JPH07310181A - 直流マグネトロンスパッタ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、アルミ合金等の金属薄膜やＩＴＯ
（Indium-Tin Oxide）の薄膜を、直流マグネトロンスパ
ッタ法により大面積のガラス基板等に均一に成膜するこ
とを目的としている。 【構成】スパッタ室１０の内部に、所要の膜を形成すべ
きガラス基板１１と、基板１１に対向する位置に導電性
ターゲット１３を有し、ターゲット１３の背面上を揺動
しマグネトロン磁場を形成する永久磁石１６を有し、基
板１１の近傍に、浮動電位としたマスク１４を設け、マ
スク１４とターゲット１３との間に２つの接地電極１５
を永久磁石１６の両端部に対向する位置でかつ揺動方向
に一致するように設けたことを特徴とする。 【効果】永久磁石の揺動に伴うプラズマ密度の変動がな
く、従来ではできなかった350mm×４５０mm以上の大面
積ガラス基板上に均一な膜を作製できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直流マグネトロンスパッ
タ装置に係り、特に、アルミ合金などの金属薄膜やＩＴ
Ｏ（Indium-Tin Oxide，スズをドープしたインジウム酸
化物）の薄膜を直流マグネトロンスパッタ法により、大
面積で、かつ、均一に成膜する、例えば、大画面液晶デ
ィスプレイ用各種導電性薄膜の作成に好適な直流マグネ
トロンスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータやワードプロセッサ
などの表示装置として液晶ディスプレイが使用されてき
ている。液晶ディスプレイにおいては、可視光を透過さ
せ、かつ、液晶分子に電圧を印加するための透明電極と
してＩＴＯ薄膜が使用され、電極間の配線にアルミ合金
などの金属薄膜が使用されている。これらの導電性の薄
膜の形成には直流マグネトロンスパッタ法が用いられる
ことが多い。

【０００３】スパッタ法は、プラズマ中のイオンを、成
膜すべき物質の塊（ターゲットと呼ぶ）に衝突させ、タ
ーゲットから飛散する粒子を対向する基板に堆積させる
物理的な成膜法である。

【０００４】特に、直流マグネトロンスパッタ法は、タ
ーゲットに負の電圧を印加し、接地電極との間で放電さ
せ、ターゲットから放出される二次電子を、磁場を利用
して閉じ込めるため、ターゲット表面に高密度のプラズ
マを形成することができる。そのため、成膜速度が大き
いこと、基板への熱入力が小さいことなどの特徴を持
ち、大画面液晶ディスプレイ製造工程における薄膜作成
に広く利用されている。

【０００５】直流マグネトロンスパッタ法に関しては
「プラズマプロセシングの基礎」（Brian N. Chapman
著，岡本幸雄訳，電気書院）に詳しく述べられているよ
うに、ターゲット表面において電子をレーストラック状
にドリフトさせるので高密度プラズマがレーストラック
の部分に集中し、ターゲットがスパッタされる速度もこ
のレーストラックの部分においては著しく高くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ターゲット表面の磁界
により、電子はレーストラック状にドリフトするため、
ターゲット表面ではレーストラック状の高密度プラズマ
が生成し、ターゲットがスパッタされる速度もこのレー
ストラック部分で著しく高い。さらに、レーストラック
状の高密度プラズマ内でもプラズマ密度の分布があり、
特に、電子がドリフトして直線部からコーナー部にさし
かかる部分と、コーナー部から直線部へ出る部分とで、
プラズマ密度の差が生じやすい。そのため磁石を平行移
動させ、レーストラック状プラズマをターゲット上で移
動させながら成膜を行った場合、大面積基板の対角線の
端部で膜厚の不均一が生じる。基板の寸法に対してター
ゲット寸法を十分に大きくすれば膜厚分布の不均一は生
じにくいが、大きいターゲットを使用するのは経済的で
はない。大面積基板における膜厚分布の均一性を確保
し、かつターゲット寸法を極力小さくするには、高密度
プラズマにおけるプラズマ密度分布を均一化しなければ
ならないという課題がある。

【０００７】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、大面積の基板であっても、均
一に成膜できる直流マグネトロンスパッタ装置を提供す
るにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ターゲット背
面の永久磁石の揺動方向に平行な２つの接地電極を設け
るとともに、マスクスパッタ時に使用するマスクの電位
は浮動電位にすることにより前記目的が達成できる。

【０００９】

【作用】永久磁石を揺動させてもレーストラック状の高
密度プラズマの両端部には常に接地電極が対向している
ので、接地電極への電子の流入が一定に保持できる。し
たがって、永久磁石を揺動してもプラズマ密度分布は一
定に保たれ、大面積の基板に均一に成膜できる。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）本発明の一実施例として、アルミ合金薄膜
を直流マグネトロンスパッタ法で成膜する装置について
以下に述べる。

【００１１】直流マグネトロンスパッタ装置の構成を図
１と図２に示す。本装置は、図示しない搬送室と、スパ
ッタ室１０を基本単位として必要な複数の真空容器を備
えている。成膜すべき基体であるガラス基板１１は、前
行程で加熱等の必要な処理を行った後に、搬送室からス
パッタ室１０に搬送される。スパッタ室１０には0.4Ｐ
ａのアルゴンガス（Ａｒ）が供給され、一定のガス圧力
になるように、アルゴンガスの流量調整及び真空ポンプ
１２による排気が行われている。スパッタ室１０にはガ
ラス基板１１と対向するアルミ合金製のターゲット１３
を設け、さらにターゲット１３以外の場所がスパッタさ
れないようにアースシールド１８がターゲット１３の周
囲に設置されている。ガラス基板１１の近くには、基板
周辺部への膜の付着を防止するためのマスク１４と接地
電極１５とを設けている。また、ターゲット１３の背面
にはマグネトロン磁界発生用の永久磁石１６を設けた。
さらに、ターゲット１３と接地電極１５間に直流高電圧
を印加し放電をおこさせるのに必要な直流電源１７があ
る。

【００１２】図２は、図１のＡ−Ａ′方向から見た構造
を示したもので、マスク１４は上から見ると額縁状であ
り、接地電極１５はマスク１４の開口部の一辺に沿って
配置させる。マスク１４の下には成膜の対象であるガラ
ス基板１１がある。

【００１３】図２において、永久磁石１６は接地電極１
５の上方に位置しており、図２では破線で表示されてい
る。ターゲット１３の表面では、背面の永久磁石１６の
磁界によるレーストラック状の高密度プラズマが生成さ
れる。高密度プラズマ中にはアルゴンイオンが多数あ
り、アルゴンイオンがターゲット１３をスパッタするこ
とにより、対向するガラス基板１１上にアルミ合金薄膜
が形成される。また、高密度プラズマはレーストラック
状に形成されるので、ターゲット１３がスパッタされる
場所はレーストラックの部分のみとなってしまう。その
ため、ガラス基板１１の面積が永久磁石１６と比較して
大きい場合は、ガラス基板１１全面に成膜することがで
きない。

【００１４】そこで、永久磁石１６は図２の矢印の方向
に揺動（往復運動）させ、高密度プラズマを永久磁石１
６と同様にターゲット表面上を移動させる。永久磁石１
６を移動させることにより、ガラス基板１１全域に成膜
することができる。ただし、永久磁石１６を移動させる
だけでは基板１１における膜厚の均一性は確保できな
い。それは、レーストラック状の高密度プラズマにおい
ても密度分布が存在し、それが膜厚分布に影響を及ぼす
からである。特に基板１１の周縁部の膜厚分布がその影
響を受ける。プラズマ密度分布を制御し、均一な膜厚分
布を確保するには以下に述べるようにマスク１４の電位
や接地電極１５の配置が重要な要素となる。

【００１５】マスク１４は浮動電位とし、マスク１４の
上に接地電極１５を配置することにより、ターゲット１
３上の高密度プラズマで生成された電子は、永久磁石１
６を矢印方向に揺動させても、接地電極１５で補集する
ことができる。そのため永久磁石１６を揺動させてレー
ストラック状高密度プラズマを移動させても、レースト
ラック状高密度プラズマにおける密度分布はほぼ一様を
保つことができる。ここで、ガラス基板１１がガラスが
絶縁物であることから、一定の電位を与えることは難し
く、浮動電位（floating potential）になっている。マ
スク１４は、ガラス基板１１と同じ電位にするために、
周囲から絶縁し、同様に浮動電位とする。これにより、
ターゲット１３からの電子は主に接地電極１５に流入
し、ガラス基板１１及びマスク１４には流入しない。

【００１６】この結果、永久磁石１６が図２の矢印の方
向に揺動しても、常に同じマグネトロンプラズマが得ら
れるので、ガラス基板１１上のマスク１４で囲まれた範
囲で均一な膜厚分布を実現できた。

【００１７】（実施例２）図３は、接地電極２５をマス
ク１４に沿って延長したもので、実施例１より構造的に
単純化を図ったものである。

【００１８】（実施例３）図４は、額縁状の浮動電位電
極３４を図２のマスク１４に替えて設けたもので、図示
の如く、ガラス基板１１より浮動電位電極３４の開口部
が大きく、ガラス基板１１上の全域にスパッタで均一に
成膜できる効果がある。ここでは、ガラス基板１１とタ
ーゲット１３との間に浮動電位電極３４と接地電極１５
を設けているが、不要なゴミ等がガラス基板１１に来な
いように、浮動電位電極３４をターゲット１３を基準に
して、基板１１より遠方に設置することも可能である。

【００１９】（実施例４）図５は浮動電位であるマスク
１４の電位をスパッタ室１０の外部で監視できるように
したもので、マスク１４に導電性の膜が多量に付着し
て、マスク１４が接地電極１５あるいはスパッタ室１０
の壁面と電気的に接触したかどうかを検出するためのも
のである。

【００２０】このような本実施例の直流マグネトロンス
パッタ装置を用いることにより、ガラス基板３５０mm×
４５０mmと従来以上の大面積に、４００ｎｍのアルミ合
金薄膜を、±５％以下の膜厚分布の変動で、成膜するこ
とができた。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した本発明の直流マグネトロン
スパッタ装置によれば、ターゲット背面の永久磁石の揺
動方向に平行な２つの接地電極を設けると共に、マスク
スパッタ時に使用するマスクの電位を浮動電位にしたも
のであるから、永久磁石を揺動させてもレーストラック
状の高密度プラズマの両端部には常に接地電極が対向し
ているので、接地電極への電子の流入が一定に保持で
き、したがって、永久磁石を揺動してもプラズマ密度分
布は一定に保たれ、大面積の基板に均一に成膜できると
言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直流マグネトロンスパッタ装置の一実
施例を示す断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ′方向から見た図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す図２に相当する図で
ある。

【図４】本発明の更に他の実施例を示す図２に相当する
図である。

【図５】本発明の更に他の実施例を示す図１に相当する
図である。

【符号の説明】

１０…スパッタ室、１１…ガラス基板、１３…ターゲッ
ト、１４…マスク、１５，２５…接地電極、１６…永久
磁石、１７…直流電源、１８…アースシールド、３４…
浮動電位電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茶原 健一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器と、該真空容器の内部に所要の膜
   を形成すべき基体と、該基体と対向する位置に配置され
   た導電性ターゲットと、該ターゲット周囲に、該ターゲ
   ット以外の場所をスパッタすることを防止するアースシ
   ールドと、マグネトロン磁場を形成するための機械的に
   移動可能な磁石とを有し、前記ターゲットに直流電圧を
   印加する直流マグネトロンスパッタ装置において、前記
   ターゲットに近い順に、前記アースシールドとは別の接
   地電位の電極と、電気的に絶縁されて浮動電位とした電
   極とを設けたことを特徴とする直流マグネトロンスパッ
   タ装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の浮動電位とした電極の内
   側開口部が基体よりも小さく、かつ該浮動電位とした電
   極の磁石移動方向の寸法を、移動する磁石が浮動電位の
   電極に対して投影する軌跡よりも大きくするとともに、
   接地電位とした電極は、磁石の移動方向に沿って端部に
   ２つを含む２つ以上設置し、少なくとも該浮動電位電極
   の内側開口部の影とならないようにしたことを特徴とす
   る直流マグネトロンスパッタ装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の浮動電位電極の内側開口
   部が、基体と同等かあるいは大きく、基体の片面全域に
   成膜することを特徴とする直流マグネトロンスパッタ装
   置。
4. 【請求項４】請求項１、又は請求項２、又は請求項３に
   記載の直流マグネトロンスパッタ装置において、浮動電
   位電極の電位を真空容器の外側で計測することにより、
   浮動電位電極の電位を監視できることを特徴とする直流
   マグネトロンスパッタ装置。