(57)【要約】【課題】無機酸化物膜と無機酸化物膜以外の他の膜との境界にて無機酸化物膜の特性がばらつくことを抑えられる無機酸化物膜の形成装置、及び、ＩＧＺＯ膜の形成方法を提供する。【解決手段】１つの無機酸化物膜が界面層とバッファ層との積層体として設定され、前記無機酸化物膜の形成される形成領域に前記界面層を形成する第１カソード装置２０と、前記形成領域に前記バッファ層を形成する第２カソード装置と、を備え、前記形成領域と向かい合う領域が対向領域として設定され、前記第１カソード装置２０は、エロージョン領域２１ａを前記対向領域で走査するターゲット走査部を備え、前記第２カソード装置は、前記対向領域に並べられた複数のエロージョン領域を形成する。【選択図】図４
2014109052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの無機酸化物膜が界面層とバッファ層との積層体として設定され、
前記無機酸化物膜の形成される形成領域に前記界面層を形成する第１カソード装置と、
前記形成領域に前記バッファ層を形成する第２カソード装置と、を備え、
前記形成領域と向かい合う領域が対向領域として設定され、
前記第１カソード装置は、
第１のエロージョン領域を前記対向領域で走査する走査部を備え、
前記第２カソード装置は、
前記対向領域の全体にわたり隙間を空けて並べられた複数の第２のエロージョン領域を形成する
無機酸化物膜の形成装置。
【請求項２】
前記走査部は、
前記対向領域に対して前記第１のエロージョン領域を通過させる
請求項１に記載の無機酸化物膜の形成装置。
【請求項３】
前記第１カソード装置は、
走査方向における長さが前記対向領域よりも短い第１ターゲットを備え、
前記走査部は、
前記第１ターゲットの走査によって前記第１のエロージョン領域を走査する
請求項１又は２に記載の無機酸化物膜の形成装置。
【請求項４】
前記第１カソード装置は、
走査方向に沿って並べられた複数の第１ターゲットを備え、
前記走査部は、
前記複数の第１ターゲットの各々に形成される前記第１のエロージョン領域に前記対向領域を通過させる
請求項１から３のいずれか１つに記載の無機酸化物膜の形成装置。
【請求項５】
前記第１カソード装置は、
スパッタガスと反応ガスとを供給するガス供給部を更に備え、
前記走査部は、
前記第１のエロージョン領域が形成される第１ターゲットの走査によって前記第１のエロージョン領域を走査し、且つ、前記第１ターゲットとともに前記ガス供給部を走査する
請求項１から４のいずれか１つに記載の無機酸化物膜の形成装置。
【請求項６】
前記無機酸化物膜は、インジウムを含むインジウム含有酸化物半導体膜であり、
前記界面層は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である
請求項１から５のいずれか１つに記載の無機酸化物膜の形成装置。
【請求項７】
１つのＩＧＺＯ膜が界面層とバッファ層との積層体として設定され、
前記ＩＧＺＯ膜の形成される形成領域と向かい合う領域が対向領域として設定され、
第１のエロージョン領域を前記対向領域で走査して５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の前記界面層を形成すること、
前記対向領域の全体にわたり隙間を空けて並べられた複数の第２のエロージョン領域によって前記バッファ層を形成すること、を含む、
ＩＧＺＯ膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の技術は、大型基板に無機酸化物膜を形成する無機酸化物膜の形成装置、及び、大型基板にＩＧＺＯ膜を形成するＩＧＺＯ膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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は、表示素子を駆動する薄膜トランジスタを備える。薄膜トランジスタには、チャネル層が備えられ、チャネル層の形成材料には、例えば、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）等の酸化物半導体が用いられつつある。近年では、チャネル層の形成対象である基板が大型化し、大型の基板に成膜するスパッタ装置として、複数のターゲットが１つの方向に沿って並べられたスパッタ装置が用いられている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４１１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のスパッタ装置にて基板と向かい合う領域には、ターゲット表面そのものであるターゲット領域と、２つのターゲット表面に挟まれる領域である非ターゲット領域とが含まれる。ターゲット領域と非ターゲット領域とでは、そこで生成されるプラズマの状態が相互に異なるため、基板においては、ターゲット領域と向かい合う部分と、非ターゲット領域と向かい合う部分とで、到達するスパッタ粒子の状態、すなわち、到達するスパッタ粒子の量や、スパッタ粒子に含まれる酸素の量が異なる。結果として、基板に形成されたＩＧＺＯ膜の面内では、ＩＧＺＯ膜に求められる電気的な特性がばらついてしまう。
【０００５】
ＩＧＺＯ膜がチャネル層として用いられる場合には、ゲート酸化膜との界面を構成するＩＧＺＯ膜の状態により、薄膜トランジスタの特性が大きく左右される。そのため、チャネル層であるＩＧＺＯ膜にて上述のようなばらつきが生じていると、複数の薄膜トランジスタの各々の動作が基板の面内にてばらついてしまう。なお、こうした問題は、薄膜の形成材料がＩＧＺＯである場合に限らず、基板と対向する領域に並べられた複数のエロージョン領域を用いたスパッタによって、１つの基板に各種の半導体膜や導電性あるいは絶縁性の無機酸化物膜が形成される場合にも共通する。
【０００６】
本開示の技術は、無機酸化物膜と無機酸化物膜以外の他の膜との境界にて無機酸化物膜の特性がばらつくことを抑えられる無機酸化物膜の形成装置、及び、ＩＧＺＯ膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の一態様では、１つの無機酸化物膜が界面層とバッファ層との積層体として設定される。前記無機酸化物膜の形成装置は、前記無機酸化物膜の形成される形成領域に前記界面層を形成する第１カソード装置と、前記形成領域に前記バッファ層を形成する第２カソード装置と、を備える。この際に、前記形成領域と向かい合う領域が対向領域として設定される。そして、前記第１カソード装置は、第１のエロージョン領域を前記対向領域で走査する走査部を備え、前記第２カソード装置は、前記対向領域の全体にわたり隙間を空けて並べられた複数の第２のエロージョン領域を形成する。
【０００８】
対向領域の全体にわたり隙間を空けて並べられた複数のターゲットによって無機酸化物膜が形成されるときには、エロージョン領域の走査によって無機酸化物膜が形成される構成に比べて、単位時間あたりの成膜量は高められる。一方で、ターゲット表面間の隙間とターゲット表面とでは、そこで生成されるプラズマの状態が相互に異なるため、これらの間では無機酸化物としての特性にもばらつきが生じる。
【０００９】
この点で、本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の一態様によれば、第１カソード装置と第２カソード装置とが、１つの無機酸化物膜の形成に用いられる。このうち、第１カソードでは、ターゲットに形成されるエロージョン領域が対向領域で走査され、これによって界面層が形成される。１つのエロージョン領域が対向領域で走査される構成であれば、界面層の形成に際し、エロージョン領域間の隙間そのものが形成されない。また、２つ以上のエロージョン領域が対向領域で走査される構成であれば、界面層の形成に際し、エロージョン領域間の隙間が基板に対して固定されない。そのため、対向領域に並べられた複数のターゲットによって界面層が形成される構成と比べて、無機酸化物膜を形成する材料の量や構成元素の分布が界面層でばらつくことが抑えられる。結果として、無機酸化物膜と無機酸化物膜以外の他の膜との境界にて無機酸化物膜の特性がばらつくことが抑えられる。
【００１０】
本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の他の態様では、前記走査部は、前記対向領域に対して前記第１のエロージョン領域を通過させる。
エロージョン領域が対向領域で走査される際には、エロージョン領域の走査が開始されるときに、既に、走査方向におけるエロージョン領域の端部が対向領域内に配置されることもある。一方で、エロージョン領域の端部が対向領域内に配置された状態からエロージョン領域の走査が開始されると、エロージョン領域の端部が配置された部分とそれ以外の部分とでは、エロージョン領域の走査速度などが相互に異なる。
【００１１】
この点で、本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の他の態様によれば、走査方向におけるエロージョン領域の端部が、走査方向における対向領域の一端から他端まで走査される。このように、エロージョン領域の走査が開始される際に、エロージョン領域が対向領域に配置されない走査、すなわち、走査方向におけるエロージョン領域の端部が対向領域の一端から他端まで走査される構成であれば、エロージョン領域の走査速度などが対向領域の全体で均一になる。それゆえに、走査方向における形成領域の一端から他端までにわたって、無機酸化物膜の状態がばらつくことが抑えられる。
【００１２】
本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の他の態様は、前記第１カソード装置は、走査方向における長さが前記対向領域よりも短い第１ターゲットを備え、前記走査部は、前記第１ターゲットの走査によって前記第１のエロージョン領域を走査する。
【００１３】
基板とターゲットとの間の隙間では、基板と向かい合うターゲットの大きさが大きくなるほど、スパッタに用いられるガスの分布の均一性が得られ難く、また、スパッタされた粒子との反応に用いられるガスの分布の均一性も得られ難くなる。この点で、本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の他の態様によれば、走査方向における第１ターゲットの長さが、走査方向における対向領域の長さ以上である構成と比べて、スパッタに用いられるガスの分布が均一になる。また、スパッタされた粒子との反応に用いられるガスの分布も均一になる。そのため、基板に形成される無機酸化物膜の状態のばらつきがより抑えられる。
【００１４】
本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の他の態様では、前記第１カソード装置は、走査方向に沿って並べられた複数の第１ターゲットを備え、前記走査部は、前記複数の第１ターゲットの各々に形成される前記第１のエロージョン領域に前記対向領域を通過させる。
【００１５】
本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の他の態様によれば、第１ターゲットが１つである構成と比べて、第１カソード装置による界面層の形成速度が高められる。
本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の他の態様は、前記第１カソード装置は、スパッタガスと反応ガスとを供給するガス供給部を更に備える。そして、前記走査部は、前記第１のエロージョン領域が形成される第１ターゲットの走査によって前記第１のエロージョン領域を走査し、且つ、前記第１ターゲットとともに前記ガス供給部を走査する。
【００１６】
本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の他の態様によれば、ガス供給部が第１ターゲットとともに走査されるため、対向領域に対する第１ターゲットの位置が変わっても、第１ターゲットの周りにおけるスパッタガス及び反応ガスの濃度が変わりにくくなる。それゆえに、第１ターゲットから放出される粒子の状態、及び、粒子と反応ガスとの反応性が変わりにくくなるため、無機酸化物膜の状態のばらつきがより抑えられる。
【００１７】
本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の他の態様では、前記無機酸化物膜は、インジウムを含むインジウム含有酸化物半導体膜であり、前記界面層は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００１８】
本開示の技術におけるＩＧＺＯ膜の形成方法の一態様では、１つのＩＧＺＯ膜が界面層とバッファ層との積層体として設定され、前記ＩＧＺＯ膜の形成される形成領域と向かい合う領域が対向領域として設定される。そして、第１のエロージョン領域を前記対向領域で走査して５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の前記界面層を形成すること、前記対向領域の全体にわたり隙間を空けて並べられた複数の第２のエロージョン領域によって前記バッファ層を形成すること、を含む。
【００１９】
本願発明者らは、インジウム含有酸化物半導体膜をチャネル層として用いた薄膜トランジスタについて鋭意研究する中で、以下のことを見出した。すなわち、対向領域でのエロージョン領域の走査によって形成される界面層の割合が、インジウム含有酸化物半導体膜にて大きくなるほど、閾値電圧のばらつきは抑えられる一方で、界面層の厚さが５０ｎｍ以上においては、閾値電圧のばらつきが略一定であることを見出した。
【００２０】
本開示の技術における一態様によれば、対向領域でのエロージョン領域の走査によって形成される界面層の厚さが５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるため、インジウム含有酸化物半導体膜をチャネル層として用いた場合に、複数の薄膜トランジスタ間における閾値電圧のばらつきが基板の面内で抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の第１実施形態であるスパッタ装置の全体構成をスパッタ装置に収められる基板とともに示す構成図である。
【図２】スパッタ装置の備える第１スパッタ処理室の内部構成を示す構成図である。
【図３】第１カソード装置の構成を示す構成図である。
【図４】第１カソード装置の走査範囲を模式的に示す模式図である。
【図５】基板への成膜時に用いられるマスクとターゲットから放出される形成材料との関係を模式的に示す模式図である。
【図６】スパッタ装置の備える第２スパッタ処理室の内部構成を示す構成図である。
【図７】第２カソード装置の構成を第２スパッタ処理室のガス供給孔とともに示す構成図である。
【図８】薄膜トランジスタの一部断面構造を示す部分断面図である。
【図９】閾値電圧の変動量の差と界面層の厚さとの関係を示すグラフである。
【図１０】本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の第２実施形態であるスパッタ装置が備える第１スパッタ処理室の内部構成を示す構成図である。
【図１１】第１ターゲットユニットの構成を示す構成図である。
【図１２】本開示の技術における無機酸化物膜の形成装置の第３実施形態であるスパッタ装置が備える第１スパッタ処理室の内部構成を示す構成図である。
【図１３】変形例における無機酸化物膜の形成装置の全体構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１実施形態］
図１から図８を参照して無機酸化物膜の形成装置の第１実施形態であるスパッタ装置の構成を説明する。以下では、スパッタ装置の全体構成、スパッタ装置の備える第１スパッタ処理室の構成、第２スパッタ処理室の構成、及び、スパッタ装置によって形成された薄膜の適用例である薄膜トランジスタの構成の順に説明する。
【００２３】
［スパッタ装置の全体構成］
図１を参照してスパッタ装置の全体構成を説明する。
図１に示されるように、スパッタ装置１０は、搬出入処理室１１、前処理室１２、第１スパッタ処理室１３、及び、第２スパッタ処理室１４を備え、各処理室１１〜１４の間には、隣り合う処理室の間を連通、あるいは、遮断するゲートバルブ１５が取り付けられている。各処理室１１〜１４には、処理室１１〜１４内を排気する排気部１６が搭載され、各処理室１１〜１４の内部は、排気部１６によって所定の圧力に減圧される。
【００２４】
スパッタ装置１０の底壁には、処理室１１〜１４が並ぶ方向である連結方向に沿って延びる成膜レーン１０ａと、連結方向に沿って延びる回収レーン１０ｂとが形成されている。成膜レーン１０ａと回収レーン１０ｂとは、連結方向と直交する幅方向にて離れて配置され、例えば、連結方向に沿って延びるレールと、所定の間隔を空けてレールに配置された複数のローラーと、各ローラーを自転させる複数のモーター等を備える。成膜レーン１０ａは、スパッタ装置１０内に搬入された基板Ｓを搬出入処理室１１から第２スパッタ処理室１４に向けて搬送し、回収レーン１０ｂは、第２スパッタ処理室１４から搬出入処理室１１に向けて基板Ｓを搬送する。基板Ｓは、例えば、紙面の手前に向かって延びる矩形状のガラス基板であり、基板Ｓの幅は、紙面の上下方向に沿って２２００ｍｍであり、紙面の手前側に向かって２５００ｍｍである。
【００２５】
搬出入処理室１１は、成膜前の基板Ｓをスパッタ装置１０の外部から搬入し、前処理室１２から搬入された成膜後の基板Ｓをスパッタ装置１０の外部に搬出する。搬出入処理室１１では、成膜前の基板Ｓが搬出入処理室１１に搬入されるとき、及び、成膜後の基板Ｓが搬出されるときに、室内が大気圧の状態とされる。また、搬出入処理室１１では、成膜前の基板Ｓが前処理室１２に搬出されるとき、及び、成膜後の基板Ｓが前処理室１２から搬入されるときに、室内が排気部１６によって所定の圧力に減圧される。
【００２６】
前処理室１２は、搬出入処理室１１から搬入された基板Ｓに対して所定の処理、例えば、加熱処理や洗浄処理を行い、第１スパッタ処理室１３から搬入された成膜後の基板Ｓを搬出入処理室１１に搬出する。なお、スパッタ装置１０は、前処理室１２を備えていない構成でもよい。
【００２７】
第１スパッタ処理室１３は、第１カソード装置２０を備え、前処理室１２から搬入された成膜前の基板Ｓに酸化物半導体層、例えば、界面層のを所定の厚さで形成し、成膜後の基板Ｓを第２スパッタ処理室１４に搬出する。第２スパッタ処理室１４は、第２カソード装置３０を備え、第１スパッタ処理室１３から搬入された成膜後の基板Ｓに対して、バッファ層を所定の厚さで更に形成し、成膜後の基板Ｓを第１スパッタ処理室１３に搬出する。バッファ層は、主たる構成元素として界面層と同一の元素を含み、界面層とは異なる不純物などが含まれてもよい。このように、スパッタ装置１０は、第１カソード装置２０と第２カソード装置３０とによって、無機酸化物膜の一例であるＩＧＺＯ膜を形成する。なお、第２スパッタ処理室１４には、成膜後の基板Ｓを成膜レーン１０ａから回収レーン１０ｂに移動させるレーン変更部が搭載されている。
【００２８】
［第１スパッタ処理室の構成］
図２から図５を参照して第１スパッタ処理室１３の構成をより詳しく説明する。
図２に示されるように、第１スパッタ処理室１３は、連結方向に沿って延びる箱状をなす真空槽１３ａを備え、真空槽１３ａの底部には、成膜レーン１０ａの一部と、回収レーン１０ｂの一部とが、幅方向にて並んで配置されている。成膜レーン１０ａと回収レーン１０ｂとの各々では、枠状をなすトレイＴに嵌め込まれた基板Ｓが搬送される。
【００２９】
成膜レーン１０ａは、前処理室１２から搬入された基板Ｓを連結方向に沿って搬送し、基板Ｓに対するＩＧＺＯ膜の形成が開始されてから終了されるまでの間は、真空槽１３ａ内に形成された成膜レーン１０ａの途中で、基板Ｓの位置を固定する。
【００３０】
真空槽１３ａにて連結方向に沿って延びる２つの側壁のうち、成膜レーン１０ａに近い側壁である成膜側側壁１３ｂには、第１カソード装置２０が搭載され、成膜側側壁１３ｂと向かい合う側壁である排気側側壁１３ｃには、排気部１６が搭載されている。成膜側側壁１３ｂと成膜レーン１０ａとの間には、マスク４１が、成膜レーン１０ａでの位置が固定された状態の基板Ｓと向かい合う位置に固定されている。
【００３１】
第１カソード装置２０は、基板Ｓと向かい合う第１ターゲット２１と、第１ターゲット２１における基板Ｓと向かい合わない面に取り付けられたバッキングプレート２２とを備える。第１ターゲット２１は、紙面と直交する１つの方向である高さ方向の長さが、基板Ｓにおける高さ方向の長さよりも長い。第１ターゲット２１における連結方向の長さは、例えば、基板Ｓにおける連結方向の長さの１０分の１以上５分の１以下である。
【００３２】
本実施形態では、基板Ｓにおいて界面層及びバッファ層の形成される領域が形成領域として設定され、その形成領域が基板Ｓにおける第１カソード装置２０側の全面として設定されている。また、位置が固定された基板Ｓの法線方向にて、形成領域と向かい合う領域が対向領域として設定されている。第１ターゲット２１の高さ方向における両端部は、対向領域からはみ出し、第１ターゲット２１の高さ方向における中央部は、対向領域に含まれている。
【００３３】
第１ターゲット２１の形成材料には、ＩＧＺＯが主成分として用いられる。なお、主成分であるＩＧＺＯは、例えば、第１ターゲット２１の形成材料における９５質量％を占め、好ましくは９９質量％以上を占めている。
【００３４】
バッキングプレート２２には、バッキングプレート２２を通して第１ターゲット２１に電力を供給するターゲット電源２３が接続されている。バッキングプレート２２に対して第１ターゲット２１とは反対側には、磁気回路２４が搭載され、磁気回路２４は、第１ターゲット２１における基板Ｓと向かい合う面である表面に磁場を形成する。磁気回路２４は、第１ターゲット２１の表面における連結方向及び高さ方向の略全体にわたる磁場を第１ターゲット２１の表面に形成する。
【００３５】
第１カソード装置２０は、成膜側側壁１３ｂの延びる方向である連結方向に沿って第１カソード装置２０の位置を変えることで、エロージョン領域２１ａ（第１のエロージョン領域）の位置を変える走査部としてのターゲット走査部２５を備える。すなわち、連結方向が、エロージョン領域２１ａの走査方向である。ターゲット走査部２５は、例えば、真空槽１３ａの底部にて、連結方向に沿って延びるレールと、所定の間隔を空けてレールに配置された複数のローラーと、各ローラーを自転させる複数のモーター等を備える。ターゲット走査部２５は、モーターの回転によってローラーを自転させることで、レールにおける前処理室１２に近い端部である基端部から第２スパッタ処理室１４に近い先端部へ第１ターゲット２１、バッキングプレート２２、及び、磁気回路２４を往動させる。また、ターゲット走査部２５は、レールの先端部から基端部へ第１ターゲット２１、バッキングプレート２２、及び、磁気回路２４を復動させる。なお、以下では、レールにおける基端部をターゲット走査部２５の基端部とし、レールにおける先端部をターゲット走査部２５の先端部とする。
【００３６】
図３に示されるように、第１ターゲット２１の外周には、絶縁物で形成されて環状をなすフローティングシールド２６が取り付けられ、フローティングシールド２６における高さ方向に沿って延びる側面には、高さ方向に沿って延びる箱状をなすガス供給部２７が取り付けられている。ガス供給部２７における基板Ｓと向かい合う面には、ガス供給部２７の壁部を貫通する複数のガス供給孔２７ａが形成されている。ガス供給部２７には、ガス供給部２７内にスパッタガスと反応ガスとを供給するガス供給源２８が接続されている。ガス供給源２８は、例えば、スパッタガスであるアルゴンガスと、反応ガスである酸素ガスとをガス供給部２７内に供給する。
【００３７】
ガス供給部２７は、第１ターゲット２１に連結されているため、第１ターゲット２１とともに連結方向における位置を変える。そのため、真空槽１３ａ内にアルゴンガスと酸素ガスとを供給するガス供給孔が固定された構成と比べて、第１ターゲット２１の周りでのアルゴンガスの濃度、及び、酸素ガスの濃度が変わりにくい。
【００３８】
第１カソード装置２０では、ガス供給部２７が、アルゴンガス及び酸素ガスを第１ターゲット２１の周りに供給した後、ターゲット電源２３が、バッキングプレート２２を通して第１ターゲット２１に電力を供給する。これにより、第１ターゲット２１の表面がプラズマ中の正イオンによってスパッタされることによって、第１ターゲット２１から基板Ｓに向けてＩＧＺＯ膜の形成材料ＦＭが放出される。そして、第１ターゲット２１の表面においてプラズマ密度が特に高くなる部分、すなわち、第１ターゲット２１の表面における法線方向に沿った磁場が０となる（Ｂ⊥＝０）部分において、形成材料ＦＭの放出される領域であるエロージョン領域２１ａが形成される。
【００３９】
図４に示されるように、第１カソード装置２０から基板Ｓに向けた形成材料ＦＭの放出が開始されてから終了されるまで、ターゲット走査部２５は、連結方向における第１ターゲット２１の位置を変える。これにより、基板Ｓの表面に対するエロージョン領域２１ａの位置は、基板Ｓから見て連続しながら変わる。
【００４０】
しかも、ターゲット走査部２５は、連結方向における両端部にて、固定された基板Ｓにおける連結方向の長さよりも長い。これにより、第１カソード装置２０は、ターゲット走査部２５における基端部に位置するときに、第１ターゲット２１のエロージョン領域２１ａと基板Ｓとが向かい合わない。また、第１カソード装置２０は、ターゲット走査部２５における先端部に位置するときにも、第１ターゲット２１のエロージョン領域２１ａと基板Ｓとが向かい合わない。結果として、第１カソード装置２０は、ターゲット走査部２５における中央部に位置するときに、第１ターゲット２１のエロージョン領域２１ａと基板Ｓとが向かい合う。つまり、エロージョン領域２１ａは、基板Ｓと向かい合わない非対向領域から、連結方向における他の非対向領域まで移動する間に、形成領域と向かい合う対向領域を通り越す。
【００４１】
更に、ターゲット電源２３は、第１カソード装置２０がターゲット走査部２５における基端部に位置するときから、先端部に位置するときまで、第１ターゲット２１に電力を供給し続ける。
【００４２】
つまり、基板Ｓに対するＩＧＺＯ膜の形成が開始されたときには、第１ターゲット２１は、ターゲット走査部２５における基端部に位置し、第１ターゲット２１は、基板Ｓとは向かい合わない非対向領域に位置している。そして、ＩＧＺＯ膜の形成が進むにつれて、ターゲット走査部２５は、ターゲット走査部２５における基端部から先端部に向けて第１ターゲット２１の位置を変える。すなわち、第１ターゲット２１は、非対向領域から基板Ｓと向かい合う対向領域に移動する。基板Ｓに対するＩＧＺＯ膜の形成が終了されるときには、第１ターゲット２１は、ターゲット走査部２５における先端部に位置し、第１ターゲット２１は、ＩＧＺＯ膜の形成が開始されたときとは異なる非対向領域に位置している。
【００４３】
このように、ＩＧＺＯ膜が形成される間では、第１ターゲット２１がスパッタされながら、非対向領域、対向領域、及び、非対向領域の順に移動する。このとき、第１ターゲット２１のエロージョン領域２１ａが、基板Ｓから見て基板Ｓの連結方向における一端から他端まで連続して位置を変える。それゆえに、連結方向にて複数のターゲットが並べられた構成と比べて、基板Ｓの連結方向における一端から他端までにわたって、第１ターゲット２１から放出される形成材料ＦＭの状態、すなわち、基板Ｓに向けて放出される形成材料ＦＭの量のばらつきを抑えることができる。結果として、基板Ｓに形成されたＩＧＺＯ膜の面内では、厚さのばらつきが抑えられる。
【００４４】
エロージョン領域２１ａが対向領域で走査される際には、エロージョン領域２１ａの走査が開始されるときに、既に、連結方向におけるエロージョン領域２１ａの端部が対向領域内に配置されることもある。一方で、エロージョン領域２１ａの端部が対向領域内に配置された状態からエロージョン領域２１ａの走査が開始されると、エロージョン領域２１ａの端部が配置された部分とそれ以外の部分とでは、エロージョン領域２１ａの走査速度やエロージョン領域２１ａの滞在する時間などが相互に異なる。
【００４５】
この点で、本実施形態では、連結方向におけるエロージョン領域２１ａの端部が、連結方向における対向領域の一端から他端まで走査される。このように、エロージョン領域２１ａの走査が開始される際に、エロージョン領域２１ａが対向領域に配置されない走査、すなわち、連結方向におけるエロージョン領域２１ａの端部が対向領域の一端から他端まで走査される構成であれば、エロージョン領域２１ａの走査速度やエロージョン領域の滞在する時間などが対向領域の全体で均一になる。それゆえに、連結方向における形成領域の一端から他端までにわたって、ＩＧＺＯ膜の状態がばらつくことが抑えられる。
【００４６】
しかも、第１ターゲット２１の位置が変わっても、第１ターゲット２１の周りでの酸素ガスの濃度が変わりにくいため、第１ターゲット２１から放出された形成材料ＦＭと反応する酸素の量、及び、第１ターゲット２１の表面が酸化される度合いも変わりにくい。それゆえに、基板Ｓ上に形成されたＩＧＺＯ膜に含まれる酸素の量が、ＩＧＺＯ膜の面内で変わりにくい。
【００４７】
このように、第１カソード装置によれば、基板Ｓに形成されるＩＧＺＯ膜の面内での厚さのばらつきだけでなく、ＩＧＺＯ膜に含まれる酸素の分布、ひいては、ＩＧＺＯ膜に含まれる原子の分布のばらつきを抑えることができる。すなわち、ＩＧＺＯ膜の状態が面内にてばらつくことが抑えられる。
【００４８】
図５に示されるように、真空槽１３ａ内に固定されたマスク４１は、成膜レーン１０ａの途中で基板Ｓが固定されるとき、トレイＴにおける第１ターゲット２１と向かい合う面の全体を覆い、且つ、トレイＴに嵌め込まれた基板Ｓは覆わない。そのため、第１ターゲット２１から放出された形成材料ＦＭは、基板Ｓの表面には付着するものの、トレイＴには付着しにくくなる。それゆえに、トレイＴが、大気圧の状態と減圧された状態とを繰り返す搬出入処理室１１に基板Ｓとともに搬入されても、トレイＴに付着した形成材料ＦＭがスパッタ装置１０内で剥がれ落ちることが抑えられる。
【００４９】
これに対し、成膜レーンにて搬送されている基板に対してＩＧＺＯ膜の形成が行われる構成では、真空槽の連結方向の全体にわたるマスクを取り付けなければ、トレイに対する形成材料の付着を抑えることが難しい。そのため、第１スパッタ処理室の構成が複雑になることに加え、トレイがマスクとは向かい合わない状態にならないようにトレイの搬送が行われなければ、トレイには、ターゲットから放出された形成材料が付着してしまう。それゆえに、トレイには形成材料が付着しやすくなる。こうしてトレイに付着した形成材料は、トレイが大気圧雰囲気と減圧雰囲気とに交互に曝されることによって、トレイから剥がれ落ちる。結果として、スパッタ装置１０内には、基板に付着する微小な異物であるパーティクルが生じてしまう。
【００５０】
［第２スパッタ処理室の構成］
図６及び図７を参照して第２スパッタ処理室１４の構成をより詳しく説明する。
図６に示されるように、第２スパッタ処理室１４は、連結方向に沿って延びる箱状をなす真空槽１４ａを備え、真空槽１４ａの底部には、成膜レーン１０ａの一部と、回収レーン１０ｂの一部とが、幅方向にて並んで配置されている。成膜レーン１０ａと回収レーン１０ｂとの各々では、第１スパッタ処理室１３と同様、枠状をなすトレイＴに嵌め込まれた基板Ｓが搬送される。
【００５１】
成膜レーン１０ａは、第１スパッタ処理室１３から搬入された基板Ｓを連結方向に沿って搬送し、基板Ｓに対するＩＧＺＯ膜の形成が開始されてから終了されるまでの間は、真空槽１４ａ内に形成された成膜レーン１０ａの途中で、基板Ｓの位置を固定する。
【００５２】
真空槽１４ａにて連結方向に沿って延びる２つの側壁のうち、成膜レーン１０ａに近い側壁である成膜側側壁１４ｂには、第２カソード装置３０が搭載され、成膜側側壁１４ｂと向かい合う側壁である排気側側壁１４ｃには、排気部１６が搭載されている。成膜側側壁１４ｂと成膜レーン１０ａとの間には、マスク４２が、位置が固定された状態の基板Ｓと向かい合う位置に固定されている。
【００５３】
第２カソード装置３０は、基板Ｓに向かい合う複数の第２ターゲット３１と、各第２ターゲット３１の基板Ｓと向かい合わない面に取り付けられた複数のバッキングプレート３２とを備える。複数の第２ターゲット３１は、隣り合う第２ターゲット３１と連結方向にて相互に離れて配置されている。各第２ターゲット３１は、第１スパッタ処理室１３の第１ターゲット２１と同様、高さ方向の長さが、基板Ｓにおける高さ方向の長さよりも長い。各第２ターゲット３１の高さ方向における両端部は、対向領域からはみ出し、第２ターゲット３１の高さ方向における中央部は、対向領域に含まれている。各第２ターゲット３１における連結方向の長さは、例えば、第１スパッタ処理室１３の第１ターゲット２１と同様、基板Ｓにおける連結方向の長さの１０分の１以上５分の１以下である。成膜側側壁１４ｂには、成膜側側壁１４ｂの略全体を覆う数の第２ターゲット３１が、連結方向にて並んで固定されている。各第２ターゲット３１の形成材料には、第１スパッタ処理室１３の第１ターゲット２１同様、ＩＧＺＯが主成分として用いられる。
【００５４】
各バッキングプレート３２には、バッキングプレート３２を通して各第２ターゲット３１に電力を供給するターゲット電源３３が１つずつ接続されている。各バッキングプレート３２に対して第２ターゲット３１とは反対側には、各第２ターゲット３１の表面に磁場を形成する磁気回路３４が１つずつ搭載されている。
【００５５】
図７に示されるように、第１カソード装置２０の第１ターゲット２１と同様、各第２ターゲット３１の外周には、絶縁物で形成されて環状をなすフローティングシールド３５が取り付けられている。各フローティングシールド３５は、隣り合うフローティングシールド３５と連結方向にて離れて配置されている。成膜側側壁１４ｂには、成膜側側壁１４ｂの外側面と内側面との間を貫通する複数のガス供給孔１４ｄが形成され、各ガス供給孔１４ｄにおける内側面での開口部は、内側面におけるフローティングシールド３５間に形成される隙間に開口している。内側面におけるフローティングシールド３５間に形成された隙間には、例えば、高さ方向での位置が異なり、且つ、連結方向での位置が重なる２つのガス供給孔１４ｄが開口している。
【００５６】
各ガス供給孔１４ｄには、ガス供給孔１４ｄを通して真空槽１４ａ内にスパッタガスと反応ガスとを供給するガス供給源３６が接続されている。ガス供給源３６は、第１スパッタ処理室１３のガス供給源２８と同様、スパッタガスであるアルゴンガスと、反応ガスである酸素ガスとを真空槽１４ａ内に供給する。そのため、例えば、ガス供給孔が１つのみ形成された構成と比べて、各第２ターゲット３１の周りでの酸素ガスの濃度が、第２ターゲット３１ごとに異なることを抑えられる。それゆえに、各第２ターゲット３１から放出された形成材料ＦＭと反応する酸素の量、及び、第２ターゲット３１の表面が酸化される度合いも第２ターゲット３１ごとに異なることが抑えられる。結果として、基板Ｓ上に形成されたＩＧＺＯ膜に含まれる酸素の量が、ＩＧＺＯ膜の面内で変わりにくい、すなわち、ＩＧＺＯ膜に含まれる酸素の分布、ひいては、ＩＧＺＯ膜に含まれる原子の分布のばらつきを抑えることができる。
【００５７】
第２スパッタ処理室１４では、ガス供給源３６が、アルゴンガス及び酸素ガスを第２ターゲット３１の周りに供給した後、各ターゲット電源３３が、各々の接続されたバッキングプレート３２を通して第２ターゲット３１に電力を供給する。つまり、複数の第２ターゲット３１の各々に対して異なるターゲット電源３３から同時に電力が供給される。これにより、各第２ターゲット３１の表面がプラズマ中の正イオンによってスパッタされることによって、各第２ターゲット３１から同じ基板Ｓに向けてＩＧＺＯ膜の形成材料ＦＭが放出される。結果として、第２カソード装置３０では、第２ターゲット３１の表面においてプラズマ密度が特に高くなる部分、すなわち、第２ターゲット３１の表面における法線方向に沿った磁場が０となる（Ｂ⊥＝０）部分において、形成材料ＦＭの放出される領域であるエロージョン領域３１ａ（第２のエロージョン領域）が形成される。エロージョン領域３１ａが各第２ターゲット３１の表面に形成されることによって、複数のエロージョン領域３１ａが同時に基板Ｓと向かい合う。そのため、基板Ｓと向かい合うエロージョン領域が１つである構成と比べて、ＩＧＺＯ膜を形成する速度が高くなる。
【００５８】
なお、第２スパッタ処理室１４内に固定されたマスク４２は、第１スパッタ処理室１３内に固定されたマスク４１と同様、成膜レーン１０ａの途中で位置が固定されたトレイＴにおける第２ターゲット３１と向かい合う面の全体を覆い、且つ、トレイＴに嵌め込まれた基板Ｓは覆わない。そのため、第２ターゲット３１から放出された形成材料ＦＭは、基板Ｓの表面には付着するものの、トレイＴには付着し難くなる。
【００５９】
［薄膜トランジスタ］
図８を参照してスパッタ装置１０によって形成されたＩＧＺＯ膜の適用例を説明する。
図８に示されるように、スパッタ装置１０の形成するＩＧＺＯ膜は、界面層とバッファ層とからなる積層体であって薄膜トランジスタのチャネル層として用いられる。薄膜トランジスタ５０は、例えば、ガラス基板５１上に形成されたゲート電極５２と、ゲート電極５２を覆うゲート絶縁膜５３とを備える。ゲート絶縁膜５３上には、ＩＧＺＯ膜であるチャネル層５４が形成され、チャネル層５４上には、ソース電極５５とドレイン電極５６とが形成されている。つまり、薄膜トランジスタ５０は、ボトムゲートトップコンタクト型のトランジスタである。なお、チャネル層５４が形成される場合には、ゲート電極５２とゲート絶縁膜５３とが、スパッタ装置１０内に搬入されるガラス基板５１上に形成されている。そして、スパッタ装置１０にて、界面層とバッファ層とが、ゲート絶縁膜５３上に順に形成されることによって１つのチャネル層５４が形成される。
【００６０】
薄膜トランジスタ５０では、ゲート電極５２に電圧が印加されることによって、チャネル層５４におけるゲート絶縁膜５３との界面の近くに空乏層が形成された後、閾値電圧Ｖｔｈを超える電圧がゲート電極５２に印加されることによって電流が流れる。空乏層がチャネル層５４におけるゲート絶縁膜５３との界面に略均一に形成されるためには、チャネル層５４内にて、チャネル層５４の厚さが略等しいだけでなく、チャネル層５４を形成する原子の分布が略均一であることが好ましい。チャネル層５４での原子の分布のばらつきが大きくなると、空乏層の形成状態が面内でばらつくため、同一のＩＧＺＯ膜からチャネル層５４が形成された薄膜トランジスタ５０であっても、閾値電圧Ｖｔｈがばらついてしまう。特に、各薄膜トランジスタ５０の閾値電圧Ｖｔｈが動作時間とともに変わるときに、薄膜トランジスタ５０ごとに閾値電圧Ｖｔｈの変化量が異なってしまう。
【００６１】
図９には、例えば、ゲート電圧１０Ｖ、温度１２０℃の条件にて、２時間にわたってバイアスストレスをかけた後の閾値電圧の変動量の差が、界面層の厚さごとに示されている。なお、閾値電圧の差には、複数の薄膜トランジスタ５０における変動量の最大値と最小値との差が用いられている。
【００６２】
図９に示されるように、本願発明者らは、ゲート絶縁膜５３上に形成される界面層の厚さが５ｎｍ以上であるときに、界面層の厚さが５ｎｍ未満であるときと比べて、複数の薄膜トランジスタ５０での閾値電圧Ｖｔｈのばらつきが小さくなることを見出した。また、本願発明者らは、閾値電圧Ｖｔｈのばらつきは、界面層の厚さが５ｎｍ以上であることによって、薄膜トランジスタ５０の歩留まりとして許容されるレベルに到達し、且つ、界面層の厚さが５０ｎｍよりも大きくなって以降は、界面層の厚さをそれ以上大きくしても、略一定に保たれることを見出した。つまり、界面層の厚さが５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とされることで、同一のＩＧＺＯ膜から形成された複数の薄膜トランジスタ５０にて閾値電圧Ｖｔｈがばらつくことが抑えられる。
【００６３】
そのため、スパッタ装置１０によって、例えば、厚さが１００ｎｍであるＩＧＺＯ膜が形成されるときには、ＩＧＺＯ膜は、第１スパッタ処理室１３にて５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さで形成され、残りの厚さ分が、第２スパッタ処理室１４で形成されることが好ましい。これにより、チャネル層５４におけるゲート絶縁膜５３との界面では、形成材料の量及び原子の分布におけるばらつきが抑えられ、且つ、それ以外の領域では、高い成膜速度でチャネル層５４が形成される。すなわち、スパッタ装置１０によれば、ＩＧＺＯ膜の特性と、ＩＧＺＯ膜の生産性との両方が高められる。
【００６４】
なお、第２スパッタ処理室１４のように、連結方向にて複数の第１ターゲット２１が並ぶスパッタ装置では、ターゲットに対する磁気回路の位置を連結方向にて変えたり、磁気回路に対するターゲットの位置を連結方向にて変えたりする構成とすることもできる。こうした構成によれば、ターゲットあるいは磁気回路の位置が変わることにより、基板Ｓから見て、ターゲットとターゲットとの境界の位置が変わる。そのため、基板Ｓに形成されたＩＧＺＯ膜の全体では、ＩＧＺＯ膜の厚さや原子の分布におけるばらつきを抑えることが可能ではある。しかしながら、ＩＧＺＯ膜の単位厚さや単位面積あたりでは、その単位厚さにおけるＩＧＺＯ膜が形成されたときのターゲットの位置や磁気回路の位置によって、ＩＧＺＯ膜に含まれる原子の分布がばらついてしまう。
【００６５】
以上説明したように第１実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）ＩＧＺＯ膜では、少なくとも絶縁膜との界面を構成する部分にて、複数のエロージョン領域が同時に形成されるカソード装置を用いて１つのＩＧＺＯ膜を形成する構成と比べて、ＩＧＺＯ膜の形成材料ＦＭの量や構成元素の分布がばらつくことが抑えられる。結果として、ＩＧＺＯ膜の状態が絶縁膜との界面にてばらつくことが抑えられる。
【００６６】
（２）ターゲット走査部２５が、非対向領域から、対向領域を通って他の非対向領域まで位置を変える。そのため、基板Ｓから見て、基板Ｓの連結方向における基板Ｓの一端から他端までにわたって、第１カソード装置２０から放出される形成材料ＦＭの状態が変わりにくくなる。それゆえに、基板Ｓの連結方向における一端から他端までにわたって、ＩＧＺＯ膜の厚さのばらつきが抑えられる。
【００６７】
（３）連結方向における第１ターゲット２１の長さが、基板Ｓの連結方向の全体と重なる構成と比べて、スパッタに用いられるガスが、第１ターゲット２１に対して供給されやすくなる。そのため、基板Ｓに対する第１ターゲット２１の位置が変わっても、第１ターゲット２１から放出される形成材料ＦＭの状態がかわりにくくなり、基板Ｓに形成されるＩＧＺＯ膜の状態のばらつきがより抑えられる。
【００６８】
（４）ガス供給部２７が第１ターゲット２１とともに基板Ｓに対する位置を変えるため、基板Ｓに対する第１ターゲット２１の位置が変わっても、第１ターゲット２１の周りにおけるアルゴンガスの濃度が変わりにくくなる。それゆえに、第１ターゲット２１から放出されるスパッタ粒子の状態が変わりにくくなるため、基板Ｓに放出される形成材料ＦＭの状態がより抑えられる。
【００６９】
（５）しかも、ガス供給部２７からは、アルゴンガスに加えて酸素ガスも供給されるため、第１ターゲット２１の周りにおける酸素ガスの濃度も変わりにくくなる。それゆえに、基板Ｓに対する第１ターゲット２１の位置によってＩＧＺＯ膜に到達する形成材料ＦＭに含まれる酸素の量がばらつくことが抑えられる。結果として、ＩＧＺＯ膜の面内における原子の分布がばらつくことを抑えられる。
【００７０】
（６）第１カソード装置２０がチャネル層５４となるＩＧＺＯ膜を５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さでゲート絶縁膜５３の上に形成する。そのため、同一のＩＧＺＯ膜をチャネル層として用いた複数の薄膜トランジスタ５０にて、閾値電圧Ｖｔｈのばらつきを抑えられる。
【００７１】
［第２実施形態］
図１０及び図１１を参照して無機酸化物膜の形成装置の第２実施形態としてのスパッタ装置の構成を説明する。第２実施形態のスパッタ装置は、第１実施形態のスパッタ装置と比べて、第１スパッタ処理室の備えるカソード装置の構成が異なる。そのため、以下では、第１スパッタ処理室のカソード装置について特に詳しく説明する。また、図１０及び図１１では、第１実施形態と同様の構成に対して第１実施形態と同一の符号が付されている。
【００７２】
図１０に示されるように、第１スパッタ処理室１３における成膜側側壁１３ｂには、第１ターゲットユニット６０が搭載されている。第１ターゲットユニット６０は、連結方向にて並んで配置された２つの第１ターゲット２１と、各第１ターゲット２１の裏面に取り付けられたバッキングプレート２２とを備える。各バッキングプレート２２には、１つのターゲット電源２３が接続され、各バッキングプレート２２に対して第１ターゲット２１と反対側には、磁気回路２４が１つずつ搭載されている。
【００７３】
図１１に示されるように、各第１ターゲット２１の外周には、フローティングシールド２６が取り付けられている。各フローティングシールド２６における高さ方向に沿って延びる側面のうち、他のフローティングシールド２６と向かい合わない側面には、第１実施形態のフローティングシールド２６と同様、高さ方向に沿って延びる箱状をなすガス供給部２７が１つずつ取り付けられている。また、各フローティングシールド２６における高さ方向に沿って延びる側面のうち、他のフローティングシールド２６に向かい合う側面の間には、高さ方向に沿って延びる箱状をなす１つのガス供給部２７が取り付けられている。３つのガス供給部２７には、アルゴンガス及び酸素ガスを各ガス供給部２７に供給するガス供給源２８が接続されている。
【００７４】
つまり、第１ターゲットユニット６０は、第１実施形態における第１カソード装置２０を２つ備え、第１ターゲットユニット６０では、２つの第１カソード装置２０が、高さ方向に沿って延びるガス供給部２７によって連結方向にて接続されている。
【００７５】
基板ＳにＩＧＺＯ膜が形成されるときには、ガス供給部２７が第１ターゲット２１の周りにアルゴンガス及び酸素ガスを供給する。そして、各ターゲット電源２３がバッキングプレート２２を通して第１ターゲット２１に電力を供給することにより、真空槽１３ａ内にプラズマが生成される。これにより、各第１ターゲット２１の表面には、プラズマ中の正イオンによってスパッタされるエロージョン領域２１ａ（第１のエロージョン領域）が形成される。
【００７６】
基板Ｓに対するＩＧＺＯ膜の形成が開始されたときには、２つの第１ターゲット２１は、ターゲット走査部２５の基端部に位置し、２つの第１ターゲット２１は、基板Ｓとは向かい合わない非対向領域に位置している。そして、ＩＧＺＯ膜の形成が進むにつれて、ターゲット走査部２５は、ターゲット走査部２５の基端部から先端部に向けて２つの第１ターゲット２１の位置を変える。すなわち、２つの第１ターゲット２１は、非対向領域から基板Ｓと向かい合う対向領域に移動する。基板Ｓに対するＩＧＺＯ膜の形成が終了されるときには、２つの第１ターゲット２１は、ターゲット走査部２５の先端部に位置している。すなわち、２つの第１ターゲット２１は、ＩＧＺＯ膜の形成が開始されたときとは異なる非対向領域に位置している。
【００７７】
このように、第１実施形態と同様、ＩＧＺＯ膜が形成される間では、２つの第１ターゲット２１がスパッタされながら、非対向領域、対向領域、及び、非対向領域の順に移動する。このとき、各第１ターゲット２１のエロージョン領域２１ａが、基板Ｓから見て、基板Ｓの連結方向における一端から他端まで連続して位置を変える。それゆえに、基板Ｓの面内では、到達するＩＧＺＯ膜の形成材料ＦＭの量のばらつきが抑えられ、ＩＧＺＯ膜の厚さにおけるばらつきが抑えられる。
【００７８】
しかも、本実施形態では、２つの第１ターゲット２１がスパッタされるため、各第１ターゲット２１から放出される形成材料ＦＭの量が同一である前提では、第１ターゲット２１が１つである構成と比べて、ＩＧＺＯ膜の形成速度が凡そ２倍になる。
【００７９】
以上説明したように、第２実施形態のスパッタ装置によれば、第１実施形態のスパッタ装置によって得られる効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（７）２つの第１ターゲット２１のエロージョン領域２１ａにおける連結方向の位置が、基板Ｓから見て連結方向の一端から他端に向けて連続して変わる。そのため、ＩＧＺＯ膜の面内における厚さ及び構成元素の分布のばらつきを抑えながら、ＩＧＺＯ膜の形成速度を高めることができる。
【００８０】
［第３実施形態］
図１２を参照して無機酸化物膜の形成装置の第３実施形態としてのスパッタ装置の構成を説明する。第３実施形態のスパッタ装置は、第１実施形態のスパッタ装置と比べて、第１スパッタ処理室の備える第１カソード装置の構成が異なる。そのため、以下では、第１カソード装置について特に詳しく説明する。また、図１２では、第１実施形態と同様の構成に対して第１実施形態と同一の符号が付されている。
【００８１】
図１２に示されるように、第１スパッタ処理室１３における成膜側側壁１３ｂには、第１カソード装置７０が搭載されている。第１カソード装置７０は、成膜側側壁１３ｂの略全体に拡がる１つの第１ターゲット７１と、第１ターゲット７１の裏面に取り付けられたバッキングプレート７２とを備える。第１ターゲット７１における連結方向の長さは、基板Ｓにおける連結方向の長さよりも長く、第１ターゲット７１における高さ方向の長さは、基板Ｓにおける高さ方向の長さよりも長い。そのため、基板Ｓは、連結方向及び高さ方向の全体にて、第１ターゲット７１と重なっている。
【００８２】
バッキングプレート７２には、ターゲット電源２３が接続され、バッキングプレート７２に対して第１ターゲット７１とは反対側には、第１ターゲット７１の表面に磁場を形成する１つの磁気回路７４が搭載されている。磁気回路７４は、例えば、第１ターゲット７１における連結方向の長さの１０分の１以上５分の１以下にわたり、且つ、第１ターゲット７１の高さ方向の長さの略全体にわたる磁場を第１ターゲット７１の表面に形成する。
【００８３】
磁気回路７４には、連結方向における磁気回路７４の位置を変える走査部としての磁気回路走査部７５が接続されている。磁気回路走査部７５は、例えば、第１実施形態のターゲット走査部２５と同様、真空槽１３ａの底部に、連結方向に沿って延びるレールと、所定の間隔を空けてレールに配置された複数のローラーと、各ローラーを自転させる複数のモーター等を備える。磁気回路走査部７５は、モーターの回転によってローラーを自転させることで、磁気回路７４をレールにおける前処理室１２に近い端部である基端部から第２スパッタ処理室１４に近い端部である先端部へ往動させる。また、磁気回路走査部７５は、レールの先端部から基端部へ磁気回路７４を復動させる。なお、以下では、レールの基端部を磁気回路走査部７５の基端部とし、レールの先端部を磁気回路走査部７５の先端部とする。
【００８４】
真空槽１３ａには、ガス供給源７６が接続され、ガス供給源７６は、真空槽１３ａ内にアルゴンガスと酸素ガスとを供給する。
基板ＳにＩＧＺＯ膜が形成されるときには、ガス供給源７６が真空槽１３ａ内にアルゴンガス及び酸素ガスを供給する。そして、ターゲット電源７３がバッキングプレート７２を通して第１ターゲット７１に電力を供給することにより、真空槽１３ａ内にプラズマが生成される。これにより、第１ターゲット７１の表面における磁気回路７４と重なる領域には、プラズマ中の正イオンによってスパッタされるエロージョン領域７１ａ（第１のエロージョン領域）が形成される。
【００８５】
基板Ｓに対するＩＧＺＯ膜の形成が開始されたときには、磁気回路７４は、磁気回路走査部７５の基端部に位置し、第１ターゲット７１のエロージョン領域７１ａは、基板Ｓとは向かい合わない非対向領域に位置している。そして、ＩＧＺＯ膜の形成が進むにつれて、磁気回路走査部７５は、磁気回路走査部７５の基端部から先端部に向けて磁気回路７４の位置を変える。すなわち、第１ターゲット７１のエロージョン領域７１ａは、非対向領域から基板Ｓと対向する対向領域に位置する。基板Ｓに対するＩＧＺＯ膜の形成が終了されるときには、磁気回路７４は、磁気回路走査部７５の先端部に位置している。すなわち、第１ターゲット７１のエロージョン領域７１ａは、ＩＧＺＯ膜の形成が開始されたときとは異なる非対向領域に位置している。
【００８６】
これにより、第１実施形態と同様、連結方向におけるエロージョン領域７１ａの位置が、基板Ｓから見て連結方向の一端から他端に向けて連続して変わるため、ＩＧＺＯ膜の面内における厚さ及び原子の分布のばらつきが抑えられる。
【００８７】
なお、上記各実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・スパッタ装置１０の処理対象である基板Ｓの大きさは、上述した大きさに限らない。すなわち、紙面の上下方向に沿う幅、及び、紙面の手前側に向かう幅が、上述の基板Ｓよりも小さくてもよいし、大きくてもよい。
【００８８】
・スパッタガスには、アルゴンガス以外の希ガス、例えば、ヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、及び、キセノンガスが用いられてもよい。また、反応ガスには、酸素ガス以外の酸素を含むガスであって、ターゲット２１，３１から放出されたスパッタ粒子を酸化することのできるガスが用いられてもよい。
【００８９】
・第１カソード装置２０は、ＩＧＺＯ膜を５ｎｍ未満の厚さ、あるいは、５０ｎｍを超える厚さで基板Ｓ上に形成してもよい。こうした構成によっても、ＩＧＺＯ膜の一部が第１カソード装置２０によって形成される以上、ＩＧＺＯ膜の厚さ及び原子の分布におけるばらつきを抑えることは可能である。特に、第１カソード装置２０によって形成されるＩＧＺＯ膜の厚さが、５ｎｍに満たない厚さ、例えば、１ｎｍ程度であったとしても、複数の薄膜トランジスタ間における閾値電圧のばらつきが基板Ｓの面内で少なからず抑えられる。
【００９０】
・スパッタ装置１０では、ボトムゲートボトムコンタクト型の薄膜トランジスタに適用されるＩＧＺＯ膜が形成されてもよい。この場合であっても、第１カソード装置２０を用いて形成されるＩＧＺＯ膜の厚さが５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とされることによって、ゲート絶縁膜との界面に形成されるチャネル層にて、面内における原子の分布のばらつきを抑えることができる。
【００９１】
・界面層は、無機酸化物膜と絶縁膜との界面を含む層に限らず、無機酸化物膜とソース電極及び無機酸化物膜とドレイン電極とを含む層であってもよい。無機酸化物膜と電極との界面を含む界面層が、第１のエロージョン領域の走査によって形成されるときには、無機酸化物膜と電極との接触抵抗などの電気的な特性のばらつきが抑えられる。なお、界面層は、無機酸化物膜と絶縁膜との界面を含む層と、無機酸化物膜とソース電極及び無機酸化物膜とドレイン電極とを含む層との双方であってもよい。
【００９２】
・ターゲット２１，３１の形成材料には、ＩＧＺＯ以外の酸化物半導体、例えば、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化インジウム、及び、チタン酸ストロンチウム等が用いられてもよい。
【００９３】
・ターゲット２１，３１の形成材料には、ＩＧＺＯ以外のインジウム含有酸化物半導体、すなわち、酸化インジウム亜鉛スズ（ＩＺＴＯ）、酸化インジウム亜鉛アンチモン（ＩＺＡＯ）、酸化インジウムスズ亜鉛（ＩＴＺＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、及び、酸化インジウムアンチモン（ＩＡＯ）等が用いられてもよい。なお、これらＩＧＺＯ以外のインジウム含有酸化物半導体が薄膜トランジスタのチャネル層として用いられた場合であっても、界面層の厚さを５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることによって、ＩＧＺＯ膜と同様の効果が得られることが本願発明者らによって認められている。
【００９４】
・ターゲット２１，３１の形成材料には、金属、金属化合物、及び、半導体等が用いられてもよい。ターゲット２１，３１の形成材料に単体の金属や半導体が用いられる場合には、ターゲット２１，３１から放出された形成材料ＦＭと、反応ガスから生成されたプラズマとの反応によって、酸化物半導体膜や無機酸化物膜の形成が可能である。
【００９５】
・ターゲット２１，３１の形成材料には、ＩＧＺＯに限らず、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、及び、酸化アルミニウム等の無機酸化物が用いられてもよい。
・ターゲット２１，３１の形成材料が、上述のような酸化物半導体である場合には、スパッタガスのみによって半導体膜を形成することが可能ではある。ただし、反応性スパッタによって酸化物半導体膜が形成される場合に、半導体膜の構成元素、特に酸素の含有量、及び、面内での分布がばらつきやすくなる。そのため、上述の第１実施形態から第３実施形態に記載のスパッタ装置１０によって得られる効果は、スパッタ装置１０にて反応性スパッタによって半導体膜が形成される場合に特に顕著になる。なお、こうした効果は、ターゲット２１，３１の形成材料が、酸化物半導体である場合に限らず、無機酸化物である場合であっても同様に得ることができる。
【００９６】
・第１スパッタ処理室１３、及び、第２スパッタ処理室１４は、成膜レーン１０ａを搬送されている基板Ｓに向けて形成材料ＦＭが放出される構成でもよい。ただし、上述のように、スパッタ装置１０内にパーティクルが生じることを抑える上では、第１スパッタ処理室１３、及び、第２スパッタ処理室１４は、各処理室１３，１４の所定の位置にて固定された基板Ｓに対して成膜する構成であることが好ましい。
【００９７】
・第１スパッタ処理室１３、第２スパッタ処理室１４では、回収レーン１０ｂを搬送されている基板Ｓに向けて形成材料ＦＭの放出が行われてもよい。これにより、回収レーン１０ｂに配置された基板Ｓに対してもＩＧＺＯ膜を形成することができる。
【００９８】
・第２スパッタ処理室１４では、各ターゲット３１と、各ターゲット３１におけるバッキングプレート３２が接合された面である裏面に配置された磁気回路３４とが、相対的な位置を変える構成であってもよい。この場合には、各ターゲット３１と各磁気回路３４との相対的な位置は、基板Ｓから見て連結方向における一端から他端までの一部で変わる。
【００９９】
・第１実施形態から第３実施形態では、第１スパッタ処理室１３で形成されるエロージョン領域２１ａ，７１ａが、複数回にわたって、基板Ｓから見て基板Ｓの連結方向における一端から他端まで連続して位置を変えてもよい。こうした構成であっても、エロージョン領域２１ａ，７１ａが、基板Ｓから見て連結方向における一端から他端まで連続して位置を変える以上は、基板Ｓに形成される薄膜の厚さのばらつきを抑えることができる。
【０１００】
・第２カソード装置３０は、複数のターゲット３１と、各ターゲット３１の裏面に１つずつ配置された複数の磁気回路３４を備える構成に限らず、１つのターゲットと、１つのターゲットの裏面に配置された複数の磁気回路とを備える構成でもよい。この場合、ターゲットは、連結方向及び高さ方向にて基板Ｓの全体と重なる大きさであればよい。また、各磁気回路は、ターゲットにおける高さ方向の全体と重なり、複数の磁気回路は、ターゲットの裏面に連結方向にて並んで配置される構成であればよい。こうした構成によれば、第２カソード装置では、１つのターゲットの表面には、ターゲットの表面における法線方向に沿った磁場が０となる（Ｂ⊥＝０）部分が、磁気回路と同じ数だけ形成される。すなわち、第２カソード装置では、複数の第２のエロージョン領域が、同時に形成される。そのため、上述の第２カソード装置３０と同様、エロージョン領域から放出される形成材料ＦＭの量が略同一である前提では、第２のエロージョン領域が１つである構成と比べて、薄膜の形成速度を高めることができる。
【０１０１】
また、第２カソード装置は、複数のターゲットと、複数の磁気回路とを備え、各ターゲットの裏面に複数の磁気回路が配置される構成でもよい。
・第１実施形態、及び、第２実施形態では、第１カソード装置２０がガス供給部２７を備えていない構成でもよく、この場合、ガス供給源２８が、真空槽１３ａの所定の位置に形成されたガス供給孔に接続された構成であればよい。また、真空槽１３ａには、第２スパッタ処理室１４と同様、複数のガス供給孔が、成膜側側壁１３ｂにおける連結方向や高さ方向において所定の間隔を空けて形成されていることが好ましい。こうした構成によれば、ガス供給孔が真空槽に１つだけ形成された構成と比べて、第１ターゲット２１の位置が変わっても、第１ターゲット２１の周囲に供給されるガスの濃度が変わることを抑えられる。
【０１０２】
・第２実施形態では、２つの第１カソード装置２０が、ガス供給部２７によって相互に接続されていなくともよい。例えば、各第１カソード装置２０のフローティングシールド２６における高さ方向に沿って延びる側面の両方にガス供給部が取り付けられ、各第１カソード装置２０は、連結方向にて離間して搭載されてもよい。
【０１０３】
・第１実施形態及び第２実施形態では、ガス供給部２７がフローティングシールド２６に取り付けられた構成でなくともよい。この場合には、ガス供給部２７は、ターゲット部走査部とは異なる走査部によって、第１ターゲット２１とともに基板Ｓに対する位置を変える構成としてもよい。こうした構成によれば、ガス供給部２７がフローティングシールド２６に取り付けられた構成と同等の効果を得ることができる。
【０１０４】
・第１実施形態及び第２実施形態では、第１ターゲット２１の連結方向における長さは、上述した長さに限らず適宜変更可能である。要は、第１ターゲット２１の連結方向における長さは、基板Ｓに対する第１のエロージョン領域の位置が、基板Ｓから見て連結方向の一端から他端までにわたって連続して変えることの可能な長さであればよい。
【０１０５】
・第１実施形態から第３実施形態では、ターゲット３１の連結方向における長さは、上述した長さに限らず適宜変更可能である。要は、複数のターゲット３１が、成膜側側壁１４ｂの連結方向にて配置可能な長さであればよい。
【０１０６】
・第３実施形態では、磁気回路７４によって形成される磁場における連結方向の長さは、上述した長さに限らず適宜変更可能である。要は、磁場の連結方向における長さは、基板Ｓに対する第１のエロージョン領域の位置が、基板Ｓから見て連結方向の一端から他端までにわたって連続して変えることの可能な長さであればよい。
【０１０７】
・第２実施形態では、第１スパッタ処理室１３には、各第１ターゲット２１のエロージョン領域２１ａが、基板Ｓから見て、基板Ｓの連結方向における一端から他端まで連続して位置を変える構成であれば、３つ以上の第１カソード装置２０が搭載されていてもよい。
【０１０８】
・第１スパッタ処理室１３に搭載される複数の第１カソード装置２０では、各第１ターゲット２１に形成されるエロージョン領域２１ａが基板Ｓに対して同時に向かい合わなくともよい。例えば、各第１カソード装置２０のエロージョン領域２１ａが、基板Ｓから見て、基板Ｓの連結方向における一端から他端までにわたって順に位置を変える構成でもよい。この場合、各エロージョン領域２１ａが、基板Ｓと個別に向かい合う構成でもよいし、各エロージョン領域２１ａが、基板Ｓと個別に向かい合う状態と、他のエロージョン領域２１ａと同時に基板Ｓと向かい合う状態との両方を有する構成でもよい。
【０１０９】
・第１実施形態及び第２実施形態におけるターゲット走査部２５は、連結方向における対向領域のみでエロージョン領域２１ａの位置を変える構成でもよい。あるいは、連結方向における２つの非対向領域のうちのいずれか一方と、対向領域とにおいてエロージョン領域２１ａの位置を変える構成でもよい。こうした構成であっても、基板Ｓの連結方向における一端あるいは他端の一部を除く基板Ｓの略全体では、基板Ｓに形成される薄膜の厚さがばらつくことを抑えることは可能である。
【０１１０】
・図１３に示されるように、スパッタ装置は、クラスター型のスパッタ装置８０として具体化されてもよい。この場合には、スパッタ装置８０は、搬送ロボット８１Ｒが搭載された搬送室８１と、搬送室８１に連結される以下の処理室を備える構成とすることができる。すなわち、搬送室８１には、成膜前の基板をスパッタ装置８０の外部から搬入し、成膜後の基板をスパッタ装置８０の外部に搬出する搬出入処理室８２と、基板に対して所定の処理を行う前処理室８３とを備える。また、スパッタ装置８０は、第１カソード装置２０が搭載された第１スパッタ処理室８４と、第２カソード装置３０が搭載された第２スパッタ処理室８５とを備える。なお、スパッタ装置８０は、前処理室８３を備えていない構成でもよい。
【０１１１】
・スパッタ装置１０の備える第１カソード装置２０と第２カソード装置３０とは、１つの真空槽中に搭載されてもよい。
・第１実施形態から第３実施形態のスパッタ装置１０では、上述した各処理室が、連結方向にて、搬出入処理室１１、前処理室１２、第２スパッタ処理室１４、及び、第１スパッタ処理室１３の順に並んでもよい。こうした構成であっても、第１スパッタ処理室１３にて形成された界面層が、第２スパッタ処理室１４で形成されたバッファ層と、絶縁膜とによって挟まれる構成であれば、絶縁膜との界面におけるＩＧＺＯ膜の状態がばらつくことを抑えることができる。
【０１１２】
なお、バッファ層を形成した後に、界面層を形成する構成であれば、基板Ｓ上に形成されたチャネル層に対してゲート絶縁膜が積層される薄膜トランジスタにおいても、ゲート絶縁膜との界面にて、チャネル層となるＩＧＺＯ膜の状態がばらつくことを抑えられる。ちなみに、チャネル層上にゲート絶縁膜が積層される薄膜トランジスタには、トップゲートボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ、及び、トップゲートトップコンタクト型の薄膜トランジスタが含まれる。
【０１１３】
また、図１３に示されるクラスター型のスパッタ装置８０であれば、バッファ層を形成した後に界面層を形成する場合には、第１スパッタ処理室８４と第２スパッタ処理室８５との配置を変えてもよい。あるいは、第１スパッタ処理室８４と第２スパッタ処理室８５との配置を変えることなく、搬送ロボット８１Ｒが、第２スパッタ処理室８５に基板Ｓを搬送した後に、成膜後の基板Ｓを第１スパッタ処理室８４に搬送すればよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１０…スパッタ装置、１０ａ…成膜レーン、１０ｂ…回収レーン、１１…搬出入処理室、１２…前処理室、１３…第１スパッタ処理室、１３ａ，１４ａ…真空槽、１３ｂ，１４ｂ…成膜側側壁、１３ｃ，１４ｃ…排気側側壁、１４…第２スパッタ処理室、１４ｄ，２７ａ…ガス供給孔、１５…ゲートバルブ、１６…排気部、２０，７０…第１カソード装置、２１，７１…第１ターゲット、３１…第２ターゲット、２１ａ，３１ａ，７１ａ…エロージョン領域、２２，３２，７２…バッキングプレート、２３，３３，７３…ターゲット電源、２４，３４，７４…磁気回路、２５…ターゲット走査部、２６，３５…フローティングシールド、２７…ガス供給部、２８，３６，７６…ガス供給源、３０…第２カソード装置、４１，４２…マスク、６０…第１ターゲットユニット、７５…磁気回路走査部、ＦＭ…形成材料、Ｓ…基板、Ｔ…トレイ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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