JP2000038663A - Magnetron sputtering device - Google Patents

Magnetron sputtering device

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JP2000038663A
JP2000038663A JP10206173A JP20617398A JP2000038663A JP 2000038663 A JP2000038663 A JP 2000038663A JP 10206173 A JP10206173 A JP 10206173A JP 20617398 A JP20617398 A JP 20617398A JP 2000038663 A JP2000038663 A JP 2000038663A
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magnetron sputtering
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sputtering apparatus
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一隆 神田
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孝信 橋本
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賢一 須貝
Tsugunori Sato
嗣紀 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetron sputtering device high in a vapor deposition rate, film-forming a multi-element thin film at a high speed, flexible in the compositional control of the film, easily covering a dense multi-element thin film at a high speed and furthermore easily capable of the maintenance. SOLUTION: As for a target composed of a target electrode 5 provided with a magnet and a target material 7 of the different kind or the same kind, two pieces are used as a pair, a target and a supporting stand 22 placed with a base material 2 are arranged so as to form a plane 11a connecting the space between the crossed line 7c of two pieces of the target surfaces 7a and 7b and the center axis 10 of the supporting stand 22, the faces on the sides of two pieces of the target materials are respectively made gradient for the planar side connecting the space between the supporting stand-the target, and the same is arranged by one set or plural sets. Moreover, the rear of the target is provided with an electromagnet 9, and, furthermore, the space between the target and the base material or between a heater 3 for base material heating and the base material is provided with a shutter 4 capable of cutoff.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は各種半導体デバイス
の製造、切削工具、耐摩耗部品への硬質膜の形成、耐食
部品への耐食性被膜形成、工芸品や建材等の加飾膜の形
成、プラスチックやレンズへの機能膜の形成に関わる薄
膜形成装置に関し、特に従来に比べ緻密で結晶性のよい
膜を高速で形成する薄膜形成装置に関する。
The present invention relates to the manufacture of various semiconductor devices, the formation of hard films on cutting tools and wear-resistant parts, the formation of corrosion-resistant films on corrosion-resistant parts, the formation of decorative films on crafts and building materials, and the like. The present invention relates to a thin film forming apparatus for forming a functional film on a lens or a lens, and more particularly to a thin film forming apparatus for forming a denser and more crystalline film at a higher speed than before.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、切削工具や耐摩耗部品あるいは耐
食性部品への硬質被膜の被覆処理においては、処理コス
トを削減するため、大量の部品をより低コストで被覆処
理する技術の開発が望まれている。また、耐摩耗被膜や
耐食被膜を蒸着する場合にはさらに密着性が高く、緻密
で高硬度な膜が必要であるとともに、高度に組成制御さ
れた多元素膜を形成できる装置に対するニーズが高まっ
てきている。
2. Description of the Related Art In recent years, in coating a hard coating on a cutting tool, a wear-resistant part or a corrosion-resistant part, it has been desired to develop a technique for coating a large number of parts at a lower cost in order to reduce the processing cost. ing. In addition, when depositing a wear-resistant film or a corrosion-resistant film, a film having higher adhesion, a denser and harder film is required, and a need for a device capable of forming a multi-element film with a highly controlled composition is increasing. ing.

【0003】セラミック系硬質薄膜の形成方法として
は、電子ビーム加熱真空蒸着法やアーク放電蒸着法が多
く用いられているが、前者は多元素膜の蒸着が難しく、
後者はマクロパーティクルと呼ばれる粗大粒子が被膜中
に取り込まれるため膜の表面が粗く不均質であるという
問題があった。
As a method for forming a ceramic-based hard thin film, an electron beam heating vacuum evaporation method and an arc discharge evaporation method are often used, but the former is difficult to deposit a multi-element film.
The latter has a problem that the surface of the film is rough and uneven because coarse particles called macro particles are taken into the film.

【0004】一方、スパッタ法では、グロー放電により
発生させたAr等のイオンをターゲット表面に入射さ
せ、そのエネルギーでターゲット材料をはじき出し、基
材表面へ移着する。ターゲット材料と導入ガスの反応生
成物を基材表面に生成する場合には反応性スパッタ法と
呼ばれ、半導体の分野で成膜装置として多く用いられて
いる。また、TiAlNやTiCrNなどの複数の金属
元素が含まれる膜(以下、多元素膜と呼ぶ)の成膜に適
している。
[0004] On the other hand, in the sputtering method, ions such as Ar generated by glow discharge are made incident on a target surface, and the target material is repelled by the energy and transferred to the substrate surface. When a reaction product of a target material and an introduced gas is generated on the surface of a substrate, this is called a reactive sputtering method, and is often used as a film forming apparatus in the field of semiconductors. Further, it is suitable for forming a film containing a plurality of metal elements such as TiAlN and TiCrN (hereinafter, referred to as a multi-element film).

【0005】しかしながら、スパッタ法は電子ビーム加
熱真空蒸着法やアーク放電蒸着法に較べ蒸着速度が遅
く、そのため処理時間が長くなり、被覆処理コストが高
くなるという問題点があり、硬質被膜の形成にはあまり
用いられていなかった。しかし、スパッタ法においても
蒸発速度を高める努力が行われ、ターゲットの背面に磁
石を取り付けたマグネトロンスパッタが現在一般的に用
いられている。例えば特開平10−152774号公
報、特開平10−8246号公報、特開平10−463
30号公報、特開平3−79760号公報等に開示さ
れ、半導体や磁気記録媒体の製造工程に用いられてい
る。
[0005] However, the sputtering method has a problem that the deposition rate is slower than the electron beam heating vacuum deposition method and the arc discharge deposition method, so that the processing time is longer and the coating processing cost is higher. Was not widely used. However, efforts have also been made to increase the evaporation rate in the sputtering method, and magnetron sputtering in which a magnet is attached to the back of the target is now generally used. For example, JP-A-10-152774, JP-A-10-8246, JP-A-10-463
No. 30, JP-A-3-79760, and the like, and are used in the manufacturing process of semiconductors and magnetic recording media.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マグネ
トロンスパッタによっても、依然として、スパッタ粒子
の平均エネルギが低く、したがって基材に対する膜の付
着強度が低く、膜の緻密さも低いという問題があった。
さらに、前記二種類の方法に較べて蒸着速度がまだ遅い
という問題があった。また、多元素膜の蒸着において高
度な組成制御と高速成膜が困難であった。さらに、スパ
ッタリング粒子が成膜室内に飛散しメンテナンスが面倒
であるという問題があった。
However, magnetron sputtering still has the problem that the average energy of sputtered particles is low, so that the adhesion strength of the film to the base material is low and the film density is low.
Further, there is a problem that the deposition rate is still slow as compared with the above two methods. Also, it was difficult to perform advanced composition control and high-speed film formation in multi-element film deposition. Further, there is a problem that the sputtering particles are scattered in the film forming chamber and maintenance is troublesome.

【0007】本発明の課題は、かかる従来の問題点に鑑
みて、マグネトロンスパッタ法をベースに蒸着速度をよ
り早め、多元素薄膜を高速で成膜でき、膜の組成制御が
フレキシブルに行え、緻密な多元素薄膜を高速で容易に
被覆でき、メンテナンスの容易なマグネトロンスパッタ
装置を提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned conventional problems, it is an object of the present invention to increase the deposition rate based on the magnetron sputtering method, to form a multi-element thin film at a high speed, to flexibly control the composition of the film, and to improve the precision. It is an object of the present invention to provide a magnetron sputtering apparatus which can easily coat a multi-element thin film at high speed and is easy to maintain.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、本発明者等はターゲット材料をスパッタ法にて蒸
発させ、蒸発原子の数と運動エネルギーの分布を調べ
た。通常のスパッタリング現象では、アルゴン等の不活
性ガスイオンがターゲット表面にほぼ垂直に入射し、そ
の結果ターゲット表面で入射イオンとターゲット原子が
多重衝突を起こし、これによりターゲット原子が表面か
らはじき出される。その時のターゲット原子の飛行方向
はターゲット表面に垂直な方向より斜め方向に高いエネ
ルギーを持った粒子が飛び出すことが知られている。本
発明者等はさらに詳細に調査した結果、図1に示すよう
に成膜すべき基材とターゲット表面のなす角度が20゜
から75゜及び110゜から165゜の範囲に飛来する
粒子が多く、特に25゜から65゜及び115゜から1
55゜の範囲の場合に膜厚が厚くなり、この範囲の膜は
緻密であり、膜硬度も高いということを知得した。さら
に、本発明者等は、基材とターゲット表面との配置を工
夫することにより膜の成膜速度、厚み、緻密さ等を制御
することが可能であり、特に2枚のターゲット材料を内
側に対向させて配置することにより粒子の方向を斜めに
集中させ安定して制御できることを見いだした。
In order to solve such a problem, the present inventors evaporated a target material by a sputtering method and examined the number of evaporated atoms and the distribution of kinetic energy. In a normal sputtering phenomenon, inert gas ions such as argon are incident on the target surface almost perpendicularly, and as a result, multiple collisions of the incident ions and target atoms occur on the target surface, whereby the target atoms are repelled from the surface. At that time, it is known that particles having higher energy fly out in the direction of flight of the target atom in a diagonal direction than the direction perpendicular to the target surface. As a result of a more detailed investigation, the present inventors have found that as shown in FIG. 1, many particles fly in the angle range between 20 ° and 75 ° and between 110 ° and 165 ° between the substrate to be formed and the target surface. Especially 25 ° to 65 ° and 115 ° to 1
It was found that the film thickness was increased in the range of 55 °, and that the film in this range was dense and had high film hardness. In addition, the present inventors can control the film formation rate, thickness, denseness, and the like of the film by devising the arrangement of the base material and the target surface. It has been found that by arranging them in opposition, the direction of the particles can be concentrated obliquely and controlled stably.

【0009】かかる知得により、本発明においては、タ
ーゲット電極に固定されたターゲット材料をスパッタに
より蒸発させ基材表面上に成膜するマグネトロンスパッ
タ装置において、ターゲット電極及びターゲット材料か
らなるターゲットを2枚1組とし、2枚のターゲット表
面の交線と基材を載置する支持台の中心軸とで支持台−
ターゲット間を結ぶ平面(以下、支持台−ターゲット平
面という)が形成されるようにターゲット及び支持台を
配置し、2枚のターゲット材料側の面がそれぞれ支持台
−ターゲット平面側に傾斜して配置することによって、
基材の方向へ高いエネルギーを持った粒子を多量に入射
させることにより上記課題を解決した(請求項1)。す
なわち、基材に対してターゲット面を斜めに配すること
により蒸着速度が速くなり、またエネルギーの高いスパ
ッタ原子が基材へ入射するので、より緻密な膜が得られ
る。
According to this knowledge, in the present invention, in a magnetron sputtering apparatus for evaporating a target material fixed to a target electrode by sputtering to form a film on a substrate surface, two targets each composed of a target electrode and a target material are used. One set is used as the support base by the intersection of the two target surfaces and the center axis of the support base on which the base material is placed.
The target and the support are arranged so that a plane connecting between the targets (hereinafter, referred to as a support-target plane) is formed, and two surfaces of the target material side are inclined with respect to the support and target plane, respectively. By,
The above problem was solved by causing a large amount of particles having high energy to enter the direction of the substrate. That is, since the deposition rate is increased by arranging the target surface obliquely with respect to the base material, and a sputter atom having high energy enters the base material, a denser film can be obtained.

【0010】なお、支持台の中心軸とは、基材を載置す
る支持台が回転可能にされているときはその回転軸であ
り、支持台が回転しないものであるときは、装置の幾何
学中心、又は、配置される基材の重心位置である。
The center axis of the support is the rotation axis when the support on which the base material is placed is rotatable, and when the support is not rotating, the center axis of the apparatus is used. The center of gravity or the position of the center of gravity of the base material to be arranged.

【0011】傾斜して配置された2枚1組のターゲット
は、支持台−ターゲット平面に対して、それぞれの蒸発
速度などの特性に応じて非対称としてもよいが、装置構
成を簡単にするため、あるいは制御を簡単化するために
対称に配置するのが望ましい(請求項2)。
The pair of targets arranged obliquely may be asymmetric with respect to the support base-target plane depending on the characteristics such as the evaporation rate. However, in order to simplify the apparatus configuration, Alternatively, it is desirable to arrange them symmetrically in order to simplify the control (claim 2).

【0012】傾斜して配置されたターゲットは、支持台
−ターゲット平面とターゲット表面のなす角度を25゜
から65゜にすることにより高濃度の粒子を供給するこ
とができる(請求項3)。
The target placed at an angle can supply a high concentration of particles by setting the angle formed between the support-target plane and the target surface from 25 ° to 65 °.

【0013】成膜室(真空容器内)では、一対のターゲ
ットに向かって基材の裏側と表側ができるが、その裏側
すなわち陰の部分をできるだけ少なくするために、一対
のターゲットを複数対設けるのが効果的であるので請求
項4においては、2枚1組のターゲットを、支持台が設
けられた成膜室内の2箇所以上に設けるようにした。こ
れにより大きな基材に対しても高速で蒸着が可能であ
る。
In the film forming chamber (in the vacuum vessel), the back side and the front side of the base material are formed toward the pair of targets, but in order to minimize the back side, that is, the shaded portion, a plurality of pairs of targets are provided. In claim 4, a set of two targets is provided at two or more locations in a film forming chamber provided with a support base. This enables high-speed vapor deposition even on a large substrate.

【0014】また、ターゲット毎に異なる組成のスパッ
タターゲット材料を取り付けることにより、安価に多元
素薄膜の蒸着ができるとともに、それぞれのターゲット
材料の蒸発速度を適切にコントロールすることにより高
度に組成制御された硬質薄膜の蒸着も可能となった。
(請求項5)
Further, by attaching a sputter target material having a different composition to each target, a multi-element thin film can be deposited at a low cost, and the composition can be highly controlled by appropriately controlling the evaporation rate of each target material. The deposition of a hard thin film became possible.
(Claim 5)

【0015】ターゲット材料は互いに異なる他の組のも
のの組成を異ならせるばかりでなく、2枚1組のターゲ
ット材料の組成を互いに異なるせるようにしてもよい。
このことにより安価なターゲットでより複雑な組成の成
膜を得ることができる(請求項6)。さらに、多元素膜
も安価にかつ容易に形成できる。
The target materials may be made not only to have different compositions from each other but also to have different compositions from each other.
This makes it possible to obtain a film having a more complicated composition with an inexpensive target (claim 6). Further, a multi-element film can be formed easily at low cost.

【0016】2枚1組のターゲット電極はそれぞれ中央
部と外周部の磁石配置を同じにすることによってより正
確に粒子を基材方向に制御することが可能になる。さら
に、ターゲット電極は中央部にNまたはS極をターゲッ
ト表面に向けて配置された中央部磁石と、中央部磁の両
側に中央部磁石とは逆極性の磁極をターゲット表面に向
けて配置された外周部磁石とし、かつターゲット周辺部
に電気的にフローティング状態またはアース電位の金属
シールド板を設けることにより、ターゲット側面のスパ
ッタを押さえ、安定した成膜が行える(請求項7)。
In the case of a pair of target electrodes, it is possible to more accurately control particles in the direction of the base material by making the arrangement of the magnets at the central portion and the outer peripheral portion the same. Further, the target electrode has a central magnet in which the N or S pole is arranged toward the target surface in the center, and magnetic poles of opposite polarities to the central magnet are arranged on both sides of the central magnet. By providing a metal shield plate at the periphery of the target and a metal shield plate in an electrically floating state or a ground potential, sputtering on the side surface of the target can be suppressed and stable film formation can be performed.

【0017】さらに、支持台−ターゲット平面に直交す
る面に投影された1組のターゲット材料の外周に沿って
電線を巻回して電磁石を構成し、これを1組のターゲッ
ト電極の反ターゲット材料側方向に設けるようにした
(請求項8)。これにより成膜室内の磁界分布を変える
ことができ、基材へ入射させるイオン電流を広い範囲で
コントロールできるものとなった。
Further, an electric magnet is formed by winding an electric wire along the outer periphery of a set of target material projected on a plane orthogonal to the support base and the target plane, and the electromagnet is formed by connecting the set of target electrodes to the opposite side of the target material. (Claim 8). As a result, the magnetic field distribution in the film forming chamber can be changed, and the ionic current incident on the substrate can be controlled in a wide range.

【0018】本発明の2枚1組のターゲットに限らず、
膜の付着強度を確保するためには、蒸着開始時の蒸発量
コントロールがきわめて大切である。そこで、請求項9
においては、成膜室の1箇所または2箇所以上に基材加
熱用ヒーターを設け、ターゲットと基材及び基材加熱用
ヒーターと基材との間を遮断可能なシャッターを設け、
加熱時及びターゲット活性化時にはターゲットと基材の
間を遮断し、基材への不純物の蒸着を防ぐようにし、一
方、イオンボンバード時及び蒸着時にはヒーターとター
ゲットの間を遮断するようにして、加熱ヒーターへの膜
の蒸着を押さえることができるようにした。なお、基材
加熱用ヒーターは基材加熱に用いるとともに蒸着容器内
の脱ガスを早め、蒸着処理サイクルを短くするととも
に、膜の付着強度確保に重要な役割を果たすものであ
る。また、シャッターは位置が固定された開閉シャッタ
ーや、ターゲットと基材及びヒーターと基材の間を移動
可能にされた回転移動シャッター等適宜に設けられる。
The present invention is not limited to a pair of targets of the present invention.
In order to secure the adhesion strength of the film, it is very important to control the amount of evaporation at the start of vapor deposition. Therefore, claim 9
In, a heater for heating the substrate is provided at one or more locations in the film formation chamber, and a shutter capable of shutting off between the target and the substrate and the heater for heating the substrate and the substrate is provided.
At the time of heating and activation of the target, the gap between the target and the base material is blocked to prevent the deposition of impurities on the base material. The deposition of the film on the heater can be suppressed. The heater for heating the base material plays an important role in heating the base material, accelerating the degassing in the evaporation container, shortening the evaporation processing cycle, and ensuring the adhesion strength of the film. The shutter is appropriately provided such as an opening / closing shutter having a fixed position, a rotary moving shutter movable between a target and a substrate, and a heater and a substrate.

【0019】2枚1組のターゲットを有する請求項1乃
至8の発明において、請求項9のシャッターを設けるこ
とにより、より効果的に付着強度の高い膜の成膜が可能
である(請求項10)。
In the invention of claims 1 to 8 having a set of two targets, the provision of the shutter of claim 9 makes it possible to more effectively form a film having a high adhesion strength. ).

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】次に本発明の第一の実施の形態に
ついて説明する。図2はスパッタ装置の構成を説明する
平面図、図3は基材、ターゲット、電磁石の配置を説明
する平面図、図4は本発明の電磁石の構成を示し(a)
が平面図、(b)が側面図、図5は電気配線図である。
図2に示すように、マグネトロンスパッタ装置20は、
成膜すべき基材が挿入され成膜室を形成する真空容器1
に真空容器扉11が設けられており、真空容器内に成膜
すべき基材2、基材を載置する支持台22が設けられ、
支持台は中心軸10周りに回転可能にされている。中心
軸10は、基材中心軸と一致し基材が中心軸周りに回転
される。基材2は様々なものがあるので、支持台22に
載置するに当たっては、その重心を通る軸が中心軸10
となるように配置するのがよい。また、支持台22に載
置せずに基材2そのものに回転中心軸10を設けるよう
にしてもよい。中心軸10を中心にして円周方向に広が
る2個の基材加熱用ヒーター(以下、単にヒーターとい
う)3が対称位置に配置され、一方のヒーターは真空容
器扉11に固定されている。
Next, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a plan view illustrating the configuration of the sputtering apparatus, FIG. 3 is a plan view illustrating the arrangement of the base material, the target, and the electromagnet, and FIG. 4 shows the configuration of the electromagnet of the present invention (a).
Is a plan view, (b) is a side view, and FIG. 5 is an electrical wiring diagram.
As shown in FIG. 2, the magnetron sputtering apparatus 20 includes:
Vacuum container 1 into which a substrate to be formed is inserted and forms a film forming chamber
Is provided with a vacuum container door 11, a substrate 2 on which a film is to be formed in the vacuum container, and a support base 22 for mounting the substrate.
The support is rotatable about a central axis 10. The central axis 10 coincides with the central axis of the substrate, and the substrate is rotated around the central axis. Since there are various types of base materials 2, an axis passing through the center of gravity of the center axis 10
It is good to arrange so that it becomes. Alternatively, the rotation center shaft 10 may be provided on the base material 2 itself without being placed on the support base 22. Two substrate heating heaters (hereinafter simply referred to as “heaters”) 3 extending in the circumferential direction around the center axis 10 are arranged at symmetrical positions, and one of the heaters is fixed to the vacuum vessel door 11.

【0021】傾斜した2枚1組で構成されたターゲット
電極5とターゲット電極に固定されたターゲット材料7
からなるターゲットが中心軸10を中心にして対称に2
個配置されている。中心軸10と2枚1組のターゲット
表面7a,7bの交線7cとで支持台−ターゲット平面
11aを形成するようにターゲットが配置されている。
ターゲット表面7a,7bはそれぞれ支持台−ターゲッ
ト平面11aと角度α,α′となるように傾斜して配置
されている。
The target electrode 5 and the target material 7 fixed to the target electrode are formed as a set of two inclined sheets.
Symmetrically around the central axis 10
Are arranged. The target is arranged so that the center axis 10 and the intersection line 7c of the pair of target surfaces 7a, 7b form a support-target plane 11a.
The target surfaces 7a and 7b are arranged at an angle α and α ′ with respect to the support-target plane 11a, respectively.

【0022】平面断面が弧上のシャッター4が中心軸1
0に対して対称位置に設けられ、ターゲットと基材2間
又はヒーター3と基材2間との間をそれぞれ遮断できる
ように回転移動可能にされている。
The center axis 1 is the shutter 4 whose plane cross section is arcuate.
It is provided at a symmetrical position with respect to 0, and is rotatable so as to be able to shut off between the target and the base material 2 or between the heater 3 and the base material 2, respectively.

【0023】図3に示すように、ターゲット電極5は中
央部にN極をターゲット表面7a,7bに向けて配置さ
れた中央部磁石(永久磁石)6aと、両側に中央部磁石
とは逆極性のS極をターゲット表面に向けて配置された
外周部磁石(永久磁石)6b,6bが設けられている。
さらに、ターゲット周辺部に電気的にフローティング状
態またはアース電位の金属シールド板8が設けられてい
る。さらに、ターゲット電極5の背面に電磁石9が設け
られている。
As shown in FIG. 3, the target electrode 5 has a central magnet (permanent magnet) 6a having an N-pole facing the target surfaces 7a and 7b at the center, and opposite polarities to the central magnet at both sides. Outer magnets (permanent magnets) 6b, 6b arranged with their S poles facing the target surface.
Further, a metal shield plate 8 in an electrically floating state or a ground potential is provided around the target. Further, an electromagnet 9 is provided on the back surface of the target electrode 5.

【0024】電磁石9は図4(a)に示すように、真空
容器壁1aを挟んでターゲット電極5の後方に配置さ
れ、図4の(b)に示すように支持台−ターゲット平面
11aに直交する面に投影された1組のターゲット材料
の外周7dに沿って電線9aが巻回されており、電流を
流すことによって支持台−ターゲット平面11aに沿っ
た磁界を発生させることができるようにされている。
The electromagnet 9 is disposed behind the target electrode 5 with the vacuum vessel wall 1a interposed therebetween as shown in FIG. 4A, and is orthogonal to the support base-target plane 11a as shown in FIG. 4B. An electric wire 9a is wound along an outer periphery 7d of a set of target material projected on a surface to be formed, and a current can be caused to generate a magnetic field along the support-target plane 11a. ing.

【0025】図5に示すように、ヒーター3は交流電源
31に接続され、通電加熱することにより真空容器1内
の脱ガス速度を早めるとともに、基材を所定の温度に保
つようにされている。さらに、基材2にバイアス電圧を
印加するための基材電源21、ヒーターを加熱するため
のヒーター電源31、ターゲットにバイアス電圧を印加
するためのターゲット電源51、電磁石9に電流を流し
磁界を発生させるための電磁石用電源91が設けられて
いる。
As shown in FIG. 5, the heater 3 is connected to an AC power supply 31 so as to increase the degassing speed in the vacuum vessel 1 and to keep the base material at a predetermined temperature by energizing and heating. . Further, a substrate power supply 21 for applying a bias voltage to the substrate 2, a heater power supply 31 for heating the heater, a target power supply 51 for applying a bias voltage to the target, and a current flowing through the electromagnet 9 to generate a magnetic field. An electromagnet power supply 91 is provided for the operation.

【0026】[0026]

【実施例】(実施例1)かかるマグネトロンスパッタ装
置20を用いてTiAlN膜の被覆を行なった。第一の
実施例においては、図2に示すように7cm×25cm
×5mmのチタン板のターゲット材料1枚と、同寸法の
アルミ板のターゲット材料1枚の計2枚を1組としてタ
ーゲット電極5に取り付け、ターゲット表面7a,7b
が支持台−ターゲット平面11aに対して45度傾いた
角度で設置し、基材2をはさんで反対側にも同じ構成の
一組のターゲットを設置した。基材2には直径10c
m、高さ25cm、内径9.4cmのSUS304製円
筒を用い、それを回転機構を持つ基材支持台22上に載
置した。このとき、基材の回転数は10rpmとした。
なお、電磁石9は使用しなかった。
(Example 1) A TiAlN film was coated by using the magnetron sputtering apparatus 20 described above. In the first embodiment, as shown in FIG.
A pair of a target material of a 5 mm titanium plate and a target material of an aluminum plate of the same dimensions were attached to the target electrode 5 as a set, and the target surfaces 7 a and 7 b
Was installed at an angle of 45 degrees with respect to the support-target plane 11a, and a pair of targets having the same configuration was installed on the opposite side across the base material 2. Base material 2 has a diameter of 10c
A SUS304 cylinder having a length of 25 m, a height of 25 cm and an inner diameter of 9.4 cm was used, and was placed on a base support 22 having a rotating mechanism. At this time, the rotation speed of the substrate was set to 10 rpm.
The electromagnet 9 was not used.

【0027】処理はまず真空容器1を1×10-6Tor
rまで真空に引き、同時にヒーター3を通電加熱して基
材の温度を300℃まで上昇させた。このとき、2枚の
シャッター4はそれぞれ2組のターゲットの前面に配置
される。ついで、真空容器内にアルゴンガスを50cc
mの流量で導入し、ターゲット表面7a,7bの付着物
や反応生成物を除去するため、各ターゲットを−400
V、5Aで10分間活性化した。その後、シャッター4
をターゲット表面7a,7bからヒーター3の前面へ移
動し、基材2に−450Vのバイアスをかけて20分間
スパッタエッチングを行い基材表面を活性化した。しか
る後に、真空容器内に窒素ガスを導入し、基材2の電圧
を−100Vとして1時間の被覆処理を行なった。この
とき、被覆開始から20秒間窒素ガスの導入量を押さえ
てチタンのみを蒸発させ、膜と基材界面にチタンのみの
粘着層を形成した。その後は窒素ガスの導入量が50s
ccmになるまで徐々に増し、アルミの蒸発量もターゲ
ット電流を調節して、チタンとアルミの原子比が1:1
となるように蒸着した。
First, the vacuum vessel 1 is set to 1 × 10 −6 Torr.
Then, the temperature of the substrate was increased to 300 ° C. by applying a vacuum to the heater 3 and heating the heater 3 simultaneously. At this time, the two shutters 4 are arranged in front of two sets of targets, respectively. Then, add 50 cc of argon gas into the vacuum vessel.
m at a flow rate of m, and remove each of the targets from the target surface 7a, 7b to remove the reaction products.
V, 5A for 10 minutes. Then shutter 4
Was moved from the target surfaces 7a and 7b to the front surface of the heater 3, and a bias of -450 V was applied to the substrate 2 to perform sputter etching for 20 minutes to activate the substrate surface. Thereafter, nitrogen gas was introduced into the vacuum vessel, and the coating treatment was performed for 1 hour with the voltage of the substrate 2 set to -100V. At this time, the amount of nitrogen gas introduced was suppressed for 20 seconds from the start of coating, and only titanium was evaporated to form an adhesive layer of only titanium at the interface between the film and the substrate. After that, the introduction amount of nitrogen gas is 50s
ccm, and the evaporation amount of aluminum is adjusted by adjusting the target current so that the atomic ratio of titanium to aluminum is 1: 1.
Vapor deposition was performed so that

【0028】蒸着処理後、膜厚を調べたところ、5μm
であった。これより膜成長速度は5μm/hとなり、従
来のスパッタ法に比べ高速であった。また、スクラッチ
テストによる評価では、アコースティックエミッション
の現れる臨界加重は70Nであり、密着性は実用上充分
に高いものであった。さらに、マイクロビッカース硬度
計により膜硬度を測定したところ、2450Hvとなり
TiAlN膜としては十分な硬さであった。
After the deposition process, the film thickness was examined.
Met. Thus, the film growth rate was 5 μm / h, which was higher than that of the conventional sputtering method. In addition, in the evaluation by the scratch test, the critical load at which the acoustic emission appears was 70 N, and the adhesion was sufficiently high for practical use. Further, when the film hardness was measured with a micro Vickers hardness meter, it was 2450 Hv, which was sufficient for a TiAlN film.

【0029】比較のため、図8に示される従来方式のマ
グネトロンスパッタ装置30を用い、さらに基材2も同
様なものを用いてTiAlN膜の蒸着を行った。このと
き、ターゲット電極35に固定されるターゲット材料3
7にはTiとAlの比が1:1となるように作られた1
4cm×25cm×5mmの板を2枚対称に配置した。
これを用いて同様にTiAlN膜の蒸着を1時間行っ
た。ただし、比較装置では原理的に膜組成の傾斜化がで
きないので、膜は傾斜無しのTiAlN膜となってい
る。蒸着後の測定では膜厚は3μmであった。したがっ
て、成膜速度は3μ/hであり、本発明の装置に比べ蒸
着速度が遅かった。また、スクラッチ試験では臨界加重
が50Nとなり、傾斜組成層を持つ本発明の装置に比べ
て付着強度が低いものであった。また、膜硬度は210
0Hvとなり、本発明の装置に比べ低いものであった。
For comparison, a TiAlN film was deposited by using a conventional magnetron sputtering apparatus 30 shown in FIG. 8 and using the same substrate 2. At this time, the target material 3 fixed to the target electrode 35
No. 7 is made so that the ratio of Ti to Al is 1: 1.
Two 4 cm × 25 cm × 5 mm plates were symmetrically arranged.
Using this, a TiAlN film was similarly deposited for 1 hour. However, since the film composition cannot be graded in principle with the comparative device, the film is a TiAlN film without gradient. In the measurement after the deposition, the film thickness was 3 μm. Therefore, the deposition rate was 3 μ / h, and the deposition rate was lower than that of the apparatus of the present invention. In the scratch test, the critical load was 50 N, and the adhesive strength was lower than that of the device of the present invention having a gradient composition layer. The film hardness is 210
0 Hv, which was lower than the device of the present invention.

【0030】以上のように、本発明の装置では粘着層で
あるTi膜からTiAlN膜まで連続的に変化させるこ
とができ、したがって密着性の高い膜を形成することが
できた。また、ターゲットを傾斜させることにより、高
速にかつ緻密で硬度の高い膜を得ることができた。
As described above, in the apparatus of the present invention, it was possible to continuously change from the Ti film, which is the adhesive layer, to the TiAlN film, so that a film having high adhesion could be formed. Also, by inclining the target, it was possible to obtain a dense, high-hardness film at high speed.

【0031】(実施例2)次に第二の実施例について説
明する。第二の実施例においては、図6に示される本発
明のマグネトロンスパッタ装置20′を用いてアルミニ
ウム材料にCrN膜の被覆を行なった。実施例一では基
材が円筒状であったが、実施例二では図6に示すように
基材2の形状が直方体である点、ターゲット材料7がす
べて同じである点、取り付け角度がα=α′=60度で
ある点、電磁石9を使用した点が異なるのみであり、同
符号を付して説明を省略する。図6において、ターゲッ
ト2組の全てに7cm×25cm×5mmのクロム板を
取り付け、各ターゲットの表面7a,7bが支持台−タ
ーゲット平面11aに対して60度の傾きとなるように
設置し、それらを図6に示されるように基材をはさんで
反対側に設置した。基材2の寸法は縦25cm、横15
cm、厚さ5cmで、図6のように基材支持台22上に
載置し、基材回転は行わなかった。また、ターゲットの
外側に設置された電磁石9に基材電流が増える方向へ電
磁石電流を流した。
(Embodiment 2) Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, an aluminum material was coated with a CrN film using the magnetron sputtering apparatus 20 'of the present invention shown in FIG. In Example 1, the substrate was cylindrical, but in Example 2, as shown in FIG. 6, the shape of the substrate 2 was a rectangular parallelepiped, all the target materials 7 were the same, and the mounting angle was α = The only difference is that α ′ = 60 degrees and the use of the electromagnet 9. In FIG. 6, a chrome plate of 7 cm × 25 cm × 5 mm is attached to all of the two sets of targets, and the surfaces 7a and 7b of each target are set so as to be inclined at 60 degrees with respect to the support-target plane 11a. Was placed on the opposite side with the substrate interposed therebetween as shown in FIG. The size of the base material 2 is 25 cm long and 15 cm wide.
cm and a thickness of 5 cm, the substrate was placed on the substrate support 22 as shown in FIG. 6, and the substrate was not rotated. In addition, an electromagnet current was applied to the electromagnet 9 installed outside the target in a direction in which the substrate current increased.

【0032】処理はまず、2枚のシャッター4をそれぞ
れ2組のターゲットの前面に配置した状態で、真空容器
1を1×10-6Torrまで真空に引き、同時にヒータ
ー3を通電加熱して基材2の温度を200℃まで上昇さ
せた。以下は実施例1と同様な手順で蒸着前の工程をと
り、スパッタエッチングまでを行った。このとき、電磁
石電流は7A一定とし、基材電流は約2Aであった。そ
の後、真空容器1内に窒素ガスを導入し、基材電圧を−
120Vとして2時間の被覆処理を行なった。このと
き、被覆開始から20秒間は窒素ガスの導入量を押さ
え、その後徐々に導入量を増して所定の50ccmまで
増加させた。これにより、膜と基材界面にクロムのみの
粘着層を形成した。
First, the vacuum vessel 1 is evacuated to 1 × 10 −6 Torr while the two shutters 4 are arranged in front of two sets of targets, respectively, and the heater 3 is simultaneously heated and heated. The temperature of the material 2 was increased to 200 ° C. In the following, steps before vapor deposition were performed in the same procedure as in Example 1, and steps up to sputter etching were performed. At this time, the electromagnet current was kept constant at 7 A, and the substrate current was about 2 A. After that, nitrogen gas is introduced into the vacuum vessel 1 and the substrate voltage is reduced to-
The coating treatment was performed at 120 V for 2 hours. At this time, the introduction amount of nitrogen gas was suppressed for 20 seconds from the start of coating, and thereafter the introduction amount was gradually increased to a predetermined value of 50 ccm. Thereby, an adhesive layer of only chromium was formed on the interface between the film and the substrate.

【0033】蒸着処理後、膜厚を調べたところ、15μ
mであった。これより膜成長速度は7.5μm/hとな
った。また、スクラッチテストによる評価では、CrN
膜の臨界加重は約60Nとなり、十分に高い付着強度が
あった。さらに、マイクロビッカース硬度計による膜硬
度は、2000Hvとなり緻密で硬質なCrN成分の多
い膜ができていた。
After the deposition process, the film thickness was examined.
m. Thus, the film growth rate was 7.5 μm / h. In addition, the evaluation by the scratch test showed that CrN
The critical weight of the film was about 60N, and had a sufficiently high adhesion strength. Further, the film hardness measured by a micro Vickers hardness tester was 2000 Hv, and a dense and hard film having a large amount of CrN component was formed.

【0034】比較のため、前述した図8に示される従来
方式のマグネトロンスパッタ装置30を用いてCrN膜
の蒸着を行った。このとき、ターゲットには14cm×
25cm×5mmのクロム板を2枚用いた。このマグネ
トロンスパッタ装置を用いて前記と同様にCrN膜の蒸
着を2時間行った。蒸着後の測定では膜厚は8μmであ
った。したがって、成膜速度は4μ/hであり、本発明
の装置に比べ蒸着速度が遅かった。また、スクラッチ試
験による臨界加重は60Nであった。また、膜硬度は1
800Hvであり、Cr2N成分が多い膜であり、本発
明のものより硬度が低かった。本発明の傾斜ターゲット
型マグネトロンスパッタ装置は基材付近のプラズマ強度
が強い上、基材方面へエネルギーの高いクロム原子が入
射するため、本発明の方が硬度が高くなったと考えられ
る。
For comparison, a CrN film was deposited using the conventional magnetron sputtering apparatus 30 shown in FIG. At this time, 14cm ×
Two 25 cm × 5 mm chromium plates were used. Using this magnetron sputtering apparatus, a CrN film was deposited for 2 hours in the same manner as described above. In the measurement after the deposition, the film thickness was 8 μm. Therefore, the deposition rate was 4 μ / h, and the deposition rate was lower than that of the apparatus of the present invention. The critical load according to the scratch test was 60N. The film hardness is 1
The film had a hardness of 800 Hv and a high content of Cr 2 N, and had a lower hardness than that of the present invention. It is considered that the hardness of the present invention is higher than that of the tilt target type magnetron sputtering apparatus of the present invention because the plasma intensity near the base material is high and chromium atoms with high energy are incident on the base material.

【0035】以上のように、本発明の装置では膜質の良
好なCrN膜を高速で合成することができ、厚膜の要求
されるCrN膜の被覆にも十分応えられることがわかっ
た。また、ターゲットを傾斜させたことにより、緻密で
硬度の高い膜を得ることができた。
As described above, it has been found that the apparatus of the present invention can synthesize a CrN film having good film quality at a high speed, and can sufficiently cover a thick CrN film required. In addition, by inclining the target, a dense and high-hardness film could be obtained.

【0036】(実施例3)さらに、第三の実施例につい
て説明する。第三の実施例においては、図7に示される
本発明のマグネトロンスパッタ装置20″を用いてTi
AlN膜の被覆を行なった。図7においては、7cm×
25cm×5mmのチタン板を取り付けたターゲット
と、同じ寸法のアルミ板を取り付けたターゲットを準備
し、各ターゲットの表面7a,7bが支持台−ターゲッ
ト平面11aに対してα=α′=50度傾いた角度で設
置されたものを一組とし、図7に示されるように同じ構
成のターゲットを3組設置した。支持台22には4軸の
自公転可能なものを用い、その上に直径8cm、高さ2
0cmのSKD51製丸棒2を置いた。被覆処理時の支
持台22の回転数は6rpmとし、各基材2は支持台1
回転毎に15度回転させた。なお、前述したと同じ構成
については同符号を付し説明を省略する。但しシャッタ
ー4は3枚で、同心で異なる円上に配置され、ターゲッ
トと基材2とを遮断するときはそれぞれ1枚ずつがター
ゲットと基材間に移動し、ヒーター3と基材とを遮断す
るときはシャッターが互いに重なるようにされ、ターゲ
ットと基材間が遮断されないようにされる。
(Embodiment 3) Further, a third embodiment will be described. In the third embodiment, a Ti is produced by using the magnetron sputtering apparatus 20 "of the present invention shown in FIG.
An AlN film was coated. In FIG. 7, 7 cm ×
A target on which a titanium plate of 25 cm × 5 mm is mounted and a target on which an aluminum plate of the same size is mounted are prepared, and the surfaces 7a and 7b of each target are inclined at α = α ′ = 50 degrees with respect to the support-target plane 11a. One set of targets set at different angles was set, and three sets of targets having the same configuration were set as shown in FIG. The support base 22 is a four-axis revolvable one having a diameter of 8 cm and a height of 2 cm.
A 0 cm round bar 2 made of SKD51 was placed. The rotation speed of the support 22 during the coating process was 6 rpm, and each substrate 2 was
Rotated 15 degrees per rotation. The same components as those described above are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. However, three shutters 4 are arranged concentrically on different circles, and when shutting off the target and the base material 2, each one moves between the target and the base material and shuts off the heater 3 and the base material. When doing so, the shutters are made to overlap each other so that the target and the base material are not blocked.

【0037】図7に示すように、処理はまず3枚のシャ
ッター4をそれぞれ3組のターゲットの前面に置き、真
空容器1を1×10-6Torrまで真空に引き、同時に
ヒーター3を通電加熱して基材2の温度を300℃まで
上昇させた。以後は実施例1と同様な手順でTiAlN
膜蒸着を行った。ただし、このとき電磁石9の電流は7
A一定とし、基材2の電流は3Aとなるように調整し
た。蒸着処理は40分間行い、冷却後基材2と同時に入
れたSKD51製の試験片にて成膜速度、付着強度、膜
硬度を調べた。その結果、膜成長速度は7μm/hであ
り、従来のスパッタ法に比べ十分に高速であった。ま
た、付着強度すなわちスクラッチ試験での臨界加重は7
0Nとなり、密着性は実用上充分に高かった。また、膜
硬度は2400HvとなりTiAlN膜としては十分な
硬さであった。
As shown in FIG. 7, first, three shutters 4 are placed in front of three sets of targets, and the vacuum vessel 1 is evacuated to 1 × 10 −6 Torr, and at the same time, the heater 3 is electrically heated. Then, the temperature of the substrate 2 was raised to 300 ° C. Thereafter, the same procedure as in the first embodiment is applied to TiAlN.
Film deposition was performed. However, at this time, the current of the electromagnet 9 is 7
A was kept constant, and the current of the substrate 2 was adjusted to be 3 A. The vapor deposition treatment was performed for 40 minutes, and the film formation rate, adhesion strength, and film hardness were examined using a SKD51 test piece placed at the same time as the substrate 2 after cooling. As a result, the film growth rate was 7 μm / h, which was sufficiently higher than the conventional sputtering method. Also, the critical load in the adhesion strength, that is, the scratch test is 7
0N, and the adhesion was sufficiently high for practical use. The film hardness was 2400 Hv, which was sufficient for a TiAlN film.

【0038】以上のように、本発明の装置では粘着層で
あるTi膜からTiAlN膜まで連続的に変化させるこ
とができ、したがって密着性の高い膜を形成することが
できた。また、ターゲットを3個用いることにより、さ
らに高速にかつ緻密で硬度の高い膜を得ることができ
た。
As described above, in the apparatus of the present invention, it was possible to continuously change from the Ti film, which is the adhesive layer, to the TiAlN film, so that a film having high adhesion could be formed. Further, by using three targets, a denser film having higher hardness could be obtained at higher speed.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明においては、マグネトロンスパッ
タ装置のターゲット電極及びターゲット材料からなるタ
ーゲットを2枚1組とし、2枚のターゲット表面をそれ
ぞれ支持台−ターゲット平面側に傾斜して配置させ、基
材の方向へ高いエネルギーを持った粒子を多量に入射さ
せるので、蒸着速度が速くなり、またエネルギーの高い
スパッタ原子が基材へ入射するので、傾斜組成膜などの
組成制御された多元素薄膜を蒸着が容易に行えるように
なり、かつ付着強度が高く緻密な膜が高速かつ短時間で
蒸着できるものとなった。
According to the present invention, a target made of a target electrode and a target material of a magnetron sputtering apparatus is formed into a set of two targets, and the surfaces of the two targets are respectively arranged obliquely to the support base-target plane side. A large amount of particles with high energy are incident in the direction of the material, increasing the deposition rate.Also, high-energy sputtered atoms are incident on the base material. The deposition can be easily performed, and a dense film having a high adhesion strength can be deposited at a high speed in a short time.

【0040】また、傾斜して配置された2枚1組のター
ゲットは、支持台−ターゲット平面に対して、対称に配
置し、構造、制御を簡単化できるので、制作、制御が容
易である。
Further, since a pair of targets arranged at an angle are arranged symmetrically with respect to the support base-target plane, and the structure and control can be simplified, production and control are easy.

【0041】また、支持台−ターゲット平面とターゲッ
ト表面のなす角度を25゜から65゜にすることにより
高濃度の粒子を供給することができるので、より蒸着速
度が早く、緻密な多元素薄膜を提供できる。
Further, by setting the angle between the support base-target plane and the target surface from 25 ° to 65 °, it is possible to supply high-concentration particles, so that the deposition rate is higher and a dense multi-element thin film can be formed. Can be provided.

【0042】さらに、2枚1組のターゲットを、支持台
が設けられた成膜室の2箇所以上に設けるようにし、大
きな基材に対しても高速で蒸着が可能であり、一度に多
量の基材にも蒸着が可能であり量産に適するものとなっ
た。
Further, a set of two targets is provided at two or more places in the film forming chamber provided with the support base, so that high-speed vapor deposition can be performed even on a large base material, Vapor deposition was also possible on the base material, making it suitable for mass production.

【0043】また、ターゲット毎に異なる組成のスパッ
タターゲット材を取り付け、又は、2枚1組のターゲッ
ト材料の組成を互いに異なるせるようにしたので、高価
な合金材料を用いることなく安価な材料でターゲットを
構成することができ、しかも膜の組成を各ターゲットの
蒸発量を調節することにより膜の組成を自由に制御でき
るので、付着強度の高い傾斜組成膜や多層膜などを容易
に形成できるようになった。
Further, a sputter target material having a different composition is attached to each target, or the composition of a pair of target materials is made different from each other, so that an inexpensive material can be used without using an expensive alloy material. The composition of the film can be freely controlled by adjusting the evaporation amount of each target, so that a gradient composition film or a multilayer film having a high adhesion strength can be easily formed. became.

【0044】2枚1組のターゲット電極はそれぞれ中央
部と外周部の磁石配置を同じにすることによってより正
確に粒子を基材方向に制御でき、さらに、ターゲット電
極は中央部にNまたはS極をターゲット表面に向けて配
置された中央部磁石と、中央部磁の両側に逆極性の外周
部磁石を配置し、かつターゲット周辺部に電気的にフロ
ーティング状態またはアース電位の金属シールド板を設
けて粒子の方向性を安定させたので、より制御がしやす
くなる。
Each pair of target electrodes can more precisely control the particles in the direction of the base material by making the magnet arrangements at the central portion and the outer peripheral portion the same, and the target electrode has an N or S pole at the central portion. A central magnet placed facing the target surface, an outer peripheral magnet of opposite polarity is placed on both sides of the central magnet, and a metal shield plate in an electrically floating state or earth potential is provided around the target. Since the directionality of the particles is stabilized, control becomes easier.

【0045】さらに、ターゲット材料の外周に沿って電
線を巻回した電磁石をターゲット電極の後方に設け、成
膜室内の磁界分布を変え、基材へ入射させるイオン電流
を広い範囲でコントロールできるので、マグネトロンス
パッタターゲット付近に生成するプラズマ領域を基材方
向に広げることができ、これにより基材への入射イオン
数を制御することができ、膜質と成膜速度の改善をはか
ることができる。さらにターゲット付近に生成するプラ
ズマ領域を基材付近まで広げることができ、したがって
基材電流の調節範囲を広げることができるので、膜質の
制御も容易になった。
Further, an electromagnet in which an electric wire is wound along the outer periphery of the target material is provided behind the target electrode to change the magnetic field distribution in the film forming chamber and control the ion current incident on the base material in a wide range. The plasma region generated near the magnetron sputter target can be extended in the direction of the substrate, whereby the number of ions incident on the substrate can be controlled, and the film quality and the film formation rate can be improved. Further, the plasma region generated near the target can be extended to the vicinity of the substrate, and thus the control range of the substrate current can be widened, so that the film quality can be easily controlled.

【0046】また、ターゲットと基材の間にシャッター
を設け、加熱時及びターゲット活性化時にはターゲット
と基材の間を遮断し、イオンボンバード時及び蒸着時に
はヒーターと基材との間を遮断するようにしていターゲ
ット活性化時の基材表面の汚染を少なくすることにより
高い付着強度を確保することができ、蒸着時のヒーター
への蒸着物質の付着も抑えられるので、メンテナンス性
が非常によくなるという利点がある。
Further, a shutter is provided between the target and the base material so that the target and the base material are shut off during heating and activation of the target, and between the heater and the base material during ion bombardment and vapor deposition. High adhesion strength can be ensured by reducing contamination of the substrate surface when activating the target, and the adhesion of the evaporation substance to the heater during evaporation can be suppressed, so that the maintainability is greatly improved. There is.

【0047】以上に示されるように、本発明の傾斜ター
ゲット型マグネトロンスパッタ装置は従来のマグネトロ
ンスパッタ装置に較べ様々な利点があり、産業上非常に
有益なものとなった。
As described above, the inclined target type magnetron sputtering apparatus of the present invention has various advantages as compared with the conventional magnetron sputtering apparatus, and is very useful in industry.

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

【図1】スパッタ現象における蒸発原子の角度分布図で
あり、(a)はスパッタ粒子の飛行方向(度)と基材へ
のTi蒸着速度(Å/sec)との角度分布図、(b)
はターゲット表面からのスパッタ粒子の飛行方向の角度
を示す説明図である。
FIG. 1 is an angle distribution diagram of evaporated atoms in a sputtering phenomenon, in which (a) is an angle distribution diagram of a flight direction (degree) of sputter particles and a Ti deposition rate (速度 / sec) on a substrate, and (b).
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an angle of a flying direction of a sputtered particle from a target surface.

【図2】本発明の実施の形態を示すマグネトロンスパッ
タ装置の構成を説明する平面図である。
FIG. 2 is a plan view illustrating a configuration of a magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図3】基材、ターゲット(ターゲット電極、ターゲッ
ト材料)、電磁石の配置を説明する平面図である。
FIG. 3 is a plan view illustrating the arrangement of a base material, a target (a target electrode and a target material), and an electromagnet.

【図4】本発明の電磁石の構成を示し(a)が平面図、
(b)が側面図である。
4A and 4B show a configuration of an electromagnet of the present invention, wherein FIG.
(B) is a side view.

【図5】図2に示す装置の電気配線例を示す電気配線図
である。
FIG. 5 is an electric wiring diagram showing an example of electric wiring of the device shown in FIG. 2;

【図6】本発明の実施例2に用いるマグネトロンスパッ
タ装置の構成を説明する平面図である。
FIG. 6 is a plan view illustrating a configuration of a magnetron sputtering apparatus used in Embodiment 2 of the present invention.

【図7】本発明の実施例3に用いるマグネトロンスパッ
タ装置の構成を説明する平面図である。
FIG. 7 is a plan view illustrating a configuration of a magnetron sputtering apparatus used in Embodiment 3 of the present invention.

【図8】従来のマグネトロンスパッタ装置の構成を説明
する平面図である。
FIG. 8 is a plan view illustrating a configuration of a conventional magnetron sputtering apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器(成膜室) 2 基材 3 基材加熱用ヒーター(ヒーター) 4 シャッター 5 ターゲット電極 6a 中央部磁石(永久磁石) 6b 外周部磁石(永久磁石) 7 ターゲット材料 7a、7b ターゲット表面 7c ターゲット表面の交線 7d 1組のターゲット材料の外周 8 金属シールド板 9 電磁石 9a 電線 10 中心軸 11a 支持台−ターゲット間を結ぶ平面(支持台−
ターゲット平面) 20、20′、20″ マグネトロンスパッタ装置 22 支持台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container (film formation chamber) 2 Substrate 3 Heater for substrate heating (heater) 4 Shutter 5 Target electrode 6a Center magnet (permanent magnet) 6b Peripheral magnet (permanent magnet) 7 Target material 7a, 7b Target surface 7c Intersection line of target surface 7d Perimeter of one set of target material 8 Metal shield plate 9 Electromagnet 9a Electric wire 10 Center axis 11a Plane connecting support-target (support-
20, 20 ', 20 "magnetron sputtering device 22 support

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須貝 賢一 富山県富山市不二越本町一丁目1番1号 株式会社不二越内 (72)発明者 佐藤 嗣紀 富山県富山市不二越本町一丁目1番1号 株式会社不二越内 Fターム(参考) 4K029 BD01 BD11 CA05 CA15 DA08 DA12 DC16 DC40 5F103 AA08 BB22 DD30 RR02 RR03 RR08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kenichi Sugai 1-1-1, Fujikoshi Honcho, Toyama City, Toyama Prefecture Fujiuchi Co., Ltd. (72) Inventor Satoshi Sato 1-1-1, Fujikoshi Honcho, Toyama City, Toyama Prefecture Shares Company Fujikoshinai F term (reference) 4K029 BD01 BD11 CA05 CA15 DA08 DA12 DC16 DC40 5F103 AA08 BB22 DD30 RR02 RR03 RR08

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ターゲット電極に固定されたターゲット
材料をスパッタにより蒸発させ基材表面上に成膜するマ
グネトロンスパッタ装置において、前記ターゲット電極
及びターゲット材料からなるターゲットは2枚1組とさ
れ、該2枚のターゲット表面の交線と基材を載置する支
持台の中心軸とで支持台−ターゲット間を結ぶ平面が形
成されるように前記ターゲット及び支持台が配置され、
前記2枚のターゲット材料側の面がそれぞれ前記支持台
−ターゲット間を結ぶ平面側に傾斜して配置されている
ことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
In a magnetron sputtering apparatus for evaporating a target material fixed to a target electrode by sputtering to form a film on a substrate surface, a target comprising the target electrode and the target material is formed as a set of two sheets. The target and the support are arranged so that a plane connecting the support and the target is formed by the intersection of the surface of the two targets and the central axis of the support on which the base material is placed,
A magnetron sputtering apparatus, wherein the surfaces of the two target materials are inclined with respect to a plane connecting the support and the target.
【請求項2】 傾斜して配置された前記2枚1組のター
ゲットは、前記支持台−ターゲット間を結ぶ平面に対し
て対称に配置されていることを特徴とする請求項1記載
のマグネトロンスパッタ装置。
2. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the pair of targets arranged obliquely are arranged symmetrically with respect to a plane connecting the support and the target. apparatus.
【請求項3】 傾斜して配置された前記ターゲットは、
前記支持台−ターゲット間を結ぶ平面とターゲット表面
のなす角度が25゜から65゜にされていることを特徴
とする請求項1又は2記載のマグネトロンスパッタ装
置。
3. The target arranged obliquely,
3. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein an angle between a plane connecting the support and the target and a surface of the target is set to 25 to 65 degrees.
【請求項4】 前記2枚1組のターゲットが、前記支持
台が設けられた成膜室内の2箇所以上に設けられている
ことを特徴とする請求項1又は2又は3記載のマグネト
ロンスパッタ装置。
4. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the pair of targets is provided at two or more locations in a film forming chamber provided with the support table. .
【請求項5】 前記ターゲットは組成が異なる二種類以
上のターゲット材料を装着したことを特徴とする請求項
1乃至4のうちいずれか一に記載のマグネトロンスパッ
タ装置。
5. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein two or more kinds of target materials having different compositions are mounted on the target.
【請求項6】 前記2枚1組のターゲット材料の組成が
互いに異なることを特徴とする請求項5記載のマグネト
ロンスパッタ装置。
6. The magnetron sputtering apparatus according to claim 5, wherein a composition of the pair of target materials is different from each other.
【請求項7】 前記ターゲット電極は中央部にNまたは
S極をターゲット表面に向けて配置された中央部磁石
と、該中央部磁石の両側に中央部磁石とは逆極性の磁極
をターゲット表面に向けて配置された外周部磁石と、か
らなり、かつ2枚1組のターゲット電極は中央部磁石と
外周部磁石の磁石配置が同じにされており、さらに、タ
ーゲット周辺部に電気的にフローティング状態またはア
ース電位の金属シールド板が設けられていることを特徴
とする請求項1乃至6のいずれか一に記載のマグネトロ
ンスパッタ装置。
7. The target electrode has a central magnet arranged in the center with an N or S pole facing the target surface, and magnetic poles of opposite polarity to the central magnet on both sides of the central magnet on the target surface. And a pair of target electrodes, wherein the pair of target electrodes has the same magnet arrangement of the central magnet and the peripheral magnet, and furthermore, is electrically floating around the target. 7. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein a metal shield plate having an earth potential is provided.
【請求項8】 前記支持台−ターゲット間を結ぶ平面に
直交する面に投影された前記1組のターゲット材料の外
周に沿って電線が巻回された電磁石が、前記1組のター
ゲット電極の反ターゲット材料側方向に設けられている
ことを特徴とする請求項7記載のマグネトロンスパッタ
装置。
8. An electromagnet having an electric wire wound along an outer periphery of the set of target materials projected on a plane orthogonal to a plane connecting the support and the target, the electromagnet being opposite to the set of target electrodes. The magnetron sputtering apparatus according to claim 7, wherein the magnetron sputtering apparatus is provided in a direction toward a target material.
【請求項9】 成膜室の1箇所または2箇所以上に基材
加熱用ヒーターが設けられ、ターゲットと基材及び基材
加熱用ヒーターと基材との間を遮断可能なシャッターが
設けられており、加熱時及びターゲット活性化時にはタ
ーゲットと基材の間を遮断し、イオンボンバード時及び
蒸着時には前記基材加熱用ヒーターとターゲットの間を
遮断することができるようにされていることを特徴とす
るマグネトロンスパッタ装置。
9. A heater for heating a substrate is provided at one or more locations in a film forming chamber, and a shutter capable of shutting off between a target and a substrate and between the heater for heating a substrate and the substrate is provided. It is characterized in that it is possible to shut off between the target and the substrate at the time of heating and activation of the target, and to cut off between the heater for heating the substrate and the target at the time of ion bombardment and vapor deposition. Magnetron sputtering equipment.
【請求項10】 請求項9に記載のマグネトロンスパッ
タ装置に設けられた遮断可能なシャッターを設けたこと
を特徴とする請求項1乃至8のうちいずれか一に記載の
マグネトロンスパッタ装置。
10. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a shutter that can be shut off provided in the magnetron sputtering apparatus according to claim 9.
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