JP3949304B2 - スパッタリング処理方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に薄膜を成膜するスパッタリング処理方法とこれに使用される装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば図１に示したように、真空処理室ａ内に、基板ｂとカソードｃを対向して設けると共に該カソードｃの前面のバッキングプレートｄにスパッタリングターゲットｅを取り付け、該基板ｂにスパッタリング処理による成膜を施すことが行われている。その処理中には該ターゲットｅの温度が上昇するので、該バッキングプレートｄなどのカソードｃの構成部材に冷却水を循環させ、該ターゲットｅが温度上昇により熱割れなどの損傷を生じないように冷却している。該真空処理室ａ内は、マスク交換などのメンテナンス時には外部へ扉を開けて開放されるが、その間も冷却水を該構成部材に循環させて次の基板ｂの処理に備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように冷却水でターゲットｅを冷却しながらスパッタリング処理を行うと、図２に示すように、カソードｃは冷やされた状態から放電が開始し、その後プラズマの熱により温度が上昇することになるが、こうした温度上昇が生じるとその上昇に伴って放電電圧が上昇し、安定した一様な放電状態での成膜を行えなず、放電開始時からその終了時まで均一な膜質で成膜を行えない不都合があった。また、急激な温度上昇が生じると、焼結ターゲットであるＩＴＯなどのもろいターゲットでは熱衝撃によるヘアークラックを発生して放電状態が変化し、膜質を不均一にすることがあった。更に、マスクの交換などのために、真空処理室ａ内を、カソードｃにターゲットｅを取り付けたまま大気に開放すると、冷却水が循環していなくても、ターゲットｅがＡｌのように光沢のある材料で形成されている場合には、放射率が小さいために室温以下になり、大気中の水分が該ターゲットｅの表面に吸着されやすく、この吸着水分のために該真空処理室ａ内を再び真空に排気するときの排気時間が長引き、ターゲット表面に形成される酸化膜が厚くなってその除去時間も長くなるため作業性が低下する。
【０００４】
本発明は、安定した放電が得られて均一な膜質の薄膜を成膜でき、排気時間を短縮し作業性の良いスパッタリング処理方法及びその方法の実施に適した装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、真空処理室内に、基板と、カソードを構成するバッキングプレートに取り付けたスパッタリングターゲットとを対向して設け、該室内にプラズマを発生させて該ターゲットをスパッタリングし、該ターゲットの組成物の薄膜を該基板に形成するスパッタリング処理方法に於いて、該スパッタリングの開始に先立ち該バッキングプレート内に熱流体を流通させて該ターゲットの温度を室温よりも高く該ターゲットに損傷を与えない温度に昇温するとともに、スパッタリング開始後も該パッキングプレートに熱流体を流通させて該ターゲットの温度を該昇温した温度に維持することにより、上記の目的を達成するようにした。スパッタリング処理の開始前に於いて上記真空処理室を外部へ開放するときも上記バッキングプレートに熱流体を流通させて上記スパッタリングターゲットの温度を室温よりも高く維持する。また上記ターゲットの昇温を徐々に行なうようにすることができる。本発明の方法は、該バッキングプレートに熱流体の流通路を設け、該流通路に、熱流体を加熱して流通路に循環する温度制御装置を備えた熱流体循環装置を接続することにより、適切に実施できる。該温度制御装置は該熱流体の温度を検出する温度センサーを備えて該熱流体を一定の設定温度に維持するものが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図３に基づき説明すると、同図に於いて符号１は真空排気ポンプ２により真空に排気される真空処理室を示し、該真空処理室１の内部に基板３とカソード４とが対向して設けられる。該カソード４は、該真空処理室１の壁面に気密に取り付けた板状のカソードケース５と、該カソードケース５の真空処理室側の面に取り付けたバッキングプレート６とで構成され、図示の例では、該カソードケース５の真空処理室側とは反対の面に沿って移動装置７により移動自在にマグネット８を設けてマグネトロンスパッタリングカソードに構成した。該バッキングプレート６の表面にはスパッタリングターゲット９がボンディング等の固定手段により固定される。また、該カソード４は高周波電源等のスパッタ電源に接続される。１６は開閉扉である。
【０００７】
該バッキングプレート６の構成の１例は図４の如くであり、銅製のプレート６ａの背面に蛇行した溝６ｂを形成し、該溝６ｂを銅製の当板６ｃをロウ付け６ｄにより塞いで流通路１０を形成した。この流通路１０の両端部は、図３に示すように配管１１を介して外部の流体循環装置１２の配管１２ａ、１２ｂへ接続される。尚、図示したバッキングプレート６の寸法は、１０００×１０００ｍｍの角形である。
【０００８】
該流体循環装置１２は、ポンプ１３と加熱冷却装置１４を備え、水や有機溶剤を混入した水などの熱流体を任意の設定温度に制御して該流通路１０に循環させるもので、温度センサー１５、１５により測温して該加熱冷却装置１４がその設定温度を維持するように作動する。
【０００９】
該基板３をスパッタリング処理する場合、スパッタガスを導入しながら該真空処理室１内を適当な真空に排気し、該カソード４に高周波電源からの電力を投入すると、該ターゲット９の前方にマグネット８の磁界に拘束されたプラズマ放電が発生し、該プラズマ中に生成したイオンの入射衝撃によりスパッタされた該ターゲット９の組成物が対向する基板３の表面に入射して薄膜が形成されるが、本発明の方法では、このスパッタリング処理に先立ち、該バッキングプレート６に室温より高く且つ該ターゲット９を熱により損傷させない程度の温度の熱流体を循環させておき、それから電力を投入してスパッタリング処理を行うもので、熱流体の循環により該ターゲット９は、図５に示したように、熱流体の温度程度に昇温した状態でスパッタが開始され、その温度は流体循環装置１２によりほぼ一定に維持されるから、スパッタリング処理中の放電電圧がほぼ一定になり、均一な膜質の薄膜を該基板３に形成することができる。ターゲット９がＩＴＯのように熱割れしやすいものであるときは、スパッタ開始に先立ち徐々に設定温度にまで昇温させておくことにより、スパッタによる急激な昇温を避けることができ、ターゲットを損傷させずにスパッタリング処理を行える。
【００１０】
基板３に被せられるマスクを交換するなどのメンテナンスが必要な場合、カソード４にターゲット９を付けたまま該真空処理室１の扉１６を開けて行われ、該ターゲット９がＡｌのように光沢があると、前記したように温度が低くなって水分が付着する不都合を生じるが、バッキングプレート６に室温よりも高く且つターゲット９を損傷させないような温度の熱流体を循環させ続けておくことにより、ターゲット９の温度を高めてこれに付着する水分を少なくすることができ、再びスパッタリング処理を行うために真空処理室１内を真空排気する時間を短縮できて作業性が向上する。また、ターゲット９への水分の付着が少なくなると、ターゲット９の表面に形成される酸化膜が薄くなり、酸化膜の除去のためにプリスパッタする時間も短縮できる。
【００１１】
純Ａｌの８００×８００ｍｍのスパッタリングターゲット９を使用してガラスの基板３に厚さ２０００Åのスパッタ膜を形成する場合、カソード４に１０ＫＷの電力を投入すると、該ターゲット９は０．５分間に室温２３℃から５０℃にまで昇温し、放電電圧は２５０Ｖから３００Ｖにまで上昇する。このため形成された膜の構造は、基板表面側が粗く、その表面から遠ざかるにつれ密になるが、本発明に従いバッキングプレート６に予め５０℃の熱流体を循環させておき、ターゲット９も同温になったところでスパッタ処理を開始し、５０℃を維持しながら膜厚が２０００Åになったところでスパッタを終了したところ、この間の放電電圧は２５０Ｖで一定で、形成された膜の構造は、粗密がなく一様であった。
【００１２】
また、該Ａｌのターゲット９を設けた真空処理室１を１００分間大気に開放したのちこれを閉じ、再びスパッタ処理のための真空圧にまで排気したところ、従来の場合は１０分間要し、本発明の場合は５分間であった。このときのターゲット９の表面に形成された酸化膜をプレスパッタにより除去する時間は、従来の場合は１０分間、本発明の場合は５分間であった。
【００１３】
更に、ターゲット９をＩＴＯとし、熱流体の温度を室温から５０℃にまで２分間かけて昇温させたのちスパッタを開始したところ、該ＩＴＯターゲットにヘアークラックの発生がなく、正常に均質なスパッタ膜を成膜できた。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、スパッタリングの開始に先立ち該バッキングプレート内に熱流体を流通させてその温度を室温よりも高く該ターゲットに損傷を与えない温度に制御するようにしたので、スパッタリング中の放電電圧が一様になって形成される膜の膜質も一様になり、ターゲットの熱損傷もなく、該真空処理室を大気に開放するときも熱流体を該バッキングプレートに流通させておくことで、真空排気時間やプリスパッタ時間を短縮できて作業性が向上し、請求項６以下の装置構成とすることにより、本発明の方法を適切に実施できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のスパッタリング装置の截断側面図
【図２】従来のスパッタリング方法によるスパッタリングターゲットの温度変化の線図
【図３】本発明の実施の形態を示す截断側面図
【図４】図３のバッキングプレートの背面斜視図
【図５】本発明の方法によるスパッタリングターゲットの温度制御図
【符号の説明】
１ 真空処理室、３ 基板、４ カソード、６ バッキングプレート、９ スパッタリングターゲット、１０ 流通路、１２ 流体循環装置、１４ 加熱冷却装置、１５ 温度センサー、１６ 開閉扉、

Claims (9)

1. 真空処理室内に、基板と、カソードを構成するバッキングプレートに取り付けたスパッタリングターゲットとを対向して設け、該室内にプラズマを発生させて該ターゲットをスパッタリングし、該ターゲットの組成物の薄膜を該基板に形成するスパッタリング処理方法に於いて、該スパッタリングの開始に先立ち該バッキングプレート内に熱流体を流通させて該ターゲットの温度を室温よりも高く該ターゲットに損傷を与えない温度に昇温するとともに、スパッタリング開始後も該パッキングプレートに熱流体（対象物との相対温度関係によっては昇温あるいは冷却する方向に作用する。以下本明細書に記載される熱流体は、同様の作用をする。）を流通させて該ターゲットの温度を該昇温した温度に維持することを特徴とするスパッタリング処理方法。
2. 上記スパッタリング処理の開始前に於いて上記真空処理室を外部へ開放するときも上記バッキングプレートに熱流体を流通させて上記スパッタリングターゲットの温度を室温よりも高く維持することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング処理方法。
3. 上記ターゲットの昇温を徐々に行うことを特徴とする請求項１または２記載のスパッタリング処理方法。
4. 上記ターゲットが ITO であることを特徴とする請求項１〜３に記載のスパッタリング方法。
5. 上記昇温を室温から５０℃にまで２分間かけて行うことを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング方法。
6. 真空処理室内に、基板と、カソードを構成するバッキングプレートに取り付けたスパッタリングターゲットとを対向して設け、該室内にプラズマを発生させて該ターゲットをスパッタリングし、該ターゲットの組成物の薄膜を該基板に形成するスパッタリング処理装置に於いて、該バッキングプレートに熱流体の流通路を設け、該流通路に、熱流体を加熱して流通路に循環する温度制御装置を備えた熱流体循環装置を接続し、該熱流体循環装置によって該スパッタリングの開始に先立ち熱媒体を加熱して流通路に循環することにより該ターゲットの温度を室温よりも高くターゲットに損傷を与えない温度に昇温するとともに、スパッタリング開始後も熱媒体を流通路に循環することにより該ターゲットの温度を該昇温した温度に維持することを特徴とするスパッタリング処理装置。
7. 上記熱流体循環装置は、上記スパッタリング処理の開始前に於いて上記真空処理室を外部へ開放するときも上記熱流体を上記流通路に循環させることにより上記スパッタリングターゲットの温度を室温よりも高く維持することを特徴とする請求項４記載のスパッタリング処理装置。
8. 上記熱流体循環装置は上記スパッタリングの開始前の上記熱媒体による上記ターゲットの昇温を徐々に行うことを特徴とする請求項６または７記載のスパッタリング処理装置。
9. 上記温度制御装置は上記熱流体の温度を検出する温度センサーを備えて該熱流体を一定の設定温度に維持することを特徴とする請求項６〜８のいずれかの項に記載のスパッタリング処理装置。

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