JP2007162049A - カルーセル型スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜の条件設定や制御が複雑でなく、また装置構成が簡単で高価とならず、清掃やメンテナンス等に手間がかからないカルーセル型スパッタリング装置を提供する。
【解決手段】所定真空状態のチャンバ２内のターゲット３の前方に回転可能に基板ホルダ４を設け、基板ホルダ４に保持した平板状基板２９の成膜面に、基板ホルダ４を回転させターゲット３の前方を横断させて、所定膜を成膜する装置で、基板ホルダ４の外周部には、基板２９を保持する複数の基板保持具２３が、該基板ホルダ４の回転軸に平行な回動軸２４ａ，２４ｂを備え、保持した基板２９を正逆方向に半回転させることが可能となっており、またチャンバ２には、基板保持具２３の回動機構３１が設けられていて、基板ホルダ４を所定位置に停止させた後、回動機構３１により基板保持具２３を半回転させ、基板２９の成膜面を一方面から他方面に切替えられるようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の両面に成膜することが可能なカルーセル型スパッタリング装置に関する。

周知の通り、カルーセル型スパッタリング装置は、ガラス板等の基板の表面に薄膜を形成する装置で、所定真空状態のチャンバ内にターゲットとを設けると共に、この前方に複数の基板を保持する基板ホルダを回転可能に設け、さらにターゲットと基板との間に高電圧を印加し、プラズマ化したイオンを衝突させ、これによってターゲットの構成材料を弾き飛ばし堆積させることにより基板表面への成膜を行うものである。そして、基板の両面に成膜を行おうとした場合には、先ず真空状態のチャンバ内で基板の片方面への成膜を行った後に、チャンバ内を常圧状態に戻し、例えば人手を使う等して基板を反転させてから、再びチャンバ内を真空状態にし、基板の他方面への成膜が行われる。

こうした過程によって基板両面に成膜を行った場合、基板片方面への成膜後、一旦チャンバ内の真空状態を解除して反転作業を行うため、大気に晒され、基板表面に塵埃等が付着する虞がある。また、基板を反転させた後に再度チャンバ内を真空状態に戻さなければならず、成膜作業の効率が悪いものとなっていた。

こうした状況に対し、基板の表裏両面に同時に成膜を行うものとして、回転可能に設けられた筒状の基板ホルダーの外周側面と内周側面に対向するよう２つのターゲットをそれぞれ配置し、一方のターゲットにより基板ホルダーの側壁部分に保持された基板の表面に成膜を行い、基板の裏面には他方のターゲットにより成膜を行うものが有る（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記の特許文献１に示されたものでは、次のような問題が考えられる。すなわち、基板の表裏両面に同じ組成の膜を同時に成膜しようとした場合、基板の外側成膜面（表面）への成膜は基板ホルダーの外側に配置されたターゲットで行われ、この場合には、ターゲットに対向する位置以外では成膜面がターゲット方向に向いておらず、ターゲット方向からの入射角が小さい。一方、基板の内側成膜面（裏面）への成膜は基板ホルダーの内側に配置されたターゲットで行われ、この場合には、ターゲットに対向する位置以外でも成膜面がターゲット方向に向いており、ターゲット方向からの入射角が大きい。そのため、一定時間成膜を行った後での膜質（膜の密着性、膜厚等）が、基板の表面と裏面で異なることになり、例えば表裏両面に同じ組成、同じ膜厚の膜を形成する場合の成膜条件の設定や成膜時の制御が非常に複雑なものとなる。

また、基板ホルダーの外側と内側にそれぞれターゲットを配置するため、装置構成が複雑で高価なものとなり、さらに清掃やメンテナンス等に手間と時間が多く必要となる。
特開昭６０−２１１０６８号公報

上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、成膜条件の設定や成膜時の制御が複雑なものとならず、また、装置構成が複雑なものでなく、高価なものとならず、清掃やメンテナンス等に手間と時間を多く必要としないカルーセル型スパッタリング装置を提供することにある。

本発明のカルーセル型スパッタリング装置は、
所定の真空状態に保たれたチャンバ内に、ターゲットと、このターゲットの前方に回転可能に基板ホルダを設け、前記基板ホルダの外周部に保持した平板状基板の成膜面に、前記基板ホルダを回転させ前記ターゲットの前方を横断させて、所定の薄膜を成膜するカルーセル型スパッタリング装置であって、
前記基板ホルダには、その外周部に前記基板を保持する複数の基板保持具が、該基板ホルダの回転軸に平行な回動軸を備え、保持した前記基板を正逆方向にそれぞれ半回転させることが可能であるように設けられていると共に、前記チャンバには、前記基板保持具の回動機構が設けられており、回転する前記基板ホルダを所定位置に停止させた後、前記回動機構によって前記基板保持具を半回転させることで、前記基板の成膜面を一方面から他方面に反転するようにしたものであることを特徴とするものであり、
さらに、前記基板保持具は、前記回動軸に前記基板の厚み方向の中心線が一致するように前記基板を保持するものであることを特徴とするものであり、
さらに、前記基板は、前記ターゲットの前方を横断する際に、前記成膜面が前記ターゲットに対し平行となるよう前記基板ホルダに保持されることを特徴とするものであり、
さらに、前記回動機構は、前記基板保持具を上方に押し上げ半回転させることによって、前記基板の成膜面を一方面から他方面に反転させるものであることを特徴とするものである。

本発明によれば、装置構成が簡単で、高価なものでなく、成膜に際しての取り扱いが容易で、成膜条件の設定や成膜時の制御が容易であり、清掃やメンテナンス等に多くの手間や時間を要することのない等の効果を有する。

以下本発明の一実施形態を、図１乃至図４を参照して説明する。図１は縦断面図であり、図２は横断面図であり、図３は基板保持具を示す図で、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は縦断面図であり、図４は図３（ａ）における基板保持具のＡ−Ａ矢視方向の断面図である。

図１乃至図４において、カルーセル型スパッタリング装置１は、直方体状のチャンバ２内に、チャンバ２の内壁面に沿って配置した１つの厚板状のターゲット３と、このターゲット３の前面に直交する方向前方に回転中心軸を設けて回転する基板ホルダ４とを備えて構成されている。チャンバ２は、その天板５の外方側にステッピングモータ６やブレーキ付き電磁式クラッチ７等を取付フレーム８に取り付けてなる駆動部９が設けられている。さらに、駆動部９のステッピングモータ６により駆動される軸方向が鉛直方向の回転軸１０は、その先端部分が真空シール軸受やスラストベアリング等でなる軸受部１１を介してチャンバ２内に延出しており、回転軸１０の先端部分には、基板ホルダ４を吊り下げ回転させるためのフランジ部材１２が固定されている。なお、１３はフランジ部材１２が回転軸１０から脱落するのを防止する抜け止め部材である。

また、基板ホルダ４は、円筒状の連結部材１４の両端部を、連結部材１４の外径より大径に形成された円板状の上板１５、下板１６で閉塞した略筒状の形態をなしており、上板１５をフランジ部材１２に固定することによって、回転軸１０の先端部分に吊り下げられる。さらに基板ホルダ４には、下板１６の中央部分に、回転軸１０と回転中心軸を同じくする中空軸１７が下方に突出するように設けられており、中空軸１７の突出部分をチャンバ２の底板１８の内底面中央部に設けられたラジアルベアリング１９に軸支されることで、基板ホルダ４の回転振れが抑制されるようになっている。

また、基板ホルダ４の上板１５、下板１６の連結部材１４が固定されている部分よりも外方となる外周部には、それぞれ外周方向に沿って、複数の取付孔２０が、上板１５、下板１６の対応するもの同士間の孔中心方向が回転軸１０の中心軸方向に平行となるようにして、等間隔に形成されている。さらに、取付孔２０にはブッシュ２１が挿着され、上板１５の取付孔２０近傍の上面には、回り止めガイド２２が固定されている。そして、上板１５、下板１６の対応する取付孔２０の間には、それぞれ基板保持具２３が、その上下方向に延出する回動軸２４ａ，２４ｂを取付孔２０のブッシュ２１に挿入するようにして、回動可能に設けられている。

基板ホルダ４に複数設けられる基板保持具２３は、保持枠２５と押え枠２６とで形成された縦長の額縁状のもので、保持枠２５と押え枠２６とには同形状の方形の開口２７が形成されており、また両枠２５，２６を組み合せることで、開口２７の縁に形成された段形状部位によって両側部分に縦方向の凹所２８が形成されるようになっている。これにより、保持枠２５と押え枠２６との間に成膜を行う例えば複数のガラス板等の平板状基板２９を、その両側部分を凹所２８に係合させるようにして挟持し、基板２９が表裏の両成膜面を開口２７に露出されるようにして基板保持具２３に保持される。

また回動軸２４ａ，２４ｂは、保持枠２５の上下端からそれぞれ上下方向に延出しており、先端部分がＴ字形状部３０ａ，３０ｂとなっている。さらに、回動軸２４ａ，２４ｂの回動中心軸は、基板保持具２３の横断面の中心を縦方向に通るもので、凹所２８に基板２９を挟持した状態では、基板２９の厚み方向の中心軸と同軸となっている。

そして、基板保持具２３を基板ホルダ４の上板１５、下板１６の間に取り付けた状態では、保持枠２５の上端から延出する回動軸２４ａは、上板１５の取付孔２０を貫通し、先端のＴ字形状部３０ａが上板１５の上面に位置し、上板１５からの抜け止めがなされ、さらに回り止めガイド２２にＴ字形状部３０ａが当接することよって回動しないよう規制されている。このため、回り止めガイド２２により回動が規制された状態の基板保持具２３は、開口２７の開口面の指向方向が基板ホルダ４の回転中心軸方向となっており、基板ホルダ４が回転し、基板保持具２３がターゲット３の前方を横断する際には、ターゲット３と開口２７に露出する基板２９の成膜面とが平行となる。なお、保持枠２５の下端から延出する回動軸２４ｂについては、下板１６の取付孔２０を貫通し、先端のＴ字形状部３０ｂが下板１５の下面の下方に位置する。

また、基板２９は表裏両面に成膜面を有するため、一方の面の成膜時に成膜粒子が他方の面に回り込んで付着するのを最小限にすべく、基板保持具２３同士の間や基板ホルダ４の上板１５、下板１６と基板保持具２３との間の隙間は、基板保持具２３の回動等を制限しない範囲で最少のものとなっている。

また、チャンバ２には、底板１８の所定の位置、すなわち、基板ホルダ４に設けられた基板保持具２３の回動軸２４ｂが、基板ホルダ４の回転に伴って直上を横断する位置に回動機構３１が設けられている。この底板１８に設けられた回動機構３１は、底板１８の外面に取付枠３２によって取り付けられたアクチュエータ３３と、このアクチュエータ３３に設けられた上方に向け進退動すると共に正逆方向にそれぞれ回動する駆動軸３４と、この駆動軸３４の上端にカップリング３５を間に設けて下端が連接された操作軸３６と、この操作軸３６をチャンバ２の外方から内方に貫通させるため底板１８に設けられた真空シール軸受３７とを備えて構成されている。さらに操作軸３６の上端部分には、基板保持具２３の下端から延出する回動軸２４ｂのＴ字形状部３０ｂが係合可能な溝３８が形成された係合片３９が設けられている。

一方、チャンバ２の天板５には、その内面の所定位置に、例えば基板ホルダ４の上板１５に設けられた図示しない所定の識別マークを検出し、この検出結果に基づき基板ホルダ４の回転位置が所要の位置となっているか否かを判断するためのセンサ４０が設けられている。またセンサ４０の検出結果については、センサ信号線４１を介して装置制御部４２に入力される。そして、装置制御部４２でセンサ４０の検出結果が所要の回転位置を検出したものであると判断されると、装置制御部４２から駆動部９のステッピングモータ６やブレーキ付き電磁式クラッチ７と、アクチュエータ３３等に、それぞれモータ制御信号線４３、クラッチ制御信号線４４、ブレーキ制御信号線４５、アクチュエータ制御信号線４６を介し、それぞれを制御するための信号が入力されるようになっている。

そして、このように構成されたものでは、スパッタリングの各工程が、装置制御部４２の制御のもとに行われることになる。例えば所定圧力に減圧して所定真空状態に保持したチャンバ２内で、基板保持具２３に複数の基板２９を保持し、センサ４０による識別マークの検出結果に基づいて所定回転速度で所定回数だけ基板ホルダ４を回転させ、ターゲット３による基板２９の一方の成膜面（外側となっている面）へのスパッタリングを行う。

その後、回動機構３１の操作軸３６の上端部分に設けられた係合片３９の直上に、所定の基板保持具２３の下端に設けられた回動軸２４ｂのＴ字形状部３０ｂが位置することが、センサ４０によって検出されると、その検出結果に基づき、ステッピングモータ６やブレーキ付き電磁式クラッチ７が、装置制御部４２によって制御され、基板ホルダ４の回転が停止する。

この基板ホルダ４の停止に伴いアクチュエータ３３が作動し、先ず操作軸３６が上方に向け進出動する。この進出動によって、操作軸３６上端の係合片３９の溝３８に、基板保持具２３から下方に延出する回動軸２４ｂのＴ字形状部３０ｂが係合する。さらに、係合片３９の溝３８にＴ字形状部３０ｂが係合した後も、操作軸３６は上方に進出動し、基板保持具２３の上端に設けられた回動軸２４ａのＴ字形状部３０ａが、基板ホルダ４の上板１５上面に設けた回り止めガイド２２の高さを越える高さとなった時点で進出動を停止する。

続いてアクチュエータ３３の操作軸３６を例えば正方向に半回転だけ回動させる。これにより、基板保持具２３は半回転し、保持した基板２９の反転が行われる。この反転によって、基板２９のスパッタリングが行われた一方の成膜面は内側面（連結部材１４に対向する面）となり、他方の成膜面が外側面となる。

この基板保持具２３の半回転が行われた後、操作軸３６は後退動し、基板保持具２３は、上端の回動軸２４ａのＴ字形状部３０ａが上板１５上面で停止し、回り止めガイド２２によって回動しないよう規制され、半回転後における開口２７の開口面の指向方向が基板ホルダ４の回転中心軸方向となっている状態が保持される。さらに操作軸３６の後退動は継続され、基板保持具２３の下端に設けられた回動軸２４ｂのＴ字形状部３０ｂと、係合片３９の溝３８との係合が外れ、操作軸３６が初期位置まで後退動してアクチュエータ３３の作動は停止する。

アクチュエータ３３が停止した後、装置制御部４２の制御のもとに、再びステッピングモータ６を回転させて基板ホルダ４を回転させ、次の基板保持具２３に設けられた回動軸２４ｂのＴ字形状部３０ｂが、回動機構３１の操作軸３６に設けられた係合片３９の直上に位置する所で、基板ホルダ４の回転を停止する。その後、上記各過程を順次行い基板保持具２３を半回転させ、基板２９を反転させる。こうした基板２９を反転させる過程を基板ホルダ４に保持された基板２９の全部について行う。

全部の基板２９の反転が終了した後、ステッピングモータ６を回転させ、またセンサ３８による識別マークの検出結果に基づいて基板ホルダ４を所定回転速度で所定回数回転させることによって、ターゲット３による基板２９の他方の成膜面へのスパッタリングを行う。この際、基板２９を反転する前後での基板ホルダ４の回転回数を異なる適正数とすることで、基板２９の表裏の成膜面に成膜される膜の膜厚を、それぞれ所望のものとすることができる。

なお、上記では主に基板２９の表裏の成膜面に同じ組成、同じ膜厚の膜を形成する場合を説明したが、組成や膜厚等の異なる膜の成膜を行う場合には、基板２９の一方面の成膜を終えた後、回動機構３１を用いて全ての基板保持具２３を回動させ、基板２９の反転を行う。これと同時に、必要に応じてチャンバ２内のスパッタガスや反応性ガスを入れ替え、チャンバ２内の真空度を調整する。そして、チャンバ２内に予め配置しておいた基板２９の一方面の成膜に用いたターゲット３と異なる別のターゲットを用い、基板ホルダ４を所定回転速度で所定回数回転させることにより、基板２９の他方面の成膜を行う。このように、基板２９の表裏の成膜面に異なる膜を成膜する場合においても、その成膜条件の設定や成膜時の制御が容易なものとなる。

以上のようにして基板２９に成膜を行うため、基板ホルダ４に保持された各基板２９の成膜条件が等しく、またそれぞれの基板２９においても、表裏両成膜面に対し、複雑な制御を行う必要もなく、同じ条件の成膜を行うことができるので、基板２９の表裏両成膜面に形成された膜は、同じ膜質（同じ組成、同じ膜厚等）を有するものとなる。また基板２９の反転を、チャンバ２の外に取り出すことなく、チャンバ２内の条件を乱さずに簡単かつ容易に行うことができる。またそのための構成も簡単で、清掃やメンテナンス等に手間と時間を要することがなく、装置コストも高価のものとならない。

本発明の一実施形態を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態を示す横断面図である。 本発明の一実施形態における基板保持具を示す図で、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は縦断面図である。 図３（ａ）における基板保持具のＡ−Ａ矢視方向の断面図である。

符号の説明

２…チャンバ
３…ターゲット
４…基板ホルダ
９…駆動部
２３…基板保持具
２４ａ，２４ｂ…回動軸
２９…基板
３１…回動機構
３３…アクチュエータ
４０…センサ

Claims (4)

1. 所定の真空状態に保たれたチャンバ内に、ターゲットと、このターゲットの前方に回転可能に基板ホルダを設け、前記基板ホルダの外周部に保持した平板状基板の成膜面に、前記基板ホルダを回転させ前記ターゲットの前方を横断させて、所定の薄膜を成膜するカルーセル型スパッタリング装置であって、
   前記基板ホルダには、その外周部に前記基板を保持する複数の基板保持具が、該基板ホルダの回転軸に平行な回動軸を備え、保持した前記基板を正逆方向にそれぞれ半回転させることが可能であるように設けられていると共に、前記チャンバには、前記基板保持具の回動機構が設けられており、回転する前記基板ホルダを所定位置に停止させた後、前記回動機構によって前記基板保持具を半回転させることで、前記基板の成膜面を一方面から他方面に反転するようにしたものであることを特徴とするカルーセル型スパッタリング装置。
2. 前記基板保持具は、前記回動軸に前記基板の厚み方向の中心線が一致するように前記基板を保持するものであることを特徴とする請求項１記載のカルーセル型スパッタリング装置。
3. 前記基板は、前記ターゲットの前方を横断する際に、前記成膜面が前記ターゲットに対し平行となるよう前記基板ホルダに保持されることを特徴とする請求項１記載のカルーセル型スパッタリング装置。
4. 前記回動機構は、前記基板保持具を上方に押し上げ半回転させることによって、前記基板の成膜面を一方面から他方面に反転させるものであることを特徴とする請求項１記載のカルーセル型スパッタリング装置。

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