JPS63176472A - インライン型反応性スパツタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はスパッタ装置の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は特開昭５９−１１７６号公報に示された従来の
スパッタ装置をもとにした構成図である。

真空容器…の異なる開口部に、ガス導入系１２）、排気
系１３１．絶縁体（４１ｔ−介してターゲット（６）が
それぞれ取付けられる。このターゲラ）　＋ｌｌｌの大
気側表面には、グロー放電を形成、維持するためのスパ
ッタ電源１Ｇ１が接続されている。被覆されるべ基体（
７１は基体支持台（８）によって支持される。

この基体支持台（８）が搬送機構（図示せず）によって
、真空容１１１＋内をターゲット１５１表面に対して平
行に位置（９）から位置１０１まで一定速度で移動しな
がら、基体表面上に薄膜が形成される。ターゲット１６
）には、図において紙面に垂直方向に長辺を有する矩形
ターゲットが用いられ、複数個の基体（７）及び基体支
持台（８）ｔ−真空容器…内に収納できる。

また真空容器…に取付けられたビューイングポート（Ｉ
ｌｌは、プラズマ分光監視装置ｕ２１と接続され、得ら
れた信号は制御装置−により電源（６）にフィードバッ
クされる。

この装置により工Ｔｏ（工ｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉ
ｄｅ）透明導電性薄嘆を順次形成する動作について説明
する。

排気系１３νにより真空にされた後、排気系１３１によ
り排気しながらＡｒガス及び０１ガスをガス導入。

系（２１により決められた定流＠を真空容器（！１に導
入す。。この真空容器…に対して負電位を電源（６）に
よりターゲット＋６１に印加すると、ターゲットＩ６）
の表面上部空間にプラス−ｆ１１４１が発生し、Ａｒの
正イオンがターゲット（６１に衝突しその物理的作用に
よりターゲット物質がはじき出され、ターゲット１６１
と平行に定速度で移動する基体（９）に不着する。ター
ゲット１５）として工ｎ　−Ｓｎ合金を使用すれば、こ
の付着物は酸素と化合して工Ｔｏｌｌ！ｉＩＩとなる。

この工ＴＯ幌會再現性曳くしかも均一に成膜するために
ＩｎとＡｒプラズマの発光強度比が一定となる様、制御
装置−により電源（６）をコントロールしている。つま
り工Ｔｏ＠の膜質や成膜速度は０鵞ガス流量や、成膜圧
力、成膜電圧等に対してヒステリシス特性を示し一価性
の関数として定まらないため、関数関係の成立するプラ
ズマ強度を検出する必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のスパッタ装置は以上のように構成されているため
基体支持台（８）がターゲット１６）の上部を通過する
ときに生ずるプラス！α４の形状の変形によるビューイ
ングポー）　ｔｌｌ＋との相対的位置のずれに起因する
プラズマ発光強度の観測誤差及び基体支持台（８）の通
過に伴なう圧力の変動が自動制御の入力関数に、ひいて
は制御している成膜条件に誤差を与え、その結果ターゲ
ット表面の酸化状態に異常な変動をし、基体（７：上に
成膜されたＩＴＯ１！［の模質は不均一なものとなって
しまう。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので自動制御の入力関数に異常な誤差が混入しても
、基体（７１上に成膜された工Ｔｏの膜質を均一なもの
とするンイライン型反応性スパッタ装置を得ることを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るスパッタ装置は、基体支持台（８）が成
膜中にターゲット１６１の上方を複数回連続して通過さ
せたものである。

〔作用〕

この発明ＶＣより、ＦｆＬ膜中の模質の経時的変化が基
体の搬送方向に平均化される。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例による搬送制御Ｉを、図につ
いて説明する。従来例と同一構成部についての説明は省
略する。

第１図において、αＧは基体支持台（８）ヲ成膜中に搬
送制御する搬送制御装置であり搬送系０６１を制御する
。

第２図＃′ｉ搬送制御装置ａ口の構成を示したもので、
幌厚パラメータ入力部ａη、演算部αＱ１搬送パラメー
タ出力部す９、搬送制御品−により構成されている。搬
送制御部は搬送系ａ０と接続きれている。

従来例で説明したように、良質な工ＴＯ％’ｉ得るには
放電プラズマの発光強度を検出し、成膜条件にフィード
バックしなければならなｈ０ターゲット（５１の材質と
してＩｎ９０％−８ｎ　１０％合金ターゲツト、放電全
維持しターゲラ）　＋５１の表面物質全スパッタするガ
スとしてＡｒガス、反応性ガスとして０雷ガスを真空容
器Ｉｌｌ内へ導入し負の直流電圧をターゲット印加する
スパッタ方式について詳しく説明する。

ＩＴｏ−は、透明導電性暎として太陽電池。

液晶ディスプレイ、光センサーの電極として広く用いら
れ、従来は電子ビーム蒸着法により成膜されていた。つ
まり、例えば工ｎ、　ｏ、　９５％−８ｎＯ８５％の焼
結体ターゲットを１０　　Ｔｏｒｒの酸素ガス中で電子
ビームにより蒸発させ５０ｃｍ８度離れた基体上に不着
固化させＩＴ０１ｋｌｉ膜していた。ところが電子ビー
ムの照射面積は数鑵〜５ｃＩｎ四方と小さいため工Ｔｏ
ターゲットも大きくできずターゲット？蛸繁に交換しな
ければならない。さらに、４体上に均一な模？成膜する
ために基体を回転させなからｔｉｌｌしていた。これら
の理由により量産に適した処理量が多くしかもメンテナ
ンス周期の長い装置とするにはターゲットの自動交換や
回転できる基体支持台の自前交換が必要であり装置が高
価で、大型であった。また良質な膜を得るには基体’ｉ
　２５０℃〜８００℃に加熱しなければならず基体の耐
熱性が要求された。以上の理由より装置の構造が簡単で
以上の欠点のない方式であるプレーナマグネトロンスパ
ッタ方式が一般化している。

この方式は、酸化物ターゲット（工”ｔ’ｓ　−ａｎ　
ｏ。

）′！ｊたは合金ターゲット（工ｎ、−８ｎ）のいずれ
かにより２種類に分類できるが、前者はターゲットの純
度に膜質が大きく依存し％また高純度なターゲットが得
にくくまた後者に比べ１．５〜８倍高価であるし、さら
に高四波電源を用いなければならず装置が複雑で基体へ
の損傷も大きめ０一方凌者は上記の反対の長所を持つが
反応性スパッタ法に頓る必要があるつまり成膜中に酸素
ガスを導入し合金が飛散中及び基体に付着中に酸化され
ＩＴＯ＠となる。ところが導入した酸素は合金ターゲッ
ト表面も酸化し１、酸化の程度により放電インピーダン
スが変化する。この結果放電状態に非常に敏感な工ＴＯ
の膜質も変化してしまう。

ところがこのターゲットの酸化状態を反映したと考えら
れる放電状態げ偽ガスａ殴や吸脱子方、電源電圧等に対
してヒステリシス特性を示し一価性の関数として定まら
ないためこれらの成膜条件では制御できない。

つ壕り０１ガス流看等のＦｙ、ｌ！ｌＩ［条件金１つ定
めても放電状態はヒステリシスループ内のどの位置ニい
ることも可能であり動くことも可能である。

第８図、第４図は放電電力に対するそれぞれ放電インピ
ーダンス、成膜速度を示すヒステリシス特性である。第
８図はＡｒガス流＠　５ａｓｃｃｙ　。

０−ガス流量１７８（ＩＣＭ　、　ｉ膜圧力０．７ｐａ
のデータであり最適成膜条件に放電電力が２８０　ｗ付
近である。第４図はＡｒガス流＠　８ａＳＣｃｌｌｌ、
　Ｏ，ガス渡欧１７ＳＣＣＭ　、成膜圧力１．４　ｐ　
ａのデータであり最適成膜条件は放電電力が８５０〜４
００ｗでありヒステリシスループ内にある。

これらの不都合ｔｅ決する手段として、Ｉｎの４５１．
１ｄ、Ａｒの７５０．３ｆｆｉ１ｍにピークを持つ発光
スペクトル強度比や、Ｉｎの発光強度、Ｉｎの発光強度
と電源電流との比を一定に保つよう０１ガス流量や電源
電流をコントロールする方法がすでに知られている。つ
まり上記のＯＩ流竜等の成膜条件とは異なり、プラズマ
の発光強度と膜質は良い関数関係になっていることを利
用したものである。ところがこの関数関係は０１流量等
の成膜条件ケパラメータとして含んでいるため、たとえ
これらのプラズマ分光監視による自動制御をしても完全
ではなくコントロールされる成膜条件以外の成膜条件が
成膜中に変動するとＷｋ適喝質からずれた不均一な模が
成膜されてしまう。

′！次次第第２図示すスパッタ装置ではターゲット＋６
１とアノードである真空容器…あるいは基体支持台（８
）との間でグロー放電するため基体支持８（８）がター
ゲット＋６１の上方を通過するとカソードであるターゲ
ットｔｉｌｌとアノードである真空容器（ＩＩあるいに
基体支持台（８）との間の空間の電界分布が変化しプラ
ズマ空間α４の形状も変化する結果、ビューインダボー
ト（ｉｌｌからプラズマ空間ｕ４を見る角度や相対位置
が変化するため観測されるプラズマ発光強度が見かけ上
の変動を示し誤まった制ａをし、基体通過方向に嘆賞の
不均一性を生じてしまう。

つまり、基体支持台（８）の通過は、プラズマ発光強度
と膜質との関数関係に撮動を与えてしまうこと及びプラ
ズマ発光の観測に誤差を与えてし筐うことの２つの原因
により膜質を不均一なものにしてしまう。

マグネトロン放電では電子はターゲット上の平行磁場に
束縛されているためプラズマ空間はターゲットのすぐ上
にあるから基体支持台（８）の通過くらいではあまり変
化？受けないのであるが、そのわずかな変化でも膜質が
影響されてしまう。電子の束縛をより強くするために磁
場を強くしたり、あるいｄ成膜圧力を上げて等価的に磁
場を強くすると上記で説明した膜質の不均一性は小さく
なるが不十分であった。

また成膜圧力を上げるために排気コンダクタンスを小さ
くすると不純物ガスの排気コンダクタンスも小さくなり
コンタミが多くなり良くない。

工ＴＯＩＩＩに要求される膜質は利用される電子部品の
種類により異なる。大降電池では透過率及びシート抵抗
が王でおるが液晶ディスプレイや受光デバイスの中には
工’ｒｏ＠２フオトリソ工程によりファインパターン化
するものもあり、この場合は上記膜質以外にも附食性や
逆にエツチング性も要求される。ところがこれら耐食性
やエツチング性は１丁０の結晶状態に敏感でありしかも
しかも許容される結晶状態の範囲が狭い。しかも結晶状
態もシート抵抗と同様、上記で説明した制御誤差により
変化してしまう。

したがってそれらの電子部品で＃−を膜質の均一性が厳
しく要求される。特にファインパターン形成にはエツチ
ング速度の均一性が要求される。

そこで以上説明した、基体支持台（８）の通過に伴なう
成膜条件の変動や観測誤差による工Ｔｏの膜質、特Ｖｃ
＃食性やエツチング性の基体＋７１上の分布、不均一性
をなくさなくてはならな６０例としてＩｎのプラズマ発
光強度とＡｒのプラズマ発光強度比Ａを一定に保つよう
電源の電流にフィードパンクｔかける反応性スパッタ方
式について、膜質の変動機構についてさらに詳しく説明
する。成膜条件に框、基体温度Ｔθ、酸等があるが簡単
化のため主要なものである酸素ガス流量？と電源電流Ｊ
を考える。

基体１７）上に成長してい（ＩＴＯ嘆の膜質は温度以外
にスパッタ粒子の酸素の結合量によって決められる。こ
の結合は、ターゲット上での酸化、ターゲット１６）か
ら基体（））へ飛散中の酸化、基体（７）表面へ付着し
てからの酸化と８過程に分類される。ターゲット上の酸
化は工ｎ　−ａｎのスパッタ効率も左右し、飛散するＩ
ｎ　−Ｓｎ金属粒子の数も変ってしまう。九とえばター
ゲット１５）表面が酸化量でおおわれれば金属粒子の飛
散数は少なくなる。また成膜速度は酸素ガス流量Ｆに対
してヒステリシス特性を示す如く、酸素ガス流量Ｆが一
定で、飛散中及び付着後の酸化量が同一であってもター
ゲット上での酸化量は変化してしまう。このように工Ｔ
Ｑ膜の酸化量にターゲット１６）表面の酸化状態が最も
寄与する◇つまり酸素ガス流量Ｆが多少変化してもター
ゲット１５１表面の酸化状態が一定なら工Ｔｏｌｌの膜
質はあまり変化せず均一な膜が得られる。

ｔａＪは瞬時に制御され変動するが、ターゲット（１）
）の表面状態の変化つまり酸化状態はゆっくりと変化す
る。したがってこれの変化よりも膜厚を得るためには複
数回ターゲット１６）上を通過させればよい。

以上の考え方に基づき基体支持台（８）の搬送を制御す
る装置が図に示したものである。次にこの制御方法につ
いて説明する。制御に必要なパラメータは、搬送速度Ｖ
と通過回数ｎである〇′ｄ！九暎の特性として必要なも
のは膜厚ｄと膜質の均一性であり、以上の説明の如くタ
ーゲット＋６１の酸化状態の変化よりも１回の通過時間
を速くすれば膜質の均一性は得られるから、膜質の均一
性は１回の通過時間τにより決められる。

よって演算部にあらかじめ装置固有のパラメータである
、成膜速度Ｒ，メタ−ットの搬送方向の長さ１．基体支
持台（８）の長さり、これが通過するターゲットの搬送
方向の実効長さｌ′ヲ与えにより搬送制御のパラメータ
ｎ及びＶが得うれる０ 通過時間τは短い方が膜質の均一性は良いが搬送系の寿
命が短くなりまた搬送時の振動によりごみの発生も多く
なるため必要以上に短くする２逆に他の弊害が発生する
ため最適時間が存在する。■ＴＯ膜の成膜ではターゲッ
ト表面が半分安定する時間程度が最適値であった。すな
わち、ＩｎとＡｒの発光強度比の設定値を変えると電源
電力が自動制御され工ｎ発光強度も経時的に変化する。

この変化に約１０分要し、変化幅のＶ２″！で変化する
のに１．７〜２．６分装した。

また、１回の通過時間τをパラメータに基板内のエツチ
ング速度分布を調べると４分では不均一であった。上記
のＩｎ発光強度の経時変化はターゲット表面状態の経時
変化に対応するからこの変化が半分進むに要する時間が
通過時間τの上限の目安となる。もちろん、エツチング
の均一性がきびしく要求されるデバイスに対しては通過
時間τをさらに短くすることになろう。

なお、上記実施例では搬送制御装置ｑｓの入カケ嘆厚ｄ
と通過時間τであったが、通過回数ｎと搬送速度？？作
業者が計算し入力するｇ！置であってもよく、この場合
演算部ａｌｌは不要となる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、基体支持台（８）を
Ｆｙ、Ｍ中にターゲット上と複数回搬送させることがで
きるため、スパッタ暎質の均一性がよく、ファインパタ
ーンの卵重が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるインライン型−反応
性スパッタ装置を示す断面０ＩＩＩ面図、第２図は搬送
制御装置の詳細図、第３図は反応性スパッタ法での放電
電力に対する放電インピーダンスに示すヒステリシス特
性図、第４図は取幅速度？示すヒステリシス図、第５図
は従来のインライン型反応性スパッタ装置を示す断面側
面図である。 図において、Ｉｌｌは真空容器、（２）はガス導入系、
１３１はガス排気系、（４１は絶縁物、１５１はターゲ
ラ）　、　＋６１は電源、１７）は基体、（８）は基体
支持台、αＧは搬送系％Ｑ・は搬送制御装置、ｑηは暎
厚パラメータ入力部、（ｌＦ５は演算部、翰は搬送パラ
メータ出力部、翰は搬送制御部である。 なお、各図中の同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応ガスを用いるインライン型反応性スパッタ装
   置の基体支持台を成膜中ターゲット上を連続して複数回
   搬送するための搬送制御機構を有するインライン型反応
   性スパッタ装置。
2. （２）インジウム−スズ合金をターゲットに、酸素ガス
   を反応性ガスに用い、搬送制御機構は搬送速度及び基体
   支持台のターゲット上を通過又は往復する回数により制
   御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイ
   ンライン型反応性スパッタ装置。