JP2014114497A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常放電を抑えることができるスパッタ装置を提供する。
【解決手段】ターゲット３１と、反応ガス供給部２５と、ターゲット電源３３と、反応ガス供給部２５とターゲット電源３３との駆動を制御して酸化アルミニウム膜を形成する制御装置とを備える。ターゲット３１に印加される電圧の範囲には、ターゲット３１が酸化モードでスパッタされる酸化モード区間と、ターゲット３１が遷移モードでスパッタされる遷移モード区間とが含まれる。制御装置は、酸化アルミニウム膜の形成を開始するときに、ターゲット３１に印加される電圧を酸化モード区間に含まれる電圧とし、酸化アルミニウム膜が形成される途中から酸化アルミニウム膜の形成を終了するまで、ターゲット３１に印加される電圧を遷移モード区間に含まれる電圧とし、反応ガス供給部２５が供給する酸素ガスの流量を変更させることによって電圧を変える。
【選択図】図１

Description

本開示の技術は、大型基板に薄膜を形成するスパッタ装置に関する。

液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイは、表示素子や、表示素子を駆動する薄膜トランジスタを備える。表示素子及び薄膜トランジスタは、絶縁物で構成された絶縁層や屈折層を備え、各層の形成材料には、例えば、シリコン酸化物やアルミニウム酸化物等の金属酸化物が用いられている。これら金属酸化物によって構成される薄膜の形成方法の１つとして反応性スパッタ法が用いられている。

反応性スパッタ法の様式には、スパッタ装置に供給される酸素ガスの流量の範囲が相互に異なる金属モード、遷移モード、及び、酸化物モードが存在する（例えば特許文献１）。このうち遷移モード及び酸化物モードでの反応性スパッタでは、金属酸化膜が成膜対象に形成される一方、金属モードでの反応性スパッタでは、金属膜が形成される。

特開２００８−１６４６６０号公報

金属酸化膜を形成する反応性スパッタの様式として、まず、酸素ガスが添加されない金属モードが開始され、その後に、酸化モードよりも少ない流量で酸素ガスが添加されることにより、酸化モードよりも成膜速度の高い遷移モードが進められる。そして、スパッタ装置にて金属酸化膜の形成が繰り返される場合には、金属モードでのスパッタと、遷移モードでの反応性スパッタとが交互に繰り返される。結果として、スパッタ装置内の一部には、金属膜と金属酸化物膜とが交互に堆積する。

この際に、金属酸化膜を挟む金属膜の各々には、スパッタ装置内に生成されたプラズマによって相互に異なる電圧が印加される、例えば、一方の金属膜は接地され、他方の金属膜には負電圧が印加される。それゆえに、金属酸化膜を挟む金属膜の間に、金属酸化膜の絶縁耐圧を超える電圧が印加されると、金属膜の間での異常放電によって金属酸化膜が破壊され、金属酸化膜の一部が、パーティクルとしてスパッタ装置内に散乱してしまう。

本開示の技術は、異常放電を抑えることができるスパッタ装置を提供することを目的とする。

本開示の技術におけるスパッタ装置の一態様は、金属を含むターゲットと、前記ターゲットの周りに酸素ガスを供給するガス供給部と、前記ターゲットに電力を供給して前記ターゲットをスパッタさせる電源と、前記ガス供給部と前記電源との駆動を制御して金属酸化膜を形成する制御部とを備える。そして、前記ターゲットに印加される電圧の範囲には、前記ターゲットが酸化モードでスパッタされる酸化モード区間と、前記ターゲットが遷移モードでスパッタされる遷移モード区間とが含まれる。前記制御部は、前記金属酸化膜の形成を開始するときに、前記ターゲットに印加される電圧を前記酸化モード区間に含まれる電圧とし、前記金属酸化膜が形成される途中から前記金属酸化膜の形成を終了するまで、前記ターゲットに印加される電圧を前記遷移モード区間に含まれる電圧とし、前記ガス供給部が供給する前記酸素ガスの流量を変更させることによって前記電圧を変える。

本開示の技術におけるスパッタ装置の一態様によれば、制御部は、金属酸化膜の形成が開始されるときには、反応性スパッタの様式を酸化モードに設定し、金属酸化膜が形成される途中で、反応性スパッタの様式を遷移モードに変更する。そのため、スパッタ装置内に配設された各種部材や、スパッタ装置の内壁には、絶縁物である金属酸化物が付着する。それゆえに、スパッタ装置にて金属酸化膜の形成が繰り返し行われても、スパッタ装置の内部には、金属酸化物のみが堆積する。結果として、スパッタ装置での異常放電を抑えることができる。

本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様は、前記制御部が、前記金属酸化膜の形成を開始するときの前記酸素ガスの流量である初期流量を設定する初期流量設定部を備える。そして、前記電圧が前記酸化モード区間であるときの前記酸素ガスの流量の下限値は、前記電圧が前記遷移モード区間から前記酸化モード区間へ変わるときと、前記電圧が前記酸化モード区間から前記遷移モード区間へ変わるときとで相互に異なる。前記初期流量の下限値は、前記電圧が前記遷移モード区間から前記酸化モード区間へ変わるときの前記酸素ガスの流量の下限値よりも大きい。

一般に、反応性スパッタの様式が、金属モードから酸化モードに変更される場合と、酸化モードから金属モードに変更される場合とでは、酸化モードにおける酸素ガスの下限値が相互に異なる。そして、金属モードから酸化モードに変更される場合には、酸化モードから金属モードに変更される場合に比べて、酸素ガスの下限値が大きい。

本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様によれば、酸素ガスの初期流量の下限値が、金属モードから酸化モードに変わるときの下限値に設定される。そのため、初期流量の下限値が、酸化モードから金属モードに変わるときの下限値に設定される構成と比べて、酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときの反応性スパッタの様式が、より確実に酸化モードに設定される。

本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様は、前記制御部が、前記ターゲットに印加されている電圧を検出値として取得する検出値取得部と、前記ターゲットに印加される電圧の目標値を設定する目標値設定部と、前記酸素ガスの設定流量を算出する流量算出部と、を更に備える。そして、前記目標値設定部は、前記遷移モード区間に含まれる電圧を前記目標値とし、前記流量算出部は、前記検出値と前記目標値との偏差を小さくする前記酸素ガスの流量を前記設定流量として算出する。

本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様によれば、酸素ガスの流量が、遷移モード区間に含まれる目標値と、ターゲットに印加されている実際の電圧とを用いて算出される。これにより、酸素ガスの流量には、ターゲットに印加されている実際の電圧が反映されるため、酸素ガスの流量が時間の経過とともに変更されるのみの構成と比べて、ターゲットに印加される電圧が、遷移モード区間により含まれやすくなる。

本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様は、前記制御部が、前記電源が供給する前記電力の設定値を前記酸化モード区間と前記遷移モード区間とにおいて一定値とする。
ターゲットに供給される電力が相互に異なる場合には、酸素ガスの流量が同じであっても、ターゲットに印加される電圧が相互に異なる。それゆえに、ターゲットに印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わる際に、ターゲットに供給される電力も変わるときには、酸素ガスの流量の設定に際し、ターゲットに印加されている電圧と、ターゲットに供給されている電力との双方が加味される必要がある。

この点で、本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様によれば、ターゲットに印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、ターゲットに供給される電力は変わらない。それゆえに、ターゲットに供給される電力が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。

本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様は、前記ガス供給部が、前記ターゲットの周りに更にアルゴンガスを供給し、前記制御部は、前記アルゴンガスの流量の設定値を前記酸化モード区間と前記遷移モード区間とにおいて一定値とする。

ターゲットの周りでアルゴンガスの流量が相互に異なる場合には、酸素ガスの流量が同じであっても、ターゲットに印加される電圧が相互に異なる。それゆえに、ターゲットに印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わる際に、アルゴンガスの流量も変わるときには、酸素ガスの流量の設定に際し、ターゲットに印加されている電圧と、アルゴンガスの流量との双方が加味される必要がある。

この点で、本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様によれば、ターゲットに印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、アルゴンガスの流量は変わらない。それゆえに、アルゴンガスの流量が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。

本開示の一実施形態におけるスパッタ装置の一部を平面視にて示す概略構成図であってスパッタ装置に収められる基板とともに示す図である。 スパッタ装置の電気的構成を示すブロック図である。 酸素ガスの流量とターゲットに印加される電圧Ｖｍｆとの関係を示すグラフである。 反応ガス供給部から供給される酸素ガスの流量の制御に関わる電気的構成を示すブロック図である。 実施例及び比較例におけるターゲットに印加される電圧Ｖｍｆの推移を示すグラフである。 実施例及び比較例におけるターゲットに印加される電圧Ｖｍｆと成膜速度との関係を示すグラフである。 実施例及び比較例におけるターゲットに印加される電圧Ｖｍｆと屈折率との関係を示すグラフである。

図１から図６を参照してスパッタ装置の一実施形態の構成を説明する。以下では、スパッタ装置の全体構成、スパッタ装置の電気的構成の順に説明する。
［スパッタ装置の全体構成］
図１を参照してスパッタ装置の全体構成を説明する。

図１に示されるように、スパッタ装置１０は、搬出入室１１とスパッタ室１２とを備え、搬出入室１１とスパッタ室１２との間には、これら処理室の間を連通、あるいは、遮断するゲートバルブ１３が取り付けられている。スパッタ装置１０の底壁には、処理対象である基板ＳをトレイＴとともに搬送する成膜レーン１４と回収レーン１５とが設置され、成膜レーン１４及び回収レーン１５は、搬出入室１１とスパッタ室１２とが連結される方向である連結方向に沿って延びる。基板Ｓは、例えば、紙面の手前に向かって延びる矩形板状をなすガラス基板であり、基板Ｓの幅は、例えば、紙面の上下方向に沿って２２００ｍｍであり、紙面の手前側に向かって２５００ｍｍである。

搬出入室１１は、成膜前の基板Ｓをスパッタ装置１０の外部から搬入し、スパッタ室１２から搬入された成膜後の基板Ｓをスパッタ装置１０の外部に搬出する。
スパッタ室１２は箱状をなす真空槽２１を備え、真空槽２１内には２つのターゲット装置２２が搭載されている。また、真空槽２１には、真空槽２１内を所定の圧力に減圧する排気部２３、真空槽２１内にスパッタガスであるアルゴンガスを供給するスパッタガス供給部２４、及び、真空槽２１内に反応ガスである酸素ガスを供給する反応ガス供給部２５が接続されている。スパッタガス供給部２４は、真空槽２１内に供給するアルゴンガスの流量を制御するマスフローコントローラーであり、アルゴンガスが溜められたボンベに接続されている。反応ガス供給部２５は、真空槽２１内に供給する酸素ガスの流量を制御するマスフローコントローラーであり、酸素ガスが溜められたボンベに接続されている。

真空槽２１内には、矩形枠状をなすチムニー２６が固定され、チムニー２６は、位置が固定された基板Ｓの表面をターゲット装置２２に対して露出させ、且つ、基板Ｓが嵌め込まれたトレイＴの表面を覆う。チムニー２６は、ターゲット装置２２から放出されたスパッタ粒子がトレイＴに付着することを抑え、また、スパッタ粒子が放出される方向を基板Ｓの表面に向ける、すなわち、スパッタ粒子が放出される方向に指向性を与える。加えて、チムニー２６は、ターゲット装置２２に電力が供給されるときに、アノードとして機能する。

各ターゲット装置２２は、基板Ｓと向かい合うターゲット３１と、ターゲット３１における基板Ｓと向かい合わない面に取り付けられたバッキングプレート３２とを備えている。ターゲット３１の主成分には、例えば、アルミニウムが用いられる。なお、ターゲット３１の主成分は、ターゲット３１の形成材料における９５質量％を占め、好ましくは９９質量％以上を占めている。２つのバッキングプレート３２には、共通する１つのターゲット電源３３が接続されている。ターゲット電源３３は、各ターゲット３１にバッキングプレート３２を通して一定の交流電力を供給する。各バッキングプレート３２に対してターゲット３１とは反対側には、ターゲット３１の表面に磁場を形成する磁気回路３４が搭載されている。

成膜レーン１４は、例えば、連結方向に沿って延びるレールと、レールに所定の間隔を空けて配置された複数のローラーと、各ローラーを自転させるモーターとを備えている。成膜レーン１４は、一方向に向けて各ローラーを回転させることにより、基板Ｓを搬出入室１１からスパッタ室１２に向けて搬送する。また、成膜レーン１４は、基板Ｓに酸化アルミニウム膜が形成されるときに、スパッタ室１２内にて基板Ｓの位置を固定する。

回収レーン１５は、例えば、成膜レーン１４と同等の構成であり、基板Ｓをスパッタ室１２から搬出入室１１に向けて搬送する。なお、成膜レーン１４と回収レーン１５との間には、成膜レーン１４上の基板Ｓを回収レーン１５上に移動させるレーン変更部が搭載されている。また、スパッタ装置１０では、成膜レーン１４を搬送されている基板Ｓだけに限らず、回収レーン１５を搬送されている基板Ｓに酸化アルミニウム膜が形成されてもよい。この場合には、回収レーン１５は、基板Ｓに酸化アルミニウム膜が形成されるときに、スパッタ室１２内にて基板Ｓの位置を固定する。

［スパッタ装置の電気的構成］
図２から図４を参照してスパッタ装置１０の電気的構成を説明する。なお、以下では、スパッタ装置１０の電気的構成のうち、スパッタ室１２の駆動の制御に関する構成についてのみ説明する。また、以下では、スパッタ装置１０の電気的構成の概略を説明し、次いで、同電気的構成のうち、反応ガス供給部２５が供給する酸素ガスの流量の制御に関わる構成について詳しく説明する。

図２に示されるように、スパッタ装置１０は、スパッタ装置１０の駆動を制御する制御部としての制御装置４０が備えている。制御装置４０には、排気部２３、スパッタガス供給部２４、反応ガス供給部２５、及び、ターゲット電源３３が接続されている。

制御装置４０は、排気部２３の駆動を開始させるための駆動開始信号、及び、排気部２３の駆動を停止させるための駆動停止信号を排気部駆動回路２３Ｄに出力する。排気部駆動回路２３Ｄは、制御装置４０からの制御信号に応じて排気部２３を駆動するための駆動信号を生成し、生成された駆動信号を排気部２３に出力する。

制御装置４０は、スパッタガス供給部２４からのスパッタガスの供給を開始させるための供給開始信号、及び、スパッタガス供給部２４からのスパッタガスの供給を停止させるための供給停止信号をスパッタガス供給部駆動回路２４Ｄに出力する。スパッタガス供給部駆動回路２４Ｄは、制御装置４０からの制御信号に応じてスパッタガス供給部２４を駆動するための駆動信号を生成し、生成された駆動信号をスパッタガス供給部２４に出力する。

制御装置４０は、反応ガス供給部２５からの反応ガスの供給を開始させるための供給開始信号、及び、反応ガス供給部２５からの反応ガスの供給を停止させるための供給停止信号をガス供給部駆動回路２５Ｄに出力する。ガス供給部駆動回路２５Ｄは、制御装置４０からの制御信号に応じて反応ガス供給部２５を駆動するための駆動信号を生成し、生成された駆動信号を反応ガス供給部２５に出力する。

制御装置４０は、ターゲット電源３３からの電力の供給を開始させるための供給開始信号、及び、ターゲット電源３３からの電力の供給を停止させるための供給停止信号をターゲット電源３３に出力する。ターゲット電源３３は、制御装置４０からの制御信号に応じて電力の供給及び停止を行う。

［反応性スパッタの様式］
図３を参照して、反応ガスの流量に応じて変わる反応性スパッタの様式を説明する。
図３に示されるように、酸化アルミニウム膜が反応性スパッタによって形成される場合には、真空槽２１内に供給される酸素ガスの流量によって、反応性スパッタの様式が、金属モード、遷移モード、及び、酸化モードのいずれかに設定される。これにより、ターゲットに印加される電圧、例えば実効値Ｖｍｆには、電圧が高い方から順に、金属モード区間、遷移モード区間、及び、酸化モード区間が設定される。このうち、金属モード区間及び酸化モード区間では、酸素ガスの流量における変化量に対する電圧の変化量が、遷移モード区間での酸素ガスの流量における変化量に対する電圧の変化量よりも小さく、各区間では、電圧が略一定に保たれる。

反応性スパッタの様式は、酸化モードから遷移モードを経て金属モードに変更されることも、金属モードから遷移モードを経て酸化モードに変更されることも可能である。
図３にて白抜きの菱形で示されるように、金属モードから酸化モードに変更される場合には、真空槽２１内に供給される酸素ガスの流量が、例えば０ｓｃｃｍとされることによって、反応性スパッタの様式が金属モードに設定される。そして、酸素ガスの流量が次第に大きくされても、酸素ガスの流量が例えば４７ｓｃｃｍ未満の範囲では、反応性スパッタの様式が金属モードに保たれる。一方、酸素ガスの流量が４７ｓｃｃｍ以上にされると、酸素ガスのターゲット電圧が急激に変わる遷移モードを経て、反応性スパッタの様式が酸化モードに変更される。

図３にて黒塗りの四角で示されるように、酸化モードから金属モードに変更される場合には、酸素ガスの流量が上述の４７ｓｃｃｍよりも十分に大きい流量である例えば１６０ｓｃｃｍとされることによって、反応性スパッタの様式が酸化モードに設定される。そして、酸素ガスの流量が次第に小さくされても、酸素ガスの流量が１７ｓｃｃｍよりも大きい範囲では、反応性スパッタの様式が酸化モードに保たれる。一方、酸素ガスの流量が１７ｓｃｃｍ以下にされると、反応性スパッタの様式が、遷移モードを経て酸化モードに変更される。

なお、図３に示される酸素ガスの流量とターゲットに印加される電圧Ｖｍｆとの関係が測定されたときには、酸化アルミニウム膜の形成が、以下の条件で行われている。
・電力量 ６ｋＷ
・アルゴンガス流量 １６０ｓｃｃｍ
・真空槽内の圧力 ０．４Ｐａ
このように、反応性スパッタによる酸化アルミニウム膜の形成時には、真空槽２１内に供給される酸素ガスの流量を変更することによって、反応性スパッタの様式を変更することが可能である。

また、反応性スパッタの様式が変更されるときに、ターゲット３１に供給される電力が変わらない。ここで、ターゲット３１に供給される電力が相互に異なる場合には、酸素ガスの流量が同じであっても、ターゲット３１に供給される電圧が相互に異なる。それゆえに、ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わる際に、ターゲットに供給される電力も変わるときには、酸素ガスの流量の設定に際し、ターゲットに印加されている電圧と、ターゲットに供給されている電力との双方が加味される必要がある。

上述のように、ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、ターゲット３１に供給される電力は変わらない構成によれば、ターゲット３１に供給される電力が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。

加えて、反応性スパッタの様式が変更されるときに、ターゲット３１の周りに供給されるアルゴンガスの流量が変わらない。ここで、ターゲット３１の周りでアルゴンガスの流量が相互に異なる場合には、酸素ガスの流量が同じであっても、ターゲット３１に印加される電圧が相互に異なる。それゆえに、ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わる際に、アルゴンガスの流量も変わるときには、酸素ガスの流量の設定に際し、ターゲット３１に印加されている電圧と、アルゴンガスの流量との双方が加味される必要がある。

上述のように、ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、アルゴンガスの流量は変わらない構成によれば、アルゴンガスの流量が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。

また、各様式では、真空槽２１内に存在する酸素の量が異なるため、各様式での反応性スパッタによって形成された酸化アルミニウム膜では、酸化アルミニウム膜中に含まれる酸素の量が互いに異なる。３つの様式のうち、金属モードで形成された酸化アルミニウム膜には、酸素がほとんど含まれないため、金属モードでの反応性スパッタによれば、導電性の膜、すなわちアルミニウム膜が形成される。これに対し、遷移モードあるいは酸化モードで形成された酸化アルミニウム膜には、絶縁性を発現するだけの酸素が含まれる。また、遷移モードでの反応性スパッタ時に比べて、酸化モードでの反応性スパッタ時には、ターゲット３１の表面がより酸化され、且つ、アルミニウムのスパッタ率に比べて、酸化アルミニウムのスパッタ率は小さい。これにより、酸化モードにおける酸化アルミニウム膜の成膜速度に比べて、遷移モードにおける酸化アルミニウム膜の成膜速度が高い。

そのため、上記チムニー２６等、真空槽２１内の部材に絶縁物のみを堆積させる上では、酸化モードにて酸化アルミニウム膜の形成を開始することが好ましく、酸化アルミニウム膜の形成時間を短くする上では、遷移モードにて酸化アルミニウム膜の形成を行うことが好ましい。

また、上述のように、金属モードと酸化モードとの間で反応性スパッタの様式が変更される場合には、金属モードから酸化モードに変更されるか、あるいは、酸化モードから金属モードに変更されるかによって、これらモードが切り替わるときの酸素ガスの流量が異なる。しかも、金属モードから酸化モードに変更される場合に酸化モードとなる酸素ガスの流量が、酸化モードから金属モードに変更される場合に酸化モードとなる酸素ガスの流量よりも大きい。

そのため、反応性スパッタが開始されるときに反応性スパッタの様式が酸化モードに設定されるためには、開始時における酸素ガス流量である初期流量は、以下の範囲に設定されることが好ましい。すなわち、遷移モードから酸化モードに変更された直後の酸素ガス流量が初期流量の下限値として設定されることが好ましい。上述した例では、酸素ガス流量が、４７ｓｃｃｍよりも大きく設定されることが好ましい。なお、反応性スパッタの様式が酸化モードに設定されるうえでは、例えば、酸化モードから遷移モードに変更される直前の酸素ガスの流量が初期流量の下限値として設定されてもよい。上述した例では、酸素ガス流量が、１７ｓｃｃｍよりも大きく設定されてもよい。ただし、こうした酸素ガス流量によって酸化モードが設定される前提としては、ターゲット３１などの状態が酸化モードで処理された状態を維持している必要がある。この点で、上述したように、遷移モードから酸化モードに変更された直後の酸素ガス流量が初期流量の下限値として設定される構成であれば、ターゲット３１などの状態にかかわらず、開始時の反応性スパッタの様式は酸化モードに設定される。

［酸素ガスの流量の制御に関わる電気的構成］
図４を参照して、上述した電気的構成のうち、反応ガス供給部２５から供給される酸素ガスの流量の制御に関わる電気的構成についてより詳しく説明する。なお、制御装置４０は、真空槽２１内に供給される酸素ガスの流量をＰＩＤ制御によって制御することで、ターゲット３１に印加される電圧Ｖｍｆを目標値に収束させる。

図４に示されるように、制御装置４０は、検出値取得部４１、目標値設定部４２、ゲイン設定部４３、偏差記憶部４４、初期流量設定部４５、及び、算出部４６を備え、算出部４６は、偏差算出部４６Ａと反応ガス流量算出部４６Ｂとを備えている。

検出値取得部４１には、ターゲット電源３３が接続され、検出値取得部４１は、ターゲット電源３３にて検出される実際の電圧Ｖｍｆを検出値として所定の周期で取得する。
目標値設定部４２は、反応性スパッタを遷移モードで行うための電圧、すなわち、上述の遷移モード区間に含まれる電圧値を目標値として設定する。図３に示されるように、酸化モードから金属モードに向けて反応性スパッタの様式が変更される場合であれば、遷移モード区間には、例えば、３６０Ｖ以上６８０Ｖ以下の範囲が含まれる。そのため、目標値には、３６０Ｖ以上６８０Ｖ以下のいずれかの電圧値が設定されればよく、ターゲットに印加される電圧がより確実に遷移モード区間に含まれるためには、遷移モード区間における中央値近傍の値、例えば５００Ｖが目標値に設定されることが好ましい。

ゲイン設定部４３は、ＰＩＤ制御における比例制御に用いられる比例ゲインＫＰ、積分制御に用いられる積分ゲインＫＩ、及び、微分制御に用いられる微分ゲインＫＤを設定する。比例ゲインＫＰ、積分ゲインＫＩ、及び、微分ゲインＫＤの各々は、予め算出された１つの定数である。なお、比例ゲインＫＰ、積分ゲインＫＩ、及び、微分ゲインＫＤの各々は、目標値と検出値との偏差ｅごとに予め複数設定され、ＰＩＤ制御の制御周期ごとにゲイン設定部４３によって複数の定数から１つが選ばれてもよい。

偏差記憶部４４は、偏差算出部４６Ａによって算出された目標値と検出値との偏差ｅをＰＩＤ制御の制御周期ごとに記憶している。
初期流量設定部４５は、反応性スパッタを酸化モードで開始するための酸素ガスの流量を初期流量として設定する。上述のように、初期流量には、反応性スパッタの様式が酸化モードから金属モードに変更される場合に酸化モードとなる酸素ガスの流量、例えば、４７ｓｃｃｍよりも大きい流量が設定される。

算出部４６の備える偏差算出部４６Ａは、検出値取得部４１にて取得された検出値と、目標値設定部４２で設定された目標値とを用いて、検出値と目標値との偏差ｅを算出する。

反応ガス流量算出部４６Ｂは、ゲイン設定部４３で設定された各ゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤ、前回のＰＩＤ制御の制御周期で算出された偏差ｅ_ｎ−１、及び、今回のＰＩＤ制御の制御周期で算出された偏差ｅ_ｎを用いて以下の値を算出する。

すなわち、反応ガス流量算出部４６Ｂは、比例ゲインＫＰと今回の偏差ｅ_ｎとを用いてＰ値を算出する。また、反応ガス流量算出部４６Ｂは、積分ゲインＫＩ、及び、例えば、前回の偏差ｅ_ｎ−１と今回の偏差ｅ_ｎとから算出した偏差の積分値を用いてＩ値を算出する。また、反応ガス流量算出部４６Ｂは、微分ゲインＫＤ、及び、例えば、前回の偏差ｅ_ｎ−１と今回の偏差ｅ_ｎとから算出した偏差の微分値を用いてＤ値を算出する。そして、反応ガス流量算出部４６Ｂは、次回の偏差ｅ_ｎ＋１が小さくなるように算出されたＰ値、Ｉ値、Ｄ値をフィードバック制御値として取り扱う。次いで、反応ガス流量算出部４６Ｂは、これらのフィードバック制御値と初期流量設定部４５にて設定された初期流量を用いて今回供給される酸素ガスの流量を制御値として算出し、制御値として算出された流量に応じた流量信号をガス供給部駆動回路２５Ｄに出力する。

なお、反応ガス流量算出部４６Ｂは、反応性スパッタの開始時、すなわち、酸素ガスの供給が開始されてから、ターゲット３１への電力の供給が開始されるまでの間は、初期流量に応じた流量信号を出力する。また、流量信号は、上述した供給開始信号がガス供給部駆動回路２５Ｄに出力されてから、供給停止信号がガス供給部駆動回路２５Ｄに出力されるまで、所定の間隔、すなわち、ＰＩＤ制御の制御周期ごとにガス供給部駆動回路２５Ｄに出力される。

酸化アルミニウム膜が形成されるときには、まず、制御装置４０が排気部２３に対する駆動開始信号を出力し、排気部２３が真空槽２１内を排気する。そして、成膜前の基板Ｓが搬出入室１１から搬入された後、制御装置４０が、スパッタガス供給部２４に対する供給開始信号、反応ガス供給部２５に対する供給開始信号を出力する。これにより、スパッタガス供給部２４が真空槽２１内へのアルゴンガスの供給を開始し、反応ガス供給部２５が真空槽２１内への酸素ガスの供給を開始する。その後、制御装置４０が、ターゲット電源３３に対する供給開始信号を出力し、ターゲット電源３３がバッキングプレート３２への交流電力の供給を開始する。

これにより、真空槽２１内には、アルゴンガス及び酸素ガスからプラズマが生成され、プラズマ中の正イオンがターゲット３１に衝突することによって弾き出されたスパッタ粒子が基板Ｓの表面に堆積する。スパッタ粒子は、真空槽２１内を飛行する間にプラズマ中の酸素と反応するため、基板Ｓには、酸素とアルミニウムとを含む粒子が堆積する。また、ターゲット３１の表面も少なからず酸化されるため、ターゲット３１から放出されたスパッタ粒子も酸素とアルミニウムとを含む場合もある。結果として、基板Ｓの表面には、酸化アルミニウム膜が形成される。

なお、反応ガス供給部２５に対する供給開始信号が出力されてから、ターゲット電源３３に対する供給開始信号が出力されるまでの間は、反応ガス流量算出部４６Ｂは、初期流量設定部４５によって設定される初期流量に応じた流量信号を出力する。その後、検出値取得部４１にて取得された検出値と、目標値設定部４２にて設定された目標値とを用い、偏差算出部４６Ａは今回の偏差ｅ_ｎを算出する。そして、反応ガス流量算出部４６Ｂが、ゲイン設定部４３にて設定された各ゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤ、今回の偏差ｅ_ｎ、偏差記憶部４４に記憶された前回の偏差ｅ_ｎ−１、及び、初期流量設定部４５にて設定された初期流量を用いて、反応ガス供給部２５に対する流量信号を生成して出力する。

これにより、酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときには、反応性スパッタの様式が酸化モードに設定され、酸化アルミニウム膜の形成の途中で、反応性スパッタの様式が遷移モードに変更される。そのため、真空槽２１内に設置されたチムニー２６等の部材や、真空槽２１の内壁には、絶縁物である酸化アルミニウムが付着する。それゆえに、スパッタ室１２にて酸化アルミニウム膜の形成が繰り返し行われても、真空槽２１内には、酸化アルミニウムのみが堆積し、導電物であるアルミニウム膜と酸化アルミニウム膜とが交互に堆積する場合と比べて、異常放電を抑えることができる。

また、酸素ガスの流量は、遷移モード区間に含まれる目標値と、ターゲット３１に印加されている検出値とを用いたＰＩＤ制御によって算出される。そのため、例えば、反応性スパッタの開始から所定の時間が経過したときに酸素ガスの流量を変更する構成と比べて、酸素ガスの流量には、ターゲット３１に印加されている検出値が反映される。それゆえに、ターゲット３１に印加される電圧が、遷移モード区間により含まれやすくなる。

［実施例］
図５から図７を参照して実施例を説明する。なお、以下では、実施例におけるターゲットに印加される電圧の推移、酸化アルミニウム膜の成膜速度、及び、酸化アルミニウム膜の屈折率の順に説明する。

上述のスパッタ装置を用いて、以下の条件にて酸化アルミニウム膜を形成し、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆを測定した。図５には、電圧Ｖｍｆの測定結果が、実施例の波形Ｗ１として示されている。

・ターゲット アルミニウムターゲット
・電力量 ６ｋＷ
・アルゴンガス流量 １６０ｓｃｃｍ
・酸素ガス初期流量 ８０ｓｃｃｍ
・真空槽内の圧力 ０．４Ｐａ
・目標値 ５００Ｖ
・比例ゲイン 固定値
・積分ゲイン 固定値
・微粉ゲイン 固定値
上述の条件から酸素ガスの初期流量のみを以下のように変更した条件にて酸化アルミニウム膜を形成し、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆを測定した。図５には、電圧Ｖｍｆの測定結果が、比較例の波形Ｗ２として示されている。

・酸素ガス初期流量 ０ｓｃｃｍ
図５に示されるように、実施例では、酸化アルミニウム膜の形成が開始されたときの電圧Ｖｍｆがおよそ３２０Ｖであり、酸化アルミニウム膜の形成の開始から１２秒が経過するまでは、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが時間の経過とともに上昇することが認められた。そして、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが５３０Ｖまで上昇すると、目標値である５００Ｖに向けて電圧が下降し、酸化アルミニウム膜の形成が開始されてから２０秒が経過したところで、ターゲットに印加される電圧が５００Ｖになることが認められた。

つまり、図３及び図５に示される結果から、実施例によれば、酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときには、反応性スパッタの様式が酸化モードに設定されることが認められた。そして、酸素ガスの流量が制御されることによってターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが目標値に収束することにより、酸化アルミニウム膜の形成の途中で、反応性スパッタの様式が、酸化モードから遷移モードに変更されることが認められた。

同じく図５に示されるように、比較例では、酸化アルミニウム膜の形成が開始された時の電圧Ｖｍｆがおよそ７００Ｖであり、酸化アルミニウム膜の形成の開始から１２秒が経過するまでは、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが、一旦上昇した後、時間の経過とともに下降することが認められた。そして、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが４５０Ｖまで下降すると、目標値である５００Ｖに向けて電圧が上昇し、酸化アルミニウム膜の形成が開始されてから３０秒が経過したところで、ターゲットに印加される電圧が５００Ｖになることが認められた。

つまり、図３及び図５に示される結果から、比較例によれば、酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときには、反応性スパッタの様式が金属モードに設定されることが認められた。そして、酸素ガスの流量が制御されることによって、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが目標値に収束し、酸化アルミニウム膜の形成の途中で、反応性スパッタの様式が、金属モードから酸化モードに変更されることが認められた。なお、初期流量は、８０ｓｃｃｍに限らず、反応性スパッタの様式が酸化モードから金属モードに向けて変えられる場合に、酸化モードから金属モードに変わるときの酸素ガスの流量よりも大きい流量であれば、電圧Ｖｍｆが波形Ｗ１と同等の状態で推移することも認められている。

また、実施例によれば、酸化アルミニウム膜の形成を複数回繰り返した場合であっても、比較例による酸化アルミニウム膜の形成が繰り返し行われる場合と比べて、真空槽内での異常放電が抑えられることが認められた。これは、酸化アルミニウム膜を形成するときの反応性スパッタの様式が、酸化モードと遷移モードとに設定されることで、チムニー等の部材や、真空槽の内壁には、絶縁物である酸化アルミニウム膜のみが形成されるためである。

［成膜速度と屈折率］
実施例と比較例との各々において、目標値を変更し、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが各目標値に収束したときの成膜速度を測定した。

図６に示されるように、実施例の成膜速度と比較例の成膜速度とは同等であることが認められた。すなわち、酸化アルミニウム膜の形成が酸化モードから開始される場合であっても、酸化アルミニウム膜の形成が金属モードから開始される場合と同等の成膜速度が得られることが認められた。

実施例と比較例との各々において、目標値を変更し、各目標値での反応性スパッタにより形成された酸化アルミニウム膜の屈折率を測定した。
図７に示されるように、実施例の屈折率と比較例の屈折率とは同等であることが認められた。すなわち、酸化アルミニウム膜の形成が酸化モードから開始される場合であっても、酸化アルミニウム膜の形成が金属モードから開始される場合と同等の屈折率が得られることが認められた。

このように、酸化アルミニウム膜の形成時に反応性スパッタの様式が酸化モードに設定される場合であっても、金属モードに設定される場合と同等の状態で、同等の特性を有する酸化アルミニウム膜を形成することが可能である。

以上説明したように、スパッタ装置の一実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときには、反応性スパッタの様式が酸化モードに設定され、酸化アルミニウム膜の形成の途中で、反応性スパッタの様式が遷移モードに変更される。そのため、真空槽２１内に設置されたチムニー２６等の部材や、真空槽２１の内壁には、絶縁物である酸化アルミニウムが付着する。それゆえに、スパッタ室１２にて酸化アルミニウム膜の形成が繰り返し行われても、真空槽２１内には、酸化アルミニウムのみが堆積する。結果として、真空槽２１内での異常放電を抑えることができる。

（２）酸素ガスの初期流量が、酸化モードから金属モードに変更されるときにターゲットの電圧が酸化モード区間に含まれる電圧値となる流量に設定される。そのため、初期流量が、金属モードから酸化モードに変更されるときにターゲット電圧が酸化モード区間に含まれる電圧値となる酸素ガスの流量である構成と比べて、酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときの反応性スパッタの様式が、より確実に酸化モードに設定される。

（３）酸素ガスの流量が、遷移モード区間に含まれる目標値と、ターゲット３１に印加されている実際の電圧とを用いたＰＩＤ制御によって算出される。そのため、酸素ガスの流量には、ターゲット３１に印加されている実際の電圧が反映される。それゆえに、ターゲット３１に印加される電圧が、遷移モード区間により含まれやすくなる。

（４）ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、ターゲット３１に供給される電力は変わらない。それゆえに、ターゲット３１に供給される電力が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。

（５）ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、アルゴンガスの流量は変わらない。それゆえに、アルゴンガスの流量が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。

なお、上記各実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・スパッタガスには、アルゴンガス以外の希ガスであるヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、及び、キセノンガスのいずれかが用いられてもよい。

・基板Ｓはガラス基板に限らず、例えば、樹脂製のフィルムであってもよい。この場合、スパッタ装置１０には、成膜レーン１４と回収レーン１５とに代えて、フィルムの搬送を行うフィルム搬送部が備えられていればよい。

・基板Ｓに対する酸化アルミニウム膜の形成は、成膜レーン１４若しくは回収レーン１５の途中で位置の固定された基板Ｓに行われなくともよい。つまり、成膜レーン１４若しくは回収レーン１５を搬送されることによって、真空槽２１内での位置が変更されている基板Ｓに対して酸化アルミニウム膜が形成されてもよい。

・反応ガス流量算出部４６ＢでのＰ値、Ｉ値、及び、Ｄ値の算出方法は、上述した方法に限らず、適宜変更可能である。要は、目標値と検出値との偏差を小さくするように算出方法が設定されればよい。

・酸素ガスの流量は、ターゲット３１に印加される電圧Ｖｍｆの目標値と、検出値とを用いたＰＩＤ制御によって算出されなくともよい。例えば、酸素ガスの流量は、予め作成されたレシピ等に基づく固定値であってもよい。この場合には、酸素ガスの流量は、初期流量が最も大きい流量に設定され、所定の時間が経過することにともなって、次第に小さい流量に設定される構成が好ましい。

・ターゲット３１の主成分は、アルミニウム以外の金属、例えば、シリコン、ニオブ、チタン、及び、ジルコニウムのいずれかでもよい。これら金属のターゲットを用いた場合であっても、反応性スパッタの様式には、金属モード、遷移モード、及び、酸化モードが存在する。そのため、酸化アルミニウム膜の形成時と同様に、これら金属の酸化物膜を形成すればよい。

・ターゲット３１の主成分は、アルミニウムや上述の他の金属等に限らず、これら金属の酸化物であってもよい。金属酸化物のターゲットを用いた場合であっても、反応性スパッタの様式には、金属モード、遷移モード、及び、酸化モードが存在する。そのため、金属のターゲットを用いた場合と同様に、金属酸化物膜が形成されればよい。

・スパッタガスであるアルゴンガスの流量は、酸化モードと遷移モードとで同一でなくともよく、酸化モードでの流量と遷移モードでの流量とが相互に異なる構成でもよい。ただし、酸化モードと遷移モードとでアルゴンガスの流量が相互に異なる場合には、アルゴンガスの流量の変更に関わる制御に、アルゴンガスの流量の変更によって遷移モードを超えて金属モードに移行しないだけの精度が要求される。この点で、上記実施形態では、アルゴンガスの流量の変更を伴わない分、こうした要求に応えることが可能である。

・ターゲット３１に供給される電力は、酸化モードと遷移モードとで同一でなくともよく、酸化モードでターゲット３１に供給される電力と遷移モードでターゲット３１に供給される電力とが相互に異なる構成でもよい。ただし、酸化モードと遷移モードとでターゲット３１に供給される電力とが相互に異なる場合には、電力の変更に関わる制御に、電力の変更によって遷移モードを超えて金属モードに移行しないだけの精度が要求される。この点で、上記実施形態では、電力の変更を伴わない分、こうした要求に応えることが可能である。

・初期流量の下限値は、ターゲット３１に印加される電圧が遷移モード区間から酸化モード区間へ変わるときの下限値よりも大きい流量に設定されなくともよい。例えば、上述のように、初期流量の下限値には、電圧が遷移モード区間から酸化モード区間へ変わるときであって、酸化モードから遷移モードに変更される直前の酸素ガスの流量が初期流量の下限値として設定されてもよい。あるいは、初期流量の下限値が、ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときの下限値よりも大きい流量に設定されなくともよい。要は、初期流量は、ターゲット３１等の状態が酸化モードで処理された状態となる流量に設定されればよい。

・ターゲット３１に印加される電圧Ｖｍｆのうち、金属モード区間、遷移モード区間、及び、酸化モード区間の各々に含まれる電圧Ｖｍｆの区間は、図３に示される区間に限らない。各モード区間に含まれる電圧Ｖｍｆは、ターゲット３１の主成分、ターゲット３１に供給される電力量、及び、ターゲット３１の大きさ等が変わることに伴って異なる電圧Ｖｍｆになる。また、ターゲット３１に印加される電圧Ｖｍｆを各区間に含まれる電圧値とする酸素ガスの流量も、図３に示される流量に限らない。ターゲット３１に印加される電圧Ｖｍｆを各モード区間に含まれる電圧値とする酸素ガスの流量も、ターゲット３１の主成分、ターゲット３１に供給される電力量、及び、ターゲット３１の大きさ等が変わることに伴って異なる流量になる。要するに、金属モード区間及び酸化モード区間は、酸素ガスの流量における変化量に対する電圧の変化量が、遷移モード区間での酸素ガスの流量における変化量に対する電圧の変化量よりも小さい区間であって、且つ、電圧が略一定に保たれる区間であればよい。

１０…スパッタ装置、１１…搬出入室、１２…スパッタ室、１３…ゲートバルブ、１４…成膜レーン、１５…回収レーン、２１…真空槽、２２…ターゲット装置、２３…排気部、２３Ｄ…排気部駆動回路、２４…スパッタガス供給部、２４Ｄ…スパッタガス供給部駆動回路、２５…反応ガス供給部、２５Ｄ…ガス供給部駆動回路、３１…ターゲット、３２…バッキングプレート、３３…ターゲット電源、４０…制御装置、４１…検出値取得部、４２…目標値設定部、４３…ゲイン設定部、４４…偏差記憶部、４５…初期流量設定部、４６…算出部、４６Ａ…偏差算出部、４６Ｂ…反応ガス流量算出部、３４…磁気回路、Ｓ…基板、Ｔ…トレイ。

Claims (5)

1. 金属を含むターゲットと、
   前記ターゲットの周りに酸素ガスを供給するガス供給部と、
   前記ターゲットに電力を供給して前記ターゲットをスパッタさせる電源と、
   前記ガス供給部と前記電源との駆動を制御して金属酸化膜を形成する制御部とを備え、
   前記ターゲットに印加される電圧の範囲には、
   前記ターゲットが酸化モードでスパッタされる酸化モード区間と、
   前記ターゲットが遷移モードでスパッタされる遷移モード区間とが含まれ、
   前記制御部は、
   前記金属酸化膜の形成を開始するときに、前記ターゲットに印加される電圧を前記酸化モード区間に含まれる電圧とし、
   前記金属酸化膜が形成される途中から前記金属酸化膜の形成を終了するまで、前記ターゲットに印加される電圧を前記遷移モード区間に含まれる電圧とし、
   前記ガス供給部が供給する前記酸素ガスの流量を変更させることによって前記電圧を変える、
   スパッタ装置。
2. 前記制御部は、
   前記金属酸化膜の形成を開始するときの前記酸素ガスの流量である初期流量を設定する初期流量設定部を備え、
   前記電圧が前記酸化モード区間であるときの前記酸素ガスの流量の下限値は、
   前記電圧が前記遷移モード区間から前記酸化モード区間へ変わるときと、
   前記電圧が前記酸化モード区間から前記遷移モード区間へ変わるときとで相互に異なり、
   前記初期流量の下限値は、
   前記電圧が前記遷移モード区間から前記酸化モード区間へ変わるときの前記酸素ガスの流量の下限値よりも大きい
   請求項１に記載のスパッタ装置。
3. 前記制御部は、
   前記ターゲットに印加されている電圧を検出値として取得する検出値取得部と、
   前記ターゲットに印加される電圧の目標値を設定する目標値設定部と、
   前記酸素ガスの設定流量を算出する流量算出部と、を更に備え、
   前記目標値設定部は、
   前記遷移モード区間に含まれる電圧を前記目標値とし、
   前記流量算出部は、
   前記検出値と前記目標値との偏差を小さくする前記酸素ガスの流量を前記設定流量として算出する、
   請求項１または２に記載のスパッタ装置。
4. 前記制御部は、
   前記電源が供給する前記電力の設定値を前記酸化モード区間と前記遷移モード区間とにおいて一定値とする
   請求項１から３のいずれか１つに記載のスパッタ装置。
5. 前記ガス供給部は、
   前記ターゲットの周りに更にアルゴンガスを供給し、
   前記制御部は、
   前記アルゴンガスの流量の設定値を前記酸化モード区間と前記遷移モード区間とにおいて一定値とする
   請求項１から４のいずれか１つに記載のスパッタ装置。