濺射方法與流程

本發(fā)明涉及一種濺射方法，該方法在設(shè)置有靶的真空室內(nèi)將基板與靶相對設(shè)置，向真空室內(nèi)導(dǎo)入濺鍍氣體，向靶施加規(guī)定電力在真空室內(nèi)形成等離子體對靶進(jìn)行濺射，在基板的與靶相對的面上形成規(guī)定的薄膜。

背景技術(shù)：
對于在玻璃等待處理基板表面形成規(guī)定薄膜的方法，有一種是濺射法（下稱“濺鍍”），尤其是磁控方式的濺鍍法，是通過以從配置在靶后方（背對濺鍍面一側(cè)）的磁鐵單元發(fā)出的隧道狀磁通，捕獲在靶的濺鍍面前方電離的電子及通過濺射產(chǎn)生的二次電子，可增大其前方的電子密度，提高這些電子和由導(dǎo)入真空室內(nèi)的稀有氣體構(gòu)成的濺鍍氣體的氣體分子的碰撞概率，增大等離子體密度。因此，具有可提高成膜速度等優(yōu)點(diǎn)，近年來，像FPD生產(chǎn)用的玻璃基板那樣，也常用于對面積大的基板的成膜中。此處，作為對大面積基板薄膜厚度分布良好地成膜的濺鍍裝置，已知的是一種在真空室內(nèi)將同一形狀的靶多枚等間隔并列設(shè)置的裝置。在該裝置中，由于不從靶彼此間的區(qū)域釋放濺鍍粒子，所以一旦在基板表面形成規(guī)定的薄膜，則薄膜的厚度分布和反應(yīng)性濺射時(shí)的薄膜質(zhì)量分布起伏（例如薄膜厚度分布的情況為在同一周期內(nèi)薄膜厚度厚的部分和薄的部分反復(fù)出現(xiàn)），容易變得不均勻。像這樣薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布出現(xiàn)起伏的話，則會產(chǎn)生一些問題，例如在玻璃基板上形成透明電極（ITO），封入液晶制作成FPD時(shí)，在顯示面上產(chǎn)生凹凸。因此，已知的是在濺射過程中，通過使各靶整體且相對基板平行地按照規(guī)定沖程進(jìn)行相對的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而改變未釋放濺鍍粒子的區(qū)域，即通過跨基板整面與從靶釋放濺鍍粒子的區(qū)域相對，改善上述薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布的不均勻。此時(shí)，為進(jìn)一步提高薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布的均勻性，各磁鐵單元也以規(guī)定沖程相對于基板平行地做相對的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，改變?yōu)R鍍率變高的隧道狀磁通的位置（例如參照專利文獻(xiàn)1）。但是，已發(fā)現(xiàn)即便在該以往例子中，也無法充分改善基板整面的微小的薄膜厚度的分布和薄膜質(zhì)量分布的起伏，換言之，判斷出局部殘留有微小的薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布的起伏。因此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過反復(fù)的銳意研究，得出認(rèn)識，只要使靶（或基板）的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和磁鐵單元的往復(fù)運(yùn)動(dòng)同步，就可有效地抑制薄膜厚度分布起伏和薄膜質(zhì)量分布起伏的發(fā)生。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)【專利文獻(xiàn)1】專利公開2004-346388號公報(bào)（例如參照專利權(quán)利要求書的記載）

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明要解決的問題鑒于以上內(nèi)容，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種濺射法，其在對靶進(jìn)行濺射以成膜時(shí)，尤其是在濺射以規(guī)定間隔并列設(shè)置的多個(gè)靶時(shí)，可有效地抑制產(chǎn)生薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布的起伏。解決技術(shù)問題的手段為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的濺射方法其特征在于：在設(shè)置有靶的真空室內(nèi)將基板與靶相對設(shè)置，向真空室內(nèi)導(dǎo)入濺鍍氣體，向靶施加電力在真空室內(nèi)形成等離子體并對靶進(jìn)行濺射，在基板的與靶相對的面上形成薄膜，以靶的與基板的相對面一側(cè)為上，在靶的下方，在作為該靶的一個(gè)方向的X方向上以規(guī)定間隔并列設(shè)置多個(gè)磁鐵單元，并通過各磁鐵單元在靶的上方形成隧道狀的漏磁場，在濺射中使各磁鐵單元同步地在X方向以規(guī)定的沖程對靶作相對的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并使基板在X方向以規(guī)定的沖程對靶作相對的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使各磁鐵單元與基板向相反方向作相對移動(dòng)，并使各磁鐵單元和基板從往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)到達(dá)折返位置為止的時(shí)間相同。根據(jù)本發(fā)明，由于使各磁鐵單元與基板向相反方向作相對移動(dòng)，并使各磁鐵單元和基板從往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)到達(dá)折返位置為止的時(shí)間相同，所以在基板整面上變成與從靶釋放濺鍍粒子的區(qū)域相對，其結(jié)果是不會在局部殘留微小的薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布的起伏，可有效地抑制薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布的不均勻。在本發(fā)明中，設(shè)置所述靶構(gòu)成為在X方向以等間隔并列設(shè)置同一形狀的多個(gè)靶材，設(shè)置磁鐵單元與各靶材分別對應(yīng)，其中相鄰靶的中心間距優(yōu)選與磁鐵單元的沖程和基板的沖程的和相等。由此，變?yōu)閺陌嗅尫艦R鍍粒子的區(qū)域在基板整個(gè)面上更均勻地相對，可進(jìn)一步有效地抑制薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布的不均勻。另外，在本發(fā)明中，所謂具有同一形狀的靶是指在平面視圖中靶形狀是相同的，各靶的厚度也可彼此不同。附圖說明圖1是示出本發(fā)明的濺鍍裝置的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2是沿圖1的II-II線的剖面圖。圖3（a）～（c）是示出向相反方向移動(dòng)的基板W和磁鐵單元的示意圖。圖4（a）是示出發(fā)明實(shí)驗(yàn)的測試結(jié)果、（b）是示出比較實(shí)驗(yàn)1的測試結(jié)果、（c）是示出比較實(shí)驗(yàn)2的測試結(jié)果的圖表。具體實(shí)施方式以下參照附圖，以將具有同一形狀的多個(gè)靶以規(guī)定間隔并列設(shè)置在濺鍍室內(nèi)，向該并列設(shè)置的靶中成對的靶施加交流電力對各靶進(jìn)行濺鍍并向?yàn)R鍍室內(nèi)導(dǎo)入氧氣，在玻璃基板等待處理基板上形成由靶材構(gòu)成的金屬膜和由反應(yīng)性濺鍍形成的金屬氧化物膜為例來說明本發(fā)明的實(shí)施方式的濺鍍裝置SM。如圖1及圖2所示，磁控方式的濺鍍裝置SM具有構(gòu)成濺鍍室1a的真空室1。真空室1的壁面上開設(shè)有排氣口11，在該排氣口11上連接與旋轉(zhuǎn)泵、渦輪分子泵等真空排氣裝置P相通的排氣管12，可將濺鍍室1a內(nèi)抽真空并保持在規(guī)定的真空度。在真空室1的壁面上，設(shè)置有氣體導(dǎo)入裝置2。氣體導(dǎo)入裝置2通過分別插設(shè)有質(zhì)量流量控制器21a，21b的氣體管22a，22b與圖外的氣體源連通，能以一定的流量導(dǎo)入氬氣等稀有氣體構(gòu)成的濺鍍氣體或在反應(yīng)性濺鍍之際使用的反應(yīng)氣體。另外，作為反應(yīng)氣體，根據(jù)要在基板W上成膜的薄膜的成分，使用包含氧、氮、炭、氫的氣體、臭氧、水或過氧化氫或者這些氣體的混合氣體等。在下述內(nèi)容中，在濺鍍室1a中下文的靶與基板W相對，以從靶朝向基板的方向?yàn)椤吧稀?，以從基板W朝向靶的方向?yàn)椤跋隆?，以靶及磁鐵單元并列設(shè)置的方向?yàn)閄方向（圖1中為左右方向），與此正交的方向?yàn)閅方向進(jìn)行說明。將磁控濺鍍電極C配置在濺鍍室1a的底部。磁控濺鍍電極C具有與濺鍍室1a相對設(shè)置的大致呈長方體（平面視圖為矩形）的4個(gè)靶31～34和分別設(shè)置在各靶靶31～34下方的磁鐵單元41～44。另外，并列設(shè)置的靶的個(gè)數(shù)并不受上述限定，再有，作為靶，可采用根據(jù)Si、Al及其合金、Mo和ITO等要在基板W上成膜的薄膜的成分而以公知的方法制作出的產(chǎn)品。再有，各靶31～34只要是在平面視圖中具有同一形狀，而彼此厚度可以不同。在濺射成膜過程中各靶31～34通過銦和錫等粘合材料連接在冷卻該靶31～34的銅制成的墊板31上。而且，將靶31～34連接在墊板31上，在以靶31～34為上側(cè)的狀態(tài)下經(jīng)兼用于真空密封的絕緣體32而設(shè)置在濺鍍室1a內(nèi)。此時(shí)，靶31～34的上面構(gòu)成成膜時(shí)由下文的濺鍍氣體的離子濺射的濺鍍面3a。再有，各靶31～34配置為在濺鍍室1a內(nèi)向Y方向以等間隔配置，且未使用時(shí)的濺鍍面3a位于與基板W平行的同一平面內(nèi)（參照圖2），各靶的形狀設(shè)計(jì)為并列設(shè)置的各濺鍍面3a的總面積大于基板W的外形尺寸。將靶31～34配置在濺鍍室1a內(nèi)后，在各靶31～34的周圍，分別配置具有開口51的板狀的屏蔽5，所述開口51與靶31～34相對。各屏蔽5例如為鋁制成。再有，并列設(shè)置的靶31～34中彼此相鄰的2個(gè)靶31和32及33和34分別成對，成對的靶31～34上分別連接有來自交流電源E的輸出Eo。而且，在成膜時(shí)規(guī)定頻率（例如1Hz～100kHz）的交流電力從交流電源E分別施加到成對的靶31～34上。分別配置在各墊板31下方（濺鍍室1a外側(cè)）的磁鐵單元41～44具有同一形狀，如以一個(gè)磁鐵單元41為例進(jìn)行說明，則磁鐵單元41與墊板31平行設(shè)置，具有由增強(qiáng)磁鐵吸附力的磁性材料制成的平板構(gòu)成的支持板41（磁軛）。支持板41上設(shè)置有中央磁鐵42和周邊磁鐵43改變靶側(cè)的極性，所述中央磁鐵42配置為位于在該支持板41的長度方向上延伸的中心線上，所述周邊磁鐵43配置為沿支持板41的上面外周環(huán)狀配置，以包圍該中央磁鐵42的周圍。此時(shí)，例如中央磁鐵42換算為磁化時(shí)的體積設(shè)置為包圍在其周圍的周邊磁鐵43換算為磁化時(shí)的體積的和（周邊磁鐵:中心磁鐵:周邊磁鐵＝1:2:1（參照圖1））左右。由此，分別形成在各靶31～34的上方平衡的隧道狀的漏磁場M1、M2。另外，中央磁鐵42及周邊磁鐵43是釹磁鐵等公知的產(chǎn)品，這些中央磁鐵及周邊磁鐵可以是一體的，或者也可是多個(gè)規(guī)定體積的磁鐵片排列設(shè)置。支持板41的構(gòu)成為其外形尺寸比靶的輪廓小一圈，各磁鐵單元41～44通過各支持板41與第一移動(dòng)裝置6相連接。第一移動(dòng)裝置6具有進(jìn)給螺桿61，其螺紋連接在分別垂直懸掛在各支持板41下面的螺母部件41a上，以及馬達(dá)62，其向正反方向驅(qū)動(dòng)該進(jìn)給螺桿61旋轉(zhuǎn)。而且，一旦驅(qū)動(dòng)進(jìn)給螺桿61旋轉(zhuǎn)，則對應(yīng)其旋轉(zhuǎn)方向各磁鐵單元41～44整體在X方向以規(guī)定速度及固定的沖程S1在同一平面上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。另外，如圖1所示，也可將進(jìn)給螺桿61設(shè)置在底板63上，且滑動(dòng)自如地嚙合于在Y方向上橫跨靶41的長邊方向全長水平延長的左右一對的導(dǎo)軌部件64R、64L上，且由具有未圖示的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的滑動(dòng)條65R，65L保持。而且，也可使兩滑動(dòng)條65R、65L同步向Y方向移動(dòng)，則使各磁鐵單元41～44整體在Y方向以規(guī)定速度及固定的沖程在同一平面上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由此，反復(fù)使各磁鐵單元41～44從規(guī)定的起點(diǎn)向磁鐵單元41～44對位于其緊上方的靶31～34做相對移動(dòng)返回所述起點(diǎn)。再有，在真空室1內(nèi)的上部，設(shè)置有臺架7，其保持基板W與并列設(shè)置的靶31～34相對。在臺架7上，設(shè)置有與基板W的輪廓對應(yīng)凹入的凹部71，在凹部71的下面上，形成有在基板W的下面（成膜面）與靶31～34相對的中央開口72。再有，在臺架7上，連接有第二移動(dòng)裝置8。第二移動(dòng)裝置8具有進(jìn)給螺桿81，其與設(shè)置在臺架7的下面的螺母部件73螺紋連接，貫通真空室1的側(cè)壁，以及馬達(dá)82，其驅(qū)動(dòng)該進(jìn)給螺桿81向正反方向旋轉(zhuǎn)。而且，一旦驅(qū)動(dòng)進(jìn)給螺桿81旋轉(zhuǎn)，則對應(yīng)其旋轉(zhuǎn)方向使臺架7，進(jìn)而使基板W在X方向以規(guī)定速度及固定的沖程S2在同一平面上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，使相鄰的靶31～34的中心間距（又稱“陰極間距”）Dt等于各磁鐵單元41～44的沖程S1與基板W的沖程S2的和。接著，參照圖3進(jìn)一步說明用上述濺鍍裝置SM的濺射法的成膜過程。首先，將基板W安裝在臺架7上后，將濺鍍室1a內(nèi)抽真空到規(guī)定圧力。此時(shí)，臺架7如圖1及圖3（a）所示，位于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的右端起點(diǎn)位置，再有，各磁鐵單元41～44位于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的左端起點(diǎn)位置。而且，通過氣體導(dǎo)入裝置2導(dǎo)入規(guī)定的濺鍍氣體及反應(yīng)氣體，通過交流電源E向成對的各靶31～34分別施加交流電力。由此，成對的2個(gè)靶31和32及33和34發(fā)揮陽極和陰極的作用，在各靶31～34的上方，形成隧道狀的漏磁場，產(chǎn)生通過該漏磁場的垂直分量變?yōu)?的位置的跑道形的高密度的等離子體。在如圖3（a）所示的起點(diǎn)位置上，由于漏磁場形成在靶31～34左側(cè)部分的上方，所以靶31～34的左側(cè)部分分別被濺射。而且各靶31～34釋放的濺鍍粒子堆積附著在相對的基板W表面上。在濺鍍過程中，通過第一移動(dòng)裝置6使各磁鐵單元41～44從左端的起點(diǎn)位置向右端的折返位置移動(dòng)，在另一端，通過第二移動(dòng)裝置8使臺架7進(jìn)而使基板W從右端的起點(diǎn)位置向左端的折返位置移動(dòng)。如圖3（b）所示，當(dāng)基板W位于左端和右端的中間位置時(shí)，各磁鐵單元41～44也位于左端和右端的中間位置。像這樣基板W及各磁鐵單元41～44雙方均位于中間位置時(shí)，由于在各靶31～34中央部分的上方形成漏磁場，所以靶31～34中央部分被濺鍍，從該中央部分釋放的濺鍍粒子附著在相對的基板W表面上。而且，如圖3（c）所示基板W位于往復(fù)通道的折返位置（左端位置）時(shí)，各磁鐵單元41～44也位于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的折返位置（右端位置）。此時(shí)，由于在各靶31～34右側(cè)部分的上方形成漏磁場，所以靶31～34右側(cè)部分被濺鍍，從該右側(cè)部分釋放的濺鍍粒子附著在相對的基板W表面上。此后，各磁鐵單元41～44從右端的折返位置向左端的起點(diǎn)位置移動(dòng)，在另一端，基板W從左端的折返位置向右端的起點(diǎn)位置移動(dòng)。像這樣使磁鐵單元41～44和基板W向相反的方向移動(dòng)，此時(shí)，設(shè)定移動(dòng)速度使從往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)到達(dá)折返位置為止的時(shí)間相等。而且，重復(fù)該操作，并且來自靶31～34的濺鍍粒子（與反應(yīng)氣體反應(yīng)的同時(shí)）附著堆積在基板W表面上，形成規(guī)定的薄膜。根據(jù)上述內(nèi)容，由于使磁鐵單元41～44和基板W向相反方向移動(dòng)，設(shè)置從往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)到達(dá)折返位置為止的時(shí)間相等，所以變?yōu)闄M跨基板W的整個(gè)表面與從靶31～34釋放濺鍍粒子的區(qū)域均勻地相對（即變?yōu)闄M跨基板W的整個(gè)表面照射等離子體），其結(jié)果是不會在局部殘留微小的薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布的起伏，可有效地抑制薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布的不均勻。進(jìn)而，通過如上述將靶中心間距Dt設(shè)置為等于磁鐵單元的沖程S1和基板W的沖程S2的和，使從各靶31～34釋放濺鍍粒子的區(qū)域?yàn)闄M跨基板W的整個(gè)表面更均勻地相對，可進(jìn)一步有效地抑制薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布的不均勻。為確認(rèn)上述效果，進(jìn)行了圖1所示的使用濺射裝置SM的下一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在本實(shí)驗(yàn)中，使用ITO制成的產(chǎn)品作為靶31～34，形成為相同的平面視圖為大致長方形，與墊板31相連接。再有，使用具有130mm×1300mm的外形尺寸的產(chǎn)品作為磁鐵單元41～44的支持板41，在各支持板41上設(shè)置有沿靶31～34的長邊方向的棒狀的中央磁鐵42和沿支持板41的外周的周邊磁鐵43。而且，作為基板W，使用所謂的第8.5代平板顯示器用的玻璃基板，再有，濺鍍條件為，將已真空排氣的濺鍍室1a內(nèi)的壓力保持在0.3Pa，控制質(zhì)量流量控制器21a、21b，將作為濺鍍氣體的氬氣和水蒸汽氣體導(dǎo)入到濺鍍室1a內(nèi)，向靶31～34施加15kW的施加電力（交流電壓），以此進(jìn)行濺鍍。另外，設(shè)置基板W和靶31～34間的距離為216mm。在發(fā)明實(shí)驗(yàn)中，在上述濺鍍中使磁鐵單元41～44和臺架7，進(jìn)而和基板W向相反的方向移動(dòng)，使從往復(fù)移動(dòng)的起點(diǎn)到折返位置為止的時(shí)間相等。此時(shí)，使相鄰的靶31～34的中心間距Dt（＝250mm）等于磁鐵單元41～44的沖程S1（＝84mm）與基板W的沖程S2（＝166mm）的和，將磁鐵單元41～44的移動(dòng)速度設(shè)為14.8mm/sec，將臺架7（基板W）的移動(dòng)速度設(shè)為47.88mm/sec。對在發(fā)明實(shí)驗(yàn)中成膜的ITO薄膜，測量對300～800nm的波長區(qū)域的光的反射率，其測量結(jié)果如圖4（a）所示。設(shè)基板W的左側(cè)（上述往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)側(cè)）的端部為零，測量位置設(shè)置為0mm、100mm、200mm、300mm、400mm的位置。測量的反射率的面內(nèi)均勻性是0.61％，證實(shí)可有效地抑制薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布起伏的發(fā)生。在相對上述本發(fā)明實(shí)驗(yàn)的比較實(shí)驗(yàn)1中，在上述濺鍍中，固定基板W不使其移動(dòng)，使磁鐵單元41～44以14.8mm/sec的速度做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。與上述發(fā)明實(shí)驗(yàn)相同，在本比較實(shí)驗(yàn)1中成膜的ITO薄膜的反射率的測量結(jié)果如圖4（b）所示。反射率的面內(nèi)均勻性低至1.12％，證實(shí)薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布不均勻。在另一比較實(shí)驗(yàn)2中，在上述濺鍍中，使基板W與磁鐵單元41～44雙方進(jìn)行移動(dòng)，但不使這些基板W和磁鐵單元41～44同步。即不僅使兩者向相反的方向也使兩者向相同的方向移動(dòng)。與上述本發(fā)明實(shí)驗(yàn)相同，本比較實(shí)驗(yàn)2得到的ITO薄膜的反射率的測試結(jié)果如圖4（c）所示。可知反射率的面內(nèi)均勻性是0.74％，與比較實(shí)驗(yàn)1相比面內(nèi)均勻性雖然有所提高，但與本發(fā)明實(shí)驗(yàn)相比面內(nèi)均勻性降低。此時(shí)也會產(chǎn)生薄膜厚度分布和薄膜質(zhì)量分布的起伏。以上，對本發(fā)明的實(shí)施方式的磁控式濺鍍裝置SM進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不僅限于上述方式。在上述實(shí)施方式中，以在真空室1內(nèi)設(shè)置臺架7往復(fù)運(yùn)動(dòng)基板W為例進(jìn)行了說明，但例如在濺射裝置SM是直插式的裝置，使用載體將基板搬運(yùn)到真空室的與靶相對的位置時(shí)，在濺射中也可使該載體作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。再有，在上述實(shí)施方式中，以并排設(shè)置多個(gè)靶，通過交流電源向成對的靶施加交流電力為例進(jìn)行了說明，但并不僅限于此，本發(fā)明也可適用于靶由1個(gè)構(gòu)成的情況。靶是一個(gè)時(shí)，如上述實(shí)施方式所示靶間不存在間隙。為此，需防止墊板31被濺鍍而發(fā)生異常放電，如圖3（a）所示，雖然無需設(shè)置不使磁鐵單元41～44移動(dòng)的區(qū)域Dm，但出于某些理由存在該區(qū)域Dm時(shí)，本發(fā)明也可良好地適用于該情況。再有，本發(fā)明也可適用于通過DC電源施加直流電力的情況。再有，圓形靶且磁鐵單元以靶的中心為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的情況也適用本發(fā)明。附圖標(biāo)記說明SM…濺射裝置、1a…濺鍍室、31～34…靶、41～44…磁鐵單元、5…懸浮屏蔽、6…移動(dòng)裝置、E…交流電源、M1、M2…漏磁場、W…基板。