JP4407001B2 - スパッタリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング装置に関し、詳しくは、真空中でターゲット材料と基板間に所定の電圧を印加し、Ａｒガスなどの不活性ガスを用いて、基板上に薄膜の成膜を行うスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
電子機器の高周波化に伴い、それに用いられる電子デバイスについても、高周波化が急速に進んでいる。
そして、高周波化の技術的進展に伴って、各電子デバイスにはこれまで以上に、微細配線形成技術や高耐電力化技術が求められるようになっている。
【０００３】
ところで、これらの電子デバイスにおいては、例えば、共振モードや各周波数帯などの条件によって、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗなどの密度の大きな金属材料からなる電極が用いられるようになっている。
【０００４】
しかし、スパッタリング装置を用いて、これらの金属材料から薄膜電極を形成しようとした場合、形成される膜（薄膜電極）の内部応力が大きいため、これらの薄膜成分が成膜チャンバー内の基板ホルダー、ステージ、シールド板、補正板などの部材及び機器に堆積、付着すると、その膜の内部応力により、これらの部材及び機器が変形し、膜厚分布のばらつきや膜質の低下を引き起こし、得られる製品の特性（デバイス特性）に悪影響を及ぼすという問題点がある。
【０００５】
かかる問題点を解決する方法として、真空容器（成膜チャンバー）の内側に金属製の防着板を配設するとともに、その内側にさらに金属製のメッシュ板を取り付けるようにした真空成膜装置が提案されている（従来技術としては、特開平１１−６０４９号）。
【０００６】
しかしながら、近年のスパッタリング装置の成膜チャンバー内には、プラズマコントローラ、温度センサー、膜厚センサーなどの計器類が収容されており、構造が複雑になっているため、金属製の防着板及びメッシュ板を、十分な防着機能を果たすような態様で、所定の位置に装着することは容易でないのが実情である。
【０００７】
また、真空容器（成膜チャンバー）の内側に金属製の防着板及びメッシュ板を装着するためには、計器類を一旦取り外すことが必要となるため、装着に時間がかかり生産効率の低下を招くという問題点がある。
【０００８】
また、通常の金属メッシュ板は、その伸縮量が小さく、膜応力を緩和する性能が大きくないため、電子デバイスへの薄膜作製用スパッタリング装置の成膜チャンバー内に配設された基板ホルダー、ステージ、シールド板、補正板などに取り付けた場合にも、膜応力の緩和に関して十分な効果を得ることは困難である。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、スパッタリング装置の成膜チャンバー内に配設された基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部、補正板などの部材及び機器の表面に堆積、付着した膜の内部応力に起因する、上記部材及び機器の変形を抑制して、形成される薄膜の膜厚分布のばらつきや膜質の低下などの発生を防止することが可能で、高品質で信頼性の高い電子デバイスを得ることが可能なスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明（請求項１）のスパッタリング装置は、
スパッタリング装置の成膜チャンバー内に収容されている部材及び機器の少なくとも一部に、
目開きが５０〜１０００メッシュで、伸長度が５．０％以上のメッシュスクリーンを取り付けたこと
を特徴としている。
【００１１】
成膜チャンバー内に収容されている部材及び機器の少なくとも一部に、目開きが５０〜１０００メッシュで、伸長度が５．０％以上のメッシュスクリーンを取り付けることにより、メッシュスクリーンが薄膜成分の付着を抑制する防着材として機能するとともに、応力緩和材として機能し、メッシュスクリーンが取り付けられた部材及び機器（成膜チャンバー内に配設された基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部及び補正板など）の変形を抑制して、形成される薄膜の膜厚分布のばらつきや膜質の低下を防止することが可能になる。
【００１２】
なお、本発明において、メッシュスクリーンとは、たて、よこの線材が織り込まれた構造を有するメッシュ材料からなるスクリーン状の部材を意味する概念である。
また、本発明において用いられている、目開きが５０〜１０００メッシュの範囲にあるメッシュスクリーンは、厚膜技術を用いた電子部品の配線印刷形成などに広く用いられており、入手が容易で、しかも比較的低コストである。
【００１３】
また、請求項２のスパッタリング装置は、前記成膜チャンバー内に収容されている主たる部材及び機器が、基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部及び補正板からなる群より選ばれる少なくとも一つであることを特徴としている。
【００１４】
成膜チャンバーには、一般に、基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部及び補正板などが収容されていることが多いが、少なくともこれらの一部にメッシュスクリーンを取り付けることにより、メッシュスクリーンが取り付けられた部材及び機器の変形を抑制して、形成される薄膜の膜厚分布のばらつきや膜質の低下を防止することが可能になる。
【００１５】
また、請求項３のスパッタリング装置は、前記メッシュスクリーンとして、開口率２０〜７０％、厚み２０〜３００μmの要件を満たすメッシュスクリーンを用いることを特徴としている。
【００１６】
開口率が２０〜７０％、厚みが２０〜３００μmの要件を満たすメッシュスクリーンは、伸縮性に富んでおり、折り曲げ加工も簡単であることから、成膜チャンバー内の複雑な形状に対応して、所望の形状に変形させることが可能で、容易に成膜チャンバー内に配設された所望の部材及び機器へ取り付けることができるとともに、堆積、付着した膜の内部応力を十分に緩和することが可能になり、本発明を実効あらしめることができる。
【００１７】
すなわち、開口率が２０〜７０％のメッシュスクリーンは伸縮性に富むため、応力緩和材として有効に機能し、かつ、厚みが２０〜３００μm程度のメッシュスクリーンは加工性に優れているため、複雑な成膜チャンバー内部に対しても、フレキシブルに加工することが可能で、金属製のクリーンクリップなどにより容易かつ確実に装着することができる。
【００１８】
また、請求項４のスパッタリング装置は、前記メッシュスクリーンを構成する材料が、ステンレス、銅、鉄、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴としている。
【００１９】
本発明において、メッシュスクリーンを構成する材料に特別の制約はないが、ステンレス、銅、鉄、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも一種を用いることにより、内部応力を効率よく緩和することが可能で、しかも、成膜チャンバー内に配設された部材及び機器への取り付けが容易なメッシュスクリーンを得ることが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることが可能になる。
【００２０】
また、請求項５のスパッタリング装置は、前記スパッタリング装置が、カルーセル式、インライン式、インターバック式、リターンバック式、平行平板式、対向式、プラネタリ式、公転ドーム式からなる群より選ばれるいずれか一つの方式のものであることを特徴としている。
【００２１】
スパッタリング装置には、カルーセル式、インライン式、インターバック式、リターンバック式、平行平板式、対向式、プラネタリ式、公転ドーム式などの種々の方式を採用したスパッタリング装置があるが、本発明はこれらのいずれのスパッタリング装置にも適用することが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかるスパッタリング装置の成膜チャンバーの構成を模式的に示す図である。なお、図１において、基板搬送系ロボットや制御系電気図などについては、図示を省略している。
【００２３】
図１に示すように、成膜チャンバー１０の内部には、ターゲット１、ターゲット１を保持する保持機構とターゲット１の磁界や温度を制御する機構とを備えたターゲット保持・制御部２、ターゲット保持・制御部２に取り付けられたシールド板３、薄膜を形成すべき対象である基板４、基板４を保持する基板ホルダー５、基板ホルダー５が取り付けられ、基板４を保持しながら回転するステージ６、補正板７などが配設されており、成膜チャンバー１０には、さらに基板搬送系ロボット（図示せず）の搬送口８が設けられている。
【００２４】
そして、この実施形態においては、上述のターゲット保持・制御部２、シールド板３、基板ホルダー５、ステージ６、及び補正板７の主要部に、目開きが５０〜１０００メッシュで、厚みが２０〜３００μmのメッシュスクリーン９が取り付けられている。
【００２５】
なお、成膜チャンバー１０の内部には、上述のように、種々の部材及び機器が収納され、かつ、図１には示されていないプラズマ状態を制御するための計器類なども取り付けられているが、この実施形態で用いられているメッシュスクリーン９は、伸縮性、変形性に富んでおり、折り曲げ加工も簡単であることから、成膜チャンバー１０内の複雑な形状に対応して、所望の形状に変形させることにより、容易に成膜チャンバー１０内の所定の位置に配設することが可能である。
【００２６】
また、メッシュスクリーンの成膜チャンバ内壁への固定、装着作業は、金属製のクリーンクリップなどを用いて容易に行うことが可能である。
【００２７】
次に、上述のように構成されたこの実施形態のスパッタリング装置を用いて、基板４の表面に薄膜（薄膜電極）を形成する方法について説明する。
▲１▼まず、成膜チャンバー１０内の真空圧力及び温度を所定の条件に制御した後、基板４を基板搬送系ロボットにより搬送して、搬送口８から成膜チャンバー１０内に導入し、ステージ６上の所定の位置に載置する。
▲２▼それから、搬送口８を閉じ、ステージ６を所定の回転数で回転させ、圧力と温度を再度確認した後、Ａｒなどの不活性ガスを成膜チャンバー１０内に封入する。
▲３▼そして、圧力が所定の真空度に到達した後、ターゲット１と基板４の間に高周波電圧を印加する。これにより、電界によってイオン化した不活性ガスの陽イオンが、ターゲット１の表面に衝突し、スパッタ原子がターゲット１から飛び出し、基板４の表面に飛来して付着する。
【００２８】
このとき、スパッタ原子はガス分子と衝突して散乱するため、メッシュスクリーン９が配設されていなければ、ターゲット保持・制御部２、シールド板３、基板ホルダー５、ステージ６、及び補正板７などの表面にスパッタ原子が堆積、付着するとともに、付着した膜の内部応力が大きな場合には、ターゲット保持・制御部２、シールド板３、基板ホルダー５、ステージ６、及び補正板７などが変形し、基板４の表面に形成される薄膜の厚み分布や膜質分布を悪化させ、後工程でのデバイス特性に悪影響を及ぼすことになるが、この実施形態においては、ターゲット保持・制御部２、シールド板３、基板ホルダー５、ステージ６、及び補正板７などの表面の主要部を覆うように、メッシュスクリーン９を配設しているので、ターゲット保持・制御部２、シールド板３、基板ホルダー５、ステージ６、及び補正板７などの部材及び機器の表面にスパッタ原子が堆積、付着して変形することを抑制、防止することが可能になり、基板４の表面に形成される薄膜の厚み分布や膜質分布を悪化させることを確実に防止することが可能になる。
【００２９】
したがって、従来のスパッタリング装置を用いた場合には必要であった、堆積、付着した膜を取り除くための作業、すなわち、ハンマーで堆積、付着した膜をたたき落としたり、場合によっては、ターゲット保持・制御部、シールド板、基板ホルダー、ステージ、及び補正板などの部材及び機器を定期的に取り外し、脱膜させるなどの作業が不要になり、生産効率を向上させることができる。
【００３０】
なお、表１に、メッシュスクリーン９を配設していない従来のスパッタリング装置を用い、Ｔａをターゲットとして、単結晶の水晶基板に薄膜を形成した場合における、薄膜の内部応力、膜質、及び基板ホルダーなどの部材及び機器の変形の状態（表１では「基板ホルダーなどの変形の状態」と表示）と、Ａｒガスの圧力との関係を示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
表１より、メッシュスクリーン９を配設していない従来のスパッタリング装置を用いてＴａ薄膜を成膜した場合、Ａｒガスの圧力を上昇させると薄膜の内部応力は小さくなるが、膜質が低下するため、良好なデバイス特性が得ることができないこと、Ａｒガスの圧力を低下させると良好な膜質が得られるようになるが、薄膜の堆積によって、基板ホルダーなどの部材及び機器の変形が大きくなるとともに、薄膜の内部応力が大きくなることがわかる。
【００３３】
また、表２に、メッシュスクリーンを配設した、本発明の実施形態にかかるスパッタリング装置を用い、Ｔａをターゲットとして、単結晶の水晶基板に薄膜を形成した場合における、薄膜の内部応力、膜質、及び基板ホルダーなどの部材及び機器の変形の状態（表２では「基板ホルダーなどの変形の状態」と表示）と、Ａｒガスの圧力との関係を示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
表２より、成膜チャンバー内にメッシュスクリーンを配設したスパッタリング装置を用いてＴａ薄膜を成膜した場合、Ａｒガスの圧力を低下させて良好な膜質が得られるようにした場合にも、薄膜の堆積、付着による基板ホルダーなどの部材及び機器の変形を抑制することが可能になるとともに、薄膜の内部応力が増大することを抑制することが可能になることがわかる。
【００３６】
また、表３に、本発明において用いることが可能なメッシュスクリーンの例を示す。
【００３７】
【表３】
【００３８】
なお、表３には、メッシュ数が２００〜４００メッシュ，材質がＳＵＳ、開口率が４１〜６０％、厚み４５〜９０μm、伸長度が５．３〜１７．６％のものを示しているが、メッシュ数が５０〜１０００メッシュ、厚みが２０〜３００μm、開口率が２０〜７０％、伸長度が５．０％以上の要件を満たすものであれば、好適に使用することが可能である。
【００３９】
但し、５０メッシュより粗いものは、メッシュの厚みが３００μmを超えるため、折り曲げ加工などの加工性に劣り、また、１０００メッシュを超えるものは容易に入手することができず、価格も高くなるため、あまり好ましくない。
【００４０】
また、メッシュスクリーンの伸長度は、幅４０mm、長さ２００mmのテストピースを作製し、長さ方向の各々両端部５０mmを引張試験機（島津製作所 オートグラフ）を用いて所定の力で両方から引っ張ったときの、破断点から求めることができる。
【００４１】
また、表４に、(ａ)従来のメッシュスクリーンを取り付けていないスパッタリング装置、(ｂ)市販の防着板を取り付けたスパッタリング装置、及び(ｃ)本発明のメッシュスクリーンを取り付けたスパッタリング装置をそれぞれ用いた場合における、運転時間と膜厚分布のばらつきの関係を示す。
【００４２】
【表４】
【００４３】
表４に示すように、(ａ)のメッシュスクリーンを取り付けていないスパッタリング装置（従来のスパッタリング装置）を用いた場合、運転時間の経過とともに基板ホルダーが徐々に変形し、４８０時間の連続運転で、膜厚分布のばらつきが２．７％に増大し、(ｂ)の市販の防着板を取り付けたスパッタリング装置を用いた場合には、４８０時間の連続運転で、膜厚分布のばらつきが１．６％に増大したが、(ｃ)の本発明のメッシュスクリーンを取り付けたスパッタリング装置を用いた場合には、４８０時間連続運転しても、膜厚分布が影響を受けないことが確認された。
【００４４】
なお、本発明は、カルーセル式、インライン式、インターバック式、リターンバック式、平行平板式、対向式、プラネタリ式、公転ドーム式などの種々の方式を採用したスパッタリング装置に広く適用することが可能である。
【００４５】
なお、本発明はさらにその他の点においても上記の実施形態に限定されるものではなく、薄膜材料の種類、成膜の具体的な条件、メッシュスクリーンの具体的な形状や構成材料、成膜チャンバーの具体的な形状、成膜チャンバー内に収容されている部材及び機器の種類などに関し、発明の要旨の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように、本発明（請求項１）のスパッタリング装置は、成膜チャンバー内に収容されている部材及び機器の少なくとも一部に、目開きが５０〜１０００メッシュで、伸長度が５．０％以上のメッシュスクリーンを取り付けるようにしているので、メッシュスクリーンが薄膜成分の付着を抑制する防着材として機能するとともに、応力緩和材として機能し、メッシュスクリーンが取り付けられた部材及び機器（成膜チャンバー内に配設された基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部、補正板など）の変形を抑制して、形成される薄膜の膜厚分布のばらつきや膜質の低下を防止することができる。
【００４７】
成膜チャンバーには、一般に、基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部及び補正板などが収容されていることが多いが、請求項２のように、少なくともこれらの一部にメッシュスクリーンを取り付けるようにした場合、メッシュスクリーンが取り付けられた部材及び機器の変形を抑制して、形成される薄膜の膜厚分布のばらつきや膜質の低下を防止することができる。
【００４８】
また、請求項３のように、メッシュスクリーンとして、開口率２０〜７０％、厚み２０〜３００μmの要件を満たすメッシュスクリーンを用いるようにした場合、上記要件を満たすメッシュスクリーンが伸縮性に富んでおり、折り曲げ加工も簡単であることから、成膜チャンバー内の複雑な形状に対応して、所望の形状に変形させることが可能で、容易に成膜チャンバー内に配設された所望の部材及び機器へ取り付けることができるとともに、堆積、付着した膜の内部応力を十分に緩和することが可能になり、本発明を実効あらしめることができる。
【００４９】
また、本発明において、メッシュスクリーンを構成する材料に特別の制約はないが、請求項４のように、ステンレス、銅、鉄、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも一種を用いることにより、内部応力を効率よく緩和することが可能で、しかも、成膜チャンバー内に配設された部材及び機器への取り付けが容易なメッシュスクリーンを得ることが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。
【００５０】
なお、スパッタリング装置には、カルーセル式、インライン式、インターバック式、リターンバック式、平行平板式、対向式、プラネタリ式、公転ドーム式などの種々の方式を採用したスパッタリング装置があるが、請求項５のように、本発明はこれらのいずれのスパッタリング装置にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるスパッタリング装置の成膜チャンバーの構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ ターゲット
２ ターゲット保持・制御部
３ シールド板
４ 基板
５ 基板ホルダー
６ ステージ
７ 補正板
８ 搬送口
９ メッシュスクリーン
１０ 成膜チャンバー
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング装置に関し、詳しくは、真空中でターゲット材料と基板間に所定の電圧を印加し、Ａｒガスなどの不活性ガスを用いて、基板上に薄膜の成膜を行うスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
電子機器の高周波化に伴い、それに用いられる電子デバイスについても、高周波化が急速に進んでいる。
そして、高周波化の技術的進展に伴って、各電子デバイスにはこれまで以上に、微細配線形成技術や高耐電力化技術が求められるようになっている。
【０００３】
ところで、これらの電子デバイスにおいては、例えば、共振モードや各周波数帯などの条件によって、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗなどの密度の大きな金属材料からなる電極が用いられるようになっている。
【０００４】
しかし、スパッタリング装置を用いて、これらの金属材料から薄膜電極を形成しようとした場合、形成される膜（薄膜電極）の内部応力が大きいため、これらの薄膜成分が成膜チャンバー内の基板ホルダー、ステージ、シールド板、補正板などの部材及び機器に堆積、付着すると、その膜の内部応力により、これらの部材及び機器が変形し、膜厚分布のばらつきや膜質の低下を引き起こし、得られる製品の特性（デバイス特性）に悪影響を及ぼすという問題点がある。
【０００５】
かかる問題点を解決する方法として、真空容器（成膜チャンバー）の内側に金属製の防着板を配設するとともに、その内側にさらに金属製のメッシュ板を取り付けるようにした真空成膜装置が提案されている（従来技術としては、特開平１１−６０４９号）。
【０００６】
しかしながら、近年のスパッタリング装置の成膜チャンバー内には、プラズマコントローラ、温度センサー、膜厚センサーなどの計器類が収容されており、構造が複雑になっているため、金属製の防着板及びメッシュ板を、十分な防着機能を果たすような態様で、所定の位置に装着することは容易でないのが実情である。
【０００７】
また、真空容器（成膜チャンバー）の内側に金属製の防着板及びメッシュ板を装着するためには、計器類を一旦取り外すことが必要となるため、装着に時間がかかり生産効率の低下を招くという問題点がある。
【０００８】
また、通常の金属メッシュ板は、その伸縮量が小さく、膜応力を緩和する性能が大きくないため、電子デバイスへの薄膜作製用スパッタリング装置の成膜チャンバー内に配設された基板ホルダー、ステージ、シールド板、補正板などに取り付けた場合にも、膜応力の緩和に関して十分な効果を得ることは困難である。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、スパッタリング装置の成膜チャンバー内に配設された基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部、補正板などの部材及び機器の表面に堆積、付着した膜の内部応力に起因する、上記部材及び機器の変形を抑制して、形成される薄膜の膜厚分布のばらつきや膜質の低下などの発生を防止することが可能で、高品質で信頼性の高い電子デバイスを得ることが可能なスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明（請求項１）のスパッタリング装置は、
スパッタリング装置の成膜チャンバー内に収容されている部材及び機器の少なくとも一部に、
目開きが５０〜１０００メッシュで、伸長度が５．０％以上のメッシュスクリーンを取り付けたこと
を特徴としている。
【００１１】
成膜チャンバー内に収容されている部材及び機器の少なくとも一部に、目開きが５０〜１０００メッシュで、伸長度が５．０％以上のメッシュスクリーンを取り付けることにより、メッシュスクリーンが薄膜成分の付着を抑制する防着材として機能するとともに、応力緩和材として機能し、メッシュスクリーンが取り付けられた部材及び機器（成膜チャンバー内に配設された基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部及び補正板など）の変形を抑制して、形成される薄膜の膜厚分布のばらつきや膜質の低下を防止することが可能になる。
【００１２】
なお、本発明において、メッシュスクリーンとは、たて、よこの線材が織り込まれた構造を有するメッシュ材料からなるスクリーン状の部材を意味する概念である。
また、本発明において用いられている、目開きが５０〜１０００メッシュの範囲にあるメッシュスクリーンは、厚膜技術を用いた電子部品の配線印刷形成などに広く用いられており、入手が容易で、しかも比較的低コストである。
【００１３】
また、請求項２のスパッタリング装置は、前記成膜チャンバー内に収容されている主たる部材及び機器が、基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部及び補正板からなる群より選ばれる少なくとも一つであることを特徴としている。
【００１４】
成膜チャンバーには、一般に、基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部及び補正板などが収容されていることが多いが、少なくともこれらの一部にメッシュスクリーンを取り付けることにより、メッシュスクリーンが取り付けられた部材及び機器の変形を抑制して、形成される薄膜の膜厚分布のばらつきや膜質の低下を防止することが可能になる。
【００１５】
また、請求項３のスパッタリング装置は、前記メッシュスクリーンとして、開口率２０〜７０％、厚み２０〜３００μmの要件を満たすメッシュスクリーンを用いることを特徴としている。
【００１６】
開口率が２０〜７０％、厚みが２０〜３００μmの要件を満たすメッシュスクリーンは、伸縮性に富んでおり、折り曲げ加工も簡単であることから、成膜チャンバー内の複雑な形状に対応して、所望の形状に変形させることが可能で、容易に成膜チャンバー内に配設された所望の部材及び機器へ取り付けることができるとともに、堆積、付着した膜の内部応力を十分に緩和することが可能になり、本発明を実効あらしめることができる。
【００１７】
すなわち、開口率が２０〜７０％のメッシュスクリーンは伸縮性に富むため、応力緩和材として有効に機能し、かつ、厚みが２０〜３００μm程度のメッシュスクリーンは加工性に優れているため、複雑な成膜チャンバー内部に対しても、フレキシブルに加工することが可能で、金属製のクリーンクリップなどにより容易かつ確実に装着することができる。
【００１８】
また、請求項４のスパッタリング装置は、前記メッシュスクリーンを構成する材料が、ステンレス、銅、鉄、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴としている。
【００１９】
本発明において、メッシュスクリーンを構成する材料に特別の制約はないが、ステンレス、銅、鉄、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも一種を用いることにより、内部応力を効率よく緩和することが可能で、しかも、成膜チャンバー内に配設された部材及び機器への取り付けが容易なメッシュスクリーンを得ることが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることが可能になる。
【００２０】
また、請求項５のスパッタリング装置は、前記スパッタリング装置が、カルーセル式、インライン式、インターバック式、リターンバック式、平行平板式、対向式、プラネタリ式、公転ドーム式からなる群より選ばれるいずれか一つの方式のものであることを特徴としている。
【００２１】
スパッタリング装置には、カルーセル式、インライン式、インターバック式、リターンバック式、平行平板式、対向式、プラネタリ式、公転ドーム式などの種々の方式を採用したスパッタリング装置があるが、本発明はこれらのいずれのスパッタリング装置にも適用することが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかるスパッタリング装置の成膜チャンバーの構成を模式的に示す図である。なお、図１において、基板搬送系ロボットや制御系電気図などについては、図示を省略している。
【００２３】
図１に示すように、成膜チャンバー１０の内部には、ターゲット１、ターゲット１を保持する保持機構とターゲット１の磁界や温度を制御する機構とを備えたターゲット保持・制御部２、ターゲット保持・制御部２に取り付けられたシールド板３、薄膜を形成すべき対象である基板４、基板４を保持する基板ホルダー５、基板ホルダー５が取り付けられ、基板４を保持しながら回転するステージ６、補正板７などが配設されており、成膜チャンバー１０には、さらに基板搬送系ロボット（図示せず）の搬送口８が設けられている。
【００２４】
そして、この実施形態においては、上述のターゲット保持・制御部２、シールド板３、基板ホルダー５、ステージ６、及び補正板７の主要部に、目開きが５０〜１０００メッシュで、厚みが２０〜３００μmのメッシュスクリーン９が取り付けられている。
【００２５】
なお、成膜チャンバー１０の内部には、上述のように、種々の部材及び機器が収納され、かつ、図１には示されていないプラズマ状態を制御するための計器類なども取り付けられているが、この実施形態で用いられているメッシュスクリーン９は、伸縮性、変形性に富んでおり、折り曲げ加工も簡単であることから、成膜チャンバー１０内の複雑な形状に対応して、所望の形状に変形させることにより、容易に成膜チャンバー１０内の所定の位置に配設することが可能である。
【００２６】
また、メッシュスクリーンの成膜チャンバ内壁への固定、装着作業は、金属製のクリーンクリップなどを用いて容易に行うことが可能である。
【００２７】
次に、上述のように構成されたこの実施形態のスパッタリング装置を用いて、基板４の表面に薄膜（薄膜電極）を形成する方法について説明する。
▲１▼まず、成膜チャンバー１０内の真空圧力及び温度を所定の条件に制御した後、基板４を基板搬送系ロボットにより搬送して、搬送口８から成膜チャンバー１０内に導入し、ステージ６上の所定の位置に載置する。
▲２▼それから、搬送口８を閉じ、ステージ６を所定の回転数で回転させ、圧力と温度を再度確認した後、Ａｒなどの不活性ガスを成膜チャンバー１０内に封入する。
▲３▼そして、圧力が所定の真空度に到達した後、ターゲット１と基板４の間に高周波電圧を印加する。これにより、電界によってイオン化した不活性ガスの陽イオンが、ターゲット１の表面に衝突し、スパッタ原子がターゲット１から飛び出し、基板４の表面に飛来して付着する。
【００２８】
このとき、スパッタ原子はガス分子と衝突して散乱するため、メッシュスクリーン９が配設されていなければ、ターゲット保持・制御部２、シールド板３、基板ホルダー５、ステージ６、及び補正板７などの表面にスパッタ原子が堆積、付着するとともに、付着した膜の内部応力が大きな場合には、ターゲット保持・制御部２、シールド板３、基板ホルダー５、ステージ６、及び補正板７などが変形し、基板４の表面に形成される薄膜の厚み分布や膜質分布を悪化させ、後工程でのデバイス特性に悪影響を及ぼすことになるが、この実施形態においては、ターゲット保持・制御部２、シールド板３、基板ホルダー５、ステージ６、及び補正板７などの表面の主要部を覆うように、メッシュスクリーン９を配設しているので、ターゲット保持・制御部２、シールド板３、基板ホルダー５、ステージ６、及び補正板７などの部材及び機器の表面にスパッタ原子が堆積、付着して変形することを抑制、防止することが可能になり、基板４の表面に形成される薄膜の厚み分布や膜質分布を悪化させることを確実に防止することが可能になる。
【００２９】
したがって、従来のスパッタリング装置を用いた場合には必要であった、堆積、付着した膜を取り除くための作業、すなわち、ハンマーで堆積、付着した膜をたたき落としたり、場合によっては、ターゲット保持・制御部、シールド板、基板ホルダー、ステージ、及び補正板などの部材及び機器を定期的に取り外し、脱膜させるなどの作業が不要になり、生産効率を向上させることができる。
【００３０】
なお、表１に、メッシュスクリーン９を配設していない従来のスパッタリング装置を用い、Ｔａをターゲットとして、単結晶の水晶基板に薄膜を形成した場合における、薄膜の内部応力、膜質、及び基板ホルダーなどの部材及び機器の変形の状態（表１では「基板ホルダーなどの変形の状態」と表示）と、Ａｒガスの圧力との関係を示す。
【００３１】
【表１】
表１より、メッシュスクリーン９を配設していない従来のスパッタリング装置を用いてＴａ薄膜を成膜した場合、Ａｒガスの圧力を上昇させると薄膜の内部応力は小さくなるが、膜質が低下するため、良好なデバイス特性が得ることができないこと、Ａｒガスの圧力を低下させると良好な膜質が得られるようになるが、薄膜の堆積によって、基板ホルダーなどの部材及び機器の変形が大きくなるとともに、薄膜の内部応力が大きくなることがわかる。
【００３３】
また、表２に、メッシュスクリーンを配設した、本発明の実施形態にかかるスパッタリング装置を用い、Ｔａをターゲットとして、単結晶の水晶基板に薄膜を形成した場合における、薄膜の内部応力、膜質、及び基板ホルダーなどの部材及び機器の変形の状態（表２では「基板ホルダーなどの変形の状態」と表示）と、Ａｒガスの圧力との関係を示す。
【００３４】
【表２】
表２より、成膜チャンバー内にメッシュスクリーンを配設したスパッタリング装置を用いてＴａ薄膜を成膜した場合、Ａｒガスの圧力を低下させて良好な膜質が得られるようにした場合にも、薄膜の堆積、付着による基板ホルダーなどの部材及び機器の変形を抑制することが可能になるとともに、薄膜の内部応力が増大することを抑制することが可能になることがわかる。
【００３６】
また、表３に、本発明において用いることが可能なメッシュスクリーンの例を示す。
【００３７】
【表３】
なお、表３には、メッシュ数が２００〜４００メッシュ，材質がＳＵＳ、開口率が４１〜６０％、厚み４５〜９０μm、伸長度が５．３〜１７．６％のものを示しているが、メッシュ数が５０〜１０００メッシュ、厚みが２０〜３００μm、開口率が２０〜７０％、伸長度が５．０％以上の要件を満たすものであれば、好適に使用することが可能である。
【００３９】
但し、５０メッシュより粗いものは、メッシュの厚みが３００μmを超えるため、折り曲げ加工などの加工性に劣り、また、１０００メッシュを超えるものは容易に入手することができず、価格も高くなるため、あまり好ましくない。
【００４０】
また、メッシュスクリーンの伸長度は、幅４０mm、長さ２００mmのテストピースを作製し、長さ方向の各々両端部５０mmを引張試験機（島津製作所 オートグラフ）を用いて所定の力で両方から引っ張ったときの、破断点から求めることができる。
【００４１】
また、表４に、(ａ)従来のメッシュスクリーンを取り付けていないスパッタリング装置、(ｂ)市販の防着板を取り付けたスパッタリング装置、及び(ｃ)本発明のメッシュスクリーンを取り付けたスパッタリング装置をそれぞれ用いた場合における、運転時間と膜厚分布のばらつきの関係を示す。
【００４２】
【表４】
表４に示すように、(ａ)のメッシュスクリーンを取り付けていないスパッタリング装置（従来のスパッタリング装置）を用いた場合、運転時間の経過とともに基板ホルダーが徐々に変形し、４８０時間の連続運転で、膜厚分布のばらつきが２．７％に増大し、(ｂ)の市販の防着板を取り付けたスパッタリング装置を用いた場合には、４８０時間の連続運転で、膜厚分布のばらつきが１．６％に増大したが、(ｃ)の本発明のメッシュスクリーンを取り付けたスパッタリング装置を用いた場合には、４８０時間連続運転しても、膜厚分布が影響を受けないことが確認された。
【００４４】
なお、本発明は、カルーセル式、インライン式、インターバック式、リターンバック式、平行平板式、対向式、プラネタリ式、公転ドーム式などの種々の方式を採用したスパッタリング装置に広く適用することが可能である。
【００４５】
なお、本発明はさらにその他の点においても上記の実施形態に限定されるものではなく、薄膜材料の種類、成膜の具体的な条件、メッシュスクリーンの具体的な形状や構成材料、成膜チャンバーの具体的な形状、成膜チャンバー内に収容されている部材及び機器の種類などに関し、発明の要旨の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように、本発明（請求項１）のスパッタリング装置は、成膜チャンバー内に収容されている部材及び機器の少なくとも一部に、目開きが５０〜１０００メッシュで、伸長度が５．０％以上のメッシュスクリーンを取り付けるようにしているので、メッシュスクリーンが薄膜成分の付着を抑制する防着材として機能するとともに、応力緩和材として機能し、メッシュスクリーンが取り付けられた部材及び機器（成膜チャンバー内に配設された基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部、補正板など）の変形を抑制して、形成される薄膜の膜厚分布のばらつきや膜質の低下を防止することができる。
【００４７】
成膜チャンバーには、一般に、基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部及び補正板などが収容されていることが多いが、請求項２のように、少なくともこれらの一部にメッシュスクリーンを取り付けるようにした場合、メッシュスクリーンが取り付けられた部材及び機器の変形を抑制して、形成される薄膜の膜厚分布のばらつきや膜質の低下を防止することができる。
【００４８】
また、請求項３のように、メッシュスクリーンとして、開口率２０〜７０％、厚み２０〜３００μmの要件を満たすメッシュスクリーンを用いるようにした場合、上記要件を満たすメッシュスクリーンが伸縮性に富んでおり、折り曲げ加工も簡単であることから、成膜チャンバー内の複雑な形状に対応して、所望の形状に変形させることが可能で、容易に成膜チャンバー内に配設された所望の部材及び機器へ取り付けることができるとともに、堆積、付着した膜の内部応力を十分に緩和することが可能になり、本発明を実効あらしめることができる。
【００４９】
また、本発明において、メッシュスクリーンを構成する材料に特別の制約はないが、請求項４のように、ステンレス、銅、鉄、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも一種を用いることにより、内部応力を効率よく緩和することが可能で、しかも、成膜チャンバー内に配設された部材及び機器への取り付けが容易なメッシュスクリーンを得ることが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。
【００５０】
なお、スパッタリング装置には、カルーセル式、インライン式、インターバック式、リターンバック式、平行平板式、対向式、プラネタリ式、公転ドーム式などの種々の方式を採用したスパッタリング装置があるが、請求項５のように、本発明はこれらのいずれのスパッタリング装置にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるスパッタリング装置の成膜チャンバーの構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ ターゲット
２ ターゲット保持・制御部
３ シールド板
４ 基板
５ 基板ホルダー
６ ステージ
７ 補正板
８ 搬送口
９ メッシュスクリーン
１０ 成膜チャンバー
Claims (5)
- スパッタリング装置の成膜チャンバー内に収容されている部材及び機器の少なくとも一部に、
目開きが５０〜１０００メッシュで、伸長度が５．０％以上のメッシュスクリーンを取り付けたこと
を特徴とするスパッタリング装置。 - 前記成膜チャンバー内に収容されている主たる部材及び機器が、基板ホルダー、ステージ、シールド板、ターゲット保持・制御部及び補正板からなる群より選ばれる少なくとも一つであ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。
- 前記メッシュスクリーンとして、開口率２０〜７０％、厚み２０〜３００μmの要件を満たすメッシュスクリーンを用いることを特徴とする請求項１又は２記載のスパッタリング装置
- 前記メッシュスクリーンを構成する材料が、ステンレス、銅、鉄、及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパッタリング装置
- 前記スパッタリング装置が、カルーセル式、インライン式、インターバック式、リターンバック式、平行平板式、対向式、プラネタリ式、公転ドーム式からなる群より選ばれるいずれか一つの方式のものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスパッタリング装置。
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