CN111902562B - 成膜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在基板表面形成氧化铟基氧化物膜时，可抑制基板的X轴方向上的薄膜质量不均一的成膜方法。本发明的成膜方法，以在基板(Sw)面内彼此正交的方向为X轴方向和Y轴方向，在真空处理室(11)内使基板和与该基板相比X轴方向长度更长的靶(Tg1～Tg8)彼此同心相对配置，向真空气氛中的真空处理室内分别导入稀有气体和氧气，通过对各靶施加电力以等离子体气氛中的稀有气体的离子对靶进行溅射，从而在基板表面形成氧化铟基氧化物膜。从第一位置和第二位置中的至少一个向基板导入氧气，其中，以从靶侧朝向基板的方向为上，所述第一位置是X轴方向上基板端区域(Sa)正下方的位置，所述第二位置是在X轴方向上从基板端(Se)向靶端延伸的延展区域(Ea)正下方的位置。

Description

成膜方法
技术领域
本发明涉及一种成膜方法，具体而言，涉及通过导入氧气的反应性溅射来形成氧化铟基氧化物膜的方法。
背景技术
例如在平板显示器(FPD)的制造工序中有形成透明导电膜的工序，这样的透明电极膜有时会使用ITO膜和ITIO膜这类氧化铟基氧化膜。并且，通常会使用溅射法的方式对基板表面形成氧化铟基氧化物膜(例如参照专利文献1)。
再有，当基板是FPD用的玻璃基板这样的面积较大的产品时，作为对这样的基板实施成膜的溅射装置，有时会使用一种装置，其以在基板面内彼此正交的方向为X轴方向和Y轴方向，在真空处理室内使长度在Y轴方向上的多块靶以与基板相比X轴方向长度更长的方式等间隔并列设置在X轴方向上(例如参照专利文献2)。其中，设置为以从各靶朝向基板的方向为上，在各靶下侧从各靶远离地配置气管，从该气管上形成的气体喷射口导入在反应性溅射法成膜时导入的氧气这类反应气体。
采用上述方式，如在成膜时通过气管导入反应气体，则该反应气体暂时在各靶下侧的空间内扩散，之后经彼此相邻的靶彼此间的各间隙供给到基板。由此，可抑制对基板供给反应气体的不均衡，防止在基板面内发生反应性不均匀的问题。然而，已确认在使用以往例子的溅射装置，对近年来进一步大型化的基板通过反应性溅射形成氧化铟基氧化物膜时，即便抑制了对基板供给反应气体不均衡的情况，基板的X轴方向上的薄膜质量(例如薄层电阻值(シート抵抗値)(Rs))仍会不均一。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利公开2015-994号公报
【专利文献2】日报专利第4707693号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
因此，鉴于以上情况，本发明的目的是提供一种在基板表面形成氧化铟基氧化物膜时，可抑制基板的X轴方向上的薄膜质量不均一的成膜方法。
解决技术问题的手段
为解决上述技术问题，在基板表面形成氧化铟基氧化物膜的本发明的成膜方法，以在基板面内彼此正交的方向为X轴方向和Y轴方向，在真空处理室内使基板和与该基板相比X轴方向长度更长的靶彼此同心相对配置，向真空气氛中的真空处理室内分别导入稀有气体和氧气，通过对各靶施加电力以等离子体气氛中的稀有气体的离子对靶进行溅射，从而在基板表面形成氧化铟基氧化物膜，其特征在于，所述成膜方法包括从第一位置和第二位置中的至少一个向基板导入氧气的工序，其中，以从靶侧朝向基板的方向为上，所述第一位置是X轴方向上基板端区域正下方的位置，所述第二位置是在X轴方向上从基板端向靶端延伸的延展区域正下方的位置。
采用本发明，已确认即使是对近年来面积增大的基板通过反应性溅射形成氧化铟基氧化物膜时，也能使基板的X轴方向上的薄膜质量(例如薄层电阻值(Rs))大致均等。此外，在本发明中，所谓X轴方向上的“基板端区域”，是指在基板的X轴方向上，从基板端在该基板的X轴方向长度的10％以下的范围内向其内侧延伸的部分。这种情况下，已确认当超过从基板端在该基板的X轴方向长度的10％以下的范围时，无论是否从第二位置向基板导入氧气，都不能得到可作为产品使用的程度的基板的X轴方向的薄膜质量的均一性。
在本发明中，优选从所述第一位置和第二位置两位置向所述基板进一步导入所述氧气。由此，已确认可使基板的X轴方向上的薄膜质量(例如薄层电阻值(Rs))进一步均等。
再有，在本发明中，当所述靶由在X轴方向上留出间隔并列设置的多块靶构成，并且以并列设置这些靶的区域为靶并列设置区域，靶并列设置区域的X轴方向长度比基板长时，设置所述规定位置比靶并列设置区域更靠下方，可经彼此相邻的两块靶间的间隙向靶导入氧气。
附图说明
图1是省略可实施本发明的实施方式的成膜方法的溅射装置的一部分而示出的剖视示意图。
图2是说明靶和反应气体的导入位置关系的俯视图。
图3是示出本发明效果的实验图表。
具体实施方式
下面参照附图，以下述情况为例说明本发明的成膜方法的实施方式，所述情况是以矩形的玻璃基板(例如长边是3400mm)为基板Sw，氧化铟基氧化物膜采用ITO膜，通过反应性溅射法在基板Sw的一侧的表面上成膜。
参照图1和图2，SM是可实施本发明的成膜方法的磁控管式溅射装置。此外，在以下的说明中，是以图1所示的姿态为基准，以从各靶朝向基板Sw的方向为上，并以与作为成膜表面的基板Sw的一侧的表面(下表面)平行的各靶的并列设置方向为X轴方向，以与其正交的靶的长度方向为Y轴方向。
溅射装置SM例如是连续型(インライン式)装置，具有限定出真空处理室11的真空室1，其可通过旋转泵、涡轮分子泵等真空排气装置(未图示)保持为规定的真空度。在真空室1的上部设置有基板输送装置2。基板输送装置2具有公知结构，例如具有运输器21，其以作为成膜面的下表面开放的状态保持基板Sw，基板输送装置2间歇驱动图外的驱动装置，可将基板Sw以长边与X轴方向一致的姿态依次输送到真空处理室11内的规定位置。并且，与真空处理室11内的基板Sw相对地在真空室1的下侧，在X轴方向上等间隔并列设置有具有同一形态的规定块数的靶Tg。此外，在图1中，只示出了X轴方向左侧的四块靶Tg1，Tg2，Tg3，Tg4和X轴方向右侧的四块靶Tg5，Tg6，Tg7，Tg8，省略了X轴方向中央区域处位于靶Tg4，Tg5之间的部分。
各靶Tg1～Tg8是具有规定组成比的ITO材质的产品，具有长度在Y轴方向上的俯视矩形轮廓(参照图2)。各靶Tg1～Tg8在未使用时，其溅射面Ts位于与基板Sw平行的同一平面上，且以并列设置各靶Tg1～Tg8的区域为靶并列设置区域Ta，设置靶并列设置区域Ta的X轴方向长度比基板Sw长。对于靶并列设置区域Ta的X轴方向长度，例如考虑到在基板Sw的下表面形成ITO膜时X轴方向上ITO膜的薄膜厚度分布的均一性，而适当设置为基板Sw的X轴方向的宽度的1.1～1.3倍。此外，对于各靶Tg1～Tg8的X轴方向的宽度，虽然会考虑到各靶Tg1～Tg8的操作性等而进行适当设计，但由于各靶Tg1～Tg8本身是使用公知的靶，因此省略更多的说明。
再有，各靶Tg1～Tg8在溅射中通过铟和锡等粘接材料与冷却各靶Tg1～Tg8的背板Bp接合，通过未图示的绝缘材料设置为在真空处理室11内呈悬浮状态。再有，配置第一接地屏31和第二接地屏32，所述第一接地屏31围绕在各靶Tg1～Tg8的周围，所述第二接地屏32位于第一接地屏31和基板输送装置2之间，防止溅射粒子等附着在真空室1内壁和运输器21上。
再有，在各靶Tg1～Tg8的下方(溅射面Ts的相反侧)分别设置有磁铁单元4。由于磁铁单元4本身可使用公知的产品，故此处省略详细说明。并且，通过各磁铁单元4，在各靶Tg1～Tg8的上方(溅射面Ts侧)分别形成均衡闭环的隧道状磁通，通过捕捉在各靶Tg1～Tg8前方电离的电子和溅射产生的二次电子，可提高各靶Tg1～Tg8各自前方的电子密度，提高等离子体密度。各磁铁单元4也可分别连接由电机或气缸等构成的驱动装置5的驱动轴51，在沿X轴方向的两个位置间平行且等速地整体进行往返运动。
各靶Tg1～Tg8分别连接来自直流电源Ps的输出电缆Pk，可在各靶Tg1～Tg8上分别施加带负电位的规定电力。此外，各靶Tg1～Tg8中多块成对，通过交流电源给成对的靶以规定的频率(1～400KHz)交替改变极性地施加规定电压。
真空室1中设置有导入Ar等稀有气体的第一气体导入装置6。气体导入装置6具有设置在真空室1侧壁上的气管61，气管61经质量流量控制器62与图外的气源连通，能以规定流量将稀有气体导入真空处理室11内。再有，在位于各靶Tg1～Tg8下方的真空室1内的规定位置上设置有第二气体导入装置7。
第二气体导入装置7有等间隔并列设置在X轴方向上的长度在Y轴方向上的多根气管71。各气管71例如是具有φ5～10mm的直径的不锈钢制作，配置为具有和各靶Tg1～Tg8同样的Y轴方向长度，且在各靶Tg1～Tg8彼此的间隙Tp的正下方的位置处与间隙Tp并行延伸。各气管71一端分别与集合管道72连接，集合管道72经质量流量控制器73与图外的氧气源连通。在各气管71的靶Tg1～Tg8侧，留出规定间隔地开设有例如四个喷射口74。并且，当从各喷射口74喷射反应气体时，经各靶Tg1～Tg8的各间隙Tp朝基板Sw供给氧气。此外，喷射口74的开口直径与气管71的厚度对应地适当设置，例如设置在Φ0.2mm～1mm的范围内(本实施方式中设置为0.4mm)。
当使用上述溅射装置SM在基板Sw的下表面形成ITO膜时，通过基板输送装置2输送基板Sw，设置在与真空室1内的靶并列设置区域Ta同心的位置处。接着，当真空处理室11达到规定压力的真空气氛时，通过第一气体导入装置6导入规定流量的稀有气体，并通过第二气体导入装置7导入规定流量的氧气。并且，通过直流电源Ps向各靶Tg1～Tg8施加带负电位的规定电力，在靶并列设置区域Ta和基板Sw之间的空间中形成等离子体气氛，以等离子体气氛中的稀有气体的离子来溅射各靶Tg1～Tg8，使从各靶Tg1～Tg8飞散的溅射粒子和氧气的反应生成物堆积附着在基板Sw下表面，形成ITO膜。
此处，在通过上述溅射装置SM形成ITO膜时，由于根据基板Sw的尺寸(例如长边是3400mm)，如经各靶Tg1～Tg8彼此间的所有间隙Tp导入氧气，则基板Sw的X轴方向上的薄膜质量(例如薄层电阻值(Rs))会不均一，所以需要对此加以抑制。因此，在本实施方式中，设置为：以从基板端在基板Sw的X轴方向长度的10％以下的范围内向其内侧延伸的部分为基板端区域Se，以从基板端向靶端(即靶Tg1和Tg8的X轴方向外端)延伸的部分为延展区域Ea，从基板端区域Se正下方的规定位置(以此为第一位置)和延展区域Ea正下方的规定位置(以此为第二位置)中的至少一个向基板Sw导入氧气。在本实施方式中，设置为第一气管71a和第二气管71b位于第一位置，第三气管71c位于第二位置，只从第一和第二各气管71a，71b与第三气管71c经靶彼此间的间隙Tp向基板Sw导入氧气(即设置为只从X轴方向左侧的四块靶Tg1，Tg2，Tg3，Tg4彼此的各间隙Tp和X轴方向右侧的四块靶Tg5，Tg6，Tg7，Tg8彼此的各间隙Tp向基板Sw供给氧气)。
采用上述方式，即使在对近年来大型化的基板Sw通过反应性溅射形成ITO膜时，也可使基板Sw的X轴方向的薄膜质量(例如薄层电阻值(Rs))大致均等。此外，当超过从基板端在该基板Sw的X轴方向长度的10％以下的范围时，无论是否从第二位置向基板Sw导入氧气，都不能得到可作为产品使用的程度的基板的X轴方向的薄膜质量的均一性。再有，从比靶并列设置区域Ta更靠X轴方向外侧向基板Sw导入氧气，也同样得不到薄膜质量的均一性。
然后，为了确认本发明的效果，用图1所示的溅射装置，进行了通过反应性溅射在基板Sw上形成ITO膜的接下来的实验。靶Tg1～Tg8采用以规定的组成比的ITO制成的具有200mm×3400mm×厚度10mm的轮廓的产品，以250mm的间隔在真空室1内设置17块该靶Tg1～Tg8。再有，在靶Tg1～Tg8彼此间全部的间隙Tp的下方分别设置(16根)气管71，可选择性地导入氧气。再有，以长边是3400mm的玻璃基板作为基板Sw，溅射条件设置为从各直流电源Ps向各靶Tg1～Tg8施加的电力是16kW，再有，控制质量流量控制器62导入溅射气体Ar以使真空处理室11内的压力保持在0.4Pa，并以规定流量导入氧气。
在发明实验1中，只从第二位置的第三气管71c，71c和第一位置的第二气管71b，71b导入氧气，而作为比较实验，从分别位于靶Tg1～Tg8彼此间的全部间隙Tp下方的全部的气管71导入氧气，形成ITO膜，以公知方法测量了X轴方向上ITO膜的薄层电阻值。图3是示出相对于X轴方向的基板位置的薄层电阻(Rs)的标准值的图表。此外，薄层电阻(Rs)的标准值是通过平均值求出的。由此，确认了在发明实验1中，与比较实验相比，可使X轴方向上的ITO膜的薄层电阻值的面内分布良好。
再有，作为其他发明实验，适当改变氧气的导入位置，测量了薄层电阻值的面内均一性。由此，当比较实验的面内分布的差异设为1时，在只从第二位置的第三气管71c，71c和第一位置的第二气管71b，71b导入氧气的方式(发明实验1)中，其面内分布是0.2。再有，在只从第一～第三各气管71a，71a，71b，71b，71c，71c导入氧气的方式(发明实验2)中，其面内分布是0.3。进而，在只从第一位置的第二气管71b，71b和第一气管71a，71a导入氧气的方式(发明实验3)中，其面内分布是0.3。再有，在只从第二位置的第三气管71c，71c导入氧气的方式(发明实验4)中，其面内分布是0.4，可知当只从基板端区域Sa正下方的第一位置和/或只从延展区域Ea正下方的第二位置导入氧气的情况下，面内分布得到很好的改善。此外，确认了当超过从基板端Se在该基板Sw的X轴方向长度的10％以下的范围时，不能得到可作为产品使用的程度的基板Sw的X轴方向的薄膜质量的均一性。
以上说明了本发明的实施方式，但只要是不脱离本发明的技术思想范围的方式，可进行各种变形。在上述实施方式中，以形成ITO膜作为氧化铟基氧化物膜的情况为例进行了说明，但并不仅限于此，ITIO膜这类其他的氧化铟基氧化物膜的成膜也可适用本发明。再有，在上述实施方式中，作为可实施本发明的成膜方法的溅射装置SM，可采用多块靶，经靶彼此间的间隙Tp向基板导入氧气的装置为例进行了说明，但只要是可从X轴方向上基板端区域正下方的规定位置向基板导入氧气的装置即可，并不仅限于此，也可使用其他结构的溅射装置。
附图标记说明
SM.(可实施本发明的成膜方法的)溅射装置、11.真空处理室、7.第二气体导入装置、71.(氧气用的)气管、Sw.玻璃基板(基板)、Sa.基板端区域、Se.基板端、Tg1～Tg8.ITO靶、Tp.靶间的间隙。

Claims (4)

1.一种成膜方法，其是在基板表面形成氧化铟基氧化物膜的成膜方法，以在基板面内彼此正交的方向为X轴方向和Y轴方向，在真空处理室内使基板和与该基板相比X轴方向长度更长的靶彼此同心相对配置，向真空气氛中的真空处理室内分别导入稀有气体和氧气，通过对各靶施加电力以等离子体气氛中的稀有气体的离子对靶进行溅射，从而在基板表面形成氧化铟基氧化物膜，其特征在于：
所述成膜方法包括只从第一位置，或者只从所述第一位置和第二位置两位置向基板导入氧气的工序，其中，以从靶侧朝向基板的方向为上，所述第一位置是X轴方向上基板端区域正下方的位置，所述第二位置是在X轴方向上从基板端向靶端延伸的延展区域正下方的位置；
所述基板端区域是从基板端在该基板的X轴方向长度的10％以下的范围内向X轴方向内侧延伸的部分。
2.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于：
包括只从所述第一位置和第二位置两位置向所述基板进一步导入所述氧气的工序。
3.根据权利要求1或2所述的成膜方法，其特征在于：
所述靶以在X轴方向上留出间隔并列设置的多块靶构成，并且以并列设置这些靶的区域为靶并列设置区域，靶并列设置区域的X轴方向长度比基板长；
设置所述第一位置或者所述第二位置位置比靶并列设置区域更靠下方，经彼此相邻的两块靶间的间隙向靶导入氧气。
4.根据权利要求3所述的成膜方法,其特征在于：
只从所述第一位置和第二位置两位置向所述基板导入所述氧气；
从所述第一位置导入的氧气，只经所述彼此相邻的两块靶间的间隙中在所述基板端区域正下方的位于X轴方向一侧的最靠外侧的间隙和位于X轴方向另一侧的最靠外侧的间隙导入。
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