JP5319021B2 - 薄膜形成装置及び薄膜形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関するものである。
基板の表面に薄膜を形成する方法として、スパッタ法が一般に知られている。スパッタ法は、成膜技術には欠かせないドライプロセス技術として広く知られている。スパッタ法とは、真空容器内にArガスなどの希ガスを導入し、ターゲットを含むカソードに直流(DC)電力または高周波(RF)電力を供給してグロー放電を発生させ、成膜を行う方法である。
上記スパッタ法には、電気的に接地されたチャンバ内においてターゲット背面にマグネットを配置することによりターゲット表面近傍のプラズマ密度を増加させ、高速に成膜を行えるようにしたマグネトロンスパッタ法がある。このようなスパッタ法は、例えば液晶表示パネル等を構成するガラス基板のように面積が大きい処理基板に対して、所定の薄膜を形成する工程で利用されている。
例えば、特許文献1には、処理対象である基板と平行に複数のターゲットを所定の間隔で配置したマグネトロンスパッタリング装置について、各ターゲットに所定の周波数で交互に極性を変えて交流電圧を印加し、隣り合う一組のターゲット同士の間でアノード電極とカソード電極とを交互に切り替えつつグロー放電を生じさせることにより、プラズマ雰囲気を形成することが開示されている。
一方、特許文献2のスパッタリング装置では、互いに同じ極性の電圧がそれぞれ印加される複数のターゲットを有するマグネトロンスパッタリング装置について、基板をターゲットと平行に移動させることが開示されている。
特開2003−96561号公報 特表WO2008/108185号
上記特許文献1のスパッタリング装置では、隣り合う各ターゲット同士の間に所定の間隔が設けられているので、ターゲットに対向する領域と、ターゲット同士の隙間に対向する領域とでは、スパッタされる薄膜の膜質に差が生じる虞がある。そこで、上記特許文献2のように、基板をターゲットに対して移動させることにより、基板に形成される薄膜の膜質を均一化することが考えられる。
ところが、上記特許文献1に記載されているスパッタリング装置では、基板のターゲットに対向する領域には、当該ターゲットから基板へ垂直に直進してくるスパッタ粒子が成膜されるだけでなく、他のターゲットから基板へ斜め方向に飛翔してくるスパッタ粒子もまた成膜されることとなる。
そうして、基板表面に対する飛翔方向が異なるスパッタ粒子が当該基板に堆積する結果、基板に形成される薄膜の膜質が不均一となり、所望の膜質を有する薄膜を制御性良く形成することが難しいという問題がある。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所望の膜質を有する薄膜を制御性良く形成しようとすることにある。
上記の目的を達成するために、本発明に係る薄膜形成装置は、基板を保持する基板保持部と、上記基板保持部に保持される基板に対向するように配置されたターゲット部とを備えた薄膜形成装置を対象としている。
そして、上記ターゲット部は、上記基板保持部に保持される基板と平行に所定の間隔で配置された複数のターゲットを有し、上記基板保持部は、該基板保持部により保持される基板を上記ターゲット部に対して平行に移動させるように構成され、上記基板保持部に保持される基板の上記ターゲット部側には、当該ターゲット部から飛翔するスパッタ粒子を遮蔽するシールド部が、互いに隣り合う上記ターゲット同士の隙間に対向して配置され、互いに隣り合う上記ターゲット同士の間に設けられ、ターゲットから飛翔するスパッタ粒子を遮蔽する隔壁部を有し、隔壁部は、ターゲットの上記基板保持部側の表面における上記隙間側部分に対向する庇部を有している。
上記薄膜形成装置によれば、基板保持部に保持された基板が、ターゲット部に対して平行に移動した状態で、ターゲット部の基板側にプラズマを生じさせることにより、ターゲットの構成粒子であるスパッタ粒子がターゲット部から基板へ向かって飛翔する。このとき、基板のターゲット部側には、互いに隣り合うターゲット同士の隙間に対向するシールド部が配置されているので、ターゲットから基板に垂直方向に飛翔するスパッタ粒子はそのまま基板に堆積する一方、ターゲットから基板へ斜め方向に飛翔してくるスパッタ粒子はシールド部によって遮蔽されることとなる。すなわち、基板表面に対して斜め方向から飛翔してくるスパッタ粒子の当該基板への堆積を抑制できるため、所望の膜質を有する薄膜を基板に制御性良く形成することが可能になる。
本発明によれば、互いに隣り合うターゲット同士の隙間に対向するシールド部を、基板のターゲット部側に配置することにより、基板表面に対して斜め方向から飛翔してくるスパッタ粒子の当該基板への堆積を抑制できるため、所望の膜質を有する薄膜を、当該基板に制御性良く形成することができる。
図1は、本実施形態1におけるマグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す断面図である。 図2は、本実施形態1におけるターゲット部を示す平面図である。 図3は、本実施形態1におけるシールド部を示す底面図である。 図4は、ターゲット及びマグネットを拡大して示す断面図である。 図5は、本実施形態2におけるマグネトロンスパッタリング装置の一部を拡大して示す断面図である。 図6は、ターゲット及びマグネットを拡大して示す断面図である。 図7は、本実施形態3におけるマグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す断面図である。 図8は、本実施形態3におけるターゲット部及び隔壁部を示す平面図である。 図9は、本実施形態3におけるターゲット及び隔壁部の周辺を拡大して示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
《発明の実施形態1》
図1〜図4は、本発明の実施形態1を示している。
図1は、本実施形態1における薄膜形成装置1の概略構成を示す断面図である。図2は、本実施形態1におけるターゲット部20を示す平面図である。図3は、本実施形態1におけるシールド部を示す底面図である。図4は、ターゲット21及びマグネット41を拡大して示す断面図である。
本実施形態1の薄膜形成装置であるマグネトロンスパッタリング装置1は、図1に示すように、基板10を保持する基板保持部11と、基板保持部11に保持される基板10に対向するように配置されたターゲット部20と、ターゲット部20に対して電力を供給する電源30と、ターゲット部20の基板10と反対側である当該ターゲット部20の背面側に配置されたマグネット部40と、上記基板保持部11、ターゲット部20及びマグネット部40を内部に収容するチャンバ50とを備えている。
チャンバ50は、真空チャンバであって、その側壁が電気的に接地されている。チャンバ50を含む装置本体は、例えばアルミニウム又はステンレス鋼等によって形成されている。チャンバ50には、図示省略の真空ポンプが接続され、当該真空ポンプによってチャンバ50の内部が減圧されるようになっている。また、チャンバ50には、ガス供給部(図示省略)が設けられている。ガス供給部は、真空状態のチャンバ50内にArガス、及び、必要に応じてOガスを導入するように構成されている。
基板10は、例えば液晶表示パネル(不図示)を構成するガラス基板等の基板である。また、基板10の大きさは、例えば、縦が730mmであり横が920mmである。基板保持部11は、その下面において基板10を保持すると共に、当該基板10を成膜の際に加熱するヒータ(図示省略)を有している。また、チャンバ50内には、基板10の下面の外縁部分を覆う基板マスク24が設けられている。基板マスク24は、不要なスパッタ粒子の基板10及びチャンバ50への付着を防止するためのものであり、その中央に矩形状の開口部24aが形成されている。
ターゲット部20は、図1及び図2に示すように、基板保持部11に保持される基板10と平行に所定の間隔で配置された複数のターゲット21を有している。各ターゲット21は、例えば長方形板状に形成され、その長辺同士が隣り合うように、互いに平行に配置されると共に所定の方向(図1及び図2で左右方向)に並んでいる。また、各ターゲット21は、後述のマグネット部40の移動方向に所定の間隔で配置されている。
ターゲット21は、例えば、IGZO(In−Ga−ZnO;アモルファス酸化物半導体)を含む材料によって構成されている。尚、ターゲット21は、他の半導体材料によって構成されていてもよい。各ターゲット21は、例えば200mm×3400mmの長方形板状に形成されている。
また、各ターゲット21は、バッキングプレート26を介してターゲット支持部22により支持されている。バッキングプレート26は、金属材料等の導電性材料からなり、スパッタリングを行っている間に、ターゲット21を冷却するためのものであり、インジウムやスズ等のボンディング材を介してターゲット21が接合されている。
ターゲット支持部22は、絶縁性材料によって形成され、チャンバ50に取付固定されている。ターゲット支持部22には、上記各ターゲット21に対応して複数の開口部22aが形成されている。ターゲット21及びバッキングプレート26は、図1に示すように、各開口部22aに対応して配置されている。
そして、互いに隣り合う一組のターゲット21毎に、1つの交流電源30が接続されている。電源30の駆動電圧(カソード電圧)の周波数は、例えば19kHz〜20kHz程度である。また、駆動電力は、10〜90kW程度である。
マグネット部40は、不図示の駆動機構により、ターゲット部20の背面に沿って往復移動するように構成されている。図1に示すように、マグネット部40は、当該マグネット部40の移動方向(図1で左右方向)に所定の間隔で配置された複数のマグネット41を有している。各マグネット41は、各ターゲット21にそれぞれ対応して設けられ、永久磁石によって構成されている。また、各マグネット41は、例えば100mm×3350mmの長方形板状に形成されている。マグネット41の移動方向の幅は、当該移動方向におけるターゲット21の幅よりも小さい。
各マグネット41は、互いに同期して揺動する。その揺動速度は、例えば10mm/s〜30mm/s程度である。図4に示すように、マグネット41は、当該マグネット41に対応しているターゲット21の両端よりもそれぞれ1cm程度内側の位置を揺動端として、そのターゲット21に沿って揺動するようになっている。
基板保持部11は、この基板保持部11により保持される基板10を、例えばローラ機構等により、上記ターゲット部20に対して平行に移動させるように構成されている。そして、基板保持部11は基板10を、図1に矢印Aで示すように、左右方向に往復移動させるようになっている。
さらに、図1に示すように、基板保持部11に保持される基板10のターゲット部20側には、当該ターゲット部20から飛翔するスパッタ粒子を遮蔽するシールド部28が、互いに隣り合うターゲット21同士の隙間29に対向して配置されている。
図1及び図3に示すように、シールド部28は、例えば100mm×3500mmの長方形板状に形成され、ターゲット21同士の隙間29に対応して複数設けられている。シールド部28は、例えばチタン又はステンレス鋼等によって形成されている。各シールド部28の両端は、基板マスク24に取付固定されている。また、シールド部28のA方向(つまり、複数のターゲット21の配列方向)の幅は、上記隙間29のA方向の幅よりも大きくなっている。例えば、シールド部28は、上記隙間29の全体に重なると共に、ターゲット21の側部に4cm程度の幅で重なっている。
そうして、上記マグネトロンスパッタリング装置1によれば、各電源30から各ターゲット21に所定の周波数で交互に極性を変えて交流電圧を印加し、隣り合う一組のターゲット21同士の間でアノード電極とカソード電極とを交互に切り替えつつグロー放電を生じさせることにより、チャンバ50内にプラズマ雰囲気が形成される。そして、そのプラズマによりArイオンをターゲット21に衝突させることによって、スパッタ粒子をターゲット21から基板10へ向けて飛翔させ、当該基板10の表面に成膜を行うようになっている。
−薄膜形成方法−
次に、上記マグネトロンスパッタリング装置1によって基板10に薄膜を形成する方法について説明する。
上記マグネトロンスパッタリング装置1によって基板10に成膜を行う場合には、まず、チャンバ50内にガラス基板である基板10を搬入し、基板保持部11に保持させる。次に、真空ポンプ(不図示)によってチャンバ50の内部を減圧すると共に、基板保持部11のヒータ(図示省略)によって基板10を加熱する。一方、ターゲット21は、例えば、IGZO(In−Ga−ZnO;アモルファス酸化物半導体)を含む材料からなるものとする。
次に、高真空を維持しつつ、ガス供給部(不図示)によってチャンバ50内にArガス、及び、必要に応じてOガスを導入する。次いで、電源30から所定の交流電圧を印加してターゲット部20に電力を供給すると共に、マグネット部40を揺動させる。マグネット部40の揺動速度は、例えば10mm/s〜30mm/s程度とする。さらに、基板保持部11に保持されている基板10を図1でA方向に往復移動させる。
さらに、マグネット41を、基板10表面に垂直な方向においてシールド部28と重ならない範囲で揺動させることにより、効率良く成膜しつつ、その膜質を高めることが可能となる。
そうして、ターゲット部20とチャンバ50の壁面との間にグロー放電を生じさせることにより、ターゲット部20の基板10側にプラズマが発生する。このプラズマによってプラスイオン化したArがターゲット部20に引きつけられる。そして、Arイオンが各ターゲット21に衝突し、ターゲット21の構成粒子であるスパッタ粒子が弾き飛ばされて基板10側へ飛翔する。
ターゲット21から基板10の表面に対して垂直方向に飛翔したスパッタ粒子は、当該ターゲット21にシールド部28同士の間から臨んでいる基板10の表面に付着し堆積する。一方、ターゲット21から基板10の表面に対して斜め方向に飛翔したスパッタ粒子の一部は、シールド部28に遮蔽されて当該シールド部28に付着する。
こうして、基板10のターゲット部20側に、シールド部28を上記ターゲット21同士の隙間29に対向して配置した状態で、基板10をターゲット部20に対して平行に移動させることにより、基板10にIGZOの薄膜を形成する。
−実施形態1の効果−
したがって、この実施形態1によると、基板10をターゲット部20と平行に往復移動させると共に、互いに隣り合うターゲット21同士の隙間29に対向するシールド部28を、基板10のターゲット部20側に配置するようにしたので、ターゲット21から基板10に垂直方向に飛翔するスパッタ粒子をそのまま基板10に堆積させる一方、ターゲット21から基板10へ斜め方向に飛翔してくるスパッタ粒子をシールド部28によって遮蔽することができる。
すなわち、基板10表面に対して斜め方向から飛翔してくるスパッタ粒子の当該基板10への堆積をシールド部28によって抑制できるため、マグネトロンスパッタリング装置に複雑な機構構成を付加することなく、所望の膜質を有する薄膜を基板10に制御性良く形成することができる。
《発明の実施形態2》
図5は、本発明の実施形態2を示している。
図5は、本実施形態2におけるマグネトロンスパッタリング装置1の一部を拡大して示す断面図である。尚、以降の各実施形態では、図1〜図4と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
本実施形態2では、上記実施形態1で説明したマグネトロンスパッタリング装置1に対して、基板10を保持する基板保持部11の移動態様を改良したものである。
すなわち、図5に示すように、本実施形態2における基板保持部11は、1つのターゲット21に対向する領域と、当該ターゲット21の左右両側における上記各隙間29のそれぞれ少なくとも一部とに対応する幅Dで往復移動するように構成されている。
本実施形態2におけるマグネトロンスパッタリング装置1によって、基板10に薄膜を形成する場合には、上記実施形態1における薄膜形成方法において、基板保持部11が往復移動する幅を、1つのターゲット21に対向する領域と、当該ターゲット21の左右両側における上記各隙間29のそれぞれ少なくとも一部とに対応する幅とする。
したがって、この実施形態2によると、往復移動する基板10が、ターゲット21及びターゲット21間の隙間29(電源30が配置されている隙間29、及び電源30が配置されていない隙間29)の全てに対向することとなるため、当該基板10に形成された薄膜の膜質をより向上させることができる。
《発明の実施形態3》
図6は、本発明の実施形態3を示している。
図6は、ターゲット21及びマグネット41を拡大して示す断面図である。
本実施形態3は、上記実施形態1におけるマグネトロンスパッタリング装置1を用いて薄膜を形成する際に、基板10への成膜開始時にマグネット41の移動を規制するようにしたものである。
すなわち、本実施形態3における薄膜形成方法では、成膜開始時から所定の期間において、図6に示すように、各マグネット41を各ターゲット21の中央位置にそれぞれ固定配置させておく。特に、上記所定の期間は、成膜開始時から、基板保持部11が往復移動方向Aの最も外側位置(つまり、図1で左右方向の揺動端)に最初に移動するまでの期間とする。この所定期間が経過したときに、マグネット41を上記実施形態1と同様に揺動させる。
ここで、基板10への成膜開始時にマグネット部40を移動させると、チャンバ50内に発生するプラズマの状態が不均一となるため、この成膜開始当初に形成された薄膜の膜質が低下し易くなってしまう。これに対し、本実施形態3では、基板10への成膜開始時から所定の期間において、各マグネット41を各ターゲット21の中央位置にそれぞれ固定配置させておくことにより、プラズマ状態が安定してからマグネット41を移動させて成膜できるため、その薄膜の膜質をより高めることができる。尚、このとき、基板10に形成される薄膜は、膜質が互いに異なる2層の膜によって構成される。
《発明の実施形態4》
図7〜図9は、本発明の実施形態4を示している。
図7は、本実施形態3におけるマグネトロンスパッタリング装置1の概略構成を示す断面図である。図8は、本実施形態3におけるターゲット部20及び隔壁部35を示す平面図である。図9は、本実施形態3におけるターゲット21及び隔壁部35の周辺を拡大して示す断面図である。
本実施形態4は、上記実施形態1で説明したマグネトロンスパッタリング装置1において、ターゲット21同士の隙間29に隔壁部35を設けるようにしたものである。
すなわち、図7及び図8に示すように、本実施形態3のマグネトロンスパッタリング装置1は、互いに隣り合うターゲット21同士の間に設けられ、ターゲット21から飛翔するスパッタ粒子を遮蔽する隔壁部35を有している。図9に示すように、隔壁部35は、ターゲット21の基板保持部11側の表面における隙間29側の部分(つまり、ターゲット21の長辺に沿った端の部分)に対向する庇部36を有している。つまり、図9に示すように、隔壁部35は断面T字状又は断面Γ字状に形成されている。
隔壁部35の庇部36とターゲット21とは、例えば0mmよりも大きく且つ5mm以下程度の幅で重なっている。一方、庇部36と、これに対向しているターゲット21表面との間には、5mm程度の隙間が設けられている。
こうして、上記マグネトロンスパッタリング装置1によって基板10に薄膜を形成する場合には、上記隔壁部35を互いに隣り合うターゲット21同士の間に設けた状態で、当該基板10に成膜を行う。
このとき、マグネット41を、基板10表面に垂直な方向において隔壁部35と重ならない範囲で揺動させることにより、効率良く成膜しつつ、その膜質を高めることが可能となる。
したがって、この実施形態4によれば、上記隔壁部35を、互いに隣り合うターゲット21同士の間に設けるようにしたので、基板10側だけでなくターゲット部20側においても、当該ターゲット部20から基板10に対して斜め方向に飛翔するスパッタ粒子を隔壁部35によって遮蔽できる。その結果、斜め方向に飛翔するスパッタ粒子の基板10への到達がより低減されるため、基板10に形成される薄膜の膜質をより高めることができる。
《その他の実施形態》
上記実施形態1では、シールド部28をターゲット21と平行に延びるように配置した例について説明したが、さらに、図3において基板マスク24の開口部24aを取り囲むようにシールド部28を設けるようにしてもよい。また、上記実施形態4では、隔壁部35をターゲット21と平行に延びるように配置した例について説明したが、さらに、図8においてターゲット21の周囲を取り囲むように隔壁部35を設けるようにしてもよい。このようにすれば、基板10に形成した薄膜の膜質をより向上させることが可能となる。
また、上記各実施形態では、マグネット41を基板10の移動方向Aと同じ方向(言い換えれば、ターゲット21の短辺方向)に移動させる例について説明したが、その他にも、マグネット41を基板10の移動方向Aと垂直な方向(言い換えれば、ターゲット21の長辺方向)に移動させてもよく、基板10表面に垂直な方向に移動させるようにしてもよい。
また、本発明は上記実施形態1〜4に限定されるものでなく、本発明には、これらの実施形態1〜4を適宜組み合わせた構成が含まれる。
以上説明したように、本発明は、薄膜形成装置及び薄膜形成方法について有用である。
1 マグネトロンスパッタリング装置
10 基板
11 基板保持部
20 ターゲット部
21 ターゲット
28 シールド部
29 隙間
35 隔壁部
36 庇部
40 マグネット部
41 マグネット

Claims (6)

  1. 基板を保持する基板保持部と、
    上記基板保持部に保持される基板に対向するように配置されたターゲット部とを備えた薄膜形成装置であって、
    上記ターゲット部は、上記基板保持部に保持される基板と平行に所定の間隔で配置された複数のターゲットを有し、
    上記基板保持部は、該基板保持部により保持される基板を上記ターゲット部に対して平行に移動させるように構成され、
    上記基板保持部に保持される基板の上記ターゲット部側には、当該ターゲット部から飛翔するスパッタ粒子を遮蔽するシールド部が、互いに隣り合う上記ターゲット同士の隙間に対向して配置され
    互いに隣り合う上記ターゲット同士の間に設けられ、上記ターゲットから飛翔するスパッタ粒子を遮蔽する隔壁部を有し、
    上記隔壁部は、上記ターゲットの上記基板保持部側の表面における上記隙間側部分に対向する庇部を有している
    ことを特徴とする薄膜形成装置。
  2. 請求項1に記載された薄膜形成装置において、
    上記基板保持部は、1つの上記ターゲットに対向する領域と、当該ターゲットの左右両側における上記各隙間のそれぞれ少なくとも一部とに対応する幅で往復移動するように構成されている
    ことを特徴とする薄膜形成装置。
  3. 請求項1または2に記載された薄膜形成装置において、
    上記ターゲットが、In−Ga−ZnOを含む材料により構成されていることを特徴とする薄膜形成装置。
  4. 基板を保持する基板保持部と、上記基板保持部に保持される基板に対向するように配置されたターゲット部とを備え、上記ターゲット部が、上記基板保持部に保持される基板と平行に所定の間隔で配置された複数のターゲットを有する薄膜形成装置によって、上記基板に薄膜を形成する方法であって、
    上記基板保持部に保持される基板の上記ターゲット部側に、当該ターゲット部から飛翔するスパッタ粒子を遮蔽するシールド部を、互いに隣り合う上記ターゲット同士の隙間に対向して配置した状態で、上記基板保持部により保持される基板を上記ターゲット部に対して平行に移動させて、上記基板に薄膜を形成し、
    上記基板保持部を、1つの上記ターゲットに対向する領域と、当該ターゲットの左右両側における上記各隙間のそれぞれ少なくとも一部とに対応する幅で往復移動させ、
    上記薄膜形成装置が、上記ターゲット部の上記基板と反対側である当該ターゲット部の背面側に配置され、該ターゲット部の背面に沿って往復移動するマグネット部を有し、
    上記マグネット部が、当該マグネット部の移動方向に所定の間隔で配置された複数のマグネットを有し、
    上記基板への成膜開始時から所定の期間において、上記各マグネットを上記各ターゲットの中央位置にそれぞれ固定配置させておく
    ことを特徴とする薄膜形成方法。
  5. 基板を保持する基板保持部と、上記基板保持部に保持される基板に対向するように配置されたターゲット部とを備え、上記ターゲット部が、上記基板保持部に保持される基板と平行に所定の間隔で配置された複数のターゲットを有する薄膜形成装置によって、上記基板に薄膜を形成する方法であって、
    上記基板保持部に保持される基板の上記ターゲット部側に、当該ターゲット部から飛翔するスパッタ粒子を遮蔽するシールド部を、互いに隣り合う上記ターゲット同士の隙間に対向して配置した状態で、上記基板保持部により保持される基板を上記ターゲット部に対して平行に移動させて、上記基板に薄膜を形成し、
    上記ターゲットから飛翔するスパッタ粒子を遮蔽すると共に、上記ターゲットの上記基板保持部側の表面における上記隙間側部分に対向する庇部を有する隔壁部を、互いに隣り合う上記ターゲット同士の間に設けた状態で、上記基板に薄膜を形成する
    ことを特徴とする薄膜形成方法。
  6. 請求項4又は5に記載された薄膜形成方法において、
    上記ターゲットが、In−Ga−ZnOを含む材料により構成されていることを特徴とする薄膜形成方法。
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