JP2009046714A

JP2009046714A - 成膜装置および成膜方法

Info

Publication number: JP2009046714A
Application number: JP2007212228A
Authority: JP
Inventors: Isao Sugiura; 功杉浦; Akira Ishibashi; 暁石橋; Noriaki Tani; 典明谷; Atsushi Ota; 淳太田; Yoshiyuki Ukishima; 禎之浮島; Akihisa Takahashi; 明久高橋
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2027-08-16
Also published as: JP4999602B2

Abstract

【課題】結晶性の高い膜を成膜することができる成膜装置および成膜方法を提供する。
【解決手段】ターゲット２２の第１面側に配置された磁気回路３０を備え、ターゲット２２の第２面側に成膜対象物５を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜装置１０において、磁気回路３０は、中心磁石３１と、中心磁石３２の外周を囲むように配置された外周磁石３２とを備え、磁気回路３０は、成膜対象物５の表面における垂直磁場の絶対値が磁気回路３０の幅内で１０ガウス以上となる磁場を発生させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、成膜装置および成膜方法に関するものである。

従来から、例えば液晶ディスプレイや太陽電池などに用いられる透明導電膜などを基板に成膜する場合に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１参照）。このマグネトロンスパッタ法は、低ガス圧下で電極間に電気放電が起きると、陰極にイオン化されたガス分子が衝突し、陰極表面（ターゲット）からターゲットを構成する原子がはじき出される（陰極スパッタリング）。一旦スパッタされると、このはじき出された原子の一部が基板に到達して、基板上にターゲット原子層が形成される。なお、この層の形成にはターゲットの組成、温度、ガス組成などが影響を与える。
また、磁界がプラズマ密度とスパッタ効率に重要な役割があることが認識され、上述したマグネトロンスパッタ法などの磁気的な手法が使われている。マグネトロンスパッタでは、Ｅ×Ｂドリフトによりプラズマがターゲット近傍で閉じ込められ、プラズマ密度が高くなる。

一方、透明導電膜としてはＩＴＯ（酸化インジウム錫）膜が広く用いられている。ＩＴＯ膜の比抵抗を低下させるためには、基板を加熱しながら成膜する、または成膜後に熱処理を行い、結晶性を向上させ、添加物の置換を促進させる方法があるが、これらの方法は耐熱性のない基板に対しては適用が困難であった。
特開２００４−１１５８４１号公報

ところで、透明導電膜は結晶性が高いほど、電荷移動度や耐環境性などが向上することが知られている。そのため、上述したＩＴＯ膜にも結晶性の向上が要求されている。

そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、結晶性の高い膜を成膜することができる成膜装置および成膜方法を提供するものである。

本発明は、成膜対象物の表面の垂直磁場を規定することにより、また磁気回路を構成する磁石の磁束量をアンバランスにすることにより、結晶性の高い膜を形成するものである。従来のマグネトロンスパッタ法では、ターゲット近傍に磁場を発生させてプラズマを閉じ込めることで、成膜対象物へのダメージを防止していた。これに対して本願の発明者は、磁気回路から成膜対象物へ磁力線を積極的に伸ばし、成膜対象物の表面の垂直磁場強度を高めることで、結晶性の高い膜が形成されることを見出した。また、従来のマグネトロンスパッタ法では、磁気回路を構成する一対の磁石の磁束量をバランスさせていた。これに対して本願の発明者は、一対の磁石の磁束量を積極的にアンバランスにすることで、磁気回路から成膜対象物へ伸びる磁力線が増加することを見出した。

請求項１に記載した発明は、ターゲットの第１面側に配置された磁気回路を備え、前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜装置において、前記磁気回路は、中心磁石と、該中心磁石の外周を囲むように配置された外周磁石とを備え、前記磁気回路は、前記成膜対象物の表面における垂直磁場の絶対値が前記磁気回路の幅内で１０ガウス以上となる磁場を発生させることを特徴としている。
このように構成することで、磁力線が磁気回路から成膜対象物側へ延び、プラズマ中の電子が磁力線に沿って成膜対象物まで届くため、膜が活性化されて結晶性の高い膜を形成することができる。

請求項２に記載した発明は、ターゲットの第１面側に配置された磁気回路を備え、前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜装置において、前記磁気回路は、中心磁石と、該中心磁石の外周を囲むように配置された外周磁石とを備え、前記中心磁石の幅が、前記外周磁石の幅の２倍より大きい幅で構成されていることを特徴としている。
このように構成することで、外周磁石と中心磁石との間で閉じた磁力線の他に、中心磁石を基準として発散した磁力線が多く発生し、成膜対象物の表面における中心磁石に対応した位置の垂直磁場の絶対値を大きくすることができる。これにより、プラズマ中の電子が磁力線に沿って成膜対象物まで届くため、膜が活性化されて結晶性の高い膜を形成することができる。

請求項３に記載した発明は、ターゲットの第１面側に配置された磁気回路を備え、前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜装置において、前記磁気回路は、中心磁石と、該中心磁石の外周を囲むように配置された外周磁石とを備え、前記外周磁石の幅が、前記中心磁石の幅より大きい幅で構成されていることを特徴としている。
このように構成することで、外周磁石と中心磁石との間で閉じた磁力線の他に、外周磁石を基準として発散した磁力線が多く発生し、成膜対象物の表面における外周磁石に対向した位置付近の垂直磁場の絶対値を大きくすることができる。これにより、プラズマ中の電子が磁力線に沿って成膜対象物まで届くため、膜が活性化されて結晶性の高い膜を形成することができる。

請求項４に記載した発明は、前記成膜対象物と前記ターゲットとの距離が、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることを特徴としている。
このように成膜対象物とターゲットとの距離を５０ｍｍ以上とすることで、成膜対象物の位置のばらつきによる影響を低減することができる。また、成膜対象物とターゲットとの距離を２００ｍｍ以下とすることで、成膜対象物付近での磁場強度を確保することができる。

請求項５に記載した発明は、前記成膜対象物と前記ターゲットとの間に反応性ガスを導入する反応性ガス導入手段を有していることを特徴としている。
このように構成することで、反応性スパッタ法による成膜を行うことができる。

請求項６に記載した発明は、前記ターゲットが、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２の少なくともいずれかを含んでいることを特徴としている。
このように構成することで、結晶性の高い透明導電膜を成膜することができる。

請求項７に記載した発明は、前記磁気回路を前記ターゲットに対して相対的に移動する磁気回路移動手段を有していることを特徴としている。
このように構成することで、非エロージョン領域を減少させることができ、また使用効率を向上させ、投入パワーも増大させることができる。

請求項８に記載した発明は、前記成膜対象物を前記ターゲットに対して相対的に移動する成膜対象物移動手段を有していることを特徴としている。
このように構成することで、成膜対象物に対して均質な成膜をすることができる。

請求項９に記載した発明は、ターゲットの第１面側に磁気回路を配置し、前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜方法において、前記成膜対象物の表面における垂直磁場の絶対値が前記磁気回路の幅内で１０ガウス以上となる磁場を前記磁気回路により発生させた状態で、前記ターゲットをスパッタすることを特徴としている。
このように構成することで、磁力線が磁気回路から成膜対象物側へ延び、プラズマ中の電子が磁力線に沿って成膜対象物まで届くため、膜が活性化されて結晶性の高い膜を形成することができる。

請求項１０に記載した発明は、ターゲットの第１面側に磁気回路を配置し、前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜方法において、前記磁気回路は、中心磁石と、該中心磁石の外周を囲むように配置された外周磁石とを備え、前記中心磁石の幅が、前記外周磁石の幅の２倍より大きい幅で構成された前記磁気回路を使用して磁場を発生させた状態で、前記ターゲットをスパッタすることを特徴としている。
このように構成することで、外周磁石と中心磁石との間で閉じた磁力線の他に、中心磁石を基準として発散した磁力線が多く発生し、成膜対象物の表面における中心磁石に対応した位置の垂直磁場の絶対値を大きくすることができる。これにより、プラズマ中の電子が磁力線に沿って成膜対象物まで届くため、膜が活性化されて結晶性の高い膜を形成することができる。

請求項１１に記載した発明は、ターゲットの第１面側に磁気回路を配置し、前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜方法において、前記磁気回路は、中心磁石と、該中心磁石の外周を囲むように配置された外周磁石とを備え、前記外周磁石の幅が、前記中心磁石の幅より大きい幅で構成されている前記磁気回路を使用して磁場を発生させた状態で、前記ターゲットをスパッタすることを特徴としている。
このように構成することで、外周磁石と中心磁石との間で閉じた磁力線の他に、外周磁石を基準として発散した磁力線が多く発生し、成膜対象物の表面における外周磁石に対向した位置付近の垂直磁場の絶対値を大きくすることができる。これにより、プラズマ中の電子が磁力線に沿って成膜対象物まで届くため、膜が活性化されて結晶性の高い膜を形成することができる。

請求項１２に記載した発明は、前記成膜対象物と前記ターゲットとの距離が、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることを特徴としている。
このように成膜対象物とターゲットとの距離を５０ｍｍ以上とすることで、成膜対象物の位置のばらつきによる影響を低減することができる。また、成膜対象物とターゲットとの距離を２００ｍｍ以下とすることで、成膜対象物付近での磁場強度を確保することができる。

請求項１３に記載した発明は、前記成膜対象物と前記ターゲットとの間に反応性ガスを導入することを特徴としている。
このように構成することで、反応性スパッタ法による成膜を行うことができる。

請求項１４に記載した発明は、前記ターゲットが、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２の少なくともいずれかを含んでいることを特徴としている。
このように構成することで、結晶性の高い透明導電膜を成膜することができる。

請求項１５に記載した発明は、前記磁気回路を前記ターゲットに対して相対的に移動することを特徴としている。
このように構成することで、非エロージョン領域を減少させることができ、また使用効率を向上させ、投入パワーも増大させることができる。

請求項１６に記載した発明は、前記成膜対象物を前記ターゲットに対して相対的に移動することを特徴としている。
このように構成することで、成膜対象物に対して均質な成膜をすることができる。

本発明によれば、磁力線が磁気回路から成膜対象物側へ延び、プラズマ中の電子が磁力線に沿って成膜対象物まで届くため、膜が活性化されて結晶性の高い膜を形成することができる効果がある。

本発明の実施形態に係る成膜装置および成膜方法について、図１〜図１２に基づいて説明する。
（マグネトロンスパッタ装置）
図１は、本実施形態におけるマグネトロンスパッタ装置の概略構成図（正面図）である。
図１に示すように、マグネトロンスパッタ装置（以下、スパッタ装置という）１０は、インターバック式のスパッタ装置であって、基板（図示せず）の仕込み／取出し室１２と、基板に対する成膜室１４とを備えている。仕込み／取出し室１２には、ロータリーポンプなどの粗引き排気手段１２ｐが接続され、成膜室１４には、ターボ分子ポンプなどの高真空排気手段１４ｐが２台接続されている。本実施形態のスパッタ装置１０では、基板を縦型に支持して仕込み／取出し室１２に搬入し、粗引き排気手段１２ｐで仕込み／取出し室１２を排気する。次に、高真空排気手段１４ｐで高真空排気した成膜室１４に基板を搬送し、成膜処理を行う。成膜後の基板は、仕込み／取出し室１２を介して外部に搬出するように構成されている。

また、成膜室１４には、Ａｒなどのスパッタガスを供給するガス供給手段１７が接続されている。なお、ガス供給手段１７からは、Ｏ_２などの反応ガスを供給することも可能である。また、成膜室１４には、スパッタカソード機構２０が縦型に配置されている。

図２は、成膜室の平面断面図（図１のＡ−Ａ線に沿う断面図）である。スパッタカソード機構２０は、成膜室１４の幅方向における一方側面に配置されている。スパッタカソード機構２０は、主にターゲット２２、背面プレート２４および磁気回路３０を備えている。背面プレート２４はＤＣ電源２６に接続され、負電位に保持されている。背面プレート２４の表面（基板５が通過する側）には、ＩＴＯ膜の形成材料をロウ材でボンディングしたターゲット２２が配置されている。ＩＴＯ膜の形成材料は、Ｉｎ_２Ｏ_３のみでもよく、Ｉｎ_２Ｏ_３に所定材料を添加したものでもよい。そして、ガス供給手段１７（図１参照）から成膜室１４にスパッタガスを供給し、ＤＣ電源２６により背面プレート２４にスパッタ電圧を印加する。成膜室１４内でプラズマにより励起されたスパッタガスのイオンが、ターゲット２２に衝突してＩＴＯ膜の成形材料の原子を飛び出させる。飛び出した原子を基板５に付着させることにより、基板５にＩＴＯ膜が形成される。
なお、ターゲット２２をＺｎＯまたはＳｎＯ_２に所定材料を添加したもので構成し、ＺｎＯ系膜やＳｎＯ_２系膜からなる透明導電膜を形成するように構成してもよい。

背面プレート２４の裏面に沿って、ターゲット２２の表面に水平磁界を発生させる磁気回路３０が配置されている。磁気回路３０は、背面プレート２４側の表面の極性が相互に異なる中心磁石３１および外周磁石３２を備えている。

図３は、スパッタカソード機構の正面図である。中心磁石３１は直線状に配置され、外周磁石３２は中心磁石３１の周縁部から所定距離をおいて額縁状に配置されている。この中心磁石３１および外周磁石３２がヨーク３４に装着されて（図２参照）、磁気回路３０が構成されている。この磁気回路３０については後に詳述する。

図２に戻り、背面プレート２４側の極性が異なる中心磁石３１および外周磁石３２により、磁力線３６で表される磁界が発生する。これにより、中心磁石３１と外周磁石３２との間におけるターゲット２２の表面において、垂直磁界が０（水平磁界が最大）となる位置３７が発生する。この位置３７に高密度プラズマが生成することで、成膜速度を向上しうるようになっている。

この位置３７では、ターゲット２２が最も深くエロージョンする。この位置３７が固定されないようにしてターゲット２２の利用効率（寿命）を向上させるため、またターゲット２２およびカソードの冷却効率を上げてアーキングなどを改善するため、磁気回路３０は水平方向に揺動可能に形成されている。また、ターゲット２２の上下端ではエロージョンが矩形や半円形となるため、磁気回路３０は垂直方向にも揺動可能に形成されている（磁気回路移動手段）。具体的には、磁気回路３０を水平方向および垂直方向に往復運動させるアクチュエータ（図示せず）を備えている。これらの水平方向アクチュエータおよび垂直方向アクチュエータを異なる周期で駆動することにより、図３の鎖線３８のように磁気回路３０がターゲット２２と平行な面内でジグザグ運転しうるようになっている。このように構成することで、非エロージョン領域の減少、片掘りの抑制ができ、パーティクルや異常放電の発生を改善でき、ターゲット２２の使用効率も向上する。なお、磁気回路３０の幅はターゲット２２の幅より小さく構成されており、ターゲット２２以外がスパッタされないように構成されている。

また、ターゲット２２に対して基板５が相対的に水平方向および垂直方向に移動できるように構成してもよい（成膜対象物移動手段）。このように構成することで、基板５に対して均質な成膜をすることができる。

（磁気回路）
図４は、磁気回路３０の概略構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
磁気回路３０は、磁性材料からなるヨーク３４上に、該ヨーク３４の中央部に位置するように配置された矩形棒状の永久磁石からなる中心磁石３１と、中心磁石３１の周りを所定間隔あけて取り囲むように矩形枠状に配置された永久磁石からなる外周磁石３２とを備えている。

中心磁石３１および外周磁石３２の表面（ターゲット２２が配置された側）の極性は異なるように、つまり、中心磁石３１の表面極性がＮ極の場合は外周磁石３２の表面極性はＳ極に設定され、中心磁石３１の表面極性がＳ極の場合は外周磁石３２の表面極性はＮ極に設定されている。なお、本実施形態では中心磁石３１の表面極性をＳ極に、外周磁石３２の表面極性をＮ極に設定した。

ところで、従来のマグネトロンスパッタ法では、ターゲット近傍に磁場を発生させてプラズマを閉じ込めることで、スパッタ電圧を下げ、負イオンの膜へのダメージを減らすことでプラズマのダメージが基板に及ぶのを防止していた。これに対して本願の発明者は、磁気回路から基板へ磁力線を積極的に伸ばし、成膜対象物である基板の表面の垂直磁場強度を高めることで、プラズマ中の電子が磁力線に沿って成膜対象物まで届くため、膜が活性化されて結晶性の高い膜が形成されることを見出した。また、従来のマグネトロンスパッタ法では、磁気回路を構成する一対の磁石の磁束量をバランスさせていた。これに対して本願の発明者は、上述した中心磁石および外周磁石の磁束量を積極的にアンバランスにすることで、磁気回路から基板へ伸びる磁力線が増加することを見出した。

ここで、図４に示すように、中心磁石３１の幅をｗ１、外周磁石３２の幅をｗ２、磁気回路３０の幅をｗ０と設定した。なお、本実施形態においては、ｗ０＝１００ｍｍで一定とした。
このように設定すると、図５に示すように、外周磁石３２から中心磁石３１に向けて形成される磁力線は、大きく分けて３通りのパターンが想定される。

図５（ａ）に示すパターンは、外周磁石３２から出る磁力線のほぼ全てが中心磁石３１に向かう磁力線がバランスした（磁力線が閉じた）パターンである。
図５（ｂ）に示すパターンは、中心磁石３１の幅ｗ１が外周磁石３２の幅ｗ２の２倍より大きい幅で構成され、外周磁石３２から中心磁石３１に向かう磁力線の他に、中心磁石３１を基準に発散した磁力線が多く発生し、基板５の表面における中心磁石３１の中心付近に対応した位置の垂直磁場の絶対値が大きくなるように構成される。また、中心磁石３１の幅ｗ１が外周磁石３２の幅ｗ２より大きくなればなるほど、基板５の周縁部付近の垂直磁場の絶対値も大きくなるように構成される。
図５（ｃ）に示すパターンは、外周磁石３２の幅ｗ２が中心磁石３１の幅ｗ１より大きい幅で構成され、外周磁石３２から中心磁石３１に向かう磁力線の他に、外周磁石３２を基準に発散した磁力線が多く発生し、基板表面における外周磁石３２に対向した位置付近の垂直磁場の絶対値が大きくなるように構成される。また、外周磁石３２の幅ｗ２が中心磁石３１の幅ｗ１より大きくなればなるほど、基板５の中央付近の垂直磁場の絶対値も大きくなるように構成される。

ここで、中心磁石３１の幅ｗ１および外周磁石３２の幅ｗ２を変更したときの基板表面における垂直磁場をシミュレーションした。なお、基板５とターゲット２２間の距離を１００ｍｍ、ターゲット２２と磁気回路３０との距離を２４ｍｍと設定した。

中心磁石３１の幅ｗ１および外周磁石３２の幅ｗ２の設定パターンと、そのときの基板表面における垂直磁場の最小値を表１に示す。

また、上記表１におけるＮｏ．１〜Ｎｏ．５のそれぞれの設定パターンにおける基板表面の磁場の値を図６〜図１０に示す。なお、各図において、実線は基板表面の垂直磁場強度を示し、一点鎖線は基板表面の平行磁場強度を示す。

上記表１のＮｏ．１のパターンは、従来から一般的に使用されている磁気回路のパターン（ｗ１＝２０ｍｍ、ｗ２＝１０ｍｍ）である（図５（ａ）参照）。図６に示すように、磁石幅（ｗ０＝１００ｍｍ）の範囲（横軸で−５０ｍｍ〜＋５０ｍｍの範囲、以下同様）において、基板表面における垂直磁場の最大値（絶対値）は磁石中央付近で約２５ガウスあるが、磁石の幅内において変動しており、その両端では垂直磁場は最小値（絶対値）の約９ガウスとなっている。このように磁石の幅の範囲で磁界が絶対値で１０ガウス以上となっているところが部分的にあり、その部分では反応性が向上しているが、１０ガウス未満のところもあり、ばらつきが生じやすい。

Ｎｏ．２のパターンは、Ｎｏ．１のパターンと比較して中心磁石３１の幅ｗ１を大きくした磁気回路のパターン（ｗ１＝４０ｍｍ、ｗ２＝１０ｍｍ）である（図５（ｂ）参照）。図５（ｂ）に示すように、外周磁石３２から中心磁石３１に向かう磁力線の他に、中心磁石３１を基準に発散した磁力線が多く発生し、基板５の表面における中心磁石３１の中心付近に対応した位置の垂直磁場の絶対値が大きくなる。つまり、図７に示すように、磁石幅の範囲において、基板表面における垂直磁場の最大値（絶対値）は磁石中央付近で約７０ガウスある。また、磁石の幅内において垂直磁場の値は変動しており、その両端において垂直磁場は最小値（絶対値）の約４０ガウスとなっている。このように、中心磁石３１の磁束量を外周磁石３２の磁束量より多くすることにより、基板５の表面における垂直磁場強度の絶対値の最小値を大きくすることができる。また、磁場強度の変化はあるが磁石の幅の範囲で磁界が絶対値で１０ガウス以上あり、反応性のばらつきは見られない。

Ｎｏ．３のパターンも、Ｎｏ．１のパターンと同様に、従来から一般的に使用されている磁気回路のパターン（ｗ１＝１０ｍｍ、ｗ２＝１０ｍｍ）である。図８に示すように、磁石幅の範囲において、基板表面における垂直磁場の最大値（絶対値）は磁石両端で約１０ガウスあるが、磁石の幅内において変動しており、磁石中央付近では垂直磁場は最小値（絶対値）の約０ガウスとなっている。このように磁石の幅の範囲で磁界が絶対値で１０ガウス以上あり、反応性が向上している部分は一部のみであり、ばらつきも生じやすい。

Ｎｏ．４のパターンは、Ｎｏ．３のパターンと比較して外周磁石３２の幅ｗ２を大きくした磁気回路のパターン（ｗ１＝１０ｍｍ、ｗ２＝１５ｍｍ）である（図５（ｃ）参照）。図５（ｃ）に示すように、外周磁石３２から中心磁石３１に向かう磁力線の他に外周磁石３２を基準に発散した磁力線が多く発生し、基板表面における外周磁石３２に対向した位置付近の垂直磁場の絶対値が大きくなる。つまり、図９に示すように、磁石幅の範囲において、基板表面における垂直磁場の最大値（絶対値）は磁石両端で約２３ガウスある。また、磁石の幅内において垂直磁場の値は変動しており、磁石中央付近において垂直磁場は最小値（絶対値）の約１８ガウスとなっている。このように、磁場強度の変化はあるが磁石の幅の範囲で磁界が絶対値で１０ガウス以上あり、反応性のばらつきは見られない。

Ｎｏ．５のパターンは、Ｎｏ．３のパターンと比較して外周磁石３２の幅ｗ２を更に大きくした磁気回路のパターン（ｗ１＝１０ｍｍ、ｗ２＝２０ｍｍ）である（図５（ｃ）参照）。図１０に示すように、磁石幅の範囲において、基板表面における垂直磁場は約３８ガウスで略一定である。このように、外周磁石３２の磁束量を中心磁石３１の磁束量より多くした場合でも、基板５の表面における垂直磁場強度の絶対値の最小値を大きくすることができる。また、磁石の幅の範囲で磁界が絶対値で１０ガウス以上あり、反応性のばらつきは見られない。

上述したシミュレーション結果を踏まえて、Ｎｏ．３およびＮｏ．５のパターンの磁気回路を作成し、マグネトロンスパッタ法によりＩＴＯ膜の成膜を行った。なお、成膜ガス圧を０．６７Ｐａ、酸素量を１．０ｓｃｃｍ、成膜温度を室温、成膜する膜厚を１５００Åとし、基板とターゲット間の距離を１００ｍｍ、ターゲットと磁気回路との距離を２４ｍｍと設定した。そして、形成されたＩＴＯ膜につき、Ｘ線回折法により結晶性を測定した。なお、Ｘ線回折法とは、Ｘ線が結晶格子によって回折される現象を利用して、物質の結晶内部で原子がどのように配列しているか（結晶性の強度がどの程度か）を確認する手法である。

その結果、Ｎｏ．３（基板表面における垂直磁場強度の絶対値の最小値（磁気回路の幅内）が、約０ガウス）の磁気回路で成膜した場合には、図１１（ａ）に示すように、２θ＝３０°近傍の回折強度が約１３０００ｃｐｓであった。これに対して、Ｎｏ．５（同、約３８ガウス）の磁気回路で成膜した場合には、図１１（ｂ）に示すように、２θ＝３０°近傍の回折強度が約２００００ｃｐｓ程度であった。これにより、基板表面における垂直磁場強度の絶対値の最小値（磁気回路の幅内）が大きいほど、ＩＴＯ膜の結晶性が高くなることが確認された。

以上の結果、従来から一般的に使用されているＮｏ．１（同、約９ガウス）およびＮｏ．３（同、約０ガウス）の磁気回路で成膜した場合より、結晶性の高いＩＴＯ膜を形成するためには、基板表面における垂直磁場強度の絶対値の最小値（磁気回路の幅内）が１０ガウス以上の磁場を発生させる磁気回路を使用して、マグネトロンスパッタを行うことが望ましい。
また、従来から一般的に使用されているＮｏ．１（中心磁石の幅ｗ１：外周磁石の幅ｗ２＝２：１）およびＮｏ．３（ｗ１：ｗ２＝１：１）の磁気回路で成膜した場合より、結晶性の高いＩＴＯ膜を形成するためには、中心磁石の幅ｗ１が外周磁石の幅ｗ２の２倍より大きい幅で構成された磁気回路を使用するか、または外周磁石の幅ｗ２が中心磁石の幅ｗ１より大きい幅で構成された磁気回路を使用して、マグネトロンスパッタを行うことが望ましい。

なお、磁石幅の範囲内で成膜レートが高くなるので、この間の反応性が向上することが重要である。磁石幅以外の場所では、成膜される部分もあるが成膜レートが低く比較的結晶性が良い。また、反応性スパッタの場合でも周辺部の反応性ガスの供給も容易である。このため、磁石幅の範囲で垂直磁場が絶対値１０ガウス以上あることが好ましい。

また、本実施形態において基板５とターゲット２２との距離を１００ｍｍとしたが、この距離が５０ｍｍより短くなると、プラズマに曝されることによる反応性向上の効果は期待できるが、基板とターゲットとの間に導入される反応性ガスが不均一になる虞があることや、基板搬送時などに間隔が変動することによる影響が大きくなることから、基板毎に安定した成膜が困難になるため、基板５とターゲット２２との間は５０ｍｍ以上が好ましい。
一方、基板５とターゲット２２との距離が２００ｍｍを超えると、基板５付近での磁場が弱くなり、磁場に沿って導入される電子が基板５へ衝突する効果が期待できなくなるため、基板５とターゲット２２との間は２００ｍｍ以下が好ましい。

次に、図１２に酸素添加量と成膜された膜の比抵抗との関係を示す。図１２（ａ）は上記表１のＮｏ．３のパターンのもの、（ｂ）はＮｏ．５のパターンのものである。
図１２（ａ）に示すように、従来（Ｎｏ．３）の磁気回路では、酸素添加量が０ｓｃｃｍのときに比抵抗は約２．２×１０^３（μΩ・ｃｍ）となっているのに対して、酸素添加量が１．０ｓｃｃｍのときに比抵抗は約１．３×１０^３（μΩ・ｃｍ）となっており、酸素添加量により膜の比抵抗の値が大きく変動している。特に、酸素添加量が少ないと膜の比抵抗値が高くなっていることが分かる。
一方、図１２（ｂ）に示すように、本実施形態（Ｎｏ．５）の磁気回路では、酸素添加量が０ｓｃｃｍのときに比抵抗は約８．０×１０^２（μΩ・ｃｍ）となっているのに対して、酸素添加量が１．０ｓｃｃｍのときに比抵抗は約７．８×１０^２（μΩ・ｃｍ）となっており、酸素添加量が変化しても膜の比抵抗値の変動量が小さくなっている。更に酸素添加量が少なくても膜の比抵抗値は低く抑えられていることが分かる。
つまり、従来の磁気回路の場合、基板上での反応性が低く、流れてくる酸素の状態の影響が大きかった。一方、本実施形態の磁気回路の場合、負イオンの効果に因って、反応性が高く、少ない酸素分子数でも十分に反応するため、周辺の影響が小さくなる。以上により、本実施形態によれば、比抵抗の酸素依存性が低いＩＴＯ膜を形成できることが確認された。

本実施形態によれば、ターゲット２２の一方の面に対向配置された磁気回路３０を備え、ターゲット２２の他方の面に対向して基板５を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜装置１０において、磁気回路３０は、中心磁石３１と、中心磁石３１の外周を囲むように配置された外周磁石３２とを備え、磁気回路３０は、基板５の表面における垂直磁場の絶対値が磁気回路３０の幅内で１０ガウス以上となる磁場を発生させるように構成した。
このように構成したため、磁力線が磁気回路３０から基板５側へ延び、プラズマ中の電子が磁力線に沿って基板５まで届くため、膜が活性化されて結晶性の高い膜を形成することができる。結晶性の向上に伴って、電荷移動度や耐環境性に優れた膜を得ることができる。また、プラズマ中の電子が磁力線に沿って基板５まで届くため、膜表面のみが温度上昇して結晶化される。したがって、ガラス基板にカラーフィルタをコーティングした基板またはフィルム基板へ熱的ダメージを与えることなく、比抵抗の低い導電膜の成膜をすることができる。

また、磁気回路３０を、中心磁石３１と、中心磁石３１の外周を囲むように配置された外周磁石３２とで構成し、中心磁石３１の幅ｗ１を、外周磁石３２の幅ｗ２の２倍より大きい幅で構成した。
このように構成したため、外周磁石３２から中心磁石３１に向かう磁力線の他に、中心磁石３１に向かって発散した磁力線が多く発生し、基板５の表面における中心磁石３１の中心位置に対応した位置の垂直磁場の絶対値を大きくすることができる。

また、磁気回路３０を、中心磁石３１と、中心磁石３１の外周を囲むように配置された外周磁石３２とで構成し、外周磁石３２の幅ｗ２を、中心磁石３１の幅ｗ１より大きい幅で構成した。
このように構成したため、外周磁石３２から中心磁石３１に向かう磁力線の他に、外周磁石３２から基板５の方向に向かって発散した磁力線が多く発生し、基板５の表面における外周磁石３２に対向した位置付近の垂直磁場の絶対値を大きくすることができる。

また、基板５とターゲット２２との距離を、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とした。
このように基板５とターゲット２２との距離を５０ｍｍ以上とすることで、基板５の位置のばらつきによる影響を低減することができる。また、基板５とターゲット２２との距離を２００ｍｍ以下とすることで、基板５付近での磁場強度を確保することができる。

また、基板５とターゲット２２との間に反応性ガスを導入する反応性ガス導入手段を備えて構成した。
このように構成したため、反応性スパッタ法による成膜を行うことができる。

また、ターゲット２２を、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２の少なくともいずれかを含むようにした。
このように構成したため、結晶性の高い透明導電膜を成膜することができる。

さらに、磁気回路３０をターゲット２２に対して相対的に移動する磁気回路移動手段を備えた。
このように構成したため、ターゲット２２のエロージョン領域を分散させることが可能になり、ターゲット２２の耐久性を向上させることができる。

そして、基板５をターゲット２２に対して相対的に移動する成膜対象物移動手段を備えた。
このように構成したため、基板５に対して均質な成膜をすることができる。

尚、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、中心磁石および外周磁石の幅を３パターン例示したが、例示した以外のパターンで構成してもよい。
また、本実施形態において、正面視略矩形状の磁気回路を用いて説明したが、正面視円形などの磁気回路を用いてもよい。

本発明の実施形態におけるマグネトロンスパッタ装置の概略構成図（正面図）である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本発明の実施形態におけるスパッタカソード機構の正面図である。本発明の実施形態における磁気回路の概略構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本発明の実施形態における磁気回路の磁力線を示す説明図であり、（ａ）は従来パターンのものであり、（ｂ）は中心磁石の幅を外周磁石の幅の２倍より大きい幅で構成したものであり、（ｃ）は外周磁石の幅を中心磁石の幅より大きい幅で構成したものである。本発明の実施形態における表１のＮｏ．１のパターンのときの基板表面における磁場を示すグラフである。本発明の実施形態における表１のＮｏ．２のパターンのときの基板表面における磁場を示すグラフである。本発明の実施形態における表１のＮｏ．３のパターンのときの基板表面における磁場を示すグラフである。本発明の実施形態における表１のＮｏ．４のパターンのときの基板表面における磁場を示すグラフである。本発明の実施形態における表１のＮｏ．５のパターンのときの基板表面における磁場を示すグラフである。本発明の実施形態における強度を示すグラフであり、（ａ）は表１のＮｏ．３のパターンの場合、（ｂ）は表１のＮｏ．５のパターンの場合である。本発明の実施形態における酸素添加量と膜の比抵抗との関係を示すグラフであり、（ａ）は表１のＮｏ．３のパターンの場合、（ｂ）は表１のＮｏ．５のパターンの場合である。

符号の説明

５…基板（成膜対象物）１０…マグネトロンスパッタ装置（成膜装置）１７…ガス供給手段（反応性ガス導入手段）２２…ターゲット２４…背面プレート（パッキングプレート）３０…磁気回路３１…中心磁石３２…外周磁石ｗ０…磁気回路の幅ｗ１…中心磁石の幅ｗ２…外周磁石の幅

Claims

ターゲットの第１面側に配置された磁気回路を備え、
前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜装置において、
前記磁気回路は、中心磁石と、該中心磁石の外周を囲むように配置された外周磁石とを備え、
前記磁気回路は、前記成膜対象物の表面における垂直磁場の絶対値が前記磁気回路の幅内で１０ガウス以上となる磁場を発生させることを特徴とする成膜装置。
ターゲットの第１面側に配置された磁気回路を備え、
前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜装置において、
前記磁気回路は、中心磁石と、該中心磁石の外周を囲むように配置された外周磁石とを備え、
前記中心磁石の幅が、前記外周磁石の幅の２倍より大きい幅で構成されていることを特徴とする成膜装置。
ターゲットの第１面側に配置された磁気回路を備え、
前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜装置において、
前記磁気回路は、中心磁石と、該中心磁石の外周を囲むように配置された外周磁石とを備え、
前記外周磁石の幅が、前記中心磁石の幅より大きい幅で構成されていることを特徴とする成膜装置。
前記成膜対象物と前記ターゲットとの距離が、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置。
前記成膜対象物と前記ターゲットとの間に反応性ガスを導入する反応性ガス導入手段を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成膜装置。
前記ターゲットが、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２の少なくともいずれかを含んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成膜装置。
前記磁気回路を前記ターゲットに対して相対的に移動する磁気回路移動手段を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の成膜装置。
前記成膜対象物を前記ターゲットに対して相対的に移動する成膜対象物移動手段を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の成膜装置。
ターゲットの第１面側に磁気回路を配置し、前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜方法において、
前記成膜対象物の表面における垂直磁場の絶対値が前記磁気回路の幅内で１０ガウス以上となる磁場を前記磁気回路により発生させた状態で、前記ターゲットをスパッタすることを特徴とする成膜方法。
ターゲットの第１面側に磁気回路を配置し、前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜方法において、
前記磁気回路は、中心磁石と、該中心磁石の外周を囲むように配置された外周磁石とを備え、
前記中心磁石の幅が、前記外周磁石の幅の２倍より大きい幅で構成された前記磁気回路を使用して磁場を発生させた状態で、前記ターゲットをスパッタすることを特徴とする成膜方法。
ターゲットの第１面側に磁気回路を配置し、前記ターゲットの第２面側に成膜対象物を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜方法において、
前記磁気回路は、中心磁石と、該中心磁石の外周を囲むように配置された外周磁石とを備え、
前記外周磁石の幅が、前記中心磁石の幅より大きい幅で構成されている前記磁気回路を使用して磁場を発生させた状態で、前記ターゲットをスパッタすることを特徴とする成膜方法。
前記成膜対象物と前記ターゲットとの距離が、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の成膜方法。
前記成膜対象物と前記ターゲットとの間に反応性ガスを導入することを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の成膜方法。
前記ターゲットが、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２の少なくともいずれかを含んでいることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の成膜装置。
前記磁気回路を前記ターゲットに対して相対的に移動することを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の成膜装置。
前記成膜対象物を前記ターゲットに対して相対的に移動することを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の成膜装置。