(57)【要約】【課題】  高価な高周波設備を使用せずに、逆スパッタ時に異常なアーク放電の発生による基板の絶縁破壊が起こらないようなスパッタ装置を提供する。【解決手段】  電源に直流パルスを使用し、基板ホルダーをＴｉ、Ａｌ等のスパッタ率が低く酸化しにくい金属で構成し、少なくともプラズマ発生空間に面した部分は金属を露出させておく。切り替えスイッチによりパルス電圧の負荷を被処理基板側とターゲット側に切り替えることにより、簡単に逆スパッタと正スパッタを同一の装置で行う。【選択図】              図１
2006117995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系設備を備えたチャンバーと、該チャンバー内に被スパッタ面を露出させて設置されたターゲットと、前記チャンバー内の所定位置に基板を保持した基板ホルダーを前記ターゲットに対向させて備え、前記基板と前記ターゲット間にプラズマを発生させるためのスパッタ電源を有するスパッタ装置であって、前記基板ホルダーは金属製であって、少なくとも前記ターゲットに対向する面は金属面が前記プラズマが発生する空間に対して露出しており、かつ前記スパッタ電源がＤＣパルス電源であって、前記基板ホルダーにＤＣパルス電圧を印加することにより逆スパッタが可能となるように構成したことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記ＤＣパルス電圧を前記ターゲットに印加するか、あるいは前記基板ホルダーに印加するかを切り替え可能な切り替えスイッチを有し、正スパッタと逆スパッタを同一のＤＣパルス電源を使用して行えるように構成してなることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】
前記基板ホルダーの前記ターゲットに対向する面以外の面が絶縁体によって覆われていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスパッタ装置。
【請求項４】
前記絶縁体が酸化アルミであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
【請求項５】
前記基板ホルダーがチタン製であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
【請求項６】
前記基板ホルダーが前記ターゲットの上方に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
【請求項７】
前記ＤＣパルス電圧のオン−オフ周期が５０〜２５０ｋＨｚであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ装置、特に逆スパッタ機能を有するスパッタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板上に誘電体膜、光学膜、保護膜等の薄膜を成膜するスパッタリング技術は、現代ハイテク産業に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として広く知られている。このスパッタリング技術に用いられるスパッタ技術を、ターゲット電極に印加される電圧の種類から分類すると、直流（ＤＣ）スパッタ技術と高周波（ＲＦ）スパッタ技術とが多用されている。
直流電源を用いるＤＣスパッタリングは成膜速度は速いが、スパッタリングの経時と共に、ターゲット表面に電荷が堆積して絶縁物や高抵抗膜が付着するため、異常アーク放電を起こすという問題がある。
また、高周波電源を用いるＲＦスパッタリングは長時間異常放電なしに成膜することが可能であるが、成膜速度が遅いという問題がある。しかし絶縁物をスパッタするためにはＲＦスパッタ技術が不可欠とされている。
【０００３】
ところで、薄膜を使用して電子回路を形成する場合、露出した下層導電膜の表面に上層導電膜を重層させる必要が多々生じるが、下層導電膜の表面に不可避的に生成した自然酸化膜や汚染物等を除去する清浄化工程が不可欠である。
シリコン基板表面にトランジスタ等の電子デバイスを形成したり、あるいは液晶表示素子を形成する際には、金属膜の表面に透明導電膜を形成する工程が多用されている。
その際に、酸素との親和力の大きな金属の表面には強固な酸化膜が形成されており、酸化膜の存在する金属膜の表面に酸化物膜をスパッタ成膜しようとすると、前述の異常放電現象が発生する。例えばクロム（Ｃｒ）から成る電極表面に、酸化インジウム錫（ Indiumu Tin Oxide：ＩＴＯ）等の酸化物膜をスパッタ成膜する場合、電極表面に酸化クロム膜が存在すると、Ｃｒ膜とＩＴＯ膜の電気的接触抵抗が高くなり、良好なデバイス特性が得られない。よって、属膜の表面に存在する化物膜を除去する清浄化工程が必要になる。
【０００４】
清浄化の方法には、エッチング液を用いたウエットエッチングプロセスも用いられるが、逆スパッタ現象を利用したドライエッチングプロセスが多用されている。
逆スパッタ現象は、プラズマ空間に存在するイオンが、負の電位に帯電した被処理基板側に引き寄せられて衝突し、被処理基板表面の構成物質を弾き出す現象である。この逆スパッタ現象を利用して、被処理基板表面の自然酸化膜や汚染物等を除去することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ところで、図６に示すように高周波スパッタ装置は電力を効率よく印加するため電極周りの構造が複雑で、インピーダンス整合させるためのマッチングボックス（整合回路）が必要となる（例えば、特許文献２参照。）。
図６に示すスパッタ装置５０は、真空用排気口に繋がる真空チャンバー１内にターゲットサセプター５に支持されたスパッタ用ターゲット３とこれに対向して基板ホルダー５４に支持された被処理基板２が配置されている。また、真空チャンバー１の外方には高周波電源５６が設けられており、これに切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２が接続されていて、固定接点ａはマッチングボックス５８を介して真空チャンバー１内の基板ホルダー５４に接続され、ターゲットサセプター５側は接地してあり、固定接点ｂはマッチングボックス５７を介して真空チャンバー１内のターゲットサセプター５に接続されるとともに、基板ホルダー５４側は接地するように接続してある。この高周波スパッタ装置５０を用いてスパッタ成膜する場合には高周波電力をターゲット３に印加し、逆スパッタする場合には高周波電力を被処理基板２に印加する。
マッチングボックス５７，５８は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を効率よく印加するために回路のインピーダンスを調整するためのものであって、個々の設備毎の、さらには各回路毎のインピーダンスを計算して設計されている。
【特許文献１】特開２０００−１６４５６６号公報
【特許文献２】特開平１１−３２３５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高周波スパッタ装置では、高周波電力を効率よく印加するために回路のインピーダンスを整合させることが不可欠である。それには高価な整合回路を含むマッチングボックスが必要になり、電極廻りも形状による浮遊容量を計算して個々に設計しなければならず、装置自体が非常に高価になる欠点がある。また、高周波電源自体も直流電源に比較して高価なものとなる。前述の通りマッチングボックスは各設備毎に、さらに各回路毎にインピーダンスを計算して個々の設備に対して設計されている。特に逆スパッタ機能を有するスパッタ装置では、図６に示すようにマッチングボックスが２個必要になり、設備コスト高騰の大きな要因となっている。
【０００７】
また、直流スパッタ装置では、スパッタ電力を高めていくとターゲット材表面、ターゲットサセプター表面、またはこれらとアースシールドとの間や被処理基板表面、あるいは基板ホルダーの表面等に異常放電現象が発生してしまう。このような異常放電は、真空チャンバー内のあらゆる場所で観察でき、異常放電が発生すると膜質不良を引き起こしたり、被処理基板が絶縁破壊する等製品不良が発生する原因となる。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、高価な高周波設備を使用せずに、逆スパッタ時に異常なアーク放電の発生による基板の絶縁破壊が起こらないスパッタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のスパッタ装置は、排気系設備を備えたチャンバーと、該チャンバー内に被スパッタ面を露出させて設置されたターゲットと、前記チャンバー内の所定位置に基板を保持した基板ホルダーを前記ターゲットに対向させて備え、前記基板と前記ターゲット間にプラズマを発生させるためのスパッタ電源を有するスパッタ装置であって、前記基板ホルダーは金属製であって、少なくとも前記ターゲットに対向する面は金属面が前記プラズマが発生する空間に対して露出しており、かつ前記スパッタ電源がＤＣパルス電源であって、前記基板ホルダーにＤＣパルス電圧を印加することにより逆スパッタが可能となるように構成したスパッタ装置とした。
スパッタ装置を上記にように構成することにより、高価な高周波電源を使用することなく、アーク放電を起こさずに逆スパッタの行えるスパッタ装置とすることができる。
【０００９】
本発明のスパッタ装置では、前記ＤＣパルス電圧を前記ターゲットに印加するか、あるいは前記基板ホルダーに印加するかを切り替え可能な切り替えスイッチを有し、正スパッタと逆スパッタを同一のＤＣパルス電源を使用して行えるように構成することができる。
スパッタ装置を上記にように構成することにより、高価な高周波電源を使用することなく、スパッタ成膜と逆スパッタとを同一の装置によりスイッチを切り替えるだけで簡単に行うことができる。
【００１０】
本発明のスパッタ装置では、前記基板ホルダーの前記ターゲットに対向する面以外の面を絶縁体によって覆った基板ホルダーとすることが好ましい。また、前記絶縁体は酸化アルミを使用することができる。また、前記基板ホルダーはチタン製とすることが好ましい。
スパッタ装置を上記のように構成することにより、逆スパッタ時にアーク放電が発生せず、電力を効率よく印加することができるようになる。
【００１１】
また、本発明のスパッタ装置では、前記基板ホルダーを前記ターゲットの上方に配置することが好ましい。
逆スパッタ時に万一ダストが発生しても基板表面に落下することを防ぐためである。
さらに、前記ＤＣパルス電圧のオン−オフ周期は５０〜２５０ｋＨｚとすることが好ましい。  
印加された電力を有効に使用して逆スパッタを効率よく行うためである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高価なマッチングボックスを使用しなくても直流パルス電源を使用することによって基板上の素子を破壊することなく素子表面を逆スパッタすることができ、同一の設備でスパッタ成膜も行うことができるので、高性能の素子を歩留まり良く製造することができ、しかも安価な設備コストで製造することか可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
図１に本発明のスパッタ装置の概略構造を示す。本発明のスパッタ装置１０は真空系に繋がる真空チャンバー１内にターゲットサセプター５に支持されたスパッタ用ターゲット３と、これに対向して基板ホルダー４に支持された被処理基板２が配置されている。また、真空チャンバー１の外方には直流パルス電源６が設けられており、これに切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２が接続されていて、固定接点ａは直流パルス電圧を真空チャンバー１内の基板ホルダー５に印加し、ターゲットサセプター５側を接地するように接続されている。固定接点ｂは直流パルス電圧を真空チャンバー１内のターゲットサセプター５に接続し、基板ホルダー４側を接地するように接続してある。被処理基板２とターゲット３との間にはシャッター９が配置されていて、逆スパッタ時に発生したパーティクルがターゲット３上に沈着するのを防いでいる。
【００１４】
図１のようなスパッタ装置１０において、真空系に接続して真空チャンバー１内を所定の減圧下に排気した後、例えばアルゴンガス等の雰囲気ガスを導入し所定の圧力にしておく。
しかる後、被処理基板２とターゲット３との間にあるシャッター９を閉じて、逆スパッタ時に発生したパーティクルがターゲット３上に沈着するのを防止する。次いで、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２を固定接点ａ側に接続し、直流パルス電源６からの直流電圧を真空チャンバー１内の基板ホルダー４に印加するとともに、ターゲットサセプター５側を接地する。直流パルス電圧によりアルゴンガス等の雰囲気ガスがプラズマ化され、電子、イオン及び雰囲気ガスのラジカルが発生してプラズマ領域Ｐが形成される。そして真空チャンバー１内のイオンは負の直流電圧が印加された被処理基板２側に吸引されて、その運動エネルギーで被処理基板２に衝突し、被処理基板２の表面に形成されている金属酸化物膜２２を構成する原子又は分子を弾き出す。この逆スパッタ作用により金属酸化物膜を除去して、表面を清浄化することができる。このとき被処理基板２には周期的に負電位と正電位が印加されるので電荷が蓄積されることはなく、異常なアーク放電は起こらないので、被処理基板２表面に形成されている電子回路２１が絶縁破壊することはない。
【００１５】
電子回路２１表面を清浄化した後、被処理基板２とターゲット３との間にあるシャッター９を開き、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２を固定接点ｂ側に接続し、直流パルス電源６からの直流パルス電圧をターゲット３に印加するとともに、基板ホルダー４側を接地する。直流パルス電圧によりアルゴンガス等の雰囲気ガスがプラズマ化され、電子、イオン及び雰囲気ガスのラジカルが発生してプラズマ領域Ｐが形成される。そして真空チャンバー１内のイオンは負の直流パルス電圧によりターゲット３側に吸引されて、その運動エネルギーでターゲット３に衝突し、ターゲットを構成する原子又は分子を弾き出す。これがターゲット３に対向する被処理基板２に飛来して付着し、被処理基板２の表面にこのターゲット３の材質からなる皮膜（図示省略）がスパッタ成膜される。
本発明のスパッタ装置を使用すれば、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２で電位の印加方向を切り替えるだけで、同一の装置を使用して逆スパッタと正スパッタ（スパッタ成膜）を行うことができる。
【００１６】
例えば被処理基板２の表面にクロム等の酸素との親和力の大きな金属からなる電子回路２１が有る場合、この電子回路２１の表面には高抵抗の金属酸化物膜２２が生成している。ＩＴＯ膜等を成膜する場合、金属酸化物膜膜とＩＴＯ膜の電気的接触抵抗が高くなり、良好なデバイス特性が得られない。このような場合に、この有害な金属酸化物膜２２を直流パルス電圧を印加した逆スパッタにより除去すれば、電子回路２１の表面に健全なＩＴＯ等の透明導電膜をスパッタ形成することができる。
【００１７】
図２に本発明のスパッタ装置の基板ホルダーの一部断面を示す。本発明のスパッタ装置では、被処理基板２をターゲットよりも上部に配置し、被処理基板２とターゲットを対向させて配置するのが好ましい。真空チャンバー内で発生したパーティクルが、基板表面に沈着するのを防ぐためである。従って本発明のスパッタ装置の基板ホルダー４は断面Ｌ字型として被処理基板２を受けて載置するように構成する。
本発明のスパッタ装置の基板ホルダー４はチタンやアルミニウム等のスパッタ率の低い金属で構成するのが好ましい。特にチタンはスパッタされにくく、酸化されにくいので好ましい。
そして基板ホルダー４の少なくともプラズマ発生領域Ｐに接する面４ａと被処理基板２に対面する面４ｆは金属面を露出させておく。直流電圧を印加した場合に対向するターゲットとの間でプラズマ放電を起こさせるためである。
無駄なプラズマ放電を防止するために、他の面４ｂ、４ｃは絶縁物１４で被覆しておくのが好ましい。絶縁物１４としては、たとえば厚さ１ｍｍ程度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で被覆しておけば充分である。
被処理基板２は基板ホルダー４の表面４ｅ上に載置しておくだけでよい。本発明のスパッタ装置ではプラズマ電位を介して被処理基板２に電位が負荷されるので、インピーダンスを重視する高周波スパッタ装置のように、基板と基板ホルダーとを密着させることはあまり重要ではない。
【００１８】
図３に本発明のスパッタ装置で被処理基板に印加される電位を示す。本発明における基板電位は、通常は−（マイナス）Ｅとなっているが、周期的に＋（プラス）ｅとなる。この周期的なプラス電位によって基板表面に滞留する電荷を除去するのである。パルス電位のオン−オフ周期Ｆは５０〜４００ｋＨｚ、＋（プラス）電位を印加する時間ｆはオンーオフ周期Ｆの３０〜４０％、−（マイナス）電位Ｅは−２００〜−４００Ｖ、＋（プラス）電位ｅは＋３０〜＋４０Ｖ程度とするのが適当である。
【００１９】
（第２の実施形態）
図４に本発明の第２の実施形態のスパッタ装置の概略構造を示す。
本実施形態のスパッタ装置が第１の実施形態のスパッタ装置と異なる点は、基板ホルダーのプラズマ発生領域Ｐに面する以外の表面を絶縁物で被覆するのに加えて、被処理基板２のプラズマ発生領域Ｐと反対側の表面全面を絶縁物で被覆して遮蔽した点である。基板ホルダー近傍を拡大して図５に示す。被処理基板２のプラズマ発生領域Ｐと反対側の厚さ１ｍｍのアルミナからなる絶縁板１５を配置して、被処理基板２の背面を遮蔽した。
スパッタ装置をこのように構成することにより、余分なプラズマ発生を防ぐことができ、投入電力エネルギーを有効に利用できるようになる利点が生じる。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
図２に示した基板ホルダーを使用した図１に示すスパッタ装置を使用して、ガラス基板上にクロムを使用して形成したＴＦＴ素子の表面にＩＴＯ透明導電膜を形成した。先ず、ガラス基板を逆スパッタしてクロム回路表面の酸化クロム膜を除去した後、ＩＴＯ膜をスパッタ成膜した。逆スパッタ条件は以下の通りとした。
チャンバー内圧力      ：  １．５ｐａ、
スパッタガス          ：  アルゴン７００ｓｃｃｍ、
基板寸法              ：  ６インチ角、
パルスディユーティー比：  ４０％、
パルス周期            ：  １００ｋＨｚ、
パルス最高電位        ：  ＋３５Ｖ、
パルス最低電位        ：  −３００Ｖ
投入電力              ：  ２００Ｗ
逆スパッタ時間        ：  ５分間
正スパッタ成膜時間    ：  ３分間
上記条件で逆スパッタをしたところ、各作業中ともに異常アーク放電は起こらず、密着性が良くて電導性の良いＩＴＯ膜を形成することができた。
【００２１】
（実施例２）
図５に示したアルミナ製の絶縁板を使用した図４に示すスパッタ装置を使用して、２００ＷのＤＣパルス電力を印加してアルゴンスパッタを発生させ、ガラス基板上に形成されたアルミニウム素子回路の表面の酸化アルミを逆スパッタして清浄化した後、金属チタン薄膜をスパッタ成膜したところ、良好なオーミック接合をしていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のスパッタ装置の一例を示す図である。
【図２】基板ホルダーの一部断面を示す図である。
【図３】基板に印加される電位を示すである。
【図４】本発明のスパッタ装置の他の例を示す図である。
【図５】図４に示すスパッタ装置の基板ホルダーの一部断面を示す図である。
【図６】従来の高周波スパッタ装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１・・・・・真空チャンバー、２・・・・・被処理基板、３・・・・・ターゲット、４、５４・・・・・基板ホルダー、５・・・・・ターゲットサセプター、６・・・・・直流パルス電源、９・・・・・シャッター、１０、２０、５０・・・・・スパッタ装置、２１・・・・・電子回路、２２・・・・・金属酸化物膜、１４・・・・・絶縁物、１５・・・・・絶縁板、５６・・・・・高周波電源、５７、５８・・・・・マッチングボックス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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