JP2643153B2 - 高周波バイアススパッタ装置 - Google Patents
高周波バイアススパッタ装置Info
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- JP2643153B2 JP2643153B2 JP62166403A JP16640387A JP2643153B2 JP 2643153 B2 JP2643153 B2 JP 2643153B2 JP 62166403 A JP62166403 A JP 62166403A JP 16640387 A JP16640387 A JP 16640387A JP 2643153 B2 JP2643153 B2 JP 2643153B2
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- Japan
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- substrate
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主として絶縁物等をスパツタし、かつ膜改
質、ステップカバレッジを良好とするため等などに用い
られる高周波スパッタ時の高周波バイアススパッタ装置
に関する。
質、ステップカバレッジを良好とするため等などに用い
られる高周波スパッタ時の高周波バイアススパッタ装置
に関する。
本発明は高周波スパッタ装置において、そのスパッタ
リングソース源であるターゲットへ印加する高周波電圧
と、被処理材である基板へ印加する高周波電圧との位相
をずらすことにより、電子及びイオンに掛かる電界を変
化せしめ、前記基板へ印加する高周波電力は、一定の下
で電圧をコントロールするものである。
リングソース源であるターゲットへ印加する高周波電圧
と、被処理材である基板へ印加する高周波電圧との位相
をずらすことにより、電子及びイオンに掛かる電界を変
化せしめ、前記基板へ印加する高周波電力は、一定の下
で電圧をコントロールするものである。
前述の構成によれば、前記基板へ印加する高周波電力
の電力密度は一定で基板へイオンを衝突させるための加
速電圧及びイオン量に比例する電流値をコントロールで
き、たとえば高周波電圧を最低にすることにより低ダメ
ージ、低温での膜特性改質、ステップカバレッジ等が実
現可能となる。
の電力密度は一定で基板へイオンを衝突させるための加
速電圧及びイオン量に比例する電流値をコントロールで
き、たとえば高周波電圧を最低にすることにより低ダメ
ージ、低温での膜特性改質、ステップカバレッジ等が実
現可能となる。
前記ターゲットおよび基板へ印加する高周波電力は、
それぞれ電力密度のみをモニタ、制御するものが一般的
である。さらに加えて第３図の電気的構成図に示すが如
く位相をずらすことが可能なシステムもあるが、これは
単に位相をずらすことで相互干渉によるビートの発生を
防ぐだけのものである。
それぞれ電力密度のみをモニタ、制御するものが一般的
である。さらに加えて第３図の電気的構成図に示すが如
く位相をずらすことが可能なシステムもあるが、これは
単に位相をずらすことで相互干渉によるビートの発生を
防ぐだけのものである。
前述の電力密度を制御する方法は、スパッタレートが
電力に比例するという仮定の下で成り立つもので、そん
ためにはスパッタ率が電圧に比例しなければならない。
通常マグネトロンカソードに印加する電圧は400V前後で
ありこの領域では上述の仮定も成立する。しかしながら
基板を保持するホルダ部はマグネトロン構造となってい
ないがために低電力を印加した場合でさえも高い電圧
（数KV）が発生し、第４図のイオン加速電圧に伴なうス
パッタ率の変化図に示すようにスパッタ率は電圧に比例
しなくなる。従って前記基板ホルダ部に高い電圧を発生
させてもスパッタ率は向上せず、むしろ基板が高速イオ
ンによりダメージを受けたり、加熱されたという欠点が
目立ってくる。
電力に比例するという仮定の下で成り立つもので、そん
ためにはスパッタ率が電圧に比例しなければならない。
通常マグネトロンカソードに印加する電圧は400V前後で
ありこの領域では上述の仮定も成立する。しかしながら
基板を保持するホルダ部はマグネトロン構造となってい
ないがために低電力を印加した場合でさえも高い電圧
（数KV）が発生し、第４図のイオン加速電圧に伴なうス
パッタ率の変化図に示すようにスパッタ率は電圧に比例
しなくなる。従って前記基板ホルダ部に高い電圧を発生
させてもスパッタ率は向上せず、むしろ基板が高速イオ
ンによりダメージを受けたり、加熱されたという欠点が
目立ってくる。
そこで一般的には印加する電圧を小さくするため電力
を低くおさえるのだが、電流すなわち基板に入射するイ
オンの量までが少なくなりバイアス効果が薄れてしまう
ということになる。
を低くおさえるのだが、電流すなわち基板に入射するイ
オンの量までが少なくなりバイアス効果が薄れてしまう
ということになる。
この様なことを防ぐために基板ホルダをマグネトロン
タイプにした例もあるが、基板表面の電力密度に著しい
分布が発生するため適当ではない。
タイプにした例もあるが、基板表面の電力密度に著しい
分布が発生するため適当ではない。
そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、
基板に印加する電力は一定の下で基板表面の電圧を小さ
くし、同時に入射するイオン量を増やすことにより、均
一にかつ低温、低ダメージで膜特性改善、ステップカバ
レッジ等が良好なバイアススパッタ装置を提供するもの
である。
基板に印加する電力は一定の下で基板表面の電圧を小さ
くし、同時に入射するイオン量を増やすことにより、均
一にかつ低温、低ダメージで膜特性改善、ステップカバ
レッジ等が良好なバイアススパッタ装置を提供するもの
である。
上記問題点を解決するために本発明の高周波バイアス
スパッタ装置は、スパッタリングソース源としてのター
ゲットと、被処理材を保持する基板ホルダを収容した真
空容器と、前記ターゲットおよび基板ホルダを陰極とし
て、それぞれ真空容器との間に所定の電圧を印加して放
電をおこさせる高周波電源と、前記ターゲットと基板ホ
ルダとに印加する２つの高周波電圧の位相をずらすこと
が可能な手段と、位相をずらすことにより変化する前記
被処理材表面に発生する直流自己バイアス電圧もしくは
高周波ピークツーピーク電圧を検出する手段と、前記検
出した電圧が最低となるように位相を制御する手段もし
くは、検出した電圧があらかじめ設定した値と等しくな
るように位相を制御する手段とを具備してなることを特
徴とする。
スパッタ装置は、スパッタリングソース源としてのター
ゲットと、被処理材を保持する基板ホルダを収容した真
空容器と、前記ターゲットおよび基板ホルダを陰極とし
て、それぞれ真空容器との間に所定の電圧を印加して放
電をおこさせる高周波電源と、前記ターゲットと基板ホ
ルダとに印加する２つの高周波電圧の位相をずらすこと
が可能な手段と、位相をずらすことにより変化する前記
被処理材表面に発生する直流自己バイアス電圧もしくは
高周波ピークツーピーク電圧を検出する手段と、前記検
出した電圧が最低となるように位相を制御する手段もし
くは、検出した電圧があらかじめ設定した値と等しくな
るように位相を制御する手段とを具備してなることを特
徴とする。
本発明の上記の構成によれば、ターゲットに印加した
高周波電圧と基板に印加した高周波電圧の位相をずら
し、電子及びイオンに掛かる電界を変化させることによ
り、基板に印加する高周波電力は一定のまで基板表面の
高周波電圧をコントロールできる。
高周波電圧と基板に印加した高周波電圧の位相をずら
し、電子及びイオンに掛かる電界を変化させることによ
り、基板に印加する高周波電力は一定のまで基板表面の
高周波電圧をコントロールできる。
このことは電流値すなわち基板へ入射するイオン量も
制御していることであり、たとえば高周波電圧を最低に
し電流値を上昇させることにより、低ダメージ、低温で
の膜特性改善、効率的なステップカバレッジ等が可能と
なる。
制御していることであり、たとえば高周波電圧を最低に
し電流値を上昇させることにより、低ダメージ、低温で
の膜特性改善、効率的なステップカバレッジ等が可能と
なる。
第１図は、本発明の実施例の電気的構成図である。第
１図において、同一周波数を得るための水晶発振子１よ
り２ケの高周波信号の位相をずらすことが可能な位相シ
フタ４を通し、一方はターゲット用高周波電力増幅器３
からインピーダンスマッチング回路６を経てターゲット
用電極11へ接続する。他方は同様に基板バイアス用高周
波電力増幅器２からインピーダンスマッチング回路５を
経て基板バイアス用電極10へ接続する。基板バイアス用
電極10に基板表面に発生する基板バイアス電圧を検出す
るための回路９を取り付け、さらに位相をずらした時こ
の検出された電圧が最低かどうかを知るための微分回路
８を通し、位相制御器７から位相シフタ４へ接続する。
なお微分回路８はメモリ等を使った比較回路でも良いこ
とはいうまでもない。
１図において、同一周波数を得るための水晶発振子１よ
り２ケの高周波信号の位相をずらすことが可能な位相シ
フタ４を通し、一方はターゲット用高周波電力増幅器３
からインピーダンスマッチング回路６を経てターゲット
用電極11へ接続する。他方は同様に基板バイアス用高周
波電力増幅器２からインピーダンスマッチング回路５を
経て基板バイアス用電極10へ接続する。基板バイアス用
電極10に基板表面に発生する基板バイアス電圧を検出す
るための回路９を取り付け、さらに位相をずらした時こ
の検出された電圧が最低かどうかを知るための微分回路
８を通し、位相制御器７から位相シフタ４へ接続する。
なお微分回路８はメモリ等を使った比較回路でも良いこ
とはいうまでもない。
このシステムは、まずターゲット用高周波電力をター
ゲットに印加し放電をおこさせる。次に前記ターゲット
用高周波電圧と同位相の高周波電圧を基板へ印加し、タ
ーゲット用高周波電圧より位相の遅れる方向へシフトさ
せる。この時基板へ印加する高周波電力は一定とする。
ここで基板表面に発生する基板バイアス電圧を検出し、
さらに電圧が下降しているか上昇する方向かを微分回路
８で判断し、下降していれば負、上昇していれば正の信
号をそれぞれ傾きに応じた電圧で位相制御器７へ出力す
る。位相制御器７は負の電圧を入力すればさらに位相を
遅らしその差を広げるべく、また正の電圧を受ければ逆
方向へ位相をずらすべく位相シフトをドライブする。こ
うすることにより、基板には一定電力の下で最低の電圧
が掛かることになる。
ゲットに印加し放電をおこさせる。次に前記ターゲット
用高周波電圧と同位相の高周波電圧を基板へ印加し、タ
ーゲット用高周波電圧より位相の遅れる方向へシフトさ
せる。この時基板へ印加する高周波電力は一定とする。
ここで基板表面に発生する基板バイアス電圧を検出し、
さらに電圧が下降しているか上昇する方向かを微分回路
８で判断し、下降していれば負、上昇していれば正の信
号をそれぞれ傾きに応じた電圧で位相制御器７へ出力す
る。位相制御器７は負の電圧を入力すればさらに位相を
遅らしその差を広げるべく、また正の電圧を受ければ逆
方向へ位相をずらすべく位相シフトをドライブする。こ
うすることにより、基板には一定電力の下で最低の電圧
が掛かることになる。
上記の構成で基板表面に発生する基板バイアス電圧及
び基板温度を測定した。第５図は縦軸に時間、横軸は上
段がターゲットに掛かる高周波電圧、下段が基板に掛か
る基板バイアス電圧を示す。（ａ）はターゲットに掛か
る電圧と基板に掛かる電圧が同相の場合、（ｂ）は基板
に掛かる電圧の位相をターゲットに掛かる電圧の位相よ
りπ/2（90゜）遅らせたときの状態を示す。基板表面に
掛かる基板バイアス電圧、すなわち第１図における基板
バイアス用電極10に発生する基板バイアス電圧は時間経
過と共に変化し、第５図（ａ）（ｂ）の下段に示す高周
波電圧22、23ような交流波形となる。この基板表面に掛
かる基板バイアス電圧の交流波形において、最大値と最
小値の間隔の値を高周波ピークツーピーク電圧、交流波
形を直流成分に変換したものを直流自己バイアス電圧と
定義する。
び基板温度を測定した。第５図は縦軸に時間、横軸は上
段がターゲットに掛かる高周波電圧、下段が基板に掛か
る基板バイアス電圧を示す。（ａ）はターゲットに掛か
る電圧と基板に掛かる電圧が同相の場合、（ｂ）は基板
に掛かる電圧の位相をターゲットに掛かる電圧の位相よ
りπ/2（90゜）遅らせたときの状態を示す。基板表面に
掛かる基板バイアス電圧、すなわち第１図における基板
バイアス用電極10に発生する基板バイアス電圧は時間経
過と共に変化し、第５図（ａ）（ｂ）の下段に示す高周
波電圧22、23ような交流波形となる。この基板表面に掛
かる基板バイアス電圧の交流波形において、最大値と最
小値の間隔の値を高周波ピークツーピーク電圧、交流波
形を直流成分に変換したものを直流自己バイアス電圧と
定義する。
本実験でターゲット（４インチφ）へ200W基板（12cm
φ）へ40Wとそれぞれ一定電力とし、ターゲットに掛か
る電圧21に対してπ/2だけ位相を遅らせた時基板に掛る
高周波電圧23は最低となり、位相をずらす前すなわち同
相の時の高周波電圧22の2/3位の値となり、同様に高周
波電圧23の高周波ピークツーピーク電圧及び直流自己バ
イアス電圧も高周波電圧22の高周波ピークツーピーク電
圧及び直流自己バイアス電圧の2/3位の値となった。
φ）へ40Wとそれぞれ一定電力とし、ターゲットに掛か
る電圧21に対してπ/2だけ位相を遅らせた時基板に掛る
高周波電圧23は最低となり、位相をずらす前すなわち同
相の時の高周波電圧22の2/3位の値となり、同様に高周
波電圧23の高周波ピークツーピーク電圧及び直流自己バ
イアス電圧も高周波電圧22の高周波ピークツーピーク電
圧及び直流自己バイアス電圧の2/3位の値となった。
また、基板温度も145℃から95℃と減少した。このこ
とは電流値すなわち基板へ入射するイオン量も制御して
いる結果である。一般にスパッタレートは直流自己バイ
アス電圧に比例し、また電流にも比例する。高周波ピー
クツーピーク電圧を小さくするということは、同一の高
周波電力ならばプラズマ密度を大きくして電流を大きく
でき、その結果直流自己バイアス電圧は低い方へシフト
する。従って、同一電力のもとで高周波ピークツーピー
ク電圧を小さくすることは直流自己バイアス電圧を小さ
くすることと同義となる。なお膜厚は両方とも一致し
た。
とは電流値すなわち基板へ入射するイオン量も制御して
いる結果である。一般にスパッタレートは直流自己バイ
アス電圧に比例し、また電流にも比例する。高周波ピー
クツーピーク電圧を小さくするということは、同一の高
周波電力ならばプラズマ密度を大きくして電流を大きく
でき、その結果直流自己バイアス電圧は低い方へシフト
する。従って、同一電力のもとで高周波ピークツーピー
ク電圧を小さくすることは直流自己バイアス電圧を小さ
くすることと同義となる。なお膜厚は両方とも一致し
た。
このことより、ターゲット及び基板に印加する高周波
電力は一定の下で、電圧の位相をずらすことにより、高
効率、低ダメージ、低温でのバイアススパッタが可能と
いえる。
電力は一定の下で、電圧の位相をずらすことにより、高
効率、低ダメージ、低温でのバイアススパッタが可能と
いえる。
第２図は本発明の別の実施例の電気的構成図である。
第１図に示す実施例との相違点は、高周波ピークツーピ
ーク電圧をあらかじめ設定する回路12があり、この設定
値と実際の基板表面の高周波ピークツーピーク電圧を検
出する回路９より測定された値とを比較回路８で比較
し、両者が一致するように位相を制御するところにあ
る。本構成だと、一定電力の下で任意の基板バイアス電
圧におけるスパッタリングが可能であり、より広範な制
御が可能となる。
第１図に示す実施例との相違点は、高周波ピークツーピ
ーク電圧をあらかじめ設定する回路12があり、この設定
値と実際の基板表面の高周波ピークツーピーク電圧を検
出する回路９より測定された値とを比較回路８で比較
し、両者が一致するように位相を制御するところにあ
る。本構成だと、一定電力の下で任意の基板バイアス電
圧におけるスパッタリングが可能であり、より広範な制
御が可能となる。
本発明はスパッタ装置のみならず２電極へ高周波電圧
を印加し、プラズマを発生させ得る装置ならば、全てに
おいて使用でき特にエッチャーのPE、RIE両モード同時
印加には効果を示すことを付記する。
を印加し、プラズマを発生させ得る装置ならば、全てに
おいて使用でき特にエッチャーのPE、RIE両モード同時
印加には効果を示すことを付記する。
以上述べたように、発明によれば、スパッタ電力、基
板バイアス電力一定の下で、両者の高周波電圧の位相を
ずらすことにより、基板に掛かる高周波電圧をコントロ
ールでき、たとえば最低電圧とすることにより、低温、
低ダメージでかつ効率的なバイアススパッタができると
いう効果を有する。
板バイアス電力一定の下で、両者の高周波電圧の位相を
ずらすことにより、基板に掛かる高周波電圧をコントロ
ールでき、たとえば最低電圧とすることにより、低温、
低ダメージでかつ効率的なバイアススパッタができると
いう効果を有する。
第１図は本発明の実施例の電気的構成図、第２図は本発
明の他の実施例の電気的構成図、第３図は従来の方式の
電気的構成図、第４図はイオン加速電圧に伴なうスパッ
タ率の変化を示す図、第５図は（ａ）がターゲット表面
と基板表面に掛かる電圧が同位、（ｂ）が基板に掛る電
圧がターゲットのそれよりπ/2だけ位相を遅らせた時の
それぞれの高周波電圧を示す図である。 １……水晶発振子 ２……基板バイアス用高周波電力増幅器 ３……ターゲット用高周波電力増幅器 ４……位相シフタ ５……基板バイアス用インピーダンスマッチング回路 ６……ターゲット用インピーダンスマッチング回路 ７……位相制御器 ８……微分回路 ９……高周波ピークツーピーク電圧検出回路 10……基板バイアス用電極 11……ターゲット用電極 12……高周波ピークツーピーク電圧設定回路 21……ターゲット印加高周波電圧 22……ターゲット印加高周波電圧と同相の時の基板高周
波電圧 23……ターゲット印加高周波電圧よりπ/2だけ位相が遅
れた基板高周波電圧
明の他の実施例の電気的構成図、第３図は従来の方式の
電気的構成図、第４図はイオン加速電圧に伴なうスパッ
タ率の変化を示す図、第５図は（ａ）がターゲット表面
と基板表面に掛かる電圧が同位、（ｂ）が基板に掛る電
圧がターゲットのそれよりπ/2だけ位相を遅らせた時の
それぞれの高周波電圧を示す図である。 １……水晶発振子 ２……基板バイアス用高周波電力増幅器 ３……ターゲット用高周波電力増幅器 ４……位相シフタ ５……基板バイアス用インピーダンスマッチング回路 ６……ターゲット用インピーダンスマッチング回路 ７……位相制御器 ８……微分回路 ９……高周波ピークツーピーク電圧検出回路 10……基板バイアス用電極 11……ターゲット用電極 12……高周波ピークツーピーク電圧設定回路 21……ターゲット印加高周波電圧 22……ターゲット印加高周波電圧と同相の時の基板高周
波電圧 23……ターゲット印加高周波電圧よりπ/2だけ位相が遅
れた基板高周波電圧
Claims (1)
- 【請求項１】スパッタグリンソース源としてのターゲッ
トと、被処理材を保持する基板ホルダを収容した真空容
器と、前記ターゲットおよび基板ホルダを陰極として、
それぞれ真空容器との間に所定の電圧を印加して放電を
おこさせる高周波電源と、前記ターゲットと基板ホルダ
とに印加する２つの高周波電圧の位相をずらすことが可
能な手段と、位相をずらすことにより変化する前記被処
理材表面に発生する直流自己バイアス電圧もしくは高周
波ピークツーピーク電圧を検出する手段と前記検出した
電圧が最低になるように位相を制御する手段もしくは、
検出した電圧があらかじめ設定した値と等しくなるよう
に位相を制御する手段とを具備してなることを特徴とす
る高周波バイアススパツタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62166403A JP2643153B2 (ja) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | 高周波バイアススパッタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62166403A JP2643153B2 (ja) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | 高周波バイアススパッタ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6411971A JPS6411971A (en) | 1989-01-17 |
| JP2643153B2 true JP2643153B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=15830771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62166403A Expired - Lifetime JP2643153B2 (ja) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | 高周波バイアススパッタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2643153B2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0747820B2 (ja) * | 1989-09-22 | 1995-05-24 | 株式会社日立製作所 | 成膜装置 |
| US6190432B1 (en) | 1999-02-26 | 2001-02-20 | Donaldson Company, Inc. | Filter arrangement; sealing system; and methods |
| EP1159052B2 (en) | 1999-02-26 | 2011-08-03 | Donaldson Company, Inc. | Sealing system for filter |
| US6348084B1 (en) | 1999-11-05 | 2002-02-19 | Donaldson Company, Inc. | Filter element, air cleaner, and methods |
| US6348085B1 (en) | 1999-11-10 | 2002-02-19 | Donaldson Company, Inc. | Filter arrangement and methods |
| US6966940B2 (en) | 2002-04-04 | 2005-11-22 | Donaldson Company, Inc. | Air filter cartridge |
| DE60311092T3 (de) | 2002-05-09 | 2009-10-15 | Donaldson Co., Inc., Minneapolis | Luftfilter mit gefalteten filtermedien |
| CA2516007C (en) | 2003-02-11 | 2014-09-02 | Donaldson Company, Inc. | Air cleaner arrangements; serviceable filter elements; and, methods |
| WO2005063361A1 (en) | 2003-12-22 | 2005-07-14 | Donaldson Company, Inc. | Filter element comprising a seal arrangement and method for making the same |
| PL3470130T3 (pl) | 2004-03-24 | 2022-01-17 | Donaldson Company, Inc. | Wkład filtra powietrza i układ oczyszczacza powietrza |
| AU2005240577B2 (en) | 2004-04-30 | 2010-11-04 | Donaldson Company, Inc. | Filter arrangements; housings; assemblies; and, methods |
| US7905936B2 (en) | 2004-04-30 | 2011-03-15 | Donaldson Company, Inc. | Filter arrangements; housing; assemblies; and, methods |
| KR101646891B1 (ko) | 2005-10-11 | 2016-08-08 | 도날드슨 컴파니, 인코포레이티드 | 에어 필터 배열, 조립체, 및 방법 |
| CN101405068B (zh) | 2005-11-09 | 2011-09-14 | 唐纳森公司 | 过滤元件的密封结构；过滤元件组件和方法 |
| JP4803579B2 (ja) * | 2005-12-22 | 2011-10-26 | 株式会社吉野工業所 | 計量・注出用装置を有する閉蓋具 |
| US8728193B2 (en) | 2007-09-07 | 2014-05-20 | Donaldson Company, Inc. | Air filter assembly; components thereof and methods |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5538946A (en) * | 1978-09-12 | 1980-03-18 | Fujitsu Ltd | Sputtering apparatus |
| JPS624864A (ja) * | 1985-06-28 | 1987-01-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | バイアススパツタリング装置 |
-
1987
- 1987-07-03 JP JP62166403A patent/JP2643153B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6411971A (en) | 1989-01-17 |
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