(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜処理の対象である基板を収容保持する第１の真空室と、
成膜材料を収容保持する少なくとも１つの成膜材料用真空室を含む複数の第２の真空室と、
前記第１の真空室と前記第２の真空室とを相対的に移動させることが可能な移動手段とを備え、
前記第２の真空室のいずれかと前記第１の真空室とを選択的に連結して各室内空間同士を連通させて１つの成膜処理室を形成し、前記第１の真空室内に保持された状態の前記基板に対する成膜処理を行うことを特徴とする真空成膜処理装置。
【請求項２】
前記複数の第２の真空室は、所定の方向に沿って配列されており、
前記移動手段は、前記複数の第２の真空室の全体を一体として前記所定の方向に移動させる機構を有することを特徴とする請求項１記載の真空成膜処理装置。
【請求項３】
前記所定の方向は、水平方向に延びる直線に沿ったものであることを特徴とする請求項２記載の真空成膜処理装置。
【請求項４】
前記所定の方向は、水平方向に延びる円に沿ったものであることを特徴とする請求項２記載の真空成膜処理装置。
【請求項５】
前記第１の真空室は、前記第２の真空室の配列を包含する水平面内に配置されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の真空成膜処理装置。
【請求項６】
前記移動手段は、前記第１の真空室を前記第２の真空室に向かって水平方向に移動させる機構を有することを特徴とする請求項５記載の真空成膜処理装置。
【請求項７】
前記第１の真空室は、前記第２の真空室の上方または下方に配置されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の真空成膜処理装置。
【請求項８】
前記移動手段は、前記第１の真空室を前記第２の真空室に向かって鉛直方向に移動させる機構を有することを特徴とする請求項７記載の真空成膜処理装置。
【請求項９】
前記所定の方向は、鉛直方向に延びる直線に沿ったものであることを特徴とする請求項２記載の真空成膜処理装置。
【請求項１０】
前記第１の真空室は、前記第２の真空室の配列を包含する鉛直面内に配置されていることを特徴とする請求項９記載の真空成膜処理装置。
【請求項１１】
前記移動手段は、前記第１の真空室を前記第２の真空室に向かって水平方向に移動させる機構を有することを特徴とする請求項１０記載の真空成膜処理装置。
【請求項１２】
前記成膜材料用真空室は、前記成膜材料としてスパッタリング用のターゲットを収容保持するスパッタリング用真空室であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１に記載の真空成膜処理装置。
【請求項１３】
前記複数の第２の真空室には、エッチング用電極を収容保持するエッチング用真空室が含まれていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１に記載の真空成膜処理装置。
【請求項１４】
前記エッチング電極は、前記スパッタリング用のターゲットの極性を、スパッタリング処理を行う場合と逆極性となるように設定して実現されるものであることを特徴とする請求項１３記載の真空成膜処理装置。
【請求項１５】
前記第１の真空室と前記第２の真空室とを連通させる以前の成膜処理を行っていない待機状態において、前記第１の真空室は成膜処理に適した真空度を維持するように制御され、前記第２の真空室は第１の真空室の前記真空度以上の高真空状態を維持するように制御されることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１に記載の真空成膜処理装置。
【請求項１６】
成膜処理の対象である基板を第１の真空室の内部に収容保持し、
複数の第２の真空室に含まれる少なくとも１つの成膜材料用真空室の内部に成膜材料を収容保持し、
前記第１の真空室と前記第２の真空室とを相対的に移動させることにより、前記第２の真空室のいずれかと前記第１の真空室とを選択的に連結して各室内空間同士を連通させて１つの成膜処理室を形成し、
前記第１の真空室内に保持された状態の前記基板に対する成膜処理を行うことを特徴とする真空成膜処理方法。
【請求項１７】
前記複数の第２の真空室を所定の方向に沿って配列し、
前記複数の第２の真空室の全体を一体として前記所定の方向に移動させることを特徴とする請求項１６記載の真空成膜処理方法。
【請求項１８】
前記所定の方向が、水平方向に延びる直線に沿ったものであるようにしたことを特徴とする請求項１７記載の真空成膜処理方法。
【請求項１９】
前記所定の方向が、水平方向に延びる円に沿ったものであるようにしたことを特徴とする請求項１７記載の真空成膜処理方法。
【請求項２０】
前記第１の真空室を、前記第２の真空室の配列を包含する水平面内に配置するようにしたことを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の真空成膜処理方法。
【請求項２１】
前記第１の真空室を、前記第２の真空室に向かって水平方向に移動させるようにしたことを特徴とする請求項２０記載の真空成膜処理方法。
【請求項２２】
前記第１の真空室を、前記第２の真空室の上方または下方に配置するようにしたことを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の真空成膜処理方法。
【請求項２３】
前記第１の真空室を、前記第２の真空室に向かって鉛直方向に移動させるようにしたことを特徴とする請求項２２記載の真空成膜処理方法。
【請求項２４】
前記所定の方向が、鉛直方向に延びる直線に沿ったものであるようにしたことを特徴とする請求項１７記載の真空成膜処理方法。
【請求項２５】
前記第１の真空室を、前記第２の真空室の配列を包含する鉛直面内に配置するようにしたことを特徴とする請求項２４記載の真空成膜処理方法。
【請求項２６】
前記第１の真空室を、前記第２の真空室に向かって水平方向に移動させるようにしたことを特徴とする請求項２５記載の真空成膜処理方法。
【請求項２７】
前記成膜材料用真空室は、前記成膜材料としてスパッタリング用のターゲットを収容保持するスパッタリング用真空室であることを特徴とする請求項１６ないし請求項２６のいずれか１に記載の真空成膜処理方法。
【請求項２８】
前記複数の第２の真空室に、エッチング用電極を収容保持するエッチング用真空室を含めるようにしたことを特徴とする請求項１６ないし請求項２７のいずれか１に記載の真空成膜処理方法。
【請求項２９】
前記スパッタリング用のターゲットの極性をスパッタリング処理の場合と逆極性に設定して前記エッチング電極を実現するようにしたことを特徴とする請求項２８記載の真空成膜処理方法。
【請求項３０】
前記第１の真空室と前記第２の真空室とを連通させる以前の成膜処理を行っていない待機状態において、前記第１の真空室を、成膜処理に適した真空度を維持するように制御し、前記第２の真空室を、第１の真空室の前記真空度以上の高真空状態を維持するように制御するようにしたことを特徴とする請求項１６ないし請求項２９のいずれか１に記載の真空成膜処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空雰囲気中で基板に各種の薄膜の形成やエッチング加工等の成膜処理を行うための真空成膜処理装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気記録装置用の薄膜磁気ヘッドや各種の半導体装置等のような薄膜応用素子の製造工程では、スパッタリング装置等のドライプロセスによる成膜装置が多用されている。この種の成膜装置については、例えば、特開平２−２８２４７４号公報に記載がある。この公報に記載の成膜装置は、スパッタリング成膜装置として構成されたもので、導入室、ウェハクリーニング室および成膜室に加えて、搬送装置を有する搬送室を備えている。
【０００３】
この成膜装置の例では、ウェハクリーニング室としてのエッチング室および成膜室が各１つずつ設けられているが、一般的には、成膜室やエッチング室は、形成する薄膜の種類に応じてそれぞれ複数設けられる場合が多い。ここで、成膜室は、被薄膜形成物である基板に対して薄膜形成処理を行うためのものであり、エッチング室は、一般に、基板（ウェハ）のクリーニングや、形成された薄膜に対してエッチング処理を施すためのものである。また、導入室は基板およびターゲットを大気中から装置内に導入するためのものである。
【０００４】
この成膜装置では、薄膜の形成やエッチング等の処理（以下、成膜処理と総称する。）は、各処理工程に対応して、基板を、対応する成膜室またはエッチング室に順次搬送して行われるようになっている。この基板搬送を行うのが、搬送室における搬送装置である。ここで、導入室は、新たな一群の基板の導入（入れ換え）ごとに、大気圧状態と真空状態との間を遷移し、また、搬送室は、常時、真空状態に保たれるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の成膜装置では、基板は、搬送室を必ず経由して成膜室またはエッチング室に搬送されるようになっていた。このため、搬送室内において搬送装置の動きに伴って生ずるごみや汚れが基板に付着し、膜質に悪影響を与えたり、膜質の再現性（安定性）を悪化させる等の問題があった。
【０００６】
また、上記の成膜装置では、搬送室を真空状態に保つようになっているが、この搬送室は搬送装置を含んでいるので、その容積を小さくすることは困難である。さらに、成膜室は、成膜に必要なすべての部材や機構、すなわち、基板に関連する部分およびターゲットに関連する部分の双方を備えているので、その容積を小さくすることも困難である。このため、搬送装置の保守等のために搬送室を大気圧に戻したり、ターゲットの交換等のために成膜室を大気圧に戻す場合には、大気開放および排気に要する時間が長くなる。これを短縮するためには、排気能力の大きい真空ポンプが必要となり、コストアップとなる。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、基板に対するごみや汚れの影響が少なく、しかも、排気容積を小さくすることができる真空成膜処理装置および方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の真空成膜処理装置は、成膜処理の対象である基板を収容保持する第１の真空室と、成膜材料を収容保持する少なくとも１つの成膜材料用真空室を含む複数の第２の真空室と、第１の真空室と第２の真空室とを相対的に移動させることが可能な移動手段とを備え、第２の真空室のいずれかと第１の真空室とを選択的に連結して各室内空間同士を連通させて１つの成膜処理室を形成し、第１の真空室内に保持された状態の基板に対する成膜処理を行うようにしたものである。
【０００９】
本発明の真空成膜処理方法は、成膜処理の対象である基板を第１の真空室の内部に収容保持し、複数の第２の真空室に含まれる少なくとも１つの成膜材料用真空室の内部に成膜材料を収容保持し、第１の真空室と第２の真空室とを相対的に移動させることにより、第２の真空室のいずれかと第１の真空室とを選択的に連結して各室内空間同士を連通させて１つの成膜処理室を形成し、第１の真空室内に保持された状態の基板に対する成膜処理を行うようにしたものである。
【００１０】
ここで、成膜処理には、薄膜を形成すること、および形成した薄膜を除去しまたは所定の形状に加工することの双方が含まれるものとする。また、真空とは、厳密な意味での真空のみを意味するのではなく、大気圧よりも圧力の低い空間または状態をも意味するものとする。以下の説明中においても同義である。
【００１１】
本発明の真空成膜処理装置または方法では、基板を収容保持する第１の真空室と、成膜材料を収容保持する少なくとも１つの成膜材料用真空室を含む複数の第２の真空室との間で、相対的な移動動作が行われて、第２の真空室のいずれかと第１の真空室とが選択的に連結され、各室内空間同士が連通されて１つの成膜処理室が形成される。そして、この状態で、第１の真空室内に保持された状態の基板に対する成膜処理が行われ
る。
【００１２】
本発明の真空成膜処理装置または方法では、複数の第２の真空室を所定の方向に沿って配列し、これらの複数の第２の真空室の全体を一体として所定の方向に移動させるようにすることが可能である。
【００１３】
また、本発明の真空成膜処理装置または方法では、上記の所定の方向が、水平方向に延びる直線に沿ったものであるようにし、または、水平方向に延びる円に沿ったものであるようにすることが可能である。これらの場合には、第１の真空室を、第２の真空室の配列を包含する水平面内に配置することが可能である。さらに、この場合には、第１の真空室を第２の真空室に向かって水平方向に移動させるようにすることが可能である。
【００１４】
また、本発明の真空成膜処理装置または方法では、第１の真空室を、第２の真空室の上方または下方に配置するようにしてもよい。この場合には、第１の真空室を第２の真空室に向かって鉛直方向に移動させるようにすることが可能である。
【００１５】
また、本発明の真空成膜処理装置または方法では、上記の所定の方向が、鉛直方向に延びる直線に沿ったものであるようにしてもよい。この場合には、第１の真空室を、第２の真空室の配列を包含する鉛直面内に配置することが可能である。さらに、この場合には、第１の真空室を第２の真空室に向かって水平方向に移動させるようにすることが可能である。
【００１６】
また、本発明の真空成膜処理装置または方法では、成膜材料用真空室が、成膜材料としてスパッタリング用のターゲットを収容保持するスパッタリング用真空室であるようにしてもよい。
【００１７】
また、本発明の真空成膜処理装置または方法では、複数の第２の真空室に、エッチング用電極を収容保持するエッチング用真空室が含まれるようにしてもよい。
【００１８】
また、本発明の真空成膜処理装置または方法では、スパッタリング用のターゲットの極性を、スパッタリング処理を行う場合と逆極性となるように設定して、エッチング電極を実現することが可能である。
【００１９】
また、本発明の真空成膜処理装置または方法では、第１の真空室と第２の真空室とを連通させる以前の成膜処理を行っていない待機状態において、第１の真空室が成膜処理に適した真空度を維持するように制御し、第２の真空室が第１の真空室の真空度以上の高真空状態を維持するように制御することが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図５は、本発明の一実施の形態に係る真空成膜処理装置の構成を表すものである。ここで、図１は真空成膜処理装置の全体を俯瞰したときの外観構成を表す。図２は、図１におけるターゲット側機構部１を正面側（図１の矢印Ａ１の方向）から見た場合の構成を表し、図３は、ターゲット側機構部１を側面側（図１の矢印Ｂ１の方向）から見た場合の構成を一部破断にて表す。図４は、図１における基板側機構部２を正面側（図１の矢印Ａ２の方向）から見た状態を一部破断にて表し、図５は、基板側機構部２を側面側（図１の矢印Ｂ２の方向）から見た場合の構成を一部破断にて表す。
【００２１】
なお、本実施の形態に係る真空成膜処理方法は、本実施の形態に係る真空成膜処理装置によって具現化されるので、以下併せて説明する。
【００２２】
まず、図１を参照して、真空成膜処理装置の全体構成について説明する。本実施の形態では、真空成膜処理装置の例として、直流電界印加方式によるスパッタリングおよびエッチングを連続的に行うことを可能とする装置について説明する。但し、直流電界印加方式のみならず、高周波電界印加方式、あるいはその他の方式にも適用は可能である。
【００２３】
図１に示したように、この真空成膜処理装置は、ターゲット側機構部１と基板側機構部２とを備えている。ターゲット側機構部１は、スパッタリングターゲットをそれぞれ収容する３つのターゲット室１１ａ〜１１ｃと、１つのエッチング室１２と、移動機構部１３とを有している。ターゲット室１１ａ〜１１ｃおよびエッチング室１２の正面側には、それぞれ、ターゲット室１１ａ〜１１ｃおよびエッチング室１２の各室内を外部空間から遮断したり開放するために駆動されるゲートバルブ１４ａ〜１４ｄが設けられている。ターゲット室１１ａ〜１１ｃおよびエッチング室１２は、移動機構部１３の移動プレート１３０上に固設されており、これらが一体となって、移動機構部１３により、図のＸ方向に直線移動可能である。ここで、ターゲット室１１ａ〜１１ｃおよびエッチング室１２が本発明における「第２の真空室」に対応する。特に、ターゲット室１１ａ〜１１ｃが本発明における「成膜材料用真空室」としての「スパッタリング用真空室」に対応し、エッチング室１２が本発明における「エッチング用真空室」に対応する。また、移動機構部１３が本発明における「移動手段」の一部に対応する。
【００２４】
移動機構部１３は、基台１７上に固設されたベースプレート１３１と、ベースプレート１３１上に固設されたレール１３２ａ，１３２ｂと、ベースプレート１３１の一端側にその上面から立ち上がるようにして設けられた肩部１３１ａに取り付けられたモータ１３３とを有している。レール１３２ａ，１３２ｂは、移動プレート１３０の下面のレール溝（図示せず）に嵌合し、移動プレート１３０の移動を案内する機能を有する。モータ１３３の図示しない回転軸は、肩部１３１ａを貫くようにして設けられたボールねじ１３４の一端側に連結されている。ボールねじ１３４の他端側は、移動プレート１３０のボールねじ穴に螺入されている。モータ１３３が回転駆動することでボールねじ１３４が回転し、これにより、移動プレート１３０は、レール１３２ａ，１３２ｂにより案内されながら、ターゲット室１１ａ〜１１ｃおよびエッチング室１２を載せてＸ方向に移動するようになっている。
【００２５】
基板側機構部２は、基板室２１と、この基板室２１の下側に設けられ、多数の基板を収容可能な基板収容室２２と、基板室２１と基板収容室２２との間に設けられたゲートバルブ２３と、基板室２１の正面側に設けられたゲートバルブ２４と、移動機構部２５とを有している。ゲートバルブ２４は、基板室２１の内部を外部空間から遮断したり開放するためのものである。基板収容室２２、ゲートバルブ２３および基板室２１は、基台を兼ねた移動機構部２５の移動プレート２５０上に固設されており、これらが一体となって、移動機構部２５により、図のＹ方向に直線移動可能である。ゲートバルブ２３は、基板室２１と基板収容室２２との間を遮断したり開放するためのものである。ここで、基板室２１が本発明における「第１の真空室」に対応し、移動機構部２５が本発明における「移動手段」の他の一部に対応する。
【００２６】
移動機構部２５は、支持盤２５１と、支持盤２５１上に固設されたレール２５２ａ，２５２ｂと、支持盤２５１の一端側の側面に取り付けられたモータ２５３とを有している。レール２５２ａ，２５２ｂは、移動プレート２５０の下面のレール溝（図示せず）に嵌合し、移動プレート２５０の移動を案内する機能を有する。モータ２５３の図示しない回転軸は、支持盤２５１の一端側の側面を貫くようにして設けられたボールねじ２５４の一端側に連結されている。このボールねじ２５４の他端側は、移動プレート２５０の下側に設けられた突起部２５０ａ（図１では図示せず、図５で図示）のボールねじ穴に螺入されている。モータ２５３が回転駆動すると、ボールねじ２５４が回転する。これにより、移動プレート２５０は、レール２５２ａ，２５２ｂにより案内されながら、基板収容室２２、ゲートバルブ２３および基板室２１を載せて、図のＹ方向に直線移動するようになっている。
【００２７】
次に、図２および図３を参照して、ターゲット側機構部１の構造を詳細に説明する。
【００２８】
図３に示したように、ターゲット室１１ａは、チャンバ本体１１０と、このチャンバ本体１１０の前面側（正面側）に形成された開口部１１１と、チャンバ本体１１０の背面側からチャンバ内部に突出するように設けられたターゲットアッセンブリ部１１２とを備えている。ターゲットアッセンブリ部１１２の前面側には、スパッタリング用成膜材料としてのターゲット１１４が脱着可能に固設されている。ターゲット１１４としては、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ），パーマロイ（ＦｅＮｉ）、コバルト白金（ＣｏＰｔ）、白金マンガン（ＰｔＭｎ）等の金属材料が用いられる。このターゲット１１４は、スパッタリング時において陰極となるものである。ターゲットアッセンブリ部１１２には冷却管１１３ａ，１１３ｂが接続されている。これらの冷却管の内部を循環する冷却水によってターゲットアッセンブリ部１１２の内部、ひいてはターゲット１１４が冷却されるようになっている。なお、必要に応じて、ターゲットアッセンブリ部１１２の内部にサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）磁石を設けるようにしてもよい。
【００２９】
チャンバ本体１１０の背面側には、排気管１１５ａ〜１１５ｃが接続されている。排気管１１５ａ、１１５ｂおよび１１５ｃは、それぞれ、ターゲット側機構部１専用のクライオポンプ、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプ（いずれも図示せず）に接続されている。これらのポンプを選択的にシーケンシャルに駆動し、あるいは組み合わせて駆動することにより、チャンバ本体１１０の内部を高真空状態に保つことができるようになっている。ここで、クライオポンプは、冷凍機を運転することにより極低温の固体表面を作り、その面で気体を凝縮させて気体分子を空間から排除する形式の真空ポンプであり、超高真空を得ることができるものである。ターボ分子ポンプは、互いに逆向きの角度のついた固定羽根車（ステータ）と回転羽根車（ロータ）とを交互に配置し、気体分子がこの構造を通過する確率がその通過の方向により異なることを利用して排気作用を得るようにした真空ポンプであり、１０-9Ｔｏｒｒ以下の超高真空を得ることができる。ロータリーポンプは、ロータを回転させて機械的に空気をかき出す方式の真空ポンプであり、大気圧から１０-2Ｔｏｒｒ程度までの真空が得られる。
【００３０】
図３に示したように、ターゲット室１１ａは、ターゲット１１４およびその保持に関わる部材または機構のみを含んでおり、従来の成膜室のように基板の保持に関わる部材または機構を含んではいないので、チャンバ本体１１０の容積は、従来の成膜室に比べて十分小さい。このため、ターゲット側機構部１におけるすべての真空室、すなわち、ターゲット室１１ａ〜ターゲット室１１ｃおよびエッチング室１２によって１つの排気系（すなわち、一組のクライオポンプ、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプ）を共有するように構成することが可能である。
【００３１】
図２および図３に示したように、ゲートバルブ１４ａは、ハウジング部１４１と、このハウジング部１４１の内部に摺動可能に設けられたバルブプレート１４２と、油圧または空気圧等によってスピンドル１４３ａを往復運動させることが可能なシリンダ１４３と、スピンドル１４３ａとバルブプレート１４２との間に伸縮自在に設けられたパンタグラフ１４４とを有している。ハウジング部１４１には、ターゲット室１１ａの開口部１１１に対応する位置に、開口部１１１とほぼ同大の開口部１４５が、ハウジング部１４１を表から裏まで貫通するようにして形成されている。パンタグラフ１４４は、ハウジング部１４１におけるある点を支点１４７（図２）として伸縮可能になっている。支点１４７を境として短いアームの側にスピンドル１４３ａが接続され、長いアームの側にバルブプレート１４２が接続されている。このような構造により、シリンダ１４３のスピンドル１４３ａの僅かのストローク運動によって、バルブプレート１４２の大きなストロークを得ることができるようになっている。開口部１４５は、バルブプレート１４２によって遮断され、または開放される。
【００３２】
図３に示したように、ゲートバルブ１４ａの前面側における開口部１４５の周囲部分は一段高く形成され、この段部分の上端面および下端面に、それぞれ連結位置決め溝１４６ａ，１４６ｂが形成されている。これらの連結位置決め溝１４６ａ，１４６ｂには、後述するようにターゲット室１１ａと基板室２１とを連結する際に、基板室２１側のゲートバルブ２４に設けられた連結位置決め爪２４１ａ〜２４１ｄ（図５）が係止して、ターゲット室１１ａと基板室２１との相互間の位置決めがなされるようになっている。
【００３３】
なお、他のターゲット室１１ｂ，１１ｃは、ターゲット室１１ａと同様の構造を有し、また、他のゲートバルブ１４ｂ〜１４ｄは、ゲートバルブ１４ａと同様の構造を有している。また、エッチング室１２は、ターゲット１１４が陰極でなく陽極とされる点を除き、ターゲット室１１ａの構造と同様である。
【００３４】
次に、図４および図５を参照して、基板側機構部２の構造を詳細に説明する。
【００３５】
図５に示したように、基板室２１は、チャンバ本体２１０と、このチャンバ本体２１０の前面側（正面側）に形成された開口部２１１と、チャンバ本体２１１の背面側からチャンバ内部に突出するように設けられた基板ホルダアッセンブリ部２１２とを備えている。基板ホルダアッセンブリ部２１２の前面側には、図示しない陽極が形成されており、ここに、後述する図６に示したように、基板収容室２２から成膜処理対象である基板（ウェハ）２２１（図５）が搬送されて、クランプ爪２１３ａにより保持されるようになっている。このクランプ爪２１３ａは、基板ホルダアッセンブリ部２１２の背面外側に設けられたアクチュエータ部２１３ｂによって駆動される。基板ホルダアッセンブリ部２１２の基板取り付け面の裏側には、基板加熱用のヒータ２１４が配設されている。また、基板ホルダアッセンブリ部２１２には、冷却管２１５ａ，２１５ｂが接続され、これらの冷却管の内部を循環する冷却水によって基板ホルダアッセンブリ部２１２の内部、ひいては基板２２１の過熱が防止されるようになっている。
【００３６】
チャンバ本体２１０の上面には、基板室２１専用のクライオポンプ２１６が直付けされている。チャンバ本体２１０の背面には、基板室２１専用のターボ分子ポンプ（図示せず）に接続された排気管２１７ａが接続され、また、チャンバ本体２１０の一方の側面には、排気管２１７ｂが接続されている。この排気管２１７ｂは、バルブ２１９を介して、基板室２１および基板収容室２２により共用されるロータリーポンプ（図示せず）に接続されている。そして、クライオポンプ２１６、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプを選択的にシーケンシャルに駆動し、あるいは組み合わせて駆動することにより、チャンバ本体２１０の内部を高い真空度まで排気できるようになっている。また、基板室２１の一側面には、スパッタリングの際に使用する所定のガス（例えば、アルゴン（Ａｒ））を導入するためのガス導入管２１８が接続されている。
【００３７】
基板収容室２２は、本体部２２０の底面上に設けられたレール２２２ａ，２２２ｂ上を移動可能に設けられ、多数の基板２２１を保持する基板ストッカー２２３と、本体部２２０の底面上に設けられたモータ２２４と、一端側がモータ２２４の回転軸（図示せず）に連結されたボールねじ２２５とを備えている。ボールねじ２２５の他端側は、基板ストッカー２２３の側面に設けられた突起部２２３ａ（図４）のボールねじ穴に螺入されている。モータ２２４が回転駆動されると、ボールねじ２２５が回転し、これにより、基板ストッカー２２３全体が、レール２２２ａ，２２２ｂによって案内されながら、図５に示したｙ方向に直線移動するようになっている。
【００３８】
基板収容室２２の本体部２２０の下面には、油圧または空気圧によってスピンドル２２７を鉛直方向（図のｚ方向）に沿って往復移動させることが可能なシリンダ２２６が取り付けられている。スピンドル２２７の上端側は本体部２２０の底面を貫いて本体部２２０の内部にまで延びており、その先端には、基板２２１を把持することが可能な溝を有する把持部２２８が取り付けられている。なお、シリンダ２２６は、支持盤２５１の中央部にｙ方向に沿って設けられた切欠き部２５１ａにより、支持盤２５１との干渉が回避されている。
【００３９】
図４に示したように、基板ストッカー２２３の中央部分は、上下方向に完全に切り欠かれている。この切欠き部の両側部分には、図示しない多数の溝がｙ方向に一定間隔で形成されており、これらの各溝に基板２２１が挿入配置されている。把持部２２８は、シリンダ２２６が駆動されると、基板ストッカー２２３の上記の切欠き部の内側を上昇移動して、基板ストッカー２２３に収容された一枚の基板２２１を把持することが可能である。基板２２１を把持した把持部２２８は、さらに、ゲートバルブ２３が開いた状態で基板室２１の内部にまで移動し、基板２２１を基板ホルダアッセンブリ部２１２の位置まで搬送できるようになっている。
【００４０】
基板収容室２２の一側面には、排気管２２９が接続されている。この排気管２２９は、バルブ２２９ａを介して、基板室２１および基板収容室２２により共用される上記のロータリーポンプ（図示せず）に接続されている。そして、バルブ２２９ａを開けることによって、基板収容室２２の内部が所定の真空度まで排気されるようになっている。
【００４１】
ゲートバルブ２４の上下端には、基板室２１とターゲット室１１ａとを連結させたときにターゲット室１１ａ側の連結位置決め溝１４６ａ，１４６ｂに噛み合うこととなる連結位置決め爪２４１ａ〜２４１ｄが設けられている。また、ゲートバルブ２４の前面側には、開口部２４２の周囲に沿って円形溝が形成され、ここにＯリング２４３が埋設されている。このＯリング２４３によって、基板室２１とターゲット室１１ａとを連通させたときに外気がチャンバ内に漏れ込んでくるのを防止できるようになっている。なお、ゲートバルブ２４のその他の構造は、ターゲット側機構部１のゲートバルブ１４ａ等と同様であり、その説明を省略する。また、ゲートバルブ２３の構造もゲートバルブ１４ａ等と同様であり、その説明を省略する。
【００４２】
次に、図６〜図８を参照して、このような構成の真空成膜処理装置の動作を説明する。
【００４３】
ここでは、まず、基板収容室２２内に収容された基板を基板室２１内に搬送してセットしたのち、この基板に、ターゲット室１１ａ内に収容保持されたターゲットを成膜材料として用いて成膜処理を行う場合の一連の動作を例示して説明する。なお、ここでは、基板側機構部２における基板収容室２２には既に基板２２１が収容されており、基板室２１および基板収容室２２の内部はそれぞれ所定の真空度（例えば、４×１０-2Ｔｏｒｒ程度）に保たれているものとする。また、ターゲット側機構部１のターゲット室１１ａは、所定の高真空度（１×１０-5Ｔｏｒｒ程度）に保たれているものとする。
【００４４】
まず、基板収容室２２のモータ２２４を回転駆動させて、基板ストッカー２２３を移動させることにより、処理対象の基板２２１を搬送起点位置（すなわち、把持部２２８の真上の位置）に位置決めする。
【００４５】
次に、基板収容室２２と基板室２１の真空度が一致するように排気系を制御する。これらの２つの室の真空度が一致すると、ゲートバルブ２３を開き、シリンダ２２６を駆動させる。これにより、把持部２２８は上昇して基板２２１を把持したまま基板室２１内へと移動して、基板２２１を基板ホルダアッセンブリ部２１２の所定位置まで搬送する。ここで、基板２２１は、クランプ爪２１３によって基板ホルダアッセンブリ部２１２に固定される。次に、シリンダ２２６を駆動させて、把持部２２８を元の位置まで戻し、ゲートバルブ２３を閉じる。
【００４６】
一方、ターゲット側機構部１では、移動機構部１３のモータ１３３を回転駆動させて、ターゲット室１１ａ〜ターゲット室１１ｃおよびエッチング室１２の全体をＸ方向に移動させて、ターゲット室１１ａを所定の位置に位置決めする。
【００４７】
次に、基板側機構部２では、移動機構部２５のモータ２５３を回転駆動させて、基板室２１および基板収容室２２等からなるユニットをターゲット側機構部１の方向に移動させ、基板室２１を、ターゲット室１１ａと連結可能な位置まで進める。この位置で、基板側機構部２のゲートバルブ２４に設けられた連結位置決め爪２４１ａ〜２４１ｄを駆動して、ターゲット側機構部１のゲートバルブ１４ａに設けられた連結位置決め溝１４６ａ，１４６ｂにそれぞれ噛み合わせ、両者間の相対的位置決めを完了する。なお、連結位置決め爪２４１ａ〜２４１ｄの駆動は、例えば、図示しないモータ等のアクチュエータによって行うことが可能である。
【００４８】
図６は、ターゲット室１１ａに対する基板室２１の位置決めが完了した状態を表すものである。この図は、図１における矢印Ｂ１，Ｂ2 の方向から見た状態を示している。この図に示したように、ターゲット側機構部１のゲートバルブ１４ａの表面と基板側機構部２のゲートバルブ２４の表面とがＯリング２４３を挟んで当接している。連結位置決め爪２４１ａ，２４１ｂおよび２４１ｃ，２４１ｄは、ターゲット側機構部１の連結位置決め溝１４６ａおよび１４６ｂにそれぞれ噛み合っている。
【００４９】
次に、ターゲット室１１ａの内部に、所定のガス（例えば、アルゴン）を導入して、その真空度を基板室２１の真空度に一致させる。ここで、まず基板側機構部２のゲートバルブ２４を開ける。これにより、ゲートバルブ１４ａとゲートバルブ２４との間に存在していた僅かな空気が基板室２１の側に移動して排気される。次に、ゲートバルブ１４ａを開ける。これにより、図７に示したように、ターゲット室１１ａの内部と基板室２１の内部とが連通し、１つの成膜室３０が形成される。なお、この図は、図６と同様に、図１における矢印Ｂ１，Ｂ2 の方向から見た状態を示している。
【００５０】
ここで、成膜室３０内は外気に対して負圧となっているので、ターゲット室１１ａと基板室２１とは互いに強く引き合い、また、ゲートバルブ１４ａとゲートバルブ２４との当接面にはＯリング２４３が介在している。このため、形成された成膜室３０内の気密は十分に保たれる。
【００５１】
次に、基板室２１のガス導入管２１８（図４）からアルゴンガスを導入して、成膜室３０内の真空度を、例えば１〜２×１０-2Ｔｏｒｒ程度にしたのち、ターゲット１１４と基板２２１との間に直流電界を印加することにより、スパッタリングを行う。具体的には、アルゴンガス雰囲気においてグロー放電が発生し、プラズマ中の正イオンがターゲット１１４の表面に衝突してターゲット原子をはじき出す。そのはじき出されたターゲット原子が、電界に引かれて陽極上の基板２２１の表面に堆積し、そこに薄膜が形成される。
【００５２】
こうしてスパッタリングが終了すると、ゲートバルブ１４ａおよびゲートバルブ２４を閉じる。次に、これらの２つのゲートバルブにより挟まれた空間内に、図示しないリーク弁によって空気を導入し、この空間を大気圧に戻す。これにより、次のステップで行うターゲット室１１ａ〜１１ｃと基板室２１との分離が容易となる。次に、連結位置決め爪２４１ａ〜２４１ｄを連結位置決め溝１４６ａ，１４６ｂからリリースする。
【００５３】
次に、基板側機構部２のモータ２５３を回転駆動させて、基板室２１および基板収容室２２等からなるユニットをターゲット側機構部１から離れる方向に移動させて元の位置に戻す。
【００５４】
一方、ターゲット側機構部１では、移動機構部１３によってターゲット室１１ａ〜１１ｃおよびエッチング室１２の全体を移動させ、次の成膜工程で用いるターゲット室（例えば、ターゲット室１１ｂ）を定位置まで移動させる。
【００５５】
そして、ターゲット側機構部１におけるターゲット室の移動が完了すると、基板側機構部２は、基板室２１等を再びターゲット側機構部１の方向に移動させて、上記と同様の連結および連通動作を行い、しかるのちスパッタリング処理を行う。
【００５６】
以下同様にして、ターゲット室１１ａ〜１１ｃおよびエッチング室１２と、基板室２１との相互位置関係を変えながら、両者を連結、連通させて成膜室を形成し、順次、スパッタリングまたはエッチングを行う。なお、基板２２１上に形成された薄膜のエッチング、または成膜処理前の基板クリーニングは、エッチング室１２と基板室２１とを連結・連通させて形成される成膜室によって行う。この場合には、エッチング室１２のターゲット１１４は陽極とされ、エッチング電極として機能する。
【００５７】
基板２２１に対するすべての成膜処理が終了すると、基板側機構部２は、基板室２１および基板収容室２２を含むユニットを元の定位置に戻した上で、基板室２１と基板収容室２２の真空度を一致させ、ゲートバルブ２３を開く。そして、シリンダ２２６を駆動させて把持部２２８を移動させ、基板２２１を基板収容室２２の基板ストッカー２２３における元の位置に戻す。さらに、未処理の基板がある場合には、基板ストッカー２２３を所定量移動させて、次の基板を搬送起点位置に位置決めする。以下の動作は上記と同様である。
【００５８】
図８は、排気開始からスパッタリングを行う段階に至る、ターゲット室１１ａおよび基板室２１の真空度の変化の様子の一例を表すものである。この図で、（ａ）はターゲット室１１ａの真空度の変化を示し、（ｂ）は基板室２１の真空度の変化を示す。これらの図で、横軸は排気時間を示し、縦軸は真空度を示す。また、符号Ｒｏはロータリーポンプによる排気曲線を示し、符号Ｃｒはクライオポンプによる排気曲線を示し、符号Ｔｕ＋Ｃｒはターボ分子ポンプおよびクライオポンプの併用による排気曲線を示す。
【００５９】
これらの図に示したように、ターゲット室１１ａについて見ると、まずロータリーポンプによってＣ１点（７×１０-3Ｔｏｒｒ程度）まで排気した後、クライオポンプによって１×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで排気する。この間、約４０分である。一方、基板室２１について見ると、まずロータリーポンプによってＣ２点（７×１０-3Ｔｏｒｒ程度）まで排気した後、クライオポンプによって１×１０-6Ｔｏｒｒあるいはそれ以上の高真空度まで排気する。この間、約２０分である。そして、約４０分が経過した時点Ｓ１，Ｓ２で、ターゲット室１１ａと基板室２１とを連結し、さらにアルゴンガスを導入して、真空度を約１×１０-3Ｔｏｒｒ程度とする。この状態で、スパッタリングを開始する。スパッタリング開始後は、クライオポンプに加えてターボ分子ポンプをも用いて排気を行う。
【００６０】
以上のように、本実施の形態に係る真空成膜処理装置によれば、基板を収容保持する基板室２１と、ターゲットを収容保持するターゲット室１１ａ〜１１ｃおよびエッチング室１２とを相対的に移動させ、ターゲット室１１ａ〜１１ｃおよびエッチング室１２のいずれかと基板室２１とを選択的に連結・連通させて成膜室３０を形成し、この成膜室３０内で基板への成膜処理を行って多層膜を形成するようにしたので、従来設けられていた搬送室が不要となる。このため、従来のように基板が搬送室を通過する際に発生していたごみや汚れの問題がなくなり、膜質の品位およびその安定性が向上する。
【００６１】
また、ターゲット室は、ターゲットおよびその保持に係る部材のみを収容しているだけなので、その容積は極めて小さくて済み、例えばターゲットの交換や保守のために大気開放を行った場合においても、極めて短時間で元の高真空状態に復帰することができ、生産性が良い。また、排気に必要なポンプの排気能力が従来より小さくてよいので、設備コスト上でも有利である。
【００６２】
また、従来のように基板そのものを各成膜室間で移動するという方式ではなく、基板を基板室内に固定し、この基板室とターゲット室との間の相対的位置関係を変化させる方式としたので、ターゲット室と基板室との組み合わせの自由度が大きく、以下に挙げるような様々なレイアウトバリエーションが可能である。
【００６３】
すなわち、本実施の形態では、ターゲット側機構部１におけるターゲット室１１ａ〜１１ｃおよびエッチング室１２を水平方向の直線上に並ぶように配列すると共に、この配列方向を含む面内（水平面内）に基板室２１を配置するようにしたが、そのほか、例えば図９〜図１３に示したような様々な変形が考えられる。以下、それぞれの変形例について説明する。なお、これらの図では、ターゲット室と基板室のみを簡略化して図示し、その他の機構部分は省略している。また、これらの図で、ターゲット室Ｔは、上記実施の形態におけるターゲット室１１ａ〜１１ｃおよびエッチング室１２を代表して表すものであり、基板室Ｓは、上記実施の形態における基板室２１に対応するものである。また、ゲートバルブＧｔは上記実施の形態におけるゲートバルブ１４ａ等に対応し、ゲートバルブＧｓは上記実施の形態におけるゲートバルブ２４に対応するものである。
【００６４】
図９は、水平面内に配置されたターンテーブルＴＡ上に、このターンテーブルと同心の円に沿ってターゲット室Ｔを複数配置すると共に、基板室ＳをターンテーブルＴＡの内側に配置した変形例の平面配置構成を表すものである。この変形例では、ターゲット室ＴはターンテーブルＴＡの移動により円周方向Ｒに沿って回転移動可能であり、基板室ＳはターンテーブルＴＡの半径方向Ｙに沿って直線移動可能である。また、ゲートバルブＧｔ，Ｇｓによって開閉される各室の開口面（連通面）は、いずれも、上記実施の形態の場合と同様に水平方向を向くように配置されている。本変形例によれば、多くのターゲット室Ｔが必要な場合であっても配置スペースをあまりとらず、コンパクトなレイアウトが可能である。なお、例えば図１０に示したように、基板室ＳをターンテーブルＴＡの外側に配置し、この基板室ＳをターンテーブルＴＡの半径方向Ｘに沿って直線移動させるようにしてもよい。
【００６５】
図１１は、鉛直方向にターゲット室Ｔを複数配置すると共に、基板室Ｓを、上記鉛直方向を含む面内に含まれるように配置した変形例の空間配置構成を表すものである。この変形例では、ターゲット室Ｔは鉛直方向に昇降移動可能であり、基板室Ｓは水平方向Ｙに沿って直線移動可能である。また、ゲートバルブＧｔ，Ｇｓによって開閉される各室の開口面は、いずれも、上記変形例（図９）の場合と同様に水平方向を向くように配置されている。本変形例によれば、多くのターゲット室Ｔが必要な場合であっても、平面的配置スペースを上記変形例の場合よりもさらに縮小することができる。
【００６６】
図１２は、水平面内にターゲット室Ｔを複数配置すると共に、基板室Ｓを、ターゲット室Ｔの上方に配置した変形例の空間配置構成を表すものである。この変形例では、ターゲット室Ｔは水平方向Ｘに沿って直線移動可能であり、基板室Ｓは鉛直方向Ｚに沿って昇降移動可能である。本変形例では、ゲートバルブＧｔによって開閉されるターゲット室Ｔの開口面はいずれも上向きであり、ゲートバルブＧｓによって開閉される基板室Ｓの開口面は下向きである。
【００６７】
図１３は、水平面内に配置されたターンテーブルＴＡ上に、このターンテーブルと同心の円に沿ってターゲット室Ｔを複数配置すると共に、基板室Ｓをターゲット室Ｔの上方に配置した変形例の空間配置構成を表すものである。ターゲット室ＴはターンテーブルＴＡの移動と共に円周方向Ｒに沿って回転移動可能であり、基板室Ｓは鉛直方向Ｚに沿って昇降移動可能である。なお、ゲートバルブＧｔによって開閉されるターゲット室Ｔの開口面がいずれも上向きでゲートバルブＧｓによって開閉される基板室Ｓの開口面が下向きである点は、上記変形例（図１２）の場合と同様である。
【００６８】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および上記各変形例では、ターゲット室Ｔをその配列方向（Ｘ方向）に移動させると共に、基板室Ｓを、ターゲット室Ｔの配列の移動方向と直交する方向（Ｙ方向）に移動させるようにしたが、本発明はこれに限定されず、ターゲット室Ｔの配列と基板室Ｓとが相対的に移動する態様である限りにおいて、その他の態様で移動させるようにしてもよい。例えば、ターゲット室ＴをＹ方向に移動させ、基板室ＳをＸ方向に移動させるような構成も可能である。また、ターゲット室Ｔの側を固定し、基板室ＳのみをＸＹ方向に移動させるようにしてもよい。あるいは、逆に、基板室Ｓの側を固定し、ターゲット室Ｔの側のみをＸＹ方向に移動させるようにしてもよい。
【００６９】
また、例えば図１２および図１３に示した変形例では、基板室Ｓをターゲット室Ｔの上方に配置するようにしたが、逆に、基板室Ｓをターゲット室Ｔの下方に配置するようにしてもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態では、真空成膜処理装置が３つのターゲット室と１つのエッチング室とを備える場合について説明したが、これと異なる数のターゲット室またはエッチング室を備えるように構成することも可能である。
【００７１】
また、上記実施の形態では、薄膜形成工程をスパッタリングによって行うものとして説明したが、本発明はこれに限定されず、基板と対をなす形で組み合わされる成膜用試料または電極を必要とするような成膜方法である限りにおいて、その他の成膜方法にも適用することが可能である。例えば、真空蒸着による薄膜形成にも適用可能である。但し、真空蒸着の場合には、その原理上、例えば図１２または図１３に示したように基板室Ｓをターゲット室Ｔの上方に配置する必要がある。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし１５のいずれか１に記載の真空成膜処理装置または請求項１６ないし３０のいずれか１に記載の真空成膜処理方法によれば、基板を収容保持する第１の真空室と、成膜材料を収容保持する成膜材料用真空室を含む複数の第２の真空室との間で、相対的な移動動作を行い、第２の真空室のいずれかと第１の真空室とを選択的に連結し、各室内空間同士を連通させて１つの成膜処理室を形成した状態で、第１の真空室内に保持された状態の基板に対する成膜処理を行うようにしたので、従来必要であった基板用の搬送装置およびこれを収容していた搬送室が不要となる。したがって、従来のように基板が搬送室を通過する際に発生していたごみや汚れの問題がなくなり、膜質およびその安定性を高めると共に、製品の歩留りを向上させることができるという効果を奏する。
【００７３】
また、本発明によれば、第２の真空室における成膜材料用真空室は、成膜材料およびその保持に関わる部材のみを収容しているので、その容積は極めて小さくて済む。このため、例えば成膜材料の交換や保守のために成膜材料用真空室の大気開放を行った場合においても、極めて短時間で元の高真空状態に復帰することができ、生産性を高めることができるという効果を奏する。さらに、排気に必要なポンプの排気能力が従来より小さくてよいことから、設備コスト上でも有利となるという効果を奏する。
【００７４】
また、本発明によれば、従来方式とは異なり、基板を第１の真空室内に固定し、この第１の真空室と第２の真空室との間の相対的位置関係を変化させるようにしたので、両真空室の組み合わせの自由度が大きく、状況に応じて多様な装置レイアウトも可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る真空成膜処理装置の全体の外観構成を表す斜視図である。
【図２】図１におけるターゲット側機構部の構造を表す正面図である。
【図３】図１におけるターゲット側機構部の構造を表す一部破断側面図である。
【図４】図１における基板側機構部の構造を表す一部破断正面図である。
【図５】図１における基板側機構部の構造を表す一部破断側面図である。
【図６】ターゲット側機構部と基板側機構部との連結後で連通前の状態を説明するための一部破断側面図である。
【図７】ターゲット側機構部と基板側機構部とを連通させたのちの状態を説明するための一部破断側面図である。
【図８】ターゲット室および基板室の真空度の変化例を表す図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る真空成膜処理装置の一変形例を表す平面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る真空成膜処理装置の他の変形例を表す平面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る真空成膜処理装置のさらに他の変形例を表す平面図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係る真空成膜処理装置のさらに他の変形例を表す平面図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る真空成膜処理装置のさらに他の変形例を表す平面図である。
【符号の説明】
１…ターゲット側機構部、２…基板側機構部、１１ａ〜１１ｃ…ターゲット室、１２…エッチング室、１３…移動機構部、１４ａ〜１４ｄ…ゲートバルブ、２１…基板室、２２…基板収容室、２３，２４…ゲートバルブ、２５…移動機構部、Ｔ…ターゲット室、Ｓ…基板室、ＴＡ…ターンテーブル
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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