(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング法を用いて多層薄膜を連続形成する多層薄膜連続形成用超高真空スパッタリング装置であって、
複数のターゲットを並列して収納するターゲット収納体によって真空チャンバのスパッタリングスペース外に複数のターゲットを保有し、上下動可能なターゲット収納体から適宜必要なターゲットが選択されてその選択されたターゲットを取り出してスパッタリングスペース内の電極上に配置するターゲット搬送体によって単一の電極で電極上のターゲットを連続的に交換可能とするターゲット交換機能を備えて真空チャンバを小型化して真空チャンバ内の高真空化を可能としながら、多種類のターゲットを収納可能として多種多様な薄膜の形成に対応できるとともに、
真空ポンプを備えた真空チャンバと、真空ポンプを備えたパスボックスとをバルブで連結し、真空チャンバ内外間における基板又はターゲットの交換を真空チャンバの真空状態を破らずに可能として多層薄膜を連続形成する多層薄膜連続形成用超高真空スパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、スパッタリング法を用いて、多層薄膜を連続成形する多層薄膜連続形成用超高真空スパッタリング技術に関するものである。
【背景技術】  まず、スパッタリング法について、第３図を用いて説明する。
真空状態に保たれたスパッタリングスペース２０に、基板保持体２１に保持される基板５０と、ターゲット保持体２６に保持されるターゲット６０（Ｔｉ・Ｐｔなど）が対向して配置されている。ターゲット保持体２６は電極を備え、基板５０とターゲット６０との間には電位差を有する。
そして、このようなスパッタリングスペース２０内に、Ａｒ・Ｏ２などのスパッタガス１５を注入する。すると、スパッタガス分子や原子がターゲット６０表面に衝突する。この衝突によりエネルギーの授受がなされ、ターゲット６０の分子や原子が飛び出し、対向する基板５０上に堆積する。これによって、基板５０に薄膜を形成するのがスパッタリング法である。この技術は、比較的簡単に安価に多層薄膜の成膜ができ、排ガスの処理が殆ど不要という特徴があり、今後の応用範囲の拡大が期待されている。
このスパッタリング法を用いて、多層膜を連続形成する技術としては、特許文献１に開示されているような、多電極で基板を移動させる方式を用いたものが多くある。
これに対して、単一の電極でターゲットを交換することにより多層膜を連続成形する技術としては、特許文献２に開示された「スパッタリング用マルチターゲット装置」がある。
この特許文献２の「スパッタリング用マルチターゲット装置」のような単一の電極でターゲットを交換する装置では、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できる。このため、従来の多電極で基板を移動させる方式よりもスパッタリング工程の時間を大幅に短縮でき、成膜特性を得やすいというメリットがある。
［特許文献１］  特開平１０−１５０２１０号公報
［特許文献２］  特開２００２−２５６４２５号公報
しかしながら、この特許文献２に開示された装置の構造では、以下のような課題がある。
（１）ターンテーブルにターゲットが配置されるため、ターゲットの大型化に難がある。
（２）ターゲットを大型化するためには、装置を大型化しなければならない。
（３）使用済みのターゲットを交換するためには、その都度真空チャンバーの真空を破る必要がある。
（４）基板の加熱状況や真空チャンバーの真空程度が不明であるから、結晶性の高い高品質の多層膜の形成は困難と思われる。
そこで、本発明は、これらの課題を解決し、スパッタリング法を用いて多層薄膜を連続形成する多層薄膜連続形成用超高真空スパッタリング技術を提供することを目的とする。
【発明の開示】
上記目的を達成するために、第一の発明は、スパッタリング法を用いて多層薄膜を連続形成する多層薄膜連続形成用超高真空スパッタリング装置であって、真空チャンバに複数のターゲットを保有し、単一の電極で電極上のターゲットを連続的に交換可能とするターゲット交換機能を備えたことを特徴とする。
第二の発明は、ターゲット交換機能は、真空チャンバに複数のターゲットを収納するターゲット収納体と、ターゲット収納体から選択されたターゲットを取り出し、電極上に配置するターゲット搬送体とを備えたことを特徴とする。
第三の発明は、ターゲット収納体は、真空チャンバに内蔵又は取付自在とされたことを特徴とする。
第四の発明は、真空ポンプを備えた真空チャンバと、真空ポンプを備えたパスボックスとをバルブで連結し、真空状態を破らずに真空チャンバとパスボックス間における基板又はターゲットの移送を可能とすることを特徴とする。
第五の発明は、基板を室温〜１２００℃に加熱する加熱機能を備えたことを特徴とする。
第六の発明は、真空チャンバ内を１０−１０Ｔｏｒｒオーダーの真空状態とする真空機能を備えたことを特徴とする。
第七の発明は、スパッタリング法を用いて多層薄膜を連続形成する多層薄膜連続形成用超高真空スパッタリング方法であって、真空チャンバに保有された複数のターゲットから一のターゲットを選択するターゲット選択手順と、選択されたターゲットを取り出し、単一の電極上に配置するターゲット搬送手順とを備え、単一の電極で電極上のターゲットを連続的に交換可能とすることを特徴とする。
本発明に係る多層薄膜製造技術によれば、以下の効果を有する。
（１）複数のターゲットを「ターゲット収納体」に収納させ、そこから、単一電極（ターゲット保持体）へ搬送させることで、装置をコンパクト化できる。また、装置が小型化できれば、装置内（真空チャンバ）を高真空にしやすい。このため、高品質の薄膜形成が可能となる。
（２）複数のターゲットを「ターゲット収納体」に収納させることで、ターゲットの大型化が可能となり、また、多数のターゲットを収納することができる。
（３）ターゲットのサイズと基板のサイズは比例するので、ターゲットを大型化できれば、基板の大型化も可能となる。
（４）新規ターゲットや新規基板を配置する「パスボックス」と「真空チャンバ」をバルブで連結させ、両者を同等の真空状態に保つようにする。これにより、真空を破らなくても使用済みターゲットや基板の交換を連続して行え、装置の効率の良い運転が可能となる。
（５）基板を室温〜１２００℃に加熱することで、高品質の単結晶薄膜の形成が可能となる。
（６）真空チャンバ内を１０−１０Ｔｏｒｒオーダーの真空状態とすることで、装置内部（膜中）のＯ，Ｃ，Ｎ等の残留不純物濃度を１０１５〜１０１６ｃｍ−３オーダー若しくはそれ以下に低減でき、高純度薄膜の形成が可能となる。
（７）本技術を用いれば、金属，半導体，絶縁体（あるいは有機物，無機物）などの多種多様な薄膜の形成に対応できる。
（８）本技術を用いれば、薄膜のあらゆる結晶構造（単結晶，多結晶，アモルファス）に対応できる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明に係るスパッタリング装置の概念図であり、第２図は、基板温度による単結晶薄膜の品質度を示すグラフであり、第３図は、スパッタリング法を示す説明図である。
１  スパッタリング装置、１０  真空チャンバ、１１  スパッタガス注入口、１２  ターゲット搬送体、１５  スパッタガス、２０  スパッタリングスペース、２１  基板保持体（ヒーター）、２６  ターゲット保持体（電極）、２９  グリッド、３０  ターゲット収納ボックス、４０  パスボックス、５０  基板（半導体基板）、６０  ターゲット、７０，７１  ターボ分子ポンプ、７８，７９  バルブ
【発明を実施するための最良の形態】  第１図に、本発明に係るスパッタリング装置の概念図を示す。なお、本実施形態では、スパッタリング装置１は、半導体単結晶薄膜の製造装置として説明する。
スパッタリング装置１は、真空チャンバ１０と、パスボックス４０とを備える。
真空チャンバ１０内には、スパッタリングの行われるスパッタリングスペース２０と、ターゲットを複数収納できるターゲット収納ボックス３０とを有する。
スパッタリングスペース２０には、半導体基板５０を保持する基板保持体２１と、ターゲット６０を保持するターゲット保持体２６とが、多孔性のグリッド２９を挟むように対向して設けられている。ターゲット保持体２６は電極でもあり、スパッタリングスペース２０内で単一の電極を構成し、ターゲット保持体２６とグリッド２９間に電位差を有する。
ここにおいて、真空チャンバ１０のスパッタガス注入口１１から注入されたスパッタガス（例えば、Ａｒ・Ｏ２等）の分子や原子がターゲット６０表面に衝突し、衝突によりエネルギーの授受がなされ、ターゲット６０の分子や原子が飛び出して半導体基板５０上に堆積する。ここで、スパッタガスとしてＡｒを使用した場合は、Ａｒ原子も不純物として膜中に取り込まれるが、グリッド２９に直流電位を印加して基板表面上へのＡｒ＋イオンの到達量を制御することにより、Ａｒ原子の膜中への取り込み量を低減できる可能性がある。
ターゲット保持体２６上に載置されるターゲット６０は、ターゲット収納ボックス３０に並列して収納されている。ターゲット６０を交換するときは、このターゲット収納ボックス３０から適宜必要なターゲット６０が選択され、ターゲット搬送体１２によって移送し、ターゲット保持体２６上に配置される。
ターゲット６０はターゲット収納ボックス３０に収納されるので余分なスペースをとらず、真空チャンバ１０をコンパクトにできる。
また、ターゲットのサイズに特許文献２のような制約もなく、大型のターゲットの利用が可能となる。大型のターゲットを利用できるので、半導体基板５０の大型化も可能となる。
ターゲット収納ボックス３０は、多種類のターゲットを収納可能とし、種々の半導体基板の作成が可能となる。ターゲットの種類としては、例えば、ＩｎＧａＮ系のＬＥＤ，Ｓｉドープ，Ｍｇドープ，Ｎｏｎドープ，高速トランジスタＳｉＧｅＴｒ開発用，Ｐ型不純物ドープ，ｎ型不純物ドープなど１０種類以上のものを収納しておくことが好ましい。
また、ターゲット収納ボックス３０は、真空チャンバ１０に内蔵された一体型タイプのものであっても、真空チャンバ１０に取付自在なセパレートタイプのものであってもよい。
真空チャンバ１０は、パスボックス４０とともに、バルブ７９を介して真空ポンプのターボ分子ポンプ７０，７１を備える。真空チャンバ１０とパスボックス４０は、内部を同一真空状態とすることで、真空状態を破らなくても、バルブ７８を介して真空チャンバ１０とパスボックス４０間の物品の移送を可能とする。すなわち、真空チャンバ１０内の半導体基板５０やターゲット６０と、新規な半導体基板５０やターゲット６０とを交換する場合に、その都度真空状態を破らなくてもよく、これによって効率の良い運転が行われる。
真空チャンバ内は、１０−１０Ｔｏｒｒオーダーの真空状態とすることで、装置内部（膜中）のＯ，Ｃ，Ｎ等の残留不純物濃度を１０１５〜１０１６ｃｍ−３オーダー若しくはそれ以下にまで低減でき、デバイス用の材料として利用できるものとなる。
なお、従来のスパッタリング法では、多くの場合真空度が１０−６〜１０−７Ｔｏｒｒオーダーであり、成膜後の膜中のＯ，Ｃ，Ｎ等の残留不純物濃度が高く、デバイス用の材料として利用できないものであった。
また、基板保持体２１はヒーターとして半導体基板５０を加熱する。半導体基板５０を室温〜１２００℃に加熱することで、第２図に示すように、高品質の単結晶薄膜の形成が可能となる。なお、従来のスパッタリング法では、基板の加熱温度の上限が通常６００℃程度であったので、充分な結晶性を有する単結晶膜が得られなかった。
半導体基板５０としては、シリコン基板，ガラス基板，セラミック基板，金属基板，高分子基板などへの成膜技術が確立できた。
【産業上の利用可能性】  本発明は、半導体製造技術の他、スパッタリング法を用いたあらゆる分野の多層薄膜の製造技術に、幅広く利用できるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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