JP4138938B2 - 多層膜形成用スパッタ装置及びその使用方法 - Google Patents
多層膜形成用スパッタ装置及びその使用方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電球の球やリフレクターなど主として多数の筒型のワークの側面及び端面に一様な厚さの多層膜を成膜する多層膜形成用スパッタ装置とその使用方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、真空成膜室内で回転するドラムに多数のワークを設置し、該真空成膜室内に設けたスパッタカソードの前方に各ワークを順次に位置するようにドラムを回転させて各ワークにスパッタ成膜を施す装置が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の装置では、ワークが筒型である場合、その側面と上面の一部に多層膜を形成できても、その側面と上面の全体に一様な膜を多層に形成することができず、特に側面と上面では膜厚にバラツキが生じる不都合があった。また、上記従来の装置では、種類の異なるスパッタカソードをドラムの周囲に沿って複数基設けておけば、ワークが各カソードの前方に位置したときに各種の膜を形成して各ワークに多層の膜を成膜することは可能であるが、他のカソードの成膜材料が混入して膜質が低下する欠点があるので、膜質の良い多層膜を形成するには複数の成膜室を用意し、ワークを各成膜室に移し換えて各層を個別に成膜するのが一般で、設備が高価でその移し換えの作業が煩わしい欠点があった。また、従来のワークの成膜レートの調節は、カソードへの投入電力を制御して行っており、その電気制御設備が高価で装置の価格が高くなる不都合があった。
【0004】
本発明は、筒型のワークの側面及び上面に一様な膜厚で多層にスパッタ成膜できる安価な多層膜形成用スパッタ装置を提供すること及びこの装置により成膜レートを機械的に簡単に制御する方法を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明では、真空成膜室内に、支軸を中心として回転し且つ該真空成膜室内を平行移動する回転盤を設けると共に該回転盤の周辺に端面が塞がれた筒型のワークを該回転盤の盤面に対して直立して保持し且つ該ワークを該支軸に平行な自転軸を中心として自転させる基板ホルダーを設け、該回転板の移動方向に沿って間隔を存して該ワークの側面と平行したスパッタ面を有するターゲットを備えたカソードを複数個設けることにより、上記目的を達成するようにした。該支軸には複数枚の回転盤を間隔を存して取り付けておくことにより、多数の基板ホルダーを設けて多くのワークにスパッタ処理を施せる。該回転盤と該ワークの回転数比を調節し、該筒型のワークの上面と側面に成膜する。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づき説明すると、図1乃至図3に於いて符号1は真空ポンプに連なる真空排気口2とスパッタガスの導入口3を備えた真空成膜室を示し、その室内に支軸4を中心として回転し且つ平行移動する回転盤5を設けた。該支軸4は該成膜室1内に敷設したレール6上を走行する台座7に直立して固定され、該レール6に沿って設けた駆動軸8の回転により該回転盤5に回転を与えるようにした。該回転盤5は図1に見られるように円形に構成され、その周縁部分に上面が塞がれた円筒状のワーク9を盤面から直立させて保持し且つ該ワーク9を該支軸4に平行な自転軸を中心として自転させる基板ホルダー10を例えば36個設けた。該回転盤5は中空に構成され、その内部には、該支軸4に固定した大径の固定歯車13と、該固定歯車13の外周に噛み合い且つ該回転盤5に軸支されて該基板ホルダー10と共に回転する衛星歯車15を設け、該駆動軸8により該回転盤5が回転されると、基板ホルダー10に取り付けたワーク9が該支軸4の周りを公転し且つ該回転盤5上で自転する。17は該台座7に装着したエンドレスベルト18を往復移動させるための電動機で、その回転で台座7がレール6に沿って往復する。多数のワークを処理するときは、該支軸4に上下2段に或いは図4、図5のように3段に回転盤5を取り付けする。尚、ワーク9は円筒状に限らず、角筒型であってもよく、この場合は基板ホルダー10の形状をを角筒型ワーク9を取り付けれるように形成する。
【0007】
該成膜室1内には、該回転盤5の移動方向に沿ってコンタミネーションを防げる適当な間隔を存して該回転軸4と平行したスパッタ面を有するターゲット14を備え、DC或いはRF電源12に接続したカソード11を例えば2基設け、図示の例では一方のターゲット14aをSiO2のターゲットとし、もう一方のターゲット14bをTiO2のターゲットとし、両カソード11、11間に該成膜室1の壁面から延び且つ回転盤5の移動を妨げないように揺動する防着板19を設けてスパッタ粒子の拡散を防ぐようにした。
【0008】
図4乃至図7に示した例は、本発明の他の実施例であり、この実施例ではレール6を該成膜室1の側壁に設けてこれに傘歯車16を収容した中空の台座7を走行自在に載架し、該駆動軸8の回転が伝達歯車8a及び傘歯車16を介して回転盤5に与えられるようにした。
【0009】
本発明の装置は、図8に示すような上面9aが塞がれた筒型ワーク9の側面9bの全面と該上面9aに、例えばSiO2膜とTiO2膜の2層の多層膜を成膜するために使用されるもので、その作動を図1乃至図3に示した装置につき説明すると次の通りである。尚、該回転盤5には外径が332mmのものを2段に設け、ワーク9は高さが30mm、直径が15mmの円筒体のものとし、回転盤5の回転数とワーク9の自転数の比を1:13に設定した。また、各カソード11、11には、高さ方向が10インチで幅方向が5インチのターゲット14を取り付け、その中心間距離を800mmとした。
【0010】
まず、カソード11、11にSiO2とTiO2のターゲット14を取り付け、各基板ホルダー10に例えば電球の球からなるワーク9を夫々嵌着し、SiO2のターゲット14aのカソード11の前方に台座7を位置させ、該成膜室1内を例えば1.3×10-4Paに排気する。そして駆動軸8を回転させて回転盤5を公転させると共にワーク9を取り付けた基板ホルダー10を自転させ、スパッタガスを導入して圧力を調節したのち該カソード11に電力を概ね3Kw投入し、スパッタを開始する。該駆動軸8を10分間回転させると、各ワーク9の側面及び上面にSiO2のスパッタ膜が厚さ120オングストロームの一様な厚さで成膜される。このあと、カソード11の作動を止め、台座7の移動でTiO2のターゲットを備えたカソード11の前方へ該ワーク9を移動させ、再び駆動軸8を回転させて回転盤5及びワーク9を自公転させながら該カソード11を作動させる。その回転を10分間続けると、各ワーク9の側面及び上面のSiO2膜の上にTiO2のスパッタ膜が厚さ130オングストロームの一様な厚さで成膜され、各ワーク9に予定の2層膜の形成が完了する。該ワーク9は成膜室1内を大気圧に戻すか、図9のように成膜室1に連設したロードロック室20に台座7を移動させ、該室20を大気圧に戻すことにより外部へ取り出される。
【0011】
この場合、SiO2、TiO2膜はともに約12.5〜13.5オングストローム/minの成膜レートであった。この成膜レートの値Rは、経験的に与えられるR=(R0/π)×(ω/(ω+1))の式から算出される値に近い値である。R0はワークに自転のない場合の成膜レートであり、オングストローム・mの単位を持つ。前記実施例の場合は、R0=70オングストローム・mである。また、ωはワークの回転数と関係した量である。前記の実施例では、ワーク9は、幅5インチつまり約12.5cmのカソード11の前方を通過する際だけ成膜されると考えられ、従って、回転盤5が1回転しても、実際は円周にならべられたワークの1/8の部分だけがカソード11の前を通過して成膜されることになる。よって、ωとして採用する値は、回転盤5とワーク9の回転数比を1/8にしたもの、すなわち、13×(1/8)=1.625になり、このときの上式の成膜レートRは14オングストローム/minになり、実際の成膜レートとかなり一致する。そしてこのような自公転式のスパッタ成膜に於いて、円筒状のワーク9の上面と側面に一様性よく成膜するには、回転盤5の回転数とワーク9の自転数との間には、1(回転盤):5〜30(ワーク)という回転数の関係があればよいことが繰り返しての実施により判明した。図10に回転数比と一様性の関係を示した。尚、この範囲の回転数比では、ワークの上面と側面の膜厚の一様性は±5%の一様性が得られた。更に、ワーク9は、高さが30〜50mm程度で、直径が10〜25mm程度であるならば、一様性として±5%が得られることも分かった。該回転盤とワークの回転数比はワークの寸法形状により適宜選択され、その回転数比は固定歯車13又は衛星歯車15の歯数を変更することで簡単に変更できる。
【0012】
ターゲット14の高さ方向の寸法は、回転盤5を数段重ねた場合の高さよりも20cm程度大きいことが必要である。該回転盤5の平行移動の経路の両側に、図9のように、同種のターゲット14を取り付けたカソード11を対向して設けるようにしてもよい。また、回転盤5を多段に重ねた場合、下段の回転盤5のワークと上段の回転盤5の底面との間には、例えば5〜15mm程度のわずかな隙間があればよい。更に、ワーク9は、図11に示すような上面が隆起した形状を持つものであってもよい。
【0013】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、支軸を中心として回転し且つ該真空成膜室内を平行移動する回転盤の周辺に、端面が塞がれた筒型のワークを該回転盤の盤面に対して直立して保持し且つ該ワークを該支軸に平行な自転軸を中心として自転させる基板ホルダーを設け、該回転盤の移動方向に沿って間隔を存して該ワークの側面と平行したスパッタ面を有するターゲットを備えたカソードを複数個設けたので、該ワークの側面と上面に一様性のよいスパッタ膜を1つの成膜室内で多層に形成することができ、その装置構成も簡単で装置が安価になる等の効果があり、該回転盤の回転数と該ワークの自転数の比を調節するだけで、各種寸法形状の筒型ワークの上面と側面に一様性のよい多層スパッタ膜を簡単に成膜出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す截断平面図
【図2】図1の2−2線断面図
【図3】図1の3−3線断面図
【図4】本発明の他の実施の形態を示す要部の截断側面図
【図5】図4の5−5線断面図
【図6】図4の6−6線断面図
【図7】図4の一部拡大断面図
【図8】ワークの斜視図
【図9】本発明の更に他の実施の形態を示す截断平面図
【図10】スパッタ膜厚と回転数比の関係を示す線図
【図11】他のワークの斜視図
【符号の説明】
1 真空成膜室、4 支軸、5 回転盤、9 ワーク、10 基板ホルダー、
11 カソード、14a・14b ターゲット、
Claims (3)
- 真空成膜室内に、支軸を中心として回転し且つ該真空成膜室内を平行移動する回転盤を設けると共に該回転盤の周辺に端面が塞がれた筒型のワークを該回転盤の盤面に対して直立して保持し且つ該ワークを該支軸に平行な自転軸を中心として自転させる基板ホルダーを設け、該回転盤の移動方向に沿って間隔を存して該ワークの側面と平行したスパッタ面を有するターゲットを備えたカソードを複数個設けたことを特徴とする多層膜形成用スパッタ装置。
- 上記支軸に複数枚の上記回転盤を間隔を存して取り付けたことを特徴とする請求項1に記載の多層膜形成用スパッタ装置。
- 真空成膜室内に、回転軸を中心として回転し且つ該真空成膜室内を平行移動する回転盤を設けると共に該回転盤の周辺に端面が塞がれた筒型のワークを該回転盤の盤面に対して直立して保持し且つ該ワークを自転させる基板ホルダーを設け、該回転盤の移動方向に沿って間隔を存して該ワークの側面と平行したスパッタ面を有するターゲットを備えたカソードを複数箇所設けた多層膜形成用スパッタ装置に於いて、
該回転盤と該ワークの回転数比を調節し、該筒型のワークの上面と側面に成膜することを特徴とする多層膜成膜用スパッタ装置の使用方法。
Priority Applications (1)
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JP13058998A JP4138938B2 (ja) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | 多層膜形成用スパッタ装置及びその使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11323541A JPH11323541A (ja) | 1999-11-26 |
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JP13058998A Expired - Lifetime JP4138938B2 (ja) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | 多層膜形成用スパッタ装置及びその使用方法 |
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1998
- 1998-05-13 JP JP13058998A patent/JP4138938B2/ja not_active Expired - Lifetime
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