JP2976382B2 - Sputtering method and sputtering apparatus - Google Patents

Sputtering method and sputtering apparatus

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JP2976382B2
JP2976382B2 JP2204557A JP20455790A JP2976382B2 JP 2976382 B2 JP2976382 B2 JP 2976382B2 JP 2204557 A JP2204557 A JP 2204557A JP 20455790 A JP20455790 A JP 20455790A JP 2976382 B2 JP2976382 B2 JP 2976382B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスパッタリング方法及びスパッタリング装置
に関し、特にプラズマの電位をモニターし、基板で再ス
パッタリングが行われないように基板及びターゲットの
各電位を制御するスパッタリング方法及びスパッタリン
グ装置に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering method and a sputtering apparatus, and in particular, monitors a potential of a plasma and controls each potential of a substrate and a target so that re-sputtering is not performed on the substrate. And a sputtering apparatus.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

最近の薄膜技術においては、2種類以上の元素からな
る複雑な系の化合物をスパッタリングによって薄膜形成
する場合が多い。その例を挙げると、例えばY1Ba2Cu3O
7-Xのような酸化物超電導体があり、これはY,Ba,Cu及び
Oの4種類の元素からなる化合物である。酸化物超電導
体の分野では、この他に、La−Ba−Cu−O系、Bi−Sr−
Ca−Cu−O系、Tl−Ca−Ba−Cu−O系などの多数の系が
知られており、いずれも複雑な系の化合物であることが
よく知られている。このような複雑な系の化合物は、酸
化物超電導体の分野だけに限らず、例えば透明導電膜の
分野でも同じであり、In2O3+SnO2(略称:ITO)はその
代表的な例である。更にIn2O3,SnO2,ZnOなどの透明導電
膜も化合物薄膜の例である。
In recent thin film techniques, a complex compound composed of two or more elements is often formed into a thin film by sputtering. For example, for example, Y 1 Ba 2 Cu 3 O
There is an oxide superconductor such as 7-X , which is a compound composed of four elements, Y, Ba, Cu and O. In the field of oxide superconductors, in addition to this, La-Ba-Cu-O, Bi-Sr-
Many systems such as Ca-Cu-O system and Tl-Ca-Ba-Cu-O system are known, and it is well known that all of them are complex system compounds. Compounds of such a complex system are not limited to the field of oxide superconductors but also in the field of transparent conductive films, for example, and In 2 O 3 + SnO 2 (abbreviation: ITO) is a typical example. is there. Further, transparent conductive films such as In 2 O 3 , SnO 2 , and ZnO are also examples of the compound thin film.

上記の化合物の薄膜製作に対しては、量産性に優れて
おり且つ大面積化が容易なスパッタリング法が一般に用
いられる。
For the production of a thin film of the above compound, a sputtering method which is excellent in mass productivity and easy to increase in area is generally used.

ところで、スパッタリング法を用いた薄膜作成では、
スパッタリングされる物質によって質量の大きい負イオ
ンを放出しやすいという特性がある。例えば前述の酸化
物超電導体やITO等のターゲット物質をスパッタリング
する場合には、酸素の負イオンO-が放出されやすい。こ
こで、従来のスパッタリング装置における基板を接地し
た場合のターゲットと基板との間の通常の電位分布を示
すと第5図のようになる。図中に示すVTとVPは、それぞ
れターゲットの電位とプラズマの電位を表わしている。
従って前述のようにターゲットから放出された負イオン
は、第5図に示されたターゲットとプラズマの電位差に
よってターゲット面に垂直な方向に加速され、プラズマ
空間を飛行し、その後プラズマと基板との間の電位差に
よって減速され、基板に入射される。基板に入射した負
イオンのエネルギーは、基板を接地した場合、ターゲッ
トの電位VTに相当するエネルギーとなる。ところでイオ
ンが物質を衝撃する場合、イオンのエネルギーに対して
スパッタリング現象を生じるしきい値が存在する。この
しきい値のエネルギーを与える電位差をVTHとすると、
従来のスパッタリング方法ではVTは、|VT|≫|VTH|とな
るように設定されている。そのため、負イオンの膜衝撃
により基板上の膜が再スパッタリングされ、化合物ター
ゲットの場合には膜の組成がそのターゲットの組成から
外れ、甚だしい場合には基板表面の全面に膜が付着しな
くなる等、広い意味で基板及び膜にダメージを与えると
いうおそれがあった。そこで、この負イオン衝撃による
膜の再スパッタリングを抑制するために、従来では、基
板に負の電圧VSを印加して負イオンが基板に入射すると
きのエネルギー(|VT−VS|に相当)をVTHに相当するエ
ネルギーよりも小さくするという方法が行われていた。
By the way, in making a thin film using the sputtering method,
There is a characteristic that a negative ion having a large mass is easily released by a substance to be sputtered. For example, when sputtering a target material such as the above-described oxide superconductor or ITO, oxygen negative ions O are easily released. Here, FIG. 5 shows a normal potential distribution between the target and the substrate when the substrate in the conventional sputtering apparatus is grounded. V T and V P shown in the figure each represent a potential and the plasma potential targets.
Therefore, as described above, the negative ions emitted from the target are accelerated in a direction perpendicular to the target surface by the potential difference between the target and the plasma shown in FIG. 5, fly in the plasma space, and then move between the plasma and the substrate. And is incident on the substrate. Negative ion energy incident on the substrate, when grounded substrate, the energy corresponding to the potential V T of the target. By the way, when ions bombard a substance, there is a threshold value that causes a sputtering phenomenon with respect to the ion energy. If the potential difference that gives this threshold energy is V TH ,
In the conventional sputtering method, V T is set to be | V T | ≫ | V TH |. Therefore, the film on the substrate is re-sputtered by the film impact of negative ions, and in the case of a compound target, the composition of the film deviates from the composition of the target, and in extreme cases, the film does not adhere to the entire surface of the substrate. There is a possibility that the substrate and the film may be damaged in a broad sense. Therefore, in order to suppress the re-sputtering of the film due to the negative ion bombardment, conventionally, a negative voltage V S is applied to the substrate to reduce the energy (| V T −V S | ) Is made smaller than the energy equivalent to VTH .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、従来のスパッタリング方法におけるス
パッタリング条件を変化させたり、基板に電圧を印加す
る方法に従えば、第5図に示したプラズマの電圧VPが変
化するという不具合を生じる。そして、従来のスパッタ
リング方法では、このプラズマ電圧VPの変化をモニター
していないため、基板に入射するイオンのエネルギーを
正確に制御できず、スパッタリング条件の変更や基板へ
の電圧印加によって負イオンによる膜衝撃を抑制できて
も、その結果プラズマ電位VPが高くなり、プラズマ中の
正イオンの膜衝撃による膜の再スパッタリングが無視で
きなくなるという問題が生じた。
However, or by changing the sputtering conditions in the conventional sputtering method, according to the method of applying a voltage to the substrate, resulting in a problem that the voltage V P of the plasma shown in FIG. 5 is changed. Then, in the conventional sputtering method, since this does not monitor the change of the plasma voltage V P, it can not be accurately controlled energy of ions incident on the substrate, due to the negative ions by applying a voltage to change or substrate sputtering conditions Even if the film bombardment can be suppressed, as a result, the plasma potential VP becomes high, causing a problem that resputtering of the film due to film bombardment of positive ions in the plasma cannot be ignored.

本発明の目的は、プラズマの状態をモニターしながら
スパッタリング装置における所定電圧の間の関係を調整
することにより、基板に入射する正又は負のイオンのエ
ネルギーを制御し、膜の再スパッタリングが生じない成
膜を行うスパッタリング方法及びスパッタリング装置を
提供することにある。
An object of the present invention is to control the energy of positive or negative ions incident on a substrate by adjusting the relationship between predetermined voltages in a sputtering apparatus while monitoring the state of a plasma, so that resputtering of the film does not occur. It is to provide a sputtering method and a sputtering apparatus for forming a film.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明に係るスパッタリング方法は、真空容器内に対
向して配設されたターゲットと基板のそれぞれに独立し
て電圧を印加し、ターゲットと基板との間の空間にプラ
ズマを発生させるスパッタリング方法において、ターゲ
ットの電位をVT、基板の電位をVS、プラズマの電位を
VP、ターゲットの材質とイオン種によって決定されるイ
オンの加速電圧に対するスパッタリング作用発生のしき
い値電圧をVTHとするとき、前記プラズマの電位VPを測
定し、このVPと、前記のVT,VS,VTHとが、 |VP−VT|>|VTH| |VS−VT|<|VTH| |VP−VS|<|VTH| の関係式を満すように、ターゲットと基板の各印加電圧
を制御するように構成される。
The sputtering method according to the present invention is a sputtering method in which a voltage is independently applied to each of a target and a substrate disposed to face each other in a vacuum vessel, and a plasma is generated in a space between the target and the substrate. Target potential V T , substrate potential V S , plasma potential
V P , when the threshold voltage of the occurrence of the sputtering action with respect to the acceleration voltage of the ions determined by the material and ion species of the target is V TH , the potential V P of the plasma is measured, this V P and the above V T, V S, and the V TH, | V P -V T |> | V TH | | V S -V T | <| V TH | | V P -V S | <| V TH | of relationship Is configured to control each applied voltage of the target and the substrate so that

本発明に係る前記スパッタリング方法では、ターゲッ
トの電位VTを優先的に制御することが好ましい。
In the sputtering method according to the present invention, it is preferable to control the electric potential V T of the target priority.

本発明に係るスパッタリング装置は、真空容器と、こ
の真空容器内に対向して配設されたターゲット及び基板
と、真空容器に取り付けられたガス導入系及びガス排気
系と、ターゲット及び基板のそれぞれに独立して電圧を
印加し、真空容器内にプラズマを発生させるターゲット
電源及び基板電源とを有してなるスパッタリング装置に
おいて、プラズマの電位を測定する測定装置と、この測
定装置で測定されたプラズマの電位を入力し、この電位
をVP、前記ターゲットの電位をVT、基板の電位をVS、タ
ーゲット材質とイオン種より決定されるイオン加速電圧
に対するスパッタリング現象のしきい値をVTHとすると
き、 |VP−VT|>|VTH| |VS−VT|<|VTH| |VP−VS|<|VTH| の関係式を満すように、ターゲット電源と基板電源のそ
れぞれの出力電圧を独立して制御する制御手段とを備え
るように構成される。
The sputtering apparatus according to the present invention includes a vacuum vessel, a target and a substrate disposed opposite to each other in the vacuum vessel, a gas introduction system and a gas exhaust system attached to the vacuum vessel, and a target and a substrate. In a sputtering apparatus having a target power supply and a substrate power supply that independently apply a voltage and generate plasma in a vacuum chamber, a measurement apparatus that measures the potential of the plasma, and a plasma measurement apparatus that measures the potential of the plasma. A potential is input, this potential is V P , the potential of the target is V T , the potential of the substrate is V S , and the threshold value of the sputtering phenomenon with respect to the ion acceleration voltage determined by the target material and the ion species is V TH . when, | V P -V T |> | V TH | | V S -V T | <| V TH | | V P -V S | <| V TH | of Mitsurusu so the relationship to, and the target power Output power of each board power supply Configured with a control means for independently controlling.

本発明に係る前記スパッタリング装置では、測定装置
としてエミッシブプローブを使用するのが好ましい。
In the sputtering device according to the present invention, it is preferable to use an emissive probe as the measuring device.

〔作用〕[Action]

本発明による前記の方法及び装置では、スパッタリン
グにおいて、ターゲットと基板の間の空間で生じるプラ
ズマの電位を測定する構成を有し、測定したプラズマ電
位と、ターゲット電位及び基板電位と、スパッタリング
現象のしきい値電圧との間で、基板上においてイオンに
よる再スパッタリングが生じない所定の大小関係を満た
すように、ターゲット電位と基板電位を制御するように
した、すなわち、ターゲット電位と基板電位を適切に制
御する構成を有したスパッタリング装置において、発生
するプラズマの状態をモニターする構成を備えるように
し、もってプラズマ電位と、ターゲット電位及び基板電
位と、スパッタリング現象のしきい値電圧との間で所定
関係が満足されるように、ターゲット電位と基板電位に
対してフィードバック制御が行われる。
In the above method and apparatus according to the present invention, the sputtering has a configuration for measuring the potential of the plasma generated in the space between the target and the substrate, and the measured plasma potential, the target potential and the substrate potential, and the sputtering phenomenon. The target potential and the substrate potential are controlled so as to satisfy a predetermined magnitude relationship between the threshold voltage and the occurrence of resputtering due to ions on the substrate. That is, the target potential and the substrate potential are appropriately controlled. In the sputtering apparatus having the configuration described above, a configuration for monitoring the state of generated plasma is provided, so that a predetermined relationship is satisfied between the plasma potential, the target potential, the substrate potential, and the threshold voltage of the sputtering phenomenon. Feedback to the target potential and substrate potential Control is performed.

〔実施例〕〔Example〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

以下の各図において、同一の要素には同一の符号を付
し、またスパッタリング装置で必要とされるガス導入系
及び排気系、ターゲットホルダー、基板ホルダー等の装
置構成については、従来の装置と同様であるので、それ
らの図示及び説明を省略する。
In the following drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and the device configuration such as a gas introduction system and an exhaust system, a target holder, and a substrate holder required for the sputtering apparatus is the same as that of the conventional apparatus. Therefore, their illustration and description are omitted.

第1図は本発明に係るスパッタリング装置の第1実施
例を示す模式的構成図である。第1図において、1は真
空容器、2はターゲット、3は基板であり、真空容器1
内において対向して配置されており、それらの間にプラ
ズマが発生する空間が形成される。また4はターゲット
2に電圧(VT)を印加し、前記空間にプラズマを発生さ
せるための直流電源、5は基板3の電位(VS)を制御す
るための直流電源である。直流電源4,5は共に、出力電
圧を変えることのできる可変電源である。6はプラズマ
の電位(VP)を測定する装置であり、この装置6は、例
えば、フィラメント61、フィラメント用直流電源62、同
じ抵抗値の抵抗63,64(フィラメント61の中央がプロー
ブ電位になるようにするための抵抗)、プローブの電位
(VP)を可変するための直流電源65、電流計66から成る
エミッシブプローブである。エミッシブプローブの詳し
い説明については「プラズマ診断の基礎−プラズマ・核
融合学会編−」(名古屋大学出版会)等の文献に詳細に
説明されているので省略する。このプローブでは、電源
65を変化させることにより電流計66に電流が流れないよ
うにした時の電源65の電圧値が、求めようとするプラズ
マの電位(VP)となる。(正確には多少異なるが実用上
この差異は無視できる程度である。) 前記の構成で明らかなように本実施例によるスパッタ
リング装置では、ターゲット2と基板3との間の空間に
発生するプラズマの電位VPを計測するためのエミッシブ
プローブ6を備えている。加えて、スパッタリング装置
は2つの制御系を備える。第1の制御系はコントローラ
7で構成され、このコントローラ7は電流計66の計測電
流値を読込み、その値が0になるように電源65の出力電
圧を調整するためのものである。第2の制御系は、可変
直流電源65の出力電圧の値を読込むプラズマ電位読取器
8とコントローラ9とから構成される。コントローラ9
はプラズマ電位読取器9で得られたプラズマ電位VPを用
いて、後述する条件を満たすようにターゲット2の電位
VTと基板3の電位VSを制御するべく、可変直流電源4,5
のそれぞれに制御信号S1,S2を与える。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a vacuum vessel, 2 is a target, 3 is a substrate,
And a space in which plasma is generated is formed between them. Reference numeral 4 denotes a DC power supply for applying a voltage (V T ) to the target 2 to generate plasma in the space, and reference numeral 5 denotes a DC power supply for controlling the potential (V S ) of the substrate 3. The DC power supplies 4 and 5 are both variable power supplies that can change the output voltage. Reference numeral 6 denotes a device for measuring the potential ( VP ) of the plasma. This device 6 includes, for example, a filament 61, a DC power supply 62 for the filament, and resistors 63 and 64 having the same resistance value (the center of the filament 61 becomes the probe potential). This is an emissive probe including a DC power supply 65 and an ammeter 66 for varying the potential ( VP ) of the probe. The detailed description of the emissive probe is omitted in the literature such as "Basic of Plasma Diagnosis-Plasma and Nuclear Fusion Society-" (Nagoya University Press) and so on, and therefore will be omitted. With this probe,
By changing 65, the voltage value of the power supply 65 when the current does not flow through the ammeter 66 becomes the plasma potential ( VP ) to be obtained. (Actually, the difference is slightly different, but this difference is practically negligible.) As is apparent from the above-described configuration, in the sputtering apparatus according to the present embodiment, the plasma generated in the space between the target 2 and the substrate 3 is generated. and a Emissive probe 6 for measuring the potential V P. In addition, the sputtering device has two control systems. The first control system is constituted by a controller 7, which reads the measured current value of the ammeter 66 and adjusts the output voltage of the power supply 65 so that the value becomes zero. The second control system includes a plasma potential reader 8 for reading the value of the output voltage of the variable DC power supply 65 and a controller 9. Controller 9
By plasma potential V P obtained in plasma potential reader 9, the target 2 so as to satisfy the below conditions potential
In order to control the potential V S of V T and the substrate 3, the variable DC power supply 4 and 5
Are supplied with control signals S 1 and S 2 .

次に前記構成を有するスパッタリング装置で行われる
スパッタリング方法について説明する。スパッタリング
を実施するにあたり、可変直流電源4及び5の出力を調
整して、ターゲット2と基板3との間の空間にプラズマ
を発生させるべく、ターゲット2の電位VTと基板3の電
位VSを所要の電位値にセットする。プラズマが発生した
ら、エミッシブプローブ6の電源65でプラズマの電位VP
を測定する。測定されたプラズマ電位VPはプラズマ電位
読取器8で読取られ、コントローラ9に入力される。真
空容器1内に発生したプラズマの電位VPを測定すること
によって、ターゲット2と基板3との間の電位の関係を
知ることができ、これによって基板3に入射するイオン
のエネルギーを知ることができる。
Next, a sputtering method performed by the sputtering apparatus having the above configuration will be described. In carrying out sputtering, by adjusting the output of the variable DC power supply 4 and 5, in order to generate a plasma in the space between the target 2 and the substrate 3, the target 2 a potential V S of the potential V T and the substrate 3 Set to the required potential value. When plasma is generated, the potential V P of the plasma is
Is measured. The measured plasma potential V P is read by the plasma potential reader 8, it is input to the controller 9. By measuring the potential V P of the plasma generated in the vacuum vessel 1, the relationship potential between the target 2 and the substrate 3 that can know, to know the energy of the ions thereby incident on the substrate 3 it can.

コントローラ9は、入力されたプラズマの電位VPに基
づきターゲット2の電位VTと基板3の電位VSを所定の条
件を満たすように制御する。すなわち、プラズマの電位
をVP、ターゲット2の電位をVT、基板3の電位をVS
し、更にターゲット材質とイオン種より決定されるイオ
ンの加速電圧に対するスパッタリング現象のしきい値を
VTHとすると、コントローラ9はこれらのVP,VT,VS,VTH
が、 |VP−VT|>|VTH| |VS−VT|<|VTH| |VP−VS|<|VTH| の関係式を満たすように、ターゲット電位VT、基板電圧
VSを決める可変直流電源4,5の出力電圧を制御する。
The controller 9 controls the potential V S of the potential V T and the substrate 3 of the target 2 based on the potential V P of the input plasma so as to satisfy a predetermined condition. That is, the potential of the plasma is V P , the potential of the target 2 is V T , the potential of the substrate 3 is V S, and the threshold value of the sputtering phenomenon with respect to the ion acceleration voltage determined by the target material and ion species
Assuming V TH , the controller 9 determines these V P , V T , V S , V TH
There, | V P -V T |> | V TH | | V S -V T | <| V TH | | V P -V S | <| V TH | so as to satisfy the relational expression, the target potential V T , Substrate voltage
Controls the output voltage of variable DC power supplies 4 and 5 that determine V S.

次に前記の関係式が要求される理由について説明す
る。スパッタリング成膜において、プラズマ中の正イオ
ンがターゲット2に入射するときのエネルギーはプラズ
マの電位VPとターゲット2の電位VTは電位差に相当する
エネルギーであり、このエネルギーは、ターゲット2を
スパッタリングするために先に述べたしきい値VTHに相
当するエネルギーよりも大きくなければならない。この
条件を与えるのが、|VP−VT|>|VTH|の関係式である。
Next, the reason why the above relational expression is required will be described. In sputtering, the energy potential V P and the potential V T of the target 2 in the plasma when the positive ions in the plasma are incident on the target 2 is the energy corresponding to the potential difference, the energy to sputter targets 2 Therefore , the energy must be larger than the energy corresponding to the threshold value VTH described above. That give this condition, | V P -V T |> | a relationship | V TH.

次にターゲット2から放出された負イオンは、先ず、
ターゲット2の電位VTとプラズマの電位VPとの電位差に
よって加速され、その後プラズマ空間に飛行しプラズマ
の電位VPと基板3の電位VSとの電位差によって減速さ
れ、基板に入射する。従って基板3に入射する負イオン
のエネルギーは、(VP−VT)−(VP−VS)=VS−VT、す
なわちターゲット2の電位VTと基板3の電位VSとの電位
差に相当するエネルギーとなる。この基板3に入射する
負イオンが基板3上の膜を再スパッタリングしないため
には、基板3に入射するときのエネルギーがしきい値V
THに相当するエネルギーよりも小さくなければならな
い。この条件を与えるのが|VS−VT|<|VTH|の関係式で
ある。
Next, the negative ions released from the target 2
Are accelerated by the potential difference between the potential V T and the plasma potential V P of the target 2, is then decelerated by a potential difference between flying into the plasma space potential V S of potential V P and the substrate 3 of the plasma incident on the substrate. Negative ion energy incident on the substrate 3 thus, (V P -V T) - with (V P -V S) = V S -V T, i.e. the potential V S of the potential V T and the substrate 3 of the target 2 Energy corresponding to the potential difference is obtained. In order for the negative ions incident on the substrate 3 not to resputter the film on the substrate 3, the energy at the time of incident on the substrate 3 must be equal to the threshold V
It must be less than the energy equivalent to TH . The relational expression of | V S −V T | <| V TH | gives this condition.

最後に、プラズマ中の正イオンがプラズマの電位VP
基板3の電位VSとの電位差で加速され基板3に入射して
も、基板3上の膜を再スパッタリングしないための条件
を与えるのが、|VP−VS|<|VTH|の関係式である。
Finally, the positive ions in the plasma be incident on the substrate 3 are accelerated by the potential difference between the potential V S of potential V P and the substrate 3 of the plasma, giving the condition for not re-sputtered film on the substrate 3 but, | which is a relational expression | V P -V S | <| V TH.

以上のように、本発明によるスパッタリング方法で
は、プラズマの電位VPをモニターし、コントローラ9で
前記の3つの関係式を満たすように、可変直流電源4,5
を介してターゲット2に印加される電圧と基板3に印加
される電圧を制御し、これにより、基板3に入射される
イオンのエネルギーを制御することができ、膜の再スパ
ッタリングを生じない成膜を行うことが可能になる。
As described above, in the sputtering method according to the present invention, to monitor the plasma potential V P, so as to satisfy the three relational expressions of the the controller 9, the variable DC power supply 4 and 5
, The voltage applied to the target 2 and the voltage applied to the substrate 3 are controlled, whereby the energy of ions incident on the substrate 3 can be controlled, and the film does not re-sputter. Can be performed.

従来のスパッタリング方法でY系酸化物超電導体の成
膜を行うと、前に述べたように、ターゲットからのO-
はプラズマ中のAr +やO2 +(一般にスパッタリングガスと
してArとO2の混合ガスを用いる)による膜衝撃によって
膜の組成がターゲットの組成から著しくずれてしまい、
超電導膜が得られない。Y系酸化物超電導体において、
スパッタリング現象を生じる入射イオンのネルギーのし
きい値VTHは、入射イオンがO-,Ar +,O2 +などのイオンに
対してもほとんど同じで、50eV程度である。これに対し
て本発明のスパッタリング方法を用いて前述の3つの関
係式が成立するように、ターゲット2及び基板3に印加
する電圧を制御し、例えばVT=−70V,VS=−30V,VP=+
5Vでスパッタリング成膜を行うと、ターゲット組成から
のずれがない成膜を行うことができ、超電導膜を再現性
良く得ることができる。また他の物質でも同様であり、
例えばITOの場合、従来の方法による膜よりも比抵抗の
小さい膜が得られる。なお、本発明によるスパッタリン
グ法では、ターゲット2の電位VTは、前記の3つの関係
式を満たすようにするため、従来のスパッタリング法に
おけるターゲット電位よりも高くなるように制御しなけ
ればならない。そのためには第1図に示す直流電源4の
電圧を小さくすればよいのであるが、第1図に示す直流
電源4を用いて直流放電を行う場合、電源4の電圧を小
さくすると、スパッタリングガスの種類や圧力等のスパ
ッタリング条件によって放電を維持できなくなる場合が
ある。そこでこのような場合にはターゲット2の背後に
マグネット10を配設し、マグネトロン放電を起こさせ、
ターゲット2の電位VTを高くするように構成する。
When a conventional sputtering method performs deposition of Y-based oxide superconductor, as stated previously, O from the target - or Ar and O 2 as A r + or O 2 + (generally the sputtering gas in the plasma The composition of the film significantly deviates from the composition of the target due to film impact by
Superconducting film cannot be obtained. In a Y-based oxide superconductor,
The threshold value V TH of the energy of the incident ion that causes the sputtering phenomenon is almost the same for the incident ion such as O , Ar + , and O 2 + , and is about 50 eV. On the other hand, the voltage applied to the target 2 and the substrate 3 is controlled by using the sputtering method of the present invention so that the above three relational expressions are satisfied. For example, V T = −70 V, V S = −30 V, V P = +
When a sputtering film is formed at 5 V, a film without deviation from the target composition can be formed, and a superconducting film can be obtained with good reproducibility. The same applies to other substances,
For example, in the case of ITO, a film having a lower specific resistance than a film obtained by a conventional method can be obtained. In the sputtering method according to the present invention, the potential V T of the target 2, in order to satisfy the three relations above, it must be controlled to be higher than the target potential in the conventional sputtering method. For that purpose, the voltage of the DC power supply 4 shown in FIG. 1 may be reduced. However, when DC discharge is performed using the DC power supply 4 shown in FIG. In some cases, discharge cannot be maintained depending on the type and the sputtering conditions such as pressure. Therefore, in such a case, a magnet 10 is disposed behind the target 2 to cause a magnetron discharge,
Configured to increase the potential V T of the target 2.

第2図は第1図の直流電源4の代わりに高周波電源11
とこの高周波電源11からの電力を損失なく印加するため
のインピーダンス整合回路12を用いた実施例の模式図で
ある。図中の13は低域フィルターで、高周波が直流電源
5に流れないように遮断するためのものである。第1図
に示すようにプラズマの発生手段として高周波を用いる
と、高周波電源11の周波数を高くすることによってター
ゲット2の電位VTを高くすることができ、加えて放電も
維持されやすくなる。従って、プラズマ電位を測定する
装置6で得られたプラズマ電位VPに応じて、ターゲット
2の電位VT及び基板の電位VSを制御するのには、第1図
に示したような直流放電を用いるよりも、この第2図に
示すような高周波放電を用いる方が便利である。また、
第1図のように直流放電を用いる場合、ターゲット2は
導電体でなければならないのに対し、第2図のように高
周波放電を用いる場合は、ターゲット2が絶縁体であっ
てもよい。ただし基板3が絶縁体であったり、作製する
膜が絶縁体である場合、図に示すような直流電源5では
膜表面でチャージアップを起こすことになり、基板3の
電位VSを制御できない。このような場合には第3図に示
すような高周波電源15とインピーダンス整合回路16を用
いて基板3に印加する電圧を制御するようにする。
FIG. 2 shows a high-frequency power supply 11 instead of the DC power supply 4 of FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram of an embodiment using an impedance matching circuit 12 for applying power from the high-frequency power supply 11 without loss. Reference numeral 13 in the figure denotes a low-pass filter for blocking high frequencies from flowing to the DC power supply 5. When using high frequency as a plasma generating means as shown in FIG. 1, by increasing the frequency of the high frequency power source 11 can be increased potential V T of the target 2, the discharge is also likely to be maintained in addition. Thus, depending on the plasma potential V P obtained in device 6 for measuring the plasma potential, to control the potential V T and the potential V S of the substrate of the target 2, as shown in FIG. 1 DC discharge It is more convenient to use a high frequency discharge as shown in FIG. Also,
When a DC discharge is used as shown in FIG. 1, the target 2 must be a conductor, whereas when a high-frequency discharge is used as shown in FIG. 2, the target 2 may be an insulator. However or a substrate 3 is insulating, when the film to be produced is an insulator, will be cause charge-up at the DC power source 5 at the film surface as shown in FIG., It can not be controlled potential V S of the substrate 3. In such a case, the voltage applied to the substrate 3 is controlled using a high frequency power supply 15 and an impedance matching circuit 16 as shown in FIG.

第4図は、第2図に示した実施例においてターゲット
2の電位VTの制御をより簡単に行えるようにした構成を
示す。この実施例では、高周波電源11は周波数を高くし
てプラズマを発生させる手段として用い、このプラズマ
発生手段とは別に独立にターゲット2の電位VTの制御を
直流電源4によって行うようにしたものである。図中の
17は低域フィルターである。
4 shows a configuration in which the allow control of the potential V T of the target 2 easier in the embodiment shown in Figure 2. In this embodiment, the high frequency power source 11 is used as the means for generating the plasma by increasing the frequency, obtained by the control of this separately independent of the plasma generating means of the target 2 potential V T to perform the DC power supply 4 is there. In the figure
17 is a low-pass filter.

以上の各実施例においては、いずれにおいても、プラ
ズマの電位VPを測定する装置6としてエミッシブプロー
ブを示したが、前記文献に述べられているような他の測
定方法でもよい。しかし、ターゲット2の電位VTと基板
3の電位VSを自動制御したい場合、リアルタイムでプラ
ズマや電位VPを測定できるエミッシブプローブを用いた
方が、他の測定方法よりも高速に制御ができる。
In the above respective embodiments, in either showed Emissive probe as an apparatus 6 for measuring the plasma potential V P, but other measurement methods such as described in the literature. However, if the potential V S of the potential V T and the substrate 3 of the target 2 wants to automatic control, who using Emissive probe that can measure the plasma and potential V P in real time, the control faster than other measurement methods it can.

本発明のスパッタリング方法は、上記の実施例と同様
に、基板に電圧を印加できるようにした3極スパッタリ
ングや4極スパッタリング(この場合、基板にも電圧を
印加しているので実際には、各々4極スパッタリング、
5極スパッタリングと呼んだ方がよいかもしれない)の
ような他のスパッタリング方法においても用いることが
できる。
The sputtering method of the present invention employs a three-electrode sputtering or a four-electrode sputtering in which a voltage can be applied to a substrate (in this case, since a voltage is also applied to the substrate, 4-pole sputtering,
(May be better referred to as pentapole sputtering).

また前記各実施例において、コントローラ9の制御対
象はターゲット電位VTと基板電位VSであるが、これらは
必ずしも同等に調整される必要はない。例えばVTを優先
的に制御し、その後に必要に応じてVSを制御するように
構成することができる。実際の制御では、このような制
御が好ましい。
In the respective embodiments, the control target of the controller 9 is the target potential V T and the substrate potential V S, these need not necessarily be adjusted equally. For example preferentially controlling V T, then may be configured to control the V S as needed. In actual control, such control is preferable.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明で明らかなように本発明によれば、スパッ
タリング方法においてプラズマ電位をモニターしながら
ターゲット電位と基板電位とプラズマ電位としきい値を
所定の関係になるように構成したため、イオンによる基
板及び薄膜の再スパッタリングを防止することができ、
再現性良く成膜を行うことができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the target potential, the substrate potential, the plasma potential, and the threshold value are set to have a predetermined relationship while monitoring the plasma potential in the sputtering method. Can prevent resputtering of
Film formation can be performed with good reproducibility.

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

第1図は本発明に係るスパッタリング装置の第1実施例
の構成図、第2図は同装置の第2実施例の構成図、第3
図は同装置の変更実施例の部分構成図、第4図は同装置
の第3実施例の構成図、第5図は従来の問題点を説明す
るための図である。 〔符号の説明〕 1……真空容器 2……ターゲット 3……基板 4,5……可変直流電源 6……プラズマ電圧を測定する装置 7,9……コントローラ 8……プラズマ電位読取器 11,15……高周波電源 12,16……インピーダンス整合回路 13,17……低域フィルター
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a sputtering apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the sputtering apparatus, and FIG.
FIG. 4 is a partial configuration diagram of a modified embodiment of the device, FIG. 4 is a configuration diagram of a third embodiment of the device, and FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional problem. [Explanation of Symbols] 1 ... Vacuum container 2 ... Target 3 ... Substrate 4,5 ... Variable DC power supply 6 ... Device for measuring plasma voltage 7,9 ... Controller 8 ... Plasma potential reader 11, 15 High-frequency power supply 12,16 Impedance matching circuit 13,17 Low-pass filter

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】真空容器内に対向して配設されたターゲッ
トと基板のそれぞれに独立して電圧を印加し、前記ター
ゲットと前記基板との間の空間にプラズマを発生させる
スパッタリング方法において、 前記ターゲットの電位をVT、前記基板の電位をVS、前記
プラズマの電位をVP、前記ターゲットの材質とイオン種
によって決定されるイオンの加速電圧に対するスパッタ
リング作用発生のしきい値電圧をVTHとするとき、前記
プラズマの電位VPを測定し、このVPと、前記VT,VS,VTH
とが、 |VP−VT|>|VTH| |VS−VT|<|VTH| |VP−VS|<|VTH| の関係式を満すように、前記ターゲットと前記基板の各
印加電圧を制御したことを特徴とするスパッタリング方
法。
1. A sputtering method for independently applying a voltage to each of a target and a substrate disposed facing each other in a vacuum vessel to generate plasma in a space between the target and the substrate, The potential of the target is V T , the potential of the substrate is V S , the potential of the plasma is V P , and the threshold voltage of the sputtering action generation with respect to the acceleration voltage of ions determined by the material and ion species of the target is V TH. when the measures the potential V P of the plasma, and this V P, the V T, V S, V TH
DOO is, | V P -V T |> | V TH | | V S -V T | <| V TH | | V P -V S | <| V TH | a relationship to Mitsurusu so, the target And a method for controlling each applied voltage of the substrate.
【請求項2】請求項1記載のスパッタリング方法におい
て、前記ターゲットの電位VTを優先的に制御することを
特徴とするスパッタリング方法。
2. A sputtering method according to claim 1, wherein, the sputtering method characterized by controlling the potential V T of the target priority.
【請求項3】真空容器と、この真空容器内に対向して配
設されたターゲット及び基板と、前記真空容器に取り付
けられたガス導入系及びガス排気系と、前記ターゲット
及び前記基板のそれぞれに独立して電圧を印加し、前記
真空容器内にプラズマを発生させるターゲット電源及び
基板電源とからなるスパッタリング装置において、 前記プラズマの電位を測定する測定装置と、 前記測定装置で測定されたプラズマの電位を入力し、こ
の電位をVP、前記ターゲットの電位をVT、前記基板の電
位をVS、ターゲット材質とイオン種より決定されるイオ
ン加速電圧に対するスパッタリング現象のしきい値をV
THとするとき、 |VP−VT|>|VTH| |VS−VT|<|VTH| |VP−VS|<|VTH| の関係式を満すように、前記ターゲット電源と前記基板
電源のそれぞれの出力電圧を独立して制御する制御手段
と、 を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
3. A vacuum vessel, a target and a substrate disposed in the vacuum vessel so as to face each other, a gas introduction system and a gas exhaust system attached to the vacuum vessel, and each of the target and the substrate. In a sputtering apparatus including a target power supply and a substrate power supply that independently apply a voltage and generate plasma in the vacuum vessel, a measurement apparatus that measures the potential of the plasma, and a potential of the plasma that is measured by the measurement apparatus. enter a, the electric potential V P, potential V T of the target potential V S of the substrate, the threshold for sputtering phenomenon for ion acceleration voltage determined from the target material and ion species V
When the TH, | V P -V T | > | V TH | | V S -V T | <| V TH | | V P -V S | <| V TH | of Mitsurusu so the relationship to, Control means for controlling output voltages of the target power supply and the substrate power supply independently of each other.
【請求項4】請求項3記載のスパッタリング装置におい
て、前記測定装置はエミッシブプローブであることを特
徴とするスパッタリング装置。
4. The sputtering device according to claim 3, wherein said measuring device is an emissive probe.
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