(57)【要約】【課題】スパッタリング法により、不連続被膜を形成する。【解決手段】真空槽内で基板とターゲットとを対向させ、スパッタリング法により、前記基板上に成膜処理をする成膜方法であって、前記ターゲットの表面温度が常温よりも所定温度以上になるように制御し、前記ターゲットの表面温度を所定温度としない場合に比べ、高抵抗な被膜を前記基板上に成膜する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内で基板とターゲットとを対向させ、スパッタリング法により、前記基板上に成膜をする成膜方法であって、
前記ターゲットの表面温度が常温よりも高い所定温度になるように制御し、
前記ターゲットの表面温度を前記所定温度としない場合に比べ、高抵抗な被膜を前記基板上に形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記被膜を前記基板上に形成する前に、前記ターゲットの表面温度を前記所定温度に調整することを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記被膜は、不連続被膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記ターゲットを含む電極内に流れる媒体の温度を常温よりも高くする手段、もしくは加熱体によって前記ターゲットを加熱する手段により、前記ターゲットを加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の成膜方法。
【請求項５】
前記ターゲットの表面温度と、
前記媒体もしくは前記加熱体の設定温度と、前記真空槽内のガス圧、ガス種、前記ターゲットへの印加電力、前記ターゲットへの電力印加時間を含む成膜条件と、前記ターゲットの材質および形状と、の関係を求め、
前記関係から前記ターゲットの表面温度が前記所定温度になるように制御することを特徴とする請求項４記載の成膜方法。
【請求項６】
常温以上かつ前記ターゲットの材料の融点以下で前記ターゲットの表面温度を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の成膜方法。
【請求項７】
前記被膜は、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、これら少なくともいずれかを含む合金または酸化物よりなる群から選択されたいずれかからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の成膜方法。
【請求項８】
前記請求項１〜７のいずれか１つに記載の成膜方法を可能にすることを特徴とする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、成膜方法に関し、具体的には、スパッタリング法による成膜方法およびスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に薄膜を形成する成膜方法として、真空蒸着法やスパッタリング法がある。真空蒸着法では、るつぼ、蒸着ボート等に原料を供給して、真空中で原料を蒸発させることにより基板上に薄膜を形成する。一方、スパッタリング法では、ターゲットをスパッタリングすることによりターゲットから飛遊する粒子を基板上に堆積させ、基板上に薄膜を形成する。
【０００３】
これらの成膜法では、膜成分が同じであっても、膜質が異なることが知られている。例えば、金属薄膜については、スパッタリング法よりも真空蒸着法のほうが不連続被膜を形成し易いと言われている（例えば、特許文献１参照）。このため、不連続被膜を意図的に形成するには、一般的にスパッタリング法よりも真空蒸着法を選択する傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３８２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、真空蒸着法は、膜厚の微妙な制御がスパッタリング法に比べて難しい。また、真空蒸着装置は、バッチ式が主流であり、量産性に優れない。  
本発明の目的は、スパッタリング法によって、不連続被膜を容易に形成する成膜方法およびスパッタリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、真空槽内で基板とターゲットとを対向させ、スパッタリング法により、前記基板上に成膜をする成膜方法であって、前記ターゲットの表面温度が常温よりも高い所定温度になるように制御し、前記ターゲットの表面温度を前記所定温度としない場合に比べ、高抵抗な被膜を前記基板上に形成することを特徴とする成膜方法が提供される。
【０００７】
また、本発明の一態様によれば、上記成膜方法を可能にするスパッタリング装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スパッタリング法により、不連続被膜が容易に形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】成膜装置の要部断面図である。
【図２】成膜装置のブロック図である。
【図３】膜質の変化を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。まず、成膜方法を説明する前に、本実施の形態に係る成膜装置について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、成膜装置の要部断面図である。図１（ａ）には、成膜装置１の全体が示され、図１（ｂ）には、成膜装置１に取り付けられた対向電極３０近傍の拡大図が示されている。先ず、図１（ａ）により、成膜装置１の概要について説明する。
【００１２】
成膜装置１は、スパッタ装置であり、真空槽１０と、支持台２０と、対向電極３０と、を備えている。また、支持台２０および対向電極３０を除く真空槽１０の内壁上には、防着板１１が取り付けられている。これ以外に、成膜装置１には、真空槽１０内に各種ガスを供給するための供給管、真空槽１０内の雰囲気を排気するための排気管が設けられている（図示しない）。支持台２０上には、シャッタ６０が設けられている。
【００１３】
真空槽１０は、減圧状態を維持する、いわゆる真空容器である。真空槽１０の底面には、支持台２０が設けられ、真空槽１０の上面の直下には、対向電極３０が設けられている。
支持台２０と対向電極３０とは、対向するように配置されている。支持台２０は、真空槽１０内で処理される基板５０を保持することができる。対向電極３０は、放電用の電極である。
【００１４】
防着板１１は、例えば、平面板をもとに作製された着脱可能な交換部品であり、真空槽１０内に取り付けたり、真空槽１０から取り出したりすることができる。このような防着板１１を真空槽１０の内壁に取り付けることにより、スパッタ粒子が直接、真空槽１０の内壁に堆積するのを防ぐことができる。
【００１５】
真空槽１０および防着板１１の材質は、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が該当する。また、真空槽１０、防着板１１および支持台２０は、接地されている。
【００１６】
続いて、図１（ｂ）により、対向電極３０の構造について説明する。  
対向電極３０は、例えば、支持台２０側に対向するターゲット３０ｔと、ターゲット３０ｔを加熱する加熱機構３０ｈと、ターゲット３０ｔを冷却する冷却機構３０ｃと、を有する。
【００１７】
加熱機構３０ｈ内には、例えば、電熱線と温度センサとが設けられている（図示しない）。冷却機構３０ｃ内には、例えば、媒体流路３０ｃｈが形成されている。媒体（例えば、水、有機溶剤、有機物含有水、伝熱ガス）は、矢印Ａから流入され、媒体流路３０ｃｈ内を流れ、矢印Ｂのように媒体流路３０ｃｈから放出することができる。これにより、加熱機構３０ｈから発せられる熱量と、冷却機構３０ｃへの放熱が調整されて、ターゲット３０ｔの表面温度が調整される。
【００１８】
また、ターゲット３０ｔの表面温度は、加熱機構３０ｈを使用せず、放電中の自発的な温度上昇と、媒体の温度との調整によって制御してもよい。例えば、媒体温度は、外付けの温度調節器により、常温よりも低い温度に設定することができる。また、加熱機構３０ｈを用いずとも、媒体の温度を常温（例えば２２℃）よりも高く設定することにより、ターゲット３０ｔの表面温度を常温よりも高く設定することができる。
【００１９】
加熱機構３０ｈは、絶縁材で覆われている。これにより、加熱機構３０ｈとターゲット３０ｔとの絶縁、あるいは、加熱機構３０ｈと冷却機構３０ｃとの絶縁が確保されている。また、対向電極３０の裏面側には、マグネトロンスパッタリングを行うために、磁石を設けてもよい（図示しない）。
【００２０】
対向電極３０には、絶縁部材３１を介して電源３２が接続されている。電源３２は、直流電源であってもよく、高周波電源（ＲＦ電源）でもよい。また、対向電極３０の側面と、防着板１１との間隙によって、対向電極３０の側面と、防着板１１との間にシース厚みが形成されている。これにより、この間隙でのプラズマ発生が抑制される。
【００２１】
なお、温度センサを設ける場所は、加熱機構３０ｈ内とは限らず、冷却機構３０ｃ内に設けてもよい。ターゲット３０ｔの表面温度は、放射温度計で計測してもよい。
【００２２】
これらのターゲット３０ｔの温度調整機構を有する成膜装置１を、さらに詳細に説明するために、図２に成膜装置のブロック図を示す。
【００２３】
成膜装置１は、上述した電源３２、冷却機構３０ｃに相当する冷却手段３３、加熱機構３０ｈに相当する加熱手段３４を有する。さらに、成膜装置１は、真空槽１０内にガスを供給するためのガス供給源３６、流量調整器３５を有する。ガス供給源３６については複数設けてもよい。
【００２４】
これらの電源３２、冷却手段３３、加熱手段３４、流量調整器３５は、成膜装置１に設けられた制御部（コントローラ）４０により制御されている。
【００２５】
例えば、計測部４０ａは、真空槽１０内の圧力、印加電力（電圧、電流、印加時間）、ターゲット３０ｔの温度、冷却手段３３の設定温度、加熱手段３４の設定温度、ガス流量、およびガス種を検知する。また、温度制御部４０ｂは、冷却手段３３および加熱手段３４を制御する。これにより、ターゲット３０ｔの表面温度が所定の温度に設定される。また、放電制御部４０ｃは、電源３２を制御する。これにより、印加電力（電圧、電流、印加時間）が制御される。さらに、ガス制御部４０ｄは、例えば、帰還制御により真空槽１０内の圧力、ガス流量を制御する。また、複数の種類のガス種が設けられている場合は、必要とするガス種を選択制御する。
【００２６】
ターゲット３０ｔの表面温度は、冷却手段３３および加熱手段３４の温度を制御して調整するほか、真空槽１０内のガス圧、ガス種、ターゲット３０ｔへの印加電力、ターゲット３０ｔへの電力印加時間を含む成膜条件によっても調整される。冷却手段および加熱手段の設定温度と、上述した成膜条件と、ターゲット３０ｔの表面温度との相関関係は、予め実験等により求められている。これら相関関係は、関係テーブルとして記憶部４０ｅに格納されている。
【００２７】
このように、本実施の形態に係る成膜装置１は、ターゲット３０ｔの表面温度と、媒体もしくは加熱手段の設定温度と、真空槽１０内のガス圧、ガス種、ターゲット３０ｔへの印加電力、ターゲット３０ｔへの電力印加時間を含む成膜条件と、ターゲット３０ｔの材質および形状（径、厚み、縦横比）と、の関係を予め求め、この関係からターゲット３０ｔの表面温度が所望温度になるように制御する。
【００２８】
また、相関関係は、基板５０の材質、形状によっても補正される。例えば、ターゲット３０ｔ、基板５０の材質（半導体、ガラス、樹脂等）に応じた換算表が記憶部４０ｅに格納されている。  
なお、入力部４０ｆからは、必要に応じて記憶部４０ｅにデータの入力をすることができる。
【００２９】
このような成膜装置１により、ターゲット３０ｔの表面温度は、成膜中、非成膜中に係わらず、所望の温度に調整される。
【００３０】
なお、支持台２０と対向電極３０とが設けられる場所は、図１（ａ）に示す位置に限らず、支持台２０と対向電極３０とを上下逆にして配置してもよい。あるいは、支持台２０と対向電極３０とを真空槽１０の側面に設け、それぞれを対向させてもよい。
【００３１】
ターゲット３０ｔの材質は、基板５０上に形成する被膜の成分により決定される。例えば、基板５０上に形成する被膜が錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、これら少なくともいずれかを含む合金または酸化物などからなる被膜である場合には、ターゲット３０ｔは、これらの金属成分、合金成分を含む金属で構成されている。
【００３２】
次に、成膜装置１を用いた成膜方法について説明する。  
先ず、成膜を行う前に、成膜装置１の予備運転を行う。予備運転では、シャッタ６０を閉じ、基板を覆った状態で、冷却機構３０ｃに媒体を流し、加熱機構３０ｈを駆動する。また、所定の条件下でプラズマ放電がなされる。この際、上述した帰還制御により、ターゲット３０ｔの表面温度が所定の温度に調整される。この温度は、例えば、常温からターゲット３０ｔの融点までの範囲で設定される。
【００３３】
ターゲット３０ｔと加熱機構３０ｈとの界面、あるいは加熱機構３０ｈと冷却機構３０ｃとの界面に、接着部材（例えば、Ｉｎ（インジウム））が設けられている場合は、ターゲット３０ｔの表面温度は、常温から接着部材の融点までの範囲で設定してもよい。
【００３４】
加熱機構３０ｈによって充分な熱量が確保できれば、予備運転を省略してもよい。また、シャッタ６０を配置せずとも、ダミー基板を用いることにより、予備運転は実行可能である。さらに、温度設定については、ターゲット３０ｔおよび接着部材、その他の部材において、最も融点の低い部材の融点を上限としてもよい。
【００３５】
ターゲット３０ｔの表面温度が安定したら、予備運転を終わらせ、シャッタ６０を開く。すなわち、成膜を開始する。そして、基板５０上に所定の厚みの被膜が堆積したら、成膜を終了する。
【００３６】
このように、本実施の形態では真空槽１０内に設けられた対向電極３０に電力を供給し、真空槽１０内にプラズマを発生させ、対向電極３０に対向する基板５０上にターゲット成分を堆積させる。そして、ターゲット３０ｔの表面を常温以上に加熱しながらスパッタ成膜を行うことができる。
【００３７】
次に、ターゲット３０ｔの表面を常温以上に加熱してスパッタ成膜した場合と、ターゲット３０ｔの表面を常温以上に加熱しないでスパッタ成膜した場合で、膜質がどのように変化するかを説明する。以下の説明では、錫（Ｓｎ）膜を例に説明する。但し、本実施の形態では、錫膜を形成する方法に限られるものではない。
【００３８】
図３は、膜質の変化を説明する図である。  
まず、図３の横軸は、成膜処理の順番（回目）であり、縦軸は、被膜のシート抵抗（Ω／□）である。成膜条件は、以下の通りである。
【００３９】
（成膜条件）  
雰囲気ガス：アルゴン（Ａｒ）  
圧力：０．５Ｐａ  
放電時間：１６０秒  
ターゲット：錫（Ｓｎ）ターゲット、３インチ径  
放電パワー：約３００Ｗ  
膜厚：２５０ｎｍ  
ターゲット媒体温度：５℃、２２℃（常温）、５０℃  
なお、成膜処理毎に、新規の基板が準備され、この基板上に略同じ厚みの被膜が形成される。また、各成膜処理の間には、例えば、１０分間の休止時間が設けられる。
【００４０】
最初に、コールドスタートと呼ばれる、上述した予備運転なしで成膜処理を開始する場合の結果について説明する。
【００４１】
まず、ターゲット３０ｔの表面を常温以上に加熱しない場合（媒体温度：２２℃）では、１回目〜４回目の成膜で、錫（Ｓｎ）膜のシート抵抗は、１．０×１０（Ω／□）以下に止まっている。５回目の成膜で、錫膜のシート抵抗は、２．３×１０２（Ω／□）程度である。また、６回目の成膜でも、錫膜のシート抵抗は、１．６×１０３（Ω／□）程度である。このように、ターゲット３０ｔの表面を常温以上に加熱しない場合は、錫膜のシート抵抗が低い傾向にある。
【００４２】
これに対して、ターゲット３０ｔの表面を加熱した場合（媒体温度：５０℃）では、１回目の成膜で、すでに錫膜のシート抵抗は、２．６×１０６（Ω／□）程度になる。そして、２回目の成膜で、錫膜のシート抵抗は、２．５×１０１１（Ω／□）程度にまで増加する。
【００４３】
次に、ホットスタートと呼ばれる予備運転ありでの成膜処理を開始する結果について説明する。予備運転は、上述した成膜条件で、例えば、３０分間の連続放電を行っている。また、ターゲット３０ｔは、媒体によって加熱されている（媒体温度：５０℃）。
【００４４】
ホットスタートでは、１回目の成膜で、錫膜のシート抵抗は、すでに、２．５×１０１１（Ω／□）程度になる。そして、２回目、３回目の成膜は休止し、４回目の成膜を試みると、錫膜のシート抵抗は、５．０×１０１２（Ω／□）程度にまで増加する。ここで、ホットスタートでの「休止」では、放電は行わず、媒体（５０℃）の循環を実行している。さらに、５回目〜１０回目までの成膜を休止し、１１回目の成膜を試みると、錫膜のシート抵抗は、９．９×１０１０（Ω／□）程度を維持する。
【００４５】
このように、コールドスタートおよびホットスタートのいずれの場合においても、ターゲット３０ｔの温度がより高温になるほど、錫膜のシート抵抗が高くなることがわかった。
【００４６】
また、ターゲット３０ｔの表面温度がより高温になるほど、予備運転後の休止時間によって、錫（Ｓｎ）膜の抵抗率は、影響を受け難くなることがわかった。
【００４７】
これらの理由は、ターゲット３０ｔの表面温度がより高温になるほど、基板５０上に堆積させる被膜の凝集性が高まり、被膜が基板５０の主面と略平行な方向において不連続（島状）になり易くなるためと考えられる。すなわち、本実施の形態によれば、スパッタリング法で基板５０上に不連続被膜を容易に形成することができる。換言すれば、ターゲット３０ｔの表面温度により、基板５０上に形成する被膜の電気的特性（例えば、シート抵抗、抵抗率等）を制御することができる。
【００４８】
また、スパッタリング法は、真空蒸着法よりも膜厚の制御が容易であり、より緻密な被膜を形成できる。また、スパッタリング装置は、インライン型の装置に組み込むことができ、真空蒸着法よりも量産性に優れる。
【００４９】
このように、ターゲット３０ｔを加熱することにより、基板５０上に形成される被膜の抵抗は、ターゲット３０ｔを加熱しない場合に比べ上昇する。ターゲット３０ｔは、対向電極３０内に流れる媒体の温度を上昇させることにより加熱される。すなわち、スパッタリング法によって、高い生産性をもって高抵抗且つ高密度の被膜を容易に形成できる。
【００５０】
また、このような不連続被膜は、金属性が薄れ、絶縁性に近づく。これにより、不連続被膜は、電波（例えば、数ＭＨｚ〜数ＧＨｚ）を通し易くなり、携帯電話、車載用レーダ等の装飾用被膜に用いることができる。
【００５１】
このような効果は、被膜の材料として錫を用いた場合だけでなく、例えば、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、錫とインジウムと銀の少なくともいずれかを含む合金、錫とインジウムと銀の少なくともいずれかを含む酸化物、のいずれかを被膜の材料として用いた場合も同様に得ることか可能である。
【００５２】
ところで、基板温度を制御（上昇）することによっても不連続被膜が形成されることが知られている（例えば、特開２００１−２６０７１号公報、特開２００３−２８９００５号公報参照）。しかし、このような方法では、基板を加熱する手段が複雑になる場合がある。
【００５３】
例えば、基板５０の径に対して小さいターゲット３０ｔを使用する場合には、膜厚の不均一性を是正するために支持台２０を回転させながら成膜を行う場合もある。このような場合、支持台２０は、加熱手段のほか、回転手段を備える必要があり、その機構が複雑になる。また、不連続被膜を均一に基板５０上に形成するには、基板面内における温度制御もしなければならず、その制御手段は複雑になる。
【００５４】
しかしながら、本実施の形態では、ターゲット３０ｔの表面温度を調整するだけで、簡便に不連続被膜を基板５０上に形成することができる。
【００５５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本実施の形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、以上の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、ターゲット３０ｔの加熱に関しては、加熱ランプから発せられる光をターゲット３０ｔに照射してもよい。また、前述した各具体例が備える各要素およびその形成、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００５６】
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合することができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。  
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものも含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 真空槽  
１１ 防着板  
２０ 支持台  
３０ 対向電極  
３０ｃｈ  媒体流路  
３０ｃ 冷却機構  
３０ｈ 加熱機構  
３０ｔ ターゲット  
３１ 絶縁部材  
３２ 電源  
３３ 冷却手段  
３４ 加熱手段  
３５ 流量調整器  
３６  ガス供給源
４０ 制御部  
４０ａ 計測部  
４０ｂ 温度制御部  
４０ｃ 放電制御部  
４０ｄ ガス制御部  
４０ｅ 記憶部  
４０ｆ 入力部  
５０ 基板  
６０ シャッタ  
【図１】
2012067331.tif 000003
【図２】
2012067331.tif 000004
【図３】
2012067331.tif 000005