JP2014114497A - Sputtering equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の技術は、大型基板に薄膜を形成するスパッタ装置に関する。 The technology of the present disclosure relates to a sputtering apparatus that forms a thin film on a large substrate.
液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイは、表示素子や、表示素子を駆動する薄膜トランジスタを備える。表示素子及び薄膜トランジスタは、絶縁物で構成された絶縁層や屈折層を備え、各層の形成材料には、例えば、シリコン酸化物やアルミニウム酸化物等の金属酸化物が用いられている。これら金属酸化物によって構成される薄膜の形成方法の１つとして反応性スパッタ法が用いられている。 A flat panel display such as a liquid crystal display or an organic EL display includes a display element and a thin film transistor that drives the display element. The display element and the thin film transistor include an insulating layer and a refractive layer made of an insulator, and a metal oxide such as silicon oxide or aluminum oxide is used as a material for forming each layer. As one of the methods for forming a thin film composed of these metal oxides, a reactive sputtering method is used.
反応性スパッタ法の様式には、スパッタ装置に供給される酸素ガスの流量の範囲が相互に異なる金属モード、遷移モード、及び、酸化物モードが存在する（例えば特許文献１）。このうち遷移モード及び酸化物モードでの反応性スパッタでは、金属酸化膜が成膜対象に形成される一方、金属モードでの反応性スパッタでは、金属膜が形成される。 The reactive sputtering method includes a metal mode, a transition mode, and an oxide mode in which ranges of the flow rate of oxygen gas supplied to the sputtering apparatus are different from each other (for example, Patent Document 1). Among these, in the reactive sputtering in the transition mode and the oxide mode, a metal oxide film is formed as a film formation target, while in the reactive sputtering in the metal mode, a metal film is formed.
金属酸化膜を形成する反応性スパッタの様式として、まず、酸素ガスが添加されない金属モードが開始され、その後に、酸化モードよりも少ない流量で酸素ガスが添加されることにより、酸化モードよりも成膜速度の高い遷移モードが進められる。そして、スパッタ装置にて金属酸化膜の形成が繰り返される場合には、金属モードでのスパッタと、遷移モードでの反応性スパッタとが交互に繰り返される。結果として、スパッタ装置内の一部には、金属膜と金属酸化物膜とが交互に堆積する。 As a reactive sputtering method for forming a metal oxide film, first, a metal mode in which no oxygen gas is added is started, and then oxygen gas is added at a flow rate lower than that in the oxidation mode, so that the oxidation mode is achieved. A transition mode with a high film speed is advanced. When the formation of the metal oxide film is repeated by the sputtering apparatus, the sputtering in the metal mode and the reactive sputtering in the transition mode are alternately repeated. As a result, metal films and metal oxide films are alternately deposited on a part of the sputtering apparatus.
この際に、金属酸化膜を挟む金属膜の各々には、スパッタ装置内に生成されたプラズマによって相互に異なる電圧が印加される、例えば、一方の金属膜は接地され、他方の金属膜には負電圧が印加される。それゆえに、金属酸化膜を挟む金属膜の間に、金属酸化膜の絶縁耐圧を超える電圧が印加されると、金属膜の間での異常放電によって金属酸化膜が破壊され、金属酸化膜の一部が、パーティクルとしてスパッタ装置内に散乱してしまう。 At this time, different voltages are applied to each of the metal films sandwiching the metal oxide film by the plasma generated in the sputtering apparatus. For example, one metal film is grounded and the other metal film is connected to the other metal film. A negative voltage is applied. Therefore, when a voltage exceeding the withstand voltage of the metal oxide film is applied between the metal films sandwiching the metal oxide film, the metal oxide film is destroyed due to abnormal discharge between the metal films, and one metal oxide film is formed. The part is scattered as particles in the sputtering apparatus.
本開示の技術は、異常放電を抑えることができるスパッタ装置を提供することを目的とする。 An object of the technology of the present disclosure is to provide a sputtering apparatus that can suppress abnormal discharge.
本開示の技術におけるスパッタ装置の一態様は、金属を含むターゲットと、前記ターゲットの周りに酸素ガスを供給するガス供給部と、前記ターゲットに電力を供給して前記ターゲットをスパッタさせる電源と、前記ガス供給部と前記電源との駆動を制御して金属酸化膜を形成する制御部とを備える。そして、前記ターゲットに印加される電圧の範囲には、前記ターゲットが酸化モードでスパッタされる酸化モード区間と、前記ターゲットが遷移モードでスパッタされる遷移モード区間とが含まれる。前記制御部は、前記金属酸化膜の形成を開始するときに、前記ターゲットに印加される電圧を前記酸化モード区間に含まれる電圧とし、前記金属酸化膜が形成される途中から前記金属酸化膜の形成を終了するまで、前記ターゲットに印加される電圧を前記遷移モード区間に含まれる電圧とし、前記ガス供給部が供給する前記酸素ガスの流量を変更させることによって前記電圧を変える。 One aspect of the sputtering apparatus in the technology of the present disclosure includes a target including a metal, a gas supply unit that supplies oxygen gas around the target, a power source that supplies power to the target and causes the target to be sputtered, A control unit for controlling the driving of the gas supply unit and the power source to form a metal oxide film; The range of the voltage applied to the target includes an oxidation mode section in which the target is sputtered in the oxidation mode and a transition mode section in which the target is sputtered in the transition mode. When the control unit starts forming the metal oxide film, the voltage applied to the target is set to a voltage included in the oxidation mode section, and the metal oxide film is formed in the middle of the formation of the metal oxide film. Until the formation is completed, the voltage applied to the target is set to a voltage included in the transition mode section, and the voltage is changed by changing the flow rate of the oxygen gas supplied by the gas supply unit.
本開示の技術におけるスパッタ装置の一態様によれば、制御部は、金属酸化膜の形成が開始されるときには、反応性スパッタの様式を酸化モードに設定し、金属酸化膜が形成される途中で、反応性スパッタの様式を遷移モードに変更する。そのため、スパッタ装置内に配設された各種部材や、スパッタ装置の内壁には、絶縁物である金属酸化物が付着する。それゆえに、スパッタ装置にて金属酸化膜の形成が繰り返し行われても、スパッタ装置の内部には、金属酸化物のみが堆積する。結果として、スパッタ装置での異常放電を抑えることができる。 According to one aspect of the sputtering apparatus in the technology of the present disclosure, when the formation of the metal oxide film is started, the control unit sets the reactive sputtering mode to the oxidation mode and is in the process of forming the metal oxide film. Change the reactive sputtering mode to transition mode. Therefore, the metal oxide which is an insulator adheres to various members provided in the sputtering apparatus and the inner wall of the sputtering apparatus. Therefore, even if the metal oxide film is repeatedly formed by the sputtering apparatus, only the metal oxide is deposited inside the sputtering apparatus. As a result, abnormal discharge in the sputtering apparatus can be suppressed.
本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様は、前記制御部が、前記金属酸化膜の形成を開始するときの前記酸素ガスの流量である初期流量を設定する初期流量設定部を備える。そして、前記電圧が前記酸化モード区間であるときの前記酸素ガスの流量の下限値は、前記電圧が前記遷移モード区間から前記酸化モード区間へ変わるときと、前記電圧が前記酸化モード区間から前記遷移モード区間へ変わるときとで相互に異なる。前記初期流量の下限値は、前記電圧が前記遷移モード区間から前記酸化モード区間へ変わるときの前記酸素ガスの流量の下限値よりも大きい。 In another aspect of the sputtering apparatus according to the technique of the present disclosure, the control unit includes an initial flow rate setting unit that sets an initial flow rate that is a flow rate of the oxygen gas when the formation of the metal oxide film is started. The lower limit value of the flow rate of the oxygen gas when the voltage is in the oxidation mode interval is that when the voltage changes from the transition mode interval to the oxidation mode interval, the voltage is changed from the oxidation mode interval to the transition. Different when changing to the mode section. The lower limit value of the initial flow rate is greater than the lower limit value of the oxygen gas flow rate when the voltage changes from the transition mode section to the oxidation mode section.
一般に、反応性スパッタの様式が、金属モードから酸化モードに変更される場合と、酸化モードから金属モードに変更される場合とでは、酸化モードにおける酸素ガスの下限値が相互に異なる。そして、金属モードから酸化モードに変更される場合には、酸化モードから金属モードに変更される場合に比べて、酸素ガスの下限値が大きい。 In general, the lower limit value of oxygen gas in the oxidation mode differs between when the reactive sputtering mode is changed from the metal mode to the oxidation mode and when the oxidation mode is changed to the metal mode. When the metal mode is changed to the oxidation mode, the lower limit value of the oxygen gas is larger than when the oxidation mode is changed to the metal mode.
本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様によれば、酸素ガスの初期流量の下限値が、金属モードから酸化モードに変わるときの下限値に設定される。そのため、初期流量の下限値が、酸化モードから金属モードに変わるときの下限値に設定される構成と比べて、酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときの反応性スパッタの様式が、より確実に酸化モードに設定される。 According to another aspect of the sputtering apparatus in the technology of the present disclosure, the lower limit value of the initial flow rate of oxygen gas is set to the lower limit value when changing from the metal mode to the oxidation mode. Therefore, compared to the configuration in which the lower limit value of the initial flow rate is set to the lower limit value when changing from the oxidation mode to the metal mode, the reactive sputtering mode when the formation of the aluminum oxide film is started more reliably. Set to oxidation mode.
本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様は、前記制御部が、前記ターゲットに印加されている電圧を検出値として取得する検出値取得部と、前記ターゲットに印加される電圧の目標値を設定する目標値設定部と、前記酸素ガスの設定流量を算出する流量算出部と、を更に備える。そして、前記目標値設定部は、前記遷移モード区間に含まれる電圧を前記目標値とし、前記流量算出部は、前記検出値と前記目標値との偏差を小さくする前記酸素ガスの流量を前記設定流量として算出する。 In another aspect of the sputtering apparatus according to the technology of the present disclosure, the control unit sets a detection value acquisition unit that acquires a voltage applied to the target as a detection value, and a target value of the voltage applied to the target And a target value setting unit for calculating the set flow rate of the oxygen gas. The target value setting unit sets the voltage included in the transition mode section as the target value, and the flow rate calculation unit sets the flow rate of the oxygen gas to reduce a deviation between the detection value and the target value. Calculate as flow rate.
本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様によれば、酸素ガスの流量が、遷移モード区間に含まれる目標値と、ターゲットに印加されている実際の電圧とを用いて算出される。これにより、酸素ガスの流量には、ターゲットに印加されている実際の電圧が反映されるため、酸素ガスの流量が時間の経過とともに変更されるのみの構成と比べて、ターゲットに印加される電圧が、遷移モード区間により含まれやすくなる。 According to another aspect of the sputtering apparatus in the technology of the present disclosure, the flow rate of oxygen gas is calculated using the target value included in the transition mode section and the actual voltage applied to the target. Thereby, since the actual voltage applied to the target is reflected in the flow rate of the oxygen gas, the voltage applied to the target is compared with the configuration in which the flow rate of the oxygen gas is only changed over time. Are more likely to be included in the transition mode section.
本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様は、前記制御部が、前記電源が供給する前記電力の設定値を前記酸化モード区間と前記遷移モード区間とにおいて一定値とする。
ターゲットに供給される電力が相互に異なる場合には、酸素ガスの流量が同じであっても、ターゲットに印加される電圧が相互に異なる。それゆえに、ターゲットに印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わる際に、ターゲットに供給される電力も変わるときには、酸素ガスの流量の設定に際し、ターゲットに印加されている電圧と、ターゲットに供給されている電力との双方が加味される必要がある。
In another aspect of the sputtering apparatus according to the technique of the present disclosure, the control unit sets a set value of the power supplied from the power source to a constant value in the oxidation mode section and the transition mode section.
When the power supplied to the target is different from each other, the voltage applied to the target is different from each other even if the flow rate of the oxygen gas is the same. Therefore, when the voltage applied to the target changes from the oxidation mode section to the transition mode section, and the power supplied to the target also changes, the voltage applied to the target and the target It is necessary to take into account both the power supplied to the power supply.
この点で、本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様によれば、ターゲットに印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、ターゲットに供給される電力は変わらない。それゆえに、ターゲットに供給される電力が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。 In this regard, according to another aspect of the sputtering apparatus according to the technology of the present disclosure, when the voltage applied to the target changes from the oxidation mode section to the transition mode section, the power supplied to the target does not change. Therefore, the voltage can be easily changed by changing the flow rate of the oxygen gas as compared with the configuration in which the power supplied to the target is changed.
本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様は、前記ガス供給部が、前記ターゲットの周りに更にアルゴンガスを供給し、前記制御部は、前記アルゴンガスの流量の設定値を前記酸化モード区間と前記遷移モード区間とにおいて一定値とする。 In another aspect of the sputtering apparatus according to the technique of the present disclosure, the gas supply unit further supplies argon gas around the target, and the control unit sets a set value of the flow rate of the argon gas as the oxidation mode section. A constant value is set in the transition mode section.
ターゲットの周りでアルゴンガスの流量が相互に異なる場合には、酸素ガスの流量が同じであっても、ターゲットに印加される電圧が相互に異なる。それゆえに、ターゲットに印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わる際に、アルゴンガスの流量も変わるときには、酸素ガスの流量の設定に際し、ターゲットに印加されている電圧と、アルゴンガスの流量との双方が加味される必要がある。 When the flow rates of argon gas around the target are different from each other, the voltages applied to the target are different from each other even if the flow rate of oxygen gas is the same. Therefore, when the voltage applied to the target changes from the oxidation mode section to the transition mode section, and the argon gas flow rate also changes, the voltage applied to the target and the argon gas flow Both the flow rate must be taken into account.
この点で、本開示の技術におけるスパッタ装置の他の態様によれば、ターゲットに印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、アルゴンガスの流量は変わらない。それゆえに、アルゴンガスの流量が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。 In this regard, according to another aspect of the sputtering apparatus according to the technique of the present disclosure, the flow rate of the argon gas does not change when the voltage applied to the target changes from the oxidation mode section to the transition mode section. Therefore, the voltage can be easily changed by changing the flow rate of the oxygen gas as compared with the configuration in which the flow rate of the argon gas is changed.
図１から図６を参照してスパッタ装置の一実施形態の構成を説明する。以下では、スパッタ装置の全体構成、スパッタ装置の電気的構成の順に説明する。
［スパッタ装置の全体構成］
図１を参照してスパッタ装置の全体構成を説明する。
The configuration of one embodiment of the sputtering apparatus will be described with reference to FIGS. Below, it demonstrates in order of the whole structure of a sputtering device, and the electrical structure of a sputtering device.
[Overall configuration of sputtering equipment]
The overall configuration of the sputtering apparatus will be described with reference to FIG.
図１に示されるように、スパッタ装置１０は、搬出入室１１とスパッタ室１２とを備え、搬出入室１１とスパッタ室１２との間には、これら処理室の間を連通、あるいは、遮断するゲートバルブ１３が取り付けられている。スパッタ装置１０の底壁には、処理対象である基板ＳをトレイＴとともに搬送する成膜レーン１４と回収レーン１５とが設置され、成膜レーン１４及び回収レーン１５は、搬出入室１１とスパッタ室１２とが連結される方向である連結方向に沿って延びる。基板Ｓは、例えば、紙面の手前に向かって延びる矩形板状をなすガラス基板であり、基板Ｓの幅は、例えば、紙面の上下方向に沿って２２００ｍｍであり、紙面の手前側に向かって２５００ｍｍである。 As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus 10 includes a carry-in / out chamber 11 and a sputter chamber 12, and a gate that communicates or blocks between the processing chambers between the carry-in / out chamber 11 and the sputter chamber 12. A valve 13 is attached. On the bottom wall of the sputtering apparatus 10, a film formation lane 14 and a recovery lane 15 for transporting the substrate S to be processed together with the tray T are installed. The film formation lane 14 and the recovery lane 15 include the carry-in / out chamber 11 and the sputter chamber. 12 extends in the connecting direction, which is the direction in which the 12 and 12 are connected. The substrate S is, for example, a glass substrate having a rectangular plate shape extending toward the front of the paper surface. The width of the substrate S is, for example, 2200 mm along the vertical direction of the paper surface, and 2500 mm toward the front side of the paper surface. It is.
搬出入室１１は、成膜前の基板Ｓをスパッタ装置１０の外部から搬入し、スパッタ室１２から搬入された成膜後の基板Ｓをスパッタ装置１０の外部に搬出する。
スパッタ室１２は箱状をなす真空槽２１を備え、真空槽２１内には２つのターゲット装置２２が搭載されている。また、真空槽２１には、真空槽２１内を所定の圧力に減圧する排気部２３、真空槽２１内にスパッタガスであるアルゴンガスを供給するスパッタガス供給部２４、及び、真空槽２１内に反応ガスである酸素ガスを供給する反応ガス供給部２５が接続されている。スパッタガス供給部２４は、真空槽２１内に供給するアルゴンガスの流量を制御するマスフローコントローラーであり、アルゴンガスが溜められたボンベに接続されている。反応ガス供給部２５は、真空槽２１内に供給する酸素ガスの流量を制御するマスフローコントローラーであり、酸素ガスが溜められたボンベに接続されている。
The carry-in / out chamber 11 carries the substrate S before film formation from the outside of the sputtering apparatus 10 and carries the substrate S after film formation carried from the sputtering chamber 12 out of the sputtering apparatus 10.
The sputtering chamber 12 includes a vacuum chamber 21 having a box shape, and two target devices 22 are mounted in the vacuum chamber 21. The vacuum chamber 21 includes an exhaust unit 23 for reducing the pressure in the vacuum chamber 21 to a predetermined pressure, a sputtering gas supply unit 24 for supplying argon gas as a sputtering gas into the vacuum chamber 21, and A reaction gas supply unit 25 that supplies oxygen gas, which is a reaction gas, is connected. The sputtering gas supply unit 24 is a mass flow controller that controls the flow rate of argon gas supplied into the vacuum chamber 21, and is connected to a cylinder in which argon gas is stored. The reaction gas supply unit 25 is a mass flow controller that controls the flow rate of oxygen gas supplied into the vacuum chamber 21 and is connected to a cylinder in which oxygen gas is stored.
真空槽２１内には、矩形枠状をなすチムニー２６が固定され、チムニー２６は、位置が固定された基板Ｓの表面をターゲット装置２２に対して露出させ、且つ、基板Ｓが嵌め込まれたトレイＴの表面を覆う。チムニー２６は、ターゲット装置２２から放出されたスパッタ粒子がトレイＴに付着することを抑え、また、スパッタ粒子が放出される方向を基板Ｓの表面に向ける、すなわち、スパッタ粒子が放出される方向に指向性を与える。加えて、チムニー２６は、ターゲット装置２２に電力が供給されるときに、アノードとして機能する。 A chimney 26 having a rectangular frame shape is fixed in the vacuum chamber 21, and the chimney 26 exposes the surface of the substrate S whose position is fixed to the target device 22 and is a tray in which the substrate S is fitted. Cover the surface of T. The chimney 26 prevents the sputtered particles emitted from the target device 22 from adhering to the tray T, and directs the direction in which the sputtered particles are emitted toward the surface of the substrate S, that is, in the direction in which the sputtered particles are emitted. Give directivity. In addition, the chimney 26 functions as an anode when power is supplied to the target device 22.
各ターゲット装置２２は、基板Ｓと向かい合うターゲット３１と、ターゲット３１における基板Ｓと向かい合わない面に取り付けられたバッキングプレート３２とを備えている。ターゲット３１の主成分には、例えば、アルミニウムが用いられる。なお、ターゲット３１の主成分は、ターゲット３１の形成材料における９５質量％を占め、好ましくは９９質量％以上を占めている。２つのバッキングプレート３２には、共通する１つのターゲット電源３３が接続されている。ターゲット電源３３は、各ターゲット３１にバッキングプレート３２を通して一定の交流電力を供給する。各バッキングプレート３２に対してターゲット３１とは反対側には、ターゲット３１の表面に磁場を形成する磁気回路３４が搭載されている。 Each target device 22 includes a target 31 that faces the substrate S, and a backing plate 32 that is attached to a surface of the target 31 that does not face the substrate S. For example, aluminum is used as the main component of the target 31. The main component of the target 31 occupies 95% by mass, preferably 99% by mass or more of the forming material of the target 31. A common target power supply 33 is connected to the two backing plates 32. The target power source 33 supplies constant AC power to each target 31 through the backing plate 32. A magnetic circuit 34 that forms a magnetic field on the surface of the target 31 is mounted on the side opposite to the target 31 with respect to each backing plate 32.
成膜レーン１４は、例えば、連結方向に沿って延びるレールと、レールに所定の間隔を空けて配置された複数のローラーと、各ローラーを自転させるモーターとを備えている。成膜レーン１４は、一方向に向けて各ローラーを回転させることにより、基板Ｓを搬出入室１１からスパッタ室１２に向けて搬送する。また、成膜レーン１４は、基板Ｓに酸化アルミニウム膜が形成されるときに、スパッタ室１２内にて基板Ｓの位置を固定する。 The film formation lane 14 includes, for example, a rail extending along the connecting direction, a plurality of rollers arranged at predetermined intervals on the rail, and a motor that rotates each roller. The film formation lane 14 conveys the substrate S from the carry-in / out chamber 11 toward the sputtering chamber 12 by rotating each roller in one direction. The film formation lane 14 fixes the position of the substrate S in the sputtering chamber 12 when an aluminum oxide film is formed on the substrate S.
回収レーン１５は、例えば、成膜レーン１４と同等の構成であり、基板Ｓをスパッタ室１２から搬出入室１１に向けて搬送する。なお、成膜レーン１４と回収レーン１５との間には、成膜レーン１４上の基板Ｓを回収レーン１５上に移動させるレーン変更部が搭載されている。また、スパッタ装置１０では、成膜レーン１４を搬送されている基板Ｓだけに限らず、回収レーン１５を搬送されている基板Ｓに酸化アルミニウム膜が形成されてもよい。この場合には、回収レーン１５は、基板Ｓに酸化アルミニウム膜が形成されるときに、スパッタ室１２内にて基板Ｓの位置を固定する。 For example, the recovery lane 15 has the same configuration as the film formation lane 14, and transports the substrate S from the sputtering chamber 12 toward the loading / unloading chamber 11. A lane changing unit that moves the substrate S on the film formation lane 14 onto the collection lane 15 is mounted between the film formation lane 14 and the collection lane 15. Further, in the sputtering apparatus 10, an aluminum oxide film may be formed not only on the substrate S transported through the film formation lane 14 but also on the substrate S transported through the recovery lane 15. In this case, the recovery lane 15 fixes the position of the substrate S in the sputtering chamber 12 when the aluminum oxide film is formed on the substrate S.
［スパッタ装置の電気的構成］
図２から図４を参照してスパッタ装置１０の電気的構成を説明する。なお、以下では、スパッタ装置１０の電気的構成のうち、スパッタ室１２の駆動の制御に関する構成についてのみ説明する。また、以下では、スパッタ装置１０の電気的構成の概略を説明し、次いで、同電気的構成のうち、反応ガス供給部２５が供給する酸素ガスの流量の制御に関わる構成について詳しく説明する。
[Electrical configuration of sputtering equipment]
The electrical configuration of the sputtering apparatus 10 will be described with reference to FIGS. In the following description, only the configuration related to the drive control of the sputtering chamber 12 among the electrical configuration of the sputtering apparatus 10 will be described. In the following, the outline of the electrical configuration of the sputtering apparatus 10 will be described, and then, the configuration related to the control of the flow rate of the oxygen gas supplied from the reactive gas supply unit 25 will be described in detail.
図２に示されるように、スパッタ装置１０は、スパッタ装置１０の駆動を制御する制御部としての制御装置４０が備えている。制御装置４０には、排気部２３、スパッタガス供給部２４、反応ガス供給部２５、及び、ターゲット電源３３が接続されている。 As shown in FIG. 2, the sputtering apparatus 10 includes a control device 40 as a control unit that controls driving of the sputtering apparatus 10. An exhaust unit 23, a sputtering gas supply unit 24, a reaction gas supply unit 25, and a target power source 33 are connected to the control device 40.
制御装置４０は、排気部２３の駆動を開始させるための駆動開始信号、及び、排気部２３の駆動を停止させるための駆動停止信号を排気部駆動回路２３Ｄに出力する。排気部駆動回路２３Ｄは、制御装置４０からの制御信号に応じて排気部２３を駆動するための駆動信号を生成し、生成された駆動信号を排気部２３に出力する。 The control device 40 outputs a drive start signal for starting the drive of the exhaust unit 23 and a drive stop signal for stopping the drive of the exhaust unit 23 to the exhaust unit drive circuit 23D. The exhaust unit drive circuit 23 </ b> D generates a drive signal for driving the exhaust unit 23 according to the control signal from the control device 40, and outputs the generated drive signal to the exhaust unit 23.
制御装置４０は、スパッタガス供給部２４からのスパッタガスの供給を開始させるための供給開始信号、及び、スパッタガス供給部２４からのスパッタガスの供給を停止させるための供給停止信号をスパッタガス供給部駆動回路２４Ｄに出力する。スパッタガス供給部駆動回路２４Ｄは、制御装置４０からの制御信号に応じてスパッタガス供給部２４を駆動するための駆動信号を生成し、生成された駆動信号をスパッタガス供給部２４に出力する。 The control device 40 supplies a supply start signal for starting the supply of the sputtering gas from the sputtering gas supply unit 24 and a supply stop signal for stopping the supply of the sputtering gas from the sputtering gas supply unit 24 to supply the sputtering gas. To the unit drive circuit 24D. The sputtering gas supply unit drive circuit 24 </ b> D generates a drive signal for driving the sputtering gas supply unit 24 in accordance with a control signal from the control device 40, and outputs the generated drive signal to the sputtering gas supply unit 24.
制御装置４０は、反応ガス供給部２５からの反応ガスの供給を開始させるための供給開始信号、及び、反応ガス供給部２５からの反応ガスの供給を停止させるための供給停止信号をガス供給部駆動回路２５Ｄに出力する。ガス供給部駆動回路２５Ｄは、制御装置４０からの制御信号に応じて反応ガス供給部２５を駆動するための駆動信号を生成し、生成された駆動信号を反応ガス供給部２５に出力する。 The control device 40 outputs a supply start signal for starting the supply of the reaction gas from the reaction gas supply unit 25 and a supply stop signal for stopping the supply of the reaction gas from the reaction gas supply unit 25. Output to the drive circuit 25D. The gas supply unit drive circuit 25 </ b> D generates a drive signal for driving the reaction gas supply unit 25 according to the control signal from the control device 40, and outputs the generated drive signal to the reaction gas supply unit 25.
制御装置４０は、ターゲット電源３３からの電力の供給を開始させるための供給開始信号、及び、ターゲット電源３３からの電力の供給を停止させるための供給停止信号をターゲット電源３３に出力する。ターゲット電源３３は、制御装置４０からの制御信号に応じて電力の供給及び停止を行う。 The control device 40 outputs a supply start signal for starting the supply of power from the target power supply 33 and a supply stop signal for stopping the supply of power from the target power supply 33 to the target power supply 33. The target power supply 33 supplies and stops power according to a control signal from the control device 40.
［反応性スパッタの様式］
図３を参照して、反応ガスの流量に応じて変わる反応性スパッタの様式を説明する。
図３に示されるように、酸化アルミニウム膜が反応性スパッタによって形成される場合には、真空槽２１内に供給される酸素ガスの流量によって、反応性スパッタの様式が、金属モード、遷移モード、及び、酸化モードのいずれかに設定される。これにより、ターゲットに印加される電圧、例えば実効値Ｖｍｆには、電圧が高い方から順に、金属モード区間、遷移モード区間、及び、酸化モード区間が設定される。このうち、金属モード区間及び酸化モード区間では、酸素ガスの流量における変化量に対する電圧の変化量が、遷移モード区間での酸素ガスの流量における変化量に対する電圧の変化量よりも小さく、各区間では、電圧が略一定に保たれる。
[Reactive Sputtering Mode]
With reference to FIG. 3, the reactive sputtering mode that changes in accordance with the flow rate of the reaction gas will be described.
As shown in FIG. 3, when the aluminum oxide film is formed by reactive sputtering, the reactive sputtering mode depends on the flow rate of oxygen gas supplied into the vacuum chamber 21, and the mode of reactive sputtering is metal mode, transition mode, And any one of the oxidation modes. Thereby, a metal mode section, a transition mode section, and an oxidation mode section are set in order from the highest voltage to the voltage applied to the target, for example, the effective value Vmf. Among these, in the metal mode section and the oxidation mode section, the voltage change amount with respect to the change amount in the oxygen gas flow rate is smaller than the voltage change amount with respect to the change amount in the oxygen gas flow rate in the transition mode section. The voltage is kept substantially constant.
反応性スパッタの様式は、酸化モードから遷移モードを経て金属モードに変更されることも、金属モードから遷移モードを経て酸化モードに変更されることも可能である。
図３にて白抜きの菱形で示されるように、金属モードから酸化モードに変更される場合には、真空槽２１内に供給される酸素ガスの流量が、例えば０ｓｃｃｍとされることによって、反応性スパッタの様式が金属モードに設定される。そして、酸素ガスの流量が次第に大きくされても、酸素ガスの流量が例えば４７ｓｃｃｍ未満の範囲では、反応性スパッタの様式が金属モードに保たれる。一方、酸素ガスの流量が４７ｓｃｃｍ以上にされると、酸素ガスのターゲット電圧が急激に変わる遷移モードを経て、反応性スパッタの様式が酸化モードに変更される。
The mode of reactive sputtering can be changed from the oxidation mode to the metal mode via the transition mode, or can be changed from the metal mode to the oxidation mode via the transition mode.
As shown by white diamonds in FIG. 3, when the metal mode is changed to the oxidation mode, the flow rate of the oxygen gas supplied into the vacuum chamber 21 is set to 0 sccm, for example. The mode of reactive sputtering is set to the metal mode. Even if the flow rate of the oxygen gas is gradually increased, the reactive sputtering mode is maintained in the metal mode as long as the flow rate of the oxygen gas is less than 47 sccm, for example. On the other hand, when the flow rate of the oxygen gas is set to 47 sccm or more, the reactive sputtering mode is changed to the oxidation mode through the transition mode in which the target voltage of the oxygen gas changes rapidly.
図３にて黒塗りの四角で示されるように、酸化モードから金属モードに変更される場合には、酸素ガスの流量が上述の４７ｓｃｃｍよりも十分に大きい流量である例えば１６０ｓｃｃｍとされることによって、反応性スパッタの様式が酸化モードに設定される。そして、酸素ガスの流量が次第に小さくされても、酸素ガスの流量が１７ｓｃｃｍよりも大きい範囲では、反応性スパッタの様式が酸化モードに保たれる。一方、酸素ガスの流量が１７ｓｃｃｍ以下にされると、反応性スパッタの様式が、遷移モードを経て酸化モードに変更される。 As shown by the black square in FIG. 3, when the oxidation mode is changed to the metal mode, the flow rate of the oxygen gas is set to a flow rate sufficiently higher than the above-mentioned 47 sccm, for example, 160 sccm. The reactive sputtering mode is set to the oxidation mode. Even if the flow rate of the oxygen gas is gradually reduced, the reactive sputtering mode is maintained in the oxidation mode in the range where the flow rate of the oxygen gas is larger than 17 sccm. On the other hand, when the flow rate of oxygen gas is set to 17 sccm or less, the reactive sputtering mode is changed to the oxidation mode via the transition mode.
なお、図３に示される酸素ガスの流量とターゲットに印加される電圧Ｖｍｆとの関係が測定されたときには、酸化アルミニウム膜の形成が、以下の条件で行われている。
・電力量 ６ｋＷ
・アルゴンガス流量 １６０ｓｃｃｍ
・真空槽内の圧力 ０．４Ｐａ
このように、反応性スパッタによる酸化アルミニウム膜の形成時には、真空槽２１内に供給される酸素ガスの流量を変更することによって、反応性スパッタの様式を変更することが可能である。
When the relationship between the flow rate of oxygen gas and the voltage Vmf applied to the target shown in FIG. 3 is measured, the aluminum oxide film is formed under the following conditions.
・ Electricity 6kW
・ Argon gas flow rate 160sccm
・ Pressure inside vacuum chamber 0.4Pa
As described above, when the aluminum oxide film is formed by reactive sputtering, the reactive sputtering mode can be changed by changing the flow rate of the oxygen gas supplied into the vacuum chamber 21.
また、反応性スパッタの様式が変更されるときに、ターゲット３１に供給される電力が変わらない。ここで、ターゲット３１に供給される電力が相互に異なる場合には、酸素ガスの流量が同じであっても、ターゲット３１に供給される電圧が相互に異なる。それゆえに、ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わる際に、ターゲットに供給される電力も変わるときには、酸素ガスの流量の設定に際し、ターゲットに印加されている電圧と、ターゲットに供給されている電力との双方が加味される必要がある。 Further, when the reactive sputtering mode is changed, the power supplied to the target 31 does not change. Here, when the electric power supplied to the target 31 is different from each other, the voltage supplied to the target 31 is different from each other even if the flow rate of the oxygen gas is the same. Therefore, when the voltage applied to the target 31 changes from the oxidation mode section to the transition mode section, and the power supplied to the target also changes, the voltage applied to the target when setting the flow rate of the oxygen gas, Both the power supplied to the target must be taken into account.
上述のように、ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、ターゲット３１に供給される電力は変わらない構成によれば、ターゲット３１に供給される電力が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。 As described above, according to the configuration in which the power supplied to the target 31 does not change when the voltage applied to the target 31 changes from the oxidation mode section to the transition mode section, the power supplied to the target 31 changes. Compared to the above, it becomes easier to change the voltage by changing the flow rate of oxygen gas.
加えて、反応性スパッタの様式が変更されるときに、ターゲット３１の周りに供給されるアルゴンガスの流量が変わらない。ここで、ターゲット３１の周りでアルゴンガスの流量が相互に異なる場合には、酸素ガスの流量が同じであっても、ターゲット３１に印加される電圧が相互に異なる。それゆえに、ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わる際に、アルゴンガスの流量も変わるときには、酸素ガスの流量の設定に際し、ターゲット３１に印加されている電圧と、アルゴンガスの流量との双方が加味される必要がある。 In addition, when the reactive sputtering mode is changed, the flow rate of the argon gas supplied around the target 31 does not change. Here, when the flow rates of the argon gas around the target 31 are different from each other, the voltages applied to the target 31 are different from each other even if the flow rate of the oxygen gas is the same. Therefore, when the voltage applied to the target 31 is changed from the oxidation mode section to the transition mode section, and the argon gas flow rate is also changed, the voltage applied to the target 31 and the argon gas flow rate are set when the oxygen gas flow rate is set. Both the gas flow rate must be taken into account.
上述のように、ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、アルゴンガスの流量は変わらない構成によれば、アルゴンガスの流量が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。 As described above, when the voltage applied to the target 31 changes from the oxidation mode section to the transition mode section, the configuration in which the argon gas flow rate does not change is higher than that in the configuration in which the argon gas flow rate changes. The voltage can be easily changed by changing the flow rate.
また、各様式では、真空槽２１内に存在する酸素の量が異なるため、各様式での反応性スパッタによって形成された酸化アルミニウム膜では、酸化アルミニウム膜中に含まれる酸素の量が互いに異なる。３つの様式のうち、金属モードで形成された酸化アルミニウム膜には、酸素がほとんど含まれないため、金属モードでの反応性スパッタによれば、導電性の膜、すなわちアルミニウム膜が形成される。これに対し、遷移モードあるいは酸化モードで形成された酸化アルミニウム膜には、絶縁性を発現するだけの酸素が含まれる。また、遷移モードでの反応性スパッタ時に比べて、酸化モードでの反応性スパッタ時には、ターゲット３１の表面がより酸化され、且つ、アルミニウムのスパッタ率に比べて、酸化アルミニウムのスパッタ率は小さい。これにより、酸化モードにおける酸化アルミニウム膜の成膜速度に比べて、遷移モードにおける酸化アルミニウム膜の成膜速度が高い。 Further, since the amount of oxygen present in the vacuum chamber 21 is different in each mode, the amounts of oxygen contained in the aluminum oxide film are different from each other in the aluminum oxide film formed by reactive sputtering in each mode. Of the three modes, the aluminum oxide film formed in the metal mode contains almost no oxygen. Therefore, according to the reactive sputtering in the metal mode, a conductive film, that is, an aluminum film is formed. On the other hand, the aluminum oxide film formed in the transition mode or the oxidation mode contains oxygen that exhibits an insulating property. Further, the surface of the target 31 is more oxidized during the reactive sputtering in the oxidation mode than in the reactive sputtering in the transition mode, and the sputtering rate of aluminum oxide is smaller than the sputtering rate of aluminum. Thereby, the film formation speed of the aluminum oxide film in the transition mode is higher than the film formation speed of the aluminum oxide film in the oxidation mode.
そのため、上記チムニー２６等、真空槽２１内の部材に絶縁物のみを堆積させる上では、酸化モードにて酸化アルミニウム膜の形成を開始することが好ましく、酸化アルミニウム膜の形成時間を短くする上では、遷移モードにて酸化アルミニウム膜の形成を行うことが好ましい。 Therefore, in order to deposit only the insulator on the member in the vacuum chamber 21 such as the chimney 26, it is preferable to start the formation of the aluminum oxide film in the oxidation mode, and to shorten the formation time of the aluminum oxide film. The aluminum oxide film is preferably formed in the transition mode.
また、上述のように、金属モードと酸化モードとの間で反応性スパッタの様式が変更される場合には、金属モードから酸化モードに変更されるか、あるいは、酸化モードから金属モードに変更されるかによって、これらモードが切り替わるときの酸素ガスの流量が異なる。しかも、金属モードから酸化モードに変更される場合に酸化モードとなる酸素ガスの流量が、酸化モードから金属モードに変更される場合に酸化モードとなる酸素ガスの流量よりも大きい。 In addition, as described above, when the reactive sputtering mode is changed between the metal mode and the oxidation mode, the mode is changed from the metal mode to the oxidation mode or from the oxidation mode to the metal mode. Depending on whether or not these modes are switched, the flow rate of oxygen gas differs. Moreover, the flow rate of the oxygen gas that enters the oxidation mode when the mode is changed from the metal mode to the oxidation mode is greater than the flow rate of the oxygen gas that enters the oxidation mode when the mode is changed from the oxidation mode to the metal mode.
そのため、反応性スパッタが開始されるときに反応性スパッタの様式が酸化モードに設定されるためには、開始時における酸素ガス流量である初期流量は、以下の範囲に設定されることが好ましい。すなわち、遷移モードから酸化モードに変更された直後の酸素ガス流量が初期流量の下限値として設定されることが好ましい。上述した例では、酸素ガス流量が、４７ｓｃｃｍよりも大きく設定されることが好ましい。なお、反応性スパッタの様式が酸化モードに設定されるうえでは、例えば、酸化モードから遷移モードに変更される直前の酸素ガスの流量が初期流量の下限値として設定されてもよい。上述した例では、酸素ガス流量が、１７ｓｃｃｍよりも大きく設定されてもよい。ただし、こうした酸素ガス流量によって酸化モードが設定される前提としては、ターゲット３１などの状態が酸化モードで処理された状態を維持している必要がある。この点で、上述したように、遷移モードから酸化モードに変更された直後の酸素ガス流量が初期流量の下限値として設定される構成であれば、ターゲット３１などの状態にかかわらず、開始時の反応性スパッタの様式は酸化モードに設定される。 Therefore, in order for the reactive sputtering mode to be set to the oxidation mode when the reactive sputtering is started, the initial flow rate, which is the oxygen gas flow rate at the start, is preferably set to the following range. That is, it is preferable that the oxygen gas flow rate immediately after changing from the transition mode to the oxidation mode is set as the lower limit value of the initial flow rate. In the above-described example, the oxygen gas flow rate is preferably set to be larger than 47 sccm. When the reactive sputtering mode is set to the oxidation mode, for example, the flow rate of oxygen gas immediately before the change from the oxidation mode to the transition mode may be set as the lower limit value of the initial flow rate. In the example described above, the oxygen gas flow rate may be set to be larger than 17 sccm. However, as a premise that the oxidation mode is set by such an oxygen gas flow rate, the state of the target 31 or the like needs to be maintained in the state processed in the oxidation mode. In this regard, as described above, the oxygen gas flow rate immediately after the change from the transition mode to the oxidation mode is set as the lower limit value of the initial flow rate, regardless of the state of the target 31 or the like. The reactive sputtering mode is set to oxidation mode.
［酸素ガスの流量の制御に関わる電気的構成］
図４を参照して、上述した電気的構成のうち、反応ガス供給部２５から供給される酸素ガスの流量の制御に関わる電気的構成についてより詳しく説明する。なお、制御装置４０は、真空槽２１内に供給される酸素ガスの流量をＰＩＤ制御によって制御することで、ターゲット３１に印加される電圧Ｖｍｆを目標値に収束させる。
[Electrical configuration related to control of oxygen gas flow rate]
With reference to FIG. 4, the electrical configuration related to the control of the flow rate of the oxygen gas supplied from the reaction gas supply unit 25 among the electrical configurations described above will be described in more detail. Note that the control device 40 controls the flow rate of the oxygen gas supplied into the vacuum chamber 21 by PID control so that the voltage Vmf applied to the target 31 converges to the target value.
図４に示されるように、制御装置４０は、検出値取得部４１、目標値設定部４２、ゲイン設定部４３、偏差記憶部４４、初期流量設定部４５、及び、算出部４６を備え、算出部４６は、偏差算出部４６Ａと反応ガス流量算出部４６Ｂとを備えている。 As shown in FIG. 4, the control device 40 includes a detection value acquisition unit 41, a target value setting unit 42, a gain setting unit 43, a deviation storage unit 44, an initial flow rate setting unit 45, and a calculation unit 46. The unit 46 includes a deviation calculation unit 46A and a reaction gas flow rate calculation unit 46B.
検出値取得部４１には、ターゲット電源３３が接続され、検出値取得部４１は、ターゲット電源３３にて検出される実際の電圧Ｖｍｆを検出値として所定の周期で取得する。
目標値設定部４２は、反応性スパッタを遷移モードで行うための電圧、すなわち、上述の遷移モード区間に含まれる電圧値を目標値として設定する。図３に示されるように、酸化モードから金属モードに向けて反応性スパッタの様式が変更される場合であれば、遷移モード区間には、例えば、３６０Ｖ以上６８０Ｖ以下の範囲が含まれる。そのため、目標値には、３６０Ｖ以上６８０Ｖ以下のいずれかの電圧値が設定されればよく、ターゲットに印加される電圧がより確実に遷移モード区間に含まれるためには、遷移モード区間における中央値近傍の値、例えば５００Ｖが目標値に設定されることが好ましい。
A target power supply 33 is connected to the detection value acquisition unit 41, and the detection value acquisition unit 41 acquires an actual voltage Vmf detected by the target power supply 33 as a detection value at a predetermined cycle.
The target value setting unit 42 sets a voltage for performing reactive sputtering in the transition mode, that is, a voltage value included in the above-described transition mode section as a target value. As shown in FIG. 3, if the reactive sputtering mode is changed from the oxidation mode to the metal mode, the transition mode section includes, for example, a range of 360 V or more and 680 V or less. Therefore, any voltage value of 360 V or more and 680 V or less may be set as the target value, and in order for the voltage applied to the target to be included in the transition mode section more reliably, the median value in the transition mode section A nearby value, for example, 500 V is preferably set as the target value.
ゲイン設定部４３は、ＰＩＤ制御における比例制御に用いられる比例ゲインＫＰ、積分制御に用いられる積分ゲインＫＩ、及び、微分制御に用いられる微分ゲインＫＤを設定する。比例ゲインＫＰ、積分ゲインＫＩ、及び、微分ゲインＫＤの各々は、予め算出された１つの定数である。なお、比例ゲインＫＰ、積分ゲインＫＩ、及び、微分ゲインＫＤの各々は、目標値と検出値との偏差ｅごとに予め複数設定され、ＰＩＤ制御の制御周期ごとにゲイン設定部４３によって複数の定数から１つが選ばれてもよい。 The gain setting unit 43 sets a proportional gain KP used for proportional control in PID control, an integral gain KI used for integral control, and a differential gain KD used for differential control. Each of the proportional gain KP, the integral gain KI, and the differential gain KD is one constant calculated in advance. Each of the proportional gain KP, the integral gain KI, and the differential gain KD is set in advance for each deviation e between the target value and the detected value, and a plurality of constants are set by the gain setting unit 43 for each control period of PID control. One may be selected.
偏差記憶部４４は、偏差算出部４６Ａによって算出された目標値と検出値との偏差ｅをＰＩＤ制御の制御周期ごとに記憶している。
初期流量設定部４５は、反応性スパッタを酸化モードで開始するための酸素ガスの流量を初期流量として設定する。上述のように、初期流量には、反応性スパッタの様式が酸化モードから金属モードに変更される場合に酸化モードとなる酸素ガスの流量、例えば、４７ｓｃｃｍよりも大きい流量が設定される。
The deviation storage unit 44 stores a deviation e between the target value and the detected value calculated by the deviation calculation unit 46A for each control period of PID control.
The initial flow rate setting unit 45 sets the flow rate of oxygen gas for starting reactive sputtering in the oxidation mode as the initial flow rate. As described above, the initial flow rate is set to a flow rate that is higher than the flow rate of oxygen gas that is in the oxidation mode when the reactive sputtering mode is changed from the oxidation mode to the metal mode, for example, 47 sccm.
算出部４６の備える偏差算出部４６Ａは、検出値取得部４１にて取得された検出値と、目標値設定部４２で設定された目標値とを用いて、検出値と目標値との偏差ｅを算出する。 The deviation calculation unit 46A included in the calculation unit 46 uses the detection value acquired by the detection value acquisition unit 41 and the target value set by the target value setting unit 42, so that a deviation e between the detection value and the target value e. Is calculated.
反応ガス流量算出部４６Ｂは、ゲイン設定部４３で設定された各ゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤ、前回のＰＩＤ制御の制御周期で算出された偏差ｅｎ−１、及び、今回のＰＩＤ制御の制御周期で算出された偏差ｅｎを用いて以下の値を算出する。 The reactive gas flow rate calculation unit 46B includes the gains KP, KI, and KD set by the gain setting unit 43, the deviation en -1 calculated in the control cycle of the previous PID control, and the control cycle of the current PID control. in using the calculated deviation e n for calculating the following values.
すなわち、反応ガス流量算出部４６Ｂは、比例ゲインＫＰと今回の偏差ｅｎとを用いてＰ値を算出する。また、反応ガス流量算出部４６Ｂは、積分ゲインＫＩ、及び、例えば、前回の偏差ｅｎ−１と今回の偏差ｅｎとから算出した偏差の積分値を用いてＩ値を算出する。また、反応ガス流量算出部４６Ｂは、微分ゲインＫＤ、及び、例えば、前回の偏差ｅｎ−１と今回の偏差ｅｎとから算出した偏差の微分値を用いてＤ値を算出する。そして、反応ガス流量算出部４６Ｂは、次回の偏差ｅｎ＋１が小さくなるように算出されたＰ値、Ｉ値、Ｄ値をフィードバック制御値として取り扱う。次いで、反応ガス流量算出部４６Ｂは、これらのフィードバック制御値と初期流量設定部４５にて設定された初期流量を用いて今回供給される酸素ガスの流量を制御値として算出し、制御値として算出された流量に応じた流量信号をガス供給部駆動回路２５Ｄに出力する。 That is, the reaction gas flow rate calculator 46B calculates a P value using the proportional gain KP and the present deviation e n. Further, the reaction gas flow rate calculation unit 46B, the integral gain KI, and, for example, to calculate the I value using the integral value of the deviation calculated from the previous deviation e n-1 and the present deviation e n. Further, the reaction gas flow rate calculation unit 46B, the differential gain KD, and, for example, to calculate a D value using the differential value of the deviation calculated from the previous deviation e n-1 and the present deviation e n. Then, the reactive gas flow rate calculation unit 46B handles the P value, the I value, and the D value calculated so that the next deviation en + 1 becomes small as a feedback control value. Next, the reaction gas flow rate calculation unit 46B calculates the flow rate of the oxygen gas supplied this time as a control value using these feedback control values and the initial flow rate set by the initial flow rate setting unit 45, and calculates it as the control value. A flow rate signal corresponding to the flow rate is output to the gas supply unit drive circuit 25D.
なお、反応ガス流量算出部４６Ｂは、反応性スパッタの開始時、すなわち、酸素ガスの供給が開始されてから、ターゲット３１への電力の供給が開始されるまでの間は、初期流量に応じた流量信号を出力する。また、流量信号は、上述した供給開始信号がガス供給部駆動回路２５Ｄに出力されてから、供給停止信号がガス供給部駆動回路２５Ｄに出力されるまで、所定の間隔、すなわち、ＰＩＤ制御の制御周期ごとにガス供給部駆動回路２５Ｄに出力される。 The reactive gas flow rate calculation unit 46B responds to the initial flow rate at the start of reactive sputtering, that is, from the start of the supply of oxygen gas to the start of the supply of power to the target 31. Outputs a flow signal. The flow rate signal is a predetermined interval from when the above-described supply start signal is output to the gas supply unit drive circuit 25D until the supply stop signal is output to the gas supply unit drive circuit 25D, that is, control of PID control. It is output to the gas supply unit drive circuit 25D every cycle.
酸化アルミニウム膜が形成されるときには、まず、制御装置４０が排気部２３に対する駆動開始信号を出力し、排気部２３が真空槽２１内を排気する。そして、成膜前の基板Ｓが搬出入室１１から搬入された後、制御装置４０が、スパッタガス供給部２４に対する供給開始信号、反応ガス供給部２５に対する供給開始信号を出力する。これにより、スパッタガス供給部２４が真空槽２１内へのアルゴンガスの供給を開始し、反応ガス供給部２５が真空槽２１内への酸素ガスの供給を開始する。その後、制御装置４０が、ターゲット電源３３に対する供給開始信号を出力し、ターゲット電源３３がバッキングプレート３２への交流電力の供給を開始する。 When the aluminum oxide film is formed, first, the control device 40 outputs a drive start signal for the exhaust unit 23, and the exhaust unit 23 exhausts the inside of the vacuum chamber 21. Then, after the substrate S before film formation is loaded from the loading / unloading chamber 11, the control device 40 outputs a supply start signal for the sputtering gas supply unit 24 and a supply start signal for the reaction gas supply unit 25. As a result, the sputtering gas supply unit 24 starts supplying argon gas into the vacuum chamber 21, and the reaction gas supply unit 25 starts supplying oxygen gas into the vacuum chamber 21. Thereafter, the control device 40 outputs a supply start signal for the target power source 33, and the target power source 33 starts supplying AC power to the backing plate 32.
これにより、真空槽２１内には、アルゴンガス及び酸素ガスからプラズマが生成され、プラズマ中の正イオンがターゲット３１に衝突することによって弾き出されたスパッタ粒子が基板Ｓの表面に堆積する。スパッタ粒子は、真空槽２１内を飛行する間にプラズマ中の酸素と反応するため、基板Ｓには、酸素とアルミニウムとを含む粒子が堆積する。また、ターゲット３１の表面も少なからず酸化されるため、ターゲット３１から放出されたスパッタ粒子も酸素とアルミニウムとを含む場合もある。結果として、基板Ｓの表面には、酸化アルミニウム膜が形成される。 As a result, plasma is generated from the argon gas and oxygen gas in the vacuum chamber 21, and sputtered particles ejected by the positive ions in the plasma colliding with the target 31 are deposited on the surface of the substrate S. Since the sputtered particles react with oxygen in the plasma while flying in the vacuum chamber 21, particles containing oxygen and aluminum are deposited on the substrate S. In addition, since the surface of the target 31 is oxidized to some extent, the sputtered particles emitted from the target 31 may also contain oxygen and aluminum. As a result, an aluminum oxide film is formed on the surface of the substrate S.
なお、反応ガス供給部２５に対する供給開始信号が出力されてから、ターゲット電源３３に対する供給開始信号が出力されるまでの間は、反応ガス流量算出部４６Ｂは、初期流量設定部４５によって設定される初期流量に応じた流量信号を出力する。その後、検出値取得部４１にて取得された検出値と、目標値設定部４２にて設定された目標値とを用い、偏差算出部４６Ａは今回の偏差ｅｎを算出する。そして、反応ガス流量算出部４６Ｂが、ゲイン設定部４３にて設定された各ゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤ、今回の偏差ｅｎ、偏差記憶部４４に記憶された前回の偏差ｅｎ−１、及び、初期流量設定部４５にて設定された初期流量を用いて、反応ガス供給部２５に対する流量信号を生成して出力する。 The reaction gas flow rate calculation unit 46B is set by the initial flow rate setting unit 45 after the supply start signal is output to the reaction gas supply unit 25 until the supply start signal is output to the target power source 33. A flow signal corresponding to the initial flow rate is output. Then, the detection value obtained by the detection value obtaining unit 41, using the target value set by the target value setting unit 42, a deviation calculation unit 46A calculates the current deviation e n. Then, the reaction gas flow rate calculation unit 46B is, each gain KP set by the gain setting unit 43, KI, KD, the present deviation e n, previous deviations stored in the deviation memory 44 e n-1 and, Using the initial flow rate set by the initial flow rate setting unit 45, a flow rate signal for the reaction gas supply unit 25 is generated and output.
これにより、酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときには、反応性スパッタの様式が酸化モードに設定され、酸化アルミニウム膜の形成の途中で、反応性スパッタの様式が遷移モードに変更される。そのため、真空槽２１内に設置されたチムニー２６等の部材や、真空槽２１の内壁には、絶縁物である酸化アルミニウムが付着する。それゆえに、スパッタ室１２にて酸化アルミニウム膜の形成が繰り返し行われても、真空槽２１内には、酸化アルミニウムのみが堆積し、導電物であるアルミニウム膜と酸化アルミニウム膜とが交互に堆積する場合と比べて、異常放電を抑えることができる。 Thereby, when the formation of the aluminum oxide film is started, the reactive sputtering mode is set to the oxidation mode, and the reactive sputtering mode is changed to the transition mode during the formation of the aluminum oxide film. Therefore, aluminum oxide as an insulator adheres to members such as the chimney 26 installed in the vacuum chamber 21 and the inner wall of the vacuum chamber 21. Therefore, even if the formation of the aluminum oxide film is repeatedly performed in the sputtering chamber 12, only the aluminum oxide is deposited in the vacuum chamber 21, and the aluminum film and the aluminum oxide film which are conductive materials are alternately deposited. Compared to the case, abnormal discharge can be suppressed.
また、酸素ガスの流量は、遷移モード区間に含まれる目標値と、ターゲット３１に印加されている検出値とを用いたＰＩＤ制御によって算出される。そのため、例えば、反応性スパッタの開始から所定の時間が経過したときに酸素ガスの流量を変更する構成と比べて、酸素ガスの流量には、ターゲット３１に印加されている検出値が反映される。それゆえに、ターゲット３１に印加される電圧が、遷移モード区間により含まれやすくなる。 Further, the flow rate of oxygen gas is calculated by PID control using the target value included in the transition mode section and the detection value applied to the target 31. Therefore, for example, compared to a configuration in which the flow rate of oxygen gas is changed when a predetermined time has elapsed since the start of reactive sputtering, the detection value applied to the target 31 is reflected in the flow rate of oxygen gas. . Therefore, the voltage applied to the target 31 is likely to be included in the transition mode section.
［実施例］
図５から図７を参照して実施例を説明する。なお、以下では、実施例におけるターゲットに印加される電圧の推移、酸化アルミニウム膜の成膜速度、及び、酸化アルミニウム膜の屈折率の順に説明する。
[Example]
The embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the transition of the voltage applied to the target in the example, the deposition rate of the aluminum oxide film, and the refractive index of the aluminum oxide film will be described in this order.
上述のスパッタ装置を用いて、以下の条件にて酸化アルミニウム膜を形成し、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆを測定した。図５には、電圧Ｖｍｆの測定結果が、実施例の波形Ｗ１として示されている。 Using the above-described sputtering apparatus, an aluminum oxide film was formed under the following conditions, and the voltage Vmf applied to the target was measured. FIG. 5 shows the measurement result of the voltage Vmf as the waveform W1 of the example.
・ターゲット アルミニウムターゲット
・電力量 ６ｋＷ
・アルゴンガス流量 １６０ｓｃｃｍ
・酸素ガス初期流量 ８０ｓｃｃｍ
・真空槽内の圧力 ０．４Ｐａ
・目標値 ５００Ｖ
・比例ゲイン 固定値
・積分ゲイン 固定値
・微粉ゲイン 固定値
上述の条件から酸素ガスの初期流量のみを以下のように変更した条件にて酸化アルミニウム膜を形成し、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆを測定した。図５には、電圧Ｖｍｆの測定結果が、比較例の波形Ｗ２として示されている。
・ Target Aluminum target ・ Electricity 6kW
・ Argon gas flow rate 160sccm
・ Oxygen gas initial flow rate 80sccm
・ Pressure inside vacuum chamber 0.4Pa
・ Target value 500V
-Proportional gain fixed value-Integral gain fixed value-Fine powder gain fixed value From the above conditions, the aluminum oxide film was formed under the condition that only the initial flow rate of oxygen gas was changed as follows, and the voltage Vmf applied to the target was It was measured. FIG. 5 shows the measurement result of the voltage Vmf as a waveform W2 of the comparative example.
・酸素ガス初期流量 ０ｓｃｃｍ
図５に示されるように、実施例では、酸化アルミニウム膜の形成が開始されたときの電圧Ｖｍｆがおよそ３２０Ｖであり、酸化アルミニウム膜の形成の開始から１２秒が経過するまでは、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが時間の経過とともに上昇することが認められた。そして、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが５３０Ｖまで上昇すると、目標値である５００Ｖに向けて電圧が下降し、酸化アルミニウム膜の形成が開始されてから２０秒が経過したところで、ターゲットに印加される電圧が５００Ｖになることが認められた。
・ Oxygen gas initial flow rate 0sccm
As shown in FIG. 5, in the example, the voltage Vmf when the formation of the aluminum oxide film is started is about 320 V, and is applied to the target until 12 seconds elapse from the start of the formation of the aluminum oxide film. It was observed that the applied voltage Vmf increased with time. When the voltage Vmf applied to the target increases to 530 V, the voltage decreases toward the target value of 500 V, and when 20 seconds have elapsed after the formation of the aluminum oxide film is started, the voltage is applied to the target. It was observed that the voltage was 500V.
つまり、図３及び図５に示される結果から、実施例によれば、酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときには、反応性スパッタの様式が酸化モードに設定されることが認められた。そして、酸素ガスの流量が制御されることによってターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが目標値に収束することにより、酸化アルミニウム膜の形成の途中で、反応性スパッタの様式が、酸化モードから遷移モードに変更されることが認められた。 That is, from the results shown in FIGS. 3 and 5, according to the example, it was recognized that the reactive sputtering mode is set to the oxidation mode when the formation of the aluminum oxide film is started. Then, the voltage Vmf applied to the target converges to the target value by controlling the flow rate of the oxygen gas, so that the reactive sputtering mode changes from the oxidation mode to the transition mode during the formation of the aluminum oxide film. Allowed to be changed.
同じく図５に示されるように、比較例では、酸化アルミニウム膜の形成が開始された時の電圧Ｖｍｆがおよそ７００Ｖであり、酸化アルミニウム膜の形成の開始から１２秒が経過するまでは、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが、一旦上昇した後、時間の経過とともに下降することが認められた。そして、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが４５０Ｖまで下降すると、目標値である５００Ｖに向けて電圧が上昇し、酸化アルミニウム膜の形成が開始されてから３０秒が経過したところで、ターゲットに印加される電圧が５００Ｖになることが認められた。 Similarly, as shown in FIG. 5, in the comparative example, the voltage Vmf when the formation of the aluminum oxide film is started is about 700 V, and the target is not used until 12 seconds elapses from the start of the formation of the aluminum oxide film. It was recognized that the applied voltage Vmf once increased and then decreased with time. When the voltage Vmf applied to the target decreases to 450 V, the voltage increases toward the target value of 500 V, and is applied to the target when 30 seconds have elapsed after the formation of the aluminum oxide film is started. It was observed that the voltage was 500V.
つまり、図３及び図５に示される結果から、比較例によれば、酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときには、反応性スパッタの様式が金属モードに設定されることが認められた。そして、酸素ガスの流量が制御されることによって、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが目標値に収束し、酸化アルミニウム膜の形成の途中で、反応性スパッタの様式が、金属モードから酸化モードに変更されることが認められた。なお、初期流量は、８０ｓｃｃｍに限らず、反応性スパッタの様式が酸化モードから金属モードに向けて変えられる場合に、酸化モードから金属モードに変わるときの酸素ガスの流量よりも大きい流量であれば、電圧Ｖｍｆが波形Ｗ１と同等の状態で推移することも認められている。 That is, from the results shown in FIGS. 3 and 5, according to the comparative example, it was recognized that the reactive sputtering mode is set to the metal mode when the formation of the aluminum oxide film is started. By controlling the flow rate of the oxygen gas, the voltage Vmf applied to the target converges to the target value, and the reactive sputtering mode is changed from the metal mode to the oxidation mode during the formation of the aluminum oxide film. It was recognized that The initial flow rate is not limited to 80 sccm, and when the reactive sputtering mode is changed from the oxidation mode to the metal mode, the flow rate is larger than the flow rate of oxygen gas when changing from the oxidation mode to the metal mode. It is also recognized that the voltage Vmf changes in a state equivalent to the waveform W1.
また、実施例によれば、酸化アルミニウム膜の形成を複数回繰り返した場合であっても、比較例による酸化アルミニウム膜の形成が繰り返し行われる場合と比べて、真空槽内での異常放電が抑えられることが認められた。これは、酸化アルミニウム膜を形成するときの反応性スパッタの様式が、酸化モードと遷移モードとに設定されることで、チムニー等の部材や、真空槽の内壁には、絶縁物である酸化アルミニウム膜のみが形成されるためである。 Further, according to the example, even when the formation of the aluminum oxide film is repeated a plurality of times, the abnormal discharge in the vacuum chamber is suppressed as compared with the case where the formation of the aluminum oxide film according to the comparative example is repeatedly performed. It was recognized that This is because the mode of reactive sputtering when forming an aluminum oxide film is set to an oxidation mode and a transition mode, so that an aluminum oxide that is an insulator is formed on a member such as a chimney or an inner wall of a vacuum chamber. This is because only the film is formed.
［成膜速度と屈折率］
実施例と比較例との各々において、目標値を変更し、ターゲットに印加される電圧Ｖｍｆが各目標値に収束したときの成膜速度を測定した。
[Deposition rate and refractive index]
In each of the example and the comparative example, the target value was changed, and the film formation rate when the voltage Vmf applied to the target converged to each target value was measured.
図６に示されるように、実施例の成膜速度と比較例の成膜速度とは同等であることが認められた。すなわち、酸化アルミニウム膜の形成が酸化モードから開始される場合であっても、酸化アルミニウム膜の形成が金属モードから開始される場合と同等の成膜速度が得られることが認められた。 As shown in FIG. 6, it was recognized that the film formation rate of the example and the film formation rate of the comparative example are equivalent. That is, even when the formation of the aluminum oxide film was started from the oxidation mode, it was confirmed that the film formation rate equivalent to that when the formation of the aluminum oxide film was started from the metal mode was obtained.
実施例と比較例との各々において、目標値を変更し、各目標値での反応性スパッタにより形成された酸化アルミニウム膜の屈折率を測定した。
図７に示されるように、実施例の屈折率と比較例の屈折率とは同等であることが認められた。すなわち、酸化アルミニウム膜の形成が酸化モードから開始される場合であっても、酸化アルミニウム膜の形成が金属モードから開始される場合と同等の屈折率が得られることが認められた。
In each of the examples and comparative examples, the target value was changed, and the refractive index of the aluminum oxide film formed by reactive sputtering at each target value was measured.
As shown in FIG. 7, it was confirmed that the refractive index of the example and the refractive index of the comparative example are equivalent. That is, even when the formation of the aluminum oxide film was started from the oxidation mode, it was recognized that the same refractive index as that obtained when the formation of the aluminum oxide film was started from the metal mode was obtained.
このように、酸化アルミニウム膜の形成時に反応性スパッタの様式が酸化モードに設定される場合であっても、金属モードに設定される場合と同等の状態で、同等の特性を有する酸化アルミニウム膜を形成することが可能である。 Thus, even when the reactive sputtering mode is set to the oxidation mode during the formation of the aluminum oxide film, an aluminum oxide film having the same characteristics is obtained in the same state as when the metal mode is set. It is possible to form.
以上説明したように、スパッタ装置の一実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときには、反応性スパッタの様式が酸化モードに設定され、酸化アルミニウム膜の形成の途中で、反応性スパッタの様式が遷移モードに変更される。そのため、真空槽２１内に設置されたチムニー２６等の部材や、真空槽２１の内壁には、絶縁物である酸化アルミニウムが付着する。それゆえに、スパッタ室１２にて酸化アルミニウム膜の形成が繰り返し行われても、真空槽２１内には、酸化アルミニウムのみが堆積する。結果として、真空槽２１内での異常放電を抑えることができる。
As described above, according to one embodiment of the sputtering apparatus, the effects listed below can be obtained.
(1) When the formation of the aluminum oxide film is started, the reactive sputtering mode is set to the oxidation mode, and during the formation of the aluminum oxide film, the reactive sputtering mode is changed to the transition mode. Therefore, aluminum oxide as an insulator adheres to members such as the chimney 26 installed in the vacuum chamber 21 and the inner wall of the vacuum chamber 21. Therefore, even if the aluminum oxide film is repeatedly formed in the sputtering chamber 12, only aluminum oxide is deposited in the vacuum chamber 21. As a result, abnormal discharge in the vacuum chamber 21 can be suppressed.
（２）酸素ガスの初期流量が、酸化モードから金属モードに変更されるときにターゲットの電圧が酸化モード区間に含まれる電圧値となる流量に設定される。そのため、初期流量が、金属モードから酸化モードに変更されるときにターゲット電圧が酸化モード区間に含まれる電圧値となる酸素ガスの流量である構成と比べて、酸化アルミニウム膜の形成が開始されるときの反応性スパッタの様式が、より確実に酸化モードに設定される。 (2) When the initial flow rate of oxygen gas is changed from the oxidation mode to the metal mode, the target voltage is set to a flow rate at which the target voltage becomes a voltage value included in the oxidation mode section. Therefore, the formation of the aluminum oxide film is started as compared with the configuration in which the initial flow rate is changed from the metal mode to the oxidation mode and the target voltage is a flow rate of oxygen gas having a voltage value included in the oxidation mode section. The reactive sputtering mode is sometimes set to the oxidation mode more reliably.
（３）酸素ガスの流量が、遷移モード区間に含まれる目標値と、ターゲット３１に印加されている実際の電圧とを用いたＰＩＤ制御によって算出される。そのため、酸素ガスの流量には、ターゲット３１に印加されている実際の電圧が反映される。それゆえに、ターゲット３１に印加される電圧が、遷移モード区間により含まれやすくなる。 (3) The flow rate of oxygen gas is calculated by PID control using the target value included in the transition mode section and the actual voltage applied to the target 31. Therefore, the actual voltage applied to the target 31 is reflected in the flow rate of the oxygen gas. Therefore, the voltage applied to the target 31 is likely to be included in the transition mode section.
（４）ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、ターゲット３１に供給される電力は変わらない。それゆえに、ターゲット３１に供給される電力が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。 (4) When the voltage applied to the target 31 changes from the oxidation mode section to the transition mode section, the power supplied to the target 31 does not change. Therefore, the voltage can be easily changed by changing the flow rate of the oxygen gas as compared with the configuration in which the power supplied to the target 31 is changed.
（５）ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときに、アルゴンガスの流量は変わらない。それゆえに、アルゴンガスの流量が変わる構成と比べて、酸素ガスの流量の変更による電圧の変更が容易になる。 (5) When the voltage applied to the target 31 changes from the oxidation mode section to the transition mode section, the flow rate of the argon gas does not change. Therefore, the voltage can be easily changed by changing the flow rate of the oxygen gas as compared with the configuration in which the flow rate of the argon gas is changed.
なお、上記各実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・スパッタガスには、アルゴンガス以外の希ガスであるヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、及び、キセノンガスのいずれかが用いられてもよい。
In addition, each said embodiment can also be suitably changed and implemented as follows.
As the sputtering gas, any of helium gas, neon gas, krypton gas, and xenon gas, which is a rare gas other than argon gas, may be used.
・基板Ｓはガラス基板に限らず、例えば、樹脂製のフィルムであってもよい。この場合、スパッタ装置１０には、成膜レーン１４と回収レーン１５とに代えて、フィルムの搬送を行うフィルム搬送部が備えられていればよい。 The substrate S is not limited to a glass substrate, and may be a resin film, for example. In this case, the sputtering apparatus 10 may be provided with a film transport unit that transports the film instead of the film formation lane 14 and the recovery lane 15.
・基板Ｓに対する酸化アルミニウム膜の形成は、成膜レーン１４若しくは回収レーン１５の途中で位置の固定された基板Ｓに行われなくともよい。つまり、成膜レーン１４若しくは回収レーン１５を搬送されることによって、真空槽２１内での位置が変更されている基板Ｓに対して酸化アルミニウム膜が形成されてもよい。 The formation of the aluminum oxide film on the substrate S may not be performed on the substrate S whose position is fixed in the middle of the deposition lane 14 or the recovery lane 15. That is, the aluminum oxide film may be formed on the substrate S whose position in the vacuum chamber 21 is changed by being transported through the film formation lane 14 or the recovery lane 15.
・反応ガス流量算出部４６ＢでのＰ値、Ｉ値、及び、Ｄ値の算出方法は、上述した方法に限らず、適宜変更可能である。要は、目標値と検出値との偏差を小さくするように算出方法が設定されればよい。 -The calculation method of P value, I value, and D value in the reaction gas flow rate calculation part 46B is not restricted to the method mentioned above, It can change suitably. In short, the calculation method may be set so as to reduce the deviation between the target value and the detected value.
・酸素ガスの流量は、ターゲット３１に印加される電圧Ｖｍｆの目標値と、検出値とを用いたＰＩＤ制御によって算出されなくともよい。例えば、酸素ガスの流量は、予め作成されたレシピ等に基づく固定値であってもよい。この場合には、酸素ガスの流量は、初期流量が最も大きい流量に設定され、所定の時間が経過することにともなって、次第に小さい流量に設定される構成が好ましい。 The flow rate of the oxygen gas may not be calculated by PID control using the target value of the voltage Vmf applied to the target 31 and the detected value. For example, the flow rate of oxygen gas may be a fixed value based on a recipe created in advance. In this case, it is preferable that the flow rate of the oxygen gas is set to a flow rate at which the initial flow rate is the largest, and is gradually set to a smaller flow rate as a predetermined time elapses.
・ターゲット３１の主成分は、アルミニウム以外の金属、例えば、シリコン、ニオブ、チタン、及び、ジルコニウムのいずれかでもよい。これら金属のターゲットを用いた場合であっても、反応性スパッタの様式には、金属モード、遷移モード、及び、酸化モードが存在する。そのため、酸化アルミニウム膜の形成時と同様に、これら金属の酸化物膜を形成すればよい。 The main component of the target 31 may be any metal other than aluminum, for example, silicon, niobium, titanium, and zirconium. Even when these metal targets are used, there are a metal mode, a transition mode, and an oxidation mode in the reactive sputtering mode. Therefore, an oxide film of these metals may be formed similarly to the formation of the aluminum oxide film.
・ターゲット３１の主成分は、アルミニウムや上述の他の金属等に限らず、これら金属の酸化物であってもよい。金属酸化物のターゲットを用いた場合であっても、反応性スパッタの様式には、金属モード、遷移モード、及び、酸化モードが存在する。そのため、金属のターゲットを用いた場合と同様に、金属酸化物膜が形成されればよい。 The main component of the target 31 is not limited to aluminum or the other metals described above, but may be oxides of these metals. Even when a metal oxide target is used, there are a metal mode, a transition mode, and an oxidation mode in the reactive sputtering mode. Therefore, a metal oxide film may be formed as in the case where a metal target is used.
・スパッタガスであるアルゴンガスの流量は、酸化モードと遷移モードとで同一でなくともよく、酸化モードでの流量と遷移モードでの流量とが相互に異なる構成でもよい。ただし、酸化モードと遷移モードとでアルゴンガスの流量が相互に異なる場合には、アルゴンガスの流量の変更に関わる制御に、アルゴンガスの流量の変更によって遷移モードを超えて金属モードに移行しないだけの精度が要求される。この点で、上記実施形態では、アルゴンガスの流量の変更を伴わない分、こうした要求に応えることが可能である。 The flow rate of the argon gas that is the sputtering gas may not be the same between the oxidation mode and the transition mode, and the flow rate in the oxidation mode and the flow rate in the transition mode may be different from each other. However, when the flow rate of argon gas is different between the oxidation mode and the transition mode, the control related to the change of the flow rate of the argon gas is not changed to the metal mode beyond the transition mode by changing the flow rate of the argon gas. Accuracy is required. In this regard, in the above-described embodiment, it is possible to meet such a request because the argon gas flow rate is not changed.
・ターゲット３１に供給される電力は、酸化モードと遷移モードとで同一でなくともよく、酸化モードでターゲット３１に供給される電力と遷移モードでターゲット３１に供給される電力とが相互に異なる構成でもよい。ただし、酸化モードと遷移モードとでターゲット３１に供給される電力とが相互に異なる場合には、電力の変更に関わる制御に、電力の変更によって遷移モードを超えて金属モードに移行しないだけの精度が要求される。この点で、上記実施形態では、電力の変更を伴わない分、こうした要求に応えることが可能である。 The power supplied to the target 31 may not be the same in the oxidation mode and the transition mode, and the power supplied to the target 31 in the oxidation mode and the power supplied to the target 31 in the transition mode are different from each other. But you can. However, when the power supplied to the target 31 is different between the oxidation mode and the transition mode, the control for changing the power is accurate enough not to shift to the metal mode beyond the transition mode due to the power change. Is required. In this regard, in the above-described embodiment, it is possible to meet such a request because the power is not changed.
・初期流量の下限値は、ターゲット３１に印加される電圧が遷移モード区間から酸化モード区間へ変わるときの下限値よりも大きい流量に設定されなくともよい。例えば、上述のように、初期流量の下限値には、電圧が遷移モード区間から酸化モード区間へ変わるときであって、酸化モードから遷移モードに変更される直前の酸素ガスの流量が初期流量の下限値として設定されてもよい。あるいは、初期流量の下限値が、ターゲット３１に印加される電圧が酸化モード区間から遷移モード区間へ変わるときの下限値よりも大きい流量に設定されなくともよい。要は、初期流量は、ターゲット３１等の状態が酸化モードで処理された状態となる流量に設定されればよい。 The lower limit value of the initial flow rate may not be set to a flow rate larger than the lower limit value when the voltage applied to the target 31 changes from the transition mode section to the oxidation mode section. For example, as described above, the lower limit value of the initial flow rate is the time when the voltage changes from the transition mode interval to the oxidation mode interval, and the flow rate of oxygen gas immediately before the change from the oxidation mode to the transition mode is the initial flow rate. It may be set as the lower limit value. Alternatively, the lower limit value of the initial flow rate may not be set to a flow rate larger than the lower limit value when the voltage applied to the target 31 changes from the oxidation mode section to the transition mode section. In short, the initial flow rate may be set to a flow rate at which the state of the target 31 and the like is processed in the oxidation mode.
・ターゲット３１に印加される電圧Ｖｍｆのうち、金属モード区間、遷移モード区間、及び、酸化モード区間の各々に含まれる電圧Ｖｍｆの区間は、図３に示される区間に限らない。各モード区間に含まれる電圧Ｖｍｆは、ターゲット３１の主成分、ターゲット３１に供給される電力量、及び、ターゲット３１の大きさ等が変わることに伴って異なる電圧Ｖｍｆになる。また、ターゲット３１に印加される電圧Ｖｍｆを各区間に含まれる電圧値とする酸素ガスの流量も、図３に示される流量に限らない。ターゲット３１に印加される電圧Ｖｍｆを各モード区間に含まれる電圧値とする酸素ガスの流量も、ターゲット３１の主成分、ターゲット３１に供給される電力量、及び、ターゲット３１の大きさ等が変わることに伴って異なる流量になる。要するに、金属モード区間及び酸化モード区間は、酸素ガスの流量における変化量に対する電圧の変化量が、遷移モード区間での酸素ガスの流量における変化量に対する電圧の変化量よりも小さい区間であって、且つ、電圧が略一定に保たれる区間であればよい。 Of the voltage Vmf applied to the target 31, the section of the voltage Vmf included in each of the metal mode section, the transition mode section, and the oxidation mode section is not limited to the section shown in FIG. The voltage Vmf included in each mode section becomes a different voltage Vmf as the main component of the target 31, the amount of power supplied to the target 31, the size of the target 31, and the like change. Further, the flow rate of oxygen gas having the voltage Vmf applied to the target 31 as the voltage value included in each section is not limited to the flow rate shown in FIG. The flow rate of oxygen gas having the voltage Vmf applied to the target 31 as a voltage value included in each mode section also changes the main component of the target 31, the amount of power supplied to the target 31, the size of the target 31, and the like. As a result, the flow rate becomes different. In short, the metal mode section and the oxidation mode section are sections in which the voltage change amount with respect to the change amount in the oxygen gas flow rate is smaller than the voltage change amount with respect to the change amount in the oxygen gas flow rate in the transition mode section, In addition, any section may be used as long as the voltage is kept substantially constant.
１０…スパッタ装置、１１…搬出入室、１２…スパッタ室、１３…ゲートバルブ、１４…成膜レーン、１５…回収レーン、２１…真空槽、２２…ターゲット装置、２３…排気部、２３Ｄ…排気部駆動回路、２４…スパッタガス供給部、２４Ｄ…スパッタガス供給部駆動回路、２５…反応ガス供給部、２５Ｄ…ガス供給部駆動回路、３１…ターゲット、３２…バッキングプレート、３３…ターゲット電源、４０…制御装置、４１…検出値取得部、４２…目標値設定部、４３…ゲイン設定部、４４…偏差記憶部、４５…初期流量設定部、４６…算出部、４６Ａ…偏差算出部、４６Ｂ…反応ガス流量算出部、３４…磁気回路、Ｓ…基板、Ｔ…トレイ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sputtering device, 11 ... Carrying in / out chamber, 12 ... Sputtering chamber, 13 ... Gate valve, 14 ... Deposition lane, 15 ... Collection lane, 21 ... Vacuum tank, 22 ... Target device, 23 ... Exhaust part, 23D ... Exhaust part Drive circuit, 24 ... Sputter gas supply unit, 24D ... Sputter gas supply unit drive circuit, 25 ... Reaction gas supply unit, 25D ... Gas supply unit drive circuit, 31 ... Target, 32 ... Backing plate, 33 ... Target power supply, 40 ... Control device 41 ... Detection value acquisition unit 42 ... Target value setting unit 43 ... Gain setting unit 44 ... Deviation storage unit 45 ... Initial flow rate setting unit 46 ... Calculation unit 46A ... Deviation calculation unit 46B ... Reaction Gas flow rate calculation unit, 34 ... magnetic circuit, S ... substrate, T ... tray.
Claims (5)
前記ターゲットの周りに酸素ガスを供給するガス供給部と、
前記ターゲットに電力を供給して前記ターゲットをスパッタさせる電源と、
前記ガス供給部と前記電源との駆動を制御して金属酸化膜を形成する制御部とを備え、
前記ターゲットに印加される電圧の範囲には、
前記ターゲットが酸化モードでスパッタされる酸化モード区間と、
前記ターゲットが遷移モードでスパッタされる遷移モード区間とが含まれ、
前記制御部は、
前記金属酸化膜の形成を開始するときに、前記ターゲットに印加される電圧を前記酸化モード区間に含まれる電圧とし、
前記金属酸化膜が形成される途中から前記金属酸化膜の形成を終了するまで、前記ターゲットに印加される電圧を前記遷移モード区間に含まれる電圧とし、
前記ガス供給部が供給する前記酸素ガスの流量を変更させることによって前記電圧を変える、
スパッタ装置。 A target containing metal,
A gas supply unit for supplying oxygen gas around the target;
A power source for supplying power to the target and sputtering the target;
A control unit for controlling the driving of the gas supply unit and the power source to form a metal oxide film;
The range of voltage applied to the target includes:
An oxidation mode section in which the target is sputtered in oxidation mode;
A transition mode section in which the target is sputtered in transition mode, and
The controller is
When starting the formation of the metal oxide film, the voltage applied to the target is a voltage included in the oxidation mode section,
From the middle of the formation of the metal oxide film to the end of the formation of the metal oxide film, the voltage applied to the target is a voltage included in the transition mode section,
Changing the voltage by changing the flow rate of the oxygen gas supplied by the gas supply unit;
Sputtering device.
前記金属酸化膜の形成を開始するときの前記酸素ガスの流量である初期流量を設定する初期流量設定部を備え、
前記電圧が前記酸化モード区間であるときの前記酸素ガスの流量の下限値は、
前記電圧が前記遷移モード区間から前記酸化モード区間へ変わるときと、
前記電圧が前記酸化モード区間から前記遷移モード区間へ変わるときとで相互に異なり、
前記初期流量の下限値は、
前記電圧が前記遷移モード区間から前記酸化モード区間へ変わるときの前記酸素ガスの流量の下限値よりも大きい
請求項１に記載のスパッタ装置。 The controller is
An initial flow rate setting unit for setting an initial flow rate that is a flow rate of the oxygen gas when starting the formation of the metal oxide film;
The lower limit value of the flow rate of the oxygen gas when the voltage is in the oxidation mode interval is
When the voltage changes from the transition mode interval to the oxidation mode interval;
When the voltage changes from the oxidation mode interval to the transition mode interval,
The lower limit of the initial flow rate is
The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the voltage is larger than a lower limit value of a flow rate of the oxygen gas when the voltage changes from the transition mode section to the oxidation mode section.
前記ターゲットに印加されている電圧を検出値として取得する検出値取得部と、
前記ターゲットに印加される電圧の目標値を設定する目標値設定部と、
前記酸素ガスの設定流量を算出する流量算出部と、を更に備え、
前記目標値設定部は、
前記遷移モード区間に含まれる電圧を前記目標値とし、
前記流量算出部は、
前記検出値と前記目標値との偏差を小さくする前記酸素ガスの流量を前記設定流量として算出する、
請求項１または２に記載のスパッタ装置。 The controller is
A detection value acquisition unit that acquires a voltage applied to the target as a detection value;
A target value setting unit for setting a target value of a voltage applied to the target;
A flow rate calculation unit for calculating a set flow rate of the oxygen gas,
The target value setting unit
The voltage included in the transition mode section as the target value,
The flow rate calculation unit
Calculating the flow rate of the oxygen gas to reduce the deviation between the detected value and the target value as the set flow rate;
The sputtering apparatus according to claim 1 or 2.
前記電源が供給する前記電力の設定値を前記酸化モード区間と前記遷移モード区間とにおいて一定値とする
請求項１から３のいずれか１つに記載のスパッタ装置。 The controller is
The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a set value of the electric power supplied by the power source is a constant value in the oxidation mode section and the transition mode section.
前記ターゲットの周りに更にアルゴンガスを供給し、
前記制御部は、
前記アルゴンガスの流量の設定値を前記酸化モード区間と前記遷移モード区間とにおいて一定値とする
請求項１から４のいずれか１つに記載のスパッタ装置。 The gas supply unit
Argon gas is further supplied around the target,
The controller is
The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a set value of the flow rate of the argon gas is set to a constant value in the oxidation mode section and the transition mode section.
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