(57)【要約】      （修正有）【課題】アンテナを覆う絶縁カバーの表面のクリーニング作業を効率よく行うことができるスパッタリング装置を提供する。【解決手段】プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして基板に成膜するスパッタリング装置１００であって、前記基板Ｗが配置される真空容器２と、前記真空容器内２に配置されたアンテナ５と、前記アンテナ５に接続され、前記真空容器内に誘導結合型のプラズマを生成するための交流電圧を前記アンテナに印加するアンテナ交流電源６と、前記アンテナ５に接続され、前記アンテナに直流電圧を印加するアンテナ直流電源１１とを備えるスパッタリング装置。【選択図】図１
2020190004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして基板に成膜するスパッタリング装置であって、
前記基板が配置される真空容器と、
前記真空容器内に配置されたアンテナと、
前記アンテナに接続され、前記真空容器内に誘導結合型のプラズマを生成するための交流電圧を前記アンテナに印加するアンテナ交流電源と、
前記アンテナに接続され、前記アンテナに直流電圧を印加するアンテナ直流電源と
を備えるスパッタリング装置。
【請求項２】
前記アンテナを覆う絶縁カバーを更に備える請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記ターゲットにバイアス電圧を印加するターゲットバイアス電源を更に備え、
前記アンテナ直流電源は、前記ターゲットバイアス電源を用いて構成されている請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記ターゲットバイアス電源と前記ターゲットとが接続する第１接続状態と、
前記ターゲットバイアス電源と前記アンテナとが接続し、前記ターゲットバイアス電源が前記アンテナ直流電源として機能する第２接続状態と
を切り替える切替スイッチを更に備える請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記第２接続状態において、前記アンテナ直流電源がローパスフィルタを介して前記アンテナに接続されており、
前記アンテナに対して、前記アンテナ直流電源及びローパスフィルタと、前記アンテナ交流電源とが並列に接続されている請求項４に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記アンテナの一端部は、開閉スイッチを介して接地されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
互いに直列接続された複数本の前記アンテナを備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
アンテナを備え、該アンテナに交流電圧を印加することで生成した誘導結合型のプラズマを用いてターゲットをスパッタリングするスパッタリング装置のクリーニング方法であって、
前記アンテナに前記交流電圧を印加した状態で、前記アンテナに直流電圧を重畳して印加することを特徴とする、スパッタリング装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして基板に成膜するスパッタリング装置及びそのクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のスパッタリング装置としては、特許文献１に示すように、ターゲットの近傍にアンテナを配置して、当該アンテナに高周波電流を流すことによって真空容器内にプラズマを生成するものが知られている。このスパッタリング装置では、プラズマが生成している状態でターゲットにバイアス電圧を印加し、プラズマ中のイオン（Ａｒ＋）をターゲットに衝突させ、ターゲットを構成する材料の粒子を弾き出す。これにより、真空容器内に置かれた基板の表面に薄膜を形成することができる。
【０００３】
ところで、真空容器内にアンテナが設けられたスパッタリング装置では、アンテナとプラズマとの静電結合を抑制するためアンテナの表面を覆う絶縁カバーが設けられている。そして、スパッタリングによりターゲットから弾き出された粒子は、基板の表面のみならずアンテナを覆う絶縁カバーの表面にも膜として付着してしまう。このような絶縁カバーの表面に付着した膜は、成膜速度の低下の原因となるだけでなく、基板の成膜中に絶縁カバーの表面から剥がれ落ち、基板上の膜中に混入する恐れがある。そのためこの種のスパッタリング装置では、定期的に絶縁カバーの表面を清掃（クリーニング）し、付着した膜を除去する必要がある。このクリーニング作業として、従来、絶縁カバー・防着板の定期的な交換が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２０９５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したようなクリーニング作業を行う場合には、絶縁カバー・防着板の交換を行うために真空容器を大気開放する必要があり、このためクリーニング作業に要する時間が長くなってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、アンテナを覆う絶縁カバーの表面のクリーニング作業を効率よく行うことができるスパッタリング装置を提供することを主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係るスパッタリング装置は、プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして基板に成膜するものであって、前記基板が配置される真空容器と、前記真空容器内に配置されたアンテナと、前記アンテナに接続され、前記真空容器内に誘導結合型のプラズマを生成するための交流電圧を前記アンテナに印加するアンテナ交流電源と、前記アンテナに接続され、前記アンテナに直流電圧を印加するアンテナ直流電源とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、アンテナに交流電圧を印加して真空容器内にプラズマを生成した状態で直流電圧を重畳して印加することで、アンテナを覆う絶縁カバーの表面にプラズマ中のイオンを衝突させ、これにより付着した膜を除去することができる。このように、基板の成膜後、真空容器を大気開放することなく、スパッタリングにより絶縁カバーの表面をクリーニングできるので、基板の交換作業と並行してクリーニング作業を行うことができ、クリーニング作業を効率よく行うことができる。
また、基板の成膜時に使用するスパッタリングガスを用いて絶縁カバーのスパッタリングを行うことができるので、クリーニング作業の際に真空容器内に不純物が混入する恐れが少ない。そのためクリーニング後の成膜作業の際に、基板上の膜に、クリーニング作業に起因する不純物が混入する可能性を低減できる。
【０００９】
前記スパッタリング装置の具体的態様として、前記アンテナを覆う絶縁カバーを更に備えるものを挙げることができる。
【００１０】
前記スパッタリング装置は、前記ターゲットにバイアス電圧を印加するターゲットバイアス電源を更に備え、前記アンテナ直流電源は、前記ターゲットバイアス電源を用いて構成されていることが好ましい。
このようなものであれば、従来設けられているターゲットバイアス電源をアンテナ直流電源として利用するので、追加の電源設備を設ける必要がない。そのため、装置構成を大きく変更することなく、低コストで上記効果を奏することができる。
【００１１】
ターゲットバイアス電源をアンテナ直流電源として利用するための前記スパッタリング装置の態様として、前記ターゲットバイアス電源と前記ターゲットとが接続する第１接続状態と、前記ターゲットバイアス電源と前記アンテナとが接続し、前記ターゲットバイアス電源が前記アンテナ直流電源として機能する第２接続状態とを切り替える切替スイッチを更に備えるものを挙げることができる。
このようなものであれば、切替スイッチを用いた簡単な回路構成により、ターゲットにバイアス電圧を印加するターゲットバイアス電源を、アンテナに直流を印加するための直流電源として利用することができる。
【００１２】
前記スパッタリング装置は、前記第２接続状態において、前記アンテナ直流電源がローパスフィルタを介して前記アンテナに接続されており、前記アンテナに対して、前記アンテナ直流電源及びローパスフィルタと、前記アンテナ交流電源とが並列に接続されていることが好ましい。
このようなものであれば、アンテナ直流電源及びローパスフィルタとアンテナ交流電源とがアンテナに対して並列接続されているので、アンテナ交流電源の高周波電力を、アンテナ直流電源側に逆流させることなく、アンテナに効率よく印加させることができる。これにより、真空容器内に効率よくプラズマを生成させ、アンテナを効率よくスパッタリングすることができる。
【００１３】
前記スパッタリング装置は、前記アンテナの一端部が、開閉スイッチを介して接地されていることが好ましい。
このようにすれば、基板のクリーニングを行う際に、開閉スイッチを開いてアンテナを非接地にすることで、容量結合型のプラズマを生成することができる。これにより、アンテナの電位を高くすることができ、絶縁カバーの表面を効率よくスパッタリングすることができる。
また、アンテナに印加される電圧を上流から下流にかけて一定にすることができる。そのため、アンテナの絶縁カバーの表面に対して略均一にスパッタリングを行い、クリーニングすることができる。
【００１４】
前記スパッタリング装置の具体的構成として、互いに直列接続された複数本の前記アンテナを備えるものを挙げることができる。
【００１５】
本発明のスパッタリング装置のクリーニング方法は、アンテナを備え、該アンテナに交流電圧を印加することで生成した誘導結合型のプラズマを用いてターゲットをスパッタリングするスパッタリング装置のクリーニング方法であって、前記アンテナに前記交流電圧を印加した状態で、前記アンテナに直流電圧を重畳して印加することを特徴とする。
このようなクリーニング方法であれば、上記したスパッタリング装置と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
このように構成した本発明によれば、アンテナを覆う絶縁カバーの表面のクリーニング作業に要する時間を効率よく行うことができるスパッタリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示すアンテナの長手方向に直交する断面図である。
【図２】同実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示すアンテナの長手方向に平行な断面図である。
【図３】同実施形態のスパッタリング装置のクリーニング時の構成を模式的に示すアンテナの長手方向に平行な断面図である。
【図４】他の実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示すアンテナの長手方向に平行な断面図である。
【図５】他の実施形態のスパッタリング装置の構成を模式的に示すアンテナの長手方向に平行な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置について説明する。
【００１９】
本実施形態のスパッタリング装置１００は、誘導結合型のプラズマＰを用いてターゲットＴをスパッタリングして基板Ｗに成膜するものである。ここで、基板Ｗは、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等である。
【００２０】
具体的にスパッタリング装置１００は、図１及び図２に示すように、真空排気され且つガスが導入される真空容器２と、真空容器２内において基板Ｗを保持する基板保持部３と、真空容器２内においてターゲットＴを保持するターゲット保持部４と、真空容器２内に配置された直線状をなす複数のアンテナ５と、真空容器２内に誘導結合型のプラズマＰを生成するための交流電圧（高周波電圧）を複数のアンテナ５に印加するアンテナ交流電源（高周波電源ともいう）６とを備えている。なお、複数のアンテナ５にアンテナ交流電源６から高周波を印加することにより複数のアンテナ５には高周波電流ＩＲが流れて、真空容器２内に誘導電界が発生して誘導結合型のプラズマＰが生成される。
【００２１】
真空容器２は、例えば金属製の容器であり、その内部は真空排気装置Ｖによって真空排気される。真空容器２はこの例では電気的に接地されている。
【００２２】
真空容器２内に、例えば流量調整器（図示省略）等を有するスパッタ用ガス供給機構８及びガス導入口２１を経由して、スパッタ用ガス９が導入される。具体的にスパッタ用ガス供給機構８は、例えばアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスや、酸素ガスのみをスパッタ用ガスとして供給するものである。
【００２３】
基板保持部３は、真空容器２内において平板状をなす基板Ｗを例えば水平状態となるように保持するホルダである。このホルダはこの例では電気的に接地されている。なお、このホルダ内に、基板Ｗを加熱する図示しないヒータを設けておいてもよい。
【００２４】
ターゲット保持部４は、基板保持部３に保持された基板Ｗと対向してターゲットＴを保持するものである。本実施形態のターゲットＴは、平面視において矩形状をなす平板状のものであり、例えばＩｎＧａＺｎＯ等の酸化物半導体材料である。このターゲット保持部４は、真空容器２を形成する側壁２ａ（例えば上側壁）に設けられている。また、ターゲット保持部４と真空容器２の上側壁２ａとの間には、真空シール機能を有する絶縁部１０が設けられている。ターゲットＴには、それにターゲットバイアス電圧を印加するターゲットバイアス電源１１が、この例ではターゲット保持部４を介して接続されている。ターゲットバイアス電源１１は、直流電源又は直流パルス電源である。
【００２５】
ターゲットバイアス電圧は、プラズマＰ中のイオン（Ａｒ＋）をターゲットＴに引き込んでスパッタさせる電圧である。このターゲットバイアス電圧は、特に限定されないが、例えば−６００Ｖ以上、−２００Ｖ以下である。
【００２６】
複数（ここでは２本）のアンテナ５は、真空容器２内における基板ＷとターゲットＴとの間に、同一平面上に並列に配置されている。具体的には複数のアンテナ５は、基板Ｗの表面と実質的に平行であって、かつその長手方向が互いに平行もなるように等間隔に配置されている。なお、各アンテナ５は平面視において直線状で同一構成であり、その長さは数十ｃｍ以上である。
【００２７】
本実施形態のアンテナ５は、図１及び図２に示すように、ターゲット保持部４に保持されたターゲットＴの両側にそれぞれ配置されている。つまり、アンテナ５とターゲットＴとが交互に配置されており、１つのターゲットＴは、２本のアンテナ５により挟まれた構成となる。ここで、各アンテナ５の長手方向とターゲット保持部４に保持されたターゲットＴの長手方向とは同一方向である。
【００２８】
また、各アンテナ５の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等であるが、これに限られるものではない。なお、アンテナ５を中空にして、その中に冷却水等の冷媒を流し、アンテナ５を冷却するようにしてもよい。
【００２９】
なお、各アンテナ５の両端部付近は、図２に示すように、真空容器２の相対向する側壁２ｂ、２ｃをそれぞれ貫通している。アンテナ５の両端部を真空容器２外へ貫通させる部分には、絶縁部材１２がそれぞれ設けられている。この各絶縁部材１２を、アンテナ５の両端部が貫通しており、その貫通部は例えばパッキンによって真空シールされている。各絶縁部材１２と真空容器２との間も、例えばパッキンによって真空シールされている。なお、絶縁部材１２の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英、又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のエンジニアリングプラスチック等である。
【００３０】
さらに、各アンテナ５において、真空容器２内に位置する部分は、絶縁物製で直管状の絶縁カバー（絶縁管）１３により覆われている。この絶縁カバー１３の両端部と真空容器２との間はシールしなくてもよい。絶縁カバー１３内の空間にガス９が入っても、当該空間は小さくて電子の移動距離は短いので、通常は当該空間にプラズマＰは発生しないからである。なお、絶縁カバー１３の材質は、例えば、石英、アルミナ、フッ素樹脂、窒化シリコン、炭化シリコン、シリコン等であるが、これらに限られるものではない。
【００３１】
アンテナ５の一端部である給電端部５ａには、整合回路６１を介してアンテナ交流電源６が接続されており、他端部である終端部５ｂは接地されている。なお、給電端部５ａ又は終端部５ｂに、可変コンデンサ又は可変リアクトル等のインピーダンス調整回路を設けて、各アンテナ５のインピーダンスを調整するように構成してもよい。このように各アンテナ５のインピーダンスを調整することによって、アンテナ５の長手方向におけるプラズマＰの密度分布を均一化することができ、アンテナ５の長手方向の膜厚を均一化することができる。
【００３２】
上記構成によって、アンテナ交流電源６から、整合回路６１を介して、アンテナ５に高周波電流ＩＲを流すことができる。高周波の周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。
【００３３】
しかして、本実施形態のスパッタリング装置１００は、複数のアンテナ５に接続され、アンテナ５に直流電圧を印加するアンテナ直流電源７を更に備えていることを特徴とする。これにより、複数のアンテナ５に直流負電圧を印加してアンテナ５を覆う絶縁カバー１３表面をスパッタリングすることができるように構成されている。
【００３４】
図２に示すように、アンテナ直流電源７は、複数のアンテナ５に対して、アンテナ交流電源６と並列になるようにアンテナの一端部（給電端部）５ａに接続されている。より具体的には、アンテナ直流電源７はローパスフィルタ７１を介してアンテナ５に接続されており、アンテナ直流電源７及びローパスフィルタ７１と、アンテナ交流電源６及び整合回路６１とが、複数のアンテナ５に対して並列に接続されている。なお本実施形態では、複数のアンテナ５は互いに直列に接続されている。
【００３５】
アンテナ直流電源７は、アンテナ５に対して負の直流電圧を印加できるものであればよく、直流電源、直流パルス電源又は直流と交流とが組み合わせられた電源であってもよい。本実施形態では、図２に示すように、アンテナ直流電源７はターゲットバイアス電源１１を用いて構成されている。より具体的には、スパッタリング装置１００は、ターゲットバイアス電源１１とターゲットＴとの間に、ターゲットバイアス電源１１の接続状態を切り替える切替スイッチ（開閉器）Ｓ１を備えている。この切替スイッチＳ１は、図示しない制御装置からの信号を受け付けて、ターゲットバイアス電源１１とターゲットＴとが接続する第１接続状態と、ターゲットバイアス電源１１とアンテナとが接続し、ターゲットバイアス電源１１がアンテナ直流電源７として機能する第２接続状態とを切り替える。
【００３６】
本実施形態のスパッタリング装置１００はまた、アンテナ５の一端部（終端部）５ｂが開閉スイッチＳ２を介して接地されている。この開閉スイッチＳ２は、図示しない制御装置からの信号を受け付けて、複数のアンテナ５が接地された接地状態と、複数のアンテナ５が非接地にされた（開放した）非接地状態とを切り替える。
【００３７】
＜クリーニング方法＞
次に、上述したスパッタリング装置１００のクリーニング方法を説明する。本実施形態のスパッタリング装置１００のクリーニング方法は、アンテナ５をスパッタリングすることにより、アンテナ５を覆う絶縁カバー１３の表面に付着した膜等を除去することを特徴とする。図３に示すように、このクリーニングを開始する際スパッタリング装置１００は、ターゲットバイアス電源１１とアンテナ５とが接続された第２接続状態にされており、またアンテナ５が非接地にされた非接地状態にされている。なお絶縁カバー１３のクリーニングは、ゲートバルブ等を介して真空容器２と連結された予備室（図示しない）内に基板Ｗを移動した後の状態で行われることが好ましい。
【００３８】
まず、複数のアンテナ５が非接地にされた状態で、アンテナ交流電源６からアンテナ５に交流電圧（高周波電圧）を印加する。これにより、アンテナ５の全体に高周波電圧が印加され、真空容器２内に容量結合型のプラズマＰ’が生成される。
【００３９】
次に、ターゲットＴにバイアス電圧が印加されていない状態で、アンテナ直流電源７たるターゲットバイアス電源１１からアンテナ５に直流電圧を重畳させる。これにより、プラズマＰ’中のイオン（Ａｒ＋）がアンテナ５に向かって引き込まれ、アンテナ５を覆う絶縁カバー１３の表面がスパッタリングされる。これにより、絶縁カバー１３の表面に付着した膜を除去することができる。
【００４０】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のスパッタリング装置１００によれば、アンテナ５に交流電圧を印加して真空容器２内に容量結合型のプラズマＰ’を生成した状態で直流電圧を重畳して印加することで、アンテナ５を覆う絶縁カバー１３の表面にプラズマＰ’中のイオンを衝突させ、これにより付着した膜を除去することができる。このように、基板Ｗの成膜後、真空容器２を大気開放することなく、スパッタリングにより絶縁カバー１３の表面をクリーニングできるので、基板Ｗの交換作業と並行してクリーニング作業を行うことができ、クリーニング作業を効率よく行うことができる。
【００４１】
また、基板Ｗの成膜時に使用するスパッタ用ガス９を用いて絶縁カバー１３のスパッタリングを行うことができるので、クリーニング作業の際に真空容器２内に不純物が混入する恐れが少ない。そのためクリーニング後の成膜作業の際に、基板Ｗ上の膜に、クリーニング作業に起因する不純物が混入する可能性を低減できる。
【００４２】
また、ターゲットＴにバイアス電圧を印加するためのターゲットバイアス電源１１をアンテナ直流電源７として利用するので、追加の電源設備を設ける必要がない。そのため、装置構成を大きく変更することなく、低コストで上記効果を奏することができる
【００４３】
さらに、クリーニングを行う際に、開閉スイッチＳ２を開いてアンテナ５を非接地にすることで、アンテナ５に印加される電圧を上流から下流にかけて一定にすることができる。そのため、絶縁カバー１３の表面に対して略均一にスパッタリングを行い、クリーニングすることができる。また、アンテナ５の電位を高くすることができ、絶縁カバー１３の表面を効率よくスパッタリングすることができる。
【００４４】
＜その他の実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４５】
前記実施形態では、アンテナ直流電源７はターゲットバイアス電源１１を用いて構成されていたが、これに限定されない。他の実施形態では図４に示すように、ターゲットバイアス電源１１とは別の直流電源により構成されていてもよい。
【００４６】
前記実施形態ではアンテナ５は２本であったが、これに限定されない。他の実施形態ではアンテナ５は３本以上であってもよく、１本であってもよい。
【００４７】
前記実施形態では、複数のアンテナ５は互いに直列に接続されていたがこれに限定されない。他の実施形態では図５に示すように、複数のアンテナ５は互いに並列に接続されていてもよい。
【００４８】
前記実施形態のスパッタリング装置１００は、アンテナ５の接地状態と非接地状態とを切り替える開閉スイッチＳ２を備えていたがこれに限らない。他の実施形態のスパッタリング装置１００は、開閉スイッチＳ２を備えず、アンテナ５が常に接地された状態であってもよい。このような態様であっても、クリーニング時に、アンテナ５に対して、直流電圧と交流電圧とを重畳させて印加することにより、アンテナ５をスパッタリングすることができる。
【００４９】
例えば、前記実施形態では、ターゲットＴとしてＩｎＧａＺｎＯを用いていたが、例えばＩｎＳｎＯやＩｎＷＺｎＯ等の任意の酸化物半導体材料をターゲットＴとして用いてもよい。
【００５０】
前記実施形態では、アンテナ５は直線状をなすものであったが、湾曲又は屈曲した形状であってもよい。この場合、金属パイプが湾曲又は屈曲した形状であってもよいし、絶縁カバー１３が湾曲又は屈曲した形状であってもよい。
【００５１】
前記実施形態では、１つのターゲット保持部４を有する構成であったが、複数のターゲット保持部４を有する構成であってもよい。
【００５２】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
１００    ・・・スパッタリング装置
２        ・・・真空容器
５        ・・・アンテナ
６        ・・・アンテナ交流電源
７（１１）・・・アンテナ直流電源
Ｐ        ・・・プラズマ
Ｔ        ・・・ターゲット
Ｗ        ・・・基板
【図１】
2020190004.tif 000003
【図２】
2020190004.tif 000004
【図３】
2020190004.tif 000005
【図４】
2020190004.tif 000006
【図５】
2020190004.tif 000007