WO2007099780A1 - スパッタリング装置およびその成膜方法 - Google Patents

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WO2007099780A1
WO2007099780A1 PCT/JP2007/052731 JP2007052731W WO2007099780A1 WO 2007099780 A1 WO2007099780 A1 WO 2007099780A1 JP 2007052731 W JP2007052731 W JP 2007052731W WO 2007099780 A1 WO2007099780 A1 WO 2007099780A1
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target
voltage
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discharge gas
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PCT/JP2007/052731
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Takeshi Furutsuka
Takahiko Kondo
Original Assignee
Shinmaywa Industries, Ltd.
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H01J37/3408—Planar magnetron sputtering

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering apparatus and a film forming method thereof, and more particularly to a technique for appropriately controlling the distribution characteristics of magnetron plasma in the vicinity of a target surface based on magnetron discharge.
  • Discharge gas ions eg, Ar +
  • magnetron plasma in a vacuum chamber collide with the target at high speed based on the power (electric field) supplied to the target, so that the target atoms jump out into the vacuum.
  • the sputtering method in which the atoms are attached to the substrate disposed opposite to the target is already well known.
  • the power applied to the target is proportional to the deposition rate of the thin film, and the controllability of the thickness of the thin film during the sputtering is good, so that the sputtering power supply to the target is good.
  • a constant power source that applies a certain amount of power to a target is often used.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a reactive sputtering apparatus using a constant power supply that supplies a constant power to a target.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-275628
  • Patent Document 2 JP 2004-76105 A
  • discharge plasma magnetron plasma
  • argon (Ar) gas is taken as an example of the discharge gas, and it is easy to react with residual oxygen gas and residual moisture as a sputtering target, and aluminum metal (A1) is taken as an example to form the A1 deposited film.
  • Ar argon
  • A1 aluminum metal
  • the A1 target Due to the progress of erosion on the surface of the A1 target, the A1 target is recessed in the thickness direction, so that the discharge space located near the bottom surface of the recessed portion becomes a magnet (magnetic field disposed on the back surface of the A1 target. Approach the generation means). For this reason, the magnetic flux density in the discharge space created by this magnet increases with the progress of erosion. As the magnetic flux density in the discharge space increases, the density of charged particles (eg, Ar + ions) in the discharge plasma in such a discharge space increases.
  • charged particles eg, Ar + ions
  • the yellowing of the A1 deposited film for the reflector which is presumed to be mixed with alumina in the A1 deposited film, was proved by a test of a sputtering apparatus, whereas the residual oxygen gas in the vacuum chamber was In order to reduce the residual amount of residual moisture, it may not be possible to take the next best measure of exhausting the interior of the vacuum chamber sufficiently with a vacuum pump, but this will greatly reduce the productivity of the sputtering apparatus.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and appropriately suppresses the deterioration of the sputtering deposited film based on the reaction between the residual gas or residual moisture in the vacuum chamber and the sputtered particles.
  • An object of the present invention is to provide a possible sputtering apparatus and a film forming method thereof.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the progress of erosion of a target and an index (discharge voltage) representing the distribution characteristics (charged particle density) of discharge plasma.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the progress of erosion of the target and an index (discharge current) representing the distribution characteristics (charged particle density) of the discharge plasma.
  • the horizontal axis of Fig. 1 and Fig. 7 is the electric energy P (kWh), and this electric energy P is assumed to be supplied to the target from the constant power source. It corresponds to the total time of supply and correlates with the progress of the target erosion, for example, the depth of the target erosion recess.
  • the vertical axis in FIG. 1 is the discharge voltage Vg (V), and this discharge voltage Vg corresponds to the voltage supplied from the constant power source, and this discharge voltage Vg is the charged particle density of the discharge plasma. It can be used as an index example of the distribution characteristics of the discharge plasma.
  • the vertical axis in FIG. 7 is the discharge current Ig (mA).
  • This discharge current Ig corresponds to the current supplied from the constant power source, and this discharge current Ig is the charged particle density of the discharge plasma. It can be used as another example of the distribution characteristics of the discharge plasma.
  • the discharge current and impedance in the discharge plasma can be adopted as another example of the index indicating the distribution characteristics of the discharge plasma. However, the explanation of the correlation between the electric energy and the impedance is omitted here.
  • the discharge power Ig increased with the increase in the electric energy P. That is, as the erosion of the target progresses (that is, as the amount of electric power P increases), the magnetic flux density created by the magnet in the discharge space in the erosion recess due to the approach between the bottom of the erosion recess and the magnet. As a result, the density of charged particles in the discharge plasma increased, while the impedance of the discharge plasma decreased and the discharge current Ig increased. Note that the change rate (dlgZdP) of the discharge current Ig with respect to the electric energy P was substantially (+0.056). Therefore, it is considered that the distribution characteristics of the discharge plasma can be appropriately monitored and evaluated using such a discharge current Ig as an index.
  • the inventors of the present invention use the discharge voltage Vg or the discharge current Ig as a control amount and perform feedback control with a predetermined operation amount so as to keep the discharge voltage Vg or the discharge current Ig within a predetermined preferable reference range. Assuming that the charged particle density as a distribution characteristic can be adjusted within the desired range, we verified whether the discharge gas amount (Ar gas amount) can be adopted as the manipulated variable.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a relationship between electric power and a discharge voltage and a discharge current.
  • the discharge voltage Vg or the discharge current Ig as an index of the charged particle density is monitored and the charged particle density in the discharge plasma increases excessively, it is preferable.
  • the Ar gas amount is manipulated in a direction that keeps it within a certain reference range (for example, the lower limit value Vmin in Fig. 1 or the upper limit value Imax in Fig. 7)
  • the discharge plasma Characteristics of sputtered deposited film based on the reaction between the sputtered particles (eg, A1 atoms) and residual gas (eg, oxygen gas) and residual moisture in the vacuum chamber. The inventors determined that the deterioration can be suppressed.
  • the first aspect of the present invention is based on the idea that the distribution characteristics of the discharge plasma can be appropriately adjusted by using the discharge gas amount as an index in the phase where the erosion of the target is in progress.
  • the second invention of the present invention has been devised by applying this idea to the stage of discharge plasma generation.
  • the film forming method of the sputtering apparatus of the first aspect of the present invention keeps the power supplied to the target constant when the target in the vacuum chamber is sputtered by a magnetron plasma using a discharge gas,
  • the discharge gas amount in the vacuum chamber is adjusted based on an index representing the distribution characteristics of the magnetron plasma.
  • the sputtering apparatus includes a target disposed in a vacuum chamber, discharge gas supply means for introducing a discharge gas into the vacuum chamber, a constant power source for supplying a constant power to the target, and the target A magnetic field generating means disposed on the back surface of the target and a control device so as to form a leakage magnetic field on the surface of the target, and the target by magnetron plasma using a discharge gas by the leakage magnetic field.
  • the control device is a device that adjusts the amount of the discharge gas by the discharge gas supply means based on an index representing the distribution characteristics of the magnetron plasma.
  • this distribution characteristic can be appropriately maintained by adjusting the discharge gas amount based on an index representing the distribution characteristic of the discharge plasma.
  • the inconvenience that the charged particle density becomes too high can be appropriately avoided by adjusting the discharge gas amount based on the above-mentioned index, and the discharge plasma can be appropriately avoided. It is possible to prevent the target particles drifting inside from being activated.
  • a spa that allows a certain level of residual gas and residual moisture in the vacuum chamber to remain.
  • the sputtering apparatus and the film forming method thereof are preferable because the exhaust time of the residual gas and residual moisture in the vacuum chamber can be shortened, and as a result, the productivity can be maintained at a high throughput.
  • the distribution characteristics of the discharge plasma can be appropriately monitored and evaluated.
  • the discharge gas amount is reduced.
  • the distribution characteristics of the discharge plasma can be appropriately monitored and evaluated.
  • the discharge gas amount is reduced.
  • discharge voltage feedback control there is discharge voltage feedback control. Specifically, the control device acquires the discharge voltage from the constant power supply, and the acquired discharge voltage is If the lower limit value is not reached, the discharge gas amount may be reduced by the discharge gas supply means.
  • control device uses the discharge current as a control amount, acquires the discharge current from the constant power source by feedback control of the discharge current, and when the acquired discharge current exceeds the upper limit value.
  • the discharge gas amount may be reduced by the discharge gas supply means.
  • control other than the feedback control of the discharge voltage there is a feedforward control of the discharge voltage.
  • the amount of power indicating the relationship between the amount of power supplied to the target and the discharge voltage Voltage
  • a storage device storing data and voltage gas data indicating a correlation between the discharge voltage and the amount of discharge gas in the vacuum chamber;
  • the control device predicts a decrease in the discharge voltage due to the increase in the electric energy based on the electric energy voltage data, and cancels the predicted decrease in the discharge voltage based on the voltage-gas data.
  • a target value for the required amount of discharge gas may be set, and the discharge gas supply means may adjust the discharge gas amount to match the target value.
  • the sequential acquisition of the discharge voltage is not required, and the discharge gas amount can be quickly adjusted to a desired value by taking the first step.
  • a feedforward control of the discharge current there is a feedforward control of the discharge current.
  • the power amount current data indicating the correlation between the power amount supplied to the target and the discharge current, and the discharge current
  • Current gas data indicating a correlation with the discharge gas amount in the vacuum chamber, and a storage device that stores the current gas data.
  • the control device is configured to increase the power amount based on the power amount current data.
  • a target value of the discharge gas amount necessary to cancel the predicted increase in the discharge current is set based on the current gas data by predicting an increase in the discharge current, and the discharge gas supply means Further, the discharge gas amount may be adjusted to match the target value.
  • Such feed-forward control of the discharge current is preferable because it does not require sequential acquisition of the discharge current and can quickly adjust the discharge gas amount to a desired value.
  • the film forming method of the sputtering apparatus is the method prior to the generation of the magnetron plasma when the target in the vacuum chamber is sputtered by magnetron plasma using a discharge gas. After the maximum rated voltage of the constant power source is applied to the target, the discharge gas is introduced into the vacuum chamber, and then the discharge voltage force of the constant power source corresponding to the magnetron plasma is applied to the target. This is the method.
  • the applied voltage is discharged by moving the voltage applied to the target during the transient response of the constant power supply from the high voltage side (maximum rated voltage) to the low voltage side (discharge voltage). It is possible to avoid falling below the lower limit of the voltage, and to properly eliminate the deterioration factor of the sputtering deposited film during the transient response.
  • the secondary effect that the total amount of discharge gas can be reduced and the running cost of the sputtering apparatus can be reduced is also exhibited.
  • a sputtering apparatus and a film forming method thereof capable of appropriately suppressing the deterioration of the sputtering deposited film based on the reaction between the residual gas or residual moisture in the vacuum chamber and the sputtered particles. It is done.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the progress of erosion of a target and an index (discharge voltage) representing the distribution characteristics of discharge plasma.
  • Figure 2 shows the power, discharge voltage, and discharge with Ar gas amount as a parameter, the horizontal axis is the power to the target, the left vertical axis is the discharge voltage, and the right vertical axis is the discharge current. It is the figure which showed an example of the relationship between electric current.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of a sputtering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a flow chart showing an example of the operation of the sputtering apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a timing chart showing an example of the operation of the sputtering apparatus of Embodiment 2 together with the operation of the conventional sputtering apparatus.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing changes in voltage and current in a transient response of a constant power source.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the progress of erosion of the target and an index (discharge current) representing the distribution characteristics of the discharge plasma.
  • FIG. 8 is a flow chart showing another example of the operation of the sputtering apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing one configuration example of the sputtering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the sputtering apparatus 100 of the present embodiment mainly includes a vacuum chamber 10 capable of depressurizing the internal space, and a vacuum that evacuates the inside of the vacuum chamber 10 through the opening 15 in the wall portion of the vacuum chamber 10.
  • a pump 16 a discharge gas supply means 22 (for example, a discharge gas supply source solenoid valve) for introducing argon gas (Ar gas) as a discharge gas into the vacuum chamber 10, and a control device 20 are provided.
  • argon gas Ar gas
  • a substrate holder 11 is disposed inside the vacuum chamber 10, and a rectangular target 13 made of a nonmagnetic metal such as aluminum (A1), and a rectangular shape held by the substrate holder 11. Are arranged so as to face each other.
  • a magnet structure 14 (magnetic field generating means) composed of a plurality of magnets is disposed on the back surface of the target 13, and a predetermined leakage magnetic field B is generated near the surface of the target 13 by magnetic flux lines formed by these magnets. Is formed.
  • the target 13 is a thin film base material to be coated on the substrate 12 disposed opposite to the target 13, and the cathode 13 is supplied from the constant power source VI for the purpose of forming an electric field E that attracts ions (Ar +) in the discharge plasma. It is supplied with a certain amount of power so as to become (power sword).
  • the vacuum chamber is grounded as a 10-force anode (anode).
  • This Ar + is attracted to the target 13 by the electric field E due to the electric power applied to the target 13 from the constant power source VI, and thus the target atom is composed of the target 13 by the collision energy of the target atom (A1 atom in this case) force Ar +. While struck out from the surface of 13, an erosion recess 18 is formed in the target 13. The knocked A1 atoms are deposited on the substrate 12.
  • the control device 20 includes a microprocessor P (CPU) and a storage device M (for example, an internal memory such as a RAM or a ROM). As will be described in detail later, the constant power supply VI The opening degree of the discharge gas supply means 22 is changed based on the discharge voltage Vg and the discharge current Ig.
  • the controller 20 may control the entire operation of the sputtering apparatus 100.
  • the controller 20 may control the entire operation of the sputtering apparatus 100, which is different from the controller 20.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the operation of the sputtering apparatus of the present embodiment. In this operation, the discharge voltage is feedback-controlled.
  • FIG. 8 is a flowchart showing another example of the operation of the sputtering apparatus of the present embodiment.
  • the discharge current is feedback controlled.
  • the control device 20 acquires a voltage (corresponding to the discharge voltage Vg) supplied from the constant power source VI to the target 13 for each preset sampling period (step Sl ).
  • control device 20 determines whether or not the discharge voltage Vg force acquired in step S1 is lower than the lower limit value Vmin (see FIG. 1) of the discharge voltage Vg (step S2).
  • the lower limit value Vmin may be, for example, the yellowing start voltage of the A1 deposited film on the substrate 12 set in advance for each apparatus and stored in the storage device M. [0058] If discharge voltage Vg is below its lower limit value Vmin! /, N! /, ("No" in step S2), control device 20 returns to step S1, and steps S1 and S Repeat the operation of S2.
  • control device 20 causes discharge voltage Vg to be equal to or higher than lower limit value Vmin.
  • the amount of Ar gas is adjusted by the opening degree of the discharge gas supply means 22 (more precisely, the amount of Ar gas is reduced) (step S3).
  • control device 20 returns to step S1, and repeats the operations of step S1 and step S2.
  • control device 20 acquires a current (corresponding to the discharge current Ig) supplied from the constant power source VI to the target 13 for each preset sampling period (step Sl).
  • control device 20 determines whether or not the discharge current Ig force acquired in step S1 exceeds the upper limit value Imax (see FIG. 7) of the discharge current Ig (step S2).
  • the upper limit value Imax may be, for example, the yellowing start current of the A1 deposited film on the substrate 12 that is set in advance for each apparatus and stored in the storage device M.
  • step S2 when the discharge current Ig force does not exceed the upper limit value Imax ("No" in step S2), the control device 20 returns to step S1 and performs the operations of step S1 and step S2. repeat.
  • control device 20 causes discharge current Ig to be equal to or lower than upper limit value Imax. Then, the amount of Ar gas is adjusted by the opening degree of the discharge gas supply means 22 (more precisely, the amount of Ar gas is reduced) (step S3).
  • the manipulated variable Ar gas amount in this case
  • uncertain factors such as the existence of determinants (disturbances) other than the control amount (discharge current Ig in this case) and fluctuations in the characteristics of the sputtering apparatus 100, which is preferable.
  • control device 20 returns to step S1, and repeats the operations of steps S1 and S2.
  • the discharge plasma distribution characteristics (for example, charged particle density) are expressed as Ar gas using the discharge voltage Vg or the discharge current Ig as an index. Appropriately maintained by controlling the amount of (discharge gas).
  • the disadvantage that the charged plasma density of the discharge plasma becomes too high can be avoided appropriately by adjusting the Ar gas amount based on the discharge voltage Vg or the discharge current Ig, and the target particles (A1 atoms) drift in the discharge plasma. Can be prevented from being activated.
  • the inactive A 1 atoms react with the residual gas and residual moisture.
  • Degradation (yellowing) of spectroscopic (reflectance) characteristics due to mixing of alumina components in the A1 deposited film is suppressed.
  • the sputtering apparatus 100 which allows a certain level of residual gas and residual moisture in the vacuum chamber to remain, allows the exhaust time of the residual gas and residual moisture in the vacuum chamber 10 to be reduced. As a result, the productivity can be maintained at a high throughput, which is preferable.
  • the control device 20 sets the discharge gas so that the discharge voltage Vg becomes equal to or higher than the lower limit value Vmin.
  • An example in which the Ar gas amount is adjusted by controlling the opening degree of the supply means 22 has been described.
  • the control device 20 sets the discharge gas supply means 22 so that the discharge current Ig is less than or equal to the upper limit value Imax.
  • An example of adjusting the amount of Ar gas by controlling the degree of opening was also described.
  • the control device 20 adjusts the amount of Ar gas based on the feedforward control of the discharge voltage Vg or the discharge current Ig. May be.
  • Voltage-gas data indicating a correlation with the amount of Ar gas in the storage device M of the control device 20 may be stored in advance.
  • the control device 20 predicts in advance a change (decrease) in the discharge voltage Vg as the power amount P increases based on the power amount voltage data, and based on the voltage gas data. Therefore, the target value of Ar gas amount necessary to cancel the predicted change (decrease) in discharge voltage Vg is set, and the Ar gas amount is matched with this target value by opening control of discharge gas supply means 22 (Ar gas amount can be reduced appropriately).
  • control device 20 does not require sequential acquisition of the discharge voltage Vg as in the feedback control of the discharge voltage Vg, and can quickly adjust the Ar gas amount to a desired value. Is preferred.
  • the current-gas data indicating the correlation with the gas amount may be stored in advance in the storage device M of the control device 20.
  • the control device 20 predicts in advance a change (rise) in the discharge current Ig accompanying the increase in the power amount P based on the power amount current data, and based on the current gas data. Then, set the target value of the Ar gas amount necessary to offset the predicted change (rise) in the discharge current Ig, and make the Ar gas amount coincide with this target value by controlling the opening of the discharge gas supply means 22 (Ar gas amount can be reduced appropriately).
  • control device 20 does not require sequential acquisition of the discharge current Ig as in the feedback control of the discharge current Ig, and is suitable for quickly adjusting the amount of Ar gas to a desired value. .
  • A1 nuclear power that drifts the discharge plasma, not only during the erosion of the A1 target, but also in the discharge plasma generation phase, as described below, is in an active state that easily reacts with residual gas and residual moisture in the vacuum chamber. There is a possibility of transition.
  • the hardware configuration of the sputtering apparatus of this embodiment is the same as the hardware configuration of the sputtering apparatus of Embodiment 1, and therefore reference numerals of the components here are used. Uses the same reference numbers for each component shown in Figure 3 and omits the description of these components.
  • FIG. 5 is a timing chart showing an example of the operation of the sputtering apparatus of the present embodiment, along with an example of the operation of the conventional sputtering apparatus. That is, FIG. 5 (a) is a timing chart of an operation example of a conventional sputtering apparatus (hereinafter referred to as “comparative example”), and FIG. 5 (b) is an operation example of the sputtering apparatus of the present embodiment ( The following is a timing chart of “Example”.
  • the Ar gas state (a ⁇ l) shows the time change of the Ar gas amount in the vacuum chamber 10 of the comparative example before and after the discharge plasma generation time (T1).
  • the gas state (b-1) shows the change over time in the amount of Ar gas in the vacuum chamber 10 of the example before and after the time (T1) when the discharge plasma was generated.
  • the voltage state (a-2) shows the time change of the voltage value applied from the constant power source VI to the target 13 for the comparative example
  • the voltage state (b-2) shows the example. The time variation of the voltage value applied to the target 13 from the constant power source VI is shown.
  • the power state (a-3) shows the change over time of the power value supplied from the constant power source VI to the target 13 for the comparative example
  • the power state (b-3) shows the example. The time variation of the power value supplied to the target 13 from the constant power source VI is shown.
  • the power supply operation from the constant power source VI to the target 13 can be performed.
  • Ar gas was introduced into the vacuum chamber 10.
  • T1 immediately before the discharge plasma generation time (T1), a larger amount of gas than Ar gas at the time of film formation of the sputtering apparatus 100 is introduced, thereby shortening the Ar gas filling time in the vacuum chamber 10. The method to plan is illustrated.
  • the constant power source VI of the embodiment is a period before the time (T1) of discharge plasma generation (hereinafter abbreviated as "preparation period”).
  • Preparation period a period before the time (T1) of discharge plasma generation (hereinafter abbreviated as "preparation period”).
  • Preparation period a period before the time (T1) of discharge plasma generation (hereinafter abbreviated as "preparation period”).
  • Preparation period Target the maximum rated voltage Vmax as shown in voltage state (b-2). Apply to 13.
  • the constant power source VI of the embodiment has Ar gas in the vacuum chamber 10 in spite of trying to supply power to the target 13 prior to introducing the gas into the vacuum chamber 10 during the preparation period. Since there is no (discharge gas), no discharge plasma is generated on the surface of the target 13. For this reason, the current of the constant power supply VI does not flow during the preparation period, so that the constant power supply VI during the preparation period cannot supply power as shown in the power state (b-3). In addition, the voltage of the constant power supply VI automatically shifts to its maximum rated voltage Vmax as shown in the voltage state (b-2).
  • the constant power source VI of the embodiment is configured so that Ar gas is introduced into the vacuum chamber 10 during a period after the discharge plasma generation time (T1) (hereinafter abbreviated as "film formation period”).
  • T1 discharge plasma generation time
  • the power in the power state (b-3) corresponding to the product of the discharge current Ig and the voltage in the voltage state (b-2) (discharge voltage Vg) can be supplied.
  • the comparative example shifts from the preparation period to the transient response 201 of the film formation period triggered by the supply of power to the target 13 by the constant power source VI, while the embodiment is in the vacuum chamber 10. With the introduction of Ar gas into the inside, the transition is made from the preparation period to the transient response 202 during the film formation period.
  • the sputtering apparatus 100 is placed on the substrate 12 in the transient response 202 during the film formation period as described below. It is thought to be effective in suppressing the deterioration of the characteristics of the A1 deposited film.
  • Fig. 6 is a diagram schematically showing changes in voltage (V) and current (A) in the transient response of the constant power supply.
  • V voltage
  • A current
  • FIG. 6 the voltage of transient response 202 (example) and State of current change Force transient response 201 (comparative example) is shown along with those.
  • the driving point D force of the constant power source VI moves along the curve indicating the maximum output power (dotted line in Fig. 6).
  • the voltage of the transient response 202 decreases from the initial value (maximum rated voltage Vmax) toward the discharge voltage Vg corresponding to the driving point D and exceeds this discharge voltage Vg.
  • This discharge voltage Vg is reached after a slight undershoot.
  • the current of the transient response 202 goes from the initial value (zero) toward the discharge current Ig corresponding to the driving point D.
  • the discharge current Ig reaches this discharge current Ig after a slight overshoot beyond the discharge current Ig.
  • both the voltage and current of the transient response 201 are increased in the initial value (zero) force toward the discharge voltage Vg and the discharge current Ig corresponding to the driving point D. Reach value.
  • the lower limit value Vmin of the discharge voltage Vg is a numerical value applied during steady film formation of the sputtering apparatus 100, and such a lower limit value Vmin cannot be said to be applied as it is in the transient response.
  • this applied voltage is The possibility of falling below the lower limit value Vmin of the discharge voltage Vg can be fundamentally eliminated, which is preferable.
  • the voltage applied to target 13 during transient response 202 of constant power source VI is changed from the high voltage side (maximum rated voltage Vmax) to the low voltage side (discharge).
  • Vmax maximum rated voltage
  • Vmin the lower limit value of the discharge voltage Vg
  • the secondary effect that the total cost of Ar gas can be reduced and the running cost of the sputtering apparatus 100 can be reduced as compared with the comparative example is exhibited.
  • the distribution characteristic of the discharge plasma in a vacuum chamber is maintained appropriately, For example, it can apply to the use of the sputtering apparatus which sputters a target with discharge plasma.

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Description

明 細 書
スパッタリング装置およびその成膜方法
技術分野
[0001] 本発明は、スパッタリング装置およびその成膜方法に係り、更に詳しくは、マグネト ロン放電に基づくターゲット表面近傍のマグネトロンプラズマの分布特性を適切に制 御する技術に関する。
背景技術
[0002] 真空槽内のマグネトロンプラズマ中の放電ガスイオン（例えば、 Ar+)を、ターゲット に供給された電力（電界）に基づいてターゲットに高速衝突させることにより、ターゲッ トの原子を真空中に飛び出させ、ターゲットに対向して配置された基板に、この原子 を付着させるスパッタリング法は、既に良く知られている。
[0003] ここで、ターゲットへの印加電力は、薄膜の堆積レートとの間で比例関係にあり、ス ノ ッタリング時の薄膜厚みの制御性が良好になるとの理由から、ターゲットへのスパッ タリング電源としては、ターゲットに一定の電力を印加する定電力電源が多用されて いる。
[0004] なお、ターゲットに一定の電力を供給する定電力電源を使用した反応性スパッタリ ング装置が、例えば、特許文献 1や特許文献 2に記載されている。
特許文献 1：特開 2002— 275628号公報
特許文献 2：特開 2004 - 76105号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] ところで、ターゲットへの一定の電力印加に基づぐ放電ガスを用いたマグネトロン プラズマ（以下、「放電プラズマ」と略す）により、ターゲットをスパッタリングする過程（ 例えば、ターゲットのエロージョン進行中）において、放電プラズマ中をドリフトするス ノ^タリング粒子が、真空槽内の残留ガスや残留水分と反応し易い活性状態に遷移 する場合があると、本件発明者等は考えている。
[0006] そして、仮にスパッタリング粒子 (例えば A1原子）が活性ィ匕すれば、 自動車用ヘッド ランプのリフレクタのように、均一な A1堆積膜によりリフレクタ表面を鏡面にする必要 があるにも拘らず、この A1堆積膜中への、 A1原子と残留酸素ガスや残留水分との反 応によるアルミナ (Al O )混入により、 A1堆積膜によるリフレクタの分光 (反射率)特
2 3
性が劣化 (A1堆積膜の黄変化)する。
[0007] そこで、ターゲットのエロージョン進行中の局面を例にして、スパッタリング堆積膜の 劣ィ匕メカニズムを吟味する。
[0008] なおここでは便宜上、放電ガスとしてアルゴン (Ar)ガスを例にとり、スパッタリング用 のターゲットとして残留酸素ガスや残留水分に反応し易 、アルミニウム金属 (A1)を例 にとつて A1堆積膜の特性劣化メカニズムを述べる力 勿論、他の放電ガスや他のタ 一ゲット金属 (例えばチタン金属）ついても同様の議論が当て嵌まる。
[0009] A1ターゲットの表面のエロージョン進行により、 A1ターゲットは、その厚み方向に窪 み出し、これにより、窪み部の底面近傍に位置する放電空間は、 A1ターゲットの裏面 に配置された磁石 (磁界発生手段）に向力つて近づく。このため、この磁石の作る、放 電空間の磁束密度は、エロージョンの進行に伴い高くなる。そして、放電空間の磁束 密度が高まれば、このような放電空間の放電プラズマ中の荷電粒子 (例えば Ar+ィォ ンゃ電子）の密度が増す。
[0010] この放電空間中の荷電粒子密度の増加により、 A1ターゲットへの Ar+イオン衝突に より叩き出され放電プラズマ中をドリフトする A1原子と、荷電粒子との間の衝突断面積 (両者の相互作用確率）が増え、これにより、荷電粒子エネルギーに基づいて A1原子 の励起乃至電離状態 (活性状態）に遷移する確率が高まる。
[0011] このような活性ィ匕した A1原子は、基板に向けて真空槽内を飛散する間に、真空槽 内の残留酸素ガスや残留水分と反応し易くなり、これにより、 A1堆積膜中のアルミナ（ Al O )混入量が増加すると、考えられる。
2 3
[0012] なお、 A1堆積膜中へのアルミナ混入と推定されるリフレクタ用の A1堆積膜の黄変は 、スパッタリング装置のテストにより実証され、これに対して、真空槽内の残留酸素ガ スゃ残留水分の残存量を少なくするよう、真空槽内部を真空ポンプにより充分に排気 するという次善の策を取れる力もしれないが、そうすれば、スパッタリング装置の生産 性が大幅に低下してしまう。 [0013] 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、真空槽内の残留ガスや残 留水分とスパッタリング粒子との間の反応に基づくスパッタリング堆積膜の劣化を適 切に抑制可能なスパッタリング装置およびその成膜方法を提供することを目的として いる。
課題を解決するための手段
[0014] 最初に、ターゲットのエロージョン進行と放電プラズマの分布特性との間の相関を 実験した結果を述べる。
[0015] 図 1は、ターゲットのエロージョン進行と放電プラズマの分布特性 (荷電粒子密度） を表す指標 (放電電圧)との関係を示した図である。
[0016] 図 7は、ターゲットのエロージョン進行と放電プラズマの分布特性 (荷電粒子密度） を表す指標 (放電電流)との関係を示した図である。
[0017] 図 1および図 7の横軸は、電力量 P (kWh)であり、この電力量 Pは、定電力電源から ターゲットに一定の電力を供給することを想定した場合、ターゲットへの電力供給のト 一タル時間に対応するとともに、ターゲットのエロージョン進行具合、例えば、ターゲ ットのエロージョン窪み部の深さに相関する。
[0018] 図 1の縦軸は、放電電圧 Vg (V)であり、この放電電圧 Vgは、定電力電源から供給 される電圧に相当して、この放電電圧 Vgは、放電プラズマの荷電粒子密度という放 電プラズマの分布特性の一指標例として使用され得る。
[0019] 図 7の縦軸は、放電電流 Ig (mA)であり、この放電電流 Igは、定電力電源から供給 される電流に相当して、この放電電流 Igは、放電プラズマの荷電粒子密度という放電 プラズマの分布特性の他の指標例として使用され得る。このように、放電プラズマの 分布特性を表す他の指標例として、放電プラズマ中の放電電流やインピーダンスを 採用することも可能である。但しここでは、電力量とインピーダンスとの間の相関説明 は省略する。
[0020] 図 1によれば、電力量 Pの増加に伴う放電電力 Vgの減少が確認された。すなわち、 ターゲットのエロージョン進行に伴い（すなわち電力量 Pの増加に伴って）、エロージョ ン窪み部底面と磁石との間の接近により、エロージョン窪み部内の放電空間の、磁石 の作る磁束密度は高まり、その結果として、放電プラズマ中の荷電粒子密度が増加 する一方で、放電プラズマのインピーダンスが減少して、放電電圧 Vgは低下したと考 えられる。なお、放電電圧 Vgの電力量 Pに対する変化割合 (dVgZdP)は略（一 0. 1 75)であった。よって、このような放電電圧 Vgを指標として、放電プラズマの分布特性 を適切に監視かつ評価できると考えられる。
[0021] また、図 7によれば、電力量 Pの増加に伴う放電電力 Igの増加が確認された。すな わち、ターゲットのエロージョン進行に伴い（すなわち電力量 Pの増加に伴って）、ェ ロージヨン窪み部底面と磁石との間の接近により、エロージョン窪み部内の放電空間 の、磁石の作る磁束密度は高まり、その結果として、放電プラズマ中の荷電粒子密度 が増加する一方で、放電プラズマのインピーダンスが減少して、放電電流 Igは上昇し たと考えられる。なお、放電電流 Igの電力量 Pに対する変化割合 (dlgZdP)は略（+ 0. 056)であった。よって、このような放電電流 Igを指標として、放電プラズマの分布 特性を適切に監視かつ評価できると考えられる。
[0022] また、本件発明者等は、放電電圧 Vgまたは放電電流 Igを制御量として、これを所 定の好適な基準範囲に保つように、所定の操作量によりフィードバック制御すれば、 放電プラズマの分布特性としての荷電粒子密度を望ましい範囲に調整可能になると 、考え、放電ガス量 (Arガス量)を操作量に採用できるカゝ否かを検証した。
[0023] 図 2は、 Arガス量 (真空槽内への導入量）をパラメータとして、横軸にターゲットへの 電力をとり、左縦軸に放電電圧をとり、右横軸に放電電流をとつて、電力と、放電電 圧および放電電流との間の関係の一例を示した図である。
[0024] 図 2によれば、放電プラズマ中の放電電圧 Vg (V)と放電電流 Ig (A)との積である電 力 Pg (kW)が一定であれば、 500sccmから 57sccmに Arガス量 Qを減らすに連れ て、放電電圧 Vgが上がり、放電電流 Igが下がることが確認され、逆に、 57sccmから 500sccmに Arガス量 Qを増やすに連れて、放電電圧 Vgが下がり、放電電流 Igが上 力 ¾ことが確認された。
[0025] このような結果によれば、この荷電粒子密度の一指標としての放電電圧 Vgまたは 放電電流 Igを監視して、放電プラズマ中の荷電粒子密度が増加し過ぎた場合には、 その好適な基準範囲（例えば、図 1の下限値 Vmin以上または図 7の上限値 Imax以 下）に維持する方向に Arガス量を操作すれば (Arガス量を減らせば）、放電プラズマ 中の荷電粒子密度を適切に調整でき、これに起因するスパッタリング粒子 (例えば A1 原子）と、真空槽内の残留ガス (例えば酸素ガス)や残留水分との間の反応に基づく スパッタリング堆積膜の特性劣化を抑制可能であると、本件発明者等は判断した。
[0026] よって、第 1の本発明は、ターゲットのエロージョン進行中の局面において、放電ガ ス量により放電プラズマの分布特性を、放電電圧または放電電流を指標にして適切 に調整できるという着想に基づき案出されものであり、第 2の本発明は、放電プラズマ 発生の局面にこの着想を応用することにより案出されたものである。
[0027] 第 1の本発明のスパッタリング装置の成膜方法は、放電ガスを用いたマグネトロンプ ラズマにより、真空槽内のターゲットをスパッタリングする際に、前記ターゲットに供給 される電力を一定に保ち、前記マグネトロンプラズマの分布特性を表す指標に基づ V、て、前記真空槽内の放電ガス量が調整される方法である。
[0028] また、スパッタリング装置は、真空槽内に配置されたターゲットと、前記真空槽内に 放電ガスを導く放電ガス供給手段と、前記ターゲットに一定の電力を供給する定電力 電源と、前記ターゲットの表面上に漏れ磁界を形成するよう、前記ターゲットの裏面に 配置された磁界発生手段と、制御装置と、を備えて構成され、前記漏れ磁界による放 電ガスを用いたマグネトロンプラズマにより、前記ターゲットをスパッタリングする装置 であって、前記制御装置は、前記マグネトロンプラズマの分布特性を表す指標に基 づ 、て、前記放電ガス供給手段により前記放電ガス量を調整する装置である。
[0029] このようなスパッタリング装置およびその成膜方法によれば、放電プラズマの分布特 性を表す指標に基づき、この分布特性を放電ガス量の調整により適切に保てる。
[0030] 例えば、放電プラズマの分布特性としてその荷電粒子密度を例に取れば、荷電粒 子密度が高くなり過ぎるという不都合を、上記指標に基づく放電ガス量調整により適 切に回避でき、放電プラズマ中をドリフトするターゲット粒子が活性ィ匕することを抑止 できる。
[0031] よって、真空槽内に、放電ガス以外の残留ガスや残留水分が一定レベル残存して も、未活性のターゲット粒子は残留ガスや残留水分と反応し難ぐ基板上のスパッタリ ング堆積膜への反応物混入による特性の劣化が抑制される。
[0032] 更に、真空槽内の残留ガスや残留水分を一定レベル残存することを許容した、スパ ッタリング装置およびその成膜方法は、真空槽内の残留ガスや残留水分の排気時間 を短くでき、その結果として、その生産性を高スループットに維持でき好適である。
[0033] なお、前記指標の一例が前記マグネトロンプラズマの放電電圧であれば、放電ブラ ズマの分布特性を適切に監視かつ評価できる。
[0034] より詳しくは、前記指標としての前記放電電圧がその下限値を下回った場合に、前 記放電ガス量は減じられる。
また、前記指標の他の例が前記マグネトロンプラズマの放電電流であっても、放電 プラズマの分布特性を適切に監視かつ評価できる。
より詳しくは、前記指標としての前記放電電流がその上限値を上回った場合に、前 記放電ガス量は減じられる。
[0035] ここで、放電電圧の制御の一例として、放電電圧のフィードバック制御があり、詳しく は、前記制御装置は、前記定電力電源から前記放電電圧を取得して、前記取得した 放電電圧がその下限値を下回った場合には、前記放電ガス供給手段により前記放 電ガス量を減少させても良 、。
[0036] このような放電電圧のフィードバック制御によれば、操作量 (ここでは放電ガス量)以 外の制御量 (ここでは放電電圧)の決定因子 (外乱)の存在や、装置の特性変動と!/、 つた不確定要因の克服が容易であり好適である。
また、前記制御装置は、制御量として放電電流を用い、放電電流のフィードバック 制御により、前記定電力電源から前記放電電流を取得して、前記取得した放電電流 がその上限値を上回った場合には、前記放電ガス供給手段により前記放電ガス量を 減少させても良い。
このような放電電流のフィードバック制御によれば、操作量 (ここでは放電ガス量)以 外の制御量 (ここでは放電電流)の決定因子 (外乱)の存在や、装置の特性変動と!/ヽ つた不確定要因の克服が容易であり好適である。
[0037] また、放電電圧のフィードバック制御以外の制御例として、放電電圧のフィードフォ ワード制御があり、詳しくは、前記ターゲットに供給する電力量と前記放電電圧との相 関を示した電力量 電圧データと、前記放電電圧と前記真空槽内の放電ガス量との 相関を示した電圧 ガスデータと、を、記憶した記憶装置を備えて構成され、前記制 御装置は、電力量 電圧データに基づいて、前記電力量の増加による前記放電電 圧の低下を予測して、前記電圧-ガスデータに基づいて、前記予測された放電電圧 の低下を相殺するに必要な前記放電ガス量の目標値を設定し、前記放電ガス供給 手段により前記放電ガス量を前記目標値に一致するように調整しても良い。
[0038] このような放電電圧のフィードフォワード制御によれば、放電電圧の逐次的な取得 を必要とせず、先手を打って迅速に放電ガス量を所望の値に調整でき好適である。 また、放電電流のフィードバック制御以外の制御例として、放電電流のフィードフォ ワード制御があり、前記ターゲットに供給する電力量と前記放電電流との相関を示し た電力量 電流データと、前記放電電流と前記真空槽内の放電ガス量との相関を 示した電流 ガスデータと、を、記憶した記憶装置を備えて構成され、前記制御装置 は、電力量 電流データに基づいて、前記電力量の増加による前記放電電流の上 昇を予測して、前記電流 ガスデータに基づいて、前記予測された放電電流の上昇 を相殺するに必要な前記放電ガス量の目標値を設定し、前記放電ガス供給手段に より前記放電ガス量を前記目標値に一致するように調整しても良 ヽ。
このような放電電流のフィードフォワード制御によれば、放電電流の逐次的な取得 を必要とせず、先手を打って迅速に放電ガス量を所望の値に調整でき好適である。
[0039] また、第 2の本発明のスパッタリング装置の成膜方法は、放電ガスを用いたマグネト ロンプラズマにより、前記真空槽内のターゲットをスパッタリングする際に、前記マグネ トロンプラズマの発生に先立って定電力電源の最大定格電圧が、前記ターゲットに 印加された後、前記放電ガスが前記真空槽内に導入され、その後、前記マグネトロン プラズマに対応する前記定電力電源の放電電圧力 前記ターゲットに印加される、 方法である。
この成膜方法によれば、定電力電源の過渡応答に際してのターゲットへの印加電 圧を、高圧側 (最大定格電圧)から低圧側 (放電電圧）に移動させることにより、この印 加電圧が放電電圧の下限値を下回ることを回避でき、スパッタリング堆積膜の劣化要 因力 過渡応答時に適切に排除できる。なお、このような成膜方法によれば、放電ガ ス量のトータルを減らせてスパッタリング装置のランニングコストを低減できるという副 次的効果も発揮する。 [0040] 本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好 適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
発明の効果
[0041] 本発明によれば、真空槽内の残留ガスや残留水分とスパッタリング粒子との間の反 応に基づくスパッタリング堆積膜の劣化を適切に抑制可能なスパッタリング装置およ びその成膜方法が得られる。
図面の簡単な説明
[0042] [図 1]図 1は、ターゲットのエロージョン進行と放電プラズマの分布特性を表す指標（ 放電電圧）との関係を示した図である。
[図 2]図 2は、 Arガス量をパラメータとして、横軸にターゲットへの電力をとり、左縦軸 に放電電圧にとり、右縦軸に放電電流をとつて、電力と、放電電圧および放電電流と の間の関係の一例を示した図である。
[図 3]図 3は、本発明の実施の形態 1に係るスパッタリング装置の一構成例を示した模 式図である。
[図 4]図 4は、実施の形態 1のスパッタリング装置の動作の一例を示したフローチヤ一 トである。
[図 5]図 5は、実施の形態 2のスパッタリング装置の動作の一例を、従来のスパッタリン グ装置の動作とともに示したタイミングチャートである。
[図 6]図 6は、定電力電源の過渡応答における電圧および電流の変化を模式的に示 した図である。
[図 7]図 7は、ターゲットのエロージョン進行と放電プラズマの分布特性を表す指標（ 放電電流）との関係を示した図である。
[図 8]図 8は、実施の形態 1のスパッタリング装置の動作の他の例を示したフローチヤ ートである。
符号の説明
[0043] 10 真空槽
11 基板ホルダ
12 基板 13 ターゲット
14 磁石構造体
15 開口
16 真空ポンプ
18 窪み部
20 制御装置
22 放電ガス供給手段
100 スパッタリング装置
VI 定電力電源
発明を実施するための最良の形態
[0044] 以下、本発明の好ましい実施の形態 1、 2を、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態 1)
図 3は、本発明の実施の形態 1に係るスパッタリング装置の一構成例を示した模式 図である。
[0045] 本実施の形態のスパッタリング装置 100は、主として、内部空間を減圧可能な真空 槽 10と、この真空槽 10の壁部の開口 15を介して真空槽 10の内部を真空引きする真 空ポンプ 16と、真空槽 10の内部に放電ガスとしてのアルゴンガス (Arガス）を導く放 電ガス供給手段 22 (例えば、放電ガス供給元電磁弁）と、制御装置 20と、を備える。
[0046] また、真空槽 10の内部には、基板ホルダ 11が配設されていて、アルミ (A1)等の非 磁性金属からなる矩形状のターゲット 13と、基板ホルダ 11に保持された矩形状の基 板 12とが、互いに対向するように配置されている。
[0047] また、ターゲット 13の裏面に、複数の磁石からなる磁石構造体 14 (磁界発生手段） が配置され、これらの磁石の作る磁束線により、ターゲット 13の表面近傍に所定の漏 れ磁界 Bが形成されて 、る。
[0048] このターゲット 13は、これに対向配置させた基板 12に被覆させる薄膜の母材であり 、放電プラズマ中のイオン (Ar+)を引き付ける電界 Eを形成する目的で、定電力電源 VIより陰極 (力ソード）になるように、一定の電力を供給されている。なお、真空槽 10 力 陽極 (アノード）として接地されている。 [0049] そして、ターゲット 13のスパッタリングの過程において、放電プラズマ閉じ込め用の トンネル状の漏れ磁界 Bと電界 Eとを直交させることによる Arガス放電 (マグネトロン放 電）に基づき、ターゲット 13の表面付近に多数の荷電粒子 (Ar+および電子)からな る放電プラズマが形成される。
[0050] この Ar+は、ターゲット 13に定電力電源 VIから印加された電力による電界 Eにより ターゲット 13に引き付けられ、これにより、ターゲット 13の構成原子 (ここでは A1原子） 力 Ar+の衝突エネルギーによりターゲット 13の表面から叩き出される一方、ターゲッ ト 13にはエロージョン窪み部 18が形成される。なお、叩き出された A1原子は基板 12 に堆積される。
[0051] 制御装置 20は、マイクロプロセッサ P (CPU)と、記憶装置 M (例えば、 RAMや RO M等の内部メモリ）と、を有して構成され、後程詳しく述べるように、定電力電源 VIの 放電電圧 Vgや放電電流 Igに基づ ヽて放電ガス供給手段 22の開度を変更する。な お、制御装置 20が、スパッタリング装置 100の全体動作を制御しても良ぐこの制御 装置 20とは別の制御器力 スパッタリング装置 100の全体動作を制御しても良い。
[0052] 次に、本実施の形態のスパッタリング装置の動作について図面を参照して説明する
[0053] 図 4は、本実施の形態のスパッタリング装置の動作の一例を示したフローチャートで あり、この動作では、放電電圧がフィードバック制御されている。図 8は、本実施の形 態のスパッタリング装置の動作の他の例を示したフローチャートであり、この動作では
、放電電流がフィードバック制御されている。
[0054] まず、図 4に示したスパッタリング装置 100の動作例について説明する。
[0055] 図 4に示すように、制御装置 20は、予め設定されたサンプリング期間毎に、定電力 電源 VIからターゲット 13に供給される電圧（上記放電電圧 Vgに相当）を取得する（ ステップ Sl)。
[0056] 次に、制御装置 20は、ステップ S1において取得した放電電圧 Vg力 放電電圧 Vg の下限値 Vmin (図 1参照）を下回っているか否かを判定する（ステップ S2)。
[0057] なお、この下限値 Vminは、例えば、予め装置毎に設定され記憶装置 Mに記憶さ れた基板 12上の A1堆積膜の黄変開始電圧であっても良い。 [0058] ここで放電電圧 Vgが、その下限値 Vminを下回って!/、な!/、場合には (ステップ S2 において「No」）、制御装置 20は、ステップ S1に戻り、ステップ S1およびステップ S 2 の動作を繰り返す。
[0059] 一方、放電電圧 Vgが、その下限値 Vminを下回っている場合には (ステップ S2に おいて「Yes」）、制御装置 20は、放電電圧 Vgが、その下限値 Vmin以上になるよう、 放電ガス供給手段 22の開度により、 Arガス量を調整する（正確には Arガス量を減ら す）（ステップ S3)。
[0060] このような放電電圧 Vgのフィードバック制御によれば、操作量 (ここでは Arガス量） 以外の制御量 (ここでは放電電圧 Vg)の決定因子 (外乱）の存在や、スパッタリング装 置 100の特性変動といった不確定要因の克服が容易であり好適である。
[0061] その後、制御装置 20は、ステップ S1に戻り、ステップ S1およびステップ S2の動作 を繰り返す。
次に、図 8に示したスパッタリング装置 100の動作例について説明する。
[0062] 図 8に示すように、制御装置 20は、予め設定されたサンプリング期間毎に、定電力 電源 VIからターゲット 13に供給される電流（上記放電電流 Igに相当）を取得する (ス テツプ Sl)。
[0063] 次に、制御装置 20は、ステップ S1において取得した放電電流 Ig力 放電電流 Igの 上限値 Imax (図 7参照）を上回っているか否かを判定する（ステップ S2)。
[0064] なお、この上限値 Imaxは、例えば、予め装置毎に設定され記憶装置 Mに記憶され た基板 12上の A1堆積膜の黄変開始電流であっても良い。
[0065] ここで放電電流 Ig力 その上限値 Imaxを上回っていない場合には (ステップ S2に おいて「No」）、制御装置 20は、ステップ S1〖こ戻り、ステップ S1およびステップ S2の 動作を繰り返す。
[0066] 一方、放電電流 Igが、その上限値 Imaxを上回っている場合には (ステップ S2にお いて「Yes」）、制御装置 20は、放電電流 Igが、その上限値 Imax以下になるよう、放 電ガス供給手段 22の開度により、 Arガス量を調整する（正確には Arガス量を減らす ) (ステップ S3)。
[0067] このような放電電流 Igのフィードバック制御によれば、操作量 (ここでは Arガス量） 以外の制御量 (ここでは放電電流 Ig)の決定因子 (外乱）の存在や、スパッタリング装 置 100の特性変動といった不確定要因の克服が容易であり好適である。
その後、制御装置 20は、ステップ S1に戻り、ステップ S1およびステップ S 2の動作 を繰り返す。
[0068] 以上に述べた本実施の形態のスパッタリング装置 100およびその成膜方法によれ ば、放電電圧 Vgまたは放電電流 Igを指標として、放電プラズマの分布特性 (例えば 荷電粒子密度）を、 Arガス (放電ガス）量の制御により適切に保てる。つまり、放電プ ラズマの荷電粒子密度が高くなり過ぎるという不都合を、放電電圧 Vgまたは放電電 流 Igに基づく Arガス量調整により適切に回避でき、放電プラズマ中をドリフトするター ゲット粒子 (A1原子）が活性ィ匕することを抑止できる。よって、仮に真空槽 10内に、 Ar ガス以外の酸素ガス等の残留ガスや残留水分が一定レベル残存しても、未活性の A 1原子は残留ガスや残留水分と反応し I 、基板 12上の A1堆積膜へのアルミナ成分 混入による分光 (反射率)特性の劣化 (黄変）は抑制される。
[0069] また、真空槽内の残留ガスや残留水分を一定レベル残存することを許容した、本実 施の形態のスパッタリング装置 100は、真空槽 10内の残留ガスや残留水分の排気時 間を短くでき、その結果として、その生産性を高スループットに維持でき好適である。
[0070] 〔実施の形態 1の変形例〕
本実施の形態では、制御装置 20に放電電圧 Vgをフィードバックして、放電電圧 Vg がその下限値 Vminを下回った場合に、制御装置 20が、これを下限値 Vmin以上に するように、放電ガス供給手段 22の開度制御により、 Arガス量を調整する例を述べ た。また、制御装置 20に放電電流 Igをフィードバックして、放電電流 Igがその上限値 Imaxを上回った場合に、制御装置 20が、これを上限値 Imax以下にするように、放 電ガス供給手段 22の開度制御により、 Arガス量を調整する例も述べた。
[0071] ところで、このような放電電圧 Vgまたは放電電流 Igのフィードバック制御に代えて、 制御装置 20は、放電電圧 Vgまたは放電電流 Igのフィードフォワード制御に基づ 、て 、 Arガス量を調整しても良い。
[0072] 例えば、図 1に例示した如ぐターゲット 13への電力量 Pと放電電圧 Vgとの相関を 示した電力量 電圧データ、および、図 2に例示した如ぐ放電電圧 Vgと真空槽 10 内の Arガス量との相関を示した電圧—ガスデータを、制御装置 20の記憶装置 Mに 予め記憶させても良い。
[0073] そうすれば、制御装置 20は、上記電力量 電圧データに基づいて、電力量 Pの増 加に伴う放電電圧 Vgの変化 (低下)を事前に予測して、上記電圧 ガスデータに基 づ 、て、予測された放電電圧 Vgの変化 (低下）を相殺するに必要な Arガス量の目標 値を設定し、放電ガス供給手段 22の開度制御により Arガス量をこの目標値に一致 するように調整可能になる (Arガス量を適切に減らせる)。
[0074] これにより、制御装置 20は、放電電圧 Vgのフィードバック制御のような放電電圧 Vg の逐次的な取得を必要とせず、先手を打って迅速に Arガス量を所望の値に調整で き好適である。
また、図 7に例示した如ぐターゲット 13への電力量 Pと放電電流 Igとの相関を示し た電力量 電流データ、および、図 2に例示した如ぐ放電電流 Igと真空槽 10内の Arガス量との相関を示した電流-ガスデータを、制御装置 20の記憶装置 Mに予め 記憶させても良い。
[0075] そうすれば、制御装置 20は、上記電力量 電流データに基づいて、電力量 Pの増 加に伴う放電電流 Igの変化（上昇）を事前に予測して、上記電流 ガスデータに基 づいて、予測された放電電流 Igの変化（上昇）を相殺するに必要な Arガス量の目標 値を設定し、放電ガス供給手段 22の開度制御により Arガス量をこの目標値に一致 するように調整可能になる (Arガス量を適切に減らせる)。
これにより、制御装置 20は、放電電流 Igのフィードバック制御のような放電電流 Ig の逐次的な取得を必要とせず、先手を打って迅速に Arガス量を所望の値に調整で き好適である。
(実施の形態 2)
A1ターゲットのエロージョン進行中の局面の他、放電プラズマ発生の局面でも、放 電プラズマをドリフトする A1原子力、以下に述べるように、真空槽内の残留ガスや残 留水分と反応し易い活性状態に遷移する可能性がある。
[0076] なお本実施の形態のスパッタリング装置のハードウェア構成は、実施の形態 1のス ノ ッタリング装置のハードウェア構成と同じであるため、ここでの構成要素の参照番号 は、図 3に示した各構成要素の参照番号と同じ番号を使用して、これらの構成要素の 説明を省く。
[0077] 図 5は、本実施の形態のスパッタリング装置の動作の一例を、従来のスパッタリング 装置の動作例とともに示したタイミングチャートである。すなわち、図 5 (a)は、従来の スパッタリング装置の動作例（以下、「比較例」と略す)のタイミングチャートであり、図 5 (b)は、本実施の形態のスパッタリング装置の動作例（以下、「実施例」と略す)のタイ ミングチャートである。
[0078] より詳しくは、図 5において、 Arガス状態 (a—l)は、放電プラズマ発生の時刻 (T1) 前後における、比較例の真空槽 10内の Arガス量の時間変化を示し、 Arガス状態 (b — 1)は、放電プラズマ発生の時刻 (T1)前後における、実施例の真空槽 10内の Ar ガス量の時間変化を示して 、る。
[0079] また、電圧状態 (a— 2)は、比較例について、定電力電源 VIからターゲット 13に印 加される電圧値の時間変化を示し、電圧状態 (b— 2)は、実施例について、定電力 電源 VIからターゲット 13に印加される電圧値の時間変化を示している。
[0080] また、電力状態 (a— 3)は、比較例について、定電力電源 VIからターゲット 13に供 給される電力値の時間変化を示し、電力状態 (b— 3)は、実施例について、定電力 電源 VIからターゲット 13に供給される電力値の時間変化を示している。
[0081] Arガス状態 (a— 1)、電圧状態 (a— 2)および電力状態 (a— 3)に示した比較例によ れば、定電力電源 VIからターゲット 13への電力供給動作に先立って、真空槽 10内 への Arガス導入が実行されている。なおここでは、放電プラズマ発生の時刻（T1)の 直前に、スパッタリング装置 100の成膜時の Arガスより多めのガスが導入され、これ により、真空槽 10内への Arガス充填時間の短縮を図る方法が例示されている。
[0082] 一方、 Arガス状態 (b— 1)、電圧状態 (b— 2)および電力状態 (b— 3)に示した実施 例によれば、定電力電源 VIからターゲット 13への電力供給動作の後に、真空槽 10 内への Arガス導入が実行されて 、る。
[0083] このような真空槽 10内への Arガス導入タイミングの相違により、実施例についての 定電力電源 VIは、放電プラズマ発生の時刻 (T1)以前の期間（以下、「準備期間」と 略す）において、電圧状態 (b— 2)に示す如ぐその最大定格電圧 Vmaxをターゲット 13に印加させる。
[0084] つまり、実施例の定電力電源 VIは、上記準備期間において、真空槽 10への ガ ス導入に先立ってターゲット 13に電力供給を試みるにも拘らず、真空槽 10内に Arガ ス (放電ガス）が全く存在しないことから、ターゲット 13の表面に放電プラズマは立た ない。このため、この定電力電源 VIの電流は、準備期間中に流れず、これにより、こ の準備期間中の定電力電源 VIは、電力状態 (b— 3)に示す如ぐ電力を供給できず に、定電力電源 VIの電圧は、電圧状態 (b— 2)に示す如ぐその最大定格電圧 Vm axに自動的に移行する。
[0085] なおここで、実施例の定電力電源 VIは、放電プラズマ発生の時刻 (T1)以降の期 間（以下、「成膜期間」と略す）において、真空槽 10内への Arガス導入により、放電 電流 Igと、電圧状態 (b— 2)の電圧 (放電電圧 Vg)との積に相当する、電力状態 (b— 3)の電力を供給可能になる。
[0086] 要するに、比較例は、定電力電源 VIによるターゲット 13への電力供給を契機とし て、準備期間から成膜期間の過渡応答 201に移行するのに対して、実施例は、真空 槽 10内への Arガス導入を契機にして、準備期間から成膜期間の過渡応答 202に移 行している。
[0087] このような実施例のスパッタリング装置 100の動作 (成膜方法）によれば、当該スパ ッタリング装置 100が、成膜期間の過渡応答 202において、以下に述べるように、基 板 12上の A1堆積膜の特性劣化を抑制する方向に効果を発揮すると考えられる。
[0088] 図 6は、定電力電源の過渡応答における電圧 (V)および電流 (A)の変化を模式的 に示した図であり、同図には、過度応答 202 (実施例）の電圧および電流変化の様子 力 過渡応答 201 (比較例）のそれらとともに描かれている。なおここでは、説明の便 宜上、定電力電源 VIのドライビングポイント D力 最大出力電力を示すカーブ（図 6 の点線)を移動する場合を想定して ヽる。
[0089] 図 6によれば、過渡応答 202 (実施例）の電圧は、初期値 (最大定格電圧 Vmax)か らドライビングポイント Dに対応する放電電圧 Vgに向かって減り、この放電電圧 Vgを 超えて若干アンダーシュートした後、この放電電圧 Vgに到達する。また、過渡応答 2 02の電流は、初期値 (ゼロ）からドライビングポイント Dに対応する放電電流 Igに向か つて増え、この放電電流 Igを超えて若干オーバーシュートした後、この放電電流 Igに 到達する。
[0090] これに対し、過渡応答 201 (比較例）の電圧および電流は両方とも、初期値 (ゼロ） 力もドライビングポイント Dに対応する放電電圧 Vgおよび放電電流 Igに向力つて増え て、これらの値に到達する。
[0091] このため、比較例では、既に述べた放電電圧 Vgの下限値 Vmin (図 1参照）を下回 る電圧が、定電力電源 VIから一時的にターゲット 13に印加され、その結果として、 比較例の過渡応答 201の途中段階で、真空槽 10内の残留酸素ガスや残留水分と 反応し易い A1原子の活性ィ匕遷移を招く放電プラズマ状態が生み出される可能性が あると、本件発明者等は懸念している。
[0092] 勿論、この放電電圧 Vgの下限値 Vminは、スパッタリング装置 100の定常な成膜時 に適用される数値であり、このような下限値 Vminが、過渡応答時にそのまま当て嵌 まるとは言い切れないが、上記実施例の如ぐその過渡応答 202におけるターゲット 13への印加電圧を、高電圧側 (最大定格電圧 Vmax)から低電圧側 (放電電圧 Vg) に移動させることにより、この印加電圧では、放電電圧 Vgの下限値 Vminを下回る可 能性を根本的に排除でき好適である。
よって、本実施の形態のスパッタリング装置 100の成膜方法によれば、定電力電源 VIの過渡応答 202に際してのターゲット 13への印加電圧を、高圧側（最大定格電 圧 Vmax)から低圧側 (放電電圧 Vg)に移動させることにより、この印加電圧が放電電 圧 Vgの下限値 Vminを下回ることを根本的に回避でき、 A1堆積膜の特性劣化 (黄変 )要因が、放電プラズマ発生の局面の過渡応答時において適切に排除できる。なお 、このような成膜方法によれば、比較例に比べて Arガス量のトータル量を減らせてス ノ ッタリング装置 100のランニングコストを低減できるという副次的効果も発揮する。
[0093] 上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らか である。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行 する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を 逸脱することなぐその構造及び Z又は機能の詳細を実質的に変更できる。
産業上の利用可能性 本発明によれば、真空槽内の放電プラズマの分布特性を適切に保たれ、例えば、 放電プラズマによりターゲットをスパッタリングする、スパッタリング装置の用途に適用 できる。

Claims

請求の範囲
[1] 放電ガスを用いたマグネトロンプラズマにより、真空槽内のターゲットをスパッタリン グする、スパッタリング装置の成膜方法であって、
前記ターゲットに供給される電力を一定に保ち、前記マグネトロンプラズマの分布 特性を表す指標に基づいて、前記真空槽内の放電ガス量が調整される、成膜方法。
[2] 前記指標が前記マグネトロンプラズマの放電電圧である請求項 1記載の成膜方法。
[3] 前記放電電圧がその下限値を下回った場合に、前記放電ガス量を減少する、請求 項 2記載の成膜方法。
[4] 前記指標が前記マグネトロンプラズマの放電電流である請求項 1記載の成膜方法。
[5] 前記放電電流がその上限値を上回った場合に、前記放電ガス量を減少する、請求 項 4記載の成膜方法。
[6] 真空槽内に配置されたターゲットと、前記真空槽内に放電ガスを導く放電ガス供給 手段と、前記ターゲットに一定の電力を供給する定電力電源と、前記ターゲットの表 面上に漏れ磁界を形成するよう、前記ターゲットの裏面に配置された磁界発生手段と 、制御装置と、を備え、前記漏れ磁界による放電ガスを用いたマグネトロンプラズマに より、前記ターゲットをスパッタリングする、スパッタリング装置であって、
前記制御装置は、前記マグネトロンプラズマの分布特性を表す指標に基づ ヽて、 前記放電ガス供給手段により前記放電ガス量を調整する、スパッタリング装置。
[7] 前記指標が、前記定電力電源から得られる前記マグネトロンプラズマの放電電圧で ある請求項 6記載のスパッタリング装置。
[8] 前記制御装置は、前記定電力電源から前記放電電圧を取得して、前記取得した放 電電圧がその下限値を下回った場合には、前記放電ガス供給手段により前記放電 ガス量を減少させる、請求項 7記載のスパッタリング装置。
[9] 前記指標が、前記定電力電源から得られる前記マグネトロンプラズマの放電電流で ある請求項 6記載のスパッタリング装置。
[10] 前記制御装置は、前記定電力電源から前記放電電流を取得して、前記取得した放 電電流がその上限値を上回った場合には、前記放電ガス供給手段により前記放電 ガス量を減少させる、請求項 7記載のスパッタリング装置。
[11] 前記ターゲットに供給する電力量と前記放電電圧との相関を示した電力量 電圧 データと、前記放電電圧と前記真空槽内の放電ガス量との相関を示した電圧 ガス データとを、記憶した記憶装置を備え、
前記制御装置は、電力量 電圧データに基づいて、前記電力量の増加による前 記放電電圧の低下を予測して、前記電圧-ガスデータに基づいて、前記予測された 放電電圧の低下を相殺するに必要な前記放電ガス量の目標値を設定し、前記放電 ガス供給手段により前記放電ガス量を前記目標値に一致するように調整する、請求 項 7記載のスパッタリング装置。
[12] 前記ターゲットに供給する電力量と前記放電電流との相関を示した電力量 電流 データと、前記放電電流と前記真空槽内の放電ガス量との相関を示した電流 ガス データとを、記憶した記憶装置を備え、
前記制御装置は、電力量 電流データに基づいて、前記電力量の増加による前 記放電電流の上昇を予測して、前記電流 ガスデータに基づいて、前記予測された 放電電流の上昇を相殺するに必要な前記放電ガス量の目標値を設定し、前記放電 ガス供給手段により前記放電ガス量を前記目標値に一致するように調整する、請求 項 9記載のスパッタリング装置。
[13] 放電ガスを用いたマグネトロンプラズマにより、前記真空槽内のターゲットをスパッタ リングする、スパッタリング装置の成膜方法であって、
前記マグネトロンプラズマの発生に先立って定電力電源の最大定格電圧が、前記 ターゲットに印加された後、前記放電ガスが前記真空槽内に導入され、その後、前記 マグネトロンプラズマに対応する前記定電力電源の放電電圧が、前記ターゲットに印 加される、成膜方法。
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