JPH0734239A - スパッタリング装置 - Google Patents
スパッタリング装置Info
- Publication number
- JPH0734239A JPH0734239A JP5181169A JP18116993A JPH0734239A JP H0734239 A JPH0734239 A JP H0734239A JP 5181169 A JP5181169 A JP 5181169A JP 18116993 A JP18116993 A JP 18116993A JP H0734239 A JPH0734239 A JP H0734239A
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- bias
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- sputtering apparatus
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 スパッタリング装置において、基板にバイア
スを印加するラインの低インピーダンスに起因するアー
ク放電を防ぎ、ダメージのない膜を形成できるスパッタ
リング装置を提供することを目的とする。 【構成】 スパッタリング装置において、プラズマイン
ピーダンスとほぼ同等かもしくはそれ以上の抵抗を介し
て、基板５６にバイアス電位を印加できるようにしたこ
とにより、アーク放電の発生を防止することができる。
スを印加するラインの低インピーダンスに起因するアー
ク放電を防ぎ、ダメージのない膜を形成できるスパッタ
リング装置を提供することを目的とする。 【構成】 スパッタリング装置において、プラズマイン
ピーダンスとほぼ同等かもしくはそれ以上の抵抗を介し
て、基板５６にバイアス電位を印加できるようにしたこ
とにより、アーク放電の発生を防止することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体や薄膜磁気ヘッ
ドなど薄膜応用デバイスの薄膜形成に使用するスパッタ
リング装置に関する。
ドなど薄膜応用デバイスの薄膜形成に使用するスパッタ
リング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板にバイアスを印加するスパッタリン
グ装置は、基板にバイアス電位を印加することで、プラ
ズマの状態を変え、基板に到達するスパッタ粒子やアル
ゴンイオンの入射角度や入射エネルギーの制御を行いな
がら、成膜を行うものである。バイアスを印加すること
で、スパッタ粒子やアルゴンイオンの入射角度やエネル
ギーを制御でき、その結果、形成される膜の応力，硬度
などの物性値を制御することができるため、このスパッ
タリング装置は、近年薄膜応用デバイスの薄膜形成に多
く用いられている。
グ装置は、基板にバイアス電位を印加することで、プラ
ズマの状態を変え、基板に到達するスパッタ粒子やアル
ゴンイオンの入射角度や入射エネルギーの制御を行いな
がら、成膜を行うものである。バイアスを印加すること
で、スパッタ粒子やアルゴンイオンの入射角度やエネル
ギーを制御でき、その結果、形成される膜の応力，硬度
などの物性値を制御することができるため、このスパッ
タリング装置は、近年薄膜応用デバイスの薄膜形成に多
く用いられている。
【０００３】以下に図５を用いて従来のスパッタリング
装置について説明する。図５は従来のスパッタリング装
置である。同図において５１はチャンバー、５２はター
ゲット、５３はマグネット、５４はカソード、５５は直
流または高周波電源、５６は基板、５７は基板保持部、
５８はバイアス印加用直流定電圧電源である。
装置について説明する。図５は従来のスパッタリング装
置である。同図において５１はチャンバー、５２はター
ゲット、５３はマグネット、５４はカソード、５５は直
流または高周波電源、５６は基板、５７は基板保持部、
５８はバイアス印加用直流定電圧電源である。
【０００４】以上のように構成されたスパッタリング装
置について、以下にその動作を説明する。スパッタチャ
ンバー５１内に１〜１０-1Ｐａ程度の圧力のアルゴンガ
スを充満させる。カソード５４を通じて、高周波または
直流電力をターゲットに印加することによって、ターゲ
ット５２の表面近傍にプラズマを発生させる。このと
き、マグネット５３によってターゲット５２の表面に発
生させた磁界により、電子がサイクロトロン運動をする
ため、電子とアルゴンガスとの衝突回数が増加し、プラ
ズマが高密度化する。高密度化したプラズマ中の陽イオ
ンであるアルゴンイオンが、マイナス電位を持つターゲ
ット５２に衝突することによって、ターゲット５２を構
成する原子を叩きだす。その叩きだされた原子はスパッ
タ粒子と呼ばれる。そのスパッタ粒子がターゲット５２
に対向して設置された基板５６上に堆積することによっ
て、膜が形成される。膜を形成する際、基板５６に直流
定電圧電源５８より負のバイアス電位を印加することに
よって、基板に入射するスパッタ粒子やアルゴンイオン
のエネルギーや入射角度、またプラズマの状態を制御す
ることができ、その結果、膜の応力や硬度等の物性値を
制御することができる。
置について、以下にその動作を説明する。スパッタチャ
ンバー５１内に１〜１０-1Ｐａ程度の圧力のアルゴンガ
スを充満させる。カソード５４を通じて、高周波または
直流電力をターゲットに印加することによって、ターゲ
ット５２の表面近傍にプラズマを発生させる。このと
き、マグネット５３によってターゲット５２の表面に発
生させた磁界により、電子がサイクロトロン運動をする
ため、電子とアルゴンガスとの衝突回数が増加し、プラ
ズマが高密度化する。高密度化したプラズマ中の陽イオ
ンであるアルゴンイオンが、マイナス電位を持つターゲ
ット５２に衝突することによって、ターゲット５２を構
成する原子を叩きだす。その叩きだされた原子はスパッ
タ粒子と呼ばれる。そのスパッタ粒子がターゲット５２
に対向して設置された基板５６上に堆積することによっ
て、膜が形成される。膜を形成する際、基板５６に直流
定電圧電源５８より負のバイアス電位を印加することに
よって、基板に入射するスパッタ粒子やアルゴンイオン
のエネルギーや入射角度、またプラズマの状態を制御す
ることができ、その結果、膜の応力や硬度等の物性値を
制御することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、高い電気伝導性を持つ基板や、基板表面に
高電気伝導性の膜がついた基板上にバイアスを印加しな
がら成膜する際、アーク放電が発生し、基板表面にダメ
ージが生じてしまうという問題があった。図６にその時
のバイアスラインに流れる電流の時間変化を示す。通常
の電流値レベルと比較して５〜１０倍のアーク電流が数
百マイクロ秒のオーダーで発生する。
の構成では、高い電気伝導性を持つ基板や、基板表面に
高電気伝導性の膜がついた基板上にバイアスを印加しな
がら成膜する際、アーク放電が発生し、基板表面にダメ
ージが生じてしまうという問題があった。図６にその時
のバイアスラインに流れる電流の時間変化を示す。通常
の電流値レベルと比較して５〜１０倍のアーク電流が数
百マイクロ秒のオーダーで発生する。
【０００６】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、基板にバイアスを印加しながら成膜を行ってもアー
ク放電が起きないスパッタリング装置を提供することを
目的とする。
で、基板にバイアスを印加しながら成膜を行ってもアー
ク放電が起きないスパッタリング装置を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の第１の発明においては、抵抗体を介してバ
イアスを基板に印加できるようにするものである。
に、本発明の第１の発明においては、抵抗体を介してバ
イアスを基板に印加できるようにするものである。
【０００８】本発明の第２の発明においては、基板にバ
イアスを印加する直流定電圧電源を周波数特性が１０ｋ
Ｈｚ以上の直流定電圧電源とすることを特徴とするもの
である。
イアスを印加する直流定電圧電源を周波数特性が１０ｋ
Ｈｚ以上の直流定電圧電源とすることを特徴とするもの
である。
【０００９】本発明の第３の発明においては、基板にバ
イアスを印加する直流電源を定電流制御と定電圧制御の
切替え可能な直流電源にし、かつその切替えを可能とす
る制御回路を持つことを特徴とするものである。
イアスを印加する直流電源を定電流制御と定電圧制御の
切替え可能な直流電源にし、かつその切替えを可能とす
る制御回路を持つことを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】本発明の第１の発明では、基板と基板ホルダー
の間に抵抗体を設けることによって、基板にバイアスを
印加するラインの入力インピーダンスを高くすることが
できる。その結果、電流が流れやすい、即ち入力インピ
ーダンスが低いために起きるアーク放電が発生するのを
防ぐことができる。
の間に抵抗体を設けることによって、基板にバイアスを
印加するラインの入力インピーダンスを高くすることが
できる。その結果、電流が流れやすい、即ち入力インピ
ーダンスが低いために起きるアーク放電が発生するのを
防ぐことができる。
【００１１】本発明の第２の発明では、数百マイクロ病
のオーダーで発生するアーク放電を、１０ｋＨｚ以上の
周波数特性を持つ直流電源を用い、電流リミッタを掛け
ることで基板表面にダメージを与えるアーク電流が発生
するのを防ぐことができる。
のオーダーで発生するアーク放電を、１０ｋＨｚ以上の
周波数特性を持つ直流電源を用い、電流リミッタを掛け
ることで基板表面にダメージを与えるアーク電流が発生
するのを防ぐことができる。
【００１２】本発明の第３の発明では、成膜する膜の抵
抗値が高い場合、まず定電流制御で基板にバイアスを印
加して、アーク電流の発生を防ぎながら数十Åの初期層
の成膜を行う。成膜された膜の抵抗値が高いため、第１
の発明と同様に、バイアスラインの入力インピーダンス
が高くなるため、その後膜質が安定する定電圧制御でバ
イアスを印加してもアーク放電が発生しない。
抗値が高い場合、まず定電流制御で基板にバイアスを印
加して、アーク電流の発生を防ぎながら数十Åの初期層
の成膜を行う。成膜された膜の抵抗値が高いため、第１
の発明と同様に、バイアスラインの入力インピーダンス
が高くなるため、その後膜質が安定する定電圧制御でバ
イアスを印加してもアーク放電が発生しない。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の第１の発明の実施例を示す
スパッタリング装置である。同図において、図５と同一
物には同一番号を付し説明を省略する。本実施例におい
ては同図に示したように、抵抗体１を介して基板５６を
保持するようになっているため、基板５６，抵抗体１，
バイアス印加用直流電源５８から構成されるバイアスラ
インの入力インピーダンスが高くなる。その結果、イン
ピーダンスが低いところへ発生するアーク放電が発生し
にくくなる。インピーダンスが高ければ高いほど、この
実施例の場合、抵抗体の抵抗値が高ければ高いほど、ア
ーク放電は発生しにくくなるが、基板にバイアス電位を
印加する場合、抵抗体の抵抗値を大きくするとその抵抗
体での電圧降下も比例して大きくなるため、電圧降下分
だけ余分に電力が必要になる。アーク放電を防止しなが
ら、もっとも効果的に基板にバイアスを印加できる抵抗
値はターゲット５２と基板５６の間のプラズマインピー
ダンスと同程度の抵抗値である。例えば、抵抗体１には
その中に含まれる銀の量で抵抗値を変えることが可能な
導電性ゴムシートを使用する。このゴムシートは熱伝導
性も良く、基板の温度制御が必要な場合も使用できる。
スパッタリング装置である。同図において、図５と同一
物には同一番号を付し説明を省略する。本実施例におい
ては同図に示したように、抵抗体１を介して基板５６を
保持するようになっているため、基板５６，抵抗体１，
バイアス印加用直流電源５８から構成されるバイアスラ
インの入力インピーダンスが高くなる。その結果、イン
ピーダンスが低いところへ発生するアーク放電が発生し
にくくなる。インピーダンスが高ければ高いほど、この
実施例の場合、抵抗体の抵抗値が高ければ高いほど、ア
ーク放電は発生しにくくなるが、基板にバイアス電位を
印加する場合、抵抗体の抵抗値を大きくするとその抵抗
体での電圧降下も比例して大きくなるため、電圧降下分
だけ余分に電力が必要になる。アーク放電を防止しなが
ら、もっとも効果的に基板にバイアスを印加できる抵抗
値はターゲット５２と基板５６の間のプラズマインピー
ダンスと同程度の抵抗値である。例えば、抵抗体１には
その中に含まれる銀の量で抵抗値を変えることが可能な
導電性ゴムシートを使用する。このゴムシートは熱伝導
性も良く、基板の温度制御が必要な場合も使用できる。
【００１４】図２は、本発明の第２の発明の実施例を示
すスパッタリング装置である。このスパッタリング装置
は、図５に示した従来のものとはほぼ同様の構成であ
る。しかしながら、基板にバイアス電位を印加する直流
定電圧電源２は従来のものと異なり、周波数特性が１０
ｋＨｚ以上、つまり電源の反応速度が１００マイクロ秒
以上のものとする。この構成にすることによって、数百
マイクロ秒のオーダーで発生するアーク電流を、定電流
電源の電流リミッタで防ぐことができる。図３にその時
のバイアスラインに流れる電流値の時間変化を示す。数
百マイクロ秒のオーダーでアーク電流が流れようとする
が、それ以上速さで電流リミッタが効いて、アーク電流
を未然に防ぐため、アーク放電は発生しない。
すスパッタリング装置である。このスパッタリング装置
は、図５に示した従来のものとはほぼ同様の構成であ
る。しかしながら、基板にバイアス電位を印加する直流
定電圧電源２は従来のものと異なり、周波数特性が１０
ｋＨｚ以上、つまり電源の反応速度が１００マイクロ秒
以上のものとする。この構成にすることによって、数百
マイクロ秒のオーダーで発生するアーク電流を、定電流
電源の電流リミッタで防ぐことができる。図３にその時
のバイアスラインに流れる電流値の時間変化を示す。数
百マイクロ秒のオーダーでアーク電流が流れようとする
が、それ以上速さで電流リミッタが効いて、アーク電流
を未然に防ぐため、アーク放電は発生しない。
【００１５】図４は、本発明の第３の発明の実施例を示
すスパッタリング装置である。同図において、図５と同
一物には同一番号を付し説明を省略する。同図において
３は定電流制御と定電圧制御の切替え可能な直流電源、
４は膜厚モニターである。成膜する膜の抵抗値が高い場
合、まず最初の数十Åの層をアーク放電が防げるよう
に、電源３を定電流電源として使用して基板４にバイア
ス電位を印加する。その時同時に膜厚を膜厚モニターで
モニターしながら成膜を行い、膜厚が数十Åになった時
点で、電源３を定電流から定電圧電源に切替えるような
制御回路を設ける。成膜する膜の抵抗値が高いため、第
１の発明と同様に、バイアスラインのインピーダンスが
高くなるため、その後定電圧電源に切替えてもアーク放
電の発生を防ぐことができる。
すスパッタリング装置である。同図において、図５と同
一物には同一番号を付し説明を省略する。同図において
３は定電流制御と定電圧制御の切替え可能な直流電源、
４は膜厚モニターである。成膜する膜の抵抗値が高い場
合、まず最初の数十Åの層をアーク放電が防げるよう
に、電源３を定電流電源として使用して基板４にバイア
ス電位を印加する。その時同時に膜厚を膜厚モニターで
モニターしながら成膜を行い、膜厚が数十Åになった時
点で、電源３を定電流から定電圧電源に切替えるような
制御回路を設ける。成膜する膜の抵抗値が高いため、第
１の発明と同様に、バイアスラインのインピーダンスが
高くなるため、その後定電圧電源に切替えてもアーク放
電の発生を防ぐことができる。
【００１６】初期の膜厚が薄すぎた場合、連続な膜では
なく島状の膜となるため、局所的にインピーダンスの低
いところが生じてしまい、アーク放電を防止することは
できない。また定電流電源を使用した場合、不安定なプ
ラズマのインピーダンスによって、基板に印加される電
圧も不安定となるため、初期の膜厚が厚すぎると膜質が
不安定となってしまう。よってアーク放電を防ぎ、かつ
安定した膜質を得るためには、定電流電源でバイアスを
印加する初期層の膜厚の最適化が必要である。アーク放
電の起きない膜厚は、膜の抵抗値にもよるが、５０Å以
上、安定した膜質が得られる膜厚は全膜厚の１０％以下
である。
なく島状の膜となるため、局所的にインピーダンスの低
いところが生じてしまい、アーク放電を防止することは
できない。また定電流電源を使用した場合、不安定なプ
ラズマのインピーダンスによって、基板に印加される電
圧も不安定となるため、初期の膜厚が厚すぎると膜質が
不安定となってしまう。よってアーク放電を防ぎ、かつ
安定した膜質を得るためには、定電流電源でバイアスを
印加する初期層の膜厚の最適化が必要である。アーク放
電の起きない膜厚は、膜の抵抗値にもよるが、５０Å以
上、安定した膜質が得られる膜厚は全膜厚の１０％以下
である。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の第１の発明
は、プラズマインピーダンスと同程度の抵抗値を持つ抵
抗体を介して基板を保持することで、バイアスラインの
入力インダンスを高くし、その結果アーク放電の発生の
防止を可能とする。
は、プラズマインピーダンスと同程度の抵抗値を持つ抵
抗体を介して基板を保持することで、バイアスラインの
入力インダンスを高くし、その結果アーク放電の発生の
防止を可能とする。
【００１８】本発明の第２の発明は、周波数特性が１０
ｋＨｚ以上の定電流電源によって基板にバイアスを印加
することで、数百マイクロ秒のオーダーで発生するアー
ク放電を電流リミッタによって未然に防ぐことができ
る。
ｋＨｚ以上の定電流電源によって基板にバイアスを印加
することで、数百マイクロ秒のオーダーで発生するアー
ク放電を電流リミッタによって未然に防ぐことができ
る。
【００１９】本発明の第３の発明は、成膜する膜の抵抗
値が高い場合、最初の数十Åの層をアーク放電が防げる
ように定電流制御によって基板にバイアスを印加して成
膜を行う。その結果、第１の発明と同様にバイアスライ
ンのインピーダンスが高くなり、その後膜質が安定する
定電圧制御に切替えてもアーク放電の発生を防ぐことが
できる。
値が高い場合、最初の数十Åの層をアーク放電が防げる
ように定電流制御によって基板にバイアスを印加して成
膜を行う。その結果、第１の発明と同様にバイアスライ
ンのインピーダンスが高くなり、その後膜質が安定する
定電圧制御に切替えてもアーク放電の発生を防ぐことが
できる。
【図１】本発明の第１の発明の実施例を示すスパッタリ
ング装置の断面図
ング装置の断面図
【図２】本発明の第２の発明の実施例を示すスパッタリ
ング装置の断面図
ング装置の断面図
【図３】本発明の第２の実施例のバイアス電流の時間変
化を示す図
化を示す図
【図４】本発明の第３の発明の実施例を示すスパッタリ
ング装置の断面図
ング装置の断面図
【図５】従来のスパッタリング装置の断面図
【図６】従来のスパッタリング装置のバイアス電流の時
間変化を示す図
間変化を示す図
１ 抵抗体 ５６ 基板
Claims (3)
- 【請求項１】 プラズマインピーダンスとほぼ同等かそ
れ以上の抵抗値を有する抵抗体を介して基板を支持する
ことを特徴とするスパッタリング装置。 - 【請求項２】 基板にバイアス電位を印加する定電流電
源が、周波数特性が１０ｋＨｚ以上の定電流電源である
ことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。 - 【請求項３】 基板にバイアス電位を印加する直流電源
が定電流制御と定電圧制御とに切替え可能な直流電源で
あり、かつ膜厚もしくは成膜時間で定電流制御と定電圧
制御との切替えを行うことのできる制御手段を有するこ
とを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5181169A JPH0734239A (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | スパッタリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5181169A JPH0734239A (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | スパッタリング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0734239A true JPH0734239A (ja) | 1995-02-03 |
Family
ID=16096098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5181169A Pending JPH0734239A (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | スパッタリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0734239A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007291439A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Tokyo Electron Ltd | 成膜方法、プラズマ成膜装置及び記憶媒体 |
| WO2010008636A1 (en) * | 2008-07-17 | 2010-01-21 | Mks Instruments, Inc. | Sputtering system and method including an arc detection system |
| DE112008002320T5 (de) | 2007-09-11 | 2010-07-29 | Smc K.K. | Fluiddruckzylinder |
| US7798052B2 (en) | 2006-11-29 | 2010-09-21 | Smc Kabushiki Kaisha | Fluid pressure cylinder |
| US7836816B2 (en) | 2006-12-06 | 2010-11-23 | Smc Kabushiki Kaisha | Retaining ring for fluid pressure cylinder |
| US7836817B2 (en) | 2006-12-06 | 2010-11-23 | Smc Kabushiki Kaisha | Fluid pressure cylinder |
| US10195722B2 (en) | 2014-12-26 | 2019-02-05 | Smc Corporation | Magnet chuck |
-
1993
- 1993-07-22 JP JP5181169A patent/JPH0734239A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007291439A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Tokyo Electron Ltd | 成膜方法、プラズマ成膜装置及び記憶媒体 |
| US7798052B2 (en) | 2006-11-29 | 2010-09-21 | Smc Kabushiki Kaisha | Fluid pressure cylinder |
| US7836816B2 (en) | 2006-12-06 | 2010-11-23 | Smc Kabushiki Kaisha | Retaining ring for fluid pressure cylinder |
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| DE112008002320T5 (de) | 2007-09-11 | 2010-07-29 | Smc K.K. | Fluiddruckzylinder |
| US8505437B2 (en) | 2007-09-11 | 2013-08-13 | Smc Kabushiki Kaisha | Fluid pressure cylinder |
| WO2010008636A1 (en) * | 2008-07-17 | 2010-01-21 | Mks Instruments, Inc. | Sputtering system and method including an arc detection system |
| US9613784B2 (en) | 2008-07-17 | 2017-04-04 | Mks Instruments, Inc. | Sputtering system and method including an arc detection |
| US10607821B2 (en) | 2008-07-17 | 2020-03-31 | MKS Insturments, Inc. | Sputtering system and method including an arc detection |
| US10195722B2 (en) | 2014-12-26 | 2019-02-05 | Smc Corporation | Magnet chuck |
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