JP4436350B2 - Thin film forming method and thin film forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、スパッタリングなどの薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関し、特に、真空チャンバ内にターゲット対を複数並設し、大面積の被処理基板に薄膜を形成する薄膜形成方法及びこの交流電源を有する薄膜形成装置に関する。 The present invention relates to a thin film forming method such as sputtering and a thin film forming apparatus, and in particular, includes a thin film forming method in which a plurality of target pairs are arranged in parallel in a vacuum chamber and a thin film is formed on a substrate to be processed, and this AC power supply. The present invention relates to a thin film forming apparatus.
スパッタリングによって大面積の被処理基板に薄膜を形成する場合には、真空チャンバ内で被処理基板に対向させてターゲット対を複数並設し、各ターゲット対ごとに接続した交流電源を介して所定の周波数で交互に極性をかえて交流電圧を印加し、各ターゲット対を構成する2つのターゲットをアノード電極とカソード電極とに交互に切り替え、このアノード電極及びカソード電極間にグロー放電を生じさせてプラズマ雰囲気を形成し、各ターゲット対をスパッタリングする方法がある。 When forming a thin film on a substrate to be processed having a large area by sputtering, a plurality of target pairs are arranged in parallel in a vacuum chamber so as to face the substrate to be processed, and a predetermined power source is connected via an AC power source connected to each target pair. An alternating voltage is applied alternately with a frequency, and two targets constituting each target pair are alternately switched between an anode electrode and a cathode electrode, and a glow discharge is generated between the anode electrode and the cathode electrode to generate plasma. There is a method of forming an atmosphere and sputtering each target pair.
この場合、各ターゲット対で同時にグロー放電を開始すると、上記交流電源に備えられた各発振器の持つ固有の周波数の微小な差異や位相の差異によって、放電が不安定に揺らぐ現象が発生する。この放電の揺らぎは、膜厚の面内分布の不均一を生じさせ、良好な成膜を阻害するおそれがあった。 In this case, when glow discharge is simultaneously started in each target pair, a phenomenon in which the discharge is unstablely fluctuated due to a minute difference in frequency or a phase difference inherent in each oscillator included in the AC power supply. This fluctuation of discharge may cause in-plane distribution of film thickness to be non-uniform, which may hinder good film formation.
そこで、従来、上記各交流電源の出力周波数及び出力位相を同期させることによってグロー放電が不安定に揺らぐことのないスパッタリング装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このスパッタリング装置では、代表する所定の交流電源(マスター交流電源)の発振器のみを使用してすべてのターゲット対で発振出力を行なうようにし、上記マスター交流電源以外の交流電源に備えられた発振器は使用しないようにして同期処理を行なっていた。
ところで、上記並設した複数のターゲット対のうち、異なる交流電源に接続された相互に隣接するターゲット間は、浮遊静電容量を介して結合されている。 By the way, among the plurality of target pairs arranged side by side, targets adjacent to each other connected to different AC power sources are coupled via a floating electrostatic capacitance.
上記従来のスパッタリング装置では、各交流電源の出力周波数及び出力位相を同期させることはできても、上記相互に隣接するターゲット間の出力は調整していないため、このターゲット間の出力電位差を原因とするグロー放電の揺らぎが発生し、安定したプラズマ雰囲気が形成されないという問題があった。 In the above conventional sputtering apparatus, although the output frequency and output phase of each AC power supply can be synchronized, the output between the targets adjacent to each other is not adjusted. The glow discharge fluctuates and a stable plasma atmosphere is not formed.
また、上記相互に隣接するターゲット間で各交流電源の出力電位差が大きい場合に、異常放電が生じると、大きなアークエネルギーが発生することによって、ターゲットが溶解して巨大飛沫が付着するスプラッシュが生じ、良好な薄膜形成を阻害するという問題があった。 In addition, when an abnormal discharge occurs when the output potential difference of each AC power source between the targets adjacent to each other is large, a large arc energy is generated, resulting in a splash in which the target is melted and huge droplets are attached, There was a problem of inhibiting good thin film formation.
さらに、上記従来のスパッタリング装置で、上記異常放電の発生に伴って、実際に大きなアークエネルギーが生じた場合に、アーク放電が生じたターゲット対に接続された交流電源の出力を遮断しただけでは、このターゲット対に隣接し、浮遊静電容量を介して結合しているターゲット対で発生したプラズマからエネルギーが供給されるため、発生したアーク放電が消弧しにくいという問題があった。 Furthermore, in the above-mentioned conventional sputtering apparatus, when a large arc energy is actually generated in association with the occurrence of the abnormal discharge, by simply shutting off the output of the AC power source connected to the target pair in which the arc discharge has occurred, Since energy is supplied from the plasma generated in the target pair adjacent to the target pair and coupled via the floating capacitance, there is a problem that the generated arc discharge is difficult to extinguish.
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、上記異なる交流電源に接続された相互に隣接するターゲット間の出力電位差を原因とするグロー放電の揺らぎを抑えて安定したプラズマ雰囲気を形成するとともに、上記大きなアークエネルギーの発生を抑え、さらに、上記アーク放電が生じた場合でも、アーク放電による被害を最小限に抑えることができる薄膜形成方法、及びこれらの薄膜形成方法の実施が可能な薄膜形成装置を提供することを課題とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention forms a stable plasma atmosphere while suppressing fluctuations in glow discharge caused by an output potential difference between mutually adjacent targets connected to the different AC power sources. A thin film forming method capable of suppressing generation of large arc energy and further minimizing damage due to arc discharge even when the arc discharge occurs, and a thin film forming apparatus capable of performing these thin film forming methods The issue is to provide.
上記課題を解決するため、本発明にかかる薄膜形成方法は、真空チャンバ内で被処理基板に対向させてターゲット対を複数並設し、各ターゲット対ごとに接続した交流電源を介して所定の周波数で交互に極性をかえて交流電圧を出力し、各ターゲット対を構成する2つのターゲットをアノード電極とカソード電極とに交互に切り替え、このアノード電極及びカソード電極間にグロー放電を生じさせてプラズマ雰囲気を形成し、各ターゲット対をスパッタリングして上記被処理基板に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
上記並設したターゲット対のうち、異なる交流電源に接続された相互に隣接するターゲット間の上記出力を比較し、出力電位差が所定値を超えた場合に、上記交流電源の出力を調整して出力電位差を上記所定値以下に収束させることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a thin film forming method according to the present invention includes a plurality of target pairs arranged in parallel in a vacuum chamber so as to face a substrate to be processed, and a predetermined frequency via an AC power source connected to each target pair. The AC voltage is output alternately with the alternating current, and the two targets constituting each target pair are alternately switched between the anode electrode and the cathode electrode, and a glow discharge is generated between the anode electrode and the cathode electrode to generate a plasma atmosphere. Forming a thin film on the substrate to be processed by sputtering each target pair,
Compare the outputs between adjacent targets connected to different AC power sources among the parallel target pairs, and adjust the output of the AC power source when the output potential difference exceeds a predetermined value The potential difference is converged below the predetermined value.
この方法によれば、上記相互に隣接するターゲット間の出力電位差を収束させて調整することができるため安定したプラズマ雰囲気を形成することができ、異常放電が生じた場合でも、大きなアークエネルギーの発生を抑えることが可能になる。 According to this method, the output potential difference between the targets adjacent to each other can be converged and adjusted, so that a stable plasma atmosphere can be formed, and even when abnormal discharge occurs, large arc energy is generated. Can be suppressed.
上記各交流電源から同時に出力し、各交流電源の出力が同じである場合には、上記相互に隣接するターゲット間では、出力位相がほぼ反転する。そこで、このような場合、上記出力の調整は、上記相互に隣接するターゲット間の出力位相を180度ずらして極性を反転させることによって出力電位差を収束させればよい。 When the AC power supplies are simultaneously output and the outputs of the AC power supplies are the same, the output phase is substantially inverted between the targets adjacent to each other. Therefore, in such a case, the adjustment of the output may be performed by converging the output potential difference by inverting the polarity by shifting the output phase between the adjacent targets by 180 degrees.
上記出力の調整を行う順序は、たとえば、いずれか一個の交流電源を起点として、この起点となるターゲット対から並設方向外側に向かって上記各交流電源の出力を順次調整していくようにすればよい。 The order of adjusting the output is, for example, such that the output of each AC power supply is sequentially adjusted from any one AC power supply as a starting point toward the outside in the juxtaposition direction from the target pair serving as the starting point. That's fine.
この場合、上記起点となる交流電源に隣接する交流電源の出力を調整した後、この調整された交流電源をさらなる起点として、順次上記並設方向外側に向かって隣接する各交流電源の出力を調整するようにしてもよい。 In this case, after adjusting the output of the AC power supply that is adjacent to the AC power supply that is the starting point, the output of each AC power supply that is adjacent to the outside in the juxtaposed direction is sequentially adjusted using the adjusted AC power supply as a further starting point. You may make it do.
上記出力の調整は、交流電源の出力を制御する信号を生成し、上記出力を調整する交流電源にこの信号を送信することにより行うようにすればよい。この制御信号は、上記起点となる交流電源で生成し、この起点となる交流電源から出力を調整する交流電源に送信するようにしてもよい。 The output adjustment may be performed by generating a signal for controlling the output of the AC power source and transmitting this signal to the AC power source for adjusting the output. The control signal may be generated by the AC power source serving as the starting point, and transmitted from the AC power source serving as the starting point to an AC power source that adjusts the output.
上記並設された複数のターゲット対のうち、いずれかのターゲット対でアーク放電が発生した場合には、このアーク放電が発生したターゲット対への出力を遮断するとともに、アーク放電が発生していない他のターゲット対への出力も同時に遮断するようにすればよい。 When an arc discharge occurs in any one of the plurality of target pairs arranged in parallel, the output to the target pair in which the arc discharge has occurred is cut off and no arc discharge has occurred. What is necessary is just to interrupt | block the output to another target pair simultaneously.
このようにすれば、上記異常放電の発生によって、大きなアークエネルギーが生じた場合、アーク放電が生じたターゲット対に接続された交流電源の出力を遮断したときに、このターゲット対に隣接するターゲット対で発生したプラズマからエネルギーが供給されることを阻止することができる。 In this way, when a large arc energy is generated due to the occurrence of the abnormal discharge, when the output of the AC power source connected to the target pair where the arc discharge is generated is cut off, It is possible to prevent energy from being supplied from the plasma generated in the above.
上記課題を解決するため、本発明にかかる薄膜形成装置は、真空チャンバ内に配置された被処理基板に対向させてターゲット対を複数並設し、各ターゲット対ごとに接続された交流電源を備えた薄膜形成装置であって、上記並設したターゲット対のうち、異なる交流電源に接続された相互に隣接するターゲット間の出力を比較し、出力電位差が所定値を超えた場合に、上記交流電源の出力を調整して出力電位差を上記所定値以下に収束させる調整手段を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a thin film forming apparatus according to the present invention includes a plurality of target pairs arranged in parallel so as to face a substrate to be processed disposed in a vacuum chamber, and includes an AC power source connected to each target pair. The thin film forming apparatus compares the outputs between adjacent targets connected to different AC power sources among the target pairs arranged side by side, and the AC power source when the output potential difference exceeds a predetermined value And adjusting means for adjusting the output potential to converge the output potential difference to the predetermined value or less.
上記調整手段は、出力を制御する信号を生成する信号生成手段と、出力を調整する交流電源にこの信号を送信する送信手段とを有するものであってもよい。 The adjusting unit may include a signal generating unit that generates a signal for controlling the output, and a transmitting unit that transmits the signal to an AC power source that adjusts the output.
この場合、上記調整処理を行なうために起点となる交流電源が上記調整処理手段を有するように構成してもよい。 In this case, you may comprise so that the alternating current power supply used as the starting point in order to perform the said adjustment process may have the said adjustment process means.
また、上記薄膜形成装置に上記調整手段を備えた制御装置を設けてもよい。 The thin film forming apparatus may be provided with a control device provided with the adjusting means.
上記各交流電源が、接続されているターゲット対でアーク放電が発生した場合に、このアーク放電を検知するアーク検知手段と、このアーク検知手段によりアーク放電が検知されると、このターゲット対への出力を遮断するとともに、他のターゲット対への出力も同時に遮断するために各交流電源の出力を制御する出力制御手段とを有するものであってもよい。 When an arc discharge occurs in the target pair to which each of the AC power supplies is connected, an arc detection means for detecting the arc discharge, and when the arc discharge is detected by the arc detection means, It may have an output control means for controlling the output of each AC power source in order to cut off the output and simultaneously cut off the output to other target pairs.
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる薄膜形成方法及び薄膜形成装置は、並設した複数のターゲット対のうち、異なる交流電源に接続され、相互に隣接し、浮遊静電容量を介して結合しているターゲット間で、出力電位差を生じさせないようにすることができるため、安定したプラズマ状態を維持するとともに、アーク放電の発生を効果的に抑え良好な薄膜の形成を実現することができるという効果を奏する。 As is clear from the above description, the thin film forming method and thin film forming apparatus according to the present invention are connected to different AC power sources among a plurality of target pairs arranged in parallel, adjacent to each other, and via a floating capacitance. Therefore, it is possible to prevent an output potential difference from occurring between the targets that are coupled together, thereby maintaining a stable plasma state and effectively suppressing the occurrence of arc discharge and realizing a good thin film formation. There is an effect that can be done.
図1は、本発明にかかる薄膜形成装置の基本構成図を示したものである。この薄膜形成装置は、ターゲット対を複数並設して大面積の被処理基板に薄膜を形成するものである。並設するターゲット対の数は、被処理基板の面積に応じて決まるが、図1では、説明の便宜上、ターゲット対は2対とした。 FIG. 1 shows a basic configuration diagram of a thin film forming apparatus according to the present invention. In this thin film forming apparatus, a plurality of target pairs are arranged side by side to form a thin film on a substrate having a large area. The number of target pairs arranged side by side is determined according to the area of the substrate to be processed, but in FIG. 1, for convenience of explanation, the number of target pairs is two.
図1を参照して、1は本発明にかかる薄膜形成装置の真空チャンバである。真空チャンバ1は、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段2を介して所定の真空度を保持する。真空チャンバ1内の上部には、キャリア等の基板搬送手段3が設けられ、駆動手段(図示せず)を間欠駆動させて被処理基板Sを順次搬送する。真空チャンバ1内には、ガス導入手段4によりArなどのスパッタガスやO2、H2O、H2、N2などの反応ガスが一定の流量で導入される。 Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber of a thin film forming apparatus according to the present invention. The vacuum chamber 1 maintains a predetermined degree of vacuum via a vacuum exhaust means 2 such as a rotary pump or a turbo molecular pump. A substrate transport means 3 such as a carrier is provided in the upper part of the vacuum chamber 1 and the substrate to be processed S is sequentially transported by intermittently driving a drive means (not shown). A sputtering gas such as Ar and a reactive gas such as O 2 , H 2 O, H 2 , and N 2 are introduced into the vacuum chamber 1 at a constant flow rate by the gas introduction means 4.
真空チャンバ1内で被処理基板Sに対向させてターゲット対T1及びターゲット対T2が並設されている。ターゲット対T1には交流電源E1が接続され、ターゲット対T2には、交流電源E2が接続されている。交流電源E1と交流電源E2とは、通信ケーブルKを介して通信自在に接続されている。 A target pair T1 and a target pair T2 are arranged side by side in the vacuum chamber 1 so as to face the substrate S to be processed. An AC power supply E1 is connected to the target pair T1, and an AC power supply E2 is connected to the target pair T2. The AC power supply E1 and the AC power supply E2 are communicatively connected via a communication cable K.
ターゲット対T1を構成する2つのターゲットt11及びt12と、T2を構成する2つのターゲットt21及びt22とは、交流電源E1、E2を介して所定の周波数で交互に極性をかえて交流電圧が出力され、アノード電極とカソード電極とに交互に切り替わる。このアノード電極及びカソード電極間にグロー放電が生じプラズマ雰囲気Pを形成し、ターゲット対T1とターゲット対T2とをスパッタリングして被処理基板Sに薄膜を形成する。 The two targets t11 and t12 constituting the target pair T1 and the two targets t21 and t22 constituting the T2 are alternately changed in polarity at a predetermined frequency via the AC power sources E1 and E2, and an AC voltage is output. The anode electrode and the cathode electrode are alternately switched. A glow discharge is generated between the anode electrode and the cathode electrode to form a plasma atmosphere P, and the target pair T1 and the target pair T2 are sputtered to form a thin film on the substrate S to be processed.
図1では、ターゲット対T1のターゲットt11側がアノード電極、t12側がカソード電極になり、ターゲット対T2のターゲットt21側がアノード電極、t22側がカソード電極になっている場合を示し、さらにこのときの交流電源E1、交流電源E2の出力波形を各交流電源の下に記載した。 FIG. 1 shows a case where the target t11 side of the target pair T1 is an anode electrode, the t12 side is a cathode electrode, the target t21 side of the target pair T2 is an anode electrode, and the t22 side is a cathode electrode. Further, the AC power supply E1 at this time The output waveform of the AC power supply E2 is shown under each AC power supply.
なお、ターゲット対T1のターゲットt12とターゲット対T2のターゲットt21との間は浮遊静電容量を介して結合されている。 The target t12 of the target pair T1 and the target t21 of the target pair T2 are coupled via a floating capacitance.
図2は、図1で説明した交流電源E1の基本的な回路構成図を示したものである。図2では、交流電源E1について説明しているが、交流電源E2も同じ構成である。 FIG. 2 shows a basic circuit configuration diagram of the AC power supply E1 described in FIG. Although FIG. 2 illustrates the AC power supply E1, the AC power supply E2 has the same configuration.
交流電源E1は、電力の供給を可能とする電力供給部10と、所定の周波数で交互に極性をかえて電圧をターゲット対T1に出力する発振部20とから構成される。 The AC power supply E1 includes a power supply unit 10 that can supply power and an oscillation unit 20 that alternately changes polarity at a predetermined frequency and outputs a voltage to the target pair T1.
電力供給部10は、その作動を制御する第1のCPU回路101と、商用の交流電源(3相AC200V)が入力される入力部102と、入力された交流電力を整流して直流電力に変換する6個のダイオード103とを有し、直流電力ライン104a、104bを介して直流電力を発振部20に出力する役割を果たす。 The power supply unit 10 includes a first CPU circuit 101 that controls the operation thereof, an input unit 102 to which a commercial AC power supply (three-phase AC200V) is input, and rectifies the input AC power to convert it into DC power. 6 diodes 103 that serve to output DC power to the oscillating unit 20 via the DC power lines 104a and 104b.
また、電力供給部10には、直流電力ライン104a、104b間に設けられたスイッチングトランジスタ105と、第1のCPU回路101に通信自在に接続され、スイッチングトランジスタ105のオン、オフを制御する第1のドライバー回路106a及び第1のPMW制御回路106bとが設けられている。この場合、電流検出センサ及び電圧検出トランスを有し、直流電力ライン104a、104b間の電流、電圧を検出する検出回路107a及びAD変換回路107bが設けられ、検出回路107a及びAD変換回路107bを介してCPU回路101に上記電流、電圧信号が入力されるようになっている。 The power supply unit 10 is connected to the switching transistor 105 provided between the DC power lines 104a and 104b and the first CPU circuit 101 so as to be communicable, and controls the on / off of the switching transistor 105. The driver circuit 106a and the first PMW control circuit 106b are provided. In this case, a detection circuit 107a and an AD conversion circuit 107b that have a current detection sensor and a voltage detection transformer and detect the current and voltage between the DC power lines 104a and 104b are provided, and the detection circuit 107a and the AD conversion circuit 107b are provided. Thus, the current and voltage signals are input to the CPU circuit 101.
他方、発振部20には、第1のCPU回路101に通信自在に接続された第2のCPU回路201と、直流電力ライン104a、104b間に設けた発振用スイッチ回路202を構成する4個の第1乃至第4のスイッチングトランジスタ202a、202b、202c、202dと、第2のCPU回路201に通信自在に接続され、各スイッチングトランジスタ202a、202b、202c、202dのオン、オフを制御する第2のドライバー回路203a及び第2PMW制御回路203bとが設けられている。 On the other hand, the oscillating unit 20 includes four CPUs 201 that are communicably connected to the first CPU circuit 101 and four oscillation switch circuits 202 provided between the DC power lines 104a and 104b. The second to fourth switching transistors 202a, 202b, 202c, and 202d are connected to the second CPU circuit 201 so as to be communicable, and the second switching transistors 202a, 202b, 202c, and 202d are controlled to turn on and off. A driver circuit 203a and a second PMW control circuit 203b are provided.
そして、第2のドライバー回路203a及び第2のPMW制御回路203bによって、例えば第1及び第4のスイッチングトランジスタ202a、202dと、第2及び第3のスイッチングトランジスタ202b、202cとのオン、オフのタイミングが反転するように各スイッチングトランジスタ202a、202b、202c、202dの作動を制御すると、発振用スイッチ回路202からの交流電力ライン204a、204bを介して正弦波の交流電源が出力できる。この場合、発振電圧、発振電流を検出する検出回路205a及びAD変換回路205bが設けられ、検出回路205a及び変換回路205bを介して第2のCPU回路201に上記電流、電圧信号が入力されるようになっている。 The second driver circuit 203a and the second PMW control circuit 203b then turn on / off timing of the first and fourth switching transistors 202a and 202d and the second and third switching transistors 202b and 202c, for example. When the operation of each switching transistor 202a, 202b, 202c, 202d is controlled so as to be inverted, a sinusoidal AC power supply can be output via the AC power lines 204a, 204b from the oscillation switch circuit 202. In this case, a detection circuit 205a and an AD conversion circuit 205b for detecting an oscillation voltage and an oscillation current are provided, and the current and voltage signals are input to the second CPU circuit 201 via the detection circuit 205a and the conversion circuit 205b. It has become.
交流電力ライン204a、204bは、公知の構造を有する出力トランス206に接続され、出力トランス206からの出力ケーブルkがターゲット対T1にそれぞれ接続されている。この場合、電流検出センサ及び電圧検出トランスを有し、ターゲット対T1への出力電圧、出力電流を検出する検出回路207a及びAD変換回路207bが設けられ、検出回路207a及びAD変換回路207bを介して第2のCPU回路201に上記出力電圧、出力電流の信号が入力されるようになっている。これにより、スパッタリング中、交流電源E1を介して一定の周波数で交互に極性をかえてターゲット対T1に一定の電圧を印加することができる。 The AC power lines 204a and 204b are connected to an output transformer 206 having a known structure, and an output cable k from the output transformer 206 is connected to the target pair T1. In this case, a detection circuit 207a and an AD conversion circuit 207b that have a current detection sensor and a voltage detection transformer and detect the output voltage and output current to the target pair T1 are provided, and the detection circuit 207a and the AD conversion circuit 207b are provided. The output voltage and output current signals are input to the second CPU circuit 201. Thereby, during sputtering, a constant voltage can be applied to the target pair T1 by alternately changing the polarity at a constant frequency via the AC power supply E1.
また、検出回路207aからの出力は、出力電圧と出力電流との出力周波数及び出力位相を検出する検出回路208aに接続され、この検出回路208aに通信自在に接続された出力位相・出力周波数制御回路208bを介して、出力電圧と出力電流の位相及び周波数が第2のCPU回路201に入力されるようになっている。これにより、第2のCPU回路201からの制御信号で第2のドライバー回路203aによって発振用スイッチ回路202の各スイッチングトランジスタ202a、202b、202c、202dのオン、オフを制御し、出力電圧と出力電流の位相が相互に略一致するように制御できる。 The output from the detection circuit 207a is connected to a detection circuit 208a for detecting the output frequency and output phase of the output voltage and output current, and an output phase / output frequency control circuit connected to the detection circuit 208a so as to be communicable. The phase and frequency of the output voltage and output current are input to the second CPU circuit 201 via 208b. Thereby, the on / off of each switching transistor 202a, 202b, 202c, 202d of the oscillation switch circuit 202 is controlled by the second driver circuit 203a by the control signal from the second CPU circuit 201, and the output voltage and output current are controlled. Can be controlled so that their phases substantially coincide with each other.
そして、基板搬送手段によって被処理基板をターゲット対T1と対向した位置に搬送し、ガス導入手段を介して所定のスパッタガスを導入する。交流電源E1を介してターゲット対T1に交流電圧を印加し、ターゲット対T1を構成する各ターゲットをアノード電極、カソード電極に交互に切替え、アノード電極及びカソード電極間にグロー放電を生じさせプラズマ雰囲気Pを形成する。これにより、プラズマ雰囲気P中のイオンがカソード電極となった一方のターゲットに向けて加速されて衝突し、ターゲット原子が飛散されることで、被処理基板表面に薄膜が形成される。 Then, the substrate to be processed is transferred to a position facing the target pair T1 by the substrate transfer means, and a predetermined sputtering gas is introduced through the gas introduction means. An AC voltage is applied to the target pair T1 via the AC power source E1, and each target constituting the target pair T1 is alternately switched between the anode electrode and the cathode electrode, and a glow discharge is generated between the anode electrode and the cathode electrode to generate a plasma atmosphere P Form. As a result, ions in the plasma atmosphere P are accelerated and collide with one target that has become the cathode electrode, and target atoms are scattered to form a thin film on the surface of the substrate to be processed.
ところで、上記グロー放電中に、何らかの原因により発生する異常放電(アーク放電)に伴って、大きなアークエネルギーが生じた場合、スプラッシュなどが発生し、良好な薄膜形成を阻害するおそれがある。 By the way, when a large arc energy is generated along with the abnormal discharge (arc discharge) generated for some reason during the glow discharge, splash or the like may occur, which may hinder good thin film formation.
そこで、発振部20に、ターゲット対T1への出力電圧波形の電圧降下時間が正常なグロー放電時よりも短時間である電圧降下を検出するアーク検出手段209を設けた。さらに、このアーク検出手段209でアーク放電発生を検出すると、電圧降下出力信号を通信自在に接続した第2のCPU回路201に出力し、第2のCPU回路201と通信自在な第1のCPU回路101からの制御信号で第1のドライバー回路106aによってスイッチングトランジスタ105の作動を制御し、第1のPMW制御回路106bのオン、オフを制御し、ターゲット対T1への出力を直ちに遮断する出力制御手段も設けた。 Accordingly, the oscillating unit 20 is provided with arc detecting means 209 for detecting a voltage drop in which the voltage drop time of the output voltage waveform to the target pair T1 is shorter than that during normal glow discharge. Further, when the arc detection means 209 detects the occurrence of arc discharge, a voltage drop output signal is output to the second CPU circuit 201 that is communicably connected, and the first CPU circuit that is communicable with the second CPU circuit 201. The output control means for controlling the operation of the switching transistor 105 by the first driver circuit 106a by the control signal from 101, controlling on / off of the first PMW control circuit 106b, and immediately shutting off the output to the target pair T1 Also provided.
ターゲット対T1への出力を直ちに遮断する方法として、第2のCPU回路201からの制御信号で第2のドライバー回路203aによって、交流電力ライン204a、204b相互の間の電位が同一となるように、発振用スイッチ回路202の各スイッチングトランジスタ202a、202b、202c、202dの作動を制御し、ターゲット対T1への出力を直ちに遮断することもできる。 As a method of immediately shutting off the output to the target pair T1, the second driver circuit 203a uses the control signal from the second CPU circuit 201 so that the potential between the AC power lines 204a and 204b is the same. It is also possible to control the operation of each switching transistor 202a, 202b, 202c, 202d of the oscillation switch circuit 202 and immediately shut off the output to the target pair T1.
ところで、ターゲットT1に上記アーク放電が生じた場合、上記のように、ターゲット対T1に接続された交流電源E1の出力を遮断するだけでは、ターゲットT1に隣接し、浮遊静電容量を介して結合しているターゲット対T2で発生したプラズマからエネルギーが供給されるため、上記発生したアーク放電が消弧しにくいという問題が生じる。 By the way, when the arc discharge occurs in the target T1, as described above, the output of the AC power supply E1 connected to the target pair T1 is simply cut off and coupled to the target T1 via the floating capacitance. Since energy is supplied from the plasma generated in the target pair T2, the generated arc discharge is difficult to extinguish.
そこで、上記ターゲット対T2の影響を抑えるためには、第2のCPU回路201で受信した上記制御信号を図1で説明した通信ケーブルKを介して隣接する交流電源E2の発振部のCPU回路に送信し、交流電源E2からターゲット対T2への出力を同様の処理により遮断すればよい。 Therefore, in order to suppress the influence of the target pair T2, the control signal received by the second CPU circuit 201 is transmitted to the CPU circuit of the oscillation unit of the adjacent AC power supply E2 via the communication cable K described in FIG. The output from the AC power supply E2 to the target pair T2 may be cut off by the same process.
図3は、図1で説明した交流電源E1及び交流電源E2に各々接続されたターゲットt12とターゲットt21との間の出力波形を本発明にかかる薄膜形成方法による出力調整を行なう前と、出力調整を行なった後とで示したものである。 FIG. 3 shows an output waveform between the target t12 and the target t21 connected to the AC power supply E1 and the AC power supply E2 described in FIG. 1 before the output adjustment by the thin film forming method according to the present invention, and the output adjustment. This is shown after and after.
図3(a)は、本発明にかかる薄膜形成方法による出力調整をする前の波形を示したものである。 FIG. 3A shows a waveform before output adjustment by the thin film forming method according to the present invention.
図3(a)の場合、ターゲットt12とターゲットt21との間の出力電位差はピーク間電圧Vppとなって大きくなる。この状態で異常放電が生じると、大きなアークエネルギーが発生することによって、上記ターゲットが溶解して巨大飛沫が付着するスプラッシュが生じ、良好な薄膜形成を阻害する。 In the case of FIG. 3A, the output potential difference between the target t12 and the target t21 increases as the peak-to-peak voltage Vpp. When an abnormal discharge occurs in this state, a large arc energy is generated, thereby causing a splash in which the target is melted and huge droplets are attached, thereby inhibiting good thin film formation.
本実施の形態では、交流電源E1及び交流電源E2から同時に出力し、各交流電源E1及びE2の出力が同じであるため、ターゲットt12とターゲットt21との間では、出力位相がほぼ反転する。 In the present embodiment, the AC power supply E1 and the AC power supply E2 output simultaneously, and the outputs of the AC power supplies E1 and E2 are the same. Therefore, the output phase is substantially inverted between the target t12 and the target t21.
図3(b)は、本発明にかかる薄膜形成方法による出力調整をした後の波形を示したものである。
本発明にかかる薄膜形成方法は、上記のような大きなアークエネルギーの発生を抑えるために、交流電源E1及び交流電源E2の出力電位差を収束させるように出力調整するものである。本実施の形態では、上記ターゲット間の出力位相を180度ずらして極性を反転させれば、交流電源E1と交流電源E2の波形は重なり、アーク放電発生の原因となる出力電位差はほとんど生じなくなる。
FIG. 3 (b) shows a waveform after output adjustment by the thin film forming method according to the present invention.
The thin film forming method according to the present invention adjusts the output so as to converge the output potential difference between the AC power supply E1 and the AC power supply E2 in order to suppress the generation of large arc energy as described above. In the present embodiment, if the output phase between the targets is shifted by 180 degrees and the polarity is reversed, the waveforms of the AC power supply E1 and the AC power supply E2 overlap, and the output potential difference that causes arc discharge hardly occurs.
出力電位差を収束させる方法は、たとえば、まず、交流電源E1のCPU回路201に図1で説明した通信ケーブルKを介して、交流電源E2の出力電流、出力電圧信号を送信し、交流電源E1の出力電流、出力電圧信号と比較する。両者の出力電位差が所定値を超えている場合は、交流電源E1のCPU回路201から、出力電位差を収束させるための制御信号を上記通信ケーブルKを介して交流電源E2の発振部の第2のCPU回路に送信する。この第2のCPU回路で受信した上記制御信号に基づき出力発振ドライバー回路及びPMW制御回路を介して、発振用スイッチ回路の各スイッチングトランジスタの作動を制御し、ターゲット対T2の出力を調整し、上記出力電位差を収束させればよい。 For example, the output potential difference is converged by first transmitting the output current and output voltage signal of the AC power supply E2 to the CPU circuit 201 of the AC power supply E1 via the communication cable K described in FIG. Compare with output current and output voltage signal. When the output potential difference between the two exceeds a predetermined value, a control signal for converging the output potential difference is sent from the CPU circuit 201 of the AC power supply E1 via the communication cable K to the second oscillation unit of the AC power supply E2. Transmit to the CPU circuit. Based on the control signal received by the second CPU circuit, the operation of each switching transistor of the oscillation switch circuit is controlled via the output oscillation driver circuit and the PMW control circuit, and the output of the target pair T2 is adjusted. The output potential difference may be converged.
上記所定値は、上記アークエネルギー発生の原因となる異常放電が生じない出力電位差の範囲内であればよく、必ずしも、上記出力電位差が0Vになるまで収束させる必要はない。具体的には、各交流電源の0‐ピーク電位差(あるいは実効値)の10%、好ましくは5%で設定すればよい。 The predetermined value may be within the range of the output potential difference that does not cause the abnormal discharge that causes the arc energy generation, and does not necessarily have to converge until the output potential difference becomes 0V. Specifically, it may be set at 10%, preferably 5%, of the 0-peak potential difference (or effective value) of each AC power source.
本実施の形態では、交流電源E2の出力を調整することにより、上記出力電位差を収束させる例を示したが、これに限定する趣旨ではなく、交流電源E1の出力を調整して出力電位差を収束してもよく、また、交流電源E1及び交流電源E2の双方を調整して出力電位差を収束させるようにしてもよい。 In this embodiment, an example in which the output potential difference is converged by adjusting the output of the AC power supply E2 is shown. However, the present invention is not limited to this, and the output potential difference is converged by adjusting the output of the AC power supply E1. Alternatively, both the AC power supply E1 and the AC power supply E2 may be adjusted to converge the output potential difference.
なお、図3では交流電源E1及びE2の波形の形状は正弦波を示したが、これに限定されるものではなく、方形波であってもよい。また、交流電源の発振周波数が固定の場合だけでなく、可変させる場合も同様に処理すればよい。 In addition, in FIG. 3, although the waveform shape of AC power supply E1 and E2 showed the sine wave, it is not limited to this, A square wave may be sufficient. Further, the same processing may be performed not only when the oscillation frequency of the AC power source is fixed but also when it is varied.
図4及び図5は、本発明にかかるスパッタリング装置の具体的な実施形態の例を示した図である。いずれの実施形態も図1と共通するものについては、同一の番号を付している。 4 and 5 are diagrams showing examples of specific embodiments of the sputtering apparatus according to the present invention. In any of the embodiments, the same reference numerals are assigned to those common to FIG.
図4は、被処理基板Sに対向して、ターゲット対T1、T2、T3及びT4が並設配置されている。ターゲット対T1は交流電源E1に、ターゲット対T2は交流電源E2に、ターゲット対T3は交流電源E3に、ターゲット対T4は交流電源E3にそれぞれ接続されている。各交流電源E1乃至E4は、通信ケーブルKを介して通信自在に接続されている。この交流電源E1乃至E4は、いずれも図2で説明した交流電源E1と同じ回路構成である。 In FIG. 4, the target pairs T1, T2, T3, and T4 are arranged in parallel to face the target substrate S. The target pair T1 is connected to the AC power source E1, the target pair T2 is connected to the AC power source E2, the target pair T3 is connected to the AC power source E3, and the target pair T4 is connected to the AC power source E3. The AC power supplies E1 to E4 are connected via a communication cable K so as to be able to communicate. Each of the AC power supplies E1 to E4 has the same circuit configuration as the AC power supply E1 described in FIG.
交流電源E1は、ターゲットt12とターゲットt21との間の出力を比較し、出力電位差が所定値以上の場合には、図3で説明した制御信号を生成し、通信ケーブルKを介して交流電源E2に送信する。以後、順次ターゲットt22とターゲットt31との間の出力、ターゲットt32とターゲットt41との間の出力を比較し、出力電位差が所定値以上の場合には、上記制御信号を生成し、調整する交流電源にこの制御信号を送信すればよい。すなわち、交流電源E1(マスター交流電源)を起点として、この交流電源E1に接続されたターゲット対T1から並設方向外側に向かって各ターゲット対T2乃至T4に接続された各交流電源E2乃至E4の出力を順次調整すればよい。 The AC power supply E1 compares the outputs between the target t12 and the target t21. If the output potential difference is equal to or greater than a predetermined value, the AC power supply E1 generates the control signal described with reference to FIG. Send to. Thereafter, the output between the target t22 and the target t31 and the output between the target t32 and the target t41 are sequentially compared. When the output potential difference is equal to or greater than a predetermined value, the control signal is generated and adjusted. This control signal may be transmitted to That is, starting from the AC power source E1 (master AC power source), the AC power sources E2 to E4 connected to the target pairs T2 to T4 from the target pair T1 connected to the AC power source E1 toward the outside in the parallel arrangement direction. The output may be adjusted sequentially.
図4では、交流電源E1を起点として調整処理しているが、たとえば、交流電源E2の出力を調整した後、交流電源E2をマスター交流電源として、隣接する交流電源E3の出力を調整し、同様に調整後の交流電源E3をマスター交流電源として交流電源E4を調整するようにしてもよい。 In FIG. 4, the adjustment processing is performed with the AC power supply E1 as a starting point. For example, after adjusting the output of the AC power supply E2, the output of the adjacent AC power supply E3 is adjusted using the AC power supply E2 as the master AC power supply. Alternatively, the AC power supply E4 may be adjusted using the adjusted AC power supply E3 as a master AC power supply.
なお、本実施の形態では、マスター交流電源は、交流電源E1としたが、マスター交流電源E1に限定される趣旨ではなく、任意に決定することができる。たとえば、マスター交流電源を交流電源E3にした場合には、隣接する交流電源は、交流電源E2と交流電源E4の2対となり、これら交流電源E2及びE3の調整処理を行なってから、交流電源E1の調整処理を行なうことになる。 In this embodiment, the master AC power source is the AC power source E1, but is not limited to the master AC power source E1, and can be arbitrarily determined. For example, when the master AC power source is the AC power source E3, the adjacent AC power sources are two pairs of the AC power source E2 and the AC power source E4. After the adjustment processing of the AC power sources E2 and E3 is performed, the AC power source E1 is used. The adjustment process is performed.
図5は図4の実施形態の変形例である。図5で図4と同じ構成のものについては、同一の番号を付してる。 FIG. 5 is a modification of the embodiment of FIG. In FIG. 5, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
本実施の形態では、各交流電源E1乃至E4と通信ケーブルKを介して通信自在に接続されている制御装置Uが、図3で説明したマスター交流電源の代わりに、異なる交流電源に接続された相互に隣接するターゲット間の出力を比較し、出力電位差が所定値以上の場合には、制御信号を生成し、調整する交流電源に制御信号を送信するように構成されているものである。 In the present embodiment, the control device U that is communicably connected to each AC power source E1 to E4 via the communication cable K is connected to a different AC power source instead of the master AC power source described in FIG. The outputs of the targets adjacent to each other are compared, and when the output potential difference is a predetermined value or more, a control signal is generated, and the control signal is transmitted to the AC power source to be adjusted.
1 真空チャンバ
2 真空排気手段
3 基板搬送手段
4 ガス導入手段
E1 交流電源
E2 交流電源
T1 ターゲット対
T2 ターゲット対
K 通信ケーブル
S 被処理基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (12)
上記並設したターゲット対のうち、異なる交流電源に接続された相互に隣接するターゲット間の上記出力を比較し、出力電位差が所定値を超えた場合に、上記交流電源の出力を調整して出力電位差を上記所定値以下に収束させることを特徴とする薄膜形成方法。 A plurality of target pairs are arranged in parallel in a vacuum chamber so as to face the substrate to be processed, and an alternating voltage is output at alternating frequencies with a predetermined frequency via an alternating current power source connected to each target pair. Are alternately switched between an anode electrode and a cathode electrode, a glow discharge is generated between the anode electrode and the cathode electrode to form a plasma atmosphere, and each target pair is sputtered onto the substrate to be processed. A thin film forming method for forming a thin film,
Compare the outputs between adjacent targets connected to different AC power sources among the parallel target pairs, and adjust the output of the AC power source when the output potential difference exceeds a predetermined value A method of forming a thin film, characterized in that a potential difference is converged to the predetermined value or less.
上記並設したターゲット対のうち、異なる交流電源に接続された相互に隣接するターゲット間の出力を比較し、出力電位差が所定値を超えた場合に、上記交流電源の出力を調整して出力電位差を上記所定値以下に収束させる調整処理手段を有することを特徴とする薄膜形成装置。 A thin film forming apparatus comprising a plurality of target pairs arranged in parallel to face a substrate to be processed disposed in a vacuum chamber, and an AC power source connected to each target pair,
Compare the outputs between adjacent targets connected to different AC power sources in the parallel target pairs, and adjust the output of the AC power source when the output potential difference exceeds a predetermined value. A thin film forming apparatus, comprising: adjustment processing means for converging at a predetermined value or less.
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