JP2002256412A - スパッタ成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上の所定領域に高い精度をもって膜の形
成を行うことのできるスパッタ成膜装置を提供するこ
と。 【解決手段】 スパッタ成膜装置において、基板１０を
覆うメタルマスク３には、開口縁３１に沿って絶縁膜４
が形成されている。このため、スパッタ成膜時、メタル
マスク３の開口縁３１において絶縁膜４がチャージアッ
プするので、ターゲット２からスパッタリングされた原
料物質は、メタルマスク３の開口縁３１を避けるように
してこの開口３０を通過して基板１０に向かう。このた
め、開口縁３１付近を通る原料物質は、略平行流として
流れるので、原料物質がメタルマスク３の裏面側３２に
回り込むことがない。それ故、メタルマスク３の開口３
０に対応する基板１０上の所定領域のみに高い精度で膜
７を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタ成膜装置
に関するものである。さらに詳しくは、スパッタ成膜装
置における原料物質の流れの制御技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置や各種電子部品の製造にはス
パッタ成膜法が多用されている。例えば、水晶振動子で
は、薄板状の水晶からなる基板の表面および裏面の所定
領域に励振電極や給電パターンを形成する際、金などの
金属膜を基板上にスパッタ成膜する方法が用いられてい
る。

【０００３】このようなスパッタ成膜に使用されるスパ
ッタ成膜装置では、一般に、図１２（Ａ）に示すよう
に、基板１０に対する成膜領域を規定する開口３０が形
成されたメタルマスク３を基板１０を覆うように配置
し、ターゲット（図示せず）からスパッタリングされた
原料物質のうち、メタルマスク３の開口３０を通過した
原料物質のみを基板１０に堆積させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スパッタ成膜装置において、ターゲットからスパッタリ
ングされた原料物質は、矢印Ｌで示すように、基板１０
に向かって発散しながら流れていく傾向にあるため、原
料物質は、メタルマスク３の開口３０を通り抜けた後、
メタルマスク３の裏面側３２に回り込んで、基板１０上
のメタルマスク３で覆われた領域にも膜７を形成してし
まう。その結果、図１２（Ｂ）に示すように、基板１０
の薄膜形成予定領域１１から膜７はみ出てしまうことに
なる。このような成膜領域の精度の低さは、水晶振動子
を比較的、低い周波数で駆動しているときには、特性を
低下させることもなかったが、水晶振動子の駆動周波数
が高くなると、特性が低下し、歩留まりも低下するなど
の問題を招来させる。

【０００５】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
基板上の所定領域に高い精度をもって膜の形成を行うこ
とのできるスパッタ成膜装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、ターゲットと、該ターゲットからスパ
ッタリングされた原料物質によって膜が形成される基板
を覆うように配置されたマスクを有し、当該マスクに
は、前記基板上での成膜領域を規定する開口が形成され
ているスパッタ成膜装置において、さらに、前記ターゲ
ットから前記基板に向かう前記原料物質の流れを調整す
ることにより当該原料物質が前記マスクの開口から当該
マスクの裏面側に回り込むのを防止する回り込み防止手
段を有することを特徴とする。

【０００７】本発明では、ターゲットから基板に向かう
原料物質がマスクの開口からマスクの裏面側に回り込む
のを防止する回り込み防止手段を設けてあるので、基板
上の所定領域のみに高い精度で成膜することができる。
それ故、水晶振動子などを製造する際、励振電極や給電
パターンを高い精度で形成できるので、水晶振動子の駆
動周波数の高周波数化に対応することができる。

【０００８】本発明において、前記回り込み防止手段
は、以下の構成の１つあるいは２つ以上、組み合わせて
使用される。

【０００９】まず、本発明において、前記回り込み防止
手段は、例えば、前記マスクの開口縁に沿って形成され
た絶縁膜によって構成することができる。このように構
成すると、マスクの開口縁において絶縁膜がチャージア
ップするので、ターゲットからスパッタリングされた原
料物質は、マスクの開口縁を避けるようにしてこの開口
を通過し、基板に向かう。このため、原料物質がマスク
の裏面側に回り込むのを防止することができるので、基
板上の所定領域のみに高い精度で成膜することができ
る。

【００１０】また、本発明において、前記回り込み防止
手段は、前記ターゲットから前記マスクに至る行路の途
中位置に、前記ターゲットから前記基板に向かう前記原
料物質の流れを平行流とする静電レンズを備えている構
成であってもよい。このように構成すると、ターゲット
からスパッタリングされた原料物質は、静電レンズによ
り平行流になってマスクに向かって流れる。従って、原
料物質がマスクの裏面側に回り込むのを防止することが
できるので、基板上の所定領域のみに高い精度で成膜す
ることができる。

【００１１】さらに、本発明において、前記回り込み防
止手段は、前記ターゲットから前記マスクに至る行路の
途中位置に、前記マスクの開口と平面的に重なる位置に
通路が形成されたシールド体を備えている構成であって
もよい。このように構成すると、ターゲットからスパッ
タリングされた原料物質のうち、平行に流れる原料物質
のみがシールド体の通路を通過した後、マスクの開口を
通過して基板に届く。従って、発散しながら流れる原料
物質は、マスクの開口を通らない。それ故、マスクの裏
面側に原料物質が回り込むのを防止することができるの
で、基板上の所定領域のみに高い精度で成膜することが
できる。

【００１２】さらにまた、本発明において、前記回り込
み防止手段は、前記ターゲットから前記マスクに至る行
路の途中位置に、前記ターゲットから前記基板に向かう
前記原料物質の流れを平行流とする筒状通路を備えるシ
ールド体を備えている構成であってもよい。このように
構成すると、ターゲットからスパッタリングされた原料
物質のうち、平行に流れる原料物質のみがシールド体の
筒状通路を通過することができるので、発散しながら流
れる原料物質は、マスクに届かない。それ故、マスクの
裏面側に原料物質が回り込むのを防止することができる
ので、基板上の所定領域のみに高い精度で成膜すること
ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を説明する。なお、各実施形態を説明するにあたっ
て、各実施形態で共通な構成を説明しておく。

【００１４】［スパッタ成膜装置の基本的な構成］図１
は、本発明が適用されるスパッタ成膜装置の主要部の構
成を示す説明図である。図２は、スパッタ成膜装置にお
いて、基板をメタルマスクで覆った状態を示す平面図で
ある。図３は、スパッタ成膜装置において、基板とメタ
ルマスクとを搬送トレイによって保持した状態を示す側
面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、
基板をメタルマスクで覆った状態を示す断面図、この状
態でスパッタ成膜をした状態を示す断面図、およびスパ
ッタ成膜後、基板からメタルマスクを外した状態を示す
断面図である。

【００１５】図１に示すスパッタ成膜装置１では、基板
１０の両面に金などの金属膜をスパッタ形成する構成に
なっている。このため、本形態のスパッタ成膜装置１で
は、真空チャンバー８の内部に、基板１０の表面側およ
び裏面側の双方に金などのターゲット２がターゲット電
極２１に保持された状態で配置されているとともに、基
板１０の表面とターゲット２の間、および基板１０の裏
面とターゲット２との間の各々にメタルマスク３がそれ
ぞれ配置されている。また、メタルマスク３とターゲッ
ト２との間には、複数枚の板状のカソード５が所定の間
隔を介して多段に配置されている。

【００１６】本形態では、複数枚の基板１０に一括して
成膜を行うことを目的に、図２、図３および図４（Ａ）
に示すように、複数枚の基板１０の各々が、上下からメ
タルマスク３に挟まれた状態で搬送トレイ９に保持さ
れ、この搬送トレイ９は、搬送装置９０に保持されてい
る。

【００１７】メタルマスク３には、各基板１０の薄膜形
成予定領域１１に対応する領域に開口３０が形成されて
おり、各基板１０において、メタルマスク３の開口３０
から露出している部分に対して成膜が行われる。

【００１８】このように構成したスパッタ成膜装置１に
おいて、真空チャンバー８内を真空にして、ターゲット
２およびカソード５と、基板１０の側との間に所定の電
圧を印加し、この状態で真空チャンバー８内にアルゴン
ガスを導入すると、ガス内にグロー放電が発生し、アル
ゴンイオンが発生する。このようにして発生したアルゴ
ンイオンは、ターゲット２を衝撃してこれをスパッタリ
ングさせる。その結果、ターゲット２から叩き出された
原料物質の原子あるいは分子は、図１に矢印Ｌで示すよ
うに、基板１０に向かって進む。

【００１９】ここで、ターゲット２と基板１０との間に
は、メタルマスク３が配置されているので、図４（Ｂ）
に示すように、ターゲット２から基板１０に向かう原料
物質のうち、メタルマスク３の開口３０を通った原料物
質のみが基板１０上に到達して基板１０上に膜７を形成
し、その他の領域ではメタルマスク３上に膜７が形成さ
れる。従って、図４（Ｃ）に示すように、基板１０から
メタルマスク３を外すと、メタルマスク３の開口３０に
対応する領域（薄膜形成領域１１）のみに膜７が選択的
に形成されることになる。

【００２０】［実施の形態１］図５（Ａ）、（Ｂ）はそ
れぞれ、本発明の実施の形態１に係るスパッタ成膜装置
１に用いたメタルマスク３の開口３０周辺を拡大して示
す断面図、およびこのメタルマスク３を用いて基板１０
上に膜７を形成した結果を示す説明図である。

【００２１】図１ないし図４を参照して説明したスパッ
タ成膜方法では、基板１０上の所定領域に膜を選択的に
形成する際、開口３０を通過した原料物質がメタルマス
ク３の裏面側３２に回り込むおそれがあり、このような
回り込みが発生すると、基板１０の所定領域に膜を高い
精度で形成できない。

【００２２】そこで、本形態では、図５（Ａ）に示すよ
うに、ターゲット２から基板１０に向かう原料物質がマ
スクの開口３０からメタルマスク３の裏面側３２に回り
込むのを防止する回り込み防止手段として、メタルマス
ク３の開口縁３１に沿って、シリコン酸化膜やシリコン
窒化膜などの絶縁膜４が形成されている。ここで、絶縁
膜４は、メタルマスク３の開口３０の内周面から表面側
および裏面側にかかるように形成されている。

【００２３】このため、本形態のメタルマスク３を用い
て基板１０上にスパッタ成膜すると、メタルマスク３の
開口縁３１において絶縁膜４がチャージアップするの
で、ターゲット２からスパッタリングされた原料物質
は、矢印Ｌで示すように、メタルマスク３の開口縁３１
を避けるようにして、この開口３０を通過して基板１０
に向かう。このため、原料物質がターゲット２からメタ
ルマスク３まで発散状態で流れてきたとしても、開口縁
３１付近を通る原料物質は、略平行流として流れる。従
って、原料物質がメタルマスク３の裏面側３２に回り込
むのを防止することができるので、図５（Ｂ）に示すよ
うに、メタルマスク３の開口３０に対応する基板１０上
の所定領域（薄膜形成予定領域１１）のみに高い精度で
膜７を形成することができる。

【００２４】［実施の形態２］図６は、本発明の実施の
形態２に係るスパッタ成膜装置の要部を示す説明図であ
る。図７（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、このスパッタ成膜
装置に用いたメタルマスクの開口周辺を拡大して示す断
面図、およびこのメタルマスクを用いて基板上に膜を形
成した結果を示す説明図である。なお、本形態、および
後述するいずれの形態に係るスパッタ成膜装置も、基本
的な構成が、図１を参照して説明したものと同様である
ので、共通する部分には同一の符号を付して図示するこ
とにして、それらの説明を省略する。

【００２５】図６に示すように、本形態のスパッタ成膜
装置１では、メタルマスク３の開口３０を通過した原料
物質がメタルマスク３の裏面側３２に回り込むのを防止
する回り込み防止手段として、所定間隔を介して多段に
配置されたカソード５の間を利用して静電レンズ用の電
極５１が配置され、これらの電極５１が形成する静電電
界によって、ターゲット２からメタルマスク３に至る行
路の途中位置には、平凸状の静電レンズ５０が形成され
ている。

【００２６】従って、ターゲット２から基板１０に向か
って発散状態で進む原料物質は、平凸状の静電レンズ５
０によって、図７（Ａ）に矢印Ｌで示すように、平行流
となって基板１０に向かう。このため、ターゲット２か
らスパッタリングされた原料物質は、メタルマスク３の
開口３０を通過する際、メタルマスク３の裏面側３２に
回り込むことがない。それ故、本形態によれば、図７
（Ｂ）に示すように、メタルマスク３の開口３０に対応
する基板１０上の所定領域（薄膜形成予定領域１１）の
みに高い精度で膜７を形成することができる。

【００２７】［実施の形態３］図８は、本発明の実施の
形態３に係るスパッタ成膜装置１の要部を示す説明図で
ある。図９は、本形態のスパッタ成膜装置１に用いたシ
ールド体に形成されているスリット状の通路と、メタル
マスク３の開口３０との位置関係を示す説明図である。

【００２８】図８および図９に示すように、本形態のス
パッタ成膜装置１では、メタルマスク３の開口３０を通
過した原料物質がメタルマスク３２の裏面側に回り込む
のを防止する回り込み防止手段として、ターゲット２か
らメタルマスク３に至る行路の途中位置には、所定間隔
を介して多段に配置されたカソード５の間を利用して、
複数の通路６１がスリット状に形成されたシールド体６
０が配置されている。ここで、シールド体６０の通路６
１は、メタルマスク３に形成されている開口３０と平面
的に完全に重なるように形成されている。

【００２９】このため、ターゲット２から基板１０に向
かって発散状態で進む原料物質のうち、発散度合いが大
きい原料物質は、たとえ、シールド体６０の通路６１を
通過しても、メタルマスク３の開口３０を通過できな
い。従って、図７（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明した様
子と同様、メタルマスク３の開口３０を通過できるの
は、ターゲット２からスパッタリングされた原料物質の
うち、平行に流れる原料物質のみである。それ故、原料
物質がメタルマスク３の裏面側３２に回り込むのを防止
することができるので、基板１０上の所定領域のみに高
い精度で成膜することができる。

【００３０】なお、本形態では、ターゲット２からメタ
ルマスク３に至る行路の途中位置には、シールド体６０
を１枚、配置した例を説明したが、これらを所定の間隔
に複数枚、配置してもよい。また、シールド体６０は、
メタルマスク３の厚さ、開口３０の数や形状、シールド
体６０とメタルマスク３との距離などに応じて最適に構
成され、図８や図９に示したものに限定されない。

【００３１】［実施の形態４］図１０は、本発明の実施
の形態４に係るスパッタ成膜装置１の要部を示す説明図
である。図１１は、本形態のスパッタ成膜装置１に用い
たシールド体に形成されている筒状通路と、メタルマス
ク３の開口３０との位置関係を示す説明図である。

【００３２】図１０および図１１に示すように、本形態
のスパッタ成膜装置１では、メタルマスク３の開口３０
を通過した原料物質がメタルマスク３の裏面側３２に回
り込むのを防止する回り込み防止手段として、ターゲッ
ト２からメタルマスク３に至る行路の途中位置には、所
定間隔を介して多段に配置されたカソード５の間を利用
して、筒状通路７１が形成されたシールド体７０が配置
されている。本形態でも、実施の形態３と同様、筒状通
路７１は、メタルマスク３に形成されている開口３０と
平面的に完全に重なるように形成されている。但し、シ
ールド体７０は、かなり厚めのブロック体であるため、
筒状通路７１はかなりの深さを有している。

【００３３】このような構成のシールド体７０を用いた
ため、本形態では、ターゲット２から基板１０に向かっ
て発散状態で進む原料物質のうち、発散度合いが大きい
原料物質は、たとえ、シールド体７０の筒状通路７１内
に進入できも筒状通路７１内を通過できず、シールド体
７０の筒状通路７０を通過してメタルマスク３に向けて
進むことができるのは、ターゲット２からスパッタリン
グされた原料物質のうち、平行に流れる原料物質のみで
ある。従って、図７（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明した
様子と同様、メタルマスク３の開口３０を通過できるの
は、ターゲット２からスパッタリングされた原料物質の
うち、平行に流れる原料物質のみである。それ故、原料
物質がメタルマスク３の裏面側に回り込むのを防止する
ことができるので、基板１０上の所定領域のみに高い精
度で成膜することができる。

【００３４】なお、本形態では、ターゲット２からメタ
ルマスク３に至る行路の途中位置には、シールド体７０
を１つ配置した例を説明したが、これらを所定の間隔に
複数個、配置してもよい。また、シールド体７０は、メ
タルマスク３の厚さ、開口３０の数や形状、シールド体
７０とメタルマスク３との距離などに応じて最適に構成
され、図１０や図１１に示したものに限定されない。

【００３５】［その他の実施の形態］上記実施の形態の
いずれにおいても、メタルマスク３の開口３０を通過し
た原料物質がメタルマスク３の裏面側３２に回り込むの
を防止する回り込み防止手段として、各々１つの対策を
施した例を説明したが、例えば、実施の形態１に記載の
構成と、実施の形態２、３または４に記載の構成を組み
合わせてもよい。回り込み防止手段として、２つ以上の
構成を採用すれば、原料物質がマスクの裏面側に回り込
むのをより確実に防止することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ター
ゲットから基板に向かう原料物質がマスクの開口からマ
スクの裏面側に回り込むのを防止する回り込み防止手段
を設けてあるので、基板上の所定領域のみに高い精度で
成膜することができる。それ故、水晶振動子などを製造
する際、励振電極や給電パターンを高い精度で形成でき
るので、水晶振動子の駆動周波数の高周波数化に対応す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるスパッタ成膜装置の主要部
の構成を示す説明図である。

【図２】図１に示すスパッタ成膜装置において、基板を
メタルマスクで覆った状態を示す平面図である。

【図３】図１に示すスパッタ成膜装置において、基板と
メタルマスクとを搬送トレイによって保持した状態を示
す側面図である。

【図４】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、基板をメ
タルマスクで覆った状態を示す断面図、この状態でスパ
ッタ成膜をした状態を示す断面図、およびスパッタ成膜
後、基板からメタルマスクを外した状態を示す断面図で
ある。

【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形
態１に係るスパッタ成膜装置に用いたメタルマスクの開
口周辺を拡大して示す断面図、およびこのメタルマスク
を用いて基板上に膜を形成した結果を示す説明図であ
る。

【図６】本発明の実施の形態２に係るスパッタ成膜装置
の要部を示す説明図である。

【図７】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形
態２に係るスパッタ成膜装置に用いたメタルマスクの開
口周辺を拡大して示す断面図、およびこのメタルマスク
を用いて基板上に膜を形成した結果を示す説明図であ
る。

【図８】本発明の実施の形態３に係るスパッタ成膜装置
の要部を示す説明図である。

【図９】図８に示すスパッタ成膜装置に用いたシールド
体に形成されているスリット状の通路と、メタルマスク
の開口との位置関係を示す説明図である。

【図１０】本発明の実施の形態４に係るスパッタ成膜装
置の要部を示す説明図である。

【図１１】図１０に示すスパッタ成膜装置に用いたシー
ルド体に形成されている筒状通路と、メタルマスクの開
口との位置関係を示す説明図である。

【図１２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、従来のスパッタ
成膜装置に用いたメタルマスクの開口周辺を拡大して示
す断面図、およびこのメタルマスクを用いて基板上に膜
を形成した結果を示す説明図である。

【符号の説明】

１ スパッタ成膜装置 ２ ターゲット ３ メタルマスク ４ 絶縁膜 ５ カソード ８ 真空チャンバー ９ 搬送トレイ １０ 基板 １１ 薄膜形成予定領域 ２１ ターゲット電極 ３０ 開口 ３１ メタルマスクの開口縁 ３２ メタルマスクの裏面側 ５０ 平凸状の静電レンズ ５１ 静電レンズ用の電極 ６０、７０ シールド体 ６１ スリット状の通路 ７１ 筒状通路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲットと、該ターゲットからスパッ
   タリングされた原料物質によって膜が形成される基板を
   覆うように配置されたマスクとを有し、当該マスクに
   は、前記基板上での成膜領域を規定する開口が形成され
   ているスパッタ成膜装置において、 さらに、前記ターゲットから前記基板に向かう前記原料
   物質の流れを制御することにより当該原料物質が前記マ
   スクの開口から当該マスクの裏面側に回り込むのを防止
   する回り込み防止手段を有することを特徴とするスパッ
   タ成膜装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記回り込み防止手
   段は、前記マスクの開口縁に沿って形成された絶縁膜で
   あることを特徴とするスパッタ成膜装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記回り込
   み防止手段は、前記ターゲットから前記マスクに至る行
   路の途中位置に、前記ターゲットから前記基板に向かう
   前記原料物質の流れを平行流とする静電レンズを備えて
   いることを特徴とするスパッタ成膜装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２において、前記回り込
   み防止手段は、前記ターゲットから前記マスクに至る行
   路の途中位置に、前記マスクの開口と平面的に重なる位
   置に通路が形成されたシールド体を備えていることを特
   徴とするスパッタ成膜装置。
5. 【請求項５】 請求項１または２において、前記回り込
   み防止手段は、前記ターゲットから前記マスクに至る行
   路の途中位置に、前記ターゲットから前記基板に向かう
   前記原料物質の流れを平行流とする筒状通路を備えるシ
   ールド体を備えていることを特徴とするスパッタ成膜装
   置。