JPH02156081A

JPH02156081A - スパッタ装置

Info

Publication number: JPH02156081A
Application number: JP31137888A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kuriyama; 昇栗山
Original assignee: Tokuda Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Tokuda Seisakusho Co Ltd
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1990-06-15

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電圧）が印加される。前者はアース電極と呼ばれ
、後者はＲＦ電極と呼ばれる。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、ＲＦ７ｇ極た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
の時の方がより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ＲＦ主電極陰極
の時の放電電流とは同量である。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うの熱
電子放出であり、これは陰極から出る火花として硯覚的
に観測される。このアーク放電の発生を最小限とするた
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［極で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ｆｓ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、アース電極のうち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
無くシ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、各ターゲットと真空容器間には、この両者間の
ストレーキャパシタと組合わされて高周波電圧の周波数
においてほぼ共振周波数を有する並列共振回路を形成す
るインダクタが接続され、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。各ターゲットとアース電極間に
は、インダクタとストレーキャパシタから成る並列共振
回路が設けられている。この並列共振回路は印加電圧周
波数においてほぼ共振周波数を有するため、ターゲット
とアース電極間を流れようとする高周波電流を阻止する
。そのため、ターゲットとアース電極間ではグロー放電
が殆ど発生しない。このように、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
電は殆ど無い。従って、アース電極には電流が殆ど流れ
ない。その結果、アース電極からのアーク放電が防止さ
れ、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、無駄な消費電力が極めて少なくなる。

（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４個のターゲットＴ１〜Ｔ４は、Ｔ１とＴ２のベ
アおよびＴ３とＴ４のベアに分けられている。ベアとな
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。異なるベアのターゲット
間には、各ターゲットベア毎の放電により形成されるプ
ラズマＰ１．Ｐ２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０８０１．０５
Ｃ２が設けられている。高周波電圧発生器０３ＣＩ、０
ＳＣ２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０５ＣＩ、０３Ｃ２側から見
て、電圧増幅器ＦＡＩ、ＰＡ２、マツチングボックスＭ
ＢＩ。

ＭＢ２、及び高周波トランスＴｒｉ、Ｔｒ２を要素とし
て有する。ドライブケーブルＣＣ１１〜ＣＣ１，４は、
電圧増幅器ＰＡＩ〜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。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圧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ためのマ
ツチング回路を有し、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。トランスＴｒ
ｉ、Ｔｒ２は、高周波電圧発生器０８０１．０８Ｃ２か
ら出力された各高周波電圧をベアのターゲットの各々へ
分配される。トランスＴｒｉ、Ｔｒ２はバランとして機
能するように構成されているため、ベアのターゲットに
は１８０度の位相差を持つ平衡２相の高周波電圧が印加
される。また、真空容器１０、基板ホルダ２１及びマツ
チングボックスのシールド等から成るアース電極はゼロ
電位にされる。

各ターゲットＴ１〜Ｔ４とアース電極１０゜２１間には
、半固定のインダクタし１〜Ｌ４が夫々接続されている
。各ターゲットＴ１〜Ｔ４とアース電極１０．２１間に
はストレーキャパシタＳＣＩ〜ＳＣ４が存在する。イン
ダクタＬ１〜Ｌ４はストレーキャパシタＳＣＩ〜ＳＣ４
と結合して並列共振回路を構成する。この並列共振回路
の共振周波数がターゲットＴ１〜Ｔ４への印加電圧の周
波数（工業用加熱電源用周波数１３．５６Ｍ　Ｈｚ　）
と一致するように、インダクタＬ１〜Ｌ４のインダクタ
ンスが調整される。

次に、作用を説明する。

高周波電圧発生器０８０１から出力された高周波電圧は
トランスＴｒｉにより１８０度の位相差をもつ平衡２相
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Ｔｌ、Ｔ２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Ｔ１．Ｔ２間の電位
差によって、ターゲットＴＩ、７２間でグロー放電が発
生しプラズマＰ１を形成する。同様にして、ターゲット
Ｔ３，７４間でもグロー放電が発生しプラズマＰ２を形
成する。ターゲットＴＩ、Ｔ２のベアとターゲットＴ３
．Ｔ４のベアとの間に十分な距離があることにより、プ
ラズマＰ１とプラズマＰ２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。

各ターゲットＴ１〜Ｔ４とアース電極１０゜２１間のイ
ンダクタＬ１〜Ｌ４とストレーキャパシタＳＣＩ〜ＳＣ
４とにより構成される並列共振回路は、印加電圧の周波
数において最も高いインピーダンスを有する。その非常
に高いインピーダンスにより、各ターゲットＴ１〜Ｔ４
とアース電極１０．２１間を流れようとする高周波電流
が阻止される。そのため、各ターゲットＴ１〜Ｔ４とア
ース電極１０．２１間で放電が生じることが殆ど不可能
となる。

このようにして、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Ｔ１〜Ｔ４とアース電極１０．２１
間での放電は殆ど無い。従って、アース電極に流れる電
流は殆ど無くなり、アース電極からのアーク放電が有効
に防止される。また、基板に殆ど電流が流れないため基
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殆ど生じない
ため、基板被膜の汚染が殆どない。また、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０３ＣＩ、０８
Ｃ２間で周波数が少しばかり異なっていても、また位相
が異なっていても、実際上の問題は無いという利点を有
する。

上記実施例は２個のターゲットを逆相の高周波電圧で駆
動するものである。しかし、より多数のターゲットを平
衡の多相高周波電圧で駆動することも本発明の範囲に含
まれる。例えば、３個のターゲットを１２０度ずつ位相
が異なる平衡３相の高周波電圧で駆動する変形例も可能
である。この変形例は、単一の高周波電源からの高周波
電圧を高周波トランスによりて平衡３相高周波電圧に変
換するような伝送路を使用することにより実現できる。

上記実施例ではターゲットとアース電極との間にインダ
クタのみを挿入したが、第２図に示すようなインダクタ
Ｌと直流電流カットのためのキャパシタＣとの直列体を
挿入するようにしてもよい。

この場合、印加電圧周波数における上記インダクタＬの
インピーダンスをＺＬ、キャパシタＣのインピーダンス
をｚＣとすると、ＺＬ　＞ＺＣなる条件を満たす必要がある。

〔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殆ど高周波電
流が流れな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
易化および高湿処理に不適な材質への高周波スパッタの
適用口Ｊ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ッパッタ装置の一実施例の構成
を示す回路図、第２図はターゲットとアース電極間に挿
入されるインダクタと直流カット用のキャパシタとの直
列体を示す回路図である。１０・・・真空容器、２１・・・基板ホルダ、Ｔ１〜Ｔ
４．Ｔ・・・ターゲット、０ＳＣＩ、０３Ｃ２・・・高
周波電圧発生器、ＣＣＩＩ、ＣＣｌ２・・・ドライブケ
ーブル、ＰＡＬ、ＰＡ２・・・電圧増幅器、ＣＣ２１，
ＣＣ２２・・・出カケープル、ＭＢＩ。ＭＢ２・・・マツチングボックス、Ｔｒｉ、Ｔｒ２・・
・高周波トランス、Ｌ１〜Ｌ４．Ｌ・・・半固定インダ
クタ、ＳＣ１〜ＳＣ４・・・ストレーキャパシタ、Ｃ・
・・キャパシタ。第２図

Claims

【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、前記各ターゲットと前記真空容器
間には、この両者間のストレーキャパシタと組合わされ
て前記高周波電圧の周波数においてほぼ共振周波数を有
する並列共振回路を形成するインダクタが接続され、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、前記高周波電源また
は前記伝送路は、平衡の多相高周波電圧を前記ターゲッ
トに印加するように構成されていることを特徴とするス
パッタ装置。