(57)【要約】【課題】  基板面内の膜厚分布を均一にすることができるスパッタ成膜方法を提供する。【解決手段】  複数の基板１６を回転ドラムの外周に回転ドラムの回転軸方向に沿って配列し、ターゲット１４を回転ドアラムの外方で基板に対向し回転軸に平行に配設し、回転ドラムを回転させながらスパッタ成膜するスパッタ成膜方法であって、複数の基板１６のうち両端の基板１６ａ、１６ｂをターゲット面に対して傾け、両端の基板１６ａ、１６ｂの外側端部をターゲット１４の面に最も近づける。【選択図】  図３
2006097072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内でターゲットを用いて複数の基板にスパッタ成膜するスパッタ成膜方法であって、
前記複数の基板は回転ドラムの外周に前記回転ドラムの回転軸の方向に沿って配列され、前記ターゲットは前記回転ドラムの外方で前記基板に対向し前記回転軸に平行に配列され、前記回転ドラムを回転させながらスパッタ成膜するスパッタ成膜方法において、
前記複数の基板のうち、両端の基板を前記ターゲットの面に対して傾け、前記両端の基板の外側端部を前記ターゲットの面に最も近づけたことを特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項２】
前記両端の基板の外側端部を前記ターゲットの面に同等に近づけた請求項１に記載のスパッタ成膜方法。
【請求項３】
前記複数の基板は基板ホルダを介して前記回転ドラムの外周に配列されている請求項１又は２に記載のスパッタ成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパッタ成膜方法に関し、特に詳しくはカルーセル型スパッタ装置を用いたスパッタ成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置などの製造工程において、基板上に光学薄膜や金属薄膜を形成する方法としてスパッタ成膜方法が用いられている。スパッタ成膜方法に用いられるスパッタ成膜装置では、真空チャンバー内に基板と対向配置されたターゲットが設けられている。そして、真空チャンバー内にスパッタガスを流入し、陰極となるターゲットに電圧を印加して、基板とターゲットの間にプラズマを生成させる。そして、プラズマ中のイオンがターゲット表面に衝突し、はじき出されたターゲット原子が基板上に付着することにより、基板に所望の薄膜が形成される。
【０００３】
さらに、スパッタ成膜装置には基板を回転ドラムに取り付け、回転ドラムを回転させながらスパッタ成膜を行うカルーセル型スパッタ成膜装置が利用されている（例えば、特許文献１参照。）。このカルーセル型スパッタ成膜装置では、一度に複数の基板に対して成膜することができるため、生産性に優れているという利点がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１５−２７２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のカルーセル型スパッタ成膜装置を用いたスパッタ成膜方法についての問題点について図５を用いて説明する。カルーセル型のスパッタ成膜装置では、通常、図５に示すように回転軸に沿って複数の基板１６を回転ドラムの基板ホルダ１２に基板取付具１７を用いて取り付ける。そして、基板１６がターゲット１４と対向するように回転ドラムを回転させ、スパッタ成膜を行う。このとき、従来のスパッタ成膜方法では、上端の基板１６のと下端の基板１６との膜厚分布が悪くなってしまうという問題点があった。すなわち、図５に示すようにターゲット１４の両端ではプラズマ２３の密度が薄くなるため、上端の基板１６の上側及び下端の基板１６の下側で膜厚が薄くなってしまう。よって、両端の基板において基板面内の膜厚分布が悪くなってしまう。このように基板面内で膜厚分布が悪くなってしまうと、その基板を用いて製造された表示装置の表示特性が劣化するという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、膜厚分布を均一にすることができるスパッタ成膜方法及びスパッタ成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様にかかるスパッタ成膜方法は、チャンバー内でターゲットを用いて複数の基板にスパッタ成膜するスパッタ成膜方法であって、前記複数の基板は回転ドラムの外周に前記回転ドラムの回転軸の方向に沿って配列され、前記ターゲットは前記回転ドラムの外方で前記基板に対向し前記回転軸に平行に配列され、前記回転ドラムを回転させながらスパッタ成膜するスパッタ成膜方法において、前記複数の基板のうち、両端の基板を前記ターゲットの面に対して傾け、前記両端の基板の外側端部を前記ターゲットの面に最も近づけたものである。これにより、両端の基板の基板面内の膜厚分布を均一にすることができる。
【０００７】
本発明の第２の態様にかかるスパッタ成膜方法は、上述のスパッタ成膜方法において、前記両端の基板の外側端部を前記ターゲット面に同等に近づけたものである。これにより、基板の配設位置の設定を統一化でき、両端の基板間の膜厚ばらつきを抑えることができる。
【０００８】
本発明の第３の態様にかかるスパッタ成膜方法は、上述のスパッタ成膜方法において、前記複数の基板は基板ホルダを介して回転ドラムの外周に配列されているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、膜厚分布を均一にすることができるスパッタ成膜装置及びスパッタ成膜方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。
【００１１】
本発明にかかるスパッタ成膜方法について図１を用いて説明する。図１は本発明にかかるスパッタ成膜方法に用いるスパッタ成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。なお、図１はスパッタ成膜装置を上から見た平面図である。１０はスパッタ成膜装置、１１は真空チャンバー、１２は基板ホルダ、１３は回転ドラム、１４はターゲット、１５はマグネトロン部、１６は基板、１８はスパッタ電源、２１は回転ドラムの回転軸を示している。
【００１２】
スパッタ成膜装置１０は真空チャンバー１１と真空チャンバー１１内に設けられたターゲット１４とを備えている。真空チャンバー１１は断面が略円形状に設けられ、ターゲット１４を配置するための箇所が外側に突出している。すなわち、真空チャンバー１１はターゲット１４を配設するための箇所を除いて断面が円形となっている。この真空チャンバー１１がスパッタ成膜を行うための反応室となる。図１に示すスパッタ成膜装置では２つのターゲット１４が真空チャンバーの対向する位置に設けられている。もちろん、ターゲットの数は１つでもよく、３以上であってもよい。なお、スパッタ成膜装置１０は真空チャンバー１１を排気するための真空ポンプ（図示せず）や真空チャンバー１１内にＡｒなどのスパッタガスを導入するためのガスライン（図示せず）を備えている。
【００１３】
スパッタ成膜装置１０はカルーセル型のスパッタ成膜装置であり、一度の処理で複数の基板に対して成膜することができるバッチ方式の装置である。スパッタ成膜装置１０は、円筒状の回転ドラム１３と回転ドラム１３の外周に設けられた基板ホルダ１２とを備えている。回転ドラム１３は真空チャンバー１１の中心に設けられた回転軸２１を中心に回転可能に設けられている。この回転軸２１は鉛直方向に沿って設けられた円筒状の回転ドラム１３の中心線と一致する。回転ドラム１３の外側には例えば、正１２角柱の基板ホルダ１２が取り付けられている。この基板ホルダ１２の中心線と回転ドラム１３の中心線とは一致している。さらに基板ホルダ１２のそれぞれの外周面には基板１６が取り付けられている。この基板１６は後述する基板取付具により基板ホルダ１２に取り付けられる。基板１６が基板ホルダ１２に保持された状態で矢印の方向に回転ドラムを回転させると、各々の外周面に設けられた基板１６が順次、ターゲット１４の前面を通過する。ターゲット１４は矩形状の平板であり、その表面が回転軸２１と平行に配置されている。
【００１４】
ターゲット１４の裏面側にはマグネトロン部１５が設けられている。マグネトロン部１５はバッキングプレートや、例えば、永久磁石や電磁石などの磁石を備えている。すなわち、そして、スパッタ電源１８からマグネトロン部１５のバッキングプレートを介してターゲット１４に電圧が印加される。これにより、ターゲット１４の前面でマグネトロン放電が起こり、プラズマを発生させることができる。スパッタ電源１８はＡＣ電源でもＤＣ電源でもよい。プラズマ中のイオンが陰極であるターゲット１４に衝突することにより、ターゲット原子がはじき出される。これにより、ターゲット近傍の基板にターゲット原子を付着させることができ、所望の薄膜を基板１６に形成することができる。このとき、回転ドラム１３を一定の速度で回転させながらターゲット１４に電圧を印加させる。これにより、基板ホルダ１２の各外周面に取り付けられた基板１６に対して、均一な薄膜を形成することができる。
【００１５】
次に、回転ドラム１３及びそれに取り付けられる基板ホルダ１２について図２を用いて説明する。図２は基板ホルダ１２が取り付けられた回転ドラム１３の構成を模式的に示す斜視図である。なお、図２は基板ホルダ１２に基板１６が保持されていない状態を示している。円筒状の回転ドラム１３の外側には回転ドラムより少し大きい正１２角柱状の基板ホルダ１２が取り付けられている。基板ホルダ１２の各外周面は鉛直方向が長手方向となる矩形状をしている。基板１６は成膜面が鉛直方向と略平行になるように配置される。この回転ドラム１３を回転させることにより、基板ホルダ１２が回転する。
【００１６】
回転ドラム１３の中心線と基板ホルダ１２の中心線とは一致している。そして、この中心線が回転ドラム１３及び基板ホルダ１２の回転軸２１となる。したがって、回転ドラム１３の回転によって基板ホルダ１２のいずれの外周面がターゲット表面と平行になっても、平行になった外周面とターゲット表面との間の距離が一定になる。したがって、異なる外周面に取り付けられた基板の膜厚を一定にすることができる。すなわち、ターゲット表面と基板１６との間の距離（以下、Ｔ／Ｓ間距離とする）が長い場合、スパッタにより基板１６に付着するターゲット原子が少なくなり成膜レートが低くなる。一方、Ｔ／Ｓ間距離が短い場合、スパッタにより基板１６に付着するターゲット原子が多くなり成膜レートが高くなる。
【００１７】
ターゲット１４はこの基板ホルダ１２の外周面と対向配置するように設けられる。すなわち、図２に示すように縦長の外周面の場合、矩形状のターゲット１４は鉛直方向が長手方向となり、水平方向が短手方向となる。また、本発明では基板ホルダ１２の各外周面に複数の基板が取り付けられる。すなわち、回転軸２１に沿って、基板ホルダ１２の一外周面に複数の基板が配置される。ここでは、例えば、各外周面に２枚の基板１６を取り付けている。したがって、正１２角柱の基板ホルダ１２には２４枚の基板１６を取り付けることができる。そして、一外周面に設けられた２枚の基板１６は鉛直方向に一列に配置される。
【００１８】
本発明では、１外周面に取り付けられた基板１６における基板面内の膜厚分布を均一にするために、基板１６をターゲット１４の表面に対して傾斜させて基板ホルダ１２に取り付けている。このターゲットに対して傾斜するよう取り付けられた基板１６について図３を用いて詳細に説明する。図３は基板ホルダ１２に取り付けられた基板１６及びターゲット１４の構成を模式的に示す側面図である。ここでは、基板ホルダ１２の一外周面に取り付けられた２枚の基板１６のうち、上側の基板を上基板１６ａとし、下側の基板を下基板１６ｂとする。
【００１９】
基板ホルダ１２の一外周面には上基板１６ａと下基板１６ｂとが基板取付具１７により取り付けられている。基板取付具１７は例えば、１枚の基板１６に対して２つ設けられ、基板１６の上端及び下端を押さえるようにして、基板１６を基板ホルダ１２に取り付ける。このとき、上基板１６ａの上側の基板取付具１７は上基板１６ａの下側の基板取付具１７よりも高くなっている。したがって、上基板１６ａの上端とターゲットとの間の距離は上基板１６ａの下端とターゲットとの間の距離より短くなる。すなわち、上基板１６ａの上端がターゲット表面に最も近づいている。これにより、ターゲットの上端近傍でプラズマ２３の密度が薄くなっていても、上基板１６ａの基板面内の膜厚分布を均一にすることができる。
【００２０】
また、下基板１６ｂの下側の基板取付具１７は下基板１６ｂの上側の基板取付具１７よりも高くなっている。したがって、下基板１６ｂの下端とターゲット１４との間の距離は下基板１６ｂの上端とターゲット１４との間の距離より短くなる。すなわち、下基板１６ｂの下端がターゲット表面に最も近づいている。これにより、ターゲット１４の下端近傍でプラズマ２３の密度が薄くなっていても、下基板１６ｂの基板面内の膜厚分布を均一にすることができる。
【００２１】
このように、１外周面の上端及び下端の基板１６において、基板１６の外側端部とターゲット表面との間の距離をその基板１６の内側端部とターゲット表面との間の距離よりも短くすることで、外側端部の成膜レートを向上することができる。これにより、ターゲット１４の上端及び下端のプラズマ密度が薄い場合でも、基板面内の膜厚分布を均一にすることができる。すなわち、カルーセル型のスパッタ成膜装置において最も外側に配置された基板は、プラズマ密度の違いにより外側端部の膜厚が薄くなる傾向がある。このプラズマ密度の違いに起因する膜厚分布の劣化を防ぐために、本発明では１枚の基板においてターゲット表面との間の距離に差を設けている。これにより、基板ホルダ１２の外周面の上端及び下端に配置された基板１６、すなわちターゲット１４の上端及び下端に対応する位置に配置された基板１６の膜厚分布を向上することができる。
【００２２】
本発明では、高さの異なる２つの基板取付具１７を用いて基板ホルダ１２に基板１６を取り付けている。この基板取付具１７の高さをそれぞれ変えることにより、膜厚分布の調整を容易に行うことができる。この基板取付具１７の高さの差は例えば、図４に示すように５ｍｍとすることができる。具体的には、上基板１６ａを４８０ｍｍ×３５０ｍｍとし、上基板１６ａの長辺を回転軸に沿って配置する。そして、４８０ｍｍの長辺に対して５ｍｍターゲット側に上基板１６ａの上端を押し出して基板ホルダ１２に取り付けている。この時、上基板１６ａのターゲット表面に対する傾斜角θは約０．６°であった。この時のターゲット表面と上基板１６ａの上端との間の距離は８０ｍｍであった。なお、図４には上基板１６ａについて示したが、下基板１６ｂについても同様に基板取付具１７の高さを変えている。すなわち、上基板１６ａの上端とターゲット表面との距離と下基板１６ｂの下端とターゲット表面との距離は等しい。ターゲット面に対して基板を平行に配置した場合、ターゲットの長手方向の膜厚分布は±１０％程度であったが、上述のように両端の基板１６をターゲット面に対して傾斜させて配置した場合、ターゲットの長手方向の膜厚分布を±５％に改善することができた。なお、上述の値は例示であり、基板サイズ、ターゲットサイズ、Ｔ／Ｓ間距離及びスパッタ成膜条件に応じて、好適な傾斜角を用いるようにすることができる。傾斜角θは例えば、０．３〜２°とすることにより、膜厚分布を改善することができる。このように、本発明では、基板取付具１７の高さを調整することにより、膜厚分布を均一にすることができる。したがって、簡易な構成で均一な膜厚分布を得ることができる。さらに、基板ホルダ１２と基板１６との間に隙間が生じることで異常放電を抑制することも可能になる。
【００２３】
なお、上述の説明では１外周面に２枚の基板１６が取り付けられている例について説明したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、本発明は、回転軸に沿って３枚以上の基板を基板ホルダ１２に取り付けることができるスパッタ成膜装置に対しても利用することができる。この場合、上下の両端の基板を傾斜させて取り付ければよい。さらに、回転軸の方向に沿って配列された複数の基板を、その位置に応じて異なる傾斜角で取り付けるようにしてもよい。もちろん、上下両端以外の基板はターゲット表面に対して平行に配置してもよい。
【００２４】
上述の説明では、各外周面の上端及び下端に配置された基板について、基板面内の距離に差を設けたがこれに限るものではない。例えば、回転ドラム１３及び基板ホルダ１２が水平方向に配置された場合、左右両端の基板に傾斜を付けて基板ホルダに取り付けるようにする。すなわち、回転ドラム１３及び基板ホルダ１２が水平方向に配置された場合、水平方向が回転軸の方向となる。そのため、複数の基板１６が水平方向に沿って配置される。このため、左右両端の基板に傾斜を付けて基板ホルダ１２に取り付けるようにしてもよい。
【００２５】
上述の説明では、上下両端の基板１６のターゲット面に対する傾斜角を等しくして、同じようにターゲット面に近づけたが、上基板１６ａと下基板１６ｂの位置に応じて異なる傾斜角にしてもよい。すなわち、上基板１６ａと下基板１６ｂでターゲットの端からの距離が異なる場合、異なる傾斜角とすることにより、それぞれの基板１６で膜厚分布を均一にすることができる。また、上基板１６ａと下基板１６ｂがターゲット１４の中心線に対して対称に配置された場合、傾斜角を等しくして、同じようにターゲット面に近づけることことが好ましい。
【００２６】
このように均一な膜厚分布を持つ薄膜を有する基板を用いて表示装置や半導体装置を製造することにより、表示特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にかかるスパッタ成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明にかかるスパッタ装置に用いられる回転ドラム及びそれに取り付ける基板ホルダの構成を示す斜視図である。
【図３】本発明にかかるスパッタ装置における基板とターゲットとの構成を模式的に示す側面図である。
【図４】本発明にかかるスパッタ装置における基板とターゲットとの間の距離を模式的に示す側面図である。
【図５】従来のスパッタ成膜装置における基板とターゲットとの構成を模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  スパッタ装置
１１  真空チャンバー
１２  基板ホルダ
１３  回転ドラム
１４  ターゲット
１５  マグネトロン部
１６  基板
１７  基板支持具
２１  回転軸
２３  プラズマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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