JP2020503436A - スパッタ堆積源、スパッタ堆積装置、及び基板上に層を堆積させる方法 - Google Patents

Abstract

本開示の一態様によれば、スパッタ堆積源（１００、２００）が提供される。スパッタ堆積源は、２以上の電極の対を有する電極アレイ（１１０）であって、電極アレイの各電極（１１２）が、それぞれの回転軸（A）の周りで回転可能であり、基板（１０）上に堆積されるべきターゲット材料を供給するように構成されている、電極アレイ（１１０）、及び２以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給するように構成された電源構成体（１２０）を備える。本開示の更なる態様によれば、スパッタ堆積源（１００、２００）を用いて、基板上に層を堆積させる方法が提供される。【選択図】図１

Description

本開示は、基板上に層を堆積させるように構成されたスパッタ堆積源に関する。本開示は、更に、スパッタ堆積源を有するスパッタ堆積装置、並びに、スパッタリングによって基板上に薄い層を堆積させる方法に関する。より具体的には、本開示は、回転可能電極アレイを用いてスパッタリングすることを対象とする。

基板上に高度な層均一性を有する薄い層を形成することは、多くの技術分野に関連する問題である。例えば、薄膜トランジスタ（TFT）の分野では、１以上の堆積層の厚さの均一性及び電気特性の均一性が、ディスプレイチャネル領域を確実に製造することにおける課題であり得る。

基板上に層を形成するための１つの方法は、スパッタリングである。スパッタリングは、多様な製造分野で、例えば、TFTの製作において価値のある方法として発展してきた。スパッタリング中に、スパッタターゲットの材料の原子は、プラズマのエネルギー粒子（例えば、電圧を印加された不活性ガス又は反応性ガスのイオン）との衝突によって、スパッタターゲットの材料から放出される。放出された原子が基板上に堆積される場合、基板上にスパッタリングされた材料の層を形成することができる。

既知のスパッタ堆積源は、電気エネルギーを生成しスパッタ堆積源の１以上の電極（例えば、カソード）にその電気エネルギーを供給するための電源を有する電源構成体を含む。前記エネルギーは、プラズマを点火し維持するためにカソード間のガス内に蓄積される。プラズマイオン及びプラズマ電子の動きは、カソードの後ろに配置され得る磁石アセンブリによって制御されてよい。カソードは、プラズマによるスパッタリングを通じてコーティング材料を供給するためのそれぞれのターゲットを含み得る。

スパッタリングは、異なる電気的、磁気的、及び機械的構成を有する幅広い様々なデバイスを用いて実現され得る。既知の構成は、プラズマを生成するための直流電流（DC）又は交流電流（AC）を供給する電源構成体を含む。その場合、ガスに印加されるAC電界は、通常、DC電界より高いプラズマレート（plasma rate）を提供する。無線周波数（RF）スパッタリング装置では、RF電界を印加することによってプラズマが衝突され維持される。したがって、非導電性材料もスパッタリングされ得る。通常、DCスパッタリングは、RFスパッタリングより高い堆積速度を提供するが、アーク発生率が高い場合があり、より問題が大きくなり得る。

高い堆積速度を提供しながらも、同時にアーク発生率を低減させるように構成された、スパッタ堆積源を提供することが有用であろう。更に、スパッタリングされた材料の均一な層を促進するためのスパッタ堆積源並びにスパッタ堆積装置が有益であろう。

上述のことに照らして、スパッタ堆積源、スパッタ堆積装置、並びに、基板上に層を堆積させる方法が提供される。

本開示の一態様によれば、スパッタ堆積源が説明される。スパッタ堆積源は、２以上の電極の対を有する電極アレイであって、電極アレイの各電極が、それぞれの回転軸の周りで回転可能であり、基板上に堆積されるべきターゲット材料を供給するように構成されている、電極アレイ、及び２以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給するように構成された電源構成体を含む。

更なる一態様によれば、スパッタ堆積装置が説明される。スパッタ堆積装置は、真空チャンバ、２以上の電極の対を有する電極アレイを含むスパッタ堆積源であって、電極アレイが真空チャンバ内に配置されている、スパッタ堆積源、及び真空チャンバ内に配置され且つ堆積中に基板を支持するように構成された基板支持体を含む。電極アレイの各電極が、それぞれの回転軸の周りで回転可能であり、基板上に堆積されるべきターゲット材料を供給するように構成されている。スパッタ堆積源は、２以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給するように構成された電源構成体を更に含む。

更なる別の一態様によれば、回転可能電極アレイを備えたスパッタ堆積源を用いて基板上に層を堆積させる方法が説明される。該方法は、回転可能電極アレイの２以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給することを含む。

本開示の更なる態様、利点、及び特徴は、従属請求項、明細書の説明、及び添付の図面から明らかである。

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上で簡単に概説した本開示のより具体的な説明を得ることができる。添付の図面は本開示の実施形態に関連し、以下の記述において説明される。図面には典型的な実施形態を示しており、その詳細について下記で説明する。

本明細書で説明されるある実施形態による、スパッタ堆積源の概略図を示す。 本明細書で説明されるある実施形態による、スパッタ堆積源の概略図を示す。 本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積源内の一対の電極に印加され得る両極性パルスDC電圧及び対応する電流を示しているグラフである。 図４Ａ及び図４Ｂは、本明細書で説明される方法によるスパッタリングによるアーク発生率の低減を示すための図である。 本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積装置の概略図を示す。 本発明で説明される実施形態による方法を示しているフロー図である。

次に、各図に１以上の実施例が示されている、様々な実施形態を細部にわたり参照する。各実施例は、説明として提示されており、限定を意味するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示又は説明される特徴は、他の任意の実施形態に使用され、又は任意の実施形態と併せて使用されて、更に別の実施形態を生み出すことが可能である。本開示はかかる修正例及び変形例を含むことが意図されている。

図面についての以下の説明の中で、同じ参照番号は同じ又は類似の構成要素を指す。概括的に、個々の実施形態に関して相違点のみが説明される。別段の指定がない限り、一実施形態における一部分又は一態様の説明は、別の実施形態における対応する部分又は態様にも同様に当てはまる。

本明細書で説明される、基板を材料でコーティングするプロセスは、通常、薄膜の応用形態を指す。用語「コーティング」及び用語「堆積」は、本明細書において同義に用いられる。本明細書で説明される実施形態において使用されるコーティングプロセスは、スパッタリングである。

本明細書で説明される実施形態によるスパッタ堆積源は、回転可能電極アレイを含む。アレイの各電極は、基板上に堆積されるべきターゲット材料を供給するように構成され得る。例えば、各電極は、基板上に堆積されるべきターゲット材料から作られたターゲット、例えば、円筒形状ターゲットを含み得る。更に、各電極は、ターゲット材料と共にそれぞれの回転軸の周りで回転可能なように構成されてよい。円筒形状ターゲットの利用性を改善することができる。

一般的に、スパッタリングは、ダイオードスパッタリングとして又はマグネトロンスパッタリングとして行なうことができる。マグネトロンスパッタリングは、堆積速度がやや速いという点で特に有利である。通常、磁石アセンブリが、回転可能電極内に位置決めされる。回転可能電極内に、すなわち円筒形状ターゲットの内側に磁石アセンブリを配置することによって、ターゲット表面の上方の自由電子は、磁界内で動くように強制され、逃げることができない。これにより、ガス分子がイオン化する確率が通常数桁高まる。これによって堆積速度が著しく増大する。

基板はコーティング中に連続的に動かされるかもしれないし（「動的コーティング」）、又は基板はコーティング中に静止しているかもしれない（「静的コーティング」）。静的コーティングは、動的コーティングでは基板ホルダもしばしば同様にコーティングされるので、静的コーティングために使い果たされるターゲット材料の量が動的コーティングと比べて少ないという点で有利である。静的コーティングは、特に大面積基板のコーティングを可能にする。基板がコーティング領域に入れられコーティングが行われ、基板は再びコーティング領域から取り出される。

スパッタリングは、ディスプレイの生産において使用することができる。より詳細には、スパッタリングは、電極又はバスの生成などのメタライゼーション（metallization）のために使用され得る。スパッタリングは、薄膜トランジスタ（TFT）の生成のためにも使用される。スパッタリングは、透明導電性酸化物層、例えば、ITO（インジウムスズ酸化物）層の生成のためにも使用され得る。

スパッタリングはまた、薄膜太陽電池の生産においても使用することができる。一般に、薄膜太陽電池は、バックコンタクト、吸収層、及び透明導電性酸化物層（TCO）を備える。通常、バックコンタクト及びTCO層は、スパッタリングにより生成されるが、吸収層は、通常、化学気相堆積プロセスで作られる。

本明細書で用いられる用語「基板」は、フレキシブルでない基板、例えばウエハ又はガラスプレート、並びに、ウェブ及び箔などのフレキシブル基板の両方を含むものとする。ある実施形態では、基板が、例えば太陽電池の生産において使用される、ガラスプレートなどのフレキシブルでない基板である。

本開示の一態様によれば、回転可能電極に印加される電圧は経時的に変更される。すなわち、回転可能電極に一定でない電圧が印加される。

図１は、本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積源１００の概略図を示している。スパッタ堆積源１００は、２以上の電極の対、例えば、第１の電極の対１１４及び第２の電極対１１５を含む、電極アレイ１１０を含む。第１の電極の対１１４及び第２の電極の対１１５は、図１で示されている。他の実施形態では、３以上の電極の対が設けられてよい。ある実施形態では、偶数の電極が設けられる。他の実施形態では、偶数ではない数の電極が設けられてよい。後者の場合、１つの電極、例えば最も外側の電極が、２以上の電極の対のうちの１つに属していないかもしれない。

電極の対のうちの電極は、隣接した電極でよい。例えば、各電極の対は、第１の電極及び第２の電極を含み得る。第１の電極と第２の電極は、それらの間の距離が５０cm以下、特に３０cm以下となるように配置されている。図１の実施形態では、第１の電極の対１１４が、電極アレイ１１０のうちの２つの隣接した電極を含み、第２の電極の対１１５が、電極アレイ１１０のうちの２つの隣接した電極を含む。電極の対のうちの電極間に電位差を印加することによって、例えば電極の対のうちの第１の電極に負の電圧を印加することによって且つ電極の対のうちの第２の電極に陽電位を印加することによって、プラズマ１３０が電極間に生成され得る。したがって、第１の電極はカソードとして作用し、第２の電極はアノードとして作用し、又は逆も可能である。

ある実施形態では、電極アレイのうちの電極が、均一な間隔の距離を置いて配置され得る。言い換えると、電極の対のうちの２つの電極間の距離は、（互いに）異なる対のうちの２つの隣接する電極間の距離に一致してよい。

電極アレイ１１０のうちの電極１１２は、本質的に直線的な配置で設けられてよい。例えば、電極の直線的な列が設けられてよい。したがって、大面積基板は、直線的な配置で設けられた電極１１２から同時にスパッタリングすることによってコーティングされ得る。

電極１１２は、それぞれの回転軸Ａの周りで回転可能であり、基板１０上に堆積されるべきターゲット材料を供給するように構成されている。例えば、各電極１１２には、本質的に円筒形状のターゲットが設けられ得る。堆積中にそれぞれの回転軸の周りでターゲットを有する電極を回転させることによって、ターゲットの利用性が改善され、均一な層を堆積させることができる。

スパッタ堆積源１００は、２以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給するように構成された電源構成体１２０を更に含む。言い換えると、各電極の対には、電源構成体１２０によって両極性パルスDC電圧が供給され得る。図１で示されている実施形態では、電源構成体１２０が、第１の電極の対１１４に両極性パルスDC電圧を印加するように、且つ、第２の電極の対１１５に両極性パルスDC電圧を印加するように構成されている。

本明細書で使用される際に、両極性パルスDC電圧は、電極の対のうちの電極に印加される交番する極性（「両極性」）を有する電圧である。したがって、電極の対のうちの第１の電極は、交互にカソードとしてアノードとして作用し、電極の対のうちの第２の電極は、交互にアノードとしてカソードとして作用する。

両極性パルスDCスパッタリングは、電圧の波形が正弦波ではないという点で、通常のACスパッタリング、例えばMFスパッタリング又はRFスパッタリングとは異なる。むしろ、電圧の波形は、一時的に本質的に一定（直流「DC」）であってよい。例えば、両極性パルスDC電圧の波形は、矩形状又は正方形状の波であってよい。特に、波形の正の部分は一時的に本質的に一定であってよく、且つ／又は、波形の負の部分は一次的に本質的に一定であってよく、正弦波電圧とは異なっていてよい。

ある実施形態では、電極アレイの各電極が、交互にアノードとしてカソードとして作用してよい。連続的にアノードとして作用する必要がある個別の電極は設けられない。

ある実施形態では、両極性パルスDC電圧の周波数が、１kHz以上且つ１００kHz以下、特に１０kHz以上且つ８０kHz以下、更に特に３０kHz以上且つ５０kHz以下であってよい。ここでは、両極性パルスDC電圧の波形が、１kHz以上且つ１００kHz以下の周波数で繰り返されてよい。

以下の説明では、本明細書で説明される実施形態で印加される電圧の利点が、以前に使用されたスパッタリングプロセスとの比較で、説明されることとなる。パルスマグネトロンスパッタリングプロセスは、シングルマグネトロンスパッタリング（SMS）として、デュアルマグネトロンスパッタリング（DMS）として存在する。シングルマグネトロンスパッタリングでは、単極性パルス電圧が、カソードアレイのうちのカソードに印加されてよい。通常、個別のアノードが設けられる。カソードに印加される電圧（「単極性パルス電圧」）を周期的にパルス化することによって、カソード上の電荷の蓄積が抑制され、アーク放電を低減させることができる。

デュアルマグネトロンスパッタリングでは、電極の対のうちの電極間の電圧の極性が、周期的に切り替えられる。ACスパッタリングと比較した際に、正弦波電圧の代わりにパルスが使用される。

本明細書で説明される実施形態によれば、電極アレイは、複数の電極の対に分離される。複数の電極の対には、それぞれ、両極性パルスDC電圧が供給される。多数の電極の対、例えば、２つ、３つ、４つ以上の電極の対を設けることができる。これは、素早く効率的に大面積基板を導電層又は誘電体層でコーティングすることを可能にする。特に、パルスDC電圧（例えば、正方形状波電圧）によって、電力効率が、AC電圧（例えば、正弦波電圧）の場合におけるよりも高くなる。更に、パルスDC電圧を用いたスパッタリングは、AC正弦波電圧を用いたスパッタリングよりも優れたスパッタリング安定性を提供する。一定のDC電圧を用いたスパッタリングと比較して、本明細書で説明される実施形態による堆積速度は、ほとんど低減されない。

更に、電極アレイのうちの電極が交互にカソードとしてアノードとして作用するので、DCスパッタリングと比較して、アーク発生率をかなり低減させることができる。電圧の波形の負の部分の間に、イオンが負に帯電した電極に向けて引き付けられ、スパッタリングが生じる。その上、印加された電圧の波形の正の部分の間に、電子が正に帯電した電極に向けて加速され、電極上の正の電荷の蓄積が低減される。スパッタリングは、同期的に負に帯電し得るそれぞれの対の他方の電極において生じる。アーク放電のリスクが低減される。というのも、電極の対のうちの電極間で高い電位差が蓄積し得ないからである。

特に、両極性パルスDC電圧を用いたスパッタリングは、従来のDCスパッタリングと比較した場合、改善されたアーク放電抑制を可能にし、プロセス安定性の問題がなく、より優れた層均一性の制御を提供する。更に、DC両極性スパッタリングにおける矩形状の波形電圧は、従来のAC正弦波スパッタリング方法と比較した場合、堆積速度の低下を低減させることができる。

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、電源構成体１２０が、電極アレイ１１０の各電極１１２に、交互に、正の電圧（特に正のDC電圧）を供給し、負の電圧（特に負のDC電圧）を供給するように構成されてよい。電極アレイのうちの電極は、特に同じ電極の対のうちの他方の電極に対して、交互に、カソードとしてアノードとして作用してよい。

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、電源構成体が、２以上の電極の対の各々に対して、矩形状又は正方形状の波電圧を印加するように構成されてよい。矩形状又は正方形状の波電圧は、約４０kHzの周波数を有してよい。

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、電源構成体１２０が、２以上の電極の対に、それぞれ、対称両極性パルスDC電圧を供給するように構成されてよい。例えば、両極性パルスDC電圧の負の電圧振幅は、両極性パルスDC電圧の正の電圧振幅に一致してよい。代替的に又は更に、両極性パルスDC電圧の負の電圧周期は、両極性パルスDC電圧の正の電圧周期に一致してよい。代替的に又は更に、両極性パルスDC電圧の正の波形部分の形状及び／又は振幅は、両極性パルスDC電圧の負の波形部分の形状及び／又は振幅に本質的に一致してよい。

代替的に、（反対称（anti-symmetric）とも称される）非対称両極性パルスDCが印加されてもよい。例えば、波形の正の部分の大きさは、負の部分の大きさよりも小さくてよく、その逆もまた可能である。しかし、等しく形作られた電極アレイの場合、基板上に均一な層を堆積させることができるためには、対称両極性パルスDC電圧が有益であろう。

図１で概略的に示されているように、２以上の電極の対は、本質的に直線的な配置で、例えば電極の直線的な列として設けられてよい。

図２は、本明細書で説明されるある実施形態による、スパッタ堆積源２００の概略図を示している。図２のスパッタ堆積源２００は、図１のスパッタ堆積源１００と本質的に一致している。したがって、上述の説明を参照することができるので、それについてはここでは繰り返されない。

スパッタ堆積源２００は、３以上の電極の対、特に４以上の電極の対、更に特に６以上の電極の対を備えた、電極アレイ１１０を含む。各電極の対は、第１の電極と第２の電極を含み、それらは通常、隣接した電極である。電極は、それぞれの回転軸の周りで回転可能なように構成されている。

スパッタ堆積源２００は、各電極の対に両極性パルスDC電圧を供給するように構成された電源構成体１２０を更に含む。

電極アレイ１１０のうちの電極は、本質的に直線的な配置で設けられてよい。代替的に、電極は、曲線的な配置で、例えば円弧形状の配置で設けられてよい。

電源構成体１２０は、（複数の）電極の対に同期的に両極性パルスDC電圧を供給するように構成されてよい。言い換えると、電極の対の動作は同期され得る。それによって、最初は、電極アレイのうちの電極が交互にカソード及びアノードとして作用し、次に、電極が逆に帯電し交互にアノード及びカソードとして作用する。電極は、所定の周波数で同期的に極性を変更してよい。

他の実施形態では、電源構成体１２０が、互いから独立して電極の対に（すなわち、電極の対の間に同調性がなく）両極性パルスDC電圧を供給するように構成されてよい。

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、電極１１２に、堆積されるべきターゲット材料を含んだそれぞれの円筒形状ターゲットが設けられてよい。例えば、ターゲット材料は、金属、金属合金、半導体、金属／非金属化合物、ITO、IGZO、及びアルミニウムのうちの少なくとも１以上であり又はそれらを含み得る。スパッタ堆積源２００は、基板上にTCO層を堆積させるように構成されてよい。ある実施形態では、スパッタ堆積源２００が、基板１０上にIGZO層を堆積させるように構成されてよい。

ある実施形態では、２以上の電極の対の各々が、パルスユニット１２２を介して電源構成体１２０のDC電源１２５に接続されてよい。パルスユニット１２２の数及びDC電源１２５の数は、電子の対の数に一致してよい。パルスユニット１２２は、DC電源によって供給されたDC電圧を、両極性パルスDC電圧に変換するように構成されてよい。

DC電源のうちの少なくとも１つ、特に各DC電源は、１kW以上且つ２００kW以下、特に１０kW以上且つ１００kW以下の電力を供給するように構成されてよい。ある実施形態では、（複数の）DC電源が、それぞれ、１kWから１０kWまでの電力範囲、１０kWから１００kWまでの電力範囲、及び／又は１００kWから２００kWまでの電力範囲を提供するように構成されてよい。ある実施形態では、DC電源が、１２０kWの電力を供給するように構成されてよい。代替的に又は更に、電源のうちの少なくとも１つ、特に各DC電源が、１００V以上且つ１０００V以下の電圧を供給するように構成されてよい。ある実施形態では、各電源が、３０kW以上且つ６０kW以下の電力、並びに３００V以上且つ８００V以下の電圧を供給するように構成されてよい。例えば、パルスユニット１２２の出力端子で、電圧の振幅は、第１の値の＋５００Vと第２の値の−５００Vとの間で周期的に変動し得る。

図３は、本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積源内の一対の電極に印加され得る両極性パルスDC電圧を、時間の関数（t）として示しているグラフである。第１のグラフは、電極の対のうちの第１の電極に印加される電圧U1を示し、第２のグラフは、電極の対のうちの第２の電極に印加される電圧U2を示している。電圧U2は、極性反転された電圧であり得る。示されている実施形態では、両極性の正方形状波又は矩形状波の電圧が、一対の電極に印加されている。現実的には、電圧の正及び負の部分が、それぞれ、近似的にのみ一定であり得る。ある実施形態では、一致した電圧を各電極の対に同期的に印加してよい。

更に、動作中に電極の対のうちの電極間を流れる電流（I）が、時間（t）の関数として図３で示されている。ここでは、電流が、印加された電圧の波形の形状に追随し得る。すなわち、電流の周波数は、印加された電圧の周波数に一致してよい。

図４Ａ及び図４Ｂは、本明細書で説明される方法によるスパッタリングによってアーク発生率を低減させることを示すための図である。

図４Ａは、印加された両極性パルスDC電圧の周波数の関数としてアーク発生率（アーク放電の回数（arc）／秒）を示している。グラフの左側の棒は、DCスパッタリングの場合のアーク発生率が、スパッタリングパラメータの所与の設定に対して、０．５arc/秒より高いことを示している。両極性パルスDC電圧を印加したときに、アーク発生率は、スパッタリングパラメータの所与の設定に対して、両極性パルスDCパラメータの周波数の関数として、０．０５arc／秒未満の発生率まで減少する。１０kHz以上且つ８０kHz以下の両極性DC電圧の周波数が、電源構成体１２０の管理可能な複雑さにおいてアーク発生率を低減させるので有益となる。

図４Ｂは、パルスユニット１２２を介して２以上の電極の対のうちの１つに接続されたDC電源１２５によって供給されたスパッタリング電力の関数として描かれたアーク発生率（arc／秒）を示している。スパッタリングパラメータの所与の設定が提供される。３０kW以上且つ６０kW以下のスパッタリング電力が、比較的高い堆積速度においてアーク発生率を低減させるので有益である。グラフは、スパッタリング中の真空チャンバ内の背景ガスにおける酸素の異なる割合に対して示されている。図４Ｂで見られ得るように、アーク発生率は、真空チャンバ内の酸素の割合に応じて増加するが、未だ低いレベルに維持されている。

図５は、本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積装置４００の概略図を示している。スパッタ堆積装置４００は、真空チャンバ４０２、真空チャンバ４０２内に配置された電極アレイ１１０を有するスパッタ堆積源１００、及び真空チャンバ４０２内に配置され且つ堆積中に基板１０を支持するように構成された基板支持体４０６を含む。

示されている実施形態では、スパッタ堆積源１００が、真空チャンバ４０２の内側に配置された４つの電極１１２、すなわち２つの電極の対を含む。電極１１２は、回転可能電極として構成されている。５以上の回転可能電極が設けられてよい。

電源構成体１２０は、真空チャンバ４０２の外側に配置され、それぞれの電気コネクタ及び電力コネクタを介して電極１１２に電気接続されている。

図５で示されているように、更なるチャンバ４１１を、真空チャンバ４０２に隣接して設けることができる。真空チャンバ４０２は、それぞれ、バルブハウジング４０４及びバルブユニット４０５を有するバルブによって、更なるチャンバ４１１から分離され得る。したがって、矢印４０１で示されているように、コーティングされるべき基板１０を有する基板支持体４０６が真空チャンバ４０２内に挿入された後で、バルブユニット４０５を閉じることができる。したがって、真空チャンバ４０２内の雰囲気は、例えば、真空チャンバ４０２に連結された真空ポンプを用いて技術的真空を生成することによって、且つ／又は、プロセスガスを真空チャンバ４０２の堆積領域の中に挿入することによって、個別に制御することができる。

典型的な実施形態によれば、プロセスガスは、アルゴンなどの不活性ガス、並びに／又は酸素、窒素、水素、及びアンモニアなどの反応性ガス、オゾン、活性ガスなどを含み得る。

真空チャンバ４０２内には、基板１０を有する基板支持体４０６を、真空チャンバ４０２の中に搬送するため及び真空チャンバ４０２から出すために、ローラ４０８が設けられてよい。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のような、フレキシブルでない基板（inflexible substrate）と、ウェブ又は箔などのフレキシブル基板との両方を含むものとする。

磁石アセンブリ４０９が、電極１１２の各々内に配置されてよい。ある実施形態では、磁石アセンブリ４０９が、それぞれの電極の回転軸Aに一致してよい旋回軸の周りで旋回可能であり得る。

スパッタ堆積源１００の電源構成体１２０は、上述の電源構成体の何れかに一致してよい。したがって、上述の説明を参照することができる。特に、電源構成体１２０は、各電極の対に両極性パルスDC電圧を供給するように構成されている。

電源構成体１２０は、少なくとも１つのDC電源１２５、及びDC電源１２５のDC電圧を両極性パルスDC電圧に変換するための少なくとも１つのパルスユニット１２２を含んでよい。ある実施形態では、複数のDC電源１２５及び複数のパルスユニット１２２が設けられてよい。特に、２以上の電極の対の各々は、それぞれのパルスユニットを介してそれぞれのDC電源に接続されてよい。

ある実施形態では、２以上の電極の対に供給される両極性パルスDC電圧を同期させるために、共通のコントローラ（図示せず）が設けられてよい。

図６は、本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積源を用いて基板上に層を堆積させる方法を示しているフロー図である。該方法は、ボックス６１０で、真空チャンバ内に配置された回転可能電極アレイを設けることを含む。回転可能電極アレイの各電極は、堆積されるべきターゲット材料から作られたターゲットを含む。

ボックス６２０では、回転可能電極アレイのうちの２以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧が供給される。

ある実施形態では、２以上の電極の対に、それぞれ、矩形状波電圧、正方形状波電圧、及び対称両極性パルスDC電圧のうちの少なくとも１つが供給される。特に、対称両極性正方形状波電圧が供給されてよい。

例えば、両極性パルスDC電圧の波形は、負の電圧部分と正の電圧部分を含む。その場合、負の電圧部分は、正の電圧部分と形状及び／又は振幅が本質的に一致している。

ある実施形態では、１kHzから１００kHz、特に１０kHzから８０kHzまでの周波数を有する両極性パルスDC電圧が供給される。アーク放電を低減させることができる。更に、前記周波数範囲内の両極性DC電圧は、管理可能な労力によって生成することができる。

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、４以上の電極の対、特に６つの電極の対に、両極性パルスDC電圧が供給されてよい。大面積基板上、特に０．５m²以上のコーティングされるべき面積を有する基板上に、均一な層を堆積させることが可能となる。ある実施形態では、電極が、本質的に直線的な設定で配置されてよい。

（複数の）電極の対には、両極性パルスDC電圧が同期的に供給されてよい。特に、２以上の電極の対の各々の極性は、本質的に同期的に且つ同じ周波数で切り替えられ得る。特に、電源構成体は、共通のコントローラによって同期され得る複数のパルスユニットを含んでよい。

２以上の電極の対の各々には、１kW以上且つ２００kW以下、特に１０kW以上且つ１００kW以下、更に特に３０kW以上且つ６０kW以下の電力が供給されてよい。代替的に又は更に、各電極には、＋１００Vと＋１０００Vの間の第１の値と−１００Vと−１０００Vの間の第２の値との間で交番する電圧が供給されてよい。低いアーク発生率が保証され得ると同時に、速い堆積速度を提供することができる。

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、透明導電性酸化物層（TCO層）、ITO層、IGZO層、IZO層、AlO_x層、SiO₂層、又は金属層のうちの少なくとも１以上で基板がコーティングされる。本明細書で説明される堆積方法は、基板上にIGZO層（In-Ga-Zn-O層）を堆積させるために、特に有利である。

以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の更なる実施形態を考案することができ、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。

ある実施形態では、２以上の電極の対の各々が、パルスユニット１２２を介して電源構成体１２０のDC電源１２５に接続されてよい。パルスユニット１２２の数及びDC電源１２５の数は、電極の対の数に一致してよい。パルスユニット１２２は、DC電源によって供給されたDC電圧を、両極性パルスDC電圧に変換するように構成されてよい。

Claims (15)

1. ２以上の電極の対を備えた電極アレイ（１１０）であって、前記電極アレイ（１１０）の各電極（１１２）が、それぞれの回転軸（A）の周りで回転可能であり、基板（１０）上に堆積されるべきターゲット材料を供給するように構成されている、電極アレイ（１１０）、及び
   前記２以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給するように構成された電源構成体（１２０）を備える、スパッタ堆積源（１００、２００）。
2. 前記電極アレイ（１１０）が、本質的に直線的な配置で設けられた４つ、６つ、又はそれを上回る数の電極の対を備え、特に、前記電源構成体（１２０）が、前記電極の対に両極性パルスDC電圧を同期的に供給するように構成されている、請求項１に記載のスパッタ堆積源（２００）。
3. 前記電源構成体（１２０）が、前記２以上の電極の対の各々に対して矩形状又は正方形状波電圧を印加するように構成されており、特に、前記矩形状又は正方形状波電圧が、１kHzから１００kHz、特に１０kHzから８０kHzの周波数を有する、請求項１又は２に記載のスパッタ堆積源。
4. 前記電源構成体（１２０）が、前記２以上の電極の対に、それぞれ、対称両極性パルスDC電圧を供給するように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のスパッタ堆積源。
5. 各電極（１１２）に、堆積されるべきターゲット材料を含む円筒形状ターゲットが設けられ、前記ターゲット材料が、特に、金属、金属合金、半導体、金属／非金属化合物、ITO、IGZO、及びアルミニウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のスパッタ堆積源。
6. 前記２以上の電極の対の各々が、パルスユニット（１２２）を介して前記電源構成体（１２０）のDC電源（１２５）に接続されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のスパッタ堆積源。
7. 前記DC電源（１２５）が、１kW以上且つ２００kW以下の電力、及び／又は１００V以上且つ１０００V以下の最大電圧を供給するように構成されている、請求項６に記載のスパッタ堆積源。
8. 真空チャンバ（４０２）、
   請求項１から７の何れか一項に記載されたスパッタ堆積源（１００、２００）であって、前記スパッタ堆積源の前記電極アレイ（１１０）が、前記真空チャンバ（４０２）内に配置されている、スパッタ堆積源（１００、２００）、及び
   前記真空チャンバ（４０２）内に配置され、堆積中に基板（１０）を支持するように構成されている、基板支持体（４０６）を備える、スパッタ堆積装置（４００）。
9. 回転可能電極アレイを備えたスパッタ堆積源を用いて、特に、請求項１から７のいずれか一項に記載のスパッタ堆積源（１００、２００）を用いて、基板（１０）上に層を堆積させる方法であって、
   前記回転可能電極アレイの２以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給することを含む、方法。
10. 前記２以上の電極の対に、それぞれ、矩形状波電圧、正方形状波電圧、及び対称両極性パルスDC電圧のうちの少なくとも１つが供給される、請求項９に記載の方法。
11. 前記両極性パルスDC電圧の波形が、負の電圧部分と正の電圧部分を含み、前記負の電圧部分は、前記正の電圧部分と形状及び／又は振幅が本質的に一致している、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記両極性パルスDC電圧が、１kHzから１００kHz、特に、１０kHzから８０kHzの周波数で供給される、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 本質的に直線的な配置で設けられた４以上の電極の対に、両極性パルスDC電圧が同期的に供給される、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記２以上の電極の対の各々に、１kW以上且つ２００kW以下、特に、１０kW以上且つ１００kW以下の電力が供給される、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 透明導電性酸化物層、ITO層、IGZO層、IZO層、AlO_x層、SiO₂層、又は金属層のうちの少なくとも１つが、前記基板上に堆積される、請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法。
    

Images