(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内に、互いに離間して一直線上に一列に並んで配置された複数個のターゲットと、
隣り合う二個の前記ターゲットを一組として、一組の前記ターゲット間に電圧が印加されるターゲット装置と、
前記真空槽内に反応ガスを導入する反応ガス導入部と、
前記真空槽内を真空排気する真空排気部と、
を有し、真空排気された前記真空槽内に反応ガスを導入し、各前記ターゲット装置の前記ターゲットに電圧を印加してスパッタし、各前記ターゲットと対向して配置された基板に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
各前記ターゲット装置は、
一組の前記ターゲットの互いに対向する側面とは逆側の側面に対向して配置された隔壁と、
前記隔壁と、隣接する前記ターゲットとの間に設けられ、前記反応ガス導入部に接続されたガス導入口と、
前記真空槽の底面に設けられ、前記真空排気部に接続された主排気口と、
をそれぞれ有し、
前記ガス導入口から導入された前記反応ガスは、一組の前記ターゲット間を通って前記主排気口から真空排気されるスパッタリング装置。
【請求項２】
各前記ターゲットは長手方向をそれぞれ有し、各前記長手方向は前記一直線に対して直角な同一方向に向けられ、
前記主排気口は前記長手方向と平行に並んで複数設けられた請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記真空槽の壁面のうち、各前記ターゲットと前記基板との間の放電空間と対面するリング状の範囲には、リングの内周に沿って等間隔に複数の副排気口が設けられ、
前記真空排気部は各前記副排気口にそれぞれ接続された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
各前記隔壁は長手方向をそれぞれ有し、各前記隔壁の前記長手方向は各前記ターゲットの前記長手方向と平行に向けられ、
各前記隔壁の前記長手方向に沿った一端と他端は、前記真空槽の壁面にそれぞれ密着された請求項２記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング装置に係り、特に反応性スパッタリングの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の大型化に関する研究開発が活発に行われている。ＦＰＤの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の素材にはＩＧＺＯ等の透明酸化物半導体が注目されており、透明酸化物半導体の成膜には反応性スパッタリング法がよく用いられている。
【０００３】
図４は従来のスパッタリング装置１００の内部側面図である。
真空槽１１１内には複数のターゲット１２１1〜１２１4が、互いに離間して一列に並んで配置されている。
【０００４】
各ターゲット１２１1〜１２１4の裏面側には磁石装置１２７1〜１２７4と反応ガス導入口１２８ａ、１２８ｂとが配置されており、真空槽１１１の底面には主排気口１２５が設けられ、主排気口１２５には第一の真空ポンプ１３１が接続されている。
【０００５】
一方、各ターゲット１２１1〜１２１4の表面と対面する位置には基板１１８が、各ターゲット１２１1〜１２１4の表面と離間して対向して配置されており、真空槽１１１の、基板１１８の裏面側の壁面にはスパッタガス導入部１１５と第二の真空ポンプ１３３ａ、１３３ｂとがそれぞれ接続されている。
【０００６】
各ターゲット１２１1〜１２１4表面と基板１１８表面との間の放電空間１５５の周囲には、放電空間１５５を取り囲んで第一、第二の防着部材１１９ａ、１１９ｂが配置されている。スパッタガス導入部１１５から真空槽１１１内にスパッタガスを導入すると、スパッタガスは基板１１８と第一の防着部材１１９ａとの隙間、又は第一の防着部材１１９ａと第二の防着部材１１９ｂとの隙間を通って放電空間１５５に流入する。
【０００７】
一方、反応ガス導入口１２８ａ、１２８ｂから真空槽１１１内に反応ガスを導入すると、反応ガスの一部は隣り合うターゲット１２１1〜１２１4間を通ってターゲット１２１1〜１２１4表面上に流入し、他の一部は主排気口１２５から第一の真空ポンプ１３１により真空排気される。
【０００８】
バッキングプレート１２２1〜１２２4を介して各ターゲット１２１1〜１２１4にそれぞれ電圧を印加すると、各ターゲット１２１1〜１２１4表面上のスパッタガスと反応ガスとがプラズマ化して、各ターゲット１２１1〜１２１4表面はそれぞれスパッタされ、基板１１８表面に薄膜が形成される。
【０００９】
ところが、主排気口１２５から離れた位置ほど、反応ガスの排気速度が小さく、ターゲット１２１1〜１２１4表面上の反応ガスの分圧は高くなり、ターゲット１２１1〜１２１4表面と反応ガスとの反応する割合は多くなって、スパッタ速度は低下してしまう。
【００１０】
そのため、基板１１８表面のうち、主排気口１２５から遠い位置に配置されたターゲット１２１4と対面する部分では、主排気口１２５の近くに配置されたターゲット１２１1と対面する部分よりも、薄膜の膜厚が薄くなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−０５７６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、複数のターゲット表面上の反応ガスの分圧を互いに等しくして、各ターゲットを互いに同じ速度でスパッタできるスパッタリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は、真空槽と、前記真空槽内に、互いに離間して一直線上に一列に並んで配置された複数個のターゲットと、隣り合う二個の前記ターゲットを一組として、一組の前記ターゲット間に電圧が印加されるターゲット装置と、前記真空槽内に反応ガスを導入する反応ガス導入部と、前記真空槽内を真空排気する真空排気部と、を有し、真空排気された前記真空槽内に反応ガスを導入し、各前記ターゲット装置の前記ターゲットに電圧を印加してスパッタし、各前記ターゲットと対向して配置された基板に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、各前記ターゲット装置は、一組の前記ターゲットの互いに対向する側面とは逆側の側面に対向して配置された隔壁と、前記隔壁と、隣接する前記ターゲットとの間に設けられ、前記反応ガス導入部に接続されたガス導入口と、前記真空槽の底面に設けられ、前記真空排気部に接続された主排気口と、をそれぞれ有し、前記ガス導入口から導入された前記反応ガスは、一組の前記ターゲット間を通って前記主排気口から真空排気されるスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、各前記ターゲットは長手方向をそれぞれ有し、各前記長手方向は前記一直線に対して直角な同一方向に向けられ、前記主排気口は前記長手方向と平行に並んで複数設けられたスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、前記真空槽の壁面のうち、各前記ターゲットと前記基板との間の放電空間と対面するリング状の範囲には、リングの内周に沿って等間隔に複数の副排気口が設けられ、前記真空排気部は各前記副排気口にそれぞれ接続されたスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、各前記隔壁は長手方向をそれぞれ有し、各前記隔壁の前記長手方向は各前記ターゲットの前記長手方向と平行に向けられ、各前記隔壁の前記長手方向に沿った一端と他端は、前記真空槽の壁面にそれぞれ密着されたスパッタリング装置である。
【発明の効果】
【００１４】
各ターゲット装置内に導入された反応ガスは隔壁で遮られるため、一のターゲット装置内での反応ガスの増減が、他のターゲット装置内の反応ガスの分圧に干渉することはなく、各ターゲット装置毎に分圧を容易に制御できる。
各ターゲット表面上の反応ガスの分圧を予め定められた値にできるため、各ターゲットを互いに同じ速度でスパッタして、基板表面に均一な膜厚の薄膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のスパッタリング装置の内部側面図
【図２】本発明のスパッタリング装置の内部平面図
【図３】本発明のスパッタリング装置の第二例の内部側面図
【図４】従来のスパッタリング装置の内部側面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のスパッタリング装置の構造を説明する。
図１はスパッタリング装置１０の内部側面図、図２は同内部平面図である。
【００１７】
スパッタリング装置１０は、真空槽１１と、真空槽１１内に、互いに離間して一直線Ｌ上に一列に並んで配置された複数個のターゲット２１1〜２１4と、隣り合う二個のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4を一組として、一組のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4間に電圧が印加されるターゲット装置２０12、２０34と、真空槽１１内に反応ガスを導入する反応ガス導入部１３12、１３34と、真空槽１１内を真空排気する真空排気部３０とを有している。本発明で「反応ガス」とは、ターゲット２１1〜２１4の表面と化学反応するガスであり、例えばＯ2ガスやＮ2ガスである。
【００１８】
本実施形態では、各ターゲット２１1〜２１4は長手方向をそれぞれ有し、各長手方向は一直線Ｌに対して直角な同一方向に向けられている。
ここでは、各ターゲット２１1〜２１4は平板形状であり、表面を一直線Ｌに対して直角な同一方向に向けて配置されている。
【００１９】
各ターゲット２１1〜２１4表面と対面する位置には、各ターゲット２１1〜２１4表面と離間して対向して基板１８が配置されるようになっている。
各ターゲット２１1〜２１4の表面とは逆の裏面には、導電性のバッキングプレート２２1〜２２4が密着してそれぞれ配置され、バッキングプレート２２1〜２２4には電源２４12、２４34が電気的に接続されている。
電源２４12、２４34を動作させると、バッキングプレート２２1、２２2又は２２3、２２4を介して、一組のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4間に電圧が印加されるようになっている。
【００２０】
各ターゲット２１1〜２１4の裏面側には、磁石装置２７1〜２７4がそれぞれ配置されている。各磁石装置２７1〜２７4のうち、バッキングプレート２２1〜２２4の裏面と対向する部分には磁極がそれぞれ設けられ、磁極から放射された磁力線は、各ターゲット２１1〜２１4を貫通して、各ターゲット２１1〜２１4の表面上に磁場が形成されるようになっている。
【００２１】
本発明のスパッタリング装置１０では、各ターゲット装置２０12、２０34は、一組のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4の互いに対向する側面とは逆側の側面に対向して配置された隔壁２３1、２３2又は２３3、２３4と、各隔壁２３1〜２３4と、隣接するターゲット２１1〜２１4との間に設けられ、反応ガス導入部１３12、１３34に接続されたガス導入口２８1〜２８4と、真空槽１１の底面（ターゲット２１1〜２１4の裏面側の壁面）に設けられ、真空排気部３０に接続された主排気口２５12、２５34とをそれぞれ有している。
【００２２】
隔壁２３1〜２３4と、その隔壁２３1〜２３4に隣接するターゲット２１1〜２１4との間には、直線状のガス導入管２６1〜２６4が、ターゲット２１1〜２１4の長手方向と平行に延設され、ガス導入口２８1〜２８4はガス導入管２６1〜２６4の管壁に長手方向に沿って複数設けられている。
【００２３】
反応ガス導入部１３12、１３34はガス導入管２６1〜２６4に接続されており、ガス導入部１３12、１３34から反応ガスを放出させると、放出された反応ガスは、ガス導入管２６1〜２６4の内側を通って、各ガス導入口２８1〜２８4から真空槽１１内に、長手方向に対して均一な流量で、導入されるようになっている。
【００２４】
本実施形態では、各反応ガス導入部１３12、１３34は、それぞれ異なるターゲット装置２０12、２０34の一組のガス導入管２６1、２６2又は２６3、２６4に接続され、ターゲット装置２０12、２０34毎に個別にガスの導入量を制御できるようになっている。一組のガス導入管２６1、２６2又は２６3、２６4のガス導入量は互いに等しくされている。
【００２５】
隔壁２３1〜２３4の、ターゲット２１1〜２１4の長手方向に沿った一端と他端は、真空槽１１の壁面にそれぞれ密着されている。また、隔壁２３1〜２３4の、真空槽１１の底面側の端部は、真空槽１１の底面に密着されている。そのため、一のターゲット装置２０12又は２０34のガス導入口２８1、２８2又は２８3、２８4から導入された反応ガスは、隔壁２３1、２３2又は２３3、２３4に遮られて、隣接する他のターゲット装置２０34又は２０12内に流入しないようになっており、各反応ガス導入部１３12、１３34の放出量を制御すると、各ターゲット装置２０12、２０34毎に、個別に反応ガスの分圧を制御することができる。
【００２６】
主排気口２５12、２５34は、ターゲット装置２０12、２０34毎に個別に、真空槽１１の底面に設けられている。ここでは、主排気口２５12、２５34は、一組のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4の中心を結ぶ線分の垂直二等分線上に、一列に並んで配置されているが、垂直二等分線を対称軸とする線対称な配置であればよく、二列以上に並んで配置されていてもよい。
【００２７】
ここでは真空排気部３０は第一の真空ポンプ３１を有しており、第一の真空ポンプ３１は主排気口２５12、２５34に接続されている。
第一の真空ポンプ３１を動作させると、ガス導入口２８1、２８2又は２８3、２８4から導入された反応ガスは、一組のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4間を通って主排気口２５12、２５34から真空排気されるようになっている。
【００２８】
そのため、一組のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4の表面上では反応ガスの排気速度が互いに等しくなり、一組のガス導入口２８1、２８2又は２８3、２８4からのガス導入量が互いに等しい場合には、一組のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4の表面上では、反応ガスの分圧が互いに等しくなる。
【００２９】
本実施形態では、主排気口２５12、２５34はターゲット２１1〜２１4の長手方向と平行に並んで複数個配置されている。そのため、反応ガスの排気速度は、ターゲット２１1〜２１4の長手方向に対して均一になっている。
【００３０】
真空槽１１の壁面のうち、ターゲット２１1〜２１4と基板１８との間の放電空間５５と対面するリング状の範囲には、リングの内周に沿って等間隔に複数の副排気口１６ａ〜１６ｄが設けられ、真空排気部３０は各副排気口１６ａ〜１６ｄに接続されている。各副排気口１６ａ〜１６ｄは放電空間５５に露出している。
【００３１】
ここでは真空排気部３０は複数の第二の真空ポンプ３２ａ〜３２ｄを有しており、各第二の真空ポンプ３２ａ〜３２ｄはそれぞれ異なる副排気口１６ａ〜１６ｄに接続されている。
各第二の真空ポンプ３２ａ〜３２ｄを動作させると、ターゲット２１1〜２１4と基板１８との間の放電空間５５は、放電空間５５に露出する各副排気口１６ａ〜１６ｄから直接真空排気され、放電空間５５のガスの圧力が基板１８表面内で均一になるようにされている。
【００３２】
なお、各副排気口１６ａ〜１６ｄに同一の真空ポンプが接続された構成も本発明に含まれるが、基板１８が大型化し、放電空間５５が大型化する場合には、各副排気口１６ａ〜１６ｄにより大きな排気能力が要求されるため、各副排気口１６ａ〜１６ｄにそれぞれ異なる真空ポンプ３２ａ〜３２ｄが接続された構成の方が好ましい。
【００３３】
＜スパッタリング装置の使用方法＞
本発明のスパッタリング装置１０を用いた薄膜の形成方法を、ＩＧＺＯ膜の形成方法を一例に説明する。
【００３４】
各ターゲット２１1〜２１4の材質はここではＩＧＺＯ（ＩｎＧａＺｎＯx）であり、反応ガスにはＯ2ガスを使用する。
スパッタリング中の反応ガスの分圧の値をあらかじめ定めておく。
【００３５】
真空排気部３０を動作させて、真空槽１１内を真空排気し、真空雰囲気を形成する。以後、真空排気部３０の動作を継続して、真空槽１１内の真空雰囲気を維持する。
真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながら、基板１８を真空槽１１内に搬入し、各ターゲット２１1〜２１4の表面と対面する位置に、各ターゲット２１1〜２１4表面と離間して対向して基板１８を配置する。基板１８の外周部分と対面する位置には防着部材１９が離間して配置され、基板１８の外周部分に薄膜が付着することが防止されている。
【００３６】
真空槽１１の、基板１８の裏面側の壁面には、スパッタガスを放出するスパッタガス導入部１５と、真空排気部３０とがそれぞれ接続されている。ここでは真空排気部３０は第三の真空ポンプ３３ａ、３３ｂを有しており、第三の真空ポンプ３３ａ、３３ｂが基板１８の裏面側の壁面に接続されている。スパッタガスにはここではＡｒガスを使用する。
【００３７】
真空排気された真空槽１１内に、スパッタガス導入部１５からスパッタガスを導入し、反応ガス導入部１３12、１３34からガス導入口２８1〜２８4を通して反応ガスを導入する。
スパッタガス導入部１５から導入されたスパッタガスは、基板１８の外周部分と防着部材１９との間の隙間を通って、放電空間５５に流入する。一方、各ガス導入口２８1〜２８4から導入された反応ガスは、各隔壁２３1〜２３4と隣接するターゲット２１1〜２１4との間の隙間を通って各ターゲット２１1〜２１4表面上に流入する。
【００３８】
反応ガス導入部１３12、１３34からの反応ガス導入量を制御して、各ターゲット装置２０12、２０34毎に個別に反応ガスの分圧を制御し、各ターゲット２１1〜２１4表面上の反応ガスの分圧を予め定めた値にする。
【００３９】
一のターゲット装置２０12又は２０34内に導入された反応ガスは、隔壁２３1、２３2又は２３3、２３4に遮られて、隣接する他のターゲット装置２０34又は２０12内に流入しない。そのため、一のターゲット装置２０12又は２０34内での反応ガスの増減が、他のターゲット装置２０34又は２０12内の反応ガスの分圧に干渉することはなく、各ターゲット装置２０12、２０34毎に分圧を容易に制御することができる。
【００４０】
各ターゲット装置２０12、２０34のターゲット２１1〜２１4表面上に導入された反応ガスは、一組のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4間を通って主排気口２５12、２５34から真空排気される。そのため、一組のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4の表面上では反応ガスの排気速度が互いに等しくなり、反応ガスの分圧が互いに同じになる。
以後、反応ガス導入部１３12、１３34からの反応ガス導入量の制御を継続して、各ターゲット２１1〜２１4表面上の反応ガスの分圧を予め定めた値に維持する。
【００４１】
真空槽１１を接地電位にし、電源２４12、２４34から各ターゲット装置２０12、２０34のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4間に、ここでは互いに逆極性の電圧を交互に印加すると、一方のターゲット（例えば符号２１1と２１3のターゲット）が負電位に置かれてカソードになるときに、他方のターゲット（符号２１2と２１4のターゲット）はアノードになり、ターゲット２１1〜２１4表面上ではスパッタガスと反応ガスとが電離されてプラズマが生成され、スパッタガスのイオンは負電位に置かれたターゲット２１1〜２１4の表面に入射して、ターゲット２１1〜２１4の表面をスパッタする。
各ターゲット２１1〜２１4表面上では、反応ガスの分圧は予め定められた値にされており、各ターゲット２１1〜２１4表面は互いに同じ速度でスパッタされる。
【００４２】
ターゲット２１1〜２１4表面からスパッタされたスパッタ粒子は、各ターゲット２１1〜２１4の表面と対向して配置された基板１８に到達し、基板１８表面に薄膜が形成される。各ターゲット２１1〜２１4表面は互いに同じ速度でスパッタされ、基板１８表面のうち、各ターゲット２１1〜２１4の表面と対向する部分の成膜速度は互いに等しく、形成される薄膜の膜厚は基板１８表面内で均一になる。
【００４３】
所定の膜厚の薄膜を形成した後、電源２４12、２４34からの電圧印加を停止してプラズマを消失させ、スパッタガス導入部１５、反応ガス導入部１３12、１３34からのスパッタガス、反応ガスの導入をそれぞれ停止する。成膜済みの基板１８を真空槽１１の外側に搬出する。次いで、未成膜の基板１８を真空槽１１内に搬入し、上述の成膜工程を繰り返す。
【００４４】
なお、磁石装置２７1〜２７4にはターゲット装置２０12、２０34毎に不図示の磁石揺動装置がそれぞれ接続され、成膜中に磁石装置２７1〜２７4をターゲット装置２０12、２０34毎にターゲット２１1〜２１4表面と平行な方向に揺動させ、各ターゲット２１1〜２１4表面のエロージョン領域を拡大させてもよい。ターゲット２１1〜２１4の寿命を延ばすことができるという利点がある。
【００４５】
また、基板１８には不図示の基板揺動装置が接続され、成膜中に、一組のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4の中心間距離を一ピッチとし、一直線Ｌと平行にここでは半ピッチ分、基板１８を揺動させてもよい。基板１８を静止させた状態で成膜を行うと、各ターゲット２１1〜２１4の中心の真上位置と、一組のターゲット２１1、２１2又は２１3、２１4間の真上位置とでは、プラズマ密度の違いに起因して膜厚差が生じるおそれがあるが、基板１８を揺動させると、この膜厚差を解消でき、薄膜の膜厚の均一性をより改善することができる。
【００４６】
上述の実施形態では、各ターゲット２１1〜２１4は平板形状であったが、図３に示すように、各ターゲット２１1〜２１4は細長の円筒形状であり、中心軸線を中心に回転できるように構成されていてもよい。
【００４７】
なお、本実施形態では、各ターゲット２１1〜２１4の長手方向は鉛直方向と平行に向けられているが、本発明の各ターゲット２１1〜２１4の向きはこれに限定されず、各ターゲット２１1〜２１4の長手方向が水平に向けられ、各ターゲット２１1〜２１4表面が鉛直上方に向けられていてもよいし、各ターゲット２１1〜２１4の長手方向が水平に向けられ、各ターゲット２１1〜２１4表面が鉛直下方に向けられていてもよい。
【００４８】
図１〜３の図面上では、スパッタリング装置１０は二台のターゲット装置２０12、２０34を有しているが、ターゲット装置２０12、２０34の数は二台に限定されず、三台以上でもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０……スパッタリング装置
１１……真空槽
１３12、１３34……反応ガス導入部
１６ａ〜１６ｄ……副排気口
２０12、２０34……ターゲット装置
２１1〜２１4……ターゲット
２３1〜２３4……隔壁
２５12、２５34……主排気口
２８1〜２８4……ガス導入口
３０……真空排気部
５５……放電空間
【図１】
0005718767.tif 000002
【図２】
0005718767.tif 000003
【図３】
0005718767.tif 000004
【図４】
0005718767.tif 000005