説明

真空処理装置及び方法

【課題】真空処理中に基板付近で発生するH2Oなどの吸着ガスを効率的に捕捉することで、真空処理条件を安定させ基板の品質の向上を図ることが可能な真空処理装置を提供すること。
【解決手段】真空容器とターゲットと基板と真空排気ポンプと着脱可能でターゲットと対向して配置され、裏面がゲッターである複数のパンチングメタルからなる防着板を有し、防着板裏面のゲッターにて真空処理装置内のH2Oなどの吸着ガスを捕捉することで、効率的な排気が可能となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板上に金属膜や化合物皮膜を形成するスパッタリング技術において、真空容器内にゲッターを配置することにより真空排気を促進する点に特徴を有す真空処理装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来のスパッタリング装置などの真空処理装置においては、ターゲット等の内臓物を交換する際、真空容器内を一旦、大気開放して内臓物を交換した後、再度、真空容器内を排気ポンプで排気することで真空容器内を真空にし、スパッタリングなどの真空処理を行っているのが現状である。大気開放した際、真空容器内に吸着したH2Oなどのガスを排気し、大気開放前と同様なコンディションを得るためには、(1)長時間の真空引き,(2)真空容器を加熱することによる積極的なガス排気,(3)ダミー基板を用いたエージング真空処理(これをスパッタリング装置では「事前スパッタリング」と言う場合もある)などの立ち上げ工程が必然的に生じることになる。また、通常の生産処理の最中においても、処理する基板から持ち込まれるH2Oなどの吸着ガスにより、真空容器内のコンディションが時々刻々と変化する場合があり、真空処理する基板の品質に悪影響を与えることも少なくない。
【0003】
そこで、真空処理装置内のH2Oなどの吸着ガスを効率的に排気するため、主ポンプとしてのクライオポンプやターボ分子ポンプの補助ポンプとしてゲッターポンプやチタンサプリメーションポンプなどが設置されていた(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
【0004】
例えば、図3は特許文献1に記載の従来のゲッターポンプとその活性化および再生の方法を示すものである。図3において符号101は真空容器102の排気流路103に設けられたゲッターポンプであり、ゲッターポンプ101の活性化と再生を開閉バルブ104で真空容器102と隔離されたポンプ筐体105内にゲッターポンプ101を移動させて行なうものであった。
【特許文献1】特開平11−082301号公報
【特許文献2】特開平04−008878号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記従来の技術のように、真空処理装置内のH2Oなどの吸着ガスを効率的に排気するために、ゲッターポンプやチタンサプリメーションポンプなどの補助ポンプを用いた場合、真空容器内に設置された補助ポンプの活性化や再生の際に真空容器と補助ポンプを隔離するためのゲートバルブや補助ポンプを通電過熱して排気したり、筺体との間でグロー放電等を発生させるための複雑な構成が必要とされていたりしていた。
【0006】
これに加えて、補助ポンプの活性化や再生の際には本来の真空処理動作ができない場合(補助ポンプの活性化は、加熱やプラズマ処理を用いて行うため、通常の真空処理時に活性化すると、真空条件が変わってしまう。このため、本来の真空処理動作を行っていない時に実施するか、別系統の排気経路を設けて切離して行う必要がある。)や、本来の真空処理を止めずに補助ポンプの活性化や再生する場合には、クライオポンプやターボ分子ポンプなどの主ポンプを別系統に増設する必要があった。
【0007】
また、ゲッターポンプやチタンサプリメーションポンプなどの補助ポンプの設置位置が真空処理する基板から離れた構造になっており、真空処理中に基板付近で発生するH2Oなどの吸着ガスを効率的に捕捉することが難しく、真空処理の条件が安定せず基板の品質低下の原因になるという課題を有していた。
【0008】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、着脱可能な複数のパンチングメタルからなる防着板または排気整流板の裏面がゲッター材料であるため複雑な構造を必要とせずに真空処理装置内のH2Oなどの吸着ガスを捕捉し効率的に排気することが可能な、真空処理装置及び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】
上記目的を達成するために、本発明の真空処理装置は、真空維持可能な真空容器と、前記真空容器内に配置されかつ基板を載置する基板載置台と、前記基板載置台に対向して設けられたターゲットを載置するターゲットホルダーと、前記ターゲットホルダーに電圧或いは高周波電力を印加する電源と、前記真空容器内にガスを導入或いは排気するガス供排気手段とを備える真空処理装置において、前記基板載置台の外周でかつ前記ターゲットホルダーに対向して複数の開口部を有する防着板が設けられ、前記防着板のうち前記ターゲットホルダーと面する側とは逆の面にゲッター材料が形成されることで、真空容器内のH2Oなどの吸着ガスを捕捉し効率的な排気を行なうことができる。
【0010】
本構成によって真空処理する際にターゲット付近に発生するプラズマから出た電子がターゲットと対向する防着板や排気整流板に捕捉され、防着板表裏面および排気整流板表裏面間でのプラズマを誘発することで裏面に形成されたゲッターを活性化させH2Oなどの吸着ガスの効率的な捕捉を行える。
【0011】
また、本発明の真空処理方法は、真空容器内にガスを導入すると共に排気し、前記真空容器内に配置されたターゲットを載置するターゲットホルダーに電圧或いは高周波電力を印加することで、前記真空容器内にプラズマを発生させ、前記ターゲットに対向して設けられた基板を処理する真空処理方法において、前記基板の外周でかつ前記ターゲットに対向して複数の開口部を有する防着板が設けられ、前記防着板のうち前記ターゲットと面する側とは逆の面にゲッター材料が形成されているので、真空容器内のH2Oなどの吸着ガスを捕捉し効率的な排気を行なうことができ、その結果、真空処理の条件が安定し、基板の品質低下を抑えることができる。
【発明の効果】
【0012】
以上のように、本発明の真空処理装置及び方法によれば、真空処理時に防着板表裏面で誘発するプラズマでゲッター材料を活性化させるため、複雑な構成が不要となり、安価でトラブルの少ない真空処理装置及び方法を提供することができる。
【0013】
また、ゲッター材料は真空処理の際に防着板表裏面で誘発するプラズマで常に活性化されており、ゲッター材料活性化のために生産処理を停止する必要がなく生産時間の有効活用ができる。
【0014】
更に、真空処理直後から活性化されたゲッター材料に基板付近の部材に吸着するH2Oなどの吸着ガスを効率的に捕捉でき、安定した処理条件で基板の真空処理が可能となり基板の品質向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0016】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における真空処理装置の真空容器の断面を示す概略図である。
【0017】
図1において、201は上面にターゲット202とガス供給ノズル203を、下面にホルダー204で保持した基板205と圧力調整バルブ206を介して真空排気ポンプ(図示せず)に繋がる排気口207と側面にゲート208を介してロードロック室(図示せず)から基板205を投入する投入口209を配置した真空容器であり、本発明の実施の形態1ではステンレス製の容器を使用している。
【0018】
210はターゲット202に向かって裏面にゲッター211を形成し、ターゲット202に向かって表面に誘電体212を形成したパンチングメタルからなる防着板であり、本発明の実施の形態1では3枚のパンチングメタルを所定の間隔を保って平行に重ね、固定ピン213を介して真空容器201の底面に着脱可能で取り付ける構成になっている。
【0019】
防着板210の芯材は開口率10%〜40%で貫通穴214が設けられたステンレス板を使用し、固定ピン213と真空容器201の底面を介して電気的にアースに接続されている。215はターゲット202に向かって裏面にゲッター216を形成し、ターゲット202に向かって表面に誘電体217形成した平板からなる排気整流板であり、本発明の実施の形態1では4枚の平板を所定の間隔を保って平行に重ね、ガスの流れが排気抵抗を持って排気口207へ導かれるように所定の角度で支持棒218を介して排気筒部219に着脱可能で取り付ける構成で、芯材は支持棒217と真空容器201の底面を介して電気的にアースに接続されている。また、ターゲット202は、ターゲットホルダー220に載置され、ターゲットホルダー220には電圧或いは高周波電力を印加する電源221が接続されている。
【0020】
本発明の実施の形態1における真空処理は、ホルダー204で保持した基板205をアーム(図示せず)でロードロック室(図示せず)を経て投入、基板205を真空容器201底面の所定の位置にセットしてゲート208を閉じる。真空容器201内を真空排気ポンプ(図示せず)で排気しながらガス供給ノズル203より所定流量のガスを真空容器201内に供給し、圧力調整バルブ206で真空容器201内を所定の圧力に保つ。この状態でターゲット202に所定の電力を印加し、ターゲット202と基板205の間にプラズマを発生させることでターゲット材料を基板205表面に成膜している。膜圧はターゲットに印加する電力の投入時間によってコントロールしている。成膜が終了した基板205は投入口209からロードロック(図示せず)に取り出すとともに、新たな基板205が真空容器201内に投入される。この際、ロードロック室(図示せず)は真空引きされた状態であり、真空容器201内が大気に曝されることはない。
【0021】
成膜の際、プラズマに曝されたターゲット表面からは電子が放出され真空容器201内の誘電体にチャージアップされる。特に防着板210と排気整流板215はターゲット202に向かって表面に誘電体212、217が形成されているため多量の電子がチャージアップする。また防着板201の芯材には開口率10%〜40%で貫通穴が設けられ所定の間隔を保って平行に重ねられた構造になっているため、下側の防着板210の誘電体212にも多量の電子がチャージアップする。大量の電子がチャージアップした誘電体212、217に対向した防着板210と排気整流板215の裏面には電気的にアースに接続されたゲッター211,216があり、誘電体212、217にチャージアップした電子はゲッター211、216の表面へ放電される。
【0022】
この放電現象により、ゲッター表層部は清浄化される。基板205の成膜が終了し、真空容器201内の在留ガスを真空排気ポンプ(図示せず)で排気する際、排気の経路にある清浄化されたゲッター211、216にH2Oなどの吸着ガスを捕捉する。このことで、真空容器201内壁や真空容器201の内臓物表面に吸着したH2Oなどの吸着ガスが成膜時の温度上昇などで徐々に放出され成膜条件が変化することが防止できる。
【0023】
一旦、ゲッター211、216内に捕捉された吸着ガスはゲッター材料内に拡散して捕り込まれる。ゲッター211、216の表層部に吸着したガスは通常行われている基板への本成膜前に基板シャッター(図示せず)を閉じて行う事前成膜の際に誘電体212、217からゲッター211、216の表面に誘発される放電で防着板210や排気整流板215の裏面から排気の経路に沿って再吸着することなく排出される。
【0024】
また装置を長時間停止した場合、真空容器内の温度低下に伴いゲッター211、216表層部には大量のガスが吸着するが、装置運転再開時に通常真空容器201内のコンディショニングとして行われているダミー基板205にターゲット材料を成膜することで誘電体212、217からゲッター211、216の表面へ誘発される放電で防着板210や排気整流板215の裏面から排気の経路に沿って再吸着することなく排出される。
【0025】
ゲッター211は防着板210の裏面に予め形成される。本実施の形態1においてTiをゲッター材料として使用し、ゲッター効果を得ている。Tiと防着板の芯材との間に酸化膜が生じないようにするため、Tiは真空中で形成している。本実施の形態1で前処理として逆スパッタ処理で芯材表層の酸化膜を除去後、スパッタリングで膜厚0.5μm以上のTi膜を形成している。防着板はターゲット202の交換周期で取り替え可能であるが、1交換周期を通じてゲッター効果を継続するためには、0.5μm以上のTi膜厚が必要である。また真空処理装置内で真空処理直後にH2Oなどの吸着ガスを効率的にゲッター内部に捕捉するためにはゲッター面積を確保しておく必要があり、予め芯材はブラスト処理で凹凸を設けている。本実施の形態1では芯材の表面粗さを10s以上にすることでゲッター面積を確保することができている。
【0026】
誘電体212は防着板210の表面に予め形成される。本実施の形態1においてAl23膜を溶射している。芯材に予めブラスト処理で表面粗さを10s以上にすることでAl23膜の密着強度を確保し、膜厚を100μm以上とすることでピンホールのない誘電体膜の形成している。
【0027】
ゲッター216は排気整流板215の裏面に予め形成される。本実施の形態1において防着板210と同様にTiをゲッター材料として使用し、ゲッター効果を得ている。Ti膜と排気整流板215の芯材との間に酸化膜が生じないようにするため、Ti膜は真空中で形成している。本実施の形態1では防着板210と同様に前処理として逆スパッタ処理で芯材表層の酸化膜を除去後、スパッタリングで膜厚0.5μm以上のTi膜を形成している。0.5μm以上のTi膜厚で防着板と同様にターゲット202の1交換周期を通じてゲッター効果が維持できている。
【0028】
また、防着板と同様に予め芯材はブラスト処理で凹凸を設け、芯材の表面粗さを10s以上にすることでゲッター面積を確保している。
【0029】
ターゲット202の交換や防着板210、排気整流板215を交換で真空容器201が大気開放された場合ゲッター211、216の表層に酸化膜などの不活性な膜が形成されるが、防着板と排気整流板を装着し真空排気した後、真空容器201内のコンディショニングとして通常行われているダミー基板205にターゲット材料を成膜で誘電体212、217からゲッター211、216の表面へ誘発される放電で除去することが可能である。
【0030】
かかる構成によればゲッター材料は真空処理の際に防着板表裏面および排気整流板表裏面間で誘発するプラズマで常に活性化されており、ゲッター材料活性化のために生産処理を停止する必要がなく生産時間の有効活用ができる。
【0031】
また、真空処理直後から活性化されたゲッター材料に基板付近の部材に吸着するH2Oなどの吸着ガスを効率的に捕捉でき、安定した処理条件で基板の真空処理が可能となり基板の品質向上がはかれる。
【0032】
なお、本実施の形態1においてゲッター材料としてTiを用いたが、BaまたはNiを用いてもゲッターとしての効果はあるが、同じ膜厚のTi、Ba、Niを用いてのゲッターを比較した場合、1ターゲットサイクル中のゲッター効果の低下はTi、Ba、Niの順で少なくなっている。
【0033】
なお、本実施の形態1において誘電体としてAl23を防着板および排気整流板のターゲットに対向する表面に溶射にて形成しているが、SiO2など誘電体として作用しターゲット表面から放出される電子をチャージアップさせる膜であればよい。形成方法も誘電体と芯材の密着強度が確保できればよく、スパッタリングなど方法を用いてもよい。
【0034】
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2における真空処理装置の真空容器の断面を示す概略図である。
【0035】
図2において301はターゲット302に向かって表面に誘電体302を形成し、開口率10%〜40%で貫通穴303が設けられた防着版で、本発明の実施の形態2ではゲッター作用のあるTi板を使用している。防着板301の裏面304はゲッター面積を確保するため表面粗さを10s以上にしている。本発明の実施の形態2では3枚の防着板を所定の間隔を保って平行に重ね、固定ピン305を介して真空容器306の底面に着脱可能で取り付ける構成になっている。
【0036】
307はターゲット302に向かって表面に誘電体308形成した排気整流板で、本発明の実施の形態2ではゲッター作用のあるTi板を使用している。排気整流板309の裏面310はゲッター面積を確保するため凹凸を形成し、表面粗さを10s以上にしている。本発明の実施の形態1では4枚の排気整流板を所定の間隔を保って平行に重ね、ガスの流れが排気抵抗を持って排気口311へ導かれるように所定の角度で支持棒312を介して排気筒部313に着脱可能で取り付ける構成で、支持棒311と真空容器306の底面を介して電気的にアースに接続されている。また、ターゲット302は、ターゲットホルダー320に載置され、ターゲットホルダー320には電圧或いは高周波電力を印加する電源321が接続されている。
【0037】
このように構成された真空処理装置内に基板314を投入し、ターゲット材料を成膜する際、誘電体302、308からゲッター面304、310へ誘発される放電で防着板301や排気整流板308の裏面が清浄化される。成膜が終了し、真空容器306内の在留ガスを真空排気ポンプ(図示せず)で排気する際、排気の経路にある清浄化されたゲッター304、310にH2Oなどの吸着ガスを捕捉する。
【0038】
防着板301および排気整流板308の表面への誘電体や裏面の凹凸は予め形成される。本発明の実施の形態2ではAl23膜を溶射している。裏面はゲッターとして酸化を防止するためブラスト処理で凹凸加工をした後、真空中で逆スパッタ処理してブラスト処理で発生した表層の酸化膜を除去している。
【0039】
防着板および排気整流板としてTi板を用いた場合、比重が4.51と軽いために熱容量を小さくできる。このため、冷却されるのが早くゲッター面が清浄化された後H2Oなどの吸着ガスを効果的に捕捉することができる。また、表面に誘電体として溶射されたAl23膜とTi板の熱膨張係数が6.8×10-6/℃と8.4×10-6/℃で差が少ないため、温度変化による誘電体膜の剥がれを防止することができている。
【産業上の利用可能性】
【0040】
本願発明は、真空処理直後から活性化されたゲッター材料に基板付近の部材に吸着するH2Oなどの吸着ガスを効率的に捕捉でき、安定した処理条件で基板の真空処理が可能となり基板の品質向上が図れるどの効果を有し、半導体,液晶,光学部品など品質のよい薄膜を安定して成膜する必要のあるスパッタリング装置などの真空成膜装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の実施の形態1における真空処理装置の真空容器の断面を示す概略図
【図2】本発明の実施の形態2における真空処理装置の真空容器の断面を示す概略図
【図3】従来の真空容器を備えるゲッターポンプ装置の断面を示す概略図
【符号の説明】
【0042】
201 真空容器
202 ターゲット
205 基板
210 防着板
214 貫通穴
211,216 ゲッター
212,217 誘電体
215 排気整流板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
真空維持可能な真空容器と、前記真空容器内に配置されかつ基板を載置する基板載置台と、前記基板載置台に対向して設けられたターゲットを載置するターゲットホルダーと、前記ターゲットホルダーに電圧或いは高周波電力を印加する電源と、前記真空容器内にガスを導入或いは排気するガス供排気手段とを備える真空処理装置において、
前記基板載置台の外周でかつ前記ターゲットホルダーに対向して複数の開口部を有する防着板が設けられ、前記防着板のうち前記ターゲットホルダーと面する側とは逆の面にゲッター材料が形成されていること
を特徴とする真空処理装置。
【請求項2】
ガスの下流に設けられかつ複数の開口部を有する排気整流板のうち、ターゲットホルダーと面する側とは逆の面にゲッター材料が形成されることを特徴とする請求項1記載の真空処理装置。
【請求項3】
防着板は、ターゲットホルダーのうちターゲットを載置する表面と鉛直方向に複数枚配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の真空処理装置。
【請求項4】
排気整流板は、ターゲットホルダーのうちターゲットを載置する表面と平行方向に複数枚配置されることを特徴とする請求項2または3に記載の真空処理装置。
【請求項5】
防着板は、パンチングメタルであることを特徴とする請求項2〜4の何れか一項に記載の真空処理装置。
【請求項6】
ゲッター材料はTiまたはBaまたはNiかその合金からなることを特徴とする請求項2〜5の何れか一項に記載の真空処理装置。
【請求項7】
ゲッター材料は着脱可能であることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の真空処理装置。
【請求項8】
真空容器内にガスを導入すると共に排気し、前記真空容器内に配置されたターゲットを載置するターゲットホルダーに電圧或いは高周波電力を印加することで、前記真空容器内にプラズマを発生させ、前記ターゲットに対向して設けられた基板を処理する真空処理方法において、
前記基板の外周でかつ前記ターゲットに対向して複数の開口部を有する防着板が設けられ、前記防着板のうち前記ターゲットと面する側とは逆の面にゲッター材料が形成されていること
を特徴とする真空処理方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2008−266699(P2008−266699A)
【公開日】平成20年11月6日(2008.11.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−108884(P2007−108884)
【出願日】平成19年4月18日(2007.4.18)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】