(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に開口部を有するカソード支持部材によって、内部がカソード配置空間と基板配置空間との２つの空間に分けられた真空チャンバーと、
前記基板配置空間に配置され、基板を載置する基板ホルダーと、
前記カソード支持部材の開口部の周縁に設けられた絶縁性のカソード載置部と、
前記基板ホルダーに対向し、かつ、前記カソード配置空間に配置され、ターゲットおよびこれを保持するバッキングプレートで構成されるカソードと、
前記カソード配置空間に配置され、前記バッキングプレートの前記ターゲットを保持する面とは反対の表面に配置されるとともに、前記カソードに対し密着状態に接触して電気的に接続され、前記カソード配置空間に出入り可能に配置された電流導入用プレートとを備え、
成膜時に、前記カソードのバッキングプレートが前記カソード支持部材のカソード載置部上に載置され、前記カソードのターゲットが前記開口部を通して、前記基板配置空間内に配置された基板に対向するように構成されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記カソード配置空間に配置され、前記電流導入用プレートの前記バッキングプレートが配置される面とは反対の表面にマグネトロン方式スパッタリング用磁石を備えている請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
請求項１に記載の成膜装置のターゲットの交換方法であって、
使用済みターゲットを有するカソードから電流導入用プレートを離して真空チャンバーの外部に引き出す工程と、
カソード支持部材のカソード載置部に載置されているカソードを真空チャンバーの外部に取り出す工程と、
新たなターゲットを有するカソードを前記カソード載置部上に載置する工程と、
前記電流導入用プレートを前記カソードに密着状態に接触させる工程とを有することを特徴とする成膜装置のターゲットの交換方法。
【請求項４】
請求項２に記載の成膜装置のターゲットの交換方法であって、
磁石を電流導入用プレートから離間させる工程と、
使用済みターゲットを有するカソードから前記電流導入用プレートを離して真空チャンバーの外部に引き出す工程と、
カソード支持部材のカソード載置部に載置されているカソードを真空チャンバーの外部に取り出す工程と、
新たなターゲットを有するカソードを前記カソード載置部上に載置する工程と、
前記電流導入用プレートを前記カソードに密着状態に接触させる工程と、
前記磁石を前記電流導入用プレートに接触させる工程とを有することを特徴とする成膜装置のターゲットの交換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング材料のターゲットから放出されるスパッタ粒子によって基板の表面に薄膜を生成する成膜装置およびそのターゲットの交換方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の成膜装置は、一般に図６に示すような構成になっている。すなわち、真空チャンバー１内部の成膜反応室１ａには、マスフローコントローラ４からガス導入管７を通じて反応ガス、例えばアルゴンガスが導入されるとともに、真空排気パイプ２を介して成膜反応室１ａに接続された真空排気ポンプ３が駆動することにより、成膜反応室１ａ内が所定の圧力に調圧される。この反応ガス雰囲気の成膜反応室１ａ内において、電源部８から電流導入用プレート９およびバッキングプレート１０を通じてスパッタリング材料のターゲット１１に電圧を印加することより、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をターゲット１１に入射させることにより、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、例えばガラス基板などからなる成膜対象の基板１２に堆積させることにより、基板１２の表面に薄膜が形成されていく。
【０００３】
ターゲット１１をバッキングプレート１０の下面に保持してなるカソード６は、バッキングプレート１０の上面を電流導入用プレート９に密着状態に重ね合わせて、複数の固定用ボルト１４により電流導入用プレート９に固定されている。
【０００４】
さらに、電流導入用プレート９の上面中央部には、内部に電流導入用プレート９への接続線を挿通させた筒状の支持体１７の下端が直交して固定され、この支持体１７の上部が真空チャンバー１の蓋体１３に対し貫通して気密に固着されていることにより、電流導入用プレート９は、支持体１７を介して蓋体１３に吊り下げ状態に取り付けられている。また、電流導入用プレート９の上面には、マグネトロン方式スパッタリング用のリング状磁石１８が磁気的に結合状態に取り付けられている。この磁石１８から発生する磁界の作用により、プラズマ密度が向上して成膜レート、つまり単位時間当たりの成膜量が増大する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記カソード６は、ターゲット１１を一定期間使用した時点で交換する必要があり、この種の成膜装置では、稼働率の向上のために、メンテナンス作業の他に、上記カソード６の交換のための作業時間を短縮することが要求されている。しかしながら、上記成膜装置ではカソード６の交換に際して煩雑な作業を要して作業時間が長くなる問題がある。
【０００６】
すなわち、カソード６の交換に際しては、先ず、蓋体１３の真空チャンバー１に対するボルト（図示せず）などによる固定を解除したのちに、蓋体１３をアクチエータ（図示せず）により真空チャンバー１から引き上げ、この蓋体１３に支持体１７を介して吊り下げられている電流導入用プレート９およびカソード６を、２点鎖線で示すように、真空チャンバー１の上方に引き出す。このアクチエータで吊り下げられている組立体の複数の固定用ボルト１４を取り外して、ターゲット１１とバッキングプレート１０とからなるカソード６を電流導入用プレート９から取り外す。つぎに、新たなターゲット１１をバッキングプレート１０に保持したカソード６を、電流導入用プレート９に所定の位置決め状態に重ね合わせ、この位置決め状態を保持しながら複数の固定用ボルト１４を締め付けることにより、バッキングプレート１０を電流導入用プレート９に固定する手順で行われる。
【０００７】
したがって、上記のカソード６の交換方法では、固定用ボルト１４の取り外しおよび取り付け作業やバッキングプレート１０の位置決めなどの煩雑な作業を必要とし、比較的多くの作業時間を要する。しかも、ターゲット１１が磁性体である場合、カソード６は、磁石１８の磁気吸引力の作用を受けることから、固定用ボルト１４を取り外しただけでは電流導入用プレート９から取り外すのが困難であり、さらに、煩雑な作業が増える。
【０００８】
そこで本発明は、上述の問題点を解消し、ターゲットを有するカソードが固定ボルトなどを用いない簡単な手段で電流導入用プレートに対し電気的接続状態で固定された構成を有する成膜装置およびそのターゲットを迅速に交換できる交換方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の成膜装置は、中央に開口部を有するカソード支持部材によって、内部がカソード配置空間と基板配置空間との２つの空間に分けられた真空チャンバーと、前記基板配置空間に配置され、基板を載置する基板ホルダーと、前記カソード支持部材の開口部の周縁に設けられた絶縁性のカソード載置部と、前記基板ホルダーに対向し、かつ、前記カソード配置空間に配置され、ターゲットおよびこれを保持するバッキングプレートで構成されるカソードと、前記カソード配置空間に配置され、前記バッキングプレートの前記ターゲットを保持する面とは反対の表面に配置されるとともに、前記カソードに対し密着状態に接触して電気的に接続され、前記カソード配置空間に出入り可能に配置された電流導入用プレートとを備え、成膜時に、前記カソードのバッキングプレートが前記カソード支持部材のカソード載置部上に載置され、前記カソードのターゲットが前記開口部を通して、前記基板配置空間内に配置された基板に対向するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
この成膜装置は、カソードのターゲットに電流導入用プレートを通じて電圧を印加することにより、プラズマが生成され、それによりターゲットから弾き出されたスパッタ粒子が成膜対象の基板に堆積し、基板の表面に薄膜が形成される。
【００１１】
この成膜装置では、ターゲットを有するカソードが、カソード支持部材のカソード載置部上に載置されて、このカソード載置部と電流導入用プレートとによる挟持固定により支持された構成になっているから、ターゲットの交換に際しては、電流導入用プレートを真空チャンバーの外部に引き出せば、真空チャンバー内においてカソード載置部上に載置されて残っているカソードを手作業などにより新たな物と容易に交換することができる。そのため、従来装置においてカソードを電流導入用プレートに固定していた固定用ボルトの取り外しおよび取り付けの作業が不要となり、ターゲットの交換のための作業時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
上記発明において、前記カソード配置空間に配置され、前記電流導入用プレートの前記バッキングプレートが配置される面とは反対の表面にマグネトロン方式スパッタリング用磁石を備えた構成とすることができる。
【００１３】
これにより、磁石の発生する磁界でプラズマを閉じ込めるマグネトロン方式のスパッタリングを行え、プラズマ密度を向上させて成膜レートの増大を図れる。この成膜装置では、磁石を備えているが、この磁石が電流導入用プレートに対し離間可能に設けられているから、ターゲットが磁性体である場合には、先ず磁石を電流導入用プレートから離間させておくことにより、電流導入用プレートをカソードから容易に離間させることができ、真空チャンバー内において前記カソード載置部上に載置されて残っているカソードを手作業などにより新たな物と容易に交換することができる。
【００１４】
本発明の成膜装置のターゲットの交換方法は、使用済みターゲットを有するカソードから電流導入用プレートを離して真空チャンバーの外部に引き出す工程と、カソード支持部材のカソード載置部に載置されているカソードを真空チャンバーの外部に取り出す工程と、新たなターゲットを有するカソードを前記カソード載置部上に載置する工程と、前記電流導入用プレートを前記カソードに密着状態に接触させる工程とを有している。
【００１５】
これにより、ターゲットを有するカソードの交換を容易に、且つ迅速に行うことができる。
【００１６】
本発明の成膜装置のターゲットの他の交換方法は、磁石を電流導入用プレートから離間させる工程と、使用済みターゲットを有するカソードから前記電流導入用プレートを離して真空チャンバーの外部に引き出す工程と、カソード支持部材のカソード載置部に載置されているカソードを真空チャンバーの外部に取り出す工程と、新たなターゲットを有するカソードを前記カソード載置部上に載置する工程と、前記電流導入用プレートを前記カソードに密着状態に接触させる工程と、前記磁石を前記電流導入用プレートに接触させる工程とを有している。
【００１７】
これにより、磁性体のターゲットであっても、このターゲットを有するカソードの交換を容易に、且つ迅速に行うことができる。
【００１８】
【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成膜装置を示す概略縦断面図で、同図において、図６と同一若しくは同等のものには同一の符号を付してある。この成膜装置が図６の装置と相違するのは、バッキングプレート１０にターゲット１１を保持したカソード６の支持構造のみであが、その他の構成について補足説明すると、成膜対象の基板１２は、基板ホルダー１９に取り付けられて成膜反応室１ａ内に設置され、一般に移動可能になっている基板ホルダー１９によってスパッタリング材料である平板状のターゲット１１に対向するよう位置決めされる。
【００１９】
この実施の形態では、非磁性体のターゲット１１を用いる場合を例示してある。真空チャンバー１の内周壁面には円板状のカソード支持部材２０が嵌め込み固定されており、このカソード支持部材２０は、その外径が真空チャンバー１の内径にほぼ等しく設定され、中央部にターゲット１１から放出されるスパッタ粒子を通過させるための開口部２１が設けられている。また、カソード支持部材２０の取付高さは、基板１２に対してターゲット１１を最も適切な離間距離で保持できる位置に設定されている。真空チャンバー１は前記カソード支持部材２０によって、上方内部空間がカソード配置空間となり、下方内部空間が基板配置空間となるように２つの空間に分けられている。
【００２０】
カソード支持部材２０における開口部２１の周縁部上面には、図３に示すように、リング形状となった絶縁部材（カソード載置部）２２が載置固定されている。この絶縁部材２２は、図３に明示するように、バッキングプレート１０の径とほぼ等しい外径を有し、且つ内径がターゲット１１を隙間を存して挿入させることのできる値に設定されている。カソード６は、ターゲット１１を絶縁部材２２の内部に挿入させてバッキングプレート１０を絶縁部材２２上に載置して設置される。また、バッキングプレート１０は、従来装置のように固定用ボルト１４により電流導入用プレート９に接合されずに、電流導入用プレート９が電気的接続状態に上方から密着されているだけである。すなわち、蓋体１３が真空チャンバー１に対し気密状態に連結されて施蓋した状態では、電流導入用プレート９が蓋体１３により支持体１７を介してバッキングプレート１０に押し付けられるようになっている。それにより、カソード６は、絶縁部材２２と電流導入用プレート９とにより挟持固定されている。
【００２１】
つぎに、上記成膜装置における成膜動作について簡単に説明する。真空チャンバー１内部の成膜反応室１ａには、マスフローコントローラ４からガス導入管７を通じて反応ガス、例えばアルゴンガスが導入されるとともに、真空排気パイプ２を通じて成膜反応室１ａに接続された真空排気ポンプ３が駆動されることにより、成膜反応室１ａ内が所定の圧力に調圧される。この反応ガス雰囲気の成膜反応室１ａ内において、電源部８から電流導入用プレート９およびバッキングプレート１０を通じてスパッタリング材料のターゲット１１に電圧を印加することより、例えばアルゴンプラズマが生成され、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り、このターゲット１１からスパッタ粒子を弾き出され、そのスパッタ粒子を成膜対象の基板１２に堆積させることにより、基板１２の表面に薄膜が形成されていく。上記のスパッタリングは、磁石１８から発生する磁界でプラズマを閉じ込めるマグネトロン方式のスパッタリングであり、プラズマ密度を向上させて成膜レートの増大を図れる。
【００２２】
続いて、上記成膜装置に備えているターゲット１１の交換方法について、図２を参照しながら説明する。ターゲーット１１の交換に際して、先ず、真空チャンバー１内に窒素を導入して成膜反応室１ａを大気圧とする。これにより、つぎの蓋体１３を真空チャンバー１から取り外す作業を容易に行えるようになる。つぎに、蓋体１３の真空チャンバー１に対するボルトなどによる固定を解除したのちに、蓋体１３をアクチエータにより引き上げて、図２に示すように、蓋体１３に支持体１７を介して吊り下げている電流導入用プレート９を真空チャンバー１の上方に引き出す。このとき、カソード６は、ターゲット１１が非磁性体であって磁石１８の磁気吸引力の作用を受けないから、電流導入用プレート９はバッキングプレート１０から円滑に離れる。このとき、成膜反応室１ａには、使用済みのターゲット１１とこれを保持するバッキングプレート１０からなるカソード６が絶縁部材２２上に載置された状態で残存する。
【００２３】
図２に示すように、電流導入用プレート９が成膜反応室１ａの外部に引き出された状態において、蓋体１３を保持するアクチエータが水平軸回りに約９０°回動する。それにより、電流導入用プレート９は真空チャンバー１の上方位置から側方へ待避され、つぎの作業を容易に行える状態となる。続いて、作業員は、成膜反応室１ａに残存するカソード６を手作業により取り出して、別途用意していた新たなターゲット１１を有するカソード６を、２点鎖線矢印で示すように絶縁部材２２上に載置する。
【００２４】
つぎに、アクチエータは、上述とは反対方向に９０°回動したのちに下降して、電流導入用プレート９をバッキングプレート１０に接触させ、さらに、下降して蓋体１３を真空チャンバー１の開口に対し密閉する状態に押し付ける。このとき、電流導入用プレート９はバッキングプレート１０に対し密着するよう押し付けられる。この状態において、ボルトなどの固定手段により蓋体１３が真空チャンバー１に固定されると、カソード６が絶縁部材２２と電流導入用プレート９とにより挟持固定され、ターゲット１１の交換が終了する。
【００２５】
上記のターゲット１１の交換方法では、蓋体１３を引き上げることにより、電流導入用プレート９が蓋体１３と一体となってカソード６のバッキングプレート１０から離れるから、絶縁部材２２上に載置されて残っているカソード６を手作業によりそのまま新たな物と交換するだけである。したがって、従来のような固定用ボルトの取り外しおよび取り付けの作業が不要となり、ターゲット１１の交換のための作業時間を大幅に短縮することができる。
【００２６】
図４は本発明の他の実施の形態に係る成膜装置を示す概略縦断面図で、同図において、図１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。この実施の形態では、ターゲット１１として磁性体のものを用いる場合を例示してあり、それに伴って、磁性体のターゲット１１に対し磁気吸引力を作用させる磁石１８は、図１のように電流導入用プレート９に固着されずに、その下面を電流導入用プレート９に押し付けられているだけである。さらに、磁石１８は、スライド軸受２３を介して蓋体１３に気密状態を保持しながら上下動自在に取り付けられた可動杆２４の下端に固着されている。したがって、磁石１８は、真空チャンバー１の外部から可動杆２４を操作することにより、可動杆２４と一体に支持体１７に沿って上下動される。なお、この成膜装置おける成膜動作は、図１の装置と同様であるので、その説明を省略する。
【００２７】
つぎに、上記成膜装置に備えているターゲット１１の交換方法について、図５を参照しながら説明する。ターゲーット１１の交換に際して、先ず、真空チャンバー１内に窒素を導入して成膜反応室１ａを大気圧とするとともに、真空チャンバー１の外部において、可動杆２４の上端部を把持して図５に矢印で示すように引き上げ、磁石１８を、電流導入用プレート９から離間させて、磁性体のターゲット１１に対し磁気吸引力が作用しない位置まで引き上げる。続いて、蓋体１３の真空チャンバー１に対するボルトなどによる固定を解除したのちに、蓋体１３をアクチエータにより引き上げて、図５に示すように、蓋体１３に支持体１７を介して吊り下げている電流導入用プレート９を真空チャンバー１の上方に引き出す。このとき、上述のように磁石１８が予めターゲット１１に対し磁気吸引力が作用しない位置に離間されているから、電流導入用プレート９はバッキングプレート１０から円滑に離れる。
【００２８】
成膜反応室１ａには、使用済みのターゲット１１とこれを保持するバッキングプレート１０からなるカソード６が絶縁部材２２上に載置された状態で残存しているので、このカソード６を、上述と同様にして新たなターゲット１１を備えたカソード６と交換する。そののちに、アクチエータの作動により電流導入用プレート９をバッキングプレート１０に密着状態に押し付け、蓋体１３を真空チャンバー１に固定したのちに、可動杆２４を真空チャンバー１の外部から操作して押し下げ、磁石１８を電流導入用プレート９に接触させると、ターゲット１１の交換が終了する。このターゲット１１の交換方法では、ターゲット１１が磁性体で、且つ磁石１８を備えた構成においても、ターゲット１１を容易に、且つ迅速に交換することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の成膜装置によれば、ターゲットを有するカソードを、カソード支持部材のカソード載置部上に載置して、このカソード載置部と電流導入用プレートとにより挟持固定して支持する構成としたので、ターゲットの交換に際しては、電流導入用プレートを真空チャンバーの外部に引き出せば、前記カソード載置部上に載置されて残っているカソードを手作業などにより新たな物と容易に交換することができ、固定用ボルトの取り外しおよび取り付けなどの作業が不要となることから、ターゲットの交換のための作業時間を大幅に短縮することができる。
【００３０】
本発明の成膜装置のターゲットの交換方法によれば、ターゲットを有するカソードの交換を容易に、且つ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る成膜装置を示す概略縦断面図。
【図２】同上装置におけるターゲットを交換する過程を示す概略縦断面図。
【図３】同上装置における要部構成の分解斜視図。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る成膜装置を示す概略縦断面図。
【図５】同上装置におけるターゲットを交換する過程を示す概略縦断面図。
【図６】従来の成膜装置の概略縦断面図。
【符号の説明】
１  真空チャンバー
１ａ  成膜反応室
６  カソード
９  電流導入プレート
１１  ターゲット
１２  基板
１８  磁石
２２  絶縁部材
【図１】
0003996977.tif 000002
【図２】
0003996977.tif 000003
【図３】
0003996977.tif 000004
【図４】
0003996977.tif 000005
【図５】
0003996977.tif 000006
【図６】
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