JP3429957B2 - スパッタリング方法及び装置 - Google Patents
スパッタリング方法及び装置Info
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に、金属
膜、絶縁膜等を成膜するスパッタリング方法及びその装
置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、スパッタリングは半導体、光ディ
スク、電子部品等の薄膜形成に多く利用されている。以
下、図６および図７を参照しながら、従来のスパッタリ
ング方法の一例について説明する。図６において、１は
ターゲット、２はターゲット１を備えたカソード、３は
カソード２と対向して配置されスパッタリングにより成
膜される基板である。４は真空室５内を減圧雰囲気にす
るための真空排気ポンプ、６は真空室５内にスパッタリ
ングガスを流量調整しながら供給して真空室５内の圧力
がスパッタリング圧力となるようにするためのガス供給
系である。７は放電ガストリガー用のトリガーガス供給
系である。８は真空室５内の圧力を調整する調圧弁であ
る。９はカソード２に電力を印加し、ターゲット１の表
面でプラズマを発生させるための電源である。 【０００３】以上のように構成されたスパッタリング装
置において、以下その動作について説明する。まず、真
空室５の内部を真空排気ポンプ４により１０−６Ｔｏｒ
ｒ台の真空度まで真空排気する。その後、ガス供給系６
により、真空室５内部に、アルゴンガスを導入し、調圧
弁８により、スパッタリング圧力である２×１０−３Ｔ
ｏｒｒ程度に調圧し、調圧弁８を固定する。次に、真空
雰囲気の予備室または移載室等から、基板３を真空室５
内にセットする。その後、図７に示すようにＴ１１のタ
イミングで直流電源または高周波電源９をオンにしてカ
ソード２に電力を印加し、同じタイミングでトリガーガ
ス供給系７を開とし、スパッタリング圧力より真空室５
内の圧力を上昇させる。よって、放電が真空室５内で発
生し、光検出センサー等による放電検出センサーが上記
放電を検出（オン）したタイミングＴ１２で、トリガー
ガス供給系７を閉とし、スパッタリング圧力に復帰させ
基板３上に膜を形成する。このとき、カソード２に印加
する電力はＴ１３のタイミングで設定電力に到達する。
成膜時間の終了するＴ１５のタイミングで直流電源また
は高周波電源９をオフとし、放電を停止する。このとき
放電検出センサーは、放電未検出（オフ）となる。次
に、真空雰囲気の予備室または移載室等へ、基板３を移
載し、新しい基板３を真空室５内にセットする。移載が
終了し、真空室５内の圧力がスパッタリング圧力である
２×１０−３Ｔｏｒｒ程度の圧力に復帰したＴ１６のタ
イミングで、直流電源または高周波電源９をオンにして
カソード２に電力を印加し、同じタイミングでトリガー
ガス供給系７を開とし、スパッタリング圧力より真空室
５内の圧力を上昇させる。よって、放電が真空室５内で
発生し、光検出センサー等による放電検出センサーが上
記放電を検出（オン）したタイミングＴ１７で、トリガ
ーガス供給系７を閉とし、スパッタリング圧力に復帰さ
せ基板３上に膜を形成する。このとき、カソード２に印
加する電力はＴ１８のタイミングで設定電力に到達す
る。成膜時間の終了するＴ２０のタイミングで直流電源
または高周波電源９をオフとし、放電を停止する。この
とき放電検出センサーは、放電未検出（オフ）となる。
次に、真空雰囲気の予備室または移載室等へ、基板３を
移載し、新しい基板３を真空室５内にセットする。以
後、この動作を繰り返し行う。但し、図７において、予
備室または移載室等との基板交換時の圧力変動は記載し
ていない。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなスパッタリング方法では、トリガーガス供給系７
を閉としている間にトリガーガス供給系７内にガス溜り
が発生する。そのため、Ｔ１１のタイミングでトリガー
ガス供給系７を開とした瞬間に、急激にガスが供給され
るため真空室５内の圧力が、図７に示すように１×１０
−１Ｔｏｒｒ以上となり、スパッタリング圧力に復帰す
るタイミングＴ１４まで長時間を要することとなる。よ
って、基板３との界面が本来のスパッタリング圧力で成
膜される膜と異なるスパッタリング圧力より高い圧力で
成膜される膜厚が厚くなる。さらに圧力の高い状態では
一般的に成膜速度が低下するためトータル的に成膜速度
も低下することとなる。また、基板３の交換等の放電と
放電との間隔時間が変動することによりトリガーガス供
給系７に発生するガス溜りの量が変動し、トリガーガス
供給系７が開となったときの真空室５内の圧力上昇が毎
回不安定となり、スパッタリング圧力に復帰するタイミ
ングＴ１４が不安定となる。さらに、圧力上昇が大きい
ために、放電を開始する圧力及び電力が変動するため、
放電の開始するタイミングＴ１２が不安定となる。その
結果、放電（成膜）時間が変動し、膜厚が不安定とな
る。また、界面の膜質も不安定となる。よって、従来の
スパッタリング方法では以上のような種々の問題点を有
している。 【０００５】近年、光ディスク等のスパッタリングにお
いては、秒単位の短時間成膜が行われており、このよう
な膜質、および膜厚の変動は製品を不良とする原因とな
り歩留まりを低下することとなる。また、放電を発生さ
せる放電トリガーとしては、熱フィラメント方式等を用
いることが多いが、フィラメント機構、フィラメント電
流供給用電源等が必要となり設備構造が複雑となり、設
備価格も高くなる。 【０００６】本発明は、従来の問題点に鑑み、放電ガス
トリガーを用いるスパッタリング装置において、放電開
始前の真空室内の圧力を常に一定とし、スパッタリング
圧力に復帰する時間を短時間とすることにより、膜厚及
び膜質を大幅に安定化させ、さらに、成膜速度を向上す
ることができるスパッタリング方法及びその装置を提供
することを目的としている。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明のスパッタリング
方法は、ターゲットを載置するカソードに電力を印加す
ることで真空室内に放電を発生させ、基板を処理するス
パッタリング方法であって、上記真空室内に上記基板が
配置される以前から上記真空室内にトリガーガスを供給
することで、上記真空室内を予め設定されたスパッタリ
ング圧力よりも上昇させ、上記真空室内での放電が検出
された瞬間、上記トリガーガスの供給を停止し、上記真
空室内をスパッタリング圧力とすることで上記真空室内
に配置された１枚のみの基板を処理した後、上記真空室
内での放電が検出されなくなった時点で、再び、上記真
空室内にトリガーガスを供給しながら、上記基板に代え
て、上記基板とは異なる新たな１枚の基板を上記真空室
内に配置し、上記真空室内での放電が検出されるまでト
リガーガスを供給し続けること、を特徴とする。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【作用効果】本発明によれば、原則として、放電中以外
はトリガーガス供給系を開としているため、トリガーガ
ス供給系内にガス溜りが発生しなくなり、放電開始前の
真空室の圧力が常に一定となる。また、トリガーガス供
給系を開とした時の放電開始前の真空室の圧力を放電発
生可能である限界の圧力に近い値まで低下させることが
できるため、スパッタリング圧力に復帰する時間が短時
間となる。よって、これらの結果から、放電開始のタイ
ミングが安定するため成膜時間が安定し、また、スパッ
タリング圧力に復帰する時間が短時間であるため成膜時
のスパッタリング圧力も安定し、膜厚及び膜質が安定す
る。さらに基板との界面の膜質が安定し、スパッタリン
グ圧力よりも高い圧力で成膜される膜厚が減少し、成膜
速度も向上することができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる実施の形
態を図面を参照しながら説明する。本発明の第１実施形
態にかかるスパッタリング方法を実施するための装置を
図１，２に示す。この第１実施形態にかかる装置は、ス
パッタリング成膜において、スパッタリング放電の際、
放電ガス流量を増加し真空室内の圧力をスパッタリング
圧力よりも上昇させ放電を発生させる（以後、これを
「放電ガストリガー」と言う。）スパッタリング装置に
おいて、放電開始前に、放電ガス流量を増加し真空室内
の圧力をスパッタリング圧力よりも上昇させるガス供給
系（以後、これを「トリガーガス供給系」と言う。）を
開状態に常時しておき、放電が発生した瞬間に、トリガ
ーガス供給系を閉状態とし、真空室内をスパッタリング
圧力とし放電終了時、再度、トリガーガス供給系を開状
態とし、放電開始まで開状態とするものである。この第
１実施形態では、放電開始前の圧力を常に一定とし、ス
パッタリング圧力に復帰する時間を短時間とすることに
より、膜厚及び膜質を大幅に安定化させ、さらに、成膜
速度を向上するという作用を有する。 【００１３】以下、図１，２を参照しながら上記第１実
施形態をより詳細に説明する。図１には上記第１実施形
態にかかるスパッタリング装置を示す。図２にはその装
置によるスパッタリング工程のタイミングチャートを示
す。上記スパッタリング装置の大略構成は従来の装置で
説明した通りであり、同一部分については同一符号を付
してその説明を省略する。上記第１実施形態の装置が従
来の装置と大きく異なるところは、光検出センサー等の
放電検出センサー１０１による放電の検出の有無（オン
又はオフ）に基づきトリガーガス供給系７の開閉動作を
制御する制御装置１００を備えたことである。すなわ
ち、この制御装置１００は、放電検出センサー１０１の
放電の未検出により放電開始前に、上記トリガーガス供
給系７を常時開状態にして真空室５内への放電ガス流量
を増加して真空室５内の圧力をスパッタリング圧力より
も上昇させる動作と、放電が発生した瞬間に、又は、放
電検出センサー１０１により放電を検出したときにトリ
ガーガス供給系７を閉状態として、真空室５内をスパッ
タリング圧力とする動作と、放電検出センサー１０１が
放電検出後に放電が検出されなくなる放電終了時、再
度、トリガーガス供給系７を開状態とする動作と、その
後、放電検出センサー１０１により放電が検出されると
きすなわち放電開始まで開状態とする動作とを行わせる
ようにしたことである。 【００１４】以下、この制御装置１００を使用するスパ
ッタリング装置の動作について説明する。まず、真空室
５の内部を真空排気ポンプ４により１０−６Ｔｏｒｒ台
の真空度まで真空排気する。その後、ガス供給系６によ
り、真空室５内部に、アルゴンガスを導入し、調圧弁８
により、スパッタリング圧力である２×１０−３Ｔｏｒ
ｒ程度に調圧し、調圧弁８を固定する。次に、上記制御
装置１００の制御の下にトリガーガス供給系７を開と
し、初期放電発生可能な限界の圧力、例えば、図２に示
すように９×１０−３Ｔｏｒｒ程度になるようにガス流
量を固定してアルゴンガスを真空室５内部に導入する。
次に、真空雰囲気の予備室または移載室等から真空室５
内に基板３をセットする。その後、図２に示すようにＴ
１のタイミングで直流電源または高周波電源９をオンに
してカソード２に電力を印加し、放電を発生させ、光検
出センサー等による放電検出センサー１０１が放電を検
出（オン）したタイミングＴ２で、上記制御装置１００
の制御の下にトリガーガス供給系７を閉とし、スパッタ
リング圧力に復帰させ、基板３上に膜を形成する。この
とき、スパッタリング圧力へはＴ４のタイミングで復帰
し、カソード２に印加する電力はＴ３のタイミングで設
定電力に到達する。成膜時間の終了するＴ５のタイミン
グで直流電源または高周波電源９をオフとし、放電を停
止する。このとき放電検出センサー１０１は、放電未検
出（オフ）となる。さらに、同じＴ５のタイミングで上
記制御装置１００の制御の下にトリガーガス供給系７を
開とし、真空室５内の基板３を真空室５内から真空雰囲
気の予備室または移載室等へ移載する一方、新しい基板
３を真空雰囲気の予備室または移載室等から真空室５内
にセットする。基板３の移載が終了し、真空室５内が初
期放電発生可能な限界の圧力である９×１０−３Ｔｏｒ
ｒ程度になった後、Ｔ６のタイミングで、直流電源また
は高周波電源９をオンにしてカソード２に電力を印加
し、放電を発生させ、光検出センサー等による放電検出
センサー１０１が放電を検出（オン）したタイミングＴ
７で、上記制御装置１００の制御の下にトリガーガス供
給系７を閉とし、スパッタリング圧力に復帰させ、基板
３上に膜を形成する。このとき、スパッタリング圧力へ
はＴ９のタイミングで復帰し、カソード２に印加する電
力はＴ８のタイミングで設定電力に到達する。成膜時間
の終了するＴ１０のタイミングで直流電源または高周波
電源９をオフとし、放電を停止する。このとき、放電検
出センサー１０１は、放電未検出（オフ）となる。さら
に、同じＴ１０のタイミングで上記制御装置１００の制
御の下にトリガーガス供給系７を開とし、真空室５内の
基板３を真空雰囲気の予備室または移載室等へ移載し、
新しい基板３を真空雰囲気の予備室または移載室等から
真空室５内にセットする。以後、これらの一連の動作を
繰り返し行う。なお、図２においては、予備室または移
載室等との基板交換時の圧力変動は記載していない。 【００１５】以上のように、本発明によれば、上記制御
装置１００の制御の下に、放電中以外は常にトリガーガ
ス供給系７を開としているため、トリガーガス供給系７
内にガス溜りが発生しなくなり、放電開始前の真空室５
の圧力が常に一定となる。また、トリガーガス供給系７
を開とした時の放電開始前の真空室５の圧力を放電発生
可能である限界の圧力に近い値まで低下させることがで
きるため、スパッタリング圧力に復帰する時間が短時間
となる。よって、これらの結果から、放電開始のタイミ
ングＴ２が安定するため成膜時間が安定し、また、スパ
ッタリング圧力に復帰する時間が短時間であるため成膜
時のスパッタリング圧力も安定し、膜厚及び膜質が安定
することができる。さらに、基板３との界面の膜質が安
定し、スパッタリング圧力よりも高い圧力で成膜される
膜厚が減少し、成膜速度も向上することができる。 【００１６】次に、図３に本発明の第２実施形態にかか
るスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング
装置を示す。この第２実施形態は、上記第１実施形態で
は放電開始のタイミングを放電検出センサー１０１の一
例として光検出センサー等を用いて検出するようにして
いるが、これに代えて、放電電力を検出するようにした
ものである。すなわち、制御装置１００には直流電源又
は高周波電源９の電力値が入力され、入力された電力値
が放電電力以下の所定の電力値に達したときが放電開始
のタイミングであるとして、トリガーガス供給系７を開
状態から閉状態に変更するものである。この所定値は、
放電が発生するときの電力値を予め測定しておき、その
測定データに基づき所定値を決定すればよい。例えば、
図２のタイミングチャートでは、放電電力値５ｋＷより
小さい２．５ｋＷの電力値を所定値として、電力値が
２．５ｋＷになったことを検出すれば、上記制御装置１
００によりトリガーガス供給系７を閉状態にする。この
第２実施形態によっても、第１実施形態と同様な作用効
果を奏することができ、基板３に形成される薄膜の膜厚
がより安定する。 【００１７】また、放電用の電源をオンしたことを示す
信号を制御装置１００に入力して、この信号の入力を基
に制御装置１００によりトリガーガス供給系７を閉状態
にするようにしてもよい。この例でも上記と大略同様な
作用効果を奏することができる。なお、上記第１実施形
態では、カソード２と基板３との間にシャッターを備え
ていないが、図３に示す第２実施形態にかかるスパッタ
リング装置のように、基板移載時にカソード２と基板３
との間を遮蔽するためのシャッター１０を備えるように
しても第１実施形態と同様な作用効果を奏することがで
きる。また、図４に第３実施形態にかかるスパッタリン
グ装置を示すように、上記真空室５に隣接して予備室又
は移載室１１を配置し、上記予備室又は移載室１１の一
端の真空室５との隣接部分にゲート弁１５を配置し、予
備室又は移載室１１の他端にゲート弁１４を配置するよ
うにしている。この結果、装置外部より予備室又は移載
室１１内に基板３を搬送するときにはゲート弁１４を開
閉する一方、予備室又は移載室１１内の基板３を真空室
５内に搬送するときにはゲート弁１５を開閉するように
している。 【００１８】さらに、図５は第４実施形態にかかるスパ
ッタリング装置を示しており、移載室１９の周囲に予備
室１１と第１〜３の反応室５，２０，２１とを配置し、
移載室１９と予備室１１との間、移載室１９と各反応室
５，２０，２１との間にそれぞれゲート弁１８，１５，
１６，１７を介在させている。第２，３の反応室２０，
１２は上記真空室５と同様な構造となっており、複数の
反応室５，２０，２１で複数の基板３のスパッタリング
を同時に行うことができるものである。また、予備室１
１の外側にはゲート弁１４を配置している。上記各ゲー
ト弁１５，１６，１７，１８は、移載室１９、反応室
５，２０，２１、予備室１１の各々とその室外部との間
で基板３を移載するときに開閉することにより、各室の
内部の雰囲気とその室外部の雰囲気とを可能な限り遮断
して室内部の雰囲気を一定に保持しようとするものであ
る。なお、以上の実施形態では予備室又は移載室等を備
えているが、予備室又は移載室を備えていなくても同様
に本発明を実施することが可能である。また、以上の実
施形態では、調圧弁８を備えているが、調圧弁を備えて
いなくても同様に本発明を実施することが可能である。 【００１９】以上のように本発明の実施形態によれば、
原則として、放電中以外はトリガーガス供給系を開とし
ているため、トリガーガス供給系内にガス溜りが発生し
なくなり、放電開始前の真空室の圧力が常に一定とな
る。また、トリガーガス供給系を開とした時の放電開始
前の真空室の圧力を放電発生可能である限界の圧力に近
い値まで低下させることができるため、スパッタリング
圧力に復帰する時間が短時間となる。よって、これらの
結果から、放電開始のタイミングが安定するため成膜時
間が安定し、また、スパッタリング圧力に復帰する時間
が短時間であるため成膜時のスパッタリング圧力も安定
し、膜厚及び膜質が安定する。さらに基板との界面の膜
質が安定し、スパッタリング圧力よりも高い圧力で成膜
される膜厚が減少し、成膜速度も向上することができ
る。
膜、絶縁膜等を成膜するスパッタリング方法及びその装
置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、スパッタリングは半導体、光ディ
スク、電子部品等の薄膜形成に多く利用されている。以
下、図６および図７を参照しながら、従来のスパッタリ
ング方法の一例について説明する。図６において、１は
ターゲット、２はターゲット１を備えたカソード、３は
カソード２と対向して配置されスパッタリングにより成
膜される基板である。４は真空室５内を減圧雰囲気にす
るための真空排気ポンプ、６は真空室５内にスパッタリ
ングガスを流量調整しながら供給して真空室５内の圧力
がスパッタリング圧力となるようにするためのガス供給
系である。７は放電ガストリガー用のトリガーガス供給
系である。８は真空室５内の圧力を調整する調圧弁であ
る。９はカソード２に電力を印加し、ターゲット１の表
面でプラズマを発生させるための電源である。 【０００３】以上のように構成されたスパッタリング装
置において、以下その動作について説明する。まず、真
空室５の内部を真空排気ポンプ４により１０−６Ｔｏｒ
ｒ台の真空度まで真空排気する。その後、ガス供給系６
により、真空室５内部に、アルゴンガスを導入し、調圧
弁８により、スパッタリング圧力である２×１０−３Ｔ
ｏｒｒ程度に調圧し、調圧弁８を固定する。次に、真空
雰囲気の予備室または移載室等から、基板３を真空室５
内にセットする。その後、図７に示すようにＴ１１のタ
イミングで直流電源または高周波電源９をオンにしてカ
ソード２に電力を印加し、同じタイミングでトリガーガ
ス供給系７を開とし、スパッタリング圧力より真空室５
内の圧力を上昇させる。よって、放電が真空室５内で発
生し、光検出センサー等による放電検出センサーが上記
放電を検出（オン）したタイミングＴ１２で、トリガー
ガス供給系７を閉とし、スパッタリング圧力に復帰させ
基板３上に膜を形成する。このとき、カソード２に印加
する電力はＴ１３のタイミングで設定電力に到達する。
成膜時間の終了するＴ１５のタイミングで直流電源また
は高周波電源９をオフとし、放電を停止する。このとき
放電検出センサーは、放電未検出（オフ）となる。次
に、真空雰囲気の予備室または移載室等へ、基板３を移
載し、新しい基板３を真空室５内にセットする。移載が
終了し、真空室５内の圧力がスパッタリング圧力である
２×１０−３Ｔｏｒｒ程度の圧力に復帰したＴ１６のタ
イミングで、直流電源または高周波電源９をオンにして
カソード２に電力を印加し、同じタイミングでトリガー
ガス供給系７を開とし、スパッタリング圧力より真空室
５内の圧力を上昇させる。よって、放電が真空室５内で
発生し、光検出センサー等による放電検出センサーが上
記放電を検出（オン）したタイミングＴ１７で、トリガ
ーガス供給系７を閉とし、スパッタリング圧力に復帰さ
せ基板３上に膜を形成する。このとき、カソード２に印
加する電力はＴ１８のタイミングで設定電力に到達す
る。成膜時間の終了するＴ２０のタイミングで直流電源
または高周波電源９をオフとし、放電を停止する。この
とき放電検出センサーは、放電未検出（オフ）となる。
次に、真空雰囲気の予備室または移載室等へ、基板３を
移載し、新しい基板３を真空室５内にセットする。以
後、この動作を繰り返し行う。但し、図７において、予
備室または移載室等との基板交換時の圧力変動は記載し
ていない。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなスパッタリング方法では、トリガーガス供給系７
を閉としている間にトリガーガス供給系７内にガス溜り
が発生する。そのため、Ｔ１１のタイミングでトリガー
ガス供給系７を開とした瞬間に、急激にガスが供給され
るため真空室５内の圧力が、図７に示すように１×１０
−１Ｔｏｒｒ以上となり、スパッタリング圧力に復帰す
るタイミングＴ１４まで長時間を要することとなる。よ
って、基板３との界面が本来のスパッタリング圧力で成
膜される膜と異なるスパッタリング圧力より高い圧力で
成膜される膜厚が厚くなる。さらに圧力の高い状態では
一般的に成膜速度が低下するためトータル的に成膜速度
も低下することとなる。また、基板３の交換等の放電と
放電との間隔時間が変動することによりトリガーガス供
給系７に発生するガス溜りの量が変動し、トリガーガス
供給系７が開となったときの真空室５内の圧力上昇が毎
回不安定となり、スパッタリング圧力に復帰するタイミ
ングＴ１４が不安定となる。さらに、圧力上昇が大きい
ために、放電を開始する圧力及び電力が変動するため、
放電の開始するタイミングＴ１２が不安定となる。その
結果、放電（成膜）時間が変動し、膜厚が不安定とな
る。また、界面の膜質も不安定となる。よって、従来の
スパッタリング方法では以上のような種々の問題点を有
している。 【０００５】近年、光ディスク等のスパッタリングにお
いては、秒単位の短時間成膜が行われており、このよう
な膜質、および膜厚の変動は製品を不良とする原因とな
り歩留まりを低下することとなる。また、放電を発生さ
せる放電トリガーとしては、熱フィラメント方式等を用
いることが多いが、フィラメント機構、フィラメント電
流供給用電源等が必要となり設備構造が複雑となり、設
備価格も高くなる。 【０００６】本発明は、従来の問題点に鑑み、放電ガス
トリガーを用いるスパッタリング装置において、放電開
始前の真空室内の圧力を常に一定とし、スパッタリング
圧力に復帰する時間を短時間とすることにより、膜厚及
び膜質を大幅に安定化させ、さらに、成膜速度を向上す
ることができるスパッタリング方法及びその装置を提供
することを目的としている。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明のスパッタリング
方法は、ターゲットを載置するカソードに電力を印加す
ることで真空室内に放電を発生させ、基板を処理するス
パッタリング方法であって、上記真空室内に上記基板が
配置される以前から上記真空室内にトリガーガスを供給
することで、上記真空室内を予め設定されたスパッタリ
ング圧力よりも上昇させ、上記真空室内での放電が検出
された瞬間、上記トリガーガスの供給を停止し、上記真
空室内をスパッタリング圧力とすることで上記真空室内
に配置された１枚のみの基板を処理した後、上記真空室
内での放電が検出されなくなった時点で、再び、上記真
空室内にトリガーガスを供給しながら、上記基板に代え
て、上記基板とは異なる新たな１枚の基板を上記真空室
内に配置し、上記真空室内での放電が検出されるまでト
リガーガスを供給し続けること、を特徴とする。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【作用効果】本発明によれば、原則として、放電中以外
はトリガーガス供給系を開としているため、トリガーガ
ス供給系内にガス溜りが発生しなくなり、放電開始前の
真空室の圧力が常に一定となる。また、トリガーガス供
給系を開とした時の放電開始前の真空室の圧力を放電発
生可能である限界の圧力に近い値まで低下させることが
できるため、スパッタリング圧力に復帰する時間が短時
間となる。よって、これらの結果から、放電開始のタイ
ミングが安定するため成膜時間が安定し、また、スパッ
タリング圧力に復帰する時間が短時間であるため成膜時
のスパッタリング圧力も安定し、膜厚及び膜質が安定す
る。さらに基板との界面の膜質が安定し、スパッタリン
グ圧力よりも高い圧力で成膜される膜厚が減少し、成膜
速度も向上することができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる実施の形
態を図面を参照しながら説明する。本発明の第１実施形
態にかかるスパッタリング方法を実施するための装置を
図１，２に示す。この第１実施形態にかかる装置は、ス
パッタリング成膜において、スパッタリング放電の際、
放電ガス流量を増加し真空室内の圧力をスパッタリング
圧力よりも上昇させ放電を発生させる（以後、これを
「放電ガストリガー」と言う。）スパッタリング装置に
おいて、放電開始前に、放電ガス流量を増加し真空室内
の圧力をスパッタリング圧力よりも上昇させるガス供給
系（以後、これを「トリガーガス供給系」と言う。）を
開状態に常時しておき、放電が発生した瞬間に、トリガ
ーガス供給系を閉状態とし、真空室内をスパッタリング
圧力とし放電終了時、再度、トリガーガス供給系を開状
態とし、放電開始まで開状態とするものである。この第
１実施形態では、放電開始前の圧力を常に一定とし、ス
パッタリング圧力に復帰する時間を短時間とすることに
より、膜厚及び膜質を大幅に安定化させ、さらに、成膜
速度を向上するという作用を有する。 【００１３】以下、図１，２を参照しながら上記第１実
施形態をより詳細に説明する。図１には上記第１実施形
態にかかるスパッタリング装置を示す。図２にはその装
置によるスパッタリング工程のタイミングチャートを示
す。上記スパッタリング装置の大略構成は従来の装置で
説明した通りであり、同一部分については同一符号を付
してその説明を省略する。上記第１実施形態の装置が従
来の装置と大きく異なるところは、光検出センサー等の
放電検出センサー１０１による放電の検出の有無（オン
又はオフ）に基づきトリガーガス供給系７の開閉動作を
制御する制御装置１００を備えたことである。すなわ
ち、この制御装置１００は、放電検出センサー１０１の
放電の未検出により放電開始前に、上記トリガーガス供
給系７を常時開状態にして真空室５内への放電ガス流量
を増加して真空室５内の圧力をスパッタリング圧力より
も上昇させる動作と、放電が発生した瞬間に、又は、放
電検出センサー１０１により放電を検出したときにトリ
ガーガス供給系７を閉状態として、真空室５内をスパッ
タリング圧力とする動作と、放電検出センサー１０１が
放電検出後に放電が検出されなくなる放電終了時、再
度、トリガーガス供給系７を開状態とする動作と、その
後、放電検出センサー１０１により放電が検出されると
きすなわち放電開始まで開状態とする動作とを行わせる
ようにしたことである。 【００１４】以下、この制御装置１００を使用するスパ
ッタリング装置の動作について説明する。まず、真空室
５の内部を真空排気ポンプ４により１０−６Ｔｏｒｒ台
の真空度まで真空排気する。その後、ガス供給系６によ
り、真空室５内部に、アルゴンガスを導入し、調圧弁８
により、スパッタリング圧力である２×１０−３Ｔｏｒ
ｒ程度に調圧し、調圧弁８を固定する。次に、上記制御
装置１００の制御の下にトリガーガス供給系７を開と
し、初期放電発生可能な限界の圧力、例えば、図２に示
すように９×１０−３Ｔｏｒｒ程度になるようにガス流
量を固定してアルゴンガスを真空室５内部に導入する。
次に、真空雰囲気の予備室または移載室等から真空室５
内に基板３をセットする。その後、図２に示すようにＴ
１のタイミングで直流電源または高周波電源９をオンに
してカソード２に電力を印加し、放電を発生させ、光検
出センサー等による放電検出センサー１０１が放電を検
出（オン）したタイミングＴ２で、上記制御装置１００
の制御の下にトリガーガス供給系７を閉とし、スパッタ
リング圧力に復帰させ、基板３上に膜を形成する。この
とき、スパッタリング圧力へはＴ４のタイミングで復帰
し、カソード２に印加する電力はＴ３のタイミングで設
定電力に到達する。成膜時間の終了するＴ５のタイミン
グで直流電源または高周波電源９をオフとし、放電を停
止する。このとき放電検出センサー１０１は、放電未検
出（オフ）となる。さらに、同じＴ５のタイミングで上
記制御装置１００の制御の下にトリガーガス供給系７を
開とし、真空室５内の基板３を真空室５内から真空雰囲
気の予備室または移載室等へ移載する一方、新しい基板
３を真空雰囲気の予備室または移載室等から真空室５内
にセットする。基板３の移載が終了し、真空室５内が初
期放電発生可能な限界の圧力である９×１０−３Ｔｏｒ
ｒ程度になった後、Ｔ６のタイミングで、直流電源また
は高周波電源９をオンにしてカソード２に電力を印加
し、放電を発生させ、光検出センサー等による放電検出
センサー１０１が放電を検出（オン）したタイミングＴ
７で、上記制御装置１００の制御の下にトリガーガス供
給系７を閉とし、スパッタリング圧力に復帰させ、基板
３上に膜を形成する。このとき、スパッタリング圧力へ
はＴ９のタイミングで復帰し、カソード２に印加する電
力はＴ８のタイミングで設定電力に到達する。成膜時間
の終了するＴ１０のタイミングで直流電源または高周波
電源９をオフとし、放電を停止する。このとき、放電検
出センサー１０１は、放電未検出（オフ）となる。さら
に、同じＴ１０のタイミングで上記制御装置１００の制
御の下にトリガーガス供給系７を開とし、真空室５内の
基板３を真空雰囲気の予備室または移載室等へ移載し、
新しい基板３を真空雰囲気の予備室または移載室等から
真空室５内にセットする。以後、これらの一連の動作を
繰り返し行う。なお、図２においては、予備室または移
載室等との基板交換時の圧力変動は記載していない。 【００１５】以上のように、本発明によれば、上記制御
装置１００の制御の下に、放電中以外は常にトリガーガ
ス供給系７を開としているため、トリガーガス供給系７
内にガス溜りが発生しなくなり、放電開始前の真空室５
の圧力が常に一定となる。また、トリガーガス供給系７
を開とした時の放電開始前の真空室５の圧力を放電発生
可能である限界の圧力に近い値まで低下させることがで
きるため、スパッタリング圧力に復帰する時間が短時間
となる。よって、これらの結果から、放電開始のタイミ
ングＴ２が安定するため成膜時間が安定し、また、スパ
ッタリング圧力に復帰する時間が短時間であるため成膜
時のスパッタリング圧力も安定し、膜厚及び膜質が安定
することができる。さらに、基板３との界面の膜質が安
定し、スパッタリング圧力よりも高い圧力で成膜される
膜厚が減少し、成膜速度も向上することができる。 【００１６】次に、図３に本発明の第２実施形態にかか
るスパッタリング方法を実施するためのスパッタリング
装置を示す。この第２実施形態は、上記第１実施形態で
は放電開始のタイミングを放電検出センサー１０１の一
例として光検出センサー等を用いて検出するようにして
いるが、これに代えて、放電電力を検出するようにした
ものである。すなわち、制御装置１００には直流電源又
は高周波電源９の電力値が入力され、入力された電力値
が放電電力以下の所定の電力値に達したときが放電開始
のタイミングであるとして、トリガーガス供給系７を開
状態から閉状態に変更するものである。この所定値は、
放電が発生するときの電力値を予め測定しておき、その
測定データに基づき所定値を決定すればよい。例えば、
図２のタイミングチャートでは、放電電力値５ｋＷより
小さい２．５ｋＷの電力値を所定値として、電力値が
２．５ｋＷになったことを検出すれば、上記制御装置１
００によりトリガーガス供給系７を閉状態にする。この
第２実施形態によっても、第１実施形態と同様な作用効
果を奏することができ、基板３に形成される薄膜の膜厚
がより安定する。 【００１７】また、放電用の電源をオンしたことを示す
信号を制御装置１００に入力して、この信号の入力を基
に制御装置１００によりトリガーガス供給系７を閉状態
にするようにしてもよい。この例でも上記と大略同様な
作用効果を奏することができる。なお、上記第１実施形
態では、カソード２と基板３との間にシャッターを備え
ていないが、図３に示す第２実施形態にかかるスパッタ
リング装置のように、基板移載時にカソード２と基板３
との間を遮蔽するためのシャッター１０を備えるように
しても第１実施形態と同様な作用効果を奏することがで
きる。また、図４に第３実施形態にかかるスパッタリン
グ装置を示すように、上記真空室５に隣接して予備室又
は移載室１１を配置し、上記予備室又は移載室１１の一
端の真空室５との隣接部分にゲート弁１５を配置し、予
備室又は移載室１１の他端にゲート弁１４を配置するよ
うにしている。この結果、装置外部より予備室又は移載
室１１内に基板３を搬送するときにはゲート弁１４を開
閉する一方、予備室又は移載室１１内の基板３を真空室
５内に搬送するときにはゲート弁１５を開閉するように
している。 【００１８】さらに、図５は第４実施形態にかかるスパ
ッタリング装置を示しており、移載室１９の周囲に予備
室１１と第１〜３の反応室５，２０，２１とを配置し、
移載室１９と予備室１１との間、移載室１９と各反応室
５，２０，２１との間にそれぞれゲート弁１８，１５，
１６，１７を介在させている。第２，３の反応室２０，
１２は上記真空室５と同様な構造となっており、複数の
反応室５，２０，２１で複数の基板３のスパッタリング
を同時に行うことができるものである。また、予備室１
１の外側にはゲート弁１４を配置している。上記各ゲー
ト弁１５，１６，１７，１８は、移載室１９、反応室
５，２０，２１、予備室１１の各々とその室外部との間
で基板３を移載するときに開閉することにより、各室の
内部の雰囲気とその室外部の雰囲気とを可能な限り遮断
して室内部の雰囲気を一定に保持しようとするものであ
る。なお、以上の実施形態では予備室又は移載室等を備
えているが、予備室又は移載室を備えていなくても同様
に本発明を実施することが可能である。また、以上の実
施形態では、調圧弁８を備えているが、調圧弁を備えて
いなくても同様に本発明を実施することが可能である。 【００１９】以上のように本発明の実施形態によれば、
原則として、放電中以外はトリガーガス供給系を開とし
ているため、トリガーガス供給系内にガス溜りが発生し
なくなり、放電開始前の真空室の圧力が常に一定とな
る。また、トリガーガス供給系を開とした時の放電開始
前の真空室の圧力を放電発生可能である限界の圧力に近
い値まで低下させることができるため、スパッタリング
圧力に復帰する時間が短時間となる。よって、これらの
結果から、放電開始のタイミングが安定するため成膜時
間が安定し、また、スパッタリング圧力に復帰する時間
が短時間であるため成膜時のスパッタリング圧力も安定
し、膜厚及び膜質が安定する。さらに基板との界面の膜
質が安定し、スパッタリング圧力よりも高い圧力で成膜
される膜厚が減少し、成膜速度も向上することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態におけるスパッタリン
グ方法を実施するための装置の概略図である。 【図２】 図１の上記第１実施形態におけるスパッタリ
ング方法のスパッタリング工程でのタイミングチャート
の図である。 【図３】 本発明の第２実施形態におけるスパッタリン
グ方法を実施するための装置の概略図である。 【図４】 本発明の第３実施形態におけるスパッタリン
グ方法を実施するための装置の概略図である。 【図５】 本発明の第４実施形態におけるスパッタリン
グ方法を実施するための装置の概略図である。 【図６】 従来のスパッタリング方法を実施するための
装置の概略図である。 【図７】 図６のスパッタリング方法のスパッタリング
工程でのタイミングチャートの図である。 【符号の説明】 １ ターゲット ２ カソード ３ 基板 ４ 真空排気ポンプ ５ 真空室 ６ ガス供給系 ７ トリガーガス供給系 ８ 調圧弁 ９ 電源 １００ 制御装置 １０１ 放電検出センサー
グ方法を実施するための装置の概略図である。 【図２】 図１の上記第１実施形態におけるスパッタリ
ング方法のスパッタリング工程でのタイミングチャート
の図である。 【図３】 本発明の第２実施形態におけるスパッタリン
グ方法を実施するための装置の概略図である。 【図４】 本発明の第３実施形態におけるスパッタリン
グ方法を実施するための装置の概略図である。 【図５】 本発明の第４実施形態におけるスパッタリン
グ方法を実施するための装置の概略図である。 【図６】 従来のスパッタリング方法を実施するための
装置の概略図である。 【図７】 図６のスパッタリング方法のスパッタリング
工程でのタイミングチャートの図である。 【符号の説明】 １ ターゲット ２ カソード ３ 基板 ４ 真空排気ポンプ ５ 真空室 ６ ガス供給系 ７ トリガーガス供給系 ８ 調圧弁 ９ 電源 １００ 制御装置 １０１ 放電検出センサー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−259076（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−176519（ＪＰ，Ａ)
実開 昭58−18966（ＪＰ，Ｕ)
特公 昭60−22971（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 14/34
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ターゲットを載置するカソードに電力を
印加することで真空室内に放電を発生させ、基板を処理
するスパッタリング方法であって、上記真空室内に上記基板が配置される以前から 上記真空
室内にトリガーガスを供給することで、上記真空室内を
予め設定されたスパッタリング圧力よりも上昇させ、上
記真空室内での放電が検出された瞬間、上記トリガーガ
スの供給を停止し、上記真空室内をスパッタリング圧力
とすることで上記真空室内に配置された１枚のみの基板
を処理した後、上記真空室内での放電が検出されなくな
った時点で、再び、上記真空室内にトリガーガスを供給
しながら、上記基板に代えて、上記基板とは異なる新た
な１枚の基板を上記真空室内に配置し、上記真空室内で
の放電が検出されるまでトリガーガスを供給し続けるこ
と、 を特徴とするスパッタリング方法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP22651296A JP3429957B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | スパッタリング方法及び装置 |
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