(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ（１）内のスパッタリング位置に複数のターゲット（７）を順次搬送し、前記スパッタリング位置でターゲット（７）を順次スパッタリングして同ターゲット（７）と対向する基板（１２）上に薄膜を堆積させるマルチターゲットスパッタリング装置において、複数のターゲット（７）を円上に並べて配置すると共に、ターゲット（７）を装着していない空の保持孔（８）を少なくとも１つ有しているターゲットホルダ（３）を真空チャンバ（１）内に上下に多段に設け、このターゲットホルダ（３）を前記円の中心回りにそれぞれ独立して間欠回転させる回転機構（５）と、前記ターゲットホルダ（３）の空の保持孔（８）を通してスパッタ電極（２）を昇降させることにより、ターゲットホルダ（３）のターゲット（７）の下面にスパッタ電極（２）を当接させ、同ターゲット（７）をターゲットホルダ（３）とターゲット位置との間で昇降させる昇降機構（４）とを備えることを特徴とするマルチターゲットスパッタリング装置。
【請求項２】
ターゲットホルダ（３）のターゲット（７）を装着していない空の保持孔（８）は、ターゲット（７）を装着可能な保持孔（８）であることを特徴とする請求項１に記載のマルチターゲットスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内で高エネルギーの粒子をターゲットに衝突し、これによりターゲットからそれを構成する材料分子を発射させるスパッタリング装置において、真空チャンバ内に配置した複数のターゲットを順次スパッタ位置に搬送し、スパッタリングすることができるようにしたマルチターゲットスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング法により、半導体ウエハ等の基板の上に多層の薄膜を形成する場合、真空チャンバ内において、異なる材料からなるターゲットを順次スパッタリングし、基板上に複数の材料を成膜することが必要である。また、単一材料の層を成膜する場合でも、基板が複数あって、多くの量のターゲットが必要なときは、スパッタリングにより消耗したターゲットに代えて、新たな別のターゲットをスパッタリングする必要がある。
【０００３】
従来において、前述のように複数のターゲットをスパッタリングして基板上に成膜する場合、予め真空チャンバの中にターゲットとそのターゲットをスパッタするためのスパッタ電極を含む必要な数のターゲット源を設置しておく必要があった。しかしながら、このようにして複数のターゲット源を真空チャンバに設置しておくには、そのスパッタ源の数だけのスパッタ電源が必要となり、装置が大型となってしまう。
【０００４】
そこで、真空チャンバ内で複数のターゲットを効率よく短時間に交換して順次スパッタリングすることができるマルチターゲットスパッタリング装置として、例えば、特開２００２−２５６４２５号公報に記載されたものが知られている。このマルチターゲットスパッタリング装置は、真空チャンバ内でターゲットをスパッタリングする位置の下に回転するターンテーブル状のターゲットホルダを設け、このターゲットホルダの回転中心から一定の距離の円周上に複数のターゲットを配置し、ターゲットホルダの回転とその位置決め停止により、順次複数のターゲットをスパッタリング位置の真下に搬送し、そこから昇降機構により昇降されるスパッタ電極でターゲットをスパッタリングする位置まで押し上げてスパッタリングするようにしている。そしてターゲットをスパッタリングした後は、昇降機構によりスパッタ電極を下降させて、ターゲットをターゲットホルダに戻す。次に、ターゲットホルダの間欠回転により次のターゲットをスパッタリング位置の真下に搬送し、同様にしてスパッタリング位置まで押し上げ、スパッタリングする。
【０００５】
近年、基板上に形成する薄膜の層数が増える傾向にあり、このため同一基板に対して使用するターゲットの数も多数化している。そのため、スパッタリングによる成膜工程中に使用するターゲットの数も増大している。
しかし、前記のようなターゲットの交換方式では、ターゲットの数が増えるとその分だけターゲットホルダの径を大きくしなければならない。ターゲットホルダは真空チャンバの中に設けられるので、その径が大きくなるということは、真空チャンバの容積が増大することになる。真空チャンバの容積が増大すると、装置全体が大型化するだけでなく、大きな容積の真空チャンバを真空吸引する真空ポンプ等の周辺装置も強化しなければならず、経済的な装置の設計と運用は困難となる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２３４３３６号公報
【特許文献２】特開２００２−２５６４２５号公報
【特許文献３】特開２００４−６１６０号公報
【特許文献４】特開２００５−２２０３６９号公報
【特許文献５】特開２００７−１９７７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来のマルチターゲットスパッタリング装置における課題に鑑み、必要とするターゲットの数が増えても、真空チャンバの径を大きくしなくても済み、全体して真空チャンバの小型化を図ることが出来るマルチターゲットスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、前記の目的を達成するため、複数のターゲット７を円上に配置すると共に、その円の回りに間欠回転させるターンテーブル状のターゲットホルダ３を真空チャンバ内に上下に多段に配置した。これにより、必要とするターゲット７の数が増えても真空チャンバ１の径を増大する必要が無く、よって真空チャンバ内でより多くのターゲットを使用して基板上に複数層の薄膜を形成出来るようにした。
【０００９】
このようなマルチターゲットスパッタリング装置は、真空チャンバ１内のスパッタリング位置に複数のターゲット７を順次搬送し、前記スパッタリング位置でターゲット７を順次スパッタリングして同ターゲット７と対向する基板１２上に薄膜を堆積させるものである。本発明では、複数のターゲット７を円上に並べて配置すると共に、ターゲット７を装着していない空の保持孔８を少なくとも１つ有しているターゲットホルダ３を真空チャンバ１内に上下に多段に設け、このターゲットホルダ３を前記の円の中心の回りにそれぞれ独立して間欠回転させる回転機構５と、前記ターゲットホルダ３の空の保持孔８を通してスパッタ電極２を昇降させることにより、ターゲットホルダ３のターゲット７の下面に前記スパッタ電極２を当接させ、同ターゲット７をターゲットホルダ３とターゲット位置との間で昇降させる昇降機構４とを備えるものである。
【００１０】
ターゲットホルダ３のターゲット７を装着していない空の保持孔８は、ターゲット７を装着可能であるが、単にターゲット７を装着していないだけの保持孔８である。
【００１１】
このような本発明によるマルチターゲットスパッタリング装置では、複数のターゲット７を同一径の円上に並べて配置したターゲットホルダ３を上下に多段に配置し、それらをその回転中心の回りに間欠回転させると共に、昇降機構４によりターゲット７をターゲットホルダ３とスパッタリング位置との間で昇降させて順次スパッタリングするため、ターゲットホルダ３の径を増大することなく、より多くのターゲット７を真空チャンバ１内に配置することが出来る。これにより、ターゲット７の数が多くなっても真空チャンバ１の高さを若干高くするだけで、真空チャンバ１の径を増大しないように設計することが出来る。従って、多くのターゲットを使用する場合でも、その分だけ真空チャンバの容積を大きくとらずに済む。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明した通り、本発明によるマルチターゲットスパッタリング装置では、より多くの数のターゲット７を真空チャンバ１の中に収納し、それらターゲット７を順次ターゲット位置に送り出してスパッタリング出来る。これにより、基板１２の上により多くの層の薄膜を形成する場合に、基板１２を真空チャンバ１内に置いたままそれらの層の成膜が可能になる。しかも真空チャンバ１をターゲット７の数に応じて大径化する必要が無いので、ターゲット７の数の割にはコンパクトな装置として纏めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明では、真空チャンバ１内に収納する複数のターゲット７を円上に並べたターゲットホルダ３を上下に多段に配置し、これらのターゲットホルダ３を間欠回転してターゲット７を送りながら順次それらのターゲット７をターゲット位置に送ってスパッタリングするようにした。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例であるマルチターゲットスパッタリング装置の真空チャンバ１の要部縦断側面図である。
【００１４】
図１に示すように、真空チャンバ１の内部には、複数のターゲット７を円上に配置したターゲットホルダ３が上下に２段配置されている。このターゲットホルダ３は、真空チャンバ１の下の外部から回転運動を導入する回転機構５の支持軸に支持され、この回転機構５によりターゲット７を配置した円の中心の回りに間欠回転される。より具体的には、ここの回転機構５によるターゲットホルダ３の回転中心６は、それにターゲット７を配置した円の中心と一致しており、その間欠回転の間隔は、ターゲット７を配置した円上の間隔と同じピッチである。この回転機構５の支持軸はそれぞれのターゲットホルダ３について同軸上に個別に設けられており、複数のターゲットホルダ３は、それぞれ独立して間欠回転される。ターゲットホルダ３このターゲットホルダ３の例については後述する。
【００１５】
このターゲットホルダ３のターゲット７が停止する位置の真上には、スパッタリング位置がある。このスパッタリング位置の真下には、ターゲットホルダ３の間欠回転に伴い、そのターゲットホルダ３に装着されたターゲット７が順次停止する。
【００１６】
真空チャンバ１の中のターゲット位置の真上には、基板ホルダ１１が配置され、この基板ホルダ１１の下面に基板１２が保持される。この基板ホルダ１１の下面に保持された基板１２は、前記ターゲットホルダ３に保持されたターゲット７が停止する位置において、同ターゲット７と上下に対向する。基板ホルダ１１は、真空チャンバ１の上の外部から上下運動を導入する形式の昇降機構１８により上下動される。
【００１７】
他方、前記ターゲット位置の真下には、前記ターゲットホルダ３に保持され、ターゲット位置の真下に停止したターゲット７の下面に当接し、同ターゲット７にスパッタ電圧を印加するスパッタ電極２が配置されている。すなわち、このスパッタ電極２は、前記ターゲット位置の真下に停止したターゲット７を挟んで、前記基板ホルダ１１の下面の基板１２と対向する。
このスパッタ電極２は、例えばターゲット７に衝突させるイオンを発生するためのマグネット等を含む電極構造となっている。真空チャンバ１の外部であって、その下部にはスパッタ電極２に高周波電圧を印加する電源９が備えられている。
【００１８】
さらにこのスパッタ電極２は、真空チャンバ１の下の外部から上下運動を導入する形式の昇降機構４により上下動される。この昇降機構４は、スパッタ電極２を昇降させることで、同スパッタ電極２を前記ターゲットホルダ３に保持されたターゲット７の下面に当接し、さらに同ターゲット７を昇降し、ターゲット７をターゲット位置まで上昇させ、再びターゲットホルダ３に戻すものである。
【００１９】
図２は、２段のターゲットホルダ３の平面図を示している。（Ａ）と（Ｂ）にそれぞれ示した上下のターゲットホルダ３は、共に同じ構成になっている。図示の場合、ターゲット７を装着、保持するターゲットホルダ３の保持孔８は、ターゲットホルダ３の回転中心６の回りの円上に７２゜の間隔で５個所設けられている。そのうち一つの保持孔８が空になっていて、４つの保持孔にターゲット７が装着されている。なお、ターゲット７を装着していない空の保持孔８は、スパッタリングするターゲット７が少なくて済むような場合は、複数であってもよい。
【００２０】
このターゲットホルダ３の円周部には、やはり７２゜間隔で位置決めマーク１０が設けられている。これらの位置決めマーク１０はターゲットホルダ３を間欠回転するときの位置決めのために使用する。
なお、図１と図２に示したマルチターゲット装置では、ターゲットホルダ３が上下に２段設けられているが、これを３段以上設けることも出来る。
【００２１】
次に、このマルチターゲットスパッタリング装置の一連の動作について説明する。
まず図１に示すように、真空チャンバ１内の基板ホルダ１１の下端部に予め基板１２を装着しておく。また、下段のターゲットホルダ３の空となっている保持孔８を互いに対向した基板１２とスパッタ電極２との間の位置に設定する。他方、上段のターゲットホルダ３は、最初にスパッタリングするターゲット７を互いに対向した基板１２とスパッタ電極２との間の位置に停止させる。
【００２２】
この状態から下段のターゲットホルダ３の空となっている保持孔８を通して昇降機構４によりスパッタ電極２を上昇させ、このスパッタ電極２をターゲット７の下面に当接させる。さらに、このスパッタ電極２の上にターゲット７を載せてターゲット７をターゲット位置まで上昇させる。そこでスパッタ電極２に高周波電圧等のスパッタ電圧を印加し、ターゲット７をスパッタリングし、これによりターゲット７から発生する分子を上方に対向する基板１２の成膜面に被着させ、成膜する。その後、昇降機構４によりスパッタ電極２を下降させ、ターゲット７をターゲットホルダ３に戻し、スパッタ電極２が元の位置に復帰する。
【００２３】
その後、上段のターゲットホルダ３が間欠回転し、次にスパッタリングするターゲット７が互いに対向した基板１２とスパッタ電極２との間の位置に移動する。ここで前記最初のターゲット７と同様にして昇降機構４によりスパッタ電極２を上昇させ、その上にターゲット７を載せてターゲット７をターゲット位置まで上昇させる。そこでターゲット７をスパッタリングし、基板１２上に成膜する。その後ターゲット７を上段のターゲットホルダ３に戻し、スパッタ電極２が元の位置に復帰する。以下、順次同様にして上段のターゲットホルダ３に装着された複数のターゲット７、例えば図示の実施例では、４つのターゲット７をスパッタリングする。
【００２４】
次いで、上段のターゲットホルダ３を間欠回転させ、その空となっている保持孔８を基板１２とスパッタ電極２とが対向した位置に移動させる。この状態で下段のターゲットホルダ３が間欠回転し、次にスパッタリングするターゲット７が互いに対向した基板１２とスパッタ電極２との間の位置に移動する。ここで上段のターゲットホルダ３の空となっている保持孔８を通して昇降機構４によりスパッタ電極２を上昇させ、その上にターゲット７を載せてターゲット７をターゲット位置まで上昇させる。そこでターゲット７をスパッタリングし、基板１２上に成膜する。その後ターゲット７を下段のターゲットホルダ３に戻し、スパッタ電極２が元の位置に復帰する。以下、順次同様にして下段のターゲットホルダ３に装着された複数のターゲット７、例えば図示の実施例では、４つのターゲット７をスパッタリングする。
【００２５】
以上により上下２段のターゲットホルダ３に装着された全てのターゲット７がスパッタリングされる。ターゲットホルダ３が３段以上設けられた場合も基本動作は全く同じであり、ターゲットホルダ３の段数が増えただけ前記の回数が増えるだけである。また、前記の動作の例では、上段のターゲットホルダ３に装着されたターゲット７からスパッタリングを行ったが、その順序は任意である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によるマルチターゲットスパッタリング装置は、より多くの数のターゲット７を真空チャンバ１の中に収納し、それらターゲット７を順次ターゲット位置に送り出してスパッタリング出来るので、基板１２上に多くの層の成膜が可能なコンパクトな装置として薄膜形成の分野等で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例であるマルチターゲットスパッタリング装置の真空チャンバの部分の要部縦断側面図である。
【図２】同マルチターゲットスパッタリング装置に使用されるターゲットホルダとそれに装着されたターゲットの例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    真空チャンバ
７    ターゲット
１２  基板
３    ターゲットホルダ
５    回転機構
４    昇降機構
２    スパッタ電極
８    空の保持孔
【図１】
0005075662.tif 000002
【図２】
0005075662.tif 000003