JP2004536426A - プラズマ発生方法および装置 - Google Patents
プラズマ発生方法および装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004536426A JP2004536426A JP2003505388A JP2003505388A JP2004536426A JP 2004536426 A JP2004536426 A JP 2004536426A JP 2003505388 A JP2003505388 A JP 2003505388A JP 2003505388 A JP2003505388 A JP 2003505388A JP 2004536426 A JP2004536426 A JP 2004536426A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- discharge
- cathode
- current
- plasma
- anode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
- H01J37/3405—Magnetron sputtering
- H01J37/3408—Planar magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
【選択図】図3a
Description
【0001】
本発明は、プラズマ流、特に交差電磁場中の放電によって得られる金属プラズマ流を発生する方法および装置に関する。
【0002】
[発明の背景]
交差場中の放電(EXB放電)は科学技術に対するその重要性のために多くの注目を集めている。科学では、EXB放電はプラズマ物理および宇宙物理の分野で重要である。技術では、EXB放電は、熱核融合装置において、真空ポンプ、真空測定、例えばマグネトロンスパッタリングを用いたワークピースの被覆等の真空技術において、プラズマ加速器において、およびイオン源におけるプラズマエミッタとして、使用される。
【0003】
定常交差場中の荷電粒子の運動および準定常EXB放電が1921年以来研究されている。以下の論文を参照されたい:A. W. Hull, "The effect of a uniform magnetic field on the motion of electrons between coaxial cylinders", Phys. Rev. 18, 1921, pp.31-57、およびH. C. Early, W. G. Dow, "Supersonic Wind at Low Pressures Produced by Arc in Magnetic Field", Phys. Rev. 79, 1950, p.186。このような放電は、ガス圧、使用される磁場の強さおよび配置、電極配置等のようなさまざまなパラメータに従って分類することができる。本明細書の目的上、これらの放電は、強度、または一般に放電もしくは駆動電流の挙動に従って最も良く分類される。
【0004】
駆動電流を用いたこの分類によれば、交差場中の準定常放電は、低強度電流放電および高強度電流放電という2つのクラスに区分することができる。遷移電流は多くのパラメータ、特に使用される装置の寸法に依存し、数百アンペアにわたって変わり得ることに注意する必要がある。磁気配置内で1018m-3より小さい密度でプラズマを生成する交差場中の低強度電流の放電を低強度電流放電と呼び、1018m-3より大きい密度を有するプラズマを生成する高強度電流の放電を高強度電流放電と呼ぶことができる。プラズマ密度は単位体積あたりの粒子数として定義される。
【0005】
交差場中の低強度電流放電は、真空ポンプや、例えばマグネトロンスパッタ堆積におけるワークピースの被覆等の真空技術において広く使用されている。典型的な放電装置はペニングセルならびに円筒形および平面形DCマグネトロンである。低い駆動電流の結果として、上記のように1018m-3より小さい低密度プラズマが得られる。
【0006】
高強度電流放電は主として、熱核融合を目標として高密度のプラズマを発生するために使用される。典型的な放電装置としては、Homopolar I、IxionおよびFI装置がある。典型的なプラズマ密度は約1018〜1023m-3である。
【0007】
交差場中の放電の第2の重要な特性は、電極間の電圧降下である。
【0008】
低強度駆動電流の場合、中性ガス電離率が低く、プラズマ損失と釣り合って、低レベルで平衡プラズマ密度を形成する。陽極−陰極間ギャップの電気抵抗が高いため、高い陽極−陰極間電位降下を生じる。逆過程がエネルギー的に可能になるとすぐに、強く増強された電離過程が起こることになる。
【0009】
交差電磁場中の放電とともに使用するシステムでのプラズマ電離について2つの方法が記述されている。それらの実際的な適用可能性は、システム寸法および磁場の強さに依存する。強磁場を用いた十分に大きい寸法のシステムで一般に受け入れられている方法は、いわゆる「回転プラズマ法」である。この手法は、電場がプラズマ中を貫通し、プラズマが磁化されるという事実に基づいている。B. Lehnert, "Rotating Plasmas", Nuclear Fusion 11, 1971, pp.485-533を参照されたい。もう1つの手法は、電場が好ましくは放電の陰極付近に集中するという事実に基づいている。この手法は、低磁場および非磁化イオンを用いるシステムでの過程に使用される。この手法は、例えば「二次電子法」と呼ぶことができる。B. S. Danilin and B. K. Sirchin, Magnetron Sputtering Systems, Moskva, Radio i Sviaz, 1982を参照されたい。以下の記述から明らかになるように、本発明は両方の種類のシステムを扱うので、両方のプラズマ手法が使用されることになる。
【0010】
アルヴェーン(Alfven)は(H. Alfven, "On the Origin of the Solar System", Clarendon Press, Oxford, 1954参照)、プラズマ−中性ガス相対速度が次式で与えられる臨界値vc、すなわちアルヴェーン限界に到達すると、強く増強された電離過程が起こると仮定した。
vc=(2eφi/mi)1/2
ここでφiはイオン化ポテンシャル、eは電子の電荷、そしてmiはイオン質量である。
【0011】
これから、低スパッタリング速度および低プラズマ損失の装置について、放電の開始期間中の陽極−陰極間電圧降下限界が得られ、高スパッタリング速度の装置については、すべての放電時間中の陽極−陰極間電圧降下限界が得られる。この電圧降下すなわち臨界電圧Vcは次式で与えられる。
Vc=CvcB
ここでCは定数であり、Bは放電装置内の磁場の強さである。高スパッタリング速度の場合、スパッタリングされた原子のイオン化ポテンシャルφiが金属蒸気を作り出す。これは、放電電圧がスパッタリング陰極材料に依存しなければならないことを意味する。
【0012】
この現象は、中性ガス中のプラズマ運動の検討と、平面形マグネトロンスパッタリング装置を用いた実験の両方によって実証された。U. V. Fahleson, "Experiments with Plasma Moving through Neutral Gas", Physics Fluids, Vol.4, 1961, pp.123-127、およびD. V. Mozgrin, I. K. Fetisov, and G. V. Khodachenko, "High-Current Low-Pressure Quasi-Stationary Discharge in a Magnetic Field: Experimental Research", Plasma Physics Reports, Vol.21, No.5, 1995, pp.400-409を参照されたい。後者の刊行物では、マグネトロン磁気配置中の高電流低電圧放電は「高電流拡散領域」と呼ばれている。
【0013】
これは、低強度電流EXB放電から高強度電流放電への遷移の後に、放電電圧が低下しなければならないことを意味する。低強度電流準定常放電の場合の典型的な陽極−陰極間電位降下は約10〜0.3kVの範囲にあり、高強度電流放電の場合には約300〜10Vの範囲にある。
【0014】
準定常放電がマグネトロンスパッタリング装置で実施される場合、第1領域では効果的な陰極スパッタリングが得られるが、スパッタリングガスおよび金属蒸気の電離率は低い。第2領域では逆の状態が生じ、スパッタリング速度は低いがスパッタリングガスの電離率は高い。したがって、交差場中で、低強度電流準定常放電単独、または高強度電流放電単独で、高度に電離した金属プラズマフラックスを発生することは不可能であるといえる。
【0015】
EXB放電を使用する装置は、過渡的な、すなわち非準定常的な領域で短時間動作することができる。この領域では、高電流放電の場合でも、放電電圧のアルヴェーン限界を克服することが可能である(前掲のB. Lehnertによる論文を参照)。高電流高電圧非準定常放電は、マグネトロンスパッタリング装置で発生し、マグネトロンスパッタリング用途のために非常に重要である。というのは、そのような放電は、マグネトロン磁気配置における完全に電離した不浸透性プラズマを得ることを可能にするからである。しかし、以下で示すように、過渡放電がマグネトロンスパッタリング装置において高強度電流放電または低強度電流放電のいずれかによって実施される場合、高度に電離した強力な金属プラズマフラックスを発生することは不可能である。
【0016】
金属プラズマフラックスは、例えば1〜100mTorrという中程度の圧力および低密度プラズマを用いて原子をスパッタリングするマグネトロン配置において、低電流準定常EXB放電によって生成することができる。この場合、プラズマは堆積容器に取り付けられたRF誘導コイルによって生成される。誘導プラズマ中に生成される電子密度は約1017〜1018m-3である。
【0017】
このワークピース被覆方法は、磁性材料を堆積することおよび強力なイオン堆積により薄膜の特性を修飾することだけでなく、マイクロエレクトロニクス製造プロセスで遭遇する高アスペクト比のトレンチおよびビアの充填にとっても重要な意味を有する。J. Hopwood and F. Qian, "Mechanisms for highly ionized magnetron sputtering", J. Appl. Phys. 78(12), 15 July 1995, pp.758-765を参照されたい。
【0018】
この金属プラズマ生成方法の欠点として、RF電離技法の複雑さと、低密度プラズマを生成するのに必要なスパッタリングガスの高い圧力とがある。スパッタリングガスの高い圧力が必要とされる理由は、低密度プラズマを生成するのに高いエネルギー消費が必要なためである。
【0019】
交差場中の放電は、単純な技法によって、10-11から102Torrに至るまでの極めて広い動作圧力範囲内で実施可能である。10-5Torrまでの低圧マグネトロン放電は、自己スパッタリング現象のゆえに達成可能である。例えばS. Kadlec and J. Musil, "Low pressure magnetron sputtering and selfsputtering discharges", Vacuum, Vol.47, pp.307-311, 1996を参照されたい。このワークピース被覆方法は、堆積層の接着を向上させるための金属イオンによる表面のエッチングと、マイクロエレクトロニクス製造で遭遇する高アスペクト比のトレンチおよびビアの充填とにとって重要な意味を有する。
【0020】
高密度プラズマを発生し高強度電流EXB放電によってそれを維持するのに必要な電流は、陰極スポットが、そしてことによると陽極スポットもまた、冷電極表面で形成されるのに十分な大きさである。したがって、このような電極を有する装置は、スポーク状の方位角プラズマ不均一部分、すなわちアーク放電を形成する自然な傾向を有するはずである。B. A. Tozer, "Rotating Plasma", Proc. IEEE, Vol.112, 1965, pp.218-228を参照されたい。このような条件は、中性ガスバーンアウトのために大駆動電流が必要とされる放電の開始期間中に、すべてのタイプの装置で極めて顕著である。
【0021】
冷電極および中性プラズマ現象を考慮して、プラズマスポーク形成の実験を以下のように要約することができる。
【0022】
a.Homopolar III実験では、開始期間中、放電電流は、プラズマとともに回転する約10〜12個の狭い放射状スポーク(アーク)のセットに閉じ込められることが分かった。W. R. Baker, A. Bratenal, A. W. De Sliva, W. B. Kunkel, Proc. 4th Int. Conf. Ionization Phenomena in Gases 2, Uppsala 1959, North-Holland Publishing Comp., Amsterdam, p.1171、およびW. B. Kunkel, W. R. Baker, A. Bratenahl, K. Halbach, "Boundary Effects in Viscous Rotating Plasmas", Physics Fluids, Vol.6, 1963, pp.699-708を参照されたい。
【0023】
b.負の極性を有するLeatherhead Homopolar装置では、放電の初期破壊中に1つまたは2つのスポークが発生することが観測された。それらは間もなく不鮮明になり、速度が外向き動径方向に増大する螺旋を形成した。P. B. Barber, M. L. Pilcher, D. A. Swift, B. A. Tozer, C. r. de la VIe conference internationale sur les phenomenes d'ionization dans le gas 2, Paris, 1963, p.395を参照されたい。
【0024】
c.Kruisvuur I装置では、E/Bに近い速度で軸の周りに回転する単一の偏心構造が観測された。C. E. Rasmussen, E. P. Barbian, J. Kistemaker, "Ionization and current growth in an ExB discharge", Plasma Physics, Vol.11, 1969, pp.183-195を参照されたい。
【0025】
上記および他の実験から、ほとんどの装置において、アーク形成は、高強度電流EXB放電の開始期間と関係があることが明らかに確かめられる。
【0026】
[発明の概要]
本発明の目的は、強力な、好ましくはガスもしくはガス−金属の、または最も好ましくは金属のプラズマ流の生成を可能にする方法および装置を提供することである。
【0027】
そこで、本発明が解決しようとする課題は以下のものを含む。
1.交差場中で放電を生成する単純な技法により平面形マグネトロンスパッタリング陰極を用いて生成されるガスおよび金属蒸気の電離によって、強力な、好ましくはガスもしくはガス−金属の、または好ましくは金属のプラズマ流をいかにして生成するか。
2.収縮アーク放電を形成せずにこれらのプラズマ流をいかにして生成するか。
3.自己スパッタリング現象を用いて交差場中のパルス放電をいかにして提供するか。
【0028】
そこで、一般にプラズマ流を生成する方法において、交差電磁場中の連続する低および高強度電流準定常および非準定常放電が使用される。「交差場」という用語は、本明細書では「交差電磁場」を意味する。プラズマを生成するために、このように放電の連続が使用される。すなわち、パルス放電が使用される。電流や電圧のような少なくとも最も重要な物理パラメータが実質的に一定であるか、またはほとんどの放電時間中にゆっくりと変動する場合、時間的に十分に分離した放電は準定常であると定義され、この条件が満たされない場合、非準定常であると定義される。プラズマ流生成手順は以下のステップを含み得る。
【0029】
1.マグネトロン磁気配置において、金属蒸気生成のために低強度電流の高電圧放電が使用される。続いて、同じ磁気配置において、高強度電流の低または高電圧放電により蒸気の電離が得られる。第2の電離放電は、第1の放電の直後、またはある比較的短い時間遅延をおいて、開始される。パルスのパラメータおよび第2パルスの時間遅延は、スパッタリングされた蒸気塊の高い電離によって課される要求により規定される。
【0030】
2.金属蒸気は、直流放電によって生成されること、すなわちパルス放電によらずに生成されることが可能である。この場合、金属蒸気は、放電が行われる磁気配置からの連続蒸気流を生成する。十分な周波数および駆動電流を有する電離パルスが後続する場合、変調された強度を有する連続金属プラズマ流を生成することが可能である。
【0031】
以下の基本方式を使用することができる。
【0032】
1.交差場中の低および高強度電流非準定常放電の組合せまたは連続が使用されるマグネトロン磁気配置において、プラズマを生成することができる。
【0033】
2.低強度電流準定常放電を、高強度電流非準定常放電と組み合わせて、またはこの順序で行い、その放電が交差場中で行われるような、マグネトロン磁気配置において、プラズマを生成することができる。
【0034】
3.交差場中の直流放電と高電流非準定常放電の組合せが使用されるマグネトロン磁気配置において、プラズマを生成することができる。
【0035】
4.交差場中の低強度電流非準定常放電と高強度電流準定常放電の組合せが使用されるマグネトロン磁気配置において、プラズマを生成することができる。
【0036】
5.交差場中の連続する低および高強度電流非準定常放電ならびに高強度電流準定常放電の組合せが使用されるマグネトロン磁気配置において、プラズマを生成することができる。
【0037】
6.交差場中の高強度電流非準定常放電および高強度電流準定常放電の組合せが使用されるマグネトロン磁気配置において、プラズマを生成することができる。
【0038】
マグネトロン磁気配置において行われる上記の交差電磁場中の放電の組合せは、好ましくはガスもしくはガスおよび金属のプラズマ流または最も好ましくは金属プラズマ流の生成を可能にする。準定常放電の場合、方法の選択は、さまざまな場合におけるスパッタリングおよび電離のための低および高電流強度放電のさまざまな効率に基づくことが可能である。
【0039】
交差場中の放電は、上記のように、スポーク状の方位角プラズマ不均一部分、すなわちアーク放電を形成する自然な傾向を有する。マグネトロン型装置におけるEXB放電が収縮アーク放電に遷移する確率は、駆動電流の増大とともに増大する。低電流放電ではアークが起こることは非常にまれであり、放電電源における特に適応したアーク抑制方式によってアーク放電への遷移を防ぐことが可能である。高電流放電では、アーク放電が形成される確率が非常に高く、アーク形成を抑制する課題に対する同様の方式を用いた解決法は効率的でない。本明細書で説明するように、アーク抑制は、マグネトロン磁気配置のプラズマ閉じ込め特性と、放電間の時間とにアーク形成が依存するというこのたび発見された現象を用いて達成することができる。平衡マグネトロン磁気配置は、比較的低いプラズマ閉じ込め特性を有する。したがって、効率的なアーク抑制を達成するためには、高い強さを有する磁場を使用することが必要である。この場合、拡散により引き起こされるプラズマ損失は、古典拡散の場合にはB-2に従って、またはボーム拡散の場合にはB-1に従って減少する。ここでBは磁場の強さである。平衡マグネトロン磁気配置の場合、効率的なアーク抑制を達成するためには、Bの動径成分の磁場の強さは約0.07〜0.3Tである必要があることが分かった。ここで動径方向は、陰極すなわちターゲットのほぼ平坦な表面に平行な方向にとる。不平衡およびカスプ形磁気配置は、改善されたプラズマ閉じ込め特性を有する。したがって、効果的なアーク抑制のためには、磁場の強さは0.04〜0.3Tであれば十分である。
【0040】
磁気配置のプラズマ閉じ込め特性は、陰極の空間で使用される動作圧力の下限に強く影響を及ぼす。プラズマ閉じ込め特性を改善するためには、EXB放電の動作圧力を低下させるべきことが分かった。ある一定の動作周波数に対しては、放電を開始させるためにのみ、あるガス雰囲気が必要とされる。開始期間後は、前のパルスから残っている残留プラズマ密度によって放電を開始させることが可能である。この場合、自己スパッタリング現象を使用することによって金属蒸気が生成され、磁気トラップ中のプラズマは主としてターゲット材料のイオンを含む。磁気トラップからのプラズマ流も同様に、好ましくはターゲット材料のイオンを含む。
【0041】
一般的に、本明細書に記載の方法の主要な概念は、安定で強力なプラズマ流を発生するために、改善されたプラズマ閉じ込め特性を有する磁気配置を、低および高強度電流の準定常放電および非準定常放電またはDCおよび高強度電流放電と組み合わせることであるといえる。低および高強度電流の準定常放電および非準定常放電は、磁気トラップのプラズマ閉じ込め特性に依存する最小臨界値を超える反復周波数で交互に生成される。DCスパッタリング放電の場合、高い電離率のガスおよび金属蒸気が、電離放電の周期的反復によって生成される。
【0042】
本明細書に記載の方法および装置は、上記の「回転プラズマ法」および「二次電子法」の両方で使用することができる。
【0043】
本発明のさらなる目的および利点は以下の説明に記載され、部分的にはその説明から明らかとなるか、または本発明の実施によって知られるであろう。本発明の目的および利点は、添付の特許請求の範囲に具体的に指摘される方法、プロセス、手段および組合せによって実現され得られるであろう。
【0044】
本発明の新規な特徴は添付の特許請求の範囲に具体的に記載されるが、本発明の編成および内容の両方に関する完全な理解と、本発明の上記および他の特徴の完全な理解は、以下に提示する非限定的な実施形態の下記の詳細な説明を、添付の図面を参照して考慮することにより得られるであろうし、それにより本発明はより良く認識されるであろう。
【0045】
[詳細な説明]
0.1Tまでの磁場の強さのために従来技術で好ましく使用されるマグネトロンスパッタリング陰極の磁気配置が図1b〜1fに例示されている。例えば、図1bには平衡マグネトロン磁気配置が示されているのに対して、図1aおよび1cには不平衡マグネトロン磁気配置が示されている。磁場配置の変化は、ここではマグネトロン源における永久磁石の配置を変化させることによって行われている。
【0046】
例えば、図1aの概略図には、第1型の不平衡マグネトロン磁気配置が例示されている。マグネトロンスパッタリング陰極1は、スパッタリングすべき材料のほぼ平坦な塊であり、円形ディスクまたは方形平板の形状を有し得る。陰極の後面または底面には、外側磁石2および中央磁石3を備える永久磁石アセンブリが示されている。中央磁石は陰極の後側の中央に配置され、外側磁石は陰極の後側の端に配置される。矢印付きの線は磁力線の方向を示す。中央永久磁石3の強さは外側磁石2の強さより大きいように選択され、一般に磁石のN極からS極へ向かう磁力線4のうち、一部の磁力線が中央永久磁石の極間にのみ延びるようにされる。
【0047】
図1bの平衡マグネトロン磁気配置の図では、これが図1aのマグネトロン配置と実質的に同じ構成を有することが分かる。しかし、中央磁石の強さは、外側磁石の強さと等しいように選択され、実質的にすべての磁力線が中央磁石3の極と外側磁石2の極の間に延びるようにされる。図中、影付き領域はプラズマ閉じ込め領域であり、放電のパワー散逸が起こる領域でもある。
【0048】
図1cの概略図には、第2型の不平衡マグネトロン磁気配置の図が示されている。この図では、永久磁石の強さはさらに別の形で選択されている。ここでは、一部の力線は外側磁石の極間に延び、中央磁石を始端または終端とする力線はその他端がすべて外側磁石にある。
【0049】
図1aおよび1bに示すような不平衡配置はそれぞれI型またはII型として分類される。B. Window and N. Savvides, "Charged particle fluxes from planar magnetron sputtering sources", J. Vac. Sci. Technol., A 4(2), 1986, pp.196-202を参照されたい。
【0050】
さまざまな磁気配置を達成するための代替法として、外部の、好ましくはトロイダル形の、磁気コイルを使用することがある。I. Ivanov, P. Kazansky, L. Hultman, I. Petrov, and J-E. Sundgren, "Influence of an external axial magnetic field on the plasma characteristics and deposition conditions during direct current planar magnetron sputtering", J. Vac. Sci. Technol., A 12(2), 1994, pp.314-320を参照されたい。例えば、図1d、1eおよび1fの図では、ターゲット1の後方に配置された永久磁石2、3およびターゲットの前方に配置された電磁コイル5によって作り出される磁気配置が示されている。図1dおよび1eで、コイルの直径はターゲットの直径より大きい。矢印は磁場の方向を示す。図1fにはカスプ形磁気配置が示されている。この配置では、コイル5の直径はターゲットおよび外側磁石の直径より小さい。電磁コイル5の高さ、すなわち陰極1の平面に垂直な方向のその広がりはbcoilであり、内径はDcoilである。hおよびDは概ねプラズマ閉じ込め領域の高さおよび直径であり、この領域で放電のパワー散逸が起こる。プラズマ閉じ込め領域の形状は概ね、平面形円形陰極1の場合には直径がDで高さがhの円柱とみなすことができ、平面形方形陰極の場合には直方体とみなすことができる。後者の場合、Dは陰極の最小寸法および直方体の底面の最小寸法であり、hは直方体の高さである。
【0051】
コイル5内の電流の方向に依存して、その場は、図1dおよび1eに例示されるように、永久磁石の外側極2または中央極3のいずれかを補助するために使用することができる。この技法は、プラズマ閉じ込め領域内に約1016m-3のプラズマ密度を提供し、陰極または基板におけるイオンフラックスを1桁より大きく変化させる手段を提供する。しかし依然として電離率は10%より小さい。したがって、磁場の強さおよびその幾何形状のみの変化では、高い等価電流を有する金属プラズマ源として作用するスパッタリングマグネトロン陰極を与えることができない。
【0052】
図1fのカスプ形磁気配置は、10Hzより小さい低周波の周期パルスにより発生される高電流準定常放電によって高密度のプラズマを生成するために使用されている。電流が逆向きの2つの軸対称電磁コイルがカスプ形磁気配置を作り出した(前掲のD. V. Mozgrin et al.による論文を参照)。
【0053】
以下、図1fに例示されるような永久磁石および電磁コイルにより作り出されるカスプ形磁場を含む配置を考える。その場合、電磁コイル5は距離h=aDに配置される。hはスパッタリングマグネトロン陰極1の露出した前面からのプラズマ閉じ込め領域の高さでもあり、aは0.1〜1の範囲の値を有する係数であり、Dは上記の通り閉じ込め領域の直径であり、したがって、陰極の形状が円形の場合には陰極の直径であり、その形状が方形平面形の場合には陰極の最小寸法に等しい。その形状が円形の場合、電磁コイル5の内側寸法はDcoil=bDである。ここでbは0.4〜1.4の範囲の値を有する係数であり、Dcoilは内径である。その形状が方形の場合、コイルの内側寸法はDcoilおよびHである。ここでDcoil=bDであり、Dcoilはコイルの最小内側寸法であり、bは0.4〜1.4の範囲の値を有する係数である。電磁コイル5の高さbcoilはbcoil=cDに等しい。ここでcは0.3〜3の範囲の値を有する係数である。
【0054】
回転磁石を有するマグネトロンに典型的な磁気配置が図1gに例示されている。Richard A. Demaray et al.に対する米国特許第5,252,194号も参照されたい。永久磁石2′は、図示のように陰極1のスパッタリング表面に配置される。磁石アセンブリ2′は、陰極の後面に平行に、陰極の中心の周りに回転する。磁力線の配置は図1hの通りである。この配置は特性寸法Dを有する。
【0055】
一般的に、本明細書に記載の方法では、図1b、1c、1d、1fおよび1gに例示される種類の磁気配置を使用することができる。しかし、以下で論じる方法では、図1cに例示されるような不平衡マグネトロン配置を含む配置を考えるのが好ましい。
【0056】
図1bに示すような平衡スパッタリングマグネトロン装置で発生される準定常放電は、低電流放電の場合に陰極スパッタリングは効率的であるがスパッタリングガスおよび金属蒸気の電離率が低いこと、または高電流放電の場合にスパッタリングガスおよび金属蒸気の電離効率が非常に高いことを特徴とする。よって、交差場中で低または高電流準定常放電を使用すると、強力で高度に電離した金属プラズマフラックスを発生することは不可能であるといえる。
【0057】
低直流マグネトロン放電の場合にプラズマフラックスを増大させる従来の方法は、好ましくは、マグネトロン磁気配置のプラズマ閉じ込め特性の改善に基づいている。これらの方法は明らかである。というのは、プラズマの電離効率は概ね電子密度に依存するからである。プラズマ閉じ込めは、磁場の強さを増大させることによって、および/または磁場配置の変化によって、改善することができる。
【0058】
図2aおよび2bの図に、低強度電流領域から高強度電流領域への遷移を示す。図2aの図は、準定常放電の場合に、電圧を放電電流の関数として示している。遷移電流Itransitionは、高電圧初期放電が低電圧放電に継続する時の放電すなわち駆動電流値に対応する。プラズマ密度が、ほぼ等方的で等しいイオンおよび電子温度を確立するほど十分に高い時(これは駆動電流が十分に高い場合に達成される)、磁場Bに平行な電場の成分E‖はその横成分Etrと比較して小さくなる。その時プラズマは、角速度が磁力線に沿って一様になるという等回転則に従い、プラズマが全体として回転する(いわゆる回転プラズマ)。前掲のB. Lehnertによる論文を参照されたい。低いプラズマ密度の場合、すなわち低い駆動電流の場合、縦方向電場E‖を無視することができず等回転則が当てはまらない準定常放電も存在する。最近のシステムは、直流放電で動作するマグネトロンスパッタリング陰極だけでなくペニングセル(Penning cell)を含む。等回転現象は、低強度電流と高強度電流の準定常放電間の境界を規定する。実際的には、低電流放電から高電流放電への遷移の結果として、アルヴェーン限界に対応する値まで放電電圧が降下する。
【0059】
図2bの図中の実線および破線は、非準定常放電の場合に駆動電流の関数として金属堆積速度およびガスプラズマフラックス強度をそれぞれ示している。低強度電流範囲では、すなわち最初の2つの領域IおよびIIでは、駆動電流が増大すると、堆積速度は領域Iでまず増大し、続いて領域IIで一定になる。高強度電流範囲では、すなわち領域IIIおよびIVでは、駆動電流が増大すると、堆積速度は領域IIIでまず減少し、続いて領域IVで一定になる。非準定常放電の場合、堆積速度のこの挙動は、マグネトロン磁気配置における放電すなわち駆動電流の強度に対して、ガスおよび金属プラズマ生成の強度が異なる依存性を持つというこのたび発見された現象によって説明することができる。放電電流の強度が増大すると、金属プラズマ生成の強度は最初にある一定レベルまで増大した後に強く減少することが分かる。図2bの図の実線を参照されたい。放電電流の強度が増大すると、ガスプラズマフラックスの強度は常に増大する。
【0060】
この現象は、放電駆動電流に由来する高強度イオンによって陰極を衝撃することにより陰極から放出される二次電子の高強度電流の発生現象によって説明することができる。高い陰極電圧降下まで加速される二次電子は、電子と中性粒子の間の衝突によって、ならびに陰極付近のガスおよびスパッタリングされた蒸気の不安定化現象によって、ガスおよび蒸気を効率的に電離する。その結果、動力学型のプラズマ不安定性が励起され、それがさらに有効衝突頻度を強く増大させることにより、大部分のプラズマ電子を効果的に加熱する。P. Gopalraja and J. Foster, "Nonlinear wave interaction in a magnetron plasma", Applied Physics Letters, Vol.77, No.22, Nov. 2000, pp.3526-3528によれば、高エネルギー二次電子の強力なビームがビームープラズマ型不安定性を駆動する可能性がある。
【0061】
陰極付近の高い電子密度および電子の高い温度の両方の結果として、陰極電圧降下領域で効率的な蒸気電離の現象が起こる。陰極電圧降下領域で電離されるために、ガスおよび金属イオンがその領域に存在する電場によって陰極表面に戻される。これが自己スパッタリング現象である。その結果、放電駆動電流がある一定の値を超えると、堆積速度の鋭い低下が起こる。この値は図2bでは電流Itransitionの線として示されている。この現象は、スパッタリング収量の低い金属から製造された陰極の場合には極めて明らかである。陰極電圧降下領域の反対側には、スパッタリングおよび/または反応ガスが存在する。これらのガスは、同じ現象により極めて効率的に電離される。例えば、直径150mmのチタン製円形平面形マグネトロンスパッタリング陰極を、以下のパラメータに対して非準定常領域で動作させる:放電電流1400A、放電電圧500〜600V。その場合、堆積速度はおよそゼロであり、Ar+電流のTi+電流に対する比は1:10000である。この現象は、PVDだけでなくCVD用途にも非常に有望なガスプラズマ源として、またはガス−金属プラズマ源として、または金属プラズマ源として動作するプラズマ源の設計を可能にする。
【0062】
マグネトロンスパッタリング陰極が、交差場中の高強度電流非準定常放電の領域または高強度電流非準定常放電と高強度電流準定常放電の組合せの領域のみで動作する場合、陰極金属のプラズマの汚染の低いガスプラズマを好ましく生成する。このような放電が低強度電流放電と組み合わせて使用される場合、システムはガス−金属または金属プラズマ源として動作する。というのは、低電流放電は、電荷分離層の上のマグネトロン磁気配置の領域が金属蒸気で満たされることを可能にするからである。この蒸気は、高電流放電によってガスとともに電離される。明らかに、ガス−金属または金属プラズマ源として適切に動作するシステムは、連続するパルスの特定のタイミングおよびパルス持続時間の特定の選択を必要とする。すなわち、気化パルスの持続時間は、エネルギー散逸が起こるマグネトロン磁気配置を蒸気塊が横切る飛行時間より大きくてはならない。
【0063】
低電流と高電流の非準定常放電間の境界は次のように指定することができる。低強度放電電流は、放電電流が増大する場合に、マグネトロンスパッタリング陰極の金属によって提供される堆積速度が常に増大しているか、またはほぼ一定であるような領域に対応する。図2bの図の領域IおよびIIをそれぞれ参照されたい。高強度放電電流は、放電電流が増大する場合に、マグネトロンスパッタリング陰極の金属によって提供される堆積速度が常に減少しているか、またはほぼ一定であるような領域に対応する。図2bの図の領域IIIおよびIVを参照されたい。放電のパワーがバーンアウトパワーを超え(前掲のB. Lehnertによる論文および国際特許出願公開WO98/40532を参照)、対応する駆動電流がバーンアウト電流を超える場合、準定常および非準定常放電は両方とも低強度電流放電から高強度電流放電への遷移を有する。図2aおよび2bの図中のItransitionの線を参照されたい。また、Karol Macak, Vladimir Kouznetsov, Jochen Schneider, Ulf Helmersson, Ivan Petrov: "Ionized sputter deposition using an extremely high plasma density pulsed magnetron discharge", J. Vac. Sci. Technol., A 18(4), Jul/Aug 2000, pp.1533-1537も参考になる。
【0064】
マグネトロンスパッタリング陰極装置において交差電磁場中で行われる放電の場合、バーンアウト電流を計算するには、プラズマ乱流化現象を考慮に入れなければならない。低レベルのプラズマ乱流化は、低強度放電電流において既に得られている可能性がある(図2bの領域II、および領域IIに近い領域Iの部分)が、その結果、スパッタリングされた蒸気の電離率は低レベルで10%より小さいことに注意する必要がある。この技術は既に、Applied Materialsから市販されているSIP(自己電離プラズマ)堆積源で実際に使用されている。インターネット文書、Barry L. Chin, G. Yao, P. Ding, J. Fu and L. Chen, "Barrier and Seed Technologies for Sub-0.10 μm Copper Chips", Semiconductor International, May 2001, http://www.semiconductor.net/semiconductor/issues/2001/200105/04six0105m..を参照されたい。
【0065】
本明細書に記載の方法および装置の利点は、特に、高度に電離した、完全電離にまで及ぶ金属プラズマ流を生成する可能性にある。
【0066】
図3aおよび3bの図には、交差場中のスパッタリングおよび電離放電を高い効率で達成するために、陰極1と、一般にスパッタリング容器の壁を含む陽極(図示せず)との間に印加されるパルスの電流および電圧が時間の関数として例示されている。それらの図において、Iは放電すなわち駆動電流であり、Uは放電電圧である。パルスは、スパッタリング放電を達成するための高電圧U1および低電流I1を有する第1の長い時間間隔と、それに続いて電離放電が発生される第2の時間間隔を含む。第2間隔は第1間隔よりかなり短い。第2間隔では、印加電圧U2は低く電流I2は高い。t1はスパッタリング放電間隔の開始時刻であり、t2はスパッタリング放電間隔が終了する時刻である。t3は電離放電が開始する時刻であり、ここではt2に等しい。t4は電離放電期間が終了する時刻である。t2は、スパッタリングされた蒸気塊の前面がパワー散逸領域の境界に到達する時刻でもある。
【0067】
図4は、パルスがパルス反復周期Tでどのように反復されるかを概略的に示す、時間の関数としてのパルス電流の図である。
【0068】
図5は図4と同様の図であるが、図5では、第2実施形態により、スパッタリングおよび電離放電の時間間隔は、電圧が印加されない長さΔ=(t3−t2)の短い時間間隔だけ隔てられている。
【0069】
図6a、6bは、第3実施形態によりパルスをどのように印加することができるかを例示する、時間の関数としての電流の図である。図6aの図では、スパッタリング放電を達成するために使用される定電流IDCが示されている。この定電流は、図6bに示すようなパルス電離放電と組み合わされる。電離放電パルス期間中の駆動電流I2は定電流よりもかなり高い。t3は電離放電間隔が始まる開始時刻であり、t4は電離放電が終了する時刻である。
【0070】
図7aは、プラズマ閉じ込め領域における導電率σおよびプラズマ密度nを時間の関数として示す図である。駆動電流パルスは、図7bの図に時間の関数として示されている。金属蒸気によるプラズマ閉じ込め領域の充填は、DC放電によって(図6a、6b参照)、または図3a、3b、4および5のようにパルス低電流放電によって、生成することができる。図7aで、σmaxおよびnmaxはそれぞれ、電離放電により生成されるプラズマ閉じ込め領域における放電ギャップの極大導電率およびプラズマ密度であり、σminおよびnminはそれぞれ、スパッタリングガスが存在せずにスパッタリングマグネトロン放電を開始することができる場合の極小導電率およびプラズマ密度である。Tmaxは、スパッタリングガスなしでスパッタリングマグネトロン放電を開始することが可能な電離パルス間の極大時間である。
【0071】
図1a〜1gに関連して説明した磁気配置のテストにおいて、以下のことが分かった。
【0072】
1.プラズマ閉じ込め特性を規定する磁場の強さおよび幾何形状は、低電流EXB放電から高電流EXB放電への、またはことによると収縮アーク放電への遷移に強く影響を及ぼす。低および高電流準定常放電における収縮アーク形成のない安定な動作のために有用な、したがってここで好ましい配置は、上記で示したような図1b、1c、1d、1fおよび1gに概略的に例示される配置である。
【0073】
2.収縮アークのようなプラズマ不均一部分は、プラズマ損失の大きい、すなわち閉じ込め特性の低いシステムにおける準定常保持モードの期間中に優勢である。
【0074】
3.収縮アーク形成過程は、交差場中の電離高電流放電の開始期間における磁気トラップ中の初期プラズマ密度に依存する。
【0075】
4.交差場中の放電をマグネトロンスパッタリング陰極に応用するために非常な重要な現象として、陰極スポットの形成がある。陰極スポットは、陰極からの電子の電界放出が熱電放出で置き換えられる場合に形成され、その結果、爆発的な電子放出および陰極表面上の先鋭な不均一部分における陰極金属から高密度プラズマ塊への変換があるということが周知の事実である。このようなプラズマ塊はプラズマ不均一部分を形成して、集中したアーク形成の中心となる。明らかに、爆発的電子放出の確率を減少させるためには、陰極表面から先鋭な不均一部分を除去することが必要である。直流の低強度準定常および低強度非準定常放電が効率的な陰極表面研磨方法であるのに対して、高電流強度準定常および非準定常放電が非常に効率的な陰極表面粗面化方法であることが分かった。したがって、高電流強度の準定常、および特に非準定常放電のみがプラズマ生成のために使用される場合、集中した陰極アークの形成が、堆積過程の持続時間とともに増大する。二重パルス放電または印加される直流すなわち低電流と高電流パルス放電の組合せが使用される場合、集中した陰極アークの形成が強く抑制される。したがって、プラズマ駆動電源に組み込まれた好適に選択されるアーク抑制方式によって、収縮アーク放電を抑制することができる。
【0076】
上記の現象は、高電流放電中のアーク放電の形成を避けるためには、放電ギャップの初期導電率が十分な状態で高電流放電を開始する必要があることを示している。これは、放電の開始期間に磁気トラップ中に十分なプラズマ密度を有し(図7参照)、放電中に低いプラズマ損失を維持することによって、達成することができる。
【0077】
アーク形成を避けるために使用される放電装置の電気、磁気および時間パラメータに関して、以下のパラメータ値を使用することが必要であることが分かった。
【0078】
a.平衡型のマグネトロン磁気配置(図1b参照)では、陰極のスパッタリング表面において、磁場の動径方向の強さの最大が0.07〜0.3Tでなければならない。動径方向は、ターゲットすなわち陰極の前面の平面に平行にとる。
【0079】
b.不平衡型のマグネトロン磁気配置(図1cおよび1d参照)では、陰極のスパッタリング表面において、磁場の動径方向の強さの最大が0.04〜0.3Tでなければならない。
【0080】
c.カスプ形軸対称磁気配置(図1f参照)では、陰極のスパッタリング表面において、磁場の動径方向の強さの最大が0.04〜0.3Tでなければならない。使用されるカスプ形磁気配置は、永久磁石システムによって生成される平衡マグネトロン磁場を、比較的小さい直径を有するトロイダル電磁コイルからの磁場と組み合わせることによって作り出される。
【0081】
d.低および高電流放電は、周期的に反復され、時間的に交互に行われなければならない。パルス反復周波数fは100Hz〜20kHz程度であり、特に0.5〜2kHzの周波数である。ここで、f=1/Tであり、Tはパルスの反復周期である。
【0082】
反復周波数fが20Hzより小さい場合、外部予備電離がなければ低および高電流パルス周期的放電の点火を達成することができないことが分かった。外部予備電離がないと、放電はランダムに発生し、収縮アーク放電の形で現れる。20〜100Hzの領域では、放電ギャップの残留導電率のゆえに、外部予備電離なしで放電を周期的に点火することができる。残留導電率は、前のパルスから磁気配置に残存する残留プラズマによって引き起こされる。パルス反復周波数が20〜100Hzの値を有する場合、前のパルスから磁気配置に残存するプラズマは低密度を有し、アーク放電の形成が、特に高電流放電の場合には高い確率を有する。このことは、上記のパラグラフa、b、cで言及したすべての磁場パラメータについて当てはまる。磁場の強さが0.03Tより小さい場合、高電流準定常放電は全く開始させることができない。
【0083】
パルス反復周波数が100Hzより大きい場合、上記のパラグラフa、b、cで述べたことに従って磁場パラメータが選択されれば、低および高電流パルス周期的放電は安定な無アーク動作を行う。
【0084】
パルス反復周波数は、自己スパッタリング領域を達成するための決定的要因である。Arのようなスパッタリングガスが存在する場合の自己スパッタリング領域は、100Hzよりやや高い周波数で既に達成することができる。これはアルゴン補助自己スパッタリング領域である。スパッタリングガスがなければ、自己スパッタリング領域は500Hzより高い周波数に現れる。
【0085】
開始期間後に、前のパルスから残存する残留プラズマ密度において低および高電流EXB放電を開始することが可能である。この場合、金属蒸気が自己スパッタリング現象によって生成され、磁気トラップを充填するプラズマは主としてターゲット金属のイオンを含む。磁気トラップからのプラズマ流も、好ましくは同様にターゲット金属のイオンを含む。低および高電流放電を、交互に、または一般的にはDC放電とその後の高電流放電により使用する場合(図3a〜7参照)、かつ上記のパラグラフa〜dで言及した条件が満たされる場合には、いかなる種類の陰極材料に対しても自己スパッタリング現象を生成させることができる。自己スパッタリング領域は、堆積層の接着を向上させるための金属イオンによるワークピース表面の方向性エッチングまたはクリーニングのような用途のために、またはマイクロエレクトロニクス製造で遭遇する高アスペクト比のトレンチおよびビアを充填するために、非常に重要である。
【0086】
図7aの図には、自己スパッタリング現象が例示されている。電流強度I1の低電流放電が、陰極付近の磁気トラップを金属蒸気により充填する。低電流放電によるガスおよび金属蒸気の電離度は、高電流放電の場合に比べて無視できるので、図7aにはプロットされていない。高電流放電は蒸気およびスパッタリングガスを電離する。プラズマ密度は、t2、t3からt4までの期間中に値nminから値nmaxまで増大する。これに対応して放電ギャップの導電率は値σminから値σmaxまで増大する。高電流放電の終了時刻t4の後、プラズマ減衰期間が開始する。その結果、放電ギャップの導電率はσminまで低下する。パラメータが上記のパラグラフa〜dに示したパラメータの範囲内にある場合には、値nminおよびσminは、パルス反復周期T、nmaxおよび磁気配置の(すなわち磁気トラップの)プラズマ閉じ込め特性に依存する。図7に示される領域は、振幅I1の低電流放電によって生成される金属蒸気で磁気トラップを充填することによってのみ達成することができる。この場合、ガスの存在は、放電を開始するためだけに必要である。
【0087】
マグネトロンスパッタリングを使用して金属蒸気を生成した後、生成された蒸気を交差場中のパルス放電により電離することによる金属プラズマ生成を含む、本明細書に記載の方法は、上記のRF法といくつかの類似点を有する。前者の方法では、例えば1〜100mTorrという中程度の圧力で原子をスパッタリングして低密度プラズマを生成するために、金属プラズマフラックスが、マグネトロン磁気配置において低電流定常EXB放電によって生成される。その場合、プラズマは堆積容器内に取り付けられたRF誘導コイルによって生成される。誘導プラズマ中に生成される電子密度は1017〜1018m-3の範囲である。金属プラズマ生成のRF法の欠点としては、RF電離技法の複雑さと、スパッタリングガスに高い圧力が必要とされることがある。このスパッタリングガスは、低密度プラズマを生成するためにも同様に使用される。
【0088】
トラップ寸法および金属蒸気膨張速度は、磁気トラップを金属蒸気で充填するために必要な時間を規定する。特徴的な金属蒸気膨張速度は、スパッタリングされた原子のエネルギー分布から得ることができる。線形衝突カスケード理論によるスパッタリングされた原子のエネルギー分布はトンプソン(Thompson)の公式によって記述される。これはもともとはkeVレンジのエネルギーに対して導出されたものである。その後の実験により、この公式はeVレンジまで正しいことが確認された。H. Oechsner, "Energieverteilungen bei der Festkorperzerstaubung durch Ionenbeschuss", Zeitschrift fur Physik A, No.238, 1970, pp.433-451を参照されたい。さまざまな金属に対して、特徴的な金属蒸気特性膨張速度は103〜3・103m/sの程度である。
【0089】
さらに、磁気トラップすなわち閉じ込め領域の特性高さh(図1c、1f参照)は、平面形円形幾何形状の場合はターゲット直径D、または方形陰極の短辺Dの程度とすべきである。寸法Dおよびhは、磁気トラップ内のパワー散逸体積を規定する。
【0090】
実際には、低電流放電の場合のパルスの第1期間の持続時間(t2−t1)は、磁気トラップ内のパワー散逸体積を金属蒸気により充填する時間に等しい。その持続時間はβ1Dとすべきである。ここで定数β1はμs/cmの単位で測られ、0.1〜3μs/cmの範囲の値を有し、Dはcmの単位で測られる。パルスの高電流放電の期間の持続時間(t4−t3)も同様に寸法Dおよびhに依存し、値β2Dを有する。ここで定数β2はμs/cmの単位で測られ、0.1〜1μs/cmの範囲の値を有し、Dはcmの単位で測られる。
【0091】
図3a、4および7bの図に示されるように、高電流放電のパルスの第2期間は、低電流放電のパルスの第1期間のちょうど直後に続くことが可能である。このような第2期間は、図5の図に示されるように、先行する第1期間が終了してからある時間Δ=(t3−t2)の後に開始することも可能である。この遅延時間Δの値は、金属蒸気塊に必要とされる電離率に依存し、Δ=cDの程度である。ここでcはs/cmの単位で測られる定数であり、5・10-8〜10-6s/cmの範囲の値を有し、Dは上記と同様cmの単位で測られる。
【0092】
2つの異なる電流レベルを有するパルスを含む上記のような方法を用いた金属プラズマの生成は、DC放電により金属蒸気流を連続的に生成するとともにパルス高電流電離準定常放電を行うことによっても達成可能である(図6a、6bの図を参照)。この場合、パルス放電の反復周期Tは、金属蒸気の膨張速度および磁気トラップの寸法によって規定される。高電流放電の反復周期は、上記で定義した低電流パルス持続時間β1D(ここで定数β1はμs/cmの単位で測られ、0.1〜3μs/cmの範囲の値を有する)と、上記で定義した高電流放電パルス持続時間β2D(ここで定数β2はμs/cmの単位で測られ、0.1〜1μs/cmの範囲の値を有する)との和に等しい。
【0093】
図3a〜7の図から分かるように、放電は、好ましくは、各パルスまたはパルス部分において、電流が時間の関数として方形形状を有するように生成される。
【0094】
さらに、放電は、好ましくは、図3a〜5に示されるパルスの場合、第1期間において、陽極と陰極の間の駆動電流がμ1Sであるように生成される。ここでμ1はA/cm2の単位で測られる定数であり、0.1〜1A/cm2の範囲の値を有し、Sはcm2の単位で測られる陰極の活性表面の面積である。また、放電は、好ましくは、図3a〜5に示されるパルスの場合の第2期間において、および図6bに示される高電流パルスにおいて、陽極と陰極の間の駆動電流がμ2Sであるように生成される。ここでμ2はA/cm2の単位で測られる定数であり、1〜10A/cm2の範囲の値を有し、Sはcm2の単位で測られる陰極の活性表面の面積である。
【0095】
回転磁石を含むマグネトロンについては別個に考えなければならない。低および高電流パルスの必要な値を計算するために、固定磁石に対する陰極のスパッタリング領域を選択しなければならない。スパッタリング領域はcm2の単位で測られる。低および高電流パルスに対する係数は、基本配置として選択される図1cの概略図によるマグネトロン配置に対する係数に等しい。パルス持続時間を計算するためには、特性寸法D(図1h参照)を、永久磁石内部のN−S方向に一致する方向の固定磁石に対するスパッタリング領域の寸法としなければならない。
【0096】
放電が行われる容器内で、スパッタリングガスおよび反応ガスの混合物は、好ましくは10-10〜10-2Torrの圧力で存在すればよい。
【0097】
図8a、8bおよび8cに、上記の方法に従って金属蒸気およびその電離を生成する装置の電気回路図を示す。好ましくはガスもしくはガス−金属または好ましくは金属プラズマの生成方法を実行する装置は、以下の4つの主要部分を含む(図8a〜8b参照)。
1.マグネトロンスパッタリング陰極1すなわちC。
2.陰極のスパッタリングを達成するためのパルス電源またはDC電源。
3.ガスおよび金属蒸気の電離用のパルス電源。
4.電源の動作の調整用のタイマ。
【0098】
マグネトロンスパッタリング陰極1、Cは、上記のように、平衡型もしくは不平衡型であるか、または平衡磁気配置を有する陰極と追加磁場を生成する電磁コイルとの組合せである。DC電源は磁気コイル5を駆動する。統合された磁場は、不平衡またはカスプ形配置である(図1dおよび1fを参照)。マグネトロン磁気配置が平衡型である場合、陰極のスパッタリング表面における磁場の動径成分の最大値は0.07〜0.3Tの範囲にある。不平衡マグネトロン磁気配置が使用される場合、陰極のスパッタリング表面における磁場の動径成分の最大値は0.04〜0.3Tの範囲にある。カスプ形軸対称磁気配置が使用される場合、陰極のスパッタリング表面における磁場の動径成分の最大値は0.04〜0.3Tの範囲にある。
【0099】
図8aには、互いに並列に接続されるとともに放電装置すなわちマグネトロンスパッタリング陰極1、Cおよび陽極Aに接続された2つのパルス電源を有する電気回路の図が示されている。放電の陽極は、真空容器の壁(その場合、その壁はグラウンドに接続される)であることも、特別に設計された陽極(これは、グラウンドとは異なる電位を有していても、グラウンド電位を有していてもよい)であることも可能である。第1電源PS−1は、ターゲットをスパッタリングするためのパルス、すなわち放電の低電流部分を生成する。第2電源PS−2は、スパッタリングされた金属蒸気ならびにスパッタリングガスおよび反応ガスの電離のためのパルス、すなわち放電の高電流部分を生成する。タイマ11は、二重のトリガパルスを生成する。トリガパルス間の時間間隔およびその反復周波数は可変である。RACは放電ギャップの、すなわち陽極Aと陰極1、Cの間の経路の特性インピーダンスである。
【0100】
図8bの回路図には、代わりに、可変インピーダンスを有するただ1つのパルス電源を備えるシステムが示されている。タイマ11は上記のような二重トリガパルスを生成する。
【0101】
図8cに、DC電源と組み合わせて1つのパルス電源を有するシステムの電気配線を示す。ここでタイマは、可変反復周波数を有するただ1つのトリガパルスを生成する。
【0102】
図9に例示されている詳細な回路は図8aに示したものに対応する。この回路は、互いに並列に接続された2つのパルス電源PS−1、PS−2を備え、各電源はCL回路またはCL発振器に基づく。各電源は、充電器回路13と並列に接続されたキャパシタC1、C2と、ダイオードD1、D2を備える。キャパシタの一方の端子はインダクタンスL1、L2およびスイッチT1、T2を通じて陽極Aに接続される。インダクタンスL1およびL2は、放電電流を制限するために使用される。L1インダクタンスは、低電流スパッタリングパルスを生成するのに必要な程度に高い。L2インダクタンスは、高電流電離パルスを生成するのに必要な程度に低い。サイリスタがスイッチT1、T2として使用される。原理的にはいかなるタイプの高速な高電流スイッチでも好適である。タイマ11は、例えば図4に示されるようなパルス放電を開始するための二重パルスを生成する。充電器13は、任意のタイプのパルス充電器である。キャパシタC1およびC2は、スパッタリング過程と電離過程の間の時間中に充電される。ダイオードD1、D2は、逆極性パルスを防ぐためにキャパシタC1、C2を短絡する。放電ギャップの特性インピーダンスRACが低すぎる場合には逆極性パルスが現れる可能性がある。
【0103】
図10に例示されている詳細な回路は図8bに示したものに対応する。この回路は、図9で使用されているのと同じCL型の単一のパルス電源を有する。しかし、放電電流の制限は抵抗Rによって達成される。抵抗Rは、電源のスイッチT1およびインダクタンスL1と直列に接続され、蒸気生成に必要なある一定期間の後に、抵抗と並列に接続されたサイリスタスイッチT3によって短絡されることが可能である。タイマ11は、例えば図4に示されているようなパルスを与えるために、スイッチT1およびT3に提供される二重パルスを生成する。
【0104】
図11に例示されている詳細な回路は図8cに示したものに対応する。この回路は、図9で使用されているのと同じCL型の単一のパルス電源と、ダイオードD3を通じて陽極および陰極に接続されたDC電源とを有する。タイマは、図6に示されているような放電パルスを発生するための単一パルスを生成する。
【0105】
図12aおよび12bは、ガスまたはガスおよび金属または金属のプラズマ生成のために交差電磁場中の放電を利用したプラズマ源の概略断面図である。電離領域への金属蒸気のインジェクタとして、平面形マグネトロンスパッタリング陰極が使用される。
【0106】
図12aには、図1cに示されているような第2型の不平衡マグネトロン磁気配置が示されている。したがって永久磁石システム21は不平衡型、2型であり、陰極23の後面に配置される。磁石システムは、陰極23の活性表面すなわち前面において動径成分の最大強度が0.3Tの磁場を作り出さなければならない。機械システム22は、陰極の前面の中央前方領域5における磁場強度を調節するために配置される。磁場調節の限界は0.04Tおよび0.3Tである。磁場調節の精度は0.005Tである。
【0107】
陰極23は、従来型の円形または方形の平面形マグネトロンスパッタリング陰極である。EXB放電の陽極24は、スパッタリング容器の側壁を含む。その側壁は、円形または方形の管35と、プラズマ流のための出口34を含む平面形隔壁32とを備える。出口34は、収縮ノズルの形状を有する。ノズル34の内面は、磁場面に合わせて形成される。プラズマ源の軸に垂直にとったノズル34の断面は、円形陰極23の場合には円形形状を有し、方形陰極の場合には方形形状を有する。陽極24は31に示すようにグラウンドに接続される。
【0108】
陰極23、陽極24、および永久磁石システム21はすべて水冷される。給水口および排水口は30に示されている。電気絶縁体28が陽極24と陰極23の間に配置される。陽極容器内にガスを供給するために、ガス入口29が円筒管35に設けられる。
【0109】
電源26が図8a〜図11の1つに従って配置される。印加されるパルスの反復周波数は100Hzから20kHzまで可変である。電源26は、1オームの抵抗性負荷に対して、0.4〜4kVの範囲のピーク電圧を有するパルスを発生しなければならない。電源26は、2・10-3(cm-2)Sオームの抵抗性負荷で動作しなければならない。面積Sは、cm2で測られるスパッタリングされる陰極表面の面積である。0Aからピーク電流までの電流パルスの立上り時間は、0.3オームの抵抗性負荷において10-5sである。電源26は同軸ケーブル27によりプラズマ源に接続される。同軸ケーブル接続は、電源とプラズマ源の間の配線のインダクタンスを小さくするために使用される。これにより、電離放電電流の必要な立上り時間が達成される。電離放電電流の立上り時間は、陰極23の活性前面における磁場配置25を横切る金属蒸気塊の飛行時間より小さくなければならない。
【0110】
図12bの概略断面図には、図1dおよび1fに示したマグネトロン磁気配置がさらにやや詳細に示されている。これらの磁気配置は、図1bの概略図に示されるような平衡型の永久磁石システムによって、および不平衡電磁コイル36を配置することによって、得られる。それ以外の点では、プラズマ源の設計は図12aに例示したものと同様である。
【0111】
永久磁石システム21によって作り出される磁場強度および場調節の精度は、図12aに関連して説明したものと同一である。電磁コイル36は、スパッタリング陰極23表面の中心に、0.15Tまでの場強度を得るのに十分な強度を有する磁場を作り出す。電磁コイル36によって発生される磁場は、0Tから最大強度まで0.001Tの精度で可変である。
【0112】
図12aおよび12bによるプラズマ源は真空容器33に接続される。
【0113】
図12aおよび12bのプラズマ源は以下のように動作する。初期磁場強度は0.15Tである。スパッタリングガスおよび電離ガスがガス入口29を通じて陽極容器24内に供給される。初期動作圧力は10-2〜10-4Torrの範囲にある。必要な動作圧力に達した後、電源26のスイッチを入れる。電源26は低強度電流および高強度電流パルスをプラズマ源に供給する。印加されるパルスの初期反復周波数は100Hzである。放電が点火された後、集中アーク形成のない放電を得るために磁場強度およびパルスの反復周波数を調節する。自己スパッタリングモードのプラズマ源動作が必要な場合、動作圧力を低下させると同時にパルスの反復周波数を増大させる。プラズマ源が動作ガスなしで動作することができる時の値までパルスの反復周波数を増大させる。基本(動作)圧力は10-4〜10-5Torrより小さくなければならない。この領域では、プラズマ源は金属プラズマのみを生成する。
【0114】
本明細書には、本発明の特定実施形態を例示し説明したが、数多くの追加的な利点、変更および変形が当業者には容易に想到されることが認識される。したがって、本発明は、そのより広い態様において、ここに図示され説明された特定の詳細、代表的装置および例示に限定されない。よって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される包括的な本発明の概念の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能である。したがって、添付の特許請求の範囲は本発明の真の精神および範囲内に入るすべてのそのような変更および変形を包含することを意図していることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0115】
【図1a】図1a〜1fはマグネトロンスパッタリングで用いられるさまざまなマグネトロン磁気配置の概略図であり、図1aは第1型の不平衡マグネトロン磁気配置の図である。
【図1b】平衡マグネトロン磁気配置の図である。
【図1c】第2型の不平衡マグネトロン磁気配置の図である。
【図1d】ターゲットの後方に配置された永久磁石およびターゲットの前方に配置された電磁コイルによって作り出される磁気配置を例示する図である。
【図1e】ターゲットの後方に配置された永久磁石およびターゲットの前方に配置された電磁コイルによって作り出される磁気配置を例示する図である。
【図1f】カスプ形磁気配置の図である。
【図1g】回転磁石を有するマグネトロンに典型的な磁気配置を上方から見た図である。
【図1h】図1gの磁気配置における磁力線を示す概略断面図である。
【図2a】準定常型の低電流放電と高電流放電の間の限界を例示する概略図である。
【図2b】非準定常型の低電流放電と高電流放電の間の限界を例示する概略図である。
【図3a】交差場中のスパッタリングおよび電離放電のための、時間の関数としての電流および電圧のそれぞれのパルスの概略図である。
【図3b】交差場中のスパッタリングおよび電離放電のための、時間の関数としての電流および電圧のそれぞれのパルスの概略図である。
【図4】時間の関数としての、図3aに例示した種類の周期的電流パルスの概略図である。
【図5】電流パルスの代替形状を示す、図4と同様の概略図である。
【図6a】第3実施形態によりパルスをどのように印加することができるかを例示する、時間の関数としての電流の図であり、スパッタリング放電を達成するために使用される定電流IDCが示されている。
【図6b】図6aの定電流IDCに重畳される電流パルスを示す、図4と同様の概略図である。
【図7】図7aはプラズマ閉じ込め領域における時間の関数としての導電率およびプラズマ密度の概略図である。図7bは図7aの導電率およびプラズマ密度を生成するための駆動電流パルスを示す、図4と実質的に同一の概略図である。
【図8a】金属蒸気およびその電離を生成する装置の電気回路図である。装置は並列接続された2つのパルス電源を有する。
【図8b】可変インピーダンスを有する単一パルス電源を含む装置の、図8aと同様の図である。
【図8c】DC電源と組み合わされた単一パルス電源を有する装置の、図8aと同様の図である。
【図9】図8aの図に対応する詳細電気回路図である。
【図10】図8bの図に対応する詳細電気回路図である。
【図11】図8cの図に対応する詳細電気回路図である。
【図12a】図1cに示される第2型の不平衡マグネトロン磁気配置に対応する、ガスまたはガスおよび金属または金属プラズマ生成のための、交差電磁場中の放電を利用したプラズマ源の概略断面図である。
【図12b】図1dおよび1fに示される型のマグネトロン磁気配置に対応する、ガスまたはガスおよび金属または金属プラズマ生成のための、交差電磁場中の放電を利用したプラズマ源を例示する、図12aと同様の概略図である。
Claims (36)
- 低圧のガスを有する容器内の交差電磁場中で放電が陽極と金属製マグネトロンスパッタリング陰極との間で周期的に生成されることを含む金属および/またはガスのプラズマ流を生成する方法であって、該陰極は金属プラズマ生成に必要な1種または数種の金属から形成され、各放電が、
マグネトロンスパッタリングによって金属蒸気を生成するために陽極と陰極の間に低電流が流れる第1期間と、
ガスおよび生成された金属蒸気の電離を生成するために陽極と陰極の間に高電流が流れる第2期間と、
を含むように放電が生成されることを特徴とする、プラズマ流を生成する方法。 - 放電は100Hz〜20kHzの周波数で、特に0.5〜2kHzの周波数で生成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 交差電磁場中の低および高強度電流非準定常放電の組合せが使用されることを特徴とする請求項1に記載のマグネトロン磁気配置においてプラズマを生成する方法。
- 交差電磁場中の低強度電流準定常放電および高強度電流非準定常放電の組合せが使用されることを特徴とする請求項1に記載のマグネトロン磁気配置においてプラズマを生成する方法。
- 交差電磁場中の低強度電流非準定常放電および高強度電流準定常放電の組合せが使用されることを特徴とする請求項1に記載のマグネトロン磁気配置においてプラズマを生成する方法。
- 交差電磁場中の連続する低および高強度電流非準定常放電ならびに高強度電流準定常放電の組合せが使用されることを特徴とする請求項1に記載のマグネトロン磁気配置においてプラズマを生成する方法。
- 交差電磁場中の高強度電流非準定常放電および高強度電流準定常放電の組合せが使用されることを特徴とする請求項1に記載のマグネトロン磁気配置においてプラズマを生成する方法。
- 第1期間中に陽極と陰極の間の駆動電流がμ1Sであるように放電が生成され、ここでμ1はA/cm2の単位で測られ0.1〜1A/cm2の範囲の値を有する定数であり、Sはcm2の単位で測られる陰極の活性表面の面積である、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 第1期間中に電流が時間の関数として方形形状を有し、および/または第2期間中に電流が時間の関数として方形形状を有するように放電が生成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 第1期間が持続時間β1Dを有するように放電が生成され、ここでβ1はμs/cmの単位で測られ0.1〜3μs/cmの範囲の値を有する定数であり、Dはcmの単位で測られる円形陰極の直径または方形陰極の短辺である、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 第2期間中に陽極と陰極の間の駆動電流がμ2Sであるように放電が生成され、ここでμ2はA/cm2の単位で測られ1〜10A/cm2の範囲の値を有する定数であり、Sはcm2の単位で測られる陰極の活性表面の面積である、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 第2期間が持続時間β2Dを有するように放電が生成され、ここでβ2はμs/cmの単位で測られ0.1〜1μs/cmの範囲の値を有する定数であり、Dはcmの単位で測られる円形陰極の直径または方形陰極の短辺である、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 陰極の活性表面における磁場の動径成分の最大値が0.07〜0.3Tの範囲にある平衡型のマグネトロン磁気配置を容器内に提供する追加的ステップを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 10-10〜10-2Torrの範囲の圧力でスパッタリングガスおよび反応ガスの混合物を容器内に提供する追加的ステップを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 陰極の活性表面における磁場の動径成分の最大値が0.04〜0.3Tの範囲にある不平衡型のマグネトロン磁気配置を容器内に提供する追加的ステップを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 陰極の活性表面における磁場の動径成分の最大値が0.04〜0.3Tの範囲にあるカスプ形軸対称磁気配置を有する型のマグネトロン磁気配置を容器内に提供する追加的ステップを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 第1期間と第2期間の間に遅延が存在し、該遅延の間に駆動電流が印加されないように放電が生成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 遅延はt=cDの時間値を有し、ここでcはs/cmの単位で測られ5・10-8〜1・10-6s/cmの範囲の値を有する定数であり、Dはcmの単位で測られる陰極の直径である、ことを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 低圧のガスを有する容器内の交差電磁場中で放電が陽極と金属製マグネトロンスパッタリング陰極との間で周期的に生成されることを含む金属および/またはガスのプラズマ流を生成する方法であって、該陰極は金属プラズマ生成に必要な1種または数種の金属から形成され、
永久直流放電が、マグネトロンスパッタリングによって金属蒸気を生成するために陽極と陰極の間に流れる低電流で印加され、
周期的放電は、ガスおよび生成された金属蒸気の電離を生成するために陽極と陰極の間に流れる高電流で生成される、
ことを特徴とする、プラズマ流を生成する方法。 - β1Dに等しい間隔で放電が生成され、ここでβ1はμs/cmの単位で測られ0.1〜3μs/cmの範囲の値を有する定数であり、Dはcmの単位で測られる陰極の直径である、ことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 陽極と陰極の間の駆動電流がμ2Sであるように放電が生成され、ここでμ2はA/cm2の単位で測られ1〜10A/cm2の範囲の値を有する定数であり、Sはcm2の単位で測られる陰極の活性表面の面積である、ことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 電流が時間の関数として方形形状を有するように放電が生成されることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 持続時間β2Dを有するように放電が生成され、ここでβ2はμs/cmの単位で測られ0.1〜1μs/cmの範囲の値を有する定数であり、Dはcmの単位で測られる陰極の直径である、ことを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 高強度電流放電が非準定常または準定常であり、交差電磁場中で行われることを特徴とする請求項19に記載のマグネトロン磁気配置においてプラズマを生成する方法。
- 金属および/またはガスのプラズマ流を生成する装置であって、
低圧のガスを維持する容器と、
陽極、および金属プラズマ生成に必要または好適な1種または数種の金属から形成されたマグネトロンスパッタリング陰極と、
陽極と陰極の間に放電を周期的に生成する電源アセンブリと、
交差電磁場中で放電を行う磁石アセンブリと、
を備え、
電源アセンブリは、陰極のマグネトロンスパッタリングによってガス/金属蒸気を生成するためのパルスを提供し、またはDC電力を提供する第1電源を備え、
電源アセンブリは、容器内に生成されるガスおよび/または金属蒸気の電離のためのパルスを提供する第2電源を備え、
該装置は、電源にトリガパルスを提供するタイマをさらに備えること、
または
電源アセンブリは、陰極のマグネトロンスパッタリングによってガス/金属蒸気を生成するための第1パルスを提供するとともに容器内に生成されるガスおよび/または金属蒸気の電離のためのパルスを提供する単一電源を備え、
該装置は、単一電源にトリガパルスを提供するタイマをさらに備えること、
を特徴とするプラズマ流を生成する装置。 - 電源の少なくとも1つが、1オームの抵抗性負荷に対して0.4〜4kVの範囲のピーク電圧を有するパルスを発生するような大きさであることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 電源の少なくとも1つが、実質的に2・10-3(cm-2)Sオームの抵抗性負荷で動作するような大きさであり、ここでSはcm2で測られるスパッタリングされる陰極表面の面積である、ことを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 電源の少なくとも1つが、放電電流を制限するインダクタンスを有するLC発振器を備えることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- それぞれLC発振器を備える第1および第2電源が提供され、互いに並列に接続されることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 単一電源が提供され、該電源は第2パルスを提供するように周期的に短絡されるように配置された抵抗Rを備えることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 磁石アセンブリは、陰極の活性表面における磁場を調節する機械システムを含むことを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 機械システムは、磁石アセンブリが陰極の後面からさまざまな距離に配置されることを可能にすることを特徴とする請求項31に記載の装置。
- 陽極は、陰極の活性表面に配置され前記低圧容器の一部である陽極容器を形成する形状を有し、該容器は低圧容器のワークピース部分への出口を有することを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 出口は磁力線に沿って配置される表面を有することを特徴とする請求項33に記載の装置。
- RF源に接続されたコイルが陽極によって形成される容器の一部を包囲することを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 磁石アセンブリは陽極の対称軸の周りに回転するように配置されることを特徴とする請求項25に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0102134A SE525231C2 (sv) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | Förfarande och anordning för att alstra plasma |
PCT/SE2002/001160 WO2002103078A1 (en) | 2001-06-14 | 2002-06-14 | Method and apparatus for plasma generation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004536426A true JP2004536426A (ja) | 2004-12-02 |
JP4461253B2 JP4461253B2 (ja) | 2010-05-12 |
Family
ID=20284499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003505388A Expired - Fee Related JP4461253B2 (ja) | 2001-06-14 | 2002-06-14 | プラズマ発生方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US8685213B2 (ja) |
EP (2) | EP1404889B1 (ja) |
JP (1) | JP4461253B2 (ja) |
SE (1) | SE525231C2 (ja) |
WO (1) | WO2002103078A1 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006500740A (ja) * | 2002-09-19 | 2006-01-05 | アプライド・プロセス・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | ビーム状プラズマ源 |
JP2007529632A (ja) * | 2004-03-22 | 2007-10-25 | マテリア ノヴァ アエスベエル | 予備イオン化に伴うパルス型マグネトロンスパッタリング蒸着 |
JP2009534797A (ja) * | 2006-04-19 | 2009-09-24 | ジェネラル・プラズマ・インコーポレーテッド | デュアルプラズマビーム源および方法 |
JP2010538157A (ja) * | 2007-08-30 | 2010-12-09 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | スパッタシステム |
JP2019508276A (ja) * | 2016-02-12 | 2019-03-28 | プラスマトリックス マテリアルズ アクティエボラーグ | 超弾性材料を使用した制御された弾力性を有する切削工具アセンブリ |
JP2019533765A (ja) * | 2016-10-17 | 2019-11-21 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | 大電力インパルスマグネトロンスパッタリング(HiPIMS)のための電力供給 |
Families Citing this family (69)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE525231C2 (sv) * | 2001-06-14 | 2005-01-11 | Chemfilt R & D Ab | Förfarande och anordning för att alstra plasma |
US6896775B2 (en) * | 2002-10-29 | 2005-05-24 | Zond, Inc. | High-power pulsed magnetically enhanced plasma processing |
US6896773B2 (en) * | 2002-11-14 | 2005-05-24 | Zond, Inc. | High deposition rate sputtering |
KR101177127B1 (ko) * | 2002-11-29 | 2012-08-24 | 오씨 외를리콘 발처스 악티엔게젤샤프트 | 기판의 제조 방법 및 이를 위한 장치 |
US20040112735A1 (en) * | 2002-12-17 | 2004-06-17 | Applied Materials, Inc. | Pulsed magnetron for sputter deposition |
GB2401116A (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-03 | Hauzer Techno Coating Bv | Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition |
US9771648B2 (en) * | 2004-08-13 | 2017-09-26 | Zond, Inc. | Method of ionized physical vapor deposition sputter coating high aspect-ratio structures |
US20050103620A1 (en) * | 2003-11-19 | 2005-05-19 | Zond, Inc. | Plasma source with segmented magnetron cathode |
US7095179B2 (en) | 2004-02-22 | 2006-08-22 | Zond, Inc. | Methods and apparatus for generating strongly-ionized plasmas with ionizational instabilities |
US7663319B2 (en) | 2004-02-22 | 2010-02-16 | Zond, Inc. | Methods and apparatus for generating strongly-ionized plasmas with ionizational instabilities |
US9123508B2 (en) * | 2004-02-22 | 2015-09-01 | Zond, Llc | Apparatus and method for sputtering hard coatings |
US7750575B2 (en) | 2004-04-07 | 2010-07-06 | Zond, Inc. | High density plasma source |
EP1609882A1 (de) * | 2004-06-24 | 2005-12-28 | METAPLAS IONON Oberflächenveredelungstechnik GmbH | Kathodenzerstäubungsvorrichtung und -verfahren |
EP2477207A3 (en) * | 2004-09-24 | 2014-09-03 | Zond, Inc. | Apparatus for generating high-current electrical discharges |
US20110176648A1 (en) * | 2004-10-08 | 2011-07-21 | Rowland Mark S | Portable low energy neutron source for high sensitivity material characterization |
US20060140326A1 (en) * | 2004-10-08 | 2006-06-29 | The Regents Of The University Of Ca | Portable low energy neutron source for high sensitivity material characterization |
SE0402644D0 (sv) * | 2004-11-02 | 2004-11-02 | Biocell Ab | Method and apparatus for producing electric discharges |
US9997338B2 (en) * | 2005-03-24 | 2018-06-12 | Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon | Method for operating a pulsed arc source |
US7305311B2 (en) * | 2005-04-22 | 2007-12-04 | Advanced Energy Industries, Inc. | Arc detection and handling in radio frequency power applications |
US7507977B2 (en) * | 2006-03-14 | 2009-03-24 | Axcelis Technologies, Inc. | System and method of ion beam control in response to a beam glitch |
US20080121515A1 (en) * | 2006-11-27 | 2008-05-29 | Seagate Technology Llc | Magnetron sputtering utilizing halbach magnet arrays |
JP5259618B2 (ja) * | 2006-12-12 | 2013-08-07 | オーツェー・エリコン・バルザース・アーゲー | 高出力インパルス・マグネトロン・スパッタリング(hipims)におけるパルシング及びアーク抑制 |
US8217299B2 (en) | 2007-02-22 | 2012-07-10 | Advanced Energy Industries, Inc. | Arc recovery without over-voltage for plasma chamber power supplies using a shunt switch |
DE102007044071A1 (de) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Thales Electron Devices Gmbh | Antriebsanordnung in einem Raumflugkörper |
WO2009079358A1 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-25 | The Regents Of The University Of California | Very low pressure high power impulse triggered magnetron sputtering |
US9812299B2 (en) | 2008-04-28 | 2017-11-07 | Cemecon Ag | Apparatus and method for pretreating and coating bodies |
ATE535629T1 (de) * | 2008-07-29 | 2011-12-15 | Sulzer Metaplas Gmbh | Gepulstes hochleistungs-magnetronsputterverfahren sowie hochleistungs-elektroenergiequelle |
US8044594B2 (en) | 2008-07-31 | 2011-10-25 | Advanced Energy Industries, Inc. | Power supply ignition system and method |
DE102008050499B4 (de) | 2008-10-07 | 2014-02-06 | Systec System- Und Anlagentechnik Gmbh & Co. Kg | PVD-Beschichtungsverfahren, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und nach dem Verfahren beschichtete Substrate |
US8395078B2 (en) | 2008-12-05 | 2013-03-12 | Advanced Energy Industries, Inc | Arc recovery with over-voltage protection for plasma-chamber power supplies |
EP2219205B1 (en) | 2009-02-17 | 2014-06-04 | Solvix GmbH | A power supply device for plasma processing |
US8552665B2 (en) | 2010-08-20 | 2013-10-08 | Advanced Energy Industries, Inc. | Proactive arc management of a plasma load |
CN102409303A (zh) * | 2010-09-25 | 2012-04-11 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 一种靶材功率加载方法、靶材电源及半导体处理设备 |
CN102108492A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-06-29 | 中国科学院力学研究所 | 一种基于高功率脉冲磁控溅射的离化率可控镀膜设备 |
EP2541584B1 (en) * | 2011-06-27 | 2018-08-08 | TRUMPF Huettinger Sp. Z o. o. | Generating a highly ionized plasma in a plasma chamber |
US9761424B1 (en) | 2011-09-07 | 2017-09-12 | Nano-Product Engineering, LLC | Filtered cathodic arc method, apparatus and applications thereof |
US9129776B2 (en) | 2012-11-01 | 2015-09-08 | Advanced Energy Industries, Inc. | Differing boost voltages applied to two or more anodeless electrodes for plasma processing |
US9226380B2 (en) | 2012-11-01 | 2015-12-29 | Advanced Energy Industries, Inc. | Adjustable non-dissipative voltage boosting snubber network |
US9287098B2 (en) | 2012-11-01 | 2016-03-15 | Advanced Energy Industries, Inc. | Charge removal from electrodes in unipolar sputtering system |
JP6403269B2 (ja) * | 2014-07-30 | 2018-10-10 | 株式会社神戸製鋼所 | アーク蒸発源 |
CN104451578A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-03-25 | 中国科学院力学研究所 | 一种直流耦合型高能脉冲磁控溅射方法 |
US9812305B2 (en) | 2015-04-27 | 2017-11-07 | Advanced Energy Industries, Inc. | Rate enhanced pulsed DC sputtering system |
US11049702B2 (en) | 2015-04-27 | 2021-06-29 | Advanced Energy Industries, Inc. | Rate enhanced pulsed DC sputtering system |
US10373811B2 (en) | 2015-07-24 | 2019-08-06 | Aes Global Holdings, Pte. Ltd | Systems and methods for single magnetron sputtering |
US10256067B1 (en) | 2018-01-02 | 2019-04-09 | General Electric Company | Low voltage drop, cross-field, gas switch and method of operation |
US10665402B2 (en) | 2018-02-08 | 2020-05-26 | General Electric Company | High voltage, cross-field, gas switch and method of operation |
US10403466B1 (en) | 2018-03-23 | 2019-09-03 | General Electric Company | Low sputtering, cross-field, gas switch and method of operation |
US10867776B2 (en) | 2018-05-09 | 2020-12-15 | Applied Materials, Inc. | Physical vapor deposition in-chamber electro-magnet |
US10555412B2 (en) | 2018-05-10 | 2020-02-04 | Applied Materials, Inc. | Method of controlling ion energy distribution using a pulse generator with a current-return output stage |
US11476145B2 (en) | 2018-11-20 | 2022-10-18 | Applied Materials, Inc. | Automatic ESC bias compensation when using pulsed DC bias |
JP7451540B2 (ja) | 2019-01-22 | 2024-03-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | パルス状電圧波形を制御するためのフィードバックループ |
US11508554B2 (en) | 2019-01-24 | 2022-11-22 | Applied Materials, Inc. | High voltage filter assembly |
TWI686106B (zh) * | 2019-01-25 | 2020-02-21 | 國立清華大學 | 場發射手持式常壓電漿產生裝置 |
CN110004426A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-12 | 东莞超汇链条有限公司 | 连续式镀膜系统的镀膜方法及其方法所得的镀膜 |
CN115461491A (zh) * | 2020-07-01 | 2022-12-09 | 应用材料公司 | 用于操作腔室的方法、用于处理基板的装置和基板处理系统 |
US11848176B2 (en) | 2020-07-31 | 2023-12-19 | Applied Materials, Inc. | Plasma processing using pulsed-voltage and radio-frequency power |
CN112080728B (zh) * | 2020-08-12 | 2022-05-10 | 北京航空航天大学 | HiPIMS系统及减小HiPIMS放电电流延迟的方法 |
RU2754915C1 (ru) * | 2020-10-27 | 2021-09-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ плазменной обработки металлических изделий |
US11901157B2 (en) | 2020-11-16 | 2024-02-13 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and methods for controlling ion energy distribution |
US11798790B2 (en) | 2020-11-16 | 2023-10-24 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and methods for controlling ion energy distribution |
US11495470B1 (en) | 2021-04-16 | 2022-11-08 | Applied Materials, Inc. | Method of enhancing etching selectivity using a pulsed plasma |
US11791138B2 (en) | 2021-05-12 | 2023-10-17 | Applied Materials, Inc. | Automatic electrostatic chuck bias compensation during plasma processing |
US11948780B2 (en) | 2021-05-12 | 2024-04-02 | Applied Materials, Inc. | Automatic electrostatic chuck bias compensation during plasma processing |
US11967483B2 (en) | 2021-06-02 | 2024-04-23 | Applied Materials, Inc. | Plasma excitation with ion energy control |
US11810760B2 (en) | 2021-06-16 | 2023-11-07 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method of ion current compensation |
US11569066B2 (en) | 2021-06-23 | 2023-01-31 | Applied Materials, Inc. | Pulsed voltage source for plasma processing applications |
US11476090B1 (en) | 2021-08-24 | 2022-10-18 | Applied Materials, Inc. | Voltage pulse time-domain multiplexing |
CN114351104B (zh) * | 2022-03-21 | 2022-06-07 | 山西金山磁材有限公司 | 一种磁控溅射平面靶磁通装置 |
US11972924B2 (en) | 2022-06-08 | 2024-04-30 | Applied Materials, Inc. | Pulsed voltage source for plasma processing applications |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5562734A (en) * | 1978-11-01 | 1980-05-12 | Toshiba Corp | Ion source and ion etching method |
US4495399A (en) * | 1981-03-26 | 1985-01-22 | Cann Gordon L | Micro-arc milling of metallic and non-metallic substrates |
DE3700633C2 (de) * | 1987-01-12 | 1997-02-20 | Reinar Dr Gruen | Verfahren und Vorrichtung zum schonenden Beschichten elektrisch leitender Gegenstände mittels Plasma |
US4963239A (en) * | 1988-01-29 | 1990-10-16 | Hitachi, Ltd. | Sputtering process and an apparatus for carrying out the same |
DE3821207A1 (de) * | 1988-06-23 | 1989-12-28 | Leybold Ag | Anordnung zum beschichten eines substrats mit dielektrika |
US5252194A (en) | 1990-01-26 | 1993-10-12 | Varian Associates, Inc. | Rotating sputtering apparatus for selected erosion |
DE4127317C2 (de) * | 1991-08-17 | 1999-09-02 | Leybold Ag | Einrichtung zum Behandeln von Substraten |
US5415757A (en) * | 1991-11-26 | 1995-05-16 | Leybold Aktiengesellschaft | Apparatus for coating a substrate with electrically nonconductive coatings |
JPH06145975A (ja) * | 1992-03-20 | 1994-05-27 | Komag Inc | 炭素フィルムをスパタリングする方法及びその製造物 |
DE4233720C2 (de) * | 1992-10-07 | 2001-05-17 | Leybold Ag | Einrichtung für die Verhinderung von Überschlägen in Vakuum-Zerstäubungsanlagen |
DE4401986A1 (de) * | 1994-01-25 | 1995-07-27 | Dresden Vakuumtech Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines Vakuumlichtbogenverdampfers und Stromversorgungseinrichtung dafür |
DE4412906C1 (de) * | 1994-04-14 | 1995-07-13 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Einrichtung für die ionengestützte Vakuumbeschichtung |
DE19610012B4 (de) * | 1996-03-14 | 2005-02-10 | Unaxis Deutschland Holding Gmbh | Verfahren zur Stabilisierung eines Arbeitspunkts beim reaktiven Zerstäuben in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre |
SE9704607D0 (sv) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | Chemfilt R & D Ab | A method and apparatus for magnetically enhanced sputtering |
JP4120974B2 (ja) * | 1997-06-17 | 2008-07-16 | キヤノンアネルバ株式会社 | 薄膜作製方法および薄膜作製装置 |
US5990668A (en) * | 1997-11-07 | 1999-11-23 | Sierra Applied Sciences, Inc. | A.C. power supply having combined regulator and pulsing circuits |
SE511139C2 (sv) * | 1997-11-20 | 1999-08-09 | Hana Barankova | Plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter |
WO1999047727A1 (fr) | 1998-03-18 | 1999-09-23 | Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. | Circuit d'extinction d'arc et procede d'extinction d'arc |
US6224725B1 (en) * | 1999-02-09 | 2001-05-01 | Isoflux, Inc. | Unbalanced magnetron sputtering with auxiliary cathode |
US6306265B1 (en) * | 1999-02-12 | 2001-10-23 | Applied Materials, Inc. | High-density plasma for ionized metal deposition capable of exciting a plasma wave |
US6413382B1 (en) * | 2000-11-03 | 2002-07-02 | Applied Materials, Inc. | Pulsed sputtering with a small rotating magnetron |
SE525231C2 (sv) * | 2001-06-14 | 2005-01-11 | Chemfilt R & D Ab | Förfarande och anordning för att alstra plasma |
US6853142B2 (en) * | 2002-11-04 | 2005-02-08 | Zond, Inc. | Methods and apparatus for generating high-density plasma |
-
2001
- 2001-06-14 SE SE0102134A patent/SE525231C2/sv not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-06-14 JP JP2003505388A patent/JP4461253B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2002-06-14 EP EP02741573.6A patent/EP1404889B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-06-14 WO PCT/SE2002/001160 patent/WO2002103078A1/en active Application Filing
- 2002-06-14 US US10/480,826 patent/US8685213B2/en active Active
- 2002-06-14 EP EP11190828.1A patent/EP2434525B9/en not_active Expired - Lifetime
-
2014
- 2014-02-25 US US14/190,000 patent/US20140291140A1/en not_active Abandoned
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006500740A (ja) * | 2002-09-19 | 2006-01-05 | アプライド・プロセス・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | ビーム状プラズマ源 |
JP2007529632A (ja) * | 2004-03-22 | 2007-10-25 | マテリア ノヴァ アエスベエル | 予備イオン化に伴うパルス型マグネトロンスパッタリング蒸着 |
JP2009534797A (ja) * | 2006-04-19 | 2009-09-24 | ジェネラル・プラズマ・インコーポレーテッド | デュアルプラズマビーム源および方法 |
JP2010538157A (ja) * | 2007-08-30 | 2010-12-09 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | スパッタシステム |
JP2019508276A (ja) * | 2016-02-12 | 2019-03-28 | プラスマトリックス マテリアルズ アクティエボラーグ | 超弾性材料を使用した制御された弾力性を有する切削工具アセンブリ |
JP2019533765A (ja) * | 2016-10-17 | 2019-11-21 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | 大電力インパルスマグネトロンスパッタリング(HiPIMS)のための電力供給 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2434525B9 (en) | 2013-11-13 |
US20140291140A1 (en) | 2014-10-02 |
SE525231C2 (sv) | 2005-01-11 |
EP2434525B1 (en) | 2013-04-24 |
EP1404889B1 (en) | 2017-12-20 |
WO2002103078A1 (en) | 2002-12-27 |
SE0102134L (sv) | 2003-02-14 |
EP2434525A1 (en) | 2012-03-28 |
US20050092596A1 (en) | 2005-05-05 |
US8685213B2 (en) | 2014-04-01 |
JP4461253B2 (ja) | 2010-05-12 |
EP1404889A1 (en) | 2004-04-07 |
SE0102134D0 (sv) | 2001-06-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4461253B2 (ja) | プラズマ発生方法 | |
US9941102B2 (en) | Apparatus for processing work piece by pulsed electric discharges in solid-gas plasma | |
EP1038045B1 (en) | A method for magnetically enhanced sputtering | |
JP4722486B2 (ja) | 高蒸着速度スパッタリング | |
US9551066B2 (en) | High-power pulsed magnetron sputtering process as well as a high-power electrical energy source | |
US8568572B2 (en) | Very low pressure high power impulse triggered magnetron sputtering | |
US20090200158A1 (en) | High power impulse magnetron sputtering vapour deposition | |
US20110133651A1 (en) | Methods And Apparatus For Generating Strongly-Ionized Plasmas With Ionizational Instabilities | |
US20040020760A1 (en) | Pulsed highly ionized magnetron sputtering | |
US11651937B2 (en) | Method of low-temperature plasma generation, method of an electrically conductive or ferromagnetic tube coating using pulsed plasma and corresponding devices | |
US20180012738A9 (en) | Magnetron plasma apparatus | |
Kim et al. | Development of High Flux Metal Ion Plasma Source for the Ion Implantation and Deposition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050519 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080805 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20081023 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20081030 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20081204 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20081211 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20081224 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090107 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090205 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090812 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091109 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20091209 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091224 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20091209 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20100121 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100121 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20100121 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130226 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4461253 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130226 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140226 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |