JP2000144417A

JP2000144417A - 高周波スパッタリング装置

Info

Publication number: JP2000144417A
Application number: JP10323907A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Suzuki; 康之鈴木; Kenji Ando; 謙二安藤; Minoru Otani; 実大谷; Riyuuji Hiroo; 竜二枇榔; Hidehiro Kanazawa; 秀宏金沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2000-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、被処理物上に酸化物、窒化物等の
誘電体薄膜を形成する高周波スパッタリング装置に関
し、特にスパッタレートを安定化し、高精度に膜厚を制
御した薄膜を形成可能な高周波スパッタ装置を提供する
ことを目的とする。【解決手段】所定のガスが導入された真空容器１の中
に設置されたターゲット４に高周波電源１５によりイオ
ン化されたガスイオンを衝突させて被処理物７にスパッ
タ粒子を堆積させる高周波スパッタ装置において、高周
波測定手段１７を設け、それにより得られたデータを演
算、処理装置１８により、電圧−電流位相差データ等と
して算出し、その結果に基づいてスパッタレートを安定
制御する高周波スパッタ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理物上に酸化
物、窒化物等の誘電体薄膜を形成する高周波スパッタリ
ング装置に関し、特にスパッタレートを安定化し、高精
度に膜厚を制御した薄膜を形成可能な高周波スパッタ装
置及びこの装置を用いた高周波スパッタ法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属酸化物、金属窒化物等の誘電体薄膜
をスパッタによって形成する場合、従来、金属酸化物、
金属窒化物の誘電体材料をターゲットに用い、ターゲッ
トに高周波電力を印加し、高周波スパッタリングを行っ
ていた。ターゲットが誘電体の場合、直流を印加したの
ではターゲット表面に電子がチャージし放電を維持でき
ない。このため、ターゲット表面のチャージを解消する
ため通常高周波電圧を印加する。

【０００３】高周波スパッタリング装置、例えば、高周
波マグネトロンスパッタリング装置では、誘電体ターゲ
ットを真空容器内に保持し、ターゲット上方に電子トラ
ップ用の磁場を形成している。動作原理について、さら
に説明を加える。スパッタガスとしてアルゴンを、反応
性ガスとして酸素、窒素等を導入して、ターゲットに高
周波電力を印加する。印加された高周波によって雰囲気
中の電子が加速され、アルゴン、酸素、窒素等のガスが
イオン化し、プラズマが形成される。ターゲットの上方
に形成された磁界の影響で、プラズマはトラップされ、
ターゲットの上方でレーストラック状又は環状に形成さ
れる。プラズマ中のアルゴンイオン等がターゲット表面
に誘起されたセルフバイアス電圧によって加速され、タ
ーゲットに衝突し、そこからスパッタされる粒子が対向
配置された被処理物上に堆積する。スパッタされた金属
等の粒子はプラズマ中もしくは被処理物上で活性な酸
素、窒素等と反応し、酸化物、窒化物等の誘電体薄膜を
形成する。

【０００４】光学用の多層反射防止膜等の用途において
は、反射防止性能を安定化するために、非常に高精度に
膜厚を制御しなければならない。これらの要求を満足
し、高精度の膜厚制御を実現するために、本用途のスパ
ッタリングにおいては、成膜レートを安定化し、成膜時
間を制御することで膜厚を制御することが行われてい
た。

【０００５】被処理物に形成される被膜の成膜速度は、
ターゲットから放出されるスパッタ粒子の量と、このス
パッタ粒子が被処理物に到達し、付着する確率で決定さ
れる。スパッタレートに影響するパラメータとして印加
高周波電力、スパッタガス圧、反応性ガス分圧等があ
り、これらのパラメータを一定に保持し、また、ターゲ
ットと被処理物の位置を同一にするなどして、スパッタ
レートの安定化を図っていた。

【０００６】特開平７−１５７８７３では、ターゲット
と被処理物の位置あわせを高精度に行うことで、スパッ
タレートを安定化し、膜厚を高精度に制御する装置が開
示されている。

【０００７】特開平８−８１７７３では、金属ターゲッ
トを用い、ターゲットに誘起される直流電圧を一定に保
つことで、成膜レートを一定に保つ手法について開示さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スパッ
タレートはターゲットから放出されるスパッタ粒子の量
と、このスパッタ粒子が被処理物に到達し、付着する確
率で決定されるものである。すなわち、特開平７−１５
７８７３に開示された方法により、いかにターゲットと
被処理物の位置を高精度に制御して放出された粒子の被
処理物付着確率を制御しても、ターゲットから放出され
るスパッタ粒子の量が変化してしまえば、高精度のレー
ト安定化、ひいては高精度の膜厚制御は実現できない。

【０００９】また、特開平８−８１７７３に開示された
方法では、金属等の低抵抗ターゲットを用いざるを得な
く、誘電体ターゲット等の絶縁物のターゲットには適用
できない。また、スパッタレートの安定化といった点で
は、直流電圧成分を一定に保つことで、ある程度の安定
化は可能でも、ターゲットがスパッタされることでエロ
ージョンが進行するために、ターゲット表面の形状が変
化し、放電のインピーダンスが変化し、プラズマの密度
が変化するため、その結果、ターゲットに入射するイオ
ン電流が変化し、いかに電圧を一定に保持してもレート
を一定に保つことができないといった問題が発生する。
すなわち、長期間（ターゲットの使用初期から寿命ま
で）レートを安定化することは非常に困難である。

【００１０】本発明の目的は、上述したような事情に鑑
みてなされたものであって、金属及び誘電体いずれのタ
ーゲットを用いた場合にあっても、スパッタされるスパ
ッタ粒子の量および被処理物に付着する確率を高精度に
管理し、高精度の膜厚制御を実現できる高周波スパッタ
リング装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、反応性ガス及
びスパッタガスを含むガスが導入された真空容器内にお
いて、高周波電源からの放電によりイオンをターゲット
に衝突させ、前記ターゲットから放出した粒子を前記タ
ーゲットに対向配置された被処理物に堆積させて成膜す
る高周波スパッタリング装置において、高周波電流及び
高周波電圧のうち少なくともいずれか一方を測定する測
定手段と、前記測定手段による測定結果に基づいて、該
高周波電流と該高周波電圧の位相差を算出する演算手段
とを具備することを特徴とする高周波スパッタリング装
置に関する。

【００１２】また、これらの演算手段によって得られた
前記高周波電流と高周波電圧の位相差に基づいて、高周
波電源の出力、反応性ガスの分圧及びスパッタガスの分
圧のうち少なくとも１つを独立に制御する機構を具備す
ることを特徴とする高周波スパッタリング装置に関す
る。

【００１３】さらに本発明は、反応性ガス及びスパッタ
ガスを含むガスが導入された真空容器内において、高周
波電源からの放電によりイオンをターゲットに衝突さ
せ、前記ターゲットから放出した粒子を前記ターゲット
に対向配置された被処理物に堆積させて成膜する高周波
スパッタリング装置において、高周波電流及び高周波電
圧のうち少なくともいずれか一方を測定する測定手段
と、前記測定手段による測定結果に基づいて、前記ター
ゲットに供給される実効電力、実効電圧及び実効電流、
並びに前記測定手段からみた放電側のインピーダンス、
抵抗及びリアクタンスのうち少なくとも１つを算出する
演算手段とを具備することを特徴とする高周波スパッタ
リング装置に関する。

【００１４】また、これらの演算手段によって得られた
ターゲットに供給される実効電力、実効電圧及び実効電
流、並びにインピーダンス、抵抗及びリアクタンスのう
ち少なくとも１つに基づいて、高周波電源の出力、反応
性ガスの分圧及びスパッタガスの分圧のうち少なくとも
１つを独立に制御する機構を具備することを特徴とする
高周波スパッタリング装置に関する。

【００１５】さらに本発明は、反応性ガス及びスパッタ
ガスを含むガスが導入された真空容器内において、高周
波電源からの放電によりイオンをターゲットに衝突さ
せ、前記ターゲットから放出した粒子を前記ターゲット
に対向配置された被処理物に堆積させて成膜する高周波
スパッタリング装置において、高周波電流及び高周波電
圧のうち少なくともいずれか一方を測定する測定手段
と、前記測定手段による測定結果に基づいて、前記ター
ゲットに供給される高周波電力を印加時間に関して積算
する演算手段と、前記演算手段による積算結果に基づい
て、以下の式に従い前記ターゲットに印加する電力を制
御する制御機構とを有することを特徴とする高周波スパ
ッタリング装置に関する。印加電力＝初期設定電力×（１＋k×積算値／最大積算
値）（ここで、初期設定電力とは、前記高周波電力のスパッ
タリング開始当初の設定電力をいい、積算値とは、前記
高周波電力のスパッタリング開始当初からスパッタリン
グ中の現時点まで時間積分値をいい、最大積算値とは、
前記高周波電力のスパッタリング開始当初から、ターゲ
ットを使い切るまでの時間積分値をいう。また、kはタ
ーゲットの種類、形状に依存する定数である。）さらに
本発明は、反応性ガス及びスパッタガスを含むガスが導
入された真空容器内において、高周波電源からの放電に
よりイオンをターゲットに衝突させ、前記ターゲットか
ら放出した粒子を前記ターゲットに対向配置された被処
理物に堆積させて成膜する高周波スパッタ法であって、
高周波電流及び高周波電流のうち少なくともいずれか一
方を測定し、得られた測定値より、高周波電流と高周波
電圧の位相差を算出し、算出された高周波電流と高周波
電圧の位相差に基づいて、前記高周波電源の出力、前記
反応性ガスの分圧及び前記スパッタガスの分圧のうち少
なくとも１つを制御することを特徴とする高周波スパッ
タ法に関する。

【００１６】さらに本発明は、反応性ガス及びスパッタ
ガスを含むガスが導入された真空容器内において、高周
波電源からの放電によりイオンをターゲットに衝突さ
せ、前記ターゲットから放出した粒子を前記ターゲット
に対向配置された被処理物に堆積させて成膜する高周波
スパッタ法であって、高周波電流及び高周波電流のうち
少なくともいずれか一方を測定し、得られた測定値よ
り、前記ターゲットに供給される実効電力、実効電圧及
び実効電流、並びに測定手段からみた放電側のインピー
ダンス、抵抗及びリアクタンスのうち少なくとも１つを
算出し、算出された値に基づいて、前記高周波電源の出
力、前記反応性ガスの分圧及び前記スパッタガスの分圧
のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする高周
波スパッタ法に関する。

【００１７】このように本発明では、ターゲットエロー
ジョンによるターゲット形状の変化、放電の変化による
スパッタレートの変化を高周波電流または電圧もしくは
両データをモニターし、この結果をもとに、ターゲット
に印加される実効電力、ターゲット側のインピーダンス
等を算出し、これら算出データの変化に応じて、また
は、ターゲットのエロージョンの進行状況を積算電力か
ら算出し、この算出データの変化に応じて、スパッタレ
ートに影響する高周波電力等のパラメータにフィードバ
ックすることで、ターゲットからスパッタされる粒子の
量すなわちスパッタレートを長期間にわたって高精度に
安定化することが可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を示しながらさらに本
発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態を
示す高周波マグネトロンスパッタリング装置の断面図で
ある。この図１に示すように、スパッタリング装置に
は、内部を真空状態に維持する真空容器１が設けられて
いる。この真空容器１の底部の中央部には、内部に磁石
を収め、外部から供給される冷却水を内部を流通させて
ターゲットの冷却を行う冷却ボックス２が設けられてい
る。この冷却ボックス２の上面には、カソード電極とし
てのバッキングプレート３が配置されており、このバッ
キングプレート３の上面に例えば誘電体ターゲットが固
定されている。ターゲット材料としては種々の金属、金
属酸化物もしくは金属窒化物等のセラミックからなるタ
ーゲットであっても良い。このターゲット４との間に所
定の間隙をおいて外方に配置されたアノード電極５が真
空容器１に固定されている。なお、アノード電極５とバ
ッキングプレート３との間には、絶縁材６が設置されて
いる。

【００１９】さらに、真空容器１の上面には、例えばSi
O₂基板等の被処理物７が移動機構（不図示）により被処
理物支持機構８とロードロック室１０との間をゲートバ
ルブ９を介して移動自在に設けられている。被処理物７
とターゲット４の間には、放電が安定するまで被処理物
７に膜が付着しないよう、シャッター１１が設けられて
いる。このシャッターは移動機構（不図示）により、高
速で開閉可能となっている。なお、特に、符号を付さな
いが、真空容器１内の漏れを防止するため、適宜必要な
箇所には、シール部材が設けられている。

【００２０】ここで、真空容器１を所定の圧力にまで排
気系１２により真空に排気する。所定の圧力にまで排気
が完了したところで、スパッタガス導入ポート１３、反
応性ガス導入ポート１４、マスフローコントローラー１
９、２０及びストップバルブ２１〜２４を含むガス供給
系によって、スパッタガスとしてArガスを、また反応性
ガスとして酸素ガスを導入する。ここで、導入するガス
は、流量、純度、圧力は高精度に制御され、一定値に保
持されている。スパッタガスとしてはここで示すAr以外
にHe、Ne、Kr、Xe等の不活性ガスが、反応性ガスとして
は酸素ガス以外に窒素、H₂O、CF₄等の反応性ガスを必要
に応じて導入することが可能な構成となっている。

【００２１】このような状態で、バッキングプレート３
に所定の高周波電源１５より高周波電圧が印加される
と、放電してアルゴンガスがイオン化し、磁石２８によ
る磁界がターゲット４の上方に形成されているため、磁
界に電子がトラップされ、マグネトロンプラズマが発生
する。これにより、プラズマ中のイオンがターゲット４
に衝突し、ターゲット４からスパッタされる粒子が放出
されて、被処理物７に堆積される。

【００２２】さらに、図１に示した実施形態において
は、高周波電流または、高周波電圧の少なくともいずれ
か一方を測定する測定手段であるモニター１７がマッチ
ング調整回路１６とターゲット４の間に設置され、放電
中のターゲットに印加される高周波電流または高周波電
圧を測定できる構成になっている。測定したデータは結
線２５を通じて演算、制御装置１８に送られる。演算手
段であるところの、演算、制御装置１８により、高周波
の進行波、反射波、電流−電圧位相差、実効電力、実効
電圧、実効電流、インピーダンス、抵抗またはリアクタ
ンス等のデータが算出される。これらの算出された値に
基づいて、高周波電源の出力、反応性ガスの分圧、スパ
ッタガスの分圧の少なくとも１つが独立に制御される。
したがって、これらを制御する機構は、演算、制御装置
１８、結線２７、高周波電源１５の出力制御部（不図
示）、結線２６でつながれたマスフローコントローラ１
９、２０を含む。ターゲット冷却水は図示しないチラー
で所望の温度に調整され、流量も一定に保持してターゲ
ット表面温度を一定に保つ構成としている。

【００２３】［実施形態１］図1の装置を用いて、ガラ
ス基板上に高精度に膜厚を制御されたSiO₂膜を形成する
方法について、詳しく説明する。

【００２４】ターゲットにはSiO₂誘電体ターゲットを用
い、基板にはBK7基板を用いた。基板を被処理物支持機
構８に取り付け、真空容器１を２×１０^-4Ｐａまで排気
する。その後、シャッターを閉じ、Arガスを１００scc
m、酸素ガスを20sccm導入して、ターゲット４に高周波
電力を３００W印加し放電する。放電中、測定手段１７
により高周波電圧を常時モニターし、このデータをもと
に演算、制御装置１８により、高周波の進行波、反射
波、電流−電圧位相差、実効電力、実効電圧、実効電
流、インピーダンス、抵抗、リアクタンス等を算出して
いる。放電が安定したところでシャッターを開け、基板
上にSiO₂膜を３０min成膜した。成膜終了後、シャッタ
ーを閉じ、放電を停止する。ここで、基板をロードロッ
ク室を介して、大気に搬出する。その後、BK7基板上に
ついたSiO₂膜の厚さを光学干渉法によって測定した。

【００２５】このような成膜と測定をSiO₂ターゲットが
スパッタされてターゲット初期の厚さが５mmであったも
のが、もっとも薄いところで１mmになるまで、印加する
高周波電力、反応性ガス分圧、スパッタガス分圧等一定
に保持しつつ繰り返し行った。この時の電流−電圧位相
差と膜厚の関係を図2に示す。ターゲットライフは未使
用時を０％、ターゲット厚が１mmの時点を１００％とし
て算出すると、ターゲットライフが０％のとき位相差は
−７９．３度で、電圧の位相が遅れている。ターゲット
ライフ１００％では位相差が−７４．２度で、初期に比
べ、電圧の位相が進んでいる。ターゲットライフと位相
の関係を図3に示す。ターゲットライフが大きくなるの
に伴い、位相は直線的に変化していることを見出した。

【００２６】これらの結果から、印加する高周波電力、
反応性ガス分圧、スパッタガス分圧等一定に保持しつ
つ、スパッタを行っても、スパッタレートを一定に保持
することができないことがわかる。また同時に、レート
と位相差、ターゲットライフが密接に関係していること
が分かった。

【００２７】高周波電流モニター１７からみたときのタ
ーゲットおよび放電側のインピーダンスの様子を調べた
ところ、ターゲットのエロージョンの進行（すなわちタ
ーゲットライフの増加）に伴って、容量性リアクタンス
が減少していることが判明した。この検討結果から、誘
電体ターゲットをスパッタする場合、ターゲットエロー
ジョンの進行に伴ってターゲット厚が減少し、この結果
誘電体ターゲットのキャパシタ容量が増加するため、容
量性リアクタンスが減少していることが明らかとなっ
た。すなわち、スパッタレートの主な変動原因がターゲ
ットのリアクタンス変化であり、従って、このリアクタ
ンスの変化を位相差の変化としてモニターし、この測定
値に基づいて印加電力、反応性ガス分圧等のレートに寄
与するパラメータを調整すれば、ターゲットの使用初期
から使用限界までの長期間にわたってスパッタレートの
安定化を図れることを見出した。

【００２８】そこで、本実施例では演算、制御装置１８
によって、ターゲット使用初期の高周波電流−電圧位相
差を基準とし、この時の位相差からのずれに対し、以下
の式（式１）から算出した高周波電力を印加できる構成
とした。

【００２９】印加電力＝（｜現在の位相−ターゲット使用初期の位相｜×ｋ₁＋１）×初期印加電力（式１）補正係数ｋ₁＝０．０１６ここでｋ₁は、ターゲットの種類、形状等に依存する定
数である。したがって、ｋ₁は、ターゲット寸法、ター
ゲット材質、マッチングボックスとターゲット間のイン
ピーダンス等の影響によって変化するものであるため、
各装置特性に合わせて調整しなければならない。

【００３０】ターゲットと放電のインピーダンスが大き
く変化した場合、マッチング調整回路１６で消費される
電力が変化する場合がある。この場合、高周波電源１５
から出力された電力とターゲット４に印加される電力が
比例しない。このようなケースでは、補正してターゲッ
トに印加する電力は高周波電源１５から出力された電力
ではなく、高周波電流モニターで検出、算出された実効
電力で制御しなければならない。

【００３１】本実施例に示すように、位相変化状況を常
にモニターし、高周波電力にフィードバックしてSiO₂薄
膜をBK7基板上に３０分成膜したときの、ターゲットラ
イフと膜厚の関係を図4に示す。

【００３２】図４から明らかなように、ターゲット使用
初期から限界まで、位相が変化してもSiO₂のスパッタレ
ートのばらつきを±１％以内に収めることができた。

【００３３】以上示したように、本実施例に示した高周
波電流モニターおよび、演算制御装置によって、ターゲ
ットに印加した高周波の位相を検出し、この検出された
データをもとにターゲットに印加する高周波の出力を調
整することで、スパッタレートを長期間、すなわちター
ゲット使用初期から使用限界まで安定化することが可能
となった。

【００３４】なお、本実施例では位相差データに基づい
て高周波出力を制御したが、これは、高周波出力とスパ
ッタレートの関係が直線的であり、制御しやすいためで
ある。

【００３５】［実施形態２］実施形態１では位相変化デ
ータに基づいてレート安定化制御を行っているが、制御
のパラメータとして、位相差変化データではなく、ター
ゲットの供給される実効電力もしくは実効電圧または実
効電流、あるいは測定手段から見た放電側のインピーダ
ンスもしくは抵抗またはリアクタンスの変化データにも
とづいてレート安定化制御を行っても良い。以下制御パ
ラメータとしてリアクタンス変化のデータを用いてレー
ト安定化制御を行った場合について示す。リアクタンス
変化にもとづいて、高周波出力を制御した以外は、実施
形態１と全く同様の方法により、ガラス基板上に高精度
に膜厚が制御されたSiO₂膜を形成した。

【００３６】まず実施形態１と同様にターゲットライフ
とリアクタンス変化のデータを取得し、以下の式２を導
き出した。

【００３７】印加電力＝（｜現在のリアクタンス−ターゲット使用初期のリアクタンス｜×ｋ₂＋１） ×初期印加電力（式２）補正係数ｋ₂＝０．０２９ここでｋ₂は、ターゲットの種類、形状等に依存する定
数である。したがって、ｋ₂は、ターゲット寸法、ター
ゲット材質、マッチングボックスとターゲット間のイン
ピーダンス等の影響によって変化するものであるため、
各装置特性に合わせて調整しなければならない。

【００３８】図５は、リアクタンス変化状況に基づい
て、高周波電力にフィードバックしてSiO₂薄膜をBK7基
板上に３０分成膜したときの、ターゲットライフと膜厚
の関係を示したものである。この図から明らかなよう
に、SiO₂のスパッタレートのばらつきを±１％以内に収
めることができた。

【００３９】この結果から、リアクタンスの変化に基づ
いて高周波出力を制御してもスパッタレートの安定化が
図れていることがわかる。これは、ターゲットのインピ
ーダンス変化が実部の変化に比べ、リアクタンスの変化
が大きいため、リアクタンス変化が位相変化と密接に関
わりあっているためである。

【００４０】このように、位相変化、リアクタンス変化
と密接に関わりあうインピーダンス、高周波電圧、電流
などによって印加する高周波電力、反応性ガス圧、スパ
ッタガス圧等を制御してもスパッタレートの安定化がは
かれることはもちろんである。

【００４１】なお、実施形態１及び２で用いた測定手段
である高周波電流モニター１７は、ターゲット供給電
力、ターゲット側インピーダンス等の算出に用いられる
情報であれば、高周波電圧モニターでも良く、また、デ
ータの精度を高めるために、高周波電流、電圧双方をモ
ニターしても良い。ただし、これらのモニターが、高周
波の電送特性を損なわないよう注意する必要がある。

【００４２】［実施形態３］実施形態１及び２におい
て、補正電力が位相差、リアクタンス差、インピーダン
ス差等の一次関数で算出できる関係にあることは本発明
で見出された重要なポイントである。すなわち、SiO₂等
の誘電体ターゲットは、ターゲットエロージョンの進行
に伴って、直線的にスパッタレートが減少しているとい
うことである。

【００４３】したがって、ターゲット使用初期と使用限
界までのレート変化の絶対値をあらかじめ調べておくこ
とによって、ターゲット使用途中のスパッタレート補正
をターゲットライフによって行うことが可能となる。

【００４４】すなわち、ターゲットに印加された高周波
電力と印加時間を積算し、ターゲットライフを監視して
いるとともに、このターゲットライフの変化に伴って、
以下の（式３）により算出される高周波電力を印加し、
スパッタレートの安定化を図ることが可能である。印加電力＝初期設定電力×（１＋ｋ×積算値／最大積算
値）（式３）ここで、初期設定電力とは、スパッタリング開始当初の
設定電力をいい、すなわち、ターゲットを交換した後、
放電が安定し、スパッタリングを開始したときの設定電
力を意味する。

【００４５】積算値とは、測定結果から得られる高周波
電力のスパッタリング開始当初から、スパッタ中の現時
点までの高周波電力の時間積分値を意味する。

【００４６】最大積算値とは、スパッタ開始当初から、
ターゲットを使い切るまでの高周波電力の時間積分値を
いう。すなわち、あらかじめ求めたターゲットライフ１
００％の時の積算値を意味し、この値は、同一形状、同
一材料のターゲットを、同一条件（反応性ガス分圧、ス
パッタ圧力等）で成膜する限りにおいてはターゲット固
有の定数となる。

【００４７】また、kはターゲットの種類、形状等に依
存する定数である。したがって、各装置特性に合わせて
調整しなければならない。通常は、０＜k≦０．１の範
囲にほぼ入る定数である。ターゲットライフはターゲッ
トに印加した出力と時間積の積算積kWhで表示してい
る。ターゲットライフの最大値はターゲット厚、反応性
ガス分圧、スパッタガス圧等に依存する定数である。

【００４８】このように本実施形態においては、測定手
段により測定された高周波電流、高周波電圧のデータに
基づいて、高周波電力の時間積分値を算出し、この算出
値により放電状態を制御する構成をとっている。したが
って、印加電力の時間積算kWhがモニターできればよ
く、高周波電流等をモニターする必要がないため、装置
を安価に作製できるという利点がある。

【００４９】すなわち、図１において、結線２６を通じ
てマスフローコントローラ１９、２０を制御することが
不要となる。さらに演算、制御装置１８は、印加電力の
時間積算kWhをモニターし、高周波電源１５を制御でき
ればよく、制御機構そのものを、大幅に簡略化できると
いった利点がある。

【００５０】実施形態１、２及び３では、ターゲットに
SiO₂誘電体を用いているが、金属ターゲットを用いても
もちろん良い。金属ターゲットを用いた場合、誘電体タ
ーゲットを使用したときに比べてリアクタンスの変化が
非常に少ないものの変化に応じて高周波出力等にフィー
ドバック補正をかけることにより、スパッタレートの安
定化がはかれる。

【００５１】なお、測定手段の回路内の挿入位置につい
ても、工夫が必要である。これは、挿入位置によって、
得られる測定結果が変わる可能性があるからである。表
１に高周波電源の出力とターゲットに印加されている高
周波出力の関係を示す。

【００５２】

【表１】図１を用いて説明すると、表１より高周波電源１５の出
力とターゲット４に印加される電力に差があることがわ
かる。これは、マッチング調整回路１６で高周波電力の
一部が消費されているためである。マッチング調整回路
１６は比較的大きなインピーダンスを持っており、しか
も放電の状態が変化してチューニングポイントが変化す
るとインピーダンスが変化する。重要なのはターゲット
と放電のインピーダンスであり、他要因によって検出さ
れたインピーダンスが変化することは望ましくない。し
たがって、例えば高周波電流検出回路等の測定手段はマ
ッチング調整回路１６とターゲット４の間に設置するこ
とが好ましく、これによって、測定手段から見た放電側
のインピーダンス等のデータを正確に測定することが可
能となる。しかし、マッチング調整回路１６のインピー
ダンスが変化しない状況であれば、この限りではない。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、高周波
スパッタ装置において、高周波電流及び高周波電圧のう
ち少なくともいずれか一方を測定する測定手段を有し、
この測定結果に基づいて、ターゲットに印加される実効
電力、実効電圧、位相、インピーダンス等を算出し、算
出したデータに基づき、ターゲットに印加する高周波電
力、反応性ガス分圧、スパッタガス圧を調整することを
可能にする演算制御装置を設置することで、成膜レート
を一定に保持しつつ所定の時間スパッタすることで、所
望の高精度に制御された膜厚の薄膜を基板上に形成でき
る。

【００５４】また、ターゲットのエロージョンの進行状
況を積算電力から算出し、この算出データの変化に応じ
て、スパッタレートに影響する高周波電力等のパラメー
タにフィードバックする制御装置を設置することで、タ
ーゲットからスパッタされる粒子の量すなわちスパッタ
レートを長期間にわたって高精度に安定化することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である高周波マグネトロン
スパッタリング装置の断面図である。

【図２】ターゲットに印加される高周波の位相と膜厚の
関係を示すグラフである。

【図３】ターゲットライフと位相の関係を示すグラフで
ある。

【図４】検出された位相に基づいて印加高周波電力を制
御してSiO₂を成膜したときのターゲットライフと膜厚の
関係を示すグラフである。

【図５】検出されたリアクタンスに基づいて印加高周波
電力を制御してSiO₂を成膜したときのターゲットライフ
と膜厚の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１真空容器２冷却ボックス３バッキングプレート４ターゲット５アノード電極６絶縁材７被処理物８被処理物支持機構９ゲートバルブ１０ロードロック室１１シャッター１２排気系１３スパッタガス導入ポート１４反応性ガス導入ポート１５高周波電源１６マッチング調整回路１７測定手段（例えば、高周波電流モニター等）１８演算、制御装置１９、２０マスフローコントローラ２１、２２、２３、２４ストップバルブ２５、２６、２７結線２８プラズマトラップ磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大谷実東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者枇榔竜二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金沢秀宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 CA06 DC35 EA03 EA09 5F103 AA08 BB22 BB51 BB56 RR10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応性ガス及びスパッタガスを含むガス
が導入された真空容器内において、高周波電源からの放
電によりイオンをターゲットに衝突させ、前記ターゲッ
トから放出した粒子を前記ターゲットに対向配置された
被処理物に堆積させて成膜する高周波スパッタリング装
置において、高周波電流及び高周波電圧のうち少なくと
もいずれか一方を測定する測定手段と、前記測定手段に
よる測定結果に基づいて、該高周波電流と該高周波電圧
の位相差を算出する演算手段とを具備することを特徴と
する高周波スパッタリング装置。
【請求項２】前記算出された高周波電流と高周波電圧
の位相差の値に基づいて、前記高周波電源の出力、前記
反応性ガスの分圧及び前記スパッタガスの分圧のうち少
なくとも１つを独立に制御する機構を具備する請求項１
記載の高周波スパッタリング装置。
【請求項３】反応性ガス及びスパッタガスを含むガス
が導入された真空容器内において、高周波電源からの放
電によりイオンをターゲットに衝突させ、前記ターゲッ
トから放出した粒子を前記ターゲットに対向配置された
被処理物に堆積させて成膜する高周波スパッタリング装
置において、高周波電流及び高周波電圧のうち少なくと
もいずれか一方を測定する測定手段と、前記測定手段に
よる測定結果に基づいて、前記ターゲットに供給される
実効電力、実効電圧及び実効電流、並びに前記測定手段
からみた放電側のインピーダンス、抵抗及びリアクタン
スのうち少なくとも１つを算出する演算手段とを具備す
ることを特徴とする高周波スパッタリング装置。
【請求項４】前記算出されたターゲットに供給される
実効電力、実効電圧及び実効電流、並びに測定手段から
みた放電側のインピーダンス、抵抗及びリアクタンスの
うち少なくとも１つに基づいて、前記高周波電源の出
力、前記反応性ガスの分圧及び前記スパッタガスの分圧
のうち少なくとも１つを独立に制御する機構を具備する
請求項３記載の高周波スパッタリング装置。
【請求項５】反応性ガス及びスパッタガスを含むガス
が導入された真空容器内において、高周波電源からの放
電によりイオンをターゲットに衝突させ、前記ターゲッ
トから放出した粒子を前記ターゲットに対向配置された
被処理物に堆積させて成膜する高周波スパッタリング装
置において、高周波電流及び高周波電圧のうち少なくと
もいずれか一方を測定する測定手段と、前記測定手段に
よる測定結果に基づいて、前記ターゲットに供給される
高周波電力を印加時間に関して積算する演算手段と、前
記演算手段による積算結果に基づいて、以下の式に従い
前記ターゲットに印加する電力を制御する制御機構とを
有することを特徴とする高周波スパッタリング装置。印加電力＝初期設定電力×（１＋k×積算値／最大積算
値）（ここで、初期設定電力とは、前記高周波電力のスパッ
タリング開始当初の設定電力をいい、積算値とは、前記
高周波電力のスパッタリング開始当初からスパッタリン
グ中の現時点まで時間積分値をいい、最大積算値とは、
前記高周波電力のスパッタリング開始当初から、ターゲ
ットを使い切るまでの時間積分値をいう。また、kはタ
ーゲットの種類、形状に依存する定数である。）
【請求項６】前記測定手段が、マッチング調整回路と
前記ターゲットの間に挿入されていることを特徴とする
請求項１〜５のいずれかに記載の高周波スパッタリング
装置。
【請求項７】反応性ガス及びスパッタガスを含むガス
が導入された真空容器内において、高周波電源からの放
電によりイオンをターゲットに衝突させ、前記ターゲッ
トから放出した粒子を前記ターゲットに対向配置された
被処理物に堆積させて成膜する高周波スパッタ法であっ
て、高周波電流及び高周波電流のうち少なくともいずれ
か一方を測定し、得られた測定値より、高周波電流と高
周波電圧の位相差を算出し、算出された高周波電流と高
周波電圧の位相差に基づいて、前記高周波電源の出力、
前記反応性ガスの分圧及び前記スパッタガスの分圧のう
ち少なくとも１つを制御することを特徴とする高周波ス
パッタ法。
【請求項８】反応性ガス及びスパッタガスを含むガス
が導入された真空容器内において、高周波電源からの放
電によりイオンをターゲットに衝突させ、前記ターゲッ
トから放出した粒子を前記ターゲットに対向配置された
被処理物に堆積させて成膜する高周波スパッタ法であっ
て、高周波電流及び高周波電流のうち少なくともいずれ
か一方を測定し、得られた測定値より、前記ターゲット
に供給される実効電力、実効電圧及び実効電流、並びに
測定手段からみた放電側のインピーダンス、抵抗及びリ
アクタンスのうち少なくとも１つを算出し、算出された
値に基づいて、前記高周波電源の出力、前記反応性ガス
の分圧及び前記スパッタガスの分圧のうち少なくとも１
つを制御することを特徴とする高周波スパッタ法。