JP2011144434A

JP2011144434A - マルチターゲットスパッタ装置

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Publication number: JP2011144434A
Application number: JP2010007609A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kiba; 信一郎木場
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2010-01-16
Filing date: 2010-01-16
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-01-16
Also published as: JP5443181B2

Abstract

【課題】真空チャンバ内の雰囲気を維持しつつ順次複数のターゲットによる成膜が可能であるとともに、構造がシンプルで小型化、低コスト化に優れたマルチターゲットスパッタ装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバ１２内に配置された基板２０の下方に配置される導電性の板体であって、略水平に回転可能に支持され、回転中心から一定の距離の円周に沿って開口した複数の貫通孔を有する回転板体３２と、回転板体に設けられ、貫通孔の略真下にターゲット板２３を略水平に支持するターゲット支持部４０と、ターゲット支持部に設けられ、ターゲット板の裏面に当接する導電性のプレートであって、回転板体から絶縁されたバッキングプレートと、バッキングプレートを介してターゲット板を所定の電位とするターゲット電極７０と、ターゲット電極を昇降させる昇降部８０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタにより基板表面に薄膜を形成するスパッタ装置に関し、特に複数のターゲットを配置したマルチターゲットスパッタ装置に関する。

従来、例えば基板上に複数層の薄膜を積層させて形成される超電導多層構造体等の成膜にスパッタ装置が利用される。このようなスパッタ装置には、真空チャンバ内にターゲット電極を一つ設けた方式の装置や、複数のターゲット電極を設けた方式の装置がある。

ターゲット電極を一つ設けた方式の場合は、真空チャンバ内の雰囲気を維持しつつ成膜するため、例えば真空チャンバの側部にロードロック室を設け、ロードロック室を介してターゲットの交換を行うものが多い。しかしながら、このようにロードロック室を備えるスパッタ装置の場合、ターゲット交換の都度ロードロック室を大気圧に戻し、再び高真空にする等、煩雑な操作や時間を要するという問題があった。

また、真空チャンバ内に複数のスパッタ電極を備える方式の場合、例えば複数のスパッタ電極を配置するスペースを真空チャンバ内に必要となる、あるいはそれぞれのスパッタ電極用の電源が必要になる等、スパッタ装置の大型化、複雑化並びに高コスト化を招くおそれがあるという問題があった。

そこで、上記問題を解決するため様々な提案がされている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−２５６４２５号公報

特許文献１によれば、真空チャンバ内で水平に回転可能に支持され、その回転中心から一定の距離の円周上にターゲットより僅かに小さな径のリフト通過孔が穿孔されたターンテーブルと、このターンテーブルの上に配置され、そのターンテーブルのリフト通過孔が停止する位置の真上のスパッタ位置にターゲットを保持するターゲット保持部を有するターゲット支持板と、前記ターンテーブルのリフト通過孔がターゲット保持部の真下で停止したとき、このリフト通過孔の下から上昇し、そこに配置したターゲットを持ち上げてターゲット保持部まで上昇させるリフトと、を有し、真空チャンバ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を順次供給するスパッタリング用マルチターゲット装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１によれば、真空チャンバ内にターンテーブルを設け、その上にターゲット支持板を設け、さらにその上にスパッタリング用の空間が必要になる等で真空チャンバの容積を大きくする必要が生じ、また真空チャンバの内部構造が複雑となる虞がある。
また、特許文献１によれば、リフトはリフト通過孔に配置されたターゲットを持ち上げ、さらにその上にあるターゲット保持部まで上昇させる必要がある。そのため、リフトの長尺化やリフトの稼動の複雑化を招く虞がある。
このように、特許文献１によれば、スパッタ装置が大型化して省スペース化を図れないという虞や、装置の複雑化や高コスト化を招く虞があるという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、真空チャンバ内の雰囲気を維持しつつ順次複数のターゲットによる成膜が可能であるとともに、構造がシンプルで小型化、低コスト化に優れたマルチターゲットスパッタ装置を提供することにある。

請求項１の発明は、スパッタにより薄膜が形成される基板と、前記薄膜の母材となる複数のターゲット板とを真空チャンバ内に配置し、前記基板の下方対向位置に前記ターゲット板を順次位置させ、前記薄膜を前記基板上に形成するマルチターゲットスパッタ装置において、前記基板の下方に配置される導電性の板体であって、略水平に回転可能に支持され、前記回転中心から一定の距離の円周に沿って開口した複数の貫通孔を有する回転板体と、前記回転板体に設けられ、前記貫通孔の略真下に前記ターゲット板を略水平に支持するターゲット支持部と、前記ターゲット支持部に設けられ、前記ターゲット板の裏面に当接する導電性のプレートであって、前記回転板体から絶縁されたバッキングプレートと、前記バッキングプレートを介して前記ターゲット板を所定の電位とするターゲット電極と、前記ターゲット電極を昇降させる昇降部と、を備え、前記回転板体が回転して前記基板の下方対向位置に前記ターゲット板を順次位置させ、前記昇降部が前記ターゲット電極を上昇させて前記バッキングプレートの裏面に押し当てる、マルチターゲットスパッタ装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載のマルチターゲットスパッタ装置において、前記回転板体は、前記貫通孔の周囲部分を、前記ターゲット板の周囲を覆うシールド部とすることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のマルチターゲットスパッタ装置において、前記ターゲット電極は、頭部が前記バッキングプレートの裏面に当接する筒体を含み、前記筒体を冷却するための冷媒を通すパイプを前記筒体の内側に備えることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のマルチターゲットスパッタ装置において、前記ターゲット電極は、前記ターゲット板の表面近傍に磁場を形成するマグネットを備えることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のマルチターゲットスパッタ装置において、前記基板と前記ターゲット板との間の空間を囲繞する円筒状の囲繞部材を備えることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項３〜５のいずれかに記載のマルチターゲットスパッタ装置において、前記バッキングプレート及び前記筒体は、Ｃｕからなることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項３〜６のいずれかに記載のマルチターゲットスパッタ装置において、絶縁材からなり、前記筒体の側面を囲繞する絶縁筒体を備えることを特徴とする。

本発明によれば、スパッタにより薄膜が形成される基板と、前記薄膜の母材となる複数のターゲット板とを真空チャンバ内に配置し、前記基板の下方対向位置に前記ターゲット板を順次位置させ、前記薄膜を前記基板上に形成するマルチターゲットスパッタ装置において、前記基板の下方に配置される導電性の板体であって、略水平に回転可能に支持され、前記回転中心から一定の距離の円周に沿って開口した複数の貫通孔を有する回転板体と、前記回転板体に設けられ、前記貫通孔の略真下に前記ターゲット板を略水平に支持するターゲット支持部と、前記ターゲット支持部に設けられ、前記ターゲット板の裏面に当接する導電性のプレートであって、前記回転板体から絶縁されたバッキングプレートと、前記バッキングプレートを介して前記ターゲット板を所定の電位とするターゲット電極と、前記ターゲット電極を昇降させる昇降部と、を備え、前記回転板体が回転して前記基板の下方対向位置に前記ターゲット板を順次位置させ、前記昇降部が前記ターゲット電極を上昇させて前記バッキングプレートの裏面に押し当てる構成であるから、真空チャンバ内に配置された回転板体を挟んだ上方にスパッタリング用のスペースを設け、下方にターゲット電極が昇降するスペースを設ければ済むので、真空チャンバ内の省スペース化や構造の簡略化を図ることができる。従って、真空チャンバ内の雰囲気を維持しつつ基板の下方対向位置に前記ターゲット板を順次位置させ、順次複数のターゲットによる成膜が可能であるとともに、構造がシンプルで小型化、低コスト化に優れたマルチターゲットスパッタ装置を提供できる。

また、前記回転板体は、前記貫通孔の周囲部分を、前記ターゲット板の周囲を覆うシールド部とする構成であるから、ターゲット板の周囲にあるターゲット物質以外のスパッタを防止可能なマルチターゲットスパッタ装置をシンプルな構造により提供できる。

また、前記ターゲット電極は、頭部が前記バッキングプレートの裏面に当接する筒体を含み、前記筒体を冷却するための冷媒を通すパイプを前記筒体の内側に備える構成であるから、筒体をバッキングプレートに押し当てる際にバッキングプレートを介してターゲット板を冷却可能となり、スパッタ中のイオン衝撃によるターゲット板の温度上昇を抑制可能な実用性が高いマルチターゲットスパッタ装置を提供できる。

また、前記ターゲット電極は、前記ターゲット板の表面近傍に磁場を形成するマグネットを備える構成であるから、マグネトロンスパッタリングによりスパッタ効率の向上を図ることができる。

また、前記基板と前記ターゲット板との間の空間を囲繞する円筒状の囲繞部材を備える構成であるから、スパッタ中のスパッタ物質が他のターゲット板に飛翔して付着することによるターゲット板の汚染を、簡単な構造の囲繞部材により防止できる。

また、前記バッキングプレート及び前記筒体は、Ｃｕからなる構成であるから、廉価な部材によりバッキングプレートとターゲット電極との導電性や熱伝導性の向上を図ることができる。

また、絶縁材からなり、前記筒体の側面を囲繞する絶縁筒体を備える構成であるから、絶縁筒体によって、ターゲット電極と、真空チャンバ或いは回転板体との間の異常放電を防止することで、装置の稼動安定性を高めることができる。

本発明の実施形態に係るマルチターゲットスパッタ装置の全体構成を説明する断面説明図である。本発明の実施形態に係るマルチターゲットスパッタ装置の真空チャンバ内部を説明する概略斜視図である。図２のＡ−Ａ線断面説明図である。本発明の実施形態に係るマルチターゲットスパッタ装置のターゲット支持部を説明する分解斜視図である。本発明の実施形態に係るマルチターゲットスパッタ装置のターゲット支持部を説明する底面図である。

以下、本発明の実施形態に係るマルチターゲットスパッタ装置について説明する。
本実施形態のマルチターゲットスパッタ装置は、スパッタにより薄膜が形成される基板と、前記薄膜の母材となる複数のターゲット板とを真空チャンバ内に配置し、前記基板の下方対向位置に前記ターゲット板を順次位置させ、前記薄膜を前記基板上に形成するマルチターゲットスパッタ装置である。したがって、例えば酸化物超電導薄膜積層体のように、異なる種類の薄膜を基板上に積層させてなる電子デバイスを製作する場合等に好適なスパッタ装置である。

以下、本実施形態のマルチターゲットスパッタ装置１０について、図を用いて説明する。
本実施形態のマルチターゲットスパッタ装置１０は、図１に示すように、真空チャンバ１２と、基板ホルダ１４と、回転板体３２と、ターゲット支持部４０と、ターゲット電極７０と、昇降部８０と、フレキシブルチューブ８２と、絶縁管８１とを備える。

本実施形態の基板２０は、例えば単結晶材料からなり、直径が略２０ｍｍで、厚さは略０．５ｍｍの円板状に形成される。また、ターゲット板２３は、例えば各種の化合物材料等の成膜材料からなり、基板２０より僅かに大きい直径と基板２０の厚さの略３〜４倍程度の厚さの円板状に形成される。基板やターゲットの直径並びに厚さは、本実施形態の寸法に限らず任意の寸法とすることができる。

次に、本実施形態の真空チャンバ１２は、図１に示すように、例えば３０ｃｍ程度の高さで幅及び奥行きが５０ｃｍ程度の大きさの直方体状の筐体よりなり、その内側がスパッタ時の反応室を形成する。そして、真空チャンバ１２は、図１に示すように、真空チャンバ１２内を真空雰囲気とする真空ポンプ（図示せず）に、配管１６を介して連通される。また、真空チャンバ１２は、前面に開閉扉（図示せず）を備えており、開閉扉を開いてターゲット板２３の交換等を実施可能な構成となっている。また、真空チャンバ１２は、図１に示すように、後述する基板ホルダ１４を進退させる通過孔１５を天壁の所定の位置に設け、連結管１８を介してロードロック室（図示せず）に連通している。

また、真空チャンバ１２は、図１に示すように、後述するターゲット電極７０が昇降する昇降用孔１７を備える。昇降用孔１７は、例えばターゲット板２３の直径の略３倍程度の直径で、通過孔１５と対向する位置の底壁１１に開設される。そして、真空チャンバ１２は、図１に示すように、昇降用孔１７に設けられた後述するフレキシブルチューブ８２に連通する。
さらに、真空チャンバ１２は、図１に示すように、ガス導入管１０８を備える。このガス導入管１０８は、例えばＡｒ原子のように、スパッタの際に基板２０とターゲット板２３との間でイオン化してターゲット板２３に衝突する原子を含むプロセスガスを導入するパイプである。
なお、真空チャンバ１２はステンレス製で形成され、図１に示すように、接地電位Ｇに接地される。

次に、基板ホルダ１４は、図１及び図２に示すように、例えばステンレス製の円筒体からなり、基板２０の落下を防止する爪部２１（図３参照）をその下端に備え、基板２０を水平状態で保持する。そして、基板２０は、前記ロードロック室内で基板ホルダ１４に取付けられ、図１に示すように、連結管１８内を移動して真空チャンバ１２内に進入し、所定位置に配置される。なお、本実施形態の基板ホルダ１４及び基板２０は、接地電位に接地、すなわち真空チャンバ１２と同電位となっている。さらに、基板ホルダ１４は、図１及び図３に示すように、円板状のシャッタ２２を備え、常時はシャッタ２２が基板２０を覆い、スパッタリング時等の必要に応じてシャッタ２２が開く構成となっている。また、図１〜図４において符号Ｋは、上述のようにして保持された基板２０の中央を通過する鉛直線を示し、鉛直線Ｋは上述した昇降用孔１７の略中心を通過する位置関係となっている。なお、図３では、説明の便宜上、後述する囲繞部材１００を省略した。

次に、回転板体３２は、例えばステンレス等の導電性の円板体よりなる。具体的には、図１及び図２に示すように、真空チャンバ１２に収納できる程度の直径で、ターゲット板２３の厚さの略３〜５倍程度の厚さを有する円板状に形成される。
この回転板体３２は、図１に示すように、基板２０の下方であって真空チャンバ１２の高さ方向の中央近傍に略水平な状態で配置され、その中央を例えばステッピングモータからなる駆動部３３の回転軸３５によって回転可能に支持される。図１において符号１１０は、回転軸３５を回動自在に支持するベアリングを示している。本実施形態において、駆動部３３は、図１に示すように、底壁１１の中央部の裏面側にネジ等で固設され、回転軸３５を真空チャンバ１２内に立設する。また、ベアリング１１０は、図１に示すように、真空チャンバ１２の底壁１１にネジ等で固設される。

また、回転板体３２は、図２に示すように、ターゲット板２３の直径より僅かに大きい直径の円孔からなる複数の貫通孔３８を有する。これらの貫通孔３８の中心は、図２に示すように、回転板体３２の回転中心Ｍから一定の距離、具体的には回転中心Ｍから鉛直線Ｋまでの距離の円周Ｓに沿って配置される。

また、本実施形態の回転板体３２は、図３に示すように、回転板体３２の裏面に開口し、貫通孔３８に連通する開口部３６を備える。
具体的には、開口部３６は、例えばターゲット板２３の直径の略２〜３倍の直径で、回転板体３２の厚さの略４分の３〜５分の４程度の深さを有する円板状に形成される。そして、開口部３６は、図３に示すように、開口部３６の中心が貫通孔３８の中心の真下に位置するように配置される。この開口部３６には、図３に示すように、ターゲット板２３が収納される。

さらに、回転板体３２は、図３に示すように、回転板体３２の一部であって、開口部３６の側壁３９上端から水平方向に突出する部分、すなわち貫通孔３８の周囲のドーナツ板状部分４１を、後述するシールド部３７としている。
また、回転板体３２は、後述する連結雄ネジ５２を螺合させる螺合孔５１（図３参照）を開口部３６の周囲に同心円状に配置する。
そして、本実施形態の回転板体３２は、基板２０や真空チャンバ１２と同じ接地電位に接地される。

次に、本実施形態の要部であるターゲット支持部４０について、図３〜図５を用いて説明する。
本実施形態のターゲット支持部４０は、図３及び図４に示すように、バッキングプレート４２と、絶縁板４４と、補強部材６３と、絶縁部材４８とを備える。
まず、バッキングプレート４２は、図３及び図４に示すように、例えば開口部３６の直径よりやや小さい直径でターゲット板２３の厚さの２倍程度の厚さを有するＣｕ製の円板体で形成される。そして、バッキングプレート４２は、図３及び図４に示すように、その上面の中央部に、例えばターゲット板２３より僅かに大きい直径でターゲット板２３の厚さの略半分の深さを有する座繰穴４３を備える。この座繰穴４３にターゲット板２３を載置するのである。
また、バッキングプレート４２は、図３及び図４に示すように、バッキングプレート４２と後述する補強部材６３とを連結するための連結ボルト５０のネジ部分５０ｂを挿通させるボルト挿通穴４５を、座繰穴４３の周囲に同心円状に配置して開設する。さらに、バッキングプレート４２は、図３及び図４に示すように、連結ボルト５０のヘッド５０ａ収納する収納孔５５をボルト挿通穴４５の上部に開設する。

次に、補強部材６３は例えばステンレスからなり、図３及び図４に示すように、円板６３ａと、フランジ６３ｂとで形成される。円板６３ａは、例えばバッキングプレート４２と略同じサイズの円板の中央部に、貫通孔３８と略同じ直径の案内孔５７を貫通させてドーナツ板状に形成される。そして、円板６３ａの上端に例えば円板６３ａの直径の略２倍程度の直径のフランジ６３ｂを一体に設けている。
また、補強部材６３は、図３及び図４に示すように、連結ボルト５０を螺合させるネジ穴５８を、円板６３ａに同心円状に配置する。さらに、補強部材６３は、図３及び図４に示すように、後述する絶縁部材４８を挿通させる挿通孔５９を、フランジ６３ｂに同心円状に配置する。

次に、絶縁板４４は例えばセラミックス等の絶縁材からなり、図３及び図４に示すように、補強部材６３の直径の略１．５倍の直径と、バッキングプレート４２の３分の２の厚さを有する円板状に形成される。そして、絶縁板４４は、図３及び図４に示すように、その中央にバッキングプレート４２を嵌合させる嵌合孔５３を貫通させ、後述する絶縁部材４８を挿通させる挿通孔４７を、その外周近傍に同心円状に配置する。

次に、絶縁部材４８は、例えばセラミックス等の絶縁材からなり、図３及び図４に示すように、下端にフランジ４８ａを備える管体４８ｂよりなる。この管体４８ｂの内側には、ターゲット支持部４０を回転板体３２に固設するための連結雄ネジ５２が挿通される。また、管体４８ｂの長さは、図３に示すように、絶縁板４４の厚さと補強部材６３（フランジ６３ｂ）の厚さとを略加算した長さで形成される。

以下に、図３及び図４を用い、これらのバッキングプレート４２、絶縁板４４、補強部材６３並びに絶縁部材４８の連結及びターゲット支持部４０の回転板体３２へ連結について説明する。
まず、バッキングプレート４２の下に補強部材６３を配置する。その際、バッキングプレート４２の中心の真下に補強部材６３の中心がくるように配置さる。そして、連結ボルト５０をボルト挿通穴４５に挿通させつつ、ネジ穴５８に螺合させることで、バッキングプレート４２と補強部材６３とを連結する。このように、バッキングプレート４２と補強部材６３とを連結するのは、後述するように円筒状のターゲット電極７０を上昇させて頭部７４をバッキングプレート４２の裏面に押し当てる際に、前記裏面を突き上げてバッキングプレート４２が上方に湾曲することを抑制するためである。
また、連結ボルト５０のヘッド５０ａは、上述した収納孔５５に収納され、図３に示すように、バッキングプレート４２の上端面４９から突出しない。

次に、バッキングプレート４２を絶縁板４４の嵌合孔５３に嵌合させる。
次に、絶縁部材４８を補強部材６３の挿通孔５９及び絶縁板４４の挿通孔４７に挿通させる。
さらに、連結雄ネジ５２を絶縁部材４８に挿通しつつ連結雄ネジ５２の先端部分を螺合孔５１に螺合することにより、ターゲット支持部４０が回転板体３２に固設される。
このように連結することで、図３に示すように、上述した鉛直線Ｋが、座繰穴４３及び案内孔５７の中心を通過する構成となっている。
以上のように構成される、ターゲット支持部４０の底面図を図５に示す。
そして、図３に示すように、ターゲット板２３は座繰穴４３に載置されるのである。

このように、ターゲット支持部４０は、回転板体３２に設けられ、貫通孔３８の略真下にターゲット板２３を略水平に支持する構成となっているのである。
また、バッキングプレート４２は、図３に示すように、絶縁部材４８によって回転板体３２から絶縁される。すなわち、バッキングプレート４２は、ターゲット支持部４０に設けられ、ターゲット板２３の裏面に当接する導電性のプレートであって、回転板体３２から絶縁された構成となっているのである。

また、上述した回転板体３２のドーナツ板状部分４１は、図３に示すように、ターゲット板２３の周囲のバッキングプレート４２の上端面４９をこれと離隔しつつ覆う。その際、ドーナツ板状部分４１とターゲット板２３との距離並びにドーナツ板状部分４１とバッキングプレート４２の上端面４９との隙間Ｈは、パッシェンの法則に基づいて成膜時の圧力から放電が発生しないように設定されている。本実施形態において隙間Ｈは３ｍｍ〜５ｍｍとした。

また、図３に示すように、ドーナツ板状部分４１のエッジ、すなわち貫通孔３８の内周とターゲット板２３のエッジとの水平距離Ｄは、１ｍｍ〜２ｍｍとすることが好ましい。イオン化されたＡｒ原子が、ターゲット板２３の周囲のバッキングプレート４２に当たることによりＣｕ原子が飛び出して基板２０にスパッタされることを、ドーナツ板状部分４１で確実に抑制し、薄膜の品質を向上させるためである。
このように、回転板体３２は、貫通孔３８の周囲のドーナツ板状部分４１を、ターゲット板２３の周囲を覆うシールド部３７とする構成となっているのである。

なお、本実施形態のターゲット支持部４０において、バッキングプレート４２と補強部材６３とを別体で形成しているが、これらを一体に形成する構成であってもよい。

次に、フレキシブルチューブ８２、昇降部８０、ターゲット電極７０について図１〜図３を用いて説明する。
本実施形態のフレキシブルチューブ８２は、図１に示すように、昇降用孔１７と略同じ直径を有する円筒状の蛇腹を備える例えば公知の成形ベローズ管で形成され、その長さが伸縮自在な構成となっている。またフレキシブルチューブ８２は、図１に示すように、上端及び下端にそれぞれ鍔８９，９０を備え、下端側の開放端を閉鎖する閉鎖板９１が鍔９０を介して固定されている。
そして、フレキシブルチューブ８２は、図１に示すように、鉛直線Ｋが管央を通過するように配置され、鍔８９を介して真空チャンバ１２の底壁１１に固定される。このように、フレキシブルチューブ８２の内側は、昇降用孔１７を介して真空チャンバ１２内と連通する。

次に、昇降部８０は、図１に示すように、可動支持台８５と支持管８４とを備える。
可動支持台８５は、図１に示すように、水平な天板９５と天板９５の中央に垂下する円柱体９６とを備え、公知の油圧シリンダ機構（図示せず）によって所定の範囲で昇降する。そして、昇降部８０は、図１に示すように、フレキシブルチューブ８２の下方で鉛直線Ｋが天板９５の中央を通過する位置に配置される。
なお、可動支持台８５を昇降させる機構は、油圧シリンダ機構に限るものではなく、ピニオンとラックによりモータ等の回転運動を昇降運動に変換する機構であってもよい。

次に、支持管８４は、図１に示すように、例えば上端及び下端にフランジ９３，９４を備える金属製の円筒体で形成される。また、支持管８４は、その円筒中空部（図示せず）に連通する配管８６を側部に備える。そして、支持管８４は、図１に示すように、鉛直線Ｋが支持管８４の中央を通過するように配置され、天板９５上面にフランジ９４を介してネジ等で固定され、また、上端のフランジ９３を介して閉鎖板９１に連結される。
なお配管８６内を、後述するパイプ７２や、ターゲット電極７０と電源とを接続する電源コード（図示せず）等が通っている。

次に、ターゲット電極７０は、図１〜図３に示すように、上端が閉塞された金属筒体で形成される。具体的には、ターゲット電極７０は、図１及び図３に示すように、例えば真空チャンバ１２の高さの略３分の２の長さと、上述した貫通孔３８の直径と略同じ直径を有し、頭部７４が閉鎖され、開放端である下端に接続フランジ７１を備えるＣｕ製の円筒体よりなる。そして、ターゲット電極７０は、図１及び図３に示すように、上述した鉛直線Ｋが円筒体の中心を通過するように配置され、後述する絶縁管８１で支持される。その際、図３に示すように、頭部７４がバッキングプレート４２の裏面と対向するように配置される。そして、ターゲット電極７０は、昇降部８０によって昇降し、図３に示すように、上昇する際に頭部７４がバッキングプレート４２の裏面に当接する。また、ターゲット電極７０は、電源（図示せず）に接続され、所定の電圧が印加される。

さらに、ターゲット電極７０は、図３に示すように、その内側に例えば直線状のパイプ７２を備える。このパイプ７２は、ターゲット電極７０（筒体）を冷却させるための例えば液体窒素Ｎ等の冷媒を通すための管であり、上端が液体窒素を噴出させる噴出口を形成し、下端側は配管８６を通過して液体窒素を送るポンプに連結される（図示せず）。そして、図３に示すように、上端から液体窒素Ｎを噴出させてターゲット電極７０の内側に当て、ターゲット電極７０を冷却する構成となっている。なお、ターゲット電極７０の頭部内側は、図３に示すように、下に凸の円錐状７３に形成され、液体窒素Ｎが接触する面積を広くして冷却効果を高めている。

また、ターゲット電極７０は、図２及び図３に示すように、第１永久磁石７５と第２永久磁石７６とからなるマグネットを頭部７４に備える。
第１永久磁石７５は、例えば、上面がＳ極で底面がＮ極で円板状に形成されたネオジウム磁石であり、図２及び図３に示すように、頭部７４の中央に埋設される。
一方、第２永久磁石７６は、上面がＮ極で下面がＳ極でリング状に形成されたネオジウム磁石であり、第１永久磁石７５を取り巻くように頭部７４に埋設される。
このようにマグネットを備えることで、ターゲット板２３の表面近傍に磁場を形成できる。すなわち、本実施形態のマルチターゲットスパッタ装置１０は、マグネトロンスパッタが可能な構成となっているのである。
なお、頭部７４の上面は平坦に形成され、バッキングプレート４２の平坦な裏面と頭部７４上面との密着性を高めている。

次に、絶縁管８１はセラミックス等の絶縁材からなり、図１に示すように、例えば上端及び下端にフランジ８７，８８を備え、ターゲット電極７０と略同直径と長さを有する円筒体で形成される。そして、絶縁管８１は、図１に示すように、鉛直線Ｋがその中央を通過する位置に配置され、下端のフランジ８８を介して閉鎖板９１に連結され、上端のフランジ８７を介してターゲット電極７０に連結される。絶縁管８１の中空部には、上述したパイプ７２、上述した液体窒素の回収パイプ（図示せず）や、上述した電源コード等を通過させている。
なお、閉鎖板９１には、絶縁管８１の中空部と支持管８４の中空部とを連通させる連通穴（図示せず）が開設されている。

このように連結される支持管８４、閉鎖板９１、絶縁管８１及びターゲット電極７０は、図１に示すように、昇降部８０が昇降することで一体に昇降し、この昇降の際にフレキシブルチューブ８２が伸縮する構成となっている。
そして、図３に示すように、上昇時にターゲット電極７０の頭部７４をバッキングプレート４２の裏面に押し当てる。その際、図１に示すように、ターゲット電極７０は、絶縁管８１を介して真空チャンバ１２と絶縁されるとともに、真空チャンバ１２と離隔しつつ昇降してバッキングプレート４２の裏面に当接する。したがって、バッキングプレート４２を介してターゲット板２３を真空チャンバ１２や回転板体３２に対して負電位等の所定の電位とすることができる。また、フレキシブルチューブ８２を伸縮しつつターゲット電極７０が昇降するので、真空チャンバ１２内の雰囲気を維持しつつターゲット電極７０を昇降できる。

なお、本実施形態のマルチターゲットスパッタ装置１０は、図１及び図２に示すように、基板２０とターゲット板２３との間の空間を囲繞する円筒状の囲繞部材１００を備える。囲繞部材１００は、図１及び図２に示すように、基板２０とターゲット板２３との間の空間を中空部とする両端が開放した導電性の円筒体よりなる。そして、鉛直線Ｋが前記中空部の中央を通過するように配置され、真空チャンバ１２の側壁１３から突出する導電性のアーム１０１で支持される。
したがって、囲繞部材１００は、基板２０とターゲット板２３との間のスパッタ空間を囲繞するので、スパッタの際にターゲット板２３からのスパッタ物質を他のターゲット板に対して遮蔽する遮蔽体として機能するのである。

また、本実施形態のマルチターゲットスパッタ装置１０は、図１及び図２に示すように、ターゲット電極７０としての筒体の側面を、接触することなく囲繞する絶縁筒体１０５を備える。
本実施形態の絶縁筒体１０５は例えばセラミックス等の絶縁材からなり、図１及び図２に示すように、フランジ部材１０７を備える管体１０６からなる。管体１０６は、例えばターゲット電極７０の直径の略２倍の内径と昇降用孔１７の直径と略同じ外径で、ターゲット電極７０の長さと略同じ管長を有する。フランジ部材１０７は、図１に示すように、例えば管体１０６の側面の長さ方向中間位置に、管体１０６と一体に突設される。そして、絶縁筒体１０５は、図１に示すように、その下端部分を昇降用孔１７に嵌合させ、フランジ部材１０７を介して底壁１１に固設される。
したがって、絶縁筒体１０５によって、ターゲット電極７０（筒体）と、真空チャンバ１２或いは回転板体３２との間の異常放電を防止することで、マルチターゲットスパッタ装置１０の稼動安定性を高めることができる。

以上のように構成されるマルチターゲットスパッタ装置１０の動作例を主に図１〜図３を用いて説明する。
まず、ターゲット板２３をターゲット支持部４０にセットし、真空チャンバ１２内を真空ポンプにより真空雰囲気とする。
次に、ロードロック室から基板ホルダ１４を真空チャンバ１２内に侵入させて所定位置に基板２０をセットする。
次に、駆動部３３により回転板体３２を回転させ基板２０とターゲット板２３とを対向させる（図２参照）。
次に、電源によってターゲット電極７０を負電位とするとともに、パイプ７２から液体窒素を噴出させてターゲット電極７０（筒体）を冷却する。
次に、昇降部８０によってターゲット電極７０を上昇させる。その際、ターゲット電極７０の頭部７４が案内孔５７通過し、バッキングプレート４２の裏面に押し当てられる。このように、ターゲット電極７０は、バッキングプレート４２を介してターゲット板２３を、基板２０、真空チャンバ１２及び回転板体３２に対して負電位とする。
次に、ガス導入管１０８からＡｒガスを導入する。そうすることにより、イオン化したＡｒ原子がターゲット板２３表面に衝突してターゲット板の物質を放出させる。そして、所定の時間シャッタ２２を開放して基板２０に薄膜を形成する。その際、ターゲット電極７０が備えるマグネット（第１永久磁石７５，第２永久磁石７６）によって前記ターゲット板の表面近傍に磁場を形成し、マグネトロンスパッタリングによりスパッタ効率の向上を図ることができる。
次に、所定の厚さの薄膜形成後に、昇降部８０によってターゲット電極７０を下降させ、駆動部３３によって回転板体３２を回転させて次のターゲット板を基板２０に対向させる。そして、上述と同様にして、真空チャンバ１２内の雰囲気を維持しつつ前記薄膜の上に別の薄膜を形成することができる。

このように、本実施形態のマルチターゲットスパッタ装置１０は、回転板体３２が回転して基板２０の下方対向位置にターゲット板２３を順次位置させ、昇降部８０がターゲット電極７０を上昇させてバッキングプレート４２の裏面に押し当てる構成となっているのである。

これまで説明した実施形態によれば、真空チャンバ１２内の雰囲気を維持しつつ順次複数のターゲット板２３による成膜が可能であるとともに、構造がシンプルで小型化、低コスト化に優れたマルチターゲットスパッタ装置１０を提供できる。

また、本実施形態のマルチターゲットスパッタ装置１０によれば、イオン化されたＡｒが、接地電位にあるシールド部３７によってシールドされる。したがって、イオン化されたＡｒがターゲット板２３の周囲のバッキングプレート４２の上端面４９に衝突することもなく、バッキングプレート４２を構成するＣｕ原子等が基板２０にスパッタされることがない。
また、ターゲット電極７０が冷却されるので、バッキングプレート４２を介してターゲット板２３を冷却可能となり、スパッタ中のイオン衝撃によってターゲット板２３の温度が上昇して割れたり変質したりすることを防止することができる。
また、囲繞部材１００により、スパッタ中にスパッタ物質が他のターゲット板に飛翔して付着することによるターゲット板の汚染を防止し、ターゲット板２３の品質維持を図ることができる。
さらに、絶縁筒体１０５によって、例えばターゲット電極７０が昇降する際に真空チャンバ１２との間で放電することを防止できる。

以上、本発明の実施形態のうちいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらはあくまでも例示であり、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
例えば、上記の説明では基板２０に対してターゲット電極７０及びターゲット板２３を負電位とするＤＣマグネトロンスパッタ方式を前提としたが、これに限るものではなくターゲット電極に高周波回路を接続したＲＦマグネトロンスパッタ方式であってもよい。

１０マルチターゲットスパッタ装置
１２真空チャンバ
２０基板
２３ターゲット板
３２回転板体
３７シールド部
３８貫通孔
４０ターゲット支持部
４２バッキングプレート
７０ターゲット電極
７５，７６マグネット
８０昇降部
１００囲繞部材
１０５絶縁筒体
Ｓ円周

Claims

スパッタにより薄膜が形成される基板と、前記薄膜の母材となる複数のターゲット板とを真空チャンバ内に配置し、前記基板の下方対向位置に前記ターゲット板を順次位置させ、前記薄膜を前記基板上に形成するマルチターゲットスパッタ装置において、
前記基板の下方に配置される導電性の板体であって、略水平に回転可能に支持され、前記回転中心から一定の距離の円周に沿って開口した複数の貫通孔を有する回転板体と、
前記回転板体に設けられ、前記貫通孔の略真下に前記ターゲット板を略水平に支持するターゲット支持部と、
前記ターゲット支持部に設けられ、前記ターゲット板の裏面に当接する導電性のプレートであって、前記回転板体から絶縁されたバッキングプレートと、
前記バッキングプレートを介して前記ターゲット板を所定の電位とするターゲット電極と、
前記ターゲット電極を昇降させる昇降部と、を備え、
前記回転板体が回転して前記基板の下方対向位置に前記ターゲット板を順次位置させ、前記昇降部が前記ターゲット電極を上昇させて前記バッキングプレートの裏面に押し当てることを特徴とするマルチターゲットスパッタ装置。
前記回転板体は、前記貫通孔の周囲部分を、前記ターゲット板の周囲を覆うシールド部と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装置。
前記ターゲット電極は、頭部が前記バッキングプレートの裏面に当接する筒体を含み、前記筒体を冷却するための冷媒を通すパイプを前記筒体の内側に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチターゲットスパッタ装置。
前記ターゲット電極は、前記ターゲット板の表面近傍に磁場を形成するマグネットを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマルチターゲットスパッタ装置。
前記基板と前記ターゲット板との間の空間を囲繞する円筒状の囲繞部材を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマルチターゲットスパッタ装置。
前記バッキングプレート及び前記筒体は、Ｃｕからなることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のマルチターゲットスパッタ装置。
絶縁材からなり、前記筒体の側面を囲繞する絶縁筒体を備えることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のマルチターゲットスパッタ装置。