JPH03107456A - 成膜装置 - Google Patents

成膜装置

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JPH03107456A
JPH03107456A JP1247322A JP24732289A JPH03107456A JP H03107456 A JPH03107456 A JP H03107456A JP 1247322 A JP1247322 A JP 1247322A JP 24732289 A JP24732289 A JP 24732289A JP H03107456 A JPH03107456 A JP H03107456A
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、対向する二つの電極を有し、これに高周波電
力を供給して、成膜を行なう成膜装置に係り、特に、高
周波バイアススパッタ装置における、基板側、ターゲッ
ト側面電極に高周波電力を印加する高周波バイアススパ
ッタを行なう成膜装置に関する。
［従来の技術］ 従来の高周波（以下ＲＦと略記する）バイアススパッタ
装置は、特開昭６３−１８０７１号公報に記載のように
、ターゲット側電極には電源がらＲＦ電力がターゲット
バイアスとして印加され、一方、基板側電極には、電源
よりＲＦ電力が基板バイアスとして印加される。両電極
に印加されるＲＦ電力は、バイアススパッタを行なう際
、同時に印加する必要がある。
このようにして、ターゲット側にＲＦ電力を印加すると
、ターゲット電極と基板電極の間にＲＦ放電プラズマが
形成される。このプラズマは、移動度の差によりターゲ
ット側にイオンが多く集まるため、ターゲットとの間に
陰極暗部を形成し、ターゲット表面には負のバイアスが
誘起され、前面のイオンを電界の力によりターゲットに
衝突させ、スパッタを生ぜしめている。同様に、基板側
にもＲＦ電力を印加すると、前記ターゲット同様、基板
表面もイオンの衝撃を受け、逆スパツタが行なわれる。
この際、両者のパワー等を調整することにより、バイア
ススパッタ時の両電極のプラズマの閉じ込め効率を改善
したり、段差部のある被成膜面の平坦化成膜を可能にし
たりすることができる。
また、両電極に印加されるＲＦ電力は、両者の一３＝ 位相関係をある範囲に保つと、放電の安定性および効率
向上のために好ましい結果が得られることが経験的に知
られている。この点を考慮したと考えら九るものとして
は、例えば、基板側とターゲット側に同−ＲＦ電源より
電力を供給し、かつ、ＲＦ電力供給ケーブルについて、
一方の印加ケーブル長を適切に選択して使用する例など
が報告されている（例えば、ＩＢＭ　Ｔｅｃｈｎｉｃａ
ｌ　ＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎｅ　Ｖｏｌ
、１４．１０３２　（１９７１）参照）。
［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記従来の技術は、前述したように、ケーブ
ル長を調整して適切な位相関係を設定して、基板電極と
ターゲット電極とに同一電源からＲＦ電力を供給しても
、成膜開始時や諸成膜条件パラメータの変動、経時変化
の影響により、両電極に印加さ九るＲＦ位相のずれを生
じて、これに伴って放電が不安定になるという問題があ
った。
このような放電の不安定性は、薄膜材等の高機能化に伴
い、成膜される薄膜に対し、より高度な特性が要求され
つつある状況で・は、特性に大きな４− 影響を与えるため、できる限り抑えら九るべきである。
そのため、放電特性は、他の諸管理値と共に一定値制御
が不可欠となっている。
こ九に対し、例えば、特開昭５９−２０５４７７号公報
に開示されるように、高周波バイアススパッタリング装
置におけるターゲット電極と基板電極に、電気的位相を
変えて高周波電力を印加することにより、基板上に均一
な厚さの薄膜を形成させるものがある。
この装置は、高周波電源の高周波出力を、ターゲット電
極および位相調整器を経て基板電極に分割して印加して
いる。また、この装置は、両電極への各電力供給ライン
の途中に位相検出回路を置き、それらの出力信号が位相
差検出器で位相差に比例する電圧に変化され、両電極の
高周波電圧の位相差を一定に保持しながらスパッタリン
グ処理する構成となっている。
この従来の装置は、両電極の高周波電圧の位相差を一定
に保持しようとする点で、それまでの技術に比し、考え
方としては優れている。
しかし、この装置は、電力供給ラインの中間に位相検出
回路を設けているので、電力供給ラインのケーブルのイ
ンダクタンスやキャパシタンスの影響を受け、放電状態
の変動に応じた位相変化を正確には検出できないという
問題がある。そのため、印加電力の位相制御の精度が悪
く、放電の安定性を図ることは、困難である。従って、
より高特性の薄膜の形成には、まだ、性能が不十分であ
る。
また、位相調整器が、電力供給ラインに送出される高周
波電力に対し、位相調整を行なう構成となっているため
、高電圧に対応した装置構成とする必要があり、装置が
大型化すると共に、高価となる欠点がある。
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、そ
の目的は、放電状態の変動による印加ＲＦ雷電圧位相変
化を電カケープルのインダクタンスやキャパシタンスの
影響を受けずに検出できて、諸成膜条件パラメータの変
動、経時変化の影響に対応して精度よく位相制御を行な
うことができる成膜装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上述した位相制御を、低い
電圧で行なえて、装置を小型化することができる高周波
電源装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的は、真空容器内に設けられた二つの対向する電
極にそれぞれ高周波電力を供給することにより放電状態
を生成して成膜を行う成膜装置において、前記放電状態
の変動量を前記各電極から検出する手段と、該検出結果
と予め定めた設定値との偏差に応じて、両電極に供給さ
れるＲＦ電力の位相を相対的に変位させる手段とを備え
ることにより達成される。
より具体的には、高周波の発振器と、該発振器の出力を
増幅して高周波電力を出力する第１および第２の増幅器
とを設け、前記第１または第２の増幅器のいずれかと発
振器の間に介在して発振器の出力の位相を変位させる位
相調整器と、前記対向する二つの電極ごとに配置されて
各々の電圧を検出するモニタセンサとを備え、前記位相
調整器− を、前記各モニタセンサの出力と予め定めた設定値とか
ら二つの電極に供給される高周波電力の位相関係のす九
を検出して、該ずれを小さくするように発振器の出力の
位相を変位させる機能を有する構成とすることにより達
成される。
また、本発明の他の目的は、成膜装置の真空容器内に設
けられた二つの対向する電極にそれぞれ高周波電力を供
給して、放電状態を生成させて成膜を行わせる高周波電
源装置において、高周波の発振器と、該発振器の出力を
増幅して高周波電力を出力する第１および第２の増幅器
とを設け、前記第１または第２の増幅器のいずれかと発
振器の間に介在して、発振器の出力の位相を変位させる
位相調整器とを備えることにより達成される。
前記成膜装置において、予め定めた設定値として、成膜
の過程に応じて最適値を設定する機能を備えることが好
ましい。
本発明が好ましく適用さ九る成膜装置としては、二つの
対向電極の一方がターゲット電極であり、他方が基板電
極であって、高周波バイアススパン８− タリングを行う高周波バイアススパッタリング装置、二
つのターゲットを対向配置した対向ターゲット方式の高
周波スパッタリング装置が挙げられる。
本発明において、ターゲット電極と基板電極に印加され
るＲＦ電源の周波数は同一が良い。通常の水晶発振器で
は、周波数は厳密には同一とならないため、１つの発振
器を共用することが必要である。
また、共通の発振信号をそれぞれのＲＦ電源の増幅器で
増幅する前に、一方の信号の位相を調整可能としておく
必要がある。特に、この位相調整は、増幅器から負荷へ
、および、負荷の放電状態により高周波回路のインピー
ダンスが変化しても、バイアス電位およびＲＦパワー自
動整合機能（オートチューニングという）と連動して位
相調整信号を出力するようにすることが好ましい。この
場合、一方の電源の位相のみを進みまたは遅れとなるよ
うにすればよい。
前記位相調整は、位相をケーブル長などで予め定められ
た遅相分のみ制御するのではなく１位相出力を連続的に
制御可能なポテンシオなどによる電圧（もしくは電流）
調整が好ましい。
本発明は、各電極に印加されるＲＦの位相は、整合箱、
ＲＦリード、接続部等で大きく異なるため、電極部より
直接モニタした信号をフィードバック信号として取り入
れる構成としている。
また、各モニタ信号の分圧回路等にも、放電インピーダ
ンスの変動の影響を受けるため、より精度を上げるには
、補正機能を設けることが好ましい。
さらに、これらを制御する位相調整器は、ＲＦ電源の発
振器と増幅器間に組み込ませて構成することができる。
以上のようにして、本発明は、成膜時のアウトガス等の
経時変化による放電プラズマの変動に対しても、また成
膜中のプロセスの変動に対しても各プロセス毎に制御中
心パラメータの変動量を切換えて一定となるよう、位相
制御を行なわせるようにしたものである。
［作用］ 本発明は、真空容器内に設けられた二つの対向する電極
にそれぞれ高周波電力を供給することにより生成される
放電状態を、例えば、モニタセンサを用いて、前記各電
極から検出することにより、高周波電力ラインの途中で
検出することに比べて、ケーブル等のインダクタンスな
どの影響を受けることなく、正確に検出することができ
る。
また、該検出結果と予め定めた設定値との偏差に応じて
、両電極に供給されるＲＦ電力の位相を相対的に変位さ
せて、偏差が０となるようにフィードバック制御するこ
とにより、放電状態の変動に対応して、連続的に位相制
御することができ、放電状態を安定に保持することがで
きる。しかも、前述したように、検出値が正確であるた
め、精度よく制御することができる。
また、設定値を成膜の過程に応じて、最適に設定するこ
とにより、その過程ごとに、最適な制御を行える。
本発明によって得られる高周波電源は、高周波１− の発振器と、該発振器の出力を増幅して高周波電力を出
力する第１および第２の増幅器とを設け、前記第１また
は第２の増幅器のいずれかと発振器の間に介在して、発
振器の出力の位相を変位させる位相調整器とを備えるこ
とにより、低い電圧で一位相調整を行うことができ、小
型化が可能となる。
［実施例］ 以下、本発明の一実施例について、図面を参照して説明
する。
本実施例は、ＲＦバイアススパッタリング装置に適用し
た例である。
本実施例のＲＦバイアススパッタリング装置は、スパッ
タリングを行なう真空容器１と、これにＲＦ電力を供給
するＲＦ電源１４および１５と、マツチングボックス１
８および１９と、位相調整器１０と、モニタセンサ２０
および２１とを備えて構成される。
真空容器１には、成膜母材となるべきターゲツト材４を
搭載したターゲット電極２と、被成膜材となる基板５を
載置した基板電極３とが収納され２− ている。ターゲット電極２には、ＲＦ電源１４よりＲＦ
電力がマツチングボックス１８を経て印加される。同じ
く、基板電極３にも、ＲＦ電源１５よりＲＦ電力がマツ
チングボックス１９を経て印加される。
ＲＦ電源１４は、発振器１１と、その発振出力を増幅し
て出力する増幅器１２とを備えて構成される。また、Ｒ
Ｆ電源１５は、増幅器１３を備え、信号線１７を介して
位相調整器１０から送られる発振出力を増幅して出力す
る。
モニタセンサ２０および２１は１例えば、ＬＣ素子にて
構成される。モニタセンサ２０は、ターゲット電極２に
接続され、モニタセンサ２１は、基板電極３に接続され
る。モニタセンサ２０および２１の出力は、モニタケー
ブル２２．２３を介して位相調整器１０に入力される。
ＬＣ素子により構成したモニタセンサ２０および２１の
各々は、インダクタンスＬにより高周波分をカットする
と共に、キャパシタンスＣにより電極電圧を分圧して、
当該電極電位を出力する。
このようにして、印加されたＲＦ電力により、基板電極
３と、ターゲット電極２との間の空間６には、ＲＦ放電
プラズマが誘起される。一般には、大電力が投入される
ターゲット側のスパッタ粒子が基板面に付着堆積し、成
膜が行なわれていく。
基板側のＲＦパワーは少ないため、同様に、表面は逆ス
パツタされ、削られていくが、堆積量の方が多いため、
成膜は進行していく。
ここで、基板側、ターゲット側のＲＦ投入位相および周
波数を同一としても、ＲＦ電源発振周波数は多少ずれて
おり、また、ＲＦ回路や負荷条件で位相が途中で変化す
ることが判っている。そのため、一方の電源１４の発振
器１１の発振出力を共用する。発振出力は、二分されて
、その一方が、同−電源内の増幅器１２に送られ、また
、他方が、信号線１６を経て位相調整器１０に入力させ
て、外部設定器２４からの信号に一致するよう位相を変
えて、信号線１７を経て、他方のＲＦ電源１５の増幅器
１３に送られる。
このようにして、位相を調整されたＲＦ高出力、１５− それぞれ電極に印加される。
この印加された電極部に、ＬＣ素子からなるモニタセン
サ２０，２１が取り付けであるので、電極における電気
的変動は、これらのセンサ２０゜２１により検出されて
、モニタケーブル２２゜２３を用いて、前述の位相調整
器１０にフィードバック信号として取込まれる。
位相調整器１０では、モニタセンサ２０，２１の出力信
号を比較して位相差を検出し、この位相差と外部設定器
２４で設定された値との偏差を求め、これによって、発
振器１１の発振出力の位相を進相または遅延させて、前
述したように、ＲＦ電源１５の増幅器１３に送る。
これによって、放電状態の変動がモニタセンサ２０．２
１によって検出され、その変動量に応じて両電極に印加
されるＲＦ電力の位相差が調整され、放電が続行される
。これを繰り返すことにより、放電状態の変動に応じて
生じる位相関係のずれが、自動的に修正される。
ここで、位相関係のずれとは、一致している位１６− 相がずれる場合のみならず、設定された位相差が変化す
ることをも含むものである。−船釣には、後者の場合が
多い。
前記実施例は、ターゲット電極２と基板電極３に印加す
るＲＦ電圧の位相を設定値に保持するよう構成した例で
ある。この例では、外部設定器２４の設定を変えること
により、位相関係を所望の値とすることができる。
また、成膜プロセスの途中で、バイアス電位や、印加電
力等を変更すると、両電極の最適な位相関係が異なるた
め、これらに対応した位相となるように、設定信号を変
更することが好ましい。従って、前記設定値を成膜プロ
セス中に変更できるように構成してもよい。
例えば、ＲＦバイアススパッタにおいては、そのスパッ
タプロセスが、クリーニング、ブリスパッタ、ノンバイ
アススパッタ、バイアススパッタのように順次変わって
いく場合に、その放電インピーダンス等の各種パラメー
タも、これに対応して変化する。従って、各段階で最適
な位相関係を設定できるように、このスパッタプロセス
の進行に合せて、最適位相差を予めプログラミングして
おいて、このプログラムに従って、設定するようにして
もよい。このプログラミングによる制御は、例えば、マ
イクロコンピュータによって行なうことができ、スパッ
タプロセスの制御と併せて実行させる構成とすることが
好ましい。
前述したように、本実施例では、ターゲット電極と基板
電極の位相関係を所望の値に設定でき、かつ、それを保
持できるので、最適、最高のバイアス電位となるように
位相の設定ができ、この結果、プラズマ閉じ込め効率を
向上させることが可能となる。なお、プラズマ閉じ込め
効率を向上させることにより、成膜レートを向上でき、
また、膜厚分布、結晶性等の膜の特性の改善にも効果が
ある。
また、本実施例によれば、放電中のプラズマの変動を、
電極部に設けたモニタセンサの電位信号としてとらえる
ことができるので、電力供給ラインの途中に設ける場合
と異なり、ケーブルのインダクタンス等のインピーダン
スに影響されずに正確に検出できる。従って検出結果を
予め定めておいた関係に従い、ＲＦ位相の他、ＲＦパワ
ー等での調整が精度よくでき、安定した成膜条件を得る
効果がある。
前述の実施例では、真空室１に電力を供給するＲＦ電源
１４．１５と、位相調整器１０を各々独立の装置として
いるが、これらをまとめて備えたＲＦ電源装置として構
成することができる。この電源装置は、第１図に示すも
のと同一の要素を有して構成される。すなわち、一つの
発振器と、二つの増幅器と、一つの位相調整器（位相差
設定器を含む）とを備え、発振器の出力を二分して、方
を増幅器の一つに、他方を位相調整器を介して増幅器の
他の一つに各々入力させ、ＲＦ電力を出力する構成とす
ることができる。
このような構成とすれば、低電圧の発振器出力について
位相調整処理が行なえるので、位相調整器を、小型で、
安価に製作することができる。その結果、電源装置自体
も小型化することができる。
ここで、前述した実施例およびＲＦ電源装置の好適な位
相調整器の一実施例について、第２図を参照して説明す
る。
本実施例の位相調整器１０は、例えば、第２図に示すよ
うに、モニタケーブル２２．２３を介して入力されるモ
ニタセンサ２０および２１の出力の位相差を検出する位
相差検出器３１と、ここで検出された位相差と外部設定
器２４にて設定された設定値との偏差を増幅する差動増
幅器３２と、発振器１１の出力の位相を増幅された偏差
に対応してシフトさせる位相変位器３０とを備えて構成
される。
ここで、外部設定器２４は、位相調整器１０の内部また
は外部のいずれに設けてもよい。また、前述したように
、マイクロコンピュータからの指令信号を設定信号とし
てもよい。
このように構成される位相調整器１０は、先ず。
位相差検出器３１により両電極の位相差検出を行ない、
検出結果と設定値との偏差を差動増幅器３２により求め
１位相変位器３０に入力する。そ１９− して、位相変位器３０により発振出力の位相を進相また
は遅延させて変位させる。そして、これを繰り返して、
検出結果が設定信号と一致するまでフィードバック制御
により自動調整する。
なお、この位相調整器１０には、二つの電極に設けたモ
ニタセンサからのモニタケーブル２２および２３を接続
する入力端子１０ａ、１０ｂと、発振器１１からの発振
出力を接続する入力端子１０ｃと、位相をシフトさせて
いないφ＝Ｏの出力１を増幅器の一つに出力する出力端
子１０ｄと、位相をφ＝０〜±１８０６の範囲でシフト
させた出力２を増幅器の他の一つに出力する出力端子１
０ｅとを設けである。
前記実施例では、放電状態の変動量を各電極から検出す
る手段として、ＬＣ素子を用いたモニタセンサを用いる
例を示したが、勿論これに限定されない。例えば、両電
極の電圧を、各々高抵抗を用いて分圧し、それらの電圧
を一定周期でサンプリングし、さらにディジタル値にＡ
／Ｄ変換して、その結果を、マイクロコンピュータ等を
用いて比２〇− 較することにより位相差を検出する構成としてもよい。
また、前記実施例では、ＲＦバイアススパッタリング装
置に適用した例を示すが、本実施例は。
これに限定されない。例えば、対向ターゲット方式のＲ
Ｆスパッタリング装置に適用することもできる。
［発明の効果］ 本発明によれば、放電状態の変動による成膜条件の変動
を、各々高周波電力が印加される二つの電極間の位相を
調整することで、制御可能であり、安定した条件の下で
の成膜が可能になるという効果がある。
さらには、最適、最高のバイアス電位となるような定め
方も可能であり、プラズマ閉じ込め効率を向上させ、成
膜レート、膜厚分布等の特性も大きく改善できる効果も
ある。
また、本発明によ九ば、低電圧で位相制御が行なえて、
小型化した高周波電源装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の成膜装置をＲＦバイアススパッタ装置
のＲＦ系回路システムに適用した一実施例の構成を模式
的に示したブロック図、第２図は位相調整器の一実施例
の構成を示すブロック図である。 １・・・真空容器、２・・・ターゲット電極、３・・・
基板電極、１０・・・位相調整器、１１・・・発振器、
１４゜１５・・・ＲＦ電源、１８，１９・・・マツチン
グボックス、２０．２１・・・モニタセンサ、３０・・
・位相変位器、３１・・・位相差検出器、３２・・・差
動増幅器。 １２．１３・・・増幅器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. １．真空容器内に設けられた二つの対向する電極にそれ
    ぞれ高周波電力を供給することにより放電状態を生成し
    て、成膜を行う成膜装置において、 前記放電状態の変動量を前記各電極から検出する手段と
    、該検出結果と予め定めた設定値との偏差に応じて、両
    電極に供給されるＲＦ電力の位相を相対的に変位させる
    手段とを備えることを特徴とする成膜装置。
  2. ２．真空容器内に設けられた二つの対向する電極にそれ
    ぞれ高周波電力を供給することにより放電状態を生成し
    て、成膜を行う成膜装置において、 高周波の発振器と、該発振器の出力を増幅して高周波電
    力を出力する第１および第２の増幅器とを設け、前記第
    １または第２の増幅器のいずれかと発振器の間に介在し
    て、発振器の出力の位相を変位させる位相調整器と、前
    記対向する二つの電極ごとに配置されて各々の電圧を検
    出するモニタセンサとを備え、 前記位相調整器は、前記各モニタセンサの出力と予め定
    めた設定値とから二つの電極に供給される高周波電力の
    位相関係のずれを検出して、該ずれを小さくするように
    発振器の出力の位相を連動して変位させる機能を有する
    ことを特徴とする成膜装置。
  3. ３．成膜装置の真空容器内に設けられた二つの対向する
    電極にそれぞれ高周波電力を供給して、放電状態を生成
    させて成膜を行わせる高周波電源装置であって、 高周波の発振器と、該発振器の出力を増幅して高周波電
    力を出力する第１および第２の増幅器とを設け、前記第
    １または第２の増幅器のいずれかと発振器の間に介在し
    て、発振器の出力の位相を変位させる位相調整器とを備
    えることを特徴とする高周波電源装置。
  4. ４．前記予め定めた設定値として、成膜の過程に応じて
    最適値を設定する機能を備えた、請求項１または２記載
    の成膜装置。
  5. ５．二つの対向電極の一方がターゲット電極であり、他
    方が基板電極であって、高周波バイアススパッタリング
    を行うものである、請求項１、２または４記載の成膜装
    置。
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