(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に基板を収容する反応室用真空槽と、前記反応室用真空槽との間に形成され、ターゲットを保持した電極板を載置する開口部の上方に、前記ターゲットに前記電極板を介して電流を印加する上下動可能なプレートが配置されるターゲット交換室と、前記ターゲット交換室内に収容されて前記開口部に載置された前記ターゲットを保持した電極板を別のターゲットを保持した電極板と交換するターゲット交換手段と、を備えて構成される成膜装置であって、
前記ターゲット交換手段は、回転軸と、前記ターゲットを保持した電極板をその周縁部にて保持する複数の貫通孔を有する回動体とを備え、前記回動体が前記回転軸回りに回転可能で、かつ、前記回転軸方向に上下動可能に構成され、
前記回動体の複数の貫通孔のうちの一つの貫通孔に対向する前記ターゲット交換室内の下方位置に、前記一つの貫通孔を挿通した状態で上方に突出し、前記別のターゲットを保持した電極板が載置される環状台が配設されることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記反応室用真空槽と前記ターゲット交換室との間に形成される前記開口部は、前記ターゲット交換室側に突出する環状鍔部を有し、前記環状鍔部が前記複数の貫通孔のうちの別の一つの貫通孔を挿通した状態で上方に突出し、前記ターゲットを保持した電極板が前記環状鍔部の上縁に載置されることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記ターゲットを保持した電極板がさらに蓋体によりクランプされ、前記蓋体を介して前記開口部に載置されることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記ターゲット交換手段が、前記回動体上に予め載置された複数個の交換用のターゲットと使用済みのターゲットとを順送りに回転させることにより、前記使用済みのターゲットを前記交換用のターゲットとに順次交換するように構成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の成膜装置を用いるターゲット交換方法であって、
前記プレートを上動させて、使用済みの前記ターゲットを保持する電極板から離間させるとともに、前記回動体を上動させて、前記開口部に載置された前記使用済みターゲットを保持する電極板と、前記環状台に載置された交換用の前記別のターゲットを保持する電極板とを前記回動体の貫通孔の周縁部で保持した後、
前記回動体を回転させて、前記使用済みターゲットを保持する電極板を前記環状台の上方に、かつ前記交換用ターゲットを保持する電極板を前記開口部の上方に移動させ、
その後、前記回動体を下動させて、前記使用済みターゲットを保持する電極板を前記環状台に載置するとともに、前記交換用ターゲットを保持する電極板を前記開口部に載置することを特徴とする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、真空排気機構を備える成膜装置とそのターゲット交換方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９に従来の成膜装置の構造を示している。図９において２はターゲット、２ａは下面にターゲット２を保持し蓋体を兼ねる電極板、５は被成膜物である基板、６は反応室用真空槽、９はマスフローコントローラ、１０は真空ポンプ、１２は電源である。マスフローコントローラ９より反応ガス、例えばアルゴンを導入しながら真空ポンプ１０で排気し反応室用真空槽６の内部を所定の圧力に調整して（この状態を真空状態と称す）ターゲット２に前記電極板２ａを通じて電源１２より電流を印加し基板５を成膜処理する。ターゲット２をある期間使用すると、ターゲット２の交換が必要になる。ターゲット２の交換を行うためターゲット２を保持した電極板２ａを取り外すと反応室用真空槽６に大気が流入する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に成膜装置においてはターゲット交換後の再生産までの時間の短縮や膜質の向上が要求されている。しかしターゲット交換時に反応室用真空槽内へ大気が流入するため、ターゲット交換後の再生産までの時間の長期化や槽内汚染による膜質の劣化という問題を引き起こしていた。
【０００４】
また、図９に示した構成においては採用されていないが、反応室６内に防着筒を設けてスパッタリングにより飛散する粒子が反応室の内壁に付着しないようにする場合に、この防着筒もスパッタリング粒子の付着量が増えたときには交換する必要がある。
【０００５】
本発明は、反応室用真空槽内に大気が流入することなくターゲットを交換することができ、これによってターゲット交換後の再生産までの時間を短縮し、膜質を向上させることができ、防着筒の交換も容易にした成膜装置とそのターゲット交換方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、内部に基板を収容する反応室用真空槽と、前記反応室用真空槽との間に形成され、ターゲットを保持した電極板を載置する開口部の上方に、前記ターゲットに前記電極板を介して電流を印加する上下動可能なプレートが配置されるターゲット交換室と、前記ターゲット交換室内に収容されて前記開口部に載置された前記ターゲットを保持した電極板を別のターゲットを保持した電極板と交換するターゲット交換手段と、を備えて構成される成膜装置であって、前記ターゲット交換手段は、回転軸と、前記ターゲットを保持した電極板をその周縁部にて保持する複数の貫通孔を有する回動体とを備え、前記回動体が前記回転軸回りに回転可能で、かつ、前記回転軸方向に上下動可能に構成され、前記回動体の複数の貫通孔のうちの一つの貫通孔に対向する前記ターゲット交換室内の下方位置に、前記一つの貫通孔を挿通した状態で上方に突出し、前記別のターゲットを保持した電極板が載置される環状台が配設されることを特徴とする。
【０００７】
上記構成の成膜装置によれば、ターゲット交換手段の回動体上に反応室用真空槽で使用されたターゲットを保持した電極板とターゲット交換室内に予め配置された交換用の別のターゲットを保持した電極板とを保持し、回動体を回動させることにより使用済みのターゲットと交換用のターゲットとは交換される。反応室用真空槽内に交換用のターゲットが装着された後、交換されたターゲットを用いた成膜の動作を再開することができる。なお、このターゲット交換を反応室用真空槽内とターゲット交換室内とが同圧の真空状態で実施すれば、ターゲットや反応室用真空槽を大気に曝すことなくターゲットの交換を行うことができる。
【０００８】
上記構成の成膜装置において、前記反応室用真空槽と前記ターゲット交換室との間に形成される前記開口部は、前記ターゲット交換室側に突出する環状鍔部を有し、前記環状鍔部が前記複数の貫通孔のうちの別の一つの貫通孔を挿通した状態で上方に突出し、前記ターゲットを保持した電極板が前記環状鍔部の上縁に載置されるように構成することができる。
【０００９】
また、上記構成の成膜装置において、前記ターゲットを保持した電極板がさらに蓋体によりクランプされ、前記蓋体を介して前記開口部に載置されるように構成することができる。
【００１０】
また、上記構成の成膜装置において、ターゲット交換手段は、前記回動体上に予め載置された複数個の交換用のターゲットと使用済みのターゲットとを順送りに回転させることにより、前記使用済みのターゲットを前記交換用のターゲットとに順次交換するように構成することができ、使用済みのターゲットをターゲット交換室から外部に取り出し、交換用のターゲットに入れ換える作業を行う回数を少なくすることができるので、外部開放により流入した大気を排気して大気成分により汚染された状態から成膜できる環境に戻すまでの無駄時間の発生を抑えることができる。
【００１１】
また、本発明のターゲット交換方法は、上記の成膜装置を用いるターゲット交換方法であって、前記プレートを上動させて、使用済みの前記ターゲットを保持する電極板から離間させるとともに、前記回動体を上動させて、前記開口部に載置された前記使用済みターゲットを保持する電極板と、前記環状台に載置された交換用の前記別のターゲットを保持する電極板とを前記回動体の貫通孔の周縁部で保持した後、前記回動体を回転させて、前記使用済みターゲットを保持する電極板を前記環状台の上方に、かつ前記交換用ターゲットを保持する電極板を前記開口部の上方に移動させ、その後、前記回動体を下動させて、前記使用済みターゲットを保持する電極板を前記環状台に載置するとともに、前記交換用ターゲットを保持する電極板を前記開口部に載置することを特徴とする。
【００１２】
上記構成のターゲット交換方法によれば、ターゲット交換手段の回動体上に反応室用真空槽で使用されたターゲットを保持した電極板とターゲット交換室内に予め配置された交換用の別のターゲットを保持した電極板とを保持し、回動体を回動させることにより使用済みのターゲットと交換用のターゲットとは交換される。反応室用真空槽内に交換用のターゲットが装着された後、交換されたターゲットを用いた成膜の動作を再開することができる。なお、このターゲット交換を反応室用真空槽内とターゲット交換室内とが同圧の真空状態で実施すれば、ターゲットや反応室用真空槽を大気に曝すことなくターゲットの交換を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。まず、本発明の第１の実施形態を図１、図２を参照して説明する。
【００１５】
反応室用真空槽６は、内部に被成膜物である基板５を収容すると共に、反応ガスを槽内に導入するためのマスフローコントローラ９及び槽内を真空状態に排気するための真空ポンプ１０が接続され、その上部の開口部（ターゲット出入用開閉部）１５は、ターゲット２を下面に保持し蓋体を兼ねる電極板２ａによって開閉可能に閉蓋されている。１３は上下動可能に構成された電流導入用プレートであって、閉蓋時に下動して前記電極板２ａを前記開口部１５に押し付け、反応室用真空槽６を密閉状態とする。また、ターゲット２には電源１２からの電流が前記電流導入用プレート１３及び前記電極板２ａを通じて印加される。
【００１６】
反応室用真空槽６の前記開口部１５は、ターゲット交換室１によって包囲されている。このターゲット交換室１は、内部に前記電流導入用プレート１３を収容すると共に、ターゲット交換手段４を収容している。また、このターゲット交換室１には、室内を真空状態に排気するための真空ポンプ７及びパージ用の窒素ガスを導入するためのバルブ８が接続されている。
【００１７】
前記ターゲット交換手段４は、回転軸１７と一対のターゲット保持孔１８、１８を有するテーブル１９とから構成され、一方のターゲット保持孔１８に成膜に供されるターゲット２を保持した電極板２ａが、他方のターゲット保持孔１８に交換用のターゲット３を保持した電極板３ａが夫々保持されうるようになっている。このターゲット交換手段４は回転可能かつ上下動可能に構成されている。尚、ターゲット交換室１には、使用済みのターゲット２を保持した電極板２ａを取り出し、交換用のターゲット３を保持した電極板３ａを搬入するための開口２０が形成され、この開口２０はターゲット交換用蓋１１によって閉蓋されている。
【００１８】
また、この開口の下方には、交換用のターゲット３を保持した電極板３ａを載置し、使用済みのターゲット２を保持した電極板２ａを一時的に載置するための環状台２１が設けられている。
【００１９】
次に、上記構成の成膜装置におけるターゲット交換方法について説明する。
【００２０】
反応室用真空槽６内のターゲット２の交換が必要になったとき、まず、ターゲット交換室１を前記真空ポンプ７で真空排気する。この時点で反応室用真空槽６及びターゲット交換室１は真空状態となっている。その後、電流導入用プレート１３を上昇させて退避させ、次いでターゲット交換手段４を上昇させる。これにより一方のターゲット保持孔１８に保持されて使用済みのターゲット２を備えた電極板２ａが上昇し、前記開口部１５から離脱し、反応室用真空槽６は開口状態となる。このときターゲット交換室１は真空状態となっているため、反応室用真空槽６に大気が流入することはない。上記ターゲット交換手段４の上昇時には、同時に他方のターゲット保持孔１８に保持されて交換用ターゲット３を備えた電極板３ａが上昇し、環状台２１から離脱する。次いでターゲット交換手段４のテーブル１９が１８０度回転した後、下降する。これにより一方のターゲット保持孔１８に保持された使用済みのターゲット２を備えた電極板２ａは前記環状台２１に載置され、他方のターゲット保持孔１８に保持された交換用ターゲット３を備えた電極板３ａは前記開口部１５に載置され、反応室用真空槽６を閉蓋する。
【００２１】
これに続いて電流導入用プレート１３が下降して、前記電極板３ａを前記開口部１５に押圧し、反応室用真空槽６を密閉状態とする。
【００２２】
上記一連の動作によって、ターゲット交換が行われるのであるが、その後、前記バルブ８が開いてパージ用ガスをターゲット交換室１に導入し、室内の圧力を大気圧と同圧にした後、ターゲット交換用蓋１１を開蓋して、使用済みのターゲット２をこれを保持する電極板２ａと共に取り出し、これに代えて新しいターゲットを保持した電極板を前記環状台２１に載置する。
【００２３】
上記実施形態においては、交換用ターゲットが１個の場合について説明したが、複数個の交換用ターゲットを予備ターゲットとしてターゲット交換室１に配置する構成とすることができる。また、上記実施形態においては、ターゲットを保持する電極板が反応室用真空槽６の蓋体を兼ねるものについて説明したが、図３及び図４に示す本発明の第２の実施形態のように、独立した蓋体３１を有する構成のものとすることができる。
【００２４】
図３及び図４に示す第２の実施形態は、上下動可能に構成された蓋体３１が反応室用真空槽６の開口部１５に直接接触して、これを閉蓋する。この蓋体３１はクランプ機構を下面に備えて、ターゲット２を保持する電極板２ａを保持すると共に、電流導入用プレートとしての機能も営むものである。また、使用済みのターゲット２を保持した電極板２ａと交換用のターゲット３を保持した電極板３ａとを交換するためのターゲット交換手段４ａは、先端部に夫々ターゲット保持リング１８ａを備えた一対のアーム１９ａ、１９ａを一体に備え、その結合部が回転軸１７ａに固着されたものとなっている。このターゲット交換手段４ａは、回転可能かつ上下動可能に構成され、一対のアーム１９ａ、１９ａは９０度の角度で交差するように形成されている。他の構成は第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００２５】
次に、上記第２の実施形態の成膜装置におけるターゲット交換方法について説明する。
【００２６】
反応室用真空槽６内のターゲット２の交換が必要になったとき、まず、ターゲット交換室１を真空ポンプ７で真空排気する。この時点で反応室用真空槽６及びターゲット交換室１は真空状態となっている。その後、蓋体３１をターゲット２及び電極板２ａを保持した状態で上昇させて退避させる。これにより反応室用真空槽６は開口状態となる。このときターゲット交換室１は真空状態となっているため、反応室用真空槽６に大気が流入することはない。
【００２７】
次いで、ターゲット交換手段４ａを上昇させ、一方のターゲット保持リング１８ａに交換用ターゲット３が取り付けられた電極板３ａを保持して、これを上昇させる。このターゲット交換手段４ａを図４に示す矢印方向に９０度回転させ、他方のターゲット保持リング１８ａを蓋体３１に保持されているターゲット２の真下に位置させる。次に、ターゲット交換手段４ａを更に一段上昇させてターゲット保持リング１８ａにターゲット２が取り付けられた電極板２ａを保持させると同時に、蓋体３１による電極板２ａのクランプを解除する。
【００２８】
この操作によりターゲット交換手段４ａの各ターゲット保持リング１８ａ、１８ａに交換用ターゲット３及び使用済みターゲット２が保持されるので、ターゲット交換手段４ａを一段下降させ、更に矢印方向に９０度回転させることにより、交換用ターゲット３が取り付けられた電極板３ａが蓋体３１の真下に位置するようになる。再びターゲット交換手段４ａを一段上昇させ、交換用ターゲット３が取り付けられた電極板３ａを蓋体３１に接触させ、蓋体３１が備えるクランプ機構によって電極板３ａを蓋体３１に保持させる。この後、ターゲット交換手段４ａを一段下降させた後、矢印方向に９０度回転させることにより、使用済みターゲット２は環状台２１の真上に位置するようになるので、ターゲット交換手段４ａを下降させ、使用済みターゲット２が取り付けられた電極板２ａを環状台２１上に載置する。この動作と相前後して蓋体３１を下降させ、反応室６の開口部１５を閉蓋することにより、交換用ターゲット３及びその電極板３ａは反応室６の開口部位置に収容される。
【００２９】
上記一連の動作によってターゲット交換が実施されるので、バルブ８を開いてターゲット交換室１内にパージ用ガスを導入して室内圧力を大気圧と同圧にした後、ターゲット交換用蓋１１を開蓋して使用済みターゲット２が取り付けられた電極板２ａを取り出し、これに代えて新しいターゲットが取り付けられた電極板を環状台２１上に載置する。
【００３０】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、第３の実施形態に係る成膜装置の構成を示している。
【００３１】
図５において、反応室６内には、スパッタリング粒子が反応室６の壁面に付着することを防止する防着筒２４が配設されている。この防着筒２４にはスパッタリングによる飛散粒子が付着堆積していくので、その堆積量が増えたときには交換の必要があり、本装置においては先に説明したターゲット交換に併せて防着筒２４を交換するための構成が設けられている。図５に示すように、反応室６の開口部１５の直上に位置するターゲット交換室１の上部には、防着筒交換用開口部２２と、これを開閉可能に閉蓋する蓋体２３とが設けられている。前記防着筒交換用開口部２２の開口径は、防着筒２４が通過できると同時に、防着筒２４より大きな直径の放電電力導入プレート１３も出入りできるように形成されている。
【００３２】
また、ターゲット交換手段４ｂには、図７に平面図として示すように、テーブル（回動体）１９ｂに使用済みターゲット２が取り付けられた電極板２ａ及び交換用ターゲット３が取り付けられた電極板３ａの保持穴１８、１８と、防着筒２４の交換時に防着筒２４を通すための防着筒通過穴（防着筒通過用空間）２６と、交換した防着筒２４を加熱するためのヒータ２５とが設けられている。
【００３３】
上記構成において、開口部１５を開蓋した状態で反応室用真空槽６が真空ポンプ１０により排気されることにより、ターゲット交換室１内も真空排気されるので、真空排気後に開口部１５をターゲット２を保持した電極板２ａにより閉蓋することにより、反応室用真空槽６は密閉され、マスフローコントローラ９からの反応ガスの導入と、ターゲット２への電圧印加によりスパッタリングによる成膜を行うことができる。このスパッタリングによりターゲットが消耗したときには、真空ポンプ１０により反応室用真空槽６内を真空排気し、電流導入プレート１３を上昇させ、ターゲット交換手段４ｂがテーブル１９ｂを上昇させることにより、開口部１５が開蓋されるので、テーブル１９ｂの回動により使用済みのターゲット２を保持した電極板２ａと、交換用のターゲット３を保持した電極板３ａとを交換することができる。
【００３４】
このターゲットの交換方法は第１の実施形態の構成と同様であるので、その詳しい説明は省略し、次に防着筒２４の交換方法について以下に説明する。
【００３５】
まず、反応室用真空槽６内にマスフローコントローラ９により窒素ガスを導入すると共に、電流導入プレート１３を上昇させ、更にターゲット交換手段４ｂの上昇により、テーブル１９上に保持されたターゲット２を保持する電極板２ａを上昇させて開口部１５を開蓋して、ターゲット交換室１にも窒素ガスを流入させて反応室用真空槽６と同圧とする。次に、蓋体２３を開蓋して防着筒交換用開口部２２を開放状態にし、電流導入プレート１３を上昇させて防着筒交換用開口部２２からターゲット交換室１の外に退避させ、続いてターゲット交換手段４ｂを回動させてテーブル１９ｂに設けられた防着筒通過穴２６が開口部１５の直上に位置するようにする。この動作によって開口部１５の上方に開放空間が形成されるので、反応室用真空槽６内から防着筒２４を開口部１５、防着筒通過穴２６、防着筒交換用開口部２２を通して取り出し、新たな防着筒２４を搬入して反応室用真空槽６内に取り付ける。次に、電流導入プレート１３をターゲット交換室１内に戻し、防着筒交換用開口部２２を閉蓋した後、ターゲット交換手段４ｂを回動させてテーブル１９ｂ上のヒータ２５を開口部１５の位置に移動させ、回動テーブル４ｂを下降させて開口部１５に当接させる。このヒータ２５により交換した防着筒２４を加熱すると同時に、真空ポンプ１０により反応室６内を排気して、交換した防着筒２４の表面から大気成分の水分の蒸散を促し、防着筒２４に付着した大気成分を離脱させる。
【００３６】
防着筒２４からの大気成分の離脱が完了する所定時間の後、ターゲット交換手段４ｂを上昇させて開口部１５から離し、次に回動させて使用するターゲット２が取り付けられた電極板２ａを開口部１５上に移動させ、ターゲット交換手段４ｂを下降させてターゲット２が取り付けられた電極板２ａを開口部１５上に載置した後、電流導入プレート１３を下降させて電極板２ａを開口部１５に押圧して反応室用真空槽６内を密閉する。この後、反応室用真空槽６内への反応ガスの導入によりスパッタリングによる成膜を開始することができる。
【００３７】
図７に示したターゲット交換手段４ｂと同様の機能は、図８に示すようなターゲット交換手段４ｃとして構成することもできる。ターゲット交換手段４ｃは、中心で回転軸１７に支持され、中心から３方に延長形成された各アーム２８、２８、２８の先端側に、それぞれターゲット保持孔１８、１８と、ヒータ２５とを設け、アーム１８が形成されていない側は、防着筒通過用空間となる。防着筒２４の交換時には、この防着筒通過用空間の部分を開口部１５上に回動させ、交換後にヒータ２５を開口部１５上に回動させる。また、ターゲット交換時には、２つのターゲット保持孔１８、１８にそれぞれ使用済みのターゲット２と交換用のターゲット３とを保持して回動させることにより、各実施形態と同様にターゲット交換を行うことができる。
【００３８】
また、ターゲット交換手段４、４ａ、４ｂ、４ｃの直径を大きくしたときには、複数の交換用ターゲットを保持して、使用済みのターゲットと順次交換し、複数の交換用ターゲットが使用済みとなったときに、ターゲット交換室１の開口２０を開蓋して新たな交換用ターゲットに入れ換えることができる。これによりターゲット交換室１を大気開放する回数が削減されるので、大気開放した後に真空状態に戻し、大気汚染された室内の復旧に費やす無駄時間が抑えられ、再生産への稼働を速やかに行うことができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、成膜装置の反応室用真空槽内を大気に曝すことなくターゲットを交換できるので、反応室用真空槽内が大気で汚染されることがなく、ターゲット交換後の再生産までの時間が短縮され、成膜される膜質も向上する。
【００４０】
また、反応室用真空槽内に配設された防着筒をターゲット交換用の開口部を通して交換することができ、この防着筒の交換とターゲットの交換とは、ターゲット交換手段の回動により切り換えることができる。更に、ターゲット交換手段のテーブルにヒータを設けて交換された防着筒を加熱して大気成分の離脱を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の構成を示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係るターゲット交換手段の構成を示す斜視図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の構成を示す断面図。
【図４】第２の実施形態に係るターゲット交換手段の構成を示す平面図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の構成を示す断面図。
【図６】第３の実施形態に係るターゲット交換手段の構成を示す斜視図。
【図７】第３の実施形態に係るテーブルの構成を示す平面図。
【図８】ターゲット交換手段の変形例を示す平面図。
【図９】従来構成に係る成膜装置の断面図。
【符号の説明】
１  ターゲット交換室
２、３  ターゲット
２ａ、３ａ  電極板
４、４ａ、４ｂ、４ｃ  ターゲット交換手段
６  反応室用真空槽
１０  真空ポンプ
９  マスフローコントローラ
１５  開口部（ターゲット出入用開閉部）
２４  防着筒
２５  ヒータ
２６  防着筒通過穴（防着筒通過空間）
【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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