KR101083443B1

KR101083443B1 - 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치

Info

Publication number: KR101083443B1
Application number: KR1020097018297A
Authority: KR
Inventors: 마사키 타케이; 테쯔 이시바시; 준야 키요타; 유우지 이치하시; 시게미쯔 사토우
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2011-11-14
Also published as: JPWO2008108185A1; WO2008108185A1; TW200842198A; JP5454976B2; CN101622374A; TWI427170B; CN101622374B; JP5145325B2; KR20090106654A; JP2012184511A

Abstract

[과제] 반응성 스퍼터링에 의해 소정의 박막을 형성할 때에, 처리기판 전면에 걸쳐 박막분포나 비저항값 등의 막질을 거의 균일하게 할 수 있도록 스퍼터링 장치를 구성한다.

[해결수단] 동일한 수의 타겟(31a 내지 31h)이 등간격으로 병설된 복수의 스퍼터 챔버(11a, 11b)의 사이에서, 각 타겟에 대향하는 위치에 처리기판(S)을 반송하고, 이 처리기판이 있는 스퍼터 챔버 내의 각 타겟에 전력을 투입하여 각 타겟을 스퍼터링하여, 처리기판 표면에 동일 또는 다른 박막을 적층한다. 그때에, 서로 연속하는 스퍼터 챔버 사이에서 처리기판 표면 중 각 타겟 상호간의 영역과 대향하는 개소가 빗나가도록 처리기판의 정지 위치를 변화한다.

Description

박막 형성 방법 및 박막 형성 장치{THIN FILM FORMING METHOD, AND THIN FILM FORMING APPARATUS}

본 발명은, 유리 등의 처리기판, 특히 대면적의 처리기판 표면에 소정의 박막이나 적층막을 형성하기 위한 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치에 관한 것이다.

유리 등의 처리기판 표면에 소정의 박막을 형성하는 박막형성 방법의 하나로서 스퍼터링법이 있으며, 이 스퍼터링법에서는, 플라즈마 분위기 중의 이온을, 처리기판 표면에 성막(成膜)하려고 하는 막의 조성에 따라 소정형상으로 제작한 타겟을 향해 가속시켜 충격시키고, 타겟원자를 처리기판을 향해 비산시켜 처리기판 표면에 박막을 형성한다. 근래에는, 이런 종류의 스퍼터링 장치는, FPD(flat-panel display) 제조용의 유리기판과 같이 면적이 큰 처리기판에 대해 소정의 박막을 형성하는 것에 많이 이용되고 있다.

대면적의 처리기판에 대해서 일정한 막두께로 소정의 박막을 효율 좋게 형성하는 것으로서, 진공 챔버 내에서 처리기판에 대향시켜, 복수매의 타겟을 등간격으로 병설하고, 각 타겟에 전력을 투입하여 스퍼터링에 의해 소정 박막을 형성하는 동안, 각 타겟을 전체적으로 동시에 처리기판에 대해 평행하게 일정 속도로 왕복 운동 시키는 것이 알려져 있다(예, 특허 문헌 1).

복수매의 타겟을 일정한 간격으로 병설했을 경우, 타겟 상호간의 영역에서 스퍼터입자가 방출되지 않기 때문에, 처리기판 표면에서의 막두께 분포나 반응성 스퍼터링 시의 막질분포가 물결치듯이 (예를 들어 막두께 분포의 경우, 동일한 주기로 막두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복되도록) 불균일하게 된다. 이 때문에, 상기의 것에서는, 스퍼터링 중, 각 타겟을 전체적으로 이동시켜 스퍼터입자가 방출되지 않는 영역을 바꾸는 것에 의해, 상기 막두께 분포나 막질분포의 불균일을 개선하고 있다.

거기에 더하여, 상기의 것에서는, 막두께 분포나 막질분포의 균일성을 더욱 높이기 위해, 각 타겟 전방(스퍼터면 측)에 터널 모양의 자속을 각각 형성하도록, 타겟의 후방에 마련한 자석조립체를, 타겟에 평행하게 전체적으로 동시에 일정속도로 왕복 운동시켜, 스퍼터율이 높아지는 터널 모양의 자속의 위치를 바꾸는 것도 제안하고 있다(특허 문헌 1).

특허 문헌1: 일본특허공개 2004-346388호 공보 (예를 들면, 특허 청구의 범위의 기재 참조)

그런데 스퍼터링 중, 타겟은 이온 충격을 받아 고온으로 되고, 이것에 기인하여 타겟이 융해하거나 갈라지거나 하는 일이 있다. 이 때문에, 일반적으로, 타겟은, 인듐이나 주석 등의 열전도율이 높은 재료로 구성되는 본딩재를 개입시켜 동제(구리제품)이며 또한 내부에 냉매순환로가 형성된 백킹플레이트에 접합되어, 타겟조립체로 한 상태로 캐소드 전극에 설치된다. 그 결과, 타겟조립체의 중량은 무겁다.

따라서, 상기 종래의 기술처럼, 병설한 타겟, 즉, 타겟조립체의 복수개를 전체적으로 왕복 운동시킬 때의 타겟조립체의 총중량은 대단히 크게 된다. 이 때문에, 등속 및 등간격으로 정밀도 좋게 각 타겟조립체를 일체로 왕복 운동 시키는 것에는, 높은 토크와 함께 높은 성능의 모터 등이 필요하게 되어, 고비용을 초래하는 문제가 있다. 또한, 스퍼터링 중, 타겟조립체나 자석조립체를 연속해 이동시키면, 타겟 전방의 플라즈마가 요동하는 경우가 있고, 플라즈마가 요동하면, 이상 방전(아크 방전)을 유발하여, 양호한 박막 형성이 저해될 우려가 있다.

그런 까닭으로, 본 발명의 과제는, 상기 점에 비추어, 하나 또는 복수의 챔버에, 복수매의 타겟을 일정한 간격으로 병설하고, 스퍼터링에 의해 소정의 박막이나 적층막을 형성할 때에, 처리기판 표면의 박막에 물결치는 막두께 분포나 막질분포가 생기는 것을 억제할 수 있어, 양호한 박막 형성이 가능한 박막 형성방법 및 박막 형성장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1 기재의 박막 형성방법은, 스퍼터 챔버 내에서 처리기판에 대향시켜 등간격으로 병설한 복수매의 타겟에 전력을 투입하고, 스퍼터링에 의해 소정 박막을 형성할 때, 병설한 타겟에 평행하게 일정한 간격으로 처리기판을 이동시키는 것을 특징으로 한다.

이것에 의하면, 등간격으로 병설한 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 이동시킨 후, 스퍼터 가스를 도입하면서 각 타겟에 전력을 투입하여, 스퍼터 챔버 내에 플라즈마 분위기를 형성하고, 플라즈마 분위기 중의 이온을 각 타겟을 향하여 가속시켜 충격시키고, 타겟원자를 처리기판을 향하여 비산시켜 처리기판 표면에 박막을 형성한다. 이 박막형성 중 (스퍼터링 중), 처리기판을 각 타겟에 평행하게 일정한 간격으로 이동시키기 때문에, 처리기판을 그 전면에 걸쳐 타겟 표면의 스퍼터 입자가 방출되는 영역과 대향시키는 것이 가능하며, 처리기판 표면에서의 막두께 분포나 반응성 스퍼터링 시의 막질분포가 물결치듯이 불균일하게 되는 것을 억제할 수 있다.

스퍼터링 중, 병설한 각 타겟(즉, 백킹 플레이트를 접합한 타겟조립체)은 정지상태이기 때문에, 플라즈마의 요동에 기인한 이상 방전의 발생을 방지할 수 있어 양호한 박막형성이 가능하게 된다. 또한, 복수의 타겟조립체보다 중량이 가벼운 처리기판을 이동시키기 때문에, 타겟조립체를 일체로 왕복 운동시킬 때와 같은 높은 정밀도나 높은 토크의 모터 등의 구동 수단은 필요 없다. 또한, 동일 선상에 병설한 스퍼터 챔버 상호간에서 처리기판을 차례로 반송하여 적층막을 형성하는 인라인식의 스퍼터장치에서는, 각 스퍼터 챔버의 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 반송하는 기판반송수단이 설치되기 때문에, 스퍼터링 중, 이 반송수단을 이용하여 처리기판을 왕복 운동시키면, 처리기판의 왕복 운동용으로 다른 구동 수단을 별도 마련할 필요가 없어, 코스트 절감을 도모할 수 있어 좋다.

또한, 상기 처리기판을 일정속도로 연속해 왕복 운동시키면, 스퍼터링 중, 처리기판 표면을, 병설한 각 타겟 표면의 스퍼터입자가 방출되는 영역과 대략 균일하게 대향시킬 수 있어 좋다.

상기 처리기판이 왕복 운동의 되돌아오는 위치에 도달했을 때, 이 처리기판의 왕복 운동을 소정 시간 정지하면, 타겟 종류, 즉, 각 타겟의 스퍼터링 시의 비산 분포에 근거하여 처리기판을 향하는 스퍼터입자의 양에 따라, 각 되돌아오는 점에서의 처리기판의 정지시간을 적당히 설정하는 것만으로, 처리기판 표면에 형성한 박막에 아주 작게 물결치는 막두께 분포나 막질분포가 생기는 것을 억제할 수 있어 좋다.

상기와 같이 처리기판의 왕복 운동을 소정 시간 정지하는 때, 상기 처리기판이 한 쪽의 되돌아오는 위치로부터 다른 쪽으로 향해 이동할 때, 타겟에의 전력 투입을 정지하도록 해도 좋다.

또한, 상기 타겟의 전방에 터널모양의 자속을 형성하기 위해 마련한 자석조립체를 타겟에 평행하게 일정한 속도로 왕복 운동시킴과 아울러, 상기 처리기판의 왕복 운동을 소정 시간 정지하는 동안, 자석조립체를 적어도 한 번 왕복 운동시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 6 기재의 박막 형성방법은, 동일한 수의 타겟이 등간격으로 병설된 복수의 스퍼터 챔버 간에, 각 스퍼터 챔버의 각 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 반송하고, 이 처리기판이 있는 스퍼터 챔버 내의 각 타겟에 전력을 투입하여 각 타겟을 스퍼터링하여, 처리기판 표면에 동일 또는 다른 박막을 적층하는 박막 형성방법에 있어서, 연속하여 박막을 형성하는 각 스퍼터 챔버 상호간에서 처리기판 표면 중 각 타겟과 대향하는 영역이 기판반송방향으로 서로 빗겨가도록 처리기판의 정지위치를 바꾸는 것을 특징으로 한다.

이것에 의하면, 하나의 스퍼터 챔버 내에서, 등간격으로 병설한 각 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 이동시켜, 각 타겟에 전력을 투입하여 스퍼터링에 의해 처리기판 표면에 하나의 박막을 형성한다. 이 상태에서는, 각 타겟 상호의 사이의 영역으로부터 스퍼터입자가 방출되지 않기 때문에, 하나의 박막은, 동일한 주기로 막두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복하도록 불균일하게 되어 있다. 다음에, 하나의 박막이 형성된 처리기판을 다른 스퍼터 챔버 내에 반송하고, 다른 스퍼터 챔버 내에서 각 타겟으로 전력을 투입하여 스퍼터에 의해 다른 박막을 적층한다.

이 다른 스퍼터 챔버 내에는, 처리기판 표면 내 각 타겟과 대향하는 영역이 기판 반송방향으로 빗겨서 처리기판의 정지 위치가 위치 결정되기 때문에, 즉, 예를 들어 하나의 박막이 형성되는 처리기판 중 막두께의 두꺼운 부분을 타겟 상호 간의 영역에 대향시키는 동시에, 얇은 부분을 타겟의 스퍼터면과 대향시키기 때문에, 거의 동일한 막두께로 다른 박막을 적층한 때에 막두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분을 교체하는 것으로, 적층막으로서의 막두께가 처리기판 전면에서 거의 균일하게 되고, 그 결과, 처리기판 표면에서의 막두께 분포나 반응성 스퍼터링 시의 막질분포가 물결치듯이 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있다. 각 스퍼터 챔버 내에서 박막형성하는 경우, 타겟조립체는 정지 상태이기 때문에, 상기와 같이, 이상 방전의 발생을 유발하는 것 없이, 양호한 박막 형성이 가능해진다.

또한, 상기 스퍼터링 시에는, 상기 병설된 복수매의 타겟 중 쌍을 이루는 타겟마다 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 교류전압을 인가하여, 각 타겟을 애노드 전극, 캐소드 전극으로 교대로 변환, 애노드 전극 및 캐소드 전극간에 글로우 방전을 일으키게 하여 플라즈마 분위기를 형성하여 각 타겟을 스퍼터링하면, 타겟 표면에 축적하는 전하를, 반대의 위상 전압을 인가해　없애는 것에 의해, 안정적인 방전을 얻을 수 있어, 이상 방전의 발생을 방지할 수 있는 것에 더불어 한층 양호한 박막 형성이 가능하게 된다.

게다가, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 8 기재의 박막 형성 장치는, 서로 분리된 복수의 스퍼터 챔버와, 각 스퍼터 챔버 내에 동일한 수이자 동일한 간격으로 각각 병설한 복수매의 타겟과, 각 스퍼터 챔버의 각 타겟과 대향한 위치에 처리기판을 반송하는 기판반송수단을 갖추고, 서로 연속하여 박막을 형성하는 스퍼터 챔버 간에서, 처리기판 표면 중 각 타겟과 대향하는 영역이 기판반송방향으로 서로 빗겨가도록, 각 스퍼터 챔버 내에서 처리기판의 위치 결정을 실시하는 위치결정수단을 마련한 것을 특징으로 한다.

상기 각 스퍼터 챔버 내에서 기판반송수단과 타겟과의 사이에 처리기판이 면하는 개구부를 가지는 마스크플레이트를 각각 마련하여, 각 마스크플레이트의 개구부가, 연속하여 박막을 형성하는 스퍼터 챔버간에서, 처리기판 표면 중 각 타겟과 대향하는 영역이 기판반송방향으로 서로 비켜 놓게 형성되고, 처리기판이 마스크플레이트의 개구부를 향하는 위치에 반송되는 것을 검출하는 검출수단을 마련하여 상기 위치결정 수단을 구성하면 좋다.

또, 상기 병설한 타겟의 후방에, 각 타겟의 전방에 터널 모양의 자속을 형성하는 자석조립체를 각각 마련하고, 상기 자석조립체를, 타겟에 평행하게 왕복 운동 시키는 구동 수단을 갖추는 것이 바람직하다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명의 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치는, 하나의 또는 복수의 챔버에, 복수매의 타겟을 일정한 간격으로 병설하여, 스퍼터링에 의해 소정의 박막 또는 적층막을 형성하는 때에, 처리기판 표면의 박막에 물결치는 막두께 분포나 막질분포가 생기는 것을 억제할 수 있으며, 또한, 이상 방전의 발생을 방지하여 양호한 박막 형성이 가능하게 되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 박막 형성 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 복수매의 타겟을 병설해서 스퍼터링에 의해 박막을 형성한 경우의 막두께 분포를 설명하는 도면이다.

도 3은 마스크플레이트를 설명하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 박막 형성 장치의 변형예를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 5는 실시예 2로 제작한 적층막의 처리기판 면내에서의 막질분포를 나타내는 그래프이다.

(부호의 설명)

1 스퍼터장치

11a, 11b 스퍼터 챔버

13 마스크플레이트 13a, 13b 개구부

2 기판 반송 수단

21 캐리어 31a 내지 31h 타겟

35 스퍼터 전원

6a, 6b 가스 도입 수단

S 처리기판

도 1을 참조하여 설명하면, 1은 본 발명의 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치(이하, 「스퍼터 장치」라고 한다)이다. 스퍼터 장치(1)는, 인라인식의 것으로, 로터리 펌프, 터보 분자 펌프 등의 진공배기수단(도시하지 않음)을 개입시켜 소정의 진공도로 유지할 수 있는 진공 챔버(11)를 가진다. 진공 챔버(11)의 중앙부에는 칸막이 판(12)가 설치되어. 이 칸막이 판(12)에 의해 서로 분리된 거의 동일한 용적 2개의 스퍼터 챔버(11a, 11b)가 정의되어 있다. 진공 챔버(11)의 상부에는, 기판반송수단(2)이 설치되어 있다. 이 기판반송수단(2)은, 공지의 구조를 가지며, 예를 들어, 처리기판(S)이 장착된 캐리어(21)를 가지고, 도시하지 않은 구동 수단을 간헐적으로 구동시켜, 각 스퍼터 챔버(11a, 11b) 내에서 후술하는 타겟에 대향하는 위치로 처리기판(S)을 차례로 반송할 수 있다.

각 스퍼터 챔버(11a, 11b)에는, 기판반송수단(2)과 타겟과의 사이에 위치하여 마스크플레이트(13)가 각각 설치되어 있다. 각 마스크플레이트(13)는 처리기판이 면하는 개구부(13a, 13b)를 가지고, 후술하는 타겟에 대향한 위치에 처리기판(S)을 반송하여 스퍼터링에 의해 소정의 박막을 형성할 때에, 캐리어(21)의 표면 등에 스퍼터입자가 부착하는 것을 방지한다. 또한, 각 스퍼터 챔버(11a, 11b)의 아래 쪽에는, 동일 구조의 캐소드 전극(C)이 배치되어 있다.

캐소드 전극(C)은, 처리기판(S)에 대향하여 배치되는 8매의 타겟(31a 내지 31h)을 가진다. 각 타겟(31a 내지 31h)은, Al, Ti, Mo나 ITO 등, 처리기판(S) 표면에 형성하려고 하는 박막의 조성에 따라 공지의 방법으로 제작되며, 예를 들어 거의 직방체(윗면에서 보면 직사각형) 등 동일한 형상으로 형성되어 있다. 각 타겟 (31a 내지 31h)은, 스퍼터링 중, 타겟(31a 내지 31h)을 냉각하는 백킹플레이트(32)에, 인듐이나 주석 등의 본딩재를 개입시켜 접합되어 타겟조립체로서 각각 구성되어 있다. 각 타겟(31a 내지 31h)은, 미사용시의 스퍼터면(311)이 처리기판(S)에 평행한 동일 평면상에 위치하도록 등간격으로 병설되어 백킹플레이트(32)의 배면측 (스퍼터면(311)과 배향하는 측, 도 1에서 아래 쪽)에서 각 타겟(31a 내지 31h)의 병설하는 방향으로 연속하여 존재하는 지지판(33)에 설치되어 있다.

지지판(33) 상에는, 타겟(31a 내지 31h)의 주위를 각각 둘러싸는 쉴드판(34)이 설치되고, 쉴드판(34)이 스퍼터링 시에 애노드로서의 역할을 완수함과 아울러, 타겟(31a 내지 31h)의 스퍼터면(311)의 전방에 플라즈마를 발생시켰을 때에 타겟(31a 내지 31h)의 뒤쪽으로 플라즈마가 돌아 들어가는 것을 방지한다. 타겟(31a 내지 31h)은, 진공 챔버(11) 외측에 마련한 DC 전원(스퍼터 전원, 35)에 각각 접속되어 각 타겟(31a 내지 31h)에 독립해서 소정치의 DC 전압을 인가할 수 있다.

또, 캐소드 전극(C)은, 타겟(31a 내지 31h)의 후방(스퍼터면(311)과 배향하는 방향, 도 1에서 하부)에 각각 위치시켜 마련한 자석조립체(4)를 가진다. 동일 구조의 각 자석조립체(4)는, 각 타겟(31a 내지 31h)에 평행하게 설치된 지지판(41)을 가진다. 타겟(31a 내지 31h)이 정면에서 보아 직사각형인 때, 이 지지판(41)은, 각 타겟(31a 내지 31ha)의 횡폭보다 좁고, 타겟(31a 내지 31h)의 긴 방향을 따라 그 양측으로 연장하듯이 형성한 직사각형상의 평판으로 구성된, 자석의 흡착력을 증폭하는 자성재료제이다. 지지판(41) 상에는, 그 중앙부에 막대 모양으로 배치된 중앙 자석(42)과 지지판(41)의 바깥 둘레를 따라 배치된 주변 자석(43)이 스퍼터면(311)측의 극성을 바꾸어 설치되어 있다.

중앙자석(42)의 동자화로 환산했을 때의 체적은, 예를 들어 주변 자석(43)의 동자화로 환산했을 때의 체적의 합(주변 자석: 중심 자석: 주변 자석=1:2:1)에 동일해지도록 설계되고, 각 타겟(31a 내지 31h)의 스퍼터면(311) 전방에, 균형잡힌 폐루프의 터널형상의 자속이 각각 형성된다. 이것에 의해, 각 타겟(31a 내지 31h)의 전방에서 전리한 전자 및 스퍼터에 의해 생긴 2차 전자를 포착하는 것에 의해, 각 타겟(31a 내지 31h) 전방에서의 전자 밀도를 높게 해 플라즈마 밀도가 높아져, 스퍼터율을 높게 할 수 있다.

각 자석조립체(4)는, 모터나 에어 실린더 등으로 구성되는 구동수단(5a, 5b)의 구동축(51)에 각각 연결되어 타겟(31a 내지 31h)의 병설한 방향에 따른 2개소의 위치 사이에서 평행인 동시에 등속으로 일체로 왕복운동 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 스퍼터율이 높아지는 영역을 바꾸어 각 타겟(31a 내지 31h)의 전면에 걸쳐 균등하게 침식 영역을 얻을 수 있다.

진공 챔버(11)에는, Ar 등의 희가스로 된 스퍼터 가스를 스퍼터 챔버(11a, 11b)에 각각 도입하는 가스 도입 수단(6a, 6b)이 설치되어 있다. 동일한 구조의 가스 도입 수단(6a, 6b)은, 예를 들어 진공 챔버(11)의 측벽에 설치된 가스관(61)을 가지며, 가스관(61)은, 매스-플로우 콘트롤러(62)를 개입시켜 가스 공급원(63)에 연통하고 있다. 또한, 반응성 스퍼터링에 의해 처리기판(S) 표면에 소정의 박막을 형성하는 경우에는, 산소나 질소 등의 반응성가스를 스퍼터 챔버(11a, 11b)에 각각 도입하는 다른 가스 도입 수단이 설치되어 있다.

그리고 기판반송수단(2)에 의해 처리기판(S)이 세팅된 캐리어(21)를, 한쪽의 스퍼터 챔버(11a)에서 타겟(31a 내지 31h)과 대향한 위치에 반송한다(이때, 처리기판(S)과 마스크 플레이트(13)의 개구(13a)가 상하방향으로 서로 일치하는 위치에 위치 결정시킨다). 그 다음에, 소정의 압력하에서 가스 도입 수단(5a)을 개입시켜 스퍼터 가스(나 반응 가스)를 도입해, 타겟(31a 내지 31h)에 DC 전원(35)을 개입시켜 음의 직류 전압을 인가하면, 처리기판(S) 및 타겟(31a 내지 31h)에 수직인 전계가 형성되어 타겟(31a 내지 31h)의 전방에 플라즈마 분위기가 형성된다. 그리고 플라즈마 분위기 중의 이온이 각 타겟(31a 내지 31h)을 향해 가속하여 충격시켜, 스퍼터 입자(타겟원자)가 처리기판(S)을 향해 비산되어 처리기판(S) 표면에 하나의 박막이 형성된다.

그 다음에, 하나의 박막이 형성된 처리기판(S)을 다른 스퍼터 챔버(11b)에 반송하고, 상기와 동일하게, 타겟(31a 내지 31h)에 DC 전원(35)을 개입시켜 음의 직류 전압을 인가하여 스퍼터링에 의해 처리기판(S) 표면에 형성된 하나의 박막 표면에 동일 또는 다른 종류의 다른 박막이 적층된다.

그런데 상기 스퍼터링 장치(1)에서는, 각 타겟(31a 내지 31h) 상호간의 영역(R1)에서 스퍼터 입자가 방출되지 않는다. 이 때문에, 도 2에 나타나듯이, 처리기판(S) 표면에 소정의 박막을 형성하면, 막두께 분포가 물결치듯이, 즉, 동일한 주기로 막두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복되도록 불균일하게 되며, 이러한 불균일은, 소정의 박막을 적층하면 더욱 현저하게 된다. 이 경우, 예를 들면 유리 기판에 투명 전극(ITO)을 형성하고, 액정을 봉입해 FPD를 제작했을 때, 표시면에 얼룩이 발생하는 불편이 생기므로, 상기 막두께 분포나 막질분포의 불균일을 개선할 필요가 있다.

본 실시의 형태에서는, 각 스퍼터 챔버(11a, 11b)의 사이에, 처리기판(S) 표면 중 각 타겟(31a 내지 31h) 상호간의 영역(R1)과 대향하는 개소가, 기판 반송 방향에서 서로 빗겨가도록 각 스퍼터 챔버(11a, 11b)에서의 처리기판(S)의 정지 위치를 바꾸는 것으로 했다. 즉, 하나의 스퍼터 챔버(11a 내에서 등간격으로 병설한 타겟(31a 내지 31h)에 대향한 소정 위치에 처리기판(S)을 이동시켜 스퍼터링에 의해 하나의 박막을 형성한다. 이 상태에서는, 하나의 박막은, 동일한 주기로 막두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 반복되도록 불균일하게 되어 있다.

그 다음에, 하나의 박막이 형성된 처리기판(S)을 다른 스퍼터 챔버(11b) 내에서, 각 타겟(31a 내지 31h)에 대향한 위치에 처리기판을 이동시킬 때, 각 타겟(31a 내지 31h) 상호간의 영역(R1)과 대향하는 개소가 처리기판(S)의 기판반송 방향으로 서로 빗겨나가도록 처리기판(S)의 정지 위치를 바꾸어 위치 결정한다. 결국, 다른 스퍼터 챔버(11b)에서는, 하나의 박막이 형성된 처리기판(S) 중 막두께가 두꺼운 부분을 타겟(31a 내지 31h) 상호간의 공간(23)에 각각 대향시키고, 한편, 얇은 부분을 타겟(31a 내지 31h)의 스퍼터 면(311)과 대향시킨다. 이에 의해, 거의 동일한 막두께로 다른 박막을 적층했을 때에 막두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 바뀌는 것에 의해, 두 층막으로서의 막두께가 처리기판(S) 전면에서 거의 균일하게 되어, 그 결과, 처리기판(S) 표면에서의 막두께 분포나 반응성 스퍼터링 시의 막질분포가 물결치듯이 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있다.

상기 박막 형성을 위해서 본 실시의 형태에서는, 하나의 스퍼터 챔버(11a) 내의 마스크 플레이트(13)의 개구부(13a)와, 다른 스퍼터 챔버(11b) 마스크 플레이트(13)의 개구부(13a)를, 기판 반송 방향으로 서로 비켜 가도록 형성하여, 각 스퍼터 챔버(11a, 11b)에서 타겟(31a 내지 31h)과 대향하는 위치에 반송되어 오는 처리기판(S)의 정지 위치를 정하는 기준을 이루도록 했다(도 3 참조). 그리고 처리기판(S)이 마스크 플레이트(13)의 각 개구(13a, 13b)를 면하는 위치(처리기판(S)과 개구(13a)가 상하 방향으로 일치하는 위치)에 캐리어(21)가 이동되었을 때, 이것을 검출하는 검출 수단, 예를 들면 공지 구조의 포지션 센서(6)를 진공 챔버(11)에 마련하여 위치 결정 수단을 구성했다. 이에 의해, 처리기판(S)을 복수의 스퍼터 챔버(11a, 11b)를 차례로 반송할 때에, 막두께의 두꺼운 부분과 얇은 부분이 바뀌도록 각 스퍼터 챔버(11a, 11b)에서 처리기판(S)을 정밀도 좋게 위치 결정할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 처리기판(S)을 2개의 스퍼터 챔버(11a, 11b)를 차례로 반송해 물결치는 막두께 분포나 막질분포의 불균일을 방지하는 것으로 했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 3개의 스퍼터 챔버를 마련해 기판반송 수단(2)에 의해 각 스퍼터 챔버 내에 처리기판(S)을 반송하여 삼층막을 형성하는 경우에는, 타겟 상호간의 영역과 대향하는 개소가 3개의 스퍼터 챔버에서 서 로 빗겨나가도록 각 스퍼터 챔버 내에서 처리기판을 정지시키면 좋다.

예를 들면, 삼층막 중 제1 및 제2의 박막을 형성하는 경우에, 상기와 같이, 타겟 상호간의 영역과 대향하는 개소가 서로 빗겨나가도록, 각 스퍼터 챔버 내의 처리기판의 정지 위치를 서로 비켜 놓아 박막 형성하고, 그 후, 나머지의 제３막을 형성할 경우에, 제1 및 제2의 각 박막과 제３ 박막과의 막두께가 1:1에 가까워지도록 조정하여, 제３ 박막을 형성하면 좋다. 이에 의해, 처리기판(S) 표면에서의 막두께 분포나 반응성 스퍼터링 시의 막질분포가 물결치듯이 불균일하게 되는 것이 방지된다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 복수의 스퍼터 챔버간에서 처리기판을 반송시켜 박막 형성하는 경우에 대해 설명하였지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 도 4에서 나타내듯이, 하나의 스퍼터 챔버(110) 내에서, 기판반송수단(2)의 구동 수단을 제어하여, 병설한 타겟(31a 내지 31h)에 평행하게 일정한 간격 D 또는 소정 속도(예를 들어, 1~110mm/s)로 처리기판(S)에 세팅된 캐리어(21)를 왕복 운동시키도록 스퍼터 장치(10)를 구성해도 좋다.

상기 구성에 의하면, 스퍼터링 중, 처리기판(S)을 각 타겟(31a 내지 31h)에 평행하게 일정한 간격으로 이동시키기 때문에, 처리기판(S)의 전면에 걸쳐 타겟(31a 내지 31h) 표면의 스퍼터 입자가 방출되는 영역(R1)과 대향시키는 것이 가능하다. 그 결과, 하나의 스퍼터 챔버(110)에 있어, 처리기판(S)표면에서의 막두께 분포나 반응성 스퍼터링 시의 막질분포가 물결치듯이 불균일하게 되는 것을 억제할 수 있다.

처리기판(S)이 왕복 운동의 되돌아오는 위치(P1, P2)에 도달했을 때, 기판반송수단(2)의 구동 수단을 제어하여, 이 처리기판(S)을 소정 시간(예를 들어 60초 이내) 정지하도록 해도 좋다. 이에 의해, 타겟 종류, 즉, 각 타겟의 스퍼터링 시의 비산 분포에 근거하여 처리기판(S)을 향하는 스퍼터 입자 양에 따라, 각 되돌아오는 점(P1, P2)에서의 처리기판(S)의 정지시간을 적당하게 설정하는 것만으로, 처리기판(S) 표면에 형성된 박막에 아주 작게 물결치는 막두께 분포나 막질분포가 생기는 것을 한층 더 억제할 수 있다. 이때, 자석조립체(4)를 적어도 한 번 왕복 운동시키는 것이 바람직하며, 또한, 물결치는 막두께 분포나 막질분포의 발생을 억제하는 제어의 자유도를 높이기 위해, 처리기판(S)이 한쪽의 되돌아오는 위치 P1(또는 P2)로부터 다른 쪽 P2(또는 P1)을 향해 이동할 때, 타겟(31a 내지 31h)에의 전력 투입을 정지하고, 처리기판(S)이 정지하고 있는 경우에만 박막 형성하도록 해도 좋다.

상기 어느 구성의 스퍼터 장치(1, 10)에 있어서도, 스퍼터링 중, 타겟조립체 (31, 32)는 정지 상태이기 때문에, 플라즈마의 요동에 기인한 이상 방전 (아크 방전)의 발생을 방지할 수 있어, 양호한 박막 형성이 가능하게 된다. 또한, 복수의 타겟(31, 32)보다 중량이 가벼운 처리기판(S)을 이동시키기 때문에, 복수개의 타겟조립체(31, 32)를 일체로 왕복 운동시킬 때와 같은 높은 정밀도 및 높은 토크 모터 등의 구동 수단이 필요 없다. 특별히, 본 실시의 형태의 인라인식의 스퍼터 장치(1)의 경우, 기판반송수단(2)을 이용해, 처리기판(S)을 왕복 운동시키면, 처리기판(S)의 왕복 운동용으로 다른 구동 수단을 별도로 마련할 필요는 없으며, 비용 절감을 도모할 수 있어 좋다.

게다가 본 실시의 형태에서는, 스퍼터 전원으로서 DC 전원(35)을 이용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 병설한 각 타겟(31a 내지 31h) 중, 2개가 쌍을 이루어, 한 쌍의 타겟(31a 내지 31h)에, 교류 전원으로부터 출력 케이블을 각각 접속하여, 한 쌍의 타겟(31a 내지 31h)에, 소정의 주파수(1~400KHz)로 교대로 극성을 바꾸어 전압을 인가하도록 해도 좋다. 이에 의해, 각 타겟(31a 내지 31h)이 애노드 전극, 캐소드 전극으로 교대로 변환, 애노드 전극 및 캐소드 전극간에 글로우 방전을 일으키게 하여 플라즈마 분위기가 형성되어 플라즈마 분위기 중의 이온이 캐소드 전극이 된 한쪽의 타겟(31a 내지 31h)을 향해 가속하여 충격시켜, 타겟원자가 비산되어 처리기판(S) 표면에 부착, 퇴적하여 소정의 박막을 형성할 수 있다.

한편, 반응성 스퍼터링에 의해 처리기판(S) 표면에 소정의 박막을 형성하는 경우, 반응성 가스가 치우쳐 스퍼터 챔버(11a, 11b)에 도입되면, 처리기판(S) 표면 에 반응성으로 얼룩이 생기기 때문에, 병설한 각 자석조립체(4)의 후방에, 타겟(31a 내지 31h)의 병설한 방향으로 늘어나는 적어도 1개의 가스관을 마련하고, 이 가스관의 한쪽 끝을 매스-플로우 콘트롤러를 개입시켜 산소 등의 반응성 가스의 가스 공급원에 접속시켜 반응성 가스용의 가스도입수단을 구성해도 좋다.

그리고 가스관의 타겟 측에, 동일한 지름으로 서로 소정의 간격을 두고 복수개의 분사구를 설치하여, 가스관에 형성한 분사구로부터 반응성 가스를 분사하여, 각 타겟(31a 내지 31h)의 후방의 공간에서 반응성 가스를 일단 확산시키고, 그 다음에, 병설한 각 타겟(31a 내지 31h) 상호간의 각 틈을 통해 처리기판(S)을 향해서 공급한다.

실시예 1

본 실시예 1에서는, 도 1에 나타낸 스퍼터 장치(1)를 이용하여, 스퍼터링에 의해 처리기판에 Al막을 두 층 적층했다. 각 스퍼터 챔버(11a, 11b) 내의 타겟(31a 내지 31h)으로서, 99.99%의 Al을 이용해 공지의 방법으로 200mm×2300mm×두께 16mm의 평면도에서 보아 거의 직사각형으로 성형하고, 백킹 플레이트(32)에 접합하여, 270mm의 간격을 두고 지지판(33) 상에 배치했다. 한편, 처리기판으로서 1500mm×1350mm의 외형 치수를 가지는 유리 기판을 이용했다. 타겟과 처리기판 사이의 거리를 160mm로 설정했다.

스퍼터링 조건으로서 진공 배기되어 있는 스퍼터 챔버(11a, 11b) 내의 압력이 0.5Pa로 유지되도록, 매스-플로우 콘트롤러를 제어해 Ar을 스퍼터 챔버(11a, 11b)에 각각 도입하고, 처리기판(S) 온도를 120℃로 설정했다. 또한, 하나의 스퍼터 챔버(11a)에서는, 병설한 타겟의 외곽과 같은 축이 되도록 처리기판(S)을 정지시키고, 또 다른 스퍼터 챔버(11b)에서는, 처리기판 반송 방향으로 135mm 이동시킨 위치에 처리기판(S)을 정지시키는 것으로 했다. 그리고 각 스퍼터 챔버(11a, 11b)에서 각 타겟에 30kW의 전력을 투입하고, 50초간 스퍼터링하여, 처리기판 표면에 150nm의 막두께로 두 층의 Al막을 적층해, 300nm의 Al막을 얻었다.

(비교예1)

비교예 1로서, 도 1에 나타낸 스퍼터 장치(1)를 이용해 실시예 1과 동일한 조건으로 처리기판 표면에 150nm의 막두께를 두 층 적층하여, 300nm의 Al막을 얻었다. 또한, 각 스퍼터 챔버(11a, 11b)에서, 병설한 타겟과 거의 같은 축이 되도록 처리기판(S)을 각각 정지시켰다.

이것에 의하면, 비교예 1에서는, 동일한 주기로 시트 저항값이 높은 부분과 낮은 부분이 반복하고, 그 막두께 분포는 ±12.3%였다. 반면에, 실시예 1에서는, 물결치는 막두께 분포의 진폭이 거의 1/2로 억제되어 그 막두께 분포는 ±6.6%로, 처리기판 표면에서의 막두께 분포나 막질분포가 물결치도록 불균일하게 되는 것을 억제할 수 있음을 알 수 있다.

실시예 2

본 실시예 2에서는, 도 4에 나타낸 스퍼터 장치(10)를 이용하여, 스퍼터링에 의해 처리기판에 Al막을 형성했지만, 타겟의 병설한 매수를 12매로 했다. 또한, 각 타겟으로서, 99.99%의 Al을 이용해 공지의 방법으로 180mm×2650mm×두께 16mm의 평면도에서 보아 거의 직사각형으로 성형하고, 백킹 플레이트(32)에 접합하고, 202mm의 간격을 두어 지지판(33) 상에 배치했다. 한편, 처리기판으로서 1950mm×2250mm의 외형 치수를 가지는 유리기판을 이용했다. 타겟과 처리기판 사이의 거리는 150mm로 설정했다.

스퍼터링 조건으로서 진공 배기되고 있는 스퍼터 챔버(10) 내의 압력이 0.3Pa로 유지되도록, 매스-플로우 콘트롤러를 제어해 Ar를 스퍼터 챔버(110)에 도 입하고, 처리기판(S) 온도를 120℃, 각 타겟에의 투입 전력을 75kW로 설정했다. 박막 형성 시에는, 우선, 기판반송수단(2)의 구동 수단을 제어하여 한쪽의 되돌아오는 위치(P1)에 처리기판을 이동하고, 이 상태에서, 스퍼터 시간을 40초로 설정해 스퍼터링에 의해 처리기판 표면에 300nm의 막두께로 제1의 Al막을 형성했다.

그 다음에, 일단 타겟에의 전력 투입을 정지한 후, 기판반송수단(2)에 의해 처리기판을 다른 쪽의 되돌아오는 위치(P2)로 이동하고, 이 상태에서, 스퍼터 시간을 40초로 설정하여, 스퍼터링에 의해 처리기판 표면에 300nm의 막두께로 제2의 Al막을 적층하고, 전체적으로 600nm의 막두께의 Al막을 얻었다(즉, 처리기판의 왕복 운동이 되돌아오는 위치에서 처리기판을 정지함과 아울러 각 되돌아오는 위치에서만 타겟에 전력 투입을 실시했다). 또한, 되돌아오는 위치 상호간의 간격을 100mm로 설정했다.

도 5는, 실시예 2에서 얻은 Al막의 그 긴 방향에 따른 시트 저항값의 분포(막질분포)를, 각 되돌아오는 위치(P1, P2)에서, 상기와 같은 스퍼터 조건으로 Al막(300nm)을 각각 얻었을 때의 시트 저항값의 분포와 함께 가리키는 그래프이다. 이것에 의하면, 각 되돌아오는 위치에서 Al막을 형성할 때, 동일한 주기로 시트 저항값의 높은 부분과 낮은 부분이 반복하고, 그 시트 저항값의 분포는±6.5%이었다. 반면에, 실시예 2에서는, 박막 형성 시에, 병설한 타겟에 대한 처리기판의 위치를 기판반송방향(타겟의 병설 방향)으로 비켜 놓는 것에 의해, 시트 저항값의 분포는±2.7%로, 처리기판 표면에서 막두께 분포나 막질분포가 물결치도록 불균일하게 되는 것을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

Claims

스퍼터 챔버 내에서 처리기판에 대향시켜 등간격으로 병설한 복수매의 타겟에 전력을 투입하여 스퍼터링에 의해 소정 박막을 형성할 때, 병설한 타겟에 평행하게 일정한 간격으로 처리기판을 일정 속도로 연속해서 왕복운동시키고, 상기 처리기판이 왕복운동의 되돌아오는 위치에 도달했을 때, 이 처리기판의 왕복운동을 소정시간 정지하고,

각 타겟의 전방에 터널모양의 자속을 각각 형성하는 자석조립체를 각 타겟에 각각 평행하게 일정한 속도로 왕복운동시킴과 아울러, 상기 처리기판의 왕복운동을 소정시간 정지하는 동안, 상기 터널모양의 자속의 위치를 연속해서 변화시키는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
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청구항 1에 있어서, 상기 처리기판이 한 쪽의 되돌아오는 위치에서 다른 쪽으로 향해 이동할 때, 타겟에의 전력 투입을 정지하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 처리기판의 왕복 운동이 소정 시간 정지하는 동안, 자석조립체를 적어도 한번 왕복 운동시키는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
동일한 수의 타겟이 등간격으로 병설된 복수의 스퍼터 챔버 사이에서, 각 스퍼터 챔버의 각 타겟에 대향한 위치에 처리기판을 반송하고, 이 처리기판이 있는 스퍼터 챔버 내의 각 타겟에 전력을 투입해 각 타겟을 스퍼터링하고, 처리기판 표면에 동일 또는 다른 박막을 적층하는 박막 형성 방법으로, 연속해서 박막을 형성하는 각 스퍼터 챔버 상호간에 처리기판 표면 중 각 타겟과 대향하는 영역이 기판 반송 방향으로 서로 빗겨가도록 처리기판의 정지 위치를 바꾸는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
청구항 1 또는 청구항 6에 있어서, 상기 병설된 복수의 타겟 중 쌍을 이루는 타겟마다 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 교류 전압을 인가하여, 각 타겟을 애노드 전극, 캐소드 전극으로 교대로 변환하여, 애노드 전극 및 캐소드 전극간에 글로우 방전을 일으키게 하여 플라즈마 분위기를 형성하고, 각 타겟을 스퍼터링 하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
서로 분리된 복수의 스퍼터 챔버와, 각 스퍼터 챔버 내에 동수이자 등간격으로 각각 병설한 복수의 타겟과, 각 스퍼터 챔버의 각 타겟과 대향한 위치에 처리기판을 반송하는 기판반송수단을 갖추고, 서로 연속해서 박막을 형성하는 스퍼터 챔버 사이에서, 처리기판 표면 중 각 타겟과 대향하는 영역이 기판반송 방향에서 서 로 빗겨가도록, 각 스퍼터 챔버 내에서 처리기판의 위치 결정을 실시하는 위치결정수단을 마련한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 각 스퍼터 챔버 내에서 기판반송수단과 타겟과의 사이에 처리기판이 면하는 개구부를 가지는 마스크 플레이트를 각각 마련하고, 각 마스크 플레이트의 개구부가, 연속해서 박막을 형성하는 스퍼터 챔버 사이에서, 처리기판 표면 중 각 타겟과 대향하는 영역이 기판 반송 방향으로 서로 빗겨가게 형성되고, 처리기판이 마스크 플레이트의 개구부를 면하는 위치에 반송되는 것을 검출하는 검출 수단을 마련하여 상기 위치 결정수단을 구성한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서, 상기 병설한 타겟의 후방에, 각 타겟의 전방에 터널 모양의 자속을 형성하는 자석조립체를 각각 마련하고, 상기 자석조립체를 타겟에 평행하게 왕복 운동시키는 구동 수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.