(57)【要約】【課題】搬送式両面スパッタリング装置による基板への熱ストレスを抑制し、基板品質を劣化させない搬送式両面スパッタリング装置に用いる被処理物保持装置、いわゆる基板ホルダーを提供する。【解決手段】複数の開口を備え、対向配置される第１遮蔽板と第２遮蔽板と、前記第１遮蔽板と前記第２遮蔽板とに対向し、前記第１遮蔽板と前記第２遮蔽板とに挟まれ配置され、前記被処理物を保持し処理面を開放する開口部を有する保持部を備える保持部材と、を備え前記保持部材は、前記第１遮蔽板および第２遮蔽板とは相対的に移動可能に保持され、前記保持部材の前記保持部と前記第１遮蔽板の前記開口部が、平面視で重なる第１処理位置と、前記保持部材が前記第１および第２遮蔽板に対して相対的に移動し、前記保持部材の前記保持部と前記第２遮蔽板の前記開口部とが平面視で重なる第２処理位置と、を備える搬送式両面スパッタリング装置用の被処理物保持装置。【選択図】図２
2011236475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物の両面を１工程中で成膜する搬送式両面スパッタリング装置の処理領域内に収納される被処理物保持装置であって、
複数の開口を備え、対向配置される第１遮蔽板と第２遮蔽板と、
前記第１遮蔽板と前記第２遮蔽板とに対向し、前記第１遮蔽板と前記第２遮蔽板とに挟まれ配置され、前記被処理物を保持し処理面を開放する開口部を有する保持部を備える保持部材と、を備え
前記保持部材は、前記第１遮蔽板および第２遮蔽板とは相対的に移動可能に保持され、
前記保持部材の前記保持部と前記第１遮蔽板の前記開口部が、平面視で重なる第１処理位置と、
前記保持部材が前記第１および第２遮蔽板に対して相対的に移動し、前記保持部材の前記保持部と前記第２遮蔽板の前記開口部とが平面視で重なる第２処理位置と、を備える、
ことを特徴とする被処理物保持装置。
【請求項２】
前記第１遮蔽板と前記第２遮蔽板とが、前記搬送式両面スパッタリング装置の前記処理領域内に設けられた可動台に固定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の被処理物保持装置。
【請求項３】
前記第１遮蔽板と前記第２遮蔽板が一体形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の被処理物保持装置。
【請求項４】
搬送式両面スパッタリング装置により、被処理物の両面を１工程中で成膜する成膜方法であって、
請求項１から３のいずれか一項に記載の被処理物保持装置を、前記保持部材に被処理部物を保持し、前記搬送式両面スパッタリング装置の処理領域内に設置し、
前記第１処理位置に前記保持部材を固定して、前記被処理物の前記第１遮蔽板および第２遮蔽板の前記開口部に対応する面に成膜する第１処理工程と、
前記保持部を前記第２処理位置へ移動させて、前記被処理物の前記第１遮蔽板および前記第２遮蔽板の前記開口部に対応する面に成膜する第２処理工程と、を備える、
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記第１処理工程による皮膜と、前記第２処理工程による皮膜とが、同一もしくは異なる成膜である、
ことを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送式両面スパッタリング装置に用いる被処理物保持装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に金属薄膜を形成する方法として、スパッタリング法による成膜が広く用いられている。また、近年、表裏両面に薄膜を形成する基板も多くなり、その形成装置として両面スパッタリング装置、特に搬送式両面スパッタリング装置が広く用いられ、例えば「両面スパッタリング装置（ＳＹＳＴＥＭシリーズ：芝浦メカトロニクス株式会社製）」などが市販されている。図１の概念図に示すように、従来の搬送式両面スパッタリング装置１０は、真空チャンバー１の処理領域１ａ内に基板ホルダー６が基板７を保持し、設置される。この基板ホルダー６は、処理領域内１ａで移動可能に設置される。基板７を処理領域１ａに収納後、真空排気口１ｂより処理領域１ａ内の空気を排気し、ガス導入管１ｃより不活性ガスを導入し不活性ガス雰囲気にする。
【０００３】
次に、成膜材料となるスパッタ用ターゲット５に、高周波電源２、マッチング回路３、スパッタ用カソード電極４により高電圧を負荷し、不活性ガスによってイオン化したスパッタ用ターゲット５の材料を基板７の表面に堆積させ、成膜する。搬送式両面スパッタリング装置１０にはスパッタ用ターゲット５、高周波電源２、マッチング回路３、そしてスパッタ用カソード電極４が、基板７の表裏両面に同時成膜できるように２組が備えられている。また、基板ホルダー６が処理領域１ａ内で可動することで、複数の基板７を順送りし、両面成膜の生産性を向上させるものが開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１２２２７４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、上述の特許文献１では、基板に対して両面側からスパッタ用ターゲットに発生する熱ストレスが負荷されることとなってしまう。この熱ストレスによって、特に水晶基板に成膜する場合には、双晶と呼ばれる結晶方向が変わってしまう部位が発生し、所定の性能を得ることができなくなってしまう、という課題が有った。
【０００６】
そこで、搬送式両面スパッタリング装置による基板表裏両面へのスパッタ成膜であっても、高い生産性を維持しつつ、熱ストレスを抑制し、基板品質を劣化させない搬送式両面スパッタリング装置に用いる被処理物保持装置、いわゆる基板ホルダーと、その基板ホルダーを用いた成膜方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
【０００８】
〔適用例１〕本適用例による被処理物保持装置は、被処理物の両面を１工程中で成膜する搬送式両面スパッタリング装置の処理領域内に収納される被処理物保持装置であって、複数の開口を備え、対向配置される第１遮蔽板と第２遮蔽板と、前記第１遮蔽板と前記第２遮蔽板とに対向し、前記第１遮蔽板と前記第２遮蔽板とに挟まれ配置され、前記被処理物を保持し処理面を開放する開口部を有する保持部を備える保持部材と、を備え前記保持部材は前記第１遮蔽板および第２遮蔽板とは相対的に移動可能に保持され、
前記保持部材の前記保持部と前記第１遮蔽板の前記開口部が、平面視で重なる第１処理位置と、前記保持部材が前記第１および第２遮蔽板に対して相対的に移動し、前記保持部材の前記保持部と前記第２遮蔽板の前記開口部とが平面視で重なる第２処理位置と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上述の適用例によれば、１処理工程（処理物の収納から取り出しまで）の中で、片面ずつの成膜を可能とし、被処理物（基板）に対する熱ストレスを大幅に緩和することができる。従って、片面成膜時のスパッタリング装置の出力を高くすることができるため、同時両面スパッタによる高い生産性も維持することができる。
【００１０】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記第１遮蔽板と前記第２遮蔽板とが、前記搬送式両面スパッタリング装置の前記処理領域内に設けられた可動台に固定されていることを特徴とする。
【００１１】
上述の適用例によれば、可動台を移動させることで、基板の一方の面を順次スパッタリング成膜することできる。
【００１２】
〔適用例３〕上述の適用例において、前記第１遮蔽板と前記第２遮蔽板が一体形成されていることを特徴とする。
【００１３】
上述の適用例によれば、スパッタ用ターゲットの組成物イオンが開口部以外の部位から回り込むことを防止しすることができるため、不要な組成物の皮膜への付着を抑制することができる。
【００１４】
〔適用例４〕本適用例における成膜方法は、搬送式両面スパッタリング装置により、被処理物の両面を１工程中で成膜する成膜方法であって、上述の適用例における被処理物保持装置を、前記保持部材に被処理部物を保持し、前記搬送式両面スパッタリング装置の処理領域内に設置し、前記第１処理位置に前記保持部材を固定して、前記被処理物の前記第１遮蔽板および第２遮蔽板の前記開口部に対応する面に成膜する第１処理工程と、前記保持部を前記第２処理位置へ移動させて、前記被処理物の前記第１遮蔽板および前記第２遮蔽板の前記開口部に対応する面に成膜する第２処理工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
上述の適用例によれば、１処理工程（処理物の収納から取り出しまで）の中で、片面ずつの成膜を可能とし、被処理物（基板）に対する熱ストレスを大幅に緩和することができる。従って、片面成膜時のスパッタリング装置の出力を高くすることができるため、同時両面スパッタによる高い生産性も維持することができる。
【００１６】
〔適用例５〕上述の適用例において、前記第１処理工程による皮膜と、前記第２処理工程による皮膜とが、同一もしくは異なる成膜であることを特徴とする。
【００１７】
上述の適用例によれば、スパッタ用ターゲットの材質に応じた処理条件を、各スパッタ用ターゲットに負荷することができるため、可動台の１往復の間に種々の成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】搬送式両面スパッタリング装置の概念図。
【図２】第１実施形態に係る概略平面方向断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面を示す概略断面図。
【図４】第１実施形態に係る基板保持部（ａ）断面図、および（ｂ）平面図。
【図５】図２の矢印Ｐ方向からの矢視図。
【図６】第２実施携帯に係るフローチャート。
【図７】第２実施形態に係る第１および第２処理工程の詳細を示すフローチャート。
【図８】第２実施形態に係る製造工程を説明する概略平面方向断面図。
【図９】第２実施形態に係る製造工程を説明する概略平面方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図２は、本実施形態に係る被処理物保持装置を収納した搬送式両面スパッタリング装置の処理領域内部の構成を概念的に示す平面図である。搬送式両面スパッタリング装置１００は、処理チャンバー１０と、処理チャンバー１０内部で可動設置される可動台２０と、を備えている。更に処理チャンバー１０は、内部の空気を排気する排気部１０ａと、空気が排気された処理チャンバー１０内部に、不活性ガス、例えばアルゴン、窒素などを導入するガス導入部１０ｂと、を備えている。
【００２１】
可動台２０には、被処理物としての基板３０を固定し保持する図示しない保持部を備える被処理物保持装置４０（以下、基板ホルダー４０という）が可動設置されている。基板３０としては、例えば水晶基板、シリコン基板、ガラス基板などが挙げられる。更に、基板ホルダー４０の両面側に対向配置される第１遮蔽板５０ａと第２遮蔽板５０ｂを備え、図２に示すＡ−Ａ’部の断面を示す図３のように、可動台２０に対して図示しないねじなどにより遮蔽部材５０が固定されている。
【００２２】
上述の可動台２０は処理チャンバー１０の内部に設けた可動部１０ｃ上に載置され、基板ホルダー４０は可動台２０に設けた可動部２０ａ上に載置される。これにより、可動台２０と基板ホルダー４０とは、処理チャンバー１０に対して相対的に図２の図示における左右方向に移動可能となっている。また、遮蔽部材５０は、基板ホルダー４０を覆うように形成し、スパッタ用ターゲット材の不要な回り込みを防止するようにすることが好ましい。また、第１遮蔽板５０ａと第２遮蔽板５０ｂは一体的に形成し遮蔽部材５０とした形態としたが、別体としても良い。
【００２３】
また、処理チャンバー１０には、基板ホルダー４０を配置した遮蔽部材５０を挟み込むように、対向して皮膜素材となるスパッタ用ターゲット７０を保持したスパッタ用カソード電極６０が設置されている。スパッタ用カソード電極６０には、図示しない電源装置、制御装置などの装置が接続されている。このスパッタ用カソード電極６０により発生させたプラズマにより保持したスパッタ用ターゲット７０をイオン化し、そこに処理チャンバー１０内部に導入されている不活性ガス分子が衝突し、スパッタ用ターゲット７０のイオンがはじき出され、基板ホルダー４０に保持された基板３０表面に到達、堆積し成膜される。
【００２４】
基板ホルダー４０には、例えば図４に示す構成の保持部材４０ａをネジなどにより基板ホルダー４０に着脱可能に固定し、基板３０を基板ホルダー４０と保持部材４０ａにより挟持する保持部４０ｂが、固定する基板数に対応して設けられている。
【００２５】
遮蔽部材５０の第１遮蔽板５０ａ、第２遮蔽板５０ｂには複数の開口５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆｇが設けられている。開口５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆ、５０ｇは図５に示すように基板３０のどちらか一方の面を開放するように設けられており、基板ホルダー４０の一方の端部側から保持される基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄに対して、交互に開放されている。
【００２６】
本実施形態では、第１遮蔽板５０ａの開口５０ｃ、５０ｄは基板３０ｂ、３０ｄの一方の面を開放し、第２遮蔽板５０ｂの開口５０ｅ、５０ｆは基板３０ａ、３０ｃの一方の面を開放する。すなわち、基板３０ａ、３０ｃと基板３０ｂ、３０ｄとは、逆の面側が開放されている。また、基板ホルダー４０を、基板３０ａを開口５０ｃの位置になるように移動させた時、基板３０ｂは開口５０ｆの位置に、基板３０ｃは開口５０ｄの位置に、基板３０ｄは開口５０ｇの位置になるように、位置設定され、図５における遮蔽されている基板３０の面が開放される面となる。
【００２７】
このように位置を設定する一般的な手法としては、図５に示すように基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの各々の間隔ｍ１、ｍ２、ｍ３と、遮蔽板５０ａ、５０ｂのＰ方向矢視の平面視における隣り合う開口との間隔ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４とを一致させることで容易に実現できる。
【００２８】
また開口の配列方向の開口端辺５１、５２は、基板保持部４０ｂの配列方向の間となるように設置され、例えば基板３０ｂが開放される開口５０ｃよりスパッタされるときに、基板３０ａ、あるいは基板３０ｃの遮蔽側の基板面への不要なスパッタ材の付着を防止する。従って、開口端辺５１、５２は開放する基板３０に対しては広い開口を確保しながらも、遮蔽する基板３０に対してはその基板３０からはより離間させる位置に設定する必要から、隣り合う基板３０の中央位置に開口端辺５１、５２位置が来るように設定することが好ましい。
【００２９】
（第２実施形態）
第２実施形態として、上述の第１実施形態の基板ホルダー（被処理物保持装置）４０を用いて、搬送式両面スパッタリング装置１００によって成膜する方法について説明する。図６は本実施形態の工程を示すフローチャート、図７は図６における第１処理工程（Ｓ１０１）または第２処理工程（Ｓ１０２）の詳細工程を示すフローチャートである。
【００３０】
〔第１処理工程〕
第１処理工程（Ｓ１０１）の前に、準備として被処理物の基板３０が洗浄乾燥され、基板ホルダー４０の保持部４０ｂに装着される。基板３０を装着した基板ホルダー４０を処理チャンバー１０の内部の処理領域に配備した可動台２０に載置する。このとき、遮蔽部材５０は可動台２０に予め固定されていても良く、基板ホルダー４０を設置する際に可動台２０に固定しても良い。
【００３１】
第１処理工程（Ｓ１０１）は、図８（ａ）に示すように、可動台２０の位置を処理開始位置に調整、設定する。処理開始位置とは、図８（ａ）の矢印Qで示す可動台２０の可動方向において処理チャンバー１０の処理領域内でどちらか一方に寄った状態、本形態では図表示における右端に可動台２０が在る状態をいう。このとき遮蔽部材５０の第１遮蔽板５０ａの開口５０ｅが、スパッタ用ターゲット７０を備えるスパッタ用カソード電極６０に対向する位置になるよう遮蔽部材５０が可動台２０に設置されている。
【００３２】
基板ホルダー４０は、基板３０ａが第１遮蔽板５０ａの開口５０ｅに対応する位置に置かれ、第１処理位置が設定される。このとき、第２遮蔽板５０ｂは基板３０ａを遮蔽する位置となる。この基板ホルダー４０が第１処理位置にあって、可動台２０が処理開始位置として、処理チャンバー１０内部の空気を排気部１０ａより排気し、排気後にガス導入部１０ｂより不活性ガスであるＡｒなどを処理チャンバー内に導入し、第１処理工程（Ｓ１０１）が開始される。
【００３３】
第１処理工程（Ｓ１０１）は、図７に示す工程によって構成されている。先ず上述の処理開始位置において、スパッタ用ターゲット７０に対して、図示しない電源装置、制御装置などを介してスパッタ用カソード電極６０に電源が投入され、処理開始位置に在る基板３０ａに対してスパッタリングされる（Ｓ２０１）。このとき、図８（ａ）に示すとおり、基板３０ａは第２遮蔽板５０ｂの開口５０ｅにより開放される面側はスパッタリングされるが、第１遮蔽板５０ａ側の基板面は遮蔽され、スパッタリングざれず、基板３０ａは片面のみの成膜となる。
【００３４】
上述の基板スパッタ（Ｓ２０１）が終了すると、引き続き成膜する未処理基板の有無を判断する（Ｓ２０２）。次に成膜する基板３０ｂが有ると判断し、引き続きスパッタリングへ移行するため、図８（ｂ）に示すように、可動台２０が次の基板３０ｂが、スパッタ用カソード電極６０に対向する位置に来るまで、すなわち可動台２０が図８（ａ）のＢ位置から図８（ｂ）のＣ位置まで移動する（Ｓ２０３）。Ｂ位置からＣ位置までの移動量は、図５に示す遮蔽板５０ａ、５０ｂの開口の間隔ｎ１に相当し、可動台２０のＣ位置までの移動完了後、上述の基板スパッタ（Ｓ２０１）を実行する。
【００３５】
上述の基板スパッタ（Ｓ２０１）、未処理基板の有無判断（Ｓ２０２）、可動台２０移動（Ｓ２０３）を基板３０ｄまで繰り返し、未処理基板の有無判断（Ｓ２０２）において、未処理基板が無いと判断した時、この繰り返しの処理工程が第１処理工程（Ｓ１０１）であるかを判断する（Ｓ２０４）。Ｓ２０４において第１処理工程（Ｓ１０１）であったと判断した時、次の動作に移行する。
【００３６】
可動台２０を次の第２処理工程（Ｓ１０２）の開始する位置となる、図８（ｃ）に示す状態になるまで移動させる。すなわち、可動台２０を処理チャンバー１０内の処理領域において、図表示の左端となるＤ位置にまで移動させる。このとき、遮蔽板５０ｂの図表示の右端に設けた開口５０ｇは、スパッタ用カソード電極６０に対向する位置となる。
【００３７】
次に、図９（ｄ）に示すように、基板３０ｄが第２遮蔽板５０ｂの開口５０ｇに対応する位置に来るように基板ホルダー４０をＥ位置からＦ位置まで移動させる。この状態が第２処理工程（Ｓ１０２）の開始位置となり、プラズマ処理を開始する。第２処理工程（Ｓ１０２）も第１処理工程（Ｓ１０１）同様に図７に示す工程によって構成されており、基板３０ｄから順に図９（ｄ）の矢印Ｒ方向に可動台２０を移動させて、次の図９（ｅ）に示すように基板３０ｃへのスパッタリングから順次、図９（ｆ）に示すように基板３０ａまで遮蔽板５０ａ、５０ｂの開口に対応した片面のみスパッタリングにより成膜される。
【００３８】
そして、第１処理工程（Ｓ１０１）であるかを判断するＳ２０４において、第１処理工程（Ｓ１０１）ではない、すなわち第２処理工程（Ｓ１０２）と判断した時、成膜工程は終了し、処理チャンバー１０の内部を大気圧にし、基板３０を保持した基板ホルダー４０を取り出して完了する。
【００３９】
上述の通り、本実施形態の成膜方法では、先ず第１処理工程（Ｓ１０１）では基板３０ａ、３０ｃは第２遮蔽板５０ｂ側の面、基板３０ｂ、３０ｄは第１遮蔽板５０ａ側の面が成膜され、第２処理工程（Ｓ１０２）では、その反対の面が成膜され、両面が成膜された基板３０を得ることができる。
【００４０】
このように、片面ずつの成膜であっても、１バッチ処理において両面が成膜された基板を形成することにより、基板に与える熱ストレスは大幅に緩和され、例えば基板に水晶を用いた場合などは双晶の発生が無く、振動片として用いても安定した振動特性と高い信頼性を実現することができる。
【００４１】
例えば、従来の図１に示すような搬送式両面スパッタリング装置１０により水晶基板の両面にＡｕを成膜する場合、スパッタ用ターゲットにはＤＣ１００Ｗの電力を投入し、基板の搬送速度を３０ｍｍ／分に設定して両面同時に成膜していた。この条件を超える電力、あるいは早い搬送速度では双晶が発生してしまっていた。しかし、図２に示す本発明に係る実施形態の搬送式両面スパッタリング装置１００を用いた場合、ＤＣ１０００Ｗの電力を投入し、基板搬送速度３５０ｍｍ／分で成膜しても、双晶は発生せず、高い生産性を実現することができた。
【符号の説明】
【００４２】
１０…処理チャンバー、２０…可動台、３０…基板、４０…被処理物保持装置（基板ホルダー）、５０…遮蔽部材、６０…スパッタ用カソード電極、７０…スパッタ用ターゲット、１００…搬送式両面スパッタリング装置。
【図１】
2011236475.tif 000003
【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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【図９】
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