JPH01301856A - Sputtering device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、スパッタリング法を用いた薄膜形成技術に
関し、特にターゲットと基板間の放電状態の改善に関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a thin film forming technique using a sputtering method, and particularly to improving the discharge state between a target and a substrate.
スパッタリング電源として、定電流制御直流電源（以下
、定電流電源と記す）を用いた従来のスパッタリング装
置を第４図（ａ）に基づいて説明する。A conventional sputtering apparatus using a constant current controlled DC power supply (hereinafter referred to as constant current power supply) as a sputtering power supply will be explained based on FIG. 4(a).
図において、１は真空容器（チャンバ）であり、このチ
ャンバ１内に成膜すべき基板２及びターゲット３が対向
して配置されている。そして、前記基板２は基板電極４
に装着され、この基板電極４はアースに接続されている
。また前記ターゲット３はターゲット電極５に装着され
ており、このターゲット電極５は定電流電源６に接続さ
れている。In the figure, 1 is a vacuum container (chamber), and a substrate 2 and a target 3 on which a film is to be formed are placed in the chamber 1 facing each other. Then, the substrate 2 has a substrate electrode 4
The substrate electrode 4 is connected to ground. Further, the target 3 is attached to a target electrode 5, and the target electrode 5 is connected to a constant current power source 6.
そして成膜を行う場合には、図示しない排気系により前
記チャンバ１内を所定の真空圧にした後、このチャンバ
１内にアルゴンガス等の不活性ガスを導入し、チャンバ
１内圧力を所定のガス圧に保つ。この状態で、基板２と
ターゲット３との間に定電流電源６により電圧を印加し
てグロー放電を起こさせ、このグロー放電による前記ア
ルゴンガス等のイオンをターゲット３に衝突させる。こ
れによりスパッタされたスパッタリング粒子（ターゲッ
ト原子）が基板２表面に付着し、該基板２表面上に薄膜
が形成される。When forming a film, the chamber 1 is brought to a predetermined vacuum pressure using an exhaust system (not shown), and then an inert gas such as argon gas is introduced into the chamber 1 to bring the internal pressure of the chamber 1 to a predetermined vacuum pressure. Maintain gas pressure. In this state, a constant current power supply 6 applies a voltage between the substrate 2 and the target 3 to cause glow discharge, and the ions of the argon gas or the like caused by the glow discharge collide with the target 3. As a result, sputtered particles (target atoms) are attached to the surface of the substrate 2, and a thin film is formed on the surface of the substrate 2.
ところが、前記グロー放電中に、ターゲットの表面状態
や、例えばスパッタリング電圧が高い。However, during the glow discharge, the surface condition of the target and, for example, the sputtering voltage are high.
ガス圧が高い等の各種の条件により、突発的に正規のグ
ロー放電からアーク放電に遷移することがある。ここで
、正規のグロー放電時は、第４図（ｂ）の電位分布にお
ける実線特性のように、ターゲット近傍はＶ、（例えば
−５００〜６００Ｖ）となり、所定の電圧降下が得られ
る。しかし、前述のようにアーク放電が生じた場合、タ
ーゲット近傍での電圧降下が小さく、前記第４図（ｂ）
の破線で示すように、ターゲット表面ではＶ、（例えば
−１００■）となる。Depending on various conditions such as high gas pressure, a normal glow discharge may suddenly transition to an arc discharge. Here, during normal glow discharge, as shown by the solid line characteristic in the potential distribution in FIG. 4(b), the voltage near the target is V (for example, -500 to 600 V), and a predetermined voltage drop is obtained. However, when arc discharge occurs as described above, the voltage drop near the target is small, and as shown in Fig. 4(b).
As shown by the broken line, the voltage is V (for example, −100 μ) at the target surface.
このターゲット近傍での電圧降下はスパッタイオンの加
速電圧として作用するものであるが、この加速電圧とス
パッタ率との関係は第５図に示すような関係にある。従
って、前述のようにアーク放電が発生し、電圧降下が小
さくなると、加速電圧はスパッタリングを起こすための
しきい値を下まわり、スパッタ率は大幅に減少すること
になる。This voltage drop near the target acts as an accelerating voltage for sputtered ions, and the relationship between this accelerating voltage and the sputtering rate is as shown in FIG. 5. Therefore, as described above, when arc discharge occurs and the voltage drop decreases, the accelerating voltage falls below the threshold for causing sputtering, and the sputtering rate decreases significantly.
また、このアーク放電時には、エネルギが局所的に集中
するが、このエネルギの局所的集中は、基板又はターゲ
ットへ大きなダメージを与えることになる。さらに、こ
のエネルギの集中によって塊状粒子の飛散を伴うことが
あり、この塊状粒子が基板へ取り込まれると、膜欠陥を
生じる原因となる。Furthermore, during this arc discharge, energy is locally concentrated, and this local concentration of energy causes great damage to the substrate or target. Furthermore, this concentration of energy may cause scattering of lumpy particles, and when these lumpy particles are taken into the substrate, they cause film defects.
そこで、ターゲット近傍の電圧を検出することによりア
ーク放電を検出し、アーク放電が発生した場合は供給電
流を遮断し、アーク放電が停止したことを確認して、即
ち所定時間の経過時に供給電流を再復帰させるという対
策を施すことも考えられている。Therefore, arc discharge is detected by detecting the voltage near the target, and if arc discharge occurs, the supply current is cut off, and after confirming that the arc discharge has stopped, that is, after a predetermined time has elapsed, the supply current is switched off. It is also being considered to take measures to encourage the patient to come back.
しかし、このような方式では成膜時間が変わってしまい
、即ちアーク放電が発生したときは成膜時間が短くなり
、安定した膜質の成膜を行うことができず、再現性に乏
しいという問題がある。However, with this type of method, the deposition time changes; in other words, when arc discharge occurs, the deposition time becomes shorter, making it impossible to deposit a film with stable film quality, and resulting in poor reproducibility. be.
前記のようなアーク放電は、瞬間的に発生するものであ
れば膜形成に与える影響も少ないが、特にスパッタリン
グ電源として前記のような定電流直流電源を用いた場合
は、−旦発生したアーク放電が持続する場合が多く、前
述した問題は顕著となる。Arc discharge as described above has little effect on film formation if it occurs instantaneously, but especially when a constant current DC power supply as described above is used as a sputtering power supply, the arc discharge that occurs once In many cases, the problem persists, and the above-mentioned problems become more pronounced.
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、安定に
グロー放電を発生させ、再現性よく薄膜を形成すること
のできるスパッタリング装置を得ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a sputtering device that can stably generate glow discharge and form a thin film with good reproducibility.
この発明に係るスパッタリング装置は、ターゲットに供
給する電力を予め設定された周期で間歇的に制限し、そ
の制限期間中に、前記ターゲットと基板間に生じたアー
ク放電等の異常放電を停止させ得るようにしたものであ
る。The sputtering apparatus according to the present invention can intermittently limit the power supplied to the target at a preset period, and can stop abnormal discharge such as arc discharge occurring between the target and the substrate during the limited period. This is how it was done.
（作用〕
この発明においては、ターゲットに供給する電力を予め
設定した周期で間歇的に制限するので、各種の条件に基
づいて前記の制限する期間を適宜設定しておくことによ
り、正規の電力を供給中に仮にアーク放電が発生しても
、前記制限期間中にアーク放電は停止し、アーク放電が
持続しない。(Operation) In this invention, the power supplied to the target is intermittently limited at a preset period, so by appropriately setting the above-mentioned limiting period based on various conditions, the regular power can be reduced. Even if arc discharge occurs during supply, the arc discharge will stop during the limited period and will not continue.
また、制限期間は予め設定されているから、従来のよう
にアーク放電の検出結果に応じて電流を遮断し、復帰さ
せる方式に比較して成膜時間のばらつきは少ない。Furthermore, since the limit period is set in advance, there is less variation in film forming time compared to the conventional method of cutting off and restoring the current depending on the detection result of arc discharge.
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例によるスパッタリング装置の
模式図であり、放電電流を一定周期で断続する場合を示
している。即ち、この実施例では、図に示すように、一
定周期で開閉を繰り返すスイッチ６１を定電流電源回路
６に設けたことと等価である。その他の構成は従来の装
置と同様であり、チャンバｌ内に基板２とターゲット３
とが対向して設けられ、基板２は基板電極４に、またタ
ーゲット３はターゲット電極５に装着されている。また
、図中の容量７は、ターゲット５とアースシールド（図
示せず）間、ケーブル等の各部に形成される寄生容量を
等価的に示したものである。FIG. 1 is a schematic diagram of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, and shows a case where a discharge current is intermittent at regular intervals. That is, this embodiment is equivalent to providing the constant current power supply circuit 6 with a switch 61 that repeats opening and closing at a constant cycle, as shown in the figure. The rest of the configuration is the same as the conventional device, with a substrate 2 and a target 3 in the chamber.
are provided facing each other, the substrate 2 is attached to the substrate electrode 4, and the target 3 is attached to the target electrode 5. Further, the capacitance 7 in the figure equivalently represents the parasitic capacitance formed between the target 5 and the earth shield (not shown), and in various parts of the cable and the like.
第２図にターゲット電極５に印加する電流波形を示す。FIG. 2 shows the current waveform applied to the target electrode 5.
ここでは、オン−オフ繰り返し周波数が１８０七であり
、オン時間（ｔ ＯＮ）が１ 、 ６１！１ｓｅｃ。Here, the on-off repetition frequency is 1807 and the on time (tON) is 1.61!1 sec.
オフ時間（ｔＯＦＦ）が４ 、 ０ ｍ５ｅｃで、デユ
ーティ−比ｊ ｏｓ／ （ｔ ＯＮ＋ｔ ＯＦＦ ）は
０． ３となっている。The off time (tOFF) is 4.0 m5ec, and the duty ratio jos/(tON+tOFF) is 0. It is 3.
次に作用効果について説明する。Next, the effects will be explained.
チャンバ１内を所定のガス圧に設定するまでの動作は従
来と同様である。そして、オン時間、即ち電流を供給し
ている時間内（１＋〜ｔ２間）は通常の直流スパッタリ
ングと同様の動作で放電。The operation up to setting the inside of the chamber 1 to a predetermined gas pressure is the same as the conventional one. Then, during the on-time, that is, the time during which current is supplied (between 1+ and t2), discharge is performed in the same manner as normal DC sputtering.
膜形成等が行われる。次にオフ時間内（ｔ！〜ｔ、間）
は電源６からターゲット電極５への電力の供給は行われ
ない。このときは、前記オン時間内に寄生容量７及び電
源６の安定化回路内の容量に蓄積された電荷が放電（容
量からの放電を意味する）され、これによりグロー放電
が維持される。Film formation, etc. are performed. Next, within the off time (t!~t, interval)
In this case, power is not supplied from the power source 6 to the target electrode 5. At this time, the charges accumulated in the parasitic capacitor 7 and the capacitor in the stabilizing circuit of the power supply 6 are discharged (meaning discharge from the capacitor) during the on-time, thereby maintaining the glow discharge.
そして、このグロー放電が維持されている間に次のオン
時間となり、正規の状態でグロー放電が維持され、以下
同様の動作が繰り返される。Then, while this glow discharge is maintained, the next on-time period occurs, and the glow discharge is maintained in a normal state, and the same operation is repeated thereafter.
一方、前記オン時間内にアーク放電が発生した場合は、
前述したように放電領域が低インピーダンスになるため
、前記オン時間内に各容量に蓄積された電荷は、続くオ
フ時間内に瞬時に放電してしまう。従ってアーク放電は
停止する。そして次のオン時間にはターゲット電極６に
電力が供給されるため、正規のグロー放電が再度発生す
る。On the other hand, if arc discharge occurs within the on-time,
As described above, since the discharge region has low impedance, the charges accumulated in each capacitor during the on-time are instantly discharged during the subsequent off-time. The arcing therefore stops. Then, during the next on-time, power is supplied to the target electrode 6, so that a normal glow discharge occurs again.
このように、ターゲット電極６に印加する電流を、予め
設定した周期で断続することにより、仮にアーク放電が
生じた場合にも、このアーク放電が維持するのを防止す
ることができる。また、従来のアーク放電を検出して電
流を遮断し、復帰するものに比較して、成膜時間のばら
つきが少なく、再現性の良い膜形成を行うことができる
。さらにアーク放電の検出のための構成が不要となる。In this way, by intermittent applying the current to the target electrode 6 at preset intervals, even if arc discharge occurs, it is possible to prevent this arc discharge from being maintained. Furthermore, compared to the conventional method that detects arc discharge, cuts off the current, and then returns to normal, it is possible to form a film with less variation in film formation time and with good reproducibility. Furthermore, a configuration for detecting arc discharge is not required.
ここで、電源の設計においては、アーク放電の特性、寄
生容量等の容量値に応じて、確実にアーク放電が停止す
るようなオフ時間を設定する必要がある。また、オン時
間についても、効率上極力大きくとることが望ましいが
、アーク放電の発生頻度を考慮して、最適な時間を設定
する必要がある。Here, in designing a power supply, it is necessary to set an off time that ensures that arc discharge stops, depending on the characteristics of arc discharge and the capacitance value such as parasitic capacitance. Further, although it is desirable to set the on time as long as possible in terms of efficiency, it is necessary to set an optimal time in consideration of the frequency of occurrence of arc discharge.
なお、前記実施例ではオフ時間中において電源出力を完
全に遮断するようにしたが、これは前述のようにオフ時
間内にアーク放電が停止できれば、適当な電流を流すよ
うにしてもよく、前記実施例と同様の効果を奏する。In the above embodiment, the power supply output is completely cut off during the off time, but as long as the arc discharge can be stopped within the off time as described above, an appropriate current may be allowed to flow. The same effects as in the embodiment are achieved.
また、スパッタリング電源として、高周波電源等のよう
に、もともと印加される電流が断続的であるようなもの
は、前述したようなアーク放電の持続は発生しにくいが
、この交流波的な電源電流（交流を半波整流したような
ものも含む）においてもアーク放電の持続等が問題とな
る場合は、例えば第３図に示すように、印加する電流を
間歇的に停止することにより、前記実施例と同様にアー
ク放電の持続を防止することができる。In addition, sputtering power supplies that apply intermittent current, such as high-frequency power supplies, are less likely to sustain arc discharge as described above, but this alternating current wave-like power supply current ( (including half-wave rectified alternating current), if the continuation of arc discharge is a problem, for example, as shown in FIG. Similarly, continuation of arc discharge can be prevented.
以上のように、この発明によれば、ターゲット電極に印
加する電流を周期的に制限するようにしたので、簡単な
構成でアーク放電の持続を防止でき、安定したグロー放
電により薄膜を再現性よく形成できる効果がある。As described above, according to the present invention, since the current applied to the target electrode is periodically limited, the continuation of arc discharge can be prevented with a simple configuration, and thin films can be formed with good reproducibility through stable glow discharge. There is an effect that can be formed.
第１図は本発明の一実施例によるスパッタリング装置の
模式図、第２図は該装置の電源電流波形を示す図、第３
図は本発明の他の実施例による電源電流波形を示す図、
第４図（ａ）は従来のスパッタリング装置の模式図、第
４図［有］）は該装置における電圧分布を示す図、第５
図は加速電圧とスパッタ率との関係を示す図である。
２・・・基板、３・・・ターゲット、４・・・基板電極
、５・・・ターゲット電極、６・・・電源回路。
第１図
第２図
第３図
第４図
第５図FIG. 1 is a schematic diagram of a sputtering device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the power supply current waveform of the device, and FIG.
The figure shows a power supply current waveform according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4(a) is a schematic diagram of a conventional sputtering device, FIG. 4(a) is a diagram showing the voltage distribution in the device, and FIG.
The figure is a diagram showing the relationship between accelerating voltage and sputtering rate. 2... Substrate, 3... Target, 4... Substrate electrode, 5... Target electrode, 6... Power supply circuit. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5
Claims (1)
トとの間に放電を起こさせ、前記ターゲットからのスパ
ッタリング粒子を前記基板表面に付着させて成膜を行う
スパッタリング装置において、前記ターゲットに供給す
る電力を予め設定された周期で間歇的に制限し、その制
限期間中に、前記ターゲットと基板間に生じた異常放電
を停止させ得るようにしたことを特徴とするスパッタリ
ング装置。(1) In a sputtering apparatus that forms a film by causing an electric discharge between a substrate and a target that are provided facing each other in a vacuum container, and causing sputtered particles from the target to adhere to the surface of the substrate, A sputtering apparatus characterized in that power to be supplied is intermittently limited at a preset period, and abnormal discharge occurring between the target and the substrate can be stopped during the limited period.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63132446A JP2836072B2 (en) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | Sputtering equipment |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP63132446A JP2836072B2 (en) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | Sputtering equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01301856A true JPH01301856A (en) | 1989-12-06 |
| JP2836072B2 JP2836072B2 (en) | 1998-12-14 |
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ID=15081553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2836072B2 (en) | 1998-12-14 |
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