KR101700341B1

KR101700341B1 - 반응성 스퍼터 장치

Info

Publication number: KR101700341B1
Application number: KR1020167008054A
Authority: KR
Inventors: 마사키 타케이; 다쯔노리 이소베; 준야 기요다; 테츠히로 오노; 시게미츠 사토
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2017-02-13
Also published as: WO2015029264A1; JP2015178682A; TW201508077A; CN105518179A; TWI570257B; KR20170012577A; JP5801500B2; DE112013007385T5; JP6234966B2; KR102141130B1; CN105518179B; KR20160042138A; JPWO2015029264A1

Abstract

본 개시 기술의 반응성 스퍼터 장치는, 성막(成) 대상물에 형성해야 할 화합물 막의 형성영역으로 향하여 스퍼터입자를 방출하는 캐소드 장치를 구비한다. 상기 형성영역과 마주하는 공간이 대향영역이고, 상기 캐소드 장치는 부식영역을 상기 대향영역에 주사(走査)하는 주사부와, 상기 부식영역이 형성되고 주사방향에 대하여 길이가 상기 대향영역보다도 짧은 타겟을 구비한다. 상기 주사부는, 상기 주사방향으로 상기 형성영역의 두 단부의 안쪽, 상기 스퍼터입자가 먼저 도달하는 제1 단부와 상기 주사방향으로 상기 형성영역의 상기 제1 단부에 가까운 상기 타겟의 제1 단부와의 거리가, 상기 주사방향으로 150mm이상인 개시위치에서 상기 대향영역에 향하여 상기 부식영역을 주사한다.

Description

반응성 스퍼터 장치{REACTIVE SPUTTERING DEVICE}

본 개시 기술은 대형기판에 화합물막을 형성하는 반응성 스퍼터 장치에 관한 것이다.

액정 디스플레이나 유기EL디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이는, 표시소자를 구동하는 복수의 박막 트랜지스터를 구비하고 있다. 박막 트랜지스터는 채널층을 가지고, 채널층의 형성재료는, 예를 들면 인디움 갈리움 아연 산화물(indium gallium zinc oxide, IGZO) 등의 산화물 반도체이다. 근래에는, 채널층의 형성 대상인 기판이 대형화되고, 대형의 기판에 막을 형성하는 스퍼터 장치로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 복수의 타겟이 한 방향을 따라 나란하게 된 스퍼터 장치가 사용되고 있다.

특허문헌 1: 일본특허공개 2009-41115호 공보

상술한 스퍼터 장치에 기판이 마주하는 영역은, 타겟 표면 그 자체인 타겟 영역과, 두 개의 타겟 영역에 끼인 영역인 비타겟(non-target) 영역이 포함된다. 타겟 영역과 비타겟 영역에는, 생성되는 플라즈마 상태가 상호 다르게 되기 위하여, 기판에 있어서는 타겟 영역과 마주하는 부분과 비타겟 영역을 마주하는 부분이 도달하는 스터퍼 입자의 상태, 예를 들면 도달하는 입자의 양이나, 스퍼터 입자가 포함하는 산소의 양이 다르게 된다. 결과적으로, 기판에 형성되는 IGZO막의 면에는, IGZO막에 요구되는 전기적 특성이 불규칙하게 된다.

IGZO막이 채널층으로 사용되는 경우에는, 게이트 산화막이라는 계면을 형성하는 IGZO막의 상태에 따라, 박막 트랜지스터의 특성이 크게 좌우된다. 이에 따라, 채널층인 IGZO막에 상술한 불규칙함이 있으면, 복수의 박막 트랜지스터 각각의 동작이 기판 면에서 불규칙하게 된다.

이러한 막 특성의 불규칙함은, 박막의 형성재료가 IGZO인 경우로 제한되지 않고, 기판에 대향하는 영역에 배열되는 복수의 부식영역(erosion regions)을 이용하는 스퍼터를 통하여, 한 개의 기판에 반응성 스퍼터법에 따라 산화막이나 질화막 등의 화합물막이 형성되는 경우에 생긴다.

본 개시 기술은, 화합물과 화합물막 이외의 다른 부재와의 경계에서 화합물막의 특성이 불규칙한 것을 억제하는 반응성 스퍼터 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 일 측면은, 성막(成) 대상물에 형성해야 할 화합물 막의 형성영역으로 향하여 스퍼터입자를 방출하는 캐소드 장치를 구비한다. 상기 형성영역과 마주하는 공간이 대향영역이고, 상기 캐소드 장치는 부식영역을 상기 대향영역에 주사(走査)하는 주사부와, 상기 부식영역이 형성되고 주사방향에 대하여 길이가 상기 대향영역보다도 짧은 타겟을 구비한다. 상기 주사부는, 상기 주사방향으로 상기 형성영역의 두 단부의 안쪽, 상기 스퍼터입자가 먼저 도달하는 제1 단부와 상기 주사방향으로 상기 형성영역의 상기 제1 단부에 가까운 상기 타겟의 제1 단부와의 거리가, 상기 주사방향으로 150mm이상인 개시위치에서 상기 대향영역에 향하여 상기 부식영역을 주사한다.

본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 일 면에 따르면, 타겟으로의 전력 제공이 개시될 때, 타겟으로부터 방출되는 스퍼터입자의 대부분이, 스퍼터입자의 입사각도에 관계없이, 형성영역에 도달하기 어렵게 된다.

전력이 제공될 때 타겟으로부터 방출되는 스퍼터입자는, 전력이 계속 공급될 때 소정의 시각에 타겟으로부터 방출되는 스퍼터입자와 비교할 때, 스퍼터입자가 가지는 에너지나, 산소의 활성종(活性種)과 반응 확률 등이 다르다. 이에 따라, 전력이 제공될 때의 스퍼터입자가 형성영역에 도달하면, 그 이후에 기판에 도달한 스퍼터입자에 의해 형성되는 부분과는 다른 막 성질의 화합물막이 형성된다.

이런 점에서, 형성영역의 제1단부와 타겟의 제1단부 사이의 거리가 주사방향으로 150mm이상이기 때문에, 화합물막의 형성 초기의 분자층에 막의 조성이 불규칙한 것이 억제된다. 결과적으로, 화합물막과 화합물막 이외의 막과의 경계에의 화합물막의 특성이 불규칙한 것이 억제된다.

본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면은, 상기 부식영역은 상기 타겟에 형성되는 2개의 부식영역 중 1개이고, 상기 2개의 부식영역은 상기 개시위치에서 상기 형성영역의 상기 제1 단부에 가까운 제 1 부식영역과, 상기 형성영역의 제1 단부로부터 먼 제2 부식영역을 포함한다. 상기 캐소드 장치는, 상기 개시위치에서 상기 주사방향에 대하여 상기 타겟의 상기 제1 단부와 상기 형성영역의 상기 제1 단부와의 사이에 배치되는 차폐부를 구비한다. 상기 차폐부는, 상기 제1 부식영역으로부터 상기 타겟이 향하는 방향으로 방출되는 상기 스퍼터입자 중, 상기 형성영역으로의 입사각도가 30°이하인 스퍼터입자를 상기 형성영역에 도달하지 않게 한다.

제1 부식영역부터 방출되는 스퍼터입장 중 타겟의 향하는 방향에 방출되는 복수의 스퍼터입자는, 제1 부식영역과 인접하는 제2 부식영역에 향하여 날아가지 않는다. 이에 따라, 제1 부식영역에 향하여 비행하는 복수의 스퍼터입자와 비교할 때, 비행경로가 플라즈마 밀도의 높은 영역을 지나지 않는다. 스퍼터입자가 플라즈마에 포함되는 활성종과 반응하는 확률이 작아지고, 형성영역에 형성된 화합물막에 단위 두께나 단위 면적 당의 반응가스에 포함되는 원자의 밀도가 작게 된다. 결과적으로, 화합물막의 단위 두께나 단위 면적 당 조성에 불규칙함이 생긴다.

한편 스퍼터입자의 입사각도가 작을수록, 스터퍼입자가 형성영역에 도달할 때까지의 스퍼터입자의 비행거리가 크게 되기 때문에, 스퍼터입자가 플라즈마 밀도의 높은 영역을 넘어가는 공간에, 스퍼터 가스 등의 활성종 이외의 입자와 충돌하는 횟수가 크게 된다. 그에 의해, 화합물막을 형성하는 스퍼터입자의 에너지에 불규칙함이 생기기 때문에, 형성되는 화합물막에 막 밀도에 불규칙함이 생긴다. 결과적으로, 입사각도가 작은 스퍼터입자가 화합물막에 포함될수록, 화합물막의 막 특성에 불규칙함이 생긴다.

이러한 점에서, 본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면에 따르면, 차폐부는 입사각도가 30°이하인 스퍼터입자를 기판에 도달시키지 않기 때문에, 화합물막의 단위 두께나 단위 면적에의 막 특성의 불규칙함을 억제한다.

본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면은, 상기 차폐부가, 2개의 차폐부 중에 하나인 제1 차폐부가 있고, 상기 개시위치에서 상기 주사방향에 대하여 상기 형성영역부터 먼 상기 타겟의 단부인 제2 단부보다도 상기 형성영역부터 떨어진 위치에 배치되는 차폐부가 제2 차폐부이다. 상기 제2 차폐부는, 상기 제2 부식영역으로부터 상기 타겟이 향하는 방향과는 반대 측에 향하여 방출되는 스퍼터입자 중에, 상기 형성영역으로의 입사각도가 30°이하인 스퍼터입자를 상기 형성영역에 도달시키지 않는다.

본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면에 따르면, 제1 부식영역부터 방출되고 최초에 형성영역에 도출하는 스퍼터입자에 연속하여 형성영역에 도출하는 스퍼터입자도 입사작도가 30°보다 큰 스퍼터입자로 한정된다. 결과적으로, 화합물막이 입사각도가 제한되는 스퍼터입자에 따라 형성되기 때문에, 화합물 막의 두께 방향의 전체에 단위 두께나 단위 면적에의 조성 또는 막 밀도의 불규칙함이 억제된다. 결과적으로, 막 특성의 불규칙함이 억제된다.

본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면은, 상기의 타겟이 상기 주사방향에 따라 나열된 2 개의 타겟 중 하나로서, 상기 2개의 타겟은 상기 개시위치에서 상기 형성영역에 가까운 제1 타겟과, 상기 제1 타겟보다도 상기 형성영역에서 먼 제2 타겟을 포함한다. 상기 제2 차폐부는 상기 제1 타겟의 상기 제1 부식영역부터 상기 타겟이 향하는 방향과는 반대의 방향으로 방출되는 상기 스퍼터입자 중, 상기 형성영역으로의 입사각도가 9°이하인 스퍼터입자를 상기 형성영역에 도달시키지 않는다.

제1 부식영역부터 방출되는 스퍼터입자 중, 타겟의 향하는 방향과는 반대의 방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자는, 제1 타겟의 제2 부식영역 및 제2 타겟의 각 부식영역으로 향하여 비행한다. 이를 위해, 제1 부식영역부터 방출된 복수의 스퍼터입자의 비행경로는, 기판에 도달할 때까지 플라즈마 밀도의 높은 영역, 즉 다른 부식영역부터 스퍼터입자의 비행하는 공간에 연장되는 수직 자장이 0인 영역을 지난다.

그러나, 입사각도가 9°이하인 스퍼터입자에는, 입사각도가 보다 큰 입자와 비교할 때, 플라즈마 밀도의 높은 영역을 넘어서부터 형성영역까지의 비행거리가 길어짐에 따라, 플라즈마 밀도의 높은 영역을 넘은 공간에 스퍼터입자가 스퍼터 가스 등의 활성종 이외의 입자와의 충돌하는 회수가 크게 된다. 그에 따라, 스퍼터입자에 있는 에너지가 작게 되고, 화합물막의 막 밀도가 작게 된다. 결과적으로, 화합물막의 막 밀도가 이론적 밀도로부터 멀어짐에 따라, 화합물막의 막 특성이 낮아지게 된다.

이러한 점에, 본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면에 따르면, 제2 차폐부가 상술한 입사각도 9°이하인 스퍼터입자를 형성영역에 도달시키기 위해, 화합물막의 막 밀도가 작게 되는 것을 억제된다.

본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면은, 상기 캐소드 장치가, 상기 타겟에 대응하는 상기 형성영역과는 반대측에 배치되고, 상기 타겟에 상기 부식영역을 형성하는 자기회로와, 상기 주사방향으로 상기 자기회로를 상기 타겟의 상기 제1 단부와 제2 단부와의 사이에서 주사하는 자기회로 주사부를 구비한다. 상기 자기회로 주사부는 상기 개시위치에서 상기 자기회로를 상기 타겟의 상기 제1 단부와 상기 주사방향으로 겹치는 위치에 배치한다.

본 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면에 따르면, 자기회로가 제1 단부와 제2 단부와의 사이의 다른 위치에 배치되는 경우와 비교할 때, 자기회로의 형성하는 부식과 형성영역의 제1 단부와의 거리가 가장 작게 된다. 그에 따라, 형성영역의 제1 단부의 근방에는, 자기회로가 다른 위치에 배치되는 경우와 비교할 때, 입사각도가 보다 큰 스퍼터입자가 도달한다. 결과적으로, 화합물막에 대해서 조성이나 막 밀도의 불규칙함이 보다 억제된다.

본 실시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면은, 상기 주사부가 상기 타겟에 상기 대향영역을 1회 통과될 때, 상기 자기회로 주사부가 상기 자기회로를 상기 타겟의 상기 제1 단부부터 상기 제2 단부에 향하여 1회 주사한다.

타겟이 대항영역을 1회 통과하고 화합물막을 형성할 때, 자기회로가 제1 단부와 제2 단부와의 사이를 복수 회 오고 가고, 타겟의 주사방향에 대한 자기회로의 주사방향이 변할 때 마다 타겟의 표면에 형성되는 플라즈마의 상태도 변화하기 때문에, 형성영역에 향하여 방출되는 스퍼터입자의 수도 변한다. 결과적으로, 타겟의 주사방향에 대하여 화합물막의 두께에 불규칙함이 생긴다.

이러한 점에서, 본 개시 기술에서 반응성 스퍼터의 다른 면에 따르면, 타겟에 대응하는 자기회로의 상대속도가 변하지 않기 때문에, 타겟의 주사방향에 대해서 화합물막의 두께에 불규칙함이 생기는 것이 억제된다.

본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면은, 상기 캐소드 장치가 상기 주사방향으로 상기 2개의 타겟의 사이에 배치되는 제3 차폐부를 구비한다.

본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면에 따르면, 각 타겟의 부식영역부터 방출되는 스퍼터입자 중, 형성영역에 도달하는 스퍼터입자의 비행경로의 최대치가 작게 된다. 그에 따라, 스퍼터입자와 플라즈마 사이의 다른 입자와의 충돌하는 횟수의 최대치도 작게 된다. 그래서, 스퍼터입자에 있는 에너지의 최소치가 크게 되고, 화합물막의 막 밀도가 작게 되는 것이 억제된다.

본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면은, 상기 캐소드 장치가 2개의 캐소드 장치 중 하나이고, 상기 2개의 캐소드 장치에는 각 캐소드 장치에 있는 상기 타겟의 형성재료에 관해 주요한 성분이 상호 다르다. 상기 2개의 캐소드 장치 중 일방의 캐소드 장치를 주사부가 주사할 때, 타방의 캐소드 장치를 주사부가 주사하지 않는다.

본 개시 기술에서 반응성 스퍼터 장치의 다른 면에 따르면, 2개의 화합물막에서 구성되는 적층막에 관하여, 각 화합물막에 대한 다른 막과의 경계의 조성이 불규칙하게 되는 것을 억제된다.

도 1은 본 개시 기술에서 제1 실시형태의 스퍼터 장치의 전체구성을 기판과 함께 모식적으로 보이는 구성도이다.
도 2는 스퍼터 챔버의 구성을 모식적으로 보이는 구성도이다.
도 3은 캐소드 유닛의 구성을 모식적으로 보이는 구성도이다.
도 4는 스퍼터 챔버의 작용을 설명하기 위한 작용도이다.
도 5는 스퍼터 챔버의 작용을 설명하기 위한 작용도이다.
도 6은 스퍼터 챔버의 작용을 설명하기 위한 작용도이다.
도 7은 본 개시 기술에서 제2 실시형태의 캐소드 유닛의 구성을 모식적으로 보이는 구성도이다.
도 8은 본 개시 기술에서 제3 실시형태의 스퍼터 챔버의 구성을 모식적으로 보이는 구성도이다.
도 9는 스퍼터 챔버의 작용을 설명하기 위한 작용도이다.
도 10은 스퍼터 챔버의 작용을 설명하기 위한 작용도이다.
도 11은 실시예에서 박막 트랜지스터의 단면 구성을 보이는 단면도이다.
도 12는 시험예 1에 관해 형성영역에 도달하는 스퍼터입자의 입사각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 시험예 2에 관해 형성영역에 도달하는 스퍼터입자의 입사각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 시험예 3에 관해 형성영역에 도달하는 스퍼터입자의 입사각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 시험예 4에 관해 형성영역에 도달하는 스퍼터입자의 입사각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 시험예 1부터 시험예 4까지에 관해 입사각도와 역치전압의 변화량의 관계를 보여주는 표이다.
도 17은 시험예에서 입사각도와 막밀도와의 관계를 보여주는 표이다.
도 18은 변형예에서 스퍼터 챔버의 구성을 모식적으로 보여주는 모식도이다.
도 19는 변형예에서 캐소드 유닛의 구성을 모식적으로 보여주는 모식도이다.
도 20은 번형예에서 스퍼터 장치의 구성을 모식적으로 보여주는 모식도이다.

[제1 실시예]

도 1부터 도 6을 참고하여 스퍼터 장치의 제1 실시형태를 설명한다. 이하에서는, 스퍼터 장치의 전체 구성, 스퍼터 챔버의 구성, 캐소드 유닛의 구성 및 스퍼터 챔버의 작용을 순서대로 설명한다. 이하에서는, 기판에 형성되는 화합물막이 인디움 갈리움 아연 산화물막(indium gallium zinc oxide, IGZO막)이 되는 경우를 스퍼터 장치의 일 예로 설명한다.

[스퍼터 장치의 전체 구성]

도 1을 참고하여 스퍼터 장치의 전체 구성을 설명한다.

도 1에 나타난 바와 같이, 스퍼터 장치(10)에는 반출입 챔버(11), 전처리 챔버(12) 및 스퍼터 챔버(13)가 하나의 방향인 반송방향에 따라 배열되어 있다. 3개의 챔버 각각은 상호 인접하는 다른 챔버와 게이트 밸브(14)에 의해 연결되어 있다. 3개의 챔버 각각에는 챔버 내부를 배기하는 배기부(15)가 연결되고, 3개의 챔버 각각은 배기부(15)의 구동에 따라 개별적으로 감압된다. 3개의 챔버 각각의 바닥 면에는 반송방향에 따라 연장하여 상호 평행한 2개의 레인(lane)인 성막 레인(16)과 회수 레인(17)이 깔아져 있다.

성막 레인(16)과 회수 레인(17)은, 예를 들면, 반송방향을 따라 연장되는 레일(rail)과 반송방향을 따라 배치되는 복수의 롤러(roller)와 복수의 롤러 각각을 자전시키는 복수의 모터 등으로 구성된다. 성막 레인(16)은 스퍼터 장치(10) 내부의 반입된 트레이(T)를 반출입 챔버(11)로부터 스퍼터 챔버(13)로 향하여 반송하고, 회수 레인(17)은 스퍼터 챔버(13)의 내부에 반입된 트레이(T)를 스퍼터 챔버(13)로부터 반출입 챔버(11)로 향하여 반송한다.

트레이(T)에는, 도면의 앞으로 향하여 연장된 사각 형태의 기판(S)이 세워진 상태로 고정되어 있다. 기판(S)의 폭은, 예를 들면, 반송방향을 따라 2200mm이고, 도면의 앞 방향으로 2500mm이다.

반출입 챔버(11)는, 스퍼터 장치(10)의 외부로부터 반입되는 성막 전의 기판(S)을 전처리 챔버(12)로 반송하고, 전처리 챔버(12)로부터 반입된 성막 후의 기판(S)을 스퍼터 장치(10)의 외부로 반출한다. 성막 전의 기판(S)이 외부로부터 반출입 챔버(11)로 반입되는 때, 또는 성막 후의 기판(S)이 반출입 챔버(11)로부터 외부로 반출되는 때, 반출입 챔버(11)는 내부를 대기압까지 승압한다. 성막 전의 기판(S)이 반출입 챔버(11)로부터 전처리 챔버(12)로 반입되는 때, 또는 성막 후의 기판(S)이 전처리 챔버(12)로부터 반출입 챔버(11)로 반출되는 때, 반출입 챔버(11)는 전처리 챔버(12)의 내부와 같은 정도까지 내부를 감압한다.

전처리 챔버(12)는, 반출입 챔버(11)로부터 전처리 챔버(12)로 반입된 성막 전의 기판(S)에 성막에 필요한 처리를 하고, 예를 들면 가열처리나 세척처리 등을 행한다. 전처리 챔버(12)는 반출입 챔버(11)로부터 전처리 챔버(12)로 반출된 기판(S)을 스퍼터 챔버(13)로 반입한다. 또는 전처리 챔버(12)는 스퍼터 챔버(13)로부터 전처리 챔버(12)로 반출된 기판(S)을 반출입 챔버(11)로 반출한다.

스퍼터 챔버(13)는, 기판(S)을 향하는 스퍼터입자를 방출하는 캐소드 장치(18) 및 성막 레인(16)과 회수 레인(17)과의 사이에 배치된 레인 변경부(19)를 구비하고 있다. 스퍼터 챔버(13)는, 전처리 챔버(12)로부터 스퍼터 챔버(13)로 반입된 성막 전의 기판(S)에 대하여, 캐소드 장치(18)를 이용하여 IGZO막을 형성한다. 스퍼터 챔버(13)는 레인 변경부(19)를 이용하여 성막 후의 트레이(T)를 성막 레인(16)으로부터 회수 레인(17)으로 이동시킨다.

[스퍼터 챔버의 구성]

도 2를 참조하여 스퍼터 챔버의 구성을 보다 상세하게 설명한다.

도 2에 나타난 바와 같이, 스퍼터 챔버(13)의 성막 레인(16)은, 전처리 챔버(12)로부터 스퍼터 챔버(13)로 반출된 기판(S)을 반송방향을 따라 반송하고, 기판(S)에의 박막의 형성이 개시될 때부터 종료될 때까지의 사이는 성막 레인(16)의 도중에서 트레이(T)의 위치를 고정한다. 트레이(T)의 위치가 트레이(T)를 지지하는 지지부재에 따라 고정되는 때, 기판(S)에서 반송방향의 모서리 위치도 고정된다.

스퍼터 챔버(13)의 가스 제공부(21)는, 트레이(T)와 캐소드 장치(18)와 사이의 틈에 스퍼터에 이용되는 가스를 제공한다. 가스 제공부(21)로부터 제공되는 가스에는 아르곤 가스 등의 스퍼터 가스와 산소 가스 등의 반응성 가스가 포함된다.

캐소드 장치(18)는 한 개의 캐소드 유닛(22)을 가지고, 캐소드 유닛(22)은 기판(S)의 표면에 대향하는 평면을 따라 배치되어 있다. 캐소드 유닛(22)에는 타겟(23), 백킹 플레이트(backing plate, 24) 및 자기회로(磁回路, 25)가 기판(S)의 가까운 측으로부터 순서대로 배치되어 있다.

타겟(23)은, 기판(S)과 대향하는 평면을 따라 평판 형태로 형성되고, 도면과 직교하는 방향인 높이 방향에 있어서 기판(S)보다도 긴 폭을 가지고, 또는 반송방향에 있어서 기판(S)보다도 작은 폭, 예를 들면 5분의 1정도의 폭을 가진다. 타겟(23)의 형성재료로는 주로 성분이 IGZO이고, 예를 들면 타겟(23)의 형성재료 중의 95질량%가 IGZO이고, 바람직하게는 99질량%이상이 IGZO이다.

백킹 플레이트(24)는, 기판(S)과 대향하는 평면을 따른 평판 형태로 형성되고, 타겟(23)에서 기판(S)과 대향하지 않는 면에 접합된다. 백킹 플레이트(24)에는 직류전원(26D)이 접속되어 있다. 직류전원(26D)으로부터 제공되는 직류전력은 백킹 플레이트(24)를 통하여 타겟(23)에 제공된다.

자기회로(25)는, 상호 다른 자극을 가지는 복수의 자성체에 의해 구성되고, 타겟(23)의 표면에 있어서 기판(S)과 마주하는 타겟(23)의 면에 마그넷트론 자장(magnetron magnetic field)을 형성한다. 타겟(23)의 표면에 대한 법선을 따른 방향이 법선방향인 때, 타겟(23)의 표면(23a)과 기판(S)의 표면(Sa)과의 사이의 틈에 생성되는 플라즈마의 밀도는, 자기회로(25)가 형성하는 마그넷트론 자장 중 법선방향을 따른 자장 성분이 0(B⊥0)인 부분에 있어서 가장 높게 된다. 이하에서는, 자기회로(25)가 형성하는 마그넷트론 자장 중 법선방향에 따른 자장성분이 0인 영역이 플라즈마 밀도가 높은 영역이다.

캐소드 장치(18)는, 캐소드 유닛(22)을 하나의 방향인 주사방향을 따라 이동시키는 주사부(走査部, 27)를 구비한다. 주사방향은, 반송방향과 평행인 방향이다. 주사부(27)는, 예를 들면 주사방향을 따라 연장되는 레일과, 캐소드 유닛(22)에 대하여 높이 방향의 2개의 단부 각각에 붙어 있는 롤러와, 롤러 각각을 자전시키는 복수의 모터 등으로 구성된다. 주사부(27)의 레일은, 주사방향에 대하여 기판(S)보다도 긴 폭을 가진다. 한편, 주사부(27)는, 주사방향을 따라 캐소드 유닛(22)을 이동시키는 것이 가능하다면, 다른 구성으로 구체화되는 것도 좋다.

주사부(27)는, 캐소드 유닛(22)을 주사방향을 따라 이동시키는 것에 의해, IGZO막의 형성영역(R1)과 대향하는 공간인 대향영역(R2)에 캐소드 유닛(22)을 주사한다. 성막대상물의 일례인 기판(S)에서 표면(Sa)의 전체가, IGZO막의 형성영역(R1)의 일례이다. 주사부(27)는, 캐소드 장치(18)가 스퍼터입자를 방출하고 IGZO막의 형성을 개시하는 때, 예를 들면 주사부(27)에서 주사방향의 일 단부인 개시위치(St)에서 주사방향의 타단부인 종료위치(En)에 향하여 주사방향을 따라 캐소드 유닛(22)을 이동시킨다. 그에 따라, 주사부(27)는 캐소드 유닛(22)의 타겟(23)을 형성영역(R1)과 대향하는 대향영역(R2)에 주사한다.

형성영역(R1)과 대향영역(R2)이 대향하는 방향이 대향방향이다. 대향방향에서 기판(S)의 표면(Sa)과 타겟(23)의 표면(23a)과의 사이 거리는 300mm이하이고, 예를 들면 150mm이다.

캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)에 배치되었을 때, 주사방향으로 형성영역(R1)의 2개의 단부 중 스퍼터입자가 먼저 도달하는 제1 단부(Re1)와 주사방향으로 제1 단부(Re1)에 가까운 타겟(23)의 제1 단부(23e1)와의 사이의 주사방향을 따른 거리가 150mm이상이다. 캐소드 유닛(22)이 종료위치(En)에 위치하는 때, 주사방향의 형성영역(R1)의 2개의 단부 중 스퍼터입자가 나중에 도달하는 제2 단부(Re2)와 주사방향으로 제2 단부(Re2)에 가까운 타겟(23)의 제2 단부(23e2)와의 사이의 주사방향에 따른 거리가 150mm이상이다.

한편, 형성영역(R1)에 IGZO막이 형성될 때, 주사부(27)는 캐소드 유닛(22)을 개시위치(St)로부터 종료위치(En)에 향하여 주사방향을 따라 1회 주사함이 바람직하다. 또는, 주사부(27)는, 캐소드 유닛(22)을 개시위치(St)로부터 종료위치(En)에 향하여 주사방향을 따라 주사한 후에 종료위치(En)에서부터 개시위치(St)를 향하여 주사방향을 따라 주사하는 것도 바람직하다. 그에 의해, 주사부(27)는 캐소드 유닛(22)을 주사방향을 따라 2회 주사한다. 주사부(27)는, 캐소드 유닛(22)을 주사방향을 따라 개시위치(St)와 종료위치(En)에 상호 이동시킴에 의해, 캐소드 유닛(22)을 개시위치(St)와 종료위치(En)의 사이에 복수 회 주사해도 바람직하다. 주사부(27)가 캐소드 유닛(22)을 주사하는 횟수는 IGZO막의 두께에 맞추어 변경되고 캐소드 유닛(22)의 주사횟수 이외의 조건은 같다면, IGZO막의 두께가 클수록 주사부(27)가 캐소드 유닛(22)을 주사하는 횟수가 크게 설정된다.

[캐소드 유닛의 구성]

도 3을 참조하여 캐소드 유닛(22)의 구성을 보다 상세하게 설명한다. 한편, 도3에는 도 2에서 설명된 개시위치(St)에 캐소드 유닛(22)이 배치된 상태가 나타난다.

도 3에 나타난 바와 같이, 기판(S)의 표면(Sa)이 배치되는 평면이 가상평면 Pid이고, 가상평면(Pid)과 교차하는 직선이 법선 Lv이다. 타겟(23)에서 기판(S)과 마주하는 면인 표면(23a)은, 가상평면(Pid)과 평행한 하나의 평면 상에 배치되어 있다.

타겟(23)의 표면(23a) 상에 마그넷트론 자장(B)을 형성하는 자기회로(25)는, 법선(Lv)을 따라 자장성분이 0(B⊥0)인 2개의 수직자장 제로영역을 타겟(23)의 표면(23a)에 형성한다. 타겟(23)의 표면(23a)에는, 대체로 2개의 수직자장 제로영역부터 스퍼터입자(SP)가 방출된다. 2개의 제로 자장영역 중, 주사방향으로 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)에 가까운 수직자장 제로영역이 제1 부식영역(erosion regions, E1)이고, 제1 단부에서부터 먼 수직자장 제로영역이 제2 부식영역(E2)이다.

자기회로(25)는, 도면과 직교하는 높이방향에 대해서 타겟(23)과 거의 같은 폭을 가지고, 주사방향에 대해서, 예를 들면 타겟(23)의 3분의 1정도의 폭을 가진다.

캐소드 유닛(22)은, 제1 부식영역(E1) 및 제2 부식영역(E2)으로부터 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP) 중의 일부를 기판(S)에 도달시키지 않는 2개의 차폐판(28a, 28b)을 구비한다. 2개의 차폐판(28a, 28b)은, 높이방향에 대해서 타겟(23)과 거의 같은 폭을 가지고, 주사방향에 직교하는 폭 방향에 대하여 타겟(23)의 표면(23a)으로부터 가상의 평면에 향하여 돌출되어 있다. 제1 차폐판(28a)과 제2 차폐판(28b)은, 폭 방향에 대하여 돌출된 폭이 상호 같다. 제1 차폐판(28a)이 제1 차폐부의 일례이고, 제2 차폐판(28b)이 제2 차폐부의 일례이다.

일방의 차폐판인 제1 차폐판(28a)은, 캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)에 배치되어 있을 때, 주사방향으로 형성영역(R1)에 대하여 스퍼터입자(SP)가 먼저 도달하는 제1 단부(Re1)와, 타겟(23)에 대한 제1 단부(Re1)에 가까운 제1 단부(23e1)와의 사이에 배치된다. 타방의 차폐판인 제2 차폐판(28b)은, 캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)에 배치되어 있을 때, 주사방향으로 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)로부터 먼 타겟(23)의 단부인 제2 단부(23e2)보다도 형성영역(R1)으로부터 떨어진 위치에 배치된다.

캐소드 유닛(22)은, 타겟(23)에 대응하여 자기회로(25)의 위치를 변화시키는 자기회로 주사부(29)를 구비한다. 자기회로 주사부(29)는, 예를 들면 주사방향을 따라 연장되는 레일과, 자기회로(25)에 대하여 높이방향의 2개의 단부 각각에 붙어 있는 롤러와, 롤러의 각각을 자전시키는 복수의 모터 등으로 구성된다. 자기회로 주사부(29)의 레일은, 주사방향에 대하여 타겟(23)과 거의 같은 폭을 가진다. 한편, 자기회로 주사부(29)는, 주사방향을 따라 캐소드 유닛(22)을 이동시키는 것이 가능하다면, 다른 구성으로 구체화되어도 좋다.

자기회로 주사부(29)는, 주사방향으로 타겟(23)의 제1 단부(23e1)와 자기회로(25)가 겹치는 제1 위치(P1)와, 타겟(23)의 제2 단부(23e2)와 자기회로(25)가 겹치는 제2 위치(P2)의 사이에, 자기회로(25)를 주사한다. 자기회로 주사부(29)는, 캐소드 장치(18)가 스퍼터입자(SP)를 방출하고 IGZO막의 형성을 개시하는 때, 자기회로(25)를 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 향하여 이동시킨다. 자기회로 주사부(29)는, 주사부(27)가 캐소드 유닛(22)을 개시위치(St)로부터 종료위치(En)로 향하여 이동시킬 때, 예를 들면 자기회로(25)를 제1 위치(P1)에서부터 제2 위치(P2)로 향하여 이동시킨다. 또한, 자기회로(25)는, 캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)에서부터 종료위치(En)로의 이동을 개시한 때 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로의 이동을 개시하고, 캐소드 유닛(22)이 종료위치(En)에 도달하는 때 제2 위치(P2)에 도달한다. 이에 의해, 자기회로 주사부(29)는, 주사방향을 따라 캐소드 유닛(22)의 이동방향과는 역방향으로 자기회로(25)를 이동시킨다.

주사부(27)가 캐소드 유닛(22)을 개시위치(St)로부터 종료위치(En)를 향하여 주사하고 타겟(23)의 대향영역(R2)을 1회 통과시킬 때, 자기회로 주사부(29)는 자기회로(25)를 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 향하여 1회 주사시키는 것이 바람직하다.

타겟(23)이 대향영역(R2)을 1회 통과하여 IGZO막을 형성하는 때, 자기회로(25)가 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)의 사이를 복수 회 오고 가면 타겟(23)의 주사방향에 대하여 자기회로(25)의 주사방향이 변할 때 마다, 타겟(23)에 대응하는 자기회로(25)의 상대속도가 변한다. 자기회로(25)의 상대속도가 변하면, 타겟(23)의 표면(23a)에 형성되는 플라즈마의 상태도 변하기 때문에 형성영역(R1)에 향하여 방출되는 스퍼터입자(SP)의 수도 변한다. 결과적으로, 타겟(23)의 주사방향에 대하여 IGZO막의 두께에 불규칙함이 생긴다.

그 때문에, 주사부(27)가 타겟(23)에 대향영역(R2)을 1회 통과시킬 때, 자기회로 주사부(29)가 자기회로(25)를 제1 위치(P1)에서부터 제2 위치(P2)로 향하여 1회 주사하는 것에 의해, 주사방향에 대하여 IGZO막의 두께에 불규칙함이 생기는 것이 억제된다.

자기회로 주사부(29)가 주사방향을 따라 자기회로(25)를 이동시키는 때, 자기회로(25)가 형성하는 수직자장 제로영역도 주사방향을 따라 이동한다. 그에 따라, 제1 부식영역(E1) 미 제2 부식영역(E2)도 주사방향을 따라 타겟(23)의 표면(23a) 상을 이동한다. 또한, 주사부(27)가 주사방향을 따라 캐소드 유닛(22)을 대향영역(R2)으로 주사할 때, 주사부(27)는 제1 부식영역(E1) 및 제2 부식영역(E2)도 대향영역(R2)으로 주사한다.

수직자장 제로영역인 각 부식영역(E)으로부터 방출되는 스퍼터입자(SP)의 비행경로(F)에 따른 평면과, 가상평면(Pid), 즉 기판(S)의 표면(Sa)이 형성하는 각도가 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)이다.

각 차폐판(28a, 28b)은 각 부식영역(E)으로부터 방출된 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 입사각도(θ)가 소정의 범위에 포함되는 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)인 기판(S)의 표면(Sa)에 도달시키지 않는다. 한편, 제1 차폐판(28a)과 제2 차폐판(28b)은, 주사방향으로 배치되는 위치가 상호 다르지만, 기판(S)에 도달하는 스퍼터입자(SP)의 제한에 관련한 구성은 공통이다. 그 때문에, 제1 차폐판(28a)을 상세하게 설명하고 제2 차폐판(28b)의 설명을 생략한다.

자기회로(25)가 제1 위치(P1)에 배치될 때, 주사방향으로 제1 부식영역(E1)과 제1 차폐판(28a)과의 사이의 거리가 가장 작게 된다. 그 때문에, 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 마주하는 방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 제1 차폐판(28a)에 충돌하는 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ1)의 범위가 가장 크게 된다. 제1 차폐판(28a)은, 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출하는 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 입사각도(θ1)가 예를 들면 60° 이하인 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달하지 못하게 한다.

한편, 자기회로(25)가 제2 단부(P2)에 배치될 때, 주사방향에 대하여 제1 부식영역(E1)과 제1 차폐판(28a)과의 사이의 거리가 가장 크게 된다. 그 때문에, 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 제1 차폐판(28a)에 충돌하는 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ2)의 범위가 가장 작게 된다. 제1 차폐판(28a)은 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 입사각도(θ2)가 30°이하인 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달하지 못하게 한다.

즉, 제1 차폐판(28a)은 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 스퍼터입자(SP) 중, 주사방향에 대하여 자기회로(25)의 위치에 무관하게, 입사각도(θ)가 30° 이하인 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달하지 못하게 한다.

여기서, 제1 부식영역(E1)으로부터 방출되는 스퍼터입자(SP) 중, 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP)는 제1 부식영역(E1)과 이웃하는 제2 부식영역(E2)으로 향하여 비행하지 않는다. 그 때문에, 비행경로(F)가, 다른 부식영역으로부터 스퍼터입자(SP)가 비행하는 공간을 향하여 높이방향을 따라 연장되는 B⊥0의 영역을 지나지 않는다. 그러므로, 스퍼터입자(SP)가 플라즈마에 포함되는 산소의 활성종과 반응하는 확률이 작게 되고, 이러한 스퍼터입자(SP)로 구성되는 IGZO막에서 단위두께나 단위면적 당의 산소의 밀도가 작게 된다. 이에 의해, IGZO막의 면 내부에 있어서 막의 구성에 불규칙함이 생긴다.

한편, 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)가 작을수록, 플라즈마 밀도가 높은 영역인 B⊥0의 영역을 넘어서부터 스퍼터입자(SP)가 기판(S)에 도달할 때까지 비행거리가 크게 된다. 그 때문에, 스퍼터입자(SP)가 플라즈마 밀도가 높은 영역인 B⊥0의 영역을 넘어선 공간에서, 스퍼터 가스 등의 활성종 이외의 입자와 충돌하는 횟수가 많게 된다. 그에 의해 IGZO막을 구성하는 스퍼터입자(SP)의 에너지에 불규칙함이 생기기 때문에, 형성되는 IGZO막에 막 밀도에 불규칙함이 생긴다. 결과적으로, 입사각도(θ)가 작은 스퍼터입자(SP)가 IGZO막에 포함될수록, 화합물막의 막 특성에 불규칙함이 생긴다.

이런 점에서, 제1 차폐판(28a)은 입사각도(θ) 30°이하인 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달시키지 않기 때문에, 산소가 포함되는 양이나 막 밀도가 작은 IGZO막이 형성되기 어렵게 된다. 결과적으로, IGZO막의 단위두께나 단위면적에의 조성 또는 막 밀도의 불규칙함이 억제된다.

한편, 제2 차폐판(28b)은, 종료위치(En)로부터 개시위치(St)로 향하여 캐소드 유닛(22)이 주사방향을 따라 이동할 때, 제2 부식영역(E2)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 입사각도(θ) 30°이하인 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달시키지 않는다. 그 때문에, IGZO막의 단위두께나 단위면적에의 조성 또는 막 밀도의 불규칙함이 억제된다.

[스퍼터 챔버의 작용]

도 4부터 도6을 참조하여 스퍼터 챔버(13)의 작용을 설명한다. 이하에서는, 캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)로부터 종료위치(En)로 향하여 주사방향을 따라 이동하는 경우의 작용을 스퍼터 챔버(13)의 작용의 일례로 설명한다.

도 4에 나타난 바와 같이, 캐소드 장치(18)가 IGZO막의 형성영역(R1)으로 향하여 스퍼터입자(SP)의 방출을 개시하는 때, 캐소드 유닛(22)은 개시위치(St)에 배치되고 자기회로(25)는 제1 위치(P1)에 배치된다. 이 때, 주사방향에 대한 형성영역(R1)의 2개의 단부 중 스퍼터입자(SP)가 먼저 도달하는 제1 단부(Re1)와, 주사방향에 대한 타겟(23)의 2개의 단부 중 형성영역(R1)에 가까운 제1 단부(23e1)와의 사이의 거리가 150mm이상이다. 그 때문에, 타겟(23)에 직류전력이 제공될 때에 타겟(23)으로부터 방출된 스퍼터입자(SP) 대부분이 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)에 관계없이 기판(S)에 도달하기 어렵게 된다.

여기서, 직류전력이 제공될 때에 타겟(23)으로부터 방출된 스퍼터입자(SP)는, 직류전력이 계속하여 제공될 때 소정의 시각에 타겟(23)으로부터 방출된 스퍼터입자(SP)와 비교할 때, 스퍼터입자(SP)에 있는 에너지나, 산소의 활성종과 반응확률 등이 다르다. 그 때문에, 직류전력이 제공될 때의 스퍼터입자(SP)가 기판(S)에 도달하면, 그 이후에 기판(S)에 도달한 스퍼터입자(SP)에 비해 형성되는 부분과 다른 막질의 IGZO막이 형성된다. 결과적으로, IGZO막의 형성초기의 분자층에 막의 조성에 불규칙함이 생긴다.

이런 점에서, 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)와 타겟(23)의 제1 단부(23e1)와의 사이의 거리가 주사방향으로 150mm이상이기 때문에, IGZO막의 형성초기의 분자층에 막의 조성이 불규칙하게 되는 것이 억제된다.

그리고, 캐소드 유닛(22)이 주사방향을 따라 이동하면, 우선, 타겟(23)으로부터 방출되는 스퍼터입자(SP) 중 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 스퍼터입자(SP)가 기판(S)에 도달한다. 그 후에, 기판(S)에 도달하는 스퍼터입자(SP)는 제1 차폐판(28a)에 의해 입사각도(θ)가 30°보다 큰 스퍼터입자(SP)로 제한된다.

게다가, 제1 부식영역(E1)은 제2 부식영역(E2)과 비교하여 형성영역(R1)으로부터 거리가 가깝기 때문에, 기판(S)의 각 부분에 최초로 도달하는 스퍼터입자(SP)는 제1 부식영역(E1)으로부터 방출된 스퍼터입자(SP)일 확률이 높다. 그 때문에, IGZO막의 초기층은 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되고 동시에, 입사각도(θ)가 30°보다도 큰 스퍼터입자(SP)일 확률이 높다. 그러므로, IGZO막의 초기층에 막의 조성이 불규칙하게 되는 것이 억제된다.

또한, IGZO막의 형성이 개시될 때, 자기회로 주사부(29)가 자기회로(25)를 제1 위치(P1)에 배치한다. 그 때문에, 자기회로(25)가 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)의 사이의 다른 위치에 배치되는 경우와 비교할 때, 자기회로(25)가 형성하는 제1 부식영역(E1)과 제1 차폐판(28a)과의 사이의 주사방향에 대한 거리가 최대한 작게 된다. 그러므로, 제1 차폐판(28a)에 충돌하는 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)의 범위가 가장 크게 되고, 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)의 근방은 자기회로(25)가 다른 위치에 배치된 경우와 비교할 때 입사각도(θ)가 더 큰 스퍼터입자(SP)가 도달한다. 결과적으로, IGZO막에 대하여 성분의 불규칙함이 더 억제된다.

도 5에 나타난 바와 같이, 캐소드 유닛(22)이 형성영역(R1)과 대향하는 대향영역(R2)을 주사시키는 때, 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 스퍼터입자(SP) 중 입사각도(θ)가 30°이하인 스퍼터입자(SP)는 기판(S)에 도달하지 않는다. 더하여, 제2 부식영역(E2)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향과는 반대방향으로 방출된 스퍼터입자(SP) 중 입사각도(θ)가 30°이하인 스퍼터입자(SP)도 제2 차폐판(28b)에 때문에 기판(S)에 도달하지 않는다.

그에 의해, 제1 부식영역(E1)으로부터 방출되고, 최초에 기판(S)에 도달하는 스퍼터입자(SP)에 연속하여 기판(S)에 도달하는 스퍼터입자(SP)도, 입사각도(θ)가 30°보다 큰 스퍼터입자(SP)로 제한된다. 결과적으로, IGZO막이 입사각도(θ)가 제한된 스퍼터입자(SP)만으로 형성되기 때문에, IGZO막의 두께방향의 전체에서 단위두께나 단위면적에의 조성의 불규칙함이 억제된다.

도 6에 나타난 바와 같이, 캐소드 유닛(22)이 종료위치(En)에 배치될 때, 주사방향에 대한 형성영역(R1)의 2개의 단부 중 스퍼터입자(SP)가 나중에 도달하는 제2 단부(Re2)와, 타겟(23)의 제2 단부(23e2)와의 사이의 거리가 주사방향으로 150mm이상이다. 이 때문에, 캐소드 유닛(22)이 종료위치(En)로부터 개시위치(St)로 향하여 주사되는 때, 타겟(23)으로부터 방출되는 스퍼터입자(SP)의 대부분이 기판(S)에 도달하지 않은 상태로부터 캐소드 유닛(22)의 주사가 개시된다. 그러므로, 형성영역(R1)의 제2 단부(Re2)에 도달하는 스퍼터입자(SP)가 형성영역(R1)에 있어서 다른 위치와 달라지는 것이 억제될 수 있다. 결과적으로, IGZO막의 조성이 주사방향으로 불규칙함이 억제된다.

또한, 캐소드 유닛(22)이 종료위치(En)에 배치된 상태에서, 타겟(23)으로의 직류전력의 제공이 정지되고 캐소드 유닛(22)이 종료위치(En)에 배치되는 상태에, 직류전력의 제공이 재개되어도, 기판(S)에는 직류전류가 재개되는 때의 스퍼터입자(SP)가 대부분 도달하지 않는다. 그 때문에 IGZO막의 조성이 단위두께나 단위면적에서 불규칙함이 억제된다.

이상에서 설명한 바에 의한 제1 실시형태의 스퍼터 장치에 따르면 이하에 열거하는 효과를 얻는 것이 가능하다.

(1) 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)와 타겟(23)의 제1 단부(23e1)와의 사이의 거리가 주사방향으로 150mm이상이기 때문에, IGZO막의 형성 초기의 분자층에 막의 조성이 불규칙한 것이 억제된다. 결과적으로, IGZO막과 IGZO막 이외의 다른 부재와의 경계에서 IGZO막의 특성이 불규칙한 것이 억제된다.

(2) 제1 차폐판(28a)은, 개시위치(St)로부터 종료위치(En)로 향하여 캐소드 유닛(22)이 주사될 때, 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 스퍼터입자(SP) 중 입사각도(θ)가 30°이하인 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달시키지 않는다. 그 때문에, 형성영역(R1)에 최초에 도달한 스퍼터입자(SP)는 입사각도(θ) 30°보다 큰 스퍼터입자(SP)로 제한되기 때문에, IGZO막의 형성 초기에서 단위 두께나 단위면적에의 조성의 불규칙함이 억제된다.

(3) 제2 차폐판(28b)은, 제2 부식영역(E2)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향과는 반대의 방향으로 방출된 스퍼터입자(SP) 중 입사각도(θ) 30°이하인 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달시키지 않는다. 그 때문에, 제1 부식영역(E1)으로부터 방출되고 최초에 기판(S)에 도달하는 스퍼터입자(SP)에 연속하여 기판(S)에 도달하는 스퍼터입자(SP)도 입사각도(θ)가 30°보다 큰 스퍼터입자(SP)로 제한된다. 결과적으로, IGZO막이 입사각도(θ)의 제한된 스퍼터입자(SP)만으로 형성되기 때문에, IGZO막의 두께방향의 전체로 단위두께나 단위면적에의 조성의 불규칙함이 억제된다.

(4) IGZO막의 형성이 개시되는 때, 자기회로 주사부(29)가 자기회로(25)를 제1 위치(P1)에 배치한다. 이 때문에, 자기회로(25)가 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)와의 사이의 다른 위치에 배치되는 경우와 비교할 때, 자기회로(25)가 형성하는 제1 부식영역(E1)과 제1 차폐판(28a)과의 사이의 주사방향으로 거리가 가장 작게 된다. 그러므로, 제1 차폐판(28a)에 충돌하는 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)의 범위가 가장 크게 되고, 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)의 근방에는 자기회로(25)가 다른 위치에 배치된 경우와 비교할 때, 입사각도(θ)가 더 큰 스퍼터입자(SP)가 도달한다. 결과적으로, IGZO막에서 조성의 불규칙함이 더 억제된다.

(5) 타겟(23)이 대향영역(R2)을 1회 통과하는 때, 자기회로(25)가 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)에 향하여 1회 주사된 것으로 타겟(23)에 대한 자기회로(25)의 상대속도가 변하지 않는다. 이 때문에, 타겟(23)의 주사방향에 대하여 화합물막의 두께에 불규칙함이 생기는 것이 억제된다.

[제2 실시형태]

도 7을 참조하여 스퍼터 장치의 제2 실시형태를 설명한다. 제2 실시형태의 스퍼터 장치는, 제1 실시형태의 스퍼터 장치와 비교할 때, 캐소드 유닛(22)이 가지는 타겟의 개수가 다르다. 그 때문에, 이하에서는 그러한 상이점을 상세히 설명한다. 또한, 도 7에는 먼저 설명한 도 3에 표시된 구성과 같은 구성에 동일한 번호가 붙여져 있다. 또한, 도 7에는 캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)에 배치된 상태가 표시되어 있다.

[캐소드 유닛(22)의 구성]

도 7을 참조하여 캐소드 유닛(22)의 구성을 설명한다.

도 7에 표시된 바와 같이, 캐소드 유닛(22)은 제1 캐소드(22A)와 제2 캐소드(22B)를 가지고 있다. 제1 캐소드(22A)와 제2 캐소드(22B) 각각은, 타겟(23), 백킹 플레이트(24), 자기회로(25) 및 자기회로 주사부(29)를 구비하고 있다. 제1 캐소드(22A)와 제2 캐소드(22B)는, 각 유닛이 가지는 타겟(23)이 주사방향을 따라 나란히 있고, 2개의 타겟(23)의 표면(23a) 각각은 가상평면(Pid)과 평행한 동일 평면에 포함된다. 캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)에 배치될 때, 제1 캐소드(22A)는 제2 캐소드(22B) 보다 주사방향으로 형성영역(R1)에 가깝다. 또한, 제1 캐소드(22A)와 제2 캐소드(22B)는 각 백킹 플레이트(24)가 하나의 교류전원(26A)에 대하여 병렬로 접속되어 있다.

캐소드 유닛(22)은 캐소드 유닛(22)을 주사방향으로 이동시키는 주사부(27)를 구비하고, 주사부(27)는 제1 캐소드(22A)와 제2 캐소드(22B)가 연결된 상태에서 캐소드 유닛(22)을 주사방향을 따라 이동시킨다. 캐소드 유닛(22)은 제1 차폐판(28a)과 제2 차폐판(28b)을 구비하고, 제1 차폐판(28a)은 캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)에 배치된 상태에서 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)와 제1 캐소드(22A)가 있는 타겟(23)의 제1 단부(23e1)의 사이에 배치된다. 한편 제2 차폐판(28b)은 캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)에 배치된 상태에서 제2 캐소드(22B)가 있는 타겟(23)의 제2 단부(23e2)보다 형성영역(R1)으로부터 떨어진 위치에 배치된다.

각 차폐판(28a, 28b)은, 제1 캐소드(22A) 및 제2 캐소드(22B)의 각 부식영역(E1, E2)으로부터 방출된 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 입사각도(θ)가 소정의 범위에 포함되는 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달하지 않게 한다. 또한, 제1 차폐판(28a)과 제2 차폐판(28b)은 주사방향으로 배치되는 위치가 상호 다르지만, 기판(S)에 도달하는 스퍼터입자(SP)의 제한에 관하여 구성은 공통된다. 그 때문에 이하에서는 제2 차폐판(28b)을 자세히 설명하고 제1 차폐판(28a)의 설명을 생략한다.

자기회로(25)가 제1 위치(P1)에 배치되는 때, 주사방향에 대한 제1 캐소드(22A)의 제1 부식영역(E1)과 제2 차폐판(28b)과의 사이의 거리가 가장 크게 된다. 그 때문에 제1 캐소드(22A)의 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향과는 반대의 방향으로 방출되는 복수의 스퍼터 입자 중, 제2 차폐판(28b)에 충돌하는 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ3)의 범위가 가장 작게 된다. 제 2 차폐판은 제1 캐소드(22A)의 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향과 반대의 방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 입사각도(θ3)가 9°이하인 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달시키지 않는다.

여기서, 제1 부식영역(E1)으로부터 방출되는 스퍼터입자(SP) 중 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향과는 반대방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP)는, 제1 캐소드(22A)의 제2 부식영역(E2) 및 제2 캐소드(22B)의 각 부식영역으로 향하여 비행한다. 그 때문에, 제1 부식영역(E1)으로부터 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP)의 비행경로(F)는 기판(S)에 도달할 때까지의 플라즈마 밀도가 높은 영역을 지난다. 따라서, 입사각도(θ3)가 9°이하인 스퍼터입자(SP)는, 입사각도(θ)가 더 큰 스퍼터입자(SP)와 비교할 때, 다른 부식영역으로부터 높이방향을 따라 연장되는 B⊥0의 영역을 넘어서부터 기판(S)에 도달할 때까지의 비행거리가 길게 된다. 그 때문에, 플라즈마 밀도가 높은 영역인 B⊥0의 영역을 넘어선 공간에서 스퍼터입자(SP)가 스퍼터 가스 등의 활성종 이외의 입자와 충돌하는 횟수가 크게 된다. 그러므로, 스퍼터입자(SP)에 있는 에너지가 작게 되고, 입사각도(θ)가 작은 스퍼터입자(SP)에 의해 형성된 IGZO막에서는 막 밀도가 작게 된다. 결과적으로, IGZO막의 막 밀도가 이론적 밀도로부터 멀어지기 때문에, IGZO막의 막 특성이 낮게 된다.

또한, 제2 차폐판(28b)은 제2 캐소드(22B)의 자기회로(25)가 제1 위치(P1)에 배치되는 때, 제1 실시형태에 있어서 제2 차폐판(28b)과 같은 형태로, 제2 캐소드(22B)의 제2 부식영역(E2)으로부터 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP)의 일부를 기판(S)에 도달시키지 않는다. 즉, 제2 차폐판(28b)은 제2 캐소드(22B)의 제2 부식영역(E2)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향과는 반대방향에 방출되는 스퍼터입자(SP) 중 입사각도(θ2)가 30°이하인 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달시키지 않는다. 그 때문에, IGZO막의 단위두께나 단위면적에의 구성의 불규칙함이 억제된다.

한편, 2개의 자기회로(25)의 각각이 제2 위치(P2)에 배치되는 때, 주사방향으로 제2 캐소드(22B)의 제2 부식영역(E2)과 제1 차폐판(28a)과의 사이의 거리가 가장 크게 된다. 그 때문에, 제2 캐소드(22B)의 제2 부식영역(E2)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP) 중 제1 차폐판(28a)에 충돌하는 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ3)의 범위가 가장 작게 된다. 즉, 제1 차폐판(28a)은 제2 차폐판(28b)과 같은 형태, 제2 캐소드(22B)의 제2 부식영역(E2)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP) 중 입사각도(θ3)가 9°이하인 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달시키지 않는다.

또한, 제1 차폐판(28a)은 제1 캐소드(22A)의 자기회로(25)가 제2 위치(P2)에 배치되는 때, 제1 실시형태에 있어서 제1 차폐판(28a)과 같은 형태로, 제1 캐소드(22A)의 제1 부식영역(E1)으로부터 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP)의 일부를 기판(S)에 도달시키지 않는다. 즉, 제1 차폐판(28a)은 제1 캐소드(22A)의 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 스퍼터입자(SP) 중 입사각도(θ2)가 30°이하인 스퍼터입자(SP)를 기판(S)에 도달시키지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 제2 실시형태의 스퍼터 장치(10)에 의하면, 이하의 효과를 얻는 것이 가능하다.

(6) 제1 차폐판(28a) 및 제2 차폐판(28b)이 입사각도 9°이하인 스퍼터입자(SP)를 형성영역에 도달시키지 않기 때문에, IGZO막의 막 밀도가 작게 되는 것을 억제한다.

[제3 실시형태]

도 8부터 도 10을 참조하여 스퍼터 장치의 제3 실시형태를 설명한다. 한편, 제3 실시형태의 스퍼터 장치는 제1 실시형태의 스퍼터 장치와 비교할 때, 스퍼터 챔버(13)가 구비하는 캐소드 유닛(22)의 개수가 다르다. 그 때문에, 이하에서는 이러한 상이점을 설명한다.

[스퍼터 챔버(13)의 구성]

도 8을 참조하여 스퍼터 챔버(13)의 구성을 설명한다. 또한, 도 8에는 먼저 설명한 도 3과 같은 구성에 동일한 번호를 붙인다.

도 8에 나타난 바와 같이, 캐소드 장치(18)는 제1 유닛(31)과 제2 유닛(32)을 구비하고 있다. 제1 유닛(31) 및 제2 유닛(32)은, 개시위치(St)에 배치된 상태에서 주사방향으로 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)에 가까운 측부터 차례로 나란히 있다. 제1 유닛(31) 및 제2 유닛(32) 각각은, 타겟(23), 백킹 플레이트(24), 자기회로(25), 직류전원(26D), 제1 차폐판(28a) 및 제2 차폐판(28b)을 구비하고, 2개의 캐소드 유닛에는 타겟(23)이 주사방향을 따라 나란히 있다. 제1 유닛(31) 및 제2 유닛(32)은, 하나의 주사부(27)에 의해 주사방향을 따라 대향영역(R2)을 개별적으로 주사시킨다. 한편, 제1 유닛(31) 및 제2 유닛(32) 각각은, 제1 실시형태의 캐소드 유닛(22)과 같은 형태로, 자기회로 주사부(29)도 구비하고 있다.

제1 유닛(31)과 제2 유닛(32)에는, 각각 있는 타겟(23)의 형성재료에서 주요한 성분이 상호 다르다. 제1 유닛(31)은, 예를 들면 주요한 성분이 산화 실리콘(silicon oxide)인 타겟(23)이 있고, 제2 유닛(32)은, 예를 들면 주요한 성분이 산화 니오븀(niobium oxide)인 타겟(23)을 가지고 있다. 한편, 각 타겟(23)에는, 예를 들면 형성재료 중 95질량%가 산화 실리콘(silicon oxide) 또는 산화 니오븀(niobium oxide)이 있고, 바람직하게는 99질량%가 산화 실리콘(silicon oxide) 또는 산화 니오븀(niobium oxide)이 있다.

제1 유닛(31) 및 제2 유닛(32)이 개시위치(St)에 배치되는 때, 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)와, 제1 유닛(31)이 있는 타겟(23)의 제1 단부(23e1)와의 사이의 거리는 150mm이상이다.

[스퍼터 챔버(13)의 작용]

도 8부터 도 10을 참조하여 스퍼터 챔버(13)의 구성을 설명한다. 또한, 이하에서는, 형성영역(R1)인 기판(S)의 표면(Sa)에 산화 실리콘막과 산화 니오븀막과의 적층막이 형성되는 경우를 스퍼터 챔버(13)의 작용의 일례로 설명한다.

도 8에 나타난 바와 같이, 캐소드 장치(18)가 적층막의 형성을 개시하는 때, 개시위치(St)에 배치된 제1 유닛(31)이 스퍼터입자(SP)의 방출을 개시한다. 이 때, 주사방향에 대한 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)와, 타겟(23)의 제1 단부(23e1)와의 사이의 거리가 150mm이상이다. 이 때문에, 타겟(23)에 직류전력이 제공되는 때, 타겟(23)으로부터 방출된 스퍼터입자(SP)의 대부분이 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)에 관계없이 기판(S)에 도달하기 어렵게 된다. 그러므로, 산화 실리콘막의 형성초기의 분자층에서 막의 조성이 불규칙하게 되는 것이 억제된다.

도 9에 나타난 바와 같이, 제1 유닛(31)이 주사방향을 따라 이동하는 것에 의해, 제1 유닛(31)의 부식영역이 형성영역(R1)과 대향하는 대향영역(R2)을 주사방향에 따라 주사시킨다. 이 경우에, 기판(S)에 도달하는 스퍼터입자(SP)는 제1 차폐판(28a) 및 제2 차폐판(28b)에 의해, 입사각도(θ)가 30°보다 큰 스퍼터입자(SP)로 제한된다. 그 때문에, 산화 실리콘막의 초기층에서 막의 조성이 불규칙하게 되는 것이 억제된다.

도 10에 나타난 바와 같이, 제1 유닛(31)이 주사방향을 따라 이동하고 종료위치(En)에 도달하면, 개시위치(St)에 배치된 제2 유닛(32)이 스퍼터입자(SP)의 방출을 개시한다. 제1 유닛(31)이 종료위치(En)에 배치되는 때, 제1 유닛(31)이 있는 타겟(23)의 제2 단부(23e2)와 형성영역(R1)의 제2 단부(Re2)와의 사이의 거리는 150mm이상이다. 한편, 주사부(27)가 제1 유닛(31)을 개시위치(St)로부터 종료위치(En)로 향하여 주사하는 사이에, 주사부(27)는 제2 유닛(32)을 주사하지 않는다.

제2 유닛(32)이 개시위치(St)로부터 종료위치(En)로 향하여 주사방향을 따라 이동한다. 이에 의해, 제2 유닛(32)의 부식영역이 형성영역(R1)과 대향하는 대향영역(R2)을 주사방향에 따라 주사된다. 이 경우에, 제1 유닛(31)과 같은 형태, 기판(S)에 도달하는 스퍼터입자(SP)는 제1 차폐판(28a) 및 제2 차폐판(28b)에 의해 입사각도(θ) 30° 보다 큰 스퍼터입자(SP)로 제한된다. 그 때문에, 산화 니오븀막의 초기층에서, 막의 조성이 불규칙하게 되는 것이 억제된다. 한편, 제2 유닛(32)이 종료위치(En)에 배치되는 때, 제2 유닛(32)이 있는 타겟(23)의 제2 단부(23e2)와 형성영역(R1)의 제2 단부(Re2)와의 사이의 거리는 150mm이상이다. 또한, 주사부(27)가 제2 유닛(32)을 개시위치(St)로부터 종료위치(En)로 향하여 주사하는 사이에, 주사부(27)는 제1 유닛(31)을 주사하지 않는다.

이상에서 설명한 바와 같이, 제3 실시형태의 스퍼터 장치에 따르면, 이하의 효과를 얻는 것이 가능하다.

(7) 산화 실리콘막과 산화 니오븀막으로부터 구성되는 적층막에 있어서, 산화 실리콘막에 대한 기판(S)과의 경계의 조성이 불규칙하게 되는 것이 억제되고, 산화 니오븀막에 대한 산화 실리콘과의 경계의 조성이 불규칙하게 되는 것이 억제된다.

[시험예]

[박막 트랜지스터 특성]

도 11부터 도16을 참조하여 박막 트랜지스터의 특성에 관하여 시험예를 설명한다. 한편, 이하에서는 IGZO막의 형성조건, 실시예의 스퍼터 장치(10)에 의해 형성된 IGZO막이 있는 박막 트랜지스터 및 박막 트랜지스터의 역치(値)전압을 설명한다.

[IGZO막의 형성조건]

제1 실시형태의 스퍼터 장치(10)에 따라, 이하의 조건을 이용하여 기판(S)의 표면(Sa)에 IGZO막을 형성하였다. IGZO막을 형성시키는 때, 캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)로부터 종료위치(En)로 향하여 주사방향을 따라 주사되는 것에 의해, 캐소드 유닛(22)의 부식영역이 대향영역(R2)을 1회 주사되었다. 이 때, 자기회로(25)도 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향과의 반대의 방향을 따라, 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 향하여 1회 주사된다.

한편, P형 실리콘 기판(S) 상에 열산화막인 산화실리콘막이 형성된 적층체를 기판(S)으로 이용했다.

직류전력: 10 W/cm²

아르곤 가스 분압: 0.30 Pa

산소 가스 분압: 0.05 Pa

기판(S)의 온도: 100°C

[박막 트랜지스터의 구성]

도 11을 참조하여, 상술한 조건을 이용하여 형성된 IGZO막을 채널층으로 가지는 박막 트랜지스터의 구성을 설명한다.

도 11에 나타난 바와 같이, 박막 트랜지스터(40)는 게이트 전극(41), 게이트 산화막(42) 및 채널층(43)을 구비하고, 게이트 전극(41), 게이트 산화막(42) 및 채널층(43)은 하측으로부터 차례로 적층되어 있다. 게이트 전극(41)은, 예를 들면, P형의 실리콘으로 구성된 기판(S)이고, 게이트 산화막(42)은 게이트 전극(41)의 열산화에 따라 형성된 산화 실리콘막이다. 채널층(43)은 상술한 스퍼터 장치(10)를 이용하여 형성된 IGZO막이고, 채널층(43)의 두께는, 예를 들면 50nm이다.

채널층(43) 상에는, 소스 전극(44)과 드레인 전극(45)이 형성되고, 소스 전극(44)과 드레인 전극(45)은, 예를 들면 몰리브덴 (molybdenum)으로 형성되어 있다. 소스 전극(44)과 드레인 전극(45)과의 사이의 폭인 채널 길이(L)는, 예를 들면 0.1mm이고, 소스 전극(44) 및 드레인 전극(45)의 각각에 대하여 도면과 직교하는 방향의 폭인 채널 폭(W)은, 예를 들면 1mm이다.

[제1 시험예]

도 12을 참조하여 시험예 1을 설명한다.

도 12에 나타난 바와 같이, 시험예 1에는, 일면이 타겟(TG)의 표면과 향하여 마주하는 대향차폐판(M1)이 스퍼터 챔버(13)의 내부에 위치하는 상태에서, 먼저 설명한 조건을 이용하여 IGZO막이 형성된다. 대향차폐판(M1)으로서 반송방향에 대한 폭이 타겟(TG)의 반송방향에 대한 폭보다 크고, 동시에 높이방향에 대한 폭이 타겟(TG)의 높이방향에 대한 폭과 거의 같은 판부재가 이용되었다. 또한, 타겟(TG), 타겟(TG)의 표면에 형성된 부식영역(E) 및 대향차폐판(M1) 각각은, 타겟(TG)의 반송방향에 대한 중앙을 통하여 가상평면(Pid)을 대칭면으로 하는 면대칭으로 배치된다.

대향차폐판(M1)은 부식영역(E)으로부터 방출된 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 다른 부식영역(E)으로부터 연장된 B⊥0의 영역과는 반송방향에 대하여 반대 측으로 향하여 비행하는 스퍼터입자(SP)이고, 동시에 입사각도(θ)가 소정의 범위에 포함되는 스퍼터입자(SP)만을 형성영역(R1)에 도달시킨다. 즉, 대향차폐판(M1)은 최소치(θ1m) 0°이상, 최대치(θ1M) 30°이하의 범위에 포함되는 스퍼터입자(SP)만을 형성영역(R1)에 도달시킨다.

한편, 대향차폐판(M1)은 부식영역(E)으로부터 방출된 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 다른 부식영역(E)으로부터 연장된 B⊥0의 영역으로 향하여 비행하는 스퍼터입자(SP)이고, 동시에 입사각도(θ)가 소정의 범위에 포함되는 스퍼터입자(SP)만을 형성영역(R1)에 도달시킨다. 즉, 대향차폐판(M1)은 최소치(θ2m) 0°이상, 최대치(θ2M) 15°이하의 범위에 포함되는 스퍼터입자(SP)만을 형성영역(R1)에 도달시킨다.

[시험예 2]

도 13을 참조하여 시험예 2를 설명한다.

도 13에 나타난 바와 같이, 시험예 1과 같은 형태, 대향차폐판(M1)이 스퍼터 챔버(13)의 내부에 배치하는 상태에서, IGZO막이 향상된다. 시험예 2에는, 시험예 1과는 달리, 대향차폐판(M1)으로서, 반송방향에 대한 폭이 타겟(TG)의 반송반향에 대한 폭보다 작은 판부재가 이용된다. 또한, 타겟(TG), 타겟(TG)의 표면에 형성되는 부식영역(E) 및 대향차폐판(M1)의 각각은 상술한 가상평면(Pid)을 대칭면으로 하는 면대칭으로 배치되었다.

대향차폐판(M1)은 부식영역(E)으로부터 방출된 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 다른 부식영역(E)으로부터 연장된 B⊥0의 영역과 반송방향에 대하여 반대 측으로 향하여 비행하는 스퍼터입자(SP)이고, 동시에 입사각도(θ)가 소정의 범위에 포함되는 입자만을 형성영역(R1)에 도달시킨다. 즉, 대향차폐판(M1)은 최소치(θ1m) 0°이상, 최대치(θ1M) 60°이하의 범위에 포함되는 스퍼터입자(SP)만을 형성영역(R1)에 도달시킨다.

한편, 대향차폐판(M1)은 부식영역(E)으로부터 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 다른 부식영역(E)으로부터 연장되는 B⊥0의 영역에 향하여 비행하는 스퍼터입자(SP)이고, 동시에 입사각도(θ)가 소정의 범위에 포함되는 스퍼터입자(SP)만을 형성영역(R1)에 도달시킨다. 즉, 대향차폐판(M1)은 최소치(θ2m) 0°이상, 최대치(θ2M) 21°이하의 범위에 포함되는 스퍼터입자(SP)만을 형성영역(R1)에 도달시킨다.

[시험예 3]

도 14를 참조하여 시험예 3을 설명한다.

도 14에 나타난 바와 같이, 시험예 2와 같은 대향차폐판(M1) 및 타겟(TG)의 반송방향에 대하여 2개의 단부 각각은 높이방향으로 연장되는 차폐판(M2)이 위치하는 상태에서 IGZO막이 향상된다. 또한, 타겟(TG), 타겟(TG)의 표면에 형성되는 부식영역(E), 대향차폐판(M1) 및 차폐판(M2)의 각각은 상술한 가상평면(Pid)을 대칭면으로 하는 면대칭으로 배치되었다.

각 차폐판(M2)은 반송방향에 대한 거리가 가까운 부식영역(E)으로부터 방출된 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 다른 부식영역(E)으로부터 연장되는 B⊥0의 영역과 반송방향의 반대 측으로 향하여 비행하는 스퍼터입자(SP)이고, 동시에 입사각도(θ)가 30°이하의 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 도달시키지 않는다. 한편, 각 차폐판(M2)은 반송방향에 대한 거리가 가까운 부식영역(E)으로부터 방출된 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 다른 부식영역(E)으로부터 연장되는 B⊥0의 영역으로 향하여 비행하는 스퍼터입자(SP)이고, 동시에 입사각도(θ)가 9°이하의 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 도달시키지 않는다.

그 때문에, 시험예 3에는 부식영역(E)으로부터 방출되는 스퍼터입자(SP) 중, 다른 부식영역(E)으로부터 연장되는 B⊥0의 영역과 반송방향의 반대 측으로 향하여 비행하는 스퍼터입자(SP) 중 입사각도(θ)가 이하의 범위인 스퍼터입자(SP)가 형성영역(R1)에 도달했다.

30°< 입사각도(θ) ≤60°

한편, 부식영역(E)으로부터 방출되는 스퍼터입자(SP) 중, 다른 부식영역(E)으로부터 연장되는 B⊥0의 영역으로 향하여 비행하는 스퍼터입자(SP) 중 입사각도(θ)가 이하의 범위인 스퍼터입자(SP)가 형성영역(R1)에 도달하였다.

9°< 입사각도(θ) ≤21°

[시험예 4]

도 15를 참조하여 시험예 4를 설명한다.

도 15에 나타난 바와 같이, 시험예 3과 같은 형태로 2개의 차폐판(M2)이 위치하는 상태에서, IGZO막이 향상된다. 시험예 4에는, 차폐판(M2)으로서, 폭 방향에 대하여 폭이 시험예 3의 차폐판보다 큰 판부재가 이용된다. 또한, 타겟(TG), 타겟(TG)의 표면에 형성되는 부식영역(E) 및 차폐판(M2)의 각각은 상술한 가상평면(Pid)을 대칭면으로 하는 면대칭으로 배치되었다.

각 차폐판(M2)은 반송방향에 대한 거리가 가까운 부식영역(E)으로부터 방출된 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 다른 부식영역(E)으로부터 연장되는 B⊥0의 영역과 반송방향의 반대 측으로 향하여 비행하는 스퍼터입자(SP)이고, 동시에 입사각도(θ)가 60°이하의 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 도달시키지 않는다. 한편, 각 차폐판(M2)은 반송방향에 대한 거리가 가까운 부식영역(E)으로부터 방출된 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 다른 부식영역(E)으로부터 연장되는 B⊥0의 영역으로 향하여 비행하는 스퍼터입자(SP)이고, 동시에 입사각도(θ)가 21°이하의 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 도달시키지 않는다.

[박막 트랜지스터의 특성과 입사각도와의 관계]

도 16을 참조하면, IGZO막을 채널층(43)으로 가지는 박막 트랜지스터(40)의 특성과 IGZO막이 형성되는 때의 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)와의 관계를 설명한다.

앞의 도 12부터 도 15에서 설명된 시험예 1부터 시험예 4의 각각에서 형성된 IGZO막을 이용하여 앞의 도 11에서 설명된 복수의 박막 트랜지스터(40)가 작성된다. 각 시험예의 IGZO막을 가지는 복수의 박막 트랜지스터(40)에 대하여, 예를 들면 게이트 소스간 전압이 20V이고 드레인 소스간 전압이 20V인 조건에서, 60분 동안에 바이어스 스트레스 테스트(bias stress test)를 행하였다. 그리고, 각 박막 트랜지스터(40)에 대하여, 바이어스 스트레스 테스트 후의 역치전압이 측정되었고, 역치전압(V₀)의 변화양(ΔV₀)의 평균치가 산출되었다. 또한, 역치전압은 드레인 전류가 1E^-9 A에 도달하는 때의 게이트 소스간 전압이다.

도 16에 나타난 바와 같이, 시험예 1의 박막 트랜지스터(40)는 역치전압의 변화양이 5.5이고, 시험예 2의 박막 트랜지스터(40)에는 역치전압의 변화양이 5.1인 것이 확인되었다. 시험예 2의 박막 트랜지스터(40)는 시험예 1의 박막 트랜지스터(40)와 비교할 때, IGZO막이 형성되는 때 형성영역(R1)에 도달하는 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)의 최대치(θ1M, θ2M)가 크기 때문에 역치전압(V₀)의 변화양이 작게 되는 것이 확인되었다.

이에 대하여, 시험예 3의 박막 트랜지스터(40)는 역치전압(V₀)의 변화양이 2.1이고, 시험예 2의 박막 트랜지스터(40)와 비교할 때, 역치전압(V₀)의 변화량이 대폭으로 작게 되는 것이 확인되었다.

여기서, 시험예 2의 박막 트랜지스터(40)와 시험예 3의 박막 트랜지스터(40)에는, IGZO막이 형성되는 때의 입사각도(θ)의 최대치(θ1M, θ2M)가 같아지는 한편, 입사각도(θ)의 최소치(θ1m, θ2m)가 상호 다르다. 그리고, 시험예 3에는 시험예 2보다 입사각도(θ)의 최소치(θ1m, θ2m)가 크다. 그 때문에, IGZO막이 형성되는 때 입사각도(θ)가 작은 스퍼터입자(SP)가 형성영역(R1)에 도달하지 않는 것에 의해, IGZO막을 채널층(43)으로 가지는 박막 트랜지스터(40)에서 역치전압(V₀)의 변화량이 작게 되는 것이라 말할 수 있다. 더 상세하게는, 복수의 스퍼터입자(SP) 중 하기의 조건을 만족한 스퍼터입자(SP)가 형성영역(R1)에 도달하지 않는 것에 의해 역치전압(V₀)의 변화량이 작게 된다고 할 수 있다.

(A) 다른 부식영역(E)으로부터 연장되는 B⊥0의 영역과는 반송방향의 반대 측으로 비행하는 스퍼터입자(SP)이고, 형성영역(R1)에 대한 입사각도(θ)가 30°이하인 스퍼터입자(SP)

(B) 다른 부식영역(E)으로부터 연장되는 B⊥0의 영역으로 향하여 비행하는 스퍼터입자(SP)이고, 형성영역(R1)에 대하여 입사각도(θ)가 9°이하인 스퍼터입자(SP)

한편, 시험예 4의 박막 트랜지스터(40)는 역치전압(V₀)의 변화량이 1.9이고, 시험예 3의 박막 트랜지스터(40)와 비교할 때, 역치전압의 변화량이 작게 된다. 그렇지만, 시험예 3의 박막 트랜지스터(40)에서의 역치전압(V₀)의 변화량과 시험예 4의 박막 트랜지스터(40)의 역치전압(V₀)의 변화량 차이는, 시험예 2의 박막 트랜지스터(40)의 변화량과 시험예 3의 박막 트랜지스터(40)에서의 역치전압(V₀)의 변화량 차이보다도 작은 것이 확인되었다. 그러므로, 입사각도(θ)의 최소치(θ1m, θ2m)를 시험예 3보다 크게 하고도 박막 트랜지스터(40)에서의 역치전압(V₀)의 변화량은 대폭으로는 작게 되지 않는 것이 확인되었다.

따라서, IGZO막이 형성되는 때 형성영역(R1)에 도달하는 스퍼터입자(SP)는, 상술한 (A)의 조건 및 (B)의 조건을 만족하는 것이 박막 트랜지스터(40)의 역치전압의 변화량을 작게 하는 점에서 중요하다고 말할 수 있다. 즉, 조건(A) 및 (B)를 만족하는 스퍼터입자(SP)에 의해 IGZO막이 형성되는 것에 의해, 게이트 산화막과의 경계를 형성하는 IGZO막의 내부에는 IGZO막의 조성에 대하여 불규칙함이 억제되기 때문에, IGZO막의 반도체 특성의 불규칙함도 억제된다. 이에 의해, 게이트 산화막(42)의 절연성이 지켜지는 것이 쉽게 되고, 박막 트랜지스터(40)에 대한 역치전압의 변화량이 억제된다고 말할 수 있다.

또한, (A)의 조건을 만족하는 스퍼터입자(SP)는 (B)의 조건을 만족하는 스퍼터입자(SP)와는 다르고, 다른 부식영역(E)으로부터 연장되는 B⊥0의 영역으로 향하여 비행하지 않기 때문에, 플라즈마 중에 포함되는 활성종과 반응하는 확률이 작게 된다. 이 때문에, 특히 (A)의 조건을 만족한 스퍼터입자(SP)가 형성영역(R1)에 도달하지 않는 것에서 IGZO막의 조성이나 막 밀도가 불규칙하게 되는 것이 억제된다.

[IGZO막의 막 밀도]

도 17을 참조하여 시험예로서 IGZO막의 막 밀도에 관한 시험예를 설명한다. 도 17에는 IGZO막의 막 밀도가 X선 반사율법을 이용하여 측정된 결과 및 IGZO막에의 인디움(indium)과 갈륨(gallium)과 아연의 원자수의 비가 1:1:1인 때의 이론적 밀도(g/cm³)가 나타나 있다.

상술한 시험예 2의 조건에서 형성된 IGZO막의 막 밀도와, 상술한 시험예 3의 조건에서 형성된 IGZO막의 막 밀도가 측정되었다.

도 17에 나타난 바와 같이, 시험예 2의 막 밀도가 5.22 g/cm³이고, 시험예 3의 막 밀도가 6.23 g/cm³인 것이 확인되었다. 그리고, 시험예 3의 막 밀도가 시험예 2의 막 밀도에 비교할 때, 이론적 밀도인 6.38 g/cm³에 가까운 수치인 것이 확인되었다. 이에 의해, 상술한 (A)및 (B)의 조건을 만족한 스퍼터입자(SP)를 포함하는 복수의 스퍼터입자(SP)에 의해 형성된 IGZO막보다, (A)및 (B)의 조건을 만족한 스퍼터입자(SP)를 포함하지 않는 복수의 스퍼터입자(SP)에 의해 형성된 IGZO막에는 막 밀도가 높게 되고 막 밀도가 보다 이론적 밀도에 가까운 수치가 되는 것이 확인되었다.

이에 의해, 상술한 (A)및 (B)의 조건을 만족한 스퍼터입자(SP) 이외의 스퍼터입자(SP)에 의해 형성된 IGZO막에는, 다른 부재와의 경계에 관한 IGZO막의 특성에 대하여 IGZO막의 두께방향 전체적으로 IGZO막의 특성인 막 밀도도 높아지게 된다.

한편, 상술한 각 시험예는 이하의 의한 적당히 변경하여 실시하는 것에도 가능하다.

제1 실시형태 미 제2 실시형태에는, 타겟(23)의 형성재료에 관한 주요한 성분이 IGZO 이외의 산화물반도체, 예를 들면 산화 아연, 산화 니켈, 산화 주석, 산화 티타늄(titanium oxide), 산화 바나듐(vanadium oxide), 산화 이디움(indium oxide), 티탄산 스트론티움(strontium titanate) 등이 바람직하다.

제1 실시형태 및 제2 실시형태에는, 타겟(TG)의 형성재료에 대한 주요성분이, IGZO 이외에도 좋고, 인디움(indium)을 포함하는 IGZO 이외의 산화물반도체, 예를 들면 산화 인디움 아연 주석 (indium zinc tin oxide, IZTO), 산화 인디움 아연 안티몬 (indium zinc antimony oxide, IZAO), 산화 인디움 주석 아연 (indium tin zinc oxide, ITZO), 산화 인디움 아연 (indium zinc oxide, IZO), 또는 산화 인디움 안티몬 (indium antimony oxide, IAO) 등이 이용되어도 좋다. 또한, 이러한 IGZO 이외의 인디움 함유 산화물반도체가 박막 트랜지스터 채널층으로 이용되는 경우에도, 형성영역(R1)에 입사하는 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)를 제한하는 것에 의해, IGZO막과 형태의 효과가 얻어지는 것이 본원발명자에 의해 확인되었다.

게이트의 형성재료에 있어서 주요한 성분은, IGZO에 제한되지 않고, 예를 들면, 산화 인디움 주석(ITO) 및 산화알루미늄 등의 무기화합물도 좋다.

게이트의 형성재료에 있어서 주요한 성분은, 금속, 금속화합물 및 반도체 등이 좋다. 게이트의 형성재료에 있어서 주요한 성분에 단일한 원소의 금속이나 반도체가 이용되는 경우에는, 타겟(23)으로부터 방출된 스퍼터입자(SP)와 반응성 가스로부터 생성된 플라즈마와 반응에 의해 산화물막이나 질산화막 등의 화합물막의 형성이 가능하다.

제3 실시형태의 스퍼터 장치(10)가 구비하는 스퍼터 챔버(13)는, 형성영역(R1)의 스퍼터입자(SP)의 방출이 개시되는 때, 제1 유닛(31)과 제2 유닛(32)과의 양방이 개시위치(St)에 배치되는 구성이 없어도 좋다.

도 18에 나타난 바와 같이, 제1 유닛(31)이 개시위치(St)에 배치되고, 제2 유닛(32)이 종료위치(En)에 배치되는 구성도 좋다. 이러한 구성은 제1 유닛(31)이 개시위치(St)에 배치되는 때, 제1 유닛(31)의 타겟(23)의 제1 단부(23e1)와, 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)과의 사이의 주사방향으로 거리가 150mm이상인 것이 바람직하다. 한편, 제2 유닛(32)이 종료위치(En)에 배치되는 때, 제2 유닛(32)의 타겟(23)의 제2 단부(23e2)와 형성영역(R1)의 제2 단부(Re2)와의 사이의 주사방향으로 거리가 150mm이상인 것이 바람직하다.

형성영역(R1)에 적층체가 형성되는 때, 예를 들면 주사부(27)가 제1 유닛(31)을 개시위치(St)로부터 종료위치(En)로 향하여 주사방향을 따라 이동시킨다. 이에 의해, 형성영역(R1)에는, 예를 들면 산화 실리콘막이 형성된다. 그리고, 주사부(27)가 제1 유닛(31)을 종료위치(En)로부터 개시위치(St)로 향하여 주사방향을 따라 이동시킨다. 이 때, 제1 유닛(31)은 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 방출하여도 좋고, 방출하지 않아도 좋다. 그 다음에, 주사부(27)가 제2 유닛(32)을 종료위치(En)로부터 개시위치(St)로 향하여 주사방향을 따라 이동시킨다. 이에 의해, 형성영역(R1)에는, 예를 들면 산화 니오븀막이 형성된다. 그리고, 주사부(27)가 제2 유닛(32)을 개시위치(St)로부터 종료위치(En)로 향하여 주사방향을 따라 이동시킨다. 이 때, 제2 유닛(32)은 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 방출하여도 좋고, 방출하지 않아도 좋다.

또한, 제1 유닛(31) 및 제2 유닛(32)의 각각이, 스퍼터입자(SP)를 방출하면서 주사방향을 따라 개시위치(St)와 종료위치(En)과의 사이에 이동하는 횟수는, 각 유닛이 형성하는 화합물막의 두께에 맞추어 변경하는 것이 가능하다.

스퍼터 장치(10)는 하나의 캐소드 유닛(22)을 가지는 2개의 스퍼터 챔버(13)를 구비하는 구성이어도 좋다. 이렇게 한 구성에는, 각 스퍼터 챔버(13)의 캐소드 유닛(22)이, 형성재료의 주요한 성분이 상호 다른 타겟(23)을 구비하는 것에 의해, 기판(S)의 표면(Sa)에 2개의 화합물막으로부터 구성되는 적층체가 형성된다. 또한, 스퍼터 장치(10)는 하나의 캐소드 유닛(22)을 가지는 3개 이상의 스퍼터 챔버(13)를 구비하고, 동시에 각 캐소드 유닛(22)이 가지는 타겟(23)의 형성재료에 있어서 주요한 성분이 상호 다른 구성이어도 좋다. 이렇게 한 구성에 의하면, 기판(S)의 표면(Sa)에는 3개이상의 화합물막으로부터 구성되는 적층체가 형성된다.

제3 실시형태의 제1 유닛(31)은 형성재료의 주요한 성분이 산화 실리콘 이외인 타겟(23)을 구비하여도 좋다. 제2 유닛(32)은 형성재료의 주요한 성분이 산화니오븀 이외인 타겟(23)을 구비하여도 좋다. 어느 타겟(23)도 형성재료의 주요한 성분이 금속, 금속화합물 및 반도체 등의 어느 것이어도 좋다.

제3 실시형태의 스퍼터 챔버(13)는 3개이상의 캐소드 유닛(22)을 구비하는 구성이어도 좋고, 각 캐소드 유닛(22)이 구비한 게이트 형성재료에 있어서 주요한 성분은 상호 달라도 좋고 같아도 좋다.

도 19에 나타난 바와 같이, 제2 실시형태의 캐소드 유닛(22)은 주사방향에서 제1 캐소드(22A)의 타겟(23)과 제2 캐소드(22B)의 타겟(23)의 사이에 배치되는 제3 차폐판(28c)을 구비하여도 좋다. 제3 차폐판(28c)에 있어서 폭 방향의 돌출 폭은 제1 차폐판(28a) 및 제2 차폐판(28b)과 상호 달라도 좋고 같아도 좋다. 제3 차폐판(28c)이 제3 차폐부의 일례이다.

캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)로부터 종료위치(En)로 향하여 주사방향을 따라 이동하는 때, 주사방향으로 제1 캐소드(22A)의 제1 부식영역(E1)과 제3 차폐판(28c)과의 사이의 거리가 가장 크게 된다. 다만, 주사방향으로 제1 부식영역(E1)과 제3 차폐판(28c)과의 거리는, 제1 부식영역(E1)과 제2 차폐판(28b)과의 사이의 거리보다 작다. 이 때문에, 제1 캐소드(22A)의 제1 부식영역(E1)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향과 반대방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP) 중, 제3 차폐판(28c)에 충돌하는 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)의 범위는 9°보다 크게 된다. 그러므로, 형성영역(R1)에 도달하는 복수의 스퍼터입자(SP)에서 비행경로(F)의 최대치가 작게 되고, 스퍼터입자(SP)와 플라즈마 중의 다른 입자와의 충돌하는 횟수의 최대치도 작게 된다. 결과적으로, 스퍼터입자(SP)가 가지는 에너지의 최소치가 크게 되고, IGZO막의 막 밀도가 작게 되는 것이 억제된다.

한편, 2개의 자기회로(25)의 각각이 제2 위치(P2)에 배치되는 때, 주사방향으로 제2 캐소드(22B)의 제2 부식영역(E2)과 제3 차폐판(28c)과의 사이의 거리가 가장 크게 된다. 다만, 주사방향으로 제2 부식영역(E2)과 제1 차폐판(28a)과의 사이의 거리보다 작다. 이 때문에, 제2 캐소드(22B)의 제2 부식영역(E2)으로부터 캐소드 유닛(22)이 향하는 방향으로 방출되는 복수의 스퍼터입자(SP) 중 제3 차폐판(28c)에 충돌하는 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)의 범위는, 9°보다 크게 된다. 그러므로, 제3 차폐판(28c)은 제2 캐소드(22B)로부터 방출되는 스퍼터입자(SP)에 대하여, 제1 캐소드(22A)로부터 방출되는 스퍼터입자(SP)와 동등하게 작용한다.

제1 실시형태부터 제3 실시형태에는, 자기회로 주사부(29)가 자기회로(25)를 주사방향을 따라 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 향하여 이동시킨다. 이렇게 제한되지 않고, 자기회로 주사부(29)는 자기회로(25)를 주사방향을 따라 제2 위치(P2)로부터 제1 위치(P1)로 향하여 이동시켜도 좋다. 이 경우에, 주사부(27)가 타겟(23)에 대향영역(R2)을 1회 주사시키는 때, 자기회로 주사부(29)가 자기회로(25)를 제2 위치(P2)로부터 제1 위치(P1)로 향하여 1회 주사하여도 좋고, 상술한 (5)에 준하여 효과를 얻는 것도 가능하다.

자기회로 주사부(29)는 타겟(23)의 제1 단부(23e1)와 제2 단부(23e2)와의 사이의 일부를 주사방향을 따라 자기회로(25)에 주사시키는 구성이어도 좋다. 이렇게 한 구성에는, 주사방향으로 각 부식영역(E)과 각 차폐판과의 사이의 거리에 있어서 최대치가 작게 되기 때문에, 돌출 폭이 보다 작은 차폐판이 상술한 각 실시형태와 같은 주사각도의 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 도달시키지 않는다.

제1 실시형태부터 제3 실시형태에는, 캐소드 유닛(22)이 자기회로 주사부(29)를 구비한다. 이에 제한되지 않고, 캐소드 유닛(22)은 자기회로 주사부(29)를 구비하지 않아도 좋고, 즉 캐소드 유닛(22)에서 타겟(23)에 대응하는 각 부식영역(E)의 위치가 고정된 구성이어도 좋다. 이렇게 한 구성도, 각 차폐판이 입사각도(θ)가 30°이하의 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 도달시키지 않는 이상은 상술한 (2), (3)에 준하여 효과를 얻는 것이 가능하다.

제2 실시형태의 캐소드 유닛(22)에는, 제2 차폐판(28b)이 제1 캐소드(22A)의 제1 부식영역(E1)으로부터 방출되는 스퍼터입자(SP)의 중, 입사각도(θ)가 9°이하인 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 도달시켜도 좋다. 또한, 제1 차폐판(28a)이 제2 캐소드(22B)의 제2 부식영역(E2)으로부터 방출되는 스퍼터입자(SP) 중, 입사각도(θ)가 9°이하인 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 도달시켜도 좋다. 이렇게 한 구성이어도, 제1 차폐판(28a)이 제1 캐소드(22A)의 제1 부식영역(E1)으로 방출되는 스퍼터입자(SP) 중, 입사각도(θ)가 30°이하의 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 시키지 않는 이상은 상술한 (2)에 준하는 효과를 얻는 것이 가능하다. 또한, 제2 차폐판(28b)이 제2 캐소드(22B)의 제2 부식영역(E2)으로부터 방출되는 스퍼터입자(SP) 중, 입사각도(θ)가 30°이하의 스퍼터입자(SP)를 형성영역(R1)에 도달시키지 않는 이상은 상술한 (3)에 준하는 효과를 얻는 것이 가능하다.

제1 실시형태부터 제3 실시형태에는, 제2 차폐판(28b)이 주사방향으로 제2 차폐판(28b)에 가장 가까운 부식영역(E)으로부터 방출되는 스퍼터입자(SP) 중, 30°보다 작은 입사각도(θ)의 스퍼터입자(SP)만을 형성영역(R1)에 도달시키지 않는 구성도 좋다. 이렇게 한 구성에도, 캐소드 유닛(22)이 제2 차폐판(28b)을 구비하는 이상, 제2 차폐판(28b)을 구비하지 않는 구성과 비교할 때, 화합물막에 있어서 조성의 불규칙함을 억제하는 것이 가능하다.

제1 차폐판(28a)의 돌출 폭과 제2 차폐판(28b)의 돌출 폭이 상호 같지 않아도 좋고, 제1 차폐판(28a)의 돌출 폭이 제2 차폐판(28b)의 돌출 폭보다 작아도 좋다.

제1 실시형태부터 제3 실시형태의 캐소드 유닛(22)은, 제2 차폐판(28b)을 구비하지 않아도 좋다. 이렇게 한 구성에서도, 제1 차폐판(28a)을 구비되어 있다면, 작더라도 형성영역(R1)에 최초의 도달하는 스퍼터입자(SP)의 입사각도(θ)가 제한된다. 그 때문에, 상술한 (2)에 준하는 효과를 얻는 것이 가능하다.

제1 실시형태부터 제3 실시형태에는, 제1 차폐판(28a)이 30°보다 작은 입사각도(θ)의 스퍼터입자(SP)만을 형성영역(R1)에 도달시키지 않는 구성이어도 좋다. 이렇게 한 구성이어도, 캐소드 유닛(22)이 제1 차폐판(28a)을 구비하고 있는 이상, 상술한 (2)에 준하는 효과를 얻는 것이 가능하다.

제1 실시형태부터 제3 실시형태에는 캐소드 유닛(22)이 종료위치(En)에 배치되는 때, 형성영역(R1)의 제2 단부(Re2)와, 주사방향으로 형성영역(R1)의 제2 단부(Re2)와의 거리가 가장 가까운 타겟(23)의 제2 단부(23e2)와의 거리가 150mm 아니더라도 좋다. 이렇게 한 구성에서도, 캐소드 유닛(22)이 개시위치(St)에 배치된 때, 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)와, 주사방향으로 형성영역(R1)의 제1 단부(Re1)와의 거리가 가장 가까운 타겟(23)의 제2 단부(23e2)와의 거리가 150mm이면, 상술한 (1)에 준하는 효과를 얻는 것이 가능하다.

스퍼터 장치(10)는 반출입 챔버(11) 및 전처리 챔버(12)를 구비하고 있지 않더라도 좋고, 스퍼터 챔버(13)를 구비하고 있다면, 앞의 예시한 효과를 얻는 것이 가능하다. 혹은, 스퍼터 장치(10)는 복수의 전처리 챔버(12)를 구비하는 구성이어도 좋다.

기판(S)에 있어서 반송방향을 따른 폭 및 도면의 앞으로 향하는 폭은 상술한 크기에 제한되지 않고 적당한 변경이 가능하다.

스퍼터 가스는 아르곤 가스 이외의 불활성 가스, 예를 들면 헬륨가스(a helium gas), 네온가스(a neon gas), 크립톤가스(a krypton gas) 및 크세논 가스(a xenon gas)이어도 좋다. 또는, 반응가스는, 산소가스 이외의 산소를 포함하는 가스나, 질소를 포함하는 가스 등이어도 좋고, 스퍼터 챔버(13)에서 형성되는 화합물막에 맞추어 변경이 가능하다.

제2 실시형태의 캐소드는 타겟(23), 백킹 플레이트(24), 자기회로(25), 교류전압 및 자기회로 주사부(29)로부터 구성되는 캐소드를 3개 이상 구비하는 구성도 좋다.

제3 실시형태의 스퍼터 챔버(13)는 제2 실시형태의 캐소드 유닛(22), 즉, 제1 캐소드(22A)와 제2 캐소드(22B)를 구비하는 캐소드 유닛(22)을 2개 구비하는 구성도 좋다.

IGZO막을 형성하는 때의 조건은, 상술한 실시예에서 설명한 조건에 제한되지 않고, 다른 조건도 좋다. 요컨대, 기판(S)의 표면(Sa)에 IGZO막을 형성하는 것이 가능한 조건이라면 좋다.

도 20에 나타난 바와 같이, 스퍼터 장치는 클러스터형(cluster-type)의 스퍼터 장치(50)로서 구체화되어도 좋다. 이렇게 한 구성에서는, 스퍼터 장치(50)가 반송 로봇(51R)을 탑재하는 반송 챔버(51)와 반송 챔버(51)에 연결되는 이하의 챔버를 구비한다. 즉, 반송 챔버(51)에는 성막 전의 기판(S)을 스퍼터 장치(10)의 외부로부터 반입하고 성막 후의 스퍼터 장치(50)의 외부에 반출하는 반출입 챔버(52)와, 성막에 필요한 전처리를 기판(S)에 대하여 행하는 전처리 챔버(53)와, 기판(S)에 화합물막을 형성하는 스퍼터 챔버(54)를 구비한다.

10, 50 스퍼터 장치
11, 52 반출입 챔버
12, 53 전처리 챔버
13, 54 스퍼터 챔버
14 게이트 밸브
15 배기부
16 성막 레인
17 회수 레인
18 캐소드 장치
19 레인 변경부
21 가스 제공부
22 캐소드 유닛
22A 제1 캐소드
22B 제2 캐소드
23, TG 타겟
23a, TGs 표면
23e1 제1 단부
23e2 제2 단부
24 백킹 플레이트
25 자기회로
26A 교류전원
26D 직류전원
27 주사부
28a 제1 차폐판
28b 제2 차폐판
28c 제3 차폐판
29 자기회로 주사부
31 제1 유닛
32 제2 유닛
40 박막 트랜지스터
41 게이트 전극
42 게이트 산화막
43 채널층
44 소스 전극
45 드레인 전극
51 반송 챔버
51R 반송 로봇
B 마그넷트론 자장
D1 거리
E 부식영역
E1 제1 부식영역
E2 제2 부식영역
En 종료위치
F 비행경로
Lv 법선
M1 대향차폐판
M2, M3 차폐판
P1 제1 위치
P2 제2 위치
Pid 가상평면
R1 형성영역
R2 대향영역
Re1 제1 단부
Re2 제2 단부
S 기판
Sa 표면
SP 스퍼터입자
St 개시위치
T 트레이
θ, θ1, θ2, θ3, θ4 입사각도

Claims

성막 대상물에 형성할 화합물막의 형성영역에 향하여 스퍼터입자를 방출하는 캐소드 장치를 구비하고,
상기 형성영역과 대향하는 공간이 대향영역이고,
상기 캐소드 장치는,
부식영역을 상기 대향영역에 주사하는 주사부와,
상기 부식영역이 형성되고, 주사방향에 대한 길이가 상기 대향영역보다 짧은 타겟을 구비하고,
상기 주사부는,
상기 주사방향에서 상기 형성영역의 2개의 단부 중 상기 스퍼터입자가 먼저 도달하는 제1 단부와, 상기 주사방향으로 상기 형성영역의 상기 제1 단부에 가장 가까운 상기 타겟 표면의 한 점인 상기 타겟의 제1 단부와의 거리가, 상기 주사방향으로 150mm이상인 개시위치로부터 상기 대향영역에 향하는 상기 부식영역을 주사하고,
상기 부식영역은,
상기 타겟에 형성되는 2개의 부식영역 중 1개이고,
상기 2개의 부식영역은,
상기 개시위치에서, 상기 형성영역의 상기 제1 단부에 가까운 제1 부식영역과, 상기 형성영역의 상기 제1 단부로부터 먼 제2 부식영역을 포함하고,
상기 캐소드 장치는,
상기 개시위치에서, 상기 주사방향으로 상기 타겟의 상기 제1 단부와 상기 형성영역의 상기 제1단부와의 사이에 배치되는 제1 차폐부 및
상기 개시위치에서, 상기 주사방향으로 상기 형성영역으로부터 먼 상기 타겟의 단부인 제2 단부보다 상기 형성영역으로부터 먼 위치에 배치되는 차폐부가 제2 차폐부를 구비하고,
상기 제1 차폐부는, 상기 제1 부식영역으로부터 상기 타겟이 향하는 방향으로 방출되는 상기 스퍼터입자 중, 상기 형성영역으로의 입사각도가 30°이하인 스퍼터입자를 상기 형성영역에 도달시키지 않고,
상기 제2 차폐부는, 상기 제2 부식영역으로부터 상기 타겟이 향하는 방향과는 반대 측으로 향하여 방출되는 스퍼터입자 중, 상기 형성영역으로의 입사각도가 30°이하인 스퍼터입자를 상기 형성영역에 도달시키지 않으며,
상기 타겟은, 상기 주사방향을 따라 나란한 2개의 타겟 중에 1개이고,
상기 2개의 타겟은, 상기 개시위치에서 상기 형성영역에 가까운 제1 타겟과, 상기 제1 타겟보다 상기 형성영역으로부터 먼 제2 타겟을 포함하고,
상기 제2 차폐부는, 상기 제1 타겟의 상기 제1 부식영역으로부터 상기 타겟이 향하는 방향과 반대방향으로 방출되는 상기 스퍼터입자 중, 상기 형성영역으로의 입사각도가 9°이하인 스퍼터입자를 상기 형성영역에 도달시키지 않으며,
상기 캐소드 장치는, 상기 주사방향에서 상기 2개의 타겟의 사이에 배치되는 제3 차폐부를 구비하는 반응성 스퍼터 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 캐소드 장치는,
상기 타겟에 대하여 상기 형성영역과는 반대측에 배치되고, 상기 타겟에 상기 부식영역을 형성하는 자기회로와,
상기 주사방향에서 상기 자기회로를 상기 타겟의 상기 제1 단부와 제2 단부와의 사이에서 주사하는 자기회로주사부를 구비하고,
상기 자기회로주사부는,
상기 개시위치에서, 상기 자기회로를 상기 타겟의 상기 제1 단부와 상기 주사방향에서 겹치게 배치하는 반응성 스퍼터 장치.
제4항에 있어서,
상기 주사부가,
상기 타겟에 상기 대향영역을 1회 통과시킬 때,
상기 자기회로주사부가,
상기 자기회로를 상기 타겟의 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 향하여 1회 주사하는 반응성 스퍼터 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 캐소드 장치는,
2개의 캐소드 장치 중 하나이고,
상기 2개의 캐소드 장치는, 각 캐소드 장치가 가지는 상기 타겟의 형성재료에 대하여 주요한 성분이 상호 다르고,
상기 2개의 캐소드 장치 중의 일방의 캐소드 장치를 주사부가 주사하는 때, 타방의 캐소드 장치를 주사부가 주사하지 않는 반응성 스퍼터 장치.
성막 대상물에 형성할 화합물막의 형성영역에 향하여 스퍼터입자를 방출하는 캐소드 장치를 구비하고,
상기 형성영역과 대향하는 공간이 대향영역이고,
상기 캐소드 장치는,
부식영역을 상기 대향영역에 주사하는 주사부와,
상기 부식영역이 형성되고, 주사방향에 대한 길이가 상기 대향영역보다 짧은 타겟을 구비하고,
상기 부식영역은, 상기 타겟에 형성되는 2개의 부식영역 중 1개이고,
상기 2개의 부식영역은,
상기 주사부가 주사를 시작하는 개시위치에서, 상기 주사방향으로 상기 형성영역의 2개의 단부 중 하나이고, 상기 스퍼터입자가 처음 도달하는, 상기 형성영역의 제1 단부에 가까운 제1 부식영역과,
상기 형성영역의 제1 단부로부터 먼 제2 부식영역을 포함하고,
상기 캐소드 장치는,
개시위치에서, 상기 주사방향으로 상기 타겟의 제1 단부와 상기 형성영역의 상기 제1단부와의 사이에 배치되는 제1 차폐부 및
개시위치에서, 상기 주사방향으로 상기 형성영역으로부터 먼 상기 타겟의 단부인 제2 단부보다 상기 형성영역으로부터 먼 위치에 배치되는 차폐부가 제2 차폐부를 구비하고,
상기 타겟의 제1 단부는, 상기 타겟 표면의 한 점이며, 상기 주사부의 개시위치에서 상기 주사방향으로 상기 형성영역의 제1 단부에 가장 가깝고,
상기 제1 차폐부는,상기 제1 부식영역으로부터 상기 타겟이 향하는 방향으로 방출되는 상기 스퍼터입자 중, 상기 형성영역으로의 입사각도가 30°이하인 스퍼터입자를 상기 형성영역에 도달시키지 않고,
상기 제2 차폐부는, 상기 제2 부식영역으로부터 상기 타겟이 향하는 방향과는 반대 측으로 향하여 방출되는 스퍼터입자 중, 상기 형성영역으로의 입사각도가 30°이하인 스퍼터입자를 상기 형성영역에 도달시키지 않으며,
상기 타겟은, 상기 주사방향을 따라 나란한 2개의 타겟 중에 1개이고,
상기 2개의 타겟은, 개시위치에서 상기 형성영역에 가까운 제1 타겟과, 상기 제1 타겟보다 상기 형성영역으로부터 먼 제2 타겟을 포함하고,
상기 제2 차폐부는, 상기 제1 타겟의 상기 제1 부식영역으로부터 상기 타겟이 향하는 방향과 반대방향으로 방출되는 상기 스퍼터입자 중, 상기 형성영역으로의 입사각도가 9°이하인 스퍼터입자를 상기 형성영역에 도달시키지 않으며,
상기 캐소드 장치는, 상기 주사방향에서 상기 2개의 타겟의 사이에 배치되는 제3 차폐부를 구비하는 반응성 스퍼터 장치.
삭제
삭제
제8항에 있어서,
상기 캐소드 장치는,
상기 타겟에 대하여 상기 형성영역과는 반대측에 배치되고, 상기 타겟에 상기 부식영역을 형성하는 자기회로와,
상기 주사방향에서 상기 자기회로를 상기 타겟의 상기 제1 단부와 제2 단부와의 사이에서 주사하는 자기회로주사부를 구비하고,
상기 자기회로주사부는,
상기 개시위치에서, 상기 자기회로를 상기 타겟의 상기 제1 단부와 상기 주사방향에서 겹치게 배치하는 반응성 스퍼터 장치.
제11항에 있어서,
상기 주사부가,
상기 타겟에 상기 대향영역을 1회 통과시킬 때,
상기 자기회로주사부가,
상기 자기회로를 상기 타겟의 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 향하여 1회 주사하는 반응성 스퍼터 장치.
삭제
제8항에 있어서,
상기 캐소드 장치는,
2개의 캐소드 장치 중 하나이고,
상기 2개의 캐소드 장치는, 각 캐소드 장치가 가지는 상기 타겟의 형성재료에 대하여 주요한 성분이 상호 다르고,
상기 2개의 캐소드 장치 중의 일방의 캐소드 장치를 주사부가 주사하는 때, 타방의 캐소드 장치를 주사부가 주사하지 않는 반응성 스퍼터 장치.