DE4029984A1 - Vorrichtung zur herstellung duenner schichten mit hochfrequenzenergie und spannungsversorgungseinheit dafuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten mit zwei gegenüberliegenden Elektroden, denen Hochfrequenzenergie zugeführt wird. Insbesondere, je­ doch nicht ausschließlich, betrifft die vorliegende Erfin­ dung eine sogenannte Hochfrequenz-Bias-Sputtervorrichtung, bei der zum Ausführen eines Hochfrequenz-Vorspannungs- Sputtervorganges einer Substratelektrode und einer Target­ elektrode Hochfrequenzenergie zugeführt wird.

Ein typisches Beispiel einer herkömmlichen Hochfrequenz- Bias-Sputtervorrichtung ist in der JP-OS 63-(1988)-18 071 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird sowohl einer Tar­ getelektrode als auch einer Substratelektrode von einer Stromversorgung Hochfrequenzenergie als Targetvorspannung bzw. Substratvorspannung zugeführt. Um ein Bias-Sputtern auszuführen, muß die Hochfrequenzenergie den Elektroden gleichzeitig zugeführt werden.

Wenn auf diese Weise die Hochfrequenzenergie der Target­ elektrode zugeführt wird, entsteht zwischen der Targetelek­ trode und der Substratelektrode ein Hochfrequenz-Entladungs- Plasma. Aufgrund des Unterschiedes zwischen der Beweglich­ keit der Ionen und der der Elektronen sammeln sich am Target mehr Ionen als am Substrat, so daß in der Umgebung des Tar­ gets ein Kathoden-Dunkelraum ausgebildet wird. Auf der Ober­ fläche des Targets wird daher eine negative Vorspannung in­ duziert, die dazu führt, daß die Targetoberfläche aufgrund der Wirkung des elektrischen Feldes von Ionen bombardiert wird, wodurch Teilchen freigesetzt werden. Wenn die Hochfre­ quenzenergie der Substratelektrode zugeführt wird, wird ent­ sprechend die Oberfläche des Substrates mit Ionen bombar­ diert, wodurch das sogenannte Rücksputtern ausgeführt wird.

Beim Bias-Sputtern ermöglicht es somit die Einstellung der Energiezuführung zu den Elektroden, daß die Wirksamkeit der Plasma-Einschließung hoch ist und daß über einer unregel­ mäßigen Oberfläche des Substrates eine dünne Schicht ausge­ bildet wird.

Es ist empirisch bekannt, daß die Entladung stabilisiert wird und die Leistungsfähigkeit steigt, wenn die den einzel­ nen Elektroden zugeführten Hochfrequenzenergien eine be­ stimmte Phasendifferenz aufweisen. Eine Anordnung, bei der diese Erkenntnis berücksichtigt ist, ist im IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 14, 1031 (1971) beschrieben. Bei dieser Anordnung wird der Substratelektrode und der Target­ elektrode von derselben Hochfrequenz-Energiequelle die Energie jeweils über ein Kabel zugeführt, dessen Länge geeignet gewählt ist.

Die den Elektroden zugeführte Hochfrequenzenergie wird je­ doch leicht durch Änderungen in den Schichtbildungsparame­ tern beim Beginn und im weiteren Verlauf des Sputterns pha­ senverschoben, auch wenn der Substratelektrode und der Tar­ getelektrode die Hochfrequenzenergie von derselben Energie­ quelle unter Einstellung der jeweiligen Kabellänge für eine bestimmte Phasenbeziehung zugeführt wird. Die Entladung ist daher instabil.

Andererseits stiegen die Anforderungen an die Eigenschaften dünner Schichten in der letzten Zeit stark an, da solche Schichten zunehmend funktionelle Verwendung finden. Eine instabile Entladung beeinflußt jedoch die Eigenschaften der ausgebildeten Schicht stark und ist daher strikt zu vermei­ den. Es ist erforderlich, zu diesem Zweck auch die Entla­ dungsparameter genau nach vorgegebenen Werten zu steuern.

Aus der JP-OS 59 (1984) 2 05 477 ist eine weitere Anordnung bekannt, bei der durch Anlegen von Hochfrequenzenergien mit verschiedenen Phasen an die Targetelektrode und die Sub­ stratelektrode einer Hochfrequenz-Bias-Sputtervorrichtung über einem Substrat eine gleichmäßige dünne Schicht ausge­ bildet wird.

Bei dieser Anordnung wird die Hochfrequenz-Ausgangsspannung einer Spannungsversorgungseinheit aufgeteilt, um sie über eine Phaseneinstellvorrichtung der Targetelektrode und der Substratelektrode zuzuführen. Dazu ist in jedem Zuleitungs­ kabel auf dem Weg zur entsprechenden Elektrode eine Phasen­ erfassungsschaltung vorgesehen. Die Ausgangssignale dieser Phasenerfassungsschaltungen werden einem Phasendifferenz­ detektor eingegeben, der eine Spannung erzeugt, die dem Phasenunterschied zwischen den Hochfrequenzspannungen pro­ portional ist. Der Sputtervorgang kann dadurch mittels der Phaseneinstellvorrichtung unter Aufrechterhaltung der Pha­ sendifferenz zwischen den Hochfrequenzspannungen für die beiden Elektroden auf einem vorgegebenen Wert ausgeführt werden.

Dabei wird zwar der Phasenunterschied zwischen den den Elek­ troden zugeführten Hochfrequenzspannungen konstant gehalten, die in die Energiezuführungskabel eingefügten Phasenerfas­ sungsschaltungen werden jedoch von der Induktivität und der Kapazitanz der Kabel beeinflußt. Es ist daher nicht möglich, jede durch eine Änderung im Entladungszustand herbeigeführte Änderung der Phase exakt zu erfassen. Eine stabile Entladung kann folglich auch mit dieser Anordnung nicht erhalten wer­ den, so daß auch damit keine dünnen Schichten mit guten Eigenschaften ausgebildet werden können.

Bei dieser Anordnung werden darüberhinaus von der Phasenein­ stellvorrichtung die Phasen der in den Energiezuführungska­ beln zugeleiteten Hochfrequenzspannungen direkt eingestellt, weshalb die Phaseneinstellvorrichtung für hohe Spannungen ausgelegt werden muß. Das hat zu Folge, daß die Phasenein­ stellvorrichtung relativ groß und teuer ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstel­ lung dünner Schichten zu schaffen, mit der es möglich ist, durch Änderungen im Entladungszustand verursachte Änderungen in der Phase der angelegten Hochfrequenzspannungen zu er­ fassen, ohne daß Induktivitäten und Kapazitanzen von Zulei­ tungskabeln eine Rolle spielen, so daß eine exakte Phasen­ steuerung ausführbar ist, die sowohl Änderungen in den Schichtbildungsparametern als auch anderen Einflüssen im Verlauf der Schichtabscheidung entsprechen kann.

Dabei soll die Phasensteuerung bei relativ geringer Spannung möglich sein, um das Ausmaß und den Aufwand der bzw. für die Spannungsversorgungseinheit zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vor­ richtung zur Herstellung dünner Schichten mit einer Evaku­ iereinrichtung, zwei gegenüberliegenden Elektroden und einer Hochfrequenzspannungs-Zuführeinrichtung zum Zuführen von Hochfrequenzspannungen an die Elektroden und Erzeugen einer Entladung zwischen den Elektroden zur Abscheidung einer Schicht. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zur Er­ fassung von Änderungen in der Entladung, um das Ausmaß von Änderungen in der Entladung an jeder der Elektroden als Spannung aufzunehmen, und eine Phaseneinstellvorrichtung zum Erfassen des Phasenunterschiedes zwischen den den Elektroden zugeführten Hochfrequenzspannungen entsprechend den festge­ stellten Spannungen und zum relativen Verschieben der Phase der den Elektroden zugeführten Hochfrequenzspannungen ent­ sprechend dem Unterschied zwischen dem festgestellten Pha­ senunterschied und einem Sollwert.

Vorzugsweise enthält die Hochfrequenzspannungs-Zuführein­ richtung einen Hochfrequenzoszillator, einen ersten Verstär­ ker zum Verstärken des Ausganges des Oszillators und zur Ausgabe einer ersten Hochfrequenzspannung, sowie einen zwei­ ten Verstärker zum Verstärken des Ausgangs des Oszillators und zur Ausgabe einer zweiten Hochfrequenzspannung. Die Ein­ richtung zur Erfassung von Änderungen in der Entladung weist Überwachungssensoren auf, die an den jeweiligen Elektroden zur Erfassung der Spannung der Elektroden vorgesehen sind. Die Phaseneinstellvorrichtung ist zwischen dem Oszillator und dem ersten oder zweiten Verstärker angeordnet, weshalb die Phaseneinstellung bei relativ kleinen Spannungen vorge­ nommen wird. Dadurch kann die Größe der Phaseneinstellvor­ richtung verringert werden. Die Phase jeder der den ent­ sprechenden Elektroden zugeführten Hochfrequenzspannung ändert sich in den vorgesehenen Komponenten beträchtlich, das heißt insbesondere in Anpaßgliedern mit einem Anpaß­ netzwerk, Hochfrequenzzuleitungen und Verbindungselementen. Aus diesem Grund erfassen die Überwachungssensoren ihre Signale direkt an den Elektroden und geben sie als Rückkop­ pelsignale aus.

In einer anderen Ausführungsform kann die Phaseneinstellvor­ richtung eine Differenzerfassungseinrichtung zum Feststellen der Differenz zwischen dem Phasenunterschied der Hochfre­ quenzspannungen und dem Sollwert und einen Phasenschieber zum Verschieben der Pase am Ausgang des einen Verstärkers enthalten, so daß die durch die Differenzerfassungseinrich­ tung festgestellte Differenz verringert wird.

Die Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten kann des weiteren eine Optimalwerteinstelleinrichtung zum Einstellen eines Optimalwertes als Sollwert entsprechend den einzelnen Schritten der Schichtherstellung enthalten. In jedem dieser Schritte kann somit eine Optimalwertsteuerung erfolgen.

Vorzugsweise ist eine der Elektroden eine Targetelektrode und die andere eine Substratelektrode zum Hochfrequenz- Bias-Sputtern.

Es ist mit anderen Worten erfindungsgemäß eine Hochfrequenz- Spannungsversorgungseinheit vorgesehen, die mit zwei gegen­ überliegenden Elektroden verbunden ist, die zur Herstellung dünner Schichten in einer Vakuumkammer angeordnet sind, um Hochfrequenzspannungen zur Erzeugung einer Entladung zuzu­ führen, so daß über einem Substrat auf einer der Elektroden eine Schicht ausgebildet wird. Die Spannungsversorgungs­ einheit umfaßt einen Hochfrequenzoszillator; einen ersten Verstärker zum Verstärken des Ausgangs des Oszillators und zur Ausgabe einer Hochfrequenzspannung; einen zweiten Ver­ stärker zum Verstärken des Ausgangs des Oszillators und zur Ausgabe einer zweiten Hochfrequenzspannung; sowie eine Pha­ seneinstellvorrichtung, die zwischen dem Oszillator und einem der beiden Verstärker vorgesehen ist, um die Phase der Ausgangsspannung des jeweiligen Verstärkers zu verschieben.

Die der Targetelektrode und der Substratelektrode zugeführte Hochfrequenzspannung sind vorzugsweise in der Frequenz je­ weils gleich. Es ist deshalb günstiger, einen einzigen Os­ zillator zu verwenden, da die üblichen Quarzoszillatoren in der Frequenz nicht exakt übereinstimmen.

Ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Hochfrequenzteiles einer Hochfrequenz-Bias-Sputtervorrichtung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Phaseneinstellvorrichtung in der Schaltung der Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer modifizierten Form einer Spannungsversorgungseinheit in der Schaltung der Fig. 1; und die

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer für die Vorrichtung der Fig. 1 verwendeten Steuereinheit.

Die Fig. 1 zeigt eine Hochfrequenz-Bias-Sputtervorrichtung mit einer Vakuumkammer 1 zum Sputtern, Hochfrequenzenergie­ quellen 14 und 15, Anpaßglieder 18 und 19, eine Phasenein­ stellvorrichtung 10 und Überwachungssensoren 20 und 21.

In der Vakuumkammer 1 sind eine Targetelektrode 2 und eine Substratelektrode 3 vorgesehen, wobei erstere ein Targetele­ ment 4 als Basismaterial für eine abzuscheidende Schicht und letztere ein oder mehrere Substrate 5 aufweist, auf denen die Schicht auszubilden ist. Über das Anpaßglied 18 wird der Targetelektrode 2 Hochfrequenzenergie von der Hochfrequenz­ quelle 14 zugeführt. Auf die gleiche Weise erhält die Sub­ stratelektrode 3 über das Anpaßglied 19 Hochfrequenzenergie von der Hochfrequenzquelle 15.

Die Hochfrequenzenergiequelle 14 besteht aus einem Oszil­ lator 11 und einem Verstärker 12, der das Ausgangssignal des Oszillators 11 verstärkt. Die Hochfrequenzenergiequelle 15 ist mit einem Verstärker 13 versehen, der das Ausgangssignal des Oszillators 11 verstärkt, das über eine Signalleitung 17 von der Phaseneinstellvorrichtung 10 zugeführt wird.

Die Überwachungssensoren 20 und 21 bestehen aus LC-Elemen­ ten. Der Überwachungssensor 20 ist mit der Targetelektrode 2 verbunden, während der Überwachungssensor 21 mit der Sub­ stratelektrode 3 verbunden ist. Die Ausgangssignale der Überwachungssensoren 20 und 21 werden jeweils über Überwa­ chungskabel 22 und 23 zu der Phaseneinstellvorrichtung 10 geliefert.

Die Überwachungssensoren 20 und 21 aus LC-Elementen schnei­ den die Hochfrequenzkomponenten mittels einer Induktivität L ab und dividieren und geben die Spannung der Elektrode über eine Kapazität C aus.

Durch die zugeführte Hochfrequenzenergie wird im Raum 6 zwi­ schen der Substratelektrode 3 und der Targetelektrode 2 ein Hochfrequenz-Entladungsplasma erzeugt. Durch die aus dem Targetelement 4, dem mehr Energie zugeführt wird, herausge­ schlagenen Teilchen wird auf der Oberfläche des Substrates 5 eine Schicht abgeschieden. Die Oberfläche des Substrates 5 wird auf die gleiche Weise durch Rücksputtern abgetragen. Da jedoch die der Substratelektrode 3 zugeführte Hochfrequenz­ energie relativ klein ist, wird im Ergebnis auf dem Substrat eine Schicht ausgebildet, da die Menge an abgeschiedenem Targetmaterial größer ist als die Menge an abgetragenem Sub­ stratmaterial.

Wenn das Substrat und das Target bezüglich der Hochfrequenz- Erzeugungsphase und der Frequenz gleich sind, ist die Hoch­ frequenz-Spannungsversorgungs-Oszillationsfrequenz meist etwas verschoben, und die Phase ändert sich auf dem Weg entsprechend der Hochfrequenzbeschaltung und den Lastzu­ ständen. Um dies zu vermeiden, wird die Ausgangsspannung des Oszillators 11 der Hochfrequenzenergiequelle 14 gemeinsam benutzt. Die Oszillator-Ausgangsspannung wird aufgeteilt, und eine der Spannungen wird zum Verstärker 12 in derselben Quelle 14 geführt, während die andere über das Signalkabel 16 zur Phaseneinstellvorrichtung 10 gegeben wird. In der Phaseneinstellvorrichtung 10 wird diese Spannung in der Phase so eingestellt, daß sie einem Signal von einem äußeren Einstellelement 24 entspricht, und dann über das Signalkabel 17 zum Verstärker 13 der anderen Hochfrequenzenergiequelle 15 gegeben.

Die beiden Hochfrequenz-Ausgangsspannungen werden jeweils zu einer der Elektroden 2 und 3 geführt.

Die Elektroden 2 und 3 sind mit Überwachungssensoren 20 und 21 ausgestattet. Elektrische Änderungen in den Elektroden 2 und 3 werden somit von den Überwachungssensoren 20 und 21 erfaßt und der Phaseneinstellvorrichtung 10 als Rückkoppel­ signale eingegeben.

In der Phaseneinstellvorrichtung 10 wird der Phasenunter­ schied durch einen Vergleich der Ausgangssignale aus den Überwachungssensoren 20 und 21 erfaßt, und es wird die Differenz zwischen dem erfaßten Phasenunterschied und einem durch das Einstellelement 24 vorgegebenen Sollwert festge­ stellt. Entsprechend der festgestellten Differenz wird das Ausgangssignal des Oszillators 11 in der Phase verzögert oder vorgeschoben und dann zum Verstärker 13 der Quelle 15 gegeben.

Auf diese Weise wird eine Änderung im Entladungszustand von den Überwachungssensoren 20 und 21 erfaßt. Entsprechend dem Ausmaß der Änderung wird der Phasenunterschied zwischen den den Elektroden 2 und 3 zugeführten Hochfrequenzspannungen eingestellt und damit die Entladung aufrechterhalten. Durch Wiederholen dieses Vorganges wird jede Verschiebung in der Phasenbeziehung zwischen den Hochfrequenzspannungen aufgrund von Änderungen im Entladungszustand automatisch korrigiert.

Die Verschiebung in der Phasenbeziehung bezieht sich nicht nur auf die Verschiebung von Phasen, die gleich gewesen sind, sondernd auch auf eine Änderung des Phasenunterschie­ des, der vorher eingestellt wurde. Im allgemeinen tritt letzterer Fall häufiger auf als ersterer.

Bei dieser Ausführungsform wird die Phase der der Target­ elektrode 2 und der Substratelektrode 3 zugeführten Hoch­ frequenzspannung jeweils auf einem vorgegebenen Wert gehal­ ten. Die Phasenbeziehung wird durch Andern des am Einstell­ element 24 eingestellten Wertes auf den gewünschten Wert vorgegeben.

Wenn sich während des Schichtbildungsprozesses die Vorspan­ nung oder die angelegten Spannungen ändern, ändert sich auch die optimale Phasenbeziehung zwischen den Elektroden 2 und 3. Vorzugsweise wird daher der vom Einstellelement 24 vorge­ gebene Sollwert so geändert, daß die Phasen der angelegten Hochfrequenzspannungen diesen Änderungen entsprechen. Zu diesem Zweck kann das Einstellelement 24 so aufgebaut sein, daß der eingestellte Sollwert während des Schichtbildungs­ prozesses geändert werden kann.

Wenn zum Beispiel der Sputtervorgang in der Reihenfolge des Reinigens, Vorsputterns, Nicht-Bias-Sputterns und Bias-Sput­ terns vor sich geht, ändern sich die Parameter wie die Ent­ ladungsimpedanz notwendigerweise entsprechend. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, ein Programm zu erstellen, das den optimalen Phasenunterschied bestimmt, um beim Fortschreiten des Sputtervorganges immer die optimale Phasenbeziehung in den einzelnen Schritten zu haben. Der optimale Phasenunter­ schied wird entsprechend dem Programm gewählt. Diese Steue­ rung kann mit einer Steuereinheit ausgeführt werden, die mit einem Mikrocomputer ausgerüstet ist, wie es im folgenden noch beschrieben wird. Der Mikrocomputer führt vorzugsweise das Programm wechselweise mit der Steuerung des Sputtervor­ ganges aus.

Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Phasenunter­ schied zwischen der Targetelektrode 2 und der Substratelek­ trode 3 wie beschrieben auf einen gewünschten Wert einge­ stellt und aufrechterhalten werden. Es ist somit möglich, den Phasenunterschied so einzustellen, daß eine optimale und höchste Vorspannung erhalten wird, so daß die Wirksamkeit der Plasma-Einschließung verbessert wird. Eine Verbesserung der Wirksamkeit der Plasma-Einschließung erhöht die Abschei­ derate und verbessert auch die Eigenschaften der Schichten, wie die Schichtdickenverteilung und die Kristallinität.

Darüberhinaus wird bei dieser Ausführungsform eine Änderung des Plasmas während der Entladung als Potentialsignal durch die Überwachungssensoren 20 und 21 an den Elektroden 2 und 3 festgestellt, wodurch solche Änderungen sicher entdeckt werden. Dies unterscheidet sich grundsätzlich von dem Fall, daß in den Energiezuführungsleitungen Überwachungssensoren vorgesehen sind. In einem solchen Fall ist die Feststellung von Änderungen im Plasma erheblich durch Impedanzen wie der Induktivität des Kabels beeinflußt. Bei der beschriebenen Ausführungsform kann jedoch nicht nur die Phase, sondern auch jeder andere Parameter der Hochfrequenzspannung exakt eingestellt werden. Es können somit stabile Schichtbildungs­ zustände geschaffen werden.

Zur Erfassung einer Änderung im Entladungszustand werden bei der vorliegenden Ausführungsform in jeder Elektrode Überwa­ chungssensoren 20 und 21 mit LC-Elementen eingesetzt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau begrenzt. Bei­ spielsweise kann die Spannung an jeder Elektrode durch einen großen Widerstand abgeteilt werden. Die abgeteilten Spannun­ gen werden mit einem vorgegebenen Zyklus abgetastet und in Digitalwerte umgewandelt, die dann mittels eines Mikrocom­ puters oder dergleichen zur Feststellung des Phasenunter­ schiedes verglichen werden.

Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform die Hochfre­ quenzenergiequellen 14 und 15 und die Phaseneinstellvor­ richtung 10 getrennte Einheiten sind, können diese Elemente auch in einer gemeinsamen Hochfrequenz-Spannungsversorgungs­ einheit zusammengefaßt werden. Diese Spannungsversorgungs­ einheit kann aus den gleichen Elementen wie bei der Schal­ tung der Fig. 1 aufgebaut sein. Das heißt, daß die Span­ nungsversorgungseinheit, die durch die strichpunktierte Linie in der Fig. 3 angezeigt ist, den Oszillator 11, die beiden Verstärker 12 und 13 und die Phaseneinstellvorrich­ tung 10, die ein Phasenunterschiedseinstellelement enthält, umfaßt. Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 wird der Aus­ gang des Oszillators 11 in zwei Ausgangsspannungen aufge­ teilt, von denen eine zum Verstärker 12 geführt wird. Die andere wird über die Phaseneinstellvorrichtung 10 dem Ver­ stärker 13 eingegeben. Auch bei dieser modifizierten Span­ nungsversorgungseinheit ist die Phaseneinstellvorrichtung 10 mit dem äußeren Einstellelement 24 und den Überwachungs­ sensoren 20 und 21 verbunden.

Auch bei diesem Aufbau einer Spannungsversorgungseinheit erfolgt die Phaseneinstellung an einem Oszillatorausgang mit niedriger Spannung, weshalb die Phaseneinstellvorrichtung 10 klein und einfach aufgebaut sein kann, was auch die Ausmaße der gesamten Spannungsversorgungseinheit verringert.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Phaseneinstellvorrich­ tung, die bei den Schaltungen der Fig. 1 und 3 verwendet werden kann, wird nun anhand der Fig. 2 beschrieben.

Die bevorzugte Phaseneinstellvorrichtung 10 enthält einen Phasendifferenzdetektor 31, einen Differenzverstärker 32, einen Phasenschieber 30 und ein äußeres Einstellelement 24. Der Phasendifferenzdetektor 31 stellt den Phasenunterschied zwischen den Ausgangssignalen der Überwachungssensoren 20 und 21 fest, die durch die Überwachungskabel 22 und 23 zuge­ führt werden. Die Differenz zwischen dem festgestellten Phasenunterschied und dem vom Einstellelement 24 vorgegebe­ nen Sollwert wird im Differenzverstärker 32 verstärkt. Durch den Phasenschieber 30 wird die Ausgangsspannung des Oszilla­ tors 11 entsprechend der verstärkten Differenz in der Phase nach vorne oder hinten verschoben. Durch Wiederholung dieses Vorganges wird die Phase am Oszillatorausgang entsprechend der Rückkoppelsteuerung automatisch nachgestellt, bis das Ergebnis der Detektion mit dem Sollwertsignal übereinstimmt.

Bei dieser Phaseneinstellvorrichtung 10 kann das Einstell­ element 24 beispielsweise ein Potentiometer oder eine poten­ tiometrische Steuerung sein, das bzw. die innerhalb oder außerhalb der Phaseneinstellvorrichtung 10 vorgesehen sein kann. Wie bereits erwähnt kann auch ein Steuersignal von einem Mikrocomputer als Sollwertsignal verwendet werden.

Die in der Fig. 2 gezeigte Phaseneinstellvorrichtung 10 ist mit mehreren Anschlüssen versehen, nämlich mit zwei Ein­ gangsanschlüssen 10a und 10b, zu denen die Überwachungskabel 22 und 23 führen, einem Eingangsanschluß 10c, der mit dem Oszillator 11 verbunden ist, um den Oszillatorausgang zuzu­ führen, einem Ausgangsanschluß 10d, um dem Verstärker 12 ein erstes Ausgangssignal (⌀ = 0) zuzuführen, dessen Phase nicht verschoben ist, und einem Ausgangsanschluß 10e, um ein zwei­ tes Ausgangssignal an den Verstärker 13 abzugeben, dessen Phase ⌀ innerhalb eines Bereiches von ±180° verschoben ist.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen ist die Erfindung auf Hochfrequenz-Bias-Sputtervorrichtungen angewendet, sie ist jedoch nicht auf solche Vorrichtungen beschränkt. Beispielweise kann die Erfindung auch auf Hochfrequenz- Sputtervorrichtungen mit gegenüberliegenden Targets ange­ wendet werden.

Die Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Steuereinheit zur Steuerung des Schichtbildungsprozesses bei der vorliegenden Erfindung. Die Steuereinheit enthält eine Zentraleinheit (CPU) 41, ei­ nen Speicher 42, ein Eingangs-Interface 43 und ein Ausgangs- Interface 44.

Über eine Abtast- und Halteschaltung 45 und einen Analog- Digital-Konverter 46 werden die Informationen, die eine Änderung im Entladungszustand der Targetelektrode 2 anzei­ gen, vom Überwachungssensor 20 zum Eingangs-Interface 43 gegeben. Auf die gleiche Weise werden Informationen, die eine Änderung im Entladungszustand der Substratelektrode 3 anzeigen, über eine Abtast- und Halteschaltung 47 und einen Analog-Digital-Konverter 48 vom Überwachungssensor 21 zum Eingangs-Interface 43 gegeben. Das Eingangs-Interface 43 ist außerdem mit einer Eingabevorrichtung 50 wie einer Tastatur zur Eingabe verschiedener Befehle und Parameter verbunden.

Am Ausgangs-Interface 44 ist ein Phasenschieber 49 ange­ schlossen, der ähnlich funktioniert wie der Phasenschieber 30 der Fig. 2. Das Ausgangs-Interface 44 kann darüberhinaus mit einem Bildschirm, einem Drucker oder anderen Peripherie­ geräten, je nach Bedarf, in Verbindung stehen.

Im Speicher 42 sind verschiedene Programme und Daten gespei­ chert, nämlich ein Prozeßverwaltungsprogramm 421, um den Fortgang des Sputtervorganges zu verwalten; ein Phasenbe­ ziehungs-Einstellprogramm 422 zum Einstellen der Phasenbe­ ziehungen zwischen den von den Hochfrequenz-Spannungsquellen 14 und 15 ausgegebenen Spannungen; andere Steuerprogramme 423 sowie verschiedene Daten 424 wie die zur Ausführung der obigen Programme erforderlichen Parameter.

Das Phasenbeziehungs-Einstellprogramm 422 steuert die Pha­ senbeziehungen zwischen den Spannungen in Übereinstimmung mit dem Fortgang des Sputterns gemäß dem Prozeßverwaltungs­ programm 421. Im Phasenbeziehungs-Einstellprogramm 422 sind die optimalen Phasenbeziehungen in einer Tabelle enthalten, um entsprechend auf jeden Schritt des Sputtervorganges zu reagieren, wie dem Reinigen, Vorsputtern, Nicht-Bias-Sput­ tern und Bias-Sputtern.

Die Steuerung des Schichtbildungsprozesses erfolgt durch Ausführen des Phasenbeziehungs-Einstellprogramms 422. Dabei bestimmt die CPU 41 zuerst den Phasenunterschied zwischen den Spannungssignalen von der Targetelektrode 2 und der Substratelektrode 3. Als nächstes wird der Phasenunterschied mit dem optimalen Phasenunterschied verglichen, der für den entsprechenden Sputter-Schritt vorgesehen ist, und gegebe­ nenfalls die Differenz festgestellt, die dann als Phasen­ schieber-Führungsgröße ausgegeben wird. Dieses Signal wird über das Ausgangs-Interface 44 zum Phasenschieber 49 gesen­ det.

Der Phasenschieber 49 stellt den Phasenunterschied zwischen der Targetelektrode 2 und der Substratelektrode 3 entspre­ chend dem Wert der Führungsgröße ein.

Diese Ausführungsform ermöglicht es, Änderungen in den Schichtbildungszuständen durch Einstellen des Phasenunter­ schiedes zwischen den beiden Elektroden, denen eine Hoch­ frequenzspannung zugeführt wird, zu steuern. Die Änderungen in den Schichtbildungszuständen beruhen auf Änderungen im Entladungszustand. Es ist daher möglich, eine Schicht unter stabilen Bedingungen abzuscheiden.

Darüberhinaus ist es möglich, eine optimale und höchstmög­ liche Vorspannung einzustellen, so daß die Wirksamkeit des Plasmaeinschlusses erhöht ist. Die höhere Wirksamkeit des Plasmaeinschlusses erhöht wiederum die Abscheiderate und verbessert die Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht, etwa die Schichtdickenverteilung.

Vorzugsweise gibt die Phaseneinstellvorrichtung das Phasen­ einstellsignal in Reaktion auf die an die Elektroden ange­ legte Vorspannung und eine Hochfrequenzenergie-Selbstab­ stimmung (Auto-Tuning genannt) aus, auch wenn sich die Impe­ danz des Hochfrequenzkreises aufgrund des Entladungszustan­ des der Last ändert. In diesem Fall gibt die Phaseneinstell­ vorrichtung ein Phaseneinstellsignal so aus, daß eine der zugeführten Spannungen in der Phase nach vorne oder hinten verschoben wird.

Zur Erhöhung der Genauigkeit ist es günstig, in der Span­ nungsteilerschaltung für jedes Überwachungssignal eine Korrekturfunktion vorzusehen, da die Signale einer Änderung durch die Entladungsimpedanz unterliegen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten mit einer Evakuiereinrichtung (1), einem Paar gegenüberliegender Elek­ troden (2, 3) und einer Hochfrequenz-Spannungszuführein­ richtung (14, 15) zu den Elektroden, um eine Entladung zwischen den Elektroden zu erzeugen und eine dünne Schicht abzuscheiden, gekennzeichnet durch

• - eine Erfassungseinrichtung (20, 21) zur Feststellung von Änderungen in der Entladung, die das Ausmaß einer Änderung in der Entladung als Spannung an jeder der Elektroden (2, 3) aufnimmt; und durch
• - eine Phaseneinstellvorrichtung (10) zur Feststellung eines Phasenunterschiedes zwischen den den Elektroden zugeführ­ ten Hochfrequenzspannungen entsprechend den festgestellten Spannungen und zur relativen Verschiebung der Phase der den Elektroden zugeführten Hochfrequenzspannungen entspre­ chend der Differenz zwischen dem erfaßten Phasenunter­ schied und einem Sollwert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Hochfrequenz-Spannungszuführeinrichtung einen Hochfre­ quenzoszillator (11), einen ersten Verstärker (12) zum Verstärken der Ausgangsspannung des Oszillators und Ausge­ ben einer ersten Hochfrequenzspannung und einen zweiten Verstärker (13) zum Verstärken der Ausgangsspannung des Oszillators und Ausgeben einer zweiten Hochfrequenz­ spannung aufweist; daß
• - die Phaseneinstelleinrichtung (10) zwischen dem Oszillator (11) und einem der beiden Verstärker (12, 13) angeordnet ist, um die Phase einer Ausgangsspannung des einen Ver­ stärkers zu verschieben; und daß
• - die Erfassungseinrichtung für Änderungen in der Entladung Überwachungssensoren (20, 21) enthält, die an den jeweili­ gen Elektroden (2, 3) zum Erfassen der Spannungen an den Elektroden vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phaseneinstellvorrichtung (10) einen Phasendifferenzde­ tektor (31) zur Erfassung der Differenz zwischen dem Phasen­ unterschied der Hochfrequenzspannungen und dem Sollwert so­ wie einen Phasenschieber (30) zum Verschieben der Phase der Ausgangsspannung des einen Verstärkers derart, daß die durch den Phasendifferenzdetektor erfaßte Differenz verringert wird, aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Optimalwert-Einstelleinrichtung zum Einstellen des Optimal­ wertes für jeden Schritt der Schichtbildung als Sollwert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine der Elektroden die Targetelektrode (2) und die andere der Elektroden die Substratelektrode (3) für ein Hochfrequenz-Bias-Sputtern ist.

6. Hochfrequenz-Spannungsversorgungseinheit, die mit einem Paar von gegenüberliegenden Elektroden (2, 3) verbunden ist, die in einer Vakuumkammer (1) einer Vorrichtung zur Herstel­ lung dünner Schichten angeordnet sind, um Hochfrequenzspan­ nungen zur Erzeugung einer Entladung zuzuführen und auf einem Substrat (5) auf einer der Elektroden eine Schicht abzuscheiden, gekennzeichnet durch

• - einen Hochfrequenzoszillator (11);
• - einen ersten Verstärker (12) zum Verstärken der Ausgangs­ spannung des Oszillators und Ausgeben einer ersten Hoch­ frequenzspannung;
• - einen zweiten Verstärker (13) zum Verstärken der Aus­ gangsspannung des Oszillators und Ausgeben einer zweiten Hochfrequenzspannung; und durch
• - eine Phaseneinstellvorrichtung (10) zwischen dem Oszil­ lator (11) und einem der beiden Verstärker (12, 13), um die Phase der Ausgangsspannung des einen Verstärkers zu verschieben.