JP2010100870A - スパッタリング装置及び膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置設計や部材配置の煩雑さを回避することができ、量産性に優れたスパッタリング装置及び膜形成方法を提供する。
【解決手段】基板Ｗを収容可能に設けられ、前記基板Ｗを成膜する成膜室２と、対向配置されスパッタ粒子５Ｐを発生可能な一対のターゲットを有し、前記一対のターゲットから生じる前記スパッタ粒子を前記基板側へ向けて放出するスパッタ粒子放出部３と、前記基板Ｗと前記スパッタ粒子放出部３との間に設けられ、前記スパッタ粒子を選択的に通過させるスリット開口Ｓを有するスリット部材と、前記基板Ｗが前記スリット開口Ｓ上を通過するように前記成膜室内の前記基板Ｗを所定方向に搬送する搬送機構と、前記スリット開口Ｓ上において、前記基板Ｗを移動させる基板移動モードと前記基板Ｗの移動を停止させる基板停止モードとを交互に繰り返すように前記搬送装置に前記基板Ｗを搬送させる制御部とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、スパッタリング装置及び膜形成方法に関する。

液晶プロジェクタ等の投射型表示装置の光変調手段として用いられる液晶装置は、一対の基板間の周縁部にシール材が配設され、その中央部に液晶層が封止されて構成されている。その一対の基板の内面側には液晶層に電圧を印加する電極が形成され、これら電極の内面側には非選択電圧印加時において液晶分子の配向を制御する配向膜が形成されている。このような構成によって液晶装置は、非選択電圧印加時と選択電圧印加時との液晶分子の配向変化に基づいて光源光を変調し、表示画像を形成するようになっている。

ところで、前述した配向膜としては、側鎖アルキル基を付加したポリイミド等からなる高分子膜の表面に、ラビング処理を施したものが一般に用いられている。しかし、このようなラビング法は簡便であるものの、物理的にポリイミド膜をこすることでポリイミド膜に対して配向特性を付与するために、種々の不都合が指摘されている。

具体的には、（１）配向性の均一さを確保することが困難であること、（２）ラビング処理時の筋跡が残り易いこと、（３）配向方向の制御およびプレチルト角の選択的な制御が可能ではなく、また広視野角を得るために用いられるマルチドメインを使用した液晶パネルには適さないこと、（４）ガラス基板からの静電気による薄膜トランジスタ素子の破壊や、配向膜の破壊が生じ、歩留まりを低下させること、（５）ラビング布からのダスト発生による表示不良が発生しがちであること、などである。

また、このような有機物からなる配向膜では、液晶プロジェクタのような高出力光源を備えた機器に用いた場合、光エネルギーにより有機物がダメージを受けて配向不良を生じてしまう。特に、プロジェクタの小型化および高輝度化を図った場合には、液晶パネルに入射する単位面積あたりのエネルギーが増加し、入射光の吸収によりポリイミドそのものが分解し、また、光を吸収したことによる発熱でさらにその分解が加速される。その結果、配向膜に多大なダメージが付加され、機器の表示特性が低下してしまう。

そこで、このような不都合を解消するため、対向配置されるターゲットから放出されるスパッタ粒子を１方向から斜めに基板に入射させるようにスパッタリングを実施することにより、基板に対して斜め方向に結晶成長した複数の柱状構造を有する無機配向膜を形成する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

対向ターゲット型のスパッタ装置において、より信頼性の高い無機配向膜を形成できる手法の提供が望まれている。無機配向膜の信頼性を向上させるには、基板に対するスパッタ粒子の入射角度の制御性を高めることが重要とされる。従来の装置においては、スパッタリングを実施する度に、スパッタ粒子の入射角度を調整するための装置設計やターゲットなどの部材の配置を精緻に行うようにしていた。
特開２００７−２８６４０１号公報

しかしながら、上記の装置設計及び部材配置は極めて煩雑であり、作業時間を要するものであったため、量産性の向上の面で不具合が生じる虞があった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、装置設計や部材配置の煩雑さを回避することができ、量産性に優れたスパッタリング装置及び膜形成方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るスパッタリング装置は、基板を収容可能に設けられ、前記基板を成膜する成膜室と、対向配置されスパッタ粒子を発生可能な一対のターゲットを有し、前記一対のターゲットから生じる前記スパッタ粒子を前記基板側へ向けて放出するスパッタ粒子放出部と、前記基板と前記スパッタ粒子放出部との間に設けられ、前記スパッタ粒子を選択的に通過させるスリット開口を有するスリット部材と、前記基板が前記スリット開口上を通過するように前記成膜室内の前記基板を所定方向に搬送する搬送機構と、前記スリット開口上において、前記基板を移動させる基板移動モードと前記基板の移動を停止させる基板停止モードとを交互に繰り返すように前記搬送装置に前記基板を搬送させる制御部とを備えることを特徴とする。

本発明では、スリット開口によって成膜に寄与するスパッタ粒子が選択されるため、基板を停止させて成膜する場合、基板上には所定値のプレチルト角を有する膜が形成されることとなる。これに加えて、基板を移動させて成膜することにより、膜のプレチルト角は所定値よりも大きくすることができる。

このようなスリット開口を備える場合において、基板がスリット開口上を通過する際、基板の移動と基板の停止とを繰り返しながら基板を搬送させつつ成膜することにより、膜のプレチルト角を所定値以上の範囲で所望の値に制御することができる。このように、装置設計や部材配置を変更したりすることなくプレチルト角を制御することができるため、設計等の煩雑さを回避することができ、量産性に優れたスパッタリング装置を得ることができる。

上記のスパッタリング装置において、前記制御部は、それぞれの前記基板移動モードについて、一枚の前記基板を処理する際の毎回の移動時間が同一になるように前記基板を搬送させることを特徴とする。
本発明によれば、それぞれの基板移動モードについて、一枚の基板を処理する際の毎回の移動時間を同一にするので、基板移動中に形成される膜のプレチルト角のバラつきを防ぐことができる。これにより、膜質を向上させることができる。

上記のスパッタリング装置において、前記制御部は、それぞれの前記基板移動モードについて、一枚の前記基板を処理する際の毎回の移動速度が同一となるように前記基板を搬送させることを特徴とする。
本発明によれば、それぞれの基板移動モードについて、一枚の基板を処理する際の毎回の移動速度を同一とするので、基板移動中に形成される膜のプレチルト角のバラつきを防ぐことができる。これにより、膜質を向上させることができる。

上記のスパッタリング装置において、前記制御部は、それぞれの前記基板停止モードについて、一枚の前記基板を処理する際の毎回の停止時間が同一になるように前記基板の移動を停止させることを特徴とする。
本発明によれば、それぞれの基板停止モードについて、一枚の基板を処理する際の毎回の停止時間を同一とするので、基板停止中に形成される膜のプレチルト角のバラつきを防ぐことができる。これにより、膜質を向上させることができる。

上記のスパッタリング装置において、前記制御部は、前記スリット開口の寸法に応じて、前記基板の移動時間、前記基板の移動速度及び前記基板の停止時間のうち少なくとも１つを調節することを特徴とする。
本発明によれば、スリット開口の寸法に応じて基板の移動時間、移動速度、停止時間のうち少なくとも１つを調節するので、スリット開口の寸法が異なる場合であっても、形成される膜のプレチルト角を所望の値に調節することができる。これにより、適用範囲の広いスパッタリング装置を得ることができる。

本発明に係る膜形成方法は、スパッタリング装置によって基板に膜を形成する膜形成方法であって、前記スパッタリング装置は、基板を収容可能に設けられ、前記基板を成膜する成膜室と、対向配置されスパッタ粒子を発生可能な一対のターゲットを有し、前記一対のターゲットから生じる前記スパッタ粒子を前記基板側へ向けて放出するスパッタ粒子放出部と、前記基板と前記スパッタ粒子放出部との間に設けられ、前記スパッタ粒子を選択的に通過させるスリット開口上を有するスリット部材と、前記基板が前記スリット開口上を通過するように前記成膜室内の前記基板を所定方向に搬送する搬送機構とを備え、前記スリット開口上において、前記基板を移動させる基板移動モードと前記基板の移動を停止させる基板停止モードとを交互に繰り返すように前記基板を搬送することを特徴とする。

本発明によれば、基板の移動と基板の停止とを繰り返しながら基板を搬送させつつ成膜することにより、膜のプレチルト角を所定値以上の範囲で所望の値に制御することができる。このように、装置設計や部材配置を変更したりすることなくプレチルト角を制御することができるため、設計等の煩雑さを回避することができ、量産性に優れたスパッタリング装置を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。なお、以下の図面においては、成膜室内での基板の搬送方向をＸ方向、基板の厚さ方向をＺ方向、ＸＺ方向にそれぞれに直交する方向をＹ方向、ターゲットの厚さ方向をＺａ方向、スパッタ粒子の放出方向をＸａ方向とした。

（スパッタリング装置、及び液晶装置の製造装置）
図１（ａ）は本発明のスパッタリング装置（以下、スパッタ装置と称す）の一実施形態に係る概略構成を示す図であり、図１（ｂ）はスパッタ装置を−Ｚａ方向に観察した側面構成図である。

図１（ａ）に示すように、スパッタ装置１は、本発明の液晶装置の製造装置を構成し、液晶装置の構成部材となる基板Ｗ上にスパッタ法により無機配向膜を成膜するものである。スパッタ装置１は、基板Ｗを収容する真空チャンバーである成膜室２と、前記基板Ｗの表面にスパッタ粒子を放出することにより無機材料からなる配向膜を形成するスパッタ粒子放出部３とを備えている。

スパッタ粒子放出部３は、そのプラズマ生成領域に放電用のアルゴンガスを流通させる第１のガス供給手段２１を備えており、成膜室２は、内部に収容された基板Ｗ上に飛来する配向膜材料と反応して無機配向膜を形成する反応ガスとしての酸素ガスを供給する第２のガス供給手段２２を備えている。また、上記成膜室２には、その内部圧力を制御し、所望の真空度を得るための排気制御装置２０が配管２０ａを介して接続されている。

前記第２のガス供給手段２２は、接続部３Ｂに関して排気制御装置２０と反対側に接続されており、第２のガス供給手段２２から供給される酸素ガスは、成膜室２の＋Ｘ側から基板Ｗ上を経由して排気制御装置２０側へ図示−Ｘ方向に流通するようになっている。

また実際のスパッタ装置では、成膜室２の真空度を保持した状態での基板Ｗの搬入／搬出を可能とするロードロックチャンバーが、成膜室２のＸ軸方向外側に備えられている。
ロードロックチャンバーにも、これを独立して真空雰囲気に調整する排気制御装置が接続され、ロードロックチャンバーと成膜室２とは、チャンバー間を気密に閉塞するゲートバルブを介して接続されている。かかる構成により、成膜室２を大気に解放することなく基板Ｗの出し入れを行えるようになっている。

スパッタ装置１は、基板Ｗをその被処理面（成膜面）が水平（ＸＹ面に平行）になるようにして保持する基板ホルダ６を有している。この基板ホルダ６には、基板ホルダ６を図示略のロードロックチャンバー（図示せず）側からその反対側へ水平に搬送する搬送装置６ａが接続されている。搬送装置６ａによる基板Ｗの搬送方向は、図１においてＸ軸方向に平行であり、第１、第２のターゲット５ａ、５ｂの長さ方向（Ｙ軸方向）と直交する方向となっている。この搬送装置６ａは、基板Ｗを一定速度で搬送可能となっており、後述するようにスパッタ粒子放出部３から放出されるスパッタ粒子５Ｐにより基板Ｗ上に良質な無機配向膜を形成できるようになっている。搬送装置６ａは、制御装置ＣＯＮＴによってその搬送動作が制御されるようになっている。

スパッタ粒子放出部３は、対向配置される第１、第２のターゲット５ａ，５ｂを有する所謂、対向ターゲット型のスパッタ装置を構成するものである。また、スパッタ粒子放出部３は、箱型筐体部３Ａと、この箱型筐体部３Ａを成膜室２に取付けるための上記接続部３Ｂと、を備えている。接続部３Ｂは、箱形筐体部３Ａと成膜室２とを接続させるフランジなどにより構成されるものである。

図２は、図１（ａ）に示すスパッタ粒子放出部３の構成を示す図であり、図２（ａ）はスパッタ粒子放出部３を成膜室２側から見た平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＧ−Ｇ’矢視図である。

図１及び図２に示すように、第１電極９ａ及び第２電極９ｂは、それらの一端部（−Ｘａ側端部）に接続された側壁部材１９と、第１電極９ａ及び第２電極９ｂのＹ軸方向両端部にそれぞれ接続された側壁部材９ｃ、９ｄとともにスパッタ粒子放出部３の真空チャンバーとなる上記箱形筐体部３Ａを構成している。ただし、箱形筐体部３Ａを構成する第１電極９ａ、第２電極９ｂ、及び側壁部材（９ｃ、９ｄ、１９）は互いに絶縁された構造である。上記接続部は、その一端側が箱型筐体部３Ａに連通されるとともに、他端側が開口部３Ｂを介して成膜室２の内部と連通されている。これにより、箱形筐体部３Ａは、第１電極９ａ及び第２電極９ｂの側壁部材１９と反対側の端部から上記開口部３Ｂを介してスパッタ粒子５Ｐを成膜室２内に放出可能となっている。

第１のターゲット５ａは略平板状の第１電極９ａに装着され、第２のターゲット５ｂは略平板状の第２電極９ｂに装着されている。なお、上記電極９ａ、９ｂに支持された第１、第２のターゲット５ａ、５ｂは、基板Ｗ上に形成する無機配向膜の構成物質を含む材料、例えばシリコンからなるものとされる。また、第１、第２のターゲット５ａ、５ｂは、図示Ｙ方向に延びる細長い板状のものが用いられており（図２参照）、互いの対向面がほぼ平行になるように設置されている。

接続部３Ｂは、成膜室２内部に収容される基板Ｗの成膜面法線方向（図３中、破線Ｈ）に対し、スパッタ粒子放出部３内に保持されるターゲット５ａ，５ｂの面方向が所定の角度θをなすように形成されており、その一端側に接続される箱形筐体部３Ａを基板Ｗに対して所定の角度で斜めに向けて配置している。

すなわち、電極９ａ，９ｂに装着された第１、第２のターゲット５ａ，５ｂは、上述の接続部３Ｂにより基板Ｗに対して傾いた状態とされている。第１のターゲット５ａ（上部ターゲット）は基板Ｗ側（＋Ｚ方向）に配置され、第２のターゲット５ｂ（下部ターゲット）は第１のターゲット５ａに対して下部側（−Ｚ方向）に配置される。

このように本実施形態では、スパッタ粒子放出部３は、上記搬送装置６ａにより成膜室２内を第１のターゲット５ａ側から第２のターゲット５ｂ側（すなわち、＋Ｘ方向）に搬送される基板Ｗに対しスパッタ粒子５Ｐを放出して基板Ｗ上に無機配向膜を形成する。

より具体的には、ターゲット５ａ，５ｂは、上記所定角度θとして、基板Ｗの法線方向に対して１０°〜６０°傾けられた状態に保持されるのが好ましい。基板Ｗに対するターゲット５ａ，５ｂの傾斜角度を上記範囲内に設定することにより所望の無機配向膜を形成可能となっている。

また、上記第１電極９ａには直流電源又は高周波電源からなる電源４ａが接続され、第２電極９ｂには直流電源又は高周波電源からなる電源４ｂが接続されており、各電源４ａ、４ｂから供給される電力によりターゲット５ａ、５ｂが対向する空間（プラズマ生成領域）にプラズマＰｚを発生させるようになっている。

また、第１電極９ａのターゲット５ａと反対側にはターゲット５ａを冷却するための第１の冷却手段８ａが設けられており、第１の冷却手段８ａには。第１の冷媒循環手段１８ａが配管等を介して接続されている。また第２電極９ｂのターゲット５ｂと反対側には、ターゲット５ｂを冷却するための第２の冷却手段８ｂが設けられており、第２の冷却手段８ｂには、配管等を介して第２の冷媒循環手段１８ｂが接続されている。第１の冷却手段８ａは、図１（ｂ）に示すようにターゲット５ａとほぼ同一の平面寸法に形成されており、第１電極９ａを介してターゲット５ａと平面視で重なる位置に配設されている。また特に図示はしないが、第２の冷却手段８ｂについても同様にターゲット５ｂと平面視で重なる位置に配設されている。冷却手段８ａ、８ｂは内部に冷媒を流通させる冷媒流路を備えており、かかる冷媒流路に対して冷媒循環手段１８ａ、１８ｂから供給される冷媒を循環させることでターゲット５ａ、５ｂの冷却を行うようになっている。

図１（ａ）に示すように、ターゲット５ａ、５ｂに挟まれるプラズマ生成領域に対して成膜室２と反対側に配置された側壁部材１９には、上記第１のガス供給手段２１が接続されており、第１のガス供給手段２１から供給されるアルゴンガスは、側壁部材１９側からプラズマ生成領域（ターゲット対向領域）に流入し、接続部３Ｂを介して成膜室２内に流入するようになっている。そして、成膜室２に流入したアルゴンガスは、第２のガス供給手段２２から供給されて流通する酸素ガスと合流して排気制御装置２０側へ流れるようになっている。

また、図１（ｂ）に示すように、平面視矩形状の第１の冷却手段８ａを取り囲むようにして矩形枠状の永久磁石、電磁石、これらを組み合わせた磁石等からなる第１の磁界発生手段１６ａが配設されており、図１（ａ）に示す第２の冷却手段８ｂを取り囲む第２の磁界発生手段１６ｂも同様の形状である。

なお、冷却手段８ａ、８ｂは、導電部材により作製してそれぞれ第１電極９ａ、９ｂと電気的に接続してもよく、この場合には冷却手段８ａ、８ｂに対しそれぞれ電源４ａ、４ｂを電気的に接続することができる。また、第１電極９ａ、９ｂの内部に冷媒流路を形成することで第１電極９ａ、９ｂが冷却手段を兼ねる構成としてもよい。

図１，２に示すように、第１の磁界発生手段１６ａと第２の磁界発生手段１６ｂとは、対向配置されたターゲット５ａ、５ｂの外周部で互いに対向して配置されている。そして、これらの磁界発生手段１６ａ、１６ｂがターゲット５ａ、５ｂを取り囲むＺａ方向の磁界をスパッタ粒子放出部３内に発生させ、かかる磁界によってプラズマＰｚに含まれる電子をプラズマ生成領域内に拘束する電子拘束手段を構成している。

また、基板ホルダ６には、保持した基板Ｗを加熱するためのヒータ（加熱手段）７が設けられており、さらに、保持した基板Ｗを冷却するための第３の冷却手段８ｃが設けられている。ヒータ７は、電源等を具備した制御部７ａに接続されており、制御部７ａを介した昇温動作により所望の温度に基板ホルダ６を加熱し、これによって基板Ｗを所望の温度に加熱できるように構成されている。一方、第３の冷却手段８ｃは、第３の冷媒循環手段１８ｃと配管等を介して接続されており、第３の冷媒循環手段１８ｃから供給される冷媒を循環させることにより所望の温度に基板ホルダ６を冷却し、これによって基板Ｗを所望の温度に冷却するように構成されている。

ところで、基板Ｗ上に形成される無機配向膜の品質を向上させるべく、本実施形態に係るスパッタ装置１は、スパッタ粒子放出部３から基板Ｗ上に放出されるスパッタ粒子５Ｐを選択的に通過させるスリット開口Ｓを有するスリット板（スリット部材）５０を、成膜室２内部であってスパッタ粒子放出部３と基板Ｗとの間に備えている。このスリット板５０は、アルミニウム等の非磁性金属からなるもので、不図示の領域において成膜室２の壁部と電気的に導通して接地電位に保持されている。なお、このスリット板５０は、後述するようにスパッタ粒子放出部３に対して所定の関係を満たすよう位置決めされている。

図３は、スリット板５０とスパッタ粒子放出部３との位置関係を説明するための図である。スリット板５０は、スリット開口Ｓによる開口領域にスパッタ粒子５Ｐを選択的に通過させることで、スパッタ粒子５Ｐによる成膜状態（膜質）をコントロール可能となっている。スパッタ粒子５Ｐは、スリットの外まで回り込んで成膜に寄与する。このため、スリット開口Ｓ上においてスパッタ粒子５Ｐが存在する領域（成膜エリア）ＳＡの基板搬送方向の寸法Ｌ２は、スリット開口Ｓの同方向の寸法Ｌ１に対して、Ｌ２＞Ｌ１となる。

スパッタ装置１により液晶装置の構成部材である基板Ｗ上に無機配向膜を形成するには、第１のガス供給手段２１からアルゴンガスを導入しつつ、第１電極９ａ及び第２電極９ｂにＤＣ電力（ＲＦ電力）を供給することで、ターゲット５ａ、５ｂに挟まれる空間にプラズマＰｚを発生させ、プラズマ雰囲気中のアルゴンイオン等をターゲット５ａ、５ｂに衝突させることで、ターゲット５ａ、５ｂから配向膜材料（シリコン）をスパッタ粒子５Ｐとしてたたき出し、さらにプラズマＰｚに含まれるスパッタ粒子５Ｐのうち、プラズマＰｚから開口部２５側へ飛行するスパッタ粒子５Ｐのみを成膜室２側へ放出する。

そして、基板Ｗの面上に斜め方向から飛来したスパッタ粒子５Ｐと、成膜室２を流通する酸素ガスとを基板Ｗ上で反応させることで、シリコン酸化物からなる配向膜を基板Ｗ上に形成するようになっている。

なお、本実施形態では、スパッタ粒子５Ｐとしてのシリコンを、第２のスパッタガスである酸素ガスと反応させることでシリコン酸化物を基板Ｗ上に成膜する場合について説明しているが、ターゲット５ａ、５ｂとして例えばシリコン酸化物（ＳｉＯｘ）やアルミニウム酸化物（ＡｌＯｙ等）などを用い、ターゲット５ａ、５ｂに対してＲＦ電力を入力してスパッタ動作を行うことで、これらシリコン酸化物やアルミニウム酸化物からなる無機配向膜を基板Ｗ上に形成することができる。またこの場合において、第２のスパッタガス（酸素ガス）を成膜室２内に流通させておくことで、形成される無機配向膜の酸化物組成からのずれを防止することができ、無機配向膜の絶縁性を高めることができる。

上記構成を備えたスパッタ装置１によれば、対向ターゲット型のスパッタ粒子放出部３を基板Ｗに対して所定角度（θ：１０°〜６０°の範囲）傾けて配置しているので、スパッタ粒子放出部３の開口部２５から放出されるスパッタ粒子５Ｐを所定角度で基板Ｗの成膜面に入射させることができる。

このとき、本実施形態では、開口部２５と基板Ｗとの間に配置されたスリット板５０に形成されたスリット開口Ｓを介し、スパッタレートの高いスパッタ粒子５Ｐの堆積により、一方向に配向した柱状構造を具備した無機配向膜を基板Ｗ上に形成することができるようになっている。

また、対向ターゲット型のスパッタ粒子放出部３では、開口部２５から放出されないスパッタ粒子は、主にターゲット５ａ、５ｂに入射して再利用されるため、極めて高いターゲット利用効率を得られるようになっている。さらにスパッタ粒子放出部３においては、ターゲット間隔を狭めることで開口部２５から放出されるスパッタ粒子の指向性を高めることができるので、基板Ｗに到達するスパッタ粒子の入射角は高度に制御されたものとなり、形成される無機配向膜における柱状構造の配向性も良好なものとなる。

また、本実施形態に係るスパッタ装置１では、上記成膜動作に際して、スパッタ粒子放出部３のターゲット５ａ、５ｂを取り囲む矩形枠状の磁界発生手段１６ａ、１６ｂにより形成される磁界によって、プラズマＰｚに含まれる電子５ｒを捕捉ないし反射させることができ、プラズマＰｚをターゲット５ａ、５ｂが対向する領域内に良好に閉じ込めることができるので、前記電子５ｒが基板Ｗの成膜面に入射して基板Ｗ表面の濡れ性が上昇するのを防止することができる（図１参照）。

ところで、磁界発生手段１６ａ、１６ｂからなる電子拘束手段が設けられているものの、この電子拘束手段から電子等が洩れ出て基板Ｗに到達すると基板Ｗ表面の濡れ性が上昇してスパッタ粒子のマイグレーションが生じ、柱状構造の形成が阻害されるおそれがある。そこで、本実施形態では、上述のようにスリット板５０を接地電位に保持することで、例えばスパッタ粒子放出部内から漏れ出しプラズマＰｚ中の電子やイオン状物質をスリット板５０により捕捉して除去することができ、これにより基板ＷにプラズマＰｚの影響が及ぶのを防止することができる。よって、基板Ｗ上に信頼性の高い無機配向膜を形成できる。

したがって、本実施形態のスパッタ装置１によれば、配向性の良好な無機配向膜を基板Ｗ上に容易に形成することができる。

さらにスパッタ装置１では、ターゲット５ａ、５ｂに細長い板状のものを用いており、スパッタ粒子放出部３からＹ軸方向に延びるライン状にスパッタ粒子を放出させることができる。そして、基板ホルダ６は前記スパッタ粒子のラインと直交する方向（Ｘ軸方向）に基板Ｗを搬送することができるようになっているので、前記スパッタ粒子のラインにより基板Ｗ上を走査するようにして面状に成膜を行うことができ、連続的に基板処理を行うことができ、極めて高い生産効率を実現することができる。

また、基板ホルダ６に基板Ｗを冷却するための第３の冷却手段８ｃを設けているので、成膜時に第３の冷却手段８ｃによって基板Ｗを冷却し、基板Ｗを室温等の所定温度に保持することができ、スパッタによって基板Ｗに付着した配向膜材料分子の基板上での拡散（マイグレーション）を抑制することができる。これにより、基板Ｗ上における配向膜材料の局所的な成長が促進され、一軸方向に柱状に成長した配向膜を容易に得られるようになる。

なお、上記スパッタ装置１は、上述の実施形態に係る構成に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、箱形筐体の対向する二側壁を成す第１電極９ａ及び第２電極９ｂにのみターゲット５ａ、５ｂが支持されている構成としているが、対向ターゲット型のスパッタ装置では、図２に示すように、側壁部材９ｃ、９ｄ、１９にもそれぞれターゲット５ｃ、５ｄ、５ｅを配設することができる。このような構成において、各側壁部材９ｃ、９ｄ、１９に電源を接続して電極として機能させ、前記各ターゲット５ｃ、５ｄ、５ｅに電力を供給するならば、これらのターゲット５ｃ、５ｄ、１９から放出されるスパッタ粒子を成膜に用いることができるので、成膜速度の向上が期待できる。また、プラズマ生成領域を取り囲むようにしてターゲット５ａ〜５ｅが配置されていると、開口部３ａから成膜室２へ放出されるスパッタ粒子を除くスパッタ粒子はプラズマＰｚを取り囲むターゲット５ａ〜５ｅに入射して、他のスパッタ粒子の生成等に再利用されるので、ターゲットの利用効率を高めることができる。

上記構成においては、ターゲット５ｃ、５ｄ、５ｅを冷却するための冷却手段を各側壁部材９ｃ、９ｄ、１９に隣接して設けることが好ましい。さらには、増設したターゲット５ｃ、５ｄ、５ｅに対応して電子拘束手段（磁界発生手段）の配置を変更し、プラズマＰｚとターゲット５ａ〜５ｅとの位置関係を最適化することが好ましい。

次に、上記スパッタ装置１を用いた膜形成方法（基板Ｗ上に無機配向膜を形成する工程）について説明する。基板Ｗとして、液晶装置用基板としてスイッチング素子や電極等、所定の構成部材が形成された基板を用意する。次いで、基板Ｗを成膜室２に併設されたロードロックチャンバー内に収容し、ロードロックチャンバー内を減圧して真空状態とする。また、これとは別に、排気制御装置を作動させて成膜室２内を所望の真空度に調整しておく。

続いて、基板Ｗを成膜室２内に搬送し、基板ホルダ６にセットする。そして、配向膜形成の前処理として、基板ホルダ６のヒータ７によって基板Ｗを例えば２５０℃〜３００℃程度で加熱し、基板Ｗの表面に付着した吸着水やガスなどの脱水・脱ガス処理を行う。次いで、ヒータ７による加熱を停止した後、スパッタリングによる基板温度の上昇を抑制するため、第３の冷媒循環手段１８ｃを作動させて第３の冷却手段８ｃに冷媒を循環させることで基板Ｗを所定温度、例えば室温に保持する。

次に、アルゴンガスを第１のガス供給手段２１からスパッタ粒子放出部３内に所定流量で導入し、酸素ガスを第２のガス供給手段２２から所定流量で成膜室２内に導入するとともに、排気制御装置２０を作動させ、所定の操作圧力、例えば１０^−１Ｐａ程度に調整する。酸素ガスプラズマでは酸素ラジカル、酸素の負イオンが発生するため、本実施形態の製造装置では、プラズマ生成領域であるターゲット５ａ、５ｂの前面にはアルゴンガスのみを導入し、酸素ガスは別系統のガス供給路から基板Ｗ上へ流入させている。また、成膜中にも必要に応じてヒータ７、第３の冷却手段８ｃを作動させることにより、基板Ｗを室温に保持することが好ましい。

このように成膜条件を整えた後、移動手段（基板移動手段）６ａにより基板Ｗを図１中のＸ方向に搬送させてスパッタリング処理を行う。ターゲット５ａ、５ｂからは配向膜材料となるスパッタ粒子（シリコン）が放出されるが、対向ターゲット型のスパッタ粒子放出部３では、ターゲット対向方向に進行するスパッタ粒子はプラズマＰｚ内に閉じ込められ、ターゲット面方向に向かって進行するスパッタ粒子５Ｐのみが開口部２５から成膜室２内に放出される。

本実施形態では、まず基板Ｗをスリット板５０のスリット開口Ｓ上まで移動させる。その後、スリット開口Ｓ上の成膜エリアＳＡを搬送しながら成膜する。スリット開口Ｓ上を搬送する際、制御装置ＣＯＮＴは、搬送装置６ａに対して基板Ｗを移動させる基板移動モードと、基板Ｗの移動を停止させる基板停止モードとを交互に繰り返しながら基板Ｗを搬送させる。

すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、まず基板Ｗを一定速度ｖで時間ｔ１だけ移動させる（基板移動モード）。その後、制御装置ＣＯＮＴは、基板Ｗの移動を時間ｔ２だけ停止させる（基板停止モード）。時間ｔ２の経過後、制御装置ＣＯＮＴは、再び基板Ｗを一定速度ｖで時間ｔ１だけ移動させ、時間ｔ１経過後は基板Ｗの移動を時間ｔ２だけ停止させる。各モードを交互に複数回繰り返した後、制御装置ＣＯＮＴは、最後に基板Ｗを時間ｔ１だけ一定速度ｖで移動させ、成膜エリアＳＡ上での搬送を完了させる。

制御装置ＣＯＮＴは、各基板移動モードについて基板Ｗの移動時間ｔ１及び基板Ｗの移動速度ｖが全て同一となるように基板Ｗを搬送させる。したがって、基板移動モードを１回行う毎に、基板Ｗは、ｔ１・ｖの距離だけ移動することになる。加えて、制御装置ＣＯＮＴは、各基板停止モードについて基板Ｗの停止時間ｔ２が全て同一となるように基板Ｗの移動を停止させる。

基板Ｗがスリット開口Ｓ上の成膜エリアＳＡを通過する全時間をＴとし、各モードの繰り返し回数をＮとすると、
Ｔ＝ｔ１＋Ｎ・（ｔ１＋ｔ２）
Ｌ２＝（Ｎ＋１）・ｔ１・ｖ
という関係を満たす。

ｔ１、ｔ２、ｖ、Ｎの各パラメータについては、予め実験やシミュレーションなどによって最適な値を求めておくことが好ましい。このとき、各パラメータについてそれぞれ複数の最適値を求めておき、これら複数の最適値を組み合わせるようにしても構わない。求めた最適値は、制御装置ＣＯＮＴ内の不図示の記憶装置などに記憶させておくことができる。当該実験又はシミュレーションを行う場合、スパッタ粒子５Ｐの通過量はスリット開口Ｓの寸法Ｌ１に依存するため、当該寸法Ｌ１を変化させたときの値についても求めておくことが好ましい。基板Ｗの用途によって求められる膜のプレチルト角が異なるため、実験又はシミュレーションにおいて、用途に応じて所望のプレチルト角が得られるように各パラメータの最適値を求めておいても構わない。

スパッタ粒子５Ｐは、スリット板５０のスリット開口Ｓに臨む基板Ｗの成膜面に対してのみ選択的に入射し、基板Ｗ上で酸素ガスと反応してシリコン酸化物の被膜を形成する。このように基板Ｗに対して斜めに傾けて配置されたスパッタ粒子放出部３から放出されたスパッタ粒子５Ｐは、基板Ｗの成膜面に対して所定の角度、すなわち角度θで入射するようになる。その結果、基板Ｗ上で酸素ガスとスパッタ粒子５Ｐとの反応を伴って堆積した無機配向膜は、前記の入射角θに対応した角度で傾斜する柱状構造を有した無機配向膜となる。

図４は、移動時間ｔ１と停止時間ｔ２のうちｔ２の占める割合ｔ２／（ｔ１＋ｔ２）と、形成される膜のプレチルト角との関係を示す図である。同図に示すように、ｔ２＝０の場合は基板Ｗを単に一定速度ｖで移動させる動作となり、形成される膜のプレチルト角は所定値θとなる。ｔ２＞０の場合、ｔ２の値が大きくなるにつれて（ｔ１がその分小さくなるにつれて）徐々に静止成膜に近い状態が実現される。静止成膜では形成される膜のプレチルト角が０°になることが知られている。したがって、ｔ１、ｔ２、ｖを組み合わせることにより、０°からθ°の間でプレチルト角を制御することができる。

また、図４に示すように、ｔ２／（ｔ１＋ｔ２）が０に近づくほどｔ１とｔ２の比率の変化がプレチルト角に与える影響が大きくなり、当該比率が１に近づくほどプレチルト角に与える影響が小さくなる。この影響の大小は、スリット開口Ｓの寸法Ｌ１、スリット開口Ｓの位置、繰り返し数Ｎによって変化するため、実験やシミュレーション等を行う場合には当該影響が最適となるように寸法Ｌ１、スリット開口Ｓの位置及び繰り返し数Ｎの最適値を求めておくことが好ましい。

このように、本実施形態によれば、スリット開口Ｓによって成膜に寄与するスパッタ粒子５Ｐが選択されるため、基板Ｗを停止させて成膜する場合、基板Ｗ上には０°のプレチルト角を有する膜が形成されることとなる。これに加えて、基板Ｗを移動させて成膜することにより、膜のプレチルト角を０°よりも大きくすることができる。

このようなスリット開口Ｓを備える場合において、基板Ｗがスリット開口Ｓの成膜エリアＳＡを通過する際、基板Ｗの移動と基板Ｗの停止とを繰り返しながら基板Ｗを搬送させつつ成膜することにより、膜のプレチルト角を０°以上θ°以下の範囲で所望の値に制御することができる。このように、装置設計や部材配置を変更したりすることなくプレチルト角を制御することができるため、設計等の煩雑さを回避することができ、量産性に優れたスパッタ装置１を得ることができる。

また、本実施形態によれば、それぞれの基板移動モードについて、一枚の基板Ｗを処理する際の毎回の移動時間ｔ１、移動速度ｖを同一にするので、基板Ｗの移動中に形成される膜のプレチルト角のバラつきを防ぐことができる。また、それぞれの基板停止モードについて、一枚の基板Ｗを処理する際の毎回の停止時間ｔ２を同一とするので、基板停止中に形成される膜のプレチルト角のバラつきを防ぐことができる。これにより、膜質を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、スリット開口Ｓの寸法Ｌ１に応じて基板Ｗの移動時間ｔ１、移動速度ｖ、停止時間ｔ２のうち少なくとも１つを調節するので、スリット開口Ｓの寸法Ｌ１が異なる場合であっても、形成される膜のプレチルト角を所望の値に調節することができる。これにより、適用範囲の広いスパッタ装置１を得ることができる。

スパッタ装置の概略構成を示す図である。 図１に示すスパッタ装置の詳細構成を示す図である。 スリット板とスパッタ粒子放出部との位置関係を説明するための図である。 移動時間及び停止時間の占有率と膜のプレチルト角との関係を示す図。

符号の説明

１…スパッタ装置（スパッタリング装置）、２…成膜室、３…スパッタ粒子放出部、５ａ…第１のターゲット、５ｂ…第２のターゲット、５Ｐ…スパッタ粒子、６ａ…搬送装置、２５…開口部、２５ａ…上流側開口端、ＣＯＮＴ…制御装置、Ｓ…スリット開口、Ｓ２…スリット開口端、Ｐｚ…プラズマ、Ｗ…基板

Claims (6)

1. 基板を収容可能に設けられ、前記基板を成膜する成膜室と、
   対向配置されスパッタ粒子を発生可能な一対のターゲットを有し、前記一対のターゲットから生じる前記スパッタ粒子を前記基板側へ向けて放出するスパッタ粒子放出部と、
   前記基板と前記スパッタ粒子放出部との間に設けられ、前記スパッタ粒子を選択的に通過させるスリット開口を有するスリット部材と、
   前記基板が前記スリット開口上を通過するように前記成膜室内の前記基板を所定方向に搬送する搬送機構と、
   前記スリット開口上において、前記基板を移動させる基板移動モードと前記基板の移動を停止させる基板停止モードとを交互に繰り返すように前記搬送装置に前記基板を搬送させる制御部と
   を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記制御部は、それぞれの前記基板移動モードについて、一枚の前記基板を処理する際の毎回の移動時間が同一になるように前記基板を搬送させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
3. 前記制御部は、それぞれの前記基板移動モードについて、一枚の前記基板を処理する際の毎回の移動速度が同一となるように前記基板を搬送させる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスパッタリング装置。
4. 前記制御部は、それぞれの前記基板停止モードについて、一枚の前記基板を処理する際の毎回の停止時間が同一になるように前記基板の移動を停止させる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
5. 前記制御部は、前記スリット開口の寸法に応じて、前記基板の移動時間、前記基板の移動速度及び前記基板の停止時間のうち少なくとも１つを調節する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
6. スパッタリング装置によって基板に膜を形成する膜形成方法であって、
   前記スパッタリング装置は、
   基板を収容可能に設けられ、前記基板を成膜する成膜室と、
   対向配置されスパッタ粒子を発生可能な一対のターゲットを有し、前記一対のターゲットから生じる前記スパッタ粒子を前記基板側へ向けて放出するスパッタ粒子放出部と、
   前記基板と前記スパッタ粒子放出部との間に設けられ、前記スパッタ粒子を選択的に通過させるスリット開口上を有するスリット部材と、
   前記基板が前記スリット開口上を通過するように前記成膜室内の前記基板を所定方向に搬送する搬送機構と
   を備え、
   前記スリット開口上において、前記基板を移動させる基板移動モードと前記基板の移動を停止させる基板停止モードとを交互に繰り返すように前記基板を搬送する
   ことを特徴とする膜形成方法。

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