JP4889712B2 - スパッタリング用マルチターゲット装置 - Google Patents

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スパッタリング用マルチターゲット装置に関する。

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の上に載せてスパッタリングし、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、比較的多くの数の基板に成膜する場合には、スパッタリングによるターゲットの消耗量が大きいため、スパッタリングにより消耗したターゲットを新たな別のターゲットと交換してスパッタリングを続ける必要がある。

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ためターゲットを交換する場合、高真空に維持した真空チャンバの側部に設けたロードロックセルからトランスファロッドの先端に設けたマニプレータを挿入し、スパッタ電極上のスパッタ済みのターゲットを取り出し、新しいターゲットをスパッタ電極上にセットするという手段がとられていた。

しかしながら、前述のようにして高真空状態に維持した真空チャンバの外部からターゲットを導入して交換する手段では、その都度ロードロックセルを開閉してそのロードロックセルを高真空に排気したり、大気圧に戻す操作が必要となり、面倒な操作と時間が必要となる。また、ターゲットを交換するのに時間がかかるため、各スパッタリング工程の時間的な間隔が開きすぎるという問題がある。

そこで、下記特許文献２に記載されたように、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スパッタリング用マルチターゲット装置が開発されている。このスパッタリング用マルチターゲット装置を図７に示す。

図７に示すように従来のスパッタリング用マルチターゲット装置は、図示してない真空チャンバ内でターゲット９をスパッタリングする位置の下に回転するターゲットテーブル１を設け、このターゲットテーブル１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９を配置している。このターゲットテーブル１の回転と位置決め停止により、順次複数のターゲット９をスパッタリング位置の真下に順次搬送する。このターゲットテーブル１の上には、ターゲット９が停止する位置の真上のスパッタ位置に前記ターゲット９を保持すべきターゲット保持部１０を有するスパッタテーブル２が配置されている。前記ターゲットテーブル１のターゲット９がスパッタテーブル２のターゲット保持部１０の真下で停止したとき、リフト４が上昇し、ターゲット９を持ち上げてスパッタテーブル２のターゲット保持部１０まで押し上げ、そこでスパッタリングする。スパッタリングした後は、リフト４が降下してターゲット９をターゲットテーブル１上に戻す。その後ターゲットテーブル１の回転により次のターゲット９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９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９を順次交換しながらスパッタリングを行うことが出来る。

このスパッタリング用マルチターゲット装置における位置決め機構は、ターゲット９の位置に対応してターゲットテーブル１の周面に設けたプランジャ受７と、プランジャ６を前後させるアクチュエータ５とからなる。このアクチュエータ５によりプランジャ６を前後させ、その先端を前記プランジャ受７に差し込んでターゲットテーブル１を所定の位置に位置決めする。このような位置決め機構を備えることで、ターゲットテーブル１上のターゲット９とスパッタテーブル２のターゲット保持部１０との位置合わせを行うことができる。

しかしながら、前記のスパッタリング用マルチターゲット装置における位置決め機構において、ターゲットテーブル１上のターゲット９とスパッタテーブル２のターゲット保持部１０との位置合わせを正確に行うためには、スパッタテーブル２上のターゲット保持部１０の位置に対応してターゲットテーブル１の周面に設けたプランジャ受７とアクチュエータ５のプランジャ６とを正確に位置決めしなければならない。そのため、スパッタリング用マルチターゲット装置を組み立てて設置する際に、プランジャ受７とアクチュエータ５との位置合わせを必要としていた。

特開２００５−２２０３６９号公報 特開２００２−２５６４２５号公報 特開２０００−２７３６３１号公報 特開平１０−１４７８６３号公報 特開平９−３６４０号公報 特開平５−７０９５２号公報 特開平３−１７０６７１号公報

本発明は、前記のような従来のスパッタリング用マルチターゲット装置における課題に鑑み、面倒なアクチュエータの位置合わせ調整を行うことなく、ターゲットテーブル１を正確な位置に停止することが出来る位置決め機構を備えたスパッタリング用マルチターゲット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、ターゲット保持部３０に対して一定の位置関係に固定されたストッパホルダ２７にストッパ３１をターゲットテーブル２１の径方向へスライド自在に保持し、ターゲットテーブル２１上にターゲット２９と一定の位置関係で設けたストッパ受け２８に向けてアクチュエータ２５で前記ストッパ３１を押して嵌め込み、位置決めするようにした。これにより、ターゲット保持部３０を設けたスパッタテーブル２２とアクチュエータ２５との厳密な位置合わせを行わなくとも、ターゲット２９をターゲット保持部３０に正確に位置決めしてターゲットテーブル２１を停止出来るようにした。

スパッタリング用マルチターゲット装置は、真空チャンバ内で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２９を保持するターゲットテーブル２１と、このターゲットテーブル２１の上に配置され、そのターゲットテーブル２１上のターゲット２９が停止する位置の真上のスパッタ位置に配置されたターゲット２９を保持するターゲット保持部３０と、前記ターゲットテーブル２１のターゲット２９がターゲット保持部３０の真下に停止するよう位置決めする位置決め手段とを有し、前記ターゲット保持部３０の位置に複数のターゲット９を順次供給するものである。

本発明では、このようなスパッタリング用マルチターゲット装置において、ターゲット保持部３０に対して一定の位置関係に固定されたストッパホルダ２７により、ターゲットテーブル２１の径方向にスライド自在に保持されたストッパ３１と、ストッパ３１をターゲットテーブル２１の径方向にスライド駆動するストッパ駆動機構と、ターゲット２９を設けたターゲットテーブル２１上に固定され、前記スライドするストッパ３１を受けるストッパ受け２８とを有する。

このような本発明によるスパッタリング用マルチターゲット装置では、ターゲット保持部３０に対して一定の位置関係に固定されたストッパホルダ２７にスライド自在に保持されたストッパ３１をターゲットテーブル２１の径方向にスライドさせて、これをターゲットテーブル２１上に設けられたストッパ受け２８で受けてターゲット２９を位置決めするため、ストッパ駆動機構のターゲットテーブル２１やターゲット保持部３０に対する厳密な位置決めが必要なくなる。

ストッパ駆動機構は、例えばストッパ３１をストッパ受け２８から離す方向に弾力を付勢したバネ３３と、ストッパ３１をストッパ受け２８に向けて押すアクチュエータ２５とを有する。このストッパ受け２８は、ストッパ３１の先端を受ける溝３２を有する。このようなストッパ駆動機構とストッパ３１及びストッパ受け２８は、構造が簡単であり、動作も確実である。

さらに、ターゲット２９を配置したターゲットテーブル２１は、磁気結合同軸回転導入機２３により間欠回転される。このようなターゲットテーブル２１の回転機構は、構造が簡素である。これにより、真空チャンバ等の下部の簡素化と省スペース化が図れ、その部分のレイアウトが容易になる。

以上説明した通り、本発明によるスパッタリング用マルチターゲット装置では、アクチュエータ２５等のストッパ駆動機構のターゲットテーブル２１やターゲット保持部３０に対する厳密な位置決めが必要なくなるため、マルチターゲットスパッタリング装置を容易に設置し、調整することが可能となる。

本発明では、ターゲット保持部３０に対して固定されたストッパホルダ２７にストッパ３１をターゲットテーブル２１の径方向へスライド自在に保持し、ターゲットテーブル２１上にターゲット２９と一定の位置関係で設けたストッパ受け２８に向けてアクチュエータ２５で前記ストッパ３１を押して嵌め込み、位置決めするようにした。

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〜図４は、本発明の一実施形態によるスパッタリング用マルチターゲット装置の概略を示す図であり、図１には図３に示した真空チャンバ３８（以下、図３参照）は示していない。

これらの図に示すように、真空チャンバ３８の中には、円板状のスパッタテーブル２２が水平に設置されており、このスパッタテーブル２２には円形の孔が開設されたターゲット保持部３０が配置されている。このターゲット保持部３０が設けられた位置は、スパッタリングにより薄膜を形成しようとする位置であり、それは図示してない基板を設置する基板ホルダと対向する位置である。図示の例では、スパッタテーブル２２の２箇所にターゲット保持部３０が設けられているが、一方のターゲット保持部３０は未使用のためその孔が蓋４１で閉じられている。

スパッタテーブル２２の真下には、このスパッタテーブル２２と平行に円板状のターゲットテーブル２１が配置されている。このターゲットテーブル２１の中心から一定の距離にある一つの円周上に等間隔でターゲット２９を保持するための円形の孔が開設されている。図示の例では、ターゲット２９を保持する位置が９０゜間隔で４つ設定されているが、使用するターゲット２９の数が多い場合は、それ以上の数のターゲット２９を設置してもよい。

ターゲットテーブル２１上に保持された２つのターゲット２９の間には、ストッパ受け２８がそれらターゲット２９と一定の位置関係で設けられている。このストッパ受け２８の外周側の面には、後述するするストッパ３１の先端を嵌め込むための平面形状Ｖ字形の溝３２が縦に設けられている。

ターゲットテーブル２１の外側にはフレーム３４が設けられ、図３に示すように、このフレーム３４はブラケット４０を介して真空チャンバ３８に固定されている。図１〜図４に示すように、このフレーム３４には、ストッパホルダ２７が取り付けられ、このストッパホルダ２７はターゲットテーブル２１の外側に配置されている。このストッパホルダ２７はスパッタテーブル２２に対して一定の位置関係に固定されており、従ってストッパホルダ２７はスパッタテーブル２２のターゲット保持部３０と一定の位置関係に固定されている。

このストッパホルダ２７には、ストッパ３１がターゲットテーブル２１の径方向にスライド自在となるように保持されている。このストッパ３１の先端は、前記ストッパ受け２８の平面形状Ｖ字形の溝３２と適合する平面Ｖ字形を呈している。このストッパ３１にはストッパホルダ２７との間にバネ３３が係装され、このバネ３３の弾力は、ストッパ３１をターゲットテーブル２１の中心方向に向けて押し出すように付勢されている。

さらに前記ストッパホルダ２７の外側には、ターゲットテーブル２１の位置決め機構を構成するアクチュエータ２５が設けられている。このアクチュエータ２５としては、エアシリンダ、ソレノイド、電磁クラッチ等、様々な形式のものを使用することが出来る。このアクチュエータ２５は、前記ターゲットテーブル２１の中心と同ターゲットテーブル２１上に保持された２つのターゲット２９の中間位置とを結ぶ仮想の直線の延長線上に配置され、そのプランジャ２６は、当該仮想の直線の延長線方向にストロークする。このプランジャ２６の先端にはローラが設けられている。

前記ターゲットテーブル２１の中心は垂直な軸に連結され、真空チャンバ３８の外に設けた回転駆動源である回転導入機２３により回転が導入され、ターゲットテーブル２１が間欠回転する。回転導入機２３の構成は後に説明する。図示の例の場合、ターゲットテーブル２１は、９０゜間隔で間欠回転し、そのターゲットテーブル２１が停止する位置は、同ターゲットテーブル２１上に保持されたターゲット２９が前記スパッタテーブル２２のターゲット保持部３０の真下に位置する所である。

スパッタテーブル２２のターゲット保持部３０の真下にあってターゲットテーブル２１の孔に保持されたターゲット２９が停止する位置の真下には、リフト２４が設けられている。このリフト２４は、その外径がターゲット２９を保持したターゲットテーブル２１の孔より小さな円柱形のもので、その上面には負の電位に維持されるスパッタ電極が設けられている。このリフト２４は、真空チャンバ３８の下部に設けた昇降機構により、垂直方向に昇降する。

図１〜４は、ストッパ３１がターゲットテーブル２１上のストッパ受け２８とその外側のアクチュエータ２５との間に停止した状態を示している。図１〜４に矢印で示すようにこの位置からアクチュエータ２５のプランジャ２６が延び、その先端がバネ３３の弾力に抗してストッパ３１をその背後からターゲットテーブル２１の中心方向に押すと、図１〜図４に二点鎖線で示すようにストッパ３１の先端がストッパ受け２８の溝３２に嵌合し、ターゲットテーブル２１が位置決めされる。この位置では、ターゲットテーブル２１の孔に保持されたターゲット２９が前記スパッタテーブル２２のターゲット保持部３０の真下に位置する。さらにこの状態からアクチュエータ２５のプランジャ２６が戻ると、バネ３３の弾力によりストッパ３１がターゲットテーブル２１の中心から離れる方向に押し戻され、ストッパ３１が図１〜図４に実線で示す位置に戻る。この状態では、ターゲットテーブル２１の位置決めが解除され、ターゲットテーブル２１が回転出来る状態となる。

次に、このスパッタリング用マルチターゲット装置の動作について以下に説明する。
まず、真空チャンバ３８内において、ターゲットテーブル２１上に複数のターゲット２９を配置し、保持する。この状態で、真空チャンバ３８内を所要の真空度に減圧する。

真空チャンバ３８内を減圧した後、第一のターゲット２９をスパッタリングするときは、まず、ターゲットテーブル２１を回転させて、第一のターゲット２９をスパッタテーブル２２のターゲット保持部３０の真下に移動させ、そこで停止する。ターゲットテーブル２１が回転するときは、アクチュエータ２５のプランジャ２６は後退しているが、前記の位置にターゲットテーブル２１が停止すると、アクチュエータ２５が作動し、そのプランジャ２６が延伸し、その先端がバネ３３の弾力に抗してストッパ３１をその背後からターゲットテーブル２１の中心方向に押す。これにより、ストッパ３１の先端がストッパ受け２８の溝３２に嵌合し、ターゲットテーブル２１の第一のターゲット２９がスパッタテーブル２２のターゲット保持部３０の真下に位置するよう正確に位置決めされ、保持される。

ターゲットテーブル２１が回転するときは、リフト２４が下の位置にあり、その上面のスパッタ電極は、ターゲットテーブル２１より下にある。前述のように、ターゲットテーブル２１上の第一のターゲット２９がスパッタテーブル２２のターゲット保持部３０の真下に位置するよう正確に位置決めされ、停止されると、リフト２４が上昇し、その上のスパッタ電極上に第一のターゲット２９を載がせられる。さらにリフト２４が上昇することにより、第一のターゲット２９はそれを配置していたターゲットテーブル２１の孔から持ち上げられ、スパッタテーブル２２のターゲット保持部３０に配置され、保持される。

この状態で、真空チャンバ３８内をアルゴン等の希薄ガス雰囲気とし、真空チャンバ３８内でグロー放電等を発生させることにより、アルゴンを電離し、イオンを発生させる。このとき、ターゲット２９を載せたリフト２４のスパッタ電極は負の電圧に維持されており、発生したイオンはこのスパッタ電極の負の電圧によりエネルギーを与えられ、ターゲット２９に衝突し、ターゲット２９をスパッタリングする。これにより、ターゲット２９からそのターゲット２９を構成する材料の分子が放出され、これが基板上に凝着して成膜する。

こうして第一のターゲット２９のスパッタリングが完了したら、リフト２４が下降し、スパッタリング済みの第一のターゲット２９をターゲットテーブル２１上の元の位置に戻す。その後、アクチュエータ２５のプランジャ２６が戻ると、バネ３３の弾力によりストッパ３１がターゲットテーブル２１の中心から離れる方向に押し戻され、ストッパ３１が図１〜図４に実線で示す位置に戻る。この状態でターゲットテーブル２１を回転させて、次の第二のターゲット２９をスパッタリング位置の真下に移動させる。そこで前記第一のターゲット２９と同様にしてターゲットテーブル２１を位置決めし、保持する。以下同様にしてリフト２４で第二のターゲット２９をスパッタ位置まで上昇し、スパッタした後、ターゲットテーブル２１を元の位置に戻す。以下、第三、第四のターゲット２９も同様にして移動し、スパッタリングを行う。

このように、前記のスパッタリング用マルチターゲット装置では、位置決め機構としてアクチュエータ２５、ストッパ３１及びストッパ受け２８を用い、これにより、ターゲットテーブル２１を、各ターゲット２９がスパッタテーブル２２のターゲット保持部３０の真下に位置するよう正確に位置決めし、保持する。このため、ターゲット２９を正確な位置に配置してスパッタリングすることができる。これにより、リフト２４と各ターゲット２９との位置ずれが起こらず、ターゲット２９が破損するようなことがなく、安全に操作することができる。

図５は本発明の他の実施例を示す図４に対応した部分の部分平面図である。ターゲットテーブル２１は基本的に円周方向の位置決め、すなわちその回転角の位置決めをすればよいので、ストッパ３１の先端の形状は平面Ｖ字形の他、図５に示すように平面半円形等であってもよい。同様にしてストッパ受け２８の形状も、平面Ｖ字形の他、図５に示すように平面半円形等であってもよい。

図６は本発明によるスパッタリング用マルチターゲット装置において、ターゲットテーブル２１とスパッタテーブル２２を回転させる機構の一例を示す概略図である。この例は、ターゲット２９を配置したターゲットテーブル２１とターゲット保持部３０を配置したスパッタテーブル２２とが磁気結合同軸回転導入機により同一中心軸の周りに回転される例である。すなわち、ターゲットテーブル２１とスパッタテーブル２２をそれぞれ回転させる２つの軸４２、４３が同軸状に配置され、これら軸４２、４３の下端にそれぞれ設けられた従動磁石４４、４５がその外側に配置された主導磁石４６、４７の回転により遠隔回転される。これにより、ターゲット２９を配置したターゲットテーブル２１がターゲット保持部３０を配置したスパッタテーブル２２に対してその中心軸の周りに回転される。

以上説明した通り、本発明ではターゲット２９の位置合わせが容易なスパッタリング用マルチターゲット装置を提供することが出来るので、スパッタリング法により同一真空チャンバ内で半導体ウエハ等の基板の上に多層の薄膜を順次形成するマルチターゲットスパッタリング装置に適用することが可能である。

本発明によるスパッタリング用マルチターゲット装置の一実施例を示す真空チャンバ等を除き、ごく主要の要素のみを示した斜視図である。 図１に示したスパッタリング用マルチターゲット装置において、ターゲットを位置決めするための位置決め機構の部分を示す要部斜視図である。 図１に示したスパッタリング用マルチターゲット装置において、ターゲットを位置決めするための位置決め機構の部分を示す要部縦断側面図である。 図１に示したスパッタリング用マルチターゲット装置において、ターゲットを位置決めするための位置決め機構の部分を示す要部平面図である。 図１に示したスパッタリング用マルチターゲット装置において、ターゲットを位置決めするための位置決め機構の他の例を示す要部平面図である。 本発明によるスパッタリング用マルチターゲット装置において、ターゲットテーブルとスパッタテーブルを回転させる機構の一例を示す概略要部縦断側面図である。 スパッタリング用マルチターゲット装置の従来例を示す真空チャンバ等を除き、ごく主要の要素のみを示した斜視図である。

符号の説明

２１ ターゲットテーブル
２２ スパッタテーブル
２３ 磁気結合同軸回転導入機
２５ アクチュエータ
２７ ストッパホルダ
２８ ストッパ受け
２９ ターゲット
３０ ターゲット保持部
３１ ストッパ
３３ ストッパ駆動機構のバネ

Claims (5)

1. 真空チャンバ内で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（２９）を保持するターゲットテーブル（２１）と、このターゲットテーブル（２１）の上に配置され、そのターゲットテーブル（２１）上のターゲット（２９）が停止する位置の真上のスパッタ位置に配置されたターゲット（２９）を保持するターゲット保持部（３０）と、前記ターゲットテーブル（２１）のターゲット（２９）がターゲット保持部（３０）の真下に停止するよう位置決めする位置決め手段とを有し、前記ターゲット保持部（３０）の位置に複数のターゲット（９）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において、ターゲット保持部（３０）に対して一定の位置関係に固定されたストッパホルダ（２７）により、ターゲットテーブル（２１）の径方向にスライド自在に保持されたストッパ（３１）と、ストッパ（３１）をターゲットテーブル（２１）の径方向にスライド駆動するストッパ駆動機構と、ターゲット（２９）を設けたターゲットテーブル（２１）上に固定され、スライドする前記ストッパ（３１）を受けるストッパ受け（２８）とを有することを特徴とするスパッタリング用マルチターゲット装置。
2. ストッパ駆動機構がストッパ（３１）をストッパ受け（２８）から離す方向に弾力を付勢したバネ（３３）と、ストッパ（３１）をストッパ受け（２８）に向けて押すアクチュエータ（２５）とを有することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング用マルチターゲット装置。
3. ストッパ受け（２８）がストッパ（３１）の先端を受ける溝（３２）を有することを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタリング用マルチターゲット装置。
4. ターゲット（２９）を配置したターゲットテーブル（２１）が間欠回転されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のスパッタリング用マルチターゲット装置。
5. ターゲットテーブル（２１）が磁気結合同軸回転導入機（２３）により回転されることを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング用マルチターゲット装置。

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