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JP7613762B2 - A deposition device that performs sputtering deposition using inductively coupled plasma - Google Patents
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JP7613762B2 - A deposition device that performs sputtering deposition using inductively coupled plasma - Google Patents

A deposition device that performs sputtering deposition using inductively coupled plasma Download PDF

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Description

本発明の一実施形態は、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)を利用した成膜装置に関する。One embodiment of the present invention relates to a film forming apparatus that utilizes inductively coupled plasma (ICP).

スパッタリング法は、薄膜形成に用いられる物理的気相成長法(PVD)の一種である。スパッタリング法は、真空中でプラズマを発生させて、プラズマ中のイオンを高速でスパッタリングターゲットに衝突させることによりスパッタリングを生じさせ、ターゲットを構成する成膜材料の粒子(原子又は分子)を基板の表面に堆積させることで薄膜を形成する技術として知られている。Sputtering is a type of physical vapor deposition (PVD) method used to form thin films. Sputtering is known as a technique in which plasma is generated in a vacuum, and ions in the plasma are collided with a sputtering target at high speed to cause sputtering, depositing particles (atoms or molecules) of the film-forming material that makes up the target onto the surface of a substrate to form a thin film.

スパッタリング装置としては、スパッタリングターゲットの背面にマグネトロンを配置したマグネトロン方式が良く知られているが、その他に、誘導結合プラズマ(ICP)を利用したスパッタリング装置も開示されている(例えば、特許文献1参照)。また、誘導結合プラズマを発生させるためのアンテナ構造も開示されている(特許文献2参照)。 As a sputtering device, the magnetron type, in which a magnetron is placed behind the sputtering target, is well known, but in addition, sputtering devices that use inductively coupled plasma (ICP) have also been disclosed (see, for example, Patent Document 1). Also, an antenna structure for generating inductively coupled plasma has been disclosed (see Patent Document 2).

特開2016-065299号公報JP 2016-065299 A 特開2016-072168号公報JP 2016-072168 A

マグネトロンスパッタリング法は、マグネットにより生成される磁界(磁場の強さ)が不均一であることから、スパッタリングターゲットのエロージョンが不均一となるためターゲット材の有効利用率が低く、ノジュールが発生しやすいという問題がある。また、磁界によりプラズマが局部に集中するために、ターゲット材に熱応力がかかりやすく、ターゲット材にクラックが発生しやすいという問題がある。 The magnetron sputtering method has the problem that the magnetic field (strength of the magnetic field) generated by the magnet is non-uniform, which causes non-uniform erosion of the sputtering target, resulting in low effective utilization of the target material and the tendency for nodules to form. In addition, because the magnetic field causes plasma to concentrate locally, thermal stress is easily applied to the target material, which can easily cause cracks in the target material.

また、マグネトロンスパッタリング法で金属膜を成膜する場合には、マグネットによる磁場強度が強いと堆積される膜の高密度化を図ることができる。しかし、酸化物材料(例えば、酸化物半導体膜、酸化物導電膜)を成膜する場合には、酸素ガスが分解されるのはスパッタリングターゲットの近傍の磁場強度の強い領域のみとなり、未反応の酸素分子(O)が堆積表面に吸着し、酸素分子の状態で膜中に取り込まれてしまい、堆積される膜の密度が低下するという問題がある。 In addition, when a metal film is formed by magnetron sputtering, a strong magnetic field produced by a magnet can increase the density of the deposited film. However, when an oxide material (e.g., an oxide semiconductor film, an oxide conductive film) is formed, oxygen gas is decomposed only in the area of strong magnetic field strength near the sputtering target, and unreacted oxygen molecules (O 2 ) are adsorbed on the deposition surface and are incorporated into the film in the form of oxygen molecules, resulting in a problem of a decrease in the density of the deposited film.

また、従来の誘導結合プラズマ(ICP)を利用するスパッタリング装置では、誘導結合プラズマを効率良く発生させるために成膜チャンバの内部にアンテナ本体とアンテナを被覆する絶縁物の円筒管を配置していたが、成膜チャンバが3mを超えるような大型化に対応する場合、アンテナ本体やアンテナを被覆する絶縁物の円筒管を安定して保持することが非常に難しくなっている。 In addition, in conventional sputtering devices that use inductively coupled plasma (ICP), the antenna body and a cylindrical insulating tube covering the antenna were placed inside the deposition chamber to efficiently generate inductively coupled plasma. However, when dealing with enlargement of the deposition chamber to exceed 3 m, it becomes extremely difficult to stably hold the antenna body and the cylindrical insulating tube covering the antenna.

さらに、特許文献1に開示されているような誘導結合プラズマ(ICP)スパッタリング装置では、発生した誘導結合プラズマは成膜チャンバの内部全域に拡散してしまい、マグネトロンスパッタリング装置のようにスパッタリングターゲット近傍にプラズマを閉じ込めることができない。このため、マグネトロンスパッタリング装置よりも成膜チャンバ内壁に吸着されている水分(HO)、酸素(O)、ハイドロカーボン類が成膜開始時に成膜チャンバの内壁から大量に離脱して成膜中の被膜に取り込まれやすいという原理的な問題を抱えている。スパッタリングターゲット近傍のプラズマ密度を上げるには、アンテナ本体に流す電流を増大させるしか方法はなく、それが却って成膜チャンバ内壁から離脱する汚染ガスの量を増大させてしまい、堆積された膜の膜質の再現性を低下させる要因となっている。 Furthermore, in an inductively coupled plasma (ICP) sputtering apparatus as disclosed in Patent Document 1, the generated inductively coupled plasma diffuses throughout the entire inside of the deposition chamber, and the plasma cannot be confined near the sputtering target as in a magnetron sputtering apparatus. Therefore, compared to a magnetron sputtering apparatus, there is a fundamental problem that moisture (H 2 O), oxygen (O 2 ), and hydrocarbons adsorbed on the inner wall of the deposition chamber are more likely to be detached in large quantities from the inner wall of the deposition chamber at the start of deposition and to be incorporated into the coating being deposited. The only way to increase the plasma density near the sputtering target is to increase the current flowing through the antenna body, which instead increases the amount of contaminant gas detached from the inner wall of the deposition chamber, which is a factor that reduces the reproducibility of the film quality of the deposited film.

このような問題に鑑み、本発明の一実施形態は、スパッタリングによる成膜において、高品質な薄膜を再現性良く、かつ効率よく形成することができる成膜方法及び装置を提供することを目的とする。In view of these problems, one embodiment of the present invention aims to provide a film formation method and apparatus that can reproducibly and efficiently form high-quality thin films by sputtering.

本発明の一実施形態に係る成膜装置は、スパッタリングターゲットが設置される成膜チャンバと、スパッタリングターゲットを覆い、スパッタリングターゲットの表面と重なる位置に開口部が設けられたプラズマ拡散防止板と、スパッタリングターゲットに隣接し、プラズマ拡散防止板で囲まれた領域の内側に突出するように設けられた誘導結合プラズマ生成用のアンテナと、プラズマ拡散防止板の内側に配置され、成膜チャンバ内にガスを導入するガス導入管とを含み、スパッタリングターゲットには、マイナスのパルス電圧が印加される。 A film formation apparatus according to one embodiment of the present invention includes a film formation chamber in which a sputtering target is placed, a plasma diffusion prevention plate covering the sputtering target and having an opening at a position overlapping the surface of the sputtering target, an antenna for generating inductively coupled plasma adjacent to the sputtering target and arranged so as to protrude inside the area surrounded by the plasma diffusion prevention plate, and a gas introduction tube arranged inside the plasma diffusion prevention plate for introducing gas into the film formation chamber, and a negative pulse voltage is applied to the sputtering target.

本発明の一実施形態によれば、プラズマ拡散防止板が誘導結合プラズマ生成用のアンテナとスパッタリングターゲットとを覆うように設けられることにより、誘導結合プラズマが成膜チャンバの内側空間の全体に広がることを防止することができ、成膜される薄膜へ不純物が取り込まれることを防止することができる。さらに、スパッタリングターゲット近傍のプラズマ密度を高めることができるので、スパッタリングレートを高めることも可能である。According to one embodiment of the present invention, a plasma diffusion prevention plate is provided to cover the antenna for generating inductively coupled plasma and the sputtering target, thereby preventing the inductively coupled plasma from spreading throughout the inner space of the deposition chamber and preventing impurities from being incorporated into the thin film being deposited. Furthermore, the plasma density near the sputtering target can be increased, making it possible to increase the sputtering rate.

本発明の一実施形態に係る成膜装置の全体的な構成を示す。1 shows an overall configuration of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の構成を示す図であり、ロード・アンロードチャンバを除く前処理チャンバ、搬送チャンバ、成膜チャンバに設けられ又は接続される主要な構成要素を示す。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention, illustrating the main components provided in or connected to a pre-treatment chamber, a transfer chamber, and a film formation chamber, excluding a load/unload chamber. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の成膜チャンバを上面から見たときの部分的な断面模式図を示す。1 is a schematic partial cross-sectional view of a film formation chamber of a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention, as viewed from above; 本発明の一実施形態に係る成膜装置に用いられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナの詳細な断面構造を示す。2 shows a detailed cross-sectional structure of an antenna for generating inductively coupled plasma used in a film formation apparatus according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る成膜装置に用いられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナの詳細な断面構造を示す。2 shows a detailed cross-sectional structure of an antenna for generating inductively coupled plasma used in a film formation apparatus according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の成膜チャンバに設けられるプラズマ拡散防止板を正面から見たときの模式図を示す。1 is a schematic diagram showing a plasma diffusion prevention plate provided in a film formation chamber of a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention, as viewed from the front. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の成膜チャンバに設けられるプラズマ拡散防止板を正面から見たときの模式図を示す。1 is a schematic front view of a plasma diffusion prevention plate provided in a film formation chamber of a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention; 成膜チャンバに設けられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナが基板表面に与える影響を説明する図であり、プラズマ拡散防止板が無い場合を示す。1 is a diagram for explaining the influence of an antenna for generating inductively coupled plasma provided in a film formation chamber on a substrate surface, showing a case in which there is no plasma diffusion prevention plate. 成膜チャンバに設けられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナが基板表面に与える影響を説明する図であり、プラズマ拡散防止板が設けられた場合を示す。1A and 1B are diagrams for explaining the influence of an antenna for generating inductively coupled plasma provided in a film formation chamber on a substrate surface, showing the case where a plasma diffusion prevention plate is provided. 成膜チャンバに設けられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナが基板表面に与える影響を説明する図であり、プラズマ拡散防止板が無い場合に起こり得る、堆積される薄膜の不均一性の問題を説明する図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the effect of an antenna for generating inductively coupled plasma installed in a deposition chamber on the substrate surface, and is a diagram for explaining the problem of non-uniformity of the deposited thin film that can occur when there is no plasma diffusion prevention plate. 本発明の一実施形態に係る成膜装置に装着される成膜ターゲットの一例を示し、2種類のターゲット材が用いられる場合を示す。1 shows an example of a film formation target mounted in a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention, in which two types of target materials are used. 本発明の一実施形態に係る成膜装置に装着される成膜ターゲットの一例を示し、3種類のターゲット材が用いられる場合を示す。1 shows an example of a film formation target mounted in a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention, in which three types of target materials are used. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の成膜チャンバに設けられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナの構成を説明する図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an antenna for generating inductively coupled plasma provided in a film formation chamber of a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態に係る成膜装置に用いられる結合プラズマ生成用のアンテナのアンテナ本体のアンテナ連結領域の断面構造を示す。2 shows a cross-sectional structure of an antenna coupling region of an antenna body for generating coupled plasma used in a film formation apparatus according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の成膜チャンバに設けられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナに印加される交流電圧と、成膜ターゲットに印加されるパルス電圧の波形を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing waveforms of an AC voltage applied to an antenna for generating inductively coupled plasma provided in a film formation chamber of a film formation apparatus according to one embodiment of the present invention, and a pulse voltage applied to a film formation target. 酸化物半導体膜としてInGaZnO膜を成膜したときのターゲット電圧と膜密度の関係を模式的に示す。13 is a schematic diagram showing the relationship between the target voltage and the film density when an InGaZnO film is formed as an oxide semiconductor film. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の前処理チャンバの構成を示す断面模式図を示す。1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a pretreatment chamber of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る成膜装置の成膜チャンバに設けられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナの正面図を示す。1 is a front view of an antenna for generating inductively coupled plasma provided in a deposition chamber of a deposition apparatus according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る成膜装置の成膜チャンバに設けられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナの断面図を示し、図16Aに示すA1-A2間に対応する断面構造を示す。16B is a cross-sectional view of an antenna for generating inductively coupled plasma provided in a deposition chamber of a deposition apparatus according to one embodiment of the present invention, showing a cross-sectional structure corresponding to the section A1-A2 shown in FIG. 16A. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の成膜チャンバに設けられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナの正面図を示す。1 is a front view of an antenna for generating inductively coupled plasma provided in a deposition chamber of a deposition apparatus according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る成膜装置の成膜チャンバに設けられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナの断面図を示し、図17Aに示すB1-B2間に対応する断面構造を示す。17B is a cross-sectional view of an antenna for generating inductively coupled plasma provided in a film formation chamber of a film formation apparatus according to one embodiment of the present invention, showing a cross-sectional structure corresponding to the section B1-B2 shown in FIG. 17A. 本発明の一実施形態に係る成膜装置を用いて作製される素子の一例を示す。1 shows an example of an element fabricated using a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る成膜装置を用いて作製される素子における酸化物半導体層の詳細な構造を示す。2 shows a detailed structure of an oxide semiconductor layer in an element manufactured using a film formation apparatus according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る成膜装置を用いて作製される素子における酸化物半導体層の詳細な構造を示す。2 shows a detailed structure of an oxide semiconductor layer in an element manufactured using a film formation apparatus according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の全体的な構成を示す。1 shows an overall configuration of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の構成を示す図であり、ロード・アンロードチャンバを除く前処理チャンバ、搬送チャンバ、成膜チャンバに設けられ又は接続される主要な構成要素を示す。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention, illustrating the main components provided in or connected to a pre-treatment chamber, a transfer chamber, and a film formation chamber, excluding a load/unload chamber. 本発明の一実施形態に係る成膜装置を用いて作製される素子の一例を示す。1 shows an example of an element manufactured using a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の成膜チャンバを上面から見たときの部分的な断面模式図を示す。1 is a schematic partial cross-sectional view of a film formation chamber of a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention, as viewed from above; 図22Aに示す成膜チャンバに用いられるセラミックス部材の正面図を示す。22B is a front view of a ceramic member used in the deposition chamber shown in FIG. 22A. 本発明の一実施形態に係る成膜装置の成膜チャンバを上面から見たときの部分的な断面模式図を示す。1 is a schematic partial cross-sectional view of a film formation chamber of a film formation apparatus according to an embodiment of the present invention, as viewed from above; 図23Aに示す成膜チャンバに用いられるセラミックス部材の正面図を示す。23B is a front view of a ceramic member used in the deposition chamber shown in FIG. 23A.

以下、本発明の実施形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様を含み、以下に例示する実施形態に限定して解釈されるものではない。本明細書に添付される図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、それはあくまで一例であって、本発明の内容を必ずしも限定するものではない。また、本発明において、ある図面に記載された特定の要素と、他の図面に記載された特定の要素とが同一又は対応する関係にあるときは、同一の符号(又は符号として記載された数字の後にa、b等を付した符号)を付して、繰り返しの説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第1」、「第2」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有さない。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention includes many different aspects and is not to be construed as being limited to the following exemplary embodiments. The drawings attached to this specification may be schematic in terms of the width, thickness, shape, etc. of each part compared to the actual aspect in order to make the explanation clearer, but this is merely an example and does not necessarily limit the contents of the present invention. In addition, in the present invention, when a specific element shown in a drawing and a specific element shown in another drawing are identical or correspond to each other, the same symbol (or a symbol with a, b, etc. added after the number shown as the symbol) may be added, and repeated explanations may be omitted as appropriate. Furthermore, the letters "first" and "second" added to each element are convenient marks used to distinguish each element, and have no further meaning unless otherwise specified.

本明細書において、ある部材又は領域が他の部材又は領域の「上に(又は下に)」あるとする場合、特段の限定がない限りこれは他の部材又は領域の直上(又は直下)にある場合のみでなく他の部材又は領域の上方(又は下方)にある場合を含む。すなわち、他の部材又は領域の上方(又は下方)においてある部材又は領域との間に別の構成要素が含まれている場合も含む。In this specification, when a certain component or region is described as being "on (or under)" another component or region, unless otherwise specified, this includes not only the case where it is directly above (or directly below) the other component or region, but also the case where it is above (or below) the other component or region. In other words, it also includes the case where another component is included between the certain component or region and above (or below) the other component or region.

[第1実施形態]
図1は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング成膜を行う成膜装置100の全体的な構成を示す。成膜装置100は、成膜前及び成膜後の基板が収納されるロード・アンロードチャンバ102、基板の前処理を行う前処理チャンバ104、搬送ロボット116が設けられた第1搬送チャンバ106a、プラテン機構118が設けられた第2搬送チャンバ106b、スパッタリング成膜を行う第1成膜チャンバ108a及び第2成膜チャンバ108bを含む。これらのチャンバはゲートバルブによって連結され、図示されない真空排気手段が設けられている。
[First embodiment]
1 shows an overall configuration of a film formation apparatus 100 for performing sputtering film formation according to an embodiment of the present invention. The film formation apparatus 100 includes a load/unload chamber 102 in which substrates before and after film formation are stored, a pretreatment chamber 104 for performing pretreatment of the substrate, a first transfer chamber 106a provided with a transfer robot 116, a second transfer chamber 106b provided with a platen mechanism 118, and a first film formation chamber 108a and a second film formation chamber 108b in which sputtering film formation is performed. These chambers are connected by gate valves and are provided with vacuum exhaust means (not shown).

薄膜が形成される基板は、カセットに保持された状態でロード・アンロードチャンバ102に収納される。基板は、例えば、ガラス基板である。ロード・アンロードチャンバ102に収納された基板は、第1搬送チャンバ106aに設けられた搬送ロボット116によって前処理チャンバ104に搬送される。前処理チャンバ104は、薄膜を形成する基板に対する前処理が行われる。前処理チャンバ104は、高周波電源120に接続された高周波放電電極を含む。前処理としては、加熱機構が設けられたステージと高周波放電電極によって生成される高周波放電プラズマにより基板に対する脱ガス処理が行われる。図1は、第1搬送チャンバ106aを挟んで前処理チャンバ104が2つ設置される態様を示すが、前処理チャンバ104の数に限定はない。図1に示すように、成膜装置100に前処理チャンバ104が2つ設置されていると、脱ガス処理を十分に行いながら、時間的に余裕をもって連続的にスパッタリング成膜を行うことができる。なお、成膜装置100は、図1に示す形態に限定されず、前処理チャンバ104の数は1つでもよいし、3つ以上設けられていてもよい。The substrate on which the thin film is to be formed is stored in the load/unload chamber 102 while being held in a cassette. The substrate is, for example, a glass substrate. The substrate stored in the load/unload chamber 102 is transported to the pretreatment chamber 104 by the transport robot 116 provided in the first transport chamber 106a. In the pretreatment chamber 104, pretreatment is performed on the substrate on which the thin film is to be formed. The pretreatment chamber 104 includes a high-frequency discharge electrode connected to a high-frequency power source 120. As a pretreatment, a degassing process is performed on the substrate by a high-frequency discharge plasma generated by a stage provided with a heating mechanism and a high-frequency discharge electrode. FIG. 1 shows an embodiment in which two pretreatment chambers 104 are installed on either side of the first transport chamber 106a, but the number of pretreatment chambers 104 is not limited. As shown in FIG. 1, when two pretreatment chambers 104 are installed in the film formation apparatus 100, sputtering film formation can be performed continuously with time to spare while performing sufficient degassing. The film forming apparatus 100 is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and the number of pre-treatment chambers 104 may be one, or three or more.

前処理チャンバ104で前処理がされた基板は、搬送ロボット116により第2搬送チャンバ106bへ搬送される。基板は、ロード・アンロードチャンバ102から前処理チャンバ104までは水平状態で搬送される。第2搬送チャンバ106bは、プラテン機構118が備えられ、水平状態で搬入された基板が、図1では示されない搬送キャリアによって保持されるように垂直状態又は垂直状態から20度程度の範囲で傾けられた状態に立てられる。The substrate that has been pre-processed in the pre-processing chamber 104 is transported to the second transport chamber 106b by the transport robot 116. The substrate is transported horizontally from the load/unload chamber 102 to the pre-processing chamber 104. The second transport chamber 106b is equipped with a platen mechanism 118, and the substrate that has been transported horizontally is set upright in a vertical position or tilted within a range of about 20 degrees from the vertical position so that it can be held by a transport carrier (not shown in FIG. 1).

第1成膜チャンバ108a及び第2成膜チャンバ108bは、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126が設けられ、スパッタリングターゲット124が装着される。第1成膜チャンバ108a及び第2成膜チャンバ108bは、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126により生成される誘導結合プラズマ(ICP)によりスパッタリング成膜が行われる。スパッタリングターゲット124にはパルス電源123が接続され、イオンの加速エネルギーを制御することが可能とされている。成膜装置100は、このような機構により、基板上に堆積される薄膜の密度を制御することが可能とされている。The first deposition chamber 108a and the second deposition chamber 108b are provided with an antenna 126 for generating inductively coupled plasma, and a sputtering target 124 is attached. In the first deposition chamber 108a and the second deposition chamber 108b, sputtering deposition is performed by inductively coupled plasma (ICP) generated by the antenna 126 for generating inductively coupled plasma. A pulse power supply 123 is connected to the sputtering target 124, making it possible to control the acceleration energy of the ions. With this mechanism, the deposition apparatus 100 is able to control the density of the thin film deposited on the substrate.

第1成膜チャンバ108aと第2成膜チャンバ108bには、異なる材質(成分、組成、密度)のスパッタリングターゲット124を装着することができ、真空中で組成の異なる薄膜を連続して堆積することができる。また、第1成膜チャンバ108aと第2成膜チャンバ108bには、同種(成分、組成、密度)のスパッタリングターゲット124が装着されていてもよく、それにより異なる成膜条件を適用して異なる膜質の薄膜を堆積させることができる。なお、図1は、2つの成膜チャンバ108を示すが、成膜装置100はこのような構成に限定されず、作製する薄膜の構造や種類に応じて成膜チャンバ108の数を適宜変更することができる。成膜装置100は、例えば、単層の薄膜を形成する場合には、成膜チャンバ108の数が1つでもよく、多層の薄膜を形成する場合には3つ以上の成膜チャンバ108が連結されていてもよい。The first deposition chamber 108a and the second deposition chamber 108b can be fitted with sputtering targets 124 of different materials (components, compositions, densities), and thin films of different compositions can be continuously deposited in a vacuum. The first deposition chamber 108a and the second deposition chamber 108b can also be fitted with sputtering targets 124 of the same type (components, compositions, densities), and thus different deposition conditions can be applied to deposit thin films of different film qualities. Although FIG. 1 shows two deposition chambers 108, the deposition apparatus 100 is not limited to such a configuration, and the number of deposition chambers 108 can be appropriately changed depending on the structure and type of the thin film to be produced. For example, when a single-layer thin film is formed, the deposition apparatus 100 may have one deposition chamber 108, and when a multi-layer thin film is formed, three or more deposition chambers 108 may be connected.

図2は、成膜装置100の構成を示す図であり、ロード・アンロードチャンバを除く前処理チャンバ104、第1搬送チャンバ106a、第2搬送チャンバ106b、第1成膜チャンバ108a、第2成膜チャンバ108bに設けられ又は接続される主要な構成要素を示す。各チャンバには真空排気系110が接続される。真空排気系110は、ターボ分子ポンプ(TMP)及びドライポンプ(DRP)等の真空ポンプで構成される。真空排気系110の構成は、第1搬送チャンバ106a及び第2搬送チャンバ106bと、第1成膜チャンバ108a及び第2成膜チャンバ108bとで異なっていてもよいし、同じであってもよい。第1成膜チャンバ108a及び第2成膜チャンバ108bには、圧力コントロールのためのコンダクタンスバルブが設けられていてもよい。また、前処理チャンバ104、第1成膜チャンバ108a、第2成膜チャンバ108bにはガス供給系112が接続される。ガス供給系112は、マスフローコントローラ、フィルタ等で構成される。2 is a diagram showing the configuration of the film formation apparatus 100, and shows the main components provided or connected to the pretreatment chamber 104, the first transfer chamber 106a, the second transfer chamber 106b, the first film formation chamber 108a, and the second film formation chamber 108b, excluding the load/unload chamber. A vacuum exhaust system 110 is connected to each chamber. The vacuum exhaust system 110 is composed of vacuum pumps such as a turbo molecular pump (TMP) and a dry pump (DRP). The configuration of the vacuum exhaust system 110 may be different or the same for the first transfer chamber 106a and the second transfer chamber 106b and the first film formation chamber 108a and the second film formation chamber 108b. The first film formation chamber 108a and the second film formation chamber 108b may be provided with a conductance valve for pressure control. In addition, a gas supply system 112 is connected to the pretreatment chamber 104, the first film formation chamber 108a, and the second film formation chamber 108b. The gas supply system 112 includes a mass flow controller, a filter, and the like.

前処理チャンバ104には、基板ステージ114と高周波放電電極115が設けられる。高周波放電電極115は高周波電源120に接続される。前処理チャンバ104では、基板ステージ114と高周波放電電極115によって生成される高周波放電プラズマによって基板の前処理が行われる。The pre-treatment chamber 104 is provided with a substrate stage 114 and a high-frequency discharge electrode 115. The high-frequency discharge electrode 115 is connected to a high-frequency power supply 120. In the pre-treatment chamber 104, the substrate is pre-treated by a high-frequency discharge plasma generated by the substrate stage 114 and the high-frequency discharge electrode 115.

前処理チャンバ104と第1成膜チャンバ108aとの間には、搬送ロボット116が設けられた第1搬送チャンバ106a及びプラテン機構118が設けられた第2搬送チャンバ106bが設けられる。前処理チャンバ104で吸着分子の脱離処理が行われた基板は、大気に触れることなく第1搬送チャンバ106a及び第2搬送チャンバ106bを経由して第1成膜チャンバ108aに搬送される。前処理チャンバ104で前処理がされた基板は、第1搬送チャンバ106aの搬送ロボット116によって第2搬送チャンバ106bに搬送される。搬送ロボット116は基板を水平状態に保って搬送を行う。第2搬送チャンバ106bに搬送された基板は、プラテン機構118によって垂直又は垂直から20度程度の範囲で傾けられた状態に立てられ、第1成膜チャンバ108aに搬入される。Between the pretreatment chamber 104 and the first deposition chamber 108a, the first transfer chamber 106a equipped with a transfer robot 116 and the second transfer chamber 106b equipped with a platen mechanism 118 are provided. The substrate subjected to the desorption process of the adsorbed molecules in the pretreatment chamber 104 is transferred to the first deposition chamber 108a via the first transfer chamber 106a and the second transfer chamber 106b without being exposed to the air. The substrate pretreated in the pretreatment chamber 104 is transferred to the second transfer chamber 106b by the transfer robot 116 of the first transfer chamber 106a. The transfer robot 116 transfers the substrate while keeping it horizontal. The substrate transferred to the second transfer chamber 106b is set upright or tilted within a range of about 20 degrees from the vertical by the platen mechanism 118 and is transferred to the first deposition chamber 108a.

スパッタリング法による成膜は、堆積される薄膜にピンホールが形成されないように基板を水平ではなく直立した状態で成膜することが好ましいと考えられる。しかし、例えばディスプレイの用途におけるように基板のサイズが大型化すると(例えば、液晶プロセスの第8世代のガラス基板は2200mm×2400mmである)、自重により撓んでしまうので常に垂直に立てた状態で基板を搬送することが困難である。また、クラスタ型枚葉式スパッタリング装置のように、基板を水平状態に保って成膜を行う装置では、基板の大型化により装置の床面積が増大(すなわち、クリーンルームの床面積が増大)することが問題となる。このような問題に対して成膜装置100は、基板の搬送経路の途中にプラテン機構118を設け、成膜の前段階までは基板を水平に扱い、成膜段階では基板を垂直又は垂直から20度程度の範囲で傾けられた状態に立てて行うようにしているので、基板の取り扱いが容易となる。さらに、成膜装置100は、設置に必要な床面積を小さくできるという利点を有する。In sputtering, it is preferable to form a film on a substrate in an upright position, not horizontally, so that pinholes are not formed in the deposited thin film. However, when the size of the substrate increases, for example, in display applications (for example, the eighth generation glass substrate for liquid crystal processing is 2200 mm x 2400 mm), it is difficult to transport the substrate in a vertical position at all times, since it will bend under its own weight. In addition, in an apparatus that forms a film by keeping the substrate horizontal, such as a cluster-type single-wafer sputtering apparatus, the problem is that the floor area of the apparatus increases due to the increase in the size of the substrate (i.e., the floor area of the clean room increases). To address this problem, the film forming apparatus 100 is provided with a platen mechanism 118 in the middle of the substrate transport path, and the substrate is handled horizontally until the pre-film forming stage, and in the film forming stage, the substrate is held vertically or tilted within a range of about 20 degrees from the vertical, making it easier to handle the substrate. In addition, the film forming apparatus 100 has the advantage of being able to reduce the floor area required for installation.

第1成膜チャンバ108aは、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126が設けられ、スパッタリングターゲット124が取り付けられる。誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126はメガヘルツ帯の高周波を出力する高周波電源120と接続される。また、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126は高周波電力に重畳するようにキロヘルツ帯の交流電圧を印加可能とするように交流電源122が接続されていてもよい。スパッタリングターゲット124には前述のようにパルス電源123が接続される。また、第1成膜チャンバ108aには、基板を加熱するヒータ127が設けられていてもよい。The first deposition chamber 108a is provided with an antenna 126 for generating inductively coupled plasma, and a sputtering target 124 is attached. The antenna 126 for generating inductively coupled plasma is connected to a high frequency power supply 120 that outputs high frequency waves in the megahertz range. The antenna 126 for generating inductively coupled plasma may also be connected to an AC power supply 122 so that an AC voltage in the kilohertz range can be applied so as to be superimposed on the high frequency power. The sputtering target 124 is connected to a pulse power supply 123 as described above. The first deposition chamber 108a may also be provided with a heater 127 for heating the substrate.

詳細な説明は省略されるが、第2成膜チャンバ108bも第1成膜チャンバ108aと同様の構成を有する。なお、図2では示されないが、第1成膜チャンバ108a及び第2成膜チャンバ108bには、基板を垂直又は垂直から20度程度の範囲で傾けられた状態で搬送する搬送機構が設けられる。Although detailed description is omitted, the second deposition chamber 108b has a configuration similar to that of the first deposition chamber 108a. Although not shown in FIG. 2, the first deposition chamber 108a and the second deposition chamber 108b are provided with a transport mechanism that transports the substrate vertically or tilted within a range of about 20 degrees from the vertical.

図3は、成膜チャンバ108(第1成膜チャンバ108a、第2成膜チャンバ108b)を上面から見たときの部分的な断面模式図を示す。成膜チャンバ108は、内部空間が大気から遮断された閉空間を形成するように構成されるが、図3は2つの壁面(第1チャンバ壁109a、第2チャンバ壁109b)の間の模式的な構造を示す。 Figure 3 shows a partial schematic cross-sectional view of the deposition chamber 108 (first deposition chamber 108a, second deposition chamber 108b) as viewed from above. The deposition chamber 108 is configured to form a closed space whose internal space is isolated from the atmosphere, and Figure 3 shows a schematic structure between the two walls (first chamber wall 109a, second chamber wall 109b).

成膜チャンバ108は、スパッタリングターゲット124を覆うように設けられたプラズマ拡散防止板140と、プラズマ拡散防止板140で囲まれた領域に突出するように設けられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126(第1アンテナ126a、第2アンテナ126b)と、スパッタガスを導入するガス導入管138とを含む。成膜装置100は、成膜チャンバ108にスパッタリングターゲット124が装着された状態で使用されるが、スパッタリングターゲット124はいわば消耗品であり成膜装置100に固定される構成部材ではなく、適宜交換される付属部材である。成膜チャンバ108には、スパッタリングターゲット124、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126等の部材が取り付けられるが、各部材の取り付け部にはOリング、ガスケット等のシール部材が設けられる。The deposition chamber 108 includes a plasma diffusion prevention plate 140 provided to cover the sputtering target 124, an antenna 126 (first antenna 126a, second antenna 126b) for generating inductively coupled plasma provided to protrude into the area surrounded by the plasma diffusion prevention plate 140, and a gas introduction pipe 138 for introducing sputtering gas. The deposition apparatus 100 is used with the sputtering target 124 attached to the deposition chamber 108, but the sputtering target 124 is a consumable item and is not a component fixed to the deposition apparatus 100, but an accessory that is replaced as necessary. The deposition chamber 108 is equipped with components such as the sputtering target 124 and the antenna 126 for generating inductively coupled plasma, and the attachment parts of each component are provided with sealing members such as O-rings and gaskets.

スパッタリングターゲット124は、ターゲット材132とバッキングプレート130とを含む。ターゲット材132は、銅(Cu)、チタン(Ti)等の金属で形成されるバッキングプレート130に、インジウム合金等のボンディング材でボンディングされる。ターゲット材132は一体成型品であることが好ましい。スパッタリングターゲット124は、成膜チャンバ108の第1チャンバ壁109aに取り付けられる。第1チャンバ壁109aには第1貫通孔128aが設けられ、スパッタリングターゲット124はバッキングプレート130が第1貫通孔128aに嵌め込まれるようにして取り付けられる。スパッタリングターゲット124にはバイアス電圧が印加されるため、バッキングプレート130と第1チャンバ壁109aとの間には絶縁部品136が設けられる。The sputtering target 124 includes a target material 132 and a backing plate 130. The target material 132 is bonded to the backing plate 130, which is made of a metal such as copper (Cu) or titanium (Ti), with a bonding material such as an indium alloy. The target material 132 is preferably a one-piece molded product. The sputtering target 124 is attached to the first chamber wall 109a of the deposition chamber 108. The first chamber wall 109a is provided with a first through hole 128a, and the sputtering target 124 is attached so that the backing plate 130 is fitted into the first through hole 128a. Since a bias voltage is applied to the sputtering target 124, an insulating part 136 is provided between the backing plate 130 and the first chamber wall 109a.

スパッタリングターゲット124は、正面から見た場合、長方形状であり長手方向が垂直方向と平行に設けられる。ターゲット材132は、各種のスパッタリング可能な材料が取り付け可能である。例えば、ターゲット材132として、透明導電膜、酸化物半導体膜を形成するための金属酸化物の焼結体を適用することができる。ターゲット材132は、スパッタリング成膜時にイオンが衝突することにより温度が上昇する。このため成膜装置100は、ターゲット材132の温度上昇を抑制するために、バッキングプレート130を冷却する機構が設けられる。図3は、その一例として、バッキングプレート130に冷却水を流す流水孔が設けられた構造を示す。When viewed from the front, the sputtering target 124 is rectangular and the longitudinal direction is parallel to the vertical direction. Various sputterable materials can be attached to the target material 132. For example, a sintered body of metal oxide for forming a transparent conductive film or an oxide semiconductor film can be applied as the target material 132. The temperature of the target material 132 increases due to ions colliding with it during sputtering film formation. For this reason, the film formation device 100 is provided with a mechanism for cooling the backing plate 130 to suppress the temperature rise of the target material 132. FIG. 3 shows, as an example, a structure in which a water flow hole for flowing cooling water is provided in the backing plate 130.

第1チャンバ壁109aにスパッタリングターゲット124が取り付けられると、ターゲット材132は成膜チャンバ108の内部空間に露出する。成膜チャンバ108には、ターゲット材132の周縁部を覆うようにシールド板134が設けられる。シールド板134は、ターゲット材132と第1チャンバ壁109aとの間の領域に露出するバッキングプレート130の表面を覆うように設けられる。このような構造により、バッキングプレート130が誘導結合プラズマに晒されてスパッタリングされないようにすることができる。When the sputtering target 124 is attached to the first chamber wall 109a, the target material 132 is exposed to the internal space of the deposition chamber 108. A shield plate 134 is provided in the deposition chamber 108 to cover the peripheral portion of the target material 132. The shield plate 134 is provided to cover the surface of the backing plate 130 exposed in the area between the target material 132 and the first chamber wall 109a. This structure prevents the backing plate 130 from being exposed to the inductively coupled plasma and being sputtered.

成膜チャンバ108は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126(第1アンテナ126a、第2アンテナ126b)が設けられる。誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126は、スパッタリングターゲット124の長手方向に沿って、かつスパッタリングターゲット124を挟むように配置される。すなわち、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126としての第1アンテナ126aと第2アンテナ126bとが、スパッタリングターゲット124を挟むように配置される。The deposition chamber 108 is provided with an antenna 126 (first antenna 126a, second antenna 126b) for generating inductively coupled plasma. The antenna 126 for generating inductively coupled plasma is arranged along the longitudinal direction of the sputtering target 124 and so as to sandwich the sputtering target 124. In other words, the first antenna 126a and the second antenna 126b as the antenna 126 for generating inductively coupled plasma are arranged so as to sandwich the sputtering target 124.

誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126としての第1アンテナ126a及び第2アンテナ126bは、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148(第1アンテナ本体148a、第2アンテナ本体148b)と、U字溝形状をした絶縁部材146(第1絶縁部材146a、第2絶縁部材146b)とを含む。第1アンテナ本体148aは第1絶縁部材146aの中に設けられ、第2アンテナ本体148bは第2絶縁部材146bの中に設けられる。誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126は、絶縁部材146が第1チャンバ壁109aの第2貫通孔128bに挿入され、スパッタリングターゲット124の両側に突出するように設けられる。このように、絶縁部材146の中に誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148が設けられることで、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148にターゲット材132からスパッタリングされた物質が付着しないようにすることができる。さらに、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148が誘導結合プラズマに晒されないようにすることができる。The first antenna 126a and the second antenna 126b as the antenna 126 for generating inductively coupled plasma include an antenna body 148 for generating inductively coupled plasma (first antenna body 148a, second antenna body 148b) and an insulating member 146 (first insulating member 146a, second insulating member 146b) having a U-shaped groove shape. The first antenna body 148a is provided in the first insulating member 146a, and the second antenna body 148b is provided in the second insulating member 146b. The antenna 126 for generating inductively coupled plasma is provided such that the insulating member 146 is inserted into the second through-hole 128b of the first chamber wall 109a and protrudes on both sides of the sputtering target 124. In this way, by providing the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma in the insulating member 146, it is possible to prevent the material sputtered from the target material 132 from adhering to the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma. Furthermore, it is possible to prevent the antenna body 148 for generating the inductively coupled plasma from being exposed to the inductively coupled plasma.

誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148がターゲット材132の表面よりも高い位置(成膜チャンバ108内の中央寄りの位置、又は基板200側の位置)に突出するように設けられる。例えば、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148は、ターゲット材132の表面から長さD2だけ突出するように設けられる。このように、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148をターゲット材132の表面から突出させて設けることで、ターゲット材132の表面においてプラズマ密度を高めることができる。The antenna 126 for generating inductively coupled plasma is provided so that the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma protrudes to a position higher than the surface of the target material 132 (a position toward the center of the deposition chamber 108, or a position on the substrate 200 side). For example, the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is provided so as to protrude by a length D2 from the surface of the target material 132. In this way, by providing the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma protruding from the surface of the target material 132, the plasma density on the surface of the target material 132 can be increased.

図22Aは、成膜チャンバ108(第1成膜チャンバ108a、第2成膜チャンバ108b)の他の構成を示す。図22Aは、図3と同様に成膜チャンバ108を上から見たときの部分的な断面模式図を示す。図22Aに示す成膜チャンバ108は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126(第1アンテナ126a、第2アンテナ126b)及びスパッタリングターゲット124を取り付ける第1チャンバ壁109aの一部がセラミックス部材180aで形成された構造を示す。図22Bは、このセラミックス部材180aの正面図を示す。 Figure 22A shows another configuration of the film deposition chamber 108 (first film deposition chamber 108a, second film deposition chamber 108b). Figure 22A shows a partial cross-sectional schematic diagram of the film deposition chamber 108 when viewed from above, similar to Figure 3. The film deposition chamber 108 shown in Figure 22A has a structure in which a portion of the first chamber wall 109a to which the antenna 126 (first antenna 126a, second antenna 126b) for generating inductively coupled plasma and the sputtering target 124 are attached is formed of a ceramic member 180a. Figure 22B shows a front view of this ceramic member 180a.

図22A及び図22Bに示すように、セラミックス部材180aには、スパッタリングターゲット124を取り付ける第1貫通孔128aが設けられている。セラミックス部材180aは絶縁性を有するため、スパッタリングターゲット124を直接取り付けることができる。すなわち、スパッタリングターゲット124を成膜チャンバ108に取り付けるに当たり、図3に示すような絶縁部品136が省略可能である。また、セラミックス部材180aには、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126(第1アンテナ126a、第2アンテナ126b)を取り付けるための第2貫通孔128bが設けられている。U字溝形状をした絶縁部材146(第1絶縁部材146a、第2絶縁部材146b)は、この第2貫通孔128bから挿入され、セラミックス部材180aの裏面側でOリングによって真空シールされている。また、セラミックス部材180aは絶縁性であるため、ターゲット材132の周縁部を覆うシールド板134を一体化することができる。22A and 22B, the ceramic member 180a is provided with a first through hole 128a for mounting the sputtering target 124. Since the ceramic member 180a has insulating properties, the sputtering target 124 can be directly mounted. That is, when mounting the sputtering target 124 to the deposition chamber 108, the insulating part 136 as shown in FIG. 3 can be omitted. In addition, the ceramic member 180a is provided with a second through hole 128b for mounting the antenna 126 (first antenna 126a, second antenna 126b) for generating inductively coupled plasma. The insulating member 146 (first insulating member 146a, second insulating member 146b) having a U-shaped groove shape is inserted from this second through hole 128b and is vacuum sealed by an O-ring on the back side of the ceramic member 180a. Furthermore, since the ceramic member 180a is insulating, the shield plate 134 covering the peripheral portion of the target material 132 can be integrated.

図23Aは、成膜チャンバ108(第1成膜チャンバ108a、第2成膜チャンバ108b)において、第1チャンバ壁109aの一部がセラミックス部材180bに誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148(第1アンテナ本体148a、第2アンテナ本体148b)を覆うU字溝形状をした絶縁部材146(第1絶縁部材146a、第2絶縁部材146b)が一体化された構造を示す。また、図23Bは、セラミックス部材180bの正面図を示す。図23A及び図23Bに示すように、U字溝形状をした絶縁部材146(第1絶縁部材146a、第2絶縁部材146b)を第1チャンバ壁109aの一部と一体成形することにより部品点数を減らすことができ、リーク(真空の気密漏れ)を防ぐことができる。また、セラミックス部材180bのU字溝形状をした絶縁部材(第1絶縁部材146a、第2絶縁部材146b)に相当する部分の大気側(誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148が設けられる側)にガラス層が形成されてもよい。ガラス層を設けることで、大気側からのリークをさらに減少させることができる。 Figure 23A shows a structure in which a part of the first chamber wall 109a in the film deposition chamber 108 (first film deposition chamber 108a, second film deposition chamber 108b) is integrated with a ceramic member 180b and a U-groove-shaped insulating member 146 (first insulating member 146a, second insulating member 146b) that covers the antenna body 148 (first antenna body 148a, second antenna body 148b) for generating inductively coupled plasma. Also, Figure 23B shows a front view of the ceramic member 180b. As shown in Figures 23A and 23B, by integrally molding the U-groove-shaped insulating member 146 (first insulating member 146a, second insulating member 146b) with a part of the first chamber wall 109a, the number of parts can be reduced and leaks (vacuum airtight leakage) can be prevented. A glass layer may be formed on the atmosphere side (the side where the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is provided) of the portion of the ceramic member 180b that corresponds to the U-groove-shaped insulating members (the first insulating member 146a and the second insulating member 146b). By providing the glass layer, leakage from the atmosphere side can be further reduced.

セラミックス部材180a、180bは、絶縁性に優れるばかりでなく、耐熱温度が高く熱膨張係数が小さく、精密加工が可能であり、ガス放出量も少ないことから成膜チャンバ108の壁材として好適に用いることができる。誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126付近の壁材にセラミックス部材180a、180bを用いることで、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126のパワーロスを低減することができる。それにより、ターゲット材132の表面付近におけるプラズマ密度を高めることができる。The ceramic members 180a and 180b are not only excellent insulators, but also have a high heat resistance, a small thermal expansion coefficient, can be precisely machined, and emit a small amount of gas, making them suitable for use as wall materials for the deposition chamber 108. By using the ceramic members 180a and 180b as wall materials near the antenna 126 for generating inductively coupled plasma, the power loss of the antenna 126 for generating inductively coupled plasma can be reduced. This makes it possible to increase the plasma density near the surface of the target material 132.

図22A及び図23Aに示すように、スパッタリングターゲット124を取り付ける第1チャンバ壁109aをセラミックス部材180a、180bで形成することにより、チャンバ内壁からの脱ガス量を減らすことができ、プラズマ密度を高めることができる。また、ターゲット材132の周辺部を絶縁部材であるセラミックス部材180a、180bで構成されていることにより、ターゲット材132の表面に対する垂直電界の発生領域を拡大することができ、より密度の高い膜を作製することができる。22A and 23A, by forming the first chamber wall 109a to which the sputtering target 124 is attached from ceramic members 180a and 180b, the amount of gas desorbed from the chamber inner wall can be reduced and the plasma density can be increased. In addition, by forming the periphery of the target material 132 from insulating ceramic members 180a and 180b, the area in which a perpendicular electric field is generated relative to the surface of the target material 132 can be expanded, and a film with higher density can be produced.

図4は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126の詳細な断面構造を示す。誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148は中空の金属管150で形成される。例えば、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148は、銅(Cu)、真鍮、アルミニウム(Al)等の中空の金属管150で形成される。誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148は、このような金属管により棒状アンテナを形成し、中空部分には冷却水が流される。金属管150の内側表面には、腐食を防止するためにニッケル(Ni)又はスズ(Sn)のメッキ膜で形成された導電層151が形成されていることが好ましい。絶縁部材146は、石英、又はアルミナ、イットリア(Y)、フォルステライト(MgSiO)、ステアタイト(MgO・SiO)等のセラミクス製で形成される。絶縁部材146は誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148が配置されるU字溝形状の部材であり、真空と大気を隔てるように配置される。絶縁部材146の表面(特に大気側の表面)には、気密性を高めるために(リークを防止するために)、ガラス層147が設けられていることが好ましい。誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148は絶縁部材146の中に通されることにより、大気側に配置される。このように、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148を大気側に配置することで、その設置位置の精度を高めることができ、ターゲット材132近傍のプラズマ密度の均一性を高めることができる。また、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148の保持機構も自由に設計することができる。 FIG. 4 shows a detailed cross-sectional structure of the antenna 126 for generating inductively coupled plasma. The antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is formed of a hollow metal tube 150. For example, the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is formed of a hollow metal tube 150 made of copper (Cu), brass, aluminum (Al), or the like. The antenna body 148 for generating inductively coupled plasma forms a rod-shaped antenna using such a metal tube, and cooling water is passed through the hollow portion. It is preferable that a conductive layer 151 formed of a plating film of nickel (Ni) or tin (Sn) is formed on the inner surface of the metal tube 150 to prevent corrosion. The insulating member 146 is formed of quartz, or ceramics such as alumina, yttria (Y 2 O 3 ), forsterite (Mg 2 SiO 4 ), steatite (MgO.SiO 2 ), or the like. The insulating member 146 is a U-shaped groove-shaped member in which the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is disposed, and is disposed so as to separate the vacuum from the atmosphere. A glass layer 147 is preferably provided on the surface (particularly the surface on the atmosphere side) of the insulating member 146 in order to increase airtightness (to prevent leakage). The antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is disposed on the atmosphere side by being passed through the insulating member 146. In this way, by disposing the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma on the atmosphere side, the accuracy of the installation position can be improved, and the uniformity of the plasma density in the vicinity of the target material 132 can be improved. In addition, the holding mechanism of the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma can also be freely designed.

なお、図5に示すように、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148を複数本含んで構成されてもよい。すなわち、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148が複数の誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148からなり、絶縁部材146の大気側に配置されていてもよい。誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148を構成する金属管150は、表皮効果により周波数が高くなるに従い交流抵抗が高くなる。例えば、13.56MHzの高周波電力を誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148に印加した場合、金属管150の肉厚が5mmであったとしても、電流は金属管150の表面から約17.7μmの深さの領域しか流れないことになる。表皮効果による電力損失を防止するためには、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126は、図5に示すように複数の誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148が並列に配置されていてもよい。5, the inductively coupled plasma generating antenna 126 may be configured to include a plurality of inductively coupled plasma generating antenna bodies 148. That is, the inductively coupled plasma generating antenna body 148 may be configured from a plurality of inductively coupled plasma generating antenna bodies 148 and may be arranged on the atmospheric side of the insulating member 146. The metal tube 150 constituting the inductively coupled plasma generating antenna body 148 has a higher AC resistance as the frequency increases due to the skin effect. For example, when a high frequency power of 13.56 MHz is applied to the inductively coupled plasma generating antenna body 148, even if the thickness of the metal tube 150 is 5 mm, the current will only flow in a region about 17.7 μm deep from the surface of the metal tube 150. In order to prevent power loss due to the skin effect, the inductively coupled plasma generating antenna 126 may have a plurality of inductively coupled plasma generating antenna bodies 148 arranged in parallel as shown in FIG.

図3に示すように、ガス導入管138は、プラズマ拡散防止板140の内側の領域であって、第1アンテナ126aに隣接して設けられる。ガス導入管138は、スパッタガスを成膜チャンバ108の中に導入するために設けられる。ガス導入管138は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126と同様にスパッタリングターゲット124の長手方向に沿って設けられる。ガス導入管138は、金属製の管にシャワーノズルが設けられた構造を有していても良いが、絶縁性の多孔質体、例えばセラミックスの多孔質体の管で形成されていることが好ましい。ガス導入管138に多孔質体を用いることで、スパッタリングターゲット124の長手方向に沿ってスパッタガスを均一に導入することができる。3, the gas introduction pipe 138 is provided adjacent to the first antenna 126a in the inner region of the plasma diffusion prevention plate 140. The gas introduction pipe 138 is provided to introduce the sputtering gas into the deposition chamber 108. The gas introduction pipe 138 is provided along the longitudinal direction of the sputtering target 124, similar to the antenna 126 for generating inductively coupled plasma. The gas introduction pipe 138 may have a structure in which a shower nozzle is provided on a metal pipe, but is preferably formed of an insulating porous body, for example, a ceramic porous body pipe. By using a porous body for the gas introduction pipe 138, the sputtering gas can be introduced uniformly along the longitudinal direction of the sputtering target 124.

プラズマ拡散防止板140は、スパッタリングターゲット124が配置される領域を囲むように設けられる。プラズマ拡散防止板140は箱形の部材であり、成膜チャンバ108の内側に第1チャンバ壁109aとプラズマ拡散防止板140とで囲まれた空間を形成するように設けられる。プラズマ拡散防止板140は、第1チャンバ壁109aの面と略平行な第1面142と、第1面142から第1チャンバ壁109aに向かう第2面143とを有する。また、プラズマ拡散防止板140で囲まれる領域には、第1チャンバ壁109aの表面を覆うように防着板141が設けられる。プラズマ拡散防止板140の第1面142には、第1開口部144が設けられる。第1開口部144は、ターゲット材132と重なる位置に設けられる。The plasma diffusion prevention plate 140 is provided so as to surround the area where the sputtering target 124 is placed. The plasma diffusion prevention plate 140 is a box-shaped member, and is provided inside the deposition chamber 108 so as to form a space surrounded by the first chamber wall 109a and the plasma diffusion prevention plate 140. The plasma diffusion prevention plate 140 has a first surface 142 that is approximately parallel to the surface of the first chamber wall 109a, and a second surface 143 that faces the first chamber wall 109a from the first surface 142. In addition, in the area surrounded by the plasma diffusion prevention plate 140, an adhesion prevention plate 141 is provided so as to cover the surface of the first chamber wall 109a. A first opening 144 is provided in the first surface 142 of the plasma diffusion prevention plate 140. The first opening 144 is provided at a position that overlaps with the target material 132.

図6は、プラズマ拡散防止板140を正面から見たときの構造の模式図を示す。スパッタリングターゲット124はプラズマ拡散防止板140で囲まれる領域に設けられる。スパッタリングターゲット124を正面からみたときターゲット材132は、プラズマ拡散防止板140の第1開口部144から露出する。 Figure 6 shows a schematic diagram of the structure of the plasma diffusion prevention plate 140 when viewed from the front. The sputtering target 124 is provided in an area surrounded by the plasma diffusion prevention plate 140. When the sputtering target 124 is viewed from the front, the target material 132 is exposed from the first opening 144 of the plasma diffusion prevention plate 140.

誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126(第1アンテナ126a、第2アンテナ126b)はプラズマ拡散防止板140に覆われる位置に配置される。第1アンテナ本体148aは、第1金属管150aと第2金属管150bが第1コンデンサ152aを介して接続された構造を有し、第2アンテナ本体148bは、第3金属管150cと第4金属管150dが第2コンデンサ152bを介して接続された構造を有する。The antenna 126 (first antenna 126a, second antenna 126b) for generating inductively coupled plasma is arranged in a position covered by the plasma diffusion prevention plate 140. The first antenna body 148a has a structure in which the first metal tube 150a and the second metal tube 150b are connected via the first capacitor 152a, and the second antenna body 148b has a structure in which the third metal tube 150c and the fourth metal tube 150d are connected via the second capacitor 152b.

プラズマ拡散防止板140には、第2面143から第1面142にかけてスリット状の第2開口部154が設けられる。第2開口部154は誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126の長手方向と交差する方向に細長く伸び、複数個設けられる。第2開口部154は、スパッタガスに対するオリフィスであり、プラズマ拡散防止板140によって囲まれた空間に供給されるスパッタガスの流れを制御する機能を有する。すなわち、第2開口部154は、プラズマ拡散防止板140で囲まれた空間にスパッタガスが所定の時間だけ滞留し、成膜エリアにおいて均一なガス圧を形成するように、ガス流のコンダクタンスを制御する機能を有する。さらに、スリット状の第2開口部154は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126によってプラズマ拡散防止板140に発生する誘導電流を防止する機能を有し、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126から誘導結合プラズマへのエネルギー伝達効率を高めることができる。The plasma diffusion prevention plate 140 is provided with a slit-shaped second opening 154 extending from the second surface 143 to the first surface 142. The second opening 154 is elongated and extends in a direction intersecting with the longitudinal direction of the antenna 126 for generating inductively coupled plasma, and a plurality of second openings 154 are provided. The second opening 154 is an orifice for the sputtering gas, and has a function of controlling the flow of the sputtering gas supplied to the space surrounded by the plasma diffusion prevention plate 140. That is, the second opening 154 has a function of controlling the conductance of the gas flow so that the sputtering gas remains in the space surrounded by the plasma diffusion prevention plate 140 for a predetermined time and forms a uniform gas pressure in the film formation area. Furthermore, the slit-shaped second opening 154 has a function of preventing an induced current generated in the plasma diffusion prevention plate 140 by the antenna 126 for generating inductively coupled plasma, and can increase the efficiency of energy transfer from the antenna 126 for generating inductively coupled plasma to the inductively coupled plasma.

プラズマ拡散防止板140は、二次電子放出率が1より大きい材料で形成されることが好ましい。例えば、プラズマ拡散防止板140は、アルミニウムを主体としたマグネシウム合金、バリウム合金、又はカルシウム合金で形成されることが好ましい。さらに、これらの金属材料で形成されるプラズマ拡散防止板140は、スパッタリングターゲット124に面する内側表面が陽極酸化されていることが好ましい。プラズマ拡散防止板140の内側表面にマグネシウム合金、バリウム合金、又はカルシウム合金の陽極酸化膜を形成することで二次電子放出比率を1より大きくすることができる。これにより、陽極酸化膜の表面はプラスに耐電し、アルゴンイオン(プラスイオン)のプラズマ拡散防止板140への入射、衝突を防止することができる。すなわち、アルゴンイオン(プラスイオン)によるプラズマ拡散防止板140のスパッタリングが防止され、成膜チャンバ108で成膜される薄膜に取り込まれる不純物を低減することができる。The plasma diffusion prevention plate 140 is preferably formed of a material having a secondary electron emission rate greater than 1. For example, the plasma diffusion prevention plate 140 is preferably formed of a magnesium alloy, a barium alloy, or a calcium alloy mainly composed of aluminum. Furthermore, the plasma diffusion prevention plate 140 formed of these metal materials is preferably anodized on the inner surface facing the sputtering target 124. By forming an anodized film of a magnesium alloy, a barium alloy, or a calcium alloy on the inner surface of the plasma diffusion prevention plate 140, the secondary electron emission rate can be made greater than 1. This makes the surface of the anodized film positively resistant to electricity, and prevents argon ions (positive ions) from entering and colliding with the plasma diffusion prevention plate 140. In other words, sputtering of the plasma diffusion prevention plate 140 by argon ions (positive ions) is prevented, and impurities taken into the thin film formed in the film formation chamber 108 can be reduced.

スパッタリングによってn型酸化物半導体膜のキャリア濃度を精密に制御する場合、エレクトロンキラー効果を生じさせる不純物の混入を防ぐ必要がある。その対策として、誘導結合プラズマに晒されるプラズマ拡散防止板140の内側表面を、エレクトロンキラー効果を生じさせない絶縁膜で覆うことが好ましい。エレクトロンキラー効果の生じない絶縁膜として、例えば、酸化シリコン(SiO)、酸化マグネシウム(MgO)、アルミナ(Al)が例示される。特に、絶縁膜として、二次電子放出率の高い酸化マグネシウム(MgO)が好ましく、また酸化マグネシウム(MgO)含有させた酸化シリコン、酸化アルミニウム等でプラズマ拡散防止板140の表面を覆うことが好ましい。 When the carrier concentration of the n-type oxide semiconductor film is precisely controlled by sputtering, it is necessary to prevent the inclusion of impurities that cause the electron killer effect. As a countermeasure, it is preferable to cover the inner surface of the plasma diffusion prevention plate 140 exposed to the inductively coupled plasma with an insulating film that does not cause the electron killer effect. Examples of insulating films that do not cause the electron killer effect include silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), and alumina (Al 2 O 3 ). In particular, magnesium oxide (MgO), which has a high secondary electron emission rate, is preferable as the insulating film, and it is also preferable to cover the surface of the plasma diffusion prevention plate 140 with silicon oxide, aluminum oxide, or the like containing magnesium oxide (MgO).

プラズマ拡散防止板140は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126によって形成される誘導結合プラズマが、成膜チャンバ108の全体に広がらないようにするために設けられる。プラズマ拡散防止板140という物理的な壁を形成することで、成膜チャンバ108の中で誘導結合プラズマが不必要に広がらないようにすることができる。すなわち、成膜チャンバ108は、プラズマ拡散防止板140、防着板141で囲まれた領域に誘導結合プラズマが生成され、それ以外の領域には誘導結合プラズマが広がらない構造を有する。プラズマ拡散防止板140、防着板141は、表面に陽極酸化膜が形成されていることで、プラズマ閉じ込め作用を増進することができ、プラズマ密度を高めることができる。The plasma diffusion prevention plate 140 is provided to prevent the inductively coupled plasma formed by the inductively coupled plasma generating antenna 126 from spreading throughout the entire deposition chamber 108. By forming a physical wall called the plasma diffusion prevention plate 140, it is possible to prevent the inductively coupled plasma from spreading unnecessarily within the deposition chamber 108. In other words, the deposition chamber 108 has a structure in which the inductively coupled plasma is generated in the area surrounded by the plasma diffusion prevention plate 140 and the adhesion prevention plate 141, and the inductively coupled plasma does not spread to other areas. The plasma diffusion prevention plate 140 and the adhesion prevention plate 141 have an anodized film formed on their surfaces, which can enhance the plasma confinement effect and increase the plasma density.

従来のマグネトロンスパッタリング装置では、酸化物半導体成膜の膜密度を向上させるために、成膜時のガス圧力を0.5Pa以下に保つことを要求される。さらに成膜チャンバの内壁から離脱する不純物ガスだけでなく、成膜チャンバ内部の組材がスパッタリングされて不純物として膜中に取り込まれてしまうことに注意を払う必要がある。In conventional magnetron sputtering equipment, in order to improve the film density of oxide semiconductor films, it is required to keep the gas pressure during film formation at 0.5 Pa or less. Furthermore, it is necessary to pay attention not only to impurity gases that escape from the inner walls of the film formation chamber, but also to the fact that materials inside the film formation chamber are sputtered and incorporated into the film as impurities.

InGaSnOに代表される酸化物半導体は、導電型がn型であるために、エレクトロンキラー効果が大きい鉄(Fe)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)等の含むステンレス鋼材で成膜チャンバを作製した場合には、チャンバ壁がプラズマと接触することを完全に防止する必要がある。酸化物半導体膜を成膜するときに、基板表面に吸着している水(HO)、ハイドロカーボン等を離脱させる処理を行わない場合は、膜密度が高くならず信頼性の高い薄膜トランジスタを作製することができない。 Since oxide semiconductors typified by InGaSnO x have n-type conductivity, when a film-forming chamber is made of stainless steel material containing iron (Fe), chromium (Cr), manganese (Mn), etc., which have a large electron killer effect, it is necessary to completely prevent the chamber wall from coming into contact with plasma. If a process for removing water (H 2 O), hydrocarbons, etc. adsorbed on the substrate surface is not performed when forming an oxide semiconductor film, the film density does not increase, and a highly reliable thin film transistor cannot be manufactured.

基板表面を脱ガス処理して成膜チャンバへ搬送する迄の間でも、基板温度を150℃以上に保持していないと真空チャンバ内の水分(HO)が再吸着してしまい、再現性を向上させることができない。さらに、成膜されたままの酸化物半導体膜の膜密度を向上させるには、基板温度を200℃以上に高めて結晶化率を向上させる必要がある。スパッタリングガス(Ar+O)に微量の水素ガス(H)を添加することで、成膜チャンバの内壁から離脱する不純物ガスによる汚染を低減することができ、成膜後の熱処理も省略することができる。薄膜トランジスタでは素子完成後の熱処理温度を200℃程度まで低下させることができるので、製造コストも大幅に下げることができる。 If the substrate temperature is not kept at 150° C. or higher during the period from degassing the substrate surface to transporting it to the deposition chamber, moisture (H 2 O) in the vacuum chamber will be re-adsorbed, and reproducibility cannot be improved. Furthermore, in order to improve the film density of the oxide semiconductor film as deposited, it is necessary to increase the substrate temperature to 200° C. or higher to improve the crystallization rate. By adding a small amount of hydrogen gas (H 2 ) to the sputtering gas (Ar+O 2 ), contamination by impurity gases released from the inner walls of the deposition chamber can be reduced, and heat treatment after deposition can be omitted. In the case of thin film transistors, the heat treatment temperature after element completion can be reduced to about 200° C., so that the manufacturing cost can be significantly reduced.

このように、成膜チャンバ108は、プラズマ拡散防止板140、防着板141によって誘導結合プラズマが閉じ込められる構造を有するので、チャンバ壁109(第1チャンバ壁109a、第2チャンバ壁109b等)に吸着した不純物(水分(HO)、水素(H)、ハイドロカーボン等)が基板上に堆積される薄膜に取り込まれることを防止することができる。そして、成膜チャンバ108をステンレス鋼(SUS304)で作製した場合でも、鉄(Fe)、クロム(Cr)等による汚染の問題を防止することができる。 In this way, the film formation chamber 108 has a structure in which the inductively coupled plasma is confined by the plasma diffusion prevention plate 140 and the adhesion prevention plate 141, so that impurities (moisture ( H2O ), hydrogen ( H2 ), hydrocarbons, etc.) adsorbed on the chamber walls 109 (first chamber wall 109a, second chamber wall 109b, etc.) can be prevented from being incorporated into the thin film deposited on the substrate. Furthermore, even if the film formation chamber 108 is made of stainless steel (SUS304), problems with contamination by iron (Fe), chromium (Cr), etc. can be prevented.

なお、図7に示すように、第1開口部144にメッシュ170が設けられていてもよい。メッシュ170を設けることで、誘導結合プラズマの閉じ込め効果を高めることができる。メッシュ170は、エレクトロンキラー効果のない金属材料で形成されていることが好ましい。例えば、メッシュ170は、チタン(Ti)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)から選ばれた金属材料で形成されていることが好ましい。これにより、成膜チャンバ108内へのプラズマの広がりを確実に防止し、また、酸化物半導体膜を堆積する際において、膜中にエレクトロンキラーとなる不純物が取り込まれてしまうことを防止することができる。メッシュ170を設置することで、マイナス酸素イオンを基板200に垂直入射させやすくなり、成膜された酸化物半導体膜の結晶化を促進することができる。 As shown in FIG. 7, a mesh 170 may be provided in the first opening 144. By providing the mesh 170, the confinement effect of the inductively coupled plasma can be enhanced. The mesh 170 is preferably formed of a metal material that does not have an electron killer effect. For example, the mesh 170 is preferably formed of a metal material selected from titanium (Ti), tungsten (W), nickel (Ni), and tantalum (Ta). This reliably prevents the plasma from spreading into the deposition chamber 108, and also prevents impurities that become electron killers from being taken into the film when depositing the oxide semiconductor film. By providing the mesh 170, negative oxygen ions can be easily incident perpendicularly on the substrate 200, and crystallization of the formed oxide semiconductor film can be promoted.

メッシュ170の開口率は70%以上であることが好ましい。メッシュ170を形成するワイヤ(又はメッシュパターン)は、図7に示すように、基板の移動方向(水平方向)に対して30度から60度の範囲で傾き交差するように配置されていることで、メッシュ170のパターンが成膜された膜に転写されることを防止することができる。It is preferable that the opening ratio of the mesh 170 is 70% or more. The wires (or mesh pattern) forming the mesh 170 are arranged to intersect at an angle of 30 degrees to 60 degrees with respect to the moving direction of the substrate (horizontal direction) as shown in Figure 7, thereby preventing the pattern of the mesh 170 from being transferred to the deposited film.

プラズマ拡散防止板140は、また、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126(第1アンテナ126a、第2アンテナ126b)と基板200との間に介在するように設けられていることが好ましい。仮に、プラズマ拡散防止板140がないと、図8Aに示すように、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126(第1アンテナ126a、第2アンテナ126b)が基板200に堆積される薄膜の膜質に影響を与えることが問題となる。すなわち、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126(第1アンテナ126a、第2アンテナ126b)に近接する基板200の表面202が、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126(第1アンテナ126a、第2アンテナ126b)のセルフバイアスの影響を受けるために、堆積される薄膜の膜質が大きく異なってしまう。これに対し、図8Bに示すように、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126(第1アンテナ126a、第2アンテナ126b)と基板200との間にプラズマ拡散防止板140が介在すると、セルフバイアスの影響が遮蔽されるので、基板200に堆積される薄膜の膜質を一定に保つことができる。また、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126が連結領域(2つの導体が容量結合される領域であり、詳細は後述される。)を有する場合において、プラズマ拡散防止板140を有することでプラズマの不均一性の問題を解決することができる。It is also preferable that the plasma diffusion prevention plate 140 is provided so as to be interposed between the antenna 126 (first antenna 126a, second antenna 126b) for generating inductively coupled plasma and the substrate 200. If the plasma diffusion prevention plate 140 is not provided, as shown in FIG. 8A, the antenna 126 (first antenna 126a, second antenna 126b) for generating inductively coupled plasma affects the quality of the thin film deposited on the substrate 200. That is, the surface 202 of the substrate 200 adjacent to the antenna 126 (first antenna 126a, second antenna 126b) for generating inductively coupled plasma is affected by the self-bias of the antenna 126 (first antenna 126a, second antenna 126b) for generating inductively coupled plasma, so that the quality of the thin film deposited is significantly different. 8B, when a plasma diffusion prevention plate 140 is interposed between the antenna 126 (first antenna 126a, second antenna 126b) for generating inductively coupled plasma and the substrate 200, the effect of the self-bias is blocked, so that the quality of the thin film deposited on the substrate 200 can be kept constant. In addition, when the antenna 126 for generating inductively coupled plasma has a coupling region (a region where two conductors are capacitively coupled, the details of which will be described later), the problem of non-uniformity of the plasma can be solved by having the plasma diffusion prevention plate 140.

また、プラズマ拡散防止板140が設けられていない場合には、基板200が第1開口部144の前を一方向に移動する移動式成膜法においても、図9に示すように、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148を構成する金属管150(第1金属管150aと第2金属管150b、第3金属管150cと第4金属管150d)を繋ぐコンデンサ152(第1コンデンサ152a、第2コンデンサ152b)と重なる領域の膜質が異なることが問題となる。Furthermore, when the plasma diffusion prevention plate 140 is not provided, even in a moving deposition method in which the substrate 200 moves in one direction in front of the first opening 144, as shown in FIG. 9, there is a problem in that the film quality of the area overlapping with the capacitors 152 (first capacitor 152a, second capacitor 152b) connecting the metal tubes 150 (first metal tube 150a and second metal tube 150b, third metal tube 150c and fourth metal tube 150d) constituting the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is different.

すなわち、プラズマ拡散防止板140が設けられていない場合には、第1アンテナ126a及び第2アンテナ126bにそれぞれ設けられる第1コンデンサ152a及び第2コンデンサ152bの部分のプラズマ密度が異なり、その部分と重なるアンテナ連結領域204に堆積される薄膜の膜質に影響を与えるので、基板200全面に均一な薄膜を形成することができなくなる。これに対し、プラズマ拡散防止板140が設けられている場合には、アンテナ連結領域204に相当する領域が存在しないことになり、プラズマの不均一性の影響が無くなるので、基板200の全面に均一な膜を形成することが可能となる。That is, if the plasma diffusion prevention plate 140 is not provided, the plasma density in the first capacitor 152a and the second capacitor 152b provided on the first antenna 126a and the second antenna 126b, respectively, will be different, affecting the quality of the thin film deposited in the antenna connection region 204 that overlaps with the different portions, making it impossible to form a uniform thin film over the entire surface of the substrate 200. In contrast, if the plasma diffusion prevention plate 140 is provided, there will be no region corresponding to the antenna connection region 204, and the effect of plasma non-uniformity will be eliminated, making it possible to form a uniform film over the entire surface of the substrate 200.

成膜装置100は移動成膜方式であり、図3に示すように、基板200は搬送トレイ160に装着されてスパッタリングターゲット124の前を搬送される。基板200は、プラズマ拡散防止板140に近接する位置を搬送される。図3に示すように、ターゲット材132の表面から基板200の表面までの距離をD1とし、基板200の表面とプラズマ拡散防止板140の表面との間隔をD3とする。この場合、間隔D3は、距離D1の5分の1以下となるように、プラズマ拡散防止板140、搬送トレイ160が配置される。例えば、距離D1が55mmである場合、間隔D3は5mmの長さを有する。The film forming apparatus 100 is of a moving film forming type, and as shown in FIG. 3, the substrate 200 is attached to a transport tray 160 and transported in front of the sputtering target 124. The substrate 200 is transported to a position close to the plasma diffusion prevention plate 140. As shown in FIG. 3, the distance from the surface of the target material 132 to the surface of the substrate 200 is D1, and the distance between the surface of the substrate 200 and the surface of the plasma diffusion prevention plate 140 is D3. In this case, the plasma diffusion prevention plate 140 and the transport tray 160 are positioned so that the distance D3 is one-fifth or less of the distance D1. For example, when the distance D1 is 55 mm, the distance D3 has a length of 5 mm.

このように、基板200をプラズマ拡散防止板140に近接させて搬送することで、プラズマ拡散防止板140で囲まれた領域に供給されたスパッタガスが、第1開口部144を通して成膜チャンバ108内に流れ出るときのコンダクタンスを低下させることができる。さらにこの構成は、チャンバ壁109に吸着した不純物(水分(HO)、水素(H)、ハイドロカーボン等)が成膜領域に拡散して流入することを防止する作用を有し、成膜される薄膜の物性の再現性を向上させるという効果を発現させることができる。 In this way, by transporting the substrate 200 close to the plasma diffusion prevention plate 140, it is possible to reduce the conductance of the sputtering gas supplied to the area surrounded by the plasma diffusion prevention plate 140 when it flows out into the film formation chamber 108 through the first opening 144. Furthermore, this configuration has the effect of preventing impurities (moisture (H 2 O), hydrogen (H 2 ), hydrocarbons, etc.) adsorbed on the chamber wall 109 from diffusing and flowing into the film formation area, and can exert the effect of improving the reproducibility of the physical properties of the thin film to be formed.

図10A及び図10Bは、移動成膜方式に適用できるスパッタリングターゲット124の一例を示す。図10Aは、バッキングプレート130に、2種類のターゲット材132(第1ターゲット材132a、第2ターゲット材132b)がボンディング材131で固定された構造を示す。ボンディング材131としてはインジウム又はインジウム合金が用いられる。10A and 10B show an example of a sputtering target 124 that can be applied to the moving deposition method. Fig. 10A shows a structure in which two types of target materials 132 (first target material 132a, second target material 132b) are fixed to a backing plate 130 with a bonding material 131. Indium or an indium alloy is used as the bonding material 131.

第1ターゲット材132aと第2ターゲット材132bとは、組成又は材質が異なるものが組合わされる。例えば、ターゲット材が酸化物半導体である場合、第1ターゲット材132aとして、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、スズ(Sn)を含む三元系の酸化物半導体ターゲットが用いられ、第2ターゲット材132bとして、第1ターゲット材132aに比較してガリウム(Ga)の濃度が高い酸化物半導体ターゲットが用いられる。このように2種類のターゲット材を基板の搬送方向に並べて配置することで、組成の異なる2つの層を連続して堆積することができる。The first target material 132a and the second target material 132b are combined with materials having different compositions or materials. For example, when the target material is an oxide semiconductor, a ternary oxide semiconductor target containing indium (In), gallium (Ga), and tin (Sn) is used as the first target material 132a, and an oxide semiconductor target having a higher concentration of gallium (Ga) than the first target material 132a is used as the second target material 132b. In this way, by arranging two types of target materials side by side in the transport direction of the substrate, two layers with different compositions can be continuously deposited.

第1ターゲット材132aと第2ターゲット材132bとは、熱膨張による破損を防ぐためにバッキングプレート130上で所定の間隔をもって配置される。その間隔G1は0.5mm程度である。この場合において、その離隔部分でバッキングプレート130又はボンディング材131が露出しないように、第1ターゲット材132a及び第2ターゲット材132bは、断面視で端部がテーパ状に成型されている。具体的には、図10Aに示すように、第1ターゲット材132aは、ボンディング材131と接する底面に対し上面側の端部が突出するようにテーパ面が形成され、第2ターゲット材132bは上面側に対して底面が突出するテーパ面が形成されている。この2つのテーパ面が咬み合うように第1ターゲット材132aと第2ターゲット材132bとを配置することで、スパッタリングターゲット124を平面視したときに、バッキングプレート130やボンディング材131が露出しないようにすることができる。すなわち、一つのバッキングプレート130に2種類のターゲット材を配置した場合でも、その境界領域でバッキングプレート130やボンディング材131がスパッタリングされないようにすることができ、不純物が堆積される膜中に取り込まれないようにすることができる。The first target material 132a and the second target material 132b are arranged on the backing plate 130 at a predetermined interval to prevent damage due to thermal expansion. The interval G1 is about 0.5 mm. In this case, the first target material 132a and the second target material 132b are formed with tapered ends in a cross-sectional view so that the backing plate 130 or the bonding material 131 is not exposed at the separated portion. Specifically, as shown in FIG. 10A, the first target material 132a has a tapered surface formed so that the end on the upper surface side protrudes from the bottom surface that contacts the bonding material 131, and the second target material 132b has a tapered surface formed so that the bottom surface protrudes from the upper surface side. By arranging the first target material 132a and the second target material 132b so that these two tapered surfaces interlock, it is possible to prevent the backing plate 130 and the bonding material 131 from being exposed when the sputtering target 124 is viewed in a plane. In other words, even if two types of target materials are placed on one backing plate 130, it is possible to prevent the backing plate 130 and the bonding material 131 from being sputtered in the boundary region, and to prevent impurities from being incorporated into the deposited film.

成膜チャンバ108において基板200は一定速度でスパッタリングターゲット124の前を一方向に搬送されるので、第1ターゲット材132aに対して第2ターゲット材132bの幅を狭くすることにより、堆積される薄膜の膜厚を異ならせることができる。例えば、第1ターゲット材132aの幅に対して第2ターゲット材132bの幅を狭くすることで、第1ターゲット材132aで堆積される薄膜の膜厚を厚くし、第2ターゲット材132bで堆積される薄膜の膜厚を薄くすることができる。In the deposition chamber 108, the substrate 200 is transported in one direction in front of the sputtering target 124 at a constant speed, so that the thickness of the deposited thin film can be made different by narrowing the width of the second target material 132b relative to the width of the first target material 132a. For example, by narrowing the width of the second target material 132b relative to the width of the first target material 132a, the thickness of the thin film deposited on the first target material 132a can be made thicker and the thickness of the thin film deposited on the second target material 132b can be made thinner.

図10Bは、3種類のターゲット材132(第1ターゲット材132a、第3ターゲット材132c、第2ターゲット材132b)を配置した例を示す。この場合も図10Aに示す例と同様に、各ターゲット材が隣接し合う側端部がテーパ状に成型されている。具体的には、第1ターゲット材132aと第2ターゲット材132bに挟まれた第3ターゲット材132cは、台形状の断面形状を有している。このような断面形状を有する第3ターゲット材132cの両側から、テーパ面が逆向きの第1ターゲット材132aと第2ターゲット材132bが配置されることで、スパッタリングターゲット124は、バッキングプレート130やボンディング材131が平面視で露出しない構造を有する。 Figure 10B shows an example in which three types of target materials 132 (first target material 132a, third target material 132c, second target material 132b) are arranged. In this case, as in the example shown in Figure 10A, the side ends where the target materials are adjacent to each other are formed in a tapered shape. Specifically, the third target material 132c sandwiched between the first target material 132a and the second target material 132b has a trapezoidal cross-sectional shape. By arranging the first target material 132a and the second target material 132b, which have tapered surfaces facing in opposite directions, on both sides of the third target material 132c having such a cross-sectional shape, the sputtering target 124 has a structure in which the backing plate 130 and the bonding material 131 are not exposed in a planar view.

図11は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126(第1アンテナ126a、第2アンテナ126b)の詳細を示す。第1アンテナ126aは、第1絶縁部材146a及び第1アンテナ本体148aを含み、第2アンテナ126bは、第2絶縁部材146b及び第2アンテナ本体148bを含む。第1アンテナ本体148aは、第1金属管150aと第2金属管150bとがアンテナ連結領域204に形成される第1コンデンサ152aを介して接続された棒状アンテナであり、第2アンテナ本体148bは、第3金属管150cと第4金属管150dとがアンテナ連結領域204に形成される第2コンデンサ152bを介して接続された棒状アンテナである。第1アンテナ本体148a及び第2アンテナ本体148bは、このような構造を有することによりインピーダンスを低減することができる。それにより、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148を長くする場合でも、インピーダンスの増大を防ぐことができ、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148の両端に大きな電位差が生じるのを防ぐことができる。その結果、スパッタリングターゲット124の大型化にも対応することができる。 Figure 11 shows details of the antenna 126 (first antenna 126a, second antenna 126b) for generating inductively coupled plasma. The first antenna 126a includes a first insulating member 146a and a first antenna body 148a, and the second antenna 126b includes a second insulating member 146b and a second antenna body 148b. The first antenna body 148a is a rod-shaped antenna in which the first metal tube 150a and the second metal tube 150b are connected via a first capacitor 152a formed in the antenna connection region 204, and the second antenna body 148b is a rod-shaped antenna in which the third metal tube 150c and the fourth metal tube 150d are connected via a second capacitor 152b formed in the antenna connection region 204. The first antenna body 148a and the second antenna body 148b can reduce impedance by having such a structure. This makes it possible to prevent an increase in impedance even when the inductively coupled plasma generating antenna body 148 is lengthened, and to prevent a large potential difference from occurring across the inductively coupled plasma generating antenna body 148. As a result, it is also possible to accommodate an increase in the size of the sputtering target 124.

図12は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148のアンテナ連結領域204の断面構造を示す。アンテナ連結領域204は、第1金属管150aと第2金属管150b(又は第3金属管150cと第4金属管150d)とが絶縁材料で形成された中空管172に嵌め込まれた構造を有する。中空管172が第1金属管150a及び第2金属管150bと嵌合する部分にはOリング153が設けられ気密が保たれており、冷却水が流れても漏れ出ない構造を有している。Oリング153は、耐熱性を有するものが好ましく、例えば、フッ素ゴム系のものが用いられる。 Figure 12 shows the cross-sectional structure of the antenna connection region 204 of the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma. The antenna connection region 204 has a structure in which the first metal tube 150a and the second metal tube 150b (or the third metal tube 150c and the fourth metal tube 150d) are fitted into a hollow tube 172 made of an insulating material. An O-ring 153 is provided at the portion where the hollow tube 172 fits into the first metal tube 150a and the second metal tube 150b to maintain airtightness, and the structure is such that no leakage occurs even when cooling water flows. The O-ring 153 is preferably heat-resistant, and for example, a fluororubber-based one is used.

中空管172の内側表面にはコンデンサ152の電極として用いられる導電層174が形成されている。導電層174は、低抵抗化を図るため第1導電層174aが銅メッキで形成され、銅メッキ皮膜の腐食を防止するために第2導電層174bがニッケル(Ni)メッキ又はスズ(Sn)メッキにより形成されている。また、前述のように第1金属管150a及び第2金属管150bの内側表面にも導電層151が形成されている。A conductive layer 174 is formed on the inner surface of the hollow tube 172 and is used as an electrode of the capacitor 152. The conductive layer 174 is formed of a first conductive layer 174a formed of copper plating to reduce resistance, and a second conductive layer 174b formed of nickel (Ni) plating or tin (Sn) plating to prevent corrosion of the copper plating film. In addition, as described above, a conductive layer 151 is also formed on the inner surfaces of the first metal tube 150a and the second metal tube 150b.

導電層174は、絶縁材料で形成される中空管172を介して第1金属管150a及び第2金属管150bと対向するように配置されることで、コンデンサ152が形成される。すなわち、第1金属管150aと第2金属管150bとは、内側表面に導電層174が形成された中空管172に嵌め込まれることで容量結合され、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148を形成している。このように絶縁材料で形成された中空管172を第1金属管150a及び第2金属管150bの内周部に配置することで、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148の凹凸を減らし誘導結合プラズマの均一化を図ることができる。The conductive layer 174 is arranged to face the first metal tube 150a and the second metal tube 150b through the hollow tube 172 formed of an insulating material, thereby forming a capacitor 152. That is, the first metal tube 150a and the second metal tube 150b are capacitively coupled by being fitted into the hollow tube 172 having the conductive layer 174 formed on the inner surface, forming an antenna body 148 for generating inductively coupled plasma. By arranging the hollow tube 172 formed of an insulating material on the inner circumference of the first metal tube 150a and the second metal tube 150b in this manner, the unevenness of the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma can be reduced, and the inductively coupled plasma can be made uniform.

また、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148は、大気側に設けられるため、コンデンサ152に並列に可変コンデンサ176を設けることができる。これにより誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148のインピーダンスを精密に、また広い範囲で調整することができる。これにより、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126は、高周波電源120との間で整合をとりやすくなる。 In addition, since the inductively coupled plasma generating antenna body 148 is provided on the atmospheric side, a variable capacitor 176 can be provided in parallel with the capacitor 152. This allows the impedance of the inductively coupled plasma generating antenna body 148 to be adjusted precisely and over a wide range. This makes it easier to match the inductively coupled plasma generating antenna 126 with the high frequency power supply 120.

さらに、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148は、コンデンサ152が冷却水の流路の中に設けられるため(コンデンサ152が冷却水に接するため)、コンデンサ152の発熱を効果的に抑制することができる。このような構成により、コンデンサ152の発熱による故障及び破壊を防止することができ、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126に印加する高周波電力を大電力化することもできる。Furthermore, since the capacitor 152 of the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is provided in the flow path of the cooling water (since the capacitor 152 is in contact with the cooling water), heat generation of the capacitor 152 can be effectively suppressed. With this configuration, it is possible to prevent failure and destruction due to heat generation of the capacitor 152, and it is also possible to increase the high frequency power applied to the antenna 126 for generating inductively coupled plasma.

なお、図11に示すように、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126に13.56MHzの高周波電力を印加する場合、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148の長さが3mを超えると定在波の問題が無視できなくなる。しかし、定在波の問題は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148を図16及び図17に示すように2本以上に分割し、共振用の可変コンデンサ176を介して直列に接続することで解消することができる。 When applying 13.56 MHz high-frequency power to the inductively coupled plasma generating antenna 126 as shown in Fig. 11, if the length of the inductively coupled plasma generating antenna body 148 exceeds 3 m, the problem of standing waves cannot be ignored. However, the problem of standing waves can be solved by dividing the inductively coupled plasma generating antenna body 148 into two or more pieces as shown in Figs. 16 and 17 and connecting them in series via a variable capacitor 176 for resonance.

誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148は発振周波数が13.56MHz又は27MHzの高周波電源120と接続される。具体的には、第1アンテナ本体148aが第1高周波電源120aと接続され、第2アンテナ本体148bが第2高周波電源120bと接続される。第1高周波電源120aと第2高周波電源120bとは、出力される高周波電力の位相が同じであってもよいが、むしろ半波長(180度)ずれていることが好ましい。それにより、ターゲット材132表面のプラズマ密度を高めることができる。また、第1アンテナ本体148aは第1可変容量コンデンサ158aとも接続され、第2アンテナ本体148bは第2可変容量コンデンサ158bと接続される。可変容量コンデンサ158(第1可変容量コンデンサ158a及び第2可変容量コンデンサ158b)は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148(第1アンテナ本体148a及び第2アンテナ本体148b)のインピーダンスを調整し、高周波電源120(第1高周波電源120a、第2高周波電源120b)とインピーダンス整合をとりやすくするために設けられる。The antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is connected to a high-frequency power source 120 with an oscillation frequency of 13.56 MHz or 27 MHz. Specifically, the first antenna body 148a is connected to the first high-frequency power source 120a, and the second antenna body 148b is connected to the second high-frequency power source 120b. The first high-frequency power source 120a and the second high-frequency power source 120b may have the same phase of the output high-frequency power, but it is preferable that they are shifted by half a wavelength (180 degrees). This can increase the plasma density on the surface of the target material 132. The first antenna body 148a is also connected to the first variable capacitance capacitor 158a, and the second antenna body 148b is connected to the second variable capacitance capacitor 158b. The variable capacitor 158 (first variable capacitor 158a and second variable capacitor 158b) is provided to adjust the impedance of the antenna body 148 (first antenna body 148a and second antenna body 148b) for generating inductively coupled plasma and to facilitate impedance matching with the high frequency power supply 120 (first high frequency power supply 120a, second high frequency power supply 120b).

誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148(第1アンテナ本体148a、第2アンテナ本体148b)は、周波数が10kHzから1000kHzの交流電源122とも接続される。誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148(第1アンテナ本体148a、第2アンテナ本体148b)と交流電源122との間には高周波を遮断するためのコイル156が挿入される。高周波電力に加え、交流電圧を誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148(第1アンテナ本体148a、第2アンテナ本体148b)に印加することで、ターゲット材132表面のプラズマ密度を高めることができる。The antenna body 148 (first antenna body 148a, second antenna body 148b) for generating inductively coupled plasma is also connected to an AC power source 122 with a frequency of 10 kHz to 1000 kHz. A coil 156 for blocking high frequency is inserted between the antenna body 148 (first antenna body 148a, second antenna body 148b) for generating inductively coupled plasma and the AC power source 122. By applying an AC voltage in addition to high frequency power to the antenna body 148 (first antenna body 148a, second antenna body 148b) for generating inductively coupled plasma, the plasma density on the surface of the target material 132 can be increased.

さらに、交流電圧を高周波電力に重畳させることで、絶縁部材146に付着した堆積物(ターゲット材132からスパッタリングされた生成物)を、スパッタリング現象で除去することができる。それにより、放電特性の経時変化を抑制することができる。特に、抵抗値の低い透明導電膜を成膜する場合には、図11に示す誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126の回路構成は安定した放電を得る上で有利な効果を発揮する。なお、抵抗値の高い酸化物半導体膜を成膜する場合には、絶縁部材146に堆積物が付着しても大きな影響を受けないので交流電源122は必須なものとはならない。一方、第1アンテナ126aと第2アンテナ126bとの間隔が300mm以上に大きくなると、スパッタリングターゲット124の中央領域のプラズマ密度が低下するので、交流電源122を用いて第1アンテナ本体148aと第2アンテナ本体148bとの間に交流電圧を印加することで、プラズマ密度を均一化することができる。Furthermore, by superimposing an AC voltage on the high frequency power, the deposits (products sputtered from the target material 132) adhering to the insulating member 146 can be removed by the sputtering phenomenon. This makes it possible to suppress the change over time in the discharge characteristics. In particular, when forming a transparent conductive film with a low resistance value, the circuit configuration of the antenna 126 for generating inductively coupled plasma shown in FIG. 11 has an advantageous effect in obtaining a stable discharge. Note that, when forming an oxide semiconductor film with a high resistance value, the AC power supply 122 is not essential because the deposition of deposits on the insulating member 146 does not have a significant effect. On the other hand, when the distance between the first antenna 126a and the second antenna 126b becomes 300 mm or more, the plasma density in the central region of the sputtering target 124 decreases, so the plasma density can be made uniform by applying an AC voltage between the first antenna body 148a and the second antenna body 148b using the AC power supply 122.

スパッタリングターゲット124にはパルス電源123が接続される。パルス電源123は、スパッタリングターゲット124に-100Vから-600V程度のマイナスのパルス電圧を印加する。図13に示すように、マイナスのパルス電圧は、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148に印加する交流電圧が0Vになるタイミングで印加することで、基板に対し垂直方向にスパッタリング粒子を放出させることが可能となる。それにより緻密な膜を堆積することができる。A pulse power supply 123 is connected to the sputtering target 124. The pulse power supply 123 applies a negative pulse voltage of about -100V to -600V to the sputtering target 124. As shown in Figure 13, the negative pulse voltage is applied at a timing when the AC voltage applied to the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma becomes 0V, making it possible to emit sputtering particles in a direction perpendicular to the substrate. This allows a dense film to be deposited.

図14は、酸化物半導体膜として、InGaZnO膜をスパッタリング成膜したときの、ターゲット電圧と膜密度の関係を模式的に示す。誘導結合プラズマを利用したスパッタリング法の利点は、プラズマを発生させ維持する電源と、スパッタリング成膜を制御する電源との2つの電源を分離し、独立して制御することが可能であるという点にある。従来のDCマグネトロン方式では、スパッタリングターゲットに印加する電圧を-300V以下にするとプラズマの発生が不均一となり安定した放電を維持することができなくなる。 Figure 14 shows a schematic diagram of the relationship between target voltage and film density when an InGaZnO film is sputtered as an oxide semiconductor film. The advantage of the sputtering method using inductively coupled plasma is that it is possible to separate and independently control two power sources: one that generates and maintains the plasma, and the other that controls the sputtering film formation. With the conventional DC magnetron method, if the voltage applied to the sputtering target is reduced to -300V or less, the plasma generation becomes non-uniform and it becomes impossible to maintain a stable discharge.

これに対し誘導結合プラズマを利用する場合には、誘導結合プラズマ生成用のアンテナに印加する高周波電力を増加させてプラズマ密度を高めれば、マイナス酸素イオン及び酸素ラジカルを大量に発生させることが可能となる。誘導結合プラズマを利用する方式では、マグネットの磁場によりプラズマをスパッタリングターゲットの近傍に閉じ込める作用が無いので、基板表面にプラズマを均一に接触させることができる。これにより、金属と酸素原子との酸化反応を促進させることができる。On the other hand, when using inductively coupled plasma, if the high frequency power applied to the antenna used to generate the inductively coupled plasma is increased to increase the plasma density, it becomes possible to generate large amounts of negative oxygen ions and oxygen radicals. With a method that uses inductively coupled plasma, there is no effect of confining the plasma near the sputtering target due to the magnetic field of a magnet, so the plasma can be brought into uniform contact with the substrate surface. This promotes the oxidation reaction between the metal and oxygen atoms.

誘導結合プラズマを利用したスパッタリング法では、InGaZnO膜を成膜する場合、スパッタリングターゲットに印加する電圧を-200V程度とすることで、基板表面に堆積される膜へのダメージを最小限に抑えながら結晶化率を高めることができる。このとき、InGaZnO膜の膜密度は6.30g/cmを実現することができる。この膜密度は理論値である6.378g/cmに近い値である。 In the sputtering method using inductively coupled plasma, when forming an InGaZnO film, the voltage applied to the sputtering target is set to about -200 V, which can increase the crystallization rate while minimizing damage to the film deposited on the substrate surface. In this case, the film density of the InGaZnO film can be achieved to be 6.30 g/ cm3 . This film density is close to the theoretical value of 6.378 g/ cm3 .

従来のマグネトロン方式では、ターゲット電圧を-300V以上に高めなければ安定した放電を維持することが出来ないために、膜へのダメージを高めてしまい、膜密度を6.25g/cm以上にすることは困難である。これに対し、本実施形態の誘導結合プラズマを利用する成膜装置100は、InGaZnO膜をはじめ各種組成の酸化物半導体膜の膜密度を高めることが可能であり、薄膜トランジスタのしきい値電圧Vthのシフト量を低減することができる。別言すれば、本実施形態の誘導結合プラズマを利用する成膜装置100により、薄膜トランジスタの長期信頼性を高めることができる。 In the conventional magnetron method, unless the target voltage is increased to -300 V or more, stable discharge cannot be maintained, which increases damage to the film and makes it difficult to achieve a film density of 6.25 g/cm3 or more . In contrast, the film formation apparatus 100 using inductively coupled plasma of the present embodiment can increase the film density of oxide semiconductor films of various compositions, including InGaZnO films, and can reduce the shift amount of the threshold voltage Vth of thin film transistors. In other words, the film formation apparatus 100 using inductively coupled plasma of the present embodiment can improve the long-term reliability of thin film transistors.

図15は、前処理チャンバ104の構成を示す。前処理チャンバ104には、基板ステージ114と高周波放電電極115が設けられる。基板ステージ114は、載置された基板200を上方に浮かせる昇降機構164が付加される。基板ステージ114は、基板200と接するピン162が複数箇所に設けられ、昇降機構164によりピン162が上方に突き出ることにより、基板200を浮いた状態に持ち上げる機能を有する。 Figure 15 shows the configuration of the pre-treatment chamber 104. The pre-treatment chamber 104 is provided with a substrate stage 114 and a high-frequency discharge electrode 115. The substrate stage 114 is provided with a lifting mechanism 164 that floats the substrate 200 placed thereon. The substrate stage 114 is provided with pins 162 at multiple locations that come into contact with the substrate 200, and has the function of lifting the substrate 200 into a floating state by causing the pins 162 to protrude upwards due to the lifting mechanism 164.

基板ステージ114は接地電極として機能するように導体で形成されており、前処理チャンバ104のチャンバ壁と同じ電位となるようにされている。基板ステージ114には、図示されない基板を加熱するヒータが内蔵されていてもよい。高周波放電電極115は、基板ステージ114と対向するように配置される。高周波放電電極115と基板ステージ114とは、発振周波数が13.56MHz又は27MHzの高周波電源120と接続される。前処理チャンバ104には、また、ガス導入管166が設けられる。ガス導入管166からは、前処理ガスとして、例えば、窒素(N)ガス、酸素(O)ガス、又は亜酸化窒素(NO)ガスが導入される。また、ガス導入管166の代わりに、シャワー板で形成された高周波放電電極115を用い、そこからガスが導入されるようにされていてもよい。前処理時にプラズマを生成するときの圧力は、10Paから10Paの範囲が好ましい。 The substrate stage 114 is made of a conductor so as to function as a ground electrode, and is set to have the same potential as the chamber wall of the pretreatment chamber 104. The substrate stage 114 may have a built-in heater for heating the substrate (not shown). The high-frequency discharge electrode 115 is disposed to face the substrate stage 114. The high-frequency discharge electrode 115 and the substrate stage 114 are connected to a high-frequency power source 120 having an oscillation frequency of 13.56 MHz or 27 MHz. The pretreatment chamber 104 is also provided with a gas introduction pipe 166. For example, nitrogen (N 2 ) gas, oxygen (O 2 ) gas, or nitrous oxide (N 2 O) gas is introduced from the gas introduction pipe 166 as a pretreatment gas. Alternatively, instead of the gas introduction pipe 166, a high-frequency discharge electrode 115 formed of a shower plate may be used, and gas may be introduced from there. The pressure when generating plasma during pretreatment is preferably in the range of 10 Pa to 10 3 Pa.

前処理チャンバ104は、前処理ガスが導入され、高周波放電電極115に高周波電力が印加されると、高周波放電プラズマ168が生成される。高周波放電プラズマ168が安定状態になった後、基板200がピン162により持ち上げられ、基板ステージ114の上で浮いた状態に設置される。この状態で、高周波放電プラズマ168は、基板200の表面のみならず裏面側にも回り込むように生成される。これにより、基板200の表面(薄膜が堆積される面)のみならず、裏面及び側面に吸着した水分等の不純物や汚染物の分子を除去することができる。ピン162はプラズマに晒されるため、不純物を放出しないために絶縁性のセラミックスで形成されているものが好ましい。When the pretreatment gas is introduced into the pretreatment chamber 104 and high-frequency power is applied to the high-frequency discharge electrode 115, high-frequency discharge plasma 168 is generated. After the high-frequency discharge plasma 168 becomes stable, the substrate 200 is lifted by the pins 162 and placed in a floating state above the substrate stage 114. In this state, the high-frequency discharge plasma 168 is generated so as to wrap around not only the front surface of the substrate 200 but also the back surface. This makes it possible to remove impurities and contaminant molecules such as moisture adsorbed not only on the front surface (the surface on which the thin film is deposited) of the substrate 200 but also on the back surface and side surfaces. Since the pins 162 are exposed to the plasma, they are preferably made of insulating ceramics so as not to release impurities.

これまでも、基板200の前処理として真空中でのプラズマ処理が行われている。しかし、通常は基板200の表面側のみのプラズマ処理であり、裏面側はプラズマに晒されない状態で行われている。このような状態では、基板200の表面が清浄化されても、裏面側に吸着した水分が残留していることにより、基板200を成膜チャンバに搬送した後も裏面からの脱ガスが継続する。特に、酸化物半導体膜の成膜におけるようにスパッタ成膜時のガス圧力が低い場合には、基板200の表面片側だけの脱ガス処理では不十分となる。その結果、成膜チャンバをいくら高真空に排気しても、基板200の裏面側から吸着分子(水分(HO)、水素(H)、ハイドロカーボン等)が放出され続けるので、基板200の中央付近と周辺付近とで膜質が大きく異なってしまう。例えば、酸化物半導体膜をスパッタリング法で成膜する場合には、基板200の裏面から放出される脱ガス成分を制御できないことにより、基板200の中央付近と周辺付近とで、キャリア濃度が大きく異なってしまう。基板200のサイズが大きくなればなるほど、この問題が大きくなる。 Plasma treatment in a vacuum has been performed as a pretreatment of the substrate 200. However, the plasma treatment is usually performed only on the front side of the substrate 200, and the back side is not exposed to plasma. In this state, even if the front side of the substrate 200 is cleaned, moisture adsorbed on the back side remains, so that degassing from the back side continues even after the substrate 200 is transported to the film formation chamber. In particular, when the gas pressure during sputtering film formation is low, such as in the formation of an oxide semiconductor film, degassing only on one side of the front side of the substrate 200 is insufficient. As a result, no matter how highly the film formation chamber is evacuated, adsorbed molecules (moisture (H 2 O), hydrogen (H 2 ), hydrocarbons, etc.) continue to be released from the back side of the substrate 200, so that the film quality is significantly different between the center and periphery of the substrate 200. For example, when an oxide semiconductor film is formed by sputtering, the carrier concentration is significantly different between the center and periphery of the substrate 200 because the degassing components released from the back side of the substrate 200 cannot be controlled. The larger the size of the substrate 200, the greater this problem becomes.

基板200の脱ガス処理としては、真空中で200℃以上の温度で加熱することも考えられるが、吸着している水分を完全に除去するには数時間かかり量産には適していない。酸化物半導体膜の成膜を枚葉式で処理する際に、基板200ごとに数時間の熱処理をすることは現実的でない。 As a degassing treatment for the substrate 200, it is possible to heat the substrate 200 at a temperature of 200°C or higher in a vacuum, but this takes several hours to completely remove the adsorbed moisture, and is not suitable for mass production. When forming an oxide semiconductor film using a single-wafer process, it is not practical to perform a heat treatment for several hours for each substrate 200.

しかしながら、本実施形態で示すように、前処理チャンバ104において、基板200を浮かせてプラズマ処理を行うことで、表面のみでなく裏面もプラズマに晒されることで全面の脱ガスが可能となり、短時間で基板全面の清浄化を行うことができ、キャリア濃度の精密な制御が可能となる。However, as shown in this embodiment, by performing plasma processing with the substrate 200 floating in the pre-processing chamber 104, not only the front surface but also the back surface is exposed to the plasma, making it possible to degas the entire surface, clean the entire surface of the substrate in a short period of time, and enable precise control of the carrier concentration.

繰り返しとなるが、酸化物半導体膜を形成する成膜装置100において重要な点は、スパッタリング成膜前に基板200の全面に吸着している吸着成分(水分(HO)、水素(H)、ハイドロカーボン)を、窒素プラズマや酸素プラズマで強制的に脱ガス処理することである。それにより、基板200の全面に亘ってキャリア濃度が一定な均質な酸化物半導体膜を作製することが可能となる。 To reiterate, an important point in the film formation apparatus 100 for forming an oxide semiconductor film is that adsorbed components (moisture (H 2 O), hydrogen (H 2 ), and hydrocarbons) adsorbed on the entire surface of the substrate 200 are forcibly degassed with nitrogen plasma or oxygen plasma before sputtering film formation. This makes it possible to form a homogeneous oxide semiconductor film with a constant carrier concentration over the entire surface of the substrate 200.

以上において説明される成膜装置100の成膜チャンバ108は、脱ガスの少ない金属材料で形成されていることが好ましい。例えば、薄膜トランジスタを形成するための酸化物半導体膜を成膜する場合には、信頼性を向上させるために膜密度を高める必要がある。膜密度を高めるためには、スパッタリング成膜時のスパッタ圧を約0.1Paから1.5Pa程度で行う必要がある。このような圧力範囲では、誘導結合プラズマが成膜チャンバ108の全体に広がるため、内壁がプラズマに晒されることになる。プラズマ中のプラスイオンが成膜チャンバの内壁に衝突すると、吸着していた水分(HO)、水素(H)、ハイドロカーボン等の分子が大量に離脱することとなる。これらの不純物は、酸化物半導体膜で形成されるトランジスタの特性に影響を与える原因となる。 The deposition chamber 108 of the deposition apparatus 100 described above is preferably made of a metal material that is less prone to outgassing. For example, when forming an oxide semiconductor film for forming a thin film transistor, it is necessary to increase the film density in order to improve reliability. In order to increase the film density, it is necessary to perform sputtering deposition at a sputtering pressure of about 0.1 Pa to 1.5 Pa. In this pressure range, the inductively coupled plasma spreads throughout the deposition chamber 108, so that the inner wall is exposed to the plasma. When positive ions in the plasma collide with the inner wall of the deposition chamber, a large amount of molecules such as moisture (H 2 O), hydrogen (H 2 ), and hydrocarbons that have been adsorbed are released. These impurities cause an influence on the characteristics of a transistor formed of an oxide semiconductor film.

本実施形態において示す成膜装置100の成膜チャンバ108は、強度を考慮してステンレス鋼が使用される。しかし、ステンレス鋼の成分である鉄(Fe)、モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)等の元素は、n型の酸化物半導体に対してエレクトロンキラー不純物となるので、好ましくない。つまり、成膜チャンバ108の中でステンレス鋼が剥き出しで存在すると、酸化物半導体膜を用いたトランジスタの特性に悪影響が及んでしまう。従来のスパッタリング装置では、成膜チャンバにおいてステンレス鋼が剥き出しのまま使用されていたので、酸化物半導体膜を用いたトランジスタの製造歩留まりを低下させ、プロセスの再現性を低下させる要因となっている。In the deposition chamber 108 of the deposition apparatus 100 shown in this embodiment, stainless steel is used in consideration of strength. However, elements such as iron (Fe), molybdenum (Mo), and manganese (Mn), which are components of stainless steel, are undesirable because they act as electron killer impurities for n-type oxide semiconductors. In other words, if the stainless steel is exposed in the deposition chamber 108, it will adversely affect the characteristics of a transistor using an oxide semiconductor film. In conventional sputtering apparatuses, the stainless steel is used in the deposition chamber in an exposed state, which reduces the manufacturing yield of transistors using oxide semiconductor films and reduces the reproducibility of the process.

このような問題を解決するために、本実施形態に係る成膜装置100は、成膜チャンバ108の中に、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)等の金属で形成されるプラズマ拡散防止板140を設け、プラズマを閉じ込める構成が採用されている。さらに、プラズマ中の電子密度を高め放電の安定性を高めるために、プラズマ拡散防止板140の表面に、二次電子放出率の高い酸化マグネシウム(MgO)や酸化バリウム(BaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化カルシウム(CaO)等のアルカリ土類金属の酸化物の膜、又はこれらを含有した酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化イットリウム等の絶縁膜を設ける構造が採用されている。In order to solve such problems, the film forming apparatus 100 according to this embodiment is configured to confine the plasma by providing a plasma diffusion prevention plate 140 made of metals such as magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), tungsten (W), and nickel (Ni) in the film forming chamber 108. Furthermore, in order to increase the electron density in the plasma and improve the stability of the discharge, a structure is adopted in which a film of an oxide of an alkaline earth metal such as magnesium oxide (MgO), barium oxide (BaO), strontium oxide (SrO), or calcium oxide (CaO), which has a high secondary electron emission rate, or an insulating film containing these, such as silicon oxide, aluminum oxide, or yttrium oxide, is provided on the surface of the plasma diffusion prevention plate 140.

図1及び図2に示すように、成膜装置100は第1成膜チャンバ108a及び第2成膜チャンバ108bが設けられている。このような第1成膜チャンバ108a及び第2成膜チャンバ108bの構成により膜質の異なる2種類の酸化物半導体膜を積層させることが可能となる。例えば、第1成膜チャンバ108aで第1酸化物半導体膜を堆積し、第2成膜チャンバ108bで第2酸化物半導体膜を堆積することができる。1 and 2, the film formation apparatus 100 is provided with a first film formation chamber 108a and a second film formation chamber 108b. Such a configuration of the first film formation chamber 108a and the second film formation chamber 108b makes it possible to stack two types of oxide semiconductor films with different film properties. For example, a first oxide semiconductor film can be deposited in the first film formation chamber 108a, and a second oxide semiconductor film can be deposited in the second film formation chamber 108b.

例えば、第1成膜チャンバ108aでは、酸化物半導体のターゲットを用い、スパッタガスとしてアルゴン(Ar)のみ又はアルゴン(Ar)と酸素(O)を用いて成膜を行い、第2成膜チャンバ108bではアルゴン(Ar)と酸素(O)を用い(このとき、酸素分圧を第1成膜チャンバ108aにおける条件よりも高くする)、成膜を行うことができる。酸化物半導体膜のスパッタリング成膜において、酸素分圧を高めることで酸素のマイナスイオンの密度を高めることができ、薄膜の堆積表面に対する酸素のマイナスイオンの照射密度を高めることができる。それにより、第1成膜チャンバ108aで堆積される酸化物半導体膜に対し、第2成膜チャンバ108bで堆積される酸化物半導体膜はキャリア密度を低減させることができ、また結晶性を高めることが可能となる。 For example, in the first deposition chamber 108a, an oxide semiconductor target is used, and a film is formed using only argon (Ar) or argon (Ar) and oxygen (O 2 ) as a sputtering gas, and in the second deposition chamber 108b, argon (Ar) and oxygen (O 2 ) are used (at this time, the oxygen partial pressure is set higher than that in the first deposition chamber 108a). In the sputtering deposition of an oxide semiconductor film, the density of negative oxygen ions can be increased by increasing the oxygen partial pressure, and the irradiation density of negative oxygen ions on the deposition surface of the thin film can be increased. As a result, the carrier density of the oxide semiconductor film deposited in the second deposition chamber 108b can be reduced and the crystallinity can be increased compared to the oxide semiconductor film deposited in the first deposition chamber 108a.

さらに、スパッタリングターゲット124にマイナスのパルス電圧を印加することで、放電中に生じた酸素のマイナスイオンがパルス電圧印加中に酸化物半導体膜の堆積表面に到達し、膜の緻密化を促進し、結晶化しやすくすることができる。本実施形態では、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ126により、大量の酸素ラジカルを生成することができ、誘導結合プラズマが基板200の表面に接触又は近接することで金属元素が酸素と反応しやすくなるため、未反応の酸素(O)分子が膜中に取り込まれる確率を低減することができる。 Furthermore, by applying a negative pulse voltage to the sputtering target 124, negative oxygen ions generated during discharge can reach the deposition surface of the oxide semiconductor film during application of the pulse voltage, promoting densification of the film and facilitating crystallization. In this embodiment, a large amount of oxygen radicals can be generated by the antenna 126 for generating inductively coupled plasma, and the inductively coupled plasma can contact or approach the surface of the substrate 200, making it easier for metal elements to react with oxygen, thereby reducing the probability that unreacted oxygen (O 2 ) molecules are taken into the film.

このように、本実施形態に係る成膜装置100は、移動成膜方式を採用すると共に、第1成膜チャンバ108a及び第2成膜チャンバ108bを複数個直列に接続した構成を有することで、酸化物半導体膜を堆積する際に、精密にキャリア濃度を制御することができる。なお、本実施形態では、成膜装置100で酸化物半導体膜を作製する例を中心に述べているが、これに限定されず、成膜装置100は透明導電膜、他の半導体膜、金属膜の作製にも適用することができる。In this way, the film formation apparatus 100 according to this embodiment employs a moving film formation method and has a configuration in which multiple first film formation chambers 108a and multiple second film formation chambers 108b are connected in series, thereby enabling precise control of carrier concentration when depositing an oxide semiconductor film. Note that, although this embodiment focuses on an example in which an oxide semiconductor film is produced using the film formation apparatus 100, this is not limiting, and the film formation apparatus 100 can also be applied to the production of transparent conductive films, other semiconductor films, and metal films.

なお、本実施形態では、図16Aの正面図及び図16Bの断面図(図16Aに示すA1-A2間に対応する断面構造)に示すように、第1アンテナ126a、第2アンテナ126bが、スパッタリングターゲット124の長手方向と同じ方向に、略同じ長さに伸びる棒状アンテナである例を示す。この例では、U字溝形状を有する第1絶縁部材146a、第2絶縁部材146bが第1チャンバ壁109aとプラズマ拡散防止板140とで囲まれた領域の内側に突出するように設けられ、第1アンテナ本体148a、第2アンテナ本体148bは、U字溝形状を有する第1絶縁部材146a、第2絶縁部材146bに囲まれるように設けられる。In this embodiment, as shown in the front view of Figure 16A and the cross-sectional view of Figure 16B (cross-sectional structure corresponding to A1-A2 shown in Figure 16A), the first antenna 126a and the second antenna 126b are rod-shaped antennas that extend to approximately the same length in the same direction as the longitudinal direction of the sputtering target 124. In this example, the first insulating member 146a and the second insulating member 146b having a U-shaped groove are provided so as to protrude inside the area surrounded by the first chamber wall 109a and the plasma diffusion prevention plate 140, and the first antenna body 148a and the second antenna body 148b are provided so as to be surrounded by the first insulating member 146a and the second insulating member 146b having a U-shaped groove.

しかしながら、第1アンテナ126a、第2アンテナ126bは、図16A及び図16Bに示す形態に限定されず、U字型の第1アンテナ126a、第2アンテナ126bがそれぞれ複数に分割されて配置されていてもよい。例えば、図17Aの正面図及び図17Bの断面図(図17Aに示すB1-B2間に対応する断面構造)に示すように、複数の第1アンテナ本体148a_1~148a_3、複数の第2アンテナ本体148b_1~148b_3が、スパッタリングターゲット124の長手方向に沿って分割されていてもよい。このような第1アンテナ126a、第2アンテナ126bの配置によっても、同様にプラズマ密度を高めることができ、緻密な膜を堆積することができる。なお、図17A及び図17Bは、スパッタリングターゲット124の長手方向に誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148が3つに分割されて配置される態様を示すが、誘導結合プラズマ生成用の第1アンテナ126a、第2アンテナ126bにおいて誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148が分割される数に限定はなく、誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体148が3以上に分割された誘導結合プラズマ生成用のアンテナが配置されていてもよい。However, the first antenna 126a and the second antenna 126b are not limited to the form shown in Figures 16A and 16B, and the U-shaped first antenna 126a and the second antenna 126b may each be divided into multiple parts and arranged. For example, as shown in the front view of Figure 17A and the cross-sectional view of Figure 17B (cross-sectional structure corresponding to B1-B2 shown in Figure 17A), multiple first antenna bodies 148a_1 to 148a_3 and multiple second antenna bodies 148b_1 to 148b_3 may be divided along the longitudinal direction of the sputtering target 124. With such an arrangement of the first antenna 126a and the second antenna 126b, the plasma density can be increased in the same way, and a dense film can be deposited. Note that, although Figures 17A and 17B show an embodiment in which the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is divided into three and arranged in the longitudinal direction of the sputtering target 124, there is no limitation on the number by which the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is divided in the first antenna 126a and the second antenna 126b for generating inductively coupled plasma, and an antenna for generating inductively coupled plasma in which the antenna body 148 for generating inductively coupled plasma is divided into three or more may be arranged.

本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせることが可能である。The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the spirit and scope of the invention. In addition, the embodiments can be combined as appropriate.

図18Aは、成膜装置100を用いて作製される素子の一例を示す。素子の一例はトランジスタであり、図18Aはトランジスタ230の断面構造を示す。トランジスタ230は、成膜装置100によって基板200上に形成された酸化物半導体層216を含む。 Figure 18A shows an example of an element manufactured using the film formation apparatus 100. One example of the element is a transistor, and Figure 18A shows a cross-sectional structure of a transistor 230. The transistor 230 includes an oxide semiconductor layer 216 formed on a substrate 200 by the film formation apparatus 100.

トランジスタ230は、詳細には、基板200の表面に形成された第1絶縁層210上に形成される。第1絶縁層210上には、ソース電極を形成する第1導電層212a及びドレイン電極を形成する第1導電層212bが対をなして設けられる。第1導電層212a、212bは、例えば、酸化インジウム・スズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)等の透明導電膜で形成される。第1導電層212a、212b上には、低抵抗化のためにアルミニウム(Al)等の金属材料で形成される第2導電層214a、214bが設けられていてもよい。Specifically, the transistor 230 is formed on a first insulating layer 210 formed on the surface of the substrate 200. A first conductive layer 212a forming a source electrode and a first conductive layer 212b forming a drain electrode are provided in pairs on the first insulating layer 210. The first conductive layers 212a and 212b are formed of a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO). Second conductive layers 214a and 214b formed of a metal material such as aluminum (Al) may be provided on the first conductive layers 212a and 212b to reduce resistance.

酸化物半導体層216は、第1導電層212a、212b(及び第2導電層214a、214b)を覆うように形成される。酸化物半導体層216の上にはゲート絶縁層として機能する第2絶縁層218が設けられ、その上に酸化物半導体層216と重なるようにゲート電極220が設けられる。The oxide semiconductor layer 216 is formed to cover the first conductive layers 212a, 212b (and the second conductive layers 214a, 214b). A second insulating layer 218 functioning as a gate insulating layer is provided on the oxide semiconductor layer 216, and a gate electrode 220 is provided on the second insulating layer 218 so as to overlap the oxide semiconductor layer 216.

酸化物半導体層216は、組成、結晶性の異なる複数の層で形成されていてもよい。例えば、図18Bに示すように第1酸化物半導体層216aと第2酸化物半導体層216bが積層された構造を有していてもよい。第1酸化物半導体層216aは、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、スズ(Sn)を含む三元系酸化物半導体であり、第2酸化物半導体層216bは、第1酸化物半導体層216aに対してガリウム(Ga)の割合が高く、また結晶性も高いことが好ましい。第2酸化物半導体層216bは、第1酸化物半導体層216aよりも薄く形成される。第2酸化物半導体層216bは、ガリウム(Ga)の濃度が高いことから、第1酸化物半導体層216aと比較してバンドギャップが広くキャリア濃度が低いという物性を有する。例えば、第1酸化物半導体層216aが40nmから60nmの膜厚で形成されるのに対し、第2酸化物半導体層216bは4nmから6nmと約10分の1の膜厚で形成される。The oxide semiconductor layer 216 may be formed of multiple layers with different compositions and crystallinity. For example, as shown in FIG. 18B, the first oxide semiconductor layer 216a and the second oxide semiconductor layer 216b may be stacked. The first oxide semiconductor layer 216a is a ternary oxide semiconductor containing indium (In), gallium (Ga), and tin (Sn), and the second oxide semiconductor layer 216b preferably has a higher proportion of gallium (Ga) than the first oxide semiconductor layer 216a and also has high crystallinity. The second oxide semiconductor layer 216b is formed thinner than the first oxide semiconductor layer 216a. The second oxide semiconductor layer 216b has a higher concentration of gallium (Ga), and therefore has physical properties such as a wider band gap and a lower carrier concentration than the first oxide semiconductor layer 216a. For example, the first oxide semiconductor layer 216a is formed to a thickness of 40 nm to 60 nm, whereas the second oxide semiconductor layer 216b is formed to a thickness of 4 nm to 6 nm, which is approximately one tenth of the thickness.

トランジスタ230は、第1酸化物半導体層216aと第2絶縁層218(ゲート絶縁層)との間に、このような第2酸化物半導体層216bが設けられることで、キャリアが流れるチャネル領域が第1酸化物半導体層216aに形成される、所謂埋め込みチャネルが形成される。すなわち、トランジスタ230は、第2絶縁層218(ゲート絶縁層)と酸化物半導体層216との界面に形成される欠陥の影響を受けないでチャネル領域にキャリアを流すことができる。トランジスタ230は、このような構造を有することにより、特性の安定化を図り、特性ばらつきを低減することができる。In the transistor 230, the second oxide semiconductor layer 216b is provided between the first oxide semiconductor layer 216a and the second insulating layer 218 (gate insulating layer), so that a so-called buried channel is formed in the first oxide semiconductor layer 216a, in which a channel region through which carriers flow is formed. That is, the transistor 230 can flow carriers into the channel region without being affected by defects formed at the interface between the second insulating layer 218 (gate insulating layer) and the oxide semiconductor layer 216. By having such a structure, the transistor 230 can stabilize the characteristics and reduce the characteristic variation.

また、図18Cに示すように、酸化物半導体層216は、第1酸化物半導体層216aと第2酸化物半導体層216bとの間に第3酸化物半導体層216cが設けられていてもよい。第3酸化物半導体層216cは、同じ三元系の酸化物半導体でありながら、インジウム(In)の濃度が第1酸化物半導体層216a及び第2酸化物半導体層216bよりも高められている。このような第3酸化物半導体層216cが設けられることで、トランジスタ230は電界効果移動度を高めることができる。18C, the oxide semiconductor layer 216 may include a third oxide semiconductor layer 216c between the first oxide semiconductor layer 216a and the second oxide semiconductor layer 216b. The third oxide semiconductor layer 216c is the same ternary oxide semiconductor, but has a higher concentration of indium (In) than the first oxide semiconductor layer 216a and the second oxide semiconductor layer 216b. By providing such a third oxide semiconductor layer 216c, the field effect mobility of the transistor 230 can be increased.

本実施形態に係る成膜装置100によれば、図18Bに示す酸化物半導体層216の構造は、図10Aに示すスパッタリングターゲット124を用いることで作製することができ、図18Cに示す酸化物半導体層216の構造は、図10Bに示すスパッタリングターゲット124を用いて作製することができる。すなわち、組成、結晶性の異なる酸化物半導体を真空中で連続して成膜することができる。According to the film formation apparatus 100 of this embodiment, the structure of the oxide semiconductor layer 216 shown in Fig. 18B can be produced by using the sputtering target 124 shown in Fig. 10A, and the structure of the oxide semiconductor layer 216 shown in Fig. 18C can be produced by using the sputtering target 124 shown in Fig. 10B. In other words, oxide semiconductors with different compositions and crystallinity can be continuously formed in a vacuum.

図10A及び図10Bに示すような複合分割ターゲットは、従来のマグネトロン方式のスパッタリング装置では分割部分で異常放電が発生しやすく使用できない。一方、マグネットを用いない方式ではスパッタリングターゲットの表面全域にプラスに帯電したアルゴンイオンがほぼ均一に入射するため異常放電が発生しにくい。また、スパッタリングターゲットの表面全域が均一にスパッタリングされるため、スパッタリングターゲットの表面の発熱も均一に生じる。そのため、スパッタリングターゲットの熱応力によるクラックも発生しにくい。 Composite split targets such as those shown in Figures 10A and 10B cannot be used in conventional magnetron-type sputtering devices because abnormal discharges are likely to occur in the split parts. On the other hand, in systems that do not use magnets, positively charged argon ions are incident almost uniformly on the entire surface of the sputtering target, making abnormal discharges less likely to occur. In addition, because the entire surface of the sputtering target is sputtered uniformly, heat is also generated uniformly on the surface of the sputtering target. As a result, cracks due to thermal stress in the sputtering target are less likely to occur.

高い電子移動度を有する酸化物半導体膜を作製することができるInGaSnOターゲットは、従来のマグネトロン方式スパッタリング装置では、スパッタリングターゲットにヘアラインクラックと呼ばれる微細なクラックが発生しやすく、量産工場では使用することができなかった。これに対し、本実施形態に係る成膜装置100は、マグネットを使用しないためプラズマが局部的に集中することがなく、局所的な発熱も生じない。このため熱応力によるヘアラインクラックも発生しにくくなっている。 InGaSnO x targets capable of producing oxide semiconductor films with high electron mobility are prone to fine cracks called hairline cracks in sputtering targets in conventional magnetron sputtering devices, and therefore cannot be used in mass production factories. In contrast, the film forming apparatus 100 according to the present embodiment does not use magnets, so plasma does not concentrate locally and local heat generation does not occur. Therefore, hairline cracks due to thermal stress are less likely to occur.

本実施形態に係る成膜装置100のように、プラズマ拡散防止板140で、誘導結合プラズマ(ICP)が成膜チャンバ108の内部領域全域にプラズマが拡散するのを防止することで、基板を移動させながらスパッタリング成膜を行う移動成膜方式でも堆積速度を低下させることなく成膜することが可能となる。As in the film formation apparatus 100 of this embodiment, the plasma diffusion prevention plate 140 prevents the inductively coupled plasma (ICP) from diffusing throughout the entire internal area of the film formation chamber 108, making it possible to form a film without reducing the deposition rate even in a moving film formation method in which sputtering film formation is performed while moving the substrate.

さらに、スパッタリングターゲット124にマイナスのパルス電圧を印加することで、ターゲット材132が高抵抗材料であっても安定したスパッタリング成膜を行うことができる。さらに、マイナス酸素イオンを基板200に対して垂直に入射させることができるので、成膜ガス圧力が1.5Pa付近でも膜密度の低下を防止することができる。例えば、第11世代のガラス基板(3000mm×3320mm)でも、膜密度を高めて高移動度で高信頼性を有する酸化物半導体膜の堆積を行うことができる。Furthermore, by applying a negative pulse voltage to the sputtering target 124, stable sputtering deposition can be performed even if the target material 132 is a high resistance material. Furthermore, negative oxygen ions can be made to be incident perpendicularly to the substrate 200, so that a decrease in film density can be prevented even when the deposition gas pressure is around 1.5 Pa. For example, even on an 11th generation glass substrate (3000 mm x 3320 mm), it is possible to increase the film density and deposit an oxide semiconductor film with high mobility and high reliability.

なお、図18Aに示すトランジスタ230の構造は一例であり、本実施形態に係る成膜装置100はトップゲート型、ボトムゲート型に拘わらず、様々な構造の酸化物半導体トランジスタの作製に用いることができる。Note that the structure of the transistor 230 shown in Figure 18A is just one example, and the film forming apparatus 100 of this embodiment can be used to manufacture oxide semiconductor transistors of various structures, regardless of whether they are top-gate type or bottom-gate type.

[第2実施形態]
本実施形態は、誘導結合プラズマを利用したスパッタリングと真空蒸着(及び/又は、電子ビーム蒸着)を連続して行うことのできる成膜装置の一例を示す。本実施形態で示す成膜装置は、例えば、有機エレクトロルミネセンス素子(又は有機エレクトロルミネセンス表示装置)の作製に適用することができる。以下においては、第1実施形態に示す成膜装置100と相違する部分を中心に説明する。
[Second embodiment]
This embodiment shows an example of a film formation apparatus capable of successively performing sputtering using inductively coupled plasma and vacuum deposition (and/or electron beam deposition). The film formation apparatus shown in this embodiment can be applied to, for example, the manufacture of an organic electroluminescence element (or an organic electroluminescence display device). The following description will focus on the differences from the film formation apparatus 100 shown in the first embodiment.

図19は、本実施形態に係る成膜装置101の全体的な構成を示す。成膜装置101は、成膜前及び成膜後の基板が収納されるロード・アンロードチャンバ102、基板の前処理を行う前処理チャンバ104、搬送ロボット116が設けられた第1搬送チャンバ106a、プラテン機構118が設けられた第2搬送チャンバ106b、スパッタリング成膜を行う第1成膜チャンバ108a、プラテン機構118が設けられた第3搬送チャンバ106c、搬送ロボット116が設けられた第4搬送チャンバ106d、蒸発源111が設けられた第3成膜チャンバ108c、第4成膜チャンバ108d及び第5成膜チャンバ108eを含む。これらのチャンバはゲートバルブによって連結され、図示されない真空排気手段が設けられている。 Figure 19 shows the overall configuration of the film formation apparatus 101 according to this embodiment. The film formation apparatus 101 includes a load/unload chamber 102 in which substrates before and after film formation are stored, a pretreatment chamber 104 in which pretreatment of the substrate is performed, a first transfer chamber 106a in which a transfer robot 116 is provided, a second transfer chamber 106b in which a platen mechanism 118 is provided, a first film formation chamber 108a in which sputtering film formation is performed, a third transfer chamber 106c in which a platen mechanism 118 is provided, a fourth transfer chamber 106d in which a transfer robot 116 is provided, a third film formation chamber 108c in which an evaporation source 111 is provided, a fourth film formation chamber 108d, and a fifth film formation chamber 108e. These chambers are connected by gate valves and are provided with vacuum exhaust means (not shown).

前処理チャンバ104、第1搬送チャンバ106a、第2搬送チャンバ106b、第3搬送チャンバ106c、及び第4搬送チャンバ106dのそれぞれの構成は第1実施形態と同様である。第1成膜チャンバ108aでは、誘導結合プラズマによりスパッタリング成膜が行われるチャンバであり、後述される電子注入層の成膜が行われる。第3成膜チャンバ108c及び第4成膜チャンバ108dは蒸発源111が設けられ真空蒸着が行われるチャンバであり、後述される発光層、正孔輸送層等の有機膜の成膜が行われるチャンバである。また、第5成膜チャンバ106eは蒸発源111が設けられ、真空蒸着法(及び/又は、電子ビーム蒸着法)により後述される陽極の成膜が行われるチャンバである。The configurations of the pretreatment chamber 104, the first transfer chamber 106a, the second transfer chamber 106b, the third transfer chamber 106c, and the fourth transfer chamber 106d are the same as those in the first embodiment. The first film formation chamber 108a is a chamber in which sputtering film formation is performed by inductively coupled plasma, and the electron injection layer described below is formed. The third film formation chamber 108c and the fourth film formation chamber 108d are chambers in which an evaporation source 111 is provided and vacuum deposition is performed, and organic films such as a light-emitting layer and a hole transport layer described below are formed. The fifth film formation chamber 106e is a chamber in which an evaporation source 111 is provided and anode film formation is performed by vacuum deposition (and/or electron beam deposition) to be described later.

図19に示す成膜装置101は、誘導結合プラズマによるスパッタリング成膜が行われるチャンバと真空蒸着法(及び/又は、電子ビーム蒸着法)で成膜が行われるチャンバとが搬送チャンバを介して連結されていることで無機膜と有機膜を真空中で連続して堆積することができる。また、誘導結合プラズマによるスパッタリング成膜が行われる第1成膜チャンバ108aを挟んで、プラテン機構118が設けられた第2搬送チャンバ106b及び第3搬送チャンバ106cが設けられていることで、スパッタリング成膜は基板200を垂直又は垂直から20度程度傾けた状態で成膜を行い、真空蒸着法(及び/又は、電子ビーム蒸着法)による成膜では基板200を略水平に保持した状態で成膜を行うことができる。19, the chamber where sputtering deposition by inductively coupled plasma is performed and the chamber where deposition by vacuum deposition (and/or electron beam deposition) is performed are connected via a transfer chamber, so that inorganic and organic films can be deposited continuously in a vacuum. In addition, the second transfer chamber 106b and the third transfer chamber 106c, which are provided with a platen mechanism 118, are provided on either side of the first deposition chamber 108a where sputtering deposition by inductively coupled plasma is performed, so that deposition by sputtering is performed with the substrate 200 vertical or tilted about 20 degrees from the vertical, and deposition by vacuum deposition (and/or electron beam deposition) can be performed with the substrate 200 held approximately horizontally.

なお、真空蒸着法(及び/又は、電子ビーム蒸着法)で成膜を行うチャンバの数は任意であり、蒸着膜の積層数、膜種に応じて適宜連結することができる。The number of chambers for forming films using the vacuum deposition method (and/or electron beam deposition method) is arbitrary, and can be connected appropriately depending on the number of layers and type of film to be deposited.

図20は、成膜装置101の構成を示す図であり、ロード・アンロードチャンバ102を除く前処理チャンバ104、第1搬送チャンバ106a、第2搬送チャンバ106b、第1成膜チャンバ108a、第3搬送チャンバ106c、第4搬送チャンバ106d、第3成膜チャンバ108cに設けられ又は接続される主要な構成要素を示す。第3成膜チャンバ108cを除く、他のチャンバの構成は第1実施形態と同様である。 Figure 20 is a diagram showing the configuration of the film formation apparatus 101, and shows the main components provided in or connected to the pretreatment chamber 104, the first transfer chamber 106a, the second transfer chamber 106b, the first film formation chamber 108a, the third transfer chamber 106c, the fourth transfer chamber 106d, and the third film formation chamber 108c, excluding the load/unload chamber 102. The configurations of the other chambers, excluding the third film formation chamber 108c, are the same as in the first embodiment.

真空蒸着法(及び/又は、電子ビーム蒸着法)で成膜が行われる第3成膜チャンバ108cは、真空排気系110としてターボ分子ポンプ、ドライポンプに加えクライオポンプが追加される。このような真空排気系110により高真空排気を実現し、チャンバ内に残留する水分を効果的に除去することができる。真空蒸着による成膜は、線状の蒸発源111の前を基板が移動する移動成膜方式が採用されてもよいし、蒸発源111が基板の面内を走査するように移動するスキャン成膜方式が採用されてもよい。The third deposition chamber 108c, where deposition is performed by vacuum evaporation (and/or electron beam evaporation), is equipped with a cryopump in addition to a turbomolecular pump and a dry pump as a vacuum exhaust system 110. Such a vacuum exhaust system 110 realizes high vacuum exhaust and effectively removes moisture remaining in the chamber. Deposition by vacuum evaporation may employ a moving deposition method in which the substrate moves in front of a linear evaporation source 111, or a scanning deposition method in which the evaporation source 111 moves to scan the surface of the substrate.

成膜装置101は、スパッタリング法による成膜及び真空蒸着法(及び/又は、電子ビーム蒸着法)による成膜において、移動成膜方式が採用されるため、様々なサイズの基板に対応することができる。例えば、成膜装置101は、第11世代のガラス基板(3000mm×3320mm)の成膜に用いることができる。The deposition apparatus 101 employs a moving deposition method for deposition by sputtering and deposition by vacuum deposition (and/or electron beam deposition), and is therefore capable of handling substrates of various sizes. For example, the deposition apparatus 101 can be used for deposition on 11th generation glass substrates (3000 mm x 3320 mm).

図21は、成膜装置101を用いて作製される素子の一例を示す。図21に例示される素子は、有機エレクトロルミネセンス素子300の断面構造を示す。有機エレクトロルミネセンス素子300は、基板200上に、キャリア注入量制御電極302、第1絶縁層304、第1電極(陰極)306、電子輸送層308、開口部311が形成された第2絶縁層310、電子注入層312、発光層314、正孔輸送層316、正孔注入層318、第2電極(陽極)320が積層された構造を有する。有機エレクトロルミネセンス素子300は、開口部311が設けられた領域において、キャリア注入量制御電極302、第1絶縁層304、電子輸送層308、電子注入層312、発光層314、正孔輸送層316、正孔注入層318、第2電極(陽極)320が重なる領域を有する。 Figure 21 shows an example of an element produced using the film forming apparatus 101. The element illustrated in Figure 21 shows a cross-sectional structure of an organic electroluminescence element 300. The organic electroluminescence element 300 has a structure in which a carrier injection amount control electrode 302, a first insulating layer 304, a first electrode (cathode) 306, an electron transport layer 308, a second insulating layer 310 with an opening 311 formed therein, an electron injection layer 312, a light-emitting layer 314, a hole transport layer 316, a hole injection layer 318, and a second electrode (anode) 320 are laminated on a substrate 200. The organic electroluminescence element 300 has a region where the opening 311 is provided, where the carrier injection amount control electrode 302, the first insulating layer 304, the electron transport layer 308, the electron injection layer 312, the light emitting layer 314, the hole transport layer 316, the hole injection layer 318, and the second electrode (anode) 320 overlap.

キャリア注入量制御電極302は、電子輸送層308から絶縁されており、プラスのバイアス電圧が印加されることにより、電子輸送層308から電子注入層312を介して発光層314に注入されるキャリア(電子)の量及び発光層314における発光位置を制御する機能を有する。有機エレクトロルミネセンス素子300は、ボトムミッション型であるため、キャリア注入量制御電極302は透明導電膜で形成される。The carrier injection amount control electrode 302 is insulated from the electron transport layer 308, and when a positive bias voltage is applied, it has the function of controlling the amount of carriers (electrons) injected from the electron transport layer 308 through the electron injection layer 312 into the light-emitting layer 314 and the light-emitting position in the light-emitting layer 314. Since the organic electroluminescence element 300 is a bottom transmission type, the carrier injection amount control electrode 302 is formed of a transparent conductive film.

電子輸送層308は2層構造を有する。第1電子輸送層308aは、第1絶縁層304の上でキャリア注入量制御電極302よりも広面積に設けられる。第1電極(陰極)306は、開口部311の外側(第2絶縁層310と重なる領域)に設けられる。第1電極(陰極)306は、例えば、第1導電層306aと第2導電層306bとの二層構造で形成されていてもよく、第1導電層306aの端部がキャリア注入量制御電極302と重なるように設けられる。第1導電層306aは、ITO、IZO等の透明導電膜で形成され、電子輸送層308とオーミックコンタクトを形成し電子を注入する機能を有する。第2導電層306bは、第1電極(陰極)306の低抵抗化のため適宜設けられる。The electron transport layer 308 has a two-layer structure. The first electron transport layer 308a is provided on the first insulating layer 304 with a larger area than the carrier injection amount control electrode 302. The first electrode (cathode) 306 is provided outside the opening 311 (area overlapping with the second insulating layer 310). The first electrode (cathode) 306 may be formed, for example, in a two-layer structure of a first conductive layer 306a and a second conductive layer 306b, and is provided so that the end of the first conductive layer 306a overlaps with the carrier injection amount control electrode 302. The first conductive layer 306a is formed of a transparent conductive film such as ITO or IZO, and has the function of forming an ohmic contact with the electron transport layer 308 and injecting electrons. The second conductive layer 306b is appropriately provided to reduce the resistance of the first electrode (cathode) 306.

第1電子輸送層308aは、半導体特性を有する金属酸化物で形成される。そのような金属酸化物としては、In-Ga-SnO-ZnO系酸化物材料、In-Ga-SnO系酸化物材料、In-SnO-ZnO系酸化物材料、In-Al-ZnO系酸化物材料、Ga-SnO-ZnO系酸化物材料、Ga-Al-ZnO系酸化物材料、SnO-Al-ZnO系酸化物材料、In-ZnO系酸化物材料、SnO-ZnO系酸化物材料、Al-ZnO系酸化物材料、Ga-SnO系酸化物材料、Ga-ZnO系酸化物材料、Ga-MgO系酸化物材料、MgO-ZnO系酸化物材料、SnO-MgO系酸化物材料、In-MgO系酸化物材料、In系金属酸化物材料、Ga系金属酸化物材料、SnO系金属酸化物材料、ZnO系金属酸化物材料等を用いることができる。このような第1電子輸送層308aは、第1実施形態で示す成膜装置100を用いてスパッタリング法で作製することができる。 The first electron transport layer 308a is formed of a metal oxide having semiconductor properties. Examples of such metal oxides include In 2 O 3 -Ga 2 O 3 -SnO 2 -ZnO based oxide materials, In 2 O 3 -Ga 2 O 3 -SnO 2 based oxide materials, In 2 O 3 -SnO 2 -ZnO based oxide materials, In 2 O 3 -Al 2 O 3 -ZnO based oxide materials, Ga 2 O 3 -SnO 2 -ZnO based oxide materials, Ga 2 O 3 -Al 2 O 3 -ZnO based oxide materials, SnO 2 -Al 2 O 3 -ZnO based oxide materials, In 2 O 3 -ZnO based oxide materials, SnO 2 -ZnO based oxide materials, Al 2 O 3 -ZnO based oxide materials, Ga 2 O 3 -SnO The first electron transport layer 308a may be formed by sputtering using the film forming apparatus 100 shown in the first embodiment .

第1電子輸送層308aの上には第2絶縁層310が設けられる。第2絶縁層310には、第1電子輸送層308aの表面を露出させる開口部311が設けられる。第2電子輸送層308bは、第1電子輸送層308aと同様に半導体特性を有する金属酸化物材料で形成される。第2電子輸送層308bはスパッタリング法で作製されてもよいが、開口部311の領域に塗布法で作製されてもよい。A second insulating layer 310 is provided on the first electron transport layer 308a. The second insulating layer 310 is provided with an opening 311 that exposes the surface of the first electron transport layer 308a. The second electron transport layer 308b is formed of a metal oxide material having semiconductor properties, similar to the first electron transport layer 308a. The second electron transport layer 308b may be prepared by a sputtering method, or may be prepared by a coating method in the region of the opening 311.

このとき第2絶縁層310は、極性を有する絶縁膜で形成されていることが好ましい。そのような第2絶縁層310は、直鎖系フッ素有機材料を用いて形成することができる。直鎖系フッ素有機材料としては、例えば、フルオロアルキルシラン(FAS)系材料が用いられる。フルオロアルキルシラン(FAS)系材料としては、例えば、H,1H,2H,2H-ペルフルオロデシルトリクロロシラン(FDTS)、トリデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(FOTS)等が用いられる。第2絶縁層310は、直鎖系フッ素有機材料を用いて形成されることで、撥水性を有する表面が形成される。このような第2絶縁層310に開口部311が形成される。第2絶縁層310の撥水性は表面に強く表れ、開口部311の側壁面は表面に対比して親水性を有する状態となる。In this case, the second insulating layer 310 is preferably formed of an insulating film having polarity. Such a second insulating layer 310 can be formed using a straight-chain fluorine organic material. As the straight-chain fluorine organic material, for example, a fluoroalkylsilane (FAS)-based material is used. As the fluoroalkylsilane (FAS)-based material, for example, H,1H,2H,2H-perfluorodecyltrichlorosilane (FDTS), tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane (FOTS), etc. are used. The second insulating layer 310 is formed using a straight-chain fluorine organic material, so that a water-repellent surface is formed. An opening 311 is formed in such a second insulating layer 310. The water-repellency of the second insulating layer 310 is strongly expressed on the surface, and the sidewall surface of the opening 311 becomes hydrophilic in comparison with the surface.

第2電子輸送層308bを塗布法で作製する場合には、上記の四元系酸化物材料、三元系酸化物材料、二元系酸化物材料、一元系酸化物材料、又はそれらの前駆体を含む組成物溶液を開口部311が形成された第2絶縁層310の上から塗布し、乾燥及び焼成することで作製される。具体例としては、酸化亜鉛(ZnO)に3価の金属元素としてアルミニウム(Al)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)等をドーピングして、比抵抗が10Ωcm~10Ωcmの範囲になるように焼成したものが用いられる。第2絶縁層310の表面が撥水性を有する場合、塗布される組成物の粘度を適宜調整することにより、塗布膜は開口部311に選択的に形成される。焼成後の第2電子輸送層308bは、開口部311の側壁面が親水性を有していることにより、第2絶縁層310との接触面が上方にせり上がり、内側に向かうに従いなだらかなテーパ状の傾斜面を有する断面形状が形成される。第2電子輸送層308bの平均膜厚は200nm以上であればよく、好ましくは400nm以上あればよい。第2電子輸送層308bがこのような膜厚を有することにより、有機エレクトロルミネセンス素子300の短絡不良が激減し、歩留まりを向上させることができる。 When the second electron transport layer 308b is prepared by a coating method, a composition solution containing the above-mentioned quaternary oxide material, ternary oxide material, binary oxide material, or single-element oxide material, or a precursor thereof, is applied from above the second insulating layer 310 in which the opening 311 is formed, and then dried and baked. As a specific example, zinc oxide (ZnO) is doped with aluminum (Al), indium (In), gallium (Ga), or the like as a trivalent metal element, and baked to have a resistivity in the range of 10 2 Ωcm to 10 5 Ωcm. When the surface of the second insulating layer 310 is water-repellent, the viscosity of the composition to be applied is appropriately adjusted to selectively form a coating film in the opening 311. In the second electron transport layer 308b after baking, the contact surface with the second insulating layer 310 rises upward due to the hydrophilicity of the sidewall surface of the opening 311, and a cross-sectional shape having a gently tapered inclined surface toward the inside is formed. The second electron transport layer 308b may have an average thickness of 200 nm or more, and preferably 400 nm or more. When the second electron transport layer 308b has such a thickness, short-circuit defects of the organic electroluminescence element 300 are significantly reduced, and the yield can be improved.

有機エレクトロルミネセンス素子300は、発光層314を形成する前に、第1電子輸送層308aの上面を露出させる開口部311が形成された第2絶縁層310が設けられることにより、発光領域を画定することができる。また、開口部311に設けられる第2電子輸送層308bの端部が、開口部311の壁面からなだらかに傾斜するテーパ状の断面形状を有することにより、次の段階で成膜される電子注入層312及び発光層314の段差被覆性(ステップカバレッジ)を向上させることができる。In the organic electroluminescence element 300, the second insulating layer 310 is provided with an opening 311 that exposes the upper surface of the first electron transport layer 308a before the light-emitting layer 314 is formed, thereby defining the light-emitting region. In addition, the end of the second electron transport layer 308b provided in the opening 311 has a tapered cross-sectional shape that is gently inclined from the wall surface of the opening 311, thereby improving the step coverage of the electron injection layer 312 and the light-emitting layer 314 that are formed in the next step.

電子注入層312は、発光層314に電子を注入するために仕事関数の小さな材料で形成される。例えば、電子注入層312は、カルシウム(Ca)酸化物、アルミニウム(Al)酸化物を含む材料で形成される。一例として、電子注入層312は、C12A7(12Ca・7Al)エレクトライドで形成される。C12A7エレクトライドは半導体特性を有し、高抵抗から低抵抗まで制御することが可能であり、仕事関数も2.4eV~3.2eVとアルカリ金属と同程度であるので、電子注入層312として好適に用いることができる。 The electron injection layer 312 is formed of a material with a small work function in order to inject electrons into the light emitting layer 314. For example, the electron injection layer 312 is formed of a material containing calcium (Ca) oxide and aluminum (Al) oxide. As an example, the electron injection layer 312 is formed of C12A7 (12Ca.7Al 2 O 3 ) electride. C12A7 electride has semiconductor properties, can be controlled from high resistance to low resistance, and has a work function of 2.4 eV to 3.2 eV, which is similar to that of alkali metals, so that it can be suitably used as the electron injection layer 312.

電子注入層312として、Zn0.7Mg0.3O、Zn0.75Si0.25O等を利用することも可能である。これらの金属酸化物は半導体特性を有し、仕事関数が3.1eVと小さいため発光層314への電子注入を行うことができる。これらの金属酸化物は、またバンドギャップが3.9eV~4.1eVと大きいので、正孔が発光層314を通過して電子輸送層308に流れ込むことを阻止することができる。Zn0.7Mg0.3OとZn0.75Si0.25Oとの2種類の金属酸化物を1:4~1:10の範囲で混合した三元系金属酸化物半導体材料を、電子注入層312として用いることも可能である。 It is also possible to use Zn 0.7 Mg 0.3 O, Zn 0.75 Si 0.25 O, or the like as the electron injection layer 312. These metal oxides have semiconductor properties and a small work function of 3.1 eV, allowing electron injection into the light emitting layer 314. These metal oxides also have a large band gap of 3.9 eV to 4.1 eV, allowing holes to be prevented from passing through the light emitting layer 314 and flowing into the electron transport layer 308. It is also possible to use a ternary metal oxide semiconductor material, in which two types of metal oxides, Zn 0.7 Mg 0.3 O and Zn 0.75 Si 0.25 O, are mixed in a ratio range of 1:4 to 1:10, as the electron injection layer 312.

このような電子注入層312は、成膜装置101で成膜される。すなわち、C12A7エレクトライドの多結晶体をスパッタリングターゲット124として用い、第1成膜チャンバ108aで成膜される。C12A7エレクトライドによる電子注入層312は、1nm~100nmの膜厚で形成される。C12A7エレクトライドによる電子注入層312は、アモルファス状態の薄膜で形成されるが、結晶性を有していてもよい。C12A7エレクトライドは、大気中でも安定であるので、従来から電子注入層として用いられているフッ化リチウム(LiF)、酸化リチウム(LiO)、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カリウム(KCl)等のアルカリ金属化合物と比較して取り扱いが簡便でありスパッタリング法で成膜可能であるという利点を有する。 Such an electron injection layer 312 is formed in the film forming apparatus 101. That is, a polycrystalline body of C12A7 electride is used as the sputtering target 124, and the film is formed in the first film forming chamber 108a. The electron injection layer 312 made of C12A7 electride is formed with a film thickness of 1 nm to 100 nm. The electron injection layer 312 made of C12A7 electride is formed as an amorphous thin film, but may have crystallinity. Since C12A7 electride is stable even in the air, it has the advantage that it is easy to handle and can be formed into a film by a sputtering method compared to alkali metal compounds such as lithium fluoride (LiF), lithium oxide (Li 2 O), sodium chloride (NaCl), and potassium chloride (KCl) that have been conventionally used as electron injection layers.

Zn0.7Mg0.3O、Zn0.75Si0.25O等の多結晶体をスパッタリングターゲット124として用い、誘導結合プラズマを利用したスパッタリング法を用いることで電子注入層312を形成することができる。Zn0.7Mg0.3OとZn0.75Si0.25Oとを1:4~1:10の範囲で混合した三元系金属酸化物材料の多結晶体をスパッタリングターゲット124として用い、誘導結合プラズマを利用した成膜装置100でスパッタリング成膜を行うことで、電子注入層312を形成することができる。C12A7エレクトライドは大気中で安定であるが、水に溶解しやすいのでターゲット材として用いる場合には保管及び管理に防湿対策が必要となる。これに対し、Zn0.7Mg0.3OとZn0.75Si0.25Oとを1:4~1:10の範囲で混合した三元系金属酸化物の多結晶体のターゲット材は水に溶解しにくいので、保管及び管理が容易である。 The electron injection layer 312 can be formed by using a polycrystalline material such as Zn 0.7 Mg 0.3 O, Zn 0.75 Si 0.25 O, etc. as the sputtering target 124 and using a sputtering method using inductively coupled plasma. The electron injection layer 312 can be formed by using a polycrystalline material of a ternary metal oxide material in which Zn 0.7 Mg 0.3 O and Zn 0.75 Si 0.25 O are mixed in the range of 1:4 to 1:10 as the sputtering target 124 and performing sputtering film formation with a film formation device 100 using inductively coupled plasma. Although C12A7 electride is stable in the air, it is easily dissolved in water, so moisture-proof measures are required for storage and management when used as a target material. In contrast, a polycrystalline target material of a ternary metal oxide in which Zn 0.7 Mg 0.3 O and Zn 0.75 Si 0.25 O are mixed in the range of 1:4 to 1:10 is less soluble in water and is therefore easy to store and manage.

電子注入層312として用いられるZn0.7Mg0.3OやZn0.75Si0.25Oの比抵抗は非常に高いために、従来のDCマグネトロンスパッタリング装置ではスパッタリングを行うことができない。スパッタリングターゲットを2つに分割し、AC電源を用いてそれぞれのターゲットで交互にスパッタリングを行うACデュアルマグネトロンスパッタリング装置を用いることも考えられるが、膜密度を上げて結晶化率を高めるにはスパッタリング時の放電圧力を0.3Pa以下にする必要がある。しかし、基板サイズがG8.5(2500mm×2200mm)以上になると、0.3Pa以下で面内の均一性を保持したまま安定して放電をすることが難しくなる。これに対し、本実施形態で示されるように誘導結合プラズマを利用した方式では、スパッタリングターゲット124にマイナスパルス電圧を印加して成膜を行うことが可能であり、スパッタリング成膜時の圧力を1.3Pa付近まで上げても結晶化を促進し膜密度を高めることができる。 Since the resistivity of Zn0.7Mg0.3O or Zn0.75Si0.25O used as the electron injection layer 312 is very high, sputtering cannot be performed with a conventional DC magnetron sputtering device . Although it is possible to use an AC dual magnetron sputtering device in which the sputtering target is divided into two and sputtering is performed alternately with each target using an AC power source, the discharge pressure during sputtering needs to be 0.3 Pa or less in order to increase the film density and the crystallization rate. However, when the substrate size is G8.5 (2500 mm x 2200 mm) or more, it becomes difficult to stably discharge while maintaining the uniformity within the surface at 0.3 Pa or less. In contrast, in the method using inductively coupled plasma as shown in this embodiment, it is possible to form a film by applying a negative pulse voltage to the sputtering target 124, and crystallization can be promoted and the film density can be increased even if the pressure during sputtering film formation is increased to around 1.3 Pa.

なお、第1成膜チャンバ108aで電子注入層312を成膜する前に、電子輸送層308まで形成された基板200は、前処理チャンバ104で脱ガス処理が行われてもよい。前処理を行うことにより、有機エレクトロルミネセンス素子300に取り込まれる水分等の不純物を減少させることができる。Before the electron injection layer 312 is formed in the first deposition chamber 108a, the substrate 200 on which the electron transport layer 308 has been formed may be degassed in the pretreatment chamber 104. By performing the pretreatment, impurities such as moisture that are taken in by the organic electroluminescence element 300 can be reduced.

第1成膜チャンバ108aで電子注入層312が形成された後、基板200は第3搬送チャンバ106cのプラテン機構118により水平状態に戻され、第4搬送チャンバ106dを介して第3成膜チャンバ108cに搬送される。第3成膜チャンバ108cでは、真空蒸着法(及び/又は、電子ビーム蒸着法)により発光層314の成膜が行われる。After the electron injection layer 312 is formed in the first deposition chamber 108a, the substrate 200 is returned to a horizontal state by the platen mechanism 118 of the third transfer chamber 106c and transferred to the third deposition chamber 108c via the fourth transfer chamber 106d. In the third deposition chamber 108c, the light-emitting layer 314 is deposited by vacuum deposition (and/or electron beam deposition).

発光層314は、開口部311の配置に合わせて貫通孔が設けられたメタルマスクを用いて行われる。発光層314は公知の各発光色に対応した材料を用いて真空蒸着法により作製される。発光層314の膜厚は適宜設定されるが、例えば、10nm~100nmの膜厚で形成される。なお、発光層314として、白色発光層を形成する場合には、メタルマスクを用いずに素子形成領域の全面に発光層314が成膜されてもよい。The light-emitting layer 314 is formed using a metal mask with through holes that correspond to the arrangement of the openings 311. The light-emitting layer 314 is produced by vacuum deposition using known materials that correspond to each emitted color. The thickness of the light-emitting layer 314 is set appropriately, but is formed to a thickness of, for example, 10 nm to 100 nm. When forming a white light-emitting layer as the light-emitting layer 314, the light-emitting layer 314 may be formed over the entire surface of the element formation region without using a metal mask.

発光層314が成膜された後、基板200は第4搬送チャンバ106dを介して第4成膜チャンバ108dに搬送され、正孔輸送層316、正孔注入層318の成膜が行われる。正孔輸送層316は、アリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物等の公知の材料を用いて真空蒸着法(及び/又は、電子ビーム蒸着法)により成膜される。また、正孔注入層318は、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物、又は銅フタロシアニン等のフタロシアニン系材料を用いて真空蒸着法(及び/又は、電子ビーム蒸着法)で成膜される。例えば、正孔輸送層316は、10nm~500nmの膜厚で形成され、正孔注入層318は、1nm~100nmの膜厚で形成される。After the light-emitting layer 314 is formed, the substrate 200 is transported to the fourth deposition chamber 108d via the fourth transfer chamber 106d, where the hole transport layer 316 and the hole injection layer 318 are formed. The hole transport layer 316 is formed by vacuum deposition (and/or electron beam deposition) using known materials such as arylamine compounds, amine compounds containing carbazole groups, and amine compounds containing fluorene derivatives. The hole injection layer 318 is formed by vacuum deposition (and/or electron beam deposition) using metal oxides such as molybdenum oxide, vanadium oxide, ruthenium oxide, tungsten oxide, and manganese oxide, or phthalocyanine materials such as copper phthalocyanine. For example, the hole transport layer 316 is formed to a thickness of 10 nm to 500 nm, and the hole injection layer 318 is formed to a thickness of 1 nm to 100 nm.

なお、本実施形態では、正孔輸送層316と正孔注入層318が同じ成膜チャンバで成膜される例を示す。しかし、この例に限定されず、成膜装置101はさらに多くの成膜チャンバを備え、正孔輸送層316と正孔注入層318とが異なる成膜チャンバで成膜されてもよい。In this embodiment, an example is shown in which the hole transport layer 316 and the hole injection layer 318 are formed in the same deposition chamber. However, this is not limited to this example, and the deposition apparatus 101 may have more deposition chambers, and the hole transport layer 316 and the hole injection layer 318 may be formed in different deposition chambers.

正孔輸送層316、正孔注入層318が成膜された後、基板200は第4搬送チャンバ106dを介して第4成膜チャンバ108dに搬送され、第2電極(陽極)320の成膜が行われる。第2電極(陽極)320は、アルミニウム(Al)等の金属膜、又はITO、IZO等の透明導電膜とアルミニウム(Al)等の金属膜の積層体で形成される。このような第2電極(陽極)320は、第4成膜チャンバ108dにおいて、真空蒸着法(及び/又は電子ビーム蒸着法)で作製される。After the hole transport layer 316 and the hole injection layer 318 are formed, the substrate 200 is transported to the fourth deposition chamber 108d via the fourth transfer chamber 106d, where the second electrode (anode) 320 is formed. The second electrode (anode) 320 is formed of a metal film such as aluminum (Al), or a laminate of a transparent conductive film such as ITO or IZO and a metal film such as aluminum (Al). Such a second electrode (anode) 320 is produced by vacuum deposition (and/or electron beam deposition) in the fourth deposition chamber 108d.

以上のように、成膜装置101により、有機エレクトロルミネセンス素子300を作製することができる。成膜装置101は、誘導結合プラズマによるスパッタリング成膜が行われるチャンバと真空蒸着法(及び/又は、電子ビーム蒸着法)で成膜が行われるチャンバとが搬送チャンバ106を介して連結されていることで、電子注入層312、発光層314、正孔輸送層316、正孔注入層318、及び第2電極(陽極)320を真空中で連続して堆積することができる。このような構成の成膜装置101を用いることにより、再現性に優れ、信頼性の高い有機エレクトロルミネセンス素子300及び有機エレクトロルミネセンス素子300を備えた表示パネルを作製することができる。As described above, the organic electroluminescence element 300 can be produced by the film-forming apparatus 101. The film-forming apparatus 101 has a chamber in which sputtering film formation by inductively coupled plasma is performed and a chamber in which film formation is performed by vacuum deposition (and/or electron beam deposition) connected via a transfer chamber 106, so that the electron injection layer 312, the light-emitting layer 314, the hole transport layer 316, the hole injection layer 318, and the second electrode (anode) 320 can be continuously deposited in a vacuum. By using the film-forming apparatus 101 having such a configuration, it is possible to produce an organic electroluminescence element 300 and a display panel equipped with the organic electroluminescence element 300 that are highly reproducible and reliable.

100・・・成膜装置、101・・・成膜装置、102・・・ロード・アンロードチャンバ、104・・・前処理チャンバ、106・・・搬送チャンバ、108・・・成膜チャンバ、109・・・チャンバ壁、110・・・真空排気系、111・・・蒸発源、112・・・ガス供給系、114・・・基板ステージ、115・・・高周波放電電極、116・・・搬送ロボット、118・・・プラテン機構、120・・・高周波電源、122・・・交流電源、123・・・パルス電源、124・・・スパッタリングターゲット、126・・・誘導結合プラズマ生成用のアンテナ、127・・・ヒータ、128・・・貫通孔、130・・・バッキングプレート、131・・・ボンディング材、132・・・ターゲット材、134・・・シールド板、136・・・絶縁部品、138・・・ガス導入管、140・・・プラズマ拡散防止板、141・・・防着板、142・・・第1面、143・・・第2面、144・・・第1開口部、146・・・絶縁部材、147・・・ガラス層、148・・・誘導結合プラズマ生成用のアンテナ本体、150・・・金属管、151・・・導電層、152・・・コンデンサ、153・・・Oリング、154・・・第2開口部、156・・・コイル、158・・・可変容量コンデンサ、160・・・搬送トレイ、162・・・ピン、164・・・昇降機構、166・・・ガス導入管、168・・・高周波放電プラズマ、170・・・メッシュ、172・・・中空管、174・・・導電層、176・・・可変コンデンサ、180・・・セラミックス部材、200・・・基板、202・・・表面、204・・・アンテナ連結領域、210・・・第1絶縁層、212・・・第1導電層、214・・・第2導電層、216・・・酸化物半導体層、218・・・第2絶縁層、220・・・ゲート電極、230・・・トランジスタ、300・・・有機エレクトロルミネセンス素子、302・・・キャリア注入量制御電極、304・・・第1絶縁層、306・・・第1電極(陰極)、308・・・電子輸送層、310・・・第2絶縁層、311・・・開口部、312・・・電子注入層、314・・・発光層、316・・・正孔輸送層、318・・・正孔注入層、320・・・第2電極(陽極) 100: Film forming apparatus, 101: Film forming apparatus, 102: Load/unload chamber, 104: Pretreatment chamber, 106: Transfer chamber, 108: Film forming chamber, 109: Chamber wall, 110: Vacuum exhaust system, 111: Evaporation source, 112: Gas supply system, 114: Substrate stage, 115: High frequency discharge electrode, 116: Transfer robot, 118: Platen mechanism, 120: High frequency power supply, 122: AC power supply, 123: Pulse power supply, 124: Sputtering target, 126: Antenna for inductively coupled plasma generation, 127: Heater, 128: Through hole, 130: Backing plate, 131: Bonding material, 132: Target material, 134: Shield plate, 136: Insulating part, 138: Gas introduction tube, 140: Plasma diffusion prevention plate, 141: Adhesion prevention plate, 142: First surface, 143: Second surface, 144: First opening, 146: Insulating member, 147: Glass layer, 148: Antenna body for inductively coupled plasma generation, 150: Metal tube, 151: conductive layer, 152: capacitor, 153: O-ring, 154: second opening, 156: coil, 158: variable capacitor, 160: carrier tray, 162: pin, 164: lifting mechanism, 166: gas introduction tube, 168: high frequency discharge plasma, 170: mesh, 172: hollow tube, 174: conductive layer, 176: variable capacitor, 180: ceramic member, 200: substrate, 202: surface, 204: antenna connection region, 210: first insulating layer, 212: first conductive layer, 214: second conductive layer, 216: oxide semiconductor layer, 218: second insulating layer, 220: gate electrode, 230: transistor, 300: organic electroluminescence element, 302: carrier injection amount control electrode, 304: first insulating layer, 306: first electrode (cathode), 308: electron transport layer, 310: second insulating layer, 311: opening, 312: electron injection layer, 314: light emitting layer, 316: hole transport layer, 318: hole injection layer, 320: second electrode (anode)

Claims (16)

スパッタリングターゲットが設置される成膜チャンバと、
前記スパッタリングターゲットを覆い、前記スパッタリングターゲットの表面と重なる
位置に開口部が設けられたプラズマ拡散防止板と、
前記スパッタリングターゲットに隣接し、前記プラズマ拡散防止板で囲まれた領域の内
側に突出する誘導結合プラズマ生成用のアンテナと、
前記プラズマ拡散防止板で囲まれた領域に配置され、前記成膜チャンバ内にガスを導入
するガス導入管と、
前記プラズマ拡散防止板で囲まれた領域で前記スパッタリングターゲットに隣接し、前
記成膜チャンバの内側に突出し、前記成膜チャンバの内部空間と大気側とを隔てるU字溝
形状を有する絶縁部材と、
前記プラズマ拡散防止板で囲まれた領域内で、前記スパッタリングターゲットに隣接し
、前記成膜チャンバの内側に突出し、前記絶縁部材の大気側に配置されるアンテナと、を
有し、
前記プラズマ拡散防止板が、二次電子放出率が1より大きい材料で形成されていること
を特徴とする成膜装置。
a deposition chamber in which a sputtering target is placed;
a plasma diffusion prevention plate covering the sputtering target and having an opening at a position overlapping with a surface of the sputtering target;
an antenna for generating inductively coupled plasma adjacent to the sputtering target and protruding into an area surrounded by the plasma diffusion prevention plate;
a gas introduction pipe arranged in an area surrounded by the plasma diffusion prevention plate and configured to introduce a gas into the deposition chamber;
an insulating member having a U-shaped groove shape, the insulating member being adjacent to the sputtering target in a region surrounded by the plasma diffusion prevention plate, protruding toward the inside of the deposition chamber, and separating an internal space of the deposition chamber from an atmospheric side;
an antenna that is adjacent to the sputtering target within a region surrounded by the plasma diffusion prevention plate, protrudes toward the inside of the film formation chamber, and is disposed on the atmospheric side of the insulating member;
The plasma diffusion prevention plate is made of a material having a secondary electron emission rate of greater than 1.
前記プラズマ拡散防止板が、アルミニウムを主体とするマグネシウム合金、バリウム合
金、又はカルシウム合金であり、表面に陽極酸化膜が形成されている、請求項1に記載の
成膜装置。
2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the plasma diffusion prevention plate is made of a magnesium alloy, a barium alloy, or a calcium alloy mainly containing aluminum, and has an anodized film formed on a surface thereof.
前記スパッタリングターゲットが、平面視で長方形状であり、
前記U字溝形状を有する絶縁部材及び前記アンテナが、前記スパッタリングターゲット
の長手方向に沿って配置されている、請求項1に記載の成膜装置。
The sputtering target has a rectangular shape in a plan view,
The film forming apparatus according to claim 1 , wherein the U-shaped insulating member and the antenna are disposed along a longitudinal direction of the sputtering target.
前記アンテナが、前記スパッタリングターゲットの一方の側に配置される第1アンテナ
と、前記スパッタリングターゲットの他方の側に配置される第2アンテナと、を含む、請
求項1乃至3のいずれか一項に記載の成膜装置。
4. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the antenna includes a first antenna disposed on one side of the sputtering target, and a second antenna disposed on the other side of the sputtering target.
前記アンテナに、高周波電力と、前記高周波電力に重畳してキロヘルツ帯の交流電圧が
印加される、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の成膜装置。
5. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a high frequency power and an AC voltage in the kilohertz range superimposed on the high frequency power are applied to the antenna.
前記スパッタリングターゲットが、平面視で長方形状であり、
前記ガス導入管が、前記スパッタリングターゲットの長手方向に沿って配置されている
、請求項1に記載の成膜装置。
The sputtering target has a rectangular shape in a plan view,
2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the gas introduction pipe is disposed along a longitudinal direction of the sputtering target.
前記プラズマ拡散防止板が、前記スパッタリングターゲットの表面と平行である第1面
と、前記第1面から前記成膜チャンバの壁面へ向かう第2面と、を有し、
前記第1面に前記開口部が設けられ、前記第2面から前記第1面にかけて前記開口部よ
り幅狭の複数のスリット状の開口部が設けられている、請求項1に記載の成膜装置。
the plasma diffusion prevention plate has a first surface parallel to a surface of the sputtering target and a second surface extending from the first surface toward a wall surface of the deposition chamber;
The film deposition apparatus according to claim 1 , wherein the opening is provided on the first surface, and a plurality of slit-shaped openings narrower than the opening are provided from the second surface to the first surface.
前記絶縁部材が、石英、アルミナ、イットリア(Y)、フォルステライト(Mg
SiO)、及びステアタイト(MgO・SiO)から選ばれた一種である、請求項
1に記載の成膜装置。
The insulating member is made of quartz, alumina, yttria (Y 2 O 3 ), forsterite (Mg
2 SiO 4 ), and steatite (MgO.SiO 2 ).
前記アンテナが、第1金属管と第2金属管と、前記第1金属管と前記第2金属管とを容
量結合するコンデンサと、を含み、
前記コンデンサは、前記第1金属管及び前記第2金属管の嵌め込まれる絶縁性の中空管
と、前記中空管の内側に設けられた導電層と、を含む、請求項1に記載の成膜装置。
the antenna includes a first metal tube, a second metal tube, and a capacitor that capacitively couples the first metal tube and the second metal tube,
2 . The film forming apparatus according to claim 1 , wherein the capacitor includes an insulating hollow tube into which the first metal tube and the second metal tube are fitted, and a conductive layer provided on the inside of the hollow tube.
前記アンテナが複数のアンテナの集合体からなり、前記絶縁部材の大気側に配置され、
前記アンテナの集合体は、前記絶縁部材と接触していない、請求項1に記載の成膜装置。
the antenna is an assembly of a plurality of antennas and is disposed on the atmospheric side of the insulating member;
The film deposition apparatus according to claim 1 , wherein the antenna assembly is not in contact with the insulating member.
前記成膜チャンバ内で基板を搬送する搬送トレイを有し、
前記搬送トレイに装着された基板と前記プラズマ拡散防止板の前記第1面との間隔が、
前記スパッタリングターゲットと前記プラズマ拡散防止板との間隔より狭い、請求項7に
記載の成膜装置。
a transport tray for transporting a substrate within the deposition chamber;
A distance between the substrate mounted on the carrier tray and the first surface of the plasma diffusion prevention plate is
The film forming apparatus according to claim 7 , wherein the gap is narrower than the gap between the sputtering target and the plasma diffusion prevention plate.
前記成膜チャンバで成膜する基板の前処理を行う前処理チャンバと、前記成膜チャンバ
と前記前処理チャンバを繋ぐ搬送チャンバと、をさらに有する、請求項1に記載の成膜装
置。
2. The film formation apparatus according to claim 1, further comprising: a pretreatment chamber for performing a pretreatment of a substrate to be film-formed in said film formation chamber; and a transfer chamber connecting said film formation chamber and said pretreatment chamber.
前記前処理チャンバは、前記基板を水平状態で持ち上げる絶縁性のピンと、前記基板の
表面側と裏面側との両面に、窒素ガス、酸素ガス、又は亜酸化窒素ガスの雰囲気で誘導結
合プラズマを生成する第1電極及び第2電極を含む、請求項12に記載の成膜装置。
13. The film formation apparatus of claim 12, wherein the pretreatment chamber includes insulating pins for lifting the substrate in a horizontal position, and first and second electrodes for generating inductively coupled plasma in an atmosphere of nitrogen gas, oxygen gas, or nitrous oxide gas on both the front and back sides of the substrate.
前記基板の表面側に前記第1電極が配置されている、請求項13に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 13, wherein the first electrode is disposed on the front surface side of the substrate. 前記成膜チャンバの前記スパッタリングターゲットが設置される部分のチャンバ壁が、
セラミックス部材で形成されている、請求項1に記載の成膜装置。
A chamber wall of the deposition chamber at a portion where the sputtering target is installed is
2. The film forming apparatus according to claim 1, which is formed of a ceramic member.
前記成膜チャンバの前記スパッタリングターゲットが設置される部分のチャンバ壁と、
前記U字溝形状を有する絶縁部材が、セラミックス部材で形成されている、請求項1に
記載の成膜装置。
a chamber wall of the deposition chamber at a portion where the sputtering target is placed;
2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the insulating member having a U-shaped groove is made of a ceramic material.
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