JP6407960B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板表面に金属製の薄膜を成膜するスパッタリング装置に関する。

例えば、画像表示用の液晶パネル、各種半導体等の製造においては、基板の一面に金属の薄膜を形成するスパッタリング装置が用いられる（例えば、特許文献１、２参照）。このスパッタリング装置は、高真空に保たれた処理室の内部に基板とターゲットとを対向配置し、処理室内に希ガス（Ａｒガス等）を導入すると共に基板とターゲットとの間に高電圧を印加して、イオン化した希ガス元素をターゲット表面に衝突させることによりターゲット表面の原子を弾き飛ばし、該ターゲットの材料金属の薄膜を基板の表面に形成するように構成されている。

基板は、トレー形の保持体に保持した状態で処理室内に搬入し、ターゲットに対向する処理位置に位置決めされて成膜処理される。この際、ターゲットから弾き出されるターゲット原子の一部が保持体に付着する虞がある。液晶パネルの製造においては、ガラス製の基板の周縁部に非成膜領域を設ける必要があり、保持体は、基板の非成膜領域を覆う基板押さえを備えており、この基板押さえの表面に不要な金属膜が形成されることとなる。特許文献１、２に開示されたスパッタリング装置においては、処理室の内部に防着板を設け、該防着板により、基板を保持する保持体の一面を覆った状態で成膜処理を行い、保持体、特に、基板押さえへの不要な成膜を防止している。

なお、特許文献１に記載のスパッタリング装置は、基板の搬送方向に沿って複数の処理室を、ロードロック室、加熱室、アンロード室と共に直線状に並設し、各処理室内に順次搬入される基板に成膜処理を行うインライン型のスパッタリング装置として構成されている、また特許文献２に記載のスパッタリング装置は、複数の処理室をロードロック室、加熱室、アンロード室と共に放射状に並設し、並設域の中央に配した搬送用のロボットの動作により各処理室に基板を搬入して成膜処理を行う枚葉型のスパッタリング装置として構成されている。

特開平１１−２４１１６３号公報 特開２００４−３３２１１７号公報

以上の如きスパッタリング装置の防着板は、保持体への不要な成膜を防止するために、数ｍｍ程度の間隙を隔てて保持体の表面に近接対向させている。特許文献１に記載のスパッタリング装置においては、処理室内での基板の位置決め後、基板及び保持体に対して防着板を接近移動させ、該保持体との近接配置を実現している。

一方、例えば、液晶パネルの製造において、大判のガラス基板を使用し、Ｃｕ等の高い導電性を有する材料により肉厚の金属膜を成膜する場合、処理時間が長くなり、処理室内が高温となることから、防着板と保持体とが熱膨張により変形し、対向部において接触する虞れがある。この接触が生じた場合、防着板及び保持体の表面に付着する金属膜が剥離し、基板の成膜領域に混入して成膜品質の悪化を招来し、製品歩止まりが低下するという問題がある。

この問題は、防着板と保持体との間隙を大きくすることにより緩和し得るが、この間隙を経てターゲット原子が進入する結果、保持体の不要な成膜範囲が拡大するという新たな問題が発生する。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、基板を保持する保持体と防着板との接触を生じさせることなく、保持体に防着板を近接させた状態での成膜処理を可能とし、成膜品質の向上及び不要な成膜の防止を併せて実現することができるスパッタリング装置を提供することを目的とする。

本発明に係るスパッタリング装置は、ターゲットが配設された処理室と、基板を、該基板の周縁部を基板押さえにより押さえて保持する保持体と、前記処理室内で前記保持体を前記基板押さえを含めて覆う防着板とを備え、前記処理室内で前記ターゲットをスパッタリングし、前記防着板の内側に露出し前記ターゲットに対向する前記基板の表面に金属膜を成膜するスパッタリング装置において、前記防着板及び保持体の対向部分に一方から他方に向けて突設され、前記防着板と前記基板押さえとの間よりも小さい間隙を隔てて他方に対向するストッパ突起を備えることを特徴とする。

防着板及び保持体が熱変形して接近する時、両者の対向部分に設けたストッパ突起が防着板又は保持体に接触し、防着板と保持体との接触を防止する。従って、防着板及び保持体の表面に付着する金属膜が剥離し、基板の成膜領域に混入して成膜品質の悪化を招来する虞れがなく、保持体に防着板を近接させた状態での成膜処理が可能となる。

また本発明に係るスパッタリング装置は、前記基板は矩形形状を有しており、前記ストッパ突起は、前記基板の一辺の中央部、及び前記一辺の両側の角部近傍に設けてあることを特徴とする。

液晶パネルの製造等に適用される矩形の基板の成膜対象とする場合、基板の一辺の中央部及び一辺の両側の角部近傍にストッパ突起を設けることにより目的を達成することができる。

また本発明に係るスパッタリング装置は、前記ストッパ突起が、前記防着板及び保持体よりも低硬度の材料製であることを特徴とする。

ストッパ突起が低硬度の材料、例えば、樹脂材料製としてあるから、防着板又は保持体との接触部で夫々の材料の磨耗粉が発生する虞れが軽減され、この磨耗粉の混入による成膜品質の悪化を防止することができる。

また本発明に係るスパッタリング装置は、前記ストッパ突起の先端が、先細形状としてあることを特徴とする。

ストッパ突起は、先細となった先端部で防着板又は保持体と接触するから、接触部位での剥離金属及び磨耗粉の発生量が少なくなり、成膜品質を良好に保つことができる。

また本発明に係るスパッタリング装置は、複数の前記処理室を直線状に並設し、並設方向に沿って前記基板及び保持体を搬送し、前記複数の処理室に順次搬出入するインライン型として構成してあること、又は複数の前記処理室を放射状に並設し、並設域の中央に設けた搬出入手段の動作により前記処理室の夫々に前記基板を順次搬出入する枚葉型として構成してあることを特徴とする。

本発明においては、防着板と保持体との対向部分に設けたストッパ突起の作用により防着板と保持体との熱変形に起因する接触が防止されるから、基板の成膜品質を良好に保ちながら保持体に防着板を近接させた状態での成膜処理が可能となる。

インライン型のスパッタリング装置の模式図である。 枚葉型のスパッタリング装置の模式図である。 処理室内部の構成を略示する断面図である。 ストッパ突起の作用説明図である。 ストッパ突起の適正な数及び位置を検証するために行った試験の説明図である。 ストッパ突起の適正な数及び位置を検証するために行った試験の結果を示す図表である。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、インライン型のスパッタリング装置の模式図、図２は、枚葉型のスパッタリング装置の模式図であり、以下に示す本発明は、インライン型、枚葉型のスパッタリング装置のいずれに対しても適用可能である。

図１、図２に示すスパッタリング装置は。３つの処理室１，１，１と、ロードロック室１０と、加熱室１１とを備えている、図１において処理室１，１，１は、直線上に並べて設けてあり、これらは、夫々の間に設けたゲート弁１３．１３の開放により相互に連通可能としてある。

ロードロック室１０及び加熱室１１は、処理室１，１，１の並設域の一側に直線上に並べて設けてある。ロードロック室１０と加熱室１１との間、及び加熱室１１と相隣する処理室１との間にもゲート弁１３，１３が設けてあり、夫々の室は、各別のゲート弁１３の開放により連通可能としてある。またロードロック室１０には、ゲート弁１３の逆側に搬入出弁１４が設けてあり、ロードロック室１０は、搬入出弁１４の開放により外部と連通可能としてある。

各処理室１の内部には、夫々ターゲット２が配してあり、該ターゲット２と対向する基板３の一面に成膜処理を行うように構成されている、基板３は、トレー形をなす各別の保持体４に保持され、該保持体４と共に処理室１，１，１の並設方向に沿って設けた搬送経路に沿って搬送されて各処理室１内でターゲット２に対して位置決めされる。このように位置決めされる基板３の表面には、両側のゲート弁１３，１３を閉止して高真空状態とされた各処理室１内でターゲット２の材料金属の薄膜が形成される。

図１中に略示するように、各処理室１内には防着板５が設けてある。該防着板５は、処理室１内で位置決めされる基板３の周縁部及び保持体４を後述の如く覆い、覆われた部分への成膜を防止する作用をなす。基板３の搬送経路は、ロードロック室１０及び加熱室１１を経て処理室１，１，１内を通り、ロードロック室１０に戻る循環経路となっており、基板３は、ロードロック室１０、加熱室１１を通って処理室１，１，１に順次搬入され、各処理室１内での成膜処理を終えた後、ロードロック室１０を通って外部に搬出される。

図２において処理室１，１，１は、ロードロック室１０、加熱室１１及びアンロード室１２と共に放射状に並べて設けてあり、夫々の室は、並設域の中央に設けた搬出入室１６に各別のゲート弁１３の開放により連通可能としてある、搬出入室１６には、真空下で動作可能な搬出入ロボット（図示せず）が設置してある。またロードロック室１０には、ゲート弁１３の逆側に搬入弁１４が、またアンロード室１２には、ゲート弁１３の逆側に搬出弁１５が夫々設けてあり、ロードロック室１０、アンロード室１２は、搬入弁１４、搬出弁１５の開放により外部と連通可能としてある。

基板は、開放された搬入弁１４を介してロードロック室１０に搬入され、前記搬出入ロボットの動作により、開放された各別のゲート弁１３を介して加熱室１１、各処理室１及びアンロード室１２に順次搬出入されて、各処理室１内で成膜処理される。各処理室１内には、図１に示すスパッタリング装置と同様に、ターゲット及び防着板が設置されており、基板は、処理室１に搬入されてターゲットに対して位置決めされ、防着板により周縁を覆われた状態で成膜処理される。なお図２には、基板、ターゲット及び防着板の図示を省略してある。

図３は、処理室内部の構成を略示する断面図であり、インライン型のスパッタリング装置における処理室１内での基板３の成膜処理時の状態を要部を拡大して示してある。処理室１の内部には、支持板２０に支持されたターゲット２が配設してあり、基板３は、保持体４と共に処理室１内に導入され、ターゲット２に正対するように位置決めされる。

保持体４は、図示の断面を有する枠形のトレーであり、内周縁の全周に基板３よりもやや大寸の凹所４０が形成されている。基板３は、凹所４０内に収められ、該凹所４０の底面から突設された受けピン４１により裏面を支え、凹所４０の内側に張り出すように固定した基板押さえ４２により表面の周縁部を押さえて保持体４に保持される。このように基板３を保持する保持体４は、図１に示すインライン型のスパッタリング装置においては、図の左右方向に移動して基板３を搬送し、該基板３を図示の位置に位置決めする。この状態でスパッタリングが実施されることにより、基板押さえ４２の内側に露出する基板３の表面に、ターゲット２の材料金属（Ｃｕ等）からなる薄膜が成膜される。

防着板５は、処理室１内に固定支持された固定板５０と、該固定板５０に浮動支持された浮動板５１とを備え、処理室１内に位置決めされた保持体４及び基板３とターゲット２との間に、これらと略平行をなすように設けてある、固定板５０は、図示の断面を有する枠体であり、前述の如く位置決めされる保持体４の表面から適長離隔して位置する。浮動板５１は、固定板５０の内縁から内向きに適長張り出すように設けた枠体であり、前述の如く位置決めされる保持体４の内縁に設けた基板押さえ４２に微小な間隙Ｘを隔てて対向している。

以上の如く設けられる防着板５は、前述の如く実施される成膜工程において、処理室１内のターゲット原子を付着させ、保持体４、特に基板押さえ４２の表面への付着を防止する作用をなす。防着板５の浮動板５１と保持体４の基板押さえ４２とは、間隙Ｘを隔てて対向しており、この間隙Ｘを４〜６ｍｍ程度とすることにより、ターゲット原子の進入を良好に防止することができ、基板押さえ４２を含む保持体４表面の成膜を有効に防止することができる。

保持体４は、更にストッパ突起４３を備えている、ストッパ突起４３は、基板押さえ４２よりも外側で、防着板５の浮動板５１と対向する位置、即ち、基板押さえ４２に可及的に近接した位置に浮動板５１に向けて突設されており、このストッパ突起４３の先端は、前記間隙Ｘよりも小さい間隙Ｙを隔てて浮動板５１と対向させてある。なおストッパ突起４３は、ステンレス、チタン等の金属材料製である基板押さえ４２及び浮動板５１よりも低硬度の材料、例えば、樹脂材料製とするのが好ましい。また、ストッパ突起４３の先端は、図示の半球形等、先細形状とするのが好ましい。

図４は、ストッパ突起４３の作用説明図である。図４Ａは、成膜処理の開始時の状態を示している。前述した成膜処理は、処理室１内に保持体４と共に搬入される基板３を、図４Ａ及び図３に示す如くターゲット２及び防着板５に対して位置決めした状態で実施される。例えば、液晶パネルの製造において、基板３として大判のガラス基板が使用され、該基板３にＣｕ等の高い導電性を有する金属膜が成膜されるが、この際、処理時間が長くなり、処理室１内が高温となることから、保持体４及び防着板５が熱膨張により変形し、相互に接近して接触する虞れがある。

実施の形態のスパッタリング装置は、ストッパ突起４３を有しており、このストッパ突起４３の先端は、防着板５の一部である浮動板５１に間隙Ｙを隔てて対向している。この間隙Ｙは、浮動板５１と基板押さえ４２との間の間隙Ｘよりも小さいから、前述した熱変形に起因する接触は、図４Ｂに示す如く、ストッパ突起４３と浮動板５１との間（図中に破線の○印で示す位置Ｙ）にて生じ、浮動板５１と基板押さえ４２との間の間隙Ｘは維持される。

図４Ｃは、ストッパ突起４３を有しないスパッタリング装置において生じる接触の様子を示している。この場合、前述した熱変形に起因する接触は、間隔Ｘを隔てて対向する基板押さえ４２と浮動板５１との間（図中に破線の○印で示す位置Ｘ）にて生じる。

上記の接触が生じた場合、接触部位に付着する金属膜が剥離し周囲に飛散する。図４Ｃにおける接触位置は、基板押さえ４２の内側に露出する基板３の表面、即ち、成膜領域に近く、剥離した金属膜が成膜領域に混入して基板３の成膜品質が悪化することとなる。

一方、図４Ｂにおいては、成膜領域から離れた位置に設けたストッパ突起４３が浮動板５１に接触し、基板押さえ４２と浮動板５１との接触は生じないから、接触部での剥離金属が成膜領域に混入する虞れを軽微に抑えることができる。更に、ストッパ突起４３と浮動板５１との接触位置には、浮動板５１と基板押さえ４２との間の間隙Ｘを通るターゲット原子が付着しているに過ぎず、更に、ストッパ突起４３と浮動板５１との接触は、ストッパ突起４３の先端部分で生じるのみであるから、接触に起因する剥離金属の発生量自体が少なく、成膜領域への混入を更に軽減することができる。

また、前述の如く、ストッパ突起４３を樹脂材料等の低硬度の材料製とした場合、ストッパ突起４３と浮動板５１との接触部で摩擦により、夫々の材料の磨耗粉が発生する虞れも軽減でき、この磨耗粉の混入による成膜品質の悪化を防止することができる。更に、前述の如く、ストッパ突起４３の先端を先細形状とすることにより、浮動板５１との接触面積が小さくなるから、接触部位での剥離金属及び磨耗粉の発生量を少なくすることができ、基板３の成膜品質を良好に保つことができる。

ストッパ突起４３の数は、成膜品質の悪化防止という観点から見た場合、可及的に少なくするのが好ましいが、ストッパ突起４３の数を少なくした場合、ストッパ突起４３が設けられていない部分で、図４Ｃに如く、基板押さえ４２と浮動板５１とが接触する虞れがある。またストッパ突起４３と浮動板５１との間の間隙Ｙは、両者の接触が、成膜処理時の温度下にて適正な強さで生じるように設定する必要がある。

図５は、ストッパ突起４３の適正な数及び位置を検証するために行った試験の説明図、図６は、ストッパ突起４３の適正な数及び位置を検証するために行った試験の結果を示す図表である。図５には、基板３及び保持体４の平面図を示してあり、検証試験は、本図に示す如く、矩形の基板３を保持する保持体４のＡ，Ｂ，Ｃとして示す位置に異なる高さのストッパ突起４３を設け、夫々について、ストッパ突起４３と浮動板５１との間、及び基板押さえ４２と浮動板５１との間の接触の有無を調べる手順にて行っている。

図６に示す条件１、２においては、矩形形状を有する基板３の一辺両側の角部近傍の位置Ａ，Ｃにストッパ突起４３を設け、条件３、４においては、位置Ａ，Ｃに加えて、前記一辺の中央位置Ｂにストッパ突起４３を設けてある。ストッパ突起４３の高さは、前記間隙Ｘ，Ｙが同一となるように設定し、このストッパ突起４３と保持体４との間にライナーを介装することにより高さを変更している。図表中の数値は、介装されたライナーの厚さを示している。

厚さ１ｍｍのライナーを介装したストッパ突起４３を位置Ａ，Ｃに設けた条件１においては、位置Ｙでは接触が観察されず、位置Ｘにおいて接触が観察されており、ストッパ突起４３による前述した作用を期待し得ないことがわかる。位置Ｘでの接触は、位置Ａ，Ｃに厚さ３ｍｍのライナーを介装した条件２において観察されなくなるが、この場合、位置Ｙでの接触が強すぎ、ストッパ突起４３及び浮動板５１の磨耗粉が懸念される。このように、基板３の角部近傍の位置Ａ，Ｃのみにストッパ突起４３を設けた場合、このストッパ突起４３の高さを変えても前述した作用、効果を実現することは難しい。

厚さ１ｍｍのライナーを介装したストッパ突起４３を位置Ａ，Ｃに加えて位置Ｂにも設けた条件３においては、位置Ｘの一部で接触が観察される一方、厚さ２ｍｍのライナーを介装したストッパ突起４３を同位置に設けた条件４においては、位置Ｘでの接触は観察されず、また位置Ｙでは、接触ありの部位と接触なしの部位とが存在し、適度な接触状態が実現されることがわかった。従って、矩形の基板３を処理対象とするスパッタリング装置においては、一辺の中央部及び一辺の両側の角部に適切な高さのストッパ突起を設けることにより、前述した作用、効果を達成することが可能となる。

なお以上の実施の形態においては、保持体４にストッパ突起４３を設けた構成について説明したが、防着板５（浮動板５１）に保持体４に向けて突出するストッパ突起を設けてもよい。

また今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等な意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 処理室
２ ターゲット
３ 基板
４ 保持体
４２ 基板押さえ
４３ ストッパ突起

Claims (7)

1. ターゲット及び第１面とその裏面である第２面とを有する基板が内に配置されるべき処理室と、
   前記処理室内にて前記基板の前記第１面が前記ターゲットに対向するように前記基板の前記第２面を保持するための保持体と、
   前記基板の前記第１面の周縁部を覆いかつ押さえるための基板押さえであって、前記処理室内での前記ターゲットのスパッタリングによって前記第１面に形成される金属膜の成膜領域の外縁を規定する、基板押さえと、
   前記基板押さえ及び前記保持体の上に不要な金属膜が形成されることを妨げるように、前記成膜領域を覆うことなく前記保持体を前記基板押さえを含めて覆う防着板と、
   前記防着板が前記基板押さえに接触することを妨げるように、前記防着板が前記保持体に正対している領域にて該防着板及び該保持体の一方から他方に向けて突設されているストッパ突起と
   を備えており、
   前記基板は矩形形状を有しており、前記ストッパ突起は、前記基板の一辺の中央部、及び前記一辺の両側の角部近傍に適切な高さで設けてある
   ことを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記ストッパ突起は、前記防着板及び保持体より低硬度の材料製であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
3. 前記ストッパ突起の先端は、先細形状としてあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスパッタリング装置。
4. 複数の前記処理室を直線状に並設し、並設方向に沿って前記基板及び保持体を搬送し、前記複数の処理室に順次搬出入するインライン型として構成してあることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のスパッタリング装置。
5. 複数の前記処理室を放射状に並設し、並設域の中央に設けた搬出入手段の動作により前記処理室の夫々に前記基板を順次搬出入する枚葉型として構成してあることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のスパッタリング装置。
6. 前記基板を収めるための凹所が前記保持体に形成されている、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のスパッタリング装置。
7. 前記基板の前記裏面を支えるための凸部が前記凹所に形成されている、請求項６に記載のスパッタリング装置。

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