JP6640759B2 - 真空処理装置 - Google Patents

真空処理装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6640759B2
JP6640759B2 JP2017002381A JP2017002381A JP6640759B2 JP 6640759 B2 JP6640759 B2 JP 6640759B2 JP 2017002381 A JP2017002381 A JP 2017002381A JP 2017002381 A JP2017002381 A JP 2017002381A JP 6640759 B2 JP6640759 B2 JP 6640759B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vacuum
chamber
processing
target
water pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017002381A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018111852A (ja
Inventor
坂本 純一
純一 坂本
清田 淳也
淳也 清田
大士 小林
大士 小林
応樹 武井
応樹 武井
哲宏 大野
哲宏 大野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Priority to JP2017002381A priority Critical patent/JP6640759B2/ja
Priority to TW106143663A priority patent/TWI729249B/zh
Priority to CN201810009976.3A priority patent/CN108300968B/zh
Priority to KR1020180003692A priority patent/KR102428287B1/ko
Publication of JP2018111852A publication Critical patent/JP2018111852A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6640759B2 publication Critical patent/JP6640759B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02631Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • C23C14/086Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02266Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by physical ablation of a target, e.g. sputtering, reactive sputtering, physical vapour deposition or pulsed laser deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017Apparatus for fluid treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098Apparatus for thermal treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

本発明は、真空処理装置に関し、より詳しくは、インジウムとガリウムと亜鉛とを含む焼結体をターゲットとし、このターゲットをスパッタリングして反応性スパッタにより処理対象物の表面にIGZO膜を成膜することに適したものに関する。
近年、フラットパネルディスプレイにて表示素子を駆動する薄膜トランジスタ(以下、「TFT」という)のチャネル層として、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)等の酸化物半導体が用いられるようになっている。例えば、酸化物半導体としてのIGZO膜は、一般に、スパッタリング装置を用いて成膜される。この場合、インジウムとガリウムと亜鉛とを含む焼結体をターゲットとし、このターゲットを設置したスパッタリング装置の真空処理室内に処理対象物を配置し、真空処理室が所定の圧力に真空排気されると、放電用のガスと酸素ガスとを導入し、ターゲットに所定電力を投入してターゲットをスパッタリングすることで、反応性スパッタにより処理対象物の表面にIGZO膜を成膜される(例えば、特許文献1参照)。
上記スパッタリング装置にてIGZO膜を成膜しようとする場合、ゲート電極等が既に形成されたガラス基板をキャリアで保持し、この状態で真空処理室内に搬送されて成膜されることになるが、本発明の発明者らの研究によれば、真空処理室内に残留する水分子や、基板及びキャリアに付着して真空処理室内に持ち込まれる水分子が、TFTの(初期)特性や信頼性に影響を与え得ることを知見するのに至った。具体的には、真空処理室内の水分圧が所定圧力より低いと、立ち上がり電圧(VON)がプラス側にシフトするという不具合が生じる。他方、真空処理室内の水分圧が所定圧力より高くなると、膜密度が低く、OHやOの弱結合に起因する欠損が多く存在するIGZO膜となってしまい、電子移動度が低下したり、立ち上がり電圧(VON)がプラス側にシフトしてしまうといった不具合が生じる。
特開2013−64185号公報
本発明は、以上の知見を基になされたものであり、IGZO膜等の酸化物半導体をチャネル層としたTFTに適用した場合に、TFTの特性や信頼性に優れたIGZO膜の成膜に適した真空処理装置を提供することをその課題とするものである。
本発明の成膜方法によれば、ターゲットのスパッタリングによる成膜時の真空処理室内の水分圧を所定範囲にコントロールすることで、TFTの特性や信頼性に優れたIGZO膜が得られることが確認された。この場合、水分圧が1×10−5Paより低くなると、立ち上がり電圧(VON)がプラス側にシフトするという不具合が生じる。他方、水分圧が1×10−3Paより高くなると、膜密度が低く、OHやOの弱結合に起因する欠損が多く存在するIGZO膜となってしまい、電子移動度が低下したり、立ち上がり電圧(VON)がプラス側にシフトしてしまうといった不具合が生じる。
ところで、成膜やエッチング等の所定の処理を施す真空処理装置において、真空処理室内の水分圧を所定の範囲にコントロールする場合、処理に先立って、真空処理室内を加熱しながら真空排気することで、真空処理室内に残留する水分子や真空処理室内に持ち込まれる水分子を排気することが考えられるが、これでは、コントロールしようとする真空処理室内の水分圧によっては、真空排気に長時間を要し、可及的速やかに処理を開始できず、生産性が悪いという問題がある。この場合、真空処理室に真空加熱室を連設し、真空加熱室内において、処理対象物を加熱し、当該処理対象物に付着した水分子を予脱離させることが従来から行われている。このような手法でも、真空加熱室で処理対象物から水分子を十分に脱離させておかないと、真空処理室内に水分子が持ち込まれることになり、結局、コントロールしようとする真空処理室内の水分圧によっては、真空排気に長時間を要する。
そこで、本発明の真空処理装置は、第1の真空ポンプと加熱手段とを有し、第1の真空ポンプにより真空排気した状態で加熱手段により処理対象物を加熱し、当該処理対象物に付着した水分子を脱離させる真空加熱室と、第2の真空ポンプを有し、真空加熱室から加熱済みの処理対象物が真空雰囲気中で搬送され、第2の真空ポンプにより真空排気した状態で処理対象物をストックするストック室と、第3の真空ポンプを有し、ストック室から処理対象物が真空雰囲気中で搬送され、第3の真空ポンプにより真空排気した状態で処理対象物に対して所定の処理を施す真空処理室と、を備えることを特徴とする。
本発明の真空処理装置によれば、真空加熱室と真空処理室との間の処理対象物が搬送される経路にストック室を設けて、真空加熱室で水分子を予脱離させた処理対象物を真空雰囲気中でストックして水分子を更に真空排気する構成を採用したため、真空加熱室で処理対象物から水分子が十分に脱離するまで待たずに、当該処理対象物を搬送することができると共に、ストック室で水分子を更に脱離させた状態の処理対象物を真空処理室に搬送できる。しかも、真空加熱室、ストック室及び真空処理室とで並列的に処理を行うことができ、結果として、コントロールしようとする真空処理室内の水分圧までの真空排気の時間を短くできて、可及的速やかに所定の処理を開始でき、生産性を向上させることができる。
なお、本発明において、「処理対象物」といった場合、成膜やエッチング等の所定の処理が施されるガラス基板やシリコンウエハ等だけでなく、例えば、ガラス基板がキャリアに装着されて搬送されるような場合、キャリアも含む概念である。また、真空処理装置としては、真空加熱室、ストック室及び真空処理室を一方向に沿ってゲートバルブを介して連設したものでだけなく(所謂インライン式の真空処理装置)、所謂クラスターツール式のものであってもよい。また、真空加熱室は、処理対象物を出し入れするための所謂ロードロック室を兼用するようにしてもよい。
また、本発明においては、前記真空加熱室内の水分圧を測定する第1の測定手段と、前記ストック室内の水分圧を測定する第2の測定手段とを有し、第1の測定手段で測定した第1測定値が所定値に達したとき、及び、第2の測定手段で測定した第2測定値が第1測定値より低い所定値に達すると、処理対象物の搬送を許容する判定手段を更に備えることが好ましい。これによれば、水分子を効率よく脱離させた状態の処理対象物を真空処理室に搬送でき、その結果、生産性を更に向上させることができる。更に、本発明においては、生産性をより一層向上させるために、前記ストック室内に、水分子を吸着する吸着手段が設けられることが好ましい。
なお、上記真空処理装置をIGZO膜の成膜に適用する場合、前記真空処理室に、インジウムとガリウムと亜鉛とを含む焼結体のターゲットと、ターゲットに電力投入する電源と、放電用のガスと酸素ガスとを夫々導入するガス導入手段と、真空処理室内の水分圧を測定する第3の測定手段とを設け、真空処理室内の水分圧が1×10−5Pa〜1×10−3Paの範囲内の所定値に達すると、放電用のガスと酸素ガスとの導入とターゲットへの電力投入とを行う制御手段を更に備えておけばよい。
本発明の実施形態の真空処理装置を説明する模式図。 本発明の実施形態の成膜方法により成膜されるIGZO膜を有するTFTの構造を示す模式図。 本発明の効果を確認する実験での評価方法を説明する図。 本発明の効果を確認する実験結果を示す図。
以下、図面を参照して、処理対象物をガラス基板Wとし、ガラス基板Wの一方の面にIGZO膜を成膜する場合を例に、本発明のIGZO膜の成膜方法及びIGZO膜の成膜に適した真空処理装置の実施形態を説明する。以下においては、ガラス基板Wが鉛直方向に起立させた姿勢で搬送されるものとし、上、下、右、左といった方向を示す用語は図1を基準とする。
図1を参照して、VMは、本実施形態の真空処理装置である。真空処理装置VMは、一方向に沿ってゲートバルブGvを介して互いに連設された第1〜第4の真空チャンバVc1,Vc2,Vc3,Vc4を有し、基板搬送手段TPによってガラス基板Wを第1〜第4の真空チャンバVc1,Vc2,Vc3,Vc4内の所定位置に搬送できるようになっている。基板搬送手段TPは、ガラス基板Wを鉛直方向に起立させた姿勢で保持するキャリアTcと、真空処理装置VM内でキャリアTcを水平方向に搬送するキャリア搬送手段Ttとを備える。なお、基板搬送手段TPとしては、複数本のローラを備える公知のものが利用できるため、これ以上の詳細な説明は省省略する。
上流側(図1中、最左側)の第1の真空チャンバVc1は、所謂ロードロックチャンバとしての役割を果たすものであり、その内部を真空排気する真空ポンプ11と、その内部を大気開放するベントバルブ12とを備える。この場合、真空ポンプ11は、大気圧から所定圧力(40Pa)までの圧力範囲で速やかに第1の真空チャンバVc1内を真空排気できるものから選定され、例えば、ロータリーポンプ等が用いられる。また、第1の真空チャンバVc1の側壁には、図示省略の開閉扉が設けられ、大気圧状態の第1の真空チャンバVc1にて、処理前のガラス基板WのキャリアTcへの取り付けや処理済みのガラス基板WのキャリアTcからの取り外しができるようになっている。なお、処理済みのガラス基板Wを取り出すために、第4の真空チャンバVc4の下流側に、他のロードロックチャンバを連設してもよい。
第1の真空チャンバVc1に隣接する第2の真空チャンバVc2は、本実施形態の真空加熱室としての役割を果たすものであり、その内部を所定圧力(1×10−3Pa)まで真空排気できる真空ポンプ21と、キャリアTcで保持されたガラス基板Wを加熱する加熱手段22とを備える。この場合、真空ポンプ21は、キャリアTcやガラス基板Wから脱離する水分子を含む気体を効率よく排気できるものから選定され、例えば、バックポンプを備えるターボ分子ポンプ等が用いられる。加熱手段22としては、キャリアTcやガラス基板Wを所定温度(例えば、100〜120℃の範囲の温度)に加熱して水分子を効率よく脱離させることができるものであれば、特に制限はなく、例えばシースヒータが用いられる。また、第2の真空チャンバVc2には、第1の測定手段としての質量分析管23が設けられ、その内部の水分圧を測定できるようにしている。この場合、質量分析管23で測定した水分圧(第1測定値)が所定値(例えば1×10−2Pa)より低くなると、第3の真空チャンバVc3へのガラス基板Wの搬送を許容するようにできる。
第2の真空チャンバVc2に隣接する第3の真空チャンバVc3は、本実施形態のストック室としての役割を果たすものであり、その内部を所定圧力(1×10−4Pa)まで真空排気できる真空ポンプ31を備える。この場合、真空ポンプ31は、特に、水分子を効率よく排気できるものから選定され、例えば、クライオポンプ等が用いられる。また、第3の真空チャンバVc3内には、キャリアTcで支持されたガラス基板Wに対向させて吸着手段としてのクライオパネル32が設けられ、クライオパネル32のパネル面で水分子を積極的に吸着させるようにしている。第3の真空チャンバVc3にもまた、第2の測定手段としての質量分析管33が設けられ、その内部の水分圧を測定できるようにしている。この場合、質量分析管33で測定した水分圧(第2測定値)が上記第1測定値より低い所定値(例えば5×10−3Pa)よりも低くなると、第4の真空チャンバVc4へのガラス基板Wの搬送を許容するようにできる。
第3の真空チャンバVc3に隣接する第4の真空チャンバVc4は、本実施形態の真空処理室としての役割を果たすものであり、本実施形態の成膜方法を実施してガラス基板Wの一方の面にIGZO膜を成膜できるようになっている。第4の真空チャンバVcは、その内部を所定圧力(1×10−5Pa)まで真空排気できるターボ分子ポンプ、ドライポンプ等の真空ポンプ41を備える。第4の真空チャンバVc4の側壁面には、キャリアTcで保持されたガラス基板Wに対向させてスパッタリングカソード42が設けられている。スパッタリングカソード42は、特に図示して説明しないが、インジウムとガリウムと亜鉛とを含む焼結体のターゲット42aと、磁石ユニット42bとで構成される。ターゲット42aは、ガラス基板Wより大きな輪郭を持つ略直方体形状のものであり、スパッタリングによる成膜中、当該ターゲット42aを冷却する銅製のバッキングプレート(図示せず)に接合された状態で設置されている。なお、ガラス基板Wの成膜面の面積によっては、複数枚のターゲット42aを同一平面内に並設して構成することもできる。ターゲット42aにはまた、スパッタ電源Eからの出力が接続され、所定電力が投入できるようになっている。他方、磁石ユニット42bは、支持板421(ヨーク)の一方の面に設けた中央磁石422と、この中央磁石422の周囲を囲うように支持板421の外周に沿って環状に配置した周辺磁石423とで構成され、ターゲット42aとガラス基板Wとの間の空間にトンネル状の漏洩磁場(図示せず)が形成されるようにしている。この場合、例えばターゲット42aの利用効率を高めるために、磁石ユニット42bに駆動手段(図示せず)を連結し、スパッタリングによる成膜中、上下方向または左右方向の少なくとも一方向に所定のストロークで往復動させるようにしている。
また、第4の真空チャンバVc4の側壁にはガス供給口が開設され、ガス供給口にはガス管43a,43bが夫々接続されている。ガス管43a,43bは、マスフローコントローラ44a,44bを介して、図示省略のアルゴン等の希ガスからなる放電用のガスのガス源と、酸素ガスやオゾン等の酸素含有の反応ガスのガス源とに夫々連通し、第4の真空チャンバVc4内に、流量制御された希ガスと反応ガスとを導入できるようにしている。これらガス管43a,43b及びマスフローコントローラ44a,44bが特許請求の範囲のガス導入手段を構成する。更に、第4の真空チャンバVc4にもまた、第3の測定手段としての質量分析管45が設けられ、その内部の水分圧を測定できるようにしている。この場合、質量分析管45で測定した水分圧が所定の範囲(1×10−5Pa〜1×10−3Pa)になると、ガラス基板Wへの成膜が開始されるようになっている。なお、例えば、第4の真空チャンバVc4内が1×10−5Pa付近の圧力まで真空排気されているような場合、第4の真空チャンバVc4内の圧力は水分圧と同等とみなすことができる。このような圧力範囲で成膜を行う場合には、質量分析管45を省略して、イオンゲージ等の真空計を第3の測定手段として用いることもできる。
また、真空処理装置VMは、メモリ、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御ユニットCrを有し、例えば、質量分析管23,33,45での測定値の出力を受けたり、キャリア搬送手段Tt、マスフローコントローラ44a,44b、電源E及び各真空ポンプ11,21,31,41の稼働を統括制御するようになっている。本実施形態では、上記制御ユニットCrが、質量分析管23で測定した第1測定値が所定値に達したとき、及び、質量分析官33で測定した第2測定値が第1測定値より低い所定値に達すると、ガラス基板Wの搬送を許容する判定手段の役割を兼用し、また、第4の真空処理室Vc4内の水分圧が1×10−5Pa〜1×10−3Paの範囲内の所定圧力に真空排気されると、希ガス及び反応ガスと導入とターゲット42aへの電力投入とを行う制御手段としての役割も兼用する。以下、上記真空処理装置VMによりガラス基板W片面に反応性スパッタリングによりIGZO膜を成膜する場合を例に、本発明の実施形態の成膜方法を説明する。
先ず、大気状態の第1の真空チャンバVc1にて、処理前のガラス基板WをキャリアTcにセットする。キャリアTcにガラス基板Wがセットされると、真空ポンプ11を稼働して第1の真空チャンバVc1内を真空排気する。なお、第1の真空チャンバVc1が面するクリーンルームは、通常その温度は室温(例えば24℃)、湿度は40%RHに制御されており、このクリーンルームに曝されるキャリアTcやガラス基板Wには水分子が吸着する。また、第2〜第4の各真空チャンバVc2〜Vc4内は、真空ポンプ21,31,41を稼働して真空排気されている。
そして、第1の真空チャンバVc1内の圧力が所定値(例えば40Pa)に達すると、ゲートバルブGvを開けてキャリアTcを真空排気した状態の第2の真空チャンバVc2に搬送する。第2の真空チャンバVc2たる真空加熱室にて、加熱手段22によりキャリアTcやガラス基板Wを所定温度(例えば、100〜120℃の範囲の温度)に加熱して水分子を脱離させ、脱離させた水分子を真空ポンプ21により排気する。このとき、第2の真空チャンバVc2内の水分圧を質量分析管23で測定し、測定した水分圧(第1測定値)が所定値(例えば1×10−2Pa)より低くなると、ゲートバルブGvを開けてキャリアTcを真空排気した状態の第3の真空チャンバVc3に搬送する。
次に、第3の真空チャンバVc3たるストック室にて、真空加熱室Vc2で水分子を予脱離させたキャリアTc及びガラス基板Wを真空雰囲気中でストックすることで、水分子を更に真空排気する。このとき、吸着手段たるクライオパネル32のパネル面で水分子を積極的に吸着させることが好ましい。そして、第3の真空チャンバVc3内の水分圧を質量分析管33で測定し、測定した水分圧(第2測定値)が所定値(例えば5×10−3Pa)より低くなると、ゲートバルブGvを開けてキャリアTcを真空排気した状態の第4の真空チャンバVc4に搬送し、ターゲット42aに対向させてガラス基板Wを配置する。
次に、第4の真空チャンバVc4たる真空処理室にて、その内部の水分圧を質量分析管45で測定し、測定した水分圧が1×10−5Pa〜1×10−3Paの範囲になると、ガラス基板Wへの成膜を開始する。即ち、マスフローコントローラ44a,44bを制御して希ガス及び反応ガスを所定の流量で夫々導入し(このとき、真空処理室Vc4内の圧力が0.1〜1.0Paの範囲となり、酸素分圧は0〜0.05Paの範囲となる)、これと併せて、スパッタ電源Eからターゲット42aに所定電力(例えば、パワー密度が2〜5W/cm)を投入して真空処理室Vc4内にプラズマを形成する。これにより、ターゲット42aのスパッタ面がスパッタされ、飛散したインジウム、ガリウム及び亜鉛の原子と酸素との反応生成物がガラス基板W表面に付着、堆積してIGZO膜が成膜される。
本実施形態によれば、IGZO膜の成膜時の真空処理室Vc4内の水分圧を1×10−5Pa〜1×10−3Paの範囲にコントロールすることで、TFTの特性や信頼性に優れたIGZO膜を得ることができる。水分圧が1×10−5Paより低くなると、立ち上がり電圧(VON)がプラス側にシフトするという不具合が生じる。他方、水分圧が1×10−3Paより高くなると、膜密度が低く、OHやOの弱結合に起因する欠損が多く存在するIGZO膜となってしまい、電子移動度が低下したり、立ち上がり電圧(VON)がプラス側にシフトしてしまうといった不具合が生じる。
さらに、本実施形態によれば、真空加熱室Vc2と真空処理室Vc4との間のガラス基板W及びキャリアTcが搬送される経路にストック室Vc3を設け、このストック室Vc3にて、真空加熱室Vc2で水分子を予脱離させたガラス基板W及びキャリアTcを真空雰囲気中でストックして水分子を更に真空排気する構成を採用することで、真空加熱室Vc2でガラス基板W及びキャリアTcから水分子を十分に脱離するまで待たずに、当該ガラス基板W及びキャリアTcを搬送することができると共に、ストック室Vc3で水分子を更に脱離させた状態のガラス基板W及びキャリアTcを真空処理室Vc4に搬送することができる。しかも、真空加熱室Vc2、ストック室Vc3及び真空処理室Vc4とで並列的に処理を行うことができ、結果として、コントロールしようとする真空処理室Vc4内の水分圧までの真空排気の時間を短くできて、可及的速やかに成膜処理を開始でき、生産性を向上させることができる。
次に、上記効果を確認するために、次の実験を行った。本実験では、先ず、図2に示すES型TFTのように、上記真空処理装置VMを用いて成膜されるIGZO膜をチャネル層(活性層)53として有するTFTを製造した。即ち、公知の方法により、ガラス基板50の一方の面にゲート電極51としてのクロム膜を形成した後、このゲート電極51上にゲート絶縁膜52としての酸化アルミニウム膜を形成したものを処理対象物Wとし、この処理対象物Wを第1の真空チャンバVc1にてキャリアTcにセットした。このとき、第1の真空チャンバVc1が面するクリーンルームの温度は24℃、湿度は40%RHに制御されており、このクリーンルームに曝された処理対象物W及びキャリアTcに水分子が吸着した。そして、第1の真空チャンバVc1内を真空排気して40Paに達すると、キャリアTcを真空加熱室Vc2に搬送し、加熱手段22によりキャリアTcや処理対象物Wを100℃に加熱して水分子を予脱離させた。そして、質量分析管23による第1測定値が1×10−2Paより低くなると、キャリアTcをストック室Vc3内のクライオパネル32と対向する位置に搬送した。質量分析管33による第2測定値が5×10−3Paより低くなると、キャリアTcを真空処理室Vc4内のターゲット42aと対向する位置に搬送した。質量分析管45により測定した水分圧が1×10−3Paの範囲になると、IGZO膜の成膜を開始した。成膜条件は、真空処理室内圧力は0.67Pa、ターゲットへの投入電力(パワー密度):5W/cmとした。IGZO膜が成膜された処理対象物WをキャリアTcから取り外し、IGZO膜をパターニングしてチャネル層53とした。次に、Es層(エッチングストッパー層)54を形成し、ソース電極55s及びドレイン電極55dを更に形成した後、パッシベーション膜(保護膜)56を形成することで、図2に示すTFTを製造した。また、真空処理室Vc4の水分圧が8×10−6Pa、2×10−5Pa、1×10−4Pa、5×10−3Pa、1×10−2PaのときにIGZO膜の成膜を開始し、当該IGZO膜を有するTFTを夫々製造した。
このようにして得られたTFTの特性評価を、立ち上がり電圧Vonに基づき行った。図3を参照して、立ち上がり電圧Vonは、ドレイン電圧Vdを5Vとし、ゲート電圧Vgを−15V〜20Vの範囲で変化させたときのドレイン電流Id(A)を測定し、ドレイン電流Idが1×10−9Aとなるときのゲート電圧Vgである。立ち上がり電圧Vonが0V〜1Vの範囲である場合に、特性や信頼性に優れたTFTであると評価した。真空処理室Vc4の水分圧とTFTの立ち上がり電圧Vonとの関係を図4に示す。これによれば、IGZO膜成膜時の水分圧を1×10−5Pa〜1×10−3Paの範囲にすることで、TFTの立ち上がり電圧Vonを0V〜1Vの範囲にすることができ、特性や信頼性に優れたTFTが得られることが判った。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、質量分析管23,33の測定値に基づき搬送を許容し、質量分析管45の測定値に基づき処理を開始する場合を例に説明したが、必ずしも質量分析管23,33,45を設ける必要はない。ここで、第1の真空チャンバVc1が面するクリーンルームの雰囲気(温度、湿度)は略一定に制御されているため、処理対象物(ガラス基板WやキャリアTc)が第1の真空チャンバVc1に投入される前にクリーンルームに曝される時間を略一定(例えば1時間)に制御すれば、各処理対象物に吸着する水分量を同等とみなすことができる。このため、例えば、真空処理室Vc4に処理対象物が搬送されてから所定時間を経過した時点で、真空処理室Vc4内の水分圧が1×10−5Pa〜1×10−3Paの範囲であるとみなして所定処理を開始することができる。但し、処理対象物がクリーンルームに曝される時間が短すぎると、処理対象物に付着する水分量が少なくなりすぎて、結果として真空処理室Vc4内の水分圧が1×10−5Paより低くなり、TFTの立ち上がり電圧Vonが1Vよりも大きくなる場合がある。このため、処理対象物をクリーンルームに曝す時間は、処理対象物に少なくとも所定量の水分が付着するように設定することが好ましい。また、クリーンルームに曝す時間が短い場合には、加熱手段22を用いる加熱の前工程として、クリーンルームと同等の雰囲気中に処理対象物を所定時間曝す工程を行うようにしてもよく、これによれば、処理対象物に吸着して真空加熱室Vc2に持ち込まれる水分量を管理することができ、有利である。
上記実施形態では、反応性スパッタによりIGZO膜を成膜するスパッタリング装置を例に説明したが、反応性スパッタ以外の方法で成膜する成膜装置やエッチング装置に対しても本発明を適用することができる。
上記実施形態では、ガラス基板Wを鉛直方向に起立させた状態で搬送する場合を例に説明したが、ガラス基板Wを水平に保持させた状態で反応する場合にも本発明を適用することができる。
上記実施形態では、制御ユニットCrが判定手段と制御手段とを兼用する場合を例に説明したが、別判定手段と制御手段とを別個の制御ユニットで構成してもよい。
また、上記実験では、チャネル層としてのIGZO膜を有するTFTとしてES型のTFTを例に説明したが、IGZO膜成膜時の水分圧をコントロールすることで、TFTの立ち上がり電圧Vonを0V〜1Vの範囲にすれば、TFTの構造や製法に関係無く、特性や信頼性に優れたTFTを得ることができる。
Cr…制御ユニット(判定手段、制御手段)、E…スパッタ電源(電源)、Vc2…第2の真空チャンバ(真空加熱室)、Vc3…第3の真空チャンバ(ストック室)、Vc4…第4の真空チャンバ(真空処理室)、VM…真空処理装置、W…ガラス基板(処理対象物)、21…第1の真空ポンプ、22…加熱手段、23…質量分析管(第1の測定手段)、31…第2の真空ポンプ、32…クライオパネル(吸着手段)、33…質量分析管(第2の測定手段)、41…第3の真空ポンプ、42a…ターゲット、43a,43b…ガス管(ガス導入手段)、44a,44b…マスフローコントローラ(ガス導入手段)、45…質量分析管(第3の測定手段)。

Claims (3)

  1. 1の真空ポンプと加熱手段とを有し、第1の真空ポンプにより真空排気した状態で加熱手段により処理対象物を加熱し、当該処理対象物に付着した水分子を脱離させる真空加熱室と、
    第2の真空ポンプを有し、真空加熱室から加熱済みの処理対象物が真空雰囲気中で搬送され、第2の真空ポンプにより真空排気した状態で処理対象物をストックするストック室と、
    第3の真空ポンプを有し、ストック室から処理対象物が真空雰囲気中で搬送され、第3の真空ポンプにより真空排気した状態で処理対象物に対して所定の処理を施す真空処理室と、を備え
    前記真空加熱室内の水分圧を測定する第1の測定手段と、前記ストック室内の水分圧を測定する第2の測定手段とを有し、第1の測定手段で測定した第1測定値が所定値に達したとき、及び、第2の測定手段で測定した第2測定値が第1測定値より低い所定値に達すると、処理対象物の搬送を許容する判定手段を更に備えることを特徴とする真空処理装置
  2. 記ストック室内に、水分子を吸着する吸着手段が設けられることを特徴とする請求項1記載の真空処理装置。
  3. 前記真空処理室に、インジウムとガリウムと亜鉛とを含む焼結体のターゲットと、ターゲットに電力投入する電源と、放電用のガスと酸素ガスとを夫々導入するガス導入手段と、真空処理室内の水分圧を測定する第3の測定手段とを設け、真空処理室内の水分圧が1×10−5Pa〜1×10−3Paの範囲内の所定圧力に真空排気されると、放電用のガスと酸素ガスとの導入とターゲットへの電力投入とを行う制御手段を備えることを特徴とする請求項1または請求項記載の真空処理装置。
JP2017002381A 2017-01-11 2017-01-11 真空処理装置 Active JP6640759B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017002381A JP6640759B2 (ja) 2017-01-11 2017-01-11 真空処理装置
TW106143663A TWI729249B (zh) 2017-01-11 2017-12-13 成膜方法及真空處理裝置
CN201810009976.3A CN108300968B (zh) 2017-01-11 2018-01-05 成膜方法及真空处理装置
KR1020180003692A KR102428287B1 (ko) 2017-01-11 2018-01-11 성막 방법 및 진공 처리 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017002381A JP6640759B2 (ja) 2017-01-11 2017-01-11 真空処理装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018111852A JP2018111852A (ja) 2018-07-19
JP6640759B2 true JP6640759B2 (ja) 2020-02-05

Family

ID=62868227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017002381A Active JP6640759B2 (ja) 2017-01-11 2017-01-11 真空処理装置

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6640759B2 (ja)
KR (1) KR102428287B1 (ja)
CN (1) CN108300968B (ja)
TW (1) TWI729249B (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210071334A (ko) * 2019-12-06 2021-06-16 주식회사 아바코 스퍼터링 시스템
CN111081826B (zh) * 2019-12-31 2022-02-08 苏州联诺太阳能科技有限公司 一种异质结电池制备方法
CN112708867A (zh) * 2020-12-31 2021-04-27 广东谛思纳为新材料科技有限公司 一种往复镀膜设备及镀膜方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4002713B2 (ja) * 2000-05-25 2007-11-07 株式会社リコー 高分子基板用薄膜形成装置および高分子基板用薄膜形成方法
JP2002033280A (ja) * 2000-07-13 2002-01-31 Ulvac Japan Ltd 真空成膜装置、仕込・取出室及び仕込・取出室内部の排気方法
CN1293621C (zh) * 2002-05-23 2007-01-03 安内华株式会社 基板处理装置及处理方法
US20040040504A1 (en) * 2002-08-01 2004-03-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing apparatus
JP4833512B2 (ja) * 2003-06-24 2011-12-07 東京エレクトロン株式会社 被処理体処理装置、被処理体処理方法及び被処理体搬送方法
JP5187736B2 (ja) * 2008-02-20 2013-04-24 独立行政法人産業技術総合研究所 薄膜堆積方法
US9666719B2 (en) * 2008-07-31 2017-05-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN104934483B (zh) * 2009-09-24 2018-08-10 株式会社半导体能源研究所 半导体元件及其制造方法
CN101691651B (zh) * 2009-10-10 2011-07-27 西安交通大学 一种InGaZnO透明导电薄膜的L-MBE制备方法
WO2011062043A1 (en) * 2009-11-20 2011-05-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
JP5357808B2 (ja) * 2010-03-03 2013-12-04 富士フイルム株式会社 Igzo系アモルファス酸化物絶縁膜の製造方法及びそれを用いた電界効果型トランジスタの製造方法
TWI521612B (zh) * 2011-03-11 2016-02-11 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置的製造方法
CN102760697B (zh) * 2011-04-27 2016-08-03 株式会社半导体能源研究所 半导体装置的制造方法
JP5920967B2 (ja) 2011-09-20 2016-05-24 株式会社アルバック Igzo膜の形成方法及び薄膜トランジスタの製造方法
KR102071545B1 (ko) * 2012-05-31 2020-01-30 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치
JP2014034699A (ja) * 2012-08-08 2014-02-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd 膜製造方法
JP2014192264A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 薄膜トランジスタの製造方法
JP2015101768A (ja) * 2013-11-26 2015-06-04 株式会社島津製作所 成膜装置
US20150279674A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-01 Intermolecular, Inc. CAAC IGZO Deposited at Room Temperature

Also Published As

Publication number Publication date
TW201842214A (zh) 2018-12-01
CN108300968B (zh) 2022-02-01
TWI729249B (zh) 2021-06-01
CN108300968A (zh) 2018-07-20
JP2018111852A (ja) 2018-07-19
KR20180082977A (ko) 2018-07-19
KR102428287B1 (ko) 2022-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7977255B1 (en) Method and system for depositing a thin-film transistor
JP5309150B2 (ja) スパッタリング装置及び電界効果型トランジスタの製造方法
JP6640759B2 (ja) 真空処理装置
KR101656790B1 (ko) 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 기록 매체
JP5583580B2 (ja) 真空処理装置
TWI564412B (zh) Sputtering device and sputtering method
JP5334984B2 (ja) スパッタリング装置、薄膜形成方法及び電界効果型トランジスタの製造方法
JP2008038224A (ja) 成膜装置、成膜システムおよび成膜方法
WO2010044235A1 (ja) スパッタリング装置、薄膜形成方法及び電界効果型トランジスタの製造方法
JPH10237639A (ja) 集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング装置
TWI714836B (zh) 成膜裝置及成膜方法
WO2017194088A1 (en) Method and apparatus for vacuum processing
JP6887230B2 (ja) 成膜方法
JP2007221171A (ja) 異種薄膜作成装置
JP3987617B2 (ja) コンタクト膜バリア膜連続作成装置及び異種薄膜連続作成装置
US9303312B2 (en) Film deposition apparatus with low plasma damage and low processing temperature
JP6336146B2 (ja) インライン式成膜装置、および、成膜方法
WO2019163439A1 (ja) 成膜方法
TWI537412B (zh) Vacuum coating equipment
JPH05331619A (ja) 薄膜作製方法および薄膜作製装置
JP2007177310A (ja) スパッタリング装置および方法
JP6109775B2 (ja) 成膜装置及び成膜方法
TWM506150U (zh) 真空鍍膜設備

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191017

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20191017

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20191023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191129

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191217

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6640759

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250