JPH0570951A - 連続スパツタ装置 - Google Patents

連続スパツタ装置

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JPH0570951A
JPH0570951A JP25863091A JP25863091A JPH0570951A JP H0570951 A JPH0570951 A JP H0570951A JP 25863091 A JP25863091 A JP 25863091A JP 25863091 A JP25863091 A JP 25863091A JP H0570951 A JPH0570951 A JP H0570951A
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JP
Japan
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substrate
magnetic field
film forming
film
deflection magnetic
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Application number
JP25863091A
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English (en)
Inventor
Yasunori Ono
康則 大野
Tomoyuki Kiyono
知之 清野
Kokichi Ohata
耕吉 大畠
Kenichi Natsui
健一 夏井
Hidetsugu Setoyama
英嗣 瀬戸山
Mitsuhiro Kamei
光浩 亀井
Tetsuaki Suzuki
哲昭 鈴木
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 荷電粒子が成膜中の基板の成膜面に進入する
のを抑制して大面積で高品質の薄膜を高速に形成するこ
とができる連続スパッタ装置を提供すること。 【構成】 基板ホルダ8を成膜室1内で移動させながら
基板7の表面に成膜する連続スパッタ装置において、基
板移動方向と交叉し、基板7の成膜面と略平行な方向の
偏向磁界を該成膜面の近傍に発生する偏向磁界発生手段
20を設け、基板方向に飛行する荷電粒子の飛行方向を
偏向して成膜面に進入するのを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は連続スパッタ装置に係
り、特に成膜中に成膜面に進入する荷電粒子に起因する
膜質低下の防止に関する。
【0002】
【従来の技術】平面ディスプレイとして好適な液晶ディ
スプレイに使用される薄膜トランジスタは、大面積で高
品質の透明導電膜が必要である。透過率等の光学的特性
や抵抗率等の電気的特性が良好で均質な大面積の高品質
薄膜を得るために、マグネトロンスパッタ法によるスパ
ッタ装置が使用されている。
【0003】また、高スループットで大面積の基板に薄
膜を形成する連続スパッタ装置は、基板を連続的に又は
間歇的に移動させながら成膜する構成であり、基板冷却
手段を備えていない。そして、成膜中に基板の温度が上
昇すると、透明導電膜の膜質が低下する問題がある。基
板の温度上昇の原因は、プラズマからの輻射熱,スパッ
タ粒子,電子等の荷電粒子の進入等が考えられる。
【0004】成膜中に基板の成膜面へ電子が進入しない
ようにするために、特開平2−34779号公報に開示
されたスパッタ装置は、基板の前方に成膜面と平行方向
の偏向磁界を与えるようにしている。また、特開昭58
−14138号公報に開示されたスパッタ装置は、偏向
磁界と捕集電極によって電子の進入を抑制する構成であ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれらの
スパッタ装置は、成膜中には基板を静止状態に保持する
構成であり、従って、これらの電子進入抑制手段は成膜
中に基板を移動させる連続スパッタ装置に適用すること
ができない。すなわち、成膜中に基板を移動させようと
すると、移動中に該基板の成膜面に電子が侵入し、或い
は捕集電極等が成膜されてしまう等の問題が発生する。
【0006】従って本発明の目的は、基板を移動させな
がら該基板の表面に成膜する連続スパッタ装置におい
て、電子等の荷電粒子が成膜中の基板の成膜面に進入す
るのを抑制して高品質の薄膜を高速に形成することがで
きるようにすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、ターゲットホルダと基板ホルダとを成膜
室内に対向して配置し、基板ホルダを成膜室内で移動し
ながら該基板ホルダに保持した基板の表面に放電を利用
して成膜する連続スパッタ装置において、前記基板移動
方向と交叉し、該基板の成膜面と略平行な方向の偏向磁
界を該成膜面の近傍に発生する偏向磁界発生手段を設け
たことを特徴とする。
【0008】
【作用】成膜中の基板方向に飛行する荷電粒子は、偏向
磁界によって該基板移動方向に対して交叉し、該基板面
と平行な方向にその飛行方向が偏向されるので、成膜面
に対する荷電粒子の進入が抑制される。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明になる連続スパッタ装置の縦断側面
図、図2はその要部斜視図である。該連続スパッタ装置
は、ロードロック(仕込み)室,前処理室,成膜室及び
アンロード(取出し)室を備えているが、図1は成膜室
の一部を示している。
【0010】該成膜室1内には、ターゲット2を保持す
る複数のターゲットホルダ3が並べて設置され、各ター
ゲットホルダ3の背後には、マグネトロン磁界を発生す
るための永久磁石4がケース5に納められて水冷するよ
うに配置される。成膜すべき基板7を前記各ターゲット
ホルダ3に対向させて保持する複数の基板ホルダ8は、
基板ホルダ移動機構9によって前記各ターゲットホルダ
3と順次対向するように連続的に移動される。前記各基
板ホルダ8に保持した各基板7の成膜面の近傍に基板移
動方向と交叉し、該基板面と略平行な方向となるような
偏向磁界を発生させる複数の偏向磁界発生手段20はそ
れれぞれ永久磁石21によって構成し、各基板ホルダ8
の移動方向の両側に位置するように荷電粒子捕集電極3
1が設けられる。また、各ターゲットホルダ3にはそれ
ぞれ13.56MHzの高周波電力を供給する高周波電
源11を整合回路12を介して接続し、各荷電粒子捕集
電極31にはそれぞれ直流電源32を接続する。そして
該成膜室1内は、図示せざる排気装置により排気管1a
から排気し、ガス供給管1bから放電用ガスを供給す
る。
【0011】以上のように構成された連続スパッタ装置
における成膜中の基板7の成膜面への荷電粒子進入抑制
作用を図3を参照して説明する。成膜時には、成膜室1
内を排気装置により1/106Torr 程度に排気し、アル
ゴンガスを4×1/103Torr 程度のガス圧となるよう
に供給し、ターゲットホルダ3に200〜300Wの高
周波電力を印加してターゲット2の前方にグロー放電に
よりトンネル状の高密度のプラズマを発生する。プラズ
マとターゲット2の間にはシースと呼ばれる電位差が発
生し、この電位差により加速されたイオンがターゲット
2に衝突してスパッタ粒子を放出させる。液晶ディスプ
レイの薄膜トランジスタ用の導電性の透明な薄膜を形成
するためには、ターゲット2としてはITO(Indium Ti
n Oxide)を使用し、基板7としては厚さ1mmのガラス
板を使用する。
【0012】放電によるプラズマ発生が安定した後に、
成膜すべき基板7を保持した基板ホルダ8を基板ホルダ
移動機構9により各ターゲット2に順次対向するように
連続的に移動させながら、スパッタ粒子を該基板7の成
膜面に付着させることにより該成膜面にITOの薄膜を
形成する。因みに、成膜速度は、300Å/分程度であ
る。
【0013】ここで、偏向磁界発生用の永久磁石21及
び荷電粒子捕集電極31がないときの成膜作用を考える
と、基板7の成膜面への電子の進入及びプラズマの拡散
により該基板7の成膜面の温度が上昇する。図4はこの
ような該成膜面の温度分布を示しており、部分的な温度
上昇が見られる。例えば、領域A,Cの温度上昇はプラ
ズマ拡散によるものであり、領域Bの温度上昇は電子の
進入によるものと推定される。このような状態でITO
成膜を継続すると、形成された薄膜の大部分は所望の非
結晶性の薄膜であるが、部分的に微細な結晶領域が発生
する。このように部分的に結晶領域が存在する不均質な
薄膜を、薄膜トランジスタ形成のためにエッチングする
と、エッチング速度に不均一性を生ずる不具合がある。
微細結晶発生の原因が、局部的な温度上昇にあるか進入
電子による結晶化促進にあるかは定かではないが、実験
的には基板7の温度上昇を抑えれば該微細結晶が発生し
にくいことが確かめられている。
【0014】本発明になる前記連続エッチング装置によ
れば、永久磁石21が各基板7の成膜面の近傍に偏向磁
界(磁力線)22を形成しているので、ターゲット2の
前面のイオンシースで基板7方向に加速されて飛行する
高速電子は該磁力線22に巻き付くように飛行方向を偏
向し、基板移動通路の外側方向に飛行するような飛行軌
道23を飛行する。そしてこの高速電子は、放電に影響
を与えない程度の正の電位を与えた荷電粒子捕集電極3
1で捕集するので、成膜面に進入する高速電子が減少す
る。これにより、各基板7の成膜面の局部的な温度上昇
が防止される。
【0015】図5は、このような連続スパッタ装置にお
ける基板7の成膜面の近傍に形成される偏向磁界の強さ
(磁束密度)と成膜面の温度の最大値の関係を示してい
る。一点鎖線で示したレベルは、薄膜に微細結晶が発生
しやすくなると推定される温度に相当する。偏向磁界の
磁束密度を増加させていくと、基板7の成膜面の最大温
度はしばらくの間は略一定であるが、或る強さに達する
と減少し、その後は飽和して一定になる特性である。最
大温度が減少を示す磁束密度は、80〜100ガウスで
ある。各基板7の成膜面の近傍に100ガウスの偏向磁
界を印加しながら成膜したITO薄膜は、微細結晶が見
られず、均質なエッチング特性が得られた。
【0016】このようにイオンシースで加速された高速
電子を基板通路の両側に導いて捕集する連続スパッタ装
置は、所定の間隔で並べた複数の基板7を基板移動通路
に沿って連続的に移動さながら成膜しても、何れの基板
7の成膜面にも高速電子の進入が抑制され、形成された
薄膜に微細結晶が含まれるようなことがなかった。ま
た、基板7以外の部材も加熱されるようなことがなく、
異物の発生を抑えることができた。
【0017】図6は他の実施例を示すもので、偏向磁界
発生手段20の変形例である。該実施例の各偏向磁界発
生手段20は、永久磁石24の両端に軟鉄製のヨーク2
5を配置した構成である。該ヨーク25は、偏向磁界発
生範囲と該偏向磁界の強度を調整するために使用され
る。
【0018】図7は更に他の実施例を示すもので、偏向
磁界発生手段20の変形例である。該実施例の各偏向磁
界発生手段20は、永久磁石24の両端に配置した軟鉄
製ヨーク26を段付き形状にして、基板7の側方をを包
むようにしたものである。このようなヨーク形状にすれ
ば、磁力線22を基板7の成膜面の近くに集中させて効
率良く高速電子の進入を抑制することができるので、マ
グネトロン磁界への影響を小さくすることができると共
に永久磁石24を小型化できる。
【0019】図8は更に他の実施例を示すもので、偏向
磁界発生手段20の変形例である。該実施例の各偏向磁
界発生手段20は、基板移動通路の両側に配置した1対
の電磁コイル27a,27bによって基板7の成膜面の
近傍に偏向磁界を発生する構成である。該電磁コイル2
7a,27bは成膜室1の外側(大気中)に設置して水
冷できる構成とする。しかしながら該電磁コイル27
a,27bを用いて発生する偏向磁界は、ターゲット2
付近への影響が大きくなり、プラズマに片寄りが生じ易
くなる。このプラズマの片寄りによる成膜作用の片寄り
で膜厚が不均一になるのを防止するには、該電磁コイル
27a,27bを付勢する電流の方向を定期的に反転
し、この片寄りを補正するようにすると良い。
【0020】また、小さいマグネトロン磁界でプラズマ
を生成する連続スパッタ装置では、永久磁石を使用した
偏向磁界発生手段20による偏向磁界でもプラズマに片
寄りを生ずることがある。このような連続スパッタ装置
では、永久磁石の磁極の極性が反転するように該永久磁
石を定期的に180度回動させる構成にすると良い。
【0021】このような連続スパッタ装置における偏向
磁界発生手段20と荷電粒子捕集電極31を基板ホルダ
移動機構9による基板ホルダ8の移動と一緒に移動する
構成とすれば、基板ホルダ8の移動中にも基板7の成膜
面の近傍に安定な偏向磁界を形成し、荷電粒子の進入を
確実に抑制することができ、一層均質な成膜が可能とな
る。このように偏向磁界発生手段20と荷電粒子捕集電
極31を基板ホルダ8と一緒に移動させる構成では、偏
向磁界の方向を基板ホルダ8の移動方向と平行な方向と
し、荷電粒子捕集電極31を移動方向の前後位置に配置
するようにしても荷電粒子の進入を抑制することができ
るが、このようにすると移動中に偏向磁界発生手段20
や荷電粒子捕集電極31の一部が成膜されたり、荷電捕
集電極31が放電領域を横切るために該放電を不安定に
する問題が発生する。
【0022】また、基板ホルダ8を一定の速度で連続的
に移動させる構成にする場合には、偏向磁界発生手段2
0と荷電粒子捕集電極31を該基板ホルダ8の移動方向
に連続した定置形に構成すると良い。
【0023】以上に述べた実施例では、ターゲットホル
ダ3に高周波電力を印加して高周波放電を生成するよう
に構成したが、直流電圧を印加して直流放電を生成する
ようなスパッタ装置でも同様に実施して同様な効果が得
られる。
【0024】そしてこのような連続スパッタ装置によれ
ば、大面積の基板に良質の非結晶薄膜を形成することが
できるので、大面積のガラス基板にITO薄膜を形成す
るために使用すれば、高精細の液晶平面ディスプレイ用
の薄膜トランジスタの形成が可能になる。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明は、ターゲットホル
ダと基板ホルダとを成膜室内に対向して配置し、基板ホ
ルダを成膜室内で移動しながら該基板ホルダに保持した
基板の表面に放電を利用して成膜する連続スパッタ装置
において、前記基板移動方向と交叉し、該基板の成膜面
と略平行な方向の偏向磁界を該成膜面の近傍に発生する
偏向磁界発生手段を設け、成膜中の基板方向に飛行する
荷電粒子を該基板移動方向に対して交叉し、該基板面と
平行な方向にその飛行方向を偏向するようにしたので、
該荷電粒子の成膜面への進入が抑制され、大面積で高品
質の薄膜を高速に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる連続スパッタ装置の縦断側面図で
ある。
【図2】図1に示した連続スパッタ装置の要部斜視図で
ある。
【図3】成膜中の成膜面への荷電粒子進入抑制作用説明
図である。
【図4】成膜中の基板の成膜面の温度分布特性図であ
る。
【図5】成膜面の近傍に形成される偏向磁界の強さと成
膜面の温度の最大値の関係を示す特性図である。
【図6】偏向磁界発生手段の変形例を示す要部斜視図で
ある。
【図7】偏向磁界発生手段の他の変形例を示す要部斜視
図である。
【図8】偏向磁界発生手段の更に他の変形例を示す要部
斜視図である。
【符号の説明】
1 成膜室 2 ターゲット 3 ターゲットホルダ 7 基板 8 基板ホルダ 9 基板ホルダ移動機構 20 偏向磁界発生手段 21 永久磁石 22 磁力線 23 荷電粒子飛行軌道 31 荷電粒子捕集電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 夏井 健一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 瀬戸山 英嗣 茨城県日立市国分町1丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 亀井 光浩 茨城県日立市国分町1丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 鈴木 哲昭 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所茂原工場内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターゲットホルダと基板ホルダとを成膜
    室内に対向して配置し、基板ホルダを成膜室内で移動し
    ながら該基板ホルダに保持した基板の表面に放電を利用
    して成膜する連続スパッタ装置において、 前記基板移動方向と交叉し、該基板の成膜面と略平行な
    方向の荷電粒子偏向磁界を該成膜面の近傍に発生する偏
    向磁界発生手段を設けたことを特徴とする連続スパッタ
    装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記偏向磁界方向は
    基板移動方向に対して略直交することを特徴とする連続
    スパッタ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記偏向磁界発生装
    置は、前記基板ホルダの移動通路の移動方向両側に配置
    した磁極を備えたことを特徴とする連続スパッタ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3の1項において、前記偏向
    磁界発生手段は前記基板ホルダと一緒に移動するように
    設けたことを特徴とする連続スパッタ装置。
  5. 【請求項5】 ターゲットホルダと基板ホルダとを成膜
    室内に対向して配置し、基板ホルダを成膜室内で移動し
    ながら該基板ホルダに保持した基板の表面に放電を利用
    して成膜する連続スパッタ装置において、 前記基板移動方向と交叉する方向の偏向磁界を基板成膜
    面の近傍に発生する偏向磁界発生手段と、前記偏向磁界
    に沿って飛行する荷電粒子を捕集する捕集電極を設けた
    ことを特徴とする連続スパッタ装置。
  6. 【請求項6】 請求項5において、前記捕集電極は前記
    基板移動通路の移動方向両側に配置したことを特徴とす
    る連続成膜装置。
  7. 【請求項7】 ターゲットホルダと基板ホルダとを成膜
    室内に対向して配置し、基板ホルダを成膜室内で移動し
    ながら該基板ホルダに保持した基板の表面に放電を利用
    して成膜する連続スパッタ装置において、 プラズマから基板方向に飛来する荷電粒子を基板移動方
    向と交叉する方向に飛行方向を偏向する偏向磁界を成膜
    面の近傍に発生する偏向磁界発生手段を設けたことを特
    徴とする連続スパッタ装置。
JP25863091A 1991-09-11 1991-09-11 連続スパツタ装置 Pending JPH0570951A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010073669A1 (ja) * 2008-12-26 2010-07-01 キヤノンアネルバ株式会社 成膜装置およびそれを用いた基板の製造方法
KR101192782B1 (ko) * 2005-08-29 2012-10-18 엘지디스플레이 주식회사 합금막 형성 장치 및 그를 이용한 합금막 형성방법

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