JP3281926B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタ薄膜と蒸着薄
膜とを、それぞれ片面づつに形成できる薄膜形成装置に
関する。

【０００２】本発明は、また、マスクを固定したまま
で、異なるマスクパターンのスパッタ薄膜と蒸着薄膜と
の積層膜を、筒状ないし柱状基板上に形成する薄膜形成
装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】真空雰囲気を利用して物理的に薄膜を形
成する方法（ＰＶＤ：Ｐｈｉｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）としては、蒸着法とスパッタ
リング法とが知られており、蒸着法の一種としてはイオ
ンプレーティング蒸着法などがある。スパッタリング法
と蒸着法（イオンプレーティング蒸着も含めて）とは、
それぞれ利点および限界を有しており、形成すべき薄膜
の種類や要求される膜特性などによって使い分けてい
る。

【０００４】また、真空を破ることなく、蒸着薄膜とス
パッタ薄膜とを基板の片面づつにそれぞれ連続して形成
したり、あるいは積層膜として形成することが要求され
る場合がある。前者の場合は、１つの真空槽の中にスパ
ッタ処理部と蒸着処理部とを設けこれら処理部間に基板
を移動させることにより、あるいはスパッタ室と蒸着室
の２つの真空槽の間を移動させることにより行なうこと
ができる。しかしこの場合には、基板の移送機構が必要
となり、また、一般に薄膜の形成に際しては膜厚分布を
取るために基板を回転させることが要求されるため、移
送後にチャッキングして回転する機構も必要となる。そ
のため、装置の複雑化、大型化は避けられない。

【０００５】一方、蒸着薄膜とスパッタ薄膜の積層膜を
形成する場合は基板に対して蒸着源とターゲットとを対
向させておき、順次薄膜を形成すれば良いので比較的容
易である。しかし、積層されるスパッタ薄膜と蒸着薄膜
とでマスクパターンが異なる場合は、マスクの交換が必
要なため、真空を破らずに連続成膜することは困難であ
る。真空槽内で機械的にマスクを切換える機構を設ける
ことも原理的には可能であるが、基板ホルダーに搭載さ
れる基板の数が多い場合には現実的でない場合が多い。
また、仮に切換え機構を設けたとしても、マスク切換え
時の振動により、基板にゴミや埃が付着して薄膜のピン
ホールの原因となるおそれが大きい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、基板の搬送
・移動を必要とせず、効率的にスパッタ薄膜と蒸着薄膜
を、基板の両面に形成可能な薄膜形成装置を提供するも
のである。

【０００７】本発明は、また、異なったマスクパターン
のスパッタ薄膜と蒸着薄膜の積層膜を形成可能な薄膜形
成装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の薄膜形成
装置は、真空槽と、真空槽内に配置され、薄膜を形成す
べき多数の基板を、基板全体の集合体が略円筒体を形成
するように搭載し、この略円筒体の仮想軸を中心に回転
する基板ホルダーと、前記略円筒体の内周面側に配置さ
れ、基板の一方の片面に蒸着薄膜を形成する蒸着薄膜形
成部材と、前記略円筒体の外周面側に配置され、基板の
もう一方の片面にスパッタ薄膜を形成するスパッタ薄膜
形成部材とを具え、真空槽の真空を破ることなく、か
つ、蒸着薄膜形成時とスパッタ薄膜形成時に基板の搬送
や基板の反転を必要とすることなく、基板を搭載した基
板ホルダーの回転のみで、基板の両面にそれぞれ蒸着薄
膜とスパッタ薄膜とを形成するようにしたことを特徴と
する薄膜形成装置。

【０００９】本発明の第２の薄膜形成装置は、薄膜を形
成すべき多数の筒状ないし柱状基板を、基板全体の集合
体が略円筒体を形成し、かつ、この略円筒体の仮想軸と
筒状ないし柱状基板の中心軸とがほぼ平行となるように
搭載し、前記略円筒体の仮想軸を中心に基板を公転せし
めるとともに、前記筒状ないし柱状基板の中心軸を中心
にこの基板を自転せしめる基板ホルダーと、前記筒状な
いし柱状基板の長さの方向の一部について、前記略円筒
体の内周面側または外周面側を選択的にマスクするマス
ク部材と、前記略円筒体の内周面側に配置された蒸着薄
膜形成部材と、前記略円筒体の外周面側に配置されたス
パッタ薄膜形成部材とを具えたことを特徴とする。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の第１の薄膜形成装置の実施
例を示す模式図である。図２は、第１の薄膜形成装置に
ついて、基板５１と蒸着源２１，２３およびスパッタ用
ターゲット１５，１９との関係を示す一部切欠き斜視説
明図である。

【００１１】真空槽１１内では、リングプレート３１に
円筒状の基板ホルダー３３が固定されており、リングプ
レート３１の外周に刻設された歯と咬み合う駆動歯車２
５を外部から回転させることにより、円筒状の基板ホル
ダー３３がその軸を中心にして回転する。リングプレー
ト３１は、真空槽１１に対して固定されたベースプレー
ト２７に、ボールベアリング２９を介してＲ方向に回転
自在に支持されている。

【００１２】基板ホルダー３３の外周面側、言い換えれ
ば基板５１の集合体が形成する円筒体の外周面側には、
２つのターゲット１５，１９が基板５１と対向して設け
られている。１３，１７はスパッタ電極を示す。また、
基板ホルダー３３の内周面側には、高さ方向に２つの蒸
発源２１，２３および高周波コイル等のイオン化装置２
２，２４が設けられており、膜厚制御板（図示せず）を
用いて、イオンプレーティング蒸着法により基板５１全
体にわたって均一厚さの蒸着薄膜が形成されるようにな
っている。

【００１３】薄膜形成に際しては、真空雰囲気を蒸着用
に調整したのち、基板５１をＲ方向に回転させながら、
蒸着源２１，２３から蒸着物質を蒸発させてイオン化し
基板５１の内面（基板の一方の片面、表面）に蒸着薄膜
を形成する。ついで、スパッタ用ガスを導入して雰囲気
を調整したのち、基板５１を回転させながら、ターゲッ
ト１５，１９をスパッタして基板５１の外面(基板のも
う一方の片面、裏面)にスパッタ薄膜を形成する。この
ように、基板５１を移送したり表裏を反転することなく
同一場所で、基板の両面にそれぞれスパッタ薄膜と蒸着
薄膜とを形成できる。なお、蒸着とスパッタはいずれを
先に行なってもよい。

【００１４】また、膜厚分布を取るために蒸着源２１，
２３と基板５１はある程度大きな距離を置く必要がある
が、蒸発源２１，２３を基板ホルダー３３の内周面に配
置せしめることで容易に十分な距離が取れる。

【００１５】一方スパッタでは、ターゲット１５，１９
と基板５１とはある程度近接して配置する必要がある
が、ターゲット１５，１９を基板ホルダー３３の外周面
側に配置することで容易にこれが実現でき、しかも装置
のコンパクト化が可能となる。

【００１６】さらに、形成すべき薄膜の種類、要求され
る膜特性によって、蒸着とスパッタとを使い分けること
が可能となる。例えば、一般にスパッタ薄膜の方が蒸着
薄膜より膜特性は優れているが、一方、膜形成速度が遅
いという欠点がある（特に酸化物等の誘電体のスパッタ
速度は著しく遅い）。そこで、ＩＴＯや金属については
スパッタで薄膜を形成し、一方、酸化物や金属でも高反
射率が求められるアルミニウム膜などについては蒸着で
薄膜を形成する。また、合金などのように蒸着ではバル
クと膜で組成が変化しやすい薄膜を形成する基板面は、
外周側に向ける。

【００１７】図３〜５は本発明の第２の薄膜形成装置の
実施例を示す説明図であり、図３が全体構成を示す模式
図、図４が基板５１と蒸発源２１，２３およびターゲッ
ト１５，１９の関係を示す一部切欠き斜視図であり、図
５が基板ホルダー３３およびマスク部材４１の詳細を示
す一部斜視図である。なお、煩雑を避ける意味から、図
３〜５において基板５１の基板ホルダー３３への取付け
保持機構の図示省略し、また、図３，４においてマスク
部材４１の図示を省略してある。

【００１８】真空槽１１内では、リングプレート３１に
対してｒ方向に回転（自転）自在に複数の基板ホルダー
３３が取り付けられており、この基板ホルダー３３に対
して基板５１が取り付けられている。３５は軸受けを示
す。基板ホルダーの下端側にはホルダ歯車３７が固定さ
れており、真空槽１１に対して固定された自転駆動用ガ
イド歯車リング３９に対して、このホルダ歯車３７が咬
み合っている。リングプレート３１は、真空槽１１に対
して固定されたベースプレート２７に、ボールベアリン
グ２９を介してＲ方向に回転自在に支持されている。リ
ングプレート３１の外周に刻設された歯と咬み合う駆動
歯車２５を外部から回転させることにより、リングプレ
ート３１が回転する。

【００１９】リングプレート３１から林立する基板ホル
ダー３３の集合体は仮想円筒体５３を形成し、この基板
ホルダー３３に取り付けられた基板５１の集合体もまた
仮想円筒体５３を形成する。２つのターゲット１５，１
９が、仮想円筒体５３の外周面側で、基板５１に対向し
て設けられている。また、仮想円筒体５３の内周面側に
は高さ方向に２つの蒸発源２１，２３および高周波コイ
ル等のイオン化装置２２，２４が設けられている。

【００２０】さらに図５に示すように、仮想円筒体５３
の内周面側には、円筒状の基板５１の長さ方向の一部を
覆うマスク部材４１が配設されている。マスク部材４１
はリングプレート３１に対して固定された支持杆４３に
固定されている。マスク部材４１は、矢印Ｖ方向から飛
翔してくる蒸発源２１，２３からの蒸着物質に対するマ
スクとして働く。

【００２１】薄膜形成に際しては、スパッタ用ガスを導
入して真空槽１１内の雰囲気を調整したのち、駆動用歯
車２５によりリングプレート３１を回転させると、基板
５１がＲ方向に公転する。また同時に、リングプレート
３１の回転により、自転駆動用ガイド歯車リング３９と
咬み合うホルダ歯車３７が回転し、基板ホルダー３３に
取り付けられた基板５１がｒ方向に自転する（図４参
照）。このとき、仮想円筒体５３の軸と筒状の基板５１
との中心軸は平行である。このように、基板５１を公転
および自転（遊星回転）させつつ、ターゲット１５，１
９をスパッタして筒状の基板５１の外周面全体にスパッ
タ薄膜を形成する。

【００２２】ついで、スパッタ用ガスの導入を停止し、
真空雰囲気を調整したのち、基板５１を遊星回転させな
がら、蒸発源２１，２３から蒸着物質を蒸発させるとと
もにイオン化し蒸着薄膜を形成する。このとき、仮想円
筒体５３の内周面側にはマスク部材４１が存在するの
で、円筒状基板５１の上部外周面は蒸着されずスパッタ
膜がそのまま露出しており、一方、基板５１の残りの外
周面にはスパッタ薄膜と蒸着薄膜の積層膜が形成され
る。

【００２３】上記図３〜５に示した装置では、図１，２
に示した装置と同様に、蒸発源２１，２３の内周側配
置による膜厚分布とターゲット１５，１９の外側配置に
よるコンパクト化、形成する薄膜によって蒸着とスパ
ッタの選択使用が可能となる。さらに、マスク部材４１
を機械的に動かさずに、異なったマスクパターンのスパ
ッタ膜と蒸着膜とを形成できるので、マスク機構が簡潔
であり、しかもマスク機構の駆動によりゴミや埃が発生
し、これが基板５１に付着してピンホール等の膜欠陥を
生じることが防止される。

【００２４】なお、以上の説明では蒸着薄膜形成部材と
して蒸発源とイオン化装置とを組み合わせたイオンプレ
ーティング蒸着源を用いる場合を示したが、蒸発源のみ
を用いて通常の真空蒸着を行なってもよい。

【００２５】また、図５のマスク部材４１に代えて、ス
パッタ電極１３，１７側（略円筒体の外周面側）を選択
的にマスクするマスク部材を設けてもよい。さらに、略
円筒体の内周面側および外周面側に、互いに異なった部
材をマスクするマスク部材をそれぞれ設けてもよい。

【００２６】さらに、基板５１を鉛直方向からある程度
傾けることもできる。この場合、基板５１の集合体は、
截頭円錐体（略円筒体）を形成することになる。また、
略円筒体の仮想軸と円筒状ないし円柱状基板の中心軸と
は、その分だけ平行から外れることになる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の請求項１の発明によれば以下の
作用効果が得られる。 （１） 蒸着ゾーンからスパッタゾーンへの基板の搬送
や基板の反転を必要とせず、同一箇所で基板を回転させ
るだけで、基板の両面にそれぞれスパッタ薄膜と蒸着薄
膜を形成できる。

【００２８】（２） 蒸着薄膜の膜厚分布を取り、か
つ、装置をコンパクト化することが可能である。 （３） 要求される薄膜の種類や膜特性により、スパッ
タと蒸着をわりふって使い分けることができ、両者のも
つ優れた長所を生かすことができる。

【００２９】本発明の請求項２の発明によれば、上記
（２），（３）に加え、以下の作用効果が得られる。 （４） マスク部材の移動や交換を必要とせずに、異な
ったマスクパターンのスパッタ薄膜と蒸着薄膜との積層
膜を形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の本発明の薄膜形成装置の実施例
を示す模式図である。

【図２】図１の実施例における、基板と蒸発源およびタ
ーゲットとの関係を示す一部切欠き分解斜視図である。

【図３】請求項２記載の本発明の薄膜形成装置の実施例
を示す模式図である。

【図４】図３の実施例における、基板と蒸発源およびタ
ーゲットとの関係を示す一部切欠き分解斜視図である。

【図５】図３の実施例における基板ホルダーおよびマス
ク部材の詳細を示す部分斜視図である。

【符号の説明】

１１ 真空槽 １３，１７ スパッタ電極 １５，１９ ターゲット ２１，２３ 蒸発源 ２５ 駆動用歯車 ２７ ベースプレート ２９ ボールベアリング ３１ リングプレート ３３ 基板ホルダー ３５ 軸受け ３７ ホルダ歯車 ３９ 自転駆動用ガイド歯車リング ４１ マスク部材 ４３ 支持杆 ５１ 基板 ５３ 仮想円筒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 孝 東京都品川区南大井３丁目２番６号 株 式会社シンクロン内 (56)参考文献 特開 昭60−211068（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−7191（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−96262（ＪＰ，Ａ) 特公 平３−2228（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/203

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽と、 真空槽内に配置され、 薄膜を形成すべき多数の基板を、
   基板全体の集合体が略円筒体を形成するように搭載し、
   この略円筒体の仮想軸を中心に回転する基板ホルダー
   と、 前記略円筒体の内周面側に配置され、基板の一方の片面
   に蒸着薄膜を形成する蒸着薄膜形成部材と、 前記略円筒体の外周面側に配置され、基板のもう一方の
   片面にスパッタ薄膜を形成するスパッタ薄膜形成部材と
   を具え、真空槽の真空を破ることなく、かつ、蒸着薄膜
   形成時とスパッタ薄膜形成時に基板の搬送や基板の反転
   を必要とすることなく、基板を搭載した基板ホルダーの
   回転のみで、基板の両面にそれぞれ蒸着薄膜とスパッタ
   薄膜とを形成するようにしたことを特徴とする薄膜形成
   装置。
2. 【請求項２】 薄膜を形成すべき多数の筒状ないし柱状
   基板を、基板全体の集合体が略円筒体を形成し、かつ、
   この略円筒体の仮想軸と筒状ないし柱状基板の中心軸と
   がほぼ平行となるように搭載し、前記略円筒体の仮想軸
   を中心に基板を公転せしめるとともに、前記筒状ないし
   柱状基板の中心軸を中心にこの基板を自転せしめる基板
   ホルダーと、 前記筒状ないし柱状基板の長さの方向の一部について、
   前記略円筒体の内周面側または外周面側を選択的にマス
   クするマスク部材と、 前記略円筒体の内周面側に配置された蒸着薄膜形成部材
   と、 前記略円筒体の外周面側に配置されたスパッタ薄膜形成
   部材とを具えたことを特徴とする薄膜形成装置。