JP2001220670A - Plasma sputtering system - Google Patents

Plasma sputtering system

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JP2001220670A
JP2001220670A JP2000025091A JP2000025091A JP2001220670A JP 2001220670 A JP2001220670 A JP 2001220670A JP 2000025091 A JP2000025091 A JP 2000025091A JP 2000025091 A JP2000025091 A JP 2000025091A JP 2001220670 A JP2001220670 A JP 2001220670A
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JP
Japan
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plasma
target
discharge
sputtering apparatus
process chamber
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Application number
JP2000025091A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Riyuuji
真 龍治
Masahito Ban
雅人 伴
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma sputtering system by which a thin film of required components is deposited on a surface, and a high capacity material is produced by utilizing an electoron beam exciting plasma system and utilizing a solid target in place of gas as for a part of components. SOLUTION: In an electron beam exciting plasma system provided with a discharge chamber 1 and a process chamber 2 adjacent thereto via a bottleneck and installed with an accelerating electrode 21 and a sample stand 3, target 4 is arranged at the process chamber 2, reaction plasma is acted, and sputtering is performed.

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、プラズマスパッタ
リング装置に関し、特に電子ビーム励起プラズマ発生装
置を用いターゲットをスパッタリングし、スパッタ粒子
を試料面に積層する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma sputtering apparatus, and more particularly to an apparatus for sputtering a target using an electron beam excited plasma generator and stacking sputtered particles on a sample surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】基板材料の表面に物質を堆積させたり物
理的化学的処理を施すことにより、新たな材料に変成し
たり材料の特性を改良したりすることができる。このよ
うな表面処理方法として、薄膜製造技術として発達して
きた物理蒸着法PVDや化学蒸着法CVDを含む蒸着メ
ッキ法がある。蒸着メッキ法は、電子機器部品に多用さ
れているが、最近は耐熱、耐食、耐摩耗などを目的とす
る金属、合金、セラミックの被覆などに用途が広がって
いる。
2. Description of the Related Art By depositing a substance on a surface of a substrate material or performing physical and chemical treatments, a material can be transformed into a new material or the characteristics of the material can be improved. As such a surface treatment method, there is a vapor deposition plating method including a physical vapor deposition method PVD and a chemical vapor deposition method CVD which have been developed as thin film manufacturing techniques. The vapor deposition plating method is widely used for electronic device parts, but recently, its application has been spread to coating of metals, alloys, and ceramics for heat resistance, corrosion resistance, wear resistance, and the like.

【0003】たとえば、特開平3−240957には、
鉄系金属材料の表面に硬質非晶質炭素−水素−珪素薄膜
層を形成することにより、高硬度であり摩擦係数が非常
に低い金属材料を得ることが開示されている。上記公報
に開示された成膜法はプラズマCVDであって、真空容
器中に被処理材を配設し、珪素化合物ガスと炭素化合物
ガスを主体としたガス雰囲気中で放電させて反応ガスプ
ラズマを形成し、負電位に維持された被処理材表面に成
分を堆積させて薄膜層を形成する。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-240957 discloses that
It is disclosed that a hard amorphous carbon-hydrogen-silicon thin film layer is formed on the surface of an iron-based metal material to obtain a metal material having high hardness and a very low friction coefficient. The film forming method disclosed in the above publication is a plasma CVD method, in which a material to be treated is disposed in a vacuum vessel and discharged in a gas atmosphere mainly composed of a silicon compound gas and a carbon compound gas to generate a reaction gas plasma. The thin film layer is formed by depositing the components on the surface of the material to be processed maintained at the negative potential.

【0004】また、本願出願人の出願に係る特願平10
−326218には、電子ビーム励起プラズマ発生装置
を用いて基板上にシリコン含有ダイヤモンド様炭素を薄
膜として積層した高機能材料を製造する技術が開示され
ている。
[0004] Also, Japanese Patent Application No.
No. 326218 discloses a technique for producing a high-performance material in which a silicon-containing diamond-like carbon is laminated as a thin film on a substrate using an electron beam excited plasma generator.

【0005】電子ビーム励起プラズマ装置は、不活性ガ
スをプラズマ化して発生させた放電プラズマが充満する
放電室と、加速電極で放電プラズマから隘路を通って引
出し加速した電子ビームで反応性ガスをプラズマ化して
各種の反応を起こさせるプロセス室とを備える。放電室
にはカソードと中間電極と放電電極が配置され、カソー
ドと放電電極の間に放電用電圧を印加するとカソードで
放出された熱電子がカソード部に供給される不活性ガス
に作用して放電プラズマを発生し放電室に充満するの
で、放電電極と加速電極の間に加速電圧を印加すると、
放電室の放電プラズマから電子が引き出され加速されて
大電流の電子ビームがプロセス室に供給される。
[0005] The electron beam excited plasma apparatus comprises a discharge chamber filled with a discharge plasma generated by converting an inert gas into a plasma, and a reactive gas that is accelerated by an electron beam extracted from the discharge plasma through a bottleneck by an acceleration electrode and accelerated. And a process chamber for producing various reactions. In the discharge chamber, a cathode, an intermediate electrode, and a discharge electrode are arranged. When a discharge voltage is applied between the cathode and the discharge electrode, thermions emitted from the cathode act on an inert gas supplied to the cathode portion to discharge. Since plasma is generated and the discharge chamber is filled, when an acceleration voltage is applied between the discharge electrode and the acceleration electrode,
Electrons are extracted from the discharge plasma in the discharge chamber, accelerated, and a large current electron beam is supplied to the process chamber.

【0006】プロセス室にはシランガス、メタンガスな
ど反応プロセスの必要に応じた各種の材料ガスが供給さ
れていて、電子ビームが反応性材料ガスをプラズマ化
し、生成した活性種(ラジカル)を基板上に堆積した
り、プラズマ電位と試料表面電位の差に応じてプラズマ
中のイオンを試料に対して垂直に打ち込むなどして、プ
ロセス室内に載置された試料の表面に各種のプラズマ処
理を行う。
Various material gases, such as silane gas and methane gas, are supplied to the process chamber as needed for the reaction process. The electron beam turns the reactive material gas into plasma, and the generated active species (radicals) are deposited on the substrate. Various plasma treatments are performed on the surface of the sample placed in the process chamber, for example, by depositing or bombarding ions in the plasma perpendicularly to the sample according to the difference between the plasma potential and the sample surface potential.

【0007】特願平10−326218に開示された方
法は、電子ビーム励起プラズマ装置を利用し、メタン
(CH4)などの炭化水素とシラン(SiH4)の混合
ガスを原料とするプラズマCVDプロセスにより、ダイ
ヤモンド様炭素(DLC)膜の下地にアモルファス炭化
珪素(a−SiC)膜を形成して高硬度高密着性のコー
ティング層とするもので、極めて高能率に高硬度低摩擦
性材料を得ることができる。この開示方法で使用される
シランガスは、毒性が強く空気中で自然発火するなど危
険性が高いため、安全性に配慮した高価な装置により厳
密な取り扱いが必要とされ、設備費、運転費ともに高額
になる問題がある。
[0007] The method disclosed in Japanese Patent Application No. 10-326218 uses an electron beam excited plasma apparatus and performs a plasma CVD process using a mixed gas of a hydrocarbon such as methane (CH4) and silane (SiH4) as raw materials. An amorphous silicon carbide (a-SiC) film is formed as a base layer on a diamond-like carbon (DLC) film to form a coating layer with high hardness and high adhesion, and it is possible to obtain a high hardness and low friction material with extremely high efficiency. it can. The silane gas used in this disclosure method is highly toxic and highly dangerous, such as spontaneous ignition in the air. Therefore, strict handling is required by expensive equipment considering safety, and both equipment and operation costs are high. Problem.

【0008】シランなど珪素化合物のガスに代えて固体
の珪素化合物を利用する物理蒸着法PVDに、スパッタ
リング法がある。スパッタリング装置により炭化珪素膜
を形成するには、炭化珪素(SiC)ターゲットを使う
が、この場合はターゲットの組成によりシリコンと炭素
の組成比が決まる。したがって、より適切な高硬度高密
着性の膜を得るために、任意の組成を選んだり工程中に
組成を変化させる方法を採用することはできなかった。
A physical vapor deposition method PVD using a solid silicon compound instead of a silicon compound gas such as silane is a sputtering method. To form a silicon carbide film by a sputtering apparatus, a silicon carbide (SiC) target is used. In this case, the composition ratio of silicon and carbon is determined by the composition of the target. Therefore, a method of selecting an arbitrary composition or changing the composition during the process could not be adopted in order to obtain a more appropriate high hardness and high adhesion film.

【0009】また、従来のスパッタリング装置では、ア
ルゴン以外のガスを用いてプラズマを生成するとスパッ
タ効率が低下するので、酸化膜生成が必要なときには酸
素にアルゴンを混入したガスを使用している。しかし、
ターゲット表面におけるアルゴン濃度が低いのでスパッ
タ効率は十分でなかった。
In a conventional sputtering apparatus, when plasma is generated using a gas other than argon, the sputtering efficiency is reduced. Therefore, when an oxide film is required, a gas in which argon is mixed with oxygen is used. But,
The sputtering efficiency was not sufficient because the argon concentration on the target surface was low.

【0010】なお、従来のプラズマCVD装置の内部に
シリコンターゲットをセットしてスパッタリング法を併
用しようとすると、炭化水素ガスなどの成膜性プラズマ
を発生させたときにシリコンターゲットの表面にもDL
C膜が形成されてしまい、スパッタがうまくいかずシリ
コンの供給が困難であった。
[0010] When a silicon target is set inside a conventional plasma CVD apparatus and the sputtering method is used together, when a film forming plasma such as a hydrocarbon gas is generated, the surface of the silicon target also has a DL.
As a result, a C film was formed, and sputtering was not successful, and it was difficult to supply silicon.

【0011】また、差動排気型電子ビーム励起プラズマ
装置にスパッタリングプロセスを取り込もうとするとき
は、差動排気するためプロセス室内で生成する反応性プ
ラズマにアルゴンなどのスパッタリングに利用できる成
分が混入しないので、別途スパッタリングに適した反応
室を準備しなければならず、差動排気の機構が必要な上
にスパッタ室を別に設けるため装置全体として大型で高
価になる。さらに、差動排気型電子ビーム励起プラズマ
では、加速した電子ビームの一部が加速空間内でエネル
ギーロスしたり、一部が加速電極に直接流入してプロセ
ス室内のプラズマ生成に寄与しないために、反応室のプ
ラズマ密度が十分高くできなかったり、電源容量を大き
なものにしなければならないといった問題があった。こ
のように、プラズマCVD装置においてプラズマCVD
プロセスとスパッタリングプロセスを併用することがで
きなかった。
When a sputtering process is to be incorporated into a differentially pumped electron beam excited plasma apparatus, reactive plasma generated in a process chamber for differentially pumping does not contain components such as argon which can be used for sputtering. In addition, a reaction chamber suitable for sputtering must be separately prepared, and a differential pumping mechanism is required, and a separate sputtering chamber is provided, so that the entire apparatus becomes large and expensive. Furthermore, in the differentially pumped electron beam excited plasma, part of the accelerated electron beam loses energy in the acceleration space, and part of the electron beam directly flows into the acceleration electrode and does not contribute to plasma generation in the process chamber. There were problems that the plasma density in the reaction chamber could not be made sufficiently high and that the power supply capacity had to be increased. Thus, in the plasma CVD apparatus, the plasma CVD
Process and sputtering process could not be used together.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、電子ビーム励起プラズマ装置にお
いて、一部の成分についてガスの代わりに固体ターゲッ
トを利用することにより必要な成分の薄膜を表面に堆積
させて高性能材料を製造するプラズマスパッタリング装
置を提供することである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin film of a necessary component by using a solid target instead of a gas for some components in an electron beam excited plasma apparatus. An object of the present invention is to provide a plasma sputtering apparatus that produces a high-performance material by depositing it on a surface.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のプラズマスパッタリング装置は、放電室と
これと隘路を介して隣接し加速電極と試料台が設置され
たプロセス室とを備える電子ビーム励起プラズマ装置に
おいて、プロセス室にターゲットを配置して反応プラズ
マを作用させてスパッタリングするようにしたことを特
徴とする。放電プラズマは直流放電あるいは高周波また
はマイクロ波で生成することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, a plasma sputtering apparatus according to the present invention includes an electric discharge chamber and a process chamber adjacent to the discharge chamber via a bottleneck and having an accelerating electrode and a sample stage. In a beam-excited plasma apparatus, a target is arranged in a process chamber, and a reactive plasma is actuated to perform sputtering. The discharge plasma can be generated by a DC discharge or by radio frequency or microwave.

【0014】本発明のプラズマスパッタリング装置によ
れば、放電室の放電プラズマから電子ビームが引き出さ
れると同時に希ガスがプロセス室に流入して反応性プラ
ズマに混入するので、反応性プラズマ中の希ガスイオン
がターゲットに衝突してターゲット物質を弾き飛ばし、
これが試料表面に飛着して堆積すると同時にプロセス室
に導入された反応性ガスのプラズマ作用が働いて、試料
表面の加工が進行する。本発明によれば、従来の混合ガ
スを使った化学蒸着法CVDにスパッタリング作用を追
加して、ガスを分解して生成した活性種を試料表面に低
速で衝突させるプロセスと、スパッタ粒子を高速で衝突
させるプロセスを併存させることができる。したがっ
て、膜質の制御性が広がり各種の高機能材料を得ること
ができるようになる。
According to the plasma sputtering apparatus of the present invention, since the rare gas flows into the process chamber and mixes with the reactive plasma at the same time that the electron beam is extracted from the discharge plasma in the discharge chamber, the rare gas in the reactive plasma is removed. The ions collide with the target and bounce off the target material,
This flies onto the sample surface and deposits, and at the same time, the plasma action of the reactive gas introduced into the process chamber acts to process the sample surface. According to the present invention, a sputtering action is added to a conventional chemical vapor deposition CVD using a mixed gas, and a process in which active species generated by decomposing a gas are caused to collide with a sample surface at a low speed, and a sputter particle is sputtered at a high speed Collision processes can coexist. Therefore, the controllability of the film quality is expanded and various high-performance materials can be obtained.

【0015】プラズマによるスパッタリングはアルゴン
を用いるときに特に効率がよいので、本願発明における
希ガスはアルゴンガスであることが好ましい。また、試
料表面に薄膜を形成する場合には反応性ガスを目的の組
成を有する成膜性ガスとすることにより表面処理が可能
である。特に、反応性ガスを炭化水素ガスとして所定の
処理を行えば、試料表面にダイヤモンド様炭素(DL
C)膜を形成して高硬度材料とすることができる。炭化
水素ガスは、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセ
チレン、ベンゼンのいずれかであることが特に好まし
い。また、炭化珪素薄膜を形成する目的では、ターゲッ
トとしてシリコンをセットして反応性ガスを炭化水素ガ
スにして処理することが好ましい。
Since the sputtering by plasma is particularly efficient when argon is used, the rare gas in the present invention is preferably argon gas. When a thin film is formed on the sample surface, surface treatment can be performed by using a reactive gas as a film forming gas having a desired composition. In particular, if a predetermined process is performed using a reactive gas as a hydrocarbon gas, diamond-like carbon (DL
C) A film can be formed to be a high hardness material. The hydrocarbon gas is particularly preferably any one of methane, ethane, propane, butane, acetylene, and benzene. For the purpose of forming a silicon carbide thin film, it is preferable that silicon is set as a target and the reactive gas is treated as a hydrocarbon gas.

【0016】また、ターゲットは放電電極のプロセス側
表面に隣接して配置されていて、直流電源あるいは高周
波電源に接続されていてもよく、また放電電極と接続さ
れていてもよい。また、ターゲットは円環状になってい
て軸の位置をプラズマが通過するようにしてもよい。さ
らに、放電電極がターゲットを兼ねるようにしてもよ
い。なお、ターゲットは試料と対向する位置に設置する
ことが好ましい。
The target may be arranged adjacent to the process side surface of the discharge electrode, and may be connected to a DC power supply or a high-frequency power supply, or may be connected to the discharge electrode. Further, the target may be formed in an annular shape, and the plasma may pass through the position of the axis. Further, the discharge electrode may also serve as the target. Note that the target is preferably provided at a position facing the sample.

【0017】また、ターゲットと反応プラズマの作用面
積を変化させることができる機構を備えることが好まし
い。この可変機構として物理的なシャッターを用いるこ
とができるが、ターゲットの周囲に電磁コイルを設けて
磁界により調整することもできる。また、ターゲットは
複数の材料で形成されていてもよい。さらに、プロセス
室内にターゲットを複数設置しても良い。また、1つの
プロセス室に対して複数の放電室が設けられていても良
い。
Further, it is preferable to provide a mechanism capable of changing the active area of the target and the reaction plasma. Although a physical shutter can be used as the variable mechanism, it is also possible to provide an electromagnetic coil around the target and adjust the target with a magnetic field. Further, the target may be formed of a plurality of materials. Further, a plurality of targets may be provided in the process chamber. Further, a plurality of discharge chambers may be provided for one process chamber.

【0018】さらに、上記課題を解決するため、本発明
第2のプラズマスパッタリング装置は、プロセス室内の
ターゲットに反応性ガスのプラズマが作用してスパッタ
する装置であって、ターゲット前面に希ガスの膜を形成
する構成になっていることを特徴とする。特に、ターゲ
ットを多孔構造にして内部から希ガスが吹き出すように
してもよい。なお、第2の発明においても、電子ビーム
励起プラズマ装置などにより加速した電子ビームで反応
性ガスをプラズマ化することができる。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, a second plasma sputtering apparatus according to the present invention is an apparatus for performing sputtering by a plasma of a reactive gas acting on a target in a process chamber. Is formed. In particular, the target may have a porous structure so that the rare gas is blown out from the inside. Also in the second invention, the reactive gas can be turned into plasma by an electron beam accelerated by an electron beam excited plasma apparatus or the like.

【0019】本発明のプラズマスパッタリング装置によ
れば、ターゲット前面に存在する希ガスがプラズマ化し
てターゲットに衝突して粒子を飛び出させるので、反応
性ガスの種類に係わらず希ガスイオンをスパッタリング
に使用することができるからスパッタリング効率が低下
しない。なお、希ガスとしてスパッタリング効率が高い
アルゴンガスを使用することが好ましい。なお、第2の
発明においても、容易に材料表面に良質な珪素含有ダイ
ヤモンド様炭素薄膜層を形成することができる。
According to the plasma sputtering apparatus of the present invention, the rare gas present on the front surface of the target is turned into plasma and collides with the target to cause particles to fly out. Therefore, rare gas ions are used for sputtering regardless of the type of reactive gas. Therefore, the sputtering efficiency does not decrease. Note that it is preferable to use an argon gas having high sputtering efficiency as a rare gas. Also in the second invention, a high-quality silicon-containing diamond-like carbon thin film layer can be easily formed on the material surface.

【0020】本発明の電子ビーム励起プラズマ発生装置
によれば、ガン位置と試料台表面の距離を大きく取らな
くても、広い領域に亘って均質な高密度プラズマを発生
させて、大きな面積を有する試料に対して高速なプラズ
マ処理を行うことができる。また、プラズマの形状を調
整して大型角形基板などにも対処することができる。さ
らに、プラズマ中の活性種を制御すれば、任意の堆積ス
ケジュールに従った薄膜形成ができるようになる。
According to the electron beam excited plasma generator of the present invention, even if the distance between the gun position and the surface of the sample table is not made large, uniform high-density plasma is generated over a wide area and has a large area. High-speed plasma processing can be performed on a sample. Further, it is possible to cope with a large square substrate or the like by adjusting the shape of the plasma. Further, by controlling the active species in the plasma, a thin film can be formed according to an arbitrary deposition schedule.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るプラズマスパ
ッタリング装置の実施の形態を、図面を用い実施例に基
づいて詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the plasma sputtering apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0022】[0022]

【実施例1】図1は本発明のプラズマスパッタリング装
置の第1実施例を説明する構成図である。図1を参照す
ると、本実施例のプラズマスパッタリング装置は、カソ
ード11と中間電極12と放電電極13を備えた放電室
1と、加速電極21と試料ホルダ3とターゲットホルダ
4を備えたプロセス室2により構成される。放電室1は
中間電極12で隔てられカソード11を備えたカソード
室を有し、カソード11は熱電子を放出するフィラメン
トを備え、カソード室にアルゴンガスAr等の不活性ガ
スが供給される。中間電極12は、中央に連通孔を備え
て不活性ガスと電子が中間電極12と放電電極13の間
に空間に流入できるようになっている。中間電極12
は、抵抗器を介して放電電極13と接続されている。
Embodiment 1 FIG. 1 is a structural diagram for explaining a first embodiment of the plasma sputtering apparatus of the present invention. Referring to FIG. 1, a plasma sputtering apparatus according to the present embodiment includes a discharge chamber 1 having a cathode 11, an intermediate electrode 12, and a discharge electrode 13, and a process chamber 2 having an acceleration electrode 21, a sample holder 3, and a target holder 4. It consists of. The discharge chamber 1 has a cathode chamber provided with a cathode 11 separated by an intermediate electrode 12, and the cathode 11 has a filament for emitting thermoelectrons. An inert gas such as argon gas Ar is supplied to the cathode chamber. The intermediate electrode 12 has a communication hole in the center so that an inert gas and electrons can flow into a space between the intermediate electrode 12 and the discharge electrode 13. Intermediate electrode 12
Is connected to the discharge electrode 13 via a resistor.

【0023】カソード11と放電電極13の間に流れる
放電電流により不活性ガスのプラズマすなわち放電プラ
ズマが生成される。加速電極21に印加される加速電圧
により、放電プラズマから放電電極に設けられた連通孔
を介して電子がプロセス室2に引き出され加速される。
プロセス室2にはプロセスガスが導入され、加速された
電子によりプラズマ化して反応性プラズマ22を形成す
る。また、放電プラズマに含まれたアルゴンイオンも連
通孔を通ってプロセス室2内に奔出して反応性プラズマ
22に混入している。なお、プロセス室2の壁23は接
地されている。
An inert gas plasma, that is, a discharge plasma, is generated by a discharge current flowing between the cathode 11 and the discharge electrode 13. The electrons are drawn out of the discharge plasma into the process chamber 2 through the communication holes provided in the discharge electrode by the acceleration voltage applied to the acceleration electrode 21 and accelerated.
A process gas is introduced into the process chamber 2 and turned into plasma by the accelerated electrons to form a reactive plasma 22. In addition, argon ions contained in the discharge plasma also rush into the process chamber 2 through the communication holes and are mixed into the reactive plasma 22. Note that the wall 23 of the process chamber 2 is grounded.

【0024】試料ホルダ3とターゲットホルダ4は、放
電電極13と加速電極21を結ぶ線を挟んで対称の位置
に対向して配置されている。試料ホルダ3は、ヒータ3
2を内蔵し試料31を載置して回転したり上下方向に動
かすことができる構造になっている。また、試料ホルダ
3にはRF電源33が接続されていて試料にRFバイア
スを印加することができる。なお、試料31は接地され
た試料カバー34によりカバーされているが、両者間の
距離はプラズマが生成しないように設定されている。
The sample holder 3 and the target holder 4 are opposed to each other at symmetrical positions with respect to a line connecting the discharge electrode 13 and the acceleration electrode 21. The sample holder 3 includes a heater 3
2 and has a structure in which a sample 31 can be placed and rotated or moved up and down. An RF power supply 33 is connected to the sample holder 3 so that an RF bias can be applied to the sample. Although the sample 31 is covered by a grounded sample cover 34, the distance between them is set so that plasma is not generated.

【0025】ターゲットホルダ4は、試料31と対向す
る位置にターゲット41を配置するもので、別のRF電
源43に接続されていてターゲット41には試料31と
は独立にRFバイアスが印加することができる。ターゲ
ットホルダ4は、内部に冷却用キャビティ42を有し冷
却水により冷却されている。また、ターゲット41も接
地されたターゲットカバー44によりガードされている
が、ターゲットとカバーの距離はプラズマが発生しない
ように設定されている。
The target holder 4 has a target 41 disposed at a position facing the sample 31. The target holder 4 is connected to another RF power supply 43, so that an RF bias can be applied to the target 41 independently of the sample 31. it can. The target holder 4 has a cooling cavity 42 therein and is cooled by cooling water. The target 41 is also guarded by the grounded target cover 44, but the distance between the target and the cover is set so that plasma is not generated.

【0026】本実施例のプラズマスパッタリング装置に
おいては、低ガス圧高密度プラズマ22中のイオンがタ
ーゲット41に衝突し、スパッタされた原子が試料31
に衝突して成膜される。プロセスガスを酸素や窒素など
の反応性ガスにすることにより、酸化膜や窒化膜を生成
することも可能である。なお、ターゲット41の前面に
アルゴンガスを供給するようにすると、ターゲット表面
が希ガス雰囲気になるためスパッタ効率が高くなる。ま
た、プロセスガスが成膜性ガスであってもターゲット表
面が膜で覆われることなく、スパッタを持続して、プラ
ズマCVDとスパッタリングプロセスを同時に実施する
ことができる。
In the plasma sputtering apparatus of the present embodiment, ions in the low-gas-pressure, high-density plasma 22 collide with the target 41 and the sputtered atoms
And the film is formed. By using a reactive gas such as oxygen or nitrogen as the process gas, an oxide film or a nitride film can be generated. If an argon gas is supplied to the front surface of the target 41, the target surface becomes a rare gas atmosphere, so that the sputtering efficiency is increased. Further, even if the process gas is a film-forming gas, the sputtering can be continued and the plasma CVD and the sputtering process can be performed simultaneously without covering the target surface with the film.

【0027】図2は、ターゲット材料を多孔質に形成し
てターゲット41とし、背後にヘッダスペース45を設
けてアルゴンガスを供給し、アルゴンガスがターゲット
41内部の孔を通ってターゲット表面から噴出するよう
にしたターゲットホルダ4の例を示すものである。図示
した構成を用いれば、ターゲットの側面にアルゴンガス
供給ノズルを配置して前面に吹き付けるようにしたのと
比較して、ターゲット面全体をより安定に満遍なくかつ
高アルゴン分圧の状態で、アルゴンガスにより覆うこと
ができる。また、ターゲットが消耗し表面形状が変化し
ても、ノズルの位置を調整することなく、常にターゲッ
ト表面をアルゴンガスで覆うことができる。
FIG. 2 shows that the target material is made porous to form the target 41, a header space 45 is provided behind the target material, and argon gas is supplied. The argon gas is ejected from the target surface through a hole in the target 41. 2 shows an example of the target holder 4 configured as described above. With the configuration shown in the figure, the argon gas supply nozzle is arranged on the side surface of the target and is sprayed on the front surface. Can be covered by Further, even if the target is worn and its surface shape changes, the target surface can always be covered with the argon gas without adjusting the position of the nozzle.

【0028】なお、図示したターゲットホルダは、本実
施例に限らず、従来のスパッタ装置を使ったプロセスに
おいても使用することができる。従来のスパッタ装置で
は、たとえば酸素ガスとアルゴンガスの混合ガスを用い
てスパッタリングと化学反応を同時進行させるためスパ
ッタ効率が低い問題があったが、図2に示したターゲッ
トホルダを用いることにより、ターゲット表面に優先的
にアルゴンガスを供給してスパッタ効率を高めて成膜速
度を向上させることができる。図2に示したターゲット
ホルダは、また既存の平行平板型RFスパッタ装置、E
CRスパッタ装置、EBEPスパッタ装置など各種スパ
ッタ装置に適用可能である。
The illustrated target holder can be used not only in this embodiment but also in a process using a conventional sputtering apparatus. In the conventional sputtering apparatus, for example, the sputtering and the chemical reaction were simultaneously performed using a mixed gas of oxygen gas and argon gas, so that there was a problem that the sputtering efficiency was low. However, by using the target holder shown in FIG. Argon gas is preferentially supplied to the surface to increase the sputtering efficiency and improve the film formation rate. The target holder shown in FIG. 2 is an existing parallel plate type RF sputtering apparatus, E
It can be applied to various sputtering devices such as a CR sputtering device and an EBEP sputtering device.

【0029】図3は、放電部の外にRFコイルを巻回し
て放電プラズマを整えるようにした場合を示す放電部の
拡大構成図である。中間電極12と放電電極13の間で
形成される室の外にRFコイル14が巻回され、RFコ
イル14にRF電源が接続されていて、RFコイル14
にRF電流を印加することにより放電部内部のプラズマ
密度が高くなり、引き出し電流が増大する。
FIG. 3 is an enlarged view of the discharge section showing a case where an RF coil is wound outside the discharge section to prepare discharge plasma. An RF coil 14 is wound around a chamber formed between the intermediate electrode 12 and the discharge electrode 13, and an RF power source is connected to the RF coil 14.
, The plasma density inside the discharge part is increased, and the extraction current is increased.

【0030】[0030]

【試験例1】次に、本実施例のプラズマスパッタリング
装置により浸炭焼き入れ鋼製の基板にDLC膜を成膜し
たときの試験例を説明する。一般にDLC膜は鋼との密
着性が悪いため、鋼との密着性を増すために中間層を介
在させることが多い。本試験では、浸炭焼き入れ鋼基板
上にアモルファス炭化珪素a−SiC膜を0.3μm成
膜し、その上にDLC膜を0.7μm成膜した多層構造
を作製した。なお、スパッタ用ターゲットとして多孔質
シリコンを使用した図2の構造を用い、吹き出し用ガス
としてアルゴンガスを用い、成膜用ガスとしてメタンを
用いた。
Test Example 1 Next, a test example in which a DLC film is formed on a substrate made of carburized and quenched steel by the plasma sputtering apparatus of this embodiment will be described. In general, the DLC film has poor adhesion to steel, so that an intermediate layer is often interposed in order to increase the adhesion to steel. In this test, an amorphous silicon carbide a-SiC film was formed on a carburized and quenched steel substrate in a thickness of 0.3 μm, and a DLC film was formed thereon in a thickness of 0.7 μm to form a multilayer structure. The structure shown in FIG. 2 using porous silicon as a sputtering target was used, an argon gas was used as a blowing gas, and methane was used as a film forming gas.

【0031】まず最初に、試料ホルダに把持した基板を
試料ホルダに内蔵されたヒータで150℃まで昇温して
表面吸着物を蒸発させた後、アルゴンプラズマを生成し
て基板表面を10分間スパッタ洗浄した。次に、メタン
プラズマを生成し、同時にシリコンターゲット及び基板
にRFバイアスを印加し、中間層a−SiC膜を20分
間成膜した。次に、シリコンターゲットに印加していた
RFバイアスを除いて、DLC膜を60分間成膜した。
First, the substrate held by the sample holder is heated to 150 ° C. by a heater built in the sample holder to evaporate the surface adsorbed material, and then argon plasma is generated to sputter the substrate surface for 10 minutes. Washed. Next, methane plasma was generated, and at the same time, an RF bias was applied to the silicon target and the substrate to form an intermediate layer a-SiC film for 20 minutes. Next, a DLC film was formed for 60 minutes except for the RF bias applied to the silicon target.

【0032】作製したサンプルの性能を検証するため、
従来法であるシランとメタンの混合ガスを用いたプラズ
マCVDにより、基板上にa−SiC成膜を行った上に
DLC成膜したサンプルを作製した。これらのサンプル
についてスクラッチ試験と高度測定を実施した。スクラ
ッチ試験は、CSEM社のスクラッチ試験器を使用し、
半径200μmのダイヤモンド圧子にて100Nまで負
荷した。高度測定は、エリオニクス社薄膜硬度計を用
い、40kgf(約400N)の荷重力でダイナミック
硬度を測定した。
In order to verify the performance of the manufactured sample,
A sample in which a-SiC film was formed on a substrate and then DLC film was formed by plasma CVD using a mixed gas of silane and methane, which is a conventional method, was produced. A scratch test and altitude measurement were performed on these samples. The scratch test uses a scratch tester from CSEM,
Loading was performed up to 100 N with a diamond indenter having a radius of 200 μm. For the altitude measurement, the dynamic hardness was measured with a load force of 40 kgf (about 400 N) using an Elionix thin film hardness tester.

【0033】この結果、スクラッチ剥離荷重は本実施例
によるサンプルが18〜24Nに対して従来法によるも
のが17〜25N、またダイナミック硬度は、本実施例
のサンプルが15.8GPaに対して従来法によるもの
が16.2GPaと、両者はほぼ同じ性能を示した。こ
のように、本実施例のプラズマスパッタリング装置が従
来法とほぼ同じ性能のDLC膜を成膜することができる
ことが実証できた。なお、本試験例では、多孔質ターゲ
ットを用いてターゲット表面にアルゴンガス層を形成し
ていたため、メタンプラズマ生成によってターゲット上
にDLC膜が形成されることがなく、安定した成膜を行
うことができた。
As a result, the scratch peeling load of the sample according to the present embodiment was 18 to 24 N and that of the sample according to the conventional method was 17 to 25 N, and the dynamic hardness was 15.8 GPa for the sample of the present embodiment. And 16.2 GPa, which showed almost the same performance. As described above, it was proved that the plasma sputtering apparatus of this example can form a DLC film having almost the same performance as that of the conventional method. In this test example, since the argon gas layer was formed on the target surface using the porous target, the DLC film was not formed on the target due to the generation of methane plasma, and the film could be stably formed. did it.

【0034】[0034]

【実施例2】図4は本発明のプラズマスパッタリング装
置の第2実施例を説明する構成図である。第2実施例
は、ターゲット物質で放電電極を形成することにより両
者を兼用したものである。プロセス室内にはリング状の
加速電極が設置され、試料ホルダは放電室に対向する位
置に設置されている。以下では、図1と同じ機能を有す
る要素については同じ参照番号を付すことにより省略し
て説明する。図4を参照すると、本実施例のプラズマス
パッタリング装置は、カソード11と中間電極12と放
電電極13を備えた放電室1と、加速電極21と試料ホ
ルダ3を備えたプロセス室2により構成される。放電電
極13はターゲットを兼ねている。また、プロセス室2
内には円環状の加速電極21が放電室1の開口を囲むよ
うに設置されており、試料ホルダ3が放電電極13と対
向する位置に設けられている。
[Embodiment 2] FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a second embodiment of the plasma sputtering apparatus of the present invention. In the second embodiment, a discharge electrode is formed of a target material so that both are used. A ring-shaped acceleration electrode is installed in the process chamber, and the sample holder is installed at a position facing the discharge chamber. Hereinafter, elements having the same functions as those in FIG. 1 will be omitted by giving the same reference numerals. Referring to FIG. 4, the plasma sputtering apparatus according to the present embodiment includes a discharge chamber 1 having a cathode 11, an intermediate electrode 12, and a discharge electrode 13, and a process chamber 2 having an acceleration electrode 21 and a sample holder 3. . The discharge electrode 13 also serves as a target. Process room 2
Inside, an annular acceleration electrode 21 is provided so as to surround the opening of the discharge chamber 1, and the sample holder 3 is provided at a position facing the discharge electrode 13.

【0035】放電室1にアルゴンガスを供給して放電電
流により放電プラズマを生成し、加速電極21に加速電
圧を印加すると、電子ビームが放電プラズマから引き出
されてプロセス室2に流入し加速される。プロセス室2
に導入されたプロセスガスは加速電子によりプロセスプ
ラズマを形成し、アルゴンイオンもプロセスプラズマに
混入する。試料ホルダ3は、試料31を載置して回転し
たり上下方向に動かすことができ、また試料31にRF
バイアスを印加することができる。
When an argon gas is supplied to the discharge chamber 1 to generate a discharge plasma by a discharge current and an accelerating voltage is applied to the accelerating electrode 21, the electron beam is extracted from the discharge plasma, flows into the process chamber 2 and is accelerated. . Process room 2
The process gas introduced into the process plasma forms a process plasma by accelerating electrons, and argon ions are also mixed into the process plasma. The sample holder 3 can be rotated and moved up and down with the sample 31 placed thereon.
A bias can be applied.

【0036】本実施例のプラズマスパッタリング装置に
おいては、プロセスプラズマ中のアルゴンイオンが加速
されて放電電極13に衝突し、スパッタされた原子が試
料31に衝突して成膜される。たとえば加速電圧として
100Vを印加すると、プロセス室2内で100Vに加
速された電子ビームによりプロセスプラズマが生成す
る。それと同時に、プロセス室内におけるプロセスプラ
ズマ中のイオンが100eVのエネルギを持って放電電
極を兼ねるターゲットに衝突してスパッタする。スパッ
タされて飛び出した粒子がプラズマ中で活性化されて試
料に衝突し成膜する。したがって、ターゲット用に別途
RF電源を設置する必要がない。
In the plasma sputtering apparatus of this embodiment, the argon ions in the process plasma are accelerated and collide with the discharge electrode 13, and the sputtered atoms collide with the sample 31 to form a film. For example, when an acceleration voltage of 100 V is applied, a process plasma is generated by the electron beam accelerated to 100 V in the process chamber 2. At the same time, ions in the process plasma in the process chamber have an energy of 100 eV and collide with a target also serving as a discharge electrode to sputter. The particles sputtered out are activated in the plasma and collide with the sample to form a film. Therefore, there is no need to separately install an RF power supply for the target.

【0037】なお、プロセスガスを酸素や窒素などの反
応性ガスにすることにより、ターゲット物質の酸化膜や
窒化膜を生成することも可能である。プロセスガスが反
応性ガスあるいは成膜性ガスであっても、放電電極13
の隘路内はアルゴンガス雰囲気であるため効率よくスパ
ッタを起こすことができる。さらに、放電電極13の前
面にアルゴンガスを供給するようにすると、ターゲット
表面がアルゴンガス雰囲気になるためスパッタ効率が高
まる。また、ターゲットとプラズマイオンとの作用面積
を調整することによりスパッタされる物質の量を変え堆
積する薄膜層の組成を制御することができる。図5は、
ターゲットとプラズマの作用面積を調整するようにした
シャッター機構を示す組立分解図である。このシャッタ
ー機構は、ターゲットを兼ねる放電電極13の前面に開
口47を有する円盤46を固定し、その前面に開口49
を有する回転円盤48を設けてシャッターを構成し、回
転円盤48の回転角度を変化させることによってターゲ
ットがプラズマに露出する面積を調整するようになって
いる。
By using a reactive gas such as oxygen or nitrogen as the process gas, an oxide film or a nitride film of the target material can be formed. Even if the process gas is a reactive gas or a film forming gas, the discharge electrode 13
Since the inside of the bottleneck is an argon gas atmosphere, sputtering can be efficiently generated. Further, when argon gas is supplied to the front surface of the discharge electrode 13, the sputtering efficiency is increased because the target surface is in an argon gas atmosphere. In addition, by adjusting the area of action between the target and the plasma ions, the amount of the sputtered substance can be changed to control the composition of the thin film layer to be deposited. FIG.
FIG. 6 is an exploded view showing a shutter mechanism that adjusts the active area of the target and the plasma. This shutter mechanism fixes a disk 46 having an opening 47 on the front surface of the discharge electrode 13 serving also as a target, and has an opening 49 on the front surface thereof.
Is provided to form a shutter, and by changing the rotation angle of the rotating disk 48, the area where the target is exposed to the plasma is adjusted.

【0038】なお、放電電極13をターゲット物質で形
成する代わりにターゲット物質を張り付けてもよい。タ
ーゲット物質を張り付けるようにすると、放電電極13
の材質を任意に選択できるので、装置の寿命が長くな
り、また必要に応じて適当なターゲットを選択して取り
替えることができるので、便利である。図6は、放電電
極13にターゲットを組み合わせる各種の態様を図示し
たものである。図6(a)は放電電極13のプロセス室
側の面に筒型のターゲット51を取り付けたものであ
る。ターゲット51は放電電極13と同電位になってい
る。長さや内径等、ターゲット形状を適当にすることに
よりプラズマの作用面積を変えて、生成されるスパッタ
粒子の量を調整することができる。図6(b)は、放電
電極13のプロセス室側の面にターゲット板52を電気
的に同電位にして張り付け、さらに放電電極13の隘路
内面にセラミックライナ53を設けてプラズマが作用し
ないようにして、放電電極がスパッタすることを防止し
たものである。プラズマの汚染を防止し放電電極13の
寿命を延ばす効果がある。図6(c)は、放電電極13
の隘路部分を含めてターゲット材で形成したものであ
る。放電電極13のプロセス室側露出面にセラミック板
55を張り付けて、放電電極13がスパッタを受けない
ようにしてある。
Note that a target material may be attached instead of forming the discharge electrode 13 with the target material. When the target material is attached, the discharge electrode 13
Since the material can be arbitrarily selected, the life of the apparatus is prolonged, and an appropriate target can be selected and replaced as needed, which is convenient. FIG. 6 illustrates various aspects of combining a target with the discharge electrode 13. FIG. 6A shows a state in which a cylindrical target 51 is attached to the surface of the discharge electrode 13 on the process chamber side. The target 51 has the same potential as the discharge electrode 13. By appropriately setting the target shape such as the length and inner diameter, the amount of generated sputtered particles can be adjusted by changing the active area of the plasma. FIG. 6B shows a state in which the target plate 52 is electrically attached to the surface of the discharge electrode 13 on the process chamber side at the same electric potential, and a ceramic liner 53 is provided on the inner surface of the narrow path of the discharge electrode 13 so that plasma does not act. Thus, the discharge electrode is prevented from being sputtered. This has the effect of preventing plasma contamination and extending the life of the discharge electrode 13. FIG. 6C shows the discharge electrode 13.
It is formed of the target material including the bottleneck part of the above. A ceramic plate 55 is adhered to the exposed surface of the discharge electrode 13 on the process chamber side to prevent the discharge electrode 13 from being sputtered.

【0039】また、図7は放電電極13と電気的に独立
させてスパッタ量を調整するようにしたターゲットの態
様を示す図面である。図7(a)は、放電電極13のプ
ロセス室側にリング状のターゲット56を設置したもの
である。ターゲット56は、スイッチ58を介して直流
電源あるいはRF電源に選択して接続され、接地された
ターゲットカバー57でガードされている。スパッタ条
件に従って、放電電極13と独立に任意の直流バイアス
あるいはRFバイアスを印加してスパッタ量を調整する
ことができる。図7(b)は、中心に流通孔を有する円
盤状のターゲット59を使用した態様を示す図面であ
る。図7(a)に示した構成より簡単な構造であるが同
じ機能を有する。
FIG. 7 is a view showing an embodiment of a target in which the sputtering amount is adjusted independently of the discharge electrode 13. FIG. 7A shows a configuration in which a ring-shaped target 56 is provided on the process chamber side of the discharge electrode 13. The target 56 is selectively connected to a DC power supply or an RF power supply via a switch 58, and is guarded by a grounded target cover 57. According to the sputtering conditions, an arbitrary DC bias or RF bias can be applied independently of the discharge electrode 13 to adjust the amount of sputtering. FIG. 7B is a diagram showing an embodiment using a disk-shaped target 59 having a circulation hole at the center. Although the structure is simpler than the structure shown in FIG. 7A, it has the same function.

【0040】ターゲットとプラズマの作用面積は、図4
に示した機械的なシャッタの代わりに、電磁コイルを用
いて電磁的に調整することもできる。図8は、放電電極
13の内部に第1のコイル61とターゲット60の外側
に第2のコイル62を設置した例を示す図面である。第
1コイル61は電子ビームを隘路に収束させる働きをす
る。第2コイル62は、電流値を変えてターゲット60
内のプラズマの形状を変えることにより、ターゲット6
0との接触程度を変化させてスパッタ量を調整する。ま
た、図9に示すプラズマスパッタリング装置は、ターゲ
ット兼用の放電電極13を多孔板により構成して多数の
流通孔を備えたところのみが図4に示す装置と異なるも
ので、プラズマ室2への引き出し隘路を放電電極13の
全面に形成したため、ターゲット全体がスパッタ領域と
して作用する。したがって、大面積試料に対応が可能で
ある。連通孔の孔サイズ、孔間隔、開口率は、プラズマ
の広がり、均一性を考慮して自由に設計できる。例え
ば、外周部の開口率を内周部より高くすることによっ
て、外周部の方により多くの加速した電子やスパッタ粒
子を供給するようにすると、距離が離れるのに従って拡
散していき最終的に大面積均一のプロセスが実現でき
る。
The working area of the target and the plasma is shown in FIG.
Instead of the mechanical shutter shown in (1), electromagnetic adjustment can also be performed using an electromagnetic coil. FIG. 8 is a view showing an example in which the first coil 61 is provided inside the discharge electrode 13 and the second coil 62 is provided outside the target 60. The first coil 61 functions to converge the electron beam to a bottleneck. The second coil 62 changes the current value and
By changing the shape of the plasma inside, the target 6
The amount of sputtering is adjusted by changing the degree of contact with zero. Further, the plasma sputtering apparatus shown in FIG. 9 is different from the apparatus shown in FIG. 4 only in that the discharge electrode 13 serving also as a target is constituted by a perforated plate and provided with a large number of flow holes. Since the bottleneck is formed on the entire surface of the discharge electrode 13, the entire target functions as a sputtering region. Therefore, it is possible to cope with a large area sample. The hole size, hole interval, and aperture ratio of the communication holes can be freely designed in consideration of the spread and uniformity of the plasma. For example, if the aperture ratio at the outer periphery is made higher than that at the inner periphery to supply more accelerated electrons and sputtered particles toward the outer periphery, the electrons diffuse as the distance increases and eventually increase. A process with a uniform area can be realized.

【0041】[0041]

【試験例2】次に、図4に示す本実施例のプラズマスパ
ッタリング装置により浸炭焼き入れ鋼製の基板にDLC
膜と珪素含有DLC膜の積層膜を成膜したときの試験例
を説明する。珪素含有DLCは、DLCに比較して摩擦
係数が非常に小さいが、摩耗量が大きいことが欠点であ
る。しかし、DLCと珪素含有DLCを積層することに
より特性を改良することができる。本試験例では、第1
の試験例と同様、浸炭焼き入れ鋼基板上に基板とDLC
の密着性を向上させるためアモルファス炭化珪素a−S
iC膜を0.3μm成膜し、その上にDLC/珪素含有
DLCの積層膜を0.7μm成膜した。スパッタ用ター
ゲットとして多孔質シリコンを使用し、吹き出し用ガス
としてアルゴンガスを用い、成膜用ガスとしてメタンを
用いた。
Test Example 2 Next, DLC was applied to a carburized and quenched steel substrate by the plasma sputtering apparatus of this embodiment shown in FIG.
A test example when a laminated film of a film and a silicon-containing DLC film is formed will be described. Silicon-containing DLC has a very small coefficient of friction as compared with DLC, but has a disadvantage in that the amount of wear is large. However, the characteristics can be improved by laminating DLC and silicon-containing DLC. In this test example, the first
In the same manner as in the test example, the substrate and DLC were
Amorphous silicon carbide a-S to improve the adhesion of
An iC film was formed to a thickness of 0.3 μm, and a DLC / silicon-containing DLC laminated film was formed thereon to a thickness of 0.7 μm. Porous silicon was used as a sputtering target, argon gas was used as a blowing gas, and methane was used as a film forming gas.

【0042】さらに、ターゲットのプラズマ室側には図
5に示したようなシャッタ機構を設け、前面の回転円盤
48を揺動させてターゲットが完全の隠れる状態と開口
部分の全体が露出する状態が交互に生ずるようにした。
初めに、試料ホルダに把持した基板を150℃まで昇温
して表面吸着物を蒸発させた後、アルゴンプラズマで基
板表面を10分間スパッタ洗浄した。次に、メタンプラ
ズマを生成し、シャッタを開いた状態でシリコンターゲ
ットと基板にRFバイアスを印加し、中間層a−SiC
膜を20分間成膜した。その後、ターゲットのシャッタ
を15秒間隔で往復動させながら、DLC/珪素含有D
LCの積層膜を60分間成膜した。
Further, a shutter mechanism as shown in FIG. 5 is provided on the plasma chamber side of the target, and the rotary disk 48 on the front surface is swung to completely hide the target and to expose the entire opening. It occurred alternately.
First, the temperature of the substrate held by the sample holder was raised to 150 ° C. to evaporate adsorbed substances on the surface, and then the substrate surface was sputter cleaned with argon plasma for 10 minutes. Next, methane plasma is generated, and an RF bias is applied to the silicon target and the substrate while the shutter is open, so that the intermediate layer a-SiC
The film was formed for 20 minutes. Thereafter, the DLC / silicon-containing D
An LC laminated film was formed for 60 minutes.

【0043】さらに、比較のため、シャッタを開けたま
ま成膜した珪素含有DLC膜を作成した。試験例2で作
製した積層膜サンプルと試験例1で作製したDLC膜サ
ンプルと上記珪素含有DLC膜のサンプルを比較するた
め、これらのサンプルについて摩擦摩耗試験を実施し
た。各サンプルは、ボールオンディスク法により、無潤
滑で摺動速度0.1m/s加重2Nとし、室温で100
00回転摺動させた。試験中に摩擦係数を測定し、試験
後に摺動痕を段差計でスイープして摩擦深さを測定し
た。
Further, for comparison, a silicon-containing DLC film was formed with the shutter open. In order to compare the laminated film sample manufactured in Test Example 2, the DLC film sample manufactured in Test Example 1, and the sample of the silicon-containing DLC film, a friction and wear test was performed on these samples. Each sample was subjected to a ball-on-disk method without lubrication at a sliding speed of 0.1 m / s and a load of 2N,
It was slid for 00 rotations. The friction coefficient was measured during the test, and after the test, the sliding mark was swept with a step gauge to measure the friction depth.

【0044】この結果、摩擦係数は本試験例の積層膜サ
ンプルが0.052、DLC膜サンプルが0.11、珪
素含有DLC膜サンプルが0.048となった。なお、
摩擦係数は、なじんだ後の値である。また、摩耗量は珪
素含有DLC膜サンプルでは70nmであったが、積層
膜サンプルとDLC膜では検出できなかった。このよう
に、本発明の装置構成により作製したDLC/珪素含有
DLC積層膜は、DLC膜に匹敵する耐摩耗性を示しな
がら、珪素含有DLC膜と同程度の摩擦係数を有する、
きわめて高度な性能を有することが立証された。
As a result, the coefficient of friction was 0.052 for the laminated film sample of this test example, 0.11 for the DLC film sample, and 0.048 for the silicon-containing DLC film sample. In addition,
The coefficient of friction is a value after adaptation. The wear amount was 70 nm for the silicon-containing DLC film sample, but could not be detected for the laminated film sample and the DLC film. As described above, the DLC / silicon-containing DLC laminated film manufactured by the apparatus configuration of the present invention has a friction coefficient comparable to that of the silicon-containing DLC film while exhibiting wear resistance comparable to the DLC film.
It has been proven to have very high performance.

【0045】[0045]

【実施例3】ターゲット物質を堆積する間に組成を変化
させる必要があるときに、ターゲットを複数準備してお
くことができる。図10は、放電電極13の前面に設け
た第1のリング状ターゲット56の更にプラズマ室側に
第2のリング状ターゲット63を備え、それぞれ独立し
た電源に接続した例を示す図面である。各ターゲットに
は独立した直流バイアスあるいはRFバイアスの印加が
可能で、スパッタ量を調整することができる。なお、そ
れぞれのバイアス調整に対応して試料のバイアスを調整
することにより、堆積層組成について細かな調整が可能
である。
Embodiment 3 A plurality of targets can be prepared when the composition needs to be changed during the deposition of the target material. FIG. 10 is a diagram showing an example in which a second ring-shaped target 63 is further provided on the plasma chamber side of the first ring-shaped target 56 provided on the front surface of the discharge electrode 13 and connected to independent power supplies. Independent DC bias or RF bias can be applied to each target, and the amount of sputtering can be adjusted. The composition of the deposited layer can be finely adjusted by adjusting the bias of the sample in accordance with each bias adjustment.

【0046】図11は、さらに放電電極の前面に設置す
るターゲットを3個に分割してそれぞれに独立した電源
を接続することにより、組成調整の自由度をより大きく
したものを示す図面である。扇形のターゲット64がそ
れぞれ絶縁物65を挟んで一体化し円盤を形成する。各
扇形部分64は、それぞれ独立のRF電源66に接続さ
れていて、それぞれの条件に適合したバイアスが適当な
タイミングで印加されるようになっている。プロセスプ
ラズマ中の希ガスイオンによりスパッタされた各ターゲ
ット粒子は、プログラムにしたがって試料ホルダ上の基
板の表面に堆積して目的の製品となる。ターゲットの分
割数は必要とする製品に従って任意に選択することがで
きることはいうまでもない。
FIG. 11 is a view showing a configuration in which the degree of freedom in composition adjustment is further increased by dividing the target placed on the front surface of the discharge electrode into three parts and connecting independent power supplies to the three parts. The fan-shaped targets 64 are integrated with each other with the insulator 65 interposed therebetween to form a disk. Each sector 64 is connected to an independent RF power source 66 so that a bias suitable for each condition is applied at an appropriate timing. Each target particle sputtered by the rare gas ions in the process plasma is deposited on the surface of the substrate on the sample holder according to a program to become a target product. It goes without saying that the number of target divisions can be arbitrarily selected according to the required product.

【0047】[0047]

【実施例4】図12は、本発明をリング型電子ビーム励
起プラズマ装置(RSEBEP)に適用した例を表す構
成図である。RSEBEPは、放電プラズマ領域を画す
る放電室1の一部がプロセス室2の中に突出し、その突
出部15の中に水冷される放電電極13が配置され放電
プラズマが突出部15内に充満する。突出部15の側面
に開けられた引き出し孔の高さにリング状の加速電極2
1が設けられていて、引き出し孔から電子ビームが引き
出されて加速し、プロセス室2に供給される反応性ガス
をプラズマ化してプロセスプラズマ22を形成するよう
にしたものである。
Fourth Embodiment FIG. 12 is a configuration diagram showing an example in which the present invention is applied to a ring-type electron beam excited plasma apparatus (RSEBEP). In RSEBEP, a part of a discharge chamber 1 that defines a discharge plasma region protrudes into a process chamber 2, and a discharge electrode 13 that is water-cooled is disposed in the protrusion 15, and discharge plasma fills the protrusion 15. . The ring-shaped accelerating electrode 2 is set at the height of the extraction hole formed in the side surface of the protrusion 15
1, an electron beam is extracted from an extraction hole, accelerated, and the reactive gas supplied to the process chamber 2 is turned into plasma to form a process plasma 22.

【0048】本実施例のプラズマスパッタリング装置で
は、プロセス室内にリング状に形成されるプロセスプラ
ズマ22の上にリング状のターゲット4が設置される。
ターゲット4はRF電源43に接続されてRFバイアス
が印加され、プロセスプラズマ22中のアルゴンイオン
のスパッタを受け、飛散したスパッタ粒子はプロセスプ
ラズマ22の下方に配置される試料ホルダ3に載置され
た試料31の表面に堆積して成膜する。
In the plasma sputtering apparatus of this embodiment, a ring-shaped target 4 is set on a process plasma 22 formed in a ring shape in a process chamber.
The target 4 is connected to an RF power source 43 to which an RF bias is applied, receives sputtering of argon ions in the process plasma 22, and scattered sputtered particles are placed on the sample holder 3 disposed below the process plasma 22. A film is deposited and deposited on the surface of the sample 31.

【0049】図13は、放電領域の突出部15に放電電
極13の機能を兼用するRFコイル16が仕込まれたも
のを示す図面である。直流電流のみでアルゴンガスをプ
ラズマ化した場合よりも放電部のプラズマ密度を高密度
化できるため、引き出しビームの引き出し効率を大きく
することができる。また、電子の引き出しに応じて熱電
子をカソード11から供給できるため、コイル16の表
面がスパッタにより消耗することがない。
FIG. 13 is a drawing showing an RF coil 16 serving also as a function of the discharge electrode 13 provided in the protrusion 15 of the discharge region. Since the plasma density of the discharge part can be increased as compared with the case where the argon gas is converted into plasma only by the direct current, the extraction efficiency of the extraction beam can be increased. Further, since thermionic electrons can be supplied from the cathode 11 in accordance with the extraction of the electrons, the surface of the coil 16 is not consumed by sputtering.

【0050】さらに、図14は、図12に示したRSE
BEPにおいて直流放電に代え、放電プラズマをRF電
極によるRF放電のみで生成するようにした各種態様を
示す図面である。図14(a)は、放電プラズマを形成
する領域の中心に石英で形成した容器18を挿入し、そ
の中にRFコイル17を仕込んでRF放電させるもので
ある。RFコイル17はアルゴンガスプラズマと接触し
ない。図14(b)は、アルゴンガスプラズマ生成領域
19内に直接RFコイル17を挿入したものである。ま
た、図14(c)は、放電室の天井に石英の壁20を隔
てて渦巻き状に巻いたRFコイル17を設置したもので
ある。このように、RF放電を利用する場合は無電極放
電のため、電極へのスパッタ作用がなく電極物質による
プラズマの汚染がない。
FIG. 14 shows the RSE shown in FIG.
It is a drawing which shows various modes which produced discharge plasma only by RF discharge by RF electrode instead of DC discharge in BEP. FIG. 14A shows a case in which a vessel 18 made of quartz is inserted into the center of a region where discharge plasma is to be formed, and an RF coil 17 is charged therein to perform RF discharge. The RF coil 17 does not come into contact with the argon gas plasma. FIG. 14B shows the case where the RF coil 17 is directly inserted into the argon gas plasma generation region 19. FIG. 14 (c) shows an arrangement in which an RF coil 17 wound spirally with a quartz wall 20 interposed between ceilings of a discharge chamber. As described above, when the RF discharge is used, since the electrodeless discharge is used, there is no sputtering effect on the electrode, and there is no plasma contamination by the electrode material.

【0051】また、放電プラズマをマイクロ波放電のみ
で形成するようにすることも可能である。図15は、マ
イクロ波により生成した放電プラズマから隘路を介して
電子を引き出すようにした放電部の構成を示す図面であ
る。図に示した電子ビーム励起プラズマ発生装置の放電
領域は、マグネトロン等のマイクロ波源71が中心導体
72と外部導体73からなる同軸線路に結合されてい
る。同軸線路の大気側終端は中心導体72と外部導体7
3とを電気的に短絡する短絡器74によって電磁的に固
定端となり、他方の終端部はプロセス室2内に嵌入して
放電室75を形成している。放電室75の外側に絶縁材
で形成された隔壁76が設置されている。プロセス室2
内に嵌入した放電室75内でマイクロ波放電を行い放電
プラズマを発生し、プロセス室2の中に電子を引き出す
ことができる。外部導体73とプロセス室内に設けられ
る加速電極の間に加速電源が接続され、印加される加速
電圧により引き出された電子が加速されてプロセス室2
内のプロセスガスをプラズマ化する。
It is also possible to form the discharge plasma only by microwave discharge. FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a discharge unit configured to extract electrons from a discharge plasma generated by a microwave through a bottleneck. In the discharge region of the electron beam excited plasma generator shown in the figure, a microwave source 71 such as a magnetron is coupled to a coaxial line including a center conductor 72 and an outer conductor 73. The end of the coaxial line on the atmosphere side is the center conductor 72 and the outer conductor 7.
3 is electromagnetically fixed by a short-circuiting device 74 that electrically short-circuits the circuit 3 and the other end thereof is fitted into the process chamber 2 to form a discharge chamber 75. A partition 76 made of an insulating material is provided outside the discharge chamber 75. Process room 2
Microwave discharge is performed in the discharge chamber 75 fitted in the inside, a discharge plasma is generated, and electrons can be extracted into the process chamber 2. An acceleration power supply is connected between the outer conductor 73 and an acceleration electrode provided in the process chamber, and the extracted electrons are accelerated by the applied acceleration voltage, and are accelerated.
The process gas inside is turned into plasma.

【0052】図16は、リング型電子ビーム励起プラズ
マ装置において、ターゲットを複数設置したときのター
ゲットの配置例を示す図面である。放電室の突出部15
とプロセス室2のリング型加速電極21に挟まれた位置
の上方にターゲット77が4個設置されている。ターゲ
ット77同士は隔壁78で仕切られている。試料ホルダ
はターゲット77の下に設置されていて、試料ホルダに
載置した試料は回転機構により各ターゲット77の下を
順次通過して多層膜を形成できるようになっている。タ
ーゲット間の隔壁78により膜種間の混合を抑えて、超
格子膜を形成することができる。
FIG. 16 is a drawing showing an example of the arrangement of targets when a plurality of targets are installed in a ring-type electron beam excited plasma apparatus. Discharge chamber protrusion 15
And four targets 77 are provided above a position of the process chamber 2 between the ring-type accelerating electrodes 21. The targets 77 are separated from each other by partition walls 78. The sample holder is set under the target 77, and the sample placed on the sample holder can be sequentially passed under each target 77 by a rotation mechanism to form a multilayer film. The superlattice film can be formed while suppressing the mixture between the film types by the partition walls 78 between the targets.

【0053】[0053]

【実施例5】図17は、本発明のプラズマスパッタリン
グ装置の別の実施例を説明する断面構成図である。本実
施例は、プロセス室の外壁を2重にして放電室とし、内
壁面に引き出し隘路を設けて、電子がマプロセス室の中
心に向かって噴出するようにしたリング型電子ビーム励
起プラズマ発生装置に適用したものである。本実施例に
係るプラズマスパッタリング装置は、プロセス室2の上
半分の壁が2重のベルジャー形状の放電室1を形成して
いる。放電室1は、カソード11と中間電極12により
画定されるカソード室と、プロセス室2を覆うように形
成されたプラズマ室により構成される。プラズマ室の底
部には放電電極13が円環状に設けられているほか、中
間電極12の軸の延長上に円盤状の補助電極81が設け
られている。放電室1の内側の壁には内側に向かって多
数の引き出し隘路が形成されている。
[Embodiment 5] FIG. 17 is a sectional view showing another embodiment of the plasma sputtering apparatus of the present invention. This embodiment is a ring type electron beam excited plasma generator in which the outer wall of the process chamber is doubled to form a discharge chamber, a draw-out path is provided on the inner wall, and electrons are ejected toward the center of the process chamber. It is applied to In the plasma sputtering apparatus according to the present embodiment, the upper half wall of the process chamber 2 forms a double bell jar-shaped discharge chamber 1. The discharge chamber 1 includes a cathode chamber defined by the cathode 11 and the intermediate electrode 12, and a plasma chamber formed so as to cover the process chamber 2. At the bottom of the plasma chamber, a discharge electrode 13 is provided in an annular shape, and a disk-shaped auxiliary electrode 81 is provided on an extension of the axis of the intermediate electrode 12. On the inner wall of the discharge chamber 1, a number of draw-out paths are formed inward.

【0054】プロセス室2には、電子の引き出し方向に
平行に試料31を載置する面を有し回転及び昇降が可能
な試料ホルダ3が設けられている。また、試料ホルダ3
とほぼ同じ高さに加速電極24が設けられている。ま
た、プロセス室2内にガスシャワーリングパイプ25が
設けられていて、プロセスガスをプロセスプラズマ部分
に導入する。ガスシャワリングパイプ25は、プロセス
室2内で上下方向に移動して、シャワリング位置を調整
することができる。プロセス室2の天井部分に円盤状の
ターゲット82が配置されている。
The process chamber 2 is provided with a sample holder 3 having a surface on which the sample 31 is placed in parallel with the direction in which electrons are drawn, and which can be rotated and moved up and down. Also, the sample holder 3
The accelerating electrode 24 is provided at substantially the same height. Further, a gas shower ring pipe 25 is provided in the process chamber 2 to introduce a process gas into a process plasma portion. The gas showering pipe 25 can move up and down in the process chamber 2 to adjust the showering position. A disk-shaped target 82 is arranged on the ceiling of the process chamber 2.

【0055】カソード11に加熱用電流を流すと周囲に
熱電子が放出され、さらにカソード室に不活性ガスを供
給するとカソード11と中間電極12の間に生じる初期
放電を仲介としてカソード11と補助電極81の間に放
電が生じる。次いで補助電極81を放電用電源から切断
すると、さらに放電電極13までプラズマが成長し、カ
ソード11から放電電極13に至る放電プラズマが安定
に存在することになる。ここで、加速電圧が加速電極2
4に印加されていると引き出し隘路を通って放電室1内
のプラズマから大電流が引き出されてプロセス室2の中
心に向かう方向に流れる。
When a heating current is applied to the cathode 11, thermoelectrons are emitted to the surroundings. When an inert gas is supplied to the cathode chamber, the cathode 11 and the auxiliary electrode are mediated by an initial discharge generated between the cathode 11 and the intermediate electrode 12. Discharge occurs during 81. Next, when the auxiliary electrode 81 is disconnected from the discharge power source, the plasma further grows to the discharge electrode 13, and the discharge plasma from the cathode 11 to the discharge electrode 13 is stably present. Here, the accelerating voltage is the accelerating electrode 2
When the voltage is applied to the plasma chamber 4, a large current is extracted from the plasma in the discharge chamber 1 through the extraction path and flows toward the center of the process chamber 2.

【0056】一方、プロセス室2に導入されるプロセス
ガスは周囲から流入してくる電子流によりプラズマ化さ
れる。このときアルゴンイオンもプロセス室2内に流入
してプロセスプラズマに混入する。プラズマ中のアルゴ
ンイオンはターゲット82に衝突して、跳ね飛ばされた
ターゲット粒子は試料31の表面に堆積する。また、同
時にプロセスガスのプラズマが試料ホルダ3上の試料3
1の表面と反応して製品を生成する。なお、プロセスプ
ラズマがターゲット粒子と反応する反応性ガスである場
合は、化学反応したターゲット物質が試料表面に作用す
ることになる。
On the other hand, the process gas introduced into the process chamber 2 is turned into plasma by the electron flow flowing from the surroundings. At this time, argon ions also flow into the process chamber 2 and mix into the process plasma. Argon ions in the plasma collide with the target 82 and the bounced target particles are deposited on the surface of the sample 31. At the same time, the plasma of the process gas is applied to the sample 3 on the sample holder 3.
Reacts with the surface of one to produce a product. When the process plasma is a reactive gas that reacts with the target particles, the target material that has undergone a chemical reaction acts on the sample surface.

【0057】[0057]

【実施例6】図18は、複数のターゲットホルダをプロ
セス室内に設置したプラズマスパッタリング装置の例を
説明する図面である。プロセス室2の中に設けられた試
料ホルダ3と対向する位置に2個のターゲットホルダ4
が設置されている。それぞれのターゲットは独立したバ
イアスを印加することができ、積層膜を有する材料など
の製作に用られる。
Embodiment 6 FIG. 18 is a view for explaining an example of a plasma sputtering apparatus in which a plurality of target holders are installed in a process chamber. Two target holders 4 are provided at positions facing the sample holder 3 provided in the process chamber 2.
Is installed. Each target can apply an independent bias, and is used for manufacturing a material having a laminated film.

【0058】[0058]

【実施例7】図19は、本発明のプラズマスパッタリン
グ装置の別の実施例を説明する断面構成図である。本実
施例は、ターゲットを放電電極の下流に備えた電子ビー
ムガンを2個設置したプラズマスパッタリング装置であ
る。本実施例のプラズマスパッタリングを使用して、試
料表面に異なる組成の薄膜を多層形成することができ
る。本実施例に係るプラズマスパッタリング装置は、プ
ロセス室2の両端にそれぞれ電子ビームガン1、1’を
備え、それぞれ対向する位置に加速電極21、21’を
設置したものである。基板ホルダ3はプロセス室2中央
で電子ビーム発生装置1、1’の中心軸より十分高い位
置に配置される。ターゲット4,4’はそれぞれの電子
ビームガン1,1’の前面に設置されて、それぞれRF
電源43,43’に接続されている。
Seventh Embodiment FIG. 19 is a sectional view for explaining another embodiment of the plasma sputtering apparatus of the present invention. The present embodiment is a plasma sputtering apparatus provided with two electron beam guns provided with a target downstream of a discharge electrode. Using the plasma sputtering of this embodiment, multiple layers of thin films having different compositions can be formed on the sample surface. The plasma sputtering apparatus according to the present embodiment has electron beam guns 1 and 1 ′ at both ends of a process chamber 2, and has acceleration electrodes 21 and 21 ′ installed at opposing positions. The substrate holder 3 is disposed at a position sufficiently higher than the center axis of the electron beam generators 1 and 1 'in the center of the process chamber 2. The targets 4, 4 'are installed in front of the respective electron beam guns 1, 1', and each has an RF
The power supplies 43, 43 'are connected.

【0059】放電室1,1’に供給されるアルゴンガス
はイオン化して、電子ビーム発生装置1,1’から放出
される電子ビームによりプラズマ化したプロセスプラズ
マに含まれ、電子ビーム発生装置1,1’の前面に設け
られたターゲット4,4’に衝突してスパッタ粒子を飛
び出させる。スパッタ粒子はそのまま、あるいはプロセ
スガス成分と化学反応した状態で試料31の表面に作用
する。この構成では、プロセス室2の中に形成されるプ
ロセスプラズマ22の密度分布がより均質になり、大面
積の基板31上により均質な薄膜を形成させることが可
能となる。
The argon gas supplied to the discharge chambers 1 and 1 ′ is ionized and included in the process plasma converted into a plasma by the electron beams emitted from the electron beam generators 1 and 1 ′. The sputtered particles collide with the targets 4 and 4 'provided on the front surface of 1' and sputter out. The sputtered particles act on the surface of the sample 31 as it is or in a state of chemically reacting with the process gas component. With this configuration, the density distribution of the process plasma 22 formed in the process chamber 2 becomes more uniform, and a more uniform thin film can be formed on the large-area substrate 31.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明のプラ
ズマスパッタリング装置は、電子ビーム励起プラズマ装
置のプロセス室内に、あるいはプロセス室に近接してタ
ーゲットを設け、プロセスプラズマ中の希ガスイオンを
衝突させて跳ね飛ばしスパッタ粒子として試料表面に作
用させるものであるため、従来の化学蒸着とスパッタリ
ング作用を併存させて表面処理を行うことができる。本
発明の装置により、材料の表面処理を効率よく行って良
質の材料を得ることができる。
As described in detail above, in the plasma sputtering apparatus of the present invention, a target is provided in or near the process chamber of the electron beam excited plasma apparatus, and rare gas ions in the process plasma collide with the target. Then, the particles are made to bounce off and act on the sample surface as sputtered particles. Therefore, the surface treatment can be performed by combining the conventional chemical vapor deposition and sputtering. With the apparatus of the present invention, a high quality material can be obtained by efficiently performing the surface treatment of the material.

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

【図1】本発明のプラズマスパッタリング装置の第1実
施例の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of the plasma sputtering apparatus of the present invention.

【図2】第1実施例に使用するターゲットホルダ構造の
例を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a target holder structure used in the first embodiment.

【図3】第1実施例に使用する放電部構造の例を示す断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a discharge unit structure used in the first embodiment.

【図4】本発明のプラズマスパッタリング装置の第2実
施例の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a second embodiment of the plasma sputtering apparatus of the present invention.

【図5】第2実施例において使用するターゲットシャッ
ター機構の例を説明する組立分解図である。
FIG. 5 is an exploded view illustrating an example of a target shutter mechanism used in the second embodiment.

【図6】放電電極にターゲットを組み合わせる各種の態
様を示した断面面である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing various modes of combining a target with a discharge electrode.

【図7】放電電極と独立したターゲットの態様を示す断
面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an embodiment of a target independent of a discharge electrode.

【図8】ターゲットとプラズマの作用面積の調整方法の
例を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for adjusting the working area of the target and the plasma.

【図9】第2実施例において多孔質放電電極をターゲッ
トと兼用した例を示す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing an example in which a porous discharge electrode is also used as a target in the second embodiment.

【図10】複数のターゲットを使用するようにした第3
の実施例を示す放電電極部分の断面図である。
FIG. 10 shows a third example in which a plurality of targets are used.
It is sectional drawing of the discharge electrode part which shows Example of (a).

【図11】ターゲットが複合体である例を示す斜視図で
ある。
FIG. 11 is a perspective view showing an example in which a target is a composite.

【図12】本発明のプラズマスパッタリング装置の第4
実施例の断面図である。
FIG. 12 shows a fourth example of the plasma sputtering apparatus of the present invention.
It is sectional drawing of an Example.

【図13】第4実施例に使用する放電部の例を示す断面
図である。
FIG. 13 is a sectional view showing an example of a discharge unit used in the fourth embodiment.

【図14】第4実施例に使用する放電部の別の例を示す
断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing another example of the discharge unit used in the fourth embodiment.

【図15】第4実施例に使用する放電部のさらに別の例
を示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing still another example of the discharge unit used in the fourth embodiment.

【図16】第4実施例におけるターゲットの配置例を示
す断面図である。
FIG. 16 is a sectional view showing an example of the arrangement of targets in a fourth embodiment.

【図17】本発明のプラズマスパッタリング装置の第5
実施例の構成図である。
FIG. 17 shows a fifth example of the plasma sputtering apparatus of the present invention.
It is a lineblock diagram of an example.

【図18】複数のターゲットホルダを備えたプラズマス
パッタリング装置の第6実施例を説明する図面である。
FIG. 18 is a drawing for explaining a sixth embodiment of the plasma sputtering apparatus provided with a plurality of target holders.

【図19】本発明のプラズマスパッタリング装置の第7
実施例の構成図である。
FIG. 19 shows a seventh embodiment of the plasma sputtering apparatus according to the present invention.
It is a lineblock diagram of an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1’ 放電室・電子ビームガン 11 カソード 12 中間電極 13 放電電極 14 RFコイル 15 突出部 16,17 RFコイル 19 アルゴンガスプラズマ生成領域 20 石英壁 2 プロセス室 21,24,24’ 加速電極 22 プロセスプラズマ 23 プロセス室壁 25 ガスシャワリングパイプ 3 試料ホルダ 31 試料 32 ヒータ 33 RF電源 34 試料カバー 4,4’ ターゲットホルダ 41 ターゲット 42 冷却用キャビティ 43,43’ RF電源 44 ターゲットカバー 45 ヘッダスペース 46 固定円盤 47,49 開口 48 回転円盤 51,52,56,59,60,63,64 ターゲッ
ト 53 セラミックライナ 55 セラミック板 58 スイッチ 57 ターゲットカバー 61,62 コイル 65 絶縁物 66 RF電源 71 マイクロ波源 72 中心導体 73 外部導体 74 短絡器 75 放電室 76 隔壁 77 ターゲット 78 隔壁 81 補助電極 82 ターゲット
1, 1 'Discharge chamber / electron beam gun 11 Cathode 12 Intermediate electrode 13 Discharge electrode 14 RF coil 15 Projection 16, 17, RF coil 19 Argon gas plasma generation area 20 Quartz wall 2 Process chamber 21, 24, 24' Acceleration electrode 22 Process Plasma 23 Process chamber wall 25 Gas shower pipe 3 Sample holder 31 Sample 32 Heater 33 RF power supply 34 Sample cover 4, 4 'Target holder 41 Target 42 Cooling cavity 43, 43' RF power supply 44 Target cover 45 Header space 46 Fixed disk 47,49 Opening 48 Rotating disk 51,52,56,59,60,63,64 Target 53 Ceramic liner 55 Ceramic plate 58 Switch 57 Target cover 61,62 Coil 65 Insulator 66 RF power supply 71 Microwave source 72 center conductor 73 the outer conductor 74 short 75 discharge chamber 76 partition wall 77 target 78 partition wall 81 auxiliary electrode 82 target

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K029 AA01 AA24 BA34 BA56 CA06 DC03 DC13 DC16 DC32 DC34 DC35 5F045 AA08 AA09 AA14 AA19 AB06 AB07 AC01 AF10 BB14 DA52 EB15 EE07 EF18 EH09 EH11 EH18 5F103 AA08 AA10 BB09 BB16 BB22 DD17 DD30 HH05 RR05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K029 AA01 AA24 BA34 BA56 CA06 DC03 DC13 DC16 DC32 DC34 DC35 5F045 AA08 AA09 AA14 AA19 AB06 AB07 AC01 AF10 BB14 DA52 EB15 EE07 EF18 EH09 EH11 EH18 5F103 AA09 ABB DD BB RR05

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 希ガスから形成された放電プラズマが充
満する放電室と、隘路を介して該放電室と隣接して形成
されるプロセス室とを備え、該プロセス室内に加速電極
と試料を載せる試料台が設置され、該加速電極により前
記放電室内の放電プラズマから前記隘路を通して前記プ
ロセス室に電子を引き出し加速して、該プロセス室内の
ガスを反応プラズマ化して試料面に作用させる電子ビー
ム励起プラズマ装置において、該プロセス室の反応プラ
ズマを作用させスパッタリングを行うターゲットを該プ
ロセス室内に設置したことを特徴とするプラズマスパッ
タリング装置。
1. A discharge chamber filled with discharge plasma formed from a rare gas, and a process chamber formed adjacent to the discharge chamber through a bottleneck, and an acceleration electrode and a sample are placed in the process chamber. A sample stage is provided, and electrons are extracted from the discharge plasma in the discharge chamber into the process chamber through the bottleneck by the accelerating electrode, accelerated, and the gas in the process chamber is turned into a reactive plasma to act on the sample surface. A plasma sputtering apparatus, wherein a target for performing sputtering by reacting a reaction plasma in the process chamber is provided in the process chamber.
【請求項2】 前記放電プラズマを直流放電で生成する
ことを特徴とする請求項1記載のプラズマスパッタリン
グ装置。
2. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein said discharge plasma is generated by a DC discharge.
【請求項3】 前記放電室にカソードと中間電極と放電
電極を備え、前記放電プラズマが該カソードと該放電電
極の間に生じる放電により生成されることを特徴とする
請求項2記載の電子ビーム励起プラズマ発生装置。
3. The electron beam according to claim 2, wherein the discharge chamber includes a cathode, an intermediate electrode, and a discharge electrode, and the discharge plasma is generated by a discharge generated between the cathode and the discharge electrode. Excited plasma generator.
【請求項4】 前記放電プラズマを高周波またはマイク
ロ波で生成することを特徴とする請求項1記載のプラズ
マスパッタリング装置。
4. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein said discharge plasma is generated by high frequency or microwave.
【請求項5】 前記ターゲットが前記放電電極のプロセ
ス室側表面に隣接して配置され、直流または高周波電源
に接続されていることを特徴とする請求項1から4のい
ずれかに記載のプラズマスパッタリング装置。
5. The plasma sputtering method according to claim 1, wherein the target is disposed adjacent to a surface of the discharge electrode on a process chamber side, and is connected to a DC or high-frequency power supply. apparatus.
【請求項6】 前記ターゲットが前記放電電極のプロセ
ス室側表面に隣接して配置され、該放電電極と同電位の
状態に置かれることを特徴とする請求項1から4のいず
れかに記載のプラズマスパッタリング装置。
6. The device according to claim 1, wherein the target is disposed adjacent to a surface of the discharge electrode on the process chamber side, and is placed at the same potential as the discharge electrode. Plasma sputtering equipment.
【請求項7】 前記ターゲットが円環状をしており、内
径内を加速したプラズマが通過するようになっているこ
とを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のプラ
ズマスパッタリング装置。
7. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein the target has an annular shape, and the plasma accelerated in the inside diameter passes therethrough.
【請求項8】 請求項1から4のいずれかに記載のプラ
ズマスパッタリング装置において、前記ターゲットが前
記プロセス室内に設置される代わりに、前記放電電極が
スパッタリング物質で形成されターゲットを兼ねること
を特徴とするプラズマスパッタリング装置。
8. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein the discharge electrode is formed of a sputtering material and also serves as the target, instead of the target being provided in the process chamber. Plasma sputtering equipment.
【請求項9】 前記ターゲットが前記プロセス室内の試
料と対向する位置に設置されていることを特徴とする請
求項1から8のいずれかに記載のプラズマスパッタリン
グ装置。
9. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein the target is installed at a position facing a sample in the process chamber.
【請求項10】 前記ターゲットと前記反応プラズマが
作用する面積を変化させる機構を備えることを特徴とす
る請求項1から9のいずれかに記載のプラズマスパッタ
リング装置。
10. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a mechanism for changing an area on which the target and the reaction plasma act.
【請求項11】 前記機構が前記ターゲットの周囲に設
置される電磁コイルにより構成されることを特徴とする
請求項10記載のプラズマスパッタリング装置。
11. The plasma sputtering apparatus according to claim 10, wherein said mechanism comprises an electromagnetic coil provided around said target.
【請求項12】 前記ターゲットが複数の材料から構成
されることを特徴とする請求項1から11のいずれかに
記載のプラズマスパッタリング装置。
12. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein the target is made of a plurality of materials.
【請求項13】 前記ターゲットが複数個設置されてい
ることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載
のプラズマスパッタリング装置。
13. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein a plurality of said targets are provided.
【請求項14】 前記放電室が複数個設置されているこ
とを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載のプ
ラズマスパッタリング装置。
14. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein a plurality of said discharge chambers are provided.
【請求項15】 プロセス室を備え、該プロセス室内に
スパッタリングを行うためのターゲットを設置し、該プ
ロセス室内に反応性ガスを導入しプラズマ化して、前記
ターゲットに作用させるプラズマスパッタリング装置に
おいて、前記ターゲットの前面に希ガスの膜を形成する
構成になっていることを特徴とするプラズマスパッタリ
ング装置。
15. A plasma sputtering apparatus comprising a process chamber, a target for performing sputtering installed in the process chamber, and introduction of a reactive gas into the process chamber to form plasma and act on the target. A rare gas film is formed on the front surface of the plasma sputtering apparatus.
【請求項16】 前記ターゲットがポーラスまたは多孔
構造になっており、内部より希ガスを吹き出す構成にな
っていることを特徴とする請求項15記載のプラズマス
パッタリング装置。
16. The plasma sputtering apparatus according to claim 15, wherein the target has a porous or porous structure, and is configured to blow out a rare gas from the inside.
【請求項17】 前記反応性ガスのプラズマ化は加速し
た電子ビームにより行われることを特徴とする請求項1
5または16に記載のプラズマスパッタリング装置。
17. The method according to claim 1, wherein said reactive gas is turned into plasma by an accelerated electron beam.
17. The plasma sputtering apparatus according to 5 or 16.
【請求項18】 前記希ガスがアルゴンガスであること
を特徴とする請求項1から17のいずれかに記載のプラ
ズマスパッタリング装置。
18. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein the rare gas is an argon gas.
【請求項19】 前記反応性ガスが成膜性ガスであるこ
とを特徴とする請求項1から18のいずれかに記載のプ
ラズマスパッタリング装置。
19. The plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein said reactive gas is a film forming gas.
【請求項20】 前記成膜性ガスが炭化水素ガスである
ことを特徴とする請求項19記載のプラズマスパッタリ
ング装置。
20. The plasma sputtering apparatus according to claim 19, wherein said film forming gas is a hydrocarbon gas.
【請求項21】 前記炭化水素ガスがメタン、エタン、
プロパン、ブタン、アセチレン、ベンゼンのいずれかで
あることを特徴とする請求項20記載のプラズマスパッ
タリング装置。
21. The hydrocarbon gas is methane, ethane,
21. The plasma sputtering apparatus according to claim 20, wherein the apparatus is any of propane, butane, acetylene, and benzene.
【請求項22】 前記ターゲットがシリコンであること
を特徴とする請求項20または21に記載のプラズマス
パッタリング装置。
22. The plasma sputtering apparatus according to claim 20, wherein the target is silicon.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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