(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空成膜室内に、支軸を中心として回転し且つ該真空成膜室内を平行移動する回転盤を設けると共に該回転盤の周辺に端面が塞がれた筒型のワークを該回転盤の盤面に対して直立して保持し且つ該ワークを該支軸に平行な自転軸を中心として自転させる基板ホルダーを設け、該回転盤の移動方向に沿って間隔を存して該ワークの側面と平行したスパッタ面を有するターゲットを備えたカソードを複数個設けたことを特徴とする多層膜形成用スパッタ装置。
【請求項２】
上記支軸に複数枚の上記回転盤を間隔を存して取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の多層膜形成用スパッタ装置。
【請求項３】
真空成膜室内に、回転軸を中心として回転し且つ該真空成膜室内を平行移動する回転盤を設けると共に該回転盤の周辺に端面が塞がれた筒型のワークを該回転盤の盤面に対して直立して保持し且つ該ワークを自転させる基板ホルダーを設け、該回転盤の移動方向に沿って間隔を存して該ワークの側面と平行したスパッタ面を有するターゲットを備えたカソードを複数箇所設けた多層膜形成用スパッタ装置に於いて、
該回転盤と該ワークの回転数比を調節し、該筒型のワークの上面と側面に成膜することを特徴とする多層膜成膜用スパッタ装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電球の球やリフレクターなど主として多数の筒型のワークの側面及び端面に一様な厚さの多層膜を成膜する多層膜形成用スパッタ装置とその使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空成膜室内で回転するドラムに多数のワークを設置し、該真空成膜室内に設けたスパッタカソードの前方に各ワークを順次に位置するようにドラムを回転させて各ワークにスパッタ成膜を施す装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の装置では、ワークが筒型である場合、その側面と上面の一部に多層膜を形成できても、その側面と上面の全体に一様な膜を多層に形成することができず、特に側面と上面では膜厚にバラツキが生じる不都合があった。また、上記従来の装置では、種類の異なるスパッタカソードをドラムの周囲に沿って複数基設けておけば、ワークが各カソードの前方に位置したときに各種の膜を形成して各ワークに多層の膜を成膜することは可能であるが、他のカソードの成膜材料が混入して膜質が低下する欠点があるので、膜質の良い多層膜を形成するには複数の成膜室を用意し、ワークを各成膜室に移し換えて各層を個別に成膜するのが一般で、設備が高価でその移し換えの作業が煩わしい欠点があった。また、従来のワークの成膜レートの調節は、カソードへの投入電力を制御して行っており、その電気制御設備が高価で装置の価格が高くなる不都合があった。
【０００４】
本発明は、筒型のワークの側面及び上面に一様な膜厚で多層にスパッタ成膜できる安価な多層膜形成用スパッタ装置を提供すること及びこの装置により成膜レートを機械的に簡単に制御する方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、真空成膜室内に、支軸を中心として回転し且つ該真空成膜室内を平行移動する回転盤を設けると共に該回転盤の周辺に端面が塞がれた筒型のワークを該回転盤の盤面に対して直立して保持し且つ該ワークを該支軸に平行な自転軸を中心として自転させる基板ホルダーを設け、該回転板の移動方向に沿って間隔を存して該ワークの側面と平行したスパッタ面を有するターゲットを備えたカソードを複数個設けることにより、上記目的を達成するようにした。該支軸には複数枚の回転盤を間隔を存して取り付けておくことにより、多数の基板ホルダーを設けて多くのワークにスパッタ処理を施せる。該回転盤と該ワークの回転数比を調節し、該筒型のワークの上面と側面に成膜する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づき説明すると、図１乃至図３に於いて符号１は真空ポンプに連なる真空排気口２とスパッタガスの導入口３を備えた真空成膜室を示し、その室内に支軸４を中心として回転し且つ平行移動する回転盤５を設けた。該支軸４は該成膜室１内に敷設したレール６上を走行する台座７に直立して固定され、該レール６に沿って設けた駆動軸８の回転により該回転盤５に回転を与えるようにした。該回転盤５は図１に見られるように円形に構成され、その周縁部分に上面が塞がれた円筒状のワーク９を盤面から直立させて保持し且つ該ワーク９を該支軸４に平行な自転軸を中心として自転させる基板ホルダー１０を例えば３６個設けた。該回転盤５は中空に構成され、その内部には、該支軸４に固定した大径の固定歯車１３と、該固定歯車１３の外周に噛み合い且つ該回転盤５に軸支されて該基板ホルダー１０と共に回転する衛星歯車１５を設け、該駆動軸８により該回転盤５が回転されると、基板ホルダー１０に取り付けたワーク９が該支軸４の周りを公転し且つ該回転盤５上で自転する。１７は該台座７に装着したエンドレスベルト１８を往復移動させるための電動機で、その回転で台座７がレール６に沿って往復する。多数のワークを処理するときは、該支軸４に上下２段に或いは図４、図５のように３段に回転盤５を取り付けする。尚、ワーク９は円筒状に限らず、角筒型であってもよく、この場合は基板ホルダー１０の形状をを角筒型ワーク９を取り付けれるように形成する。
【０００７】
該成膜室１内には、該回転盤５の移動方向に沿ってコンタミネーションを防げる適当な間隔を存して該回転軸４と平行したスパッタ面を有するターゲット１４を備え、ＤＣ或いはＲＦ電源１２に接続したカソード１１を例えば２基設け、図示の例では一方のターゲット１４ａをＳｉＯ2のターゲットとし、もう一方のターゲット１４ｂをＴｉＯ2のターゲットとし、両カソード１１、１１間に該成膜室１の壁面から延び且つ回転盤５の移動を妨げないように揺動する防着板１９を設けてスパッタ粒子の拡散を防ぐようにした。
【０００８】
図４乃至図７に示した例は、本発明の他の実施例であり、この実施例ではレール６を該成膜室１の側壁に設けてこれに傘歯車１６を収容した中空の台座７を走行自在に載架し、該駆動軸８の回転が伝達歯車８ａ及び傘歯車１６を介して回転盤５に与えられるようにした。
【０００９】
本発明の装置は、図８に示すような上面９ａが塞がれた筒型ワーク９の側面９ｂの全面と該上面９ａに、例えばＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜の２層の多層膜を成膜するために使用されるもので、その作動を図１乃至図３に示した装置につき説明すると次の通りである。尚、該回転盤５には外径が３３２ｍｍのものを２段に設け、ワーク９は高さが３０ｍｍ、直径が１５ｍｍの円筒体のものとし、回転盤５の回転数とワーク９の自転数の比を１：１３に設定した。また、各カソード１１、１１には、高さ方向が１０インチで幅方向が５インチのターゲット１４を取り付け、その中心間距離を８００ｍｍとした。
【００１０】
まず、カソード１１、１１にＳｉＯ2とＴｉＯ2のターゲット１４を取り付け、各基板ホルダー１０に例えば電球の球からなるワーク９を夫々嵌着し、ＳｉＯ２のターゲット１４ａのカソード１１の前方に台座７を位置させ、該成膜室１内を例えば１．３×１０-4Ｐａに排気する。そして駆動軸８を回転させて回転盤５を公転させると共にワーク９を取り付けた基板ホルダー１０を自転させ、スパッタガスを導入して圧力を調節したのち該カソード１１に電力を概ね３Ｋｗ投入し、スパッタを開始する。該駆動軸８を１０分間回転させると、各ワーク９の側面及び上面にＳｉＯ2のスパッタ膜が厚さ１２０オングストロームの一様な厚さで成膜される。このあと、カソード１１の作動を止め、台座７の移動でＴｉＯ2のターゲットを備えたカソード１１の前方へ該ワーク９を移動させ、再び駆動軸８を回転させて回転盤５及びワーク９を自公転させながら該カソード１１を作動させる。その回転を１０分間続けると、各ワーク９の側面及び上面のＳｉＯ2膜の上にＴｉＯ2のスパッタ膜が厚さ１３０オングストロームの一様な厚さで成膜され、各ワーク９に予定の２層膜の形成が完了する。該ワーク９は成膜室１内を大気圧に戻すか、図９のように成膜室１に連設したロードロック室２０に台座７を移動させ、該室２０を大気圧に戻すことにより外部へ取り出される。
【００１１】
この場合、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2膜はともに約１２．５〜１３．５オングストローム／ｍｉｎの成膜レートであった。この成膜レートの値Ｒは、経験的に与えられるＲ＝（Ｒ0／π）×（ω／（ω＋１））の式から算出される値に近い値である。Ｒ0はワークに自転のない場合の成膜レートであり、オングストローム・ｍの単位を持つ。前記実施例の場合は、Ｒ0＝７０オングストローム・ｍである。また、ωはワークの回転数と関係した量である。前記の実施例では、ワーク９は、幅５インチつまり約１２．５ｃｍのカソード１１の前方を通過する際だけ成膜されると考えられ、従って、回転盤５が１回転しても、実際は円周にならべられたワークの１／８の部分だけがカソード１１の前を通過して成膜されることになる。よって、ωとして採用する値は、回転盤５とワーク９の回転数比を１／８にしたもの、すなわち、１３×（１／８）＝１．６２５になり、このときの上式の成膜レートＲは１４オングストローム／ｍｉｎになり、実際の成膜レートとかなり一致する。そしてこのような自公転式のスパッタ成膜に於いて、円筒状のワーク９の上面と側面に一様性よく成膜するには、回転盤５の回転数とワーク９の自転数との間には、１（回転盤）：５〜３０（ワーク）という回転数の関係があればよいことが繰り返しての実施により判明した。図１０に回転数比と一様性の関係を示した。尚、この範囲の回転数比では、ワークの上面と側面の膜厚の一様性は±５％の一様性が得られた。更に、ワーク９は、高さが３０〜５０ｍｍ程度で、直径が１０〜２５ｍｍ程度であるならば、一様性として±５％が得られることも分かった。該回転盤とワークの回転数比はワークの寸法形状により適宜選択され、その回転数比は固定歯車１３又は衛星歯車１５の歯数を変更することで簡単に変更できる。
【００１２】
ターゲット１４の高さ方向の寸法は、回転盤５を数段重ねた場合の高さよりも２０ｃｍ程度大きいことが必要である。該回転盤５の平行移動の経路の両側に、図９のように、同種のターゲット１４を取り付けたカソード１１を対向して設けるようにしてもよい。また、回転盤５を多段に重ねた場合、下段の回転盤５のワークと上段の回転盤５の底面との間には、例えば５〜１５ｍｍ程度のわずかな隙間があればよい。更に、ワーク９は、図１１に示すような上面が隆起した形状を持つものであってもよい。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、支軸を中心として回転し且つ該真空成膜室内を平行移動する回転盤の周辺に、端面が塞がれた筒型のワークを該回転盤の盤面に対して直立して保持し且つ該ワークを該支軸に平行な自転軸を中心として自転させる基板ホルダーを設け、該回転盤の移動方向に沿って間隔を存して該ワークの側面と平行したスパッタ面を有するターゲットを備えたカソードを複数個設けたので、該ワークの側面と上面に一様性のよいスパッタ膜を１つの成膜室内で多層に形成することができ、その装置構成も簡単で装置が安価になる等の効果があり、該回転盤の回転数と該ワークの自転数の比を調節するだけで、各種寸法形状の筒型ワークの上面と側面に一様性のよい多層スパッタ膜を簡単に成膜出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す截断平面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図１の３−３線断面図
【図４】本発明の他の実施の形態を示す要部の截断側面図
【図５】図４の５−５線断面図
【図６】図４の６−６線断面図
【図７】図４の一部拡大断面図
【図８】ワークの斜視図
【図９】本発明の更に他の実施の形態を示す截断平面図
【図１０】スパッタ膜厚と回転数比の関係を示す線図
【図１１】他のワークの斜視図
【符号の説明】
１  真空成膜室、４  支軸、５  回転盤、９  ワーク、１０  基板ホルダー、
１１  カソード、１４ａ・１４ｂ  ターゲット、
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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