JPH02258976A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、高周波スパッタ装置に関する。

（従来の技術） 高周波スパッタ装置においては、一般に、真空容器及び
この中に支持された被処理物たる基板が一方の電極を成
し、真空容器内に支持されたターゲットが他方の電極を
成す。前者はゼロ電位にされ、後者は高圧の高周波電圧
（ＲＦ主電圧が印加される。前者はアース電極と呼ばれ
、後者はＲＦ主電極呼ばれる。高周波電圧は、マツチン
グ回路およびブロッキングコンデンサを含む伝送路を介
して、ＲＦ主電極るターゲットに印加される。すると、
アース電極とＲＦ電極間にグロー放電が生じ両電極間の
雰囲気をプラズマ化する。

高周波電圧の極性の切替わりに応じて、アース電極とＲ
Ｆ主電極交互に陰極となり、また陽極となる。放電電流
はプラズマ雰囲気中を陽極から陰極へと流れる。放電電
流の大きさは陰極に対するプラズマからの照射光量と印
加電圧とに比例する。

アース電極の方がＲＦ主電極り面積が大きく照射光量が
多いため、印加電圧が同じ場合には、アース電極が陰極
の時の方が大きい放電電流が流れる。

一方、ブロッキングコンデンサによる直流電流のブロッ
ク作用のために、アース電極が陰極の時の放電電流とＲ
Ｆ主電極陰極の時の放電電流は同量である。そのため、
高周波電圧のピーク値はＲＦ主電極陰極の時に高く、ア
ース電極が陰極の時に低くなるようにマイナス側へ偏る
。従って、ＲＦ主電極陰極である時の放電の消費電力は
大きく、逆にアース電極が陰極である時の消費電力は小
さい。

このようなグロー放電中に、何らかの原因によりアーク
放電が発生することがある。アーク放電は陰極からの熱
電子放出であり、これは陰極から出る火花として視覚的
に観７１）Ｊされる。このアーク放電の発生を最少限と
するために、アークカット回路が従来から知られている
。アークカット回路は、グロー放電中の消費電力の変化
からアーク放電の発生を検出して、高周波電圧の供給を
一瞬断つものである。上述のようにＲＦ主電極陰極の時
のグロー放電の消費電力は比較的大きいから、この時の
アーク放電の発生は顕著な消費電力の変化を生じさせる
。従って、ＲＦ主電極発生するアーク放電はアークカッ
ト回路により容易に検出されてカットされる。しかし、
アース電極が陰極の時のアーク放電の発生は、顕著な消
費電力の変化を生じさせない。そのため、アース電極で
発生するアーク放電はアークカット回路には検出され難
くカットが困難である。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、アース電極で生じるアーク放電はアーク
カット回路によりカットすることが困難である。アース
電極のうちの基板でアーク放電が生じた場合、基板はア
ーク放電の箇所で破壊されてしまう。また、アース電極
のうちの基板近くに位置する部分、例えば基板固定用の
治具等でアーク放電が生じた場合、そのアーク放電箇所
からの噴出物が基板表面の被膜に付着してこれを台無し
にしてしまう。

また、アーク放電がなく正常にスパッタが行われている
時にも、従来の高周波スパッタには次のようないくつか
の問題点が存在する。上述のようにグロー放電電流はＲ
Ｆ主電極アース電極との間を双方向に流れる。アース電
極に向かって放電電流が流れる時、ターゲットのスパッ
タ蒸発は生じないから、この時の消費電力は無駄な電力
である。

さらに、このアース電極に向かう放電電流によりアース
電極のスパッタ蒸発が生じ、蒸発したアース電極物質が
基板表面の被膜を汚染してしまう。

また、アース電極うちの特に基板に電流が流れることに
より、基板の発熱が生じ、それが基板の温度制御を困難
にする。

従って、本発明の第１の目的は、アース電極で発生する
アーク放電を有効に防止することにある。

また、第２の目的は、ターゲットのスパッタ蒸発に寄与
しない無駄な電力を出来るだけ少なくしてスッパタレー
トの向上を図ることにある。

第３の目的は、アース電極のスパッタ蒸発を出来るだけ
無くし基板表面被膜の汚染を防止することにある。

さらに、第４の目的は、基板の発熱を防止して基板の温
度制御を容易にし、さらには高温での処理に適さない例
えばプラスチックのような材料の基板に対しても高周波
スッパタが適用できるようにすることにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、高周波電源からの高周波電圧をマツチング回
路を含む伝送路を介して、真空容器内に配されたターゲ
ットに印加して、真空容器内の被処理物にスパッタ処理
を施すものにおいて、複数のターゲットが真空容器内に
配され、各ターゲットに印加される高周波電圧が互いに
位相差をもつように高周波電源または伝送路が構成され
ているスパッタ装置を提供するものである。

（作　用） 上記構成によれば、複数のターゲットの各々に対して互
いに位相の異なった高周波電圧が印加される。位相の相
違によりターゲット相互間に電位差が生じる。この電位
差によりターゲット相互間でグロー放電が生じプラズマ
を形成する。このプラズマを通じてターゲット相互間で
放電電流が流れる。放電電流は陽極側のターゲットから
陰極側のターゲットへと流れ、陰極側のターゲットにて
スパッタ蒸発が生じる。放電は主としてターゲット相互
間で行われ、ターゲットとアース電極間での放電は減少
する。従って、アース電極に流れる電流が減少する。そ
の結果、アース電極からのアーク放電が減り、アース電
極のスパッ蒸発が抑制され、基板の発熱が減少し、無駄
な消費電力が少なくなる。

（実施例） 以下、実施例により説明する。

第１図は、本発明に係るスパッタ装置の一実施例の構成
を示す。

同図において、１０は真空容器であり、この容器１０に
はガス注入口１１および排気口１２が設けられており、
容器１０内部は所定のガスがほぼ真空に近い状態で収容
されている。この容器１０には被処理物を保持する回転
式ホルダ２１が設けられ、この回転式ホルダ２１はモー
タ２２により駆動される。

回転式ホルダ２１の周面に対向するように、４つのスパ
ッタガンのターゲットＴ１〜Ｔ４が並設されている。こ
れらのターゲットＴ１〜Ｔ４は、隣接するターゲット間
でグロー放電が良好に生じる程度の近接した距離間隔で
配列されている。これらターゲットＴ１〜Ｔ４には、単
一の高周波電圧発生器Ｏ８Ｃからの高周波電圧が印加さ
れる。

また、真空容器１０はゼロ電位にされる。

ターゲットＴ１〜Ｔ４に高周波電圧を印加するための伝
送路は、電圧発生器Ｏ８Ｃ側からみて、伝送路を各スパ
ッタガン毎の分岐路に分ける高周波トランスＴｒ、並び
に各分岐路毎に設けられたドライブケーブルＣＣ１１〜
ＣＣｌ４、電圧増幅器ＰＡＩ〜ＰＡ４、出力ケーブルＣ
Ｃ２１〜ＣＣ２４およびマツチングボックスＭＢＩ〜Ｍ
Ｂ４を要素として有する。

電圧発生器Ｏ８Ｃの出力をトランスＴ「により各分岐路
に分配するのは、各スパッタガンへの印加電圧の周波数
を厳密に一致させて周波数の相違に起因する調和振動（
ハーモニック）の発生、および異常放電への発展を防ぐ
ためである。電圧増幅器ＰＡは電圧発生器Ｏ８Ｃからの
高周波電圧を所望レベルの高電圧に増幅するもので、ゲ
インが調整できるため各スパッタガンへの印加電圧レベ
ルを個別に異ならせることも同じにすることもできる。

マツチングボックスＭＢは、伝送路を送られてきた高周
波電力を最大能率でスパッタガンに印加するようにイン
ピーダンスを整合するマツチング回路を有し、このマツ
チング回路は直流電流をブロックするブロッキングコン
デンサを含む。

各分岐路を構成する要素のうち、ドライブケーブルＣＣ
１を除いた電圧増幅器ＰＡ、出カケ−プルＣＣ２、およ
びマツチングボックスＭＢについては、どの分岐路につ
いても同一構成のものが使用されている。

ドライブケーブルＣＣ１１〜ＣＣｌ４は、電圧増幅器Ｐ
ＡＩ〜ＰＡ４の入力インピーダンスと等しい特性インピ
ーダンスを有している。隣合うターゲットに対応するド
ライブケーブル同士は、高周波電圧波の（整数＋１／２
）波長分の長さの相違を有している。

次に作用を説明する。

高周波電圧発生器Ｏ８Ｃから出力された高周波電圧は、
トランスＴ「により各分岐路に分配され、ドライブケー
ブルＣＣ１１〜ＣＣｌ４、電圧増幅器ＰＡＩ〜ＰＡ４、
出力ケーブルＣＣ２１〜ＣＣ２４、およびマツチングボ
ックスＭＢＩ〜ＭＢ４を介して、夫々のターゲットＴ１
〜Ｔ４に印加される。ドライブケーブルＣＣ１１〜ＣＣ
ｌ４の長さの相違により、ターゲットＴ１〜Ｔ４には隣
接ターゲット間で１８０度の位相差を有する高周波電圧
が印加される。

隣接のターゲット同士は近接しており、これに逆）目の
高周波高電圧が印加されることにより、隣接のターゲッ
ト間でグロー放電が生じプラズマＰを形成する。隣接の
ターゲットは交互に陰極となり、また陽極となる。従っ
て、スパッタ蒸発は隣接のターゲットの一方と他方とで
交互に生じる。

このように、グロー放電は主としてターゲットＴ１〜Ｔ
４の互いに隣接するターゲット間で発生し、ターゲット
Ｔ１〜Ｔ４とアース電極（真空容器１０、ホルダ２１お
よび基板）間で発生することは少ない。従って、アース
電極に流れる電流は非常に少なくなり、アース電極から
のアーク放電が有効に防出される。また、無駄な電力消
費が減るため、スパッタレートが向上する。さらに、基
板の発熱が少なくなり、基板の温度制御が容易になる。

基板の発熱が少ないことはまた、高温処理に不適な材料
に対して高周波スパッタを適用できる可能性を生じさせ
る。さらに、アース電極のスパッタ蒸発が減るため、基
板被膜の汚染が少なくなる。

上記の回路において、各ターゲットＴ１〜Ｔ４に印加さ
れる高周波電圧の位相差は１８０度以外の値であっても
よい。例えば９０度とした場合にも良好な結果が実験に
より得られている。また、ターゲットの数が３個の場合
は、各々に１２０度ずつ位相が異なった平衡三相電圧を
印加しても良い。また、３個のターゲットに１８０度、
９０度あるいはそれ以外の値の位相差を持つ高周波電圧
を印加してもよい。このような位相差は純粋にドライブ
ケーブルの長さによって決めることができる。

位相差を得る他の方法として、次のような方法も可能で
ある。

（１）信号発生器Ｏ８Ｃまたは信号増幅器ＰＡに移相回
路を設ける。

（２）出力）ｒ−ブ［ＣＣ２１ないしＣＣ２４の長さを
変える。

これらのうち（１）は位相偏移ユを連続可変したり電子
的制御が可能であるという長所を有するが、そのための
回路を新たに追加する必要があることと、１８０度、１
２０度、９０度というような特定の位相差を設定する場
合には必ずしも適さないことが短所である。また（２）
はスパッタリング装置が放電しているときに合せてイン
ピーダンスマツチングをとると放電していないときにケ
ーブルに定在波が生じ、しかも出力ケーブルの長さによ
って放電の安定性、放電の開始し易さ信号増幅器の過負
荷特性が変化するので最適長さにせざるをえず、実際的
な方法ではない。

第２図は本発明の第２の実施例を示す。

この実施例では、４個のターゲットＴ５〜Ｔ８がＴ５と
Ｔ６のベアおよびＴ７とＴ８のベアに分けられている。

ペアとなるターゲット同士は相互間でグロー放電が良好
に生じるよう近接して配置されている。異なるペアのタ
ーゲット間には、各ターゲットペア毎の放電により形成
されるプラズマＰ５．Ｐ６が相互干渉しないために必要
な距離がおかれている。

各ターゲットベア毎に高周波電圧発生器０ＳＣ５，０Ｓ
Ｃ６が設けられている。この２つの高周波電圧発生器０
９Ｃ５，０ＳＣ６は独立に高周波電圧を発生し、これを
各ターゲットベア毎に設けられた２つの伝送路に夫々出
力する。各伝送路は夫々、電圧発生器０ＳＣ５，０ＳＣ
６側がら見て、電圧増幅器ＰＡ５．ＰＡ６、マツチング
ボックスＭＢ５．ＭＢ６、及び高周波トランスＴｒ５．
Ｔｒ６を要素として有する。高周波電圧発生器０３Ｃ５
，０ＳＣ６から出力された各高周波電圧は、夫々の伝送
路のトランスＴｒ５゜Ｔｒ６によりベアのターゲットの
各々へ分配される。トランスＴｒ５．Ｔｒ６はバランと
して機能するように構成されており、そのためベアのタ
ーゲットには互いに１８０度の位相差を持つ平衡２相高
周波電圧が印加される。

次に、作用を説明する。

高周波電圧発生器０ＳＣ５から出力された高周波電圧は
トランスＴｒ５により１８０度の位相差をもつ２つの高
周波電圧に変換され、この２つの高周波電圧は夫々ター
ゲットＴ５．Ｔ６に印加される。この２つの高周波電圧
の位相差に起因するターゲットＴ５．Ｔ６間の電位差に
よって、ターゲットＴ５．Ｔ６間でグロー放電が発生し
プラズマＰ５を形成する。同様にターゲットＴ７．　Ｔ
８間でもグロー放電が発生しプラズマＰ６を形成する。

ターゲットＴ５．Ｔ６のベアとターゲットＴ７．Ｔ８の
ベアとの間に十分な距離があることにより、プラズマＰ
５とプラズマＰ６とは相互干渉しない。従って、放電は
各ターゲットベア毎に独立して行われる。

このように、放電は主としてベアのターゲット間で発生
し、ターゲットＴ５〜Ｔ８とアース電極１０．２１間で
の放電は少ない。従って、アース電極１０．２１に流れ
る電流が極めて少ないため、アース電極からのアーク放
電、アース電極のスパッタ蒸発、基板の発熱、及び無駄
な消費電力が低減する。

この実施例は、放電がターゲットの各ベア毎に独立して
行われベア間での干渉がないため、高周波電圧発生器０
ＳＣ５，０８Ｃ６間で周波数及び位相を合せる必要がな
いという利点を有する。

尚、この実施例において、前の実施例と同様の構造の伝
送路を使用することも可能である。

第３図は、上記第２の実施例に使用することができる伝
送路の別の構成例を示す。

この伝送路の第２図のそれとの相違は、平衡２相高周波
電圧を生じさせるための高周波トランスＴｒ７．Ｔｒ８
の後に、各ターゲット毎のマツチングボックスＭＢ７．
ＭＢ８、ＭＢ９．ＭＢＩＯが設けられている点である。

このような伝送路によっても、第２図の場合と同様の効
果が得られる。

第２図、第３図の実施例では、複数のターゲットを２個
毎にグループ分けしたが、他の個数毎であってもよい。

例えば３個のターゲットを１グループとすることも可能
である。その場合の伝送路は、単一の高周波電圧から例
えば１２０度ずつ位相の異なる３相の高周波電圧を生成
するようなトランスを用いて、第２図又は第３図と同様
に構成することが出来る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、高周波電流が主
としてターゲット間で流れアース電極には高周波電流が
流れにくいように構成したので、アース電極でのアーク
放電の発生、アース電極のスパッタ蒸発による基板の汚
染、基板の発熱、及び無駄な電力消費が減少し、製品品
質の向上、スパッタレートの向上、基板温度制御の容易
化および高温処理に不適な材質への高周波スパッタの適
用可能性の発生という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスパッタ蒸発の一実施例の構成を
示す回路図、第２図は本発明の第２の実施例の構成を示
す回路図、第３図は第２図の実施例に使用できる伝送路
の別の構成例を示す回路図である。 １０・・・真空容器、２１・・・基板ホルダ、Ｔ１〜Ｔ
８・・・ターゲット、Ｏ２０，０５Ｃ５，０５Ｃ６・・
・高周波電圧発生器、ＣＣ１１〜ＣＣ１６・・・ドライ
ブケーブル、ＰＡＩ〜ＰＡ６・・・電圧増幅器、ＣＣ２
１〜ＣＣ２６・・・出力ケーブル、ＭＢＩ〜ＭＢＩＯ・
・・マツチングボックス、Ｔｒ、Ｔｒ５〜Ｔｒ８・・・
高周波トランス。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高周波電源からの高周波電圧を、マッチングボック
   スを含む伝送路を介して、真空容器内に配されたターゲ
   ットに印加して、前記真空容器内の被処理物にスパッタ
   蒸着処理を施すものにおいて、複数のターゲットが前記
   真空容器内に配され、前記各ターゲットへの各印加電圧
   が互いに位相差をもつように前記高周波電源または前記
   伝送路が構成されていることを特徴とするスパッタ装置
   。 ２、請求項１記載の装置において、前記複数のターゲッ
   トは所定個数のターゲットから成るグループに分けられ
   、同じグループに属する各ターゲットへの各印加電圧が
   互いに位相差をもつように前記高周波電源または前記伝
   送路が構成されていることを特徴とするスパッタ装置。 ３、請求項１又は２のいずれかに記載の装置において、
   前記伝送路は、前記高周波電源から見て、高周波電圧を
   各ターゲットに分配するための高周波トランス、並びに
   各ターゲット毎に設けられたドライブケーブル、増幅器
   、出力ケーブルおよびマッチングボックスを有し、前記
   各ドライブケーブルは各印加電圧間にもたせるべき位相
   差に応じた長さの相違を有していることを特徴とするス
   パッタ装置。 ４、請求項１又は２のいずれかに記載の装置において、
   前記伝送路は高周波電圧を各ターゲットに分配するため
   の高周波トランスを有し、この高周波トランスが分配さ
   れた高周波電圧が互いに位相差をもつように構成されて
   いることを特徴とするスッパタ装置。