JP2009084666A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲット交換に伴う非稼動時間を短縮する。
【解決手段】スパッタリングターゲットと成膜のための基板とが配置される成膜室を有したスパッタリング装置において、退避位置から作用位置へ移動することにより成膜室を互いの間が気密な２つの空間に区画し、かつ作用位置から退避位置へ移動することにより成膜室の区画を解除する可動の仕切りを設け、作用位置を成膜室における基板の配置される領域とスパッタリングターゲットの配置される領域との間の位置とし、区画された２つの空間のうちの基板が配置される領域を含む一方の空間を真空に保った状態でのターゲット交換が可能な構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置に関する。

プラズマディスプレイパネルや液晶ディスプレイといったフラットパネルディスプレイの製造には、対角２メートルを超える大型の基板への成膜が可能なスパッタリング装置が用いられる。この種のスパッタリング装置は、大型基板の搬送に適したいわゆる縦型であり、鉛直方向に沿うように直立配置された基板に対して成膜する。成膜材料であるスパッタリングターゲットも基板と同様に成膜室内に直立配置されて基板と対向する。

特許文献１には、スパッタリングターゲットを交換するメンテナンスの作業性に優れたインライン形式の縦型スパッタリング装置が開示されている。この装置では、スパッタリングターゲットの支持体であるスパッタリングカソードがその下端縁に沿った水平方向の軸周りに開閉する扉構造とされている。スパッタリングカソードを開くことによって、スパッタリングターゲットを水平に配置することができる。また、特許文献２には、ターゲット交換に際してスパッタリングターゲットを水平に配置することが可能な枚葉形式の縦型スパッタリング装置が開示されている。
特公平６−７６６６１号公報 特開２００３−３２８１２０号公報

従来のスパッタリング装置では、ロードロック構成の採用により基板の搬入出に際して成膜室を真空に保つことができるものの、スパッタリングターゲットの交換に際しては成膜室を環境雰囲気（一般に大気）に暴露しなければならなかった。すなわち、上述のスパッタリングカソードを開くことによって成膜室が大気に開放されてしまう。したがって、ターゲット交換を終えた後に、成膜室を清浄化する加熱真空排気を長時間にわたって行う必要があった。この清浄化により装置の稼動率が大幅に低下する。

また、交換後にターゲット表面を安定した成膜に適した状態とするために、ダミー基板に対して成膜する必要があった。ダミー基板と正式に成膜する基板とを区別しなければならず、このような区別はスパッタリング装置を使用する成膜工程の管理を複雑にする。

本発明は、このような事情に鑑み、ターゲット交換に伴う非稼動時間の短縮を目的としている。他の目的はダミー基板への成膜を不要にすることである。

上記目的を達成するスパッタリング装置は、スパッタリングターゲットと成膜のための基板とが配置される成膜室を有し、退避位置から作用位置へ移動することにより前記成膜室を互いの間が気密な２つの空間に区画し、かつ前記作用位置から前記退避位置へ移動することにより前記成膜室の区画を解除する可動の仕切りを備える。前記作用位置は前記成膜室における前記基板の配置される領域と前記スパッタリングターゲットの配置される領域との間の位置である。当該スパッタリング装置においては、区画された前記２つの空間のうちの前記基板が配置される領域を含む一方の空間を真空に保った状態でのターゲット交換が可能である。

仕切りによる区画に成膜室のうちでターゲット交換に際して大気に晒されるのは一部のみに限定されるので、全体が晒される場合と比べて、ターゲット交換後の清浄化の必要な空間が狭い。したがって、比較的に短時間で清浄化を終えることができる。清浄の所要時間を短縮する上で、成膜室のうちの大気に晒される部分をより狭くするのが望ましい。また、不純物の残留が膜質に与える影響をより小さくする上で、作用位置を基板の配置される位置からより遠ざけるのが望ましい。

好ましい態様において、前記仕切りにおける前記スパッタリングターゲットの配置される領域の側の表面はターゲット粒子が付着する材料からなる。ターゲット交換後に前記仕切りで成膜室を区画した状態でスパッタリングを行うことにより、ダミー基板への成膜によらずに、ターゲット表面を安定な成膜に適して状態とすることができる。

本発明によれば、ターゲット交換に伴う非稼動時間を短縮することができる。また、スパッタリングターゲットのエージングのためのダミー基板が不要になる。

図１（Ａ）および（Ｂ）に模式的に示されるように、本発明の実施形態に係るスパッタリング装置１は、成膜対象の基板５，６が直立させまたはそれに近い姿勢で順に搬入される縦型の成膜チャンバ１０を備える。縦型は基板における自重による撓みが生じにくいので、特に大型基板への成膜に適している。例えば、フラットパネルディスプレイの量産で使用されるマザー基板は画面サイズの数倍の大きさをもつ。例示のスパッタリング装置１は、対角５０インチの画面の３個分に対応する約２ｍ×１．２ｍの大きさのマザー基板への成膜が可能に構成されている。

成膜チャンバ１０は、基板５，６を収容する本体部２１とスパッタリングターゲット３１が取り付けられる扉部２２とからなる。扉部２２は図１（Ｂ）のように下端縁に沿う軸の周りに回動可能に構成されている。図１（Ａ）において扉部２２は閉じており、所定のシール部材を介在させて本体部２１と扉部２２とが密着している。気密性を高めるため、扉部２２は本体部２１にねじ止めされる。図１（Ｂ）では扉部２２が開いた状態が描かれており、この状態においてスパッタリングターゲット３１は水平に配置される。水平配置は、吊り上げ運搬を含むターゲット交換の作業性および安全性に優れる。

スパッタリング装置１の特徴は、成膜チャンバ１０の内部である成膜室を一時的に区画するための可動の仕切り４０を備えることである。図１（Ａ）に示すとおり、成膜時において仕切り４０は成膜室の外である退避位置に配置される。仕切り４０がその機能を奏するのは、図１（Ｂ）に示すように作用位置に配置されたときである。仕切り３０が退避位置から作用位置に移動すると、扉部２２が開いたときに生じる本体部２１の開口を塞ぐように成膜室が区画される。すなわち、本体部２１の内部空間とその扉部２２の側の空間とが分離される。これにより、扉部２２が開いた状態においても本体部２１の内部空間を真空に保つことができ、本体部２１の内部を大気に開放することなくターゲット交換をすることができる。

仕切り４０の移動は図示しない駆動機構により行われる。駆動機構は、例えば複数のローラと軸シールを介してローラに連結された駆動源とで構成される。スライドガイドと圧力シリンダとで構成することもできる。

以上の構成のスパッタリング装置１は、図２に示すようにインライン形式の成膜システム１００に組み込まれる。成膜システム１００は、同一構成の複数の成膜チャンバ１０，１１、複数の連結チャンバ１５，１６，１７、および図示しない他のチャンバやゲートバルブなどから構成される。他のチャンバには、ロードロックチャンバ、アンロードロックチャンバ、加熱チャンバなどが含まれる。成膜システム１００では、連結チャンバ１５，１６，１７に真空排気系が接続されており、連結チャンバ１５，１６，１７を介して成膜チャンバ１０，１１の成膜室５０に対する真空排気が行われる。また、連結チャンバ１５，１６，１７は、成膜室５０を一時的に区画する上述の仕切り４０の退避に用いられる。

成膜に先立って、成膜室５０は１０^−５Ｐａ程度の真空とされる。その後、アルゴンに代表されるガスが導入された数Ｐａ程度の成膜室５０でスパッタリングが開始される。基板４，５，６，７，８は図の右から左へ１〜２ｍ／分程度の一定速度で搬送される。

成膜チャンバ１０，１１にそれぞれ配置されるスパッタリングターゲット３１，３２の材質および成膜チャンバ１０，１１の数は、成膜する膜の構成に応じて選択される。例えば、プラズマディスプレイパネルの電極となるＣｒ(５０ｎｍ)−Ｃｕ（３μｍ）−Ｃｒ（１００ｎｍ）の３層膜を形成する場合であれば、下層のＣｒ成膜に１台、Ｃｕ成膜に２台、上層のＣｒ成膜に２台の計６台の成膜チャンバを連ねる。下層および上層のＣｒ成膜レートを同一とし、Ｃｕ成膜レートをＣｒ成膜レートの１０倍とする。これにより、一定速度の搬送で所望の膜を得ることができる。膜厚に応じてチャンバ数を設定し、同じ材質の膜の成膜レートを同一にすることにより、量産における膜厚のばらつきを低減することができる。成膜レートを調整するには、例えば印加電圧を増減すればよい。

以下、仕切り４０の機能をさらに説明する。仕切り４０は上述のように成膜時には退避位置に在り、ターゲット交換のために扉部２２を開くときに、それに先立って作用位置に配置される。図３（Ａ）〜（Ｃ）において、仕切り４０は作用位置に在る。作用位置は成膜室５０における基板の配置される領域とスパッタリングターゲット３１の配置される領域との間の位置である。仕切り４０が作用位置に在ってかつ扉部２２が閉じているとき、成膜室５０は互いの間が気密な第１の空間５１と第２の空間５２とに区画される。第１の空間５１は基板が配置される領域を含み、第２の空間５２はスパッタリングターゲット３１の配置される領域を含む。

ターゲット交換に際しては、リーク弁の操作によって第２の空間５２を大気に開放し、その後に図３（Ｂ）のように扉部２２を開く。このとき、第１の空間５１の真空状態は仕切り４０によって保たれる。なお、図示のように扉部２２におけるスパッタリングターゲット３１の周囲にはガス導入孔６０が設けられている。

ターゲット交換が終わると扉部２２が閉じられ、第２の空間５２が減圧可能になる。仕切り４０をそのままにして第２の空間５２を所定の真空にし、ガスを導入してプリスパッタリングを行う。プリスパッタリングは、交換直後のスパッタリングターゲット３１の表面状態を良好にするエージングのために行う。プリスパッタリングを効率的に行いまた排気系の負担を軽減する上で、プリスパッタリングで生じたターゲット粒子を何らかの部材に吸着させるのが望ましい。仕切り４０はプリスパッタリングにおいてターゲット粒子を付着させるダミー成膜面として利用される。このため、仕切り４０の少なくともターゲット側の表面をターゲット粒子の付着しやすい材料で構成するのが望ましい。例えばステンレス板を仕切り４０とすればよい。

以上の実施形態において、スパッタリング装置１および成膜システム１００の構成は図示の例に限らない。第１および第２の空間５１、５２を個別に真空制御できる構成であれば、排気系の接続位置を含む装置構造を本発明に沿った範囲内で適宜変更することができる。成膜システム１００において各チャンバ間にバルブを配置してもよい。インライン形式にも枚葉形式にも本発明を適用することができる。

本発明の実施形態に係るスパッタリング装置の構成の模式図である。 スパッタリング装置を含む成膜システムの構成例を示す図である。 スパッタリング装置における仕切りの機能を示す図である。

符号の説明

１ スパッタリング装置であって、
３１ スパッタリングターゲット
５ 基板
４０ 仕切り
５０ 成膜室
５１，５２ 空間

Claims (2)

1. スパッタリングターゲットと成膜のための基板とが配置される成膜室を有したスパッタリング装置であって、
   退避位置から作用位置へ移動することにより前記成膜室を互いの間が気密な２つの空間に区画し、かつ前記作用位置から前記退避位置へ移動することにより前記成膜室の区画を解除する可動の仕切りを備え、
   前記作用位置は前記成膜室における前記基板の配置される領域と前記スパッタリングターゲットの配置される領域との間の位置であり、
   区画された前記２つの空間のうちの前記基板が配置される領域を含む一方の空間を真空に保った状態でのターゲット交換が可能に構成された
   ことを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記仕切りにおける前記スパッタリングターゲットの配置される領域の側の表面は、ターゲット粒子が付着する材料からなる
   請求項１に記載のスパッタリング装置。

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