JP2006299362A

JP2006299362A - スパッタ成膜装置

Info

Publication number: JP2006299362A
Application number: JP2005125109A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ota; 新一太田
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd; Kyocera Display Corp
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd; Kyocera Display Corp
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】
異常放電の発生を低減することができるスパッタ成膜装置を提供する。
【解決手段】
本発明の一態様にかかるスパッタ成膜装置は、チャンバー１１内でターゲット１４を用いて基板１６に成膜するスパッタ成膜装置であって、基板１６と対向配置され、電圧が印加されるターゲット１４と、基板１６に対応する開口部２７を有し、基板１６のターゲット１４側に配置され、基板１６を保持する導電性の基板ホルダ１２と、基板ホルダ１２の基板１６側の面に形成された絶縁体２３とを備えるものである。
【選択図】図２

Description

本発明はスパッタ成膜装置に関する。

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。

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。

特開平１５−２７２２６号公報

通常のスパッタ成膜装置では、基板上に異物が付着しないよう、基板を鉛直方向に立てた状態で成膜を行なうものが多い。この場合、基板を鉛直方向に支持するための金属製ホルダが用いられる。そして、このホルダに基板を取り付け、ホルダを接地した状態でスパッタ成膜を行なう。

ホルダ及び基板はスパッタ成膜中にプラズマに曝されるため、ホルダ及び基板には荷電粒子が衝突する。成膜中にホルダや基板が強く帯電し、その結果帯電量が蓄積許容限界を超えたとき、異常放電が発生することがある。この異常放電によって、基板表面に成膜された薄膜が破壊あるいは損傷することがある。従って、異常放電に起因する薄膜の破損、損傷によって歩留まりが劣化し、生産性が低下してしまう。

ホルダを接地した場合でも、このような異常放電が発生してしまうことがある。特に近年の基板サイズの大型化に伴い大型化ホルダを用いた場合、ホルダを均一にグランド電位にすることが困難であるため、異常放電が発生しやすくなってしまう。さらに、ＲＦスパッタ成膜では、寄生容量などによって、ホルダを均一に等電位にすることは困難である。従って、従来のスパッタ成膜装置では、異常放電が発生する割合が高くなり、生産性が低下するという問題点が生じてしまっていた。
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、異常放電の発生を低減することができるスパッタ成膜装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかるスパッタ成膜装置は、チャンバー内でターゲットを用いて基板に成膜するスパッタ成膜装置であって、前記基板と対向配置され、電圧が印加されるターゲットと、前記基板に対応する開口部を有し、前記基板のターゲット側に配置され、前記基板を支持する導電性のホルダと、前記ホルダの前記基板側の面に形成された絶縁体とを有するものである。これにより、異常放電の発生を低減することができる。

本発明の第２の態様にかかるスパッタ成膜装置は、上述のスパッタ成膜装置において、前記基板が矩形状であり、前記基板の角に対応するホルダの開口部の角部がＲ形状となっているものである。これにより、異常放電の発生をより低減することができる。

本発明の第３の態様にかかるスパッタ成膜装置は、上述のスパッタ成膜装置において、前記ホルダの開口部の内周面に絶縁体が設けられているものである。これにより、異常放電の発生をさらに低減することができる。

本発明によれば、異常放電の発生を低減することができるスパッタ成膜装置を提供することができる。

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。

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。

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。ターゲット１４には、例えば、ＩＴＯやＳｉＯ_２などが用いられる。

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、中空で正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のそれぞれの内側には基板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治具を介して基板ホルダ１２に保持される。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。

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。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。また、一方のスパッタ電源１８をＡＣ電源とし、他方のスパッタ電源１８をＤＣ電源としてもよい。ＡＣ電源とした場合、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）を用いることができる。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。基板ホルダ１２には、基板１６の形状に対応する開口部が設けられている。この開口部を通過したターゲット原子が基板１６に付着する。これにより、基板ホルダ１２に取り付けられた基板１６に対して、所望の薄膜を形成することができる。基板ホルダ１２は例えば、Ａｌなどの金属から構成される。金属から構成される導電性の基板ホルダ１２は接地されている。成膜時には、基板ホルダ１２はプラズマに曝された状態となる。

次に基板ホルダ１２の構成について図２を用いて説明する。図２（ａ）は基板ホルダ１２の構成を示す正面図であり、図２（ｂ）は基板ホルダの構成を示す断面図である。図２（ａ）はターゲット側から見た基板ホルダ１２を示している。図２は、回転ドラム１３の外側に設けられた正１２角柱の基板ホルダ１２のうちの一側面を示している。すなわち、図２に示す基板ホルダ１２が回転ドラム１３の外周を囲むように１２個設けられている。

基板ホルダ１２には基板１６の形状に対応した開口部２７が設けられている。基板ホルダ１２には基板１６の大きさよりも若干小さい開口部２７が２つ設けられている。ここでは、基板ホルダ１２に上下２枚の基板１６が設けられているため、２つの開口部２７は縦に並んでいる。この開口部２７を通過したターゲット１４からのターゲット原子が基板１６に付着する。すなわち、基板ホルダ１２は開口部２７が設けられたマスクである。これにより、基板１６に薄膜を形成することができる。なお、異常放電の発生を低減するため、矩形状の基板１６の角に対応する開口部２７の角部を直角ではなく鈍角とすることが好ましい。さらに好ましくは、図２（ａ）に示すように開口部２７の角部をＲ形状とする。これにより、異常放電の発生を低減することができる。

基板ホルダ１２の開口部２７の上側及び下側には、基板１６を基板ホルダ１２に取り付けるための基板取付治具２４が取り付けられている。基板取付治具２４は図２（ｂ）に示すようにＬ字型になっている。すなわち、基板ホルダ１２の裏面側に設けられた基板取付治具２４は開口部側に屈曲している。基板ホルダ１２の開口部２７の上には２つの基板取付治具２４が設けられている。これらは、基板ホルダ１２の裏面側から下方向に屈曲しており、基板１６の上端をクランプする。基板１６の開口部２７の下にも２つの基板取付治具２４が設けられている。これらは、基板ホルダ１２の裏面側から上方向に屈曲しており、基板１６の下端をクランプする。これにより、基板ホルダ１２に基板１６を取り付けることができる。すなわち、基板ホルダ１２によって基板１６が鉛直方向に立った状態で保持される。

基板ホルダ１２の裏面側、すなわち、ターゲット１４と反対側の面には、絶縁体２３が設けられている。この絶縁体２３は基板ホルダ１２と基板１６との間に配置される。これにより、基板ホルダ１２の帯電許容能力が向上し、基板ホルダ１２と基板１６との間の異常放電の発生を低減することができる。

絶縁体２３は、例えば、基板ホルダ１２の裏面全体に対してポリイミドを塗布した後、加熱することによって形成することができる。ポリイミドの塗料は、例えば、１０〜１００μｍ程度で塗布することができる。あるいは、ポリイミドテープを基板ホルダ１２の裏面側に貼り付けることによって、絶縁体２３を形成してもよい。このように、基板ホルダ１２と基板１６との間に絶縁体２３を介在させることにより、基板ホルダ１２と基板１６の間の絶縁耐圧を向上することができる。絶縁体２３は基板１６に対応する箇所にのみ設けられていてもよく、あるいは、基板ホルダ１２の開口部を除いた裏面側全体に設けられていてもよい。基板１６に対応する箇所にのみ絶縁体２３を設ける場合、絶縁体２３は額縁状になる。絶縁体２３の材料はポリイミドに限られるものではなく、他の樹脂材料を用いることができる。さらに、絶縁体２３には真空中への脱ガスの少ない材料、例えば、セラミック材料などを用いることができる。具体的には溶射によってセラミックを基板ホルダ１２の裏面側にコーティングしてもよい。

次に、基板ホルダ１２の基板取付治具２４の周辺の構成について図３を用いて説明する。図３は開口部２７の上側に設けられた基板取付治具２４の周辺の構成を示す側面断面図である。本実施の形態では、図３に示すように基板取付治具２４の基板側の面に絶縁体２５を設けている。すなわち、Ｌ字型に屈曲した基板取付治具２４の内側の面に絶縁体２５を形成している。この場合、基板１６が基板取付治具２４に形成された絶縁体２５を介して保持される。これにより、基板取付治具２４と基板１６の間、あるいは、基板取付治具２４と基板ホルダ１２との間の耐絶縁性を向上することができ、異常放電の発生を防止することができる。また、基板取付治具２４自体を絶縁性材料で構成してもよい。

さらに、本実施の形態では、基板ホルダ１２の開口部２７の内周面にも絶縁体２３を設けている。すなわち、基板ホルダ１２の裏面側に設けられた絶縁体２３は開口部２７の内周面まで延設するようＬ字型になっている。このように、基板ホルダ１２の裏面側に設けられた絶縁体２３を開口部２７の内周面まで延設させている。これによって、基板表面と基板ホルダ１２の内周面との間に発生する異常放電を防止することができる。この絶縁体２３は基板ホルダ１２の裏面側と同じ絶縁性材料を用いることが可能である。

また、開口部２７の内周面はプラズマに曝される箇所であるため、耐プラズマ性の良好な材質を用いることが好ましい。開口部２７の内周面の絶縁被覆には、例えば、耐プラズマ性の良好なセラミック材料を用いることができる。具体的には、溶射によって開口部２７の内周面にセラミックをコーティングしてもよい。また、基板取付治具２４がプラズマに曝される場合、基板取付治具２４に耐プラズマ性の良好な材質を用いることが好ましい。

絶縁体２３としてポリイミドテープを用いた場合、上記の基板ホルダ１２を洗浄するとき、ポリイミドテープを剥がして洗浄を行う。そして、再度取り付ける場合、新しいポリイミドテープを貼り付けてから、基板ホルダ１２をチャンバー内にセットする。また、絶縁体２３としてポリイミドを塗布した場合、薬液等によって塗布膜を除去して、基板ホルダ１２の洗浄を行うようにしてもよい。そして、ポリイミドを塗布した基板ホルダ１２をチャンバー内にセットする。

このように、基板１６の周辺を絶縁体によって被覆して、異常放電の発生を低減させることができる。具体的には、基板１６と基板ホルダ１２の間、あるいは、基板１６と基板取付治具２４の間に絶縁体を設け、基板１６周辺を被覆する。これにより、絶縁耐圧が向上し、異常放電の発生を防ぐことができる。さらに、ターゲット１４側に設けられた基板ホルダ１２の開口部２７の内周面を絶縁体２３で被覆する。これによって、絶縁耐圧がさらに向上し、異常放電の発生を防ぐことができる。

上述の構成により、異常放電の発生数を低減することができた。具体的には、１バッチあたり４８シートの基板に対して成膜した場合において、従来の構成では、１バッチあたり約３シート異常放電が発生していた。図２及び図３に示す構成によって、異常放電の発生を１バッチあたり約０．０５シートに低減することができた。よって、スパッタ成膜時の異常放電による薄膜の損傷、破損を防ぐことができる。さらに、異常放電がほとんどなくなるため、薄膜の品質を向上させることができる。また、再現性の高い成膜を行なうことができるため、基板間で均一な成膜を行なうことができる。よって、表示装置の歩留まりを向上することができ、生産性を向上することができる。本発明は、特に異常放電が発生しやすいＲＦスパッタに好適である。

本発明にかか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。本発明にかかるスパッタ装置における基板ホルダの構成を示す図である。本発明にかかるスパッタ装置における基板取付治具周辺の構成に示す側面図である。

符号の説明

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
２１回転軸
２３絶縁体
２４基板取付治具
２５絶縁体
２７開口部

Claims

チャンバー内でターゲットを用いて基板に成膜するスパッタ成膜装置であって、
前記基板と対向配置され、電圧が印加されるターゲットと、
前記基板に対応する開口部を有し、前記基板のターゲット側に配置され、当該基板を保持する導電性のホルダと、
前記ホルダの前記基板側の面に形成された絶縁体とを備えるスパッタ成膜装置。
前記基板が矩形状であり、
前記基板の角に対応する前記ホルダの開口部の角部がＲ形状となっている請求項１に記載のスパッタ成膜装置。
前記ホルダの開口部の内周面に絶縁体が設けられている請求項１又は２に記載のスパッタ成膜装置。