(57)【要約】  基板上に材料の層を堆積させる方法が記載される。この方法は、基板がプラズマに曝露されていない間に材料堆積のためにスパッタターゲットのプラズマを着火することと、少なくとも基板がプラズマに曝露されて基板上に材料が堆積するまでプラズマを維持することと、プラズマおよび基板の少なくとも１つを動かすことによって基板をプラズマに曝露することと、基板上に材料を堆積させることであって、基板が静的堆積プロセスのために位置決めされる、堆積させることとを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に材料の層を堆積させる方法であって、
基板がプラズマに曝露されないように第１の磁石アセンブリ位置で材料堆積のためにスパッタターゲットのプラズマを着火することと、
プラズマを維持しながら磁石アセンブリを第２の磁石アセンブリ位置に動かすことと
を含み、
前記第２の磁石アセンブリ位置において、基板上に材料を堆積する、方法。
【請求項２】
基板上に材料の層を堆積させる方法であって、
基板がプラズマに曝露されない間に材料堆積のためにスパッタターゲットのプラズマを着火することと、
基板上に材料を堆積するために基板が前記プラズマに少なくとも曝露されるようになるまで、前記プラズマを維持することと、
ここで、少なくとも基板を堆積区域内へ動かすことによって曝露がなされること
前記堆積区域内において基板を静的堆積プロセスのために位置決めし基板上に材料を堆積させることと
を含む方法。
【請求項３】
前記静的堆積プロセスのために基板を位置決めすることが、堆積中に基板位置が静止していること、堆積中に基板位置が振動すること、堆積中の平均基板位置が本質的に一定であること、堆積中に基板位置がディザリングすること、堆積中に基板位置がウォブリングすること、またはこれらの組合せを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
基板が曝露されない間は、測定値が所定の閾値未満への減少、または所定の閾値超への増大にならない限り、プラズマを維持する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
処理ガスを流すことをさらに含み、材料の堆積が反応性堆積プロセスである、
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
堆積プロセスが、金属モードまたは遷移モードで実行される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ターゲット材料が、アルミニウム、シリコン、タンタル、モリブデン、ニオブ、チタン、および銅からなる群から選択され、特にアルミニウムおよびシリコンからなる群から選択される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
プラズマを維持したまま、前記第１の位置から前記第２の位置へ動かすのと同じ方向に沿って、前記磁石アセンブリを第３の磁石アセンブリ位置に動かすことをさらに含み、前記第３の磁石アセンブリ位置において、前記堆積区域の外側に配置された構成要素上に材料が堆積する、請求項１または４から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
プロセス安定化のために、堆積に先立って、１秒以上、特に５秒〜１０秒の期間にわたってプラズマが維持される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記スパッタターゲットがロータリスパッタターゲットである、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記磁石アセンブリを動かすことが、前記ロータリスパッタターゲット内側の前記磁石アセンブリの回転によって実行される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記磁石アセンブリを動かすことが、前記磁石アセンブリを含むカソードの回転によって実行される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１対のスパッタターゲットを含み、前記スパッタターゲットが、１対のスパッタターゲットのなかの少なくとも１つのターゲットであり、特に、１対のスパッタターゲット間に０．５ｋＨｚ〜３５０ｋＨｚの範囲内の中周波電圧を印加することによって１対のスパッタターゲットが動作される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ターゲットからのスパッタリングによる層堆積に関する。本発明の実施形態は、詳細には、大面積の基板上に層をスパッタリングすることに関し、より詳細には静的堆積プロセスのためのスパッタリングに関する。実施形態は、詳細には、基板上に材料の層を堆積させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの適用分野で、基板上、たとえばガラス基板上に薄い層を堆積させることが必要である。典型的には、これらの基板は、被覆装置の異なるチャンバ内で被覆される。典型的には、これらの基板は、気相堆積技法を使用して真空中で被覆される。
【０００３】
基板上に材料を堆積させるためのいくつかの方法が知られている。たとえば、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセス、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、またはプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスなどによって、基板を被覆することができる。典型的には、このプロセスは、被覆すべき基板が位置するプロセス装置またはプロセスチャンバ内で実行される。この装置内に、堆積材料が提供される。基板上の堆積には、複数の材料だけでなく、これらの酸化物、窒化物、または炭化物を使用することができる。被覆された材料は、いくつかの適用分野およびいくつかの技術分野で使用することができる。たとえば、ディスプレイ用の基板は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスによって被覆されることが多い。さらなる適用分野には、絶縁パネル、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）パネル、ＴＦＴ、カラーフィルタなどを有する基板が含まれる。
【０００４】
ＰＶＤプロセスの場合、堆積材料は、ターゲット中に固相で存在することができる。ターゲットに高エネルギー粒子を衝突させることによって、ターゲット材料、すなわち堆積させるべき材料の原子が、ターゲットから放出される。ターゲット材料の原子は、被覆すべき基板上に堆積される。ＰＶＤプロセスでは、スパッタ材料、すなわち基板上に堆積させるべき材料を、様々な形で配置することができる。たとえば、ターゲットは、堆積させるべき材料から作ることができ、またはバッキング要素を有することができ、堆積させるべき材料はその上に固定される。堆積させるべき材料を含むターゲットは、堆積チャンバ内で事前定義された位置に支持または固定される。回転ターゲットが使用される場合、ターゲットは、回転シャフトに、またはシャフトとターゲットを連結する連結要素に連結される。
【０００５】
典型的には、スパッタリングをマグネトロンスパッタリングとして実行することができ、スパッタリング状態の改善のために、磁石アセンブリを利用してプラズマを閉じ込める。またそれによって、プラズマの閉じ込めを利用して、基板上に堆積させるべき材料の粒子分布を調整することができる。基板上で所望の層堆積を得るには、プラズマ分布、プラズマ特性、および他の堆積パラメータを制御する必要がある。たとえば、所望の層特性を有する均一の層が望ましい。これは、大面積の堆積にとって、たとえば大面積の基板上にディスプレイを製造するのに特に重要である。さらに、基板が堆積ゾーンを連続して通過しない静的堆積プロセスでは、均一性およびプロセスの安定性を実現するのが特に困難な可能性がある。したがって、光電子装置および他のデバイスを大規模に製造することに対する要求が増加していることを考慮すると、プロセスの均一性および／または安定性をさらに改善する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
上記に照らして、独立請求項１または２に記載の基板上に材料の層を堆積させる方法が提供される。本発明のさらなる態様、利点、および特徴は、従属請求項、説明、および添付の図面から明らかである。
【０００７】
一実施形態によれば、基板上に材料の層を堆積させる方法が提供される。この方法は、基板がプラズマに曝露されないような第１の磁石アセンブリ位置で材料堆積のためにスパッタターゲットのプラズマを着火することと、プラズマを維持しながら磁石アセンブリを第２の磁石アセンブリ位置に動かすこととを含み、第２の磁石アセンブリ位置において、基板上に材料が堆積する、方法である。
【０００８】
別の実施形態によれば、基板上に材料の層を堆積させる方法が提供される。この方法は、基板がプラズマに曝露されない間に材料堆積のためにスパッタターゲットのプラズマを着火することと、基板上に材料を堆積するために基板がプラズマに少なくとも曝露される（ここで、少なくとも基板を堆積区域内へ動かすことによって曝露がなされること）ようになるまで、前記プラズマを維持することと、前記堆積区域内において基板を静的堆積プロセスのために位置決めし基板上に材料を堆積させることとを含む方法である。
【０００９】
さらに別の実施形態によれば、基板上に材料の層を堆積させる方法が提供される。この方法は、基板がプラズマに曝露されていない間に材料堆積のためにスパッタターゲットのプラズマを着火することと、基板上に材料を堆積するために基板がプラズマに少なくとも曝露されるようになるまでプラズマを維持することと、プラズマおよび基板の少なくとも１つを動かすことによって基板をプラズマに曝露することと、基板を静的堆積プロセスのために位置決めし基板上に材料を堆積させることとを含む方法である。
【００１０】
第２の実施形態によれば、基板上に材料の層を堆積させる方法が提供される。この方法は、基板がプラズマに曝露されていない間に材料堆積のためにスパッタターゲットのプラズマを着火することと、少なくとも基板がプラズマに曝露されて基板上に材料が堆積するまでプラズマを維持することと、プラズマおよび基板の少なくとも１つを動かすことによって基板をプラズマに曝露することと、基板上に材料を堆積させることとを含み、第１の磁石アセンブリ位置で着火が実行され、したがって第１の磁石アセンブリ位置において、堆積区域の外側に配置された構成要素上で材料の堆積が行われる、この方法は、プラズマを維持しながら磁石アセンブリを第２の磁石アセンブリ位置に動かすことさらに含み、第２の磁石アセンブリ位置において、基板上に材料が堆積する。この第２の実施形態は、本明細書に記載する他の実施形態の追加または代替の態様、詳細、および実装形態と組み合わせることもできる。
【００１１】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって得ることができる。添付の図面は本発明の実施形態に関し、以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書に記載する実施形態によるスパッタリングを示す堆積システムの図である。
【図２】本明細書に記載する実施形態によるスパッタリングを示す別の堆積システムの図である。
【図３】本明細書に記載する実施形態によるさらなるスパッタリング方法を示す堆積システムの図である。
【図４】本明細書に記載する実施形態による基板上に材料の層を堆積させる方法を示す流れ図である。
【図５】本明細書に記載する実施形態による基板上に材料の層を堆積させる別の方法を示す流れ図である。
【図６】本明細書に記載する実施形態による基板上に材料の層を堆積させるさらなる方法を示す流れ図である。
【図７】本明細書に記載する実施形態による基板上に材料の層を堆積させるさらなる方法を示す流れ図である。
【図８】本明細書に記載する実施形態によるスパッタリング方法を示すさらなる堆積システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の様々な実施形態について、次に詳細に参照する。これらの実施形態の１つまたは複数の例を図に示す。以下の図面の説明では、同じ参照番号が同じ構成要素を指す。概して、個々の実施形態に関する違いについてのみ説明する。各例は、本発明の説明を目的として提供されるものであり、本発明の限定を意味するものではない。さらに、一実施形態の一部として図示または説明する特徴を、他の実施形態で、または他の実施形態とともに使用して、さらなる実施形態を得ることができる。この説明は、そのような修正形態および変形形態を含むことが意図されている。
【００１４】
本明細書に記載する実施形態は、基板上に材料の層を堆積させる方法に関する。特に、反応性スパッタリングプロセスの場合、プラズマの安定性は、考慮すべき重要なパラメータである。反応性スパッタリングプロセス、たとえば酸素雰囲気下で材料をスパッタリングして、スパッタリングされた材料の酸化物を含有する層を堆積させる堆積プロセスは、プラズマの安定性に関して制御する必要がある。典型的には、反応性堆積プロセスは、ヒステリシス曲線を有する。反応性堆積プロセスは、たとえば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の堆積とすることができ、プラズマ中に酸素が提供される間に、アルミニウムまたはシリコンがカソードからスパッタリングされる。それによって、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素を基板上に堆積させることができる。ヒステリシス曲線は、典型的には、酸素などのプロセスガスの流れに応じてスパッタカソードに提供される電圧などの堆積パラメータの関数である。
【００１５】
プロセスガスの流量が小さい場合、比較的高いカソード電圧が提供され、堆積プロセスは金属モードで実行される。金属モードで速い堆積速度をもたらすことができる場合でも、典型的には吸収層が堆積され、これは複数の適用分野にとって適切でない。プロセスガスの流量がより大きい場合、堆積プロセスは毒入りモード（ｐｏｉｓｏｎｅｄ  ｍｏｄｅ）、たとえば酸素モードになり、たとえば透明な酸化ケイ素層を堆積させることができる。しかし、堆積速度は比較的遅く、すべての適用分野にとって有益であるとは限らない。したがって、反応性堆積プロセスの制御は遷移モードで実行することができ、酸化ケイ素などの透明な層を、比較的速い速度で堆積させることができる。上記の例は、安定した堆積プロセスを提供するには、特定の堆積状態に対するプラズマの安定化が必要とされることがあることを示す。
【００１６】
本明細書に記載する実施形態によれば、方法は、基板がプラズマに曝露されていない間に材料堆積のためにスパッタターゲットのプラズマを着火することを含む。その後、プラズマは、少なくとも基板がプラズマに曝露されて基板上に材料が堆積するまで維持される。それによって、基板は、プラズマおよび基板の少なくとも１つを動かすことによってプラズマに曝露され、基板上に材料を堆積させる。したがって、安定化期間中、基板は層堆積のためにプラズマに曝露されない。次いで基板は、安定化後に曝露され、プラズマを維持する必要がある。これは、基板が静的堆積プロセスのために位置決めされる堆積プロセスにとって特に有益である。
【００１７】
したがって、本明細書に記載する実施形態は、アーチングおよび／またはスピッティングが発生するプラズマに、処理すべき基板が曝露されるのを防止することができる。それによって、基板処理、特に層堆積のためのプロセスパラメータが不安定な状態のせいで劣ることを回避して、デバイスを製造することができる。アーチングおよび／またはスピッティングが発生し、それぞれのプラズマが基板の方へ誘導される層堆積に比較して、基板、すなわちデバイスを製造する基板を安定したプロセス条件にさらすことにより、より良好な堆積特性が得られる。
【００１８】
図１は、堆積装置１００を示す。例示として、層の堆積のための１つの真空チャンバ１０２が示されている。図１に示すように、チャンバ１０２近傍に、さらなるチャンバ１０２を設けることもできる。真空チャンバ１０２は、バルブハウジング１０４およびバルブユニット１０５を有するバルブによって、近傍のチャンバから分離することができる。それによって、矢印１によって示すように、基板１４を有するキャリア１１４が真空チャンバ１０２内に挿入された後、バルブユニット１０５を閉じることができる。したがって、真空チャンバ１０２内の雰囲気は、たとえばチャンバ１０２に連結された真空ポンプを用いて技術的な真空を生成することによって、かつ／またはチャンバ内の堆積領域内にプロセスガスを挿入することによって、個々に制御することができる。
【００１９】
典型的な実施形態によれば、プロセスガスは、アルゴンなどの不活性ガス、ならびに／または酸素、窒素、水素、およびアンモニア（ＮＨ３）、オゾン（Ｏ３）、活性化されたガスなどの反応性ガスを含むことができる。
【００２０】
チャンバ１０２内では、チャンバ１０２との間で基板１４を有するキャリア１１４を輸送するためのローラ１１０が設けられる。本明細書では、「基板」という用語は、フレキシブルでない基板、たとえばガラス基板、ウエハ、サファイアなどの透明な結晶のスライス、またはガラス板と、ウエブまたは箔などのフレキシブル基板との両方を包含するものとする。
【００２１】
図１に示すように、チャンバ１０２内に堆積源１２２が設けられる。堆積源は、たとえば、基板上に堆積させるべき材料のターゲットを有する回転カソードとすることができる。典型的には、これらのカソードは、磁石アセンブリ１２１を有する回転カソードとすることができる。それによって、層を堆積させるためのマグネトロンスパッタリングを実行することができる。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、カソード１２２はＡＣ電源１２３に連結され、したがってカソードに交流のバイアスをかけることができる。
【００２２】
本明細書では、「マグネトロンスパッタリング」とは、マグネトロン、すなわち磁石アセンブリ、すなわち磁場を生成することが可能なユニットを使用して実行されるスパッタリングを指す。典型的には、そのような磁石アセンブリは、１つまたは複数の永久磁石からなる。これらの永久磁石は、典型的には、回転ターゲット内に配置され、または平面のターゲットに結合され、したがって回転ターゲット表面の下に生成された磁場の中に自由電子が捕らえられる。そのような磁石アセンブリはまた、平面カソードに結合されるように配置することもできる。典型的な実装形態によれば、マグネトロンスパッタリングは、それだけに限定されるものではないが、ＴｗｉｎＭａｇ（商標）のカソードアセンブリなどの２重のマグネトロンカソード、すなわちカソード１２２によって実現することができる。特に、ターゲットからのＭＦスパッタリング（中周波のスパッタリング）の場合、２重のカソードを含むターゲットアセンブリを適用することができる。典型的な実施形態によれば、堆積チャンバ内のカソードを交換可能とすることができる。したがって、これらのターゲットは、スパッタリングすべき材料が消費された後に交換される。本明細書の実施形態によれば、中周波は、０．５ｋＨｚ〜３５０ｋＨｚ、たとえば１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲内の周波数である。
【００２３】
本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができる異なる実施形態によれば、スパッタリングは、ＤＣスパッタリング、ＭＦ（中周波）スパッタリング、ＲＦスパッタリング、またはパルススパッタリングとして実行することができる。本明細書に記載するように、いくつかの堆積プロセスは、ＭＦ、ＤＣ、またはパルススパッタリングを有益に適用することができる。しかし、他のスパッタリング方法を適用することもできる。
【００２４】
図１は、複数のカソード１２２を示し、これらのカソード内に磁石アセンブリ１２１またはマグネトロンが設けられる。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、記載の実施形態によるスパッタリングは、１つのカソードまたは１対のカソードを用いて実行することができる。しかし、特に大面積堆積の適用分野の場合、カソードまたはカソード対のアレイを設けることができる。それによって、２つ以上のカソードまたはカソード対、たとえば３つ、４つ、５つ、６つ、またはさらにそれ以上のカソードまたはカソード対を設けることができる。それによって、このアレイを１つの真空チャンバ内に設けることができる。さらに、アレイは、典型的には、たとえば相互作用するプラズマの閉じ込めを有することによって、近傍のカソードまたはカソード対が互いに影響し合うように画定することができる。
【００２５】
回転カソードの場合、磁石アセンブリは、バッキング管内またはターゲット材料管と共に設けることができる。平面カソードの場合、磁石は、バッキング板のうちターゲット材料とは反対の面に設けることができる（たとえば、図８参照）。図１は３対のカソードを示し、各対は、堆積源１２０ａ、１２０ｂ、および１２０ｃをそれぞれ提供する。カソードの対は、たとえばＭＦスパッタリング、ＲＦスパッタリングなどのために、ＡＣ電源を有する。特に大面積堆積プロセスおよび産業規模の堆積プロセスの場合、所望の堆積速度をもたらすために、ＭＦスパッタリングを実行することができる。図１に示す磁石アセンブリ１２１またはマグネトロンは、互いに対して異なる回転位置を有する。これは主に、本明細書に記載する実施形態についてより容易に説明するために、例示を目的とするものである。典型的には、図３に示すように、１つのチャンバ内のカソードの磁石アセンブリは、本質的に同じ回転位置を有することができ、または少なくともすべて基板１４もしくは対応する堆積区域の方へ誘導することができる。典型的には、堆積区域は、堆積システムを有する区域または領域であり、基板上の材料の堆積（所期の堆積）のために提供および／または配置される。第１の堆積源１２０ａは、基板および／またはそれぞれの堆積区域から離れる方を向いている磁石アセンブリを有する。したがって、プラズマ２もまた、基板１４から離れる方を向くように閉じ込められ、シールド１３２へ誘導される。シールド１３２は、プラズマがシールドの方へ誘導される間に、スパッタリングすべき材料を収集することができる。矢印１２５によって示すように（堆積源１２０ｂ参照）、堆積源１２０ｂの磁石アセンブリ１２１は、軸の周りを基板１４およびそれぞれの堆積区域の方へ回転させられている。したがって、プラズマ２もまた回転させられている。堆積源１２０ｃに対して示すように、磁石アセンブリ１２１およびそれに対応するプラズマ２はさらに回転させられて、プラズマおよび堆積させるべき材料に基板１４を曝露する。
【００２６】
したがって、源１２０ａに対して例示するように、基板は最初、プラズマ２に曝露されていない。この曝露されていない状態は、プラズマ２が安定するまで維持することができる。次いで、源１２０ｂに対して例示するように、プラズマが維持される間に、磁石アセンブリおよびそれに対応するプラズマを基板の方へ回転させることができる。したがって、源１２０ｃに対して例示するように、基板１４が曝露されるまで、安定したプラズマが維持される。
【００２７】
本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができる本明細書に記載する実施形態によれば、着火したプラズマと基板は、互いに対して動かされる。したがって、プラズマおよび対応する材料堆積への基板の曝露は、プラズマの安定化後にもたらされる。
【００２８】
磁石アセンブリおよび／または堆積源の動きは、たとえばプリスパッタリングおよび／またはターゲット調整のために使用されてきた。プリスパッタリングおよびターゲット調整は、本明細書に記載する方法に加えて利用することができる。しかし、そのようなプリスパッタリングおよび／またはターゲット調整は、本明細書に記載する実施形態とは異なる。プリスパッタリングおよび／またはターゲット調整の場合、磁石アセンブリは、たとえば源１２０ａに対して示す位置へ動かされる。プラズマは、プリスパッタリングおよび／またはターゲット調整のために着火される。その後、プラズマは消される。その後、磁石アセンブリは、基板の方へ回転させられる。すなわち、源１２０ｂに対して示す回転がプラズマ２なしで実行され、すなわち図１に比較して異なる。磁石アセンブリが源１２０ｃに対して示すように位置決めされた後、プラズマは再び着火され、基板がプラズマに曝露される間に安定化する。
【００２９】
図１では、例示を目的として、源１２０ａ、１２０ｂ、および１２０ｃに対して異なるプラズマ位置が使用されることを理解されたい。典型的には、１つのチャンバ内または１つの堆積区域に対するすべての堆積源は、プラズマ着火のために基板または対応する堆積区域から離れる方を向いており、プラズマが維持される間に堆積区域の方へ回転させられて、安定したプラズマに基板を曝露する。さらに、本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができる異なる実施形態によれば、１つのチャンバ内のプラズマ源は、基板上の層の堆積中に様々なプラズマ位置（ロータリカソード用の回転位置）を有することができる。たとえば、磁石アセンブリまたはマグネトロンは、堆積させるべき層の均一性を増大させるために、たとえば振動または前後移動するように、互いに対してかつ／または基板に対して動かすことができる。
【００３０】
本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、本明細書に記載する実施形態は、ディスプレイのＰＶＤ、すなわちディスプレイ市場向けの大面積の基板上のスパッタ堆積に利用することができる。いくつかの実施形態によれば、大面積の基板、または複数の基板を有するそれぞれのキャリアは、少なくとも０．６７ｍ２の寸法を有することができる。典型的には、この寸法は、約０．６７ｍ２（０．７３×０．９２ｍ−第４．５世代）〜約８ｍ２〜約８ｍ２、より典型的には約２ｍ２〜約９ｍ２、またはさらに最高１２ｍ２とすることができる。典型的には、本明細書に記載する実施形態による構造、カソードアセンブリなどの装置、および方法が提供される基板またはキャリアは、本明細書に記載する大面積の基板である。たとえば、大面積の基板またはキャリアは、約０．６７ｍ２の基板（０．７３×０．９２ｍ）に対応する第４．５世代、約１．４ｍ２の基板（１．１ｍ×１．３ｍ）に対応する第５世代、約４．２９ｍ２の基板（１．９５ｍ×２．２ｍ）に対応する第７．５世代、約５．７ｍ２の基板（２．２ｍ×２．５ｍ）に対応する第８．５世代、またはさらに約８．７ｍ２の基板（２．８５ｍ×３．０５ｍ）に対応する第１０世代とすることができる。第１１世代および第１２世代などのさらに大きい世代、ならびに対応する基板面積も、同様に実施することができる。
【００３１】
本明細書に記載する実施形態では、初期プロセス安定化堆積に基板を曝露することなく、たとえばヒステリシス曲線の正確な点で、反応性プロセスの安定性を維持することが可能である。初期プロセス安定化堆積に基板が曝露されないと、デバイス性能および／または後処理に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００３２】
本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、スパッタ堆積プロセスは、金属モードまたは遷移モードで実行される。それによって、毒入り反応性スパッタリングモード、すなわち余分な量の反応性処理ガスが提供されるモードに比較して、事前に安定させたプラズマまたは他のプラズマ状態に対するアーチングが発生する可能性がより高くなり、これは、安定化後の堆積に対する所望のプラズマ状態に対応しない。
【００３３】
本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、ターゲット材料は、アルミニウム、シリコン、タンタル、モリブデン、ニオブ、チタンおよび銅からなる群から選択することができる。特に、ターゲット材料は、アルミニウムおよびシリコンからなる群から選択することができる。反応性スパッタプロセスは、典型的には、堆積させたこれらのターゲット材料の酸化物を提供する。しかし、窒化物または酸素窒化物も同様に堆積させることができる。
【００３４】
さらなる典型的な実施形態によれば、Ａｌ２Ｏ３のスパッタ堆積は、本明細書に記載する実施形態によって有益に実現することができる。たとえば、Ａｌ２Ｏ３のスパッタ堆積は、ディスプレイのためのＴＦＴバックプレーン内の活性材料として金属酸化物半導体（たとえば、ＩＧＺＯ、ＺｎＯｘなど）の費用効果の高い集積を実現する際に利用することができる。プロセス安定化時間およびこの安定化時間中の基板上で起こり得る汚染のため、Ａｌ２Ｏ３の反応性スパッタリングが困難であることを考慮して、安定化期間中には基板を曝露せず、安定したプラズマにのみ基板を曝露することが有益である可能性がある。
【００３５】
本明細書に記載する実施形態によれば、これらの方法は、静的堆積プロセスのための基板の位置決めのためのスパッタ堆積を提供する。典型的には、垂直に配向された大面積の基板の処理など、特に大面積の基板の処理の場合、静的堆積と動的堆積を区別することができる。動的スパッタリング、すなわち基板が堆積源近傍で連続的または準連続的に動くインラインプロセスは、基板が堆積区域内へ動く前にプロセスを安定させることができ、次いで基板が堆積源のそばを進むときはこのプロセスを一定に保つことができるため、より容易なはずである。しかし、動的堆積は、他の欠点、たとえば粒子の生成を有する可能性がある。これは特に、ＴＦＴバックプレーン堆積に当てはまることがある。本明細書に記載する実施形態によれば、たとえばＴＦＴ処理の場合に静的スパッタリングを提供することができ、プラズマは、初期の状態の基板上の堆積前に安定させることができる。それによって、静的堆積プロセスという用語は、動的堆積プロセスに比較して異なり、当業者には理解されるように、基板のあらゆる動きを除外するものではないことに留意されたい。静的堆積プロセスは、たとえば、堆積中の静的基板位置、堆積中の振動基板位置、堆積中に本質的に一定である平均基板位置、堆積中のディザリング基板位置、堆積中のウォブリング基板位置、１つのチャンバ内に複数のカソードが設けられ、すなわちチャンバ内に所定の１組のカソードが設けられる堆積プロセス、層の堆積中にたとえばそのチャンバを近傍のチャンバから分離するバルブユニットを閉じることによって堆積チャンバが近傍のチャンバに対して密閉された雰囲気を有する基板位置、またはこれらの組合せを含むことができる。したがって、静的堆積プロセスは、基板の静的位置を有する堆積プロセス、本質的に静的な位置を有する堆積プロセス、または部分的に静的な位置を有する堆積プロセスとして理解することができる。それによって、静的堆積プロセスは、本明細書に記載するように、動的堆積プロセスとは明白に区別することができ、静的堆積プロセスに対する基板位置が堆積中に一切動かないことを必要とするものではない。
【００３６】
図１に示すように、本明細書に記載する実施形態は、静的堆積プロセスに対して提供することができ、たとえばバルブユニット１０５が堆積中に閉じられ、複数のロータリカソード、たとえば２つ以上のロータリカソードを有する。堆積プロセスが停止されている間に、基板１４は、堆積区域内の堆積のための位置へ動かされる。プロセス圧力は、安定させることができる。磁石アセンブリ１２１がプリスパッタシールド１３２の方へ後向きである間に（たとえば、源１２０ａに対して示す）、カソード１２２に電力が供給される。プロセスが安定した後、カソード磁石アセンブリ１２１を前面の方へ回転させ（源１２０ｂに対して示す）、静的基板上へ堆積させるべき正確な化学量論の材料を、堆積の終了まで堆積させる。たとえば、これは、ＡｌｘＯｙの堆積に対する正確な化学量論とすることができる。
【００３７】
本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、膜堆積の終了時に、カソード磁石アセンブリが以前と同じ方向（矢印１２５参照）にプリスパッタシールドの方へ再び回転させられる場合、膜の均一性をさらに改善することができる。それによって、プラズマは、ターゲットのうち、入ってきたときとは反対側から排出され、したがって対称性および均一の膜の厚さを提供する。これは、対称性および／または均一性がより重要なより薄い膜にとって特に有用になる可能性がある。
【００３８】
図１に示すように、Ａｌ２Ｏ３などのいくつかの膜に対して、ＭＦ電源などのＡＣ電源１２３を設けることができる。そのような場合、カソードおよびアノードを含む完全な回路が１対のカソード１２２によって設けられるため、カソードは追加のアノードを必要とせず、たとえばアノードを除去することができる。
【００３９】
図２に示すように、本明細書に記載する方法はまた、他のスパッタ堆積プロセスに対して提供することもできる。図２は、ＤＣ電源２２６に電気的に連結されたカソード１２４およびアノード１２６を示す。図１に比較して、図２は、プラズマが安定した後にすべてのカソードを基板の方へ同時に回転させて基板を曝露することを示す。たとえば透明導電酸化物膜に対するターゲットからのスパッタリングは、典型的には、ＤＣスパッタリングとして実行される。カソード１２４は、スパッタリング中に電子を収集するアノード１２６とともにＤＣ電源２２６に連結される。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、カソードの１つまたは複数はそれぞれ、対応する個々の電圧供給を有することができる。それによって、カソードの少なくとも１つ、いくつか、またはすべてに対して、１つのカソードにつき１つの電源を設けることができる。したがって、少なくとも第１のカソードを第１の電源に連結することができ、第２のカソードを第２の電源に連結することができる。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、たとえば、同じく安定化期間中に基板を曝露しないことから利益を得ることができるＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ、またはＭｏＮのような材料を、ＤＣスパッタ堆積プロセスで堆積させることができる。
【００４０】
本明細書に記載する異なる実施形態によれば、スパッタリングプロセスを提供することができ、プラズマへの基板の曝露は、プラズマ曝露後に実行される。プラズマの安定化は、ヒステリシス曲線を有するスパッタリングプロセス、たとえば反応性スパッタリングプロセスにとって、特に有用になる可能性がある。図１および図２に例示するように、プロセスは、ロータリカソードおよび回転磁石アセンブリ、すなわちその中の回転磁石ヨークで実行することができる。それによって、ロータリカソードの長手方向軸の周りの回転が実行される。
【００４１】
図３は、さらに別の実施形態を示す。図３は図１に類似しており、違いについて以下に説明する。基板１４上の材料の堆積は、堆積区域内で実行される。プラズマ２が、磁石アセンブリ１２１またはマグネトロンの位置の結果、材料が堆積区域の方へ流れる状態で着火される。プラズマの安定化後、基板上の材料の堆積のためのプラズマが維持されたまま、基板は堆積区域内に動かされる。図３に示すように、プラズマが着火されている間に、たとえばキャリア１１４上に提供された基板１４がチャンバ内へ動かされる間、下部バルブユニット１０５は閉じられる。この動きを、図３に矢印３１１で示す。したがって、図３に示すように、上部バルブユニット１０５は開位置にあり、その結果、基板１４をチャンバ１０２内に挿入することができる。
【００４２】
上部バルブユニット１０５の開位置の結果、カソード１２２を中に有するチャンバ１０２は、近傍のチャンバ１０２の方へ開く。近傍のチャンバ１０２は、別の堆積チャンバ、ロードロックチャンバなどとすることができる。したがって、堆積区域を中に有するチャンバは、他のチャンバから分離されず、安定した雰囲気の状態を維持するのがより困難である。すなわち、バルブユニットが開いているため、真空度および処理ガスの分圧を制御するのがより困難である。しかし、プラズマが安定した後、上記のように静的堆積プロセスのための位置内へ基板を動かすことは可能である。さらに、その後、図３の上部バルブユニット１０５を堆積のために閉じることができる。堆積後、または膜堆積の終了付近で、下部バルブユニット１０５を開くことができ、基板をチャンバ１０２から取り出すことができる。それによって、基板が静的堆積プロセスのための位置から動かされる間にプラズマが依然としてオンになっている場合、基板の異なる部分（図３に示す横断面図で上部および下部部分）が、同様の時間にわたって基板に曝露される。したがって、カソードがオンになっている間に基板１４をチャンバ１０２から取り出すことによって、膜の均一性を改善することができる。
【００４３】
基板上に材料の層を堆積させる方法の一実施形態が、図４に示されている。ステップ４０２で、材料堆積のためのスパッタターゲットのプラズマが着火されるが、基板はプラズマに曝露されていない。ステップ４０４で、少なくとも基板がプラズマに曝露されて基板上に材料が堆積するまで、プラズマは維持される。それによって、プラズマおよび基板の少なくとも１つを動かすことによって、基板はプラズマに曝露される。ステップ４０６で、材料が基板上に堆積され、基板は、静的堆積プロセスのために位置決めされる。典型的には、ターゲットの材料は、ターゲット材料の酸化物、窒化物、または酸素窒化物の形態で、すなわち反応性スパッタリングプロセスによって堆積させることができる。
【００４４】
本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるさらなる典型的な実施形態によれば、カソードはロータリカソードとすることができ、ターゲットはロータリターゲットとすることができ、磁石アセンブリが中に配置される。それによって、マグネトロンスパッタリングを実行することができる。プラズマの安定化後に基板をプラズマに曝露するために、図５に示す流れ図に示す方法を実行することができる。それによって、ステップ５０２で、第１の磁石位置でプラズマの着火が実行される。第１の磁石位置の結果、堆積区域の外側に配置された構成要素上に材料が堆積する。たとえば、この構成要素は、プリスパッタシールド、真空チャンバの一部分などとすることができる。ステップ５０４で、磁石アセンブリまたはマグネトロンは、第２の磁石位置に動かされる。ステップ５０６で、第２の磁石位置に到達するまでプラズマが維持され、その結果、基板上に材料が堆積する。その後、ステップ５０８で、基板上に膜が堆積する。チャンバ内に提供された基板に対する磁石アセンブリの動きは、図１、図２、および図８に関して記載する実施形態に対応する。
【００４５】
しかし、上記のように、プラズマに対して基板を動かすことも可能である。図６に示すように、ステップ６０２で、基板が第１の基板位置にある間にプラズマを着火することができる。その後、ステップ６０４で、基板を堆積区域内に動かすことができる。プラズマは、ステップ６０６で静的堆積プロセスのための堆積位置に到達するまで維持される。その後、ステップ６０８で、静的堆積プロセスにより層が堆積される。それによって、上記でより詳細に説明したように、本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、静的堆積プロセスのために基板を位置決めすることは、堆積中の静的基板位置、堆積中の振動基板位置、堆積中に本質的に一定である平均基板位置、またはこれらの組合せを含むことができる。
【００４６】
本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるさらなる方法について、図７に示す流れ図に関して説明する。この方法では、ステップ７０２で、ターゲット調整が実行される。ターゲット調整の結果、これまで使用されていないターゲットまたはしばらく使用されていないターゲットから汚染または酸化を除去することができる。これは、磁石アセンブリをプリスパッタシールド、別のシステム構成要素、ダミー基板などへ誘導することによって行うことができる。したがって、プリスパッタリング中の材料堆積は、製造すべきデバイスを有する基板上では実行されない。プリスパッタリング後、プラズマを切ることができ、または維持することができる。材料を中に堆積させるための基板を、堆積区域内に提供することができる。その後、後のステップ７０４〜７０６のためにプラズマを安定させることができる。ステップ７０４で、基板がプラズマに曝露されていない間に、材料堆積のためのスパッタターゲットのプラズマが安定化される。ステップ７０４〜７０８を最初に行う場合、プリスパッタリング中に安定化を実行することもできる。ステップ７０６で、プラズマは、少なくとも基板がプラズマに曝露されて基板上に材料が堆積するまで維持される。それによって、プラズマおよび基板の少なくとも１つを動かすことによって、基板はプラズマに曝露される。ステップ７０８で、材料が基板上に堆積し、基板は、静的堆積プロセスのために位置決めされている。ステップ７０４〜７０８のシーケンスは、図７に示すように、少なくとも１回または数回繰り返すことができる。したがって、図７は、図４〜６に関して説明した実施形態に類似のプロセスを示し、追加のプリスパッタステップ７０２が提供される。
【００４７】
図８は、本明細書に記載するさらなる実施形態を示す堆積装置１００を示す。例示として、層の堆積のための１つの真空チャンバ１０２が示されている。図８に関して説明した実施形態は、他の本明細書に記載する実施形態と組み合わせることができ、特に図１に対応する。
【００４８】
図８に示すように、チャンバ１０２内に、堆積源８２２ａ〜８２２ｄが設けられる。図１とは異なり、図８に示す堆積源は、堆積させるべき材料のターゲットを基板上に有する平面カソードである。それによって、バッキング板を設けることができる。平面のターゲットは、バッキング板の一方の側に設けられ、バッキング板の反対側には、１つまたは複数の磁石アセンブリを設けることができる。図８に示すように、１つのカソードに対して２つの磁石アセンブリを設けることができる。しかし、１つまたは３つ以上の磁石アセンブリを設けることもできる。それによって、層を堆積させるためのマグネトロンスパッタリングを実行することができる。
【００４９】
図８内で、堆積源８２２ａ〜８２２ｄのそれぞれに対して１つのカソードが示されている。しかし、典型的な実装形態によれば、それだけに限定されるものではないが、ＴｗｉｎＭａｇ（商標）のカソードアセンブリなどの２重のマグネトロンカソードによって、マグネトロンスパッタリングを実現することもできる。特に、ターゲットからのＭＦスパッタリング（中周波のスパッタリング）の場合、２重のカソードを含むターゲットアセンブリを適用することができる。典型的な実施形態によれば、堆積チャンバ内のカソードを交換可能とすることができる。したがって、これらのターゲットは、スパッタリングすべき材料が消費された後に交換される。本明細書の実施形態によれば、平面および／または回転カソードに対する中周波は、たとえば５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、たとえば１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲内の周波数とすることができる。
【００５０】
図８は、４つのカソード８２２ａ〜８２２ｄを示し、これらのカソードはそれぞれ磁石アセンブリを有する。図８に示すカソード８２２ａ〜８２２ｄは、互いに対してかつ基板１４に対して異なる回転位置を有する。これは主に、本明細書に記載する実施形態についてより容易に説明するために、例示を目的とするものである。典型的には、図３に示すように、１つのチャンバ内の平面カソード、したがってこれらのカソードの磁石アセンブリは、本質的に同じ回転位置を有することができ、または少なくともすべて基板１４もしくは対応する堆積区域の方へ誘導することができる。第１の堆積源８２２ａは、基板および／またはそれぞれの堆積区域から離れる方を向いている。したがって、プラズマ２もまた、基板１４から離れる方を向くように閉じ込められ、シールド１３２へ誘導される。シールド１３２は、プラズマがシールドの方へ誘導される間に、スパッタリングすべき材料を収集することができる。それぞれ堆積源８２２ｂおよび８２２ｃに示すように、堆積源は、基板１４およびそれぞれの堆積区域の方へ回転させることができる。したがって、プラズマ２もまた回転させられている。堆積源８２２ｃ〜８２２ｄに対して示すように、カソードおよびそれに対応するプラズマ２はさらに回転させられて、プラズマおよび堆積させるべき材料に基板１４を曝露する。
【００５１】
したがって、源８２２ａおよび８２２ｂに対して例示するように、基板は最初、プラズマ２に曝露されていない。この曝露されていない状態は、プラズマ２が安定するまで維持することができる。次いで、源８２２ｂおよび８２２ｃに対して例示するように、プラズマが維持される間に、磁石アセンブリおよびそれに対応するプラズマを基板の方へ回転させることができる。したがって、源８２２ｃおよび８２２ｄに対して例示するように、基板１４が曝露されるまで、安定したプラズマが維持される。したがって、図８に示すように、平面カソードの場合、磁石アセンブリの回転位置は、カソード自体の回転によってもたらすことができる。ロータリカソードを有するようにターゲットの回転がすでにもたらされている図１および図２に関して説明した実施形態とは異なり、磁石アセンブリの回転は、ロータリターゲットに対するカソード内でもたらすことができる。
【００５２】
本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができる本明細書に記載する実施形態によれば、着火したプラズマと基板は、互いに対して動かされる。したがって、プラズマおよび対応する材料堆積への基板の曝露は、プラズマの安定化後にもたらされる。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、図３に示す基板の動き３１１はまた、平面カソードでももたらすことができる。
【００５３】
本明細書に記載するように、いくつかの実施形態によれば、ロータリカソードまたは平面カソードのプラズマは、基板が曝露される前からターゲットのアーチングが所定の閾値未満に低減されるまで維持される。典型的には、プラズマは、少なくとも１秒以上、特に５秒〜１０秒の期間にわたってプロセス安定化のための堆積が行われるまで維持することができる。
【００５４】
本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、プラズマは、基板がプラズマに曝露される前から測定値が所定の閾値未満に低減され、または所定の閾値を超えて増大されるまで維持される。それによって、たとえば、測定値は、アーチングを示す値、電源安定化値、電源電圧レベル、電源電流レベル、ガスの分圧値、プラズマ放出モニタ（ＰＥＭ）などの監視デバイスの出力値、時間ベースの値、およびこれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つの値とすることができる。
【００５５】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【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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【国際調査報告】
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2015519477.tif 000012
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