特許 6942015 成膜装置および成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6942015

(24)【登録日】2021年9月9日

(45)【発行日】2021年9月29日

(54)【発明の名称】成膜装置および成膜方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20210916BHJP

   H05H 1/00 20060101ALI20210916BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20210916BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 U

   H05H1/00 A

   H05H1/46 L

   H05H1/46 A

【請求項の数】6

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-185698(P2017-185698)

(22)【出願日】2017年9月27日

(65)【公開番号】特開2019-59988(P2019-59988A)

(43)【公開日】2019年4月18日

【審査請求日】2020年6月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100105935

【弁理士】

【氏名又は名称】振角 正一

(74)【代理人】

【識別番号】100136836

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 一正

(72)【発明者】

【氏名】尾▲崎▼ 一人

【審査官】 神▲崎▼ 賢一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１９３８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１８９８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０２３８７８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／３４

Ｈ０５Ｈ １／００

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマスパッタリングにより基板に成膜を行う成膜装置において、
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、ターゲットを設置可能なマグネトロンカソードと、
前記真空チャンバ内で前記ターゲットの近傍に配置される高周波アンテナと、
前記真空チャンバ内で前記基板を前記ターゲットに対向させて保持する基板保持部と、
前記真空チャンバ内にスパッタガスを供給するガス供給部と、
前記マグネトロンカソードに所定のカソード電力を供給してマグネトロンプラズマを発生させるカソード電源と、
前記高周波アンテナに高周波電力を供給して誘導結合プラズマを発生させる高周波電源と
を備え、
前記カソード電源は前記マグネトロンカソードに与える電圧を定電圧制御しまたは前記マグネトロンカソードに与える電力を定電力制御し、
前記高周波電源は、前記ターゲット表面近傍でのプラズマ密度の大きさを指標する物理量としての前記マグネトロンカソードに流れる電流の測定結果に基づいて、前記高周波アンテナに与える前記高周波電力の大きさを制御する成膜装置。

【請求項2】

プラズマスパッタリングにより基板に成膜を行う成膜装置において、
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、ターゲットを設置可能なマグネトロンカソードと、
前記真空チャンバ内で前記ターゲットの近傍に配置される高周波アンテナと、
前記真空チャンバ内で前記基板を前記ターゲットに対向させて保持する基板保持部と、
前記真空チャンバ内にスパッタガスを供給するガス供給部と、
前記マグネトロンカソードに所定のカソード電力を供給してマグネトロンプラズマを発生させるカソード電源と、
前記高周波アンテナに高周波電力を供給して誘導結合プラズマを発生させる高周波電源と
を備え、
前記カソード電源は前記マグネトロンカソードに流れる電流を定電流制御しまたは前記マグネトロンカソードに与える電力を定電力制御し、
前記高周波電源は、前記ターゲット表面近傍でのプラズマ密度の大きさを指標する物理量としての前記マグネトロンカソードの電圧の測定結果に基づいて、前記高周波アンテナに与える前記高周波電力の大きさを制御する成膜装置。

【請求項3】

プラズマスパッタリングにより基板に成膜を行う成膜装置において、
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、ターゲットを設置可能なマグネトロンカソードと、
前記真空チャンバ内で前記ターゲットの近傍に配置される高周波アンテナと、
前記真空チャンバ内で前記基板を前記ターゲットに対向させて保持する基板保持部と、
前記真空チャンバ内にスパッタガスを供給するガス供給部と、
前記マグネトロンカソードに所定のカソード電力を供給してマグネトロンプラズマを発生させるカソード電源と、
前記高周波アンテナに高周波電力を供給して誘導結合プラズマを発生させる高周波電源と
を備え、
前記カソード電源は前記マグネトロンカソードに与える電圧を定電圧制御しまたは前記マグネトロンカソードに与える電力を定電力制御し、
前記高周波電源は、前記ターゲット表面近傍でのプラズマ密度の大きさを指標する物理量としての前記ターゲット表面近傍でのプラズマ発光強度の測定結果に基づいて、前記高周波アンテナに与える前記高周波電力の大きさを制御する成膜装置。

【請求項4】

前記高周波アンテナは、巻き数が１周未満の線状導体を誘電体層で被覆した構造を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置。

【請求項5】

前記高周波電源は、前記測定値が所定の適正範囲内となるように前記高周波電力を制御する請求項１ないし４のいずれかに記載の成膜装置。

【請求項6】

プラズマスパッタリングにより基板に成膜を行う成膜方法において、
真空チャンバ内に、ターゲットを有するマグネトロンカソードと、高周波アンテナと、前記基板とを配置する工程と、
前記真空チャンバ内にスパッタガスを供給する工程と、
電源部から、前記マグネトロンカソードに所定のカソード電力を供給してマグネトロンプラズマを発生させ、前記高周波アンテナに高周波電力を供給して誘導結合プラズマを発生させる工程と
を備え、
前記ターゲットが強磁性体材料であり、
前記高周波アンテナに与えられる前記高周波電力は、前記ターゲット表面近傍でのプラズマ密度の大きさを指標する物理量としての前記マグネトロンカソードに流れる電流、前記マグネトロンカソードの電圧、および前記ターゲット表面近傍でのプラズマ発光強度のいずれかの測定結果に基づいて前記電源部により制御されて、経時的に低減される、
成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、プラズマスパッタリング技術を用いて基板表面に成膜する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

プラズマによりターゲットをスパッタリングすることで基板表面に薄膜を形成する技術においては、成膜速度が速く、また良好な膜質を得られることから、永久磁石を用いた磁気回路により形成される磁場中に高密度のプラズマを発生させるマグネトロンカソード方式が広く用いられている。その中には、プラズマ密度をより高めるために、アンテナに高周波電力を与えることで生じる誘導結合プラズマを、マグネトロンプラズマと併用したものもある（例えば、特許文献１、２参照）。

【0003】

プラズマスパッタリング技術においては、カソードに流れる電流の大きさが成膜速度に影響を与える一方、カソード電圧の大きさは膜質、より具体的には基板における膜密度に影響を与える。このため、カソードに電力を供給する電源は、カソード電流およびカソード電圧を適正に管理することができるように構成される必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−０６２５６８号公報

【特許文献2】国際公開第２０１０／０２３８７８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

スパッタリングが継続的に実行されることでターゲット表面が消耗してターゲット厚さが小さくなってくると、ターゲット表面近傍のプラズマ発生空間と磁気回路との距離が小さくなるためターゲット表面での磁束密度が大きくなる。これにより、ターゲット表面でのプラズマ密度が高くなり、プラズマインピーダンスが低下する。その結果、電源がカソード電流またはカソード電圧のいずれかを適正値に維持しようとすると他方が適正値から離れてしまうという現象が生じ、電流値と電圧値とをともに適正値に管理することが困難となる。

【0006】

このため、従来の技術では、スパッタリングによりターゲットが消耗してゆく状況に対して、成膜速度および膜質の両方を安定的に維持することができないという問題が残されていた。

【0007】

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ターゲットの消耗状態によらず、成膜速度および膜質の変動の少ない安定した成膜を行うことのできる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明の一の態様は、プラズマスパッタリングにより基板に成膜を行う成膜装置であって、上記目的を達成するため、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、ターゲットを設置可能なマグネトロンカソードと、前記真空チャンバ内で前記ターゲットの近傍に配置される高周波アンテナと、前記真空チャンバ内で前記基板を前記ターゲットに対向させて保持する基板保持部と、前記真空チャンバ内にスパッタガスを供給するガス供給部と、前記マグネトロンカソードに所定のカソード電力を供給してマグネトロンプラズマを発生させるカソード電源と、前記高周波アンテナに高周波電力を供給して誘導結合プラズマを発生させる高周波電源とを備え、前記高周波電源は、前記ターゲット表面近傍でのプラズマ密度の大きさを指標する物理量の測定結果に基づいて、前記高周波アンテナに与える前記高周波電力の大きさを制御する。ここで、前記カソード電源が前記マグネトロンカソードに与える電圧を定電圧制御しまたは前記マグネトロンカソードに与える電力を定電力制御し、前記物理量は、前記マグネトロンカソードに流れる電流または前記ターゲット表面近傍でのプラズマ発光強度とすることができる。また、前記カソード電源が前記マグネトロンカソードに流れる電流を定電流制御しまたは前記マグネトロンカソードに与える電力を定電力制御し、前記物理量は、前記マグネトロンカソードの電圧とすることができる。

【0009】

また、この発明の一の態様は、プラズマスパッタリングにより基板に成膜を行う成膜方法であって、上記目的を達成するため、真空チャンバ内に、ターゲットを有するマグネトロンカソードと、高周波アンテナと、前記基板とを配置する工程と、前記真空チャンバ内にスパッタガスを供給する工程と、電源部から、前記マグネトロンカソードに所定のカソード電力を供給してマグネトロンプラズマを発生させ、前記高周波アンテナに高周波電力を供給して誘導結合プラズマを発生させる工程とを備え、前記ターゲットが強磁性体材料であり、前記高周波アンテナに与えられる前記高周波電力は、前記ターゲット表面近傍でのプラズマ密度の大きさを指標する物理量としての前記マグネトロンカソードに流れる電流、前記マグネトロンカソードの電圧、および前記ターゲット表面近傍でのプラズマ発光強度のいずれかの測定結果に基づいて前記電源部により制御されて、経時的に低減される。

【0010】

以下、カソードに流れる電流を「カソード電流」、カソードに印加される電圧を「カソード電圧」と称する。上記のように構成された発明では、スパッタリングによるターゲットの消耗（エロージョン）が進行することに起因して、カソード電源のみではカソード電流およびカソード電圧の両方を適正値に制御することができなくなるという問題に鑑み、高周波アンテナに供給される高周波電力を調整することでこれらをともに適正値に制御することを可能にする。具体的には以下の通りである。

【0011】

スパッタリングの進行によりターゲット表面が消耗すると、ターゲット表面において磁束が強まるため、ターゲット表面近傍でのプラズマ密度が増加する。これによりターゲットのスパッタ量が増え、結果としてカソード電流が増大する。また、プラズマ密度が高くなることでプラズマインピーダンスが低くなるので、同じカソード電流に対するカソード電圧は低下する。このようにターゲットのエロージョン進行に伴いカソード電流とカソード電圧とが連動して変化することが、カソード電源がこれらの両方を適正値に維持することを困難にしている。

【0012】

ここで、高周波電力が与えられた高周波アンテナは誘導結合プラズマを発生させ、マグネトロンプラズマにより発生するプラズマに誘導結合プラズマを重畳することでプラズマ密度を高めるように作用する。したがって、高周波電力の増減によって、ターゲット表面におけるプラズマ密度を増減させることが可能である。このことから、プラズマ密度の変動を指標する何らかの物理量を測定し、その測定結果に基づいて高周波アンテナに与える高周波電力の大きさを制御することにより、ターゲットの消耗に起因するプラズマ密度の変動分を高周波電力の増減によって補償することが可能となる。

【0013】

これにより、カソード電源からマグネトロンカソードへ与えられるカソード電力においては、その電流値、電圧値とも適正な値に維持することが可能となる。その結果、一定の成膜速度および膜質を維持しながら継続的に成膜を実行することができる。

【0014】

なお測定される物理量としては、マグネトロンカソードに流れる電流、マグネトロンカソードの電圧、およびターゲット表面近傍でのプラズマ発光強度のいずれかであることが望ましい。前記したようにターゲットのエロージョンの進行に伴いカソード電流およびカソード電圧が変動するから、これらの少なくとも一方を測定することでプラズマ密度の変動を検出することが可能である。また、ターゲット表面近傍でのプラズマ発光強度を直接測定することによっても、もちろんプラズマ密度の変動を直接検出することが可能である。

【発明の効果】

【0015】

上記のように、本発明によれば、ターゲットの消耗による磁束密度の上昇に起因して生じるマグネトロンプラズマ密度の変動を、誘導結合プラズマを生じさせる高周波アンテナへの供給電力の増減によって抑えることができる。これにより、マグネトロンカソードに供給される電流および電圧の両方を適正値に維持することができ、成膜速度と膜質とを安定させて継続的に成膜を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明にかかる成膜装置の一実施形態の概略構成を示す側面図および上面図である。

【図2】成膜装置内部の主要構成の配置を示す斜視図である。

【図3】成膜装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図4】スパッタソースの動作を示す図である。

【図5】この成膜装置による成膜処理を示すフローチャートである。

【図6】カソード電源の制御方式と高周波電源が採用し得る制御入力との関係を示す図である。

【図7】高周波電源での出力制御処理の例を示すフローチャートである。

【図8】この出力制御処理の効果を例示する図である。

【図9】カソード電流を定電流制御、カソード電圧を制御入力とした場合を例示する図である。

【図10】スパッタソースの変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は本発明にかかる成膜装置の一実施形態の概略構成を示す側面図および上面図である。図２は成膜装置内部の主要構成の配置を示す斜視図である。図３は成膜装置の電気的構成を示すブロック図である。以下の説明における方向を統一的に示すために、図１に示すようにＸＹＺ直交座標軸を設定する。ＸＹ平面が水平面を表す。また、Ｚ軸が鉛直軸を表し、より詳しくは（−Ｚ）方向が鉛直下向き方向を表している。

【0018】

この成膜装置１は、プラズマスパッタリングにより処理対象である基板Ｓの表面に皮膜を形成する装置である。例えば、基板Ｓとしてのガラス基板や樹脂製の平板、シート、フィルム等の一方表面に、チタン、クロム、ニッケル等の金属皮膜や酸化アルミニウム等の金属酸化物皮膜を形成する目的に、この成膜装置１を適用することが可能である。ただし基板や皮膜の材料はこれに限定されず任意である。なお、ここでは矩形、枚葉状の基板Ｓに対し成膜を行う場合を例として説明するが、基板Ｓは任意の形状を有するものであってよい。

【0019】

基板Ｓは、中央部に開口を有する額縁状のトレーＴにより、その周縁部を保持されつつ下面の中央部を含む大部分が下向きに開放された状態で、成膜装置１内を搬送される。このようにすることで、薄くまたは大判で撓みやすい基板Ｓであっても水平姿勢に維持された状態での安定した搬送が可能となる。以下の説明では、トレーＴが基板Ｓを支持することでトレーＴと基板Ｓとが一体化された構造体を、成膜装置１の処理対象物であるワークＷｋと称する。なお基板Ｓの搬送態様はこれに限定されるものではなく任意である。例えば、基板Ｓが単体で搬送される態様であってもよく、また例えば上面が吸着保持された状態で搬送される態様であってもよい。また、基板は水平姿勢に限定されるものではなく、例えば主面が略垂直となった状態で搬送されてもよい。この場合、基板の搬送方向は水平方向、上下方向のいずれであってもよい。

【0020】

成膜装置１は、真空チャンバ１０と、ワークＷｋを搬送する搬送機構３０と、スパッタソース５０と、成膜装置１全体を統括制御する制御ユニット９０とを備えている。真空チャンバ１０は略直方体形状の外形を有する中空の箱型部材であり、底板の上面が水平姿勢となるように配置されている。真空チャンバ１０は例えばステンレス、アルミニウム等の金属を主たる材料として構成されるが、チャンバ内を視認可能とするために、例えば石英ガラス製の透明窓が部分的に設けられてもよい。

【0021】

図３に示すように、真空チャンバ１０には、真空チャンバ１０の内部空間ＳＰと外部空間または他の処理チャンバ内の処理空間との間を開閉するシャッタ１１と、真空チャンバ１０内を減圧するための真空ポンプ１２と、真空チャンバ１０の内部空間ＳＰの気圧を計測する圧力センサ１３とが設けられている。図１では記載が省略されているが、シャッタ１１は真空チャンバ１０の（−Ｘ）側端部および（＋Ｘ）側端部の一方または両方に設けられている。

【0022】

シャッタ１１は制御ユニット９０に設けられたシャッタ開閉制御部９２により開閉制御される。シャッタ１１の開状態ではワークＷｋの搬入および搬出が可能となる一方、シャッタ１１の閉状態では真空チャンバ１０内が気密状態とされる。また、真空ポンプ１２および圧力センサ１３は制御ユニット９０に設けられた雰囲気制御部９３に接続されている。雰囲気制御部９３は、圧力センサ１３による真空チャンバ１０内の圧力計測結果に基づき真空ポンプ１２を制御して、真空チャンバ１０の内部空間ＳＰを所定の気圧に制御する。雰囲気制御部９３は、後述する成膜動作における真空チャンバ１０内の気圧、すなわち成膜圧力を、ＣＰＵ９１からの制御指令に応じて設定することが可能である。

【0023】

搬送機構３０は、ワークＷｋを略水平な搬送経路に沿って搬送する機能を有する。具体的には、搬送機構３０は、基板Ｓを保持するトレーＴの下面に当接することにより処理チャンバ１０内でワークＷｋを支持する複数の搬送ローラ３１と、搬送ローラ３１を回転させることでワークＷｋをＸ方向に移動させる搬送駆動部３２とを備えている。搬送駆動部３２は制御ユニット９０に設けられた搬送制御部９４により制御される。このように構成された搬送機構３０は、真空チャンバ１０内で基板Ｓを水平姿勢に保持しつつ搬送して、基板ＳをＸ方向に移動させる。搬送機構３０による基板Ｓの移動は、図１に点線矢印で示すように往復移動であってもよく、また（＋Ｘ）方向または（−Ｘ）方向のいずれか一方向であってもよい。

【0024】

搬送機構３０により真空チャンバ１０内を搬送される基板Ｓの下方に、スパッタソース５０が設けられている。スパッタソース５０は、スパッタカソード５１と、スパッタカソード５１をＸ方向から挟むように設けられた１対の誘導結合アンテナ５２，５３と、スパッタカソード５１の周囲にスパッタガスを供給するスパッタガス供給ノズル５４，５４とを備えている。また、スパッタカソード５１、誘導結合アンテナ５２，５３およびスパッタガス供給ノズル５４，５４の周囲を覆うように、金属板により箱型に形成されたチムニー５５が設けられている。

【0025】

スパッタカソード５１は、例えば銅板のような導電性材料により板状に形成されたバッキングプレート５１１を備えている。バッキングプレート５１１の上面には、基板Ｓへの成膜材料により平板状（プレーナ状）に形成されたターゲット５１２が装着されている。ターゲット５１２の周囲はアノードシールド５１３により囲まれている。すなわち、アノードシールド５１３は上面にターゲット５１２の平面サイズと同等の開口が設けられた額縁形状をしており、ターゲット５１２の周囲を覆うとともに、開口を介してターゲット５１２の上面を基板Ｓの下面に臨ませる。なお、図１の上面図および図２においては、スパッタソース５０の内部構造を明示するために、チムニー５５はその外形のみが二点鎖線で示されている。

【0026】

バッキングプレート５１１の下部は箱型に形成されたハウジング５１４により覆われている。ハウジング５１４は真空チャンバ１０の底面に固定されている。バッキングプレート５１１の下面とハウジング５１４との間の空間には磁石ユニット５１５が設けられるとともに、その周囲の空隙には後述する冷却機構５８から冷媒としての流体、例えば冷却水が供給される。

【0027】

バッキングプレート５１１の下部に配置された磁石ユニット５１５は、ヨーク５１５ａと、ヨーク５１５ａ上に設けられた複数の磁石、すなわち中央磁石５１５ｂおよびこれを囲むように設けられた周辺磁石５１５ｃとを備えている。ヨーク５１５ａは透磁鋼などの磁性材料により形成されＹ方向に延設された平板状部材である。ヨーク５１５ａは図示しない固定部材によりハウジング５１４に固定されている。

【0028】

ヨーク５１５ａの上面のうち長手方向（Ｙ方向）に沿った中心線上には、Ｙ方向に延在する中央磁石５１５ｂが配置されている。また、ヨーク５１５ａの上面の外縁部には、中央磁石５１５ｂの周囲を囲む環状（無端状）の周辺磁石５１５ｃが設けられる。中央磁石５１５ｂおよび周辺磁石５１５ｃは例えば永久磁石である。バッキングプレート５１１の下面に対向する側の中央磁石５１５ｂと周辺磁石５１５ｃとの極性は互いに異なっている。したがって、磁石ユニット５１５によりターゲット５１２の周辺に静磁場が形成される。このように、ターゲット５１２を装着されたバッキングカソードプレート５１１、磁石ユニット５１５、ハウジング５１４等が一体としてマグネトロンカソードを構成する。

【0029】

真空チャンバ１０内でスパッタカソード５１を挟むように、１対の誘導結合アンテナ５２，５３が真空チャンバ１０の底面から突出して設けられている。誘導結合アンテナ５２，５３はＬＩＡ（Low Inductance Antenna：株式会社イー・エム・ディーの登録商標）とも称されるものであり、図２に示すように、略Ｕ字型に形成された導体５２１，５３１の表面が例えば石英などの誘電体５２２，５３２で被覆された構造を有する。導体５２１，５３１は、Ｕ字を上下逆向きにした状態で、真空チャンバ１０の底面を貫通してＹ方向に延設される。導体５２１，５３１は、Ｙ方向に位置を異ならせてそれぞれ複数個並べて配置される。誘電体５２２は、複数の導体５２１それぞれを個別に被覆するように独立して設けられてもよく、また複数の導体５２１を一括して覆うように設けられてもよい。誘電体５３２についても同様である。

【0030】

導体５２１，５３１の表面が誘電体５２２，５３２で被覆された構造とすることで、導体５２１，５３１がプラズマに曝露されることが防止される。これにより、導体５２１，５３１の構成元素が基板Ｓ上の膜に混入することが回避される。また、後述するように導体５２１，５３１に印加される高周波電流により誘導結合プラズマを生成することとなり、アーク放電などの異常放電を抑制して安定したプラズマを発生させることが可能となる。

【0031】

このように構成された誘導結合アンテナ５２，５３の各導体５２１，５３１は、Ｘ方向を巻回軸方向とし巻回数が１未満のループアンテナと見ることができる。そのため、低インダクタンスである。このような小型のアンテナを、巻回軸方向と直交する方向に複数並べて配置することで、インダクタンスの増大を抑えつつ、後述するプラズマ発生のための誘導磁場を広い範囲に形成することが可能である。また、それぞれがＹ方向に並ぶ複数のアンテナからなる１対のアンテナ列をＸ方向に離隔して平行配置することにより、両アンテナ列に挟まれる空間に強く均一な誘導磁場を発生させることができる。

【0032】

誘導結合アンテナ５２，５３に挟まれるスパッタカソード５１の周囲空間には、ガス供給部５６からスパッタガス（例えば不活性ガス）が導入される。具体的には、真空チャンバ１０の底面に、スパッタカソード５１をＸ方向から挟むように、それぞれガス供給部５６に接続された１対のノズル５４，５４が設けられている。ガス供給部５６は、成膜プロセス制御部９５からの制御指令に応じてスパッタガスとしての不活性ガス、例えばアルゴンガスまたはキセノンガスをノズル５４，５４に供給する。スパッタガスはノズル５４，５４からスパッタカソード５１の周囲に向けて吐出される。ガス供給部５６はスパッタガスの流量を自動的に制御する流量調整機能を有することが好ましく、例えばマスフローコントローラを備えたものとすることができる。

【0033】

チムニー５５内でターゲット５１２の表面を臨む位置に、例えば光ファイバーからなる光学プローブ５９が配置されており、チムニー５５内の空間において発生するプラズマ発光の一部が光学プローブ５９に入射する。光学プローブ５９は図示しない分光器に接続されており、該分光器の出力信号が制御ユニット９０に入力される。

【0034】

制御ユニット９０は、分光器の出力信号に基づき、プラズマエミッション法（ＰＥＭ）によりプラズマ空間におけるプラズマ発光強度を測定する。具体的には、スパッタによりターゲット５１２から飛翔する成膜粒子、プラズマ中で励起された原子もしくは分子、またはイオン等（例えばアルゴン原子）について物質固有のスペクトル成分の光強度を測定することで、プラズマ空間における当該物質の濃度を検出する。これにより、プラズマ空間におけるプラズマ密度を求めることができる。

【0035】

図４はスパッタソースの動作を示す図である。スパッタカソード５１と誘導結合アンテナ５２，５３との間には、電源部５７から適宜の電圧が印加される。具体的には、スパッタカソード５１のバッキングプレート５１１は電源部５７に設けられたカソード電源５７１に接続されており、カソード電源５７１から接地電位に対する適宜の負電位がバッキングプレート５１１に与えられる。カソード電源５７１が出力する電圧としては、直流、直流パルス、正弦波交流、矩形波交流、矩形波交流パルスおよびそれらの幾つかが重畳されたもの等を使用可能である。ただし以下の説明において「カソード電圧」というとき、カソード電源５７１から出力される種々の波形の負の直流または負の交流成分における電圧を指すものとする。一方、誘導結合アンテナ５２，５３には、電源部５７に設けられた高周波電源５７２がそれぞれ整合回路５７５，５７６を介して接続されており、高周波電源５７２から適宜の高周波電力が印加される。

【0036】

カソード電源５７１および高周波電源５７２のそれぞれから出力される電圧波形は、制御ユニット９０の成膜プロセス制御部９５からの制御指令により設定される。また、カソード電源５７２からバッキングプレート５１１に至る配線の途中に電流測定部５７３が介挿されており、電流測定部５７３は当該配線に流れる電流、すなわちカソード電流を測定する。電流測定部５７３の検出出力はカソード電源５７１および高周波電源５７２に入力される。また、当該配線と装置グラウンドとの間に電圧測定部５７４が設けられており、カソード電圧、より具体的には接地電位に対するバッキングプレート５１１の直流電圧が測定される。電圧測定部５７４の検出出力もカソード電源５７１および高周波電源５７２に入力される。

【0037】

カソード電源５７１は、電流測定部５７３により測定されるカソード電流の値、および、電圧測定部５７４により測定されるカソード電圧の値に基づき、出力電力を制御する。制御方式としては、カソード電流の値を一定に維持する定電流制御、カソード電圧の値を一定に維持する定電圧制御およびカソード電流とカソード電圧との積を一定に維持する定電力制御を選択可能である。

【0038】

一方、高周波電源５７２には、電流測定部５７３、電圧測定部５７４からの出力の他に、プラズマ発光強度を測定する光学プローブ５９からの検出出力が入力されている。なお、図４では原理説明のために光学プローブ５９と高周波電源５７２とが直接接続されるような記載となっているが、実際には、光学プローブ５９から分光器を介して与えられる信号に基づき制御ユニット９０が検出したプラズマ密度の大きさに対応する値が、制御ユニット９０から高周波電源５７２に与えられる。高周波電源５７２による出力制御の態様については後述する。

【0039】

高周波電源５７２から誘導結合アンテナ５２，５３に高周波電力（例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力）が供給されることで、誘導結合アンテナ５２，５３の周囲空間に高周波誘導磁場が生じ、スパッタガスのプラズマ、より具体的にはマグネトロンプラズマと誘導結合プラズマ（Inductivity Coupled Plasma；ＩＣＰ）との混合プラズマが発生する。ターゲット５１２および磁石ユニット５１５を含むスパッタカソード５１と、誘導結合アンテナ５２，５３とは、いずれも図１紙面に垂直なＹ方向に沿って長く延びている。したがって、プラズマが発生するプラズマ空間ＰＬも、スパッタカソード５１の表面に沿ってＹ方向に長く延びた形状を有する空間領域となる。

【0040】

こうしてプラズマ空間ＰＬに生成されるプラズマに含まれる陽イオン（図において白丸印で示す）が、負電位を与えられたスパッタカソード５１に衝突する。これによりターゲット５１２の表面がスパッタされ、ターゲット５１２から飛翔した微細なターゲット材料の粒子が成膜粒子（図において黒丸印で示す）として基板Ｓの下面に付着する。その結果、基板Ｓの表面（下面）に成膜が行われる。具体的には、基板Ｓ下面のうちＹ方向に沿った帯状の領域にプラズマスパッタリングによる成膜が行われ、基板Ｓが、その主面に平行でＹ方向と直交する方向、つまりＸ方向に走査移動されることで、成膜対象領域の全体に二次元的に成膜が行われる。

【0041】

プラズマ空間ＰＬを覆うようにチムニー５５が設けられることで、プラズマ空間ＰＬで発生するプラズマ粒子およびこれにスパッタされて生じる成膜粒子が真空チャンバ１０内に飛散することが抑制され、ターゲット５１２表面からスパッタにより飛翔した成膜粒子の飛翔方向が基板Ｓに向かう方向に制限される。このため、ターゲット材料を効率よく成膜に寄与させることができる。冷却機構５８からスパッタカソード５１に冷却水が供給されることで、プラズマに曝されるターゲット５１２の温度上昇が抑制される。

【0042】

図３に示すように、制御ユニット９０は、上記以外に、各種演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＣＰＵ９１が実行するプログラムや各種データを記憶するメモリおよびストレージ９６、外部装置およびユーザとの間での情報のやり取りを担うインターフェース９７等を備えている。例えば汎用のコンピュータ装置を、制御ユニット９０として使用することが可能である。なお、制御ユニット９０に設けられるシャッタ開閉制御部９２、雰囲気制御部９３、搬送制御部９４および成膜プロセス制御部９５等の各機能ブロックについては、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、またＣＰＵ９１により実行されるソフトウェア上で実現されるものであってもよい。

【0043】

図５はこの成膜装置による成膜処理を示すフローチャートである。この処理は、制御ユニット９０が予め用意された制御プログラムに基づき、成膜装置１の各部に所定の動作を行わせることにより実現される。成膜対象である基板Ｓを含むワークＷｋが成膜装置１に搬入されるのに先立って、真空チャンバ１０内の排気が開始されている（ステップＳ１０１）。

【0044】

真空チャンバ１０内が所定の気圧に制御された状態で、プラズマの点灯が開始される（ステップＳ１０２）。具体的には、ノズル５４からスパッタガスが所定流量で真空チャンバ１０内に吐出される。そして、電源部５７がスパッタカソード５１および誘導結合アンテナ５２，５３のそれぞれに所定の電圧を印加することにより、真空チャンバ１０内にマグネトロンプラズマと誘導結合プラズマとの混合プラズマが発生する。

【0045】

こうして予め真空チャンバ１０内にプラズマを点灯させた状態で、シャッタ１１が開かれ、真空チャンバ１０にワークＷｋが受け入れられる（ステップＳ１０３）。プラズマの点灯状態を安定させるため、ワークＷｋは、真空チャンバ１０と同程度の真空状態に保たれた他の真空チャンバ（図示省略）から搬入されることが望ましい。成膜処理後のワーク搬出時についても同様である。なお、成膜処理前のワークＷｋを受け入れるためのシャッタと、成膜処理後のワークＷｋを払い出すためのシャッタとは異なっていてもよい。

【0046】

真空チャンバ１０にワークＷｋが搬入されると、搬送機構３０がワークＷｋをＸ方向に走査移動させる（ステップＳ１０４）。これにより、ワークＷｋ中の基板Ｓの下面に、ターゲット材料を含んだ組成の皮膜が形成されることになる。なお、プラズマ空間ＰＬに反応性ガス（例えば酸素ガス）をさらに供給し、ターゲット５１２の成分と反応性ガスの成分とを含む皮膜（例えば金属酸化物皮膜）が形成されるようにしてもよい。

【0047】

搬送機構３０がワークＷｋを走査移動させることで、基板Ｓ下面における成膜粒子の着弾位置を変化させて基板Ｓ全体に成膜を行うことが可能である。このようなワークＷｋの走査移動を所定時間継続することで（ステップＳ１０５）、基板Ｓの表面（下面）に所定厚さの皮膜が形成される。基板Ｓに皮膜が形成された成膜後のワークＷｋは外部へ払い出される（ステップＳ１０６）。そして、次に処理すべきワークＷｋがあれば（ステップＳ１０７においてＹＥＳ）、ステップＳ１０３に戻って新たなワークＷｋを受け入れて上記と同様の成膜処理を実行する。処理すべきワークがなければ（ステップＳ１０７においてＮＯ）、装置各部を動作終了が可能な状態へ移行させる終了処理が実行され（ステップＳ１０８）、一連の動作は終了する。

【0048】

次に、高周波電源５７２の出力制御について説明する。この成膜装置１では、ターゲット５１２の近傍にマグネトロンプラズマと誘導結合プラズマとの混合プラズマを発生させ、これによりターゲット表面をスパッタリングして基板Ｓへの成膜を行う。ここで、ターゲット５１２がスパッタされることでその表面が消耗しターゲット５１２の厚さが減少すると、ターゲット５１２の表面と磁石ユニット５１５との距離が小さくなることでターゲット５１２表面における静磁場の磁束密度が高くなる。これにより、ターゲット５１２表面近傍におけるプラズマ密度が高くなり、ターゲット５１２のスパッタ量が増加する。

【0049】

スパッタ量の増加は成膜速度の向上につながるが、プラズマ密度の増加に伴ってプラズマインピーダンスが低下するため、同じカソード電流に対してカソード電圧は低下する傾向にある。カソード電圧は膜質、特に膜密度に影響を及ぼす因子であり、プラズマ密度の増加は成膜速度を向上させるが膜質を低下させるという結果に帰着する。

【0050】

特に、ターゲット５１２が例えば金属ニッケルのような強磁性体材料で形成されている場合には、ターゲット５１２による磁気シールド効果がその厚さの減少に伴って弱まってくる。このため、ターゲット５１２表面近傍での磁束密度が大きく変動しプラズマ密度も変動する。

【0051】

継続的な成膜において成膜速度および膜質を安定的に維持しつつ成膜を行うためには、成膜プロセス中、カソード電流およびカソード電圧の両方について変動が少ないことが求められる。ターゲット厚さの減少分だけ磁石ユニット５１５を遠ざければこの問題は解消されるが、重く大きな磁石ユニットを優れた位置精度で移動させるための機構および制御を実現するには装置コストの大幅な上昇が避けられない。

【0052】

前記したように、カソード電源５７１としては定電力制御、定電流制御および定電圧制御の種々の制御方式を取り得るが、いずれもカソード電流とカソード電圧との両方を安定的に維持することができるものではない。というのは、カソード電流とカソード電圧とはプラズマインピーダンスを介して相互に関連しており、プラズマ密度の上昇に伴うプラズマインピーダンスの低下に対応して、カソード電源５７１での制御によりカソード電流とカソード電圧との一方を適正値にしようとすると、他方が適正値から離れてしまうからである。

【0053】

そこで、この実施形態では、誘導結合アンテナ５２，５３に与える高周波電力を変化させることで、プラズマ密度の安定化を図っている。具体的には、プラズマ空間ＰＬにおけるプラズマ密度の変動に伴って変化する物理量を測定し、その測定結果に基づいて高周波電源５７２が出力する高周波電力の大きさを制御することでプラズマ密度を安定化させ、結果としてカソード電源５７１からスパッタカソード５１に供給されるカソード電流とカソード電圧とをともに適正値に維持する。

【0054】

プラズマ密度を指標する物理量としては、例えば、カソード電流の大きさ、カソード電圧の大きさおよびプラズマ発光強度が挙げられる。前記したようにプラズマ密度が高くなるとターゲット５１２のスパッタ量が増加し、そのためカソード電流も増加する。すなわち、カソード電源５７１の定電力制御下におけるカソード電流の増加はプラズマ密度が上昇していることを意味する。また、プラズマ密度の上昇によりプラズマインピーダンスが低下するとカソード電圧は低下する。すなわち、カソード電源５７１の定電力制御下におけるカソード電圧の低下はプラズマ密度の上昇を示す。

【0055】

また、前記したように、ターゲット５１２の表面近傍におけるプラズマ発光強度の測定結果からプラズマ密度を推定することが可能である。さらに、成膜が行われた基板Ｓにおける膜厚を実測し、その膜厚から間接的にプラズマ密度を推定することも可能である。特に、成膜中にリアルタイムに膜厚を測定することが可能であれば、測定された膜厚をプラズマ密度の指標となる物理量として高周波電力の制御に用いることが可能である。

【0056】

この実施形態では、これらのうち適宜の物理量を制御入力として、高周波電源５７２が出力電力の制御を行う。より具体的には、制御入力される物理量の測定値が予め定められた目標値または目標範囲を充足するように、高周波電源５７２の出力電力が制御される。特にカソード電流またはカソード電圧が制御入力とされる場合、高周波電源５７２の出力電力が、カソード電源５７１からスパッタカソード５１への電力供給の状況を検出した結果に基づいて決定されることになる。

【0057】

図６はカソード電源の制御方式と高周波電源が採用し得る制御入力との関係を示す図である。図において「○」印は、当該物理量が高周波電源５７２の制御入力として用いられることがカソード電源５７１における出力制御と整合する、つまり制御入力として適切に利用可能なものであることを示す。一方、「−」印は、当該物理量を制御入力とする高周波電源５７２の制御とカソード電源５７１の出力制御とが整合しないことを示す。

【0058】

カソード電源５７１が定電流制御、つまりカソード電流が一定となるように出力を制御する場合、高周波電源５７２は、カソード電圧を制御入力として高周波出力を決定することができる。この場合、カソード電圧の測定値が目標値（または目標範囲内、以下同様）となるように高周波電源５７２の出力が制御される。カソード電流はカソード電源５７１により定電流制御されているから、結果的にカソード電流およびカソード電圧の両方が目標値に維持されることになる。

【0059】

カソード電源５７１の出力が定電流制御されているため、カソード電流およびプラズマ密度は適正値に管理されている。したがって、これらの物理量を高周波電源５７２の制御入力としても、カソード電圧を適正に維持することはできない。

【0060】

カソード電源５７１が定電圧制御、つまりカソード電圧が一定となるように出力を制御する場合、高周波電源５７２は、カソード電流またはプラズマ発光強度を制御入力として高周波出力を決定することができる。この場合、カソード電流またはプラズマ発光強度の測定値が目標値となるように高周波電源５７２の出力が制御される。カソード電圧が一定に制御される場合、ターゲット５１２のエロージョン進行に伴いプラズマ密度が上昇しカソード電流が増加する。

【0061】

このような増加を検出して高周波出力を調整することで、カソード電流およびプラズマ密度の増加を抑えることができる。すなわち、カソード電流およびカソード電圧の両方を目標値に維持することができる。カソード電圧は定電圧制御されているので、これを制御入力としてもカソード電流の変動に対応する制御とはならない。

【0062】

カソード電源５７１が定電力制御、つまりカソード電流とカソード電圧との積が一定となるように出力を制御する場合、カソード電流およびカソード電圧の個々の値は不安定となり得るが、いずれか一方を高周波電源５７２の高周波出力調整により安定化させることで、他方も安定なものとなる。すなわち、カソード電流およびカソード電圧のいずれの測定値も、高周波電源５７２の制御入力として利用可能である。

【0063】

また、プラズマ発光強度を制御入力とした場合でも、該制御入力により指標されるプラズマ密度が一定となるような高周波電力制御を行うことでカソード電流が安定するから、カソード電源５７１の定電力制御によってカソード電圧も安定する。よってこの場合、カソード電流、カソード電圧およびプラズマ発光強度のいずれもが制御入力として成立し得る。

【0064】

図７は高周波電源での出力制御処理の例を示すフローチャートである。ここでは、カソード電源５７１が定電圧制御を行っており、カソード電流を制御入力とする場合の高周波電源５７２の制御動作を例示する。しかしながら、カソード電源５７１の制御方式および高周波電源５７２と制御入力となる物理量がこれと異なる場合についても、同様の考え方で処理フローを作成することができる。この処理は、例えば高周波電源５７２に内蔵された図示しないコントローラが実行してもよく、また成膜装置１の制御ユニット９０に設けられたＣＰＵ９１または成膜プロセス制御部９５がこの処理を実行し高周波電源５７１に出力指示を与えることにより実現されてもよい。

【0065】

高周波電源５７２から予め設定された高周波電圧および電流が出力され誘導結合アンテナ５２，５３への印加が開始される（ステップＳ２０１）。そして、カソード電源５７１とスパッタカソード５１との間に介挿された電流測定部５７３が測定するカソード電流の値が取得される（ステップＳ２０２）。電流値が予め定められた目標値を超える場合には（ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、誘導結合アンテナ５２，５３に印加される電圧および電流が、超過分に応じた大きさで低下される（ステップＳ２０４）。一方、電流値が目標値に満たない場合には（ステップＳ２０５においてＹＥＳ）、誘導結合アンテナ５２，５３に印加される電圧および電流が、不足分に応じた大きさで増大される（ステップＳ２０６）。カソード電流が目標値に合致していれば（ステップＳ２０３、Ｓ２０５においていずれもＮＯ）、現在の高周波出力が維持される。以後、カソード電流値の取得およびそれに伴う高周波電力出力の調整が継続的に実行される。

【0066】

このような処理によって、カソード電源５７１からスパッタカソード５１に流入するカソード電流が一定値に維持される。カソード電圧はカソード電源５７１により定電圧制御されているため、結果としてカソード電流およびカソード電圧の両方が一定に維持され、スパッタカソード５１に注入される電力が一定となる。これにより、成膜速度および成膜される皮膜の膜質が安定したものとなる。

【0067】

図８はこの出力制御処理の効果を例示する図である。図８上側のグラフに示すように、カソード電圧が目標値Ｖｔとなるように定電圧制御された状態で、カソード電流が目標値Ｉｔから電流値Ｉａに変化した場合を考える。図８下側のグラフに示すように、高周波電源５７２は、カソード電流が大きくなるほど高周波電力出力が小さくなるように構成されている。目標値Ｉｔから電流値Ｉａへのカソード電流の増加が検出されると、高周波電源５７２は、高周波電力出力を当初の値Ｐｏから値Ｐａに低下させる。これによりプラズマ空間ＰＬにおけるプラズマ密度が低下し、カソード電流が減少する方向に変化する。このようにしてカソード電流は目標値Ｉｔに維持される。制御入力として発光プラズマ強度が用いられる場合も概ね同じようにすることができる。

【0068】

図９はカソード電流が定電流制御され、カソード電圧が制御入力とされる場合を例示する図である。この場合、図９下側のグラフに示すように、高周波電源５７２は、カソード電圧が高くなるほど高周波電力出力が大きくなるように構成されている。したがって、図９上側のグラフに示すようにカソード電圧が目標値Ｖｔから値Ｖｂに低下したとき、高周波電源５７２の高周波電力出力も初期の値Ｐｏから値Ｐｂに減少する。定電流制御下でのカソード電圧の低下はプラズマ密度の上昇によるプラズマインピーダンスの低下によって起こるので、高周波電力を低下させてプラズマ密度を低下させることにより、カソード電圧を回復させることが可能である。このようにしてカソード電圧は目標値Ｖｔに維持される。

【0069】

なお、図８および図９においては、原理説明のために制御入力に対し高周波電力が線形に変化するように描かれているが、これらは非線形の関係を有していてもよい。また、カソード電源５７１が出力を定電力制御している場合には、図８および図９それぞれの上側のグラフにおける電流と電圧との関係が放物線により表される関係となるが、その場合でも図８または図９と同様の原理で高周波電力の出力を調整してカソード電流およびカソード電圧の一方を安定化させることで、他方も一意に決定される。

【0070】

また、図８および図９ではカソード電圧およびカソード電流の目標値Ｉｔ、Ｖｔをそれぞれ一意の値としているが、図に符号ΔＩ、ΔＶを付して示すように、一定の幅を有する目標範囲として定められていてもよい。

【0071】

また、ここでは、定電圧制御においてカソード電流が増える方向に変化したケース（図８）、および定電流制御においてカソード電圧が低下する方向に変化したケース（図９）を例として説明した。これらの場合、いずれも高周波電力については低下させる方向に変更されることになる。このような例を挙げた理由は以下の通りである。

【0072】

ターゲット５１２のエロージョンに起因するプラズマ密度の変動を考えるとき、ターゲット５１２の厚さは減少する方向にしか変化しないから、ターゲット５１２表面の磁束はスパッタの進行に伴って不可逆的に強くなってゆく。このため、エロージョンの進行はプラズマ密度を増加させる方向に作用する。このことから、プラズマ密度の増加に対して、これを抑制するように高周波電力の制御がなされればよいこととなる。

【0073】

言い換えれば、ターゲット５１２のエロージョンへの対応という点に着目したとき、ターゲット５１２の消耗が少ない初期段階では誘導結合アンテナ５２，５３に供給される高周波電力は比較的大きく、消耗が進むにつれて供給電力は次第に少なくなるように、高周波電源５７２からの出力が制御されればよいことになる。このため、例えば予め設定されたスケジュールに基づき高周波電力出力を漸減させてゆくような構成も考えられる。しかしながら、制御の安定性という観点からは、上記のようにプラズマ密度の変化を指標する物理量を制御入力とした出力制御の方が有効である。

【0074】

また、図７に例示した本実施形態の出力制御処理は、制御入力として用いられる物理量の増加、減少の両方に対応可能な処理内容となっている。このため、ターゲットのエロージョンとは異なる種々の原因によるプラズマ密度の変動にも対応することが可能であり、成膜速度および膜質の安定した成膜を継続的に行うことができる。

【0075】

以上のように、この実施形態では、プラズマ発生源としてのマグネトロンを使用するプラズマスパッタリング成膜装置１において、高周波アンテナである誘導結合アンテナ５２，５３に与えられることで誘導結合プラズマを生じさせる高周波電力の大きさが、ターゲット表面近傍でのプラズマ密度を指標する物理量の測定結果に基づいて制御される。したがって、ターゲットの消耗による磁束密度の増加に伴って生じるプラズマ密度の上昇が、高周波電力の調整によって抑えられる。このため、カソード電源５７１からスパッタカソード５１に供給されるカソード電流とカソード電圧とをともに適正値に維持しつつ成膜を行うことができる。

【0076】

カソード電流は成膜速度に、またカソード電圧は成膜される膜の膜質（より具体的には膜密度）に、それぞれ影響を及ぼす因子である。これらが適正に制御された状態で成膜を行うことにより、成膜速度および膜質の変動を抑えて安定した成膜を継続的に行うことができる。そのため、膜質の良好な皮膜を安定して得ることができる。これに加えて、ターゲットの厚さが変化しても成膜結果に影響が現れないため、ターゲット材料を効率よく利用することが可能となる。その結果、ターゲット材料のロスを抑え、またターゲットの交換頻度を少なくすることができるので、成膜コストについても低減を図ることが可能となる。

【0077】

以上説明したように、上記実施形態においては、磁石ユニット５１５を備えるスパッタカソード５１が、本発明の「マグネトロンカソード」として機能している。また、搬送機構３０、特に搬送ローラ３１が、本発明の「基板保持部」として機能している。また、誘導結合アンテナ５２，５３がいずれも本発明の「高周波アンテナ」として機能している。また、誘導結合アンテナ５２，５３においては、導体５２１，５３１が本発明の「線状導体」に、また誘電体５２２，５３２が本発明の「誘電体層」に相当している。

【0078】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記した実施形態においては、真空チャンバ１０内で１組のスパッタカソード５１を挟んで２組の誘導結合アンテナ５２，５３が配置されている。しかしながら、スパッタソースにおけるスパッタカソードおよび誘導結合アンテナの配置はこれに限定されるものではなく、例えば次のような配置も可能である。

【0079】

図１０はスパッタソースの変形例を示す図である。ここでは成膜装置を構成する各部のうちスパッタカソードおよび誘導結合アンテナの配置のみを示すが、上記実施形態が備える他の各構成も、適宜配置されるものとする。図１０（ａ）に示す変形例では、１組の誘導結合アンテナ６１１を挟むように２組のスパッタカソード６１２，６１３が配置される。また、図１０（ｂ）に示す変形例では、２組並べて配置されたスパッタカソード６２１，６２２を挟んで２組の誘導結合アンテナ６２３，６２４が配置される。さらに、図１０（ｃ）に示す変形例では、２組のスパッタカソード６３１，６３２と３組の誘導結合アンテナ６３３，６３４，６３５が交互に配置される。

【0080】

これらの構成によっても、誘導結合アンテナへの高周波電力供給およびスパッタカソードへのカソード電力供給によりスパッタカソードの周囲に誘導結合プラズマが発生し、これによりターゲットのスパッタおよび基板への成膜が実現される。

【0081】

また、上記実施形態ではスパッタカソードとしてターゲットが平板状に形成されたプレーナカソードが用いられ、ターゲットは真空チャンバ内で固定されている。従来のマグネトロンプラズマスパッタリング成膜においては、ターゲット表面に平行な水平磁束の偏在に起因するターゲットの局所的な消費によってターゲットの利用効率が悪化する。この問題を解消しターゲットを満遍なく利用するために、ターゲットを円筒形状に形成し回転させることでターゲットと磁気回路とを相対移動させる、ロータリーカソード方式も用いられている。

【0082】

このようなロータリーカソード方式の成膜装置においても、ターゲット厚さの減少による磁束密度の上昇という問題は依然として残されている。したがって、上記実施形態と同様の高周波電力制御を適用することで、より安定で膜質の優れた成膜を行うことが可能となる。

【0083】

また、上記実施形態では、プラズマ密度を指標する物理量の測定結果に基づき高周波電力出力をリアルタイムに制御しているが、これに代えて、例えば次のようにすることもできる。すなわち、１枚の基板への成膜ごとに膜厚を実測し、これに基づいて次の成膜プロセスにおける高周波電力の出力値を決定するようにしてもよい。

【0084】

また、上記実施形態では、カソード電流およびカソード電圧を測定するための電流測定部５７３および電圧測定部５７４が電源部５７に設けられている。しかしながら、カソード電源５７１が出力制御のためにこれらの測定機能を内蔵しており、その測定結果を外部へ取り出すことが可能であれば、この測定機能を電流および電圧測定部として使用するようにしてもよい。

【0085】

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明において、高周波電力の制御に用いられる物理量としては、例えば、マグネトロンカソードに流れる電流、マグネトロンカソードの電圧、およびターゲット表面近傍でのプラズマ発光強度のいずれかであってよい。これらはいずれもプラズマ密度の変動によって変化する物理量であり、その測定結果に基づき高周波電力の制御を行うことで、プラズマ密度の変動を抑制することが可能になる。

【0086】

また例えば、高周波アンテナは、巻き数が１周未満の線状導体を誘電体層で被覆した構造を有するものであってよい。このような構造の高周波アンテナは低インダクタンスであり、大きな高周波電力を注入することが可能である。このため高密度の誘導結合プラズマを安定して発生させることが可能である。

【0087】

具体的には、例えば、カソード電源はマグネトロンカソードに与える電圧を定電圧制御しまたはマグネトロンカソードに与える電力を定電力制御し、高周波電源はマグネトロンカソードに流れる電流を物理量として高周波電力を制御する構成とすることができる。このような構成によれば、マグネトロンカソードに流れる電流が安定化されることで、結果的にマグネトロンカソードの電流、電圧の双方が適正値に維持される。

【0088】

あるいは、カソード電源はマグネトロンカソードに流れる電流を定電流制御しまたはマグネトロンカソードに与える電力を定電力制御し、高周波電源はマグネトロンカソードの電圧を物理量として高周波電力を制御する構成とすることができる。このような構成によれば、マグネトロンカソードに印加される電圧が安定化されることで、結果的にマグネトロンカソードの電流、電圧の双方が適正値に維持される。

【0089】

さらには、カソード電源はマグネトロンカソードに与える電圧を定電圧制御しまたはマグネトロンカソードに与える電力を定電力制御し、高周波電源は、プラズマ発光強度を物理量として高周波電力を制御する構成とすることができる。このような構成によれば、プラズマ発光強度の大きさに応じて高周波電力を増減することで、プラズマ密度の変動を抑えることができる。その結果、マグネトロンカソードに流れる電流が安定化され、結果的にマグネトロンカソードの電流、電圧の双方が適正値に維持される。

【0090】

また例えば、高周波電源が、物理量の測定値が所定の適正範囲内となるように高周波電力を制御する構成であれば、上記制御の結果として、マグネトロンカソードの電圧および電流の両方を適正範囲に維持することが可能となる。

【0091】

また、本発明において、ターゲットが強磁性体材料であってよい。ターゲットが強磁性体材料であるとき、ターゲットが磁気シールドとして作用するが、ターゲットの厚さが減少するにつれて磁気シールド作用も弱くなる。このため、ターゲット表面における磁束密度の変動はターゲットが非磁性体である場合よりも大きくなり、カソード電源によるプラズマ密度の安定化も難しくなる。このようなケースに本発明を適用することで、得られるプラズマ密度の安定化効果はより顕著なものとなる。

【0092】

また例えば、本発明に係る高周波電力の制御においては、高周波アンテナに与えられる高周波電力が経時的に低減されるような制御であってよい。スパッタによるターゲットの厚さ変化は不可逆的に小さくなる方向に現れる。これによるプラズマ密度の上昇を抑えるために、高周波電力は経時的に低減するように制御されることが好ましい。こうすることで、ターゲットの厚さ変化によらずプラズマ密度を安定させて、安定した成膜を行うことが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0093】

この発明は、マグネトロンを用いたプラズマスパッタリングにより基板に成膜を行う技術全般に適用することが可能であり、特にマグネトロンプラズマと誘導結合プラズマの混合プラズマを用いるプラズマスパッタリング成膜技術に好適なものである。

【符号の説明】

【0094】

１ 成膜装置
１０ 真空チャンバ
３１ 搬送ローラ（基板保持部）
５１ スパッタカソード（マグネトロンカソード）
５２，５３ 誘導結合アンテナ（高周波アンテナ）
５６ ガス供給部
５７ 電源部
５９ 光学プローブ
５１２ ターゲット
５１５ 磁石ユニット
５２１，５３１ 導体（線状導体）
５２２，５３２ 誘電体（誘電体層）
５７１ カソード電源
５７２ 高周波電源
５７３ 電流測定部
５７４ 電圧測定部
Ｓ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】