JP2000256846A - 直流マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】直流マグネトロンスパッタ装置における基板の
帯電を防止する。 【解決手段】陰極および陽極の他に第三の電極を設置
し、正電圧を印加する。または、第三の電極を抵抗素子
を介して接地することにより、放電終了時の高速電子の
基板への流入を防止することができ、基板の帯電を防止
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンスパ
ッタ法により大面積の基板に薄膜を形成するマグネトロ
ンスパッタ装置に係り、特に、絶縁性の基板の帯電防止
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロンスパッタ装置は半導体製造
や液晶表示素子製造、あるいは磁気ヘッドや磁気ディス
クの製造など、電子部品の製造分野で使用されている薄
膜形成装置の一つである。液晶表示素子の分野では、高
品質な画像が得られるＴＦＴ−ＬＣＤ（Thin Film Tran
sistor−Liquid crystal display、薄膜トランジスタを
用いた液晶表示素子）の製造において、信号電極ならび
に画素電極の形成に使用されている。

【０００３】マグネトロンスパッタ装置は、基板搬送の
形態により２種類が主として使用され、一つは数枚の基
板を連続して搬送しながら成膜するインライン式、そし
てもう一つは基板を一枚ずつ処理室に移送し、基板を固
定した状態で成膜を行う枚葉式である。ＴＦＴ−ＬＣＤ
製造におけるＴＦＴアレイ製造工程では後者の枚葉式の
スパッタ装置が使用されることが多い。

【０００４】枚葉式スパッタ装置における成膜処理の流
れを説明する。まず、成膜室に基板が搬入され、基板は
ヒータ上に置かれる。アルゴンなどの放電用のガスを導
入し、またヒータを動かして基板を所定の位置に移動し
た後、スパッタターゲットに真空容器に対して負電圧を
印加してマグネトロン放電を開始させる。マグネトロン
放電は、ターゲット背面に設置したマグネットがターゲ
ット表面に形成するトンネル状の磁場内に、レーストラ
ック型に形成される高密度プラズマ領域のことである。

【０００５】高密度プラズマ中には正に帯電したアルゴ
ンイオンが多量に存在し、負電圧であるターゲットに向
かって加速される。アルゴンイオンがターゲットに衝突
すると、その衝撃でターゲットを構成する物質がはじき
とばされ、基板に堆積する。このようにして基板に薄膜
が形成されるのである。

【０００６】また、基板全面への成膜を行うためには、
レーストラック状の高密度プラズマ領域を移動させるこ
とが必要で、そのためマグネットを移動させる。高密度
プラズマ領域はマグネット位置に追従して移動する。基
板全面に所定の膜厚が成膜されたら放電を停止させ、ガ
ス導入を停止し、基板を取出す。

【０００７】これまで述べたように成膜のプロセスにお
いては放電開始および放電停止を行う必要がある。ここ
で問題となるのは、放電停止時に発生する高速電子であ
る。放電停止時に高速電子が発生する理由は次のとおり
である。放電電流を小さくしていくと、急激に絶縁が回
復するため、放電電流が急激にゼロとなる電流裁断現象
が発生する。これは放電ガス圧力が低ガス圧、すなわち
高真空であるほど顕著である。また、電源ケーブルはイ
ンダクタンス分を有しているため、電流裁断が発生する
と、ターゲットにはサージ電圧が発生する。このサージ
電圧により電子が高速に加速される。

【０００８】真空容器内には成膜の対象であるガラス基
板があるが、これは絶縁物であるために電子の入射があ
るとガラス基板は帯電する。ガラス基板が帯電した場
合、ヒータとの間に電気的な吸引力が作用し、基板をヒ
ータから引き離すのが困難となる。また、帯電量が少な
く基板をヒータから引き離すことができた場合でも、基
板を真空中から大気中へ取り出してみると基板はわずか
に帯電したままとなる。基板を真空から大気に戻す際、
圧力領域によっては絶縁性が低い状態になるため、ある
程度の電荷は中和されるが、完全には中和されずに残留
する。大気中で帯電したガラス基板を運搬すると、パー
ティクルを吸い寄せる結果となる。基板に付着するパー
ティクルは歩留まり低下の要因であり、帯電した基板を
扱うことは製品の歩留まり低下を招くことになる。

【０００９】直流マグネトロンスパッタ装置は、通常タ
ーゲットを陰極に、基板を陽極とする。しかしガラス基
板などの絶縁物を成膜する場合は基板に直流電流は流れ
ないため、基板周辺部に陽極を設置する必要がある。基
板周囲に陽極があれば、高速電子はそちらへ入射するの
で基板の帯電量は小さい。ところが、膜厚分布や膜質分
布の均一性を向上させる方法として、例えば特開平7−3
10181 号公報に記載された実施例に示されているよう
に、基板周辺の部材を電気的にフローティングにする方
法がある。特開平7−310181 号公報に記載された実施例
では電気的にフローティングとなっている部材のすぐ外
側に陽極があるため帯電はほとんど発生しないが、陽極
が離れている場合はフローティング部材および基板が帯
電することがある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、基板
帯電を防止するために、放電終了時に発生する高速電子
を基板に入射させないようにすることが必要とされてい
るのである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題は、第三の電極
から放電終了時の高速電子を引き抜くことで解決され
る。具体的には第三の電極に抵抗を介して正電圧を印加
する電源を接続しておく方法や、単に抵抗を介して第三
の電極を陽極と同電位の場所に接続する方法がある。

【００１２】即ち、第三の電極に抵抗を介して正電源を
接続している場合は、放電終了と同時に高速電子は第三
の電極に吸収される。また、第三の電極が抵抗を介して
陽極と同電位に接続されている場合でも、やや少ないが
効果はある。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明を実施した、
第一の例に関して説明する。図１は、枚葉式スパッタ装
置のマグネトロンカソードへの適用例の断面を示した図
である。基板１２は真空容器１１内のヒータ１３上にセ
ットされている。基板１２と対向する位置にターゲット
１４があり、バッキングプレート１５に接着されてい
る。バッキングプレート１５はターゲット１４を冷却す
る役目と、ターゲット１４を真空に保持する隔壁の役目
とをする。バッキングプレート１５の背面すなわち大気
側にはマグネット１８が配置されている。真空容器１１
内にアルゴンガスを導入して０.７Ｐａ程度に保持し、
直流電源１９によりターゲットを真空容器１１に対して
負電位にすると、ターゲット１４表面のマグネット１８
付近には高密度プラズマが発生する。

【００１４】マグネット１８はターゲット１４の真空側
にトンネル状磁場を形成しており、磁場により電子がト
ラップされるため、高密度のプラズマが生成されるので
ある。高密度プラズマは正に帯電したアルゴンイオンを
多く含み、アルゴンイオンはターゲット１４に衝突して
ターゲット１４をスパッタする。この方式は、一般にマ
グネトロンスパッタ法と呼ばれている。マグネット１８
は大気中を移動できるようになっており、マグネット１
８を移動させると高密度プラズマ領域も移動する。すな
わちマグネット１８を移動させることで、基板１２が大
面積である場合でも、基板１２の全面にわたって成膜を
行うことができる。防着板２２およびマスク２２は、基
板１２以外に飛来するスパッタ粒子を付着するためのも
ので、付着膜が厚くなり剥離する直前に交換する部材で
ある。

【００１５】ターゲット１４は陰極であり、アルゴンイ
オンにスパッタされると同時に二次電子が放出される。
この二次電子はアルゴンガスを電離した後、陽極に入射
させる必要がある。すなわち、電子電流を陰極から陽極
に流すことで直流放電が形成される。基板１２は絶縁物
であり直流電流は流せないので、アースシールド１６，
防着板１７，マスク２２などを陽極とする必要がある。
マスク２２はターゲット１４に面しているため陽極にし
やすいと思われるが、発明者らの実験によると基板１２
における膜厚分布や膜質分布が良好ではないことがわか
った。

【００１６】これはマスク２２を陽極にすると、基板近
くの場所で電子がマスク２２に流入することで電流密度
が上昇し、プラズマ密度が局部的に上昇するためであ
る。そのためマスク２２は陽極とせず、絶縁物２３を介
して電気的に浮動電位としている。これにより、マスク
２２の電位を基板１２と近いものとし、基板１２におけ
る膜厚分布や膜質分布を改善できた。陽極はアースシー
ルド１６および防着板１７のみとした。マスク２２は浮
動電位であるため、高速電子の入射があると帯電する。
また、基板１２も同様である。

【００１７】そこで、発明者らは、マスク２２にリード
線２７を取り付け、電流導入端子２４を経由して大気側
と電気的に接続し、直流電源２６と接続した。その際、
抵抗素子２５も取り付けた。直流電源２６はアースシー
ルド１６および防着板１７に対して正電位とした。マス
ク２２を正電位とする理由は、高速電子をマスク２２に
吸収するための電界をターゲット１４とマスク２２との
間に形成するためである。

【００１８】また、抵抗素子２５は、マグネトロン放電
で発生する大量の電子が、直流電源２６に流入するのを
防ぐためのものである。この抵抗素子２５の役割は重要
で、マグネトロン放電時はマスク２２の電位をフローテ
ィングした場合とほぼ同様にする一方、放電終了時に放
電電流が小さくなるとマスク２２の電位を正電位として
高速電子を吸収する役割をはたす。

【００１９】（実施例２）本発明の第二の実施例を図２
に示す。本実施例は、実施例１の図１における直流電源
２６を短絡した形式のものである。

【００２０】

【発明の効果】本発明を実施した効果を図３を使用して
説明する。成膜が終了した時点で放電を停止するため、
電流３０は時間とともに減少させる。このとき、従来の
本発明を実施していない場合のマスク電圧は電圧３１と
なった。すなわち、電流がゼロに近づいた時点で高速電
子の入射により大きい負電圧となる。この電圧ピーク
は、高速電子の量とマスクとの静電容量により決まる量
である。ピーク電圧の後は、マスクの静電容量と絶縁抵
抗との時定数に応じて電圧３１は降下する。

【００２１】本発明における第一の実施例を適用した場
合が電圧３２で、マスク２２は負電圧になることはなか
った。また、本発明における第二の実施例を適用した場
合が電圧３３で、負電圧のピークは大幅に緩和される効
果があった。その結果、基板への帯電量が従来より減少
し、マスクへの吸着やパーティクルの付着を抑制するこ
とができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例である直流マグネトロン
スパッタ装置の断面図。

【図２】本発明の第二の実施例である直流マグネトロン
スパッタ装置の断面図。

【図３】本発明の効果を示した時間と電流・電圧との関
係を示す図。

【図４】従来の直流マグネトロンスパッタ装置の例を示
した断面図。

【符号の説明】

１１…真空容器、１２…基板、１３…ヒータ、１４…タ
ーゲット、１５…バッキングプレート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に配置された基板を有する真空容器
   と、薄膜とすべき母材からなるターゲットと、該ターゲ
   ットの表面上に所望のマグネトロン磁場を形成する磁石
   部と、該ターゲットに直流電圧を印加して該ターゲット
   表面において、放電を発生させる直流電源と、該真空容
   器内において放電を維持する放電電流が流れる陰極およ
   び陽極の他に、第三の電極を有するマグネトロンスパッ
   タ装置において、該第三の電極が抵抗素子を介して陽極
   より正電位を保持する直流電源に接続されていることを
   特徴とする直流マグネトロンスパッタ装置。
2. 【請求項２】前記第三の電極が、抵抗素子を介して陽極
   と同電位に接続されていることを特徴とする請求項１に
   記載の直流マグネトロンスパッタ装置。