(57)【要約】【課題】簡単な構成としながらも、基板表面を活性化させて成膜するとともに、ターゲットの利用率を向上させる。【解決手段】真空排気され且つガスが導入される成膜室と、成膜室内において絶縁性基板を保持する基板保持部と、成膜室内において絶縁性基板と対向してターゲットを保持するターゲット保持部と、基板保持部に保持された絶縁性基板に対してターゲット保持部に保持されたターゲットとは反対側に設けられたアンテナとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気され且つガスが導入される成膜室と、
前記成膜室内において絶縁性基板を保持する基板保持部と、
前記成膜室内において前記絶縁性基板と対向してターゲットを保持するターゲット保持部と、
前記基板保持部に保持された絶縁性基板に対して前記ターゲット保持部に保持されたターゲットとは反対側に設けられたアンテナとを備えるスパッタリング装置。
【請求項２】
前記アンテナは、誘電体窓によって前記成膜室とは区画されたアンテナ室に配置されている、請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記アンテナを複数有しており、当該複数のアンテナは、前記絶縁性基板の表面に沿う方向に並列に配置されている、請求項１又は２記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記基板保持部は、前記ターゲットに対して前記絶縁性基板を走査させるものである、請求項１乃至３の何れか一項に記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして、基板表面に成膜するスパッタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のスパッタリング装置としては、特許文献１に示すように、従来のマグネトロンスパッタリング装置の構成に加えて、誘導結合型のプラズマを生成するためのアンテナを備えたものが考えられている。
【０００３】
このスパッタリング装置は、ターゲットの表面に磁界を形成するとともに、ターゲットに直流電圧を印加してターゲット表面に直流電界を形成するとともに、ターゲットの周囲に設置したアンテナに高周波電圧を印加して高周波誘導電界を形成している。そして、これら磁界、直流電界及び高周波誘導電界によってプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンをターゲットに衝突させることで、ターゲットからスパッタ粒子が飛び出すように構成されている。
【０００４】
しかしながら、ターゲットの表面近傍に磁界を形成しているので、プラズマ中のイオンが捕捉されてしまい、基板への衝突が少なくなってしまう。このように基板へのイオンの衝突が少なくなることで、基板表面及び成膜表面の活性化が低く抑えられてしまい、成膜の密着性及や成膜密度等の性能の向上を見込むことが難しい。
【０００５】
なお、上記の特許文献１では、スパッタリング用とは別に基板表面を活性化させるための基板活性化用のアンテナを設けているが、このようにスパッタリング用のアンテナの他に、基板活性化用のアンテナを設けると構造が複雑になってしまう。
【０００６】
また、磁石がターゲットの裏面に間欠的に設けられている上に、アンテナがターゲットの側方に設けられているため、生成されるプラズマは局在化してしまう。その結果、ターゲットのスパッタリングによる消費も局在化してしまい、ターゲットの利用率が低くなってしまう。そのため、局在的な消費によるターゲットの交換頻度も多くなってしまい、装置の稼働率が低下するだけでなく、生産性が低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５４７５５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、簡単な構成でありながらも基板表面を活性化させて成膜するとともに、ターゲットの利用率を向上させることをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係るスパッタリング装置は、真空排気され且つガスが導入される成膜室と、前記成膜室内において絶縁性基板を保持する基板保持部と、前記成膜室内において前記絶縁性基板と対向してターゲットを保持するターゲット保持部と、前記基板保持部に保持された絶縁性基板に対して前記ターゲット保持部に保持されたターゲットとは反対側に設けられたアンテナとを備えることを特徴とする。
【００１０】
このようなスパッタリング装置であれば、成膜される基板表面とは反対の裏面側にアンテナが配置されているので、基板表面の近傍にプラズマが生成されることになり、基板表面へのエネルギー粒子の入射が効率良く行われて、基板表面を活性化させることができる。また、当該アンテナにより絶縁性基板及びターゲットの間にプラズマが生成されるので、当該プラズマを用いてターゲットのスパッタリングが行われる。その結果、絶縁性基板の裏面側にアンテナを配置するという簡単な構成としながらも、活性化された基板表面に成膜を行うことができ、密着性が良く、良質な成膜を行うことができる。
また、ターゲットの表面近傍に磁場を形成していないので、プラズマ中のイオンをターゲットに一様に入射させることが可能となり、ターゲットを一様に消費させることができる。その結果、ターゲットの利用率を高くして交換頻度を抑制することができ、装置の稼働率を向上させるとともに、生産性を向上させることができる。
さらに、絶縁性基板の裏面側にアンテナが配置されているので、ターゲット及び基板表面との距離を小さくすることができ、成膜速度を大きくすることができる。また、スパッタリングされたターゲット物質の収率を向上させることができるとともに、ターゲットの小面積化が可能となる。
【００１１】
前記アンテナは、誘電体窓によって前記成膜室とは区画されたアンテナ室に配置されていることが望ましい。
この構成であれば、成膜室の圧力等の条件と、アンテナ室の圧力等の条件とを個別に制御することができ、絶縁性基板及びターゲットの間に効率的にプラズマを生成させることができる。
【００１２】
大型の基板に対応する等のためにプラズマ生成領域を大面積化するためには、前記アンテナを複数有しており、当該複数のアンテナは、前記絶縁性基板の表面に沿う方向に並列に配置されていることが望ましい。
この構成であれば、絶縁性基板の基板表面の活性化を均一化することができ、基板表面全体に亘って成膜品質を向上させることができる。
【００１３】
基板表面の成膜を均一化するためには、前記基板保持部は、前記ターゲットに対して前記絶縁性基板を走査させるものであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
このように構成した本発明によれば、基板保持部に保持された絶縁性基板に対してターゲット保持部に保持されたターゲットとは反対側にアンテナを設けているので、簡単な構成でありながらも基板表面を活性化させて成膜するとともに、ターゲットの利用率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示すアンテナの長手方向に直交する断面図である。
【図２】同実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示すアンテナの長手方向に沿った断面図である。
【図３】同実施形態のスパッタリング装置を組み込んだ基板処理装置を模式的に示す図である。
【図４】変形実施形態のスパッタリング装置を模式的に示すアンテナの長手方向に沿った縦断面図である。
【図５】変形実施形態のアンテナにおけるコンデンサ部分を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係るスパッタリング装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
＜装置構成＞
本実施形態のスパッタリング装置１００は、誘導結合型のプラズマＰを用いて絶縁性基板Ｗに成膜するものである。ここで、絶縁性基板Ｗは、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等であり、具体的には、ガラス基板、セラミックス基板、プラスチックフィルム基板、フィルム付きガラス基板等である。
【００１８】
具体的にスパッタリング装置１００は、図１及び図２に示すように、真空排気され且つガスが導入される成膜室２と、成膜室２内において絶縁性基板Ｗを保持する基板保持部３と、成膜室２内においてターゲットＴを保持するターゲット保持部４と、基板保持部３に保持された絶縁性基板Ｗに対してターゲット保持部４に保持されたターゲットＴとは反対側に設けられたアンテナ５とを備えている。なお、アンテナ５に高周波電源６から高周波を印加することによりアンテナ５には高周波電流ＩＲが流れて、成膜室２内のターゲットＴ及び絶縁性基板Ｗの間の空間に誘導電界が発生して誘導結合型のプラズマＰが生成される。
【００１９】
成膜室２は、真空排気され且つガスが導入される真空容器８により形成されている。この真空容器８は、例えば金属製の容器であり、その内部は真空排気装置９１、９２によって真空排気される。真空容器８はこの例では電気的に接地されている。なお、真空排気装置９１は、成膜室２を真空排気するものであり、真空排気装置９２は、後述するアンテナ室１５を真空排気することができる。
【００２０】
真空容器８内に、例えば流量調整器（図示省略）及び複数のガス導入口８１、８２を経由して、スパッタ用ガス１０又は反応性ガス１１が導入される。スパッタ用ガス１０及び反応性ガス１１は、絶縁性基板Ｗに施す処理内容に応じたものにすれば良い。スパッタ用ガス１０としては、例えばアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスであり、反応性ガス１１としては、例えば酸素（Ｏ２）や窒素（Ｎ２）等である。
【００２１】
基板保持部３は、真空容器８の成膜室２内において絶縁性基板Ｗを保持するものであり、アンテナ５によるプラズマＰの生成を妨げない構成としてある。例えば、基板保持部３は、絶縁性基板Ｗの周端部を支持する構成である。また、基板保持部３は、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス、石英ガラス、無アルカリガラス、その他の無機材料、又は、シリコン等である。この構成であれば、アンテナ５とターゲットＴとの間のプラズマ生成を妨げないため、絶縁性基板Ｗの表面近傍にプラズマＰを生成させることができる。
【００２２】
ターゲット保持部４は、基板保持部３に保持された絶縁性基板Ｗと対向して、例えば平板状のターゲットＴを保持するものである。このターゲット保持部４は、真空容器８の成膜室２を形成する側壁８ａ（例えば上側壁）に設けられている。また、ターゲット保持部４と真空容器８の上側壁８ａとの間には、真空シール機能を有する絶縁部１２が設けられている。ターゲットＴには、それにターゲットバイアス電圧を印加するターゲットバイアス電源１３が、この例ではターゲット保持部４を介して接続されている。ターゲットバイアス電圧は、プラズマＰ中のイオンをターゲットＴに引き込んでスパッタさせる電圧である。
【００２３】
また、本実施形態では、ターゲット保持部４は複数設けられており、当該複数のターゲット保持部４は、真空容器８内における絶縁性基板Ｗの表面側に、絶縁性基板Ｗの表面に沿うように（例えば、基板Ｗの裏面と実質的に平行に）同一平面上に並列に配置されている。なお、各ターゲット保持部４は同一構成である。また、各ターゲット保持部４に保持されたターゲットＴは、絶縁性基板Ｗの表面と実質的に平行である。
【００２４】
アンテナ５は複数設けられており、当該複数のアンテナ５は、真空容器８内における絶縁性基板Ｗの裏面側に、絶縁性基板Ｗの裏面に沿うように（例えば、基板Ｗの裏面と実質的に平行に）同一平面上に並列に配置されている。なお、各アンテナ５は同一構成であり、その長さは数十ｃｍ以上である。
【００２５】
本実施形態の複数のアンテナ５は、上記の複数のターゲット保持部４に対応して設けられており、具体的には、各アンテナ５は、各ターゲット保持部４と一対一に対向するように設けられている。ここで、各アンテナ５の長手方向と各ターゲット保持部４に保持されたターゲットＴの長手方向とは同一方向である。
【００２６】
また、各アンテナ５の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等であるが、これに限られるものではない。なお、アンテナ５を中空にして、その中に冷却水等の冷媒を流し、アンテナ５を冷却するようにしても良い。
【００２７】
そして、複数のアンテナ５は、真空容器８内において誘電体窓１４によって成膜室２とは区画されたアンテナ室１５に配置されている。この誘電体窓１４は、基板保持部３に保持された絶縁性基板Ｗの裏面（又は表面）と実質的に平行となるように設けられている。また、誘電体窓１４は、それ全体が誘電体物質で構成された平板状をなすものである。誘電体窓１４の材質は、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス、石英ガラス、無アルカリガラス、その他の無機材料、又は、シリコン等である。
【００２８】
なお、アンテナ５の両端部付近は、真空容器８のアンテナ室１５において相対向する側壁８ｂ、８ｃをそれぞれ貫通している。アンテナ５の両端部を真空容器８外へ貫通させる部分には、絶縁部材１６がそれぞれ設けられている。この各絶縁部材１６を、アンテナ５の両端部が貫通しており、その貫通部は例えばパッキンによって真空シールされている。各絶縁部材１６と真空容器８との間も、例えばパッキンによって真空シールされている。なお、絶縁部材１６の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英、又はポリフェニンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のエンジニアリングプラスチック等である。
【００２９】
アンテナ５の一端部である給電端部５ａには、整合回路７を介して高周波電源６が接続されており、他端部である終端部５ｂは直接接地されている。なお、終端部５ｂは、コンデンサ又はコイル等を介して接地しても良い。
【００３０】
上記構成によって、高周波電源６から、整合回路７を介して、アンテナ５に高周波電流ＩＲを流すことができる。高周波の周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。
【００３１】
このように構成されたスパッタリング装置１００において、プラズマ点灯時の成膜室２内の圧力は、真空排気装置９１を用いて例えば０．１〜５Ｐａとし、アンテナ室１５内の圧力は、真空排気装置９２を用いて例えば１０Ｐａ以上又は０．０５Ｐａ以下としている。このように圧力制御することによって、アンテナ室１５内でのプラズマ生成を抑制しつつ、成膜室２内でのプラズマ生成を効率良くしている。
【００３２】
このとき、誘電体窓１４と絶縁性基板Ｗとの間の空間にプラズマＰが生成されないように、誘電体窓１４と絶縁性基板Ｗとの隙間が設定されている。そして、アンテナ５から発生する誘導電界は、誘電体窓１４と絶縁性部材からなる基板保持部３と絶縁性基板Ｗによって妨げられず、アンテナ５とターゲットＴとの間に発生する。したがって、スパッタリング装置１００は絶縁性基板Ｗの表面近傍にプラズマＰを生成させることができる。
【００３３】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のスパッタリング装置１００によれば、成膜される基板表面とは反対の裏面側にアンテナ５が配置されているので、基板表面の近傍にプラズマＰが生成されることになり、基板表面へのエネルギー粒子の入射が効率良く行われて、基板表面を活性化させることができる。また、当該アンテナ５により絶縁性基板Ｗ及びターゲットＴの間にプラズマＰが生成されるので、当該プラズマＰを用いてターゲットＴのスパッタリングが行われる。その結果、絶縁性基板Ｗの裏面側にアンテナ５を配置するという簡単な構成としながらも、活性された基板表面に成膜を行うことができ、密着性が良く、良質な成膜を行うことができる。
また、基板の側方にアンテナを配置する従来の構成と比べると、絶縁性基板Ｗとアンテナ５の位置関係に制限がないため、例えば基板中央部に対向する位置にアンテナ５を配置すると、基板中央部にも密度の高いプラズマを生成することができる。したがって、アンテナ５を基板中央部に対向する位置等の適切な位置に複数配置することで、基板表面の活性化の面内均一性を向上させることができる。
また、ターゲットＴの表面近傍に磁場を形成していないので、プラズマＰ中のイオンをターゲットＴに一様に入射させることが可能となり、ターゲットＴを一様に消費させることができる。その結果、ターゲットＴの利用率を高くして交換頻度を抑制することができ、装置の稼働率が向上させるとともに、生産性を向上させることができる。
さらに、絶縁性基板Ｗの裏面側にアンテナ５が配置されているので、ターゲットＴ及び絶縁性基板Ｗの表面との距離を小さくすることができ、成膜速度を大きくすることができる。また、スパッタリングされたターゲット物質の収率を向上させることができるとともに、ターゲットの小面積化が可能となる。
【００３４】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３５】
例えば、前記実施形態のスパッタリング装置１００において絶縁性基板Ｗを加熱して処理する場合には、真空容器８内に加熱機構を設けることが考えられるが、絶縁性基板Ｗの裏面側にアンテナ５を設ける構成のため、真空容器８内に加熱機構を設けることが難しい。このため、図３に示すように、スパッタリング装置１００の真空容器８とゲートロック室２００との間に基板Ｗを加熱するヒータＨを有する基板加熱室３００を設けることが望ましい。なお、各室はゲートバルブＧＢを介して接続されており、図示しない搬送機構により絶縁性基板Ｗが搬送される。
【００３６】
前記実施形態の基板保持部３は、ターゲットＴに対して絶縁性基板Ｗを走査させる構成であっても良い。この場合、基板保持部３は、複数のアンテナ５（又は複数のターゲットＴ）の並列方向に沿って絶縁性基板Ｗを成膜室２内で往復走査させることが考えられる。その他、基板保持部３は、真空容器８の側壁にそれぞれ設けた搬入口及び搬出口の間で絶縁性基板Ｗを搬送するものであり、絶縁性基板Ｗはその搬送途中で成膜される構成としても良い。その結果、基板表面に対してプラズマＰが走査されるので、スパッタリングによる成膜の面内均一性に加え、基板表面の活性化の面内均一性をも向上させることができる。
【００３７】
前記実施形態では、１つのターゲットＴに１つのアンテナ５が対応する構成であったが、１つのターゲットＴに複数のアンテナ５が対応する構成であっても良い。
【００３８】
アンテナ５の構成に関していうと、以下の構成であれば、効率よくプラズマＰを生成することができる。
具体的にアンテナ５は、図４に示すように、少なくとも２つの金属製の導体要素５１と、互いに隣り合う導体要素５１の間に設けられて、それら導体要素５１を絶縁する絶縁要素５２と、互いに隣り合う導体要素５１と電気的に直列接続された定量素子であるコンデンサ５３とを備えている。なお、導体要素５１及び絶縁要素５２は、内部に冷却液が流れる管状をなすものである。図４では、導体要素５１の数は２つであり、絶縁要素５２及びコンデンサ５３の数は各１つである。なお、アンテナ５は、３つ以上の導体要素５１を有する構成であっても良く、この場合、絶縁要素５２及びコンデンサ５３の数はいずれも導体要素５１の数よりも１つ少ないものになる。
【００３９】
導体要素５１は直管状をなすものであり、導体要素５１の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等である。また、絶縁要素５２は直管状をなすものであり、絶縁要素５２の材質は、例えば、アルミナ、フッ素樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、エンジニアリングプラスチック（例えばポリフェニンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）など）等である。
【００４０】
コンデンサ５３は、図５に示すように、例えば絶縁要素５２の外周部に配置された層状のものである。具体的にコンデンサ５３は、絶縁要素５２の外周部に配置されるとともに、一方の導体要素５１に電気的に接続された第１の電極５３Ａと、絶縁要素５２の外周部において第１の電極５３Ａと対向して配置されるとともに、他方の導体要素５１に電気的に接続された第２の電極５３Ｂと、第１の電極５３Ａ及び第２の電極５３Ｂの間に配置された誘電体５３Ｃとを有する。
【００４１】
第１の電極５３Ａ及び第２の電極５３Ｂは、例えば金属の膜、箔、フィルム、シート等である。第１の電極５３Ａ及び第２の電極５３Ｂの材質は、例えば、アルミニウム、銅、これらの合金等である。
【００４２】
誘電体５３Ｃの材質は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）等である。
【００４３】
この構成のコンデンサ５３は、例えば、フィルム状の誘電体５３Ｃの両主面に電極５３Ａ、５３Ｂを金属蒸着等によって形成したものを、絶縁要素５２の外周部に所定回数巻き付けた構造のものでも良いし、その他の構造のものでも良い。
【００４４】
このようにアンテナ５を構成することによって、アンテナ５の合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスから容量性リアクタンスを引いた形になるので、アンテナ５のインピーダンスを低減させることができる。その結果、アンテナ５を長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができ、アンテナ５に高周波電流ＩＲが流れやすくなり、絶縁性基板Ｗ及びターゲットＴの間の空間に誘導結合型のプラズマＰを効率良く発生させることができる。
【００４５】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４６】
１００・・・スパッタリング装置
Ｗ    ・・・絶縁性基板
Ｔ    ・・・ターゲット
８    ・・・真空容器
２    ・・・成膜室
３    ・・・基板保持部
４    ・・・ターゲット保持部
５    ・・・アンテナ
１４  ・・・誘電体窓
１５  ・・・アンテナ室
【図１】
2018154861.tif 000003
【図２】
2018154861.tif 000004
【図３】
2018154861.tif 000005
【図４】
2018154861.tif 000006
【図５】
2018154861.tif 000007