(57)【要約】      （修正有）【課題】製膜室ではなく、ロード室で逆スパッタを行うことができ、製膜室に複数のターゲットを有するスパッタ装置に好適な薄膜作製装置を提供する。【解決手段】薄膜作製装置は製膜を行う製膜室と基板を仕込むロード室を、仕切り弁を介して設ける構造となっていて、該ロード室で逆スパッタを行う。さらに、逆スパッタ時の電極となる基板ステージ（基板保持機構）にグロー放電発生部分を基板表面近傍に制限するシールドを設ける。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
製膜室とロード室が仕切り弁を介して連結されている薄膜作製装置において、基板表面のプラズマ処理を行うことができる基板ステージが、ロード室からは電気的に絶縁されてロード室に設けられていることを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項２】
前記ロード室の前記基板ステージの近傍には、基板ステージの基板が載置されプラズマ処理される領域以外の表面に近接してプラズマ発生を防止するシールド板が設けられている事を特徴とする請求項１記載の薄膜作製装置。
【請求項３】
前記基板ステージにはインピーダンス調整装置を介して高周波電源が接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の薄膜作製装置。
【請求項４】
前記プラズマ処理が基板の表面に不活性ガスイオンを照射して行う逆スパッタである事を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄膜作製装置。
【請求項５】
薄膜作製装置がスパッタ装置であり、製膜室には２個以上のターゲットが設置され、基板保持機構が回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の薄膜作製装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は真空蒸着法やスパッタ法による薄膜作製装置において、薄膜作製に先立ち薄膜が堆積される基板に対して行われるイオン照射処理の改良方法を提案するものである。
【背景技術】
【０００２】  真空蒸着法やスパッタ法による薄膜作製において、薄膜作製に先立ち薄膜が堆積される基板に対して不活性ガスイオンを照射する逆スパッタを行うことは公知である。基板表面の清浄化を目的とする場合が多いが、既に薄膜が形成されている基板に対しては、該薄膜を意図的に除去するスパッタエッチングを目的として行われる場合もある。このようなイオン照射は、グロー放電により発生させたアルゴンなどの不活性ガスの正イオンを基板表面に発生させた負の電位で引き寄せ衝突させることで行われる。該グロー放電の発生と基板表面に負電位を印加するには、基板に（一般には基板を載置または把持する導電体の基板保持機構に）外部電源を用いて電圧を印加することでなされる。用いられる電源は直流電源、高周波電源または直流パルス電源である。直流電源の場合は基板も基板保持機構も導電体でなければならない。一方、多用されている１３．５６ＭＨｚの高周波電源の場合は基板が絶縁物でも自己バイアス効果で基板表面に負電位を発生させてイオン照射を行えることより、一般には、高周波電源が用いられる。直流パルス電源では基板は導電体に限定されるが、高周波電源のようにインピーダンス整合装置（マッチングボックス）を付属させる必要なく、また直流電源で問題となる異常放電を防止する機能がある。【０００３】  前記の逆スパッタ処理は薄膜作製の真空チャンバーで基板保持機構に電圧を印加することで行われることが多い。すなわち、薄膜作製と逆スパッタが同じ真空チャンバー、すなわち製膜室で行われることになる。一方では、逆スパッタを製膜室でなく、別の専用の真空チャンバー（逆スパッタ室）で行うという提案もあり、この場合は装置コストが大幅に高くなるが、製膜工程と逆スパッタ工程のそれぞれで発生する原子、分子、粒子が完全に分離されるので、相互の汚染を防止できる、というメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−６１０６５号公報
【特許文献２】特開２０００−１６４５６６号公報
【特許文献３】特開２０００−２０８４４２号公報
【特許文献４】特開２００５−８９０２号公報
【特許文献５】特開２００６−１１７９９５号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】  従来方法の逆スパッタ処理を薄膜作製の真空チャンバー（製膜室）で、該製膜室に設けた基板保持機構に電圧を印加する方法で行う場合は、基板保持機構が複雑になり、設計製作コストが嵩むという欠点がある、すなわち、該基板保持機構は、基板を把持するのみでなく、加熱機構や冷却水循環機構や回転運動機構や上下移動機構を組み込むことが一般に行われる。このような複雑な構成を必要とする基板保持機構に、さらに電圧を印加することはその機構をさらに複雑にする。特に、高周波電圧を印加する場合は、外部に高周波が漏れないようにシールドを設けることも必要である。かかる複雑さは、装置価格の上昇のみでなく、故障や事故の原因ともなるので好ましくない。
さらに、基板を電圧が印加される基板保持機構の全表面に設置するのでなく、該基板保持機構の該表面の一部分に設置される場合がある。かかる場合は、該基板保持機構の基板が乗っていない部分が逆スパッタされ、該基板保持機構の構成元素が製膜室に放出され、基板表面や既に製膜室に投入されている薄膜材料を汚染する、という問題がある。【０００６】  また、従来方法の逆スパッタを製膜室でなく専用の逆スパッタ室で行う場合は、逆スパッタ室を設計製作するために装置コストが高くなる、という課題がある。また、絶縁体の基板にも適用できることより高周波電源を用いるのが良いが、逆スパッタしたい基板表面のみでなく、基板を載置し電圧が印加される電極となる基板保持機構の金属がスパッタエッチングされるという課題がある。すなわち、逆スパッタ室での高周波電源を用いた逆スパッタの場合は、基板保持機構に特別な注意が払われることがなく、基板保持機構の表面や側面などの全体にグロー放電がかかり基板保持機構を構成する金属元素がスパッタエッチングされ、逆スパッタ室内に放出され、基板表面を汚染する、ということが判明した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本考案の第一の特徴はロード室を有する薄膜作製装置において該ロード室で逆スパッタを行うことである。第二の特徴は逆スパッタ時の電極となる基板ステージ（基板保持機構）にグロー放電発生部分を基板表面近傍に制限するシールドを設けることである。さらに、本考案は、特に製膜室に複数のターゲットを有するスパッタ装置に好適に用いられる。以下に詳細に説明する。【０００８】  薄膜作製装置の製膜室には、基板を保持する基板保持機構と、薄膜材料の供給源が設置される。該供給源とは、真空蒸着法の場合は薄膜材料の小片を坩堝などに収容した蒸発源であり、スパッタ法では薄膜材料を板状にしたターゲットである。これらの材料の酸化などの変質を防止する目的で、また、製膜室を大気に曝さない目的で、製膜室とは別に基板を仕込むためのロード室を設けることがよく行われる。すなわち、製膜室とロード室を、仕切りバルブを挟んで隣接して設け、基板をロード室に仕込む時は該仕切りバルブを閉じて製膜室に大気（酸素、窒素、水蒸気など）が入らないようにし、基板をロード室に投入後にロード室を真空排気し、排気が終わった後に該仕切りバルブを開き、適当な搬送手段を用いて該基板を製膜室に送り込み製膜室の基板保持機構に該基板を設置する。その後、搬送手段を製膜室から退避させた後に、前記仕切りバルブを閉止する。このような手順を行うことにより、製膜室を大気に曝すことなく基板の出し入れを行うことができる。製膜室をいったん大気に曝すと次に高真空に排気する時には長時間を要するので、製膜サイクルを短時間で行う目的で上記のようなロード室を設けた薄膜作製装置が多く用いられている。【０００９】  本考案では、前記ロード室で逆スパッタを行うことを特徴とする。すなわち、製膜室ではなく、また、特別な逆スパッタ室でもなく、通常に設けられるロード室で逆スパッタを行うことを特徴とする。これにより、装置コストの上昇は最小限に抑えることが可能になった。【００１０】  この逆スパッタを行うためには、ロード室の基板保持機構（以後は、該ロード室の基板保持機構を基板ステージと称する）は電極を兼ねる必要がある。ゆえに、該基板ステージはロード室に絶縁材を介して、また、大気が漏れてこないように真空シール性よく設置する必要がある。該真空シールはＯリング（オウリング）を用いることが多く、該基板ステージの形状は一般には円柱状であることが好ましい。
このような基板ステージに基板を置いて、または基板を乗せた薄板状の基板ホルダーを置いて逆スパッタを行う。本考案では、例えば円柱状の該基板ステージの上面には基板が載置され、該基板ステージの側面には、該側面から数ミリメートル離した所にアース電位のシールド板を設けることを特徴としている。この構成により、基板ステージの側面にはグロー放電は生じないので、該基板ステージが逆スパッタされることはない。すなわち、基板ステージを構成する元素がロード室に放出され基板を汚染することはない。【００１１】  本考案においては、逆スパッタを製膜室とは別の真空チャンバーであるロード室で行い、かつ、基板ステージには外周部にシールド板を配置し、基板表面にのみ放電プラズマを発生させる構成となる。この構成により、基板クリーニングを目的とした逆スパッタのみでなく、反応性のガスを導入してＣＶＤ法（化学気相成長法）による薄膜作製も可能となる。基板表面のクリーニングのみが目的ならアルゴンガスのみで放電を起こせばよいが、例えば、メタンガスと水素ガスを導入すればダイヤモンドライクカーボン膜などの炭素系の膜を、製膜室における薄膜形成前または薄膜形成後に行う事ができる。すなわち、基板と薄膜の中間に下地膜をＣＶＤ法で作製する、または、薄膜の上に保護層や潤滑層を製膜するという方法も可能となる。さらに、アルゴンガスに酸素を添加すれば、基板表面に酸化膜を形成することもできる。また、酸素原子を基板表面に化学結合させて、次の工程で作製される酸化膜との接着性を改善する、といった使い方も可能となる。以下に、図面を用いて、より詳細に説明する。【００１２】  最初にロード室を有する従来の薄膜作製装置を図２を用いて説明する。本考案の薄膜作製装置の製膜室で行われる製膜方法は真空蒸着法やスパッタ法やＣＶＤ法が可能であるが、後述するように、複数のターゲットを有するスパッタ装置において効果が大きいので、以後はスパッタ装置を例として説明する。【００１３】  図２の１はステンレス製の製膜室であり、図示省略したターボ分子ポンプなどの真空ポンプで高真空に排気できる構造となっている。また、図示省略したアルゴンガスなどのガス導入系が付属し、マスフローコントローラなどの流量調整手段により所定の流量のガスを導入することができる。導入するガス流量と排気速度をバランスさせることにより、製膜室を一定の圧力に保持できる。一般には、マグネトロンスパッタ法ではアルゴンガスの０．５Ｐａ程度の雰囲気とする。なお、圧力測定手段（真空計）も図示省略した。該製膜室の上部には基板保持機構２ａ、２ｂが取り付けられている。回転軸２ｂは絶縁部材３により、製膜室とは電気的に絶縁されていて、基板保持機構２ａ、２ｂは、インピーダンス調整装置５を介して高周波電源６が接続され、通常は１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加できるようになっている。図の８は高周波電力が伝播しやすい銅製の帯状導体であり、図の９は同軸ケーブルである。図の７は高周波が外部に漏れないように設置されるアース電位の金属製シールドである。図の４は基板保持機構２ａに高周波電力が印加された時に、基板保持機構の下面のみにグロー放電が発生させる目的で設けられるシールド部材である、アース電位のステンレスなどの金属材料を、高周波電力が印加される部分から数ミリメートル離して設置される。図の２０ａは基板であり、この図では基板はターゲット１１ｂに対面した位置にある。【００１４】  図２の１１ａと１１ｂはターゲットであり、この薄膜作製装置では、２種類の膜を基板上に製膜できる機能を有する。図の１２ａ、１２ｂはターゲットを取り付ける電極すなわちカソードであり、絶縁材１３ａ、１３ｂで製膜室から絶縁されている。該薄膜作製装置では直流電源１７ａ、１７ｂが接続されている。図の１８ａ、１８ｂは同軸高圧ケーブルであり、図の１０、１９ａ、１９ｂ、２９、３９、４０はアース線である。
ターゲット用電極１２ａ、１２ｂの、ターゲットが乗る上面以外はグロー放電が生じないように、本図ではターゲット用電極の側面に、シールド１４ａ，１４ｂが配置されている。また、ターゲットの直上には、シャッター１６ａ、１６ｂがあり、シャッター回転軸１５ａ、１５ｂにより、ターゲット上部を閉止状態にしたり、開放状態にしたりができるようになっている。すなわち、該シャッターは製膜時間を制御するのに用いられ、また、ターゲット表面が清浄になるまでは本番の製膜を行わないプレスパッタの時には閉止状態にするのに用いられる。【００１５】  図２の２１は仕切り弁本体であり、図の２２は該仕切り弁の弁座である。弁座は製膜室１とロード室２３をシール性良く仕切る機能を有する。弁座の駆動軸や駆動させるためのエアーシリンダー機構などは図示省略した。ロード室２３は、基板を仕込むための真空チャンバーであり、扉２４を開けて上部から基板を基板ステージ２５にセットする。図の２０ｂは基板を該基板ステージに載置した図である。基板を投入した後に扉を閉じて真空排気する。製膜室１とロード室２３がほぼ同じ圧力となれば、仕切り弁を開けて、基板を製膜室に搬送し、製膜室の基板保持機構２ａにセットする。本薄膜作製装置では基板搬送は直線運動を真空チャンバーに導入するトランスファーロッドで行う。図の２８は基板または基板を載せた基板ホルダーを把持する機構であり、図の２７はＯリング（オウリング）などの真空シール部材である。薄膜形成を行う基板単独を搬送する場合も、または、基板を適当な基板ホルダーに載せたまま基板ホルダーを把持して搬送する場合がある。基板２０ａが製膜室１にセットされたら、仕切り弁２２を閉じて、次の逆スパッタ工程とスパッタ工程を行う。【００１６】  図２の基板２０ａの表面をクリーニングする目的で、数Ｐａ程度の不活性ガス雰囲気下で、基板保持機構２ａに高周波電力を印加し、プラズマを発生させる。プラズマ中の正イオンが基板に衝突し、基板表面はスパッタエッチングされ、表面の不純物も同時にスパッタエッチングされる。以上が従来の逆スパッタ方法であるが、重大な問題がある。従来の方法である図２記載の基板２０ａと基板保持機構２ａでは、スパッタエッチングされるのは基板２０ａのみでなく、基板保持機構２ａもスパッタエッチングされる。さらに、スパッタエッチングされる面積は基板保持機構２ａの方が大きいので、材料のスッパタ率に依存はするが、一般には、電圧が印加される面積が大きい方がより多くの元素（原子）がスパッタされ空間に放出される。この放出された基板保持機構を構成する元素は基板にも堆積する。すなわち、基板を汚染することになる。さらに、高周波電力が印加される部分は基板保持機構２ａの下面全部であり、基板が把持されている基板２０ａ部分と基板保持機構が剥き出しとなっている部分が混在する。両者の抵抗率などの電気特性が同一であれば問題ないが、ステンレスとシリコン、または、ステンレスとプラスチックのように、両者の抵抗に違いあれば、電界分布は複雑になる。図２記載の状態では、基板保持機構２ａの下面の高周波電力の電界分布は複雑な形状となり、基板表面のスパッタエッチング量も面内で不均一となる。【００１７】  逆スパッタが終われば、次の工程であるスパッタ製膜が行われる。まず、図２の配置では、ターゲット１１ｂを用いて製膜を行い、次に基板保持機構を１８０度回転させて、ターゲット１１ａを使ってスパッタ製膜を行う。このようにして、基板２０ａには、ターゲット１１ａとターゲット１１ｂの２種の薄膜が積層される。
このように、複数の薄膜を積層させる薄膜作製装置においては、基板保持機構は回転機構が組み込まれ回転可能に設計製作される。そのことにより、基板を基板保持機構の電圧印加面を全面に覆うようにセットする、という構成をとることが不可能となる。ゆえに、前述のように、基板保持機構２ａの下面は、基板が把持されている基板２０ａ部分と基板保持機構が剥き出しとなっている部分が混在することが避けられない。【００１８】  さらに、図２の従来例の基板保持機構には多くの要求仕様が課せられることになり、複雑高価となる、という問題がある。すなわち、絶縁されていて、さらに真空を保ちながら回転させる必要がある、さらに、水冷や加熱機構の要望も多い。このような状態でさらに高周波電力をロス少なく伝播させ、さらに外部に漏れないように注意も必要である。【００１９】  上記の現状に鑑み、本発明者は図１に示す構成の薄膜作製装置を考案した。図１の図番は、図２と同じ機能の部分は同じ番号としている。ゆえに、詳細説明も省略し、本考案の部分を重点に説明する。
図１の基板保持機構２ａ、２ｂはシンプルな構造となっている。絶縁する必要はなく、また、高周波電力を印加する必要もない。本考案は、ロード室２３で逆スパッタを行うことを最大の特徴としている。図の３１は基板ステージであり、円筒型の電極となっている。図の３２はシールドであり、円筒型の基板ステージ３１の外周面にプラズマが発生するのを防ぐ役目で設けられている。図の３３は絶縁部材である。図の３４はインピーダンス調整装置、図の３５は高周波電源、図の３７は高周波電力が伝播しやすい銅製の帯状導体であり、図の３８は高周波用の同軸ケーブルである。図の３６は高周波が外部に漏れないように設けるシールドである。
なお、ロード室に付属させる真空排気装置、ガス導入機構、真空度計測手段（真空計）、などは図示省略した。【００２０】  本考案では、図１に示すように、ロード室の基板ステージに高周波電力を印加するように構成されているので、高周波電界は、円形基板なら点対称となり、基板表面のプラズマ分布が良好となるのみでなく、単位面積当たりの電力（電力密度）も判断し易い数値として管理可能となった。また、逆スパッタのみでなく、酸素などの活性なガスを導入しての表面処理やプラズマで分解する有機ガスを導入してＣＶＤ（化学気相成長）法を行うことも可能となった。本考案は、図２に示すような基板保持機構の電圧印加面の全面に基板を配置できない薄膜作製装置に適用される場合にその効果が大きい。なお、図１の示す製膜室とロード室の配置においては、基板をロード室から製膜室に搬送する時に表裏反転させる必要がある、すなわち、逆スパッタなどのプラズマ処理をした面にスパッタ製膜するので、反転動作を基板搬送機構に組み込む必要がある、これは、トランスファーロッド２６に１８０度回転する機構を追加すれば容易である。なお、ターゲットを製膜室の上部に配置し、基板保持機構を該製膜室の下部に配置する構成では、基板搬送時に基板の上下反転させる必要なく、本考案を実施する場合はより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の薄膜作製装置の構成の一例を示す図である。
【図２】従来の薄膜作製装置の構成の一例を比較例として示す図である。
【符号の説明】
【００２２】  １・・・製膜室、２ａ・・・基板保持機構の基板保持部、２ｂ・・・基板保持機構の回転軸、３０・・・回転シール部材、３・・・絶縁部材、５・・・インピーダンス調整装置、６・・・高周波電源、２１・・・仕切り弁本体、２２・・・仕切り弁の弁座、２３・・・ロード室、２４・・・ロード室の扉、２８・・・基板搬送機構の基板把持部、２６・・・基板搬送機構のトランスファーロッド、２５・・・比較例の基板ステージ、３１・・・本発明の基板ステージ、３２・・・基板ステージのシールド、３３・・・絶縁部材、３４・・・インピーダンス調整装置、３５・・・高周波電源、
１１ａ、１１ｂ・・・ターゲット、１２ａ、１２ｂ・・・ターゲット用電極、１５ａ、１５ｂ・・・シャッターの回転軸、１６ａ、１６ｂ・・・シャッター、１７ａ、１７ｂ・・・スパッタ用直流電源、
２０ａ・・・従来例の基板保持機構にセットされた基板、２０ｂ・・・従来例の基板ステージに載置された基板、２０ｃ・・・本考案の基板保持機構にセットされた基板、２０ｄ・・・本考案の基板ステージに載置された基板
【図１】
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【図２】
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