JP2005179748A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の基板ドラム周方向側の両端部への過剰なターゲットから放射された分子の入射を阻止することができ、基板全面で均一な膜厚分布を有する薄膜を成膜できる極めて実用性に秀れた画期的なスパッタリング装置を提供するものである。
【解決手段】 真空槽１内に基板２を設け、この基板２と対向状態に成膜材料から成るターゲット３を設け、スパッタリングによりこのターゲット３から放射された分子により基板２上に薄膜を成膜するスパッタリング装置であって、前記基板２を多角形状の基板ドラム４の各周面に夫々取り付け、この基板ドラム４を、その周面が夫々ターゲット３前方を通過するように回転させながら成膜を行うように構成し、この多角形状の基板ドラム４の各頂辺部に、基板２の前記基板ドラム４周方向側の両端部への前記ターゲット３から放射された分子の入射を規制する膜厚分布補正板５を突設したものである。
【選択図】 図８

Description

本発明は、スパッタリング装置に関するものである。

スパッタリング装置の中でも、図１，２に図示したように、真空槽34内に設置された多角形状の基板ドラム31の各周面に基板32を取り付け、この基板ドラム31を前記基板32がターゲット33前面を通過するように回転させて、基板ドラム31の各周面に取り付けられた基板32上に成膜を行ういわゆるカルーセル型のスパッタリング装置が、従来より電子部品や光学部品の薄膜形成に使われている。尚、図中符号36は、ターゲットに負電圧を印加するための陰極である。

この種の装置では、図３に図示したように基板32がターゲット33の前面を通過する手前と通過した後でもターゲット33から放射された分子が前記基板32に入射し、特に基板32の前記基板ドラム31回転方向側（周方向側）の両端部が基板32の前記基板ドラム31回転方向側の中央部よりもこのターゲット33から放射された分子に曝されている時間が長く、ターゲット33からの距離も近くなる。

図４は、図１〜３に図示した基板ドラム31の各周面に夫々設けた一の基板32の正面図であり、従来、基板ドラム31の回転方向に対して直角の方向（即ち、基板ドラム31の軸方向）である図４中Ｙ−Ｙ’方向の膜厚の分布については、図６，７に図示したようにターゲット33前面に、膜厚の分布に応じて形状を加工した分布補正板35を固定して取り付けて、ターゲット33から放射された分子の一部を基板32に付着しないように影を作ってＹ−Ｙ’方向の膜厚分布を補正する方法が行われていたが、この分布補正板35によっては前記基板ドラム31の回転方向である図４中Ｘ−Ｘ’方向に対しての膜厚の分布補正を行うことはできない。

図５は、前記図４中Ｘ−Ｘ’方向に対しての膜厚をグラフ化したもので、基板ドラム31の回転方向（Ｘ−Ｘ’方向）の膜厚は、上述したようにターゲット33からの距離や回転角度の影響により、中央よりも両端に近い部分が厚くなっていることがわかる。このため、膜厚を均一にしたい場合、基板32上の一部分しか使用できず、生産効率を低下させる原因となっている。

また、基板32の基板ドラム31回転方向側の両端部に入射するターゲット33から放射された分子は、この基板ドラム31がターゲット33前面を通過する前後で、この基板ドラム31に設けた基板32に対して小さい入射角度で入射するために、基板32に所望のパターニングを施すために基板32前面に装着されるマスクと基板32との間に入射しやすく、マスクを用いてのパターニングを良好に行えないという問題もある。

本発明は、上述のような現状に鑑み、基板ドラムの各頂辺部にターゲットから放射された分子の入射を規制する膜厚分布補正板を設けることで、基板の基板ドラム周方向側の両端部への過剰なターゲットから放射された分子の入射を阻止することができ、基板全面で均一な膜厚分布を有する薄膜を成膜できる極めて実用性に秀れた画期的なスパッタリング装置を提供するものである。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

真空槽１内に基板２を設け、この基板２と対向状態に成膜材料から成るターゲット３を設け、スパッタリングによりこのターゲット３から放射された分子により基板２上に薄膜を成膜するスパッタリング装置であって、前記基板２を多角形状の基板ドラム４の各周面に夫々取り付け、この基板ドラム４を、その周面が夫々ターゲット３前方を通過するように回転させながら成膜を行うように構成し、この多角形状の基板ドラム４の各頂辺部に、基板２の前記基板ドラム４周方向側の両端部への前記ターゲット３から放射された分子の入射を規制する膜厚分布補正板５を突設したことを特徴とするスパッタリング装置に係るものである。

また、前記基板２上に成膜される薄膜の膜厚分布が均一となるように、前記膜厚分布補正板５の基板ドラム４軸方向に対する各位置での基板ドラム４からの突出量を設定して、この膜厚分布補正板５の突出端縁形状を設定したことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置に係るものである。

また、前記膜厚分布補正板５は、前記基板ドラム４軸方向側の両端部での基板ドラム４からの突出量が、前記基板ドラム４軸方向側の中央部での突出量より小さくなるように設定したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載のスパッタリング装置に係るものである。

また、前記膜厚分布補正板５の前記基板ドラム４からの突出量は、前記基板ドラム４軸方向側の中央部から端部に向かって徐々に小さくなるように設定したことを特徴とする請求項３記載のスパッタリング装置に係るものである。

また、前記膜厚分布補正板５に、前記ターゲット３から放射された分子の通過を許容する膜厚分布補正用の孔６を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、基板の基板ドラム周方向側の両端部への過剰なターゲットから放射された分子の入射を阻止することができ、基板全面で均一な膜厚分布を有する薄膜を成膜できる極めて実用性に秀れた画期的なスパッタリング装置となる。

好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいてその作用を示して簡単に説明する。

基板ドラム４の各周面に基板２を取り付け、この基板ドラム４を回転させながらスパッタリングにより成膜を行う際、この基板２の基板ドラム４周方向側の両端部に入射するターゲット３から放射される分子の量は、この基板ドラム４の頂辺部から外方に突出する膜厚分布補正板５により規制されるから、この基板２の基板ドラム４周方向側の両端部には過剰な前記ターゲット３から放射された分子が入射せず、この両端部の膜厚が中央部に比べて厚くなってしまうことを阻止できるから、この基板２上に成膜される薄膜の膜厚分布の均一化を図ることができる。

具体的には、この基板ドラム４の各周面に設けた基板２に入射するターゲット３から放射された分子の基板２への入射角度が大きいと、膜厚分布補正板５のターゲット３から放射された分子に対する投影面積は小さく、この膜厚分布補正板５によっては基板２への入射が阻止されにくいが、ターゲット３から放射された分子の基板２への入射角度が小さいと、膜厚分布補正板５のターゲット３から放射された分子に対する投影面積は大きく、膜厚分布補正板５によって基板２への入射が阻止されやすくなる。

即ち、ターゲット３と基板２とが対向状態、つまり、ターゲット３前面を基板２が通過している間は、ターゲット３から放射された分子の基板２への入射角度は大きく、膜厚分布補正板５によってこのターゲット３から放射された分子の基板２への入射が阻止されないが、このターゲット３前面を通過する前及び通過した後は、ターゲット３から放射された分子の基板２への入射角度は小さくなり、膜厚分布補正板５によってこのターゲット３から放射された分子の基板２への入射が阻止されることになる。

従って、ターゲット３と基板２とが対向しない位置でもこの基板２の基板ドラム４周方向側の両端部に入射しやすかったターゲット３から放射された分子の過剰な入射を阻止できることになり、この基板２の基板ドラム４周方向側の両端部の膜厚と中央部の膜厚の差異を可及的に小さくすることができる。

また、基板２への入射角度が小さいターゲット３から放射された分子がこの基板２に入射しないことから、基板２に積層されるメタルマスク等のパターニング用のマスクと基板２との隙間にこのターゲット３から放射される分子が入射することを阻止できるから、このマスクを用いてのパターニングを極めて良好に行えることになる。

また、例えば、前記膜厚分布補正板５を、前記基板ドラム４軸方向側の両端部での基板ドラム４からの突出量が、前記基板ドラム４軸方向側の中央部での突出量より小さくなるように設定した場合には、基板ドラム４周方向側だけでなく、この基板ドラム４軸方向側の膜厚分布も補正して一層良好な膜厚分布の薄膜を成膜できることになる。

また、例えば、前記膜厚分布補正板５に、前記ターゲット３から放射される分子の通過を許容する膜厚分布補正用の孔６を設けた場合には、より簡易且つ精密に薄膜の膜厚分布を補正できることになる。

従って、本発明は、基板の基板ドラム周方向側の両端部への過剰なターゲットから放射される分子の入射を阻止することができ、基板全面で均一な膜厚分布を有する薄膜を成膜できる極めて実用性に秀れた画期的なスパッタリング装置となる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、真空槽１に成膜材料から成るターゲット３を設け、このターゲット３と対向状態に基板２を設け、所定のスパッタリング分子が存する雰囲気中で、前記ターゲット３近傍に所定電界を作用させてこのターゲット３に前記スパッタリング分子を加速・衝突させ、このスパッタリング分子の衝突によりターゲット３から放射された分子を基板２上に付着させることで成膜を行うスパッタリング装置であって、前記基板２を多角形状の基板ドラム４の各周面に夫々取り付け、この基板ドラム４を、その周面が夫々ターゲット３前方を通過するように回転させながら成膜を行うように構成し、この多角形状の基板ドラム４の各頂辺部に、基板２の前記基板ドラム４周方向側の両端部へのターゲット３から放射される分子の入射を規制する膜厚分布補正板５を突設したものである。

即ち、本実施例は、前記基板ドラム４の各頂辺部に膜厚分布補正板５を設けることで、この膜厚分布補正板５により、所定角度からのターゲット３から放射された分子の入射を阻止して、基板２の基板ドラム４周方向側の両端部に付着するターゲット３から放射された分子の量を規制し、この基板２上に成膜される薄膜の膜厚分布の均一化を図るものである。

具体的には、膜厚分布補正板５の基板ドラム４からの突出量を調整することで、この膜厚分布補正板５により基板２への入射が阻止されるターゲット３から放射された分子の量を調整することができる。従って、ターゲット３と基板ドラム４との距離に応じて、この膜厚分布補正板５の基板ドラム４からの突出量を、基板２上に成膜される薄膜の膜厚分布が均一となるように調整し、適切な突出量に設定する。

また、基板２の基板ドラム４軸方向側の膜厚分布は、ターゲット３中央部と対向する位置と、端部と対向する位置とで異なるため（例えば、端部の方がターゲット３から放射された分子の入射量が少ない場合）、膜厚分布補正板５を、前記基板ドラム４軸方向側の両端部での基板ドラム４からの突出量が、前記基板ドラム４軸方向側の中央部での突出量より小さくなるように設定することでこの基板ドラム４軸方向側の膜厚分布を補正する。

更に、本実施例においては、前記膜厚分布補正板５の前記基板ドラム４からの突出量を、前記基板ドラム４軸方向側の中央部から端部に向かって徐々に小さくなるように設定することでより精密に前記基板２の基板ドラム４軸方向側の膜厚分布を補正できる。

加えて、前記膜厚分布補正板５に、前記ターゲット３から放射された分子の通過を許容する膜厚分布補正用の孔６を設けている。従って、一層簡易且つ精密に基板２の膜厚分布を補正できる。本実施例においては、この膜厚分布補正用の孔６を微小な孔６とし、これを多数前記膜厚分布補正板５の基板ドラム４軸方向側の両端部に形成して、基板２の基板ドラム４軸方向側の両端部に入射するターゲット３から放射された分子の量を調整するように構成している。

尚、上述のように多数の前記孔６ではなく、所定形状の前記孔６を一つ形成することで膜厚分布を補正するようにしても良いし、この孔６を膜厚分布補正板５の基板ドラム４軸方向側の端部でなくその中央部に形成しても良い。

また、図１１に図示したように、膜厚分布補正板５の突出量を可変せずに膜厚分布補正用の孔６だけで基板２の軸方向側の膜厚分布を補正するように構成しても良いし、前記孔６を形成せずに、突出量のみを可変して基板２の膜厚分布を補正するように構成しても良い。

各部を具体的に説明すると、図８〜１０に図示したように真空ポンプ等から成る真空系（図示省略）を備えた真空槽１に、平面視長方形状のターゲット３を保持する保持部７を設け、この保持部７に保持されるターゲット３と対向状態となるように基板２を断面視正八角形状の基板ドラム４の各周面に夫々取り付け、この基板ドラム４を、前記基板２がターゲット３前面を通過するように回転させながら、スパッタリングにより成膜を行うように構成している。

前記基板２は前記ターゲット３と略同じ大きさで、このターゲット３と同様に平面視長方形状のものが採用され、この基板２を前記基板ドラム４の各周面に夫々一枚ずつ取り付けている。従って、この基板２に入射するターゲット３から放射される分子の量は略均一となり、ムラのない成膜が可能となる。尚、より小さな基板２を複数前記基板ドラム４の周面に取り付けても良い。

また、この基板ドラム４の各頂辺部、即ち、基板２同志の間に前記膜厚分布補正板５を夫々等間隔となるように突設している。具体的には、この膜厚分布補正板５を挟む基板２から距離が略等しくなるようにその突出方向を設定している。

膜厚分布補正板５は、前記基板ドラム４の長さと略同じ長さで、この膜厚分布補正板５をこの基板ドラム４の頂辺部に沿って設けた構成としている。また、この膜厚分布補正板５は、前記基板２上に成膜される薄膜の膜厚分布が均一となるように、この基板２の基板ドラム４軸方向側の膜厚分布特性に応じて、その基板ドラム４軸方向に対する各位置での基板ドラム４からの突出量を設定して、この膜厚分布補正板５の突出端縁形状（軌跡）を設定している。

具体的には、この膜厚分布補正板５は中央部から基板ドラム４軸方向側の両端部に向かって徐々にその突出量が小さくなるように設定している（即ち、その突出端縁形状が基板ドラム４軸方向側の中央部が突出しその両端部が没入する円弧状となるように設定している。）。

尚、例えば、基板２の基板ドラム４軸方向側の両端部に入射する前記ターゲット３から放射される分子の量が、この基板ドラム４軸方向側の中央部に比して多い場合には、この中央部から前記両端部に向かって徐々にその突出量が大きくなるように設定しても良い（即ち、その突出端縁形状が基板ドラム４軸方向側の中央部が没入し両端部が突出する円弧状となるように設定しても良い。）。

また、基板２の基板ドラム４軸方向側の両端部において補正の必要がなければ、より短い膜厚分布補正板５を採用しても良い。

また、膜厚分布補正板５の基板ドラム４軸方向側の両端部には、膜厚分布補正用の孔６を多数形成し、この孔６により所定量のターゲット３から放射される分子の通過を許容するように構成して、基板２の基板ドラム４周方向側の両端部に入射するターゲット３から放射される分子の量の微調整を行っている。

従って、この孔６の分だけ前記膜厚分布補正板５はその基板ドラム４軸方向側の両端部の突出量を小さくする必要なく、簡易に前記基板２の基板ドラム４周方向側の両端部に入射するターゲット３から放射される分子の量を調整できる。

尚、本実施例においては、基板２間である基板ドラム４の各頂辺部に膜厚分布補正板５を一つずつ設けた構成としているが、この膜厚分布補正板５を複数設けた構成としても良い。即ち、例えば、基板ドラム４の各周面にして基板２を挟んだ位置にこの周面から垂直に膜厚分布補正板５を夫々立設することで、より確実に小さい入射角度で基板２に入射しようとするターゲット３から放射される分子のこの基板２への入射を阻止できることになる。

また、基板２上に所定のパターンで薄膜を成膜する場合には、この基板２上にメタルマスク等のマスクを設け、このマスクを介してスパッタリングにより基板２上に成膜を行うが、この際、一般にマスクと基板２との間に僅かな隙間が生じてしまうために、従来は基板２への入射角度が小さいターゲット３から放射される分子がこのマスクと基板２との隙間に入射してしまいパターンがボケてしまうという問題があったが、本実施例においては、この基板２への入射角度が小さいターゲット３から放射される分子の基板２への入射を阻止できることから、上述のような問題は生じない。

本実施例は上述のように構成したから、基板ドラム４の各周面に基板２を取り付け、この基板ドラム４を回転させながらスパッタリングにより成膜を行う際、この基板２の基板ドラム４周方向側の両端部に入射するターゲット３から放射される分子の量は、この基板ドラム４の頂辺部から外方に突出する膜厚分布補正板５により規制されるから、この基板２の基板ドラム４周方向側の両端部には過剰なターゲット３から放射される分子が入射せず、この両端部の膜厚が中央部に比べて厚くなってしまうことを阻止できるから、この基板２上に成膜される薄膜の膜厚分布の均一化を図ることができる。

具体的には、この基板ドラム４の各周面に設けた基板２に入射するターゲット３から放射される分子の基板２への入射角度が大きいと、膜厚分布補正板５のターゲット３から放射される分子に対する投影面積は小さく、この膜厚分布補正板５によっては基板２への入射が阻止されにくいが、ターゲット３から放射される分子の基板２への入射角度が小さいと、膜厚分布補正板５のターゲット３から放射される分子に対する投影面積は大きく、膜厚分布補正板５によって基板２への入射が阻止されやすくなる。

即ち、ターゲット３と基板２とが対向状態、つまり、ターゲット３前面を基板２が通過している間は、ターゲット３から放射される分子の基板２への入射角度は大きく、膜厚分布補正板５によってこのターゲット３から放射される分子の基板２への入射が阻止されないが、このターゲット３前面を通過する前及び通過した後は、ターゲット３から放射される分子の基板２への入射角度は小さくなり、膜厚分布補正板５によってこのターゲット３から放射される分子の基板２への入射が阻止されることになる。

従って、ターゲット３と基板２とが対向しない位置でもこの基板２の基板ドラム４周方向側の両端部に入射しやすかったターゲット３から放射される分子の過剰な入射を阻止できることになり、この基板２の基板ドラム４周方向側の両端部の膜厚と中央部の膜厚の差異を可及的に小さくすることができる。

また、基板２への入射角度が小さいターゲット３から放射される分子がこの基板２に入射しないことから、基板２に積層されるメタルマスク等のパターニング用のマスクと基板２との間にこのターゲット３から放射される分子が入射することを阻止できるから、このマスクを用いてのパターニングを極めて良好に行えることになる。

また、前記膜厚分布補正板５を、前記基板ドラム４軸方向側の両端部の前記基板ドラム４からの突出量が、前記基板ドラム４軸方向側の中央部の突出量より小さくなるように設定したから、基板ドラム４周方向側だけでなく、この基板ドラム４軸方向側の膜厚分布も補正して一層良好な膜厚分布の薄膜を成膜できることになる。

また、前記膜厚分布補正板５に、前記ターゲット３から放射される分子の通過を許容する膜厚分布補正用の孔６を形成したから、より簡易且つ精密に薄膜の膜厚分布を補正できることになる。

従って、本実施例は、基板の基板ドラム周方向側の両端部への過剰なターゲット３から放射される分子の入射を阻止することができ、基板全面で均一な膜厚分布を有する薄膜を成膜できる極めて実用性に秀れた画期的なスパッタリング装置となる。

本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

従来例の概略説明斜視図である。 従来例の概略説明平面図である。 従来例の拡大概略説明平面図である。 従来例の基板の概略説明正面図である。 従来例の膜厚分布の説明図である。 従来例の分布補正板の概略説明側面図である。 従来例の分布補正板の概略説明正面図である。 本実施例の概略説明平面図である。 本実施例の拡大概略説明平面図である。 本実施例の概略説明斜視図である。 別例の概略説明斜視図である。

符号の説明

１ 真空槽
２ 基板
３ ターゲット
４ 基板ドラム
５ 膜厚分布補正板
６ 孔

Claims (5)

1. 真空槽内に基板を設け、この基板と対向状態に成膜材料から成るターゲットを設け、スパッタリングによりこのターゲットから放射された分子により基板上に薄膜を成膜するスパッタリング装置であって、前記基板を多角形状の基板ドラムの各周面に夫々取り付け、この基板ドラムを、その周面が夫々ターゲット前方を通過するように回転させながら成膜を行うように構成し、この多角形状の基板ドラムの各頂辺部に、基板の前記基板ドラム周方向側の両端部への前記ターゲットから放射された分子の入射を規制する膜厚分布補正板を突設したことを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記基板上に成膜される薄膜の膜厚分布が均一となるように、前記膜厚分布補正板の基板ドラム軸方向に対する各位置での基板ドラムからの突出量を設定して、この膜厚分布補正板の突出端縁形状を設定したことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 前記膜厚分布補正板は、前記基板ドラム軸方向側の両端部での基板ドラムからの突出量が、前記基板ドラム軸方向側の中央部での突出量より小さくなるように設定したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
4. 前記膜厚分布補正板の前記基板ドラムからの突出量は、前記基板ドラム軸方向側の中央部から端部に向かって徐々に小さくなるように設定したことを特徴とする請求項３記載のスパッタリング装置。
5. 前記膜厚分布補正板に、前記ターゲットから放射された分子の通過を許容する膜厚分布補正用の孔を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。

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