JP2005133183A - スパッタ装置およびスパッタ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上への成膜を適正に行うことができ、ひいては製品の歩留まりを向上することができるスパッタ装置およびスパッタ方法を提供する。
【解決手段】 真空容器２内にターゲット７と基板とを保持し、ターゲット７の周囲にターゲットシールド１５を配置したスパッタ装置１４において、ターゲットシールド１５の表面粗さを５０〜２００μｍの範囲とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スパッタ装置およびスパッタ方法に係り、特に、ターゲットの原子をスパッタリングによって基板上に付着・堆積させることによって基板上にターゲットの原子を含有する薄膜を形成するのに好適なスパッタ装置およびスパッタ方法に関する。

従来から、液晶表示パネル用の基板上への絶縁膜やＩＴＯ膜等の薄膜の形成には、ターゲットの原子をスパッタリングによって基板上に付着・堆積させるスパッタ装置が用いられていた。

図４は、このような従来のスパッタ装置の一例を示したものであり、このスパッタ装置１は、排気系およびガス導入系を備え、前記ガス導入系からガスを導入した状態でプラズマ放電を可能とされた真空容器２を有している。

前記真空容器２内における互いに対向する位置には、スパッタ電極３と基板ホルダ４とが配設されており、前記スパッタ電極３の上には、基板５上への成膜を行うための原材料からなるターゲット７が保持され、前記基板ホルダ４には、基板５が前記ターゲット７に臨むように保持されるようになっている。

また、前記スパッタ電極３には電源８が接続されており、この電源８の電力が、前記スパッタ電極３を介して前記ターゲット７に供給されるようになっている。この電力の供給によって、前記ターゲット７と、前記基板５または接地状態の真空容器２との間に電圧が印加され、この結果、真空容器２内にプラズマが発生するようになっている。プラズマ内のイオンは、ターゲット７の表面に衝突すると、その衝撃によってターゲット７の表面からターゲット原子を跳ね飛ばすことになる（スパッタ）。そして、跳ね飛ばされたターゲット原子は、基板５上に付着・堆積するようになっている。

前記基板ホルダ４の反基板側には、加熱ヒータ９が配設されており、この加熱ヒータ９によって、前記基板５を所望の温度に加熱するようになっている。

そして、前記ターゲット７の周囲には、ターゲットシールド１１が配設されており、このターゲットシールド１１によって、ターゲット１１の電界を補正して異常放電を防ぐようになっている。

さらに、前記ターゲットシールド１１の上部近傍には、防着シールド１２が配設されており、この防着シールド１２によって、真空容器２の周辺にスパッタによる薄膜が付着することを防止するようになっている。

このようなスパッタ装置１を用いてスパッタを行うには、基板５を基板ホルダ４とともに真空容器２内に搬送した後、容器２内における所定の位置にセットする。

次いで、真空ポンプ等の排気系を用いて前記真空容器２内を所定の圧力まで真空引きした後、前記ガス導入系を用いて真空容器２内にガスを導入して真空度を制御する。

そして、加熱ヒータ９によって前記基板５を加熱し、前記電源８によって前記ターゲット７に電力を供給してスパッタリングを行うことによって、前記基板５上にターゲット原子を含有した薄膜が形成される。

特開平１０−１０２２３４号公報

ところで、スパッタリングの際には、前記ターゲット７の原子が前記基板５上のみでなくターゲットシールド１１上にも付着して付着膜が形成されることを余儀なくされるが、従来は、このターゲットシールド１１上の付着膜が厚く形成されると、その膜応力によって付着膜にクラックが生じ、ターゲットシールド１１の表面上から剥離することがあった。

また、同一のスパッタ装置１を用いた成膜が基板５を替えて繰り返される場合、真空容器２内の温度は所定のヒートサイクルに従って変動するが、この温度変動によって付着膜が膨脹・収縮する結果、付着膜にクラックが生じてターゲットシールド１１の表面から剥離することもあった。

そして、このようにターゲットシールド１１の表面から剥離した付着膜が成膜中の基板５に付着することによって、基板５上への適正な成膜を行うことができず、ひいては、製品の歩留まりを低下させるといった問題が生じていた。

そこで、本発明者は鋭意研究した結果、ターゲットシールド１１の表面と付着膜との密着性を向上すれば上記の問題を有効に解決し得ることに着目して本発明をなすに至った。

なお、従来から、スパッタによる成膜後においては、ターゲットシールド１１の表面に付着した付着膜を除去するためにターゲットシールド１１の表面にブラスト処理を施していたが、このブラスト処理を施すことによって、ターゲットシールド１１の表面粗さとしての十点平均粗さを３０μｍ程度にすることができていた。

しかしながら、これだけでは、ターゲットシールド１１の表面と付着膜との密着性を向上するにはなお不十分であった。

本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、基板上への成膜を適正に行うことができ、ひいては製品の歩留まりを向上することができるスパッタ装置およびスパッタ方法を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係るスパッタ装置の特徴は、真空容器内にターゲットと基板とが保持可能とされ、前記ターゲットの周囲にターゲットシールドが配設されたスパッタ装置において、前記ターゲットシールドは、最表面の表面粗さとしての十点平均粗さが５０乃至２００μｍとされた部位を有している点にある。

そして、このような構成によれば、ターゲットシールドの最表面の表面粗さが大きな値とされていることによって、ターゲットシールドの最表面のアンカー効果を大きくすることができ、この結果、ターゲットシールドと、ターゲットシールドの最表面に付着する付着膜との密着性を向上することが可能となる。

請求項２に係るスパッタ装置の特徴は、請求項１において、前記ターゲットシールドが、ターゲットシールド本体と一層以上の粗面化層を有している点にある。

そして、このような構成によれば、ターゲットシールド本体の表面に粗面化層を形成することによって、ターゲットシールドの最表面の表面粗さをさらに簡便に実現することが可能となる。なお、ターゲットシールド本体の表面とは、粗面化層その他の薄膜が形成されていない状態のターゲットシールドの表面をいうものとする（以下同様）。

請求項３に係るスパッタ装置の特徴は、請求項２において、少なくとも最表面側の粗面化層が、前記ターゲットの電気的特性に適合した材料によって形成されている点にある。

そして、このような構成によれば、粗面化層と、この粗面化層の上に付着する付着膜との電気的特性を適合させることができ、粗面化層と付着膜との間で異常放電等の不具合が生じることを防止することが可能となる。

請求項４に係るスパッタ装置の特徴は、請求項３において、前記最表面側の粗面化層は、前記ターゲットが導電性材料からなる場合は、導電性材料によって形成され、前記ターゲットが絶縁性材料からなる場合は、絶縁性材料によって形成されている点にある。

そして、このような構成によれば、ターゲットシールド本体の上に、導電性材料からなる粗面化層と絶縁性材料からなる付着膜とが積層されることや、絶縁性材料からなる粗面化層と導電性材料からなる付着膜とが積層されることを防止することができ、絶縁性材料と導電性材料との間における異常放電等の不具合が生じることを防止することが可能となる。

請求項５に係るスパッタ装置の特徴は、請求項１乃至項４のいずれか1項において、前記ターゲットシールド本体の表面に粗面化処理が施されている点にある。

そして、このような構成によれば、ターゲットシールド本体の表面が粗面化されていることによって、ターゲットシールド本体と粗面化層との密着性を向上することができ、ひいては、ターゲットシールドと付着膜との密着性をさらに向上することが可能となる。

請求項６に係るスパッタ方法の特徴は、真空容器内にターゲットと基板とを保持し、前記ターゲットの周囲にターゲットシールドを配設し、スパッタリングによって前記基板上に前記ターゲットの原子を含有する薄膜を形成するスパッタ方法において、前記ターゲットシールドに、最表面の表面粗さとしての十点平均粗さが５０乃至２００μｍとされた部位を形成した状態でスパッタリングを行う点にある。

そして、このような方法によれば、ターゲットシールドの最表面の表面粗さを大きな値にすることによって、ターゲットシールドの最表面のアンカー効果を大きくすることができ、この結果、ターゲットシールドと、ターゲットシールドの最表面に付着する付着膜との密着性を向上することが可能となる。

請求項７に係るスパッタ方法の特徴は、請求項６において、前記ターゲットシールドはターゲットシールド本体と一層以上の粗面化層からなり、前記粗面化層は溶射により形成されている点にある。

そして、このような方法によれば、ターゲットシールド本体の表面に溶射を用いて粗面化層を形成することによって、ターゲットシールドの最表面の表面粗さをさらに簡便かつ効率的に得ることが可能となる。

請求項８に係るスパッタ方法の特徴は、請求項７において、前記粗面化層を、前記ターゲットの電気的特性に適合した材料によって形成する点にある。

そして、このような方法によれば、粗面化層と、この粗面化層の上に付着する付着膜との電気的特性を適合させることができ、粗面化層と付着膜との間で異常放電等の不具合が生じることを防止することが可能となる。

請求項９に係るスパッタ方法の特徴は、請求項８において、前記ターゲットが導電性材料からなる場合は、前記粗面化層を導電性材料によって形成し、絶縁性材料からなる場合は、絶縁性材料によって形成する点にある。

そして、このような方法によれば、ターゲットシールド本体の上に、導電性材料からなる粗面化層と絶縁性材料からなる付着膜とが積層されることや、絶縁性材料からなる粗面化層と導電性材料からなる付着膜とが積層されることを防止することができ、絶縁性材料と導電性材料との間における異常放電等の不具合が生じることを防止することが可能となる。

請求項１０に係るスパッタ方法の特徴は、請求項７乃至９のいずれか1項において、前記ターゲットシールド本体の表面に粗面化処理を施した後に、前記粗面化層を形成する点にある。

そして、このような方法によれば、ターゲットシールド本体の表面を粗面化することによって、ターゲットシールド本体と粗面化層との密着性を向上することができ、ひいては、ターゲットシールドと付着膜との密着性をさらに向上することが可能となる。

請求項１に係るスパッタ装置によれば、基板上への成膜を適正に行うことができ、ひいては製品の歩留まりを向上することができるスパッタ装置を実現することができる。

請求項２に係るスパッタ装置によれば、請求項１に係るスパッタ装置の効果に加えて、さらに簡易な構成によって基板上への成膜を適正に行うことができるスパッタ装置を実現することができる。

請求項３に係るスパッタ装置によれば、請求項２に係るスパッタ装置の効果に加えて、さらに適正に基板上への成膜を行うことができるスパッタ装置を実現することができる。

請求項４に係るスパッタ装置によれば、請求項３に係るスパッタ装置の効果に加えて、より適正に基板上への成膜を行うことができるスパッタ装置を実現することができる。

請求項５に係るスパッタ装置によれば、請求項２乃至４に係るスパッタ装置の効果に加えて、基板上への成膜をさらに適正に行うことができるスパッタ装置を実現することができる。

請求項６に係るスパッタ方法によれば、基板上への成膜を適正に行うことができ、ひいては製品の歩留まりを向上することができるスパッタ方法を実現することができる。

請求項７に係るスパッタ方法によれば、請求項６に係るスパッタ方法の効果に加えて、さらに簡便かつ効率的な方法によって基板上への成膜を適正に行うことができるスパッタ方法を実現することができる。

請求項８に係るスパッタ方法によれば、請求項７に係るスパッタ方法の効果に加えて、さらに適正に基板上への成膜を行うことができるスパッタ方法を実現することができる。

請求項９に係るスパッタ方法によれば、請求項８に係るスパッタ方法の効果に加えて、より適正に基板上への成膜を行うことができるスパッタ方法を実現することができる。

請求項１０に係るスパッタ方法によれば、請求項７乃至９に係るスパッタ方法の効果に加えて、基板上への成膜をさらに適正に行うことができるスパッタ方法を実現することができる。

以下、本発明に係るスパッタ装置の実施形態について、図１および図２を参照して説明する。

なお、従来と基本的構成の同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態においては、真空容器２内に、ターゲット７と基板５とが保持可能とされ、前記真空容器２内にステンレス等からなるターゲットシールド１５が配設されている点については従来と基本的に同様である。

ただし、本実施形態におけるターゲットシールド１５は、従来と異なり、最表面が従来よりも粗く形成されている。

すなわち、本実施形態におけるターゲットシールド１５は、最表面の表面粗さとしての十点平均粗さＲ_Ｚ (JIS B0601 -1994)が、５０乃至２００μｍとされた部位を有している。より好ましくは、ターゲットシールド１５の最表面の表面粗さは、１００乃至２００μｍとされている。

なお、ターゲットシールド１５の最表面の全範囲を５０乃至２００μｍの表面粗さにしてもよいが、最表面のうち、実質的に付着膜が付着され得る一部の範囲だけを５０乃至２００μｍの表面粗さにすれば、成膜をより経済的に行うことができる。例えば、スパッタ装置１４に取り付けるターゲットシールドの底面やターゲット７と対向していない側面の表面粗さは上記範囲内にする必要はない。

このように、ターゲットシールド１５の最表面の表面粗さが大きな値になっていることによって、ターゲットシールド１５の最表面のアンカー効果を大きくすることができる。この結果、ターゲットシールド１５と、ターゲットシールド１５の最表面に付着する付着膜との密着性を向上することができるようになっている。

より具体的には、図２に示すように、ターゲットシールド本体１６の表面には、第一粗面化層１７および第二粗面化層１８からなる二層の粗面化層１７，１８が形成されており、これらの粗面化層１７，１８によって、ターゲットシールド１５の最表面の表面粗さが得られている。なお、図２の場合は、第二粗面化層１８の表面がターゲットシールド１５の最表面となる。

さらに、本実施形態においては、第二粗面化層１８が、前記ターゲット７の電気的特性に適合した材料によって形成されている。

より具体的には、第二粗面化層１８は、前記ターゲット７が、Ａｇ、Ａｌなどの金属やＩＴＯ等の導電性材料からなる場合は、導電性材料によって形成されいる。また、第二粗面化層１８は、前記ターゲット７が、ＳｉＯ_２ 、Ａｌ_２ Ｏ_３ 、ＴｉＯ_２ などの金属酸化物等の絶縁性材料からなる場合は、絶縁性材料によって形成されている。

これにより、第二粗面化層１８と、この第二粗面化層１８の上に付着する付着膜との電気的特性を適合させることができ、第二粗面化層１８と付着膜との間で異常放電等の不具合が生じることを防止することが可能となる。

これに関連して、粗面化層とターゲット７との電気的特性を適合させるために、最表面に例えばＡｌ_２ Ｏ_３ のような高価な原材料によって粗面化層を形成することを余儀なくされる場合がある。ここで、最表面の表面粗さを大きな値にするためには、粗面化層の厚みをある程度のレベルまで厚くすることを要するが、Ａｌ_２ Ｏ_３ のみで単層の粗面化層を形成すれば、Ａｌ_２ Ｏ_３ の使用量が多くなり、コストがさらに上昇してしまう。

そこで、このような場合は、高価な原材料（Ａｌ_２ Ｏ_３ 等）からなる第二粗面化層１８の粗面化層の下層に、安価な原材料（Ａｌ等）からなる第一粗面化層１７を形成することが望ましい。そのようにすれば、安価な原材料によって粗面化層１７，１８の厚みを稼ぐことができるため、高価な原材料の使用量を低減することができ、製造コストを削減することができる。

さらに、本実施形態においては、図３に示すように、前記ターゲットシールド本体１６の表面に、サンドブラスト等を用いた粗面化処理１９が施されている。

これにより、ターゲットシールド本体１６と粗面化層１７，１８との密着性を向上することができ、ひいては、ターゲットシールド１５と付着膜との密着性をさらに向上することができるようになっている。

次に、本発明に係るスパッタ方法の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。

なお、本実施形態においては、便宜上、スパッタリングによって、基板５上に絶縁性材料としてのＳｉＯ_２ の薄膜を成膜することにする。

本実施形態においては、基板５上に実際にスパッタリングを行う前に、ターゲットシールド１５の最表面の表面粗さを５０乃至２００μｍにする処理を行う。

すなわち、まず、ターゲットシールド本体１６の表面にブラスト処理等の粗面化処理１９を施してターゲットシールド本体１６の表面の表面粗さを３０μｍ程度にする。

次いで、粗面化処理１９が施されたターゲットシールド本体１６の表面に、アーク溶射を用いてＡｌからなる第一粗面化層１７を形成することによって、この第一粗面化層１７が形成されたターゲットシールド１５の表面にある程度の表面粗さが得られる。

続いて、このＡｌからなる第一粗面化層１７の上層に、プラズマ溶射を用いて絶縁性材料としてのＡｌ_２ Ｏ_３ からなる第二粗面化層１８を形成することによって、この第二粗面化層１８が形成されたターゲットシールド１５の表面（最表面）に５０乃至２００μｍの表面粗さが得られる（図２参照）。このとき、表面粗さを制御するのに好適なアーク溶射を用いることによって、所望の表面粗さを簡便かつ高精度に得ることができる。なお、溶射としては、アーク溶射のほかに、プラズマ溶射、フレーム溶射を用いてもよい。

そして、ターゲットシールドの最表面に所望の表面粗さを得た後、実際に、真空容器２内に搬送された基板５上に対するスパッタリングを行う。

このとき、ターゲット７には、絶縁性材料としてのＳｉＯ_２ を使用し、このターゲット７の原子をスパッタリングによって基板５上に付着させることによって、基板５上にＳｉＯ_２ からなる薄膜を成膜する。
このスパッタリングの際に、図３に示すように、ターゲットの原子がターゲットシールドの最表面に付着して付着膜２０が形成されるが、ターゲットシールド１５の最表面の表面粗さが向上されていることによって、付着膜２０がターゲットシールド１５から剥離することを防止することができる。

これにより、ターゲットシールド１５から剥離した付着膜２０が基板５の表面に付着して成膜の品位を低下させることを防止することができる。

また、第二粗面化層１８とこの第二粗面化層１８に付着する付着膜２０が、ともに絶縁性材料からなるものであり、電気的特性が互いに適合するものであるため、両者の間で異常放電が発生することを有効に防止することができる。溶射する材料として、導電性材料の場合においてはＡｌ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｗなどを例示でき、絶縁性材料の場合においてはＡｌ_２ Ｏ_３ 、ＴｉＯ_２ 、Ｃｒ_２ Ｏ_３ 、ＺｎＯ_２ などを例示できる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、本発明は、ターゲットシールドを備えたスパッタ装置であれば、二極方式、高周波方式、マグネトロン方式等のいかなるスパッタ方式の装置にも有効に適用することができるものである。

また、粗面化層は、単層のみあるいは三相以上の構造を有するものであってもよい。さらに、防着シールド２５の最表面の表面粗さをターゲットシールド１５と同様に粗くしてもよい。

さらに、本発明を液晶表示パネル用の基板に適用すれば、高品位の基板を適正に製造することができ、液晶表示パネルの歩留まりを向上することができる。この場合、パネル用の基板上にＳｉＯ_２ からなる絶縁膜を形成する場合は、ターゲットシールド１５の最表面側の粗面化層を絶縁物によって形成し、ＩＴＯからなる電極を形成する場合は、粗面化層を金属によって形成することが好ましい。そのようにすれば、粗面化層と付着膜との間における異常放電を防止してパネル用の基板を適正に製造することができる。

本発明に係るスパッタ装置の実施形態を模式的に示す断面図 本発明に係るスパッタ装置の実施形態において、ターゲットシールドの表面付近の構成を示す拡大断面図 本発明に係るスパッタ方法の実施形態において、ターゲットシールドの最表面への付着膜の付着状態を示す断面図 従来のスパッタ装置の一例を模式的に示す断面図

符号の説明

２ 真空容器
３ スパッタ電極
４ 基板ホルダ
５ 基板
７ ターゲット
８ 電源
１４ スパッタ装置
１５ ターゲットシールド
１６ ターゲットシールド本体
１７ 第一粗面化層
１８ 第二粗面化層
１９ 粗面化処理
２０ 付着膜
２５ 防着シールド

Claims (10)

1. 真空容器内にターゲットと基板とが保持可能とされ、前記ターゲットの周囲にターゲットシールドが配設されたスパッタ装置において、
   前記ターゲットシールドは、最表面の表面粗さとしての十点平均粗さが５０乃至２００μｍとされた部位を有していることを特徴とするスパッタ装置。
2. 前記ターゲットシールドは、ターゲットシールド本体と一層以上の粗面化層を有している請求項１に記載のスパッタ装置。
3. 少なくとも最表面側の粗面化層は、前記ターゲットの電気的特性に適合した材料によって形成されている請求項２に記載のスパッタ装置。
4. 前記最表面側の粗面化層は、前記ターゲットが導電性材料からなる場合は、導電性材料によって形成され、前記ターゲットが絶縁性材料からなる場合は、絶縁性材料によって形成されている請求項３に記載のスパッタ装置。
5. ターゲットシールド本体の表面に、粗面化処理が施されている請求項２乃至４のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
6. 真空容器内にターゲットと基板とを保持し、前記ターゲットの周囲にターゲットシールドを配設し、スパッタリングによって前記基板上に前記ターゲットの原子を含有する薄膜を形成するスパッタ方法において、
   前記ターゲットシールドに、最表面の表面粗さとしての十点平均粗さが５０乃至２００μｍとされた部位を形成した状態でスパッタリングを行うことを特徴とするスパッタ方法。
7. 前記ターゲットシールドはターゲットシールド本体と一層以上の粗面化層からなり、前記粗面化層は溶射により形成されている請求項６に記載のスパッタ方法。
8. 前記粗面化層を、前記ターゲットの電気的特性に適合した材料によって形成する請求項７に記載のスパッタ方法。
9. 前記ターゲットが導電性材料からなる場合は、前記粗面化層を導電性材料によって形成し、絶縁性材料からなる場合は、絶縁性材料によって形成する請求項８に記載のスパッタ方法。
10. 前記ターゲットシールド本体の表面に粗面化処理を施した後に、前記粗面化層を形成する請求項７乃至９のいずれか１項に記載のスパッタ方法。