JP2023156156A

JP2023156156A - Film deposition method and film deposition apparatus

Info

Publication number: JP2023156156A
Application number: JP2022065849A
Authority: JP
Inventors: 祐輔氏原; Yusuke Ujihara; 応樹武井; Masaki Takei
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2022-04-12
Filing date: 2022-04-12
Publication date: 2023-10-24

Abstract

To provide a film deposition method and film deposition apparatus, capable of depositing a film excellent in controllability of film quality by magnetron sputtering.SOLUTION: A film deposition method comprises: forming the pressure of an opposite substrate side space served as a space facing an opposite substrate side surface higher than that of a substrate side space served as a space facing a substrate side surface when using the substrate side of a target surface as a substrate side surface and using the side opposite to the substrate side surface of the target surface as an opposite substrate side surface in each of a plurality of rotary targets having a central axis and a target surface, including a magnet rotatable around the central axis in the inside and having the central axes parallel to each other; supplying discharge power to the plurality of rotary targets to deposit a film on a substrate by sputtering; and rotating the magnet around the central axis during the supply start and stop of the discharge power to move the magnet between a position facing the substrate side surface from the inside and a position facing the opposite substrate side surface in the inside.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、ロータリターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングによる成膜方法及び成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus by magnetron sputtering using a rotary target.

スパッタリングでは、真空中に導入したスパッタリングガスへ放電を行うことによりスパッタリングガスをプラズマ化し、生成したイオンをターゲットに衝突させてスパッタリング粒子を発生させ、基板上にスパッタリング粒子を堆積させる。マグネトロンスパッタリングは、ターゲット近傍に配置した磁石を用いて磁場の中に電子を囲い込むことでターゲット近傍に高密度プラズマ領域を作り、イオンをターゲットに効率的に衝突させることにより成膜の高速化が可能である。 In sputtering, the sputtering gas introduced into a vacuum is turned into plasma by generating an electric discharge, and the generated ions collide with a target to generate sputtering particles, which are then deposited on a substrate. Magnetron sputtering creates a high-density plasma region near the target by enclosing electrons in a magnetic field using a magnet placed near the target, and speeds up film formation by efficiently colliding ions with the target. It is possible.

マグネトロンスパッタリング装置には、基板に対向させた円筒状のスパッタリングターゲット（以下、ロータリターゲット）中に磁石を配置し、磁石を回転させることにより、ロータリターゲット表面におけるプラズマ密度を変化させるものが開発されている（例えば特許文献１参照）。この装置では、磁石を回転させることによりロータリターゲット間でのスパッタリング粒子の量を均一化させることが可能となっている。 A magnetron sputtering device has been developed in which a magnet is placed in a cylindrical sputtering target (hereinafter referred to as a rotary target) facing a substrate, and the plasma density on the surface of the rotary target is changed by rotating the magnet. (For example, see Patent Document 1). In this device, by rotating the magnet, it is possible to equalize the amount of sputtered particles between the rotary targets.

特開２０２０－２００５２０号公報JP2020-200520A

しかしながら、マグネトロンスパッタリングでは、放電開始時や放電停止時に膜質の制御が困難となる場合がある。これは、放電開始時にはターゲットの表面状態やプラズマ発生空間の状態が膜質に影響し、放電停止時にはスパッタリング粒子と反応性ガスの比率が変動するためである。特に薄膜トランジスタ等の素子では膜質により素子性能に影響が生じるため、このような素子をマグネトロンスパッタリングにより製造する際には膜質制御が重要となる。 However, with magnetron sputtering, it may be difficult to control the film quality when starting or stopping discharge. This is because the surface condition of the target and the condition of the plasma generation space affect the film quality when discharge starts, and the ratio of sputtered particles to reactive gas changes when discharge stops. Particularly in devices such as thin film transistors, the device performance is affected by the film quality, so film quality control is important when manufacturing such devices by magnetron sputtering.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、マグネトロンスパッタリングにより膜質の制御性に優れた成膜を行うことが可能な成膜方法及び成膜装置を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a film forming method and a film forming apparatus that can form a film with excellent controllability of film quality by magnetron sputtering.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜方法は、各ロータリターゲットが中心軸とターゲット面とを有し、上記中心軸の周りに回転可能な磁石を内部に備え、上記中心軸が互いに平行である複数のロータリターゲットを用いて基板にスパッタリング成膜を行う成膜方法である。
上記成膜方法では、上記複数のロータリターゲットのそれぞれにおいて、上記ターゲット面の上記基板側を基板側面とし、上記ターゲット面の上記基板側面とは反対側を反基板側面とした場合、上記反基板側面が面する空間である反基板側空間の圧力を上記基板側面が面する空間である基板側空間の圧力より高くする。
上記複数のロータリターゲットに放電電力を供給して上記基板にスパッタリング成膜を行い、上記放電電力の供給開始から供給停止の間で、上記磁石を上記中心軸の周りに回転させ、上記内部から上記基板側面に対向する位置と上記内部から上記反基板側面に対向する位置の間で移動させる。 In order to achieve the above object, in a film forming method according to one embodiment of the present invention, each rotary target has a central axis and a target surface, is provided with a magnet rotatable around the central axis, and This is a film forming method that performs sputtering film formation on a substrate using a plurality of rotary targets whose axes are parallel to each other.
In the above film forming method, in each of the plurality of rotary targets, when the substrate side of the target surface is the substrate side surface and the opposite side of the target surface from the substrate side surface is the anti-substrate side surface, the anti-substrate side surface is the opposite side surface of the target surface. The pressure in the space on the opposite side of the substrate, which is the space facing the side surface of the substrate, is made higher than the pressure in the space on the substrate side, which is the space facing the side surface of the substrate.
Sputtering film formation is performed on the substrate by supplying discharge power to the plurality of rotary targets, and between the start and stop of supply of the discharge power, the magnet is rotated around the central axis, and the magnet is rotated from the inside to the It is moved between a position facing the side surface of the substrate and a position facing the side surface opposite to the substrate from the inside.

この成膜方法では、磁石を内部から基板側面に対向する位置に移動させると、基板側面から飛散したスパッタリング材料が基板に堆積し、着膜する。一方、磁石を内部から反基板側面に対向する位置に移動させると、反基板側面から飛散したスパッタリング材料が基板に着膜しない。反基板側空間の圧力を基板側空間の圧力より高くしておくことにより、反基板側空間で放電を生じやすくし、基板側空間で成膜に適した条件で成膜することができる。また、放電開始時や放電終了時は膜質の制御性が低下するが、この際に基板への着膜を防止することで膜質の制御性に優れた成膜を行うことが可能となる。 In this film forming method, when the magnet is moved from the inside to a position facing the side surface of the substrate, sputtering material scattered from the side surface of the substrate is deposited on the substrate to form a film. On the other hand, if the magnet is moved from inside to a position facing the side surface opposite to the substrate, the sputtering material scattered from the side surface opposite to the substrate will not be deposited on the substrate. By setting the pressure in the space on the opposite substrate side to be higher than the pressure in the space on the substrate side, discharge can be easily generated in the space on the opposite substrate side, and a film can be formed under conditions suitable for film formation in the space on the substrate side. Furthermore, although the controllability of film quality deteriorates at the start and end of discharge, by preventing deposition of the film on the substrate at this time, it becomes possible to form a film with excellent controllability of film quality.

上記スパッタリング成膜を行う工程では、上記磁石が上記内部から上記反基板側面に対向する位置にあるときに上記放電電力の供給を開始し、上記磁石を上記内部から上記基板側面に対向する位置に移動させて上記放電電力の供給を継続してもよい。 In the step of performing sputtering film formation, the supply of the discharge power is started when the magnet is at a position facing the side surface opposite to the substrate from the inside, and the magnet is moved from the inside to the position facing the side surface of the substrate. It may be moved to continue supplying the discharge power.

上記スパッタリング成膜を行う工程では、上記磁石が上記内部から上記基板側面に対向する位置にあるときに上記放電電力の供給を継続し、上記磁石を上記内部から上記反基板側面に対向する位置に移動させて上記放電電力の供給を停止してもよい。 In the step of performing sputtering film formation, the supply of discharge power is continued when the magnet is at a position facing the side surface of the substrate from the inside, and the magnet is moved from the inside to a position facing the side surface opposite to the substrate. The supply of the discharge power may be stopped by moving the discharge power.

上記スパッタリング成膜を行う工程では、上記磁石が上記内部から上記反基板側面に対向する位置にあるときに上記放電電力の供給を開始し、上記磁石を上記内部から上記基板側面に対向する位置に移動させて上記放電電力の供給を継続し、上記磁石を上記内部から上記反基板側面に対向する位置に移動させて上記放電電力の供給を停止してもよい。 In the step of performing sputtering film formation, the supply of the discharge power is started when the magnet is at a position facing the side surface opposite to the substrate from the inside, and the magnet is moved from the inside to the position facing the side surface of the substrate. The magnet may be moved to continue supplying the discharge power, and the magnet may be moved from the inside to a position facing the side opposite to the substrate, and the supply of the discharge power may be stopped.

上記成膜方法では、上記磁石が上記基板に最も接近する位置を基準位置とし、上記基準位置に位置しているときの上記磁石の回転角を０°とし、上記磁石を反時計回り方向に回転させるときの回転角度を正の回転角度とした場合、上記磁石が上記内部から上記反基板側面に対向する位置は上記回転角度が１００°以上２６０°以下の位置であってもよい。 In the film forming method, the position where the magnet approaches the substrate is set as a reference position, the rotation angle of the magnet when located at the reference position is 0°, and the magnet is rotated counterclockwise. When the rotation angle at the time of rotation is a positive rotation angle, the position where the magnet faces the side surface opposite to the substrate from the inside may be a position where the rotation angle is 100° or more and 260° or less.

上記反基板側空間の圧力を上記基板側空間の圧力より高くする工程では、上記反基板側空間にガスを供給し、上記反基板側空間の圧力を高くしてもよい。 In the step of making the pressure in the space on the opposite substrate side higher than the pressure in the space on the substrate side, gas may be supplied to the space on the opposite substrate side to increase the pressure in the space on the opposite substrate side.

上記ガスは、スパッタリングガスと反応性ガスを混合したガスであってもよい。 The gas may be a mixture of sputtering gas and reactive gas.

上記基板側空間の圧力は０．３Ｐａ以下であり、上記反基板側空間の圧力は０．４Ｐａ以上であってもよい。 The pressure in the space on the substrate side may be 0.3 Pa or less, and the pressure in the space on the opposite side to the substrate may be 0.4 Pa or more.

上記複数のロータリターゲット間の距離は８０ｍｍ以下であってもよい。 The distance between the plurality of rotary targets may be 80 mm or less.

上記スパッタリング成膜を行う工程では、酸化物半導体材料を上記基板上に成膜してもよい。 In the step of performing the sputtering film formation, an oxide semiconductor material may be formed on the substrate.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、複数のロータリターゲットと、ガス導入部と、制御部とを具備する。
上記複数のロータリターゲットは、各ロータリターゲットが中心軸とターゲット面とを有し、上記中心軸の周りに回転可能な磁石を内部に備え、上記中心軸が互いに平行である。
上記ガス導入部は、上記複数のロータリターゲットのそれぞれにおいて、上記ターゲット面の上記基板側を基板側面とし、上記ターゲット面の上記基板側面とは反対側を反基板側面とした場合、上記反基板側面が面する空間である反基板側空間に設けられ、ガスを放出して上記反基板側空間の圧力を上記基板側面が面する空間である基板側空間の圧力より高くする。
上記制御部は、上記複数のロータリターゲットに放電電力を供給して上記基板にスパッタリング成膜を行い、上記放電電力の供給開始から供給停止の間で、上記磁石を上記中心軸の周りに回転させ、上記内部から上記基板側面に対向する位置と上記内部から上記反基板側面に対向する位置の間で移動させる。 In order to achieve the above object, a film forming apparatus according to one embodiment of the present invention includes a plurality of rotary targets, a gas introduction section, and a control section.
Each of the plurality of rotary targets has a central axis and a target surface, and includes a magnet rotatable around the central axis, and the central axes are parallel to each other.
In each of the plurality of rotary targets, when the substrate side of the target surface is the substrate side surface, and the opposite side of the target surface from the substrate side surface is the anti-substrate side surface, the gas introduction part is the opposite-to-substrate side surface. It is provided in the space on the opposite side of the substrate, which is the space facing the side surface of the substrate, and releases gas to make the pressure in the space on the opposite side to the substrate higher than the pressure in the space on the substrate side, which is the space facing the side surface of the substrate.
The control unit supplies discharge power to the plurality of rotary targets to perform sputtering film formation on the substrate, and rotates the magnet around the central axis between the start and stop of supply of the discharge power. , between a position facing the side surface of the substrate from the inside and a position facing the side opposite the substrate from the inside.

以上のように、本発明によれば、マグネトロンスパッタリングにより膜質の制御性に優れた成膜を行うことが可能な成膜方法及び成膜装置を提供することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a film forming method and a film forming apparatus that are capable of forming a film with excellent controllability of film quality by magnetron sputtering.

本発明の実施形態に係る成膜方法により作成可能なトップゲート型ＴＦＴの模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a top-gate TFT that can be produced by a film forming method according to an embodiment of the present invention. 上記成膜方法により作成可能なダウンゲート型ＴＦＴの模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a down-gate TFT that can be produced by the above film forming method. 上記膜方法により作成可能なダブルゲート型ＴＦＴの模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a double-gate TFT that can be produced by the above film method. 本発明の実施形態に係る成膜装置の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 上記成膜装置の一部構成の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a partial configuration of the film forming apparatus. 上記成膜装置が備えるロータリターゲットの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a rotary target included in the film forming apparatus. 上記成膜装置が備えるロータリターゲットの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a rotary target included in the film forming apparatus. 上記成膜装置が備えるロータリターゲットのターゲット面と基板の位置関係を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the positional relationship between a target surface of a rotary target included in the film forming apparatus and a substrate. 上記成膜装置が備えるロータリターゲットの磁石の配置を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the arrangement of magnets of a rotary target included in the film forming apparatus. 上記成膜装置における磁石ユニットの回転角度を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the rotation angle of the magnet unit in the said film-forming apparatus. 上記成膜装置における磁石ユニットの回転角度を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the rotation angle of the magnet unit in the said film-forming apparatus. 上記成膜装置における磁石ユニットの、基板側面と対向する回転角度を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the rotation angle of the magnet unit in the film forming apparatus facing the side surface of the substrate. 上記成膜装置における磁石ユニットの、反基板側面と対向する回転角度を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the rotation angle of the magnet unit in the film forming apparatus facing the opposite side surface of the substrate. 上記成膜装置における基板側空間と反基板側空間を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a substrate side space and an anti-substrate side space in the film forming apparatus. 上記成膜装置が備えるロータリターゲットの間隙を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the gap|interval of the rotary target with which the said film-forming apparatus is equipped. 上記成膜装置による成膜方法のガス導入工程の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a gas introduction step in a film forming method using the film forming apparatus. 上記成膜装置による成膜方法の放電開始時及び放電終了時の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of the film forming method using the film forming apparatus at the start and end of discharge. 上記成膜装置による成膜方法の放電継続時の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of the film forming method using the film forming apparatus during continuous discharge. 本発明及び比較例に係る成膜方法によって成膜された膜の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a film formed by a film forming method according to the present invention and a comparative example. 上記成膜装置における磁石ユニットの回転角度と成膜速度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rotation angle of the magnet unit and the film-forming speed in the said film-forming apparatus.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[成膜対象物について]
本実施形態に係る成膜方法により製造することが可能なＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）の構成について説明する。図１はトップゲート型のＴＦＴ５１０を示し、図２はボトムゲート型のＴＦＴ５２０、図３はダブルゲート型のＴＦＴ５３０を示す。 [About the object to be deposited]
The structure of a TFT (Thin Film Transistor) that can be manufactured by the film forming method according to this embodiment will be described. 1 shows a top gate type TFT 510, FIG. 2 shows a bottom gate type TFT 520, and FIG. 3 shows a double gate type TFT 530.

図１乃至図３において各ＴＦＴは基板５０１、チャネル層５０２、ゲート絶縁膜５０３、ゲート電極５０４、ソース電極５０５、ドレイン電極５０６、層間絶縁膜５０７、遮光層５０８及びバッファー層５０９を備える。各層の材料は各層の機能に応じて選択され、例えばチャネル層５０２はＩＧＺＯ（Indium Gallium Ｚinc Ｏxide）等の酸化物半導体材料からなる。 1 to 3, each TFT includes a substrate 501, a channel layer 502, a gate insulating film 503, a gate electrode 504, a source electrode 505, a drain electrode 506, an interlayer insulating film 507, a light shielding layer 508, and a buffer layer 509. The material of each layer is selected depending on the function of each layer. For example, the channel layer 502 is made of an oxide semiconductor material such as IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide).

図１乃至図３に示す各ＴＦＴにおいてゲート電極５０４に電圧を印加すると、チャネル層５０２のゲート電極５０４側にチャネル領域Ｃが形成され、ソース電極５０５とドレイン電極５０６の間に電圧を印加すると、チャネル領域Ｃを介して電流が流れる。一方、ゲート電極５０４に電圧を印加しないと、チャネル層５０２にチャネル領域Ｃが形成されず、ソース電極５０５とドレイン電極５０６の間に電圧を印加しても電流が流れない。 When a voltage is applied to the gate electrode 504 in each TFT shown in FIGS. 1 to 3, a channel region C is formed on the gate electrode 504 side of the channel layer 502, and when a voltage is applied between the source electrode 505 and the drain electrode 506, Current flows through channel region C. On the other hand, if no voltage is applied to the gate electrode 504, no channel region C will be formed in the channel layer 502, and no current will flow even if a voltage is applied between the source electrode 505 and the drain electrode 506.

図１乃至図３に示すように、各ＴＦＴにおいてチャネル領域Ｃの形成位置は異なり、トップゲート型のＴＦＴ５１０（図１参照）ではチャネル層５０２の最上層に、ボトムゲート型のＴＦＴ５２０（図２参照）ではチャネル層５０２の最下層にチャネル領域Ｃが形成される。また、ダブルゲート型のＴＦＴ５３０（図３参照）ではチャネル層５０２の最上層及び最下層の両方にチャネル領域Ｃが形成される。 As shown in FIGS. 1 to 3, the formation position of the channel region C is different in each TFT. In the top gate type TFT 510 (see FIG. 1), the bottom gate type TFT 520 (see FIG. 2) is placed in the uppermost layer of the channel layer 502. ), a channel region C is formed in the bottom layer of the channel layer 502. Further, in a double-gate type TFT 530 (see FIG. 3), a channel region C is formed in both the uppermost layer and the lowermost layer of the channel layer 502.

各ＴＦＴにおいてチャネル層５０２のうちチャネル領域Ｃが形成される部分では、チャネル層５０２の膜質が電子移動度といったチャネル領域Ｃの性質に影響を与える。したがって、各ＴＦＴのチャネル層５０２を生成する際、チャネル領域Ｃの位置に応じてチャネル層５０２の膜質制御が重要となる。 In the portion of the channel layer 502 in each TFT where the channel region C is formed, the film quality of the channel layer 502 influences the properties of the channel region C such as electron mobility. Therefore, when producing the channel layer 502 of each TFT, it is important to control the film quality of the channel layer 502 depending on the position of the channel region C.

[成膜装置について]
本実施形態に係る成膜装置について説明する。図４は本実施形態に係る成膜装置１００の模式図であり、図５は成膜装置１００の一部構成を示す断面図である。成膜装置１００はマグネトロンスパッタリング装置である。これらの図に示すように、成膜装置１００は真空チャンバ１１０、複数のロータリターゲット１２０、防着板１３０、ガス導入部１４０、基板ホルダ１５０及び制御部１６０を備える。基板ホルダ１５０には成膜対象物である基板Ｓが装着されている。 [About film forming equipment]
A film forming apparatus according to this embodiment will be explained. FIG. 4 is a schematic diagram of the film forming apparatus 100 according to this embodiment, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing a partial configuration of the film forming apparatus 100. The film forming apparatus 100 is a magnetron sputtering apparatus. As shown in these figures, the film forming apparatus 100 includes a vacuum chamber 110, a plurality of rotary targets 120, an adhesion prevention plate 130, a gas introduction section 140, a substrate holder 150, and a control section 160. A substrate S, which is an object to be film-formed, is mounted on the substrate holder 150.

真空チャンバ１１０は、内部空間１１１を形成する。真空チャンバ１１０にはガス供給系１１２及び排気系１１３が設けられている。ガス供給系１１２はガス導入部１４０に接続され、後述するスパッタリング用ガスをガス導入部１４０に供給する。排気系１１３は図示しない真空ポンプに接続され、内部空間１１１を真空排気する。 Vacuum chamber 110 forms an interior space 111 . The vacuum chamber 110 is provided with a gas supply system 112 and an exhaust system 113. The gas supply system 112 is connected to the gas introduction section 140 and supplies sputtering gas, which will be described later, to the gas introduction section 140. The exhaust system 113 is connected to a vacuum pump (not shown) and evacuates the internal space 111.

図６はロータリターゲット１２０を示す斜視図である。ロータリターゲット１２０は中心軸１２１の周りに回転可能に構成されている。成膜装置１００が備える複数のロータリターゲット１２０は、それぞれの中心軸１２１が互いに平行となるように配置されている。なお、複数のロータリターゲット１２０は図５に示すように中心軸１２１が同一平面（Ｘ－Ｙ平面）上に位置するように配置されてもよく、複数のロータリターゲット１２０が基板Ｓに対して凹型又は凸型となるように中心軸１２１がずれて配置されてもよい。 FIG. 6 is a perspective view showing the rotary target 120. The rotary target 120 is configured to be rotatable around a central axis 121. The plurality of rotary targets 120 included in the film forming apparatus 100 are arranged such that their central axes 121 are parallel to each other. Note that the plurality of rotary targets 120 may be arranged so that the central axes 121 are located on the same plane (XY plane) as shown in FIG. Alternatively, the central axis 121 may be arranged to be shifted so as to have a convex shape.

図５に示すように複数のロータリターゲット１２０は中心軸１２１に直交する一方向（Ｚ方向)において基板Ｓと対向する。なお、図４では１０本のロータリターゲット１２０を示すが、成膜装置１００が備えるロータリターゲット１２０の数は特に限定されず、基板Ｓのサイズに応じて適宜変更される。 As shown in FIG. 5, the plurality of rotary targets 120 face the substrate S in one direction (Z direction) orthogonal to the central axis 121. Although ten rotary targets 120 are shown in FIG. 4, the number of rotary targets 120 included in the film forming apparatus 100 is not particularly limited, and may be changed as appropriate depending on the size of the substrate S.

図７は一つのロータリターゲット１２０を示す断面図である。同図に示すようにロータリターゲット１２０はターゲット部１２３及び磁石ユニット１２４を備える。ターゲット部１２３はターゲット材料からなり、中心軸１２１を中心とする円筒形状を有する。成膜装置１００により成膜可能な成膜材料は特に限定されないが、例えばＩＧＺＯ（Indium Gallium Zinc Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)、ＩＡＺＯ（Indium Aluminium Zinc Oxide）、ＩＡＴＯ（Indium Aluminium Tin Oxide）等の酸化物半導体であり、ターゲット材料はこれらの成膜材料に応じて選択される。以下、ターゲット部１２３の表面をターゲット面１２５とする。 FIG. 7 is a sectional view showing one rotary target 120. As shown in the figure, the rotary target 120 includes a target section 123 and a magnet unit 124. The target portion 123 is made of a target material and has a cylindrical shape centered on the central axis 121. Film forming materials that can be formed by the film forming apparatus 100 are not particularly limited, but include, for example, IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), ITO (Indium Tin Oxide), IAZO (Indium Aluminum Zinc Oxide), and IATO. (Indium Aluminum Tin Oxide) or the like, and the target material is selected according to these film forming materials. Hereinafter, the surface of the target portion 123 will be referred to as a target surface 125.

図８はターゲット面１２５と基板Ｓの位置関係を示す模式図である。同図に示すように、ターゲット面１２５のうち基板Ｓ側の面を基板側面１２５ａとし、ターゲット面１２５のうち基板側面１２５ａとは反対側の面を反基板側面１２５ｂとする。図８では基板側面１２５ａを太線で示す。図８では一つのロータリターゲット１２０を示すが、他のロータリターゲット１２０も同様に基板側面１２５ａと反基板側面１２５ｂを有する。 FIG. 8 is a schematic diagram showing the positional relationship between the target surface 125 and the substrate S. As shown in the figure, the surface of the target surface 125 on the substrate S side is defined as a substrate side surface 125a, and the surface of the target surface 125 on the opposite side from the substrate side surface 125a is defined as an anti-substrate side surface 125b. In FIG. 8, the substrate side surface 125a is shown by a thick line. Although one rotary target 120 is shown in FIG. 8, the other rotary targets 120 similarly have a substrate side surface 125a and an opposite substrate side surface 125b.

磁石ユニット１２４は、図７に示すようにロータリターゲット１２０内に配置され、図示しない回転機構により中心軸１２１の周りに回転可能に構成されている。磁石ユニット１２４は、ヨーク１２６、Ｎ極磁石１２７及びＳ極磁石１２８を備え、Ｎ極磁石１２７及びＳ極磁石１２８がロータリターゲット１２０の内部からターゲット部１２３に対向するように配置されている。図９はＮ極磁石１２７及びＳ極磁石１２８のターゲット部１２３に対する配置を示す模式図である。同図に示すようにＮ極磁石１２７はＳ極磁石１２８の周囲を囲み、Ｎ極磁石１２７及びＳ極磁石１２８は中心軸１２１の延伸方向（Ｘ方向）に沿って、ターゲット部１２３と同等の長さを有する。なお、Ｎ極磁石１２７とＳ極磁石１２８の磁極は反対であってもよい。 The magnet unit 124 is arranged within the rotary target 120 as shown in FIG. 7, and is configured to be rotatable around the central axis 121 by a rotation mechanism (not shown). The magnet unit 124 includes a yoke 126, a north pole magnet 127, and a south pole magnet 128, and the north pole magnet 127 and the south pole magnet 128 are arranged so as to face the target portion 123 from inside the rotary target 120. FIG. 9 is a schematic diagram showing the arrangement of the N-pole magnet 127 and the S-pole magnet 128 with respect to the target portion 123. As shown in the figure, the N-pole magnet 127 surrounds the S-pole magnet 128, and the N-pole magnet 127 and the S-pole magnet 128 are arranged along the extending direction (X direction) of the central axis 121 in the same direction as the target part 123. It has a length. Note that the magnetic poles of the N-pole magnet 127 and the S-pole magnet 128 may be opposite.

図１０及び図１１は磁石ユニット１２４の回転角度を示す模式図である。図１０に示すように、磁石ユニット１２４が基板Ｓに最も接近する位置を基準位置とし、磁石ユニット１２４が基準位置に位置しているときの磁石ユニット１２４の回転角度を０°とする。中心軸１２１から基板Ｓに垂線を引いた場合、この垂線と磁石ユニット１２４の中心Ｒとが一致した位置が磁石ユニット１２４の回転角度０°に相当する。また、図１１に実線で示すように、磁石ユニット１２４を、中心軸１２１の周りに反時計回り方向に回転させるときの回転角度を正の回転角度(＋θ）とする。さらに図１１に破線で示すように、磁石ユニット１２４を中心軸１２１の周りに時計回り方向に回転させるときの回転角度を負の回転角度(－θ）とする。 10 and 11 are schematic diagrams showing the rotation angle of the magnet unit 124. As shown in FIG. 10, the position where the magnet unit 124 approaches the substrate S is defined as a reference position, and the rotation angle of the magnet unit 124 when the magnet unit 124 is located at the reference position is 0°. When a perpendicular line is drawn from the central axis 121 to the substrate S, the position where this perpendicular line and the center R of the magnet unit 124 coincide corresponds to a rotation angle of 0° of the magnet unit 124. Further, as shown by the solid line in FIG. 11, the rotation angle when the magnet unit 124 is rotated counterclockwise around the central axis 121 is a positive rotation angle (+θ). Further, as shown by the broken line in FIG. 11, the rotation angle when the magnet unit 124 is rotated clockwise around the central axis 121 is a negative rotation angle (-θ).

成膜装置１００では、磁石ユニット１２４を中心軸１２１の周りに回転させ、基板側面１２５ａに対向する位置と、反基板側面１２５ｂに対向する位置の間で移動させる。図１２は、磁石ユニット１２４の基板側面１２５ａに対向する位置を示す模式図である。同図に示すように磁石ユニット１２４がロータリターゲット１２０の内側から基板側面１２５ａに対向するときの、磁石ユニット１２４の回転角度範囲を角度範囲Ｈ１とする。角度範囲Ｈ１は０°以上９０°以下及び２７０°以上３６０°以下であり、０°以上３０°以下及び３３０°以上３６０°以下が好適である。 In the film forming apparatus 100, the magnet unit 124 is rotated around the central axis 121 and moved between a position facing the substrate side surface 125a and a position facing the opposite substrate side surface 125b. FIG. 12 is a schematic diagram showing a position of the magnet unit 124 facing the substrate side surface 125a. As shown in the figure, the rotation angle range of the magnet unit 124 when the magnet unit 124 faces the substrate side surface 125a from inside the rotary target 120 is defined as an angular range H1. The angle range H1 is 0° or more and 90° or less and 270° or more and 360° or less, preferably 0° or more and 30° or less and 330° or more and 360° or less.

また、図１３は、磁石ユニット１２４の反基板側面１２５ｂに対向する位置を示す模式図である。同図に示すように磁石ユニット１２４がロータリターゲット１２０の内側から反基板側面１２５ｂに対向するときの、磁石ユニット１２４の回転角度範囲を角度範囲Ｈ２とする。角度範囲Ｈ２は９０°以上２７０°以下であり、１００°以上２６０°以下が好適である。 Further, FIG. 13 is a schematic diagram showing a position of the magnet unit 124 facing the opposite side surface 125b of the substrate. As shown in the figure, the rotation angle range of the magnet unit 124 when the magnet unit 124 faces the opposite-to-substrate side surface 125b from inside the rotary target 120 is defined as an angular range H2. The angle range H2 is 90° or more and 270° or less, preferably 100° or more and 260° or less.

ロータリターゲット１２０は以上のような構成を有する。図１４は内部空間１１１とロータリターゲット１２０の関係を示す模式図である。同図に示すように内部空間１１１は基板側空間１１１ａと反基板側空間１１１ｂを有する。基板側空間１１１ａは、内部空間１１１のうち基板側面１２５ａが面する空間であり、反基板側空間１１１ｂは、内部空間１１１のうち反基板側面１２５ｂが面する空間である。上述した排気系１１３(図４参照）は基板側空間１１１ａに接続されている。 The rotary target 120 has the above configuration. FIG. 14 is a schematic diagram showing the relationship between the internal space 111 and the rotary target 120. As shown in the figure, the internal space 111 has a substrate side space 111a and an opposite substrate side space 111b. The substrate side space 111a is a space in the internal space 111 that the substrate side surface 125a faces, and the anti-substrate side space 111b is a space in the internal space 111 that the anti-substrate side surface 125b faces. The above-mentioned exhaust system 113 (see FIG. 4) is connected to the substrate side space 111a.

基板側空間１１１ａと反基板側空間１１１ｂは、隣接するロータリターゲット１２０間の間隙を介して連通する。図１５は、ロータリターゲット１２０間の間隙１２９を示す模式図である。間隙１２９の最小の幅を幅Ｌとすると、幅Ｌは８０ｍｍ以下が好適である。 The substrate side space 111a and the anti-substrate side space 111b communicate with each other through a gap between adjacent rotary targets 120. FIG. 15 is a schematic diagram showing the gap 129 between the rotary targets 120. Assuming that the minimum width of the gap 129 is the width L, the width L is preferably 80 mm or less.

防着板１３０は、反基板側空間１１１ｂに配置され、真空チャンバ１１０への成膜材料の付着を防止する。防着板１３０の材料及び形状は特に限定されない。ガス導入部１４０は反基板側空間１１１ｂに設けられ、ガス供給系１１２（図４参照）から供給されるスパッタリング用ガスを反基板側空間１１１ｂに放出する。このスパッタリング用ガスはスパッタリングガスと反応性ガスを含む。スパッタリングガスは放電によりイオン化されるガスであり、例えばＡｒである。反応性ガスは上記イオンの衝突より生じるターゲット材料の粒子と化学反応を生じるガスであり、例えばＯ_２である。ガス導入部１４０は図４に示すように防着板１３０上に設けられてもよく、反基板側空間１１１ｂ内の他の位置に設けられてもよい。 The adhesion prevention plate 130 is arranged in the space 111b on the opposite substrate side and prevents deposition material from adhering to the vacuum chamber 110. The material and shape of the adhesion prevention plate 130 are not particularly limited. The gas introduction section 140 is provided in the space 111b on the opposite substrate side, and discharges the sputtering gas supplied from the gas supply system 112 (see FIG. 4) into the space 111b on the opposite substrate side. This sputtering gas includes a sputtering gas and a reactive gas. The sputtering gas is a gas that is ionized by discharge, and is, for example, Ar. The reactive gas is a gas that causes a chemical reaction with the particles of the target material resulting from the collision of the ions, and is, for example, O ₂ . The gas introduction part 140 may be provided on the adhesion prevention plate 130 as shown in FIG. 4, or may be provided at another position in the opposite-substrate side space 111b.

基板ホルダ１５０は基板側空間１１１ａに設けられ、基板Ｓを保持する。基板ホルダ１５０は基板Ｓの保持が可能なものであればよく、その構成は特に限定されない。制御部１６０は、電源１６１及び回転駆動部１６２を制御する。電源１６１はロータリターゲット１２０に供給される放電電力の電源であり、ＤＣ電源でもよく、ＲＦ、ＶＨＦ等の高周波電源でもよい。回転駆動部１６２は、磁石ユニット１２４の回転機構を駆動し、磁石ユニット１２４の回転角度を制御する。 The substrate holder 150 is provided in the substrate side space 111a and holds the substrate S. The substrate holder 150 only needs to be capable of holding the substrate S, and its configuration is not particularly limited. The control unit 160 controls the power supply 161 and the rotation drive unit 162. The power source 161 is a power source for discharging power supplied to the rotary target 120, and may be a DC power source or a high frequency power source such as RF or VHF. The rotation drive unit 162 drives the rotation mechanism of the magnet unit 124 and controls the rotation angle of the magnet unit 124.

[成膜方法について]
成膜装置１００による成膜方法について説明する。図１６乃至図１８は、成膜装置１００による成膜方法を示す模式図である。本成膜方法では、まず、排気系１１３(図４参照）により内部空間１１１を真空排気する。内部空間１１１を十分に減圧した後、図１６に示すように、ガス導入部１４０からスパッタリング用ガスＧを放出させる。ガス導入部１４０は反基板側空間１１１ｂに設けられ、排気系１１３は基板側空間１１１ａに接続されているため、スパッタリング用ガスＧは反基板側空間１１１ｂから、間隙１２９（図１３参照）を介して基板側空間１１１ａに流入する。 [About the film formation method]
A film forming method using the film forming apparatus 100 will be explained. 16 to 18 are schematic diagrams showing a film forming method using the film forming apparatus 100. In this film forming method, first, the internal space 111 is evacuated by the exhaust system 113 (see FIG. 4). After the internal space 111 is sufficiently depressurized, the sputtering gas G is released from the gas introduction part 140, as shown in FIG. Since the gas introduction section 140 is provided in the space 111b on the opposite substrate side, and the exhaust system 113 is connected to the space 111a on the substrate side, the sputtering gas G is supplied from the space 111b on the opposite substrate side through the gap 129 (see FIG. 13). and flows into the substrate side space 111a.

この際、スパッタリング用ガスＧの流量に応じて反基板側空間１１１ｂの圧力は基板側空間１１１ａの圧力より高くなり、反基板側空間１１１ｂと基板側空間１１１ａの間に差圧が生じる。このため、スパッタリング用ガスＧの流量を調整して、反基板側空間１１１ｂを高圧、基板側空間１１１ａを低圧に維持する。反基板側空間１１１ｂの圧力は０．４Ｐａ以上、基板側空間１１１ａの圧力は０，３Ｐａ以下が好適であり、差圧は０．１Ｐａ以上０．２Ｐａ以下が好適である。 At this time, the pressure in the anti-substrate space 111b becomes higher than the pressure in the substrate-side space 111a depending on the flow rate of the sputtering gas G, and a pressure difference is generated between the anti-substrate space 111b and the substrate-side space 111a. Therefore, the flow rate of the sputtering gas G is adjusted to maintain high pressure in the space 111b on the opposite substrate side and low pressure in the space 111a on the substrate side. The pressure in the space 111b on the opposite side of the substrate is preferably 0.4 Pa or more, the pressure in the space 111a on the substrate side is preferably 0.3 Pa or less, and the differential pressure is preferably 0.1 Pa or more and 0.2 Pa or less.

続いて、各ロータリターゲット１２０が備える磁石ユニット１２４の回転角度を角度範囲Ｈ２（図１３参照）の範囲内の角度とし、磁石ユニット１２４を反基板側面１２５ｂ（図８参照）に対向する位置とする。磁石ユニット１２４の回転角度が角度範囲Ｈ２の範囲内にない場合、磁石ユニット１２４を回転させ、反基板側面１２５ｂに対向する位置に移動させる。この状態でロータリターゲット１２０に放電電力の供給を開始する。この放電電力によりロータリターゲット１２０と防着板１３０の間に放電が生じ、スパッタリングガスがプラズマ化する。このプラズマはＮ極磁石１２７及びＳ極磁石１２８によって生成された磁場内に閉じ込められ、高密度プラズマを形成する。 Next, the rotation angle of the magnet unit 124 included in each rotary target 120 is set to be within the angle range H2 (see FIG. 13), and the magnet unit 124 is placed in a position facing the opposite-to-substrate side surface 125b (see FIG. 8). . If the rotation angle of the magnet unit 124 is not within the angle range H2, the magnet unit 124 is rotated and moved to a position facing the opposite side surface 125b from the substrate. In this state, supply of discharge power to the rotary target 120 is started. This discharge power generates a discharge between the rotary target 120 and the adhesion prevention plate 130, and the sputtering gas turns into plasma. This plasma is confined within the magnetic field generated by north pole magnet 127 and south pole magnet 128, forming a high density plasma.

図１７は放電により生じる高密度プラズマＰを示す模式図である。磁石ユニット１２４が反基板側面１２５ｂに対向する位置にあるため、高密度プラズマＰは反基板側空間１１１ｂ内において基板Ｓとは反対側の方向に発生する。この状態を例えば１秒間、維持する。 FIG. 17 is a schematic diagram showing high-density plasma P generated by discharge. Since the magnet unit 124 is located at a position facing the anti-substrate side surface 125b, high-density plasma P is generated in the opposite direction from the substrate S in the anti-substrate side space 111b. This state is maintained for, for example, 1 second.

続いて、放電電力の供給を維持しながら、各ロータリターゲット１２０が備える磁石ユニット１２４を回転角度が角度範囲Ｈ１の範囲内となるように回転させ、磁石ユニット１２４を基板側面１２５ａ（図８参照）に対向する位置に移動させる。図１８は、磁石ユニット１２４の回転後の高密度プラズマＰを示す模式図である。磁石ユニット１２４が基板側面１２５ａに対向しているため、高密度プラズマＰは基板側空間１１１ａ内において基板Ｓ側の方向に発生する。 Subsequently, while maintaining the supply of discharge power, the magnet unit 124 included in each rotary target 120 is rotated so that the rotation angle is within the angle range H1, and the magnet unit 124 is rotated to the substrate side surface 125a (see FIG. 8). Move it to a position opposite to. FIG. 18 is a schematic diagram showing the high-density plasma P after the magnet unit 124 is rotated. Since the magnet unit 124 faces the substrate side surface 125a, high-density plasma P is generated in the substrate side space 111a in the direction toward the substrate S side.

高密度プラズマＰを形成するイオンは基板側面１２５ａに衝突し、ターゲット材料の粒子を飛散させる。飛散したターゲット材料の粒子は反応性ガスと反応しながら基板Ｓ上に堆積し、膜を形成する。このまま放電電力の供給を継続し、膜厚が所望の厚みとなるまで維持する。なお、成膜中では磁石ユニット１２４を角度範囲Ｈ１の範囲内で揺動させてもよく、これにより膜質及び膜厚分布のさらなる均一化が可能である。揺動速度は１．３°/秒以上が好適である。 The ions forming the high-density plasma P collide with the substrate side surface 125a, scattering particles of the target material. The scattered particles of the target material are deposited on the substrate S while reacting with the reactive gas, forming a film. The supply of discharge power is continued in this state until the film thickness reaches the desired thickness. Note that during film formation, the magnet unit 124 may be oscillated within the angular range H1, thereby making it possible to further make the film quality and film thickness distribution uniform. The swinging speed is preferably 1.3°/sec or more.

続いて、放電電力の供給を維持しながら、各ロータリターゲット１２０が備える磁石ユニット１２４を回転角度が角度範囲Ｈ２の範囲内となるように回転させ、磁石ユニット１２４を反基板側面１２５ｂ（図８参照）に対向する位置に移動させる。図１７と同様に、高密度プラズマＰは反基板側空間１１１ｂ内において基板Ｓとは反対側の方向に発生する。この状態でロータリターゲット１２０への放電電力の供給を停止する。これにより放電が終了し、高密度プラズマＰが消滅して成膜プロセスが終了する。 Subsequently, while maintaining the supply of discharge power, the magnet unit 124 included in each rotary target 120 is rotated such that the rotation angle is within the angle range H2, and the magnet unit 124 is rotated to the opposite side surface 125b (see FIG. 8). ). Similar to FIG. 17, high-density plasma P is generated in the direction opposite to the substrate S in the anti-substrate side space 111b. In this state, the supply of discharge power to the rotary target 120 is stopped. As a result, the discharge ends, the high-density plasma P disappears, and the film forming process ends.

成膜装置１００による成膜は以上のようにして行われる。なお、上述した成膜プロセスは、成膜装置１００を用いてユーザが実施してもよく、制御部１６０が電源１６１及び回転駆動部１６２を制御して実施してもよい。 Film formation by the film formation apparatus 100 is performed as described above. Note that the film forming process described above may be performed by a user using the film forming apparatus 100, or may be performed by the control unit 160 controlling the power source 161 and the rotation drive unit 162.

[成膜方法による効果]
成膜装置１００による成膜方法の効果について説明する。成膜装置１００による成膜方法では、上記のように放電電力の供給開始時と供給停止時に磁石ユニット１２４を反基板側面１２５ｂに対向する位置とし、放電電力の供給継続中には磁石ユニット１２４を基板側面１２５ａに対向する位置とする。 [Effects of film formation method]
The effects of the film forming method using the film forming apparatus 100 will be explained. In the film forming method using the film forming apparatus 100, as described above, the magnet unit 124 is placed in a position facing the side surface 125b opposite to the substrate when starting and stopping the supply of discharge power, and the magnet unit 124 is placed in a position facing the opposite side surface 125b while the supply of discharge power is continued. The position is opposite to the substrate side surface 125a.

ここで放電電力の供給開始時には、空間内に存在する初期電子が電界により加速され、スパッタリングガスとの衝突により電離を生じる。これにより生じた電子も連鎖的に電離を生じさせるため、電子のなだれ成長が生じて放電が発生し、スパッタリングガスのプラズマが生成する。この際、空間の気圧が低いと初期電子とスパッタリングガスの衝突確率が小さくなり、電子のなだれ成長が生じにくいため、放電も生じにくい。一方、成膜装置１００では反基板側空間１１１ｂは高圧となっており、放電電力の供給開始時に磁石ユニット１２４を反基板側面１２５ｂに対向させることで反基板側空間１１１ｂ内で放電を生じさせる。反基板側空間１１１ｂは高圧のため電子のなだれ成長が生じやすく、放電が発生しやすい。それに伴ってアーク放電の発生リスクも減少し、パーティクル(異物粒子）の発生も抑制することができる。 At the start of supply of discharge power, initial electrons existing in the space are accelerated by the electric field and ionized by collision with the sputtering gas. The electrons thus generated are also ionized in a chain, resulting in avalanche growth of electrons, generating discharge and generating plasma of sputtering gas. At this time, if the atmospheric pressure of the space is low, the probability of collision between the initial electrons and the sputtering gas is reduced, and avalanche growth of electrons is less likely to occur, so that discharge is less likely to occur. On the other hand, in the film forming apparatus 100, the anti-substrate side space 111b is under high pressure, and when the supply of discharge power is started, the magnet unit 124 is made to face the anti-substrate side surface 125b, thereby causing discharge in the anti-substrate side space 111b. Since the space 111b on the opposite substrate side is at high voltage, avalanche growth of electrons is likely to occur, and discharge is likely to occur. Accordingly, the risk of arc discharge occurrence is reduced, and the generation of particles (foreign particles) can also be suppressed.

また、放電開始時には真空チャンバ内におけるターゲットの表面状態やプラズマ発生時の空間の変化等、複数の要因によって膜質の制御が困難となる。成膜装置１００では、放電電力の供給開始時に磁石ユニット１２４を反基板側面１２５ｂに対向させることで高密度プラズマＰを基板Ｓとは反対側に生じさせ、反基板側面１２５ｂから放出されたターゲット材料の粒子を基板Ｓとは反対側に飛散させる。これにより、この粒子が基板Ｓ上に堆積することを防止し、膜質の制御性が低い膜の基板Ｓへの着膜を回避することができる。 Furthermore, at the start of discharge, it becomes difficult to control the film quality due to multiple factors such as the surface condition of the target in the vacuum chamber and changes in the space during plasma generation. In the film forming apparatus 100, when the supply of discharge power is started, the magnet unit 124 is made to face the opposite side surface 125b of the substrate to generate high-density plasma P on the opposite side of the substrate S, and the target material released from the opposite side surface 125b is generated. particles are scattered on the opposite side from the substrate S. This prevents these particles from being deposited on the substrate S, and avoids depositing a film on the substrate S with poor controllability of film quality.

さらに、放電電力の供給開始から一定時間が経過すると、膜質の制御を困難とする要因が解消するため、磁石ユニット１２４を基板側面１２５ａに対向させることで高密度プラズマＰを基板Ｓ側に生じさせ、成膜を進行させる。また、基板側空間１１１ａは低圧となっているが、低圧で成膜した酸化物半導体は低欠陥かつ緻密な膜となるため、高品質な膜を成膜することが可能である。特に基板側空間１１１ａの圧力は０．３Ｐａ以下が好適である。 Furthermore, after a certain period of time has passed from the start of supply of discharge power, the factors that make it difficult to control the film quality are resolved, so high-density plasma P is generated on the substrate S side by arranging the magnet unit 124 to face the substrate side surface 125a. , to proceed with film formation. Furthermore, although the substrate side space 111a is at low pressure, an oxide semiconductor film formed at low pressure has fewer defects and becomes a dense film, so it is possible to form a high-quality film. In particular, the pressure in the substrate side space 111a is preferably 0.3 Pa or less.

放電電力の供給停止時には、プラズマの減少に伴い、飛散するターゲット材料の粒子が減少するため、ターゲット材料と反応性ガスの比率が変動する。このため、再び膜質の制御が困難となる。これに対し成膜装置１００では放電電力の供給停止時に磁石ユニット１２４を反基板側面１２５ｂに対向させることで反基板側面１２５ｂから放出されたターゲット材料の粒子が基板Ｓ上に堆積することを防止し、膜質の制御性が低い膜の着膜を回避することができる。 When the supply of discharge power is stopped, the ratio of the target material to the reactive gas fluctuates because the number of scattered target material particles decreases as the plasma decreases. This again makes it difficult to control the film quality. On the other hand, in the film forming apparatus 100, particles of the target material released from the anti-substrate side surface 125b are prevented from being deposited on the substrate S by arranging the magnet unit 124 to face the anti-substrate side surface 125b when the supply of discharge power is stopped. , it is possible to avoid deposition of a film with poor controllability of film quality.

以上のように本実施形態に係る成膜方法では、放電の開始時に高圧の反基板側空間１１１ｂにおいて放電を生じやすくし、放電の発生後には成膜に適した低圧の基板側空間１１１ａにおいて成膜を進行させる。放電の開始時及び終了時には膜質の制御が困難となるが、放電の開始時及び終了時には着膜を防止することで膜質の制御性に優れた成膜を行うことが可能となっている。 As described above, in the film forming method according to the present embodiment, at the start of the discharge, discharge is easily generated in the high voltage space 111b on the opposite substrate side, and after the discharge occurs, the film is formed in the low pressure space 111a on the substrate side suitable for film formation. Advance the membrane. Although it is difficult to control film quality at the start and end of discharge, by preventing film deposition at the start and end of discharge, it is possible to form a film with excellent controllability of film quality.

図１９は本実施形態に係る成膜方法及び比較例に係る成膜方法によって成膜される膜の模式図である。図１９（ａ）は比較例に係る成膜方法によって基板Ｓ上に成膜される膜３１０を示す模式図である。比較例に係る成膜方法では、磁石ユニットが常に基板側に向けられて成膜が実施されるものとする。比較例に係る成膜方法では上記のように放電開始時と放電停止時に膜質の制御性が低下した膜が着膜されるため、膜３１０は下層に低膜質層３１１、中層に高膜質層３１２、上層に低膜質層３１３が形成される。低膜質層３１１及び低膜質層３１３は例えば高膜質層３１２より酸化度が高い層である。 FIG. 19 is a schematic diagram of a film formed by a film forming method according to the present embodiment and a film forming method according to a comparative example. FIG. 19(a) is a schematic diagram showing a film 310 formed on a substrate S by a film forming method according to a comparative example. In the film-forming method according to the comparative example, film-forming is performed with the magnet unit always facing the substrate side. In the film forming method according to the comparative example, a film with poor controllability of film quality is deposited at the start and stop of discharge as described above, so the film 310 has a low film quality layer 311 in the lower layer and a high film quality layer 312 in the middle layer. , a low film quality layer 313 is formed on the upper layer. The low film quality layer 311 and the low film quality layer 313 are layers having a higher degree of oxidation than the high film quality layer 312, for example.

一方、図１９（ｂ）は本実施形態に係る成膜方法によって成膜される膜３２０を示す模式図である。本実施形態に係る成膜方法では放電電力の供給開始時と供給停止時に着膜が生じないため、下層から上層まで高品質な膜質となる。このため、ダブルゲート型ＴＦＴ５３０（図３参照）のチャネル層５０２を本実施形態に係る成膜方法で成膜することにより、チャネル層５０２の最上層と最下層に形成されるチャネル領域Ｃが高品質な膜質の領域に位置し、特性に優れたＴＦＴ５３０を作製することが可能となる。 On the other hand, FIG. 19(b) is a schematic diagram showing a film 320 formed by the film forming method according to this embodiment. In the film forming method according to the present embodiment, no film is deposited when the supply of discharge power is started and when the supply is stopped, so that the film quality is high from the bottom layer to the top layer. Therefore, by forming the channel layer 502 of the double-gate TFT 530 (see FIG. 3) using the film forming method according to this embodiment, the channel region C formed in the uppermost layer and the lowermost layer of the channel layer 502 has a high height. It is possible to manufacture a TFT 530 that is located in the region of high quality film quality and has excellent characteristics.

[他の成膜方法について]
成膜装置１００による他の成膜方法について説明する。上述した成膜方法では、放電電力の供給開始時と供給停止時に磁石ユニット１２４を反基板側面１２５ｂに対向する位置としたが、放電電力の供給開始時のみ、図１７に示すように磁石ユニット１２４を反基板側面１２５ｂに対向する位置としてもよい。この場合、放電電力の供給継続中及び供給停止時は、図１８に示すように磁石ユニット１２４を基板側面１２５ａに対向する位置とする。 [About other film formation methods]
Another film forming method using the film forming apparatus 100 will be explained. In the film forming method described above, the magnet unit 124 is placed in a position facing the opposite side surface 125b when starting and stopping the supply of discharge power, but only when starting the supply of discharge power, the magnet unit 124 is moved as shown in FIG. may be located at a position opposite to the opposite side surface 125b. In this case, during the continuous supply of discharge power and when the supply is stopped, the magnet unit 124 is placed in a position facing the substrate side surface 125a, as shown in FIG. 18.

この場合、放電開始時には着膜が防止されるが、放電停止時には着膜が防止されない。図１９（ｃ）は本成膜方法によって成膜される膜３３０を示す模式図である。本成膜方法では放電停止時に膜質の制御性が低下した膜が着膜されるため、下層及び中層に高膜質層３３１、上層に低膜質層３３２が形成される。このため、ボトムゲート型ＴＦＴ５２０（図２参照）のチャネル層５０２を本実施形態に係る成膜方法で成膜することにより、チャネル層５０２の最下層に形成されるチャネル領域Ｃが高品質な膜質の領域に位置する。一方、ＴＦＴ５２０ではチャネル層５０２の上層にはチャネル領域Ｃが形成されないため、上層の膜質が低くても問題が生じない。したがって、この成膜方法でも特性に優れたＴＦＴ５２０を作製することが可能となる。 In this case, film deposition is prevented when discharge starts, but film deposition is not prevented when discharge stops. FIG. 19(c) is a schematic diagram showing a film 330 formed by this film forming method. In this film-forming method, a film with reduced controllability of film quality is deposited when the discharge is stopped, so a high-quality layer 331 is formed in the lower and middle layers, and a low-quality layer 332 is formed in the upper layer. Therefore, by forming the channel layer 502 of the bottom gate type TFT 520 (see FIG. 2) using the film forming method according to this embodiment, the channel region C formed in the lowest layer of the channel layer 502 has a high quality film quality. Located in the area of On the other hand, in the TFT 520, since the channel region C is not formed in the upper layer of the channel layer 502, no problem occurs even if the film quality of the upper layer is low. Therefore, it is possible to manufacture a TFT 520 with excellent characteristics even with this film formation method.

さらに、放電電力の供給停止時のみ、図１７に示すように磁石ユニット１２４を反基板側面１２５ｂに対向する位置としてもよい。この場合、放電電力の供給開始時及び供給継続中は、図１８に示すように磁石ユニット１２４を基板側面１２５ａに対向する位置とする。 Furthermore, only when the supply of discharge power is stopped, the magnet unit 124 may be placed in a position facing the side surface 125b opposite to the substrate, as shown in FIG. 17. In this case, when the supply of discharge power is started and while the supply continues, the magnet unit 124 is placed in a position facing the substrate side surface 125a, as shown in FIG. 18.

この場合、放電停止時には着膜が防止されるが、放電開始時には着膜が防止されない。図１９（ｄ）は本成膜方法によって成膜される膜３４０を示す模式図である。本成膜方法では放電開始時に膜質の制御性が低下した膜が着膜されるため、下層に低膜質層３４１、中層及び上層に高膜質層３４２が形成される。このため、トップゲート型ＴＦＴ５１０（図１参照）のチャネル層５０２を本実施形態に係る成膜方法で成膜することにより、チャネル層５０２の最上層に形成されるチャネル領域Ｃが高品質な膜質の領域に位置する。一方、ＴＦＴ５１０ではチャネル層５０２の下層にはチャネル領域Ｃが形成されないため、下層の膜質が低くても問題が生じない。したがって、この成膜方法でも特性に優れたＴＦＴ５１０を作製することが可能となる。 In this case, film deposition is prevented when discharge is stopped, but film deposition is not prevented when discharge is started. FIG. 19(d) is a schematic diagram showing a film 340 formed by this film forming method. In this film forming method, a film with reduced controllability of film quality is deposited at the start of discharge, so a low film quality layer 341 is formed as a lower layer, and a high film quality layer 342 is formed as a middle layer and an upper layer. Therefore, by forming the channel layer 502 of the top-gate TFT 510 (see FIG. 1) using the film forming method according to this embodiment, the channel region C formed in the uppermost layer of the channel layer 502 has a high quality film. Located in the area of On the other hand, in the TFT 510, since the channel region C is not formed below the channel layer 502, no problem occurs even if the film quality of the lower layer is low. Therefore, it is possible to manufacture a TFT 510 with excellent characteristics even with this film formation method.

なお、本実施形態に係る成膜方法はＴＦＴのチャネル層以外の成膜にも利用可能である。成膜材料もＩＧＺＯ、ＩＺＯ、ＩＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＡＴＯ等の酸化物半導体材料に限られず、酸化物材料やその他の材料であってもよく、他の材料においても同様の効果が得られる。 Note that the film forming method according to this embodiment can also be used for forming films other than the channel layer of a TFT. The film forming material is not limited to oxide semiconductor materials such as IGZO, IZO, ITO, IAZO, and IATO, but may also be oxide materials or other materials, and similar effects can be obtained with other materials.

[回転角度について]
上記のように磁石ユニット１２４は、回転角度が角度範囲Ｈ２の範囲内のときに反基板側面１２５ｂに対向する。この角度範囲Ｈ２は１００°以上２６０°以下が好適である。図２０は磁石ユニット１２４の回転角度（＋θ）毎に成膜速度を測定したグラフである。同図に示すように、回転角度が１００°以上の場合、成膜速度が０となり、基板Ｓへの着膜が防止されていることがわかる。この成膜速度が０となる回転角度の範囲は、基準位置から負の回転角度(－θ)方向にも同様に考えることができる。したがって角度範囲Ｈ２は１００°以上２６０°以下が好適である。 [About rotation angle]
As described above, the magnet unit 124 faces the opposite-to-substrate side surface 125b when the rotation angle is within the angle range H2. This angular range H2 is preferably 100° or more and 260° or less. FIG. 20 is a graph in which the film formation rate was measured for each rotation angle (+θ) of the magnet unit 124. As shown in the figure, it can be seen that when the rotation angle is 100° or more, the film formation rate becomes 0, and film deposition on the substrate S is prevented. The range of rotation angles in which the film formation rate becomes 0 can be similarly considered in the negative rotation angle (-θ) direction from the reference position. Therefore, the angle range H2 is preferably 100° or more and 260° or less.

[ガス流量について]
上記のようにガス導入部１４０から供給されるスパッタリング用ガスの流量により反基板側空間１１１ｂと基板側空間１１１ａの圧力が規定される。スパッタリング用ガスの流量は成膜プロセスの間で一定でもよいが、成膜プロセスの間で変更してもよい。具体的には、放電電力の供給開始時には一時的にスパッタリング用ガスの流量を増加させてもよい。これにより、反基板側空間１１１ｂの圧力が増加するため、磁石ユニット１２４が反基板側面１２５ｂに対向している状態（図１７参照）で放電電力の供給を開始すると放電が発生しやすくなる。放電発生後にはスパッタリング用ガスの流量を減少させて基板側空間１１１ａの圧力を低減させ、低圧で成膜を進行させることができる。 [About gas flow rate]
As described above, the pressures in the anti-substrate side space 111b and the substrate side space 111a are defined by the flow rate of the sputtering gas supplied from the gas introduction section 140. The flow rate of the sputtering gas may be constant during the film forming process, or may be changed during the film forming process. Specifically, the flow rate of the sputtering gas may be temporarily increased when the supply of discharge power is started. As a result, the pressure in the space 111b on the opposite substrate side increases, so that discharge is likely to occur when supply of discharge power is started with the magnet unit 124 facing the opposite side surface 125b (see FIG. 17). After the discharge occurs, the flow rate of the sputtering gas is reduced to reduce the pressure in the substrate side space 111a, allowing film formation to proceed at low pressure.

[本発明の実施形態について]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。上述の実施形態において説明した特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を任意に組み合わせることも可能である。 [About embodiments of the present invention]
Although the embodiments of the present invention have been described above, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be modified in various ways. It is also possible to arbitrarily combine at least two of the feature parts described in the above embodiments.

１００…成膜装置
１１０…真空チャンバ
１１１…内部空間
１１１ａ…基板側空間
１１１ｂ…反基板側空間
１２０…ロータリターゲット
１２１…中心軸
１２３…ターゲット部
１２４…磁石ユニット
１２５…ターゲット面
１２５ａ…基板側面
１２５ｂ…反基板側面
１３０…防着板
１４０…ガス導入部
１５０…基板ホルダ
１６０…制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Film-forming apparatus 110... Vacuum chamber 111... Internal space 111a... Substrate side space 111b... Opposite substrate side space 120... Rotary target 121... Central axis 123... Target part 124... Magnet unit 125... Target surface 125a... Substrate side surface 125b... Side surface opposite to the substrate 130... Anti-adhesion plate 140... Gas introduction section 150... Substrate holder 160... Control section

Claims

各ロータリターゲットが中心軸とターゲット面とを有し、前記中心軸の周りに回転可能な磁石を内部に備え、前記中心軸が互いに平行である複数のロータリターゲットを用いて基板にスパッタリング成膜を行う成膜方法であって、
前記複数のロータリターゲットのそれぞれにおいて、前記ターゲット面の前記基板側を基板側面とし、前記ターゲット面の前記基板側面とは反対側を反基板側面とした場合、前記反基板側面が面する空間である反基板側空間の圧力を前記基板側面が面する空間である基板側空間の圧力より高くし、
前記複数のロータリターゲットに放電電力を供給して前記基板にスパッタリング成膜を行い、前記放電電力の供給開始から供給停止の間で、前記磁石を前記中心軸の周りに回転させ、前記内部から前記基板側面に対向する位置と前記内部から前記反基板側面に対向する位置の間で移動させる
成膜方法。 Sputtering film formation is performed on a substrate using a plurality of rotary targets, each of which has a central axis and a target surface, is equipped with a magnet rotatable around the central axis, and whose central axes are parallel to each other. A film forming method comprising:
In each of the plurality of rotary targets, when the substrate side of the target surface is a substrate side surface and the opposite side of the target surface from the substrate side surface is an anti-substrate side surface, the space is a space faced by the anti-substrate side surface. making the pressure in the space on the opposite side of the substrate higher than the pressure in the space on the substrate side, which is the space facing the side surface of the substrate;
A sputtering film is formed on the substrate by supplying discharge power to the plurality of rotary targets, and between the start and stop of supply of the discharge power, the magnet is rotated around the central axis, and the magnet is rotated from the inside to the substrate. A film forming method in which the film is moved between a position facing the side surface of the substrate and a position facing the side surface opposite to the substrate from the inside.

請求項１に記載の成膜方法であって、
前記スパッタリング成膜を行う工程では、前記磁石が前記内部から前記反基板側面に対向する位置にあるときに前記放電電力の供給を開始し、前記磁石を前記内部から前記基板側面に対向する位置に移動させて前記放電電力の供給を継続する
成膜方法。 The film forming method according to claim 1,
In the step of performing sputtering film formation, the supply of the discharge power is started when the magnet is at a position facing the side surface opposite to the substrate from the inside, and the magnet is moved from the inside to the position facing the side surface of the substrate. A film forming method in which the supply of the discharge power is continued by moving the discharge power.

請求項１に記載の成膜方法であって、
前記スパッタリング成膜を行う工程では、前記磁石が前記内部から前記基板側面に対向する位置にあるときに前記放電電力の供給を継続し、前記磁石を前記内部から前記反基板側面に対向する位置に移動させて前記放電電力の供給を停止する
成膜方法。 The film forming method according to claim 1,
In the step of performing sputtering film formation, the discharge power is continued to be supplied when the magnet is at a position facing the side surface of the substrate from the inside, and the magnet is moved from the inside to a position facing the side surface opposite to the substrate. A film forming method in which the supply of the discharge power is stopped by moving the discharge power.

請求項１に記載の成膜方法であって、
前記スパッタリング成膜を行う工程では、前記磁石が前記内部から前記反基板側面に対向する位置にあるときに前記放電電力の供給を開始し、前記磁石を前記内部から前記基板側面に対向する位置に移動させて前記放電電力の供給を継続し、前記磁石を前記内部から前記反基板側面に対向する位置に移動させて前記放電電力の供給を停止する
成膜方法。 The film forming method according to claim 1,
In the step of performing sputtering film formation, the supply of the discharge power is started when the magnet is at a position facing the side surface opposite to the substrate from the inside, and the magnet is moved from the inside to the position facing the side surface of the substrate. The film forming method comprises: moving the magnet to continue supplying the discharge power; and moving the magnet from the inside to a position facing the side opposite to the substrate to stop supplying the discharge power.

請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の成膜方法であって、
前記磁石が前記基板に最も接近する位置を基準位置とし、前記基準位置に位置しているときの前記磁石の回転角を０°とし、前記磁石を反時計回り方向に回転させるときの回転角度を正の回転角度とした場合、前記磁石が前記内部から前記反基板側面に対向する位置は前記回転角度が１００°以上２６０°以下の位置である
成膜方法。 The film forming method according to any one of claims 1 to 4,
The position where the magnet is closest to the substrate is a reference position, the rotation angle of the magnet when located at the reference position is 0°, and the rotation angle when rotating the magnet in a counterclockwise direction is When the rotation angle is positive, the position where the magnet faces the opposite side surface of the substrate from the inside is a position where the rotation angle is 100° or more and 260° or less.

請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の成膜方法であって、
前記反基板側空間の圧力を前記基板側空間の圧力より高くする工程では、前記反基板側空間にガスを供給し、前記反基板側空間の圧力を高くする
成膜方法。 The film forming method according to any one of claims 1 to 5,
In the step of making the pressure in the space on the opposite side of the substrate higher than the pressure on the space on the substrate side, gas is supplied to the space on the opposite to the substrate side to increase the pressure in the space on the opposite to the substrate side.

請求項６に記載の成膜方法であって、
前記ガスは、スパッタリングガスと反応性ガスを混合したガスである
成膜方法。 7. The film forming method according to claim 6,
The film forming method, wherein the gas is a mixture of a sputtering gas and a reactive gas.

請求項６又は７に記載の成膜方法であって、
前記基板側空間の圧力は０．３Ｐａ以下であり、
前記反基板側空間の圧力は０．４Ｐａ以上である
成膜方法。 The film forming method according to claim 6 or 7,
The pressure in the substrate side space is 0.3 Pa or less,
The pressure in the space on the opposite side of the substrate is 0.4 Pa or more.

請求項８に記載の成膜方法であって、
前記複数のロータリターゲット間の距離は８０ｍｍ以下である
成膜方法。 9. The film forming method according to claim 8,
A film forming method in which the distance between the plurality of rotary targets is 80 mm or less.

請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の成膜方法であって、
前記スパッタリング成膜を行う工程では、酸化物半導体材料を前記基板上に成膜する
成膜方法。 The film forming method according to any one of claims 1 to 9,
In the step of performing sputtering film formation, an oxide semiconductor material is formed on the substrate.

各ロータリターゲットが中心軸とターゲット面とを有し、前記中心軸の周りに回転可能な磁石を内部に備え、前記中心軸が互いに平行である複数のロータリターゲットと、
前記複数のロータリターゲットのそれぞれにおいて、前記ターゲット面の前記基板側を基板側面とし、前記ターゲット面の前記基板側面とは反対側を反基板側面とした場合、前記反基板側面が面する空間である反基板側空間に設けられ、ガスを放出して前記反基板側空間の圧力を前記基板側面が面する空間である基板側空間の圧力より高くするガス導入部と、
前記複数のロータリターゲットに放電電力を供給して前記基板にスパッタリング成膜を行い、前記放電電力の供給開始から供給停止の間で、前記磁石を前記中心軸の周りに回転させ、前記内部から前記基板側面に対向する位置と前記内部から前記反基板側面に対向する位置の間で移動させる制御部と
を具備する成膜装置。 a plurality of rotary targets, each rotary target having a central axis and a target surface, including a magnet rotatable around the central axis therein, and the central axes being parallel to each other;
In each of the plurality of rotary targets, when the substrate side of the target surface is a substrate side surface and the opposite side of the target surface from the substrate side surface is an anti-substrate side surface, the space is a space faced by the anti-substrate side surface. a gas introduction part provided in the space on the opposite side of the substrate, and releasing gas to make the pressure in the space on the opposite side to the substrate higher than the pressure in the space on the substrate side, which is the space facing the side surface of the substrate;
A sputtering film is formed on the substrate by supplying discharge power to the plurality of rotary targets, and between the start and stop of supply of the discharge power, the magnet is rotated around the central axis, and the magnet is rotated from the inside to the substrate. A film forming apparatus comprising: a control section that moves between a position facing a side surface of the substrate and a position facing the side surface opposite to the substrate from the inside.