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JPH05331634A - Sputtering device - Google Patents

Sputtering device

Info

Publication number
JPH05331634A
JPH05331634A JP16015192A JP16015192A JPH05331634A JP H05331634 A JPH05331634 A JP H05331634A JP 16015192 A JP16015192 A JP 16015192A JP 16015192 A JP16015192 A JP 16015192A JP H05331634 A JPH05331634 A JP H05331634A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
cathode
target
intermittent
target material
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.)
Pending
Application number
JP16015192A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Suzuki
すすむ 鈴木
Junichi Shimizu
潤一 清水
Koichi Suzuki
巧一 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP16015192A priority Critical patent/JPH05331634A/en
Publication of JPH05331634A publication Critical patent/JPH05331634A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent abnormal discharge and to form a film of uniform quality on the surface of a substrate at an excellent film forming rate by intermittently impressing positive voltage or zero voltage in a short time on a cathode fixed with a target in a sputtering device. CONSTITUTION:In the objective sputtering device, at the time of impressing negative voltage on a cathode 2 fixed with a target by a DC power source 1, introducing Ar and a reactive gas therein to generate plasma 3 by glow discharge, ionizing the gaseous Ar and bombarding the target with it to form the thin film of the target material on the surface of a substrate 4, the cathod 2 is made rotary and the voltage to be applied is changed so that the positive potential or zero potential will be formed with the negative voltage, by which the generation of an arcing phenomenon caused by abnormal discharge is remarkably reduced, and the thin film of uniform and excellent quality by the target material or the compound in the target material is formed at a high speed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はスパッタリング装置に関
するものである。特に、アーキングを防止して高速で高
品質の成膜を行うことができるスパッタリング装置を提
供するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering device. In particular, the present invention provides a sputtering apparatus capable of preventing arcing and performing high-quality film formation at high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】直流スパッタリング(以下、スパッタリ
ングを単にスパッタということがある)用のカソードは
異常放電の問題を解決しなければ高速に、高品質の成膜
を行うことができない。カソード周辺で起きる異常放電
はいろいろな原因によるが、ターゲット材表面に堆積あ
るいは発生した微小な面積の絶縁物に電荷が蓄積され、
それが周辺の被成膜基板、アノード電極、真空室内壁、
あるいはターゲット表面など電位的に対極した部位に向
かって一時的にアーク放電を引き起こす種類の異常放電
(以下、アーキングという。)によるものが多い。
2. Description of the Related Art Cathodes for direct current sputtering (hereinafter, sputtering may be simply referred to as sputtering) cannot perform high-quality film formation at high speed unless the problem of abnormal discharge is solved. The abnormal discharge that occurs around the cathode depends on various causes, but electric charges are accumulated in the minute area of the insulator that is deposited or generated on the target material surface,
It is the surrounding substrate, the anode electrode, the inner wall of the vacuum chamber,
Or, it is often due to an abnormal discharge of a kind (hereinafter referred to as arcing) that causes arc discharge temporarily toward a potential-opposed portion such as the target surface.

【0003】アーキングは、特に反応性スパッタにより
導電性のターゲット材から絶縁体の生成物が生ずる場合
などに多く発生する。アーキングが発生するとスパッタ
に有効なグロー放電を安定に持続することができなくな
り、成膜速度が著しく不安定になり、均一な品質の成膜
を行うことができなくなり、場合によってはアーク放電
によって膜が形成される基板に損傷を与える等の弊害を
及ぼす。従来これを回避する手法としては、13.56
MHzの高周波電力を使用する方法がよく行われてい
る。
Arcing often occurs especially when a product of an insulator is produced from a conductive target material by reactive sputtering. When arcing occurs, glow discharge that is effective for sputtering cannot be sustained stably, the film formation rate becomes extremely unstable, and uniform quality film formation cannot be achieved.In some cases, arc discharge causes film formation. This has an adverse effect such as damage to the substrate on which the film is formed. A conventional method for avoiding this is 13.56.
A method using a high frequency power of MHz is popular.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、より大
きな電力を投入してより高速に高品質の成膜を行うとい
う目的から考えた場合、13.56MHzの高周波電源
を用いたスパッタ装置は出力10kW以上の電源が大が
かりになり高価になること、高圧、大電流のインピーダ
ンスマッチング回路が必要になること等の理由から実現
が困難であった。
However, in consideration of the purpose of applying a larger amount of power to form a high-quality film at a higher speed, a sputtering apparatus using a 13.56 MHz high-frequency power supply has an output of 10 kW or more. However, it was difficult to realize it because the power supply for the power supply became bulky and expensive, and a high-voltage, large-current impedance matching circuit was required.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、前述のアーキ
ングの発生を低減するため、真空室内に配置したカソー
ドに断続的な直流電圧を印加する直流電源を設けたこと
を特徴とするスパッタリング装置を提供するものであ
る。
In order to reduce the occurrence of arcing described above, the present invention is characterized in that a DC power source for applying an intermittent DC voltage is provided to a cathode arranged in a vacuum chamber. Is provided.

【0006】また、本発明は、真空室内に配置したカソ
ード周辺にプラズマを供給可能なプラズマガンと断続的
な直流電圧をカソードに印加する電源を設けたことを特
徴とするスパッタリング装置を提供するものである。
The present invention also provides a sputtering apparatus characterized in that a plasma gun capable of supplying plasma and a power source for applying an intermittent DC voltage to the cathode are provided around the cathode arranged in a vacuum chamber. Is.

【0007】スパッタリングは、負電位に保たれたター
ゲット材が固着されたカソードにプラズマ中の正に帯電
したガスイオンが衝突し、ターゲット材の構成原子を叩
きだすことにより行われる。このとき、ターゲット表面
上に堆積、あるいは発生した微小な面積の絶縁物が存在
すると、ガスイオンはそこに蓄積し、絶縁物は正の電位
をもちターゲット表面に電位差が発生する。これがアー
キングの引き金となる。
Sputtering is carried out by bombarding the constituent atoms of the target material by causing positively charged gas ions in the plasma to collide with the cathode to which the target material kept at a negative potential is fixed. At this time, if there is an insulator having a small area that is deposited or generated on the target surface, gas ions accumulate there, and the insulator has a positive potential and a potential difference occurs on the target surface. This is the trigger for arcing.

【0008】アーキングを抑止するには、この絶縁物の
帯電を抑止すればよく、そのためにターゲット電位を一
時的にゼロないし正にして絶縁物の帯電を中和すればよ
い。即ち、ターゲット近傍にあるプラズマ中の電子を引
き寄せればよい。そのためには、断続的な直流電圧を印
加し、スパッタリングを行えるようにすればよい。
In order to suppress the arcing, it suffices to suppress the charging of the insulator, and for that purpose, the target potential may be temporarily set to zero or positive to neutralize the charging of the insulator. That is, the electrons in the plasma near the target may be attracted. For that purpose, intermittent DC voltage may be applied so that sputtering can be performed.

【0009】そこで本発明者は最近の大電流、高速スイ
ッチングトランジスタ回路技術により実現可能な、最高
数十μ秒の速度で断続的に出力を入り切りできる直流電
源を用いたスパッタ装置を発明した。
Therefore, the present inventor has invented a sputtering apparatus using a DC power supply capable of intermittently turning on and off the output at a speed of up to several tens of microseconds, which can be realized by recent large current, high speed switching transistor circuit technology.

【0010】通常グロー放電においては、陰極の電圧を
切断した直後においても、m秒のオーダーでグロープラ
ズマが残っている。これをアフターグローという。従っ
て、アフターグローが残っている間に、カソードの電位
をゼロまたは正とすればアフターグロー中の電子により
ターゲット材表面の絶縁物の電荷の中和を行うことがで
きる。
In normal glow discharge, glow plasma remains on the order of m seconds even immediately after the voltage of the cathode is cut off. This is called afterglow. Therefore, if the potential of the cathode is set to zero or positive while the afterglow remains, the electrons in the afterglow can neutralize the charge of the insulator on the surface of the target material.

【0011】図1は本発明の一実施例を説明する構成図
である。1は直流電源、2はカソード、3はプラズマ、
4はスパッタリングにより薄膜が形成される基体であ
る。
FIG. 1 is a block diagram for explaining an embodiment of the present invention. 1 is a DC power supply, 2 is a cathode, 3 is plasma,
Reference numeral 4 is a substrate on which a thin film is formed by sputtering.

【0012】カソードの電位が正になったとき、絶縁物
の電位を中和する作用は一瞬のうちに行われる。従っ
て、図2のように出力波形が、カソードが負になってい
る時間が正になっている時間よりも長いもののほうがス
パッタリングをより効率的に行うことができる。また、
図3のように一時的に電位をゼロにすることでも同様な
効果がある。
When the potential of the cathode becomes positive, the action of neutralizing the potential of the insulator is instantaneously performed. Therefore, as shown in FIG. 2, when the output waveform is longer when the cathode is negative and when the cathode is positive, the sputtering can be performed more efficiently. Also,
The same effect can be obtained by temporarily setting the potential to zero as shown in FIG.

【0013】以上のような効果は、通常のプレーナー型
のカソード、プレーナー型のマグネトロンカソード、回
転カソードでも実現可能である。
The above-mentioned effects can be realized by a normal planar type cathode, a planar type magnetron cathode and a rotating cathode.

【0014】回転カソードは、通常のプレーナーマグネ
トロンカソードと比較して、冷却効率が高いため、大き
な電力を投入可能で成膜速度を高速化できることや、タ
ーゲット材の使用効率が高いこと等の利点を持っている
ことが、米国特許第4356073号、第442291
6号、特表昭58−500174号、特開昭60−59
067号等により知られている。
Since the rotating cathode has a higher cooling efficiency than the ordinary planar magnetron cathode, it has the advantages of being able to apply a large amount of electric power, increasing the film forming speed, and being highly efficient in using the target material. Having has US Pat. Nos. 4,356,073, 442,291
No. 6, JP-A-58-500174, JP-A-60-59.
No. 067 and the like.

【0015】また、カソード電位がゼロまたは正になっ
たときにプラズマがカソード近傍に存在していれば本発
明の効果はあるので、カソード近傍にプラズマガン等の
手段により発生したプラズマを導くことでも本発明の効
果を実現できる。
Further, since the effect of the present invention is obtained if the plasma exists near the cathode when the cathode potential becomes zero or positive, it is possible to introduce the plasma generated by means such as a plasma gun to the vicinity of the cathode. The effect of the present invention can be realized.

【0016】[0016]

【実施例】【Example】

[実施例1]断続的な直流電圧(−600V、印加時間
9m秒、非印加時間1m秒の繰り返し)を1本の回転カ
ソードに印加し、反応性スパッタを行った。ターゲット
材はAlを2〜3%添加したSiである。導入ガスとし
てArとO2 を1:1の比で混合したガスを用い、反応
生成物としてAlドープSiO2 ができるようにした。
放電中の圧力は、2.0×10-3Torrに保った。投
入電力は10kWとした。このとき、1秒間当りに発生
したアーキングの平均回数は0.01回であった。
[Example 1] An intermittent DC voltage (-600 V, application time 9 msec, non-application time 1 msec repeated) was applied to one rotating cathode to perform reactive sputtering. The target material is Si to which Al is added by 2 to 3%. A gas in which Ar and O2 were mixed at a ratio of 1: 1 was used as an introduction gas so that Al-doped SiO2 could be formed as a reaction product.
The pressure during discharge was maintained at 2.0.times.10@-3 Torr. The input power was 10 kW. At this time, the average number of arcing generated per second was 0.01 times.

【0017】[比較例1]実施例1と同様の回転カソー
ドに同じ条件で非断続的直流電源を同時に印加した。投
入電力は10kWとした。このとき、1秒間当りに発生
したアーキングの平均回数は約10回であった。
Comparative Example 1 A non-intermittent DC power source was simultaneously applied to the same rotating cathode as in Example 1 under the same conditions. The input power was 10 kW. At this time, the average number of arcing generated per second was about 10.

【0018】[実施例2]実施例1の回転カソードを用
い、それに隣接して配置しアーク放電を利用したプラズ
マガンからカソード近傍にプラズマ流を導入した。カソ
ードに実施例1と同様の断続的な直流電源を接続し、反
応性スパッタを行った。ターゲット材、導入ガスの種
類、放電中の圧力は実施例1と同様とした。投入電力は
10kW、プラズマガンは約60V、100Aとした。
このとき、アーキングの低減効果は実施例1と同様であ
った。
Example 2 The rotating cathode of Example 1 was used, and a plasma flow was introduced in the vicinity of the cathode from a plasma gun which was placed adjacent to the rotating cathode and utilized arc discharge. The same intermittent DC power supply as in Example 1 was connected to the cathode, and reactive sputtering was performed. The target material, the type of introduced gas, and the pressure during discharge were the same as in Example 1. The input power was 10 kW, and the plasma gun was about 60 V and 100 A.
At this time, the effect of reducing arcing was similar to that in Example 1.

【0019】[比較例2]実施例2の断続的直流電圧の
かわりに非断続的直流電圧とした。これ以外は実施例2
と同様とした。その結果、アーキングの平均回数は1秒
間当り約10回であった。
Comparative Example 2 Instead of the intermittent DC voltage of Example 2, a non-intermittent DC voltage was used. Example 2 other than this
Same as. As a result, the average number of arcing was about 10 times per second.

【0020】[実施例3]断続的な直流電圧(−600
V、印加時間9m秒、非印加時間1m秒の繰り返し)を
1枚のプレーナー型マグネトロンカソードに印加し、反
応性スパッタを行った。ターゲット材はAlを2〜3%
添加したSiである。導入ガスとしてArとO2 を1:
1の比で混合したガスを用い、反応生成物としてAlド
ープSiO2 ができるようにした。放電中の圧力は、
2.0×10-3Torrに保った。投入電力は10kW
とした。このとき、1秒間当りに発生したアーキングの
平均回数は0.01回であった。
[Embodiment 3] Intermittent DC voltage (-600)
V, application time 9 ms, non-application time 1 ms) was applied to one planar magnetron cathode for reactive sputtering. Target material is 2-3% Al
It is the added Si. Ar and O2 as the introduction gas are 1:
A gas mixed in a ratio of 1 was used to allow Al-doped SiO2 as a reaction product. The pressure during discharge is
It was maintained at 2.0.times.10@-3 Torr. Input power is 10kW
And At this time, the average number of arcing generated per second was 0.01 times.

【0021】[比較例3]実施例3と同様のプレーナー
型マグネトロンカソードに同じ条件で非断続的直流電源
を同時に印加した。投入電力は10kWとした。このと
き、1秒間当りに発生したアーキングの平均回数は約1
0回であった。
Comparative Example 3 A discontinuous DC power supply was simultaneously applied to the same planar type magnetron cathode as in Example 3 under the same conditions. The input power was 10 kW. At this time, the average number of arcing per second is about 1
It was 0 times.

【0022】[実施例4]実施例3のプレーナー型マグ
ネトロンカソードを用い、それに隣接して配置しアーク
放電を利用したプラズマガンからカソード近傍にプラズ
マ流を導入した。カソードに実施例3と同様の断続的な
直流電源を接続し、反応性スパッタを行った。ターゲッ
ト材、導入ガスの種類、放電中の圧力は実施例3と同様
とした。投入電力は10kW、プラズマガンは約60
V、100Aとした。このとき、アーキングの低減効果
は実施例3と同様であった。
Example 4 The planar magnetron cathode of Example 3 was used, and a plasma flow was introduced in the vicinity of the cathode from a plasma gun which was placed adjacent to the planar magnetron cathode and utilized arc discharge. The same intermittent DC power supply as in Example 3 was connected to the cathode, and reactive sputtering was performed. The target material, the type of introduced gas, and the pressure during discharge were the same as in Example 3. Input power is 10kW, plasma gun is about 60
V and 100A. At this time, the effect of reducing arcing was similar to that in Example 3.

【0023】[比較例4]実施例4の断続的直流電圧の
かわりに非断続的直流電圧とした。これ以外は実施例4
と同様とした。その結果、アーキングの平均回数は1秒
間当り約10回であった。
Comparative Example 4 Instead of the intermittent DC voltage of Example 4, a non-intermittent DC voltage was used. Example 4 other than this
Same as. As a result, the average number of arcing was about 10 times per second.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によるスパッタリング装置では、
反応性スパッタを行うような場合でもアーキングの発生
頻度を低減することができ、より多くの電力を安定して
カソードに投入することができるので、成膜能力の高い
装置を実現することができる。
According to the sputtering apparatus of the present invention,
Even when reactive sputtering is performed, the frequency of occurrence of arcing can be reduced, and more electric power can be stably supplied to the cathode, so that an apparatus having high film forming ability can be realized.

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

【図1】本発明の一実施例を説明する構成図FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図2】本発明で用いる断続的な直流電源の一例の出力
波形を示すグラフ
FIG. 2 is a graph showing an output waveform of an example of an intermittent DC power supply used in the present invention.

【図3】本発明で用いる断続的な直流電源の一例の出力
波形を示すグラフ
FIG. 3 is a graph showing an output waveform of an example of an intermittent DC power supply used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:断続的な直流電源 2:カソード 3:プラズマ 4:薄膜が形成される基体 1: Intermittent DC power supply 2: Cathode 3: Plasma 4: Substrate on which thin film is formed

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空室内に配置したカソードに断続的な直
流電圧を印加する直流電源を設けたことを特徴とするス
パッタリング装置。
1. A sputtering apparatus characterized in that a DC power supply for applying an intermittent DC voltage is provided to a cathode arranged in a vacuum chamber.
【請求項2】真空室内に配置したカソード周辺にプラズ
マを供給可能なプラズマガンと、断続的な直流電圧をカ
ソードに印加する電源を設けたことを特徴とするスパッ
タリング装置。
2. A sputtering apparatus provided with a plasma gun arranged in a vacuum chamber capable of supplying plasma around the cathode, and a power source for applying an intermittent DC voltage to the cathode.
【請求項3】カソードとして、回転カソードを用いたこ
とを特徴とする請求項1または2のスパッタリング装
置。
3. A sputtering apparatus according to claim 1, wherein a rotating cathode is used as the cathode.
【請求項4】断続的な直流電圧として電圧がゼロになる
時間が、電圧を印加する時間よりも短い電圧波形の直流
電圧を使用することを特徴とする請求項1〜3いずれか
1項のスパッタリング装置。
4. A DC voltage having a voltage waveform in which the time when the voltage becomes zero as the intermittent DC voltage is shorter than the time when the voltage is applied is used. Sputtering equipment.
【請求項5】断続的な直流電圧として電圧が正になる時
間が、負の電圧を印加する時間よりも短い電圧波形の直
流電圧を使用することを特徴とする請求項1〜3いずれ
か1項のスパッタリング装置。
5. A DC voltage having a voltage waveform in which the time when the voltage becomes positive as the intermittent DC voltage is shorter than the time when the negative voltage is applied is used. Item of sputtering equipment.
JP16015192A 1992-05-27 1992-05-27 Sputtering device Pending JPH05331634A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16015192A JPH05331634A (en) 1992-05-27 1992-05-27 Sputtering device

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JP16015192A JPH05331634A (en) 1992-05-27 1992-05-27 Sputtering device

Publications (1)

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JPH05331634A true JPH05331634A (en) 1993-12-14

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16015192A Pending JPH05331634A (en) 1992-05-27 1992-05-27 Sputtering device

Country Status (1)

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JP (1) JPH05331634A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07224379A (en) * 1994-02-14 1995-08-22 Ulvac Japan Ltd Sputtering method and device therefor
JPH07241732A (en) * 1994-03-04 1995-09-19 Sakae Denshi Kogyo Kk Board material small diameter hole machining method
JP2004107774A (en) * 2002-09-20 2004-04-08 Seiko Epson Corp Sputtering film deposition method, sputtering film deposition system, and method for producing optoelectronic apparatus
JP2011129522A (en) * 2009-12-14 2011-06-30 Spp Process Technology Systems Uk Ltd Ion beam source
US8968535B2 (en) 2009-12-14 2015-03-03 Spp Process Technology Systems Uk Limited Ion beam source

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