(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽の内部に、設置される処理対象の基板に対向するようにターゲットを配置し、前記ターゲットの基板対向面側に、前記基板の所定領域を囲むように且つ基板に接触するように配置されアース電位から絶縁される内マスク部材と、前記内マスク部材の外周縁部に絶縁材を介して結合されアース電位に接地される外マスク部材とからなるマスクを設置し、前記マスクに背反するターゲットの背面近傍に磁気回路を移動自在に設置して、前記磁気回路をターゲットの一側から他側にわたって往復移動させながらスパッタリングを行なう薄膜形成装置において、
前記内マスク部材の電位を測定する電位計と、
前記磁気回路の位置を検知する位置センサと、
前記電位計と位置センサとに接続して設けられ、前記位置センサより磁気回路の折り返し点およびその近傍を除外した位置の磁気回路位置を示す出力が行なわれる時のみ前記電位計の出力値を読み取り、読み取った出力電圧値の絶対値を予め決めた基準電圧値と比較し、前記出力電圧値の絶対値が基準電圧値より小さい時にエラー信号を出力する比較器と
を設置したことを特徴とする薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイなどの製造に使用される大面積基板対応の薄膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶などのディスプレイ分野を中心にして大面積基板への薄膜形成技術が重要となっている。なかでも、スパッタ法はメタル配線膜や絶縁膜の形成に広く用いられており、マグネトロンスパッタ法と呼ばれるものがその主流となっている。マグネトロンスパッタ法は、薄膜ハンドブック（日本学術振興会薄膜第１３１委員会編）Ｐ．１８７に示されているように、ターゲット裏面側に磁気回路を配置することでターゲット上に強いプラズマ放電を発生させ、ターゲット材料を対向の基板上に成膜させるものである。
【０００３】
液晶デバイスにおけるアレイプロセス工程では、使用される基板自体がガラスという絶縁体であるため、基板表面はプラズマ中の電子によってチャージアップし、数十ボルトのフローティング電位を持つことになる。この現象は、形成される膜が金属、非金属にかかわらず、基板がフローティング状態にあるため発生する。そしてこのとき、膜面が少しでもアース電位と接触することがあれば、成膜面上の電荷が電流となって接触部分に集中し、放電痕を残す面内放電が発生する。特に膜が金属膜である場合には、膜面はすべて同電位であるため膜面上の全電荷が集中して面内放電を起こし、大きなダメージを与える。このため、基板面と接触するマスク部材は通常、アース電位と絶縁させている。ただし、マスク部材のフローティング化はプラズマ放電の均一性に大きな影響をおよぼすため、基板近傍のごく一部の領域のみフローティング化させている。
【０００４】
図６は、薄膜形成装置の一例を示し、アース電位から絶縁され（すなわちフローティングされ）基盤２１の周囲のごく狭い領域に配置される内マスク２２と、アース電位に設置される外マスク２３とを絶縁部材（図示せず）を介して機械的に接続した２重構造のマスク２４を用いて、ターゲット２５の裏面側で磁気回路２６をスライドさせ、ターゲット２５上でプラズマリングを移動させることにより、大面積を有する基板２１の前面にわたって均一に成膜するようになっている。
【０００５】
しかし、装置の稼動が長期間におよぶと、放電空間内の多くの部材に金属膜が付着してくるため、内マスクと外マスクの間の絶縁部材などに金属膜が付着し両マスクが短絡したり、金属膜片などによって短絡するなど、面内放電が発生しやすくなる。ところがこのようなトラブルが発生しても、成膜した基板２１を直接目視するまで検出できないため、トラブル検出までに処理された基板２１がすべて不良となってしまう。そこで、図示したように、内マスク２２に電圧計２７を接続し、電圧ゼロを検知することで短絡を検出をしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の薄膜形成装置では、上記したように均一成膜を目的として、磁気回路２６をターゲット２５の一端から他端へと繰り返し往復移動させているため、内マスク２２に誘起されるマスク電位がプラズマリングの移動とともに大きく変動する傾向がある。
【０００７】
具体的には、磁気回路２６がターゲット２５中央付近を移動している時には、広い放電空間の中央に最も密度の高いプラズマリングが存在するため、放電のインピーダンスは低く、内マスク２２にも多くの電荷が誘起され、内マスク２２の電位は上昇する。一方、磁気回路２６が折り返し地点付近にかかると、プラズマリングもターゲット２５の端部に移動するため、放電のインピーダンスは高くなり、内マスク２２に誘起される電位は小さくなる。
【０００８】
このように磁気回路２６の移動に基づくプラズマリングの放電空間内での移動によって内マスク２２の電位が大きく変動することは、逆に言うと、内マスク２２の電位値やその変動幅などは、放電空間の幾何的な寸法や磁気回路２６のスライド条件に大きく依存することを意味し、磁気回路２６がターゲット２５の端部にある時には内マスク２２の電位がゼロとなることもある。
【０００９】
したがって、上述したように電圧ゼロを検知することで短絡を検出する方式では、磁気回路がターゲットの端部に移動しただけで短絡が誤検出されることになる。当然ながら、検出の閾値を大きくすると誤検出の確立は高くなる。さらにこのプロセスでは、プラズマリングが移動するという放電安定性に大きく影響する因子もあり、途中でアークなどの異常放電が発生する恐れもある。アーク放電が発生すると一時的に放電がとまるため、内マスクに誘起されていた電圧もゼロとなり、短絡が誤検出される。このように短絡の検出が必ずしも正確でないため、面内放電を正確に迅速に検出することはこれまで困難であった。
【００１０】
本発明は上記問題を解決するもので、短絡の発生を速やかにかつ正確に検出できる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、基板に接触するフローティングマスク部材の電位を測定する電位計と、ターゲットの裏面側で移動する磁気回路の位置を検出する位置センサと、前記位置センサにより磁気回路が所定範囲の位置にあると示された時のみ電位計の出力値を読み取り短絡の発生に相応する予め決めた閾値と比較し読み取った電位が閾値より低い時にエラー信号を出力する比較器とを設けることで、短絡の発生を速やかに正確に検出可能としたものである。
【００１２】
また本発明は、基板に接触するフローティングマスク部材の電位を測定する電位計と、ターゲットの裏面側で移動する磁気回路の位置に相応する放電パラメータを測定する測定手段と、前記位置センサにより磁気回路が所定範囲の位置にあると示された時のみ電位計の出力値を読み取り短絡の発生に相応する予め決めた閾値と比較し読み取った電位が閾値より低い時にエラー信号を出力する比較器とを設けることで、短絡の発生を速やかに正確に検出可能としたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、真空槽の内部に、設置される処理対象の基板に対向するようにターゲットを配置し、前記ターゲットの基板対向面側に、前記基板の所定領域を囲むように且つ基板に接触するように配置されアース電位から絶縁される内マスク部材と、前記内マスク部材の外周縁部に絶縁材を介して結合されアース電位に接地される外マスク部材とからなるマスクを設置し、前記マスクに背反するターゲットの背面近傍に磁気回路を移動自在に設置して、前記磁気回路をターゲットの一側から他側にわたって往復移動させながらスパッタリングを行なう薄膜形成装置において、前記内マスク部材の電位を測定する電位計と、前記磁気回路の位置を検知する位置センサと、前記電位計と位置センサとに接続して設けられ、前記位置センサより磁気回路の折り返し点およびその近傍を除外した位置の磁気回路位置を示す出力が行なわれる時のみ前記電位計の出力値を読み取り、読み取った出力電圧値の絶対値を予め決めた基準電圧値と比較し、前記出力電圧値の絶対値が基準電圧値より小さい時にエラー信号を出力する比較器とを設置したことを特徴とする。
【００１４】
上記した装置構成によれば、処理対象の基板がガラス基板などの絶縁性基板である場合に、アース電位から絶縁された内マスク部材に基板と同様の電荷が発生し電位が生じる。このため、内マスク部材がアースとの間で短絡した時の電位ゼロを考慮した検出閾値としての基準電圧値と、短絡の有無に関わらず内マスク部材の電位が低くなる位置を除外した磁気回路位置の範囲とを予め決めておけば、上記したようにして、内マスク部材の電位を電位計でモニタリングして基準電圧値と比較することにより短絡をリアルタイムに検出できるとともに、その際に磁気回路の位置を位置センサで確認して内マスク部材の電位を採用することで、磁気回路の位置に起因する短絡の誤検出を回避することができ、短絡の発生を速やかに正確に検出できる。
【００１５】
また、内マスク部材の電位がゼロとなり得る折り返し点近傍での短絡の誤検出を確実に回避できる。
【００１９】
また、上記構成によれば、出力電圧値の絶対値が基準電圧値より小さい時に短絡の発生と判断し、薄膜の形成を停止するようにしたので、不良基板の発生を最低限に抑えることができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における薄膜形成装置の概略構成を示す。
【００２１】
真空槽（図示せず）の内部に、ターゲット１と大面積のガラス基板２とが対向配置され、ガラス基板２のターゲット対向面側にマスク３が配置されている。ターゲット１には槽外の直流電源４が接続されている。
【００２２】
ガラス基板２に背反するターゲット１の裏面側には、磁気回路ユニット５が、ボールネジを介して駆動用モーター（図示せず）に接続して設置されていて、ユニット短辺方向（矢印方向）に沿って、ターゲット１の一側から他側にわたってスライド自在である。この磁気回路ユニット５は、矩形ヨーク５ａ上に四角枠状の中央部磁石５ｂおよび周縁部磁石５ｃが配置されたものであり、磁石面側がターゲット１に近接する方向に設置されていて、両磁石５ａ，５ｂ間の漏れ磁束をターゲット１の直上に発生させる。ターゲット１に背反する磁気回路ユニット５（以下、磁気回路５という）の裏面側には、この磁気回路５の位置を検出する位置センサ６が設置されている。
【００２３】
マスク３は、アース電位から絶縁され基板２の所定領域を囲むように基板表面に接触配置された内マスク７と、この内マスク７の外周縁部に絶縁部材（図示せず）を介して結合されアース電位に接地された外マスク８とで構成されている。アース電位から絶縁されたフローティングマスクたる内マスク７には、導線を介して電位計９が接続されている。
【００２４】
位置センサ６および電位計９には、それぞれの出力値を後述するように処理する比較器１０が接続されている。
上記構成における作用を説明する。
【００２５】
真空槽の内部にスパッタガスを導入して所定の減圧条件に調整し、その状態で直流電源４よりターゲット１に高電圧を印加して放電させプラズマを発生させるとともに、磁気回路５をターゲット１の裏面側で一端から他端まで往復運動させ、ターゲット１上でプラズマリングを移動させて、ガラス基板２の全面にわたって均一にスパッタ成膜する。
【００２６】
その際に、磁気回路５の位置が位置センサ６によって検出されるとともに、内マスク７に発生した電位が電位計９によって検出され、それぞれのデータ信号が比較器１０へと出力される。
【００２７】
これに対して比較器１０は、位置センサ６から出力された位置信号を連続的に読み込み、磁気回路５がターゲット１端部の折り返し点付近を除外した予め決めた範囲内の位置にある時のみ電位計９からの出力値を読み取る。そして、読み取った出力電圧値の絶対値を予め決めた基準電圧値と比較し、前記出力電圧値の絶対値が基準電圧値より小さい時にエラー信号を出力する。ここで、基準電圧値は、内マスク７とアースとの間で短絡が生じた時の電位ゼロに近い基準値（＞０，通常は数ボルト）に設定されている。
【００２８】
このようにして、アース電位から絶縁された内マスク７に発生する電位をモニタリングして基準電圧値と比較することにより短絡の検出をリアルタイムに行なうとともに、その際に磁気回路５の位置を位置センサ６で確認して内マスク７の電位を採用することで、磁気回路５の折り返し点付近での短絡の誤検出を回避することができ、短絡の発生を速やかに正確に検出できる。よって、エラー信号に応じて速やかに対処することにより、処理を無為に中断することなく、不良基板の発生を低減できる。
【００２９】
以下、具体例を挙げて詳細に説明する。
スパッタガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスを使用し、３７０×４７０（ｍｍ2）サイズのガラス基板と、ターゲットとしての純度５Ｎのアルミニウム（Ａｌ）とを、その間の距離７０ｍｍにて設置した。
【００３０】
磁気回路は、磁石表面からターゲットの基板対向面までの距離（Ｔ／Ｍ距離）を６０ｍｍとし、ターゲット上の磁場水平成分を約２００〜３００Ｇａｕｓｓとした。磁気回路のスライド条件は、スライド幅：±３００ｍｍ、スライド最高速度：１２０ｍｍ／ｓｅｃ、折り返し地点から４５ｍｍを磁石の加速および減速の距離とした。
【００３１】
放電条件は、アルゴン流量：２００ｓｃｃｍ、真空槽内圧力：０．４Ｐａ、印加電力：７．５ｋＷとした。この時のターゲット電圧は約４４０〜４７０Ｖ、放電電流は約１６〜１７Ａであった。
【００３２】
図２に磁気回路位置と内マスク電位との関係を示す。
図２からわかるように、磁気回路がターゲット端部の折り返し点（±３００ｍｍ）に接近すると、内マスク電位が下がる傾向がある（電子がチャージアップするため負電位である）。すなわち、磁気回路位置がターゲット中心位置から−２５０ｍｍ〜＋２５０ｍｍの領域では内マスク電位は−２８（Ｖ）となったが、磁場回路位置が−３００〜−２５０ｍｍと２５０〜３００ｍｍのターゲット端部領域では、内マスク電位が小さくなり、折り返し点では電位ゼロとなった。
【００３３】
そのためたとえば、磁気回路位置が−２５０ｍｍ〜＋２５０ｍｍの範囲にある時に内マスク電位を読み込むものとし、比較器での基準電圧を−５（Ｖ）とする。これは、内マスク電位（Ｖ）の絶対値が５より小さくなると、短絡としてエラー信号が出力されることを意味する。
【００３４】
図３に磁気回路位置とエラー信号出力との関係を示す。
図３(a) は内マスクと外マスクとが絶縁されている状態を示し、内マスク電位が読み込まれる磁気回路位置−２５０ｍｍ〜＋２５０ｍｍの範囲では内マスク電位の絶対値は２８であるため、エラー信号は出力されない。図３(b) は内マスクと外マスクとが短絡した状態を示し、磁気回路位置が−２５０ｍｍ〜＋２５０ｍｍの範囲でエラー信号が出力され、−３００〜−２５０ｍｍと２５０〜３００ｍｍの範囲ではエラー信号は出力されない。つまり、磁気回路位置がターゲット端部の折り返し点に接近すれば（−３００〜−２５０ｍｍと２５０〜３００ｍｍ）、内マスク電位（−Ｖ）の絶対値が５より小さくなっても、エラー信号は出力されない。
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における薄膜形成装置の概略構成を示す。
【００３５】
この実施の形態２における薄膜形成装置では、上記した実施の形態１の装置とは異なって磁気回路の位置検出を行なう位置センサは設置されず、直流電源５におけるターゲット電圧、電流、電力などの所定の放電パラメータを測定する測定器１１が設置されており、この測定器１１から比較器１０に対して出力される点である。
【００３６】
そして比較器７は、前記所定の放電パラメータを連続的に（あるいは所定間隔で）モニターし、得られる測定値に予め決めた定数を乗じ、その算出値が予め決めた検出基準値を下回った時（あるいは上回った時）のみ、電位計９からの出力値を読み取る。そして、読み取った電圧値の絶対値を予め決めた基準電圧値と比較し、前記電圧値の絶対値が基準電圧値より小さい時にエラー信号を出力する。ここで、基準電圧値は、内マスク７とアースとの間で短絡が生じた時の電位ゼロに近い基準値（＞０，通常は数ボルト）に設定される。検出基準値は、短絡の有無に関わらず内マスク７の電位が低くなる位置を除外した磁気回路位置に相応する放電パラメータの上限値あるいは下限値として設定される。
【００３７】
このようにして、実施の形態１と同様に、アース電位から絶縁された内マスク７に発生する電位をモニタリングして基準電圧値と比較することにより短絡の検出をリアルタイムに行なうとともに、その際に磁気回路５の位置を放電パラメータの出力値を介して確認して内マスク７の電位を採用することで、磁気回路５の折り返し点付近での短絡の誤検出を回避することができ、短絡の発生を速やかに正確に検出できる。よって、エラー信号に応じて速やかに対処することにより、処理を無為に中断することなく、不良基板の発生を低減できる。
【００３８】
以下、具体例を挙げて詳細に説明する。
実施条件はすべて上記した実施例１と同様とした。
図５(a)(b)(c) にそれぞれ、放電パラメータであるターゲット電圧，ターゲット電流、および内マスク電位と磁気回路位置との関係を示す。図５(a)(b)(c) において、ターゲット電圧、ターゲット電流、内マスク電位はそれぞれ、磁気回路位置に応じて変動している。
【００３９】
図５(a)(b)に示すように、磁場回路位置が折り返し点付近の−３００〜−２５０ｍｍと２５０〜３００ｍｍのターゲット端部領域にある時は、放電インピーダンスが高くなるため、ターゲット電圧は−４７０（Ｖ）と高くなり、それに伴ってターゲット電流は１６（Ａ）と小さくなった。これは、ターゲット端部領域では放電に寄与する電極面積が見かけ上小さくなるためと考えられる。
【００４０】
磁気回路位置がターゲット中央部にある時は、放電インピーダンスが低く、放電しやすくなるため、ターゲット電圧が−４４０（Ｖ）まで下がり、ターゲット電流は１７（Ａ）まで増大した。これは、磁気回路位置がターゲット中央部に移ることで放電空間を広く利用できるようになるためであると考えられる。
【００４１】
また図５(b)(c)からわかるように、内マスク電位はターゲット電流と強い相関を持っている。これは、ターゲット電流が増えることでプラズマの放電密度が高くなっているからに相違なく、その結果、内マスク上に誘発される電荷量も増大し、内マスク電位が上昇するのである。
【００４２】
そのためたとえば、実施の形態１の具体例と同様に比較器での基準電圧を−５（Ｖ）とし、磁気回路位置−２５０ｍｍ〜＋２５０ｍｍに相応するターゲット電流１７Ｖを基準値として、１７Ｖを下回ったら内マスク電位を読み込むものとしておく。
【００４３】
図５(d) は内マスクと外マスクとが絶縁されている状態を示し、内マスク電位が読み込まれるターゲット電流１７Ｖ以上の範囲では内マスク電位の絶対値は２８であるため、エラー信号は出力されない。
【００４４】
図５(e) は内マスクと外マスクとが短絡した状態を示し、磁気回路位置−２５０ｍｍ〜＋２５０ｍｍに相応するターゲット電流１７Ｖの時にエラー信号が出力され、−３００〜−２５０ｍｍと２５０〜３００ｍｍに相応する１７Ｖを下回るターゲット電流ではエラー信号は出力されない。つまり、磁気回路位置がターゲット端部の折り返し点に接近すれば（−３００〜−２５０ｍｍと２５０〜３００ｍｍ）では、ターゲット電流１７Ｖ以下が検出されるため、内マスク電位（−Ｖ）の絶対値が５より小さくなっても、エラー信号は出力されない。
【００４５】
なお、ここではターゲット電流をモニターしたが、これに代えてターゲット電圧、電力などをモニターしても同様の結果が得られる。モニタリングによって得られる測定値が小さい時に予め決めた定数を乗じればよい。
【００４６】
また、上記した各実施の形態において、磁気回路は設置数は問わず、１つでも２つでも差し支えない。磁気回路のスライド幅や速度、加減速幅など、スライド条件、放電に関わる成膜条件を変えても同様の効果が得られるのは言うまでもない。基板サイズにも特に制限はない。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明の薄膜形成装置によれば、アース電位から絶縁された内マスクに発生する電位をモニタリングして基準電圧値と比較することで、短絡の発生をリアルタイムに検出できるとともに、モニタリングに際して、磁気回路の位置を確認して内マスクの電位を採用することで、磁気回路の位置に起因する短絡誤検出を回避することができ、短絡の発生を速やかに正確に検出できる。よって、迅速に対処することにより、不良基板の発生数を低減することができ、生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における薄膜形成装置の構成図
【図２】図１の薄膜形成装置における磁気回路位置と内マスク電位との関係を示すグラフ
【図３】図１の薄膜形成装置における磁気回路位置とエラー信号出力との関係を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態２における薄膜形成装置の構成図
【図５】図４の薄膜形成装置における磁気回路位置とターゲット電圧、ターゲット電流、内マスク電位、エラー信号出力のそれぞれとの関係を示すグラフ
【図６】従来の薄膜形成装置の構成図
【符号の説明】
１    ターゲット
２    ガラス基板
３    マスク
４    直流電源
５    磁気回路
６    位置センサ
７    内マスク（フローテイングマスク）
８    外マスク
９    電位計
10    比較器
11    測定器
【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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