JPH1192928A - スパッタ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理体が大型化したときにも、高い効率の
もとに高品質の薄膜を形成することのできるスパッタ方
法を提供する。 【解決手段】 ターゲット電極３に間欠的に電圧を印加
することによって、ターゲット２近傍にプラズマを発生
させるとともに、真空処理室１内にマイクロ波を導入す
る導波管９に設けられたマイクロ波電極９ｂに、ターゲ
ット電極３への電圧の印加と同じタイミングまたは交互
のタイミングでもって電圧を印加することにより、真空
処理室１内に補助的にマイクロ波を導入し、スパッタ粒
子と気体分子との衝突確率を向上させ、大量のイオンを
発生させてスパッタ電圧の低圧化を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空処理室内にお
いて、ターゲット電極に電圧を印加することによって、
ターゲットのスパッタを行うスパッタ方法に係り、より
詳細には、マイクロ波を補助的に導入してスパッタを行
うスパッタ方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置用ガラス基板の表面に透明
導電膜等を形成する場合、従来、高周波スパッタ法が用
いられている。図４は、この高周波スパッタ法に使用さ
れる装置の構成例を示す模式的断面図である。

【０００３】この例において、真空処理室２０は、図示
されないガス供給管とガス排気管とにより、１０^-4〜１
０^-2Ｔｏｒｒの圧力に制御可能な構成となっている。こ
の真空処理室２０内にはターゲット電極２２が設けられ
ており、そのターゲット電極２２は、インピーダンス整
合用のマッチングボックス（図示を省略）を介して、高
周波電源２１に接続されている。また、ターゲット２３
はこのターゲット電極２２に取り付けられる。

【０００４】一方、真空処理室２０のターゲット２３に
対向する側には、ガラス基板等の被処理体２４を載置す
るための基板電極２５が設けられている。また、真空処
理室２０の外部には、共振器２６が設けられると共に、
磁気コイル２７が設けられている。

【０００５】次に、上記装置を用いた従来のスパッタ方
法について、以下に説明する。真空排気された真空処理
室２０に、アルゴンガス等の気体を導入した後、ターゲ
ット電極２２に高周波電圧を印加し、ターゲット２３の
表面近傍にプラズマを発生させる。プラズマが発生する
と、プラズマ流中のイオンエネルギによってターゲット
２３がスパッタされる。従って、スパッタにより発生し
た粒子によって、対向して配置された被処理体２４の表
面には、所定の薄膜が形成されることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法を用いた場合、以下に示す問題を生じていた。

【０００７】すなわち、被処理体２４を大型の基板とす
る場合には、大量のプラズマを発生させる必要があるの
で、ターゲット電極２２に印加する高周波の電圧を高め
なければならない。しかし、ターゲット電極２２に印加
する電圧を高めると、ターゲット電極２２の表面や被処
理体２４の表面の温度上昇を招き、異常放電が発生し易
くなる。従って、形成された薄膜に膜質不良が発生し易
い。このため、被処理体２４が大型の基板となる場合に
は、膜質を低下させることなく、効率のよい成膜を行う
ことが困難となっている。

【０００８】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、大寸法基板等の大型の被処理体であっても、高
品質の薄膜を効率的に形成することのできるスパッタ方
法の提供を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のスパッタ方法は、ターゲット電極に電圧を
印加してターゲット近傍にプラズマを発生させることに
より、ターゲットのスパッタを行う方法において、ター
ゲット電極に間欠的に電圧を印加することによってター
ゲット近傍にプラズマを発生させるとともに、真空処理
室内にマイクロ波を導入する導波管に設けられたマイク
ロ波電極に、ターゲット電極への電圧の印加と同じタイ
ミング、または電圧の印加と交互のタイミングでもって
電圧を印加することにより、真空処理室内に補助的にマ
イクロ波を導入することによって特徴づけられる。

【００１０】また、本発明においては、導波管をターゲ
ットの略中央部に開口させることにより、ターゲットの
略中央部からマイクロ波を真空処理室内に導入すること
が好ましい（請求項２）。

【００１１】本発明方法においては、ターゲット電極へ
の間欠的な電圧印加により、ターゲット近傍にプラズマ
を発生させ、このとき、その電圧印加と同じタイミング
または交互のタイミングで、真空処理室内にマイクロ波
を補助的に導入することにより、スパッタ粒子と気体分
子との衝突の確率が高くなって、多数のイオンが生成さ
れる。これにより、ターゲットの放電インピーダンスが
低くなり、ターゲット電極に印加する電圧が低くても大
量のプラズマが発生する。また、プラズマ流中のイオン
エネルギーによってもターゲットはスパッタされるた
め、この点からも放電インピーダンスは低下する。

【００１２】従って本発明によれば、ターゲット電極に
印加する電圧を高めることが不要となるので、基板に与
えるダメージが少なくなり、被処理体の表面温度の上昇
が抑制され、かつ、異常放電の発生が抑制されるので、
効率よく、良好な成膜が進行する。

【００１３】また請求項２に係る発明のように、マイク
ロ波を導入するための導波管をターゲットの略中央部に
開口させ、ターゲットの略中央部から真空処理室内に補
助的にマイクロ波を導入すると、上述のようにして生成
されるイオンは、ターゲットの全面にわたって均一に作
用し、イオンエネルギーの利用効率が向上してスパッタ
の効率が高まる。従って、被処理体が大型基板であると
きにも、良好な成膜が進行する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例の形態を、
図面を参照しつつ説明する。

【００１５】図１は、本発明に係るスパッタ方法の一実
施形態に使用されるスパッタ装置の構成を示す模式的断
面図である。

【００１６】同図に示すスパッタ装置は、真空処理室内
に補助的にマイクロ波を導入する方法を採用した構成と
なっている。

【００１７】真空処理室１内には、シリコンからなるス
パッタ用の２極間ターゲット２，２が、その片面を真空
処理室１内に露出させた状態で、その反対側の面が、タ
ーゲット電極３に密着した状態で配置されている。ま
た、ターゲット電極３は、インピーダンス整合のための
マッチングボックス４を介して、高周波電源５に接続さ
れている。

【００１８】なお、高周波電源５が発生する高周波電圧
は、２極間ターゲット２，２の表面温度やガラス基板７
の表面温度の上昇を抑制するとともに、異常放電の発生
を抑制するため、従来技術より低い電圧に設定されてい
る。

【００１９】また、真空処理室１内には、２極間ターゲ
ット２，２に対向するように、基板支持台６が配置され
ており、基板支持台６には、多結晶シリコン薄膜を形成
すべきガラス基板７が取り付けられている。

【００２０】真空処理室１内の下方には、２極間ターゲ
ット２，２に下方から隣接するように、かつ、２極間タ
ーゲット２，２の内側から外側に向けて、Ｎ極とＳ極と
が交互に隣り合うように、同心状に、永久磁石８が配置
されている。従って、この永久磁石８により、図１の破
線でもって示す磁場が、真空処理室１内に形成されるこ
とになる。

【００２１】２極間ターゲット２，２の略中央部には、
真空処理室１内にマイクロ波プラズマを導入するための
導波管９が設けられており、この導波管９は、マイクロ
波を発生するマグネトロン（図示を省略）に連通してい
る。また、導波管９には、電圧が印加されたとき、真空
処理室１内に補助的にマイクロ波を導入するマイクロ波
電極９ｂが設けられている。また、マイクロ波電極９ｂ
には、プラズマ放電のためのアンテナ９ａが接続されて
いて、アンテナ９ａの先端部は、２極間ターゲット２，
２の表面より１／４λだけ突起している。

【００２２】図２は、ターゲット電極３への電圧の印加
のタイミングとマイクロ波電極９ｂへの電圧の印加のタ
イミングとを示すタイミングチャートである。必要に応
じて同図を参照しつつ、上記構成からなるスパッタ装置
を用い、ガラス基板７の表面に多結晶シリコン薄膜を形
成する方法について述べる。

【００２３】まず、真空処理室１内を真空排気した後、
スパッタ用のガスとして、アルゴンガス等を所定圧とな
るように真空処理室１内に導入する。また、ガラス基板
７を所定の温度まで加熱する。

【００２４】次に、図２に示すように、ターゲット電極
３に電圧を印加するタイミングと、マイクロ波電極９ｂ
に電圧を印加するタイミングとが、交互のタイミングと
なるようにしつつ、ターゲット電極３に高周波電源５か
らの高周波電圧を印加する。また、マイクロ波電極９ｂ
には、２．４５ＧＨＺのマイクロ波を印加する。なお、
このときの電圧印加の繰り返し周期は、例えば、ターゲ
ット電極３に対しては１０〜１００μＳ程度、マイクロ
波電極９ｂに対しては５０〜２００μＳ程度に設定され
ている。

【００２５】以上の動作において、ターゲット電極３へ
の高周波電圧の印加により、２極間ターゲット２，２の
表面近傍にはプラズマが発生するが、このとき、陰極か
ら出た電子は、永久磁石８の磁場によってサイクロトロ
ン運動し、プラズマ中の気体分子と高確率で衝突して、
多数のイオンを作りだす。

【００２６】その一方で、真空処理室１内に補助的にマ
イクロ波を導入し、マイクロ波プラズマを発生させてい
る。従って、補助的に導入されたマイクロ波によって、
より多数のイオンが生成される。このため、２極間ター
ゲット２，２の放電インピーダンスが低くなる。

【００２７】従って、高周波電源５が発生する高周波電
圧を低い電圧としているにも関わらず、放電インピーダ
ンスが低く、放電し易いため、大量のプラズマが発生す
る。このため、２極間ターゲット２，２は、効率よくス
パッタされる。そして、効率のよいスパッタにより大量
に生じたスパッタ粒子は、ガラス基板７に付着すること
になる。また、補助的に導入されたマイクロ波によって
発生したプラズマは、ガラス基板７に付着したスパッタ
粒子の反応性を高める。

【００２８】以上を要約すると、高周波電源５の電圧が
低いので、２極間ターゲット２，２とガラス基板７との
双方の表面が低い温度に保たれるとともに、異常放電が
発生しない。また、放電インピーダンスが低くなってい
て、放電が容易なため、大量のプラズマが発生し、多量
のスパッタ粒子が発生する。また、ガラス基板７に付着
したスパッタ粒子の反応性が高い。従って、ガラス基板
７を大型としたときにも、ガラス基板７には、高品質の
薄膜が、効率よく形成されることになる。

【００２９】以上説明したように、本実施形態では、２
極間ターゲット２，２の略中央部より、真空処理室１内
に補助的にマイクロ波を導入し、マイクロ波放電を行わ
せている。従って、２極間ターゲット２，２の全体を効
率よくスパッタすることが可能となっているので、ガラ
ス基板７が大型である場合にも、高品質の薄膜を形成す
ることが可能となっている。

【００３０】また、本実施形態では、陰極から出た電子
をサイクロトロン運動させる磁場の発生に永久磁石８を
用いている。従って、大型の磁気コイルを用いることな
く、例えば、８７５Ｇ等の強力な磁場を発生させること
が可能となっているので、スパッタ装置を小型化するこ
とが可能となっている。

【００３１】なお、本実施形態では、ターゲット電極３
に高周波電圧を印加するタイミングと、マイクロ波電極
９ｂに電圧を印加するタイミングとについては、交互の
タイミングとした場合について説明したが、図３に示す
ように、ターゲット電極３に高周波電圧を印加するタイ
ミングと、マイクロ波電極９ｂに電圧を印加するタイミ
ングとを、同じタイミングとすることが可能である。な
ぜなら、ターゲット電極３への電圧の印加を間欠的に停
止すると共に、マイクロ波電極９ｂに電圧を印加したと
き、放電インピーダンスが低くなって、従来より低い電
圧をターゲット電極３に印加するのみで、放電を生じさ
せることができればよいからである。

【００３２】また、ターゲット電極３に印加する電圧に
ついては、高周波電圧とした場合について説明したが、
目的とする薄膜を形成するために必要とされる、その他
の電圧として、例えば、直流電圧等とすることが可能で
ある。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ターゲ
ット電極に間欠的に電圧を印加することによってターゲ
ット近傍にプラズマを発生させるとともに、真空処理室
内にマイクロ波を導入する導波管に設けられたマイクロ
波電極に、ターゲット電極への電圧の印加と同じタイミ
ングまたは交互のタイミングでもって電圧を印加するこ
とにより、真空処理室内に補助的にマイクロ波を導入す
ることにより、このマイクロ波の作用によりスパッタ粒
子の気体分子との衝突確率が増大して多数のイオンをが
生成されるので、ターゲットの放電インピーダンスが低
くなる。その結果、ターゲット電極に印加する電圧が低
いときにも、大量のプラズマが発生する。従って、ター
ゲット電極に印加する電圧を高めることが不要となるの
で、ターゲット電極の表面温度や被処理体の表面温度の
上昇が抑制される。このため、被処理体が大型化したと
きにも、効率よく、高品質の薄膜を形成することが可能
となった。また、ターゲット電極に電圧を印加する時間
とマイクロ波電極に電圧を印加する時間とを、形成する
薄膜の種類に応じて変更することにより、目的に応じた
膜質をより効率よく形成することが可能になるという効
果を併せもっている。

【００３４】また真空処理室内にマイクロ波を導入する
ための導波管をターゲットの略中央部分に開口させる
と、発生するイオンはターゲットの全面にわたって均一
に作用するので、スパッタの効率をより高くすることが
可能となり、被処理体が大型基板であるときにも、より
効率的に高品質の成膜を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に使用されるスパッタ装置
の構成例を示す模式的断面図

【図２】本発明の実施の形態においてターゲット電極に
印可する高周波電圧とマイクロ波電極に印加する電圧と
の関係を示すタイミングチャート

【図３】本発明の他の実施の形態におけるターゲット電
極への電圧印加とマイクロ波電極への電圧印加の関係を
示すタイミングチャート

【図４】従来技術において使用されるスパッタ装置の構
成例を示す模式的断面図

【符号の説明】

１ 真空処理室 ２ ２極間ターゲット ３ ターゲット電極 ５ 高周波電源 ７ ガラス基板 ９ 導波管 ９ａ アンテナ ９ｂ マイクロ波電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲット電極に電圧を印加してターゲ
   ット近傍にプラズマを発生させることにより、前記ター
   ゲットのスパッタを行う方法において、 前記ターゲット電極に間欠的に電圧を印加することによ
   って前記ターゲット近傍にプラズマを発生させるととも
   に、真空処理室内にマイクロ波を導入する導波管に設け
   られたマイクロ波電極に、前記ターゲット電極への電圧
   の印加と同じタイミングまたは前記電圧の印加と交互の
   タイミングでもって電圧を印加することにより、前記真
   空処理室内に補助的にマイクロ波を導入することを特徴
   とするスパッタ方法。
2. 【請求項２】 前記導波管を前記ターゲットの略中央部
   に開口させ、前記ターゲットの略中央部から前記真空処
   理室内に補助的にマイクロ波を導入することを特徴とす
   る請求項１に記載のスパッタ方法。