JP2012052149A - Sputtering apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スパッタリング装置に関し、特に回転陰極を有するスパッタリング装置に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus, and more particularly to a sputtering apparatus having a rotating cathode.
スパッタリング装置は、真空中においてターゲット材料を高いエネルギーを持つ粒子により気相中に蒸発させ、これを基材あるいは基板上に堆積する薄膜形成装置である。またスパッタリング装置の一種に、磁場によりプラズマを閉じこめることでスパッタリングの効率を上げることが可能なマグネトロンスパッタリング装置が知られている。このようなマグネトロンスパッタリング装置においてターゲットが固定されている場合、ターゲットの消耗が一様でないため、いわゆるレーストラックが生じる。このようなレーストラックを解消するスパッタリング装置として、シリンダ状の陰極の表面にターゲットを担持し軸方向を回転中心としたマグネトロンスパッタリング装置が知られている(特許文献1乃至5参照)。 The sputtering apparatus is a thin film forming apparatus that evaporates a target material in a gas phase with particles having high energy in a vacuum and deposits the target material on a base material or a substrate. As one type of sputtering apparatus, there is known a magnetron sputtering apparatus that can increase the efficiency of sputtering by confining plasma by a magnetic field. When the target is fixed in such a magnetron sputtering apparatus, since the consumption of the target is not uniform, a so-called race track is generated. As a sputtering apparatus that eliminates such a racetrack, there is known a magnetron sputtering apparatus that carries a target on the surface of a cylindrical cathode and has an axial direction as a rotation center (see Patent Documents 1 to 5).
このようなスパッタリング装置で基材上に薄膜を製造する場合、ターゲットとして例えば厚さ5〜10mmの金属板が用いられる。しかしながら、成膜を繰り返すことでターゲットは消耗するため、適当なタイミングで装置を停止し、消耗したターゲットを新規なターゲットと交換する必要がある。その際、真空に近い圧力に保持されていたチャンバを開放し大気圧に戻すと、チャンバ内壁に堆積された薄膜が薄片状となり、真空室内壁から剥離することがある。ターゲットの交換の際、通常はチャンバの内壁に設置された金属防着板をも装置から取り外し交換する。そのため、これらの交換作業に例えば6〜12時間が費やされることで、装置の停止時間が増大し、ひいては生産性の低下を招くことになる。
上述のスパッタリング法を用いずに気体あるいは液体の金属材料から直接的に薄膜を形成する技術として、いわゆる化学気相成長法やスプレー法が知られている。しかしながら、これらの方法では、例えば、高密度の薄膜を形成するためには、基材あるいは基板の温度を高くする必要がある。また、スプレー法においては、膜厚や膜物性の制御性に劣るという問題があった。 As a technique for directly forming a thin film from a gas or liquid metal material without using the above-described sputtering method, a so-called chemical vapor deposition method and a spray method are known. However, in these methods, for example, in order to form a high-density thin film, it is necessary to increase the temperature of the base material or the substrate. In addition, the spray method has a problem of poor controllability of film thickness and film properties.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置のダウンタイムを低減し生産性を向上するスパッタリング装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the sputtering device which reduces the down time of an apparatus and improves productivity.
上記課題を解決するために、本発明のある態様のスパッタリング装置は、外部より低圧な雰囲気に維持可能なチャンバと、チャンバ内で基材を保持する保持部と、保持部で保持された基材に周面が対向するように設けられた回転可能な回転陰極であって、表面のターゲット材料をスパッタリングするための電力が供給される筒状の回転陰極と、回転陰極の表面に薄膜材料を供給可能な材料供給手段と、保持部が設けられた成膜室と材料供給手段が設けられた材料供給室との間のガスの移動を規制するとともに、回転陰極が回転可能な隙間を有して該回転陰極が配置される開口部が形成されたガス遮蔽部材と、を備える。材料供給手段は、化学反応により回転陰極の表面にターゲット材料として成膜される原料を外部から供給可能な原料供給路を有する。 In order to solve the above-described problems, a sputtering apparatus according to an aspect of the present invention includes a chamber that can be maintained in a low-pressure atmosphere from the outside, a holding unit that holds the substrate in the chamber, and a substrate that is held by the holding unit A rotatable rotating cathode provided with a peripheral surface facing the surface of the cylindrical rotating cathode to which power for sputtering the target material on the surface is supplied, and a thin film material is supplied to the surface of the rotating cathode A gas supply chamber between the film forming chamber provided with the holding unit and the material supply chamber provided with the material supply unit, and a gap where the rotary cathode can rotate. A gas shielding member having an opening in which the rotating cathode is disposed. The material supply means has a raw material supply path through which a raw material to be deposited as a target material on the surface of the rotating cathode by a chemical reaction can be supplied from outside.
この態様によると、回転陰極の表面のターゲット材料が基材への成膜により消耗しても、原料供給路から材料供給室へ気体や液体の状態で原料を供給し、その原料が新たに回転陰極の表面にターゲットとして供給されるため、装置を停止せずにスパッタリングによる基材上への成膜を続けることができる。ここで、薄膜材料とは、薄膜として形成されうる材料を含み、例えば、純金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、半導体材料(シリコン、ゲルマニウム、化合物半導体)、炭素系材料、有機高分子材料(ポリイミド、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン)等が例示される。 According to this aspect, even if the target material on the surface of the rotating cathode is consumed due to the film formation on the base material, the raw material is supplied in a gas or liquid state from the raw material supply path to the material supply chamber, and the raw material is newly rotated. Since the target is supplied to the surface of the cathode, film formation on the substrate by sputtering can be continued without stopping the apparatus. Here, the thin film material includes a material that can be formed as a thin film, for example, a pure metal, an alloy, a metal oxide, a metal nitride, a semiconductor material (silicon, germanium, a compound semiconductor), a carbon-based material, an organic polymer. Examples are materials (polyimide, polyamide, polytetrafluoroethylene) and the like.
回転陰極の表面が室温より高温となるように加熱する加熱手段を更に備えてもよい。これにより、原料の分解や反応が促進され、回転陰極の表面に十分な速度でターゲット材料が形成される。 You may further provide the heating means which heats the surface of a rotating cathode so that it may become a temperature higher than room temperature. Thereby, decomposition | disassembly and reaction of a raw material are accelerated | stimulated and target material is formed in the surface of a rotating cathode at sufficient speed | rate.
材料供給室の内部でプラズマを発生させるプラズマ発生手段を更に備えてもよい。これにより、原料の分解や反応が促進され、成膜温度をさげることができる。 Plasma generation means for generating plasma inside the material supply chamber may be further provided. Thereby, decomposition | disassembly and reaction of a raw material are accelerated | stimulated and the film-forming temperature can be lowered | hung.
プラズマ発生手段は、容量結合型であってもよい。ここで、容量結合型プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)は、例えば、平行平板の間に高周波電力を供給することで発生するものである。これにより、比較的低温であっても原料の分解や反応が促進される。 The plasma generating means may be a capacitive coupling type. Here, capacitively coupled plasma (CCP) is generated, for example, by supplying high-frequency power between parallel plates. This promotes decomposition and reaction of the raw material even at a relatively low temperature.
プラズマ発生手段は、誘導結合型であってもよい。ここで、誘導結合型プラズマ(IPC:Inductively Coupled Plasma)は、例えば、誘導コイルに高周波電流を流すことで発生するものである。これにより、比較的低温であっても原料の分解や反応が促進される。 The plasma generating means may be an inductively coupled type. Here, inductively coupled plasma (IPC) is generated, for example, by flowing a high-frequency current through an induction coil. This promotes decomposition and reaction of the raw material even at a relatively low temperature.
原料供給路は、気相成長により回転陰極の表面にターゲット材料として成膜される、炭化水素、金属フッ化物、金属塩化物、金属水素化物および有機金属化合物の少なくとも一つを含む原料を供給してもよい。 The raw material supply path supplies a raw material containing at least one of hydrocarbon, metal fluoride, metal chloride, metal hydride and organometallic compound, which is formed as a target material on the surface of the rotating cathode by vapor phase growth. May be.
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。 A combination of the above-described elements as appropriate can also be included in the scope of the invention for which patent protection is sought by this patent application.
本発明によれば、装置のダウンタイムを低減し生産性を向上することができる。 According to the present invention, the downtime of the apparatus can be reduced and the productivity can be improved.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係るスパッタリング装置の全体構成の概略断面図である。本実施の形態に係るスパッタリング装置10は、外部より低圧な雰囲気に維持可能なチャンバ12と、チャンバ12内でガラス基板やシリコンウェーハなどの基材14を保持するとともに陽極を兼ねる保持部16と、保持部16で保持された基材14に周面が対向するように設けられた回転可能な回転陰極18と、回転陰極18の表面に金属等の薄膜材料を供給可能な金属材料供給手段としての原料供給路220と、原料供給路220から供給された原料ガスを加熱するヒーター222と、保持部16が設けられた成膜室22と原料供給路220が設けられた金属材料供給室24との間のガスの移動を規制するとともに、回転陰極18が回転可能な隙間26を有して回転陰極が配置される方形の開口部28が形成されたガス遮蔽部材130と、を備える。成膜室22には、アルゴンなどの不活性ガスが供給される不活性ガス供給路46が設けられている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the overall configuration of the sputtering apparatus according to the first embodiment. A sputtering
回転陰極18は、表面のターゲット材料をスパッタリングするための電力が供給される円筒形状のスリーブ34と、スリーブ34を回転駆動する不図示の駆動部と、スリーブ34の内周側に設けられ磁場を発生する磁石36と、を有している。このような磁石36によりプラズマが生じる領域を規制することで、プラズマがターゲット付近に封じ込められ、スパッタ速度の向上が図られる。また、高周波でも使用できるとともに、プラズマが基材付近で発生しないように制御することが可能となり、保持部16における基材14上の金属化合物膜にダメージを与えずに、スパッタリングが可能となる。
The rotating
なお、スリーブ34の表面に予めターゲット材料が形成された回転陰極18を用いてもよいが、アルミニウムやSUSからなるスリーブ34の露出した面に原料供給路220から供給される原料ガスによりターゲット材料を形成して回転陰極18として用いてもよい。ターゲット材料としては、チタニウム、インジウム、スズ、亜鉛、セリウム、ビスマス、ジルコニウム、ニオブ、タンタル等の高屈折率材料の成分となりうるものが例示される。また、必要に応じてシリコンなどをターゲット材料として用いてもよい。
Although the
回転陰極18は、スパッタリングを実質的に行う際に印加される電圧が負であるパルス状の電力が供給されている。これにより、ターゲット38の表面に電荷が蓄積することが緩和され、異常放電が抑制される。なお、回転陰極に電力を供給する電源は、直流方式でも交流方式でもよい。
The rotating
原料供給路220は、原料ガスが回転陰極18に向かうようにノズルが配置されている。原料ガスとしては、金属フッ化物、金属塩化物、金属水素化物、有機金属化合物等が用いられる。具体的には塩化チタニウムや六フッ化モリブデンが例示される。原料供給路220から供給された液体または気体の原料は、ヒーター222により加熱され、回転陰極18の表面における化学反応によって還元、分解され、回転陰極18上に金属として堆積する。原料供給路220から回転陰極18への原料の供給は、回転陰極18上のターゲット38の厚み等に応じて連続的にあるいは断続的に行われるようにすればよい。また、スリーブ34の表面に予めターゲット材料が形成された回転陰極18を用いてもよいが、アルミニウムやSUSからなるスリーブ34の露出した面に原料供給路220から供給される原料によりターゲット材料を形成して回転陰極18として用いてもよい。
In the raw
上述のように、本実施の形態に係るスパッタリング装置210は、原料供給路220により外部から連続的な原料の供給が可能なため、ガス遮蔽部材130により隔てられている成膜室22で基材14を交換するだけで複数の基材に対する連続的な成膜が行える。また、原料供給路220が設けられている金属材料供給室24から気相成長の際の原料となる気体が成膜室22へ流出することが抑制される。
As described above, since the sputtering apparatus 210 according to the present embodiment can continuously supply the raw material from the outside through the raw
換言すると、回転陰極18の表面のターゲット38が基材14への成膜により消耗しても、原料供給路220から金属材料供給室24へ気体や液体の状態で原料を供給し、その原料が新たに回転陰極18の表面にターゲットとして供給されるため、装置を停止せずにスパッタリングによる基材14上への成膜を続けることができる。
In other words, even if the
なお、成膜室22および金属材料供給室24には、内部に導入された不活性ガスや反応性ガス、原料ガスを外部に排出する排出口50,52が設けられている。排出口50,52にはそれぞれ別個の真空排気装置が接続されている。これにより、成膜室22と金属材料供給室24との圧力をそれぞれ制御することが可能となり、例えば、成膜室22の圧力を金属材料供給室24の圧力より僅かに高くすることで金属材料供給室24内の原料ガスが成膜室22に流入することが抑制される。
The
上述のようにスパッタリング装置10は、ターゲット38の表面に、連続的に金属あるいは金属化合物等の材料を供給することを可能とすべく、回転陰極18に加えて金属材料供給源として原料供給路220を備えている。また、ガス遮蔽部材130により、成膜室22に導入された不活性ガスと金属材料供給室24の原料ガスとが混合することが抑制される。そのため、原料供給路220から回転陰極18への金属の供給が可能となる。そして、回転陰極18を常にあるいは間欠的に回転することにより、回転陰極18のターゲット38上に常に金属薄膜を形成することができるため、ターゲットの交換による装置のダウンタイムを抑え、生産性を向上することができる。
As described above, the
(チタニウム金属薄膜の成膜方法)
スパッタリング装置10を用いてチタニウム金属薄膜を基材上に形成する方法について詳述する。はじめに、アルゴンガスをキャリアとしてバブリング装置により気化された塩化チタニウムが原料供給路220から金属材料供給室24に導入される。そして、赤外線のヒーター222により、3〜30rpmにて回転している回転陰極18の表面を塩化チタニウムが十分に分解される350℃程度に加熱する。これにより、回転陰極18の表面に金属のチタニウムが堆積する。
(Titanium metal thin film deposition method)
A method for forming a titanium metal thin film on a substrate using the
一方、放電ガスとして機能するアルゴンガスを、不活性ガス供給路46より回転陰極18が設けられている成膜室22へ導入する。その際のアルゴンガスの圧力を0.4Paとする。次に、長さ500mmの回転陰極18を回転させた状態で、回転陰極18に約3kWの直流電力を供給し、基材14側の磁気回路を含む領域に放電を起こし、基材14上にチタニウム薄膜を形成する。
On the other hand, an argon gas that functions as a discharge gas is introduced from the inert
(シリコン金属薄膜の成膜方法)
スパッタリング装置10を用いたシリコン金属薄膜を基材上に形成する方法について詳述する。はじめに、アルゴンガスをキャリアとしてシラン(SiH4)が原料供給路220から金属材料供給室24に導入される。その際、ドーパントガスとしてホスフィン(PH3)ガスを混合する。シランの圧力はおおよそ1.0Pa、ホスフィンの分圧は0.03Pa程度とする。そして、赤外線のヒーター222により3〜30rpmにて回転している回転陰極18の表面をシランが十分に分解される300℃程度に加熱する。これにより、回転陰極18の表面に金属のシリコンが堆積する。
(Silicon metal thin film deposition method)
A method for forming a silicon metal thin film on the substrate using the
一方、アルゴンガスを、不活性ガス供給路46より回転陰極18が設けられている成膜室22へ導入する。その際の混合ガスの圧力を1.0Paとする。次に、長さ500mmの回転陰極18を回転させた状態で、回転陰極18に100kHzの逆バイアスのパルスを有する約3kWの直流電力を供給し、基材14側の磁気回路を含む領域に放電を起こし、基材14上にリンドープされたシリコン薄膜を形成する。
On the other hand, argon gas is introduced from the inert
(第2の実施の形態)
図2は、第2の実施の形態に係るスパッタリング装置110の全体構成の概略断面図である。本実施の形態に係るスパッタリング装置110は、金属材料供給室24に原料の分解を促進するプラズマ発生手段を設けた点が第1の実施の形態と異なる大きな点である。以下では、第1の実施の形態と異なる点について詳述し、同じ点については同じ符号を付し適宜説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the overall configuration of the
本実施の形態に係るスパッタリング装置110は、金属材料供給室24に設けられた金属材料供給源としての原料供給路220と、原料供給路220から供給された原料ガスを加熱するヒーター222と、原料供給路220が設けられた金属材料供給室24と成膜室22との間のガスの移動を規制するとともに、回転陰極18が回転可能な隙間26を有して回転陰極18が配置される方形の開口部28が形成されたガス遮蔽部材130と、金属材料供給室24の内部においてプラズマを発生するプラズマ発生手段250と、を備える。本実施の形態に係るプラズマ発生手段250は、高周波電流を流す誘導コイル252を有する誘導結合型の装置であるが、例えば、平行平板の間に高周波電力を供給することでプラズマを発生させる容量結合型プラズマ装置であってもよい。
The
(チタニウム金属薄膜の成膜方法)
金属材料供給室24にプラズマ発生手段250が設けられているスパッタリング装置110を用いてチタニウム金属薄膜を基材上に形成する方法について詳述する。はじめに、アルゴンガスをキャリアとしてバブリング装置により気化された塩化チタニウムが原料供給路220から金属材料供給室24に導入される。そして、赤外線のヒーター222により3〜30rpmにて回転している回転陰極18の表面を250℃程度に加熱するとともに、プラズマ発生手段250の誘導コイル252に500Wの高周波電力を供給する。これにより、より低温環境において塩化チタニウムが十分に分解され、回転陰極18の表面に金属のチタニウムが堆積する。
(Titanium metal thin film deposition method)
A method of forming a titanium metal thin film on the substrate using the
一方、アルゴンガスを、不活性ガス供給路46より回転陰極18が設けられている成膜室22へ導入する。その際のアルゴンガスの圧力を0.4Paとする。次に、長さ500mmの回転陰極18を回転させた状態で、回転陰極18に約3kWの直流電力を供給し、基材14側の磁気回路を含む領域に放電を起こし、基材14上にチタニウム薄膜を形成する。
On the other hand, argon gas is introduced from the inert
(第3の実施の形態)
本実施の形態では、第1の実施の形態に係るスパッタリング装置10を用いて二酸化チタニウム薄膜を基材上に形成する方法について詳述する。はじめに、アルゴンガスをキャリアとしてバブリング装置により気化された塩化チタニウムが原料供給路220から金属材料供給室24に導入される。そして、赤外線のヒーター222により、3〜30rpmにて回転している回転陰極18の表面を塩化チタニウムが十分に分解される350℃程度に加熱する。これにより、回転陰極18の表面に金属のチタニウムが堆積する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a method for forming a titanium dioxide thin film on a substrate using the
一方、アルゴンガスと反応性ガスとしての酸素ガスを、不活性ガス供給路46より回転陰極18が設けられている成膜室22へ導入する。その際、アルゴンガスの圧力を0.4Pa、酸素ガスの分圧を0.08Paとする。次に、長さ500mmの回転陰極18を回転させた状態で約3kWの直流電力を供給し、基材14側の磁気回路を含む領域に放電を起こし、基材14上に二酸化チタニウム薄膜を形成する。
On the other hand, argon gas and oxygen gas as a reactive gas are introduced from the inert
(第4の実施の形態)
本実施の形態では、上述のような各実施の形態に係るスパッタリング装置を用いて太陽電池用シリコン薄膜を形成する方法について詳述する。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, a method for forming a silicon thin film for a solar cell by using the sputtering apparatus according to each of the embodiments as described above will be described in detail.
従来、薄膜シリコン太陽電池のシリコン層は主にシラン(SiH4)ガスを原料とするプラズマ化学気相成長法により作製されていた。プラズマ化学気相成長法においては、プラズマ中においてシランガスがSiH3あるいはSiH2などの形に分解され、その活性を高めることにより基板上における反応を促進し、薄膜を形成していた。100℃程度の基板温度においても電池動作が可能な微結晶薄膜を得ることは可能であったが、より効率のよい電池セルを得る場合には基板温度を400℃〜500℃まで高くする必要があった。同時に薄膜品質を高めるためには、いわゆる高次副生成物の生成を抑制するとともにこれを成膜室より速やかに除去する必要があった。 Conventionally, a silicon layer of a thin-film silicon solar cell has been produced mainly by a plasma chemical vapor deposition method using silane (SiH 4 ) gas as a raw material. In the plasma chemical vapor deposition method, silane gas is decomposed into a form such as SiH 3 or SiH 2 in the plasma, and the reaction is promoted on the substrate by increasing its activity to form a thin film. Although it was possible to obtain a microcrystalline thin film capable of battery operation even at a substrate temperature of about 100 ° C., it is necessary to increase the substrate temperature to 400 ° C. to 500 ° C. in order to obtain a more efficient battery cell. there were. At the same time, in order to improve the quality of the thin film, it was necessary to suppress the production of so-called higher order by-products and to remove them quickly from the film forming chamber.
スパッタリング法を用いてシリコン層を形成すると、当然スパッタリング法の特長としての基板温度の低温化、大面積基板への膜厚および特性の均一化、プロセス再現性の向上等が期待される。さらに、高次副生成物による薄膜品質の低下という問題も抑制される。しかしながら、大面積ターゲットの形成の困難さ、およびスパッタリング時におけるシリコンターゲットからの微小のシリコン片が応力等により異物として飛散し、基板上に付着することによるシリコン層における欠点の発生などにより、スパッタリング法によるシリコン層形成は工業的には実用化されるに至っていなかった。 When a silicon layer is formed by using the sputtering method, it is naturally expected that the substrate temperature is lowered as a characteristic of the sputtering method, the film thickness and characteristics are made uniform on a large area substrate, and the process reproducibility is improved. Further, the problem of deterioration of the thin film quality due to higher by-products is also suppressed. However, the sputtering method is difficult due to the difficulty in forming a large area target and the generation of defects in the silicon layer due to the scattering of small silicon pieces from the silicon target during sputtering as foreign matter due to stress and the like, and adhering to the substrate. The silicon layer formation by has not been put into practical use industrially.
そこで、スパッタリング法の利点を生かす共に、ターゲットの交換によるダウンタイムを抑制することが可能な上述のスパッタリング装置を用いることで、薄膜シリコンを生産する方法について説明する。図1に示すスパッタリング装置10において、シリコン原料を気体として原料供給路220から供給するとともに、これをいったん回転陰極18表面において固体ターゲットとし、これをスパッタリングすることにより基板上に最終的なシリコン薄膜を得る。ターゲットとして用いられる回転陰極18表面に堆積したシリコンは薄層であり、熱応力やスパッタリング時に誘起される応力により異物として飛散することはなく、基材上の層に欠点を形成することはない。
Therefore, a method for producing thin-film silicon by using the above-described sputtering apparatus that can take advantage of the sputtering method and suppress downtime due to target replacement will be described. In the
このように、スパッタリング法によりシリコン層が形成されることにより、大きな運動量を持ったスパッタリング粒子が、温度が低い基板上において高密度の薄膜を形成するというスパッタリング法本来の特長を生かすことが可能となる。これは、プラズマ化学気相成長法において薄膜の高密度に対する物理的な運動量の寄与がないことに比較するとスパッタリング法による薄膜形成の大きな利点となる。また、シランから生成される高次副生成物は薄膜形成室に流入することなく排気され、薄膜品質に影響することはない。さらに、本発明の特徴である薄膜原料を連続的に供給できることも生産におけるメンテナンスのための装置停止時間の低減という利点をもたらす。 In this way, the silicon layer is formed by the sputtering method, so that the sputtered particles having a large momentum can take advantage of the original characteristics of the sputtering method in which a high-density thin film is formed on a substrate having a low temperature. Become. This is a significant advantage of thin film formation by sputtering compared to the absence of physical momentum contribution to the high density of the thin film in plasma enhanced chemical vapor deposition. Further, higher-order by-products generated from silane are exhausted without flowing into the thin film forming chamber, and do not affect the quality of the thin film. Further, the ability to continuously supply the thin film raw material, which is a feature of the present invention, brings about the advantage of reducing the apparatus downtime for maintenance in production.
具体的には、H2をキャリアガスとしてシランSiH4を金属材料供給室24に供給する。ドーパントとして同時に所定量のジボラン(B2H6)を供給する。そして、ヒーター222により回転陰極18の温度を200℃程度にまで加熱し、表面上にシリコンを堆積する。回転陰極18に直流あるいはパルス電力を供給し、薄膜形成室側に放電を発生させ、スパッタリングにより基板上にシリコン薄膜を形成する。基板温度は、200℃とする。必要に応じて更に基板温度を上げてもよい。生成されたシリコン層は微結晶であり、シリコン片の飛散による欠点の発生等はみられなかった。
Specifically, silane SiH 4 is supplied to the metal
このように、本発明は、スパッタリング法による高速、緻密な膜生成という特徴と、CVDやスプレー法等の原料を連続的に供給できるという特徴を組み合わせることで今までにない斬新なスパッタリング装置を実現するものである。そして、熱分解反応あるいはプラズマに支援された熱分解反応により、供給された原料がターゲット上に金属として連続的あるいは断続的に堆積される。 In this way, the present invention realizes an unprecedented sputtering apparatus by combining the characteristics of high-speed and dense film formation by sputtering and the ability to continuously supply raw materials such as CVD and spraying. To do. The supplied raw material is continuously or intermittently deposited as a metal on the target by a thermal decomposition reaction or a thermal decomposition reaction assisted by plasma.
そして、ターゲットがスパッタリングされることで基材あるいは基板上に形成された薄膜は、薄膜となる材料自身のエネルギーが高いという特徴を持つため、基材あるいは基板の温度を高くすることなく、膜密度が高い、あるいは膜の基材あるいは基板への付着力が大きい薄膜を形成することができる。その結果、従来の化学気相成長法あるいはスプレー法において必要とされた基板温度よりも低い温度での成膜が可能となる。 The thin film formed on the base material or the substrate by sputtering the target has a feature that the energy of the material to be the thin film itself is high, so the film density can be increased without increasing the temperature of the base material or the substrate. It is possible to form a thin film having a high adhesion force or a large adhesion force to the substrate or substrate of the film. As a result, it is possible to form a film at a temperature lower than the substrate temperature required in the conventional chemical vapor deposition method or spray method.
また、ターゲットの交換のためのスパッタリング装置の停止時間(ダウンタイム)の低減が達成される。また、基板上に堆積される薄膜は、スパッタリング法により形成されるため、スパッタリング法の特徴である、機械的、光学的、あるいは電気的物性に優れた薄膜を堆積でき、また、大面積化も容易となる。 In addition, a reduction in the downtime of the sputtering apparatus for target replacement is achieved. In addition, since the thin film deposited on the substrate is formed by the sputtering method, it is possible to deposit a thin film having excellent mechanical, optical, or electrical properties, which is a feature of the sputtering method, and also to increase the area. It becomes easy.
以上、本発明を上述の実施の形態や各実施例を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態や各実施例に限定されるものではなく、実施の形態や各実施例の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態や各実施の形態における組合せや工程の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態や各実施例も本発明の範囲に含まれうる。 The present invention has been described above with reference to the above-described embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and the embodiments and examples are not limited thereto. What combined the structure suitably and the thing which substituted are also contained in this invention. Further, based on the knowledge of a person skilled in the art, it is possible to appropriately change the combination of the embodiments and the order of the embodiments and the order of the steps and various modifications such as design changes to the embodiments. Embodiments and examples to which such modifications are added can also be included in the scope of the present invention.
本発明は、電気・電子機器、電子デバイス、車両、建築、装飾品などの多岐にわたる分野における利用が可能である。例えば、電気機器用に用いられる、金属を被覆したプラスチックフィルムの作製においては、金属薄膜を連続的にかつ基材であるプラスチックフィルムを低温に保ったまま形成することが可能となる。車両用あるいは建築用板ガラスへの薄膜形成においては、例えば、ステンレススチール薄膜の連続的な形成が可能となる。なお、本発明は、これらのスパッタリング法の特徴を生かしながら連続的あるいは断続的に薄膜を形成するプロセスに適宜利用される。 The present invention can be used in various fields such as electrical / electronic equipment, electronic devices, vehicles, architecture, and ornaments. For example, in the production of a plastic film coated with a metal used for electrical equipment, it is possible to form a metal thin film continuously while keeping the plastic film as a base material at a low temperature. In forming a thin film on a vehicle or architectural plate glass, for example, a stainless steel thin film can be continuously formed. The present invention is appropriately used in a process for forming a thin film continuously or intermittently while taking advantage of the characteristics of these sputtering methods.
10 スパッタリング装置、 12 チャンバ、 14 基材、 16 保持部、 18 回転陰極、 22 成膜室、 24 金属材料供給室、 26 隙間、 28 開口部、 34 スリーブ、 36 磁石、 38 ターゲット、 46 不活性ガス供給路、 50 排出口、 110 スパッタリング装置、 130 ガス遮蔽部材、 210 スパッタリング装置、 220 原料供給路、 222 ヒーター、 250 プラズマ発生手段、 252 誘導コイル。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記チャンバ内で基材を保持する保持部と、
前記保持部で保持された基材に周面が対向するように設けられた回転可能な回転陰極であって、表面のターゲット材料をスパッタリングするための電力が供給される筒状の回転陰極と、
前記回転陰極の表面に薄膜材料を供給可能な材料供給手段と、
前記保持部が設けられた成膜室と前記材料供給手段が設けられた材料供給室との間のガスの移動を規制するとともに、前記回転陰極が回転可能な隙間を有して該回転陰極が配置される開口部が形成されたガス遮蔽部材と、を備え、
前記材料供給手段は、化学反応により前記回転陰極の表面にターゲット材料として成膜される原料を外部から供給可能な原料供給路を有する、
ことを特徴とするスパッタリング装置。 A chamber that can be maintained in a lower-pressure atmosphere than the outside;
A holding unit for holding a substrate in the chamber;
A rotatable rotating cathode provided so that a peripheral surface thereof faces the substrate held by the holding unit, and a cylindrical rotating cathode to which power for sputtering the target material on the surface is supplied;
Material supply means capable of supplying a thin film material to the surface of the rotating cathode;
While restricting the movement of gas between the film forming chamber provided with the holding unit and the material supply chamber provided with the material supply means, the rotary cathode has a gap that allows the rotary cathode to rotate. A gas shielding member formed with an opening to be disposed;
The material supply means has a raw material supply path capable of supplying a raw material formed as a target material on the surface of the rotating cathode by a chemical reaction from the outside.
A sputtering apparatus characterized by that.
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