(57)【要約】【課題】メタルマスクに起因して発生する成膜の影の影響を抑制して均一な成膜を可能にする。【解決手段】メタルマスク５を使用して基板３に成膜するスパッタリング装置であって、基板３を保持する基板ホルダー１と、基板ホルダー１の保持面１ａに平行な面内を、基板ホルダー１に対して相対移動可能に設けられ、スパッタリングターゲット１１を保持するカソード電極２と、を備え、カソード電極２は、基板ホルダー１の保持面１ａに対して傾けて設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタルマスクを使用して被成膜基板に成膜するスパッタリング装置であって、
前記被成膜基板を保持する基板ホルダーと、
前記基板ホルダーの保持面に平行な面内を、前記基板ホルダーに対して相対移動可能に設けられ、スパッタリングターゲットを保持するカソード電極と、を備え、
前記カソード電極は、前記基板ホルダーの保持面に対して傾けて設けられていることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記カソード電極は、前記基板ホルダーの保持面に対する垂直面を間にしてミラー対称に設けられていることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記基板ホルダーの保持面に対する前記垂直面は、前記カソード電極と前記基板ホルダーとの相対移動方向と交差していることを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記メタルマスクは、形成しようとする薄膜パターンに対応して複数の開口部を有し、前記被成膜基板の成膜面に密接されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記メタルマスクは、前記複数の開口部を有し、前記被成膜基板の成膜面に密接するマスク層と、前記開口部を横断して設けられた複数の細線を有するサポート層とを積層した構造を有することを特徴とする請求項４記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記メタルマスクは、磁性金属材料から成り、前記被成膜基板の前記成膜面とは反対側に配置された磁石により吸引されて前記成膜面に密着されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
被成膜基板を保持する基板ホルダーと、該基板ホルダーの保持面に対して傾けて配置され、スパッタリングターゲットを保持するカソード電極とを前記基板ホルダーの保持面に平行な面内を相対移動させながら、
前記被成膜基板の成膜面に密接されたメタルマスクの複数の開口部を通して前記スパッタリングターゲットのスパッタ粒子を前記成膜面に被着させて薄膜パターンを形成する、
ことを特徴とするスパッタリング成膜方法。
【請求項８】
前記カソード電極は、前記基板ホルダーの保持面に対する垂直面を間にしてミラー対称に設けられていることを特徴とする請求項７記載のスパッタリング成膜方法。
【請求項９】
前記基板ホルダーの保持面に対する前記垂直面は、前記カソード電極と前記基板ホルダーとの相対移動方向と交差していることを特徴とする請求項８記載のスパッタリング成膜方法。
【請求項１０】
前記メタルマスクは、前記複数の開口部を有し、前記被成膜基板の成膜面に密接するマスク層と、前記開口部を横断して設けられた複数の細線を有するサポート層とを積層した構造を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のスパッタリング成膜方法。
【請求項１１】
前記メタルマスクは、前記サポート層の複数の細線が前記基板ホルダーと前記カソード電極との相対移動方向に対して交差するように配置されていることを特徴とする請求項１０記載のスパッタリング成膜方法。
【請求項１２】
前記メタルマスクは、磁性金属材料から成り、前記被成膜基板の前記成膜面とは反対側に配置された磁石により吸引されて前記成膜面に密着されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載のスパッタリング成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタルマスクを使用して被成膜基板に成膜するスパッタリング装置に関し、特にメタルマスクに起因して発生する成膜の影の影響を抑制して均一な成膜を可能にするスパッタリング装置及びスパッタリング成膜方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスパッタリング装置は、被成膜基板に正対して配置されたカソード電極上にスパッタリングターゲット材料が設けられ、基板面に複数の開口パターンを有するメタルマスクを密接させた状態でカソード電極が上記基板面と平行に走査されることにより、スパッタリングターゲット材料がメタルマスクの開口部を通って被成膜基板に成膜されるようになっていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−００１９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような従来のスパッタリング装置においては、スパッタリングターゲットと被成膜基板とは正対しているため、被成膜基板に密接されたメタルマスクに入射するスパッタ粒子の斜め入射成分は、常に、メタルマスクの開口部のスパッタリングターゲット側縁部によって蹴られる。即ち、上記開口部のスパッタリングターゲット側縁部が成膜の影となって、開口部内に成膜される薄膜の膜厚が開口部の中央部よりも周辺部が薄くなってしまうという問題がある。
【０００５】
特に、従来のスパッタリング装置においていては、スパッタ粒子のメタルマスクへの入射角度成分は、一般に、垂直入射成分が主体で斜め入射成分が少ないため、上記メタルマスクが、例えば開口部の形状を維持するためにメタルマスクの被成膜基板との密接面とは反対側の面（スパッタリングターゲット側の面）に開口部を横断して細線状のサポートラインが設けられたものである場合には、成膜される薄膜パターンに上記サポートラインの影ができ、薄膜パターンの膜厚ムラや薄膜パターンの形状変形が顕著に発生するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、メタルマスクに起因して発生する成膜の影の影響を抑制して均一な成膜を可能にするスパッタリング装置及びスパッタリング成膜方法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に、本発明によるスパッタリング装置は、メタルマスクを使用して被成膜基板に成膜するスパッタリング装置であって、前記被成膜基板を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーの保持面に平行な面内を、前記基板ホルダーに対して相対移動可能に設けられ、スパッタリングターゲットを保持するカソード電極と、を備え、前記カソード電極は、前記基板ホルダーの保持面に対して傾けて設けられている。
【０００８】
また、本発明によるスパッタリング成膜方法は、被成膜基板を保持する基板ホルダーと、該基板ホルダーの保持面に対して傾けて配置され、スパッタリングターゲットを保持するカソード電極とを前記基板ホルダーの保持面に平行な面内を相対移動させながら、前記被成膜基板の成膜面に密接されたメタルマスクの複数の開口部を通して前記スパッタリングターゲットのスパッタ粒子を前記成膜面に被着させて薄膜パターンを形成するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板ホルダーとカソード電極とを相対移動しながら、スパッタ粒子を被成膜基板に対して斜め方向から入射させることができる。したがって、被成膜基板の成膜面に密着されたメタルマスクが、例えば開口部の形状を維持するために成膜面とは反対側の面（スパッタリングターゲット側の面）に開口部を横断して細線状のサポートラインを設けたものであっても、スパッタ粒子を上記サポートラインの下側の成膜面にも回り込んで付着させることができる。それ故、メタルマスクに起因して発生する成膜の影の影響を抑制して均一な膜厚の薄膜パターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるスパッタリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】上記スパッタリング装置に使用するメタルマスクの一構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の中心線断面図である。
【図３】上記メタルマスクの要部を拡大して示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＯ−Ｏ線断面矢視図である。
【図４】本発明のスパッタリング装置による成膜方法について示す説明図であり、（ａ）は成膜開始時の様子を示し、（ｂ）は成膜途中の様子を示し、（ｃ）は成膜終了直前の様子を示す。
【図５】図４の成膜の様子を示す要部拡大断面図である。
【図６】一般的なメタルマスクを使用して成膜した場合の本発明の効果を説明する要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるスパッタリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。このスパッタリング装置は、メタルマスクを使用して被成膜基板に成膜するもので、真空チャンバー内に基板ホルダー１と、カソード電極２と、搬送装置（図示省略）と、を備えて構成されている。
【００１２】
上記基板ホルダー１は、被成膜基板としての平板状の基板３を保持するものであり、電気的に接地して設けられている。ここで、上記基板３の成膜面３ａには、形成しようとする薄膜パターンに対応して複数の開口部４を有するメタルマスク５が密接されている。
【００１３】
詳細には、上記メタルマスク５は、隔壁４ａで仕切られて複数の開口部４を有し、基板３の成膜面３ａに密接するマスク層６と、開口部４を横断して設けられた複数の細線（以下「サポートライン７」という）を有するサポート層８とを、図２に示すように積層した構造を有するもので、ニッケル、ニッケル合金、インバー又はインバー合金等の磁性金属材料を２段階電気めっきにより形成したものである。なお、複数のサポートライン７は、図３に示すように、開口部４を横断して一方向に（図３においては左右方向に）延設されたものであってもよく、又は上記開口部４内に格子点を有するように格子状に形成されたものであってもよい。
【００１４】
複数のサポートライン７が、図３に示すように、一方向に延設されたものである場合には、基板ホルダー１には、基板３に密接されたメタルマスク５の、上記複数のサポートライン７が後述する基板ホルダー１とカソード電極２との相対移動方向（図１の矢印Ａ方向）に対して交差するように基板３を保持するのがよい。図１においては、サポートライン７は、手前から奥に向かって延びている。
【００１５】
また、複数のサポートライン７が縦横に交差して格子状に形成されたものである場合には、少なくとも縦及び横のいずれか一方の複数のサポートライン７が基板ホルダー１とカソード電極２との相対移動方向に対して交差するように基板３を基板ホルダー１に保持するのがよい。
以下の説明においては、複数のサポートライン７が、図３に示すように一方向に延設されたものである場合について述べる。
【００１６】
また、メタルマスク５は、図２に示すように、マスク層６のサポート層８側の面６ａの周縁部に、上記複数の開口部４を内包する大きさの開口を有する、インバー又はインバー合金等かなら成る枠状の金属フレーム９をスポット溶接して備えた構造となっている。なお、金属フレーム９は必須の要素ではなく、無くてもよい。
【００１７】
そして、上記メタルマスク５は、基板３の成膜面３ａとは反対側の裏面３ｂ側に配置されたシート状の磁石１０に吸引されて上記成膜面３ａに密着される。
【００１８】
上記基板ホルダー１の保持面１ａに対して傾けてカソード電極２が設けられている。このカソード電極２は、板状のスパッタリングターゲット１１を保持するものであり、上記基板ホルダー１の保持面１ａに対する垂直面１２を間にしてミラー対称に一組設けられている。この場合、この一組のカソード電極２は、スパッタリングターゲット１１の保持面２ａが共に、上記垂直面１２側を向くように傾けて配置される。
【００１９】
また、上記各カソード電極２は、図示省略の高周波又は直流のスパッタ電源に接続されて高電圧が印加可能に構成されており、高電圧の印加により、真空チャンバー内に導入されたアルゴン（Ａｒ）等の希ガスを電離させて、スパッタリングターゲット１１と基板３との間にプラズマ１３（図４参照）を生じさせるようになっている。
【００２０】
上記基板ホルダー１とカソード電極２とを相対移動可能に、搬送装置（図示省略）が設けられている。この搬送装置は、基板ホルダー１又はカソード電極２を一方向に移動させるものであり、本実施形態においては、カソード電極２を図１に示す矢印Ａ方向に移動するようになっている。
【００２１】
次に、このように構成されたスパッタリング装置の動作、及びこれを使用して行う成膜方法について説明する。
先ず、メタルマスク５が基板３の裏面３ｂに配置されたシート状の磁石１０により吸引され、基板３の成膜面３ａに密着される。この作業は、真空チャンバーの外で行ってもよく、又は真空チャンバー内の基板ホルダー１上で行ってもよい。なお、カソード電極２には、成膜材料となるスパッタリングターゲット１１が予め取り付けられている。
【００２２】
基板３上へのメタルマスク５の設置が真空チャンバーの外で行われる場合には、メタルマスク５を密着させた基板３を、メタルマスク５を構成するサポート層８の複数のサポートライン７がカソード電極２の移動方向（図１の矢印Ａ方向）に対して交差するように基板ホルダー１に保持する。
【００２３】
また、基板３上へのメタルマスク５の設置が真空チャンバー内で行われる場合には、基板ホルダー１の保持面１ａに配置されたシート状の磁石１０上に基板３を設置した後、メタルマスク５をそのサポート層８の複数のサポートライン７がカソード電極２の移動方向に対して交差するように基板３上に配置し、基板３の成膜面３ａに密着固定する。
【００２４】
基板ホルダー１への基板３の設置が終わると、真空チャンバーが閉じられる。そして、所定の真空度まで真空引きが行われる。その後、真空チャンバー内にスパッタガスとしての例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが所定量だけ導入される。
【００２５】
真空チャンバー内へ所定量のスパッタガスが導入されると、図示省略のスパッタ電源が起動されカソード電極２に高電圧が印加される。これにより、スパッタリングターゲット１１と基板３との間にプラズマ１３が発生し、スパッタリングが開始される。なお、スパッタリングターゲット１１と基板３との間に図示省略のシャッタを備えて、スパッタリングが安定するまで一定時間待った後、シャッタを開いてスパッタリングを開始するのがよい。
【００２６】
スパッタリングが開始されると、一組のカソード電極２は、図示省略の搬送装置によって制御されて、図４（ａ）に示すように矢印Ａ方向に予め定められた一定速度で移動を開始する。
【００２７】
スパッタリングが開始されると、スパッタリングターゲット１１から放出されたスパッタ粒子は、基板３に対して斜め方向から入射する。詳細には、図５に示すように、スパッタ粒子は、基板３の成膜面３ａに対する垂直面１２を間にして左右の斜め方向から基板３に入射する。したがって、基板３の成膜面３ａに密着されたメタルマスク５がマスク層６の開口部４を横断して複数のサポートライン７が形成されたものであっても、スパッタ粒子は、サポートライン７の下側に回り込んで基板３に付着する。それ故、メタルマスク５のサポートライン７が成膜の影とならず、基板３の成膜面３ａには、マスク層６の開口部４内に薄膜パターン１４が均一な膜厚で形成されることになる。
【００２８】
スパッタリングは、一組のカソード電極２を基板ホルダー１の保持面１ａに平行な面内を図４（ａ），（ｂ）に示すように矢印Ａ方向に一定速度で移動しながら実行される。そして、同図（ｃ）に示すように、基板３の成膜面３ａの全面に対する成膜が終了すると、スパッタリングが停止される。この場合、上記カソード電極２の移動は、図４に示すような片道走行だけでなく、往復走行であっても、往復走行を複数回繰り返し行うものであってもよい。
【００２９】
上記実施形態においては、メタルマスク５のサポートライン７が開口部４を横断して一方向に延設されたものである場合について説明したが、本発明はこれに限られず、サポートライン７は、縦横に交差した格子状のものであってもよい。この場合、縦及び横のサポートライン７うち、いずれか一方のサポートライン７がカソード電極２の移動方向（Ａ方向）と交差するように基板３を配置してカソード電極２をＡ方向に移動しながらスパッタリングを実行する。そして、カソード電極２が移動範囲の終端に達すると、基板ホルダー１をその保持面１ａの垂直な中心軸を中心にして９０度回転した後、さらにカソード電極２をＡ方向と反対方向に移動させながらスパッタリングを実行するとよい。
【００３０】
また、上記実施形態においては、一組のカソード電極２を使用する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、カソード電極２は一つであってもよい。この場合、メタルマスク５のサポートライン７が開口部４を横断して一方向に延設されたものであるときには、カソード電極２をＡ方向に移動しながらスパッタリングを実行し、カソード電極２が移動範囲の終端に達すると、基板ホルダー１をその保持面１ａの垂直な中心軸を中心にして１８０度回転した後、さらにカソード電極２をＡ方向と反対方向に移動させながらスパッタリングを実行するとよい。
【００３１】
又は、メタルマスク５のサポートライン７が縦横に交差した格子状のものであるときには、カソード電極２をＡ方向に移動しながらスパッタリングを実行し、カソード電極２が移動範囲の終端に達すると、基板ホルダー１をその保持面１ａの垂直な中心軸を中心にして９０度回転した後、Ａ方向と反対方向に移動させながらスパッタリングを実行する。そして、カソード電極２が移動開始位置に戻ると、上記軸を中心にして基板ホルダー１をさらに９０度回転して再度Ａ方向に移動しながらスパッタリングを実行し、以後、上記と同様にして２回の往復走行によりスパッタリングを実行するとよい。
【００３２】
さらに、以上の説明においては、メタルマスク５がマスク層６とサポート層８とを積層した構造を有するものである場合について述べたが、本発明はこれに限られず、メタルマスク５は、マスク層６のみから成る一般的な単層構造のものであってもよい。この場合も、メタルマスク５に入射するスパッタ粒子は、斜め方向の入射成分が多くなり、図６に示すようにマスク層６の開口部４の縁部近傍部における成膜面３ａに付着するスパッタ粒子が増す。また、スパッタ粒子は、基板３の成膜面３ａに対する垂直面１２を挟んで両側から斜めにメタルマスク５に入射するため、開口部４内の成膜面３ａの部分は、全面に亘って均一な膜厚で成膜されることになる。したがって、メタルマスク５の開口部４のスパッタリングターゲット１１側の縁部が成膜の影となるのを抑制することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１…基板ホルダー
１ａ…基板ホルダーの保持面
２…カソード電極
３…基板（被成膜基板）
４…開口部
５…メタルマスク
６…マスク層
７…サポートライン（細線）
８…サポート層
１０…磁石
１１…スパッタリングターゲット
１２…垂直面
１４…薄膜パターン
【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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