JPS62207862A - スパツタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 この発明はスパッタ法により基板上に被膜を作成するス
パッタ装置に関する。

「従来の技術」 スパッタ装置は、従来、バンキングプレート上に被膜形
成用固体材料をプレスして設けたターゲットを用いる。

この負の高電圧が印加されたターゲットの表面と基板上
の被膜の被形成面とは互いに平行に配設されていた。こ
のターゲットをアルゴンイオンでスパッタ（衝突、叩く
）することにより、ターゲットより飛翔した被膜形成用
物質がそれと対抗して設けられた接地レベルに接続され
た基板上にぶつかりそこで被膜化する方式を用いたもの
である。

このスパッタの際、スパッタ電流を印加するに加えて、
基板と接地電位との間にＤＣ（直流）バイヤスを加える
ことにより、形成される膜の上表面を平坦化する方式が
知られている。またスパッタの際、この飛翔中の被膜形
成用物質と反応性気体とを反応させるアクティスブパッ
タ方法が知られている。

また、ターゲットにアルゴンガスをスパッタさせる際、
この電圧を直流で行うＤＣスパッタ法また交流で行うＡ
Ｃスパッタ法が知られている。

しかしこれらはいずれも出発材料が固体であり、それを
スパッタし、その結果生成する微粒子物質をターゲット
の表面と平行に配設された基板上に形成し、この両者間
の距離を調節することにより形成される被膜の膜厚の制
御を行うものであった。

「発明が解決したい問題点」 しかしかかる方法においては、基板とターゲットとはｌ
：１で対応しており、多量生産を行わんとする場合の生
産コストは気相法例えばプラズマＣｖＤ法、常圧ＣＶＤ
法に比べて安価にはなり得なかった。また形成される被
膜の膜厚の均一性と膜質の向上を求めるあまり、生産性
の向上に関する改良がまったくなされていない。

「問題を解決するための手段」 本発明はかかる問題を解決するため、ターゲットを対を
なして離間して配設せしめ、この一対のターゲットの垂
線（第２図（３５）に対応）は同一または概略同一（垂
線に対し±２０°の傾き以内）（以下単に垂線と同一方
向という）に複数の基板の被形成面を配設したものであ
る。さらに本発明は、この複数の基板を一方より他方に
連続的に移設する手段を有する。加えてこの移動中に一
対のターゲットに電気エネルギを加え、ターゲットより
被膜形成用物質を飛翔させて、基板上に基板の全面にわ
たって同じ厚さとなるべく被膜形成を行う。

この基板の一表側のみに形成する場合、一対の基板の裏
面に被膜形成用物質（微粒子物質）がまわりこむことの
ないように、２枚の基板の裏面を互いに背中合わせの如
くにして配設する。そしてこれら基板をそれぞれの間隔
（第２図（３３）に対応）例えば２〜１０ｃｍ離間する
手段を用いて多数配設する。するとこの基板の被形成面
間（３３）をターゲットよりスパッタされて発生した被
膜形成用物質が飛翔し、それらは被形成面に付着する。

その場合、１つのみではターゲットよりより離れるに従
って形成される被膜の厚さは薄くする。このため、複数
の基板を挟む如くにして一対をなす他のターゲットを配
設する。すると基板の被形成面における位置に関しその
一方のターゲットから、より遠位置にある被形成面は他
方のターゲットから、より近位置となり、それぞれの和
となる被膜の膜厚は平均してほぼ一定とすることが期待
できる。

さらに本発明においては、この一対のターゲット間に直
流または交流を対称電圧となるべく印加する。

この際、基板はそのフローティング（ターゲット、接地
電位より浮いた）状態または接地レベルに設けることが
できる。

特に交流を一対のターゲット間に印加すると、イオン化
したアルゴンはそのターゲット間を一方より他方に、ま
た他方より一方に衝突を繰り返し、きわめて効率のよい
スパッタをさせることができる。即ち、被形成面を有す
る基板、この基板を保持する基板、例えば搬送用カート
（カートともいう）を電気的にスパッタ装置本体より絶
縁することができる。

「作用」 またこの基板及びカートはターゲット間を直交する如く
に移動（第２図においてはターゲットが上下に設けられ
、カートが左右に移動）させ得るため、オンライン化ま
たは第２図に示すバッチ化による多量生産が可能となっ
た。

以下に実施例に従い本発明を説明する。

「実施例１」 第１図は本発明のスパッタ装置の概要を示すものである
。

第１図において、ターゲット（１八スパツタ前室（２）
、スパッタ後室（３）よりなるスパッタ室（１０）とゲ
ート（２１）で仕切られたロードロック室（１１）より
なる。それぞれはターボ分子ポンプ（７）　、　（５）
に連結され、さらに荒引き用ポンプ（８）　、　（６）
に連結されている。アルゴン等は（１９）より導入され
る。

基板はロードロック用ドア（４）より挿入される。

また図面の左側のドア（４°）より挿入される。

これらは架台（９）で保持されている。

第１図におけるＡ−Ａ’での断面の上方より示した図を
第２図に示す。

第２図は第１図の装置を上方より示したものである。

第２図において、ロードロック室（１１）、ゲート（２
１）　、スパッタ室（１０）を有し、一対のターゲット
（１）　、　（１’）を有する。複数の基板（３０）　
、　（３０’）は垂線と同一方向にカート（３１）に保
持され、それぞれの基板はその被形成面を２〜１０ｃｍ
の所定の間隔（３３）離間して配設されている。

これらの基板（３０）　、　（３０’　）およびカー）
　（３１）は搬送系（３４）によりロードロック室の搬
送系（３４’）よりゲート（２１）を開けてスパック前
室（２）に移設される。さらにこの後、これらの基板は
スパッタ前室（２）より一対をなすターゲット（１）、
（１°）間を右方向に被膜を基板被形成面に形成させつ
つ移動しスパッタ後室（３）に移設される。

この被膜形成空間（４０）を移動の間にターゲットより
飛翔した被膜形成用粒子が被形成面上に付着して被膜形
成がなされる。

ターゲラ１−（１）、（１”）は以下の部分よりなる。

即ち、被膜形成用固体材料をプレスして設けられたいわ
ゆるターゲット（１２）　、　（１２′）とその裏側の
バッキングプレート（１３）　、　（１３’）　、マグ
ネット（１４）　、　（１４”）。

冷却水の入口（１５）　、　（１５’　）、出口（１６
）、　（１６’）、　シールド板（１７）　、　（１７
’　）である。これらはテフロン絶縁膜（１Ｂ）　、　
（１８”）によりスパッタ装置本体、基板、カートより
電気的に分離している。そしてそれらに対し一対の電流
導入端子（２０）　、　（２０”）が連結されている。

この端子には第３図に示す如き電圧が印加される。ＤＣ
スパッタを行わんとする場合は一方のターゲット（１）
には電圧（２２）が、また他方のターゲット（１’）に
は電圧（２２°）が印加される。そして基板は零電位（
２３）となる。それぞれのターゲットが多少の非対称性
を持つ場合には電圧（２２）　、　（２２’　）は調整
されるが、基本的には基板（３３）は接地電位を有せし
める。

この対構成のＤＣスパッタ法を用いんとする場合はター
ゲットが導体（酸化インジューム・スズ、酸化スズ等の
透明導電膜、アルミニューム、モリブデン、クロム等の
金属）が適している。

この場合、基板は接地電位とする。

また他方、第３図（Ｂ）に示す如＜、ＡＣスパッタ法を
行わんとする場合は一方のターゲラ）　（１）へは電圧
（２２）を、また他方のターゲット（１″）へは電圧（
２２″）を印加し、基板は零電位またはフローティング
電位とする。

かかるＡＣスパッタ法において、ターゲット用の材料と
しては抵抗材料または絶縁材料が用いられる。例えば導
電率のあまりよくない透明導電膜、窒化チタン１、窒化
アルミニューム、酸化珪素、酸化タンタル、アルミナ、
窒化珪素等である。

このＡＣＣスフフタ法おいて、基板（３０）　、　（３
０’　）を搬送系（３４）より電気的に絶縁してフロー
ティング構造にしておくことにより、この基板より接地
レベルでの電流のリークを防ぐことができ、アルゴンイ
オンは一方のターゲットより他方のターゲットに移動す
る。この結果、基板には自己電位（セルフバイパスポテ
ンシャル）が発生し、その電圧と荷電した粒子とが互い
に反発しあうため、ターゲットまたはアルゴン等が飛翔
して被形成面をスパッタせんとしても、基板表面に対し
てはスパッタしないまたはしにくいきわめて好ましい状
態が発生し、熱ｃｖｎ法と同様の被膜形成とすることが
できる。

これらのＤＣまたはＡＣＣスパッタ法対をなして行うこ
とにより、第４図の膜厚特性を得ることができる。この
図面は第２図における一方のターゲットより他方のター
ゲットに至る距離方向の厚さの分布である。即ち一方の
ターゲット（１）のみを用いると第４図（＾）における
曲線（２５）となり、他方のターゲット（ｌｏ）のみを
用いると曲線（２５’）となる。しかしその双方を用い
ると第４図（Ｂ）に示す如（の膜厚分布となり、全面を
ほぼ均一な厚さとすることができた。

もちろん、第１図においてターゲット（１）の長さを基
板の長さより長くして上下の均一性を高めることができ
る。また基板間のバラツキはカートの搬送スピードを制
御して調整ができる。

さらに第４図（Ｂ）の特性を得るための実験例を以下に
示す。

実験例１ ターゲット（１２）　、　（１２’　）用材料としテＩ
ＴＯ（酸化インジューム・スズ）を用いる。ターゲット
間は３０ｃｍ、基板は２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍを用い、
２０ｃｍ側を第２図に示す。

それぞれのターゲットは同一出力とし、例えばそのＤＣ
出力は１００ＯＷ　（計２ＫＷ）　、　３０００Ｗ　（
計６に讐）と可変した。アルゴンの圧力は４Ｘ１０−’
Ｐａ、酸素圧力５．３ＸＩＯ−３Ｐａ。すると被膜成長
速度は中心部で８００人／分および２８００人／分を得
た。また端部では９００人／分、３０００人／分を得た
。

その結果、第２図における基板、カートのスパッタ前室
よりスパッタ後室への連続的な移動速度は１０ｃｍ／分
とした。それぞれの基板間は１０ｃｍとする。スパッタ
を行う基板を１つのカートに４０枚（２０対）ロードし
て被膜形成を行うと、１０分間でそれぞれの基板に平均
２７００人の膜厚を得ることができる。即ち１枚の基板
の面積は１２００ｃ＋ａ”であるため、４８０００ｃ１
１１２／１０分となり、これまでのスパッタ装置に比べ
数倍もの被膜形成の生産性を得ることができた。

この場合、シート抵抗は４Ｘ１０−’Ωｃｍを基板が室
温において得た。この基板を下よりスパック前室、後室
にてハロゲンランプで加熱し３５０°Ｃとすると、２Ｘ
１０−’Ω／ｃ１１１と約１／２とすることができた。

この厚さを２倍とするには、第１図においてスパッタ前
室（２）よりスパッタ後室（３）への基板、カートの移
動を１往復をさせるようにして形成すればよい。その他
は実施例１に記載しである。もちろんこの連続移動速度
を１／２としても同じく２杯の膜厚を期待できる。

実験例２ ターゲット（１２）　、　（１２°）用材料としてアル
ミニュームを用いる。アルゴンを４ＸＬＯ−’Ｐａとし
、酸素の導入を行わない。ＤＣ出力は３０００Ｗ　（計
６０００Ｗ）その他は実験例１と同様である。するとア
ルミニュームを基板上に形成し、その厚さは端部で１０
００人／分、中央部９００人／分を得た。

実験例３ 実刑例１において加える電圧を交流とし基板をフローテ
ィング電位とした。するとこのシーＢｉｔ抗をさらに小
さく　６　Ｘｌ０−’Ωｃｍを３００　’Ｃの基板温度
において得ることができた。このシート抵抗は同じ厚さ
とした透明導電膜で実験例１に比べて約１７４であり、
フローティング電位とした効果が著しい。

加熱はスパッタ前室を基板が透過するとき行えばよい。

「効果」 以上の説明より明らかなごとく、本発明は一対をなすタ
ーゲットに対称の電圧を印加し、その間に基板を配設す
ることにより、基板上への被膜形成を多量に行わんとす
るものである。

その結果、従来より知られていた基板の被形成面とター
ゲット表面とを互いに平行とすることにより得られる生
産性に比べて数倍の生産性を得ることができる。

また基板をＡＣスパッタ法においてフローティングとす
ることにより、アルゴン、被膜形成用粒子が基板の被形
成面をスパッタすることが無くなるため、すでに形成さ
れてしまっている被膜の損傷を少なくすることができる
。その結果、酸化インジューム・スズ等の形成された被
膜が微結晶性を持たせることにより、膜質の向上をさせ
る被膜等の作成にはきわめて有効な方法であった。

また逆にＤＣスパッタ法またはＡＣスパッタ法において
この基板を接地することにより、基板表面の被膜の粒子
同士をきわめて強く結合させることができる。そ、の場
合は基板を有機絶縁薄膜、金属基板とし、それと形成さ
れる被膜との密着性を向上させることができ、加えてそ
の生産性の向上も容易にさせることができる。

本発明は、第１図に示す如（スパッタ装置におけるアン
ロード室を図面の右側にゲートを加えて設けることによ
り、インライン化が可能である。

またこの場合、第２図における複数のカートを連続的に
移動させ、連続被膜形成も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスパッタ装置の全体図を示す。 第２図は第１図のＡ−Ａ’での縦断面図である。 第３図は一対をなすターゲット間に印加される電圧特性
を示す。 第４図は基板上に形成された被膜の膜厚の分布を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに離間した一対のターゲットと、該ターゲット
   間に該一対のターゲットの垂線と同一または概略同一方
   向に複数の基板を該基板の被形成面を互いに離間して配
   設する手段と、該手段を一方より他方に前記基板を連続
   的に移設する手段と、前記一対のターゲットにスパッタ
   用の電気エネルギを供給する手段とを具備することを特
   徴とするスパッタ装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、電気エネルギを供
   給する手段は基板に対し対称または概略対称の電位を供
   給せしめる手段よりなることを特徴とするスパッタ装置
   。