(57)【要約】【課題】基板へ向かって飛来する異物の量を低減する成膜装置を提供する。【解決手段】本発明の成膜装置は、真空処理室内に配置されたターゲットをスパッタリングし、前記ターゲットに対向して配置された被成膜基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、前記ターゲットと前記被成膜基板との間に配置され、前記ターゲットに向かって開口した窪みを有する異物捕獲体を備える。これにより、ターゲット側から基板へ向かって飛来する異物の一部を異物捕獲体の窪みに捕獲し、基板に飛来する異物の量を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室内に配置されたターゲットをスパッタリングし、前記ターゲットに対向して配置された被成膜基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、
前記ターゲットと前記被成膜基板との間に配置され、前記ターゲットに向かって開口した窪みを有する異物捕獲体を備えた、
成膜装置。
【請求項２】
前記薄膜は透明導電膜であり、
前記異物捕獲体は接地導体である、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記ターゲットは、複数のターゲット部材を配列して構成された分割ターゲットであり、
前記異物捕獲体は、隣接する前記ターゲット部材間の間隙に対応する位置に配置された、
請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記窪みの内壁に凹凸が設けられた、
請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて前記被成膜基板上に前記薄膜を形成する、
薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スパッタリング法により成膜を行う成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
種々の電子部品、画像表示装置等には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる透明導電膜が用いられている。これらの透明導電膜は、スパッタリング法等の成膜方法により形成される。
【０００３】
特許文献１には、スパッタリング法により透明導電膜の形成を行う透明導電膜形成装置が記載されている。特許文献１には、基板とターゲットとの間に接地化した導体を配設することにより、スパッタリング法によってターゲットをスパッタして基板上に透明導電膜を形成する際に、上記接地導体により雰囲気中の水素を吸着除去し、形成される透明導電膜の結晶化を安定させ、結晶性の高い透明導電膜を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６９６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、スパッタリング法は、高電圧をかけてイオン化させた希ガス元素や窒素をターゲットに衝突させてターゲット表面の原子を弾き飛ばし、基板に到達させて基板上に成膜を行うものである。スパッタリング装置では、基板への成膜と同時に、装置の内壁や各部材にも副生成物が堆積する。それらの堆積物が剥がれてターゲット表面に付着し、当該付着物がイオン化粒子に叩かれて弾き飛ばされることにより、または付着物を起点とした異常放電の発生により、異物として基板へ向かって飛来し付着するという問題が有る。
【０００６】
また、近年の液晶表示装置等の大画面化に伴い、大型基板への成膜に対応した大面積のターゲットが求められている。しかしながら、透明導電膜の形成に用いられるＩＴＯ等の酸化物からなるターゲットは、焼結後に反りが発生しやすく割れやすいことなどから、サイズの大きなものは製作が非常に難しい。そこで、小さく分割されたターゲット部材を複数並べて配置し全体として大面積のターゲットを構成した分割ターゲットが用いられている。しかしながら、このような分割ターゲットでは、隣接するターゲット部材間にわずかとはいえ必ず隙間ができてしまう。この隙間に、ターゲットから叩き出された原子が蓄積してしまい、均一な組成比を有するターゲットとは異なる組成の異物が形成される。このような異物も、イオン化粒子に叩かれて弾き飛ばされることにより基板へ向かって飛来し、膜厚および薄膜組成の不均一性の原因になる。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、基板へ向かって飛来する異物の量を低減する成膜装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の成膜装置は、
真空処理室内に配置されたターゲットをスパッタリングし、前記ターゲットに対向して配置された被成膜基板上に薄膜を形成する成膜装置であって、
前記ターゲットと前記被成膜基板との間に配置され、前記ターゲットに向かって開口した窪みを有する異物捕獲体を備えた、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ターゲット側から基板へ向かって飛来する異物の一部を異物捕獲体の窪みに捕獲し、基板に飛来する異物の量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１の成膜装置を示す概略構成図である。
【図２】一般的な成膜装置におけるプラズマ発生の様子と異物の堆積し易い箇所を示す説明図である。
【図３】比較例における接地導体と飛来異物の挙動を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１における接地導体と飛来異物の挙動を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１における接地導体の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における接地導体の変形例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における接地導体の変形例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２の成膜装置を示す概略構成図である。
【図９】本発明の実施の形態３の成膜装置における接地導体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の成膜装置を示す概略構成図である。図１において、成膜装置１は、真空チャンバー２と、この真空チャンバー２内に配設されたターゲット取り付け板３および基板ホルダー４とを備えている。ターゲット取り付け板３は例えば銅で構成する。真空チャンバー２は、ガス供給管２ａと排気管２ｂとを有し、外部のガス供給装置（図示せず）と排気装置（図示せず）に接続されている。この真空チャンバー２は特に制限されるものではなく、従来公知のスパッタリング装置に用いられている真空チャンバーを使用することができる。ターゲット取り付け板３はカソード電極５が接しており電圧印加と接地との切り替えが可能とされている。また、基板ホルダー４はターゲット取り付け板３と対向する位置に配設されている。この基板ホルダー４には、載置された基板を所定の温度に加熱するための加熱手段を設けることができる。
【００１２】
ターゲット取り付け板３と基板ホルダー４との間には、異物捕獲体である接地導体６が配設されている。接地導体６は、例えば、モリブデン、チタン、バリウム、ジルコニウム等の金属あるいはＺｒ−Ａｌ合金（Ｚｒ＝８４％、Ａｌ＝１６％）、Ｚｒ−Ａｌ−Ｔｉ合金（Ｚｒ＝５０％、Ａｌ＝１０％、Ｔｉ＝４０％）合金等により形成することができる。この接地導体６の形状は棒状、板状および網目状等の形状とすることができ、特に制限されるものではない。今回は、直径３ｍｍφのモリブデン棒を三日月型になるよう研削したもの計２７本を、プラズマ密度計算から見積もった適当な位置に１０〜３０ｍｍの間隔で取り付けた。この接地導体は、ターゲット側面を覆いつつ接地させるグランドシールド７に取り付けている。接地導体６の取り付け角度は、基板に成膜される膜質の均一性の観点から、ターゲットおよび基板の面に対し平行に取り付けるのが望ましい。また、接地導体６は窪みを有しており、当該窪みをターゲットの方向に向けて設置されている。
【００１３】
次に、本実施の形態１の成膜装置の動作と、当該成膜装置を用いた透明導電膜の形成方法について説明する。
【００１４】
まず、真空チャンバー２内に位置するターゲット取り付け板３にターゲット８を取り付け、また、基板ホルダー４上に所望の基板９を載置し、排気管２ｂにより真空チャンバー２内を所定の圧力まで減圧した後、ガス供給管２ａからアルゴン（Ａｒ）ガス等の雰囲気ガスを所定圧になるまで真空チャンバー２内に供給する。今回、ターゲット８は、処理する基板サイズ４２０ｍｍ×５１０ｍｍに対して、５９０ｍｍｘ７４０ｍｍ、材料組成は酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）と酸化スズ（ＳｎＯ２）の重量比を９：１としたＩＴＯを使用した。ＩＺＯ膜を成膜する場合は、組成を例えば酸化インジウムと酸化亜鉛（ＺｎＯ）の重量比を９：１としたターゲット８を用いる。
【００１５】
次に、カソード電極５に対して外部電源（図示せず）により電圧を印加するとともに、基板ホルダー４を接地化する。これにより、ターゲットと基板の間でＡｒプラズマが発生し、加速されたＡｒイオンがターゲット８に打ち込まれターゲット８の成分がスパッタされ、室温〜２００℃の温度範囲から適宜設定した温度に保たれた基板９上に飛来し堆積することで透明導電膜の形成が開始される。
【００１６】
ここで、異物の発生メカニズムについて図２を用いて説明する。便宜上、接地導体の無い最も単純なスパッタ装置を例とする。例えば透明導電膜がＩＴＯの場合、ＩＴＯターゲットから放出された原子・分子は基板に到着後、基板上で気相に存在する酸素と結合して膜として形成される。この時に気相の酸素の量（分圧）を適当な値として最適な酸化量とすることにより、１〜３×１０−４Ωｃｍ程度の比抵抗値の低い導電性のＩＴＯ膜が形成される。しかし、放出された原子・分子の一部は気相で酸素と結合してしまい、異物が形成されてしまう（気相起源異物）。気相起源異物は形成されたあと、基板に直接付着したり、ターゲット表面或いは周辺（具体的には、ターゲット８とグランドシールド７の間の隙間であったり、グランドシールド７の表面など）に堆積したりする。図２中の符号１１は、気相起源異物が特に堆積しやすい場所を示している。ターゲット上で常にＡｒイオンの衝撃によりスパッタされている場所、いわゆるエロージョン部１２上ではこの気相起源異物もスパッタされてしまい、その数は少なくなるので、気相起源異物は非エロージョン部１３上に多く存在することになる。気相起源異物は気相で酸素と結合したため最適な酸素量とはならず、比抵抗値の高い絶縁性となっていると予想される。そのため、スパッタのための放電により非エロージョン部１３上に堆積していた気相起源異物はチャージアップして激しく飛散するので、成膜中は空間での異物密度が高い状態となる。
【００１７】
また、気相起源異物が堆積したターゲット表面では、これが核となってターゲット表面に微小な突起物（ノジュール）が発生する。このノジュールはターゲットと同成分であることが分かっている。このノジュールが成長すると先端部が崩れて微小な粒子、すなわち異物となる。この異物をここでは「ノジュール起源異物」と呼ぶことにする。この異物はターゲットと同成分の導電性であると考えられる。気相起源異物の存在密度に対してノジュール起源異物もエロージョン部上では少なく、非エロージョン部上で多くなっている。このように透明導電膜製膜では、これら２種類の異物が発生しやすく大きな問題となっている。
【００１８】
図３は、従来の成膜装置における、窪みの無い接地導体６ａとスパッタ成膜時の飛来異物１４の様子を示す断面図である。ターゲットから基板方向に飛来する異物は、接地導体６ａと衝突しても捕獲されず弾性散乱された後基板方向へ再度飛来してしまう。若しくは、一度は接地導体６ａに付着するものの、後に飛来する異物に弾き出され、基板へ向かって飛来してしまう。よって、従来の窪みのない接地導体６ａでは、本発明の上記のような、基板に付着する異物の全体量を減らす効果、装置内異物を定期的に除去するメンテナンス頻度を低減する効果を得ることはできない。
【００１９】
図４は、本実施の形態１の成膜装置における、接地導体６とスパッタ成膜時の飛来異物１４の様子を示す断面図である。接地導体６は、ターゲットに向かって開口した窪みを備えている。本実施の形態１のこのような構造によれば、ターゲットから基板方向に飛来する異物のうち、接地導体６に衝突するものの大部分は、接地導体６の窪みの内側に捕獲されるため基板に到達しない。また、異物が窪みの内壁に衝突して弾性散乱によって弾かれたり、窪みの内壁に一旦付着した後に飛来する異物に弾き出されたりしても、多くの場合は窪み内の別の壁面に衝突し付着することで、窪み内に留まり捕獲される。また、異物が窪みの外側に弾き出されたとしても、窪みはターゲットに向かって開口した形状を有することから、弾き出された異物はターゲット側に向かって飛来するため、基板側へ向かって飛来することはない。これにより、基板に付着する異物の全体量を減らすことができる。また、図３に示した比較例に比べ、よりも多くの異物を接地導体６に捕獲可能であるため、装置内異物を定期的に除去するメンテナンスの頻度も低減することができ、稼働率および生産能力を向上する効果も得られる。
【００２０】
また、本実施の形態１における接地導体６は接地化した導体であることから、透明導電膜を形成する際に、雰囲気中の水素を吸着除去し、形成される透明導電膜の結晶化を安定させ、結晶性の高い透明導電膜を形成することが可能である。結果的に、本実施の形態１における接地導体６は、水素の吸着除去の機能と、上記の異物捕獲体としての機能とを併せ持つことができる。
【００２１】
また、図１および図５における接地導体６は、断面形状が三日月型をしているが、接地導体６の断面形状はこれに限定されるものではなく、ターゲットに向かって開口した窪みを有していればよい。図６、図７に、接地導体６の断面形状の変形例を示す。図６のように窪みの空間体積を大きくした場合は、捕獲できる異物の総量は大きく、装置稼動を止めてクリーニングし捕獲異物を除去するメンテナンスの周期を広げることができる。但し、サイズを広げすぎると成膜自体が阻害されるため、プラズマの生成条件や、ターゲット−基板間距離や、目的のＩＴＯ膜の組成比等に合わせた設計が必要となる。また、図７のように円形の一部に小さな窪みがある断面形状とした場合は、通常の円柱状の棒の一方向に窪みを作る作業を行うだけで安価に製作できる利点がある。
【００２２】
なお、本実施の形態１では、異物捕獲体が接地導体である場合について説明したが、必ずしも接地導体である必要はない。接地導体でなくても、ターゲットに向かって開口した窪みを有する異物捕獲体であれば、異物を捕獲しターゲットから基板へ向かって飛来する異物の量を低減する点においては同様の効果を得ることができる。
【００２３】
以上説明したように、本実施の形態１の成膜装置によれば、ターゲットと被成膜基板との間に、ターゲットに向かって開口した窪みを有する異物捕獲体を配置したことにより、ターゲット側から基板へ向かって飛来する異物の量を低減することが可能となる。
【００２４】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２による成膜装置を示す断面図である。
実施の形態２の成膜装置は、実施の形態１の成膜装置において、複数のターゲット部材を配列して構成された分割ターゲットを用い、さらに、ターゲットの分割溝すなわち隣接するターゲット部材間の間隙に対応する位置に接地導体６を配置したものである。
【００２５】
図８に示すように、ここでは、ターゲット取り付け板３に３枚のターゲット部材８ａが貼り付けられた３分割構造を例としている。接地導体６のうち二つは、隣接するターゲット部材８ａ間の間隙の上方に設置されている。接地導体６に設ける窪みの線幅はターゲット部材８ａ間の間隙の幅より広くしてある（例えば、間隙幅０．３ｍｍに対して、接地導体６の窪みの線幅は２ｍｍ）。
【００２６】
一般に、ターゲットの大きさは当然、基板よりも大きいことが必要となる。しかし、ターゲットは焼結後に反りが発生しやすく、割れやすいことなどからサイズの大きなものは製作が非常に難しい。そのため、現在では、小さく分割されたターゲットを複数個並べて全体として大きなターゲットを構成するようにしている。しかしながら、このような分割ターゲットでは、分割された各ターゲット間にわずかとはいえ必ず隙間ができてしまい、この部分はプラズマの影となりＡｒイオンの衝撃が少なくなってしまう。これは非エロージョン部上と同様な状況となるため、その部分ではノジュールが多く発生しノジュール起源異物の発生源となっている。また、ターゲットから叩き出された原子はこの隙間にも蓄積してしまい、均一な組成比を有するターゲットとは異なる異物を構成する。このような異物からも、被成膜対象である基板に向かって原子が叩き出されるため、薄膜に欠陥を生じさせてしまう。従って、均一な組成比及び膜厚を有する高品位の薄膜を形成することが困難となり、例えば画素電極を形成する際に画素電極の歩留を低下させてしまう。このように、分割ターゲット構造において、分割溝内に堆積する異物や、分割溝内に生成するノジュールから叩きだされ、基板方向へ飛来する異物の抑制は非常に重要となる。
【００２７】
本実施の形態２によれば、隣接するターゲット部材間の間隙に対応する位置に接地導体６を配置したことにより、ターゲット分割溝内に生成する異物を源とした、基板へ飛来する異物を効果的に捕獲し、基板への異物付着をさらに抑制することができる。また、窪みの幅をターゲット分割溝の幅よりも大きくすることにより、より効果的に異物を捕獲することが可能となる。
【００２８】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３の成膜装置における接地導体６の断面図である。
実施の形態３の成膜装置は、実施の形態１の成膜装置において、接地導体６の窪みの内壁に微小な凹凸を付与したものである。当該微小な凹凸は、例えば、窪みの内壁にブラスト処理等を行うことで付与することができる。
【００２９】
本実施の形態３によれば、窪みの内壁に微小な凹凸を設けたことで、アンカー効果により異物と接地導体６との密着力が高くなるため、接地導体６により多くの異物を捕獲することが可能となる。
【００３０】
なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態やその変形例を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  成膜装置、
２  真空チャンバー、
２ａ  ガス給気管、
２ｂ  排気管、
３  ターゲット取り付け板、
４  基板ホルダー、
５  カソード電極、
６  接地導体、
７  グランドシールド、
８  ターゲット、
８ａ  ターゲット部材、
９  基板、
１０  プラズマ、
１２  エロージョン部、
１３  非エロージョン部
【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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