(57)【要約】      （修正有）【課題】スパッタリングシステムにおいてイオン密度とスパッタ率を制御する方法を提供する。【解決手段】一実施形態では、第１のパルス幅の電力信号がカソードに印加されて、それによってより高濃度のイオンを生成させる。次に、この第１のパルス幅の電力信号のパルス幅を減少させて、それによってスパッタ率を増加させ、かつカソード周辺でのイオン密度を減少させる。さらにこのプロセスを繰り返して変調信号を作成する。この変調信号を用いてスパッタリングシステムのイオン密度とイオンエネルギーを制御する。【選択図】図１７Ｂ
2007016314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのカソードを含むスパッタリングシステムにおいてイオンを制御する方法であって、
変調電力信号を発生させるステップと、
前記変調電力信号を前記カソードに供給するステップと
を含む方法。
【請求項２】
変調電力信号を生成するステップが振幅変調電力信号を生成するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
変調電力信号を生成するステップが周波数変調電力信号を生成するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
変調電力信号を生成するステップがパルス幅変調電力信号を生成するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
変調電力信号を生成するステップがパルス振幅変調電力信号を生成するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記スパッタリングシステムがスパッタリングしている間に、前記変調電力信号の特性を能動的に変えて、それによって膜成長に影響を与えるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記変調電力信号が直流信号を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記変調電力信号が交流信号を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記変調電力信号の変調を変化させてイオン密度を増加させるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記変調電力信号の変調を変化させてイオン密度を減少させるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
スパッタリングシステムにおいてイオン密度を制御する方法であって、
電力信号を前記スパッタリングシステムに供給するステップと、
前記電力信号の少なくとも１つの特性を変化させてイオン密度を制御するステップと
を備え、
前記特性が、振幅、周波数、幅、反復レート、および位置の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項１２】
スパッタリングシステムにおいてイオン密度およびスパッタリングレートを制御する方法であって、
高周波数の電力信号を前記カソードに印加して、それによって第１の濃度のイオンを生成するステップと、
前記カソードに印加された前記電力信号の前記周波数を減少させて、それによって前記スパッタリングレートを増加させ、かつ前記カソード周辺での前記第１の濃度のイオンを減少させるステップと、
前記高周波数の電力信号を前記カソードに印加して、それによって第２の濃度のイオンを生成するステップと、
前記カソードに印加された前記電力信号の前記周波数を減少させて、それによって前記スパッタリングレートを増加させ、かつ前記カソード周辺での前記第２の濃度のイオンを減少させるステップと
を備える方法。
【請求項１３】
スパッタリングシステムにおいてイオン密度およびスパッタリングレートを制御する方法であって、
第１のパルス幅の電力信号を前記カソードに印加して、それによって第１の濃度のイオンを生成するステップと、
前記カソードに印加された前記第１のパルス幅の電力信号の前記パルス幅を減少させて、それによって前記スパッタリングレートを増加させ、かつ前記カソード周辺での前記第１の濃度のイオンを減少させるステップと、
前記第１のパルス幅の電力信号を前記カソードに印加して、それによって第２の濃度のイオンを生成するステップと、
前記カソードに印加された前記第１のパルス幅の電力信号の前記パルス幅を減少させて、それによって前記スパッタリングレートを増加させ、かつ前記カソード周辺での前記第２の濃度のイオンを減少させるステップと
を備える方法。
【請求項１４】
スパッタリングシステムにおいてイオン密度およびスパッタリングレートを制御する方法であって、
高振幅の電力信号を前記カソードに印加して、それによって第１の濃度のイオンを生成するステップと、
前記カソードに印加された前記電力信号の前記振幅を減少させて、それによって前記スパッタリングレートを増加させ、かつ前記カソード周辺での前記第１の濃度のイオンを減少させるステップと、
前記高振幅の電力信号を前記カソードに印加して、それによって第２の濃度のイオンを生成するステップと、
前記カソードに印加された前記電力信号の前記振幅を減少させて、それによって前記スパッタリングレートを増加させ、かつ前記カソード周辺での前記第２の濃度のイオンを減少させるステップと
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、スパッタリング用電源およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]被覆基板は、ほぼ全ての場所で見受けられ、今日の消費者製品、太陽光関連製品、ガラスにとって重要である。例えば、被覆基板を用いる一般的な消費者製品には、携帯電話用のディスプレイ、コンピュータ用フラットパネルディスプレイ、フラットパネルテレビ、携帯情報端末、およびデジタル腕時計がある。このような被覆基板は、一般に、特定の基板上に、薄い層を堆積することによって形成される。多くの場合、この堆積した材料は、光を透過し、電流を通す透明導電性酸化物（ＴＣＯ）である。例示的なＴＣＯには、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）やアルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）を含むが、当業者にはその他のＴＣＯも明らかである。
【０００３】
[0003]メーカは、スパッタリングとして知られているプロセスを用いてＴＣＯや他の膜を基板上に堆積する。このスパッタリングには、ターゲットをイオンに衝突させることによりターゲットを原子化することが含まれる。ターゲットからスパッタリングされた原子は、スパッタリングプロセスの最中に、通常はターゲット近傍を通過する基板上に堆積される。スパッタリングされた原子は、基板上に集積し、結晶を形成し、最終的には膜を形成する。高密度でかつ高品質な結晶が、高品質な膜にとっては重要である。
【０００４】
[0004]図１から図４に、実際のスパッタリングプロセスの一態様を示す。例えば、図１に、「回転式マグネトロン」として知られるスパッタリングシステムを示す。このシステムは、多くの場合、コーティングガラスに用いられる。この基本的な回転式マグネトロンには、回転式のカソード１０およびターゲット１５が含まれており、どちらも真空チャンバ２０内に位置する。この真空チャンバ２０には、ガスを導入するためのガス導入口２５と、真空チャンバ２０からガスを排出するためのガス排出口３０とが含まれる。この基本的なシステムには、また、電源３５が含まれ、この電源は、数ある中でも、交流（ＡＣ），直流（ＤＣ）、または無線周波数（ＲＦ）ベースの電源が用いられる。この電源３５は、エネルギーをカソード１０に供給して、プラズマがカソード１０の周囲で形成されるようにチャンバ２０内のガスを励起する。このプラズマによって発生したガスイオンは、イオンがターゲット１５に衝突し、ターゲット１５の原子をスパッタリングするように、回転式カソード１０内にある磁石アセンブリ４０によって集束させられる。また、この回転式マグネトロンシステムには、スパッタリングプロセスの最中に、カソード１０近傍で基板を移動させる基板搬送システム４５が含まれる。ターゲット１５からスパッタリングされた原子は、基板上に定着し、膜を形成する。
【０００５】
[0005]図５に、別のスパッタリングシステムの部分的な断面を示す。このシステムは、回転式のカソードやターゲットではなく、平板型のカソード５０と平板型のターゲット５５を用いていることから「平板マグネトロン」と呼ばれる。回転式マグネトロンのように、平板マグネトロンは磁石６０を用いて、プラズマからのイオンをターゲット５５に衝突させる。この平板マグネトロンは、通常、ディスプレイ用の薄膜を供給するのに用いられる。
【０００６】
[0006]図３に、平板マグネトロンに含まれる磁石アセンブリ７０が発生させた磁場６５を示す。この磁場は、電子や２次電子がレーストラックを通過し、あるいはその周辺に浮遊する際に、イオンを発生させるスパッタリングカソードの表面上および表面近傍にその電子を閉じ込める。発生したイオンは、ターゲット（図２に要素５５として示す）に衝突を与える。図２でわかるように、この衝突は、ターゲット５５の特定の部分に強く集中する。例えば、ターゲット５５の２つの部分７５は、著しくスパッタリングされるが、ターゲット５５のその他の部分は、あまり変化していない。このスパッタリングプロセスによって形成されたパターンが、「レーストラック」として知られている。図４に、レーストラック８０が十分に形成された平板型ターゲット７５を示す。このターゲット７５は、本来は、矩形ブロックであり、スパッタリングプロセスによってレーストラックエリア８０の材料が原子化され、基板上に堆積されたものであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
[0007]薄膜を必要とする製品の増加により、薄膜業界は、近年、薄膜の品質にますます重点を置いてきている。低品質な薄膜は、基板上に集積する不要なデブリ、および／または基板上に不十分に形成される薄膜により生ずることが多い。薄膜業界は、この膜質に関する問題を、電源の変更やイオンアシスト堆積プロセスの導入などのさまざまな方法で取り組んできた。しかし、この業界では、この新たな薄膜用件に対して、そのデブリや膜形成問題への信頼性が高く、効率的で、かつビジネス上実用的な解答はいまだに得られていない。
【０００８】
[0008]成膜業界（厚膜と薄膜の両方）が直面するデブリの問題には、２種類のデブリタイプが含まれる。第１のタイプのデブリには、ターゲットに起因するデブリが含まれ、第２のタイプのデブリには、成長中の膜自身および基板キャリアに起因するデブリが含まれる。この第２のタイプのデブリは、多くの場合、ターゲットに起因するデブリが膜に影響を与えた後に発生する。ターゲットに起因するデブリは、多くの場合、ノジュールや電気アークの結果である（ノジュールは、ターゲット上に材料が積み重なったものであり、多くの場合、スパッタリングされた材料が、基板上ではなくターゲットやカソード上に堆積されて形成される）。
【０００９】
[0009]図５に、カソード９０上、および／またはターゲット９５上に形成される典型的なノジュール８５の例を示す。この例では、カソード９０およびターゲット９５は、隣接する別個の構成要素として示される。例えば、ターゲット９５はＩＴＯから形成され、カソード９０に接合あるいは結合される。通常、システムは、ＩＴＯターゲット９５をスパッタリングすべきであり、そのターゲット９５を支持するカソード９０をスパッタリングするものではない。他の実施形態では、カソード９０およびターゲット９５は、単一ユニットとして一体化される場合もあるし、回転式の場合もある。
【００１０】
[0010]このスパッタリングシステムでのプラズマは、アルゴンガス１００から形成される。電源（図示せず）によって、カソード９０に電力が供給されてガスはイオン化し、それによって正に帯電したイオン１０５を形成し、そのイオン１０５は、負に帯電したカソード９０およびターゲット９５に引きつけられる。カソード９０に印加された電力は、この態様では定常状態の直流である。当然のことながら、当業者であれば、他のタイプの電力を用いることも可能であろう。
【００１１】
[0011]イオン１０５が一旦形成されると、このイオン１０５と、負に帯電したターゲット９５との間での電気的引力により、ターゲットへ衝撃が加わり、ターゲット材料のスパッタリングが行われる。スパッタリングされた材料は、大部分が基板１１０上に膜１１５として堆積される。しかし、スパッタリングされた材料の一部は、カソード９０、および／またはターゲット９５上に再堆積してノジュール８５を形成する。
【００１２】
[0012]ノジュールは、重大な問題を引き起こす可能性があり、そのうち最も重大な問題は、アークとデブリである。負に帯電したターゲットに向かって引きつけられる正に帯電したイオンは、ノジュール上に集積し、そのノジュールが物理的に成長し、あるいは過剰成長する原因となる。そして、イオンがノジュール上に溜まるにつれて、ノジュールとターゲット表面の間で電位が生じ、その表面に沿って電流が流れる。そして、ある時点で、熱ストレスまたは絶縁破壊のいずれかによって、ノジュールとターゲット表面との間で、アークが生じる。基本的に、このアークによってノジュールは破裂して、粒子を基板に向けて吹き飛ばし、その結果、デブリが形成される。この粒子は、流星が月に影響を与えるのと同じように成長中の膜に影響を与える。
【００１３】
[0013]膜に影響を与えるターゲット粒子は、次の３つの問題を引き起こす可能性がある。まず第１に、この粒子は、膜上で成長している結晶を壊す可能性がある。場合によっては、この影響によって膜表面に大きな傷が付いたり、クレーターが生じたりする。第２に、ターゲットに起因するデブリが、遊離して存在する膜粒子を壊し、その結果、堆積プロセス中に、膜に影を残す可能性がある。この粒子は、その後、膜の他の部分に再堆積する。最後に、ターゲットから吹き飛ばされた高温のデブリは、特に、ポリマー上に成長している場合は、成長中の膜を焼く可能性がある。
【００１４】
[0014]たとえ、膜成長をデブリが妨げなくても、膜は、正しく形成しない場合もある。微結晶質、不均一な膜成長、および化学量論に関する重大な問題が成膜メーカを悩ませる。これらの特性の一部は、測定が可能であり、バルク材料の導電率の測定値からバルク抵抗も計算できる。膜質に関する問題を解決する１つの方法にイオンアシスト堆積がある。イオンアシスト堆積システムは、一般に、スパッタリングシステムに、別個のイオンソースを付加したものである。この特別なイオンソースは、膜の成長中に、その膜を定着させ緻密化するのに役立つ。このイオンソースは、カソードやターゲットとは異なり、非常に高価である。この高額な費用のために、イオンアシスト堆積は、広く採用されるには至っていない。
【００１５】
[0015]従って、膜成長をアシストし、また、上記の問題を含むが、それに限定されることなく現在の技術に伴って存在する問題を解決するためのシステムと方法とが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
[0016]図面に示した本発明の例示的な実施形態を以下に要約する。これらと他の実施形態は、「詳細な説明」の項でさらに十分に説明する。しかし、当然のことながら、本発明は、この「発明の概要」、あるいは「詳細な説明」に記載した形態に限定されることを意図するわけではない。当業者であれば、請求項で表現する本発明の精神と範囲とに含まれる多くの変更、等価物および代替構成があることは理解できよう。
【００１７】
[0017]一態様では、スパッタリングシステムにおけるイオン密度とスパッタ率を制御する方法を含むものである。一実施形態では、第１のパルス幅の電力信号がカソードに印加されて、それによってより高濃度のイオンを生成する。次に、この第１のパルス幅の電力信号のパルス幅を減少させて、それによってスパッタ率を増加させ、かつカソード周辺でのイオン密度を減少させる。さらにこのプロセスを繰り返して変調信号を作成する。
【００１８】
[0018]他の態様（以下においてその幾つかを説明する）では、他の変調電力信号が用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
[0019]本発明のさまざまな目的および効果、さらにより詳細な理解は、添付の図面と共に、以下の「詳細な説明」および添付の請求項を参照することにより明らかであり、より容易に理解されよう。
【００２０】
[0020]図面に関しては、似ている、または類似の要素は、複数の図面を通して同一の参照番号で示される。また、特に図６Ａおよび図６Ｂに関しては、これらの図面は、パルス直流電源を含むスパッタリングシステムのアーク防止機能を示す。この図では、パルス直流電源（図示せず）を用いてパルス直流信号がカソード９０に供給される。
【００２１】
[0021]図６Ｂは、図６Ａに対応するパルス直流信号を示す。安定電圧１２０は、マイナス１００Ｖ（−１００）近辺であることに留意されたい。周期的間隔で、電源は、電圧を短時間反転させる。例えば、この電源は、３〜４マイクロ秒の正のパルス１２５をカソード９０に供給できる。この正のパルス１２５は、ターゲット９５およびカソード９０を正に帯電させる。図６Ａは、「＋」サインで示したこの電荷をターゲット９５に反映した状態である。アルゴンイオン１０５もまた正に帯電しているので、それらは、ターゲット１９５上の同じ正電荷で反発され、一方では、同時に、電子が、プラズマ本体からカソードに向かって進み、正イオンと再結合してそれらを中性化させ、帯電した電荷を除去するということが起こる。このようにして、反転パルス１２５は、蓄積したイオンの一部をノジュール８５から放出し、この反転状態（正電圧）の間に、基板方向に出ていくバルクプラズマのイオンが、より一層、基板に向かって送られやすくなり、成長中の膜にイオン衝突を与える。ノジュールは残るかもしれないが、ノジュール上のイオン、およびノジュール８５とターゲット表面との間のアーク電位は大幅に減少する。
【００２２】
[0022]さらに図６Ｂに関して言うと、反転パルス１２５の後に、電源は、通常の動作状態に戻る。つまり、電源は、順方向パルス１３０を供給し、ついで、約マイナス１００（−１００）Ｖの安定電圧１３５を供給する。反転パルスの周波数と持続時間、反転パルス電圧、および安定電圧は、ターゲット材料や、同じ材料でもターゲット品質に応じて変えることができる。さらに、これらのパラメータは、同じターゲットに対してでも時間に応じて変える場合がある。当業者であれば、使用する特定のターゲットに対してどのように正確なパラメータを選択するかは自明であろう。
【００２３】
[0023]図７に、定常状態の直流電圧を用いたスパッタリングによって得られた膜特性を示す。このシステムでは、定常状態の直流電圧（約３００Ｖ）が、カソード９０およびターゲット９５に印加される。イオン１４５が、ターゲット９５に衝突し、スパッタリングされた材料１４０が基板１１０上に膜１１５として集積する。
【００２４】
[0024]しかし、この膜１１５は均一ではない。この膜は、導電性に悪影響を与える複数の間隙を含む。このような間隙は、結晶が正しく形成されず、しかも、膜が高品質ではないことを示す。
【００２５】
[0025]不完全結晶、および間隙は、堆積不良、および／または膜に影響を及ぼす高エネルギー粒子によって生じる可能性がある。例えば、不必要に高いカソード電圧は、スパッタリングされた原子１４０、反射された中性原子１５０、あるいは生成したイオン１４５に過大なエネルギーを与える可能性がある。この高エネルギー粒子は、成長中の膜１１５に影響を与え、膜に乱れを生じる。従って、カソード９０の電圧制御は、高品質膜を生成するのに有用となる。
【００２６】
[0026]ここで、図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、この図では、重畳されたＲＦ波形とパルス直流波形（ＲＦは図示せず）とを用いたスパッタリングプロセスの３つの段階が、段階ごとに示される。段階１では、重畳されたＲＦ信号を備えたパルス直流電圧が、カソードおよびターゲットに印加される。この定常状態の直流電圧は、およそ１００Ｖ〜１２５Ｖであり、ＲＦ波形は、１３．５６ＭＨｚで、＋／−８００Ｖ交流〜２２００Ｖ交流であるが、この周波数に限定されることはない。この重畳されたＲＦ信号または他の変調信号を用いて、カソード電圧を減少させることができ、イオン／堆積エネルギーをよりうまく制御することができる。同様に、スパッタリングされた材料１４０のエネルギーも、より低いカソード電圧によってよりうまく制御することができる。
【００２７】
[0027]段階１の間に、ターゲット９５はイオン１４５によって衝突され、ターゲット９５はスパッタリングされる。段階１では、スパッタリングされた材料１４０が高密度であることに留意されたい。スパッタ率は高く、イオン密度は低く、電子１５５密度は高い。
【００２８】
[0028]段階２では、電源（図示せず）は、カソード９０に印加されている直流信号を反転させる。例えば、電源は、プラス５０Ｖから２５０Ｖの間の電圧をパルス印加する。この段階２の間は、スパッタ率は低い。段階１と比較してスパッタリング種１４０が少ないことに留意されたい。
【００２９】
[0029]しかし、段階２では、段階１と比較するとイオン１４５（負に帯電した所望の酸素イオンを含む）の生成が多い。この増加したイオン数は、段階３でターゲットに衝突するのに利用可能となる。また、この増加したイオン数は、成長中の膜１１５にも穏やかに影響を及ぼし、スパッタリングされた材料を緻密化し定着させ、それによって膜中の間隙を埋める。このプロセスを、膜表面のイオン１４５によって表す。
【００３０】
[0030]最後に、電源は、段階３で電圧を定常状態に戻す。この段階は段階１と類似しており、スパッタリングされた材料１４０を生成して膜１１５の成長を続ける。
【００３１】
[0031]このスパッタリング、堆積、イオン生成、およびコンパクト化のサイクルにより、より高品質な膜が生成される。基本的に、このようなサイクルは、膜１層をスパッタリングし、その層を緻密化し、ついで次の層をスパッタリングする。パルス直流へのＲＦの重畳は、このようなサイクルを生成する１つの手段である。他の変調信号によっても、類似の結果をもたらすことができる。
【００３２】
[0032]図９Ａおよび９Ｂに、パルス直流がある場合とない場合とで重畳されたＲＦを用いた利点を示す。ＲＦおよびパルス直流の組み合わせをカソード９０に印加することによって、良いスパッタリング結果を実現することができる。このタイプの膜の例示的な説明図を図９Ｂに示す。このシステムでは、カソード９０は、パルス直流波形、および重畳されたＲＦ信号または他の変調信号によって電力を供給される。得られた膜１１５は、均一で、十分に緻密化されている。
【００３３】
[0033]図９Ａに、図９Ｂのシステムよりはやや劣った膜１１５を生成するシステムを示す。ただし、図９Ａに示すシステムも、良好な膜を生成することができる。このシステムの場合、カソード９０は、定常状態の直流電圧と重畳されたＲＦ信号とによって電力を供給される。得られた膜には、スパッタリングされた原子間に複数の間隙がある可能性がある。
【００３４】
[0034]図１０は、イオンエネルギー（ＥＶ）と膜質（バルク抵抗）との関連を示す例示的な図である。この図中の特定の値は、ターゲット材料に応じて変化する場合があるが、全体的な曲線は説明に役立つ。イオンエネルギーが低い（〜１ＥＶ）場合は、膜質は低下する（バルク抵抗が高いほど、膜質は劣る）。また、イオンエネルギーが非常に高い（〜１０００ＥＶ）場合も、膜質は低下する。しかし、イオンエネルギーが中程度、例えば、３０〜１５０ＥＶの範囲で、かつ周波数を通じてイオン密度が制御される場合は、膜質は高くなる。この図は、スパッタリングプロセスの際にイオンエネルギーを制御することによって膜質が制御できることを明示する。あまりにも低いエネルギーのイオンでは、膜中の原子間で連鎖的に起こる衝突を引き起こさない。つまり、あまりにも低いエネルギーのイオンは、膜の原子を緻密化し、（原子のシャドウイングの減少によって）間隙を除去するのには役に立たない。また、あまりにも高いエネルギーのイオンは、成長中の膜結晶を破壊し、実際に間隙や粒界の数を増加させる可能性がある。イオンエネルギーを制御する１つの方法は、本明細書中で説明した重畳されたＲＦまたは他の変調電源を含む電力システムを用いることである。
【００３５】
[0035]図１１Ａに、パルス直流波形を用いた電源の出力を示す。第１の波形は、周波数が３５０ｋＨｚであり、反転パルス持続時間は１．１μｓである。また第２の波形は、周波数が２００ｋＨｚであり、反転パルス持続時間は２．３μｓである。図１１Ｂに、これら２種類の直流波形に対応したイオンエネルギーを示す。イオンエネルギーは、高いレベルのスパイクを示し、これが基板上で成長する結晶を破壊する可能性があることに留意されたい。このようなスパイクを制限する電源は、高品質膜を生成するのに有用となる。
【００３６】
[0036]図１２に、本発明の原理に従って構成した電源１６０およびスパッタリングシステム１６５を示す。このシステムには、電圧スパイクを抑制またはクリッピングできる機能を含む変調電源１６０が含まれる。例えば、電源１６０には、ＲＦプラズマ電源に接続（ここでの「接続」とは、「一体化」も意味する）したパルス直流電源が含まれる。あるいは、ＲＦプラズマ電源に接続した直流または交流電源を含んでもよい。また、他の実施形態では、場合によっては、プログラム可能な変調電源と接続したパルス直流電源、直流電源、あるいは交流電源を含む。この変調電源は、場合によっては、周波数変調信号、振幅変調信号、パルス幅変調信号、パルス位置変調信号などを出力する（「スパッタリングシステム」とは、一体化した電源とスパッタリング装置とも言える）。
【００３７】
[0037]図１３に、本発明の原理に従って構成した電源とスパッタリングシステムの他の実施形態を示す。この態様には、ＲＦプラズマ源１７０、およびスパッタリングシステム１６５と接続したＲＦマッチングネットワーク１７５が含まれる。また、この形態には、パルス直流電源１８０、およびスパッタリングシステム１６５と接続したＲＦフィルタ１８５が含まれる。これら２つの電源からの信号は、組み合わされてスパッタリングシステム１６５を駆動する。当業者であれば、これらの構成要素をどのようにして接続して動作させるかは自明であろうから、本明細書では詳細な説明は省く。
【００３８】
[0038]図１４に、本発明の原理に従って構成した特定の電源を示す。「電源」には、共に作動する複数の電源、あるいは所望の波形を生成できる単一ユニットが含まれることに留意されたい。この態様では、２つの異なる電源、つまり、ＲＦ電源１９０とパルス直流電源２００とが結合し、単一の電源のように作動する。
【００３９】
[0039]アドバンスドエナジー（ＡＤＶＡＮＣＥＤ  ＥＮＥＲＧＹ）社製のモデルＲＦＧ３００１（３ｋＷ）ＲＦ電源によりＲＦ信号が供給される。アドバンスドエナジー社は、コロラド州フォートコリンズ（Ｆｏｒｔ  Ｃｏｌｌｉｎｓ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ）にある会社である。この電源は、アークを内部または外部から抑制するためにその構成を変更することができ、この電源からの出力は、アドバンスドエナジー社製の直流アーク検出およびシャットダウン回路付きＸＺ９０チューナなどのチューナ２０５に送給される。
【００４０】
[0040]この態様でのパルス直流電源は、ピナクル（ＰＩＮＮ交流ＬＥ）社製であり、内部アーク抑制付きの２０ｋＷの電源である。この電源からの出力は、高電流ＲＦフィルタボックス２１０に送給される。これは、標準的な空冷または水冷のＴ型またはパイ型フィルタである。そして、ＲＦフィルタボックスからの出力は、チューナからの出力と組み合わされスパッタリングシステムに供給される。
【００４１】
[0041]図１５に、本発明の原理に従って構成した電源およびスパッタリングシステムを示す。このシステムは、電源がパルス直流電力ではなく交流電源２１５である以外は図１３に示したシステムと類似している。
【００４２】
[0042]図１６〜１９に、変調交流電力信号を示す。この変調電力信号を用いて、スパッタリングシステムのイオン密度とイオンエネルギーとを制御することができ、それによって膜特性や膜質を制御することができる。これらの電力信号を用いて、前述のより高品質な膜を実現することができる。さらに、ＲＦ信号を、これらの変調電力信号に重畳して、さらに膜成長に影響を与えることができる。
【００４３】
[0043]振幅、周波数、およびパルス幅またはパルス位置での変化を通じて、スパッタリング種に対するイオンの比率、スパッタ率、およびイオンとスパッタリング種のエネルギーを制御することができる。同様に重要なことは、基板上での表面移動が生じる時間を制御する、一部の変調方法の能力である。
【００４４】
[0044]図１６Ａに、周波数変調電力信号を示す。周波数変調（ＦＭ）は、入力信号に従って、その瞬間の周波数の変化により、アナログまたはデジタル形式で情報を搬送波にエンコードすることである。図１６Ａの左端の波形に、任意の信号およびその周波数への影響を示す。
【００４５】
[0045]図１６Ｂに、イオン密度およびイオンエネルギーに対する周波数変調電力信号の影響を示す。パルス状の高周波数により、高濃度のイオンが作成される。より低い周波数領域の間は、スパッタ率が高く、より高い周波数領域の間は、スパッタ率は低い。スパッタリング種のイオンに対する比率は、この２つの異なる領域の間で変化する。スパッタ率が減少するに従って、イオン濃度が増加し、逆の場合もまた同じである。この変化により、膜成長を向上させる独自の原動力が得られる。
【００４６】
[0046]図１７Ａに、振幅変調電力信号を示す。振幅変調は、一連の信号パルスの振幅にメッセージ情報がエンコードされる信号変調の形式である。これが従来の説明であるが、プラズマ源の場合は、電圧、電流、および電力レベルを、所望の割合がどれだけであっても変調することができる。
【００４７】
[0047]図１７Ｂに、イオン密度とイオンエネルギーとに対する振幅変調信号によって生じる影響を示す。この振幅変調は、スパッタ率を変化させ、新しいタイプのプロセスおよび膜成長の制御を可能にする。
【００４８】
[0048]図１８Ａに、パルス幅変調信号を示す。パルス幅変調は、通信チャネル上でデータを表す方法である。パルス幅変調では、データのサンプル値は、パルスの長さで表される。
【００４９】
[0049]図１８Ｂに、イオン生成およびイオンエネルギーに対する変調パルス幅信号の影響を示す。パルス状の高周波数により、高濃度のイオンが作成される。パルス幅が長い領域の間は、スパッタ率は高く、パルス幅が短い領域の間は、スパッタ率は低い。スパッタリング種のイオンに対する比率は、この２つの異なる部分の間で変化する。
【００５０】
[0050]図１９に、パルス位置変調信号を示す。パルス位置変調は、メッセージ情報を、一連の信号パルス間の時間間隔にエンコードする信号変調方式である。他の変調信号と同様に、エンコードされた情報は、イオン密度およびイオンエネルギーを変化させる。
【００５１】
[0051]図２０〜２２に、変調直流電力信号を示す。この変調直流電力信号を用いて、スパッタリングシステムのイオン密度とイオンエネルギーとを制御することができ、それによって、膜特性および膜質を制御することができる。既存の直流および複合直流のスパッタリングのプロセスには、膜特性を効果的に制御する能力の点で、ある程度限界がある。この直流および複合直流のプロセスは、スパッタリングプロセス時のエネルギーを精密に制御する能力の欠如と同様に電力の限界を示す可能性があり、また現にそうである。スパッタリングカソードにパルス直流電源を用いることによって、スパッタリングエネルギーをうまく制御して多くの膜堆積プロセスや膜特性、特に導電性透明膜に利益をもたらした。このような制御は、これらの電源が、本質的に、ユーザの定義による周波数と強度とでプラズマを消灯し再点灯するという事実に基づいて実現される。このようないずれかのシステムでの電力パルスまたはプラズマ点灯の開始時ごとに、イオンを生成する電子エネルギー分布はより広がり、大部分のスパッタリング種およびイオンが発生する。直流および複合直流のプロセスでは、プラズマは、最初しか点灯されないために、この分布は、より低い平均電子エネルギー値に向かって安定化する。
【００５２】
[0052]この点を考慮すれば、パルス電力の場合は、平均電子／イオンエネルギーをより高い値に増加させるための多くの開始時やプラズマ点灯機会があり、その結果、このような利益をプロセスに与える。パルス持続時間とデューティサイクルとを制御することによって、電子／イオンエネルギーを制御することができ、生成した特定のスパッタリング種およびイオンの相対数を制御することができる。パルス電力を用いることによって、操作者は、より多くのスパッタリング薄膜の特性を効果的に制御することができる。
【００５３】
[0053]典型的なパルス直流電源を越えたエリア、つまり、ユーザが定義する周波数と、順方向および反転タイミングとを有する電源が、スパッタリングカソードへの出力電力および一般的なプラズマ源における新たなエリアである。この新しい方法およびシステムにより、１つまたは複数の方法で変調された電力が提供される。通常、この変調方法は、交流電源に役立ち、また直流電源にも役立つ。従って、このような直流システムの説明は、先に述べた交流システムの説明と類似している。
【００５４】
[0054]図２０に、パルス直流を用いたパルス振幅変調を示す。
【００５５】
[0055]図２１に、パルス直流を用いたパルス幅変調を示す。パルス幅変調では、データのサンプル値は、パルスの長さで表される。
【００５６】
[0056]図２２にパルス位置変調を示す。このパルス位置変調は、メッセージ情報を、一連の信号パルス間の時間間隔にエンコードする信号変調方式である。
【００５７】
[0057]交流での実施例と全く同様に、振幅、周波数、およびパルス幅またはパルス位置の変化を用いて、スパッタリング種に対するイオンの比率、スパッタ率、およびイオンとスパッタリング種のエネルギーを制御することができる。同様に重要なことは、基板上での表面移動が生じる時間を制御する、一部の変調方法の能力である。
【００５８】
[0058]要約すると、本発明の実施形態により、より高い歩留まり、より高い品質の薄膜、および標準的な直流、交流、およびＲＦスパッタリングプロセスと、最も適当なターゲット材料とで可能なものとは違った膜が可能になる。一実施形態では、これらは、スパッタリングエネルギー、イオン密度、スパッタ率、およびエネルギーを制御して膜成長の向上を図る能力を用いて実現される。当業者であれば、本発明における多くの変形形態や代替形態を構成することができ、また本明細書に記載の実施形態によって実現するものと実質的に同じ結果を実現する本発明の用法および構成も構築することができることは即座に理解できよう。従って、本発明は、開示した代表的な形態に限定されることを意図するわけではない。多くの変形形態、変更、および代替構成が、請求項で表現する本開示の発明の範囲と精神に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】スパッタリング用の例示的な回転式マグネトロンを示す。
【図２】例示的な平板マグネトロンおよびターゲットを示す。
【図３】例示的な平板マグネトロンの断面および対応する磁力線を示す。
【図４】平板型ターゲットに形成された例示的なレーストラックを示す。
【図５】ターゲット上に形成されたノジュールを示すブロック図である。
【図６Ａ】パルス直流電源のアーク防止能力を示す。
【図６Ｂ】図６Ａに対応したパルス直流波形を示す。
【図７】定常状態の直流電圧でスパッタリングして得られた膜特性を示す。
【図８Ａ】パルス直流に重畳したＲＦを含む電力信号でスパッタリングする場合のプロセスにおける３つのフェーズを示す。
【図８Ｂ】図８Ａに対応したパルス直流波形を示す。
【図９Ａ】パルス直流がある場合とない場合での重畳されたＲＦにより得られた膜を示す。
【図９Ｂ】パルス直流がある場合とない場合での重畳されたＲＦにより得られた膜を示す。
【図１０】バルク抵抗とイオンエネルギーとの関連を表す例示的な図を示す。
【図１１Ａ】ターゲットでのパルス直流測定、およびその結果得られたイオンエネルギーの測定値を示す。
【図１１Ｂ】ターゲットでのパルス直流測定、およびその結果得られたイオンエネルギーの測定値を示す。
【図１２】本発明の原理に従って構成した電源およびスパッタリングシステムを示す。
【図１３】本発明の原理に従って構成した電源およびスパッタリングシステムを示す。
【図１４】本発明の原理に従って構成した電源を示す。
【図１５】本発明の原理に従って構成した電源およびスパッタリングシステムを示す。
【図１６Ａ】本発明の一態様で使用可能な周波数変調電力信号を示す。
【図１６Ｂ】イオン密度およびイオンエネルギーに対する周波数変調電力信号の効果を示す。
【図１７Ａ】本発明の一態様で使用可能な振幅変調電力信号を示す。
【図１７Ｂ】イオン密度およびイオンエネルギーに対する振幅変調信号の効果を示す。
【図１８Ａ】本発明の一態様で使用可能なパルス幅変調信号を示す。
【図１８Ｂ】イオン生成およびエネルギーに対する変調パルス幅信号の効果を示す。
【図１９】本発明の一態様で使用可能なパルス位置変調信号を示す。
【図２０】本発明の一態様によるパルス直流を用いたパルス振幅変調を示す。
【図２１】本発明の一態様によるパルス直流を用いたパルス幅変調を示す。
【図２２】本発明の一態様で使用可能なパルス位置変調を示す。
【符号の説明】
【００６０】
１０：回転式のカソード
１５：回転式のターゲット
２０：真空チャンバ２０
２５：ガス導入口２５
３０：ガス排出口
３５：電源
４０：磁石アセンブリ
４５：基板搬送システム
５０：平板型のカソード
５５：平板型のターゲット
６０：磁石
６５：磁場
７０：磁石アセンブリ
７５：ターゲット５５の２つの部分
８０：レーストラック
８５：ノジュール
９０：カソード
９５：ターゲット
１００：アルゴンガス
１０５：イオン
１１０：基板
１１５：膜
１２０：安定電圧
１２５：パルス
１３０：順方向パルス
１３５：安定電圧
１４０：材料、原子
１４５：イオン
１５０：中性原子
１５５：電子
１６０：変調電源
１６５：スパッタリングシステム
１７０：ＲＦプラズマ源
１７５：ＲＦマッチングネットワーク
１８０：パルス直流電源
１８５：ＲＦフィルタ
１９０：ＲＦ電源
１９５：ターゲット
２００：パルス直流電源
２０５：チューナ
２１０：ＲＦフィルタボックス
２１５：交流電源
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
2007016314.tif 000013
【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【外国語明細書】
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