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EP0639655B1

Method and apparatus for sputtering

Abstract

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EP0639655B1, drawing sheet 1
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Expired 26 July 2014, 12.2 years ago.

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18 claims: 18 independent, 0 dependent

  1. 1
    A sputtering method which comprises applying a negative voltage intermittently in a constant periodic cycle to a cathode disposed in a vacuum chamber, wherein the negative voltage is intermittently applied so that a time during which the negative voltage is not applied includes a time during which the voltage is controlled to be zero volt in a range of from 10 µs to 10 ms, and the zero voltage time is equal to or longer than the time required by one arcing from its generation to extinction and wherein the time during which the voltage is controlled to be zero volt is immediately after arcing. Procédé de pulvérisation cathodique, qui comprend l'application d'une tension négative de façon intermittente suivant un cycle périodique régulier à une cathode disposée dans une chambre à vide, dans lequel la tension négative est appliquée de façon intermittente afin que le temps durant lequel la tension négative n'est pas appliquée comprenne un temps durant lequel la tension est commandée de façon à être égale à zéro volt, situé dans la plage allant de 10 µs à 10 ms, et que le temps de tension nulle soit égal ou supérieur au temps requis pour la formation d'un seul arc de sa génération à son extinction, et dans lequel le temps durant lequel la tension est commandée de façon à être égale à zéro volt se situe immédiatement après la formation de l'arc. Sputterverfahren, welches ein Anlegen einer negativen Spannung intermittierend in einem konstanten periodischen Zyklus an eine in einer Vakuumkammer angeordnete Kathode umfaßt, worin die negative Spannung intermittierend angelegt wird, so daß eine Zeit, während der die negative Spannung nicht angelegt wird, eine Zeit einschließt, während der die Spannung so gesteuert wird, daß sie in einem Bereich von 10 µs bis 10 ms null Volt beträgt, und die Nullspannungs-Zeit gleich der oder länger als die Zeit ist, die von einer Lichtbogenbildung von ihrer Erzeugung bis zur Auslöschung benötigt wird, und worin die Zeit, während der Spannung so gesteuert wird, daß sie null Volt beträgt, unmittelbar nach einer Lichtbogenbildung liegt.
  2. 2
    Procédé de pulvérisation cathodique selon la revendication 1, dans lequel le temps durant lequel la tension négative est appliquée est situé dans la plage allant de 10 µs à 10 ms et est égal ou inférieur à la période de temps allant de l'application de la tension négative à la formation de l'arc. Sputterverfahren nach Anspruch 1, worin die Zeit, während der die negative Spannung angelegt wird, innerhalb eines Bereichs von 10 µs bis 10 ms und gleich der oder kürzer als die Zeitspanne von dem Anlegen der negativen Spannung bis zum Erzeugen einer Lichtbogenbildung ist. The sputtering method according to Claim 1, wherein the time during which the negative voltage is applied is within a range of from 10 µs to 10 ms and is equal to or shorter than the period of time from the application of the negative voltage to the generation of arcing.
  3. 3
    Procédé de pulvérisation cathodique selon la revendication 1, dans lequel le temps durant lequel la tension est commandée de façon à être une tension nulle comprend une période de temps durant laquelle une tension positive est appliquée, située dans la plage allant de 1 µs à 20 µs. Sputterverfahren nach Anspruch 1, worin die Zeit, während der die Spannung so gesteuert wird, daß sie null Volt beträgt, eine Zeitspanne, während der eine positive Spannung angelegt wird, innerhalb eines Bereichs von 1 µs bis 20 µs einschließt. The sputtering method according to Claim 1, wherein the time during which the voltage is controlled to be zero voltage includes a period of time during which a positive voltage is applied within a range of from 1 µs to 20 µs.
  4. 4
    Procédé de pulvérisation cathodique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, grâce auquel un film mince composé principalement d'oxyde de silicium est formé par application de la tension négative à une cathode composée principalement de silicium et utilisation d'oxygène et/ou d'un gaz inerte en tant que gaz de pulvérisation cathodique. Sputterverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin ein hauptsächlich als Siliciumoxid bestehender Dünnfilm durch Anlegen der negativen Spannung an eine hauptsächlich aus Silicium bestehende Kathode und Verwenden von Sauerstoff und/oder Edelgas als Sputtergas gebildet wird. The sputtering method according to one of Claims 1 to 3, whereby a thin film composed mainly of silicon oxide is formed by applying the negative voltage to a cathode composed mainly of silicon and using oxygen and/or inert gas as sputtering gas.
  5. 5
    Procédé de pulvérisation cathodique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, grâce auquel un film mince composé principalement de nitrure de silicium est formé par application de la tension négative à une cathode composée principalement de silicium et utilisation d'azote et/ou d'un gaz inerte en tant que gaz de pulvérisation cathodique. Sputterverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wodurch ein hauptsächlich aus Siliciumnitrid bestehender Dünnfilm durch Anlegen der Spannung an eine hauptsächlich aus Silicium bestehende Kathode und Verwenden von Stickstoff und/oder Edelgas als Sputtergas gebildet wird. The sputtering method according to one of Claims 1 to 3, whereby a thin film composed mainly of silicon nitride is formed by applying the negative voltage to a cathode composed mainly of silicon and using nitrogen and/or inert gas as sputtering gas.
  6. 6
    Procédé de pulvérisation cathodique selon la revendication 5, dans lequel le rapport de composition du nitrure de silicium (rapport atomique N/Si) est de 1,25 à 1,36. Sputterverfahren nach Anspruch 5, worin das Zusammensetzungsverhältnis des Siliciumnitrid (Atomverhältnis von N/Si) 1,25 bis 1,36 beträgt. The sputtering method according to Claim 5, wherein the composition ratio of the silicon nitride (atomic ratio of N/Si) is 1.25 to 1.36.
  7. 7
    Procédé de pulvérisation cathodique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, grâce auquel est formé un film mince conducteur transparent, qui est composé principalement d'oxyde, par mise en oeuvre d'une cible de pulvérisation cathodique capable de former un film conducteur transparent et utilisation d'oxygène et/ou d'un gaz inerte en tant que gaz de pulvérisation cathodique. Sputterverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wodurch ein transparenter leitfähiger Dünnfilm gebildet wird, der hauptsächlich aus einem Oxid besteht, indem ein Sputtertarget, das imstande ist, einen transparenten leitfähigen Film zu bilden, verwendet wird und Sauerstoff und/oder Edelgas als Sputtergas verwendet wird. The sputtering method according to one of Claims 1 to 3, whereby a transparent conductive thin film is formed which is composed mainly of oxide by using a sputtering target capable of forming a transparent conductive film and using oxygen and/or inert gas as sputtering gas.
  8. 8
    Procédé de pulvérisation cathodique selon la revendication 7, dans lequel la cible de pulvérisation cathodique est composée principalement d'étain ou d'oxyde d'étain. Sputterverfahren nach Anspruch 7, worin das Sputtertarget hauptsächlich aus Zinn oder Zinnoxid besteht. The sputtering method according to Claim 7, wherein the sputtering target is composed mainly of tin or tin oxide.
  9. 9
    Procédé de pulvérisation cathodique selon la revendication 8, dans lequel la cible de pulvérisation cathodique contient de l'antimoine métallique ou un composé d'antimoine. Sputterverfahren nach Anspruch 8, worin das Sputtertarget Metall-Antimon oder eine Antimonverbindung enthält. The sputtering method according to Claim 8, wherein the sputtering target contains metal antimony or an antimony compound.
  10. 10
    Procédé de pulvérisation cathodique selon la revendication 7, dans lequel la cible de pulvérisation cathodique est composée principalement d'indium ou d'oxyde d'indium. Sputterverfahren nach Anspruch 7, worin das Sputtertarget hauptsächlich aus Indium oder Indiumoxid besteht. The sputtering method according to Claim 7, wherein the sputtering target is composed mainly of indium or indium oxide.
  11. 11
    Procédé de pulvérisation cathodique selon la revendication 10, dans lequel la cible de pulvérisation cathodique contient de l'étain. Sputterverfahren nach Anspruch 10, worin das Sputtertarget Zinn enthält. The sputtering method according to to Claim 10, wherein the sputtering target contains tin.
  12. 12
    Procédé de pulvérisation cathodique selon la revendication 7, dans lequel la cible de pulvérisation cathodique est composée principalement de zinc ou d'oxyde de zinc. Sputterverfahren nach Anspruch 7, worin das Sputtertarget hauptsächlich aus Zink oder Zinkoxid besteht. The sputtering method according to Claim 7, wherein the sputtering target is composed mainly of zinc or zinc oxide.
  13. 13
    Procédé de pulvérisation cathodique selon la revendication 12, dans lequel la cible de pulvérisation cathodique contient une substance simple ou un composé d'au moins un métal choisi dans le groupe constitué par l'aluminium, le gallium, l'indium, le bore et le silicium. Sputterverfahren nach Anspruch 12, worin das Sputtertarget eine einfache Substanz oder eine Verbindung aus mindestens einem Metall enthält, das aus der aus Aluminium, Gallium, Indium, Bor und Silicium bestehenden Gruppe ausgewählt wurde. The sputtering method according to Claim 12, wherein the sputtering target contains a simple substance or a compound of at least one metal selected from the group consisting of aluminum, gallium, indium, boron and silicon.
  14. 14
    A power processing portion for a sputtering apparatus having a cathode to which a negative voltage is intermittently applied, wherein; the power processing portion comprises a first switching circuit, a second switching circuits, a control circuit for a switching element and a circuit for measuring current, voltage or power for sputtering;the first and the second switching circuits are respectively formed of a semiconductor switching device and a protection circuit for protecting the device;the first switching circuit is connected in series between the negative pole of the sputtering power generating portion and the cathode electrode;the second switching circuit is connected in series between the cathode electrode and a DC power source, other than the sputtering power generating portion, for supplying a positive potential to the cathode electrode;the control circuit for the semiconductor switching device is capable of controlling a turning-on time of 5 µs or more for the first switching circuit and a turning-off time of 5 µs or more for the same, and capable of turning-on the second switching circuit for less than the time of turning-off the first switching circuit and within a range of from 1 µs to 20 µs when the first switching circuit is turned off; andthe circuit for measuring current, voltage or power for sputtering has a function to measure a current value, a voltage value or a power value effective to sputtering and a function to compare the measured values with predetermined reference values to detect arcing. Leistungsverarbeitungsteil für ein Sputtergerät mit einer Kathode, an die eine negative Spannung intermittierend angelegt wird, worin:der Leistungsverarbeitungsteil einen ersten Schaltkreis, einen zweiten Schaltkreis, eine Steuerschaltung für ein Schaltelement und eine Schaltung zum Messen von Strom, Spannung oder Leistung zum Sputtern aufweist;die ersten und zweiten Schaltkreise jeweils aus einer Halbleiterschaltvorrichtung und einer Schutzschaltung zum Schützen der Vorrichtung bestehen;der erste Schaltkreis zwischen den negativen Pol des Sputterleistung erzeugenden Teils und die Kathodenelektrode geschaltet ist;der zweite Schaltkreis zwischen die Kathodenelektrode und eine von dem Sputterleistung erzeugenden Teil verschiedene Gleichstrom-Energiequelle in Reihe geschaltet ist, um ein positives Potential an die Kathodenelektrode zu liefern;die Steuerschaltung für die Halbleiterschaltvorrichtung imstande ist, eine Einschaltzeit von 5 µs oder mehr für den ersten Schaltkreis und eine Ausschaltzeit von 5 µs oder mehr für denselben zu steuern, und imstande ist, den zweiten Schaltkreis für weniger als die Zeit zum Ausschalten des ersten Schaltkreises und innerhalb eines Bereichs von 1 µs bis 20 µs einzuschalten, wenn der erste Schaltkreis ausgeschaltet ist;unddie Schaltung zum Messen von Strom, Spannung oder Leistung zum Sputtern eine Funktion aufweist, um einen Stromwert, einen Spannungswert oder einen Leistungswert zu messen, der zum Sputtern effektiv sind, und eine Funktion, um die gemessenen Werte mit vorbestimmten Referenzwerten zu vergleichen, um eine Lichtbogenbildung festzustellen. Unité de traitement par énergie pour un dispositif de pulvérisation cathodique ayant une cathode à laquelle est appliquée une tension négative de façon intermittente, laquelle unité comprend un premier circuit de commutation, un deuxième circuit de commutation, un circuit de commande pour un élément de commutation et un circuit de mesure du courant, de la tension ou de l'énergie pour la pulvérisation cathodique ;les premier et deuxième circuits de commutation étant respectivement formés d'un dispositif de commutation à semi-conducteur et d'un circuit de protection pour protéger le dispositif ;le premier circuit de commutation étant connecté en série entre le pôle négatif de la partie de génération d'énergie de pulvérisation cathodique et l'électrode formant cathode ;le deuxième circuit de commutation étant connecté en série entre l'électrode formant cathode et une source de courant continu, autre que la partie de génération d'énergie de pulvérisation cathodique, pour délivrer un potentiel positif à l'électrode formant cathode ;le circuit de commande pour le dispositif de commutation à semi-conducteur étant capable de commander un temps d'établissement de contact de 5 µs ou plus pour le premier circuit de commutation et un temps d'arrêt de contact de 5 µs ou plus pour ce même circuit, et capable d'établir le contact du deuxième circuit de commutation pendant un temps inférieur au temps d'arrêt de contact du premier circuit de commutation et situé dans la plage allant de 1 µs à 20 µs quand le premier circuit de commutation est fermé ;etle circuit de mesure du courant, de la tension ou de l'énergie pour la pulvérisation cathodique ayant pour fonction de mesurer une valeur de courant, une valeur de tension ou une valeur d'énergie efficace pour la pulvérisation cathodique et pour fonction de comparer les valeurs mesurées avec des valeurs de référence prédéterminées pour détecter la formation d'un arc.
  15. 15
    Leistungsverarbeitungsteil nach Anspruch 14, welcher ferner eine Glättungsschaltung aufweist, um die Wellenform einer Spannung an einem Ausgangsanschluß des Sputterleistung erzeugenden Teils so zu ändern, daß sie eine Gleichspannungs-Wellenform ist. The power processing portion according to claim 14 which further comprises a smoothing circuit to change the waveform of voltage at an output terminal of the sputtering power generating portion to be a DC voltage waveform. Unité de traitement par énergie selon la revendication 14, qui comprend en outre un circuit de lissage pour changer la forme d'onde de tension au niveau d'une borne de sortie de la partie de génération d'énergie de pulvérisation cathodique de façon qu'elle soit une forme d'onde de tension de courant continu.
  16. 16
    A sputtering apparatus comprising a cathode disposed in a vaccum chamber, a sputtering power generating portion and a power processing portion according to claim 14. Dispositif de pulvérisation cathodique comprenant une cathode disposée dans une chambre à vide, une partie de génération d'énergie de pulvérisation cathodique et une unité de traitement par énergie selon la revendication 14. Sputtergerät mit einer Kathode, die in einer Vakuumkammer angeordnet ist, einem Sputterleistung erzeugenden Teil und einem Leistungsverarbeitungsteil nach Anspruch 14.
  17. 17
    Dispositif de pulvérisation cathodique selon la revendication 16, dans lequel l'unité de traitement par énergie est disposée plus proche de la cathode que la partie de génération d'énergie de pulvérisation cathodique. Sputtergerät nach Anspruch 16, worin der Leistungsverarbeitungsteil näher zur Kathode als der Sputterleistung erzeugende Teil angeordnet ist. The sputtering apparatus according to Claim 16 wherein the power processing portion is dispersed closer to the cathode than the sputtering power generating portion.
  18. 18
    Dispositif de pulvérisation cathodique selon la revendication 16, dans lequel une pluralité de cathodes, de parties de génération d'énergie de pulvérisation cathodique et d'unités de traitement par énergie sont prévues, et la pluralité des unités de traitement par énergie sont mises en oeuvre de façon synchrone pour produire des formes d'onde ayant une phase différente. Sputtergerät nach Anspruch 16, worin mehrere Kathoden, Sputterleistung erzeugende Teile und Leistungsverarbeitungsteile vorgesehen sind und die mehreren Leistungsverarbeitungsteile synchron betrieben werden, um Wellenformen mit einer verschiedenen Phase zu erzeugen. The sputtering apparatus according to Claim 16 wherein a plurality of cathodes, sputtering power generating portions and power processing portions are provided, and the plurality of power processing portions are synchronously operated to produce waveforms having a different phase.
Independent claims18