(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットに、ＤＣ電力とＲＦ高周波電力との重畳電力を印加して、スパッタリングを行なう第１工程、及び
前記第１工程の停止開始と同期し、且つ、前記重畳電力印加による異常放電発生前で、ターゲットに、正電位を有する１ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの高周波パルスを印加して、スパッタリングを行なう第２工程を有することを特徴とする膜の製造法。
【請求項２】
前記スパッタリングがマグネトロンスパッタリングであることを特徴とする膜の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタリング法を用いた膜の製造法に関する。詳しくは、液晶基板、半導体基板、太陽電池基板等に用いられる透明導電膜、特にＩＴＯ膜及び安定して低抵抗ＩＴＯ膜を得るために膜形成時の異常放電発生を防止した膜の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラー液晶ディスプレイの応用分野、市場の拡大とともに、ブラックマトリクス、メタル電極、絶縁膜、透明導電膜等を製造するためにスパッタリング法を用いた各種の成膜装置が各種使用されている。そして、導電性材料の成膜にはＤＣマグネトロンスパッタ法、絶縁性材料の成膜には高周波マグネトロンスパッタ法の使用が主流であった。特に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明導電膜の成膜の場合は、ＤＣマグネトロンスパッタ法において、ターゲット表面近傍の磁場を強化してスパッタ電圧を下げる低電圧法（特公平０７−０７２３４６）を用いて低抵抗の透明導電膜を製造していた。しかしながら、ＤＣスパッタ法においては、成膜速度が速いという大きい利点があるものの、ターゲット表面上に堆積した絶縁膜や高抵抗膜が異常放電を引き起こすという問題があり、ターゲット全面をエロージョン化する手法とともに、負電位のターゲットに正電位のパルス状高周波電圧を印加する手法（特開平０７−２２４３７９）が通常合わせ用いられている。
【０００３】
上記低電圧スパッタ法においては従来よりも低抵抗のＩＴＯ膜が得られるが、近年更に低抵抗のＩＴＯ膜を得る手法として、ＤＣに高周波（例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ波）を重畳させて成膜する高周波重畳低電圧スパッタ法（特開平０３−２４９１７１）が実用化されようとしている。
【０００４】
一方、ＩＴＯ膜の低抵抗化の手法としては、ＲＦマグネトロンスパッタ法でも前記高周波重畳低電圧法と同等の抵抗値が得られるため、ＲＦマグネトロンスパッタ法の実用化（特開平０８−０９２７４０）も進んでいる。しかしＲＦマグネトロンスパッタ法においては、スパッタ圧が低い場合や、成膜速度を大きくするために投入電力を大きくした場合に、異常放電が発生し易いという問題があった。このため、ＲＦ放電中に正のパルスをターゲットに印加する方法や、ＲＦ電力の印加を間欠的に停止しその印加停止期間の幅に等しい正のパルスを印加する方法（特開平０７−２５８８４５）等が異常放電防止の対策として知られている。又ＲＦ電力の供給時間を異常放電発生に要する時間よりも短くして、間欠的に供給することにより異常放電を防止する方法（特開平０９−２１７１７１）が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＲＦマグネトロンスパッタ法を液晶ディスプレイ等の低抵抗ＩＴＯ膜（膜厚１５００Åで約１０Ω／□程度）の形成に用いる場合、前記異常放電防止法を用いて異常放電の抑止に効果を上げることが出来る。しかしながら、基板の大型化に対応し、高スループットを達成するためには、膜厚・抵抗値の分布が取りずらい、成膜速度が遅いという問題点がいまだ残されている。
【０００６】
一方、高周波重畳低電圧法では、低電圧のＤＣに高周波を重畳するため、基板の大型化、高スループットという要求に対しては、ＤＣ低電圧法と同等の膜厚・抵抗値の分布、及び成膜速度を得ることが出来、又高周波重畳によりＲＦマグネトロンスパッタ法と同等の低抵抗値を得ることが出来る。しかしながら、通常、ＲＦ重畳法においては、重畳時ＤＣ電源保護のためＬＣフィルターが設けられているものの、異常放電に対しては有効な対策が取られておらず、プロセス上の条件、即ち、脱ガスの低減、パーティクルの低減、ノジュールの防止、スパッタ圧の設定、低投入電力等の条件設定で回避しようとするのが現状である。しかしこれらの条件設定で、膜品質（抵抗値、透過率、分布）の向上と高スループットを同時に満たすのは、なかなか困難なことであり、ＲＦ重畳法における異常放電防止法がもとめられていた。そこで、本発明は高スループット、長時間運転下においても異常放電を防止できるスパッタリング法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。
【０００８】
本発明は、ターゲットに、ＤＣ電力とＲＦ高周波電力との重畳電力を印加して、スパッタリングを行なう第１工程、及び前記第１工程の停止開始と同期し、且つ、前記重畳電力印加による異常放電発生前で、ターゲットに、正電位を有する１ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの高周波パルスを印加して、スパッタリングを行なう第２工程を有する膜の製造法である。
【０００９】
ＲＦマグネトロンスパッタ法においても、異常放電発生に要する時間前にＲＦ電力の供給を停止し、プラズマ寿命よりも短い時間内に再度ＲＦ電力を供給し、連続的にスパッタする方法が知られている。本発明においては、ＤＣにＲＦ等の高周波が重畳された場合であり、スパッタ電圧はＲＦマグネトロン方式（条件により異なるが例えば−６０Ｖ程度）に比べて−１２０Ｖ程度と低く、より異常放電が発生し易くなると思われる。ＲＦマグネトロン方式の例に見られるように、正の電位の高周波パルス（例えば周期〜２００μ秒、パルス幅〜１０μ秒）をターゲットに印加する方法をＲＦ重畳法に応用しようとする場合、ＲＦ重畳法の場合はＤＣ電圧が更にターゲットに印加されており、電源構成が複雑で制御が困難という問題がある。本発明者は、ＲＦ重畳法の場合にも、異常放電発生に要する時間前にＲＦ電力の供給を停止し、チャージング緩和時間を設けることが、簡単、かつ有効な方法であることを見出した。
【００１０】
本発明は、上記膜の製造法において該高周波電力停止開始に同期して、正電位を有する高周波パルスを印加し、該高周波パルスを該高周波電力停止期間中にのみＤＣ電力に印加することができる。
【００１１】
高周波電力の供給停止期間はＤＣ電力が供給されておりプラズマ状態は維持される。従ってチャージを緩和するためには、ＤＣ電力に正電位を有する高周波パルスを印加することがより効果的である。この場合、ＲＦ電力の供給開始時間は、プラズマが維持されているためプラズマ寿命に関わらないという長所がある。ＤＣ電力に印加する正の高周波パルスによりチャージを緩和後、再度ＲＦ電力を供給し、これを周期的に繰り返すことにより異常放電を防止できることを見出した。又、本方法では、高周波供給停止期間中にもＤＣ電力が供給されるため、成膜速度は影響を受けない。又高周波供給期間に対して高周波停止期間が１／１０以下程度に短ければ、膜品質は影響を受けない。
【００１３】
上記製造方法は、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等の導電性材料にも適用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１６】
第１図は本発明の電力供給系のみを示す摸式図である。図中、１は成膜材料からなるターゲット（カソード）、２はターゲットをボンディングしてあるバッキングプレート、３は高周波電源（ＲＦ電源）、４は高周波を効率よく投入するためのマッチングボックス、５はＤＣ電源、６は高周波のＤＣ電源への流入を防ぐための高周波フィルター、７は正の高周波パルスを発生するパルス電源、８は高周波電源とパルス電源の電力供給を切り替えるための同調器である。ＤＣ電力に重畳された高周波（ＲＦ）電力は、同調器によりその電力供給期間、電力停止期間を制御され、ＲＦ電力の停止に同期してパルス電源から正のパルスがターゲットに印加される。更にＲＦ電力停止期間終了とともに、正のパルスの供給は停止され、再度高周波電力はその供給期間のみターゲットに供給される。この間ＤＣ電力は継続して投入され、高周波電力と正のパルス電力は交互に、周期的に供給される。なお図１は、本発明の電源系統を摸式的に示す図であって、同様な働きをする構成であればこの限りではない。
【００１７】
第２図に、ターゲット電極１の電圧波形の摸式グラフを示す。図２中、２１はＤＣ電力に高周波電力を重畳したときのスパッタ電圧（セルフ電圧；ＶＤＣ）であり、２２は高周波電力供給時間、２３は高周波電力停止期間、２４は正の電位を有する高周波パルスのパルス幅、２５はそのパルスの周期をしめす。第２図中、高周波電力供給期間２２により蓄積されたチャージは、異常放電発生前に、高周波電力停止期間２３中に供給された正電位のパルスにより、除去される。
【００１８】
【実施例】
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
【００１９】
（実施例１）
ＢＭ（ブラックマトリクス）、カラーフィルタ、保護膜を設けた液晶用ガラス基板（３７０×４７０×０．７ｔ）を用意し、この基板上に本発明の手法を用いた高周波重畳低電圧スパッタ法によりＩＴＯ膜を形成した。スパッタ装置としてはインライン型の装置を用い、基板加熱温度２１０℃、スパッタ圧力０．３Ｐａ、酸素分圧０．５％（酸素流量／Ａｒ流量）、投入電力は高周波電力（ＲＦ電力を使用）とＤＣ電力の割合を同じ（両者とも１ｋＷ）とした。使用ターゲットはＳｎＯ２を１０％含有し、密度９５％以上のＩＴＯターゲットである。
【００２０】
本実施例においては、高周波電力供給時間を１０ｍｓｅｃ．、高周波電力停止期間を１ｍｓｅｃ．、正電位のパルス高周波のパルス幅を１０μｓｅｃ．、その周波数を１０ｋＨｚとした。なおパルス電圧を、ＶＤＣの−１２０Ｖに対して、３００Ｖに設定した。この時、１０分間の放電時間中、異常放電は観測されなかった。又、膜品質のおいても、膜厚１５００Åで約１０Ω／□程度の低抵抗値とガラスレファレンスで９５％以上（下地層の反射、吸収を含む）の透過率を有する高品質の膜が得られた。更に、成膜後の信頼性テスト（８５℃の温純水中１０分を２回）においてもクラック等の以上は見られず、異常放電によるカラーフィルターへのダメージは無いことが確認された。
【００２１】
（比較例１）
実施例１と同様にしてＩＴＯ膜を形成した。但し、高周波電力停止期間を０とした。即ち、異常放電対策を行わず、通常の高周波重畳低電圧法で成膜した。この時、１０分間に数回の異常放電（ターゲット表面を走るトラッキングアーク）が観測された。抵抗値、透過率の膜品質においては、測定ポイントからは異常は見られなかったが、信頼性テスト後数点のクラックが発生した。異常放電とクラックの相関は、必ずしも明確ではないが（異常放電があってもクラックが発生しない基板もある）、異常放電の回数、程度とクラックの個数、程度は比例傾向にあり、高周波重畳低電圧法を生産に用いるには異常放電への対策が必要である。
【００２２】
（比較例２）
実施例１と同様にしてＩＴＯ膜を形成した。但し、ＤＣ電力の供給を０、高周波電力を２倍とし、更に高周波電力の停止期間を０とした。即ち、異常放電対策を行わず、通常のＲＦマグネトロン方式で成膜した。この時、比較例１と同様に１０分間に数回の異常放電が観測された。ＲＦマグネトロン方式では、酸素分圧が０に近いところで実施例１と同等の抵抗値が得られるが、抵抗値分布、透過率分布が悪化し、更には実施例１の半分程度の成膜速度に低下した。成膜速度は、高周波電力の供給量を増やす事で上げる事が出来るが、異常放電が増加し好ましい方法ではなかった。信頼性テストについても、比較例１と同様、数点のクラックが発生した。
【００２３】
（比較例３）
実施例１と同様にしてＩＴＯ膜を形成した。但し、ＤＣ電力の供給を０、高周波電力を２倍とし、更に高周波電力の供給期間を１０ｍｓｅｃ．、停止期間を１ｍｓｅｃ．、正電位のパルス高周波の供給を無しとした。即ち、通常のＲＦマグネトロン方式で電力を間欠的に供給することで異常放電対策をし、成膜した。この時、１０分間にまれに異常放電が発生する程度に異常放電抑制効果が認められた。しかしながら、実施例１と同等の成膜速度を得る高周波電力の供給量では、異常放電は増加傾向にあった。膜品質については比較例２と同等、信頼性テストについては、クラックの発生はやや改善された。
【００２４】
（比較例４）
実施例１と同様にしてＩＴＯ膜を形成した。但し、ＤＣ電力の供給を０、高周波電力を２倍とし、更に高周波電力の供給期間を１０ｍｓｅｃ．、停止期間を１ｍｓｅｃ．、正電位のパルス高周波の供給周波数を１０ｋＨｚ、パルス幅を１０μｓｅｃ．とした。即ち、通常のＲＦマグネトロン方式で電力を間欠的に供給し、電力停止期間に正電位のパルスを供給してチャージを緩和することにより異常放電対策をし、成膜した。この時、１０分間の間に異常放電の発生はなくなり、異常放電抑制効果が認められた。又、実施例１と同等の成膜速度を得る高周波電力の供給量でも、異常放電はまれに発生する程度であった。膜品質については比較例２と同等、信頼性テストについては、クラックの発生は見られなかった。
【００２５】
（実施例２）
実施例１と同様にしてＩＴＯ膜を形成した。但し、高周波電力供給期間のみを１秒、１分と変えて成膜した。１分の場合、チャージが緩和しきれないためか、１０分間の放電中にまれに異常放電が発生した。量産時には、スループットから投入電力の増大も有り得るので、安全を考えると供給期間は長くても１００ｍｓｅｃ．〜１０００ｍｓｅｃ．が実用的である。又、ＩＴＯ膜の抵抗値は、高周波電力供給期間が長いほど低抵抗となるので、供給期間が１ｍｓｅｃ．より短くなるのは異常放電の抑止のためには良いが実際的では無い。更に高周波電力停止期間を供給期間に対して変化させた場合、当然長い程異常放電防止効果が見られ、短いとまれに異常放電が発生する。期間的には、供給期間の１／１００〜１倍程度が実際的であり、膜質上からは１／１０倍程度が好ましい。更に、高周波電力供給停止期間中の正電位のパルス高周波の周波数のみを変化させて成膜した。この条件では、最小周波数は高周波電力供給停止期間中に少なくとも１個のパルスが含まれる１ｋＨｚの場合であり、最大周波数は前記停止期間中に停止期間に等しい幅を有するパルスを含む場合で１００ｋＨｚである。この時、数ｋＨｚ近傍まではチャージの緩和が不完全のためと思われるが異常放電が発生した。又、数十ｋＨｚ程度になると異常放電は防止されるが、前記高周波電力停止期間中の成膜速度は落ちるため、好ましくは、１０ｋＨｚ程度でよい。又、正電位のパルス幅についても、チャージの緩和のためには周期の１／１００〜１倍程度が実際的で有り、１／１０倍程度が好ましい。但し、前記設定値は本検討での値であり、高周波供給電力、高周波電力の周波数（１３．５６、２７．１２、４０．６８ＭＨｚ等）、ＤＣ電力、両者の供給電力の比、ターゲット磁場強度、スパッタ圧力、正のパルスの電圧値等により変化する。しかし、本発明の手法を用い、設定値を調整することにより、異常放電を防止できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の製造方法を採用することにより、品質の優れた膜、特にＩＴＯ透明導電膜を、成膜中の異常放電を防止して、カラーフィルター等へダメージを与えることなく、安定して高スループットで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力供給系統の一例を示す摸式図。
【図２】本発明の電力供給波形を示す摸式図。
【符号の説明】
１  ターゲット
２  バッキングプレート
３  高周波電源
４  マッチングボックス
５  ＤＣ電源
６  高周波フィルター
７  パルス電源
８  同調器
２１  スパッタ電圧
２２  高周波電力供給期間
２３  高周波電力供給停止期間
２４  高周波パルスのパルス幅
２５  高周波パルスの周期
【図１】
0003542475.tif 000002
【図２】
0003542475.tif 000003