JP2008291294A - 真空成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板保持機構の構成を複雑化、大型化させることなく、大型の基板の姿勢を水平な状態と垂直に起立させた状態との間で変えることが可能な真空成膜装置を提供する。
【解決手段】真空成膜装置は、薄膜が形成される基板３を保持する基板ホルダー１２を備え、真空処理室１内に設置された基板保持機構１１を有する。真空成膜装置は、基板保持機構１１の重心またはその近傍を通る水平軸である第１の軸を中心として基板保持機構１１を回転させる回転機構１５をさらに有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空雰囲気中で基板上に薄膜を作成する真空成膜装置に関する。

近年、大面積基板に膜質の良い薄膜を成膜する方法としてスパッタ・ＰＣＶＤ等が盛んに利用されている。デバイス作製の際には基板上の薄膜に対して微細加工が施されるが、基板上への薄膜の成膜時に基板表面上にごみやダストなどを含むパーティクルが付着していた場合には、作製されたデバイスは欠陥品となってしまう。この問題を解決するためには、成膜の際にパーティクルが基板上に付着するのを防ぐことが必要となる。

成膜の際にパーティクルが基板上に付着するのを防ぐために、特許文献１には、成膜時に基板を垂直にすることが開示されている。これにより、基板表面へダストが落下することが防止されている。また、成膜時に基板を垂直にすることにより、スパッタリング法を利用する場合にターゲットも垂直に配置することで、基板へのダストの落下が無い状態で良質な薄膜を作成することが可能となる。
特開平０９−０５９７７６号公報

しかしながら、成膜時に基板を垂直にする手段では、基板が大型化されるのにしたがって、基板を水平状態から起立させること自体が問題となる。すなわち、ロードロック室から装置内に搬入された基板は搬送ロボットによってトランスファーチャンバーを経て真空処理室に運ばれるが、このとき基板は水平に搬送される。搬送時に水平であった基板は、真空処理室内で基板保持機構の基板ホルダー上に載置され、基板ホルダーと共に基板ホルダーの一辺を回転中心として起立させられる。

基板が大型化すると、それに伴って基板ホルダーも同様に大型化する。これにより基板と基板ホルダーとを合わせた重量が増大し、その結果、基板ホルダーを起立させるために基板保持機構の動力を増大させる必要が生じる。例えば、液晶ディスプレイ等に用いられる基板では、３００×４００ｍｍサイズの基板から５５０×６５０ｍｍサイズの基板へと大型化され、重量は約３倍となっている。最近では、それ以上の基板サイズへと基板の大型化がさらに進んできている。

このように大型化した基板を処理室内で水平な状態から垂直に起立させようとすると、基板ホルダーを起立させる際に基板保持機構に大きな負荷がかかる。そのため、従来の構成では、基板保持機構に補強構造を備えたり、基板保持機構の駆動力を増大化させたりする必要があった。その場合には、基板保持機構の構成が複雑化、大型化してしまう。

そこで本発明は、基板保持機構の構成を複雑化、大型化させることなく、大型の基板の姿勢を水平な状態と垂直に起立させた状態との間で変えることが可能な真空成膜装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の真空成膜装置は、薄膜が形成される基板を保持する基板ホルダーを備え、真空処理室内に設置された基板保持機構と、該基板保持機構の重心またはその近傍を通る水平軸である第１の軸を中心として前記基板保持機構を回転させる回転機構と、を有する。

本発明によれば、基板保持機構の構成を複雑化、大型化させることなく、大型の基板の姿勢を水平な状態と垂直に起立させた状態との間で変えることが可能である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る真空成膜装置の全体構成を示す正面断面図であり、図２は図１に示した真空成膜装置の平面断面図である。図３（ａ）は図１，２に示した基板保持機構の側面断面図、図３（ｂ）はその正面断面図である。図４（ａ）は基板ホルダーが水平に配置された状態の基板保持機構を示す平面図、図４（ｂ）は基板ホルダーが垂直に配置された状態の基板保持機構を示す平面図である。図５は、基板保持機構と、基板保持機構を収容した真空処理室を示す斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の真空成膜装置は、内部に基板保持機構１１を収容した真空処理室１を有している。図４（ｂ）に示すように、真空処理室１の内部には壁に沿って複数のカソード４が設置されている。本実施形態では、真空処理室１は四面体構造を有しており、その４つの側壁のうちの３つの側壁と上壁とに沿って合計で４つのカソード４が真空処理室１内に配置されている。この他にも、カソード４は真空処理室１の底面を除く全ての内壁に沿って配置されていてもよい。また、真空処理室１が他の多面体構造を有している場合であっても、カソード４は真空処理室１の底面を除く全ての内壁に沿って配置することができる。言い換えれば、本実施形態では、ターゲットが備えられる少なくとも１つのカソード４が、真空処理室１内の、Ｘ１軸及びＸ２軸（図３（ｂ）参照）の少なくとも一方を中心として回転する基板保持機構１１の基板ホルダー２が対向する領域に配置されている。各々のカソード４には互いに異なる種類のターゲットを設置してもよいし、そのうちのいくつかのカソード４については同じ種類のターゲットを設置してもよい。真空処理室１内には内部を真空引きした後に放電用ガスが導入される。また、真空処理室１はグラウンドに接地されている。

さらに、本実施形態の真空成膜装置は真空処理室１に隣接する位置に搬送ロボット２を備えている。この搬送ロボット２は、真空処理室１内の基板保持機構１１に対して基板３の授受を行う。

真空処理室１内に設置された基板保持機構１１には、基板３を保持する基板ホルダー１２と、基板ホルダー１２の支持面に対して垂直な方向に基板ホルダー１２を進退させる移動機構１６とが備えられている。さらに、基板保持機構１１には、基板保持機構１１を回転させるための回転機構１５が連結されている。基板保持機構１１は、回転機構１５と共に回転ステージ２０上に設置されている。

基板ホルダー１２には、基板３を加熱するための加熱機構（不図示）と、基板３の温度制御を行う温度測定用の熱電対（不図示）とが備えられており、これらによって基板３の加熱温度を制御することが可能となっている。また、基板ホルダー１２には、基板３を高温から低温に降温するための冷却溶剤またはガスを真空処理室１内に導入するための導入機構（不図示）が備えられている。この導入機構から導入する冷却溶剤またはガスを調節委することで、成膜条件ごとの温度制御を行うことが可能である。

回転機構１５は、基板保持機構１１の重心またはその近傍を通る水平軸であるＸ１軸（第１の軸）を回転中心として、基板保持機構１１を回転させる（図３（ｂ）参照）。基板保持機構１１は、基板保持機構１１を回転させる駆動源であるモーター（不図示）と、基板保持機構１１を適正な回転位置で停止させる停止ブロック（不図示）とを有している。回転機構１５が基板保持機構１１をＸ１軸回りに正逆方向に回転させることで、基板ホルダー１２の姿勢を水平状態から垂直起立状態へ、あるいは垂直起立状態から水平状態へと切り換えることができる。

回転ステージ２０は、基板保持機構１１の垂直中心軸であるＸ２軸（第２の軸）を回転中心として基板保持機構１１を正逆方向に回転可能である（図３（ｂ）参照）。回転ステージ２０は、不図示の駆動装置によって回転駆動させられる。

次に、本実施形態の真空成膜装置による成膜動作について説明する。

成膜が施される基板３は、搬送ロボット２によって真空処理室１内の基板保持機構１１の基板ホルダー１２に水平な状態で搬送される。

次に、必要に応じて回転ステージ２０および回転機構１５によって基板保持機構１１を回転させ、真空処理室１内に配置された所望のカソード４に基板３を対向配置させる。真空処理室１の上壁に沿って配置されたカソード４に基板３を対向配置させる場合には、基板ホルダー１２が基板３を水平に保持して入ればよいので、回転機構１５によって基板保持機構１１を回転させる必要はない。一方、真空処理室１の側壁に沿って配置されたカソード４に基板３を対向配置させる場合には、回転機構１５によって基板保持機構１１を回転させて、基板ホルダー１２を垂直倒立状態にする。このとき、回転機構１５は基板保持機構１１のほぼ重心を通る軸を中心として回転させるので、回転機構１５が必要とする回転駆動力は小さい。そのため、回転機構１５の駆動部には簡素で小型の構成のものを用いることができる。基板ホルダー１２を垂直倒立状態にすると、基板３は真空処理室１の側壁に沿って配置されたカソード４に対して対向配置される（図４（ｂ）参照）。

次に、カソード４に備えられたターゲットが基板３上に良好にスパッタリングされるように、基板３とカソード４に備えられたターゲットとの間の距離を調節する。この調節は、基板保持機構１１の移動機構１６で基板ホルダー１２を平行移動させることによって行う。なお、基板３とカソード４との間の間隔を規定するストッパー１８を基板保持機構１１が備えていてもよい。これにより、移動機構１６が所定の位置まで移動するとストッパー１８に当接して移動が停止されるので、基板３とカソード４との間の間隔を所定の間隔に容易に調節することができる。移動機構１６は、基板３とカソード４に備えられたターゲットとの間の距離を、例えば１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲に調節可能である。このようにして基板３をカソード４に対向配置させた後、基板３とカソード４との間に高周波電圧を印加してスパッタリングを行う。

その後、他のターゲットによる成膜を行う場合には、回転ステージ２０および回転機構１５を駆動させて基板３を他のカソード４に対向配置させる。そして、移動機構１６によって基板３とカソード４に備えられたターゲットとの間の距離を調節した後に、再びスパッタリングを行う。

基板３への成膜が完了した後、回転機構１５によって基板ホルダー１２を水平状態にし、搬送ロボット２によって基板３を真空処理室１から取り出す。これにより、所望の薄膜が作成された基板３を得ることができる。

上述したように、本実施形態における基板保持機構１１は、その重心またはその近傍を通るＸ１軸を中心として回転機構１５によって回転させられるように構成されている。重心またはその近傍を通るＸ１軸を中心として基板保持機構１１を回転させるのに必要な駆動力は小さくてもよいので、回転機構１５に補強構造を備えたり、回転機構１５の駆動力を増大化させたりする必要はない。したがって、本実施形態の真空成膜装置によれば、基板保持機構１１の回転機構１５の構成を複雑化、大型化させることなく、大型の基板３の姿勢を、水平な状態と垂直に起立させた状態との間で変えることができる。

また、本実施形態の基板保持機構１１は、回転機構１５及び回転ステージ２０によってＸ１軸及びＸ２軸を中心として回転可能である。そのため、基板ホルダー１２に支持された基板３を真空処理室１内に配置された各々のカソード４に対向させてスパッタリングを行うことができる。したがって、真空処理室１内に基板３を一度収容した後は、各々のカソード４に基板３を順次対向させてスパッタリングを連続して行うことができるため、成膜に要する時間を短縮することができる。なお、各々のカソード４に異なる種類のターゲット材料を設けた場合には、異なる材料からなる複数の薄膜を基板３上に積層することができる。また、寿命が短いターゲット材料を複数のカソード４に設けることによって、ターゲット材料を補充する手間を少なくすることができる。

本発明の一実施形態に係る真空成膜装置の全体構成を示す正面断面図である。 図１に示した真空成膜装置の平面断面図である。 図（ａ）は図１，２に示した基板保持機構の側面断面図であり、図（ｂ）はその正面断面図である。 図（ａ）は基板ホルダーが水平に配置された状態の基板保持機構を示す平面図であり、図（ｂ）は基板ホルダーが垂直に配置された状態の基板保持機構を示す平面図である。 基板保持機構と、基板保持機構を収容した真空処理室を示す斜視図である。

符号の説明

１ 真空処理室
２ 搬送ロボット
３ 基板
４ カソード
１１ 基板保持機構
１２ 基板ホルダー
１５ 回転機構
１６ 移動機構

Claims (6)

1. 薄膜が成膜される基板を保持する基板ホルダーを備え、真空処理室内に設置された基板保持機構と、
   該基板保持機構の重心またはその近傍を通る水平軸である第１の軸を中心として前記基板保持機構を回転させる回転機構と、
   を有する真空成膜装置。
2. ターゲットが備えられる少なくとも１つのカソードが、前記真空処理室内の、前記第１の軸を中心として回転する前記基板保持機構の前記基板ホルダーが対向する領域に配置されている、請求項１に記載の真空成膜装置。
3. 前記基板保持機構は、前記基板ホルダーに備えられた基板と、前記基板ホルダーが対向する前記カソードに備えられた前記ターゲットとの間の距離を調節するために前記基板ホルダーを移動させる移動機構を備えている、請求項１または２に記載の真空成膜装置。
4. 前記移動機構は、前記基板と前記ターゲットとの間の距離を１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲に調節可能である、請求項３に記載の真空成膜装置。
5. 真空処理室内には、前記基板保持機構を載置し、前記基板保持機構の垂直中心軸である第２の軸を中心として回転可能な回転ステージが設置されており、
   少なくとも１つの前記カソードが、前記真空処理室内の、前記第１の軸及び前記第２の軸の少なくとも一方を中心として回転する前記基板保持機構の前記基板ホルダーが対向する領域に配置されている、請求項２から４のいずれか１項に記載の真空成膜装置。
6. 前記基板ホルダーには、前記基板を加熱する加熱手段及び前記基板を冷却する冷却手段が備えられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の真空成膜装置。

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