JPH116063A - 薄膜作製方法 - Google Patents

薄膜作製方法

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JPH116063A
JPH116063A JP9176431A JP17643197A JPH116063A JP H116063 A JPH116063 A JP H116063A JP 9176431 A JP9176431 A JP 9176431A JP 17643197 A JP17643197 A JP 17643197A JP H116063 A JPH116063 A JP H116063A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法によ
る薄膜作製で、トラッキングアークの発生を防止し、薄
膜を安定に作製する。 【解決手段】 ターゲット111 の背面にマグネット121,
122 を配置し、ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時
に供給してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を
利用してターゲットに対向配置した基板106 上に薄膜を
作製するＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用い
た薄膜作製方法であり、ＲＦ電力とＤＣ電力のターゲッ
トへの電力供給を同時にかつ周期的に停止し、さらに電
力の供給時間をトラッキングアーク発生に要する時間よ
りも短くする。ＲＦ電力とＤＣ電力の両電力の供給と停
止を同期させ、ターゲットに対してＲＦ電力とＤＣ電力
を間欠的に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜作製方法に関
し、特に、ＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を利
用して薄膜を作製する工程で、電力の供給法を改善して
トラッキングアークの発生を防止し、薄膜作製を安定に
行える薄膜作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】スパッタ法は、電子デバイスに代表され
る成膜技術には欠かせないものとなっており、広汎な応
用範囲を持ったドライプロセス技術として広く知られて
いる。スパッタ法とは、真空容器内にＡｒガスなどの希
ガスを導入し、ターゲットを含むカソードに直流（Ｄ
Ｃ）電力または高周波（ＲＦ）電力を供給してグロー放
電を発生させ、成膜を行う方法である。前者はＤＣスパ
ッタ法、後者はＲＦスパッタ法と呼ばれている。
【０００３】図６は、放電状態において、カソードと接
地電位のアノードとの間の電位分布を模式的に示したも
のである。ＶP はプラズマの時間平均した電位、ＶT は
カソード表面（すなわちターゲット表面）の時間平均し
た電位である。この図に示すようにグロー放電の結果Ｖ
T はＶP に対し負の電位となる。この電位差（ＶP −Ｖ
T ：ＲＦスパッタ法の場合にはセルフバイアスと呼ばれ
る）によって加速されたＡｒ等の正イオンがカソードに
取り付けられたターゲット表面に衝突してターゲットを
スパッタする。ターゲットからスパッタされた粒子は、
ターゲットと対向して配置された被処理体（基板）上に
堆積し、成膜が行われる。このとき、真空容器内にＡｒ
ガス等の希ガスとＯ2 やＮ2 等の反応ガスとの混合ガス
を導入した場合には、ターゲット材とこれら反応ガスと
の反応生成物とが基板上に成膜される。
【０００４】上記スパッタ法には、ターゲット背面にマ
グネットを配置することによりターゲット表面近傍のプ
ラズマ密度を増加させ、高速に成膜を行えるようにした
マグネトロンスパッタ法がある。マグネトロンスパッタ
法には、ＲＦ電力を利用するＲＦマグネトロンスパッタ
法と、ＤＣ電力を利用するＤＣマグネトロンスパッタ法
があり、大量生産用成膜法として広く用いられている。
【０００５】ところで、近年の電子デバイスの進歩は目
覚ましく、それに伴いマグネトロンスパッタ法による成
膜技術でも、薄膜の特性改善のための技術開発が要求さ
れている。スパッタ法による成膜において、薄膜の特性
を阻害する要因に、高エネルギ粒子の基板衝撃による薄
膜へのダメージがある。この高エネルギ粒子のエネルギ
は、主にターゲット前面に生じる電位差に起因するた
め、高品位な薄膜を得るには、この電位差を小さくする
必要がある。ＲＦマグネトロンスパッタ法およびＤＣマ
グネトロンスパッタ法の場合、図６に示したＶT は、容
器の形状、圧力、磁場強度、供給電力等の条件の組み合
わせにより決定される。
【０００６】他方、カソードに対してＲＦ電力とＤＣ電
力を同時に供給してスパッタを行うＲＦ−ＤＣ結合マグ
ネトロンスパッタ法がある。このＲＦ−ＤＣ結合マグネ
トロンスパッタ法では、ＤＣ電力を供給するＤＣ電源の
電圧により、ＶT を制御できる。従って、このＲＦ−Ｄ
Ｃ結合マグネトロンスパッタ法では、ＶT を高くするこ
とによりターゲット前面に生じる電位差を小さくできる
ため、高品位な薄膜を作製することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スパッ
タ法においては、ターゲット上やその他の真空容器内の
部材表面での異常放電の発生が問題となる。特にマグネ
トロンスパッタ法により、ＩｎおよびＳｎの酸化物をタ
ーゲットとして用い、基板上にＩｎ，ＳｎおよびＯから
なるＩＴＯ透明導電膜を形成する場合、あるいはＧｅ，
ＳｂおよびＴｅの化合物をターゲット（一般的な組成：
Ｇｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 ）として用い、基板上にＧｅＳｂＴ
ｅ相変化型記録膜を形成する場合には、ターゲット上に
おいて、ターゲット面に垂直な磁場の成分がゼロとなる
部分（すなわちターゲットが最も食刻される部分）でア
ークが回転するという特別な異常放電が発生する。この
異常放電を、ここでは「トラッキングアーク」と呼ぶこ
とにする。このトラッキングアークの発生は、高品位な
薄膜が作製可能なＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ
法においても例外ではない。
【０００８】トラッキングアークが発生すると、放電の
インピーダンスが変化し、電力が効率良くターゲットに
供給されず、成膜速度が低下したり、全く成膜されなく
なる不具合が生じる。場合によっては、トラッキングア
ークの発生により、特性の全く異なった膜が形成される
不具合もある。
【０００９】またトラッキングアークの発生は、パーテ
ィクル発生の原因にもなり、発生したパーティクルが基
板上に付着すると欠陥となり、製品の不良となる。
【００１０】上記トラッキングアークは、ターゲット表
面での磁場強度を弱めること、成膜圧力を低くするこ
と、および供給電力を低くすることにより発生しにくく
なる。しかし、これらの方法では、完全にトラッキング
アークの発生を抑制することはできない。さらに、これ
らの方法では、成膜速度が低下してしまい、生産性にお
いて問題を提起する。
【００１１】本発明の目的は、ＲＦ−ＤＣ結合マグネト
ロンスパッタ法により薄膜を作製する場合に、トラッキ
ングアークの発生を防止し、薄膜を安定に作製できる薄
膜作製方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用】まず最初に、
上記目的を達成する解決手段としての本発明の構成に到
った知見を述べる。
【００１３】トラッキングアークの発生の原因と機構は
現在のところ解明されていない。本発明者は、マグネト
ロンスパッタ法におけるトラッキングアークの問題を解
決すべく鋭意研究した。その結果、トラッキングアーク
発生の原因および機構について、次のような考えに至っ
た。
【００１４】ＲＦ放電を用いたプロセスにおいては、放
電時間の経過に伴いプラズマのカソードシースとの界面
に負にチャージしたクラスタが成長することが報告され
ている。このことについては、例えば白谷等の論文（J.
Appl.Phys.79,1 January 1996, pp104-109）に述べられ
ている。これは、負にイオン化された浮遊粒子と、カソ
ードから放出されたγ電子等の高エネルギ電子の衝撃に
よって正にイオン化された浮遊粒子との凝集によるもの
と考えられている。粒子が凝集して大きくなったクラス
タは、電子との衝突断面積が大きくなるため負にチャー
ジする。そして、この負にチャージしたクラスタと正イ
オンがさらに凝集し、クラスタが成長するというもので
ある。この負にチャージしたクラスタの成長が前述のト
ラッキングアークの発生原因であるという考えである。
【００１５】マグネトロンスパッタの場合、γ電子およ
びスパッタ粒子の放出はターゲットのエロージョン最深
部で最も多く、しかもγ電子はマグネットの発生する磁
場にトラップされる。従って、ターゲットのエロージョ
ン最深部上で、巨大なクラスタが負にチャージアップし
つつ成長しやすい。こうしたクラスタの成長とチャージ
アップが或るレベルを越えたとき、ターゲットとの間で
アークが発生する。このアークによりターゲットがアブ
レート（日本語では「溶発」という）され、ブルーム
（煙状のもの）が発生する。プルーム中の圧力は高く、
ここに放電電力が集中してアークが持続する。このとき
プルームが電流パスとなり、磁界中を運動する電流を流
した導線のごとく振舞うため、アークがエロージョン最
深部を回転する。このような特性を有するアークが上記
トラッキングアークである。
【００１６】以上のことから、γ電子の放出係数が高
く、しかもアブレートされプルームを発生しやすい材料
（例えばＩｎおよびＳｎの酸化物からなるＩＴＯやＧ
ｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物であるＧｅ2 Ｓｂ2 Ｔ
ｅ5 ）の場合、上記アークすなわちトラッキングアーク
の発生までには、上述のようにクラスタ成長のための時
間が必要である。このことは、研究の際トラッキングア
ークが電力の供給開始（すなわち放電開始）と同時には
発生しなかったことから明らかである。
【００１７】また研究において、供給電力が低い場合に
はトラッキングアークが発生しないことを確認した。こ
のことは、トラッキングアークの発生にはプラズマ密度
が関係していることを示唆するものである。供給電力が
低い場合、プラズマ密度が低く、従ってその中の正イオ
ン密度も低いので、クラスタの成長が抑制される。それ
と同時にプラズマ密度が低いと、プラズマによるシール
ドが弱くなり、負にチャージしたクラスタはお互いのチ
ャージにより静電的な反発力で発散してしまう。このた
め供給電力が低い場合はトラッキングアークが発生しな
いのである。
【００１８】そこで本発明では、トラッキングアークが
発生する前の段階で、クラスタの成長を抑制してそれら
を発散させる時間を設け、これによって問題を解決しよ
うとするものである。
【００１９】クラスタの成長を抑制してそれらを発散さ
せるには、望ましくは、放電を停止すればよい。またク
ラスタの成長を抑制してそれらを発散させるにあたっ
て、必ずしも完全に放電を停止してしまう必要はない。
つまり、供給電力をある程度低下させせればプラズマ密
度が低下し、クラスタの成長を抑制でき、しかもそれら
を発散できる。従って、トラッキングアークが発生する
前に供給電力を低下するだけでもトラッキングアークの
発生を防止できるのである。
【００２０】上記知見に基づき本発明は、次のように構
成される。
【００２１】第１の本発明（請求項１に対応）に係る薄
膜作製方法は、ターゲットの背面にマグネットを配置
し、ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給して
プラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用してタ
ーゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製するＲＦ−
ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製方法
であり、ＲＦ電力とＤＣ電力のターゲットへの電力供給
を同時にかつ周期的に停止し、さらに電力の供給時間を
トラッキングアーク発生に要する時間よりも短くするよ
うにした。すなわち、ＲＦ電力とＤＣ電力の両電力の供
給と停止を同期させるため、ターゲットに対して電力は
間欠的に供給される。
【００２２】上記第１の本発明では、ＲＦ電力とＤＣ電
力の両電力の供給と停止を同期させ周期的に行い、ター
ゲットに対して電力を供給する期間と、この電力の供給
を停止することによりクラスタの成長を抑制してそれら
を発散させる期間とを繰り返し、かつこのとき、電力の
供給時間をトラッキングアーク発生に要する時間よりも
短くして、トラッキングアークの発生を防止する。
【００２３】ここでスパッタ法による薄膜形成は、一般
的に１０-1Ｐａ台の成膜圧力で行われる。放電開始圧力
がこの成膜圧力よりも低い場合には、上記の間欠的なタ
ーゲットへの電力供給において、電力の供給停止時間が
長く、放電が完全に止まっても、次の供給時に放電が可
能である。しかし、装置によっては、例えばカソード
（ターゲット）のサイズが小さい場合では、放電開始圧
力が成膜圧力よりも高くなってしまう場合がある。この
ような場合、電力の供給停止時間が長く、放電が完全に
止まってしまうと、次に電力が供給されても、成膜圧力
では放電が開始できなくなる。従って、このような放電
開始圧力が成膜圧力よりも高い場合には、電力の供給を
停止させてしまわずに、放電を完全に止めないようにす
ることが望ましい。
【００２４】第２の本発明（請求項２に対応）に係る薄
膜作製方法は、第１の発明と同様な前提の下で、ターゲ
ットに供給するＲＦ電力とＤＣ電力の両電力を同時にか
つ周期的に低下する期間を設け、供給電力を低下させず
に供給する時間をトラッキングアーク発生に要する時間
よりも短くするようにした。
【００２５】第２の本発明では、第１の発明のごとくタ
ーゲットへの電力の供給を完全に停止する期間を設ける
のではなく、低下させるだけである。従って放電は止ま
ることはなく、放電開始圧力が成膜圧力よりも高い場合
でも、成膜圧力にて放電が維持できる。先に述べた本発
明に到る研究の結果から明らかなように、ターゲットへ
供給する電力を低下させることでプラズマ密度の低下を
図り、これによりクラスタの成長を抑制してそれらを発
散させるので、供給電力を低下させずに供給する時間を
トラッキングアーク発生に要する時間よりも短くすれ
ば、本方法によってもトラッキングアークの発生を防止
できる。
【００２６】第３の本発明（請求項３に対応）に係る薄
膜作製方法は、第１の発明と同様な前提の下で、ターゲ
ットへＤＣ電力を供給するためのＤＣ電源に定電圧制御
電源を用い、その定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力
のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さ
くなる方向）にすると共に、ＲＦ電力のターゲットへの
電力供給を周期的に停止し、ＲＦ電力の供給時間をトラ
ッキングアーク発生に要する時間よりも短くするように
した。
【００２７】第３の本発明では、第１の発明のごとくＲ
Ｆ電力とＤＣ電力の両電力の供給と停止を同期させて繰
り返すのではなく、ＤＣ電力供給するＤＣ電源に定電圧
制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放
電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）で一定と
し、ＲＦ電力のターゲットへの電力供給を周期的に停止
する。定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電
した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方
向）にすると、ＲＦ電力が供給されている期間は放電
し、定電圧制御電源からも電力供給されるが、ＲＦ電力
が供給されない期間は放電が維持できず、定電圧制御電
源からの電力も供給されない。すなわちＲＦ電力の供給
を周期的に停止することによって、ターゲットに対して
電力を供給し放電させる期間と、電力の供給を停止して
放電を止め、クラスタの成長を抑制してそれらを発散さ
せる期間とを設けることができる。従って、前記ＲＦ電
力の供給時間をトラッキングアーク発生に要する時間よ
りも短くすれば、第１の発明と同様にトラッキングアー
クの発生を防止できる。
【００２８】第４の本発明（請求項４に対応）に係る薄
膜作製方法は、第１の発明と同様な前提の下で、ターゲ
ットへＤＣ電力を供給するためのＤＣ電源に定電圧制御
電源を用い、その定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力
のみで放電した場合の放電維持伝電圧以下（絶対値が小
さくなる方向）にすると共に、ＲＦ電力のターゲットへ
の供給電力を周期的に低下する期間を設け、ＲＦ電力を
低下させずに供給する時間をトラッキングアーク発生に
要する時間よりも短くするようにした。
【００２９】第４の本発明では、第１および第３の本発
明のごとくターゲットへの電力供給を停止して完全に放
電を止めてしまうのではなく、定電圧制御電源の設定電
圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下
（絶対値が小さくなる方向）にして、ＲＦ電力の供給電
力を低下させることでプラズマ密度の低下を図り、第２
の発明と同様、これによりクラスタの成長を抑制してそ
れらを発散させることができる。従って、このクラスタ
の成長を抑制してそれらを発散させる期間を周期的に設
けると共に、ＲＦ電力を低下させずに供給する時間をト
ラッキングアーク発生に要する時間よりも短くするの
で、本方法によってもトラッキングアークの発生を防止
できる。
【００３０】第５の本発明（請求項５に対応）に係る薄
膜作製方法は、第１から第４のいずれかの発明におい
て、好ましくは、電力供給を停止あるいは供給電力を低
下する時間を１msec以上となるようにした。
【００３１】プラズマはターゲットへの電力供給を停止
した場合でも、その瞬間に消えることはなく、その密度
は徐々に低下する。スパッタ法による薄膜作製における
一般的なＡｒガスのプラズマの場合、電力供給を停止し
てからプラズマの密度がほぼゼロになるまでの時間は、
およそ１msecである。従って、供給電力を低下させた場
合でも、低下させた電力での安定な放電状態のプラズマ
密度になるのに１msec程度あれば十分である。第５の本
発明では、電力供給を停止あるいは供給電力を低下する
時間を１msec以上とすることで十分なプラズマ密度の低
下を図れ、これによりクラスタの成長を抑制してそれら
を発散させるので、トラッキングアークの発生を防止で
きる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
【００３３】図１に従って、本発明に係る薄膜作製方法
が実施されるＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ装置
（以下「スパッタ装置」という）の構成を説明する。ス
パッタ装置において、１０１は真空容器、１０２は真空
容器１０１内を排気する排気系、１０３はガス導入系で
ある。真空容器１０１の下部にはカソード１１０が設け
られる。カソード１１０は、ターゲット１１１と、ター
ゲット１１１が取り付けられたバッキングプレート１１
２とから構成される。バッキングプレート１１２の背後
には、マグネット１２１，１２２とヨーク１２３からな
るマグネトロン放電のためのマグネット組立１２０が配
置されている。マグネット１２２は中心マグネットであ
り、マグネット１２１は、中心マグネットの周囲に配置
される環状マグネットである。また真空容器１０１の上
部に基板１０６およびサセプタ１０７が配置される。
【００３４】カソード１１０には、ＲＦ電源１３１と整
合器１３２からなるＲＦ電力供給系１３０と、ＤＣ電源
１４１とローパスフィルタ１４２からなるＤＣ電力供給
系１４０が接続されている。１５１はＲＦ電源１３１お
よびＤＣ電源１４１の出力を制御するための制御器であ
り、１５２は制御器からの信号ラインである。真空容器
１０１は接地されており、カソード１１０は絶縁体１０
４を介して真空容器１０１に取り付けられる。１０５
は、バッキングプレート１１２のターゲット１１１を配
置した以外の部分がスパッタされるのを防ぐためのター
ゲットシールドであり、ターゲット１１１およびバッキ
ングプレート１１２とは僅かな隙間（１〜２ｍｍ程度）
を介して配置される。
【００３５】上記ＲＦ電源１３１には、例えば発振周波
数１３．５６ＭＨｚのものが用いられる。また実際の装
置では、以上に述べた構成以外に、スパッタによるカソ
ード１１０の加熱を防止するための水冷機構、その他基
板の出し入れのための機構が設けられているが、図１で
は説明の簡単化のため省略してある。
【００３６】次に上記スパッタ装置で実施される本発明
に係る薄膜作製方法の第１の実施形態を説明する。本実
施形態は、ターゲット１１１にＩｎおよびＳｎの酸化物
の混合体を使用して基板１０６上にＩＴＯ透明導電膜を
成膜する例である。
【００３７】ターゲット１１１にはＩｎ2 Ｏ3 に対しＳ
ｎＯ2 を１０ｗｔ％添加した焼結体ターゲット（密度９
５％）を使用している。ターゲット１１１上において、
ターゲット面（図１中ターゲットの上面）に垂直な磁場
成分がゼロとなる位置のターゲット面に平行な磁場強度
は、例えば約３００Gauss である。スパッタガスにはＡ
ｒガスにＯ2 ガスを適量（Ｏ2 ガスの導入量を変化させ
て作製したＩＴＯ薄膜を作製した場合、膜の比抵抗が最
低となるＯ2 ガスの導入量）混合したガスを使用してい
る。成膜圧力は例えば０．４Ｐａである。このような条
件の下、制御器１５１に基づいてＲＦ電源１３１および
ＤＣ電源１４１から時間変調された所望の電力をターゲ
ット１１１に供給して放電を発生させる。
【００３８】ところで、制御器１５１によりＲＦ電源１
３１およびＤＣ電源１４１から一定電力を同時に連続的
に出力させてターゲット１１１に供給すれば、従来のＲ
Ｆ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法による薄膜作製法
となる。このような一定電力を連続的に供給する従来の
薄膜作製方法の場合、電力密度（供給電力をターゲット
の面積で割った値）でＲＦ電力を１．５Ｗ／cm2 、ＤＣ
電力を０．５Ｗ／cm2としたとき、短い場合には２秒程
度、長くても２分程度でトラッキングアークが発生し
た。
【００３９】上記の従来のＲＦ−ＤＣ結合マグネトロン
スパッタ法による薄膜作製法に対して、本実施形態で
は、制御器１５１に基づいて、ＲＦ電源１３１およびＤ
Ｃ電源１４１から各々電力密度で例えば１．５Ｗ／cm2
と０．５Ｗ／cm2 を同期させて周期的に所要時間だけ停
止し、もってターゲット１１１に対して電力を間欠的に
供給するようにした。このときのターゲット１１１に印
加される電圧波形を図２に示す。図２で、ａは１３．５
６ＭＨｚのＲＦ電力とＤＣ電力を供給する期間、ｂはＲ
Ｆ電力とＤＣ電力の供給停止期間である。供給期間ａの
時間は例えば５msec（ミリ秒）、停止期間ｂの時間は例
えば１msec（ミリ秒）に設定される。なお図２における
点線１０は、期間ａにおけるターゲットの平均電圧、す
なわち期間ａにおけるＶT を示す。また図２では、期間
ａが交流波形であることを視覚的に分かるように示した
ものであり、波の数と時間の直接的な関係はない。
【００４０】ＲＦ電源１３１とＤＣ電源１４１からター
ゲット１１１への電力供給を上記の条件に設定すると、
トラッキングアークは全く発生せず、数十時間以上でも
安定に放電を発生させることができた。その結果、安定
にＩＴＯ透明導電膜の作製を行うことができた。
【００４１】上記実施形態において、トラッキングアー
クが発生せず長時間安定に放電できたのは、電力供給期
間ａの時間５msecがトラッキングアーク発生までの時間
に対して十分に短く、すなわちクラスタの成長がトラッ
キングアーク発生に到るほどではなく、また停止期間ｂ
の時間１msecがプラズマ密度を低下させるのに十分な時
間であり、電力供給期間ａの時間内に成長したクラスタ
を発散させてしまうのに十分な時間であったからであ
る。
【００４２】上記実施形態では、電力を供給する期間ａ
の時間を５msecに設定したが、この供給時間はトラッキ
ングアークが発生するまでの時間よりも短ければよく、
本実施形態の数値に限定されるものではない。電力の供
給時間は、前記した従来の薄膜作製方法の結果から考察
すると、ＲＦ電源１３１およびＤＣ電源１４１からの供
給電力が電力密度で各々１．５Ｗ／cm2 と０．５Ｗ／cm
2 の場合、最大２sec程度の設定が可能である。ただ
し、供給電力が高くなるとプラズマ密度が増加し、クラ
スタの成長が速くなる。このためトラッキングアーク発
生までの時間が短くなる。さらに、ターゲット表面での
磁場強度が強くなったり、成膜圧力が低い条件、あるい
はターゲット表面のノジュール（突起物）が増加した状
況では、トラッキングアーク発生までの時間が短くな
る。このように、プロセス条件やターゲット表面の状況
によっては、トラッキングアークが１sec 程度でも発生
してしまう場合がある。従って電力供給期間ａの時間
は、実質的には本実施形態のように、msecオーダ、長く
ても１００msecオーダに設定するのが望ましい。
【００４３】また電力の供給停止期間ｂの時間も、上記
実施形態の１msecに限られない。この供給停止時間は、
供給期間ａの時間内に成長したクラスタを発散させれば
よく、１msecよりも長くても短くてもよい。ただしクラ
スタを発散させるには、プラズマ密度を十分に低下させ
た方がよく、好ましくは供給電力を停止してプラズマ密
度がほぼゼロとなる１msec以上に設定するのが望まし
い。
【００４４】次に、本発明の第２の実施形態を説明す
る。この実施形態の構成・条件は、電力の供給の仕方以
外、第１実施形態で述べた構成・条件と同じである。本
実施形態では、ターゲットに供給するＲＦ電力とＤＣ電
力を同期させて周期的に停止する代わりに、同期させて
周期的に低下させるようにした。図３は、本実施形態に
おけるターゲット１１１に印加される電圧波形を示す。
図３中のｃは通常の電力供給期間、ｄは電力を周期的に
低下させる期間である。期間ｃでのＲＦ電力とＤＣ電力
は、各々、電力密度で例えば１．５Ｗ／cm2 と０．５Ｗ
／cm2 で、時間は例えば５msec、期間ｄでのＲＦ電力と
ＤＣ電力は、各々、電力密度で例えば０．３Ｗ／cm2 と
０．１Ｗ／cm2 で、時間は例えば１msecに設定される。
ここで図３における点線２０および一点鎖線３０は各々
期間ｃおよび期間ｄでのターゲットの平均電圧、すなわ
ち各々の期間におけるＶT を示す。また図３は、期間ｃ
とｄが交流波形であることを視覚的にわかるように示し
たもので、各々の波の数と時間との直接的な関係はな
い。
【００４５】本実施形態においても、トラッキングアー
クは発生せず、数十時間以上でも安定に放電を発生させ
ることができ、その結果、安定にＩＴＯ透明導電膜の作
製を行うことができた。さらに、本実施形態における電
力の供給の仕方では、電力供給を完全に止めてしまわな
いので、成膜圧力を放電開始圧力よりも低くしても放電
は停止せず、トラッキングアークが発生することなく、
安定に放電を維持できた。
【００４６】本実施形態においてトラッキングアークが
発生せず、長時間安定に放電できた理由は、一つには、
第１実施形態で説明したことと同様に、ＲＦとＤＣの電
力を各々電力密度で１．５Ｗ／cm2 と０．５Ｗ／cm2 で
供給を行う期間ｃの時間５msecが、トラッキングアーク
発生までの時間に対して十分に短く、クラスタの成長が
トラッキングアーク発生に到るほどではなかったからで
ある。そして他の一つには、期間ｄにおける供給電力
（電力密度にして０．３Ｗ／cm2 のＲＦ電力と０．１Ｗ
／cm2 のＤＣ電力）でのプラズマ密度が、クラスタの成
長を抑制して期間ｃの時間内に生じたクラスタを発散さ
せることができるほど十分に低く、期間ｄの時間１msec
が、そのプラズマ密度（期間ｄにおける供給電力での安
定なプラズマ密度）まで低下するのに十分な時間であっ
たからである。
【００４７】本実施形態では、通常の電力を供給した期
間ｃの時間を５msecに設定したが、この供給期間ｃの時
間は、トラッキングアークが発生するまでの時間よりも
短ければよく、本実施形態の数値に限定されるものでは
ない。この通常の電力を供給する期間ｃの時間は、第１
実施形態で述べた場合と同様に、最大２sec 程度の設定
が可能である。ただし、前に述べたように、プロセス条
件やターゲット表面の状況によっては、トラッキングア
ークが１sec 程度でも発生してしまう場合がある。従っ
て、通常の電力を供給する期間ｃの時間は、実質的には
本実施形態のようにmsecオーダ、長くても１００msecオ
ーダに設定するのが望ましい。
【００４８】さらに本実施形態では、電力を同期させて
周期的に低下する期間ｄにおいて、電力を電力密度にし
てＲＦを０．３Ｗ／cm2 、ＤＣを０．１Ｗ／cm2 また時
間を１msecに設定したが、これらはその数値に限定され
るものではない。この電力を同期させて周期的に低下す
る期間ｄでは、クラスタの成長を抑制し、通常の電力を
供給する期間ｃの時間内に成長するクラスタを発散させ
られればよく、前記電力よりも高く、１msecよりも短く
てもかまわない。ただし、期間ｄにおける電力は、高く
なるとクラスタの成長抑制と発散どころか、逆に成長し
てしまい、トラッキングアークが発生してしまう。従っ
て、実質的には放電維持できる最低の電力程度に設定す
るのが望ましい。また本実施形態では、第１実施形態の
ように、電力供給を完全に停止しないので、期間ｄの時
間は、期間ｃで成長したクラスタを発散させてしまうた
めに、プラズマ密度を十分に低下させるよう、好ましく
はプラズマ密度が低下してしまう１msec以上に設定する
ことが望ましい。
【００４９】次に、本発明の第３の実施形態を説明す
る。この実施形態の構成・条件では、電力の供給の仕方
以外、第１および第２の実施形態で述べた構成・条件と
同じである。
【００５０】ところで、ＤＣ電力のみで放電した場合、
その電流−電圧特性から、−２８０Ｖ以下（絶対値が小
さくなる方向）では放電維持できないことがわかった。
そこで、本実施形態では、図１に示すＤＣ電源１４１に
定電圧制御装置を使用し、その定電圧制御電源の設定電
圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下
（絶対値が小さくなる方向）の例えば−１００Ｖに設定
すると共に、制御器１５１に基づいて、ＲＦ電源１３１
からの電力供給を周期的に所要時間だけ停止するように
した。図４は、本実施形態におけるターゲット１１１に
印加される電圧波形を示す。図４中のｅは定電圧制御電
源により電圧を制御しつつＲＦ電力を供給した期間、ｆ
はＲＦ電力の供給を周期的に停止する期間であり、−１
００Ｖの電圧（破線４０）が印加されている。期間ｅで
のＲＦ電力は例えば１．５Ｗ／cm2、時間は例えば５mse
c、期間ｆの時間は例えば１msecに設定される。なお図
４では、期間ｅが交流波形であることを視覚的にわかる
ように示したもので、波数と時間との直接的な関係はな
い。
【００５１】本実施形態において、期間ｆでは、ＲＦ電
力が供給されないため放電が維持できず、定電圧制御電
源からは電圧は印加されるものの、電力は供給されな
い。すなわちＲＦ電力の供給を周期的に停止することに
よって、ターゲット１１１に対して電力を供給し放電さ
せる期間と、電力の供給を停止して放電を止め、クラス
タの成長を抑制してそれらを発散させる期間とを設ける
ことができる。このように放電を間欠的に行うことは第
１の実施形態と同様であって、本実施形態においても、
トラッキングアークは発生せず、数十時間以上でも安定
に放電を発生させることができた。その結果、安定にＩ
ＴＯ透明導電膜の作製を行うことができた。
【００５２】本実施形態では、定電圧制御電源から−１
００Ｖの電圧を印加して行ったが、この電圧はＤＣ電力
の供給のみで放電させた場合の放電維持電圧よりも低け
ればよく、本実施形態に限定されるものではない。ま
た、本実施形態における期間ｅのＲＦ電力と時間、およ
び期間ｆの時間も本実施形態に限定されるものではな
い。ただし、第１の実施形態の説明で述べたように、ト
ラッキングアークの発生にはプロセス条件やターゲット
表面の状況が関係しており、従って期間ｅの時間は、実
質的には本実施形態にように、msecオーダ、長くても１
００msecオーダに設定するのが望ましい。また、期間ｆ
の時間は、プラズマ密度を十分に低下させることができ
るように１msec以上に設定することが望ましい。
【００５３】次に、本発明の第４の実施形態を説明す
る。この実施形態の構成・条件は、電力の供給の仕方以
外、第１から第３の実施形態で述べた構成・条件と同じ
である。本実施形態では、第３の実施形態と同様、ＤＣ
電源１４１に定電圧制御電源を使用し、その定電圧制御
電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維
持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）の例えば−１０
０Ｖ（破線５０）に設定した。ただし、本実施形態で
は、第３の実施形態と異なり、ＲＦ電力を周期的に停止
する代わりに、周期的に低下させるようにした。図５
は、本実施形態におけるターゲット１１１に印加される
電圧波形を示す。図５中のｇは定電圧制御電源により電
圧を制御しつつＲＦ電源を供給した期間、ｈは定電圧制
御電源により電圧を制御しつつＲＦ電力を周期的に低下
する期間である。期間ｇでのＲＦ電力は例えば１．５Ｗ
／cm2 、時間は例えば５msec、期間ｈでのＲＦ電力は例
えば０．３Ｗ／cm2 、時間は例えば１msecに設定され
る。なお図５では、期間ｅが交流波形であることを視覚
的にわかるように示したもので、各々の波の数と時間と
の直接的な関係はない。
【００５４】本実施形態において、期間ｈでは、ＲＦ電
力を低下させるためプラズマ密度を低下させることがで
きる。すなわちクラスタの成長を抑制してそれらを発散
させることができる。このようにプラズマ密度を周期的
に低下させ、クラスタの成長を抑制してそれらを発散さ
せる期間を設けることは第２の実施形態と同様であっ
て、本実施形態においても、トラッキングアークは発生
せず、数十時間以上でも安定に放電を発生させることが
できた。その結果、安定にＩＴＯ透明導電膜の作製を行
うことができた。
【００５５】本実施形態では、定電圧制御電源から−１
００Ｖの電圧を印加して行ったが、この電圧はＤＣ電源
の供給のみで放電させた場合の放電維持電圧よりも低け
ればよく、本実施形態に限定されるものではない。また
本実施形態における期間ｇのＲＦ電力と時間、および期
間ｈのＲＦ電力と時間も本実施形態に限定されるもので
はない。ただし、第１および第２の実施形態の説明で述
べたように、トラッキングアークの発生にはプロセス条
件やターゲット表面の状況が関係しており、従って期間
ｇの時間は、実質的には本実施形態のように、msecオー
ダ、長くても１００msecオーダに設定するのが望まし
い。また期間ｈの時間は、プラズマ密度を十分に低下さ
せることができるように１msec以上に設定することが望
ましい。
【００５６】上記の各実施形態では、Ｉｎ2 Ｏ3 に対し
ＳｎＯ2 を１０ｗｔ％添加した焼結体（密度９５％）で
あるターゲットを用いた、ＲＦ−ＤＣ結合マグネトロン
スパッタ法によるＩＴＯ透明導電膜作成の例について述
べたが、ターゲットの材質は上記実施形態に限られるも
のではない。同じＩＴＯ透明導電膜を作製するためのタ
ーゲットでも、ＳｎＯ2 の添加量が異なるもの、あるい
は焼結体ではなくプレスしただけのもの、密度が異なる
もの等に対しても本発明による薄膜作製方法を適用する
ことができる。また、スパッタガスや成膜圧力、磁場強
度等の成膜条件も本実施形態に限られるものではなく、
例えば、スパッタガスはＡｒだけではなく他の希ガスあ
るいはＯ2 等の反応性ガスを混合したものでもよく、本
実施形態とは異なる成膜条件においても本発明の薄膜作
製方法を適用できる。
【００５７】さらに、Ｇｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を
ターゲットとして用いた、ＲＦ−ＤＣ結合マグネトロン
スパッタ法によるＧｅＳｂＴｅ相変化型光記録膜の作製
等におけるトラッキングアークの発生に関しては、本実
施形態で述べたＩＴＯ透明導電膜の作製におけるものと
同様であるので、これらにおいても本発明の方法を適用
することで、トラッキングアークを防止することがで
き、安定した薄膜作製を行うことができる。
【００５８】上記実施形態でのＲＦ電源の発振周波数
は、一般に用いられる１３．５６ＭＨｚであったが、当
該周波数はこの値に限定されるものではなく、１ＭＨｚ
以上のＲＦにおいて本発明の薄膜作製方法を適用でき
る。例えば、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ、１
００ＭＨｚでも従来の方法ではトラッキングアークが発
生するが、本発明の方法を適用すれば、トラッキングア
ークの発生を防止することができ、安定した薄膜作製を
行うことができる。
【００５９】上記実施形態では、図１に示すようにター
ゲットに対して基板を静止対向させて成膜を行う場合の
例であったが、ターゲットと基板の位置関係についても
本実施形態に限られるものではなく、例えば、基板をタ
ーゲットの前を移動させながら成膜を行うインライン成
膜法においても本発明の薄膜作製方法を適用できる。ま
た、ターゲットの背面に配置した単一あるいは複数のマ
グネットを揺動させるあるいは偏心回転させ、ターゲッ
ト前面をスパッタするようにした方式の成膜法において
も本発明のＩＴＯ透明導電膜の作製方法を適用できる。
【００６０】上記実施形態では、ターゲット１１１への
電力供給の制御を図１に示すような構成を用いて行った
が、ターゲット１１１への電力供給系の構成はこれに限
るものではなく、本発明の方法を実施できる構成であれ
ばよい。例えば、ＤＣ電力の供給を制御するスイッチン
グ回路をＤＣ電源１４１とローパスフィルタ１４２の間
に設け、これを制御器１５１により制御するようにして
もよく、またＲＦ電源１３１に制御器が内蔵されていれ
ば、それにより前記スイッチング回路を制御するように
してもよい。
【００６１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、ＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた
薄膜作製方法において、ＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供
給した後、トラッキングアークが発生する前にＲＦ電力
とＤＣ電力の供給を同時に停止し、供給時に生じたクラ
スタを発散させ、かつこれらを周期的に繰り返すように
したため、トラッキングアークの発生を防止することが
できる。これにより安定した薄膜作製を行うことができ
る。
【００６２】また、ＲＦ電力とＤＣ電力の供給を同時に
かつ周期的に停止させる代わりに、ＲＦ電力とＤＣ電力
を同時にかつ周期的に低下させることによって、低下前
に生じたクラスタを発散させるようにしても、トラッキ
ングアークの発生を防止して安定な薄膜作製を行うこと
ができる。また放電が停止しないので、放電開始圧力よ
り低い圧力でもトラッキングアークが発生せず、安定に
放電を維持できる。
【００６３】さらにＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、
その設定電圧をＤＣ電力のみで放電させた場合の放電維
持電圧よりも低く設定したことで、ＲＦ電力の供給と停
止によって放電を発生させたり停止させたりできるた
め、ＲＦ電力を供給した後、トラッキングアークが発生
する前にＲＦ電力の供給を停止して放電を止め、供給時
に生じたクラスタを発散させ、かつこれらを周期的に繰
り返すことで、トラッキングアークの発生を防止して安
定な薄膜作製を行うことができる。
【００６４】またＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、そ
の設定電圧をＤＣ電力のみで放電させた場合の放電維持
電圧よりも低く設定した状態で、ＲＦ電力の供給を周期
的に停止する代わりに、ＲＦ電力を周期的に低下させる
ことによって、低下前に生じたクラスタを発散させるよ
うにしても、トラッキングアークの発生を防止して安定
な薄膜作製を行うことができる。また放電が停止しない
ので、放電開始圧力より低い圧力でもトラッキングアー
クが発生せず、安定に放電を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜作製方法が実施されるＲＦ−
ＤＣ結合マグネトロンスパッタ装置の構成を示す模式図
である。
【図２】本発明の第１実施形態でのターゲットに印加さ
れる電圧の波形図である。
【図３】本発明の第２実施形態でのターゲットに印加さ
れる電圧の波形図である。
【図４】本発明の第３実施形態でのターゲットに印加さ
れる電圧の波形図である。
【図５】本発明の第４実施形態でのターゲットに印加さ
れる電圧の波形図である。
【図６】放電状態におけるカソード表面（ターゲット表
面）と接地電位のアノードとの間の電位分布を示す図で
ある。
【符号の説明】
１０１ 真空容器 １１０ カソード １１１ ターゲット １１２ バッキングプレート １２０ マグネット組立 １２１，１２２ マグネット １３０ ＲＦ電力系 １４０ ＤＣ電力系

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ターゲットの背面にマグネットを配置
    し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給
    してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用し
    て前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製す
    るＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜
    作製方法において、 前記ＲＦ電力と前記ＤＣ電力の前記ターゲットへの供給
    を同時にかつ周期的に停止し、前記ＲＦ電力と前記ＤＣ
    電力の供給時間をトラッキングアーク発生に要する時間
    よりも短くしたことを特徴とする薄膜作製方法。
  2. 【請求項２】 ターゲットの背面にマグネットを配置
    し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給
    してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用し
    て前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製す
    るＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜
    作製方法において、 前記ＲＦ電力とＤＣ電力の前記ターゲットへの供給電力
    を同時にかつ周期的に低下する期間を設け、供給電力を
    低下させずに供給する時間をトラッキングアーク発生に
    要する時間よりも短くしたことを特徴とする薄膜作製方
    法。
  3. 【請求項３】 ターゲットの背面にマグネットを配置
    し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給
    してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用し
    て前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製す
    るＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜
    作製方法において、 前記ターゲットへ前記ＤＣ電力を供給するためのＤＣ電
    源に定電圧制御電源を用い、設定電圧制御電源の設定電
    圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下
    （絶対値が小さくなる方向）にすると共に、前記ＲＦ電
    力の前記ターゲットへの電力供給を周期的に停止し、前
    記ＲＦ電力の供給時間をトラッキングアーク発生に要す
    る時間よりも短くしたことを特徴とする薄膜作製方法。
  4. 【請求項４】 ターゲットの背面にマグネットを配置
    し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給
    してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用し
    て前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製す
    るＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜
    作製方法において、 前記ターゲットへ前記ＤＣ電力を供給するためのＤＣ電
    源に定電圧制御電源を用い、設定電圧制御電源の設定電
    圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下
    （絶対値が小さくなる方向）にすると共に、前記ＲＦ電
    力の前記ターゲットへの供給電力を周期的に低下する期
    間を設け、前記ＲＦ電力を低下させずに供給する時間を
    トラッキングアーク発生に要する時間よりも短くしたこ
    とを特徴とする薄膜作製方法。
  5. 【請求項５】 前記電力供給を停止する時間または前記
    供給電力を低下する時間が１msec以上であることを特徴
    とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜作製方
    法。
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