知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024167324
(43)【公開日】2024-12-03
(54)【発明の名称】スパッタリング装置
(51)【国際特許分類】
C23C 14/34 20060101AFI20241126BHJP
【ＦＩ】
C23C14/34 S
C23C14/34 T
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024147157
(22)【出願日】2024-08-29
(62)【分割の表示】P 2022532493の分割
【原出願日】2021-06-22
(31)【優先権主張番号】P 2020107889
(32)【優先日】2020-06-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】501232056
【氏名又は名称】三国電子有限会社
(74)【代理人】
【識別番号】100141586
【弁理士】
【氏名又は名称】沖中 仁
(72)【発明者】
【氏名】田中 栄
(57)【要約】 （修正有）
【課題】スパッタリング装置に設けられる誘導結合プラズマ生成用のアンテナの大型化を可能とし、メンテナンス性の改善を図る。
【解決手段】スパッタリング装置は、成膜チャンバ１０８と、スパッタリングターゲット１２４を覆いスパッタリングターゲット１２４の表面と重なる位置に長方形状の開口部が設けられたプラズマ拡散防止板１４０と、断面視でＵ字溝形状を有しプラズマ拡散防止板１４０で囲まれた領域内に突出しスパッタリングターゲット１２４の長手方向に沿って延びる絶縁部材１４６と、スパッタリングターゲット１２４の長手方向に沿って延びる誘導結合プラズマ生成用の棒状アンテナ１４８とを有する。絶縁部材１４６は、成膜チャンバ１０８の真空となる空間と大気側の空間とを隔てるように配置され、棒状アンテナ１４８は、絶縁部材１４６の大気側であってＵ字溝形状の溝の部分に配置され、Ｕ字溝形状を有する絶縁部材１４６とは接触していない。
【選択図】図３
【解決手段】スパッタリング装置は、成膜チャンバ１０８と、スパッタリングターゲット１２４を覆いスパッタリングターゲット１２４の表面と重なる位置に長方形状の開口部が設けられたプラズマ拡散防止板１４０と、断面視でＵ字溝形状を有しプラズマ拡散防止板１４０で囲まれた領域内に突出しスパッタリングターゲット１２４の長手方向に沿って延びる絶縁部材１４６と、スパッタリングターゲット１２４の長手方向に沿って延びる誘導結合プラズマ生成用の棒状アンテナ１４８とを有する。絶縁部材１４６は、成膜チャンバ１０８の真空となる空間と大気側の空間とを隔てるように配置され、棒状アンテナ１４８は、絶縁部材１４６の大気側であってＵ字溝形状の溝の部分に配置され、Ｕ字溝形状を有する絶縁部材１４６とは接触していない。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
平面視で長方形状の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
位置に長方形状の開口部が設けられたプラズマ拡散防止板と、
断面視でＵ字溝形状を有し、前記プラズマ拡散防止板で囲まれた領域内に突出し、前記
スパッタリングターゲットの長手方向に沿って延びる絶縁部材と、
前記スパッタリングターゲットの長手方向に沿って延びる誘導結合プラズマ生成用の棒
状アンテナと、
を有し、
前記絶縁部材は、前記成膜チャンバの真空となる空間と、大気側の空間とを隔てるよう
に配置され、
前記棒状アンテナは、前記絶縁部材の大気側であって、前記Ｕ字溝形状の溝の部分に配
置され、
前記棒状アンテナは、前記Ｕ字溝形状を有する前記絶縁部材とは接触していない
ことを特徴とするスパッタリング装置。
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
位置に長方形状の開口部が設けられたプラズマ拡散防止板と、
断面視でＵ字溝形状を有し、前記プラズマ拡散防止板で囲まれた領域内に突出し、前記
スパッタリングターゲットの長手方向に沿って延びる絶縁部材と、
前記スパッタリングターゲットの長手方向に沿って延びる誘導結合プラズマ生成用の棒
状アンテナと、
を有し、
前記絶縁部材は、前記成膜チャンバの真空となる空間と、大気側の空間とを隔てるよう
に配置され、
前記棒状アンテナは、前記絶縁部材の大気側であって、前記Ｕ字溝形状の溝の部分に配
置され、
前記棒状アンテナは、前記Ｕ字溝形状を有する前記絶縁部材とは接触していない
ことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項2】
前記絶縁部材が、前記成膜チャンバに設けられた貫通孔に大気側から挿入されている、
請求項１に記載のスパッタリング装置。
請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項3】
前記絶縁部材の表面に、ガラス層が設けられている、請求項１に記載のスパッタリング
装置。
装置。
【請求項4】
前記絶縁部材が、前記成膜チャンバの大気側の壁に接して真空シール部が設けられてい
る、請求項２に記載のスパッタリング装置。
る、請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項5】
前記絶縁部材は、石英、アルミナ、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、フォルステライト（Ｍｇ
２ＳｉＯ４）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）から選ばれた一種の材料で形成されて
いる、請求項１に記載のスパッタリング装置。
２ＳｉＯ４）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）から選ばれた一種の材料で形成されて
いる、請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項6】
前記棒状アンテナが、前記スパッタリングターゲットの表面から突出する位置に設けら
れている、請求項１に記載のスパッタリング装置。
れている、請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項7】
前記棒状アンテナが、前記スパッタリングターゲットの長手方向に沿って複数に分割さ
れている、請求項１に記載のスパッタリング装置。
れている、請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項8】
前記棒状アンテナが、複数の金属管で形成され、前記複数の金属管がコンデンサを介し
て接続されている、請求項６に記載のスパッタリング装置。
て接続されている、請求項６に記載のスパッタリング装置。
【請求項9】
前記棒状アンテナは、前記複数の金属管が、絶縁性を有する中空管で連結された構造を
有する、請求項８に記載のスパッタリング装置。
有する、請求項８に記載のスパッタリング装置。
【請求項10】
前記絶縁部材及び前記棒状アンテナが、前記スパッタリングターゲットの両側に設けら
れている、請求項１に記載のスパッタリング装置。
れている、請求項１に記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
利用した成膜装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
。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。
【0003】
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）。
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１６－０６５２９９号公報
【特許文献2】特開２０１６－０７２１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
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。
【0006】
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（
Ｏ２）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。
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（
Ｏ２）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。
【0007】
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。
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。
【0008】
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（Ｈ２Ｏ）、酸素（Ｏ２）、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。
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（Ｈ２Ｏ）、酸素（Ｏ２）、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。
【0009】
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。
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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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。
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。
【発明の効果】
【0011】
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。
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。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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。
【図7】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。
【図8A】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。
【図8B】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。
【図9】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。
【図10A】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。
【図10B】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。
【図11】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。
【図12】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。
【図13】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。
【図14】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。
【図15】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。
【図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。
【図17A】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。
【図18A】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。
【図18B】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。
【図18C】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。
【図19】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。
【図20】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。
【図21】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。
【図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。
【図23A】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。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
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。
【0014】
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。
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。
【0015】
［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。
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。
【0016】
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１
０２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１
０２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。
０２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１
０２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。
【0017】
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。
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。
【0018】
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。
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。
【0019】
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。
、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。
【0020】
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１
０４、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。
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１
０４、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。
【0021】
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。
。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。
【0022】
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１０
６ｂ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２
０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。
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１０
６ｂ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２
０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。
【0023】
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。
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。
【0024】
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。
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。
【0025】
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。
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。
【0026】
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。
）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。
【0027】
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。
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。
【0028】
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１２
４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。
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１２
４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。
【0029】
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。
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。
【0030】
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１
３４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。
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１
３４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。
【0031】
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１２
６ａ、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。
６ａ、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。
【0032】
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１４
８ａ、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。
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１４
８ａ、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。
【0033】
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。
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。
【0034】
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１０
８ｂ）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。
８ｂ）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。
【0035】
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。
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。
【0036】
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１０
８ｂ）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１
４８ｂ）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。
８ｂ）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１
４８ｂ）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。
【0037】
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１
２６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。
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１
２６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。
【0038】
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。
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。
【0039】
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（Ｙ２Ｏ３）、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、
ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）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。
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（Ｙ２Ｏ３）、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、
ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）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。
【0040】
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１
４８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１２
６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。
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１
４８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１２
６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。
【0041】
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。
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。
【0042】
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１０
８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１０
９ａ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。
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１０
８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１０
９ａ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。
【0043】
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。
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。
【0044】
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１２
６ｂ）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１４
８ａ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１
５０ｄが第２コンデンサ１５２ｂを介して接続された構造を有する。
６ｂ）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１４
８ａ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１
５０ｄが第２コンデンサ１５２ｂを介して接続された構造を有する。
【0045】
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１
５４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。
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１
５４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。
【0046】
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１２
４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。
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１２
４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。
【0047】
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（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミ
ナ（Ａｌ２Ｏ３）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。
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（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミ
ナ（Ａｌ２Ｏ３）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。
【0048】
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。
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。
【0049】
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。
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。
【0050】
ＩｎＧａＳｎＯｘ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
（Ｈ２Ｏ）、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。
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
（Ｈ２Ｏ）、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。
【0051】
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（Ｈ２Ｏ）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＋Ｏ２）に微量の水素ガス（Ｈ２）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。
上に保持していないと真空チャンバ内の水分（Ｈ２Ｏ）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＋Ｏ２）に微量の水素ガス（Ｈ２）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。
【0052】
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（Ｈ２Ｏ）、水素（
Ｈ２）、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。
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（Ｈ２Ｏ）、水素（
Ｈ２）、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。
【0053】
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。
。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。
【0054】
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。
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。
【0055】
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１
２６ｂ）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１
２６ｂ）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１２
６（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１２
６ｂ）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。
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１
２６ｂ）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１
２６ｂ）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１２
６（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１２
６ｂ）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。
【0056】
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。
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。
【0057】
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１２
６ａ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２
０４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。
６ａ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２
０４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。
【0058】
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１
６０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。
６０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。
【0059】
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（Ｈ２Ｏ）、水素（Ｈ
２）、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。
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（Ｈ２Ｏ）、水素（Ｈ
２）、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。
【0060】
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。
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。
【0061】
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。
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。
【0062】
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１
３１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。
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１
３１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。
【0063】
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１
３２ｂ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。
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１
３２ｂ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。
【0064】
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。
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。
【0065】
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。
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。
【0066】
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１７
２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１５
０ｂ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。
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１７
２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１５
０ｂ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。
【0067】
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１
５０ａ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。
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１
５０ａ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。
【0068】
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。
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。
【0069】
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。
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。
【0070】
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１
５２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１
２６に印加する高周波電力を大電力化することもできる。
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１
５２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１
２６に印加する高周波電力を大電力化することもできる。
【0071】
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１３．５６Ｍ
Ｈｚ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。
Ｈｚ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。
【0072】
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２
７ＭＨｚ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１２０
ａ、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
。
７ＭＨｚ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１２０
ａ、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
。
【0073】
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。
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。
【0074】
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１２６
ａ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。
（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１２６
ａ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。
【0075】
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１２
３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。
３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。
【0076】
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。
、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。
【0077】
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。
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。
【0078】
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／ｃｍ３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／ｃｍ３に近い値である。
、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／ｃｍ３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／ｃｍ３に近い値である。
【0079】
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／ｃｍ３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。
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／ｃｍ３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。
【0080】
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２
００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。
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２
００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。
【0081】
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（Ｎ２）ガス、酸素（Ｏ２）ガス、又は
亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）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１０３Ｐａの範囲
が好ましい。
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（Ｎ２）ガス、酸素（Ｏ２）ガス、又は
亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）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１０３Ｐａの範囲
が好ましい。
【0082】
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。
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。
【0083】
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（Ｈ２Ｏ）、水素（Ｈ２）、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。
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（Ｈ２Ｏ）、水素（Ｈ２）、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。
【0084】
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。
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。
【0085】
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。
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。
【0086】
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（Ｈ２Ｏ）、水素
（Ｈ２）、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。
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（Ｈ２Ｏ）、水素
（Ｈ２）、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。
【0087】
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１．５
Ｐａ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（Ｈ２Ｏ）、水素（Ｈ２）
、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。
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１．５
Ｐａ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（Ｈ２Ｏ）、水素（Ｈ２）
、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。
【0088】
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（Ｍ
ｏ）、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。
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（Ｍ
ｏ）、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。
【0089】
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。
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。
【0090】
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。
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。
【0091】
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（Ｏ２）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（Ｏ２）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。
ガスとしてアルゴン（Ａｒ）のみ又はアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ２）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（Ｏ２）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。
【0092】
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（Ｏ２）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。
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（Ｏ２）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。
【0093】
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。
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。
【0094】
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１２
６ｂ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。
－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１２
６ｂ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。
【0095】
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１６
Ｂ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＿１～１４
８ｂ＿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１
４８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。
Ｂ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＿１～１４
８ｂ＿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１
４８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。
【0096】
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。
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。
【0097】
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。
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。
【0098】
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２１２
ａ、２１２ｂは、例えば、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺ
Ｏ）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。
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２１２
ａ、２１２ｂは、例えば、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺ
Ｏ）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。
【0099】
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。
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。
【0100】
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（Ｉ
ｎ）、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６ｎ
ｍと約１０分の１の膜厚で形成される。
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（Ｉ
ｎ）、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６ｎ
ｍと約１０分の１の膜厚で形成される。
【0101】
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。
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。
【0102】
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。
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。
【0103】
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。
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。
【0104】
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。
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。
【0105】
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ＩｎＧａＳｎＯｘ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。
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。
【0106】
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。
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。
【0107】
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。
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。
【0108】
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。
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。
【0109】
［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。
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。
【0110】
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１０
６ａ、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１
０６ｃ、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１
０８ｅ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。
、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１０
６ａ、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１
０６ｃ、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１
０８ｅ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。
【0111】
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。
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。
【0112】
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２０
０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。
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２０
０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。
【0113】
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。
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。
【0114】
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。
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。
【0115】
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１０
８ｃ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１１
１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。
８ｃ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１１
１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。
【0116】
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（３００
０ｍｍ×３３２０ｍｍ）の成膜に用いることができる。
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（３００
０ｍｍ×３３２０ｍｍ）の成膜に用いることができる。
【0117】
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３
０４、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３０
０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。
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３
０４、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３０
０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。
【0118】
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。
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。
【0119】
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）３０
６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。
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）３０
６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。
【0120】
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、Ｉｎ２Ｏ３－Ｇａ２Ｏ３－ＳｎＯ２－ＺｎＯ系酸化物材料、Ｉｎ２
Ｏ３－Ｇａ２Ｏ３－ＳｎＯ２系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３－ＳｎＯ２－ＺｎＯ系酸化物材料
、Ｉｎ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３－ＺｎＯ系酸化物材料、Ｇａ２Ｏ３－ＳｎＯ２－ＺｎＯ系酸化
物材料、Ｇａ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３－ＺｎＯ系酸化物材料、ＳｎＯ２－Ａｌ２Ｏ３－ＺｎＯ
系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３－ＺｎＯ系酸化物材料、ＳｎＯ２－ＺｎＯ系酸化物材料、Ａｌ
２Ｏ３－ＺｎＯ系酸化物材料、Ｇａ２Ｏ３－ＳｎＯ２系酸化物材料、Ｇａ２Ｏ３－ＺｎＯ
系酸化物材料、Ｇａ２Ｏ３－ＭｇＯ系酸化物材料、ＭｇＯ－ＺｎＯ系酸化物材料、ＳｎＯ
２－ＭｇＯ系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３－ＭｇＯ系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３系金属酸化物材
料、Ｇａ２Ｏ３系金属酸化物材料、ＳｎＯ２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。
金属酸化物としては、Ｉｎ２Ｏ３－Ｇａ２Ｏ３－ＳｎＯ２－ＺｎＯ系酸化物材料、Ｉｎ２
Ｏ３－Ｇａ２Ｏ３－ＳｎＯ２系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３－ＳｎＯ２－ＺｎＯ系酸化物材料
、Ｉｎ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３－ＺｎＯ系酸化物材料、Ｇａ２Ｏ３－ＳｎＯ２－ＺｎＯ系酸化
物材料、Ｇａ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３－ＺｎＯ系酸化物材料、ＳｎＯ２－Ａｌ２Ｏ３－ＺｎＯ
系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３－ＺｎＯ系酸化物材料、ＳｎＯ２－ＺｎＯ系酸化物材料、Ａｌ
２Ｏ３－ＺｎＯ系酸化物材料、Ｇａ２Ｏ３－ＳｎＯ２系酸化物材料、Ｇａ２Ｏ３－ＺｎＯ
系酸化物材料、Ｇａ２Ｏ３－ＭｇＯ系酸化物材料、ＭｇＯ－ＺｎＯ系酸化物材料、ＳｎＯ
２－ＭｇＯ系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３－ＭｇＯ系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３系金属酸化物材
料、Ｇａ２Ｏ３系金属酸化物材料、ＳｎＯ２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。
【0121】
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。
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。
【0122】
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３１
０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。
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３１
０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。
【0123】
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１
０２Ωｃｍ～１０５Ωｃｍ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３
１０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。
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１
０２Ωｃｍ～１０５Ωｃｍ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３
１０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。
【0124】
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。
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。
【0125】
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（Ａ
ｌ）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（１
２Ｃａ・７Ａｌ２Ｏ３）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。
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（Ａ
ｌ）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（１
２Ｃａ・７Ａｌ２Ｏ３）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。
【0126】
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３．１
ｅＶ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。Ｚｎ０．７Ｍｇ０．３
Ｏ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
。
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３．１
ｅＶ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。Ｚｎ０．７Ｍｇ０．３
Ｏ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
。
【0127】
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、１ｎ
ｍ～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（Ｌｉ２Ｏ）、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。
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、１ｎ
ｍ～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（Ｌｉ２Ｏ）、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。
【0128】
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Ｚｎ０．７５
Ｓｉ０．２５Ｏ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１
００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。Ｃ
１２Ａ７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、Ｚｎ０．７Ｍｇ
０．３Ｏ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
。
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Ｚｎ０．７５
Ｓｉ０．２５Ｏ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１
００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。Ｃ
１２Ａ７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、Ｚｎ０．７Ｍｇ
０．３Ｏ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
。
【0129】
電子注入層３１２として用いられるＺｎ０．７Ｍｇ０．３ＯやＺｎ０．７５Ｓｉ０．２
５Ｏ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。
５Ｏ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。
【0130】
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３０
８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。
８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。
【0131】
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１０
６ｄ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。
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１０
６ｄ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。
【0132】
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。
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。
【0133】
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～５００ｎ
ｍ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。
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～５００ｎ
ｍ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。
【0134】
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。
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。
【0135】
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。
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。
【0136】
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３
１４、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。
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３
１４、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。
【符号の説明】
【0137】
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、１３
０・・・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、２
１４・・・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）
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、１３
０・・・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、２
１４・・・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）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22A】
【図22B】
【図23A】
【図23B】