JPH01301856A

JPH01301856A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH01301856A
Application number: JP13244688A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ito; 誠司伊藤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-05-30
Filing date: 1988-05-30
Publication date: 1989-12-06
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JP2836072B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔従来の技術〕

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。

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。

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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

（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。

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。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

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。

第２図にターゲット電極５に印加する電流波形を示す。

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。

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。

次に作用効果について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空容器内に対向して設けられた基板とターゲッ
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。