JP2000096226A

JP2000096226A - マグネトロンスパッタ装置およびその装置を用いた製膜方法

Info

Publication number: JP2000096226A
Application number: JP10267812A
Authority: JP
Inventors: Masataka Kondo; 正隆近藤
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】マグネトロンスパッタ装置において、特に化
合物や酸化物を製膜する装置において、エロージョン領
域から離れたところで、所望の成分比率にない膜、もし
くは基板に不都合な成分が照射される領域を効率良く遮
蔽することで良好な膜が得られるマグネトロンスパッタ
装置を実現する。【解決手段】スパッタターゲットと対向する基板との
空間にターゲットに対して垂直な板状でかつ磁気回路の
単位幅より狭い間隔で複数並べられた遮蔽板を設置す
る。磁気回路が複数ある、また移動する装置において
は、動作範囲に遮蔽板を複数設置することで、固定した
遮蔽板で対応できる。また場合により格子状、あるいは
ハニカム状の遮蔽板を設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンスパ
ッタ装置並びにそれを用いる製膜に関するものであり、
特に、化合物を大面積で製膜するスパッタ技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、大型ディスプレーや薄膜太陽電池
などの分野の進展により、大面積の基板に、ＳｎＯ₂、
ＩＴＯ、ＺｎＯ等の透明導電膜や金属を良好に製膜する
技術が望まれるようになってきた。

【０００３】これらの材料を製膜する方法として一般的
に用いられているのはスパッタ法である。スパッタ法で
は、図４に示すように製膜室１にターゲット３が配置さ
れるカソード電極２を有し、アルゴンなどのガスを導入
して電離し、ガスイオンをターゲット３に衝突させて、
スパッタ粒子９をターゲット３から飛ばし基板４に到達
させて製膜する。近年のスパッタ装置においては、カソ
ード２上に磁気回路５により磁場を発生させて、ガスイ
オンを収束させてターゲットに衝突させる効率を高める
ことで、スパッタ効率を高めるマグネトロン式スパッタ
装置が大半用いられている。

【０００４】この装置では、カソード２内部に配置され
た磁石などで構成される磁気回路５で発生する磁場によ
ってイオン粒子のプラズマが局所的に収束され、例えば
ドーナッツ状のエロージョン領域８が生まれる。このエ
ロージョン領域８でターゲット材料がスパッタされ、あ
る分布を持った方向に向かって飛んでいく。基板４に
は、エロージョン領域８直上の部分で多くのスパッタ粒
子９が飛来するためにそこで製膜される速度が早く、離
れた部分ではスパッタ粒子９の飛行距離が長くなって製
膜速度が低下する。

【０００５】ここで問題となるのは、酸化されやすい金
属や、化合物をスパッタする場合において、粒子の飛行
距離が長くなると、エロージョン領域８直上で製膜され
る場合と比較して組成の異なるものが製膜されることで
ある。

【０００６】例えば、酸化されやすい金属の場合は、製
膜室１内に残留した酸素により酸化が進み図示された不
良製膜領域１０においては金属酸化物が製膜される。ア
ルミニウムなどの場合では酸化アルミニウムになって本
来金属を製膜したつもりが、絶縁体を製膜する事にな
る。

【０００７】また、別の例で金属酸化物などにおいて
は、スパッタされた時点で金属と酸素に解離することが
あり、金属元素より軽い酸素が不良領域１０に到達し
て、例えばシリコン等の表面に製膜する場合において、
シリコンを酸化してしまい金属酸化物とシリコンの間の
界面特性を著しく劣化させることになる。

【０００８】大面積基板での製膜においては、基板４は
ターゲット３上を通過する様に装置設計がなされるが、
上記のような不良製膜領域１０は良好な製膜領域の両側
にあり、このような状況においては、基板は不良製膜領
域１０を通過してから良好な製膜領域に到達することと
なり、化合物や酸化物のスパッタ製膜での良好な界面の
確保を著しく困難なものとしていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この対策として、図５
に示すように不良領域１０をマスクする遮蔽板１３を配
置する方法がある。ただし、この方法はエロージョン領
域８が狭い棒状の形状を成している場合のみ有効であ
り、こうした装置ではターゲット３を局所的に消耗する
ため、ターゲット３の交換周期が短い、あるいはターゲ
ットの一部分しか利用できないなどの問題がある。ター
ゲット３の利用効率を向上させる装置としては、枚葉式
スパッタ装置に代表される磁場揺動方式スパッタ、また
カソード２上の磁気回路５を工夫してエロージョン領域
８を多数分散したものがあるが、こうした装置では不良
製膜領域１０が移動したり、良好な製膜領域とが重畳し
たりする場合などがあり、これら新規装置においては、
前述の遮蔽板では対応できない。

【００１０】本発明の目的は、上述した不良製膜領域１
０の問題を旧式の装置のみならず最新の装置においても
解決し、生産性が高く良好な製膜ができるスパッタ装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるスパッタ装
置では、スパッタターゲット３と対向する基板４との空
間にターゲット３に対して略垂直な板状でかつ磁気回路
の単位幅より狭い間隔で複数並べられた遮蔽板７を有
し、前記遮蔽板７によりエロージョン領域から離れたス
パッタ種により起こる不良製膜を阻止している。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一例として、一つのドー
ナッツ状のエロージョン領域８を持ち、基板４がターゲ
ット３を通過する方式のスパッタ装置について図１を参
照して説明する。

【００１３】スパッタ装置は、真空に排気できる製膜室
１にカソード２が配置され、カソード２上にはターゲッ
ト３が配置されている。カソード内部には磁石を含む磁
気回路５が構成され、この磁気回路５によりターゲット
３面に添う方向に磁場が形成される。この図は断面図で
あるが実際には、中央にＳ極の棒があり、それを取り囲
む様に、Ｎ極が配置されている。

【００１４】カソード２は製膜室１とは電気的に絶縁さ
れ、スパッタ電源６と接続されている。スパッタ電源６
はＤＣ電源あるいは１３．５６ＭＨｚなどの工業用電源
周波数のＲＦ電源が用途に応じて使用される。ターゲッ
ト３に対向して基板４が配置され、基板上の製膜分布を
改善するあるいは、小さいカソードで長尺の基板に製膜
するために例えば矢印の方向に基板を搬送しながら製膜
する構成となっている。

【００１５】この装置での製膜においては、高真空排気
ポンプを用いて製膜室１を例えば１×１０^-3Ｐａ以下に
真空引きされたのち、Ａｒなどのスパッタガスを導入し
て例えば１Ｐａ前後の圧力に保持して、カソード２に電
力を印加するとＡｒはイオン化してＡｒ⁺になり、Ａｒ⁺
は電界により加速されるとともに、磁場により収束され
て、ターゲット３上にエロージョン領域８を形成する。
エロージョン領域８ではターゲット３上の材料がＡｒ⁺
により跳ね飛ばされて矢印に示す様に四方にスパッタ粒
子８として飛んでいき基板４に到達したものが製膜され
る。

【００１６】以上までが従来の装置の構成であるが、前
述のごとく、この構成では所望の性質と異なる膜が製膜
される基板上の領域１０が存在する。このとき、本発明
の特徴である遮蔽板７を存在させることにより、この領
域１０へのスパッタ粒子９の到達を遮断することが可能
となる。

【００１７】遮蔽板７は、金属の薄い板をエロージョン
領域８を取り囲む様にターゲット３に垂直に配置したも
のであるが、これの設計方法の一例を図２を用いて説明
する。これは図１のエロージョン領域８と基板４を拡大
したものである。遮蔽板７の無い状態で基板の搬送を停
止して製膜された膜の状態を観察すると、特定の領域で
所望の膜と異なる領域１０が求められる。これとエロー
ジョン領域８を対応させると不良な膜が得られる領域に
対応した範囲１１が求められこれを覆う様に遮蔽板７を
配置する。また、反対の遮蔽板は最初に求めた遮蔽板に
対してエロージョン領域の中心１２に対称な位置に配置
した。基本的にはこの方法で求められるが、実際には微
調整を繰り返すことで最適な設計が適宜なされる。以上
の説明では、一方向のみについて述べたが、遮蔽板７を
格子状に形成したり、ハニカム状に構成することで上記
の原理により面方向で不良な領域を排除することも可能
である。

【００１８】遮蔽板７の材料としては導電体も絶縁体も
適宜用いられる。スパッタ前に高真空に排気することを
考慮すると、脱ガスの少ない材料が好ましい。一例とし
ては、ステンレスやアルミニウムの様な金属の薄板や、
ポリイミドなどの耐熱性のあるプラスチックフィルムが
利用されるがこれらに限定されるものではない。また、
遮蔽板７の電位は他の部分と絶縁する場合と接地電位と
する場合があるがこれらは適宜選択することができる。

【００１９】図３は本発明の別の形態を示すものであ
る。この場合は固定された大きなターゲット３の下を磁
気回路５が移動することでエロージョン領域８が移動す
る方式の装置に適用したものであり、図２で説明した方
法を基本として適宜設計することにより固定された複数
の遮蔽板７でエロージョン領域８の移動した場合にも遮
蔽するようにできる。

【００２０】真空メーカー各社の装置で磁場の走査方式
が各種考案されているが、これらにおいては格子状、あ
るいはハニカム状の遮蔽板を用いて２次元方向に対応す
る遮蔽も可能である。

【００２１】以下実施例にて説明するが、これに限定さ
れるものではなくマグネトロン方式のスパッタにおいて
適用することが可能であり効果が得られるものである。
また、酸化等について極端に安定した材料を除き、あら
ゆるターゲット材料での製膜に効果を示すものである。
さらには、ターゲット材を気相で反応させるリアクティ
ブスパッタにも適応可能である。以下、太陽電池の製作
に関連したものも実施例としているがもちろん本件発明
にかかるマグネトロンスパッタ装置とその製造方法は太
陽電池製造に関わるものに限定されるものではない。

【００２２】

【実施例】（比較例１）図４に示す既存のマグネトロン
スパッタ装置でＡｌのターゲット３を用いて製膜を試み
た。高真空排気時の真空度は１×１０^-1Ｐａであり、エ
ロージョン領域８の幅は２ｃｍでありターゲット３と基
板４間距離は５ｃｍであった。アルゴンガスにて１Ｐａ
でＲＦパワー１ｋＷで製膜するとエロージョン領域８の
直上から１ｃｍの部分から外側に１ｃｍにわたりＡｌの
酸化により黒色化した領域がみられこれでガラスを基板
として通過製膜すると、全体に黒い感じのＡｌが製膜さ
れた。

【００２３】（実施例１）図２に対応した方法で、エロ
ージョン領域８の外側の２ｍｍのところにターゲット３
から５ｍｍの距離から基板４に向けて幅３２ｍｍのステ
ンレス箔（厚み０．３ｍｍ）を配置した。エロージョン
領域８は２カ所あるので４枚設置した。その状態で比較
例と同条件で製膜したところ、全体にわたって良好な反
射率９５％を有するＡｌ膜が得られた。

【００２４】（比較例２）ガラス基板に、厚さ約７００
ｎｍのＳｎＯ₂透明電極層を形成しし、さらにその上に
プラズマＣＶＤ法を用いて、光半導体層を形成した。具
体的には、ＳｉＨ ₄、Ｂ₂Ｈ₆およびＣＨ₄を分解してｐ型
水素化非晶質シリコンカーバイドａ−ＳｉＣ：Ｈ層を、
ＳｉＨ₄を分解してｉ型水素化非晶質シリコンａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層を、ＳｉＨ₄およびＰＨ₃を分解してｎ型水素化
非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ層を、順次積層して、光半
導体層を形成した。

【００２５】続いて、マグネトロンスパッタ法を用い
て、ＺｎＯからなる反射促進層と、高光反射金属として
Ａｇからなる裏面電極層とを積層した。

【００２６】スパッタ条件は、ターゲット３がＺｎＯで
あるのを除いて比較例１と同条件である。またＡｇは別
の装置で製膜した。こうして得られた素子は直列抵抗が
著しく大きいことが判明した。そこで基板搬送を停止し
た状態で製膜すると素子の特性が不良な領域がエロージ
ョン領域８の直上から５ｍｍの部分から外側に２ｃｍに
わたり存在していた。

【００２７】（実施例２）そこで図２に対応した方法
で、エロージョン領域８の外側の２ｍｍのところにター
ゲット３から６ｍｍの距離から基板４に向けて幅４０ｍ
ｍのステンレス箔（厚み０．３ｍｍ）を配置した。エロ
ージョン領域は２カ所あるので４枚設置した。

【００２８】その状態で製膜したところ直列抵抗が非常
に低くなり良好な太陽電池が得られた。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれ
ば、ターゲットに垂直に配置される遮蔽板をエロージョ
ン領域の両側をカバーするような幅で各種マグネトロン
スパッタ装置に追加することにより、不良な製膜が起こ
る部分を遮蔽することができ、エロージョン領域が移動
する装置においても同効果を奏することがわかり、僅か
な改良で良好なスパッタ装置に改良することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施形態のスパッタ装置の概
略構成を示す断面図である。

【図２】本発明の特徴である遮蔽板の設計に関する概略
構成を説明する断面図である。

【図３】本発明による他の形実施形態のスパッタ装置の
概略構成を示す断面図である。

【図４】従来の装置の問題点を説明するための断面図で
ある。

【図５】従来の装置の問題点を改善するための一例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１製膜室２カソード３ターゲット４基板５磁石と磁気回路６スパッタ電源７本発明にかかわる遮蔽板８エロージョン領域９スパッタ粒子１０不良製膜領域１１遮蔽板対応領域１２エロージョン領域の中心１３基板と並行に配置された遮蔽板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲット上に磁場を印加してイオン化
した元素を収束してターゲット上にエロージョン領域を
生起させる磁気回路を含むマグネトロンスパッタ装置で
あって、スパッタターゲットと対向する基板との空間に
ターゲットに対して略垂直な板状でかつ磁気回路の単位
幅より狭い間隔で複数並べられた遮蔽板を有し、前記遮
蔽板によりエロージョン領域から離れたスパッタ種によ
り起こる不良製膜を阻止することを特徴とするマグネト
ロンスパッタ装置。
【請求項２】隣接する前記遮蔽板の間隔は一つのエロ
ージョン領域の幅と同じであることを特徴とする請求項
１記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項３】前記遮蔽板は、エロージョン領域の主た
る方向に対して平行に配置された複数の平板であること
を特徴とする請求項１、２記載のマグネトロンスパッタ
装置。
【請求項４】前記遮蔽板は、格子またはハニカム状で
あることを特徴とする請求項１〜３記載のマグネトロン
スパッタ装置。
【請求項５】ターゲットの全面を利用するように、磁
気回路を機械的あるいは電気的に揺動する手段を備える
請求項１〜４に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項６】前記遮蔽板はエロージョン領域の両側に
配置され、磁気回路の移動に連動して移動することを特
徴とする請求項１〜５記載のマグネトロンスパッタ装
置。
【請求項７】前記ターゲットが化合物でありその化合
物を製膜することを特徴とする請求項１〜６に記載のマ
グネトロンスパッタ装置を用いた製膜方法。
【請求項８】前記ターゲットが金属酸化物でありその
金属酸化物を製膜することを特徴とする請求項７記載の
マグネトロンスパッタ装置を用いた製膜方法。