スパッタ成膜装置及びスパッタ成膜方法
【課題】カルーセルのような回転ドラムを使用した成膜において、カルーセルの回転軸と装置本体の軸受けの非常に微小な偏芯が製品の特性バラツキに影響を及ぼす。
【解決手段】チャンバーのスパッタ室３内に円筒状または多角形状のドラムが回転可能に設けられ、該ドラムの外周面上に基板１１が装着される（格納される）基板ホルダ９が取り付けられ、該ドラムが垂直な回転軸の周りを回転しながら基板１１に成膜するカルーセル型のスパッタ成膜装置において、チャンバーであるスパッタ室３内壁に設けられ基板１１に成膜するターゲット７，８と、基板ホルダ９がターゲット７、８と正面に対向した位置のターゲットと基板１１との距離を測定し各基板ホルダとターゲットとの間の距離を制御する偏芯制御装置１０と、を備え、偏芯制御装置１０からの出力により基板ホルダ９とターゲット間の距離を修正する。
【解決手段】チャンバーのスパッタ室３内に円筒状または多角形状のドラムが回転可能に設けられ、該ドラムの外周面上に基板１１が装着される（格納される）基板ホルダ９が取り付けられ、該ドラムが垂直な回転軸の周りを回転しながら基板１１に成膜するカルーセル型のスパッタ成膜装置において、チャンバーであるスパッタ室３内壁に設けられ基板１１に成膜するターゲット７，８と、基板ホルダ９がターゲット７、８と正面に対向した位置のターゲットと基板１１との距離を測定し各基板ホルダとターゲットとの間の距離を制御する偏芯制御装置１０と、を備え、偏芯制御装置１０からの出力により基板ホルダ９とターゲット間の距離を修正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクター等に用いられる光学多層膜をスパッタ方式により成膜する場合の、スパッタ方式による光学多層膜の成膜装置及びスパッタ成膜方法に関するものであり、特に、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おいて成膜された光学多層膜の光学特性の安定性の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学多層膜は基板上に高屈折率と低屈折率の２種類の膜の交互積層膜あるいは３種類以上の膜の積層膜で構成されている。そして、これら各層の膜厚が光学特性を決定する最も重要な要素であり、この膜厚をより正確に制御することが成膜装置では重要な事項である。現在この光学多層膜では膜厚の誤差は数％以下から厳しい仕様では１％以下に抑えることが必要とされている。そのため成膜レートの安定性が確保されなければ、透過率、透過帯の半値波長等の要求光学特性を得られない。更に、量産機で連続成膜を行うためには、前記安定性が確保できなければ、ロット間の再現性が得られない。
【０００３】
従来、光学多層膜の成膜には、真空蒸着法を利用するのが一般的であったが、付着粒子の運動エネルギーが非常に低いため、近年は緻密な微細構造を持ち、波長シフトのない薄膜を成膜するには、基板加熱やイオンアシスト蒸着法やイオンプレーティング法のようにイオンのプラズマアシストによって付着粒子にエネルギーを与えるようなＰａｓｓｉｖｅ Ｅｎｅｒｇｅｔｉｃプロセスやスパッタ方式等が提案されている。また、スパッタ方式による成膜技術では、安定したプラズマの発生により高い再現性が得られ、特に膜厚モニタを設置せずとも、予め設定した成膜レートに従って所定の膜厚を成膜するのに必要な時間を算定して制御することで成膜中の各層の膜厚制御精度がますます良くなっている。従ってスパッタ方式における成膜レートは、真空蒸着法に比べると極めて安定しており、膜厚の制御は、水晶式膜厚計や光学式膜厚計等を使用しなくても時間管理の制御が可能であるという利点がある。
【０００４】
特にスパッタ方式の中でも大面積成膜が可能なカルーセル型の回転スパッタ方式による成膜技術および成膜装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。カルーセルと言われる回転ドラムを搭載したスパッタ成膜装置では、このカルーセルを回転させながら、金属ターゲット材及びこれとは別の金属ターゲット材を交互に放電させ、反応性スパッタもしくは酸化アシストプロセスにより光学多層膜を形成する方法が取られている。
【特許文献１】特開平８−１７６８２１号公報
【特許文献２】特開２００３−２７２２６号公報
【特許文献３】特開昭６２−２８４０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カルーセル型の回転スパッタ方式は、大面積の基板、又は多数の基板への成膜が可能であるが、光学特性の面内バラツキの制御が非常に困難であるといった課題がある。その面内バラツキの要因としては、基板縦方向、基板横方向、基板ホルダ間、ロット間バラツキが挙げられる。
【０００６】
基板縦方向の膜厚調整は、基板とターゲット間に膜厚補正板を儲けることで、ターゲットからスパッタされて基板方向へ飛散する粒子の一部を遮ることができるため、この補正板の形状を調整することにより膜厚分布を均一に補正することや場所により膜厚を変える所望の不均一膜にすることを可能にすることができる。また、基板横方向の膜厚バラツキとしては、基板の中央部周辺と基板の両端部ではプラズマの密度が違いによるスパッタ原子の付着確率の違いから生じるためにスパッタ条件の最適化、またはカルーセルの回転速度の調整により付着確率の均一化を可能することができる。基板ホルダ間においては、カルーセルの調整による取り組み、ロット間の膜厚調整においては、成膜結果をフィードバックする取り組みでそれぞれ安定化を図っている。
【０００７】
しかしながら、現在この光学多層膜では益々厳しい光学仕様が必要とされており、上記の取り組みのみでは現行の面内バラツキ特性を実現するのが非常に困難になっており、中でも特に基板ホルダ間の取り組みのような機械的な寸法調整には限界がきている。現にカルーセルの回転軸と装置本体の軸受けの非常に微小な偏芯が光学特性のバラツキに影響を及ぼすといった問題が浮上してきている。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、この基板ホルダ間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及びスパッタ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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のスパッタ成膜装置は、チャンバー内に円筒状または多角形状のドラムが回転可能に設けられ、該ドラムの外周面上に基板が格納される基板ホルダが取り付けられ、前記ドラムが垂直な回転軸の周りを回転しながら前記基板に成膜するカルーセル型のスパッタ成膜装置において、前記チャンバーの内壁に設けられ前記基板に成膜するターゲットと、前記基板ホルダが前記ターゲットと正面に対向した位置の前記ターゲットと基板との距離を測定して前記回転ドラムの偏芯量を測定し各基板ホルダと前記ターゲットとの間の距離を制御する偏芯制御装置と、を備え、前記偏芯制御装置からの出力により基板ホルダとターゲット間の距離を修正することを特徴としたものである。
【００１０】
また本発明のスパッタ成膜方法は、チャンバー内に円筒状または多角形状のドラムが回転可能に設けられ、該ドラムの外周面上に基板が格納される基板ホルダが取り付けられ、前記ドラムが垂直な回転軸の周りを回転しながら前記基板に成膜するカルーセル型のスパッタ成膜方法において、前記基板と前記チャンバーの内壁に設けられ前記基板に成膜するターゲットとの距離を測定する工程、前記測定量に基づいて基板ホルダと前記ターゲットとの間の距離を制御する工程と、を備えることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスパッタ成膜装置及びスパッタ成膜方法によれば、基板ホルダとターゲットとの間の距離を制御し、ターゲットと基板ホルダに格納される基板間の距離の調整を行うことで、カルーセルの回転軸と装置本体の軸受けの偏芯による光学特性のバラツキを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明のスパッタ成膜装置及びスパッタ成膜方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
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、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カルーセル１及び基板ホルダ９の構成を示す斜視図である。図１のスパッタ成膜装置はカルーセルといわれるドラム状の治具１を出し入れする真空室２とスパッタ成膜処理をするチャンバであるスパッタ室３とで構成されたロードロック式スパッタ成膜装置である。真空室２とスパッタ室３は連結されており、真空室２には、カルーセル１の搬入、搬出を行うための扉４が備えられている。また、真空室２とチャンバであるスパッタ室３の間には、各々の部屋を独立して真空化するためにゲートバルブ５が備えられている。カルーセル１は、搬送機構によって、真空室２からチャンバであるスパッタ室３、もしくはスパッタ室３から真空室２へ搬送される。また、カルーセル１は、スパッタ室３内に設置されている回転機構６によって、回転することが出来、スパッタ室の側面に対向して備え付けている２つのターゲット７、８によって、このスパッタ室３内においてカルーセル１上の複数の基板ホルダ９に備えられている基板１１上にスパッタ成膜をすることができる。
【００１４】
図１、図２に示すように、一実施態様として、カルーセル１に２４個の基板ホルダ９を取り付け、正２４面体を構成し、それぞれの基板ホルダ９には、３個の基板を格納している。
【００１５】
スパッタガスには例えばアルゴン、反応ガスには例えば酸素を一定の圧力になるようにガスを流しながら保ち、Ａターゲット７(ここではＳｉ)を保持するスパッタカソード（図示せず）に外部から電力を印加することで反応性スパッタ状態の中をカルーセル１が回転機構６により回転することで、カルーセル１上の基板１１上に反応性スパッタ法によってＳｉＯ２膜が形成される。次に同様にもう一方のＢターゲット８（ここではＮｂ）を保持するスパッタカソード（図示せず）にも電力を印加することでカルーセル１上の基板１１に反応性スパッタ法によってＮｂＯ５膜が形成される。このような繰り返しによってＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５の多層膜が基板１１上に形成される。なお、ターゲット７の材質はＳｉ、ターゲット８の材質にはＮｂを用いているが、他にもＴｉ、Ｔａ、Ｚｒやその酸化物、窒化物、炭化物など様々な材質をターゲットに用いることが出来る。ターゲットの数は１つでもよく、３以上であってもよい。その他、このスパッタ装置には偏芯制御機構１０が備え付けてられている。
【００１６】
図２に示されるように、カルーセル１は円筒状に形成されており、そのカルーセルの外周には基板ホルダ９が取り付けられている。そしてカルーセル１の外周に設けられた基板ホルダ９の外周の各側面には、基板１１が配列されている。このカルーセル１の中心軸１２とスパッタ室３内の回転軸１３とは鉛直方向にのびるスパッタ室３内の中心線と一致するように回転可能に設けられている。基板ホルダ９は、正２４角形筒等の多角形筒状に形成され、このカルーセル１をスパッタ室３内で回転させることにより、基板ホルダ９および基板１１が回転軸１３を中心に回転し、スパッタ室３内のターゲット７、８の前を順次通過するようになっている。なお、基板ホルダ１１は正２４面体に限定されるものではなく、基板１１の形状、大きさなどにより他の多面体でも良い。基板に関しても基板ホルダ内に格納されれば、いかなる形状、サイズも問題はない。
【００１７】
偏芯制御機構１０としては、偏芯測定機構と偏芯修正機構で構成されている。これは、回転軸１３に取り付けられたカルーセル１において、回転軸１３とカルーセル１の中心軸１２の寸法公差、ならびに取り付け公差から生じてしまう回転時のカルーセル１のブレ、つまり偏芯を制御する機能を備えている。偏芯が生じてしまうと各基板ホルダ９がターゲット７の正面に位置した時の基板１１との距離（以下、Ｔ／Ｓ間距離１４とする）が基板ホルダ９毎に異なってしまい、基板１１上に成膜される材料の膜厚が異なってしまうので制御することが必要である。
【００１８】
以下に、偏芯制御装置１０の機能について図に基づいて説明する。図３は、本発明にかかるスパッタ成膜装置の構成の一部を説明する図であって、図３（ａ）は基板ホルダＡがスパッタ成膜されている様子を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）は基板ホルダＢがスパッタ成膜されている様子を模式的に示す断面図である。図３において、偏芯が生じているとカルーセル１の回転軸１３とカルーセルの中心軸１２は一致していない。したがってターゲット７と基板ホルダＡ間の距離Ｔ１とターゲット７と基板ホルダＢ間の距離Ｔ２との関係がＴ１＞Ｔ２、もしくはＴ１＜Ｔ２となってしまう。図３においてはＴ１＜Ｔ２となっている。同様にその他の基板ホルダ９においてもＴ／Ｓ間距離１４がカルーセル１の回転に応じて変化する。Ｔ／Ｓ間距離１４が短くなると、スパッタ電子の付着確率が大きくなり、基板１１上の膜厚も厚くなってしまい、その結果、光学薄膜の光学特性も長波長側にシフトしてしまい、各基板ホルダ９の光学特性にも差が出てきてしまうことがわかる。
【００１９】
本発明にかかるスパッタ成膜装置の偏芯制御装置１０は、Ｔ／Ｓ距離１４による光学薄膜の光学特性を均一にするために、スパッタ成膜前にＴ／Ｓ距離１４をスパッタ室３内で測定する機構を備えている。測定方法としては、スパッタ室３内に取り付けられた光マイクロセンサ１５によってカルーセル１が回転軸１３に取り付けられた状態で回転動作を行い、Ｔ／Ｓ距離１４を測定している。光マイクロセンサ１５は、基板ホルダ９の中心軸１２に対して垂直方向に取り付けられており、スパッタ電子の影響を受けない領域に設置されている。即ち、ターゲット７、８と離れた位置、図１においては、ターゲット７、８の配置されない側に配置される。なお、この光マイクロセンサ１５の基板ホルダ９上のセンシング領域４１、つまりターゲット７、８と対向している基板ホルダ９の上部面は高平坦化処理、もしくは鏡面処理等を施している方が高精度な測定をするためには適している。なお、Ｔ／Ｓ距離１４の測定には光マイクロセンサ１５を用いているが、他の磁気センサ等の非接触式による距離測定装置、ならびにタッチプローブのような接触式の距離測定装置を用いることもできる。
【００２０】
次に、偏芯制御装置１０の偏芯修正機構に関して説明する。偏芯制御装置１０の偏芯修正機構とは、偏芯量つまりＴ／Ｓ距離１４を測定した後に各基板ホルダ９間の距離を修正する機構のことである。図４に示すように各基板ホルダ９に取り付けられた真空用ステッピングモータ１６を動作させることで各基板ホルダ９とターゲット７面に対する距離を制御して、Ｔ／Ｓ距離１４を変化させることができる。この真空用ステッピングモータ１６はカルーセル１上板にパターニングされた配線１７と繋がっており、この配線のもう一方の端子部は回転軸の真上に位置するスパッタ室内の回転支え軸１８にパターニングされた配線１９に繋がっている。実際に基板ホルダ９毎にＴ／Ｓ距離１４を変化させるには、偏芯制御装置１０の偏芯測定機構で基板ホルダ９毎のＴ／Ｓ距離１４を検出した後、各真空用ステップモータ１６に外部からプログラムによって修正偏芯量を偏芯制御装置１０内の制御部（図示せず）に伝達し、ステッピングモータを修正偏芯量に基づいて駆動することによって行われる。
【００２１】
実際の偏芯制御方法を図５に示すフローチャートで説明する。まず、カルーセル１に基板ホルダ９および基板１１をセットする。次にカルーセル１を真空室２に搬入し、扉を閉めて真空排気を行う。真空室２が所定の真空度まで排気した後に、ゲートバルブ５を開放し、カルーセル１を搬送機構によってスパッタ室３に搬入する。そして、ゲートバルブ５を閉じ、所定真空度まで真空排気を行う。この真空排気の間にカルーセル１を回転させ、偏芯制御装置１０により偏芯測定を行う。その偏芯測定結果に応じて、真空用ステッピングモータ１６を用いて偏芯量の修正を行う。その後、スパッタ室が所定真空度に排気されるとスパッタ成膜が開始し、光学多層膜が形成される。
【００２２】
ここで、例えば、カルーセルはφ９６０ｍｍ、基板ホルダとしては正２４角形筒の多角形筒でサイズはＷ：２５０ｍｍ×Ｈ：５５０ｍｍ、基板はＷ：１００ｍｍ×Ｈ：１００ｍｍが縦方向に３枚格納されているものを用いて、２４層のＬＷＰＦをスパッタ成膜行い、偏芯測定時のカルーセルの回転速度としては７ｒｐｍ、スパッタ成膜時の回転速度としては１００ｒｐｍで行った。図６に偏芯制御をしない場合の光マイクロセンサ１５で測定した各基板ホルダ偏芯量、および成膜後の各基板の光学特性として半値波長の変化をそれぞれ示す。
【００２３】
成膜後の基板１１の透過光量を測定し、透過光量が半分に低下する波長が半値波長である。図６（ａ）は、２４個の基板ホルダ１１に任意のホルダから順次番号を付し、１０番目の基板ホルダ１１を偏芯量の測定の基準として測定したものであり、図６（ｂ）は、成膜後の基板の半値波長の測定例を示すものである。
【００２４】
光学特性としては、各基板ホルダに格納されている３枚の基板のうちの真ん中に位置する１枚のみの測定結果を示している。図を見てわかるように回転方向にＳＩＮカーブのような特性を示し、Ｐ−Ｐで約２０００ｕｍのＴ／Ｓ距離の差、Ｐ−Ｐで約４ｎｍの半値波長の特性バラツキが見られている。このように回転方向にＳＩＮカーブのような傾向を示していることからも回転の軸ズレによる偏芯が見られていることがわかる。
【００２５】
また、図６の結果より図７に偏芯量と半値波長の関係を示す。偏芯量と半値波長では直線上の比例関係があり、偏芯量を減少させることで半値波長のバラツキを減少させることが可能であることがわかる。
【００２６】
次に図８にカルーセルの回転速度を変化させた場合の５番目の基板ホルダの偏芯量の測定結果を示す。測定としては回転速度を変えて１つの基板ホルダのみを測定した結果である。図を見てわかるように回転速度を変化させても偏芯量は変わらないことがわかる。つまり、偏芯測定時の回転速度は装置内での許容回転速度内であればいずれの回転速度で行っても良い。
【００２７】
図９に基板ホルダ９の中のＮｏ．１０番目の基板ホルダを基準にして、実際に偏芯制御装置１０によって修正した基板ホルダの距離のバラツキである偏芯量と半値波長を示す。図９（ａ）に示す偏芯量とは、後述の実施例と異なり、特定の基板ホルダＮｏ．１０のターゲット７との距離を基準として他の基板ホルダの距離のバラツキを示すものである。偏芯量はＰ−Ｐで２０００ｕｍから１００ｕｍ以下まで修正されており、半値波長もＰ−Ｐで４ｎｍから１ｎｍ以下と改善されていることがわかる。このようにＴ／Ｓ距離を変化させることで、半値波長がＰ−Ｐで約４ｎｍであった特性分布をＰ−Ｐで約１ｎｍにまで改善することができた。
【００２８】
このようにして、スパッタ成膜前に基板ホルダ毎のＴ／Ｓ距離を制御するので、基板上の光学特性分布を均一にすることができる。なお、本発明の実施の形態は例示であり、基板サイズ、ターゲット材に応じて、好適なＴ／Ｓ距離の設定を行うことができる。
【実施例２】
【００２９】
図１０は、本発明の実施例２における偏芯制御装置１０の偏芯修正機構を示す図である。図１０に示すようにカルーセル２１のカルーセル取り付け枠２３によってすべての基板ホルダ２２が一体的に格納される構成をしており、すべての基板ホルダ２２が偏芯制御装置１０の制御により同時に動作するようになっている。そのカルーセル取り付け枠２３に任意に決定される１番目の基板ホルダ９を０度として、基板ホルダ９をＸ方向に移動させるステッピングモータ２４が設けられる。９０度の位置に真空用ステッピングモータ２５が設けられ、この真空用ステッピングモータ２４、２５を動作させることで、カルーセル取り付け枠２３をＸ方向及びＹ方向に、即ち、四方に移動させることで基板ホルダ２２も移動し、Ｔ／Ｓ距離を変化させることができる。この真空用ステッピングモータ２４、２５はカルーセル２１上板にパターニングされた配線２６と繋がっており、この配線２６のもう一方の端子部は回転軸の真上に位置するスパッタ室内の回転支え軸２８にパターニングされた配線２７に繋がっている。このように実施例1の構成と異なるところは、実施例１では偏芯制御装置１０においてすべての基板ホルダ９がそれぞれに対応した真空用ステッピングモータを動作することで基板ホルダ一つ一つを動かしているのに対して、本実施の形態では、カルーセル取り付け枠２３を動かすことですべての基板ホルダ２２が一体となって動く点である。
【００３０】
図１１に、例えばカルーセルはφ９６０ｍｍ、基板ホルダとしては正２４角形筒の多角形筒でサイズはＷ：２５０ｍｍ×Ｈ：５５０ｍｍを使用した際の偏芯量測定結果を示す。偏芯測定時のカルーセルの回転速度としては７ｒｐｍで行った。図を見て分かるようにカルーセル２１の中心軸２９が回転軸３０の中心一致しておらず、ズレていることがわかる。この中心軸２９のズレを考慮して偏芯制御装置１０で修正する。その方法としては、偏芯量測定結果から偏芯量の中心６１の位置（Ｘ方向とＹ方向の座標）を算出して制御信号とし、Ｘ方向には０度の位置に取り付けられている真空用ステッピングモータ２４で移動させ、Ｙ方向には９０度の位置に取り付けられている真空用ステッピングモータ２５で移動させ、回転軸３０の中心とこの偏芯量の中心６１を一致するようにカルーセル取り付け枠２１を移動させる。図１２に実際に偏芯修正動作後の偏芯量を示す。図を見て分かるに偏芯量がほぼゼロとかなり改善していることがわかる。この結果、光学特性も良好になる。
【実施例３】
【００３１】
図１３は、本発明の実施例３における偏芯制御装置１０の偏芯修正機構を示す図である。図１３に示すようにカルーセル３１の上板に各基板ホルダ３２に対応して穴３３が形成されており、その穴３３にはバランス補正用のおもり３４が取り付けられるようになっている。偏芯測定機構によって各基板ホルダ９の偏芯量を検出した後にカルーセルの中心軸３５を求め、スパッタ装置の回転軸３６とのズレを求める。そして、そのズレがスパッタ装置の回転軸３６より１番目の基板ホルダ３２をＸ正方向として、１番目の基板ホルダ３２から半時計方向に９０度の基板ホルダ３７をＹ正方向として、どの方向にどの程度生じているか中心軸３５の位置（Ｘ方向位置とＹ方向位置の座標位置＝Ｘ、Ｙ）を導出する。
【００３２】
次に、図１４、図１５を用いて、その補正方法について説明する。遠心力 Ｆ＝ｍ×ｒ×ω2より、カルーセルに働く遠心力Ｆ１は、ｍ１をカルーセルの質量、ｒ１はカルーセルの半径、ωを角速度、（Ｘ、Ｙ）は、Ｘ方向位置、Ｙ方向位置とすると、以下の（数１）のように表現できる。
【００３３】
【数１】
【００３４】
偏芯量を補正するためには、このカルーセルに偏芯によって働く遠心力Ｆ１とは逆方向に遠心力Ｆ２を発生させてやれば良い。
遠心力Ｆ２は、Ｆ２＝(ｍ１＋Δｍ)×ｒ１×ω2となり、ここで、Δｍはバランス補正用のおもり３４である。
【００３５】
Ｆ１＝Ｆ２の条件を成立すればよいので、Δｍは、以下の（数２）となるように設定すればよい。
【００３６】
【数２】
【００３７】
つまり、中心軸３５の位置から−Ｘ方向、−Ｙ方向の位置に相当する穴にΔｍのバラン
ス補正用のおもり３４を取り付けることで、中心軸３５と回転軸３６を一致させることができ、偏芯量の低減を行うことができる。バランスの取り付け方法としては、真空チャンバー５９内のスパッタ電子の影響を受けない領域におもり収納室５３が設置されている。即ち、ターゲット５１、５２と離れた位置、図１５においては、ターゲット５１、５２の配置されない側に配置される。おもり収納室５３にはバランス補正用のおもり３４の搬入、搬出を行うための扉５４が備えられている。カルーセル３１へのバランス補正用のおもり３４の取り付けは、おもり搬送機構５６によって行われる。
【００３８】
このように実施例1の構成と異なるところは、実施例１では偏芯制御装置１０で基板ホルダを直接動作させて、Ｔ／Ｓ距離を変化させているのに対して、本実施の形態では、基板ホルダを動かさずにカルーセルの重量バランスをバランス補正用のおもり３４によって変化させ、カルーセルの中心軸３５とスパッタ装置の回転軸３６とを一致させる点である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明にかかるスパッタ成膜装置及びスパッタ成膜方法は、ターゲットと基板間の距離の調整を行うことで、偏芯による光学特性の面内バラツキを抑制し、このような均一な特性分布を持つ薄膜を有する基板を用いる映像機器等の光学フィルタとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１におけるスパッタ成膜装置の構成を模式的に示す上面図
【図２】本発明の実施例１におけるカルーセル及び基板ホルダの構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施例１におけるスパッタ成膜装置の構成の一部を説明する図
【図４】本発明の実施例１における偏芯修正機構を示す図
【図５】本発明の実施例１における偏芯制御方法を示すフローチャート
【図６】本発明の実施例１における偏芯制御をしない場合の各基板ホルダ偏芯量および各基板の光学特性として半値波長の変化を示す図
【図７】本発明の実施例１における偏芯量と半値波長の関係を示す図
【図８】本発明の実施例１におけるカルーセルの回転速度と偏芯量を示す図
【図９】本発明の実施例１における偏芯制御を行った場合の各基板ホルダ偏芯量および各基板の光学特性として半値波長の変化を示す図
【図１０】本発明の実施例２における偏芯制御装置を説明するための図
【図１１】本発明の実施例２における偏芯測定量を示す図
【図１２】本発明の実施例２における偏芯修正後の偏芯量を示す図
【図１３】本発明の実施例３における偏芯修正機構を示す図
【図１４】本発明の実施例３における偏芯制御装置を説明するための図
【図１５】本発明の実施例３における偏芯制御を説明するための図
【符号の説明】
【００４１】
１、２１、３１ カルーセル
２ 真空室
３ スパッタ室
４、５４ 扉
５ ゲートバルブ
６ 回転機構
７、８、５１、５２ ターゲット
９、２２、３２、３７ 基板ホルダ
１０ 偏芯制御機構
１１ 基板
１２、２９、３５ 中心軸
１３、３０、３６ 回転軸
１４ Ｔ／Ｓ間距離
１５ 光マイクロセンサ
１６、２４、２５ 真空用ステッピングモータ
１７、１９、２６、２７ 配線
１８、２８ 回転支え軸
２３ カルーセル取り付け枠
３３ 穴
３４ バランス補正用のおもり
３８、３９ 遠心力
４１ センシング領域
５３ おもり収納室
６１ 偏芯量の中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクター等に用いられる光学多層膜をスパッタ方式により成膜する場合の、スパッタ方式による光学多層膜の成膜装置及びスパッタ成膜方法に関するものであり、特に、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おいて成膜された光学多層膜の光学特性の安定性の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学多層膜は基板上に高屈折率と低屈折率の２種類の膜の交互積層膜あるいは３種類以上の膜の積層膜で構成されている。そして、これら各層の膜厚が光学特性を決定する最も重要な要素であり、この膜厚をより正確に制御することが成膜装置では重要な事項である。現在この光学多層膜では膜厚の誤差は数％以下から厳しい仕様では１％以下に抑えることが必要とされている。そのため成膜レートの安定性が確保されなければ、透過率、透過帯の半値波長等の要求光学特性を得られない。更に、量産機で連続成膜を行うためには、前記安定性が確保できなければ、ロット間の再現性が得られない。
【０００３】
従来、光学多層膜の成膜には、真空蒸着法を利用するのが一般的であったが、付着粒子の運動エネルギーが非常に低いため、近年は緻密な微細構造を持ち、波長シフトのない薄膜を成膜するには、基板加熱やイオンアシスト蒸着法やイオンプレーティング法のようにイオンのプラズマアシストによって付着粒子にエネルギーを与えるようなＰａｓｓｉｖｅ Ｅｎｅｒｇｅｔｉｃプロセスやスパッタ方式等が提案されている。また、スパッタ方式による成膜技術では、安定したプラズマの発生により高い再現性が得られ、特に膜厚モニタを設置せずとも、予め設定した成膜レートに従って所定の膜厚を成膜するのに必要な時間を算定して制御することで成膜中の各層の膜厚制御精度がますます良くなっている。従ってスパッタ方式における成膜レートは、真空蒸着法に比べると極めて安定しており、膜厚の制御は、水晶式膜厚計や光学式膜厚計等を使用しなくても時間管理の制御が可能であるという利点がある。
【０００４】
特にスパッタ方式の中でも大面積成膜が可能なカルーセル型の回転スパッタ方式による成膜技術および成膜装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。カルーセルと言われる回転ドラムを搭載したスパッタ成膜装置では、このカルーセルを回転させながら、金属ターゲット材及びこれとは別の金属ターゲット材を交互に放電させ、反応性スパッタもしくは酸化アシストプロセスにより光学多層膜を形成する方法が取られている。
【特許文献１】特開平８−１７６８２１号公報
【特許文献２】特開２００３−２７２２６号公報
【特許文献３】特開昭６２−２８４０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カルーセル型の回転スパッタ方式は、大面積の基板、又は多数の基板への成膜が可能であるが、光学特性の面内バラツキの制御が非常に困難であるといった課題がある。その面内バラツキの要因としては、基板縦方向、基板横方向、基板ホルダ間、ロット間バラツキが挙げられる。
【０００６】
基板縦方向の膜厚調整は、基板とターゲット間に膜厚補正板を儲けることで、ターゲットからスパッタされて基板方向へ飛散する粒子の一部を遮ることができるため、この補正板の形状を調整することにより膜厚分布を均一に補正することや場所により膜厚を変える所望の不均一膜にすることを可能にすることができる。また、基板横方向の膜厚バラツキとしては、基板の中央部周辺と基板の両端部ではプラズマの密度が違いによるスパッタ原子の付着確率の違いから生じるためにスパッタ条件の最適化、またはカルーセルの回転速度の調整により付着確率の均一化を可能することができる。基板ホルダ間においては、カルーセルの調整による取り組み、ロット間の膜厚調整においては、成膜結果をフィードバックする取り組みでそれぞれ安定化を図っている。
【０００７】
しかしながら、現在この光学多層膜では益々厳しい光学仕様が必要とされており、上記の取り組みのみでは現行の面内バラツキ特性を実現するのが非常に困難になっており、中でも特に基板ホルダ間の取り組みのような機械的な寸法調整には限界がきている。現にカルーセルの回転軸と装置本体の軸受けの非常に微小な偏芯が光学特性のバラツキに影響を及ぼすといった問題が浮上してきている。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、この基板ホルダ間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及びスパッタ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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のスパッタ成膜装置は、チャンバー内に円筒状または多角形状のドラムが回転可能に設けられ、該ドラムの外周面上に基板が格納される基板ホルダが取り付けられ、前記ドラムが垂直な回転軸の周りを回転しながら前記基板に成膜するカルーセル型のスパッタ成膜装置において、前記チャンバーの内壁に設けられ前記基板に成膜するターゲットと、前記基板ホルダが前記ターゲットと正面に対向した位置の前記ターゲットと基板との距離を測定して前記回転ドラムの偏芯量を測定し各基板ホルダと前記ターゲットとの間の距離を制御する偏芯制御装置と、を備え、前記偏芯制御装置からの出力により基板ホルダとターゲット間の距離を修正することを特徴としたものである。
【００１０】
また本発明のスパッタ成膜方法は、チャンバー内に円筒状または多角形状のドラムが回転可能に設けられ、該ドラムの外周面上に基板が格納される基板ホルダが取り付けられ、前記ドラムが垂直な回転軸の周りを回転しながら前記基板に成膜するカルーセル型のスパッタ成膜方法において、前記基板と前記チャンバーの内壁に設けられ前記基板に成膜するターゲットとの距離を測定する工程、前記測定量に基づいて基板ホルダと前記ターゲットとの間の距離を制御する工程と、を備えることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスパッタ成膜装置及びスパッタ成膜方法によれば、基板ホルダとターゲットとの間の距離を制御し、ターゲットと基板ホルダに格納される基板間の距離の調整を行うことで、カルーセルの回転軸と装置本体の軸受けの偏芯による光学特性のバラツキを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明のスパッタ成膜装置及びスパッタ成膜方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
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、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カルーセル１及び基板ホルダ９の構成を示す斜視図である。図１のスパッタ成膜装置はカルーセルといわれるドラム状の治具１を出し入れする真空室２とスパッタ成膜処理をするチャンバであるスパッタ室３とで構成されたロードロック式スパッタ成膜装置である。真空室２とスパッタ室３は連結されており、真空室２には、カルーセル１の搬入、搬出を行うための扉４が備えられている。また、真空室２とチャンバであるスパッタ室３の間には、各々の部屋を独立して真空化するためにゲートバルブ５が備えられている。カルーセル１は、搬送機構によって、真空室２からチャンバであるスパッタ室３、もしくはスパッタ室３から真空室２へ搬送される。また、カルーセル１は、スパッタ室３内に設置されている回転機構６によって、回転することが出来、スパッタ室の側面に対向して備え付けている２つのターゲット７、８によって、このスパッタ室３内においてカルーセル１上の複数の基板ホルダ９に備えられている基板１１上にスパッタ成膜をすることができる。
【００１４】
図１、図２に示すように、一実施態様として、カルーセル１に２４個の基板ホルダ９を取り付け、正２４面体を構成し、それぞれの基板ホルダ９には、３個の基板を格納している。
【００１５】
スパッタガスには例えばアルゴン、反応ガスには例えば酸素を一定の圧力になるようにガスを流しながら保ち、Ａターゲット７(ここではＳｉ)を保持するスパッタカソード（図示せず）に外部から電力を印加することで反応性スパッタ状態の中をカルーセル１が回転機構６により回転することで、カルーセル１上の基板１１上に反応性スパッタ法によってＳｉＯ２膜が形成される。次に同様にもう一方のＢターゲット８（ここではＮｂ）を保持するスパッタカソード（図示せず）にも電力を印加することでカルーセル１上の基板１１に反応性スパッタ法によってＮｂＯ５膜が形成される。このような繰り返しによってＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５の多層膜が基板１１上に形成される。なお、ターゲット７の材質はＳｉ、ターゲット８の材質にはＮｂを用いているが、他にもＴｉ、Ｔａ、Ｚｒやその酸化物、窒化物、炭化物など様々な材質をターゲットに用いることが出来る。ターゲットの数は１つでもよく、３以上であってもよい。その他、このスパッタ装置には偏芯制御機構１０が備え付けてられている。
【００１６】
図２に示されるように、カルーセル１は円筒状に形成されており、そのカルーセルの外周には基板ホルダ９が取り付けられている。そしてカルーセル１の外周に設けられた基板ホルダ９の外周の各側面には、基板１１が配列されている。このカルーセル１の中心軸１２とスパッタ室３内の回転軸１３とは鉛直方向にのびるスパッタ室３内の中心線と一致するように回転可能に設けられている。基板ホルダ９は、正２４角形筒等の多角形筒状に形成され、このカルーセル１をスパッタ室３内で回転させることにより、基板ホルダ９および基板１１が回転軸１３を中心に回転し、スパッタ室３内のターゲット７、８の前を順次通過するようになっている。なお、基板ホルダ１１は正２４面体に限定されるものではなく、基板１１の形状、大きさなどにより他の多面体でも良い。基板に関しても基板ホルダ内に格納されれば、いかなる形状、サイズも問題はない。
【００１７】
偏芯制御機構１０としては、偏芯測定機構と偏芯修正機構で構成されている。これは、回転軸１３に取り付けられたカルーセル１において、回転軸１３とカルーセル１の中心軸１２の寸法公差、ならびに取り付け公差から生じてしまう回転時のカルーセル１のブレ、つまり偏芯を制御する機能を備えている。偏芯が生じてしまうと各基板ホルダ９がターゲット７の正面に位置した時の基板１１との距離（以下、Ｔ／Ｓ間距離１４とする）が基板ホルダ９毎に異なってしまい、基板１１上に成膜される材料の膜厚が異なってしまうので制御することが必要である。
【００１８】
以下に、偏芯制御装置１０の機能について図に基づいて説明する。図３は、本発明にかかるスパッタ成膜装置の構成の一部を説明する図であって、図３（ａ）は基板ホルダＡがスパッタ成膜されている様子を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）は基板ホルダＢがスパッタ成膜されている様子を模式的に示す断面図である。図３において、偏芯が生じているとカルーセル１の回転軸１３とカルーセルの中心軸１２は一致していない。したがってターゲット７と基板ホルダＡ間の距離Ｔ１とターゲット７と基板ホルダＢ間の距離Ｔ２との関係がＴ１＞Ｔ２、もしくはＴ１＜Ｔ２となってしまう。図３においてはＴ１＜Ｔ２となっている。同様にその他の基板ホルダ９においてもＴ／Ｓ間距離１４がカルーセル１の回転に応じて変化する。Ｔ／Ｓ間距離１４が短くなると、スパッタ電子の付着確率が大きくなり、基板１１上の膜厚も厚くなってしまい、その結果、光学薄膜の光学特性も長波長側にシフトしてしまい、各基板ホルダ９の光学特性にも差が出てきてしまうことがわかる。
【００１９】
本発明にかかるスパッタ成膜装置の偏芯制御装置１０は、Ｔ／Ｓ距離１４による光学薄膜の光学特性を均一にするために、スパッタ成膜前にＴ／Ｓ距離１４をスパッタ室３内で測定する機構を備えている。測定方法としては、スパッタ室３内に取り付けられた光マイクロセンサ１５によってカルーセル１が回転軸１３に取り付けられた状態で回転動作を行い、Ｔ／Ｓ距離１４を測定している。光マイクロセンサ１５は、基板ホルダ９の中心軸１２に対して垂直方向に取り付けられており、スパッタ電子の影響を受けない領域に設置されている。即ち、ターゲット７、８と離れた位置、図１においては、ターゲット７、８の配置されない側に配置される。なお、この光マイクロセンサ１５の基板ホルダ９上のセンシング領域４１、つまりターゲット７、８と対向している基板ホルダ９の上部面は高平坦化処理、もしくは鏡面処理等を施している方が高精度な測定をするためには適している。なお、Ｔ／Ｓ距離１４の測定には光マイクロセンサ１５を用いているが、他の磁気センサ等の非接触式による距離測定装置、ならびにタッチプローブのような接触式の距離測定装置を用いることもできる。
【００２０】
次に、偏芯制御装置１０の偏芯修正機構に関して説明する。偏芯制御装置１０の偏芯修正機構とは、偏芯量つまりＴ／Ｓ距離１４を測定した後に各基板ホルダ９間の距離を修正する機構のことである。図４に示すように各基板ホルダ９に取り付けられた真空用ステッピングモータ１６を動作させることで各基板ホルダ９とターゲット７面に対する距離を制御して、Ｔ／Ｓ距離１４を変化させることができる。この真空用ステッピングモータ１６はカルーセル１上板にパターニングされた配線１７と繋がっており、この配線のもう一方の端子部は回転軸の真上に位置するスパッタ室内の回転支え軸１８にパターニングされた配線１９に繋がっている。実際に基板ホルダ９毎にＴ／Ｓ距離１４を変化させるには、偏芯制御装置１０の偏芯測定機構で基板ホルダ９毎のＴ／Ｓ距離１４を検出した後、各真空用ステップモータ１６に外部からプログラムによって修正偏芯量を偏芯制御装置１０内の制御部（図示せず）に伝達し、ステッピングモータを修正偏芯量に基づいて駆動することによって行われる。
【００２１】
実際の偏芯制御方法を図５に示すフローチャートで説明する。まず、カルーセル１に基板ホルダ９および基板１１をセットする。次にカルーセル１を真空室２に搬入し、扉を閉めて真空排気を行う。真空室２が所定の真空度まで排気した後に、ゲートバルブ５を開放し、カルーセル１を搬送機構によってスパッタ室３に搬入する。そして、ゲートバルブ５を閉じ、所定真空度まで真空排気を行う。この真空排気の間にカルーセル１を回転させ、偏芯制御装置１０により偏芯測定を行う。その偏芯測定結果に応じて、真空用ステッピングモータ１６を用いて偏芯量の修正を行う。その後、スパッタ室が所定真空度に排気されるとスパッタ成膜が開始し、光学多層膜が形成される。
【００２２】
ここで、例えば、カルーセルはφ９６０ｍｍ、基板ホルダとしては正２４角形筒の多角形筒でサイズはＷ：２５０ｍｍ×Ｈ：５５０ｍｍ、基板はＷ：１００ｍｍ×Ｈ：１００ｍｍが縦方向に３枚格納されているものを用いて、２４層のＬＷＰＦをスパッタ成膜行い、偏芯測定時のカルーセルの回転速度としては７ｒｐｍ、スパッタ成膜時の回転速度としては１００ｒｐｍで行った。図６に偏芯制御をしない場合の光マイクロセンサ１５で測定した各基板ホルダ偏芯量、および成膜後の各基板の光学特性として半値波長の変化をそれぞれ示す。
【００２３】
成膜後の基板１１の透過光量を測定し、透過光量が半分に低下する波長が半値波長である。図６（ａ）は、２４個の基板ホルダ１１に任意のホルダから順次番号を付し、１０番目の基板ホルダ１１を偏芯量の測定の基準として測定したものであり、図６（ｂ）は、成膜後の基板の半値波長の測定例を示すものである。
【００２４】
光学特性としては、各基板ホルダに格納されている３枚の基板のうちの真ん中に位置する１枚のみの測定結果を示している。図を見てわかるように回転方向にＳＩＮカーブのような特性を示し、Ｐ−Ｐで約２０００ｕｍのＴ／Ｓ距離の差、Ｐ−Ｐで約４ｎｍの半値波長の特性バラツキが見られている。このように回転方向にＳＩＮカーブのような傾向を示していることからも回転の軸ズレによる偏芯が見られていることがわかる。
【００２５】
また、図６の結果より図７に偏芯量と半値波長の関係を示す。偏芯量と半値波長では直線上の比例関係があり、偏芯量を減少させることで半値波長のバラツキを減少させることが可能であることがわかる。
【００２６】
次に図８にカルーセルの回転速度を変化させた場合の５番目の基板ホルダの偏芯量の測定結果を示す。測定としては回転速度を変えて１つの基板ホルダのみを測定した結果である。図を見てわかるように回転速度を変化させても偏芯量は変わらないことがわかる。つまり、偏芯測定時の回転速度は装置内での許容回転速度内であればいずれの回転速度で行っても良い。
【００２７】
図９に基板ホルダ９の中のＮｏ．１０番目の基板ホルダを基準にして、実際に偏芯制御装置１０によって修正した基板ホルダの距離のバラツキである偏芯量と半値波長を示す。図９（ａ）に示す偏芯量とは、後述の実施例と異なり、特定の基板ホルダＮｏ．１０のターゲット７との距離を基準として他の基板ホルダの距離のバラツキを示すものである。偏芯量はＰ−Ｐで２０００ｕｍから１００ｕｍ以下まで修正されており、半値波長もＰ−Ｐで４ｎｍから１ｎｍ以下と改善されていることがわかる。このようにＴ／Ｓ距離を変化させることで、半値波長がＰ−Ｐで約４ｎｍであった特性分布をＰ−Ｐで約１ｎｍにまで改善することができた。
【００２８】
このようにして、スパッタ成膜前に基板ホルダ毎のＴ／Ｓ距離を制御するので、基板上の光学特性分布を均一にすることができる。なお、本発明の実施の形態は例示であり、基板サイズ、ターゲット材に応じて、好適なＴ／Ｓ距離の設定を行うことができる。
【実施例２】
【００２９】
図１０は、本発明の実施例２における偏芯制御装置１０の偏芯修正機構を示す図である。図１０に示すようにカルーセル２１のカルーセル取り付け枠２３によってすべての基板ホルダ２２が一体的に格納される構成をしており、すべての基板ホルダ２２が偏芯制御装置１０の制御により同時に動作するようになっている。そのカルーセル取り付け枠２３に任意に決定される１番目の基板ホルダ９を０度として、基板ホルダ９をＸ方向に移動させるステッピングモータ２４が設けられる。９０度の位置に真空用ステッピングモータ２５が設けられ、この真空用ステッピングモータ２４、２５を動作させることで、カルーセル取り付け枠２３をＸ方向及びＹ方向に、即ち、四方に移動させることで基板ホルダ２２も移動し、Ｔ／Ｓ距離を変化させることができる。この真空用ステッピングモータ２４、２５はカルーセル２１上板にパターニングされた配線２６と繋がっており、この配線２６のもう一方の端子部は回転軸の真上に位置するスパッタ室内の回転支え軸２８にパターニングされた配線２７に繋がっている。このように実施例1の構成と異なるところは、実施例１では偏芯制御装置１０においてすべての基板ホルダ９がそれぞれに対応した真空用ステッピングモータを動作することで基板ホルダ一つ一つを動かしているのに対して、本実施の形態では、カルーセル取り付け枠２３を動かすことですべての基板ホルダ２２が一体となって動く点である。
【００３０】
図１１に、例えばカルーセルはφ９６０ｍｍ、基板ホルダとしては正２４角形筒の多角形筒でサイズはＷ：２５０ｍｍ×Ｈ：５５０ｍｍを使用した際の偏芯量測定結果を示す。偏芯測定時のカルーセルの回転速度としては７ｒｐｍで行った。図を見て分かるようにカルーセル２１の中心軸２９が回転軸３０の中心一致しておらず、ズレていることがわかる。この中心軸２９のズレを考慮して偏芯制御装置１０で修正する。その方法としては、偏芯量測定結果から偏芯量の中心６１の位置（Ｘ方向とＹ方向の座標）を算出して制御信号とし、Ｘ方向には０度の位置に取り付けられている真空用ステッピングモータ２４で移動させ、Ｙ方向には９０度の位置に取り付けられている真空用ステッピングモータ２５で移動させ、回転軸３０の中心とこの偏芯量の中心６１を一致するようにカルーセル取り付け枠２１を移動させる。図１２に実際に偏芯修正動作後の偏芯量を示す。図を見て分かるに偏芯量がほぼゼロとかなり改善していることがわかる。この結果、光学特性も良好になる。
【実施例３】
【００３１】
図１３は、本発明の実施例３における偏芯制御装置１０の偏芯修正機構を示す図である。図１３に示すようにカルーセル３１の上板に各基板ホルダ３２に対応して穴３３が形成されており、その穴３３にはバランス補正用のおもり３４が取り付けられるようになっている。偏芯測定機構によって各基板ホルダ９の偏芯量を検出した後にカルーセルの中心軸３５を求め、スパッタ装置の回転軸３６とのズレを求める。そして、そのズレがスパッタ装置の回転軸３６より１番目の基板ホルダ３２をＸ正方向として、１番目の基板ホルダ３２から半時計方向に９０度の基板ホルダ３７をＹ正方向として、どの方向にどの程度生じているか中心軸３５の位置（Ｘ方向位置とＹ方向位置の座標位置＝Ｘ、Ｙ）を導出する。
【００３２】
次に、図１４、図１５を用いて、その補正方法について説明する。遠心力 Ｆ＝ｍ×ｒ×ω2より、カルーセルに働く遠心力Ｆ１は、ｍ１をカルーセルの質量、ｒ１はカルーセルの半径、ωを角速度、（Ｘ、Ｙ）は、Ｘ方向位置、Ｙ方向位置とすると、以下の（数１）のように表現できる。
【００３３】
【数１】
【００３４】
偏芯量を補正するためには、このカルーセルに偏芯によって働く遠心力Ｆ１とは逆方向に遠心力Ｆ２を発生させてやれば良い。
遠心力Ｆ２は、Ｆ２＝(ｍ１＋Δｍ)×ｒ１×ω2となり、ここで、Δｍはバランス補正用のおもり３４である。
【００３５】
Ｆ１＝Ｆ２の条件を成立すればよいので、Δｍは、以下の（数２）となるように設定すればよい。
【００３６】
【数２】
【００３７】
つまり、中心軸３５の位置から−Ｘ方向、−Ｙ方向の位置に相当する穴にΔｍのバラン
ス補正用のおもり３４を取り付けることで、中心軸３５と回転軸３６を一致させることができ、偏芯量の低減を行うことができる。バランスの取り付け方法としては、真空チャンバー５９内のスパッタ電子の影響を受けない領域におもり収納室５３が設置されている。即ち、ターゲット５１、５２と離れた位置、図１５においては、ターゲット５１、５２の配置されない側に配置される。おもり収納室５３にはバランス補正用のおもり３４の搬入、搬出を行うための扉５４が備えられている。カルーセル３１へのバランス補正用のおもり３４の取り付けは、おもり搬送機構５６によって行われる。
【００３８】
このように実施例1の構成と異なるところは、実施例１では偏芯制御装置１０で基板ホルダを直接動作させて、Ｔ／Ｓ距離を変化させているのに対して、本実施の形態では、基板ホルダを動かさずにカルーセルの重量バランスをバランス補正用のおもり３４によって変化させ、カルーセルの中心軸３５とスパッタ装置の回転軸３６とを一致させる点である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明にかかるスパッタ成膜装置及びスパッタ成膜方法は、ターゲットと基板間の距離の調整を行うことで、偏芯による光学特性の面内バラツキを抑制し、このような均一な特性分布を持つ薄膜を有する基板を用いる映像機器等の光学フィルタとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１におけるスパッタ成膜装置の構成を模式的に示す上面図
【図２】本発明の実施例１におけるカルーセル及び基板ホルダの構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施例１におけるスパッタ成膜装置の構成の一部を説明する図
【図４】本発明の実施例１における偏芯修正機構を示す図
【図５】本発明の実施例１における偏芯制御方法を示すフローチャート
【図６】本発明の実施例１における偏芯制御をしない場合の各基板ホルダ偏芯量および各基板の光学特性として半値波長の変化を示す図
【図７】本発明の実施例１における偏芯量と半値波長の関係を示す図
【図８】本発明の実施例１におけるカルーセルの回転速度と偏芯量を示す図
【図９】本発明の実施例１における偏芯制御を行った場合の各基板ホルダ偏芯量および各基板の光学特性として半値波長の変化を示す図
【図１０】本発明の実施例２における偏芯制御装置を説明するための図
【図１１】本発明の実施例２における偏芯測定量を示す図
【図１２】本発明の実施例２における偏芯修正後の偏芯量を示す図
【図１３】本発明の実施例３における偏芯修正機構を示す図
【図１４】本発明の実施例３における偏芯制御装置を説明するための図
【図１５】本発明の実施例３における偏芯制御を説明するための図
【符号の説明】
【００４１】
１、２１、３１ カルーセル
２ 真空室
３ スパッタ室
４、５４ 扉
５ ゲートバルブ
６ 回転機構
７、８、５１、５２ ターゲット
９、２２、３２、３７ 基板ホルダ
１０ 偏芯制御機構
１１ 基板
１２、２９、３５ 中心軸
１３、３０、３６ 回転軸
１４ Ｔ／Ｓ間距離
１５ 光マイクロセンサ
１６、２４、２５ 真空用ステッピングモータ
１７、１９、２６、２７ 配線
１８、２８ 回転支え軸
２３ カルーセル取り付け枠
３３ 穴
３４ バランス補正用のおもり
３８、３９ 遠心力
４１ センシング領域
５３ おもり収納室
６１ 偏芯量の中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に円筒状または多角形状のドラムが回転可能に設けられ、該ドラムの外周面上に基板が格納される基板ホルダが取り付けられ、前記ドラムが垂直な回転軸の周りを回転しながら前記基板に成膜するカルーセル型のスパッタ成膜装置において、
前記チャンバーの内壁に設けられ前記基板に成膜するターゲットと、
前記基板ホルダが前記ターゲットと正面に対向した位置の前記ターゲットと基板との距離を測定して前記回転ドラムの偏芯量を測定し各基板ホルダと前記ターゲットとの間の距離を制御する偏芯制御装置と、を備え、
前記偏芯制御装置からの出力により基板ホルダとターゲット間の距離を修正することを特徴とするスパッタ成膜装置。
【請求項２】
前記偏芯制御装置内の非接触型センサを用いて前記ターゲットと各基板との距離を測定し、当該測定信号に基づき生成される制御信号により前記基板ホルダをそれぞれ独立に制御する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】
前記偏芯制御装置内の非接触型センサを用いて前記ターゲットと基準となる基板との距離を測定し、当該測定信号に基づき生成されるＸ方向制御信号とＹ方向制御信号により前記基板ホルダを一体的にＸ方向とＹ方向に位置制御するステッピングモータとを有する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】
前記偏芯制御装置により前記カルーセルの中心軸を算出し、
前記カルーセルの中心軸が前記チャンバーの回転軸の中心軸と一致するように前記基板ホルダを一体的にＸ方向とＹ方向に位置制御することを特徴とする請求項３に記載のスパッタ成膜装置。
【請求項５】
前記カルーセルの上板に各基板ホルダに対応して所定の重さのおもりを取り付けるための穴を有し、
前記偏芯制御装置により前記カルーセルの中心軸を算出し、
前記カルーセルの中心軸が前記チャンバーの回転軸の中心軸と一致するように前記カルーセル上の穴に前記重りを取り付けて前記カルーセルの重量バランスを制御する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６】
チャンバー内に円筒状または多角形状のドラムが回転可能に設けられ、該ドラムの外周面上に基板が格納される基板ホルダが取り付けられ、前記ドラムが垂直な回転軸の周りを回転しながら前記基板に成膜するカルーセル型のスパッタ成膜方法において、
前記基板と前記チャンバーの内壁に設けられ前記基板に成膜するターゲットとの距離を測定する工程、
前記測定量に基づいて基板ホルダと前記ターゲットとの間の距離を制御する工程と、を備えることを特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項７】
前記基板ホルダを位置制御するステッピングモータにより前記ターゲットとの間の距離を制御する特徴とする請求項６に記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１】
チャンバー内に円筒状または多角形状のドラムが回転可能に設けられ、該ドラムの外周面上に基板が格納される基板ホルダが取り付けられ、前記ドラムが垂直な回転軸の周りを回転しながら前記基板に成膜するカルーセル型のスパッタ成膜装置において、
前記チャンバーの内壁に設けられ前記基板に成膜するターゲットと、
前記基板ホルダが前記ターゲットと正面に対向した位置の前記ターゲットと基板との距離を測定して前記回転ドラムの偏芯量を測定し各基板ホルダと前記ターゲットとの間の距離を制御する偏芯制御装置と、を備え、
前記偏芯制御装置からの出力により基板ホルダとターゲット間の距離を修正することを特徴とするスパッタ成膜装置。
【請求項２】
前記偏芯制御装置内の非接触型センサを用いて前記ターゲットと各基板との距離を測定し、当該測定信号に基づき生成される制御信号により前記基板ホルダをそれぞれ独立に制御する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】
前記偏芯制御装置内の非接触型センサを用いて前記ターゲットと基準となる基板との距離を測定し、当該測定信号に基づき生成されるＸ方向制御信号とＹ方向制御信号により前記基板ホルダを一体的にＸ方向とＹ方向に位置制御するステッピングモータとを有する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】
前記偏芯制御装置により前記カルーセルの中心軸を算出し、
前記カルーセルの中心軸が前記チャンバーの回転軸の中心軸と一致するように前記基板ホルダを一体的にＸ方向とＹ方向に位置制御することを特徴とする請求項３に記載のスパッタ成膜装置。
【請求項５】
前記カルーセルの上板に各基板ホルダに対応して所定の重さのおもりを取り付けるための穴を有し、
前記偏芯制御装置により前記カルーセルの中心軸を算出し、
前記カルーセルの中心軸が前記チャンバーの回転軸の中心軸と一致するように前記カルーセル上の穴に前記重りを取り付けて前記カルーセルの重量バランスを制御する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６】
チャンバー内に円筒状または多角形状のドラムが回転可能に設けられ、該ドラムの外周面上に基板が格納される基板ホルダが取り付けられ、前記ドラムが垂直な回転軸の周りを回転しながら前記基板に成膜するカルーセル型のスパッタ成膜方法において、
前記基板と前記チャンバーの内壁に設けられ前記基板に成膜するターゲットとの距離を測定する工程、
前記測定量に基づいて基板ホルダと前記ターゲットとの間の距離を制御する工程と、を備えることを特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項７】
前記基板ホルダを位置制御するステッピングモータにより前記ターゲットとの間の距離を制御する特徴とする請求項６に記載のスパッタ成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００８−９５１５８（Ｐ２００８−９５１５８Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８００６０（Ｐ２００６−２８００６０）
【出願日】平成１８年１０月１３日（２００６．１０．１３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１３日（２００６．１０．１３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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