(57)【要約】【課題】均一性及び再現性に優れた薄膜を形成することができるスパッタリング装置を提供する。【解決手段】スパッタリング装置は、真空槽からなるスパッタ室１と、スパッタ室１内で基板７を保持した状態で移動するトレー搬送機構と、基板７に薄膜を形成するためのターゲット８、９を固定するとともにプラズマを生成し、ターゲット８、９からスパッタ粒子を発生させるスパッタカソードと、基板７とターゲット８、９との間に配置された膜厚補正板１９と、を備えている。膜厚補正板１９は、その本体部１９ａがアノード電位であり、本体部１９ａを保持する枠部１９ｂを備えている。枠部１９ｂは、スパッタ粒子が発生した領域のトレー進行方向の略中央であって、スパッタ粒子が発生した領域を通過する基板７の近傍に本体部１９ａが配置されるように、本体部１９ａを保持する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽からなるスパッタ室と、
前記スパッタ室内で基板を保持した状態で移動する移動部材と、
前記基板に薄膜を形成するためのターゲットを固定するとともにプラズマを生成し、前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタカソードと、
前記基板と前記ターゲットとの間に設置された膜厚補正板とを備え、
前記膜厚補正板は、その本体部がアノード電位であり、
前記スパッタ粒子が発生した領域の前記移動部材進行方向の略中央にあって、前記スパッタ粒子が発生した領域を通過する基板の近傍に配置する、ことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記膜厚補正板は、前記本体部と、前記本体部を保持する枠部と、から構成され、
前記枠部は、前記移動部材進行方向の略中央であって幅方向の略中央に前記本体部を保持する、ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記膜厚補正板の本体部を接地する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記本体部は、前記膜厚補正板の幅方向に延びる楕円状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記基板の移動経路は直線状であり、前記移動部材は、前記スパッタ室を往復動作する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記スパッタカソードは複数設けられ、当該スパッタカソードの少なくとも１つは、他のスパッタカソードに固定されているターゲットと異なる材料からなるターゲットが固定されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１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、スパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング装置は、カソード電極に設置したターゲットとアノード電極に設置した基板との間で不活性ガスのプラズマを発生させ、ターゲットから飛び出したスパッタ粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成する装置として知られている。しかし、スパッタリング装置では、ターゲットから飛び出したスパッタ粒子を基板上に均一に形成させることは困難であり、基板に形成される薄膜の厚さ及びバラツキを小さくするため、種々の方法が検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、厚みが０．３ｍｍ〜１ｍｍの膜厚補正板を基板の表面からターゲット側に７ｍｍ〜１３ｍｍの距離を置いた位置に配置し、形成される薄膜を高精度に均一化させるスパッタリング装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４９４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、通過成膜型のスパッタリング装置では、基板の通過成膜の際に、基板を搭載したトレーがアノードとして働いてしまい、このトレーの移動によってカソード電位が変動しやすい。カソード電位の変動が大きくなると、形成された薄膜のトレー進行方向の膜厚分布が悪くなったり、膜厚分布の再現性が悪くなったりしてしまうという問題がある。このため、均一性及び再現性に優れた薄膜を形成することができるスパッタリング装置を提供することが望まれている。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、均一性及び再現性に優れた薄膜を形成することができるスパッタリング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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかるスパッタリング装置は、
真空槽からなるスパッタ室と、
前記スパッタ室内で基板を保持した状態で移動する移動部材と、
前記基板に薄膜を形成するためのターゲットを固定するとともにプラズマを生成し、前記ターゲットからスパッタ粒子を発生させるスパッタカソードと、
前記基板と前記ターゲットとの間に設置された膜厚補正板とを備え、
前記膜厚補正板は、その本体部がアノード電位であり、
前記スパッタ粒子が発生した領域の前記移動部材進行方向の略中央にあって、前記スパッタ粒子が発生した領域を通過する基板の近傍に配置される、ことを特徴とする。
【０００８】
前記膜厚補正板は、例えば、前記本体部と、前記本体部を保持する枠部と、から構成され、前記枠部は、前記移動部材進行方向の略中央であって幅方向の略中央に前記本体部を保持する。
前記膜厚補正板の本体部は、例えば、接地する。
【０００９】
前記本体部は、例えば、前記膜厚補正板の幅方向に延びる楕円状に形成されている。
前記基板の移動経路は、例えば、直線状である。この場合、前記移動部材は、前記スパッタ室を往復動作する。
【００１０】
前記スパッタカソードは複数設けられ、当該スパッタカソードの少なくとも１つは、他のスパッタカソードに固定されているターゲットと異なる材料からなるターゲットが固定されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、均一性及び再現性に優れた薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のスパッタリング装置の概要を示す図である。
【図２】防着板及び膜厚補正板の形状を示す図である。
【図３】防着板及び膜厚補正板が配置された状態を示す図である。
【図４】従来の防着板及び膜厚補正板の形状を示す図である。
【図５】トレー位置とカソード電位との関係を示す図である。
【図６】本実施の形態の膜厚補正板を用いた、（ａ）はトレー幅位置と膜厚との関係を示す図であり、（ｂ）はトレー幅位置と膜厚分布との関係を示す図であり、（ｃ）はマスクと平均膜厚との関係を示す図である。
【図７】従来の膜厚補正板を用いた、（ａ）はトレー幅位置と膜厚との関係を示す図であり、（ｂ）はトレー幅位置と膜厚分布との関係を示す図であり、（ｃ）はマスクと平均膜厚との関係を示す図である。
【図８】図６及び図７の測定に用いたトレーを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のスパッタリング装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明のスパッタリング装置の概要を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、スパッタリング装置は、ロードロック式のスパッタリング装置であり、スパッタ成膜処理をするスパッタ室１を備えている。スパッタ室１は、真空槽から構成されており、仕込取出室２がゲートバルブ３を介して接続されている。そして、仕込取出室２からゲートバルブ３を介して、スパッタ成膜処理の対象となる基板７がトレー５に搭載されて搬入（または搬出）される。
【００１５】
スパッタ室１には排気路１ａが設けられている。排気路１ａには、主バルブ４、図示しない真空ポンプ等の排気手段が設けられ、排気手段によりスパッタ室１内が所定の圧力（真空度）に制御される。
【００１６】
スパッタ室１は、基板７が搭載されたトレー５を搬送するトレー搬送機構６と、一対のターゲット８を保持するスパッタカソード８１と、一対のターゲット９を保持するスパッタカソード９１と、スパッタカソード８１、９１にスパッタ電力を印加する電源１１と、を備えている。
【００１７】
トレー搬送機構６は、スパッタカソード８１及びスパッタカソード９１により薄膜を形成する成膜位置に基板７を供給するものであり、一対のターゲット８の間、及び、一対のターゲット９の間を基板７が搭載されたトレー５を所定の速度で通過させる。これにより、スパッタリングされたターゲット８の材料の粒子、及び、スパッタリングされたターゲット９の材料の粒子が基板７に堆積し、基板７に薄膜が形成される。本実施の形態では、図１に示すように、基板７の移動経路は直線状であり、トレー搬送機構６は、スパッタ室１内を往復移動する。
【００１８】
スパッタカソード８１は、例えば、対面する一対の収納領域が設けられており、この収納領域に、成膜材料であるターゲット８と磁石１０とがそれぞれ収納（固定）されている。また、スパッタカソード９１は、例えば、一対の収納領域が設けられており、この収納領域に、ターゲット９と磁石１０とがそれぞれ収納されている。本実施の形態では、スパッタリング装置は水晶振動片に電極を形成するためのスパッタリング装置であり、ターゲット８として、第一の電極層の材料、例えば、クロム（Ｃｒ）またはニッケル（Ｎｉ）が配置され、ターゲット９として、第二の電極層の材料、例えば、銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）が配置されている。
【００１９】
電源１１は、切替器１２を介して、スパッタカソード８１、９１に接続されている。電源１１は、切替器１２を切り替えることにより、スパッタカソード８１またはスパッタカソード９１に電圧を印加する。電源１１によりスパッタカソード８１（または、スパッタカソード９１）に電圧が印加されると、スパッタカソード８１（または、スパッタカソード９１）にプラズマが生成される。このプラズマによってターゲット８（または、ターゲット９）からスパッタ粒子が飛び出し、基板７の両面に堆積する。これにより、基板７の両面にターゲット材料の薄膜が形成される。
【００２０】
また、スパッタカソード８１、９１には、防着板１８及び膜厚補正板１９が配置されている。図２に防着板１８及び膜厚補正板１９の形状を示し、図３に防着板１８及び膜厚補正板１９が配置された状態を示す。
【００２１】
図２及び図３に示すように、防着板１８は、スパッタカソード８１の一対のターゲット８の端部を覆うように、ターゲット８の近傍にそれぞれ配置されている。また、防着板１８は、スパッタカソード９１の一対のターゲット９の端部を覆うように、ターゲット９の近傍にそれぞれ配置されている。
【００２２】
膜厚補正板１９は、導電性材料から形成され、アノード電位に維持される。なお、本例では膜厚補正板１９を接地電位としているが、電圧印加しても、アノード用電源を別途設けてもよい。図１に示すスパッタリング装置はスパッタ室１、図示しないアースシールド、防着板１８、膜厚補正板１９を接地してアノード電位としている。膜厚補正板１９は、図２に示すように、本体部１９ａと枠部１９ｂとから構成されている。本体部１９ａは、膜厚補正板１９の幅方向（トレー５進行方向と垂直な方向）の中央に形成されている。図中、トレー進行方向を矢印ｘ，トレー進行方向に垂直なトレー幅方向（幅方向）を矢印ｚにて示す。本実施の形態では、本体部１９ａは、膜厚補正板１９の幅方向に延びる楕円状に形成されている。枠部１９ｂは、本体部１９ａを保持するように形成されている。枠部１９ｂは、本体部１９ａがスパッタカソード８１（スパッタ粒子が発生する領域）のトレー５進行方向の略中央となるとともに、スパッタカソード８１の前面を通過する基板７の近傍に本体部１９ａが配置されるように形成されている。このような膜厚補正板１９がスパッタカソード８１の一対のターゲット８にそれぞれ形成されている。このため、膜厚補正板１９がスパッタカソード８１の一対のターゲット８にそれぞれ配置された状態で、本体部１９ａは、スパッタカソード８１を通過する基板７の近傍であって、スパッタカソード８１（ターゲット８）の中央部分に配置される。また、スパッタカソード９１にも、同様の膜厚補正板１９が配置されている。枠部１９ｂはターゲット８，９の外形よりも大きく形成し、枠部による影を減少して、成膜レートを向上させることが望ましい。本例では、枠部１９ｂのトレー進行方向幅を、ターゲット８，９のトレー進行方向幅より大きく形成し、これにより基板に到達するスパッタ粒子が枠部により遮断されることを抑止する。
【００２３】
また、スパッタ室１には、スパッタガス、例えば、アルゴン（Ａｒ）をスパッタ室１内に導入するガス導入路２０ａが設けられている。ガス導入路２０ａにはガス供給バルブ２０ｂが設けられており、ガス供給バルブ２０ｂを開放することにより、ガス導入路２０ａを介して、スパッタ室１内にスパッタガスが導入される。
【００２４】
制御装置１７は、マイクロプロセッサまたはシーケンサー等から構成され、スパッタリング装置の各部の動作を制御する。
【００２５】
なお、ゲートバルブ３を介してスパッタ室１に接続された仕込取出室２には、排気路２ａが設けられている。排気路２ａには、主バルブ４、図示しない真空ポンプ等の排気手段が取り付けられており、排気手段により仕込取出室２内が所定の圧力（真空度）に制御される。具体的には、トレー５（基板７）の搬出入時に、大気開放または真空引きが行われる。例えば、排気手段により仕込取出室２内が真空状態とした後、ゲートバルブ３が開放され、仕込取出室２内からトレー５（基板７）がスパッタ室１に搬送される。また、仕込取出室２には、ヒータ２１が配置されている。ヒータ２１は、基板７を所望の温度を加熱する。  
【００２６】
次に、以上のように構成されたスパッタリング装置の動作（スパッタリング装置を用いた薄膜の形成方法）について説明する。なお、スパッタリング装置の各部の動作は制御装置１７に制御されている。
【００２７】
まず、主バルブ４を開放するとともに、図示しない真空ポンプを稼働させ、スパッタ室１内を所定の真空度に達するまで真空引きを行う。次に、ガス供給バルブ２０ｂを開放して、ガス導入路２０ａからスパッタ室１内にＡｒガスを導入する。そして、ガス供給バルブ２０ｂを調節してスパッタ室１内を所定のガス圧に制御する。
【００２８】
次に、切替器１２を制御して電源１１とスパッタカソード８１とを接続する。そして、電源１１を「オン」として、スパッタカソード８１に電圧を印加してプラズマを生じさせる。この後、ゲートバルブ３を開放して、仕込取出室２内から基板７が搭載されたトレー５をスパッタ室１内に搬送する。なお、必要に応じてヒータ２１により基板７を加熱した後、仕込取出室２内からスパッタ室１内にトレー５（基板７）を搬送してもよい。
【００２９】
続いて、トレー搬送機構６を制御して、基板７が搭載されたトレー５をスパッタカソード８１により薄膜を形成する成膜位置において一定速度で搬送させる。成膜位置では、プラズマ中で発生したＡｒイオンがターゲット８に衝突しており、ターゲット８（例えば、Ｃｒ）からスパッタ粒子が飛び出しており、このスパッタ粒子が基板７に堆積する。これにより、基板７の両面に薄膜（Ｃｒ膜）が形成される。
【００３０】
一般に、ターゲット８から飛び出すスパッタ粒子は、対面する基板の幅方向中央部分に多く堆積することから、図４に示すような膜厚補正板５２を基板幅方向中央部に配置することによりスパッタ粒子を遮蔽し、トレー幅方向の膜厚を均一にしている。
しかし、従来のスパッタリング装置では、基板７を搭載したトレー５がアノードとしても働いてしまうため、トレー５が移動することでプラズマ（カソード電位）が不安定になり、トレー進行方向の膜厚分布が悪くなりやすかった。
本発明のスパッタリング装置では、トレー幅方向の膜厚を調整する膜厚補正板１９を、スパッタカソード８１（ターゲット８）正面の中央部に配置している。膜厚補正板１９（本体部１９ａ）は主のアノードとして働き、トレー５の移動によって起こるプラズマ (カソード電位) の変動が小さくなり、形成される薄膜のトレー５進行方向の膜厚分布、及び、再現性を良好にする。
プラズマの変動を小さくする目的でカソード正面中央部に対面配置したアノードとは別体に、トレー幅方向の膜厚を調整する補正板を別途設けてもよいが、一枚の補正板でトレー進行方向の膜厚変動を抑止しながら、その形状によりトレー幅方向の膜厚を調整することにより、ターゲット前面の遮蔽物の面積を小さくすることができるので、成膜レートの低下を抑止する効果がある。
【００３１】
次に、切替器１２を制御して電源１１とスパッタカソード９１とを接続する。そして、電源１１を「オン」として、スパッタカソード９１に電圧を印加してプラズマを生じさせる。この後、トレー搬送機構６を制御して、基板７が搭載されたトレー５をスパッタカソード９１により薄膜を形成する成膜位置において一定速度で搬送させる。スパッタカソード９１の成膜位置では、プラズマによって発生したＡｒイオンがターゲット９に衝突しており、ターゲット９（例えば、Ａｇ）からスパッタ粒子が飛び出しており、このスパッタ粒子が基板７に堆積する。これにより、基板７の両面に薄膜（Ａｇ膜）が形成される。この結果、基板７の両面に、Ｃｒ膜とＡｇ膜との２層の薄膜が形成される。
【００３２】
前述のように、スパッタカソード９１の成膜位置では、膜厚補正板１９の本体部１９ａが、スパッタカソード９１を通過する基板７の近傍であって、スパッタカソード９１（ターゲット９）の中央部分に配置されている。このため、本発明のスパッタリング装置では、形成された薄膜のトレー５進行方向の膜厚分布、及び、再現性が良好となる。この結果、均一性及び再現性に優れた薄膜を形成することができる。
【００３３】
続いて、電源１１を「オフ」とし、ガス供給バルブ２０ｂを閉鎖して、ガス導入路２０ａからスパッタ室１内へのＡｒガスの導入を終了する。また、図示しない真空ポンプを稼働させ、スパッタ室１内のＡｒガスを排気するとともに、所定の真空度に達するまで真空引きを行う。次に、トレー搬送機構６を制御して、基板７が搭載されたトレー５をゲートバルブ３方向に搬送した後、ゲートバルブ３を開放して、スパッタ室１内から基板７が搭載されたトレー５を仕込取出室２内に搬送する。これにより、スパッタリング装置を用いた薄膜の形成が終了する。
【００３４】
次に、本発明の効果を確認するため、膜厚補正板１９を用いた場合の成膜中のカソード電位の変動を確認した。なお、比較のため、従来の膜厚補正板を用いた場合についても同様の測定を行った。図４に従来の防着板５１及び膜厚補正板５２の形状を示す。また、図５に、この測定結果を示す。
【００３５】
図５に示すように、従来の膜厚補正板を用いるよりも、膜厚補正板１９を用いることにより、カソード電位の変動が小さくなっていることが確認できた。従来の膜厚補正板を用いた場合、トレーがカソード前面に侵入またはカソード前面から退出することに起因してプラズマが変動している（図５ではトレー進入時にカソード電位が上昇し、トレー退出時にカソード電位が降下している）が、本発明の膜厚補正板を用いることによりトレー通過によるプラズマ変動が抑止されたことがわかる。
【００３６】
また、膜厚補正板１９を用いて基板に通過成膜した場合について、トレー上の膜厚分布を測定した結果を図６に示す。図８に示す３枚のマスク６１〜６３を用い、トレー５上の７行３列各位置における膜厚を測定した。３枚のマスクにはトレー幅方向に１５ｍｍ間隔で７点の測定ポイントが形成され、各マスクはトレー進行方向に１３０ｍｍ間隔で３列に配置される。トレー進行方向の端部にマスク６１、６３が、中央部にマスク６２が配置される。図６（ａ）はターゲット中心高さをトレー幅位置０ｍｍとしてトレー幅方向±４５ｍｍの範囲に形成した７点の測定ポイントの膜厚をマスク毎にプロットしたものである。図６（ｂ）は７点の測定ポイントにおけるマスク間の膜厚分布、即ちトレー進行方向の膜厚分布を示す。また、図６（ｃ）はマスク内の平均膜厚を示す。なお、比較のため、従来の膜厚補正板を用いて基板に通過成膜した場合についても同様の測定を行った。この結果を図７に示す。
例えば、ターゲットからのスパッタ粒子の放出量と輸送工程が不動である場合、トレーはターゲットの前面を一定速度で通過しながら成膜されるため、トレー進行方向直線上の膜厚は常に一定となるはずである。しかし、トレー幅各位置においてマスク毎の膜厚が異なることがわかる。この変動は図７に示す従来の膜厚補正板を用いた場合に顕著であり、前述のようにターゲット前面をトレーが移動することでプラズマが変動していることが原因である。
【００３７】
これに対し、図６では、膜厚補正板１９を用いることにより、トレー５進行方向の膜厚分布が改善されたことが確認できる。これは、膜厚補正板１９がスパッタカソード８１、９１の前面中央部に対面して主アノードとして機能するため、トレー５のアノードとしての機能が弱められ、トレー５の移動によるプラズマ変動が抑制されたためである。また、複数回測定を行ったところ、再現性が良好であることが確認できた。このため、膜厚補正板１９を用いることにより、形成された薄膜のトレー５進行方向の膜厚分布、及び、再現性が良好となることが確認できた。
【００３８】
以上、説明したように、本発明の実施の形態によれば、膜厚補正板１９の本体部１９ａが、スパッタカソード８１、９１を通過する基板７の近傍であって、スパッタカソード８１、９１の中央部分に配置されているので、形成された薄膜のトレー５進行方向の膜厚分布、及び、再現性が良好となる。この結果、均一性及び再現性に優れた薄膜を形成することができる。
【００３９】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
【００４０】
上記実施の形態では、膜厚補正板１９の本体部１９ａの形状がその幅方向に延びる楕円状に形成されている場合を例に本発明を説明したが、本体部１９ａは、スパッタカソード８１、９１を通過する基板７の近傍であって、スパッタカソード８１、９１の中央部分に配置されるものであればよく、例えば、円状、四角状であってもよい。本体部１９ａをトレー幅方向の膜厚分布調整板として機能させる場合は、トレー幅方向の膜厚分布を予め実測または計算し、所望の膜厚分布となるように（均一化の場合は膜厚が厚くなる部分を遮断するように）、膜厚補正板のトレー進行方向幅を調整すればよい。
さらに、必要に応じて、膜厚補正板１９に、加熱機構や冷却機構を設けてもよい。通常、膜厚補正板、および支持部の材料にはステンレスを用いるが、アルマイト（登録商標）処理されたアルミニウム、銅など熱伝導率の高い材料で形成することや、支持部材の断面積を増大させ熱伝導を大きくすること、また膜厚補正板本体部１９ａ及び支持部に水冷機構等の冷却機構を直接搭載すること等により、膜厚補正板本体部１９ａの温度上昇を抑制してもよい。
【００４１】
上記実施の形態では、２つのスパッタカソード８１、９１が設けられ、基板７の両面に、２層の電極膜を成膜するスパッタリング装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、スパッタカソードが１つのスパッタリング装置や３つ以上のスパッタカソードを有するスパッタリング装置であってもよい。また、基板７の片面に薄膜を形成するスパッタリング装置であってもよい。また、水晶振動片への電極膜の形成に限らず、種々のターゲット及び基板に適用可能である。
【００４２】
上記実施の形態では、切替器１２を用いて、各スパッタカソードへの電力の印加を切り替えたが、各スパッタカソードに対して別電源を用いて個々に制御してもよい。また、上記実施の形態ではスパッタ室１に対する基板７の搬出入を仕込取出室２が一室で兼用する構成とするが、搬入と搬出を独立に別室で構成してもよい。また、基板７に成膜する材料、及び、スパッタリングガスの種類等の成膜条件も任意に選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、スパッタリング装置に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１  スパッタ室
２  仕込取出室
３  ゲートバルブ
４  主バルブ
５  トレー
６  トレー搬送機構
７  基板
８、９  ターゲット
１０  磁石
１１  電源
１２  切替器
１７  制御装置
１８  防着板
１９  膜厚補正板
１９ａ  本体部
１９ｂ  枠部
２０ａ  ガス導入路
２０ｂ  ガス供給バルブ
２１  ヒータ
８１、９１  スパッタカソード
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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