(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの真空室と、
上記１つの真空室内で基板を１つずつ保持する２つの基板保持部材と、
上記２つの基板保持部材のうちの一方の基板保持部材を薄膜形成位置に位置させて、上記一方の基板保持部材により保持された一方の基板に対して薄膜を形成する薄膜形成装置と、
上記２つの基板保持部材のうち他方の基板保持部材を基板温度調節位置に位置させ、上記他方の基板保持部材により保持された他方の基板を上記一方の基板と隔離させて、上記他方の基板保持部材により保持された上記他方の基板に対して冷却又は加熱を行う基板温度調節装置とを備えて、
上記薄膜形成装置での上記一方の基板に対する薄膜形成動作と上記基板冷却装置での上記他方の基板に対する基板温度調節動作とを、それぞれの動作条件で相互に干渉することなくそれぞれ独立して同時に進行させるとともに、
上記薄膜形成位置での上記一方の基板に対して上記薄膜形成装置により薄膜を形成したのち、上記一方の基板保持部材により保持された上記一方の基板を上記基板温度調節位置に位置させて上記一方の基板を上記他方の基板と隔離させて上記一方の基板に対して上記基板温度調節装置により冷却又は加熱を行うと同時的に、上記他方の基板保持部材により保持された上記他方の基板を上記薄膜形成位置に位置させて上記他方の基板に対して上記薄膜形成装置により薄膜を形成するようにした薄膜製造装置。
【請求項２】
周囲が上記真空室内で上記他方の基板が保持された上記他方の基板保持部材の基板保持側の表面に密着して上記保持された上記他方の基板を閉空間に一時的に隔離することにより上記他方の基板を上記一方の基板と隔離させる閉空間形成用凹部を上記真空室に備え、
上記基板温度調節装置は、上記閉空間形成用凹部が上記他方の基板保持部材の上記基板保持側の表面に密着したとき、上記閉空間に基板温度調節用媒体を供給して、上記他方の基板保持部材に保持された上記他方の基板を上記媒体により直接的に冷却又は加熱するとともに、上記他方の基板の裏面を保持する上記他方の基板保持部材内に備えられた基板温度調節機構により上記基板の裏面を冷却又は加熱するようにした請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項３】
上記閉空間形成用凹部は、上記真空室の壁面に設けられており、上記凹部の周囲には、上記他方の基板保持部材の上記基板保持側の表面に密着可能なパッキンを備えるようにした請求項２に記載の薄膜製造装置。
【請求項４】
上記閉空間から上記媒体を排出する媒体排出配管を有している請求項２又は３に記載の薄膜製造装置。
【請求項５】
１つの真空室内で２つの基板保持部材にそれぞれ保持される計２つの基板のうちの一方の基板に対して薄膜を形成するとともに、上記２つの基板のうちの他方の基板を上記一方の基板と隔離させて、上記他方の基板に対して冷却又は加熱を行い、上記一方の基板に対する薄膜形成動作と上記他方の基板に対する基板温度調節動作とを、それぞれの動作条件で相互に干渉することなくそれぞれ独立して同時に進行させるとともに、
上記２つの基板保持部材のうち、上記真空室内で上記他方の基板を保持する他方の基板保持部材の基板保持側の表面を上記真空室の閉空間形成用凹部の周囲に密着して上記他方の基板を閉空間に一時的に隔離することにより上記他方の基板を上記一方の基板と隔離させた状態で、上記閉空間に基板温度調節用媒体を供給して、上記他方の基板保持部材に保持された上記他方の基板を上記媒体により直接的に冷却又は加熱するとともに、上記他方の基板の裏面を保持する上記他方の基板保持部材側から間接的に上記他方の基板の裏面を冷却又は加熱するようにした薄膜製造方法。
【請求項６】
上記一方の基板に２層以上の薄膜を積層してデバイスを作成する際、上記一方の基板に１層目の薄膜を形成する間に上記他方の基板の温度調節を行って上記他方の基板の基板温度が徐々に変化することによる薄膜の厚み方向での膜質のバラツキを防止する請求項５に記載の薄膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に金属や半導体や誘電体などの薄膜を形成する装置に関し、特に薄膜を二層以上積層して作成する際に、薄膜を二層以上積層する間に基板を冷却又は加熱する工程を介在させることができる薄膜製造装置及び薄膜製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜デバイスの高集積化、高機能化に伴い、薄膜デバイス製造工程における薄膜形成工程では、高精度な界面状態及び膜質状態の制御が求められている。その中でも特に、次の２点の項目が強く要求されている。第１点目は、異種薄膜を積層したときにできる接合界面において、それぞれの薄膜を構成する原子の相互拡散深さを最小に抑えることである。第２点目は同一層内において、膜厚方向の膜質のバラツキを最小限に抑えることである。
【０００３】
薄膜界面における相互拡散は、一般的に、異種薄膜接合形成時に薄膜を作成する対象となる基板を冷却することによって最小限に抑えることができる。相互拡散を防ぐために、薄膜を形成する対象となる基板を、水冷等の冷却手段を持ったブロック等に接触させることにより、成膜中の基板温度上昇を抑制するという手法が多く用いられている。成膜中の基板温度上昇は、例えば薄膜形成方法の一つであるスパッタリング法であれば、基板表面がプラズマに曝されることや、導入されたガスの原子によってターゲットよりはじき出された物質が衝突することによって起こり、真空蒸着法であれば、蒸発物の熱や蒸発源部からの輻射熱等により引き起こされる。また、膜厚方向の膜質分布を最小限に抑える手段のうちの一つに、成膜中の基板温度変動を最小限に抑えるというものがある。薄膜形成工程が開始される前に、あらかじめ基板温度をその膜種に適した温度に調節しておき、ある薄膜形成プロセスの開始時と終了時の温度変化を最小限に抑えるという手法である。
【０００４】
これまでに、薄膜層間でのそれぞれの構成原子の拡散を抑えることや、薄膜形成工程進行中の基板温度変化を抑えるという上記目的のほかにも、成膜中や成膜前後で基板を冷却及び加熱する機構や方法も提案されてきた。
【０００５】
図３は、従来から使われてきた基板加熱及び冷却機構に備えたスパッタリング装置の一例を示したものである。この例は、特開昭６２−３５５１７号公報に開示されたものである。
【０００６】
この図３に示すように、スパッタリング装置２０１は、概略、スパッタリング室２０３と、これとゲートバルブ２０５を介して連結された搬送室２０７とからなっている。スパッタリング室２０３にはカソード２０９と、公転機構２１１とが設けられ、公転機構２１１に保持された基板ホルダー２１５には、半導体基板２１７が取付けられるようになっている。スパッタリング室２０３内には、基板２１７を加熱するための基板加熱機構（加熱用ランプ）２２１と、公転機構２１１の内側に設けられた冷却機構２２３が備えられている。
【０００７】
この冷却機構２２３は、図３に示す矢印方向に移動して、この冷却機構２２３を構成する冷却部材２２３ａと半導体基板２１７の裏面とを接触させて熱を吸収し、基板２１７を冷却する。上記冷却機構２２３は、半導体基板２１７上に高い温度でのスパッタリング成膜を行った後に、低い温度での成膜を行う際に、より短時間で低い温度での成膜を開始できるように半導体基板２１７を冷却するためのものである。
【０００８】
このスパッタリング装置２０１の動作を次に示す。まず、スパッタリング室２０３内に搬送された、室温と同等の温度の半導体基板２１７を、公転機構２１１により図３のＡの位置からＢの位置に回転移動させ、加熱ランプ２２１で半導体基板２１７を、例えば４００℃に加熱する。
【０００９】
次に、半導体基板２１７をＣの位置に移動させてカソード２０９に対向させ、半導体基板２１７上に第１の成膜を行う。第１の成膜が終了すると、回転機構２１１の回転により、Ｄの位置に半導体基板２１７が位置決めされ、冷却機構２２３の冷却部材２２３ａが、基板ホルダー２１５の方向に移動して、半導体基板２１７が冷却され、４００℃から第２の成膜処理に必要な温度、例えば１００℃に冷却される。そして、カソード２０９に対向するように移動し、Ｄの位置において第２の成膜を行う。
【００１０】
このような従来型の冷却機構２２３を備えてスパッタリング装置２０１においては、成膜中の基板冷却はＤの位置でしか行うことができず、スパッタリング装置２０１の利用形態の変化等に柔軟に対応することが難しい。また、Ｄ位置では冷却を完了させてから薄膜形成工程に入るため、他のプロセス、例えばＣ位置での薄膜形成工程などとの所要時間のバランスをとるのが難しい。さらに、薄膜形成工程で基板２１７の冷却を行う場合、他の工程をすべて停止し、基板２１７の１枚ずつに対して冷却動作を行わなければならないので、生産性が極めて低い。
【００１１】
一方、従来の他の例として、スパッタリング法により薄膜を形成する際、基板温度制御を行い、薄膜形成工程が終了して次の異なる薄膜形成工程に移るまでに、短時間で次なる工程で必要とされる基板温度まで到達させるという薄膜製造装置も提案されている。すなわち、図４に薄膜形成工程間の基板の加熱及び冷却を短時間で行うことを目的として提案されたスパッタリング装置を示す。これは、特開平１０−８３９６０号公報に開示されたものである。
【００１２】
このスパッタリング装置６０は、図４に示すように、スパッタリング室５１と搬送室５３とをゲートバルブ５５で仕切られている。スパッタリング室５１内には、半導体基板５７を保持する基板ホルダー６１と、この基板ホルダー６１に保持された半導体基板５７に対向して配置され、Ａrプラズマイオンの衝突により原子あるいは分子を放出するターゲット６３とが収納され、通常は真空状態に保持されている。
【００１３】
上記の基板ホルダー６１には、この基板ホルダー６１に保持された半導体基板５７の温度を調節するため、第１の加熱・冷却機構６５が設けられている。この第１の加熱・冷却機構６５は、ヒータ６７と、冷却水を通す冷却水配管７１と、加熱用のガスを導入するための加熱用ガス配管７３と、基板ホルダー６１の温度をセンシングするための熱電対７５から構成されている。
【００１４】
また、基板ホルダー６１の下方には、この基板ホルダー６１を加熱又は冷却するための第２の加熱・冷却機構７７を内蔵した補助ブロック８１が基板ホルダー６１を囲むように設けられている。
【００１５】
この補助ブロック８１にも、第２の加熱・冷却機構７７として、ヒータ８３、冷却水配管８５、加熱用ガス配管８７及び熱電対８９が設けられている。さらに、補助ブロック８１の上方には開口部９３が設けられており、基板ホルダー６１には、上下駆動エアシリンダ９５に連結されている。
【００１６】
次に、上記の構成を持つスパッタリング装置６０の作用について説明する。
【００１７】
まず、加熱シーケンスについて説明する。第１の加熱・冷却機構６５により基板ホルダー６１が第１のプロセスの温度条件に設定された後、基板ホルダー６１上の半導体基板５７に対する第１のプロセス条件でスパッタリングする。その最中に、次の第２のプロセス条件を選択し、加熱条件を変更することをスパッタリング装置６０の制御部に認識させる。
【００１８】
スパッタリング装置６０の制御部は、第２のプロセス条件で基板ホルダー６１を加熱するかあるいは冷却するかを判断する。そして、補助ブロック８１を目的の温度まで加熱あるいは冷却する。この際、補助ブロック８１に内蔵された熱電対８９で補助ブロック８１の温度をモニターしておく。この場合の目的温度は、第２のプロセス条件の設定温度よりも、加熱の場合には高く、冷却の場合には低い温度にする。これは、設定温度への到達時間をできるだけ短くするためである。
【００１９】
基板ホルダー６１上の半導体基板５７に対する第１のプロセスが終了したら、基板ホルダー６１を、上下駆動エアシリンダ９５で下げ、補助ブロック８１の上に設けられた開口部９３から、補助ブロック８１内に入れて基板ホルダー６１と補助ブロック８１とをお互いを接触させる。その後に、補助ブロック８１の熱を接触による熱伝導により基板ホルダー６１に熱伝達すると共に、基板ホルダー６１の加熱用ガス配管７３に熱媒体としてＡrの加熱用ガスを供給して加熱用ガスからの熱伝導により基板ホルダー６１に熱伝達する。
【００２０】
基板ホルダー６１に内蔵した熱電対７５により基板ホルダー６１の温度を測定しておき、設定温度に到達した場合に、基板ホルダー６１をターゲット６３に対向する位置まで、上下駆動エアシリンダ９５を用いて上昇させる。そして、基板ホルダー６１と補助ブロック８１とを離間させるとともに、基板ホルダー６１をスパッタリング可能な位置へと移動させる。
【００２１】
そして、基板ホルダー６１を第１の加熱・冷却機構６５により第２のプロセスの温度条件で安定させた後に、基板ホルダー６１上の半導体基板５７に対する第２のプロセスを開始する。さらに、この第２のプロセス中に、上記と同様に第３のプロセス条件の設定温度に補助ブロック８１の温度を予め設定しておく。
【００２２】
このように構成されて動作させる上記スパッタリング装置６０を用いることにより、薄膜形成工程間の基板５７の冷却は比較的短時間で行うことができる。
【００２３】
しかしながら、上記スパッタリング装置６０において、薄膜形成工程間に行われる基板冷却工程中は、冷却中の基板に対してスパッタリング等の薄膜形成工程を同時に行うことができない。このことが、スパッタリング装置の基板処理能力を低下させているという問題がある。
【００２４】
また、基板冷却方法は基板を取付けている基板ホルダーを裏面から冷却しているだけであり、基板裏面とは反対側の表面付近の冷却を行うには間接的であり、冷却所要時間が長くなるという問題がある。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
つまり、図３に示した例では、決められた場所でしか冷却を行うことができない。また、薄膜形成工程間ですべての基板を冷却しようとする際には、著しく生産性が低下するという問題がある。加熱に関しても同様の問題がある。
【００２６】
また、図４に示した例では、薄膜形成工程間の基板冷却又は加熱工程にかかる時間は短縮できているが、基板に対して間接的な冷却及び加熱方法しかとられていないことで、冷却及び加熱のための所要時間が長くなる点で課題が残っている。
【００２７】
さらに、上記２つの例に共通して、基板冷却又は加熱工程を行っているときは、スパッタリング等の薄膜形成工程を同時に行うことができないという欠点がある。これは、生産性の見地から見ると、大きな欠点である。
【００２８】
本発明の目的は、上記課題を解決することにあって、薄膜形成工程の間に基板冷却又は加熱工程を設けることができ、かつ、これら２つの工程を同時に進行でき、良好な生産性を得ることができる薄膜製造装置及びその方法を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００３０】
本発明の第１態様によれば、１つの真空室と、
上記１つの真空室内で基板を１つずつ保持する２つの基板保持部材と、
上記２つの基板保持部材のうちの一方の基板保持部材を薄膜形成位置に位置させて、上記一方の基板保持部材により保持された一方の基板に対して薄膜を形成する薄膜形成装置と、
上記２つの基板保持部材のうち他方の基板保持部材を基板温度調節位置に位置させ、上記他方の基板保持部材により保持された他方の基板を上記一方の基板と隔離させて、上記他方の基板保持部材により保持された上記他方の基板に対して冷却又は加熱を行う基板温度調節装置とを備えて、
上記薄膜形成装置での上記一方の基板に対する薄膜形成動作と上記基板冷却装置での上記他方の基板に対する基板温度調節動作とを、それぞれの動作条件で相互に干渉することなくそれぞれ独立して同時に進行させるとともに、
上記薄膜形成位置での上記一方の基板に対して上記薄膜形成装置により薄膜を形成したのち、上記一方の基板保持部材により保持された上記一方の基板を上記基板温度調節位置に位置させて上記一方の基板を上記他方の基板と隔離させて上記一方の基板に対して上記基板温度調節装置により冷却又は加熱を行うと同時的に、上記他方の基板保持部材により保持された上記他方の基板を上記薄膜形成位置に位置させて上記他方の基板に対して上記薄膜形成装置により薄膜を形成するようにした薄膜製造装置を提供する。
【００３１】
本発明の第２態様によれば、周囲が上記真空室内で上記他方の基板が保持された上記他方の基板保持部材の基板保持側の表面に密着して上記保持された上記他方の基板を閉空間に一時的に隔離することにより上記他方の基板を上記一方の基板と隔離させる閉空間形成用凹部を上記真空室に備え、
上記基板温度調節装置は、上記閉空間形成用凹部が上記他方の基板保持部材の上記基板保持側の表面に密着したとき、上記閉空間に基板温度調節用媒体を供給して、上記他方の基板保持部材に保持された上記他方の基板を上記媒体により直接的に冷却又は加熱するとともに、上記他方の基板の裏面を保持する上記他方の基板保持部材内に備えられた基板温度調節機構により上記基板の裏面を冷却又は加熱するようにした第１の態様に記載の薄膜製造装置を提供する。
【００３２】
本発明の第３態様によれば、上記閉空間形成用凹部は、上記真空室の壁面に設けられており、上記凹部の周囲には、上記他方の基板保持部材の上記基板保持側の表面に密着可能なパッキンを備えるようにした第２の態様に記載の薄膜製造装置を提供する。
【００３３】
本発明の第４態様によれば、上記閉空間から上記媒体を排出する媒体排出配管を有している第２又は３の態様に記載の薄膜製造装置を提供する。
【００３４】
本発明の第５態様によれば、１つの真空室内で２つの基板保持部材にそれぞれ保持される計２つの基板のうちの一方の基板に対して薄膜を形成するとともに、上記２つの基板のうちの他方の基板を上記一方の基板と隔離させて、上記他方の基板に対して冷却又は加熱を行い、上記一方の基板に対する薄膜形成動作と上記他方の基板に対する基板温度調節動作とを、それぞれの動作条件で相互に干渉することなくそれぞれ独立して同時に進行させるとともに、
上記２つの基板保持部材のうち、上記真空室内で上記他方の基板を保持する他方の基板保持部材の基板保持側の表面を上記真空室の閉空間形成用凹部の周囲に密着して上記他方の基板を閉空間に一時的に隔離することにより上記他方の基板を上記一方の基板と隔離させた状態で、上記閉空間に基板温度調節用媒体を供給して、上記他方の基板保持部材に保持された上記他方の基板を上記媒体により直接的に冷却又は加熱するとともに、上記他方の基板の裏面を保持する上記他方の基板保持部材側から間接的に上記他方の基板の裏面を冷却又は加熱するようにした薄膜製造方法を提供する。
【００３５】
本発明の第６態様によれば、上記一方の基板に２層以上の薄膜を積層してデバイスを作成する際、上記一方の基板に１層目の薄膜を形成する間に上記他方の基板の温度調節を行って上記他方の基板の基板温度が徐々に変化することによる薄膜の厚み方向での膜質のバラツキを防止する第５の態様に記載の薄膜製造方法を提供する。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
図１は本発明の一実施形態にかかる薄膜製造装置の一例としてのスパッタリング装置を表す図である。
【００４３】
このスパッタリング装置１は、図１に示すように真空室の一例としてのスパッタリング室２と搬送ユニット室３とがゲートバルブ４で区切られている。スパッタリング室２には真空排気装置が備えられて所定の真空度を維持可能としている。スパッタリング室２内には、各工程の位置に基板を搬送するためのターンテーブル５が設置されており、ターンテーブル５は、スパッタリング室１の外にあるターンテーブル回転用モータ６とシャフト７を介して結合されている。９０は密閉用シールである。ターンテーブル５上には、例えば１８０度位相を異ならせて２枚の薄膜形成の対象となる基板１１，１１ａをそれぞれ吸着保持可能とするための基板保持部材の一例としての第１及び第２基板ホルダー１２，１２ａが搭載されている。第１及び第２基板ホルダー１２，１２ａには、図示しない吸引装置が接続されており、第１及び第２基板ホルダー１２，１２ａの表面に形成された多数の吸引孔による基板吸引動作により基板１１，１１ａを吸着保持する一方、基板吸引動作を解除することにより基板１１，１１ａの吸着保持を解除するようにしている。これらの第１及び第２基板ホルダー１２，１２ａは、ターンテーブル５の貫通口５ｃ，５ｃ内に設けられた第１及び第２基板ホルダー受け１３，１３ａにそれぞれ格納されている。これらの第１及び第２基板ホルダー受け１３，１３ａは、図１の上方に貫通口５ｃ，５ｃを貫通して上方向に第１及び第２基板ホルダー１２，１２ａをそれぞれ突き上げることが可能であるが、貫通口５ｃ，５ｃ内から下方には落下しないように係止されるようになっている。ターンテーブル回転用モータ６の駆動によりターンテーブル５がシャフト７の中心軸回りに回転して、第１及び第２基板ホルダー受け１３，１３ａが薄膜形成位置の一例としての基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩと待機位置Ｉとに移動可能としている。
【００４４】
スパッタリング室２内の基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩの上方には、スパッタリング用ターゲット３９が配置されて、スパッタリング用ターゲット３９を含む公知の薄膜形成装置４０Ａが構成されている。スパッタリングを行うときは、ターンテーブル回転用モータ６の駆動により、基板ホルダー１２又は１２ａをターンテーブル５を１８０度回転させて、基板ホルダー１２又は１２ａ上の基板１１又は１１ａをターゲット３９に対向する基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩに移動させて、薄膜形成装置４０Ａによりスパッタリング工程を開始する。
【００４５】
また、スパッタリング室２内の待機位置Ｉの上方には、スパッタリング装置１の壁面１ａに閉空間形成用凹部の一例としての貫通穴３１を設け、その貫通穴３１の上部を塞ぐようにフタ３２が設置されている。基板冷却又は加熱工程を行うときは、基板１１及び基板ホルダー１２又は基板１１ａ及び基板ホルダー１２ａをターンテーブル５の動作により、貫通穴３１の下方に対向する待機位置Ｉに搬送する。基板１１及び基板ホルダー１２又は基板１１ａ及び基板ホルダー１２ａが待機位置Ｉに位置決めされると、ターンテーブル５よりも下方に配置されている突き上げ機構２１の突き上げ部材２１ａが駆動用のエアシリンダ２３の駆動により上昇させられて突き上げ動作を開始し、突き上げ機構２１の突き上げ部材２１ａにより、基板ホルダー受け１３，１３ａとともに基板１１及び基板ホルダー１２又は基板１１ａ及び基板ホルダー１２ａをターンテーブル５より上方に離脱させ、上部に突き上げる動作を行う。９１は密閉用シールである。突き上げ部材２１ａ内には、基板温度調節機構の一例を構成する冷却・加熱用配管２２を備えており、必要に応じて、基板温度調節用媒体すなわち冷却又は加熱用ガス又は液体を流すことにより突き上げ部材２１ａの冷却又は加熱を行う。基板ホルダー１２又は１２ａは、突き上げ機構２１の突き上げ部材２１ａにより上方に突き上げられると、基板温度調整位置ＩＩに到達し、貫通穴３１の周囲の壁面１ａに固定されたパッキンの一例としてのＯリング３３に基板ホルダー１２又は１２ａの表面が密着して停止する。このとき、貫通穴３１の内面、フタ３２、基板ホルダー１２又は１２ａによって閉空間１００が形成され、基板ホルダー１２又は１２ａ上の基板１１又は１１ａはその閉空間１００の内部に存在することになる。なお、エアシリンダ２３の逆駆動により突き上げ状態を解消して、基板ホルダー１２又は１２ａを基板ホルダー受け１３，１３ａとともにターンテーブル５の貫通口５ｃ内に戻した後、突き上げ機構２１の突き上げ部材２１ａは、ターンテーブル５よりも下方で待機することになり、突き上げ機構２１の突き上げ部材２１ａとターンテーブル５は互いにそれぞれの動作を行うときに干渉することは無い。ここで、基板ホルダー１２，１２ａの大きさは、上記貫通口３３の開口部を十分に覆って閉空間１００が確実に形成できる大きさとする。例えば、基板ホルダー１２，１２ａが円形の場合には、上記貫通口３３の円形の開口部の径より大きな径とする。
【００４６】
上記閉空間１００に基板温度調節用媒体すなわち冷却又は加熱用媒体の一例として冷却又は加熱用ガスを流すための配管３４がフタ３２に取り付けられており、バルブ３５を操作することにより、上記閉空間１００に冷却又は加熱用ガスを流入させて、上記閉空間１００内に位置する基板１１又は１１ａを冷却又は加熱することができる。
【００４７】
さらに、閉空間１００に流入された冷却又は加熱用ガスを排気するための媒体排出配管の一例としての排気配管４１が上記壁面１ａ備えられている。排気配管４１には圧力自動制御装置４２が接続されており、排気配管４１からの排気流量を圧力自動制御装置４２により調整することにより、上記閉空間１００内の圧力を制御することができる。これらの配管３４、バルブ３５、排気配管４１、圧力自動制御装置４２により基板温度調節装置４０Ｂを構成するようにしている。
【００４８】
なお、移載機構の駆動装置による移載動作、ゲートバルブ４の駆動装置による開閉動作、第１及び第２基板ホルダー１２，１２ａでの吸引装置による吸着及び吸着解除動作、ターンテーブル回転用モータ６による回転動作、エアシリンダ２３による昇降動作、バルブ３５による開閉動作、圧力自動制御装置４２による圧力制御動作、薄膜形成装置による薄膜形成動作、及び、基板温度調節装置による基板温度調節動作、スパッタリング室２の真空排気装置の真空排気動作などの各駆動装置の各動作は、制御装置１０００により動作制御されるようになっている。
【００４９】
次に、上記の構成を持つスパッタリング装置１の制御装置１０００に基くスパッタリング動作を説明する。
【００５０】
まず、あらかじめ真空に排気された搬送室３から、ゲートバルブ４を通って、例えば１枚目の基板（以下、第１基板という。）１１を保持した第１基板ホルダー１２が移載機構（図示していない。）により、ターンテーブル５上の基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩの基板ホルダー受け１３まで搬送されて載置され、吸引装置により、第１基板ホルダー１２上の第１基板１１が第１基板ホルダー１２に対して吸着保持される。
【００５１】
次いで、ターンテーブル回転用モータ６の駆動によりターンテーブル５が１８０度回転する。そして、第１基板１１と同様に、２枚目の基板（以下、第２基板という。）１１ａを保持した第２基板ホルダー１２ａが移載機構（図示していない）により、ターンテーブル５上の基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩの第２基板ホルダー受け１３ａまで搬送されて載置され、吸引装置により、第２基板ホルダー１２ａ上の第２基板１１ａが第２基板ホルダー１２ａに対して吸着保持される。このようにすることにより、第２基板１１ａ及び第２基板ホルダー１２ａをターンテーブル５上の基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩの第２基板ホルダー受け１３ａに載置保持する。この結果、ターンテーブル５の回転中心を挟んで１８０度位相を異ならせて、２枚の基板すなわち第１及び第２基板１１及び１１ａが第１及び第２基板ホルダー１２及び１２ａを介して第１及び第２基板ホルダー受け１３及び１３ａに搭載されている状況となる。
【００５２】
第１及び第２基板１１、１１ａのスパッタリング室２への投入が完了すると、ゲートバルブ４が閉められ、スパッタリング室２と搬送室３は隔離される。
【００５３】
次に、基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩに位置する第２基板１１ａに対して、第１層目のスパッタリングが開始される。このとき、待機位置Ｉには第１基板１１が位置しており、この状態のまま、基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩに存在する第２基板１１ａに対してスパッタリングを開始すると、待機位置Ｉの第１基板１１に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、第１基板１１及び第１基板ホルダー１２を、突き上げ機構２１の突き上げ部材２１ａにより基板温度調整位置ＩＩまで押し上げて、第１基板ホルダー１２と貫通穴３１の内面とフタ３２とにより上記閉空間１００を形成し、第１基板ホルダー１２上の第１基板１１をスパッタリング室２内で基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩ側から隔離する。これにより、第２基板１１ａに対するスパッタリングプロセスの悪影響を第１基板１１が受けることはない。しかし、第２基板１１ａに対するスパッタリングプロセスの悪影響が特に第１基板１１にない場合は、上記の突き上げ動作を行う必要はない。
【００５４】
第２基板１１ａに対するスパッタリングが終了すると、突き上げ機構２１の突き上げ部材２１ａが下降し、第１基板１１及び第１基板ホルダー１２は、ターンテーブル５上の第１基板ホルダー受け１３に戻り、基板温度調整位置ＩＩから待機位置Ｉに戻る。ここでターンテーブル５を１８０度回転させ、第１基板１１を待機位置Ｉから基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩへ移動させると同時に、第２基板１１ａを基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩから待機位置Ｉヘ移動させる。移動が完了すると、第２基板１１ａ及び第２基板ホルダー１２ａは、突き上げ機構２１の突き上げ部材２１ａにより突き上げられ、基板温度調整位置ＩＩに移動し、第２基板ホルダー１２ａと貫通穴３１の内面とフタ３２とにより上記閉空間１００を形成する。ここで、バルブ３５の開操作により、冷却・加熱用ガス供給配管３４から冷却又は加熱用ガスが閉空間１００内に供給される。これと同時に圧力自動制御装置４２と排気配管４１により、閉空間１００内の圧力を制御し、第２基板１１ａの温度調整工程すなわち冷却又は加熱工程を行う。同時に、第２基板ホルダー１２ａの裏側には水や油などの媒体を用いた冷却・加熱機構の冷却・加熱用配管２２を備えた突き上げ機構２１の突き上げ部材２１ａが接触しているため、冷却・加熱用配管２２に媒体を流すことにより、突き上げ部材２１ａを介して間接的に第２基板１１ａは冷却又は加熱される。
【００５５】
ここでの冷却動作の一例としては、基板に２層以上の薄膜を積層してデバイスを作成する際、異種の薄膜接合界面を形成するときに基板温度が高いために互いの薄膜層間で原子の拡散が起こるのを防止するため、１層目の薄膜を形成したのち、次の層の薄膜形成工程を行う前に基板を冷却する。
【００５６】
上記のように、第２基板１１ａ及び第２基板ホルダー１２ａが基板温度調整位置ＩＩヘと移動した瞬間にスパッタリング室２とは隔離されるので、基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩに存在する第１基板１１に対してスパッタリングプロセスが開始される。
【００５７】
上記の動作を何度か繰り返すことにより、所望の総数を持った多層積層薄膜を第１基板１１及び第２基板１１ａに対してそれぞれ作成する。作成が終了すると、搬送室３からスパッタリング室２への第１及び第２基板１１及び１１ａの移載投入動作と逆の動きをして、第１及び第２基板１１及び１１ａの取出しを行う。すなわち、例えば、ターンテーブル５上の基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩの第１基板ホルダー受け１３に載置されている第１基板ホルダー１２に対して、吸引装置による吸引動作を停止して、第１基板ホルダー１２上の第１基板１１の第１基板ホルダー１２に対する吸着保持が解除される。次いで、第１基板１１を保持した第１基板ホルダー１２を、移載機構（図示していない。）により、ターンテーブル５上の第１基板ホルダー受け１３からゲートバルブ４を通って、あらかじめ真空に排気された搬送室３内に搬出される。第１基板１１の搬出後、ターンテーブル５が１８０度回転されて、ターンテーブル５上の第２基板ホルダー受け１３ａを基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩに位置させる。そして、ターンテーブル５上の基板搬入搬出兼薄膜形成位置ＩＩＩの第２基板ホルダー受け１３ａに載置されている第２基板ホルダー１２ａに対して、吸引装置による吸引動作を停止して、第２基板ホルダー１２ａ上の第２基板１１ａの第２基板ホルダー１２ａに対する吸着保持が解除される。次いで、第２基板１１ａを保持した第２基板ホルダー１２ａを、移載機構（図示していない。）により、ターンテーブル５上の第２基板ホルダー受け１３ａからゲートバルブ４を通って、あらかじめ真空に排気された搬送室３内に搬出される。
【００５８】
このようにして、２枚の基板１１，１１ａのスパッタリング動作を行うことができる。以後、同様にな動作を繰り返すことにより、連続的に２枚の基板１１，１１ａ毎のスパッタリング動作を行うことができる。
【００５９】
上記実施形態によれば、基板冷却又は加熱のための閉空間１００と、薄膜形成のための空間が同一の真空室の一例としてのスパッタリング室２内にありながら隔離させることが可能であるため、基板冷却又は加熱動作と薄膜形成動作とが互いに圧力等のプロセス条件で干渉することなく、同時に工程をそれぞれ進行させることができ、非常に生産性のよい薄膜製造を行うことができる。
【００６０】
また、基板冷却工程と薄膜形成工程のそれぞれの工程か終了すると、スパッタリング室２を大気開放することやゲートバルブ操作などすること無しに、次なる工程である薄膜形成工程と基板冷却工程とをそれぞれ行うべく基板１１，１１ａをターンテーブル５でそれぞれの位置に移動させて、直ちに、次工程を開始することができるので、生産性の向上を図ることができる。
【００６１】
具体的には、基板ホルダー１２ａ，１２をＯリング３３に押し付けて密着させることにより閉空間１００を形成して、基板１１，１１ａの冷却又は加熱工程を行う空間を基板１１，１１ａの薄膜形成工程を行う空間と一時的に隔離できるようにしたので、生産性向上のため基板冷却工程と薄膜形成工程とを同一のスパッタリング室２内で同時に、しかも圧力等のプロセス条件において全く干渉することなく進行させることができる。
【００６２】
また、スパッタリング室２内部の壁面１ａに貫通口３３を設け、その貫通口３３に冷却又は加熱用ガスを直接流入させることができるように供給配管３４を備えるとともに、基板ホルダー１２，１２ａを上記貫通口３３に押し当てている突き上げ部材２１ａ内にも水や油などの媒体を用いた冷却・加熱機構の冷却・加熱用配管２２を備えるようにしている。この結果、閉空間１００に冷却又は加熱用ガスを直接流し入れることができて熱伝導率を上げることができて、基板１１，１１ａの表面側での冷却又は加熱を促進させることができる。同時に、基板１１，１１ａを閉空間１００内に隔離させている基板ホルダー１２，１２ａを支持する突き上げ部材２２ａ内の冷却・加熱機構により突き上げ部材２２ａを介して基板ホルダー１２，１２ａを裏面側から冷却又は加熱媒体により冷却又は加熱させ、基板１１，１１ａを裏面側から間接的に冷却又は加熱することができる。よって、基板１１，１１ａの冷却又は加熱を短時間に効率良く行うことができる。
【００６３】
また、基板冷却又は加熱工程が終了すると、冷却又は加熱用ガスの導入を停止し、基板１１，１１ａ及び基板ホルダー１２，１２ａを押し当てていた突き上げ機構２１が動作し、スパッタリング室２内部の貫通口３３から基板１１，１１ａ及び基板ホルダー１２，１２ａが離脱し、次の工程へ進むべく搬送されるが、上記貫通口３３から基板ホルダー１２，１２ａが離脱する際、冷却又は加熱用ガスがスパッタリング室２内に開放されることになる。しかしながら、スパッタリング室２に備えられている真空排気装置により排気されるので、薄膜に悪影響を及ぼすことはない。なお、冷却又は加熱用ガスとしては、作成中の薄膜の品質に影響の無いものを選定することが望ましい。
【００６４】
また、上記スパッタリング室２内部の貫通口３３と基板ホルダー１２，１２ａから形成される閉空間１００に流入された冷却又は加熱用ガスをスパッタリング室２外に排気する排気配管を備えることにより、冷却又は加熱中は常にガスを流しつづけられるので、冷却又は加熱効果を増大させることができる。また、基板冷却又は加熱工程が終了し、基板１１，１１ａ及び基板ホルダー１２，１２ａをスパッタリング室２内部の貫通口３３に押し当てていた機構が動作し、基板ホルダー１２，１２ａが貫通口３３から離脱する前に、この排気配管４１によりあらかじめ冷却又は加熱用ガスを排気しておけば、離脱の際に冷却又は加熱用ガスがスパッタリング室２内に漏洩することはない。
【００６５】
また、薄膜形成工程を開始する前に、基板１１，１１ａを冷却する工程を、それぞれ作成しようとする薄膜の種類によって選択して導入することにより、薄膜形成工程を開始する前に、基板冷却工程を選択して接合界面における原子の相互拡散を最小に抑えるか、基板加熱工程を選択して薄膜形成工程進行中の基板温度変化を最小限に抑えるかという判断は、これから形成しようとしている膜種により決定される。これにより、膜種に対応したより界面状態や膜質の最適化を実現することが可能となる。
【００６６】
上記の薄膜製造装置及び方法を用いることにより、薄膜形成工程間の基板冷却又は加熱を短時間かつ効率的に行うことができ、生産性も従来のものに比べて向上させることができる。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本実施形態では、基板の冷却工程と加熱工程を導入ガス・媒体の種類と温度を変えることにより同一の位置で行ったが、冷却工程と加熱工程でそれぞれ別の場所を用いて行ってもよい。
【００６８】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、基板冷却又は加熱のための閉空間と、薄膜形成のための空間が同一の真空室内にありながら隔離させることが可能であるため、基板冷却又は加熱動作と薄膜形成動作とが互いに圧力等のプロセス条件で干渉することなく、同時に工程をそれぞれ進行させることができ、非常に生産性のよい薄膜製造を行うことができる。
【００７０】
また、基板冷却工程と薄膜形成工程のそれぞれの工程か終了すると、真空室を大気開放することやゲートバルブ操作などすること無しに、次なる工程である薄膜形成工程と基板冷却工程とをそれぞれ行うべく基板をそれぞれの位置に移動させて、直ちに、次工程を開始することができるので、生産性の向上を図ることができる。
【００７１】
基板保持部材をパッキンに押し付けて密着させることにより閉空間を形成して、基板の冷却又は加熱工程を行う空間を基板の薄膜形成工程を行う空間と一時的に隔離できるようにする場合には、生産性向上のため基板冷却工程と薄膜形成工程とを同一の真空室内で同時に、しかも圧力等のプロセス条件において全く干渉することなく進行させることができる。
【００７２】
また、真空室内部の壁面に凹部を設け、その凹部に冷却又は加熱用媒体を直接流入させることができるように供給配管を備えるとともに、上記他方の基板の裏面を保持する上記他方の基板保持部材内に備えられた基板温度調節機構により上記基板の裏面を冷却又は加熱する場合には、閉空間に冷却又は加熱用媒体を直接流し入れることができて熱伝導率を上げることができて、基板の表面側での冷却又は加熱を促進させることができる。同時に、基板を閉空間内に隔離させている基板保持部材を裏面側から冷却又は加熱媒体により冷却又は加熱させ、基板を裏面側から間接的に冷却又は加熱することができる。よって、基板の冷却又は加熱を短時間に効率良く行うことができる。
【００７３】
また、上記真空室内部の凹部と基板保持部材から形成される閉空間に流入された冷却又は加熱用媒体を真空室外に排出する媒体排出配管を備えることにより、冷却又は加熱中は常に媒体を流しつづけられるので、冷却又は加熱効果を増大させることができる。また、基板冷却又は加熱工程が終了し、基板及び基板保持部材を真空室内部の凹部に押し当てていた機構が動作し、基板保持部材が凹部から離脱する前に、この媒体排出配管によりあらかじめ冷却又は加熱用媒体を排出しておけば、離脱の際に冷却又は加熱用媒体が真空室内に漏洩することはない。
【００７４】
また、薄膜形成工程を開始する前に、基板を冷却する工程を、それぞれ作成しようとする薄膜の種類によって選択して導入することにより、薄膜形成工程を開始する前に、基板冷却工程を選択して接合界面における原子の相互拡散を最小に抑えるか、基板加熱工程を選択して薄膜形成工程進行中の基板温度変化を最小限に抑えるかという判断は、これから形成しようとしている膜種により決定される。これにより、膜種に対応したより界面状態や膜質の最適化を実現することが可能となる。
【００７５】
上記の薄膜製造装置及び方法を用いることにより、薄膜形成工程間の基板冷却又は加熱を短時間かつ効率的に行うことができ、生産性も従来のものに比べて向上させることができる。
【００７６】
また、同一真空室内で上記二つの工程が行えるので、設備の小型化、低コスト化も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態にかかる薄膜製造装置の一例としてのスパッタリング装置の一部断面図である。
【図２】  図１のスパッタリング装置において、薄膜形成動作と冷却又は加熱動作とを同時に行っている状態のスパッタリング装置の一部断面図である。
【図３】  従来のスパッタリング装置の装置概略図である。
【図４】  従来のスパッタリング装置で、基板温度変更の時間を短縮した装置の概略図である。
【符号の説明】
１…スパッタリング装置、１ａ…壁面、２…スパッタリング室、３…搬送室、４…ゲートバルブ、５…ターンテーブル、５ｃ…貫通口、６…ターンテーブル回転用モータ、７…シャフト、１１，１１ａ…第１及び第２基板、１２，１２ａ…第１及び第２基板ホルダー、１３，１３ａ…第１及び第２基板ホルダー受け、２１…突き上げ機構、２１ａ…突き上げ部材、２２…冷却・加熱用配管、２３…エアシリンダ、３１…貫通穴、３２…フタ、３３…Ｏリング、３４…供給配管、３５…バルブ、３９…ターゲット、４１…排気配管、４２…圧力自動制御装置、９０，９１…密閉用シール、１００…閉空間、１０００…制御装置、Ｉ…待機位置、ＩＩ…基板温度調整位置、ＩＩＩ…基板搬入搬出兼薄膜形成位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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