(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット下部に配置した磁石を揺動させながらスパッタリングを行う薄膜の製造方法において、磁石の揺動範囲を段階的に狭める揺動範囲変更を行うことにより、ノジュールの発生に起因する薄膜の欠陥を減少させることを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記磁石の揺動範囲変更量は、１回に５〜２０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁石の揺動範囲を段階的に狭めることにより、ノジュールの発生に起因する薄膜の欠陥が減少された薄膜の製造方法および薄膜製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫等の薄膜は透明導電性を有していることから光センサー、撮影デバイス等の受光デバイスやタッチパネル、太陽電池等の分野をはじめ各分野で広く使用されている。このような薄膜を基材上に形成する方法としては真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（化学蒸着法）等がよく知られているが、緻密で密着性に優れた膜が形成でき、成膜材料の制約がないスパッタリングによるのが一般的である。
【０００３】
従来のスパッタリング装置では各種方式の電極構造が提案されているが、その中で、工業的に、マグネトロン方式の電極構造が最も多く使用されている。その理由は、成膜速度が大きく生産性が高いためである。従来のマグネトロン方式の電極には、様々なタイプが存在するが、現在のところ、マグネトロン方式の電極の中で、特に平面形状を有するターゲットを備えた平板マグネトロンカソードが工業的に最も有用である。
【０００４】
このような、マグネトロン方式には、磁石を固定した状態で用いる方法と、磁石を揺動させる方法がある。磁石が固定された状態でスパッタリングを行う場合は、ターゲット上のエロージョン領域の面積は、用いる磁石からなる磁場とほぼ同じ面積にしかならない。そのため、広いエロージョン領域を得たい場合は、用いる磁石を大型化しなければならない。近年、特に、液晶表示装置製造用として、大面積の基板上に均質で膜厚の分布が均一な成膜が要求されているが、その要求に応えるためには、薄膜製造装置を巨大化する必要があった。
【０００５】
一方、磁石を揺動させる場合は、ターゲット上のエロージョン領域を、磁石が揺動する磁場の範囲まで広げられる。そのため、小さい磁石で、より広いエロージョン領域を得ることができ、浸食される箇所が移り変わることでターゲットの寿命を長くすることができる。
【０００６】
しかし、スパッタリングを長時間継続して行うと、浸食されたターゲットの微粒子の一部が（以下、この微粒子をノジュールと呼ぶことがある）ターゲットの、浸食されるエロージョン領域の外周部である、浸食されない非エロージョン領域に付着する。その状態でスパッタリングを継続すると、非エロージョン領域に堆積していたノジュールが剥がれ落ちて、形成された薄膜に付着したり、薄膜にノジュールが接触して薄膜の一部が欠損し、ピンホールが生じたりするなどの不具合が発生する。それらの不具合を防止するためは、堆積したノジュールを除去する必要があり、ターゲットの寿命が残っているにもかかわらず、清掃のために生産を中止しなければならなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、スパッタリング法により薄膜を形成するに際して効率的に薄膜を製造することができる薄膜の製造方法及び薄膜製造装置を提供することを主目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は請求項１に記載するように、ターゲット下部に配置した磁石を揺動させながらスパッタリングを行う薄膜の製造方法において、磁石の揺動範囲を段階的に狭める揺動範囲変更を行うことにより、ノジュールの発生に起因する薄膜の欠陥を減少させることを特徴とする薄膜の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明によれば、磁石の揺動範囲を段階的に狭める揺動範囲変更を行うことにより、ターゲットのノジュールが付着した非エロージョン領域近傍の浸食を防止することで、ノジュールが剥がれ落ちて薄膜に欠陥を生じさせるという不具合を防止することが可能となる。
【００１０】
また、本発明を用いることにより、スパッタリングの開始から、ノジュールの除去清掃が必要になるまでの時間が大幅に延長されるので、清掃のために生産を停止する回数が減り、薄膜の製造の効率を大幅に向上させることができる。
【００１１】
上記請求項１に記載された発明においては、請求項２に記載するように、前記磁石の揺動範囲変更量は、１回に５〜２５ｍｍの範囲内であることが好ましい。１回に狭められる揺動範囲変更量が上記範囲より小さいと、ノジュールが付着している領域からの距離が十分でない可能性があり、本発明の効果が十分に発揮されない場合がある。また、上記範囲より大きいと、浸食できる領域が狭くなってしまい、効率が低下する可能性がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、ターゲット下部に配置した磁石を揺動させながらスパッタリングを行う薄膜の製造方法において、磁石の揺動範囲を段階的に狭める揺動範囲変更を行うことにより、ノジュールの発生に起因する薄膜の欠陥を減少させることを特徴とする薄膜の製造方法、および薄膜製造装置に関するものである。以下、本発明の薄膜の製造方法、および薄膜製造装置について詳細に説明する。
【００１４】
（薄膜の製造方法）
本発明における薄膜の製造方法は、ターゲットの非エロージョン領域に堆積したノジュールが剥がれ落ちて、薄膜に付着したり、薄膜に当たって薄膜にピンホールが開いたりする不具合を減少させるために、薄膜製造装置の磁石の揺動範囲を段階的に狭める揺動範囲変更を行うものである。磁石の揺動範囲を狭めて、ノジュールが堆積した非エロージョン領域から一定距離を保った領域で浸食を行うことで、上記不具合を大幅に減少することができる。以下、その製造方法について説明する。
【００１５】
Ａ．揺動範囲変更
図３（ａ）に示すように、本発明のスパッタリングに用いるターゲット１は、バッキングプレート２上に設けられている。上記ターゲット１の表面は、スパッタリングの際に浸食されるエロージョン領域３と、エロージョン領域３の外側に位置し、浸食されない非エロージョン領域４との２つの領域に分けることができる。スパッタリング装置の磁石が揺動し、浸食される領域がエロージョン領域３であり、ノジュールは、浸食されるエロージョン領域３の外周、つまり、非エロージョン領域４に堆積しやすい。
【００１６】
そこで、本発明では、一定時間スパッタリングを行なってノジュールが堆積したら、図３（ｂ）のように、エロージョン領域３を狭める揺動範囲変更を行い、そのノジュールが堆積した領域から一定の距離を保って浸食するようにする。この揺動範囲変更を複数回繰り返して行い、段階的に揺動範囲を狭めることで、ノジュールの除去清掃の必要回数を大幅に減らすことができ、品質の良い薄膜を効率よく製造することができる。
【００１７】
前記磁石の揺動範囲変更量は、１回に５〜２５ｍｍの範囲内、より好ましくは１０〜２０ｍｍの範囲内、特に好ましくは１５〜２０ｍｍの範囲内である。１回に狭められる揺動範囲が上記範囲より小さいと、ノジュールが付着している領域からの距離が十分でない可能性があり、本発明の効果が十分に発揮されない場合がある。また、上記範囲より大きいと、浸食できる領域が狭くなってしまい、効率が低下する可能性がある。
【００１８】
また、次の揺動範囲変更を行うまでの時間としては、装置の種類やスパッタリングの条件、ターゲットの材料等により大きく異なるものであるが、ノジュールの発生量や、薄膜の欠陥の発生率などから、一般的には５０〜１５０時間、より好ましくは、８０〜１００時間おきに揺動範囲変更を行うことが好ましい。揺動範囲変更までの時間が上記範囲より短いと、エロージョン領域を有効に使えず、上記範囲より長いと、ノジュールが堆積している領域の近傍を浸食してしまい、本発明の効果が十分に得られない可能性があるからである。
【００１９】
なお、上記揺動範囲変更は、エロージョン領域の横方向のみでも、縦方向のみでも、両方向ともに変更されてもよい。
【００２０】
Ｂ．その他
本発明の製造方法に用いられるターゲットは特に限定されるものではないが、一般的には、クロム（Ｃｒ）やＩＴＯ (Indium Tin Oxide) のものが好適に用いられる。
【００２１】
また、バッキングプレートが浸食されるのを防止するために、ターゲットの外周付近は、浸食されない非エロージョン領域が設けてある。この非エロージョンの幅は、通常５〜１５ｍｍ、より好ましくは５〜８ｍｍである。非エロージョン領域の幅が上記範囲より狭いと、バッキングプレートが浸食されてしまうおそれがあり、上記範囲より広いと、ターゲットを有効に利用できない可能性があるからである。
【００２２】
（薄膜製造装置）
次に、本発明の上記薄膜の製造方法を可能にする、薄膜製造装置について説明する。
【００２３】
Ａ．薄膜製造装置の構成
図１および図２に本発明の薄膜製造装置の一例を示す。この例の薄膜製造装置では、バッキングプレート２に支持されたターゲット１の背面（バッキングプレート２側）に平板状の磁石６が配置され、上記ターゲット１に対向するようにガラス基板５が配置される。このバッキングプレート２に電圧をかけると共に、バッキングプレート２の背面に配置した磁石６により、ターゲット１の表面に磁界を生じさせるように構成されている。この磁界と電界との作用によって、電子がサイクロン運動を起こし、ターゲット面内と磁界内に高密度のプラズマが生じ、ターゲットの磁界に囲まれた領域でエロージョンが進展する。その際、エロージョンをより広い領域で進展させるために、磁石６は磁石揺動範囲７内を揺動される。
【００２４】
また、この例の薄膜製造装置には、真空チャンバ８と大気エリア９とが設けられており、この真空チャンバ８と大気エリア９とは、真空チャンバ壁１０と、真空チャンバ壁１０にインシュレータ１１を介して取り付けられるバッキングプレート２によって隔てられている。真空チャンバ８の機密性を保持するために、真空チャンバ壁１０とインシュレータ１１との接触面、および、インシュレータ１１とバッキングプレート２との接触面はシールされている。
【００２５】
真空チャンバ８内をガラス基板５が図中の矢印１２の方向に搬送され、搬送中にターゲット１からスパッタされて飛んできた微粒子がガラス基板５に堆積して、ガラス基板５上に薄膜が形成される。また、矢印１３はガラス基板が搬送される領域、すなわち、成膜領域を示している。磁石揺動範囲７は、この成膜領域より広く設定されているので、磁石揺動範囲７が多少狭くなっても、成膜される領域が狭くなることはない。
【００２６】
ターゲット１はバッキングプレート２に取り付けられており、ターゲット１はバッキングプレート２を介して装置に取り付けられる。バッキングプレートはスパッタリングの際に電極として機能することから、導電性の良い銅又はこれらの合金等の材料から成ることが好ましい。また、バッキングプレート２と真空チャンバ壁１０はインシュレータ１１によって絶縁されている。
【００２７】
ターゲット１は、１枚の平板から成るものでも、複数枚に分割されたものでもよい。また、ターゲット１の材料としては、上述したようにＣｒやＩＴＯなどが好適に用いられる。
【００２８】
Ｂ．磁石の揺動方法
本発明の薄膜製造装置において、磁石は図１に示すように、四角形１４を描くように揺動される。揺動方法は、磁石を所望の速度で安定的に移動させることができる方法ならば特に限定はされないが、例えば、ボールスクリューをインバーターで制御する方法や、エアーシリンダーを用いる方法等が挙げられる。また、磁石を縦方向に揺動させる方法と、横方向に揺動させる方法は、同じ方法でも異なった方法でもよい。
【００２９】
Ｃ．磁石揺動範囲の変更手段
本発明の薄膜製造装置は、ターゲット下部に配置した磁石を揺動させながらスパッタリングを行う薄膜製造装置において、前記磁石の揺動範囲を変更できる変更手段を有することを特徴とする。揺動範囲の変更は、上記「Ｂ．磁石の揺動方法」で述べた方法によって揺動される磁石の動きの一部を制限することにより行うことができる。具体的な変更手段は磁石の揺動方法によって異なるが、磁石の揺動装置の駆動時間を短くして、移動範囲を短くする方法、磁石や揺動装置の位置をセンサーで感知し、揺動装置の駆動を止める方法、揺動装置にストッパーを取り付けて、磁石の動きを物理的に制限する方法などが挙げられる。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３１】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
【００３２】
磁石の揺動範囲を変更できる変更手段を有する薄膜製造装置をもちいて、揺動幅の変更をターゲット使用期間（６〜７日間）中に２回実施して成膜を行なった。
【００３３】
幅３００ｍｍのＩＴＯのターゲットを用い、薄膜製造装置の磁石の揺動幅を、エロージョン領域の幅が、実験開始時は２９０ｍｍ、９０時間後の第１回変更後に２７０ｍｍ、１２０時間後の第２回変更後に２５０ｍｍになるように設定して成膜を行なった。なお、ターゲットの寿命である１５０時間後に生産を終了した。
【００３４】
本実施例における磁石の揺動は、上下方向はリニアガイドおよびエアシリンダ、左右方向はリニアガイド、ボールネジ、およびインバーターモータを用いて行なった。なお、揺動範囲の変更は左右方向のみ行なった。
【００３５】
磁石の揺動は、１００％の速度で左(右)に移動する磁石が右(左)端にある減速開始センサに到達すると、減速開始タイマが働き、そのタイマが切れた時点で減速を開始し、速度が０％になり、その後−１００％まで加速するというサイクルを繰り返すことにより行った。また、揺動範囲の変更は、上記タイマの作動時間を３段階に変更することにより行った。薄膜製造装置は、アルバック社製ＳＤＰ−ｓ１５５０ＶＴを用いた。
【００３６】
製造された薄膜のうち、打痕傷によって不良となった薄膜の割合（％）を表１に示す。なお、ここで打痕傷とは、異物が一定のエネルギーを持って衝突した結果できた、えぐられたような形状の傷を指すものとする。
【００３７】
【表１】
0004289916.tif 000002
【００３８】
上記表１からも明らかなように、２回の揺動幅変更の前と後とでは、不良率は大幅に改善されており、本発明がノジュールに起因する薄膜の欠陥の防止に効果的であることが分かる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の薄膜の製造方法および薄膜製造装置によれば、ターゲット下部に配置した磁石を揺動させながらスパッタリングを行う薄膜の製造方法において、磁石の揺動範囲を段階的に狭める揺動範囲変更を行うことにより、ノジュールの発生に起因する薄膜の欠陥を減少させることができ、品質の良い薄膜を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜製造装置の一例を示す概略平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´断面における概略断面図である。
【図３】本発明に用いられるターゲットの概略平面図である。
【符号の説明】
１  …  ターゲット
６  …  磁石
７  …  磁石揺動範囲
【図１】
0004289916.tif 000003
【図２】
0004289916.tif 000004
【図３】
0004289916.tif 000005