JP4336739B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上にスパッタリングによってＩＴＯ薄膜を成膜する成膜装置に関し、特にマグネットを揺動させながら成膜を行う基板搬送式連続成膜装置に関する。

複数のマグネトロンスパッタ機構を備えた基板搬送式連続成膜装置として、マグネトロンスパッタ機構のマグネットを揺動させてスパッタを行うものが知られている（特許文献１など）。そして、特許文献１などの連続スパッタ成膜装置では、各マグネトロンスパッタ機構のマグネット（磁気回路）は独立して往復運動による移動を行うように構成されていた。その理由は、基板搬送方向のマグネットの移動速度が基板搬送速度に対して十分に大きいために、それぞれのマグネトロンスパッタ機構で成膜した薄膜の基板上の膜厚分布が基板搬送方向において十分に均一であったためである。

しかし、マグネット移動機構の機械的耐久性向上のためや、特許文献１に記載されているようにターゲット表面に発生するノジュールの低減を図るために、マグネット移動速度をこれまでのものに比較して遅くする場合が生じた。このとき、基板搬送方向のマグネットの移動速度と基板の搬送速度とが同じ程度になると、基板上に堆積する薄膜の、基板搬送方向における膜厚の均一性は著しく悪くなった。

そこで、特許文献２や特許文献３に開示されているように、複数のマグネトロンスパッタ機構のマグネット移動の位相を調整し、それぞれのマグネトロンスパッタ機構で成膜した不均一な基板上の膜を、位置をずらして重ね合わせる手法が提案された。このような手法によって、基板上に堆積する薄膜の基板搬送方向における膜厚均一性が改善された。

特開２０００−３４５３３５号公報 特開平１１−２４６９６９号公報 特開２００２−１４６５２８号公報

しかし、上述した従来のスパッタ装置では、基板上にＩＴＯ膜を形成した場合、シート抵抗値が基板の搬送方向において変動してしまう場合があった。また、近年、基板上にＩＴＯ膜を形成した基板を組み込んだデバイスがより高機能化していることにより、ＩＴＯ膜は、より比抵抗の低いものが求められている。
図６に従来のスパッタ成膜装置で形成したＩＴＯ膜のシート抵抗値を示す。図６に示す基板搬送方向の基板上位置は、上述した従来のスパッタ装置によって薄膜を成膜した４枚の基板を並べたときの位置を示している。シート抵抗値は基板搬送方向の基板上位置に対するＩＴＯ膜を、成膜装置での成膜後に測定したシート抵抗値で示している。シート抵抗値は図６に示すように基板の搬送方向の位置において周期的に変動している。そのため、各基板においてシート抵抗値に分布が生じ、さらにシート抵抗値の分布が各々の基板ごとに異なる。

そこで本発明は、シート抵抗値が均一化され、かつ、低抵抗のＩＴＯ膜を成膜することができるスパッタ成膜装置を提供することを目的とする。また、本発明は、基板上にシート抵抗値が均一化され、かつ、低抵抗のＩＴＯ膜を基板上に形成する基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明のＩＴＯ膜の成膜装置は、成膜チャンバ内に少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構を基板搬送方向に並べて配置し、基板を少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構のそれぞれに順次対向させながら基板搬送方向に搬送し、基板搬送中に基板に対して少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構の各々によって対向時に順次にスパッタ成膜を行うＩＴＯ膜の成膜装置において、マグネトロンスパッタ機構は、基板搬送方向に往復運動を行うマグネットと、ターゲットと、ターゲットの外周部に隣接して設置され、電気的に絶縁されフローティング構成であるターゲットシールドと、ターゲットシールドの外側に隣接して設置されたカソードシールドとを備え、少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構のうち、基板搬送方向の最上流側に配置されたマグネトロンスパッタ機構に備えられたカソードシールドのうち前記基板搬送方向の上流側のカソードシールド（第１のカソードシールド）は電気的に絶縁されフローティング構成にあり、後続の他のカソードシールド（第２のカソードシールド）は、電気的に所定の電位（例えば接地電位）に接続されていることを特徴とするＩＴＯ膜の成膜装置である。
直列配置された少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構及び該直列方向に沿った基板搬送方向に基板を搬送する基板搬送手段とからなり、マグネトロンスパッタ機構は、マグネットを前記基板搬送方向に沿って往復運動させるマグネット往復運動手段、ＩＴＯターゲットを装着するターゲット装着手段、ＩＴＯターゲットの外周部に隣接する位置に設置し、電気的に絶縁されフローティング構成であるターゲットシールド、及びターゲットシールドの外側に隣接して設置したカソードシールドとを備え、カソードシールドのうち、ＩＴＯ成膜手段において基板搬送方向の最上流側に位置するカソードシールドである第１のカソードシールドは電気的に絶縁されフローティング構成であり、後続の他のカソードシールドである第２のカソードシールドは所定電圧に接続されていることを特徴とする。
また、本発明のＩＴＯ膜の成膜装置は、ターゲット表面に対し、第１のカソードシールドの上面はターゲットの表面に垂直な方向における高さレベルがほぼ同じことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置である。
また、本基板上にＩＴＯ膜を形成する工程を含む素子の製造方法において、上記成膜装置を用いて、ＩＴＯ膜を形成することを特徴とする素子の製造方法である。

本発明によれば、シート抵抗値が均一化され、かつ、低抵抗のＩＴＯ膜を成膜することができる。

本発明の第１の実施形態に係る基板搬送式連続スパッタ装置の概略構成を示す断面図である。 図１に示す成膜チャンバの両側面に配置されたマグネトロンスパッタ機構のうち、基板搬送方向の最上流側にそれぞれ配置された第１のマグネトロンスパッタ機構の構成を示す図である。 図２に示したマグネトロンスパッタ機構のターゲット、ターゲットシールドおよびカソードシールドを示す平面図である。 本発明に係る基板搬送方向のシート抵抗分布を示すグラフである。 図１に示したスパッタ装置を用い、マグネットを所定の位置に固定し、酸素流量を変えて成膜した膜のシート抵抗変化を示すグラフである。 従来技術に係る基板搬送方向のシート抵抗分布を示すグラフである。 従来のスパッタ装置を用い、マグネットを所定の位置に固定し、酸素流量を変えて成膜した膜のシート抵抗変化を示すグラフである。

符号の説明

２１ ロードロックチャンバ
２２ 成膜チャンバ
２３ アンロードロックチャンバ
４１ 基板
４２ トレイ
５１ ターゲット
５２ バッキングプレート
５３ ターゲット固定絶縁物
５４ チャンバ壁
５５ ターゲットシールド
５６ マグネット
５７ マグネット移動機構
５８ ターゲットシールド固定絶縁物
６０ 第２のカソードシールド
６１ カソードシールド固定ブロック
６２ 第１のカソードシールド
６３ カソードシールド固定絶縁物
６４ ガス導入口

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板搬送式連続スパッタ装置の概略構成を示す断面図である。

図１に本発明に係るスパッタ成膜方法が実施される装置の代表的な実施形態を示す。この装置は、複数（例えば４基）のマグネトロンスパッタ機構１２，１３，１６，１７が成膜チャンバ内に備えられた基板搬送式のスパッタ成膜装置である。このスパッタ成膜装置では、ロードロックチャンバ２１と成膜チャンバ２２とアンロードロックチャンバ２３とが直列的に接続されている。ロードロックチャンバ２１の外側端部、ロードロックチャンバ２１と成膜チャンバ２２の間、成膜チャンバ２２とアンロードロックチャンバ２３の間、アンロードロックチャンバ２３の外側端部にゲートバルブ３１，３２，３３，３４が設けられている。これらのゲートバルブはチャンバと外部、およびチャンバ間を気密に区画する。成膜対象である基板４１はトレイ４２に搭載された状態で、ゲートバルブ３１から搬入され、矢印４３で示すように図１中左側から右側へ搬送され、成膜チャンバ２２を通り、ここで成膜が行われる。その後、アンロードロックチャンバ２３、ゲートバルブ３４を通って外部に搬出される。成膜チャンバ２２には例えば４基のクライオポンプ２４ａ〜２４ｄが付設され、所要の真空となるように排気が行われる。またロードロックチャンバ２１とアンロードロックチャンバ２３も、図示しないドライポンプで排気される。

成膜チャンバ２２内には、両側の側壁部の内面に、対向した状態で２対（１２と１６、１３と１７）のマグネトロンスパッタ機構が基板搬送方向に沿って直列に配置されている。図１は本装置の上面図であり、各マグネトロンスパッタ機構において、ターゲットは垂直に立った縦置き状態で配置される。成膜チャンバ２２内には、２枚１組のトレイ４２が垂直に立った状態で平行に配置されている。各々のトレイ４２の外側面に例えば２枚の基板４１が取りつけられた複数のユニット４４が、一列に並んだ状態で、図示しないトレイ搬送機構によって矢印４３の方向へ設定された搬送速度で移動させられる。２つのトレイ４２の各々に取りつけられた基板４１は、基板搬送中に、それぞれマグネトロンスパッタ機構１２〜１７に順次対向し、対向時に順次スパッタ成膜が行われる。なお、図１に示された成膜チャンバ２２の構成では両面成膜形式で構成されているが、片面成膜形式で構成することもできる。

次に、図２を参照してマグネトロンスパッタ機構の構成を説明する。図２は、図１に示す成膜チャンバの両側面に配置されたマグネトロンスパッタ機構のうち、基板搬送方向の最上流側にそれぞれ配置されたマグネトロンスパッタ機構１２，１６（以下、「第１のマグネトロンスパッタ機構」という）の構成を示している。勿論、マグネトロンスパッタ機構は相対する一対の構成（１２と１６）でなく、１つの構成（１２又は１６）の場合を含む。この場合でも最上流側のマグネトロンスパッタ機構を第１のマグネトロンスパッタ機構と称する。

トレイ４２および基板４１は、図中矢印４３で示すように、図示左側から図示右側へ移動する。ターゲット５１はターゲット装着手段であるバッキングプレート５２の上に設けられ、バッキングプレート５２はターゲット固定絶縁物５３を介してチャンバ壁５４の開口部５４ａをふさぐようチャンバ壁５４に取り付けられている。バッキングプレート５２の背面部は、大気雰囲気にある。
図２に示す例ではターゲット５１は矩形形状を有しており、かつその外周部に隣接してターゲットシールド５５が設けられている。ターゲットシールド５５は、矩形のターゲット５１を囲うように四角い枠の形をしている。ターゲットシールド５５は、バッキングプレートの露出部（ターゲット５１によりカバーされていないバッキングプレート５２の真空雰囲気側の面がスパッタされるのを防止し、および、ターゲットを固定している固定絶縁物に膜が付着するのを防止する役割を有している。ターゲットシールド５５はターゲット５１に近いためプラズマにより加熱される。ターゲットシールドをグラウンド電位（接地電位）にするとマグネットが移動して近づいたときに大電流が流れさらに温度が上昇し変形する場合がある。そのためターゲットシールド５５は、ターゲットシールド固定絶縁物５８を介してチャンバ壁５４に取り付けられており、電気的に絶縁され、即ちフローティングされている。そのため、ターゲットシールドへは電流が流れず、熱による変形が抑制されている。

ターゲット５１には図示しない直流電源が接続され、必要な電力が供給される。マグネトロンスパッタ機構のターゲット５１に対して搬送されてくる基板４１には、その被成膜面がターゲット５１に対して対向する位置関係にて、平行な状態で移動する。バッキングプレート５２の大気側において、上記の開口部５４ａの部位に、マグネット５６とこれを往復移動させるためのマグネット移動機構５７とが配置されている。マグネット５６は、通常、棒状の中心マグネットとこれを囲むリング状外部マグネットから構成される。マグネット５６は、マグネット移動機構５７によって、ターゲット５１の背後の大気空間で基板搬送方向４３に沿って往復運動が行われる。

ガス導入口６４は、マグネトロンスパッタ機構のターゲットの両端の外側に設けられている。ガス導入口からスパッタガスであるＡｒガスと、反応性ガスであるＯ₂（酸素）ガスを導入する。ガス導入口がターゲットの両端の外側に設けられていることにより、ターゲットの表面に流れる酸素ガスの濃度が均一になり、反応性ガスとターゲットの反応の均一化を高めることができる。
ガスが０．５Ｐａ程度になるように供給され、ターゲット５１に直流電源から負の電圧が印加されると、ターゲット５１表面近傍でマグネットの直上付近に高密度のプラズマが形成され放電が生じる。プラズマ中のおもにＡｒイオンはターゲット５１の表面付近のシース中の電界でターゲット５１方向に加速され、ターゲットに入射すると、ターゲット材を構成している原子であるＩｎ、Ｓｎ、Ｏなどをスパッタする。これらの原子のうちかなりの部分は基板に達し、基板上にＩＴＯ膜として堆積する。このさい、酸素ガスとも反応しながら膜として堆積しており、酸素ガス分圧により基板に堆積するＩＴＯ膜の性質がコントロールされている。ここでいうスパッタはいわゆる平板プレーナーマグネトロンスパッタである。マグネットの棒状の中心マグネットとこれを囲むリング状外部マグネットの間でできる磁場によって電子がターゲット表面付近でドリフト運動することによって、高密度のプラズマがマグネットの直上にできる。この高密度のプラズマの領域のターゲットはより多くスパッタされ、その領域から多くのスパッタ原子が放出される。その分、ターゲットは消費される。マグネットが固定の場合は、ターゲットの消費が偏ったり不均一になるため、マグネットを移動してターゲットの消費を均一にしている。

図３は、図２に示したマグネトロンスパッタ機構のターゲット、ターゲットシールドおよびカソードシールドを示す平面図である。ターゲット５１は長方形をしており、その外周を囲むように四角い枠の形状のターゲットシールド５５が設置されている。本例では、ターゲット５１とターゲットシールド５５との間の隙間は２ｍｍであり、ターゲットシールド５５の幅は６０ｍｍである。

ターゲット５１に対して基板搬送方向４３の上流側（以下、「ＬＬ側」という。）には、第１のカソードシールド６２が配置されている。第１のカソードシールド６２は、ターゲットシールド５５との間に２ｍｍの隙間をおいて配置されている。ターゲット５１表面に垂直方向における、第１のカソードシールド６２の高さレベルはターゲットシールド５５の高さレベルとほぼ同じであり、ターゲットシールド５５の高さレベルより所定の距離だけ高い第２のカソードシールド６０よりも高さレベルが低くなっている。ここで高さレベルがほぼ同じというのは、基板搬送方向にターゲットシールとドカソードシールドの高さが揃っていること、具体的には、ターゲットシールドの高さレベルとカソードシールドの高さレベルの差が５ｍｍ以下であることをいう。
第１のカソードシールド６２の基板搬送方向４３の幅は１１３ｍｍである。第１のカソードシールド６２の基板搬送方向４３の幅は、少なくとも５０ｍｍであることが好ましい。第１のカソードシールド６２はカソードシールド固定絶縁物６３を介してチャンバ壁５４に固定されており、電気的に絶縁され電位的にフローティング構成となっている。

また、ターゲット５１に対して基板搬送方向４３の下流側（以下、「ＵＬＬ側という」。）には、第２のカソードシールド６０が配置されている。第２のカソードシールド６０は、ターゲットシールド５５との間に２ｍｍの隙間を保ちながらターゲットシールド５５の一部を覆うように設置されており、ターゲット５５から遠ざかるにしたがって高さが高くなっている。本実施例では、第２のカソードシールド６０の高さはターゲット５１の表面から４０ｍｍであり、第２のカソードシールド６０の基板搬送方向４３における幅は１４３ｍｍである。第２のカソードシールド６０は金属性のカソードシールド固定ブロック６１を介してチャンバ壁５４に固定されており、電気的に接地されてグラウンド電位になっている。なお、金属性のカソードシールド固定ブロック６１は、第２のカソードシールドを所定電位（例えば接地電位）に接続する接続部として機能する。

なお、その他のマグネトロンスパッタ機構である第２のマグネトロンスパッタ機構１３，１７は、ターゲット５１に対して基板搬送方向４３の上流側にも第２のカソードシールド６０がカソードシールド固定ブロック６１を介して設置されている。第２のマグネトロンスパッタ機構１３，１７のその他の構成は、第１のマグネトロンスパッタ機構と同様である。

本実施形態では、図１に示したように、成膜チャンバ２２の各側面に、基板搬送方向４３の上流側から下流側に向かって、第１のマグネトロンスパッタ機構１２，１６と第２のマグネトロンスパッタ機構１３，１７との２つのマグネトロンスパッタ機構が順に配置されている。これに対し、成膜チャンバ２２の各側面には、３つ以上のマグネトロンスパッタ機構が配置されていてもよい。この場合には、基板搬送方向４３の最上流側のマグネトロンスパッタ機構を第１のマグネトロンスパッタ機構とし、それ以外のマグネトロンスパッタ機構は第２のマグネトロンスパッタ機構とする。

次に、本実施形態のスパッタ装置による成膜について説明する。本実施形態では、基板搬送速度Ｖｔを３４８．２ｍｍ／ｍｉｎ、マグネット移動幅を１６０ｍｍ、マグネットの基板搬送方向往復周期を２分とした。マグネットの基板搬送方向往復周期は、マグネット機構の機械的耐久性や、ジュールの低減を図るためであることから、少なくとも１分以上であることが好ましい。
また、マグネットの基板搬送方向への移動速度は１０９．６ｍｍ／ｍｉｎ、その逆方向への移動速度は２９６．０ｍｍ／ｍｉｎとした。第１のマグネトロンスパッタ機構と第２のマグネトロンスパッタ機構でのマグネット移動方法は同じとし、位相は反転させた。

それぞれのターゲットの材料には１０重量％のＳｎＯ₂を含むＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）を用いた。ガスは、４５０ｍｌ／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）のＡｒと２ｍｌ／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）のＯ₂とのを混合ガスを用い、圧力は０．５Ｐａとした。基板温度は２００℃とし、ターゲットに印加する電力は各マグネトロンスパッタ機構で１．１ｋＷとした。基板はガラス基板を用いた。

このような条件の下で成膜を行うと、基板上には厚さ１１０ｎｍのＩＴＯ膜が堆積し、基板搬送方向に対して均一な膜厚分布を得ることができた。また、シート抵抗分布も基板搬送方向に対して均一であった。基板搬送方向のシート抵抗分布を図４に示す。搬送方向のシート抵抗の不均一性は±３．０％であり、従来に比べて不均一性は改善された。また、シート抵抗値が１６Ω/ｓq未満の低いＩＴＯ膜を形成することができた。なお、シート抵抗は、四探針法で測定した。以上のように本発明のスパッタ成膜装置により、シート抵抗値が均一化され、かつ、低抵抗のＩＴＯ膜を成膜することができる。そのため、本発明の成膜装置を用いて基板上にＩＴＯを成膜した基板は、各種デバイス、特に光学素子用の基板として好適に用いられる。

次に、本実施形態のスパッタ装置によってシート抵抗分布が改善した理由を説明する。まず、従来のスパッタ装置で成膜した膜のシート抵抗変化について説明する。図7は、従来のスパッタ装置を用い、第１のマグネトロンスパッタ機構のみを使用して、マグネットを所定の位置に固定し、酸素流量を変えて成膜した膜のシート抵抗変化を示すグラフである。
マグネットの位置は、ターゲットに対してＬＬ側、中央、ＵＬＬ側とした。ＬＬ側とＵＬＬ側は、中央から搬送方向にそれぞれ８０ｍｍ離れた位置で、かつ往復移動するマグネットの両端の位置とした。

マグネット位置がＬＬ側のときは、酸素流量が約３ｍｌ／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）のときにシート抵抗が最小値になっている。これに対し、マグネット位置が中央とＵＬＬ側のときは、共に、酸素流量が約２ｍｌ／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）のときにシート抵抗が最小値になっている。このように、シート抵抗の酸素流量依存性がマグネットの位置によって変わってしまうため、一定の酸素流量で成膜すると、マグネットの位置によって、シート抵抗の分布が異なる膜が基板上に成膜されてしまう。マグネットを比較的低速で動かした場合、基板上に堆積する膜のシート抵抗が基板搬送方向で周期的に変化することとなる。
その場合には、基板面内のシート抵抗の均一性が悪くなる（図６参照）。

次に、本実施形態のスパッタ装置で成膜した膜のシート抵抗変化について説明する。図５は、図２に示したスパッタ装置を用い、第一のマグネトロンスパッタ機構のみを使用して、マグネットを所定の位置に固定し、酸素流量を変えて成膜した膜のシート抵抗変化を示すグラフである。

本実施形態のスパッタ装置によって成膜された膜では、マグネットがＬＬ側にあるときも、中央やＵＬＬ側にあるときと同様に、酸素流量が約２ｍｌ／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）であるときにシート抵抗が最小値になっている。このように、本実施形態のスパッタ装置によって成膜された膜はマグネットの位置依存性がほとんどなくなっている。酸素流量を２ｍｌ／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）とした場合、マグネットの位置に関わらずシート抵抗値がほぼ同じになり、基板上にはマグネットの位置に依存せずほぼ均一なシート抵抗を有する膜が得られる。

ＩＴＯの成膜では、通常、最もシート抵抗が低くなるように酸素流量を調節するため、本実施形態では酸素流量を２ｍｌ／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）とした。その結果、シート抵抗のマグネット位置依存性が少なくなり、均一なシート抵抗が得られた。

このようにシート抵抗の酸素流量変化のマグネット位置依存性が少なくなったことについては、理由は明確ではないが以下のように考えられる。

ターゲットは印加した負の電位になっており、基板は絶縁されているためフローティング電位になっている。一方、従来の成膜装置において、カソードシールドはグラウンド電位になっている。

マグネットがターゲットの中央にある場合のような、マグネットの近くにアノードとなるカソードシールドがない場合は、マグネット直上でターゲット表面付近にできるプラズマの密度分布はマグネット中心に対して対称となる。そのため、マグネットが揺動によってＬＬ側やＵＬＬ側の端に近づいた場合、近くのカソードシールドがグラウンド電位にあるため良好なアノードとなり、カソードシールドのある方にプラズマ密度の高い領域が偏り、マグネット中心に対して非対称となる。このとき、プラズマ密度の高い領域の方が低い領域よりもガス中の酸素分子を酸素負イオンにイオン化する効率が高く、プラズマ密度の高い領域から多くの酸素負イオンがターゲットのシースの中の電界によって基板に向かって加速され、基板にダメージを与える。この基板ダメージはＩＴＯ膜の比抵抗を高くする。その結果、ＬＬ側やＵＬL側に位置するマグネットの場合、中央に位置する場合に比べて、ターゲットの端に近い領域からスパッタされて成膜する膜の比抵抗が高くなる。
基板は搬送しながら成膜するので、マグネットがＬＬ側の端にあるときには、膜の初期の成長は比抵抗の高い膜となる。本発明者は、ＩＴＯ膜では初期の成長での比抵抗が低い場合には、その後に成長する膜の比抵抗にかかわらず比抵抗の低い膜が得られることを知見した。そこで、従来の装置では第１のマグネトロンスパッタ機構のマグネットがＬＬ側に近づいたときに基板に最初に堆積する膜の比抵抗は高くなり、その後に堆積する膜はマグネットの位置にかかわらず比抵抗の高い膜となるものと思われる。そして、膜の初期の成長の段階（すなわち、基板が最初にスパッタされる際）のマグネット位置によって、初期の膜の比抵抗の値にバラツキが生じるため、最終的な膜の比抵抗の値にもバラツキが生じることになる。

そこで、本発明では、第１のマグネトロンスパッタ機構の上流側のカソードシールド（第１のカソードシールド）を電気的にフローティングとした。また、ターゲットシールドも電気的にフローティングとなっている。そのため、マグネットがＬＬ側に近づいてもアノードが近くにいないため、プラズマ密度は上流側のカソードに偏ることはなく、マグネットがターゲット中央にある場合とほぼ同じプラズマ密度の分布が得られる。その結果、膜の初期の成膜において比抵抗の低い膜が得られる。最終的に成膜された膜の比抵抗は初期の成膜における比抵抗に影響されるから、初期の成膜を低抵抗とすることで、均一なシート抵抗の膜が得られるものと思われる。
その際、ターゲット表面に垂直方向における第１のカソードシールドの高さレベルがターゲットシールドの高さレベルとほぼ同じため、プラズマの基板搬送方向の広がりがカソードシールドに遮蔽されることなく、マグネット中心に対して対称となり、上記効果が得られやすい。

このようにして、マグネット位置がＬＬ側にあるときのマグネット直上の空間にできるプラズマ密度分布が基板搬送方向にマグネット位置に対して対称となり、シート抵抗の酸素流量依存性も差違が小さくなった。

また、本実施形態における第１のマグネトロンスパッタ機構では、ターゲット表面に垂直方向の第２のカソードシールドは高さレベルを第１のカソードの高さレベルより高くしているので、マグネトロンスパッタ機構の相互間の放電の干渉を防止することができる。

次に、第１のマグネトロンスパッタ機構のＬＬ側にのみフローティング電位の第１のカソードシールドを設けた理由を説明する。

積層した膜の膜質は基板上に堆積する初期の膜の膜質に大きく影響される。つまり、複数のマグネトロンスパッタ機構で積層して成膜する本実施形態の構成の場合、第１のマグネトロンスパッタ機構で成膜した膜の膜質によって、その後に積層する膜の膜質も大きく影響を受ける。第１のマグネトロンスパッタ機構において膜質に大きな変化があると、その後に積層する膜の膜質も同様の変化をする。逆に言うと、第１のマグネトロンスパッタ機構で膜質の均一な成膜ができれば、全体として膜質の均一な成膜が可能である。そのため、第１のマグネトロンスパッタ機構のＬＬ側にだけフローティング電位の第１のカソードシールドを設けることで、膜質が均一になりシート抵抗分布を改善することが可能となる。

（第２の実施例）
基板として、有機ＥＬ膜が形成された基板を用いたこと以外、第１の実施例と同じ条件で成膜することにより、有機ＥＬ膜にダメージを与えることなく、均一な膜質のＩＴＯ膜が得られる。これは、本発明の装置でスパッタした場合には、薄膜形成初期の段階で、露出している有機ＥＬ膜の表面が酸素負イオンによるダメージを受けにくいからである。
（第３の実施例）
基板として、透明絶縁性基板上に金属薄膜を成膜し、パターン形成によりゲート電極線が形成され、上記ゲート電極線上にゲート絶縁膜を介して半導体層が形成された基板を用いた以外、第１の実施例と同様にしてＩＴＯ膜を形成した。その結果、半導体層にダメージを与えることなく、均一な膜質のＩＴＯ膜が得られる。これは、本発明の装置でスパッタした場合には、薄膜形成初期の段階で、半導体層の表面が酸素負イオンによるダメージを受けにくいからである。

（第４の実施例）
次に、本実施形態のスパッタ装置の一変形例を説明する。
上述の説明では、２基（２対のマグネトロンスパッタ機構）であったが成膜チャンバ２２の両側にそれぞれ４基（４対）のマグネトロンスパッタ機構が備えられている。成膜チャンバ２２の各側には、基板搬送方向４３の上流側から下流側に向かって、４基のマグネトロンスパッタ機構がこの順に配置されている。ここでは、各マグネトロンスパッタ機構を、基板搬送方向の上流側から下流に向かって位置している順に、マグネトロンスパッタ機構Ａ、マグネトロンスパッタ機構Ｂ、マグネトロンスパッタ機構Ｃ、マグネトロンスパッタ機構Ｄと呼ぶ。本変形例でも、基板搬送方向の最上流に位置しているマグネトロンスパッタ機構Ａ（第１のマグネトロンスパッタ機構）のＬＬ側にのみフローティング電位の第１のカソードシールドが設けられ、他のマグネトロンスパッタ機構はターゲットシールドの両側に接地電位の第２のカソードシールドが設けられている。

マグネトロンスパッタ機構Ａを基準として、マグネトロンスパッタ機構Ｂではマグネット移動の位相を１８０°ずらした。さらに、マグネトロンスパッタ機構Ａを基準として、マグネトロンスパッタ機構Ｃのマグネット移動の位相を９０°ずらし、マグネトロンスパッタ機構Ｄのマグネット移動の位相を２７０°ずらした。各マグネトロンスパッタ機構でのマグネット動作条件は、上述した条件と同じにした。

本変形例のスパッタ装置を用いて上記と同様の方法で成膜を行ったところ、基板上には厚さ１５０ｎｍのＩＴＯ膜が堆積し、基板搬送方向に対して均一な膜厚分布と均一なシート抵抗分布が得られた。

Claims (20)

1. 成膜チャンバ内に少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構を基板搬送方向に並べて配置し、基板を前記少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構のそれぞれに順次対向させながら前記基板搬送方向に搬送し、基板搬送中に前記基板に対して前記少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構の各々によって対向時に順次にスパッタ成膜を行うＩＴＯ膜の成膜装置において、
   前記マグネトロンスパッタ機構は、基板搬送方向に往復運動を行うマグネットと、ターゲットと、前記ターゲットの外周部に隣接して設置され、電気的に絶縁されフローティング構成であるターゲットシールドと、ターゲットシールドの外側に隣接して設置されたカソードシールドとを備え、
   前記少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構のうち、前記基板搬送方向の最上流側に配置されたマグネトロンスパッタ機構に備えられたカソードシールドのうち前記基板搬送方向の上流側のカソードシールドである第１のカソードシールドは電気的に絶縁されフローティング構成にあり、後続の他のカソードシールドである第２のカソードシールドは接地電位に接続されていることを特徴とするＩＴＯ膜の成膜装置。
2. 前記ターゲットシールドの上面に対し、前記第１のカソードシールドの上面は前記ターゲットの表面に垂直な方向における高さレベルがほぼ同じであることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記第１のカソードシールドの上面に対し、前記第２のカソードシールドの上面は前記ターゲットの表面に垂直な方向における高さレベルが所定の距離だけ高いことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
4. 前記第１のカソードシールドの前記基板搬送方向における幅は少なくとも５０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の成膜装置。
5. 前記マグネットの前記基板搬送方向の往復周期が少なくとも１分以上である請求項１から４のいずれか１項に記載の成膜装置。
6. ガス導入口を前記マグネトロンスパッタ機構の前記ターゲットの両端の外側に設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の成膜装置。
7. 基板上にＩＴＯ膜を形成する工程を含む素子の製造方法において、請求項１ないし６のいずれかの成膜装置を用いて基板上にＩＴＯ膜を形成することを特徴とする素子の製造方法。
8. 前記基板が光学素子用の基板であることを特徴とする請求項７に記載の素子の製造方法。
9. 前記光学素子が有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項８に記載の素子の製造方法。
10. 前記光学素子が液晶素子であることを特徴とする請求項８に記載の素子の製造方法。
11. 直列配置された少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構及び該直列方向に沿った基板搬送方向に基板を搬送する基板搬送手段とからなるＩＴＯ膜の成膜装置おいて、
    前記マグネトロンスパッタ機構は、マグネットを前記基板搬送方向に沿って往復運動させるマグネット往復運動手段、ＩＴＯターゲットを装着するターゲット装着手段、前記ＩＴＯターゲットの外周部に隣接する位置に設置し、電気的に絶縁されフローティング構成であるターゲットシールド、及び該ターゲットシールドの外側に隣接して設置したカソードシールドとを備え、
    前記カソードシールドのうち、前記ＩＴＯ成膜装置において前記基板搬送方向の最上流側に位置するカソードシールドである第１のカソードシールドは電気的に絶縁されフローティング構成であり、後続の他のカソードシールドである第２のカソードシールドは接地電圧に接続されていることを特徴とするＩＴＯ膜の成膜装置。
12. 前記ターゲット表面に対し、前記第１のカソードシールドの上面は前記ターゲットの表面に垂直な方向における高さレベルがほぼ同じことを特徴とする請求項１１に記載の成膜装置。
13. 前記第１のカソードシールドの上面に対し、前記第２のカソードシールドの上面は前記ターゲットの表面に垂直な方向における高さレベルが所定の距離だけ高いことを特徴とする請求項１２に記載の成膜装置。
14. 前記第１のカソードシールドの前記基板搬送方向における幅は少なくとも５０ｍｍであることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の成膜装置。
15. 前記マグネットの前記基板搬送方向の往復周期が少なくとも１分以上である請求項１１から１４のいずれか１項に記載の成膜装置。
16. ガス導入口を前記マグネトロンスパッタ機構の前記ターゲットの両端の外側に設けたことを特徴とする請求項１１から１５のいずれか１項に記載の成膜装置。
17. 基板上にＩＴＯ膜を形成する工程を含む素子の製造方法において、請求項１１ないし１６のいずれかの成膜装置を用いてＩＴＯ膜を形成することを特徴とする素子の製造方法。
18. 前記基板が光学素子用の基板であることを特徴とする請求項１７に記載の素子の製造方法。
19. 前記光学素子が有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１８に記載の素子の製造方法。
20. 前記光学素子が液晶素子であることを特徴とする請求項１８に記載の素子の製造方法。

Images