JP7275927B2 - スパッタ装置の使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタ装置の使用方法に関する。

真空容器内において、成膜用の原料からなるターゲットをプラズマによりスパッタリングし、ガラス等の基板上に、所要の膜を積層する成膜技術が知られている。このような処理を行う成膜装置として、絶縁カバーによって被覆されたアンテナにより高周波電力を真空容器内に導入し、誘導結合型プラズマの生成を行うスパッタ装置が用いられている。

ディスプレイ等の用途に適用される薄膜トランジスタが、上記スパッタ装置によって成膜される酸化物半導体により実現されている。スパッタ装置内に設置されるターゲットとして、インジウム、ガリウム、亜鉛の酸化化合物（ＩｎＧａＺｎＯ）を用いて成膜される、インジウム、ガリウム、亜鉛の金属酸化物は、このような酸化物半導体の一例である。

特開２０１５－２０９５８０号公報

本発明者の検討によると、上記スパッタ装置において、基板上への酸化物半導体の成膜を繰り返すと、成膜時の状態が徐々に変化することが判明した。

本発明は、上記課題に着目したものであり、本発明の一態様は、真空容器内にプラズマを生成するための高周波電力を出力するアンテナを備えたスパッタ装置において、成膜を繰り返すことによる成膜時の状態の変化を抑制できる、スパッタ装置の使用方法を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るスパッタ装置の使用方法は、真空容器と、前記真空容器への酸素ガスの導入ラインと、前記真空容器内にプラズマを生成するための高周波電力を出力するアンテナと、前記アンテナを覆う絶縁カバーと、を備えたスパッタ装置の使用方法であって、前記酸素ガスの導入ラインから酸素ガスを前記真空容器に導入しつつ、前記アンテナから高周波電力を出力して、プラズマを生成することにより、前記絶縁カバーの表面への付着膜を酸化する工程を備えている。

本発明の一態様のスパッタ装置の使用方法によれば、真空容器内にプラズマを生成するための高周波電力を出力するアンテナを備えたスパッタ装置において、成膜を繰り返すことによる成膜時の状態の変化を抑制することが可能になる。

本発明の一実施形態におけるスパッタ装置の一構成例について説明するための図である。 本発明の一実施形態におけるスパッタ装置の一構成例について説明するための図である。 スパッタ装置を使用する際の、累積膜厚とアーキング発生頻度の関係を、絶縁カバーへのブラスト処理を施した場合と、施さない場合について調査した結果を示すグラフである。 スパッタ装置を使用する際の、累積膜厚とアーキング発生頻度の関係を、成膜工程のみを続けて実施した場合について調査した結果を示すグラフである。 スパッタ装置を使用する際の、累積膜厚とアーキング発生頻度の関係を、成膜工程のみを続けて実施した場合について調査した結果を示すグラフである。 スパッタ装置を使用する際の、累積膜厚とアーキング発生頻度の関係を、酸化工程と成膜工程とを繰り返して実施した場合ついて調査した結果を示すグラフである。 スパッタ装置を使用する際の、累積膜厚とターゲット電流の関係を、酸化工程と成膜工程とを交互に実施した場合と、酸化工程を実施しない場合について調査した結果を示すグラフである。

〔実施形態〕
本発明の一実施形態が、図面を参照しつつ以下に説明される。本願における各図面に記載した構成の形状および寸法（長さ、幅、高さ等）は、実際の形状および寸法が必ずしも反映されたものではなく、図面の明瞭化および簡略化のために適宜変更されている。

＜スパッタ装置の構成＞
図１は、本実施形態に係るスパッタ装置１００の概略的構成を示す、正面側の水平方向から見た断面図である。また図２は、スパッタ装置１００を上面側から鉛直方向下向きに見た断面図である。水平方向、鉛直方向の意味については後述される。

図１及び図２に示されるように、スパッタ装置１００は、真空容器１を備えており、真空容器１内部には、膜形成が行われる基板３を載置する基板ホルダー２、成膜用の原料からなるターゲット６を保持するためのバッキングプレート７（プレート）を備えている。成膜時には、基板ホルダー２に載置される基板３と、バッキングプレート７に保持されるターゲット６とが互いに対向するように、基板ホルダー２とバッキングプレート７とが配置される。その際の基板３とターゲット６との距離は、５０～３００ｍｍ程度である。

ここで通常、基板ホルダー２が下となり、バッキングプレート７が上となり、それぞれの真空容器１の内側に向いている表面が、水平面に平行になるように、真空容器１とそれに付帯する部分が構成されて設置される。そのため、本実施形態において、水平方向、鉛直方向、あるいは上や下と称される際には、これらの用語は、真空容器１とそれに付帯する部分がそのような向きに設置されていることを前提に使用される。ただし、真空容器１とそれに付帯する部分の設置の向きは、必ずしもこれに限られるものではない。

真空容器１は、例えば金属製の容器であり、その内部空間は排気装置１０によって排気され所要の真空度に制御される。所要の真空度は、誘導結合型プラズマが生成しやすい範囲から選択され、通常０．１Ｐａから１０Ｐａ程度である。真空容器１は、アルミニウムまたはステンレスから構成されていてもよい。

バッキングプレート７は導電性の板状部材であり、絶縁フランジ８を介して真空容器１の上側の壁面の中央部付近に取り付けられている。バッキングプレート７のターゲット６を保持する側とは反対側の表面は、真空容器１の外部に露出する。絶縁フランジ８は、真空容器１内部の真空を保ちつつ、バッキングプレート７を真空容器１に固定し、真空容器１から絶縁する役割を果たす。

バッキングプレート７には、電圧可変型直流電源４１（直流電源）が電気的に接続され、バッキングプレート７が保持するターゲットの電位が制御され得る。なお、直流電源でなく、低周波（例えば１０～１００ｋＨｚ程度）のパルス電源が用いられてもよい。バッキングプレート７には、酸化物半導体の原料としてのターゲット６が保持される。ターゲット６としては金属元素の酸化物（金属酸化物）が用いられ、例示として、インジウム、ガリウム、亜鉛の酸化物（ＩｎＧａＺｎＯ）が用いられる。

基板ホルダー２には、成膜時に基板の表面に形成される膜の結晶化度等の制御を行うために、基板３を加熱するヒータが設けられていてもよい。また基板ホルダー２に、バイアス電圧が印加されるようになっていてもよい。

スパッタ装置１００には、真空容器１内に所要のガスを導入するためのガス供給ラインが適宜設けられる。本実施形態においては、アルゴンを含むガスを供給するためのアルゴンガス導入ライン１１０（スパッタガスの導入ライン）と、酸素を含むガスを供給するための酸素ガス導入ライン１２０（酸素ガスの導入ライン）とが少なくとも設けられる。

酸素ガス導入ライン１２０は、後述する付着膜を酸化する工程において、真空容器１内に酸素を含むガスを導入する際に用いられるガス供給ラインである。酸素ガス導入ライン１２０は酸素を含むガスが充填されたシリンダ１２、シリンダ１２から供給されるガスの流量を調整するマスフローコントローラ１２１を有している。また、酸素ガス導入ライン１２０中には、適宜にバルブ１２２、１２３等が設けられている。

アルゴンガス導入ライン１１０は、成膜を行う工程において、真空容器１内にアルゴンを含むガスを導入する際に用いられるガス供給ラインである。アルゴンガス導入ライン１１０はアルゴンを含む原料ガスが充填されたシリンダ１１、シリンダ１１から供給されるガスの流量を調整するマスフローコントローラ１１１を有している。また、アルゴンガス導入ライン１１０中には、適宜にバルブ１１２、１１３等が設けられている。

付着膜を酸化する工程において、真空容器１内に供給されるガスが、酸素１００％のガスである場合、シリンダ１２には酸素ガスが充填される。付着膜を酸化する工程において、真空容器１内に供給されるガスが、酸素と他のガスの混合ガスである場合には、シリンダ１２には酸素ガスが充填されていてもよいが、酸素と他のガスの混合ガスが充填されていてもよい。

成膜を行う工程において、真空容器１内に供給されるガスが、アルゴン１００％のガスである場合、シリンダ１１にはアルゴンガスが充填される。成膜を行う工程において、真空容器１内に供給されるガスが、アルゴンと他のガスの混合ガスである場合には、シリンダ１１にはアルゴンガスが充填されていてもよいが、アルゴンと他のガスの混合ガスが充填されていてもよい。

なお、成膜処理等において、アルゴン以外の他の希ガスを用いる場合には、他の希ガスがアルゴンに変わって用いられる。更に、成膜処理等において、希ガス以外のガス（例えば窒素ガス）を用いる場合には、そのようなスパッタガスがアルゴンに変わって用いられる。ここで、スパッタガスとは、成膜処理時に電離して、ターゲット６をスパッタするプラズマを発生させるガスのことをいう。

本実施形態においては、図１及び図２に示されるように、アルゴンガス導入ライン１１０と酸素ガス導入ライン１２０とは、合流してから真空容器１に接続されている。しかし、アルゴンガス導入ライン１１０と酸素ガス導入ライン１２０とが、それぞれ真空容器１に直接接続されていてもよい。

真空容器１には、真空容器１内部に高周波電力を出力する複数のアンテナ５が設けられる。各々のアンテナ５は管状の絶縁カバー４で覆われた状態で、基板ホルダー２と略平行に、真空容器１を貫通するように取り付けられる。

絶縁カバー４及びアンテナ５が真空容器１の壁面を貫通する箇所において、真空容器１内部の真空を保つように、フランジ９を介して絶縁カバー４が真空容器１の壁に固定されている。図２では、絶縁カバー４、アンテナ５、フランジ９の断面が模式的に示されているが、便宜上併せて、絶縁フランジ８とバッキングプレート７（またはターゲット６）の平面形状が示されている。

アンテナ５は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス、等の棒材により形成されている。アンテナ５は、内部が中空で、内部に冷却液を流せるようになっていてもよい。アンテナ５には、インピーダンス整合を行うためのマッチングボックス４２を介して高周波電源４０から高周波電流が供給され得る。高周波の周波数は、一般的には１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。

絶縁カバー４は、例えば、石英、アルミナ、ジルコニア、窒化シリコン、炭化シリコン等の管状の絶縁部材で構成される。しかし、絶縁カバー４が、複数の部材が組み立てられてなり、その脱着を伴うメンテナンス作業が容易に行えるように工夫されていてもよい。絶縁カバー４の真空容器１の内部空間に暴露される側（外側）の表面は、好ましくはブラスト処理により、更に好ましくはサンドブラスト処理により梨地面とされる。

スパッタ装置１００は、更に制御部２０を備える。制御部２０は、基板ホルダー２、排気装置１０、高周波電源４０、電圧可変型直流電源４１、マッチングボックス４２、アルゴンガス導入ライン１１０（マスフローコントローラ１１１、バルブ１１２、バルブ１１３等）、酸素ガス導入ライン１２０（マスフローコントローラ１２１、バルブ１２２、バルブ１２３等）等の各部の動作を制御する。制御部２０はこれら各部の動作を制御することにより、後述する成膜を行う工程及び付着膜を酸化する工程を、スパッタ装置１００において実行させる。

制御部２０は、各部の動作を制御する機能を実現するソフトウェアである制御プログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記制御プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。

上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記制御プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを更に備えていてもよい。

＜成膜工程＞
スパッタ装置１００の基本的な動作である、基板３上への成膜を行う工程（以下、成膜工程）の概要は以下の通りである。基板ホルダー２に基板３が載置されて、基板３がターゲット６と対向するように配置される。なお、基板３の真空容器１内の所定の位置への搬送は、ロードロック室を備えた適宜の公知の搬送機構により行うことができる。

真空容器１内に、アルゴンガス導入ライン１１０より、少なくともアルゴンを含んだガスが、マスフローコントローラ１１１によって規定の流量に制御されて導入される。その際、併せて更に酸素ガス導入ライン１２０から、酸素を含んだガスが真空容器１内に適宜導入されてもよい。

真空容器１内の真空度が、排気装置１０により所定の範囲に制御される。マッチングボックス４２を介して高周波電源４０からアンテナ５に高周波電流が供給される。するとアンテナ５は高周波電力を真空容器１の内部空間に出力し、真空容器１内に誘導結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）が発生する。発生したプラズマは、真空容器１内に導入されたガスが電離したプラズマである。

電圧可変型直流電源４１によって、真空容器１に対する所定の電圧（バイアス電圧）が印加されるように、バッキングプレート７を介してターゲット６の電位が制御される。すると、プラズマ中のイオンがターゲット６に引き寄せられて衝突し、ターゲット６の材料がスパッタされて基板３上に堆積する。こうして、基板３上に酸化物半導体の膜が形成される。なお、成膜工程において、基板３は所定の温度に加熱されていてもよく、また、基板ホルダー２に適宜バイアス電圧が印加されていてもよい。

基板３上に所定の膜厚の酸化物半導体が形成されるか、または成膜の開始から所定の時間が経過すると、ターゲット６の電位が、ターゲット６のスパッタが生じない電位にされて、成膜を行う工程が停止される。ターゲット６のスパッタが生じない電位の典型例は、真空容器１と同電位（ゼロバイアス）である。こうして基板３上に成膜された酸化物半導体は、ディスプレイ等の用途に適用される薄膜トランジスタに利用され得る。

スパッタ装置１００の制御部２０は、制御プログラムを備えている。制御部２０は制御プログラムに従い、あらかじめ設定された条件に従って各部を動作させて、成膜の開始から終了までの成膜工程を実行する。

＜酸化工程＞
スパッタ装置１００の特徴的な動作である、絶縁カバー４の表面への付着膜を酸化する工程（以下、酸化工程）の概要は以下の通りである。基板ホルダー２に、成膜工程において処理をする基板３が載置されない状態で、基板ホルダー２がターゲット６と対向するように配置される。なお、酸化工程において基板ホルダー２には、なんら基板が載置されなくてもよいが、ダミー基板が載置されてもよい。

真空容器１内に、酸素ガス導入ライン１２０より、少なくとも酸素を含んだガスが、マスフローコントローラ１２１によって規定の流量に制御されて導入される。その際、併せて更にアルゴンガス導入ライン１１０から、アルゴンを含んだガスガスが真空容器１内に適宜導入されてもよい。

真空容器１内の真空度が、排気装置１０により所定の範囲に制御される。マッチングボックス４２を介して高周波電源４０からアンテナ５に高周波電流が供給される。するとアンテナ５は高周波電力を真空容器１の内部空間に出力し、真空容器１内に誘導結合型プラズマが発生する。発生したプラズマは、真空容器１内に導入されたガスが電離したプラズマである。

その際、ターゲット６のスパッタリングが行われないように、バッキングプレート７を介してターゲット６の電位が制御される。典型的には、ターゲット６のバイアス電圧は０とされる。しかし、ターゲット６のスパッタリングが行われない程度の小さいバイアス電圧が、電圧可変型直流電源４１によって与えられてもよい。ターゲット６の電位が、プラズマによるターゲット６のスパッタリングが実質的に生じない電位に制御されると、基板ホルダー２上での成膜が行われないこと（成膜速度が実質０ｎｍ／ｍｉｎ）となる。

真空容器１内部には、酸素を含むガスのプラズマが生成されているため、成膜工程において、絶縁カバー４の表面に付着した付着膜が酸化される。なお、絶縁カバー４の表面に限らず、絶縁カバー４以外の真空容器１内部に付着した付着膜についても同様に酸化され得る。

制御部２０は制御プログラムに従い、あらかじめ設定された条件に従って各部を動作させて、上記の絶縁カバーの表面への付着膜を酸化する処理を開始し、所定時間経過後に終了する、酸化工程を実行する。

＜実験１＞
以下に、本発明者により調査された、酸化処理についての実験データ（実験２、実験３）が示される。これらの実験データは、絶縁カバー４の付着膜が形成される表面が、ブラスト処理によって梨地面とされたケースについて取得されたので、まず、梨地面のもたらす作用について示す。

図３は、スパッタ装置１００において成膜工程を繰り返し実施した際の、各成膜工程におけるアーキングの発生頻度を示すグラフである。横軸は、新しい絶縁カバー４に交換した時点からの、成膜されたＩｎＧａＺｎＯの累積の膜厚を示す。図３には、絶縁カバー４の付着膜が形成される表面が、ブラスト処理によって梨地面とされた場合と、ブラスト処理は施されず平坦な表面である場合の結果が併せて示されている。絶縁カバー４の材質は石英であり、ブラスト処理として、３２０番のサンドブラストが施された。

ここで、アーキングとは、成膜工程時において、真空容器１内部の部材間、例えば、絶縁カバー４とターゲット６間での、アーク放電が発生する現象である。アーク放電によって絶縁カバー４やターゲット６は損傷を受ける。また、アーキングが生じると、ターゲット６の局所的なスパッタリングによって、パーティクルが発生し、また成膜された膜中に膜質の不均一が生じるから、これは望ましくない現象である。

実験１において、成膜工程時には、真空容器１内にアルゴンガス導入ライン１１０から、アルゴン１００％のガスが１００ｓｃｃｍ導入され、真空度が０．９Ｐａに制御された。アンテナ５には、７ｋＷの高周波電力が印加され、ターゲット６のバイアス電圧が－４００Ｖとされた。

図３に示されるように、ブラスト処理無し（平坦面）の状態では、累積膜厚が２μｍを超えたあたりから、アーキングが頻発し、成膜時の状態が安定しなくなった。一方、ブラスト処理有り（梨地面）の状態では、新しく絶縁カバー４に交換した直後の、累積膜厚１μｍ程度までは、状態がやや安定しないものの、その後、安定してアーキングがほとんど観察されなくなる。このように、絶縁カバー４の付着膜が形成される表面へのブラスト処理を施すことにより、長期的にアーキングの発生が抑制されることが判明した。

＜実験２：アーキングの発生頻度＞
酸化処理の効果について調べるため、実験２として、成膜工程と酸化工程を交互に繰り返して実施した場合と、成膜工程のみを繰り返して実施した場合についてアーキングの発生頻度を比較した。図４及び図５は、成膜工程のみを繰り返して実施した場合についてのそれぞれ一連の結果である。図６は、成膜工程と酸化工程を交互に繰り返して実施した場合の結果である。

実験２において、成膜工程時には、真空容器１内にアルゴンガス導入ライン１１０から、アルゴン１００％のガスが１００ｓｃｃｍ導入され、真空度は０．９Ｐａに制御された。アンテナ５には、７ｋＷの高周波電力が印加され、ターゲット６のバイアス電圧が－４００Ｖとされた。

また、酸化工程時には、真空容器１内にアルゴンガス導入ライン１１０から、アルゴン１００％のガスが９５ｓｃｃｍ、酸素ガス導入ライン１２０から、酸素１００％のガスが５ｓｃｃｍ導入され、真空度は０．９Ｐａに制御された。アンテナ５には、７ｋＷの高周波電力が印加され、ターゲット６のバイアス電圧が－４００Ｖとされた。

成膜工程のみを繰り返して実施した場合には、成膜工程の時間を３～７分とし、これを繰り返した。その結果、図４または図５に示されるように、累積膜厚が２０μｍ程度に達すると、アーキングが観察されるようになった。更に成膜工程のみを繰り返していくと、累積膜厚が２８μｍに達したあたりから、アーキングが頻発するようになった。

成膜工程と酸化工程を交互に繰り返して使用する場合には、成膜工程の時間を３～７分とし、酸化工程の時間を３～７分として、これらを繰り返した。その結果、図６に示されるように、累積膜厚４０μｍの時点までにおいては、アーキングが観察されなかった。

更に、酸化工程時のターゲット６のバイアス電圧を０Ｖに変更して同様の実験を行ったところ、同様の結果となった。

以上のように酸化工程を、通常の成膜工程と交互に繰り返して実行することにより、累積膜厚の増大に伴うアーキングの発生が抑制される効果が、明確に観察された。

＜実験３：プラズマの状態＞
更に実験３として、成膜工程と酸化工程を交互に繰り返して実施した場合と、成膜工程のみを実施した場合についてプラズマの発生状況に着目して比較した。プラズマの発生状況は、ターゲット電流を測定することによって評価した。実験３において、成膜工程時及び酸化工程時に設定された各パラメタは、それぞれ実験２と同じとした。

図７は、実験３の結果を示す。図７は、新しい絶縁カバー４に交換した時点からの成膜されたＩｎＧａＺｎＯの累積の膜厚と、成膜中にターゲット６を流れる電流である、ターゲット電流の関係を示すグラフである。ここでターゲット電流は、単位時間当たりターゲット６に衝突するイオンの量に応じた電流である。実験３において、成膜時にターゲット６のバイアス電圧を一定としているため、ターゲット電流は成膜中のプラズマ密度に応じたパラメタとなっている。

図７に示されるように、成膜工程と酸化工程を交互に繰り返して実施した場合（図において酸化工程有り）には、累積膜厚に係わらず、ほぼターゲット電流は一定であった。つまりこの場合には、累積膜厚が増大しても、真空容器１内で発生するプラズマのプラズマ密度は、ほぼ変化が無かった。

一方、成膜工程のみを実施した場合（図において酸化工程無し）には、累積膜厚の増大に伴い、ターゲット電流が低下した。このことは、累積膜厚の増大に伴いプラズマ密度が低下することを表している。このようにプラズマ密度が低下するとターゲット６のスパッタリングが減少するため、成膜速度も低下してしまう。

更に、成膜工程と酸化工程を交互に繰り返して実施した場合の酸化工程時のターゲット６のバイアス電圧を０Ｖに変更して同様の実験を行ったところ、同様の結果となった。

以上のように酸化工程を、通常の成膜工程と交互に繰り返して実行することにより、プラズマ密度の累積膜厚の増大に伴う低下が抑制される効果が明確に観察された。

＜作用、効果＞
上記実験２及び３のような結果が得られた理由について、本発明者らは、以下のように推定している。

成膜工程においてアンテナ５の絶縁カバー４のうち、特にターゲット６に対向している部分には、スパッタされたターゲット６の材料が付着し、付着膜が形成される。薄膜トランジスタを構成するのに必要なＩｎＧａＺｎＯの膜厚からして、通常１回の成膜工程で形成される付着膜の膜厚は１００ｎｍ程度以下である。

次に、酸化工程において、酸素プラズマにさらされて、成膜工程で形成された付着膜であるＩｎＧａＺｎＯには、更に酸素が結合する。すると、ＩｎＧａＺｎＯ膜がより緻密な膜となる他、酸化物半導体として形成されたＩｎＧａＺｎＯの酸化が進んで高抵抗となる。成膜工程と酸化工程とが繰り返されて実行されることによって、付着膜は、緻密で高抵抗な膜の状態で形成が進むことになる。

なお、酸化工程において、ターゲット６のバイアス電圧をターゲット６のスパッタリングが生じるような値（例えば－４００Ｖ）に制御する場合には、酸化工程時にも更に付着膜が堆積していく。しかしこの際に成膜された部分は酸素プラズマ生成下で形成されているので、緻密で高抵抗である。

積層が繰り返されることで、もし付着膜の剥離が生じてしまうと、絶縁カバー４上の付着膜中には、めくれや穴などの不定形な凹凸が生じてしまうこととなる。ターゲット６にバイアスが印加される成膜工程において、このような凹凸部における突起の先端では、電界集中が起こり周囲より高電界となるため、ターゲット６との間でのアークの発生の起点となる。

しかし、成膜工程と酸化工程とが繰り返されて実行される場合には、ＩｎＧａＺｎＯ膜がより緻密な膜として形成されることにより、絶縁カバー４表面からの付着膜の剥離は生じにくくなる。よってアーキングが抑制されたと考えられる。

成膜工程で形成されるＩｎＧａＺｎＯ膜は、酸化物半導体であり、導電性がある。導電性膜が絶縁カバー４上に累積すると、アンテナ５から高周波電力を供給した際に、導電性膜である付着膜内に誘導電流が流れることによるシールド効果が生じる。すると、アンテナ５から絶縁カバー４を通して真空容器１内部に出力される高周波電力がシールドされて減衰する。

そうなるとアンテナ５から高周波電力が真空容器１の内部空間に伝達されにくくなるため、発生するプラズマの密度が小さくなる。その結果、ターゲットに衝突するイオンの密度も小さくなる。図７に示される酸化工程無しの場合の結果は、このような効果を示していると考えられる。

一方、成膜工程と酸化工程とが繰り返されて実行されることによって、付着膜は高抵抗な膜の状態で形成が進むことになる。すると、このようなシールド効果の発生が抑制されて、結果として、付着膜の形成が進んでも、プラズマ密度の低下は抑制される。そのため、累積膜厚に従って、成膜速度が低下してしまうことも抑制される。

以上のように、本実施形態のスパッタ装置１００及び、スパッタ装置１００の使用方法によれば、累積膜厚の増大に伴って、アーキングが発生しやすくなる、または、プラズマ密度が低下してしまうといったような成膜時の状態の変化を、抑制することができる。

成膜工程と酸化工程の繰り返しは、成膜工程１回毎に酸化工程を設けることが最も好ましかった。しかし、これに限らず、成膜工程数回毎に酸化工程を設けるようにすることもできる。

また、上記の説明では酸化工程において基板ホルダー２上に成膜用の基板３は載置されなかった。しかし、これに限らず、特にターゲット６の電位を、ターゲット６のスパッタが生じない電位に制御する場合には、成膜用の基板３を載置した状態で、酸化工程を実施するようにすることもできる。この場合には、成膜用の基板３の真空容器１内への出し入れを行わずとも、酸化工程と成膜工程とを続けて実施することができる。

上記実験２及び実験３においては、酸化工程の際に真空容器１に導入されるガスは、酸素５％のアルゴンとの混合ガスであった。しかしながら、酸素１００％のガスであっても、同様の効果が得られた。

上記実施形態において、絶縁カバー４の表面は梨地面とされていることが、付着膜の剥離の防止によるアーキングの発生の抑制の点から最も好ましかった。しかし、絶縁カバー４の表面がブラスト処理等のなされていない平坦な面であっても、酸化工程を導入することによる、アーキングの発生の抑制またはプラズマ密度の低下の抑制の効果は見られた。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るスパッタ装置の使用方法は、真空容器と、前記真空容器への酸素ガスの導入ラインと、前記真空容器内にプラズマを生成するための高周波電力を出力するアンテナと、前記アンテナを覆う絶縁カバーと、を備えたスパッタ装置の使用方法であって、前記酸素ガスの導入ラインから酸素ガスを前記真空容器に導入しつつ、前記アンテナから高周波電力を出力して、プラズマを生成することにより、前記絶縁カバーの表面への付着膜を酸化する工程を備えている。

上記の構成によれば、真空容器内にプラズマを生成するための高周波電力を出力するアンテナを備えたスパッタ装置において、成膜を繰り返すことによる成膜時の状態の変化を抑制することが可能になる。すなわち、成膜を繰り返すことによるアーキングの発生、成膜を繰り返すことによるプラズマ密度の低下の少なくともいずれかを抑制することが可能になる。

本発明の態様２に係るスパッタ装置の使用方法は、上記態様１において、前記スパッタ装置が、前記真空容器内に、ターゲットを保持するためのプレートと、前記プレートに保持されたターゲットと、前記プレートを介して前記ターゲットの電位を制御する、直流電源またはパルス電源と、を更に備え、前記付着膜を酸化する工程において、前記ターゲットの電位は、プラズマによる前記ターゲットのスパッタリングが実質的に生じない電位に制御される構成を備えていてもよい。

上記の構成によれば、付着膜を酸化する工程において、ターゲットがスパッタされて付着膜が更に積層され、累積膜厚が増大することを抑制できる。

本発明の態様３に係るスパッタ装置の使用方法は、上記態様２において、前記スパッタ装置が、前記真空容器へのスパッタガスの導入ラインと、前記真空容器内において、前記ターゲットと対向するように基板を配置させることができる基板ホルダーと、を更に備えており、前記基板ホルダーに載置した基板を前記ターゲットと対向するように配置させ、少なくとも前記スパッタガスの導入ラインからスパッタガスを前記真空容器に導入し、前記アンテナから高周波電力を出力して、プラズマを生成するとともに、前記ターゲットの電位を、当該プラズマによる前記ターゲットのスパッタリングが生じる電位に制御することにより、前記基板上に成膜を行う工程を更に備え、前記付着膜は、前記基板上に成膜を行う工程において形成される構成を備えていてもよい。

上記の構成によれば、真空容器内にプラズマを生成するための高周波電力を出力するアンテナを備えたスパッタ装置において、成膜を繰り返すことによる成膜時の状態の変化を抑制することが可能になる構成がより具体的に実現できる。

本発明の態様４に係るスパッタ装置の使用方法は、上記態様３において、前記付着膜を酸化する工程において、更に前記スパッタガスの導入ラインからスパッタガスを前記真空容器に導入する構成を備えていてもよい。

上記の構成によれば、付着膜を酸化する工程において、プラズマを発生させる条件の自由度を高めることができる。

本発明の態様５に係るスパッタ装置の使用方法は、上記態様１から４のいずれかにおいて、前記絶縁カバーの表面は、梨地面をなしている構成を備えていてもよい。

上記の構成によれば、成膜を繰り返すことによるアーキングの発生をより効果的に抑制することができるようになる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１００ スパッタ装置
１ 真空容器
２ 基板ホルダー
３ 基板
４ 絶縁カバー
５ アンテナ
６ ターゲット
７ バッキングプレート（プレート）
８ 絶縁フランジ
９ フランジ
１０ 排気装置
２０ 制御部
４０ 高周波電源
４１ 電圧可変型直流電源（直流電源）
４２ マッチングボックス
１１０ アルゴンガス導入ライン（スパッタガスの導入ライン）
１１ シリンダ
１１１ マスフローコントローラ
１１２、１１３ バルブ
１２０ 酸素ガス導入ライン
１２ シリンダ
１２１ マスフローコントローラ
１２２、１２３ バルブ

Claims (5)

1. 真空容器と、
   前記真空容器への酸素ガスの導入ラインと、
   前記真空容器内にプラズマを生成するための高周波電力を出力するアンテナと、
   前記アンテナを覆う絶縁カバーと、
   を備えたスパッタ装置の使用方法であって、
   前記酸素ガスの導入ラインから酸素ガスを前記真空容器に導入しつつ、前記アンテナから高周波電力を出力して、プラズマを生成することにより、
   前記絶縁カバーの表面への付着膜を酸化する工程を備えることを特徴とする、スパッタ装置の使用方法。
2. 前記スパッタ装置は、前記真空容器内に、ターゲットを保持するためのプレートと、
   前記プレートに保持されたターゲットと、
   前記プレートを介して前記ターゲットの電位を制御する、直流電源またはパルス電源と、を更に備え、
   前記付着膜を酸化する工程において、
   前記ターゲットの電位は、プラズマによる前記ターゲットのスパッタリングが実質的に生じない電位に制御されることを特徴とする、請求項１に記載のスパッタ装置の使用方法。
3. 前記スパッタ装置は、前記真空容器へのスパッタガスの導入ラインと、
   前記真空容器内において、前記ターゲットと対向するように基板を配置させることができる基板ホルダーと、を更に備えており、
   前記基板ホルダーに載置した基板を前記ターゲットと対向するように配置させ、
   少なくとも前記スパッタガスの導入ラインからスパッタガスを前記真空容器に導入し、前記アンテナから高周波電力を出力して、プラズマを生成するとともに、
   前記ターゲットの電位を、当該プラズマによる前記ターゲットのスパッタリングが生じる電位に制御することにより、前記基板上に成膜を行う工程を更に備え、
   前記付着膜は、前記基板上に成膜を行う工程において形成されることを特徴とする、請求項２に記載のスパッタ装置の使用方法。
4. 前記付着膜を酸化する工程において、
   更に前記スパッタガスの導入ラインからスパッタガスを前記真空容器に導入することを特徴とする、請求項３に記載のスパッタ装置の使用方法。
5. 前記絶縁カバーの表面は、梨地面をなしていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のスパッタ装置の使用方法。

Images