JP2009046730A - 成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非エロージョン部の発生を防止する。
【解決手段】本発明の成膜方法は、磁界形成手段２０を横方向ｄａに往復移動しながら、縦方向ｄｂに往復移動し、ターゲット１５をスパッタリングしている。横方向ｄａの往復移動の速度は、基板７の移動速度の１／１０以下、かつ、１５０ｍｍ／分以上にされ、縦方向ｄｂの往復移動の速度は、基板７がターゲット１５の表面と対向しながら１００ｍｍ移動する間に、０．３往復以上する大きさにされており、このような移動速度では、非エロージョン部の発生が少なく、基板７に形成される薄膜の面内分布も向上する。
【選択図】図２

Description

本発明はスパッタリングによる成膜方法に関する。

ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の表示装置のガラス基板に薄膜を形成するために、スパッタリング装置が用いられている。
スパッタリング装置は、真空槽の内部に配置されたターゲットを有しており、スパッタ効率を上げるために、ターゲットの裏面側に磁石を配置する。
磁石が形成する磁力線の、水平磁場がゼロとなる部分はプラズマ密度が高くなるので、その部分でターゲットが多くスパッタリングされる。

近年、ＬＣＤ等の分野では、パネルコストを下げるために基板が大型化し、基板の大型化に伴いターゲットも大型化している。
大型化したターゲットの使用効率を上げるために、従来より、スパッタリング中の磁石を揺動（往復移動）させる成膜方法が採用されているが、従来の成膜方法では、かた掘れが発生し、ターゲットの使用効率は十分にあがらず、非エロージョン部からのパーティクルの発生や、異常放電が起こるという問題もあった。

磁石の揺動パターンをセンサー、モーターパルス等で確認調整し、非エロージョン部の抑制、かた掘れの改善をする方法もあるが、スパッタリング装置にかかる費用が高くなり、実用的ではない。
特開２０００−１０４１６７号公報 特開２００５−６８４６８号公報

本発明は、異常放電やパーティクルの発生を抑制し、かつ、ターゲットの使用効率が高い成膜方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者等が磁石の移動速度について検討したところ、従来の成膜方法のように、基板の移動方向と平行な横方向の移動速度と、基板の移動方向と直交する縦方向の移動速度との比が１：１では、磁石がターゲットに対して同一の軌跡を通るＭＧ揺動パターンとなり、外周部に発生する非エロージョン部が増加する。また、常にスパッタされる部分が発生し、局部的に掘れ、使用効率を低下させる。
非エロージョン部はパーティクルの発生の原因となり、その影響で、ノジュールと呼ばれる低級酸化物が発生し、異常放電回数も増加する。

本発明者等が鋭意検討を行った結果、縦方向の移動速度を、横方向の移動速度よりも早くすれば、磁石が形成する磁力線が、ターゲット表面の同じ場所を通る確率が低くなり、ターゲットの特定の場所が他の場所よりも多量にスパッタリングされる片掘れ部が小さくなり、非エロージョン部が大幅に減少することが分かった。

係る知見に基づいて成された本発明は、ターゲットが配置された真空槽内部を真空雰囲気にし、前記ターゲットの表面をスパッタリングし、成膜面が前記ターゲットの表面と対向するように基板を移動させ、前記基板の前記成膜面上に薄膜を形成する際に、前記ターゲットの裏面に配置された磁石を、前記ターゲットの表面と平行な平面内で、前記基板の移動方向に沿った横方向に往復移動をさせながら前記基板の移動方向とは垂直な縦方向にも往復移動させる成膜方法であって、前記横方向の往復移動の速度は、前記基板の移動速度の１／１０以下、かつ、１５０ｍｍ／分以上であり、前記縦方向の往復移動の速度は、前記基板が、その表面が前記ターゲットの表面と対向しながら１００ｍｍ移動する間に、０．３往復以上する大きさにされた成膜方法である。
本発明は請求項１記載の成膜方法であって、前記縦方向の往復移動の速度は、前記横方向の往復移動の速度の２倍以上２０倍以下である成膜方法である。

尚、横方向の移動速度は、横方向の往復移動で移動した距離を、当該横方向の往復移動に要した時間で除した値であり、縦方向の移動速度は、縦方向の往復移動で移動した距離を、当該縦方向の往復移動に要した時間で除した値である。基板の移動速度とは、基板が表面をターゲット表面と対面させた状態で移動する時の平均速度である。

非エロージョン部を少なくできるのでパーティクルの発生を抑制し、ノジュールの発生も抑制でき、異常放電の発生を減少できる。かた掘れも改善でき、ターゲットの使用効率が改善される。

図１は、本発明に用いるスパッタリング装置１の断面図である。
このスパッタリング装置１は真空槽１１を有しており、真空槽１１の内部には、ターゲット１５と、基板搬送機構１３とが配置され、ターゲット１５の基板搬送機構１３が配置された側と反対側には磁石搬送機構２５が配置されている。

ここでは、磁石搬送機構２５は真空槽１１の内部に配置されているが、真空槽１１が透磁性を有する場合は、磁石搬送機構２５を真空槽１１外部に配置してもよい。

基板搬送機構１３は、基板７を真空槽１１内で移動させ、ターゲット１５の表面上を通過させるように構成されている。図１、２の符号Ｄは基板７がターゲット１５の表面上を通過する時の移動方向を示している。

磁石搬送機構２５には磁界形成手段２０が取り付けられており、磁石搬送機構２５は、磁界形成手段２０を、ターゲット１５の表面と平行な面内で、基板７の移動方向Ｄと平行な横方向ｄａに往復移動させると同時に、該移動方向Ｄと直交する縦方向ｄｂにも往復移動させる。

磁界形成手段２０はターゲット１５よりも小さく、磁界形成手段２０の横方向ｄａの長さと縦方向ｄｂの長さは、それぞれターゲット１５の横方向ｄａの長さと縦方向ｄｂの長さよりも小さくなっている。従って、磁界形成手段２０は、ターゲット１５の裏面内で横方向ｄａにも縦方向ｄｂにも往復移動可能になっている。

ここでは、磁界形成手段２０はリング状のリング磁石２２と、リング磁石２２のリング内周に配置された中心磁石２３とを有しており、往復移動の範囲は、横方向ｄａの往復移動の終点と、縦方向ｄｂの往復移動の終点で、それぞれリング磁石２２のリング外周が、ターゲット１５の縁の真下に位置するようになっている。

リング磁石２２と中心磁石２３は、互いに異なる極性の磁極をターゲット１５の裏面に向けてヨーク２１に固定されており、その磁極間に形成される磁力線はターゲット１５の表面を通り、磁界形成手段２０が移動すると、磁力線も一緒に移動し、磁力線のターゲット１５表面と平行な水平磁場成分もターゲット１５表面上を移動する。

次に、このスパッタリング装置１を用いた成膜方法について説明する。
真空槽１１には真空排気系１９とガス供給系１８とが接続されている。真空排気系１９で真空槽１１内部を真空排気する。

真空槽１１内部の真空雰囲気を維持したまま、成膜対象物である基板７を真空槽１１内部に搬入し、薄膜が形成されるべき表面（成膜面）が、ターゲット１５表面と対面するように、基板搬送機構１３に保持させる。

真空槽１１内部の真空排気を続けながら、ガス供給系１８からスパッタガスを供給し、真空槽１１内部に所定圧力の成膜雰囲気を形成する。
ターゲット１５は電源５に接続されている。

真空槽１１内部の成膜雰囲気を維持し、磁界形成手段２０を横方向ｄａに往復移動させながら、縦方向ｄｂにも往復移動させた状態で、ターゲット１５に電源５から電圧を印加してターゲット１５をスパッタリングし、ターゲット１５のスパッタリングと、磁界形成手段２０の横方向ｄａ及び縦方向ｄｂの往復移動を続けながら、基板７を搬送し、ターゲット１５表面上を通過させる。

基板７の移動方向Ｄと直交する方向の長さは、ターゲット１５の移動方向Ｄと直交する方向の長さよりも短くなっており、基板７がターゲット１５表面上を通過する時には、基板７の移動方向Ｄと直交する方向の一端から他端まで薄膜が形成される。

基板７の移動方向Ｄの長さは、ターゲット１５の移動方向Ｄの長さよりも長いが、基板７がターゲット１５表面上を通過することで、基板７の移動方向Ｄの一端から他端まで薄膜が形成される。従って、大型の基板７であっても、全面に成膜可能である。

本発明では、磁界形成手段２０の横方向ｄａの移動速度は基板７の移動速度の１／１０以下にされ、縦方向ｄｂの移動速度は基板７がターゲット１５表面上を１００ｍｍ移動する間に、縦方向ｄｂの往復移動を０．３回以上する大きさになっている。

この移動速度では、基板７上の任意の位置がターゲット１５の移動方向Ｄの一端から他端まで移動する間（通過時間）に、磁界形成手段２０が横方向ｄａにも縦方向ｄｂにも２往復以上し、基板７表面に形成される薄膜の面内分布が、横方向ｄａで±２％以下、縦方向ｄｂで±３％以下とばらつきが小さくなる。

一例を述べると、縦方向ｄｂに１回往復移動する時の距離が８０ｍｍであり、縦方向の往復移動速度が１５００ｍｍ／秒であり、ターゲット１５の移動方向Ｄの長さが３００ｍｍであり、基板７の移動速度が２０００ｍｍ／秒であり、ターゲット１５の通過時間が９秒の場合、基板７の任意の位置がターゲット１５の移動方向Ｄの一端から他端まで移動し終わるまでに、磁界形成手段２０は約２．８１往復する。

磁界形成手段２０の移動速度が遅いと、プラズマの密度が高い領域外に堆積する量が増加し、再スパッタされず、ノジュール発生の原因となるが、上述したように、横方向ｄａの移動速度は１５０ｍｍ／分以上にされ、縦方向ｄｂの移動速度は横方向ｄａの移動速度の２倍以上にされているから、ノジュールの発生が少なく、異常放電の発生が改善される。

縦方向ｄｂの移動速度の上限は特に限定されないが、横方向ｄａの移動速度の２０倍を超える程高くするには、大型のモーターが必要となり、スパッタリング装置１のコストが高くなるので好ましくない。

磁界形成手段２０が横方向ｄａに往復移動しながら、縦方向ｄｂに往復移動する時に、同じ経路を通らないように、横方向ｄａの往復移動の周波数と、縦方向ｄｂの往復移動の周波数の最小公倍数は、できるだけ大きな値にすることが望ましい。

本発明に用いるターゲット１５の一例を述べると、縦方向ｄｂの長さが３５００ｍｍ、横方向ｄａの長さが３００ｍｍの長方形である。そのようなターゲット１５を用いてスパッタリングする場合、例えば、基板７の移動速度は２０００ｍｍ〜３０００ｍｍ、磁界形成手段２０の横方向ｄａの移動速度は１５０ｍｍ／分、縦方向ｄｂの移動速度は１６００ｍｍ／分である。

真空槽１１中に酸素ガスや窒素ガスのような反応ガスを、スパッタガスと一緒に供給しながら、ターゲット１５のスパッタリングを行っても良い。例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃やＺｎＯ等の透明導電材料を主成分とするターゲット１５を用いて、透明導電膜を成膜する場合には、反応ガスとして酸素ガスを供給する。

磁界形成手段２０は特に限定されず、永久磁石、電磁石のいずれを用いてもよい。

本発明に用いるスパッタリング装置の一例を説明する断面図 磁界形成手段の移動を説明するための平面図

符号の説明

１……スパッタリング装置 ７……基板 １１……真空槽 １５……ターゲット ２０……磁界形成手段（磁石） Ｄ……基板の移動方向 ｄａ……横方向 ｄｂ……縦方向

Claims (2)

1. ターゲットが配置された真空槽内部を真空雰囲気にし、
   前記ターゲットの表面をスパッタリングし、
   成膜面が前記ターゲットの表面と対向するように基板を移動させ、前記基板の前記成膜面上に薄膜を形成する際に、
   前記ターゲットの裏面に配置された磁石を、前記ターゲットの表面と平行な平面内で、前記基板の移動方向に沿った横方向に往復移動をさせながら前記基板の移動方向とは垂直な縦方向にも往復移動させる成膜方法であって、
   前記横方向の往復移動の速度は、前記基板の移動速度の１／１０以下、かつ、１５０ｍｍ／分以上であり、
   前記縦方向の往復移動の速度は、前記基板が、その表面が前記ターゲットの表面と対向しながら１００ｍｍ移動する間に、０．３往復以上する大きさにされた成膜方法。
2. 前記縦方向の往復移動の速度は、前記横方向の往復移動の速度の２倍以上２０倍以下である請求項１記載の成膜方法。
   

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