JP2018003061A

JP2018003061A - Sputtering apparatus

Info

Publication number: JP2018003061A
Application number: JP2016128232A
Authority: JP
Inventors: 洋尚国枝; Hirotaka Kunieda
Original assignee: HIROSHIMA KK
Current assignee: HIROSHIMA KK
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2018-01-11

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reactive sputtering apparatus which has a fast film deposition speed.SOLUTION: A sputtering apparatus has an anode electrode 2 installed at an inner upper end inside an exhaust chamber 1, and also has a first cathode electrode 3 and a second cathode electrode 4 provided horizontally side by side at a lower end of the exhaust chamber 1. A titanium target 5 is provided at an upper end of the first cathode 3, and a silicon target 6 is provided at an upper end of the second cathode electrode 4. The first and second cathode electrodes 3, 4 and the anode electrode 2 are connected to a pulse power supply 7, which can supply no current to one of the cathode electrodes 3, 4 while supplying a current to the other of the cathode electrodes 3, 4, and also can apply a plus pulse and a minus pulse of a voltage alternately to the anode electrode 2 and cathode electrodes 3, 4.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、成膜速度の速いスパッタリング装置に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus having a high deposition rate.

従来、レンズ表面の反射防止層を形成する等、様々な基板の表面に皮膜を形成する技術として真空蒸着法が広く用いられている。真空蒸着法は装置が簡単であって、設備費にそれほど経費がかからないという利点がある。しかしながら、真空蒸着法によって形成される皮膜は、密着性に劣るという欠点を有していた。 Conventionally, vacuum deposition has been widely used as a technique for forming a film on the surface of various substrates, such as forming an antireflection layer on the lens surface. The vacuum deposition method has the advantage that the equipment is simple and the equipment cost is not so high. However, the film formed by the vacuum deposition method has a defect that it has poor adhesion.

これに対し、スパッタリング装置を用いた成膜方法は、プラズマイオンによるスパッタ現象で発生した運動エネルギーの高いスパッタ粒子を基材に打ち込まれるため、密着性に優れた膜を形成させることができる。さらには、チャンバー内に酸素等の反応性ガスを導入し、化学反応によってスパッタ粒子を酸化して基板上に酸化被膜を形成させる反応性スパッタリングを行うこともできるため、蒸着法では形成困難な皮膜をコーティングすることもできる（例えば特許文献１）。 On the other hand, a film forming method using a sputtering apparatus can form a film having excellent adhesion because sputtered particles having high kinetic energy generated by a sputtering phenomenon caused by plasma ions are driven into a substrate. Furthermore, reactive sputtering such as introducing a reactive gas such as oxygen into the chamber and oxidizing the sputtered particles by a chemical reaction to form an oxide film on the substrate can also be performed. Can also be coated (for example, Patent Document 1).

特開２００４−２３７５５０号公報JP 2004-237550 A

しかし、上記従来のスパッタリング装置では、成膜速度が遅いという欠点があり、これがスパッタリング装置利用の阻害要因となっていた。 However, the conventional sputtering apparatus has a drawback that the film forming speed is low, and this has been an obstacle to the use of the sputtering apparatus.

本発明は、上記従来の課題に鑑み成されたものであり、その目的は、成膜速度の速い反応性スパッタリング装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object of the present invention is to provide a reactive sputtering apparatus having a high film formation rate.

スパッタリング装置において成膜速度を上げるために、時間当たりのスパッタリング粒子の発生速度を高める必要がある。このため、原理的にはターゲットとなる陰極の電流密度を上げることが考えられる。しかしながら、陰極電流密度を高くした場合、アーキング現象（すなわち、陰極に電荷が溜まって放電が生じる現象）が起こり、無駄な放電電流によって時間当たりのスパッタリング粒子の発生速度が期待されるほどは上昇しなくなるという問題があった。 In order to increase the deposition rate in the sputtering apparatus, it is necessary to increase the generation rate of sputtering particles per hour. Therefore, in principle, it is conceivable to increase the current density of the target cathode. However, when the cathode current density is increased, an arcing phenomenon (that is, a phenomenon in which charges are accumulated in the cathode and discharge occurs) occurs, and the generation rate of sputtered particles per hour is expected to increase due to useless discharge current. There was a problem of disappearing.

本発明者は、この問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ターゲットとなるカソード電極をデュアルカソード電極とし、一方のカソード電極に電流を流している間、他方のカソード電極の電流をゼロとし、その間に他方のターゲットに溜まっていた電荷を逃がせば、アーキング現象による無駄な電流が流れることが防止でき、スパッタリングの成膜速度を高められることを見出した。
すなわち、本発明のスパッタリング装置は、減圧可能なチャンバー内で対向配置されたターゲットと基板との間にプラズマを発生させ、該ターゲットから発生したスパッタ粒子によって該基板上に成膜するスパッタリング装置であって、
前記ターゲットは、第１のカソード電極に電気的に接続された第１のターゲットと、第２のカソード電極に電気的に接続された第２のターゲットからなり、一方のカソード電極に電流を流している間、他方のカソード電極の電流をゼロとすることが可能とされているパルス電源を備えていることを特徴とする。 As a result of intensive studies to solve this problem, the present inventor made the target cathode electrode a dual cathode electrode, and while the current was flowing to one cathode electrode, the current of the other cathode electrode was set to zero. It has been found that if the charge accumulated in the other target is released during that time, it is possible to prevent a wasteful current from flowing due to an arcing phenomenon and to increase the film formation rate of sputtering.
That is, the sputtering apparatus of the present invention is a sputtering apparatus in which plasma is generated between a target and a substrate that are opposed to each other in a depressurizable chamber, and a film is formed on the substrate by sputtered particles generated from the target. And
The target includes a first target electrically connected to the first cathode electrode and a second target electrically connected to the second cathode electrode, and a current is passed through one of the cathode electrodes. A pulse power supply capable of setting the current of the other cathode electrode to zero during the period of time.

そしてさらに鋭意研究を行った結果、チャンバー内に設置されたアノード電極とカソード電極に加える電圧について、プラスパルスとマイナスパルスを交互に印加することが可能なパルス電源を用いることにより、さらに成膜速度を高めることができるということを見出した。 As a result of further earnest research, the voltage applied to the anode and cathode electrodes installed in the chamber was further increased by using a pulse power supply that can alternately apply positive and negative pulses. It was found that can be increased.

また、本発明のスパッタリング装置では、プラズマの状態において発せられる光の波長を測定する波長測定手段と、該波長測定手段によって測定された波長が所定の範囲内に入るようにガス圧を調節するガス圧調製手段とが設けられていることが好ましい。こうであれば、プラズマ状態をモニタリングし、成膜にとって最適なプラズマ状態となるように制御することにより、スパッタリングの成膜速度をさらに高めることができる。 In the sputtering apparatus of the present invention, the wavelength measuring means for measuring the wavelength of light emitted in the plasma state, and the gas for adjusting the gas pressure so that the wavelength measured by the wavelength measuring means falls within a predetermined range. It is preferable that a pressure adjusting means is provided. In this case, it is possible to further increase the film formation rate of sputtering by monitoring the plasma state and controlling the plasma state so as to obtain an optimum plasma state for film formation.

実施形態１のスパッタリング装置の模式図である。1 is a schematic diagram of a sputtering apparatus according to Embodiment 1. FIG.

以下、本発明を具体化した実施形態について説明する。
（実施形態１）
実施形態１のスパッタリング装置はSiO2膜とTiO2膜の多層膜を形成するための装置であり、図１に示すように、排気チャンバー１の内部上端にアノード電極２が設置されており、排気チャンバー１の下端には第１のカソード電極３と第２のカソード電極４が横並びに併設されている。第１のカソード電極の上端にはにはチタンターゲット５が設けられており、第２のカソード電極の上端にはシリコンターゲット６が設けられている。第１及び第２カソード電極並びにアノード電極はパルス電源７に接続されており、パルス電源７は一方のカソード電極に電流を流している間、他方のカソード電極の電流をゼロとすることが可能であって、且つ、アノード電極２とカソード電極３，４に加える電圧についてプラスパルスとマイナスパルスを交互に印加することが可能とされている。また、アノード電極２の下側には、表面に皮膜を形成させようとする基材２０が取付け可能とされている。
また、排気チャンバー１の傍にはアルゴンボンベ８及び酸素ボンベ９が設置されており、電磁弁１０、１１を介して排気チャンバー１内にアルゴンガス及び酸素ガスを導入可能とされている。
さらに、排気チャンバー１には石英ガラスからなる透過窓１２が設けられており、透過窓１２の外側には分光器１３が設けられている。分光器１３は排気チャンバー１内で発生するプラズマからの発光の波長及び強度を測定し、測定データを制御装置１４に送信可能とされている。制御装置１４はあらかじめ求められていた波長及び強度に関する最適な運転条件と実際の測定データを比較して、排気チャンバー１内の酸素及びアルゴンの圧力が最適な条件となるように電磁弁１０、１１の開閉を調整するようにされている。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described.
(Embodiment 1)
The sputtering apparatus of the first embodiment is an apparatus for forming a multilayer film of SiO2 film and TiO2 film. As shown in FIG. 1, an anode electrode 2 is installed at the inner upper end of the exhaust chamber 1. A first cathode electrode 3 and a second cathode electrode 4 are arranged side by side at the lower end of the first electrode. A titanium target 5 is provided at the upper end of the first cathode electrode, and a silicon target 6 is provided at the upper end of the second cathode electrode. The first and second cathode electrodes and the anode electrode are connected to the pulse power source 7, and the pulse power source 7 can make the current of the other cathode electrode zero while the current flows to one cathode electrode. In addition, a plus pulse and a minus pulse can be alternately applied to the voltage applied to the anode electrode 2 and the cathode electrodes 3 and 4. In addition, a base material 20 on which a film is to be formed on the surface can be attached below the anode electrode 2.
In addition, an argon cylinder 8 and an oxygen cylinder 9 are installed near the exhaust chamber 1, and argon gas and oxygen gas can be introduced into the exhaust chamber 1 through electromagnetic valves 10 and 11.
Further, the exhaust chamber 1 is provided with a transmission window 12 made of quartz glass, and a spectrometer 13 is provided outside the transmission window 12. The spectroscope 13 measures the wavelength and intensity of light emitted from the plasma generated in the exhaust chamber 1 and can transmit the measurement data to the control device 14. The control device 14 compares the optimum operating conditions relating to the wavelength and intensity obtained in advance with the actual measurement data, so that the pressures of oxygen and argon in the exhaust chamber 1 become optimum conditions. It has been adjusted to open and close.

以上のように構成された実施形態１のスパッタリング装置では、カソード電極が２つ設置されており（カソード電極３及びカソード電極４）、しかも、パルス電源７は一方のカソード電極に電流を流している間、他方のカソード電極の電流をゼロとすることが可能とされている。このため、カソード電極に電流が流れているときにターゲットに蓄積された負電荷が、カソード電極の電流がゼロとなっているときに外部に逃がすことができ、ターゲットへの負電荷の蓄積による放電現象（いわゆる、アーキング現象）を防止することができる。したがって、放電によるプラズマ生成とは関係のない無駄な電流が流れることが防止され、プラズマの密度を高めることができる。その結果、スパッタリングによる成膜速度を高くすることができる。 In the sputtering apparatus of the first embodiment configured as described above, two cathode electrodes are installed (cathode electrode 3 and cathode electrode 4), and the pulse power source 7 supplies current to one cathode electrode. Meanwhile, the current of the other cathode electrode can be made zero. For this reason, the negative charge accumulated in the target when current flows through the cathode electrode can be released to the outside when the cathode electrode current is zero, and discharge due to accumulation of negative charge on the target A phenomenon (so-called arcing phenomenon) can be prevented. Therefore, it is possible to prevent a wasteful current unrelated to plasma generation by discharge from flowing, and to increase the plasma density. As a result, the film formation rate by sputtering can be increased.

また、このスパッタリング装置では、アノード電極２とカソード電極３，４に加える電圧についてプラスパルスとマイナスパルスを交互に印加することが可能とされているため、マイナスパルスの時にターゲットに蓄積された負電荷が外部に逃げることができるため、さらにアーキング現象が起こり難くなる。このため、さらにスパッタリングによる成膜速度を高くすることができる。 Further, in this sputtering apparatus, it is possible to alternately apply a positive pulse and a negative pulse with respect to the voltage applied to the anode electrode 2 and the cathode electrodes 3, 4. Therefore, the negative charge accumulated in the target at the time of the negative pulse. Can escape to the outside, making arcing less likely to occur. For this reason, the film formation rate by sputtering can be further increased.

また、このスパッタリング装置では、透過窓１２の外側に設けられた分光器１３によってプラズマの発光の波長と強度が絶えずモニタリングされており、そのモニタリングの結果が制御装置１４に送信される。さらに制御装置１４は、あらかじめ求められていた波長及び強度に関する最適な運転条件と実際の測定データを比較して、排気チャンバー１内の酸素及びアルゴンの圧力が最適な条件となるように電磁弁１０、１１の開閉を調整する。このため、排気チャンバー１内のプラズマの状態を成膜にとって絶えず最適な状態になるようにアルゴン及び酸素のガス圧が調節される。このため、さらにスパッタリングによる成膜速度を高くすることができる。 In this sputtering apparatus, the wavelength and intensity of plasma emission are constantly monitored by the spectroscope 13 provided outside the transmission window 12, and the monitoring result is transmitted to the control apparatus 14. Further, the control device 14 compares the optimum operating conditions regarding the wavelength and intensity obtained in advance with the actual measurement data, so that the oxygen and argon pressures in the exhaust chamber 1 become the optimum conditions. , 11 is adjusted. For this reason, the gas pressures of argon and oxygen are adjusted so that the plasma state in the exhaust chamber 1 is always optimal for film formation. For this reason, the film formation rate by sputtering can be further increased.

この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。 The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications are also included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the scope of the claims.

本発明は車載カメラのレンズやプラスチック基材への反射防止膜の形成等に利用可能である。 The present invention can be used to form an antireflection film on a lens of a vehicle-mounted camera or a plastic substrate.

１…チャンバー（排気チャンバー）
３…第１のカソード電極
４…第２のカソード電極
５…第１のターゲット（チタンターゲット）
６…第２のターゲット（シリコンターゲット）
２…アノード電極
２０…基板
７…パルス電源
１３…波長測定手段（分光器）
１４…ガス圧調製手段（制御装置）

1 ... Chamber (exhaust chamber)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... 1st cathode electrode 4 ... 2nd cathode electrode 5 ... 1st target (titanium target)
6 ... Second target (silicon target)
2 ... Anode electrode 20 ... Substrate 7 ... Pulse power supply 13 ... Wavelength measuring means (spectrometer)
14 ... Gas pressure adjusting means (control device)

Claims

A sputtering apparatus that generates a plasma between a target and a substrate that are opposed to each other in a depressurizable chamber, and forms a film on the substrate with sputtered particles generated from the target,
The target includes a first target electrically connected to the first cathode electrode and a second target electrically connected to the second cathode electrode, and a current is passed through one of the cathode electrodes. A sputtering apparatus comprising a pulse power source capable of setting the current of the other cathode electrode to zero during the period of time.

2. The sputtering according to claim 1, wherein the pulse power source is capable of alternately applying a plus pulse and a minus pulse with respect to a voltage applied to the anode electrode and the cathode electrode installed in the chamber. apparatus.

Furthermore, wavelength measuring means for measuring the wavelength of light emitted in the state of plasma, and gas pressure adjusting means for adjusting the gas pressure so that the wavelength measured by the wavelength measuring means falls within a predetermined range are provided. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the sputtering apparatus is provided.