JP2005187860A

JP2005187860A - Sputtering apparatus

Info

Publication number: JP2005187860A
Application number: JP2003428919A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Yasujima; 成雄安島
Original assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Current assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering apparatus capable of constantly controlling the film deposition rate without controlling the sputtering power, the sputtering gas partial pressure, the sputtering gas flow rate or the like. <P>SOLUTION: The sputtering apparatus in which a substrate W is placed on an anode electrode 103 disposed in a film deposition chamber 102, atoms are emitted from a target 108 by the plasma discharge generated in the film deposition chamber, and deposited on the surface of the substrate W to perform the film deposition comprises a means 130 to detect the change of the plasma state in the film deposition chamber 102, an impedance circuit 120 connected to the anode electrode 103, and means 121-123 which control the impedance circuit 120 based on the change of the detected plasma state, and adjusts the capacitance of the anode electrode to be constant. Since the capacitance of the anode electrode 103 is adjusted to be constant, the cell bias voltage generated on the film deposition surface becomes constant, the incident energy from plasma is also stabilized, and the film deposition rate becomes constant. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、多層光学薄膜等としての絶縁膜を成膜するのに適したスパッタ装置に関し、特に屈折率等の特性の安定した絶縁膜を成膜することが可能なスパッタ装置に関するものである。 The present invention relates to a sputtering apparatus suitable for forming an insulating film such as a multilayer optical thin film, and more particularly to a sputtering apparatus capable of forming an insulating film having a stable characteristic such as a refractive index.

半導体ウェハ等の半導体基板上に多層光学薄膜（絶縁膜）を成膜するプロセスにおいては、平行平板型のスパッタ装置を用いることが一般的に行われている。図３は、従来の平行平板型スパッタ装置２０１の構成を示す図であり、成膜室２０２、アノード電極２０３、カソード電極２０４で構成されている。アノード電極２０３を構成するサブストレート２０５には、当該サブストレート２０５を成膜室２０２の外部から回転させるための回転機構部２０６が設けられている。また、カソード電極２０４には、成膜する材料を焼結したターゲット２０８を設置し、マッチングＢＯＸ２１１を介して高周波電源２１２にてアノード電極２０３とカソード電極２０４の間に高周波を印加する構成となっている。また、成膜室２０２をＧＮＤに落とすのに対し、アノード電極２０３はＧＮＤから浮かし、放電電流が流れないようコンデンサ２１３をＧＮＤとの間に設けている。 In the process of forming a multilayer optical thin film (insulating film) on a semiconductor substrate such as a semiconductor wafer, a parallel plate type sputtering apparatus is generally used. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional parallel plate type sputtering apparatus 201, which includes a film formation chamber 202, an anode electrode 203, and a cathode electrode 204. A substrate 205 constituting the anode electrode 203 is provided with a rotation mechanism unit 206 for rotating the substrate 205 from the outside of the film formation chamber 202. In addition, a target 208 obtained by sintering a material to be deposited is installed on the cathode electrode 204, and a high frequency is applied between the anode electrode 203 and the cathode electrode 204 by the high frequency power supply 212 via the matching BOX 211. Yes. Further, while the film formation chamber 202 is dropped to GND, the anode electrode 203 floats from the GND, and a capacitor 213 is provided between the GND and the discharge current so as not to flow.

このスパッタ装置では、成膜するウェハＷはアノード電極２０３に設けられたサブストレート２０５上に置き、成膜室２０２をガス排気口２１０を通して１０の−４乗Ｐａ台まで真空引きを行う。その後、ガス導入口２０９からアルゴンガスを導入し、アノード電極２０３とカソード電極２０４の間に高周波電圧を印加して、プラズマ放電させると、導入されたアルゴンガスはイオン化し、セルフバイアスによってカソード電極２０４上のターゲット２０８に向かって加速し衝突する。その衝撃でターゲット２０８の表面の原子が飛び出し、アノード電極２０３のサブストレート２０５上に置いたウェハＷの表面にターゲット２０８の原子が付着し成膜される。 In this sputtering apparatus, the wafer W to be deposited is placed on the substrate 205 provided on the anode electrode 203, and the film deposition chamber 202 is evacuated to the 10 −4 Pa level through the gas exhaust port 210. Thereafter, when argon gas is introduced from the gas introduction port 209 and a high frequency voltage is applied between the anode electrode 203 and the cathode electrode 204 to cause plasma discharge, the introduced argon gas is ionized, and the cathode electrode 204 is self-biased. Accelerate toward the upper target 208 and collide. By the impact, atoms on the surface of the target 208 jump out, and the atoms of the target 208 adhere to the surface of the wafer W placed on the substrate 205 of the anode electrode 203 to form a film.

この種のスパッタ装置は、アノード電極２０３のサブストレート２０５上にウェハなどの基板Ｗをセットするため、成膜する基板Ｗ以外の部分にも絶縁膜が付着してしまう。この付着によってアノード電極２０３の誘電率が変わり放電インピーダンスを変化させ、膜表面に発生するセルバイアス電圧やプラズマ密度の変化を招くことで成膜速度（スパッタレート）を変化させ、膜質を変化させてその屈折率の安定性を確保することが困難とされている。 In this type of sputtering apparatus, since the substrate W such as a wafer is set on the substrate 205 of the anode electrode 203, an insulating film adheres to portions other than the substrate W on which the film is formed. This adhesion changes the dielectric constant of the anode electrode 203, changes the discharge impedance, causes changes in cell bias voltage and plasma density generated on the film surface, changes the film formation rate (sputter rate), and changes the film quality. It is difficult to ensure the stability of the refractive index.

この点について、図３に示した平行平板型スパッタ装置２０１では、サブストレート２０５の側面にはシールド板２０７を設けており、その上でサブストレート２０５上にウェハＷをセットするため、シールド板２０７により成膜室２０２の内壁への膜付着は防止できる。しかし基板Ｗ以外の部分にも絶縁膜が付着してしまい、これが成膜速度を変化させ膜質を変化させる要因ともなる。ここで、膜質とは、膜の断面構造を見たときにアモルファス構造や柱状構造になったりする膜内部の変化のことであり、多層光学薄膜の形成では、膜質に起因する屈折率の安定性が必須であるため、図３のスパッタ装置では、膜質変化により、歩留低下を招いてしまう問題がある。 In this regard, in the parallel plate sputtering apparatus 201 shown in FIG. 3, the shield plate 207 is provided on the side surface of the substrate 205, and the wafer W is set on the substrate 205, and thus the shield plate 207. Thus, film adhesion to the inner wall of the film formation chamber 202 can be prevented. However, the insulating film adheres to portions other than the substrate W, which causes the film forming speed to change and the film quality to change. Here, the film quality is a change in the film that becomes an amorphous structure or a columnar structure when the cross-sectional structure of the film is viewed. In the formation of a multilayer optical thin film, the stability of the refractive index due to the film quality. Therefore, the sputtering apparatus of FIG. 3 has a problem that the yield is lowered due to the change in film quality.

また、このスパッタ装置では、半導体基板などのように成膜を行う基板Ｗがある程度の導電性を持つ場合には、アノード電極２０３をＧＮＤに落とすと、放電電流の一部がスパッタ膜と基板を通じてＧＮＤに流れ、この電流が大きい場合には、スパッタ膜の発熱等により膜質の変化を起こすことがある。このことから、金属膜に比べ成膜速度が低い絶縁膜の成膜には、スパッタパワーを大きくする必要があるので、放電電流の影響を受けないよう、アノード電極２０３をＧＮＤから浮かし、コンデンサ２１３をＧＮＤとの間に設けている。しかしながら、図３のスパッタ装置は、高周波電源２１２にてＲＦを印加していることから、周波数の高い交流であるＲＦから見るとコンデンサ２１３は通常ショートしている状態と一緒になってしまい、その上アノード電極２０３に付着する膜は絶縁膜なので、膜厚や膜種によりアノード電極２０３の誘電率が変化し、膜表面に発生するセルバイアス電圧の変化を招くことになる。これによりプラズマからの入射エネルギーは変化し、サブストレート２０５の表面での再スパッタの割合が変化するため、成膜速度が変化し、これが膜質を変化させる要因となっている。 Further, in this sputtering apparatus, when the substrate W on which film formation is performed, such as a semiconductor substrate, has a certain degree of conductivity, when the anode electrode 203 is dropped to GND, a part of the discharge current is passed through the sputtered film and the substrate. When this current flows to GND and this current is large, the film quality may change due to heat generation of the sputtered film. For this reason, since it is necessary to increase the sputtering power for the formation of the insulating film having a lower film formation speed than the metal film, the anode electrode 203 is floated from the GND so as not to be affected by the discharge current, and the capacitor 213. Are provided with GND. However, in the sputtering apparatus of FIG. 3, since RF is applied by the high-frequency power supply 212, the capacitor 213 is usually short-circuited when viewed from RF that is alternating current with high frequency. Since the film attached to the upper anode electrode 203 is an insulating film, the dielectric constant of the anode electrode 203 changes depending on the film thickness and film type, resulting in a change in cell bias voltage generated on the film surface. As a result, the incident energy from the plasma changes and the rate of resputtering on the surface of the substrate 205 changes, so that the film formation rate changes, which is a factor for changing the film quality.

これに対し、図４は、特許文献１における薄膜形成装置（高周波スパッタ装置）３０１を示す図である。簡単に説明すると、３０２は成膜室、３０３はアノード電極、３０４はカソード電極、３０８はターゲット、３１２はＲＦ電力をカソード電極３０４を介してターゲット３０８に印加するための高周波電源、３１１はスパッタ電力制御回路で高周波電源３１２を制御してターゲット３０８に印加される電力を制御する。また、３２０はインピーダンス演算処理回路であり、マッチングＢＯＸ３３０を構成しているインダクタンスＬ１１と可変コンデンサＶＣ１１，ＶＣ１２のうち、可変コンデンサＶＣ１１，ＶＣ１２のコンデンサ容量を変化させるマッチングコンデンサ可変用モータ３３１，３３２を制御する。このインピーダンス演算処理回路３２０では２つの可変容量コンデンサＶＣ１１，ＶＣ１２の容量を各モータ３３１，３３２の回転位置から読み取り、それに基づいて演算を行って成膜速度と密接な関係のある放電インピーダンスを測定している。なお、本発明に関係の薄い部分については説明は省略している。 On the other hand, FIG. 4 is a diagram showing a thin film forming apparatus (high frequency sputtering apparatus) 301 in Patent Document 1. Briefly, 302 is a deposition chamber, 303 is an anode electrode, 304 is a cathode electrode, 308 is a target, 312 is a high-frequency power source for applying RF power to the target 308 via the cathode electrode 304, and 311 is sputtering power. The control circuit controls the high frequency power supply 312 to control the power applied to the target 308. Reference numeral 320 denotes an impedance calculation processing circuit, which controls the matching capacitor variable motors 331 and 332 for changing the capacitance of the variable capacitors VC11 and VC12 among the inductance L11 and the variable capacitors VC11 and VC12 constituting the matching BOX 330. To do. In this impedance calculation processing circuit 320, the capacitances of the two variable capacitors VC11 and VC12 are read from the rotational positions of the motors 331 and 332, and calculation is performed based on the read values to measure the discharge impedance closely related to the film formation speed. ing. In addition, description is abbreviate | omitted about the part which is not related to this invention.

この構成において、スパッタガスとしてアルゴンガス等をガス導入口３０９から導入し、ＲＦ電力をターゲット３０８に印加してウェハＷ上に薄膜を形成する。成膜時には、インピーダンス演算処理回路３２０にて放電インピーダンスを測定し、この測定された放電インピーダンスに応じてスパッタ電力、スパッタガス分圧、およびスパッタガス流量のうち少なくとも１つ以上を成膜速度が一定に保持されるよう制御し、形成される薄膜の膜厚をスパッタ時間に基づいて制御する。これにより多層光学薄膜の形成において膜質に起因する屈折率の安定性を確保している。
特開平７−７２３０７号公報（図３） In this configuration, argon gas or the like is introduced as a sputtering gas from the gas inlet 309 and RF power is applied to the target 308 to form a thin film on the wafer W. At the time of film formation, the impedance calculation processing circuit 320 measures the discharge impedance, and at least one of the sputtering power, the sputtering gas partial pressure, and the sputtering gas flow rate is constant according to the measured discharge impedance. The film thickness of the formed thin film is controlled based on the sputtering time. This ensures the stability of the refractive index due to the film quality in the formation of the multilayer optical thin film.
JP-A-7-72307 (FIG. 3)

特許文献１のスパッタ装置では、成膜速度を一定に保持するためには、スパッタ電力、スパッタガス分圧、スパッタガス流量のいずれかを単純に制御するだけでは困難であり、実際には複数の要素を相互に関係づけながら制御する必要があり、制御が極めて複雑でかつ難しいという問題がある。また、特許文献１のスパッタ装置では、スパッタ電力を制御するための装置、スパッタガス分圧を制御するための装置、スパッタガス流量を制御するための装置が必要になり、スパッタ装置の構造が複雑化するという問題もある。 In the sputtering apparatus of Patent Document 1, it is difficult to simply control any one of the sputtering power, the sputtering gas partial pressure, and the sputtering gas flow rate in order to keep the film formation rate constant. There is a problem that it is necessary to control elements in relation to each other, and that control is extremely complicated and difficult. Further, the sputtering apparatus disclosed in Patent Document 1 requires a device for controlling the sputtering power, a device for controlling the sputtering gas partial pressure, and a device for controlling the sputtering gas flow rate, and the structure of the sputtering device is complicated. There is also a problem of becoming.

本発明はスパッタ電力、スパッタガス分圧、スパッタガス流量等の制御を行うことなく、しかも構造の複雑化を生じることなく成膜速度を一定に制御することを可能にしたスパッタ装置を提供するものである。 The present invention provides a sputtering apparatus capable of controlling the deposition rate constant without controlling the sputtering power, sputtering gas partial pressure, sputtering gas flow rate, etc., and without complicating the structure. It is.

本発明は、成膜室内に配設したアノード電極上に基板を載置し、成膜室内に生じるプラズマ放電によりターゲートから原子を飛び出させ前記基板の表面に付着して成膜を行うスパッタ装置において、成膜室内でのプラズマ状態の変化を検出する手段と、アノード電極に接続されたインピーダンス回路と、検出したプラズマ状態の変化に基づいてインピーダンス回路を制御し、アノード電極のキャパシタンス容量を一定に調整する手段とを備えることを特徴とする。 The present invention relates to a sputtering apparatus in which a substrate is placed on an anode electrode disposed in a film forming chamber, and atoms are ejected from a targate by a plasma discharge generated in the film forming chamber and adhered to the surface of the substrate. , Means for detecting changes in the plasma state in the deposition chamber, an impedance circuit connected to the anode electrode, and controlling the impedance circuit based on the detected change in the plasma state, thereby adjusting the capacitance capacity of the anode electrode to be constant And means for performing.

本発明のスパッタ装置は、成膜室のプラズマの状態変化に対応してアノード電極のキャパシタンス容量を一定になるように調整しているので、成膜表面に発生するセルバイアス電圧は一定となり、プラズマからの入射エネルギも安定し、アノード電極での再スパッタの割合も変わらないことから、成膜速度を一定にすることが可能になる。これにより成膜する絶縁膜の膜質は安定し、必要な屈折率を確保することができ、しかも絶縁膜成膜時の歩留まりが向上する。 Since the sputtering apparatus of the present invention adjusts the capacitance capacity of the anode electrode to be constant in accordance with the change in the plasma state of the film forming chamber, the cell bias voltage generated on the film forming surface becomes constant, and the plasma Since the incident energy from the light source is stable and the rate of resputtering at the anode electrode does not change, the film formation rate can be made constant. As a result, the film quality of the insulating film to be formed is stable, the necessary refractive index can be secured, and the yield at the time of forming the insulating film is improved.

本発明において、プラズマ状態の変化を検出する手段は、成膜室の内圧力の変化を検出する手段として構成する。この場合、当該成膜室の内圧力の変化を検出する手段はキャパシタンスマノメータであることが好ましい。 In the present invention, the means for detecting a change in the plasma state is configured as a means for detecting a change in the internal pressure of the film forming chamber. In this case, the means for detecting the change in the internal pressure of the film forming chamber is preferably a capacitance manometer.

また、本発明において、インピーダンス回路は１つ以上の可変コンデンサを備え、キャパシタンス容量を一定に調整する手段は当該可変コンデンサのコンデンサ容量を変化制御する手段で構成する。この場合、インピーダンス回路は、インダクタンスと２つの可変コンデンサで構成されるＬ型インピーダンス回路として構成することが好ましい。 In the present invention, the impedance circuit includes one or more variable capacitors, and the means for adjusting the capacitance capacity to be constant is configured by means for changing and controlling the capacitor capacity of the variable capacitor. In this case, the impedance circuit is preferably configured as an L-type impedance circuit including an inductance and two variable capacitors.

以下に、本発明に係わる絶縁膜スパッタ装置の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の絶縁膜スパッタ装置の実施例１の構成を示す図である。同図に示すように、スパッタ装置１０１は、成膜室１０２の内部にアノード電極１０３とカソード電極１０４が対向配置されている。アノード電極１０３には成膜を行う基板、ここでは半導体ウェハＷを載置するためのサブストレート１０５が設けられており、また成膜室１０２の下部には前記アノード電極１０３を水平回転させるための回転機構部１０６が設けられている。また、アノード電極１０３の周側面に沿った領域にはシールド板１０７を設け、アノード電極１０３の外周側面に直接に膜が付着することを防止している。また、前記カソード電極１０４には、成膜する材料を焼結したターゲット１０８を設置している。さらに、前記成膜室１０２内に所要のガスを導入するためのガス導入口１０９が開口され図外のガス源に接続されている。また、前記成膜室１０２には排気口１１０が設けられ、成膜室１０２内を真空にするため図外の真空ポンプに接続されている。 Embodiments of an insulating film sputtering apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of an insulating film sputtering apparatus according to the present invention. As shown in the figure, in the sputtering apparatus 101, an anode electrode 103 and a cathode electrode 104 are disposed opposite to each other inside a film forming chamber 102. The anode electrode 103 is provided with a substrate on which a film is formed, here, a substrate 105 on which a semiconductor wafer W is placed, and a lower part of the film forming chamber 102 for horizontally rotating the anode electrode 103. A rotation mechanism unit 106 is provided. Further, a shield plate 107 is provided in a region along the peripheral side surface of the anode electrode 103 to prevent the film from adhering directly to the outer peripheral side surface of the anode electrode 103. The cathode electrode 104 is provided with a target 108 obtained by sintering a material to be deposited. Further, a gas inlet 109 for introducing a required gas into the film forming chamber 102 is opened and connected to a gas source not shown. The film formation chamber 102 is provided with an exhaust port 110 and connected to a vacuum pump (not shown) for evacuating the film formation chamber 102.

前記カソード電極１０４には、成膜室１０２の外部に設けられたマッチングＢＯＸ１１１を介して高周波電源１１２が接続され、前記アノード電極１０３とカソード電極１０４の間に高周波電力を印加する構成となっている。 A high frequency power source 112 is connected to the cathode electrode 104 via a matching box 111 provided outside the film forming chamber 102, and high frequency power is applied between the anode electrode 103 and the cathode electrode 104. .

一方、前記成膜室１０２はＧＮＤ（接地）に接続しているが、前記アノード電極１０３はＧＮＤから浮かし、Ｌ型インピーダンス回路１２０をＧＮＤとの間に設けている。Ｌ型インピーダンス回路１２０はインダクタンスＬ１と２つのキャパシタンスＶＣ１，ＶＣ２とで構成されており、特に２つのキャパシタンスＶＣ１，ＶＣ２は可変コンデンサで構成されるとともに、これらの可変コンデンサのコンデンサ容量を変化させるための可変コンデンサ駆動用モータ１２１，１２２が設けられている。前記可変コンデンサ駆動用モータ１２１，１２２は静電容量演算回路１２３によって駆動制御されるようになっており、これら可変コンデンサ駆動用モータ１２１，１２２によって可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２のコンデンサ容量を変化制御することで前記Ｌ型インピーダンス回路１２０のインピーダンス、換言すればアノード電極１０３のキャバシタンス容量を調整することが可能になる。 On the other hand, the film forming chamber 102 is connected to GND (ground), but the anode electrode 103 is floated from GND, and an L-type impedance circuit 120 is provided between the GND. The L-type impedance circuit 120 is composed of an inductance L1 and two capacitances VC1 and VC2. In particular, the two capacitances VC1 and VC2 are composed of variable capacitors, and for changing the capacitance of these variable capacitors. Variable capacitor driving motors 121 and 122 are provided. The variable capacitor driving motors 121 and 122 are driven and controlled by a capacitance calculation circuit 123, and the variable capacitors VC1 and VC2 are subjected to change control by the variable capacitor driving motors 121 and 122. Thus, the impedance of the L-type impedance circuit 120, in other words, the capacitance capacitance of the anode electrode 103 can be adjusted.

さらに、前記成膜室１０２に臨んで、当該成膜室１０２の内圧力を検出するキャパシタンスマノメータ１３０が付設されている。このキャパシタンスマノメータ１３０は、成膜室１０２内におけるプラズマ放電中に発生するプラズマの変化によって生じる成膜室１０２の内圧力を検出することが可能である。そして、前記キャパシタンスマノメータ１３０で検出した内圧力を前記静電容量演算回路１２３に出力し、この静電容量演算回路１２３は検出した内圧力に応じて前記可変コンデンサ駆動用モータ１２１，１２２を駆動制御するようになっている。すなわち、キャパシタンスマノメータ１３０で検出した成膜室１０２の内圧力が変化した場合に可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンス容量を制御してＬ型インピーダンス回路１２０のインピーダンスを調整し、このＬ型インピーダンス回路１２０につながるアノード電極１０３のキャパシタンス容量を制御する。 Further, a capacitance manometer 130 for detecting the internal pressure of the film forming chamber 102 is attached to the film forming chamber 102. The capacitance manometer 130 can detect the internal pressure of the film forming chamber 102 generated by the change of plasma generated during plasma discharge in the film forming chamber 102. Then, the internal pressure detected by the capacitance manometer 130 is output to the capacitance calculation circuit 123, and the capacitance calculation circuit 123 controls the driving of the variable capacitor driving motors 121 and 122 according to the detected internal pressure. It is supposed to be. That is, when the internal pressure of the film forming chamber 102 detected by the capacitance manometer 130 changes, the capacitances of the variable capacitors VC1 and VC2 are controlled to adjust the impedance of the L-type impedance circuit 120. The capacitance capacity of the connected anode electrode 103 is controlled.

このように構成された実施例のスパッタ装置では、スパッタガスとしてアルゴンガス等をガス導入口１１１から導入し、排気口１１０により内部を所要の圧力に設定し、ＲＦ電力をカソード電極１０４、すなわちターゲット１０８とアノード電極１０３との間に印加することで成膜室１０２内にプラズマ放電を生じさせ、プラズマによりターゲット１０８から飛び出された成分をウェハＷ上に付着させ、堆積させてウェハＷに成膜を行う。このプラズマによるスパッタ成膜の動作は従来と同様であるので詳細な説明は省略する。 In the sputtering apparatus of the embodiment configured as described above, argon gas or the like is introduced as a sputtering gas from the gas introduction port 111, the inside is set to a required pressure by the exhaust port 110, and RF power is supplied to the cathode electrode 104, that is, the target. Application between the anode 108 and the anode electrode 103 causes plasma discharge in the film formation chamber 102, and components ejected from the target 108 by the plasma adhere to the wafer W and are deposited to form a film on the wafer W. I do. Since the operation of sputtering film formation by plasma is the same as the conventional one, detailed description thereof is omitted.

そして、このプラズマによるスパッタ成膜時には、キャパシタンスマノメータ１３０により成膜室１０２の内圧力を常時検出する。成膜中にプラズマ放電中に発生するプラズマに変化が生じると、成膜室１０２の内圧力が変化し、この内圧力の変化によってアノード電極１０３のキャパシタンス容量も変化するが、この内圧力の変化はキャパシタンスマノメータ１３０によって直ちに検出される。静電容量演算回路１２３では、キャパシタンスマノメータ１３０によって検出された内圧力の変化に追従してＬ型インピーダンス回路１２０内の可変コンデンサ駆動用モータ１２１，１２２を駆動し、可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２のコンデンサ容量を変化制御する。この制御に際しては、静電容量演算回路１２３は可変コンデンサ駆動用モータ１２１，１２２の回転位置を監視することで可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２のコンデンサ容量が適切な値となるように制御する。これにより、Ｌ型インピーダンス回路１２０に接続されているアノード電極１０３のキャパシタンス容量が変化され、結果として成膜室１０２の内圧力の変化によって変化されるアノード電極１０３のキャパシタンス容量の変化分が補正され、アノード電極１０３のキャパシタンス容量が一定に保たれるようにフィードバック制御が行われることになる。 Then, during the sputtering film formation by this plasma, the internal pressure of the film formation chamber 102 is always detected by the capacitance manometer 130. When a change occurs in plasma generated during plasma discharge during film formation, the internal pressure of the film formation chamber 102 changes, and the capacitance capacity of the anode electrode 103 also changes due to the change in the internal pressure. Is immediately detected by the capacitance manometer 130. In the capacitance calculation circuit 123, the variable capacitor driving motors 121 and 122 in the L-type impedance circuit 120 are driven following the change in the internal pressure detected by the capacitance manometer 130, and the capacitor capacities of the variable capacitors VC1 and VC2 are set. Change control. In this control, the electrostatic capacity calculation circuit 123 monitors the rotational positions of the variable capacitor driving motors 121 and 122 so as to control the capacitor capacities of the variable capacitors VC1 and VC2 to appropriate values. As a result, the capacitance capacity of the anode electrode 103 connected to the L-type impedance circuit 120 is changed, and as a result, the change in the capacitance capacity of the anode electrode 103 that is changed by the change in the internal pressure of the film forming chamber 102 is corrected. The feedback control is performed so that the capacitance capacity of the anode electrode 103 is kept constant.

例えば、図２（ａ）に示すように、成膜室１０２のプラズマによる内圧力が増加したときには、これに伴って図２（ｃ）の破線のようにアノード電極１０３のキャパシタンス容量が増大するが、図２（ｂ）のようにＬ型インピーダンス回路１２０の可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２のコンデンサ容量を調整することでインピーダンス値を下げる方向に制御することにより、図２（ｃ）の実線のようにアノード電極１０３のキャパシタンス容量をほぼ一定に保持することが可能になる。 For example, as shown in FIG. 2A, when the internal pressure due to the plasma in the film formation chamber 102 increases, the capacitance capacity of the anode electrode 103 increases as shown by the broken line in FIG. 2C. By adjusting the capacitor capacity of the variable capacitors VC1 and VC2 of the L-type impedance circuit 120 as shown in FIG. 2B, the impedance value is controlled to decrease so that the anode as shown by the solid line in FIG. It becomes possible to keep the capacitance capacity of the electrode 103 substantially constant.

以上のように、成膜室１０２内でのウェハ上への絶縁膜の成膜時には、静電容量演算回路１２３にて成膜室１０２の内圧力の変化に応じてアノード電極１０３につながるＬ型インピーダンス回路１２０を制御し、アノード電極１０３のコンデンサ容量がほぼ一定となるように調整している。そのため、アノード電極１０３側においてウェハＷ以外の領域に絶縁膜が堆積した場合でも、膜表面に発生するセルバイアス電圧は一定となり、プラズマからの入射エネルギも安定し、サブストレート１０５の表面での再スパッタの割合も変わらないことから、成膜速度を一定にすることが可能になる。これにより成膜する光学薄膜における膜質は安定し、必要な屈折率を確保することができ、さらに絶縁膜成膜時の歩留まりを向上することが可能になる。 As described above, when the insulating film is formed on the wafer in the film formation chamber 102, the L-type connected to the anode electrode 103 in accordance with the change in the internal pressure of the film formation chamber 102 by the capacitance calculation circuit 123. The impedance circuit 120 is controlled and adjusted so that the capacitor capacity of the anode electrode 103 is substantially constant. Therefore, even when an insulating film is deposited on the anode electrode 103 side in a region other than the wafer W, the cell bias voltage generated on the film surface is constant, the incident energy from the plasma is stable, and the substrate 105 is regenerated on the surface of the substrate 105. Since the rate of sputtering does not change, the film formation rate can be made constant. As a result, the film quality of the optical thin film to be formed is stable, the necessary refractive index can be secured, and the yield at the time of forming the insulating film can be improved.

また、本発明においては、成膜速度を一定に保持するためにスパッタ電力、スパッタガス流量、スパッタガス分圧等の成膜条件を変化制御する必要がないため、制御を容易に行うとともに、これらの条件を制御するための構造も不要であり、スパッタ装置の構造が複雑化するようなこともない。 In the present invention, since it is not necessary to change and control film forming conditions such as sputtering power, sputtering gas flow rate, and sputtering gas partial pressure in order to keep the film forming rate constant, A structure for controlling the above conditions is also unnecessary, and the structure of the sputtering apparatus is not complicated.

特に、本発明において多層光学薄膜を形成する場合に、異なる膜種（例えば、Ａｌ2 Ｏ3
とＴｉＯ2 ）によって成膜速度が変わるので膜質が変化してしまうおそれがあるが、各膜種について１度条件出しをして成膜条件（スパッタ電力、スパッタガス流量、スパッタガス分圧等）を設定しておけば、以降はこれらの条件を変えることなく、個々の成膜にて成膜速度を一定に保つよう動作することができるので、制御をより容易に行うことが可能になる。 In particular, when a multilayer optical thin film is formed in the present invention, different film types (for example, Al2 O3) are used.
And TiO2), the film quality may change, so the film quality may change. However, the film forming conditions (sputtering power, sputter gas flow rate, sputter gas partial pressure, etc.) are determined once for each film type. Once set, since it is possible to operate so as to keep the deposition rate constant in each deposition without changing these conditions, the control can be performed more easily.

なお、本発明においては、成膜室のプラズマ状態の変化を検出することができるものであれば、成膜室の内圧力を検出する以外の手段を採用することも可能である。また、アノード電極に接続されるインピーダンス回路は前記実施例のＬ型インピーダンス回路に限られるものではなく、アノード電極のキャパシタンス容量を調整して一定に保持することが可能であれば採用することが可能である。 In the present invention, any means other than detecting the internal pressure of the film forming chamber may be employed as long as it can detect a change in the plasma state of the film forming chamber. Further, the impedance circuit connected to the anode electrode is not limited to the L-type impedance circuit of the above embodiment, and may be adopted as long as the capacitance capacity of the anode electrode can be adjusted and held constant. It is.

本発明のスパッタ装置の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the Example of the sputtering device of this invention. 本発明における成膜室の内圧力とアノード電極のキャパシタンス容量の変化とその調整動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the internal pressure of the film-forming chamber in this invention, the capacitance capacity of an anode electrode, and its adjustment operation. 従来の一般的なスパッタ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional general sputtering apparatus. 特許文献１のスパッタ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sputtering device of patent document 1. FIG.

Explanation of symbols

１０１スパッタ装置
１０２成膜室
１０３アノード電極
１０４カソード電極
１０５サブストレート
１０６回転駆動機構
１０７シールド板
１０８ターゲット
１１１マッチングＢＯＸ
１１２高周波電源
１２０Ｌ型インピーダンス回路
１２１，１２２可変コンデンサ用モータ
１２３静電容量演算回路
１３０キャパシタンスマノメータ
Ｗ基板（ウェハ）
ＶＣ１，ＶＣ２可変コンデンサ

101 Sputtering apparatus 102 Film forming chamber 103 Anode electrode 104 Cathode electrode 105 Substrate 106 Rotation drive mechanism 107 Shield plate 108 Target 111 Matching BOX
112 High-frequency power supply 120 L-type impedance circuit 121, 122 Variable capacitor motor 123 Capacitance calculation circuit 130 Capacitance manometer W Substrate (wafer)
VC1, VC2 variable capacitor

Claims

In the sputtering apparatus, a substrate is placed on an anode electrode disposed in a film forming chamber, and atoms are ejected from a targate by a plasma discharge generated in the film forming chamber to be deposited on the surface of the substrate. Means for detecting a change in the plasma state in the room, an impedance circuit connected to the anode electrode, and controlling the impedance circuit based on the detected change in the plasma state, thereby making the capacitance capacity of the anode electrode constant. And a means for adjusting.

2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the means for detecting a change in the plasma state is a means for detecting a change in the internal pressure of the film forming chamber.

The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the means for detecting a change in the internal pressure of the film forming chamber is a capacitance manometer.

4. The sputtering apparatus according to claim 3, wherein the impedance circuit includes one or more variable capacitors, and the means for adjusting the capacitance capacity to be constant is means for changing and controlling the capacitor capacity of the variable capacitor.

The sputtering apparatus according to claim 4, wherein the impedance circuit is an L-type impedance circuit including an inductance and two variable capacitors.