JP2016065299A - 成膜方法およびスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ターゲットの移動機構を設けることなく、成膜の開始時および終了時に不均質な膜が形成されることを抑制する。
【解決手段】 このスパッタリング装置は、ガス１０が導入される真空容器２内に設けられたアンテナ２０に高周波電力Ｐ_R を供給して誘導結合型のプラズマ２２を発生させ、当該プラズマ２２とターゲットバイアス電圧Ｖ_T とを用いて、ターゲット３０をスパッタさせて基板１２上に成膜を行うものである。成膜の開始時は、アンテナ２０に高周波電力Ｐ_R を供給してプラズマ２２を発生させた後に、ターゲット３０にターゲットバイアス電圧Ｖ_T を印加してスパッタリングを開始し、成膜の終了時は、ターゲット３０に印加していたターゲットバイアス電圧Ｖ_T を止めてスパッタリングを停止した後に、アンテナ２０に供給していた高周波電力Ｐ_R を止めてプラズマ２２を消滅させる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、スパッタリングによって基板上に成膜（換言すれば膜形成。以下同様）を行う成膜方法およびスパッタリング装置に関し、より具体的には、アンテナに高周波電力を供給して誘導結合型のプラズマ（略称ＩＣＰ）を発生させてターゲットをスパッタさせる成膜方法およびスパッタリング装置に関する。

例えば高精度ディスプレイ用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の材料として、例えばＩＧＺＯ（Ｉn −Ｇa −Ｚn −Ｏ／インジウム−ガリウム−亜鉛−酸素）、ＩＴＺＯ（Ｉn −Ｓn −Ｚn −Ｏ／インジウム−スズ−亜鉛−酸素）等の酸化物半導体が注目されている。このようなＴＦＴ用酸化物半導体の薄膜は、多くの場合、電場と磁場が直交するマグネトロン放電を利用すると共に陰極から出た電子がターゲットの近傍を連続した軌跡に沿って運動できるようにしたマグネトロンスパッタリング法によって形成されているが、従来の一般的なマグネトロンスパッタリング法による成膜方法には、成膜の開始時および終了時に不均質な膜（例えば膜組成のばらついた膜。以下同様）が形成されるという課題がある。

これは、従来の一般的なマグネトロンスパッタリング法では、図１を参照して、ターゲットに印加する高周波または直流のターゲット電力によってプラズマを発生させると共に、そのターゲット電力を使ってターゲットをスパッタさせて基板への成膜を行っていて、プラズマ発生とスパッタリングとが一体の関係にあるので、プラズマ点灯時およびプラズマ消灯時のプラズマが不安定な時期にも成膜が行われ、これが膜質（例えば膜組成）を乱す原因になっているからである。

このような課題を解決することのできる成膜方法として、例えば非特許文献１および特許文献１には、ターゲットを含むカソード（これを特許文献１ではターゲット装置と呼んでいる）を移動式にして、ターゲットと基板とが相対向しない位置でプラズマ点灯およびプラズマ消灯を可能にして、プラズマ点灯時およびプラズマ消灯時の不安定な成膜を抑制するように改良した成膜方法およびスパッタリング装置が提案されている。

特開２０１３−６４１７１号公報

第６１回応用物理学会春季学術講演会 講演予稿集（２０１４春 青山学院大学） １８ｐ−Ｅ１０−１６ 「大型スパッタカソードを用いたＩＧＺＯ膜質均一性とＴＦＴ信頼性」

上記非特許文献１および特許文献１に記載の技術では、移動式のカソードには、成膜材料となるターゲットの他に、ターゲットにスパッタリング用の高圧（例えば−１ｋＶ程度）のターゲットバイアス電圧を印加するための電力供給部、電気絶縁機構、ターゲット等の高温部を冷却するための水冷機構等を設ける必要があるので、ターゲットを含むカソードを真空保持した真空容器内で移動させるためには装置構成が複雑になる。その結果、トラブル発生の要因が増えると共に、装置のコストが高くなるという課題がある。

そこでこの発明は、ターゲットの移動機構を設けることなく、成膜の開始時および終了時に不均質な膜が形成されることを抑制することのできる方法および装置を提供することを主たる目的としている。

この発明に係る成膜方法は、スパッタリング用のガスが導入される真空容器内に設けられたアンテナに高周波電力を供給して誘導結合型のプラズマを発生させ、当該プラズマと、ターゲットに印加されるターゲットバイアス電圧とを用いて、ターゲットをスパッタさせて基板上に成膜を行うスパッタリング装置において、成膜の開始時は、前記アンテナに前記高周波電力を供給して前記プラズマを発生させた後に、前記ターゲットに前記ターゲットバイアス電圧を印加してスパッタリングを開始し、成膜の終了時は、前記ターゲットに印加していた前記ターゲットバイアス電圧を止めてスパッタリングを停止した後に、前記アンテナに供給していた前記高周波電力を止めて前記プラズマを消滅させる、ことを特徴としている。

この成膜方法によれば、成膜の開始時は、アンテナに高周波電力を供給してプラズマを発生させた後に、ターゲットにターゲットバイアス電圧を印加してスパッタリングを開始するので、プラズマ点灯時のプラズマが不安定な時期の成膜を避けることができる。従って、成膜の開始時に不均質な膜が形成されることを抑制することができる。

かつ成膜の終了時は、ターゲットに印加していたターゲットバイアス電圧を止めてスパッタリングを停止した後に、アンテナに供給していた高周波電力を止めてプラズマを消滅させるので、プラズマ消灯時のプラズマが不安定な時期の成膜を避けることができる。従って、成膜の終了時に不均質な膜が形成されることを抑制することができる。

しかもこの成膜方法によれば、上記作用効果を、ターゲットの移動機構を設けることなく奏することができる。

成膜の開始時は、前記アンテナに前記高周波電力を供給して前記プラズマを発生させた後に、前記ターゲットに印加する前記ターゲットバイアス電圧をゼロから所定値まで徐々に大きくし、成膜の終了時は、前記ターゲットに印加していた前記ターゲットバイアス電圧を徐々に小さくして止めた後に、前記アンテナに供給していた前記高周波電力を止めて前記プラズマを消滅させるようにしても良い。

また、成膜の開始時は、前記アンテナに供給する前記高周波電力を徐々に大きくして最小電力で前記プラズマを発生させた後に、前記ターゲットに前記ターゲットバイアス電圧を印加し、その後更に、前記アンテナに供給する前記高周波電力を所定値まで徐々に大きくするようにしても良い。

この発明に係るスパッタリング装置は、スパッタリング用のガスが導入される真空容器内に設けられたアンテナに高周波電源から高周波電力を供給して誘導結合型のプラズマを発生させ、当該プラズマと、ターゲットバイアス電源からターゲットに印加されるターゲットバイアス電圧とを用いて、ターゲットをスパッタさせて基板上に成膜を行うスパッタリング装置であって、前記高周波電源および前記ターゲットバイアス電源を制御して、（ａ）成膜の開始時に、前記高周波電源から前記アンテナに前記高周波電力を供給させて前記プラズマを発生させた後に、前記ターゲットバイアス電源から前記ターゲットに前記ターゲットバイアス電圧を印加させてスパッタリングを開始させる機能と、（ｂ）成膜の終了時に、前記ターゲットバイアス電源から前記ターゲットに印加していた前記ターゲットバイアス電圧を止めてスパッタリングを停止させた後に、前記アンテナに供給していた前記高周波電力を止めて前記プラズマを消滅させる機能とを有している制御装置を備えていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、成膜の開始時は、アンテナに高周波電力を供給してプラズマを発生させた後に、ターゲットにターゲットバイアス電圧を印加してスパッタリングを開始するので、プラズマ点灯時のプラズマが不安定な時期の成膜を避けることができる。従って、成膜の開始時に不均質な膜が形成されることを抑制することができる。かつ成膜の終了時は、ターゲットに印加していたターゲットバイアス電圧を止めてスパッタリングを停止した後に、アンテナに供給していた高周波電力を止めてプラズマを消滅させるので、プラズマ消灯時のプラズマが不安定な時期の成膜を避けることができる。従って、成膜の終了時に不均質な膜が形成されることを抑制することができる。

しかもこの発明によれば、上記作用効果を、ターゲットの移動機構を設けることなく奏することができる。従って、ターゲットの移動機構を設ける場合に比べて、装置構成を簡素化することができるので、トラブル発生の要因を減らすことができると共に、装置のコストを低減することができる。

更にこの発明においては、誘導結合型のプラズマ生成によって、高密度のプラズマをターゲットの表面近傍に広い範囲で生成することができるので、マグネトロンスパッタリング法に比べて、ターゲットの表面を広い範囲で一様に使用することができる。マグネトロンスパッタリング法の場合は、ターゲット表面は、電場と磁場が直交する特定領域のみがドーナツ状に削られるのに対して、この発明の場合はそのような制限はない。従って、ターゲットの利用効率を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、成膜の開始時および終了時にターゲットバイアス電圧を急峻に入り切りすると、ターゲットに印加されるターゲットバイアス電圧が過渡現象によって乱れて、その間に成膜される膜質が乱れることが考えられるけれども、この発明のようにターゲットバイアス電圧を、成膜開始時は徐々に大きくし、成膜終了時は徐々に小さくすることによって、過渡現象によるターゲットバイアス電圧の乱れを抑制することができるので、上記のようなターゲットバイアス電圧の乱れによる膜質の乱れを抑制することができる。従って、成膜の開始時および終了時に不均質な膜が形成されるのを抑制する効果を高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナに所定値の高周波電力をいきなり供給してプラズマを点灯させようとすると、過渡的にプラズマが乱れかつそれが長く続きやすいけれども、この発明のようにアンテナに供給する高周波電力を徐々に大きくして最小電力でプラズマを発生させることによって、プラズマの過渡的な乱れを小さくすることができる。そしてその状態でターゲットにターゲットバイアス電圧を印加した後に、アンテナに供給する高周波電力を所定値まで大きくすることによって、ターゲットバイアス電圧印加前後のプラズマの乱れを抑制することができるので、成膜開始時の膜質の乱れを抑制することができる。従って、成膜の開始時に不均質な膜が形成されるのを抑制する効果を高めることができる。

請求項４〜６に記載の発明は、それぞれ、請求項１〜３に記載の発明に対応しているので、それらの発明が奏する効果と同様の効果を奏する。

従来の一般的なマグネトロンスパッタリング法による成膜方法の一例を示すタイムチャートである。 この発明に係る成膜方法を実施するスパッタリング装置の一例を示す概略断面図である。 図２に示す装置のアンテナ周りを下から見上げて示す概略平面図である。 この発明に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。 この発明に係る成膜方法の一例を示すタイムチャートである。 この発明に係る成膜方法を実施するスパッタリング装置のより具体的な例を示す概略断面図である。 この発明に係る成膜方法の他の例を示すタイムチャートである。 この発明に係る成膜方法の更に他の例を示すタイムチャートである。

この発明に係る成膜方法を実施するスパッタリング装置の一例を図２に示し、図２に示す装置のアンテナ周りを下から見上げた図を図３に示す。図２では、各アンテナ２０への高周波電力Ｐ_R の給電部は概念的に示しており、当該給電部については図３を参照して後述する。

このスパッタリング装置は、真空排気装置４によって真空排気される真空容器２を備えており、この真空容器２は電気的に接地されている。

真空容器２内には、スパッタリング用のガス１０が導入される。この例では、ガス源６から流量調節器８を経由して導入される。ガス１０は、例えば、アルゴンガスである。反応性スパッタリングを行う場合は、ガス１０は、アルゴンガスと活性ガス（例えば酸素ガス、窒素ガス等）との混合ガスでも良い。

真空容器２内に、薄膜を形成する基板１２を保持する基板ホルダ１４が設けられている。この例のように、基板ホルダ１４に基板バイアス電源１６から基板バイアス電圧Ｖ_S を印加するようにしても良い。基板バイアス電圧Ｖ_S は、負の直流電圧でも良いし、負のパルス電圧、交流電圧等でも良い。４０は、真空シール機能を有する絶縁部である。

基板１２は、例えば、ガラス基板、半導体基板等であるが、これに限られるものではない。

真空容器２内であって基板１２に対向する位置にターゲット３０が配置されている。ターゲット３０は、例えば、平面形状が四角形をしている（図３参照）。ターゲット３０は、真空容器２の上面部３に設けられたターゲットホルダ（バッキングプレート）３２に保持されている。ターゲットホルダ３２は、冷却水を流す通水路（図示省略）を内部に有しており、それによってターゲット３０を水冷する構造になっている。ターゲットホルダ３２と真空容器２との間には、真空シール機能を有する絶縁部４２が設けられている。

ターゲット３０の材質は、基板１２上に形成する膜に応じたものにすれば良い。一例を示せば、基板１２上に酸化物半導体薄膜を形成する場合は、ターゲット３０は例えば、ＩＧＺＯ（Ｉn −Ｇa −Ｚn −Ｏ／インジウム−ガリウム−亜鉛−酸素）、ＩＴＺＯ（Ｉn −Ｓn −Ｚn −Ｏ／インジウム−スズ−亜鉛−酸素）等の酸化物半導体であるが、ターゲット３０の材質はこれに限られるものではない。

ターゲット３０には、それにターゲットバイアス電圧Ｖ_T を印加するターゲットバイアス電源３４が、この例ではターゲットホルダ３２を介して接続されている。ターゲットバイアス電圧Ｖ_T は、後述するプラズマ２２中のイオン（この出願では正イオンを意味する）をターゲット３０に引き込んでスパッタさせる電圧であり、例えば、（ａ）負の直流電圧、（ｂ）正負交互のパルス電圧、（ｃ）交流電圧である。交流電圧は、例えば、１３．５６ＭＨｚのようなＭＨｚオーダーの高周波電圧でも良いし、高周波電源２４の出力（例えば１３．５６ＭＨｚ）よりも低い周波数（例えば１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度）の低周波電圧でも良い。低周波電圧にすると、高周波電源２４を用いたプラズマ生成動作との干渉を避けることが容易になる。

ターゲットバイアス電源３４から出力するターゲットバイアス電圧Ｖ_T をどのようなものにするかは、例えば、ターゲット３０の材質等に応じて決めれば良い。例えば、ターゲット３０が導電性の場合は、上記（ａ）に示した負の直流電圧でも良いし、（ｂ）、（ｃ）に示した電圧でも良い。ターゲット３０が絶縁物の場合は、上記（ｂ）に示した正負交互のパルス電圧、または、上記（ｃ）に示した交流電圧にすれば良い。そのようにすると、絶縁物の表面が流入イオンの正電荷で覆われてスパッタが停止するのを防止することができる。

ターゲットバイアス電源３４は、ターゲットバイアス電圧Ｖ_T として、上記（ａ）〜（ｃ）の電圧の内の一種類の電圧を出力するものでも良いし、複数種類の電圧を切り換えて出力することができるものでも良い。

図２および図３を参照して、真空容器２内であってターゲット３０の表面近傍に、アンテナ２０が配置されている。より具体的には、この例では、２本のアンテナ２０が、ターゲット３０を両側から挟むように、四角形のターゲット３０の相対向する辺に沿ってそれぞれ配置されている。ターゲット３０の平面形状が長方形の場合は、各アンテナ２０は、ターゲット３０の長辺に沿うように配置するのが好ましい。各アンテナ２０は、この例では両端部以外がまっすぐな（即ち直線状の）形状をした棒状の導体であり、その両端部が上方に曲げられていて真空容器２の上面部３を貫通し、一部分が上面部３上に突き出ている。当該貫通部には、真空シール機能を有する絶縁部４１がそれぞれ設けられている。

各アンテナ２０に、この例では、高周波電源２４から整合回路２６を介して高周波電力Ｐ_R が並列に供給される。より具体的には、各アンテナ２０の一端部に上記整合回路２６が接続され、各アンテナ２０の他端部は接地されている。高周波電源２４の一端も接地されている。但し、各アンテナ２０用に高周波電源２４および整合回路２６をそれぞれ設けても良い。高周波電源２４から出力する高周波電力Ｐ_R の周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。

なお、この例のように２本のアンテナ２０を上記のように配置すると、ターゲット３０の表面をより一様にスパッタリングして当該表面をより一様に利用することができるのでより好ましいけれども、１本のアンテナ２０をターゲット３０の片側の辺に沿って配置しても良い。

各アンテナ２０は、中が詰まった中実構造でも良いし、内部に冷却水路を設けて、例えば各アンテナ２０を管状または筒状にして、各アンテナ２０内に冷却水を流して各アンテナ２０を冷却する水冷構造にしても良い。

このスパッタリング装置は、更に、高周波電源２４およびターゲットバイアス電源３４を制御する制御装置４６を備えている。この制御装置４６については後で説明する。

上記スパッタリング装置における成膜方法の一例を、更に図４のフローチャートおよび図５のタイムチャートをも参照しながら説明する。

まず、成膜の準備をする（ステップ１００）。具体的には、薄膜を形成しようとする基板１２を真空容器２内の基板ホルダ１４上に配置し、真空容器２内を真空排気装置４で真空排気すると共に真空容器２内にスパッタリング用のガス１０を導入して、真空容器２内を所定の圧力に維持する。この圧力は、プラズマ２２を発生させやすく、かつ基板１２上に特性の優れた膜を形成することができる範囲にすれば良い。例えば、０．１Ｐａ〜１０Ｐａ程度、より具体的には１Ｐａ〜３Ｐａ程度にすれば良い。基板１２には、より具体的には基板ホルダ１４には、必要に応じて基板バイアス電源１６から前記基板バイアス電圧Ｖ_S を印加しておけば良い。

成膜の開始時は、各アンテナ２０に高周波電源２４から高周波電力Ｐ_R を供給して（ステップ１０１）、真空容器２内において誘導結合型のプラズマ２２を発生させる（ステップ１０２）。即ち、各アンテナ２０に高周波電力Ｐ_R を供給することによって、各アンテナ２０に高周波電流が流れ、それによって各アンテナ２０の周囲に高周波磁界が発生し、それによって高周波電流と逆方向の誘導電界が発生する。この誘導電界によって、真空容器２内において、電子が加速されてアンテナ２０の近傍のガス１０を電離させてアンテナ２０の近傍にプラズマ２２が発生する。この手法は、誘導結合型のプラズマ生成であるため、高密度のプラズマ２２を発生させることができる。しかも、この段階では、ターゲット３０には、プラズマ２２中のイオンを引き込むターゲットバイアス電圧Ｖ_T が印加されていないので、高密度のプラズマ２２であるにもかかわらず、ターゲット３０をスパッタリングすることはない。即ち、基板１２への成膜は行われない。

その後、例えばプラズマ発生から所定時間ｔ₁ （図５参照）の経過後、ターゲット３０にターゲットバイアス電源３４からターゲットバイアス電圧Ｖ_T を印加して（ステップ１０３）、プラズマ２２中のイオンによってターゲット３０をスパッタさせて基板１２上に成膜を開始する（ステップ１０４）。更にその成膜を所望時間続行する（ステップ１０５）。これによって基板１２上に形成される薄膜の膜厚が増大する。

上記所定時間ｔ₁ は、プラズマ点灯時にプラズマ２２が安定するまで待つ時間であり、あまり短くすると未だプラズマ２２が安定していないおそれがあり、あまり長くするとスループットが低下するので、例えば、１秒〜６０秒程度の範囲内が好ましく、５秒〜３０秒程度の範囲内がより好ましい。

成膜の終了時は、まずターゲット３０に印加していたターゲットバイアス電圧Ｖ_T を止めてスパッタリングを停止して（ステップ１０６）、基板１２への成膜を終了する（ステップ１０７）。その後、例えばスパッタリング停止から所定時間ｔ₂ （図５参照）の経過後、アンテナ２０に供給していた高周波電力Ｐ_R を止めて（ステップ１０８）、プラズマ２２を消滅させる（ステップ１０９）。以上によって、基板１２に対する成膜処理は完了する。

上記所定時間ｔ₂ は、ターゲット３０に印加していたターゲットバイアス電圧Ｖ_T を停止した時にその影響が完全になくなるのを待つ時間であり、あまり短くするとターゲットバイアス電圧Ｖ_T の影響が残っているおそれがあり、あまり長くするとスループットが低下するので、例えば、１秒〜１０秒程度の範囲内が好ましく、その内でも２秒〜５秒程度の範囲内がより好ましい。

上記成膜方法によれば、成膜の開始時は、アンテナ２０に高周波電力Ｐ_R を供給してプラズマ２２を発生させた後に、ターゲット３０にターゲットバイアス電圧Ｖ_T を印加してスパッタリングを開始するので、プラズマ点灯時のプラズマ２２が不安定な時期の成膜を避けることができる。従って、成膜の開始時に基板１２上に不均質な膜（例えば、膜組成のばらついた膜。以下同様）が形成されることを抑制することができる。かつ成膜の終了時は、ターゲット３０に印加していたターゲットバイアス電圧Ｖ_T を止めてスパッタリングを停止した後に、アンテナ２０に供給していた高周波電力Ｐ_R を止めてプラズマ２２を消滅させるので、プラズマ消灯時のプラズマ２２が不安定な時期の成膜を避けることができる。従って、成膜の終了時に基板１２上に不均質な膜が形成されることを抑制することができる。その結果、従来の一般的なマグネトロンスパッタリング法が有している前述した課題を解決することができる。

しかもこの成膜方法によれば、上記作用効果を、ターゲットの移動機構を設けることなく奏することができる。即ち、非特許文献１に記載のようなターゲットを含むカソードの移動機構や、特許文献１に記載のようなターゲットの移動機構を設ける必要がない。従って、ターゲットの移動機構を設ける場合に比べて、装置構成を簡素化することができるので、トラブル発生の要因を減らすことができると共に、装置のコストを低減することができる。

更にこの成膜方法では、誘導結合型のプラズマ生成によって、高密度のプラズマ２２をターゲット３０の表面近傍に広い範囲で生成することができるので、マグネトロンスパッタリング法に比べて、ターゲット３０の表面を広い範囲で一様に使用することができる。マグネトロンスパッタリング法の場合は、ターゲット表面は、電場と磁場が直交する特定領域のみがドーナツ状に削られるのに対して、この成膜方法の場合はそのような制限はない。従って、ターゲット３０の利用効率を高めることができる。

上記スパッタリング装置は、高周波電源２４およびターゲットバイアス電源３４を制御して、上記成膜方法を実施する機能を有している制御装置４６を備えている。より具体的には、制御装置４６はこの例では、（ａ）成膜の開始時に、高周波電源２４からアンテナ２０に高周波電力Ｐ_R を供給させてプラズマ２２を発生させた後に、ターゲットバイアス電源３４からターゲット３０にターゲットバイアス電圧Ｖ_T を印加させてスパッタリングを開始させる機能と、（ｂ）成膜の終了時に、ターゲットバイアス電源３４からターゲット３０に印加していたターゲットバイアス電圧Ｖ_T を止めてスパッタリングを停止させた後に、アンテナ２０に供給していた高周波電力Ｐ_R を止めてプラズマ２２を消滅させる機能とを有している。

従って上記スパッタリング装置は、上記成膜方法が奏する上記作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

この発明に係る成膜方法を実施するスパッタリング装置のより具体的な例を図６に示す。以下においては、前述した例との相違点を主に説明する。

このスパッタリング装置は、図２等に示したスパッタリング装置の真空容器２（その内部を以下では成膜室５０と呼ぶ）に、ゲートバルブ５２を介在させて、ロードロック室５４を接続した構造をしている。

ガラス基板１２上に酸化物半導体薄膜を形成する場合を例にして説明すると、基板１２を大気中から扉６４を通してロードロック室５４内の基板ホルダ５８上に配置した後、真空排気装置５６によってロードロック室５４内を所定の真空度（例えば５×１０^-5Ｐａ以下）に排気する。このとき、成膜室５０内も真空排気装置４によって同程度に真空排気しておく。その後、ゲートバルブ５２を開いて、基板搬送装置６０によって、基板１２をロードロック室５４から成膜室５０に矢印Ａで示すように搬送して基板ホルダ１４上に配置する。基板搬送装置６０がロードロック室５４の壁面を貫通する部分には、例えばベローズ等の真空シール部６２が設けられている。

ゲートバルブ５２を閉じた後、成膜室５０内を真空排気装置４によって所定の真空度（例えば５×１０^-5Ｐａ以下）に排気した後、流量調節器８で流量調節したガス１０を導入して、成膜室５０内を所定の圧力（例えば前述したように１Ｐａ〜３Ｐａ程度）に維持する。導入するガス１０は、例えばアルゴンガスであるが、アルゴンと酸素の混合ガス等でも良い。

その後は、成膜室５０において、例えば図４中のステップ１０１〜ステップ１０９等を参照して先に説明したような方法で成膜を行う。ターゲット３０の材質は、例えば前述したＩＧＺＯ（Ｉn −Ｇa −Ｚn −Ｏ）である。これによって、ガラス基板１２上にＩＧＺＯ膜を形成することができる。

成膜終了後、プラズマ２２を消滅させ（図４中のステップ１０９参照）、ガス１０の供給を止めた後に、成膜室５０内を真空排気装置４で上記所定の真空度（例えば５×１０^-5Ｐａ以下）に排気する。このとき、ロードロック室５４内も真空排気装置５６によって同程度に真空排気しておく。その後、ゲートバルブ５２を開いて、基板搬送装置６０によって、成膜済みの基板１２を成膜室５０からロードロック室５４に矢印Ａで示すように搬送して基板ホルダ５８上に配置する。そして、ゲートバルブ５２を閉じた後にロードロック室５４内を大気圧状態に戻した後（即ちリークまたはベントの後）、扉６４を通して基板１２を大気中に取り出す。以上によって、一連の成膜処理は完了する。

ところで、ターゲット３０の平面形状は、前述した四角形（正方形または長方形）以外でも良い。例えば円形等でも良い。

アンテナ２０の形状は、前述した両端部以外が直線状のものに限られるものではなく、それ以外の形状でも良い。例えば、アンテナ２０の形状は、全体が直線状でも良いし、Ｕ字状、コ字状、コイル状等でも良い。また、ターゲット３０の平面形状に応じた形状でも良い。例えば、ターゲット３０の平面形状が円形の場合は、アンテナ２０の平面形状を円形にしても良い。

また、アンテナ２０は、特開２０１３−２０６６５２号公報に記載されている、次のような構造のアンテナでも良い。即ちアンテナ２０は、内部導体、その外側を少なくとも真空容器内に位置する全長に亘って覆う外部導体および内部導体と外部導体との間に設けられていて両導体間を電気絶縁する誘電体を有する同軸構造をしており、かつ内部導体および外部導体の少なくとも一方の内部に冷却水を流して当該アンテナを冷却する水冷構造をしていても良い。このアンテナの内部導体の一端部に整合回路を介して高周波電源が接続され、当該内部導体の他端部は接地されている。外部導体は非磁性体から成り、かつ当該外部導体はその片端部のみで接地されている。

次に、成膜方法およびスパッタリング装置の他の例について、前述した例との相違点を主に説明する。

例えば図７に示す例のように、成膜の開始時は、アンテナ２０に高周波電力Ｐ_R を供給してプラズマ２２を発生させた後に、ターゲット３０に印加するターゲットバイアス電圧Ｖ_T をゼロから所定値まで徐々に大きくし、成膜の終了時は、ターゲット３０に印加していたターゲットバイアス電圧Ｖ_T を徐々に小さくして止めた後に、アンテナ２０に供給していた高周波電力Ｐ_R を止めてプラズマ２２を消滅させる、という成膜方法を採用しても良い。ターゲットバイアス電圧Ｖ_T を徐々に上げ下げするパターンは、図７に示すような直線状に代えて、曲線状にしても良い。

成膜の開始時および終了時にターゲットバイアス電圧Ｖ_T を急峻に入り切りすると、ターゲット３０に印加されるターゲットバイアス電圧Ｖ_T が過渡現象によって乱れて、その間に成膜される膜質が乱れることが考えられるけれども、この成膜方法のようにターゲットバイアス電圧Ｖ_T を、成膜開始時は徐々に大きくし、成膜終了時は徐々に小さくすることによって、過渡現象によるターゲットバイアス電圧Ｖ_T の乱れを抑制することができるので、上記のようなターゲットバイアス電圧Ｖ_T の乱れによる膜質の乱れを抑制することができる。従って、成膜の開始時および終了時に不均質な膜が形成されるのを抑制する効果を高めることができる。

上記成膜方法に対応するスパッタリング装置について説明すると、スパッタリング装置を構成している前述した制御装置４６は、（ａ）成膜の開始時に、高周波電源２４からアンテナ２０に高周波電力Ｐ_R を供給してプラズマ２２を発生させた後に、ターゲットバイアス電源３４からターゲット３０に印加するターゲットバイアス電圧Ｖ_T をゼロから所定値まで徐々に大きくする機能と、（ｂ）成膜の終了時に、ターゲットバイアス電源３４からターゲット３０に印加していたターゲットバイアス電圧Ｖ_T を徐々に小さくして止めた後に、高周波電源２４からアンテナ２０に供給していた高周波電力Ｐ_R を止めてプラズマ２２を消滅させる機能とを更に有していても良い。

このような制御装置４６を備えているスパッタリング装置は、上記成膜方法が奏する上記作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

また、例えば図８に示す例のように、成膜の開始時は、アンテナ２０に供給する高周波電力Ｐ_R を徐々に大きくして最小電力でプラズマ２２を発生させた後に（図８中のａ部参照）、ターゲット３０にターゲットバイアス電圧Ｖ_T を印加し、その後更に、アンテナ２０に供給する高周波電力Ｐ_R を所定値まで徐々に大きくする（図８中のｂ部参照）、という成膜方法を採用しても良い。高周波電力Ｐ_R を徐々に大きくするパターンは、図８に示すような直線状に代えて、曲線状にしても良い。図８中のａ部とｂ部との間に、高周波電力Ｐ_R の値を一定に保つ時間ｔ₃ を設けても良いし、それを設けずにａ部とｂ部とを続けても良い。

ターゲットバイアス電圧Ｖ_T を止めてスパッタリングを停止した後の高周波電力Ｐ_R は、図８に示す例のように一気に止めても良いし、徐々に小さくした後に止めても良い。

アンテナ２０に所定値の高周波電力Ｐ_R をいきなり供給してプラズマ２２を点灯させようとすると、過渡的にプラズマ２２が乱れかつそれが長く続きやすいけれども、この成膜方法のようにアンテナ２０に供給する高周波電力Ｐ_R を徐々に大きくして最小電力でプラズマ２２を発生させることによって、プラズマ２２の過渡的な乱れを小さくすることができる。そしてその状態でターゲット３０にターゲットバイアス電圧Ｖ_T を印加した後に、アンテナ２０に供給する高周波電力Ｐ_R を所定値まで大きくすることによって、ターゲットバイアス電圧Ｖ_T の印加前後のプラズマ２２の乱れを抑制することができるので、成膜開始時の膜質の乱れを抑制することができる。従って、成膜の開始時に不均質な膜が形成されるのを抑制する効果を高めることができる。

上記成膜方法に対応するスパッタリング装置について説明すると、スパッタリング装置を構成している前述した制御装置４６は、成膜の開始時に、高周波電源２４からアンテナ２０に供給する高周波電力Ｐ_R を徐々に大きくして最小電力でプラズマ２２を発生させた後に、ターゲットバイアス電源３４からターゲット３０にターゲットバイアス電圧Ｖ_T を印加させ、その後更に、高周波電源２４からアンテナ２０に供給する高周波電力Ｐ_R を所定値まで徐々に大きくする機能を更に有していても良い。

このような制御装置４６を備えているスパッタリング装置は、上記成膜方法が奏する上記作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

２ 真空容器
１０ ガス
１２ 基板
２０ アンテナ
２２ プラズマ
２４ 高周波電源
３０ ターゲット
３４ ターゲットバイアス電源
４６ 制御装置
Ｐ_R 高周波電力
Ｖ_T ターゲットバイアス電圧

Claims (6)

1. スパッタリング用のガスが導入される真空容器内に設けられたアンテナに高周波電力を供給して誘導結合型のプラズマを発生させ、当該プラズマと、ターゲットに印加されるターゲットバイアス電圧とを用いて、ターゲットをスパッタさせて基板上に成膜を行うスパッタリング装置において、
   成膜の開始時は、前記アンテナに前記高周波電力を供給して前記プラズマを発生させた後に、前記ターゲットに前記ターゲットバイアス電圧を印加してスパッタリングを開始し、
   成膜の終了時は、前記ターゲットに印加していた前記ターゲットバイアス電圧を止めてスパッタリングを停止した後に、前記アンテナに供給していた前記高周波電力を止めて前記プラズマを消滅させる、ことを特徴とする成膜方法。
2. 成膜の開始時は、前記アンテナに前記高周波電力を供給して前記プラズマを発生させた後に、前記ターゲットに印加する前記ターゲットバイアス電圧をゼロから所定値まで徐々に大きくし、
   成膜の終了時は、前記ターゲットに印加していた前記ターゲットバイアス電圧を徐々に小さくして止めた後に、前記アンテナに供給していた前記高周波電力を止めて前記プラズマを消滅させる請求項１記載の成膜方法。
3. 成膜の開始時は、前記アンテナに供給する前記高周波電力を徐々に大きくして最小電力で前記プラズマを発生させた後に、前記ターゲットに前記ターゲットバイアス電圧を印加し、その後更に、前記アンテナに供給する前記高周波電力を所定値まで徐々に大きくする請求項１記載の成膜方法。
4. スパッタリング用のガスが導入される真空容器内に設けられたアンテナに高周波電源から高周波電力を供給して誘導結合型のプラズマを発生させ、当該プラズマと、ターゲットバイアス電源からターゲットに印加されるターゲットバイアス電圧とを用いて、ターゲットをスパッタさせて基板上に成膜を行うスパッタリング装置であって、
   前記高周波電源および前記ターゲットバイアス電源を制御して、（ａ）成膜の開始時に、前記高周波電源から前記アンテナに前記高周波電力を供給させて前記プラズマを発生させた後に、前記ターゲットバイアス電源から前記ターゲットに前記ターゲットバイアス電圧を印加させてスパッタリングを開始させる機能と、（ｂ）成膜の終了時に、前記ターゲットバイアス電源から前記ターゲットに印加していた前記ターゲットバイアス電圧を止めてスパッタリングを停止させた後に、前記アンテナに供給していた前記高周波電力を止めて前記プラズマを消滅させる機能とを有している制御装置を備えていることを特徴とするスパッタリング装置。
5. 前記制御装置は、（ａ）成膜の開始時に、前記高周波電源から前記アンテナに前記高周波電力を供給して前記プラズマを発生させた後に、前記ターゲットバイアス電源から前記ターゲットに印加する前記ターゲットバイアス電圧をゼロから所定値まで徐々に大きくする機能と、（ｂ）成膜の終了時に、前記ターゲットバイアス電源から前記ターゲットに印加していた前記ターゲットバイアス電圧を徐々に小さくして止めた後に、前記高周波電源から前記アンテナに供給していた前記高周波電力を止めて前記プラズマを消滅させる機能とを更に有している請求項４記載のスパッタリング装置。
6. 前記制御装置は、成膜の開始時に、前記高周波電源から前記アンテナに供給する前記高周波電力を徐々に大きくして最小電力で前記プラズマを発生させた後に、前記ターゲットバイアス電源から前記ターゲットに前記ターゲットバイアス電圧を印加させ、その後更に、前記高周波電源から前記アンテナに供給する前記高周波電力を所定値まで徐々に大きくする機能を更に有している請求項４記載のスパッタリング装置。

Images