JPH07216547A - インライン式スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動成膜基板において形成される膜の膜特性
の飛躍的な向上を可能とするインライン式スパッタ装置
を提供すること。 【構成】 真空容器１内に設けたターゲット電極２によ
り基板トレイ８に保持された基板６にターゲット材料を
成膜する。このとき基板トレイ８の裏面側に、ターゲッ
ト電極２とほぼ対向する位置におかれたバイアス電極５
により、移動しながら成膜する基板に対しても、バイア
スパワーを供給する。 【効果】 移動成膜のプロセスにおいての、バイアスス
パッタ効果を得られる様になり、膜特性の大幅向上が可
能となる。また、加熱プロセスの代りとして、プロセス
時間の大幅短縮が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタ装置に係り、
特に基板を移動させながら成膜するインライン式スパッ
タ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタ装置は、種々の材料の薄膜化手
段の一つとして、各方面でニーズが高まっている。この
スパッタ装置によるスパッタリング法は、１０~¹〜１０
~⁴Ｔｏｒｒ程度の真空中でアルゴン等のガスを放電させ
て、この時に生じたイオンでターゲットをスパッタリン
グして、飛散したスパッタ粒子をターゲットに対面した
位置に配置されている基板上に堆積させて薄膜を形成す
る方法であり、この方法を用いたスパッタ装置は、用途
に応じて様々なタイプが考えられ、実用化されている。
特に最近は、より薄い膜を再現性良く形成するために、
従来のメッキ法にかわって、このスパッタリング方法
は、特に重要になっている。

【０００３】量産用スパッタ装置では、成膜室を基板の
出し入れのたびに大気に開放することなく、基板の仕込
み、取り出しの部屋の他、機能ごとに部屋を別々に設け
て、そのそれぞれの部屋間を基板を移動させる機構を設
けて、成膜室を常に高真空に保ちながら処理を続けてゆ
く、インライン式を採用している。これに対して、基板
の出し入れのたびに成膜室を大気に開放しているもの
を、バッチ式と呼んでいる。

【０００４】インライン式スパッタ装置においても、成
膜室で、成膜する時にはターゲットと対向する位置で停
止した状態で成膜し、成膜処理後再び、次の部屋に移動
させる場合と、成膜室でも基板を移動させながら成膜す
る場合がある。特に、基板の大型化に対しては、移動成
膜は有利になる。つまり、ターゲットのサイズがある最
低限の幅を確保出来れば、基本的に移動方向に対して基
板サイズは、いくらでも大きくすることができるからで
ある。

【０００５】バッチ式スパッタ装置において良く用いら
れている基板側にもパワーを投入しながら成膜するバイ
アス式スパッタ装置に対して、インライン式スパッタ装
置においても、成膜室まで移動してきて、成膜室で静止
して成膜する基板に対しては、特願平１−１１０６９０
号に示されている様に、バイアスパワーを供給する機構
が提案されている。しかしながら、成膜室で基板を移動
させながら成膜するような場合にバイアスパワーを供給
するインライン式スパッタ装置はなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に対し
て、本発明では、成膜室で基板を移動させながら成膜す
る基板に対しても、バイアスパワーを供給するインライ
ン式スパッタ装置を提供する。成膜する膜の種類によっ
て、基板側にパワーを投入するバイアス式スパッタ装置
は、膜質のコントロール又は成膜レート向上に非常に有
効であることは良く知られている。基板の移動を伴なわ
ない様なバッチ式スパッタ装置では、あらかじめハード
的に基板にバイアスパワーを供給する手段を固定するこ
とができる。これに対してインライン式スパッタ装置で
は、基板は移動させるために、あらかじめ基板側にバイ
アスパワーを供給する手段を固定することができない。
基板は通常、基板ホルダー又は基板トレイと呼ばれてる
金属の治具に保持させて、この治具ごとに、搬送機構、
例えば回転するローラ−等によって搬送されるので、こ
の搬送機構の一部又は全体をアース電位とは絶縁して、
この絶縁部分にバイアスパワーを投入する方法もある
が、これは、この絶縁されている搬送機構にもバイアス
パワーが投入されて逆スパッタされるために、膜中への
異物の混入が多すぎて実用的でなかった。ここで、イン
ライン式スパッタ装置でも、成膜室では固定して成膜す
る場合には、前述の従来技術で示したように基板を電気
的に絶縁して保持して、この絶縁した部分にのみ、バイ
アスパワーを投入する方法が提案されている。

【０００７】しかし、成膜室でも基板を移動させながら
成膜する様な場合には、そのバイアスの効果はあきらめ
ざるを得なかった。

【０００８】また、従来の要求レベルでは、移動成膜で
形成する膜に対して、バイアスの効果は必らずしも必要
とされていなかった。

【０００９】ところが、従来の移動成膜により形成され
るような膜に対しても、バイアスの効果が必要である場
合が出てきている。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、移動成膜基板において形成される膜の膜特
性の飛躍的な向上を可能とするインライン式スパッタ装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のインライン式ス
パッタ装置は、真空容器と、該真空容器に配置され、タ
ーゲット電極と、基板を保持する基板トレイを真空容器
内において前記ターゲット電極と対向する位置を通過す
るように移動させる搬送系を備え、前記ターゲットをス
パッタリングして飛散したスパッタ粒子を前記基板面上
に堆積させて成膜するインライン式スパッタ装置におい
て、前記基板は基板トレイに絶縁物を介して保持される
と共に、前記真空容器において前記ターゲット電極に対
向する位置に配設されるバイアス電極と、前記バイアス
電極に電力を供給する電源とを有し、前記基板が前記搬
送系により移送され前記ターゲット電極に対向する位置
を通過する際に、基板及び基板トレイと前記バイアス電
極との間のギャップは、これらの間で放電しない程度に
十分に小さく設定されることを特徴とする。

【００１２】また本発明のインライン式スパッタ装置
は、真空容器と、該真空容器に配置され、ターゲット電
極と、基板を保持する基板トレイを真空容器内において
前記ターゲット電極と対向する位置を通過するように移
動させる搬送系を備え、前記ターゲットをスパッタリン
グして飛散したスパッタ粒子を前記基板面上に堆積させ
て成膜するインライン式スパッタ装置において、前記基
板は基板トレイに絶縁物を介して保持されると共に、複
数の電極に分割されて構成され、前記真空容器において
前記ターゲット電極に対向する位置に配設されるバイア
ス電極と、前記バイアス電極を構成する複数の各電極に
対応してこれらの各電極に独立に電力を供給する複数の
電源とを有し、前記基板が前記搬送系により移送され前
記ターゲット電極に対向する位置を通過する際に、基板
及び基板トレイと前記バイアス電極との間のギャップ
は、これらの間で放電しない程度に十分に小さく設定さ
れることを特徴とする。

【００１３】また本発明のインライン式スパッタ装置
は、真空容器の所定位置に配設され、前記真空容器内に
おける基板の搬送路上における基板トレイ又は基板の位
置を検出する位置センサと、該位置センサ出力に基づい
て前記バイアス電極の各複数の電極に供給する電力の供
給タイミングを制御する制御手段とを有することを特徴
とする。

【００１４】また本発明のインライン式スパッタ装置
は、前記基板は、液晶用ガラス基板であることを特徴と
する。

【００１５】

【作用】バイアススパッタでは、基板側にもパワーを投
入することによって、基板面に膜を堆積させながらその
表面をイオンの衝突で活性化させて、その膜質をコント
ロールしている。または、バイアスパワーを投入するこ
とによってプラズマ密度が増加し、その堆積速度を速め
ることが可能となる。バイアスパワーは、直流でも、高
周波（通常は１３．５６MHz）でもかまわないが、基板
が絶縁物の場合、その表面のチャージアップをさけるた
めに、高周波を用いる場合がほとんどである。スパッタ
電源も高周波である場合が多いが、バイアス電極との相
互干渉は、その位相をずらすことによってさけることが
出来る。通常のスパッタ装置でのプロセスガス圧（１０
~²〜１０~⁴Ｔｏｒｒ）では、高電圧部分とアース間のギ
ャップは狭いほど放電がしにくい。そこで、バイアス電
極と基板及び基板トレイとのギャップを通常４mm程度に
保持することによって、バイアス電極と基板又は基板ト
レイとの間での放電はさけることが出来る。バイアス電
極と真空チャンバ又は対向するターゲット電極との間の
放電により、バイアス電極は、負電位になり、イオンが
バイアス電位に引かれることによって、基板表面に衝突
することになる。

【００１６】

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。

【００１７】図１には本発明に係るインライン式スパッ
タ装置の成膜室の構成が示されている。同図に示すよう
に、成膜室を形成する真空容器１の開口部にターゲット
電極２が、絶縁物３を介して固定されている。該ターゲ
ット電極２と一定のギャップをとって、アースシールド
４が取り付けられている。これは基板６は、絶縁物７を
介して基板トレイ８に保持されている。ターゲット電極
２とほぼ対向する位置に、バイアス電極５が、絶縁物３
を介して真空容器１に固定されている。バイアス電極５
と一定のギャップをとってアースシールド４が取り付け
られている。ターゲット電極２及びバイアス電極５の一
部は、アースシールド４によりある一定の間隔でアース
電位に保持されており、特に、基板裏面に対向する面に
は、そのエッジから一定寸法だけアース電位で保持され
ていて、高電圧印加部分の角部への電界集中を防止して
いる。

【００１８】またターゲット電極２とバイアス電極５に
は、それぞれ高周波電源１０から、電力が供給されるよ
うになっている。

【００１９】基板トレイ８は、搬送系９によって、移動
する。図２には、インライン式スパッタ装置の代表的な
装置構成が示されている。仕込室２０、中間室２１、成
膜室１、中間室２３、取出室２４はそれぞれ、仕切弁２
５によって、隣り合う部屋又は大気と仕切られている。
各室は、独立に真空排気、リークが行なえる構成になっ
ており、仕込室２０を大気に開放したのち、仕切弁２５
ａを開けて、基板トレイを仕切室２０まで移動させたの
ちに、仕切弁２５ａを閉めて、仕込室２０を排気する。
仕込室２０を一定の圧力以下まで排気後、仕切弁２５ｂ
を開いて、中間室２１に移動させたのち、仕切弁２５ｂ
を閉める。中間室２１は、あらかじめある一定以下の圧
力に排気されている。以下同様に、順次、各真空室間を
移動していく。成膜室１は、基板トレイ８に比べて充分
大きく、成膜室１内では、移動しながら成膜するものと
する。

【００２０】図１で、バイアス電極５と基板６及び基板
トレイ８でのギャップは充分に小さくなるように設定
し、バイアス電極５と非接触で基板６に高周波電源１０
より高周波電力を供給する。例えば通常は、そのギャッ
プは、４mm程度である。従って、基板トレイ８を移動さ
せながらターゲット電極２の上を通過させて成膜する
際、バイアス電極５に電力（バイアスパワー）を供給し
ても、バイアス電極５は、通常のスパッタガス圧１０~²
〜１０~⁴Ｔｏｒｒでは、基板トレイ８との間で放電する
ことなく、対向するターゲット電極２又は真空容器１と
の間で放電する。これにより、イオンは、バイアス電極
５の負電位に引かれて移動し、このバイアス電極５表面
に近接している基板６に衝突する。これにより、バイア
ススパッタの効果を得ることが出来る。

【００２１】尚、基板６は絶縁物であり、例えば液晶用
ガラスである。またターゲット電極２の電極材料はＩＴ
Ｏである。

【００２２】さらに、図１では図示していない、基板ト
レイ８の位置検出センサ（通常は、透過式の光センサ
ー）の検出出力に基づいて制御回路（図示せず）は、基
板６がターゲット電極２に対向する成膜領域に移動した
とき、タイミングをみてバイアス電極５に高周波電源１
０より電力を供給するように高周波電源１０を制御す
る。これにより、基板トレイ８がバイアス電極５の付近
に存在していない状態でのバイアス電極５への電力の供
給によりバイアス電極５が直接スパッタされたり、基板
トレイ８のアース部分が対向する時の放電の不安定性や
ミスマッチング等のトラブルを防止することができる。
ここで基板トレイ８の位置検出センサは、例えば、真空
容器１内の基板搬送路に対向して真空容器に設けられる
一対の発光素子と受光素子で構成され、基板６または基
板トレイ９が搬送系９により移送され、上記一対の発光
素子及び受光素子により形成される光路を遮断するか否
かにより、位置検出を行なうことができる。

【００２３】図３に、本発明に係るインライン式スパッ
タ装置の他の実施例の構成を示す。

【００２４】同図においてバイアス電極５は、複数に分
割された電極５ａ、５ｂ、５ｃから構成される。電極５
ａ、５ｂ、５ｃは電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃによりそ
れぞれ独立に電力が供給されるように制御される。やは
り図３では図示されていない、基板トレイ８の位置検出
センサにより、基板トレイ８及び基板６の位置を検出す
ることによって、その検出出力に基づいて図示してない
制御回路によりバイアス電極５ａ、５ｂ、５ｃへの電力
供給をタイミング良く制御して、放電の安定化を図る。

【００２５】つまり、基板６が搬送系９により移送さ
れ、ターゲット電極２に対向する位置に接近すると、ま
ずバイアス電極５ａのみに電源１０ａより電力が供給さ
れる。

【００２６】次に電極５ｂ、５ｃに電源１０ｂ、１０ｃ
より電力が供給される。

【００２７】逆に、基板６がターゲット電極２と対向す
る領域から離れる方向に移送される時は、電極５ａ、５
ｂ、５ｃの順に電力の供給を停止をさせていく。これに
より大型基板での、移動中の基板とトレイとの境界で
の、放電の不安定性をさらに低減することが出来る。

【００２８】さらに、バイアス電極５への供給電力は、
電力を一定にする制御のほかに、バイアス電位を一定に
するように、電力を制御することによって、さらに膜質
の安定化を図ることが出来る。

【００２９】また、バイアススパッタ時には、バイアス
電極及びターゲット電極に供給される高周波電力の位相
によっては、相互干渉によりプラズマが不安定になるこ
ともある。そこで実際には図４に示すようバイアス電極
５、ターゲット電極２にそれぞれ、高周波電源１０から
増幅器３０を介して、または移相器３２、増幅器３１を
介して高周波電力を供給し、移相器３２により両者の高
周波電力の位相差を任意に変えることができるようにす
ることにより、さらに放電の安定性を図ることが好まし
い。これは図１、図３の実施例の両者に適用できるもの
である。因に３４は、制御回路であり、制御回路３４は
高周波電源１０から各電極への電力の供給タイミングの
制御等を既述した基板等の位置検出センサの検出出力に
基づいて制御する。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
従来のインライン式スパッタ装置で移動成膜により形成
していた膜についても、バイアススパッタが可能となる
ので、 （１）従来で得ることの出来なかった、バイアススパッ
タの効果を得ることが出来て、膜質の飛躍的向上が可能
となる。

【００３１】また、従来の基板加熱方式での成膜の代わ
りにバイアススパッタで済む可能性もあるため、基板加
熱方式に比べて、 （２）成膜前の待ち時間がほとんど不要となり、生産性
の大幅向上につながる。

【００３２】また、基板加熱ヒータは、基板の大型化に
比例して大型化せざるを得ないのに対して、バイアス電
極は搬送方向に対して一定の幅があればすむので、 （３）基板の大型化に対しても、対応しやすく、装置の
フレキシビリティを高めることが出来る。

【００３３】（４）更に、液晶用ガラス基板を移送しな
がら成膜するインライン式スパッタ装置のガラス基板に
電力（バイアスパワー）を供給する場合にも（１）〜
（３）の効果は同様に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインライン式スパッタ装置の成膜
室の構成を示す縦断面図である。

【図２】代表的なインライン式スパッタ装置の全体構成
を示す説明図である。

【図３】本発明に係るインライン式スパッタ装置の他の
実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明に係るインライン式スパッタ装置の電源
系統の構成の一例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ ターゲット電極 ３ 絶縁物 ４ アースシールド ５ バイアス電極 ６ 基板 ７ 絶縁物 ８ 基板トレイ ９ 搬送系 １０ 高周波電源 ３０ 増幅器 ３１ 増幅器 ３２ 移相器 ３４ 制御回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器と、該真空容器に配置され、タ
   ーゲット電極と、基板を保持する基板トレイを真空容器
   内において前記ターゲット電極と対向する位置を通過す
   るように移動させる搬送系を備え、前記ターゲットをス
   パッタリングして飛散したスパッタ粒子を前記基板面上
   に堆積させて成膜するインライン式スパッタ装置におい
   て、 前記基板は基板トレイに絶縁物を介して保持されると共
   に、 前記真空容器において前記ターゲット電極に対向する位
   置に配設されるバイアス電極と、 前記バイアス電極に電力を供給する電源とを有し、 前記基板が前記搬送系により移送され前記ターゲット電
   極に対向する位置を通過する際に、基板及び基板トレイ
   と前記バイアス電極との間のギャップは、これらの間で
   放電しない程度に十分に小さく設定されることを特徴と
   するインライン式スパッタ装置。
2. 【請求項２】 真空容器と、該真空容器に配置され、タ
   ーゲット電極と、基板を保持する基板トレイを真空容器
   内において前記ターゲット電極と対向する位置を通過す
   るように移動させる搬送系を備え、前記ターゲットをス
   パッタリングして飛散したスパッタ粒子を前記基板面上
   に堆積させて成膜するインライン式スパッタ装置におい
   て、 前記基板は基板トレイに絶縁物を介して保持されると共
   に、 複数の電極に分割されて構成され、前記真空容器におい
   て前記ターゲット電極に対向する位置に配設されるバイ
   アス電極と、 前記バイアス電極を構成する複数の各電極に対応してこ
   れらの各電極に独立に電力を供給する複数の電源とを有
   し、 前記基板が前記搬送系により移送され前記ターゲット電
   極に対向する位置を通過する際に、基板及び基板トレイ
   と前記バイアス電極との間のギャップは、これらの間で
   放電しない程度に十分に小さく設定されることを特徴と
   するインライン式スパッタ装置。
3. 【請求項３】 真空容器の所定位置に配設され、前記真
   空容器内における基板の搬送路上における基板トレイ又
   は基板の位置を検出する位置センサと、 該位置センサ出力に基づいて前記バイアス電極の各複数
   の電極に供給する電力の供給タイミングを制御する制御
   手段とを有することを特徴とする請求項２に記載のイン
   ライン式スパッタ装置。
4. 【請求項４】 前記基板は、液晶用ガラス基板であるこ
   とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイン
   ライン式スパッタ装置。