JP7034737B2 - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

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Description

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。
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、カソード電極と一体化されたターゲットの近傍に高周波アンテナ（以下、単に「アンテナ」と称することがある）を配置し、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によってターゲットをスパッタするものがある。また、より高密度のプラズマを発生させ成膜速度および膜質を向上させるために、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併用される場合もある（例えば、特許文献１、２参照）。
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（カソード電源）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。
特開２００９－０６２５６８号公報 国際公開第２０１０／０２３８７８号明細書
スパッタリングが継続的に実行されるとき、ターゲットから飛散する成膜材料、あるいは成膜材料と雰囲気中の成分とが結合してできる物質がアンテナに付着し、アンテナの性能が次第に低下してくる。具体的には、誘導結合プラズマにより発生するプラズマの密度が、アンテナの汚れが進むにつれて低下する。特に導電性を有する物質がアンテナに付着すると電界に対するシールドとして作用するためその影響が顕著である。
このようなアンテナの汚れに起因するプラズマ密度の変動は、カソード電源から見た負荷であるプラズマインピーダンスの変動の原因となり、結果的にカソード電流およびカソード電圧を不安定化させてしまう。このため、従来の技術では、スパッタリングの継続によりアンテナが次第に汚れ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。
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、アンテナの汚れの影響を抑えて、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。
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、前記カソードに所定のカソード電力を供給するカソード電源と、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、前記高周波アンテナと前記高周波電源との間に電気的に介挿されてインピーダンス整合を行う整合器とを備え、前記カソード電源は前記カソードに流れる電流を定電流制御しまたは前記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、前記カソードの電圧の計測値に基づき、前記計測値が大きくなると前記高周波アンテナに与える前記高周波電力が大きくなるように前記高周波電力の大きさを調整して、前記カソード電力を所定値に制御する。
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、前記カソードに所定のカソード電力を供給するとともに、前記高周波アンテナに整合器を介して高周波電力を供給し誘導結合プラズマを発生させる工程とを備え、前記電源部が、前記カソードに流れる電流を定電流制御しまたは前記カソードに与える電力を定電力制御し、前記カソードの電圧の計測値に基づき、前記計測値が大きくなると前記高周波アンテナに与える前記高周波電力が大きくなるように前記高周波電力を制御する。
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り生じる成膜材料等の粒子が付着することで高周波アンテナの汚れ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。
スパッタリングの進行に伴い高周波アンテナが付着物により汚れてくると、発生するプラズマの密度が次第に低下する。このことは、電源側から見た負荷の大きさに対応するプラズマインピーダンスの上昇をもたらす。高周波アンテナに供給される高周波電力については整合器を介することで負荷変動の影響を抑えることが可能であるが、カソードに印加される電圧と電流との大きさは負荷の変動に伴って変動し、結果として成膜速度や膜質の変動の原因となる。
上記の発明では、カソードに対し定電流制御または定電力制御がなされた状態でカソード電圧が計測され、その計測結果に基づいて、計測値が大きくなると高周波アンテナに与えられる高周波電力が大きくなるように制御される。つまり、カソード電力をモニタしつつその結果に基づき高周波電力が制御される。このように構成された発明では、高周波アンテナの汚れによるプラズマ密度の低下に伴って生じるプラズマインピーダンスの変動をカソード電圧の計測結果から検知し、これを補うように高周波電力の増減を行うことが可能である。このため、高周波アンテナの汚れが進んだとしても、これによるプラズマインピーダンスの変動を抑制してカソード電流およびカソード電圧を安定に維持することができる。
これにより、カソードに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。
上記のように、本発明によれば、高周波アンテナへの付着物によるプラズマ密度の変動を、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、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。
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。 成膜装置内部の主要構成の配置を示す斜視図である。 成膜装置の電気的構成を示すブロック図である。 スパッタソースの動作を示す図である。 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。 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。 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。 この出力制御処理の効果を例示する図である。 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。 スパッタソースの変形例を示す図である。 ロータリーカソード方式の成膜装置の構成例を示す図である。
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。
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。
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、被成膜面である下面とは反対側の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。また例えば、トレーＴは成膜装置１の一部をなす部品として構成されてもよく、また成膜装置１とは別体として構成され基板Ｓとともに外部から搬入されるものであってもよい。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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がそれぞれ整合器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。
整合器５７５，５７６は、高周波電源５７２に対する負荷のインピーダンスを電源インピーダンスと整合させることで、高周波電源５７２から負荷への電力伝達効率を最大化するために設けられる。このような目的の整合器の原理および構造は公知であるため詳しい説明を省略するが、例えば負荷のインピーダンス変化に応じて内蔵コンデンサの容量を変化させる形式のものを用いることができる。
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。
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。
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。
高周波電源５７２から整合器５７５，５７６を介して誘導結合アンテナ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。
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。
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。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。このとき、成膜粒子の一部は装置内の各部にも付着する。誘導結合アンテナ５２，５３の誘電体５２２，５３２の表面にもこのような付着物が生じることがあり、このことは誘導結合アンテナ５２，５３の性能を低下させる原因となる。具体的には、誘導結合アンテナ５２，５３が発生させる誘導結合プラズマの密度が低下する。特に導電性を有する付着物が生じた場合には、アンテナが発生させる電磁界に対するシールドとして作用するため、その影響が顕著である。
誘導結合アンテナ５２，５３により誘導結合プラズマを発生させる場合、高周波電源５７２に対する負荷のインピーダンスは、誘導結合アンテナ５２，５３自体が有するインピーダンスとプラズマインピーダンスとの合成インピーダンスである。プラズマインピーダンスはプラズマ密度によって変化するため、負荷インピーダンスは誘導結合アンテナ５２，５３への付着物が増加するにつれて変化することになる。ただし、整合器５７５，５７６の作用により、高周波電源５７２から見た負荷インピーダンスは変化しない。
一方、プラズマインピーダンスはカソード電源５７１に対する負荷の一部ともなっている。このため、誘導結合アンテナ５２，５３への付着物に起因するプラズマ密度の低下はカソード電源５７１から見た負荷インピーダンスの上昇につながる。このことがカソード電流およびカソード電圧の安定性を低下させる。カソード電流は主として成膜速度に影響を及ぼす因子であり、またカソード電圧は膜質に影響を及ぼす因子である。このため、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。
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負荷インピーダンスを介して相互に関連しており、プラズマ密度の変化に伴うプラズマインピーダンスの変動に対応して、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。
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、カソード電力の大きさを指標するカソード電流およびカソード電圧の少なくとも一方の計測結果からプラズマインピーダンスの変動を間接的に検知し、その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。
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。逆に、プラズマ密度が低下するとカソード電流は減少する。すなわち、カソード電源５７１の定電圧または定電力制御下におけるカソード電流の減少は、プラズマ密度が低下していることを意味する。また、プラズマ密度の低下によりプラズマインピーダンスが上昇するとカソード電圧も上昇する。すなわち、カソード電源５７１の定電流または定電力制御下におけるカソード電圧の上昇はプラズマ密度の低下を示す。
本実施形態では、付着物による誘導結合アンテナ５２，５３の汚れに起因して変動し得る誘導結合プラズマの密度を、誘導結合アンテナ５２，５３に供給する電力を調節することによって安定化させる。これにより、誘導結合アンテナ５２，５３の汚れが進行した場合でもカソード電源５７１から見た負荷を一定に維持することができる。このような制御により、カソード電流、カソード電圧およびそれらの積として表されるカソード電力がそれぞれ一定に保たれる。その結果、カソード電流およびカソード電圧の両方が安定し、成膜速度および膜質を安定させた状態で成膜を継続することができる。
誘導結合アンテナ５２，５３の汚れの程度は時間とともに不可逆的に増大するから、供給電力が一定であればプラズマ密度は次第に減少してゆき、これによりプラズマインピーダンスは経時的に上昇する。したがって、通常の使用においては誘導結合アンテナ５２，５３に供給される高周波電力は経時的に増加してゆくことになると考えられる。言い換えれば、誘導結合アンテナ５２，５３の汚れの進行に伴うプラズマ密度の低下を補うように高周波電力を経時的に増加させることで、カソード電源５７１から見た負荷を一定に維持し、カソード電流およびカソード電圧の両方を安定させることができる。
なお、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も可能であるが、計測精度および結果の安定性の観点からはカソード電流またはカソード電圧の計測結果を制御入力とすることがより好ましいと考えられる。誘導結合アンテナ５２，５３の汚れが甚だしい場合や、装置のいずれかの部品の不調等で安定したプラズマを発生させることでできないような状況を検知する目的に、プラズマ発光強度の測定結果を好適に用いることができる。
この実施形態では、カソード電流またはカソード電圧を制御入力として、高周波電源５７２が出力電力の制御を行う。より具体的には、制御入力とされる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。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。
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。
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。
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。
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。カソード電圧はカソード電源５７１により定電圧制御されているから、結果的にカソード電圧およびカソード電流の両方が目標値に維持されることになる。
カソード電源５７１の出力が定電圧制御されているため、カソード電圧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、これらの物理量の計測値を高周波電源５７２の制御入力としても、カソード電流を適正に維持することはできない。
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。
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５７２に出力指示を与えることにより実現されてもよい。
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。
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。
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減少が検出されると、高周波電源５７２は、高周波電力出力を当初の値Ｐｏから値Ｐａに上昇させる。これによりプラズマ空間ＰＬにおけるプラズマ密度が増大し、プラズマインピーダンスが低下してカソード電流が増加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。
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に上昇したとき、高周波電源５７２の高周波電力出力も初期の値Ｐｏから値Ｐｂに上昇する。定電流制御下でのカソード電圧の上昇はプラズマ密度の低下によるプラズマインピーダンスの上昇によって起こるので、高周波電力を増大させてプラズマ密度を増加させることにより、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。
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。
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。
また、ここでは、定電圧制御においてカソード電流が減少す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上昇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増大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先に述べた通りである。すなわち、誘導結合アンテナ５２，５３への付着物に起因するプラズマ密度の変化は、一般には経時的に低下する方向に生じる。したがって、これに伴うプラズマインピーダンスの上昇により、カソード電流は減少する方向に、またカソード電圧は上昇する方向に変化する。
言い換えれば、付着物による誘導結合アンテナ５２，５３の汚れへの対応という点に着目したとき、汚れの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小さく、汚れが進行するにつれて供給電力は次第に大きくなるように、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増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、上記のようにカソード電流またはカソード電圧の計測値を制御入力とした出力制御の方が有効である。
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、誘導結合アンテナ５２，５３の汚れ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。
以上のように、この実施形態では、誘導結合プラズマの発生源としての誘導結合アンテナ５２，５３を備えるプラズマスパッタリング成膜装置１において、誘導結合アンテナ５２，５３に与えられる高周波電力の大きさが、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またはカソード電圧の計測結果に基づいて制御される。したがって、アンテナの汚れによって生じるプラズマ密度の低下が、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。
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。
なお、アンテナの汚れが甚だしくなると、上記した制御によっても安定したプラズマ発生が不可能となることがあり得る。このような状態でも高周波電力を増大させ続けることにより、装置にダメージを与えるおそれがある。例えば整合器５７５，５７６が過電流により損傷することがあり得る。このような問題を回避するためには、プラズマ空間ＰＬにおけるプラズマ発生の有無を直接的に検知する手段が併用されることがより好ましい。例えば、前記したようにプラズマ発光強度を計測する技術を利用することができる。
以上説明したように、上記実施形態においては、スパッタカソード５１が本発明の「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。
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。
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。
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。
また、上記各構成から磁気回路を省いた構成を有する、つまりマグネトロンを用いず高周波アンテナとカソード電極との間に高周波電界を形成することで誘導結合プラズマを発生させる形式のプラズマスパッタリング成膜装置に対しても、本発明を適用することが可能である。このような装置ではアンテナの汚れに起因するプラズマ密度変動が成膜に与える影響がより顕著であり、上記のようにカソード電流またはカソード電圧の計測結果に基づき高周波電力を制御することにより得られる効果は大きい。
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。一方、ターゲットの局所的な消費によるターゲットの利用効率の悪化を解消するために、ターゲットを円筒形状に形成し回転させる、ロータリーカソード方式も用いられている。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、高周波アンテナの汚れによるプラズマ密度の低下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。
図１１はロータリーカソード方式の成膜装置の構成例を示す図である。図１１においては、図１に示す成膜装置１の構成と同一または相当する構成については同一符号を付し、説明を省略する。また、制御系の構成についても説明を省略する。この成膜装置１ａは、図１に示す成膜装置１のスパッタソース５０に代えてロータリーカソード方式のカソードを有するスパッタソース７０を備えている。
スパッタソース７０は、１対の回転カソード７１，７２と、回転カソード７１，７２の内部にそれぞれ設けられた磁石ユニット７３，７４と、回転カソード７１，７２をそれぞれ保持しつつ回転させる回転駆動部７５，７６と、真空チャンバ１０内に高周波電界を生じさせるための誘導結合アンテナ７７とを備えている。このうち誘導結合アンテナ７７は、前記した誘導結合アンテナ５２と同様に導体７７１表面を誘電体７７２で覆った構造を有し、その機能も同等である。
回転カソード７１と磁石ユニット７３とは一体としてマグネトロン型回転カソードを構成する。同様に、回転カソード７２と磁石ユニット７４とは一体としてマグネトロン型回転カソードを構成する。このように、この成膜装置１ａは、Ｘ方向に位置を異ならせて配置される１対のマグネトロン型回転カソードを有する。１対のマグネトロン型回転カソードはＹＺ平面に関して互いに対称な形状を有しているが、基本的な構造は同じである。
回転カソード７１（７２）は、図１１紙面に直交するＹ方向を軸方向および長手方向とする円筒状のベース部材７１１（７２１）と、ベース部材７１１（７１２）の外周を被覆するターゲット材７１２（７２２）とを備えている。ベース部材７１１（７１２）は、Ｙ方向の両端部に対応して回転駆動部７５（７６）に設けられた軸受部（図示省略）により、中心軸周りに回転自在に支持されている。ベース部材７１１（７１２）は導電体であり、図示しないカソード電源から適宜のカソード電力が供給される。
回転カソード７１（７２）の内部に配置された磁石ユニット７３（７４）は、透磁鋼などの磁性材料により形成されたヨーク７３１（７４１）と、ヨーク７３１（７４１）上に設けられた複数の磁石、すなわち中央磁石７３２（７４２）およびこれを囲むように設けられた周辺磁石７３３（７４３）とを備えている。ヨーク７３１はＹ方向に延設された平板状部材であり、回転カソード７１の内周面に対向して配置されている。
ヨーク７３１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７３２が配置されている。また、ヨーク７３１の上面の外縁部には、中央磁石７３２の周囲を囲む環状（無端状）の周辺磁石７３３が設けられる。中央磁石７３２および周辺磁石７３３は例えば永久磁石である。回転カソード７１の内周面に対向する側の中央磁石７３２および周辺磁石７３３の極性は互いに異なっている。
ヨーク７３１（７４１）の下面には、固定部材７３４（７４４）の一端が固定され、固定部材７３４（７４４）の他端は回転カソード７１（７２）の中心部にＹ方向に延設された棒状の支持部材７３５（７４５）に取り付けられている。支持部材７３５（７４５）は回転カソード７１（７２）の回転によって回転せず、したがって固定部材７３４（７４４）の位置も固定されている。回転カソード７１に設けられた固定部材７３４は支持部材７３５から上向きに、ただしもう１つの回転カソード７２側に傾けて配置される。一方、回転カソード７２に設けられた固定部材７４４は支持部材７４５から上向きに、もう１つの回転カソード７１側に傾けて配置される。したがって、磁石ユニット７３，７４によりプラズマ空間ＰＬに集中的に静磁場が形成される。
１対の回転カソード７１，７２に挟まれた空間に向けて突出するように、真空チャンバ１０の底面には誘導結合アンテナ７７が設けられている。誘導結合アンテナ７７には、図示しない高周波電源から整合器を介して高周波電力が供給される。これにより、プラズマ空間ＰＬに誘導結合プラズマが発生する。回転カソード７１，７２、磁石ユニット７３，７４および誘導結合アンテナ７７は、いずれも図１１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、プラズマ空間ＰＬも、回転カソード７１，７２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。
このような構成の成膜装置１ａにおいても、プラズマ空間ＰＬにマグネトロンプラズマと誘導結合プラズマとが重畳された高密度プラズマが発生し、これによりターゲット７１２，７２２の表面がスパッタされて成膜が進行する。このとき、誘導結合アンテナ７７に成膜粒子等が付着し表面が汚れてくると、誘導結合プラズマの密度が低下し、プラズマ空間ＰＬにおけるプラズマインピーダンスの上昇が生じる。これによるカソード電流およびカソード電圧の変動を抑えるために、上記した高周波電力の制御を適用することが可能である。マグネトロンを備えない構成についても同様である。
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。
また、上記説明では特に高周波電力の上限について言及していないが、高周波電源５７２、誘導結合アンテナ５２，５３および整合器５７５，５７６が扱うことのできる電力の大きさは当然に有限である。そこで、高周波電源５７２の出力電力について予め上限値を定めておき、これを超えるような出力が禁止されるようにしてもよい。これにより、アンテナの汚れが激しい場合にもこれを補うために過剰な電力が投入され、装置にダメージを与えるのを未然に防止することができる。
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。
また例えば、本発明におけるカソードはマグネトロンカソードであってよい。マグネトロンカソードが生成するマグネトロンプラズマと高周波アンテナが生成する誘導結合プラズマとが重畳される場合においても、高周波アンテナの汚れに起因する誘導結合プラズマ密度の低下はカソード電力を不安定化させる原因となる。このような装置においても、本発明を適用することで、アンテナの汚れの影響を受けずにカソード電流とカソード電圧とを安定化させることが可能である。
また例えば、本発明は、カソードに与えられる電圧が定電圧制御されまたはカソードに与えられる電力が定電力制御され、カソードに流れる電流の計測値に基づき高周波電力が制御される構成であってもよい。このような構成によれば、カソードに流れる電流が安定化されることで、結果的にカソードの電流、電圧の双方が適正値に維持される。
あるいは、カソードに流れる電流が定電流制御されまたはカソードに与えられる電力が定電力制御され、カソードの電圧の計測値に基づき高周波電力が制御される構成であってもよい。このような構成によれば、カソードに印加される電圧が安定化されることで、結果的にカソードの電流、電圧の双方が適正値に維持される。
また例えば、カソードの電流または電圧の計測値が所定の適正範囲内となるように高周波電力を制御される構成であれば、上記制御の結果として、カソードの電流および電圧の両方を適正範囲に維持することが可能となる。
また例えば、高周波アンテナに与えられる高周波電力が経時的に増大させるような制御がなされてもよい。高周波アンテナへの付着物に起因する汚れはプラズマ密度を低下させるように作用し、結果としてプラズマインピーダンスの上昇を招く。プラズマインピーダンスを一定に維持するためには、高周波アンテナに与えられる高周波電力を経時的に増大させることでプラズマ密度の低下を補うことが望ましい。
この発明は、高周波アンテナが発生させる誘導結合プラズマ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好適に適用することが可能である。
１，１ａ 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（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

Claims (6)

  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、
    前記カソードに所定のカソード電力を供給するカソード電源と、
    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、
    前記高周波アンテナと前記高周波電源との間に電気的に介挿されてインピーダンス整合を行う整合器と
    を備え、
    前記カソード電源は前記カソードに流れる電流を定電流制御しまたは前記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、前記カソードの電圧の計測値に基づき、前記計測値が大きくなると前記高周波アンテナに与える前記高周波電力が大きくなるように前記高周波電力の大きさを調整して、前記カソード電力を所定値に制御する成膜装置。
  2. 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に記載の成膜装置。
  3. 前記カソードがマグネトロンカソードである請求項１または２に記載の成膜装置。
  4. 前記高周波電源は、前記計測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３のいずれかに記載の成膜装置。
  5. 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、前記カソードに所定のカソード電力を供給するとともに、前記高周波アンテナに整合器を介して高周波電力を供給し誘導結合プラズマを発生させる工程と
    を備え、
    前記電源部が、前記カソードに流れる電流を定電流制御しまたは前記カソードに与える電力を定電力制御し、前記カソードの電圧の計測値に基づき、前記計測値が大きくなると前記高周波アンテナに与える前記高周波電力が大きくなるように前記高周波電力を制御する成膜方法。
  6. 前記電源部は、前記計測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５に記載の成膜方法。
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