(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に回転自在に設置され、複数の基板が回転円上の取付位置に配してそれぞれ取り付けられた回転テーブルと、
前記基板の回転軌跡に対応した配設円上に配置され、複数のターゲットを前記基板に対向させて個々に保持する電極と、
前記真空チャンバにおける前記基板の取付位置並びに前記電極の配設円の各々の中央部に形成された排気通路とを備え、
真空チャンバの内部が、回転テーブルの上面と前記真空チャンバの内周壁とで囲まれて基板およびターゲットが配設された上部空間と、前記回転テーブルの下面と前記真空チャンバの内周壁とで囲まれた下部空間とに分離され、前記上部空間の排気通路と前記下部空間の排気通路とが個別に設けられている
ことを特徴とするスパッタリグ装置。
【請求項２】
リング状の仕切り部材が、回転テーブルの周端面と真空チャンバの内周壁との環状の間隙に対向させて、前記回転テーブルの下面に近接した配置で前記真空チャンバの内周壁に設けられている請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
回転テーブルの中央部には、排気コンダクタンスが大きい径を有する排気用開口部が設けられ、
前記回転テーブルは、その下面における前記排気用開口部の周縁部が回転保持機構を介して真空チャンバの底板部に回転自在に支持され、
前記真空チャンバの底板部には、排気口が前記回転保持機構の取付部に対し内方位置で前記排気用開口部に対向して設けられているとともに、前記排気口と前記回転保持機構の取付部の外周に沿って形成された複数の排気用連通孔とを介してそれぞれ連通する排気通路部が一体に設けられ、
前記排気用開口部、前記排気口および前記排気通路部により前記真空チャンバの上部空間の排気通路が構成されているとともに、前記排気用連通孔および前記排気通路部により前記真空チャンバの下部空間の排気通路が構成されている請求項１または２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、基板上に薄膜を形成するのに用いられるスパッタリング装置に関し、特に、複数種類の薄膜を積層状態に堆積させてなる薄膜デバイスを製造できるロータリー方式のスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ヘッドや磁気センサなどの薄膜デバイスの高機能化に伴って、高精度にコントロールされた膜厚と高品位な膜質を有する薄膜を形成することが求められており、スパッタリング現象を用いて高機能薄膜を形成する技術の研究開発が活発に行われている。特に、最近では巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を発現する人工格子の研究が盛んに行われている。この人工格子の形成には、異なる材料からなる複数のターゲットを取り付けることのできるスパッタリング装置が用いられており、例えば、基板に磁性膜と非磁性膜とを交互に積層した多層の積層膜が形成される。この人工格子を用いた薄膜デバイスの製造においては、数Åから数１０Åの極薄膜を形成する必要があり、この極薄膜の形成に際して、高精度な膜厚のコントロールと高品位な膜質の再現性を確保する必要がある。
【０００３】
図４は、人工格子を用いた薄膜デバイスの成膜製造工程に一般的に用いられている従来のスパッタリング装置を示す縦断面図である。同図において、外体容器の真空チャンバ１は、これの側壁に開口した真空排気口２、排気用チャンバ３およびバルブ４を介して真空排気ポンプ７に接続されており、真空排気ポンプ７が駆動することによって内部が高真空状態に引かれる。この高真空状態となった真空チャンバ１の内部には、図示しないガス導入管を通じてアルゴンガスなどのプロセスガスが導入される。
【０００４】
真空チャンバ１の内部には、回転テーブル８が回転軸９回りに回転自在に設けられ、この回転テーブル８の取付面（上面）に成膜対象の複数の基板１０が回転円上に配置して取り付けられている。一方、スパッタリング材料のターゲット１１としては、異なる材料からなる複種類のものが用いられ、これらターゲット１１は、回転テーブル８の回転による基板１０の移動軌跡上に上方から対向して配置されている。
【０００５】
上記スパッタリング装置は、真空チャンバ１内部のプロセスガス雰囲気中において、複数の各ターゲット１１に対し電源部（図示せず）から電極１２およびバッキングプレート１３を介して同時にまたは順次に電圧を印加することにより、例えばアルゴンプラズマを生成し、高いエネルギーを有するイオンをターゲット１１に入射させることによって、このターゲット１１からスパッタ粒子を弾き出し、そのスパッタ粒子を基板１０に堆積させることにより、基板１０の表面に薄膜を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような構成のスパッタリング装置では、図に矢印で示すように、真空チャンバ１内の空気が一側壁に設けられた真空排気口２に向け流動しながら排気されるので、それぞれのターゲット１１近傍箇所における成膜時の圧力状態にばらつきが発生し、この圧力のばらつきにより、それぞれのターゲット１１の近傍箇所における成膜状態に差異が発生し、所望の膜厚の薄膜デバイスを形成できないという問題がある。また、複数のターゲット１１により複数の膜を同時に成膜する場合、排気用チャンバ３から離れた側（図の左側）のターゲット１１の近傍箇所から排気用チャンバ３に向け流動するプロセスガスの流れは、他のターゲット１１の近傍箇所からのプロセスガスの流れと交差するので、複数のターゲット１１の各々の膜成分が混在する。その影響を受けて、或るターゲット１１により形成される薄膜に他のターゲット１１による膜成分が混在し、所望の高品位な膜特性が得られないという問題もある。
【０００７】
そこで本発明は、上述の問題点を解消し、所定の膜厚と高品位な膜質を有する多層膜を形成することのできるスパッタリング装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に回転自在に設置され、複数の基板が回転円上の取付位置に配してそれぞれ取り付けられた回転テーブルと、前記基板の回転軌跡に対応した配設円上に配置され、複数のターゲットを前記基板に対向させて個々に保持する電極と、前記真空チャンバにおける前記基板の取付位置並びに前記電極の配設円の各々の中央部に形成された排気通路を備え、 真空チャンバの内部が、回転テーブルの上面と前記真空チャンバの内周壁とで囲まれて基板およびターゲットが配設された上部空間と、前記回転テーブルの下面と前記真空チャンバの内周壁とで囲まれた下部空間とに分離され、前記上部空間の排気通路と前記下部空間の排気通路とが個別に設けられて構成されている。
【０００９】
このスパッタリング装置では、各基板の取付位置並びに各ターゲットの配設円の中央部に排気通路が設けられているから、各ターゲットの近傍箇所におけるガスを含む空気は、いずれも中央部の排気通路に集められて排気される。したがって、各ターゲットの各々の近傍箇所から真空チャンバの外部までの排気経路は、いずれも同一形態となって排気コンダクタンスが同一になるから、各ターゲットの各々の近傍箇所における成膜時の圧力状態には、殆どばらつきが生じない。そのため、各ターゲットによる成膜状態をほぼ同一に保持して、所望の膜厚と密度とを有する薄膜を形成することができる。しかも、各ターゲットの近傍箇所から真空チャンバの排気口までのプロセスガスの流れは、いずれも真空チャンバの中央部に集められることから、互いに交差することがない。そのため、複数種類のターゲットによる複種類の薄膜を同時に形成する場合においても、複数のターゲットの各々の膜成分が相互に混入することによる汚染を確実に防止でき、所望の膜特性を有する高品位な薄膜を得ることができる。
【００１０】
また、回転テーブルの回転保持機構などの機構が設けられた下部空間の汚染された空気等が、基板およびターゲットが配設された上部空間に流入するのを防止できるとともに、この下部空間の汚染された空気等を上部空間とは別個に排気することにより、汚染された空気等による成膜への汚染を確実に防止できる。
【００１８】
請求項２の発明は、リング状の仕切り部材が、回転テーブルの周端面と真空チャンバの内周壁との環状の間隙に対向させて、前記回転テーブルの下面に近接した配置で前記真空チャンバの内周壁に設けられた構成になっている。
【００１９】
これにより、請求項１の真空チャンバの内部を回転テーブルを境界として上部空間と支部空間とに分離する構成を、リング状の仕切り部材を設けるのみの安価で簡単な構造により効果的に達成することができる。
【００２０】
請求項３の発明は、回転テーブルの中央部に、排気コンダクタンスが大きい径を有する排気用開口部が設けられ、前記回転テーブルが、その下面における前記排気用開口部の周縁部が回転保持機構を介して真空チャンバの底板部に回転自在に支持され、前記真空チャンバの底板部に、排気口が前記回転保持機構の取付部に対し内方位置で前記排気用開口部に対向して設けられているとともに、前記排気口と前記回転保持機構の取付部の外周に沿って形成された複数の排気用連通孔とを介してそれぞれ連通する排気通路部が一体に設けられ、前記排気用開口部、前記排気口および前記排気通路部により前記真空チャンバの上部空間の排気通路が構成されているとともに、前記排気用連通孔および前記排気通路部により前記真空チャンバの下部空間の排気通路が構成されている。
【００２１】
これにより、上部空間の排気通路と下部空間の排気通路とを個別に設ける構成を安価に且つ容易に達成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るスパッタリング装置を示す縦断面図であり、同図において、図４と同一若しくは同等のものには同一の符号を付してその説明を省略する。真空チャンバ１４は、チャンバ周壁を形成するチャンバフレーム１７と、チャンバ底面を構成するチャンバーベース１８とが気密に合体されて、真空容器に形成されている。複数の基板１０が上面の同一の回転円上に配置して取り付けられる回転テーブル１９には、その回転中心部に排気用開口部２０が形成され、この排気用開口部２０の周縁部下面がボールベアリングなどからなる回転保持機構部２１を介してチャンバベース１８に回転自在に支持されている。上記排気用開口部２０は、比較的大きな径に形成されて、排気コンダクタンスを十分に大きく、つまり排気抵抗が十分に小さくなるよう設定されている。
【００２３】
上記チャンバベース１８は、底板部２２と、これの下方に位置する排気通路部２３とが一体形成された構成になっている。底板部２２は、回転テーブル１９の排気用開口部２０よりも大きな径の排気口２４が排気用開口部２０に対向して中央部に開口され、この排気口２４を介して排気通路部２３に連通している。さらに、排気通路部２３には、その底面中央部に排気口２７が底板部２２の排気口２４に対向して設けられており、この排気通路部２３の下面における排気口２７の下部には、真空排気ポンプ７がバルブ４を介して取り付けられている。したがって、真空排気ポンプ７が駆動することにより、真空チャンバ１４の内部における回転テーブル１９の上面とチャンバフレーム１７とで囲まれた上部空間は、回転テーブル１９の排気用開口部２０、チャンバベース１８の底板部２２の排気口２４、排気通路部２３の排気口２７およびバルブ４からなる排気通路を通じて排気されるようになっている。
【００２４】
図２は図１のＡ−Ａ線断面図を示す。上記の回転テーブル１９を回転自在に支持する回転保持機構２１は、チャンバベース１８の底板部２２における排気口２４の周縁部に固定されており、底板部２２には、回転保持機構２１の取付部の外周に沿って四つの弧状の排気用連通孔２８が等間隔に形成されている。また、図１に示すように、チャンバフレーム１７の内周壁には、リング状の仕切り体２９が回転テーブル１９の下面に近接した配置で固定されており、この仕切り体２９は、回転テーブル１９の周端面とチャンバフレーム１７の内周壁との間隙を下方からほぼ閉塞するよう機能する。これにより、真空チャンバ１４の内部は、回転テーブル１９を境界としてその上方空間と下方空間とに分離されている。
【００２５】
したがって、真空排気ポンプ７が駆動することにより、真空チャンバ１４における回転テーブル１９の下面と、チャンバフレーム１７の内周壁と、チャンバベース１８の底板部２２とで囲まれた真空チャンバ１４の下方空間は、底板部２２の四つの排気用連通孔２８、排気通路部２３、この排気通路部２３の排気口２７からなる排気通路を介してバルブ４から排気される。
【００２６】
図１に示すように、バッキングプレート１３を介してターゲット１１をそれぞれ保持した複数個の電極１２は、チャンバフレーム１７の上端開口を気密に施蓋する真空チャンバ１４の蓋体３０に取り付けられている。図３は、チャンバフレーム１７を下方から見た斜視図を示す。同図において、上記蓋体３０には、電極１２を取り付けるための４個の取付孔３１が、同図に２点鎖線で示す配設円３３上に等間隔に形成されている。４個の電極１２は、各取付孔３１にそれぞれ挿入するとともに、図１のパッキン３２により気密状態を保持して蓋体３０に固定されている。したがって、上述の排気用開口部２０および各排気口２４，２７は、４個の電極１２の配設円３３に対しその内方において同心状に形成されていることになる。なお、各電極１２にそれぞれバッキングプレート１３を介して保持されたターゲット１１は、回転テーブル１９の回転による各基板１０の移動軌跡に対向して配置されている。すなわち、上記配設円３３は、各基板１０の中央点の移動軌跡に対応している。
【００２７】
４個の電極１２の各間には、図３に明示するように、ほぼ三角形状の仕切り壁３４がチャンバフレーム１７からそれぞれ径中心方向に一体に突設されており、各電極１２は、各仕切り壁３４により個々に独立性を有する。また、各電極１２は、所定口径の開口を有する隔壁部材３７により覆われており、この隔壁部材３７により、回転テーブル１９の回転に伴って基板１０がターゲット１１の真下に位置したときのみ、隔壁部材３７の開口を通過したスパッタ粒子が基板１０に到達して薄膜が成長する。それにより、形成される薄膜は、結晶粒の成長方向が一定となり、磁気異方性の向きが揃い、且つシート抵抗の低い膜特性を有するものとなる。さらに、上記各隔壁部材３７には、チャンバフレーム１７に取付られた４個のガス導入管４０がそれぞれ個々に貫通されて、各電極１２の近傍箇所に個々にプロセスガスを供給するようになっている。
【００２８】
つぎに、上記スパッタリング装置による成膜について説明する。真空チャンバ１４の内部は、真空排気ポンプ７が駆動することによって高真空状態に引かれ、この高真空状態となった真空チャンバ１４の内部には、各ガス導入管４０からアルゴンガスなどのプロセスガスが各電極１２の近傍箇所に個々に導入される。この真空チャンバ１４内部のプロセスガス雰囲気中において、複数の各ターゲット１１に対し電源部（図示せず）から電極１２およびバッキングプレート１３を介して同時に、または順次に電圧を印加することにより、例えばアルゴンプラズマが生成し、高いエネルギーを有するイオンがターゲット１１に入射することによって、このターゲット１１からスパッタ粒子が弾き出され、そのスパッタ粒子が隔壁部材３７の開口を通じて基板１０に堆積される。ここで、回転テーブル１９は、一定速度での連続回転または基板１０がターゲット１１に対向する毎に一定時間の間停止する回転運動を行う。回転テーブル１９が所定回転数だけ回転すると、各基板１０には、４個のターゲット１１からそれぞれ弾き出されたスパッタ粒子による成膜が順次積層されて、多層膜が形成される。
【００２９】
このスパッタリング装置では、各電極１２の配設円３３の中央部に、回転テーブル１９の排気用開口部２０およびチャンバベース１８の底板部２２と排気通路部２３の各々の排気口２４，２７が同心状の配置で形成されて、各電極１２の近傍箇所におけるガスを含む空気は、それぞれ排気コンダクタンスを十分に大きく設定された排気用開口部２０および各排気口２４，２７を介して真空排気ポンプ７により排気される。したがって、各電極１２の各々の近傍箇所から真空排気ポンプ７までの排気経路は、それぞれ同一形態に形成されて排気コンダクタンスがいずれも同一に設定されているから、各電極１２の各々の近傍箇所における成膜時の圧力状態は、殆どばらつきが生じない。さらに、プロセスガスは、各電極１２に対しそれぞれ個別に設けたガス導入管４０を介して各電極１２の近傍箇所に供給しており、この点からも各電極１２の近傍箇所における成膜時の圧力状態のばらつきの発生をさらに確実に抑制できる。そのため、各電極１２による成膜状態をほぼ同一に保持して、所望の膜厚と密度とを有する薄膜を形成することができる。
【００３０】
一方、各電極１２の各々の近傍箇所から真空排気ポンプ７までのプロセスガスの流れは、図１にＥ１で示す矢印のように、いずれも真空チャンバ１４の中央部に集められるように真空排気ポンプ７に吸引されるから、互いに交差することがない。
【００３１】
また、隣接する各２個の電極１２の間には、チャンバフレーム１７に一体形成されて真空チャンバ１４の径中心方向に延びる仕切り壁３４が介設されていることにより、各ターゲット１１は、互いに隔離されて個々に独立的に設けられた状態となり、他のターゲット１１の膜成分による汚染をほぼ確実に防止できる。
【００３２】
さらに、回転テーブル１９の周端面とチャンバフレーム１７の内周面との間隙は、リング状の仕切り体２９を設けることにより、排気コンダクタンスを小さく、つまり排気抵抗を大きく設定されている。それにより、真空チャンバ１４の内部空間は、回転テーブル１９を境界として上部空間と下部空間とに分離されている。そして、下部空間は、図１にＥ２で示す矢印のように、チャンバベース１８の底板部２２の排気用連通孔２８、排気通路部２３およびその排気口２７を通じて上部空間とは別個に排気されるから、下部空間に存在する回転保持機構２１などによる汚染された空気等の影響による成膜への汚染を確実に防止できる。
【００３３】
以上の３点の構成により、複種類のターゲット１１により複種類の薄膜を同時に形成するにも拘わらず、複数のターゲット１１による膜成分の相互の混入による汚染を確実に防止して、所望の膜特性を有する高品位な薄膜を得ることができる。
【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、各基板の取付位置並びに各ターゲットの配設円の中央部に排気通路を設けた構成としたので、各ターゲットの各々の近傍箇所から真空チャンバの外部までの排気経路がいずれも同一形態となって排気コンダクタンスが同一になるから、各ターゲットの各々の近傍箇所における成膜時の圧力状態にばらつきが殆ど生じることがなく、各ターゲットによる成膜状態をほぼ同一に保持して、所望の膜圧と密度を有する薄膜を形成することができる。しかも、各ターゲットの近傍箇所から排出口までのプロセスガスの流れが互いに交差することがないため、複種類のターゲットによる複種類の薄膜を同時に形成する場合にも、複数のターゲットによる膜成分の相互の混入による汚染を確実に防止して、所望の膜特性を有する高品位な薄膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスパッタリング装置を示す縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】同上装置におけるチャンバフレームを下方から見た斜視図。
【図４】従来のスパッタリング装置を示す縦断面図。
【符号の説明】
１０  基板
１１  ターゲット
１２  電極
１４  真空チャンバ
１７  チャンバフレーム
１８  チャンバベース
１９  回転テーブル
２０  排気用開口部
２１  回転保持機構部
２２  底板部
２３  排気通路部
２７  排気口
２８  排気用連通孔
２９  仕切り体
３３  配設円
３４  仕切り壁
４０  ガス導入管
【図１】
0004017219.tif 000002
【図２】
0004017219.tif 000003
【図３】
0004017219.tif 000004
【図４】
0004017219.tif 000005