JP6234966B2 - Reactive sputtering equipment - Google Patents
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Description
本開示の技術は、大型基板に化合物膜を形成する反応性スパッタ装置に関する。 The technology of the present disclosure relates to a reactive sputtering apparatus that forms a compound film on a large substrate.
液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等のフラットパネルディスプレイは、表示素子を駆動する複数の薄膜トランジスタを備えている。薄膜トランジスタはチャネル層を有し、チャネル層の形成材料は、例えば、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)等の酸化物半導体である。近年では、チャネル層の形成対象である基板が大型化し、大型の基板に成膜するスパッタ装置として、例えば、特許文献1に記載のように、複数のターゲットが1つの方向に沿って並べられたスパッタ装置が用いられている。 A flat panel display such as a liquid crystal display or an organic EL display includes a plurality of thin film transistors that drive display elements. The thin film transistor has a channel layer, and a material for forming the channel layer is an oxide semiconductor such as indium gallium zinc oxide (IGZO). In recent years, a substrate on which a channel layer is to be formed is enlarged, and as a sputtering apparatus for forming a film on a large substrate, for example, as described in Patent Document 1, a plurality of targets are arranged along one direction. A sputtering device is used.
上述のスパッタ装置にて基板と向かい合う領域には、ターゲット表面そのものであるターゲット領域と、2つのターゲット表面に挟まれる領域である非ターゲット領域とが含まれる。ターゲット領域と非ターゲット領域とでは、生成されるプラズマの状態が相互に異なるため、基板においては、ターゲット領域と向かい合う部分と、非ターゲット領域と向かい合う部分とで、到達するスパッタ粒子の状態、例えば、到達するスパッタ粒子の量や、スパッタ粒子に含まれる酸素の量が異なる。結果として、基板に形成されたIGZO膜の面内では、IGZO膜に求められる電気的な特性がばらついてしまう。 The region facing the substrate in the above-described sputtering apparatus includes a target region that is the target surface itself and a non-target region that is a region sandwiched between the two target surfaces. In the target region and the non-target region, the state of the generated plasma is different from each other. Therefore, in the substrate, the state of the sputtered particles that reach the portion facing the target region and the portion facing the non-target region, for example, The amount of sputtered particles reaching and the amount of oxygen contained in the sputtered particles are different. As a result, the electrical characteristics required for the IGZO film vary within the plane of the IGZO film formed on the substrate.
IGZO膜がチャネル層として用いられる場合には、ゲート酸化膜との界面を構成するIGZO膜の状態により、薄膜トランジスタの特性が大きく左右される。そのため、チャネル層であるIGZO膜にて上述のようなばらつきが生じていると、複数の薄膜トランジスタの各々の動作が基板の面内にてばらついてしまう。 When the IGZO film is used as a channel layer, the characteristics of the thin film transistor are greatly affected by the state of the IGZO film that forms the interface with the gate oxide film. Therefore, if the above-described variation occurs in the IGZO film that is the channel layer, the operations of each of the plurality of thin film transistors vary within the plane of the substrate.
なお、こうした膜特性のばらつきは、薄膜の形成材料がIGZOである場合に限らず、基板と対向する領域に並べられた複数のエロージョン領域を用いたスパッタによって、1つの基板に反応性スパッタ法によって酸化膜や窒化膜等の化合物膜が形成される場合にも生じる。
本開示の技術は、化合物膜と化合物膜以外の他の部材との境界にて化合物膜の特性がばらつくことを抑える反応性スパッタ装置を提供することを目的とする。
Such variations in film characteristics are not limited to the case where the material for forming the thin film is IGZO, but by sputtering using a plurality of erosion regions arranged in a region facing the substrate, a reactive sputtering method is applied to one substrate. This also occurs when a compound film such as an oxide film or a nitride film is formed.
An object of the technology of the present disclosure is to provide a reactive sputtering apparatus that suppresses variations in characteristics of a compound film at a boundary between the compound film and other members other than the compound film.
本開示の技術における反応性スパッタ装置の一態様は、成膜対象物に形成すべき化合物膜の形成領域に向けてスパッタ粒子を放出するカソード装置を備える。前記形成領域と対向する空間が対向領域であり、前記カソード装置は、エロージョン領域を前記対向領域で走査する走査部と、前記エロージョン領域が形成され、走査方向における長さが前記対向領域よりも短いターゲットと、を備える。前記エロージョン領域は、前記ターゲットに形成される2つのエロージョン領域のうちの1つであり、前記2つのエロージョン領域は、前記走査部が走査を開始する開始位置にて、第1エロージョン領域と第2エロージョン領域と、を含む。前記第1エロージョン領域は、前記走査部が前記開始位置にあるとき、前記走査方向における前記形成領域の2つの端部のうち前記スパッタ粒子が先に到達する前記形成領域の第1端部に近い領域であり、前記第2エロージョン領域は、前記形成領域の前記第1端部から遠い領域である。前記カソード装置は、前記開始位置にて、前記走査方向における前記ターゲットの第1部と前記形成領域の前記第1端部との間に配置される第1遮蔽部と、前記開始位置にて、前記走査方向における前記ターゲットの第2部よりも前記形成領域から離れた位置に配置される第2遮蔽部と、前記ターゲットの表面に前記第1エロージョン領域と前記第2エロージョン領域とを形成する磁気回路と、前記走査方向にて前記磁気回路を走査することによって、前記ターゲットの前記表面のなかにおいて、前記走査方向にて前記第1エロージョン領域と前記第2エロージョン領域とを走査する磁気回路走査部と、を備える。前記ターゲットの前記第1部は、前記走査部が前記開始位置にあるとき、前記走査方向にて前記形成領域の前記第1端部に最も近い前記ターゲットの前記表面における1点であり、前記ターゲットの前記第2部は、前記走査部が前記開始位置にあるとき、前記走査方向にて前記形成領域から最も遠い前記ターゲットの前記表面における1点である。前記磁気回路と前記第1遮蔽部との間の距離、および、前記磁気回路と前記第2遮蔽部との間の距離の各々が、前記磁気回路の走査によって変わり、前記磁気回路走査部が、前前記走査方向に沿って前記磁気回路を走査する範囲において、前記第1遮蔽部は、前記第1エロージョン領域から前記ターゲットが向かう方向に放出される前記スパッタ粒子のうち、前記形成領域への入射角度が30°以下であるスパッタ粒子を前記形成領域に到達させない。前記第2遮蔽部は、前記ターゲットの前記第1エロージョン領域から前記ターゲットが向かう方向とは反対の方向に放出される前記スパッタ粒子のうち、前記形成領域への入射角度が9°以下であるスパッタ粒子を前記形成領域に到達させない。 One aspect of the reactive sputtering apparatus according to the technology of the present disclosure includes a cathode device that emits sputtered particles toward a formation region of a compound film to be formed on a film formation target. A space facing the formation region is a facing region, and the cathode device includes a scanning unit that scans an erosion region in the facing region, and the erosion region is formed, and the length in the scanning direction is shorter than the facing region. And a target. The erosion region is one of two erosion regions formed on the target, and the two erosion regions are the first erosion region and the second erosion region at a start position where the scanning unit starts scanning. Erosion area. The first erosion region is close to the first end of the formation region where the sputtered particles first reach out of the two ends of the formation region in the scanning direction when the scanning unit is at the start position. And the second erosion region is a region far from the first end of the formation region. The cathode device includes, at the start position, a first shielding part disposed between the first part of the target in the scanning direction and the first end of the formation region; and at the start position, A second shielding portion disposed at a position farther from the formation region than the second portion of the target in the scanning direction; and a magnetism for forming the first erosion region and the second erosion region on a surface of the target. And a magnetic circuit scanning unit that scans the first erosion region and the second erosion region in the scanning direction in the surface of the target by scanning the magnetic circuit in the scanning direction. And comprising. The first part of the target, when the scanning unit is in the starting position, Ri 1 point der in the surface closest the target to the first end of the forming region in the scanning direction, wherein The second part of the target is one point on the surface of the target farthest from the formation region in the scanning direction when the scanning part is at the start position . Each of the distance between the magnetic circuit and the first shielding part and the distance between the magnetic circuit and the second shielding part is changed by scanning of the magnetic circuit, and the magnetic circuit scanning part is In a range in which the magnetic circuit is scanned along the scanning direction, the first shielding portion is incident on the formation region among the sputtered particles emitted in the direction from the first erosion region toward the target. Sputtered particles having an angle of 30 ° or less are not allowed to reach the formation region. Of the sputtered particles emitted in a direction opposite to the direction of the target from the first erosion region of the target, the second shielding portion has a incidence angle of 9 ° or less to the formation region. The particles are not allowed to reach the formation region.
第1エロージョン領域から放出されるスパッタ粒子のうち、ターゲットの向かう方向に放出される複数のスパッタ粒子は、第1エロージョン領域と隣り合う第2エロージョン領域に向けて飛行しない。そのため、第2エロージョン領域に向けて飛行する複数のスパッタ粒子と比べて、飛行経路が、プラズマ密度の高い領域を通らない。それゆえに、スパッタ粒子がプラズマに含まれる活性種と反応する確率が小さくなり、形成領域に形成された化合物膜にて単位厚さや単位面積あたりの反応ガスに含まれる原子の密度が小さくなる。結果として、化合物膜の単位厚さや単位面積あたりの組成にばらつきが生じる。 Among the sputtered particles emitted from the first erosion region, a plurality of sputtered particles emitted in the direction toward the target do not fly toward the second erosion region adjacent to the first erosion region. Therefore, as compared with the plurality of sputtered particles that fly toward the second erosion region, the flight path does not pass through the region where the plasma density is high. Therefore, the probability that the sputtered particles react with the active species contained in the plasma is reduced, and the density of atoms contained in the reaction gas per unit thickness and unit area in the compound film formed in the formation region is reduced. As a result, variations occur in the composition per unit thickness and unit area of the compound film.
一方、スパッタ粒子の入射角度が小さいほど、スパッタ粒子が形成領域に到達するまでのスパッタ粒子の飛行距離が大きくなるため、スパッタ粒子が、プラズマ密度の高い領域を超えた空間にて、スパッタガス等の活性種以外の粒子と衝突する回数が多くなる。これにより、化合物膜を構成するスパッタ粒子のエネルギーにばらつきが生じるため、形成された化合物膜にて膜密度にばらつきが生じる。結果として、入射角度の小さいスパッタ粒子が化合物膜に含まれるほど、化合物膜の膜特性にばらつきが生じる。 On the other hand, the smaller the incident angle of the sputtered particles, the greater the flight distance of the sputtered particles until the sputtered particles reach the formation region. Therefore, the sputtered particles are in a space beyond the high plasma density region. The number of collisions with particles other than the active species increases. Thereby, since the energy of the sputtered particles constituting the compound film varies, the formed compound film varies in film density. As a result, as the sputtered particles having a smaller incident angle are included in the compound film, the film characteristics of the compound film vary.
この点で、本開示の技術における反応性スパッタ装置の一態様によれば、第1遮蔽部は、入射角度が30°以下であるスパッタ粒子を形成領域に到達させないため、化合物膜の単位厚さや単位面積での膜特性のばらつきが抑えられる。 In this regard, according to one aspect of the reactive sputtering apparatus in the technology of the present disclosure, the first shielding unit does not allow sputtered particles having an incident angle of 30 ° or less to reach the formation region. Variations in film characteristics per unit area can be suppressed.
また、化合物膜の形成初期の分子層にて、膜の組成がばらつくことも抑えられ、結果として、化合物膜と化合物膜以外の他の膜との境界にて化合物膜の特性がばらつくことが抑えられる。 In addition, the molecular composition at the initial stage of the formation of the compound film can also prevent the composition of the film from varying, and as a result, the characteristics of the compound film can be prevented from varying at the boundary between the compound film and another film other than the compound film. It is done.
本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様において、前記第2遮蔽部は、前記第2エロージョン領域から前記ターゲットが向かう方向とは反対側に向けて放出されるスパッタ粒子のうち、前記形成領域への入射角度が30°以下であるスパッタ粒子を前記形成領域に到達させない。 In another embodiment of reactive sputtering apparatus in the art of the present disclosure, the second shielding portion, of the sputtering particles emitted toward the side opposite to the direction toward said target from said second erosion region, the formation Sputtered particles having an incident angle on the region of 30 ° or less are prevented from reaching the formation region.
本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様によれば、第1エロージョン領域から放出されて最初に形成領域に到達するスパッタ粒子に続いて形成領域に到達するスパッタ粒子も、入射角度が30°よりも大きいスパッタ粒子に限られる。結果として、化合物膜が、入射角度の制限されたスパッタ粒子によって形成されるため、化合物膜の厚さ方向の全体で、単位厚さや単位面積での組成や膜密度のばらつきが抑えられる。結果として、膜特性のばらつきが抑えられる。 According to another aspect of the reactive sputtering apparatus in the technology of the present disclosure, the incident angle of the sputtered particles that are emitted from the first erosion region and first reach the formation region and then reach the formation region are also 30 °. Limited to sputtered particles larger than °. As a result, since the compound film is formed by sputtered particles with a limited incident angle, variations in composition and film density in unit thickness and unit area can be suppressed in the entire thickness direction of the compound film. As a result, variations in film characteristics can be suppressed.
本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様は、前記ターゲットが、前記走査方向に沿って並ぶ2つのターゲットのうちの1つであり、前記2つのターゲットは、前記開始位置にて前記形成領域に近い第1ターゲットと、前記第1ターゲットよりも前記形成領域から遠い第2ターゲットと、を含む。前記第2遮蔽部は、前記第2ターゲットの前記第2部よりも前記形成領域から離れた位置に配置される。 In another aspect of the reactive sputtering apparatus according to the technology of the present disclosure, the target is one of two targets arranged along the scanning direction, and the two targets are formed at the start position. A first target close to the region, and a second target farther from the formation region than the first target. The second shielding part is arranged at a position farther from the formation region than the second part of the second target.
第1エロージョン領域から放出されるスパッタ粒子のうち、ターゲットの向かう方向とは反対の方向に放出される複数のスパッタ粒子は、第1ターゲットの第2エロージョン領域、および、第2ターゲットの各エロージョン領域に向けて飛行する。そのため、第1エロージョン領域から放出された複数のスパッタ粒子の飛行経路は、基板に到達するまでにプラズマ密度の高い領域、すなわち、他のエロージョン領域からスパッタ粒子の飛行する空間に延びる垂直磁場が0である領域を通る。 Among the sputtered particles emitted from the first erosion region, the plurality of sputtered particles emitted in the direction opposite to the direction of the target are the second erosion region of the first target and each erosion region of the second target. Fly towards Therefore, the flight path of the plurality of sputtered particles emitted from the first erosion region has a zero vertical magnetic field extending from the other erosion region to the space where the sputtered particles fly before reaching the substrate. It passes through an area that is
しかしながら、入射角度が9°以下であるスパッタ粒子では、入射角度がより大きいスパッタ粒子と比べて、プラズマ密度の高い領域を超えてから形成領域までの飛行経路が長くなるため、プラズマ密度の高い領域を超えた空間にて、スパッタ粒子が、スパッガス等の活性種以外の粒子との衝突する回数が大きくなる。そのため、スパッタ粒子の有するエネルギーが小さくなり、化合物膜の膜密度が小さくなる。結果として、化合物膜の膜密度が理論密度から離れるため、化合物膜の膜特性が低くなる。 However, in the case of sputtered particles having an incident angle of 9 ° or less, the flight path from the region where the plasma density is exceeded to the formation region becomes longer compared to the sputtered particles having a larger incident angle. The number of times the sputtered particles collide with particles other than active species such as spudge gas increases in a space exceeding. For this reason, the energy of the sputtered particles is reduced, and the film density of the compound film is reduced. As a result, since the film density of the compound film deviates from the theoretical density, the film characteristics of the compound film are lowered.
この点で、本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様によれば、第2遮蔽部が、上述の入射角度が9°以下であるスパッタ粒子を形成領域に到達させないため、化合物膜の膜密度が小さくなることが抑えられる。 In this regard, according to another aspect of the reactive sputtering apparatus in the technology of the present disclosure, the second shielding unit does not allow the above-described sputtered particles having an incident angle of 9 ° or less to reach the formation region. A reduction in film density is suppressed.
本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様において、前記ターゲットは平板状を有し、前記ターゲットの前記第1部は、前記走査方向における前記ターゲットの一方の端部である第1端部に位置し、前記ターゲットの前記第2部は、前記走査方向における前記ターゲットの他方の端部である第2端部に位置し、前記磁気回路走査部は、前記開始位置にて、前記磁気回路を前記ターゲットの前記第1端部と前記走査方向にて重なる位置に配置する。 In another aspect of the reactive sputtering apparatus according to the technique of the present disclosure, the target has a flat plate shape, and the first part of the target is a first end part that is one end part of the target in the scanning direction. The second part of the target is located at a second end which is the other end of the target in the scanning direction, and the magnetic circuit scanning part is located at the start position at the magnetic circuit. Is arranged at a position overlapping the first end of the target in the scanning direction.
本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様によれば、磁気回路が第1端部と第2端部との間の他の位置に配置される場合と比べて、磁気回路の形成するエロージョン領域と、形成領域の第1端部との距離が最も小さくなる。そのため、形成領域の第1端部の近傍には、磁気回路が他の位置に配置される場合と比べて、入射角度がより大きいスパッタ粒子が到達する。結果として、化合物膜における組成や膜密度のばらつきがより抑えられる。 According to another aspect of the reactive sputtering apparatus in the technology of the present disclosure, the magnetic circuit is formed as compared with the case where the magnetic circuit is disposed at another position between the first end and the second end. The distance between the erosion region and the first end of the formation region is the smallest. Therefore, sputtered particles having a larger incident angle reach the vicinity of the first end of the formation region as compared with the case where the magnetic circuit is disposed at another position. As a result, variations in composition and film density in the compound film are further suppressed.
本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様は、前記走査部が、前記ターゲットに前記対向領域を1回通過させるとき、前記磁気回路走査部が、前記磁気回路を前記ターゲットの前記第1端部から前記第2端部に向けて1回走査する。 In another aspect of the reactive sputtering apparatus according to the technology of the present disclosure, when the scanning unit passes the facing region once through the target, the magnetic circuit scanning unit causes the magnetic circuit to pass through the first of the target. Scan once from the end toward the second end.
ターゲットが対向領域を1回通過して化合物膜を形成するとき、磁気回路が第1端部と第2端部との間を複数回行き来すると、ターゲットの走査方向に対する磁気回路の走査方向が変わるたびに、ターゲットに対する磁気回路の相対速度が変わる。磁気回路の相対速度が変わると、ターゲットの表面に形成されるプラズマの状態も変わるため、形成領域に向けて放出されるスパッタ粒子の数も変わる。結果として、ターゲットの走査方向において、化合物膜の厚さにばらつきが生じる。 When the target passes through the opposing region once to form the compound film, the magnetic circuit scan direction changes with respect to the target scan direction if the magnetic circuit moves between the first end and the second end a plurality of times. Each time, the relative speed of the magnetic circuit with respect to the target changes. When the relative speed of the magnetic circuit changes, the state of the plasma formed on the surface of the target also changes, so the number of sputtered particles emitted toward the formation region also changes. As a result, the thickness of the compound film varies in the target scanning direction.
この点で、本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様によれば、ターゲットに対する磁気回路の相対速度が変わらないため、ターゲットの走査方向において、化合物
膜の厚さにばらつきが生じることが抑えられる。
本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様は、前記カソード装置が、前記走査方向にて前記2つのターゲットの間に配置される第3遮蔽部を備える。
In this respect, according to another aspect of the reactive sputtering apparatus in the technology of the present disclosure, the relative speed of the magnetic circuit with respect to the target does not change, and thus the thickness of the compound film may vary in the scanning direction of the target. It can be suppressed.
In another aspect of the reactive sputtering apparatus according to the technique of the present disclosure, the cathode device includes a third shielding unit that is disposed between the two targets in the scanning direction.
本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様によれば、各ターゲットのエロージョン領域から放出されるスパッタ粒子のうち、形成領域に到達するスパッタ粒子の飛行経路の最大値が小さくなる。そのため、スパッタ粒子とプラズマ中の他の粒子との衝突する回数の最大値も小さくなる。それゆえに、スパッタ粒子の有するエネルギーの最小値が大きくなり、化合物膜の膜密度が小さくなることが抑えられる。 According to another aspect of the reactive sputtering apparatus in the technology of the present disclosure, the maximum value of the flight path of the sputtered particles that reach the formation region among the sputtered particles emitted from the erosion region of each target is reduced. Therefore, the maximum value of the number of collisions between the sputtered particles and other particles in the plasma is also reduced. Therefore, the minimum value of the energy possessed by the sputtered particles is increased and the film density of the compound film can be suppressed from decreasing.
本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様は、前記カソード装置が、2つのカソード装置のうちの1つであり、前記2つのカソード装置では、各カソード装置の有する前記ターゲットの形成材料における主たる成分が相互に異なる。前記2つのカソード装置のうち一方のカソード装置を走査部が走査するとき、他方のカソード装置を走査部が走査しない。 In another aspect of the reactive sputtering apparatus according to the technology of the present disclosure, the cathode device is one of two cathode devices, and in the two cathode devices, in the target forming material of each cathode device Main components are different from each other. When the scanning unit scans one of the two cathode devices, the scanning unit does not scan the other cathode device.
本開示の技術における反応性スパッタ装置の他の態様によれば、2つの化合物膜から構成される積層膜において、各化合物膜における他の膜との境界の組成がばらつくことが抑えられる。 According to another aspect of the reactive sputtering apparatus in the technology of the present disclosure, in the laminated film composed of two compound films, the composition of the boundary between each compound film and another film can be suppressed.
[第1実施形態]
図1から図6を参照してスパッタ装置の第1実施形態を説明する。以下では、スパッタ装置の全体構成、スパッタチャンバの構成、カソードユニットの構成、および、スパッタチャンバの作用を順に説明する。なお、以下では、基板に形成される化合物膜がインジウムガリウム亜鉛酸化物膜(IGZO膜)である場合を、スパッタ装置の一例として説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of the sputtering apparatus will be described with reference to FIGS. Below, the whole structure of a sputtering device, the structure of a sputtering chamber, the structure of a cathode unit, and the effect | action of a sputtering chamber are demonstrated in order. Hereinafter, the case where the compound film formed on the substrate is an indium gallium zinc oxide film (IGZO film) will be described as an example of the sputtering apparatus.
[スパッタ装置の全体構成]
図1を参照してスパッタ装置の全体構成を説明する。
図1に示されるように、スパッタ装置10では、搬出入チャンバ11、前処理チャンバ12、および、スパッタチャンバ13が、1つの方向である搬送方向に沿って配列されている。3つのチャンバの各々は、相互に隣り合う他のチャンバとゲートバルブ14によって連結されている。3つのチャンバの各々には、チャンバ内を排気する排気部15が連結され、3つのチャンバの各々は、排気部15の駆動によって個別に減圧される。3つのチャンバの各々の底面には、搬送方向に沿って延びる相互に平行な2つのレーンである成膜レーン16と回収レーン17とが敷かれている。
[Overall configuration of sputtering equipment]
The overall configuration of the sputtering apparatus will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, in the sputtering apparatus 10, a carry-in / out chamber 11, a pretreatment chamber 12, and a sputtering chamber 13 are arranged along a transfer direction which is one direction. Each of the three chambers is connected to another chamber adjacent to each other by a gate valve 14. Each of the three chambers is connected to an exhaust unit 15 that exhausts the inside of the chamber, and each of the three chambers is individually decompressed by driving the exhaust unit 15. On the bottom surface of each of the three chambers, a film formation lane 16 and a recovery lane 17 that are two lanes extending in parallel with each other in the transport direction are laid.
成膜レーン16と回収レーン17とは、例えば、搬送方向に沿って延びるレールと、搬送方向に沿って配置された複数のローラーと、複数のローラーの各々を自転させる複数のモーター等から構成される。成膜レーン16は、スパッタ装置10の内部に搬入されたトレイTを搬出入チャンバ11からスパッタチャンバ13に向けて搬送し、回収レーン17は、スパッタチャンバ13の内部に搬入されたトレイTをスパッタチャンバ13から搬出入チャンバ11に向けて搬送する。 The film formation lane 16 and the recovery lane 17 are composed of, for example, a rail extending along the transport direction, a plurality of rollers arranged along the transport direction, and a plurality of motors that rotate each of the plurality of rollers. The The film formation lane 16 conveys the tray T carried into the sputtering apparatus 10 from the carry-in / out chamber 11 toward the sputtering chamber 13, and the recovery lane 17 sputters the tray T carried into the sputtering chamber 13. Transport from the chamber 13 toward the loading / unloading chamber 11.
トレイTには、紙面の手前に向かって延びる矩形状をなす基板Sが立てられた状態で固定されている。基板Sの幅は、例えば、搬送方向に沿って2200mmであり、紙面の手前に向かって2500mmである。 On the tray T, a rectangular substrate S extending toward the front of the paper surface is fixed in a standing state. The width of the substrate S is, for example, 2200 mm along the transport direction and 2500 mm toward the front of the page.
搬出入チャンバ11は、スパッタ装置10の外部から搬入される成膜前の基板Sを前処理チャンバ12へ搬送し、前処理チャンバ12から搬入される成膜後の基板Sをスパッタ装置10の外部に搬出する。成膜前の基板Sが外部から搬出入チャンバ11へ搬入されるとき、また、成膜後の基板Sが搬出入チャンバ11から外部へ搬出されるとき、搬出入チャンバ11は内部を大気圧まで昇圧する。成膜前の基板Sが搬出入チャンバ11から前処理チャンバ12へ搬入されるとき、また、成膜後の基板Sが前処理チャンバ12から搬出入チャンバ11へ搬出されるとき、搬出入チャンバ11は前処理チャンバ12の内部と同じ程度にまで内部を減圧する。 The carry-in / out chamber 11 conveys the substrate S before film formation, which is carried in from the outside of the sputtering apparatus 10, to the pretreatment chamber 12, and transfers the substrate S after film formation, which is carried in from the pretreatment chamber 12, to the outside of the sputtering apparatus 10. Carry out to. When the substrate S before film formation is carried into the carry-in / out chamber 11 from the outside, or when the substrate S after film formation is carried out from the carry-in / out chamber 11 to the outside, the carry-in / out chamber 11 is brought to atmospheric pressure. Boost the pressure. When the substrate S before film formation is carried into the pretreatment chamber 12 from the carry-in / out chamber 11, and when the substrate S after film formation is carried out from the pretreatment chamber 12 to the carry-in / out chamber 11, the carry-in / out chamber 11 Decompresses the interior to the same extent as the interior of the pretreatment chamber 12.
前処理チャンバ12は、搬出入チャンバ11から前処理チャンバ12へ搬入された成膜前の基板Sに、成膜に必要とされる処理として、例えば、加熱処理や洗浄処理等を行う。前処理チャンバ12は、搬出入チャンバ11から前処理チャンバ12へ搬出された基板Sをスパッタチャンバ13へ搬入する。また、前処理チャンバ12は、スパッタチャンバ13から前処理チャンバ12へ搬出された基板Sを搬出入チャンバ11へ搬出する。 The pretreatment chamber 12 performs, for example, a heat treatment or a cleaning treatment on the substrate S before film formation carried into the pretreatment chamber 12 from the carry-in / out chamber 11 as a treatment required for film formation. The pretreatment chamber 12 carries the substrate S carried out from the carry-in / out chamber 11 to the pretreatment chamber 12 into the sputtering chamber 13. The pretreatment chamber 12 carries the substrate S carried out from the sputtering chamber 13 to the pretreatment chamber 12 to the carry-in / out chamber 11.
スパッタチャンバ13は、基板Sに向けてスパッタ粒子を放出するカソード装置18、および、成膜レーン16と回収レーン17との間に配置されたレーン変更部19を備えている。スパッタチャンバ13は、前処理チャンバ12からスパッタチャンバ13へ搬入された成膜前の基板Sに対し、カソード装置18を用いてIGZO膜を形成する。スパッタチャンバ13は、レーン変更部19を用いて成膜後のトレイTを成膜レーン16から回収レーン17へ移動させる。 The sputter chamber 13 includes a cathode device 18 that emits sputtered particles toward the substrate S, and a lane changing unit 19 that is disposed between the film formation lane 16 and the recovery lane 17. The sputtering chamber 13 forms an IGZO film on the substrate S before film formation carried into the sputtering chamber 13 from the pretreatment chamber 12 using the cathode device 18. The sputtering chamber 13 moves the tray T after film formation from the film formation lane 16 to the recovery lane 17 using the lane changing unit 19.
[スパッタチャンバの構成]
図2を参照してスパッタチャンバの構成をより詳しく説明する。
図2に示されるように、スパッタチャンバ13の成膜レーン16は、前処理チャンバ12からスパッタチャンバ13へ搬入された基板Sを搬送方向に沿って搬送し、基板Sへの薄膜の形成が開始されてから終了されるまでの間は、成膜レーン16の途中でトレイTの位置を固定する。トレイTの位置がトレイTを支持する支持部材によって固定されるとき、基板Sにおける搬送方向の縁の位置も固定される。
[Configuration of sputter chamber]
The configuration of the sputtering chamber will be described in more detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the film formation lane 16 of the sputter chamber 13 transports the substrate S carried into the sputter chamber 13 from the pretreatment chamber 12 along the transport direction, and starts forming a thin film on the substrate S. The position of the tray T is fixed in the middle of the film formation lane 16 until it is completed. When the position of the tray T is fixed by the support member that supports the tray T, the position of the edge of the substrate S in the transport direction is also fixed.
スパッタチャンバ13のガス供給部21は、トレイTとカソード装置18との間の隙間に、スパッタに用いられるガスを供給する。ガス供給部21から供給されるガスには、アルゴンガス等のスパッタガスと酸素ガス等の反応ガスとが含まれる。 The gas supply unit 21 of the sputtering chamber 13 supplies a gas used for sputtering into the gap between the tray T and the cathode device 18. The gas supplied from the gas supply unit 21 includes a sputtering gas such as argon gas and a reaction gas such as oxygen gas.
カソード装置18は、1つのカソードユニット22を有し、カソードユニット22は、基板Sの表面Saと対向する平面に沿って配置されている。カソードユニット22では、ターゲット23、バッキングプレート24、および、磁気回路25が、基板Sに近い側からこの順に配置されている。 The cathode device 18 has one cathode unit 22, and the cathode unit 22 is arranged along a plane facing the surface Sa of the substrate S. In the cathode unit 22, the target 23, the backing plate 24, and the magnetic circuit 25 are arranged in this order from the side close to the substrate S.
ターゲット23は、基板Sと対向する平面に沿った平板状に形成され、紙面と直交する方向である高さ方向において基板Sよりも長い幅を有し、また、搬送方向において基板Sよりも小さい幅、例えば5分の1程度の幅を有する。ターゲット23の形成材料では主たる成分がIGZOであり、例えば、ターゲット23の形成材料のうちの95質量%がIGZOであり、好ましくは99質量%以上がIGZOである。 The target 23 is formed in a flat plate shape along a plane facing the substrate S, has a width longer than that of the substrate S in the height direction which is a direction orthogonal to the paper surface, and is smaller than the substrate S in the transport direction. It has a width, for example, about one fifth. In the forming material of the target 23, the main component is IGZO. For example, 95% by mass of the forming material of the target 23 is IGZO, and preferably 99% by mass or more is IGZO.
バッキングプレート24は、基板Sと対向する平面に沿った平板状に形成され、ターゲット23にて基板Sと向かい合わない面に接合されている。バッキングプレート24には、直流電源26Dが接続している。直流電源26Dから供給される直流電力は、バッキングプレート24を通じてターゲット23に供給される。 The backing plate 24 is formed in a flat plate shape along a plane facing the substrate S, and is bonded to a surface that does not face the substrate S at the target 23. A DC power source 26D is connected to the backing plate 24. The DC power supplied from the DC power supply 26 </ b> D is supplied to the target 23 through the backing plate 24.
磁気回路25は、相互に異なる磁極を有した複数の磁性体によって構成され、ターゲット23の表面23aであって、基板Sと向かい合うターゲット23の側面にマグネトロン磁場を形成する。ターゲット23の表面23aに対する法線に沿った方向が法線方向であるとき、ターゲット23の表面23aと基板Sの表面Saとの間の隙間で生成されるプラズマの密度は、磁気回路25が形成するマグネトロン磁場のうち法線方向に沿った磁場成分が0(B⊥0)である部分において最も高くなる。以下では、磁気回路25の形成するマグネトロン磁場のうち、法線方向に沿った磁場成分が0である領域がプラズマ密度の高い領域である。 The magnetic circuit 25 is composed of a plurality of magnetic bodies having different magnetic poles, and forms a magnetron magnetic field on the surface 23 a of the target 23 and on the side surface of the target 23 facing the substrate S. When the direction along the normal to the surface 23a of the target 23 is the normal direction, the density of the plasma generated in the gap between the surface 23a of the target 23 and the surface Sa of the substrate S is formed by the magnetic circuit 25. It becomes the highest in the part where the magnetic field component along the normal direction is 0 (B⊥0) in the magnetron magnetic field. In the following, among the magnetron magnetic fields formed by the magnetic circuit 25, the region where the magnetic field component along the normal direction is zero is a region having a high plasma density.
カソード装置18は、カソードユニット22を1つの方向である走査方向に沿って移動させる走査部27を備える。走査方向は、搬送方向と平行な方向である。走査部27は、例えば、走査方向に沿って延びるレールと、カソードユニット22における高さ方向の2つの端部の各々に取り付けられたローラーと、ローラーの各々を自転させる複数のモーター等から構成される。走査部27のレールは、走査方向において基板Sよりも長い幅を有する。なお、走査部27は、走査方向に沿ってカソードユニット22を移動させることが可能であれば、他の構成として具体化されてもよい。 The cathode device 18 includes a scanning unit 27 that moves the cathode unit 22 along one scanning direction. The scanning direction is a direction parallel to the transport direction. The scanning unit 27 includes, for example, a rail extending along the scanning direction, a roller attached to each of two end portions of the cathode unit 22 in the height direction, and a plurality of motors that rotate each of the rollers. The The rail of the scanning unit 27 has a width longer than that of the substrate S in the scanning direction. The scanning unit 27 may be embodied as another configuration as long as the cathode unit 22 can be moved along the scanning direction.
走査部27は、カソードユニット22を走査方向に沿って移動させることによって、IGZO膜の形成領域R1と対向する空間である対向領域R2でカソードユニット22を走査する。成膜対象物の一例である基板Sにおける表面Saの全体が、IGZO膜の形成領域R1の一例である。走査部27は、カソード装置18がスパッタ粒子を放出してIGZ
O膜の形成を開始するとき、例えば、走査部27における走査方向の一端部である開始位置Stから、走査方向の他端部である終了位置Enに向けて走査方向に沿ってカソードユニット22を移動させる。これにより、走査部27は、カソードユニット22のターゲット23を形成領域R1と対向する対向領域R2で走査する。
The scanning unit 27 scans the cathode unit 22 in the facing region R2 which is a space facing the IGZO film forming region R1 by moving the cathode unit 22 along the scanning direction. The entire surface Sa of the substrate S, which is an example of a film formation target, is an example of an IGZO film formation region R1. In the scanning unit 27, the cathode device 18 emits sputtered particles, and the IGZ
When starting the formation of the O film, for example, the cathode unit 22 is moved along the scanning direction from the start position St that is one end in the scanning direction in the scanning unit 27 toward the end position En that is the other end in the scanning direction. Move. Thereby, the scanning unit 27 scans the target 23 of the cathode unit 22 in the facing region R2 facing the forming region R1.
形成領域R1と対向領域R2とが対向する方向が対向方向である。対向方向にて、基板Sの表面Saと、ターゲット23の表面23aとの間の距離は、300mm以下であり、例えば、150mmである。 The direction in which the formation region R1 and the facing region R2 face each other is the facing direction. In the facing direction, the distance between the surface Sa of the substrate S and the surface 23a of the target 23 is 300 mm or less, for example, 150 mm.
カソードユニット22が開始位置Stに配置されるとき、走査方向での形成領域R1の2つの端部のうち、スパッタ粒子が先に到達する第1端部Re1と、走査方向にて第1端部Re1に近いターゲット23の第1端部23e1との間の走査方向に沿った距離D1が、150mm以上である。カソードユニット22が終了位置Enに位置するとき、走査方向での形成領域R1の2つの端部のうち、スパッタ粒子が後に到達する第2端部Re2と、走査方向にて、第2端部Re2に近いターゲット23の第2端部23e2との間の走査方向に沿った距離D1が、150mm以上である。 When the cathode unit 22 is disposed at the start position St, of the two ends of the formation region R1 in the scanning direction, the first end Re1 where the sputtered particles first reach and the first end in the scanning direction The distance D1 along the scanning direction between the first end 23e1 of the target 23 close to Re1 is 150 mm or more. When the cathode unit 22 is located at the end position En, of the two ends of the formation region R1 in the scanning direction, the second end Re2 where the sputtered particles reach later and the second end Re2 in the scanning direction. The distance D1 along the scanning direction between the second end 23e2 of the target 23 close to the distance is 150 mm or more.
なお、形成領域R1にIGZO膜が形成されるとき、走査部27は、カソードユニット22を開始位置Stから終了位置Enに向けて走査方向に沿って1回走査してもよい。あるいは、走査部27は、カソードユニット22を開始位置Stから終了位置Enに向けて走査方向に沿って走査した後、終了位置Enから開始位置Stに向けて走査方向に沿って走査してもよい。これにより、走査部27は、カソードユニット22を走査方向に沿って2回走査する。走査部27は、カソードユニット22を走査方向に沿って開始位置Stと終了位置Enとに交互に移動させることによって、カソードユニット22を開始位置Stと終了位置Enとの間で複数回走査してもよい。走査部27がカソードユニット22を走査する回数は、IGZO膜の厚さに合わせて変更され、カソードユニット22の走査回数以外の条件が同じであれば、IGZO膜の厚さが大きいほど、走査部27がカソードユニット22を走査する回数が大きい値に設定される。 When the IGZO film is formed in the formation region R1, the scanning unit 27 may scan the cathode unit 22 once from the start position St toward the end position En along the scanning direction. Alternatively, the scanning unit 27 may scan the cathode unit 22 from the start position St toward the end position En along the scanning direction, and then scan from the end position En toward the start position St along the scanning direction. . Accordingly, the scanning unit 27 scans the cathode unit 22 twice along the scanning direction. The scanning unit 27 scans the cathode unit 22 a plurality of times between the start position St and the end position En by alternately moving the cathode unit 22 to the start position St and the end position En along the scanning direction. Also good. The number of times the scanning unit 27 scans the cathode unit 22 is changed according to the thickness of the IGZO film. If the conditions other than the number of scanning times of the cathode unit 22 are the same, the larger the thickness of the IGZO film, the larger the scanning unit. The number of times 27 scans the cathode unit 22 is set to a large value.
[カソードユニットの構成]
図3を参照してカソードユニット22の構成をより詳しく説明する。なお、図3には、図2にて説明された開始位置Stにカソードユニット22が配置された状態が示されている。
[Configuration of cathode unit]
The configuration of the cathode unit 22 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3 shows a state in which the cathode unit 22 is arranged at the start position St described in FIG.
図3に示されるように、基板Sの表面Saが配置される平面が仮想平面Pidであり、仮想平面Pidと直交する直線が法線Lvである。ターゲット23にて基板Sと向かい合う側面である表面23aは、仮想平面Pidと平行な1つの平面上に配置されている。 As shown in FIG. 3, the plane on which the surface Sa of the substrate S is arranged is the virtual plane Pid, and the straight line orthogonal to the virtual plane Pid is the normal line Lv. A surface 23a which is a side surface facing the substrate S at the target 23 is disposed on one plane parallel to the virtual plane Pid.
ターゲット23の表面23a上にマグネトロン磁場Bを形成する磁気回路25は、法線Lvに沿った磁場成分が0(B⊥0)である2つの垂直磁場ゼロ領域をターゲット23の表面23aに形成する。ターゲット23の表面23aでは、主に2つの垂直磁場ゼロ領域からスパッタ粒子SPが放出される。2つのゼロ磁場領域のうち、走査方向にて形成領域R1の第1端部Re1に近い垂直磁場ゼロ領域が第1エロージョン領域E1であり、第1端部Re1から遠い垂直磁場ゼロ領域が第2エロージョン領域E2である。 The magnetic circuit 25 that forms the magnetron magnetic field B on the surface 23 a of the target 23 forms two vertical magnetic field zero regions whose magnetic field components along the normal Lv are 0 (B⊥0) on the surface 23 a of the target 23. . On the surface 23a of the target 23, the sputtered particles SP are emitted mainly from the two vertical magnetic field zero regions. Of the two zero magnetic field regions, the vertical magnetic field zero region close to the first end Re1 of the formation region R1 in the scanning direction is the first erosion region E1, and the vertical magnetic field zero region far from the first end Re1 is the second. This is the erosion region E2.
磁気回路25は、紙面と直交する高さ方向においてターゲット23と略等しい幅を有し、走査方向において例えばターゲット23の3分の1程度の幅を有する。 The magnetic circuit 25 has a width substantially equal to the target 23 in the height direction orthogonal to the paper surface, and has a width of about one third of the target 23 in the scanning direction, for example.
カソードユニット22は、第1エロージョン領域E1および第2エロージョン領域E2から放出される複数のスパッタ粒子SPのうちの一部を基板Sに到達させない2つの遮蔽
板28a,28bを備えている。2つの遮蔽板28a,28bは、高さ方向においてターゲット23と略等しい幅を有し、走査方向に直交する幅方向において、ターゲット23の表面23aから仮想平面Pidに向けて突き出している。第1遮蔽板28aと第2遮蔽板28bとは、幅方向における突き出し幅が相互に等しい。第1遮蔽板28aが第1遮蔽部の一例であり、第2遮蔽板28bが第2遮蔽部の一例である。
The cathode unit 22 includes two shielding plates 28a and 28b that prevent a part of the plurality of sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1 and the second erosion region E2 from reaching the substrate S. The two shielding plates 28a and 28b have a width substantially equal to the target 23 in the height direction, and protrude from the surface 23a of the target 23 toward the virtual plane Pid in the width direction orthogonal to the scanning direction. The first shielding plate 28a and the second shielding plate 28b have the same protruding width in the width direction. The 1st shielding board 28a is an example of a 1st shielding part, and the 2nd shielding board 28b is an example of a 2nd shielding part.
一方の遮蔽板である第1遮蔽板28aは、カソードユニット22が開始位置Stに配置されるとき、走査方向にて、形成領域R1におけるスパッタ粒子SPが先に到達する第1端部Re1と、ターゲット23における第1端部Re1に近い第1端部23e1との間に配置される。他方の遮蔽板である第2遮蔽板28bは、カソードユニット22が開始位置Stに位置するとき、走査方向にて、形成領域R1の第1端部Re1から遠いターゲット23の端部である第2端部23e2よりも形成領域R1から離れた位置に配置される。 The first shielding plate 28a, which is one shielding plate, includes a first end Re1 where the sputtered particles SP in the formation region R1 first reach in the scanning direction when the cathode unit 22 is disposed at the start position St. It arrange | positions between the 1st edge part 23e1 close | similar to 1st edge part Re1 in the target 23. FIG. The second shielding plate 28b which is the other shielding plate is a second shielding plate which is the end of the target 23 far from the first end Re1 of the formation region R1 in the scanning direction when the cathode unit 22 is located at the start position St. It arrange | positions in the position away from the formation area R1 rather than the edge part 23e2.
カソードユニット22は、ターゲット23に対する磁気回路25の位置を変える磁気回路走査部29を備える。磁気回路走査部29は、例えば、走査方向に沿って延びるレールと、磁気回路25における高さ方向の2つの端部の各々に取り付けられたローラーと、ローラーの各々を自転させる複数のモーター等から構成される。磁気回路走査部29のレールは、走査方向においてターゲット23と略等しい幅を有する。なお、磁気回路走査部29は、走査方向に沿ってカソードユニット22を移動させることが可能であれば、他の構成として具体化されてもよい。 The cathode unit 22 includes a magnetic circuit scanning unit 29 that changes the position of the magnetic circuit 25 with respect to the target 23. The magnetic circuit scanning unit 29 includes, for example, a rail extending along the scanning direction, a roller attached to each of two end portions in the height direction of the magnetic circuit 25, and a plurality of motors that rotate each of the rollers. Composed. The rail of the magnetic circuit scanning unit 29 has a width substantially equal to the target 23 in the scanning direction. The magnetic circuit scanning unit 29 may be embodied as another configuration as long as the cathode unit 22 can be moved along the scanning direction.
磁気回路走査部29は、走査方向にて、ターゲット23の第1端部23e1と磁気回路25とが重なる第1位置P1と、ターゲット23の第2端部23e2と磁気回路25とが重なる第2位置P2との間で、磁気回路25を走査する。磁気回路走査部29は、カソード装置18がスパッタ粒子SPを放出してIGZO膜の形成を開始するとき、磁気回路25を第1位置P1から第2位置P2に向けて移動させる。磁気回路走査部29は、走査部27がカソードユニット22を開始位置Stから終了位置Enに向けて移動させるとき、例えば、磁気回路25を第1位置P1から第2位置P2に向けて移動させる。すなわち、磁気回路25は、カソードユニット22が開始位置Stから終了位置Enへの移動を開始するとき、第1位置P1から第2位置P2への移動を開始し、カソードユニット22が終了位置Enに到達するとき、第2位置P2に到達する。このように、磁気回路走査部29は、走査方向に沿ってカソードユニット22の移動方向とは逆方向に磁気回路25を移動させる。 In the scanning direction, the magnetic circuit scanning unit 29 includes a first position P1 where the first end 23e1 of the target 23 and the magnetic circuit 25 overlap, and a second position where the second end 23e2 of the target 23 and the magnetic circuit 25 overlap. The magnetic circuit 25 is scanned between the position P2. The magnetic circuit scanning unit 29 moves the magnetic circuit 25 from the first position P1 toward the second position P2 when the cathode device 18 releases the sputtered particles SP and starts forming the IGZO film. When the scanning unit 27 moves the cathode unit 22 from the start position St toward the end position En, for example, the magnetic circuit scanning unit 29 moves the magnetic circuit 25 from the first position P1 toward the second position P2. That is, when the cathode unit 22 starts moving from the start position St to the end position En, the magnetic circuit 25 starts moving from the first position P1 to the second position P2, and the cathode unit 22 moves to the end position En. When reaching, the second position P2 is reached. As described above, the magnetic circuit scanning unit 29 moves the magnetic circuit 25 in the direction opposite to the moving direction of the cathode unit 22 along the scanning direction.
走査部27がカソードユニット22を開始位置Stから終了位置Enに向けて走査して、ターゲット23に対向領域R2を1回通過させるとき、磁気回路走査部29は、磁気回路25を第1位置P1から第2位置P2に向けて1回走査することが好ましい。 When the scanning unit 27 scans the cathode unit 22 from the start position St toward the end position En and passes the counter region R2 once through the target 23, the magnetic circuit scanning unit 29 moves the magnetic circuit 25 to the first position P1. It is preferable to scan once from the second to the second position P2.
ターゲット23が対向領域R2を1回通過してIGZO膜を形成するとき、磁気回路25が第1位置P1と第2位置P2との間を複数回行き来すると、ターゲット23の走査方向に対する磁気回路25の走査方向が変わるたびに、ターゲット23に対する磁気回路25の相対速度が変わる。磁気回路25の相対速度が変わると、ターゲット23の表面に形成されるプラズマの状態も変わるため、形成領域R1に向けて放出されるスパッタ粒子SPの数も変わる。結果として、ターゲット23の走査方向において、IGZO膜の厚さにばらつきが生じる。 When the target 23 passes through the opposing region R2 once to form the IGZO film, if the magnetic circuit 25 moves between the first position P1 and the second position P2 a plurality of times, the magnetic circuit 25 with respect to the scanning direction of the target 23 Each time the scanning direction changes, the relative speed of the magnetic circuit 25 with respect to the target 23 changes. When the relative speed of the magnetic circuit 25 changes, the state of the plasma formed on the surface of the target 23 also changes, so the number of sputtered particles SP emitted toward the formation region R1 also changes. As a result, the thickness of the IGZO film varies in the scanning direction of the target 23.
そのため、走査部27がターゲット23に対向領域R2を1回通過させるとき、磁気回路走査部29が磁気回路25を第1位置P1から第2位置P2に向けて1回走査することにより、走査方向においてIGZO膜の厚さにばらつきが生じることが抑えられる。 Therefore, when the scanning unit 27 passes the counter region R2 once through the target 23, the magnetic circuit scanning unit 29 scans the magnetic circuit 25 once from the first position P1 to the second position P2, thereby scanning direction. In this case, variation in the thickness of the IGZO film can be suppressed.
磁気回路走査部29が走査方向に沿って磁気回路25を移動させるとき、磁気回路25の形成する垂直磁場ゼロ領域も走査方向に沿って移動する。そのため、第1エロージョン領域E1および第2エロージョン領域E2も走査方向に沿ってターゲット23の表面23a上を移動する。また、走査部27が走査方向に沿ってカソードユニット22を対向領域R2にて走査するとき、走査部27は、第1エロージョン領域E1および第2エロージョン領域E2も対向領域R2にて走査する。 When the magnetic circuit scanning unit 29 moves the magnetic circuit 25 along the scanning direction, the vertical magnetic field zero region formed by the magnetic circuit 25 also moves along the scanning direction. Therefore, the first erosion region E1 and the second erosion region E2 also move on the surface 23a of the target 23 along the scanning direction. When the scanning unit 27 scans the cathode unit 22 in the facing region R2 along the scanning direction, the scanning unit 27 also scans the first erosion region E1 and the second erosion region E2 in the facing region R2.
垂直磁場ゼロ領域である各エロージョン領域から放出されたスパッタ粒子SPの飛行経路Fに沿った平面と、仮想平面Pid、すなわち、基板Sの表面Saとが形成する角度が、スパッタ粒子の入射角度θである。 The angle formed by the plane along the flight path F of the sputtered particles SP emitted from each erosion region that is the zero vertical magnetic field region and the virtual plane Pid, that is, the surface Sa of the substrate S, is the incident angle θ of the sputtered particles. It is.
各遮蔽板28a,28bは、各エロージョン領域E1,E2から放出された複数のスパッタ粒子SPのうち、入射角度θが所定の範囲に含まれるスパッタ粒子SPを形成領域R1である基板Sの表面Saに到達させない。なお、第1遮蔽板28aと第2遮蔽板28bとは、走査方向にて配置される位置が相互に異なるものの、基板Sに到達するスパッタ粒子SPの制限に関わる構成は共通する。そのため、以下では、第1遮蔽板28aを詳しく説明し、第2遮蔽板28bの説明を省略する。 Each of the shielding plates 28a and 28b has the surface Sa of the substrate S that is the formation region R1 of the plurality of sputtered particles SP emitted from the erosion regions E1 and E2 and the incident angle θ is included in a predetermined range. Do not reach. The first shielding plate 28a and the second shielding plate 28b have the same configuration related to the limitation of the sputtered particles SP that reach the substrate S, although the positions of the first shielding plate 28a and the second shielding plate 28b are different from each other. Therefore, below, the 1st shielding board 28a is demonstrated in detail and description of the 2nd shielding board 28b is abbreviate | omitted.
磁気回路25が第1位置P1に配置されるとき、走査方向における第1エロージョン領域E1と第1遮蔽板28aとの間の距離が、最も小さくなる。そのため、第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向に放出される複数のスパッタ粒子SPのうち、第1遮蔽板28aに衝突するスパッタ粒子SPの入射角度θ1の範囲が最も大きくなる。第1遮蔽板28aは、第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向に放出される複数のスパッタ粒子SPのうち、入射角度θ1が例えば60°以下であるスパッタ粒子SPを基板Sに到達させない。 When the magnetic circuit 25 is disposed at the first position P1, the distance between the first erosion region E1 and the first shielding plate 28a in the scanning direction is the smallest. Therefore, among the plurality of sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1 in the direction toward the cathode unit 22, the range of the incident angle θ1 of the sputtered particles SP that collide with the first shielding plate 28a is the largest. Of the plurality of sputtered particles SP emitted in the direction from the first erosion region E1 toward the cathode unit 22, the first shielding plate 28a does not allow the sputtered particles SP having an incident angle θ1 of, for example, 60 ° or less to reach the substrate S. .
一方、磁気回路25が第2位置P2に配置されるとき、走査方向における第1エロージョン領域E1と第1遮蔽板28aとの間の距離が、最も大きくなる。そのため、第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向に放出される複数のスパッタ粒子SPのうち、第1遮蔽板28aに衝突するスパッタ粒子SPの入射角度θ2の範囲が最も小さくなる。第1遮蔽板28aは、第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向に放出される複数のスパッタ粒子SPのうち、入射角度θ2が30°以下であるスパッタ粒子SPを基板Sに到達させない。 On the other hand, when the magnetic circuit 25 is disposed at the second position P2, the distance between the first erosion region E1 and the first shielding plate 28a in the scanning direction is the largest. Therefore, among the plurality of sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1 toward the cathode unit 22, the range of the incident angle θ2 of the sputtered particles SP that collide with the first shielding plate 28a is the smallest. The first shielding plate 28a prevents the sputtered particles SP having an incident angle θ2 of 30 ° or less from reaching the substrate S among the plurality of sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1 toward the cathode unit 22.
すなわち、第1遮蔽板28aは、第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向に放出されるスパッタ粒子SPのうち、走査方向における磁気回路25の位置に関わらず、入射角度θが30°以下であるスパッタ粒子SPを基板Sに到達させない。 That is, the first shielding plate 28a has an incident angle θ of 30 ° or less regardless of the position of the magnetic circuit 25 in the scanning direction among the sputtered particles SP emitted in the direction from the first erosion region E1 toward the cathode unit 22. The sputtered particles SP are not allowed to reach the substrate S.
ここで、第1エロージョン領域E1から放出されるスパッタ粒子SPのうち、カソードユニット22の向かう方向に放出される複数のスパッタ粒子SPは、第1エロージョン領域E1と隣り合う第2エロージョン領域E2に向けて飛行しない。そのため、飛行経路Fが、他のエロージョン領域からスパッタ粒子の飛行する空間に向けて高さ方向に沿って延びるB⊥0の領域を通らない。それゆえに、スパッタ粒子SPがプラズマに含まれる酸素の活性種と反応する確率が小さくなり、このスパッタ粒子SPで構成されたIGZO膜にて単位厚さや単位面積あたりの酸素の密度が小さくなる。これにより、IGZO膜の面内において膜の組成にばらつきが生じる。 Here, among the sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1, a plurality of sputtered particles SP emitted toward the cathode unit 22 are directed to the second erosion region E2 adjacent to the first erosion region E1. Do not fly. Therefore, the flight path F does not pass through the region of B⊥0 extending along the height direction from the other erosion region toward the space where the sputtered particles fly. Therefore, the probability that the sputtered particles SP react with the active species of oxygen contained in the plasma is reduced, and the IGZO film composed of the sputtered particles SP reduces the unit thickness and the density of oxygen per unit area. As a result, the composition of the film varies in the plane of the IGZO film.
一方、スパッタ粒子SPの入射角度θが小さいほど、プラズマ密度の高い領域であるB⊥0の領域を超えてから、スパッタ粒子SPが基板Sに到達するまでの飛行距離が大きく
なる。そのため、スパッタ粒子SPが、プラズマ密度の高い領域であるB⊥0の領域を超えた空間にて、スパッタガス等の活性種以外の粒子と衝突する回数が多くなる。これにより、IGZO膜を構成するスパッタ粒子SPのエネルギーにばらつきが生じるため、形成されたIGZO膜にて膜密度にばらつきが生じる。結果として、入射角度θの小さいスパッタ粒子SPがIGZO膜に含まれるほど、化合物膜の膜特性にばらつきが生じる。
On the other hand, the smaller the incident angle θ of the sputtered particles SP, the greater the flight distance from the region where B プ ラ ズ マ 0, which is a high plasma density region, to the sputtered particles SP reaching the substrate S. Therefore, the number of times that the sputtered particles SP collide with particles other than the active species such as the sputter gas in the space beyond the region of B⊥0, which is a region with high plasma density. Thereby, since the energy of the sputtered particles SP constituting the IGZO film varies, the film density varies in the formed IGZO film. As a result, as the sputtered particles SP having a smaller incident angle θ are included in the IGZO film, the film characteristics of the compound film vary.
この点で、第1遮蔽板28aは、入射角度θが30°以下であるスパッタ粒子SPを基板Sに到達させないため、酸素の含まれる量や膜密度が小さいIGZO膜が形成されにくくなる。結果として、IGZO膜の単位厚さや単位面積での組成や膜密度のばらつきが抑えられる。 In this respect, since the first shielding plate 28a does not allow the sputtered particles SP having an incident angle θ of 30 ° or less to reach the substrate S, it is difficult to form an IGZO film having a small amount of oxygen and a low film density. As a result, variations in composition and film density in the unit thickness and unit area of the IGZO film can be suppressed.
一方、第2遮蔽板28bは、終了位置Enから開始位置Stに向けてカソードユニット22が走査方向に沿って移動するとき、第2エロージョン領域E2からカソードユニット22の向かう方向に放出される複数のスパッタ粒子SPのうち、入射角度θが30°以下であるスパッタ粒子SPを基板Sに到達させない。そのため、IGZO膜の単位厚さや単位面積での組成や膜密度のばらつきが抑えられる。 On the other hand, when the cathode unit 22 moves along the scanning direction from the end position En to the start position St, the second shielding plate 28b is emitted from the second erosion region E2 in the direction toward the cathode unit 22. Of the sputtered particles SP, sputtered particles SP having an incident angle θ of 30 ° or less are prevented from reaching the substrate S. Therefore, variations in composition and film density in unit thickness and unit area of the IGZO film can be suppressed.
[スパッタチャンバの作用]
図4から図6を参照してスパッタチャンバ13の作用を説明する。以下では、カソードユニット22が開始位置Stから終了位置Enに向けて走査方向に沿って移動する場合の作用をスパッタチャンバの作用の一例として説明する。
[Operation of sputter chamber]
The operation of the sputtering chamber 13 will be described with reference to FIGS. Hereinafter, an operation when the cathode unit 22 moves in the scanning direction from the start position St to the end position En will be described as an example of the operation of the sputtering chamber.
図4に示されるように、カソード装置18がIGZO膜の形成領域R1に向けてスパッタ粒子SPの放出を開始するとき、カソードユニット22は、開始位置Stに配置され、磁気回路25は第1位置P1に配置される。このとき、走査方向における形成領域R1の2つの端部のうち、スパッタ粒子SPが先に到達する第1端部Re1と、走査方向におけるターゲット23の2つの端部のうち、形成領域R1に近い第1端部23e1との間の距離D1が150mm以上である。そのため、ターゲット23に直流電力が供給されたときにターゲット23から放出されたスパッタ粒子SPのほとんどが、スパッタ粒子SPの入射角度θに関わらず基板Sに到達しにくくなる。 As shown in FIG. 4, when the cathode device 18 starts releasing the sputtered particles SP toward the IGZO film formation region R1, the cathode unit 22 is disposed at the start position St, and the magnetic circuit 25 is in the first position. Located at P1. At this time, of the two end portions of the formation region R1 in the scanning direction, the first end portion Re1 where the sputtered particles SP reach first and the two end portions of the target 23 in the scanning direction are close to the formation region R1. The distance D1 between the first end 23e1 is 150 mm or more. Therefore, most of the sputtered particles SP emitted from the target 23 when DC power is supplied to the target 23 hardly reaches the substrate S regardless of the incident angle θ of the sputtered particles SP.
ここで、直流電力が供給されたときにターゲット23から放出されたスパッタ粒子SPは、直流電力が継続して供給されているときの所定の時刻にターゲット23から放出されたスパッタ粒子SPと比べて、スパッタ粒子SPの有するエネルギーや、酸素の活性種と反応確率等が異なる。そのため、直流電力が供給されたときのスパッタ粒子SPが基板Sに到達すると、それ以降に基板Sに到達したスパッタ粒子SPによって形成された部分とは異なる膜質のIGZO膜が形成されてしまう。結果として、IGZO膜の形成初期の分子層にて、膜の組成にばらつきが生じる。 Here, the sputtered particles SP released from the target 23 when DC power is supplied are compared to the sputtered particles SP released from the target 23 at a predetermined time when DC power is continuously supplied. The energy of the sputtered particles SP, the active species of oxygen, and the reaction probability are different. For this reason, when the sputtered particles SP when the DC power is supplied reach the substrate S, an IGZO film having a film quality different from that formed by the sputtered particles SP that have reached the substrate S is formed thereafter. As a result, the film composition varies in the molecular layer at the initial stage of formation of the IGZO film.
この点で、形成領域R1の第1端部Re1と、ターゲット23の第1端部23e1との間の距離D1が走査方向にて150mm以上であるため、IGZO膜の形成初期の分子層にて、膜の組成がばらつくことが抑えられる。 In this respect, since the distance D1 between the first end Re1 of the formation region R1 and the first end 23e1 of the target 23 is 150 mm or more in the scanning direction, the molecular layer in the initial stage of formation of the IGZO film , Variation in the composition of the film can be suppressed.
そして、カソードユニット22が走査方向に沿って移動すると、まず、ターゲット23から放出されるスパッタ粒子SPのうち、第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向に放出されるスパッタ粒子SPが、基板Sに到達する。この際、基板Sに到達するスパッタ粒子SPは、第1遮蔽板28aによって入射角度θが30°よりも大きいスパッタ粒子SPに限られる。 When the cathode unit 22 moves along the scanning direction, first, among the sputtered particles SP emitted from the target 23, the sputtered particles SP emitted in the direction from the first erosion region E1 toward the cathode unit 22 are changed to the substrate. S is reached. At this time, the sputtered particles SP reaching the substrate S are limited to sputtered particles SP having an incident angle θ larger than 30 ° by the first shielding plate 28a.
しかも、第1エロージョン領域E1は、第2エロージョン領域E2と比べて形成領域R
1からの距離が小さいため、基板Sの各部分に最初に到達するスパッタ粒子SPは、第1エロージョン領域E1から放出されたスパッタ粒子SPである確率が高い。そのため、IGZO膜の初期層は、第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向に放出され、かつ、入射角度θが30°よりも大きいスパッタ粒子SPである確率が高い。それゆえに、IGZO膜の初期層にて膜の組成がばらつくことが抑えられる。
In addition, the first erosion region E1 has a formation region R as compared with the second erosion region E2.
Since the distance from 1 is small, it is highly probable that the sputtered particles SP that first reach each part of the substrate S are sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1. Therefore, there is a high probability that the initial layer of the IGZO film is sputtered particles SP that are emitted in the direction from the first erosion region E1 toward the cathode unit 22 and the incident angle θ is larger than 30 °. Therefore, variation in the film composition in the initial layer of the IGZO film can be suppressed.
また、IGZO膜の形成が開始されるとき、磁気回路走査部29が、磁気回路25を第1位置P1に配置する。そのため、磁気回路25が第1位置P1と第2位置P2との間の他の位置に配置される場合と比べて、磁気回路25の形成する第1エロージョン領域E1と、第1遮蔽板28aとの間の走査方向における距離が最も小さくなる。それゆえに、第1遮蔽板28aに衝突するスパッタ粒子SPの入射角度θの範囲が最も大きくなり、形成領域R1の第1端部Re1の近傍には、磁気回路25が他の位置に配置される場合と比べて、入射角度θがより大きいスパッタ粒子SPが到達する。結果として、IGZO膜における組成のばらつきがより抑えられる。 When the formation of the IGZO film is started, the magnetic circuit scanning unit 29 places the magnetic circuit 25 at the first position P1. Therefore, compared with the case where the magnetic circuit 25 is disposed at another position between the first position P1 and the second position P2, the first erosion region E1 formed by the magnetic circuit 25, the first shielding plate 28a, The distance in the scanning direction between is the smallest. Therefore, the range of the incident angle θ of the sputtered particles SP that collides with the first shielding plate 28a becomes the largest, and the magnetic circuit 25 is disposed at another position in the vicinity of the first end Re1 of the formation region R1. Compared to the case, sputtered particles SP having a larger incident angle θ arrive. As a result, variation in composition in the IGZO film is further suppressed.
図5に示されるように、カソードユニット22が、形成領域R1と対向する対向領域R2を走査されるとき、第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向に放出されたスパッタ粒子SPのうち、入射角度θが30°以下であるスパッタ粒子SPは、基板Sに到達しない。加えて、第2エロージョン領域E2からカソードユニット22の向かう方向とは反対の方向に放出されたスパッタ粒子SPのうち、入射角度が30°以下であるスパッタ粒子SPも、第2遮蔽板28bのために基板Sに到達しない。 As shown in FIG. 5, among the sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1 toward the cathode unit 22 when the cathode unit 22 is scanned in the facing region R2 facing the formation region R1, Sputtered particles SP having an incident angle θ of 30 ° or less do not reach the substrate S. In addition, among the sputtered particles SP emitted from the second erosion region E2 in the direction opposite to the direction toward the cathode unit 22, the sputtered particles SP having an incident angle of 30 ° or less are also due to the second shielding plate 28b. Does not reach the substrate S.
これにより、第1エロージョン領域E1から放出されて、最初に基板Sに到達するスパッタ粒子SPに続いて基板Sに到達するスパッタ粒子SPも、入射角度θが30°よりも大きいスパッタ粒子SPに限られる。結果として、IGZO膜が、入射角度θの制限されたスパッタ粒子SPのみによって形成されるため、IGZO膜の厚さ方向の全体で、単位厚さや単位面積での組成のばらつきが抑えられる。 As a result, the sputtered particles SP that are emitted from the first erosion region E1 and reach the substrate S following the sputtered particles SP that first reach the substrate S are also limited to the sputtered particles SP having an incident angle θ larger than 30 °. It is done. As a result, since the IGZO film is formed only by the sputtered particles SP with the incident angle θ limited, variations in composition in unit thickness and unit area can be suppressed over the entire thickness direction of the IGZO film.
図6に示されるように、カソードユニット22が終了位置Enに配置されるとき、走査方向における形成領域R1の2つの端部のうち、スパッタ粒子SPが後に到達する第2端部Re2と、ターゲット23の第2端部23e2との間の距離D1が走査方向にて150mm以上である。そのため、カソードユニット22が終了位置Enから開始位置Stに向けて走査されるとき、ターゲット23から放出されるスパッタ粒子SPのほとんどが基板Sに到達しない状態から、カソードユニット22の走査が開始される。それゆえに、形成領域R1の第2端部23e2に到達するスパッタ粒子SPが、形成領域R1における他の部位と異なることが抑えられる。結果として、IGZO膜の組成が走査方向にてばらつくことが抑えられる。 As shown in FIG. 6, when the cathode unit 22 is disposed at the end position En, the second end Re2 where the sputtered particles SP reach later, out of the two ends of the formation region R1 in the scanning direction, and the target The distance D1 between the second end 23e2 of the head 23 is 150 mm or more in the scanning direction. Therefore, when the cathode unit 22 is scanned from the end position En toward the start position St, scanning of the cathode unit 22 is started from a state in which most of the sputtered particles SP emitted from the target 23 do not reach the substrate S. . Therefore, it is possible to suppress the sputtered particles SP reaching the second end 23e2 of the formation region R1 from being different from other portions in the formation region R1. As a result, variation in the composition of the IGZO film in the scanning direction can be suppressed.
また、カソードユニット22が終了位置Enに配置された状態で、ターゲット23への直流電力の供給が停止され、そして、カソードユニット22が終了位置に配置された状態で、直流電力の供給が再開されても、基板Sには、直流電力が再開されたときのスパッタ粒子SPがほとんど到達しない。そのため、IGZO膜の組成が単位厚さや単位面積でばらつくことが抑えられる。 Further, the supply of DC power to the target 23 is stopped with the cathode unit 22 placed at the end position En, and the supply of DC power is resumed with the cathode unit 22 placed at the end position. However, almost no sputtered particles SP reach the substrate S when the DC power is resumed. Therefore, the composition of the IGZO film can be prevented from varying in unit thickness or unit area.
以上説明したように、第1実施形態のスパッタ装置によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
(1)形成領域R1の第1端部Re1と、ターゲット23の第1端部23e1との間の距離D1が走査方向にて150mm以上であるため、IGZO膜の形成初期の分子層にて、膜の組成がばらつくことが抑えられる。結果として、IGZO膜とIGZO膜以外の他の部材との境界にてIGZO膜の特性がばらつくことが抑えられる。
As described above, according to the sputtering apparatus of the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) Since the distance D1 between the first end Re1 of the formation region R1 and the first end 23e1 of the target 23 is 150 mm or more in the scanning direction, in the molecular layer in the initial stage of formation of the IGZO film, Variations in the composition of the film can be suppressed. As a result, variations in the characteristics of the IGZO film at the boundary between the IGZO film and other members other than the IGZO film can be suppressed.
(2)第1遮蔽板28aは、開始位置Stから終了位置Enに向けてカソードユニット22が走査されるとき、第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向に放出されるスパッタ粒子SPのうち、入射角度θが30°以下であるスパッタ粒子SPを基板Sに到達させない。そのため、形成領域R1に最初に到達するスパッタ粒子SPは入射角度θが30°よりも大きいスパッタ粒子SPに限られるため、IGZO膜の形成初期における単位厚さや単位面積での組成のばらつきが抑えられる。 (2) When the cathode unit 22 is scanned from the start position St toward the end position En, the first shielding plate 28a is out of the sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1 toward the cathode unit 22. The sputtered particles SP having an incident angle θ of 30 ° or less are prevented from reaching the substrate S. For this reason, since the sputtered particles SP that first reach the formation region R1 are limited to the sputtered particles SP having an incident angle θ larger than 30 °, variations in composition in unit thickness and unit area at the initial stage of formation of the IGZO film can be suppressed. .
(3)第2遮蔽板28bは、第2エロージョン領域E2からカソードユニット22の向かう方向とは反対の方向に放出されたスパッタ粒子SPのうち、入射角度が30°以下であるスパッタ粒子SPを基板Sに到達させない。そのため、第1エロージョン領域E1から放出されて、最初に基板Sに到達するスパッタ粒子SPに続いて基板Sに到達するスパッタ粒子SPも、入射角度θが30°よりも大きいスパッタ粒子SPに限られる。結果として、IGZO膜が、入射角度θの制限されたスパッタ粒子SPのみによって形成されるため、IGZO膜の厚さ方向の全体で、単位厚さや単位面積での組成のばらつきが抑えられる。 (3) The second shielding plate 28b is a substrate for sputtered particles SP having an incident angle of 30 ° or less among the sputtered particles SP emitted in the direction opposite to the direction from the second erosion region E2 toward the cathode unit 22. Do not reach S. Therefore, the sputtered particles SP that are emitted from the first erosion region E1 and reach the substrate S following the sputtered particles SP that first reach the substrate S are also limited to the sputtered particles SP having an incident angle θ larger than 30 °. . As a result, since the IGZO film is formed only by the sputtered particles SP with the incident angle θ limited, variations in composition in unit thickness and unit area can be suppressed over the entire thickness direction of the IGZO film.
(4)IGZO膜の形成が開始されるとき、磁気回路走査部29が、磁気回路25を第1位置P1に配置する。そのため、磁気回路25が第1位置P1と第2位置P2との間の他の位置に配置される場合と比べて、磁気回路25の形成する第1エロージョン領域E1と、第1遮蔽板28aとの間の走査方向における距離が最も小さくなる。それゆえに、第1遮蔽板28aに衝突するスパッタ粒子SPの入射角度θの範囲が最も大きくなり、形成領域R1の第1端部Re1の近傍には、磁気回路25が他の位置に配置される場合と比べて、入射角度θのより大きいスパッタ粒子SPが到達する。結果として、IGZO膜における組成のばらつきがより抑えられる。 (4) When the formation of the IGZO film is started, the magnetic circuit scanning unit 29 places the magnetic circuit 25 at the first position P1. Therefore, compared with the case where the magnetic circuit 25 is disposed at another position between the first position P1 and the second position P2, the first erosion region E1 formed by the magnetic circuit 25, the first shielding plate 28a, The distance in the scanning direction between is the smallest. Therefore, the range of the incident angle θ of the sputtered particles SP that collides with the first shielding plate 28a becomes the largest, and the magnetic circuit 25 is disposed at another position in the vicinity of the first end Re1 of the formation region R1. Compared to the case, sputtered particles SP having a larger incident angle θ arrive. As a result, variation in composition in the IGZO film is further suppressed.
(5)ターゲット23が対向領域R2を1回通過するとき、磁気回路25が第1位置P1から第2位置P2に向けて1回走査されることで、ターゲット23に対する磁気回路の相対速度が変わらない。そのため、ターゲット23の走査方向において、化合物膜の厚さにばらつきが生じることが抑えられる。 (5) When the target 23 passes through the opposing region R2 once, the magnetic circuit 25 is scanned once from the first position P1 toward the second position P2, so that the relative speed of the magnetic circuit with respect to the target 23 changes. Absent. Therefore, variations in the thickness of the compound film in the scanning direction of the target 23 can be suppressed.
[第2実施形態]
図7を参照してスパッタ装置の第2実施形態を説明する。第2実施形態のスパッタ装置は、第1実施形態のスパッタ装置と比べて、カソードユニット22の有するターゲットの個数が異なる。そのため、以下では、こうした相違点を詳しく説明する。なお、図7では、先に説明された図3に示される構成と同等の構成に、同一の符号が付されている。また、図7では、カソードユニット22が、開始位置Stに配置された状態が示されている。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the sputtering apparatus will be described with reference to FIG. The sputtering apparatus of the second embodiment differs from the sputtering apparatus of the first embodiment in the number of targets that the cathode unit 22 has. Therefore, in the following, such differences will be described in detail. In FIG. 7, the same reference numerals are given to the same components as those shown in FIG. 3 described above. FIG. 7 shows a state in which the cathode unit 22 is arranged at the start position St.
[カソードユニット22の構成]
図7を参照してカソードユニット22の構成を説明する。
図7に示されるように、カソードユニット22は、第1カソード22Aと第2カソード22Bとを有している。第1カソード22Aと第2カソード22Bとの各々は、ターゲット23、バッキングプレート24、磁気回路25、および、磁気回路走査部29を備えている。第1カソード22Aと第2カソード22Bとでは、各ユニットの有するターゲット23が、走査方向に沿って並べられ、2つのターゲット23の表面23aの各々は、仮想平面Pidと平行な同一の平面に含まれる。カソードユニット22が開始位置Stに配置されるとき、第1カソード22Aは、第2カソード22Bよりも走査方向にて形成領域R1に近い。また、第1カソード22Aと第2カソード22Bとでは、各バッキングプレート24が、1つの交流電源26Aに対して並列に接続している。
[Configuration of Cathode Unit 22]
The configuration of the cathode unit 22 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 7, the cathode unit 22 has a first cathode 22A and a second cathode 22B. Each of the first cathode 22A and the second cathode 22B includes a target 23, a backing plate 24, a magnetic circuit 25, and a magnetic circuit scanning unit 29. In the first cathode 22A and the second cathode 22B, the targets 23 of each unit are arranged along the scanning direction, and the surfaces 23a of the two targets 23 are included in the same plane parallel to the virtual plane Pid. It is. When the cathode unit 22 is disposed at the start position St, the first cathode 22A is closer to the formation region R1 in the scanning direction than the second cathode 22B. Further, in the first cathode 22A and the second cathode 22B, each backing plate 24 is connected in parallel to one AC power supply 26A.
カソードユニット22は、カソードユニット22を走査方向に移動させる走査部27を備え、走査部27は、第1カソード22Aと第2カソード22Bとが連結された状態で、カソードユニット22を走査方向に沿って移動させる。カソードユニット22は、第1遮蔽板28aと第2遮蔽板28bとを備え、第1遮蔽板28aは、カソードユニット22が開始位置Stに配置された状態で、形成領域R1の第1端部Re1と、第1カソード22Aの有するターゲット23の第1端部23e1との間に配置される。一方、第2遮蔽板28bは、カソードユニット22が開始位置Stに配置された状態で、第2カソード22Bの有するターゲット23の第2端部23e2よりも形成領域R1の第1端部Re1から離れた位置に配置される。 The cathode unit 22 includes a scanning unit 27 that moves the cathode unit 22 in the scanning direction. The scanning unit 27 moves the cathode unit 22 along the scanning direction in a state where the first cathode 22A and the second cathode 22B are connected. To move. The cathode unit 22 includes a first shielding plate 28a and a second shielding plate 28b. The first shielding plate 28a is in a state where the cathode unit 22 is disposed at the start position St, and the first end Re1 of the formation region R1. And the first end 23e1 of the target 23 of the first cathode 22A. On the other hand, the second shielding plate 28b is farther from the first end Re1 of the formation region R1 than the second end 23e2 of the target 23 of the second cathode 22B in a state where the cathode unit 22 is disposed at the start position St. Placed in a different position.
各遮蔽板28a,28bは、第1カソード22Aおよび第2カソード22Bの各エロージョン領域E1,E2から放出された複数のスパッタ粒子SPのうち、入射角度θが所定の範囲に含まれるスパッタ粒子SPを基板Sに到達させない。なお、第1遮蔽板28aと第2遮蔽板28bとは、走査方向にて配置される位置が相互に異なるものの、基板Sに到達するスパッタ粒子SPの制限に関わる構成は共通する。そのため、以下では、第2遮蔽板28bを詳しく説明し、第1遮蔽板28aの説明を省略する。 Each shielding plate 28a, 28b is a plurality of sputtered particles SP emitted from the erosion regions E1, E2 of the first cathode 22A and the second cathode 22B, and sputtered particles SP having an incident angle θ within a predetermined range. Do not reach the substrate S. The first shielding plate 28a and the second shielding plate 28b have the same configuration related to the limitation of the sputtered particles SP that reach the substrate S, although the positions of the first shielding plate 28a and the second shielding plate 28b are different from each other. Therefore, below, the 2nd shielding board 28b is demonstrated in detail, and description of the 1st shielding board 28a is abbreviate | omitted.
磁気回路25が第1位置P1に配置されるとき、走査方向における第1カソード22Aの第1エロージョン領域E1と第2遮蔽板28bとの間の距離が、最も大きくなる。そのため、第1カソード22Aの第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向とは反対の方向に放出される複数のスパッタ粒子SPのうち、第2遮蔽板28bに衝突するスパッタ粒子SPの入射角度θ3の範囲が最も小さくなる。第2遮蔽板28bは、第1カソード22Aの第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向とは反対の方向に放出される複数のスパッタ粒子SPのうち、入射角度θ3が9°以下であるスパッタ粒子SPを基板Sに到達させない。 When the magnetic circuit 25 is disposed at the first position P1, the distance between the first erosion region E1 of the first cathode 22A and the second shielding plate 28b in the scanning direction is the largest. Therefore, among the plurality of sputtered particles SP emitted in the direction opposite to the direction from the first erosion region E1 of the first cathode 22A toward the cathode unit 22, the incident angle of the sputtered particles SP that collide with the second shielding plate 28b. The range of θ3 is the smallest. The second shielding plate 28b has an incident angle θ3 of 9 ° or less among the plurality of sputtered particles SP emitted in the direction opposite to the direction of the cathode unit 22 from the first erosion region E1 of the first cathode 22A. The sputtered particles SP are not allowed to reach the substrate S.
ここで、第1エロージョン領域E1から放出されるスパッタ粒子SPのうち、カソードユニット22の向かう方向とは反対の方向に放出される複数のスパッタ粒子SPは、第1カソード22Aの第2エロージョン領域E2、および、第2カソード22Bの各エロージョン領域に向けて飛行する。そのため、第1エロージョン領域E1から放出された複数のスパッタ粒子SPの飛行経路Fは、基板Sに到達するまでにプラズマ密度の高い領域を通る。しかしながら、入射角度θ3が9°以下であるスパッタ粒子SPでは、入射角度θがより大きいスパッタ粒子SPと比べて、他のエロージョン領域から高さ方向に沿って延びるB⊥0の領域を超えてから、基板Sに到達するまでの飛行距離が長くなる。そのため、プラズマ密度の高い領域であるB⊥0の領域を超えた空間にて、スパッタ粒子SPがスパッタガス等の活性種以外の粒子との衝突する回数が大きくなる。それゆえに、スパッタ粒子SPの有するエネルギーが小さくなり、入射角度θの小さいスパッタ粒子SPによって形成されたIGZO膜では、膜密度が小さくなる。結果として、IGZO膜の膜密度が理論密度から離れるため、IGZO膜の膜特性が低くなる。 Here, among the sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1, the plurality of sputtered particles SP emitted in the direction opposite to the direction toward the cathode unit 22 is the second erosion region E2 of the first cathode 22A. , And fly toward each erosion region of the second cathode 22B. Therefore, the flight path F of the plurality of sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1 passes through a region having a high plasma density before reaching the substrate S. However, in the sputtered particle SP having an incident angle θ3 of 9 ° or less, compared to the sputtered particle SP having a larger incident angle θ, the sputtered particle SP has exceeded the region of B⊥0 extending along the height direction from another erosion region. The flight distance until reaching the substrate S is increased. For this reason, the number of times the sputtered particles SP collide with particles other than the active species such as the sputter gas in a space beyond the region of B 領域 0, which is a high plasma density region, increases. Therefore, the energy of the sputtered particles SP is reduced, and the film density is reduced in the IGZO film formed by the sputtered particles SP having a small incident angle θ. As a result, since the film density of the IGZO film is away from the theoretical density, the film characteristics of the IGZO film are lowered.
なお、第2遮蔽板28bは、第2カソード22Bの磁気回路25が第1位置P1に配置されるとき、第1実施形態における第2遮蔽板28bと同様、第2カソード22Bの第2エロージョン領域E2から放出される複数のスパッタ粒子SPの一部を基板Sに到達させない。すなわち、第2遮蔽板28bは、第2カソード22Bの第2エロージョン領域E2からカソードユニット22の向かう方向とは反対の方向に放出されるスパッタ粒子SPのうち、入射角度θ2が30°以下であるスパッタ粒子SPを基板Sに到達させない。そのため、IGZO膜の単位厚さや単位面積での組成のばらつきが抑えられる。 Note that the second shielding plate 28b has a second erosion region of the second cathode 22B when the magnetic circuit 25 of the second cathode 22B is disposed at the first position P1, as with the second shielding plate 28b in the first embodiment. Some of the plurality of sputtered particles SP emitted from E2 do not reach the substrate S. That is, the second shielding plate 28b has an incident angle θ2 of 30 ° or less among the sputtered particles SP emitted in the direction opposite to the direction of the cathode unit 22 from the second erosion region E2 of the second cathode 22B. The sputtered particles SP are not allowed to reach the substrate S. Therefore, variation in composition in unit thickness and unit area of the IGZO film can be suppressed.
一方、2つの磁気回路25の各々が第2位置P2に配置されるとき、走査方向における第2カソード22Bの第2エロージョン領域E2と第1遮蔽板28aとの間の距離が、最
も大きくなる。そのため、第2カソード22Bの第2エロージョン領域E2からカソードユニット22の向かう方向に放出される複数のスパッタ粒子のうち、第1遮蔽板28aに衝突するスパッタ粒子SPの入射角度θ3の範囲が最も小さくなる。すなわち、第1遮蔽板28aは、第2遮蔽板28bと同様、第2カソード22Bの第2エロージョン領域E2からカソードユニット22の向かう方向に放出される複数のスパッタ粒子のうち、入射角度θ3が9°以下であるスパッタ粒子を基板Sに到達させない。
On the other hand, when each of the two magnetic circuits 25 is disposed at the second position P2, the distance between the second erosion region E2 of the second cathode 22B and the first shielding plate 28a in the scanning direction is the largest. Therefore, among the plurality of sputtered particles emitted from the second erosion region E2 of the second cathode 22B toward the cathode unit 22, the range of the incident angle θ3 of the sputtered particles SP that collide with the first shielding plate 28a is the smallest. Become. That is, the first shielding plate 28a, like the second shielding plate 28b, has an incident angle θ3 of 9 among the plurality of sputtered particles emitted from the second erosion region E2 of the second cathode 22B toward the cathode unit 22. Do not allow sputtered particles that are less than or equal to ° to reach the substrate S
また、第1遮蔽板28aは、第1カソード22Aの磁気回路25が第2位置P2に配置されるとき、第1実施形態における第1遮蔽板28aと同様、第1カソード22Aの第1エロージョン領域E1から放出される複数のスパッタ粒子SPの一部を基板Sに到達させない。すなわち、第1遮蔽板28aは、第1カソード22Aの第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向に放出されるスパッタ粒子SPのうち、入射角度θ2が30°以下であるスパッタ粒子SPを基板Sに到達させない。 Further, the first shielding plate 28a has a first erosion region of the first cathode 22A, similar to the first shielding plate 28a in the first embodiment, when the magnetic circuit 25 of the first cathode 22A is disposed at the second position P2. Some of the plurality of sputtered particles SP emitted from E1 do not reach the substrate S. That is, the first shielding plate 28a is a substrate for sputtered particles SP having an incident angle θ2 of 30 ° or less among the sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1 of the first cathode 22A toward the cathode unit 22. Do not reach S.
以上説明したように、第2実施形態のスパッタ装置によれば、以下の効果を得ることができる。
(6)第1遮蔽板28aおよび第2遮蔽板28bが、入射角度が9°以下であるスパッタ粒子を形成領域に到達させないため、IGZO膜の膜密度が小さくなることが抑えられる。
As described above, according to the sputtering apparatus of the second embodiment, the following effects can be obtained.
(6) Since the first shielding plate 28a and the second shielding plate 28b do not allow the sputtered particles having an incident angle of 9 ° or less to reach the formation region, it is possible to suppress the film density of the IGZO film from being reduced.
[第3実施形態]
図8から図10を参照してスパッタ装置の第3実施形態を説明する。なお、第3実施形態のスパッタ装置は、第1実施形態のスパッタ装置と比べて、スパッタチャンバ13の備えるカソードユニットの個数が異なる。そのため、以下ではこうした相違点を説明する。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the sputtering apparatus will be described with reference to FIGS. Note that the sputtering apparatus of the third embodiment differs from the sputtering apparatus of the first embodiment in the number of cathode units provided in the sputtering chamber 13. Therefore, such differences will be described below.
[スパッタチャンバ13の構成]
図8を参照してスパッタチャンバ13の構成を説明する。なお、図8では、先に説明された図3と同等の構成に同一の符号が付されている。
図8に示されるように、カソード装置18は、第1ユニット31と第2ユニット32とを備えている。第1ユニット31および第2ユニット32は、開始位置Stに配置された状態で、走査方向にて形成領域R1の第1端部Re1に近い側からこの順に並んでいる。第1ユニット31および第2ユニット32の各々は、ターゲット23、バッキングプレート24、磁気回路25、直流電源26D、第1遮蔽板28a、および、第2遮蔽板28bを備え、2つのカソードユニットでは、ターゲット23が、走査方向に沿って並んでいる。第1ユニット31および第2ユニット32は、1つの走査部27によって、走査方向に沿って対向領域R2を個別に走査される。なお、第1ユニット31および第2ユニット32の各々は、第1実施形態のカソードユニット22と同様、磁気回路走査部29も備えている。
[Configuration of Sputter Chamber 13]
The configuration of the sputtering chamber 13 will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the same components as those in FIG. 3 described above are denoted by the same reference numerals.
As shown in FIG. 8, the cathode device 18 includes a first unit 31 and a second unit 32. The first unit 31 and the second unit 32 are arranged in this order from the side close to the first end Re1 of the formation region R1 in the scanning direction in a state of being arranged at the start position St. Each of the first unit 31 and the second unit 32 includes a target 23, a backing plate 24, a magnetic circuit 25, a DC power supply 26D, a first shielding plate 28a, and a second shielding plate 28b. In the two cathode units, Targets 23 are arranged along the scanning direction. The first unit 31 and the second unit 32 are individually scanned in the facing region R2 along the scanning direction by one scanning unit 27. Note that each of the first unit 31 and the second unit 32 includes a magnetic circuit scanning unit 29 as in the cathode unit 22 of the first embodiment.
第1ユニット31と第2ユニット32とでは、各々が有するターゲット23の形成材料にて主たる成分が相互に異なる。第1ユニット31は、例えば、主たる成分が酸化シリコンであるターゲット23を有し、第2ユニット32は、例えば、主たる成分が酸化ニオブであるターゲット23を有している。なお、各ターゲット23では、例えば、形成材料のうちの95質量%が酸化シリコンあるいは酸化ニオブであり、好ましくは99質量%以上が酸化シリコンもしくは酸化ニオブである。 In the first unit 31 and the second unit 32, main components are different from each other in the forming material of the target 23 that each has. The first unit 31 has, for example, the target 23 whose main component is silicon oxide, and the second unit 32 has, for example, the target 23 whose main component is niobium oxide. In each target 23, for example, 95% by mass of the forming material is silicon oxide or niobium oxide, and preferably 99% by mass or more is silicon oxide or niobium oxide.
第1ユニット31および第2ユニット32が開始位置Stに配置されるとき、形成領域R1の第1端部Re1と、第1ユニット31が有するターゲット23の第1端部23e1との間の距離は、150mm以上である。 When the first unit 31 and the second unit 32 are disposed at the start position St, the distance between the first end Re1 of the formation region R1 and the first end 23e1 of the target 23 included in the first unit 31 is 150 mm or more.
[スパッタチャンバ13の作用]
図8から図10を参照してスパッタチャンバ13の構成を説明する。なお、以下では、形成領域R1である基板Sの表面Saに酸化シリコン膜と酸化ニオブ膜との積層膜が形成される場合を、スパッタチャンバ13の作用の一例として説明する。
[Operation of Sputter Chamber 13]
The configuration of the sputtering chamber 13 will be described with reference to FIGS. Hereinafter, a case where a laminated film of a silicon oxide film and a niobium oxide film is formed on the surface Sa of the substrate S that is the formation region R <b> 1 will be described as an example of the operation of the sputtering chamber 13.
図8に示されるように、カソード装置18が積層膜の形成を開始するとき、開始位置Stに配置された第1ユニット31が、スパッタ粒子SPの放出を開始する。このとき、走査方向における形成領域R1の第1端部Re1と、ターゲット23の第1端部23e1との間の距離D1が150mm以上である。そのため、ターゲット23に直流電力が供給されたとき、ターゲット23から放出されたスパッタ粒子SPのほとんどが、スパッタ粒子SPの入射角度θに関わらず基板Sに到達しにくくなる。それゆえに、酸化シリコン膜の形成初期の分子層にて、膜の組成がばらつくことが抑えられる。 As shown in FIG. 8, when the cathode device 18 starts to form a laminated film, the first unit 31 arranged at the start position St starts to release the sputtered particles SP. At this time, the distance D1 between the first end Re1 of the formation region R1 and the first end 23e1 of the target 23 in the scanning direction is 150 mm or more. Therefore, when DC power is supplied to the target 23, most of the sputtered particles SP emitted from the target 23 hardly reach the substrate S regardless of the incident angle θ of the sputtered particles SP. Therefore, variation in the composition of the film in the molecular layer at the initial stage of formation of the silicon oxide film can be suppressed.
図9に示されるように、第1ユニット31が走査方向に沿って移動することにより、第1ユニット31のエロージョン領域が、形成領域R1と対向する対向領域R2を走査方向に沿って走査される。この際、基板Sに到達するスパッタ粒子SPは、第1遮蔽板28aおよび第2遮蔽板28bによって、入射角度θが30°よりも大きいスパッタ粒子SPに限られる。そのため、酸化シリコン膜の初期層にて、膜の組成がばらつきことが抑えられる。 As shown in FIG. 9, when the first unit 31 moves along the scanning direction, the erosion region of the first unit 31 is scanned along the scanning direction in the facing region R2 facing the formation region R1. . At this time, the sputtered particles SP reaching the substrate S are limited to sputtered particles SP having an incident angle θ larger than 30 ° by the first shielding plate 28a and the second shielding plate 28b. Therefore, variations in the composition of the film in the initial layer of the silicon oxide film can be suppressed.
図10に示されるように、第1ユニット31が走査方向に沿って移動して終了位置Enに到達すると、開始位置Stに配置された第2ユニット32が、スパッタ粒子SPの放出を開始する。第1ユニット31が終了位置Enに配置されるとき、第1ユニット31が有するターゲット23の第2端部23e2と、形成領域R1の第2端部Re2との間の距離D1は、150mm以上である。なお、走査部27が、第1ユニット31を開始位置Stから終了位置Enに向けて走査する間にわたって、走査部27は、第2ユニット32を走査しない。 As shown in FIG. 10, when the first unit 31 moves along the scanning direction and reaches the end position En, the second unit 32 disposed at the start position St starts to release the sputtered particles SP. When the first unit 31 is disposed at the end position En, the distance D1 between the second end 23e2 of the target 23 of the first unit 31 and the second end Re2 of the formation region R1 is 150 mm or more. is there. The scanning unit 27 does not scan the second unit 32 while the scanning unit 27 scans the first unit 31 from the start position St toward the end position En.
第2ユニット32が、開始位置Stから終了位置Enに向けて走査方向に沿って移動する。これにより、第2ユニット32のエロージョン領域が、形成領域R1と対向する対向領域R2を走査方向に沿って走査される。この際、第1ユニット31と同様、基板Sに到達するスパッタ粒子SPは、第1遮蔽板28aおよび第2遮蔽板28bによって、入射角度θが30°よりも大きいスパッタ粒子SPに限られる。そのため、酸化ニオブ膜の初期層にて、膜の組成がばらつくことが抑えられる。なお、第2ユニット32が終了位置Enに配置されるとき、第2ユニット32が有するターゲット23の第2端部23e2と、形成領域R1の第2端部Re2との間の距離D1は、150mm以上である。また、走査部27が、第2ユニット32を開始位置Stから終了位置Enに向けて走査する間にわたって、走査部27は、第1ユニット31を走査しない。 The second unit 32 moves along the scanning direction from the start position St toward the end position En. Thereby, the erosion area | region of the 2nd unit 32 is scanned along the scanning direction in the opposing area | region R2 facing formation area R1. At this time, similarly to the first unit 31, the sputtered particles SP reaching the substrate S are limited to the sputtered particles SP having an incident angle θ larger than 30 ° by the first shielding plate 28a and the second shielding plate 28b. Therefore, variations in the composition of the film in the initial layer of the niobium oxide film can be suppressed. When the second unit 32 is disposed at the end position En, the distance D1 between the second end 23e2 of the target 23 included in the second unit 32 and the second end Re2 of the formation region R1 is 150 mm. That's it. The scanning unit 27 does not scan the first unit 31 while the scanning unit 27 scans the second unit 32 from the start position St toward the end position En.
以上説明したように、第3実施形態のスパッタ装置によれば、以下の効果を得ることができる。
(7)酸化シリコン膜と酸化ニオブ膜とから構成される積層膜において、酸化シリコン膜における基板Sとの境界の組成がばらつくことが抑えられ、酸化ニオブ膜における酸化シリコン膜との境界の組成がばらつくことが抑えられる。
As described above, according to the sputtering apparatus of the third embodiment, the following effects can be obtained.
(7) In the laminated film composed of the silicon oxide film and the niobium oxide film, the composition of the boundary between the silicon oxide film and the substrate S is suppressed, and the composition of the boundary between the niobium oxide film and the silicon oxide film is reduced. Variations are suppressed.
[試験例]
[薄膜トランジスタの特性]
図11から図16を参照して薄膜トランジスタの特性に関する試験例を説明する。なお、以下では、IGZO膜の形成条件、実施例のスパッタ装置10によって形成されたIGZO膜を有する薄膜トランジスタ、および、薄膜トランジスタでの閾値電圧を順に説明す
る。
[Test example]
[Characteristics of Thin Film Transistor]
Test examples relating to the characteristics of the thin film transistor will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the conditions for forming the IGZO film, the thin film transistor having the IGZO film formed by the sputtering apparatus 10 of the example, and the threshold voltage in the thin film transistor will be described in order.
[IGZO膜の形成条件]
第1実施形態のスパッタ装置10によって、以下の条件を用いて基板Sの表面SaにIGZO膜が形成された。IGZO膜が形成されるとき、カソードユニット22が、開始位置Stから終了位置Enに向けて走査方向に沿って走査されることにより、カソードユニット22のエロージョン領域が、対向領域R2を1回走査された。このとき、磁気回路25も、カソードユニット22の向かう方向とは反対の方向に沿って、第1位置P1から第2位置P2に向けて1回走査された。
なお、P型シリコン基板上に熱酸化膜である酸化シリコン膜が形成された積層体を基板Sとして用いた。
・直流電力 : 10W/cm2
・アルゴンガス分圧 : 0.30Pa
・酸素ガス分圧 : 0.05Pa
・基板Sの温度 : 100℃
[IGZO film formation conditions]
The IGZO film was formed on the surface Sa of the substrate S using the following conditions by the sputtering apparatus 10 of the first embodiment. When the IGZO film is formed, the cathode unit 22 is scanned from the start position St toward the end position En along the scanning direction, so that the erosion region of the cathode unit 22 is scanned once in the facing region R2. It was. At this time, the magnetic circuit 25 was also scanned once from the first position P1 to the second position P2 along the direction opposite to the direction toward the cathode unit 22.
In addition, the laminated body in which the silicon oxide film which is a thermal oxide film was formed on the P-type silicon substrate was used as the substrate S.
DC power: 10W / cm 2
・ Argon gas partial pressure: 0.30 Pa
・ Oxygen gas partial pressure: 0.05 Pa
-Temperature of substrate S: 100 ° C
[薄膜トランジスタの構成]
図11を参照して、上述の条件を用いて形成されたIGZO膜をチャネル層として有する薄膜トランジスタの構成を説明する。
図11に示されるように、薄膜トランジスタ40は、ゲート電極41、ゲート酸化膜42、および、チャネル層43を備え、ゲート電極41、ゲート酸化膜42、および、チャネル層43は、下側からこの順に積層されている。ゲート電極41は、例えば、P型のシリコンで構成された基板であり、ゲート酸化膜42は、ゲート電極41の熱酸化によって形成された酸化シリコン膜である。チャネル層43は、上述のスパッタ装置10を用いて形成されたIGZO膜であり、チャネル層43の厚さは、例えば、50nmである。
[Configuration of thin film transistor]
A structure of a thin film transistor having an IGZO film formed using the above conditions as a channel layer will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 11, the thin film transistor 40 includes a gate electrode 41, a gate oxide film 42, and a channel layer 43. The gate electrode 41, the gate oxide film 42, and the channel layer 43 are arranged in this order from the lower side. Are stacked. The gate electrode 41 is a substrate made of, for example, P-type silicon, and the gate oxide film 42 is a silicon oxide film formed by thermal oxidation of the gate electrode 41. The channel layer 43 is an IGZO film formed by using the sputtering apparatus 10 described above, and the thickness of the channel layer 43 is, for example, 50 nm.
チャネル層43上には、ソース電極44とドレイン電極45とが形成され、ソース電極44とドレイン電極45とは、例えばモリブデンで構成されている。ソース電極44とドレイン電極45との間の幅であるチャネル長Lは、例えば、0.1mmであり、ソース電極44およびドレイン電極45の各々における紙面と直交する方向の幅であるチャネル幅Wは、例えば、1mmである。 A source electrode 44 and a drain electrode 45 are formed on the channel layer 43, and the source electrode 44 and the drain electrode 45 are made of, for example, molybdenum. The channel length L, which is the width between the source electrode 44 and the drain electrode 45, is, for example, 0.1 mm, and the channel width W, which is the width of each of the source electrode 44 and the drain electrode 45 in the direction perpendicular to the paper surface, is For example, 1 mm.
[試験例1]
図12を参照して試験例1を説明する。
図12に示されるように、試験例1では、1つの側面がターゲットTGの表面TGsと向かい合う対向遮蔽板M1がスパッタチャンバ13の内部に位置する状態で、先に説明した条件を用いてIGZO膜が形成された。対向遮蔽板M1として、搬送方向における幅が、ターゲットTGの搬送方向における幅よりも大きく、かつ、高さ方向における幅が、ターゲットTGの高さ方向における幅と略等しい板部材が用いられた。なお、ターゲットTG、ターゲットTGの表面TGsに形成されるエロージョン領域E、および、対向遮蔽板M1の各々は、ターゲットTGの搬送方向における中央を通る仮想平面を対称面とする面対称に配置された。
[Test Example 1]
Test Example 1 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 12, in Test Example 1, an IGZO film is formed using the conditions described above in a state where the opposing shielding plate M1 whose one side faces the surface TGs of the target TG is positioned inside the sputtering chamber 13. Formed. A plate member having a width in the transport direction larger than a width in the transport direction of the target TG and a width in the height direction substantially equal to the width in the height direction of the target TG is used as the counter shielding plate M1. Note that each of the target TG, the erosion region E formed on the surface TGs of the target TG, and the opposing shielding plate M1 are arranged in plane symmetry with a virtual plane passing through the center in the transport direction of the target TG as a symmetry plane. .
対向遮蔽板M1は、エロージョン領域Eから放出された複数のスパッタ粒子のうち、他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域とは搬送方向における反対側に向けて飛行するスパッタ粒子であり、かつ、入射角度が所定の範囲に含まれるスパッタ粒子のみを形成領域に到達させた。すなわち、対向遮蔽板M1は、最小値θ1mである0°以上、最大値θ1Mである30°以下の範囲に含まれるスパッタ粒子のみを形成領域に到達させた。 The opposing shielding plate M1 is a sputtered particle that flies toward the opposite side in the transport direction from the B⊥0 region extending from the other erosion region E among the plurality of sputtered particles emitted from the erosion region E, and Only the sputtered particles whose incident angles are included in a predetermined range were allowed to reach the formation region. That is, the opposing shielding plate M1 allowed only the sputtered particles included in the range of 0 ° or more which is the minimum value θ1m and 30 ° or less which is the maximum value θ1M to reach the formation region.
一方、対向遮蔽板M1は、エロージョン領域Eから放出された複数のスパッタ粒子のう
ち、他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域に向けて飛行するスパッタ粒子であり、かつ、入射角度が所定の範囲に含まれるスパッタ粒子のみを形成領域に到達させた。すなわち、対向遮蔽板M1は、最小値θ2mである0°以上、最大値θ2Mである15°以下の範囲に含まれるスパッタ粒子のみを形成領域に到達させた。
On the other hand, the opposing shielding plate M1 is a sputtered particle that flies toward the region B⊥0 extending from the other erosion region E among the plurality of sputtered particles emitted from the erosion region E, and has an incident angle of a predetermined value. Only the sputtered particles included in the range were allowed to reach the formation region. That is, the opposing shielding plate M1 allowed only the sputtered particles included in the range of 0 ° or more which is the minimum value θ2m and 15 ° or less which is the maximum value θ2M to reach the formation region.
[試験例2]
図13を参照して試験例2を説明する。
図13に示されるように、試験例1と同様、対向遮蔽板M1がスパッタチャンバ13の内部に位置する状態で、IGZO膜が形成された。ただし、試験例2では、試験例1とは異なり、対向遮蔽板M1として、搬送方向における幅が、ターゲットTGの搬送方向における幅よりも小さい板部材が用いられた。なお、ターゲットTG、ターゲットTGの表面TGsに形成されるエロージョン領域E、および、対向遮蔽板M1の各々は、上述の仮想平面を対称面とする面対称に配置された。
[Test Example 2]
Test example 2 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 13, the IGZO film was formed in a state where the opposing shielding plate M <b> 1 was positioned inside the sputtering chamber 13 as in Test Example 1. However, unlike Test Example 1, in Test Example 2, a plate member having a width in the transport direction smaller than the width in the transport direction of the target TG was used as the opposing shielding plate M1. Note that each of the target TG, the erosion region E formed on the surface TGs of the target TG, and the opposing shielding plate M1 are arranged in plane symmetry with the above-described virtual plane as a plane of symmetry.
対向遮蔽板M1は、エロージョン領域Eから放出された複数のスパッタ粒子のうち、他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域とは搬送方向における反対側に向けて飛行するスパッタ粒子であり、かつ、入射角度が所定の範囲に含まれるスパッタ粒子のみを形成領域に到達させた。すなわち、対向遮蔽板M1は、最小値θ1mである0°以上、最大値θ1Mである60°以下の範囲に含まれるスパッタ粒子のみを形成領域に到達させた。 The opposing shielding plate M1 is a sputtered particle that flies toward the opposite side in the transport direction from the B⊥0 region extending from the other erosion region E among the plurality of sputtered particles emitted from the erosion region E, and Only the sputtered particles whose incident angles are included in a predetermined range were allowed to reach the formation region. That is, the opposing shielding plate M1 allowed only the sputtered particles included in the range of 0 ° or more which is the minimum value θ1m and 60 ° or less which is the maximum value θ1M to reach the formation region.
一方、対向遮蔽板M1は、エロージョン領域Eから放出された複数のスパッタ粒子のうち、他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域に向けて飛行するスパッタ粒子であり、かつ、入射角度が所定の範囲に含まれるスパッタ粒子のみを形成領域に到達させた。すなわち、対向遮蔽板M1は、最小値θ2mである0°以上、最大値θ2Mである21°以下の範囲に含まれるスパッタ粒子のみを形成領域に到達させた。 On the other hand, the opposing shielding plate M1 is a sputtered particle that flies toward the region B⊥0 extending from the other erosion region E among the plurality of sputtered particles emitted from the erosion region E, and has an incident angle of a predetermined value. Only the sputtered particles included in the range were allowed to reach the formation region. That is, the opposing shielding plate M1 allowed only the sputtered particles included in the range of 0 ° or more which is the minimum value θ2m and 21 ° or less which is the maximum value θ2M to reach the formation region.
[試験例3]
図14を参照して試験例3を説明する。
図14に示されるように、試験例2と同じ対向遮蔽板M1、および、ターゲットTGの搬送方向における2つの端部の各々に、高さ方向に延びる遮蔽板M2が位置する状態で、IGZO膜が形成された。なお、ターゲットTG、ターゲットTGの表面TGsに形成されるエロージョン領域E、対向遮蔽板M1、および、遮蔽板M2の各々は、上述の仮想平面を対称面とする面対称に配置された。
[Test Example 3]
Test Example 3 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 14, the IGZO film in the state where the opposite shielding plate M1 as in Test Example 2 and the shielding plate M2 extending in the height direction are located at each of two ends in the transport direction of the target TG. Formed. Note that each of the target TG, the erosion region E formed on the surface TGs of the target TG, the opposing shielding plate M1, and the shielding plate M2 is arranged in plane symmetry with the above-described virtual plane as a symmetry plane.
各遮蔽板M2は、搬送方向における距離が近いエロージョン領域Eから放出された複数のスパッタ粒子のうち、他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域とは搬送方向の反対側に向けて飛行するスパッタ粒子であり、かつ、入射角度が30°以下のスパッタ粒子を形成領域に到達させなかった。一方、各遮蔽板M2は、搬送方向における距離が近いエロージョン領域から放出された複数のスパッタ粒子のうち、他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域に向けて飛行するスパッタ粒子であり、かつ、入射角度が9°以下のスパッタ粒子を形成領域に到達させなかった。 Each shielding plate M2 flies toward the opposite side of the transport direction from the B⊥0 region extending from the other erosion region E among the plurality of sputter particles emitted from the erosion region E having a short distance in the transport direction. Sputtered particles having an incident angle of 30 ° or less were not allowed to reach the formation region. On the other hand, each shielding plate M2 is a sputtered particle that flies toward the region B⊥0 extending from the other erosion region E among the plurality of sputtered particles emitted from the erosion region having a short distance in the transport direction, and The sputtered particles having an incident angle of 9 ° or less were not allowed to reach the formation region.
そのため、試験例3では、エロージョン領域Eから放出されるスパッタ粒子のうち、他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域とは搬送方向の反対側に向けて飛行するスパッタ粒子のうち、入射角度が以下の範囲であるスパッタ粒子が形成領域に到達した。
30°<入射角度θ≦60°
Therefore, in Test Example 3, out of the sputtered particles emitted from the erosion region E, the incident angle among the sputtered particles flying toward the opposite side of the transport direction from the B⊥0 region extending from the other erosion region E The sputtered particles having the following range reached the formation region.
30 ° <incident angle θ ≦ 60 °
一方、エロージョン領域Eから放出されるスパッタ粒子のうち、他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域に向けて飛行するスパッタ粒子のうち、入射角度が以下の範囲であるスパッタ粒子が形成領域に到達した。
9°<入射角度θ≦21°
On the other hand, among the sputtered particles emitted from the erosion region E, among the sputtered particles flying toward the region B⊥0 extending from the other erosion region E, sputtered particles having an incident angle in the following range are formed in the formation region. Reached.
9 ° <incident angle θ ≦ 21 °
[試験例4]
図15を参照して試験例4を説明する。
図15に示されるように、試験例3と同様に2つの遮蔽板M2が位置する状態で、IGZO膜が形成された。ただし、試験例4では、遮蔽板M2として、幅方向における幅が試験例3の遮蔽板M2よりも大きい板部材が用いられた。なお、ターゲットTG、ターゲットTGの表面TGsに形成されるエロージョン領域E、および、遮蔽板M2の各々は、上述の仮想平面を対称面とする面対称に配置された。
[Test Example 4]
Test Example 4 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 15, the IGZO film was formed in a state where the two shielding plates M <b> 2 were positioned as in Test Example 3. However, in Test Example 4, a plate member having a width in the width direction larger than the shield plate M2 of Test Example 3 was used as the shield plate M2. Note that each of the target TG, the erosion region E formed on the surface TGs of the target TG, and the shielding plate M2 is arranged in plane symmetry with the above-described virtual plane as a symmetry plane.
各遮蔽板M2は、搬送方向における距離が近いエロージョン領域Eから放出された複数のスパッタ粒子のうち、他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域とは搬送方向の反対側に向けて飛行するスパッタ粒子であり、かつ、入射角度が60°以下のスパッタ粒子を形成領域に到達させなかった。一方、各遮蔽板M2は、搬送方向における距離が近いエロージョン領域から放出された複数のスパッタ粒子のうち、他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域に向けて飛行するスパッタ粒子であり、かつ、入射角度が21°以下のスパッタ粒子を形成領域に到達させなかった。 Each shielding plate M2 flies toward the opposite side of the transport direction from the B⊥0 region extending from the other erosion region E among the plurality of sputter particles emitted from the erosion region E having a short distance in the transport direction. Sputtered particles having an incident angle of 60 ° or less were not allowed to reach the formation region. On the other hand, each shielding plate M2 is a sputtered particle that flies toward the region B⊥0 extending from the other erosion region E among the plurality of sputtered particles emitted from the erosion region having a short distance in the transport direction, and The sputtered particles having an incident angle of 21 ° or less were not allowed to reach the formation region.
[薄膜トランジスタの特性と入射角度との関係]
図16を参照して、IGZO膜をチャネル層として有する薄膜トランジスタの特性と、IGZO膜が形成されるときのスパッタ粒子の入射角度との関係を説明する。
[Relationship between characteristics of thin film transistor and incident angle]
With reference to FIG. 16, the relationship between the characteristics of a thin film transistor having an IGZO film as a channel layer and the incident angle of sputtered particles when the IGZO film is formed will be described.
先の図12から図15で説明された試験例1から試験例4の各々にて形成されたIGZO膜を用いて、先の図11で説明された複薄の薄膜トランジスタが作成された。各試験例のIGZO膜を有する複数の薄膜トランジスタに対して、例えば、ゲート−ソース間電圧が20Vであり、ドレイン−ソース間電圧が20Vである条件にて、60分にわたってバイアスストレステストが行われた。そして、各薄膜トランジスタについて、バイアスストレステストの後の閾値電圧V0が測定され、閾値電圧V0の変化量(ΔV0)の平均値が算出された。なお、閾値電圧V0は、ドレイン電流が1E−9Aに到達するときのゲート−ソース間電圧である。 Using the IGZO film formed in each of Test Example 1 to Test Example 4 described with reference to FIGS. 12 to 15, the thin-film transistor described with reference to FIG. 11 was formed. For a plurality of thin film transistors having the IGZO film of each test example, a bias stress test was performed for 60 minutes under a condition where the gate-source voltage was 20 V and the drain-source voltage was 20 V, for example. . For each thin film transistor, the threshold voltage V 0 after the bias stress test was measured, and the average value of the amount of change (ΔV 0 ) in the threshold voltage V 0 was calculated. The threshold voltage V 0 is a gate-source voltage when the drain current reaches 1E −9 A.
図16に示されるように、試験例1の薄膜トランジスタでは、閾値電圧V0の変化量が5.5であり、試験例2の薄膜トランジスタでは、閾値電圧V0の変化量が5.1であることが認められた。試験例2の薄膜トランジスタでは、試験例1の薄膜トランジスタと比べて、IGZO膜が形成されるとき、形成領域に到達するスパッタ粒子の入射角度の最大値θ1M,θ2Mが大きいため、閾値電圧V0の変化量が小さくなることが認められた。 As shown in FIG. 16, the change amount of the threshold voltage V 0 is 5.5 in the thin film transistor of Test Example 1, and the change amount of the threshold voltage V 0 is 5.1 in the thin film transistor of Test Example 2. Was recognized. In the thin film transistor of Test Example 2, compared to the thin film transistor of Test Example 1, when the IGZO film is formed, the maximum values θ1M and θ2M of the incident angles of the sputtered particles that reach the formation region are large, and thus the threshold voltage V 0 changes. A small amount was observed.
これに対し、試験例3の薄膜トランジスタでは、閾値電圧V0の変化量が2.1であり、試験例2の薄膜トランジスタと比べて、閾値電圧V0の変化量が大幅に小さくなることが認められた。 On the other hand, in the thin film transistor of Test Example 3, the change amount of the threshold voltage V 0 is 2.1, and it is recognized that the change amount of the threshold voltage V 0 is significantly smaller than that of the thin film transistor of Test Example 2. It was.
ここで、試験例2の薄膜トランジスタと、試験例3の薄膜トランジスタとでは、IGZO膜が形成されるときの入射角度の最大値θ1M,θ2Mが同じである一方、入射角度の最小値θ1m,θ2mが相互に異なる。そして、試験例3では、試験例2よりも入射角度の最小値θ1m,θ2mが大きい。そのため、IGZO膜が形成されるとき、入射角度の小さいスパッタ粒子が形成領域に到達しないことによって、IGZO膜をチャネル層として有する薄膜トランジスタにて、閾値電圧V0の変化量が小さくなるといえる。より詳しくは、複数のスパッタ粒子のうち、下記の条件を満たすスパッタ粒子が形成領域に到達しないことにより、閾値電圧V0の変化量が小さくなるといえる。 Here, in the thin film transistor of Test Example 2 and the thin film transistor of Test Example 3, the maximum values of incident angles θ1M and θ2M when the IGZO film is formed are the same, while the minimum values of incident angles θ1m and θ2m are mutually different. Different. In Test Example 3, the minimum incident angles θ1m and θ2m are larger than in Test Example 2. Therefore, when the IGZO film is formed, by a small sputtered particles incident angle does not reach the formation region at the thin film transistor having a IGZO film as the channel layer, it can be said that the variation in the threshold voltage V 0 becomes smaller. More specifically, among the plurality of sputtered particles, by not reach satisfying sputtered particles forming region below, it can be said that the variation in the threshold voltage V 0 becomes smaller.
(A)他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域とは搬送方向の反対側に飛行するスパッタ粒子であって、形成領域に対する入射角度が30°以下であるスパッタ粒子。
(B)他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域に向けて飛行するスパッタ粒子であって、形成領域に対する入射角度が9°以下であるスパッタ粒子。
(A) Sputtered particles flying from the other erosion region E to the region of B 領域 0 flying in the opposite direction to the transport direction, and having an incident angle with respect to the formation region of 30 ° or less.
(B) Sputtered particles flying toward the region of B⊥0 extending from another erosion region E and having an incident angle with respect to the formation region of 9 ° or less.
一方、試験例4の薄膜トランジスタでは、閾値電圧V0の変化量が1.9であり、試験例3の薄膜トランジスタと比べて、閾値電圧V0の変化量が小さくはなる。しかしながら、試験例3の薄膜トランジスタでの閾値電圧V0の変化量と試験例4の薄膜トランジスタでの閾値電圧V0の変化量との差は、試験例2の薄膜トランジスタでのV0の変化量と試験例3の薄膜トランジスタでの閾値電圧V0の変化量との差よりも小さいことが認められた。このように、入射角度θの最小値θ1m,θ2mを試験例3よりも大きくしても、薄膜トランジスタでの閾値電圧V0の変化量は、大幅には小さくならないことが認められた。 On the other hand, in the thin film transistor of Test Example 4, the change amount of the threshold voltage V 0 is 1.9, and the change amount of the threshold voltage V 0 is smaller than that of the thin film transistor of Test Example 3. However, the difference between the change amount of the threshold voltage V 0 which a thin film transistor of the variation in Test Example 4 of the threshold voltage V 0 which a thin film transistor of Experimental Example 3, the amount of change in V 0 which a thin film transistor of Experimental Example 2 Test It was confirmed that the difference was smaller than the change amount of the threshold voltage V 0 in the thin film transistor of Example 3. Thus, the minimum value θ1m incident angle theta, be larger than the test example 3 Shita2m, variation in the threshold voltage V 0 which a thin film transistor was observed to not be significantly small.
それゆえに、IGZO膜が形成されるとき、形成領域に到達するスパッタ粒子は、上述の(A)の条件、および、(B)の条件を満たしていることが、薄膜トランジスタでの閾値電圧V0の変化量を小さくする上で、重要であるといえる。すなわち、条件(A)および(B)を満たすスパッタ粒子によってIGZO膜が形成されることにより、ゲート酸化膜との界面を形成するIGZO膜の面内では、IGZO膜の組成におけるばらつきが抑えられるため、IGZO膜の半導体特性のばらつきも抑えられる。これにより、ゲート酸化膜42の絶縁性が保たれやすくなり、薄膜トランジスタにおける閾値電圧の変化量が抑えられるといえる。 Therefore, when the IGZO film is formed, the sputtered particles reaching the formation area, the conditions of the above (A), and, that satisfies the condition of (B), the threshold voltage V 0 which a thin film transistor It can be said that it is important in reducing the amount of change. That is, since the IGZO film is formed by the sputtered particles that satisfy the conditions (A) and (B), variation in the composition of the IGZO film can be suppressed in the plane of the IGZO film that forms the interface with the gate oxide film. Further, variation in semiconductor characteristics of the IGZO film can be suppressed. Thereby, the insulating property of the gate oxide film 42 is easily maintained, and it can be said that the change amount of the threshold voltage in the thin film transistor is suppressed.
なお、(A)の条件を満たすスパッタ粒子は、(B)の条件を満たすスパッタ粒子とは異なり、他のエロージョン領域Eから延びるB⊥0の領域に向けて飛行しないため、プラズマ中に含まれる活性種と反応する確率が小さくなる。そのため、特に、(A)の条件を満たすスパッタ粒子が形成領域に到達しないことで、IGZO膜の組成や膜密度がばらつくことが抑えられる。 Unlike the sputtered particles that satisfy the condition (B), the sputtered particles that satisfy the condition (A) do not fly toward the B⊥0 region extending from the other erosion region E, and are therefore included in the plasma. The probability of reacting with active species is reduced. For this reason, in particular, the sputtered particles that satisfy the condition (A) do not reach the formation region, thereby suppressing variations in the composition and film density of the IGZO film.
[IGZO膜の膜密度]
図17を参照して試験例としてIGZO膜の膜密度に関する試験例を説明する。なお、図17には、IGZO膜の膜密度がX線反射率法を用いて測定された結果、および、IGZO膜でのインジウムとガリウムと亜鉛との原子数の比が1:1:1であるときの理論密度(g/cm3)が示されている。
上述した試験例2の条件にて形成されたIGZO膜の膜密度と、上述した試験例3の条件にて形成されたIGZO膜の膜密度とが測定された。
[Film density of IGZO film]
A test example relating to the film density of the IGZO film will be described as a test example with reference to FIG. FIG. 17 shows the result of measuring the film density of the IGZO film using the X-ray reflectivity method, and the ratio of the number of atoms of indium, gallium, and zinc in the IGZO film is 1: 1: 1. The theoretical density at a certain time (g / cm 3 ) is shown.
The film density of the IGZO film formed under the conditions of Test Example 2 described above and the film density of the IGZO film formed under the conditions of Test Example 3 described above were measured.
図17に示されるように、試験例2の膜密度が5.22g/cm3であり、試験例3の膜密度が6.23g/cm3であることが認められた。そして、試験例3の膜密度が、試験例2の膜密度に比べて、理論密度である6.38g/cm3に近い値であることが認められた。このように、上述した(A)および(B)の条件を満たすスパッタ粒子SPを含む複数のスパッタ粒子SPによって形成されたIGZO膜よりも、(A)および(B)の条件を満たすスパッタ粒子SPを含まない複数のスパッタ粒子SPによって形成されたIGZO膜では、膜密度が高められること、および、膜密度がより理論密度に近い値になることが認められた。 As shown in FIG. 17, it was confirmed that the film density of Test Example 2 was 5.22 g / cm 3 and the film density of Test Example 3 was 6.23 g / cm 3 . Then, it was confirmed that the film density of Test Example 3 was close to the theoretical density of 6.38 g / cm 3 compared to the film density of Test Example 2. As described above, the sputtered particles SP satisfying the conditions (A) and (B) rather than the IGZO film formed by the plurality of sputtered particles SP including the sputtered particles SP satisfying the conditions (A) and (B) described above. In the IGZO film formed by a plurality of sputtered particles SP not containing the film, it was recognized that the film density is increased and the film density is closer to the theoretical density.
このように、上述の(A)および(B)の条件を満たすスパッタ粒子SP以外のスパッタ粒子SPによって形成されたIGZO膜では、他の部材との界面におけるIGZO膜の特性に加えて、IGZO膜の厚さ方向の全体にわたるIGZO膜の特性である膜密度も高められる。 Thus, in the IGZO film formed by the sputtered particles SP other than the sputtered particles SP satisfying the above conditions (A) and (B), in addition to the characteristics of the IGZO film at the interface with other members, the IGZO film The film density which is a characteristic of the IGZO film over the entire thickness direction is also increased.
なお、上述した各実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・第1実施形態および第2実施形態では、ターゲット23の形成材料における主たる成分が、IGZO以外の酸化物半導体、例えば、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化インジウム、および、チタン酸ストロンチウム等であってもよい。
In addition, each embodiment mentioned above can also be suitably changed and implemented as follows.
-In 1st Embodiment and 2nd Embodiment, the main components in the formation material of the target 23 are oxide semiconductors other than IGZO, for example, zinc oxide, nickel oxide, tin oxide, titanium oxide, vanadium oxide, indium oxide, and Or strontium titanate.
・第1実施形態および第2実施形態では、ターゲット23の形成材料における主たる成分が、IGZO以外であってもよく、インジウムを含むIGZO以外の酸化物半導体、例えば、酸化インジウム亜鉛スズ(IZTO)、酸化インジウム亜鉛アンチモン(IZAO)、酸化インジウムスズ亜鉛(ITZO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、及び、酸化インジウムアンチモン(IAO)等が用いられてもよい。なお、これらIGZO以外のインジウム含有酸化物半導体が薄膜トランジスタのチャネル層として用いられた場合であっても、形成領域R1に入射するスパッタ粒子SPの入射角度θを制限することによって、IGZO膜と同様の効果が得られることが本願発明者らによって認められている。 -In 1st Embodiment and 2nd Embodiment, the main components in the formation material of the target 23 may be other than IGZO, and oxide semiconductors other than IGZO containing indium, for example, indium zinc tin oxide (IZTO), Indium zinc antimony oxide (IZAO), indium tin zinc oxide (ITZO), indium zinc oxide (IZO), indium antimony oxide (IAO), or the like may be used. Even when these indium-containing oxide semiconductors other than IGZO are used as the channel layer of the thin film transistor, the same angle as the IGZO film can be obtained by limiting the incident angle θ of the sputtered particles SP incident on the formation region R1. It is recognized by the present inventors that an effect can be obtained.
・ターゲット23の形成材料における主たる成分は、IGZOに限らず、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、及び、酸化アルミニウム等の無機酸化物であってもよい。 The main component in the material for forming the target 23 is not limited to IGZO, but may be, for example, indium tin oxide (ITO) and inorganic oxides such as aluminum oxide.
・ターゲット23の形成材料における主たる成分は、金属、金属化合物、及び、半導体等であってもよい。ターゲット23の形成材料における主たる成分に単体の金属や半導体が用いられる場合には、ターゲット23から放出されたスパッタ粒子SPと、反応ガスから生成されたプラズマとの反応によって、酸化物膜や窒化物膜等の化合物膜の形成が可能である。 -The main component in the forming material of the target 23 may be a metal, a metal compound, a semiconductor, or the like. When a single metal or semiconductor is used as the main component of the material for forming the target 23, an oxide film or a nitride is produced by a reaction between the sputtered particles SP emitted from the target 23 and plasma generated from the reaction gas. A compound film such as a film can be formed.
・第3実施形態のスパッタ装置が備えるスパッタチャンバ13は、形成領域R1へのスパッタ粒子SPの放出が開始されるとき、第1ユニット31と第2ユニット32との両方が開始位置Stに配置される構成でなくともよい。 In the sputtering chamber 13 provided in the sputtering apparatus of the third embodiment, when the release of the sputtered particles SP to the formation region R1 is started, both the first unit 31 and the second unit 32 are arranged at the start position St. It does not have to be a configuration.
図18に示されるように、第1ユニット31が開始位置Stに配置され、第2ユニット32が終了位置Enに配置される構成でもよい。こうした構成では、第1ユニット31が開始位置Stに配置されるとき、第1ユニット31のターゲット23の第1端部23e1と、形成領域R1の第1端部Re1との間の走査方向における距離D1が、150mm以上であることが好ましい。一方、第2ユニット32が終了位置Enに配置されるとき、第2ユニット32のターゲット23の第2端部23e2と、形成領域R1の第2端部Re2との間の走査方向における距離D1が、150mm以上であることが好ましい。 As shown in FIG. 18, the first unit 31 may be disposed at the start position St and the second unit 32 may be disposed at the end position En. In such a configuration, when the first unit 31 is disposed at the start position St, the distance in the scanning direction between the first end 23e1 of the target 23 of the first unit 31 and the first end Re1 of the formation region R1. It is preferable that D1 is 150 mm or more. On the other hand, when the second unit 32 is disposed at the end position En, the distance D1 in the scanning direction between the second end 23e2 of the target 23 of the second unit 32 and the second end Re2 of the formation region R1 is 150 mm or more is preferable.
形成領域R1に積層体が形成されるとき、例えば、走査部27が、第1ユニット31を開始位置Stから終了位置Enに向けて走査方向に沿って移動させる。これにより、形成領域R1には、例えば、酸化シリコン膜が形成される。そして、走査部27が、第1ユニット31を終了位置Enから開始位置Stに向けて走査方向に沿って移動させる。このとき、第1ユニット31は、スパッタ粒子SPを形成領域R1に放出してもよいし、放出しなくともよい。次いで、走査部27が、第2ユニット32を終了位置Enから開始位置Stに向けて走査方向に沿って移動させる。これにより、形成領域R1には、例えば、酸化ニオブ膜が形成される。そして、走査部27が、第2ユニット32を開始位置Stから終了位置Enに向けて走査方向に沿って移動させる。このとき、第2ユニット32は、スパッタ粒子SPを形成領域R1に放出してもよいし、放出しなくともよい。 When the stacked body is formed in the formation region R1, for example, the scanning unit 27 moves the first unit 31 from the start position St toward the end position En along the scanning direction. Thereby, for example, a silicon oxide film is formed in the formation region R1. Then, the scanning unit 27 moves the first unit 31 along the scanning direction from the end position En toward the start position St. At this time, the first unit 31 may or may not emit the sputtered particles SP to the formation region R1. Next, the scanning unit 27 moves the second unit 32 along the scanning direction from the end position En toward the start position St. Thereby, for example, a niobium oxide film is formed in the formation region R1. Then, the scanning unit 27 moves the second unit 32 along the scanning direction from the start position St toward the end position En. At this time, the second unit 32 may or may not emit the sputtered particles SP to the formation region R1.
なお、第1ユニット31および第2ユニット32の各々が、スパッタ粒子SPを放出しながら走査方向に沿って開始位置Stと終了位置Enとの間で移動する回数は、各ユニッ
トが形成する化合物膜の厚さに合わせて変更することができる。
The number of times each of the first unit 31 and the second unit 32 moves between the start position St and the end position En along the scanning direction while releasing the sputtered particles SP is the compound film formed by each unit. It can be changed according to the thickness.
・スパッタ装置10は、1つのカソードユニット22を有する2つのスパッタチャンバ13を備える構成であってもよい。こうした構成では、各スパッタチャンバ13のカソードユニット22が、形成材料の主たる成分が相互に異なるターゲット23を備えることによって、基板Sの表面Saに2つの化合物膜から構成される積層体が形成される。なお、スパッタ装置10は、1つのカソードユニット22を有する3つ以上のスパッタチャンバ13を備え、かつ、各カソードユニット22の有するターゲット23の形成材料における主たる成分が相互に異なる構成でもよい。こうした構成によれば、基板Sの表面Saには、3つ以上の化合物膜から構成される積層体が形成される。 The sputtering apparatus 10 may be configured to include two sputtering chambers 13 having one cathode unit 22. In such a configuration, the cathode unit 22 of each sputter chamber 13 includes the targets 23 whose main components are different from each other, so that a laminate composed of two compound films is formed on the surface Sa of the substrate S. . The sputtering apparatus 10 may include three or more sputtering chambers 13 each having one cathode unit 22, and the main components in the material for forming the target 23 included in each cathode unit 22 may be different from each other. According to such a configuration, a laminate composed of three or more compound films is formed on the surface Sa of the substrate S.
・第3実施形態の第1ユニット31は、形成材料の主たる成分が酸化シリコン以外であるターゲット23を備えてもよいし、第2ユニット32は、形成材料の主たる成分が酸化ニオブ以外であるターゲット23を備えてもよい。いずれのターゲット23も、形成材料の主たる成分が金属、金属化合物、および、半導体等のいずれであってもよい。 The first unit 31 of the third embodiment may include a target 23 whose main component of the forming material is other than silicon oxide, and the second unit 32 is a target whose main component of the forming material is other than niobium oxide. 23 may be provided. In any of the targets 23, the main component of the forming material may be any of a metal, a metal compound, a semiconductor, and the like.
・第3実施形態のスパッタチャンバ13は、3つ以上のカソードユニット22を備える構成でもよく、各カソードユニット22の備えるターゲット23の形成材料における主たる成分は、相互に異なってもよいし、同じであってもよい。 The sputter chamber 13 of the third embodiment may be configured to include three or more cathode units 22, and the main components in the target 23 forming material included in each cathode unit 22 may be different from each other or the same. There may be.
・図19に示されるように、第2実施形態のカソードユニット22は、走査方向にて第1カソード22Aのターゲット23と、第2カソード22Bのターゲット23との間に配置される第3遮蔽板28cを備えてもよい。第3遮蔽板28cにおける幅方向の突き出し幅は、第1遮蔽板28aおよび第2遮蔽板28bと相互に異なってもよいし、同じであってもよい。第3遮蔽板28cが、第3遮蔽部の一例である。 As shown in FIG. 19, the cathode unit 22 of the second embodiment includes a third shielding plate disposed between the target 23 of the first cathode 22A and the target 23 of the second cathode 22B in the scanning direction. 28c may be provided. The protruding width in the width direction of the third shielding plate 28c may be different from the first shielding plate 28a and the second shielding plate 28b, or may be the same. The 3rd shielding board 28c is an example of a 3rd shielding part.
カソードユニット22が開始位置Stから終了位置Enに向けて走査方向に沿って移動するとき、走査方向における第1カソード22Aの第1エロージョン領域E1と第3遮蔽板28cとの間の距離が、最も大きくなる。ただし、走査方向における第1エロージョン領域E1と第3遮蔽板28cとの距離は、第1エロージョン領域E1と、第2遮蔽板28bとの間の距離よりも小さい。そのため、第1カソード22Aの第1エロージョン領域E1からカソードユニット22の向かう方向とは反対の方向に放出される複数のスパッタ粒子SPのうち、第3遮蔽板28cに衝突するスパッタ粒子SPの入射角度θ4の範囲は、9°よりも大きくなる。それゆえに、形成領域R1に到達する複数のスパッタ粒子SPにて、飛行経路Fの最大値が小さくなり、スパッタ粒子SPとプラズマ中の他の粒子との衝突する回数の最大値も小さくなる。結果として、スパッタ粒子SPの有するエネルギーの最小値が大きくなり、IGZO膜の膜密度が小さくなることが抑えられる。 When the cathode unit 22 moves along the scanning direction from the start position St to the end position En, the distance between the first erosion region E1 of the first cathode 22A and the third shielding plate 28c in the scanning direction is the largest. growing. However, the distance between the first erosion region E1 and the third shielding plate 28c in the scanning direction is smaller than the distance between the first erosion region E1 and the second shielding plate 28b. Therefore, among the plurality of sputtered particles SP emitted in the direction opposite to the direction from the first erosion region E1 of the first cathode 22A toward the cathode unit 22, the incident angle of the sputtered particles SP that collide with the third shielding plate 28c. The range of θ4 is larger than 9 °. Therefore, the maximum value of the flight path F is reduced at the plurality of sputtered particles SP reaching the formation region R1, and the maximum value of the number of collisions between the sputtered particles SP and other particles in the plasma is also reduced. As a result, the minimum value of the energy possessed by the sputtered particles SP increases, and the film density of the IGZO film can be suppressed from decreasing.
一方、2つの磁気回路25の各々が第2位置P2に配置されるとき、走査方向における第2カソード22Bの第2エロージョン領域E2と第3遮蔽板28cとの間の距離が、最も大きくなる。ただし、走査方向における第2エロージョン領域E2と、第1遮蔽板28aとの間の距離よりも小さい。そのため、第2カソード22Bの第2エロージョン領域E2からカソードユニット22の向かう方向に放出される複数のスパッタ粒子SPのうち、第3遮蔽板28cに衝突するスパッタ粒子SPの入射角度θの範囲は、9°よりも大きくなる。それゆえに、第3遮蔽板28cは、第2カソード22Bから放出されるスパッタ粒子SPに対しても、第1カソード22Aから放出されるスパッタ粒子SPと同等に作用する。 On the other hand, when each of the two magnetic circuits 25 is disposed at the second position P2, the distance between the second erosion region E2 of the second cathode 22B and the third shielding plate 28c in the scanning direction is the largest. However, the distance is smaller than the distance between the second erosion region E2 and the first shielding plate 28a in the scanning direction. Therefore, among the plurality of sputtered particles SP emitted in the direction from the second erosion region E2 of the second cathode 22B toward the cathode unit 22, the range of the incident angle θ of the sputtered particles SP that collide with the third shielding plate 28c is It becomes larger than 9 °. Therefore, the third shielding plate 28c acts on the sputtered particles SP emitted from the second cathode 22B in the same manner as the sputtered particles SP emitted from the first cathode 22A.
・第1実施形態から第3実施形態では、磁気回路走査部29が、磁気回路25を走査方向に沿って第1位置P1から第2位置P2に向けて移動させる。これに限らず、磁気回路
走査部29は、磁気回路25を走査方向に沿って第2位置P2から第1位置P1に向けて移動させてもよい。この際、走査部27がターゲット23に対向領域R2を1回走査させるとき、磁気回路走査部29が磁気回路25を第2位置P2から第1位置P1に向けて1回走査することにより、上述の(5)に準じた効果を得ることは可能である。
In the first to third embodiments, the magnetic circuit scanning unit 29 moves the magnetic circuit 25 from the first position P1 to the second position P2 along the scanning direction. Not limited to this, the magnetic circuit scanning unit 29 may move the magnetic circuit 25 from the second position P2 toward the first position P1 along the scanning direction. At this time, when the scanning unit 27 causes the target 23 to scan the counter region R2 once, the magnetic circuit scanning unit 29 scans the magnetic circuit 25 from the second position P2 to the first position P1 once. It is possible to obtain the effect according to (5).
・磁気回路走査部29は、ターゲット23の第1端部23e1と第2端部23e2との間の一部を走査方向に沿って磁気回路25に走査させる構成でもよい。こうした構成では、走査方向における各エロージョン領域と各遮蔽部との間の距離における最大値が小さくなるため、突き出し幅のより小さい遮蔽板が、上述した各実施形態と同じ入射角度θのスパッタ粒子SPを形成領域R1に到達させない。 The magnetic circuit scanning unit 29 may be configured to cause the magnetic circuit 25 to scan a part between the first end 23e1 and the second end 23e2 of the target 23 along the scanning direction. In such a configuration, since the maximum value in the distance between each erosion region and each shielding portion in the scanning direction is small, the shielding plate having a smaller protrusion width is used as the sputtered particle SP having the same incident angle θ as that of each of the above-described embodiments. Is not allowed to reach the formation region R1.
・第1実施形態から第3実施形態では、カソードユニット22が磁気回路走査部29を備える。これに限らず、カソードユニット22は磁気回路走査部29を備えていなくともよい、すなわち、カソードユニット22にて、ターゲット23に対する各エロージョン領域の位置が固定された構成でもよい。こうした構成であっても、各遮蔽板28aが、入射角度θが30°以下のスパッタ粒子SPを形成領域R1に到達させない以上は、上述の(2)、(3)に準じた効果を得ることはできる。 In the first to third embodiments, the cathode unit 22 includes the magnetic circuit scanning unit 29. However, the present invention is not limited thereto, and the cathode unit 22 may not include the magnetic circuit scanning unit 29. That is, the cathode unit 22 may have a configuration in which the position of each erosion region with respect to the target 23 is fixed. Even with such a configuration, the effects according to the above (2) and (3) can be obtained as long as each shielding plate 28a does not allow the sputtered particles SP having an incident angle θ of 30 ° or less to reach the formation region R1. I can.
・第2実施形態のカソードユニット22では、第2遮蔽板28bが、第1カソード22Aの第1エロージョン領域E1から放出されるスパッタ粒子SPのうち、入射角度θが9°以下であるスパッタ粒子SPを形成領域R1に到達させてもよい。また、第1遮蔽板28aが、第2カソード22Bの第2エロージョン領域E2から放出されるスパッタ粒子SPのうち、入射角度θが9°以下であるスパッタ粒子SPを形成領域R1に到達させてもよい。こうした構成であっても、第1遮蔽板28aが、第1カソード22Aの第1エロージョン領域E1から放出されるスパッタ粒子SPのうち、入射角度θが30°以下のスパッタ粒子SPを形成領域R1に到達させない以上は、上述の(2)に準じた効果を得ることはできる。また、第2遮蔽板28bが、第2カソード22Bの第2エロージョン領域E2から放出されるスパッタ粒子SPのうち、入射角度θが30°以下のスパッタ粒子SPを形成領域R1に到達させない以上は、上述した(3)に準じた効果を得ることはできる。 In the cathode unit 22 of the second embodiment, the second shielding plate 28b has the incident angle θ of 9 ° or less among the sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1 of the first cathode 22A. May reach the formation region R1. Further, even if the first shielding plate 28a causes the sputtered particles SP emitted from the second erosion region E2 of the second cathode 22B to have the incident angle θ of 9 ° or less reach the formation region R1. Good. Even in such a configuration, the first shielding plate 28a generates sputtered particles SP having an incident angle θ of 30 ° or less among the sputtered particles SP emitted from the first erosion region E1 of the first cathode 22A in the formation region R1. As long as it is not reached, the effect according to the above (2) can be obtained. In addition, the second shielding plate 28b does not allow the sputtered particles SP having an incident angle θ of 30 ° or less among the sputtered particles SP emitted from the second erosion region E2 of the second cathode 22B to reach the formation region R1. The effect according to (3) described above can be obtained.
・第1実施形態から第3実施形態では、第2遮蔽板28bが、走査方向にて第2遮蔽板28bに最も近いエロージョン領域から放出されるスパッタ粒子SPのうち、30°よりも小さい入射角度θのスパッタ粒子SPのみを形成領域R1に到達させない構成でもよい。こうした構成であっても、カソードユニット22が第2遮蔽板28bを備える以上、第2遮蔽板28bを備えていない構成と比べて、化合物膜における組成のばらつきを抑えることはできる。 In the first to third embodiments, the incident angle of the second shielding plate 28b is smaller than 30 ° among the sputtered particles SP emitted from the erosion region closest to the second shielding plate 28b in the scanning direction. The configuration may be such that only the sputtered particles SP having θ do not reach the formation region R1. Even in such a configuration, as long as the cathode unit 22 includes the second shielding plate 28b, it is possible to suppress variation in the composition of the compound film as compared with a configuration in which the second shielding plate 28b is not included.
・第1遮蔽板28aの突き出し幅と第2遮蔽板28bの突き出し幅とが相互に等しくなくともよく、第1遮蔽板28aの突き出し幅が、第2遮蔽板28bの突き出し幅よりも小さくともよい。 The protruding width of the first shielding plate 28a and the protruding width of the second shielding plate 28b may not be equal to each other, and the protruding width of the first shielding plate 28a may be smaller than the protruding width of the second shielding plate 28b. .
・第1実施形態から第3実施形態のカソードユニット22は、第2遮蔽板28bを備えていなくともよい。こうした構成であっても、第1遮蔽板28aを備えていれば、少なくとも形成領域R1に最初に到達するスパッタ粒子SPでの入射角度θは制限される。そのため、上述の(2)に準じた効果を得ることはできる。 -The cathode unit 22 of 1st Embodiment-3rd Embodiment does not need to be provided with the 2nd shielding board 28b. Even in such a configuration, if the first shielding plate 28a is provided, the incident angle θ at least at the sputtered particles SP that first reaches the formation region R1 is limited. Therefore, the effect according to the above (2) can be obtained.
・第1実施形態から第3実施形態では、第1遮蔽板28aが、30°よりも小さい入射角度θのスパッタ粒子SPのみを形成領域R1に到達させない構成でもよい。こうした構成であっても、カソードユニット22が第1遮蔽板28aを備えている以上、上記(2)
に準じた効果を少なからず得ることはできる。
In the first to third embodiments, the first shielding plate 28a may be configured such that only the sputtered particles SP having an incident angle θ smaller than 30 ° do not reach the formation region R1. Even in such a configuration, the cathode unit 22 includes the first shielding plate 28a.
It is possible to obtain a considerable amount of effects according to the above.
・第1実施形態から第3実施形態では、カソードユニット22が終了位置Enに配置されるとき、形成領域R1の第2端部Re2と、走査方向での形成領域R1の第2端部Re2との距離が最も近いターゲット23の第2端部23e2との距離が、150mmでなくともよい。こうした構成であっても、カソードユニット22が開始位置Stに配置されるとき、形成領域R1の第1端部Re1と、走査方向での形成領域R1の第1端部Re1との距離が最も近いターゲット23の第2端部23e2との距離が、150mmであれば、上述の(1)に準じた効果を得ることができる。 In the first to third embodiments, when the cathode unit 22 is disposed at the end position En, the second end Re2 of the formation region R1 and the second end Re2 of the formation region R1 in the scanning direction The distance from the second end 23e2 of the target 23 with the shortest distance may not be 150 mm. Even in this configuration, when the cathode unit 22 is arranged at the start position St, the distance between the first end Re1 of the formation region R1 and the first end Re1 of the formation region R1 in the scanning direction is the shortest. If the distance from the second end 23e2 of the target 23 is 150 mm, the effect according to the above (1) can be obtained.
・スパッタ装置10は、搬出入チャンバ11、および、前処理チャンバ12を備えていなくともよく、スパッタチャンバ13を備えていれば、先に列記した効果を得ることは可能である。あるいは、スパッタ装置10は、複数の前処理チャンバ12を備える構成であってもよい。
・基板Sにおける搬送方向に沿った幅、および、紙面の手前に向かう幅は、上述した大きさに限らず、適宜変更可能である。
The sputter apparatus 10 does not need to include the carry-in / out chamber 11 and the pretreatment chamber 12, and if the sputter chamber 13 is provided, the effects listed above can be obtained. Alternatively, the sputtering apparatus 10 may include a plurality of pretreatment chambers 12.
The width along the transport direction in the substrate S and the width toward the front of the page are not limited to the above-described sizes, and can be changed as appropriate.
・スパッタガスは、アルゴンガス以外の希ガス、例えば、ヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、および、キセノンガスであってもよい。また、反応ガスは、酸素ガス以外の酸素を含むガスや、窒素を含むガス等であってもよく、スパッタチャンバ13にて形成される化合物膜に合わせて変更可能である。 The sputtering gas may be a rare gas other than argon gas, for example, helium gas, neon gas, krypton gas, and xenon gas. The reactive gas may be a gas containing oxygen other than the oxygen gas, a gas containing nitrogen, or the like, and can be changed according to the compound film formed in the sputtering chamber 13.
・第2実施形態のカソードユニット22は、ターゲット23、バッキングプレート24、磁気回路25、交流電源26A、および、磁気回路走査部29から構成されるカソードを3つ以上備える構成であってもよい。 -The cathode unit 22 of 2nd Embodiment may be the structure provided with three or more cathodes comprised from the target 23, the backing plate 24, the magnetic circuit 25, AC power supply 26A, and the magnetic circuit scanning part 29. FIG.
・第3実施形態のスパッタチャンバ13は、第2実施形態のカソードユニット22、すなわち、第1カソード22Aと第2カソード22Bとを備えるカソードユニット22を2つ備える構成であってもよい。 The sputter chamber 13 of the third embodiment may be configured to include two cathode units 22 including the cathode unit 22 of the second embodiment, that is, the first cathode 22A and the second cathode 22B.
・IGZO膜を形成するときの条件は、上述の実施例にて説明した条件に限らず、他の条件でもよい。要は、基板Sの表面SaにIGZO膜を形成することのできる条件であればよい。 The conditions for forming the IGZO film are not limited to the conditions described in the above embodiment, but may be other conditions. In short, it is only necessary that the IGZO film can be formed on the surface Sa of the substrate S.
・図20に示されるように、スパッタ装置は、クラスター型のスパッタ装置50として具体化されてもよい。こうした構成では、スパッタ装置50が、搬送ロボット51Rを搭載する搬送チャンバ51と、搬送チャンバ51に連結される以下のチャンバを備える。すなわち、搬送チャンバ51には、成膜前の基板をスパッタ装置50の外部から搬入し、成膜後の基板をスパッタ装置50の外部に搬出する搬出入チャンバ52と、成膜に必要とされる前処理を基板に対して行う前処理チャンバ53と、基板に化合物膜を形成するスパッタチャンバ54とを備える。 As shown in FIG. 20, the sputtering apparatus may be embodied as a cluster type sputtering apparatus 50. In such a configuration, the sputtering apparatus 50 includes a transfer chamber 51 on which the transfer robot 51R is mounted, and the following chambers connected to the transfer chamber 51. That is, the transfer chamber 51 is required for film formation, and a carry-in / out chamber 52 for carrying the substrate before film formation from the outside of the sputtering apparatus 50 and carrying the substrate after film formation to the outside of the sputtering apparatus 50. A pretreatment chamber 53 for performing pretreatment on a substrate and a sputtering chamber 54 for forming a compound film on the substrate are provided.
10,50…スパッタ装置、11,52…搬出入チャンバ、12,53…前処理チャンバ、13,54…スパッタチャンバ、14…ゲートバルブ、15…排気部、16…成膜レーン、17…回収レーン、18…カソード装置、19…レーン変更部、21…ガス供給部、22…カソードユニット、22A…第1カソード、22B…第2カソード、23,TG…ターゲット、23a,TGs…表面、23e1…第1端部、23e2…第2端部、24…バッキングプレート、25…磁気回路、26A…交流電源、26D…直流電源、27…走査部、28a…第1遮蔽板、28b…第2遮蔽板、28c…第3遮蔽板、29…磁気回
路走査部、31…第1ユニット、32…第2ユニット、40…薄膜トランジスタ、41…ゲート電極、42…ゲート酸化膜、43…チャネル層、44…ソース電極、45…ドレイン電極、51…搬送チャンバ、51R…搬送ロボット、B…マグネトロン磁場、D1…距離、E…エロージョン領域、E1…第1エロージョン領域、E2…第2エロージョン領域、En…終了位置、F…飛行経路、Lv…法線、M1…対向遮蔽板、M2,M3…遮蔽板、P1…第1位置、P2…第2位置、Pid…仮想平面、R1…形成領域、R2…対向領域、Re1…第1端部、Re2…第2端部、S…基板、Sa…表面、SP…スパッタ粒子、St…開始位置、T…トレイ、θ,θ1,θ2,θ3,θ4…入射角度。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,50 ... Sputtering device, 11,52 ... Carry-in / out chamber, 12,53 ... Pretreatment chamber, 13,54 ... Sputter chamber, 14 ... Gate valve, 15 ... Exhaust part, 16 ... Deposition lane, 17 ... Recovery lane , 18 ... cathode device, 19 ... lane changing unit, 21 ... gas supply unit, 22 ... cathode unit, 22A ... first cathode, 22B ... second cathode, 23, TG ... target, 23a, TGs ... surface, 23e1 ... first 1 end, 23e2 ... second end, 24 ... backing plate, 25 ... magnetic circuit, 26A ... AC power supply, 26D ... DC power supply, 27 ... scanning section, 28a ... first shielding plate, 28b ... second shielding plate, 28c ... 3rd shielding board, 29 ... Magnetic circuit scanning part, 31 ... 1st unit, 32 ... 2nd unit, 40 ... Thin-film transistor, 41 ... Gate electrode, 42 ... Gate oxidation , 43 ... channel layer, 44 ... source electrode, 45 ... drain electrode, 51 ... transfer chamber, 51R ... transfer robot, B ... magnetron magnetic field, D1 ... distance, E ... erosion region, E1 ... first erosion region, E2 ... first 2 erosion region, En ... end position, F ... flight path, Lv ... normal, M1 ... opposing shielding plate, M2, M3 ... shielding plate, P1 ... first position, P2 ... second position, Pid ... virtual plane, R1 ... forming region, R2 ... opposing region, Re1 ... first end, Re2 ... second end, S ... substrate, Sa ... surface, SP ... sputtered particles, St ... start position, T ... tray, θ, θ1, θ2 , Θ3, θ4... Incident angle.
Claims (7)
前記形成領域と対向する空間が対向領域であり、
前記カソード装置は、
エロージョン領域を前記対向領域で走査する走査部と、
前記エロージョン領域が形成され、走査方向における長さが前記対向領域よりも短いターゲットと、を備え、
前記エロージョン領域は、
前記ターゲットに形成される2つのエロージョン領域のうちの1つであり、
前記2つのエロージョン領域は、
前記走査部が走査を開始する開始位置にて、第1エロージョン領域と第2エロージョン領域とを含み、
前記第1エロージョン領域は、前記走査部が前記開始位置にあるとき、前記走査方向における前記形成領域の2つの端部のうち前記スパッタ粒子が先に到達する前記形成領域の第1端部に近い領域であり、前記第2エロージョン領域は、前記形成領域の前記第1端部から遠い領域であり、
前記カソード装置は、
前記開始位置にて、前記走査方向における前記ターゲットの第1部と前記形成領域の前記第1端部との間に配置される第1遮蔽部と、
前記開始位置にて、前記走査方向における前記ターゲットの第2部よりも前記形成領域から離れた位置に配置される第2遮蔽部と、
前記ターゲットの表面に前記第1エロージョン領域と前記第2エロージョン領域とを形成する磁気回路と、
前記走査方向にて前記磁気回路を走査することによって、前記ターゲットの前記表面のなかにおいて、前記走査方向にて前記第1エロージョン領域と前記第2エロージョン領域とを走査する磁気回路走査部と、を備え、
前記ターゲットの前記第1部は、前記走査部が前記開始位置にあるとき、前記走査方向にて前記形成領域の前記第1端部に最も近い前記ターゲットの前記表面における1点であり、前記ターゲットの前記第2部は、前記走査部が前記開始位置にあるとき、前記走査方向にて前記形成領域から最も遠い前記ターゲットの前記表面における1点であり、
前記磁気回路と前記第1遮蔽部との間の距離、および、前記磁気回路と前記第2遮蔽部
との間の距離の各々が、前記磁気回路の走査によって変わり、
前記磁気回路走査部が、前記走査方向に沿って前記磁気回路を走査する範囲において、
前記第1遮蔽部は、
前記第1エロージョン領域から前記ターゲットが向かう方向に放出される前記スパッタ粒子のうち、前記形成領域への入射角度が30°以下であるスパッタ粒子を前記形成領域に到達させず、
前記第2遮蔽部は、
前記ターゲットの前記第1エロージョン領域から前記ターゲットが向かう方向とは反対の方向に放出される前記スパッタ粒子のうち、前記形成領域への入射角度が9°以下であるスパッタ粒子を前記形成領域に到達させない
反応性スパッタ装置。 A cathode device that emits sputtered particles toward the formation region of the compound film to be formed on the film formation target;
A space facing the formation region is a facing region,
The cathode device is:
A scanning unit that scans the erosion region in the facing region;
The erosion region is formed, and the target in the scanning direction is shorter than the counter region, and
The erosion region is
One of two erosion regions formed in the target;
The two erosion areas are
Including a first erosion region and a second erosion region at a start position where the scanning unit starts scanning;
The first erosion region is close to the first end of the formation region where the sputtered particles first reach out of the two ends of the formation region in the scanning direction when the scanning unit is at the start position. And the second erosion region is a region far from the first end of the formation region,
The cathode device is:
A first shielding portion disposed between the first portion of the target in the scanning direction and the first end portion of the formation region at the start position ;
A second shielding part disposed at a position farther from the formation region than the second part of the target in the scanning direction at the start position;
A magnetic circuit for forming the first erosion region and the second erosion region on the surface of the target;
A magnetic circuit scanning section that scans the first erosion region and the second erosion region in the scanning direction in the surface of the target by scanning the magnetic circuit in the scanning direction; Prepared,
The first part of the target, when the scanning unit is in said starting position, a single point in the surface closest the target to the first end of the forming region in the scanning direction, the target The second part is a point on the surface of the target farthest from the formation region in the scanning direction when the scanning part is at the start position;
The distance between the magnetic circuit and the first shielding part, and the magnetic circuit and the second shielding part
Each of the distances between and is changed by a scan of the magnetic circuit,
In a range where the magnetic circuit scanning unit scans the magnetic circuit along the scanning direction,
The first shielding part is
Of the sputtered particles emitted from the first erosion region in the direction of the target, sputtered particles having an incident angle of 30 ° or less to the forming region do not reach the forming region ,
The second shielding part is
Of the sputtered particles emitted in the direction opposite to the direction of the target from the first erosion region of the target, sputtered particles having an incident angle of 9 ° or less to the forming region reach the forming region. Reactive sputtering equipment that does not .
前記第2エロージョン領域から前記ターゲットが向かう方向とは反対側に向けて放出されるスパッタ粒子のうち、前記形成領域への入射角度が30°以下であるスパッタ粒子を前記形成領域に到達させない
請求項1に記載の反応性スパッタ装置。 Before Symbol the second shielding part,
The sputtered particles whose incident angle to the formation region is 30 ° or less among the sputtered particles emitted from the second erosion region toward the direction opposite to the direction of the target are not allowed to reach the formation region. 2. The reactive sputtering apparatus according to 1.
前記ターゲットの前記第1部は、前記走査方向における前記ターゲットの一方の端部である第1端部に位置し、前記ターゲットの前記第2部は、前記走査方向における前記ターゲットの他方の端部である第2端部に位置し、
前記磁気回路走査部は、
前記開始位置にて、前記磁気回路を前記ターゲットの前記第1端部と前記走査方向にて重なる位置に配置する
請求項1または2に記載の反応性スパッタ装置。 The target has a flat plate shape,
The first part of the target is located at a first end that is one end of the target in the scanning direction, and the second part of the target is the other end of the target in the scanning direction. Is located at the second end,
The magnetic circuit scanning unit includes:
Wherein at the start position, a reactive sputtering apparatus according to claim 1 or 2, disposing said magnetic circuit at a position overlapping with the scanning direction and the first end portion of said target.
前記ターゲットに前記対向領域を1回通過させるとき、
前記磁気回路走査部が、
前記磁気回路を前記ターゲットの前記第1端部から前記第2端部に向けて1回走査する
請求項3に記載の反応性スパッタ装置。 The scanning unit is
When passing the opposing area through the target once,
The magnetic circuit scanning unit is
The reactive sputtering apparatus according to claim 3 , wherein the magnetic circuit is scanned once from the first end portion to the second end portion of the target.
前記走査方向に沿って並ぶ2つのターゲットのうちの1つであり、
前記2つのターゲットは、
前記開始位置にて前記形成領域に近い第1ターゲットと、前記第1ターゲットよりも前記形成領域から遠い第2ターゲットと、を含み、
前記第2遮蔽部は、
前記第2ターゲットの前記第2部よりも前記形成領域から離れた位置に配置される
請求項1から4のいずれか一項に記載の反応性スパッタ装置。 The target is
One of two targets arranged along the scanning direction,
The two targets are:
A first target closer to the formation region at the start position, and a second target farther from the formation region than the first target,
The second shielding part is
Reactive sputtering apparatus according to any one of 4 claims 1 than the second part of the second target is placed at a position away from said forming area.
前記走査方向にて前記2つのターゲットの間に配置される第3遮蔽部を備える
請求項5に記載の反応性スパッタ装置。 The cathode device is:
The reactive sputtering apparatus according to claim 5 , further comprising a third shielding portion disposed between the two targets in the scanning direction.
2つのカソード装置のうちの1つであり、
前記2つのカソード装置では、各カソード装置の有する前記ターゲットの形成材料における主たる成分が相互に異なり、
前記2つのカソード装置のうちの一方のカソード装置を走査部が走査するとき、他方のカソード装置を走査部が走査しない
請求項1から6のいずれか一項に記載の反応性スパッタ装置。 The cathode device is:
One of two cathode devices,
In the two cathode devices, main components in the target forming material of each cathode device are different from each other,
The reactive sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein when the scanning unit scans one of the two cathode devices, the scanning unit does not scan the other cathode device.
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