JPH11323543A

JPH11323543A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置

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Publication number: JPH11323543A
Application number: JP12704698A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Sugawara; 智明菅原; Masaharu Tanaka; 正治田中; Tatsuya Sato; 達哉佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 1999-11-26
Anticipated expiration: 2018-05-11
Also published as: JP3895463B2

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、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という課題を解決しようとす
るものである。【解決手段】この発明は、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ターゲット１４に供給する薄膜形成
方法において、高周波電力のみを周期的に減少若しくは
停止させる。

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−ＴｉｎＯｘｉｄｅ
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曲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２５８
８４５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
ル装置などな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】請求項１に係る発明は、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。請求項２に係る発明は、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】請求項３に係る発明は、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。請求項４に
係る発明は、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】請求項５に係る発明は、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。請
求項６に係る発明は、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】請求項７に係る発明は、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。請
求項８に係る発明は、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】請求項９に係る発明は、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。請求項１０に係る発明は、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】請求項１１に係る発明は、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。請求項１
２に係る発明は、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】請求項１３に係る発明は、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。
請求項１４に係る発明は、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】請求項１５に係る発明は、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。
請求項１６に係る発明は、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
成する際に直流電力をローパスフィルタを介して高周波
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、前記高周波電力のみを周期的に減少若しくは
停止させ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、異常放電を検出して前記直流電力
を一定時間のみ低下若しくは停止させることを特徴とす
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、前記高周波電力のみを減少若しく
は停止させる周波数を前記ローパスフィルタのカットオ
フ周波数よりも高くしたことを特徴とする。

【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５に係る発明は、請求項１、
２、３または４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。

【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７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。

【００２６】請求項８に係る発明は、請求項１、２、
３、４、５、６または７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（テラス）と
することを特徴とする。請求項９に係る発明は、非絶縁
性のターゲットと、直流電力を出力する直流電源と、こ
の直流電源の直流出力が入力されるローパスフィルタ
と、高周波電力を出力する高周波電源とを有し、この高
周波電源からの高周波電力と前記ローパスフィルタから
の直流出力とを重畳して前記ターゲットに供給してスパ
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
薄膜形成装置において、前記高周波電源から前記ターゲ
ットへの高周波電力のみを周期的に減少若しくは停止さ
せることを特徴とするものである。

【００２７】請求項１０に係る発明は、請求項９記載の
薄膜形成装置において、異常放電を検出して前記直流電
力を一定時間のみ低下若しくは停止させる手段を備えた
ことを特徴とするものである。請求項１１に係る発明
は、請求項９または１０記載の薄膜形成装置において、
前記高周波電力のみを減少若しくは停止させる周波数を
前記ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも高くし
たことを特徴とするものである。

【００２８】請求項１２に係る発明は、請求項９、１０
または１１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ものであ
る。請求項１３に係る発明は、請求項９、１０、１１ま
たは１２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も
のである。

【００２９】請求項１４に係る発明は、請求項９、１
０、１１、１２または１３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ものであ
る。請求項１５に係る発明は、請求項９、１０、１１、
１２または１３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ものである。

【００３０】請求項１６に係る発明は、請求項９、１
０、１１、１２、１３、１４または１５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０．０８〜０．１
２Ｔ（テラス）としたことを特徴とするものである。

【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１
４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２
４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 −ＴｉｎＯｘｉｄｅ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２
１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。Ｃ
ＰＵ２８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
電流が規定値以下になって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ＣＰＵ２
８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１
４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２
０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１
３．５６ＭＨｚ、高周波電源２１のパルス周波数を２Ｋ
Ｈｚ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、ｍｓ
ｅｃ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、請求項１、９に係る発明
の実施形態であり、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２
ｋＷ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１００μ
ｓｅｃ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、請求項３、１１
に係る発明の実施形態であり、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、請求
項４、１２に係る発明の実施形態であり、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、請求項
５、１３に係る発明の実施形態であり、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。

【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、請求項６、１４に係る発明の実施形態であり、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、請求項７、１５に係る発明の実施形態であり、
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（テラス）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、請求
項８、１６に係る発明の実施形態であり、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。
請求項２に係る発明によれば、上記構成により、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３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４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、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。

【００６８】請求項７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８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９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。請求項１０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１１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１２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、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
１４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１５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１６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

Claims

【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
電力をローパスフィルタを介して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
高周波電力のみを周期的に減少若しくは停止させること
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、異
常放電を検出して前記直流電力を一定時間のみ低下若し
くは停止させ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、前記高周波電力のみを減少若しくは停止させる周
波数を前記ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも
高くした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５】請求項１、２、３または４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７】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８】請求項１、２、３、４、５、６または７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（テラス）とすることを特徴とする薄
膜形成方法。
【請求項９】非絶縁性のターゲットと、直流電力を出力
する直流電源と、この直流電源の直流出力が入力される
ローパスフィルタと、高周波電力を出力する高周波電源
とを有し、この高周波電源からの高周波電力と前記ロー
パスフィルタからの直流出力とを重畳して前記ターゲッ
トに供給してスパッタ法により前記ターゲットを用いて
薄い膜を形成する薄膜形成装置において、前記高周波電
源から前記ターゲットへの高周波電力のみを周期的に減
少若しくは停止させることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１０】請求項９記載の薄膜形成装置において、
異常放電を検出して前記直流電力を一定時間のみ低下若
しくは停止させる手段を備えたことを特徴とする薄膜形
成装置。
【請求項１１】請求項９または１０記載の薄膜形成装置
において、前記高周波電力のみを減少若しくは停止させ
る周波数を前記ローパスフィルタのカットオフ周波数よ
りも高くしたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１２】請求項９、１０または１１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１３】請求項９、１０、１１または１２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１４】請求項９、１０、１１、１２または１３
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１５】請求項９、１０、１１、１２または１３
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１６】請求項９、１０、１１、１２、１３、１
４または１５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（テラス）としたこと
を特徴とする薄膜形成装置。