G10.5 Sputtering 装置「SMD3400」の開発＊1＊1

水野雄介 ・磯部辰徳 ・新井真＊1・清田淳也＊1・齋藤一也＊1・大野哲宏＊2・久司修平＊2・中島利夫＊2・
大空弘樹＊2・佐藤重光＊2

Development of Sputtering system“SMD3400”For G10.5 mother glass
Yuusuke MIZUNO＊1, Tatsunori ISOBE＊1, Makoto ARAI＊1, Junya KIYOTA＊1, Kazuya SAITO＊1, Tetsuhiro OONO＊2,Syuhei KYUUJI＊2, Toshio NAKAJIMA＊2, Hiroki OOZORA＊2 and Shigemitsu SATO＊2＊1

Institute for Super Material, ULVAC, Inc., 2500 Hagisono, Chigasaki, Kanagawa, 253-8543, Japan＊2
FPD・PV Division, ULVAC, Inc., 2500 Hagisono, Chigasaki, Kanagawa, 253-8543, Japan

SMD 3400 is the large-scaled sputtering system, manufactured and developed for use in Generation 10.5 (G10.5), which
mother glass size is approximately 3400×3000 mm, for TFT-LCD production line. SMD 3400 is composed of Loading/Unloading position, Loading/Unloading chamber, heating chamber and 2 sputtering chambers. Planer targets of Cu and ITO
are mounted respectively on the sputtering chamber in multi-cathode systems. This sputtering system has improved
horizontal wave-formed thickness uniformity problem depends on the cathode arrangement by using new-type deposition
method, although conventionally film thickness become thicker right in front of the target and thinner at between thetargets. This new-type deposition method has successfully introduced to SMD2400 so far, which established massproduction technology to improve luminance unevenness in display due to horizontal wave-formed thickness uniformity.
We investigated film thickness uniformity, Rs uniformity, reflectance (for Cu), transmittance (for ITO) and film stress inthe Cu and ITO process using SMD3400 . We obtaind film thickness uniformity less than 10％ in both process as we
expected by the simulation. We confirmed new-type deposition method improve Rs horizontal distribution. And good Rs
uniformity, reflectance, transmittance and film stress were obtained at G10.5 substrate area.

1．はじめにナップしており，パネルメーカー各社の量産に寄与している．

近年，FPD 市場において，液晶 TV に代表される大型

本稿では，G10.5 対応のスパッタリング装置として開パネルとスマートフォンやタブレットといった高精細モ発した SMD3400 のハードウェアの概要と金属配線膜にバイルの中小型パネル量産のためのパネルメーカー設備用いられる Cu と透明導電膜の ITO のプロセス検証結果投資が活発化している．大型パネルの製造装置は，生産について述べる．に使用されるマザーガラスのサイズが第 8.5 世代（G8.5）

2．第 10.5 世代（G10.5）対応スパッタリング装置と呼ばれる 2500 mm×2200 mm が主流であり，マザーガラスサイズは 2010 年の第 10 世代（G10）を最後に大型化は停滞していたが，最近になってパネルサイズの大G10.5 対応スパッタリング装置「SMD3400」の模式図型化（55，60 インチから 65，70 インチ）に伴い，マザを Figure 1 に示す．対応マザーガラスのサイズは G10.5

ーガラスサイズもパネル面取り数の効率を上げるため，となる約 3000×約 3400 mm である．装置は，基板をカG8.5 に対して一回り大きい G8.6，更にはマザーガラスセットからトレイに着脱するポジション室，基板トレイサイズの長辺が約 3400 mm となる第 10.5 世代（G10.5）の Loading/Unloading 室，基板を所望の温度まで加熱さの設備投資が各パネルメーカーで計画されている．一せるヒーター室，スパッタ室は 2 室備えており，1 室は方，中小型パネルにおいても，従来の液晶パネルの製造

Cu プロセス，もう 1 室は ITO プロセスで構成される縦装置に加えて OLED パネルの製造装置の設備投資が加型搬送の成膜装置である．Cu，ITO ともにカソードタ速度的に増加しており，バックプレーン（TFT 基板）イプはプレーナーターゲットを並べたマルチカソードでの製造装置は第 6 世代（G6）が主流となっている．

ある．

当社では，バックプレーン（TFT 基板）の製造装置

この装置はマルチカソード特有のカソード形状に起因として，TFT 基板に用いられる金属配線膜，透明導電する膜厚分布を従来の成膜方式から改良した新型成膜方膜，IGZO に代表される酸化物半導体層をスパッタリン式により改善することができる．従来，マルチカソードグで形成する装置である「SMD シリーズ」

で基板を静止して成膜した場合，カソード形状に起因し1−3）をラインた波状の膜厚分布が発生する．膜厚はターゲット直上の＊1＊2㈱アルバック 超材料研究所（〒 253-8543 神奈川県茅ケ崎市萩園 2500）㈱アルバック FPD・PV 事業部（〒 253-8543 神奈川県茅ケ崎市萩園 2500）

膜厚が厚く，ターゲットとターゲットの間は膜厚が薄くなる傾向を示すが新型成膜方式により，波状の膜厚分布を改善させることができる．この成膜方式は既設の1

Sputter
Chamber 4 & Traverse
Sputter
Chamber 3
Sputter
Chamber 2

PowerSupplySputter
Chamber 1

Power
SupplyHeat
Chamber
Load/Unload
Chamber
Load/Unload
PositionPower
SupplyPower
SupplyGPCS(Operation PC)

Figure 1

Appearance and diagram of SMD3400 .

「SMD2400」でも実績がある方式であり，膜厚分布に起約3400mm因したパネルの表示ムラを改善するための量産技術として確立されている．

約3000mm

3．実験方法
本実験は SMD3400 で，ガラス基板上に Cu 薄膜を約350 nm，ITO 薄膜を約 40 nm の膜厚で形成し，各々について膜厚分布，Rs 分布等の各種単膜性能を検証した．膜厚は段差測定器である Dektak3，Sheet 抵抗（Rs）を NAPSON 製の四探針法測定器，Cu 薄膜の反射率及び ITO 薄膜の透過率は島津製作所製の SolidSpec 3700，
膜応力は東朋テクノロジー製の FLX Scan を使用し円板

Average 369.1 nm ± 8.3%
Rate 1006.5nm/min法によって測定した．

Figure 2

4．実験結果4.2
4.1

Cu 膜の膜厚分布

Thickness uniformity of Cu film.

Cu 膜の Rs 分布

前節の膜厚分布と同一の成膜条件で Cu 膜を成膜し，Rs を測定した．

はじめにデポレートと膜厚分布を検証した．成膜条件
は，成膜圧力を 0.3 Pa，新型成膜方式により成膜した．

Rs は基板面内の平均値で 0.055Ω/ □の結果が得られ

デ ポ レ ー ト は 1000 nm/min 以 上 で あ り， 既 設 のた．Figure 3 に基板面内の Rs 分布結果を示す．Rs 分布「SMD2400」のパワー密度とカソードピッチから想定さは基板面内で± 7％台と良好な結果となった．

れるデポレートが得られた．Figure 2 に，基板面内の膜4.3厚分布結果を示す．膜厚分布は基板面内で±8％台と良好な結果となった．

Cu 膜の膜応力と反射率

前節と同じ成膜条件で成膜した Cu 膜の膜応力と反射2

率の結果を Figure 4 に示す．膜応力については Si ウェ

約3400mm

ハー基板に Cu 膜を成膜し，円板法により求めた結果であり，反射率については Si ウェハーの相対反射率での値である．

約3000mm

膜応力は平均＋200 MPa 台で基板面内は均一な結果とな っ た． ま た， 反 射 率 は 平 均 で 180 ％ R 台（ 波 長：550 nm）の結果が得られた．
4.4

新型成膜方式の効果

新型成膜方式で成膜した場合と，基板を静止して成膜した場合の基板横方向の Cu 膜の Rs 分布の結果を Figure 5 に示す．基板横方向の Rs 分布は基板静止成膜の場

Average 0.055 Ω/□ ± 7.8%
Figure 3合，約±5％であり，カソード形状に起因した波状の分布が発生する．新型成膜方式の場合，約±3％まで改善

Rs uniformity of Cu film.

し且つ波状の分布が発生していないことが分かる．基板横方向の分布は新型成膜方式により，波状の分布は示さ

Film stress (unit: MPa)

Reﬂectivity (unit: %R)
約3400mm

約3000mm

約3000mm

約3400mmAverage 180.8%R at 550nm(Si wafer reference)

Average, +266 MPa
Figure 4

Film stress and reflectance of Cu film.

約3000mm

約3400mm

New-type deposition
method
0.055Ω/sq±7.8%

Uniformity ±3.0%

Conventional
method
0.056Ω/sq±10.0%

Uniformity ±5.3%
約3400mmFigure 5Effect of new-type deposition method. Rs uniformity was improved and Rs horizontal wave form shape became flat with
new-type deposition method.

3

ず，均一な結果が得られている．今回，Cu プロセスでの検証結果を具体例として示したが，膜種に依らず，新型成膜方式を用いることで同様の改善効果を得ることが可能である．
4.5

ITO 膜の膜厚分布

成膜条件は，成膜圧力 0.67 Pa にて成膜した．Ar-H2混合ガスおよび O2 ガスは放電空間内のガス分布が均一になるよう導入経路を最適化している．プロセスガスに
Ar-H2 混合ガスを使用する目的は，アモルファス ITO プ

Anneal condition : 230℃ in air

ロセスにおいて安定したアモルファスの膜質を得るためである．H2O 添加でも H2 添加と同様の効果を得ること

Figure 7は可能であるが，本実験では H2 添加プロセスを選択しO2 bottom curve of Rs of ITO after annealing.

た 4）．

約3400mm

デポレートは既設の「SMD2400」のパワー密度とカソードピッチから想定されるデポレートが得られた．
Figure 6 に基板面内の膜厚分布の結果を示す．膜厚分布

4.6

約3000mmは基板面内で±9％台と良好な結果となった．
ITO の Rs 分布

前節の膜厚分布と同一の成膜圧力条件で反応ガスのO2 ガスを導入し，O2 ボトムテストを実施した．アニー
ル後の O2 ボトム曲線を Figure 7 に示す．アニールは230℃，60 min，大気雰囲気で実施した．
Rs，および Rs 分布が最適となる O2 導入条件でアニ

Average 66.4 Ω/□ ± 16.0%

ール後の Rs 平均値は約 66Ω/ □の結果が得られた．ア
ニール後の基板面内の Rs 分布を Figure 8 に示す．Rs 分

Anneal condition : 230℃,60min, in air

布は基板面内で±16％と良好な結果となった．
4.7

Figure 8

ITO の膜応力と透過率

Rs uniformity of ITO film after annealing.

ェハー基板に ITO 膜を成膜し，円板法により求めた結果であり，透過率についてはガラスリファレンスの値で前節と同じ成膜条件で成膜した ITO 膜の膜応力と透ある．

過率の結果を Figure 9 に示す．膜応力については Si ウ

膜応力は平均で−160 MPa 台で，基板面内で均一な結果となっている．また，透過率は平均で 93％ T 台（波約3400mm長：550 nm）の結果が得られた．

約3000mm

4．まとめ
本稿では G10.5 対応の大型スパッタリング装置として「SMD3400」を開発し，ハードウェアと Cu，ITO プロ
セスの検証結果を紹介した．Cu と ITO プロセスにおいて， 膜 厚 分 布， デ ポ レ ー ト，Rs 分 布， 膜 応 力， 反 射率，透過率の各種基本性能は，従来の G8.5 と同等の結果であり，G10.5 基板面内において良好な結果が得られることを実証した．

Average 40.6 nm ± 9.3%
Rate 173.1nm/min
Figure 6

また，Cu プロセスにおいて波状の膜厚分布を改善するために，新型成膜方式による検証を実施し，基板横方向の Rs 分布を改善させることが実証できた．

Thickness uniformity of ITO film.

4Film stress (unit: MPa)

Transmittance (unit: %T)
約3400mm

約3000mm約3000mm

約3400mmAverage 93.1%T at 550nm(Glass reference)

Average, -161 MPa

Anneal condition : 230℃,60min, in air
Figure 9Film stress and transmittance of ITO film.

文

液晶 TV に代表される大型パネルの生産に使用される

献

マザーガラスの基板サイズは 2010 年の G10 サイズを最

1）M.Matsudai: ULVAC Technical Journal, 43（1995）1.

後に大型化が止まっていたが，今後は G10 以上の設備

2）Y. Oishi, M. Kobayashi, T. Tatsunori, M. Arai, J.

投資が活発になり，装置のさらなる大型化が主流になっ

Kiyota, T. Komatsu, S. Ishibashi, K. Saitou, S. Satou,ていくことが予想される．我々は，スパッタ装置とター

M. Matsudai: ULVAC Technical Journal, 64（2006）

ゲット材料のサプライヤーとして新技術を全世界に発信

p.23-27.
3）新井真：応用物理学会，2010 年春季第 57 回応用物

し続け，FPD 市場の発展に貢献していきたい．

理学関係連合講演会，17p-TN-3.
4）S. Ishibashi, Y. Higuchi, Y. Ota and K. Nakamura: J.
Vac. Sci Technology., A8（3）（1990）1399-1403.

5