JP5091943B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。更に詳しくは、反応性スパッタ法により基板の表面に透明導電薄膜等の化合物薄膜を成膜する際に好適に用いられ、膜質の面内均一性に優れた化合物薄膜を成膜することが可能な成膜装置及び成膜方法に関する。
本願は、２００７年２月２８日に、日本に出願された特願２００７−０５０６４６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）等においては、多数の大面積のガラス基板上に透明電極、誘電体膜、絶縁膜等の薄膜を、均一な膜厚で、連続的に成膜するために、種々のスパッタ装置が提案されている。
これらの１種にインライン式スパッタ装置がある。この装置では、そのスパッタ成膜室内に複数のスパッタカソードが一列に配置され、基板が固定されたキャリアがそのスパッタカソードの配列方向に沿って一定速度にて移動される。その過程で、ターゲットから叩き出されたターゲット材が基板上に堆積することにより、基板上に所望の薄膜が成膜される。この装置によれば、多数の大面積のガラス基板上に膜厚の均一な薄膜を連続的に成膜することができる（特許文献１）。

また、それぞれの側面にターゲットが取り付けられて回転する多角柱状のスパッタカソードを有し、この回転するスパッタカソードの周りに基板を搬送する間に、ターゲットから叩き出されたターゲット材が基板上に堆積することにより、基板上に所望の薄膜を成膜するスパッタ装置も提案されている（特許文献２）。この装置においても、多数の大面積のガラス基板上に膜厚の均一な薄膜を連続的に成膜することができる。
特開２００２−６０９３８号公報 特開平６−４４８３６号公報

ところで、従来のスパッタ装置においては、ターゲットとガラス基板との間に不活性ガス及び反応性ガスを導入している。しかしながら、近年におけるガラス基板の大面積化に伴い、成膜装置全体が大型化し、特にスパッタ成膜室の内部体積が増大してきたため、ターゲット上に導入された反応性ガスや不活性ガスが基板とターゲットとの間の空間部から直接排気される量が増加するだけではなく、それら反応性ガスや不活性ガスが一旦基板の裏面へ抜けてから排気される量も増加している。このとき、ターゲット上に導入された反応性ガスや不活性ガスは基板の外周から基板裏面側へ拡散されて排気されるため、基板の表面側では、導入された不活性ガス及び反応性ガスの場所による濃度差が生じ、これにより、基板上の面内において、位置による成膜雰囲気の差異が生じる虞がある。その場合、基板上に成膜された薄膜に、その膜厚や膜質の不均一な面内分布が生じ、その結果、基板上の面内において、得られた透明電極、誘電体膜、絶縁膜等の特性のばらつきが大きくなってしまうという問題点があった。

また、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の製造工程においては、ガラス基板上に樹脂膜を形成し、この樹脂膜上にスズ含有酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）膜を成膜する場合がある。このＩＴＯ成膜の際に、従来のスパッタ装置においては、樹脂膜から放出されるガスによりＩＴＯ膜の成膜雰囲気が影響を受ける。その結果、成膜されるＩＴＯ膜の膜質がその影響を受けて、所望の特性を有するＩＴＯ膜が得られないという問題点があった。
また、成膜を続けた場合、キャリアへの着膜量が増加するため、このキャリアを大気中に取り出した際に、キャリアに着膜した薄膜が大気中の水分を吸収してしまう虞がある。このキャリアを再度成膜工程に用いると、大気で吸収された水分が成膜室内に放出されて、成膜されるＩＴＯ膜の膜質がその影響を受ける。その結果、所望の特性を有するＩＴＯ膜が得られないという問題点があった。
このように、樹脂膜やキャリアからの放出ガスの、成膜に対する影響は、基板の大面積化、スパッタ装置の大型化、高速化に伴って、ますます増大する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、反応性スパッタ法により基板の表面に透明導電薄膜等の化合物薄膜を成膜する場合に、膜質の面内均一性に優れた化合物薄膜を成膜することが可能であり、さらには、成膜を続けた場合においても、キャリアからの放出ガスが無く、成膜される薄膜の膜質が放出ガスの影響を受ける虞もない成膜装置及び成膜方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明の成膜装置は、スパッタ成膜室内に保持された基板の表面に、反応性スパッタ法により透明導電膜、誘電体膜、絶縁膜、光学薄膜からなる化合物薄膜を成膜する装置であって、前記スパッタ成膜室に、前記基板の表面に成膜される化合物薄膜の膜質を調整する膜質調整用ガスとして反応性スパッタによって成膜中の膜に取り込まれる元素または該元素を含むガスを前記基板の裏面に導入する第１の膜質調整用ガス導入手段と、導入した前記膜質調整用ガスを前記基板の周囲に向かって均一に拡散させる分散管と、それぞれ前記基板を保持し、該基板の表面に平行な一方向に沿って一列に配置された複数のキャリアと、を備える。

上記の成膜装置によれば、スパッタ成膜室において、基板の表面に成膜される化合物薄膜の膜質を調整する膜質調整用ガスを前記基板の裏面に導入する第１の膜質調整用ガス導入手段を設けたことにより、この膜質調整用ガスが、反応性ガスが基板の周囲からその裏面に抜けるのを防止する。このため、基板の表面側の面内における不活性ガス及び反応性ガスの濃度を均一化し、したがって、この基板上の成膜雰囲気を均一化することができる。その結果、成膜された薄膜の膜厚や膜質の面内均一性が向上するので、基板面内におけるこの薄膜の特性のばらつきも極めて小さくすることができる。さらに、薄膜の特性の安定性も向上することができる。
また、樹脂膜上に化合物薄膜を成膜する場合においては、樹脂膜から放出されるガスにより化合物薄膜の成膜雰囲気が影響を受ける虞が無くなり、したがって、成膜される化合物薄膜が放出ガスの影響を受ける虞が無くなる。その結果、化合物薄膜の特性も安定化することができる。
以上により、基板面内における特性のばらつきが極めて小さく、しかもその特性の安定性が高い化合物薄膜を容易かつ安価に作製することが可能になる。

前記スパッタ成膜室に前記基板を搬入するための前室、及び前記スパッタ成膜室から前記基板を搬出するための後室のいずれか一方または双方に、前記基板の表面及び裏面に前記膜質調整用ガスを導入する第２の膜質調整用ガス導入手段をさらに備えてもよい。

この場合、スパッタ成膜室に基板を搬入するための前室、前記スパッタ成膜室から前記基板を搬出するための後室、のいずれか一方または双方に、前記基板の表面及び裏面に前記膜質調整用ガスを導入するための第２の膜質調整用ガス導入手段を設けたことにより、成膜前後における基板の両面の成膜雰囲気が均一化される。これにより、成膜された薄膜の膜質や膜厚がさらに均一化され、したがって、得られた薄膜の膜厚や膜質の面内均一性もさらに高くなる。その結果、基板面内における薄膜の特性のばらつきを極めて小さくでき、さらに、その特性の安定性も向上することができる。

前記スパッタ成膜室に、複数の前記キャリアを連続移動、または静止させた状態で、前記各基板の表面に前記化合物薄膜を成膜する際に、前記各基板の裏面に導入する前記膜質調整用ガスの導入量を、成膜時の該キャリアからの放出ガス量の変化に対応して変化させるガス導入量調整手段をさらに備える。
また、前記分散管は、前記キャリアの搬送方向に沿って膜質調整用ガスを噴き出すための孔が多数形成された、三重トーナメント管であってもよい。
また、前記前記膜質調整用ガスは、酸素ガスであってもよい。

この場合、ガス導入量調整手段を用いて基板の裏面に導入する膜質調整用ガスの導入量を経時的に変化させることにより、成膜時の放出ガス量の経時変化に対応した膜質調整を行うことが可能になる。その結果、多数の基板上への連続成膜における安定な膜質維持を実現することが可能になる。

また、本発明の成膜方法は、反応性スパッタ法により基板の表面に透明導電膜、誘電体膜、絶縁膜、光学薄膜からなる化合物薄膜を成膜する方法であって、前記化合物薄膜を不活性ガス及び反応性ガスの雰囲気下にて成膜する際に、前記基板の裏面に膜質調整用ガスとして反応性スパッタによって成膜中の膜に取り込まれる元素または該元素を含むガスを導入するとともに、導入した該膜質調整用ガスを該基板の周囲に向かって均一に拡散させる。

上記の成膜方法によれば、化合物薄膜を成膜する際に、基板の裏面に膜質調整用ガスを導入することにより、反応性ガスが基板の周囲からその裏面に抜けるのを防止することができる。これにより、基板の表面側の面内における不活性ガス及び反応性ガスの濃度を均一化し、したがって、この基板上の成膜雰囲気を均一化することができる。その結果、成膜された薄膜の膜質や膜厚が均一化され、得られた薄膜の膜厚や膜質の面内均一性も高くなるため、基板面内における薄膜の特性のばらつきが極めて小さくでき、さらに、特性の安定性も向上することができる。
また、樹脂膜上に化合物薄膜を成膜する場合において、樹脂膜から放出されるガスにより化合物薄膜の成膜雰囲気が影響を受ける虞が無くなる。したがって、成膜される化合物薄膜の膜質も放出ガスの影響を受ける虞が無くなる。その結果、この化合物薄膜の特性を安定化することができる。

前記化合物薄膜を成膜する前または成膜した後、あるいは成膜する前及び成膜した後にて、前記基板の表面及び裏面に前記膜質調整用ガスを導入してもよい。
この場合、成膜前後における基板の両面の成膜雰囲気が均一化される。これにより、成膜された薄膜の膜質や膜厚がさらに均一化され、したがって、得られた薄膜の膜厚や膜質の面内均一性もさらに高くなる。その結果、基板面内における薄膜の特性のばらつきを極めて小さくでき、さらに、特性の安定性も向上することができる。

また、複数の前記基板を、それら基板の表面に平行な一方向に沿って配置し；これら基板を連続移動、または静止させた状態で、これら基板の表面に前記化合物薄膜を成膜する際に、これら基板の裏面に導入する前記膜質調整用ガスの導入量を、成膜時の該キャリアからの放出ガス量の変化に対応して変化させてもよい。

前記化合物薄膜を成膜する際に、前記基板の裏面に不活性ガスを導入してもよい。
また、複数の前記基板を、該基板の表面に平行な一方向に沿って配置し；該基板を連続移動、または静止させた状態で、該基板の表面に前記化合物薄膜を成膜する際に、前記不活性ガスの導入量を、成膜時の該キャリアからの放出ガス量の変化に対応して変化させてもよい。
前記前記膜質調整用ガスは、酸素ガスであってもよい。

本発明の成膜装置によれば、スパッタ成膜室に、基板の表面に成膜される化合物薄膜の膜質を調整する膜質調整用ガスを前記基板の裏面に導入するための膜質調整用ガス導入手段が設けられているので、膜厚や膜質の面内均一性に優れ、基板面内における特性のばらつきも極めて小さく、しかも、特性の安定性に優れた化合物薄膜を容易にかつ安価に作製することができる。
また、樹脂膜上に化合物薄膜を成膜する場合において、樹脂膜から放出されるガスにより化合物薄膜の成膜雰囲気が影響を受ける虞が無くなるので、成膜される化合物薄膜が放出ガスの影響を受ける虞が無く、その結果、特性が安定化した化合物薄膜を容易に作製することができる。

また、複数個のキャリアを移動させながら、これらのキャリアに保持された基板の表面に化合物薄膜を成膜する場合、ガス導入量調整手段を用いて基板の裏面に導入する膜質調整用ガスの導入量を経時的に変化させることにより、成膜時の放出ガス量の経時変化に対応した膜質調整を行うことができる。したがって、連続成膜における安定な膜質維持を実現することができる。

本発明の成膜方法によれば、化合物薄膜を不活性ガス及び反応性ガスの雰囲気下にて成膜する際に、基板の裏面に膜質調整用ガスを導入するので、反応性ガスが基板の周囲からその裏面に抜けるのを防止することができる。これにより、基板の表面側の面内における不活性ガス及び反応性ガスの濃度を均一化することができ、したがって、基板上の成膜雰囲気を均一化することができる。その結果、成膜された薄膜の膜厚や膜質の面内均一性を向上させることができるため、基板面内における薄膜の特性のばらつきを極めて小さくすることができ、さらに、特性の安定性も向上させることができる。

また、樹脂膜上に化合物薄膜を成膜する場合において、樹脂膜から放出されるガスにより化合物薄膜の成膜雰囲気が影響を受ける虞が無くなるので、成膜される化合物薄膜が放出ガスの影響を受ける虞が無くなり、その結果、化合物薄膜の特性を安定化することができる。

本発明の第１の実施形態に係るインライン式反応性スパッタ装置の模式図である。 同実施形態に係る分散管の側面図である。 基板表面での反応性ガス導入管１本当たりのＯ_２ガス流量とＩＴＯ薄膜のシート抵抗との関係を示す図である。 基板内のＩＴＯ薄膜の表面におけるシート抵抗の測定点を示す模式図である。 基板裏面での膜質調整用ガス導入管１本当たりのＯ_２ガス流量とＩＴＯ薄膜のシート抵抗との関係を示す図である。 基板裏面でのＯ_２ガス流量を０ｓｃｃｍ（０Ｐａ・ｍ^３／ｓ）としたときのＩＴＯ薄膜のシート抵抗の面内ばらつきを示す図である。 基板裏面Ｏ_２ガス流量を２本の膜質調整用ガス導入管それぞれについて１２ｓｃｃｍ（２．０３×１０^−２Ｐａ・ｍ^３／ｓ）としたときのＩＴＯ薄膜のシート抵抗の面内ばらつきを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るインライン式反応性スパッタ装置の模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るインライン式反応性スパッタ装置の模式図である。 本発明の第４の実施形態に係るインライン式反応性スパッタ装置の模式図である。

符号の説明

１ スパッタ装置
２ 前室
３ スパッタ成膜室
４ 後室
５ 入口側ゾーン
６ スパッタゾーン
７ 出口側ゾーン
１１ 真空ポンプ
１２ キャリア
１４ スパッタカソード
１５ ターゲット
１６ 不活性ガス導入管
１７ 反応性ガス導入管
１８ 膜質調整用ガス導入管
２１ 配管
２２ 細管部
２３ 孔
２４ 分散管
３１ スパッタ装置
３２ スパッタ成膜室
３３ スパッタゾーン
４１ スパッタ装置
４２ スパッタ成膜室
４３ スパッタゾーン
５１ スパッタ装置
５２ スパッタ成膜室
５３、５４ スパッタゾーン

本発明の成膜装置及び成膜方法を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
また、以下の説明に用いられる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

本実施形態では、成膜装置としてインライン式反応性スパッタ装置を例に取り説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るインライン式反応性スパッタ装置の模式図である。
このスパッタ装置１は、前室２と、スパッタ成膜室３と、反転室を兼ねる後室４とから構成される。スパッタ成膜室３は、入口側ゾーン５と、スパッタゾーン６と、出口側ゾーン７の３ゾーンにて構成される。これら入口側ゾーン５、スパッタゾーン６及び出口側ゾーン７の幅方向の中心位置には、これらのゾーンを往路（図１中下側）及び復路（図１中上側）の２系統に区分するための仕切板８が設けられている。
なお、このスパッタ装置１では、復路の場合、前室２は後室として、後室４は前室として、それぞれ機能することになるが、ここでは便宜上、往路の場合を基準として前室２及び後室４と称することとする。

これら前室２、スパッタ成膜室３の入口側ゾーン５及び出口側ゾーン７、後室４それぞれには、真空ポンプ１１が設けられている。これらのゾーン２〜４内の往路及び復路それぞれには、基板を搬送するための複数のキャリア１２が、連続するように配置されている。各キャリア１２は、ゾーン２〜４内をその配置方向（図１中、左右方向）に移動可能であり、かつ所定の位置に固定可能である。これらのキャリア１２の所定位置には、化合物薄膜が成膜される、ガラス等からなる基板１３が略鉛直に立てられた状態で保持されている。

一方、スパッタゾーン６内の両側壁には、キャリア１２の往路及び復路それぞれの移動方向に沿って複数のスパッタカソード１４が設けられている。これらスパッタカソード１４には、化合物薄膜のスパッタ材料であるターゲット１５が取り付けられている。これらのターゲット１５は、キャリア１２の所定位置に取り付けられた基板１３の表面と所定距離をおいて対向するように位置決めがなされている。

さらに、このスパッタカソード１４の近くには、Ａｒ等の不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管１６、及びＯ_２等の反応性ガスを導入するための反応性ガス導入管１７がキャリア１２に向けて配置されている。このスパッタゾーン６内の中央部の仕切板８の両側には、キャリア１２に保持された基板１３の裏面に、反応性スパッタによって成膜中の膜に取り込まれる元素またはその元素を含むガス、すなわち、酸素（Ｏ_２ ）ガス等の膜質調整用ガスを導入するための膜質調整用ガス導入管（第１の膜質調整用ガス導入手段）１８が設けられている。膜質調整用ガス導入管１８は、このスパッタゾーン６に搬入される基板１３の表面における成膜雰囲気を調整して均一化する。
また、前室２及び後室４にも、不活性ガス導入管１６及び反応性ガス導入管１７が設けられている。なお、不活性ガス導入管１６、反応性ガス導入管１７、および膜質調整用ガス導入管１８については、ターゲット１５の個数に応じて適宜その個数を設定することができる。
この膜質調整用ガス導入管１８を、第２の膜質調整用ガス導入手段として、必要に応じて前室２、または後室４、あるいは双方に設けてもよい。また、この膜質調整用ガス導入管１８に、必要に応じて不活性ガス導入管１６を並列配置してもよい。

この膜質調整用ガス導入管１８は、Ａｒ等の不活性ガス及びＯ_２等の反応性ガスが、基板１３が保持されたキャリア１２の周囲、特に上下方向から基板１３の裏面に抜けるのを防止することができる構成であればよい。例えば、図２に示すように、スパッタゾーン６の天井部（あるいは底部）から室内に垂直に立設された配管２１の先端部が複数段（図２では二段）に枝分かれし、その最先端の長尺の細管部２２に、その延在方向、すなわちスパッタゾーン６のキャリア１２の搬送方向に沿って膜質調整用ガスを噴き出すための小径の孔２３が多数形成された、三重トーナメント管と称される分散管２４が好適に用いられる。ここでは、分散管２４は、スパッタゾーン６の上下方向に合計２本設けられている。
なお、この小径の孔２３の代わりに噴出ノズルを用いても同様の効果が得られる。

これらのガス分散管の他、例えば、鉛直方向に延在する長尺の管の一箇所に膜質調整用ガスを噴き出すための小径の孔が形成されたガス噴出管や、鉛直方向に延在する長尺の管の一箇所に膜質調整用ガスを噴き出すための噴出ノズルが設けられたガス噴出管等も使用可能である。なお、これらのガス噴出管の場合、膜質調整用ガスは１箇所からのみ噴出されるので、この膜質調整用ガスを基板１３の周囲に向かって均一に拡散させるためには、このガス噴出管と基板１３との間に拡散板等の拡散手段を設けることが好ましい。

次に、このスパッタ装置１を用いて、キャリア１２に保持された基板１３の表面に、酸素元素Ｏを含む化合物薄膜を成膜する方法について、往路の場合を例にとり説明する。
まず、スパッタゾーン６のスパッタカソード１４に、化合物薄膜のスパッタ材料であるターゲット１５を装着する。このターゲット１５は、成膜される化合物薄膜に応じて適宜選択される。例えば、透明導電膜であるスズ含有酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）薄膜の場合、スズインジウム合金ターゲットが、アンチモン含有酸化スズ（ＡＴＯ：Antimony Tin Oxide）薄膜の場合、アンチモンスズ合金ターゲットが用いられる。また、光学薄膜である酸化チタン（ＴｉＯ_２）薄膜の場合、チタンターゲットが用いられる。また、誘電体膜である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）薄膜の場合、マグネシウムターゲットが用いられる。

一方、前室２にキャリア１２を搬入し、この前室２内を真空ポンプ１１にて所定の真空度まで減圧する。次いで、不活性ガス導入管１６及び反応性ガス導入管１７を用いて、この前室２内にＡｒ等の不活性ガス及びＯ_２等の反応性ガスを導入し、この前室２内を、所定の圧力の不活性ガス及び反応性ガスの混合ガス雰囲気とする。

次いで、入口側ゾーン５を含むスパッタ成膜室３内を真空ポンプ１１にて所定の真空度まで減圧する。そこへ不活性ガス導入管１６及び反応性ガス導入管１７を用いて、このスパッタ成膜室３内にＡｒ等の不活性ガス及びＯ_２等の反応性ガスを導入し、この入口側ゾーン５を含むスパッタ成膜室３内を、前室２内と同様、所定の圧力の不活性ガス及び反応性ガスの混合ガス雰囲気とする。
次いで、キャリア１２を前室２から入口側ゾーン５に移動させ、この入口側ゾーン５にてキャリア１２をその進行方向に密に詰め、隣接するキャリア１２の端面同士が近接した状態とする。

次いで、この近接したキャリア１２をスパッタゾーン６に移動させる。このスパッタゾーン６内では、キャリア１２を連続移動させつつ、不活性ガス及び反応性ガスの混合ガス雰囲気下にて、膜質調整用ガス導入管１８を用いてキャリア１２に略垂直に保持された基板１３の裏面にＯ_２等の膜質調整用ガスを噴き出させる。これにより、基板１３の表面（成膜面）の雰囲気を不活性ガス及び反応性ガスの混合ガス雰囲気に保ちつつ、連続移動している基板１３の表面にターゲット１５を主成分とする化合物薄膜を成膜する。

この成膜の過程では、基板１３の裏面に膜質調整用ガスを噴き出させることで、不活性ガス及び反応性ガスがキャリア１２の周囲、特に上下方向から基板１３の裏面に抜けることが防止されるので、基板１３の表面側の面内における混合ガスの濃度が均一化され、したがって、この基板１３上の成膜雰囲気が均一化される。その結果、この基板１３の表面には、膜厚や膜質の面内均一性に優れた化合物薄膜が成膜される。

この成膜における不活性ガス、反応性ガス及び膜質調整用ガスの流量比は、成膜される化合物薄膜の組成及び特性、及び成膜装置の構造に応じて適宜設定される。特に、膜質調整用ガスの流量は、不活性ガス及び反応性ガスがキャリア１２に保持された基板の裏面に抜けるのを防止することができる流量である必要がある。例えば、ＩＴＯ薄膜の場合、膜質調整用ガスの流量は、不活性ガス及び反応性ガスの合計流量を１００としたとき０．１〜２が好ましい。

次いで、このキャリア１２を出口側ゾーン７に移動させ、後室４内を、真空ポンプ１１を用いて所定の真空度まで減圧する。次いで、不活性ガス導入管１６及び反応性ガス導入管１７を用いて、この後室４内にＡｒ等の不活性ガス及びＯ_２等の反応性ガスを導入し、この後室４内を、所定の圧力の不活性ガス及び反応性ガスの混合ガス雰囲気とする。
次いで、キャリア１２を出口側ゾーン７から後室４に移動させる。この後室４にてキャリア１２を反転させて、再度前室２に向けて搬送し、往路と全く同様に、復路の成膜を行う。復路においても、往路と全く同様の作用・効果が得られるので、復路の場合については、説明を省略する。
最後に、このキャリア１２を前室２から搬出し、基板１３を取り出す。

以上により、膜厚及び膜質の面内均一性に優れ、基板面内における特性のばらつきも極めて小さく、しかも、特性の安定性に優れた化合物薄膜を容易にかつ安価に作製することができる。
なお、前室２及び後室４のいずれか一方、または双方に、膜質調整用ガス導入管１８を設ければ、成膜前後における基板の表面の成膜雰囲気を安定化することができる。この場合、化合物薄膜の膜質及び膜厚をさらに均一化することができ、化合物薄膜の特性をさらに向上させることができる。

ここでは、キャリア１２をスパッタゾーン６内にて連続移動しつつ基板１３の表面にターゲット１５を主成分とする化合物薄膜を成膜する構成としたが、複数個のキャリア１２をスパッタゾーン６内に搬送して静止し、この静止した状態で基板１３の表面にターゲット１５を主成分とする化合物薄膜を成膜する構成としてもよい。この場合においても、全く同様の効果が得られる。

次に、本実施形態の成膜方法の格別の効果を裏付ける実験結果について説明する。
本実施形態の成膜装置を用いて、キャリア１２に装着されたガラス基板上に、室温（２５℃）の成膜温度下にて膜厚が１５０ｎｍのＩＴＯ薄膜を成膜した。
まず、基板裏面Ｏ_２ガス流量を０ｓｃｃｍ（０Ｐａ・ｍ^３／ｓ）としたときのガラス基板の表面（成膜面）のＡｒガスの流量を６本の不活性ガス導入管１６それぞれについて４００ｓｃｃｍ（０．６７５Ｐａ・ｍ^３／ｓ）とし、このガラス基板の表面（成膜面）のＯ_２ガスの流量を６本の反応性ガス導入管１７それぞれについて０〜５ｓｃｃｍ（０〜８．４×１０^−３Ｐａ・ｍ^３／ｓ）の範囲で同じ流量となるように変化させ、合計１４種類のＩＴＯ薄膜を成膜した。
次いで、これらのＩＴＯ薄膜を、大気中、２３０℃にて１時間熱処理した。

このようにして得られた１４種類のＩＴＯ薄膜それぞれのシート抵抗を、４端子法を用いて測定した。これら１４種類のＩＴＯ薄膜それぞれについて、成膜時の基板表面での反応性ガス導入管１７の１本当たりのＯ_２ガス流量とシート抵抗との関係を図３に示す。図中、１３、１、１９は、図４に示す基板内の、ＩＴＯ薄膜上のシート抵抗測定点を示す番号である。なお、図４に示された２５点は等配列である。また、これらの測定点のうち、角の４つの点は、いずれも基板の角から縦２５ｍｍ、横２５ｍｍ内側に位置している。ここでは、それぞれの測定点に１〜２５の番号を付した。図４中、上部の矢印（←、↓）は、ＩＴＯ薄膜上のＸ軸方向、Ｙ軸方向をそれぞれ示している。
図３によれば、シート抵抗が１０〜３５Ω／□の範囲となるガラス基板の表面での反応性ガス導入管１７の１本当たりのＯ_２ガス流量は、２〜５ｓｃｃｍ（３．４×１０^−３〜８．４×１０^−３Ｐａ・ｍ^３／ｓ）の範囲、すなわち６本の反応性ガス導入管１７では１２〜３０ｓｃｃｍ（２．０３×１０^−２〜５．０７×１０^−２Ｐａ・ｍ^３／ｓ）の範囲であることが分かった。また、表面Ｏ_２ガス流量が上記の範囲内であれば、シート抵抗の面内ばらつきも小さいことが分かった。

次いで、ガラス基板の表面（成膜面）におけるＡｒガスの流量を６本の不活性ガス導入管１６それぞれについて４００ｓｃｃｍ（０．６７５Ｐａ・ｍ^３／ｓ）、Ｏ_２ガスの流量を６本の反応性ガス導入管１７それぞれについて２．２ｓｃｃｍ（３．７×１０^−３Ｐａ・ｍ^３／ｓ）とし、基板の裏面におけるＯ_２ガスの流量を２本の膜質調整用ガス導入管１８それぞれについて０〜２０ｓｃｃｍ（０〜３．３８×１０^−２Ｐａ・ｍ^３／ｓ）の範囲で同じ流量となるように変化させ、合計９種類のＩＴＯ薄膜を成膜した。
次いで、これらのＩＴＯ薄膜を、大気中、２３０℃にて１時間熱処理した。

このようにして得られた９種類のＩＴＯ薄膜それぞれのシート抵抗を４端子法にて測定した。これら９種類のＩＴＯ薄膜それぞれについて、成膜時の基板裏面での膜質調整用ガス導入管１８の１本当たりのＯ_２ガス流量とシート抵抗との関係を図５に示す。図中、１３、１、１９は、図４に示すＩＴＯ薄膜の測定点を示す番号である。
図５によれば、基板裏面Ｏ_２ガス流量が増加するのにしたがって、シート抵抗の面内ばらつきも小さくなるが、基板裏面Ｏ_２ガス流量がある値を超えると、基板の裏面のＯ_２ガスが成膜に悪影響を及ぼし始め、シート抵抗の面内ばらつきも大きくなることが分かった。

また、シート抵抗の面内ばらつきを調べるために、基板裏面Ｏ_２ガス流量を０ｓｃｃｍ（０Ｐａ・ｍ^３／ｓ）、ガラス基板の表面（成膜面）のＡｒガスの流量を６本の不活性ガス導入管１６それぞれについて４００ｓｃｃｍ（０．６７５Ｐａ・ｍ^３／ｓ）、Ｏ_２ガスの流量を６本の反応性ガス導入管１７それぞれについて３．６ｓｃｃｍ（６．１×１０^−３Ｐａ・ｍ^３／ｓ）としたときのＩＴＯ薄膜のシート抵抗を、図４に示すＩＴＯ薄膜の測定点それぞれについて４端子法にて測定した。図４の測定点それぞれに対応した測定値を図６に示す。

また、基板の裏面におけるＯ_２ガスの流量を２本の膜質調整用ガス導入管１８それぞれについて１２ｓｃｃｍ（２．０３×１０^−２Ｐａ・ｍ^３／ｓ）、ガラス基板の表面（成膜面）のＡｒガスの流量を６本の不活性ガス導入管１６それぞれについて４００ｓｃｃｍ（０．６７５Ｐａ・ｍ^３／ｓ）、Ｏ_２ガスの流量を６本の反応性ガス導入管１７それぞれについて２．２ｓｃｃｍ（３．７×１０^−３Ｐａ・ｍ^３／ｓ）としたときのＩＴＯ薄膜のシート抵抗を、図４に示すＩＴＯ薄膜の測定点それぞれについて４端子法にて測定した。図４の測定点それぞれに対応した測定値を図７に示す。

また、図６及び図７のそれぞれに示されたＩＴＯ薄膜のシート抵抗の基板面内におけるばらつきを、下記の分布評価（計算）式（１）により求めた。
（Ｒ_ｓｍａｘ−Ｒ_ｓｍｉｎ）／（Ｒ_ｓｍａｘ＋Ｒ_ｓｍｉｎ）……（１）
ここで、式（１）中、Ｒ_ｓｍａｘは測定値中の最大値、Ｒ_ｓｍｉｎは測定値中の最小値である。

これらの計算結果によれば、ＩＴＯ薄膜のシート抵抗の面内ばらつきは、基板の裏面にＯ_２ガスを導入した場合±５％、導入しない場合±１４％であった。すなわち、基板の裏面にＯ_２ガスを導入した場合、導入しない場合と比較して面内ばらつきが半分以下になった。この実験により、基板の裏面にＯ_２ガスを導入することにより、シート抵抗の面内均一性を向上させることができることが分かった。

以上説明したように、本実施形態の成膜方法によれば、反応性ガスが基板の周囲からその裏面に抜けるのを防止することができる。そのため、基板の表面側の面内における不活性ガス及び反応性ガスの濃度を均一化することができ、したがって、基板上の成膜雰囲気を均一化することができる。その結果、膜厚、膜質等の面内均一性を向上させることができるので、薄膜のシート抵抗の面内ばらつきを極めて小さくすることができ、さらに、安定性も向上させることができる。

本実施形態のスパッタ装置１によれば、スパッタ成膜室３に、基板の裏面に膜質調整用ガスを導入するための膜質調整用ガス導入管１８が設けられているので、膜厚や膜質の面内均一性に優れ、基板面内における特性のばらつきも極めて小さく、しかも、特性の安定性に優れた化合物薄膜を容易にかつ安価に成膜することができる。

複数のキャリア１３を移動させながら、これらのキャリア１３に保持された基板１２の表面に化合物薄膜を成膜する場合、従来の成膜装置によれば、キャリア１３の部分に付着した薄膜の成分である化合物に吸着される水分量が徐々に増加し、この水分量の増加が成膜時の放出ガス量の経時変化として現れる。それに対し、本実施形態のスパッタ装置１によれば、膜質調整用ガス導入管１８を用いて基板の裏面に導入する膜質調整用ガスの導入量を経時的に変化させることにより、成膜時の放出ガス量の経時変化に対応した膜質調整を行うことができる。その結果、連続成膜における安定な膜質維持を実現することができる。

［第２の実施形態］
図８は、本発明の第２の実施形態に係るインライン式反応性スパッタ装置の模式図である。本実施形態のスパッタ装置３１が第１の実施形態のスパッタ装置１と異なる点は、以下の通りである。すなわち、第１の実施形態のスパッタ装置１では、キャリア１２を往復搬送させる構造とし、スパッタ成膜室３の入口側ゾーン５及び出口側ゾーン７それぞれの両側に真空ポンプ１１が設けられ、スパッタゾーン６内の中央部に膜質調整用ガス導入管１８が設けられている。それに対し、本実施形態のスパッタ装置３１では、キャリア１２を一方向のみに搬送させる構造とし、スパッタ成膜室３２の入口側ゾーン５及び出口側ゾーン７それぞれの一方側に真空ポンプ１１が設けられ、スパッタゾーン３３内の真空ポンプ１１と対向する側の壁面の周縁部近傍に膜質調整用ガス導入管１８が設けられている。

本実施形態のスパッタ装置３１によれば、スパッタゾーン６内の真空ポンプ１１と対向する側の端部近傍に膜質調整用ガス導入管１８が設けられているので、キャリア１２を一方向のみに搬送させる構造とした場合であっても、キャリア１２に保持される基板の表面における成膜雰囲気を調整して均一化することができる。

［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態に係るインライン式反応性スパッタ装置の模式図である。本実施形態のスパッタ装置４１が第２の実施形態のスパッタ装置３１と異なる点は、以下の通りである。すなわち、第２の実施形態のスパッタ装置３１では、入口側ゾーン５及び出口側ゾーン７それぞれの一方側に真空ポンプ１１が設けられ、スパッタゾーン３３内の真空ポンプ１１と対向する側の壁面の端部近傍に膜質調整用ガス導入管１８が設けられている。それに対し、本実施形態のスパッタ装置４１では、スパッタ成膜室４２の入口側ゾーン５及び出口側ゾーン７それぞれの一方側に真空ポンプ１１が設けられ、スパッタゾーン４３内の真空ポンプ１１と対向する側の壁面の中央部に膜質調整用ガス導入管１８が設けられている。

本実施形態のスパッタ装置４１によれば、スパッタゾーン４３内の真空ポンプ１１と対向する側の壁面の中央部に膜質調整用ガス導入管１８を設けられているので、キャリア１２を一方向のみに搬送させる構造とした場合であっても、キャリア１２に保持される基板の表面における成膜雰囲気を調整して均一化することができる。

［第４の実施形態］
図１０は、本発明の第４の実施形態に係るインライン式反応性スパッタ装置の模式図である。本実施形態のスパッタ装置５１が第２の実施形態のスパッタ装置３１と異なる点は、以下の通りである。すなわち、第２の実施形態のスパッタ装置３１では、スパッタ成膜室３２のスパッタゾーンを１つのスパッタゾーン３３により構成し、入口側ゾーン５及び出口側ゾーン７それぞれの一方側に真空ポンプ１１が設けられ、スパッタゾーン３３内の真空ポンプ１１と対向する側の壁面の端部近傍に膜質調整用ガス導入管１８が設けられている。それに対し、本実施形態のスパッタ装置５１では、スパッタ成膜室５２のスパッタゾーンを複数（図１０では２つ）のスパッタゾーン５３、５４により構成し、スパッタゾーン５４の一方側の端部に真空ポンプ１１が設けられ、スパッタゾーン５３、５４内の真空ポンプ１１と対向する側の壁面の中央部に膜質調整用ガス導入管１８がそれぞれ設けられている。

本実施形態のスパッタ装置５１によれば、スパッタゾーン５４の一方側に真空ポンプ１１が設けられ、スパッタゾーン５３、５４内の真空ポンプ１１と対向する側の壁面の中央部に膜質調整用ガス導入管１８をそれぞれ設けられているので、複数のスパッタゾーンを有する構造であっても、キャリア１２に保持される基板の表面における成膜雰囲気を調整して均一化することができる。

本発明によれば、反応性スパッタ法により基板の表面に透明導電薄膜等の化合物薄膜を成膜する場合に、膜質の面内均一性に優れた化合物薄膜を成膜することが可能であり、さらには、成膜を続けた場合においても、キャリアからの放出ガスが無く、成膜される薄膜の膜質が放出ガスの影響を受ける虞もない成膜装置及び成膜方法を提供することができる。

Claims (11)

1. スパッタ成膜室内に保持された基板の表面に、反応性スパッタ法により透明導電膜、誘電体膜、絶縁膜、光学薄膜からなる化合物薄膜を成膜する装置であって、
   前記スパッタ成膜室に、前記基板の表面に成膜される化合物薄膜の膜質を調整する膜質調整用ガスとして反応性スパッタによって成膜中の膜に取り込まれる元素または該元素を含むガスを前記基板の裏面に導入する第１の膜質調整用ガス導入手段と、
   導入した前記膜質調整用ガスを前記基板の周囲に向かって均一に拡散させる分散管と、
   それぞれ前記基板を保持し、該基板の表面に平行な一方向に沿って一列に配置された複数のキャリアと、を備えることを特徴とする成膜装置。
2. 請求項１記載の成膜装置であって、
   前記スパッタ成膜室に前記基板を搬入するための前室、及び前記スパッタ成膜室から前記基板を搬出するための後室のいずれか一方または双方に、前記基板の表面及び裏面に前記膜質調整用ガスを導入する第２の膜質調整用ガス導入手段をさらに備えることを特徴とする成膜装置。
3. 請求項１または２記載の成膜装置であって、
   前記スパッタ成膜室に、
   複数の前記キャリアを連続移動、または静止させた状態で、前記各基板の表面に前記化合物薄膜を成膜する際に、前記各基板の裏面に導入する前記膜質調整用ガスの導入量を、成膜時の該キャリアからの放出ガス量の変化に対応して変化させるガス導入量調整手段をさらに備えることを特徴とする成膜装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項記載の成膜装置であって、
   前記分散管は、前記キャリアの搬送方向に沿って膜質調整用ガスを噴き出すための孔が多数形成された、三重トーナメント管であることを特徴とする成膜装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項記載の成膜装置であって、
   前記前記膜質調整用ガスは、酸素ガスであることを特徴とする成膜装置。
6. 反応性スパッタ法により基板の表面に透明導電膜、誘電体膜、絶縁膜、光学薄膜からなる化合物薄膜を成膜する方法であって、
   前記化合物薄膜を不活性ガス及び反応性ガスの雰囲気下にて成膜する際に、前記基板の裏面に膜質調整用ガスとして反応性スパッタによって成膜中の膜に取り込まれる元素または該元素を含むガスを導入するとともに、導入した該膜質調整用ガスを該基板の周囲に向かって均一に拡散させることを特徴とする成膜方法。
7. 請求項６記載の成膜方法であって、
   前記化合物薄膜を成膜する前または成膜した後、あるいは成膜する前及び成膜した後にて、前記基板の表面及び裏面に前記膜質調整用ガスを導入することを特徴とする成膜方法。
8. 請求項６または７記載の成膜方法であって、
   複数の前記基板を、それら基板の表面に平行な一方向に沿って配置し；
   これら基板を連続移動、または静止させた状態で、これら基板の表面に前記化合物薄膜を成膜する際に、これら基板の裏面に導入する前記膜質調整用ガスの導入量を、成膜時の該キャリアからの放出ガス量の変化に対応して変化させることを特徴とする成膜方法。
9. 請求項６記載の成膜方法であって、
   前記化合物薄膜を成膜する際に、前記基板の裏面に不活性ガスを導入することを特徴とする成膜方法。
10. 請求項９記載の成膜方法であって、
    複数の前記基板を、該基板の表面に平行な一方向に沿って配置し；
    該基板を連続移動、または静止させた状態で、該基板の表面に前記化合物薄膜を成膜する際に、前記不活性ガスの導入量を、成膜時の該キャリアからの放出ガス量の変化に対応して変化させることを特徴とする成膜方法。
11. 請求項６〜１０のいずれか一項記載の成膜方法であって、
    前記前記膜質調整用ガスは、酸素ガスであることを特徴とする成膜方法。

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