WO2012157202A1 - 薄膜形成方法 - Google Patents

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WO2012157202A1
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flow rate
thin film
film formation
substrate
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PCT/JP2012/002992
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純史 太田
近間　義雅
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a thin film forming method.
  • a sputtering method is generally known as a method for forming a thin film on the surface of a substrate.
  • the sputtering method is widely known as a dry process technique indispensable for a film forming technique.
  • the sputtering method is a method of forming a film by introducing a rare gas such as Ar gas into a vacuum vessel and supplying direct current (DC) power or high frequency (RF) power to a cathode including a target to generate glow discharge. It is.
  • the sputtering method includes a magnetron sputtering method in which a magnet is disposed on the back surface of the target in an electrically grounded chamber to increase the plasma density in the vicinity of the target surface so that film formation can be performed at high speed.
  • a sputtering method is used in a process of forming a predetermined thin film on a processing substrate having a large area such as a glass substrate constituting a liquid crystal display panel or the like.
  • Patent Document 1 for a magnetron sputtering apparatus in which a plurality of targets are arranged in parallel with a substrate to be processed at a predetermined interval, an alternating voltage is applied to each target with alternating polarity at a predetermined frequency, It is disclosed that a plasma atmosphere is formed by causing glow discharge while alternately switching an anode electrode and a cathode electrode between a pair of adjacent targets.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to improve the quality of a thin film formed by sputtering as much as possible.
  • the thin film formation method is a state in which the magnet unit is reciprocated along the target unit disposed opposite to the substrate to be processed in the processing chamber.
  • a discharge is performed between a plurality of targets that constitute the target portion and are arranged at a predetermined interval in parallel with the substrate, and an inert gas and a reactive gas are supplied to the processing chamber, whereby the substrate is supplied to the substrate.
  • the flow rate ratio of the reactive gas to the inert gas is set to the flow rate ratio of the reactive gas to the inert gas in the normal film formation step.
  • a discharge start step for starting discharge in the target portion in a larger state.
  • the inventors have made the discharge state unstable in the initial period when the discharge in the target portion is started. It was found that the film quality of the thin film varies with the substrate region facing the target.
  • an inert gas and a reactive gas are supplied to the processing chamber and a discharge is performed between the targets in the target unit to form a thin film on the substrate.
  • a discharge start step is performed before the normal film formation step, and the discharge gas is initially discharged by making the flow rate ratio of the reactive gas to the inert gas larger than the flow rate ratio in the normal film formation step.
  • the state can be stabilized.
  • variations in the film quality of the thin film between the substrate region facing each other and the substrate region facing the target can be suppressed, and the film quality of the thin film formed by sputtering on the entire substrate can be greatly improved. It becomes possible.
  • the flow rate ratio of the reactive gas to the inert gas is larger than the flow rate ratio of the reactive gas to the inert gas in the normal film forming step. You may make it have the completion
  • the discharge state in the target portion becomes unstable, and a substrate region facing between the targets and a substrate region facing the target It was found that the film quality of the thin film varies.
  • finish preparation process is stabilized by making the flow rate ratio of the reactive gas with respect to the inert gas in a completion
  • the discharge state in the discharge start period can be stabilized by making the flow ratio of the reactive gas to the inert gas in the discharge start period larger than the flow ratio in the normal film formation period. Therefore, variations in the film quality of the thin film can be suppressed between the substrate region facing between the targets and the substrate region facing the target. As a result, the film quality of the thin film formed on the entire substrate by sputtering can be greatly improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a thin film forming apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the second embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the comparative example.
  • FIG. 5 is a graph showing characteristics of a TFT having an oxide semiconductor film formed by a thin film forming method according to a comparative example.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the peak intensity of the CL spectrum and the wavelength in the comparative example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a thin film forming apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a graph showing the change of the gas flow rate with
  • FIG. 7 is a graph showing a comparison of the peak intensities of the CL spectrum on the cathode and between the cathodes for the comparative example.
  • FIG. 8 is a graph showing a comparison of the peak intensities of the CL spectrum on the cathode and between the cathodes for the example.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the measurement position of the thin film formed on the substrate and the sheet resistance value in the comparative example.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the measurement position of the thin film formed on the substrate and the sheet resistance value in the example.
  • FIG. 11 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the third embodiment.
  • FIG. 12 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the fifth embodiment.
  • Embodiment 1 of the Invention 1 and 2 show Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a thin film forming apparatus 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the first embodiment.
  • a magnetron sputtering apparatus 1 that is a thin film forming apparatus of Embodiment 1 faces a substrate holding unit 11 that holds a substrate 10 and a substrate 10 to be processed that is held by the substrate holding unit 11.
  • a target unit 20 arranged in such a manner, a power supply 30 for supplying power to the target unit 20, and a magnet unit 40 arranged on the back side of the target unit 20 opposite to the substrate 10 of the target unit 20.
  • a processing chamber 15 that accommodates the substrate holding unit 11, the target unit 20, and the magnet unit 40 therein.
  • the processing chamber 15 is a vacuum chamber, and its wall is electrically grounded.
  • a vacuum pump 35 is connected to the processing chamber 15, and the inside of the processing chamber 15 is decompressed by the vacuum pump 35.
  • a gas supply unit 50 is connected to the processing chamber 15.
  • the gas supply unit 50 is configured to supply at least a reactive gas among an inert gas (for example, Ar gas) and a reactive gas (for example, O 2 gas) to the processing chamber 15 in a vacuum state. .
  • an inert gas for example, Ar gas
  • a reactive gas for example, O 2 gas
  • the substrate 10 is a substrate such as a glass substrate constituting a liquid crystal display panel (not shown), for example.
  • the size of the substrate 10 is, for example, about 730 mm in length and about 920 mm in width.
  • the substrate holding unit 11 has a heater (not shown) that holds the substrate 10 on its lower surface and heats the substrate 10 during film formation.
  • a substrate mask 24 that covers the outer edge portion of the lower surface of the substrate 10 is provided in the processing chamber 15.
  • the substrate mask 24 is for preventing unnecessary sputtered particles from adhering to the substrate 10 and the processing chamber 15, and a rectangular opening 24a is formed at the center thereof.
  • the target unit 20 has a plurality of targets 21 arranged at predetermined intervals in parallel with the substrate 10 held by the substrate holding unit 11.
  • Each target 21 is formed in, for example, a rectangular plate shape, and is arranged in parallel to each other so that the long sides thereof are adjacent to each other and aligned in a predetermined direction (left-right direction in FIG. 1). Moreover, each target 21 is arrange
  • the target 21 is made of a material including an oxide semiconductor such as IGZO (In—Ga—ZnO 4 ; amorphous oxide semiconductor). In the target 21, for example, the composition ratio of In, Ga, and Zn is 1: 1: 1.
  • the target 21 may be composed of other semiconductor materials, metal materials, or other materials such as ITO (Indium Tin Oxide). Each target 21 is formed in a rectangular plate shape of about 200 mm ⁇ 3400 mm, for example.
  • each target 21 is supported by a target support portion 22 via a backing plate 26.
  • the backing plate 26 is made of a conductive material such as a metal material, and is used for cooling the target 21 during sputtering.
  • the target 21 is bonded via a bonding material such as indium or tin. Yes.
  • the target support portion 22 is formed of an insulating material and is fixedly attached to the processing chamber 15.
  • a plurality of openings 22 a are formed corresponding to the respective targets 21.
  • the target 21 and the backing plate 26 are arranged corresponding to each opening 22a.
  • one AC power supply 30 is connected to each pair of targets 21 adjacent to each other.
  • the frequency of the drive voltage (cathode voltage) of the power supply 30 is, for example, about 19 kHz to 20 kHz.
  • the driving power is about 10 to 90 kW.
  • the magnet unit 40 is configured to reciprocate along the back surface of the target unit 20 by a drive mechanism (not shown). As shown in FIG. 1, the magnet unit 40 has a plurality of magnets 41 arranged at predetermined intervals in the moving direction of the magnet unit 40 (left and right direction in FIG. 1). Each magnet 41 is provided corresponding to each target 21, and is constituted by a permanent magnet. Moreover, each magnet 41 is formed in the rectangular plate shape of about 100 mm x 3350 mm, for example. The width of the magnet 41 in the moving direction is smaller than the width of the target 21 in the moving direction.
  • Each magnet 41 swings in synchronization with each other.
  • the swing speed is, for example, about 10 mm / s to 30 mm / s.
  • the substrate holding unit 11 is configured to move the substrate 10 held by the substrate holding unit 11 in parallel with the target unit 20 by, for example, a roller mechanism. And the board
  • an alternating voltage is applied from each power source 30 to each target 21 by alternately changing the polarity at a predetermined frequency, and an anode electrode and a cathode between a pair of adjacent targets 21.
  • a plasma atmosphere is formed in the processing chamber 15 by causing glow discharge while alternately switching the electrodes.
  • Ar ions are made to collide with the target 21 by the plasma, so that the sputtered particles fly from the target 21 toward the substrate 10 to form a film on the surface of the substrate 10.
  • the magnetron sputtering apparatus 1 includes a control unit 60 that controls the gas supply unit 50. As shown in FIG. 2, the control unit 60 determines that the flow rate ratio of the O 2 gas as the reactive gas to the Ar gas that is an inert gas in the discharge start period A when the discharge in the target unit 20 is started is the discharge start period A.
  • the gas supply unit 50 is controlled to be larger than the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas in the normal film formation period B after the elapse of time.
  • control unit 60 performs the O 2 gas relative to the Ar gas in the end preparation period C, which is a period from the normal film formation period B to the end of the discharge in the target unit 20.
  • the flow rate ratio is set to be larger than the flow rate ratio of O 2 to Ar gas in the normal film formation period B.
  • the controller 60 maintains the Ar gas flow rate constant during the discharge start period A, the normal film formation period B, and the end preparation period C.
  • the control unit 60 is configured to more than the flow rate of O 2 gas in the normal film deposition period B the flow rate of O 2 gas in the discharge start period A and end preparation period C.
  • the substrate 10 that is a glass substrate is carried into the processing chamber 15 and is held by the substrate holder 11.
  • the inside of the processing chamber 15 is decompressed by a vacuum pump (not shown), and the substrate 10 is heated by a heater (not shown) of the substrate holder 11.
  • the target 21 is made of, for example, a material containing IGZO (In—Ga—ZnO 4 ; amorphous oxide semiconductor).
  • the thin film forming method of the present embodiment includes a discharge start process performed in the discharge start period A, a normal film formation process performed in the normal film formation period B, and an end preparation process performed in the end preparation period C.
  • film formation is performed throughout the discharge start process, the normal film formation process, and the end preparation process.
  • discharge start process the flow rate ratio of the O 2 gas that is a reactive gas to the Ar gas that is an inert gas is controlled by controlling the gas supply unit 50 by the control unit 60 while maintaining a high vacuum.
  • discharge in the target unit 20 is started.
  • the Ar gas is supplied into the processing chamber 15 from the gas supply unit 50 controlled by the control unit 60 at a predetermined flow rate, while the normal film formation performed next is performed.
  • O 2 gas is supplied into the processing chamber 15 at a flow rate higher than the flow rate of O 2 gas in the process.
  • the flow rate of Ar gas is maintained constant throughout the discharge start process, the normal film formation process, and the end preparation process.
  • a predetermined AC voltage is applied from the power supply 30 to supply power to the target unit 20 and the magnet unit 40 is swung.
  • the swing speed of the magnet unit 40 is, for example, about 10 mm / s to 30 mm / s. Further, the substrate 10 held by the substrate holder 11 is reciprocated in the M direction in FIG.
  • Ar positively ionized by this plasma is attracted to the target unit 20. Then, Ar ions collide with each target 21, and sputtered particles that are constituent particles of the target 21 are blown off and fly toward the substrate 10. The sputtered particles flying from the target 21 to the substrate 10 side adhere to and accumulate on the surface of the substrate 10. Thus, an IGZO thin film is formed on the substrate 10.
  • the IGZO film is formed efficiently and accurately by sputtering under the discharge state stabilized by the discharge start step.
  • Ar gas is supplied from the gas supply unit 50 controlled by the control unit 60 into the processing chamber 15 at the same flow rate as in the discharge start process and the normal film formation process.
  • O 2 gas is supplied into the processing chamber 15 at a flow rate higher than the flow rate of O 2 gas in the normal film forming process. The flow rate of O 2 gas is the same in the end preparation step and the discharge start step.
  • the secondary battery is discharged in the target unit 20. Thereby, the discharge state in the target unit 20 is stabilized.
  • the discharge state in the discharge start period A is stabilized by making the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas in the discharge start period A larger than that in the normal film formation period B. It can be made. Therefore, it is possible to suppress variations in the film quality of the thin film between the region of the substrate 10 facing between the targets 21 and the region of the substrate 10 facing the target 21.
  • the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas is made larger than the flow ratio in the normal film formation period B.
  • the discharge state in can also be stabilized.
  • the variation in the film quality of the thin film formed on the substrate 10 can be further reduced, the film quality of the thin film formed by sputtering on the entire substrate 10 can be significantly improved.
  • an oxide semiconductor film such as IGZO
  • a change in film quality greatly affects the characteristics of a TFT having the oxide semiconductor film as a semiconductor layer. Therefore, such an oxide semiconductor film is required to have a highly uniform film quality.
  • IGZO in which variation in film quality is suppressed can be suitably formed while the discharge state is stabilized. Therefore, the characteristics of the TFT using the IGZO film formed by the thin film forming method according to the present embodiment can be dramatically improved.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the second embodiment.
  • the same portions as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the flow rate of Ar gas is kept constant over the discharge start period A, the normal film formation period B, and the end preparation period C, whereas in the second embodiment, the Ar gas flow rate The difference is that the flow rate is changed.
  • control unit 60 in the present embodiment increases the flow rate of O 2 gas in the discharge start period A more than the flow rate of O 2 gas in the normal film formation period B, while setting the flow rate of Ar gas in the discharge start period A to normal It is configured to be smaller than the flow rate of Ar gas during the film formation period B.
  • control unit 60 supplies the O 2 gas to the processing chamber 15 in a state where the supply of Ar gas is stopped during the discharge start period A. Is to control.
  • the thin film formation method of the present embodiment includes a discharge start process performed in the discharge start period A, a normal film formation process performed in the normal film formation period B, and an end preparation process performed in the end preparation period C. Further, film formation is performed only in the normal film formation process.
  • discharge start process In the discharge start process, as shown in FIG. 3, while maintaining a high vacuum, the gas supply unit 50 is controlled by the control unit 60, so that the O 2 gas that is a reactive gas with respect to the Ar gas that is an inert gas. In the state where the flow rate ratio is larger than the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas in the normal film forming process, discharge in the target unit 20 is started.
  • O 2 gas is supplied from the gas supply unit 50 controlled by the control unit 60 to the processing chamber 15 in a state where supply of Ar gas is stopped.
  • a predetermined AC voltage is applied from the power supply 30 to supply power to the target unit 20 and the magnet unit 40 is swung.
  • the swing speed of the magnet unit 40 is, for example, about 10 mm / s to 30 mm / s. Further, the substrate 10 held by the substrate holder 11 is reciprocated in the M direction in FIG.
  • Ar gas is supplied into the processing chamber 15 at a predetermined flow rate from the gas supply unit 50 controlled by the control unit 60 in the normal film formation period B.
  • O 2 gas is supplied into the processing chamber 15 at a lower flow rate than in the discharge start process. Therefore, in this normal film formation step, the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas is smaller than the flow rate ratio in the discharge start step.
  • the IGZO film is formed efficiently and accurately by sputtering under the discharge state stabilized by the discharge start step.
  • the flow ratio of O 2 gas to the Ar gas is greater than the flow ratio of O 2 gas to the Ar gas in the normal film deposition process conditions Then, discharge is performed in the target unit 20. Thereby, the discharge state in the target unit 20 is stabilized.
  • the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas in the discharge start period A is made larger than the flow ratio in the normal film formation period B, so the discharge state in the discharge start period A is stabilized. Can be made. Further, in the end preparation period C, as in the discharge start period A, the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas is made larger than the flow ratio in the normal film formation period B. The discharge state in can also be stabilized.
  • the variation in the film quality of the thin film can be suitably suppressed in the region of the substrate 10 facing between the targets 21 and the region of the substrate 10 facing the target 21, and as a result, the thin film formed on the entire substrate 10 by sputtering.
  • the film quality can be greatly improved.
  • FIG. 4 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the comparative example.
  • FIG. 5 is a graph showing characteristics of a TFT having an oxide semiconductor film formed by a thin film forming method according to a comparative example.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the peak intensity of the CL spectrum and the wavelength in the comparative example.
  • FIG. 7 is a graph showing a comparison of the peak intensities of the CL spectrum on the cathode and between the cathodes for the comparative example.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the measurement position of the thin film formed on the substrate and the sheet resistance value in the comparative example.
  • FIG. 5 shows the result of measuring the characteristics of the TFT formed using the IGZO film formed by the thin film forming method according to this comparative example.
  • the target cathode
  • the characteristics of the TFT having the IGZO film E formed in the substrate region that has been arranged to face the target also referred to as a cathode in this specification.
  • the characteristics of the TFT having the IGZO film D formed in the substrate region disposed so as to face each other are shifted to the left in the figure, and the characteristics are greatly different.
  • cathodoluminescence light emission generated when the sample is irradiated with an electron beam is referred to as cathodoluminescence.
  • the cathodoluminescence method is a method for evaluating the physical properties of a sample from its emission spectrum and spatial distribution image. Since the light emission reflects the band structure in the defect region, the physical properties in the minute region can be evaluated from the light emission intensity and the spectrum shape.
  • the measurement conditions of the cathodoluminescence method were an acceleration voltage of 3 kV, a temperature of 32 K, an SEM magnification of 1000 times, a wavelength range of 200 to 100 nm, and a CCD as a detector. Further, the composition ratio of In, Ga and Zn as targets was set to 1: 1: 1. The thickness of the thin film was 100 nm, and the flow rate ratio of O 2 gas / (Ar gas + O 2 gas) was 4.5%.
  • the relationship between the wavelength of light and the peak intensity is expressed as follows.
  • the wavelength at which the light intensity reaches a peak was both about 700 nm, but the values of the peak intensity were greatly different.
  • the peak intensity of light in the IGZO film D is about 158, which is higher than about 137, which is the peak intensity of light in the IGZO film E.
  • the sheet resistance of the IGZO film D formed in the substrate region facing between the targets (cathodes) is the sheet resistance of the IGZO film E formed in the substrate region facing the targets (cathode). was found to be smaller.
  • the characteristics of the thin film formed by the thin film formation method according to the comparative example are as follows.
  • the formed region is a substrate region facing the target (cathode) or the substrate region facing the target (cathode). It was confirmed that there was a large variation depending on whether there was.
  • FIG. 8 is a graph showing a comparison of the peak intensities of the CL spectrum on the cathode and between the cathodes for the example.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the measurement position of the thin film formed on the substrate and the sheet resistance value in the example.
  • the sheet resistance of the IGZO film D formed in the substrate region facing between the targets (cathodes) is the sheet resistance of the IGZO film E formed in the substrate region facing the targets (cathode). It was found to be approximately the same level.
  • the characteristics of the thin film formed by the thin film forming method according to the embodiment are such that the formed region is a substrate region facing the target (cathode) or the substrate region facing the target (cathode). It was confirmed that it was almost the same regardless of whether or not the variation could be reduced.
  • FIG. 11 shows Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the third embodiment.
  • Embodiment 2 whereas the flow rate of O 2 gas in the discharge start period A and end preparation period C was more than the flow rate of O 2 gas in the normal film deposition period B, the present embodiment 3, the discharge start period A is different in that the flow rate of the O 2 gas is maintained at a constant value over the normal film formation period B and the end preparation period C.
  • control unit 60 in the present embodiment has a flow ratio of O 2 gas to Ar gas in the discharge start period A and the end preparation period C.
  • the gas supply unit 50 is controlled so as to be larger than the flow rate ratio of the O 2 gas to the gas.
  • control unit 60 in the present embodiment maintains a constant O 2 gas flow rate in the discharge start period A, the normal film formation period B, and the end preparation period C, while the discharge start period
  • the flow rate of Ar gas in A is set to be smaller than the flow rate of Ar gas in the normal film formation period B.
  • the thin film formation method of the present embodiment includes a discharge start process performed in the discharge start period A, a normal film formation process performed in the normal film formation period B, and an end preparation process performed in the end preparation period C. Further, film formation is performed only in the normal film formation process.
  • discharge start process In the discharge start process, while maintaining a high vacuum, as shown in FIG. 11, the gas supply unit 50 is controlled by the control unit 60, so that the O 2 gas that is a reactive gas with respect to the Ar gas that is an inert gas. In the state where the flow rate ratio is larger than the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas in the normal film forming process, discharge in the target unit 20 is started.
  • O 2 gas is supplied from the gas supply unit 50 controlled by the control unit 60 to the processing chamber 15 in a state where supply of Ar gas is stopped.
  • a predetermined AC voltage is applied from the power supply 30 to supply power to the target unit 20 and the magnet unit 40 is swung.
  • the swing speed of the magnet unit 40 is, for example, about 10 mm / s to 30 mm / s. Further, the substrate 10 held by the substrate holder 11 is reciprocated in the M direction in FIG.
  • the IGZO film is formed efficiently and accurately by sputtering under the discharge state stabilized by the discharge start step.
  • the Ar gas supply to the processing chamber 15 is stopped from the gas supply unit 50 controlled by the control unit 60 in the same manner as the discharge start process. supplies O 2 gas at the same flow rate and the flow rate of O 2 gas in the discharge starting process and normal deposition process. That is, the flow rate of O 2 gas is kept constant.
  • the flow ratio of O 2 gas to the Ar gas is greater than the flow ratio of O 2 gas to the Ar gas in the normal film deposition process conditions Then, discharge is performed in the target unit 20. Thereby, the discharge state in the target unit 20 is stabilized.
  • FIG. 12 shows Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 12 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the fourth embodiment.
  • the discharge start period A and end preparation period C whereas the flow rate of O 2 gas was more than the flow rate of O 2 gas in the normal film deposition period B, the present embodiment, the discharge start period in a only, is different flow rate of O 2 gas at a point which is more than the flow rate of O 2 gas in the normal film deposition period B.
  • control unit 60 in the present embodiment is configured so that the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas in the discharge start period A is larger than the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas in the normal film formation period B.
  • the gas supply unit 50 is controlled.
  • control unit 60 in the present embodiment increases the flow rate of O 2 gas in the discharge start period A more than the flow rate of O 2 gas in the normal film formation period B and the end preparation period C.
  • the Ar gas flow rate is maintained constant during the discharge start period A, the normal film formation period B, and the end preparation period C.
  • the thin film formation method of the present embodiment includes a discharge start process performed in the discharge start period A, a normal film formation process performed in the normal film formation period B, and an end preparation process performed in the end preparation period C.
  • film formation is performed throughout the discharge start process, the normal film formation process, and the end preparation process.
  • discharge start process In the discharge start process, the gas supply unit 50 is controlled by the control unit 60 while maintaining a high vacuum, whereby the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas is changed to Ar in the normal film formation process performed after the discharge start process. In the state where the flow rate ratio of the O 2 gas to the gas is increased, discharge in the target unit 20 is started.
  • Ar gas is supplied into the processing chamber 15 from the gas supply unit 50 controlled by the control unit 60 at a predetermined flow rate, while O in the normal film forming step. flow rate greater than the flow rate of 2 gas, supplies O 2 gas into the processing chamber 15. The flow rate of Ar gas is maintained constant throughout the discharge start process, the normal film formation process, and the end preparation process.
  • a predetermined AC voltage is applied from the power supply 30 to supply power to the target unit 20 and the magnet unit 40 is swung.
  • the swing speed of the magnet unit 40 is, for example, about 10 mm / s to 30 mm / s. Further, the substrate 10 held by the substrate holder 11 is reciprocated in the M direction in FIG.
  • the IGZO film is formed efficiently and accurately by sputtering under the discharge state stabilized by the discharge start step.
  • Ar gas is supplied from the gas supply unit 50 controlled by the control unit 60 into the processing chamber 15 at the same flow rate as in the discharge start process and the normal film formation process.
  • O 2 gas supplies O 2 gas to the O 2 the same flow rate in the processing chamber 15 and the flow rate of the gas in the normal film deposition process.
  • the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas in the discharge start period A is made larger than that in the normal film formation period B, so the discharge state in the discharge start period A is stabilized. Can be made. Therefore, the variation in the film quality of the thin film can be suitably suppressed in the region of the substrate 10 facing between the targets 21 and the region of the substrate 10 facing the target 21, and as a result, the thin film formed on the entire substrate 10 by sputtering. The film quality can be improved.
  • FIG. 13 shows a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph showing the change of the gas flow rate with respect to time in the fifth embodiment.
  • the supply of Ar gas to the processing chamber 15 is stopped in the discharge start period A and the end preparation period C.
  • the Ar gas is relatively removed in these periods A and C. It is different in that it is supplied to the processing chamber 15 with a small flow rate.
  • control unit 60 in the present embodiment is configured such that the flow rate ratio of the O 2 gas to the Ar gas in the discharge start period A and the end preparation period C is the same as that in the normal film formation period B, as in the second embodiment.
  • the gas supply unit 50 is controlled so as to be larger than the flow rate ratio of the O 2 gas.
  • control unit 60 supplies Ar gas at a flow rate lower than the flow rate of Ar gas in the normal film formation period B in the discharge start period A and the end preparation period C. while feeding, in the discharge start period a and end preparation period C, O 2 gas so as to supply flow rate greater than the flow rate of O 2 gas to the processing chamber 15 in the normal film deposition period B, the gas supply unit 50 Configured to control.
  • the thin film formation method of the present embodiment includes a discharge start process performed in the discharge start period A, a normal film formation process performed in the normal film formation period B, and an end preparation process performed in the end preparation period C. Further, film formation is performed only in the normal film formation process.
  • discharge start process In the discharge start process, while maintaining a high vacuum, as shown in FIG. 13, the gas supply unit 50 is controlled by the control unit 60, so that the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas is changed to Ar in the normal film formation process. In the state where the flow rate ratio of the O 2 gas to the gas is increased, discharge in the target unit 20 is started.
  • the Ar gas is supplied from the gas supply unit 50 controlled by the control unit 60 to the processing chamber 15 in a smaller amount than the flow rate of Ar gas in the normal film formation period B.
  • the O 2 gas is supplied to the process chamber 15 at a flow rate higher than the flow rate of the O 2 gas in the normal film formation period B.
  • a predetermined AC voltage is applied from the power supply 30 to supply power to the target unit 20 and the magnet unit 40 is swung.
  • the swing speed of the magnet unit 40 is, for example, about 10 mm / s to 30 mm / s. Further, the substrate 10 held by the substrate holder 11 is reciprocated in the M direction in FIG.
  • the IGZO film is formed efficiently and accurately by sputtering under the discharge state stabilized by the discharge start step.
  • Ar gas is supplied from the gas supply unit 50 controlled by the control unit 60 to the processing chamber 15 in the normal film formation step, as in the discharge start step. While supplying the process chamber 15 at a flow rate smaller than the gas flow rate, the O 2 gas is supplied into the process chamber 15 at a flow rate higher than the O 2 gas flow rate in the discharge start process.
  • the secondary battery is discharged in the target unit 20. Thereby, the discharge state in the target unit 20 is stabilized.
  • Embodiment 5- Therefore, also in the fifth embodiment, since the flow rate ratio of O 2 gas to Ar gas in the discharge start period A and the end preparation period C is larger than the flow ratio in the normal film formation period B, the discharge start period A and The discharge state in the end preparation period C can be stabilized. Therefore, the variation in the film quality of the thin film can be suitably suppressed in the region of the substrate 10 facing between the targets 21 and the region of the substrate 10 facing the target 21, and as a result, the thin film formed on the entire substrate 10 by sputtering. The film quality can be greatly improved.
  • the present invention is not limited to the first to fifth embodiments described above, and the present invention includes a configuration in which these first to fifth embodiments are appropriately combined.
  • the present invention is useful for the thin film forming method.

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Abstract

　薄膜形成方法は、ターゲット部に沿ってマグネット部を往復移動させた状態で、複数のターゲット同士の間で放電を行い、処理チャンバに不活性ガス及び反応性ガスを供給することにより、基板に薄膜を形成する通常成膜工程と、通常成膜工程の前に、不活性ガスに対する反応性ガスの流量比を通常成膜工程における不活性ガスに対する反応性ガスの流量比よりも大きくした状態で、ターゲット部における放電を開始する放電開始工程とを有する。

Description

薄膜形成方法
　本発明は、薄膜形成方法に関するものである。
　基板の表面に薄膜を形成する方法として、スパッタ法が一般に知られている。スパッタ法は、成膜技術には欠かせない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。
　上記スパッタ法には、電気的に接地されたチャンバ内において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。このようなスパッタ法は、例えば液晶表示パネル等を構成するガラス基板のように面積が大きい処理基板に対して、所定の薄膜を形成する工程で利用されている。
　例えば、特許文献１には、処理対象である基板と平行に複数のターゲットを所定の間隔で配置したマグネトロンスパッタリング装置について、各ターゲットに所定の周波数で交互に極性を変えて交流電圧を印加し、隣り合う一組のターゲット同士の間でアノード電極とカソード電極とを交互に切り替えつつグロー放電を生じさせることにより、プラズマ雰囲気を形成することが開示されている。
　一方、特許文献２のスパッタリング装置では、互いに同じ極性の電圧がそれぞれ印加される複数のターゲットを有するマグネトロンスパッタリング装置について、基板をターゲットと平行に移動させることが開示されている。
特開２００３－９６５６１号公報 特表ＷＯ２００８／１０８１８５号
　上記特許文献１のスパッタリング装置では、隣り合う各ターゲット同士の間に所定の間隔が設けられているので、ターゲットに対向する領域と、ターゲット同士の隙間に対向する領域とでは、スパッタされる薄膜の膜質に差が生じる虞がある。そこで、上記特許文献２のように、基板をターゲットに対して移動させることにより、基板に形成される薄膜の膜質を均一化することが考えられる。
　しかし、本発明者らがスパッタリングによる薄膜形成に関して鋭意研究を重ねた結果、電極間における放電の開始時に形成された薄膜の膜質に異常が生じやすいことがわかった。したがって、上記特許文献２のように、単に基板をターゲットに対して移動させたとしても、形成された薄膜の膜質を均一化することは、実際には難しい。
　本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スパッタリングによって形成された薄膜の膜質を可及的に高めることにある。
　上記の目的を達成するために、本発明に係る薄膜形成方法は、処理チャンバの内部において、処理対象の基板に対向して配置されたターゲット部に沿ってマグネット部を往復移動させた状態で、上記ターゲット部を構成すると共に上記基板と平行に所定の間隔で配置された複数のターゲット同士の間で放電を行い、上記処理チャンバに不活性ガス及び反応性ガスを供給することによって、上記基板に薄膜を形成する通常成膜工程と、上記通常成膜工程の前に、上記不活性ガスに対する上記反応性ガスの流量比を、上記通常成膜工程における上記不活性ガスに対する反応性ガスの流量比よりも大きくした状態で、上記ターゲット部における放電を開始する放電開始工程とを有する。
　本発明者らがスパッタリングによる薄膜形成に関して鋭意研究を重ねた結果、ターゲット部における放電を開始した当初の期間において、その放電状態が不安定となるために、ターゲット同士の間に対向する基板領域と、ターゲットに対向する基板領域とで薄膜の膜質にばらつきが生じることがわかった。
　上記の構成によれば、通常成膜工程において、処理チャンバに不活性ガス及び反応性ガスを供給すると共にターゲット部のターゲット間で放電を行って、基板に薄膜を形成する。そして、この通常成膜工程の前に放電開始工程を行い、不活性ガスに対する反応性ガスの流量比を、通常成膜工程におけるその流量比よりも大きくすることによって、放電を開始した当初において放電状態を安定化させることができる。そのことにより、ターゲット同士の間に対向する基板領域と、ターゲットに対向する基板領域とにおける薄膜の膜質のばらつきを抑制して、基板全体にスパッタリングによって形成された薄膜の膜質を大幅に高めることが可能になる。
　上記通常成膜工程の後に、上記不活性ガスに対する上記反応性ガスの流量比を、上記通常成膜工程における上記不活性ガスに対する反応性ガスの流量比よりも大きくした状態で、上記ターゲット部において放電を行う終了準備工程を有するようにしてもよい。
　本発明者らの研究により、放電を終了するまでの所定の期間においても、ターゲット部における放電状態が不安定となって、ターゲット同士の間に対向する基板領域と、ターゲットに対向する基板領域とで薄膜の膜質にばらつきが生じることがわかった。
　上記の構成によれば、終了準備工程における不活性ガスに対する反応性ガスの流量比を、通常成膜工程におけるその流量比よりも大きくすることによって、この終了準備工程における放電状態を安定化させることができる。よって、基板に形成される薄膜の膜質のばらつきをより低減して、膜質をより精度良く高めることが可能になる。
　本発明によれば、放電開始期間における不活性ガスに対する反応性ガスの流量比を、通常成膜期間におけるその流量比よりも大きくすることによって、放電開始期間における放電状態を安定化させることができるため、ターゲット同士の間に対向する基板領域と、ターゲットに対向する基板領域とにおいて薄膜の膜質のばらつきを抑制することができる。その結果、基板全体にスパッタリングによって形成された薄膜の膜質を、大幅に高めることができる。
図１は、本実施形態１における薄膜形成装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、本実施形態１におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。 図３は、本実施形態２におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。 図４は、比較例におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。 図５は、比較例による薄膜形成方法により形成した酸化物半導体膜を有するＴＦＴの特性を示すグラフである。 図６は、比較例におけるＣＬスペクトルのピーク強度と波長との関係を示すグラフである。 図７は、比較例について、カソード上とカソード間におけるＣＬスペクトルのピーク強度を比較して示すグラフである。 図８は、実施例について、カソード上とカソード間におけるＣＬスペクトルのピーク強度を比較して示すグラフである。 図９は、比較例における基板に形成された薄膜の測定位置とシート抵抗値との関係を示すグラフである。 図１０は、実施例における基板に形成された薄膜の測定位置とシート抵抗値との関係を示すグラフである。 図１１は、本実施形態３におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。 図１２は、本実施形態４におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。 図１３は、本実施形態５におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
　《発明の実施形態１》
　図１及び図２は、本発明の実施形態１を示している。
　図１は、本実施形態１における薄膜形成装置１の概略構成を示す断面図である。図２は、本実施形態１におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。
　本実施形態１の薄膜形成装置であるマグネトロンスパッタリング装置１は、図１に示すように、基板１０を保持する基板保持部１１と、基板保持部１１に保持される処理対象の基板１０に対向するように配置されたターゲット部２０と、ターゲット部２０に対して電力を供給する電源３０と、ターゲット部２０の基板１０と反対側である当該ターゲット部２０の背面側に配置されたマグネット部４０と、上記基板保持部１１、ターゲット部２０及びマグネット部４０を内部に収容する処理チャンバ１５とを備えている。
　処理チャンバ１５は、真空チャンバであって、その壁部が電気的に接地されている。処理チャンバ１５には、真空ポンプ３５が接続され、当該真空ポンプ３５によって処理チャンバ１５の内部が減圧されるようになっている。
　また、処理チャンバ１５には、ガス供給部５０が接続されている。ガス供給部５０は、真空状態の処理チャンバ１５に対し、不活性ガス（例えばＡｒガス等）及び反応性ガス（例えばＯ２ガス等）のうち少なくとも反応性ガスを供給するように構成されている。
　基板１０は、例えば液晶表示パネル（不図示）を構成するガラス基板等の基板である。また、基板１０の大きさは、例えば、縦が７３０ｍｍ程度であり横が９２０ｍｍ程度である。基板保持部１１は、その下面において基板１０を保持すると共に、当該基板１０を成膜の際に加熱するヒータ（図示省略）を有している。また、処理チャンバ１５内には、基板１０の下面の外縁部分を覆う基板マスク２４が設けられている。基板マスク２４は、不要なスパッタ粒子の基板１０及び処理チャンバ１５への付着を防止するためのものであり、その中央に矩形状の開口部２４ａが形成されている。
　ターゲット部２０は、図１に示すように、基板保持部１１に保持される基板１０と平行に所定の間隔で配置された複数のターゲット２１を有している。各ターゲット２１は、例えば長方形板状に形成され、その長辺同士が隣り合うように、互いに平行に配置されると共に所定の方向（図１で左右方向）に並んでいる。また、各ターゲット２１は、後述のマグネット部４０の移動方向に所定の間隔で配置されている。
　ターゲット２１は、例えば、ＩＧＺＯ（Ｉｎ－Ｇａ－ＺｎＯ４；アモルファス酸化物半導体）等の酸化物半導体を含む材料によって構成されている。ターゲット２１は、例えばＩｎ、Ｇａ及びＺｎの組成比が、１：１：１となっている。尚、ターゲット２１は、他の半導体材料や、金属材料、若しくはＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）等の他の材料によって構成されていてもよい。各ターゲット２１は、例えば２００ｍｍ×３４００ｍｍ程度の長方形板状に形成されている。
　また、各ターゲット２１は、バッキングプレート２６を介してターゲット支持部２２により支持されている。バッキングプレート２６は、金属材料等の導電性材料からなり、スパッタリングを行っている間に、ターゲット２１を冷却するためのものであり、インジウムやスズ等のボンディング材を介してターゲット２１が接合されている。
　ターゲット支持部２２は、絶縁性材料によって形成され、処理チャンバ１５に取付固定されている。ターゲット支持部２２には、上記各ターゲット２１に対応して複数の開口部２２ａが形成されている。ターゲット２１及びバッキングプレート２６は、図１に示すように、各開口部２２ａに対応して配置されている。
　そして、互いに隣り合う一組のターゲット２１毎に、１つの交流電源３０が接続されている。電源３０の駆動電圧（カソード電圧）の周波数は、例えば１９ｋＨｚ～２０ｋＨｚ程度である。また、駆動電力は、１０～９０ｋＷ程度である。
　マグネット部４０は、不図示の駆動機構により、ターゲット部２０の背面に沿って往復移動するように構成されている。図１に示すように、マグネット部４０は、当該マグネット部４０の移動方向（図１で左右方向）に所定の間隔で配置された複数のマグネット４１を有している。各マグネット４１は、各ターゲット２１にそれぞれ対応して設けられ、永久磁石によって構成されている。また、各マグネット４１は、例えば１００ｍｍ×３３５０ｍｍ程度の長方形板状に形成されている。マグネット４１の移動方向の幅は、当該移動方向におけるターゲット２１の幅よりも小さい。
　各マグネット４１は、互いに同期して揺動する。その揺動速度は、例えば１０ｍｍ／ｓ～３０ｍｍ／ｓ程度である。
　基板保持部１１は、この基板保持部１１により保持される基板１０を、例えばローラ機構等により、上記ターゲット部２０に対して平行に移動させるように構成されている。そして、基板保持部１１は基板１０を、図１に矢印Ｍで示すように、左右方向に往復移動させるようになっている。
　そうして、上記マグネトロンスパッタリング装置１では、各電源３０から各ターゲット２１に所定の周波数で交互に極性を変えて交流電圧を印加し、隣り合う一組のターゲット２１同士の間でアノード電極とカソード電極とを交互に切り替えつつグロー放電を生じさせることにより、処理チャンバ１５内にプラズマ雰囲気が形成される。そして、そのプラズマによりＡｒイオンをターゲット２１に衝突させることによって、スパッタ粒子をターゲット２１から基板１０へ向けて飛翔させ、当該基板１０の表面に成膜を行うようになっている。
　さらに、上記マグネトロンスパッタリング装置１は、ガス供給部５０を制御する制御部６０を備えている。制御部６０は、図２に示すように、ターゲット部２０における放電を開始した放電開始期間Ａにおいて不活性ガスであるＡｒガスに対する反応性ガスとしてのＯ２ガスの流量比が、放電開始期間Ａの経過後の通常成膜期間ＢにおけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも大きくなるように、ガス供給部５０を制御する。
　さらにまた、制御部６０は、図２に示すように、通常成膜期間Ｂが経過してからターゲット部２０における放電を終了するまでの期間である終了準備期間ＣにおいてＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比を、通常成膜期間ＢにおけるＡｒガスに対するＯ２の流量比よりも大きくする。
　すなわち、制御部６０は、図２に示すように、放電開始期間Ａ、通常成膜期間Ｂ及び終了準備期間Ｃにおいて、Ａｒガスの流量を一定に維持する。一方、制御部６０は、放電開始期間Ａ及び終了準備期間ＣにおけるＯ２ガスの流量を通常成膜期間ＢにおけるＯ２ガスの流量よりも多くするように構成されている。
　　－薄膜形成方法－
　次に、上記マグネトロンスパッタリング装置１によって基板１０に薄膜としての酸化物半導体膜を形成する方法について説明する。
　上記マグネトロンスパッタリング装置１によって基板１０に成膜を行う場合には、まず、処理チャンバ１５内にガラス基板である基板１０を搬入し、基板保持部１１に保持させる。次に、真空ポンプ（不図示）によって処理チャンバ１５の内部を減圧すると共に、基板保持部１１のヒータ（図示省略）によって基板１０を加熱する。一方、ターゲット２１は、例えば、ＩＧＺＯ（Ｉｎ－Ｇａ－ＺｎＯ４；アモルファス酸化物半導体）を含む材料からなるものとする。
　また、本実施形態の薄膜形成方法には、放電開始期間Ａに行う放電開始工程と、通常成膜期間Ｂに行う通常成膜工程と、終了準備期間Ｃに行う終了準備工程とが含まれる。また、放電開始工程、通常成膜工程及び終了準備工程の全体に亘って成膜が行われる。
　　（放電開始工程）
　次に、放電開始工程では、高真空を維持しつつ、ガス供給部５０を制御部６０により制御することによって、不活性ガスであるＡｒガスに対する反応性ガスであるＯ２ガスの流量比を、放電開始工程の次に行う通常成膜工程におけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも多くした状態で、ターゲット部２０における放電を開始する。
　すなわち、図２に示すように、放電開始期間Ａにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、Ａｒガスを所定の流量で処理チャンバ１５内に供給する一方、次に行う通常成膜工程におけるＯ２ガスの流量よりも多い流量で、Ｏ２ガスを処理チャンバ１５内に供給する。Ａｒガスの流量は、放電開始工程、通常成膜工程及び終了準備工程に亘って、一定に維持する。
　また、電源３０から所定の交流電圧を印加してターゲット部２０に電力を供給すると共に、マグネット部４０を揺動させる。マグネット部４０の揺動速度は、例えば１０ｍｍ／ｓ～３０ｍｍ／ｓ程度とする。さらに、基板保持部１１に保持されている基板１０を図１でＭ方向に往復移動させる。
　そうして、互いに隣り合うターゲット２１同士の間にグロー放電を生じさせることにより、ターゲット部２０の基板１０側にプラズマが発生する。この放電開始工程では、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、通常成膜工程におけるその流量比よりも大きくなっているので、放電状態が容易に安定する。
　このプラズマによってプラスイオン化したＡｒがターゲット部２０に引きつけられる。そして、Ａｒイオンが各ターゲット２１に衝突し、ターゲット２１の構成粒子であるスパッタ粒子が弾き飛ばされて基板１０側へ飛翔する。ターゲット２１から基板１０側へ飛翔したスパッタ粒子は、基板１０の表面に付着し堆積する。こうして、基板１０にＩＧＺＯの薄膜を形成する。
　　（通常成膜工程）
　次に、通常成膜工程では、上記マグネット４１及び基板１０の往復移動、及びターゲット部２０における放電を、上記放電開始工程と同様に続けた状態で、ガス供給部５０から供給される上記各ガスの流量比を制御部６０によって変更する。
　すなわち、図２に示すように、通常成膜期間Ｂにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、Ａｒガスを上記放電開始工程と同じ流量で処理チャンバ１５内に供給する。一方、Ｏ２ガスを上記放電開始工程よりも少ない流量で処理チャンバ１５内に供給する。したがって、この通常成膜工程では、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、放電開始工程における上記流量比よりも小さくなっている。
　こうして、通常成膜工程では、上記放電開始工程によって安定化された放電状態の下で、スパッタによるＩＧＺＯ膜の成膜が、効率良く且つ精度良く行われることとなる。
　　（終了準備工程）
　次に、終了準備工程では、上記マグネット４１及び基板１０の往復移動、及びターゲット部２０における放電を、上記通常成膜工程と同様に続けた状態で、ガス供給部５０から供給される上記各ガスの流量比を制御部６０によって変更する。
　すなわち、図２に示すように、終了準備期間Ｃにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、Ａｒガスを上記放電開始工程及び通常成膜工程と同じ流量で処理チャンバ１５内に供給する。一方、通常成膜工程におけるＯ２ガスの流量よりも多い流量で、Ｏ２ガスを処理チャンバ１５内に供給する。Ｏ２ガスの流量は、終了準備工程と放電開始工程とで同じとする。
　こうして、終了準備工程では、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比を、上記通常成膜工程におけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも大きくした状態で、ターゲット部２０において放電を行う。そのことにより、ターゲット部２０における放電状態を安定化させる。
　その後、図２に示すように、Ａｒガス及びＯ２ガスの処理チャンバ１５への供給を停止して成膜処理を終了する。
　　－実施形態１の効果－
　したがって、この実施形態１によると、放電開始期間ＡにおけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比を、通常成膜期間Ｂにおけるその流量比よりも大きくすることによって、放電開始期間Ａにおける放電状態を安定化させることができる。そのため、ターゲット２１同士の間に対向する基板１０の領域と、ターゲット２１に対向する基板１０の領域とにおいて薄膜の膜質のばらつきを抑制することができる。
　さらに、終了準備期間Ｃについても、放電開始期間Ａと同様に、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比を、通常成膜期間Ｂにおけるその流量比よりも大きくするようにしたので、終了準備期間Ｃにおける放電状態についても安定化させることができる。その結果、基板１０に形成される薄膜の膜質のばらつきをより低減できるため、基板１０全体にスパッタリングによって形成された薄膜の膜質を、大幅に高めることができる。
　特に、ＩＧＺＯ等の酸化物半導体膜は、その膜質の変化がその酸化物半導体膜を半導体層として有するＴＦＴの特性に大きい影響を与える。したがって、このような酸化物半導体膜には、より高度に均一な膜質が要求される。これに対し、本実施形態では、放電状態を安定化させた状態で、膜質のばらつきが抑制されたＩＧＺＯを好適に成膜することができる。よって、本実施形態による薄膜形成方法によって形成されたＩＧＺＯ膜を用いたＴＦＴの特性を飛躍的に高めることができる。
　《発明の実施形態２》
　図３は、本発明の実施形態２を示している。
　図３は、本実施形態２におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。尚、以降の各実施形態では、図１及び図２と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　上記実施形態１では、Ａｒガスの流量を、放電開始期間Ａ、通常成膜期間Ｂ及び終了準備期間Ｃに亘って一定に維持するようにしたのに対し、本実施形態２は、Ａｒガスの流量を変化させるようにした点で相違している。
　すなわち、本実施形態における制御部６０は、放電開始期間ＡにおけるＯ２ガスの流量を通常成膜期間ＢにおけるＯ２ガスの流量よりも多くする一方、放電開始期間ＡにおけるＡｒガスの流量を通常成膜期間ＢにおけるＡｒガスの流量よりも少なくするように構成されている。
　特に、本実施形態における制御部６０は、図３に示すように、放電開始期間Ａにおいて、処理チャンバ１５に対しＡｒガスの供給を停止した状態でＯ２ガスを供給するようにガス供給部５０を制御するようになっている。
　　－薄膜形成方法－
　次に、本実施形態のマグネトロンスパッタリング装置１によって基板１０に薄膜を形成する方法について説明する。
　本実施形態の薄膜形成方法には、放電開始期間Ａに行う放電開始工程と、通常成膜期間Ｂに行う通常成膜工程と、終了準備期間Ｃに行う終了準備工程とが含まれる。また、通常成膜工程においてのみ成膜が行われる。
　　（放電開始工程）
　放電開始工程では、高真空を維持しつつ、図３に示すように、ガス供給部５０を制御部６０により制御することによって、不活性ガスであるＡｒガスに対する反応性ガスであるＯ２ガスの流量比を、通常成膜工程におけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも多くした状態で、ターゲット部２０における放電を開始する。
　すなわち、図３に示すように、放電開始期間Ａにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、処理チャンバ１５に対し、Ａｒガスの供給を停止した状態でＯ２ガスを供給する。
　また、電源３０から所定の交流電圧を印加してターゲット部２０に電力を供給すると共に、マグネット部４０を揺動させる。マグネット部４０の揺動速度は、例えば１０ｍｍ／ｓ～３０ｍｍ／ｓ程度とする。さらに、基板保持部１１に保持されている基板１０を図１でＭ方向に往復移動させる。
　そうして、互いに隣り合うターゲット２１同士の間にグロー放電を生じさせることにより、ターゲット部２０の基板１０側にプラズマが発生する。この放電開始工程では、Ａｒガスの処理チャンバ１５への供給を停止した状態で、Ｏ２ガスのみを処理チャンバ１５に供給するようにしたので、放電状態がより容易に安定する。また、この放電開始工程では、基板１０に薄膜は形成されない。
　　（通常成膜工程）
　次に、通常成膜工程では、上記マグネット４１及び基板１０の往復移動、及びターゲット部２０における放電を続けた状態で、ガス供給部５０から供給される上記各ガスの流量比を制御部６０によって変更する。
　すなわち、図３に示すように、通常成膜期間Ｂにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、Ａｒガスを所定の流量で処理チャンバ１５内に供給する。一方、Ｏ２ガスを上記放電開始工程よりも少ない流量で処理チャンバ１５内に供給する。したがって、この通常成膜工程では、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、放電開始工程における上記流量比よりも小さい。
　こうして、通常成膜工程では、上記放電開始工程によって安定化された放電状態の下で、スパッタによるＩＧＺＯ膜の成膜が、効率良く且つ精度良く行われることとなる。
　　（終了準備工程）
　次に、終了準備工程では、上記マグネット４１及び基板１０の往復移動、及びターゲット部２０における放電を続けた状態で、ガス供給部５０から供給される上記各ガスの流量比を制御部６０によって変更する。
　すなわち、図３に示すように、終了準備期間Ｃにおいて、放電開始工程と同様に、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、処理チャンバ１５に対し、Ａｒガスの供給を停止した状態で、通常成膜工程におけるＯ２ガスの流量よりも多い流量でＯ２ガスを供給する。
　こうして、終了準備工程では、処理チャンバ１５にＯ２ガスのみを供給して、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、上記通常成膜工程におけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも大きい状態で、ターゲット部２０において放電を行う。そのことにより、ターゲット部２０における放電状態を安定化させる。
　　－実施形態２の効果－
　したがって、この実施形態２によっても、放電開始期間ＡにおけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比を、通常成膜期間Ｂにおけるその流量比よりも大きくしたので、放電開始期間Ａにおける放電状態を安定化させることができる。さらに、終了準備期間Ｃについても、放電開始期間Ａと同様に、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比を、通常成膜期間Ｂにおけるその流量比よりも大きくするようにしたので、終了準備期間Ｃにおける放電状態についても安定化させることができる。
　そのため、ターゲット２１同士の間に対向する基板１０の領域と、ターゲット２１に対向する基板１０の領域とにおいて薄膜の膜質のばらつきを好適に抑制できる結果、基板１０全体にスパッタリングによって形成された薄膜の膜質を、大幅に高めることができる。
　ここで、図４～図７及び図９を参照して、制御部６０を有しない比較例について説明する。
　図４は、比較例におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。図５は、比較例による薄膜形成方法により形成した酸化物半導体膜を有するＴＦＴの特性を示すグラフである。図６は、比較例におけるＣＬスペクトルのピーク強度と波長との関係を示すグラフである。図７は、比較例について、カソード上とカソード間におけるＣＬスペクトルのピーク強度を比較して示すグラフである。図９は、比較例における基板に形成された薄膜の測定位置とシート抵抗値との関係を示すグラフである。
　比較例におけるプラズマプロセス装置では、図４に示すように、放電の開始から放電の終了に至るまで、Ａｒガス及びＯ２ガスが常に一定の流量で処理チャンバに供給される。この比較例による薄膜形成方法によって形成したＩＧＺＯ膜を用いてＴＦＴを形成し、そのＴＦＴの特性を計測した結果を図５に示す。図５に示されるように、ターゲット（本明細書では、カソードとも称する。）に対向して配置されていた基板領域に形成されたＩＧＺＯ膜Ｅを有するＴＦＴの特性に比べて、ターゲット（カソード）間に対向して配置されていた基板領域に形成されたＩＧＺＯ膜Ｄを有するＴＦＴの特性は同図で左にシフトしており、その特性が大きく異なっていた。
　次に、比較例による薄膜形成方法によって形成された薄膜の物性を、カソードルミネッセンス（ＣＬ）法によって測定評価した。ここで、電子線を試料に照射した際に生じる発光をカソードルミネッセンスという。カソードルミネッセンス法は、その発光のスペクトルや空間分布像から試料の物性を評価する手法である。発光が欠陥領域におけるバンド構造を反映しているため、その発光強度やスペクトル形状から微小領域における物性を評価することができる。
　カソードルミネッセンス法の測定条件として、加速電圧を３ｋＶとし、温度が３２Ｋであり、ＳＥＭ倍率を１０００倍とし、波長域を２００～１００ｎｍとし、ＣＣＤを検出器をして用いた。さらに、ターゲットであるＩｎ、Ｇａ及びＺｎの組成比を１：１：１とした。また、薄膜の膜厚は１００ｎｍであり、Ｏ２ガス／（Ａｒガス＋Ｏ２ガス）の流量比を４．５％とした。
　ターゲットに対向して配置された基板領域に形成されたＩＧＺＯ膜Ｅと、ターゲット間に対向して配置された基板領域に形成されたＩＧＺＯ膜Ｄとについて、光の波長とピーク強度との関係を計測した結果、図６に示すように、何れも光の強度がピークとなる波長はともに約７００ｎｍであったが、そのピーク強度の値が大きく相違していた。図７にも示すように、ＩＧＺＯ膜Ｄにおける光のピーク強度は約１５８程度であって、ＩＧＺＯ膜Ｅにおける光のピーク強度である約１３７程度よりも大きいことがわかった。
　さらに、図９に示すように、ターゲット（カソード）間に対向する基板領域で形成されたＩＧＺＯ膜Ｄのシート抵抗は、ターゲット（カソード）に対向する基板領域で形成されたＩＧＺＯ膜Ｅのシート抵抗よりも小さくなることがわかった。
　このように、比較例による薄膜形成方法によって形成された薄膜の特性は、その形成された領域が、ターゲット（カソード）間に対向する基板領域であるか、ターゲット（カソード）に対向する基板領域であるかによって、大きくばらつきが生じることが確認された。
　次に、本実施形態を実際に実施した実施例について、図８及び図１０を参照して説明する。
　図８は、実施例について、カソード上とカソード間におけるＣＬスペクトルのピーク強度を比較して示すグラフである。図１０は、実施例における基板に形成された薄膜の測定位置とシート抵抗値との関係を示すグラフである。
　実施例による薄膜形成方法によって、ターゲットに対向して配置された基板領域に形成されたＩＧＺＯ膜Ｅと、ターゲット間に対向して配置された基板領域に形成されたＩＧＺＯ膜Ｄとについて、カソードルミネッセンス法により光のピーク強度を測定して比較したところ、図８に示すように、ＩＧＺＯ膜Ｄにおける光のピーク強度は約１２４程度であって、ＩＧＺＯ膜Ｅにおける光のピーク強度である約１２０程度との差が大幅に小さくなっていた。
　さらに、図１０に示すように、ターゲット（カソード）間に対向する基板領域で形成されたＩＧＺＯ膜Ｄのシート抵抗は、ターゲット（カソード）に対向する基板領域で形成されたＩＧＺＯ膜Ｅのシート抵抗と略同じ程度であることがわかった。
　このように、実施例による薄膜形成方法によって形成された薄膜の特性は、その形成された領域が、ターゲット（カソード）間に対向する基板領域であるか、ターゲット（カソード）に対向する基板領域であるかに拘わらず同程度であって、ばらつきを低減できることが確認された。
　《発明の実施形態３》
　図１１は、本発明の実施形態３を示している。
　図１１は、本実施形態３におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。
　上記実施形態２では、放電開始期間Ａ及び終了準備期間ＣにおいてＯ２ガスの流量を通常成膜期間ＢにおけるＯ２ガスの流量よりも多くしたのに対し、本実施形態３は、放電開始期間Ａ、通常成膜期間Ｂ及び終了準備期間Ｃに亘って、Ｏ２ガスの流量を一定値に維持するようにした点で相違している。
　すなわち、本実施形態における制御部６０は、上記実施形態１及び２と同様に、放電開始期間Ａ及び終了準備期間Ｃにおいて、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、通常成膜期間ＢにおけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも大きくなるように、ガス供給部５０を制御する。
　特に、本実施形態における制御部６０は、図１１に示すように、放電開始期間Ａ、通常成膜期間Ｂ及び終了準備期間Ｃにおいて、Ｏ２ガスの流量を一定に維持する一方、放電開始期間ＡにおけるＡｒガスの流量を通常成膜期間ＢにおけるＡｒガスの流量よりも少なくするように構成されている。
　　－薄膜形成方法－
　次に、本実施形態のマグネトロンスパッタリング装置１によって基板１０に薄膜を形成する方法について説明する。
　本実施形態の薄膜形成方法には、放電開始期間Ａに行う放電開始工程と、通常成膜期間Ｂに行う通常成膜工程と、終了準備期間Ｃに行う終了準備工程とが含まれる。また、通常成膜工程においてのみ成膜が行われる。
　　（放電開始工程）
　放電開始工程では、高真空を維持しつつ、図１１に示すように、ガス供給部５０を制御部６０により制御することによって、不活性ガスであるＡｒガスに対する反応性ガスであるＯ２ガスの流量比を、通常成膜工程におけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも多くした状態で、ターゲット部２０における放電を開始する。
　すなわち、図１１に示すように、放電開始期間Ａにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、処理チャンバ１５に対し、Ａｒガスの供給を停止した状態でＯ２ガスを供給する。
　また、電源３０から所定の交流電圧を印加してターゲット部２０に電力を供給すると共に、マグネット部４０を揺動させる。マグネット部４０の揺動速度は、例えば１０ｍｍ／ｓ～３０ｍｍ／ｓ程度とする。さらに、基板保持部１１に保持されている基板１０を図１でＭ方向に往復移動させる。
　そうして、互いに隣り合うターゲット２１同士の間にグロー放電を生じさせることにより、ターゲット部２０の基板１０側にプラズマが発生する。この放電開始工程では、Ａｒガスの処理チャンバ１５への供給を停止した状態で、Ｏ２ガスのみを処理チャンバ１５に供給するようにしたので、放電状態がより容易に安定する。また、この放電開始工程では、基板１０に薄膜は形成されない。
　　（通常成膜工程）
　次に、通常成膜工程では、上記マグネット４１及び基板１０の往復移動、及びターゲット部２０における放電を続けた状態で、ガス供給部５０から供給される上記各ガスの流量比を制御部６０によって変更する。
　すなわち、図１１に示すように、通常成膜期間Ｂにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、Ａｒガスを所定の流量で処理チャンバ１５内に供給する。一方、Ｏ２ガスを上記放電開始工程と同じ流量で処理チャンバ１５内に供給する。したがって、この通常成膜工程では、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、放電開始工程における上記流量比よりも小さい。
　こうして、通常成膜工程では、上記放電開始工程によって安定化された放電状態の下で、スパッタによるＩＧＺＯ膜の成膜が、効率良く且つ精度良く行われることとなる。
　　（終了準備工程）
　次に、終了準備工程では、上記マグネット４１及び基板１０の往復移動、及びターゲット部２０における放電を続けた状態で、ガス供給部５０から供給される上記各ガスの流量比を制御部６０によって変更する。
　すなわち、図１１に示すように、終了準備期間Ｃにおいて、放電開始工程と同様に、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、処理チャンバ１５に対し、Ａｒガスの供給を停止した状態で、放電開始工程及び通常成膜工程におけるＯ２ガスの流量と同じ流量でＯ２ガスを供給する。すなわち、Ｏ２ガスの流量は一定に維持される。
　こうして、終了準備工程では、処理チャンバ１５にＯ２ガスのみを供給して、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、上記通常成膜工程におけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも大きい状態で、ターゲット部２０において放電を行う。そのことにより、ターゲット部２０における放電状態を安定化させる。
　　－実施形態３の効果－
　したがって、この実施形態３によっても、放電開始期間Ａ及び終了準備期間ＣにおけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比を、通常成膜期間Ｂにおけるその流量比よりも大きくしたので、放電開始期間Ａ及び終了準備期間Ｃにおける放電状態を安定化させることができる。そのため、ターゲット２１同士の間に対向する基板１０の領域と、ターゲット２１に対向する基板１０の領域とにおいて薄膜の膜質のばらつきを好適に抑制できる結果、基板１０全体にスパッタリングによって形成された薄膜の膜質を、大幅に高めることができる。
　《発明の実施形態４》
　図１２は、本発明の実施形態４を示している。
　図１２は、本実施形態４におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。
　上記実施形態１では、放電開始期間Ａ及び終了準備期間Ｃにおいて、Ｏ２ガスの流量を通常成膜期間ＢにおけるＯ２ガスの流量よりも多くしたのに対し、本実施形態は、放電開始期間Ａにおいてのみ、Ｏ２ガスの流量を通常成膜期間ＢにおけるＯ２ガスの流量よりも多くした点で相違している。
　すなわち、本実施形態における制御部６０は、放電開始期間Ａにおいて、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、通常成膜期間ＢにおけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも大きくなるように、ガス供給部５０を制御する。
　特に、本実施形態における制御部６０は、図１２に示すように、放電開始期間ＡにおけるＯ２ガスの流量を通常成膜期間Ｂ及び終了準備期間ＣにおけるＯ２ガスの流量よりも多くする一方、放電開始期間Ａ、通常成膜期間Ｂ及び終了準備期間ＣにおいてＡｒガスの流量を一定に維持するように構成されている。
　　－薄膜形成方法－
　次に、本実施形態のマグネトロンスパッタリング装置１によって基板１０に薄膜を形成する方法について説明する。
　本実施形態の薄膜形成方法には、放電開始期間Ａに行う放電開始工程と、通常成膜期間Ｂに行う通常成膜工程と、終了準備期間Ｃに行う終了準備工程とが含まれる。また、放電開始工程、通常成膜工程及び終了準備工程の全体に亘って成膜が行われる。
　　（放電開始工程）
　放電開始工程では、高真空を維持しつつ、ガス供給部５０を制御部６０により制御することによって、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比を、放電開始工程の次に行う通常成膜工程におけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも多くした状態で、ターゲット部２０における放電を開始する。
　すなわち、図１２に示すように、放電開始期間Ａにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、Ａｒガスを所定の流量で処理チャンバ１５内に供給する一方、通常成膜工程におけるＯ２ガスの流量よりも多い流量で、Ｏ２ガスを処理チャンバ１５内に供給する。Ａｒガスの流量は、放電開始工程、通常成膜工程及び終了準備工程に亘って、一定に維持する。
　また、電源３０から所定の交流電圧を印加してターゲット部２０に電力を供給すると共に、マグネット部４０を揺動させる。マグネット部４０の揺動速度は、例えば１０ｍｍ／ｓ～３０ｍｍ／ｓ程度とする。さらに、基板保持部１１に保持されている基板１０を図１でＭ方向に往復移動させる。
　そうして、互いに隣り合うターゲット２１同士の間にグロー放電を生じさせることにより、ターゲット部２０の基板１０側にプラズマが発生する。この放電開始工程では、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、通常成膜工程におけるその流量比よりも大きくなっているので、放電状態が容易に安定する。こうして、基板１０にＩＧＺＯの薄膜を形成する。
　　（通常成膜工程）
　次に、通常成膜工程では、上記マグネット４１及び基板１０の往復移動、及びターゲット部２０における放電を、上記放電開始工程と同様に続けた状態で、ガス供給部５０から供給される上記各ガスの流量比を制御部６０によって変更する。
　すなわち、図１２に示すように、通常成膜期間Ｂにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、Ａｒガスを上記放電開始工程と同じ流量で処理チャンバ１５内に供給する。一方、Ｏ２ガスを上記放電開始工程よりも少ない流量で処理チャンバ１５内に供給する。したがって、この通常成膜工程では、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、放電開始工程における上記流量比よりも小さくなっている。
　こうして、通常成膜工程では、上記放電開始工程によって安定化された放電状態の下で、スパッタによるＩＧＺＯ膜の成膜が、効率良く且つ精度良く行われることとなる。
　　（終了準備工程）
　次に、終了準備工程では、上記マグネット４１及び基板１０の往復移動、及びターゲット部２０における放電を、上記通常成膜工程と同様に続けた状態で、ガス供給部５０から供給される上記各ガスの流量比を一定に維持する。
　すなわち、図１２に示すように、終了準備期間Ｃにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、Ａｒガスを上記放電開始工程及び通常成膜工程と同じ流量で処理チャンバ１５内に供給する。一方、Ｏ２ガスを通常成膜工程におけるＯ２ガスの流量と同じ流量で処理チャンバ１５内に供給する。
　その後、図１２に示すように、Ａｒガス及びＯ２ガスの処理チャンバ１５への供給を停止して成膜処理を終了する。
　　－実施形態４の効果－
　したがって、この実施形態４によっても、放電開始期間ＡにおけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比を、通常成膜期間Ｂにおけるその流量比よりも大きくしたので、放電開始期間Ａにおける放電状態を安定化させることができる。そのため、ターゲット２１同士の間に対向する基板１０の領域と、ターゲット２１に対向する基板１０の領域とにおいて薄膜の膜質のばらつきを好適に抑制できる結果、基板１０全体にスパッタリングによって形成された薄膜の膜質を高めることができる。
　《発明の実施形態５》
　図１３は、本発明の実施形態５を示している。
　図１３は、本実施形態５におけるガス流量の時間に対する変化を示すグラフ図である。
　上記実施形態２では、放電開始期間Ａ及び終了準備期間ＣにおいてＡｒガスの処理チャンバ１５への供給を停止したのに対し、本実施形態は、これらの期間Ａ，ＣにおいてもＡｒガスを比較的少ない流量で処理チャンバ１５に供給する点で相違している。
　すなわち、本実施形態における制御部６０は、上記実施形態２と同様に、放電開始期間Ａ及び終了準備期間Ｃにおいて、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、通常成膜期間ＢにおけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも大きくなるように、ガス供給部５０を制御する。
　特に、本実施形態における制御部６０は、図１３に示すように、放電開始期間Ａ及び終了準備期間Ｃにおいて、Ａｒガスを通常成膜期間ＢにおけるＡｒガスの流量よりも少ない流量で処理チャンバ１５に供給する一方、放電開始期間Ａ及び終了準備期間Ｃにおいて、Ｏ２ガスを通常成膜期間ＢにおけるＯ２ガスの流量よりも多い流量で処理チャンバ１５に供給するように、ガス供給部５０を制御するように構成されている。
　　－薄膜形成方法－
　次に、本実施形態のマグネトロンスパッタリング装置１によって基板１０に薄膜を形成する方法について説明する。
　本実施形態の薄膜形成方法には、放電開始期間Ａに行う放電開始工程と、通常成膜期間Ｂに行う通常成膜工程と、終了準備期間Ｃに行う終了準備工程とが含まれる。また、通常成膜工程においてのみ成膜が行われる。
　　（放電開始工程）
　放電開始工程では、高真空を維持しつつ、図１３に示すように、ガス供給部５０を制御部６０により制御することによって、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比を、通常成膜工程におけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも多くした状態で、ターゲット部２０における放電を開始する。
　すなわち、図１３に示すように、放電開始期間Ａにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、処理チャンバ１５に対し、Ａｒガスを通常成膜期間ＢにおけるＡｒガスの流量よりも少ない流量で処理チャンバ１５に供給する一方、Ｏ２ガスを通常成膜期間ＢにおけるＯ２ガスの流量よりも多い流量で処理チャンバ１５に供給する。
　また、電源３０から所定の交流電圧を印加してターゲット部２０に電力を供給すると共に、マグネット部４０を揺動させる。マグネット部４０の揺動速度は、例えば１０ｍｍ／ｓ～３０ｍｍ／ｓ程度とする。さらに、基板保持部１１に保持されている基板１０を図１でＭ方向に往復移動させる。
　そうして、互いに隣り合うターゲット２１同士の間にグロー放電を生じさせることにより、ターゲット部２０の基板１０側にプラズマが発生する。この放電開始工程では、Ａｒガスの処理チャンバ１５への供給を停止した状態で、Ｏ２ガスのみを処理チャンバ１５に供給するようにしたので、放電状態がより容易に安定する。この放電開始工程では、基板１０に薄膜は形成されない。
　　（通常成膜工程）
　次に、通常成膜工程では、上記マグネット４１及び基板１０の往復移動、及びターゲット部２０における放電を続けた状態で、ガス供給部５０から供給される上記各ガスの流量比を制御部６０によって変更する。
　すなわち、図１３に示すように、通常成膜期間Ｂにおいて、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、Ａｒガスを放電開始工程におけるＡｒガスの流量よりも多い流量で処理チャンバ１５内に供給する。一方、Ｏ２ガスを放電開始工程におけるＯ２ガスの流量よりも少ない流量で処理チャンバ１５内に供給する。したがって、この通常成膜工程では、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、放電開始工程における上記流量比よりも小さい。
　こうして、通常成膜工程では、上記放電開始工程によって安定化された放電状態の下で、スパッタによるＩＧＺＯ膜の成膜が、効率良く且つ精度良く行われることとなる。
　　（終了準備工程）
　次に、終了準備工程では、上記マグネット４１及び基板１０の往復移動、及びターゲット部２０における放電を続けた状態で、ガス供給部５０から供給される上記各ガスの流量比を制御部６０によって変更する。
　すなわち、図１３に示すように、終了準備期間Ｃにおいて、放電開始工程と同様に、制御部６０により制御されたガス供給部５０から、処理チャンバ１５に対し、Ａｒガスを通常成膜工程におけるＡｒガスの流量よりも少ない流量で処理チャンバ１５に供給する一方、Ｏ２ガスを放電開始工程におけるＯ２ガスの流量よりも多い流量で処理チャンバ１５内に供給する。
　こうして、終了準備工程では、Ａｒガスに対するＯ２ガスの流量比が、上記通常成膜工程におけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比よりも大きい状態で、ターゲット部２０において放電を行う。そのことにより、ターゲット部２０における放電状態を安定化させる。
　　－実施形態５の効果－
　したがって、この実施形態５によっても、放電開始期間Ａ及び終了準備期間ＣにおけるＡｒガスに対するＯ２ガスの流量比を、通常成膜期間Ｂにおけるその流量比よりも大きくしたので、放電開始期間Ａ及び終了準備期間Ｃにおける放電状態を安定化させることができる。そのため、ターゲット２１同士の間に対向する基板１０の領域と、ターゲット２１に対向する基板１０の領域とにおいて薄膜の膜質のばらつきを好適に抑制できる結果、基板１０全体にスパッタリングによって形成された薄膜の膜質を、大幅に高めることができる。
　尚、本発明は上記実施形態１～５に限定されるものでなく、本発明には、これらの実施形態１～５を適宜組み合わせた構成が含まれる。
　以上説明したように、本発明は、薄膜形成方法について有用である。
　　　　　　１　　　マグネトロンスパッタリング装置 
　　　　　１０　　　基板 
　　　　　１１　　　基板保持部 
　　　　　１５　　　処理チャンバ 
　　　　　２０　　　ターゲット部 
　　　　　２１　　　ターゲット 
　　　　　３０　　　交流電源 
　　　　　４０　　　マグネット部 
　　　　　４１　　　マグネット 
　　　　　５０　　　ガス供給部 
　　　　　６０　　　制御部 　　

Claims (7)

  1. 　処理チャンバの内部において、処理対象の基板に対向して配置されたターゲット部に沿ってマグネット部を往復移動させた状態で、上記ターゲット部を構成すると共に上記基板と平行に所定の間隔で配置された複数のターゲット同士の間で放電を行い、上記処理チャンバに不活性ガス及び反応性ガスを供給することによって、上記基板に薄膜を形成する通常成膜工程と、
    　上記通常成膜工程の前に、上記不活性ガスに対する上記反応性ガスの流量比を、上記通常成膜工程における上記不活性ガスに対する反応性ガスの流量比よりも大きくした状態で、上記ターゲット部における放電を開始する放電開始工程とを有する
    ことを特徴とする薄膜形成方法。
  2. 　請求項１に記載された薄膜形成方法において、
    　上記放電開始工程における上記反応性ガスの流量を上記通常成膜工程における上記反応性ガスの流量よりも多くする一方、上記放電開始工程及び上記通常成膜工程において上記不活性ガスの流量を一定に維持する
    ことを特徴とする薄膜形成方法。
  3. 　請求項１に記載された薄膜形成方法において、
    　上記放電開始工程における上記反応性ガスの流量を上記通常成膜工程における上記反応性ガスの流量よりも多くする一方、上記放電開始工程における上記不活性ガスの流量を上記通常成膜工程における上記不活性ガスの流量よりも少なくする
    ことを特徴とする薄膜形成方法。
  4. 　請求項３に記載された薄膜形成方法において、
    　上記放電開始工程において、上記処理チャンバに対し上記不活性ガスの供給を停止した状態で上記反応性ガスを供給する
    ことを特徴とする薄膜形成方法。
  5. 　請求項１に記載された薄膜形成方法において、
    　上記放電開始工程及び上記通常成膜工程において上記反応性ガスの流量を一定に維持する一方、上記放電開始工程における上記不活性ガスの流量を上記通常成膜工程における上記不活性ガスの流量よりも少なくする
    ことを特徴とする薄膜形成方法。
  6. 　請求項１乃至５の何れか１つに記載された薄膜形成方法において、
    　上記通常成膜工程の後に、上記不活性ガスに対する上記反応性ガスの流量比を、上記通常成膜工程における上記不活性ガスに対する反応性ガスの流量比よりも大きくした状態で、上記ターゲット部において放電を行う終了準備工程を有する
    ことを特徴とする薄膜形成方法。
  7. 　請求項１乃至６の何れか１つに記載された薄膜形成方法において、
    　上記薄膜が酸化物半導体膜である
    ことを特徴とする薄膜形成方法。
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