JP5037475B2 - Sputtering equipment - Google Patents
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本発明は、複数のスパッタ蒸発源に直流パルス電力を供給する電源装置を備え、成膜対象物の表面にパルススパッタリングによる成膜を行うスパッタ装置に関するものである。 The present invention relates to a sputtering apparatus that includes a power supply device that supplies DC pulse power to a plurality of sputtering evaporation sources, and that performs film formation by pulse sputtering on the surface of a film formation target.
スパッタ法は物理的蒸着法の一種であり、真空容器の中において、Ａｒなどの不活性ガスを導入しながら、被膜材料（ターゲット）を取りつけた電極を陰極としてグロー放電を発生させ、放電中で生成したイオンを放電電圧に相当する数百ｅＶのエネルギーで陰極に衝突させ、その際に反動で放出される粒子を基板上に堆積させて成膜を行う方法である。この成膜プロセスは、ターゲット表面付近に磁場を印加したマグネトロンスパッタ法により、さらに強いグロー放電を生成することが可能で、実用的な成膜プロセスとして使われている。 Sputtering is a kind of physical vapor deposition, and in a vacuum vessel, while introducing an inert gas such as Ar, a glow discharge is generated using an electrode with a coating material (target) as a cathode, In this method, the generated ions are made to collide with the cathode with energy of several hundreds of eV corresponding to the discharge voltage, and particles released by reaction are deposited on the substrate to form a film. This film formation process can generate a stronger glow discharge by a magnetron sputtering method in which a magnetic field is applied near the target surface, and is used as a practical film formation process.
このような、スパッタ法においてしばしば指摘される問題点は、基板上に堆積する粒子のエネルギーが小さいために、形成される皮膜が充分緻密ではないという点であった。 A problem often pointed out in the sputtering method is that the formed film is not sufficiently dense because the energy of particles deposited on the substrate is small.
一般的なスパッタのグロー放電では、イオン化されたターゲット粒子（スパッタ粒子）が少ないが、何らかの方法でスパッタ粒子をイオン化できれば、緻密な膜が得られる。イオン化されたスパッタ粒子は、皮膜を形成する基板（成膜対象物）や、該基板を保持する基板ホルダに印加された負のバイアスで基板側に向かうエネルギーを与えられる。このエネルギーが膜の結合力の増加などの緻密化として働き、結果として緻密な膜を得ることができる。 In general sputter glow discharge, there are few ionized target particles (sputtered particles), but if the sputtered particles can be ionized by any method, a dense film can be obtained. The ionized sputtered particles are given energy toward the substrate by a negative bias applied to a substrate (film formation target) on which a film is formed and a substrate holder that holds the substrate. This energy acts as a densification such as an increase in the bonding force of the film, and as a result, a dense film can be obtained.
そこで、前記問題点を解決するための方法としては、各種の方法が提案されているが、その中のひとつの手段として成膜を行うための放電を非常に高い電力密度でパルス的に発生させる技術が提案されている。 Therefore, various methods have been proposed as a method for solving the above-mentioned problems, and as one of the methods, a discharge for performing film formation is generated in a pulsed manner at a very high power density. Technology has been proposed.
例えば、後記の特許文献１（発明者Kouznetsov）には、マグネトロンスパッタリングにおいて、ターゲットに負の電圧を印加するパルスの立上りエッジを急峻にすることにより、ターゲット前面のガスを非常に急速に完全電離状態にして実質的に均一なプラズマを形成するようにターゲットに対して直流パルスを印加することが提案されている。そして、具体的なパルスの条件として、パルス中の電力： ０．１ｋＷ−１ＭＷ、パルス幅：５０μｓ〜１ｍｓ，より好ましくは５０〜２００μｓ，特に好ましくは１００μｓ、パルス間隔：１０ｍｓ〜１０００ｓ，好ましくは１０〜５０ｍｓ、パルス電圧：０．５〜５ｋＶ、が好ましい条件として開示されている。 For example, in Patent Document 1 (inventor Kouznetsov) described later, in magnetron sputtering, the rising edge of a pulse for applying a negative voltage to the target is made sharp so that the gas in front of the target is completely ionized very rapidly. Thus, it has been proposed to apply a DC pulse to the target so as to form a substantially uniform plasma. As specific pulse conditions, power in the pulse: 0.1 kW-1 MW, pulse width: 50 μs to 1 ms, more preferably 50 to 200 μs, particularly preferably 100 μs, pulse interval: 10 ms to 1000 s, preferably 10 -50 ms and pulse voltage: 0.5-5 kV are disclosed as preferable conditions.
また、同じくKouznetsovによる後記の文献（非特許文献１）によると、ピーク電力１００〜５００ｋＷ（ターゲット電力密度０．６〜２．８ｋＷ／ｃｍ２相当）、Ａｒ圧力０．０６〜５Ｐａにおいて、５０〜１００μｓのパルス幅、５０Ｈｚの繰り返し周波数において行った成膜実験の結果が報告されており、成膜対象の基板上において１Ａ／ｃｍ２という高いイオン電流量と蒸発したターゲット蒸気の約７０％がイオン化しているとの結果が得られている。成膜に使われる蒸気が高い割合でイオン化していることにより、皮膜と基板との高い密着性が得られるとともに、緻密な皮膜が形成可能であるということが期待できる。 Similarly, according to the following document (Non-patent Document 1) by Kouznetsov, a peak power of 100 to 500 kW (equivalent to a target power density of 0.6 to 2.8 kW / cm 2 ) and an Ar pressure of 0.06 to 5 Pa are 50 to 50 The results of film formation experiments conducted at a pulse width of 100 μs and a repetition frequency of 50 Hz have been reported. On the substrate to be formed, a high ion current amount of 1 A / cm 2 and about 70% of the evaporated target vapor are ionized. Results are obtained. Since the vapor used for film formation is ionized at a high rate, it can be expected that a high adhesion between the film and the substrate can be obtained and a dense film can be formed.
また、後記の特許文献２には、１ｋＷ／ｃｍ２以上の電力をターゲットに与えて、クロムなどのターゲット材料をスパッタし、スパッタリングされたスパッタ粒子をイオン化して基板の前処理に用いるものが示されている。 Further, Patent Document 2 described later shows that a power of 1 kW / cm 2 or more is applied to a target, a target material such as chromium is sputtered, and sputtered sputtered particles are ionized to be used for pretreatment of a substrate. Has been.
さらに、後記の特許文献３には、対向ターゲットスパッタ装置が提案されており、ターゲットに供給する直流の電力を対向させたターゲットに囲まれた領域の体積で除した体積あたりの最大体積電力密度が８３Ｗ／ｃｍ３以上で、スパッタリングされたスパッタ粒子のイオン化が認められることが示されている。この場合、対向するターゲットの間隔は１ｃｍ、１枚のターゲット面積は１２ｃｍ２（２ｃｍ×６ｃｍ）、トータルのターゲット面積は２４ｃｍ２となる。したがって、ターゲット面積あたりの電力密度に換算すると、電力密度は４１．５Ｗ／ｃｍ２となる。
Further, in
このように、前記の従来技術（特許文献１〜３、非特許文献１）を総合すると、カソードの形態によって異なるが、ターゲットに電力密度４１．５Ｗ／ｃｍ２以上の電力を与えることで、通常のスパッタでは得られないターゲット材料のイオン化（スパッタ粒子のイオン化）を利用したプロセスに有用となることがわかる。ターゲットに電力密度０．６ｋＷ／ｃｍ２以上の電力を与えることで、平板型のマグネトロンスパッタ法においても、有用なプロセスになることがわかる。 As described above, when the above conventional technologies (Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1) are combined, the power density of 41.5 W / cm 2 or more is usually applied to the target although it varies depending on the form of the cathode. It turns out that it becomes useful for the process using the ionization of the target material (ionization of a sputtered particle) which cannot be obtained by sputtering. It can be seen that applying a power of 0.6 kW / cm 2 or more to the target provides a useful process even in the flat-plate magnetron sputtering method.
ところで、ターゲットに直流の高電力パルスを供給する大電力の直流パルス電源を備え、前述のハイパワーパルススパッタ法（大電力パルススパッタリング）を行うスパッタ装置では、前記の大電力の直流パルス電源が、直流電圧発生機構に加え、パルス発生機構を有するため、一般の直流スパッタ電源に比べて高価であるという欠点があった。特に、生産性を高めることや、皮膜の均一性を図ることを目的として、複数のスパッタ蒸発源（ターゲットが装着される陰極）を備え、これら複数のスパッタ蒸発源に直流パルス電力を供給するようにしたスパッタ装置では、各スパッタ蒸発源毎に直流パルス電源を必要とし、装置がより高価になるという欠点があった。 By the way, in a sputtering apparatus that includes a high-power DC pulse power source that supplies a DC high-power pulse to a target and performs the above-described high-power pulse sputtering method (high-power pulse sputtering), the high-power DC pulse power source is Since it has a pulse generation mechanism in addition to a direct current voltage generation mechanism, there is a disadvantage that it is more expensive than a general direct current sputtering power supply. In particular, for the purpose of improving productivity and film uniformity, a plurality of sputter evaporation sources (cathodes on which targets are mounted) are provided, and DC pulse power is supplied to the plurality of sputter evaporation sources. However, the sputter apparatus requires a DC pulse power source for each sputter evaporation source, which has the disadvantage that the apparatus becomes more expensive.
そこで、複数のスパッタ蒸発源に直流パルス電力を供給する電源装置を備え、成膜対象物（基板）にパルススパッタリングによる成膜を行うスパッタ装置において、１台の直流電圧発生機構と、該直流電圧発生機構からの電力を蓄える１台の電力貯蔵部と、前記電力貯蔵部に蓄えた電力を前記各スパッタ蒸発源に時分割パルス状に順次分配供給する複数のパルス分配供給手段とによって前記電源装置を構成し、各スパッタ蒸発源毎に直流パルス電源を設けなくてすむようにした、スパッタ装置が後記の特許文献４に開示されている。 Accordingly, in a sputtering apparatus that includes a power supply device that supplies DC pulse power to a plurality of sputtering evaporation sources and performs film formation by pulse sputtering on a film formation target (substrate), one DC voltage generation mechanism and the DC voltage The power supply unit includes: one power storage unit that stores power from the generation mechanism; and a plurality of pulse distribution supply units that sequentially distribute the power stored in the power storage unit to each of the sputter evaporation sources in a time-division pulse form. Is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-228688, in which a DC pulse power supply is not required for each sputtering evaporation source.
しかしながら、特許文献４に開示された従来のスパッタ装置では、各スパッタ蒸発源について、アーク放電の発生を防止し、かつ、パルスピーク電流値をできるだけ大きくすることでスパッタ粒子のイオン化を促進するという点において改善の余地があった。
そこで、本発明の課題は、複数のスパッタ蒸発源に直流パルス電力を供給する電源装置を備え、成膜対象物にパルススパッタリングによる成膜を行うスパッタ装置において、各スパッタ蒸発源に流れるパルスピーク電流値が、アーク放電を発生させないためのパルスピーク電流目標値を超えないようにし、これによって、アーク放電の発生を防止し、かつ、パルスピーク電流値をできるだけ大きくすることでスパッタ粒子のイオン化を促進することができ、アーク放電に起因する欠陥を生じることなく、確実に緻密な皮膜を形成できるようにした、スパッタ装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a pulse peak current that flows to each sputter evaporation source in a sputtering apparatus that includes a power supply device that supplies DC pulse power to a plurality of sputter evaporation sources and performs film formation by pulse sputtering on a film formation target. The value does not exceed the pulse peak current target value to prevent arc discharge, thereby preventing arc discharge and increasing the pulse peak current as much as possible to promote ionization of sputtered particles. Another object of the present invention is to provide a sputtering apparatus that can reliably form a dense film without causing defects caused by arc discharge.
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
請求項１の発明は、複数のスパッタ蒸発源に直流パルス電力を供給する電源装置を備え、成膜対象物の表面にパルススパッタリングによる成膜を行うスパッタ装置において、
前記電源装置は、１台の直流電源と、該直流電源からの電力を蓄える電力貯蔵部と、該電力貯蔵部に蓄えた電力を前記複数のスパッタ蒸発源毎に分配供給するパルス分配供給手段と、前記複数のスパッタ蒸発源の少なくとも一つに設けられて当該スパッタ蒸発源に流れる電流を測定するための電流センサと、該電流センサの出力に基づいて当該スパッタ蒸発源に流れるパルスピーク電流検出値を求めるパルスピーク電流検出部と、該パルスピーク電流検出部で検出したパルスピーク電流検出値がアーク放電を発生させないためのパルスピーク電流目標値を超えないように前記直流電源の出力を制御するパルスピーク電流制御部と、を備えていることを特徴とするスパッタ装置である。
The invention of claim 1 includes a power supply device that supplies direct-current pulse power to a plurality of sputtering evaporation sources, and a sputtering device that performs film formation by pulse sputtering on the surface of a film formation target.
The power supply device includes one DC power supply, a power storage unit that stores power from the DC power supply, and pulse distribution supply means that distributes and supplies the power stored in the power storage unit to the plurality of sputter evaporation sources. A current sensor that is provided in at least one of the plurality of sputter evaporation sources and measures a current flowing through the sputter evaporation source; and a pulse peak current detection value that flows through the sputter evaporation source based on the output of the current sensor A pulse peak current detection unit for obtaining the pulse, and a pulse for controlling the output of the DC power supply so that a pulse peak current detection value detected by the pulse peak current detection unit does not exceed a pulse peak current target value for preventing arc discharge. And a peak current control unit.
請求項２の発明は、複数のスパッタ蒸発源に直流パルス電力を供給する電源装置を備え、成膜対象物の表面にパルススパッタリングによる成膜を行うスパッタ装置において、前記電源装置は、１台の直流電源と、該直流電源からの電力を蓄える１台の電力貯蔵部と、前記電力貯蔵部の陰極側に接続され、前記電力貯蔵部に蓄えた電力を前記各スパッタ蒸発源毎に分配供給する複数のパルス分配供給手段と、前記複数のスパッタ蒸発源の各々に対応して設けられ、各スパッタ蒸発源に流れる電流を測定するための複数の電流センサと、前記各電流センサの出力に基づいて、それぞれ、各スパッタ蒸発源に流れるパルスピーク電流検出値を求めるパルスピーク電流検出部と、前記各スパッタ蒸発源について、それぞれ、アーク放電を発生させないためのパルスピーク電流目標値を設定し、前記複数のスパッタ蒸発源の全てがパルスピーク電流目標値以下となるように、前記直流電源の出力を制御するパルスピーク電流値制御部と、を備えていることを特徴とするスパッタ装置である。 The invention of claim 2 is provided with a power supply device that supplies direct-current pulse power to a plurality of sputtering evaporation sources, and the sputtering device performs film formation by pulse sputtering on the surface of the film formation target. DC power source, one power storage unit that stores power from the DC power source, and a cathode side of the power storage unit, and the power stored in the power storage unit is distributed and supplied to each sputter evaporation source Based on a plurality of pulse distribution supply means, a plurality of current sensors provided corresponding to each of the plurality of sputter evaporation sources, and a plurality of current sensors for measuring a current flowing through each sputter evaporation source, and an output of each of the current sensors The pulse peak current detection unit for obtaining the detected value of the pulse peak current flowing through each sputter evaporation source and the arc discharge for each sputter evaporation source are not generated. A pulse peak current value control unit configured to set a pulse peak current target value for controlling the output of the DC power supply so that all of the plurality of sputter evaporation sources have a pulse peak current target value or less. It is a sputtering device characterized by having.
請求項３の発明は、請求項２記載のスパッタ装置において、前記各電流センサの出力に基づいて、それぞれ、各スパッタ蒸発源に流れる所定周期におけるパルス電流の平均値を求めるパルス電流平均値検出部と、前記各スパッタ蒸発源について、それぞれ、目標パルス電流平均値を設定するとともに、前記求めたパルス電流平均値が前記目標パルス電流平均値を超えないように前記各パルス分配供給手段を制御するパルス電流平均値制御部と、を備えていることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the sputtering apparatus according to the second aspect, a pulse current average value detecting unit that obtains an average value of a pulse current in a predetermined cycle flowing through each sputter evaporation source based on the output of each current sensor. And a target pulse current average value for each of the sputter evaporation sources, and a pulse for controlling the pulse distribution supply means so that the determined pulse current average value does not exceed the target pulse current average value. And a current average value control unit.
請求項４の発明は、請求項１、２又は３記載のスパッタ装置において、前記電力貯蔵部がコンデンサで構成され、前記パルス分配供給手段が半導体スイッチング素子で構成されていることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the sputtering apparatus according to the first, second, or third aspect, the power storage unit is configured by a capacitor, and the pulse distribution supply unit is configured by a semiconductor switching element. It is.
本発明のスパッタ装置は、１台の直流電源からの電力を電力貯蔵部に蓄え、パルス分配供給手段により、前記電力貯蔵部に蓄えた電力を複数のスパッタ蒸発源に分配供給するに際し、前記直流電源の出力を制御することにより、各スパッタ蒸発源に流れるパルスピーク電流値が、アーク放電を発生させないためのパルスピーク電流目標値を超えないようにしている。したがって、アーク放電の発生を防止し、かつ、パルスピーク電流値をできるだけ大きくすることでスパッタ粒子のイオン化を促進することができ、成膜対象物に、アーク放電に起因する欠陥を生じることなく、確実に緻密な皮膜を形成することができる。 The sputtering apparatus of the present invention stores power from one DC power source in a power storage unit, and distributes and supplies the power stored in the power storage unit to a plurality of sputter evaporation sources by pulse distribution supply means. By controlling the output of the power supply, the pulse peak current value flowing through each sputter evaporation source is prevented from exceeding the pulse peak current target value for preventing arc discharge. Therefore, it is possible to promote the ionization of sputtered particles by preventing the occurrence of arc discharge and increasing the pulse peak current value as much as possible, without causing defects due to arc discharge in the film formation target, A dense film can be reliably formed.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は本発明の一実施形態によるスパッタ装置の構成を概略的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
図１に示すように、スパッタ装置１は、成膜対象物（図示せず）を収容し、該成膜対象物への成膜プロセスを行う真空チャンバー３と、この真空チャンバー３に設置された複数、この例では３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、これらのスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃにグロー放電用の直流パルス電力を供給する電源装置２とを備えている。なお、スパッタ装置１には、この他に真空排気システム、プロセスガス導入機構等、スパッタ成膜に必要な機構が設けられているが、これらは公知であるため、図１では省略されている。
As shown in FIG. 1, a sputtering apparatus 1 accommodates a film formation target (not shown) and performs a film formation process on the film formation target, and is installed in the
前記電源装置２は、皮膜材料（ターゲット）を取り付けた電極である前記スパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃに直流パルス電力を供給し、スパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃを陰極とし、真空チャンバー３を陽極として、これらの電極間にグロー放電を発生させるためのものである。
The power supply device 2 supplies direct-current pulse power to the sputtering
この電源装置２は、基本構成部として、１台の直流電源（直流電圧発生機構）１０と、直流電源１０からの電力を蓄える１台の電力貯蔵部としてのコンデンサ１１と、このコンデンサ１１の陰極側に接続され、３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃの各々に対応して設けられ、コンデンサ１１に蓄えた電力を各スパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃ毎に時分割パルス状に順次分配供給する複数のパルス分配供給手段としての第１から第３の３つの半導体スイッチング素子１２Ａ，１２Ｂ,１２Ｃとを備えている。この半導体スイッチング素子１２Ａ〜１２Ｃは、３つにする必要はなく、一体的なものとしてもよい。また、コンデンサ１１は、各スパッタ蒸発源４Ａ〜４Ｃ毎に設けてもよい。
The power supply device 2 includes, as basic components, one DC power supply (DC voltage generating mechanism) 10, a
また、前記電源装置２は、パルス電流平均値にかかわる制御部として、３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃの各々に対応して設けられ、各スパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃに流れる電流を測定するための第１から第３の電流センサ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃと、各電流センサ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの出力に基づいて、それぞれ、各スパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃに流れる所定周期におけるパルス電流の平均値を求める第１から第３のパルス電流平均値検出部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと、各スパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃについて、それぞれ、目標パルス電流平均値を設定するとともに、前記求めたパルス電流平均値がその目標パルス電流平均値を超えないように各半導体スイッチング素子１２Ａ，１２Ｂ,１２Ｃを制御するパルス電流平均値制御部１５とを備えている。なお、目標パルス電流平均値と検出して求めたパルス電流平均値との偏差をなくすように制御するようにしてもよい。
The power supply device 2 is provided corresponding to each of the three
前記の電流センサ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃとしては、大電流の測定が可能なホール素子型電流センサを使用している。また、直流電力を直流パルス電力に変換してパルス電流を得るためにスイッチングを行う前記半導体スイッチング素子１２Ａ，１２Ｂ,１２Ｃとしては、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）が好適である。この電流センサ１３Ａ〜１３Ｃに代えて、スイッチング素子１２Ａと直流電源１０との間に一つだけ電流センサを設けて、これをスイッチング素子の開閉とタイミングをとることで、各スパッタ蒸発源４Ａ〜４Ｃに流れる電流を検出するようにしてもよい。
As the
さらに、前記電源装置２は、パルスピーク電流値にかかわる制御部として、各電流センサ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの出力に基づいて、それぞれ、各スパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃに流れる所定周期におけるパルスピーク電流の平均値であるパルスピーク電流検出値を求める第１から第３のパルスピーク電流検出部１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃと、各スパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃについて、それぞれ、アーク放電を発生させないためのパルスピーク電流目標値を設定し、３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃのうちいずれか１つのスパッタ蒸発源についてそのパルスピーク電流検出値とパルスピーク電流目標値との差が解消されるように、かつ、残りの他のスパッタ蒸発源についてそのパルスピーク電流検出値が当該他のスパッタ蒸発源のパルスピーク電流目標値を超えないように、直流電源１０の出力を制御するパルスピーク電流値制御部１７とを備えている。パルスピーク電流値制御部１７と前記パルス電流平均値制御部１５は、パルス電流制御部１８を構成している。このパルス電流平均値制御部は、各スパッタ蒸発源に投入する電力を制御するという観点から設けた方が望ましいものである。
Further, the power supply device 2 serves as a control unit related to the pulse peak current value, based on the outputs of the
この実施形態では、前記のパルス電流平均値検出部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ、パルス電流平均値制御部１５、パルスピーク電流検出部１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ、及びパルスピーク電流値制御部１７は、Ａ／Ｄコンバータなどを備えたプログラムされたデジタル信号処理回路などによって構成されている。
In this embodiment, the pulse current
次に、前記のパルス電流平均値にかかわる制御部の動作について説明する。 Next, the operation of the control unit related to the pulse current average value will be described.
まず、前記第１のパルス電流平均値検出部１４Ａにおいて、第１のスパッタ蒸発源４Ａに流れる電流を測定するための第１の電流センサ１３Ａの出力を、Ａ／Ｄコンバータによってデジタル信号に変換してパルス電流データとし、演算処理部によって所定パルス周期毎に該所定パルス周期における前記パルス電流データの平均値を算出することにより、所定パルス周期毎に、第１のスパッタ蒸発源４Ａに流れるパルス電流平均値ＩＡを求める。
First, in the first pulse current
同様に、第２のパルス電流平均値検出部１４Ｂにおいて、第２のスパッタ蒸発源４Ｂに流れるパルス電流平均値ＩＢを求め、第３のパルス電流平均値検出部１４Ｃにおいて、第３のスパッタ蒸発源４Ｃに流れるパルス電流平均値をＩＣ求める。これらのパルス電流平均値ＩＡ，ＩＢ，ＩＣは、前記パルス電流平均値制御部１５に与えられる。
Similarly, in the second pulse current mean
次いで、パルス電流平均値制御部１５において、第１のスパッタ蒸発源４Ａについて、前記パルス電流平均値ＩＡと目標パルス電流平均値ＩＳＡとを比較し、その比較結果に基づいて第１のスパッタ蒸発源４Ａに流れるパルス電流の平均値が目標パルス電流平均値ＩＳＡとなるように、スイッチング指令信号を半導体スイッチング素子１２Ａに与え、半導体スイッチング素子１２Ａを制御する。
Then, the pulse current average
この場合、パルス電流平均値制御部１５は、前記スイッチング指令信号として、パルス電流のパルス幅を制御するために半導体スイッチング素子１２Ａのオン動作期間を増減する指令信号、もしくは、パルス電流の繰返し周波数を制御するために半導体スイッチング素子１２Ａのスイッチング周期（オンから次のオンまでの期間）を増減する指令信号を、前記半導体スイッチング素子１２Ａに与えるようにしている。
In this case, the pulse current average
さて、同様に、前記パルス電流平均値ＩＢと目標パルス電流平均値ＩＳＢとを比較し、その比較結果に基づいて第２のスパッタ蒸発源４Ｂに流れるパルス電流の平均値が目標パルス電流平均値ＩＳＢとなるように、半導体スイッチング素子１２Ｂを制御し、前記パルス電流平均値ＩＣと目標パルス電流平均値ＩＳＣとを比較し、その比較結果に基づいて第３のスパッタ蒸発源４Ｃに流れるパルス電流の平均値が目標パルス電流平均値ＩＳＣとなるように、半導体スイッチング素子１２Ｃを制御する。
Similarly, the pulse current average value I B is compared with the target pulse current average value I SB, and the average value of the pulse current flowing through the second
これにより、３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃによって大面積を有する１つの成膜対象物に成膜を行うに際し、各スパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃによるスパッタ量（成膜速度）を調整して、前記成膜対象物に対して所望の膜厚分布となる成膜を行うことができる。例えば、３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃに装着されるターゲットが同種の場合、前記目標パルス電流平均値ＩＳＡ，ＩＳＢ，ＩＳＣを同一値に設定して、３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃの各々に流れるパルス電流の平均値が同一になるように、半導体スイッチング素子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを制御することにより、各スパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃによるスパッタ量（成膜速度）を均一にし、前記成膜対象物に対して均一な膜厚分布の成膜を行うことができる。
As a result, when the film is formed on one film formation target having a large area by the three
なお、ハイパワーパルススパッタ（大電力パルススパッタリング）を行うスパッタ装置でのパルス出力の典型的な値は、電圧（負極性）：７００〜１２００Ｖ、パルスピーク電流値（負極性）：１００〜１０００Ａ、パルス幅：１０〜１００μｓ、パルス繰返し周波数：３００〜２０００Ｈｚ、である。 Note that typical values of pulse output in a sputtering apparatus that performs high power pulse sputtering (high power pulse sputtering) are: voltage (negative polarity): 700 to 1200 V, pulse peak current value (negative polarity): 100 to 1000 A, Pulse width: 10 to 100 μs, pulse repetition frequency: 300 to 2000 Hz.
次に、前記のパルスピーク電流値にかかわる制御部の動作について説明する。 Next, the operation of the control unit related to the pulse peak current value will be described.
まず、前記第１のパルスピーク電流検出部１６Ａにおいて、第１のスパッタ蒸発源４Ａに流れる電流を測定するための第１の電流センサ１３Ａの出力を、Ａ／Ｄコンバータによってデジタル信号に変換してパルス電流データとし、プログラムされた演算処理部によって前記パルス電流データの大小関係を相互比較するなどして、所定パルス周期におけるパルスピーク電流値の平均値（例えば３周期分の３つのパルスピーク電流値の平均値）であるパルスピーク電流検出値ＩＰＡを求めることで、所定パルス周期毎に、第１のスパッタ蒸発源４Ａにおけるパルスピーク電流検出値ＩＰＡを得る。
First, in the first pulse peak
なお、パルスピーク電流検出値ＩＰＡを得るにあたり、演算増幅器、ダイオード、コンデンサ及び抵抗で構成される公知のピーク値検出回路によって１周期毎にパルスピーク電流値を検出し、これを所定パルス周期にわたり行う。そして、得られた該パルス周期分のパルスピーク電流値の平均値を算出することにより、パルスピーク電流検出値ＩＰＡを得るようにしてもよい。 In order to obtain the pulse peak current detection value IP A , a pulse peak current value is detected every cycle by a known peak value detection circuit including an operational amplifier, a diode, a capacitor, and a resistor, and this is detected over a predetermined pulse cycle. Do. Then, by calculating the average value of the pulse peak current value of the resulting the pulse period, may be obtained a pulse peak current detection value IP A.
さて、同様に、第２のパルスピーク電流検出部１６Ｂにおいて、第２のスパッタ蒸発源４Ｂに流れるパルスピーク電流の検出値ＩＰＢを求め、第３のパルスピーク電流検出部１６Ｃにおいて、第３のスパッタ蒸発源４Ｃに流れるパルスピーク電流の検出値ＩＰＣを求める。これらのパルスピーク電流検出値ＩＰＡ，ＩＰＢ，ＩＰＣは、前記パルスピーク電流値制御部１７に与えられる。
Similarly, the second pulse peak
このパルスピーク電流値制御部１７では、第１のスパッタ蒸発源４Ａに対して、該スパッタ蒸発源４Ａにおいてアーク放電の発生を防止するため（グロー放電からアーク放電への移行を防止するため）、パルスピーク電流目標値ＩＰＳＡが設定されている。同様に、第２のスパッタ蒸発源４Ｂに対して、アーク放電の発生を防止するためのパルスピーク電流目標値ＩＰＳＢが設定されており、また、第３のスパッタ蒸発源４Ｃに対して、アーク放電の発生を防止するためのパルスピーク電流目標値ＩＰＳＣが設定されている。
In the pulse peak current
そして、パルスピーク電流値制御部１７では、所定の周期毎に、３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃの各々について、そのパルスピーク電流目標値とパルスピーク電流検出値とを比較し、これらのスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃのうち少なくとも１つのスパッタ蒸発源ではパルスピーク電流検出値がパルスピーク電流目標値と一致し、かつ、残りの他のスパッタ蒸発源ではパルスピーク電流検出値がパルスピーク電流目標値以下であるか否かを判断する。この状態が得られておれば、直流電源１０の出力を増減せずに、前記所定周期後に前記判断を実行する。
Then, the pulse peak current
一方、例えば、３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃがともに、パルスピーク電流検出値がそのパルスピーク電流目標値よりも小さい場合、この差の値が最も小さいスパッタ蒸発源について、例えば、第１のスパッタ蒸発源４Ａについて、そのパルスピーク電流検出値ＩＰＡとパルスピーク電流目標値ＩＰＳＡとの差が解消されるように、直流電源１０の出力を制御する指令信号を直流電源１０に与える。
On the other hand, for example, when the three
このように、３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃの各々について、パルスピーク電流検出値ＩＰＡ，ＩＰＢ，ＩＰＣが、アーク放電を発生させないためのパルスピーク電流目標値ＩＰＳＡ，ＩＰＳＢ，ＩＰＳＣ以下となるようにし、かつ、３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃのうち少なくとも１つのスパッタ蒸発源４Ａに流れるパルスピーク電流検出値ＩＰＡがパルスピーク電流目標値ＩＰＳＡとなるようにしている。
Thus, for each of the three
したがって、例えば、３台のスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃに装着されるターゲットが同種の場合、前記パルスピーク電流目標値ＩＰＳＡ，ＩＰＳＢ，ＩＰＳＣを同一値に設定することにより、これらのスパッタ蒸発源４Ａ，４Ｂ，４Ｃについて、アーク放電の発生を防止し、かつ、パルスピーク電流値をできるだけ大きくすることでスパッタ粒子のイオン化を促進することができ、成膜対象物に、アーク放電に起因する欠陥を生じることなく、確実に緻密な皮膜を形成することができる。ここで、少なくとも一つのパルスピーク電流検出値がパルスピーク電流目標値と一致することが望ましいが、全てがパルスピーク電流目標値以下にするようにしてもよい。
Therefore, for example, when the targets mounted on the three
図２は本発明のスパッタ装置における複数のスパッタ蒸発源の配置の一例を模式的に示す図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the arrangement of a plurality of sputtering evaporation sources in the sputtering apparatus of the present invention.
図２に示すように、真空チャンバー３内に回転可能な回転ステージ５が備えられており、この回転ステージ５の上下に延びる軸心線に平行をなして、かつ、互いに所定の間隔を隔てて一列に並べられた状態で、４台のスパッタ蒸発源４Ａ〜４Ｄが真空チャンバー３の外壁に設けられている。各スパッタ蒸発源４Ａ〜４Ｄには円盤状のターゲットが装着されている。そして、前記回転ステージ５上に、外周面が大面積の被成膜面とされ、上下方向に延びる１つの円筒状成膜対象物Ｗが、この円筒状成膜対象物Ｗの軸心線と回転ステージ５の軸心線とを一致させた状態で載置されている。
As shown in FIG. 2, a rotatable
この場合、例えば、円筒状成膜対象物Ｗの高さ（長さ）：１００ｃｍ、各スパッタ蒸発源４Ａ〜４Ｄに装着される円盤状のターゲットの直径：１５．２ｃｍ（６インチ）、隣り合うターゲットの中心間距離：３０ｃｍ、である。
In this case, for example, the height (length) of the cylindrical film formation target W is 100 cm, and the diameter of the disk-shaped target mounted on each of the sputtering
なお、図４に示すように、回転ステージ５として遊星軸を有して成膜対象物が自公転可能な構造のものとし、円筒状成膜対象物Ｗを自公転させるようにしてもよい。ここで、図２〜図４では、成膜対象物として円筒状物を図示してあるが、実施工では、円筒状成膜対象物Ｗで示されるような円筒状の有効成膜領域に配された工具や機械部品などが成膜対象とされる。
As shown in FIG. 4, the
このように、４台のスパッタ蒸発源４Ａ〜４Ｄが、互いに間隔を隔てて一列に並べられた状態で、円筒状成膜対象物Ｗの長手方向全体にわたるように配設されており、大面積の被成膜面を有する円筒状成膜対象物Ｗが載置された回転ステージ５を回転させながら、これらのスパッタ蒸発源４Ａ〜４Ｄによるスパッタリングを行うことにより、円筒状成膜対象物Ｗの大面積被成膜面全体にわたって均一な厚みで成膜を行うことができる。
In this way, the four
図３は本発明のスパッタ装置における複数のスパッタ蒸発源の配置の別の例を模式的に示す図である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing another example of the arrangement of a plurality of sputtering evaporation sources in the sputtering apparatus of the present invention.
図３に示すように、４台のスパッタ蒸発源４Ａ〜４Ｄが、千鳥配置された状態で、円筒状成膜対象物Ｗの長手方向全体にわたるように配設されており、大面積の被成膜面を有する円筒状成膜対象物Ｗが載置された回転ステージ５を回転させながら、これらのスパッタ蒸発源４Ａ〜４Ｄによるスパッタリングを行うことにより、円筒状成膜対象物Ｗの大面積被成膜面全体にわたって均一な厚みで成膜を行うことができる。
As shown in FIG. 3, the four sputter evaporation sources 4 </ b> A to 4 </ b> D are arranged so as to extend over the entire longitudinal direction of the cylindrical film formation target W in a zigzag arrangement. Sputtering by these
さらに、４台のスパッタ蒸発源の配置は、斜め一列に配置してもランダムに配置してもよい。なお、前述した実施形態では複数のスパッタ蒸発源が３台と４台の例を示したが、スパッタ蒸発源の台数はこれに限定されるものでないことは言うまでもない。 Furthermore, the four sputter evaporation sources may be arranged in an oblique line or randomly. In the above-described embodiment, an example in which the plurality of sputter evaporation sources is three and four is shown, but it goes without saying that the number of sputter evaporation sources is not limited to this.
１…スパッタ装置
２…電源装置
３…真空チャンバー
４Ａ〜４Ｄ…スパッタ蒸発源
５…回転ステージ
１０…直流電源
１２Ａ〜１２Ｃ…半導体スイッチング素子（パルス分配供給手段）
１１…コンデンサ（電力貯蔵部）
１３Ａ〜１３Ｃ…電流センサ
１４Ａ〜１４Ｃ…パルス電流平均値検出部
１５…パルス電流平均値制御部
１６Ａ〜１６Ｃ…パルスピーク電流検出部
１７…パルスピーク電流値制御部
１８…パルス電流制御部
Ｗ…円筒状成膜対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sputtering device 2 ...
11: Capacitor (power storage unit)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電源装置は、１台の直流電源と、該直流電源からの電力を蓄える電力貯蔵部と、該電力貯蔵部に蓄えた電力を前記複数のスパッタ蒸発源毎に分配供給するパルス分配供給手段と、前記複数のスパッタ蒸発源の少なくとも一つに設けられて当該スパッタ蒸発源に流れる電流を測定するための電流センサと、該電流センサの出力に基づいて当該スパッタ蒸発源に流れるパルスピーク電流検出値を求めるパルスピーク電流検出部と、該パルスピーク電流検出部で検出したパルスピーク電流検出値がアーク放電を発生させないためのパルスピーク電流目標値を超えないように前記直流電源の出力を制御するパルスピーク電流制御部と、を備えていることを特徴とするスパッタ装置。 In a sputtering apparatus comprising a power supply device for supplying direct current pulse power to a plurality of sputtering evaporation sources, and performing film formation by pulse sputtering on the surface of a film formation target,
The power supply device includes one DC power supply, a power storage unit that stores power from the DC power supply, and pulse distribution supply means that distributes and supplies the power stored in the power storage unit to the plurality of sputter evaporation sources. A current sensor that is provided in at least one of the plurality of sputter evaporation sources and measures a current flowing through the sputter evaporation source; and a pulse peak current detection value that flows through the sputter evaporation source based on the output of the current sensor A pulse peak current detection unit for obtaining the pulse, and a pulse for controlling the output of the DC power supply so that a pulse peak current detection value detected by the pulse peak current detection unit does not exceed a pulse peak current target value for preventing arc discharge. And a peak current control unit.
前記電源装置は、
１台の直流電源と、
該直流電源からの電力を蓄える１台の電力貯蔵部と、
前記電力貯蔵部の陰極側に接続され、前記電力貯蔵部に蓄えた電力を前記各スパッタ蒸発源毎に分配供給する複数のパルス分配供給手段と、
前記複数のスパッタ蒸発源の各々に対応して設けられ、各スパッタ蒸発源に流れる電流を測定するための複数の電流センサと、
前記各電流センサの出力に基づいて、それぞれ、各スパッタ蒸発源に流れるパルスピーク電流検出値を求めるパルスピーク電流検出部と、
前記各スパッタ蒸発源について、それぞれ、アーク放電を発生させないためのパルスピーク電流目標値を設定し、前記複数のスパッタ蒸発源の全てがパルスピーク電流目標値以下となるように、前記直流電源の出力を制御するパルスピーク電流値制御部と、
を備えていることを特徴とするスパッタ装置。 In a sputtering apparatus comprising a power supply device for supplying direct current pulse power to a plurality of sputtering evaporation sources, and performing film formation by pulse sputtering on the surface of a film formation target,
The power supply device
One DC power supply,
One power storage unit for storing power from the DC power source;
A plurality of pulse distribution supply means connected to the cathode side of the power storage unit and distributing and supplying the power stored in the power storage unit for each of the sputter evaporation sources;
A plurality of current sensors provided corresponding to each of the plurality of sputter evaporation sources, for measuring a current flowing through each sputter evaporation source;
Based on the output of each current sensor, a pulse peak current detection unit for obtaining a pulse peak current detection value flowing to each sputter evaporation source, and
For each of the sputter evaporation sources, a pulse peak current target value for preventing arc discharge is set, and the output of the DC power supply is set so that all of the plurality of sputter evaporation sources are equal to or less than the pulse peak current target value. A pulse peak current value control unit for controlling
A sputtering apparatus comprising:
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