(57)【要約】【課題】基板上の膜厚分布を均一にすることができるスパッタ成膜装置を提供すること。【解決手段】本発明に係るスパッタ成膜装置１０は、チャンバー１１内に回転可能に設けられた回転ドラム１２と、チャンバー１１内であって回転ドラム１２の外方で回転ドラム１１の回転軸と略平行に配設されたターゲット１４と、ターゲット１４と回転ドラム１２との間に生じるプラズマ中の電子を吸着する電子吸着部材（アノード棒）１７を備えている。また、電子吸着部材１７は、ターゲット１４のうち、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における両端部に生じるプラズマ中の電子よりも、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における中央部に生じるプラズマ中の電子を多く吸着するように設けられている。【選択図】図３
2007146198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に回転可能に設けられた回転ドラムと、上記チャンバー内であって上記回転ドラムの外方で上記回転ドラムの回転軸と略平行に配設されたターゲットとを備え、上記チャンバー内で上記ターゲットを用いて上記回転ドラムの外周に上記回転ドラムの回転軸に沿って取り付けられる複数の基板にスパッタ成膜するスパッタ成膜装置であって、
上記ターゲットと上記回転ドラムとの間に設けられ、上記ターゲットと上記回転ドラムとの間に生じるプラズマ中の電子を吸着する電子吸着部材を備え、
上記電子吸着部材は、上記ターゲットのうち、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向における両端部に生じるプラズマ中の電子よりも、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向における中央部に生じるプラズマ中の電子を多く吸着するように設けられたことを特徴とするスパッタ成膜装置。
【請求項２】
上記電子吸着部材は、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向に延びる棒形状に形成され、
上記電子吸着部材のうち、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向における中央部における断面積が、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向における両端部における断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ成膜装置。
【請求項３】
上記電子吸着部材は、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向に延びる棒形状に形成され、
上記電子吸着部材のうち、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向における中央部における表面は凹凸面に形成され、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向における両端部における表面は滑面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ成膜装置。
【請求項４】
上記電子吸着部材は、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向に延びる棒形状に形成され、
上記電子吸着部材のうち、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向における中央部における表面粗さが、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向における両端部における表面粗さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパッタ成膜装置に関し、例えばカルーセル型スパッタ成膜装置のような回転式スパッタ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置など表示装置の製造工程において、基板上にＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）等の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。
例えば、スパッタ成膜方法に用いられるカルーセル型スパッタ成膜装置では、真空チャンバー内に回転可能な回転ドラムが設けられており、この回転ドラムの外周に多角柱筒状の基板ホルダが取り付けられている。また、ターゲットが、真空チャンバー内であって基板ホルダの外方に、回転ドラムの回転軸側にプラズマ発生面を向けて設けられている。
【０００３】
そして、基板ホルダの側面に複数の基板を回転ドラムの回転軸方向に沿って取り付け、回転ドラムを回転させながら、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。すると、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（スパッタ原子）が基板上に飛来して付着することにより、基板に所望の薄膜が形成される（例えば、特許文献１参照）。なお、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。
【特許文献１】特開平１５−２７２２６号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般のカルーセル型スパッタ成膜装置において、ターゲットは鉛直方向を長手方向とした矩形状をなし、ターゲットのプラズマはターゲットのプラズマ発生面の中央部に多く生成されているため、ターゲットのうち、回転軸に対して平行方向における両端部のプラズマ密度は、ターゲットの中央部のプラズマ密度よりも小さい傾向にある。
このため、回転ドラムの回転軸に沿って基板ホルダに配列された基板のうち、回転ドラムの回転軸に対して平行方向における両端部では、プラズマ密度が薄くなるため、膜厚が薄くなってしまっていた。
【０００５】
このように基板面内で膜厚分布が不均一になってしまうと、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、基板上の膜厚分布を均一にすることができる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】
本発明にかかるスパッタ成膜装置は、チャンバー内に回転可能に設けられた回転ドラムと、チャンバー内であって回転ドラムの外方で回転ドラムの回転軸と略平行に配設されたターゲットとを備え、チャンバー内でターゲットを用いて回転ドラムの外周に回転ドラムの回転軸に沿って取り付けられる複数の基板にスパッタ成膜するスパッタ成膜装置であって、ターゲットと回転ドラムとの間に設けられ、ターゲットと回転ドラムとの間に生じるプラズマ中の電子を吸着する電子吸着部材を備え、電子吸着部材は、ターゲットのうち、回転ドラムの回転軸に対して平行方向における両端部に生じるプラズマ中の電子よりも、回転ドラムの回転軸に対して平行方向における中央部に生じるプラズマ中の電子を多く吸着するように設けられたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、ターゲットと回転ドラムとの間に設けられ、ターゲットと回転ドラムとの間に生じるプラズマ中の電子を吸着する電子吸着部材を備え、電子吸着部材は、ターゲットのうち、回転ドラムの回転軸に対して平行方向における両端部に生じるプラズマ中の電子よりも、回転ドラムの回転軸に対して平行方向における中央部に生じるプラズマ中の電子を多く吸着するように設けられているので、回転軸方向に沿って配列された基板のうち、回転ドラムの回転軸に対して平行方向における両端部および中央部の膜厚を均衡化し、基板上の膜厚分布を均一にすることができる。
【０００８】
ここで、電子吸着部材は、回転ドラムの回転軸に対して平行方向に延びる棒形状に形成され、電子吸着部材のうち、回転ドラムの回転軸に対して平行方向における中央部における断面積が、上記回転ドラムの回転軸に対して平行方向における両端部における断面積よりも大きい。また、電子吸着部材は、回転ドラムの回転軸に対して平行方向に延びる棒形状に形成され、電子吸着部材のうち、回転ドラムの回転軸に対して平行方向における中央部における表面は凹凸面に形成され、回転ドラムの回転軸に対して平行方向における両端部における表面は滑面に形成されてもよい。また、電子吸着部材は、回転ドラムの回転軸に対して平行方向に延びる棒形状に形成され、電子吸着部材のうち、回転ドラムの回転軸に対して平行方向における中央部における表面粗さが、回転ドラムの回転軸に対して平行方向における両端部における表面粗さよりも大きくてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板上の膜厚分布を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明にかかるスパッタ成膜装置について図に基づいて説明する。
図１は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。なお、図１はスパッタ成膜装置を上から見た断面図である。図２は本発明にかかるスパッタ成膜装置に用いられる回転ドラム及び基板ホルダの構成を模式的に示す斜視図である。図３は基板ホルダに取り付けられた基板、電子吸着棒およびターゲットの配置関係を模式的に示す側面図である。なお、図３では、基板ホルダに取り付けられた基板の表面とターゲットのプラズマ発生面とが互いに対向したときの状態を示している。
【００１１】
図１に示されるスパッタ成膜装置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２０に対して成膜することができるバッチ方式のスパッタ成膜装置である。
スパッタ成膜装置１０は、基板ホルダ１３が装着された回転ドラム１２を回転させながら、真空チャンバー１１内でターゲット１４を用いて、基板ホルダ１３に取り付けられた複数の基板２０にスパッタ成膜する。スパッタ成膜装置１０は、真空チャンバー１１、回転ドラム１２、基板ホルダ１３、ターゲット１４、マグネトロン部１５、スパッタ電源１６および電子吸着棒（アノード棒）１７を備えている。
【００１２】
図１に示されるように、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は、スパッタ成膜を行うための反応室となる。
図２に示されるように、回転ドラム１２は円筒状に形成されており、真空チャンバー１１内に回転軸１２Aを中心に回転可能に設けられている。なお、回転軸１２Ａは鉛直方向にのびる真空チャンバー１１の中心線と一致する。図２では基板ホルダ１３に基板２０が保持されていない状態を示している。
【００１３】
基板ホルダ１３は、正１２角形筒等の多角形筒状に形成され、回転ドラム１２の外側に取り付けられている。基板ホルダ１３は回転ドラム１２と一体となって、真空チャンバー１１内で回転可能に設けられている。すなわち、回転ドラム１２を回転させることにより、基板ホルダ１３が、回転軸１２Ａを中心に回転する。なお、基板ホルダ１３の回転軸は円筒状の回転ドラム１２の回転軸１２Ａと一致する。また、図２に示されるように、基板ホルダ１３の各側面は、鉛直方向が長手方向となる矩形状に形成されている。
【００１４】
図１および図３に示されるように、回転ドラム１２の外周に設けられた基板ホルダ１３の外周の各側面には、回転ドラム１２の回転軸１２Ａの方向に沿って、基板２０が配列される。すなわち、回転軸１２Ａに沿って、基板ホルダ１３の一側面に複数の基板が配置される。例えば、基板ホルダ１３の外周の各側面に２枚の基板２０が取り付けられているとすると、正１２角柱筒状の基板ホルダ１３には２４枚の基板２０を取り付けることができる。そして、一側面に設けられた２枚の基板２０は鉛直方向に一列に配置される。基板２０は、図示しない取り付け具により基板ホルダ１３に取り付けられる。
【００１５】
基板２０が基板ホルダ１３に取り付けられた状態で、図１に示されるように、矢印Ｘの方向に回転ドラム１２を回転させると、基板ホルダ１３の各側面に設けられた基板２０が順次、ターゲット１４のプラズマ発生面１４ａを通過する。
ターゲット１４は、鉛直方向が長手方向となる矩形状の平板に形成されている。また、図１に示されるように、ターゲット１４は、真空チャンバー１１内であって回転ドラム１２および基板ホルダ１３の外方に設けられている。
【００１６】
また、図１および図３に示されるように、ターゲット１４は回転ドラム１２の回転軸１２Ａと略平行に、回転ドラム１２の回転軸１２Ａ側にプラズマ発生面１４ａを向けて設けられている。従って、回転ドラム１２の回転により基板ホルダ１３のいずれの外周面がターゲット１４のプラズマ発生面１４ａと対向しても、ターゲット１４のプラズマ発生面１４ａと、基板ホルダ１３に取り付けられた基板２０との距離が一定となる。
【００１７】
ターゲット１４のプラズマ発生面１４ａ全面にプラズマは発生するが、特に、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における中央部は、両端部よりもプラズマ密度が高くなっている。従って、ターゲット１４のうち、回転ドラム１２の回転軸１２Ａと平行方向における両端部のプラズマ密度は、この両端部に挟まれた中央部のプラズマ密度よりも小さい。
【００１８】
なお、図１に示される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１１内で、プラズマ発生面１４ａが互いに対向する位置に設けられている。ターゲット１４の数は１つでもよく、３以上であってもよい。
マグネトロン部１５は、ターゲット１４の裏面側に設けられている。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、スパッタ電源１６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。
【００１９】
そして、プラズマ中の正イオン（例えば、スパッタガスがＡｒであった場合、Ａｒ＋）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。その結果、ターゲット１４近傍の基板２０に飛来してくる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２０上に形成することができる。スパッタ電源１６はＡＣ電源でもＤＣ電源でもよい。また、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。
【００２０】
図１に示されるように、２箇所で、２本の電子吸着棒１７が、ターゲット１４と、回転ドラム１２に取り付けられた基板ホルダ１３との間に、ターゲット１４に対向して設けられている。電子吸着棒１７は、回転ドラム１２の回転軸１２Ａと平行方向に延びるように設けられている。電子吸着棒１７は１本でも３本以上でも設けることができるが、ターゲット原子がターゲット１４から基板２０へ飛来するのを著しく遮断しない程度にする必要がある。
【００２１】
電子吸着棒１７は、例えば、真空チャンバー１１の内壁やターゲット１４に取り付け具（不図示）により取り付けられる。この電子吸着棒１７には、正電圧が印加されており、電子吸着棒１７はターゲット１４と回転ドラム１２との間に生じるプラズマ中の電子を吸着する機能を有する。また、電子吸着部材１７は、ターゲット１４のうち、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における両端部に生じるプラズマ中の電子よりも、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における中央部に生じるプラズマ中の電子を多く吸着するように設けられている。
【００２２】
具体的には、図３に示されるように、電子吸着棒１７は形成されている。すなわち、電子吸着棒１７は、当該電子吸着棒１７の延在する方向に対して垂直な方向で切断したときの切断面の断面形状を円形に形成されており、電子吸着部材１７のうち、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における中央部における断面積が、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における両端部における断面積よりも大きくなるように設けられている。
このため、電子吸着部材１７は、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における両端部と比較して、この両端部に挟まれた中央部を中心により広い表面積を有することとなり、当該中央部を中心にプラズマ中の電子を多く吸着することができる。
【００２３】
従って、ターゲット１４および回転ドラム１２との間では、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における中央部を中心に、スパッタガスのイオン化が低減され、正イオン（例えば、スパッタガスがＡｒの場合、Ａｒ＋）が減少し、当該正イオンのターゲット１４への衝突数が減少する。そして、基板ホルダ１３に取り付けられた基板２０のうち、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における中央部を中心に、ターゲット１４からのターゲット原子の飛来が抑制される。すなわち、特にプラズマ密度が高い領域を中心に、ターゲット１４からのターゲット原子の飛来が抑制される。この結果、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに沿って配列された基板２０のうち、回転ドラム１２の回転軸１２Ａと平行方向における両端部および中央部の膜厚を均衡化し、基板２０上の膜厚分布を均一にすることができる。
【００２４】
以上のように、スパッタ成膜装置１０を構成したことにより、ターゲット１４のうち、特にプラズマ密度が高い領域、すなわち、回転ドラム１２の回転軸方向における中央部からはじき出されるターゲット原子の飛来を効果的に抑制することができ、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに沿って配列された基板のうち、回転ドラム１２の回転軸１２Ａと平行方向における両端部および中央部の膜厚を均衡化し、基板２０上の膜厚分布を均一にすることができる。なお、発明者等が本発明の実施の形態に係るスパッタ成膜装置１０を用いて、基板２０上に成膜したところ、成膜後の膜厚分布は、円柱形状の電子吸着棒を用いた場合に３％〜５％であったのに対し、１％〜３％に改善されていることが確認された。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態に係るスパッタ成膜装置１０の変形例について説明する。
上記実施態様では、電子吸着棒１７の断面積を変化させることにより、電子吸着部材１７が、ターゲット１４のうち、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における両端部に生じるプラズマ中の電子よりも、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における中央部に生じるプラズマ中の電子を多く吸着することを実現したが、電子吸着棒１７の断面積を変化させず、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における中央部の表面粗さを、当該中央部を両側から挟む両端部の表面粗さより粗くすることによっても、実現することができる。
【００２６】
すなわち、例えば、電子吸着棒１７のうち、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における中央部の表面を凹凸面に形成し、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における両端部の表面を滑面に形成した場合、電子吸着部材１７は、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における両端部と比較して、この両端部に挟まれた中央部を中心により広い表面積を有することとなり、当該中央部を中心にプラズマ中の電子を多く吸着することができる。
【００２７】
従って、ターゲット１４および回転ドラム１２との間では、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における中央部を中心に、スパッタガスのイオン化が低減され、正イオンが減少し、当該正イオンのターゲット１４への衝突数が減少する。そして、基板ホルダ１３に取り付けられた基板２０のうち、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに対して平行方向における中央部を中心に、ターゲット１４からのターゲット原子の飛来が抑制され、回転ドラム１２の回転軸１２Ａに沿って配列された基板２０のうち、回転ドラム１２の回転軸１２Ａと平行方向における両端部および中央部の膜厚を均衡化し、基板２０上の膜厚分布を均一にすることができる。
【００２８】
以上の説明は、本発明を実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、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る。
上記実施態様では、電子吸着棒１７の断面形状は円形である説明をしたが、電子吸着棒１７の断面形状を楕円や多角形としてもよい。また、電子吸着棒１７を、上記実施態様で説明した棒状体に代えて、回転ドラム１２の回転軸１２Ａと平行方向に延びるように設けられた板状棒体に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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成膜装置に用いられる回転ドラム及び基板ホルダの構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】基板ホルダに取り付けられた基板、電子吸着棒およびターゲットの配置関係を模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  スパッタ装置
１１  真空チャンバー
１２  回転ドラム
１３  基板ホルダ
１４  ターゲット
１４ａ  プラズマ発生面
１５  マグネトロン部
１６  スパッタ電源
１７  電子吸着棒（アノード棒）
２０  基板
【図１】
2007146198.tif 000003
【図２】
2007146198.tif 000004
【図３】
2007146198.tif 000005