JP2006097072A - Sputtering film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はスパッタ成膜方法に関し、特に詳しくはカルーセル型スパッタ装置を用いたスパッタ成膜方法に関する。 The present invention relates to a sputtering film forming method, and more particularly to a sputter film forming method using a carousel type sputtering apparatus.
液晶表示装置や有機EL(ElectroLuminescence)表示装置などの製造工程において、基板上に光学薄膜や金属薄膜を形成する方法としてスパッタ成膜方法が用いられている。スパッタ成膜方法に用いられるスパッタ成膜装置では、真空チャンバー内に基板と対向配置されたターゲットが設けられている。そして、真空チャンバー内にスパッタガスを流入し、陰極となるターゲットに電圧を印加して、基板とターゲットの間にプラズマを生成させる。そして、プラズマ中のイオンがターゲット表面に衝突し、はじき出されたターゲット原子が基板上に付着することにより、基板に所望の薄膜が形成される。 In a manufacturing process of a liquid crystal display device, an organic EL (Electro Luminescence) display device, or the like, a sputter film forming method is used as a method of forming an optical thin film or a metal thin film on a substrate. In a sputter film forming apparatus used for a sputter film forming method, a target disposed opposite to a substrate is provided in a vacuum chamber. Then, sputtering gas is flowed into the vacuum chamber, and a voltage is applied to the target serving as the cathode to generate plasma between the substrate and the target. Then, ions in the plasma collide with the target surface and the ejected target atoms adhere to the substrate, whereby a desired thin film is formed on the substrate.
さらに、スパッタ成膜装置には基板を回転ドラムに取り付け、回転ドラムを回転させながらスパッタ成膜を行うカルーセル型スパッタ成膜装置が利用されている(例えば、特許文献1参照。)。このカルーセル型スパッタ成膜装置では、一度に複数の基板に対して成膜することができるため、生産性に優れているという利点がある。 Furthermore, a carousel-type sputter film forming apparatus is used as the sputter film forming apparatus, in which a substrate is attached to a rotating drum and sputter film forming is performed while rotating the rotating drum (for example, see Patent Document 1). This carousel-type sputter film forming apparatus has an advantage of excellent productivity because it can form a film on a plurality of substrates at a time.
従来のカルーセル型スパッタ成膜装置を用いたスパッタ成膜方法についての問題点について図5を用いて説明する。カルーセル型のスパッタ成膜装置では、通常、図5に示すように回転軸に沿って複数の基板16を回転ドラムの基板ホルダ12に基板取付具17を用いて取り付ける。そして、基板16がターゲット14と対向するように回転ドラムを回転させ、スパッタ成膜を行う。このとき、従来のスパッタ成膜方法では、上端の基板16のと下端の基板16との膜厚分布が悪くなってしまうという問題点があった。すなわち、図5に示すようにターゲット14の両端ではプラズマ23の密度が薄くなるため、上端の基板16の上側及び下端の基板16の下側で膜厚が薄くなってしまう。よって、両端の基板において基板面内の膜厚分布が悪くなってしまう。このように基板面内で膜厚分布が悪くなってしまうと、その基板を用いて製造された表示装置の表示特性が劣化するという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、膜厚分布を均一にすることができるスパッタ成膜方法及びスパッタ成膜装置を提供することを目的とする。
Problems with the sputtering film forming method using the conventional carousel type sputtering film forming apparatus will be described with reference to FIG. In a carousel type sputter deposition apparatus, a plurality of
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a sputter film forming method and a sputter film forming apparatus that can make the film thickness distribution uniform.
本発明の第1の態様にかかるスパッタ成膜方法は、チャンバー内でターゲットを用いて複数の基板にスパッタ成膜するスパッタ成膜方法であって、前記複数の基板は回転ドラムの外周に前記回転ドラムの回転軸の方向に沿って配列され、前記ターゲットは前記回転ドラムの外方で前記基板に対向し前記回転軸に平行に配列され、前記回転ドラムを回転させながらスパッタ成膜するスパッタ成膜方法において、前記複数の基板のうち、両端の基板を前記ターゲットの面に対して傾け、前記両端の基板の外側端部を前記ターゲットの面に最も近づけたものである。これにより、両端の基板の基板面内の膜厚分布を均一にすることができる。 A sputter film forming method according to a first aspect of the present invention is a sputter film forming method for forming a sputter film on a plurality of substrates using a target in a chamber, wherein the plurality of substrates are rotated on an outer periphery of a rotating drum. Sputter deposition is arranged along the direction of the rotation axis of the drum, and the target is arranged outside the rotation drum, facing the substrate and parallel to the rotation axis, and performing sputter deposition while rotating the rotation drum. In the method, among the plurality of substrates, substrates at both ends are inclined with respect to the surface of the target, and outer end portions of the substrates at both ends are closest to the surface of the target. Thereby, the film thickness distribution in the substrate surface of the substrates at both ends can be made uniform.
本発明の第2の態様にかかるスパッタ成膜方法は、上述のスパッタ成膜方法において、前記両端の基板の外側端部を前記ターゲット面に同等に近づけたものである。これにより、基板の配設位置の設定を統一化でき、両端の基板間の膜厚ばらつきを抑えることができる。 The sputter deposition method according to the second aspect of the present invention is the sputter deposition method described above, wherein the outer end portions of the substrates at both ends are brought close to the target surface. Thereby, the setting of the arrangement | positioning position of a board | substrate can be unified and the film thickness dispersion | variation between the board | substrates of both ends can be suppressed.
本発明の第3の態様にかかるスパッタ成膜方法は、上述のスパッタ成膜方法において、前記複数の基板は基板ホルダを介して回転ドラムの外周に配列されているものである。 A sputter film forming method according to a third aspect of the present invention is the sputter film forming method described above, wherein the plurality of substrates are arranged on an outer periphery of a rotating drum via a substrate holder.
本発明によれば、膜厚分布を均一にすることができるスパッタ成膜装置及びスパッタ成膜方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sputter film-forming apparatus and sputter film-forming method which can make film thickness distribution uniform can be provided.
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。 Hereinafter, embodiments to which the present invention can be applied will be described. The following description is to describe the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. For clarity of explanation, the following description is omitted and simplified as appropriate. Further, those skilled in the art will be able to easily change, add, and convert each element of the following embodiments within the scope of the present invention. In addition, what attached | subjected the same code | symbol in each figure has shown the same element, and abbreviate | omits description suitably.
本発明にかかるスパッタ成膜方法について図1を用いて説明する。図1は本発明にかかるスパッタ成膜方法に用いるスパッタ成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。なお、図1はスパッタ成膜装置を上から見た平面図である。10はスパッタ成膜装置、11は真空チャンバー、12は基板ホルダ、13は回転ドラム、14はターゲット、15はマグネトロン部、16は基板、18はスパッタ電源、21は回転ドラムの回転軸を示している。 A sputter film forming method according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a sputter film forming apparatus used in the sputter film forming method according to the present invention. FIG. 1 is a plan view of the sputter deposition apparatus as viewed from above. 10 is a sputter deposition apparatus, 11 is a vacuum chamber, 12 is a substrate holder, 13 is a rotating drum, 14 is a target, 15 is a magnetron section, 16 is a substrate, 18 is a sputtering power supply, and 21 is a rotating shaft of the rotating drum. Yes.
スパッタ成膜装置10は真空チャンバー11と真空チャンバー11内に設けられたターゲット14とを備えている。真空チャンバー11は断面が略円形状に設けられ、ターゲット14を配置するための箇所が外側に突出している。すなわち、真空チャンバー11はターゲット14を配設するための箇所を除いて断面が円形となっている。この真空チャンバー11がスパッタ成膜を行うための反応室となる。図1に示すスパッタ成膜装置では2つのターゲット14が真空チャンバーの対向する位置に設けられている。もちろん、ターゲットの数は1つでもよく、3以上であってもよい。なお、スパッタ成膜装置10は真空チャンバー11を排気するための真空ポンプ(図示せず)や真空チャンバー11内にArなどのスパッタガスを導入するためのガスライン(図示せず)を備えている。
The sputter
スパッタ成膜装置10はカルーセル型のスパッタ成膜装置であり、一度の処理で複数の基板に対して成膜することができるバッチ方式の装置である。スパッタ成膜装置10は、円筒状の回転ドラム13と回転ドラム13の外周に設けられた基板ホルダ12とを備えている。回転ドラム13は真空チャンバー11の中心に設けられた回転軸21を中心に回転可能に設けられている。この回転軸21は鉛直方向に沿って設けられた円筒状の回転ドラム13の中心線と一致する。回転ドラム13の外側には例えば、正12角柱の基板ホルダ12が取り付けられている。この基板ホルダ12の中心線と回転ドラム13の中心線とは一致している。さらに基板ホルダ12のそれぞれの外周面には基板16が取り付けられている。この基板16は後述する基板取付具により基板ホルダ12に取り付けられる。基板16が基板ホルダ12に保持された状態で矢印の方向に回転ドラムを回転させると、各々の外周面に設けられた基板16が順次、ターゲット14の前面を通過する。ターゲット14は矩形状の平板であり、その表面が回転軸21と平行に配置されている。
The sputter
ターゲット14の裏面側にはマグネトロン部15が設けられている。マグネトロン部15はバッキングプレートや、例えば、永久磁石や電磁石などの磁石を備えている。すなわち、そして、スパッタ電源18からマグネトロン部15のバッキングプレートを介してターゲット14に電圧が印加される。これにより、ターゲット14の前面でマグネトロン放電が起こり、プラズマを発生させることができる。スパッタ電源18はAC電源でもDC電源でもよい。プラズマ中のイオンが陰極であるターゲット14に衝突することにより、ターゲット原子がはじき出される。これにより、ターゲット近傍の基板にターゲット原子を付着させることができ、所望の薄膜を基板16に形成することができる。このとき、回転ドラム13を一定の速度で回転させながらターゲット14に電圧を印加させる。これにより、基板ホルダ12の各外周面に取り付けられた基板16に対して、均一な薄膜を形成することができる。
A
次に、回転ドラム13及びそれに取り付けられる基板ホルダ12について図2を用いて説明する。図2は基板ホルダ12が取り付けられた回転ドラム13の構成を模式的に示す斜視図である。なお、図2は基板ホルダ12に基板16が保持されていない状態を示している。円筒状の回転ドラム13の外側には回転ドラムより少し大きい正12角柱状の基板ホルダ12が取り付けられている。基板ホルダ12の各外周面は鉛直方向が長手方向となる矩形状をしている。基板16は成膜面が鉛直方向と略平行になるように配置される。この回転ドラム13を回転させることにより、基板ホルダ12が回転する。
Next, the
回転ドラム13の中心線と基板ホルダ12の中心線とは一致している。そして、この中心線が回転ドラム13及び基板ホルダ12の回転軸21となる。したがって、回転ドラム13の回転によって基板ホルダ12のいずれの外周面がターゲット表面と平行になっても、平行になった外周面とターゲット表面との間の距離が一定になる。したがって、異なる外周面に取り付けられた基板の膜厚を一定にすることができる。すなわち、ターゲット表面と基板16との間の距離(以下、T/S間距離とする)が長い場合、スパッタにより基板16に付着するターゲット原子が少なくなり成膜レートが低くなる。一方、T/S間距離が短い場合、スパッタにより基板16に付着するターゲット原子が多くなり成膜レートが高くなる。
The center line of the
ターゲット14はこの基板ホルダ12の外周面と対向配置するように設けられる。すなわち、図2に示すように縦長の外周面の場合、矩形状のターゲット14は鉛直方向が長手方向となり、水平方向が短手方向となる。また、本発明では基板ホルダ12の各外周面に複数の基板が取り付けられる。すなわち、回転軸21に沿って、基板ホルダ12の一外周面に複数の基板が配置される。ここでは、例えば、各外周面に2枚の基板16を取り付けている。したがって、正12角柱の基板ホルダ12には24枚の基板16を取り付けることができる。そして、一外周面に設けられた2枚の基板16は鉛直方向に一列に配置される。
The
本発明では、1外周面に取り付けられた基板16における基板面内の膜厚分布を均一にするために、基板16をターゲット14の表面に対して傾斜させて基板ホルダ12に取り付けている。このターゲットに対して傾斜するよう取り付けられた基板16について図3を用いて詳細に説明する。図3は基板ホルダ12に取り付けられた基板16及びターゲット14の構成を模式的に示す側面図である。ここでは、基板ホルダ12の一外周面に取り付けられた2枚の基板16のうち、上側の基板を上基板16aとし、下側の基板を下基板16bとする。
In the present invention, the
基板ホルダ12の一外周面には上基板16aと下基板16bとが基板取付具17により取り付けられている。基板取付具17は例えば、1枚の基板16に対して2つ設けられ、基板16の上端及び下端を押さえるようにして、基板16を基板ホルダ12に取り付ける。このとき、上基板16aの上側の基板取付具17は上基板16aの下側の基板取付具17よりも高くなっている。したがって、上基板16aの上端とターゲットとの間の距離は上基板16aの下端とターゲットとの間の距離より短くなる。すなわち、上基板16aの上端がターゲット表面に最も近づいている。これにより、ターゲットの上端近傍でプラズマ23の密度が薄くなっていても、上基板16aの基板面内の膜厚分布を均一にすることができる。
An
また、下基板16bの下側の基板取付具17は下基板16bの上側の基板取付具17よりも高くなっている。したがって、下基板16bの下端とターゲット14との間の距離は下基板16bの上端とターゲット14との間の距離より短くなる。すなわち、下基板16bの下端がターゲット表面に最も近づいている。これにより、ターゲット14の下端近傍でプラズマ23の密度が薄くなっていても、下基板16bの基板面内の膜厚分布を均一にすることができる。
Further, the
このように、1外周面の上端及び下端の基板16において、基板16の外側端部とターゲット表面との間の距離をその基板16の内側端部とターゲット表面との間の距離よりも短くすることで、外側端部の成膜レートを向上することができる。これにより、ターゲット14の上端及び下端のプラズマ密度が薄い場合でも、基板面内の膜厚分布を均一にすることができる。すなわち、カルーセル型のスパッタ成膜装置において最も外側に配置された基板は、プラズマ密度の違いにより外側端部の膜厚が薄くなる傾向がある。このプラズマ密度の違いに起因する膜厚分布の劣化を防ぐために、本発明では1枚の基板においてターゲット表面との間の距離に差を設けている。これにより、基板ホルダ12の外周面の上端及び下端に配置された基板16、すなわちターゲット14の上端及び下端に対応する位置に配置された基板16の膜厚分布を向上することができる。
In this way, in the
本発明では、高さの異なる2つの基板取付具17を用いて基板ホルダ12に基板16を取り付けている。この基板取付具17の高さをそれぞれ変えることにより、膜厚分布の調整を容易に行うことができる。この基板取付具17の高さの差は例えば、図4に示すように5mmとすることができる。具体的には、上基板16aを480mm×350mmとし、上基板16aの長辺を回転軸に沿って配置する。そして、480mmの長辺に対して5mmターゲット側に上基板16aの上端を押し出して基板ホルダ12に取り付けている。この時、上基板16aのターゲット表面に対する傾斜角θは約0.6°であった。この時のターゲット表面と上基板16aの上端との間の距離は80mmであった。なお、図4には上基板16aについて示したが、下基板16bについても同様に基板取付具17の高さを変えている。すなわち、上基板16aの上端とターゲット表面との距離と下基板16bの下端とターゲット表面との距離は等しい。ターゲット面に対して基板を平行に配置した場合、ターゲットの長手方向の膜厚分布は±10%程度であったが、上述のように両端の基板16をターゲット面に対して傾斜させて配置した場合、ターゲットの長手方向の膜厚分布を±5%に改善することができた。なお、上述の値は例示であり、基板サイズ、ターゲットサイズ、T/S間距離及びスパッタ成膜条件に応じて、好適な傾斜角を用いるようにすることができる。傾斜角θは例えば、0.3〜2°とすることにより、膜厚分布を改善することができる。このように、本発明では、基板取付具17の高さを調整することにより、膜厚分布を均一にすることができる。したがって、簡易な構成で均一な膜厚分布を得ることができる。さらに、基板ホルダ12と基板16との間に隙間が生じることで異常放電を抑制することも可能になる。
In the present invention, the
なお、上述の説明では1外周面に2枚の基板16が取り付けられている例について説明したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、本発明は、回転軸に沿って3枚以上の基板を基板ホルダ12に取り付けることができるスパッタ成膜装置に対しても利用することができる。この場合、上下の両端の基板を傾斜させて取り付ければよい。さらに、回転軸の方向に沿って配列された複数の基板を、その位置に応じて異なる傾斜角で取り付けるようにしてもよい。もちろん、上下両端以外の基板はターゲット表面に対して平行に配置してもよい。
In the above description, an example in which two
上述の説明では、各外周面の上端及び下端に配置された基板について、基板面内の距離に差を設けたがこれに限るものではない。例えば、回転ドラム13及び基板ホルダ12が水平方向に配置された場合、左右両端の基板に傾斜を付けて基板ホルダに取り付けるようにする。すなわち、回転ドラム13及び基板ホルダ12が水平方向に配置された場合、水平方向が回転軸の方向となる。そのため、複数の基板16が水平方向に沿って配置される。このため、左右両端の基板に傾斜を付けて基板ホルダ12に取り付けるようにしてもよい。
In the above description, a difference is provided in the distance in the substrate surface for the substrates arranged at the upper and lower ends of each outer peripheral surface, but this is not restrictive. For example, when the
上述の説明では、上下両端の基板16のターゲット面に対する傾斜角を等しくして、同じようにターゲット面に近づけたが、上基板16aと下基板16bの位置に応じて異なる傾斜角にしてもよい。すなわち、上基板16aと下基板16bでターゲットの端からの距離が異なる場合、異なる傾斜角とすることにより、それぞれの基板16で膜厚分布を均一にすることができる。また、上基板16aと下基板16bがターゲット14の中心線に対して対称に配置された場合、傾斜角を等しくして、同じようにターゲット面に近づけることことが好ましい。
In the above description, the inclination angles of the upper and
このように均一な膜厚分布を持つ薄膜を有する基板を用いて表示装置や半導体装置を製造することにより、表示特性を向上することができる。 Display characteristics can be improved by manufacturing a display device or a semiconductor device using a substrate having a thin film having a uniform film thickness distribution.
10 スパッタ装置
11 真空チャンバー
12 基板ホルダ
13 回転ドラム
14 ターゲット
15 マグネトロン部
16 基板
17 基板支持具
21 回転軸
23 プラズマ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記複数の基板は回転ドラムの外周に前記回転ドラムの回転軸の方向に沿って配列され、前記ターゲットは前記回転ドラムの外方で前記基板に対向し前記回転軸に平行に配列され、前記回転ドラムを回転させながらスパッタ成膜するスパッタ成膜方法において、
前記複数の基板のうち、両端の基板を前記ターゲットの面に対して傾け、前記両端の基板の外側端部を前記ターゲットの面に最も近づけたことを特徴とするスパッタ成膜方法。 A sputter deposition method for sputter deposition on a plurality of substrates using a target in a chamber,
The plurality of substrates are arranged on an outer periphery of a rotating drum along a direction of a rotating shaft of the rotating drum, and the target is arranged on the outer side of the rotating drum so as to face the substrate and be parallel to the rotating shaft. In the sputter film formation method of sputter film formation while rotating the drum,
A sputter deposition method characterized in that, among the plurality of substrates, substrates at both ends are inclined with respect to the surface of the target, and outer end portions of the substrates at both ends are closest to the surface of the target.
The sputter deposition method according to claim 1, wherein the plurality of substrates are arranged on an outer periphery of the rotating drum via a substrate holder.
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