(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットの背面にマグネットを配置し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用して前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製するＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製方法において、
前記ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、
前記ＲＦ電力と前記ＤＣ電力の前記ターゲットへの供給を同時にかつ周期的に停止する期間を設けたことを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項２】
ターゲットの背面にマグネットを配置し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用して前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製するＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製方法において、
前記ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、
前記ＲＦ電力と前記ＤＣ電力の前記ターゲットへの供給電力を同時にかつ周期的に低下する期間を設けたことを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項３】
ターゲットの背面にマグネットを配置し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用して前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製するＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製方法において、
前記ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、
前記ターゲットへ前記ＤＣ電力を供給するためのＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、設定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）にすると共に、前記ＲＦ電力の前記ターゲットへの電力供給を周期的に停止する期間を設けたことを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項４】
ターゲットの背面にマグネットを配置し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用して前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製するＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製方法において、
前記ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、
前記ターゲットへ前記ＤＣ電力を供給するためのＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、設定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）にすると共に、前記ＲＦ電力の前記ターゲットへの供給電力を周期的に低下する期間を設けたことを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項５】
前記電力供給を停止する時間または前記供給電力を低下する時間が１msec以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜作製方法。
【請求項６】
ターゲットの背面にマグネットを配置し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用して前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製するＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製装置において、
前記ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、
前記ＲＦ電力と前記ＤＣ電力の前記ターゲットへの供給を同時にかつ周期的に停止する手段を設けたことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項７】
ターゲットの背面にマグネットを配置し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用して前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製するＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製装置において、
前記ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、
前記ＲＦ電力と前記ＤＣ電力の前記ターゲットへの供給電力を同時にかつ周期的に低下する手段を設けたことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項８】
ターゲットの背面にマグネットを配置し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用して前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製するＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製装置において、
前記ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、
前記ターゲットへ前記ＤＣ電力を供給するためのＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、設定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）にすると共に、前記ＲＦ電力の前記ターゲットへの電力供給を周期的に停止する手段を設けたことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項９】
ターゲットの背面にマグネットを配置し、前記ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用して前記ターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製するＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製装置において、
前記ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、
前記ターゲットへ前記ＤＣ電力を供給するためのＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、設定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）にすると共に、前記ＲＦ電力の前記ターゲットへの供給電力を周期的に低下する手段を設けたことを特徴とする薄膜作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜作製方法および薄膜作製装置に関し、特に、ＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を利用して薄膜を作製する工程で、電力の供給法を改善してトラッキングアークの発生を防止し、薄膜作製を安定に行える薄膜作製方法および薄膜作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタ法は、電子デバイスに代表される成膜技術には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技術として広く知られている。スパッタ法とは、真空容器内にＡｒガスなどの希ガスを導入し、ターゲットを含むカソードに直流（ＤＣ）電力または高周波（ＲＦ）電力を供給してグロー放電を発生させ、成膜を行う方法である。前者はＤＣスパッタ法、後者はＲＦスパッタ法と呼ばれている。
【０００３】
図６は、放電状態において、カソードと接地電位のアノードとの間の電位分布を模式的に示したものである。ＶP はプラズマの時間平均した電位、ＶT はカソード表面（すなわちターゲット表面）の時間平均した電位である。この図に示すようにグロー放電の結果ＶT はＶP に対し負の電位となる。この電位差（ＶP −ＶT ：ＲＦスパッタ法の場合にはセルフバイアスと呼ばれる）によって加速されたＡｒ等の正イオンがカソードに取り付けられたターゲット表面に衝突してターゲットをスパッタする。ターゲットからスパッタされた粒子は、ターゲットと対向して配置された被処理体（基板）上に堆積し、成膜が行われる。このとき、真空容器内にＡｒガス等の希ガスとＯ2 やＮ2 等の反応ガスとの混合ガスを導入した場合には、ターゲット材とこれら反応ガスとの反応生成物とが基板上に成膜される。
【０００４】
上記スパッタ法には、ターゲット背面にマグネットを配置することによりターゲット表面近傍のプラズマ密度を増加させ、高速に成膜を行えるようにしたマグネトロンスパッタ法がある。マグネトロンスパッタ法には、ＲＦ電力を利用するＲＦマグネトロンスパッタ法と、ＤＣ電力を利用するＤＣマグネトロンスパッタ法があり、大量生産用成膜法として広く用いられている。
【０００５】
ところで、近年の電子デバイスの進歩は目覚ましく、それに伴いマグネトロンスパッタ法による成膜技術でも、薄膜の特性改善のための技術開発が要求されている。スパッタ法による成膜において、薄膜の特性を阻害する要因に、高エネルギ粒子の基板衝撃による薄膜へのダメージがある。この高エネルギ粒子のエネルギは、主にターゲット前面に生じる電位差に起因するため、高品位な薄膜を得るには、この電位差を小さくする必要がある。ＲＦマグネトロンスパッタ法およびＤＣマグネトロンスパッタ法の場合、図６に示したＶT は、容器の形状、圧力、磁場強度、供給電力等の条件の組み合わせにより決定される。
【０００６】
他方、カソードに対してＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給してスパッタを行うＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法がある。このＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法では、ＤＣ電力を供給するＤＣ電源の電圧により、ＶT を制御できる。従って、このＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法では、ＶT を高くすることによりターゲット前面に生じる電位差を小さくできるため、高品位な薄膜を作製することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スパッタ法においては、ターゲット上やその他の真空容器内の部材表面での異常放電の発生が問題となる。特にマグネトロンスパッタ法により、ＩｎおよびＳｎの酸化物をターゲットとして用い、基板上にＩｎ，ＳｎおよびＯからなるＩＴＯ透明導電膜を形成する場合、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物をターゲット（一般的な組成：Ｇｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 ）として用い、基板上にＧｅＳｂＴｅ相変化型記録膜を形成する場合には、ターゲット上において、ターゲット面に垂直な磁場の成分がゼロとなる部分（すなわちターゲットが最も食刻される部分）でアークが回転するという特別な異常放電が発生する。この異常放電を、ここでは「トラッキングアーク」と呼ぶことにする。このトラッキングアークの発生は、高品位な薄膜が作製可能なＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法においても例外ではない。
【０００８】
トラッキングアークが発生すると、放電のインピーダンスが変化し、電力が効率良くターゲットに供給されず、成膜速度が低下したり、全く成膜されなくなる不具合が生じる。場合によっては、トラッキングアークの発生により、特性の全く異なった膜が形成される不具合もある。
【０００９】
またトラッキングアークの発生は、パーティクル発生の原因にもなり、発生したパーティクルが基板上に付着すると欠陥となり、製品の不良となる。
【００１０】
上記トラッキングアークは、ターゲット表面での磁場強度を弱めること、成膜圧力を低くすること、および供給電力を低くすることにより発生しにくくなる。しかし、これらの方法では、完全にトラッキングアークの発生を抑制することはできない。さらに、これらの方法では、成膜速度が低下してしまい、生産性において問題を提起する。
【００１１】
本発明の目的は、ＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法により薄膜を作製する場合に、トラッキングアークの発生を防止し、薄膜を安定に作製できる薄膜作製方法および薄膜作製装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用】
まず最初に、上記目的を達成する解決手段としての本発明の構成に到った知見を述べる。
【００１３】
トラッキングアークの発生の原因と機構は現在のところ解明されていない。本発明者は、マグネトロンスパッタ法におけるトラッキングアークの問題を解決すべく鋭意研究した。その結果、トラッキングアーク発生の原因および機構について、次のような考えに至った。
【００１４】
ＲＦ放電を用いたプロセスにおいては、放電時間の経過に伴いプラズマのカソードシースとの界面に負にチャージしたクラスタが成長することが報告されている。このことについては、例えば白谷等の論文（J.Appl.Phys.79,1 January 1996, pp104-109）に述べられている。これは、負にイオン化された浮遊粒子と、カソードから放出されたγ電子等の高エネルギ電子の衝撃によって正にイオン化された浮遊粒子との凝集によるものと考えられている。粒子が凝集して大きくなったクラスタは、電子との衝突断面積が大きくなるため負にチャージする。そして、この負にチャージしたクラスタと正イオンがさらに凝集し、クラスタが成長するというものである。この負にチャージしたクラスタの成長が前述のトラッキングアークの発生原因であるという考えである。
【００１５】
マグネトロンスパッタの場合、γ電子およびスパッタ粒子の放出はターゲットのエロージョン最深部で最も多く、しかもγ電子はマグネットの発生する磁場にトラップされる。従って、ターゲットのエロージョン最深部上で、巨大なクラスタが負にチャージアップしつつ成長しやすい。こうしたクラスタの成長とチャージアップが或るレベルを越えたとき、ターゲットとの間でアークが発生する。このアークによりターゲットがアブレート（日本語では「溶発」という）され、ブルーム（煙状のもの）が発生する。プルーム中の圧力は高く、ここに放電電力が集中してアークが持続する。このときプルームが電流パスとなり、磁界中を運動する電流を流した導線のごとく振舞うため、アークがエロージョン最深部を回転する。このような特性を有するアークが上記トラッキングアークである。
【００１６】
以上のことから、γ電子の放出係数が高く、しかもアブレートされプルームを発生しやすい材料（例えばＩｎおよびＳｎの酸化物からなるＩＴＯやＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物であるＧｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 ）の場合、上記アークすなわちトラッキングアークの発生までには、上述のようにクラスタ成長のための時間が必要である。このことは、研究の際トラッキングアークが電力の供給開始（すなわち放電開始）と同時には発生しなかったことから明らかである。
【００１７】
また研究において、供給電力が低い場合にはトラッキングアークが発生しないことを確認した。このことは、トラッキングアークの発生にはプラズマ密度が関係していることを示唆するものである。供給電力が低い場合、プラズマ密度が低く、従ってその中の正イオン密度も低いので、クラスタの成長が抑制される。それと同時にプラズマ密度が低いと、プラズマによるシールドが弱くなり、負にチャージしたクラスタはお互いのチャージにより静電的な反発力で発散してしまう。このため供給電力が低い場合はトラッキングアークが発生しないのである。
【００１８】
そこで本発明では、トラッキングアークが発生する前の段階で、クラスタの成長を抑制してそれらを発散させる時間を設け、これによって問題を解決しようとするものである。
【００１９】
クラスタの成長を抑制してそれらを発散させるには、望ましくは、放電を停止すればよい。またクラスタの成長を抑制してそれらを発散させるにあたって、必ずしも完全に放電を停止してしまう必要はない。つまり、供給電力をある程度低下させせればプラズマ密度が低下し、クラスタの成長を抑制でき、しかもそれらを発散できる。従って、トラッキングアークが発生する前に供給電力を低下するだけでもトラッキングアークの発生を防止できるのである。
【００２０】
上記知見に基づき本発明は、次のように構成される。
【００２１】
第１の本発明（請求項１に対応）に係る薄膜作製方法は、ターゲットの背面にマグネットを配置し、ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用してターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製するＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製方法であり、ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、ＲＦ電力とＤＣ電力のターゲットへの電力供給を同時にかつ周期的に停止する期間を設けた。すなわち、ＲＦ電力とＤＣ電力の両電力の供給と停止を同期させるため、ターゲットに対して電力は間欠的に供給される。
【００２２】
上記第１の本発明では、ＲＦ電力とＤＣ電力の両電力の供給と停止を同期させ周期的に行い、ターゲットに対して電力を供給する期間と、この電力の供給を停止することによりクラスタの成長を抑制してそれらを発散させる期間とを繰り返して、トラッキングアークの発生を防止する。
【００２３】
ここでスパッタ法による薄膜形成は、一般的に１０-1Ｐａ台の成膜圧力で行われる。放電開始圧力がこの成膜圧力よりも低い場合には、上記の間欠的なターゲットへの電力供給において、電力の供給停止時間が長く、放電が完全に止まっても、次の供給時に放電が可能である。しかし、装置によっては、例えばカソード（ターゲット）のサイズが小さい場合では、放電開始圧力が成膜圧力よりも高くなってしまう場合がある。このような場合、電力の供給停止時間が長く、放電が完全に止まってしまうと、次に電力が供給されても、成膜圧力では放電が開始できなくなる。従って、このような放電開始圧力が成膜圧力よりも高い場合には、電力の供給を停止させてしまわずに、放電を完全に止めないようにすることが望ましい。
【００２４】
第２の本発明（請求項２に対応）に係る薄膜作製方法は、第１の発明と同様な前提の下で、ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、ターゲットに供給するＲＦ電力とＤＣ電力の両電力を同時にかつ周期的に低下する期間を設けるようにした。
【００２５】
第２の本発明では、第１の発明のごとくターゲットへの電力の供給を完全に停止する期間を設けるのではなく、低下させるだけである。従って放電は止まることはなく、放電開始圧力が成膜圧力よりも高い場合でも、成膜圧力にて放電が維持できる。先に述べた本発明に到る研究の結果から明らかなように、ターゲットへ供給する電力を低下させることでプラズマ密度の低下を図り、これによりクラスタの成長を抑制してそれらを発散させるので、供給電力を低下させずに供給する時間をトラッキングアーク発生に要する時間よりも短くすれば、本方法によってもトラッキングアークの発生を防止できる。
【００２６】
第３の本発明（請求項３に対応）に係る薄膜作製方法は、第１の発明と同様な前提の下で、ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、ターゲットへＤＣ電力を供給するためのＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、その定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）にすると共に、ＲＦ電力のターゲットへの電力供給を周期的に停止する期間を設けるようにした。
【００２７】
第３の本発明では、第１の発明のごとくＲＦ電力とＤＣ電力の両電力の供給と停止を同期させて繰り返すのではなく、ＤＣ電力供給するＤＣ電源に定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）で一定とし、ＲＦ電力のターゲットへの電力供給を周期的に停止する。定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）にすると、ＲＦ電力が供給されている期間は放電し、定電圧制御電源からも電力供給されるが、ＲＦ電力が供給されない期間は放電が維持できず、定電圧制御電源からの電力も供給されない。すなわちＲＦ電力の供給を周期的に停止することによって、ターゲットに対して電力を供給し放電させる期間と、電力の供給を停止して放電を止め、クラスタの成長を抑制してそれらを発散させる期間とを設けることができる。従って、前記ＲＦ電力の供給時間をトラッキングアーク発生に要する時間よりも短くすれば、第１の発明と同様にトラッキングアークの発生を防止できる。
【００２８】
第４の本発明（請求項４に対応）に係る薄膜作製方法は、第１の発明と同様な前提の下で、ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、ターゲットへＤＣ電力を供給するためのＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、その定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持伝電圧以下（絶対値が小さくなる方向）にすると共に、ＲＦ電力のターゲットへの供給電力を周期的に低下する期間を設けるようにした。
【００２９】
第４の本発明では、第１および第３の本発明のごとくターゲットへの電力供給を停止して完全に放電を止めてしまうのではなく、定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）にして、ＲＦ電力の供給電力を低下させることでプラズマ密度の低下を図り、第２の発明と同様、これによりクラスタの成長を抑制してそれらを発散させることができる。従って、このクラスタの成長を抑制してそれらを発散させる期間を周期的に設けると共に、ＲＦ電力を低下させずに供給する時間をトラッキングアーク発生に要する時間よりも短くするので、本方法によってもトラッキングアークの発生を防止できる。
【００３０】
第５の本発明（請求項５に対応）に係る薄膜作製方法は、第１から第４のいずれかの発明において、好ましくは、電力供給を停止あるいは供給電力を低下する時間を１msec以上となるようにした。
【００３１】
プラズマはターゲットへの電力供給を停止した場合でも、その瞬間に消えることはなく、その密度は徐々に低下する。スパッタ法による薄膜作製における一般的なＡｒガスのプラズマの場合、電力供給を停止してからプラズマの密度がほぼゼロになるまでの時間は、およそ１msecである。従って、供給電力を低下させた場合でも、低下させた電力での安定な放電状態のプラズマ密度になるのに１msec程度あれば十分である。第５の本発明では、電力供給を停止あるいは供給電力を低下する時間を１msec以上とすることで十分なプラズマ密度の低下を図れ、これによりクラスタの成長を抑制してそれらを発散させるので、トラッキングアークの発生を防止できる。
さらに本発明については、上記の第１から第４の薄膜作製方法に対応して、以下のごとくこれらの方法を実施するための薄膜作製装置を提供することが可能である。
第１の薄膜作製装置は、ターゲットの背面にマグネットを配置し、ターゲットにＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給してプラズマを発生させ、スパッタリング現象を利用してターゲットに対向配置した基板上に薄膜を作製するＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製装置であり、ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、ＲＦ電力とＤＣ電力のターゲットへの供給を同時にかつ周期的に停止する手段を設けたことを特徴とする。
第２の薄膜作製装置は、上記と同様な薄膜作製装置であって、ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、ＲＦ電力とＤＣ電力のターゲットへの供給電力を同時にかつ周期的に低下する手段を設けたことを特徴とする。
第３の薄膜作製装置は、上記と同様な薄膜作製装置であって、ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、ターゲットへＤＣ電力を供給するためのＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、設定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）にすると共に、ＲＦ電力のターゲットへの電力供給を周期的に停止する手段を設けたことを特徴とする。
第４の薄膜作製装置は、上記と同様な薄膜作製装置であって、ターゲットとして、ＩｎおよびＳｎの酸化物、あるいはＧｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物を用い、ターゲットへＤＣ電力を供給するためのＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、設定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）にすると共に、ＲＦ電力のターゲットへの供給電力を周期的に低下する手段を設けたことを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３３】
図１に従って、本発明に係る薄膜作製方法が実施されるＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ装置（以下「スパッタ装置」という）の構成を説明する。スパッタ装置において、１０１は真空容器、１０２は真空容器１０１内を排気する排気系、１０３はガス導入系である。真空容器１０１の下部にはカソード１１０が設けられる。カソード１１０は、ターゲット１１１と、ターゲット１１１が取り付けられたバッキングプレート１１２とから構成される。バッキングプレート１１２の背後には、マグネット１２１，１２２とヨーク１２３からなるマグネトロン放電のためのマグネット組立１２０が配置されている。マグネット１２２は中心マグネットであり、マグネット１２１は、中心マグネットの周囲に配置される環状マグネットである。また真空容器１０１の上部に基板１０６およびサセプタ１０７が配置される。
【００３４】
カソード１１０には、ＲＦ電源１３１と整合器１３２からなるＲＦ電力供給系１３０と、ＤＣ電源１４１とローパスフィルタ１４２からなるＤＣ電力供給系１４０が接続されている。１５１はＲＦ電源１３１およびＤＣ電源１４１の出力を制御するための制御器であり、１５２は制御器からの信号ラインである。真空容器１０１は接地されており、カソード１１０は絶縁体１０４を介して真空容器１０１に取り付けられる。１０５は、バッキングプレート１１２のターゲット１１１を配置した以外の部分がスパッタされるのを防ぐためのターゲットシールドであり、ターゲット１１１およびバッキングプレート１１２とは僅かな隙間（１〜２ｍｍ程度）を介して配置される。
【００３５】
上記ＲＦ電源１３１には、例えば発振周波数１３．５６ＭＨｚのものが用いられる。また実際の装置では、以上に述べた構成以外に、スパッタによるカソード１１０の加熱を防止するための水冷機構、その他基板の出し入れのための機構が設けられているが、図１では説明の簡単化のため省略してある。
【００３６】
次に上記スパッタ装置で実施される本発明に係る薄膜作製方法の第１の実施形態を説明する。本実施形態は、ターゲット１１１にＩｎおよびＳｎの酸化物の混合体を使用して基板１０６上にＩＴＯ透明導電膜を成膜する例である。
【００３７】
ターゲット１１１にはＩｎ2 Ｏ3 に対しＳｎＯ2 を１０ｗｔ％添加した焼結体ターゲット（密度９５％）を使用している。ターゲット１１１上において、ターゲット面（図１中ターゲットの上面）に垂直な磁場成分がゼロとなる位置のターゲット面に平行な磁場強度は、例えば約３００Gauss である。スパッタガスにはＡｒガスにＯ2 ガスを適量（Ｏ2 ガスの導入量を変化させて作製したＩＴＯ薄膜を作製した場合、膜の比抵抗が最低となるＯ2 ガスの導入量）混合したガスを使用している。成膜圧力は例えば０．４Ｐａである。このような条件の下、制御器１５１に基づいてＲＦ電源１３１およびＤＣ電源１４１から時間変調された所望の電力をターゲット１１１に供給して放電を発生させる。
【００３８】
ところで、制御器１５１によりＲＦ電源１３１およびＤＣ電源１４１から一定電力を同時に連続的に出力させてターゲット１１１に供給すれば、従来のＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法による薄膜作製法となる。このような一定電力を連続的に供給する従来の薄膜作製方法の場合、電力密度（供給電力をターゲットの面積で割った値）でＲＦ電力を１．５Ｗ／cm2 、ＤＣ電力を０．５Ｗ／cm2 としたとき、短い場合には２秒程度、長くても２分程度でトラッキングアークが発生した。
【００３９】
上記の従来のＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法による薄膜作製法に対して、本実施形態では、制御器１５１に基づいて、ＲＦ電源１３１およびＤＣ電源１４１から各々電力密度で例えば１．５Ｗ／cm2 と０．５Ｗ／cm2 を同期させて周期的に所要時間だけ停止し、もってターゲット１１１に対して電力を間欠的に供給するようにした。このときのターゲット１１１に印加される電圧波形を図２に示す。図２で、ａは１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力とＤＣ電力を供給する期間、ｂはＲＦ電力とＤＣ電力の供給停止期間である。供給期間ａの時間は例えば５msec（ミリ秒）、停止期間ｂの時間は例えば１msec（ミリ秒）に設定される。なお図２における点線１０は、期間ａにおけるターゲットの平均電圧、すなわち期間ａにおけるＶT を示す。また図２では、期間ａが交流波形であることを視覚的に分かるように示したものであり、波の数と時間の直接的な関係はない。
【００４０】
ＲＦ電源１３１とＤＣ電源１４１からターゲット１１１への電力供給を上記の条件に設定すると、トラッキングアークは全く発生せず、数十時間以上でも安定に放電を発生させることができた。その結果、安定にＩＴＯ透明導電膜の作製を行うことができた。
【００４１】
上記実施形態において、トラッキングアークが発生せず長時間安定に放電できたのは、電力供給期間ａの時間５msecがトラッキングアーク発生までの時間に対して十分に短く、すなわちクラスタの成長がトラッキングアーク発生に到るほどではなく、また停止期間ｂの時間１msecがプラズマ密度を低下させるのに十分な時間であり、電力供給期間ａの時間内に成長したクラスタを発散させてしまうのに十分な時間であったからである。
【００４２】
上記実施形態では、電力を供給する期間ａの時間を５msecに設定したが、この供給時間はトラッキングアークが発生するまでの時間よりも短ければよく、本実施形態の数値に限定されるものではない。電力の供給時間は、前記した従来の薄膜作製方法の結果から考察すると、ＲＦ電源１３１およびＤＣ電源１４１からの供給電力が電力密度で各々１．５Ｗ／cm2 と０．５Ｗ／cm2 の場合、最大２sec 程度の設定が可能である。ただし、供給電力が高くなるとプラズマ密度が増加し、クラスタの成長が速くなる。このためトラッキングアーク発生までの時間が短くなる。さらに、ターゲット表面での磁場強度が強くなったり、成膜圧力が低い条件、あるいはターゲット表面のノジュール（突起物）が増加した状況では、トラッキングアーク発生までの時間が短くなる。このように、プロセス条件やターゲット表面の状況によっては、トラッキングアークが１sec 程度でも発生してしまう場合がある。従って電力供給期間ａの時間は、実質的には本実施形態のように、msecオーダ、長くても１００msecオーダに設定するのが望ましい。
【００４３】
また電力の供給停止期間ｂの時間も、上記実施形態の１msecに限られない。この供給停止時間は、供給期間ａの時間内に成長したクラスタを発散させればよく、１msecよりも長くても短くてもよい。ただしクラスタを発散させるには、プラズマ密度を十分に低下させた方がよく、好ましくは供給電力を停止してプラズマ密度がほぼゼロとなる１msec以上に設定するのが望ましい。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。この実施形態の構成・条件は、電力の供給の仕方以外、第１実施形態で述べた構成・条件と同じである。本実施形態では、ターゲットに供給するＲＦ電力とＤＣ電力を同期させて周期的に停止する代わりに、同期させて周期的に低下させるようにした。図３は、本実施形態におけるターゲット１１１に印加される電圧波形を示す。図３中のｃは通常の電力供給期間、ｄは電力を周期的に低下させる期間である。期間ｃでのＲＦ電力とＤＣ電力は、各々、電力密度で例えば１．５Ｗ／cm2 と０．５Ｗ／cm2 で、時間は例えば５msec、期間ｄでのＲＦ電力とＤＣ電力は、各々、電力密度で例えば０．３Ｗ／cm2 と０．１Ｗ／cm2 で、時間は例えば１msecに設定される。ここで図３における点線２０および一点鎖線３０は各々期間ｃおよび期間ｄでのターゲットの平均電圧、すなわち各々の期間におけるＶT を示す。また図３は、期間ｃとｄが交流波形であることを視覚的にわかるように示したもので、各々の波の数と時間との直接的な関係はない。
【００４５】
本実施形態においても、トラッキングアークは発生せず、数十時間以上でも安定に放電を発生させることができ、その結果、安定にＩＴＯ透明導電膜の作製を行うことができた。さらに、本実施形態における電力の供給の仕方では、電力供給を完全に止めてしまわないので、成膜圧力を放電開始圧力よりも低くしても放電は停止せず、トラッキングアークが発生することなく、安定に放電を維持できた。
【００４６】
本実施形態においてトラッキングアークが発生せず、長時間安定に放電できた理由は、一つには、第１実施形態で説明したことと同様に、ＲＦとＤＣの電力を各々電力密度で１．５Ｗ／cm2 と０．５Ｗ／cm2 で供給を行う期間ｃの時間５msecが、トラッキングアーク発生までの時間に対して十分に短く、クラスタの成長がトラッキングアーク発生に到るほどではなかったからである。そして他の一つには、期間ｄにおける供給電力（電力密度にして０．３Ｗ／cm2 のＲＦ電力と０．１Ｗ／cm2 のＤＣ電力）でのプラズマ密度が、クラスタの成長を抑制して期間ｃの時間内に生じたクラスタを発散させることができるほど十分に低く、期間ｄの時間１msecが、そのプラズマ密度（期間ｄにおける供給電力での安定なプラズマ密度）まで低下するのに十分な時間であったからである。
【００４７】
本実施形態では、通常の電力を供給した期間ｃの時間を５msecに設定したが、この供給期間ｃの時間は、トラッキングアークが発生するまでの時間よりも短ければよく、本実施形態の数値に限定されるものではない。この通常の電力を供給する期間ｃの時間は、第１実施形態で述べた場合と同様に、最大２sec 程度の設定が可能である。ただし、前に述べたように、プロセス条件やターゲット表面の状況によっては、トラッキングアークが１sec 程度でも発生してしまう場合がある。従って、通常の電力を供給する期間ｃの時間は、実質的には本実施形態のようにmsecオーダ、長くても１００msecオーダに設定するのが望ましい。
【００４８】
さらに本実施形態では、電力を同期させて周期的に低下する期間ｄにおいて、電力を電力密度にしてＲＦを０．３Ｗ／cm2 、ＤＣを０．１Ｗ／cm2 また時間を１msecに設定したが、これらはその数値に限定されるものではない。この電力を同期させて周期的に低下する期間ｄでは、クラスタの成長を抑制し、通常の電力を供給する期間ｃの時間内に成長するクラスタを発散させられればよく、前記電力よりも高く、１msecよりも短くてもかまわない。ただし、期間ｄにおける電力は、高くなるとクラスタの成長抑制と発散どころか、逆に成長してしまい、トラッキングアークが発生してしまう。従って、実質的には放電維持できる最低の電力程度に設定するのが望ましい。また本実施形態では、第１実施形態のように、電力供給を完全に停止しないので、期間ｄの時間は、期間ｃで成長したクラスタを発散させてしまうために、プラズマ密度を十分に低下させるよう、好ましくはプラズマ密度が低下してしまう１msec以上に設定することが望ましい。
【００４９】
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。この実施形態の構成・条件では、電力の供給の仕方以外、第１および第２の実施形態で述べた構成・条件と同じである。
【００５０】
ところで、ＤＣ電力のみで放電した場合、その電流−電圧特性から、−２８０Ｖ以下（絶対値が小さくなる方向）では放電維持できないことがわかった。そこで、本実施形態では、図１に示すＤＣ電源１４１に定電圧制御装置を使用し、その定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）の例えば−１００Ｖに設定すると共に、制御器１５１に基づいて、ＲＦ電源１３１からの電力供給を周期的に所要時間だけ停止するようにした。図４は、本実施形態におけるターゲット１１１に印加される電圧波形を示す。図４中のｅは定電圧制御電源により電圧を制御しつつＲＦ電力を供給した期間、ｆはＲＦ電力の供給を周期的に停止する期間であり、−１００Ｖの電圧（破線４０）が印加されている。期間ｅでのＲＦ電力は例えば１．５Ｗ／cm2 、時間は例えば５msec、期間ｆの時間は例えば１msecに設定される。なお図４では、期間ｅが交流波形であることを視覚的にわかるように示したもので、波数と時間との直接的な関係はない。
【００５１】
本実施形態において、期間ｆでは、ＲＦ電力が供給されないため放電が維持できず、定電圧制御電源からは電圧は印加されるものの、電力は供給されない。すなわちＲＦ電力の供給を周期的に停止することによって、ターゲット１１１に対して電力を供給し放電させる期間と、電力の供給を停止して放電を止め、クラスタの成長を抑制してそれらを発散させる期間とを設けることができる。このように放電を間欠的に行うことは第１の実施形態と同様であって、本実施形態においても、トラッキングアークは発生せず、数十時間以上でも安定に放電を発生させることができた。その結果、安定にＩＴＯ透明導電膜の作製を行うことができた。
【００５２】
本実施形態では、定電圧制御電源から−１００Ｖの電圧を印加して行ったが、この電圧はＤＣ電力の供給のみで放電させた場合の放電維持電圧よりも低ければよく、本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態における期間ｅのＲＦ電力と時間、および期間ｆの時間も本実施形態に限定されるものではない。ただし、第１の実施形態の説明で述べたように、トラッキングアークの発生にはプロセス条件やターゲット表面の状況が関係しており、従って期間ｅの時間は、実質的には本実施形態にように、msecオーダ、長くても１００msecオーダに設定するのが望ましい。また、期間ｆの時間は、プラズマ密度を十分に低下させることができるように１msec以上に設定することが望ましい。
【００５３】
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。この実施形態の構成・条件は、電力の供給の仕方以外、第１から第３の実施形態で述べた構成・条件と同じである。本実施形態では、第３の実施形態と同様、ＤＣ電源１４１に定電圧制御電源を使用し、その定電圧制御電源の設定電圧をＤＣ電力のみで放電した場合の放電維持電圧以下（絶対値が小さくなる方向）の例えば−１００Ｖ（破線５０）に設定した。ただし、本実施形態では、第３の実施形態と異なり、ＲＦ電力を周期的に停止する代わりに、周期的に低下させるようにした。図５は、本実施形態におけるターゲット１１１に印加される電圧波形を示す。図５中のｇは定電圧制御電源により電圧を制御しつつＲＦ電源を供給した期間、ｈは定電圧制御電源により電圧を制御しつつＲＦ電力を周期的に低下する期間である。期間ｇでのＲＦ電力は例えば１．５Ｗ／cm2 、時間は例えば５msec、期間ｈでのＲＦ電力は例えば０．３Ｗ／cm2 、時間は例えば１msecに設定される。なお図５では、期間ｅが交流波形であることを視覚的にわかるように示したもので、各々の波の数と時間との直接的な関係はない。
【００５４】
本実施形態において、期間ｈでは、ＲＦ電力を低下させるためプラズマ密度を低下させることができる。すなわちクラスタの成長を抑制してそれらを発散させることができる。このようにプラズマ密度を周期的に低下させ、クラスタの成長を抑制してそれらを発散させる期間を設けることは第２の実施形態と同様であって、本実施形態においても、トラッキングアークは発生せず、数十時間以上でも安定に放電を発生させることができた。その結果、安定にＩＴＯ透明導電膜の作製を行うことができた。
【００５５】
本実施形態では、定電圧制御電源から−１００Ｖの電圧を印加して行ったが、この電圧はＤＣ電源の供給のみで放電させた場合の放電維持電圧よりも低ければよく、本実施形態に限定されるものではない。また本実施形態における期間ｇのＲＦ電力と時間、および期間ｈのＲＦ電力と時間も本実施形態に限定されるものではない。ただし、第１および第２の実施形態の説明で述べたように、トラッキングアークの発生にはプロセス条件やターゲット表面の状況が関係しており、従って期間ｇの時間は、実質的には本実施形態のように、msecオーダ、長くても１００msecオーダに設定するのが望ましい。また期間ｈの時間は、プラズマ密度を十分に低下させることができるように１msec以上に設定することが望ましい。
【００５６】
上記の各実施形態では、Ｉｎ2 Ｏ3 に対しＳｎＯ2 を１０ｗｔ％添加した焼結体（密度９５％）であるターゲットを用いた、ＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法によるＩＴＯ透明導電膜作成の例について述べたが、ターゲットの材質は上記実施形態に限られるものではない。同じＩＴＯ透明導電膜を作製するためのターゲットでも、ＳｎＯ2 の添加量が異なるもの、あるいは焼結体ではなくプレスしただけのもの、密度が異なるもの等に対しても本発明による薄膜作製方法を適用することができる。また、スパッタガスや成膜圧力、磁場強度等の成膜条件も本実施形態に限られるものではなく、例えば、スパッタガスはＡｒだけではなく他の希ガスあるいはＯ2 等の反応性ガスを混合したものでもよく、本実施形態とは異なる成膜条件においても本発明の薄膜作製方法を適用できる。
【００５７】
さらに、Ｇｅ，ＳｂおよびＴｅの化合物をターゲットとして用いた、ＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法によるＧｅＳｂＴｅ相変化型光記録膜の作製等におけるトラッキングアークの発生に関しては、本実施形態で述べたＩＴＯ透明導電膜の作製におけるものと同様であるので、これらにおいても本発明の方法を適用することで、トラッキングアークを防止することができ、安定した薄膜作製を行うことができる。
【００５８】
上記実施形態でのＲＦ電源の発振周波数は、一般に用いられる１３．５６ＭＨｚであったが、当該周波数はこの値に限定されるものではなく、１ＭＨｚ以上のＲＦにおいて本発明の薄膜作製方法を適用できる。例えば、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ、１００ＭＨｚでも従来の方法ではトラッキングアークが発生するが、本発明の方法を適用すれば、トラッキングアークの発生を防止することができ、安定した薄膜作製を行うことができる。
【００５９】
上記実施形態では、図１に示すようにターゲットに対して基板を静止対向させて成膜を行う場合の例であったが、ターゲットと基板の位置関係についても本実施形態に限られるものではなく、例えば、基板をターゲットの前を移動させながら成膜を行うインライン成膜法においても本発明の薄膜作製方法を適用できる。また、ターゲットの背面に配置した単一あるいは複数のマグネットを揺動させるあるいは偏心回転させ、ターゲット前面をスパッタするようにした方式の成膜法においても本発明のＩＴＯ透明導電膜の作製方法を適用できる。
【００６０】
上記実施形態では、ターゲット１１１への電力供給の制御を図１に示すような構成を用いて行ったが、ターゲット１１１への電力供給系の構成はこれに限るものではなく、本発明の方法を実施できる構成であればよい。例えば、ＤＣ電力の供給を制御するスイッチング回路をＤＣ電源１４１とローパスフィルタ１４２の間に設け、これを制御器１５１により制御するようにしてもよく、またＲＦ電源１３１に制御器が内蔵されていれば、それにより前記スイッチング回路を制御するようにしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、ＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ法を用いた薄膜作製方法において、ＲＦ電力とＤＣ電力を同時に供給した後、トラッキングアークが発生する前にＲＦ電力とＤＣ電力の供給を同時に停止し、供給時に生じたクラスタを発散させ、かつこれらを周期的に繰り返すようにしたため、トラッキングアークの発生を防止することができる。これにより安定した薄膜作製を行うことができる。
【００６２】
また、ＲＦ電力とＤＣ電力の供給を同時にかつ周期的に停止させる代わりに、ＲＦ電力とＤＣ電力を同時にかつ周期的に低下させることによって、低下前に生じたクラスタを発散させるようにしても、トラッキングアークの発生を防止して安定な薄膜作製を行うことができる。また放電が停止しないので、放電開始圧力より低い圧力でもトラッキングアークが発生せず、安定に放電を維持できる。
【００６３】
さらにＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、その設定電圧をＤＣ電力のみで放電させた場合の放電維持電圧よりも低く設定したことで、ＲＦ電力の供給と停止によって放電を発生させたり停止させたりできるため、ＲＦ電力を供給した後、トラッキングアークが発生する前にＲＦ電力の供給を停止して放電を止め、供給時に生じたクラスタを発散させ、かつこれらを周期的に繰り返すことで、トラッキングアークの発生を防止して安定な薄膜作製を行うことができる。
【００６４】
またＤＣ電源に定電圧制御電源を用い、その設定電圧をＤＣ電力のみで放電させた場合の放電維持電圧よりも低く設定した状態で、ＲＦ電力の供給を周期的に停止する代わりに、ＲＦ電力を周期的に低下させることによって、低下前に生じたクラスタを発散させるようにしても、トラッキングアークの発生を防止して安定な薄膜作製を行うことができる。また放電が停止しないので、放電開始圧力より低い圧力でもトラッキングアークが発生せず、安定に放電を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜作製方法が実施されるＲＦ−ＤＣ結合マグネトロンスパッタ装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態でのターゲットに印加される電圧の波形図である。
【図３】本発明の第２実施形態でのターゲットに印加される電圧の波形図である。
【図４】本発明の第３実施形態でのターゲットに印加される電圧の波形図である。
【図５】本発明の第４実施形態でのターゲットに印加される電圧の波形図である。
【図６】放電状態におけるカソード表面（ターゲット表面）と接地電位のアノードとの間の電位分布を示す図である。
【符号の説明】
１０１              真空容器
１１０              カソード
１１１              ターゲット
１１２              バッキングプレート
１２０              マグネット組立
１２１，１２２      マグネット
１３０              ＲＦ電力系
１４０              ＤＣ電力系
【図１】
0004120974.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004120974.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004120974.tif 000006
【図６】
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