KR20170108819A - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산소를 적정량으로 유지하고, 양호한 품질이며, 또한 품질의 불균일이 적은 성막을 행하는 것을 과제로 한다.
성막 장치(1)는, 성막 재료로 이루어진 타겟(231)이 배치되고, 내부에 워크(W)가 반입되는 밀폐 용기인 챔버(2)와, 워크(W)의 반입후, 챔버(2)를 미리 정해진 배기 시간, 배기하여 베이스 압력으로 하는 배기 장치(25)와, 베이스 압력으로 배기된 챔버(2)의 내부에, 산소를 포함하는 스퍼터 가스를 도입하는 스퍼터 가스 도입부(27)를 구비한다. 스퍼터 가스 도입부(27)는, 챔버(2)의 내부에 부착되는 성막 재료의 증가에 의한 베이스 압력의 상승에 따라서, 챔버(2)에 도입하는 스퍼터 가스의 산소 분압을 감소시킨다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}
본 발명은 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
터치 패널 등에 이용되는 유리 혹은 플라스틱 수지로 형성된 절연성의 기판 등의 워크(work) 위에, 산화인듐주석(ITO : Indium Tin Oxide)막 등의 투명하고 도전성을 갖는 산화막을 형성하는 경우가 있다. 성막에는, 밀폐 용기인 챔버 내에 성막 재료로 이루어진 타겟을 배치한 성막 장치를 이용한다. 챔버 내에 산소를 포함하는 스퍼터 가스를 도입하고, 타겟에 직류 전압을 인가하여 스퍼터 가스를 플라즈마화하여 이온을 생성하고, 이 이온을 타겟에 충돌시킨다. 타겟으로부터 비산된 재료의 입자가 워크 위에 퇴적됨으로써 성막이 행해진다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 소58-94703호 공보
성막 처리시, 성막 재료는 워크 위 뿐만 아니라, 챔버의 내벽에도 부착된다. 성막 처리를 반복하면 부착량이 많아진다. 챔버의 내벽에 부착된 성막 재료로부터는 아웃가스가 방출된다. 아웃가스에는 산소가 포함되고, 이 산소도 플라즈마에 의해 이온화한다. 따라서, 성막 처리를 반복하면 산소의 양이 증가해 가게 된다. 성막 처리에 있어서 산소의 양이 적정량으로 유지되지 않으면, 성막된 ITO막에 있어서 저항치가 증가하는 문제가 생긴다. 즉, 제품의 품질이 일정해지지 않고, 또한 불량품이 발생할 가능성이 있다.
챔버 내의 산소가 증가하면, 성막 속도가 저하되어 가는 것이 알려져 있다. 예컨대, 특허문헌 1에서는, 챔버 내부에 성막 속도를 측정하는 측정자를 설치하고, 성막 속도의 저하에 따라서 챔버에 도입하는 산소량을 조정하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 성막 속도가 저하되었다는 것은, 이미 챔버 내에 존재하고 있는 산소의 전체량이 적정량을 초과한 상태로 성막을 행하고 있는 단계이며, 그 단계에서 챔버에 도입하는 산소량을 조정하더라도, 품질에 불균일(unevenness)이 생기거나 불량품이 발생할 가능성은 부정할 수 없다.
본 발명은, 전술한 바와 같은 과제를 해결하여, 성막 처리를 연속하여 행하더라도, 양호한 품질이고, 또한 품질의 불균일이 적은 제품을 제조할 수 있는 신뢰성 높은 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 성막 장치는, 워크에 대하여 플라즈마를 이용하여 성막을 행하는 것으로, 성막 재료로 이루어진 타겟이 배치되고, 내부에 상기 워크가 반입되는 밀폐 용기와, 상기 워크의 반입후, 상기 밀폐 용기를 미리 정해진 시간 배기하여 베이스 압력으로 하는 배기 장치와, 상기 베이스 압력으로 배기된 상기 밀폐 용기의 내부에, 산소를 포함하는 스퍼터 가스를 도입하는 스퍼터 가스 도입부를 구비하고, 상기 스퍼터 가스 도입부는, 상기 밀폐 용기 내부에 부착되는 상기 성막 재료의 증가에 의한 상기 베이스 압력의 상승에 따라서, 상기 밀폐 용기에 도입하는 상기 스퍼터 가스의 산소 분압을 감소시킨다.
성막 장치는, 상기 베이스 압력을 계측하는 압력계와, 상기 압력계로 측정된 상기 베이스 압력에 따라서, 상기 스퍼터 가스 도입부가 도입하는 상기 스퍼터 가스의 산소 분압을 결정하는 제어 장치를 구비해도 좋다.
성막 장치는, 상기 타겟에 전압을 인가하는 전원 장치와, 상기 전원 장치로부터 상기 타겟에 공급된 전력의 적산량에 기초하여 결정한 상기 베이스 압력에 따라서, 상기 스퍼터 가스 도입부가 도입하는 상기 스퍼터 가스의 산소 분압을 결정하는 제어 장치를 구비해도 좋다.
성막 장치는, 상기 베이스 압력이 6×10- 3[Pa]를 초과했을 때에 경보를 생성하는 경보 생성부를 더 구비해도 좋다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 성막 방법은, 워크에 대하여 플라즈마를 이용하여 성막을 행하는 성막 방법으로서, 성막 재료로 이루어진 타겟이 배치된 밀폐 용기의 내부에 상기 워크를 반입하고, 상기 워크의 반입후, 상기 밀폐 용기를 미리 정해진 시간 배기하여 베이스 압력으로 하고, 상기 베이스 압력으로 배기된 상기 밀폐 용기의 내부에, 산소를 포함하는 스퍼터 가스를 도입하고, 상기 밀폐 용기 내부에 부착되는 상기 성막 재료의 증가에 의한 상기 베이스 압력의 상승에 따라서, 상기 밀폐 용기에 도입하는 상기 스퍼터 가스의 산소 분압을 감소시킨다.
본 발명의 성막 장치 및 성막 방법에 의해 성막 처리를 연속하여 행하더라도, 양호한 품질이고, 또한 품질의 불균일이 적은 제품을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 성막 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 성막 장치의 제어 장치의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 성막 처리의 초기와 후기에서의 챔버 내부의 압력의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 성막 처리의 시간과 저항치의 관계를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예에서의 베이스 압력에 따른 산소 분압을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예에서의 베이스 압력과 저항 증가율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 성막 장치의 제어 장치의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 적산 전력량과 베이스 압력의 관계를 나타내는 그래프이다.
[제1 실시형태]
[구성]
본 발명의 제1 실시형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 성막 장치(1)는, 밀폐 용기인 챔버(2)의 바닥부 부근에, 워크(W)가 놓이는 스테이지(21)가 설치되어 있다. 워크(W)의 종류는 특정한 것에 한정되지 않지만, 예컨대 폴리카보네이트 기판이다.
스테이지(21)는 원반형이며, 챔버(2)의 바닥면으로부터 연장되는 샤프트(22)에 연결되어 지지되어 있다. 샤프트(22)는, 챔버(2)의 바닥면을 기밀하게 관통하고, 외부에 연통해 있다. 챔버(2)에는, 배기 장치(25)와 압력계(26)가 설치되어 있다. 배기 장치(25)는, 예컨대 펌프이며, 챔버(2)의 내부를 항상 배기하여 감압 상태로 유지한다. 압력계(26)는 챔버(2)의 압력을 계측한다.
챔버(2)에는, 워크(W)의 반입구(20)(도 2 참조)가 설치되어 있다. 반입구(20)는, 도시하지 않은 로드록(load-lock)실에 접속되고, 워크(W)는 장치의 외부로부터 로드록실을 통해 챔버(2)의 내부에 반입된다. 로드록실에도 배기 장치가 구비되어 있고, 워크(W)의 반입시에, 로드록실을 미리 설정한 압력까지 감압하고 나서 반입구(20)를 개방함으로써, 챔버(2)의 압력 상승을 저감할 수 있다. 챔버(2)의 압력 상승의 저감이 목적이므로, 미리 설정하는 로드록실의 압력은 대기압보다는 낮지만, 챔버(2)의 압력보다 높은 압력이면 된다. 로드록실에 구비하는 배기 장치는, 챔버(2)의 배기 장치(25)보다 배기 성능이 낮은 것이어도 좋다.
챔버(2)의 상부에는 스퍼터원(23)이 배치되어 있다. 스퍼터원(23)은, 워크(W)에 퇴적되어 막이 되는 성막 재료의 공급원이다. 스퍼터원(23)은, 타겟(231), 배킹 플레이트(backing plate)(232) 및 도전 부재(233)로 구성되고, 전원 장치(24)에 접속되어 있다.
타겟(231)은, 예컨대 챔버(2)의 상면에 부착되고, 그 표면이 챔버(2)의 바닥부 부근에 설치된 스테이지(21)에 대향하도록 배치되어 있다. 타겟(231)은 성막 재료로 이루어지며, 주지의 모든 성막 재료를 적용할 수 있다. 예컨대, ITO막을 성막하는 경우에는, 타겟(231)은 산화인듐주석을 포함하는 것을 사용한다. 타겟(231)의 형상은, 예컨대 원기둥 형상이다. 단, 타원기둥 형상, 각기둥 형상 등 다른 형상이어도 좋다.
배킹 플레이트(232)는, 타겟(231)의 스테이지(21)측과는 반대측의 면을 유지하는 부재이다. 도전 부재(233)는, 배킹 플레이트(232)와 전원 장치(24)를 접속하는 부재이다. 또, 스퍼터원(23)에는, 필요에 따라서 마그넷, 냉각 기구 등이 설치되어 있다.
전원 장치(24)는, 도전 부재(233) 및 배킹 플레이트(232)를 통해, 타겟(231)에 전압을 인가하는 구성부이다. 즉, 전원 장치(24)는, 타겟(231)에 전압을 인가함으로써, 타겟(231)의 주위에 도입된 스퍼터 가스를 플라즈마화시켜, 성막 재료를 워크(W)에 퇴적시킨다. 본 실시형태에서의 전원 장치(24)는, 예컨대, 고전압을 인가하는 DC 전원이다. 또, 고주파 스퍼터를 행하는 장치의 경우에는, RF 전원으로 할 수도 있다.
또한, 챔버(2)에는 스퍼터 가스 도입부(27)가 설치되어 있다. 이 스퍼터 가스 도입부(27)로부터, 챔버(2)의 내부에 스퍼터 가스를 도입한다. 스퍼터 가스는 특정한 것에 한정되지 않지만, ITO막의 성막에는, 예컨대 아르곤 등의 불활성 가스와 산소의 혼합 가스를 이용할 수 있다. 혼합 가스를 이용하는 경우에, 스퍼터 가스 도입부는, 챔버(2)에 도입하는 스퍼터 가스에서의 아르곤 가스와 산소의 도입 분압을 제어한다. 구체적으로는, 스퍼터 가스 도입부(27)는 아르곤 가스 도입부(271a)와 산소 도입부(272a)로 구성된다. 아르곤 가스 도입부(271a)와 산소 도입부(272a)에는 각각 유량 제어계(271b, 272b)가 설치되어 있다. 유량 제어계(271b, 272b)는, 아르곤 가스와 산소의 유량을 측정함으로써, 스퍼터 가스에서의 아르곤 가스 분압과 산소 분압을 각각 제어한다.
제어 장치(4)는, 성막 장치(1)의 각 부의 동작을 제어하는 장치이다. 이 제어 장치(4)는, 예컨대 전용의 전자 회로 또는 미리 정해진 프로그램으로 동작하는 컴퓨터 등에 의해 구성할 수 있다. 제어 장치(4)에는, 각 부의 제어 내용이 프로그램되어 있고, PLC나 CPU 등의 처리 장치에 의해 실행된다. 이 때문에, 다종 다양한 성막 사양에 대응할 수 있다.
이러한 제어 장치(4)의 구성을, 가상적인 기능 블록도인 도 2를 참조하여 설명한다. 즉, 제어 장치(4)는, 기구 제어부(41), 산소 분압 결정부(42), 기억부(43), 계시(計時)부(44), 경보 생성부(45), 입출력 제어부(46)를 갖는다.
기구 제어부(41)는, 성막 장치(1)의 각 부의 기구를 제어하는 처리부이다. 제어로는, 예컨대, 로드록실의 개폐 및 내부 압력의 제어, 반입구(20)의 개폐, 배기 장치(25)의 배기 속도, 스퍼터 가스 도입부(27)의 타이밍 및 도입량의 제어, 전원 장치(24)에서의 전압 인가의 타이밍과 공급 전력량의 제어 등을 들 수 있다.
산소 분압 결정부(42)는, 챔버(2)의 압력을 측정하는 압력계(26)로부터 압력계(26)에 의해 측정된 베이스 압력을 취득한다. 산소 분압 결정부(42)는, 기억부(43)에 기억된 최적 산소 분압의 데이터를 참조하여, 취득한 베이스 압력에 대응하는 최적 산소 분압을 결정한다. 베이스 압력이란, 스퍼터 가스를 도입하기 전의 챔버(2)의 압력이며, 구체적으로는, 챔버(2)에 워크(W)를 반입하여 반입구(20)를 폐쇄하고 나서, 배기 장치(25)에 의해 미리 설정된 시간 배기를 행한 후의 압력이다. 이 미리 설정된 시간을, 이후에는 「배기 시간 t」라고 한다. 최적 산소 분압이란, 스퍼터 가스에서의 산소 분압의 최적치이다.
기구 제어부(41)는, 스퍼터 가스에서의 산소 분압이, 산소 분압 결정부(42)에서 결정된 최적 산소 분압이 되도록, 제어 신호를 생성하여 산소 도입부(272a)의 유량 제어계(272b)에 송신한다. 산소 도입부(272a)의 유량 제어계(272b)는, 수신한 제어 신호에 따라서 산소의 유량을 조정하여, 스퍼터 가스에서의 산소 분압이 최적 산소 분압이 되도록 제어한다. 또, 본 실시형태에 있어서, 아르곤 가스 분압은 고정되어 있기 때문에, 아르곤 가스의 유량 제어계(271b)는 미리 결정된 아르곤 가스 분압에 기초하여 유량을 조정한다.
기억부(43)는, 본 실시형태의 제어에 필요한 각종 정보를 기억하지만, 전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는 최적 산소 분압의 데이터를 기억하고 있다. 최적 산소 분압의 데이터는, 미리 시험 등을 행하여 얻을 수 있지만, 베이스 압력이 상승함에 따라서 최적 산소 분압이 감소하는 경향으로 되어 있다. 여기서, 베이스 압력의 값이 상승함에 따라서, 최적 산소 분압이 감소하는 이유에 관해 설명한다.
도 3에, 성막 처리에서의 챔버(2) 내부의 압력의 변화를 나타내고 있다. 성막 처리는 워크(W)를 교체하여 반복하여 행해진다. 그래프에서는, 성막 개시후의 챔버(2) 내부에 ITO막이 부착되지 않은 초기의 상태의 압력의 변화를 실선으로 나타내고, 성막을 반복하여 챔버(2) 내부에 ITO막이 부착된 후기의 상태의 압력의 변화를 파선으로 나타내고 있다.
초기에 있어서도 후기에 있어서도, 압력은 전체적으로는 동일한 추이를 나타낸다. 워크(W)를 챔버(2)의 내부에 반입할 때에는, 챔버(2)의 압력보다 로드록실의 압력이 높은 상태로 반입구(20)를 개방하기 때문에, 압력이 상승한다(도면 중 (1)). 반입구(20)를 폐쇄한 후, 챔버(2)를 미리 정해진 배기 시간 t만큼 배기하여 베이스 압력까지 감압한다(도면 중 (2)). 그 후, 스퍼터 가스를 도입함으로써 압력은 상승한다(도면 중 (3)). 성막 처리 중에는, 스퍼터 가스의 양이 일정하게 유지되도록, 배기와 스퍼터 가스의 공급이 행해진다(도면 중 (4)). 성막 완료후에는, 스퍼터 가스의 도입을 정지하므로 압력이 감소한다.
그러나, 워크(W) 반입후에 동일한 배기 시간 t로 배기한 경우에도, 후기가 초기보다 베이스 압력이 높아졌다. 이것은, 성막에 의해 챔버(2)의 내벽에 부착된 ITO막에, 워크(W)의 반입시에 들어간 외부의 공기나 공기 중의 수증기 등의 가스가 흡착되기 때문이라고 생각된다. 흡착된 가스는, 챔버(2)를 베이스 압력으로 감압할 때에 아웃가스로서 챔버(2)의 내부에 방출된다. 성막을 반복하면 부착되는 ITO막의 양도 증가하기 때문에, 아웃가스의 양도 증가해 간다. 그 때문에, 동일한 배기 시간 t로 배기한 경우, 방출되는 아웃가스 분만큼 베이스 압력이 높아진다.
아웃가스에는 산소가 포함되기 때문에, 스퍼터 가스에서의 산소 분압을 일정하게 한 상태라면, 스퍼터 가스의 산소와 아웃가스에 포함되는 산소의 합이 점차 커져 간다. 그 결과, 성막 처리시에 플라즈마화되는 산소의 양이 많아진다.
성막 처리에서의 산소가 적정량을 초과하면, 제품에서의 저항치도 증가한다. 도 4는, 스퍼터 가스에서의 산소 분압을 일정하게 한 채로 성막 장치(1)를 계속 가동한 경우의 ITO막의 저항치의 변화를 모식적으로 나타낸 그래프이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 산소 분압을 일정하게 한 채로 장치를 계속 가동하면, ITO막의 저항치는 비례적으로 증가한다. 저항치가 일정 이상이 되면, 제품으로서 불량품으로 판정될 가능성이 있다.
그러나, 아웃가스에서의 산소의 증가량에 따라서, 스퍼터 가스의 산소 분압을 감소시키면, 성막 처리에서의 산소를 적정량으로 유지하여, 저항치의 증가를 억제할 수 있다. 아웃가스에서의 산소의 증가량은 측정하는 것이 어렵지만, 전술한 바와 같이, 아웃가스의 양의 증가에 따라서 베이스 압력이 상승한다. 즉, 압력계(26)로 측정할 수 있는 베이스 압력의 상승에 따라서 스퍼터 가스에서의 산소 분압을 감소시키는 것에 의해, 성막 처리시의 산소량을 적정량으로 유지할 수 있다. 그와 같은 관점에서, 미리 시험 등을 행하여, 베이스 압력에 따른 최적 산소 분압의 데이터를 작성하여 기억부(43)에 보존한다.
기억부(43)에는 또한, 베이스 압력의 상한치도 기억시켜 두는 것이 좋다. 베이스 압력이 계속 상승, 즉, 아웃가스의 양이 계속 증가하면, 아웃가스에 포함되는 산소만으로 성막 처리에 필요한 산소의 양을 초과할 가능성이 있다. 또한, 챔버(2)의 압력이 지나치게 높아지면, ITO막의 밀도나 균질성에 영향을 미친다. 그 결과, 스퍼터 가스의 산소 분압을 줄였다고 하더라도, ITO막의 저항치의 상승을 막을 수 없게 되어 버린다. 그와 같은 경우는 챔버(2) 내의 청소를 행하여 챔버(2)의 내벽에 부착된 ITO막을 제거할 필요가 있다. 상한치는, 미리 시험 등을 행하여 결정하는 것이 좋지만, 예컨대 6×10- 3[Pa]로 해도 좋다.
계시부(44)는, 시간을 카운트하는 타이머이다. 기구 제어부(41)는, 계시부(44)에서 카운트되는 시간에 기초하여, 워크(W)의 반입 및 반출의 타이밍, 스퍼터 가스의 도입 및 정지의 타이밍, 전압 인가의 타이밍 등을 제어한다. 또한, 산소 분압 결정부(42)는, 워크(W)를 반입하고 반입구(20)를 폐쇄하고 나서, 계시부(44)에 의해 카운트되는 시간이 미리 정해진 배기 시간 t를 경과한 지점에서, 압력계(26)로부터 베이스 압력의 측정치를 취득한다.
경보 생성부(45)는, 압력계(26)로부터 취득되는 베이스 압력이, 기억부(43)에 기억된 상한치를 초과했을 때 경보를 생성한다. 경보는, 예컨대 베이스 압력의 값과 챔버(2) 내의 청소가 필요해졌다는 취지를 통지하는 것으로 해도 좋다.
입출력 제어부(46)는, 제어 대상이 되는 각 부와의 사이에서의 신호의 변환이나 입출력을 제어하는 인터페이스이다.
또한, 제어 장치(4)에는, 입력 장치(47), 출력 장치(48)가 접속되어 있다. 입력 장치(47)는, 오퍼레이터가 제어 장치(4)를 통해 성막 장치(1)를 조작하기 위한 스위치, 터치패널, 키보드, 마우스 등의 입력 수단이다. 전술한 최적 산소 분압의 데이터는, 입력 장치(47)로부터 원하는 값을 입력할 수 있다.
출력 장치(48)는, 장치의 상태를 확인하기 위한 정보를, 오퍼레이터가 시인 가능한 상태로 하는 디스플레이, 램프, 미터 등의 출력 수단이다. 출력 장치(48)는, 예컨대 경보 생성부(45)에서 생성된 경보를 출력한다.
[동작]
다음으로, 본 실시형태에 관한 성막 장치(1)의 동작 및 성막 방법에 관해 설명한다. 이하에 설명하는 성막 장치(1)의 동작은, 제어 장치(4)의 기구 제어부(41)에 의해 제어되는 것이다. 워크(W)는, 대기압의 외부로부터 로드록실에 반입된다. 로드록실을 미리 설정된 압력까지 감압하고 나서 반입구(20)를 개방하여, 챔버(2)의 내부에 워크(W)를 반입한다. 로드록실의 압력은 챔버(2)의 압력보다 높기 때문에, 반입구(20)를 개방했을 때에 챔버(2)의 압력은 일시적으로 상승한다. 반입한 워크(W)는 스테이지(21)에 얹어 놓는다. 워크(W)의 반입은, 도시하지 않은 반송 장치로 행한다. 스테이지(21)에 얹어 놓은 후에는, 반입구(20)를 폐쇄하여 챔버(2)를 밀폐한다. 챔버(2)는 배기 장치(25)에 의해 항상 배기되고 있기 때문에, 반입구(20)를 폐쇄하는 것에 의해 챔버(2)는 감압된다.
제어 장치(4)의 산소 분압 결정부(42)는, 반입구(20)를 폐쇄하고 나서, 계시부(44)에 의해 카운트되는 시간이 미리 정해진 배기 시간 t를 경과한 시점에서, 압력계(26)로부터 베이스 압력의 값을 취득한다.
산소 분압 결정부(42)는, 기억부(43)의 최적 산소 분압의 데이터를 참조하여, 압력계(26)로부터 취득한 베이스 압력에 대응하는 최적 산소 분압의 값을 결정한다. 기구 제어부(41)는, 산소 분압 결정부(42)에서 결정된 최적 산소 분압에 기초하여 제어 신호를 생성하고, 산소 도입부(272a)의 유량 제어계(272b)에 송신한다. 유량 제어계(272b)는, 스퍼터 가스에서의 산소 분압이 최적 산소 분압이 되도록 유량을 조정한다.
스퍼터 가스 도입부(27)로부터 스퍼터 가스를 챔버(2)의 내부에 도입하고, 전원 장치(24)로부터 타겟(231)에 직류 전압을 인가한다. 직류 전압의 인가에 의해 스퍼터 가스가 플라즈마화하여 이온이 발생한다. 발생한 이온이 타겟(231)에 충돌하면, 타겟(231)의 성막 재료의 입자가 비산된다. 비산된 입자가 스테이지(21)에 놓인 워크(W)에 퇴적됨으로써, 워크(W) 위에 박막이 형성된다.
성막 처리가 완료하면, 스퍼터 가스의 도입을 정지하고, 반입구(20)를 개방하여 성막한 워크(W)를 챔버(2) 내부로부터 반출하고, 다음 워크(W)를 반입한다. 후속하는 워크(W)에 관해서도, 최초의 워크(W)와 동일한 공정으로, 순차적으로 성막 처리를 행해 간다. 단, 성막 처리를 반복하면 ITO막이 챔버(2) 내부에 부착되어 아웃가스가 발생하기 때문에, 압력계(26)로 측정되는 베이스 압력의 값은 서서히 상승한다. 산소 분압 결정부(42)는 기억부(43)의 최적 산소 분압의 데이터를 참조하여, 상승한 베이스 압력에 대응하는 최적 산소 분압을 결정한다. 따라서, 스퍼터 가스에서의 산소 분압은 서서히 감소해 가기 때문에, 성막 처리에서의 산소의 양이 적정한 범위로 유지된다. 이것에 의해, 성막 처리를 반복하더라도, 베이스 압력이 상한치를 초과할 때까지 막의 품질을 유지한 성막이 행해진다.
압력계(26)로 측정되는 베이스 압력의 값이 상한치를 초과한 경우, 경보 생성부(45)는 경보를 생성하여 출력 장치(48)에 출력한다. 경보를 출력한 시점에서, 성막 처리를 중단시켜도 좋고, 혹은 경보를 출력한 다음 성막 처리를 계속시켜도 좋다.
[실시예]
전술한 실시형태의 성막 장치(1)에 있어서, 이하의 조건으로 성막 처리를 행했다.
ㆍDC 전력[kW] : 3.5
ㆍAr 가스 압력[Pa] : 1.46(420 sccm)
ㆍO2 압력[Pa] : 0.037(12.5 sccm)
ㆍ성막 압력(Ar+O2)[Pa] : 1.50
ㆍ방전 전압[V] : 398
ㆍ배기 시간[s] : 23.4
ㆍ성막 시간[s] : 5.2
ㆍ성막 속도[nm/s] : 7.7
ㆍ타겟(231) : 산화인듐주석(ITO)
ㆍ막두께[nm] : 40
ㆍ워크(W) : 폴리카보네이트 기판
상기 조건으로 복수매의 워크(W)에 대하여 연속하여 성막 처리를 행했다. 각 성막 처리에 있어서, 워크(W)를 챔버(2) 내에 반입하고 나서 배기 시간이 경과한 시점에서 베이스 압력을 측정했다. 초기의 베이스 압력은 2×10-3[Pa]였지만, 성막 처리를 반복하면 베이스 압력이 상승했다. 도 5의 그래프에 나타낸 바와 같이, 베이스 압력의 상승에 따라서 산소 분압을 감소시켰다.
2×10-3[Pa], 6×10-3[Pa], 10×10-3[Pa]의 베이스 압력으로 각각 성막을 행한 워크(W)에 대하여, 80℃에서 92시간의 가열 시험을 행하고, 가열후의 저항치를 측정했다. 가열 시험의 결과를 도 6의 그래프에 나타내고 있다. 베이스 압력 6×10-3[Pa]으로 성막을 행한 ITO막은, 초기의 베이스 압력 2×10-3[Pa]에 대한 저항 증가율이 낮다. 즉, 스퍼터 가스의 산소 분압을 감소시킴으로써, 성막 처리에서의 산소가 적정량으로 유지되고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 베이스 압력 10×10-3[Pa]에서는 산소 분압을 감소시키고 있지만, 초기의 베이스 압력 2×10-3[Pa]에 대한 저항 증가율이 크다. 이것은, 아웃가스에 포함되는 산소가, 스퍼터 가스의 산소 분압의 감소에 의해 조정 가능한 양을 초과했거나, 챔버(2)의 압력이 높아져, 막의 밀도나 균질성에 영향을 주었기 때문이라고 생각된다.
[효과]
(1) 본 실시형태의 성막 장치(1)는, 성막 재료로 이루어진 타겟(231)이 배치되고, 내부에 워크(W)가 반입되는 밀폐 용기인 챔버(2)와, 워크(W)의 반입후, 챔버(2)를 미리 정해진 배기 시간 배기하여 베이스 압력으로 하는 배기 장치(25)와, 베이스 압력으로 배기된 챔버(2)의 내부에, 산소를 포함하는 스퍼터 가스를 도입하는 스퍼터 가스 도입부(27)를 구비한다. 스퍼터 가스 도입부(27)는, 챔버(2)의 내부에 부착되는 성막 재료의 증가에 의한 베이스 압력의 상승에 따라서, 챔버(2)에 도입하는 스퍼터 가스의 산소 분압을 감소시킨다.
아웃가스의 발생에 의해 상승하는 베이스 압력을 기준으로 하여, 스퍼터 가스 중의 산소의 도입 분압을 조정함으로써, 챔버(2) 내에서의 산소를 적정량으로 유지하여 성막을 행할 수 있다. 이것에 의해, 양호한 품질이며, 또한 품질의 불균일이 적은 성막을 행할 수 있는 신뢰성 높은 성막 장치(1) 및 성막 방법을 제공할 수 있다.
성막 장치(1)는, 베이스 압력을 계측하는 압력계(26)와, 압력계(26)로 측정된 베이스 압력에 따라서, 스퍼터 가스 도입부(27)가 도입하는 스퍼터 가스의 산소 분압을 결정하는 제어 장치(4)를 구비한다. 압력계(26)는 챔버(2)의 압력 관리를 위해 통상 설치되는 것이며, 베이스 압력은 압력계(26)로부터 용이하게 취득할 수 있다. 따라서, 매우 정밀한 계기 등을 필요로 하지 않고 산소 분압을 제어할 수 있어, 경제성이 높다.
[제2 실시형태]
본 발명의 제2 실시형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다. 또, 제1 실시형태의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 관해서는 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
제2 실시형태의 성막 장치(1)의 전체적인 구성은 제1 실시형태와 동일하다. 제2 실시형태의 성막 장치(1)의 제어 장치(4)의 기능 구성을 도 7에 나타내고 있다. 제어 장치(4)는, 제1 실시형태와 동일한 구성에 더하여, 베이스 압력 결정부(49)를 구비하고 있다. 제1 실시형태에서는, 기구 제어부(41)가 압력계(26)로 측정된 베이스 압력의 값을 취득했지만, 제2 실시형태에서는, 전원 장치(24)로부터 타겟(231)에 공급된 적산 전력량에 기초하여 베이스 압력을 결정한다.
적산 전력량이란, 워크(W)를 교체하여 성막 처리를 연속하여 행하는 경우에, 각 성막 처리에 있어서 전원 장치(24)로부터 타겟(231)에 공급된 전력의 적산량이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 적산 전력량은 성막 처리를 반복할 때마다 증가해 간다. 제1 실시형태에서도 설명한 바와 같이, 베이스 압력도 성막 처리를 반복할 때마다 증가해 간다. 즉, 적산 전력량의 증가에 따라서 베이스 압력도 증가해 간다. 따라서, 미리 시험 등을 행하여, 적산 전력량에 대응하는 베이스 압력의 데이터를 작성하여 기억부(43)에 기억시킨다.
전술한 바와 같이, 기구 제어부(41)는, 전원 장치(24)에서의 전압 인가의 타이밍과 공급 전력량을 제어한다. 베이스 압력 결정부(49)는, 기구 제어부(41)로부터 공급 전력량을 취득하여 적산 전력량을 산출한다. 그리고, 기억부(43)에 기억시킨 베이스 압력의 데이터를 참조하여, 산출한 적산 전력량에 대응하는 베이스 압력을 결정한다.
산소 분압 결정부(42)는, 기억부(43)에 기억된 최적 산소 분압의 데이터를 참조하여, 베이스 압력 결정부(49)에서 결정된 베이스 압력에 대응하는 최적 산소 분압을 결정한다. 기구 제어부(41)는, 스퍼터 가스에서의 산소 분압이, 산소 분압 결정부(42)에서 결정된 최적 산소 분압이 되도록, 제어 신호를 생성하여 산소 도입부(272a)의 유량 제어계(272b)에 송신한다. 산소 도입부(272a)의 유량 제어계(272b)는, 수신한 제어 신호에 따라서 챔버(2)에 도입하는 산소의 유량을 조정한다.
이상 설명한 바와 같이, 제2 실시형태에서는, 제어 장치(4)는, 전원 장치(24)로부터 타겟(231)에 공급된 적산 전력량에 기초하여 결정한 베이스 압력에 따라서, 스퍼터 가스 도입부(27)에서의 스퍼터 가스의 산소 분압을 결정한다. 챔버(2) 내부의 환경이나 성막 상황 등의 사정에 의해 베이스 압력을 측정할 수 없는 경우라 하더라도, 적산 전력량으로부터 베이스 압력을 결정할 수 있고, 제1 실시형태와 동일하게 스퍼터 가스의 산소 분압을 조정하고, 산소를 적정량으로 유지하여 성막을 행할 수 있다.
[그 밖의 실시형태]
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 전술한 성막 장치(1)는, 스퍼터링 등의 성막 처리와 에칭 등의 막처리를 행하는 복수의 챔버를 구비한 멀티 챔버형의 플라즈마 처리 장치에 적용해도 좋다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 반입구(20)에 로드록실이 접속되어 있는 예를 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 외부로부터 반입구(20)에 직접 워크(W)를 반입해도 좋다. 로드록실을 사용하지 않으면, 워크(W)의 반입시에 들어가는 외부의 공기가 증가하여, 결과적으로 챔버(2)의 내벽에 부착된 ITO막으로부터의 아웃가스의 양은 증가할 가능성이 있기 때문에, 예컨대 배기 시간 t를 길게 하여, 들어간 외부의 공기가 배기되도록 하는 것이 좋다. 또한, 로드록실을 사용하지 않는 경우는, 반입구(20)를 개방하면 챔버(2)의 내부가 대기압까지 상승하기 때문에, 반입구(20)를 개방하고 있는 동안은 배기 장치(25)를 정지시키고, 반입구를 폐쇄한 후에 배기 장치(25)를 가동하여 배기를 시작해도 좋다.
이상, 본 발명의 실시형태 및 각 부의 변형예를 설명했지만, 이 실시형태나 각 부의 변형예는 일례로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않는다. 전술한 이들 신규 실시형태는, 그 밖의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러가지 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이러한 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허청구범위에 기재된 발명에 포함된다.
1 : 성막 장치 2 : 챔버
20 : 반입구 21 : 스테이지
22 : 샤프트 23 : 스퍼터원
231 : 타겟 232 : 배킹 플레이트
233 : 도전 부재 24 : 전원 장치
25 : 배기 장치 26 : 압력계
27 : 스퍼터 가스 도입부 271a : 아르곤 가스 도입부
272a : 산소 도입부 271b, 272b : 유량 제어계
4 : 제어 장치 41 : 기구 제어부
42 : 산소 분압 결정부 43 : 기억부
44 : 계시부 45 : 경보 생성부
46 : 입출력 제어부 47 : 입력 장치
48 : 출력 장치 49 : 베이스 압력 결정부
W : 워크

Claims (5)

  1. 워크(work)에 대하여 플라즈마를 이용하여 성막을 행하는 성막 장치로서,
    성막 재료로 이루어진 타겟이 배치되고, 내부에 상기 워크가 반입되는 밀폐 용기와,
    상기 워크의 반입후, 상기 밀폐 용기를 미리 정해진 시간 배기하여 베이스 압력으로 하는 배기 장치와,
    상기 베이스 압력으로 배기된 상기 밀폐 용기의 내부에, 산소를 포함하는 스퍼터 가스를 도입하는 스퍼터 가스 도입부를 구비하고,
    상기 스퍼터 가스 도입부는, 상기 밀폐 용기 내부에 부착되는 상기 성막 재료의 증가에 의한 상기 베이스 압력의 상승에 따라서, 상기 밀폐 용기에 도입하는 상기 스퍼터 가스의 산소 분압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스 압력을 계측하는 압력계와,
    상기 압력계로 측정된 상기 베이스 압력에 따라서, 상기 스퍼터 가스 도입부가 도입하는 상기 스퍼터 가스의 산소 분압을 결정하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 타겟에 전압을 인가하는 전원 장치와,
    상기 전원 장치로부터 상기 타겟에 공급된 전력의 적산량에 기초하여 결정한 상기 베이스 압력에 따라서, 상기 스퍼터 가스 도입부가 도입하는 상기 스퍼터 가스의 산소 분압을 결정하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 베이스 압력이 6×10- 3[Pa]를 초과했을 때에 경보를 생성하는 경보 생성부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  5. 워크에 대하여 플라즈마를 이용하여 성막을 행하는 성막 방법으로서,
    성막 재료로 이루어진 타겟이 배치된 밀폐 용기의 내부에 상기 워크를 반입하고,
    상기 워크의 반입후, 상기 밀폐 용기를 미리 정해진 시간 배기하여 베이스 압력으로 하고,
    상기 베이스 압력으로 배기된 상기 밀폐 용기의 내부에, 산소를 포함하는 스퍼터 가스를 도입하고,
    상기 밀폐 용기 내부에 부착되는 상기 성막 재료의 증가에 의한 상기 베이스 압력의 상승에 따라서, 상기 밀폐 용기에 도입하는 상기 스퍼터 가스의 산소 분압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
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