JPH0971862A

JPH0971862A - 基板面外部磁場印加機構及び方法

Info

Publication number: JPH0971862A
Application number: JP25460395A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Kamei; 光浩亀井; Hidetsugu Setoyama; 英嗣瀬戸山; Satoshi Umehara; 諭梅原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】基板のエッチング分布の大幅な向上及び基板
の膜特性の安定化を図ると共に、基板面磁場印加磁石の
員数低減によるコスト低減を可能とするに好適な基板面
磁場印加機構を提供することにある。【構成】真空容器内に配置されたターゲット電極と、
成膜される基板と、基板を保持して搬送する基板搬送治
具と、該基板搬送治具を搬送する搬送手段からなるスパ
ッタリング装置であって、基板のバイアスクリーニング
または基板表面のガス出し終了後、基板を成膜するにあ
たって基板搬送治具を搬送する時に、チャッキング機構
２にチャッキングされている基板面磁場印加磁石３０１
をシリンダ７によって昇降し、また、モータ５によって
回転して基板搬送治具に着装し、基板の成膜完了時に、
前記磁石３０１を基板搬送治具から取り外す着脱機構を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリング装置に
係り、特に、基板の成膜中に基板面に外部磁場を印加す
る必要がある場合の基板面外部磁場印加機構及び方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング装置は、種々の材料の薄
膜化手段の１つとして、各方面で利用されている。この
スパッタリング装置によるスパッタリング法には、１０
~¹〜１０~⁴Ｔｏｒｒ程度の真空中でアルゴン等のガスを
放電させて、この時に生じたイオンでターゲットをスパ
ッタリングし、これにより飛散したスパッタ粒子をター
ゲットに対面した位置に配置されている基板面上に堆積
させて薄膜を形成する方法、また、イオン源から電極に
加えた電位により電界を形成し、この電界によってイオ
ンを引出し、これをターゲットに衝突させてターゲット
を発散させ、これを基板面上に堆積させるイオンビーム
スパッタ法がある。これらの方法を用いたスパッタリン
グ装置は、用途に応じて様々なタイプが実用化されてい
る。そのタイプとして、バッチ式スパッタリング装置、
インライン式スパッタ装置、マルチチャンバー式スパッ
タ装置などがある。バッチ式スパッタリング装置は、基
板の処理が終了する毎にチャンバーを開放するため、真
空排気の時間がかかり、効率的な処理の実行ができな
い。そのために、この点を改善したインライン式スパッ
タ装置は、複数の真空室を直線上に配列し、基板の仕込
及び取り出しの部屋以外は、常に真空状態に保ったまま
基板を処理することにより、量産用装置として使用され
ている。また、マルチチャンバー式スパッタ装置は、基
板搬送ロボットを備えた真空状態の搬送室を設け、搬送
室の周りに複数の処理室を配置して、基板を処理する。
これらのスパッタ装置において、基板面に外部磁場を印
加しながら成膜する必要がある場合には、インライン式
では主に真空チャンバーの外部からのヘルムホルツコイ
ルによる方式が採用され、マルチチャンバー式等ではそ
の構造上の制約から永久磁石による方式が採られてい
る。この場合、従来の永久磁石による方式では、予め基
板トレイ毎に或いは基板サセプタと呼ばれる基板搬送治
具毎に永久磁石方を組み込んでいた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】インライン式スパッタ
装置において、成膜中に基板面に磁場を印加する場合、
外部磁場の強度や方向を容易に変えられることから、ヘ
ルムホルツコイル方式による場合が多い。しかし、これ
は装置が大型化するとともに、コイル用電源が必要とな
るなど、コスト高になる傾向がある。これに対して、マ
ルチチャンバー式スパッタ装置における永久磁石よる方
式は、装置構造上は優利になるが、基板搬送治具毎に永
久磁石が必要となり、また、予め基板搬送治具に永久磁
石を組み込むため、磁場方向を変えることが出来なかっ
た。さらに、成膜前に、基板側にパワーを投入して、バ
イアスクリーニングをする場合、該永久磁石の磁場の影
響によりエッチング分布が悪くなる、という問題があっ
た。また、基板表面のガス出しのために、基板をいった
ん３００度程度に加熱するような場合においては、永久
磁石の熱劣化が発生し、この磁場強度の変化によって基
板の膜特性の安定化を損ねる、という問題があった。な
お、マルチチャンバー式スパッタ装置では、特にその装
置構成上、ヘルムホルツコイルを取り付けにくいため、
永久磁石方式を採用せざるを得ない。

【０００４】本発明の目的は、上記した事情に鑑み、基
板のエッチング分布の大幅な向上及び基板の膜特性の安
定化を図ると共に、永久磁石（基板面磁場印加磁石）の
員数低減によるコスト低減を可能とするに好適な基板面
磁場印加機構及び方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、基板を成膜するにあたって基板搬送治具を搬送する
時に、基板面磁場印加磁石を前記基板搬送治具に着脱す
る着脱機構を設け、また、この着脱機構に基板面磁場印
加磁石を昇降する機構と、回転する機構を設ける。ま
た、上記目的は、基板を成膜するにあたって基板搬送治
具を搬送する時に、予め保持している基板面磁場印加磁
石を着脱機構によって前記基板搬送治具に装着し、基板
の成膜完了時に、前記磁石を取り外すことによって、達
成される。また、基板のバイアスクリーニングまたは基
板表面のガス出しは、基板面磁場印加磁石を基板搬送治
具に装着する前に実施し、基板のバイアスクリーニング
または基板表面のガス出し終了後、着脱機構を用いて前
記磁石を基板搬送治具に装着し、基板面に磁場を印加し
た状態で成膜することによって、達成される。

【０００６】

【作用】本発明では、基板面磁場印加磁石を基板搬送治
具に対して自動的に着脱可能な構造とし、成膜前の基板
のバイアスクリーニングを磁石のない状態で行ってその
エッチング分布の大幅改善を図り、また、基板表面のガ
ス出しの加熱時にも基板面磁場印加磁石を外して実行し
て磁石の熱劣化を防止し、磁場強度の安定化して基板の
膜特性の安定化を図る。さらに、必要とする基板面磁場
印加磁石は１組あれば充分であり、その都度、この１組
の磁石を真空中で基板搬送治具より着脱し、その員数の
低減によるコスト低減を可能とする。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の一実施例を示す基板面外部磁場
印加機構の構成図である。基板面外部磁場印加機構は、
真空チャンバー上面フランジ１、基板面磁場印加磁石
（永久磁石）３０１のチャッキング機構２、回転ベルト
４、回転モータ５、ベロー６、昇降シリンダ７、上部プ
レート８、昇降ロッド９、スリーブ１１、昇降プレート
２１、ベアリング２４ａ）、２４ｂ）からなる。基板面
磁場印加磁石３０１のチャッキング機構２は、真空チャ
ンバー上面フランジ１にベアリング２４ａ）、２４ｂ）
によって支持され、その上部が回転ベルト４によって回
転モータ５と連結される。回転モータ５は、昇降プレー
ト２１に固定され、チャッキング機構２とともに昇降す
る。昇降プレート２１は、スリーブ１１及び昇降ロッド
９をガイドにして上下に移動する。昇降ロッド９は、そ
の一端が真空チャンバー上面フランジ１に固定され、そ
の他端に上部プレート８が固定される。上部プレート８
に昇降シリンダ７が固定され、昇降シリンダ７は上部昇
降プレート１２を介して昇降プレート２１及びチャッキ
ング機構２等を昇降させる。チャッキング機構２の真空
は、ベロー６によりチャッキング機構２の昇降動作時も
保持される。チャッキング機構２には基板面磁場印加磁
石３０１が着脱され、回転モータ５が回転すると、回転
ベルト４を介してチャッキング機構２を回転させる。ま
た、昇降シリンダ７が作動すると、昇降プレート１２に
連結している昇降プレート２１が昇降ロッド９をガイド
にして上下に移動し、これに伴い、昇降プレート２１と
連結しているチャッキング機構２、回転モータ５を昇降
させる。

【０００８】図２は、チャッキング機構２に着脱される
基板面磁場印加磁石を示す。基板面外部磁場印加磁石３
０１ａ）、３０１ｂ）は磁石連結金具３０２によって連
結し、磁石連結金具３０２には、基板搬送治具（図４に
示す。）１７０に基板面外部磁場印加磁石３０１ａ）、
３０１ｂ）を装着する時に案内するガイドピン３０３を
設ける。

【０００９】図３は、基板搬送治具を示す。基板搬送治
具１７０に基板１８０を基板押え金具４０２によって固
定する。基板搬送治具１７０にはガイド穴４０４を設
け、基板面外部磁場印加磁石装着時に、図３のガイドピ
ン３０３がガイド穴４０４に案内されて結合し、基板搬
送治具１７０に基板面磁場印加磁石を装着する。ここ
で、基板１８０の磁場方向を変えるときは、基板搬送治
具１７０にガイド穴４０５を設け、磁石連結金具３０２
のガイドピン３０３が基板搬送治具１７０のガイド穴４
０５に案内され、結合する。

【００１０】図４に、本実施例の基板面外部磁場印加機
構をマルチチャンバースパッタリング装置に適用する場
合を示す。マルチチャンバースパッタリング装置は、基
板１８０の仕込・取出室１０、仕切弁１１０を介して仕
込・取出室１０に連結した搬送室２０、それぞれ仕切弁
１１０を介して搬送室２０に連結したスパッタ１室３
０、スパッタ２室４０及びイオンビームスパッタ室５０
からなる。また、それぞれの部屋は、仕切弁１１０によ
り独立に真空あるいは大気の状態にすることが出来る。
仕込・取出室１０には、基板１８０が図３に示すように
基板搬送治具１７０に保持された状態で、少なくとも１
枚収納されている。基板１８０を仕込・取出室１０に仕
込んだ後、仕込・取出室１０は、扉１９０を閉めて排気
口６０に接続された真空排気装置（図示せず）により、
その内部を真空状態に保持する。また、基板１８０を取
り出すには、扉１９０を開いて仕込・取出室１０を大気
状態とする。このようにして、基板１８０は、仕込・取
出室１０が大気状態で扉１９０を開くことによって、そ
の仕込み、取り出しを行う。そして、仕込／取出室１０
内には、図示されていない基板バイアスクリーニングの
ステージが設けられる。搬送室２０には、基板搬送治具
１７０に基板面磁場印加磁石３０１ａ）、３０１ｂ）を
装着するための本実施例の基板面磁場印加機構（図１）
が基板面磁場印加磁石の着脱ステージ３１として設備さ
れると共に、搬送ロボット７０が設備される。スパッタ
１室３０には、ターゲット電極１２０ａ）及び１２０
ｂ）が取り付けられる。ターゲット電極１２０ａ）及び
１２０ｂ）は、通常スパッタ１室３０の下面から取り付
けられ、上面から基板電極１６０が支持され、図示され
ていないガス導入系により該スパッタ１室３０にガスを
導入した状態で、やはり図示されていないスパッタ電源
により、スパッタ電極１２０ａ）又は１２０ｂ）にパワ
ーを入れることによって、ターゲットがスパッタされ、
基板電極１６０に保持された基板に膜を形成する。ここ
で、基板電極１６０は、基板移動機構（図示せず）によ
り、回転軸２００のまわりに回転することが出来るた
め、ターゲット電極１２０ａ）と１２０ｂ）とそれぞれ
対応する位置に容易に移動することが可能である。ま
た、スパッタ１室３０は、排気口８０に接続された排気
装置（図示せず）によって、その内部を真空に保つこと
が出来る。スパッタ２室４０も、スパッタ１室３０とほ
ぼ同じ構成であり、ターゲット電極１２０ｃ）及び１２
０ｄ）、排気口８０を有する。イオンビームスパッタ室
５０には、前述と同様な基板電極の他に、ターゲットホ
ルダ１５０、イオンビームスパッタ用イオン源１３０及
びアシストイオン源１４０が備っている。ターゲットホ
ルダ１５０には、例えば４種類のターゲットの取付が可
能であり、また、アシストイオン源１４０は、ミリング
用イオン源としての使用も可能であり、基板１８０の同
一処理中でのミリングとスパッタが可能となる。例え
ば、磁気抵抗効果膜は、下地膜との接触抵抗が問題とな
るため、基板表面のクリーニング実施後成膜している
が、従来別々の装置で実施していたために、そのクリー
ニングの効果は薄れがちであったが、本マルチチャンバ
ースパッタリング装置によれば、途中大気に開放するこ
となく、基板表面のミリング後、スパッタ１室３０又は
スパッタ２室４０での連続的な成膜が可能となる。ここ
で、イオンビームスパッタ室５０は、排気１００から排
気装置（図示せず）によって真空に排気される。

【００１１】次に、本実施例をマルチチャンバースパッ
タリング装置に適用した場合の動作を説明する。まず、
仕込／取出室１０に基板１８０を基板搬送治具１７０の
取付けた状態（図３）で複数枚セットする。この状態で
は、図２の基板面外部磁場印加磁石３０１は、基板搬送
治具１７０に装着されていない。搬送ロボット７０で基
板搬送治具１７０を１枚取りにいき、そして、仕込／取
出室１０内の図示されていない基板バイアスクリーニン
グのステージに移す。通常、基板バイアスクリーニング
のステージは、仕込／取出室１０内のエレベータの一番
上の段に設けられている。また、基板表面のガス出しの
ために、基板をいったん３００度程度に加熱するような
場合においては、仕込／取出室１０内の図示されていな
い基板表面のガス出しのステージに移す。ここで、基板
１８０は、基板面外部磁場印加磁石３０１のない状態
で、基板がバイアスクリーニングされ、また、ガス出し
され、これらの処理後、仕込／取出室１０から搬送室２
０の着脱ステージ３１に基板搬送治具１７０と共に移さ
れる。一方、このとき、図１の基板面外部磁場印加機構
のチャッキング機構２には図２の基板面磁場印加磁石３
０１ａ）、３０１ｂ）が保持されている。着脱ステージ
３１に移された基板搬送治具１７０の位置及び向きに対
して、基板面外部磁場印加機構の昇降シリンダ７及び回
転モータ５が作動して、チャッキング機構２を上下に移
動すると共に、回転させ、基板面磁場印加磁石３０１
ａ）、３０１ｂ）を基板搬送治具１７０に装着する。こ
のとき、磁石連結金具３０２のガイドピン３０３が基板
搬送治具１７０のガイド穴４０４に案内され、結合す
る。その後、基板面磁場印加磁石３０１ａ）、３０１
ｂ）を装着した基板搬送治具１７０は、着脱ステージ３
１からスパッタ１室３０やスパッタ２室４０及びイオン
ビームスパッタ室５０に搬送ロボット７０により搬送さ
れ、各処理室の基板搬送治具保持ステージ（図示せず）
で保持された状態で成膜処理される。成膜処理後、再
び、各処理室から着脱ステージ３１に基板面磁場印加磁
石３０１ａ）、３０１ｂ）を装着した基板搬送治具１７
０は搬送され、基板面磁場印加磁石３０１ａ）、３０１
ｂ）をチャッキング機構２により基板搬送治具１７０か
ら取り外す。その後、基板搬送治具１７０は、搬送ロボ
ット７０により仕込／取出室１０に戻される。ここで、
基板面磁場印加磁石３０１ａ）、３０１ｂ）を基板搬送
治具１７０に装着するに際し、基板１８０の磁場方向を
変えるときは、磁石連結金具３０２のガイドピン３０３
が基板搬送治具１７０のガイド穴４０５に結合するよう
に、回転モータ５によりチャッキング機構２を回転す
る。これは、特に、多層膜を形成する場合、一連の処理
の途中で基板面磁場印加磁石３０１ａ）、３０１ｂ）の
装着の向きを変えることによって、途中で基板面外部磁
場の向きを変えることが出来るので、その膜特性の飛躍
的向上が図れる。

【００１２】このように、本実施例では、基板面外部磁
場印加機構及びその方法により、基板面磁場印加磁石を
基板搬送治具に対して自動的に着脱可能であるので、成
膜前の基板のバイアスクリーニングには、基板面磁場印
加磁石を外しておくことが出来、エッチング分布の大幅
改善が可能となる。また、基板表面のガス出しのため
に、成膜前にいったん３００℃程度まで加熱する様なプ
ロセスにおいても、加熱時には基板面磁場印加磁石を外
しておけるので、該磁石の熱劣化による膜の磁気特性の
低下を心配する必要がなく、基板の膜特性の安定化が図
れる。また、基板面磁場印加磁石の装着の向きを変える
ことが容易に出来、特に、多層膜を形成する場合に、一
連の処理の途中で基板面外部磁場の向きを変えることに
よって、その膜特性の飛躍的向上が図れる。また、通
常、基板搬送治具は、９〜１２枚程度を一度にセットす
るが、従来はこの基板搬送治具毎に基板面磁場印加磁石
が必要であったのに対し、本実施例では、１組の基板面
磁場印加磁石を処理毎に各基板搬送治具に装着するの
で、基板面磁場印加磁石は１組のみで済み、その員数の
低減によるコスト低減を可能とする。なお、本発明は、
基板面外部磁場印加機構及び方法をマルチチャンバース
パッタリング装置に適用する場合について説明したが、
バッチ式スパッタリング装置、インライン式スパッタ装
置等に適用できることは云うまでもない。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板面磁場印加磁石を基板搬送治具に対して自動的に着
脱可能であるので、成膜前の基板のバイアスクリーニン
グには、基板面磁場印加磁石を外しておくことが出来、
エッチング分布の大幅改善が可能となる。また、基板表
面のガス出しのために、成膜前にいったん３００℃程度
まで加熱する様なプロセスにおいても、加熱時には基板
面磁場印加磁石を外しておけるので、該磁石の熱劣化に
よる膜の磁気特性の低下を心配する必要がなく、基板の
膜特性の安定化が図れる。また、基板面磁場印加磁石の
装着の向きを変えることが容易に出来、特に、多層膜を
形成する場合に、一連の処理の途中で基板面外部磁場の
向きを変えることによって、その膜特性の飛躍的向上が
図れる。また、通常、基板搬送治具は、９〜１２枚程度
を一度にセットするが、従来はこの基板搬送治具毎に基
板面磁場印加磁石が必要であったのに対し、本発明で
は、１組の基板面磁場印加磁石を処理毎に各基板搬送治
具に装着するので、基板面磁場印加磁石は１組のみで済
み、その員数の低減によるコスト低減を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す基板面外部磁場印加機
構の構成図

【図２】本発明による基板面磁場印加磁石の構成図

【図３】本発明による基板搬送治具の構成図

【図４】本発明をマルチチャンバースパッタリング装置
に適用する場合の例

【符号の説明】

１真空チャンバー上面フランジ２基板面磁場印加磁石（永久磁石）のチャッキング機
構４回転ベルト５回転モータ６ベロー７昇降シリンダ７８上部プレート９昇降ロッド１１スリーブ２１昇降プレート２４ベアリング２０搬送室２１昇降プレート３１着脱ステージ７０真空搬送ロボット１７０基板搬送治具１８０基板３０１基板面磁場印加磁石（永久磁石）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、該真空容器内に配置された
ターゲット電極と、該ターゲット電極と対向する位置に
配置されて、該ターゲット電極をスパッタリングするこ
とにより飛散したスパッタ粒子が堆積して成膜される基
板と、該基板を保持して搬送する基板搬送治具と、該基
板搬送治具を搬送する搬送手段からなるスパッタリング
装置であって、前記基板を成膜するにあたって前記基板
搬送治具を搬送する時に、基板面磁場印加磁石を前記基
板搬送治具に着脱する着脱機構を設けることを特徴とす
る基板面外部磁場印加機構。
【請求項２】真空容器と、該真空容器内に配置された
ターゲット電極と、該ターゲット電極と対向する位置に
配置されて、該ターゲット電極をスパッタリングするこ
とにより飛散したスパッタ粒子が堆積して成膜される基
板からなる成膜室と、前記基板を保持搬送する基板搬送
治具を真空状態のまま搬送する搬送手段を有する搬送室
を備えたマルチチャンバースパッタリング装置であっ
て、前記基板を成膜するにあたって前記搬送室から前記
成膜室に前記基板前記基板搬送治具を搬送する時に、基
板面磁場印加磁石を前記基板搬送治具に着脱する着脱機
構を設けることを特徴とする基板面外部磁場印加機構。
【請求項３】請求項１または請求項２において、着脱
機構は、基板面磁場印加磁石を昇降する機構と、回転す
る機構を有することを特徴とする基板面外部磁場印加機
構。
【請求項４】請求項１、請求項２または請求項３にお
いて、１組の基板面磁場印加磁石を連結する連結手段及
び基板搬送治具にそれぞれガイド手段を設け、これらの
ガイド手段を介して前記基板面磁場印加磁石を前記基板
搬送治具に装着することを特徴とする基板面外部磁場印
加機構。
【請求項５】基板を保持搬送する基板搬送治具を搬送
手段によって搬送すると共に、真空容器内に配置された
ターゲット電極をスパッタリングすることにより飛散し
たスパッタ粒子を堆積して基板を成膜するスパッタリン
グ方法であって、前記基板を成膜するにあたって前記基
板搬送治具を搬送する時に、予め保持している基板面磁
場印加磁石を着脱機構によって前記基板搬送治具に装着
し、前記基板の成膜完了時に、前記磁石を取り外すこと
を特徴とする基板面外部磁場印加方法。
【請求項６】搬送室から複数の成膜室に基板を保持搬
送する基板搬送治具を搬送手段によって搬送すると共
に、真空容器内に配置されたターゲット電極をスパッタ
リングすることにより飛散したスパッタ粒子を堆積して
基板を成膜するマルチチャンバースパッタリング方法で
あって、前記基板を成膜するにあたって前記搬送室から
前記成膜室に前記基板前記基板搬送治具を搬送する時
に、予め保持している基板面磁場印加磁石を着脱機構に
よって前記基板搬送治具に装着し、前記基板の成膜が完
了して前記搬送室に前記基板搬送治具を搬送した時に、
前記磁石を取り外すことを特徴とする基板面外部磁場印
加方法。
【請求項７】請求項５または請求項６において、基板
のバイアスクリーニングまたは基板表面のガス出しは、
基板面磁場印加磁石を基板搬送治具に装着する前に実施
し、基板のバイアスクリーニングまたは基板表面のガス
出し終了後、着脱機構を用いて前記磁石を基板搬送治具
に装着することを特徴とする基板面外部磁場印加方法。
【請求項８】請求項５または請求項６において、基板
面磁場印加磁石の着脱は、着脱機構を昇降し、回転して
実行することを特徴とする基板面外部磁場印加方法。
【請求項９】請求項５から請求項８のいずれかにおい
て、基板に多層膜を形成するときに、その都度、基板搬
送治具を成膜室から搬送室に戻して、着脱機構を用いて
基板面磁場印加磁石の向きを変え、基板面の磁場の方向
を変えることを特徴とする基板面外部磁場印加方法。