KR102196274B1 - Film forming apparatus and film forming method - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 안테나의 오염의 영향에 의한 플라즈마 임피던스 상승을 억제하여, 성막 속도 및 막질의 변동이 적은 안정적인 성막을 실시한다. 본 발명의 성막 장치 (1) 는, 진공 챔버 (10) 와, 타깃 (512) 을 설치 가능한 캐소드 (51) 와, 타깃의 근방에 배치되는 고주파 안테나 (52, 53) 와, 기판 (S) 을 타깃에 대향시켜 유지하는 기판 유지부 (31) 와, 스퍼터 가스를 공급하는 가스 공급부 (54) 와, 캐소드에 소정의 캐소드 전력을 공급하는 캐소드 전원 (571) 과, 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전원 (572) 과, 고주파 안테나와 고주파 전원 사이에 전기적으로 개재 삽입되어 임피던스 정합을 실시하는 정합기 (575, 576) 를 구비하고, 고주파 전원은, 고주파 안테나에 부여하는 고주파 전력의 크기를, 캐소드에 흐르는 전류 및 캐소드의 전압 중 적어도 일방의 계측 결과에 기초하여 조정한다.The present invention suppresses an increase in plasma impedance due to the influence of contamination of an antenna, and performs stable film formation with little fluctuations in film formation speed and film quality. The film forming apparatus 1 of the present invention includes a vacuum chamber 10, a cathode 51 on which a target 512 can be installed, high-frequency antennas 52 and 53 disposed in the vicinity of the target, and a substrate S. A substrate holding part 31 that faces and holds a target, a gas supply part 54 that supplies a sputter gas, a cathode power supply 571 that supplies a predetermined cathode power to the cathode, and a high frequency power supply to the high frequency antenna. A high frequency power supply 572 for generating an inductively coupled plasma, and matching devices 575 and 576 electrically interposed between the high frequency antenna and the high frequency power supply to perform impedance matching, and the high frequency power supply is provided to the high frequency antenna. The magnitude of the high-frequency power is adjusted based on the measurement result of at least one of the current flowing through the cathode and the voltage of the cathode.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}A film forming apparatus and a film forming method TECHNICAL FIELD [FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}

본 발명은, 플라즈마 스퍼터링 기술을 이용하여 기판 표면에 성막하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique of forming a film on the surface of a substrate using a plasma sputtering technique.

플라즈마에 의해 타깃을 스퍼터링함으로써 기판 표면에 박막을 형성하는 기술에는, 유도 결합 플라즈마에 의해 타깃을 스퍼터하는 것이 있다. 이것은, 캐소드 전극과 일체화된 타깃의 근방에 고주파 안테나 (이하, 간단히「안테나」라고 하는 경우가 있다) 를 배치하고, 안테나에 고주파 전력을 부여하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 것이다. 또, 영구 자석을 사용한 자기 회로에 의해 형성되는 자기장 중에 고밀도의 플라즈마를 발생시키는 마그네트론 캐소드 방식이 병용되는 경우도 있다 (예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조). 이것은, 보다 고밀도의 플라즈마를 발생시키고 성막 속도 및 막질을 향상시키기 때문이다.As a technique for forming a thin film on the surface of a substrate by sputtering a target with plasma, there is a method of sputtering a target with inductively coupled plasma. This is to arrange a high-frequency antenna (hereinafter, simply referred to as "antenna") in the vicinity of a target integrated with the cathode electrode, and apply high-frequency power to the antenna to generate inductively coupled plasma. In addition, in a magnetic field formed by a magnetic circuit using a permanent magnet, a magnetron cathode method for generating a high-density plasma may be used in combination (for example, see Patent Documents 1 and 2). This is because a higher density plasma is generated and the film formation speed and film quality are improved.

플라즈마 스퍼터링 기술에 있어서는, 캐소드에 흐르는 전류의 크기가 성막 속도에 영향을 준다. 한편, 캐소드 전압의 크기는 막질, 보다 구체적으로는 기판에 있어서의 막 밀도에 영향을 준다. 이 때문에, 캐소드에 전력을 공급하는 전원 (캐소드 전원) 은, 캐소드 전류 및 캐소드 전압을 적정하게 관리할 수 있도록 구성될 필요가 있다.In the plasma sputtering technique, the magnitude of the current flowing through the cathode affects the film formation rate. On the other hand, the magnitude of the cathode voltage affects the film quality, more specifically, the film density in the substrate. For this reason, the power supply (cathode power supply) that supplies electric power to the cathode needs to be configured so that the cathode current and cathode voltage can be properly managed.

일본 공개특허공보 2009-062568호Japanese Patent Application Publication No. 2009-062568 국제공개 제2010/023878호 명세서International Publication No. 2010/023878 Specification

스퍼터링이 계속적으로 실행될 때, 타깃으로부터 비산되는 성막 재료, 혹은 성막 재료와 분위기 중의 성분이 결합하여 생성되는 물질이 안테나에 부착된다. 이로써 안테나의 성능이 점차 저하되어 온다. 구체적으로는, 유도 결합 플라즈마에 의해 발생하는 플라즈마의 밀도가, 안테나의 오염이 진행됨에 따라 저하된다. 특히, 도전성을 갖는 물질이 안테나에 부착되면, 전계에 대한 실드로서 작용하기 때문에 그 영향이 현저하다.When sputtering is continuously performed, a film-forming material scattered from the target, or a substance produced by combining the film-forming material and components in the atmosphere, adheres to the antenna. As a result, the performance of the antenna gradually deteriorates. Specifically, the density of the plasma generated by the inductively coupled plasma decreases as the contamination of the antenna proceeds. In particular, when a conductive material is attached to the antenna, the effect is remarkable because it acts as a shield against the electric field.

안테나의 오염에서 기인하는 플라즈마 밀도의 변동은, 캐소드 전원에서 본 부하인 플라즈마 임피던스의 변동의 원인이 되고, 결과적으로 캐소드 전류 및 캐소드 전압을 불안정화시킨다. 이와 같이 스퍼터링의 계속에 의해 안테나가 점차 오염되어 가는 상황에 대하여, 종래의 기술에서는, 성막 속도 및 막질의 양방을 안정적으로 유지할 수 없다는 문제가 남아 있었다.The fluctuation of the plasma density resulting from contamination of the antenna causes fluctuations in the plasma impedance, which is a load viewed from the cathode power source, and consequently destabilizes the cathode current and the cathode voltage. In this way, with respect to the situation in which the antenna is gradually contaminated due to the continuation of sputtering, there remains a problem in that both the film formation speed and film quality cannot be stably maintained in the prior art.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 안테나의 오염의 영향을 억제하여, 성막 속도 및 막질의 변동이 적은 안정적인 성막을 실시할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of performing stable film formation with little fluctuations in film formation speed and film quality by suppressing the influence of contamination of an antenna.

본 발명의 일 양태는, 플라즈마 스퍼터링에 의해 기판에 성막을 실시하는 성막 장치로서, 상기 목적을 달성하기 위해, 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에 형성되고, 타깃을 설치 가능한 캐소드와, 상기 진공 챔버 내에서 상기 타깃의 근방에 배치되는 고주파 안테나와, 상기 진공 챔버 내에서 상기 기판을 상기 타깃에 대향시켜 유지하는 기판 유지부와, 상기 진공 챔버 내에 스퍼터 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 캐소드에 소정의 캐소드 전력을 공급하는 캐소드 전원과, 상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전원과, 상기 고주파 안테나와 상기 고주파 전원 사이에 전기적으로 개재 삽입되어 임피던스 정합을 실시하는 정합기를 구비하고, 상기 고주파 전원은, 상기 고주파 안테나에 부여하는 상기 고주파 전력의 크기를, 상기 캐소드에 흐르는 전류 및 상기 캐소드의 전압 중 적어도 일방의 계측 결과에 기초하여 조정하여, 상기 캐소드 전력을 소정값으로 제어한다.One aspect of the present invention is a film forming apparatus for forming a film on a substrate by plasma sputtering, and in order to achieve the above object, a vacuum chamber, a cathode formed in the vacuum chamber, and a target can be installed, and in the vacuum chamber A high-frequency antenna disposed in the vicinity of the target, a substrate holding part for holding the substrate opposite to the target in the vacuum chamber, a gas supply part for supplying a sputter gas in the vacuum chamber, and a predetermined value to the cathode A cathode power supply supplying cathode power, a high frequency power supply supplying high frequency power to the high frequency antenna to generate an inductively coupled plasma, and a matching device electrically interposed between the high frequency antenna and the high frequency power supply to perform impedance matching. And the high frequency power supply adjusts the magnitude of the high frequency power applied to the high frequency antenna based on a measurement result of at least one of a current flowing through the cathode and a voltage of the cathode, and controls the cathode power to a predetermined value. do.

또, 본 발명의 일 양태는, 플라즈마 스퍼터링에 의해 기판에 성막을 실시하는 성막 방법으로서, 상기 목적을 달성하기 위해, 진공 챔버 내에, 타깃을 갖는 캐소드와, 고주파 안테나와, 상기 기판을 배치하는 공정과, 상기 진공 챔버 내에 스퍼터 가스를 공급하는 공정과, 전원부로부터, 상기 캐소드에 소정의 캐소드 전력을 공급함과 함께, 상기 고주파 안테나에 정합기를 개재하여 고주파 전력을 공급하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 공정을 구비하고, 상기 전원부가, 상기 캐소드에 흐르는 전류 및 상기 캐소드의 전압 중 적어도 일방의 계측 결과에 기초하여, 상기 고주파 안테나에 부여하는 상기 고주파 전력을 제어한다.In addition, an aspect of the present invention is a film forming method for forming a film on a substrate by plasma sputtering, wherein in order to achieve the above object, a cathode having a target, a high-frequency antenna, and the substrate are arranged in a vacuum chamber. And, supplying sputter gas into the vacuum chamber, and supplying predetermined cathode power to the cathode from a power supply unit, and supplying high-frequency power to the high-frequency antenna through a matching device to generate inductively coupled plasma. And the power supply unit controls the high-frequency power applied to the high-frequency antenna based on a measurement result of at least one of a current flowing through the cathode and a voltage of the cathode.

본 명세서에서는, 캐소드에 흐르는 전류를「캐소드 전류」, 캐소드에 인가되는 전압을「캐소드 전압」이라고 한다. 상기와 같이 구성된 발명은, 스퍼터링에 의해 생성되는 성막 재료 등의 입자가 부착됨으로써 고주파 안테나의 오염이 진행되는 것에서 기인하여, 캐소드 전원만으로는 캐소드 전류 및 캐소드 전압의 양방을 적정값으로 제어할 수 없게 된다는 문제에 대응하는 것이다. 즉 본 발명에서는, 고주파 안테나에 공급되는 고주파 전력을 조정함으로써 이것들을 모두 적정값으로 제어하는 것을 가능하게 한다. 구체적으로는 이하와 같다.In this specification, the current flowing through the cathode is referred to as "cathode current" and the voltage applied to the cathode is referred to as "cathode voltage". The invention constructed as described above is due to the fact that contamination of the high-frequency antenna proceeds by adhering particles such as a film-forming material generated by sputtering, so that the cathode power alone cannot control both the cathode current and the cathode voltage to an appropriate value. It is to respond to the problem. That is, in the present invention, it is possible to control all of these to an appropriate value by adjusting the high frequency power supplied to the high frequency antenna. Specifically, it is as follows.

스퍼터링의 진행에 수반하여 고주파 안테나가 부착물에 의해 오염되어 오면, 발생하는 플라즈마의 밀도가 점차 저하된다. 이것은, 전원측에서 본 부하의 크기에 대응하는 플라즈마 임피던스의 상승을 초래한다. 고주파 안테나에 공급되는 고주파 전력에 대해서는, 정합기를 개재함으로써 부하 변동의 영향을 억제하는 것이 가능하다. 그러나, 캐소드에 인가되는 전압과 전류의 크기는 부하의 변동에 수반하여 변동되고, 결과적으로 성막 속도나 막질의 변동의 원인이 된다.As the sputtering proceeds, when the high-frequency antenna is contaminated by deposits, the density of the generated plasma gradually decreases. This causes an increase in plasma impedance corresponding to the size of the load seen from the power supply side. With respect to the high-frequency power supplied to the high-frequency antenna, it is possible to suppress the influence of load fluctuations by interposing a matching device. However, the magnitude of the voltage and current applied to the cathode fluctuates with fluctuations in the load, resulting in fluctuations in film formation speed or film quality.

상기 발명에서는, 캐소드 전류 및 캐소드 전압 중 적어도 일방이 계측되고, 그 계측 결과에 기초하여, 고주파 안테나에 부여되는 고주파 전력이 제어된다. 요컨대, 캐소드 전력을 모니터하면서 그 결과에 기초하여 고주파 전력이 제어된다. 이와 같이 구성된 발명에서는, 고주파 안테나의 오염에 의한 플라즈마 밀도의 저하에 수반하여 발생하는 플라즈마 임피던스의 변동을 캐소드 전류 또는 캐소드 전압의 계측 결과로부터 검지하고, 이것을 보충하도록 고주파 전력의 증감을 실시하는 것이 가능하다. 이 때문에, 고주파 안테나의 오염이 진행되었다고 하더라도, 그것에 의한 플라즈마 임피던스의 변동을 억제하여 캐소드 전류 및 캐소드 전압을 안정적으로 유지할 수 있다.In the above invention, at least one of the cathode current and the cathode voltage is measured, and the high-frequency power applied to the high-frequency antenna is controlled based on the measurement result. In short, the high frequency power is controlled based on the result while monitoring the cathode power. In the invention constructed in this way, it is possible to detect fluctuations in plasma impedance, which occurs accompanying a decrease in plasma density due to contamination of the high-frequency antenna, from the measurement result of the cathode current or cathode voltage, and increase or decrease the high-frequency power to compensate for this. Do. For this reason, even if contamination of the high-frequency antenna proceeds, fluctuations in plasma impedance due to it can be suppressed, and the cathode current and cathode voltage can be stably maintained.

이로써, 캐소드에 부여되는 캐소드 전력에 있어서는, 그 전류값, 전압값 모두 적정한 값으로 유지하는 것이 가능해진다. 그 결과, 일정한 성막 속도 및 막질을 유지하면서 계속적으로 성막을 실행할 수 있다.This makes it possible to maintain both the current value and the voltage value at appropriate values in the cathode power applied to the cathode. As a result, film formation can be continuously performed while maintaining a constant film formation speed and film quality.

상기와 같이, 본 발명에 의하면, 고주파 안테나로의 부착물에 의한 플라즈마 밀도의 변동을, 고주파 안테나로의 공급 전력의 증감에 의해 억제할 수 있다. 이로써, 캐소드에 공급되는 전류 및 전압의 양방을 적정값으로 유지할 수 있고, 성막 속도와 막질을 안정시켜 계속적으로 성막을 실시하는 것이 가능하다.As described above, according to the present invention, fluctuations in plasma density due to deposits to the high frequency antenna can be suppressed by increasing or decreasing the power supplied to the high frequency antenna. Thereby, both the current and the voltage supplied to the cathode can be maintained at appropriate values, and the film formation speed and film quality can be stabilized, and film formation can be continuously performed.

도 1 은 본 발명에 관련된 성막 장치의 일 실시형태의 개략 구성을 나타내는 측면도 및 상면도이다.
도 2 는 성막 장치 내부의 주요 구성의 배치를 나타내는 사시도이다.
도 3 은 성막 장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4 는 스퍼터 소스의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5 는 이 성막 장치에 의한 성막 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6 은 캐소드 전원의 제어 방식과 고주파 전원이 채용할 수 있는 제어 입력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7 은 고주파 전원에서의 출력 제어 처리의 예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 8 은 이 출력 제어 처리의 효과를 예시하는 도면이다.
도 9 는 캐소드 전류를 정전류 제어, 캐소드 전압을 제어 입력으로 한 경우를 예시하는 도면이다.
도 10a 는 스퍼터 소스의 제 1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 10b 는 스퍼터 소스의 제 2 변형예를 나타내는 도면이다.
도 10c 는 스퍼터 소스의 제 3 변형예를 나타내는 도면이다.
도 11 은 로터리 캐소드 방식의 성막 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.1 is a side view and a top view showing a schematic configuration of an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention.
2 is a perspective view showing an arrangement of main components inside a film forming apparatus.
3 is a block diagram showing an electrical configuration of a film forming apparatus.
4 is a diagram showing an operation of a sputter source.
5 is a flow chart showing a film forming process by this film forming apparatus.
6 is a diagram showing a relationship between a control method of a cathode power supply and a control input that can be adopted by a high frequency power supply.
7 is a flowchart showing an example of output control processing in a high frequency power supply.
8 is a diagram illustrating the effect of this output control process.
9 is a diagram illustrating a case in which a cathode current is used as a constant current control and a cathode voltage is used as a control input.
10A is a diagram showing a first modified example of a sputter source.
10B is a diagram showing a second modified example of a sputter source.
10C is a diagram showing a third modified example of a sputter source.
11 is a diagram showing a configuration example of a film forming apparatus of a rotary cathode system.

도 1 은 본 발명에 관련된 성막 장치의 일 실시형태의 개략 구성을 나타내는 측면도 및 상면도이다. 도 2 는 성막 장치 내부의 주요 구성의 배치를 나타내는 사시도이다. 도 3 은 성막 장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다. 이하의 설명에 있어서의 방향을 통일적으로 나타내기 위해, 도 1 에 나타내는 바와 같이 XYZ 직교 좌표축을 설정한다. XY 평면이 수평면을 나타낸다. 또, Z 축이 연직축을 나타내고, 보다 상세하게는 (-Z) 방향이 연직 하향 방향을 나타내고 있다.1 is a side view and a top view showing a schematic configuration of an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention. 2 is a perspective view showing an arrangement of main components inside a film forming apparatus. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of a film forming apparatus. In order to unify the direction in the following description, as shown in FIG. 1, the XYZ orthogonal coordinate axis is set. The XY plane represents the horizontal plane. Moreover, the Z axis represents a vertical axis, and more specifically, the (-Z) direction represents a vertical downward direction.

이 성막 장치 (1) 는, 플라즈마 스퍼터링에 의해 처리 대상인 기판 (S) 의 표면에 피막을 형성하는 장치이다. 예를 들어, 기판 (S) 으로서의 유리 기판이나 수지제의 평판, 시트, 필름 등의 일방 표면에, 티탄, 크롬, 니켈 등의 금속 피막이나 산화알루미늄 등의 금속 산화물 피막을 형성할 목적으로, 이 성막 장치 (1) 를 적용하는 것이 가능하다. 단 기판이나 피막의 재료는 이것에 한정되지 않으며 임의이다. 또한, 여기서는 사각형, 매엽상의 기판 (S) 에 대하여 성막을 실시하는 경우를 예로서 설명하지만, 기판 (S) 은 임의의 형상을 갖는 것이어도 된다.This film forming apparatus 1 is an apparatus for forming a film on the surface of the substrate S to be processed by plasma sputtering. For example, for the purpose of forming a metal film such as titanium, chromium, nickel, or a metal oxide film such as aluminum oxide on one surface such as a glass substrate or a resin flat plate, sheet, or film as the substrate S, this It is possible to apply the film forming apparatus 1. However, the material of the substrate or film is not limited to this and is arbitrary. In addition, although the case where film formation is performed on the rectangular, single-leaf substrate S is demonstrated here as an example, the board|substrate S may have an arbitrary shape.

기판 (S) 은, 중앙부에 개구를 갖는 액자상의 트레이 (T) 에 의해, 그 둘레 가장자리부가 유지되고, 또한 하면의 중앙부를 포함하는 대부분이 아래를 향하여 개방된 상태에서, 성막 장치 (1) 내에서 반송된다. 이와 같이 함으로써, 얇거나 또는 대형으로서 휘기 쉬운 기판 (S) 이어도 수평 자세로 유지된 상태에서의 안정적인 반송이 가능해진다. 이하의 설명에서는, 트레이 (T) 가 기판 (S) 을 지지함으로써 트레이 (T) 와 기판 (S) 이 일체화된 구조체를, 성막 장치 (1) 의 처리 대상물인 워크 (Wk) 라고 한다.The substrate S is in a state in which the peripheral edge portion thereof is held by a frame-shaped tray T having an opening in the center portion, and most including the central portion of the lower surface thereof are opened downward, in the film forming apparatus 1 Is returned from. By doing in this way, even if it is the board|substrate S which is thin or large and easy to bend, stable conveyance in the state maintained in a horizontal posture becomes possible. In the following description, the structure in which the tray T and the substrate S are integrated by supporting the substrate S by the tray T is referred to as a work Wk which is an object to be processed by the film forming apparatus 1.

또한 기판 (S) 의 반송 양태는 이것에 한정되는 것은 아니며 임의이다. 예를 들어, 기판 (S) 이 단체로 반송되는 양태여도 되고, 또 예를 들어, 피성막면인 하면과는 반대측의 상면이 흡착 유지된 상태에서 반송되는 양태여도 된다. 또 예를 들어, 트레이 (T) 는 성막 장치 (1) 의 일부를 이루는 부품으로서 구성되어도 되고, 또 성막 장치 (1) 와는 별체로서 구성되고 기판 (S) 과 함께 외부로부터 반입되는 것이어도 된다. 또, 기판은 수평 자세에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 주면이 대략 수직으로 된 상태에서 반송되어도 된다. 이 경우, 기판의 반송 방향은 수평 방향, 상하 방향 중 어느 쪽이어도 된다.In addition, the conveyance mode of the board|substrate S is not limited to this, and is arbitrary. For example, the substrate S may be conveyed by itself, or may be conveyed in a state in which the upper surface opposite to the lower surface, which is a film-forming surface, is adsorbed and held. Further, for example, the tray T may be configured as a component constituting a part of the film forming apparatus 1, or may be configured as a separate body from the film forming apparatus 1 and carried in from the outside together with the substrate S. In addition, the substrate is not limited to a horizontal posture, and may be conveyed, for example, in a state in which the main surface is substantially vertical. In this case, the transport direction of the substrate may be either a horizontal direction or an up-down direction.

성막 장치 (1) 는, 진공 챔버 (10) 와, 워크 (Wk) 를 반송하는 반송 기구 (30) 와, 스퍼터 소스 (50) 와, 성막 장치 (1) 전체를 통괄 제어하는 제어 유닛 (90) 을 구비하고 있다. 진공 챔버 (10) 는 대략 직방체 형상의 외형을 갖는 중공의 박스형 부재로서, 바닥판의 상면이 수평 자세가 되도록 배치되어 있다. 진공 챔버 (10) 는 예를 들어 스테인리스, 알루미늄 등의 금속을 주된 재료로 하여 구성된다. 그러나, 챔버 내를 시인 가능하게 하기 위해, 예를 들어 석영 유리제의 투명창이 부분적으로 형성되어도 된다.The film forming apparatus 1 includes a vacuum chamber 10, a conveyance mechanism 30 that conveys the work Wk, a sputter source 50, and a control unit 90 that controls the entire film forming apparatus 1. It is equipped with. The vacuum chamber 10 is a hollow box-shaped member having a substantially rectangular parallelepiped shape, and is disposed so that the upper surface of the bottom plate is in a horizontal position. The vacuum chamber 10 is made of, for example, a metal such as stainless steel or aluminum as a main material. However, in order to make the inside of the chamber visually recognizable, for example, a transparent window made of quartz glass may be partially formed.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 진공 챔버 (10) 에는, 진공 챔버 (10) 의 내부 공간 (SP) 과 외부 공간 또는 다른 처리 챔버 내의 처리 공간 사이를 개폐하는 셔터 (11) 가 형성된다. 또한, 진공 챔버 (10) 내를 감압하기 위한 진공 펌프 (12) 와, 진공 챔버 (10) 의 내부 공간 (SP) 의 기압을 계측하는 압력 센서 (13) 가 형성되어 있다. 도 1 에서는 기재가 생략되어 있지만, 셔터 (11) 는 진공 챔버 (10) 의 (-X) 측 단부 및 (＋X) 측 단부의 일방 또는 양방에 형성되어 있다.As shown in FIG. 3, in the vacuum chamber 10, a shutter 11 is formed that opens and closes between the inner space SP of the vacuum chamber 10 and the outer space or a processing space in another processing chamber. Further, a vacuum pump 12 for depressurizing the inside of the vacuum chamber 10 and a pressure sensor 13 for measuring the atmospheric pressure in the internal space SP of the vacuum chamber 10 are provided. Although the description is omitted in FIG. 1, the shutter 11 is formed in one or both of the (-X) side end and the (+X) side end of the vacuum chamber 10.

셔터 (11) 는 제어 유닛 (90) 에 형성된 셔터 개폐 제어부 (92) 에 의해 개폐 제어된다. 셔터 (11) 의 개방 상태에서는 워크 (Wk) 의 반입 및 반출이 가능해지는 한편, 셔터 (11) 의 폐쇄 상태에서는 진공 챔버 (10) 내가 기밀 상태로 된다. 진공 펌프 (12) 및 압력 센서 (13) 는 제어 유닛 (90) 에 형성된 분위기 제어부 (93) 에 접속되어 있다. 분위기 제어부 (93) 는, 압력 센서 (13) 에 의한 진공 챔버 (10) 내의 압력 계측 결과에 기초하여 진공 펌프 (12) 를 제어하여, 진공 챔버 (10) 의 내부 공간 (SP) 을 소정의 기압으로 제어한다. 분위기 제어부 (93) 는, 후술하는 성막 동작에 있어서의 진공 챔버 (10) 내의 기압, 즉 성막 압력을, CPU (91) 로부터의 제어 지령에 따라 설정한다.The shutter 11 is opened and closed by a shutter opening/closing control unit 92 formed in the control unit 90. In the open state of the shutter 11, the work Wk can be carried in and out, while in the closed state of the shutter 11, the inside of the vacuum chamber 10 is sealed. The vacuum pump 12 and the pressure sensor 13 are connected to an atmosphere control unit 93 formed in the control unit 90. The atmosphere control unit 93 controls the vacuum pump 12 based on the result of measuring the pressure in the vacuum chamber 10 by the pressure sensor 13, thereby reducing the internal space SP of the vacuum chamber 10 to a predetermined atmospheric pressure. Controlled by The atmosphere control unit 93 sets the atmospheric pressure in the vacuum chamber 10 in the film formation operation described later, that is, the film formation pressure in accordance with a control command from the CPU 91.

반송 기구 (30) 는, 워크 (Wk) 를 대략 수평한 반송 경로를 따라 반송하는 기능을 갖는다. 구체적으로는, 반송 기구 (30) 는, 기판 (S) 을 유지하는 트레이 (T) 의 하면에 맞닿음으로써 처리 챔버 (10) 내에서 워크 (Wk) 를 지지하는 복수의 반송 롤러 (31) 와, 반송 롤러 (31) 를 회전시킴으로써 워크 (Wk) 를 X 방향으로 이동시키는 반송 구동부 (32) 를 구비하고 있다. 반송 구동부 (32) 는 제어 유닛 (90) 에 형성된 반송 제어부 (94) 에 의해 제어된다. 이와 같이 구성된 반송 기구 (30) 는, 진공 챔버 (10) 내에서 기판 (S) 을 수평 자세로 유지하면서 반송하여, 기판 (S) 을 X 방향으로 이동시킨다. 반송 기구 (30) 에 의한 기판 (S) 의 이동은, 도 1 에 점선 화살표로 나타내는 바와 같이 왕복 이동이어도 되고, 또 (＋X) 방향 또는 (-X) 방향 중 어느 일 방향이어도 된다.The conveyance mechanism 30 has a function of conveying the work Wk along an approximately horizontal conveyance path. Specifically, the conveyance mechanism 30 abuts against the lower surface of the tray T holding the substrate S, and thus a plurality of conveying rollers 31 supporting the work Wk in the processing chamber 10 And a conveyance drive part 32 which moves the work Wk in the X direction by rotating the conveyance roller 31. The conveyance drive part 32 is controlled by the conveyance control part 94 formed in the control unit 90. The transport mechanism 30 configured as described above conveys the substrate S in the vacuum chamber 10 while maintaining the horizontal posture, and moves the substrate S in the X direction. The movement of the substrate S by the transfer mechanism 30 may be a reciprocating movement as indicated by a dotted arrow in FIG. 1, or may be in either the (+X) direction or the (-X) direction.

반송 기구 (30) 에 의해 진공 챔버 (10) 내에서 반송되는 기판 (S) 의 하방에 스퍼터 소스 (50) 가 형성되어 있다. 스퍼터 소스 (50) 는, 스퍼터 캐소드 (51) 와, 스퍼터 캐소드 (51) 를 X 방향으로부터 사이에 두도록 형성된 1 쌍의 유도 결합 안테나 (52, 53) 와, 스퍼터 캐소드 (51) 의 주위에 스퍼터 가스를 공급하는 스퍼터 가스 공급 노즐 (54, 54) 을 구비하고 있다. 또, 스퍼터 캐소드 (51), 유도 결합 안테나 (52, 53) 및 스퍼터 가스 공급 노즐 (54, 54) 의 주위를 덮도록, 금속판에 의해 박스형으로 형성된 침니 (55) 가 형성되어 있다.The sputter source 50 is formed below the substrate S conveyed in the vacuum chamber 10 by the conveying mechanism 30. The sputter source 50 includes a sputter cathode 51, a pair of inductively coupled antennas 52 and 53 formed to sandwich the sputter cathode 51 from the X direction, and a sputter gas around the sputter cathode 51 It is provided with sputter gas supply nozzles 54 and 54 for supplying. Further, a chimney 55 formed of a metal plate in a box shape is formed so as to cover the peripheries of the sputter cathode 51, the inductive coupling antennas 52 and 53, and the sputter gas supply nozzles 54 and 54.

스퍼터 캐소드 (51) 는, 예를 들어 구리판과 같은 도전성 재료에 의해 판상으로 형성된 배킹 플레이트 (511) 를 구비하고 있다. 배킹 플레이트 (511) 의 상면에는, 기판 (S) 으로의 성막 재료에 의해 평판상 (플레이너상) 으로 형성된 타깃 (512) 이 장착되어 있다. 타깃 (512) 의 주위는 애노드 실드 (513) 에 의해 둘러싸여져 있다. 애노드 실드 (513) 는, 상면에 타깃 (512) 의 평면 사이즈와 동등한 개구가 형성된 액자 형상을 하고 있으며, 타깃 (512) 의 주위를 덮는다. 개구를 개재하여, 타깃 (512) 의 상면이 기판 (S) 의 하면에 면한다. 또한, 도 1 의 상면도 및 도 2 에 있어서는, 스퍼터 소스 (50) 의 내부 구조를 명시하기 위해, 침니 (55) 는 그 외형만이 이점쇄선으로 도시되어 있다.The sputter cathode 51 is provided with a backing plate 511 formed in a plate shape made of a conductive material such as a copper plate, for example. On the upper surface of the backing plate 511, a target 512 formed in a flat plate shape (planer shape) by a film forming material on the substrate S is attached. The periphery of the target 512 is surrounded by an anode shield 513. The anode shield 513 has a frame shape in which an opening equal to the planar size of the target 512 is formed on the upper surface, and covers the periphery of the target 512. Through the opening, the upper surface of the target 512 faces the lower surface of the substrate S. In addition, in the top view of Fig. 1 and Fig. 2, in order to specify the internal structure of the sputter source 50, only the outer shape of the chimney 55 is shown by a double-dashed line.

배킹 플레이트 (511) 의 하부는 박스형으로 형성된 하우징 (514) 에 의해 덮여져 있다. 하우징 (514) 은 진공 챔버 (10) 의 바닥면에 고정되어 있다. 배킹 플레이트 (511) 의 하면과 하우징 (514) 사이의 공간에는 자석 유닛 (515) 이 형성된다. 그 주위의 공극에는 후술하는 냉각 기구 (58) 로부터 냉매로서의 유체, 예를 들어 냉각수가 공급된다.The lower part of the backing plate 511 is covered by the housing 514 formed in a box shape. The housing 514 is fixed to the bottom surface of the vacuum chamber 10. A magnet unit 515 is formed in the space between the lower surface of the backing plate 511 and the housing 514. A fluid as a refrigerant, for example, coolant, is supplied to the surrounding voids from a cooling mechanism 58 to be described later.

배킹 플레이트 (511) 의 하부에 배치된 자석 유닛 (515) 은, 요크 (515a) 와, 요크 (515a) 상에 형성된 복수의 자석, 즉 중앙 자석 (515b) 및 이것을 둘러싸도록 형성된 주변 자석 (515c) 을 구비하고 있다. 요크 (515a) 는 투자 (透磁) 강 등의 자성 재료에 의해 형성되고 Y 방향으로 연장 형성된 평판상 부재이다. 요크 (515a) 는 도시되지 않은 고정 부재에 의해 하우징 (514) 에 고정되어 있다.The magnet unit 515 disposed under the backing plate 511 includes a yoke 515a, a plurality of magnets formed on the yoke 515a, that is, a central magnet 515b, and a peripheral magnet 515c formed to surround the yoke 515a. It is equipped with. The yoke 515a is a plate-like member formed of a magnetic material such as an investment steel and extending in the Y direction. The yoke 515a is fixed to the housing 514 by a fixing member not shown.

요크 (515a) 의 상면 중 길이 방향 (Y 방향) 을 따른 중심선 상에는, Y 방향으로 연장되는 중앙 자석 (515b) 이 배치되어 있다. 또, 요크 (515a) 의 상면의 외측 가장자리부에는, 중앙 자석 (515b) 의 주위를 둘러싸는 환상 (무단상 (無端狀)) 의 주변 자석 (515c) 이 형성된다. 중앙 자석 (515b) 및 주변 자석 (515c) 은 예를 들어 영구 자석이다. 배킹 플레이트 (511) 의 하면에 대향하는 측의 중앙 자석 (515b) 과 주변 자석 (515c) 의 극성은 서로 상이하다. 따라서, 자석 유닛 (515) 에 의해 타깃 (512) 의 주변에 정자기장이 형성된다. 타깃 (512) 이 장착된 배킹 캐소드 플레이트 (511), 자석 유닛 (515), 하우징 (514) 등이 일체로서 마그네트론 캐소드를 구성한다.A center magnet 515b extending in the Y direction is disposed on the center line along the longitudinal direction (Y direction) of the upper surface of the yoke 515a. Further, at the outer edge portion of the upper surface of the yoke 515a, an annular (endless) peripheral magnet 515c surrounding the central magnet 515b is formed. The center magnet 515b and the peripheral magnet 515c are permanent magnets, for example. The polarities of the central magnet 515b and the peripheral magnet 515c on the side opposite to the lower surface of the backing plate 511 are different from each other. Accordingly, a static magnetic field is formed around the target 512 by the magnet unit 515. The backing cathode plate 511 on which the target 512 is mounted, the magnet unit 515, the housing 514, etc. are integrated to form a magnetron cathode.

진공 챔버 (10) 내에서 스퍼터 캐소드 (51) 를 사이에 두도록, 1 쌍의 유도 결합 안테나 (52, 53) 가 진공 챔버 (10) 의 바닥면으로부터 돌출되어 형성되어 있다. 유도 결합 안테나 (52, 53) 는 LIA (Low Inductance Antenna) 라고도 칭해지는 것으로서, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 대략 U 자형으로 형성된 도체 (521, 531) 의 표면이 예를 들어 석영 등의 유전체 (522, 532) 로 피복된 구조를 갖는다. 도체 (521, 531) 는, U 자를 상하 역방향으로 한 상태에서, 진공 챔버 (10) 의 바닥면을 관통하여 Y 방향으로 연장 형성된다. 도체 (521, 531) 는, Y 방향으로 위치를 상이하게 하여 각각 복수 개 나열하여 배치된다. 유전체 (522) 는, 복수의 도체 (521) 각각을 개별적으로 피복하도록 독립적으로 형성되어도 되고, 또 복수의 도체 (521) 를 일괄하여 덮도록 형성되어도 된다. 유전체 (532) 에 대해서도 동일하다.A pair of inductive coupling antennas 52 and 53 are formed protruding from the bottom surface of the vacuum chamber 10 so as to sandwich the sputter cathode 51 in the vacuum chamber 10. The inductive coupling antennas 52 and 53 are also referred to as LIA (Low Inductance Antennas), and as shown in Fig. 2, the surfaces of conductors 521 and 531 formed in substantially U-shapes are, for example, dielectric 522 such as quartz. , 532). Conductors 521 and 531 are formed extending in the Y direction by penetrating the bottom surface of the vacuum chamber 10 with the U-shaped vertically reversed. The conductors 521 and 531 are arranged in a plurality of rows, each having a different position in the Y direction. The dielectric 522 may be formed independently to cover each of the plurality of conductors 521 individually, or may be formed to cover the plurality of conductors 521 collectively. The same is true for the dielectric 532.

도체 (521, 531) 의 표면이 유전체 (522, 532) 로 피복된 구조로 함으로써, 도체 (521, 531) 가 플라즈마에 노출되는 것이 방지된다. 이로써, 도체 (521, 531) 의 구성 원소가 기판 (S) 상의 막에 혼입되는 것이 회피된다. 또, 후술하는 바와 같이 도체 (521, 531) 에 인가되는 고주파 전류에 의해 유도 결합 플라즈마가 생성되고, 아크 방전 등의 이상 방전을 억제하여 안정적인 플라즈마를 발생시키는 것이 가능해진다.When the surfaces of the conductors 521 and 531 are covered with dielectrics 522 and 532, exposure of the conductors 521 and 531 to plasma is prevented. Thereby, the constituent elements of the conductors 521 and 531 are avoided from being mixed into the film on the substrate S. In addition, as will be described later, inductively coupled plasma is generated by the high-frequency current applied to the conductors 521 and 531, and it is possible to suppress abnormal discharge such as arc discharge to generate stable plasma.

유도 결합 안테나 (52, 53) 의 각 도체 (521, 531) 는, X 방향을 권회축 방향으로 하여 권회수가 1 미만인 루프 안테나로 볼 수 있다. 그 때문에, 저인덕턴스이다. 이와 같은 소형의 안테나를, 권회축 방향과 직교하는 방향으로 복수 나열하여 배치함으로써, 인덕턴스의 증대를 억제하면서, 후술하는 플라즈마 발생을 위한 유도 자기장을 넓은 범위에 형성하는 것이 가능하다. 또, 각각이 Y 방향으로 나열되는 복수의 안테나로 이루어지는 1 쌍의 안테나열을 X 방향으로 이격시켜 평행 배치함으로써, 양 안테나열 사이에 놓이는 공간에 강하고 균일한 유도 자기장을 발생시킬 수 있다.Each of the conductors 521 and 531 of the inductive coupling antennas 52 and 53 can be regarded as a loop antenna having a winding number of less than 1 with the X direction as the winding axis direction. For that reason, it is low inductance. By arranging a plurality of such small antennas in a direction orthogonal to the winding axis direction, it is possible to form an induced magnetic field for plasma generation to be described later in a wide range while suppressing an increase in inductance. In addition, a pair of antenna rows comprising a plurality of antennas arranged in the Y direction are spaced apart in the X direction and arranged in parallel, so that a strong and uniform induced magnetic field can be generated in a space between the two antenna rows.

유도 결합 안테나 (52, 53) 사이에 놓이는 스퍼터 캐소드 (51) 의 주위 공간에는, 가스 공급부 (56) 로부터 스퍼터 가스 (예를 들어 불활성 가스) 가 도입된다. 구체적으로는, 진공 챔버 (10) 의 바닥면에, 스퍼터 캐소드 (51) 를 X 방향으로부터 사이에 두도록, 1 쌍의 노즐 (54, 54) 이 형성되어 있다. 노즐 (54, 54) 은 각각 가스 공급부 (56) 에 접속되어 있다. 가스 공급부 (56) 는, 성막 프로세스 제어부 (95) 로부터의 제어 지령에 따라 스퍼터 가스로서의 불활성 가스, 예를 들어 아르곤 가스 또는 크세논 가스를 노즐 (54, 54) 에 공급한다. 스퍼터 가스는 노즐 (54, 54) 로부터 스퍼터 캐소드 (51) 의 주위를 향하여 토출된다. 가스 공급부 (56) 는 스퍼터 가스의 유량을 자동적으로 제어하는 유량 조정 기능을 갖는 것이 바람직하고, 예를 들어 매스 플로우 컨트롤러를 구비한 것으로 할 수 있다.In the space around the sputter cathode 51 placed between the inductive coupling antennas 52 and 53, a sputter gas (for example, an inert gas) is introduced from the gas supply unit 56. Specifically, a pair of nozzles 54 and 54 are formed on the bottom surface of the vacuum chamber 10 so as to sandwich the sputter cathode 51 from the X direction. The nozzles 54 and 54 are connected to a gas supply unit 56, respectively. The gas supply unit 56 supplies an inert gas as a sputter gas, for example, argon gas or xenon gas, to the nozzles 54 and 54 in accordance with a control command from the film forming process control unit 95. The sputter gas is discharged from the nozzles 54 and 54 toward the periphery of the sputter cathode 51. It is preferable that the gas supply unit 56 has a flow rate adjustment function that automatically controls the flow rate of the sputtered gas, and may be provided with a mass flow controller, for example.

침니 (55) 내에서 타깃 (512) 의 표면에 면하는 위치에, 예를 들어 광 파이버로 이루어지는 광학 프로브 (59) 가 배치된다. 침니 (55) 내의 공간에 있어서 발생하는 플라즈마 발광의 일부가 광학 프로브 (59) 에 입사된다. 광학 프로브 (59) 는 도시되지 않은 분광기에 접속되어 있고, 그 분광기의 출력 신호가 제어 유닛 (90) 에 입력된다.An optical probe 59 made of, for example, an optical fiber is disposed within the chimney 55 at a position facing the surface of the target 512. A part of the plasma light emission generated in the space within the chimney 55 is incident on the optical probe 59. The optical probe 59 is connected to a spectrometer not shown, and the output signal of the spectrometer is input to the control unit 90.

제어 유닛 (90) 은, 분광기의 출력 신호에 기초하여, 플라즈마 이미션법 (PEM) 에 의해 플라즈마 공간에 있어서의 플라즈마 발광 강도를 측정한다. 구체적으로는, 스퍼터에 의해 타깃 (512) 으로부터 비상하는 성막 입자, 플라즈마 중에서 여기된 원자 혹은 분자, 또는 이온 등 (예를 들어 아르곤 원자) 에 대해 물질 고유의 스펙트럼 성분의 광 강도를 측정함으로써, 플라즈마 공간에 있어서의 당해 물질의 농도를 검출한다. 이로써, 플라즈마 공간에 있어서의 플라즈마 밀도를 구할 수 있다.The control unit 90 measures the plasma emission intensity in the plasma space by the plasma emission method (PEM) based on the output signal of the spectroscope. Specifically, by measuring the light intensity of a spectral component specific to a substance (for example, argon atoms), a film-forming particle flying from the target 512 by sputtering, an atom or molecule excited in the plasma, or an ion (eg, argon atom), plasma The concentration of the substance in space is detected. Thereby, the plasma density in the plasma space can be obtained.

도 4 는 스퍼터 소스의 동작을 나타내는 도면이다. 스퍼터 캐소드 (51) 와 유도 결합 안테나 (52, 53) 사이에는, 전원부 (57) 로부터 적절한 전압이 인가된다. 구체적으로는, 스퍼터 캐소드 (51) 의 배킹 플레이트 (511) 는 전원부 (57) 에 형성된 캐소드 전원 (571) 에 접속되어 있다. 그리고, 캐소드 전원 (571) 으로부터 접지 전위에 대한 적절한 부전위가 배킹 플레이트 (511) 에 부여된다. 캐소드 전원 (571) 이 출력하는 전압으로는, 직류, 직류 펄스, 정현파 교류, 구형파 교류, 구형파 교류 펄스 및 그것들 중 몇 가지인가가 중첩된 것 등을 사용 가능하다. 단 이하의 설명에 있어서「캐소드 전압」이라고 할 때, 캐소드 전원 (571) 으로부터 출력되는 다양한 파형의 부의 직류 또는 부의 교류 성분에 있어서의 전압을 가리키는 것으로 한다. 한편, 유도 결합 안테나 (52, 53) 에는, 전원부 (57) 에 형성된 고주파 전원 (572) 이 각각 정합기 (575, 576) 를 개재하여 접속되어 있고, 고주파 전원 (572) 으로부터 적절한 고주파 전력이 인가된다.4 is a diagram showing an operation of a sputter source. An appropriate voltage is applied from the power supply unit 57 between the sputter cathode 51 and the inductive coupling antennas 52 and 53. Specifically, the backing plate 511 of the sputter cathode 51 is connected to the cathode power supply 571 formed in the power supply unit 57. Then, a negative potential appropriate to the ground potential is applied from the cathode power supply 571 to the backing plate 511. As the voltage output from the cathode power supply 571, a direct current, a direct current pulse, a sine wave alternating current, a square wave alternating current, a square wave alternating current pulse, and some of them superimposed can be used. However, in the following description, the term "cathode voltage" refers to a voltage in a negative DC or negative AC component of various waveforms output from the cathode power supply 571. On the other hand, to the inductive coupling antennas 52 and 53, a high frequency power supply 572 formed in the power supply unit 57 is connected via a matching device 575 and 576, respectively, and an appropriate high frequency power is applied from the high frequency power supply 572 do.

정합기 (575, 576) 는, 고주파 전원 (572) 에 대한 부하의 임피던스를 전원 임피던스와 정합시킴으로써, 고주파 전원 (572) 에서 부하로의 전력 전달 효율을 최대화하기 위해 형성된다. 이와 같은 목적의 정합기의 원리 및 구조는 공지되어 있기 때문에 상세한 설명을 생략하지만, 예를 들어 부하의 임피던스 변화에 따라 내장 콘덴서의 용량을 변화시키는 형식의 것을 사용할 수 있다.Matchers 575 and 576 are formed to maximize power transfer efficiency from the high frequency power supply 572 to the load by matching the impedance of the load to the high frequency power supply 572 with the power supply impedance. Since the principle and structure of the matching device for this purpose are known, detailed descriptions are omitted, but for example, a type in which the capacity of the built-in capacitor is changed according to a change in the impedance of the load can be used.

캐소드 전원 (571) 및 고주파 전원 (572) 의 각각으로부터 출력되는 전압 파형은, 제어 유닛 (90) 의 성막 프로세스 제어부 (95) 로부터의 제어 지령에 의해 설정된다. 또, 캐소드 전원 (571) 으로부터 배킹 플레이트 (511) 에 이르는 배선의 도중에 전류 측정부 (573) 가 개재 삽입되어 있다. 전류 측정부 (573) 는, 당해 배선에 흐르는 전류, 즉 캐소드 전류를 측정한다. 전류 측정부 (573) 의 검출 출력은 캐소드 전원 (571) 및 고주파 전원 (572) 에 입력된다. 또, 당해 배선과 장치 그라운드 사이에 전압 측정부 (574) 가 형성되어 있고, 캐소드 전압, 보다 구체적으로는 접지 전위에 대한 배킹 플레이트 (511) 의 직류 전압이 측정된다. 전압 측정부 (574) 의 검출 출력도 캐소드 전원 (571) 및 고주파 전원 (572) 에 입력된다.The voltage waveforms output from each of the cathode power supply 571 and the high frequency power supply 572 are set by a control command from the film forming process control unit 95 of the control unit 90. In addition, the current measuring section 573 is interposed in the middle of the wiring from the cathode power supply 571 to the backing plate 511. The current measuring unit 573 measures a current flowing through the wiring, that is, a cathode current. The detection output of the current measuring unit 573 is input to the cathode power supply 571 and the high frequency power supply 572. Further, a voltage measurement unit 574 is formed between the wiring and the device ground, and the cathode voltage, more specifically, the DC voltage of the backing plate 511 with respect to the ground potential is measured. The detection output of the voltage measuring unit 574 is also input to the cathode power supply 571 and the high frequency power supply 572.

캐소드 전원 (571) 은, 전류 측정부 (573) 에 의해 측정되는 캐소드 전류의 값, 및 전압 측정부 (574) 에 의해 측정되는 캐소드 전압의 값에 기초하여, 출력 전력을 제어한다. 제어 방식으로는, 캐소드 전류의 값을 일정하게 유지하는 정전류 제어, 캐소드 전압의 값을 일정하게 유지하는 정전압 제어, 및 캐소드 전류와 캐소드 전압의 곱을 일정하게 유지하는 정전력 제어를 선택 가능하다.The cathode power supply 571 controls the output power based on the value of the cathode current measured by the current measuring unit 573 and the value of the cathode voltage measured by the voltage measuring unit 574. As the control method, constant current control for keeping the value of the cathode current constant, constant voltage control for keeping the value of the cathode voltage constant, and constant power control for keeping the product of the cathode current and the cathode voltage constant can be selected.

한편, 고주파 전원 (572) 에는, 전류 측정부 (573), 전압 측정부 (574) 로부터의 출력 외에, 플라즈마 발광 강도를 측정하는 광학 프로브 (59) 로부터의 검출 출력이 입력되고 있다. 또한, 도 4 에서는 원리 설명을 위해 광학 프로브 (59) 와 고주파 전원 (572) 이 직접 접속되는 기재로 되어 있다. 그러나, 실제로는, 광학 프로브 (59) 로부터 분광기를 통하여 부여되는 신호에 기초하여 제어 유닛 (90) 이 검출한 플라즈마 밀도의 크기에 대응하는 값이, 제어 유닛 (90) 으로부터 고주파 전원 (572) 에 부여된다. 고주파 전원 (572) 에 의한 출력 제어의 양태에 대해서는 후술한다.On the other hand, to the high frequency power supply 572, in addition to the outputs from the current measurement unit 573 and the voltage measurement unit 574, detection outputs from the optical probe 59 for measuring plasma emission intensity are input. In addition, in Fig. 4, for the purpose of explaining the principle, the optical probe 59 and the high-frequency power supply 572 are directly connected to each other. However, in practice, a value corresponding to the magnitude of the plasma density detected by the control unit 90 based on a signal applied from the optical probe 59 through the spectroscope is supplied from the control unit 90 to the high frequency power supply 572 Is granted. The mode of the output control by the high frequency power supply 572 will be described later.

고주파 전원 (572) 으로부터 정합기 (575, 576) 를 개재하여 유도 결합 안테나 (52, 53) 에 고주파 전력 (예를 들어 주파수 13.56 ㎒ 의 고주파 전력) 이 공급됨으로써, 유도 결합 안테나 (52, 53) 의 주위 공간에 고주파 유도 자기장이 발생하고, 스퍼터 가스의 플라즈마가 발생한다. 보다 구체적으로는, 마그네트론 플라즈마와 유도 결합 플라즈마 (Inductivity Coupled Plasma ; ICP) 의 혼합 플라즈마가 발생한다. 타깃 (512) 및 자석 유닛 (515) 을 포함하는 스퍼터 캐소드 (51) 와 유도 결합 안테나 (52, 53) 는, 모두 도 1 지면에 수직인 Y 방향을 따라 길게 연장되어 있다. 따라서, 플라즈마가 발생하는 플라즈마 공간 (PL) 도, 스퍼터 캐소드 (51) 의 표면을 따라 Y 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는 공간 영역이 된다.By supplying high frequency power (for example, high frequency power with a frequency of 13.56 MHz) to the inductive coupling antennas 52 and 53 from the high frequency power supply 572 via the matching devices 575 and 576, the inductive coupling antennas 52 and 53 A high-frequency induced magnetic field is generated in the surrounding space, and a plasma of sputtered gas is generated. More specifically, a mixed plasma of magnetron plasma and Inductivity Coupled Plasma (ICP) is generated. The sputter cathode 51 including the target 512 and the magnet unit 515 and the inductive coupling antennas 52 and 53 are both elongated along the Y direction perpendicular to the FIG. Accordingly, the plasma space PL in which the plasma is generated is also a space region having a shape extending in the Y direction along the surface of the sputter cathode 51.

이렇게 하여 플라즈마 공간 (PL) 에 생성되는 플라즈마에 포함되는 양이온 (도 4 에 있어서 백색 동그라미 표시로 나타낸다) 이, 부전위가 부여된 스퍼터 캐소드 (51) 에 충돌한다. 이로써 타깃 (512) 의 표면이 스퍼터되고, 타깃 (512) 으로부터 비상한 미세한 타깃 재료의 입자가 성막 입자 (도 4 에 있어서 흑색 동그라미 표시로 나타낸다) 로서 기판 (S) 의 하면에 부착된다. 그 결과, 기판 (S) 의 표면 (하면) 에 성막이 실시된다. 구체적으로는, 기판 (S) 하면 중 Y 방향을 따른 띠상의 영역에 플라즈마 스퍼터링에 의한 성막이 실시된다. 기판 (S) 이, 그 주면에 평행하고 Y 방향과 직교하는 방향, 요컨대 X 방향으로 주사 이동됨으로써, 성막 대상 영역의 전체에 이차원적으로 성막이 실시된다.In this way, the positive ions contained in the plasma generated in the plasma space PL (indicated by white circles in Fig. 4) collide with the sputter cathode 51 to which a negative potential is applied. Thereby, the surface of the target 512 is sputtered, and fine particles of the target material flying from the target 512 are adhered to the lower surface of the substrate S as film-forming particles (represented by black circles in Fig. 4). As a result, film formation is performed on the surface (lower surface) of the substrate S. Specifically, a film is formed by plasma sputtering on a band-shaped region along the Y direction of the lower surface of the substrate S. When the substrate S is scanned and moved in a direction parallel to its main surface and orthogonal to the Y direction, that is, in the X direction, film formation is performed two-dimensionally over the entire region to be formed.

플라즈마 공간 (PL) 을 덮도록 침니 (55) 가 형성된다. 이로써, 플라즈마 공간 (PL) 에서 발생하는 플라즈마 입자 및 이것에 스퍼터되어 생성되는 성막 입자가 진공 챔버 (10) 내에 비산되는 것이 억제된다. 그 결과, 타깃 (512) 표면으로부터 스퍼터에 의해 비상한 성막 입자의 비상 방향이 기판 (S) 을 향하는 방향으로 제한된다. 이 때문에, 타깃 재료를 효율적으로 성막에 기여시킬 수 있다. 냉각 기구 (58) 로부터 스퍼터 캐소드 (51) 에 냉각수가 공급됨으로써, 플라즈마에 노출되는 타깃 (512) 의 온도 상승이 억제된다.The chimney 55 is formed so as to cover the plasma space PL. Thereby, plasma particles generated in the plasma space PL and film-forming particles generated by sputtering on the plasma particles are suppressed from scattering in the vacuum chamber 10. As a result, the flying direction of the film-forming particles flying from the surface of the target 512 by sputtering is limited to the direction toward the substrate S. For this reason, the target material can be efficiently contributed to film formation. By supplying cooling water from the cooling mechanism 58 to the sputter cathode 51, an increase in the temperature of the target 512 exposed to the plasma is suppressed.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 제어 유닛 (90) 은, 상기 이외에, 각종 연산 처리를 실시하는 CPU (Central Processing Unit) (91), CPU (91) 가 실행하는 프로그램이나 각종 데이터를 기억하는 메모리 및 스토리지 (96), 외부 장치 및 사용자와의 사이에서의 정보의 교환을 담당하는 인터페이스 (97) 등을 구비하고 있다. 예를 들어 범용의 컴퓨터 장치를 제어 유닛 (90) 으로서 사용하는 것이 가능하다. 또한, 제어 유닛 (90) 에 형성되는 셔터 개폐 제어부 (92), 분위기 제어부 (93), 반송 제어부 (94) 및 성막 프로세스 제어부 (95) 등의 각 기능 블록에 대해서는, 전용의 하드웨어에 의해 실현되는 것이어도 된다. 또 CPU (91) 에 의해 실행되는 소프트웨어 상에서 실현되는 것이어도 된다.As shown in Fig. 3, the control unit 90 includes a CPU (Central Processing Unit) 91 that performs various arithmetic processing in addition to the above, a memory and storage for storing programs and various data executed by the CPU 91. 96, an interface 97 for exchanging information between external devices and users. For example, it is possible to use a general-purpose computer device as the control unit 90. In addition, for each functional block such as the shutter opening/closing control unit 92, the atmosphere control unit 93, the transfer control unit 94, and the film forming process control unit 95 formed in the control unit 90, it is realized by dedicated hardware. It may be. Moreover, it may be implemented on software executed by the CPU 91.

도 5 는 이 성막 장치에 의한 성막 처리를 나타내는 플로우 차트이다. 이 처리는, 제어 유닛 (90) 이 미리 준비된 제어 프로그램에 기초하여, 성막 장치 (1) 의 각 부에 소정의 동작을 실시시킴으로써 실현된다. 성막 대상인 기판 (S) 을 포함하는 워크 (Wk) 가 성막 장치 (1) 에 반입되기에 앞서, 진공 챔버 (10) 내의 배기가 개시되고 있다 (스텝 S101).5 is a flow chart showing a film forming process by this film forming apparatus. This processing is realized by the control unit 90 performing a predetermined operation on each unit of the film forming apparatus 1 based on a control program prepared in advance. Before the work Wk including the substrate S as a film-forming target is carried into the film-forming apparatus 1, the evacuation of the vacuum chamber 10 is started (step S101).

진공 챔버 (10) 내가 소정의 기압으로 제어된 상태에서, 플라즈마의 점등이 개시된다 (스텝 S102). 구체적으로는, 노즐 (54) 로부터 스퍼터 가스가 소정 유량으로 진공 챔버 (10) 내에 토출된다. 그리고, 전원부 (57) 가 스퍼터 캐소드 (51) 및 유도 결합 안테나 (52, 53) 의 각각에 소정의 전압을 인가함으로써, 진공 챔버 (10) 내에 마그네트론 플라즈마와 유도 결합 플라즈마의 혼합 플라즈마가 발생한다.When the inside of the vacuum chamber 10 is controlled to a predetermined atmospheric pressure, lighting of the plasma is started (step S102). Specifically, sputtered gas is discharged from the nozzle 54 into the vacuum chamber 10 at a predetermined flow rate. Then, when the power supply unit 57 applies a predetermined voltage to each of the sputter cathode 51 and the inductively coupled antennas 52 and 53, a mixed plasma of magnetron plasma and inductively coupled plasma is generated in the vacuum chamber 10.

이렇게 하여 미리 진공 챔버 (10) 내에 플라즈마를 점등시킨 상태에서, 셔터 (11) 가 개방되고, 진공 챔버 (10) 에 워크 (Wk) 가 받아들여진다 (스텝 S103). 플라즈마의 점등 상태를 안정시키기 위해, 워크 (Wk) 는, 진공 챔버 (10) 와 동일한 정도의 진공 상태로 유지된 다른 진공 챔버 (도시 생략) 로부터 반입되는 것이 바람직하다. 성막 처리 후의 워크 반출시에 대해서도 동일하다. 또한, 성막 처리 전의 워크 (Wk) 를 받아들이기 위한 셔터와, 성막 처리 후의 워크 (Wk) 를 내보내기 위한 셔터는 상이해도 된다.In this way, in a state in which the plasma is turned on in the vacuum chamber 10 in advance, the shutter 11 is opened, and the work Wk is received in the vacuum chamber 10 (step S103). In order to stabilize the lighting state of the plasma, the work Wk is preferably carried in from another vacuum chamber (not shown) maintained in a vacuum state of the same degree as that of the vacuum chamber 10. The same applies to the case of carrying out the work after the film forming treatment. Further, the shutter for receiving the work Wk before the film forming process and the shutter for exporting the work Wk after the film forming process may be different.

진공 챔버 (10) 에 워크 (Wk) 가 반입되면, 반송 기구 (30) 가 워크 (Wk) 를 X 방향으로 주사 이동시킨다 (스텝 S104). 이로써, 워크 (Wk) 중의 기판 (S) 의 하면에, 타깃 재료를 함유한 조성의 피막이 형성되게 된다. 또한, 플라즈마 공간 (PL) 에 반응성 가스 (예를 들어 산소 가스) 를 추가로 공급하여, 타깃 (512) 의 성분과 반응성 가스의 성분을 함유하는 피막 (예를 들어 금속 산화물 피막) 이 형성되도록 해도 된다.When the work Wk is carried into the vacuum chamber 10, the conveyance mechanism 30 scans and moves the work Wk in the X direction (step S104). Thereby, a film having a composition containing the target material is formed on the lower surface of the substrate S in the work Wk. In addition, even if a reactive gas (for example, oxygen gas) is additionally supplied to the plasma space PL to form a film (for example, a metal oxide film) containing the component of the target 512 and the component of the reactive gas. do.

반송 기구 (30) 가 워크 (Wk) 를 주사 이동시킴으로써, 기판 (S) 하면에 있어서의 성막 입자의 착탄 위치를 변화시키며 기판 (S) 전체에 성막을 실시하는 것이 가능하다. 이와 같은 워크 (Wk) 의 주사 이동을 소정 시간 계속함으로써 (스텝 S105), 기판 (S) 의 표면 (하면) 에 소정 두께의 피막이 형성된다. 기판 (S) 에 피막이 형성된 성막 후의 워크 (Wk) 는 외부로 내보내어진다 (스텝 S106). 그리고, 다음으로 처리해야 할 워크 (Wk) 가 있으면 (스텝 S107 에 있어서 YES), 스텝 S103 으로 되돌아와 새로운 워크 (Wk) 를 받아들이고 상기와 동일한 성막 처리를 실행한다. 처리해야 할 워크가 없으면 (스텝 S107 에 있어서 NO), 장치 각 부를 동작 종료가 가능한 상태로 이행시키는 종료 처리가 실행되고 (스텝 S108), 일련의 동작은 종료된다.When the transport mechanism 30 scans and moves the work Wk, it is possible to perform film formation on the entire substrate S while changing the impact position of the film-forming particles on the lower surface of the substrate S. By continuing such scanning movement of the work Wk for a predetermined time (step S105), a film having a predetermined thickness is formed on the surface (lower surface) of the substrate S. The work Wk after film formation in which the film was formed on the substrate S is sent out (step S106). Then, if there is a work Wk to be processed next (YES in step S107), the process returns to step S103 to receive a new work Wk, and the same film forming process as above is performed. If there is no work to be processed (NO in step S107), a termination process for transitioning each unit of the device to a state in which the operation can be terminated is executed (step S108), and a series of operations are ended.

다음으로, 고주파 전원 (572) 의 출력 제어에 대해 설명한다. 이 성막 장치 (1) 에서는, 타깃 (512) 의 근방에 마그네트론 플라즈마와 유도 결합 플라즈마의 혼합 플라즈마를 발생시킨다. 이로써 타깃 표면이 스퍼터링되고 기판 (S) 에 대한 성막이 실시된다. 이 때, 성막 입자의 일부는 장치 내의 각 부에도 부착된다. 유도 결합 안테나 (52, 53) 의 유전체 (522, 532) 의 표면에도 이와 같은 부착물이 생성되는 경우가 있으며, 이것은 유도 결합 안테나 (52, 53) 의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 구체적으로는, 유도 결합 안테나 (52, 53) 가 발생시키는 유도 결합 플라즈마의 밀도가 저하된다. 특히 도전성을 갖는 부착물이 생성된 경우에는, 안테나가 발생시키는 전자계에 대한 실드로서 작용하기 때문에, 그 영향이 현저하다.Next, output control of the high frequency power supply 572 will be described. In this film forming apparatus 1, a mixed plasma of a magnetron plasma and an inductively coupled plasma is generated in the vicinity of the target 512. Thereby, the target surface is sputtered, and film formation is performed on the substrate S. At this time, some of the film-forming particles also adhere to each part in the device. In some cases, such deposits are also generated on the surfaces of the dielectrics 522 and 532 of the inductively coupled antennas 52 and 53, which causes the performance of the inductively coupled antennas 52 and 53 to deteriorate. Specifically, the density of the inductively coupled plasma generated by the inductively coupled antennas 52 and 53 is reduced. In particular, when a conductive deposit is generated, the effect is remarkable because it acts as a shield against the electromagnetic field generated by the antenna.

유도 결합 안테나 (52, 53) 에 의해 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 경우, 고주파 전원 (572) 에 대한 부하의 임피던스는, 유도 결합 안테나 (52, 53) 자체가 갖는 임피던스와 플라즈마 임피던스의 합성 임피던스이다. 플라즈마 임피던스는 플라즈마 밀도에 따라 변화하기 때문에, 부하 임피던스는 유도 결합 안테나 (52, 53) 로의 부착물이 증가함에 따라 변화하게 된다. 단, 정합기 (575, 576) 의 작용에 의해, 고주파 전원 (572) 에서 본 부하 임피던스는 변화하지 않는다.When the inductively coupled plasma is generated by the inductively coupled antennas 52 and 53, the impedance of the load to the high frequency power supply 572 is a combined impedance of the impedance of the inductively coupled antennas 52 and 53 itself and the plasma impedance. Since the plasma impedance changes with the plasma density, the load impedance changes as the attachment to the inductive coupling antennas 52 and 53 increases. However, the load impedance viewed from the high-frequency power supply 572 does not change due to the action of the matching devices 575 and 576.

한편, 플라즈마 임피던스는 캐소드 전원 (571) 에 대한 부하의 일부도 되고 있다. 유도 결합 안테나 (52, 53) 로의 부착물에서 기인하는 플라즈마 밀도의 저하는, 캐소드 전원 (571) 에서 본 부하 임피던스의 상승으로 이어진다. 이것이 캐소드 전류 및 캐소드 전압의 안정성을 저하시킨다. 캐소드 전류는 주로 성막 속도에 영향을 미치는 인자이고, 또 캐소드 전압은 막질에 영향을 미치는 인자이다. 이 때문에, 계속적인 성막에 있어서 성막 속도 및 막질을 안정적으로 유지하면서 성막을 실시하기 위해서는, 성막 프로세스 중, 캐소드 전류 및 캐소드 전압의 양방에 대해 변동이 적은 것이 요구된다.On the other hand, the plasma impedance is also a part of the load on the cathode power supply 571. The decrease in plasma density resulting from the attachment to the inductively coupled antennas 52 and 53 leads to an increase in the load impedance seen from the cathode power supply 571. This lowers the stability of the cathode current and cathode voltage. The cathode current is a factor that mainly affects the film formation speed, and the cathode voltage is a factor that affects the film quality. For this reason, in order to perform film formation while stably maintaining the film formation speed and film quality in continuous film formation, it is required that there is little variation in both the cathode current and the cathode voltage during the film formation process.

상기한 바와 같이, 캐소드 전원 (571) 으로는 정전력 제어, 정전류 제어 및 정전압 제어의 다양한 제어 방식을 취할 수 있다. 그러나, 모두 캐소드 전류와 캐소드 전압의 양방을 안정적으로 유지할 수 있는 것은 아니다. 그 이유는 이하와 같다. 캐소드 전류와 캐소드 전압은 부하 임피던스를 통하여 상호 관련되어 있다. 그 때문에, 플라즈마 밀도의 변화에 수반되는 플라즈마 임피던스의 변동에 대응하여, 캐소드 전원 (571) 에서의 제어에 의해 캐소드 전류와 캐소드 전압 중 일방을 적정값으로 하려고 하면, 타방이 적정값에서 벗어나게 된다.As described above, the cathode power supply 571 may take various control methods of constant power control, constant current control, and constant voltage control. However, not all of them can stably maintain both the cathode current and the cathode voltage. The reason is as follows. The cathode current and cathode voltage are correlated through the load impedance. Therefore, in response to a change in plasma impedance accompanying a change in plasma density, if one of the cathode current and the cathode voltage is set to an appropriate value under control by the cathode power supply 571, the other will deviate from the appropriate value.

그래서, 이 실시형태에서는, 유도 결합 안테나 (52, 53) 에 부여하는 고주파 전력을 변화시킴으로써, 플라즈마 밀도의 안정화를 도모하고 있다. 구체적으로는, 캐소드 전력의 크기를 지표하는 캐소드 전류 및 캐소드 전압 중 적어도 일방의 계측 결과로부터 플라즈마 임피던스의 변동을 간접적으로 검지하고, 그 결과에 기초하여 고주파 전원 (572) 이 출력하는 고주파 전력의 크기를 제어한다.Therefore, in this embodiment, the plasma density is stabilized by changing the high frequency power applied to the inductive coupling antennas 52 and 53. Specifically, fluctuations in plasma impedance are indirectly detected from the measurement result of at least one of the cathode current and cathode voltage indicating the magnitude of the cathode power, and the magnitude of the high-frequency power output from the high-frequency power supply 572 based on the result. Control.

플라즈마 밀도가 높아지면 타깃 (512) 의 스퍼터량이 증가하고, 그 때문에 캐소드 전류도 증가한다. 반대로, 플라즈마 밀도가 저하되면 캐소드 전류는 감소한다. 즉, 캐소드 전원 (571) 이 정전압 제어 또는 정전력 제어된 상황하에 있어서의 캐소드 전류의 감소는, 플라즈마 밀도가 저하되었음을 의미한다. 또, 플라즈마 밀도의 저하에 의해 플라즈마 임피던스가 상승하면 캐소드 전압도 상승한다. 즉, 캐소드 전원 (571) 이 정전류 제어 또는 정전력 제어된 상황하에 있어서의 캐소드 전압의 상승은, 플라즈마 밀도의 저하를 나타낸다.When the plasma density increases, the amount of sputtering of the target 512 increases, and thus the cathode current also increases. Conversely, when the plasma density decreases, the cathode current decreases. That is, the reduction of the cathode current under the constant voltage control or constant power control of the cathode power supply 571 means that the plasma density is lowered. Further, when the plasma impedance increases due to a decrease in the plasma density, the cathode voltage also increases. That is, an increase in the cathode voltage under the constant current control or constant power control of the cathode power supply 571 indicates a decrease in plasma density.

본 실시형태에서는, 부착물에 의한 유도 결합 안테나 (52, 53) 의 오염에서 기인하여 변동될 수 있는 유도 결합 플라즈마의 밀도를, 유도 결합 안테나 (52, 53) 에 공급하는 전력을 조절함으로써 안정화시킨다. 이로써, 유도 결합 안테나 (52, 53) 의 오염이 진행된 경우에도 캐소드 전원 (571) 에서 본 부하를 일정하게 유지할 수 있다. 이와 같은 제어에 의해, 캐소드 전류, 캐소드 전압 및 그것들의 곱으로 나타내는 캐소드 전력이 각각 일정하게 유지된다. 그 결과, 캐소드 전류 및 캐소드 전압의 양방이 안정되고, 성막 속도 및 막질을 안정시킨 상태에서 성막을 계속할 수 있다.In this embodiment, the density of the inductively coupled plasma, which may fluctuate due to contamination of the inductively coupled antennas 52 and 53 due to deposits, is stabilized by adjusting the power supplied to the inductively coupled antennas 52 and 53. Thereby, even when contamination of the inductive coupling antennas 52 and 53 progresses, the load viewed from the cathode power supply 571 can be kept constant. By such control, the cathode current, the cathode voltage, and the cathode power represented by the product of them are kept constant, respectively. As a result, both the cathode current and the cathode voltage are stabilized, and film formation can be continued while the film formation speed and film quality are stabilized.

유도 결합 안테나 (52, 53) 의 오염의 정도는 시간과 함께 불가역적으로 증대된다. 그 때문에, 공급 전력이 일정하면 플라즈마 밀도는 점차 감소해 가고, 이로써 플라즈마 임피던스는 시간 경과적으로 상승한다. 따라서, 통상적인 사용에 있어서는 유도 결합 안테나 (52, 53) 에 공급되는 고주파 전력은 시간 경과적으로 증가해 가게 되는 것으로 생각된다. 바꿔 말하면, 유도 결합 안테나 (52, 53) 의 오염의 진행에 수반되는 플라즈마 밀도의 저하를 보충하도록 고주파 전력이 시간 경과적으로 증가하면, 캐소드 전원 (571) 에서 본 부하를 일정하게 유지하고, 캐소드 전류 및 캐소드 전압의 양방을 안정시킬 수 있다.The degree of contamination of the inductively coupled antennas 52 and 53 irreversibly increases with time. Therefore, when the supplied power is constant, the plasma density gradually decreases, and thereby the plasma impedance increases over time. Therefore, in normal use, it is considered that the high frequency power supplied to the inductive coupling antennas 52 and 53 increases over time. In other words, if the high frequency power increases over time to compensate for the decrease in plasma density accompanying the progress of contamination of the inductive coupling antennas 52 and 53, the load seen from the cathode power supply 571 is kept constant, and the cathode Both the current and the cathode voltage can be stabilized.

또한, 상기한 바와 같이, 타깃 (512) 의 표면 근방에 있어서의 플라즈마 발광 강도의 측정 결과로부터 플라즈마 밀도를 추정하는 것도 가능하다. 그러나, 계측 정밀도 및 결과의 안정성의 관점에서는, 캐소드 전류 또는 캐소드 전압의 계측 결과를 제어 입력으로 하는 것이 보다 바람직한 것으로 생각된다. 유도 결합 안테나 (52, 53) 의 오염이 심한 경우나, 장치의 어느 부품의 상태 불량 등으로 안정적인 플라즈마를 발생시킬 수 없는 상황을 검지할 목적으로, 플라즈마 발광 강도의 측정 결과를 바람직하게 사용할 수 있다.Further, as described above, it is also possible to estimate the plasma density from the measurement result of the plasma emission intensity in the vicinity of the surface of the target 512. However, from the viewpoint of measurement accuracy and stability of the result, it is considered more preferable to use the measurement result of the cathode current or the cathode voltage as a control input. For the purpose of detecting a situation in which stable plasma cannot be generated due to severe contamination of the inductive coupling antennas 52, 53, or a condition in which any part of the device is defective, the measurement result of plasma emission intensity can be preferably used. .

이 실시형태에서는, 캐소드 전류 또는 캐소드 전압을 제어 입력으로 하여, 고주파 전원 (572) 이 출력 전력의 제어가 실시된다. 보다 구체적으로는, 제어 입력으로 되는 측정값이 미리 정해진 목표값 또는 목표 범위를 충족하도록, 고주파 전원 (572) 의 출력 전력이 제어된다. 캐소드 전류 또는 캐소드 전압이 제어 입력으로 되는 경우, 고주파 전원 (572) 의 출력 전력이, 캐소드 전원 (571) 에서 스퍼터 캐소드 (51) 로의 전력 공급의 상황을 검출한 결과에 기초하여 결정되게 된다.In this embodiment, the output power is controlled by the high-frequency power supply 572 using the cathode current or the cathode voltage as a control input. More specifically, the output power of the high frequency power supply 572 is controlled so that the measured value serving as the control input meets a predetermined target value or target range. When the cathode current or the cathode voltage becomes the control input, the output power of the high frequency power supply 572 is determined based on the result of detecting the state of power supply from the cathode power supply 571 to the sputter cathode 51.

도 6 은 캐소드 전원의 제어 방식과 고주파 전원이 채용할 수 있는 제어 입력의 관계를 나타내는 도면이다. 도면에 있어서「○」표시는, 당해 물리량이 고주파 전원 (572) 의 제어 입력으로서 사용되는 것이, 캐소드 전원 (571) 에 있어서의 출력 제어와 정합하는 것을 나타낸다. 여기서 말하는「정합」이란, 제어 방식에 대응하는 제어 입력으로서 적절히 이용 가능한 것임을 의미한다. 한편,「－」표시는, 당해 물리량을 제어 입력으로 하는 고주파 전원 (572) 의 제어와 캐소드 전원 (571) 의 출력 제어가 정합하지 않는 것을 나타낸다.6 is a diagram showing a relationship between a control method of a cathode power supply and a control input that can be adopted by a high frequency power supply. In the drawing, "circle" indicates that the physical quantity used as the control input of the high frequency power supply 572 matches the output control of the cathode power supply 571. The term "matching" here means that it can be suitably used as a control input corresponding to the control method. On the other hand, "-" indicates that the control of the high frequency power supply 572 using the physical quantity as a control input and the output control of the cathode power supply 571 do not match.

A 란에 나타내는 바와 같이, 캐소드 전원 (571) 이 정전류 제어, 요컨대 캐소드 전류가 일정해지도록 출력을 제어하는 경우, 고주파 전원 (572) 은, 캐소드 전압을 제어 입력으로 하여 고주파 출력을 결정할 수 있다. 이 경우, 캐소드 전압의 측정값이 목표값 (또는 목표 범위 내, 이하 동일) 이 되도록 고주파 전원 (572) 의 출력이 제어된다. 캐소드 전류는 캐소드 전원 (571) 에 의해 정전류 제어되고 있기 때문에, 결과적으로 캐소드 전류 및 캐소드 전압의 양방이 목표값으로 유지되게 된다.As shown in column A, when the cathode power supply 571 controls the constant current control, i.e., controls the output so that the cathode current becomes constant, the high frequency power supply 572 can determine the high frequency output by using the cathode voltage as a control input. In this case, the output of the high frequency power supply 572 is controlled so that the measured value of the cathode voltage becomes the target value (or within the target range, hereinafter the same). Since the cathode current is constant current controlled by the cathode power supply 571, as a result, both the cathode current and the cathode voltage are maintained at the target values.

캐소드 전원 (571) 의 출력이 정전류 제어되고 있기 때문에, 캐소드 전류 및 플라즈마 밀도는 적정값으로 관리되고 있다. 따라서, 이들 물리량이 고주파 전원 (572) 의 제어 입력으로서 사용되었다고 하더라도, 캐소드 전압을 적정하게 유지할 수는 없다.Since the output of the cathode power supply 571 is controlled by a constant current, the cathode current and plasma density are managed at appropriate values. Therefore, even if these physical quantities are used as the control input of the high frequency power supply 572, the cathode voltage cannot be properly maintained.

B 란에 나타내는 바와 같이, 캐소드 전원 (571) 이 정전압 제어, 요컨대 캐소드 전압이 일정해지도록 출력을 제어하는 경우, 고주파 전원 (572) 은, 캐소드 전류를 제어 입력으로 하여 고주파 출력을 결정할 수 있다. 이 경우, 캐소드 전류의 측정값이 목표값이 되도록 고주파 전원 (572) 의 출력이 제어된다. 캐소드 전압은 캐소드 전원 (571) 에 의해 정전압 제어되고 있기 때문에, 결과적으로 캐소드 전압 및 캐소드 전류의 양방이 목표값으로 유지되게 된다.As shown in column B, when the cathode power supply 571 controls the constant voltage, i.e., controls the output so that the cathode voltage becomes constant, the high frequency power supply 572 can determine the high frequency output by using the cathode current as a control input. In this case, the output of the high frequency power supply 572 is controlled so that the measured value of the cathode current becomes the target value. Since the cathode voltage is constant voltage controlled by the cathode power supply 571, as a result, both the cathode voltage and the cathode current are maintained at the target values.

C 란에 나타내는 바와 같이, 캐소드 전원 (571) 의 출력이 정전압 제어되고 있기 때문에, 캐소드 전압 및 플라즈마 밀도는 적정값으로 관리되고 있다. 따라서, 이들 물리량의 계측값이 고주파 전원 (572) 의 제어 입력으로서 사용되었다고 하더라도, 캐소드 전류를 적정하게 유지할 수는 없다.As shown in column C, since the output of the cathode power supply 571 is under constant voltage control, the cathode voltage and plasma density are managed at appropriate values. Therefore, even if the measured values of these physical quantities are used as the control input of the high frequency power supply 572, the cathode current cannot be properly maintained.

캐소드 전원 (571) 이 정전력 제어, 요컨대 캐소드 전류와 캐소드 전압의 곱이 일정해지도록 출력을 제어하는 경우, 캐소드 전류 및 캐소드 전압의 개개의 값은 불안정해질 수 있다. 그러나, 어느 일방을 고주파 전원 (572) 의 고주파 출력 조정에 의해 안정화시킴으로써, 타방도 안정적인 것이 된다. 즉, 캐소드 전류 및 캐소드 전압의 어느 측정값도, 고주파 전원 (572) 의 제어 입력으로서 이용 가능하다.When the cathode power supply 571 controls the constant power, that is, controls the output so that the product of the cathode current and the cathode voltage becomes constant, the respective values of the cathode current and the cathode voltage may become unstable. However, by stabilizing one of them by adjusting the high-frequency output of the high-frequency power supply 572, the other is also stable. That is, any measured value of the cathode current and the cathode voltage can be used as a control input of the high frequency power supply 572.

도 7 은 고주파 전원에서의 출력 제어 처리의 예를 나타내는 플로우 차트이다. 여기서는, 캐소드 전원 (571) 이 정전압 제어를 실시하고, 고주파 전원 (572) 이 캐소드 전류를 제어 입력으로 하는 경우의 제어 동작을 예시한다. 그러나, 캐소드 전원 (571) 의 제어 방식 및 고주파 전원 (572) 과 제어 입력이 되는 물리량이 이것과 상이한 경우에 대해서도, 동일한 사고 방식으로 처리 플로우를 작성할 수 있다. 이 처리는, 예를 들어 고주파 전원 (572) 에 내장된 도시되지 않은 컨트롤러가 실행해도 된다. 또 성막 장치 (1) 의 제어 유닛 (90) 에 형성된 CPU (91) 또는 성막 프로세스 제어부 (95) 가 이 처리를 실행하고 고주파 전원 (572) 에 출력 지시를 부여함으로써 실현되어도 된다.7 is a flowchart showing an example of output control processing in a high frequency power supply. Here, a control operation in the case where the cathode power supply 571 performs constant voltage control and the high frequency power supply 572 uses the cathode current as a control input is illustrated. However, also in the case where the control system of the cathode power supply 571 and the high frequency power supply 572 and the physical quantity used as the control input are different from this, a processing flow can be created in the same way of thinking. This process may be executed by a controller (not shown) built in the high frequency power supply 572, for example. Further, it may be realized by the CPU 91 formed in the control unit 90 of the film forming apparatus 1 or the film forming process control unit 95 executing this process and giving an output instruction to the high frequency power supply 572.

고주파 전원 (572) 으로부터 미리 설정된 고주파 전압 및 전류가 출력되고, 유도 결합 안테나 (52, 53) 로의 인가가 개시된다 (스텝 S201). 그리고, 캐소드 전원 (571) 과 스퍼터 캐소드 (51) 사이에 개재 삽입된 전류 측정부 (573) 에 의해 측정되는, 캐소드 전류의 값이 취득된다 (스텝 S202). 전류값이 미리 정해진 목표값을 초과하는 경우에는 (스텝 S203 에 있어서 YES), 유도 결합 안테나 (52, 53) 에 인가되는 전압 및 전류가, 초과분에 따른 크기로 저하된다 (스텝 S204). 한편, 전류값이 목표값에 미치치 못하는 경우에는 (스텝 S205 에 있어서 YES), 유도 결합 안테나 (52, 53) 에 인가되는 전압 및 전류가, 부족분에 따른 크기로 증대된다 (스텝 S206). 캐소드 전류가 목표값에 합치하고 있으면 (스텝 S203, S205 에 있어서 모두 NO), 현재의 고주파 출력이 유지된다. 이후, 캐소드 전류값의 취득 및 그것에 수반되는 고주파 전력 출력의 조정이 계속적으로 실행된다.A preset high frequency voltage and current are output from the high frequency power supply 572, and application to the inductive coupling antennas 52, 53 is started (step S201). Then, the value of the cathode current measured by the current measuring unit 573 interposed between the cathode power supply 571 and the sputter cathode 51 is obtained (step S202). When the current value exceeds a predetermined target value (YES in step S203), the voltage and current applied to the inductive coupling antennas 52 and 53 are reduced to a magnitude corresponding to the excess (step S204). On the other hand, when the current value does not reach the target value (YES in step S205), the voltage and current applied to the inductive coupling antennas 52 and 53 are increased to a magnitude corresponding to the deficit (step S206). If the cathode current matches the target value (both NO in steps S203 and S205), the current high-frequency output is maintained. Thereafter, the acquisition of the cathode current value and the adjustment of the high frequency power output accompanying it are continuously executed.

이와 같은 처리에 의해, 캐소드 전원 (571) 으로부터 스퍼터 캐소드 (51) 에 유입되는 캐소드 전류가 일정값으로 유지된다. 캐소드 전압은 캐소드 전원 (571) 에 의해 정전압 제어되고 있다. 그 때문에, 결과적으로 캐소드 전류 및 캐소드 전압의 양방이 일정하게 유지되고, 스퍼터 캐소드 (51) 에 주입되는 전력이 일정해진다. 이로써, 성막 속도 및 성막되는 피막의 막질이 안정적인 것이 된다.By such a process, the cathode current flowing from the cathode power supply 571 to the sputter cathode 51 is maintained at a constant value. The cathode voltage is constant voltage controlled by the cathode power supply 571. Therefore, as a result, both the cathode current and the cathode voltage are kept constant, and the electric power injected into the sputter cathode 51 becomes constant. Thereby, the film formation speed and the film quality of the film to be formed become stable.

도 8 은 이 출력 제어 처리의 효과를 예시하는 도면이다. 도 8 상측의 그래프에 나타내는 바와 같이, 캐소드 전압이 목표값 (Vt) 이 되도록 정전압 제어된 상태에서, 캐소드 전류가 목표값 (It) 에서 전류값 (Ia) 으로 변화한 경우를 생각한다. 도 8 하측의 그래프에 나타내는 바와 같이, 고주파 전원 (572) 은, 캐소드 전류가 커질수록 고주파 전력 출력이 작아지도록 구성된다. 목표값 (It) 에서 전류값 (Ia) 으로의 캐소드 전류의 감소가 검출되면, 고주파 전원 (572) 은, 고주파 전력 출력을 당초의 값 Po 에서 값 Pa 로 상승시킨다. 이로써 플라즈마 공간 (PL) 에 있어서의 플라즈마 밀도가 증대되고, 플라즈마 임피던스가 저하되어 캐소드 전류가 증가하는 방향으로 변화한다. 이와 같이 하여 캐소드 전류는 목표값 (It) 으로 유지된다.8 is a diagram illustrating the effect of this output control process. As shown in the graph on the upper side of FIG. 8, consider a case where the cathode current is changed from the target value It to the current value Ia in a state in which the cathode voltage is controlled at a constant voltage so that the target value Vt is reached. As shown in the lower graph of FIG. 8, the high frequency power supply 572 is configured so that the higher the cathode current, the smaller the high frequency power output. When a decrease in the cathode current from the target value It to the current value Ia is detected, the high frequency power supply 572 raises the high frequency power output from the original value Po to the value Pa. This increases the plasma density in the plasma space PL, decreases the plasma impedance, and changes in the direction in which the cathode current increases. In this way, the cathode current is maintained at the target value It.

도 9 는 캐소드 전류가 정전류 제어되고, 캐소드 전압이 제어 입력으로 되는 경우를 예시하는 도면이다. 이 경우, 도 9 하측의 그래프에 나타내는 바와 같이, 고주파 전원 (572) 은, 캐소드 전압이 높아질수록 고주파 전력 출력이 커지도록 구성된다. 따라서, 도 9 상측의 그래프에 나타내는 바와 같이 캐소드 전압이 목표값 Vt 에서 값 Vb 로 상승하였을 때, 고주파 전원 (572) 은, 고주파 전력 출력을 초기의 값 Po 에서 값 Pb 로 상승시킨다. 정전류 제어하에서의 캐소드 전압의 상승은, 플라즈마 밀도의 저하에 의한 플라즈마 임피던스의 상승에 의해 일어난다. 이 때문에, 고주파 전력을 증대시켜 플라즈마 밀도를 증가시키고 플라즈마 임피던스를 저하시킴으로써, 캐소드 전압을 회복시키는 것이 가능하다. 이와 같이 하여 캐소드 전압은 목표값 (Vt) 으로 유지된다.9 is a diagram illustrating a case where a cathode current is controlled by a constant current and a cathode voltage is used as a control input. In this case, as shown in the lower graph of FIG. 9, the high frequency power supply 572 is configured so that the higher the cathode voltage, the larger the high frequency power output. Therefore, as shown in the upper graph of Fig. 9, when the cathode voltage rises from the target value Vt to the value Vb, the high frequency power supply 572 raises the high frequency power output from the initial value Po to the value Pb. An increase in the cathode voltage under constant current control occurs due to an increase in plasma impedance due to a decrease in plasma density. For this reason, it is possible to recover the cathode voltage by increasing the high frequency power to increase the plasma density and to decrease the plasma impedance. In this way, the cathode voltage is maintained at the target value Vt.

또한, 도 8 및 도 9 에 있어서는, 원리 설명을 위해 제어 입력에 대하여 고주파 전력이 선형으로 변화하도록 도시되어 있지만, 이것들은 비선형의 관계를 갖고 있어도 된다. 또, 캐소드 전원 (571) 이 출력을 정전력 제어하고 있는 경우에는, 도 8 및 도 9 각각의 상측의 그래프에 있어서의 전류와 전압의 관계가 포물선에 의해 나타내어지는 관계가 된다. 그 경우에도, 도 8 또는 도 9 와 동일한 원리로 고주파 전력의 출력을 조정하여 캐소드 전류 및 캐소드 전압 중 일방을 안정화시킴으로써, 타방도 일의로 결정된다.In Figs. 8 and 9, for the purpose of explaining the principle, the high-frequency power is shown to change linearly with respect to the control input, but these may have a nonlinear relationship. In addition, when the output of the cathode power supply 571 is controlled by constant power, the relationship between the current and the voltage in the upper graphs of Figs. 8 and 9 becomes a relationship represented by a parabolic line. Even in that case, by adjusting the output of the high-frequency power according to the same principle as in FIG. 8 or 9 to stabilize one of the cathode current and the cathode voltage, the other is determined uniquely.

또, 도 8 및 도 9 에서는 캐소드 전압 및 캐소드 전류의 목표값 (It, Vt) 을 각각 일의의 값으로 하고 있다. 그러나, 도면에 부호 ΔI, ΔV 를 부여하여 나타내는 바와 같이, 일정한 폭을 갖는 목표 범위로서 정해져 있어도 된다.In Figs. 8 and 9, the target values (It, Vt) of the cathode voltage and the cathode current are set as unique values, respectively. However, as indicated by the reference numerals ΔI and ΔV in the drawings, it may be determined as a target range having a constant width.

또, 여기서는, 정전압 제어에 있어서 캐소드 전류가 감소하는 방향으로 변화한 케이스 (도 8), 및 정전류 제어에 있어서 캐소드 전압이 상승하는 방향으로 변화한 케이스 (도 9) 를 예로서 설명하였다. 이것들의 경우, 모두 고주파 전력에 대해서는 증대시키는 방향으로 변경되게 된다. 이와 같은 예를 든 이유는 앞서 서술한 바와 같다. 즉, 유도 결합 안테나 (52, 53) 로의 부착물에서 기인하는 플라즈마 밀도의 변화는, 일반적으로는 시간 경과적으로 저하되는 방향으로 발생한다. 따라서, 이것에 수반되는 플라즈마 임피던스의 상승에 의해, 캐소드 전류는 감소하는 방향으로, 또 캐소드 전압은 상승하는 방향으로 변화한다.In addition, here, a case in which the cathode current is changed in a decreasing direction in constant voltage control (FIG. 8) and a case in which the cathode voltage in constant current control is changed in an increasing direction (FIG. 9) is described as an example. In these cases, all of them are changed in the direction of increasing the high frequency power. The reason for giving such an example is as described above. That is, the change in plasma density resulting from the adhesion to the inductively coupled antennas 52 and 53 generally occurs in a direction that decreases over time. Therefore, due to the increase in plasma impedance accompanying this, the cathode current changes in a direction in which the cathode current decreases and the cathode voltage in the direction in which the cathode voltage increases.

부착물에 의한 유도 결합 안테나 (52, 53) 의 오염에 대한 대응이라는 점에 주목하면, 다음과 같이 바꿔 말할 수 있다. 고주파 전원 (572) 으로부터의 출력은, 오염이 적은 초기 단계에서는 유도 결합 안테나 (52, 53) 에 공급되는 고주파 전력은 비교적 작고, 오염이 진행됨에 따라 공급 전력은 점차 커지도록 제어되면 되게 된다. 이 때문에, 예를 들어 전압 및 전류의 측정값에 상관없이 미리 설정된 스케줄에 기초하여 고주파 전력 출력을 점증시켜 가는 구성도 생각할 수 있다. 그러나, 제어의 안정성이라는 관점에서는, 상기와 같이 캐소드 전류 또는 캐소드 전압의 계측값을 제어 입력으로 한 출력 제어의 쪽이 유효하다.Paying attention to the fact that it responds to contamination of the inductively coupled antennas 52 and 53 due to attachments, it can be changed as follows. The output from the high-frequency power source 572 may be controlled so that the high-frequency power supplied to the inductive coupling antennas 52 and 53 is relatively small in the initial stage with little contamination, and the power supplied gradually increases as the contamination progresses. For this reason, for example, a configuration in which the high-frequency power output is incrementally increased based on a preset schedule regardless of the measured values of voltage and current can also be considered. However, from the viewpoint of stability of control, as described above, the output control using the measured value of the cathode current or the cathode voltage as a control input is effective.

또, 도 7 에 예시한 본 실시형태의 출력 제어 처리는, 제어 입력으로서 사용되는 물리량의 증가 및 감소의 양방에 대응 가능한 처리 내용으로 되어 있다. 이 때문에, 유도 결합 안테나 (52, 53) 의 오염과는 상이한 다양한 원인에 의한 플라즈마 밀도의 변동에도 대응하는 것이 가능하다. 이로써, 성막 속도 및 막질이 안정적인 성막을 계속적으로 실시할 수 있다.In addition, the output control processing of the present embodiment illustrated in Fig. 7 is a processing content that can cope with both an increase and a decrease in a physical quantity used as a control input. For this reason, it is possible to cope with fluctuations in plasma density due to various causes different from contamination of the inductive coupling antennas 52 and 53. Thereby, film formation with stable film formation speed and film quality can be continuously performed.

이상과 같이, 이 실시형태는, 유도 결합 플라즈마의 발생원으로서의 유도 결합 안테나 (52, 53) 를 구비하는 플라즈마 스퍼터링 성막 장치 (1) 이다. 이 성막 장치 (1) 에 있어서, 유도 결합 안테나 (52, 53) 에 부여되는 고주파 전력의 크기가, 캐소드 전원 (571) 으로부터 스퍼터 캐소드 (51) 에 공급되는 캐소드 전류 또는 캐소드 전압의 계측 결과에 기초하여 제어된다. 따라서, 안테나의 오염에 의해 발생하는 플라즈마 밀도의 저하가, 고주파 전력의 조정에 의해 억제된다. 이 때문에, 캐소드 전원 (571) 으로부터 스퍼터 캐소드 (51) 에 공급되는 캐소드 전류와 캐소드 전압을 모두 적정값으로 유지하면서 성막을 실시할 수 있다.As described above, this embodiment is the plasma sputtering film forming apparatus 1 provided with the inductively coupled antennas 52 and 53 as generating sources of the inductively coupled plasma. In this film forming apparatus 1, the magnitude of the high-frequency power applied to the inductive coupling antennas 52 and 53 is based on the measurement result of the cathode current or cathode voltage supplied from the cathode power supply 571 to the sputter cathode 51 Controlled by Therefore, the decrease in plasma density caused by contamination of the antenna is suppressed by adjusting the high frequency power. For this reason, film formation can be performed while maintaining both the cathode current and the cathode voltage supplied to the sputtered cathode 51 from the cathode power supply 571 at appropriate values.

캐소드 전류는 성막 속도에 영향을 미치는 인자이다. 또, 캐소드 전압은 성막되는 막의 막질 (보다 구체적으로는 막 밀도) 에 영향을 미치는 인자이다. 이것들이 적정하게 제어된 상태에서 성막을 실시함으로써, 성막 속도 및 막질의 변동을 억제하여 안정적인 성막을 계속적으로 실시할 수 있다. 그 때문에, 막질이 양호한 피막을 안정적으로 얻을 수 있다.The cathode current is a factor affecting the film formation rate. Further, the cathode voltage is a factor that affects the film quality (more specifically, the film density) of the film to be formed. By performing film formation in a state in which these are properly controlled, fluctuations in film formation speed and film quality can be suppressed, and stable film formation can be continuously performed. Therefore, a film having good film quality can be stably obtained.

또한, 안테나의 오염이 심해지면, 상기한 제어에 의해서도 안정적인 플라즈마 발생이 불가능해지는 경우가 있을 수 있다. 이와 같은 상태에서도 고주파 전력을 계속해서 증대시킴으로써, 장치에 데미지를 줄 우려가 있다. 예를 들어 정합기 (575, 576) 가 과전류에 의해 손상되는 경우가 있을 수 있다. 이와 같은 문제를 회피하기 위해서는, 플라즈마 공간 (PL) 에 있어서의 플라즈마 발생의 유무를 직접적으로 검지하는 수단이 병용되는 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 상기한 바와 같이 플라즈마 발광 강도를 계측하는 기술을 이용할 수 있다.In addition, when the pollution of the antenna becomes severe, stable plasma generation may be impossible even by the above control. Even in such a state, by continuously increasing the high-frequency power, there is a risk of damaging the device. For example, there may be cases where the matching devices 575 and 576 are damaged by an overcurrent. In order to avoid such a problem, it is more preferable that a means for directly detecting the presence or absence of plasma generation in the plasma space PL is used in combination. For example, as described above, a technique for measuring plasma emission intensity can be used.

이상 설명한 바와 같이, 상기 실시형태에 있어서는, 스퍼터 캐소드 (51) 가 본 발명의「캐소드」로서 기능하고 있다. 또, 반송 기구 (30), 특히 반송 롤러 (31) 가 본 발명의「기판 유지부」로서 기능하고 있다. 또, 유도 결합 안테나 (52, 53) 가 모두 본 발명의「고주파 안테나」로서 기능하고 있다. 또, 유도 결합 안테나 (52, 53) 에 있어서는, 도체 (521, 531) 가 본 발명의「선상 도체」에, 또 유전체 (522, 532) 가 본 발명의「유전체층」에 상당하고 있다.As described above, in the above embodiment, the sputtered cathode 51 functions as the "cathode" of the present invention. Moreover, the conveyance mechanism 30, especially the conveyance roller 31 functions as a "substrate holding part" of this invention. In addition, the inductive coupling antennas 52 and 53 all function as the "high frequency antenna" of the present invention. In addition, in the inductively coupled antennas 52 and 53, conductors 521 and 531 correspond to "linear conductors" of the present invention, and dielectrics 522 and 532 correspond to "dielectric layers" of the present invention.

또한, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상기 서술한 것 이외에 다양한 변경을 실시하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기한 실시형태에 있어서는, 진공 챔버 (10) 내에서 1 세트의 스퍼터 캐소드 (51) 를 사이에 두고 2 세트의 유도 결합 안테나 (52, 53) 가 배치되어 있다. 그러나, 스퍼터 소스에 있어서의 스퍼터 캐소드 및 유도 결합 안테나의 배치는 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 다음과 같은 배치도 가능하다.In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications other than those described above can be carried out without departing from the spirit thereof. For example, in the above-described embodiment, two sets of inductive coupling antennas 52 and 53 are arranged in the vacuum chamber 10 with one set of sputter cathodes 51 therebetween. However, the arrangement of the sputter cathode and the inductive coupling antenna in the sputter source is not limited to this, and for example, the following arrangement is also possible.

도 10a 내지 도 10c 는 스퍼터 소스의 변형예를 나타내는 도면이다. 여기서는 성막 장치를 구성하는 각 부 중 스퍼터 캐소드 및 유도 결합 안테나의 배치만을 나타내지만, 상기 실시형태가 구비하는 다른 각 구성도 적절히 배치되는 것으로 한다. 도 10a 에 나타내는 변형예에서는, 1 세트의 유도 결합 안테나 (611) 를 사이에 두도록 2 세트의 스퍼터 캐소드 (612, 613) 가 배치된다. 또, 도 10b 에 나타내는 변형예에서는, 2 세트 나열하여 배치된 스퍼터 캐소드 (621, 622) 를 사이에 두고 2 세트의 유도 결합 안테나 (623, 624) 가 배치된다. 또한, 도 10c 에 나타내는 변형예에서는, 2 세트의 스퍼터 캐소드 (631, 632) 와 3 세트의 유도 결합 안테나 (633, 634, 635) 가 교대로 배치된다.10A to 10C are diagrams showing a modified example of a sputter source. Here, only the arrangement of the sputter cathode and the inductive coupling antenna is shown among the parts constituting the film forming apparatus, but it is assumed that the other components provided in the above embodiment are also appropriately arranged. In the modified example shown in Fig. 10A, two sets of sputter cathodes 612 and 613 are arranged so as to sandwich one set of inductive coupling antennas 611 between them. In addition, in the modified example shown in FIG. 10B, two sets of inductive coupling antennas 623 and 624 are disposed with the sputter cathodes 621 and 622 arranged in a row. Further, in the modified example shown in Fig. 10C, two sets of sputter cathodes 631 and 632 and three sets of inductive coupling antennas 633, 634 and 635 are alternately arranged.

이들 구성에 의해서도, 유도 결합 안테나에 대한 고주파 전력 공급 및 스퍼터 캐소드에 대한 캐소드 전력 공급에 의해 스퍼터 캐소드의 주위에 유도 결합 플라즈마가 발생한다. 이로써 타깃의 스퍼터 및 기판에 대한 성막이 실현된다.Even with these configurations, inductively coupled plasma is generated around the sputter cathode by supplying high frequency power to the inductively coupled antenna and supplying cathode power to the sputter cathode. This realizes sputtering of the target and film formation on the substrate.

또, 상기 각 구성에서 자기 회로를 생략한 구성을 갖는 플라즈마 스퍼터링 성막 장치에 대해서도, 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 마그네트론을 사용하지 않고 고주파 안테나와 캐소드 전극 사이에 고주파 전계를 형성함으로써 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 형식의 장치에도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 이와 같은 장치에서는 안테나의 오염에서 기인하는 플라즈마 밀도 변동이 성막에 주는 영향이 보다 현저하다. 따라서, 상기와 같이 캐소드 전류 또는 캐소드 전압의 계측 결과에 기초하여 고주파 전력을 제어함으로써 얻어지는 효과는 크다.In addition, it is possible to apply the present invention to a plasma sputtering film forming apparatus having a configuration in which a magnetic circuit is omitted in each of the above configurations. Specifically, it is possible to apply the present invention to an apparatus of a type that generates inductively coupled plasma by forming a high-frequency electric field between a high-frequency antenna and a cathode electrode without using a magnetron. In such an apparatus, the effect of plasma density fluctuations resulting from contamination of the antenna on film formation is more pronounced. Therefore, the effect obtained by controlling the high frequency power based on the measurement result of the cathode current or cathode voltage as described above is large.

또, 상기 실시형태에서는 스퍼터 캐소드로서 타깃이 평판상으로 형성된 플레이너 캐소드가 사용되고, 타깃은 진공 챔버 내에서 고정되어 있다. 한편, 타깃의 국소적인 소비에 의한 타깃의 이용 효율의 악화를 해소하기 위해, 타깃을 원통 형상으로 형성하고 회전시키는 로터리 캐소드 방식도 사용되고 있다. 이와 같은 로터리 캐소드 방식의 성막 장치에 있어서도, 고주파 안테나의 오염에 의한 플라즈마 밀도의 저하라는 문제는 여전히 남아 있다. 따라서, 상기 실시형태와 동일한 고주파 전력 제어를 적용함으로써, 보다 안정적이고 막질이 우수한 성막을 실시하는 것이 가능해진다.Further, in the above embodiment, a planar cathode in which a target is formed in a flat plate shape is used as the sputter cathode, and the target is fixed in the vacuum chamber. On the other hand, in order to eliminate the deterioration of the utilization efficiency of the target due to local consumption of the target, a rotary cathode method in which the target is formed in a cylindrical shape and rotated is also used. Even in such a rotary cathode film forming apparatus, the problem of a decrease in plasma density due to contamination of a high-frequency antenna still remains. Therefore, by applying the same high-frequency power control as in the above embodiment, it becomes possible to perform more stable film formation and excellent film quality.

도 11 은 로터리 캐소드 방식의 성막 장치의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 11 에 있어서는, 도 1 에 나타내는 성막 장치 (1) 의 구성과 동일하거나 또는 상당하는 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 또, 제어계의 구성에 대해서도 설명을 생략한다. 이 성막 장치 (1a) 는, 도 1 에 나타내는 성막 장치 (1) 의 스퍼터 소스 (50) 대신에, 로터리 캐소드 방식의 캐소드를 갖는 스퍼터 소스 (70) 를 구비하고 있다.11 is a diagram showing a configuration example of a film forming apparatus of a rotary cathode system. In FIG. 11, the same reference numerals are given to the same or equivalent configurations as those of the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1, and descriptions thereof are omitted. In addition, description of the configuration of the control system is omitted. This film forming apparatus 1a is provided with a sputtering source 70 having a cathode of a rotary cathode system instead of the sputtering source 50 of the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1.

스퍼터 소스 (70) 는, 1 쌍의 회전 캐소드 (71, 72) 와, 회전 캐소드 (71, 72) 의 내부에 각각 형성된 자석 유닛 (73, 74) 과, 회전 캐소드 (71, 72) 를 각각 유지하면서 회전시키는 회전 구동부 (75, 76) 와, 진공 챔버 (10) 내에 고주파 전계를 발생시키기 위한 유도 결합 안테나 (77) 를 구비하고 있다. 이 중 유도 결합 안테나 (77) 는, 상기한 유도 결합 안테나 (52) 와 동일하게 도체 (771) 표면을 유전체 (772) 로 덮은 구조를 갖고, 그 기능도 동등하다.The sputter source 70 holds a pair of rotating cathodes 71 and 72, magnet units 73 and 74 respectively formed in the interiors of the rotating cathodes 71 and 72, and rotating cathodes 71 and 72, respectively. Rotation driving units 75 and 76 rotating while rotating, and an inductive coupling antenna 77 for generating a high-frequency electric field in the vacuum chamber 10 are provided. Among them, the inductively coupled antenna 77 has a structure in which the surface of the conductor 771 is covered with a dielectric 772 similarly to the above-described inductively coupled antenna 52, and the function thereof is also equivalent.

회전 캐소드 (71) 와 자석 유닛 (73) 은 일체로서 마그네트론형 회전 캐소드를 구성한다. 동일하게, 회전 캐소드 (72) 와 자석 유닛 (74) 은 일체로서 마그네트론형 회전 캐소드를 구성한다. 이와 같이, 이 성막 장치 (1a) 는, X 방향으로 위치를 상이하게 하여 배치되는 1 쌍의 마그네트론형 회전 캐소드를 갖는다. 1 쌍의 마그네트론형 회전 캐소드는 YZ 평면에 관하여 서로 대칭인 형상을 갖고 있지만, 기본적인 구조는 동일하다.The rotating cathode 71 and the magnet unit 73 constitute a magnetron type rotating cathode as one. Similarly, the rotating cathode 72 and the magnet unit 74 constitute a magnetron-type rotating cathode as one. In this way, this film forming apparatus 1a has a pair of magnetron-type rotating cathodes arranged at different positions in the X direction. A pair of magnetron type rotating cathodes have a shape symmetrical to each other with respect to the YZ plane, but the basic structure is the same.

회전 캐소드 (71 (72)) 는, 도 11 지면에 직교하는 Y 방향을 축 방향 및 길이 방향으로 하는 원통상의 베이스 부재 (711 (721)) 와, 베이스 부재 (711 (712)) 의 외주를 피복하는 타깃재 (712 (722)) 를 구비하고 있다. 베이스 부재 (711 (712)) 는, Y 방향의 양 단부에 대응하여 회전 구동부 (75 (76)) 에 형성된 베어링부 (도시 생략) 에 의해, 중심축 둘레로 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 베이스 부재 (711 (712)) 는 도전체이며, 도시되지 않은 캐소드 전원으로부터 적절한 캐소드 전력이 공급된다.Rotating cathode 71 (72) is a cylindrical base member 711 (721) and the outer periphery of the base member 711 (712) having the Y direction orthogonal to the paper in Fig. 11 as the axial and longitudinal directions. A target material 712 (722) to be coated is provided. The base member 711 (712) is supported so that it can freely rotate around the central axis by bearing portions (not shown) formed in the rotation drive portion 75 (76) corresponding to both ends in the Y direction. The base member 711 (712) is a conductor, and an appropriate cathode power is supplied from a cathode power source (not shown).

회전 캐소드 (71 (72)) 의 내부에 배치된 자석 유닛 (73 (74)) 은, 투자 강 등의 자성 재료에 의해 형성된 요크 (731 (741)) 와, 요크 (731 (741)) 상에 형성된 복수의 자석, 즉 중앙 자석 (732 (742)) 및 이것을 둘러싸도록 형성된 주변 자석 (733 (743)) 을 구비하고 있다. 요크 (731) 는 Y 방향으로 연장 형성된 평판상 부재이며, 회전 캐소드 (71) 의 내주면에 대향하여 배치되어 있다.The magnet unit 73 (74) disposed inside the rotating cathode 71 (72) is on a yoke 731 (741) formed of a magnetic material such as investment steel, and a yoke 731 (741). A plurality of magnets formed, that is, a central magnet 732 (742), and a peripheral magnet 733 (743) formed so as to surround the magnet are provided. The yoke 731 is a plate-shaped member extending in the Y direction, and is disposed to face the inner peripheral surface of the rotating cathode 71.

요크 (731) 의 상면 중 길이 방향 (Y 방향) 을 따른 중심선 상에는, Y 방향으로 연장되는 중앙 자석 (732) 이 배치되어 있다. 또, 요크 (731) 의 상면의 외측 가장자리부에는, 중앙 자석 (732) 의 주위를 둘러싸는 환상 (무단상) 의 주변 자석 (733) 이 형성된다. 중앙 자석 (732) 및 주변 자석 (733) 은 예를 들어 영구 자석이다. 회전 캐소드 (71) 의 내주면에 대향하는 측의 중앙 자석 (732) 및 주변 자석 (733) 의 극성은 서로 상이하다.A center magnet 732 extending in the Y direction is disposed on a center line along the longitudinal direction (Y direction) of the upper surface of the yoke 731. Further, at the outer edge portion of the upper surface of the yoke 731, an annular (endless) peripheral magnet 733 surrounding the central magnet 732 is formed. The center magnet 732 and the peripheral magnet 733 are, for example, permanent magnets. The polarities of the central magnet 732 and the peripheral magnet 733 on the side opposite to the inner circumferential surface of the rotating cathode 71 are different from each other.

요크 (731 (741)) 의 하면에는, 고정 부재 (734 (744)) 의 일단이 고정되고, 고정 부재 (734 (744)) 의 타단은 회전 캐소드 (71 (72)) 의 중심부에 Y 방향으로 연장 형성된 봉상의 지지 부재 (735 (745)) 에 장착되어 있다. 지지 부재 (735 (745)) 는 회전 캐소드 (71 (72)) 의 회전에 의해 회전하지 않으며, 따라서 고정 부재 (734 (744)) 의 위치도 고정되어 있다. 회전 캐소드 (71) 에 형성된 고정 부재 (734) 는 지지 부재 (735) 로부터 위를 향하여, 단 또 1 개의 회전 캐소드 (72) 측으로 기울여 배치된다. 한편, 회전 캐소드 (72) 에 형성된 고정 부재 (744) 는 지지 부재 (745) 로부터 위를 향하여, 또 1 개의 회전 캐소드 (71) 측으로 기울여 배치된다. 따라서, 자석 유닛 (73, 74) 에 의해 플라즈마 공간 (PL) 에 집중적으로 정자기장이 형성된다.On the lower surface of the yoke 731 (741), one end of the fixing member 734 (744) is fixed, and the other end of the fixing member 734 (744) is at the center of the rotating cathode 71 (72) in the Y direction. It is attached to the extended rod-shaped support member 735 (745). The support member 735 (745) does not rotate due to the rotation of the rotating cathode 71 (72), and thus the position of the fixing member 734 (744) is also fixed. The fixing member 734 formed on the rotating cathode 71 is arranged inclined upward from the support member 735 to the side of another rotating cathode 72. On the other hand, the fixing member 744 formed on the rotating cathode 72 is disposed inclined upward from the support member 745 and toward one rotating cathode 71 side. Accordingly, a static magnetic field is intensively formed in the plasma space PL by the magnet units 73 and 74.

1 쌍의 회전 캐소드 (71, 72) 사이에 놓인 공간을 향하여 돌출되도록, 진공 챔버 (10) 의 바닥면에는 유도 결합 안테나 (77) 가 형성되어 있다. 유도 결합 안테나 (77) 에는, 도시되지 않은 고주파 전원으로부터 정합기를 개재하여 고주파 전력이 공급된다. 이로써, 플라즈마 공간 (PL) 에 유도 결합 플라즈마가 발생한다. 회전 캐소드 (71, 72), 자석 유닛 (73, 74) 및 유도 결합 안테나 (77) 는, 모두 도 11 지면에 수직인 Y 방향을 따라 길게 연장되어 있다. 따라서, 플라즈마 공간 (PL) 도, 회전 캐소드 (71, 72) 의 표면을 따라 Y 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는 공간 영역이 된다.An inductive coupling antenna 77 is formed on the bottom surface of the vacuum chamber 10 so as to protrude toward the space placed between the pair of rotating cathodes 71 and 72. High-frequency power is supplied to the inductive coupling antenna 77 from a high-frequency power source (not shown) through a matching device. As a result, inductively coupled plasma is generated in the plasma space PL. The rotating cathodes 71 and 72, the magnet units 73 and 74, and the inductive coupling antenna 77 all elongate along the Y direction perpendicular to the FIG. Accordingly, the plasma space PL also becomes a space region having a shape extending long in the Y direction along the surfaces of the rotating cathodes 71 and 72.

이와 같은 구성의 성막 장치 (1a) 에 있어서도, 플라즈마 공간 (PL) 에 마그네트론 플라즈마와 유도 결합 플라즈마가 중첩된 고밀도 플라즈마가 발생한다. 이로써 타깃 (712, 722) 의 표면이 스퍼터되어 성막이 진행된다. 이 때, 유도 결합 안테나 (77) 에 성막 입자 등이 부착되어 표면이 오염되어 오면, 유도 결합 플라즈마의 밀도가 저하되고, 플라즈마 공간 (PL) 에 있어서의 플라즈마 임피던스의 상승이 발생한다. 이것에 의한 캐소드 전류 및 캐소드 전압의 변동을 억제하기 위해, 상기한 고주파 전력의 제어를 적용하는 것이 가능하다. 마그네트론을 구비하지 않은 구성에 대해서도 동일하다.Also in the film forming apparatus 1a having such a configuration, a high-density plasma in which a magnetron plasma and an inductively coupled plasma are superimposed is generated in the plasma space PL. Thereby, the surfaces of the targets 712 and 722 are sputtered and film formation proceeds. At this time, when film-forming particles or the like adhere to the inductively coupled antenna 77 and the surface is contaminated, the density of the inductively coupled plasma decreases and the plasma impedance in the plasma space PL increases. In order to suppress fluctuations in the cathode current and cathode voltage by this, it is possible to apply the control of the high-frequency power described above. The same is true for a configuration without a magnetron.

또, 상기 실시형태에서는, 캐소드 전류 및 캐소드 전압을 측정하기 위한 전류 측정부 (573) 및 전압 측정부 (574) 가 전원부 (57) 에 형성되어 있다. 그러나, 캐소드 전원 (571) 이 출력 제어를 위해 이것들의 측정 기능을 내장하고 있고, 그 측정 결과를 외부로 취출하는 것이 가능하면, 이 측정 기능을 전류 및 전압 측정부로서 사용하도록 해도 된다.In addition, in the above embodiment, a current measuring section 573 and a voltage measuring section 574 for measuring cathode current and cathode voltage are formed in the power supply section 57. However, if the cathode power supply 571 incorporates these measurement functions for output control, and it is possible to take out the measurement results to the outside, this measurement function may be used as a current and voltage measurement unit.

또, 상기 설명에서는 특별히 고주파 전력의 상한에 대해 언급하고 있지 않지만, 고주파 전원 (572), 유도 결합 안테나 (52, 53) 및 정합기 (575, 576) 가 취급할 수 있는 전력의 크기는 유한하다. 그래서, 고주파 전원 (572) 의 출력 전력에 대해 미리 상한값을 정해 두고, 이것을 초과하는 출력이 금지되도록 해도 된다. 이로써, 안테나의 오염이 격심한 경우에도 이것을 보충하기 위해 과잉의 전력이 투입되어, 장치에 데미지를 주는 것을 미연에 방지할 수 있다.In addition, although the above description does not specifically mention the upper limit of the high frequency power, the amount of power that can be handled by the high frequency power supply 572, the inductive coupling antennas 52 and 53, and the matchers 575 and 576 is limited. . Therefore, an upper limit value may be set in advance with respect to the output power of the high frequency power supply 572, and output exceeding this may be prohibited. In this way, even when the antenna is severely contaminated, excessive power is input to compensate for this, and damage to the device can be prevented in advance.

이상, 구체적인 실시형태를 예시하여 설명해 온 바와 같이, 본 발명에 있어서, 고주파 안테나는, 권회수가 1 바퀴 미만인 선상 도체를 유전체층으로 피복한 구조를 갖는 것으로 할 수 있다. 이와 같은 구조의 고주파 안테나는 저인덕턴스로서, 큰 고주파 전력을 주입하는 것이 가능하다. 이 때문에 고밀도의 유도 결합 플라즈마를 안정적으로 발생시키는 것이 가능하다.As described above by exemplifying specific embodiments, in the present invention, the high-frequency antenna can have a structure in which a linear conductor having a number of turns of less than one turn is covered with a dielectric layer. A high-frequency antenna having such a structure has low inductance and can inject a large high-frequency power. For this reason, it is possible to stably generate high-density inductively coupled plasma.

또 예를 들어, 본 발명에 있어서의 캐소드로는 마그네트론 캐소드를 적용할 수 있다. 마그네트론 캐소드가 생성하는 마그네트론 플라즈마와 고주파 안테나가 생성하는 유도 결합 플라즈마가 중첩되는 경우에 있어서도, 고주파 안테나의 오염에서 기인하는 유도 결합 플라즈마 밀도의 저하는 캐소드 전력을 불안정화시키는 원인이 된다. 이와 같은 장치에 있어서도, 본 발명을 적용함으로써, 안테나의 오염의 영향을 받지 않고 캐소드 전류와 캐소드 전압을 안정화시키는 것이 가능하다.Further, for example, a magnetron cathode can be used as the cathode in the present invention. Even in the case where the magnetron plasma generated by the magnetron cathode and the inductively coupled plasma generated by the high-frequency antenna overlap, a decrease in the density of the inductively coupled plasma caused by contamination of the high-frequency antenna causes the cathode power to become unstable. Even in such an apparatus, by applying the present invention, it is possible to stabilize the cathode current and the cathode voltage without being affected by contamination of the antenna.

또 예를 들어, 본 발명은, 캐소드에 부여되는 전압이 정전압 제어되거나 또는 캐소드에 부여되는 전력이 정전력 제어되고, 캐소드에 흐르는 전류의 계측값에 기초하여 고주파 전력이 제어되는 구성으로 할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 캐소드에 흐르는 전류가 안정화됨으로써, 결과적으로 캐소드의 전류, 전압의 쌍방이 적정값으로 유지된다.Further, for example, in the present invention, the voltage applied to the cathode is controlled by constant voltage, or the power applied to the cathode is controlled by constant power, and the high-frequency power is controlled based on the measured value of the current flowing through the cathode. . According to such a configuration, the current flowing through the cathode is stabilized, and as a result, both the current and the voltage of the cathode are maintained at an appropriate value.

혹은, 캐소드에 흐르는 전류가 정전류 제어되거나 또는 캐소드에 부여되는 전력이 정전력 제어되고, 캐소드의 전압의 계측값에 기초하여 고주파 전력이 제어되는 구성으로 할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 캐소드에 인가되는 전압이 안정화됨으로써, 결과적으로 캐소드의 전류, 전압의 쌍방이 적정값으로 유지된다.Alternatively, the current flowing through the cathode may be controlled by constant current, or the power applied to the cathode may be controlled by constant power, and the high-frequency power may be controlled based on the measured value of the voltage of the cathode. According to this configuration, the voltage applied to the cathode is stabilized, and as a result, both the current and the voltage of the cathode are maintained at an appropriate value.

또 예를 들어, 캐소드의 전류 또는 전압의 계측값이 소정의 적정 범위 내가 되도록 고주파 전력이 제어되는 구성이면, 상기 제어의 결과로서, 캐소드의 전류 및 전압의 양방을 적정 범위로 유지하는 것이 가능해진다.Further, for example, if the high-frequency power is controlled so that the measured value of the current or voltage of the cathode falls within a predetermined appropriate range, as a result of the control, it becomes possible to maintain both the current and the voltage of the cathode in the appropriate range. .

또 예를 들어, 고주파 안테나에 부여되는 고주파 전력을 시간 경과적으로 증대시키는 제어가 이루어져도 된다. 고주파 안테나로의 부착물에서 기인하는 오염은 플라즈마 밀도를 저하시키도록 작용하고, 결과적으로 플라즈마 임피던스의 상승을 초래한다. 플라즈마 임피던스를 일정하게 유지하기 위해서는, 고주파 안테나에 부여되는 고주파 전력을 시간 경과적으로 증대시킴으로써 플라즈마 밀도의 저하를 보충하는 것이 바람직하다.Further, for example, control to increase the high frequency power applied to the high frequency antenna over time may be performed. Contamination resulting from adhesion to the high-frequency antenna acts to lower the plasma density, resulting in an increase in plasma impedance. In order to keep the plasma impedance constant, it is desirable to compensate for the decrease in plasma density by increasing the high frequency power applied to the high frequency antenna over time.

본 발명은, 고주파 안테나가 발생시키는 유도 결합 플라즈마를 사용한 플라즈마 스퍼터링에 의해 기판에 성막을 실시하는 기술 전반에 바람직하게 적용하는 것이 가능하다.The present invention can be preferably applied to the overall technique of forming a film on a substrate by plasma sputtering using inductively coupled plasma generated by a high frequency antenna.

1, 1a : 성막 장치
10 : 진공 챔버
31 : 반송 롤러 (기판 유지부)
51 : 스퍼터 캐소드 (캐소드)
52, 53 : 유도 결합 안테나 (고주파 안테나)
56 : 가스 공급부
57 : 전원부
59 : 광학 프로브
512 : 타깃
515 : 자석 유닛
521, 531 : 도체 (선상 도체)
522, 532 : 유전체 (유전체층)
571 : 캐소드 전원
572 : 고주파 전원
573 : 전류 측정부
574 : 전압 측정부
S : 기판
1, 1a: film forming apparatus
10: vacuum chamber
31: conveying roller (substrate holding part)
51: sputter cathode (cathode)
52, 53: inductive coupling antenna (high frequency antenna)
56: gas supply
57: power supply
59: optical probe
512: target
515: magnet unit
521, 531: conductor (line conductor)
522, 532: dielectric (dielectric layer)
571: cathode power
572: high frequency power supply
573: current measuring unit
574: voltage measuring unit
S: substrate

Claims (10)

플라즈마 스퍼터링에 의해 기판에 성막을 실시하는 성막 장치로서,
진공 챔버와,
상기 진공 챔버 내에 형성되고, 타깃을 설치 가능한 캐소드와,
상기 진공 챔버 내에서 상기 타깃의 근방에 배치되는 고주파 안테나와,
상기 진공 챔버 내에서 상기 기판을 상기 타깃에 대향시켜 유지하는 기판 유지부와,
상기 진공 챔버 내에 스퍼터 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 캐소드에 소정의 캐소드 전력을 공급하는 캐소드 전원과,
상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전원과,
상기 고주파 안테나와 상기 고주파 전원 사이에 전기적으로 개재 삽입되어 임피던스 정합을 실시하는 정합기를 구비하고,
상기 고주파 전원은, 상기 타깃으로부터의 성막 재료에 의한 상기 고주파 안테나의 오염에 적어도 기인하는 상기 유도 결합 플라즈마의 밀도의 변동을 제어하도록, 상기 고주파 안테나에 부여하는 상기 고주파 전력의 크기를, 상기 캐소드에 흐르는 전류 및 상기 캐소드의 전압 중 적어도 일방의 계측 결과에 기초하여 조정하여, 상기 캐소드 전력을 소정값으로 제어하는, 성막 장치.A film forming apparatus for forming a film on a substrate by plasma sputtering,
With a vacuum chamber,
A cathode formed in the vacuum chamber and capable of installing a target,
A high-frequency antenna disposed near the target in the vacuum chamber,
A substrate holding part for holding the substrate while facing the target in the vacuum chamber,
A gas supply unit for supplying sputter gas into the vacuum chamber,
A cathode power supply for supplying a predetermined cathode power to the cathode,
A high frequency power supply for supplying high frequency power to the high frequency antenna to generate an inductively coupled plasma,
And a matching device electrically interposed between the high-frequency antenna and the high-frequency power source to perform impedance matching,
The high-frequency power supply includes, to the cathode, a magnitude of the high-frequency power applied to the high-frequency antenna so as to control fluctuations in the density of the inductively coupled plasma at least due to contamination of the high-frequency antenna by a film forming material from the target. A film forming apparatus, wherein the cathode power is controlled to a predetermined value by adjusting based on a measurement result of at least one of a flowing current and a voltage of the cathode. 제 1 항에 있어서,
상기 고주파 안테나는, 권회수가 1 바퀴 미만인 선상 도체를 유전체층으로 피복한 구조를 갖는, 성막 장치.The method of claim 1,
The high-frequency antenna has a structure in which a linear conductor having a number of turns of less than one turn is coated with a dielectric layer. 제 1 항에 있어서,
상기 캐소드가 마그네트론 캐소드인, 성막 장치.The method of claim 1,
The film forming apparatus, wherein the cathode is a magnetron cathode. 제 1 항에 있어서,
상기 캐소드 전원은 상기 캐소드에 부여하는 전압을 정전압 제어하거나 또는 상기 캐소드에 부여하는 전력을 정전력 제어하고,
상기 고주파 전원은, 상기 캐소드에 흐르는 전류의 계측값에 기초하여 상기 고주파 전력을 제어하는, 성막 장치.The method of claim 1,
The cathode power supply controls a voltage applied to the cathode by a constant voltage or controls the power applied to the cathode by a constant power,
The film forming apparatus, wherein the high frequency power supply controls the high frequency power based on a measured value of a current flowing through the cathode. 제 1 항에 있어서,
상기 캐소드 전원은 상기 캐소드에 흐르는 전류를 정전류 제어하거나 또는 상기 캐소드에 부여하는 전력을 정전력 제어하고,
상기 고주파 전원은, 상기 캐소드의 전압의 계측값에 기초하여 상기 고주파 전력을 제어하는, 성막 장치.The method of claim 1,
The cathode power source controls the current flowing through the cathode at a constant current or controls the power applied to the cathode by constant power,
The film forming apparatus, wherein the high frequency power supply controls the high frequency power based on a measured value of the voltage of the cathode. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 고주파 전원은, 상기 계측값이 소정의 적정 범위 내가 되도록 상기 고주파 전력을 제어하는, 성막 장치.The method according to claim 4 or 5,
The high frequency power supply controls the high frequency power so that the measured value falls within a predetermined appropriate range. 플라즈마 스퍼터링에 의해 기판에 성막을 실시하는 성막 방법으로서,
진공 챔버 내에, 타깃을 갖는 캐소드와, 고주파 안테나와, 상기 기판을 배치하는 공정과,
상기 진공 챔버 내에 스퍼터 가스를 공급하는 공정과,
전원부로부터, 상기 캐소드에 소정의 캐소드 전력을 공급함과 함께, 상기 고주파 안테나에 정합기를 개재하여 고주파 전력을 공급하여, 상기 진공 챔버 내에 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 공정을 구비하고,
상기 전원부가, 상기 타깃으로부터의 성막 재료에 의한 상기 고주파 안테나의 오염에 적어도 기인하는 상기 유도 결합 플라즈마의 밀도의 변동을 제어하도록, 상기 캐소드에 흐르는 전류 및 상기 캐소드의 전압 중 적어도 일방의 계측 결과에 기초하여, 상기 고주파 안테나에 부여하는 상기 고주파 전력을 제어하는, 성막 방법.As a film forming method for forming a film on a substrate by plasma sputtering,
A step of disposing a cathode having a target, a high-frequency antenna, and the substrate in a vacuum chamber; and
A step of supplying a sputter gas into the vacuum chamber,
A step of supplying a predetermined cathode power to the cathode from a power supply unit and supplying high frequency power to the high frequency antenna through a matching device to generate an inductively coupled plasma in the vacuum chamber,
In order to control the variation of the density of the inductively coupled plasma at least due to contamination of the high-frequency antenna by the film-forming material from the target, the power supply unit is based on a measurement result of at least one of a current flowing through the cathode and a voltage of the cathode. On the basis of, the high-frequency power applied to the high-frequency antenna is controlled. 제 7 항에 있어서,
상기 전원부는, 상기 캐소드에 부여하는 전압을 정전압 제어하거나 또는 상기 캐소드에 부여하는 전력을 정전력 제어하고, 상기 캐소드에 흐르는 전류의 계측값에 기초하여 상기 고주파 전력을 제어하는, 성막 방법.The method of claim 7,
The film forming method, wherein the power supply unit controls a voltage applied to the cathode by a constant voltage or a constant power control to the electric power applied to the cathode, and controls the high frequency power based on a measured value of a current flowing through the cathode. 제 7 항에 있어서,
상기 전원부는, 상기 캐소드에 흐르는 전류를 정전류 제어하거나 또는 상기 캐소드에 부여하는 전력을 정전력 제어하고, 상기 캐소드의 전압의 계측값에 기초하여 상기 고주파 전력을 제어하는, 성막 방법.The method of claim 7,
The power supply unit controls a current flowing through the cathode at a constant current or constant power control an electric power applied to the cathode, and controls the high-frequency power based on a measured value of a voltage of the cathode. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 전원부는, 상기 계측값이 소정의 적정 범위 내가 되도록 상기 고주파 전력을 제어하는, 성막 방법.The method of claim 8 or 9,
The film forming method, wherein the power supply unit controls the high frequency power so that the measured value falls within a predetermined appropriate range.
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