(57)【要約】【課題】量産対応のスパッタリング装置において、基板を入れ替えることによりプラズマ放電が不安定になることを抑制し、膜中への不純物混入による品質低下などが発生しないスパッタリング方法を提供する。【解決手段】回転テーブル６４、チムニ型防着板６７などのプラズマ放電空間近傍の構成物や電位関係の変化に同期させて、ターゲット６３に対して高周波電源６９から供給している高周波電力を制御し、プラズマの不安定要因を除去して不純物混入のない高品質な成膜を行なうスパッタリング方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に設けたターゲットに電圧を印加してプラズマを発生させ、前記ターゲットと対向する堆積位置に基板を移動し、前記ターゲットのターゲット材料を前記基板に堆積させて膜形成するスパッタリング方法であって、
前記ターゲットと対向しない非堆積位置から前記ターゲットと対向する前記堆積位置に前記基板を移動している間、前記ターゲットに印加する電圧を低減させて前記ターゲット材料の前記基板への堆積を停止させることを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項２】
同一の前記基板を、非堆積位置から堆積位置へと移動して繰返し前記基板に前記ターゲットを堆積させて膜形成する請求項１記載のスパッタリング方法。
【請求項３】
前記ターゲットの外周に設けた筒状の防着板の開口部から前記基板全面が外れて移動している間、前記ターゲットに印加する電圧を低減させて前記ターゲット材料の前記基板への堆積を停止させることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング方法。
【請求項４】
基板に膜形成する材料となるターゲットを有し、当該ターゲットに電圧を印加するカソード部と、
複数の前記基板を搭載し、前記ターゲットと対向する堆積位置に前記基板を繰返し移動させる回転テーブルと、
前記カソード部の外周に設けた筒状の防着板と、
前記カソード部と前記回転テーブルと前記防着板を内部に設ける真空室を有し、当該真空室を真空にし所定のガスを導入するガス導入系を備え、アース電位としている真空チャンバとを具備し、
前記回転テーブルが、前記ターゲットと対向しない非堆積位置から前記ターゲットと対向する前記堆積位置に前記基板を移動させている間、前記カソード部は、前記ターゲットに印加する電圧を低減させてターゲット材料の前記基板への堆積を停止させることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項５】
前記回転テーブルが、前記防着板の開口部から前記基板全面が外れて移動させている間、前記カソード部は、前記ターゲットに印加する電圧を低減させて前記ターゲット材料の前記基板への堆積を停止させることを特徴とする請求項４記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
筒状の前記防着板は、前記ターゲットと対向する前記基板に近接させて設けた請求項４記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記カソード部は誘電体材料よりなるターゲットを備え、前記防着板の表面にはアルミニウムと銅の合金層を設けた請求項４記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング現象を用いて基板に薄膜を形成する際、プラズマ放電の安定維持およびプラズマ放電の安定性が崩れることによって引き起こされる放電空間内構成物（防着板材料など）に代表される不純物の膜中への混入を防ぐスパッタリング方法及びそれを用いるスパッタリング装置を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
試作用スパッタリング装置では、バッチ式で数枚の基板を処理するものがほとんどだが、量産対応のスパッタリング装置では、例えば２５枚単位でウエハカセットから取り出し機構により大気−真空を切り替えるロードロックチャンバを介して装置内に投入され、成膜を終えて再びウエハカセットに戻されるものが主流になっている。
【０００３】
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、特許文献１が知られている。
【０００４】
図３は、前記特許文献１に記されているスパッタリング装置の構成図である。以下、図を用いて従来例を説明する。
【０００５】
チャンバベース１８とチャンバフレーム１７で真空チャンバ１４を形成している。その真空チャンバの内部に回転自在に設置され、複数の基板１０が回転円上の取り付け位置に配してそれぞれに取り付けられた回転テーブル１９と、前記のように配置された基板と対向する位置にターゲット１１が配置されている。チャンバ内のターゲット付近に、例えばＡｒなどの不活性ガスを導入し、ターゲットに直流もしくは交流の電圧を印加することによりプラズマを発生させる。前記回転テーブルの回転動作によって、成膜をしようとする基板がターゲットに対向する位置で位置決めされ、成膜が行われる。このようにして順次基板上に薄膜が形成され、すべての基板に対して成膜を行なうと処理が完了する。基板がターゲットと対向する位置に静止して成膜を行なう場合を説明したが、回転テーブルが連続して回転した状態で成膜することも可能である。このように、一度に複数の基板を成膜処理する機構をもったスパッタリング装置が開発されている。
【特許文献１】特開平１１−１００６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スパッタリング装置の量産対応が進むに従い、真空チャンバ内の基板、ターゲットやチャンバ内構成物の相互影響も変わってきている。従来の実験室レベルの試作用スパッタリング装置であれば、プラズマ放電空間近傍にほとんど構成物が存在しないか、また、あってもプラズマ放電の不安定性につながるような移動などの動きが少ないものであった。しかし量産対応のスパッタリング装置においては、例えばプラズマ放電を維持したまま成膜済の基板と成膜前の基板を入れ替えるなどの機構動作を行なう構造がプラズマ放電空間（近傍）に存在する。その際、プラズマ放電空間の電位分布や空間形状が変化することに伴い、プラズマ放電が不安定になるという問題を有していた。
【０００７】
そのプラズマ放電を不安定にする不安定要素について、図４を用いて具体的に説明する。図４は、真空チャンバ内の下面にターゲットを含むカソード機構が設置され、そのターゲットに対向する位置に順次基板を送り出す基板を複数搭載することができる回転テーブル機構を持ったスパッタ装置において、実際にプラズマ放電を発生させ、その出力を維持したまま、一定の間隔をもって回転テーブルの静止と回転動作を行なった際のプラズマ関連パラメータをモニタリングしたものである。横軸が時間軸、縦軸単位はそれぞれのパラメータにより異なり、電圧（交流成分）７１と電圧（直流成分）７２については［Ｖ］、電力（反射波）７３については［Ｗ］である。この例では一定時間回転テーブルを静止させたままスパッタリング成膜を行ない、一定時間ごとにターゲットに供給する高周波電力値を維持したまま回転テーブルを９０°回転させた。回転時に前記３つのモニタリング値に変動７４が見られる。これは、プラズマ放電を維持したまま回転テーブルを動作させたことにより放電空間の容積や電位関係が変化し、プラズマが一時的に不安定になっていることを示唆している。プラズマが不安定になるということは、プラズマ放電空間において局所的に電位が高くなる部分が発生し、外部より電圧を印加していないアース電位の防着板等に大きなエネルギーを持ったイオンの突入が発生し、それによりスパッタリングされた防着板の構成元素や防着板の付着物が膜中に混入して不良原因となる場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のスパッタリング装置では、プラズマ放電空間の状況が電気的、あるいは機械的に変化する時に、ターゲットに供給している電力を制御することによってプラズマ放電の安定性を維持し、スパッタリングにより形成する膜中に不要な不純物を混入させないスパッタリング装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によって、プラズマ放電の不安定性に起因する異常放電や、異物（不純物）となる構成材料が膜中に混入することによって引き起こされる形成膜の特性不良をなくすことができ、量産対応型装置としての性能、例えばスループット（一定時間に処理する量）などを維持したまま形成する薄膜の特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明を実施するための最良の方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
まず、実施の形態１を用いて、本発明の請求項１〜７に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明のスパッタリング方法を実現するため、それに用いるスパッタリング装置の概要を示したものである。ステンレス製の真空チャンバ６１により形成される真空室６２の中に、主な構成部品としてチャンバ６１下部にターゲット６３を有したカソード部８０を配置している。真空室６２は高真空排気系（図示していない）によって空気を適宜排気する。アース電位の真空チャンバ６１からテフロン（登録商標）部材によって電気的に絶縁されたターゲット６３と、ターゲット６３を有するターゲット部と約２ｍｍの間隔をもってアースシールド６６がカソード部８０近傍に取り付けられている。本実施の形態では、ターゲット６３として誘電体材料であるチタン酸ジルコン酸鉛を用いた。前記アースシールド６６となるアースリングに筒状防着板６７をボルトで締結することでターゲット６３の外周近傍に取り付けた。これは、プラズマ放電領域を一定に保持するためのもの、およびチャンバ６１内へのスパッタされた粒子の不要な飛散を防止するものである。本実施の形態では、ターゲット材料として誘電体物質を使用していることから、該筒状防着板６７の内面には付着した膜の剥離を防止するために、アルミ−銅系合金を溶射している。
【００１３】
前記真空室６２内には、基板６５を搬送するための回転テーブル６４が配置されている。回転テーブル６４は円形をしており、その中心を軸として回転する。そして所定直径の円周上に基板６５が搭載されている。基板６５はロードロックチャンバ（図示していない）より、ロボット（図示していない）等の動作により回転テーブル６４上に載置される。基板６５は回転テーブル６４の動作により、前記ターゲット６３材料を堆積させるために前記ターゲット６３に対向する位置（堆積位置）に搬送されたり、堆積した膜の結晶性を向上させ安定化するために前記ターゲット６３と向かい合わない部分（非堆積位置）に搬送されたりする。回転テーブル６４の動作は、連続回転、間欠送り、静止をすることが可能である。本実施の形態では、一定時間静止し対向させた状態でスパッタリング成膜を行った後、回転テーブル６４を動作させて次の基板６５をターゲット６３と対向する位置に搬送する方式、すなわち間欠送り方式について説明する。前記筒状防着板６７と、前記回転テーブル６４との隙間は、５ｍｍと狭いギャップで近接させて構成してある。それによりターゲット６３近傍に設けた防着板６７の開口部近傍のみが均一な膜材料の堆積を行なうのに適している。
【００１４】
スパッタリング成膜を行なう際は、ガス導入系６８により、アルゴンガスと酸素ガスを導入し、調圧機構（図示していない）により所望の圧力に調整し、ターゲット６３に高周波電源６９より電圧を印加してプラズマ放電を発生させる。設定電力に到達すると、回転テーブル６４の動作により成膜対象の基板６５をターゲット６３と対向する位置に搬送してスパッタリング成膜を開始する。
【００１５】
次に図２を用いて本発明のスパッタリング方法について説明する。図２（ａ）は、本実施の形態におけるターゲット６３に供給する高周波電力と、回転テーブル６４の速度の挙動をタイミングチャートの形で示した図である。横軸は時間、縦軸は任意単位でそれぞれの挙動を示している。高周波電力は成膜時出力と回転時出力の２種類である。一方、テーブル回転速度は静止と回転の二種類の動作がある。高周波電力とテーブル回転速度は同期して変化させており、テーブル回転時に高周波電力を減少させターゲット材料の堆積を停止させている。本実施の形態ではチャンバ６１内で４５秒毎にテーブルを回転させてチャンバ６１内の複数の基板６５の入れ替えを繰り返し行なって同一基板６５に対しても繰り返し膜成形を行なっている。図２（ｂ）は、図２（ａ）のテーブル回転時の部分を詳細に示したものである。回転テーブルが静止してスパッタリング成膜を行なっている状態から、テーブルを回転し始めて基板６５全面が防着板６７の開口部から完全に外れて成膜されなくなる０．２秒後に高周波電力を成膜時出力から回転時出力に減少（低減）させる。この０．２秒の遅れを持たせたことにより回転と同時に高周波電力を減少させた場合、すなわち基板６５に低い電力でスパッタリングされた膜が付着してしまうことを避けることができ、安定した均一な成膜が行なえる。電力が変わるときに生じる膜の組成や膜密度が変化することを抑制し高品質の成膜が行なえる。従って、テーブル６４が回転を開始して基板６５がスパッタリング成膜されない位置に移動するのに必要な時間の後高周波電力を減少させるということで０．２秒のディレーを設けてある。テーブル回転終了時には同様の理由から、次なる基板６５がスパッタリング成膜される位置にさしかかる前、すなわち防着板６７の開口部に基板６５の一部が突入する直前に高周波電力を成膜時出力に戻す。本実施の形態では、テーブル回転時間が１．５秒とした。この時間は、回転テーブル６４の大きさや一回あたりの移動距離により決定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明のスパッタリング方法を実施することで、テーブル回転時に限らず、プラズマ放電空間近傍の構成が変化する際のプラズマの不安定性を解決することができ、膜中への異物混入の抑制による薄膜の特性および品質の向上が実現できるスパッタリング装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるターゲット供給電力と回転テーブルの動作チャート図
【図３】従来技術のスパッタリング装置の構成を示す断面図
【図４】従来技術で成膜を行なった時のプラズマ関連パラメータの挙動を示す図
【符号の説明】
【００１８】
６１  真空チャンバ
６２  真空室
６３  ターゲット
６４  回転テーブル
６５  基板
６６  アースシールド
６７  チムニ型防着板
６８  ガス導入系
６９  高周波電源
７１  電圧（交流成分）
７２  電圧（直流成分）
７３  高周波電源出力（反射波）
８０  カソード部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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