固定される。８個のバルブ板８１９の各々は１つのスパッタチャンバに対応している。バルブ板８１９は基板を固定する台座としての働きと、対応するスパッタチャンバの開口部（出入り口）を開閉するバルブとしての働きを有している。アーム８２０を前進させてバルブ板８１９でスパッタチャンバの開口部を閉じると、スパッタチャンバの内部と外部とは隔離される。回転体８１８は、その回転中心軸の周りに時計方向または反時計方向に回転する。回転体８１８が回転し、各基板８１７がカソード８１５に対向する位置にあるときにのみ８本のアーム８２０が同時に方向８２１または方向８２２へ移動して、これによりバルブ板８１９はスパッタチャンバ８１２ａ〜８１２ｇの開口部に押し付けられたり離れたりする。このようにスパッタチャンバはバルブ板８１９で仕切られたり、開放されたりする。各スパッタチャンバでスパッタリングを行うときにはバルブ板８１９は閉じられた状態に保持される。なおカソード電源、プロセスガス供給機構等の図示は省略されている。以上の構成例のスパッタリング装置に類似した装置は例えば特開平６０−５２５７４号公報に開示される。この文献には、処理ユニットのゲートバルブとして用いられる基板ホルダが示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した第１例の従来のスパッタリング装置によれば、１つの共通のスパッタチャンバ８１１の内部に４つのカソード６１５ａ〜６１５ｄが設けられ、さらに各カソードによって成膜処理が行われる領域は互いに繋がった状態にあり、互いを隔離するための構造を有していない。そのため、プロセスガスに活性ガスを使用すると、或るカソードおよびターゲットによる成膜処理実行時において活性ガスが他のカソードの部分に回り込み、当該他のカソードのターゲットの表面を汚染するという問題が生じる。
【０００８】
前述した第２例の従来のスパッタリング装置では複数のスパッタチャンバが設けられている。スパッタチャンバの数は、基板７１６に成膜される膜の種類数に応じて決められる。そのため、スパッタチャンバ７１２ａ〜７１２ｄの数に応じて同数のゲートバルブ７２０、排気機構７１４、カソード電源が必要となる。このためスパッタチャンバが増せば増すほど、各ユニットの数も増し、その分広いスペースが必要となり、装置全体の規模が大きなり、装置の製作コストが高くなるという問題が生じる。
【０００９】
前述した第３例の従来のスパッタリング装置も、第２例と同様に、スパッタチャンバ８１２ａ〜８１２ｇの数に応じて同数のアーム８２０、バルブ板８１９、排気機構８１４、カソード電源が必要となる。このため、スパッタチャンバが増せば増すほど、各ユニットの数も増し、その分広いスペースが必要となり、装置全体の規模が大きなり、装置の製作コストが高くなるという問題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、スパッタチャンバの構造を簡単な構造で実現し、スパッタチャンバの形成に要するスペースをできるだけ小さくし、従来のゲートバルブまたはバルブ板の数をできるだけ少なくし、スパッタチャンバの数の増大の要請に対しても簡素な構造および低コストで簡単に対応できるスパッタリング装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るスパッタリング装置は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
【００１２】
本発明に係るスパッタリング装置は、複数の側面の各々にカソードを備えたカソード回転体が中央に配置されるカソードチャンバと、複数の側面の各々に基板を保持した基板回転体が中央に配置される基板搬送チャンバと、カソードチャンバと基板搬送チャンバの間に設けられた１つのスパッタチャンバとを備えるスパッタリング装置において、カソードチャンバとスパッタチャンバの間に配置され、第１駆動装置によりカソードチャンバ側またはスパッタチャンバ側に移動可能に設けられ、筒部を有する第１バルブ板と、基板搬送チャンバとスパッタチャンバの間に配置され、第２駆動装置により基板搬送チャンバ側またはスパッタチャンバ側に移動可能に設けられ、筒部を有する第２バルブ板とを備え、カソード回転体の１つの側面に備えたカソードと、基板回転体の１つの側面に保持した基板とが対向した状態で、第１駆動装置と第２駆動装置を作動させることにより第１バルブ板をカソードチャンバ側にかつ第２バルブ板を基板搬送チャンバ側にそれぞれ移動させ、第１バルブ板の筒部の端部をカソード回転体の側面に接触させ、第２バルブ板の筒部の端部を基板回転体の側面に接触させることにより、スパッタチャンバ内にスパッタ成膜スペースを形成する、ことで特徴づけられる。
基板をスパッタチャンバへ搬送するための基板搬送チャンバは、内部に回転自在な基板回転体を備え、複数の側面の各々に基板を保持している。かかる基板搬送チャンバに対して、間隔をあけてカソードチャンバが設けられる。カソードチャンバにおいても、基板搬送チャンバと類似した構造を採用し、複数の側面を備えたカソード回転体を備え、各側面にカソードを設けている。各カソードにはターゲットが取り付けられている。この構造では、カソード回転体と基板回転体をそれぞれ回転させることにより、カソードと基板を対向させ、スパッタ成膜が行えるようにする。カソードチャンバと基板搬送チャンバの間には１つのスパッタチャンバが設けられ、このスパッタチャンバで１組のカソードと基板が対向する。付設された真空ポンプでスパッタチャンバ内を所要の真空状態とし、プロセスガスを供給し、必要な高電圧を給電することによりスパッタ成膜が開始される。カソード回転体と基板回転体を回転させて、スパッタチャンバにセットされるカソードと基板を変えるだけで、種々のスパッタ成膜を行うことが可能となる。このように、１つのスパッタチャンバを設けるだけで、複数のスパッタチャンバを用意することなく、多種のスパッタ成膜を行うことができ、基板上に多層膜を形成することができる。またスパッタチャンバは１つで足りるので、従来のごとく複数のスパッタチャンバを備える構成に比較して、スパッタチャンバ用として備える真空ポンプ、プロセスガス供給機構、カソード電源はそれぞれ１つで済み、構成が全体として簡素になると共に製作コストが低減する。
【００１３】
上記の構成において、第１バルブ板は、スパッタ成膜用スペースとカソードチャンバの内部スペースとを分離する仕切り板となること特徴とする。また第２バルブ板は、スパッタ成膜用スペースと基板搬送チャンバの内部スペースとを分離する仕切り板となること特徴とする。
カソード回転体と基板回転体を回転させて１組のカソードと基板をスパッタ成膜用スペースで対向させ、仕切り板を閉じた状態にすると、スパッタ成膜用スペースが他の領域から隔離され、これによりスパッタチャンバが形成される。本発明では、スパッタチャンバは予め確立したチャンバとして形成されるものではなく、カソードチャンバと基板搬送チャンバの間に形成されるスペース部分を、仕切り板と組み合わせることにより形成するものである。スパッタ成膜用スペースには、カソード回転体と基板回転体の作用によって種々のターゲットと基板の組み合わせを実現できるので、１つのスパッタチャンバで各種のスパッタ成膜を行うことが可能となる。また仕切り板で他の領域との隔離を確実に行えるので、ガスコンタミネーションの問題を解消し、かつスパッタチャンバ内を望ましい圧力に安定して維持することが可能になる。
【００１４】
上記の構成において、上記仕切り板としては、スパッタ成膜用スペースとカソードチャンバの内部スペースとを分離する仕切り板と、スパッタ成膜用スペースと基板搬送チャンバの内部スペースとを分離する仕切り板を設ける場合、あるいはこれらの２つの仕切り板のうちいずれか一方を設ける場合を考えることができる。スパッタ成膜用スペースを他の領域から隔離する場合には、上記２つの仕切り板を設けることが望ましい。しかし、構成を簡易化し、排気工程を簡易化する観点から、いずれか一方の仕切り板のみとすることも可能である。
【００１５】
上記の構成において、スパッタチャンバに排気用真空ポンプが設けられることを特徴とする。仕切り板が開いているときには、スパッタ成膜用スペースと、カソードチャンバの内部スペースあるいは基板搬送チャンバの内部スペースは空間的に通じているので、スパッタチャンバの箇所に真空ポンプを付設するだけで、スパッタリング装置の内部の全体を排気し、真空状態にすることができる。排気に関する構成を簡素化することが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
最初に概略図である図１〜図３を参照して、本発明に係るスパッタリング装置の要部の全体的な構成を説明する。概略図といっても本発明の理解を容易にするために簡略化されたものであり、本発明の特徴は十分に示されるものである。図１は縦断面図、図２は水平断面図、図３はバルブ板の開閉状態を拡大して示す図である。
【００１８】
本実施形態によるスパッタリング装置では、内部にカソード機構１０を設けたチャンバ１００（以下「カソードチャンバ」という）と、内部に基板取付け機構２０を設けたチャンバ２００（以下「基板チャンバ」という）とを備える。基板チャンバ２００は基板を所定の処理位置に搬送するための真空搬送チャンバである。カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００は所要の間隔を開けて配置されている。カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間には、当該間隔に基づき、スパッタチャンバを形成するためのスパッタ成膜用の領域として用いられるスペース１１が確保される。このスペース１１は、周囲を側壁部１２で囲まれ、外部空間から隔離されている。側壁部１２はカソードチャンバ１００と基板チャンバ２００を結合する接続部として機能する。またスペース１１は、開口部１３を通してカソードチャンバ１００の内部空間と通じることが可能であり、開口部１４を通して基板チャンバ２００の内部空間と通じることが可能である。またスペース１１における開口部１３の側、および開口部１４の側にはそれぞれバルブ板１５，１６が配置されている。バルブ板１５は中央に筒部（またはリング部）１５ａを有し、筒部１５ａの一端の外側周囲に鍔部１５ｂを有している。またバルブ板１６も同様に筒部１６ａと鍔部１６ｂを有する。バルブ板１５，１６はそれぞれ直線駆動装置１７，１８によって中央の筒部の軸方向に動くことが可能である。バルブ板１５が動くことで開口部１３が開閉され、バルブ板１６が動くことで開口部１４が実質的に開閉される。バルブ板１５，１６は、スペース１１とその他の領域とを仕切る仕切り板として機能する。
【００１９】
カソードチャンバ１００、基板チャンバ２００、スパッタチャンバを形成するためのスペース１１は、それぞれ真空ポンプ２１，２２，２３によって所要の真空状態に排気される。なお真空ポンプはチャンバごとに設ける代わりに、例えばスパッタチャンバの箇所に共通の真空ポンプを一台設け、この一台の真空ポンプで全体の排気を行うように構成することも可能である。構成の簡易化の観点からスパッタチャンバのみに真空ポンプを付設する構成が好ましい。
【００２０】
カソードチャンバ１００の内部に設けられたカソード機構１０は、例えば４つの側面を有するカソード回転体２４と、カソード回転体２４の４つの側面に設けられたカソード２５とからなる。カソード回転体２４は、カソードチャンバ１００の中央に取り付けられ、カソードチャンバ１００の外部に設けられた回転駆動装置２６で自在に回転される。４つのカソード２５は９０°の等間隔で配置され、各カソードにはターゲット２７ａ〜２７ｄが取り付けられている。ターゲット２７ａ〜２７ｄは、例えば、異なる材料で形成され、異なる種類の膜の形成に使用される。４つのカソード２５の各々はカソード回転体２４が９０°の単位で回転することによりスペース１１に順次に臨むように配置させることができる。カソード回転体２４の内部には各種装置を組み込むためのスペースが形成されている。カソード回転体２４の内部スペースには、カソード電源から４つのカソード２５の各々に給電を行う給電部や、ターゲット２７ａ〜２７ｄの位置を変更するための位置調整機構等が内蔵される。
【００２１】
基板チャンバ２００の内部に設けられた基板取付け機構２０は、例えば４つの側面を有する基板回転体２８である。基板回転体２８の４つの側面の各々には基板２９が固定されている。基板回転体２８は基板ホルダとして機能する。基板回転体２８は、基板チャンバ２００の中央部に取り付けられ、基板チャンバ２００の外部に設けられた回転駆動装置３１で回転自在である。４つの基板２９は９０°の等間隔で配置されている。４つの基板２９の各々は基板回転体２８が９０°の単位で回転することによりスペース１１に順次に臨むように配置させることができる。
【００２２】
次に、カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間において、スペース１１とバルブ板１５，１６の移動とを利用して形成されるスパッタチャンバについて説明する。本実施形態によるスパッタリング装置では、もともとスパッタチャンバとして確立したチャンバを備えておらず、バルブ板１５，１６を移動させてスペース１１を他の領域から隔離することによりスパッタチャンバが形成される。スペース１１は、本来、単にカソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間の隙間として形成され、側壁部１２によって四方を囲まれることにより形成される。スペース１１において、カソードチャンバ１００側の箇所にはバルブ板１５が配置され、基板チャンバ２００側の箇所にはバルブ板１６が配置される。バルブ板１５，１６の各々が直線駆動装置１７，１８により内側に移動して配置されると、開口部１３，１４は開かれ、スペース１１は他の領域と通じた状態に保持される。バルブ板１５が直線駆動装置１７により外側に移動して配置されると、筒部１５ａの外端がカソード回転体２４の側面に押し付けられかつ鍔部１５ｂの外端が境界部３２に押し付けられ、開口部１３が閉じられ、かつカソード２５とタートゲット２７ａが筒部１５ａの内部空間を利用してスペース１１に臨む。バルブ板１６が直線駆動装置１８により外側に移動して配置されると、筒部１６ａの外端が基板回転体２８の側面に押し付けられかつ鍔部１６ｂの外端が境界部３３に押し付けられ、開口部１４が閉じられ、かつ基板２９が筒部１６ａの内部空間を利用してスペース１１に臨む。上記構成によりスペース１１が他の部分と分離されてスパッタチャンバとして確立され、処理される基板２９がターゲット２７ａに対向して配置されることになる。上記において、バルブ板１５，１６の筒部１５ａ，１６ａの開口内寸法はカソード２７ａと基板２９よりも大きく設定されている。このように形成されたスパッタチャンバは真空ポンプ２３で真空にされ、当該スパッタチャンバに対し側壁部１２に付設されたマスフローコントローラ３４からスパッタ用ガスが導入される。スパッタチャンバ内の圧力は、マスフローコントローラ３４から導入されるガスの流量を調整することにより調整される。
【００２３】
上記構成を有するスパッタリング装置で、スパッタ成膜が行われる前の段階では、直線駆動装置１７，１８でバルブ板１５，１６が、図３に示すごとく内側に移動して配置されている。このとき、開口部１３，１４が開かれてスペース１１はカソードチャンバ１００の内部空間と基板チャンバ２００の内部空間に通じており、カソードチャンバ１００ではカソード回転体１０が回転できる状態にありかつ基板チャンバ２００では基板回転体２８が回転できる状態にある。この状態で、回転駆動装置２６でカソード回転体２４が回転されかつ回転駆動装置３１で基板回転体２８が回転され、これによりスパッタ成膜に使用されるターゲットが選択されかつスパッタ成膜が施される基板が選択される。カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００は真空ポンプ２１，２２でそれぞれ所要の真空状態に保持されている。スペース１１に臨むターゲットと基板が選択された状態で、直線駆動装置１７，１８によってバルブ板１５，１６が矢印３５，３６のごとく外側に移動されると、前述のごとくスペース１１が隔離され、スパッタチャンバが形成される。その後、スパッタチャンバ内のスペース１１が真空ポンプ２３で排気され、マスフローコントローラ３４でスパッタ用プロセスガスが導入され、カソード２５にカソード電源から給電が行われ、基板２９に対してスパッタ成膜が開始される。基板２９に対する成膜が終了すると、スパッタ用プロセスガスの導入等が停止される。その後、図３に示した状態にして次の成膜で使用されるターゲットと基板がスパッタチャンバで対向するように、カソード回転体２４と基板回転体２８を回転させる。バルブ板１５，１６を前述と同様にして移動させてスパッタ用プロセスガスを導入し、基板の表面に薄膜が形成される。さらに、前述した同様な動作に基づいて、成膜したい基板とカソードおよびターゲットとの組合せてスパッタリングにより膜を形成する。
【００２４】
上記構成のスパッタリング装置によれば、カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間のスペース１１と、スペース１１内に配置したバルブ板１５，１６の開閉動作を利用して、スパッタ成膜を行う際に他の部分から分離されたスパッタチャンバが形成される。さらにカソードチャンバ１００に複数のカソードおよびターゲットを備えた回転自在なカソード回転体２４を設け、基板チャンバ２００に複数の基板を備えた回転自在な基板回転体２８を設け、スパッタ成膜を行うとき、形成されたスパッタチャンバに、カソードおよびターゲットと基板とを任意に組合せてセットすることができる。従って、複数のスパッタチャンバを予め特別に持つ必要はなく、構成を簡単することができる。また基板に成膜される膜の数を増すため、スパッタチャンバの数を増さなければならない場合にも、カソード回転体２４および基板回転体２８の構造を変更し、形成される１つのスパッタチャンバにセットされるカソード等と基板の組みを増せばよく、容易に対処することができる。なお上記の例では、４つのカソードを備えたカソード回転体２４、４つの基板を備える基板回転体２８の例を示したが、カソードの数や基板の数は他の数に変更できるのは勿論である。
【００２５】
また仕切り板としてのバルブ板を、カソードチャンバ１００側と基板チャンバ２００側の両方に設けたが、いずれか一方にすることも可能である。この場合には、スパッタ成膜の際に、スペース１１がカソードチャンバ１００の内部スペースまたは基板チャンバ２００の内部スペースと通じた状態になるが、スパッタ成膜用のスペース１１は従来装置の構成に比較して他の領域から隔離した状態に保持できるので、コンタミネーション等の観点から許容できる状態である。
【００２６】
次に、図４と図５に本発明に係るスパッタリング装置の要部の具体例を示し、これらの図を参照して前述したカソードチャンバ１００とカソード機構１０の具体的な構造について説明する。図４はカソードチャンバ１００およびこれに関連する下側部分の内部構造、スパッタチャンバの内部構造、バルブ板１５、基板取付け構造の一部を示す縦断面図であり、図５は図４におけるカソード回転体の内部構造を示す水平断面図である。図４と図５において前述した図１〜図３で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。
【００２７】
このスパッタリング装置において、カソードチャンバ１００の下側には例えばテーブル状の下部フレーム４１が設けられ、下部フレーム４１の上部に円筒形の支持フレーム４２が設けられており、またスペース１１を有するスパッタチャンバ３００の下側には真空ポンプ４３が設けられている。円筒形の支持フレーム４２は下部フレーム４１の上板４１ａに固定されており、さらにカソードチャンバ１００は支持フレーム４２の上に固定されている。カソードチャンバ１００の下壁には孔１００ａが形成されており、カソードチャンバ１００に固定される円筒形支持フレーム４２は下壁の孔１００ａの周囲の外側面に結合されている。カソードチャンバ１００の内部に回転自在に取り付けられたカソード回転体２４が設けられている。カソードチャンバ１００の内部スペースは気密であり、減圧されて真空状態に保持されるが、カソード回転体２４の内部は、その下部が開放されて大気状態になっている。真空ポンプ４３は、排気チャンバ４４を介してスパッタチャンバ３００内のスペース１１に接続される。真空ポンプ４３は前述の真空ポンプ２３に対応するものであるが、この具体例ではスパッタチャンバ３００内のスペース１１とカソードチャンバ１００内のスペースを１つの真空ポンプ４３で同時に排気する構造を採用している。下部フレーム４１には上記の４つのカソード２５にスパッタ成膜の際に必要な電力を供給する高圧のカソード用電源４６と、カソード回転体２４を回転させるための駆動用モータ４７と、装置各部の動作を制御するコントローラ４８と、その他にカソードチャンバを冷却する冷却水を供給する冷却装置と、スパッタチャンバにプロセスガスを供給するためのガス供給装置が設けられている。冷却装置や冷却水を流すための配管、ガス供給装置やガスを流す配管の図示は、図を簡略化するために省略されている。また駆動用モータ４７は支持台４９の上に配置されている。
【００２８】
次に、カソード回転体２４の内部は空洞のスペースが形成され、下壁１０ａには例えば円形の孔が形成され、これによってカソード回転体２４の内部のスペースが開放されている。カソード回転体２４の下壁の外側周囲には支持筒体５１が固定されている。支持筒体５１は、カソードチャンバ１００の下壁の孔１００ａと支持フレーム４２の中に挿通されて配置され、支持筒体５１と支持フレーム４２の間には３つの軸受け部材５２，５３，５４が設けられ、支持筒体５１は支持フレーム４２に対して回転自在に取り付けられている。支持筒体５１の軸方向長さは筒形支持フレーム４２の軸方向長さよりも長く、その下部は、支持フレーム４２の下部よりも下方に延設されている。延設された支持筒体５１の下端にはプーリ５５が固定されている。さらにまた支持筒体５１と支持フレーム４２の間には磁性流体を利用して磁気シール５６が設けられる。磁気シール５６によってカソードチャンバ１００の内部スペースの気密性が保持され、カソードチャンバ１００内が所要の真空状態に保持される。
【００２９】
支持筒体５１の下端のプーリ５５と、モータ４７の回転軸に固定されたプーリ５７との間にはベルト５８が掛け渡される。モータ４７が回転すると、回転力がベルト５８によって支持筒体５１に伝達され、支持筒体５１およびこれに結合されるカソード回転体２４が回転させられる。
【００３０】
回転自在なカソード回転体２４の内部には、下部フレーム４１に支持ロッド６１を介して固定された筒形支柱６２を支持筒体５１の内部に挿通させて配置し、この筒形支柱６２の上部に支持台６３を固定する。そして支持台６３の上には、可動軸６４ａの先端にマグネット６５を備えたシリンダ６４と、可動軸６６ａの先端に給電端子６７を有するシリンダ６６が配置されている。シリンダ６４とシリンダ６６は高さ位置を異ならせて配置されるので、支持台６３も２段のステージを有するように形成されている。固定静止状態の筒形支柱６２と回転自在なカソード回転体２４の間には、軸受け部材６８が配置される。このようにして、回転自在なカソード回転体２４の内部に静止状態のマグネット６５と給電端子６７が一組配置される。マグネット６５は永久磁石または電磁石である。電磁石の場合には筒形支柱６２を通して外部から電力が供給される。またカソード２５に高電圧を供給する給電端子６７には高圧電源４６から高圧線６９を通して電圧が供給される。スパッタ処理を行うとき、スパッタチャンバ３００のスペース１１に臨むように配置されたカソード２５に対して、マグネット６５は、ターゲット２７ａの表面に所定の磁界分布を与えるべく、一点鎖線に示されるようにその背面部に配置される。このときの配置状態では、シリンダ６４を動作させて可動軸６４ａを前方に伸ばし、マグネット６５を前方に移動させる。また給電端子６７も、シリンダ６６が動作して可動軸６６ａが前方に伸び、カソード２５側の接続端子７０と接続される。スパッタ処理が終了すると、シリンダ６４，６６は動作してその可動軸６４ａ，６６ａを後退させ、マグネット６５と給電端子６７をカソード２５から引き離す。これによってカソード回転体２４を回転動作を行える状態になる。以上のように、回転自在なカソード回転体２４の内部には静止状態でかつ必要に応じてシリンダ６４，６６によって前進または後退するように設けられたマグネット６５と給電端子６７が配置されている。この一組のマグネット６５と給電端子６７は、カソード回転体２４の側面に取り付けられた４つのカソード２５のすべてに共用される。すなわち、回転式構造で設けられたカソード機構１０によってスパッタ処理を行うときにスペース１１に臨むように配置されたいずれのカソード２５に対しても一組のマグネット６５と給電端子６７がセットされる。
【００３１】
図５に示すごとく、カソード回転体２４の４つの側面にはそれぞれカソード２５が設けられ、各カソード２５は所定位置に給電用の接続端子７０を備えている。スパッタチャンバ３００の成膜を行う領域を形成するスペース１１に臨む位置にカソード２５がセットされると、そのターゲットは基板２９に対向する。このとき、カソード２５の背面にはマグネット６５が対向し、接続端子７０には給電端子６７が対向する位置関係になる。この状態で、シリンダ６４が動作して可動軸６４ａを前進させるとマグネット６５がカソード２５の背面の近傍位置にセットされ、シリンダ６６が動作して可動軸６６ａを前進させると給電端子６７が接続端子７０に接続される。その後、プロセスガスが供給される等を条件にしてスパッタ成膜が行われる。成膜が終了すると、シリンダ６４，６６が動作してマグネット６５と給電端子６７をカソードから引き離し、次のスパッタ成膜を行うためのカソードがスパッタチャンバの位置に到来するのを待機する。
【００３２】
また図４に示すごとくカソードチャンバ１００側のバルブ板１５は、カソードチャンバ１００の上側と下側に設けられた直線駆動装置１７の駆動軸に連結プレート７１を介して結合されている。直線駆動装置１７が動作することにより、バルブ板１５はカソードチャンバ１００側に移動し、筒部１５ａがＯリングを介してカソード回転体２４に当接し、鍔部１５ｂはＯリングを介してカソードチャンバ１００の一部に当接する。このようにして、スパッタチャンバ３００の内部スペース１１とカソードチャンバ１００の内部スペースが隔離され、スパッタチャンバ３００が他の領域から分離して形成される。図４では省略されているが、基板チャンバの側も同様な構成になっている。図４において２９はターゲット２７ａに対向する基板である。基板２９は基板ホルダ７２に固定されている。
【００３３】
上記の構成において、スパッタ成膜を行うときにカソードの背面に配置されるマグネット６５の位置は、ターゲットとの間の距離を考慮して予め定められている。なお、ターゲットに対するマグネット６５の位置については、シリンダ６４の可動軸６４ａのストロークを変化させることによって調整することが可能である。マグネット６５の位置を変更する装置としては、その他、モータとボールネジを利用した機構とによって構成された装置を用いることもできる。また、基板とターゲットの間の距離は、ターゲットを取り付けるときにスペーサを付設することによって調整される。
【００３４】
以上において、カソード回転体２４を回転させるモータ４７の動作、カソード電源４６の給電動作、バルブ板１５の開閉を行う直線駆動装置１７の動作、シリンダ６４，６６の動作、真空ポンプ４３の動作等は、コントローラ４８による制御に基づいて行われる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、回転式カソード機構を備えたカソードチャンバと回転式基板搬送機構を備えた基板搬送チャンバを備え、カソードチャンバと基板搬送チャンバの間の形成されたスペースと仕切り板を利用してスパッタ成膜を行うときスパッタチャンバを形成するように構成したため、スパッタチャンバの構造を簡単な構造で実現し、スパッタチャンバの形成に要するスペースをできるだけ小さくし、また１つのスパッタチャンバで多層膜を基板上に形成することができ、スパッタチャンバの数の増大の要請に対しても簡素な構造および低コストで簡単に対処することができる。またスパッタ成膜用のスペースを仕切り板を設けることによりその他の領域から分離するようにしたため、スパッタ成膜時のガスコンタミネーションの問題を解消し、かつ成膜に必要な圧力状態を安定に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタリング装置の代表例を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明に係るスパッタリング装置の代表例を示す概略水平断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示した図である。
【図４】本発明に係るスパッタリング装置の具体的な構造を示す縦断面図である。
【図５】上記具体的構造でカソード回転体の内部構造を示す水平断面図である。
【図６】従来のスパッタリング装置の第１例を示す図である。
【図７】従来のスパッタリング装置の第２例を示す一部切欠き平面図である。
【図８】図７におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図９】従来のスパッタリング装置の第３例を示す水平断面図である。
【図１０】図９におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１０                  カソード機構
１５，１６            バルブ板
１７，１８            直線駆動装置
２０                  基板取付け機構
２４                  カソード回転体
２５                  カソード
２６                  回転駆動装置
２７ａ〜２７ｄ        ターゲット
２８                  基板回転体
２９                  基板
３１                  回転駆動装置
１００                カソードチャンバ
２００                基板チャンバ
３００                スパッタチャンバ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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