(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタ法により非絶縁性のターゲットを用いて薄い膜を形成し、この薄い膜を形成する際に直流電源からの直流電力をローパスフィルタを介して高周波電源からの高周波電力と重畳して前記ターゲットに供給する薄膜形成方法において、
前記直流電源から前記ターゲットへ供給される直流電流を測定し、
当該直流電流が規定値以下か否かで異常放電の発生の有無を判断し、
該判断結果が前記測定電流が前記規定値以下であるとの判断結果である場合に、前記測定電流が安定しているか否かを判定し、
該判定結果が前記測定電流が急増したとの判定結果である場合には、前記測定電源の出力を低下もしくは停止させるように制御することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜形成方法において、前記スパッタ法が酸素を含んだ導入ガスを用いる反応性スパッタ法であることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の薄膜形成方法において、前記薄い膜として導電性を持った薄い膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の薄膜形成方法において、前記ターゲットとして錫を含むインジウム酸化物からなるターゲットを用いることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項５】
請求項１、２または３記載の薄膜形成方法において、前記ターゲットとしてガリウム、アルミニウム、インジウムのうち少なくとも１元素を含む亜鉛酸化物からなるターゲットを用いることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５記載の薄膜形成方法において、前記ターゲットの表面での、前記ターゲットの表面と平行な最大磁束密度を０．０８〜０．１２Ｔ（テスラ）とすることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項７】
スパッタ法により非絶縁性のターゲットを用いて薄い膜を形成し、この薄い膜を形成する際に直流電源からの直流電力をローパスフィルタを介して高周波電源からの高周波電力と重畳して前記ターゲットに供給する薄膜形成装置において、
前記直流電源から前記ターゲットへ供給される直流電流を測定する測定手段と、
当該直流電流が規定値以下となり異常放電が発生したか否かを判断手段と、
該判断結果が前記測定電流が前記規定値以下であるとの判断結果である場合に、前記測定電流が安定しているか否かを判定手段と、
該判定結果が前記測定電流が急増したとの判定結果である場合には、前記測定電源の出力を低下もしくは停止させるように制御する制御手段と有することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項８】
請求項７記載の薄膜形成装置において、酸素を含んだ導入ガスを用いる反応性スパッタ法により前記ターゲットを用いて薄い膜を形成することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項９】
請求項７または８記載の薄膜形成装置において、前記薄い膜として導電性を持った薄い膜を形成することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１０】
請求項７、８または９記載の薄膜形成装置において、前記ターゲットとして錫を含むインジウム酸化物からなるターゲットを用いることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１１】
請求項７、８または９記載の薄膜形成装置において、前記ターゲットとしてガリウム、アルミニウム、インジウムのうち少なくとも１元素を含む亜鉛酸化物からなるターゲットを用いることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１２】
請求項７、８、９、１０または１１記載の薄膜形成装置において、前記ターゲット上に磁界を形成する磁界発生装置を有し、前記ターゲットの表面での、前記ターゲットの表面と平行な最大磁束密度を０．０８〜０．１２Ｔ（テスラ）としたことを特徴とする薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶、表示素子、ガラス基板、プラスチック基板などの薄膜を形成する薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタ法にて非絶縁性のターゲットを用いて薄い膜を被スパッタ部材上に形成する薄膜形成装置は、薄い膜を形成する際に直流電源からターゲットに直流電力を供給する直流電力方式と、薄い膜を形成する際に高周波電源からターゲットに高周波電力を供給する高周波電力方式と、薄い膜を形成する際に直流電源からの直流電力と高周波電源からの高周波電力とを重畳してターゲットに供給し、高周波放電により通常の直流電圧（直流電力方式の直流電圧）よりも低い直流電圧で大電流を流す直流電力・高周波電力重畳方式がある。
【０００３】
従来、薄膜形成装置は、異常放電を抑えるために、ターゲットの改良や電源の改良、その他の改良がなされている。ターゲットの改良では、酸化インジウムと酸化錫を主成分とした原料から粉末冶金法により製造されたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ膜）スパッタリングターゲットであって、含まれる窒素量が５ｐｐｍ以下で、かつ密度Ｄ（ｇ／ｃｍ3）とバルク抵抗値ρ（ｍΩｃｍ）が
６．２０≦Ｄ≦７．２３
−０．０６７６Ｄ＋０．８８７≧ρ≧−０．０７６１Ｄ＋０．６６６
を同時に満たして成るＩＴＯスパッタリングターゲットが特公平７ー１００８５２号公報に記載されている。
【０００４】
電源の改良は、ターゲットに供給する電力を異常放電発生時に抑えるものがある。直流電力方式では、インバータ回路と、その出力を整流する整流器と、その出力を平滑するフィルタとを備える直流電源に接続される真空装置の異常放電消滅装置において、前記直流電源は、電流検出器と、過電流検出器と、異常放電時の出力電圧の変化を検出する異常放電電圧検出器とを備え、前記インバータ回路は、前記異常放電電圧検出器で異常放電による負荷電圧の変化を検出したとき、或いは前記電流検出器で検出した負荷電流が過電流設定器により設定された過電流検出レベルを越えたとき、それに応答して出力が急速に絞られるように構成され、該直流電源と前記真空装置とを接続する負荷接続回路は、前記真空装置と並列に接続されたスイッチを備え、該スイッチは前記異常放電電圧検出器で異常放電による負荷電圧の変化を検出したとき、或いは前記電流検出器で検出した負荷電流が過電流検出レベルを越えたとき閉成されるようにしたことを特徴とする真空装置の異常放電消滅装置が特開平８ー３１１６４７号公報に記載されている。
【０００５】
高周波電力方式では、スパッタを行うための真空室内のターゲットにＲＦ発生出力を供給する高周波電源と、前記ターゲット印加電圧から高周波交流電圧を除去し、直流バイアス電圧を形成する回路手段と、前記直流バイアス電圧に逆極性のパルスを重畳せしめて前記ターゲットに印加せしめる回路手段を備えたことを特徴とするスパッタ装置用電源が特開平７ー１９７２５８号公報に記載されている。
【０００６】
また、ターゲット材と、該ターゲット材が配置されたターゲット電極と、該ターゲット電極に交流電圧を印加して前記ターゲット材の表面近傍にプラズマを発生させる交流電源とを有するスパッタ装置において、前記ターゲット電極は、前記プラズマ発生中に該ターゲット電極に正電圧パルスを印加するパルス電源を備えたことを特徴とするスパッタ装置が特開平７ー２５８８４５号公報に記載されている。
【０００７】
また、インジウムと錫の酸化物をターゲットとして用い、前記ターゲットの背面にマグネットを設置し、スパッタリングガスとして、希ガスのみあるいは希ガスと酸素を導入した雰囲気中で前記ターゲットに高周波電力を供給し、前記ターゲットの表面近傍にプラズマを収束させ、スパッタリング現象を利用して基板上にＩＴＯ透明導電膜を形成した高周波マグネトロンスパッタリング法を用いたＩＴＯ透明導電膜の作製方法において、前記高周波電力の供給を周期的に停止し、前記高周波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たことを特徴とするＩＴＯ透明導電膜の作製方法が特開平９ー２１７１７１号公報に記載されている。
【０００８】
直流電力・高周波電力重畳方式では、マグネトロンスパッタ法によりインジウム系酸化物をスパッタするに際し、ターゲットに直流電力と高周波電力とを重畳せしめて供給するとともに、ターゲット上に形成される磁界の位置を変化させて、インジウム系酸化物からなるターゲットをスパッタすることを特徴とする透明導電膜の形成方法が特開平５ー９７２４号公報に記載されている。しかし、直流電力・高周波電力重畳方式では、異常放電を抑えるために電源を改良したものはない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記薄膜形成装置では、プラズマ放電により薄い膜を形成するので、ターゲットの周囲に配置されたアースシールドなどに付着した膜が応力により剥離したりするため、ある程度の異常放電は避けられないが、プラズマ放電の停止を最小限にとどめ、電源そのものがダウンせずに続けて成膜できることが操業上望ましい。
【００１０】
上記直流電力・高周波電力重畳方式では、薄膜形成装置において、薄い膜を形成する際に直流電源からの直流電力と高周波電源からの高周波電力とを重畳してターゲットに供給し、高周波放電により通常の直流電圧（直流電力方式の直流電圧）よりも低い直流電圧で大電流を流しているので、単純に直流電源と高周波電源とのどちらかの出力を動かすと、ターゲット破壊など致命的な事故に至る可能性がある。
【００１１】
すなわち、高周波電力によるプラズマ放電により通常の直流電圧よりも低い直流電圧で大きな電流を流しているので、単純に高周波電力のみを止めると、過大な直流電圧がターゲットと被スパッタ部材との間にかかり、過大な電力がターゲットと被スパッタ部材との間にかかってターゲット破壊など致命的な事故に至る可能性がある。また、直流電力のみを止めた場合には、高周波のトラッキングアークなど高周波放電特有の放電維持機構による異常放電を止めることができない。
【００１２】
そこで、これらに対応するために、異常放電検出時に直流電力と高周波電力を同期して停止させる方式が考えられる。しかし、この方式は、異常放電を短時間（数ｍｓｅｃレベル）で停止できない場合には放電そのものが停止してしまい、連続成膜を前提とするロール装置などおいては適用できない場合がある。
また、上記特開平５ー９７２４号公報記載の透明導電膜の形成方法では、ターゲット上に形成される磁界の位置を変化させて放電領域を変えるので、ターゲット表面起因の異常放電には効果あると考えられるが、発塵などによる異常放電には対応できず、異常放電に対する電源側からの抑止技術がどうしても必要になる。
【００１３】
また、上記直流電力・高周波電力重畳方式では、高周波電力が直流電源の外乱となって作用し、不安定な状態となる。また、酸化物系の導入ガスを用いる反応性スパッタ法では、形成された薄膜は応力が大きく、浮遊するゴミが発生しやすい。さらに、導電性の薄膜がアースシールドとターゲットとの間に入り易く、異常放電を起こし易い。このため、異常放電により電源がダウンし、成膜プロセスが停止することがある。
【００１４】
本発明は、高周波放電特有の放電維持機構による異常放電を常時抑制しつつ高周波放電を維持することができ、直流型の異常放電から、高周波による維持型異常放電に移行することを防止でき、異常放電を安全に生産性を落とすことなく正常な放電に戻すことができる薄膜形成方法を提供することを目的とする。
本発明は、トラッキングアークなど高周波放電特有の放電維持機構による異常放電を常時抑制しつつ高周波プラズマ放電を維持することができ、直流型の異常放電でもプラズマが停止せずに安定な放電を続けることができる薄
膜形成方法を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明は、高周波電力が直流電源の外乱となって不安定状態となることを防止できる薄膜形成方法を提供することを目的とする。
本発明は、浮遊するゴミが発生しやすくても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明は、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる薄膜形成方法を提供することを目的とする。
本発明は、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明は、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる薄膜形成方法を提供することを目的とする。
本発明は、安定的な低抵抗膜を形成可能で生産の安定を図ることができる薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【００１８】
本発明は、高周波放電特有の放電維持機構による異常放電を常時抑制しつつ高周波プラズマ放電を維持することができ、直流型の異常放電から、高周波による維持型異常放電に移行することを防止でき、異常放電を安全に生産性を落とすことなく正常な放電に戻すことができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
本発明は、高周波放電特有の放電維持機構による異常放電を常時抑制しつつ高周波プラズマ放電を維持することができ、直流型の異常放電でもプラズマが停止することなく安定な放電を続けることができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【００１９】
本発明は、高周波電力が直流電源の外乱となって不安定状態となることを防止できる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
本発明は、浮遊するゴミが発生しやすくても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【００２０】
本発明は、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
本発明は、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【００２１】
本発明は、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
本発明は、安定的な低抵抗膜を形成可能で生産の安定を図ることができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、スパッタ法により非絶縁性のターゲットを用いて薄い膜を形成し、この薄い膜を形成する際に直流電源からの直流電力をローパスフィルタを介して高周波電源からの高周波電力と重畳して前記ターゲットに供給する薄膜形成方法において、前記直流電源から前記ターゲットへ供給される直流電流を測定し、当該直流電流が規定値以下か否かで異常放電の発生の有無を判断し、該判断結果が前記測定電流が前記規定値以下であるとの判断結果である場合に、前記測定電流が安定しているか否かを判定し、該判定結果が前記測定電流が急増したとの判定結果である場合には、前記測定電源の出力を低下もしくは停止させるように制御することを特徴とする。
【００２３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の薄膜形成方法において、前記スパッタ法が酸素を含んだ導入ガスを用いる反応性スパッタ法であることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の薄膜形成方法において、前記薄い膜として導電性を持った薄い膜を形成することを特徴とする。
【００２４】
請求項４に係る発明は、請求項１、２または３記載の薄膜形成方法において、前記ターゲットとして錫を含むインジウム酸化物からなるターゲットを用いることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１、２または３記載の薄膜形成方法において、前記ターゲットとしてガリウム、アルミニウム、インジウムのうち少なくとも１元素を含む亜鉛酸化物からなるターゲットを用いることを特徴とする。
【００２５】
請求項６に係る発明は、請求項１、２、３、４または５記載の薄膜形成方法において、前記ターゲットの表面での、前記ターゲットの表面と平行な最大磁束密度を０．０８〜０．１２Ｔ（テスラ）とすることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、スパッタ法により非絶縁性のターゲットを用いて薄い膜を形成し、この薄い膜を形成する際に直流電源からの直流電力をローパスフィルタを介して高周波電源からの高周波電力と重畳して前記ターゲットに供給する薄膜形成装置において、前記直流電源から前記ターゲットへ供給される直流電流を測定する測定手段と、当該直流電流が規定値以下となり異常放電が発生したか否かを判断手段と、該判断結果が前記測定電流が前記規定値以下であるとの判断結果である場合に、前記測定電流が安定しているか否かを判定手段と、該判定結果が前記測定電流が急増したとの判定結果である場合には、前記測定電源の出力を低下もしくは停止させるように制御する制御手段と有するものである。
【００２６】
請求項８に係る発明は、請求項７記載の薄膜形成装置において、酸素を含んだ導入ガスを用いる反応性スパッタ法により前記ターゲットを用いて薄い膜を形成するものである。
請求項９に係る発明は、請求項７または８記載の薄膜形成装置において、前記薄い膜として導電性を持った薄い膜を形成するものである。
【００２７】
請求項１０に係る発明は、請求項７、８または９記載の薄膜形成装置において、前記ターゲットとして錫を含むインジウム酸化物からなるターゲットを用いるものである。
請求項１１に係る発明は、請求項７、８または９記載の薄膜形成装置において、前記ターゲットとしてガリウム、アルミニウム、インジウムのうち少なくとも１元素を含む亜鉛酸化物からなるターゲットを用いるものである。
【００２８】
請求項１２に係る発明は、請求項７、８、９、１０または１１記載の薄膜形成装置において、前記ターゲット上に磁界を形成する磁界発生装置を有し、前記ターゲットの表面での、前記ターゲットの表面と平行な最大磁束密度を０．０８〜０．１２Ｔ（テスラ）としたものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態の概略を示す。この実施形態は、酸素を含んだ導入ガスを用いる反応性スパッタ法にて非絶縁性のターゲットを用いて薄い膜を形成する薄膜形成装置の一実施形態である。真空室を形成する真空槽１１の内部には絶縁体１２を介して陰極を構成するスパッタ電極１３が取り付けられており、このスパッタ電極１３の上にターゲット１４が載置されている。このターゲット１４は、例えばインジウム及び錫の酸化物からなるターゲットが用いられる。
【００３２】
また、真空槽１１内には、ターゲット１４と対向して被スパッタ部材としての基板１５が配置され、この基板１５は電極を構成する基板ホルダ１６に取り付けられている。この基板ホルダ１６は真空槽１１に取り付けられ、真空槽１１が接地されている。ターゲット１４及びスパッタ電極１３の周囲（ターゲット１４と基板１５とが対向する領域を除く）には所定の間隔をおいて図示しないアースシールドが配置され、このアースシールドは接地される。
【００３３】
ターゲット１４の裏面側には磁石装置１７が配置され、この磁石装置１７は、Ｓ極をターゲット１４に向けたＳ磁石と、Ｎ極をターゲット１４に向けたＮ磁石と、ヨークとからなる。Ｎ磁石からの磁力線１８はターゲット１４を通過した後に再びターゲット１４を経てＳ磁石のＳ極に入り、ターゲット１４の付近に磁界が発生する。スパッタ電極１３は、直流電源１９がフィルタ２０を介して接続され、かつ、高周波電源２１がインピーダンス整合用のマッチングボックス２２を介して接続されている。高周波電源２１はパルス駆動により周期的に停止する高周波パルス電力を出力し、フィルタ２０は通常、コイルとコンデンサの組み合わせからなるローパスフィルタが用いられる。
【００３４】
真空槽１１にはガスボンベ２３がバリアブルバルブ２４を介して接続され、このガスボンベ２３及びバリアブルバルブ２４は真空槽１１内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入手段を構成している。また、真空槽１１には排気手段としての真空ポンプ２５が接続されている。
【００３５】
図２に示すように、直流電源１９からターゲット１４にかかる直流電圧を測定するための電圧測定手段としての電圧測定回路２６が直流電源１９と並列に接続され、直流電源１９からターゲット１４に流れる電流を測定するための電流測定手段としての電流測定回路２７が直流電源１９と直列に接続される。電圧測定回路２６の出力信号及び電流測定回路２７の出力信号は図示しないアナログ・デジタル変換器を介して制御手段としてのマイクロコンピュータ（以下ＣＰＵという）２８に入力され、若しくはＣＰＵ２８がアナログ・デジタル変換部を有する場合には電圧測定回路２６の出力信号及び電流測定回路２７の出力信号がＣＰＵ２８のアナログ・デジタル変換部に入力される。
【００３６】
薄い膜を基板１５上に形成する際には、真空ポンプ２５により真空槽１１内を高真空に排気した後、ガスボンベ２３からバリアブルバルブ２４を介して真空槽１１内にスパッタガスとして例えばアルゴンと酸素の混合ガスを導入してスパッタ雰囲気を設定し、必要に応じて基板１５をヒータ等により加熱する。なお、真空槽１１内にはガスボンベ２３からバリアブルバルブ２４を介してスパッタガスとしてアルゴンガスを導入するようにしてもよい。
【００３７】
しかる後、スパッタ電極１３には、まず、マッチングボックス２２により整合をとりながら高周波電源２１からマッチングボックス２２を介して高周波パルス電力を供給し、次に直流電源１９を投入して直流電源１９からローパスフィルタ２０を介して直流電力を供給することで、直流電力と交流電力とを重畳して供給する。このとき、ターゲット１４の付近には磁石装置１７により磁場が与えられる。
【００３８】
これにより、ターゲット１４と基板１５との間では放電が開始されてスパッタガスが電子により電離することでプラズマが発生し、その正イオンがターゲット１４をスパッタすることでターゲット１４から原子を飛散させて基板１５上に付着させて基板１５上に薄いＩＴＯ膜（Ｉｎｄｉｕｍ  −Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ膜）としての透明な導電膜を形成させる。
【００３９】
この実施形態の薄膜形成装置は、直流電力・高周波電力重畳方式であり、直流電力方式及び高周波電力方式に比較して、異常放電の発生及びその維持については直流電力方式及び高周波電力方式の各条件と更にこれらを組み合わせたものとなる。図３は本実施形態における重畳前の直流電源１９の直流出力と高周波電源２１の高周波パルス出力とを示す。図３において、ａは電力をターゲット１４へ出力する出力領域、ｂはターゲット１４への出力電力を停止する停止領域である。
【００４０】
異常放電が起きた場合、その検出方法としてはいくつかあるが、直流電流の急激な増加を検出する方法、高周波側から見た放電条件の変化による放電系のインピーダンス変化による反射電力の増加を検出する方法、ターゲット１４側の直流電圧成分の急激な減少を検出する方法があり、これらの方法を単独又は併用して電圧測定回路２６、電流測定回路２７で電流、電圧を検出することができる。
【００４１】
図５は本実施形態の動作の流れを示す。ＣＰＵ２８は、放電開始時には、まず、ステップＳ１で高周波電源２１を投入し、次に直流電源（ＤＣ電源）１９を投入する。電流測定回路２７が直流電源１９からターゲット１４へ供給される直流電流を測定して電圧測定回路２６が直流電源１９からターゲット１４へ印加される直流電圧を測定し、電流測定回路２７及び電圧測定回路２６の測定値が図示しないアナログ・デジタル変換器を介してＣＰＵ２８に入力される。放電開始時は例えば図３の時間０の部分とする。
【００４２】
ＣＰＵ２８は、ステップＳ２で電流測定回路２７の測定電流をモニターし電流測定回路２７の測定電流が図２に示すように規定値以下か否かで、異常放電が発生したか否かを判断し、電流測定回路２７の測定電流が規定値以下であればステップＳ３で電流測定回路２７の測定電流を検出してステップＳ４でその測定電流が安定しているか否かを判定することで異常放電を検出する。測定電流が安定しているか否かの判定は、一定時間内に設定幅の中に測定電流があるかどうかを判定することで行ったり、時系列的に得られる測定電流の差による傾きの判断により判定することで行ったりすることができ、例えばＣＰＵ２８は測定電流の急激な変化（急増）をその傾きの判断により判定することで測定電流が安定しているか否かの判定を行う。なお、測定電流に関してはノイズが含まれることが考えられるため、ＣＰＵ２８は測定電流のフィルタリングを行う。
【００４３】
ＣＰＵ２８は、測定電流が急増しなければステップＳ３に戻り、測定電流が急増した時にはステップＳ５で直流電源１９を制御して直流電源１９の出力を低下若しくは停止させる。これにより、図３に示すように直流電力と高周波電力の両方が低下するところなどで異常放電への供給電力がなくなり又は減り、放電を止める。その後、ＣＰＵ２８は、一定の時間が経過してからステップＳ６で直流電源１９を制御して直流電源１９の出力を元に復帰させてステップＳ１に戻る。
【００４４】
また、ＣＰＵ２８は、電流測定回路２７の測定電流が規定値以下になった時にはステップＳ７で異常放電による直流電流や反射電力の急増に対応して直流電源１９を制御して直流電源１９の出力を低下若しくは停止させ、ステップＳ８で直流電源１９の出力を低下若しくは停止させた回数を計測し、その回数が一定時間内に所定の回数ｎに達したか否かを判断する。
【００４５】
ＣＰＵ２８は、その回数が一定時間内に所定の回数ｎに達しなければステップＳ１に戻り、その回数が一定時間内に所定の回数ｎに達した時には安定して放電ができないと判定してステップＳ９で直流電源１９及び高周波電源２１を制御して直流電源１９及び高周波電源２１の出力を停止させる。この場合はターゲット１４が致命的に短絡している場合などである。
【００４６】
ＣＰＵ２８による直流電源１９及び高周波電源２１の上記制御により、微小な異常放電による直流電源１９及び高周波電源２１の停止を押えることができる。このように、ＣＰＵ２８は、異常放電を検出すると一定時間、直流電源１９の出力を落とすので、ターゲット１４にかかる直流電圧が０に近づいてオフする。これにより、絶縁破壊的なアーク放電が抑えられる。通常、高周波電源２１の出力は直流電圧のオフ時間の数分の一から数十分の一の時間であり、どこかで高周波電源２１の出力と直流電圧のオフ時間とが重なり、基本的に異常放電が停止する。
【００４７】
本実施形態は、高周波電源２１の高周波パルス出力と直流電圧のオフとを同期させる方式に比べて、直流電源１９と高周波電源２１が互いに独立しているため、直流電源１９と高周波電源２１との間の繋がりを考えなくてもよく、装置的にも簡単になる。
【００４８】
高周波電源２１は、通常用いられる１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚの高周波を発生するものが利用可能であることはもちろん、真空槽１１の真空度と高周波周波数の組合せで高周波放電が起こる条件であればその高周波を発生するものが利用可能である。また、高周波電源２１はパルス駆動により高周波を発生するが、そのパルス周波数はフィルタ２０によりパルスが十分に減衰する周波数であることが必要である。これは、通常使用される直流電源１９は、電圧、電力又は電流のうち少なくとも１つを一定にするようにして使用するが、高周波電源２１の高周波パルス出力が外乱として働くために動作が不安定となるからであり、また、通常、直流電源１９は、スイッチング電源を用いるため、そのスイッチング周波数と周波数が一致したものが入ると誤動作の可能性があるためである。
【００４９】
従って、例えばローパスフィルタ２０のカットオフ周波数を８００Ｈｚ、高周波電源２１の高周波周波数を１３．５６ＭＨｚ、高周波電源２１のパルス周波数を１ＫＨｚとした場合には直流電源１９の動作が不安定となったが、ローパスフィルタ２０のカットオフ周波数を８００Ｈｚ、高周波電源２１の高周波周波数を１３．５６ＭＨｚ、高周波電源２１のパルス周波数を２ＫＨｚ以上とした場合には直流電源１９の動作が安定であり問題がなかった。高周波電源２１は最低でもローパスフィルタ２０のカットオフ周波数の２倍以上の周波数でパルス駆動するか、高周波電源２１のパルス駆動周波数の成分が１／３以下であることが望ましい。また、ｍｓｅｃレベルの信号は直流電源１９のフィードバック追従可能な領域であるので、この点からも、高周波電源２１のパルス周波数を２ＫＨｚ以上とすることが望ましい。
【００５０】
この実施形態は、スパッタ法により非絶縁性のターゲット１４を用いて薄い膜を形成し、この薄い膜を形成する際に直流電力をローパスフィルタ２０を介して高周波電力と重畳して前記ターゲット１４に供給する薄膜形成装置において、前記高周波電力のみを周期的に停止させるので、高周波放電特有の放電維持機構による異常放電を常時抑制しつつ高周波放電を維持することができ、直流型の異常放電から高周波による維持型異常放電に移行することを防止でき、異常放電を安全に生産性を落とすことなく正常な放電に戻すことができる。
【００５１】
すなわち、高周波電力による異常放電維持機構を周期的な、かつ、放電の停止しない短時間の電力変化により防止することができる。また、パーティクルの発生などによる異常直流放電はその検出による直流電力の低下により防止することができる。直流電力の低下の際にも、高周波電力による放電によりプラズマは維持されるので、放電が停止することはない。
【００５２】
この実施形態の直流電力・高周波電力重畳方式では、通常の高周波電力方式に比較して、直流電源によるバイアス電圧増加の効果から、微小なゴミにより絶縁破壊によるスパークが発生しやすくなる。具体的には、高周波電力方式の場合、ターゲットの電圧はセルフバイアス電圧としての−２０Ｖ以下の直流電圧であるが、この実施形態の直流電力・高周波電力重畳方式では、ターゲットの電圧は直流電源によるバイアス電圧により最低でも−１００Ｖ以上、通常は−２００Ｖ程度の電圧になってしまう。
【００５３】
これにより、ゴミの絶縁破壊により電流が流れてしまう。これが、直流電圧による放電であれば、スパークの終った後通常の放電に戻ることが多いのであるが、高周波電力が供給されていると、その放電領域に高周波電力による放電の集中が起きてしまう。この集中は瞬間的な高周波エネルギーの停止により阻止できるため、連続的な異常放電を阻止することができる。
【００５４】
同じ装置系で、ＩＴＯターゲットを新品とし、直流電力方式、高周波電力方式、従来の直流電力・高周波電力重畳方式においてそれぞれその合計電力を２ｋＷとしたとき、直流電力方式、高周波電力方式はほとんど異常放電がなかったのに対し、従来の直流電力・高周波電力重畳方式は直流電力と高周波電力との割合を変化させた場合、多くは１０数分間で異常放電の連続が観測された。しかし、本実施形態のように例えば１００μｓｅｃ間隔で１０％の高周波電力停止期間をおいたものは、異常放電が起こらず、ほとんどの場合連続の異常放電までは至らなかった。
【００５５】
また、直流電力・高周波電力重畳方式は、高周波電力のみを周期的に停止させると、連続の異常放電を阻止できるが、異常放電により大きな直流電流が流れた場合には直流電源そのものが安全のために停止してしまう。本実施形態は、請求項２、１０に係る発明の実施形態であり、異常放電を検出して直流電力を一定時間のみ停止させるので、トラッキングアークなど高周波放電特有の放電維持機構による異常放電を常時抑制しつつ高周波放電を維持することができ、直流型の異常放電でもプラズマが停止せずに安定な放電を続けることができる。
【００５６】
また、高周波電源２１からの高周波パルス出力をローパスフィルタ２０を通して、直流電源１９側から見ると、その高周波パルス出力のローパスフィルタ２０による減衰が十分でない場合、低い周波数の高周波パルスが直流電源１９の入力となり、音の発生や直流電源不安定の原因となる。本実施形態は、高周波電力のみを停止させる周波数をローパスフィルタ２０のカットオフ周波数よりも高くしたので、例えばローパスフィルタ２０のカットオフ周波数を８００Ｈｚとした場合ローパスフィルタ２０の高周波パルス出力周期を１００μｓｅｃレベルとすることができ、高周波電力が直流電源１９の外乱となって不安定状態となることを防止できる。この目的のためには、フィルタ２０は、このパルス周波数と高周波を十分に減衰させればよく、適当なバンドパスフィルタを用いてもよい。
【００５７】
また、酸素を含んだ導入ガスを用いる反応性スパッタ法で薄膜を形成する場合、プラズマからはずれた場所などで、絶縁性の膜が形成されて後で剥がれ、これがスパーク原因のゴミとなる。本実施形態は、浮遊するゴミが発生しやすくても従来の直流電力・高周波電力重畳方式に比較して、特に安定して、異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で、電源がダウンすることなく、異常放電を停止させることができ、成膜プロセス停止を防止することができる。
【００５８】
また、異常放電が発生した場合、導電性の悪い膜が混在することになる。本実施形態は、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができ、かつ、より安定した成膜が可能となり、導電性を持った膜を形成する場合に重要な低効率の分布を向上させることができる。
【００５９】
ターゲットとして錫を含むインジウム酸化物からなるターゲットを用いて成膜する場合、プラズマからはずれた場所などで、絶縁性の膜が形成されて後で剥がれ、これがスパーク原因のゴミとなる。本実施形態は、従来装置に比較して、特に安定して、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても電源がダウンすることなく、異常放電を停止させることができ、成膜プロセス停止を防止することができる。
【００６０】
図６は本発明の他の実施形態の動作の流れを示す。この実施形態では、上記実施形態において、ステップＳ２〜Ｓ４の代りにステップＳ１０〜Ｓ１２が実行され、その他のステップが上記実施形態と同様である。ＣＰＵ２８は、ステップＳ１０で電流測定回路２７の測定電流及び電圧測定回路２６の測定電圧Ｖｄｃをモニターし異常放電が発生して電流測定回路２７の測定電流及び電圧測定回路２６の測定電圧Ｖｄｃの少なくとも一方が規定値以下になったかどうかかを判断し、電流測定回路２７の測定電流及び電圧測定回路２６の測定電圧Ｖｄｃの両方が規定値以下であればステップＳ１１で電流測定回路２７の測定電流及び電圧測定回路２６の測定電圧Ｖｄｃを検出してステップＳ１２でその測定電流及び測定電圧Ｖｄｃが各々安定しているかどうかを判定して異常放電を検出する。測定電流及び測定電圧Ｖｄｃが安定しているか否かの判定は、それぞれ一定時間内に設定した幅の中に測定電流、測定電圧Ｖｄｃがあるかどうかを判定することで行ったり、時系列的に得られる測定電流、測定電圧Ｖｄｃの差による傾きの判断により判定することで行ったりすることができ、例えばＣＰＵ２８は測定電流、測定電圧Ｖｄｃの急激な変化（急増）をその傾きの判断により各々判定することで測定電流、測定電圧Ｖｄｃが各々安定しているか否かの判定を行う。なお、測定電流、測定電圧Ｖｄｃに関してはノイズが含まれることが考えられるため、ＣＰＵ２８は測定電流、測定電圧Ｖｄｃのフィルタリングを行う。
【００６１】
ＣＰＵ２８は、測定電流、測定電圧Ｖｄｃが共に急増しなければステップＳ１１に戻り、測定電流、測定電圧Ｖｄｃの少なくとも一方が急増した時にはステップＳ５で直流電源１９を制御して直流電源１９の出力を低下若しくは停止させる。また、ＣＰＵ２８は、測定電流、測定電圧Ｖｄｃの少なくとも一方が規定値以下になった時にはステップＳ７に進んで異常放電による直流電流や反射電力の急増に対応して直流電源１９を制御して直流電源１９の出力を低下若しくは停止させる。
この実施形態は、上記実施形態と略同様な効果を奏する。
【００６２】
図４は本発明の別の実施形態における高周波電源の高周波パルス出力を示す。図４において、ｃは高周波パルスを出力する出力領域、ｄは弱い高周波パルスを出力する弱電力領域である。この実施形態では、上記実施形態において、高周波電源２１の代りに、高周波パルス出力が高周波電源２１と同じ周波数で完全には停止せずに周期的に低下（減少）する高周波電源を用いたものであり、高周波パルス出力を完全には停止させずに弱めても異常放電を防止することができ、上記実施形態と略同様な効果を奏する。
【００６３】
本発明の他の各実施形態は、上記各実施形態において、それぞれ、ターゲット１４としてガリウム、アルミニウム、インジウムのうち少なくとも１元素を含む亜鉛酸化物からなるターゲットを用いたものである。これらの例として、ガリウムを含む酸化亜鉛焼結体ターゲットや酸化インジウムと酸化亜鉛との組成物からなる焼結体ターゲットなどがある。プラズマからはずれた場所などで、絶縁性の膜が形成されて後で剥がれ、これがスパーク原因のゴミとなる。しかし、これらの実施形態は、従来装置に比較して、特に安定して、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても電源がダウンすることなく、異常放電を停止させることができ、成膜プロセス停止を防止することができる。
【００６４】
本発明の更に他の各実施形態は、上記各実施形態において、それぞれ、ターゲット１４の表面での、ターゲット１４の表面と平行な最大磁束密度を０．０８〜０．１２Ｔ（テスラ）となるように磁石装置１７を構成したものである。薄膜の低抵抗化には放電電圧を下げる必要がある。そこで、高い磁束密度のカソードを用いる方法があるが、この方法では放電が集中しやすいために、より不安定となる。これらの実施形態は、上記構成により、異常放電抑止効果で安定的な低抵抗膜を形成することができ、生産の安定を図ることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように請求項１に係る発明によれば、上記構成により、高周波放電特有の放電維持機構による異常放電を常時抑制しつつ高周波放電を維持することができ、直流型の異常放電から高周波による維持型異常放電に移行することを防止でき、異常放電を安全に生産性を落とすことなく正常な放電に戻すことができる。
さらに、トラッキングアークなど高周波放電特有の放電維持機構による異常放電を常時抑制しつつ高周波放電を維持することができ、直流型の異常放電でもプラズマが停止せずに安定な放電を続けることができる。
【００６６】
請求項２に係る発明によれば、上記構成により、高周波電力が直流電源の外乱となって不安定状態となることを防止できる。
請求項３に係る発明によれば、上記構成により、浮遊するゴミが発生しやすくても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる。
【００６７】
請求項４に係る発明によれば、上記構成により、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができ、かつ、より安定した成膜が可能となり、導電性を持った膜を形成する場合に重要な低効率の分布を向上させることができる。
請求項５に係る発明によれば、上記構成により、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる。
【００６８】
請求項６に係る発明によれば、上記構成により、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる。
請求項７に係る発明によれば、上記構成により、安定的な低抵抗膜を形成可能で生産の安定を図ることができる。
【００６９】
請求項８に係る発明によれば、上記構成により、高周波放電特有の放電維持機構による異常放電を常時抑制しつつ高周波放電を維持することができ、直流型の異常放電から高周波による維持型異常放電に移行することを防止でき、異常放電を安全に生産性を落とすことなく正常な放電に戻すことができる。
さらに、高周波放電特有の放電維持機構による異常放電を常時抑制しつつ高周波プラズマ放電を維持することができ、直流型の異常放電でもプラズマが停止せずに安定な放電を続けることができる。
【００７０】
請求項９に係る発明によれば、上記構成により、高周波電力が直流電源の外乱となって不安定状態となることを防止できる。
請求項１０に係る発明によれば、上記構成により、浮遊するゴミが発生しやすくても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる。
【００７１】
請求項１１に係る発明によれば、上記構成により、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができ、かつ、より安定した成膜が可能となり、導電性を持った膜を形成する場合に重要な低効率の分布を向上させることができる。
請求項１２に係る発明によれば、上記構成により、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる。
【００７２】
請求項１３に係る発明によれば、上記構成により、導電性薄膜の形成で異常放電が起こり易くても異常放電による電源ダウンを抑える効果が顕著で成膜プロセス停止を防止することができる。
請求項１４に係る発明によれば、上記構成により、安定的な低抵抗膜を形成可能で生産の安定を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略を示す断面図である。
【図２】同実施形態の一部をブロック図である。
【図３】同実施形態における重畳前の直流電源の直流出力と高周波電源の高周波パルス出力とを示す波形図である。
【図４】本発明の別の実施形態における高周波電源の高周波パルス出力を示す波形図である。
【図５】上記一実施形態の動作の流れを示す流れ図である。
【図６】本発明の他の実施形態の動作の流れを示す流れ図である。
【符号の説明】
１１      真空槽
１４      ターゲット
１５      基板
１７      磁石装置
２０      ローパスフィルタ
２２      マッチングボックス
２６      電圧測定回路
２７      電流測定回路
【図１】
0003895463.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003895463.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003895463.tif 000006
【図６】
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