JP2001011621A - Magnetron sputtering device - Google Patents

Magnetron sputtering device

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JP2001011621A
JP2001011621A JP11186779A JP18677999A JP2001011621A JP 2001011621 A JP2001011621 A JP 2001011621A JP 11186779 A JP11186779 A JP 11186779A JP 18677999 A JP18677999 A JP 18677999A JP 2001011621 A JP2001011621 A JP 2001011621A
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JP
Japan
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target
substrate
discharge gas
magnetron sputtering
pulse
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JP11186779A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoyuki Kiyono
知之 清野
Satoshi Umehara
諭 梅原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetron sputtering device by which the intrusion of discharge gas atoms into a film is reduced, and the obtainment of the formation of film of high quality is made possible. SOLUTION: This magnetron sputtering device is provided with a film forming chamber 1 in which a substrate 3 in which a thin film is formed on the inside and a target 5 to be the base material of the thin film are arranged, and discharge gas for obtaining ions for sputtering has been introduced, a magnet part 7 forming the desired magnetron magnetic field on the surface of the target 5 and a power source device 8 executing the intermittent feed and control of pulse electric power to the target 5. In this case, the pulse period of the pulse electric power is set in such a manner that the arrival time of sputtering particles emitted from the target 5 and the arrival time of discharge gas atoms made electrically neutral after the infiltration into the target 5 and sprung out by the collision of the ions at the substrate 3 are made different.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンスパ
ッタ装置に係わり、特に、マグネトロンスパッタ法によ
り薄膜を形成するパルスパワー式マグネトロンスパッタ
装置に関する。
The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus, and more particularly, to a pulse power type magnetron sputtering apparatus for forming a thin film by a magnetron sputtering method.

【0002】[0002]

【従来の技術】マグネトロンスパッタ装置は、半導体製
造、液晶表示素子製造、磁気ヘッドや磁気ディスクの製
造等、電子部品の製造分野で広く使用されている薄膜形
成装置の一つである。その形態には様々のものがある
が、基本的な構造および動作原理は概ね以下のようなも
のである。
2. Description of the Related Art A magnetron sputtering apparatus is one of thin film forming apparatuses widely used in the field of manufacturing electronic components such as semiconductors, liquid crystal display elements, magnetic heads and magnetic disks. Although there are various forms, the basic structure and operation principle are generally as follows.

【0003】真空容器内に薄膜とすべき母材の塊である
ターゲットとよばれる部材を配置し、その表面に永久磁
石などによりトンネル状の磁場を形成する。次いで、真
空容器内にイオン生成用の放電ガスを導入し、ターゲッ
トを負電位、真空容器を正電位として、ターゲット表面
に放電によるプラズマを発生させる。イオン生成用の放
電ガスには、通常、アルゴン等の不活性ガスが用いられ
ることが多い。電離した放電ガスは正に帯電したイオン
を含んでおり、正イオンが負電位のターゲットに衝突す
ることによりターゲット表面近傍の原子に運動エネルギ
ーが与えられ、ターゲット表面近傍の原子は、得られた
運動エネルギーが原子間の結合エネルギーより大きい場
合には、結合が切れて空間に放出される。この放出され
た原子が基板に薄膜として堆積し、成膜が行われる。ま
た、イオンがターゲットに衝突した際には、ターゲット
から二次電子が放出され、ターゲットは負電位のため二
次電子は加速されて空間に放出される。ここで、電界
は、プラズマとターゲットとの間に生じるシース領域に
形成されるものである。二次電子はターゲット表面の磁
場により運動方向が規定され、ターゲット表面に長時間
滞在する。そのためターゲット表面近傍で放電ガスと衝
突、電離する確率が高まる。この電離で発生したイオン
はターゲットに向けて加速される。このようなサイクル
を繰り返して放電が維持され、スパッタリングが持続さ
れる。ターゲットに印加する電圧は直流電圧の場合が多
いが、異常放電を抑止する目的で、ターゲットに印加す
る電圧をパルス状にする技術等も提案されている。直流
電圧の場合もパルス電圧の場合も、スパッタリングを発
生させる基本的なメカニズムは同様である。例えば、タ
ーゲットとして金属などの導電性物質を使用する場合、
ガス圧を0.3〜1Pa程度の圧力に調整し、ターゲッ
トに−200〜−1000V程度の直流電圧あるいはパ
ルス電圧を印加するとプラズマが発生し、薄膜が形成さ
れる。
A target called a target, which is a lump of a base material to be formed into a thin film, is arranged in a vacuum vessel, and a tunnel-like magnetic field is formed on the surface of the target by a permanent magnet or the like. Next, a discharge gas for ion generation is introduced into the vacuum vessel, and the target is set at a negative potential and the vacuum vessel is set at a positive potential to generate plasma by discharge on the target surface. Generally, an inert gas such as argon is often used as a discharge gas for generating ions. The ionized discharge gas contains positively charged ions. When the positive ions collide with the negative potential target, kinetic energy is given to atoms near the target surface. If the energy is greater than the bond energy between the atoms, the bond is broken and released into space. The released atoms are deposited as a thin film on the substrate, and a film is formed. Further, when ions collide with the target, secondary electrons are emitted from the target, and the secondary electrons are accelerated and released into space because the target has a negative potential. Here, the electric field is formed in a sheath region generated between the plasma and the target. The direction of movement of the secondary electrons is defined by the magnetic field of the target surface, and stays on the target surface for a long time. Therefore, the probability of collision and ionization with the discharge gas near the target surface increases. The ions generated by the ionization are accelerated toward the target. By repeating such a cycle, discharge is maintained and sputtering is maintained. The voltage applied to the target is often a DC voltage, but a technique of making the voltage applied to the target into a pulse shape for the purpose of suppressing abnormal discharge has been proposed. The basic mechanism for generating sputtering is the same for both DC voltage and pulse voltage. For example, when using a conductive substance such as a metal as the target,
When the gas pressure is adjusted to about 0.3 to 1 Pa and a DC voltage or a pulse voltage of about -200 to -1000 V is applied to the target, plasma is generated and a thin film is formed.

【0004】マグネトロンスパッタ装置のように、真空
容器内で成膜された薄膜の物性は、ターゲットにおける
塊の状態のものと異なるのが一般的である。その原因の
一つとして、高エネルギー粒子の膜への侵入が考えられ
る。これは、イオンがターゲットに衝突し、電子と結合
して中性化した後、ターゲット表面あるいはターゲット
内に残留し、新たに飛来したイオンにより再度エネルギ
ーを得て基板側に突入するためである。このようにイオ
ンが中性化した粒子は、ターゲットと結合しているわけ
ではないので、ターゲットから放出される際に失うエネ
ルギーは小さい。そのため大きな運動エネルギーを保持
したまま高速で基板側、すなわち膜に達する。
[0004] Like a magnetron sputtering apparatus, the physical properties of a thin film formed in a vacuum vessel are generally different from those of a lump in a target. One of the causes may be the penetration of high-energy particles into the film. This is because ions collide with the target, are combined with electrons, are neutralized, remain on the target surface or in the target, regain energy by newly flying ions, and enter the substrate side. Particles in which ions are neutralized in this manner do not necessarily bind to the target, and thus lose little energy when being released from the target. Therefore, it reaches the substrate side, that is, the film at a high speed while maintaining a large kinetic energy.

【0005】なお、ターゲットに衝突したイオンが空間
に跳ね返る場合もあるが、ターゲットとプラズマとの間
にはシース領域とよばれる電界があり、この場合は基板
側への入射は阻止されるのでそれほど問題とはならな
い。
[0005] In some cases, ions that collide with the target bounce back into the space. However, there is an electric field called a sheath region between the target and the plasma. It doesn't matter.

【0006】パルス電源の一例としては特開平10−2
98755号、また、パルスを使用したスパッタ法の一
例としては例えば特開平8−115076号等が挙げら
れる。
An example of a pulse power supply is disclosed in
No. 98755 and an example of a sputtering method using a pulse is disclosed in, for example, JP-A No. 8-115076.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
マグネトロンスパッタ装置では、放電ガスはイオン化し
てターゲットをスパッタした後、ターゲット内に残留
し、さらに後から衝突したイオンによりスパッタされて
スパッタ粒子とともに放出されてしまう。そのため、ス
パッタ粒子と放電ガス原子とが基板面に混合した状態で
薄膜が形成されてしまう。膜質の面から見れば、スパッ
タ粒子以外のものは不純物であり、放電ガス原子の混入
は膜質低下の原因の一つとなっており、放電ガス原子の
膜への混入を低減することのできるスパッタ装置が望ま
れていた。
As described above, in the conventional magnetron sputtering apparatus, after the discharge gas is ionized and sputtered on the target, the discharge gas remains in the target, and is further sputtered by ions that collide later. Released with the particles. Therefore, a thin film is formed in a state where sputtered particles and discharge gas atoms are mixed on the substrate surface. From the viewpoint of film quality, those other than sputtered particles are impurities, and the incorporation of discharge gas atoms is one of the causes of film quality deterioration, and a sputtering apparatus capable of reducing the incorporation of discharge gas atoms into the film. Was desired.

【0008】従来、ターゲットに電圧を印加する電源と
しては、直流電源、高周波電源、パルス電源等が使用さ
れてきたが、これらのうち、パルス電源の使用は主とし
て異常放電を抑止する目的に主眼がおかれており、放電
ガス原子の膜中への混入の点については配慮されていな
かった。また、直流電源および高周波電源についても、
放電ガスの膜中への混入の点について配慮はなされてい
なかった。
Conventionally, as a power supply for applying a voltage to the target, a DC power supply, a high-frequency power supply, a pulse power supply, and the like have been used. Of these, the use of the pulse power supply is mainly for the purpose of suppressing abnormal discharge. No consideration was given to mixing of discharge gas atoms into the film. In addition, for DC power supply and high frequency power supply,
No consideration was given to mixing of the discharge gas into the film.

【0009】本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、
放電ガス原子の膜中への混入を減少させたマグネトロン
スパッタ装置を提供することである。
[0009] The object of the present invention, in view of the above problems,
An object of the present invention is to provide a magnetron sputtering apparatus in which the mixing of discharge gas atoms into a film is reduced.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、次のような手段を採用した。
The present invention employs the following means in order to solve the above-mentioned problems.

【0011】内部に薄膜が形成される基板とこの薄膜の
母材となるターゲットとを配置し、スパッタリングのた
めのイオンを得るための放電ガスが導入された真空容器
と、前記ターゲットの表面上に所望のマグネトロン磁場
を形成する磁石部と、前記ターゲットに間欠的にパルス
電力を供給制御する電源装置とを備えたマグネトロンス
パッタ装置において、前記パルス電力のパルス周期を、
前記ターゲットから放出されるスパッタ粒子と、前記タ
ーゲット内に侵入した後に電気的に中性となり、イオン
の衝突によりはじき出される放電ガス原子とが、前記基
板に到達する際の到達時刻が相違するように設定したこ
とを特徴とする。
A substrate on which a thin film is formed and a target serving as a base material of the thin film are arranged, and a vacuum vessel into which a discharge gas for obtaining ions for sputtering is introduced; In a magnetron sputtering apparatus including a magnet unit that forms a desired magnetron magnetic field, and a power supply unit that intermittently supplies pulse power to the target, a pulse cycle of the pulse power is
The sputtered particles emitted from the target and the discharge gas atoms that become electrically neutral after entering the target and are repelled by ion collisions have different arrival times when reaching the substrate. It is characterized by having been set.

【0012】また、内部に薄膜が形成される基板とこの
薄膜の母材となるターゲットとを配置し、スパッタリン
グのためのイオンを得るための放電ガスが導入された真
空容器と、前記ターゲットの表面上に所望のマグネトロ
ン磁場を形成する磁石部と、前記ターゲットに間欠的に
パルス電力を供給制御する電源装置とを備えたマグネト
ロンスパッタ装置において、前記パルス電力のパルス周
期を、前記ターゲットから放出されるスパッタ粒子と、
前記ターゲット内に侵入した後に電気的に中性となり、
イオンの衝突によりはじき出される放電ガス原子とが、
前記基板に交互に到達するように設定したことを特徴と
する。
A vacuum vessel into which a substrate on which a thin film is formed and a target serving as a base material of the thin film are arranged, and a discharge gas for obtaining ions for sputtering is introduced, and a surface of the target is provided. In a magnetron sputtering apparatus including a magnet unit that forms a desired magnetron magnetic field thereon and a power supply unit that intermittently supplies pulse power to the target, a pulse cycle of the pulse power is emitted from the target. Sputtered particles,
Becomes electrically neutral after penetrating into the target,
Discharge gas atoms repelled by ion collisions
It is characterized in that it is set so as to reach the substrate alternately.

【0013】また、請求項1ないし請求項2のいずれか
1つの請求項に記載のマグネトロンスパッタ装置におい
て、前記基板と前記ターゲット間に、前記パルス周期と
同じ周期で開閉動作可能であって、前記放電ガス原子の
前記基板への到達を遮断するシャッタ機構を備えたこと
を特徴とする。
[0013] In the magnetron sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 2, an opening / closing operation can be performed between the substrate and the target at the same cycle as the pulse cycle. A shutter mechanism for blocking discharge gas atoms from reaching the substrate is provided.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】はじめに、本発明の第1の実施形
態を図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施
形態に係るパルスパワー式マグネトロンスパッタ装置の
概要を示す図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing an outline of a pulse power type magnetron sputtering apparatus according to the present embodiment.

【0015】同図において、1は成膜室、2は仕込み・
取り出し室、3は基板、4はガイド、5は材質として純
モリブデンを用いたターゲット、6,10は真空ポン
プ、7はマグネットアッセンブリ、8はパルス電源、9
は搬送ロボット、11はマスフローコントローラ、12
はアルゴンガスボンベ、13はゲート弁、14はターゲ
ットと基板との間隔Lである。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a film forming chamber;
Extraction chamber, 3 a substrate, 4 a guide, 5 a target using pure molybdenum as a material, 6 and 10 vacuum pumps, 7 a magnet assembly, 8 a pulse power supply, 9
Is a transfer robot, 11 is a mass flow controller, 12
Is an argon gas cylinder, 13 is a gate valve, and 14 is an interval L between the target and the substrate.

【0016】同図に示すように、このマグネトロンスパ
ッタ装置は、成膜室1および仕込み・取り出し室2の2
室から構成されており、成膜室1内には、放電ガスとし
てアルゴンが導入される。
As shown in FIG. 1, the magnetron sputtering apparatus comprises a film forming chamber 1 and a charging / unloading chamber 2.
In the film forming chamber 1, argon is introduced as a discharge gas.

【0017】図2は、横軸は時間で、上から、ターゲッ
トに流すパルス電流波形、アルゴンガス原子の基板への
到達タイミング、スパッタ粒子の基板への到達タイミン
グをそれぞれ示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the pulse current waveform flowing to the target, the arrival timing of the argon gas atoms to the substrate, and the arrival timing of the sputtered particles to the substrate from the top, with the horizontal axis representing time.

【0018】同図において、21はターゲットに10k
Hzのパルス電流を印加した場合のパルス電流波形、2
2はアルゴン原子がターゲットから基板に到達するため
に要する時間、23はスパッタ粒子がターゲットから基
板に到達するために要する時間を表す。
In FIG. 1, reference numeral 21 denotes a target of 10 k.
Hz pulse current waveform when a pulse current of 2 Hz is applied, 2
2 represents the time required for the argon atoms to reach the substrate from the target, and 23 represents the time required for the sputtered particles to reach the substrate from the target.

【0019】ここで、パルス電流の周期Tは以下の関係
式から求められる。
Here, the period T of the pulse current is obtained from the following relational expression.

【0020】T/2=|L/VAr−L/VSp| なお、VAr:アルゴンの平均速度、VSp:スパッタ粒子
の平均速度である。
T / 2 = | L / V Ar -L / V Sp | V Ar : average velocity of argon, V Sp : average velocity of sputtered particles.

【0021】パルス電流の周期Tは、ターゲットと基板
との距離、ターゲットの材料、そして放電ガスの種類に
依存するものなので、これらの組み合わせに応じて変更
してやればよい。上式のごとく、基本的にはターゲット
材料であるスパッタ粒子の飛行時間と、放電ガスの飛行
時間との差を、パルス周期の二分の一に選べばよい。
The period T of the pulse current depends on the distance between the target and the substrate, the material of the target, and the type of the discharge gas, and may be changed according to the combination thereof. As described above, basically, the difference between the flight time of the sputter particles as the target material and the flight time of the discharge gas may be selected to be one half of the pulse period.

【0022】次に、マグネトロンスパッタ装置における
処理を図1および図2に基づいて説明する。
Next, the processing in the magnetron sputtering apparatus will be described with reference to FIGS.

【0023】図1において、成膜室1を真空ポンプ6
で、また仕込み・取り出し室2を真空ポンプ10で排気
する。基板3は大気から仕込み・取り出し室2に入れら
れ、真空排気される。所定の圧力に到達したところでゲ
ート弁13を開き、搬送ロボット9により基板3を仕込
み・取り出し室2から成膜室1に搬送する。基板3はガ
イド4により持ち上げられ、搬送ロボット9は仕込み・
取り出し室2に戻る。その後ゲート弁13が閉められ、
放電ガスであるアルゴンガスが、ボンベ12からマスフ
ローコントローラ11により流量調整が行われながら、
成膜室1に導入される。成膜室1内の圧力は、ポンプ6
の排気速度、アルゴンの流量、ガスの流れやすさである
コンダクタンス等によって決められる。本実施形態では
圧力を0.4Paにするためにアルゴンガスを200S
CCM流した。アルゴンガスを流した状態で、パルス電
源8によりターゲット5に電圧を印加する。これにより
ターゲット5表面にプラズマが発生し、プラズマ中のイ
オンがターゲット5に衝突し、スパッタリングが生じ
る。
In FIG. 1, a film forming chamber 1 is connected to a vacuum pump 6
Then, the charging / discharging chamber 2 is evacuated by the vacuum pump 10. The substrate 3 is put into the loading / unloading chamber 2 from the atmosphere and evacuated. When a predetermined pressure is reached, the gate valve 13 is opened, and the transfer robot 9 transfers the substrate 3 from the loading / unloading chamber 2 to the film forming chamber 1. The substrate 3 is lifted by the guide 4 and the transfer robot 9 is
Return to the extraction room 2. After that, the gate valve 13 is closed,
While the flow rate of argon gas as a discharge gas is adjusted from the cylinder 12 by the mass flow controller 11,
It is introduced into the film forming chamber 1. The pressure in the film forming chamber 1 is controlled by a pump 6
Pumping speed, the flow rate of argon, the conductance which is the ease of gas flow, and the like. In this embodiment, the argon gas is supplied for 200 S in order to make the pressure 0.4 Pa.
CCM flowed. With the argon gas flowing, a voltage is applied to the target 5 by the pulse power supply 8. As a result, plasma is generated on the surface of the target 5, ions in the plasma collide with the target 5, and sputtering occurs.

【0024】ターゲット5の材質であるモリブデンの原
子質量は1.59×10-25 kgであり、一方アルゴン
の原子質量は6.63×10-26 kgである。モリブデ
ン原子がターゲット5でスパッタされて基板3に飛行す
る運動エネルギーを平均5eV(エレクトロンボルト)
とすると、ターゲット・基板間距離(L)14は0.2
mなので、スパッタ粒子であるモリブデン原子がターゲ
ット5から基板3に達する時間13は63μsである。
一方、ターゲット5内で中性化し、残留したアルゴンは
スパッタされて50eV程度の運動エネルギーを得る。
この場合、アルゴン原子がターゲット5から基板3に達
するまでの時間12は、13μsである。そこで、モリ
ブデン原子とアルゴン原子との到達時間差である50μ
sを二分の一周期(T/2)11とする周波数、即ち、
本実施形態では、10kHzのパルス電流をターゲット
5に印加すればよい。
The atomic mass of molybdenum, which is the material of the target 5, is 1.59 × 10 −25 kg, while the atomic mass of argon is 6.63 × 10 −26 kg. The average kinetic energy of molybdenum atoms sputtered by the target 5 and flying to the substrate 3 is 5 eV (electron volt).
Then, the distance (L) 14 between the target and the substrate is 0.2
m, the time 13 for molybdenum atoms as sputtered particles to reach the substrate 3 from the target 5 is 63 μs.
On the other hand, the neutralized argon remaining in the target 5 is sputtered to obtain a kinetic energy of about 50 eV.
In this case, the time 12 required for the argon atoms to reach the substrate 3 from the target 5 is 13 μs. Then, 50 μm, which is the arrival time difference between molybdenum atoms and argon atoms, is used.
a frequency at which s is a half cycle (T / 2) 11, that is,
In this embodiment, a pulse current of 10 kHz may be applied to the target 5.

【0025】図2に示すように、ターゲットに印加する
パルス電流のパルス周波数を適切に選ぶことにより、多
くのモリブデン原子とアルゴン原子とが交互に基板3に
到達させることができるので、同時に基板に達するアル
ゴン原子を少なくすることができる。
As shown in FIG. 2, by appropriately selecting the pulse frequency of the pulse current applied to the target, many molybdenum atoms and argon atoms can reach the substrate 3 alternately. Argon atoms that can be reached can be reduced.

【0026】ここで、交互にモリブデン原子とアルゴン
原子が基板に達する場合には、同時に基板に達する場合
に比べて、アルゴン原子が基板に混入する割合を少なく
することができるので、本実施形態によれば、基板への
アルゴン原子の混入を減少させることができる。
Here, when molybdenum atoms and argon atoms reach the substrate alternately, the proportion of argon atoms mixed into the substrate can be reduced as compared with the case where molybdenum atoms and argon atoms simultaneously reach the substrate. According to this, mixing of argon atoms into the substrate can be reduced.

【0027】次に、本発明の第2の実施形態を図3を用
いて説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0028】図3は、本実施形態に係るマグネトロンス
パッタ装置の概要を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a magnetron sputtering apparatus according to this embodiment.

【0029】同図において、15はモータ、16は開口
部17を備え、モータ15によって一定周期で回転する
シャッタ機構である。その他の構成は図1に示す同符号
の構成と同じである。
In FIG. 1, reference numeral 15 denotes a motor, and 16 denotes a shutter mechanism having an opening 17 and rotated by the motor 15 at a constant period. The other configuration is the same as the configuration of the same reference numeral shown in FIG.

【0030】本実施形態は、第1の実施形態に比べて、
ターゲットから飛来するアルゴン原子の通過を遮断する
シャッタ機構を備えている点で相違する。
This embodiment is different from the first embodiment in that
The difference is that a shutter mechanism for blocking the passage of argon atoms coming from the target is provided.

【0031】同図に示すように、シャッタ16は開口部
17を持っており、モータ15により高速で回転するこ
とによりターゲット5から飛来する粒子を通過させたり
阻止したりするものである。シャッタ16の断続間隔を
パルス周期の二分の一と同じにすることにより、アルゴ
ン原子をシャッタ16で遮断することができる。
As shown in FIG. 3, the shutter 16 has an opening 17 and rotates or rotates at a high speed by the motor 15 to pass or block particles flying from the target 5. By setting the intermittent interval of the shutter 16 to be equal to one half of the pulse period, argon atoms can be blocked by the shutter 16.

【0032】本実施形態によれば、第1の実施形態に比
べて、アルゴン原子の基板3への到達量を大幅に減らす
ことができ、基板3へのアルゴン原子の混入を大幅に減
少させることができる。
According to the present embodiment, the amount of argon atoms reaching the substrate 3 can be greatly reduced as compared with the first embodiment, and the mixing of argon atoms into the substrate 3 can be greatly reduced. Can be.

【0033】なお、上記の各実施形態のマグネトロンス
パッタ装置によって成膜されたモリブデン膜と、同じ成
膜装置にて同じ成膜速度で、電源を従来の直流電源を用
いて成膜したモリブデン膜とを、両者の膜中に含まれる
アルゴン原子の量を2次イオン質量分析法で評価し比較
したところ、第1の実施形態により成膜したモリブデン
膜では、アルゴンの検出値が従来の方法で成膜したモリ
ブデン膜の四分の一とすることができ、また、第2の実
施形態により成膜したモリブデン膜では、アルゴンの検
出値が従来の方法で成膜したモリブデン膜の五分の一に
することができた。
A molybdenum film formed by the magnetron sputtering apparatus of each of the above embodiments and a molybdenum film formed by the same film forming apparatus at the same film forming rate using a conventional DC power supply. And the amount of argon atoms contained in both films was evaluated by secondary ion mass spectrometry, and a comparison was made. As a result, in the molybdenum film formed according to the first embodiment, the detected value of argon was reduced by the conventional method. In the molybdenum film formed according to the second embodiment, the detection value of argon can be reduced to one-fifth of the molybdenum film formed by the conventional method. We were able to.

【0034】[0034]

【発明の効果】上記のごとく、本発明によれば、成膜内
への放電ガス原子の混入を大幅に減少させることができ
るので、高純度の膜が得られる。
As described above, according to the present invention, the mixing of discharge gas atoms into the film can be greatly reduced, so that a high-purity film can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施形態に係るパルスパワー
式マグネトロンスパッタ装置の概要を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a pulse power type magnetron sputtering apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 ターゲットに流すパルス電流波形、アルゴン
ガス原子の基板への到達タイミング、およびスパッタ粒
子の基板への到達タイミングを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a pulse current waveform flowing to a target, a timing at which argon gas atoms reach a substrate, and a timing at which sputtered particles reach a substrate.

【図3】 本発明の第2の実施形態に係るパルスパワー
式マグネトロンスパッタ装置の概要を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a pulse power type magnetron sputtering apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 成膜室 2 仕込み・取り出し室 3 基板 4 ガイド 5 ターゲット、 6,10 真空ポンプ 7 マグネットアッセンブリ、 8 パルス電源 9 搬送ロボット 11 マスフローコントローラ 12 アルゴンガスボンベ 13 ゲート弁 14 ターゲットと基板との間隔 15 シャッタ回転用モーター 16 シャッタ 21 パルス電流の二分の一周期(T/2) 22 アルゴン原子がターゲットから基板に到達するた
めに要する時間 23 スパッタ粒子がターゲットから基板に到達するた
めに要する時間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming chamber 2 Loading / unloading chamber 3 Substrate 4 Guide 5 Target, 6,10 Vacuum pump 7 Magnet assembly, 8 Pulse power supply 9 Transfer robot 11 Mass flow controller 12 Argon gas cylinder 13 Gate valve 14 Distance between target and substrate 15 Shutter rotation Motor 16 shutter 21 half cycle of pulse current (T / 2) 22 time required for argon atoms to reach substrate from target 23 time required for sputtered particles to reach substrate from target

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部に薄膜が形成される基板とこの薄膜
の母材となるターゲットとを配置し、スパッタリングの
ためのイオンを得るための放電ガスが導入された真空容
器と、前記ターゲットの表面上に所望のマグネトロン磁
場を形成する磁石部と、前記ターゲットに間欠的にパル
ス電力を供給制御する電源装置とを備えたマグネトロン
スパッタ装置において、 前記パルス電力のパルス周期を、前記ターゲットから放
出されるスパッタ粒子と、前記ターゲット内に侵入した
後に電気的に中性となり、イオンの衝突によりはじき出
される放電ガス原子とが、前記基板に到達する際の到達
時刻が相違するように設定したことを特徴とするマグネ
トロンスパッタ装置。
1. A vacuum vessel in which a substrate on which a thin film is formed and a target serving as a base material of the thin film are arranged, and a discharge gas for obtaining ions for sputtering is introduced, and a surface of the target. In a magnetron sputtering apparatus comprising a magnet unit for forming a desired magnetron magnetic field thereon and a power supply device for intermittently supplying pulse power to the target, a pulse cycle of the pulse power is emitted from the target. The sputtered particles and the discharge gas atoms that become electrically neutral after penetrating into the target and are repelled by the collision of ions are set to have different arrival times when reaching the substrate. Magnetron sputtering equipment.
【請求項2】 内部に薄膜が形成される基板とこの薄膜
の母材となるターゲットとを配置し、スパッタリングの
ためのイオンを得るための放電ガスが導入された真空容
器と、前記ターゲットの表面上に所望のマグネトロン磁
場を形成する磁石部と、前記ターゲットに間欠的にパル
ス電力を供給制御する電源装置とを備えたマグネトロン
スパッタ装置において、 前記パルス電力のパルス周期を、前記ターゲットから放
出されるスパッタ粒子と、前記ターゲット内に侵入した
後に電気的に中性となり、イオンの衝突によりはじき出
される放電ガス原子とが、前記基板に交互に到達するよ
うに設定したことを特徴とするマグネトロンスパッタ装
置。
2. A vacuum vessel in which a substrate on which a thin film is formed and a target which is a base material of the thin film are arranged, and a discharge gas for obtaining ions for sputtering is introduced, and a surface of the target. In a magnetron sputtering apparatus comprising a magnet unit for forming a desired magnetron magnetic field thereon and a power supply device for intermittently supplying pulse power to the target, a pulse cycle of the pulse power is emitted from the target. A magnetron sputtering apparatus, wherein sputtered particles and discharge gas atoms which become electrically neutral after entering the target and are repelled by ion collision reach the substrate alternately.
【請求項3】 請求項1ないし請求項2のいずれか1つ
の請求項において、 前記基板と前記ターゲット間に、前記パルス周期と同じ
周期で開閉動作可能であって、前記放電ガス原子の前記
基板への到達を遮断するシャッタ機構を備えたことを特
徴とするマグネトロンスパッタ装置。
3. The substrate according to claim 1, wherein the substrate can be opened and closed between the substrate and the target at the same period as the pulse period, and the substrate of the discharge gas atoms can be opened and closed. A magnetron sputtering apparatus comprising a shutter mechanism for blocking the arrival at the magnetron.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008063590A (en) * 2005-04-21 2008-03-21 Futaba Corp Vapor deposition apparatus
US10283333B2 (en) 2013-05-29 2019-05-07 Japan Science And Technology Agency Nanocluster production device

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