JP2017509795A - 静的反応性スパッタ処理のための処理ガスセグメンテーション - Google Patents

Abstract

基板上の材料の静的堆積のための装置が説明される。該装置は、１つ又は複数の処理ガスを供給するためのガス供給システムであって、基板搬送方向に沿った２つ以上の位置に対して、個別に、１つ又は複数の処理ガスのうちの少なくとも１つの処理ガスの流量を制御するように構成されるガス供給システム、及び基板搬送方向に沿って離間された３つ以上のカソードを有するカソードアレイを含む。【選択図】図２

Description

［０００１］本発明の実施形態は、ターゲットからのスパッタリングによる層堆積に関する。本発明の実施形態は、特に大面積基板上でのスパッタリング、より具体的には、静的堆積処理に関する。実施形態は、特に基板上に材料の層を堆積するための装置及び方法に関する。

［０００２］多くの用途において、基板（例えば、ガラス基板）上に薄い層を堆積する必要がある。通常、基板は、被覆装置の種々のチャンバ内で被覆される。幾つかの用途では、基板は、気相堆積技法を用いて真空内で被覆される。

［０００３］基板上に材料を堆積させる幾つかの方法が知られている。例えば、基板は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセス、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、又はプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスなどによって被覆され得る。通常、この処理は、被覆されるべき基板が配置される処理装置又は処理チャンバの中で実行される。装置内には、堆積材料が供給される。複数の材料のみならず、さらにその酸化物、窒化物、又は炭化物が、基板上の堆積に使用され得る。被覆された材料は、幾つかの用途や幾つかの技術分野で使用することができる。例えば、ディスプレイ用の基板は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスによって被覆されることが多い。

［０００４］ＰＶＤプロセスにおいては、堆積材料は、ターゲット内に固相で存在し得る。エネルギー粒子をターゲットに衝突させることによって、ターゲット材料の原子、すなわち堆積される材料の原子が、ターゲットから放出される。ターゲット材料の原子は、被覆される基板の上に堆積される。ＰＶＤプロセスにおいて、スパッタ材料、すなわち基板上に堆積される材料は、様々な方法で用意されてもよい。例えば、ターゲットは、堆積される材料から製作してもよく、又は堆積される材料が固定されたバッキング要素（ｂａｃｋｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）を有してもよい。堆積される材料を含むターゲットは、堆積チャンバ内の予め決められた位置で支持又は固定される。回転可能なターゲットが使用される場合、ターゲットは、回転シャフト、又はシャフトとターゲットとを接続する接続要素に接続される。

［０００５］通常、スパッタリングは、マグネトロンスパッタリングとして実行され得る。マグネトロンスパッタリングでは、スパッタリング条件を改善するため、プラズマを閉じ込めるために磁石アセンブリが利用される。これにより、プラズマの閉じ込めは、基板上に堆積される材料の粒子分布を調整するために更に利用され得る。基板上に所望の層堆積を得るため、プラズマ分布、プラズマ特性、及びその他の堆積パラメータを制御する必要がある。例えば、所望の層特性を有する均一な層が望ましい。これは、特に、大面積堆積、例えば、大面積基板上でディスプレイを製造することにおいて重要である。更に、基板が堆積ゾーンを通って継続的に移動しない静的堆積処理では、均一性及びプロセスの安定性を達成することは特に困難であり得る。したがって、光電子装置及び他の大規模装置の製造に対する需要増加を考慮した場合、プロセスの均一性及び／又は安定性を更に改善させる必要がある。

［０００６］特に、反応性スパッタ処理によって化合物層を堆積することは、大面積基板おいて課題であり得る。膜の化学量論組成は、非反応性ガス（例えば、Ａｒ）と反応性ガス（例えば、Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏなど）との混合物を用いて、金属ターゲット、半金属ターゲット、又は化合物ターゲットのいずれかをスパッタリングすることによって得られる。

［０００７］したがって、特に大面積基板上でＰＶＤ堆積を改善したいという願いがある。

［０００８］上記に照らして、独立請求項１及び１１に記載の基板上に材料の層を堆積するための装置及び方法が提供される。本発明の更なる態様、利点、及び特徴は、従属請求項、明細書、及び添付の図面から明らかである。

［０００８］一実施形態によると、基板上に材料を静的堆積するための装置が提供される。該装置は、１つ又は複数の処理ガスを供給するためのガス供給システムであって、基板搬送方向に沿った２つ以上の位置に対して、個別に、１つ又は複数の処理ガスのうちの少なくとも１つの処理ガスの流量を制御するように構成されるガス供給システム、及び基板搬送方向に沿って離間された３つ以上のカソードを有するカソードアレイを含む。

［００１０］第２の実施形態によると、基板上に材料を静的堆積するための装置が提供される。該装置は、１つ又は複数の処理ガスを供給するためのガス供給システムであって、基板搬送方向に沿った２つ以上の位置に対して、個別に、１つ又は複数の処理ガスのうちの少なくとも１つの処理ガスの流量を制御するように構成されるガス供給システム、及び基板搬送方向に沿って離間された３つ以上のカソードを有するカソードアレイを含み、ガス供給システムは、３つ以上のカソードの長手方向軸に対して平行な３つ以上のガスラインを備え、３つ以上のガスラインは、基板搬送方向に沿って離間される。

［００１１］別の実施形態によると、基板上に材料を静的堆積する方法が提供される。該方法は、ガス供給システムを通して１つ又は複数の処理ガスを供給すること、基板搬送方向に沿った２つ以上の位置に対して、個別に、１つ又は複数の処理ガスのうちの少なくとも１つの処理ガスの流量を制御すること、及びカソードアレイからの材料をスパッタリングすることであって、カソードアレイが、基板搬送方向に沿って離間された３つ以上のカソードを有する、スパッタリングすることを含む。

［００１２］更に別の実施形態によると、基板上に材料を静的堆積する方法が提供される。該方法は、ガス供給システムを通して１つ又は複数の処理ガスを供給すること、基板搬送方向に沿った２つ以上の位置に対して、個別に、１つ又は複数の処理ガスのうちの少なくとも１つの処理ガスの流量を制御すること、及びカソードアレイからの材料をスパッタリングすることであって、カソードアレイが、基板搬送方向に沿って離間された３つ以上のカソードを有する、スパッタリングすること、及び３つ以上のカソードの長手方向軸に対して平行に位置付けされた少なくとも１つのガスラインからの処理ガスを使用して、基板上へ材料を更にスパッタリングすることを含む。

［００１３］本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるよう、実施形態を参照することによって、上記で簡潔に概説した本発明のより詳細な説明を得ることができる。添付の図面は、本発明の実施形態に関連し、以下の記述において説明される。

先行技術に係る、単一のガス入口ポイントを有する処理ガス分配を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、２重水平セグメンテーション、及び複数のガスラインの中の複数のガス入口ポイントを有する処理ガス分配を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、アレイが交流発電機及びセグメント化されたガス分配によって供給される、回転式カソードアレイ構成の上面図を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、アレイが直流発電機及びセグメント化されたガス分配によって供給される、回転式カソードアレイ構成の上面図を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、２重水平セグメンテーション、２重垂直セグメンテーション、及び複数のガスラインの中の複数のガス入口ポイントを有する処理ガス分配を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、２重水平セグメンテーション、及び複数のガスライン（水平配向のガスライン）の中の複数のガス入口ポイントを有する処理ガス分配を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、ガスラインの３重垂直セグメンテーションを有する処理ガス流の水平セグメンテーションの試験のための構成を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、基板上に材料の層を堆積する方法を示すフロー図を示す。

［００１４］ここで、本発明の様々な実施形態について、詳細に参照する。これらの実施形態の１つ又は複数の例を図に示す。図面に関する以下の説明の中で、同一の参照番号は、同一の構成要素を指す。概して、個々の実施形態に関する相違のみが説明される。各例は、本発明の説明として提供されているが、本発明を限定することを意図するものではない。更に、一実施形態の一部として例示又は記載される特徴は、他の実施形態で使用したり、又は他の実施形態と併用したりしてもよく、それによって、更なる実施形態が生み出される。本記載には、そのような変更及び変形が含まれることが意図されている。

［００１５］本明細書に記載された実施形態は、基板上に材料の層を堆積するための装置及び方法に関する。特に反応性スパッタリング処理においては、均一性及び／又はプラズマの安定性は、考慮するべき重大なパラメータである。反応性スパッタリング処理、例えば、スパッタリングされた材料の酸化物又は同等物を含有する層を堆積するために材料が酸素雰囲気又は別の反応性雰囲気の下でスパッタリングされる間の堆積処理は、プラズマの安定性に関して制御される必要がある。典型的に、反応性堆積処理は、ヒステリシス曲線を有する。反応性堆積処理は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、ＺｎＯ、ＺｎＯＮ、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、又は別の金属酸化物の堆積であってもよく、アルミニウム、ケイ素、インジウム、ガリウム、又は亜鉛は、プラズマ内に酸素が供給される間にカソードからスパッタリングされる。それにより、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、インジウムガリウム亜鉛酸化物、ＺｎＯ、ＺｎＯＮ、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、又は別の金属酸化物が基板上に堆積され得る。ヒステリシス曲線は、通常、酸素などの処理ガスの流れに従ってスパッタカソードに印加される電圧のような堆積パラメータの関数である。

［００１６］静的反応性スパッタ処理の間、ターゲットの中心部及びターゲットの端部において種々のプラズマ密度が得られる場合がある。この相違により、基板上で非均一な堆積が生じる結果となる。一般の処理ガス供給システムは、ターゲットの中心部及びターゲットの端部における種々のプラズマ密度を補正するため、垂直セグメンテーション（すなわち、ターゲットの長手方向軸に沿ったセグメンテーション）を使用する。静的反応性スパッタ処理の間に基板搬送方向（以下で水平方向と称される）に沿って種々の位置において種々のプラズマ密度又は種々の反応性ガス消費が存在する場合、本明細書に記載された実施形態により、均一性を改善することが可能となる。これらの相違により、更に基板上で非均一な堆積が生じる結果となる。本明細書に記載された実施形態は、水平方向、すなわち、基板搬送方向又は回転式カソードの回転軸に対して垂直な方向において、膜特性の変動を補正することを可能にする。

［００１７］本明細書に記載された実施形態によると、装置及び方法は、処理ガスを供給するためのガス供給システムを含む。その後、ガス供給システムは、基板搬送方向に沿った２つ以上の位置に対して、個別に、処理ガスの流量を制御するように構成される。したがって、水平方向における局所的な膜特性が修正可能となる。これは、静的堆積処理のために基板が位置付けされる堆積処理において特に有益である。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によると、少なくとも１つの処理ガスの流量を、経時的に少なくとも１つのセグメントに対して個別に変動させることができる。

［００１８］したがって、本明細書に記載された実施形態は、水平方向における局所的な処理ガス組成を修正することを可能にし、これにより、本発明は、水平方向において堆積層の膜特性を調整することを可能にする。本明細書に記載された更なる実施形態は、例えば、水平方向及び垂直方向の両方で、ターゲットアレイの種々の位置において局所的な処理ガスの種々の流量を供給することを可能にする。垂直セグメンテーションしか可能ではなかった層堆積に比べて、本発明の垂直セグメンテーション及び水平セグメンテーションによってより優れた堆積特性が生じる結果となる。

［００１９］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる異なる実施形態によれば、スパッタリングは、ＤＣスパッタリング、ＭＦ（中間周波数）スパッタリング、ＲＦスパッタリング、又はパルススパッタリングとして実行され得る。本明細書に記載されているように、幾つかの堆積処理には、ＭＦ、ＤＣ、又はパルススパッタリングを有益に適用する場合がある。しかしながら、他のスパッタリング法も適用し得る。

［００２０］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、記載された実施形態に係るスパッタリングは、３つ以上のカソードで実行することができる。しかしながら、特に大面積堆積用途においては、カソードのアレイは、６つ以上のカソード、例えば、１０以上のカソードを有するそれにより、３つ以上のカソード或いはカソードの対、例えば、４つ、５つ、６つ、又は更に多くのカソード或いはカソードの対を設け得る。それにより、アレイを１つの真空チャンバ内に設け得る。更に、アレイは、通常、隣接するカソード又はカソードの対が、例えば、プラズマ閉じ込めの相互作用によって互いに影響し合うように、画定されてもよい。典型的な実装形態によると、スパッタリングは、限定されないが、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．のＰｉＶｏｔなどのシステムのような回転式カソードアレイによって実行され得る。

［００２１］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる更に別の典型的な実施形態によると、基板上への材料の静的堆積は、反応性スパッタ処理によって行なわれる。これは、膜の化学量論組成が、非反応性ガスと反応性ガスとの混合物を用いて、金属ターゲット、半金属ターゲット、又は化合物ターゲットのいずれかをスパッタリングすることによって得られることを意味する。典型的に、本明細書に記載された実施形態は、処理ガスとして非反応性ガスのみを使用する、金属層又は半導体層の静的堆積に更に適する場合がある。このような場合、本発明の装置及び方法は、水平方向に沿って種々の局所的な処理圧力を有することを可能にし得る。

［００２２］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本明細書に記載された実施形態によると、処理ガスの少なくとも１つの分圧は、水平方向に沿って、すなわち、基板搬送方向に沿って変動される。例えば、反応性ガス（例えば、酸素）の分圧が変動される。更に、第２の処理ガス（例えば、非反応性ガス又は不活性ガス）の圧力が更に変動されることが可能である。したがって、全体的な圧力は、ほぼ一定であり得る。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によると、２つ以上の処理ガスの混合又は組成は、水平方向に沿って、すなわち、基板搬送方向に沿って変動される。

［００２３］種々の局所的な処理圧力により、基板の水平方向に沿って、種々の膜特性が生じ得る。例えば、堆積処理が停止している間、基板を堆積領域内の堆積のための位置へと移動させる。次いで、処理圧力を安定化させることができる。一実施例によれば、一旦処理圧力が安定すると、堆積が終了するまで静的基板上に堆積される材料の正確な化学量論組成を堆積するため、カソード磁石アセンブリは前方に向かって回転し得る。

［００２４］典型的な実施形態によれば、処理ガスは、アルゴン（Ａｒ）などの非反応性ガス、及び／又は酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、水（Ｈ２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ３）、オゾン（Ｏ３）、活性ガスなどの反応性ガスを含み得る。

［００２５］図１は、一般的な処理ガス供給システムの例を示す。処理ガスは、処理ガス混合につき、単一のマスフローコントローラ１３４（ＭＦＣ）を介して供給される。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる更に別の実施形態によると、処理ガスのうちの１つ又は複数の流量、すなわち、処理ガスのうちの１つ又は複数の量も、ニードルバルブなどの別の流量制御要素によって制御され得る。したがって、ＭＦＣ、ニードルバルブ、及び／又は他の流量制御要素は、ガス供給システムセグメントに対して１つ又は複数の処理ガスの流量を個別に、或いは、ガス供給システムのセグメントに対して１つ又は複数の処理ガスの量を個別に制御するために使用され得る。より具体的には、図１は、処理ガス供給システム及びカソード１２２を有するカソードアレイ２２２を示す。処理ガス供給システムは、処理ガスを含有する２つのガスタンク１３６を有する。処理ガス内に存在する非反応性ガス及び／又は反応性ガスの流量及び／又は量は、ＭＦＣ１３５によって制御される。処理ガスは、例えば、水平方向のカソードアレイの中間点及び垂直方向のカソードアレイの中間点で配置された単一のガス入口ポイント１３８に供給される。処理ガスの供給は、単一のＭＦＣ１３４を介して、ガス導管又はガス管１３３を通して行われる。同様に、分配システムは、更に、水平方向に沿ったカソード１２２の対の間に配置された単一のガスラインの中に複数のガス入口ポイント１３８を有し得る。

［００２６］静的堆積処理においては、膜特性は複数の方法によって変動することがあり、非均一性が生じる結果となることが発見されてきた。上述の設計及び処理では、水平方向で膜特性の任意の変動を補正することは可能ではない。静的堆積において、水平方向で局所的な膜特性の修正を可能にするため、本発明は、水平方向の処理ガス流の変動が可能である装置及び方法を提供する。このことを可能にするため、ターゲットアレイの中の種々のガスラインには、もはや共通ＭＦＣから来る処理ガスが供給されない。その代り、処理ガスは、複数のＭＦＣによって供給される。複数のＭＦＣは、それぞれ、水平方向のガスラインの異なるセグメントに接続される。

［００２７］種々の追加的又は代替的な実装形態によると、水平方向、すなわち基板搬送方向におけるセグメンテーションが様々な実施形態によって提供され得る。その幾つかは、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図４、及び図５を参照して例示的に説明される。これらの図を参照すると、セグメンテーションは、水平方向でよりきめ細かくなり得ることがわかる。例えば、２重水平セグメンテーション（２−ｆｏｌｄ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）、更に、３重、４重、又はそれよりも多くの水平セグメントが提供され得る。

［００２８］図２を参照すると、２重水平セグメンテーション及び複数のガスライン１１６の中の複数のガス入口ポイント１３８を有する、処理ガスを供給するための処理ガス供給システムが示されている。複数のガスライン１１６、例えば、内部に開口を有する導管は、カソードアレイ２２２のカソード１２２の対の間で、水平方向に沿ってその長手方向軸に平行に配置される。処理ガスは、２つの異なるＭＦＣ１３４及び２３４（２重水平セグメンテーションの各水平セグメントに対して１つ）によって供給される。処理ガス供給システムは、処理ガスを含有する４つのガスタンク１３６を有する。処理ガス内に存在する非反応性ガス及び／又は反応性ガスの流量及び／又は量は、ＭＦＣ１３５によって制御される。処理ガスは、ＭＦＣ１３４及び２３４のそれぞれを介して、ガス導管又はガス管１３３及び２３３を通して、複数のガスライン１１６の中の複数のガス入口ポイント１３８に供給される。

［００２９］したがって、本実施形態は、水平方向に、カソードアレイ２２２の２つの位置に対して、独立して、特に反応性ガスの変動を伴って、種々の流量の処理ガス、及び／又は種々の量の処理ガス、及び／又は種々の処理ガス混合物を供給することを可能にする。２重水平セグメンテーションは、例示のみを目的として図２で用いられていることを理解されたい。ただし、本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる異なる実施形態によると、処理ガス供給システムは、数重の水平セグメンテーションを有し得る。したがって、処理ガス供給システムは、水平方向に、カソードアレイの２つ以上の位置に対して、独立して、特に反応性ガスである種々の流量の処理ガス及び／又は種々の量の処理ガスを供給することを可能にする。

［００３０］堆積処理の性質に応じて、ターゲットアレイの中では、隣接するカソードのそれぞれの対が、ＡＣ電源（図３Ａ）に接続されるか、又は各カソードがＤＣ電源（図３Ｂ）に接続される。図３Ａは、堆積装置１００を示す。例示的に、内部に層を堆積するための１つの真空チャンバ１０２が示されている。図３Ａで示されているように、更なるチャンバ１０２をチャンバ１０２の隣に設けてもよい。真空チャンバ１０２は、バルブハウジング１０４及びバルブユニット１０５を有するバルブによって、隣接するチャンバから分離され得る。それにより、矢印１によって示されるように、基板１４が載っているキャリア１１４が真空チャンバ１０２内に挿入された後、バルブユニット１０５を閉じることができる。したがって、真空チャンバ１０２内の雰囲気は、例えば、チャンバ１０２に接続された真空ポンプで技術的真空（ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｖａｃｕｕｍ）を生成することによって、且つ／又は、処理ガスをチャンバ内の堆積領域内に挿入することによって、個別に制御し得る。上述のように、多くの大面積領域処理用途において、大面積基板はキャリアによって支持される。しかしながら、本明細書に記載された実施形態は、それに限定されるものではなく、処理装置又は処理システムを通して基板を搬送する他の搬送要素を使用してもよい。

［００３１］基板１４が載っているキャリア１１４をチャンバ１０２の内外へ搬送するため、チャンバ１０２の中に搬送システムが設けられる。本明細書で使用される「基板」という用語は、例えば、ガラス基板、ウエハ、サファイアなどの透明結晶体のスライス、又はガラスプレートのような、フレキシブルではない基板（ｉｎｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を含むものとする。

［００３２］図３Ａで示されているように、チャンバ１０２の中に堆積源１２２が設けられる。堆積源は、例えば、基板上に堆積されるべき材料のターゲットを有する回転可能なカソードであってもよい。典型的に、カソードは、内部に磁石アセンブリ１２１を有する回転可能なカソードであってもよい。それによって、層を堆積させるためにマグネトロンスパッタリングを実施してもよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によると、カソードを交互に偏向し得るように、カソード１２２はＡＣ電源１２３に接続される。

［００３３］図３Ａで更に示されているように、チャンバ１０２の中で複数のガスライン１１６が設けられている。装置１００のガス供給システムは、処理ガスを含有する６つのガスタンク１３６を更に有する。処理ガス内に存在する非反応性ガス及び／又は反応性ガスの流量又は量は、ＭＦＣ１３５によって制御される。処理ガスは、ＭＦＣ１３４、２３４、３３４のそれぞれを介して、ガス導管又はガス管１３３、２３３、及び３３３を通して、複数のガスライン１１６の中の複数のガス入口ポイント（図示せず）に供給される。したがって、本実施形態は、水平方向に、カソードアレイの３つの位置に対して、個別に、種々の流量の処理ガス及び／又は種々の処理ガスの混合物を供給することを可能にする。

［００３４］本明細書で使用する「マグネトロンスパッタリング」は、マグネトロン、すなわち、磁場を発生させ得るユニットである磁石アセンブリを使用して行われるスパッタリングのことを指す。典型的に、このような磁石アセンブリは、１つ又は複数の永久磁石からなる。これらの永久磁石は、回転可能なターゲット表面の下方に発生する発生磁場の内部に自由電子が捕捉されるように、典型的に、回転可能なターゲットの内部に配置されるか又は平面ターゲットに連結される。このような磁石アセンブリは、更に配置して、平面カソードに連結してもよい。典型的な実装形態によれば、マグネトロンスパッタリングは、限定はしないが、ＴｗｉｎＭａｇ（商標）カソードアセンブリのような、ダブルマグネトロンカソード、すなわち、カソード１２２によって実現され得る。具体的には、ターゲットからのＭＦスパッタリング（中間周波数スパッタリング）については、ダブルカソードを含むターゲットアセンブリが適用され得る。典型的な実施形態によると、堆積チャンバの中のカソードは交換可能であってもよい。したがって、スパッタリングされる材料が消費された後、ターゲットが交換される。本明細書の実施形態によると、中間周波数は、０．５ｋＨｚから３５０ｋＨｚの範囲、例えば、１０ｋＨｚから５０ｋＨｚの範囲内の周波数である。

［００３５］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる異なる実施形態によれば、スパッタリングは、ＤＣスパッタリング、ＭＦ（中間周波数）スパッタリング、ＲＦスパッタリング、又はパルススパッタリングとして実行され得る。本明細書に記載されているように、幾つかの堆積処理には、ＭＦ、ＤＣ、又はパルススパッタリングを有益に適用する場合がある。しかしながら、他のスパッタリング法も適用し得る。

［００３６］図３Ａは、カソード内に設けられた磁石アセンブリ１２１又はマグネトロンを有する複数のカソード１２２を示す。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、記載された実施形態に係るスパッタリングは、３つ以上のカソードで実行することができる。しかしながら、特に大面積堆積用途においては、カソードのアレイ又はカソードの対が設けられ得る。それにより、３つ以上のカソード或いはカソードの対、例えば、３つ、４つ、５つ、６つ、又は更に多くのカソード或いはカソードの対が設けられ得る。それにより、アレイを１つの真空チャンバ内に設け得る。更に、アレイは、通常、隣接するカソード又はカソードの対が、例えば、プラズマ閉じ込めの相互作用によって互いに影響し合うように、画定されてもよい。

［００３７］回転可能なカソードについては、磁石アセンブリは、バッキングチューブの中に、或いはターゲット材料チューブ（ｔａｒｇｅｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｕｂｅ）と共に設けられ得る。図３Ａは、３つの対のカソードを示し、それぞれ、堆積源１２０ａ、１２０ｂ、及び１２０ｃを設ける。カソードの対は、例えば、ＭＦスパッタリング、ＲＦスパッタリングなどのためのＡＣ電源を有する。特に、大面積堆積処理、及び工業的規模の堆積処理では、所望の堆積速度をもたらすため、ＭＦスパッタリングを実行してもよい。典型的に、図３Ａで示されているように、１つのチャンバの中の複数のカソードの磁石アセンブリは、ほぼ同じ回転可能な位置を有してもよく、又はすべてが少なくとも基板１４又は対応領域に向けて方向付けられてもよい。典型的に、堆積領域は、堆積システムを有する領域又は区域であり、基板上に材料を堆積（意図されている堆積）するために設けられ、且つ／又は配置される。

［００３８］但し、本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる異なる実施形態によると、１つのチャンバの中のプラズマ源は、基板上に層を堆積する間、変動的なプラズマ位置（回転式カソードの回転可能な位置）を有し得る。例えば、磁石アセンブリ又はマグネトロンは、堆積層の均一性を向上させるため、例えば、振動又は前後運動するように、互いに対して且つ／又は基板に対して移動させてもよい。

［００３９］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によると、本明細書に記載された実施形態は、ディスプレイＰＶＤ、すなわちディスプレイ市場向けの大面積基板上のスパッタ堆積に、利用され得る。幾つかの実施形態によると、大面積基板又は複数の基板を有するそれぞれのキャリアは、少なくとも０．６７ｍ^２のサイズを有し得る。典型的には、このサイズは、約０．６７ｍ^２（０．７３×０．９２ｍ−Ｇｅｎ４．５）から約８ｍ^２であってもよく、より典型的には、約２ｍ^２から約９ｍ^２、又は更に最大１２ｍ^２であってもよい。典型的には、本明細書に実施形態に係る、カソードアセンブリのような構造体、装置、及び方法の提供の対象である基板又はキャリアは、本明細書に記載されているように大面積基板である。例えば、大面積基板又はキャリアは、約０．６７ｍ^２の基板（０．７３×０．９２ｍ）に相当するＧＥＮ４．５、約１．４ｍ^２の基板（１．１ｍ×１．３ｍ）に相当するＧＥＮ５、約４．２９ｍ^２の基板（１．９５ｍ×２．２ｍ）に相当するＧＥＮ７．５、約５．７ｍ^２の基板（２．２ｍ×２．５ｍ）に相当するＧＥＮ８．５、又は約８．７ｍ^２の基板（２．８５ｍ×３．０５ｍ）に相当するＧＥＮ１０でさえありうる。ＧＥＮ１１及びＧＥＮ１２などの更に次の世代及び相当する基板面積を同様に実装してもよい。

［００４０］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる更に別の実施形態によると、ターゲット材料は、アルミニウム、ケイ素、タンタル、モリブデン、ニオブ、チタン、インジウム、ガリウム、亜鉛、及び銅からなる群から選択され得る。具体的には、ターゲット材料は、インジウム、ガリウム、及び亜鉛からなる群から選択され得る。反応性スパッタ処理は、これらのターゲット材料の典型的な堆積酸化物をもたらす。しかしながら、窒化物又は酸化窒化物（ｏｘｉ−ｎｉｔｒｉｄｅ）も同様に堆積され得る。

［００４１］本明細書に記載された実施形態によると、該方法は、静的堆積処理のために基板を位置決めするスパッタ堆積を提供する。通常、垂直に配向された大面積基板の処理などの特に大面積基板処理については、静的堆積と動的堆積との間で区別をつけることができる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によると、本明細書に記載された基板及び／又はキャリア、並びに本明細書に記載されたガス供給システムを利用するための装置は、垂直基板処理のために構成し得る。それにより、垂直基板処理という用語は、水平基板処理に対して区別して理解される。つまり、垂直基板処理は、基板処理中のキャリア及び基板のほぼ垂直な配向に関する。厳密な垂直配向から数度、例えば、最大で１０度、又は更に最大で１５度の偏向も更に垂直基板処理とみなされる。小さな傾斜を有する垂直基板配向によって、例えば、より安定的に基板を取り扱ったり、堆積層を汚染する粒子のリスクを低減させたりする結果となり得る。代替的に、本明細書に記載された実施形態に係るガス供給システムは、ほぼ垂直以外の基板配向、例えば、水平な基板配向に対しても利用することができる。水平な基板配向については、例えば、カソードアレイもほぼ水平となる。

［００４２］動的スパッタリング、すなわち、基板が堆積源に隣接して連続的又は準連続的に動くインライン処理は、基板が堆積領域に移動する前に処理を安定化し、次いで、基板が堆積源を通過するにつれて処理を一定に保つことができるため、より簡単である。しかし、動的堆積は、例えば粒子生成などの他の欠点を有することがある。これは、特にＴＦＴバックプレーン堆積（ＴＦＴ ｂａｃｋｐｌａｎｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に適用され得る。本明細書に記載された実施形態によると、例えばＴＦＴ処理のために静的スパッタリングを実施してもよく、初期基板上への堆積の前にプラズマを安定化させることができる。したがって、当業者であれば理解するように、動的堆積処理に比べて異なる静的堆積処理という用語は、基板の任意の動きを除外するものではないことに留意するべきである。静的堆積処理は、例えば、堆積中の静的基板位置と、堆積中の振動基板位置と、堆積中に実質的に一定である平均基板位置と、堆積中のディザリング基板位置（ｄｉｔｈｅｒｉｎｇ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、堆積中の搖動基板位置と、カソードが１つのチャンバ内に設けられる、すなわち、所定のセットのカソードがチャンバ内に設けられる堆積処理と、例えば、層の堆積中にチャンバを隣接するチャンバから分離する弁ユニットを閉じることによって、堆積チャンバが、近接するチャンバに関連して密閉雰囲気を有する基板位置と、又はその組み合わせとを含むことができる。したがって、静的堆積処理は、静的位置を有する堆積処理、実質的に静的な位置を有する堆積処理、又は基板の部分的な静的位置を有する堆積処理として理解することができる。それにより、本明細書に記載された静的堆積処理は、静的堆積処理のための基板位置が堆積中に任意の動きが全くないという必要性なしに、動的堆積処理と明確に区別することができる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる更に別の実施形態によると、当業者によって依然として静的堆積とみなされる、完全に静的な基板位置からの偏向、例えば、上述の基板の振動、搖動、又はさもなければ移動は、追加的又は代替的に、カソード又はカソードアレイの動き、例えば、搖動や振動などによってもたらされ得る。一般的に、基板及びカソード（又はカソードアレイ）は、例えば、基板搬送方向、基板搬送方向に対してほぼ垂直な横方向、又はその両方向に、互いに対して移動することができる。

［００４３］図３Ａで示されるように、本明細書に記載された実施形態は、静的堆積処理のために提供されてもよく、例えば、バルブユニット１０５は堆積中閉じられ、複数の回転式カソード、例えば、３つ以上の回転式カソードを有する。堆積処理が停止している間、基板１４を堆積領域内の堆積のための位置へと移動させる。処理圧力を安定化させることができる。一旦処理が安定すると、堆積が終了するまで静的基板上に堆積される材料の正確な化学量論組成を堆積するため、カソード磁石アセンブリ１２１は前方に向かって回転する。例えば、これはＡｌｘＯｙの堆積に関して正確な化学量論組成であり得る。

［００４４］Ａｌ２Ｏ３などの幾つかの膜に対して図３Ａで示されているように、ＭＦ電源などのＡＣ電源１２３が設けられ得る。この場合、カソード及びアノードを含む完全な回路がカソード１２２の対によって設けられるため、カソードは、例えば、取り外し可能な追加のアノードを必要としない。

［００４５］図３Ｂで示されているように、本明細書に記載された方法は、他のスパッタ堆積処理に対しても提供され得る。図３Ｂは、ＤＣ電源２２６に電気的に接続されているカソード１２４及びアノード１１５を示す。例えば、透明導電性酸化物膜のための、ターゲットからのスパッタリングは、典型的にＤＣスパッタリングとして実行される。カソード１２４は、スパッタリング中に電子を収集するアノード１１５と共にＤＣ電源２２６に接続される。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によると、ガスライン１１６は、アノード１１５又はシールド（図３Ａを参照）の一方の側面上に設けられてもよく、カソードは、アノード又はシールドの他方の側面上に設けられてもよい。ガスは、アノード又はシールドの中の開口部（図示せず）を通して、堆積領域内に供給され得る。代替的な実装形態によると、ガスライン又は導管及びカソードは、更にアノード又はシールドの同じ側面に設けられてもよい。

［００４６］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる更に別の実施形態によると、カソードのうちの１つ又は複数は、それぞれ、対応する個別の電圧源を有し得る。それにより、複数のカソードのうちの少なくも１つ、幾つか、又はすべてに対して、カソードにつき１つの電源が設けられ得る。したがって、少なくとも、第１のカソードが第１の電源に接続されてもよく、第２のカソードが第２の電源に接続されてもよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる更に別の実施形態によると、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ、又はＭｏＮのような材料が、ＤＣスパッタ堆積処理で堆積され得る。

［００４７］図３Ｂで更に示されているように、チャンバ１０２の中で、複数のガスライン１１６及びマスクシールド１３０が更に設けられている。装置１００のガス供給システムは、処理ガスを含有する６つのガスタンク１３６を更に有する。処理ガス内に存在する非反応性ガス及び／又は反応性ガスの流量は、ＭＦＣ１３５によって制御される。処理ガスは、ＭＦＣ１３４、２３４、３３４のそれぞれを介して、ガス導管又はガス管１３３、２３３、及び３３３を通して、複数のガスライン１２６の中の複数のガス入口ポイント１３８（図示せず）に供給される。したがって、本実施形態は、水平方向に、カソードアレイの３つの位置に対して、個別に、種々の流量の処理ガス及び／又は種々の処理ガスの混合物を供給することを可能にする。

［００４８］図３Ａ及び図３Ｂで示されているように、（基板搬送方向の）３重水平セグメンテーションが提供されてもよく、反応性ガスなどの少なくとも１つの処理ガスの流量が、１つのセグメントから隣接するセグメントへと変動し得る。図３Ａでは、他のガスライン１１６は、それぞれ、１つのセグメント、すなわち２つの外側セグメントを設ける。更に、中央セグメントが設けられる。図３Ａでは、中央セグメントは、例示的な３つのガスライン１１６を含む。図３Ｂでは、それぞれの２つの他のガスライン１１６は、それぞれ、１つのセグメント、すなわち、２つの外側セグメントを設ける。更に、中央セグメントが設けられる。図３Ｂでは、中央セグメントは、例示的な１つのガスライン１１６を含む。

［００４９］プラズマの安定化は、ヒステリシス曲線を有するスパッタリング処理、例えば、反応性スパッタリング処理のために特に役立ち得る。図３Ａ及び図３Ｂで例示的に示されているように、処理は、回転式カソード及び回転磁石アセンブリ、すなわち、その中の回転磁石ヨークで行ってもよい。それにより、回転式カソードの長手方向軸の周りの回転が実行される。

［００５０］図４で示されているように、本明細書に記載された更なる実施形態は、更なるセグメンテーション、例えば、２重水平セグメンテーション及び２重垂直セグメンテーションを有し、複数のガスラインの中に複数のガス入口ポイントを有する、処理ガス供給システムを提供する。複数のガスライン１１６は、カソード１２２の対の間で、水平方向に沿ってその長手方向軸に平行に配置される。本実施形態の複数のガスライン１１６は、垂直方向に沿って２つ以上のセグメントを更に画定する。それにより、処理ガスは、４つの異なるＭＦＣ１３４、２３４、３３４、及び４３４（２重水平セグメンテーションの各水平セグメントに対して２つ、及び２重垂直セグメンテーションの各垂直セグメントに対して２つ）によって供給される。図４の処理ガス供給システムは、処理ガスを含有する８つのガスタンク１３６を更に有する。処理ガス内に存在する非反応性ガス及び／又は反応性ガスの流量及び／又は量は、ＭＦＣ１３５によって制御される。処理ガスは、ＭＦＣ１３４、２３４、３３４、及び４３４のそれぞれを介して、ガス導管又はガス管１３３、２３３、３３３、及び４３３を通して、複数のガスライン１１６の中の複数のガス入口ポイント１３８に供給される。本明細書に記載された実施形態では、各セグメントのためのガスタンクは別々に示されることが多いが（例えば、図４で示された４つのセグメントは、４つの対のガスタンクに対応する）、本明細書に記載された実施形態に係るセグメントは、各処理ガスのための単一のガスタンク又は単一のガスタンクバッテリーに接続されてもよく、且つ／又は製造設備のガス供給システムに接続されてもよい。更に、一部のガスは、共通ソースによって供給されてもよく、一部のガスは、各セグメントのための個別のソース（例えば、タンク）によって供給されてもよい。

［００５１］したがって、本実施形態は、水平方向又は垂直方向の両方に、カソードアレイ２２２の種々の位置に対して、特に反応性ガスの、種々の流量の処理ガスを供給することを可能にする。２重水平セグメンテーション及び２重垂直セグメンテーションは、図４では例示のみを目的として用いられていることを理解されたい。但し、本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる異なる実施形態によると、処理ガス供給システムは、例えば、３重、４重、５重、又は更により高いオーダーの水平セグメンテーションと、例えば、３重、４重、５重、又は更により高いオーダーの垂直セグメンテーションとを有し得る。したがって、処理ガス供給システムは、水平方向でターゲットアレイの２つ以上の位置に対して、且つ垂直方向でターゲットアレイの２つ以上の位置に対して、個別に、特に反応性ガスの、種々の流量の処理ガスを供給することを可能にする。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によると、ガスは、内部に設けられたガス入口ポイント１３８などの開口部を有するガスライン１１６を通して、供給され得る。例えば、各ガスラインは、６つ以上の開口部、例えば、６つから２０個の開口部など、３つ以上の開口部を有し得る。

［００５２］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる更に別の典型的な実施形態によると、処理ガス供給システムは、２重水平セグメンテーション及び複数のガスラインの中のガス入口ポイントを有する処理ガス供給システムであり得る。図５で示されているように、複数のガスライン１１６は、垂直方向に沿って、カソード１２２の長手方向軸に対して垂直に配置され得る。処理ガスは、２つの異なるＭＦＣ１３４及び２３４（２重水平セグメンテーションの各水平セグメントに対して１つ）によって供給される。図５の処理ガス供給システムは、処理ガスを含有する４つのガスタンク１３６を更に有する。処理ガス内に存在する非反応性ガス及び／又は反応性ガスの流量は、ＭＦＣ１３５によって制御される。処理ガスは、ＭＦＣ１３４及び２３４のそれぞれを介して、ガス導管又はガス管１３３及び２３３を通して、複数のガスライン１１６の中の複数のガス入口ポイント１３８に供給される。したがって、本実施形態は、水平方向に、カソードアレイ２２２の種々の位置で、特に１つ又は複数の反応性ガスの、種々の流量の少なくとも１つの処理ガスを供給することを可能にする。

［００５３］図２、図３Ａと３Ｂ、及び図４に対応する実施形態は、２つのターゲットにつき１つのガスラインを有するガス供給システムを示す。しかしながら、本明細書に記載された実施形態に係るガス供給システムは、任意の数のガスラインを有してもよい。例えば、ガス供給システムは、４つのガスラインから１３個のガスラインを有し得る。同様に、各ガスラインは、２つから３０個のガス入口ポイントを有し得る。例えば、各ガスラインは、５つから１０個（例えば、９つ）のガス入口ポイントなど、３つから３０個のガス入口ポイントを有し得る。

［００５４］図６は、処理ガス流の水平セグメンテーションの試験のための堆積装置に関する更に別の実施形態を示す。該装置は、４重水平セグメンテーションで処理ガスを供給するためのガス供給システム、並びに水平方向に沿って離間された１２個のカソード１２２を有するカソードアレイを備える。ガス供給システムは、例えば、３重垂直セグメンテーションで、水平方向に沿って、カソードの長手方向軸に対して平行な１１個のガスライン１１６が設けられ得る。該装置のガス供給システムは、１つのＭＣＦ１３４を更に備え、ＭＦＣ（例えばバルブ）によって個別のガスラインを制御又は閉鎖することが可能である。処理ガスは、ＭＦＣ１３４を介して、ガス導管又はガス管を通して、複数のガスラインの中の複数のガス入口ポイント１３８に供給される。本明細書に記載された実施形態に係るガス供給システムは、任意の数のＭＦＣを有してもよい。例えば、ガス供給システムは、２つから３６個のＭＦＣを有してもよい。図６に示された実施形態は、破線によって示されている１２個のセグメント６３４を含む。隣接するセグメントから独立した各セグメントにつき、少なくとも１つの処理ガスの流量及び／又は少なくとも１つの処理ガスの分圧が個別に制御され得る。

［００５５］［００５６］したがって、本明細書に記載された実施形態は、単に個々のガスラインを開閉する代わりに、種々のガスラインを通して、処理ガス流の変動が伴う膜特性の水平分配をより正確に制御することをもたらす。

［００５７］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる更に別の実施形態によると、堆積装置は、水平方向に沿って延在する１つのアノード、又は水平方向に沿って離間された少なくとも３つのアノードを含み得る。

［００５８］典型的な実施形態によれば、カソードアレイは、３つ以上の回転式スパッタターゲットを含んでもよく、具体的には、カソードアレイは、８つの回転式スパッタターゲットを含んでもよく、より具体的には、カソードアレイは、１２個の回転式スパッタターゲットを含んでもよい。典型的に、カソードアレイの複数のカソードは、その長手方向軸が互いに対して平行であるように互いから離間され、この長手方向軸は、処理される基板から等距離で配置される。

［００５９］図８では、基板上に材料の層を堆積する方法の実施形態が示されている。ステップ８０２では、処理ガスがガス供給システムを通して供給され、ガス供給システムは、基板搬送方向に沿った２つ以上の位置に対して、個別に、処理ガスの流量を制御するように構成されている。ステップ８０４では、カソードアレイからの材料がスパッタリングされ、カソードアレイは、基板搬送方向に沿って離間された３つ以上のカソードを有する。材料は基板上に堆積され、基板は、静的堆積処理のために位置付けされる。典型的に、ターゲットの材料は、ターゲット材料の酸化物、窒化物、又は酸化窒化物の形態で堆積されてもよく、すなわち、反応性スパッタリング処理が用いられる。

［００６０］上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態及び更なる実施形態を考案してもよい。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 基板上に材料を静的堆積するための装置であって、
   基板搬送方向に沿って離間された３つ以上のカソードを有するカソードアレイ、及び
   １つ又は複数の処理ガスを供給するためのガス供給システムであって、前記基板搬送方向に沿った２つ以上の位置に対して、個別に、前記１つ又は複数の処理ガスのうちの少なくとも１つの処理ガスの流量を制御するように構成される、ガス供給システム
   を備える装置。
2. 前記ガス供給システムが、前記３つ以上のカソードの長手方向軸に対して平行な３つ以上のガスラインを備え、前記３つ以上のガスラインが、前記基板搬送方向に沿って離間される、請求項１に記載の装置。
3. 前記ガス供給システムが、前記３つ以上のカソードの前記長手方向軸に対して垂直な３つ以上のガスラインを備え、前記３つ以上のガスラインが、前記基板搬送方向に対して垂直に離間される、請求項１又は２に記載の装置。
4. ガスラインが、前記３つ以上のカソードの前記長手方向軸に対して平行な方向に沿って、２つ以上のセグメントを画定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記ガス供給システムが、３つ以上のガスラインに対して、１つ又は複数の処理ガスの流量を個別に制御するように構成された３つ以上のマスフローコントローラを更に備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 水平方向に沿って延在する１つのアノード、或いは、前記基板搬送方向に沿って離間された少なくとも３つのアノードを更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記カソードアレイが８つ以上の回転式スパッタターゲットを備え、具体的には、前記カソードアレイが１２個の回転式スパッタターゲットを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記３つ以上のカソードがＤＣ電源に接続される、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記３つ以上のカソードに隣接するカソードの対がＡＣ電源に接続される、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記カソードアレイのうちの前記３つ以上のカソードは、その長手方向軸が互いに対して平行であるように互いから離間され、前記長手方向軸が、処理される基板から等距離で配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 基板上に材料を静的堆積する方法であって、
    ガス供給システムを通して１つ又は複数の処理ガスを供給すること、
    基板搬送方向に沿った２つ以上の位置に対して、個別に、前記１つ又は複数の処理ガスのうちの少なくとも１つの処理ガスの流量を制御すること、及び
    カソードアレイからの材料をスパッタリングすることであって、前記カソードアレイが、前記基板搬送方向に沿って離間された３つ以上のカソードを有する、スパッタリングすること
    を含む方法。
12. 前記３つ以上のカソードの長手方向軸に対して平行に位置付けされた少なくとも１つのガスラインからの処理ガスを使用して、基板上へ材料をスパッタリングすることを更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ガス供給システムによって供給される前記１つ又は複数の処理ガスが、非反応性ガスと反応性ガスとの混合物を供給する２つ以上の処理ガスである、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記ガス供給システムによって供給される前記１つ又は複数の処理ガスが、非反応性ガスである、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記１つ又は複数の処理ガスのうちの少なくとも１つの処理ガスの分圧を変動させ得る、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。

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