JP2016132806A - スパッタリング装置、薄膜製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
真空槽11の内部に、円筒形のスパッタリングターゲット12の外周表面のうち、放射方向の磁力成分がゼロになる場所から放出されるスパッタリング粒子を遮蔽する主遮蔽部材16を設ける。高エネルギーのスパッタリング粒子が成膜対象物2に到達しないので、成膜対象物2の表面がダメージを受けず、接触抵抗が小さい薄膜を形成することができる。投入電力を増加させても、低接触抵抗の薄膜を形成することができる。
【選択図】 図5
Description
即ち、スパッタリングターゲットから放出される粒子が、高エネルギーで成膜対象物に入射するときに、抵抗値が上昇することが、抵抗値上昇の原因であることが分かった。
本発明は、前記主遮蔽装置を移動させる主遮蔽移動装置が設けられ、前記主遮蔽移動装置は、前記主遮蔽装置を前記主遮蔽場所から主退避場所に移動させ、前記上流場所内を移動する前記成膜対象物に前記第一の放射方向粒子を到達させることができるように構成され、前記搬送経路は、前記成膜対象物の移動方向を反転させることができるように構成され、前記成膜対象物が、前記上流場所から移動して前記対面場所に到達した後、前記成膜対象物の移動方向が反転され、前記主遮蔽装置は前記主退避場所に移動され、移動方向の反転後、前記成膜対象物が前記上流場所内を移動する間に、前記第一の放射方向粒子が前記成膜対象物に到達するように構成されたスパッタリング装置である。
本発明は、前記第一のスパッタリングターゲットを、前記中心軸線を中心にして回転させるターゲット回転装置を有するスパッタリング装置である。
本発明は、前記磁石装置は、リング形形状にされた外周磁石と、前記外周磁石の内側に配置され、直線形状にされた中心磁石とを有し、前記外周磁石と前記中心磁石とは、互いに反対の極性の磁極が前記第一のスパッタリングターゲットの裏面付近に配置され、前記外周磁石は、湾曲した第一、第二の湾曲部分と、前記第一の湾曲部分の端部と前記第二の湾曲部分の端部同士を接続する直線形状の第一、第二の直線部分とを有し、前記第一の直線部分と前記中心磁石との間の距離の中央の位置と、前記中心軸線とを含む第一の飛行平面内に前記第一の放射方向粒子が放出されるように前記磁界が形成され、前記第一の直線部分は前記中心磁石よりも前記上流場所に近く、前記第一の直線部分は前記中心磁石よりも前記搬送経路から遠い位置に配置され、前記第一の飛行平面は、前記上流場所に向けて傾けられたスパッタリング装置である。
本発明は、前記第一の場所とは異なる場所であって、前記第一のスパッタリングターゲットの表面のうち、接平面に対して垂直な放射方向の磁力成分がゼロの第二の場所から、前記放射方向に向けて放出されたスパッタリング粒子を第二の放射方向粒子とすると、前記外周磁石のうちの、前記中心磁石よりも前記上流場所から遠い位置の前記第二の直線部分と前記中心磁石との間の距離の中央の位置と、前記中心軸線とを含む第二の飛行平面内には前記第二の放射方向粒子が放出されるように前記磁界が形成されたスパッタリング装置である。
本発明は、前記対面場所を通過した後の前記成膜対象物が対面する位置に、第二のスパッタリングターゲットが配置されたスパッタリング装置である。
本発明は、前記成膜対象物の前記薄膜が形成される成膜面には、p型GaN層が露出され、前記第一のスパッタリングターゲットは、スパッタリングにより、導電性を有し、透明な金属酸化物薄膜が形成される材料で構成されたスパッタリング装置である。
本発明は、成膜材料から成る円筒形の第一のスパッタリングターゲットの内部の中空部分に、前記第一のスパッタリングターゲットの外周表面に磁界を形成する磁石装置を配置しておき、前記第一のスパッタリングターゲットの中心軸線が延伸された方向である中心軸線方向に対して垂直な方向に延伸され、前記第一のスパッタリングターゲットとは離間した位置に設けられた搬送経路に沿って、成膜対象物を前記第一のスパッタリングターゲットの上流場所から前記第一のスパッタリングターゲットと対面する対面場所に移動させ、前記第一のスパッタリングターゲットから放出されたスパッタリング粒子を、前記対面場所に位置する前記成膜対象物に到達させ、前記成膜対象物に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記磁界は、前記第一のスパッタリングターゲットの表面のうち、接平面に対して垂直な放射方向の磁力成分がゼロの第一の場所から、前記放射方向に向けて放出されたスパッタリング粒子である第一の放射方向粒子が、前記上流場所内を移動する前記成膜対象物に向かうように前記磁界を形成しておき、前記上流場所内を移動する前記成膜対象物に向かう前記第一の放射方向粒子が衝突し、前記第一の放射方向粒子から前記成膜対象物が遮蔽される主遮蔽場所に主遮蔽装置を設け、前記成膜対象物には、前記第一の放射方向粒子以外のスパッタリング粒子によって、初期薄膜を形成する薄膜製造方法である。
本発明は、前記成膜対象物に、前記上流場所から移動して前記対面場所を通過させ、前記初期薄膜を形成した後、前記主遮蔽装置を主退避場所に移動させ、前記第一の放射方向粒子が前記初期薄膜の表面に到達する状態で、前記成膜対象物に前記対面場所を通過させ、前記初期薄膜上に本体薄膜を形成する薄膜製造方法である。
本発明は、前記第一のスパッタリングターゲットを、前記中心軸線を中心にして回転させながら、前記第一のスパッタリングターゲットをスパッタする薄膜製造方法である。
本発明は、前記磁石装置には、リング形形状の外周磁石と、前記外周磁石の内側に配置した直線形状の中心磁石とを設け、前記外周磁石と前記中心磁石とは、互いに反対の極性の磁極が前記スパッタリングターゲットの裏面に向くように配置し、前記外周磁石には、湾曲した第一、第二の湾曲部分と、前記第一の湾曲部分の端部と前記第二の湾曲部分の端部同士を接続する直線形状の第一、第二の直線部分とを設けておき、前記第一の直線部分と前記中心磁石との間の距離の中央の位置と、前記中心軸線とを含む第一の飛行平面内に前記第一の放射方向粒子が放出されるように前記磁界を形成させ、前記第一の直線部分を前記中心磁石よりも前記上流場所に近く、前記第一の直線部分を前記中心磁石よりも前記搬送経路から遠い位置に配置して、前記第一の飛行平面を前記上流場所に向けて傾けさせた薄膜製造方法である。
本発明は、前記第一の場所とは異なる場所であって、前記第一のスパッタリングターゲットの表面のうち、接平面に対して垂直な放射方向の磁力成分がゼロの第二の場所から、前記放射方向に向けて放出されたスパッタリング粒子を第二の放射方向粒子とすると、前記外周磁石のうちの、前記中心磁石よりも前記上流場所から遠い位置の前記第二の直線部分と前記中心磁石との間の距離の中央の位置と、前記中心軸線とを含む第二の飛行平面内にも前記第二の放射方向粒子が放出されるように前記磁界を形成させた薄膜製造方法である。
本発明は、前記対面場所を通過した後の前記成膜対象物が対面する位置に、第二のスパッタリングターゲットを配置し、前記第一のスパッタリングターゲットによって形成された初期薄膜上に、前記第二のスパッタリングターゲットをスパッタして本体薄膜を形成する薄膜製造方法である。
本発明は、前記成膜対象物の前記初期薄膜が形成される成膜面にはp型GaN層が露出され、前記第一のスパッタリングターゲットは、スパッタリングにより、導電性を有し、透明な金属酸化物薄膜を形成する材料で構成しておく薄膜製造方法である。
また、投入電力を増加させてもダメージを受けないので、成膜速度を増加させることができる。
特に、ダメージを受けやすいp型GaN層の表面に、金属酸化物から成る透明な導電膜を形成するときに、効果が高い。
このスパッタリング装置10aは真空槽11を有しており、真空槽11の内部には、第一のターゲット装置12が配置されている。
第一のターゲット装置12は、カソード電極22と、第一のスパッタリングターゲット21と、磁石装置20とを有している。
図3は、第一のターゲット装置12の拡大図であり、図4は、磁石装置20を上方から見た平面図である。
ヨーク25は細長で板状の高透磁率の磁性材料であり、その長さは、ヨーク25の両端が、カソード電極22の両端付近にそれぞれ位置するようにされている。ヨーク25は、カソード電極22の内周面に沿うように湾曲されており、ここでは、円筒形形状を、中心軸線を通る二平面で切断したときの形状にされている。
外周磁石26は、第一、第二の湾曲部分311,312と、第一、第二の直線部分331,332とを有している。第一、第二の湾曲部分311,312は湾曲した曲線状であり、第一の湾曲部分311の一端部と第二の湾曲部分312の一端部には、第一の直線部分331の一端部と他端部がそれぞれ接続され、第一の湾曲部分311の他端部と第二の湾曲部分312の他端部には、第二の直線部分332の一端部と他端部がそれぞれ接続され、一個の外周磁石26はリング状になっている。
この外周磁石26の場合は、環状の形状であればよく、図4(b)のように、第一、第二の湾曲部分311,312が直線形形状であっても本発明に含まれる。
第一、第二の直線部分331,332の間の距離よりも、第一、第二の直線部分331,332の長さの方が長くなるようにされており、従って、外周磁石26は、細長のトラック形の形状にされている。
ここでは、多数の角柱状の小磁石がトラック形形状に配置されて外周磁石26が構成され、同様に、直線状に配置されて中心磁石27が構成されている。
中心磁石27と外周磁石26の上端は、カソード電極22の内周面と非接触で対面しており、下端はヨーク25に接触されている。
中心磁石27と外周磁石26の磁極は、N極とS極のうちの一方の極性の磁極が中心磁石27の上端に設けられ、他方の極性の磁極が外周磁石26の上端に配置され、中心磁石27と外周磁石26とヨーク25とによって磁気回路が形成されている。下端の磁極は、上端と反対の極性の磁極である。
第一のスパッタリングターゲット21の表面の任意の場所の磁界の向きと強さを空間中の三方向の磁力成分に分解する場合、円筒の側面上では、三方向のうちの一方向として、第一のスパッタリングターゲット21の表面の一点を通り、第一のスパッタリングターゲット21の中心軸線29と垂直に交叉する直線である放射直線が延伸する方向を放射方向とする。
つまり、第一のスパッタリングターゲット21の外周表面のうち、軸線延伸方向と直交する磁力線M1,M2が形成されている部分では、軸線延伸方向の磁力成分はゼロである。
ところで、コサイン則によると、スパッタリングターゲットの表面の同一の場所から放出されるスパッタリング粒子は、放出角度に応じた量が放出されるとされており、図3の符号C1,C2の曲線は、本発明の第一のスパッタリングターゲットの外周表面の第一、第二の場所P1,P2にコサイン則を適用した場合のスパッタリング粒子の放出方向と、その放出方向のスパッタリング粒子の放出量との関係を示すグラフである。スパッタリング粒子の放出量は、その放出角度で放出されたスパッタリング粒子の単位時間当たりの個数である。
図5を参照し、第一例のスパッタリング装置10aの真空槽11の内部には、搬送ローラー等で構成された搬送経路15が設けられており、基板ホルダ14に配置された成膜対象物2が搬送経路15に配置され、真空槽11の外部に配置されたモーターによって、ローラー等が動作すると、成膜対象物2は基板ホルダ14に配置された状態で、搬送経路15に沿って移動する。搬送経路15は、成膜対象物2が直線上を移動するようにされている。
また、磁石装置20は、中央飛行平面S0が鉛直平面になるように配置されている。
真空槽11の内部は真空排気装置51によって継続して真空排気されている。
真空槽11にはガス導入装置52が接続され、ガス導入装置52からスパッタリングガスが導入され、真空槽11の内部には、スパッタリング雰囲気が形成されている。
ここでは、成膜対象物2は、n型のGaN基板上に、p型のGaN層が形成されたLED半導体素子用の基板であり、第一のスパッタリングターゲット21はITO等ので導電性透明金属酸化物で構成されており、薄膜が形成される成膜面には、p型のGaN層が露出され、初期薄膜3はp型のGaN層と接触して掲載されている。
第一、第二の放射方向粒子等のエネルギーが高いスパッタリング粒子は、初期薄膜3の表面に衝突し、成膜面には直接衝突しないので、成膜面はダメージを受けない。
隙間が広げられた状態で下流場所43から移動を開始し、対面場所42を通過して、上流場所41に到着した成膜対象物2は、広げられた隙間と対面するときには多量のスパッタリング粒子が成膜対象物2に到達し、上流場所41に向かう間に、第一、第二の放射方向粒子を含むスパッタリング粒子が到達し、そのスパッタリング粒子から、初期薄膜3の表面に、導電性透明金属酸化物から成り、初期薄膜3よりも膜厚が厚い本体薄膜4(図10)が形成される。
図11の符号10bは、本発明の第二例のスパッタリング装置を示している。
従って、成膜対象物2には、多量のスパッタリング粒子が到達し、膜厚の厚い本体薄膜4が形成される。
従って、第二例のスパッタリング装置10bの搬送経路15には、複数枚の成膜対象物2を配置できるから、効率よく薄膜を形成することができる。
図14は、第二の放射方向粒子が到達する場所を通過し、本体薄膜4が形成された成膜対象物2が示されている。
成膜対象物2の全体が上流場所41内に位置するとき、又は、少なくとも一部が対面場所42に位置し且つ一部でも第二の放射方向粒子の到達場所に位置しないときには、成膜対象物2の表面に第一、第二の放射方向粒子以外のスパッタリング粒子が到達し、初期薄膜3が形成される。
3……初期薄膜
4……本体薄膜
10a,10b,10c,10d……スパッタリング装置
12……第一のターゲット装置
15……搬送経路
16……主遮蔽装置
18……主遮蔽移動装置
20……磁石装置
21……第一のスパッタリングターゲット
22……カソード電極
23……第二のスパッタリングターゲット
26……外周磁石
27……中心磁石
29……中心軸線
39……ターゲット回転装置
41……上流場所
42……対面場所
43……下流場所
311……第一の湾曲部分
312……第二の湾曲部分
331……第一の直線部分
332……第二の直線部分
P1……第一の場所
P2……第二の場所
Claims (14)
- 真空槽と、
前記真空槽内に配置され、成膜材料から成る円筒形の第一のスパッタリングターゲットと、
前記第一のスパッタリングターゲットの内部の中空部分に配置され、前記第一のスパッタリングターゲットの外周表面に磁界を形成する磁石装置と、
前記第一のスパッタリングターゲットの中心軸線が延伸された方向である中心軸線方向に対して垂直な方向に延伸され、前記第一のスパッタリングターゲットとは離間した位置に設けられた搬送経路に沿って、成膜対象物を、前記成膜対象物が前記第一のスパッタリングターゲットと対面する前に位置する上流場所から前記第一のスパッタリングターゲットと対面する対面場所に移動させ、
前記第一のスパッタリングターゲットから放出されたスパッタリング粒子を、前記対面場所に位置する前記成膜対象物に到達させ、前記成膜対象物に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
前記磁界は、前記第一のスパッタリングターゲットの表面のうち、接平面に対して垂直な放射方向の磁力成分がゼロの第一の場所から、前記放射方向に向けて放出されたスパッタリング粒子である第一の放射方向粒子が、前記上流場所内を移動する前記成膜対象物に向かうように形成され、
前記上流場所内を移動する前記成膜対象物に向かう前記第一の放射方向粒子が衝突し、前記第一の放射方向粒子から前記成膜対象物が遮蔽される主遮蔽場所に主遮蔽装置が設けられた、スパッタリング装置。 - 前記主遮蔽装置を移動させる主遮蔽移動装置が設けられ、
前記主遮蔽移動装置は、前記主遮蔽装置を前記主遮蔽場所から主退避場所に移動させ、前記上流場所内を移動する前記成膜対象物に前記第一の放射方向粒子を到達させることができるように構成され、
前記搬送経路は、前記成膜対象物の移動方向を反転させることができるように構成され、
前記成膜対象物が、前記上流場所から移動して前記対面場所に到達した後、前記成膜対象物の移動方向が反転され、
前記主遮蔽装置は前記主退避場所に移動され、移動方向の反転後、前記成膜対象物が前記上流場所内を移動する間に、前記第一の放射方向粒子が前記成膜対象物に到達するように構成された請求項1記載のスパッタリング装置。 - 前記第一のスパッタリングターゲットを、前記中心軸線を中心にして回転させるターゲット回転装置を有する請求項1又は請求項2のいずれか1項記載のスパッタリング装置。
- 前記磁石装置は、リング形形状にされた外周磁石と、前記外周磁石の内側に配置され、直線形状にされた中心磁石とを有し、前記外周磁石と前記中心磁石とは、互いに反対の極性の磁極が前記第一のスパッタリングターゲットの裏面付近に配置され、
前記外周磁石は、湾曲した第一、第二の湾曲部分と、前記第一の湾曲部分の端部と前記第二の湾曲部分の端部同士を接続する直線形状の第一、第二の直線部分とを有し、
前記第一の直線部分と前記中心磁石との間の距離の中央の位置と、前記中心軸線とを含む第一の飛行平面内に前記第一の放射方向粒子が放出されるように前記磁界が形成され、
前記第一の直線部分は前記中心磁石よりも前記上流場所に近く、前記第一の直線部分は前記中心磁石よりも前記搬送経路から遠い位置に配置され、前記第一の飛行平面は、前記上流場所に向けて傾けられた請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のスパッタリング装置。 - 前記第一の場所とは異なる場所であって、前記第一のスパッタリングターゲットの表面のうち、接平面に対して垂直な放射方向の磁力成分がゼロの第二の場所から、前記放射方向に向けて放出されたスパッタリング粒子を第二の放射方向粒子とすると、
前記外周磁石のうちの、前記中心磁石よりも前記上流場所から遠い位置の前記第二の直線部分と前記中心磁石との間の距離の中央の位置と、前記中心軸線とを含む第二の飛行平面内には前記第二の放射方向粒子が放出されるように前記磁界が形成された請求項4記載のスパッタリング装置。 - 前記対面場所を通過した後の前記成膜対象物が対面する位置に、第二のスパッタリングターゲットが配置された請求項1記載のスパッタリング装置。
- 前記成膜対象物の前記薄膜が形成される成膜面には、p型GaN層が露出され、前記第一のスパッタリングターゲットは、スパッタリングにより、導電性を有し、透明な金属酸化物薄膜が形成される材料で構成された請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載のスパッタリング装置。
- 成膜材料から成る円筒形の第一のスパッタリングターゲットの内部の中空部分に、前記第一のスパッタリングターゲットの外周表面に磁界を形成する磁石装置を配置しておき、
前記第一のスパッタリングターゲットの中心軸線が延伸された方向である中心軸線方向に対して垂直な方向に延伸され、前記第一のスパッタリングターゲットとは離間した位置に設けられた搬送経路に沿って、成膜対象物を前記第一のスパッタリングターゲットの上流場所から前記第一のスパッタリングターゲットと対面する対面場所に移動させ、
前記第一のスパッタリングターゲットから放出されたスパッタリング粒子を、前記対面場所に位置する前記成膜対象物に到達させ、前記成膜対象物に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
前記磁界は、
前記第一のスパッタリングターゲットの表面のうち、接平面に対して垂直な放射方向の磁力成分がゼロの第一の場所から、前記放射方向に向けて放出されたスパッタリング粒子である第一の放射方向粒子が、前記上流場所内を移動する前記成膜対象物に向かうように前記磁界を形成しておき、
前記上流場所内を移動する前記成膜対象物に向かう前記第一の放射方向粒子が衝突し、前記第一の放射方向粒子から前記成膜対象物が遮蔽される主遮蔽場所に主遮蔽装置を設け、前記成膜対象物には、前記第一の放射方向粒子以外のスパッタリング粒子によって、初期薄膜を形成する薄膜製造方法。 - 前記成膜対象物に、前記上流場所から移動して前記対面場所を通過させ、前記初期薄膜を形成した後、前記主遮蔽装置を主退避場所に移動させ、前記第一の放射方向粒子が前記初期薄膜の表面に到達する状態で、前記成膜対象物に前記対面場所を通過させ、前記初期薄膜上に本体薄膜を形成する請求項8記載の薄膜製造方法。
- 前記第一のスパッタリングターゲットを、前記中心軸線を中心にして回転させながら、前記第一のスパッタリングターゲットをスパッタする請求項8又は請求項9のいずれか1項記載の薄膜製造方法。
- 前記磁石装置には、リング形形状の外周磁石と、前記外周磁石の内側に配置した直線形状の中心磁石とを設け、前記外周磁石と前記中心磁石とは、互いに反対の極性の磁極が前記スパッタリングターゲットの裏面に向くように配置し、
前記外周磁石には、湾曲した第一、第二の湾曲部分と、前記第一の湾曲部分の端部と前記第二の湾曲部分の端部同士を接続する直線形状の第一、第二の直線部分とを設けておき、
前記第一の直線部分と前記中心磁石との間の距離の中央の位置と、前記中心軸線とを含む第一の飛行平面内に前記第一の放射方向粒子が放出されるように前記磁界を形成させ、
前記第一の直線部分を前記中心磁石よりも前記上流場所に近く、前記第一の直線部分を前記中心磁石よりも前記搬送経路から遠い位置に配置して、前記第一の飛行平面を前記上流場所に向けて傾けさせた請求項8乃至請求項10のいずれか1項記載の薄膜製造方法。 - 前記第一の場所とは異なる場所であって、前記第一のスパッタリングターゲットの表面のうち、接平面に対して垂直な放射方向の磁力成分がゼロの第二の場所から、前記放射方向に向けて放出されたスパッタリング粒子を第二の放射方向粒子とすると、
前記外周磁石のうちの、前記中心磁石よりも前記上流場所から遠い位置の前記第二の直線部分と前記中心磁石との間の距離の中央の位置と、前記中心軸線とを含む第二の飛行平面内にも前記第二の放射方向粒子が放出されるように前記磁界を形成させた請求項11記載の薄膜製造方法。 - 前記対面場所を通過した後の前記成膜対象物が対面する位置に、第二のスパッタリングターゲットを配置し、
前記第一のスパッタリングターゲットによって形成された初期薄膜上に、前記第二のスパッタリングターゲットをスパッタして本体薄膜を形成する請求項8記載の薄膜製造方法。 - 前記成膜対象物の前記初期薄膜が形成される成膜面にはp型GaN層が露出され、
前記第一のスパッタリングターゲットは、スパッタリングにより、導電性を有し、透明な金属酸化物薄膜を形成する材料で構成しておく請求項8乃至請求項13のいずれか1項記載の薄膜製造方法。
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