JP6600492B2 - Sputtering apparatus and sputtering method - Google Patents

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Description

本発明は、スパッタリング装置およびスパッタリング方法に関する。   The present invention relates to a sputtering apparatus and a sputtering method.

有機EL素子の透明電極(陽極)としては一般にITO(Indium Tin Oxide)膜が用いられる。   Generally, an ITO (Indium Tin Oxide) film is used as the transparent electrode (anode) of the organic EL element.

ITO膜の平坦度が低い場合、ITO膜の突起部分が有機EL形成層の一部をその厚さ方向に穿つことがある。その結果、穿たれた箇所が有機EL発光面のダークスポットとなり、該ダークスポットにおいて光量が減るか又はなくなる事態が生じる。ITO膜の平坦度が特に低い場合、ITO膜の突起部分が有機EL形成層(複層)の全部を貫通することがある。その結果、この貫通箇所において有機EL素子の陽極と陰極との短絡が発生する事態が生じる。   When the flatness of the ITO film is low, the protruding portion of the ITO film may pierce a part of the organic EL forming layer in the thickness direction. As a result, the punctured portion becomes a dark spot on the organic EL light emitting surface, and a situation occurs in which the amount of light decreases or disappears in the dark spot. When the flatness of the ITO film is particularly low, the protruding portion of the ITO film may penetrate the entire organic EL forming layer (multilayer). As a result, there arises a situation in which a short circuit between the anode and the cathode of the organic EL element occurs at this penetration portion.

また、ITO膜の電気抵抗率が高い場合、ITO膜の電気抵抗率が低い場合よりも厚い膜厚でITO膜を成膜する必要が生じる。その結果、ITO膜における光の透過率が低下し、有機EL発光面全体の光量が低下する事態が生じる。   Further, when the electrical resistivity of the ITO film is high, it is necessary to form the ITO film with a thicker film thickness than when the electrical resistivity of the ITO film is low. As a result, the light transmittance of the ITO film is reduced, and the amount of light on the entire organic EL light emitting surface is reduced.

特許第3865358号公報Japanese Patent No. 3865358 特許第3797317号公報Japanese Patent No. 3797317

これらの観点から、高平坦度でかつ低抵抗率なITO膜の成膜技術が求められている。例えば、特許文献1には、アモルファスITO膜の成膜後に大気中で結晶化アニールを行って低抵抗率化し平坦度の良いITO膜を生成する技術が開示されている。また、特許文献2には、酸化インジウム粉末と酸化タングステン粉末とを調合して得られる特殊なスパッタリング・ターゲット材を利用して、高平坦度でかつ低抵抗率な透明導電膜を生成する技術が開示されている。   From these viewpoints, a technique for forming an ITO film with high flatness and low resistivity is required. For example, Patent Document 1 discloses a technique for generating an ITO film with low resistivity and good flatness by performing crystallization annealing in the air after forming an amorphous ITO film. Patent Document 2 discloses a technique for producing a transparent conductive film having high flatness and low resistivity by using a special sputtering target material obtained by mixing indium oxide powder and tungsten oxide powder. It is disclosed.

なお、上記では有機ELの分野を例に挙げて説明したが、高平坦度でかつ低抵抗率なITO膜の成膜技術は、半導体の分野、フラットパネルディスプレイの分野、太陽電池の分野など、有機EL以外の種々の分野においても求められる技術である。   In the above description, the field of organic EL has been described as an example, but the film formation technique of ITO film with high flatness and low resistivity is the field of semiconductor, the field of flat panel display, the field of solar cell, etc. This technique is also required in various fields other than organic EL.

そこで、本発明は、高平坦度かつ低抵抗率なITO膜を成膜するスパッタリング装置およびスパッタリング方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus and a sputtering method for forming an ITO film having high flatness and low resistivity.

本発明の第1の態様にかかるスパッタリング装置は、搬送される基材の主面にITO(Indium Tin Oxide)膜をスパッター成膜するスパッタリング装置であって、その内部に処理空間を形成する真空チャンバーと、前記処理空間にスパッターガスを供給するスパッターガス供給部と、前記処理空間に反応性ガスを供給する反応性ガス供給部と、前記処理空間内でプラズマ処理を実行する少なくとも1つのプラズマ処理部と、前記少なくとも1つのプラズマ処理部に対向した少なくとも1つの被成膜箇所を含む搬送経路面に沿って前記基材を搬送する搬送機構と、を備え、前記少なくとも1つのプラズマ処理部のそれぞれは、円筒状でその外周面がインジウム(In)、スズ(Sn)、および、酸素(O)を含むターゲット材料で被覆された2つの回転カソードを前記処理空間内で一定距離を隔てて対向配置させたカソード対と、前記2つの回転カソードをそれぞれの中心軸線回りに回転させる回転部と、前記2つの回転カソードにそれぞれ1.5kW/m以下のスパッター電力を供給するスパッター電力供給手段と、前記2つの回転カソードの内部にそれぞれ収容されて前記外周面のうち自身の近傍で磁界を形成する2つの磁界形成部と、前記処理空間のうち前記磁界が形成されている部分を含む空間に誘導結合プラズマを発生する少なくとも1つの誘導結合アンテナと、前記少なくとも1つの誘導結合アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、を有することを特徴とする。
本発明の第2の態様にかかるスパッタリング装置は、本発明の第1の態様にかかるスパッタリング装置であって、前記少なくとも1つの誘導結合アンテナは平面視において前記2つの回転カソードの間に位置することを特徴とする。
A sputtering apparatus according to a first aspect of the present invention is a sputtering apparatus for forming an ITO (Indium Tin Oxide) film on a main surface of a substrate to be transported by sputtering, and a vacuum chamber for forming a processing space therein. A sputtering gas supply unit that supplies a sputtering gas to the processing space, a reactive gas supply unit that supplies a reactive gas to the processing space, and at least one plasma processing unit that performs plasma processing in the processing space And a transport mechanism that transports the base material along a transport path surface including at least one deposition location facing the at least one plasma processing unit, and each of the at least one plasma processing unit includes: Two rotating caps that are cylindrical and whose outer peripheral surfaces are coated with a target material containing indium (In), tin (Sn), and oxygen (O). A pair of cathodes arranged opposite to each other at a certain distance in the processing space, a rotating unit for rotating the two rotating cathodes around their respective central axes, and 1.5 kW / sputter power supply means for supplying a sputter power of m or less, two magnetic field forming portions that are respectively housed in the two rotary cathodes and form a magnetic field in the vicinity of the outer peripheral surface, And at least one inductively coupled antenna for generating inductively coupled plasma in a space including a portion where the magnetic field is formed, and high frequency power supply means for supplying high frequency power to the at least one inductively coupled antenna. Features.
A sputtering apparatus according to a second aspect of the present invention is the sputtering apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the at least one inductively coupled antenna is located between the two rotating cathodes in a plan view. It is characterized by.

本発明の第の態様にかかるスパッタリング装置は、本発明の第1の態様または第2の態様にかかるスパッタリング装置であって、前記スパッター電力供給手段は、前記2つの回転カソードに1.0kW/m以下のスパッター電力を供給することを特徴とする。 A sputtering apparatus according to a third aspect of the present invention is the sputtering apparatus according to the first aspect or the second aspect of the present invention, wherein the sputter power supply means supplies 1.0 kW / The sputtering power of m or less is supplied.

本発明の第の態様にかかるスパッタリング装置は、本発明の第1の態様ないしの態様のいずれかにかかるスパッタリング装置であって、前記スパッター電力供給手段は、前記2つの回転カソードに0.5kW/m以上のスパッター電力を供給することを特徴とする。 Fourth according sputtering apparatus aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus according to any one of the first no aspect to the third aspect of the present invention, the sputter power supply means, 0 to the two rotating cathodes It is characterized by supplying a sputtering power of 5 kW / m or more.

本発明の第の態様にかかるスパッタリング装置は、本発明の第1の態様ないし第の態様のいずれかにかかるスパッタリング装置であって、前記基材を200℃以上に加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする。 A sputtering apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the sputtering apparatus according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, further comprising a heating unit for heating the substrate to 200 ° C. or higher. It is characterized by providing.

本発明の第の態様にかかるスパッタリング装置は、本発明の第1の態様ないし第の態様のいずれかにかかるスパッタリング装置であって、前記ITO膜は有機EL素子の陽極として用いられることを特徴とする。 A sputtering apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the sputtering apparatus according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, wherein the ITO film is used as an anode of an organic EL element. Features.

本発明の第の態様にかかるスパッタリング装置は、本発明の第1の態様ないし第の態様のいずれかにかかるスパッタリング装置であって、前記真空チャンバー内における前記反応性ガスの濃度を測定する第1測定部と、前記処理空間に水蒸気を供給する水蒸気供給部と、前記真空チャンバー内における前記水蒸気の濃度を測定する第2測定部と、スパッター成膜中の前記反応性ガスの濃度が予め設定された第1目標値となるように前記第1測定部による測定結果を基に前記反応性ガス供給部をフィードバック制御し、かつ、スパッター成膜中の前記水蒸気の濃度が予め設定された第2目標値となるように前記第2測定部による測定結果を基に前記水蒸気供給部をフィードバック制御する制御部と、を備えることを特徴とする。 A sputtering apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the sputtering apparatus according to any one of the first to sixth aspects of the present invention, and measures the concentration of the reactive gas in the vacuum chamber. A first measurement unit, a water vapor supply unit for supplying water vapor to the processing space, a second measurement unit for measuring the concentration of the water vapor in the vacuum chamber, and the concentration of the reactive gas during the sputtering film formation in advance. The reactive gas supply unit is feedback-controlled based on the measurement result of the first measurement unit so that the first target value is set, and the concentration of the water vapor during the sputtering film formation is set in advance. And a control unit that feedback-controls the water vapor supply unit based on the measurement result of the second measurement unit so as to obtain two target values.

本発明の第の態様にかかるスパッタリング装置は、本発明の第の態様にかかるスパッタリング装置であって、前記反応性ガスの濃度が異なる条件下で行われた各成膜結果を基に、成膜されたITO膜の抵抗率が第1閾値よりも小さくなる際の前記反応性ガスの濃度を前記第1目標値として設定する第1工程と、前記反応性ガスの濃度を前記第1目標値とするフィードバック制御下でかつ前記水蒸気の濃度が異なる条件下で行われた各成膜結果を基に、成膜されたITO膜の平坦度が第2閾値よりも高くなる際の前記水蒸気の濃度を前記第2目標値として設定する第2工程と、が実行されることを特徴とする。 A sputtering apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the sputtering apparatus according to the seventh aspect of the present invention, and is based on the results of film formation performed under different conditions of the concentration of the reactive gas. A first step of setting the concentration of the reactive gas when the resistivity of the deposited ITO film is smaller than a first threshold as the first target value; and the concentration of the reactive gas as the first target. Based on the respective film formation results performed under feedback control with different values of the water vapor concentration, the water vapor concentration when the flatness of the ITO film formed becomes higher than the second threshold value. And a second step of setting the density as the second target value.

本発明の第の態様にかかるスパッタリング装置は、本発明の第の態様にかかるスパッタリング装置であって、前記第1目標値は、前記第1工程の各成膜結果においてITO膜の抵抗率が最も小さくなる際の前記反応性ガスの濃度であることを特徴とする。 The sputtering apparatus according to the ninth aspect of the present invention is the sputtering apparatus according to the eighth aspect of the present invention, wherein the first target value is the resistivity of the ITO film in each film formation result of the first step. Is the concentration of the reactive gas at the time when becomes the smallest.

本発明の第10の態様にかかるスパッタリング装置は、本発明の第の態様または第の態様にかかるスパッタリング装置であって、前記第2目標値は、前記第2工程の各成膜結果においてITO膜の平坦度が最も高くなる際の前記水蒸気の濃度であることを特徴とする。 A sputtering apparatus according to a tenth aspect of the present invention is the sputtering apparatus according to the eighth aspect or the ninth aspect of the present invention, wherein the second target value is determined in each film formation result of the second step. It is the concentration of the water vapor when the flatness of the ITO film is the highest.

本発明の第11の態様にかかるスパッタリング方法は、その内部に処理空間を形成する真空チャンバーと、前記処理空間内でプラズマ処理を実行する少なくとも1つのプラズマ処理部と、を備える装置を用いて、搬送される基材の主面にITO(Indium Tin Oxide)膜をスパッター成膜するスパッタリング方法であって、前記少なくとも1つのプラズマ処理部のそれぞれは、円筒状でその外周面がインジウム(In)、スズ(Sn)、および、酸素(O)を含むターゲット材料で被覆された2つの回転カソードを前記処理空間内で一定距離を隔てて対向配置させたカソード対と、前記2つの回転カソードの内部にそれぞれ収容されて前記外周面のうち自身の近傍で磁界を形成する2つの磁界形成部と、前記処理空間のうち前記磁界が形成されている部分を含む空間に誘導結合プラズマを発生する少なくとも1つの誘導結合アンテナと、を備え、前記方法は、前記処理空間にスパッターガスを供給するスパッターガス供給工程と、前記処理空間に反応性ガスを供給する反応性ガス供給工程と、各回転カソードをそれぞれの中心軸線回りに回転させる回転工程と、前記各回転カソードに1.5kW/m以下のスパッター電力を供給するスパッター電力供給工程と、前記少なくとも1つの誘導結合アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給工程と、前記少なくとも1つのプラズマ処理部に対向した少なくとも1つの被成膜箇所を含む搬送経路面に沿って前記基材を搬送する搬送工程と、を有することを特徴とする。
本発明の第12の態様にかかるスパッタリング方法は、本発明の第11の態様にかかるスパッタリング方法であって、前記少なくとも1つの誘導結合アンテナは平面視において前記2つの回転カソードの間に位置することを特徴とする。
A sputtering method according to an eleventh aspect of the present invention uses an apparatus including a vacuum chamber that forms a processing space therein, and at least one plasma processing unit that performs plasma processing in the processing space. A sputtering method in which an ITO (Indium Tin Oxide) film is formed by sputtering on a main surface of a substrate to be transported, wherein each of the at least one plasma processing unit is cylindrical and its outer peripheral surface is indium (In), A cathode pair in which two rotating cathodes coated with a target material containing tin (Sn) and oxygen (O) are arranged to face each other at a predetermined distance in the processing space, and inside the two rotating cathodes and two magnetic field forming unit that forms a magnetic field in the vicinity of its one of the outer peripheral surface are respectively accommodated, the portion where the magnetic field is formed within the processing space At least one inductively coupled antenna that generates inductively coupled plasma in a containing space, wherein the method includes a sputtering gas supplying step of supplying a sputtering gas to the processing space, and a reaction of supplying a reactive gas to the processing space. A reactive gas supply step, a rotation step of rotating each rotary cathode around its central axis, a sputter power supply step of supplying a sputtering power of 1.5 kW / m or less to each rotary cathode, and the at least one induction A high-frequency power supply step of supplying high-frequency power to the coupled antenna, and a transfer step of transferring the base material along a transfer path surface including at least one deposition location facing the at least one plasma processing unit. It is characterized by having.
A sputtering method according to a twelfth aspect of the present invention is the sputtering method according to the eleventh aspect of the present invention, wherein the at least one inductively coupled antenna is located between the two rotating cathodes in plan view. It is characterized by.

本発明の第13の態様にかかるスパッタリング方法は、本発明の第11の態様または第12の態様にかかるスパッタリング方法であって、前記スパッター電力供給工程は、前記各回転カソードに1.0kW/m以下のスパッター電力を供給することを特徴とする。 A sputtering method according to a thirteenth aspect of the present invention is the sputtering method according to the eleventh aspect or the twelfth aspect of the present invention, wherein the sputtering power supply step is performed at 1.0 kW / m on each rotating cathode. The following sputtering power is supplied.

本発明の第14の態様にかかるスパッタリング方法は、本発明の第11の態様ないし13の態様のいずれかにかかるスパッタリング方法であって、前記スパッター電力供給工程は、前記各回転カソードに0.5kW/m以上のスパッター電力を供給することを特徴とする。 Sputtering method according to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a eleventh aspect to the sputtering method according to any one of the thirteenth aspect of the of the present invention, the sputter power supply step is 0 to the each rotary cathode. A sputtering power of 5 kW / m or more is supplied.

本発明の第15の態様にかかるスパッタリング方法は、本発明の第11の態様ないし第14の態様のいずれかにかかるスパッタリング方法であって、前記基材を200℃以上に加熱する加熱工程、をさらに備えることを特徴とする。 A sputtering method according to a fifteenth aspect of the present invention is the sputtering method according to any of the eleventh to fourteenth aspects of the present invention, wherein the heating step of heating the substrate to 200 ° C. or higher is performed. It is further provided with the feature.

本発明の第16の態様にかかるスパッタリング方法は、本発明の第11の態様ないし第15の態様のいずれかにかかるスパッタリング方法であって、前記ITO膜は有機EL素子の陽極として用いられることを特徴とする。 A sputtering method according to a sixteenth aspect of the present invention is the sputtering method according to any of the eleventh to fifteenth aspects of the present invention, wherein the ITO film is used as an anode of an organic EL element. Features.

本発明の第17の態様にかかるスパッタリング方法は、本発明の第11の態様ないし第16の態様のいずれかにかかるスパッタリング方法であって、前記真空チャンバー内における前記反応性ガスの濃度を測定する第1測定工程と、前記処理空間に水蒸気を供給する水蒸気供給工程と、前記真空チャンバー内における前記水蒸気の濃度を測定する第2測定工程と、を備え、前記反応性ガス供給工程では、スパッター成膜中の前記反応性ガスの濃度が予め設定された第1目標値となるように、前記第1測定工程による測定結果を基に前記反応性ガスの供給がフィードバック制御され、前記水蒸気供給工程では、スパッター成膜中の前記水蒸気の濃度が予め設定された第2目標値となるように、前記第2測定工程による測定結果を基に前記水蒸気の供給がフィードバック制御されることを特徴とする。 A sputtering method according to a seventeenth aspect of the present invention is the sputtering method according to any one of the eleventh to sixteenth aspects of the present invention, wherein the concentration of the reactive gas in the vacuum chamber is measured. A first measurement step, a water vapor supply step for supplying water vapor to the processing space, and a second measurement step for measuring the concentration of the water vapor in the vacuum chamber. In the reactive gas supply step, sputtering is performed. The supply of the reactive gas is feedback-controlled based on the measurement result of the first measurement step so that the concentration of the reactive gas in the film becomes a preset first target value. In the water vapor supply step, , such that the second target value which the concentration of the water vapor in the sputter deposition preset, the steam based on the measurement result of the second measuring step Supply characterized in that it is the feedback control.

本発明の第18の態様にかかるスパッタリング方法は、本発明の第17の態様にかかるスパッタリング方法であって、前記第1目標値および前記第2目標値を設定する準備工程として、前記反応性ガスの濃度が異なる条件下で行われた各成膜結果を基に、成膜されたITO膜の抵抗率が第1閾値よりも小さくなる際の前記反応性ガスの濃度を前記第1目標値として設定する第1工程と、前記反応性ガスの濃度を前記第1目標値とするフィードバック制御下でかつ前記水蒸気の濃度が異なる条件下で行われた各成膜結果を基に、成膜されたITO膜の平坦度が第2閾値よりも高くなる際の前記水蒸気の濃度を前記第2目標値として設定する第2工程と、を備えることを特徴とする。 A sputtering method according to an eighteenth aspect of the present invention is the sputtering method according to the seventeenth aspect of the present invention, wherein the reactive gas is used as a preparation step for setting the first target value and the second target value. Based on the results of film formation performed under different conditions, the concentration of the reactive gas when the resistivity of the formed ITO film is smaller than the first threshold is used as the first target value. A film was formed on the basis of the first step to be set and the respective film formation results performed under feedback control using the reactive gas concentration as the first target value and under different conditions of the water vapor concentration. And a second step of setting the water vapor concentration when the flatness of the ITO film is higher than a second threshold value as the second target value.

本発明の第19の態様にかかるスパッタリング方法は、本発明の第18の態様にかかるスパッタリング方法であって、前記第1目標値は、前記第1工程の各成膜結果においてITO膜の抵抗率が最も小さくなる際の前記反応性ガスの濃度であることを特徴とする。 A sputtering method according to a nineteenth aspect of the present invention is the sputtering method according to the eighteenth aspect of the present invention, wherein the first target value is the resistivity of the ITO film in each film formation result of the first step. Is the concentration of the reactive gas at the time when becomes the smallest.

本発明の第20の態様にかかるスパッタリング方法は、本発明の第18の態様または第19の態様にかかるスパッタリング方法であって、前記第2目標値は、前記第2工程の各成膜結果においてITO膜の平坦度が最も高くなる際の前記水蒸気の濃度であることを特徴とする。 A sputtering method according to a twentieth aspect of the present invention is the sputtering method according to the eighteenth aspect or the nineteenth aspect of the present invention, wherein the second target value is determined in each film formation result of the second step. It is the concentration of the water vapor when the flatness of the ITO film is the highest.

本発明では、ロータリー型のマグネトロンカソード対が用いられる。ロータリー型のマグネトロンカソード対では、プレーナー型のマグネトロンカソードに比べて成膜処理の過程でノジュールが発生し難い。このため、本発明では、ノジュールの発生に起因する種々の問題(ITO膜の抵抗率が高くなること、アーキング発生に伴ってITO膜中にパーティクルが生じること、等の問題)が生じ難い。   In the present invention, a rotary type magnetron cathode pair is used. In the rotary type magnetron cathode pair, nodules are less likely to occur during the film forming process than the planar type magnetron cathode. Therefore, in the present invention, various problems due to the generation of nodules (problems such as an increase in the resistivity of the ITO film and generation of particles in the ITO film due to the occurrence of arcing) are unlikely to occur.

また、本発明では、LIA(Low Inductance Antenna:株式会社イー・エム・ディーの登録商標)が処理空間のうち磁界形成部によって磁界が形成されている部分を含む空間に誘導結合プラズマを発生する。これにより、LIAによる誘導結合プラズマがマグネトロンカソード対によるスパッター処理に寄与する。このため、成膜速度が向上し、かつ、より抵抗率の低いITO膜を成膜することができ、望ましい。   In the present invention, LIA (Low Inductance Antenna: a registered trademark of EM Co., Ltd.) generates inductively coupled plasma in a space including a portion where a magnetic field is formed by a magnetic field forming portion in a processing space. Thereby, the inductively coupled plasma by LIA contributes to the sputtering process by the magnetron cathode pair. For this reason, the film formation rate is improved, and an ITO film having a lower resistivity can be formed, which is desirable.

また、本発明では、ロータリー型のマグネトロンカソード対に供給されるスパッター電力が1.5kW/m以下である。このため、LIAがスパッター処理を支援する態様で成膜されるITO膜の平坦度は、LIAがスパッター処理を支援しない態様で成膜されるITO膜の平坦度に比べて高くなる。その結果、本発明では、高平坦度のITO膜を成膜でき、望ましい。また、ITO膜の抵抗率が120μΩcm以下の低抵抗率となり、望ましい。   In the present invention, the sputtering power supplied to the rotary type magnetron cathode pair is 1.5 kW / m or less. For this reason, the flatness of the ITO film formed in a mode in which the LIA supports the sputtering process is higher than the flatness of the ITO film formed in a mode in which the LIA does not support the sputtering process. As a result, in the present invention, a highly flat ITO film can be formed, which is desirable. Moreover, the resistivity of the ITO film is desirable because it has a low resistivity of 120 μΩcm or less.

スパッタリング装置の構成例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structural example of a sputtering device. プラズマ処理部の周辺を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the periphery of a plasma processing part. 誘導結合アンテナを示す側面図である。It is a side view which shows an inductive coupling antenna. プラズマ処理部の周辺を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the periphery of a plasma processing part. スパッター電力とITO膜の抵抗率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between sputter power and the resistivity of an ITO film. LIAがスパッター処理を支援する態様において5通りのスパッター電力を供給した場合と、LIAがスパッター処理を支援しない態様において5通りのスパッター電力を供給した場合とにおける、ITO膜表面を拡大して示す図である。The figure which expands and shows the ITO film | membrane surface in the case where LIA supplies five kinds of sputter power in the aspect which supports a sputter process, and the case where LIA supplies five kinds of sputter power in the aspect which does not support a sputter process. It is. ITO膜の堆積厚さとキャリア密度との関係、ITO膜の堆積厚さとホール移動度との関係、および、ITO膜の堆積厚さと抵抗率との関係、を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the deposition thickness of ITO film | membrane and a carrier density, the relationship between the deposition thickness of ITO film | membrane and a hole mobility, and the relationship between the deposition thickness of ITO film | membrane and a resistivity. ロータリー型のマグネトロンカソード対に供給される直流スパッター電力とITO膜表面の平坦度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the direct current | flow sputtering power supplied to a rotary type magnetron cathode pair, and the flatness of the ITO film | membrane surface. 加熱部による基材の加熱温度とITO膜表面の平坦度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the heating temperature of the base material by a heating part, and the flatness of the ITO film | membrane surface. 第2実施形態にかかるスパッタリング装置の構成例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structural example of the sputtering device concerning 2nd Embodiment. ITO膜の抵抗率およびITO膜表面の平坦度と処理空間における各ガスの濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the resistivity of an ITO film | membrane, the flatness of the ITO film | membrane surface, and the density | concentration of each gas in a process space.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、重複説明が省略される。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。また、図面においては、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。また、図面には、方向を説明するためにXYZ直交座標軸がふされる場合がある。座標軸における+Z方向は鉛直上方向であり、XY平面は水平面である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, parts having similar configurations and functions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the following embodiment is an example which actualized this invention, and is not an example which limits the technical scope of this invention. In the drawings, the size and number of each part may be exaggerated or simplified for easy understanding. Also, in the drawings, XYZ orthogonal coordinate axes may be given to describe directions. The + Z direction on the coordinate axis is a vertically upward direction, and the XY plane is a horizontal plane.

<1 実施形態>
<1.1 スパッタリング装置1の全体構成>
図1は、スパッタリング装置1の概略構成を模式的に示す断面模式図である。図2は、プラズマ処理部50およびその周辺を示す断面模式図である。図3は、プラズマ処理部50の誘導結合アンテナ151の例を示す側面図である。また、図4は、プラズマ処理部50およびその周辺を示す斜視図である。
<1 embodiment>
<1.1 Overall Configuration of Sputtering Apparatus 1>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the sputtering apparatus 1. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the plasma processing unit 50 and its periphery. FIG. 3 is a side view showing an example of the inductively coupled antenna 151 of the plasma processing unit 50. FIG. 4 is a perspective view showing the plasma processing unit 50 and its periphery.

スパッタリング装置1は、搬送される基材91の主面にITO膜をスパッター成膜する装置である。基材91は、例えば、ガラス基板などにより構成される。   The sputtering apparatus 1 is an apparatus for sputtering an ITO film on the main surface of the substrate 91 to be conveyed. The base material 91 is configured by, for example, a glass substrate.

スパッタリング装置1は、チャンバー100(真空チャンバー)と、その内部に配置されたプラズマ処理部50と、基材91を搬送する搬送機構30と、スパッタリング装置1の各部を統括制御する制御部190とを備える。チャンバー100は、直方体形状の外形を呈する中空部材である。チャンバー100は、その底板の上面が水平姿勢となるように配置されている。また、X軸およびY軸の各々は、チャンバー100の側壁と平行な軸である。   The sputtering apparatus 1 includes a chamber 100 (vacuum chamber), a plasma processing unit 50 disposed therein, a transport mechanism 30 that transports the base material 91, and a control unit 190 that performs overall control of each part of the sputtering apparatus 1. Prepare. The chamber 100 is a hollow member having a rectangular parallelepiped shape. The chamber 100 is disposed so that the upper surface of the bottom plate is in a horizontal posture. Each of the X axis and the Y axis is an axis parallel to the side wall of the chamber 100.

スパッタリング装置1は、さらに、プラズマ処理部50の周囲を取り囲むように配置された筒状の遮蔽部材であるチムニー60を備える。チムニー60は、プラズマ処理部50にて発生するプラズマ範囲やターゲットからスパッタされたスパッタ粒子の飛散範囲を制限するシールドとしての機能と、チムニー内部の雰囲気を外部と遮断する雰囲気遮断機能と、を有する。処理空間Vは、チムニー60に仕切られてプラズマ処理部50を囲む空間である。このため、チャンバー100は内部に処理空間Vを有する。   The sputtering apparatus 1 further includes a chimney 60 that is a cylindrical shielding member disposed so as to surround the periphery of the plasma processing unit 50. The chimney 60 has a function as a shield that limits a plasma range generated in the plasma processing unit 50 and a scattering range of sputtered particles sputtered from the target, and an atmosphere blocking function that blocks the atmosphere inside the chimney from the outside. . The processing space V is a space that is partitioned by the chimney 60 and surrounds the plasma processing unit 50. Therefore, the chamber 100 has a processing space V inside.

チャンバー100内には、水平な搬送経路面Lがチムニー60の上方に規定されている。搬送経路面Lの延在方向はX軸方向であり、基材91はX軸方向に沿って搬送される。   In the chamber 100, a horizontal transfer path surface L is defined above the chimney 60. The extending direction of the conveyance path surface L is the X-axis direction, and the base material 91 is conveyed along the X-axis direction.

また、スパッタリング装置1は、チャンバー100内を搬送される基材91を加熱する板状の加熱部40を備える。加熱部40は、例えば、搬送経路面Lの上側に配置されたシースヒータによって構成される。   In addition, the sputtering apparatus 1 includes a plate-like heating unit 40 that heats the base material 91 that is transported in the chamber 100. The heating unit 40 is constituted by, for example, a sheath heater disposed on the upper side of the transport path surface L.

チャンバー100のうち搬送経路面Lの−X側の端部には、基材91をチャンバー100内に搬入するためのゲート160が設けられる。他方、チャンバー100のうち搬送経路面Lの+X側の端部には、基材91をチャンバー100外に搬出するためのゲート161が設けられている。また、チャンバー100のX方向両端部には、ロードロックチャンバーや、アンロードロックチャンバーなどの他のチャンバーの開口部が気密を保った形態で接続可能に構成されている。各ゲート160、161は、開閉の切替可能に構成される。   A gate 160 for carrying the base material 91 into the chamber 100 is provided at the end of the transport path plane L on the −X side of the chamber 100. On the other hand, a gate 161 for carrying the base material 91 out of the chamber 100 is provided at the end of the transport path plane L on the + X side of the chamber 100. Moreover, the opening part of other chambers, such as a load lock chamber and an unload lock chamber, is connectable with the X direction both ends of the chamber 100 in the form which maintained airtight. Each of the gates 160 and 161 is configured to be openable and closable.

また、チャンバー100には、高真空排気系170が接続されており、チャンバー100の内部空間を真空状態に減圧できるようになっている。高真空排気系170は、例えば、それぞれ図示省略の真空ポンプと、排気配管と、排気バルブと備える。排気配管は、一端が真空ポンプに接続され、他端がチャンバー100の内部空間に連通接続される。また、排気バルブは、排気配管の経路途中に設けられる。排気バルブは、具体的には、排気配管を流れるガスの流量を自動調整できるバルブである。この構成において、真空ポンプが作動された状態で、排気バルブが開放されると、チャンバー100の内部空間が排気される。高真空排気系170は、処理空間V内の圧力を所定のプロセス圧に保つように制御部190により制御される。   In addition, a high vacuum exhaust system 170 is connected to the chamber 100 so that the internal space of the chamber 100 can be decompressed to a vacuum state. The high vacuum exhaust system 170 includes, for example, a vacuum pump (not shown), an exhaust pipe, and an exhaust valve. One end of the exhaust pipe is connected to the vacuum pump, and the other end is connected to the internal space of the chamber 100. Further, the exhaust valve is provided in the middle of the route of the exhaust pipe. Specifically, the exhaust valve is a valve that can automatically adjust the flow rate of the gas flowing through the exhaust pipe. In this configuration, when the exhaust valve is opened while the vacuum pump is operated, the internal space of the chamber 100 is exhausted. The high vacuum exhaust system 170 is controlled by the control unit 190 so as to keep the pressure in the processing space V at a predetermined process pressure.

搬送機構30は、チャンバー100の内部において、Y方向において搬送経路面Lを挟んで対向配置された搬送ローラ31の複数の対と、これらを同期させて回転駆動する駆動部(図示省略)とを含んで構成される。搬送ローラ31は、搬送経路面Lの延在方向であるX方向に沿って複数対設けられる。なお、図1では、2対の搬送ローラ31の図示手前側(−Y側)に位置する2つのローラが描かれている。   In the chamber 100, the transport mechanism 30 includes a plurality of pairs of transport rollers 31 that are opposed to each other across the transport path surface L in the Y direction, and a drive unit (not shown) that rotates and synchronizes these pairs. Consists of including. A plurality of pairs of the conveyance rollers 31 are provided along the X direction which is the extending direction of the conveyance path surface L. In FIG. 1, two rollers positioned on the near side (−Y side) of the two pairs of transport rollers 31 are illustrated.

基材91は、キャリア90の下面に設けられた図示省略の爪状部材などによってキャリア90の下に着脱可能に保持されている。キャリア90は、板状のトレーなどによって構成されている。なお、キャリア90における基材91の保持態様は、本実施形態の態様の他にも種々の態様を採用しうる。例えば、上下方向に貫通する中空部を有する板状トレーの該中空部に基材91を嵌めこむことによって、基材91の下面を成膜可能な状態で該基材91を保持する態様であっても構わない。   The base material 91 is detachably held under the carrier 90 by a claw-like member (not shown) provided on the lower surface of the carrier 90. The carrier 90 is configured by a plate-like tray or the like. In addition to the aspect of this embodiment, various aspects can be adopted as the aspect of holding the base material 91 in the carrier 90. For example, the substrate 91 is held in a state where the lower surface of the substrate 91 can be formed by fitting the substrate 91 into the hollow portion of a plate-like tray having a hollow portion penetrating in the vertical direction. It doesn't matter.

基材91が配設されたキャリア90がゲート160を介してチャンバー100内に導入されると、各搬送ローラ31が該キャリア90の端縁(±Y側の端縁)付近に下方から当接する。そして、駆動部(図示省略)によって各搬送ローラ31が同期回転されることによって、キャリア90およびキャリア90に保持される基材91が搬送経路面Lに沿って搬送される。本実施形態では、各搬送ローラ31が時計回りおよび反時計回りの双方に回転可能であり、キャリア90およびキャリア90に保持される基材91が双方向(±X方向)に搬送される態様について説明する。搬送経路面Lは、プラズマ処理部50に対向した被成膜箇所Pを含む。このため、搬送機構30によって搬送される基材91の主面のうち被成膜箇所Pに配される箇所に成膜処理が行われる。   When the carrier 90 on which the base material 91 is disposed is introduced into the chamber 100 through the gate 160, each transport roller 31 comes into contact with the vicinity of the edge (± Y side edge) of the carrier 90 from below. . Then, the carrier 90 and the base material 91 held by the carrier 90 are transported along the transport path surface L by synchronously rotating the transport rollers 31 by a drive unit (not shown). In the present embodiment, each conveyance roller 31 is rotatable in both clockwise and counterclockwise directions, and the carrier 90 and the substrate 91 held by the carrier 90 are conveyed in both directions (± X directions). explain. The transfer path surface L includes a deposition position P that faces the plasma processing unit 50. For this reason, a film forming process is performed on a portion of the main surface of the base material 91 transported by the transport mechanism 30 that is disposed at the deposition target position P.

スパッタリング装置1は、処理空間Vに不活性ガスであるアルゴンガスなどのスパッターガスを供給するスパッターガス供給部510と、処理空間Vに酸素ガスなどの反応性ガスを供給する反応性ガス供給部520とを備える。これにより、処理空間V内には、スパッターガスと酸素などの反応性ガスとの混合雰囲気が形成される。   The sputtering apparatus 1 includes a sputtering gas supply unit 510 that supplies a sputtering gas such as an argon gas that is an inert gas to the processing space V, and a reactive gas supply unit 520 that supplies a reactive gas such as an oxygen gas to the processing space V. With. As a result, a mixed atmosphere of a sputtering gas and a reactive gas such as oxygen is formed in the processing space V.

スパッターガス供給部510は、具体的には、例えば、スパッターガスの供給源であるスパッターガス供給源511と、配管512とを備える。配管512は、一端がスパッターガス供給源511と接続され、他端が処理空間Vと連通する各ノズル514に接続される。また、配管512の経路途中には、バルブ513が設けられる。バルブ513は、制御部190の制御下で処理空間Vに供給されるスパッターガスの量を調整する。バルブ513は、配管を流れるガスの流量を自動調整できるバルブであることが好ましく、具体的には、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成することが好ましい。   Specifically, the sputter gas supply unit 510 includes, for example, a sputtering gas supply source 511 that is a supply source of a sputtering gas, and a pipe 512. One end of the pipe 512 is connected to the sputtering gas supply source 511 and the other end is connected to each nozzle 514 communicating with the processing space V. Further, a valve 513 is provided in the course of the pipe 512. The valve 513 adjusts the amount of sputtering gas supplied to the processing space V under the control of the control unit 190. The valve 513 is preferably a valve that can automatically adjust the flow rate of the gas flowing through the pipe, and specifically includes, for example, a mass flow controller.

反応性ガス供給部520は、具体的には、例えば、反応性ガスの供給源である反応性ガス供給源521と、配管522とを備える。配管522は、一端が反応性ガス供給源521と接続され、他端が複数(図4の例では、6つ)に分岐して処理空間Vに設けられた複数のノズル12(図4の例では、+X側と−X側とにそれぞれ3つずつ計6つのノズル12)に接続される。配管522の経路途中には、バルブ523が設けられる。バルブ523は、制御部190の制御下で処理空間Vに供給される反応性ガスの量を調整する。   Specifically, the reactive gas supply unit 520 includes, for example, a reactive gas supply source 521 that is a reactive gas supply source, and a pipe 522. One end of the pipe 522 is connected to the reactive gas supply source 521, and the other end is branched into a plurality (six in the example of FIG. 4) and a plurality of nozzles 12 (example of FIG. 4) provided in the processing space V. Then, a total of six nozzles 12) are connected, three on the + X side and three on the −X side. A valve 523 is provided in the middle of the route of the pipe 522. The valve 523 adjusts the amount of reactive gas supplied to the processing space V under the control of the control unit 190.

各ノズル12は、処理空間Vのうち+Z側の領域においてY方向に延在するように設けられている。配管522の各他端は、各ノズル12のX方向両端面のうち外側の各端面と接続されている。各ノズル12には、当該各端面に開口して配管522の他端と接続されるとともにノズル内部で複数に分岐する各流路が形成されている。各流路の先端はノズル12のX方向両端面のうち内側の各端面に達して開口し、この各端面には複数の吐出口11が形成される。   Each nozzle 12 is provided so as to extend in the Y direction in the + Z side region of the processing space V. Each other end of the pipe 522 is connected to each outer end face of the X direction end faces of each nozzle 12. Each nozzle 12 is formed with a flow path that opens to each end face and is connected to the other end of the pipe 522 and branches into a plurality of portions inside the nozzle. The tip of each flow path reaches and opens each inner end face of both end faces in the X direction of the nozzle 12, and a plurality of discharge ports 11 are formed on each end face.

−X側の各ノズル12の下方には、光ファイバーのプローブ13が設けられる。また、プローブ13に入射するプラズマ発光の分光強度を測定可能な分光器14が設けられている。分光器14は制御部190と電気的に接続されており、分光器14の測定値は制御部190に供給される。制御部190は、分光器14の出力に基づいて、プラズマエミッションモニター(PEM)法によりバルブ523を制御することで、反応性ガス供給部520からチャンバー100内に供給される反応性ガスの導入量を制御する。バルブ523は、配管を流れるガスの流量を自動調整できるバルブであることが好ましく、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成することが好ましい。   An optical fiber probe 13 is provided below each nozzle 12 on the −X side. A spectroscope 14 capable of measuring the spectral intensity of plasma emission incident on the probe 13 is also provided. The spectroscope 14 is electrically connected to the control unit 190, and the measurement value of the spectroscope 14 is supplied to the control unit 190. The control unit 190 controls the valve 523 by the plasma emission monitor (PEM) method based on the output of the spectroscope 14, thereby introducing the reactive gas introduced into the chamber 100 from the reactive gas supply unit 520. To control. The valve 523 is preferably a valve that can automatically adjust the flow rate of the gas flowing through the pipe. For example, the valve 523 preferably includes a mass flow controller.

スパッタリング装置1が備える各構成要素は、スパッタリング装置1が備える制御部190と電気的に接続されており、当該各構成要素は制御部190により制御される。制御部190は、具体的には、例えば、各種演算処理を行うCPU、プログラム等を記憶するROM、演算処理の作業領域となるRAM、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶するハードディスク、LAN等を介したデータ通信機能を有するデータ通信部等がバスラインなどにより互いに接続された、一般的なFAコンピュータにより構成される。また、制御部190は、各種表示を行うディスプレイ、キーボードおよびマウスなどで構成される入力部等と接続されている。スパッタリング装置1では、制御部190の制御下でスパッタリング処理が実行される。   Each component included in the sputtering apparatus 1 is electrically connected to a control unit 190 included in the sputtering apparatus 1, and each component is controlled by the control unit 190. Specifically, the control unit 190 includes, for example, a CPU that performs various arithmetic processes, a ROM that stores programs, a RAM that serves as a work area for arithmetic processes, a hard disk that stores programs and various data files, a LAN, and the like. A data communication unit having a data communication function via a general FA computer is connected to each other by a bus line or the like. The control unit 190 is connected to an input unit composed of a display for performing various displays, a keyboard, a mouse, and the like. In the sputtering apparatus 1, the sputtering process is executed under the control of the control unit 190.

<1.2 プラズマ処理部50>
以下、処理空間V内でプラズマ処理を実行するプラズマ処理部50について詳細に説明する。
<1.2 Plasma processing unit 50>
Hereinafter, the plasma processing unit 50 that performs plasma processing in the processing space V will be described in detail.

プラズマ処理部50は、2つの回転カソード5、6と、2つの回転カソード5、6をそれぞれの中心軸線回りに回転させる2つの回転部19と、2つの回転カソード5、6の内部にそれぞれ収容される2つの磁石ユニット21、22(磁界形成部)と、を備える。   The plasma processing unit 50 is housed in the two rotary cathodes 5 and 6, the two rotary cathodes 19 that rotate the two rotary cathodes 5 and 6 about their respective central axes, and the two rotary cathodes 5 and 6, respectively. Two magnet units 21 and 22 (magnetic field forming unit).

回転カソード5、6は、処理空間VにおいてX方向に一定距離を隔てて対向配置されて、カソード対として構成される。このように回転カソード5、6が並設されることにより、基材91上の被成膜箇所Pにラジカルがより集中して成膜される膜質が向上しうる。   The rotating cathodes 5 and 6 are arranged to face each other with a certain distance in the X direction in the processing space V, and are configured as a cathode pair. By arranging the rotary cathodes 5 and 6 side by side in this way, the film quality in which radicals are more concentrated on the film formation location P on the substrate 91 can be improved.

また、プラズマ処理部50は、2つの回転カソード5、6にそれぞれスパッター電力を供給するスパッター用電源163(スパッター電力供給手段)と、複数の誘導結合アンテナ151と、各誘導結合アンテナ151に高周波電力を供給する高周波電源153(高周波電力供給手段)とをさらに備える。   In addition, the plasma processing unit 50 includes a sputtering power source 163 (sputter power supply means) that supplies sputtering power to the two rotating cathodes 5 and 6, a plurality of inductively coupled antennas 151, and high frequency power to each inductively coupled antenna 151. And a high frequency power supply 153 (high frequency power supply means).

磁石ユニット21(22)は、回転カソード5(6)の外周面のうち自身の近傍で磁界(静磁場)を形成する。各誘導結合アンテナ151は、処理空間Vのうち磁石ユニット21、22によって磁界が形成されている部分を含む空間に誘導結合プラズマを発生するLIAである。なお、この誘導結合プラズマは、電子の空間密度が3×1010個/cm以上の高密度プラズマである。 The magnet unit 21 (22) forms a magnetic field (static magnetic field) in the vicinity of itself on the outer peripheral surface of the rotating cathode 5 (6). Each inductively coupled antenna 151 is an LIA that generates inductively coupled plasma in a space including a portion of the processing space V where a magnetic field is formed by the magnet units 21 and 22. Note that this inductively coupled plasma is a high-density plasma having an electron spatial density of 3 × 10 10 atoms / cm 3 or more.

回転カソード5(6)は、水平面内において搬送方向に垂直なY方向に延設された筒状のベース部材8と、ベース部材8の外周を被覆する筒状のターゲット16とを備えて構成されている。ベース部材8は導電体であり、ターゲット16の材料としてはITO成膜用のインジウム(In)、スズ(Sn)、および、酸素(O)を含む材料が用いられる。なお、回転カソード5(6)がベース部材8を含まず、円筒状のターゲット16によって構成されてもよい。ターゲット16の形成は、例えば、ターゲット材料の粉末を圧縮成型して筒状に形成し、その後、ベース部材8を挿入、ロー付けする手法などによって行われる。   The rotary cathode 5 (6) includes a cylindrical base member 8 that extends in the Y direction perpendicular to the transport direction in a horizontal plane, and a cylindrical target 16 that covers the outer periphery of the base member 8. ing. The base member 8 is a conductor, and the material of the target 16 is a material containing indium (In), tin (Sn), and oxygen (O) for forming an ITO film. Note that the rotary cathode 5 (6) may be configured by the cylindrical target 16 without including the base member 8. The target 16 is formed by, for example, a technique of compressing and molding a target material powder into a cylindrical shape, and then inserting and brazing the base member 8.

本明細書では、並設される回転カソード5、6およびそれぞれの内部に配される磁石ユニット21、22を一体的に表現する場合には、マグネトロンカソード対と呼ぶ。   In the present specification, when the rotating cathodes 5 and 6 arranged side by side and the magnet units 21 and 22 arranged inside each are integrally expressed, they are referred to as a magnetron cathode pair.

各ベース部材8の中心軸線2(3)方向の両端部は、中央部に円状の開口が設けられた蓋部によってそれぞれ塞がれている。回転カソード5(6)の中心軸線2(3)方向の長さは、例えば、1,400mmに設定され、直径は、例えば、150mmに設定される。   Both end portions in the direction of the central axis 2 (3) of each base member 8 are respectively closed by lid portions each having a circular opening at the center portion. The length of the rotating cathode 5 (6) in the direction of the central axis 2 (3) is set to 1,400 mm, for example, and the diameter is set to 150 mm, for example.

プラズマ処理部50は、2対のシール軸受9、10と、2つの円筒状の支持棒7とをさらに備えている。シール軸受9、10の各対は、回転カソード5(6)の長手方向(Y方向)において回転カソード5(6)を挟んで設けられている。シール軸受9、10は、それぞれ、チャンバー100の底板の上面から立設された台部と、台部の上部に設けられた略円筒状の円筒部とを備えている。   The plasma processing unit 50 further includes two pairs of seal bearings 9 and 10 and two cylindrical support rods 7. Each pair of the seal bearings 9 and 10 is provided with the rotary cathode 5 (6) sandwiched in the longitudinal direction (Y direction) of the rotary cathode 5 (6). Each of the seal bearings 9 and 10 includes a base portion standing from the upper surface of the bottom plate of the chamber 100 and a substantially cylindrical cylindrical portion provided on the upper portion of the base portion.

各支持棒7の一端はシール軸受9の円筒部に軸受けされ、他端はシール軸受10の円筒部に軸受けされている。各支持棒7は、ベース部材8の一端の蓋部の開口から回転カソード5(6)内に挿入されて、回転カソード5(6)を中心軸線2(3)に沿って貫通し、ベース部材8の他端の蓋部の開口から回転カソード5(6)外に出されている。   One end of each support bar 7 is supported by the cylindrical portion of the seal bearing 9, and the other end is supported by the cylindrical portion of the seal bearing 10. Each support bar 7 is inserted into the rotary cathode 5 (6) from the opening of the lid at one end of the base member 8, and passes through the rotary cathode 5 (6) along the central axis 2 (3). 8 is out of the rotating cathode 5 (6) through the opening of the lid at the other end.

磁石ユニット21(22)は、透磁鋼などの磁性材料により形成されたヨーク25(支持板)と、ヨーク25上に設けられた複数の磁石(後述する中央磁石23a、周辺磁石23b)とを備えて構成されている。   The magnet unit 21 (22) includes a yoke 25 (support plate) formed of a magnetic material such as permeable steel, and a plurality of magnets (a central magnet 23a and a peripheral magnet 23b described later) provided on the yoke 25. It is prepared for.

ヨーク25は、平板状の部材であり、回転カソード5(6)の内周面に対向して回転カソード5の長手方向(Y方向)に延在している。回転カソード5、6の内周面に対向するヨーク25の表面上には、ヨーク25の長手方向に延在する中央磁石23aが、ヨーク25の長手方向に沿った中心線上に配置されている。ヨーク25の表面の外縁部には、中央磁石23aの周囲を囲む環状(無端状)の周辺磁石23bが、さらに設けられている。中央磁石23a、周辺磁石23bは、例えば、永久磁石によって構成される。   The yoke 25 is a flat member and extends in the longitudinal direction (Y direction) of the rotary cathode 5 so as to face the inner peripheral surface of the rotary cathode 5 (6). A central magnet 23 a extending in the longitudinal direction of the yoke 25 is disposed on a center line along the longitudinal direction of the yoke 25 on the surface of the yoke 25 facing the inner peripheral surfaces of the rotary cathodes 5 and 6. On the outer edge portion of the surface of the yoke 25, an annular (endless) peripheral magnet 23b surrounding the periphery of the central magnet 23a is further provided. The central magnet 23a and the peripheral magnet 23b are constituted by permanent magnets, for example.

中央磁石23aと周辺磁石23bとのそれぞれのターゲット16側の極性は、互いに異なっている。また、2つの磁石ユニット21、22におけるそれぞれの極性は相補的に構成される。例えば、磁石ユニット21ではターゲット16側における中央磁石23aの極性がN極とされ周辺磁石23bの極性がS極とされる一方で、磁石ユニット22ではターゲット16側における中央磁石23aの極性がS極とされ周辺磁石23bの極性がN極とされる。   The polarities on the target 16 side of the central magnet 23a and the peripheral magnet 23b are different from each other. The polarities of the two magnet units 21 and 22 are configured to be complementary. For example, in the magnet unit 21, the polarity of the central magnet 23a on the target 16 side is N pole and the polarity of the peripheral magnet 23b is S pole, while in the magnet unit 22, the polarity of the central magnet 23a on the target 16 side is S pole. The polarity of the peripheral magnet 23b is the N pole.

ヨーク25の裏面には、固定部材27の一端が接合されている。固定部材27の他端は、支持棒7に接合されている。これにより、磁石ユニット21、22は支持棒7に連結される。本実施形態では、マグネトロンカソード対を構成する磁石ユニット21、22が、互いに向き合う位置から被成膜箇所Pに近づく+Z方向に所定角度だけ回転された状態で固定されている。このため、回転カソード5、6の間でかつ被成膜箇所P側の空間には、磁石ユニット21、22間によって相対的に強い静磁場が形成される。   One end of the fixing member 27 is joined to the back surface of the yoke 25. The other end of the fixing member 27 is joined to the support bar 7. Thereby, the magnet units 21 and 22 are connected to the support rod 7. In the present embodiment, the magnet units 21 and 22 constituting the magnetron cathode pair are fixed in a state where the magnet units 21 and 22 are rotated by a predetermined angle in the + Z direction approaching the deposition position P from a position facing each other. For this reason, a relatively strong static magnetic field is formed between the magnet units 21 and 22 in the space between the rotary cathodes 5 and 6 and on the film formation location P side.

各シール軸受9の台部には、モータと、モータの回転を伝達するギア(それぞれ図示省略)を備えた回転部19が設けられている。また、回転カソード5、6のベース部材8の+Y側の蓋部の開口部の周囲には、各回転部19のギアと噛み合うギア(図示省略)が設けられている。   The base part of each seal bearing 9 is provided with a rotating part 19 having a motor and gears (not shown) for transmitting the rotation of the motor. In addition, gears (not shown) that mesh with the gears of the respective rotary portions 19 are provided around the opening of the + Y side lid portion of the base member 8 of the rotary cathodes 5 and 6.

各回転部19は、モータの回転によって中心軸線2(3)を中心に回転カソード5(6)を回転させる。より詳細には、回転部19は、回転カソード5、6のそれぞれの外周面のうち互いに対向している部分が誘導結合アンテナ151側から基材91側に向けてそれぞれ移動するように、中心軸線2、3回りで互いに逆方向に回転カソード5、6を回転させる。回転速度は例えば10〜20回転/分に設定され、成膜処理の期間中は上記した回転速度および回転方向で定速回転される。また、回転カソード5、6は、シール軸受10および支持棒7を介して内部に冷却水を循環させるなどして、適宜、冷却されている。   Each rotating portion 19 rotates the rotating cathode 5 (6) about the central axis 2 (3) by the rotation of the motor. More specifically, the rotating unit 19 has a central axis line so that portions of the outer peripheral surfaces of the rotating cathodes 5 and 6 that face each other move from the inductive coupling antenna 151 side toward the base material 91 side. The rotating cathodes 5 and 6 are rotated in opposite directions around a few times. The rotation speed is set to, for example, 10 to 20 rotations / minute, and the film is rotated at a constant speed in the above rotation speed and rotation direction during the film forming process. The rotary cathodes 5 and 6 are appropriately cooled by circulating cooling water through the seal bearing 10 and the support rod 7.

スパッター用電源163に接続される電線は、2つに分岐して回転カソード5、6の各シール軸受10内に導かれている。各電線の先端には、回転カソード5、6のベース部材8の−Y側の蓋部に接触するブラシが設けられている。スパッター用電源163は、このブラシを介してベース部材8に、スパッター電力を供給する。本実施形態では、スパッター用電源163が回転カソード5、6に負電位の直流電力を供給する。この他にも、例えば、スパッター用電源163が回転カソード5、6に相互に逆位相の交流スパッター電力を供給する態様であっても構わないし、スパッター用電源163が回転カソード5、6に負電位と正電位とからなるパルス状の電力を供給する態様であっても構わない。   The electric wire connected to the power supply 163 for the sputter is branched into two and led into the sealed bearings 10 of the rotary cathodes 5 and 6. At the tip of each electric wire, a brush that contacts the lid portion on the −Y side of the base member 8 of the rotary cathodes 5 and 6 is provided. The power source 163 for sputter supplies sputtering power to the base member 8 through this brush. In this embodiment, the sputtering power source 163 supplies negative potential direct current power to the rotating cathodes 5 and 6. In addition to this, for example, the sputtering power source 163 may supply AC sputtering powers having opposite phases to the rotating cathodes 5 and 6, and the sputtering power source 163 may supply a negative potential to the rotating cathodes 5 and 6. It is also possible to supply a pulsed power consisting of a positive potential.

各ベース部材8(ひいては、各ターゲット16)にスパッター電力が供給されると、処理空間Vの各ターゲット16の表面にスパッターガスのプラズマが生成される。このプラズマは、磁石ユニット21、22が形成する静磁場によって、回転カソード5、6間でかつ被成膜箇所P側の空間に高密度に閉じ込められる。本明細書では、このように磁界閉じ込め効果によって高密度化されたプラズマをマグネトロンプラズマと呼ぶ。本実施形態のようにマグネトロンカソード対がマグネトロンプラズマを生成する態様では、1つのマグネトロンカソードがマグネトロンプラズマを生成する場合よりもプラズマが高密度化される。このため、本実施形態の態様は成膜レート向上の観点から望ましい。   When sputtering power is supplied to each base member 8 (and thus each target 16), plasma of sputtering gas is generated on the surface of each target 16 in the processing space V. This plasma is confined with high density in the space between the rotating cathodes 5 and 6 and on the film-forming location P side by the static magnetic field formed by the magnet units 21 and 22. In the present specification, the plasma densified by the magnetic field confinement effect is referred to as magnetron plasma. In the embodiment in which the magnetron cathode pair generates magnetron plasma as in the present embodiment, the plasma is densified compared to the case where one magnetron cathode generates magnetron plasma. For this reason, the aspect of this embodiment is desirable from the viewpoint of improving the film formation rate.

複数の誘導結合アンテナ151は、チャンバー100の底板のうち回転カソード5、6の間の部分において、間隔をあけて回転カソード5、6の長手方向(Y方向)に沿って一列に配設されている。なお、図4の例では誘導結合アンテナ151の個数が5個の場合について説明しているが、該個数は回転カソード5(6)の長さに応じて適宜変更することができる。   The plurality of inductively coupled antennas 151 are arranged in a line along the longitudinal direction (Y direction) of the rotary cathodes 5 and 6 at intervals in the portion between the rotary cathodes 5 and 6 in the bottom plate of the chamber 100. Yes. In the example of FIG. 4, the case where the number of inductively coupled antennas 151 is five has been described. However, the number can be appropriately changed according to the length of the rotating cathode 5 (6).

各誘導結合アンテナ151は、石英硝子などからなる誘電体の保護部材152によって覆われて、チャンバー100の底板を貫通して設けられる。また、各誘導結合アンテナ151の±X側には、スパッターガス供給源511から供給されるスパッターガスを処理空間Vに導入する一対のノズル514がそれぞれ設けられている。   Each inductively coupled antenna 151 is covered with a dielectric protective member 152 made of quartz glass or the like, and is provided through the bottom plate of the chamber 100. A pair of nozzles 514 for introducing the sputtering gas supplied from the sputtering gas supply source 511 into the processing space V is provided on the ± X side of each inductive coupling antenna 151.

各誘導結合アンテナ151は、例えば、図3に示されるように、金属製のパイプ状導体をU字形に曲げたものであり、「U」の字を上下逆向きにした状態でチャンバー100の底板を貫通して処理空間Vの内部に突設されている。誘導結合アンテナ151は、内部に冷却水を循環させるなどして、適宜、冷却されている。   For example, as shown in FIG. 3, each inductive coupling antenna 151 is formed by bending a metal pipe-like conductor into a U shape, and the bottom plate of the chamber 100 with the “U” shape turned upside down. And projecting into the processing space V. The inductively coupled antenna 151 is appropriately cooled, for example, by circulating cooling water therein.

各誘導結合アンテナ151の一端は、整合回路154を介して、高周波電源153に電気的に接続されている。また、各誘導結合アンテナ151の他端は接地されている。高周波電源153は、処理空間Vに誘導結合プラズマが発生するように、各誘導結合アンテナ151に高周波電力を供給する。   One end of each inductively coupled antenna 151 is electrically connected to a high frequency power source 153 via a matching circuit 154. The other end of each inductively coupled antenna 151 is grounded. The high frequency power supply 153 supplies high frequency power to each inductively coupled antenna 151 so that inductively coupled plasma is generated in the processing space V.

この構成において、高周波電源153から誘導結合アンテナ151に高周波電力が供給されると、誘導結合アンテナ151の周囲に高周波誘導磁界が生じ、処理空間Vにスパッターガスと反応性ガスとのそれぞれの誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)が発生する。   In this configuration, when high frequency power is supplied from the high frequency power source 153 to the inductive coupling antenna 151, a high frequency induction magnetic field is generated around the inductive coupling antenna 151, and the respective inductive couplings of the sputtering gas and the reactive gas are generated in the processing space V. Plasma (Inductively Coupled Plasma: ICP) is generated.

各誘導結合アンテナ151は、処理空間Vのうち磁石ユニット21、22によって磁界が形成されている部分を含む空間に誘導結合プラズマを発生する。その結果、マグネトロンカソード対により発生するマグネトロンプラズマと誘導結合アンテナ151によって発生する誘導結合プラズマとが互いに重なり合い、混合プラズマが形成される。誘導結合アンテナ151が発生させた高密度の誘導結合プラズマも、磁石ユニット21、22が回転カソード5、6の外周面の近傍に形成する磁界によるマグネトロンプラズマとともに、ターゲット16のスパッターに寄与する。   Each inductively coupled antenna 151 generates inductively coupled plasma in a space including a portion of the processing space V where a magnetic field is formed by the magnet units 21 and 22. As a result, the magnetron plasma generated by the magnetron cathode pair and the inductively coupled plasma generated by the inductively coupled antenna 151 overlap each other to form a mixed plasma. The high-density inductively coupled plasma generated by the inductively coupled antenna 151 also contributes to sputtering of the target 16 together with the magnetron plasma generated by the magnetic units 21 and 22 in the vicinity of the outer peripheral surfaces of the rotating cathodes 5 and 6.

このように誘導結合プラズマをスパッターに寄与させる場合、誘導結合プラズマの寄与がない場合に比べて、回転カソード5、6に供給するスパッター電力の大きさが同一でもスパッター電圧を低くすることができる(インピーダンスを低くすることができる)。これにより、ターゲット16から飛翔する反跳アルゴンや負イオンが基材91の被成膜面に与えるダメージが低下しつつ、高成膜レートで成膜処理が実行される。   When the inductively coupled plasma contributes to sputtering in this way, the sputtering voltage can be lowered even when the sputter power supplied to the rotating cathodes 5 and 6 is the same as compared with the case where no inductively coupled plasma contributes ( Impedance can be reduced). Thereby, the film-forming process is performed at a high film-forming rate while the damage given to the film-forming surface of the base material 91 by recoil argon and negative ions flying from the target 16 is reduced.

上述したとおり、誘導結合アンテナ151は、U字形状を呈している。このようなU字形状の誘導結合アンテナ151は、巻数が一周未満の誘導結合アンテナに相当し、巻数が一周以上の誘導結合アンテナよりもインダクタンスが低い。このため、誘導結合アンテナ151の両端に発生する高周波電圧が低減され、生成するプラズマへの静電結合に伴うプラズマ電位の高周波揺動が抑制される。このため、対地電位へのプラズマ電位揺動に伴う過剰な電子損失が低減され、プラズマ電位が特に低く抑えられる。これにより、基材91上へのダメージを低減することが可能となる。   As described above, the inductively coupled antenna 151 has a U shape. Such a U-shaped inductively coupled antenna 151 corresponds to an inductively coupled antenna having less than one turn, and has a lower inductance than an inductively coupled antenna having one or more turns. For this reason, the high frequency voltage generated at both ends of the inductive coupling antenna 151 is reduced, and the high frequency fluctuation of the plasma potential accompanying the electrostatic coupling to the generated plasma is suppressed. For this reason, excessive electron loss accompanying the plasma potential fluctuation to the ground potential is reduced, and the plasma potential can be suppressed particularly low. Thereby, damage to the base material 91 can be reduced.

以上説明したスパッタリング装置1は、チャンバー100の処理空間Vにスパッターガスと反応性ガスとを導入して、回転カソード5、6の外周を被覆するITOのターゲット16をスパッターし、当該ターゲット16に対向する基材91上にITO膜を成膜する。   The sputtering apparatus 1 described above introduces a sputtering gas and a reactive gas into the processing space V of the chamber 100, sputters the ITO target 16 covering the outer periphery of the rotating cathodes 5, 6, and faces the target 16. An ITO film is formed on the substrate 91 to be processed.

<1.3 成膜処理>
成膜処理では、まず、スパッターガス供給部510が、処理空間Vに不活性ガスであるアルゴンガスなどのスパッターガスを供給する(スパッターガス供給工程)。
<1.3 Film formation process>
In the film forming process, first, the sputtering gas supply unit 510 supplies a sputtering gas such as an argon gas that is an inert gas to the processing space V (a sputtering gas supply process).

また、反応性ガス供給部520が、処理空間Vに酸素ガスなどの反応性ガスを供給する(反応性ガス供給工程)。これにより、処理空間Vには、スパッターガスと反応性ガスとの混合雰囲気が形成される。   Further, the reactive gas supply unit 520 supplies a reactive gas such as oxygen gas to the processing space V (reactive gas supply step). Thereby, a mixed atmosphere of the sputtering gas and the reactive gas is formed in the processing space V.

各回転部19は、モータの回転によって回転カソード5、6をそれぞれの中心軸線2、3まわりに回転させる(回転工程)。より詳細には、回転部19は、回転カソード5、6のそれぞれの外周面のうち互いに対向している部分が誘導結合アンテナ151側から基材91側に向けてそれぞれ移動するように、中心軸線2、3回りで互いに逆方向に回転カソード5、6を回転させる。   Each rotating unit 19 rotates the rotating cathodes 5 and 6 around the central axes 2 and 3 by the rotation of the motor (rotating process). More specifically, the rotating unit 19 has a central axis line so that portions of the outer peripheral surfaces of the rotating cathodes 5 and 6 that face each other move from the inductive coupling antenna 151 side toward the base material 91 side. The rotating cathodes 5 and 6 are rotated in opposite directions around a few times.

スパッター用電源163は、回転カソード5、6に1.5kW/m以下のスパッター電力を供給する(スパッター電力供給工程)。このスパッター電力は、例えば、0.6kW/mの電力である。ここで、kW/mは、回転カソード5、6におけるスパッター電力の単位であり、回転カソード5、6の外周に巻かれたターゲット16の軸方向の長さ1メートルあたりにかけるワット数を意味する。回転カソード5、6にスパッター電力が供給されることにより、マグネトロンプラズマが生成される。   The power supply 163 for the sputter supplies a sputtering power of 1.5 kW / m or less to the rotating cathodes 5 and 6 (a sputtering power supply process). This sputtering power is, for example, 0.6 kW / m. Here, kW / m is a unit of sputtering power in the rotary cathodes 5 and 6 and means the wattage applied per meter in the axial length of the target 16 wound around the outer periphery of the rotary cathodes 5 and 6. . Magnetron plasma is generated by supplying sputtering power to the rotating cathodes 5 and 6.

高周波電源153は、各誘導結合アンテナ151に高周波電力を供給する(高周波電力供給工程)。この高周波電力は、例えば、周波数13.56MHzの電力である。これにより、誘導結合プラズマが生成される。そして、回転カソード5、6間でかつ被成膜箇所P側の空間において、マグネトロンプラズマと誘導結合プラズマとの混合プラズマが形成される。   The high frequency power supply 153 supplies high frequency power to each inductive coupling antenna 151 (high frequency power supply step). This high frequency power is, for example, power having a frequency of 13.56 MHz. Thereby, inductively coupled plasma is generated. Then, a mixed plasma of magnetron plasma and inductively coupled plasma is formed between the rotating cathodes 5 and 6 and in the space on the film formation location P side.

搬送機構30が搬送経路面Lに沿って基材91を搬送する(搬送工程)。より具体的には、搬送機構30は、基材91が被成膜箇所Pを複数回通過するように、基材91を搬送経路面Lに沿って±X方向に移動させる。   The transport mechanism 30 transports the base material 91 along the transport path surface L (transport process). More specifically, the transport mechanism 30 moves the base material 91 in the ± X direction along the transport path surface L so that the base material 91 passes through the film formation location P a plurality of times.

また、加熱部40が搬送される基材91を加熱する(加熱工程)。加熱部40は、例えば、基材91を300℃に加熱する。基材91の加熱温度が200℃以上であれば、基材91に対してITO膜が低抵抗率で結晶化成膜される。   Moreover, the base material 91 by which the heating part 40 is conveyed is heated (heating process). The heating unit 40 heats the base material 91 to 300 ° C., for example. If the heating temperature of the base material 91 is 200 ° C. or higher, the ITO film is crystallized with a low resistivity on the base material 91.

その結果、搬送される基材91の−Z側の主面には、回転カソード5、6のターゲット16からスパッターされたITO粒子が結晶化して堆積し、ITO膜が成膜される。このITO膜は、例えば、有機EL素子の陽極として用いられる。   As a result, ITO particles sputtered from the target 16 of the rotary cathodes 5 and 6 are crystallized and deposited on the −Z side main surface of the substrate 91 to be conveyed, and an ITO film is formed. This ITO film is used as an anode of an organic EL element, for example.

<1.4 ITO膜の抵抗率および平坦度>
図5は、スパッター電力と生成されたITO膜の抵抗率との関係を示す図である。図示上側の横軸である「Planar DC-Bias power」は、プレーナー型のマグネトロンカソードに印加される直流スパッター電力値を示す。図示下側の横軸である「Rotary DC-Bias power」は、ロータリー型のマグネトロンカソード対に印加される直流スパッター電力値を示す。図中の縦軸である「Bottom Resistivity」は、成膜処理で得られたITO膜の最低抵抗率を示す。
<1.4 Resistivity and flatness of ITO film>
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the sputtering power and the resistivity of the generated ITO film. “Planar DC-Bias power”, which is the horizontal axis on the upper side of the figure, indicates the DC sputtering power value applied to the planar magnetron cathode. “Rotary DC-Bias power”, which is the horizontal axis on the lower side of the figure, indicates the DC sputtering power value applied to the rotary magnetron cathode pair. “Bottom Resistivity” on the vertical axis in the figure indicates the minimum resistivity of the ITO film obtained by the film forming process.

図中の白四角印は、マグネトロンカソードがプレーナー型でかつLIAがスパッター処理を支援しない場合における抵抗率のプロットである。図中の黒四角印は、マグネトロンカソードがプレーナー型でかつLIAがスパッター処理を支援する場合における抵抗率のプロットである。図中の白丸印は、マグネトロンカソード対がロータリー型でかつLIAがスパッター処理を支援しない場合における抵抗率のプロットである。図中の黒丸印は、マグネトロンカソード対がロータリー型でかつLIAがスパッター処理を支援する場合における抵抗率のプロットである。ここで、「LIAがスパッター処理を支援する」とは、本実施形態のように、LIAによる誘導結合プラズマがマグネトロンカソード対によるスパッター処理に寄与することを意味する。   The white squares in the figure are resistivity plots when the magnetron cathode is a planar type and the LIA does not support the sputtering process. The black squares in the figure are resistivity plots when the magnetron cathode is a planar type and the LIA supports the sputtering process. The white circles in the figure are resistivity plots when the magnetron cathode pair is a rotary type and the LIA does not support the sputtering process. The black circles in the figure are resistivity plots when the magnetron cathode pair is a rotary type and the LIA supports the sputtering process. Here, “LIA supports the sputtering process” means that the inductively coupled plasma by LIA contributes to the sputtering process by the magnetron cathode pair as in this embodiment.

なお、図5のグラフを描いた際の各処理条件において、プレーナー型のマグネトロンカソードに対するスパッター電力が2.0W/cmである場合のITO膜の成膜速度と、ロータリー型のマグネトロンカソード対に対するスパッター電力が1.4kW/mである場合のITO膜の成膜速度と、が略同一であった。このため、図5においては、スパッター電力2.0W/cmの横軸位置とスパッター電力1.4kW/mの横軸位置とを略同一の位置関係としている。 Note that, in each processing condition when the graph of FIG. 5 is drawn, the deposition rate of the ITO film when the sputtering power for the planar magnetron cathode is 2.0 W / cm 2 , and the rotary magnetron cathode pair The deposition rate of the ITO film when the sputtering power was 1.4 kW / m was substantially the same. For this reason, in FIG. 5, the horizontal axis position of the sputtering power of 2.0 W / cm 2 and the horizontal axis position of the sputtering power of 1.4 kW / m have substantially the same positional relationship.

図5における四角印と丸印とを比較して分かるように、成膜速度を略同一とした場合、ロータリー型のマグネトロンカソード対で成膜されたITO膜は、プレーナー型のマグネトロンカソードで成膜されたITO膜に比べて、低い抵抗率となる。ロータリー型のマグネトロンカソード対では、プレーナー型のマグネトロンカソードに比べて、マグネトロンプラズマが高密度となり、更に、ITOターゲットのエロージョンがより均一に進行する。これにより、ロータリー型のマグネトロンカソード対では、プレーナー型のマグネトロンカソード対に比べて、成膜処理の過程で、成膜面においてはSnイオンの活性化が促進され(Snのドーピング効率が高まり)、ターゲット面においてはノジュールが発生し難い。Snのドーピング効率が高まることは成膜されたITO膜の抵抗率を下げることにつながる。ノジュールの存在は成膜されるITO膜の抵抗率を高くする原因となる。このため、ロータリー型のマグネトロンカソード対を用いることにより抵抗率の低いITO膜が安定的に成膜される。また、ノジュールの存在はアーキングを発生させる原因となるため、ロータリー型のマグネトロンカソード対を用いることによりアーキングに伴ってITO膜中にパーティクルが生じることが抑制される。   As can be seen by comparing the square mark and the circle mark in FIG. 5, when the film formation speed is substantially the same, the ITO film formed by the rotary type magnetron cathode pair is formed by the planar type magnetron cathode. The resistivity is lower than that of the formed ITO film. In the rotary type magnetron cathode pair, the magnetron plasma has a high density and the erosion of the ITO target proceeds more uniformly than the planar type magnetron cathode. Thereby, in the rotary type magnetron cathode pair, the activation of Sn ions is promoted on the film formation surface in the course of the film formation process (compared with the planar type magnetron cathode pair), and the Sn doping efficiency is increased. Nodules are unlikely to occur on the target surface. Increasing the Sn doping efficiency leads to lowering the resistivity of the deposited ITO film. The presence of nodules increases the resistivity of the ITO film to be formed. Therefore, an ITO film having a low resistivity can be stably formed by using a rotary type magnetron cathode pair. Further, since the presence of nodules causes arcing, the use of a rotary magnetron cathode pair suppresses the generation of particles in the ITO film due to arcing.

本実施形態では、回転カソード5、6を含むロータリー型のマグネトロンカソード対が用いられるため、より抵抗率が低く低パーティクル数のITO膜を安定的に成膜することができ望ましい。   In this embodiment, since a rotary magnetron cathode pair including the rotating cathodes 5 and 6 is used, an ITO film having a lower resistivity and a lower particle number can be stably formed.

また、図5における黒丸印の推移から分かるように、スパッター電力が0.8〜3.0kW/mの範囲ではスパッター電力が小さくなるに連れて抵抗率が低くなり、スパッター電力が0.5〜0.8kW/mの範囲ではスパッター電力がほぼ一定となる。このため、ITO膜の抵抗率に関していえば、0.8〜3.0kW/mの範囲ではスパッター電力が小さいほど望ましく、0.5〜0.8kW/mの範囲ではいずれのスパッター電力でも望ましい。   Further, as can be seen from the transition of the black circles in FIG. 5, when the sputtering power is in the range of 0.8 to 3.0 kW / m, the resistivity decreases as the sputtering power decreases, and the sputtering power decreases to 0.5 to In the range of 0.8 kW / m, the sputtering power is almost constant. For this reason, regarding the resistivity of the ITO film, the smaller the sputtering power is, the more desirable it is in the range of 0.8 to 3.0 kW / m, and any sputtering power is desirable in the range of 0.5 to 0.8 kW / m.

なお、図5では省略されているが、スパッター電力が0.5より小さくなると、成膜速度の低下に起因して成膜されるITO膜内の不純物比率が高まることや、マグネトロンプラズマ密度の低下に伴ってSnイオンの活性化率が低下することによって、ITO膜の抵抗率が上昇してしまう。したがって、ITO膜の成膜速度および抵抗率に関していえば、スパッター電力は0.5kW/m以上であることが望ましい。   Although omitted in FIG. 5, when the sputtering power is less than 0.5, the impurity ratio in the ITO film formed increases due to the decrease in the deposition rate, and the magnetron plasma density decreases. Accordingly, the resistivity of the ITO film increases due to the decrease in the Sn ion activation rate. Therefore, in terms of the deposition rate and resistivity of the ITO film, the sputtering power is desirably 0.5 kW / m or more.

ITO膜に求められる抵抗率の低さは該ITO膜を用いる製品によって異なるが、一例として、ITO膜に求められる抵抗率が120μΩcm(マイクロオームセンチメートル)以下であれば望ましい。したがって、図5から分かるように、スパッター電力が2.1kW/m以下であれば、ITO膜の抵抗率が120μΩcm以下の低抵抗率となり、望ましい。   The low resistivity required for the ITO film varies depending on the product using the ITO film. For example, the resistivity required for the ITO film is preferably 120 μΩcm (micro ohm centimeters) or less. Therefore, as can be seen from FIG. 5, if the sputtering power is 2.1 kW / m or less, the resistivity of the ITO film is desirably a low resistivity of 120 μΩcm or less, which is desirable.

本実施形態では、LIAがスパッター処理を支援する態様であり、かつ、ロータリー型のマグネトロンカソード対に供給されるスパッター電力が0.6kW/mである。このため、本実施形態では、十分に抵抗率が低いITO膜を成膜することができ望ましい。   In this embodiment, LIA is an aspect that supports the sputtering process, and the sputtering power supplied to the rotary magnetron cathode pair is 0.6 kW / m. For this reason, in this embodiment, it is desirable that an ITO film having a sufficiently low resistivity can be formed.

図6は、LIAがスパッター処理を支援する態様において5通りのスパッター電力を供給した場合と、LIAがスパッター処理を支援しない態様において5通りのスパッター電力を供給した場合とにおける、ITO膜表面を拡大して示す図である。また、図6には、合計10通りの場合について、それぞれ、抵抗率(Res.)、平均粗さ(Ra)、および、最大粗さ(R max)が示される。なお、平均粗さおよび最大粗さについては図8と合わせて後ほど詳細に説明する。   FIG. 6 is an enlarged view of the ITO film surface when LIA supplies five types of sputtering power in an aspect that supports the sputtering process and when LIA supplies five kinds of sputtering power in an aspect that does not support the sputtering process. It is a figure shown. FIG. 6 shows the resistivity (Res.), The average roughness (Ra), and the maximum roughness (R max), respectively, for a total of 10 cases. The average roughness and the maximum roughness will be described in detail later together with FIG.

図7は、ITO膜の堆積厚さとキャリア密度との関係、ITO膜の堆積厚さとホール移動度との関係、および、ITO膜の堆積厚さと抵抗率との関係、を示す図である。図中の横軸である「Deposition thickness」は、ITO膜の堆積厚さを示す。図示右側の縦軸である「Carrier density」は、ITO膜のキャリア密度を示す。図示左側の縦軸である「Hall Mobility」は、ITO膜のホール移動度を示す。図示左側の縦軸である「Resistivity」は、ITO膜の抵抗率を示す。   FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the deposited thickness of the ITO film and the carrier density, the relationship between the deposited thickness of the ITO film and the hole mobility, and the relationship between the deposited thickness of the ITO film and the resistivity. “Deposition thickness” on the horizontal axis in the figure indicates the deposited thickness of the ITO film. “Carrier density” which is the vertical axis on the right side of the figure indicates the carrier density of the ITO film. “Hall Mobility”, which is the vertical axis on the left side of the figure, indicates the hole mobility of the ITO film. “Resistivity”, which is the vertical axis on the left side of the figure, indicates the resistivity of the ITO film.

図中の白四角印は、LIAがスパッター処理を支援しない場合におけるキャリア密度のプロットである。図中の黒四角印は、LIAがスパッター処理を支援する場合におけるキャリア密度のプロットである。図中の白丸印は、LIAがスパッター処理を支援しない場合におけるホール移動度のプロットである。図中の黒丸印は、LIAがスパッター処理を支援する場合におけるホール移動度のプロットである。図中の白三角印は、LIAがスパッター処理を支援しない場合における抵抗率のプロットである。図中の黒三角印は、LIAがスパッター処理を支援する場合における抵抗率のプロットである。   White square marks in the figure are plots of carrier density when LIA does not support the sputtering process. Black square marks in the figure are plots of carrier density when LIA supports the sputtering process. The white circles in the figure are plots of hole mobility when LIA does not support the sputtering process. The black circles in the figure are hole mobility plots when the LIA supports the sputtering process. The white triangles in the figure are resistivity plots when LIA does not support the sputtering process. The black triangles in the figure are resistivity plots when the LIA supports the sputtering process.

図7における白四角印と黒四角印とを比較して分かるように、LIAがスパッター処理を支援する場合におけるITO膜のキャリア密度は、LIAがスパッター処理を支援しない場合におけるITO膜のキャリア密度よりも大きい。   As can be seen by comparing the white square mark and the black square mark in FIG. 7, the carrier density of the ITO film when the LIA supports the sputtering process is more than the carrier density of the ITO film when the LIA does not support the sputtering process. Is also big.

図7における白丸印と黒丸印とを比較して分かるように、LIAがスパッター処理を支援する場合におけるITO膜のホール移動度は、LIAがスパッター処理を支援しない場合におけるITO膜のホール移動度と略同一である。厳密には、LIAがスパッター処理を支援する場合におけるITO膜のホール移動度は、LIAがスパッター処理を支援しない場合におけるITO膜のホール移動度よりも僅かに小さい。   As can be seen by comparing the white circle mark and the black circle mark in FIG. 7, the hole mobility of the ITO film when the LIA supports the sputtering process is the same as the hole mobility of the ITO film when the LIA does not support the sputtering process. It is almost the same. Strictly speaking, the hole mobility of the ITO film when the LIA supports the sputtering process is slightly smaller than the hole mobility of the ITO film when the LIA does not support the sputtering process.

キャリア密度およびホール移動度の積は抵抗率と反比例するため、図7における白三角と黒三角とを比較して分かるように、LIAがスパッター処理を支援する場合におけるITO膜の抵抗率は、LIAがスパッター処理を支援しない場合におけるITO膜の抵抗率よりも低くなる。また、図5における黒四角印と白四角印とを比較した場合、および、図5における黒丸印と白丸印とを比較した場合にも、LIAがスパッター処理を支援することでITO膜の抵抗率が低くなるという効果が分かる。   Since the product of carrier density and hole mobility is inversely proportional to the resistivity, as can be seen by comparing the white triangle and the black triangle in FIG. 7, the resistivity of the ITO film when LIA supports the sputtering process is LIA. Becomes lower than the resistivity of the ITO film when the sputtering process is not supported. Further, when the black square mark and the white square mark in FIG. 5 are compared, and also when the black circle mark and the white circle mark in FIG. 5 are compared, the resistivity of the ITO film is supported by the LIA supporting the sputtering process. You can see the effect of lowering.

本実施形態では、誘導結合アンテナ151(LIA)がスパッター処理を支援するので、より抵抗率の低いITO膜を成膜することができ、望ましい。   In this embodiment, since the inductively coupled antenna 151 (LIA) supports the sputtering process, an ITO film having a lower resistivity can be formed, which is desirable.

図8は、ロータリー型のマグネトロンカソード対に供給される直流スパッター電力と5μm以内のITO膜表面の平坦度との関係を示す図である。図中の横軸である「DC-Bias power」は、ロータリー型のマグネトロンカソード対に供給される直流スパッター電力を示す。図示右側の縦軸である「R max」は、ITO膜表面の最大粗さであり、ITO膜表面のうち厚さ方向に関して最も高い位置(山)と最も低い位置(谷)との高低差を示す。図示左側の縦軸である「Ra」は、ITO膜表面の平均粗さであり、ITO膜表面のうち厚さ方向に関して基準高さから見たズレ量の平均値を示す。最大粗さおよび平均粗さが小さいほどITO膜の平坦度が高くなる。すなわち、本明細書において、「ITO膜の平坦度が高い」とはITO膜の最大粗さおよび平均粗さが小さいことを意味し、「ITO膜の平坦度が低い」とはITO膜の最大粗さおよび平均粗さが大きいことを意味する。   FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the DC sputtering power supplied to the rotary type magnetron cathode pair and the flatness of the ITO film surface within 5 μm. “DC-Bias power” on the horizontal axis in the figure indicates the DC sputtering power supplied to the rotary magnetron cathode pair. “R max”, which is the vertical axis on the right side of the figure, is the maximum roughness of the ITO film surface. Show. “Ra”, which is the vertical axis on the left side of the drawing, is the average roughness of the ITO film surface, and indicates the average value of the deviation amount from the reference height in the thickness direction of the ITO film surface. The flatness of the ITO film increases as the maximum roughness and average roughness decrease. That is, in this specification, “the flatness of the ITO film is high” means that the maximum roughness and average roughness of the ITO film are small, and “the flatness of the ITO film is low” means that the ITO film has the maximum flatness. Means high roughness and average roughness.

図中の白四角印は、LIAがスパッター処理を支援しない態様における最大粗さのプロットである。図中の黒四角印は、LIAがスパッター処理を支援する態様における最大粗さのプロットである。図中の白丸印は、LIAがスパッター処理を支援しない態様における平均粗さのプロットである。図中の黒丸印は、LIAがスパッター処理を支援する態様における平均粗さのプロットである。   The white squares in the figure are maximum roughness plots in an embodiment where LIA does not support the sputtering process. Black square marks in the figure are plots of the maximum roughness in an embodiment where LIA supports the sputtering process. White circles in the figure are plots of average roughness in an embodiment where LIA does not support the sputtering process. The black circles in the figure are average roughness plots in an embodiment where LIA supports the sputtering process.

図8における白四角印と黒四角印とを比較して分かるように、スパッター電力が1.5kW/mより大きい場合、LIAがスパッター処理を支援する態様におけるITO膜の最大粗さが、LIAがスパッター処理を支援しない態様におけるITO膜の最大粗さよりも大きい。他方、スパッター電力が1.5kW/m以下の場合、LIAがスパッター処理を支援する態様におけるITO膜の最大粗さが、LIAがスパッター処理を支援しない態様におけるITO膜の最大粗さよりも小さい。   As can be seen by comparing the white square mark and the black square mark in FIG. 8, when the sputtering power is larger than 1.5 kW / m, the maximum roughness of the ITO film in the aspect in which the LIA supports the sputtering process is as follows. It is larger than the maximum roughness of the ITO film in an embodiment that does not support the sputter process. On the other hand, when the sputtering power is 1.5 kW / m or less, the maximum roughness of the ITO film in the aspect in which the LIA supports the sputtering process is smaller than the maximum roughness of the ITO film in the aspect in which the LIA does not support the sputtering process.

図8における白丸印と黒丸印とを比較して分かるように、スパッター電力が1.5kW/mより大きい場合、LIAがスパッター処理を支援する態様におけるITO膜の平均粗さが、LIAがスパッター処理を支援しない態様におけるITO膜の平均粗さよりも大きい。他方、スパッター電力が1.5kW/m以下の場合、LIAがスパッター処理を支援する態様におけるITO膜の平均粗さが、LIAがスパッター処理を支援しない態様におけるITO膜の平均粗さよりも小さい。   As can be seen by comparing the white circle mark and the black circle mark in FIG. 8, when the sputtering power is larger than 1.5 kW / m, the average roughness of the ITO film in the aspect in which the LIA supports the sputtering process is the LIA sputtering process. It is larger than the average roughness of the ITO film in an embodiment that does not support the above. On the other hand, when the sputtering power is 1.5 kW / m or less, the average roughness of the ITO film in the aspect in which the LIA supports the sputtering process is smaller than the average roughness of the ITO film in the aspect in which the LIA does not support the sputtering process.

このように、ロータリー型のマグネトロンカソード対に供給されるスパッター電力が1.5kW/m以下の場合、LIAがスパッター処理を支援する態様で成膜されるITO膜の平坦度は、LIAがスパッター処理を支援しない態様で成膜されるITO膜の平坦度に比べて高くなる。このため、スパッター電力が1.5kW/m以下であれば望ましい。   As described above, when the sputtering power supplied to the rotary type magnetron cathode pair is 1.5 kW / m or less, the flatness of the ITO film formed in such a manner that the LIA supports the sputtering process is the LIA sputtering process. It becomes higher than the flatness of the ITO film formed in a mode not supporting the above. For this reason, it is desirable if the sputtering power is 1.5 kW / m or less.

ITO膜に求められる平坦度の高さは該ITO膜を用いる製品によって異なるが、一例として、ITO膜に求められる平均粗さが1.5nm(ナノメートル)以下であれば望ましい。したがって、図8から分かるように、スパッター電力が1.3kW/m以下であれば、ITO膜の平均粗さが1.5nm以下の高平坦度となり、望ましい。   The level of flatness required for the ITO film varies depending on the product using the ITO film, but as an example, the average roughness required for the ITO film is preferably 1.5 nm (nanometers) or less. Therefore, as can be seen from FIG. 8, if the sputtering power is 1.3 kW / m or less, it is desirable that the average roughness of the ITO film is high flatness of 1.5 nm or less.

本実施形態では、LIAがスパッター処理を支援する態様であり、かつ、ロータリー型のマグネトロンカソード対に供給されるスパッター電力が0.6kW/mである。このため、本実施形態では、十分に最大粗さおよび平均粗さが小さい(すなわち、十分に平坦度が高い)ITO膜を成膜することができ、望ましい。   In this embodiment, LIA is an aspect that supports the sputtering process, and the sputtering power supplied to the rotary magnetron cathode pair is 0.6 kW / m. For this reason, in the present embodiment, an ITO film having sufficiently small maximum roughness and average roughness (that is, sufficiently high flatness) can be formed, which is desirable.

図9は、ロータリー型のマグネトロンカソード対を用いてITO膜の成膜処理を行う場合において、加熱部40による基材91の加熱温度とITO膜表面の平坦度との関係を示す図である。図中の横軸である「Substrate depo.Temp」は、ITO膜が成膜される基材91の温度を示す。図示右側の縦軸である「R max」は、ITO膜表面の最大粗さであり、ITO膜表面のうち厚さ方向に関して最も高い位置(山)と最も低い位置(谷)との高低差を示す。図示左側の縦軸である「Ra」は、ITO膜表面の平均粗さであり、ITO膜表面のうち厚さ方向に関して基準高さから見たズレ量の平均値を示す。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the heating temperature of the base material 91 by the heating unit 40 and the flatness of the ITO film surface when the ITO film is formed using a rotary type magnetron cathode pair. “Substrate depo.Temp” on the horizontal axis in the figure indicates the temperature of the substrate 91 on which the ITO film is formed. “R max”, which is the vertical axis on the right side of the figure, is the maximum roughness of the ITO film surface, and represents the difference in height between the highest position (peak) and the lowest position (valley) in the thickness direction of the ITO film surface. Show. “Ra”, which is the vertical axis on the left side of the drawing, is the average roughness of the ITO film surface, and indicates the average value of the deviation amount from the reference height in the thickness direction of the ITO film surface.

図中の黒四角印は、LIAがスパッター処理を支援する態様における最大粗さのプロットである。図中の黒丸印は、LIAがスパッター処理を支援する態様における平均粗さのプロットである。   Black square marks in the figure are plots of the maximum roughness in an embodiment where LIA supports the sputtering process. The black circles in the figure are average roughness plots in an embodiment where LIA supports the sputtering process.

図9における黒四角印の推移から分かるように、加熱温度が230〜300℃の範囲では温度が高くなるに連れて最大粗さが小さくなり、加熱温度が300〜330℃の範囲では最大粗さがほぼ一定となる。このため、ITO膜表面の最大粗さに関していえば、230〜300℃の範囲では温度が高いほど望ましく、300〜330℃の範囲ではいずれの温度でも望ましい。   As can be seen from the transition of the black squares in FIG. 9, the maximum roughness decreases as the temperature increases in the heating temperature range of 230 to 300 ° C., and the maximum roughness in the heating temperature range of 300 to 330 ° C. Is almost constant. For this reason, regarding the maximum roughness of the ITO film surface, the higher the temperature is, the more desirable in the range of 230 to 300 ° C., and any temperature in the range of 300 to 330 ° C.

本実施形態では、ロータリー型のマグネトロンカソード対が用いられLIAがスパッター処理を支援する態様であり、加熱部40による基材91の加熱温度が300℃である。このため、本実施形態では、十分に最大粗さが低いITO膜を成膜することができ、望ましい。   In the present embodiment, a rotary magnetron cathode pair is used, and LIA supports the sputtering process, and the heating temperature of the base material 91 by the heating unit 40 is 300 ° C. For this reason, in this embodiment, an ITO film having a sufficiently low maximum roughness can be formed, which is desirable.

<2 第2実施形態>
<2.1 スパッタリング装置1Aの全体構成>
図10は、第2実施形態にかかるスパッタリング装置1Aの構成例を示す断面模式図である。以下では、第2実施形態のスパッタリング装置1Aについて説明するが、第1実施形態のスパッタリング装置1と同一の要素については同一の符号を付し重複説明を省略する。
<2 Second Embodiment>
<2.1 Overall Configuration of Sputtering Apparatus 1A>
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a sputtering apparatus 1A according to the second embodiment. Hereinafter, the sputtering apparatus 1A according to the second embodiment will be described. However, the same elements as those of the sputtering apparatus 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

第2実施形態のスパッタリング装置1Aは、第1実施形態のスパッタリング装置1の各構成に加え、処理空間Vに水蒸気を供給する水蒸気供給部530と、処理空間Vにおける反応性ガスの濃度(本実施形態では、酸素濃度)および水蒸気の濃度(水分濃度)を測定可能な測定部18と、を備える。また、スパッタリング装置1Aは、スパッタリング装置1の制御部190に代えて、水蒸気供給部530および測定部18を含むスパッタリング装置1Aの各部と通信可能な制御部190Aを備える。以下では、スパッタリング装置1とスパッタリング装置1Aとの相違点について主に説明する。   In addition to the components of the sputtering apparatus 1 of the first embodiment, the sputtering apparatus 1A of the second embodiment includes a water vapor supply unit 530 that supplies water vapor to the processing space V, and the concentration of reactive gas in the processing space V (this embodiment). In the embodiment, it includes a measuring unit 18 capable of measuring the oxygen concentration) and the water vapor concentration (water concentration). Further, the sputtering apparatus 1 </ b> A includes a control unit 190 </ b> A that can communicate with each unit of the sputtering apparatus 1 </ b> A including the water vapor supply unit 530 and the measurement unit 18 instead of the control unit 190 of the sputtering apparatus 1. Hereinafter, differences between the sputtering apparatus 1 and the sputtering apparatus 1A will be mainly described.

水蒸気供給部530は、例えば、水蒸気の供給源である水蒸気供給源531と、配管532とを備える。配管532は、一端が水蒸気供給源531と接続され、他端が反応性ガス供給部520の配管522と接続される。また、配管532の経路途中には、バルブ533が設けられる。バルブ533は、制御部190Aの制御下で処理空間Vに供給される水蒸気の量を調整する。バルブ533は、配管を流れるガスの流量を自動調整できるバルブであることが好ましく、具体的には、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成することが好ましい。   The steam supply unit 530 includes, for example, a steam supply source 531 that is a supply source of steam and a pipe 532. One end of the pipe 532 is connected to the water vapor supply source 531, and the other end is connected to the pipe 522 of the reactive gas supply unit 520. A valve 533 is provided in the middle of the route of the pipe 532. The valve 533 adjusts the amount of water vapor supplied to the processing space V under the control of the control unit 190A. The valve 533 is preferably a valve that can automatically adjust the flow rate of the gas flowing through the pipe, and specifically includes, for example, a mass flow controller.

水蒸気供給源531から供給される水蒸気および反応性ガス供給源521から供給される反応性ガスは、配管内で合流して複数のノズル12から処理空間V内に放出される。このように水蒸気および反応性ガスが共通の経路を通って処理空間V内に放出されることで、処理空間V内における水蒸気および反応性ガスの分布がより均一になる。   The water vapor supplied from the water vapor supply source 531 and the reactive gas supplied from the reactive gas supply source 521 merge in the piping and are discharged from the plurality of nozzles 12 into the processing space V. As described above, the water vapor and the reactive gas are discharged into the processing space V through the common path, so that the distribution of the water vapor and the reactive gas in the processing space V becomes more uniform.

測定部18は、四重極形質量分析計で構成され、処理空間Vにおけるガスの全圧や各ガスの分圧を測定することが可能である。このため、測定部18は、処理空間V中の全圧および反応性ガスの分圧を測定することにより処理空間Vにおける反応性ガスの濃度を測定する第1測定部としての機能と、処理空間V中の全圧および水蒸気の分圧を測定することにより処理空間Vにおける水蒸気の濃度を測定する第2測定部としての機能と、を備える。ここで、ガスの濃度とは、処理空間V中の全圧に対するそのガスの分圧比で表される。   The measurement unit 18 is composed of a quadrupole mass spectrometer, and can measure the total pressure of gas and the partial pressure of each gas in the processing space V. Therefore, the measurement unit 18 functions as a first measurement unit that measures the concentration of the reactive gas in the processing space V by measuring the total pressure in the processing space V and the partial pressure of the reactive gas, and the processing space. And a function as a second measuring unit that measures the concentration of water vapor in the processing space V by measuring the total pressure in V and the partial pressure of water vapor. Here, the gas concentration is represented by the partial pressure ratio of the gas with respect to the total pressure in the processing space V.

制御部190Aは、スパッター成膜中の反応性ガスの濃度が予め設定された第1目標値となるように、測定部18による測定結果を基に反応性ガス供給部520のバルブ523をフィードバック制御する。また、制御部190Aは、スパッター成膜中の水蒸気の濃度が予め設定された第2目標値となるように、測定部18による測定結果を基に水蒸気供給部530のバルブ533をフィードバック制御する。   The control unit 190A performs feedback control of the valve 523 of the reactive gas supply unit 520 based on the measurement result by the measurement unit 18 so that the concentration of the reactive gas during the sputtering film formation becomes the first target value set in advance. To do. Further, the control unit 190A feedback-controls the valve 533 of the water vapor supply unit 530 based on the measurement result by the measurement unit 18 so that the concentration of water vapor during the sputtering film formation becomes a preset second target value.

スパッター成膜の期間中は、測定部18が一定周期で(例えば、4秒間隔で)複数回の測定を行い、測定部18からの測定結果が得られる度に制御部190Aが反応性ガス供給部520および水蒸気供給部530に制御信号を発信する。これにより、上記のフィードバック制御が実現される。   During the sputtering film formation period, the measurement unit 18 performs a plurality of measurements at a constant cycle (for example, at intervals of 4 seconds), and the control unit 190A supplies the reactive gas each time a measurement result from the measurement unit 18 is obtained. A control signal is transmitted to the unit 520 and the water vapor supply unit 530. Thereby, the above feedback control is realized.

<2.2 スパッタリング装置1Aでの処理>
図11は、ロータリー型のマグネトロンカソード対を用いてITO膜の成膜処理を行う場合において、ITO膜の抵抗率およびITO膜表面の平坦度と処理空間Vにおける測定部18で測定された各ガスの濃度との関係を示す図である。図11中の横軸である「O2/Total pressure」は、処理空間V中の全圧に対する反応性ガス(酸素)の圧力の割合をパーセント表示で示す。図示右側中央の縦軸である「Ra」は、成膜されるITO膜表面の平均粗さであり、ITO膜表面のうち厚さ方向に関して基準高さから見たズレ量の平均値を示す。図示右側上方の縦軸である「R max」は、成膜されるITO膜表面の最大粗さであり、ITO膜表面のうち厚さ方向に関して最も高い位置(山)と最も低い位置(谷)との高低差を示す。図示左側の縦軸である「Resistivity」は、成膜されるITO膜の抵抗率を示す。
<2.2 Treatment with Sputtering Apparatus 1A>
FIG. 11 shows each gas measured by the measuring unit 18 in the processing space V when the ITO film is formed using the rotary type magnetron cathode pair, the resistivity of the ITO film, the flatness of the ITO film surface, and the processing space V. It is a figure which shows the relationship with the density | concentration of. “O2 / Total pressure” on the horizontal axis in FIG. 11 indicates the ratio of the pressure of the reactive gas (oxygen) to the total pressure in the processing space V in percentage. “Ra”, which is the vertical axis at the center of the right side of the figure, is the average roughness of the ITO film surface to be formed, and indicates the average value of the deviation amount from the reference height in the thickness direction of the ITO film surface. “R max”, which is the vertical axis on the upper right side of the figure, is the maximum roughness of the ITO film surface to be formed, and is the highest position (peak) and lowest position (valley) in the thickness direction of the ITO film surface. The difference in height is shown. “Resistivity” which is the vertical axis on the left side of the figure indicates the resistivity of the ITO film to be formed.

図11は、基材91が280℃に加熱され、LIAには1.6kWのRF電力が供給され、マグネトロンカソード対には0.6kW/mのスパッター電力が供給され、処理空間V内の全圧が0.5Paとされる条件下での各値を示す。図中の白三角印は、水蒸気の濃度が0.3%の場合における抵抗率のプロットである。図中の黒三角印は、水蒸気の濃度が1.0%の場合における抵抗率のプロットである。図中の白丸印は、水蒸気の濃度が0.3%の場合における平均粗さのプロットである。図中の黒丸印は、水蒸気の濃度が1.0%の場合における平均粗さのプロットである。図中の白四角印は、水蒸気の濃度が0.3%の場合における最大粗さのプロットである。図中の黒四角印は、水蒸気の濃度が1.0%の場合における最大粗さのプロットである。   In FIG. 11, the substrate 91 is heated to 280 ° C., 1.6 kW RF power is supplied to the LIA, and 0.6 kW / m sputtering power is supplied to the magnetron cathode pair. Each value is shown under conditions where the pressure is 0.5 Pa. The white triangles in the figure are resistivity plots when the water vapor concentration is 0.3%. Black triangles in the figure are resistivity plots when the water vapor concentration is 1.0%. White circles in the figure are plots of average roughness when the water vapor concentration is 0.3%. The black circles in the figure are plots of the average roughness when the water vapor concentration is 1.0%. The white square mark in the figure is a plot of the maximum roughness when the water vapor concentration is 0.3%. Black square marks in the figure are plots of the maximum roughness when the water vapor concentration is 1.0%.

以下では、図10および図11を参照しつつ、スパッタリング装置1Aでの処理について説明する。   Below, the process in 1 A of sputtering apparatuses is demonstrated, referring FIG. 10 and FIG.

スパッタリング装置1Aでの処理においては、まず、第1目標値および第2目標値を設定する準備工程(後述する第1工程および第2工程)が実行される。   In the processing in the sputtering apparatus 1A, first, a preparation step (a first step and a second step described later) for setting the first target value and the second target value is performed.

第1工程では、水蒸気の濃度が0.3%とされた状態で、かつ、反応性ガスの濃度が異なる条件下で(例えば、酸素ガスの濃度が0.15%、0.19%、0.23%、0.25%、0.29%という5つの濃度の条件下で)スパッタリング装置1Aによるスパッター成膜が行われる。こうして得られたITO膜の抵抗率および平坦度を調べることにより、図11における白三角印の各プロット、白丸印の各プロット、および、白四角印の各プロットが得られる。   In the first step, the water vapor concentration is 0.3% and the reactive gas concentration is different (for example, the oxygen gas concentration is 0.15%, 0.19%, 0 Sputter deposition is performed by the sputtering apparatus 1A (under five concentrations of 23%, 0.25%, and 0.29%). By examining the resistivity and flatness of the ITO film thus obtained, each plot of white triangle marks, each plot of white circle marks, and each plot of white square marks in FIG. 11 is obtained.

この各成膜結果を基に、成膜されたITO膜の抵抗率が第1閾値よりも小さくなる際の反応性ガスの濃度を第1目標値として設定する。このとき、ITO膜の抵抗率として最終製品に求められる閾値(例えば、抵抗率が100[micro-ohm cm])が第1閾値として用いられ、第1目標値が設定される。したがって、この第1工程を経ることにより、ITO膜の低抵抗率化が実現される。   Based on each film formation result, the concentration of the reactive gas when the resistivity of the formed ITO film becomes smaller than the first threshold is set as the first target value. At this time, a threshold (for example, the resistivity is 100 [micro-ohm cm]) required for the final product as the resistivity of the ITO film is used as the first threshold, and the first target value is set. Therefore, the low resistivity of the ITO film is realized through this first step.

以下では、第1工程の各成膜結果においてITO膜の抵抗率が最も小さくなる際の反応性ガスの濃度(0.19%)が第1目標値として設定される場合について説明する。このように抵抗率を最小化して第1目標値を設定する態様では、ITO膜の低抵抗率化がより実現される。   Below, the case where the density | concentration (0.19%) of the reactive gas when the resistivity of an ITO film becomes the minimum in each film-forming result of a 1st process is set as a 1st target value is demonstrated. As described above, in the aspect in which the first target value is set by minimizing the resistivity, the resistivity of the ITO film can be further reduced.

次に、準備工程のうち第2工程が実行される。第2工程では、反応性ガスの濃度を第1目標値(0.19%)とするフィードバック制御下で、かつ、水蒸気の濃度が異なる条件下で(例えば、水蒸気の濃度が0.5%、1.0%、1.5%という3つの濃度の条件下で)スパッタリング装置1Aによるスパッター成膜が行われる。   Next, a 2nd process is performed among preparatory processes. In the second step, under feedback control in which the concentration of the reactive gas is set to the first target value (0.19%) and under different conditions of the water vapor concentration (for example, the water vapor concentration is 0.5%, Sputter deposition is performed by the sputtering apparatus 1A (under conditions of three concentrations of 1.0% and 1.5%).

この各成膜結果を基に、反応性ガスの濃度が第1目標値(0.19%)である場合において成膜されたITO膜の平坦度が第2閾値よりも高くなる際の水蒸気の濃度を第2目標値(1.0%)として設定する。このとき、ITO膜の平坦度として最終製品に求められる閾値(例えば、最大粗さがRmax=15[nm]で平均粗さがRa=1.5[nm])が第2閾値として用いられ、第2目標値が設定される。したがって、この第2工程を経ることにより、ITO膜が高平坦度となる。なお、図11では、第2工程で成膜される水蒸気の各濃度(例えば、水蒸気の濃度が0.5%、1.0%、1.5%という3つの濃度)のうち、反応性ガスの濃度が第1目標値(0.19%)で水蒸気の濃度が第2目標値(1.0%)である場合の各プロットが描かれている。また、図11では、後述する効果を説明するための参照用プロットとして、第1工程および第2工程で得られる各プロットに加えて、反応性ガスの濃度が0.11%で水蒸気の濃度が第2目標値(1.0%)である場合の各プロットおよび反応性ガスの濃度が0.27%で水蒸気の濃度が第2目標値(1.0%)である場合の各プロットが描かれている。   Based on each film formation result, when the reactive gas concentration is the first target value (0.19%), the water vapor concentration when the flatness of the ITO film formed becomes higher than the second threshold value. The density is set as the second target value (1.0%). At this time, the threshold value required for the final product as the flatness of the ITO film (for example, the maximum roughness is Rmax = 15 [nm] and the average roughness is Ra = 1.5 [nm]) is used as the second threshold value, A second target value is set. Therefore, through this second step, the ITO film has high flatness. In FIG. 11, among the concentrations of water vapor deposited in the second step (for example, three concentrations of water vapor are 0.5%, 1.0%, and 1.5%), the reactive gas Each plot is drawn when the concentration of water is the first target value (0.19%) and the concentration of water vapor is the second target value (1.0%). In addition, in FIG. 11, in addition to the plots obtained in the first step and the second step as reference plots for explaining the effects described later, the concentration of reactive gas is 0.11% and the concentration of water vapor is Each plot when the second target value is 1.0% and each plot when the reactive gas concentration is 0.27% and the water vapor concentration is the second target value (1.0%) are drawn. It is.

以下では、第2工程の各成膜結果においてITO膜の平坦度が最も高くなる(言い換えると、最大粗さRmaxおよび平均粗さRaが最も小さくなる)際の水蒸気の濃度(1.0%)が第2目標値として設定される場合について説明する。このように平坦度を最大化して第2目標値を設定する態様では、ITO膜がより高平坦度となる。   In the following, the concentration of water vapor (1.0%) when the flatness of the ITO film is the highest (in other words, the maximum roughness Rmax and the average roughness Ra are the smallest) in each film formation result of the second step. Is set as the second target value. Thus, in the aspect which maximizes the flatness and sets the second target value, the ITO film has a higher flatness.

<2.3 成膜処理>
準備工程が終了すると、搬送される複数の基材91に対して順次に成膜処理が行われる。
<2.3 Film formation process>
When the preparation process is completed, the film forming process is sequentially performed on the plurality of substrates 91 to be conveyed.

成膜処理では、まず、スパッターガス供給部510が、処理空間Vに不活性ガスであるアルゴンガスなどのスパッターガスを供給する(スパッターガス供給工程)。また、反応性ガス供給部520が、処理空間Vに酸素ガスなどの反応性ガスを供給する(反応性ガス供給工程)。さらに、水蒸気供給部530が処理空間Vに水蒸気を供給する(水蒸気供給工程)。これにより、処理空間Vには、スパッターガスと反応性ガスと水蒸気との混合雰囲気が形成される。   In the film forming process, first, the sputtering gas supply unit 510 supplies a sputtering gas such as an argon gas that is an inert gas to the processing space V (a sputtering gas supply process). Further, the reactive gas supply unit 520 supplies a reactive gas such as oxygen gas to the processing space V (reactive gas supply step). Furthermore, the water vapor supply unit 530 supplies water vapor to the processing space V (water vapor supply step). As a result, a mixed atmosphere of a sputtering gas, a reactive gas, and water vapor is formed in the processing space V.

各回転部19は、モータの回転によって回転カソード5、6をそれぞれの中心軸線2、3まわりに回転させる(回転工程)。より詳細には、回転部19は、回転カソード5、6のそれぞれの外周面のうち互いに対向している部分が誘導結合アンテナ151側から基材91側に向けてそれぞれ移動するように、中心軸線2、3回りで互いに逆方向に回転カソード5、6を回転させる。   Each rotating unit 19 rotates the rotating cathodes 5 and 6 around the central axes 2 and 3 by the rotation of the motor (rotating process). More specifically, the rotating unit 19 has a central axis line so that portions of the outer peripheral surfaces of the rotating cathodes 5 and 6 that face each other move from the inductive coupling antenna 151 side toward the base material 91 side. The rotating cathodes 5 and 6 are rotated in opposite directions around a few times.

スパッター用電源163は、回転カソード5、6に1.5kW/m以下のスパッター電力を供給する(スパッター電力供給工程)。このスパッター電力は、例えば、0.6kW/mの電力である。回転カソード5、6にスパッター電力が供給されることにより、マグネトロンプラズマが生成される。   The power supply 163 for the sputter supplies a sputtering power of 1.5 kW / m or less to the rotating cathodes 5 and 6 (a sputtering power supply process). This sputtering power is, for example, 0.6 kW / m. Magnetron plasma is generated by supplying sputtering power to the rotating cathodes 5 and 6.

高周波電源153は、各誘導結合アンテナ151に高周波電力を供給する(高周波電力供給工程)。この高周波電力は、例えば、周波数13.56MHzの電力である。これにより、誘導結合プラズマが生成される。そして、回転カソード5、6間でかつ被成膜箇所P側の空間において、マグネトロンプラズマと誘導結合プラズマとの混合プラズマが形成される。   The high frequency power supply 153 supplies high frequency power to each inductive coupling antenna 151 (high frequency power supply step). This high frequency power is, for example, power having a frequency of 13.56 MHz. Thereby, inductively coupled plasma is generated. Then, a mixed plasma of magnetron plasma and inductively coupled plasma is formed between the rotating cathodes 5 and 6 and in the space on the film formation location P side.

搬送機構30が搬送経路面Lに沿って基材91を搬送する(搬送工程)。より具体的には、搬送機構30は、基材91が被成膜箇所Pを複数回通過するように、基材91を搬送経路面Lに沿って±X方向に移動させる。   The transport mechanism 30 transports the base material 91 along the transport path surface L (transport process). More specifically, the transport mechanism 30 moves the base material 91 in the ± X direction along the transport path surface L so that the base material 91 passes through the film formation location P a plurality of times.

また、加熱部40が搬送される基材91を加熱する(加熱工程)。加熱部40は、例えば、基材91を280℃に加熱する。基材91の加熱温度が200℃以上であれば、基材91に対してITO膜が低抵抗率で結晶化成膜される。   Moreover, the base material 91 by which the heating part 40 is conveyed is heated (heating process). The heating unit 40 heats the base material 91 to 280 ° C., for example. If the heating temperature of the base material 91 is 200 ° C. or higher, the ITO film is crystallized with a low resistivity on the base material 91.

また、この成膜処理の際には、測定部18が、処理空間Vにおける反応性ガスの濃度を一定周期で複数回測定し(第1測定工程)、かつ、処理空間Vにおける水蒸気の濃度を一定周期で複数回測定する(第2測定工程)。そして、上述した反応性ガス供給工程では、スパッター成膜中の反応性ガスの濃度が予め設定された第1目標値となるように、測定部18による測定結果を基に反応性ガスの供給がフィードバック制御される。また、上述した水蒸気供給工程では、スパッター成膜中の水蒸気の濃度が予め設定された第2目標値となるように、測定部18による測定結果を基に前記水蒸気の供給がフィードバック制御される。   Further, during the film forming process, the measurement unit 18 measures the concentration of the reactive gas in the processing space V a plurality of times at a constant period (first measurement step), and determines the concentration of water vapor in the processing space V. Measure a plurality of times at a constant period (second measurement step). In the reactive gas supply step described above, the reactive gas is supplied based on the measurement result by the measurement unit 18 so that the concentration of the reactive gas during the sputtering film formation becomes the first target value set in advance. Feedback controlled. In the water vapor supply step described above, the supply of water vapor is feedback-controlled based on the measurement result of the measurement unit 18 so that the concentration of water vapor during the sputtering film formation becomes a preset second target value.

<2.4 ITO膜の抵抗率および平坦度>
以下、ITO膜の抵抗率および平坦度の観点から、第2実施形態のスパッタリング装置1Aの効果について説明する。
<2.4 Resistivity and flatness of ITO film>
Hereinafter, the effects of the sputtering apparatus 1A of the second embodiment will be described from the viewpoint of the resistivity and flatness of the ITO film.

第1実施形態で既に述べたように、ロータリー型のマグネトロンカソード対に1.5kW/m以下のスパッター電力(本実施形態では、0.6kW/m)を供給してかつLIA支援下でスパッター成膜を行うことにより、ITO膜の低抵抗率化および高平坦度化を実現することができる。   As already described in the first embodiment, a sputtering power of 1.5 kW / m or less (in this embodiment, 0.6 kW / m) is supplied to a rotary type magnetron cathode pair and sputter formation is performed with LIA support. By performing the film, it is possible to realize a low resistivity and a high flatness of the ITO film.

また、図11から分かるように、第2実施形態では、酸素の濃度および水蒸気の濃度を調整することで、ITO膜の低抵抗率化および高平坦度化を実現する。以下、この点について詳述する。   Further, as can be seen from FIG. 11, in the second embodiment, the resistivity and the flatness of the ITO film are reduced by adjusting the oxygen concentration and the water vapor concentration. Hereinafter, this point will be described in detail.

図11の6つの曲線(抵抗率に関する2つの曲線、平均粗さに関する2つの曲線、および、最大粗さに関する2つの曲線)に示されるように、「本実施形態の条件下では、酸素の濃度を横軸とし抵抗率、平均粗さ、および、最大粗さを縦軸としたITO膜の曲線は、最小値を持つ下に凸の曲線となる」という第1の知見が得られた。ここで、本実施形態の条件とは、ロータリー型のマグネトロンカソード対に1.5kW/m以下のスパッター電力(具体的には、0.6kW/m)を供給してかつLIA支援下でITOスパッター成膜を行う条件のことをいう。   As shown in the six curves in FIG. 11 (two curves related to resistivity, two curves related to average roughness, and two curves related to maximum roughness), under the conditions of this embodiment, the oxygen concentration The first finding is that the curve of the ITO film with the horizontal axis representing the resistivity, the average roughness, and the maximum roughness representing the maximum roughness is a downwardly convex curve having the minimum value. Here, the condition of this embodiment is that a sputtering power of 1.5 kW / m or less (specifically, 0.6 kW / m) is supplied to a rotary type magnetron cathode pair and ITO sputtering is performed with LIA support. It refers to conditions for film formation.

また、「この条件下において、水蒸気の濃度を変化させた場合に、抵抗率の最小値と対応する反応性ガスの濃度は変化量が十分に小さいのに対し、平均粗さの最小値と対応する反応性ガスの濃度および最大粗さの最小値と対応する反応性ガスの濃度は変化量が大きい」という第2の知見が得られた。   Also, “Under this condition, when the concentration of water vapor is changed, the minimum value of resistivity corresponds to the minimum value of average roughness, while the corresponding amount of reactive gas has a sufficiently small change amount. The second finding was obtained that the concentration of the reactive gas and the minimum value of the maximum roughness and the corresponding reactive gas concentration vary greatly.

さらに、「この条件下において、水蒸気の濃度を変化させたとしても、平均粗さに関する曲線と最大粗さに関する曲線との曲線形状は類似しており、両者の最小値と対応する反応性ガスの濃度はほぼ一致する」という第3の知見が得られた。   Furthermore, “Under this condition, even if the concentration of water vapor is changed, the curve shape of the average roughness and the maximum roughness curve are similar, and the minimum value of both corresponds to the corresponding reactive gas. The third finding was obtained that the concentrations were almost the same.

以上の各知見を踏まえ、第2実施形態の準備工程では、まず、成膜されたITO膜の抵抗率が第1閾値よりも小さくなる際の反応性ガスの濃度を第1目標値として設定する第1工程を行い、その後、成膜されたITO膜の平坦度が第2閾値よりも高くなる際の水蒸気の濃度を第2目標値として設定する第2工程を行う。   Based on the above findings, in the preparation step of the second embodiment, first, the concentration of the reactive gas when the resistivity of the deposited ITO film becomes smaller than the first threshold is set as the first target value. The first step is performed, and then the second step of setting the water vapor concentration when the flatness of the deposited ITO film becomes higher than the second threshold as the second target value is performed.

第1工程ではITO膜の抵抗率を低くする観点から反応性ガスの濃度が定められるため、ITO膜の低抵抗率化を実現することができる。このとき、上記第1の知見に沿って、ITO膜の抵抗率を最小とする第1目標値が設定されれば、ITO膜の低抵抗率化をより実現することができる。第2工程では、ITO膜の平坦度を高くする観点から水蒸気の濃度が定められるため、上記第3の知見よりITO膜の高平坦度化を実現することができる。このとき、上記第1の知見に沿って、ITO膜の平均粗さおよび最大粗さを最小とする第2目標値が設定されれば、ITO膜の高平坦度化をより実現することができる。第2工程によって第1工程とは異なる水蒸気の濃度が第2目標値に設定される場合があるが、上記第2の知見より、ITO膜の低抵抗率化が妨げられることは抑制される。   In the first step, since the concentration of the reactive gas is determined from the viewpoint of reducing the resistivity of the ITO film, the resistivity of the ITO film can be reduced. At this time, if the first target value that minimizes the resistivity of the ITO film is set in accordance with the first knowledge, the resistivity of the ITO film can be further reduced. In the second step, since the concentration of water vapor is determined from the viewpoint of increasing the flatness of the ITO film, higher flatness of the ITO film can be realized from the third knowledge. At this time, if the second target value that minimizes the average roughness and the maximum roughness of the ITO film is set in accordance with the first knowledge, higher flatness of the ITO film can be realized. . Although the water vapor concentration different from that of the first step may be set to the second target value by the second step, the second finding suppresses the lowering of the resistivity of the ITO film.

また、本実施形態では、測定部18が処理空間Vの内部で得た実測値(ガスの分圧比)を基にガスの供給量がフィードバック制御される。このため、本実施形態の態様では、例えばマスフローコントローラ等によりガスの供給量で得た実測値を基にガスの供給量がフィードバック制御される他の態様に比べ、処理空間V内部での実際の処理条件に合致した高精度なフィードバック制御を行うことができる。   In this embodiment, the gas supply amount is feedback-controlled based on the actually measured value (gas partial pressure ratio) obtained in the processing space V by the measuring unit 18. For this reason, in the aspect of this embodiment, for example, compared with other aspects in which the gas supply amount is feedback-controlled based on the actual measurement value obtained by the mass flow controller or the like, the actual amount in the processing space V is actually increased. High-precision feedback control that matches the processing conditions can be performed.

<3 変形例>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
<3 Modification>
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention.

上記実施形態では、1つのチムニー60内に設けられた1つのプラズマ処理部50の上方を搬送される基材91に対して成膜処理を実行する態様について説明したが、これに限られるものではない。複数のチムニー60内に設けられた複数のプラズマ処理部50の上方を搬送される基材91に対して成膜処理が行われてもよい。   In the above-described embodiment, the aspect in which the film forming process is performed on the base material 91 conveyed above one plasma processing unit 50 provided in one chimney 60 has been described. However, the present invention is not limited to this. Absent. The film forming process may be performed on the base material 91 transported above the plurality of plasma processing units 50 provided in the plurality of chimneys 60.

また、上記実施形態では、水平方向に搬送される基材91に対して成膜処理を実行する態様について説明したが、これに限定されず、例えば垂直方向に搬送される基材91に対して成膜処理を実行してもよく、基材91の搬送方向は適宜選択できる。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the aspect which performs the film-forming process with respect to the base material 91 conveyed in the horizontal direction, it is not limited to this, For example, with respect to the base material 91 conveyed in the vertical direction A film forming process may be performed, and the conveyance direction of the substrate 91 can be selected as appropriate.

また、上記実施形態における各処理条件(マグネトロンカソード対に供給されるスパッター電力値や、基材91の加熱温度など)は、本発明の範囲内で適宜に変更可能である。   In addition, each processing condition in the above embodiment (a value of sputtering power supplied to the magnetron cathode pair, a heating temperature of the base material 91, and the like) can be appropriately changed within the scope of the present invention.

上記第2実施形態では、第1工程における水蒸気の濃度が1つの値(0.3%)で実行される場合について説明したが、これに限られるものではない。第1工程における水蒸気の濃度は、他の値であっても構わないし、複数の値であっても構わない。   In the second embodiment, the case where the concentration of water vapor in the first step is executed with one value (0.3%) has been described. However, the present invention is not limited to this. The water vapor concentration in the first step may be another value or a plurality of values.

上記第2実施形態では、測定部18が四重極形質量分析計で構成される場合について説明したが、これに限られるものではない。測定部18は処理空間内のガス濃度を測定可能な構成であれば、他の構成(例えば、PEM法を用いた構成)であっても構わない。上記第2実施形態では、処理空間V中の全圧に対するそのガスの分圧比がガスの濃度として用いられる場合について説明したが、この値の近似値がガスの濃度として用いられてもよい。例えば、PEM法によって水蒸気の濃度を測定する場合においては、処理空間V中のアルゴン分圧に対するその水素ガスの分圧比が水蒸気ガスの濃度として用いられる。   In the second embodiment, the case where the measurement unit 18 is configured by a quadrupole mass spectrometer has been described, but the present invention is not limited to this. The measuring unit 18 may have another configuration (for example, a configuration using the PEM method) as long as the gas concentration in the processing space can be measured. In the second embodiment, the case where the partial pressure ratio of the gas with respect to the total pressure in the processing space V is used as the gas concentration has been described. However, an approximate value of this value may be used as the gas concentration. For example, when measuring the water vapor concentration by the PEM method, the partial pressure ratio of the hydrogen gas to the argon partial pressure in the processing space V is used as the water vapor gas concentration.

上記第2実施形態では、測定部18(四重極形質量分析計)が全圧や各ガスの分圧を測定可能であり反応性ガスの濃度を測定する第1測定部としての機能と水蒸気の濃度を測定する第2測定部としての機能とを備える態様について説明したが、これに限られるものではない。例えば、ガスの全圧を測定するための測定部と、反応性ガスの分圧を測定するための測定部と、水蒸気の分圧を測定するための測定部とが、それぞれ別個に設けられる態様でも構わない。   In the second embodiment, the measurement unit 18 (quadrupole mass spectrometer) can measure the total pressure and the partial pressure of each gas, and functions as a first measurement unit that measures the concentration of reactive gas and water vapor. Although the aspect provided with the function as a 2nd measurement part which measures the density | concentration of this was demonstrated, it is not restricted to this. For example, a mode in which a measurement unit for measuring the total pressure of gas, a measurement unit for measuring the partial pressure of reactive gas, and a measurement unit for measuring the partial pressure of water vapor are provided separately. It doesn't matter.

上記第2実施形態では、測定部18(四重極形質量分析計)が処理空間Vの下方に接続されて、測定部18によって処理空間Vにおける反応性ガスの濃度および水蒸気の濃度を測定可能な態様について説明したが、これに限られるものではない。一般にチャンバー100内であれば処理空間Vの内外でもガスの比率は測定可能であり且つ再現性があるため、測定部18はチャンバー100内における反応性ガスの濃度および水蒸気の濃度を測定可能であれば足りる。したがって、例えば、測定部18が処理空間Vの外部で(チムニー60の外部で)かつチャンバー100の内部に接続されて、測定部18によってチャンバー100内における反応性ガスの濃度および水蒸気の濃度を測定可能な態様でも構わない。   In the second embodiment, the measurement unit 18 (quadrupole mass spectrometer) is connected below the processing space V, and the measurement unit 18 can measure the concentration of reactive gas and the concentration of water vapor in the processing space V. However, the present invention is not limited to this. In general, since the ratio of gas can be measured both inside and outside the processing space V within the chamber 100 and is reproducible, the measuring unit 18 can measure the concentration of reactive gas and the concentration of water vapor in the chamber 100. It's enough. Therefore, for example, the measurement unit 18 is connected to the outside of the processing space V (outside the chimney 60) and the inside of the chamber 100, and the measurement unit 18 measures the concentration of reactive gas and the concentration of water vapor in the chamber 100. Possible modes may be used.

上記第2実施形態では、測定部18が四重極形質量分析計で構成される場合について説明したが、これに限られるものではない。測定部18は処理空間内のガス濃度又はガス濃度を反映した値を測定可能な構成であれば、他の構成(例えば、PEM法を用いた構成)であっても構わない。   In the second embodiment, the case where the measurement unit 18 is configured by a quadrupole mass spectrometer has been described, but the present invention is not limited to this. The measurement unit 18 may have another configuration (for example, a configuration using the PEM method) as long as the configuration can measure the gas concentration in the processing space or a value reflecting the gas concentration.

上記第2実施形態では、水蒸気供給源531から供給される水蒸気および反応性ガス供給源521から供給される反応性ガスが配管内で合流して処理空間Vに放出される態様について説明したが、これに限られるものではない。水蒸気供給源531から供給される水蒸気およびスパッターガス供給源511から供給されるスパッターガスが配管内で合流して処理空間Vに放出される態様でも構わないし、水蒸気、反応性ガス、および、スパッターガスがそれぞれ異なる経路で送給されて処理空間Vに放出される態様でも構わない。   In the second embodiment, the aspect in which the water vapor supplied from the water vapor supply source 531 and the reactive gas supplied from the reactive gas supply source 521 merge in the pipe and are released into the processing space V has been described. It is not limited to this. The aspect may be such that the water vapor supplied from the water vapor supply source 531 and the sputtering gas supplied from the sputtering gas supply source 511 join in the pipe and are discharged into the processing space V. Water vapor, reactive gas, and sputtering gas may be used. May be delivered to the processing space V through different routes.

以上、実施形態およびその変形例に係るスパッタリング装置およびスパッタリング方法について説明したが、これらは本発明に好ましい実施形態の例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の増減が可能である。   As mentioned above, although the sputtering apparatus and sputtering method which concern on embodiment and its modification were demonstrated, these are examples of preferable embodiment for this invention, Comprising: The scope of implementation of this invention is not limited. Within the scope of the invention, the present invention can be freely combined with each embodiment, modified with any component in each embodiment, or increased or decreased with any component in each embodiment.

1,1A スパッタリング装置
50 プラズマ処理部
100 チャンバー
151 誘導結合アンテナ
153 高周波電源
163 スパッター用電源
30 搬送機構
31 搬送ローラ
5,6 回転カソード
7 支持棒
8 ベース部材
16 ターゲット
19 回転部
21,22 磁石ユニット
60 チムニー
90 キャリア
91 基材
510 スパッターガス供給部
520 反応性ガス供給部
530 水蒸気供給部
18 測定部
V 処理空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A Sputtering apparatus 50 Plasma processing part 100 Chamber 151 Inductive coupling antenna 153 High frequency power supply 163 Sputtering power supply 30 Conveyance mechanism 31 Conveyance roller 5,6 Rotating cathode 7 Support rod 8 Base member 16 Target 19 Rotating part 21,22 Magnet unit 60 Chimney 90 Carrier 91 Base material 510 Sputter gas supply unit 520 Reactive gas supply unit 530 Water vapor supply unit 18 Measurement unit V Processing space

Claims (20)

搬送される基材の主面にITO(Indium Tin Oxide)膜をスパッター成膜するスパッタリング装置であって、
その内部に処理空間を形成する真空チャンバーと、
前記処理空間にスパッターガスを供給するスパッターガス供給部と、
前記処理空間に反応性ガスを供給する反応性ガス供給部と、
前記処理空間内でプラズマ処理を実行する少なくとも1つのプラズマ処理部と、
前記少なくとも1つのプラズマ処理部に対向した少なくとも1つの被成膜箇所を含む搬送経路面に沿って前記基材を搬送する搬送機構と、
を備え、
前記少なくとも1つのプラズマ処理部のそれぞれは、
円筒状でその外周面がインジウム(In)、スズ(Sn)、および、酸素(O)を含むターゲット材料で被覆された2つの回転カソードを前記処理空間内で一定距離を隔てて対向配置させたカソード対と、
前記2つの回転カソードをそれぞれの中心軸線回りに回転させる回転部と、
前記2つの回転カソードにそれぞれ1.5kW/m以下のスパッター電力を供給するスパッター電力供給手段と、
前記2つの回転カソードの内部にそれぞれ収容されて前記外周面のうち自身の近傍で磁界を形成する2つの磁界形成部と、
前記処理空間のうち前記磁界が形成されている部分を含む空間に誘導結合プラズマを発生する少なくとも1つの誘導結合アンテナと、
前記少なくとも1つの誘導結合アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
を有することを特徴とするスパッタリング装置。
A sputtering apparatus for sputtering an ITO (Indium Tin Oxide) film on the main surface of a substrate to be conveyed,
A vacuum chamber for forming a processing space therein;
A sputtering gas supply unit for supplying a sputtering gas to the processing space;
A reactive gas supply unit for supplying a reactive gas to the processing space;
At least one plasma processing unit for performing plasma processing in the processing space;
A transport mechanism for transporting the base material along a transport path surface including at least one deposition position facing the at least one plasma processing unit;
With
Each of the at least one plasma processing unit includes:
Two rotating cathodes that are cylindrical and whose outer peripheral surfaces are coated with a target material containing indium (In), tin (Sn), and oxygen (O) are arranged to face each other at a predetermined distance in the processing space. A cathode pair;
A rotating section for rotating the two rotating cathodes around respective central axes;
Sputtering power supply means for supplying a sputtering power of 1.5 kW / m or less to each of the two rotating cathodes;
Two magnetic field forming portions that are respectively housed in the two rotary cathodes and form a magnetic field in the vicinity of the outer peripheral surface;
At least one inductively coupled antenna that generates inductively coupled plasma in a space including a portion of the processing space where the magnetic field is formed;
High-frequency power supply means for supplying high-frequency power to the at least one inductively coupled antenna ;
A sputtering apparatus comprising:
請求項1に記載のスパッタリング装置であって、  The sputtering apparatus according to claim 1,
前記少なくとも1つの誘導結合アンテナは平面視において前記2つの回転カソードの間に位置することを特徴とするスパッタリング装置。  The sputtering apparatus, wherein the at least one inductive coupling antenna is located between the two rotating cathodes in a plan view.
請求項1または請求項2に記載のスパッタリング装置であって、
前記スパッター電力供給手段は、前記2つの回転カソードに1.0kW/m以下のスパッター電力を供給することを特徴とするスパッタリング装置。
The sputtering apparatus according to claim 1 or 2 , wherein
The sputtering apparatus, wherein the sputtering power supply means supplies a sputtering power of 1.0 kW / m or less to the two rotating cathodes.
請求項1から請求項3のいずれかに記載のスパッタリング装置であって、
前記スパッター電力供給手段は、前記2つの回転カソードに0.5kW/m以上のスパッター電力を供給することを特徴とするスパッタリング装置。
The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
The sputtering apparatus, wherein the sputtering power supply means supplies a sputtering power of 0.5 kW / m or more to the two rotating cathodes.
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のスパッタリング装置であって、
前記基材を200℃以上に加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とするスパッタリング装置。
A sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 4 ,
A sputtering apparatus, further comprising a heating unit for heating the substrate to 200 ° C. or higher.
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のスパッタリング装置であって、
前記ITO膜は有機EL素子の陽極として用いられることを特徴とするスパッタリング装置。
A sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 5 ,
The sputtering apparatus, wherein the ITO film is used as an anode of an organic EL element.
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のスパッタリング装置であって、
前記真空チャンバー内における前記反応性ガスの濃度を測定する第1測定部と、
前記処理空間に水蒸気を供給する水蒸気供給部と、
前記真空チャンバー内における前記水蒸気の濃度を測定する第2測定部と、
スパッター成膜中の前記反応性ガスの濃度が予め設定された第1目標値となるように前記第1測定部による測定結果を基に前記反応性ガス供給部をフィードバック制御し、かつ、スパッター成膜中の前記水蒸気の濃度が予め設定された第2目標値となるように前記第2測定部による測定結果を基に前記水蒸気供給部をフィードバック制御する制御部と、
を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 6 ,
A first measurement unit for measuring the concentration of the reactive gas in the vacuum chamber;
A steam supply section for supplying steam to the processing space;
A second measuring unit for measuring the concentration of the water vapor in the vacuum chamber;
The reactive gas supply unit is feedback-controlled based on the measurement result of the first measurement unit so that the concentration of the reactive gas during the sputtering film formation becomes a preset first target value, and the sputter formation is performed. A control unit that feedback-controls the water vapor supply unit based on a measurement result of the second measurement unit so that the concentration of the water vapor in the film becomes a preset second target value;
A sputtering apparatus comprising:
請求項7に記載のスパッタリング装置であって、
前記反応性ガスの濃度が異なる条件下で行われた各成膜結果を基に、成膜されたITO膜の抵抗率が第1閾値よりも小さくなる際の前記反応性ガスの濃度を前記第1目標値として設定する第1工程と、
前記反応性ガスの濃度を前記第1目標値とするフィードバック制御下でかつ前記水蒸気の濃度が異なる条件下で行われた各成膜結果を基に、成膜されたITO膜の平坦度が第2閾値よりも高くなる際の前記水蒸気の濃度を前記第2目標値として設定する第2工程と、
が実行されることを特徴とするスパッタリング装置。
The sputtering apparatus according to claim 7 ,
Based on the respective film formation results performed under conditions where the concentration of the reactive gas is different, the concentration of the reactive gas when the resistivity of the deposited ITO film becomes smaller than the first threshold is set to the first concentration. A first step set as one target value;
The flatness of the deposited ITO film is determined based on the results of film formation performed under feedback control using the reactive gas concentration as the first target value and under different conditions of the water vapor concentration. A second step of setting, as the second target value, the concentration of the water vapor when it becomes higher than two threshold values;
Is performed.
請求項8に記載のスパッタリング装置であって、
前記第1目標値は、前記第1工程の各成膜結果においてITO膜の抵抗率が最も小さくなる際の前記反応性ガスの濃度であることを特徴とするスパッタリング装置。
The sputtering apparatus according to claim 8 ,
The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the first target value is a concentration of the reactive gas when the resistivity of the ITO film is minimized in each film formation result of the first step.
請求項8または請求項9に記載のスパッタリング装置であって、
前記第2目標値は、前記第2工程の各成膜結果においてITO膜の平坦度が最も高くなる際の前記水蒸気の濃度であることを特徴とするスパッタリング装置。
The sputtering apparatus according to claim 8 or 9 , wherein
The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the second target value is a concentration of the water vapor when the flatness of the ITO film becomes the highest in each film formation result of the second step.
その内部に処理空間を形成する真空チャンバーと、前記処理空間内でプラズマ処理を実行する少なくとも1つのプラズマ処理部と、を備える装置を用いて、搬送される基材の主面にITO(Indium Tin Oxide)膜をスパッター成膜するスパッタリング方法であって、
前記少なくとも1つのプラズマ処理部のそれぞれは、円筒状でその外周面がインジウム(In)、スズ(Sn)、および、酸素(O)を含むターゲット材料で被覆された2つの回転カソードを前記処理空間内で一定距離を隔てて対向配置させたカソード対と、前記2つの回転カソードの内部にそれぞれ収容されて前記外周面のうち自身の近傍で磁界を形成する2つの磁界形成部と、前記処理空間のうち前記磁界が形成されている部分を含む空間に誘導結合プラズマを発生する少なくとも1つの誘導結合アンテナと、
を備え、
前記方法は、
前記処理空間にスパッターガスを供給するスパッターガス供給工程と、
前記処理空間に反応性ガスを供給する反応性ガス供給工程と、
各回転カソードをそれぞれの中心軸線回りに回転させる回転工程と、
前記各回転カソードに1.5kW/m以下のスパッター電力を供給するスパッター電力供給工程と、
前記少なくとも1つの誘導結合アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給工程と、
前記少なくとも1つのプラズマ処理部に対向した少なくとも1つの被成膜箇所を含む搬送経路面に沿って前記基材を搬送する搬送工程と、
を有することを特徴とするスパッタリング方法。
Using an apparatus including a vacuum chamber that forms a processing space therein and at least one plasma processing unit that executes plasma processing in the processing space, ITO (Indium Tin) Oxide) is a sputtering method for forming a film by sputtering,
Each of the at least one plasma processing unit has a cylindrical shape and two rotating cathodes whose outer peripheral surfaces are covered with a target material containing indium (In), tin (Sn), and oxygen (O). A pair of cathodes arranged opposite to each other at a predetermined distance, two magnetic field forming units that are respectively housed in the two rotating cathodes and form a magnetic field in the vicinity of the outer peripheral surface, and the processing space At least one inductively coupled antenna that generates inductively coupled plasma in a space including a portion where the magnetic field is formed,
With
The method
A sputtering gas supply step of supplying a sputtering gas to the processing space;
A reactive gas supply step of supplying a reactive gas to the processing space;
A rotating step of rotating each rotating cathode around its central axis;
A sputtering power supply step of supplying a sputtering power of 1.5 kW / m or less to each of the rotating cathodes;
A high frequency power supply step of supplying high frequency power to the at least one inductively coupled antenna;
A transporting step of transporting the base material along a transport path surface including at least one film formation location facing the at least one plasma processing unit;
A sputtering method comprising:
請求項11に記載のスパッタリング方法であって、  It is a sputtering method of Claim 11, Comprising:
前記少なくとも1つの誘導結合アンテナは平面視において前記2つの回転カソードの間に位置することを特徴とするスパッタリング方法。  The sputtering method, wherein the at least one inductive coupling antenna is located between the two rotating cathodes in a plan view.
請求項11または請求項12に記載のスパッタリング方法であって、
前記スパッター電力供給工程は、前記各回転カソードに1.0kW/m以下のスパッター電力を供給することを特徴とするスパッタリング方法。
The sputtering method according to claim 11 or 12 ,
In the sputtering power supply step, a sputtering power of 1.0 kW / m or less is supplied to each rotating cathode.
請求項11ないし請求項13のいずれかに記載のスパッタリング方法であって、
前記スパッター電力供給工程は、前記各回転カソードに0.5kW/m以上のスパッター電力を供給することを特徴とするスパッタリング方法。
The sputtering method according to any one of claims 11 to 13 ,
In the sputtering power supply step, a sputtering power of 0.5 kW / m or more is supplied to each rotating cathode.
請求項11ないし請求項14のいずれかに記載のスパッタリング方法であって、
前記基材を200℃以上に加熱する加熱工程、をさらに備えることを特徴とするスパッタリング方法。
The sputtering method according to any one of claims 11 to 14 ,
A sputtering method, further comprising a heating step of heating the substrate to 200 ° C. or higher.
請求項11ないし請求項15のいずれかに記載のスパッタリング方法であって、
前記ITO膜は有機EL素子の陽極として用いられることを特徴とするスパッタリング方法。
The sputtering method according to any one of claims 11 to 15 ,
The said ITO film | membrane is used as an anode of an organic EL element, The sputtering method characterized by the above-mentioned.
請求項11ないし請求項16のいずれかに記載のスパッタリング方法であって、
前記真空チャンバー内における前記反応性ガスの濃度を測定する第1測定工程と、
前記処理空間に水蒸気を供給する水蒸気供給工程と、
前記真空チャンバー内における前記水蒸気の濃度を測定する第2測定工程と、
を備え、
前記反応性ガス供給工程では、スパッター成膜中の前記反応性ガスの濃度が予め設定された第1目標値となるように、前記第1測定工程による測定結果を基に前記反応性ガスの供給がフィードバック制御され、
前記水蒸気供給工程では、スパッター成膜中の前記水蒸気の濃度が予め設定された第2目標値となるように、前記第2測定工程による測定結果を基に前記水蒸気の供給がフィードバック制御されることを特徴とするスパッタリング方法。
The sputtering method according to any one of claims 11 to 16, wherein
A first measurement step of measuring the concentration of the reactive gas in the vacuum chamber;
A steam supply step for supplying steam to the processing space;
A second measuring step for measuring the concentration of the water vapor in the vacuum chamber;
With
In the reactive gas supply step, the reactive gas is supplied based on the measurement result in the first measurement step so that the concentration of the reactive gas during the sputtering film formation becomes a first target value set in advance. Is feedback controlled,
In the water vapor supply step, the water vapor supply is feedback-controlled based on the measurement result in the second measurement step so that the concentration of the water vapor during the sputtering film formation becomes a preset second target value. A sputtering method characterized by the above.
請求項17に記載のスパッタリング方法であって、
前記第1目標値および前記第2目標値を設定する準備工程として、
前記反応性ガスの濃度が異なる条件下で行われた各成膜結果を基に、成膜されたITO膜の抵抗率が第1閾値よりも小さくなる際の前記反応性ガスの濃度を前記第1目標値として設定する第1工程と、
前記反応性ガスの濃度を前記第1目標値とするフィードバック制御下でかつ前記水蒸気の濃度が異なる条件下で行われた各成膜結果を基に、成膜されたITO膜の平坦度が第2閾値よりも高くなる際の前記水蒸気の濃度を前記第2目標値として設定する第2工程と、
を備えることを特徴とするスパッタリング方法。
The sputtering method according to claim 17 ,
As a preparation step for setting the first target value and the second target value,
Based on the respective film formation results performed under conditions where the concentration of the reactive gas is different, the concentration of the reactive gas when the resistivity of the deposited ITO film becomes smaller than the first threshold is set to the first concentration. A first step set as one target value;
The flatness of the deposited ITO film is determined based on the results of film formation performed under feedback control using the reactive gas concentration as the first target value and under different conditions of the water vapor concentration. A second step of setting, as the second target value, the concentration of the water vapor when it becomes higher than two threshold values;
A sputtering method comprising:
請求項18に記載のスパッタリング方法であって、
前記第1目標値は、前記第1工程の各成膜結果においてITO膜の抵抗率が最も小さくなる際の前記反応性ガスの濃度であることを特徴とするスパッタリング方法。
The sputtering method according to claim 18 , wherein
The sputtering method according to claim 1, wherein the first target value is a concentration of the reactive gas when the resistivity of the ITO film is minimized in each film formation result of the first step.
請求項18または請求項19に記載のスパッタリング方法であって、
前記第2目標値は、前記第2工程の各成膜結果においてITO膜の平坦度が最も高くなる際の前記水蒸気の濃度であることを特徴とするスパッタリング方法。
The sputtering method according to claim 18 or 19 , wherein
The sputtering method, wherein the second target value is the concentration of the water vapor when the flatness of the ITO film becomes the highest in each film formation result of the second step.
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