JP4260274B2

JP4260274B2 - スパッタリング装置

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Publication number: JP4260274B2
Application number: JP07265499A
Authority: JP
Inventors: 信二高城; 英利下川
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: JP2000265264A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタリング装置に関し、特に、１つのスパッタチャンバを利用して基板に多層膜を形成できるようにカソード側を複数のターゲットを備えた回転式構造とし、多層膜を形成するためのスパッタチャンバの数の増大の要請にも容易に対処できるスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図を参照して、従来の代表的なカソードと、情報記録ディスクのように基板上に多層膜を形成するための従来のスパッタリング装置を説明する。
【０００３】
図８はカソードの従来例を示す。５１１はスパッタチャンバの壁部である。壁部５１１の開口部５１２の周囲に絶縁体５１３を介して成膜空間の側に突出するようにカソードボディー５１４が固定され、カソードボディー５１４の外側端部に裏板５１５が固定される。裏板５１５の表面にターゲット５１６がボンディング等で取り付けられている。裏板５１５の背面側には冷却水通路５１７が形成され、この通路５１７には矢印５１８のごとく冷却水が流れる。さらに裏板５１５の背部のカソードボディー５１４の内側スペースには、ターゲット５１６の表面に所要の磁束を発生させるためのマグネット５１９が配置されている。カソードボディー５１４にはカソード電源５２０が接続され、カソード電源５２０からカソードボディー５１４に電力を投入することによりターゲット５１６がスパッタリングされるようにする。
【０００４】
図９はスパッタリング装置の第１の従来例を示す。図９はスパッタリング装置の構造を概略的に示した側面図である。このスパッタリング装置では、４つのスパッタチャンバ６１１〜６１４が一列に直列的に連続して配置され、ゲートバルブ６１５を介して連結されている。各スパッタチャンバ６１１〜６１４にはそれぞれターゲット６１６ａ〜６１６ｄを取り付けたカソード６１７ａ〜６１７ｄが設けられている。ターゲット６１６ａ〜６１６ｄは、それぞれ、例えば、異なる材質で作られている。各カソードの構造は前述した通りのものである。各スパッタチャンバを排気する排気系、カソードの各々に給電するカソード電源、プロセスガス供給機構等の図示は省略されている。上記スパッタリング装置の各スパッタチャンバ６１１〜６１４で成膜を行うときには、最初に基板６１８がセットされたスパッタチャンバ６１１で、その内部が図示しない排気系で排気されかつ図示しないマスフローコントローラでプロセスガスが導入され、カソード６１７ａに高圧電源を投入することによりターゲット６１６ａがスパッタリングされ、基板６１８の表面に薄膜が形成される。スパッタチャンバ６１１で成膜が終了した後には、隣接するゲートバルブ６１５を開き基板６１８を矢印６１９のごとく移動して位置６１８ａにセットし、ゲートバルブ６１５を閉じて基板搬送を完了する。その後、スパッタチャンバ６１２でも上記と同様に基板に対してスパッタ成膜が行われる。その後は、同様に、ゲートバルブ６１５を開き矢印６２０，６２１のごとく基板をスパッタチャンバ６１３，６１４に順次に移動させてスパッタ成膜が行われる。こうして基板６１８上に多層膜が形成される。
【０００５】
図１０と図１１はスパッタリング装置の第２の従来例を示す。図１０はカソードが取り付けられた側から見た正面図、図１１は図１０におけるＡ−Ａ線断面図である。このスパッタリング装置では、１つのスパッタチャンバ７１１に１つの壁面に４つのカソード７１２ａ〜７１２ｄが取り付けられている。４つのカソード７１２ａ〜７１２ｄは１つの円上に等間隔で位置するように配置されている。カソード７１２ａ〜７１２ｄのそれぞれにはターゲット７１３ａ〜７１３ｄが取り付けられる。ターゲット７１３ａ〜７１３ｄは例えば異なる材質で作られている。カソードの構造は図８を参照して説明したものと同じである。カソードが設けられた壁面に対向する反対側の箇所に例えば４枚の基板７１４ａ〜７１４ｄが配置される。基板７１４ａ〜７１４ｄは、カソード７１２ａ〜７１２ｄの各々に対向することが可能な位置にてパレット７１５に固定される。パレット７１５は回転駆動装置（図示せず）によってその軸７１５ａの周りに回転可能である。スパッタチャンバ７１１を排気する排気系、カソードの各々に給電するカソード電源、プロセスガス供給機構等の図示は省略されている。例えば基板７１４ａをスパッタ成膜するときには、スパッタチャンバ７１１では排気系によって所定の真空状態にされると共にマスフローコントローラでプロセスガスが導入される。最初に基板７１４ａはカソード７１２ａに対向させられ、高圧電源がカソード７１２ａに投入される。これによってスパッタリングが開始され、基板７１４ａの表面に薄膜が形成される。カソード７１２ａによる膜形成が終了すると、パレット７１５を回転し、基板７１４ａをカソード７１２ｂに対向させる。カソード７１２ｂに高圧電源を投入してターゲット７１３ｂをスパッタリングし、基板７１４ａの表面に薄膜を形成する。以下、同様にカソード７１２ｃ，７１２ｄのそれぞれに対向させ、高圧電源を投入し、ターゲット７１３ｃ，７１３ｄをスパッタして基板７１４ａに薄膜を形成する。このようにして基板の上には多層膜が形成される。
【０００６】
図１２はスパッタリング装置の第３の従来例を示し、スパッタリング装置の要部の内部構造を概略的に示した平面図である。８１１はスパッタチャンバである。スパッタチャンバ８１１は４つの側壁を備えている。スパッタチャンバ８１１の中央には、周囲に４つの側面を有する回転体８１２が設けられる。回転体８１２の４つの側面の各々には、処理対象である基板８１３ａ〜８１３ｄが固定されている。回転体８１３は、回転駆動装置（図示せず）によって、その中心回転軸８１４の周りに時計方向または反時計方向に回転する。スパッタチャンバ８１１を形成する４つの側壁にはカソード８１５ａ〜８１５ｄが設けられ、各カソードにはターゲット８１６ａ〜８１６ｄが固定されている。カソード８１５ａ〜８１５ｄの構造は前述した通りのものである。回転体８１２上の基板８１３ａ〜８１３ｄと、ターゲット８１６ａ〜８１６ｄとは対向する位置関係に設定されている。回転体８１２を回転させることにより、対向する基板とターゲットとを変更することが可能となる。ターゲット８１６ａ〜８１６ｄはそれぞれ例えば異なる種類の材質で作られている。スパッタチャンバ８１１を排気する排気系、カソードの各々に給電するカソード電源、プロセスガス供給機構等の図示は省略されている。
【０００７】
上記のスパッタリング装置による成膜は次のように行われる。基板８１３ａに対する成膜の例で説明する。図示しない排気機構でスパッタチャンバ８１１を所要の真空度になるように排気し、スパッタ用プロセスガスをスパッタチャンバ８１１へ流し、カソード８１５ａに給電を行ってターゲット８１６ａがスパッタされるようにする。その結果、ターゲット８１６ａに対向する基板８１３ａに、ターゲット材のスパッタ粒子による成膜が行われ、第１の膜が形成される。ターゲット８１６ａに基づく成膜が終了すると、回転体８１２を反時計方向に９０°回転させ、基板８１３ａをターゲット８１６ｂに対向させる。この位置関係で、同様にしてターゲット８１６ｂをスパッタして基板８１３ａの上に第２の膜を成膜する。ターゲット８１６ｂに基づく成膜が終了すると、同様に回転体８１２を回転させ、ターゲット８１６ｃ，８１６ｄを順次にスパッタさせて、基板８１３ａの上に第３の膜、第４の膜を順次に成膜する。上記では、基板８１３ａの成膜について説明したが、他の基板８１３ｂ〜８１３ｄについても同じ手順で成膜が行われる。こうして基板の上には多層膜が形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した第１例の従来のスパッタリング装置によれば、４つのスパッタチャンバ６１１〜６１４を直列的に繋げる構造であるため、装置全体が大きくなるという問題がある。特に、スパッタリング装置を床面積当りの設備コストが高いクリーンルーム内に設置するときに、スパッタリング装置の大きさが問題となる。
【０００９】
前述した第２例の従来のスパッタリング装置によれば、１つのスパッタチャンバ７１１で４つのカソード７１２ａ〜７１２ｄを接近させて配置するため、装置はコンパクトに作られ、小型となる。しかし、例えばターゲット７１３ａをスパッタして基板７１４ａの表面に膜を形成するとき、近くに配置されるターゲット７１３ｂ〜７１３ｄの表面にも膜が形成され、ターゲット表面が汚染されるという問題が起きる。
【００１０】
前述した第３例の従来のスパッタリング装置についても第２例と同様であり、１つの共通のスパッタチャンバ８１１の内部に４つのカソード８１５ａ〜８１５ｄが設けられ、さらに各カソードによって成膜処理が行われる領域は互いに繋がった状態にあり、互いを隔離するための構造を有していない。そのため、或るカソードおよびターゲットによる成膜処理実行時において、当該他のカソードのターゲットの表面に膜が付き、ターゲット表面が汚染されるという問題が生じる。
【００１１】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、コンパクトな構造によって装置全体を小型に製作することができ、複数のカソードを設けた回転式カソード機構を利用してカソード側を簡単な構造で実現し、カソード上の複数のターゲットの表面がスパッタ成膜時に汚染されるのを防止するスパッタリング装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るスパッタリング装置は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【００１４】
本発明に係るスパッタリング装置は、基板を載置するための基板ホルダと、複数の側面の各々に複数のカソードが設けられ、かつ該複数のカソードのいずれかを該基板に対向位置させるように構成された回転可能なカソード回転体と、を備え、さらに、カソード回転体の内部スペースには、基板ホルダに対向して設けられたマグネットと、複数のカソードのうち、該基板ホルダーに対向させた該カソードに対して、マグネットを前進させたり後退させる駆動手段とが設けられるように構成される。
本発明によるスパッタリング装置では、カソードの側をカソード回転体を利用し回転式構造とし、カソード回転体における複数の側面を有する側壁部を利用し、各側面にカソードを設けることにより、複数のターゲットを備えるように構成している。スパッタ成膜を行うときには、所定位置にセットされた成膜対象の基板に対して、カソード回転体を回転させることにより必要なカソードを対向させ、真空排気、プロセスガスの導入、高圧電源の投入等のスパッタ成膜条件を満足させた状態でターゲットをスパッタし、基板に薄膜を形成する。複数のカソードを１つのカソード回転体に設けてスパッタ成膜に利用できるので、カソードごとに複数のスパッタチャンバを設ける必要がなく、スパッタリング装置の全体構成をコンパクトにでき、小型に作ることが可能となる。
カソード回転体の側面を利用して複数のカソードを設ける構成において、ターゲット表面に作られる磁界を生成する手段をカソード回転体の内部に静止状態で配置される１台のマグネットで共用するようにした。なお上記駆動手段としては、例えばシリンダあるいはモータとボールネジの組み合わせが用いられる。
【００１５】
さらに本発明に係るスパッタリング装置は、基板を載置するための基板ホルダと、複数の側面の各々に複数のカソードが設けられ、該複数のカソードのいずれかを、該基板に対向して位置させるように構成された回転可能なカソード回転体と、を備え、さらに、カソード回転体の内部スペースには、カソード側に設けられた接続端子と、カソードに電圧を供給するための給電端子と、給電端子を接続端子に対して、前進させたり後退させることにより、給電端子を接続端子と接続させたり、引き離したりする直線駆動装置とが設けられていることを特徴とする。
カソード回転体の側面を利用して複数のカソードを設ける構成において、各カソードに高圧電力を供給する手段を、カソード回転体の内部に静止状態で配置される１台の給電端子で共用するようにした。この給電端子は、カソード回転体の外部に配置される高圧電源に接続されている。また複数のカソードのそれぞれに設けられた接続端子は、スパッタ成膜実行位置にセットされるとき、給電端子に対して接続可能となるように配置される。
【００１６】
上記の構成において、カソード回転体は内部スペースが外部と通じる連通部を有し、この連通部を介して外部の支持部材に固定された支持台が設けられ、この支持台にマグネット用直線駆動装置と給電端子用直線駆動装置が固定され、連通部を介して給電端子に通電する高圧線が配線される。
【００１７】
上記の構成において、カソード回転体における回転軸周りの複数の側面を形成する側壁部は８面以下の側面を有することを特徴とする。かかる形態を有する側壁部の各側面にカソードを取りつけると、各カソードに取り付けた複数のターゲットでは等間隔の配列が形成され、例えば４面を持つ側壁部では隣り合うターゲットは９０°の間隔で配列され、例えば８面を持つ側壁部では隣り合うターゲットは４５°の角度で配列され、その結果、従来のターゲット表面の汚染問題を解消することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
最初に、概略図である図１〜図３を参照して、本発明に係るスパッタリング装置の要部の全体的な構成を概略的に説明する。図１は縦断面図、図２は水平断面図、図３はバルブ板の開閉状態を拡大して示す図である。
【００２０】
本実施形態によるスパッタリング装置では、内部にカソード機構１０を設けたチャンバ１００（以下「カソードチャンバ」という）と、内部に基板取付け機構２０を設けたチャンバ２００（以下「基板チャンバ」という）とを備える。基板チャンバ２００は基板を所定の処理位置に搬送するための真空搬送チャンバである。カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００は所要の間隔を開けて配置されている。カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間には、当該間隔に基づき、スパッタチャンバを形成するためのスペース１１が確保される。このスペース１１は、周囲を側壁部１２で囲まれ、外部空間から隔離されている。またスペース１１は、開口部１３を通してカソードチャンバ１００の内部空間と通じることが可能であり、開口部１４を通して基板チャンバ２００の内部空間と通じることが可能である。またスペース１１における開口部１３の側、および開口部１４の側にはそれぞれバルブ板１５，１６が配置されている。バルブ板１５は中央に位置する筒部１５ａを有し、その外側周囲に鍔部１５ｂを有している。またバルブ板１６も同様に筒部１６ａと鍔部１６ｂを有する。バルブ板１５，１６はそれぞれ直線駆動装置１７，１８によって中央の筒部の軸方向に動くことが可能である。バルブ板１５が動くことで開口部１３が開閉され、バルブ板１６が動くことで開口部１４が実質的に開閉される。
【００２１】
カソードチャンバ１００、基板チャンバ２００、スパッタチャンバを形成するためのスペース１１は、それぞれ真空ポンプ２１，２２，２３によって所要の真空状態に排気される。なお真空ポンプはチャンバごとに設ける代わりに、例えばスパッタチャンバの箇所に共通の真空ポンプを一台設け、この一台の真空ポンプで全体の排気を行うように構成することも可能である。
【００２２】
カソードチャンバ１００の内部に設けられたカソード機構１０は、回転式機構として形成され、例えば４つの側面を有するカソード回転体２４と、カソード回転体２４の４つの側面に設けられたカソード２５とから構成されている。このカソード回転体２４の内部は空洞になっており、４つの側面を持つ側壁部を形成する部分は四角筒の形状を有している。カソード回転体２４は、カソードチャンバ１００の中央に取り付けられ、カソードチャンバ１００の外部に設けられた回転駆動装置２６で必要に応じて自在に回転される。４つのカソード２５は９０°の等間隔で配置され、各カソードにはターゲット２７ａ〜２７ｄがボンディング等で取り付けられている。カソード２７ａ〜２７ｄの各々は、カソード回転体２４の側壁の部分に絶縁体を介して組み込まれている。ターゲット２７ａ〜２７ｄは、例えば、異なる材料で形成され、異なる種類の膜の形成に使用される。ターゲット２７ａ〜２７ｄに関し同じ種類のターゲットが設けられる場合もある。４つのカソード２５の各々はカソード回転体２４が９０°の単位で回転することによりスペース１１に順次に臨むように配置させることができる。カソード回転体２４の内部スペースには各種装置が組み込まれ、例えばカソード電源から４つのカソード２５の各々に給電を行う給電部や、各カソードを冷却する冷却水通路、ターゲット２７ａ〜２７ｄの位置を変更するための位置調整機構等が内蔵されている。
【００２３】
基板チャンバ２００の内部に設けられた基板取付け機構２０は、例えば４つの側面を有する基板回転体２８である。基板回転体２８の４つの側面の各々には基板２９が取り付けられている。基板回転体２８は基板搬送装置および基板ホルダとして機能する。基板回転体２８は、基板チャンバ２００の中央部に取り付けられ、基板チャンバ２００の外部に設けられた回転駆動装置３１で回転自在である。４つの基板２９は９０°の等間隔で配置されている。４つの基板２９の各々は基板回転体２８が９０°の単位で回転することによりスペース１１に順次に臨むように配置させることができる。
【００２４】
次に、カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間において、スペース１１とバルブ板１５，１６の移動とを利用して形成されるスパッタチャンバについて説明する。本実施形態によるスパッタリング装置では、もともとスパッタチャンバとして確立したチャンバを備えておらず、バルブ板１５，１６を移動させてスペース１１を他の領域から隔離することによりスパッタチャンバが形成される。スペース１１は、本来、単にカソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間の隙間として形成され、側壁部１２によって四方を囲まれることにより形成される。スペース１１において、カソードチャンバ１００側の箇所にはバルブ板１５が配置され、基板チャンバ２００側の箇所にはバルブ板１６が配置される。バルブ板１５，１６の各々が直線駆動装置１７，１８により内側に移動して配置されると、開口部１３，１４は開かれ、スペース１１は他の領域と通じた状態に保持される。バルブ板１５が直線駆動装置１７により外側に移動して配置されると、筒部１５ａの外端がカソード回転体２４の側面に押し付けられかつ鍔部１５ｂの外端が境界部３２に押し付けられ、開口部１３が閉じられ、かつカソード２５とタートゲット２７ａが筒部１５ａの内部空間を利用してスペース１１に臨む。バルブ板１６が直線駆動装置１８により外側に移動して配置されると、筒部１６ａの外端が基板回転体２８の側面に押し付けられかつ鍔部１６ｂの外端が境界部３３に押し付けられ、開口部１４が閉じられ、かつ基板２９が筒部１６ａの内部空間を利用してスペース１１に臨む。上記構成によりスペース１１が他の部分と分離されてスパッタチャンバとして確立され、処理される基板２９がターゲット２７ａに対向して配置されることになる。上記において、バルブ板１５，１６の筒部１５ａ，１６ａの開口内寸法はカソード２７ａと基板２９よりも大きく設定されている。このように形成されたスパッタチャンバは真空ポンプ２３で真空にされ、当該スパッタチャンバに対し側壁部１２に付設されたマスフローコントローラ３４からスパッタ用ガスが導入される。スパッタチャンバ内の圧力は、マスフローコントローラ３４から導入されるガスの流量を調整することにより調整される。
【００２５】
上記構成を有するスパッタリング装置で、スパッタ成膜が行われる前の段階では、直線駆動装置１７，１８でバルブ板１５，１６が、図３に示すごとく内側に移動して配置されている。このとき、開口部１３，１４が開かれてスペース１１はカソードチャンバ１００の内部空間と基板チャンバ２００の内部空間に通じており、カソードチャンバ１００ではカソード回転体１０が回転できる状態にありかつ基板チャンバ２００では基板回転体２８が回転できる状態にある。この状態で、回転駆動装置２６でカソード回転体２４が回転されかつ回転駆動装置３１で基板回転体２８が回転され、これによりスパッタ成膜に使用されるターゲットが選択されかつスパッタ成膜が施される基板が選択される。カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００は真空ポンプ２１，２２でそれぞれ所要の真空状態に保持されている。スペース１１に臨むターゲットと基板が選択された状態で、直線駆動装置１７，１８によってバルブ板１５，１６が矢印３５，３６のごとく外側に移動されると、前述のごとくスペース１１が隔離され、スパッタチャンバが形成される。その後、スパッタチャンバ内のスペース１１が真空ポンプ２３で排気され、マスフローコントローラ３４でスパッタ用プロセスガスが導入され、カソード２５にカソード電源から給電が行われ、基板２９に対してスパッタ成膜が開始される。基板２９に対する成膜が終了すると、スパッタ用プロセスガスの導入等が停止される。その後、図３に示した状態にして次の成膜で使用されるターゲットと基板がスパッタチャンバで対向するように、カソード回転体２４と基板回転体２８を回転させる。バルブ板１５，１６を前述と同様にして移動させてスパッタ用プロセスガスを導入し、基板の表面に薄膜が形成される。さらに、前述した同様な動作に基づいて、成膜したい基板とカソードおよびターゲットとの組合せてスパッタリングにより膜を形成する。
【００２６】
上記構成のスパッタリング装置によれば、カソードチャンバ１００と基板チャンバ２００の間のスペース１１と、スペース１１内に配置したバルブ板１５，１６の開閉動作を利用して、スパッタ成膜を行う際に他の部分から分離されたスパッタチャンバが形成される。さらにカソードチャンバ１００に複数のカソードおよびターゲットを備えた回転自在なカソード回転体２４を設け、基板チャンバ２００に複数の基板を備えた回転自在な基板回転体２８を設け、スパッタ成膜を行うとき、形成されたスパッタチャンバに、カソードおよびターゲットと基板とを任意に組合せてセットすることができる。従って、複数のスパッタチャンバを予め特別に持つ必要はなく、構成を簡単することができる。また基板に成膜される膜の数を増すため、スパッタチャンバの数を増さなければならない場合にも、カソード回転体２４および基板回転体２８の構造を変更し、形成される１つのスパッタチャンバにセットされるカソード等と基板の組みを増せばよく、容易に対処することができる。なお上記の例では、４つのカソードを備えたカソード回転体２４、４つの基板を備える基板回転体２８の例を示したが、カソードの数や基板の数は他の数に変更できるのは勿論である。
【００２７】
また１つのカソードを利用してスパッタ成膜を行うとき、当該カソードはスパッタチャンバを形成するスペース１１に臨みかつバルブ板１５が閉じることにより、他の３つのカソードから完全に分離される。それ故、スパッタ成膜の際に関係するカソードのターゲットがスパッタされたとしても、他のカソードのターゲットの表面が汚染されることはない。
【００２８】
次に、図４と図５に本発明に係るスパッタリング装置の要部の具体例を示し、これらの図を参照して前述したカソードチャンバ１００とカソード機構１０の具体的な構造について説明する。図４はカソードチャンバ１００およびこれに関連する下側部分の内部構造、スパッタチャンバの内部構造、バルブ板１５、基板取付け構造の一部を示す縦断面図であり、図５は図４におけるカソード回転体の内部構造を示す水平断面図である。図４と図５において前述した図１〜図３で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。
【００２９】
このスパッタリング装置において、カソードチャンバ１００の下側には例えばテーブル状の下部フレーム４１が設けられ、下部フレーム４１の上部に円筒形の支持フレーム４２が設けられており、またスペース１１を有するスパッタチャンバ３００の下側には真空ポンプ４３が設けられている。円筒形の支持フレーム４２は下部フレーム４１の上板４１ａに固定されており、さらにカソードチャンバ１００は支持フレーム４２の上に固定されている。カソードチャンバ１００の下壁には孔１００ａが形成されており、カソードチャンバ１００に固定される円筒形支持フレーム４２は下壁の孔１００ａの周囲の外側面に結合されている。カソードチャンバ１００の内部に回転自在に取り付けられたカソード回転体２４が設けられている。カソードチャンバ１００の内部スペースは気密であり、減圧されて真空状態に保持されるが、カソード回転体２４の内部は、その下部が開放されて大気状態になっている。真空ポンプ４３は、排気チャンバ４４を介してスパッタチャンバ３００内のスペース１１に接続される。真空ポンプ４３は前述の真空ポンプ２３に対応するものであるが、この具体例ではスパッタチャンバ３００内のスペース１１とカソードチャンバ１００内のスペースを１つの真空ポンプ４３で同時に排気する構造を採用している。下部フレーム４１には上記の４つのカソード２５に対してスパッタ成膜の際に必要な電力を供給する高圧のカソード用電源４６と、カソード回転体２４を回転させるための駆動用モータ４７と、装置各部の動作を制御するコントローラ４８と、その他にカソードチャンバを冷却するに冷却水を供給する冷却装置と、スパッタチャンバにプロセスガスを供給するためのガス供給装置が設けられている。冷却装置や冷却水を流すための配管、ガス供給装置やガスを流す配管の図示は、図を簡略化するために省略されている。また駆動用モータ４７は支持台４９の上に配置されている。
【００３０】
次に、カソード回転体２４内には空洞のスペースが形成され、下壁１０ａには例えば円形の孔が形成され、これによってカソード回転体２４の内部スペースが開放されている。カソード回転体２４の下壁の外側周囲には支持筒体５１が固定されている。カソード回転体２４の下壁１０ａの円形孔および支持筒体５１は、カソード回転体２４の内部スペースと外部とを通じさせる連通部を形成する。支持筒体５１は、カソードチャンバ１００の下壁の孔１００ａと支持フレーム４２の中に挿通されて配置され、支持筒体５１と支持フレーム４２の間には３つの軸受け部材５２，５３，５４が設けられ、支持筒体５１は支持フレーム４２に対して回転自在に取り付けられている。支持筒体５１の軸方向長さは筒形支持フレーム４２の軸方向長さよりも長く、その下部は、支持フレーム４２の下部よりも下方に延設されている。延設された支持筒体５１の下端にはプーリ５５が固定されている。さらにまた支持筒体５１と支持フレーム４２の間には磁性流体を利用して磁気シール５６が設けられる。磁気シール５６によってカソードチャンバ１００の内部スペースの気密性が保持され、カソードチャンバ１００内が所要の真空状態に保持される。
【００３１】
支持筒体５１の下端のプーリ５５と、モータ４７の回転軸に固定されたプーリ５７との間にはベルト５８が掛け渡される。モータ４７が回転すると、回転力がベルト５８によって支持筒体５１に伝達され、支持筒体５１およびこれに結合されるカソード回転体２４が回転させられる。
【００３２】
回転自在なカソード回転体２４の内部には、下部フレーム４１に支持ロッド６１を介して固定された筒形支柱６２を支持筒体５１の内部に挿通させて配置し、この筒形支柱６２の上部に支持台６３を固定する。そして支持台６３の上には、可動軸６４ａの先端にマグネット６５を備えたシリンダ６４と、可動軸６６ａの先端に給電端子６７を有するシリンダ６６が配置されている。シリンダ６４とシリンダ６６は高さ位置を異ならせて配置されるので、支持台６３も２段のステージを有するように形成されている。固定静止状態の筒形支柱６２と回転自在なカソード回転体２４の間には、軸受け部材６８が配置される。このようにして、回転自在なカソード回転体２４の内部に静止状態のマグネット６５と給電端子６７が一組配置される。マグネット６５は永久磁石または電磁石である。電磁石の場合には筒形支柱６２を通して外部から電力が供給される。またカソード２５に高電圧を供給する給電端子６７には高圧電源４６から高圧線６９を通して電圧が供給される。スパッタ処理を行うとき、スパッタチャンバ３００のスペース１１に臨むように配置されたカソード２５に対して、マグネット６５は、ターゲット２７ａの表面に所定の磁界分布を与えるべく、一点鎖線に示されるようにその背面部に配置される。このときの配置状態では、シリンダ６４を動作させて可動軸６４ａを前方に伸ばし、マグネット６５を前方に移動させる。また給電端子６７も、シリンダ６６が動作して可動軸６６ａが前方に伸び、カソード２５側の接続端子７０と接続される。スパッタ処理が終了すると、シリンダ６４，６６は動作してその可動軸６４ａ，６６ａを後退させ、マグネット６５と給電端子６７をカソード２５から引き離す。これによってカソード回転体２４を回転動作を行える状態になる。以上のように、回転自在なカソード回転体２４の内部には静止状態でかつ必要に応じてシリンダ（駆動手段）６４，６６によって前進または後退するように設けられたマグネット６５と給電端子６７が配置されている。この一組のマグネット６５と給電端子６７は、カソード回転体２４の側面に取り付けられた４つのカソード２５のすべてに共用される。すなわち、回転式構造で設けられたカソード機構１０によってスパッタ処理を行うときにスペース１１に臨むように配置されたいずれのカソード２５に対しても一組のマグネット６５と給電端子６７がセットされる。
【００３３】
図５に示すごとく、カソード回転体２４の４つの側面にはそれぞれカソード２５が設けられ、各カソード２５は所定位置に給電用の接続端子７０を備えている。スパッタチャンバ３００の成膜を行う領域を形成するスペース１１に臨む位置にカソード２５がセットされると、そのターゲットは基板２９に対向する。このとき、カソード２５の背面にはマグネット６５が対向し、接続端子７０には給電端子６７が対向する位置関係になる。この状態で、シリンダ６４が動作して可動軸６４ａを前進させるとマグネット６５がカソード２５の背面の近傍位置にセットされ、シリンダ６６が動作して可動軸６６ａを前進させると給電端子６７が接続端子７０に接続される。その後、プロセスガスが供給される等を条件にしてスパッタ成膜が行われる。成膜が終了すると、シリンダ６４，６６が動作してマグネット６５と給電端子６７をカソードから引き離し、次のスパッタ成膜を行うためのカソードがスパッタチャンバの位置に到来するのを待機する。
【００３４】
また図４に示すごとくカソードチャンバ１００側のバルブ板１５は、カソードチャンバ１００の上側と下側に設けられた直線駆動装置１７の駆動軸に連結プレート７１を介して結合されている。直線駆動装置１７が動作することにより、バルブ板１５はカソードチャンバ１００側に移動し、筒部１５ａがＯリングを介してカソード回転体２４に当接し、鍔部１５ｂはＯリングを介してカソードチャンバ１００の一部に当接する。このようにして、スパッタチャンバ３００の内部スペース１１とカソードチャンバ１００の内部スペースが隔離され、スパッタチャンバ３００が他の領域から分離して形成される。図４では省略されているが、基板チャンバの側も同様な構成になっている。図４において２９はターゲット２７ａに対向する基板である。基板２９は基板ホルダ７２に固定されている。
【００３５】
上記の構成において、スパッタ成膜を行うときにカソードの背面に配置されるマグネット６５の位置は、ターゲットとの間の距離を考慮して予め定められている。なお、ターゲットに対するマグネット６５の位置については、シリンダ６４の可動軸６４ａのストロークを変化させることによって調整することが可能である。マグネット６５の位置を変更する装置としては、その他、モータとボールネジの組み合わせを利用した機構とによって構成された装置を用いることもできる。また、基板とターゲットの間の距離は、ターゲットを取り付けるときにスペーサを付設することによって調整される。
【００３６】
以上において、カソード回転体２４を回転させるモータ４７の動作、カソード電源４６の給電動作、バルブ板１５の開閉を行う直線駆動装置１７の動作、シリンダ６４，６６の動作、真空ポンプ４３の動作等は、コントローラ４８による制御に基づいて行われる。
【００３７】
次に図６を参照して、本発明に係るスパッタリング装置の回転式カソード機構によるターゲット表面の汚染防止の作用について説明する。図６において、上記実施形態で説明した要素と同一要素には同一の符号を付している。前述の通り、カソードチャンバ１００では、複数のターゲットを側面に備えたカソード回転体２４からなる回転式カソード機構１０を設けている。カソード回転体２４の４つの側面にはカソード２５ａ〜２５ｄとターゲット２７ａ〜２７ｄが等間隔（９０°の間隔）で取り付けられている。カソード２５ａ〜２５ｄは前述のカソード２５と同じ構成を有している。このカソード回転体２４のターゲットの配置構造によれば、ターゲット表面の汚染を防止することが可能である。図６では、本発明の変形例として、１つのスパッタチャンバ３０１において回転式のカソード機構１０、すなわちカソード回転体２４を回転自在に設けた構成を示している。このスパッタチャンバ３０１では、前述のスパッタチャンバ３００とは異なり、その壁部の１つに開口部３０１ａを形成し、この開口部３０１ａを通して基板ホルダ３０２に取り付けた基板３０３をスパッタチャンバ３００の内部に向けた構成としている。基板３０３は、一例としてカソード２５ａに取り付けたターゲット２７ａに対向している。この状態で、スパッタチャンバ３０１は真空ポンプで所定の真空状態に減圧され、マスフローコントローラからアルゴン等のプロセスガスが導入され、カソード電源からカソード２５ａに電力を投入してターゲット２７ａがスパッタされ、基板３０３にスパッタ成膜が行われる。このときカソード回転体２４において、ターゲット２７ａ〜２７ｄは等間隔に配置されており、かつターゲット２７ａに対してターゲット２７ｂ，２７ｃは９０°の角度で方向を変えて配置され、ターゲット２７ｄはまったく反対側の位置に配置されている。このような位置関係に配置されるため、特定のターゲットのスパッタで他のターゲットの表面が汚染されるのを防止することができる。なおカソード回転体２４を回転させることにより、ターゲット２７ａ〜２７ｄを自由に選択し、基板３０３の上に各種の薄膜を形成することができる。
【００３８】
図７は、カソード回転体２４の変形例を示す。この実施形態によるカソード回転体２４では、側壁部が８面を有するように形成されている。８つの側面の各々にはカソード２５ａ〜２５ｈが設けられている。カソード２５ａ〜２５ｈの各々にはターゲット２７ａ〜２７ｈが取り付けられている。ターゲットの数が８個の場合にも、これらは等間隔（４５°の間隔）で取り付けており、ターゲットの汚染を防止することが可能である。ターゲットの数が８個以下であれば、任意の個数で、ターゲット表面の汚染を防止することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、スパッタリング装置においてカソード側をカソード回転体を利用して回転式構造とし、このカソード回転体の側面を利用して複数のカソードを設けるようにしたため、装置をコンパクトなものにでき、装置全体を小型に作ることができる。また回転式構造は回転自在に設けられたカソード回転体で実現され、カソード回転体の回転軸周りの側壁部は多くても８つの側面を有し、これらの側面を利用して複数のカソードを設けるようにしたため、各カソードに取り付けられたターゲットは等間隔で配列され、かかるターゲットの配列構造によってターゲット表面の汚染の問題を解消することができる。さらに複数のカソードを備えた回転自在のカソード回転体の内部スペース利用して、ターゲット表面に磁界分布を与える１つのマグネットおよび電力を供給する１つの給電端子を設け、各カソードで共用するようにしたため、構成を簡素にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタリング装置の代表例を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明に係るスパッタリング装置の代表例を示す概略水平断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示した図である。
【図４】本発明に係るスパッタリング装置の具体的な構造を示す縦断面図である。
【図５】上記具体的構造でカソード回転体の内部構造を示す水平断面図である。
【図６】ターゲット表面の汚染防止作用を発揮するカソード回転体の構造例を示す水平断面図である。
【図７】ターゲット表面の汚染防止作用を発揮するカソード回転体の他の構造例を示す水平断面図である。
【図８】従来のカソードの代表例を示す縦断面図である。
【図９】従来のスパッタリング装置の第１例を示す図である。
【図１０】従来のスパッタリング装置の第２例を示す正面図である。
【図１１】図１０におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】従来のスパッタリング装置の第３例を示す図である。
【符号の説明】
１０カソード機構
１５，１６バルブ板
１７，１８直線駆動装置
２０基板取付け機構
２４カソード回転体
２５カソード
２５ａ〜２５ｈカソード
２６回転駆動装置
２７ａ〜２７ｈターゲット
２８基板回転体
２９，３０３基板
３１回転駆動装置
６１支持ロッド
６２筒形支柱
６３支持台
６４シリンダ（駆動手段）
６５マグネット
６６シリンダ
６７給電端子
６９高圧線
７０接続端子
１００カソードチャンバ
２００基板チャンバ
３００，３０１スパッタチャンバ

Claims

基板を載置するための基板ホルダと、
複数の側面の各々に複数のカソードが設けられ、かつ該複数のカソードのいずれかを該基板に対向位置させるように構成された回転可能なカソード回転体と、
を備え、
さらに、
前記カソード回転体の内部スペースには、
前記基板ホルダに対向して設けられたマグネットと、
前記複数のカソードのうち、該基板ホルダーに対向させた該カソードに対して、前記マグネットを前進させたり後退させる駆動手段とが設けられていることを特徴とするスパッタリング装置。
基板を載置するための基板ホルダと、
複数の側面の各々に複数のカソードが設けられ、該複数のカソードのいずれかを、該基板に対向して位置させるように構成された回転可能なカソード回転体と、
を備え、
さらに、
前記カソード回転体の内部スペースには、
前記カソード側に設けられた接続端子と、
前記カソードに電圧を供給するための給電端子と、
前記給電端子を前記接続端子に対して、前進させたり後退させることにより、前記給電端子を前記接続端子と接続させたり、引き離したりする直線駆動装置とが設けられていることを特徴とするスパッタリング装置。
前記カソード回転体は内部スペースが外部と通じる連通部を有し、前記連通部を介して外部の支持部材に固定された支持台が設けられ、前記支持台にマグネット用の前記直線駆動装置と給電端子用の前記直線駆動装置が固定され、前記連通部を介して前記給電端子に通電する高圧線が配線されることを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。