JP2003105537A - Sputtering apparatus and sputtering method - Google Patents
Sputtering apparatus and sputtering methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、物理蒸着法により
基板に被膜を形成するためのスパッタリング装置及び方
法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sputtering apparatus and method for forming a film on a substrate by a physical vapor deposition method.
【0002】[0002]
【従来の技術】スパッタ法は、物理的蒸着(PVD)法
の一種であり、真空容器の中において、Arなどの不活
性ガスを導入しながら、被膜材料(ターゲット)を取り
付けた電極を陰極としてグロー放電を発生させ、放電中
で生成したイオンを、放電電圧に相当する数百eVのエ
ネルギーで陰極(ターゲット)に衝突させ、その際に反
動で放出される粒子を、基板上に堆積させて成膜を行う
方法である。この成膜プロセスは、ターゲット表面に磁
場を印加したマグネトロンスパッタ法により、更に強い
グロー放電を生成することが可能で、実用的な成膜プロ
セスとして使われている。2. Description of the Related Art A sputtering method is a type of physical vapor deposition (PVD) method, in which an electrode provided with a coating material (target) is used as a cathode while introducing an inert gas such as Ar in a vacuum container. A glow discharge is generated, and the ions generated during the discharge are made to collide with the cathode (target) at an energy of several hundred eV corresponding to the discharge voltage, and the particles emitted by the reaction at that time are deposited on the substrate. This is a method of forming a film. This film forming process can generate stronger glow discharge by the magnetron sputtering method in which a magnetic field is applied to the target surface, and is used as a practical film forming process.
【0003】このようなスパッタ法において、しばしば
指摘される問題点は、基板上に堆積する粒子のエネルギ
ーが小さいために、形成される被膜が十分緻密でないと
言う点であった。この問題を解決するための方法として
は、各種の方法が提案されているが、その中の一つの手
段として、成膜を行うための放電を非常に高い電力密度
で、パルス的(間欠的)に発生させる技術が提案されて
いる。米国特許第5015493号明細書(以下、「従
来技術1」という)には、スパッタリング法によるグロ
ー放電で、スパッタ成膜を行う場合に生じる真空容器や
基板の温度上昇を抑制する目的において、スパッタを行
うグロー放電を間欠的に行う方法及び装置が記載されて
いる。A problem often pointed out in such a sputtering method is that the formed film is not sufficiently dense because the energy of particles deposited on the substrate is small. Various methods have been proposed as a method for solving this problem. As one of the methods, discharge for film formation is performed at a very high power density in a pulsed (intermittent) manner. The technique to generate is proposed. U.S. Pat. No. 5,015,493 (hereinafter referred to as "Prior Art 1") discloses sputtering for the purpose of suppressing a temperature rise of a vacuum container and a substrate caused by sputtering glow discharge when performing sputtering film formation. A method and apparatus for intermittently performing glow discharge is described.
【0004】この従来技術1によれば、方形波のDCパ
ルスを、
周波数;0.1〜100kHz
パルスのON幅とOFF幅の比;1:1〜1:1,00
0
各パルスの電圧;100V以上、好ましくは200〜8
00V
各パルスの幅;10〜10,000μsec
において印加することにより、所期の目的を達成できる
とされている。さらに、方形波のDCパルスは、
電流密度;0.1mA/cm2〜1A/cm2
電力密度;1〜900W/cm2
が好ましいとされている。According to the prior art 1, a square wave DC pulse has a frequency of 0.1 to 100 kHz and a ratio of ON width and OFF width of the pulse; 1: 1 to 1: 1.00
0 voltage of each pulse; 100 V or more, preferably 200 to 8
It is said that the intended purpose can be achieved by applying the pulse width of 00V for each pulse; 10 to 10,000 μsec. Further, it is said that the square-wave DC pulse preferably has a current density of 0.1 mA / cm 2 to 1 A / cm 2 power density of 1 to 900 W / cm 2 .
【0005】また、国際公開WO98/40532公報
(以下、「従来技術2」という)には、ピークの電力密
度が、2.8kWに達するマグネトロンスパッタ法が開
示されている。この従来技術2には、マグネトロンスパ
ッタリングにおいて、ターゲットに負の電圧を印加する
パルスの立ち上がりエッジを、異常に急峻にすることに
より、ターゲット前のガスを非常に急速に完全電離状態
にして、実質的に均一なプラズマを形成して、ガスを第
1グロー放電状態とアーク放電状態を速やかに通過させ
るようなパルスを印加することを提案しており、具体的
なパルスの条件として、
パルス中の電力;0.1kW〜1MW
パルス幅;50μs〜1ms、より好ましくは50〜2
00μs、好ましくは100μs
パルス間隔;10ms〜1,000S、好ましくは10
〜50ms
パルス電圧;0.5〜5kV
が好ましい条件として開示されている。Further, WO98 / 40532 (hereinafter referred to as "prior art 2") discloses a magnetron sputtering method in which a peak power density reaches 2.8 kW. In the conventional technique 2, in magnetron sputtering, the rising edge of a pulse for applying a negative voltage to the target is made extremely steep, so that the gas in front of the target is brought into a completely ionized state very rapidly, and the It has been proposed to form a uniform plasma in the plasma and to apply a pulse that allows the gas to quickly pass through the first glow discharge state and the arc discharge state. 0.1 kW to 1 MW pulse width; 50 μs to 1 ms, more preferably 50 to 2
00 μs, preferably 100 μs pulse interval; 10 ms to 1,000 S, preferably 10
.About.50 ms pulse voltage; 0.5 to 5 kV are disclosed as preferable conditions.
【0006】更に、「サーフェース アンド コーティ
ング テクノロジ(Suface and Coating Technology
)」の1999年122号の290〜293頁(以
下、「従来技術3」という)には、ピーク電力100〜
500kW(ターゲット電力密度)0.6kW〜2.8
kW/cm2に相当)、Arガス圧力0.06〜5Pa
において、50〜100μsのパルス幅、50Hzの繰
り返し周波数において行った成膜実験の結果が報告され
ている。この従来技術3においては、成膜対象の基板上
において、1A/cm2という高いイオン電流量と蒸発
したターゲット蒸気の約70%がイオン化しているとの
結果が得られている。Furthermore, "Suface and Coating Technology (Suface and Coating Technology
) ”, 1999 No. 122, pages 290 to 293 (hereinafter referred to as“ prior art 3 ”), peak power of 100 to
500 kW (target power density) 0.6 kW to 2.8
(corresponding to kW / cm 2 ), Ar gas pressure 0.06 to 5 Pa
, A result of a film forming experiment conducted at a pulse width of 50 to 100 μs and a repetition frequency of 50 Hz is reported. In this conventional technique 3, the result that a high ion current amount of 1 A / cm 2 and about 70% of the evaporated target vapor is ionized on the substrate to be film-formed is obtained.
【0007】この従来技術3によれば、成膜に使われる
蒸気が高い割合でイオン化していることにより、成膜と
基板の高い密着性が得られたり、緻密な成膜が形成可能
であるということが期待できる。According to this prior art 3, since the vapor used for film formation is ionized at a high rate, a high adhesion between the film and the substrate can be obtained, and a dense film can be formed. You can expect that.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願発
明者らの実験によると、例えば、ターゲット材料にアル
ミ材を選んだ場合には、前記従来技術2に記述されてい
るような運転パラメータにおいて放電を行った場合に
は、ターゲット表面でアーク放電が頻発して、形成した
成膜表面上は、ターゲット上のアーク放電に起因すると
思われるドロップレットが、多数存在するという問題が
発生することが判った。そこで、本発明は、スパッタ蒸
発源に間欠的に電力を供給するスパッタリング法におい
て、アーク放電を抑制してイオン化に優れたプラズマを
供給できるようにしたスパッタリング装置及び方法を提
供することを目的とする。However, according to the experiments conducted by the inventors of the present application, for example, when an aluminum material is selected as the target material, the discharge is performed under the operating parameters as described in the prior art 2. When it was carried out, it was found that arc discharge frequently occurred on the target surface, and there was a problem that a large number of droplets, which are considered to be caused by arc discharge on the target, existed on the formed film formation surface. . Therefore, it is an object of the present invention to provide a sputtering apparatus and method capable of supplying plasma excellent in ionization by suppressing arc discharge in a sputtering method of intermittently supplying electric power to a sputtering evaporation source. .
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明の特徴と
するところは、スパッタ蒸発源にパルス状に電力を供給
する電源供給装置を備えたスパッタリング装置におい
て、前記電源供給装置は、パルス状の放電電流を正弦半
波状波形で与えると共に、スパッタ蒸発源表面の実効的
な放電発生エリア(Scm2)でのパルス中の放電電流
のピーク値Ipとパルス放電時間Tとが、T<10μs
ec、Ip/S>1A/cm2、となるように供給電力を
制御する点にある。In order to achieve the above object, the present invention takes the following means. That is, a feature of the present invention is that in a sputtering apparatus provided with a power supply device for supplying electric power in a pulsed manner to a sputtering evaporation source, the power supply device provides a pulsed discharge current with a sinusoidal half-wave waveform. At the same time, the peak value Ip of the discharge current during the pulse in the effective discharge generation area (Scm 2 ) on the surface of the sputter evaporation source and the pulse discharge time T are T <10 μs.
ec, Ip / S> 1 A / cm 2 The point is to control the supply power.
【0010】本願発明者らは、前記課題を解決するため
に、パルス状にグロー放電を発生させるマグネトロンス
パッタリング装置において、各種のパラメータ条件にお
いて実験を行った。その結果、放電電流のピーク値Ip
と間欠的放電時間Tとが、前記条件を満たすとき、アー
ク放電が少なく安定的であって、かつイオン化に優れた
プラズマを供給できることを見出した。また、本発明の
別の電源供給装置は、(Ip/S)×T<0.1mC/
cm2、Ip/S>1A/cm2、となるように供給電力
を制御する。In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present application conducted an experiment under various parameter conditions in a magnetron sputtering apparatus for generating a glow discharge in a pulse shape. As a result, the discharge current peak value Ip
It has been found that when the above and the intermittent discharge time T satisfy the above conditions, it is possible to supply a plasma that is stable with less arc discharge and excellent in ionization. Another power supply device of the present invention is (Ip / S) × T <0.1 mC /
The power supply is controlled so that cm 2 and Ip / S> 1 A / cm 2 .
【0011】本発明のスパッタリング方法の特徴とする
ところは、パルス状の放電電流を正弦半波状波形で与え
ると共に、スパッタ蒸発源表面の実効的な放電発生エリ
アSでのパルス中の放電電流のピーク値Ipとパルス放
電時間Tとが、T<10μsec、Ip/S>1A/c
m2、となるように供給電力を制御する点にある。ある
いは、(Ip/S)×T<0.1mC/cm2、Ip/S
>1A/cm2、となるように供給電力を制御する。A feature of the sputtering method of the present invention is that a pulse-shaped discharge current is given in a sinusoidal half-wave waveform, and the peak of the discharge current during a pulse in the effective discharge generation area S on the surface of the sputter evaporation source. The value Ip and the pulse discharge time T are T <10 μsec, Ip / S> 1 A / c
The point is to control the supply power so that m 2 becomes. Alternatively, (Ip / S) × T <0.1 mC / cm 2 , Ip / S
The power supply is controlled to be> 1 A / cm 2 .
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づき説明する。図1に、マグネトロン方式のスパ
ッタリング装置の概要を示す。このスパッタリング装置
は、真空チャンバ1と、該チャンバ1に電力を供給する
電源供給装置2とを有する。前記真空チャンバ1内に
は、スパッタ蒸発源3と、基板4とが設けられている。
このスパッタ蒸発源3に前記電源供給装置2の陰極が接
続され、真空チャンバ1に前記電源供給装置2の陽極が
接続されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of a magnetron type sputtering apparatus. This sputtering apparatus has a vacuum chamber 1 and a power supply device 2 that supplies electric power to the chamber 1. A sputter evaporation source 3 and a substrate 4 are provided in the vacuum chamber 1.
The cathode of the power supply device 2 is connected to the sputter evaporation source 3, and the anode of the power supply device 2 is connected to the vacuum chamber 1.
【0013】即ち、前記スパッタ蒸発源3はカソードと
され、真空チャンバ1はアノードとされている。前記カ
ソード3は、その背面にマグネット(図示省略)が設け
られたマグネトロン式のスパッタリングカソードとされ
ている。マグネトロンカソードに関わる詳細な構造は、
周知のマグネトロンスパッタカソードのとおりであり、
詳細は図示省略している。前記真空チャンバ1には、該
チャンバ1内を所定のガス圧に維持するための減圧装置
とガス供給装置とが接続されているが、何れも周知な構
成であるため図示省略している。前記スパッタリングカ
ソード3を動作させる時は、真空チャンバ1内には、ア
ルゴンガス等の放電ガスが所定圧力(通常0.01〜1
Pa程度)で導入されている。That is, the sputter evaporation source 3 is a cathode and the vacuum chamber 1 is an anode. The cathode 3 is a magnetron type sputtering cathode having a magnet (not shown) provided on the back surface thereof. The detailed structure related to the magnetron cathode is
It is like the well-known magnetron sputter cathode,
Details are omitted in the drawing. The vacuum chamber 1 is connected to a decompression device and a gas supply device for maintaining the inside of the chamber 1 at a predetermined gas pressure, but they are not shown because they are well-known configurations. When operating the sputtering cathode 3, a discharge gas such as argon gas is supplied to the vacuum chamber 1 at a predetermined pressure (usually 0.01 to 1).
It is introduced at about Pa).
【0014】前記電源供給装置2は、直流電圧発生用の
スパッタ電源5、スイッチ素子6(トランジスタ)、コ
ンデンサ7、リアクトル8、及び、パルス放電を発生さ
せるためのサイリスタスイッチ9で構成される回路を有
する。前記回路の動作は次のとおりである。まず、スパ
ッタ電源5から一定電圧V0を常時供給しておき、次
に、一定時間スイッチ素子6をONにすることで、コン
デンサ7を充電する。コンデンサ7が充電されるタイミ
ングでスイッチ素子6をOFFにし、続いて、サイリス
タスイッチ9をONにする。The power supply device 2 has a circuit composed of a sputtering power source 5 for generating a DC voltage, a switch element 6 (transistor), a capacitor 7, a reactor 8 and a thyristor switch 9 for generating a pulse discharge. Have. The operation of the circuit is as follows. First, a constant voltage V0 is constantly supplied from the sputtering power source 5, and then the switch element 6 is turned on for a predetermined time to charge the capacitor 7. The switch element 6 is turned off at the timing when the capacitor 7 is charged, and then the thyristor switch 9 is turned on.
【0015】前記サイリスタ9がONになると、コンデ
ンサ7に充電した電荷がリアクトル8を経由してマグネ
トロンカソード3に印加され、前記真空チャンバ1内の
放電ガスでグロー放電が発生する。図2に、このときの
グロー放電の電圧電流の代表的な波形を示す。即ち、一
定期間のスパッタ電源5の出力電圧が印加された後、グ
ロー放電が発生し、電流が回路のLC共振回路に従っ
て、半波正弦波状に流れると同時に、電圧は一旦急激に
低下後、徐々に低下しながら150〜1,000Vの範
囲の電圧が印加される。When the thyristor 9 is turned on, the electric charge charged in the capacitor 7 is applied to the magnetron cathode 3 via the reactor 8 and glow discharge is generated by the discharge gas in the vacuum chamber 1. FIG. 2 shows a typical waveform of the voltage / current of glow discharge at this time. That is, after the output voltage of the sputtering power source 5 is applied for a certain period, glow discharge occurs, and a current flows in a half-wave sine wave according to the LC resonance circuit of the circuit, and at the same time, the voltage once sharply decreases and then gradually. The voltage in the range of 150 to 1,000 V is applied while decreasing.
【0016】このときの電圧波形は、図2(a)のよう
に略一定の波形を示す場合もあれば、同図(b)のよう
に電圧変動の大きな波形を示すこともある。このときに
流れるパルス状の電流は、放電中の電圧の平均値をVs
とすれば、LC共振回路において電流が流れるため、ピ
ーク電流値Ip、及び、半波の正弦波のパルス幅Tは、
次のとおりとなる。
Ip=(V0−Vs)・(C/L)1/2
T=π・(L・C)1/2
今仮にC=10μF、L=10μH、V0=1,500
V、Vs=500Vとすると、Ip=1,000A、T=
31μsec となる。The voltage waveform at this time may have a substantially constant waveform as shown in FIG. 2 (a), or may have a large voltage fluctuation as shown in FIG. 2 (b). The pulsed current flowing at this time is the average value of the voltage during discharge is Vs.
Then, since a current flows in the LC resonance circuit, the peak current value Ip and the pulse width T of the half-wave sine wave are
It becomes as follows. Ip = (V0-Vs) * (C / L) 1/2 T = [pi] * (L * C) 1/2 Now C = 10 [mu] F, L = 10 [mu] H, V0 = 1,500
If V and Vs = 500V, Ip = 1,000A, T =
It becomes 31 μsec.
【0017】実際には、放電電圧の波形は、図2のよう
に変動を伴う場合があるので、完全に計算値と同一では
ないが、図1の回路において、充電電圧V0、及びL、
Cを変化させることで、IpとTを可変に出来る。本実
験では、放電電流は、回路のL、Cの影響で、正弦半波
形状の電流が流れるが、正弦半波電流の流れる期間をパ
ルス長、パルス長の間の電流の最大値で放電電流とした
(図2参照)。まず前記カソード3で、イオン化の促進
されたプラズマが形成できる条件を検討した。Actually, since the waveform of the discharge voltage may vary as shown in FIG. 2, it is not completely the same as the calculated value, but in the circuit of FIG. 1, the charging voltage V0 and L,
Ip and T can be made variable by changing C. In the present experiment, the discharge current is a sine half-wave current due to the influence of L and C of the circuit, but the discharge current is the maximum value of the current during the pulse length during the period in which the sine half-wave current flows. (See FIG. 2). First, the conditions for forming plasma with accelerated ionization at the cathode 3 were examined.
【0018】この実験の中で得た知見としては、カソー
ド3に供給する電流を増やして行くと、ある特定の電流
値において、プラズマの発光色が変化することである。
放電ガスがアルゴン、ターゲット材(直径150mm)
がアルミニウムの場合には、ピンク色の状態から青色の
発光を伴う状態に発光状態が変化する。プラズマの発生
が実質的に起こるのは、外径が120mm、内径が40
mm程度のドーナツ状の100cm2の領域であった。
即ち、放電発生エリアS=100cm2であった。この
ときの発光スペクトルの分光分析を行うと、発光色が変
化する以前の発光は、中性のアルゴンの発光が主体であ
るのに対し、変化後は、アルゴンイオンからの発光が主
体となっていることが判明した。The knowledge obtained in this experiment is that the emission color of plasma changes at a specific current value as the current supplied to the cathode 3 is increased.
Discharge gas is argon, target material (diameter 150 mm)
When is aluminum, the light emitting state changes from a pink state to a state accompanied by blue light emission. The plasma is generated substantially when the outer diameter is 120 mm and the inner diameter is 40 mm.
The area was a donut-shaped 100 cm 2 area of about mm.
That is, the discharge generation area S was 100 cm 2 . When the spectral analysis of the emission spectrum at this time is performed, the emission before the change in emission color is mainly the emission of neutral argon, whereas after the change, the emission from the argon ion is the main. It turned out that
【0019】そこで、パルス幅、パルス電流を変化させ
た実験を行ったところ、図3に示すように、およそ10
0Aの放電電流を境にして、イオンからの発光が主体と
する放電色となることが判った。さらに、約半分のプラ
ズマ発生面積(φ80〜φ30、S=43cm2)のタ
ーゲット直径が4インチのマグネットカソード3で放電
実験を行ったところ、同様に50A以上の放電電流で同
様の変化が起こった。以上の実験から、プラズマが実質
的に発生する面積当たりのグロー放電電流が、高イオン
化プラズマを生成するための必要条件であり、パルスで
印加する電力のパルス幅にかかわらず、パルス中に1A
/cm2以上の電力が必要であると判断した。Therefore, when an experiment was carried out while changing the pulse width and the pulse current, as shown in FIG.
It was found that when the discharge current of 0 A was used as a boundary, the discharge color was mainly emitted from ions. Further, when a discharge experiment was conducted with a magnet cathode 3 having a target diameter of 4 inches with a plasma generation area of about half (φ80 to φ30, S = 43 cm 2 ), the same change occurred at a discharge current of 50 A or more. . From the above experiment, the glow discharge current per area where plasma is substantially generated is a necessary condition for generating highly ionized plasma, and it is 1 A during a pulse regardless of the pulse width of the power applied by the pulse.
It was determined that a power of at least / cm 2 was required.
【0020】ちなみに、このときの放電電圧は、実質的
にパルス放電が発生している期間の平均で、200〜8
00Vであった。以上の実験の中で問題になったのは、
高イオン化プラズマを生成するためにパルス中の電流を
増加させて行くと、パルス状グロー放電の途中でアーク
放電に転移することである。アーク放電が発生すると、
ターゲット3表面にアークスポットが生成し、そこから
被膜の欠陥となるパーティクルが発生する。By the way, the discharge voltage at this time is 200 to 8 on average in the period during which the pulse discharge is substantially generated.
It was 00V. In the above experiment, the problem was
When the current during the pulse is increased in order to generate the highly ionized plasma, the arc discharge is transferred in the middle of the pulsed glow discharge. When an arc discharge occurs,
Arc spots are generated on the surface of the target 3, and particles that cause defects in the coating film are generated from the arc spots.
【0021】例えば、C=10μF、L=50μHとし
た回路で、V0を1,000Vとした放電を発生させた
とき、Vsは180V程度であり、計測された電流波形
は、
T=80μs(計算値70μs)
Ip=330A(計算値366A)
であった。このときの代表波形を図4(a)に示す。こ
の場合に問題点として観察されたのは、図4(b)に示
すような波形が高い頻度(全放電パルスの50〜70
%)で観察されることである。更に観察によると、図4
(b)に相当する波形が観察される場合には、ターゲッ
ト3表面にスポット状に輝く点が観察され、カソード3
上の放電がグロー放電からアーク放電に移行したものと
考えられた。For example, when a discharge having V0 of 1,000 V is generated in a circuit with C = 10 μF and L = 50 μH, Vs is about 180 V, and the measured current waveform is T = 80 μs (calculation). Value 70 μs) Ip = 330 A (calculated value 366 A). A representative waveform at this time is shown in FIG. In this case, what was observed as a problem was that the waveform as shown in FIG. 4B had a high frequency (50 to 70 of all discharge pulses).
%). Further observation shows that
When the waveform corresponding to (b) is observed, a spot-like bright spot is observed on the surface of the target 3 and the cathode 3
The upper discharge was considered to have transitioned from glow discharge to arc discharge.
【0022】即ち、図4(b)の電圧波形が200V付
近で推移する状態では、グロー放電状態であり、電圧が
急激に低下する時点から、アーク放電が発生したと考え
られた。実際、このような放電状態で基板4に成膜した
被膜には、多数のアーク放電に起因すると思われるドロ
ップレットが混入していた。このような、アーク放電へ
の転移は、確率的な現象であるが、アーク放電が発生す
る事象を検討したところ、一定時間グロー放電が発生し
た後に、アーク放電に移行しており、アーク放電に移行
する以前に、グロー放電を終了させれば、アーク放電の
発生が抑制出来る可能性が判明した。That is, in the state where the voltage waveform of FIG. 4 (b) changes in the vicinity of 200 V, it is in the glow discharge state, and it is considered that the arc discharge occurred from the time when the voltage drastically dropped. In fact, the coating film formed on the substrate 4 in such a discharge state contained a large number of droplets, which are considered to be caused by arc discharge. Such a transition to arc discharge is a probabilistic phenomenon, but when the phenomenon in which arc discharge occurs was examined, it was found that glow discharge had occurred for a certain period of time and then transitioned to arc discharge. It was found that the arc discharge could be suppressed by ending the glow discharge before the transition.
【0023】そこで、再び、パルス幅と電流を変化さ
せ、アーク放電の発生頻度を調査した結果を図5に示
す。図5から判るように、パルス電流を増加させると、
ほぼ逆比例する形でアーク放電のないグロー放電の維持
時間が短くなり、その閾値は、放電時間Tと放電電流密
度Ip/Sの積において、0.1mC/cm2puls
e以下であることが判った。また、パルス幅が10μs
以下では、アーク放電の発生が殆どないことも判った。Then, the pulse width and the current are changed again, and the result of examining the frequency of arc discharge is shown in FIG. As can be seen from FIG. 5, when the pulse current is increased,
The sustain time of glow discharge without arc discharge is shortened in a substantially inversely proportional manner, and the threshold value is 0.1 mC / cm 2 pulses in the product of discharge time T and discharge current density Ip / S.
It was found to be less than e. Also, the pulse width is 10 μs
In the following, it was also found that almost no arc discharge occurred.
【0024】このような結果から、グロー放電の放電時
間を短く制御するために、図1の回路において、Cを1
μF、Lを10μHとして、後は同一条件にした実験を
実施した。このとき、V0、Vsは、1,000V、18
0Vである。このときの計算上のIp、Tは、それぞれ
260A、10μsであり、実測値は、それぞれ250
A、11μsであった。この状態で、放電実験を行った
結果、放電中のアーク放電状の波形が観察されることは
なく、また目視による観察では、例えアーク放電状態と
なっても、非常にかすかなスポットしか観察されず、ア
ーク放電のエネルギーが弱いものとなることが判った。
また、被膜を光学顕微鏡により観察しても、目立ったド
ロップレットの混入も見られずに大幅に特性が改善し
た。From these results, in order to control the discharge time of glow discharge to be short, C is set to 1 in the circuit of FIG.
An experiment was conducted under the same conditions after setting μF and L to 10 μH. At this time, V0 and Vs are 1,000 V and 18
It is 0V. The calculated Ip and T at this time are 260 A and 10 μs, respectively, and the measured values are 250
A was 11 μs. As a result of conducting a discharge experiment in this state, no arc discharge-like waveform was observed during discharge, and by visual observation, only a very faint spot was observed even in the arc discharge state. However, it was found that the energy of arc discharge was weak.
Also, when the coating film was observed with an optical microscope, no conspicuous mixture of droplets was observed, and the characteristics were significantly improved.
【0025】尚、本発明は、前記実施の態様に示したも
のに限定されるものではない。The present invention is not limited to the one shown in the above embodiment.
【0026】[0026]
【発明の効果】本発明によれば、ターゲット表面でのア
ーク放電を防止して、グロー放電を発生させて、イオン
化に優れたプラズマを供給することが出来る。According to the present invention, arc discharge on the target surface can be prevented, glow discharge can be generated, and plasma excellent in ionization can be supplied.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】図1は、本発明のスパッタ装置の構成図であ
る。FIG. 1 is a configuration diagram of a sputtering apparatus of the present invention.
【図2】図2は、パルス状の放電電圧と放電電流の関係
を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between pulsed discharge voltage and discharge current.
【図3】図3は、パルス幅と放電電流を変化させた時の
放電色の変化を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing changes in discharge color when the pulse width and the discharge current are changed.
【図4】図4は、実験におけるパルス状の放電電圧と放
電電流の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between pulsed discharge voltage and discharge current in an experiment.
【図5】図5は、パルス幅と放電電流を変化させた時の
アーク放電の頻度を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the frequency of arc discharge when the pulse width and the discharge current are changed.
2 電源供給装置 3 スパッタ蒸発源(カソード、ターゲット) 2 Power supply device 3 Sputter evaporation source (cathode, target)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K029 CA05 DC35 EA09 5F103 AA08 BB09 BB23 BB56 DD28 RR05 RR06 RR10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 4K029 CA05 DC35 EA09 5F103 AA08 BB09 BB23 BB56 DD28 RR05 RR06 RR10
Claims (4)
する電源供給装置を備えたスパッタリング装置におい
て、 前記電源供給装置は、パルス状の放電電流を正弦半波状
波形で与えると共に、スパッタ蒸発源表面の実効的な放
電発生エリアSでのパルス中の放電電流のピーク値Ip
とパルス放電時間Tとが、 T<10μsec Ip/S>1A/cm2 となるように供給電力を制御するものであることを特徴
とするスパッタリング装置。1. A sputtering apparatus comprising a power supply device for supplying electric power to a sputter evaporation source in a pulsed form, wherein the power supply device supplies a pulsed discharge current with a half-sine waveform and a surface of the sputter evaporation source. Peak value Ip of the discharge current during the pulse in the effective discharge generation area S of
And the pulse discharge time T is such that the supplied power is controlled so that T <10 μsec Ip / S> 1 A / cm 2 .
する電源供給装置を備えたスパッタリング装置におい
て、 前記電源供給装置は、パルス状の放電電流を正弦半波状
波形で与えると共に、スパッタ蒸発源表面の実効的な放
電発生エリアSでのパルス中の放電電流のピーク値Ip
とパルス放電時間Tとが、 (Ip/S)×T<0.1mC/cm2 Ip/S>1A/cm2 となるように供給電力を制御するものであることを特徴
とするスパッタリング装置。2. A sputtering apparatus comprising a power supply device for supplying electric power to a sputter evaporation source in a pulsed form, wherein the power supply device supplies a pulsed discharge current with a half-sine waveform and a surface of the sputter evaporation source. Peak value Ip of the discharge current during the pulse in the effective discharge generation area S of
And the pulse discharge time T is (Ip / S) × T <0.1 mC / cm 2 Ip / S> 1 A / cm 2 The power supply is controlled so as to control the sputtering apparatus.
するスパッタリング方法において、 パルス状の放電電流を正弦半波状波形で与えると共に、
スパッタ蒸発源表面の実効的な放電発生エリアSでのパ
ルス中の放電電流のピーク値Ipとパルス放電時間Tと
が、 T<10μsec Ip/S>1A/cm2 となるように供給電力を制御することを特徴とするスパ
ッタリング方法。3. A sputtering method for supplying electric power to a sputter evaporation source in a pulsed form, wherein a pulsed discharge current is given in a sinusoidal half-wave form, and
The power supply is controlled so that the peak value Ip of the discharge current during the pulse and the pulse discharge time T in the effective discharge generation area S on the surface of the sputter evaporation source are T <10 μsec Ip / S> 1 A / cm 2. A sputtering method comprising:
するスパッタリング方法において、 パルス状の放電電流を正弦半波状波形で与えると共に、
スパッタ蒸発源表面の実効的な放電発生エリアSでのパ
ルス中の放電電流のピーク値Ipとパルス放電時間Tと
が、 (Ip/S)×T<0.1mC/cm2 Ip/S>1A/cm2 となるように供給電力を制御することを特徴とするスパ
ッタリング方法。4. A sputtering method for supplying electric power to a sputter evaporation source in a pulsed form, wherein a pulsed discharge current is given in a sinusoidal half-wave form, and
The peak value Ip of the discharge current during the pulse in the effective discharge generation area S on the surface of the sputter evaporation source and the pulse discharge time T are (Ip / S) × T <0.1 mC / cm 2 Ip / S> 1A A sputtering method, characterized in that the power supply is controlled so that it becomes / cm 2 .
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JP2001303381A JP2003105537A (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Sputtering apparatus and sputtering method |
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JP (1) | JP2003105537A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008270749A (en) * | 2007-03-26 | 2008-11-06 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | Method for forming epitaxial thin film, method for manufacturing semiconductor substrate, semiconductor element, light emitting element and electronic element |
-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001303381A patent/JP2003105537A/en active Pending
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JP2008270749A (en) * | 2007-03-26 | 2008-11-06 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | Method for forming epitaxial thin film, method for manufacturing semiconductor substrate, semiconductor element, light emitting element and electronic element |
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