JP6966552B2 - Spatter deposit sources, spatter depositors, and methods for depositing layers on substrates - Google Patents

Spatter deposit sources, spatter depositors, and methods for depositing layers on substrates Download PDF

Info

Publication number
JP6966552B2
JP6966552B2 JP2019532686A JP2019532686A JP6966552B2 JP 6966552 B2 JP6966552 B2 JP 6966552B2 JP 2019532686 A JP2019532686 A JP 2019532686A JP 2019532686 A JP2019532686 A JP 2019532686A JP 6966552 B2 JP6966552 B2 JP 6966552B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
electrodes
electrode
spatter
pair
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
JP2019532686A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020503436A (en
Inventor
ヒュンチャン パク,
アンドレアス クレッペル,
アジャイ サンパース ボーロカム,
ピピ ツァイ,
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.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials 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 Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of JP2020503436A publication Critical patent/JP2020503436A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6966552B2 publication Critical patent/JP6966552B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic 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
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405Magnetron sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414Targets
    • H01J37/3417Arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3464Operating strategies
    • H01J37/3467Pulsed operation, e.g. HIPIMS

Description

本開示は、基板上に層を堆積させるように構成されたスパッタ堆積源に関する。本開示は、更に、スパッタ堆積源を有するスパッタ堆積装置、並びに、スパッタリングによって基板上に薄い層を堆積させる方法に関する。より具体的には、本開示は、回転可能電極アレイを用いてスパッタリングすることを対象とする。 The present disclosure relates to spatter deposit sources configured to deposit layers on a substrate. The present disclosure further relates to a sputter deposition apparatus having a sputter deposition source and a method of depositing a thin layer on a substrate by sputtering. More specifically, the present disclosure is intended for sputtering using a rotatable electrode array.

基板上に高度な層均一性を有する薄い層を形成することは、多くの技術分野に関連する問題である。例えば、薄膜トランジスタ(TFT)の分野では、1以上の堆積層の厚さの均一性及び電気特性の均一性が、ディスプレイチャネル領域を確実に製造することにおける課題であり得る。 Forming a thin layer with a high degree of layer uniformity on a substrate is a problem associated with many technical disciplines. For example, in the field of thin film transistors (TFTs), the uniformity of the thickness of one or more deposited layers and the uniformity of electrical properties can be challenges in reliably producing display channel regions.

基板上に層を形成するための1つの方法は、スパッタリングである。スパッタリングは、多様な製造分野で、例えば、TFTの製作において価値のある方法として発展してきた。スパッタリング中に、スパッタターゲットの材料の原子は、プラズマのエネルギー粒子(例えば、電圧を印加された不活性ガス又は反応性ガスのイオン)との衝突によって、スパッタターゲットの材料から放出される。放出された原子が基板上に堆積される場合、基板上にスパッタリングされた材料の層を形成することができる。 One method for forming a layer on a substrate is sputtering. Sputtering has evolved in a variety of manufacturing fields, for example, as a valuable method in the manufacture of TFTs. During sputtering, the atoms of the material of the sputtering target are released from the material of the sputtering target by collision with energy particles of plasma (for example, ions of an inert gas or a reactive gas to which a voltage is applied). When the emitted atoms are deposited on the substrate, a layer of sputtered material can be formed on the substrate.

既知のスパッタ堆積源は、電気エネルギーを生成しスパッタ堆積源の1以上の電極(例えば、カソード)にその電気エネルギーを供給するための電源を有する電源構成体を含む。前記エネルギーは、プラズマを点火し維持するためにカソード間のガス内に蓄積される。プラズマイオン及びプラズマ電子の動きは、カソードの後ろに配置され得る磁石アセンブリによって制御されてよい。カソードは、プラズマによるスパッタリングを通じてコーティング材料を供給するためのそれぞれのターゲットを含み得る。 Known sputter deposit sources include power components having a power source for generating electrical energy and supplying that electrical energy to one or more electrodes (eg, cathodes) of the sputter deposit source. The energy is stored in the gas between the cathodes to ignite and maintain the plasma. The movement of plasma ions and electrons may be controlled by a magnet assembly that can be placed behind the cathode. The cathode may include a respective target for supplying the coating material through plasma sputtering.

スパッタリングは、異なる電気的、磁気的、及び機械的構成を有する幅広い様々なデバイスを用いて実現され得る。既知の構成は、プラズマを生成するための直流電流(DC)又は交流電流(AC)を供給する電源構成体を含む。その場合、ガスに印加されるAC電界は、通常、DC電界より高いプラズマレート(plasma rate)を提供する。無線周波数(RF)スパッタリング装置では、RF電界を印加することによってプラズマが衝突され維持される。したがって、非導電性材料もスパッタリングされ得る。通常、DCスパッタリングは、RFスパッタリングより高い堆積速度を提供するが、アーク発生率が高い場合があり、より問題が大きくなり得る。 Sputtering can be achieved using a wide variety of devices with different electrical, magnetic, and mechanical configurations. Known configurations include power components that supply direct current (DC) or alternating current (AC) to generate plasma. In that case, the AC electric field applied to the gas usually provides a higher plasma rate than the DC electric field. In radio frequency (RF) sputtering equipment, plasma is collided and maintained by applying an RF electric field. Therefore, non-conductive materials can also be sputtered. DC sputtering usually provides higher deposition rates than RF sputtering, but can have higher arc generation rates and can be more problematic.

高い堆積速度を提供しながらも、同時にアーク発生率を低減させるように構成された、スパッタ堆積源を提供することが有用であろう。更に、スパッタリングされた材料の均一な層を促進するためのスパッタ堆積源並びにスパッタ堆積装置が有益であろう。 It would be useful to provide a sputter deposition source configured to provide high deposition rates while at the same time reducing arc generation rates. In addition, sputter deposition sources as well as sputter deposition equipment to promote a uniform layer of sputtered material would be beneficial.

上述のことに照らして、スパッタ堆積源、スパッタ堆積装置、並びに、基板上に層を堆積させる方法が提供される。 In light of the above, spatter deposit sources, spatter depositors, and methods for depositing layers on a substrate are provided.

本開示の一態様によれば、スパッタ堆積源が説明される。スパッタ堆積源は、2以上の電極の対を有する電極アレイであって、電極アレイの各電極が、それぞれの回転軸の周りで回転可能であり、基板上に堆積されるべきターゲット材料を供給するように構成されている、電極アレイ、及び2以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給するように構成された電源構成体を含む。 According to one aspect of the present disclosure, spatter deposit sources are described. The sputter deposition source is an electrode array with two or more pairs of electrodes, each electrode of the electrode array is rotatable around its respective axis of rotation and supplies the target material to be deposited on the substrate. Each of the electrode array and a pair of two or more electrodes configured to supply the bipolar pulsed DC voltage is included.

更なる一態様によれば、スパッタ堆積装置が説明される。スパッタ堆積装置は、真空チャンバ、2以上の電極の対を有する電極アレイを含むスパッタ堆積源であって、電極アレイが真空チャンバ内に配置されている、スパッタ堆積源、及び真空チャンバ内に配置され且つ堆積中に基板を支持するように構成された基板支持体を含む。電極アレイの各電極が、それぞれの回転軸の周りで回転可能であり、基板上に堆積されるべきターゲット材料を供給するように構成されている。スパッタ堆積源は、2以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給するように構成された電源構成体を更に含む。 According to a further aspect, a sputter deposition apparatus will be described. The sputter deposition apparatus is a sputter deposition source including a vacuum chamber and an electrode array having two or more pairs of electrodes, wherein the electrode array is arranged in the vacuum chamber, the spatter deposition source, and the spatter deposition device is arranged in the vacuum chamber. It also includes a substrate support configured to support the substrate during deposition. Each electrode in the electrode array is rotatable around its own axis of rotation and is configured to supply the target material to be deposited on the substrate. The spatter deposit source further comprises a power supply configuration configured to supply an ambipolar pulsed DC voltage to each of the two or more pairs of electrodes.

更なる別の一態様によれば、回転可能電極アレイを備えたスパッタ堆積源を用いて基板上に層を堆積させる方法が説明される。該方法は、回転可能電極アレイの2以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給することを含む。 According to yet another aspect, a method of depositing a layer on a substrate using a sputter deposition source equipped with a rotatable electrode array is described. The method comprises supplying a bipolar pulsed DC voltage to each of two or more pairs of electrodes in a rotatable electrode array.

本開示の更なる態様、利点、及び特徴は、従属請求項、明細書の説明、及び添付の図面から明らかである。 Further aspects, advantages, and features of the present disclosure will be apparent from the dependent claims, the description of the specification, and the accompanying drawings.

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上で簡単に概説した本開示のより具体的な説明を得ることができる。添付の図面は本開示の実施形態に関連し、以下の記述において説明される。図面には典型的な実施形態を示しており、その詳細について下記で説明する。 By reference to embodiments, a more specific description of the present disclosure briefly outlined above can be obtained so that the above features of the present disclosure can be understood in detail. The accompanying drawings relate to embodiments of the present disclosure and are described in the following description. The drawings show typical embodiments, the details of which will be described below.

本明細書で説明されるある実施形態による、スパッタ堆積源の概略図を示す。FIG. 6 shows a schematic diagram of a spatter deposit source according to an embodiment described herein. 本明細書で説明されるある実施形態による、スパッタ堆積源の概略図を示す。FIG. 6 shows a schematic diagram of a spatter deposit source according to an embodiment described herein. 本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積源内の一対の電極に印加され得る両極性パルスDC電圧及び対応する電流を示しているグラフである。It is a graph which shows the bipolar pulse DC voltage and the corresponding current which can be applied to a pair of electrodes in a sputter deposition source according to the embodiment described herein. 図4A及び図4Bは、本明細書で説明される方法によるスパッタリングによるアーク発生率の低減を示すための図である。4A and 4B are diagrams for showing the reduction of the arc generation rate by sputtering by the method described herein. 本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積装置の概略図を示す。A schematic diagram of a sputter deposition apparatus according to the embodiment described herein is shown. 本発明で説明される実施形態による方法を示しているフロー図である。It is a flow figure which shows the method by embodiment which is explained in this invention.

次に、各図に1以上の実施例が示されている、様々な実施形態を細部にわたり参照する。各実施例は、説明として提示されており、限定を意味するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示又は説明される特徴は、他の任意の実施形態に使用され、又は任意の実施形態と併せて使用されて、更に別の実施形態を生み出すことが可能である。本開示はかかる修正例及び変形例を含むことが意図されている。 Next, various embodiments are referenced in detail, each of which shows one or more embodiments. Each embodiment is presented as an explanation and does not imply any limitation. For example, the features illustrated or described as part of one embodiment can be used in any other embodiment or used in conjunction with any other embodiment to produce yet another embodiment. be. The present disclosure is intended to include such modifications and variations.

図面についての以下の説明の中で、同じ参照番号は同じ又は類似の構成要素を指す。概括的に、個々の実施形態に関して相違点のみが説明される。別段の指定がない限り、一実施形態における一部分又は一態様の説明は、別の実施形態における対応する部分又は態様にも同様に当てはまる。 In the following description of the drawings, the same reference numbers refer to the same or similar components. In general, only the differences are described for the individual embodiments. Unless otherwise specified, the description of a portion or aspect of one embodiment applies similarly to the corresponding portion or aspect of another embodiment.

本明細書で説明される、基板を材料でコーティングするプロセスは、通常、薄膜の応用形態を指す。用語「コーティング」及び用語「堆積」は、本明細書において同義に用いられる。本明細書で説明される実施形態において使用されるコーティングプロセスは、スパッタリングである。 The process of coating a substrate with a material as described herein usually refers to a thin film application. The terms "coating" and "deposition" are used interchangeably herein. The coating process used in the embodiments described herein is sputtering.

本明細書で説明される実施形態によるスパッタ堆積源は、回転可能電極アレイを含む。アレイの各電極は、基板上に堆積されるべきターゲット材料を供給するように構成され得る。例えば、各電極は、基板上に堆積されるべきターゲット材料から作られたターゲット、例えば、円筒形状ターゲットを含み得る。更に、各電極は、ターゲット材料と共にそれぞれの回転軸の周りで回転可能なように構成されてよい。円筒形状ターゲットの利用性を改善することができる。 The sputter deposition source according to the embodiments described herein includes a rotatable electrode array. Each electrode of the array may be configured to supply the target material to be deposited on the substrate. For example, each electrode may include a target made from a target material to be deposited on the substrate, eg, a cylindrical target. Further, each electrode may be configured to be rotatable around its own axis of rotation with the target material. The availability of cylindrical targets can be improved.

一般的に、スパッタリングは、ダイオードスパッタリングとして又はマグネトロンスパッタリングとして行なうことができる。マグネトロンスパッタリングは、堆積速度がやや速いという点で特に有利である。通常、磁石アセンブリが、回転可能電極内に位置決めされる。回転可能電極内に、すなわち円筒形状ターゲットの内側に磁石アセンブリを配置することによって、ターゲット表面の上方の自由電子は、磁界内で動くように強制され、逃げることができない。これにより、ガス分子がイオン化する確率が通常数桁高まる。これによって堆積速度が著しく増大する。 Generally, sputtering can be performed as diode sputtering or magnetron sputtering. Magnetron sputtering is particularly advantageous in that the deposition rate is rather high. Normally, the magnet assembly is positioned within the rotatable electrode. By placing the magnet assembly inside the rotatable electrode, i.e. inside the cylindrical target, free electrons above the target surface are forced to move in a magnetic field and cannot escape. This usually increases the probability of ionization of gas molecules by several orders of magnitude. This significantly increases the deposition rate.

基板はコーティング中に連続的に動かされるかもしれないし(「動的コーティング」)、又は基板はコーティング中に静止しているかもしれない(「静的コーティング」)。静的コーティングは、動的コーティングでは基板ホルダもしばしば同様にコーティングされるので、静的コーティングために使い果たされるターゲット材料の量が動的コーティングと比べて少ないという点で有利である。静的コーティングは、特に大面積基板のコーティングを可能にする。基板がコーティング領域に入れられコーティングが行われ、基板は再びコーティング領域から取り出される。 The substrate may be continuously moved during coating (“dynamic coating”), or the substrate may be stationary during coating (“static coating”). Static coating is advantageous in that the amount of target material used up for static coating is less than that of dynamic coating, as substrate holders are often coated with dynamic coating as well. Static coating allows coating of large area substrates in particular. The substrate is placed in the coating region and coated, and the substrate is removed from the coating region again.

スパッタリングは、ディスプレイの生産において使用することができる。より詳細には、スパッタリングは、電極又はバスの生成などのメタライゼーション(metallization)のために使用され得る。スパッタリングは、薄膜トランジスタ(TFT)の生成のためにも使用される。スパッタリングは、透明導電性酸化物層、例えば、ITO(インジウムスズ酸化物)層の生成のためにも使用され得る。 Sputtering can be used in the production of displays. More specifically, sputtering can be used for metallization such as electrode or bus formation. Sputtering is also used to generate thin film transistors (TFTs). Sputtering can also be used to form transparent conductive oxide layers, such as ITO (indium tin oxide) layers.

スパッタリングはまた、薄膜太陽電池の生産においても使用することができる。一般に、薄膜太陽電池は、バックコンタクト、吸収層、及び透明導電性酸化物層(TCO)を備える。通常、バックコンタクト及びTCO層は、スパッタリングにより生成されるが、吸収層は、通常、化学気相堆積プロセスで作られる。 Sputtering can also be used in the production of thin film solar cells. Generally, thin film solar cells include a back contact, an absorbent layer, and a transparent conductive oxide layer (TCO). Normally, the back contact and TCO layer are produced by sputtering, but the absorption layer is usually formed by a chemical vapor deposition process.

本明細書で用いられる用語「基板」は、フレキシブルでない基板、例えばウエハ又はガラスプレート、並びに、ウェブ及び箔などのフレキシブル基板の両方を含むものとする。ある実施形態では、基板が、例えば太陽電池の生産において使用される、ガラスプレートなどのフレキシブルでない基板である。 As used herein, the term "substrate" shall include both inflexible substrates, such as wafers or glass plates, as well as flexible substrates such as webs and foils. In one embodiment, the substrate is an inflexible substrate, such as a glass plate, used in the production of solar cells, for example.

本開示の一態様によれば、回転可能電極に印加される電圧は経時的に変更される。すなわち、回転可能電極に一定でない電圧が印加される。 According to one aspect of the present disclosure, the voltage applied to the rotatable electrode changes over time. That is, a non-constant voltage is applied to the rotatable electrode.

図1は、本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積源100の概略図を示している。スパッタ堆積源100は、2以上の電極の対、例えば、第1の電極の対114及び第2の電極対115を含む、電極アレイ110を含む。第1の電極の対114及び第2の電極の対115は、図1で示されている。他の実施形態では、3以上の電極の対が設けられてよい。ある実施形態では、偶数の電極が設けられる。他の実施形態では、偶数ではない数の電極が設けられてよい。後者の場合、1つの電極、例えば最も外側の電極が、2以上の電極の対のうちの1つに属していないかもしれない。 FIG. 1 shows a schematic diagram of a sputter deposition source 100 according to an embodiment described herein. The sputter deposition source 100 includes an electrode array 110 comprising two or more pairs of electrodes, eg, a pair of first electrodes 114 and a pair of second electrodes 115. The pair 114 of the first electrode and the pair 115 of the second electrode are shown in FIG. In other embodiments, a pair of three or more electrodes may be provided. In certain embodiments, even electrodes are provided. In other embodiments, a non-even number of electrodes may be provided. In the latter case, one electrode, eg, the outermost electrode, may not belong to one of two or more pairs of electrodes.

電極の対のうちの電極は、隣接した電極でよい。例えば、各電極の対は、第1の電極及び第2の電極を含み得る。第1の電極と第2の電極は、それらの間の距離が50cm以下、特に30cm以下となるように配置されている。図1の実施形態では、第1の電極の対114が、電極アレイ110のうちの2つの隣接した電極を含み、第2の電極の対115が、電極アレイ110のうちの2つの隣接した電極を含む。電極の対のうちの電極間に電位差を印加することによって、例えば電極の対のうちの第1の電極に負の電圧を印加することによって且つ電極の対のうちの第2の電極に陽電位を印加することによって、プラズマ130が電極間に生成され得る。したがって、第1の電極はカソードとして作用し、第2の電極はアノードとして作用し、又は逆も可能である。 The electrode in the pair of electrodes may be an adjacent electrode. For example, each pair of electrodes may include a first electrode and a second electrode. The first electrode and the second electrode are arranged so that the distance between them is 50 cm or less, particularly 30 cm or less. In the embodiment of FIG. 1, the pair 114 of the first electrode comprises two adjacent electrodes of the electrode array 110, and the pair 115 of the second electrode is the two adjacent electrodes of the electrode array 110. including. By applying a potential difference between the electrodes of the pair of electrodes, for example by applying a negative voltage to the first electrode of the pair of electrodes and to the second electrode of the pair of electrodes positive potential. By applying the above, plasma 130 can be generated between the electrodes. Thus, the first electrode acts as a cathode, the second electrode acts as an anode, and vice versa.

ある実施形態では、電極アレイのうちの電極が、均一な間隔の距離を置いて配置され得る。言い換えると、電極の対のうちの2つの電極間の距離は、(互いに)異なる対のうちの2つの隣接する電極間の距離に一致してよい。 In certain embodiments, the electrodes of the electrode array may be spaced at uniform intervals. In other words, the distance between two electrodes in a pair of electrodes may match the distance between two adjacent electrodes in a (mutually) different pair.

電極アレイ110のうちの電極112は、本質的に直線的な配置で設けられてよい。例えば、電極の直線的な列が設けられてよい。したがって、大面積基板は、直線的な配置で設けられた電極112から同時にスパッタリングすることによってコーティングされ得る。 The electrodes 112 of the electrode array 110 may be provided in an essentially linear arrangement. For example, a linear row of electrodes may be provided. Therefore, the large area substrate can be coated by simultaneous sputtering from electrodes 112 provided in a linear arrangement.

電極112は、それぞれの回転軸Aの周りで回転可能であり、基板10上に堆積されるべきターゲット材料を供給するように構成されている。例えば、各電極112には、本質的に円筒形状のターゲットが設けられ得る。堆積中にそれぞれの回転軸の周りでターゲットを有する電極を回転させることによって、ターゲットの利用性が改善され、均一な層を堆積させることができる。 The electrode 112 is rotatable around each axis of rotation A and is configured to supply the target material to be deposited on the substrate 10. For example, each electrode 112 may be provided with an essentially cylindrical target. By rotating the electrodes with the target around each axis of rotation during deposition, the availability of the target is improved and a uniform layer can be deposited.

スパッタ堆積源100は、2以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給するように構成された電源構成体120を更に含む。言い換えると、各電極の対には、電源構成体120によって両極性パルスDC電圧が供給され得る。図1で示されている実施形態では、電源構成体120が、第1の電極の対114に両極性パルスDC電圧を印加するように、且つ、第2の電極の対115に両極性パルスDC電圧を印加するように構成されている。 The spatter deposition source 100 further includes a power supply component 120 configured to supply an ambipolar pulsed DC voltage to each of two or more pairs of electrodes. In other words, each pair of electrodes may be supplied with an ambipolar pulsed DC voltage by the power supply configuration 120. In the embodiment shown in FIG. 1, the power supply configuration 120 applies an ambipolar pulse DC voltage to the pair 114 of the first electrode and the ambipolar pulse DC to the pair 115 of the second electrode. It is configured to apply a voltage.

本明細書で使用される際に、両極性パルスDC電圧は、電極の対のうちの電極に印加される交番する極性(「両極性」)を有する電圧である。したがって、電極の対のうちの第1の電極は、交互にカソードとしてアノードとして作用し、電極の対のうちの第2の電極は、交互にアノードとしてカソードとして作用する。 As used herein, a bipolar pulse DC voltage is a voltage having alternating polarities (“bipolar”) applied to the electrodes of a pair of electrodes. Therefore, the first electrode of the pair of electrodes alternately acts as an anode as a cathode, and the second electrode of the pair of electrodes alternately acts as a cathode as an anode.

両極性パルスDCスパッタリングは、電圧の波形が正弦波ではないという点で、通常のACスパッタリング、例えばMFスパッタリング又はRFスパッタリングとは異なる。むしろ、電圧の波形は、一時的に本質的に一定(直流「DC」)であってよい。例えば、両極性パルスDC電圧の波形は、矩形状又は正方形状の波であってよい。特に、波形の正の部分は一時的に本質的に一定であってよく、且つ/又は、波形の負の部分は一次的に本質的に一定であってよく、正弦波電圧とは異なっていてよい。 Bipolar pulsed DC sputtering differs from ordinary AC sputtering, such as MF sputtering or RF sputtering, in that the voltage waveform is not sinusoidal. Rather, the voltage waveform may be temporarily essentially constant (DC "DC"). For example, the waveform of the bipolar pulse DC voltage may be a rectangular or square wave. In particular, the positive part of the waveform may be temporarily essentially constant and / or the negative part of the waveform may be primarily inherently constant, unlike the sinusoidal voltage. good.

ある実施形態では、電極アレイの各電極が、交互にアノードとしてカソードとして作用してよい。連続的にアノードとして作用する必要がある個別の電極は設けられない。 In certain embodiments, each electrode of the electrode array may alternately act as an anode and a cathode. There is no separate electrode that needs to act as an anode continuously.

ある実施形態では、両極性パルスDC電圧の周波数が、1kHz以上且つ100kHz以下、特に10kHz以上且つ80kHz以下、更に特に30kHz以上且つ50kHz以下であってよい。ここでは、両極性パルスDC電圧の波形が、1kHz以上且つ100kHz以下の周波数で繰り返されてよい。 In certain embodiments, the frequency of the bipolar pulse DC voltage may be 1 kHz or more and 100 kHz or less, particularly 10 kHz or more and 80 kHz or less, and more particularly 30 kHz or more and 50 kHz or less. Here, the waveform of the bipolar pulse DC voltage may be repeated at a frequency of 1 kHz or more and 100 kHz or less.

以下の説明では、本明細書で説明される実施形態で印加される電圧の利点が、以前に使用されたスパッタリングプロセスとの比較で、説明されることとなる。パルスマグネトロンスパッタリングプロセスは、シングルマグネトロンスパッタリング(SMS)として、デュアルマグネトロンスパッタリング(DMS)として存在する。シングルマグネトロンスパッタリングでは、単極性パルス電圧が、カソードアレイのうちのカソードに印加されてよい。通常、個別のアノードが設けられる。カソードに印加される電圧(「単極性パルス電圧」)を周期的にパルス化することによって、カソード上の電荷の蓄積が抑制され、アーク放電を低減させることができる。 In the following description, the advantages of the applied voltage in the embodiments described herein will be illustrated in comparison to previously used sputtering processes. The pulse magnetron sputtering process exists as single magnetron sputtering (SMS) and dual magnetron sputtering (DMS). In single magnetron sputtering, a unipolar pulse voltage may be applied to the cathode of the cathode array. Usually, a separate anode is provided. By periodically pulsing the voltage applied to the cathode (“unipolar pulse voltage”), the accumulation of charge on the cathode can be suppressed and the arc discharge can be reduced.

デュアルマグネトロンスパッタリングでは、電極の対のうちの電極間の電圧の極性が、周期的に切り替えられる。ACスパッタリングと比較した際に、正弦波電圧の代わりにパルスが使用される。 In dual magnetron sputtering, the polarity of the voltage between the electrodes in the pair of electrodes is periodically switched. Pulses are used instead of sinusoidal voltages when compared to AC sputtering.

本明細書で説明される実施形態によれば、電極アレイは、複数の電極の対に分離される。複数の電極の対には、それぞれ、両極性パルスDC電圧が供給される。多数の電極の対、例えば、2つ、3つ、4つ以上の電極の対を設けることができる。これは、素早く効率的に大面積基板を導電層又は誘電体層でコーティングすることを可能にする。特に、パルスDC電圧(例えば、正方形状波電圧)によって、電力効率が、AC電圧(例えば、正弦波電圧)の場合におけるよりも高くなる。更に、パルスDC電圧を用いたスパッタリングは、AC正弦波電圧を用いたスパッタリングよりも優れたスパッタリング安定性を提供する。一定のDC電圧を用いたスパッタリングと比較して、本明細書で説明される実施形態による堆積速度は、ほとんど低減されない。 According to the embodiments described herein, the electrode array is separated into a plurality of pairs of electrodes. Bipolar pulse DC voltage is supplied to each of the pair of electrodes. A large number of electrode pairs, such as two, three, four or more electrode pairs, can be provided. This makes it possible to quickly and efficiently coat a large area substrate with a conductive layer or a dielectric layer. In particular, the pulsed DC voltage (eg, square wave voltage) makes the power efficiency higher than in the case of the AC voltage (eg, sinusoidal voltage). In addition, sputtering with a pulsed DC voltage provides better sputtering stability than sputtering with an AC sinusoidal voltage. Compared to sputtering with a constant DC voltage, the deposition rate according to the embodiments described herein is hardly reduced.

更に、電極アレイのうちの電極が交互にカソードとしてアノードとして作用するので、DCスパッタリングと比較して、アーク発生率をかなり低減させることができる。電圧の波形の負の部分の間に、イオンが負に帯電した電極に向けて引き付けられ、スパッタリングが生じる。その上、印加された電圧の波形の正の部分の間に、電子が正に帯電した電極に向けて加速され、電極上の正の電荷の蓄積が低減される。スパッタリングは、同期的に負に帯電し得るそれぞれの対の他方の電極において生じる。アーク放電のリスクが低減される。というのも、電極の対のうちの電極間で高い電位差が蓄積し得ないからである。 Furthermore, since the electrodes in the electrode array alternately act as cathodes and anodes, the arc generation rate can be significantly reduced as compared with DC sputtering. During the negative part of the voltage waveform, ions are attracted towards the negatively charged electrode, causing sputtering. Moreover, during the positive portion of the waveform of the applied voltage, electrons are accelerated towards the positively charged electrode, reducing the accumulation of positive charge on the electrode. Sputtering occurs at the other electrode of each pair that can be synchronously negatively charged. The risk of arc discharge is reduced. This is because a high potential difference cannot be accumulated between the electrodes of the pair of electrodes.

特に、両極性パルスDC電圧を用いたスパッタリングは、従来のDCスパッタリングと比較した場合、改善されたアーク放電抑制を可能にし、プロセス安定性の問題がなく、より優れた層均一性の制御を提供する。更に、DC両極性スパッタリングにおける矩形状の波形電圧は、従来のAC正弦波スパッタリング方法と比較した場合、堆積速度の低下を低減させることができる。 In particular, sputtering using ambipolar pulsed DC voltage allows for improved arc discharge suppression compared to conventional DC sputtering, without process stability issues, and provides better layer uniformity control. do. Further, the rectangular waveform voltage in DC ambipolar sputtering can reduce the decrease in the deposition rate when compared with the conventional AC sinusoidal sputtering method.

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、電源構成体120が、電極アレイ110の各電極112に、交互に、正の電圧(特に正のDC電圧)を供給し、負の電圧(特に負のDC電圧)を供給するように構成されてよい。電極アレイのうちの電極は、特に同じ電極の対のうちの他方の電極に対して、交互に、カソードとしてアノードとして作用してよい。 In certain embodiments, which may be combined with other embodiments described herein, the power supply construct 120 alternately applies a positive voltage (particularly a positive DC voltage) to each electrode 112 of the electrode array 110. And may be configured to supply a negative voltage (particularly a negative DC voltage). The electrodes in the electrode array may alternately act as cathodes and anodes, especially with respect to the other electrode in the same pair of electrodes.

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、電源構成体が、2以上の電極の対の各々に対して、矩形状又は正方形状の波電圧を印加するように構成されてよい。矩形状又は正方形状の波電圧は、約40kHzの周波数を有してよい。 In one embodiment, which can be combined with other embodiments described herein, the power supply construct applies a rectangular or square wave voltage to each of two or more pairs of electrodes. It may be configured as follows. The rectangular or square wave voltage may have a frequency of about 40 kHz.

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、電源構成体120が、2以上の電極の対に、それぞれ、対称両極性パルスDC電圧を供給するように構成されてよい。例えば、両極性パルスDC電圧の負の電圧振幅は、両極性パルスDC電圧の正の電圧振幅に一致してよい。代替的に又は更に、両極性パルスDC電圧の負の電圧周期は、両極性パルスDC電圧の正の電圧周期に一致してよい。代替的に又は更に、両極性パルスDC電圧の正の波形部分の形状及び/又は振幅は、両極性パルスDC電圧の負の波形部分の形状及び/又は振幅に本質的に一致してよい。 In one embodiment, which can be combined with other embodiments described herein, the power supply configuration 120 is configured to supply a pair of two or more electrodes, each with a symmetrical ambipolar pulsed DC voltage. May be done. For example, the negative voltage amplitude of the bipolar pulse DC voltage may match the positive voltage amplitude of the bipolar pulse DC voltage. Alternatively or further, the negative voltage cycle of the bipolar pulse DC voltage may coincide with the positive voltage cycle of the bipolar pulse DC voltage. Alternatively or further, the shape and / or amplitude of the positive waveform portion of the bipolar pulse DC voltage may essentially match the shape and / or amplitude of the negative waveform portion of the bipolar pulse DC voltage.

代替的に、(反対称(anti-symmetric)とも称される)非対称両極性パルスDCが印加されてもよい。例えば、波形の正の部分の大きさは、負の部分の大きさよりも小さくてよく、その逆もまた可能である。しかし、等しく形作られた電極アレイの場合、基板上に均一な層を堆積させることができるためには、対称両極性パルスDC電圧が有益であろう。 Alternatively, an asymmetric bipolar pulse DC (also referred to as anti-symmetric) may be applied. For example, the size of the positive part of the waveform may be smaller than the size of the negative part and vice versa. However, for equally shaped electrode arrays, a symmetric bipolar pulsed DC voltage may be beneficial in order to be able to deposit a uniform layer on the substrate.

図1で概略的に示されているように、2以上の電極の対は、本質的に直線的な配置で、例えば電極の直線的な列として設けられてよい。 As schematically shown in FIG. 1, pairs of two or more electrodes may be provided in an essentially linear arrangement, eg, as a linear row of electrodes.

図2は、本明細書で説明されるある実施形態による、スパッタ堆積源200の概略図を示している。図2のスパッタ堆積源200は、図1のスパッタ堆積源100と本質的に一致している。したがって、上述の説明を参照することができるので、それについてはここでは繰り返されない。 FIG. 2 shows a schematic diagram of a sputter deposition source 200 according to an embodiment described herein. The sputter deposition source 200 of FIG. 2 is essentially consistent with the sputter deposition source 100 of FIG. Therefore, the above description can be referred to and will not be repeated here.

スパッタ堆積源200は、3以上の電極の対、特に4以上の電極の対、更に特に6以上の電極の対を備えた、電極アレイ110を含む。各電極の対は、第1の電極と第2の電極を含み、それらは通常、隣接した電極である。電極は、それぞれの回転軸の周りで回転可能なように構成されている。 The sputter deposition source 200 includes an electrode array 110 having 3 or more pairs of electrodes, particularly 4 or more pairs of electrodes, and more particularly 6 or more pairs of electrodes. Each pair of electrodes comprises a first electrode and a second electrode, which are usually adjacent electrodes. The electrodes are configured to be rotatable around their respective axes of rotation.

スパッタ堆積源200は、各電極の対に両極性パルスDC電圧を供給するように構成された電源構成体120を更に含む。 The spatter deposition source 200 further includes a power supply configuration 120 configured to supply a pair of ambipolar pulsed DC voltages to each pair of electrodes.

電極アレイ110のうちの電極は、本質的に直線的な配置で設けられてよい。代替的に、電極は、曲線的な配置で、例えば円弧形状の配置で設けられてよい。 The electrodes of the electrode array 110 may be provided in an essentially linear arrangement. Alternatively, the electrodes may be provided in a curvilinear arrangement, for example in an arcuate arrangement.

電源構成体120は、(複数の)電極の対に同期的に両極性パルスDC電圧を供給するように構成されてよい。言い換えると、電極の対の動作は同期され得る。それによって、最初は、電極アレイのうちの電極が交互にカソード及びアノードとして作用し、次に、電極が逆に帯電し交互にアノード及びカソードとして作用する。電極は、所定の周波数で同期的に極性を変更してよい。 The power supply configuration 120 may be configured to synchronously supply an ambivalent pulsed DC voltage to a pair of electrodes (s). In other words, the operation of the pair of electrodes can be synchronized. Thereby, first, the electrodes of the electrode array alternately act as cathodes and anodes, and then the electrodes are reversely charged and alternately act as anodes and cathodes. The electrodes may change polarity synchronously at a predetermined frequency.

他の実施形態では、電源構成体120が、互いから独立して電極の対に(すなわち、電極の対の間に同調性がなく)両極性パルスDC電圧を供給するように構成されてよい。 In another embodiment, the power supply component 120 may be configured to supply a pair of electrodes independently of each other (ie, there is no synchronization between the pair of electrodes) of a bipolar pulsed DC voltage.

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、電極112に、堆積されるべきターゲット材料を含んだそれぞれの円筒形状ターゲットが設けられてよい。例えば、ターゲット材料は、金属、金属合金、半導体、金属/非金属化合物、ITO、IGZO、及びアルミニウムのうちの少なくとも1以上であり又はそれらを含み得る。スパッタ堆積源200は、基板上にTCO層を堆積させるように構成されてよい。ある実施形態では、スパッタ堆積源200が、基板10上にIGZO層を堆積させるように構成されてよい。 In certain embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the electrode 112 may be provided with a respective cylindrical target containing the target material to be deposited. For example, the target material may be or may include at least one of metals, metal alloys, semiconductors, metal / non-metal compounds, ITO, IGZO, and aluminum. The spatter deposition source 200 may be configured to deposit a TCO layer on the substrate. In certain embodiments, the spatter deposit source 200 may be configured to deposit the IGZO layer on the substrate 10.

ある実施形態では、2以上の電極の対の各々が、パルスユニット122を介して電源構成体120のDC電源125に接続されてよい。パルスユニット122の数及びDC電源125の数は、電極の対の数に一致してよい。パルスユニット122は、DC電源によって供給されたDC電圧を、両極性パルスDC電圧に変換するように構成されてよい。 In certain embodiments, each of the two or more pairs of electrodes may be connected to the DC power supply 125 of the power supply structure 120 via the pulse unit 122. The number of pulse units 122 and the number of DC power supplies 125 may match the number of pairs of electrodes. The pulse unit 122 may be configured to convert a DC voltage supplied by a DC power supply into a bipolar pulse DC voltage.

DC電源のうちの少なくとも1つ、特に各DC電源は、1kW以上且つ200kW以下、特に10kW以上且つ100kW以下の電力を供給するように構成されてよい。ある実施形態では、(複数の)DC電源が、それぞれ、1kWから10kWまでの電力範囲、10kWから100kWまでの電力範囲、及び/又は100kWから200kWまでの電力範囲を提供するように構成されてよい。ある実施形態では、DC電源が、120kWの電力を供給するように構成されてよい。代替的に又は更に、電源のうちの少なくとも1つ、特に各DC電源が、100V以上且つ1000V以下の電圧を供給するように構成されてよい。ある実施形態では、各電源が、30kW以上且つ60kW以下の電力、並びに300V以上且つ800V以下の電圧を供給するように構成されてよい。例えば、パルスユニット122の出力端子で、電圧の振幅は、第1の値の+500Vと第2の値の−500Vとの間で周期的に変動し得る。 At least one of the DC power sources, particularly each DC power source, may be configured to supply 1 kW or more and 200 kW or less, particularly 10 kW or more and 100 kW or less. In certain embodiments, the DC power supplies may be configured to provide a power range of 1 kW to 10 kW, a power range of 10 kW to 100 kW, and / or a power range of 100 kW to 200 kW, respectively. .. In certain embodiments, the DC power supply may be configured to supply 120 kW of power. Alternatively or further, at least one of the power supplies, in particular each DC power supply, may be configured to supply a voltage of 100 V or more and 1000 V or less. In certain embodiments, each power source may be configured to supply a power of 30 kW or more and 60 kW or less, and a voltage of 300 V or more and 800 V or less. For example, at the output terminal of the pulse unit 122, the voltage amplitude may vary cyclically between the first value of + 500V and the second value of −500V.

図3は、本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積源内の一対の電極に印加され得る両極性パルスDC電圧を、時間の関数(t)として示しているグラフである。第1のグラフは、電極の対のうちの第1の電極に印加される電圧U1を示し、第2のグラフは、電極の対のうちの第2の電極に印加される電圧U2を示している。電圧U2は、極性反転された電圧であり得る。示されている実施形態では、両極性の正方形状波又は矩形状波の電圧が、一対の電極に印加されている。現実的には、電圧の正及び負の部分が、それぞれ、近似的にのみ一定であり得る。ある実施形態では、一致した電圧を各電極の対に同期的に印加してよい。 FIG. 3 is a graph showing the ambipolar pulsed DC voltage that can be applied to a pair of electrodes in a sputter deposition source as a function of time (t), according to the embodiments described herein. The first graph shows the voltage U1 applied to the first electrode of the pair of electrodes, and the second graph shows the voltage U2 applied to the second electrode of the pair of electrodes. There is. The voltage U2 can be a voltage whose polarity is reversed. In the embodiment shown, a bipolar or rectangular wave voltage is applied to the pair of electrodes. In reality, the positive and negative parts of the voltage, respectively, can only be approximately constant. In certain embodiments, matching voltages may be applied synchronously to each pair of electrodes.

更に、動作中に電極の対のうちの電極間を流れる電流(I)が、時間(t)の関数として図3で示されている。ここでは、電流が、印加された電圧の波形の形状に追随し得る。すなわち、電流の周波数は、印加された電圧の周波数に一致してよい。 Further, the current (I) flowing between the electrodes of the pair of electrodes during operation is shown in FIG. 3 as a function of time (t). Here, the current can follow the shape of the waveform of the applied voltage. That is, the frequency of the current may match the frequency of the applied voltage.

図4A及び図4Bは、本明細書で説明される方法によるスパッタリングによってアーク発生率を低減させることを示すための図である。 4A and 4B are diagrams to show that the arc generation rate is reduced by sputtering by the method described herein.

図4Aは、印加された両極性パルスDC電圧の周波数の関数としてアーク発生率(アーク放電の回数(arc)/秒)を示している。グラフの左側の棒は、DCスパッタリングの場合のアーク発生率が、スパッタリングパラメータの所与の設定に対して、0.5arc/秒より高いことを示している。両極性パルスDC電圧を印加したときに、アーク発生率は、スパッタリングパラメータの所与の設定に対して、両極性パルスDCパラメータの周波数の関数として、0.05arc/秒未満の発生率まで減少する。10kHz以上且つ80kHz以下の両極性DC電圧の周波数が、電源構成体120の管理可能な複雑さにおいてアーク発生率を低減させるので有益となる。 FIG. 4A shows the arc generation rate (number of arc discharges (arc) / sec) as a function of the frequency of the applied bipolar pulse DC voltage. The bar on the left side of the graph shows that the arc generation rate for DC sputtering is higher than 0.5 arc / sec for a given setting of sputtering parameters. When an ambipolar pulse DC voltage is applied, the arc generation rate decreases to less than 0.05 arc / sec as a function of the frequency of the ambipolar pulse DC parameter for a given setting of the sputtering parameter. .. Bipolar DC voltage frequencies greater than or equal to 10 kHz and less than or equal to 80 kHz are beneficial as they reduce the arc generation rate in the manageable complexity of the power supply configuration 120.

図4Bは、パルスユニット122を介して2以上の電極の対のうちの1つに接続されたDC電源125によって供給されたスパッタリング電力の関数として描かれたアーク発生率(arc/秒)を示している。スパッタリングパラメータの所与の設定が提供される。30kW以上且つ60kW以下のスパッタリング電力が、比較的高い堆積速度においてアーク発生率を低減させるので有益である。グラフは、スパッタリング中の真空チャンバ内の背景ガスにおける酸素の異なる割合に対して示されている。図4Bで見られ得るように、アーク発生率は、真空チャンバ内の酸素の割合に応じて増加するが、未だ低いレベルに維持されている。 FIG. 4B shows the arc generation rate (arc / sec) drawn as a function of the sputtering power supplied by the DC power supply 125 connected to one of two or more pairs of electrodes via the pulse unit 122. ing. Given settings of sputtering parameters are provided. Sputtering power of 30 kW or more and 60 kW or less is beneficial because it reduces the arc generation rate at relatively high deposition rates. The graph is shown for different proportions of oxygen in the background gas in the vacuum chamber during sputtering. As can be seen in FIG. 4B, the arc generation rate increases with the proportion of oxygen in the vacuum chamber, but is still maintained at low levels.

図5は、本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積装置400の概略図を示している。スパッタ堆積装置400は、真空チャンバ402、真空チャンバ402内に配置された電極アレイ110を有するスパッタ堆積源100、及び真空チャンバ402内に配置され且つ堆積中に基板10を支持するように構成された基板支持体406を含む。 FIG. 5 shows a schematic diagram of the spatter deposition apparatus 400 according to the embodiments described herein. The sputter deposition apparatus 400 is configured to support the substrate 10 while being disposed in the vacuum chamber 402, the sputter deposition source 100 having the electrode array 110 disposed in the vacuum chamber 402, and the vacuum chamber 402. Includes substrate support 406.

示されている実施形態では、スパッタ堆積源100が、真空チャンバ402の内側に配置された4つの電極112、すなわち2つの電極の対を含む。電極112は、回転可能電極として構成されている。5以上の回転可能電極が設けられてよい。 In the embodiment shown, the sputter deposition source 100 comprises four electrodes 112, i.e., a pair of two electrodes, located inside the vacuum chamber 402. The electrode 112 is configured as a rotatable electrode. Five or more rotatable electrodes may be provided.

電源構成体120は、真空チャンバ402の外側に配置され、それぞれの電気コネクタ及び電力コネクタを介して電極112に電気接続されている。 The power supply structure 120 is arranged outside the vacuum chamber 402 and is electrically connected to the electrode 112 via the respective electric connector and power connector.

図5で示されているように、更なるチャンバ411を、真空チャンバ402に隣接して設けることができる。真空チャンバ402は、それぞれ、バルブハウジング404及びバルブユニット405を有するバルブによって、更なるチャンバ411から分離され得る。したがって、矢印401で示されているように、コーティングされるべき基板10を有する基板支持体406が真空チャンバ402内に挿入された後で、バルブユニット405を閉じることができる。したがって、真空チャンバ402内の雰囲気は、例えば、真空チャンバ402に連結された真空ポンプを用いて技術的真空を生成することによって、且つ/又は、プロセスガスを真空チャンバ402の堆積領域の中に挿入することによって、個別に制御することができる。 As shown in FIG. 5, an additional chamber 411 can be provided adjacent to the vacuum chamber 402. The vacuum chamber 402 may be separated from the additional chamber 411 by a valve having a valve housing 404 and a valve unit 405, respectively. Thus, as indicated by arrow 401, the valve unit 405 can be closed after the substrate support 406 with the substrate 10 to be coated has been inserted into the vacuum chamber 402. Thus, the atmosphere in the vacuum chamber 402 is, for example, by creating a technical vacuum using a vacuum pump coupled to the vacuum chamber 402 and / or inserting the process gas into the deposition region of the vacuum chamber 402. By doing so, it can be controlled individually.

典型的な実施形態によれば、プロセスガスは、アルゴンなどの不活性ガス、並びに/又は酸素、窒素、水素、及びアンモニアなどの反応性ガス、オゾン、活性ガスなどを含み得る。 According to typical embodiments, the process gas may include an inert gas such as argon and / or a reactive gas such as oxygen, nitrogen, hydrogen, and ammonia, ozone, an active gas, and the like.

真空チャンバ402内には、基板10を有する基板支持体406を、真空チャンバ402の中に搬送するため及び真空チャンバ402から出すために、ローラ408が設けられてよい。本明細書で使用される「基板」という用語は、例えば、ガラス基板、ウエハ、サファイアなどの透明結晶体のスライスのような、フレキシブルでない基板(inflexible substrate)と、ウェブ又は箔などのフレキシブル基板との両方を含むものとする。 A roller 408 may be provided in the vacuum chamber 402 to transport the substrate support 406 having the substrate 10 into and out of the vacuum chamber 402. As used herein, the term "substrate" refers to inflexible substrates such as slices of transparent crystals such as glass substrates, wafers, sapphires, and flexible substrates such as webs or foils. Both shall be included.

磁石アセンブリ409が、電極112の各々内に配置されてよい。ある実施形態では、磁石アセンブリ409が、それぞれの電極の回転軸Aに一致してよい旋回軸の周りで旋回可能であり得る。 A magnet assembly 409 may be disposed within each of the electrodes 112. In certain embodiments, the magnet assembly 409 may be able to swivel around a swivel axis that may coincide with the axis of rotation A of each electrode.

スパッタ堆積源100の電源構成体120は、上述の電源構成体の何れかに一致してよい。したがって、上述の説明を参照することができる。特に、電源構成体120は、各電極の対に両極性パルスDC電圧を供給するように構成されている。 The power source component 120 of the spatter deposition source 100 may match any of the above-mentioned power source components. Therefore, the above description can be referred to. In particular, the power supply configuration 120 is configured to supply a bipolar pulse DC voltage to each pair of electrodes.

電源構成体120は、少なくとも1つのDC電源125、及びDC電源125のDC電圧を両極性パルスDC電圧に変換するための少なくとも1つのパルスユニット122を含んでよい。ある実施形態では、複数のDC電源125及び複数のパルスユニット122が設けられてよい。特に、2以上の電極の対の各々は、それぞれのパルスユニットを介してそれぞれのDC電源に接続されてよい。 The power supply configuration 120 may include at least one DC power supply 125 and at least one pulse unit 122 for converting the DC voltage of the DC power supply 125 into an ambipolar pulsed DC voltage. In certain embodiments, a plurality of DC power supplies 125 and a plurality of pulse units 122 may be provided. In particular, each of the two or more pairs of electrodes may be connected to their respective DC power supply via their respective pulse units.

ある実施形態では、2以上の電極の対に供給される両極性パルスDC電圧を同期させるために、共通のコントローラ(図示せず)が設けられてよい。 In certain embodiments, a common controller (not shown) may be provided to synchronize the ambipolar pulsed DC voltage supplied to the pair of two or more electrodes.

図6は、本明細書で説明される実施形態による、スパッタ堆積源を用いて基板上に層を堆積させる方法を示しているフロー図である。該方法は、ボックス610で、真空チャンバ内に配置された回転可能電極アレイを設けることを含む。回転可能電極アレイの各電極は、堆積されるべきターゲット材料から作られたターゲットを含む。 FIG. 6 is a flow diagram illustrating a method of depositing a layer on a substrate using a sputter deposition source according to an embodiment described herein. The method comprises providing a rotatable electrode array arranged in a vacuum chamber in a box 610. Each electrode in the rotatable electrode array contains a target made from the target material to be deposited.

ボックス620では、回転可能電極アレイのうちの2以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧が供給される。 In the box 620, an ambipolar pulsed DC voltage is supplied to each of two or more pairs of electrodes in the rotatable electrode array.

ある実施形態では、2以上の電極の対に、それぞれ、矩形状波電圧、正方形状波電圧、及び対称両極性パルスDC電圧のうちの少なくとも1つが供給される。特に、対称両極性正方形状波電圧が供給されてよい。 In one embodiment, a pair of two or more electrodes is supplied with at least one of a rectangular wave voltage, a square wave voltage, and a symmetrical ambipolar pulse DC voltage, respectively. In particular, a symmetric bipolar square wave voltage may be supplied.

例えば、両極性パルスDC電圧の波形は、負の電圧部分と正の電圧部分を含む。その場合、負の電圧部分は、正の電圧部分と形状及び/又は振幅が本質的に一致している。 For example, the waveform of a bipolar pulse DC voltage includes a negative voltage portion and a positive voltage portion. In that case, the negative voltage portion is essentially identical in shape and / or amplitude to the positive voltage portion.

ある実施形態では、1kHzから100kHz、特に10kHzから80kHzまでの周波数を有する両極性パルスDC電圧が供給される。アーク放電を低減させることができる。更に、前記周波数範囲内の両極性DC電圧は、管理可能な労力によって生成することができる。 In certain embodiments, an ambipolar pulsed DC voltage with frequencies from 1 kHz to 100 kHz, particularly from 10 kHz to 80 kHz, is supplied. The arc discharge can be reduced. Moreover, ambipolar DC voltages within the frequency range can be generated with manageable effort.

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、4以上の電極の対、特に6つの電極の対に、両極性パルスDC電圧が供給されてよい。大面積基板上、特に0.5m2以上のコーティングされるべき面積を有する基板上に、均一な層を堆積させることが可能となる。ある実施形態では、電極が、本質的に直線的な設定で配置されてよい。 In certain embodiments that can be combined with other embodiments described herein, a pair of four or more electrodes, in particular a pair of six electrodes, may be supplied with an ambipolar pulsed DC voltage. It is possible to deposit a uniform layer on a large area substrate, especially on a substrate having an area to be coated of 0.5 m 2 or more. In certain embodiments, the electrodes may be arranged in an essentially linear setting.

(複数の)電極の対には、両極性パルスDC電圧が同期的に供給されてよい。特に、2以上の電極の対の各々の極性は、本質的に同期的に且つ同じ周波数で切り替えられ得る。特に、電源構成体は、共通のコントローラによって同期され得る複数のパルスユニットを含んでよい。 Bipolar pulsed DC voltage may be supplied synchronously to the pair of electrodes (s). In particular, the polarities of each of the pair of two or more electrodes can be switched essentially synchronously and at the same frequency. In particular, the power supply configuration may include multiple pulse units that may be synchronized by a common controller.

2以上の電極の対の各々には、1kW以上且つ200kW以下、特に10kW以上且つ100kW以下、更に特に30kW以上且つ60kW以下の電力が供給されてよい。代替的に又は更に、各電極には、+100Vと+1000Vの間の第1の値と−100Vと−1000Vの間の第2の値との間で交番する電圧が供給されてよい。低いアーク発生率が保証され得ると同時に、速い堆積速度を提供することができる。 Each of the pair of two or more electrodes may be supplied with power of 1 kW or more and 200 kW or less, particularly 10 kW or more and 100 kW or less, and more particularly 30 kW or more and 60 kW or less. Alternatively or further, each electrode may be supplied with a voltage alternating between a first value between + 100V and + 1000V and a second value between −100V and −1000V. A low arc generation rate can be guaranteed, while a high deposition rate can be provided.

本明細書で説明される他の実施形態と組み合され得る、ある実施形態では、透明導電性酸化物層(TCO層)、ITO層、IGZO層、IZO層、AlOx層、SiO2層、又は金属層のうちの少なくとも1以上で基板がコーティングされる。本明細書で説明される堆積方法は、基板上にIGZO層(In-Ga-Zn-O層)を堆積させるために、特に有利である。 In certain embodiments, which may be combined with other embodiments described herein, a transparent conductive oxide layer (TCO layer), an ITO layer, an IGZO layer, an IZO layer, an AlO x layer, a SiO 2 layer, Alternatively, the substrate is coated with at least one of the metal layers. The deposition method described herein is particularly advantageous for depositing an IGZO layer (In-Ga-Zn-O layer) on a substrate.

以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の更なる実施形態を考案することができ、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。
Although the above description is intended for embodiments of the present disclosure, other embodiments of the present disclosure can be devised without departing from the basic scope of the present disclosure, and the scope of the present disclosure is as follows. It is determined by the scope of claims.

Claims (15)

2以上の電極の対を備えた電極アレイ(110)であって、前記電極アレイ(110)の各電極(112)が、それぞれの回転軸(A)の周りで回転可能であり、基板(10)上に堆積されるべきターゲット材料を供給するように構成されている、電極アレイ(110)、及び
前記2以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給するように構成された電源構成体(120)を備え、
前記両極性パルスDC電圧が、1kHz以上かつ100kHz以下の周波数で供給され、
前記2以上の電極の対の各々に、1kW以上且つ60kW以下の電力が供給される、
スパッタ堆積源(100、200)。
An electrode array (110) comprising two or more pairs of electrodes, wherein each electrode (112) of the electrode array (110) is rotatable about its respective axis of rotation (A) and is a substrate (10). ), The electrode array (110), which is configured to supply the target material to be deposited on, and the pair of the two or more electrodes, each configured to supply a bipolar pulse DC voltage. Equipped with a power supply configuration (120)
The bipolar pulse DC voltage is supplied at a frequency of 1 kHz or more and 100 kHz or less.
Each of the two or more pairs of electrodes is supplied with power of 1 kW or more and 60 kW or less.
Spatter deposit source (100, 200).
前記電極アレイ(110)が、本質的に直線的な配置で設けられた4つ、6つ、又はそれを上回る数の電極の対を備え、特に、前記電源構成体(120)が、前記電極の対に両極性パルスDC電圧を同期的に供給するように構成されている、請求項1に記載のスパッタ堆積源(200)。 The electrode array (110) comprises four, six, or more pairs of electrodes provided in an essentially linear arrangement, in particular the power supply construct (120) is the electrode. The spatter deposition source (200) according to claim 1, wherein the pair is configured to synchronously supply an bipolar pulse DC voltage. 前記電源構成体(120)が、前記2以上の電極の対の各々に対して矩形状又は正方形状波電圧を印加するように構成されている、請求項1又は2に記載のスパッタ堆積源。 The spatter deposition source according to claim 1 or 2, wherein the power supply structure (120) is configured to apply a rectangular or square wave voltage to each of the two or more pairs of electrodes. 前記電源構成体(120)が、前記2以上の電極の対に、それぞれ、対称両極性パルスDC電圧を供給するように構成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載のスパッタ堆積源。 The spatter according to any one of claims 1 to 3, wherein the power supply structure (120) is configured to supply a symmetrical bipolar pulse DC voltage to each of the two or more electrode pairs. Sedimentary source. 各電極(112)に、堆積されるべきターゲット材料を含む円筒形状ターゲットが設けられている、請求項1から4のいずれか一項に記載のスパッタ堆積源。 The spatter deposition source according to any one of claims 1 to 4, wherein each electrode (112) is provided with a cylindrical target containing a target material to be deposited. 前記2以上の電極の対の各々が、パルスユニット(122)を介して前記電源構成体(120)のDC電源(125)に接続されている、請求項1から5のいずれか一項に記載のスパッタ堆積源。 The invention according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the pair of two or more electrodes is connected to the DC power supply (125) of the power supply structure (120) via the pulse unit (122). Spatter deposit source. 前記DC電源(125)が、100V以上且つ1000V以下の最大電圧を供給するように構成されている、請求項6に記載のスパッタ堆積源。 The spatter deposition source according to claim 6, wherein the DC power supply (125) is configured to supply a maximum voltage of 100 V or more and 1000 V or less. 真空チャンバ(402)、
請求項1から7の何れか一項に記載されたスパッタ堆積源(100、200)であって、前記スパッタ堆積源の前記電極アレイ(110)が、前記真空チャンバ(402)内に配置されている、スパッタ堆積源(100、200)、及び
前記真空チャンバ(402)内に配置され、堆積中に基板(10)を支持するように構成されている、基板支持体(406)を備える、スパッタ堆積装置(400)。
Vacuum chamber (402),
The sputter deposition source (100, 200) according to any one of claims 1 to 7, wherein the electrode array (110) of the sputter deposition source is arranged in the vacuum chamber (402). Spatter, comprising a substrate support (406), located in the sputter deposition source (100, 200), and configured to support the substrate (10) during deposition, located in the vacuum chamber (402). Sedimentation device (400).
回転可能電極アレイを備えたスパッタ堆積源を用いて、特に、請求項1から7のいずれか一項に記載のスパッタ堆積源(100、200)を用いて、基板(10)上に層を堆積させる方法であって、
前記回転可能電極アレイの2以上の電極の対に、それぞれ、両極性パルスDC電圧を供給することを含み、
前記両極性パルスDC電圧が、1kHz以上かつ100kHz以下の周波数で供給され、
前記2以上の電極の対の各々に、1kW以上且つ60kW以下の電力が供給される、
方法。
A layer is deposited on the substrate (10) using a sputter deposition source comprising a rotatable electrode array, in particular using the sputter deposition source (100, 200) according to any one of claims 1-7. It ’s a way to make it
Each of the two or more electrode pairs of the rotatable electrode array comprises supplying an ambipolar pulsed DC voltage.
The bipolar pulse DC voltage is supplied at a frequency of 1 kHz or more and 100 kHz or less.
Each of the two or more pairs of electrodes is supplied with power of 1 kW or more and 60 kW or less.
Method.
前記2以上の電極の対に、それぞれ、矩形状波電圧、正方形状波電圧、及び対称両極性パルスDC電圧のうちの少なくとも1つが供給される、請求項9に記載の方法。 9. The method of claim 9, wherein at least one of a rectangular wave voltage, a square wave voltage, and a symmetric bipolar pulse DC voltage is supplied to each of the two or more pairs of electrodes. 前記両極性パルスDC電圧の波形が、負の電圧部分と正の電圧部分を含み、前記負の電圧部分は、前記正の電圧部分と形状及び/又は振幅が本質的に一致している、請求項9又は10に記載の方法。 Claimed that the waveform of the ambipolar pulse DC voltage includes a negative voltage portion and a positive voltage portion, the negative voltage portion is essentially identical in shape and / or amplitude to the positive voltage portion. Item 9. The method according to Item 9. 前記両極性パルスDC電圧が、10kHz以上かつ80kHz以下の周波数で供給される、請求項9から11のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 9 to 11, wherein the bipolar pulse DC voltage is supplied at a frequency of 10 kHz or more and 80 kHz or less. 本質的に直線的な配置で設けられた4以上の電極の対に、両極性パルスDC電圧が同期的に供給される、請求項9から12のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 9 to 12, wherein a bipolar pulse DC voltage is synchronously supplied to a pair of four or more electrodes provided in an essentially linear arrangement. 前記2以上の電極の対の各々に、10kW以上の電力が供給される、請求項9から13のいずれか一項に記載の方法。 Wherein each pair of two or more electrodes, power on 10kW or more is supplied, the method according to any one of claims 9 13. 透明導電性酸化物層、ITO層、IGZO層、IZO層、AlOx層、SiO2層、又は金属層のうちの少なくとも1つが、前記基板上に堆積される、請求項9から14のいずれか一項に記載の方法。 Any one of claims 9 to 14, wherein at least one of a transparent conductive oxide layer, an ITO layer, an IGZO layer, an IZO layer, an AlO x layer, a SiO 2 layer, or a metal layer is deposited on the substrate. The method described in paragraph 1.
JP2019532686A 2016-12-19 2016-12-19 Spatter deposit sources, spatter depositors, and methods for depositing layers on substrates Active JP6966552B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2016/081768 WO2018113904A1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Sputter deposition source and method of depositing a layer on a substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020503436A JP2020503436A (en) 2020-01-30
JP6966552B2 true JP6966552B2 (en) 2021-11-17

Family

ID=57614364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019532686A Active JP6966552B2 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Spatter deposit sources, spatter depositors, and methods for depositing layers on substrates

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6966552B2 (en)
KR (1) KR102192566B1 (en)
CN (1) CN110050325B (en)
TW (1) TWI744436B (en)
WO (1) WO2018113904A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111893441A (en) * 2019-05-06 2020-11-06 领凡新能源科技(北京)有限公司 Preparation method of film and reaction chamber
CN110944442B (en) * 2019-12-02 2020-12-18 珠海格力电器股份有限公司 Complementary plasma generating circuit, control method and plasma generator
EP4118676A1 (en) * 2020-03-13 2023-01-18 Evatec AG Apparatus and process with a dc-pulsed cathode array
US20240102152A1 (en) * 2020-05-11 2024-03-28 Yun-Chu TSAI Method of depositing layers of a thin-film transistor on a substrate and sputter deposition apparatus

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5932116A (en) * 1995-06-05 1999-08-03 Tohoku Unicom Co., Ltd. Power supply for multi-electrode discharge
JP3096258B2 (en) * 1997-07-18 2000-10-10 芝浦メカトロニクス株式会社 Each leaf type magnetron sputtering system
EP1970465B1 (en) * 2007-03-13 2013-08-21 JDS Uniphase Corporation Method and sputter-deposition system for depositing a layer composed of a mixture of materials and having a predetermined refractive index
GB2459103A (en) * 2008-04-09 2009-10-14 Univ Sheffield Biased plasma assisted processing
JP5429771B2 (en) * 2008-05-26 2014-02-26 株式会社アルバック Sputtering method
JP5339965B2 (en) * 2009-03-02 2013-11-13 株式会社アルバック AC power supply for sputtering equipment
KR20150016983A (en) * 2012-06-01 2015-02-13 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Method for sputtering for processes with a pre-stabilized plasma
CN107532282B (en) * 2015-05-08 2021-02-23 应用材料公司 Method of manufacturing a layer stack for display manufacturing and apparatus therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020503436A (en) 2020-01-30
WO2018113904A1 (en) 2018-06-28
KR20190094223A (en) 2019-08-12
CN110050325B (en) 2021-11-09
TWI744436B (en) 2021-11-01
TW201827634A (en) 2018-08-01
CN110050325A (en) 2019-07-23
KR102192566B1 (en) 2020-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6966552B2 (en) Spatter deposit sources, spatter depositors, and methods for depositing layers on substrates
US20150136585A1 (en) Method for sputtering for processes with a pre-stabilized plasma
US20210355578A1 (en) Method of coating a substrate and coating apparatus for coating a substrate
CN108884556B (en) Method for coating substrate and coater
EP2811509A1 (en) Electronic configuration for magnetron sputter deposition systems
JP2001262335A (en) Film coating method
JP2018517846A (en) Sputter deposition source, sputtering apparatus and method of operating them
KR20110122456A (en) Apparatus and method for manufacturing liquid crystal display device
JP2017525853A (en) Assembly and method for depositing material on a substrate
JP2021001375A (en) Sputtering apparatus
CN109314035B (en) Sputter deposition source, sputter deposition apparatus and method of operating a sputter deposition source
KR101732712B1 (en) Apparatus and method for plasma enhanced chemical vapor deposition
WO2022078592A1 (en) Sputter deposition source, deposition apparatus and method of coating a substrate
JP2018519427A (en) Carrier for supporting at least one substrate during a sputter deposition process, apparatus for sputter deposition on at least one substrate, and method for sputter deposition on at least one substrate
JP2015183242A (en) Manufacturing method of thin film
KR101238833B1 (en) Plazma generator and substrate treatment apparatus having thereof
JP2013204135A (en) Device for plasma sputtering film deposition
CN104947048A (en) Coating device
KR20160130666A (en) Apparatus and method for magnetron sputtering deposition

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190815

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190815

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200804

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200811

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201109

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210224

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210520

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: 20210928

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211021

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6966552

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150