JP2004131846A - 低反射膜の製造方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 カソード背面に設置するマグネトロン磁気回路と基板との相対移動速度を選択することにより、低コストで生産性も高く、低反射膜を形成できる製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】 同電位のカソード背面に配置した２つのマグネトロン磁気回路を用いて、カソード表面に設置されたターゲット表面にそれぞれ閉じたループを有するマグネトロンプラズマを発生させ、そしてカソード背面に配置したマグネトロン磁気回路を、移動する基板の速度に対して１／５０以下の揺動速度でカソード背面に対し揺動して、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマをターゲット表面に沿って移動させることから成り、磁気回路揺動手段と、基板の移動速度に対してマグネトロン磁気回路の揺動速度を規制する制御手段とが設けられる。
【選択図】図１
【解決手段】 同電位のカソード背面に配置した２つのマグネトロン磁気回路を用いて、カソード表面に設置されたターゲット表面にそれぞれ閉じたループを有するマグネトロンプラズマを発生させ、そしてカソード背面に配置したマグネトロン磁気回路を、移動する基板の速度に対して１／５０以下の揺動速度でカソード背面に対し揺動して、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマをターゲット表面に沿って移動させることから成り、磁気回路揺動手段と、基板の移動速度に対してマグネトロン磁気回路の揺動速度を規制する制御手段とが設けられる。
【選択図】図１
Description
本発明は、例えばプラズマディスプレイ用の光学フィルタやその他のフラットパネルディスプレイに使用され得る低反射膜の製造方法及び装置に関するものである。
従来、この種の膜の製造は、大面積基板への均一な膜形成や制御性の面で優れるため、基板の大面積化が進むフラットパネルディスプレイを中心にスパッタ法が多く用いられるようになってきている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
従来、低反射膜は酸素、窒素、炭素などの反応性スパッタ法で成膜された２層以上の反応性スパッタ層と反射層の組み合わせで構成されている。
一般的に、スパッタ法による薄膜形成では、析出速度の改善のためターゲット上に形成されたループ状の磁場に電子をトラップし局所的に高密度のプラズマを発生させる手法（マグネトロンスパッタ法）が用いられている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。しかしながら、マグネトロンスパッタ法ではプラズマが局所的に発生することから、ターゲット上でのスパッタ発生領域（エロージョン）も局在し、そのためターゲットの利用効率が低く、ランニングコストを大きくする１つの原因となっている。
これに対し、カソード背面に配置するマグネトロン磁気回路を、カソードに対し揺動させ、それに伴いエロージョンをターゲット上で移動させることにより、上記問題点を改善する技術が用いられているが、この場合ターゲット幅を大きくする必要があり、それに伴うターゲット材や装置のコストアップが問題となる。
また、マグネトロン磁気回路を揺動させた場合でも、ターゲットの端部と中央部とで通過するエロージョン本数の違いにより、スパッタされる量が異なるため、ターゲットが階段状に掘れてしまい、ターゲット使用効率の低下が問題となる。
このような問題を解決するために、本発明者等は先に２００２年特許願第３７８２５号において、カソード背面に設置するマグネトロン磁気回路の数を増やすことにより、低コストでしかも高い生産性で薄膜を形成できる製造方法及び装置を提案した。すなわち、先に提案した装置では、同電位のカソード背面に２つのマグネトロン磁気回路を配置し、それぞれ閉じたループを有するマグネトロンプラズマを２つ発生させるように構成している。そしてカソード背面に配置したマグネトロン磁気回路は、カソード背面に対し揺動し、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマがターゲット表面を移動するように構成されている。
特開平１０−１４０３４５号公報
特開平０７−３１０１８１号公報
スパッタ法による薄膜形成において、特に反応性スパッタ層は酸素、窒素、炭素ガス流量比でレートと光学定数が大きく変化する。そして、先に提案した方法では反応性スパッタでレート及び光学定数が急激に変化する場合、マグネトロン磁気回路の揺動する方向と基板搬送方向が正負方向になるためマグネトロン磁気回路の揺動速度を規定する必要がある。
本発明は上記のような課題を解決して、低反射膜を作製可能にした低反射膜の製造方法及び装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、スパッタ室内に配置されたカソードに対向した位置を移動する基板に対し、カソード表面に設置され、低反射膜を構成するたターゲット材をスパッタすることにより基板上に連続的に低反射膜を形成する方法において、
同電位のカソード背面に配置した２つのマグネトロン磁気回路を用いて、カソード表面に設置されたターゲット表面にそれぞれ閉じたループを有するマグネトロンプラズマを発生させ、
カソード背面に配置したマグネトロン磁気回路を、移動する基板の速度に対して１／５０以下の揺動速度でカソード背面に対し揺動して、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマをターゲット表面に沿って移動させることを特徴としている。
同電位のカソード背面に配置した２つのマグネトロン磁気回路を用いて、カソード表面に設置されたターゲット表面にそれぞれ閉じたループを有するマグネトロンプラズマを発生させ、
カソード背面に配置したマグネトロン磁気回路を、移動する基板の速度に対して１／５０以下の揺動速度でカソード背面に対し揺動して、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマをターゲット表面に沿って移動させることを特徴としている。
カソード表面に設置されたターゲット材は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれかからなるターゲット又はこれら元素の１つ以上を含む合金ターゲットであり得る。
本発明の方法においては、反応性ガスとして、酸素、窒素、炭素を１つ以上含むガスが使用され得る。
また、本発明の第２の発明によれば、スパッタ室内に配置されたカソードに対向した位置を移動する基板に対し、カソード表面に設置され、低反射膜を構成するターゲット材をスパッタすることにより連続的に低反射膜を形成する装置において、
同電位のカソード背面に配置され、それぞれ閉じたループを有するマグネトロンプラズマを２つ発生させる２つのマグネトロン磁気回路と；
マグネトロン磁気回路をカソード背面に対し揺動させ、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマがターゲット表面を移動するようにする磁気回路揺動手段と；
基板の移動速度に対してマグネトロン磁気回路の揺動速度を規制する制御手段と
を有することを特徴としている。
同電位のカソード背面に配置され、それぞれ閉じたループを有するマグネトロンプラズマを２つ発生させる２つのマグネトロン磁気回路と；
マグネトロン磁気回路をカソード背面に対し揺動させ、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマがターゲット表面を移動するようにする磁気回路揺動手段と；
基板の移動速度に対してマグネトロン磁気回路の揺動速度を規制する制御手段と
を有することを特徴としている。
本発明の方法においては、同電位のカソード背面に配置した２つのマグネトロン磁気回路を用いて、カソード表面に設置されたターゲット表面にそれぞれ閉じたループを有するマグネトロンプラズマを発生させ、そしてカソード背面に配置したマグネトロン磁気回路を、移動する基板の速度に対して１／５０以下の揺動速度でカソード背面に対し揺動して、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマをターゲット表面に沿って移動させているので、ターゲット使用効率を大幅に改善でき、成膜コストを大幅に低減できると共に、基板上に低反射膜を均一に形成することができるようになる。
また本発明の装置においては、同電位のカソード背面に配置され、それぞれ閉じたループを有するマグネトロンプラズマを２つ発生させる２つのマグネトロン磁気回路と、マグネトロン磁気回路をカソード背面に対し揺動させ、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマがターゲット表面を移動するようにする磁気回路揺動手段と、基板の移動速度に対してマグネトロン磁気回路の揺動速度を規制する制御手段とを備えて構成しているので、従来の磁気回路１つのカソードと比較して成膜レートが２倍になり、ターゲット使用効率も改善され、その結果、カソード台数、電源台数、ポンプ台数を大幅に削減でき、それに伴い装置の長さも短くすることができ、装置を大幅に低価格化できることが可能となる。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態による低反射膜の製造方法及び製造装置について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による低反射膜の製造装置の全体構成を概略的に示す。図示装置は仕込み取出し室１とスパッタ室２とを備え、これら両室は仕切りバルブ３により仕切られている。仕込み取出し室１はバルブ４を通じて真空排気ポンプ５により所望のレベルに真空排気されるように構成されている。同様に、スパッタ室２はバルブ６を通じて真空排気ポンプ７により所望のレベルに真空排気するように構成されている。また、スパッタ室２には、マスフローコントローラーを有するＡｒガス導入系８及び反応性ガス導入系９により所定量の混合ガスが導入される。
スパッタ室２内には、電気絶縁用板１０を介してカソード電極１１が設置されている。カソード電極１１の表面には、ターゲット材１２が装着されている。カソード電極１１の下部には、ターゲット材１２上にループ状の磁場を形成するための２つのマグネトロン磁気回路１３が設置されている。また、２つのマグネトロン磁気回路１３はそれぞれ揺動機構１４に装着され、磁気回路揺動用駆動装置１５により、２つ同時に揺動できるように構成されている。
カソード電極１１は直流電源１６に接続され、この直流電源１６と図示していないＲＦ電源より電力を供給することにより、ターゲット材１２上のループ状の磁場に沿って高密度プラズマ１７が形成され、このプラズマ形成領域を中心にターゲット材１２がスパッタされる。
また、スパッタ室２内には、基板ホルダー１８が示されており、この基板ホルダー１８には基板１９が装着され、そして基板ホルダー１８は仕込み取り出し室１とスパッタ室２との間を移動するように図示していない搬送機構で支持されている。また基板ホルダー１８はスパッタ室２の右端に設けたシースヒータ２０により加熱できるように構成されている。
さらに、マグネトロン磁気回路１３の揺動機構１４を駆動する磁気回路揺動用駆動装置１５には、マグネトロン磁気回路１３の揺動速度を設定する制御装置２１が接続され、この制御装置２１は、移動する基板１９の速度Ｓに対してカソード背面に配置したマグネトロン磁気回路１３の揺動速度Ｍを１／５０以下に制限するように機能する。また、揺動機構１４は、基板ホルダー１７の通過する方向に対して正、負方向に磁気回路１３を揺動するようにされている。
このように構成した図示装置の動作において、仕込み取り出し室１はバルブ４を通じて真空排気ポンプ５により真空排気された後、基板１９を装着した基板ホルダー１８は仕切りバルブ３を通ってスパッタ室２内に搬送される。スパッタ室２は、バルブ６を通じて真空排気ポンプ７により高真空に排気された後に、マスフローコントローラーを有するＡｒガス導入系８及び反応性ガス導入系９より所定量の混合ガスが導入される。一方、カソード電極１１に直流電源１６及びＲＦ電源より電力を供給することにより、ターゲット材１２上のループ状の磁場に沿って高密度プラズマ１７が形成され、この領域を中心にターゲット材１２がスパッタされる。このように高密度プラズマ１７が形成され、ターゲット材１２がスパッタされている領域にシースヒータ２０によって加熱された基板ホルダー１８に乗った基板１９を搬送する。それにより、スパッタされたターゲット材は基板ホルダー１８に装着された基板１９上に酸化膜、窒化膜、炭化膜となり形成される。この際、基板１９の温度は、シースヒータ２０により制御される。
以下本発明の実施例について説明する。図１に示す装置において、ターゲット材１２としてＣｒターゲットを使用し、反応性ガス導入系９に酸素、二酸化炭素、窒素ガスを接続した。スパッタ圧力０．７Ｐａ、パワーを１５ｋＷ投入し、制御装置２１により、基板１９を装着した基板ホルダー１８がＣｒターゲット材１２の表面上を通過するときに、移動する基板１９の速度Ｓに対してマグネトロン磁気回路１３の揺動速度Ｍが１／５０及び１／７となるように磁気回路揺動用駆動装置１５を制御して反応性スパッタ層を４５ｎｍ、反射層を１３０ｎｍ形成した。その時の基板１９の状態を図２に示す。
図２において、（Ａ）は揺動速度比（基板１９の搬送速度Ｓ：マグネトロン磁気回路１３の揺動速度Ｍ）を１：５０にした場合であり、（Ｂ）は揺動速度比を１：７にした場合の基板１９の状態を示す。図２の（Ａ）では、ａで示すように均一な低反射膜が形成されている。これに対して図２の（Ｂ）では、基板はｂ、ｃで示すように縞模様ができている。基板は基板の搬送速度Ｓに対して磁気回路の揺動速度＋Ｍの状態と−Ｍの状態で成膜されるため、プラズマ位置からの基板の相対速度はＳ＋Ｍ及びＳ−Ｍの状態であり、Ｍの速度が十分に大きいか小さい場合でなければ分布が生じる。分布をなくすためには、ハード的にＭには限界があるため十分に小さくする方が容易である。
図３に、図２の（Ａ）における基板の反射率特性を示すグラフである。図３のグラフにおいて反射率の最低値をＢとすると、その時の波長はλＢをで表される。本発明においては基本的には波長は、可視光の全範囲をカバーするために可視光の波長領域の中心である５５０ｎｍ〜６００ｎｍとしている。
図４には、磁気回路の揺動速度Ｍを変化させた時の基板の進行方向に沿った反射率特性分布を示している。図４から分かるように、速度比（すなわち磁気回路の揺動速度Ｍの逆数）が５０以上の時、波長λＢの幅ΔλＢが安定するすなわち均一な反射率分布となる。
１ ：仕込み取り出し室
２ ：スパッタ室
３ ：仕切りバルブ
４ ：バルブ
５ ：真空排気ポンプ
６ ：バルブ
７ ：真空排気ポンプ
８ ：Ａｒガス導入系
９ ：酸素ガス導入系
１０：電気絶縁用板
１１：カソード電極
１２：ターゲット材
１３：磁気回路
１４：揺動機構
１５：磁気回路揺動用駆動装置
１６：直流電源
１７：マグネトロンプラズマ
１８：基板ホルダー
１９：基板
２０：シースヒータ
２１：制御装置
２ ：スパッタ室
３ ：仕切りバルブ
４ ：バルブ
５ ：真空排気ポンプ
６ ：バルブ
７ ：真空排気ポンプ
８ ：Ａｒガス導入系
９ ：酸素ガス導入系
１０：電気絶縁用板
１１：カソード電極
１２：ターゲット材
１３：磁気回路
１４：揺動機構
１５：磁気回路揺動用駆動装置
１６：直流電源
１７：マグネトロンプラズマ
１８：基板ホルダー
１９：基板
２０：シースヒータ
２１：制御装置
Claims (4)
- スパッタ室内に配置されたカソードに対向した位置を移動する基板に対し、カソード表面に設置され、低反射膜を構成するたターゲット材をスパッタすることにより基板上に連続的に低反射膜を形成する方法において、
同電位のカソード背面に配置した２つのマグネトロン磁気回路を用いて、カソード表面に設置されたターゲット表面にそれぞれ閉じたループを有するマグネトロンプラズマを発生させ、
カソード背面に配置したマグネトロン磁気回路を、移動する基板の速度に対して１／５０以下の揺動速度でカソード背面に対し揺動して、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマをターゲット表面に沿って移動させることを特徴とする低反射膜の製造方法。 - カソード表面に設置されたターゲット材がＣｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれかからなるターゲット又はこれら元素の１つ以上を含む合金ターゲットからなることを特徴とする請求項１に記載の低反射膜の製造方法。
- Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれかからなるターゲット又はこれら元素の１つ以上を含む合金ターゲットを使用し、反応性ガスとして、酸素、窒素、炭素を１つ以上含むガスを使用することを特徴とする請求項１に記載の低反射膜の製造方法。
- スパッタ室内に配置されたカソードに対向した位置を移動する基板に対し、カソード表面に設置され、低反射膜を構成するターゲット材をスパッタすることにより連続的に低反射膜を形成する装置において、
同電位のカソード背面に配置され、それぞれ閉じたループを有するマグネトロンプラズマを２つ発生させる２つのマグネトロン磁気回路と；
マグネトロン磁気回路をカソード背面に対し揺動させ、それに応じてマグネトロンプラズマを発生させた際のプラズマがターゲット表面を移動するようにする磁気回路揺動手段と；
基板の移動速度に対してマグネトロン磁気回路の揺動速度を規制する制御手段と
を有することを特徴とする低反射膜の製造装置。
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