JP2836072B2 - Sputtering equipment - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スパッタリング法を用いた薄膜形成技術
に関し、特にターゲットと基板間の放電状態の改善に関
するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for forming a thin film using a sputtering method, and more particularly to improvement of a discharge state between a target and a substrate.
スパッタリング電源として、定電流制御直流電源（以
下、定電流電源と記す）を用いた従来のスパッタリング
装置を第４図（ａ）に基づいて説明する。図において、
１は真空容器（チャンバ）であり、このチャンバ１内に
成膜すべき基板２及びターゲット３が対向して配置され
ている。そして、前記基板２は基板電極４に装着され、
この基板電極４はアースに接続されている。また前記タ
ーゲット３はターゲット電極５に装着されており、この
ターゲット電極５定電流電源６に接続されている。A conventional sputtering apparatus using a constant current control DC power supply (hereinafter, referred to as a constant current power supply) as a sputtering power supply will be described with reference to FIG. In the figure,
Reference numeral 1 denotes a vacuum container (chamber), in which a substrate 2 and a target 3 on which a film is to be formed are opposed to each other. Then, the substrate 2 is mounted on the substrate electrode 4,
This substrate electrode 4 is connected to the ground. The target 3 is mounted on a target electrode 5 and is connected to the target electrode 5 constant current power supply 6.
そして成膜を行う場合には、図示しない排気系により
前記チャンバ１内を所定の真空圧にした後、このチャン
バ１内にアルゴンガス等の不活性ガスを導入し、チャン
バ１内圧を所定のガス圧に保つ。この状態で、基板２と
ターゲット３との間に定電流電源６により電圧を印加し
てグロー放電を起こさせ、このグロー放電による前記ア
ルゴンガス等のイオンをターゲット３に衝突させる。こ
れによりスパッタされたスパッタリング粒子（ターゲッ
ト原子）が基板２表面に付着し、該基板２表面上に薄膜
が形成される。When forming a film, the inside of the chamber 1 is evacuated to a predetermined vacuum pressure by an exhaust system (not shown), and an inert gas such as an argon gas is introduced into the chamber 1 to reduce the internal pressure of the chamber 1 to a predetermined gas. Keep at pressure. In this state, a voltage is applied between the substrate 2 and the target 3 by the constant current power supply 6 to cause a glow discharge, and ions such as the argon gas due to the glow discharge collide with the target 3. As a result, sputtered sputtered particles (target atoms) adhere to the surface of the substrate 2 and a thin film is formed on the surface of the substrate 2.
ところが、前記グロー放電中に、ターゲットの表面状
態や、例えばスパッタリング電圧が高い，ガス圧が高い
等の各種の条件により、突発的に正規のグロー放電から
アーク放電に遷移することがある。ここで、正規のグロ
ー放電時は、第４図（ｂ）の電位分布における実線特性
のように、ターゲット近傍はV1（例えば−500〜600V）
となり、所定の電圧降下が得られる。しかし、前述のよ
うにアーク放電が生じた場合、ターゲット近傍での電圧
降下が小さく、前記第４図（ｂ）の破線で示すように、
ターゲット表面ではV2（例えば−100V）となる。However, during the glow discharge, a transition from a normal glow discharge to an arc discharge may occur suddenly due to the surface condition of the target and various conditions such as a high sputtering voltage and a high gas pressure. Here, when normal glow discharge, as indicated by a solid line characteristic in the potential distribution of FIG. 4 (b), the vicinity of the target V 1 (e.g. -500～600V)
And a predetermined voltage drop is obtained. However, when the arc discharge occurs as described above, the voltage drop near the target is small, and as shown by the broken line in FIG.
V 2 (for example, −100 V) on the target surface.
このターゲット近傍での電圧降下はスパッタイオンの
加速電圧として作用するものであるが、この加速電圧と
スパッタ率との関係は第５図に示すような関係にある。
従って、前述のようにアーク放電が発生し、電圧降下が
小さくなると、加速電圧はスパッタリングを起こすため
のしきい値を下まわり、スパッタ率は大幅に減少するこ
とになる。The voltage drop in the vicinity of the target acts as an acceleration voltage of sputter ions, and the relationship between the acceleration voltage and the sputtering rate is as shown in FIG.
Therefore, as described above, when arc discharge occurs and the voltage drop is small, the acceleration voltage falls below the threshold value for causing sputtering, and the sputtering rate is greatly reduced.
また、このアーク放電時には、エネルギが局所的に集
中するが、このエネルギの局所的集中は、基板又はター
ゲットへ大きなダメージを与えることになる。さらに、
このエネルギの集中によって塊状粒子の飛散を伴うこと
があり、この塊状粒子が基板へ取り込まれると、膜欠陥
を生じる原因となる。At the time of this arc discharge, energy is locally concentrated, and this local concentration of energy causes large damage to the substrate or the target. further,
The concentration of the energy may cause scattering of the aggregated particles, and when the aggregated particles are taken into the substrate, it causes a film defect.
そこで、ターゲット近傍の電圧を検出することにより
アーク放電を検出し、アーク放電が発生した場合は供給
電流を遮断し、アーク放電が停止したことを確認して、
即ち所定時間の経過時に供給電流を再復帰させるという
対策を施すことも考えられている。Therefore, the arc discharge is detected by detecting the voltage near the target, and when the arc discharge occurs, the supply current is cut off, and it is confirmed that the arc discharge has stopped.
That is, it is also considered to take a countermeasure that the supply current is restored again after a predetermined time has elapsed.
しかし、このような方式では成膜時間が変わってしま
い、即ちアーク放電が発生したときは成膜時間が短くな
り、安定した膜質の成膜を行うことができず、再現性に
乏しいという問題がある。However, in such a method, the film forming time is changed, that is, when an arc discharge occurs, the film forming time is shortened, and a film having a stable film quality cannot be formed, and the problem of poor reproducibility. is there.
前記のようなアーク放電は、瞬間的に発生するもので
あれば膜形成に与える影響も少ないが、特にスパッタリ
ング電源として前記のような定電流直流電源を用いた場
合は、一旦発生したアーク放電が持続する場合が多く、
前述した問題は顕著となる。The arc discharge as described above has little effect on film formation as long as it is generated instantaneously, but in particular, when a constant current DC power supply as described above is used as the sputtering power supply, the arc discharge once generated is Often lasting,
The above-mentioned problem becomes significant.
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、安定
にグロー放電を発生させ、再現性よく薄膜を形成するこ
とのできるスパッタリング装置を得ることを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a sputtering apparatus capable of stably generating a glow discharge and forming a thin film with good reproducibility.
この発明に係るスパッタリング装置は、真空容器内に
対向して設けられた基板とターゲットとの間にグロー放
電を起こさせ、前記ターゲットからのスパッタリング粒
子を前記基板表面に付着させて成膜を行うスパッタリン
グ装置において、前記ターゲットに電力を印加するオン
時間が電力を制限するオフ時間以下となるように、前記
ターゲットに供給する電力を間欠的に制限し、その制限
期間中に前記ターゲットと基板との間に生じた異常放電
を停止させ得るようにしたことを特徴としている。The sputtering apparatus according to the present invention is characterized in that a glow discharge is caused between a substrate and a target provided in a vacuum vessel so as to face each other, and sputtering particles from the target are attached to the surface of the substrate to form a film. In the apparatus, the power supplied to the target is intermittently limited so that the on-time for applying power to the target is equal to or less than the off-time for limiting power, and the power between the target and the substrate is limited during the limited period. This is characterized in that abnormal discharge that has occurred can be stopped.
この発明においては、ターゲットに供給する電力を予
め設定した周期で間歇的に制限するので、各種の条件に
基づいて前記の制限する期間を適宜設定しておくことに
より、正規の電力を供給中に仮にアーク放電が発生して
も、前記制限期間中にアーク放電は停止し、アーク放電
が持続しない。また、制限期間は予め設定されているか
ら、従来のようにアーク放電の検出結果に応じて電流を
遮断し、復帰させる方式に比較して成膜時間のばらつき
は少ない。In the present invention, since the power to be supplied to the target is intermittently limited at a preset cycle, by appropriately setting the limiting period based on various conditions, the normal power is supplied during the supply. Even if an arc discharge occurs, the arc discharge stops during the limited period, and the arc discharge does not continue. In addition, since the limit period is set in advance, there is less variation in the deposition time as compared with the conventional method in which the current is interrupted and returned according to the result of detection of the arc discharge.
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例によるスパッタリング装置の膜式
図であり、放電電流を一定周期で断続する場合を示して
いる。即ち、この実施例では、図に示すように、一定周
期で開閉を繰り返すスイッチ61を定電流電源回路６に設
けたことと等価である。その他の構成は従来の装置と同
様であり、チャンバ１内に基板２とターゲット３とが対
向して設けられ、基板２は基板電極４に、またターゲッ
ト３はターゲット電極５に装着されている。また、図中
の容量７は、ターゲット５とアースシールド（図示せ
ず）間，ケーブル等の各部に形成される寄生容量を等価
的に示したものである。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First
FIG. 1 is a film diagram of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, and shows a case where a discharge current is intermittently performed at a constant cycle. That is, in this embodiment, as shown in the drawing, this is equivalent to providing a switch 61 that repeats opening and closing at a constant cycle in the constant current power supply circuit 6. Other configurations are the same as those of the conventional apparatus. A substrate 2 and a target 3 are provided in a chamber 1 so as to face each other. The substrate 2 is mounted on a substrate electrode 4 and the target 3 is mounted on a target electrode 5. The capacitance 7 in the figure is equivalent to a parasitic capacitance formed between the target 5 and an earth shield (not shown), in each part such as a cable, and the like.
第２図にターゲット電極５に印加する電流波形を示
す。ここでは、オン−オフ繰り返し周波数が180Hzであ
り、オン時間（tON）が1.6msec,オフ時間（tOFF）が4.0
msecで、デューティー比tON/（tON＋tOFF）は0.3となっ
ている。FIG. 2 shows a current waveform applied to the target electrode 5. Here, the on-off repetition frequency is 180 Hz, the on-time (t ON ) is 1.6 msec, and the off-time (t OFF ) is 4.0
In msec, the duty ratio t ON / (t ON + t OFF ) is 0.3.
次に作用効果について説明する。 Next, the operation and effect will be described.
チャンバ１内を所定のガス圧に設定するまでの動作は
従来と同様である。そして、オン時間、即ち電流を供給
している時間内（t1〜t2間）は通常の直流スパッタリン
グと同様の動作で放電，膜形成等が行われる。次にオフ
時間内（t2〜t3間）は電源６からターゲット電極５への
電力の供給は行われない。このときは、前記オン時間内
に寄生容量７及び電源６の安定化回路内の容量に蓄積さ
れた電荷が放電（容量からの放電を意味する）され、こ
れによりグロー放電が維持される。そして、このグロー
放電が維持されている間に次のオン時間となり、正規の
状態でグロー放電が維持され、以下同様の動作が繰り返
される。The operation until the inside of the chamber 1 is set to a predetermined gas pressure is the same as the conventional one. Then, during the ON time, that is, during the time during which the current is supplied (between t 1 and t 2 ), discharge, film formation, and the like are performed by the same operation as that of ordinary DC sputtering. Then (between t 2 ~t 3) off-time in is not carried out supply of power from the power supply 6 to the target electrode 5. At this time, the charges accumulated in the parasitic capacitance 7 and the capacitance in the stabilizing circuit of the power supply 6 during the on-time are discharged (meaning discharge from the capacitance), thereby maintaining the glow discharge. Then, while the glow discharge is maintained, the next ON time is reached, the glow discharge is maintained in a normal state, and the same operation is repeated thereafter.
一方、前記オン時間内にアーク放電が発生した場合
は、前述したように放電領域が低インピーダンスになる
ため、前記オン時間内に各容量に蓄積された電荷は、続
くオフ時間内に瞬時に放電してしまう。従ってアーク放
電は停止する。そして次のオン時間にはターゲット電極
６に電力が供給されるため、正規のグロー放電が再度発
生する。On the other hand, when an arc discharge occurs during the on-time, the discharge region has a low impedance as described above, so that the charge accumulated in each capacitor during the on-time instantaneously discharges during the subsequent off-time. Resulting in. Therefore, the arc discharge stops. Then, during the next ON time, power is supplied to the target electrode 6, so that a normal glow discharge occurs again.
このように、ターゲット電極６に印加する電流を、予
め設定した周期で断続することにより、仮にアーク放電
が生じた場合にも、このアーク放電が維持するのを防止
することができる。また、従来のアーク放電を検出して
電流を遮断し、復帰するものに比較して、成膜時間のば
らつきが少なく、再現性の良い膜形成を行うことができ
る。さらにアーク放電の検出のための構成が不要とな
る。Thus, by interrupting the current applied to the target electrode 6 at a preset cycle, even if an arc discharge occurs, it is possible to prevent the arc discharge from being maintained. Further, as compared with the conventional method in which an arc discharge is detected, the current is interrupted, and the current is returned, the variation in the film forming time is small and the film can be formed with good reproducibility. Further, a configuration for detecting arc discharge becomes unnecessary.
ここで、電源の設計においては、アーク放電の特性，
寄生容量等の容量値に応じて、確実にアーク放電が停止
するようなオフ時間を設定する必要がある。また、オン
時間についても、効率上極力大きくとることが望ましい
が、アーク放電の発生頻度を考慮して、最適な時間を設
定する必要がある。Here, in the design of the power supply, the characteristics of arc discharge,
It is necessary to set an off-time such that arc discharge is reliably stopped according to a capacitance value such as a parasitic capacitance. Also, it is desirable that the on-time be as long as possible for efficiency, but it is necessary to set an optimal time in consideration of the frequency of arc discharge.
なお、前記実施例ではオフ時間中において電源出力を
完全に遮断するようにしたが、これは前述のようにオフ
時間内にアーク放電が停止できれば、適当な電流を流す
ようにしてもよく、前記実施例と同様の効果を奏する。In the above-described embodiment, the power supply output is completely shut off during the off-time. However, if the arc discharge can be stopped within the off-time as described above, an appropriate current may be supplied. An effect similar to that of the embodiment is obtained.
また、スパッタリング電源として、高周波電源等のよ
うに、もともと印加される電流が断続的であるようなも
のは、前述したようなアーク放電の持続は発生しにくい
が、この交流波的な電源電流（交流を半波整流したよう
なものも含む）においてもアーク放電の持続等が問題と
なる場合は、例えば第３図に示すように、印加する電流
を間歇的に停止することにより、前記実施例と同様にア
ーク放電の持続を防止することができる。Also, as a sputtering power supply, such as a high-frequency power supply or the like, in which the originally applied current is intermittent, it is difficult to maintain the arc discharge as described above. If the continuation of arc discharge becomes a problem even in the case where the AC is half-wave rectified), the applied current is intermittently stopped as shown in FIG. In the same manner as described above, the continuation of the arc discharge can be prevented.
以上のように、この発明によれば、ターゲット電極に
印加する電流を周期的に制限するようにしたので、簡単
な構成でアーク放電の持続を防止でき、安定したグロー
放電により薄膜を再現性よく形成できる効果がある。As described above, according to the present invention, since the current applied to the target electrode is periodically limited, the continuation of the arc discharge can be prevented with a simple configuration, and the thin film can be reproducibly formed by the stable glow discharge. There is an effect that can be formed.
第１図は本発明の一実施例によるスパッタリング装置の
模式図、第２図は該装置の電源電流波形を示す図、第３
図は本発明の他の実施例による電源電流波形を示す図、
第４図（ａ）は従来のスパッタリング装置の模式図、第
４図（ｂ）は該装置における電圧分布を示す図、第５図
は加速電圧とスパッタ率との関係を示す図である。 ２……基板、３……ターゲット、４……基板電極、５…
…ターゲット電極、６……電源回路。FIG. 1 is a schematic view of a sputtering apparatus according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a power supply current waveform of the apparatus, FIG.
The figure shows a power supply current waveform according to another embodiment of the present invention,
FIG. 4A is a schematic view of a conventional sputtering apparatus, FIG. 4B is a view showing a voltage distribution in the apparatus, and FIG. 5 is a view showing a relationship between an acceleration voltage and a sputtering rate. 2 ... substrate, 3 ... target, 4 ... substrate electrode, 5 ...
... target electrode, 6 ... power supply circuit.
Claims (1)
ーゲットとの間にグロー放電を起こさせ、前記ターゲッ
トからのスパッタリング粒子を前記基板表面に付着させ
て成膜を行うスパッタリング装置において、前記ターゲ
ットに電力を印加するオン時間が電力を制限するオフ時
間以下となるように、前記ターゲットに供給する電力を
間欠的に制限し、その制限期間中に、前記ターゲットと
基板との間に生じた異常放電を停止させ得るようにした
ことを特徴とするスパッタリング装置。In a sputtering apparatus, a glow discharge is caused between a substrate and a target provided in a vacuum vessel so as to face each other, and sputter particles from the target are attached to a surface of the substrate to form a film. The power supplied to the target is intermittently limited so that the on-time for applying power to the target is equal to or less than the off-time for restricting power, and the power generated between the target and the substrate is generated during the limited period. A sputtering apparatus characterized in that abnormal discharge can be stopped.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63132446A JP2836072B2 (en) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | Sputtering equipment |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP63132446A JP2836072B2 (en) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | Sputtering equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01301856A JPH01301856A (en) | 1989-12-06 |
| JP2836072B2 true JP2836072B2 (en) | 1998-12-14 |
Family
ID=15081553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63132446A Expired - Lifetime JP2836072B2 (en) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | Sputtering equipment |
Country Status (1)
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-
1988
- 1988-05-30 JP JP63132446A patent/JP2836072B2/en not_active Expired - Lifetime
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