JP2007197749A

JP2007197749A - マルチターゲットスパッタリング装置

Info

Publication number: JP2007197749A
Application number: JP2006016074A
Authority: JP
Inventors: Yasuhei Takahashi; 泰平高橋
Original assignee: Eiko Engineering Co Ltd
Current assignee: Eiko Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】多数のターゲット７を容積の小さい真空チャンバ１内に収納し、ターゲット位置へのローディングとアンローディングを可能とする。
【解決手段】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内で複数のターゲット７を縦に一定の間隔で並べて配置したターゲット列３と、このターゲット列３を前記ターゲット７の間隔毎に上方または下方に移動するターゲット上下移動機構６と、ターゲット列３から一つのターゲット７を水平移動させて、同ターゲット７をスパッタリング位置へ搬送し、さらに同ターゲット７をスパッタリング位置からターゲット列３に戻すターゲットローディング部１０とを有する。
【選択図】図１

Description

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、複数のターゲットを順次スパッタ位置に供給し、スパッタ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。

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電極によりスパッタリングし、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。

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。

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２００４−２５６４２５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を設け、このターンテーブル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、ターンテーブルの回転と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、そこからリフト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、リフトによりターゲットを下降してターンテーブル上に戻し、ターンテーブルの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。これにより、真空チャンバの外部から複数のターゲットを順次導入することなく、真空チャンバの内部で複数のターゲットを順次交換することを可能としている。

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。
このような中で、前記のようなターンテーブルによるターゲットの交換方式では、必要とするターンテーブルの径が大きくなる。ターンテーブルは真空チャンバに設けられるので、その径が大きくなるということは、真空チャンバの容積の増大が必要とされることになる。真空チャンバの容積の増大すると、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は困難となる。
特開２００２−２５６４２５号公報特開２００１−２３４３３６号公報特開２００４−１７６１６０号公報

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、多数のターゲットを容積の小さい真空チャンバ内に収納し、ターゲット位置へのローディングとアンローディングが可能な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。

本発明では、前記の目的を達成するため、ターゲット７を縦に一定の間隔で並べたターゲット列３を真空チャンバ１内に収納し、これをターゲット７の配列間隔毎に上方または下方下に移動しながら、目的のターゲット７をスパッタリング位置にローディング及びアンローディングするようにしたものである。ターゲット７を縦に並べることによって真空チャンバ１の平面積を小さく抑え、高さだけ変えることで必要な数のターゲット７を装填、使用出来るようにした。

すなわち、本発明による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内で複数のターゲット７を縦に一定の間隔で並べて配置したターゲット列３と、このターゲット列３を前記ターゲット７の間隔毎に上方または下方に移動するターゲット上下移動機構６と、ターゲット列３から一つのターゲット７を水平移動させて、同ターゲット７をスパッタリング位置へ搬送し、さらに同ターゲット７をスパッタリング位置からターゲット列３に戻すターゲットローディング部１０とを有するものである。

例えば、ターゲット位置には、ターゲットローディング部１０により搬送されてくるターゲット７を保持するターゲットホルダ１６が設けられ、ターゲットローディング部１０はこのターゲットホルダ１６にターゲット７をローディングし、あるいはアンローディングする。

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、真空チャンバ１内で複数のターゲット７を縦に一定の間隔で並べて配置しているため、そのターゲット列３の平面上に占める面積を小さくすることが出来る。これにより、真空チャンバ１の容積を小さく設計出来ると共に、ターゲット７の数が多くなっても真空チャンバ１の高さを高くするだけで済む。スパッタリング装置では、ターゲット７と基板１２とを上下に対向させるのが通常であるため、もともと上下の寸法は或る程度とらざるを得ないので、ターゲット列３の高さ分の寸法的余裕はある。そのため、或る程度多くのターゲットを使用する場合でも、真空チャンバの容積を大きくとらずに済む。またターゲット列３の移動が上下の直線的な移動で済むので、ターゲット７の送り機構も簡単で済む。

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内にお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を大型化する必要が無いので、コンパクトな装置として纏めることが可能となる。

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を縦に並べたターゲット３とし、これを上下に送りながら順次ターゲット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の周辺部分の要部縦断側面図、図２は同マルチターゲットスパッタリング装置を真空チャンバ１の上部付近で横に断面した要部平面図、図３は、同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の部分の要部拡大縦断側面図、図４は、同マルチターゲットスパッタリング装置において、ターゲット列３から１つのターゲット７をスパッタリング位置にローディングし或いはアンローディングする動作を示すための要部横断平面図である。

図１や図３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が上下に一定の間隔で並べられた状態のターゲット列３が格納されている。ターゲット列３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ターゲット上下移動機構６の上に載せられ、ターゲット上下移動機構６により、ターゲット列３のターゲット７の上下の間隔と同じピッチで上下動される。図１や図３図においてターゲット７を実線で示した位置がターゲット列３が最も低い位置にある状態で、ターゲット７を二点鎖線で示した位置がターゲット列３が最も高い位置にある状態である。図１や図３では図示されていないが、複数のターゲット７はラック状のフレームに載せられた状態でターゲット列３を構成している。

このターゲット列３に隣接して真空チャンバ１内には、スパッタリング位置がある。このスパッタリング位置には、アーム状のターゲットホルダ１６が設けられ、その下にスパッタ電極２が配置されている。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。そのため、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５が備えられている。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。アーム状のターゲットホルダ１６の上には、スパッタリング時用のターゲット７を保持するための別のターゲットホルダ１７が設けられている。

真空チャンバ１の中のターゲットホルダ１７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１７に保持されるターゲット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。

真空チャンバ１の基板ホルダ１１の下端付近の側方には、ゲートバルブ９を介して基板ローディング部８が取り付けられている。基板ローディング部８のゲートバルブ９に近い側には、予備の基板ホルダ１５が設けられており、その下端部はラック状になっていて複数の基板１２が装着出来る。予備の基板ホルダ１５は、基板ローディング部８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。この予備の基板ホルダ１５の先には、トランスファーロッド１９が設けられ、前記ゲートバルブ９が開いたとき、このトランスファーロッド１９により予備の基板ホルダ１５と真空チャンバ１内の基板ホルダ１１との間で基板１２が移動され、それら基板１２が真空チャンバ１内の基板ホルダ１１にローディング或いはアンローディングされる。

他方、ターゲット列３の側方であって、同ターゲット列３を挟んでスパッタリング位置と対向する側には、ターゲットローディング部１０が設けられている。このターゲットローディング部１０には、ターゲット７を保持出来る先端部を有するトランスファーロッド１４が配置されている。図４に示す通り、このトランスファーロッド１４によりターゲット列３とターゲットホルダ１６との間でターゲット７が移動され、それらターゲット７がターゲットホルダ１６にローディング或いはアンローディングされる。図４に実線で示したのがトランスファーロッド１４の先端部がターゲット列３の位置にある状態、図４に二点鎖線で示したのがトランスファーロッド１４の先端部がターゲットホルダ１６の位置にある状態である。

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、真空チャンバ１内の基板ホルダ１２の下端部には、予め基板１２を装着しておく。前述したように、基板１２の基板ホルダ１２へのローディングは、ゲートバルブ９を介して基板ローディング部８側からトランスファーロッド１９により行われる。

また、ターゲット列３の最初のターゲット７、例えば図１と図３に示す場合は、最も上のターゲット７がターゲットホルダ１６と同じ高さとなるよう位置決めされている。この状態から図４に実線で示すように、ターゲットローディング部１０のトランスファーロッド１４の先端部でターゲット列３から最初のターゲット７を把持し、図４に二点鎖線で示すようにトランスファーロッド１４の先端部が延びて最初のターゲット７をターゲットホルダ１６にローディングする。その後、トランスファーロッド１４の先端部が図１及び図３に示すようにターゲット列３より後退する。

続いて、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ホルダ１７にターゲット７をセットアップする。この状態で、スパッタ電極２に高周波電圧を印加し、ターゲット７をスパッタリングし、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、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１６に戻す。その後、ターゲットローディング部１０のトランスファーロッド１４のが延びてターゲット７をターゲットホルダ１６からアンローディングし、そのターゲット７をターゲット列３に戻す。

次に、ターゲット上下移動機構６によりターゲット列３をターゲット７の上下の間隔と同じピッチで上昇させ、２つ目のターゲット７、例えば図１と図３に示す場合は、上から２番目のターゲット７がターゲットホルダ１６と同じ高さとなるよう移動する。この状態で前述したのと同様にして図４に実線で示すように、ターゲットローディング部１０のトランスファーロッド１４の先端部でターゲット列３から最初のターゲット７を把持し、図４に二点鎖線で示すようにトランスファーロッド１４の先端部が延びて最初のターゲット７をターゲットホルダ１６にローディングする。これ以降は、前述と同様にして２番目のターゲット７をスパッタリングし、基板１２に成膜した後、ターゲット７をターゲット列３に戻す。以下、これを繰り返して複数のターゲット７を順次スパッタリングし、基板１２に成膜させる。これにより、複数のターゲット７をスパッタリングして基板１２に成膜することが出来る。

図１と図３に二点鎖線で示したのは、ターゲット上下移動機構６によりターゲット列３が最も高い位置に上昇した状態である。これにより、ターゲット列３の全てのターゲット７をスパッタリングし終わり、最後のターゲット７がターゲット列３に戻ったら、ターゲット上下移動機構６によりターゲット列３を元の位置に下降させる。
この例では、ターゲット上下移動機構６によりターゲット列３を上方に移動させながら順次スパッタリングしたが、これとは逆に、ターゲット列３を下方に移動させながら順次スパッタリングすることも出来る。

なお、ターゲット列３の複数のターゲット７を順次スパッタリングして基板１２に成膜させるに当たり、基板ローディング部８側からゲートバルブ９を通して基板ホルダ１１に保持される基板１２を交換すれば、２数以上の基板１２に成膜することも出来る。交換する基板１２は予めゲートバルブ９の外側にある予備の基板ホルダ１５に装填しておく。

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周辺部分の要部縦断側面図である。同マルチターゲットスパッタリング装置を真空チャンバの上部付近で横に断面した要部平面図である。同マルチターゲットスパッタリング装置の真空チャンバ部分の要部拡大縦断側面図である。同マルチターゲットスパッタリング装置において、ターゲット列から１つのターゲットをスパッタリング位置にローディングし、或いはアンローディングする動作を示すための要部横断平面図である。

符号の説明

１真空チャンバ
３ターゲット列
６ターゲット上下移動機構
７ターゲット
１０ターゲットローディング部
１６ターゲットホルダ

Claims

真空チャンバ（１）内のスパッタリング位置にスパッタリング用の複数のターゲット（７）を順次供給し、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）上に薄膜を体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、真空チャンバ（１）内で複数のターゲット（７）を縦に一定の間隔で並べて配置したターゲット列（３）と、このターゲット列（３）を前記ターゲット（７）の間隔毎に上方または下方に移動するターゲット上下移動機構（６）と、ターゲット列（３）から一つのターゲット（７）を水平移動させて、同ターゲット（７）をスパッタリング位置へ搬送し、さらに同ターゲット（７）をスパッタリング位置からターゲット列（３）に戻すターゲットローディング部（１０）とを有す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。
ターゲット位置は、ターゲットローディング部（１０）により搬送されてくるターゲット（７）を保持するターゲットホルダ（１６）が設けられ、ターゲットローディング部（１０）はこのターゲットホルダ（１６）にターゲット（７）をローディングし、あるいはアンローディングす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。