WO2006043343A1 - 薄膜形成装置及びその方法 - Google Patents

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Takayuki Fujiwara
Kazuyoshi Nagai
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Showa Shinku Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a thin film forming apparatus and a thin film forming method, and more particularly to formation of an electrode film of a piezoelectric element.
  • the resonance frequency of a crystal resonator which is a typical piezoelectric element, is determined by the thickness of a crystal piece serving as a base plate and the thickness of a metal electrode formed on the surface thereof.
  • a crystal piece is first cut out with a specified thickness, and then the surface is polished, and a metal electrode film is formed on the surface by sputtering deposition or the like.
  • a plurality of crystal pieces are mounted on a moving body called a substrate tray or carrier, and this is set in a predetermined atmosphere.
  • a method of forming an electrode film by sequentially supplying the region is generally used.
  • Patent Document 1 Such an electrode film forming apparatus for continuous processing is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • a plurality of sputter cathodes having electrode materials are provided on both sides of a quartz substrate transport path, and a multilayer electrode film is formed at a time on both sides of the quartz substrate.
  • a film forming apparatus for continuous processing has a configuration in which a substrate is sequentially carried into a film forming chamber to perform a film forming process, and processed substrates are sequentially carried out from the film forming chamber.
  • the substrate can be transferred into and out of the film forming chamber, or the loading and unloading can be performed independently in separate chambers.
  • Patent Document 2 relates to the formation of an optical multilayer film in a sputtering apparatus, but in the examples, a load lock type sputtering apparatus configured by a loading chamber for loading and unloading a substrate and a sputtering chamber is disclosed.
  • FIG. 4 shows an example of a conventional electrode film forming apparatus.
  • the figure shows a load-lock type apparatus equipped with a stocker 40 that accommodates a plurality of substrates 3, and automatically controls so that all the substrates 3 in the stocker 40 are processed in one step.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of the substrate 3 and shows a state in which a plurality of crystal pieces 50 are mounted on the substrate 3.
  • the substrate 3 in the stocker 40 is mounted on the substrate tray 42 moved to the loading / unloading chamber 1 and then sequentially transferred to the film forming chamber 41. After the film formation is completed, the stocker 40 passes through the loading / unloading chamber 1 again. Housed inside.
  • a target material 6 disposed on the sputter cathode 7
  • a transport mechanism 43 for the substrate tray 42 Inside the vacuum chamber are a plurality of sputter cathodes 7, a target material 6 disposed on the sputter cathode 7, a transport mechanism 43 for the substrate tray 42, a gear 45 that drives the transport mechanism 43, and a standby space for the substrate tray 42. 44, and a drive motor 14 for the gear 45 and a force sword power source 8 for the sputter cathode 7 are disposed outside the vacuum chamber.
  • a roughing valve 9 and a main valve 10 are connected to each chamber.
  • FIG. 6 is a schematic external view of the apparatus shown in FIG.
  • the sputter cathode 7 is fixed by a plurality of bolts 60 from the outside of the film forming chamber 41. By removing the bolt 60, maintenance work such as replacement of the target material becomes possible.
  • FIG. 7a is a schematic view of the substrate tray 42 and the transport mechanism 43 shown in FIG. 4, and FIG. 7b is a schematic cross-sectional view taken along the solid line YY ′ of FIG. 7a.
  • the substrate tray 42 is designed so that one substrate 3 can be mounted, and the transport mechanism 43 includes a transport roller 70, a guide 72 that forms a transport path, and a bearing 71 that supports the substrate 3 from both sides.
  • a plurality of transport rollers 70 are arranged in the transport path of the substrate tray 42, and the substrate tray 42 is transferred by rotating the transport roller 70 via the gear 45 by the drive motor 14.
  • the drive motors 14 are installed independently in the preparation / extraction chamber 1 and the film formation chamber 41, and are driven and controlled in synchronization with each other.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3261504
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application No. 2004-266450
  • the continuous processing film forming apparatus as described above repeatedly turns on / off the power sword power supply and sequentially performs film forming processing on the substrate.
  • the power sword power is turned on, and when the sputter discharge is stabilized, the substrate is loaded into the film formation region, and the electrode film is deposited through the front surface of the force sword.
  • the power sword is turned off when it is unloaded. For this reason, even if the time for energizing the force sword is kept to a minimum, the time required for the discharge to stabilize and the time required for the first and last rows of the substrate to pass through the film formation region are the space where the substrate does not exist. In addition, the target material has been wasted.
  • the utilization rate of the target material it is ideal to always turn on the power sword power supply and supply the substrate into the film formation area to be continuously maintained. It is not practical because it is necessary to enlarge the vacuum chamber, such as requiring a place to wait.
  • the vacuum chamber is of a normal size, it is necessary to include a step of sequentially loading the substrate into the limited vacuum space from the atmosphere, and unloading the processed substrate to the atmosphere. It is inevitable that the material is wasted in the film formation chamber. If the target material is discharged in vain, the utilization rate of the target material is reduced, and if the maintenance cycle of the apparatus is shortened, it can be used as an excellent conductive material for the electrode film of a crystal resonator. Many expensive metal materials such as Au and Ag are wasted, and the cost is greatly affected.
  • a first aspect of the present invention includes a vacuum chamber, a sputter cathode for holding a target material, a mounting means for mounting a substrate on which the sputtered target material is deposited, and a transport mechanism for the mounting means.
  • a transport path is provided so that the substrate passes through the front surface of the target material in the transport mechanism
  • the mounting means includes a substrate tray that can hold a plurality of substrates connected together.
  • the transport mechanism was configured so that the substrate tray passed through the front surface of the sputtering cathode multiple times.
  • the transport mechanism is configured so that the substrate tray passes through the front surface of the sputtering cathode multiple times by reciprocating motion, and a standby space for the substrate tray is provided in the vacuum chamber, and the shape of the cross section perpendicular to the transport path in the standby space is The shape is substantially similar to the shape defined by the substrate and the substrate tray, and the cross-sectional area is smaller than the cross-sectional area perpendicular to the transfer path in the portion of the vacuum chamber that is not the standby space.
  • a plate gear is formed on the substrate tray, and the transport mechanism includes a spur gear that engages with the plate gear, and a drive unit that drives the spur gear.
  • a configuration in which a plurality of spur gears are provided in the substrate tray conveyance path, and a pulley connected to the spur gear, at least one timing belt stretched between the pulleys, and a drive motor for driving at least one of the pulleys are provided.
  • the transport mechanism also includes a guide that forms a transport path for the substrate tray, a plate gear disposed on the substrate tray, a roller that is disposed on the substrate tray and moves on the guide while receiving the load on the substrate tray, and the substrate that moves. It comprised with the bearing which supports.
  • the sputter cathode is provided at a position opposed to the substrate tray with the conveyance path interposed therebetween.
  • a clamp is provided for fixing the sputter cathode from the outside of the vacuum chamber.
  • the thin film forming apparatus is composed of a charging / unloading chamber and a film forming chamber.
  • a plate tray lifting mechanism was provided.
  • a roughing pump was connected to the charging / unloading chamber, a main pump was connected to the deposition chamber, and one exhaust system was used.
  • the substrate is equipped with a plurality of piezoelectric elements, and at least one target material is Au or Ag.
  • the second aspect of the present invention provides at least one sputter cathode for holding a target material, a power source for a sputter cathode for sputter discharge of the target, and a substrate on which the target material released by sputter discharge is deposited.
  • a thin film forming apparatus comprising a drive motor for driving at least one of the above, wherein the mounting means connects a plurality of substrates.
  • a thin film forming apparatus comprising a substrate tray which can hold.
  • a third aspect of the present invention is a thin film forming method for forming a film on a substrate in a thin film forming apparatus provided with a transport mechanism for passing the substrate through a film formation region of a target material disposed in a vacuum chamber.
  • a plurality of substrates are connected in the transport direction and mounted on the substrate tray, and the substrate tray is loaded into the target material film formation area by the transport mechanism, and the substrate tray is fixed on the front surface of the target material. It is a thin film forming method that moves at a speed. Further, the plate gear provided in the substrate tray and the spur gear provided in the transport mechanism are engaged, and the spur gear is rotated so that the substrate tray is transported.
  • the target material is disposed on the sputter cathode, and a voltage is applied to the sputter cathode to cause sputter discharge.
  • a substrate tray is carried in front of the target material, and the target material is deposited on the substrate. The energization of the sputter cathode was stopped when the end of the connected substrate was removed from the sputter discharge area of the target material.
  • the utilization rate of the target material is improved, the takt time is improved, the maintainability is improved, and the film formation accuracy is improved. It is effective for improvement.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a thin film forming apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 Schematic diagram of substrate tray and transport mechanism of the present invention
  • FIG.4 Schematic diagram of conventional thin film forming equipment
  • FIG. 7 Schematic diagram of conventional substrate tray and transport mechanism
  • FIG. 1 shows an example of an electrode film forming apparatus according to the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same parts as in the prior art, and the description thereof is omitted.
  • the apparatus is composed of a charging / unloading chamber 1 and a film forming chamber 2.
  • FIG. La shows a schematic view of each indoor portion viewed from above
  • FIG. Lb shows a schematic view of each indoor portion viewed from the side.
  • the stocker is omitted for the purpose of improving productivity and reducing the area occupied by the apparatus, but a stocker may be provided if necessary.
  • the charging / unloading chamber 1 and the film formation chamber 2 are separated by a gate valve 11, and the film formation chamber 2 has a main Connect a roughing valve 9 to the charge take-out chamber 1.
  • the main valve 10 By connecting the main valve 10 to a main pump (not shown) and the roughing valve 9 to a roughing pump (not shown), the exhaust system of the equipment is made one system, contributing to simplification of the equipment configuration.
  • Each chamber may be equipped with both a roughing valve and a main valve.
  • FIG. 2a is a schematic view of the substrate tray 4 and the transport mechanism 5 shown in FIG. 1, and FIG. 2b is a schematic cross-sectional view taken along a solid line ⁇ in FIG. 2a.
  • the substrate tray 4 is designed so that a plurality of substrates 3 can be mounted continuously, and in the figure, five substrates 3 are mounted.
  • the substrate 3 is adjacent to the conveyance direction without gaps. Since the amount of target material 6 that is wasted in a single film formation process is constant regardless of the number of substrates 3 to be mounted, increasing the number of substrates 3 to be mounted on the substrate tray 4 increases the amount of wasted material. It is possible to reduce the amount of one get material 1. For example, when five substrates 3 are mounted on the substrate tray 4, the waste target material 6 can be suppressed to 20% as compared with the case where one substrate 3 is mounted.
  • the number of substrates 3 to be mounted can be selected appropriately according to conditions such as production volume or equipment installation space, etc.
  • the substrate 3 can be continuously supplied into the deposition area, improving the utilization rate of the target material 6 It becomes possible to make it. In addition, processing multiple sheets simultaneously improves productivity and contributes to shortened tact time.
  • the transport mechanism 5 includes a plate gear 20 and an axle 22 disposed on the substrate tray 4, rollers 23 attached to both ends of the axle 22, a spur gear 21 disposed to engage with the plate gear 20, and the substrate 3. It consists of bearings 24 arranged on both sides and guides 25 that form a transport path. The bearing 24 may be disposed on a force guide 25 that is to be disposed on the substrate tray 4.
  • the spur gears 21 are arranged at a plurality of locations, and are rotated by a single drive motor 14 using a pulley 12 and a timing belt 13 and engaged with a plate gear 20 to move the substrate tray 4 straight.
  • the power is transmitted by the pulley 12 and the timing belt 13, thereby omitting the synchronization of a plurality of drive sources, and contributing to the reduction of the area occupied by the drive system and the simplification of the device configuration.
  • the axle 22 and the roller 23 smoothly transfer the substrate tray 4 while supporting the load on the substrate tray 4, reduce the load on the spur gear 21, and stably convey the substrate tray 4.
  • the bearing 24 supports the substrate 3 without applying a load to the transport mechanism 5.
  • plate gear 20 and spur teeth Although the wheel 21 is disposed on the lower surface of the substrate tray 4, the present invention is not limited to this.
  • a spur gear may be disposed on the side of the substrate tray and may be driven in combination with the plate gear provided on the side surface of the substrate tray.
  • the transport mechanism 5 of the embodiment employs a rack and pinion mechanism, it is possible to reliably transport the substrate tray 4 that is free from idling as seen in conventional transport rollers. As a result, the substrate position and the substrate speed can be accurately controlled, and the time for passing through the substrate tray 4 force S sputter region can be accurately controlled. Therefore, it contributes to the improvement of film thickness control accuracy.
  • the loading / unloading chamber 1 is provided with a transport mechanism 5, a lifting / lowering mechanism 15 for the substrate tray 4, and a substrate heating mechanism 16 as necessary. Since the film forming chamber 2 is exposed to a high temperature, the substrate 3 and the substrate tray 4 are carried out of the film forming chamber 2 to the preparation / unloading chamber 1 while maintaining the high temperature. In the embodiment, by providing the raising / lowering mechanism 15 for the substrate tray 4 in the loading / unloading chamber 1, even the substrate 3 at a high temperature can be safely removed from the loading / unloading chamber 1. In the embodiment, the substrate 3 taken out is not stored in the stocker and can be sequentially sent out to the next process, which leads to improvement in productivity.
  • the substrate 3 can be taken out from the loading / unloading chamber 1 either automatically or manually.
  • a stocker may be provided, and the deposited substrates 3 may be taken out collectively.
  • the mechanism for taking out the loading / unloading chamber 1 force substrate 3 is not limited to the lifting mechanism.
  • the shape of the vacuum chamber of the standby space 17 is changed to a group of moving bodies including the substrate 3 and the substrate tray 4. It is characterized by being as close as possible to the shape of.
  • the standby space 17 may be provided at a position in contact with the loading / unloading chamber 1 in the film formation chamber 2 where it is desirable to provide the folding position of the substrate tray that reciprocates.
  • the volume in the film forming chamber 2 can be reduced, and the time for evacuation or release to atmospheric pressure can be reduced. Furthermore, it contributes to the reduction of the area occupied by the equipment.
  • FIG. 3 a is an external view of the thin film forming apparatus shown in FIG. 1, and schematically shows only the arrangement part of the sputter cathode 7 for explanation.
  • the sputter cathode 7 is arranged to be openable and closable with respect to the film forming chamber 2 by a clamp 30 and a hinge 31 arranged outside the film forming chamber 2.
  • FIG. 3 b is a schematic perspective view of the clamp 30, showing a state in which the screw 34 is passed through a substantially elliptical hole 33 provided in the holding plate 32.
  • Figures 3a and 3b show sputter cathode 7 deposited by clamp 30 Force showing how the interior is fixed in an airtight sealed state
  • the holding plate 32 can be moved along the hole 33 by loosening the handle 35 of the screw 34.
  • the substrate 3 is continuously set on the substrate tray 4 moved to the loading / unloading chamber 1, and the gate valve 11 is opened, and the vacuum is exhausted to a predetermined vacuum level.
  • the substrate 3 is heated using the substrate heating mechanism 16 to prepare for film formation.
  • Power is applied to the sputter cathode 7 on which the target material A to be deposited is disposed, and the substrate tray 4 is transferred from the loading / unloading chamber 1 to the deposition chamber 2 when the sputtering atmosphere is stabilized by the discharge.
  • the target material A is deposited on the surface of the substrate 3 by transporting the substrate tray 4 at a constant speed and passing the front surface of the sputter cathode 7.
  • the power sword power supply 8 is stopped, and power is applied to the sputter cathode 7 on which the target material B to be formed next is disposed. At this time, the substrate tray 4 is put on standby in a standby space 17.
  • the substrate tray 4 is transported at a constant speed in the opposite direction to form a second electrode film on the substrate 3 surface. After the film formation, the substrate tray 4 is transferred to the loading / unloading chamber 1 and the gate valve 11 is closed to release the loading / unloading chamber 1 to the atmosphere.
  • the elevating mechanism 15 is driven, and the film-formed substrate 3 is unloaded from the loading / unloading chamber 1.
  • the undeposited substrate 3 is mounted on the emptied substrate tray 4, the gate valve 11 is opened after the roughing evacuation of the loading / unloading chamber 1 by the roughing valve 9, and the main valve 10 is evacuated to a predetermined vacuum level Then, after the substrate 3 is prepared, the film is formed in the same manner. The operation may be repeated and the film forming process may be sequentially performed on the substrate.
  • a substrate in which a plurality of piezoelectric elements are mounted and the target materials A and B are Au and Ag can be cited.
  • the embodiment contributes to downsizing of the apparatus by conveying the substrate tray in both directions
  • Several kinds of metal materials may be arranged in the film formation chamber with an interval that does not overlap the film formation regions, and the substrate tray may be conveyed in one direction by providing the preparation chamber and the extraction chamber independently. Even when the substrate tray is transported in one direction, the effect of improving the utilization rate of the target material by increasing the number of substrates carried into the film forming chamber can be similarly obtained.
  • the sputtering cathodes are arranged opposite to each other with the conveyance path interposed therebetween, and a thin film is formed on both surfaces of the substrate.
  • the sputtering cathode is disposed only on one side of the conveyance path and the thin film is formed only on one side of the substrate. Good.
  • a force sword is disposed on the side wall of the vacuum chamber and the substrate is conveyed with the substrate standing upright with respect to the vacuum chamber.
  • a force sword is disposed on the top plate or the bottom plate of the vacuum chamber to You can transport the substrate while it is laid down.
  • the electrode film formation on the crystal piece has been described.
  • the present invention is not limited to this as long as it is an apparatus for forming a thin film.

Abstract

　薄膜形成装置において、ターゲット材料の利用率向上、タクトタイムの向上、メンテナンス性の向上、および成膜精度の向上を図る。 　真空室、ターゲット材料を保持するスパッタカソード、スパッタされたターゲット材料を堆積する基板を搭載する搭載手段、および搭載手段の搬送機構を備えた薄膜形成装置において、搬送機構において基板がターゲット材料の前面を通過するよう搬送経路が設けられ、搭載手段が、複数の基板を連接させて保持できる基板トレーからなる構成とした。

Description

明 細 書
薄膜形成装置及びその方法
技術分野
[0001] 本発明は薄膜形成装置および薄膜形成方法に関し、特に圧電素子の電極膜形成 に関わる。
背景技術
[0002] 代表的な圧電素子である水晶振動子の共振周波数は、素板となる水晶片の厚みと その表面に形成された金属電極の膜厚によって決定される。所望の周波数の水晶 振動子を得るためには、先ず水晶片を規定の厚みで切り出した後、表面を研磨し、 その表面にスパッタ蒸着等によって金属電極膜を形成する。生産性を向上させるた めには複数の水晶片を連続的に処理する必要があるため、基板トレー又はキャリアと 呼ばれる移動体に複数の水晶片を搭載し、これを所定雰囲気に設定した成膜領域 内に順次供給し、電極膜を形成する方法が一般的に用いられている。このような連続 処理用の電極膜形成装置は、例えば特許文献 1に開示される。特許文献 1は、水晶 基板の搬送経路の両側に電極材料を備えたスパッタカソードを複数基設け、水晶基 板の両側に一挙に多層の電極膜を形成するものである。
[0003] 連続処理用の成膜装置は、成膜室内に基板を順次搬入して成膜処理を施し、処 理済みの基板を順次成膜室から搬出する構成をとる。成膜室への基板の搬出入は、 一室で構成しても搬入と搬出を独立に別室で構成してもどちらでもよい。例えば搬出 入を一室で兼用する場合であれば、特許文献 2の実施例に開示される構成を用いれ ばよレ、。特許文献 2は、スパッタリング装置における光学用多層膜の形成に関わるも のであるが、実施例では、基板の搬出入を行う仕込室、およびスパッタ室により構成 されるロードロック式スパッタリング装置が開示され、スパッタ室に複数のスパッタカソ ードを設け、スパッタカソードの近傍を複数回通過させて多層膜を成膜する構成が示 されている。特許文献 2に示される装置構成を採用することにより、複数種のターゲッ ト材料を用いる場合であっても、ターゲット材料を近接配置することができるため、基 板トレーの搬送距離を短くし、装置の小型化に貢献することができる。 [0004] 図 4に、従来の電極膜形成装置の一例を示す。同図は、複数の基板 3を収容する ストッカー 40を備えたロードロック式の装置であり、ストッカー 40内の全ての基板 3が 処理されるまでが 1工程となるよう自動制御している。成膜室 41への基板 3の搬出入 は、特許文献 2に開示される構成と同様であり仕込取出室 1が 1室で兼用する。図 4a は各室内部を上方からみた概略図を、図 4bは各室内部を側方からみた概略図を示 す。図 5は基板 3の概略斜視図であり、基板 3に複数の水晶片 50が搭載される様子 を示す。ストッカー 40内の基板 3は仕込取出室 1に移動させた基板トレー 42に搭載さ れた後、順次成膜室 41に搬送され、成膜終了後に仕込取出室 1を経由して再度スト ッカー 40内に収容される。真空室内部には、複数のスパッタカソード 7、スパッタカソ ード 7に配設されるターゲット材料 6、基板トレー 42の搬送機構 43、搬送機構 43を駆 動する歯車 45、および基板トレー 42の待機スペース 44が備えられ、真空室外部に は、歯車 45の駆動モーター 14、スパッタカソード 7の力ソード電源 8が配置される。ま た、各室には粗引きバルブ 9およびメインバルブ 10がそれぞれ接続される。
[0005] 図 6は、図 4に示す装置の概略外観図である。スパッタカソード 7は成膜室 41の外 側から複数のボルト 60により固定される。ボルト 60を外すことによりターゲット材料の 交換等のメンテナンス作業が可能となる。
[0006] 図 7aは図 4に示す基板トレー 42および搬送機構 43の概略図を、図 7bは図 7aの実 線 YY'における概略断面図を示す。基板トレー 42は 1枚の基板 3が搭載可能に設計 され、搬送機構 43は、搬送ローラ 70、搬送経路を形成するガイド 72、および基板 3を 両側方から支持するベアリング 71により構成される。基板トレー 42の搬送経路には 複数の搬送ローラ 70が配置され、駆動モーター 14により歯車 45を介して搬送ローラ 70を回転させることで基板トレー 42を移送する。駆動モーター 14は、仕込取出室 1 および成膜室 41に各々独立に設置され、それぞれ同期を取りながら駆動制御する。
[0007] 成膜時は、スパッタカソード 7に電圧を印加し、形成したスパッタ領域内に一定速度 の基板 3を供給することで、基板 3に搭載される全ての水晶片 50に均一な電極膜を 堆積させる。電極膜の膜厚はスパッタ領域内を基板 3が通過する時間に依存するた め、膜厚制御は時間により制御することが一般的である。スパッタ雰囲気が一定であ る場合、電極膜の厚さは基板トレー 42の通過速度に依存するため、成膜制御は搬 送ローラ 70の回転数制御により行っていた。
特許文献 1：特許第 3261504号
特許文献 2：特願 2004 - 266450号
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 前記したような連続処理用成膜装置は、力ソード電源の ON/OFFを繰返し、順次 基板に成膜処理を施していく。その動作は、力ソード電源を ONにし、スパッタ放電が 安定した時点で成膜領域内に基板を搬入し、力ソード前面を通過させて電極膜を堆 積させ、成膜領域内から基板が完全に搬出された時点で力ソードの電源を OFFにす るものである。このため、力ソードへの通電時間を最小限に留めても、放電が安定す るまでの時間、および基板の最前列と最後列が成膜領域内を通過する時間は、基板 の存在しない空間にもターゲット材料を無駄に放出してしまっている。ターゲット材料 の利用率のみを考慮すれば、力ソード電源を常に ONにし、継続維持する成膜領域 内に途切れなく基板を供給することが理想であるが、このためには多数の基板を同 時に待機させる場所が必要になる等、真空槽を巨大化する必要があり現実的ではな レ、。また、真空槽が通常の大きさである場合、限られた真空スペース内に大気中から 順次基板を搬入し、処理済みの基板を再度大気中に搬出する工程を含む必要があ る以上、ターゲット材料が成膜室内に無駄に放出されてしまうことは避けることができ なレ、。ターゲット材料が無駄に放出されてしまうと、ターゲット材料の利用率が低下し 、装置のメンテナンスサイクルを短縮させてしまうば力りでなぐ良好な導電材料として 水晶振動子の電極膜に用いられることも多い Auや Ag等の高価な金属材料を浪費し 、コスト面にも多大な影響を及ぼしてしまう。
[0009] また、従来の搬送機構は、機械公差内でのローラ高さのばらつきに起因し、搬送途 中でローラが空転してしまう畏れがあった。基板はその側方両面がベアリングに接触 しながら直進する力 ベアリングの位置ずれ等が発生すると、基板がベアリングに衝 突しその衝撃によってローラが空転してしまう場合もある。成膜は、基板トレーの搬送 速度および搬送位置により制御するが、ローラの空転が発生すると、搬送速度および 搬送位置が制御出来ずに所望の膜厚を得られず歩留りが低下してしまう。 [0010] 更に、搬送ローラの駆動モーターが各室毎に設けられ、同期をとりながら複数のモ 一ターを駆動する機構であったため、構成する部品が複雑化し調整が難しくなつて いた。
加えて、従来の力ソードはボルト締めにより固定していたため、ボルトの数が多くなり 取り扱いに手間がかかりメンテナンスに時間を要してしまっていた。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明の第 1の側面は、真空室、ターゲット材料を保持するスパッタカソード、スパ ッタされたターゲット材料を堆積する基板を搭載する搭載手段、および搭載手段の搬 送機構を備えた薄膜形成装置であって、搬送機構において基板がターゲット材料の 前面を通過するよう搬送経路が設けられ、搭載手段が、複数の基板を連接させて保 持できる基板トレーからなる薄膜形成装置である。ここで、基板トレーがスパッタカソ ード前面を複数回通過するように搬送機構を構成した。
また、基板トレーがスパッタカソード前面を往復動作により複数回通過するように搬 送機構が構成され、真空室内に基板トレーの待機スペースを設け、待機スペースに おける搬送経路に垂直な断面の形状が、基板および基板トレーで画定される形状に 略相似し、断面の面積が真空室の待機スペースでない部分における搬送経路に垂 直な断面の面積よりも小さくなるように構成した。
[0012] さらに、基板トレーに板歯車が形成され、搬送機構が板歯車に係合する平歯車、お よび平歯車を駆動する駆動手段を備える構成とした。基板トレーの搬送経路に平歯 車を複数設け、平歯車に接続されたプーリー、プーリー間に張られた少なくとも 1つ 以上のタイミングベルト、およびプーリーの少なくとも 1つを駆動する駆動モーターを 備える構成とした。また、搬送機構は、基板トレーの搬送経路を形成するガイド、基板 トレーに配設した板歯車、基板トレーに配設され基板トレーの荷重を受けながらガイ ド上を移動するローラ、および移動する基板を支持するベアリングにより構成した。
[0013] またさらに、スパッタカソードを、基板トレーの搬送経路を挟んで対向する位置に設 けた。また、スパッタカソードを真空室の外側から固定するクランプを備える構成とし た。
さらに、薄膜形成装置を仕込取出室および成膜室により構成し、仕込取出室に基 板トレーの昇降機構を設けた。仕込取出室に粗引き用ポンプを、成膜室にメインボン プを接続し、排気系を 1系統とした。また、基板は複数の圧電素子を搭載し、少なくと も 1つのターゲット材料を Au又は Agとした。
[0014] 本発明の第 2の側面は、ターゲット材料が保持される少なくとも 1つのスパッタカソー ド、ターゲットをスパッタ放電させるためのスパッタカソードの電源、スパッタ放電により 放出されたターゲット材料が堆積される基板を複数枚搭載する搭載手段、基板がス パッタカソードの前面を通過するように搭載手段の搬送経路を形成するガイド、搭載 手段に配設した車軸、車軸の両端に取り付けたローラ、基板を支持するベアリング、 搭載手段に配設された板歯車、搭載手段の搬送経路に複数配置され板歯車に係合 する平歯車、平歯車を駆動するプーリー、プーリーに接続されたタイミングベルト、お よび複数のプーリーの中の少なくとも 1つを駆動する駆動モーターからなる薄膜形成 装置であって、搭載手段が、複数の基板を連接させて保持できる基板トレーからなる 薄膜形成装置である。
[0015] 本発明の第 3の側面は、真空室に配したターゲット材料の成膜領域に基板を通過 させる搬送機構を備えた薄膜形成装置において基板に成膜を行う薄膜形成方法で あって、複数枚の基板を搬送方向に連接して基板トレーに搭載し、搬送機構によつ てターゲット材料の成膜領域に基板トレーを搬入し、ターゲット材料の前面にぉレ、て は基板トレーを一定速度で移動させる薄膜形成方法である。また、基板トレーに備え られた板歯車と搬送機構に備えられた平歯車を係合させ、平歯車を回転させることに より基板トレーを搬送するようにした。さらに、ターゲット材料をスパッタカソードに配設 し、スパッタカソードに電圧を印加してスパッタ放電させ、放電が安定した時点でター ゲット材料の前面に基板トレーを搬入し、基板にターゲット材料を堆積させ、連接した 基板の最後尾がターゲット材料のスパッタ放電領域から抜けた時点でスパッタカソー ドへの通電を停止するようにした。
発明の効果
[0016] 本発明で成膜領域に基板を連続して供給し、基板の搬送手段を改善することにより 、ターゲット材料の利用率向上、タクトタイムの向上、メンテナンス性の向上、および 成膜精度の向上に効果を奏する。 図面の簡単な説明
[図 1]本発明の薄膜形成装置概略図
[図 2]本発明の基板トレーおよび搬送機構概略図
[図 3]本発明のスパッタカソード外観図
[図 4]従来の薄膜形成装置概略図
[図 5]基板概略斜視図
[図 6]従来のスパッタカソード概略図
[図 7]従来の基板トレーおよび搬送機構概略図 符号の説明
1 仕込取出室
2 成膜室
3 基板
4 基板トレー
5 搬送機構
6 ターゲット材料
7 スパッタカソード
8 力ソード電源
9 粗引きバルブ
10 メインバルブ
11 ゲートバノレブ
12 プーリー
13 タイミングベルト
14 駆動モーター
15 昇降機構
16 基板加熱機構
17 待機スペース
20
21 平歯車 22 車車由
23 ローラ
24 ベアリング
25 ガイド
30 クランプ
31 蝶番
32 押さえ板
33 孔
34 ねじ
35 ハンドル
40 ストッカー
41 成膜室
42 基板トレー
43 搬送機構
44 待機スペース
45 歯单
50 水晶片
60 ボルト
70 搬送ローラ
71 ベアリング
72 ガイド
発明を実施するための最良の形態
[0019] 図 1は本発明による電極膜形成装置の一例を示し、従来と同様の部分には同一符 号を付して説明を省略する。装置は仕込取出室 1と成膜室 2により構成され、図 laは 各室内部を上方からみた概略図を、図 lbは各室内部を側方からみた概略図を示す 。実施例は、生産性の向上および装置占有面積の削減を目的にストッカーを省略し ているが、必要に応じてストッカーを備えてもよい。
[0020] 仕込取出室 1と成膜室 2はゲートバルブ 11により仕切り、成膜室 2にはメインバノレブ 10を、仕込取出室 1には粗引きバルブ 9を接続する。メインバルブ 10は図示しないメ インポンプに、粗引きバルブ 9は図示しない粗引き用ポンプに接続することで装置の 排気系を 1系統とし、装置構成の簡略化に貢献するが、必要に応じて各室に粗引き バルブとメインバルブの両方を取り付けてもよい。
[0021] 図 2aは図 1に示す基板トレー 4および搬送機構 5の概略図を、図 2bは図 2aの実線 χχΊこおける概略断面図を示す。
基板トレー 4は複数枚の基板 3を連続して搭載可能に設計し、図では 5枚の基板 3 を搭載するものとする。基板 3は、搬送方向にギャップレスに隣接させるものとする。 一回の成膜処理で無駄となるターゲット材料 6の量は、搭載する基板 3の枚数によら ず一定であるため、基板トレー 4に搭載する基板 3の数を増加することで無駄となるタ 一ゲット材料 1の量を低減することが可能となる。例えば、基板トレー 4に 5枚の基板 3 を搭載する場合、 1枚の基板 3を搭載する場合に比して、無駄となるターゲット材料 6 を 20%まで抑えることができる。搭載する基板 3の数は、生産量あるいは装置の設置 スペース等の条件に合わせて適宜選択すればよぐ成膜領域内に基板 3を連続して 供給することでターゲット材料 6の利用率を向上させることが可能となる。また、複数 枚を同時に処理することで生産性を向上させタクトタイムの短縮にも貢献する。
[0022] 搬送機構 5は、基板トレー 4に配設した板歯車 20および車軸 22、車軸 22の両端に 取り付けたローラ 23、板歯車 20に係合するよう配置した平歯車 21、および基板 3の 両側方に配置したベアリング 24、搬送経路を形成するガイド 25により構成される。ベ ァリング 24は、基板トレー 4に配設するものとする力 ガイド 25に配設してもよい。平 歯車 21は複数箇所に配置し、プーリー 12およびタイミングベルト 13を用いて 1つの 駆動モーター 14により回転させ板歯車 20に係合させて基板トレー 4を直進させる。 実施例はプーリー 12およびタイミングベルト 13により動力を伝達することで、複数の 駆動源の同期化を省略し、駆動系の占有面積の削減および装置構成の簡略化に貢 献する。
[0023] 車軸 22およびローラ 23は、基板トレー 4の荷重を支えながら円滑に基板トレ 4一を 移送し、平歯車 21への負荷を低減し、基板トレー 4を安定して搬送する。ベアリング 2 4は、搬送機構 5への負荷を与えずに基板 3を支持している。図では板歯車 20と平歯 車 21を基板トレー 4の下面に配置するが、これに限らず例えば、平歯車を基板トレー の側方に配置し、基板トレーの側面に設けた板歯車と嚙み合わせて駆動させてもよ レ、。実施例の搬送機構 5はラックアンドピニオン機構を採用しているため、従来の搬 送ローラに見られたような空転がなぐ基板トレー 4を確実に搬送することが可能とな る。これにより、基板位置および基板速度を正確に制御することができ、基板トレー 4 力 Sスパッタ領域内を通過する時間を正確に制御することが可能となる。よって膜厚制 御精度の向上にも貢献する。
[0024] 仕込取出室 1には、搬送機構 5、基板トレー 4の昇降機構 15、および必要に応じて 基板加熱機構 16が設けられる。成膜室 2は高温に晒されるため、基板 3および基板ト レー 4は高温のまま成膜室 2から仕込取出室 1に搬出される。実施例は仕込取出室 1 に基板トレー 4の昇降機構 15を設けることにより、高温状態の基板 3であっても安全 に仕込取出室か 1ら取出すことができる。実施例は取出した基板 3をストッカーには収 容せず、次工程に順次送り出すことができるため、生産性の向上にも繋がっている。 仕込取出室 1からの基板 3の取出しは、 自動でおこなっても手動でおこなってもよレ、。 ストッカーを設け、成膜済みの基板 3を一括して取出してもよい。また、仕込取出室 1 力 基板 3を取出す機構は昇降機構に限られるものではない。
[0025] 成膜室 2に基板トレー 4の待機スペースを設けることは従来と同様であるが、実施例 では待機スペース 17の真空槽の形状を、基板 3および基板トレー 4を含む一群の移 動体の形状に限りなく近づけたことを特徴とする。待機スペース 17は、往復動作する 基板トレーの折り返し位置に設けることが望ましぐ成膜室 2内の仕込取出室 1と接す る位置に設けてもよい。これにより、成膜室 2内の容積を減らすことができ、真空引き 又は大気圧への開放の時間を削減することが可能となる。更に装置の占有面積の削 減にも貢献する。
[0026] 図 3aは図 1に示す薄膜形成装置の外観図であり、説明のためスパッタカソード 7の 配置部のみを概略的に示している。スパッタカソード 7は、成膜室 2外部に配されたク ランプ 30および蝶番 31により、成膜室 2に対して開閉自在に配置される。図 3bはクラ ンプ 30の概略斜視図であり、押さえ板 32に設けた略楕円形状の孔 33にねじ 34が揷 通される様子を示す。図 3aおよび図 3bはクランプ 30によりスパッタカソード 7が成膜 室内部を気密シールした状態で固定される様子を示す力 スパッタカソードの開放時 は、ねじ 34のハンドル 35を緩めることにより押さえ板 32を孔 33に沿って移動させれ ばよレ、。スパッタカソード 7を扉構造とすることにより、ターゲット材料の交換等のメンテ ナンス性を大幅に向上させることが可能となる。
[0027] 以下、図 1乃至図 3に示す装置の動作を説明する。仕込取出室 1に移動させた基 板トレー 4に基板 3を連続してセットしゲートバルブ 11を開放した状態で所定の真空 度まで排気する。基板加熱機構 16を用いて基板 3を加熱し成膜の予備準備を施す。 成膜を行おうとするターゲット材料 Aを配設するスパッタカソード 7に電力を投入し、 放電によるスパッタ雰囲気が安定した時点で基板トレー 4を仕込取出室 1から成膜室 2に搬入する。基板トレー 4を一定速度で搬送し、スパッタカソード 7前面を通過させ ることにより基板 3面にターゲット材料 Aを堆積させる。基板トレー 4がスパッタ領域を 通過し終えた時点で力ソード電源 8を停止し、次に成膜を行うとするターゲット材料 B を配設するスパッタカソード 7に電力を投入する。このとき基板トレー 4は待機スぺー ス 17にて待機させる。放電が安定した時点で基板トレー 4をと逆方向に一定速度で 搬送し、基板 3面に 2層目の電極膜を形成する。成膜終了後基板トレー 4を仕込取出 室 1に搬送し、ゲートバルブ 11を閉塞して仕込取出室 1を大気開放する。昇降機構 1 5を駆動し、仕込取出室 1から成膜済基板 3を搬出する。空になった基板トレー 4に未 成膜の基板 3を搭載し、粗引きバルブ 9による仕込取出室 1の粗引き排気後ゲートバ ルブ 11を開放しメインバルブ 10により所定の真空度まで真空引きし、基板 3の成膜 準備後同様に成膜する。動作を繰返し、順次基板に成膜処理を施せばよい。
[0028] 実施例は 2種の金属材料 A, Bの成膜を各種 1回ずつおこなったが、成膜を行おう とする金属材料の種類と同数のスパッタカソードを配置し、基板トレーの往復動作を 繰返すことにより、所望の膜構成を得ることが可能である。例えば複数種の金属材料 を交互に所望の層数堆積させてもよい。各層の膜厚は、基板トレーの搬送速度により 制御すればよい。
なお、好適な例として、基板に複数の圧電素子を搭載し、上記ターゲット材料 A及 び Bを Au及び Agとするものが挙げられる。
[0029] 実施例は基板トレーを双方向に搬送することにより装置の小型化に貢献するが、複 数種の金属材料を成膜領域が重ならない程度の間隔をおいて成膜室に配置し、仕 込室と取出室を独立に設けて基板トレーを一方向に搬送してもよい。基板トレーを一 方向に搬送する場合においても、成膜室に搬入する基板の数を増加させることでタ 一ゲット材料の利用率を向上させる効果は同様に得られる。
[0030] 実施例は搬送経路を挟んでスパッタカソードを対向配置させ基板の両面に薄膜を 形成するが、搬送経路の片面にのみスパッタカソードを配置し基板の片面にのみ薄 膜を形成してもよい。
また、実施例では真空槽の側壁に力ソードを配置し真空槽に対して基板を直立さ せた状態で搬送するが、真空槽の天板又は底板に力ソードを配置し真空槽に対して 基板を寝かせた状態で搬送させてもょレ、。
なお、本発明の真空槽以外の部分を既存の真空槽内部に布設してもよい。
[0031] 実施例は水晶片への電極膜形成について説明したが、薄膜を形成する装置であ ればこれに限らず本発明を実施可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 真空室、ターゲット材料を保持するスパッタカソード、スパッタされた該ターゲット材 料を堆積する基板を搭載する搭載手段、および該搭載手段の搬送機構を備えた薄 膜形成装置であって、
該搬送機構において、該基板が該ターゲット材料の前面を通過するよう搬送経路 が設けられ、
該搭載手段が、複数の該基板を連接して保持する基板トレーからなることを特徴と する薄膜形成装置。
[2] 請求項 1記載の薄膜形成装置であって、
該基板トレーが該スパッタカソード前面を複数回通過するように該搬送機構を構成 したこと特徴とする薄膜形成装置。
[3] 請求項 2記載の薄膜形成装置であって、
該基板トレーが該スパッタカソード前面を往復動作により複数回通過するように該 搬送機構が構成され、
該真空室内に該基板トレーの待機スペースを設け、
該待機スペースにおける該搬送経路に垂直な断面の形状が、該基板および該基 板トレーで画定される形状に略相似し、該断面の面積が該真空室の該待機スペース でない部分における該搬送経路に垂直な断面の面積よりも小さいことを特徴とする薄 膜形成装置。
[4] 請求項 1乃至請求項 3いずれか一項に記載の薄膜形成装置であって、
該基板トレーに板歯車が形成され、
該搬送機構が該板歯車に係合する平歯車、および該平歯車を駆動する駆動手段 を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
[5] 請求項 4記載の薄膜形成装置であって、
該基板トレーの搬送経路に該平歯車を複数設け、
該平歯車に接続されたプーリー、該プーリー間に張られた少なくとも 1つ以上のタイ ミングベルト、および該プーリーの少なくとも 1つを駆動する駆動モーターを備えたこ とを特徴とする薄膜形成装置。
[6] 請求項 5記載の薄膜形成装置であって、
該搬送機構は、該基板トレーの搬送経路を形成するガイド、該基板トレーに配設し た板歯車、該基板トレーに配設され該基板トレーの荷重を受けながら該ガイド上を移 動するローラ、および移動する該基板を支持するベアリングにより構成されることを特 徴とする薄膜形成装置。
[7] 請求項 1乃至請求項 6いずれか一項に記載の薄膜形成装置であって、
該スパッタカソードを、該基板トレーの搬送経路を挟んで対向する位置に設けたこ とを特徴とする薄膜形成装置。
[8] 請求項 1乃至請求項 7いずれか一項に記載の薄膜形成装置であって、
該スパッタカソードを該真空室の外側から固定するクランプを備えたことを特徴とす る薄膜形成装置。
[9] 請求項 1乃至請求項 8いずれか一項に記載の薄膜形成装置であって、
該真空室が仕込取出室および成膜室からなり、
該仕込取出室に該基板トレーの昇降機構を設けたことを特徴とする薄膜形成装置
[10] 請求項 1乃至請求項 9いずれか一項に記載の薄膜形成装置であって、
該真空室が仕込取出室および成膜室からなり、
該仕込取出室に粗引き用ポンプを、該成膜室にメインポンプを接続し、 排気系を 1系統としたことを特徴とする薄膜形成装置。
[11] 請求項 1乃至請求項 10いずれか一項に記載の薄膜形成装置であって、
該基板に複数の圧電素子が搭載されたことを特徴とする薄膜形成装置。
[12] 請求項 1乃至請求項 11いずれか一項に記載の薄膜形成装置であって、
少なくとも 1つの該ターゲット材料が、 Au又は Agであることを特徴とする薄膜形成 装置。
[13] ターゲット材料が保持される少なくとも 1つのスパッタカソード、該ターゲットをスパッ タ放電させるための該スパッタカソードの電源、スパッタ放電により放出された該ター ゲット材料が堆積される基板を複数枚搭載する搭載手段、該基板が該スパッタカソー ドの前面を通過するように該搭載手段の搬送経路を形成するガイド、該搭載手段に 配設した車軸、該車軸の両端に取り付けたローラ、該基板を支持するベアリング、該 搭載手段に配設された板歯車、該搭載手段の搬送経路に複数配置され該板歯車に 係合する平歯車、該平歯車を駆動するプーリー、該プーリーに接続されたタイミング ベルト、および複数の該プーリーの中の少なくとも 1つを駆動する駆動モーターから なる薄膜形成装置であって、
該搭載手段が、複数の該基板を連接して保持する基板トレーからなることを特徴と する薄膜形成装置。
[14] 真空室に配したターゲット材料の成膜領域に基板を通過させる搬送機構を備えた 薄膜形成装置において該基板に成膜を行う薄膜形成方法であって、
複数枚の該基板を搬送方向に連接して基板トレーに搭載し、
該搬送機構によって該ターゲット材料の成膜領域に該基板トレーを搬入し、 該ターゲット材料の前面においては該基板トレーを一定速度で移動させることを特 徴とする薄膜形成方法。
[15] 請求項 14記載の薄膜形成方法であって、
該基板トレーに備えられた板歯車と該搬送機構に備えられた平歯車を係合させ、 該平歯車を回転させることにより該基板トレーを搬送することを特徴とする薄膜形成 方法。
[16] 請求項 14又は請求項 15記載の薄膜形成方法であって、
該ターゲット材料をスパッタカソードに配設し、該スパッタカソードに電圧を印加して スパッタ放電させ、
放電が安定した時点で該ターゲット材料の前面に該基板トレーを搬入し、 該基板に該ターゲット材料を堆積させ、
連接した該基板の最後尾が該ターゲット材料のスパッタ放電領域から抜けた時点 で該スパッタカソードへの通電を停止することを特徴とする薄膜形成方法。
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