JP4370949B2 - Deposition method - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁体等の高抵抗材料をターゲットとするスパッタリング法による成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming method by sputtering using a high resistance material such as an insulator as a target.
従来、基体上に膜を形成する方法として、スパッタリング法がある。スパッタリング法においては、例えばアルゴンガス等の不活性ガスや酸素・窒素等の反応ガス中で基体−ターゲット間に電圧を加えると、ガスが電離(プラズマ化)して正イオンを生じる。この正イオンをターゲットへと加速し、入射させることにより、ターゲットがスパッタされ、ターゲットを構成する粒子がはじき出される。はじき出された粒子は、ターゲットと対向配置された基体上に堆積し、膜を形成する。
このとき、ターゲットからは、粒子と同時に、高エネルギーの二次電子が放出される。放出された二次電子は、ガスに衝突してプラズマ化させ、放電を持続させる。
Conventionally, there is a sputtering method as a method for forming a film on a substrate. In the sputtering method, for example, when a voltage is applied between the substrate and the target in an inert gas such as argon gas or a reactive gas such as oxygen or nitrogen, the gas is ionized (plasmaized) to generate positive ions. When the positive ions are accelerated and incident on the target, the target is sputtered and particles constituting the target are ejected. The ejected particles are deposited on a substrate disposed opposite to the target to form a film.
At this time, high energy secondary electrons are emitted from the target simultaneously with the particles. The emitted secondary electrons collide with the gas and turn into plasma, thereby sustaining the discharge.
近年、高抵抗材料、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂やSiO2等の絶縁体をターゲットとするスパッタリング法により膜を形成することが行われている。
現在、高抵抗材料をターゲットとするスパッタリング法により成膜を行う場合、1MHz以上の高周波数、実際には商用周波数である13.56MHzの周波数を持った電力をターゲットに印加する高周波(RF)スパッタリング法が用いられている(例えば特許文献1,2参照)。これは、高抵抗材料をターゲットとする場合、RFスパッタリング法でのみ放電が持続し、成膜を行うことができるためで、例えば直流電圧を印加するDCスパッタリング法では放電が持続しないために成膜できない。
その主な理由としては以下の理由が挙げられる。すなわち、ターゲットに正イオンが入射すると、ターゲット表面は正に帯電する。このとき、ターゲットが金属等の導電材料である場合は、カソードからの電子がターゲット表面に供給されるため、正イオン入射によるターゲット表面の正帯電が中和され、ターゲット表面の負電位が維持される。その結果、正イオンが常にターゲットへ入射され、スパッタリングとターゲットからの二次電子放出が維持され、放電が持続する。
しかし、ターゲットが絶縁体等の高抵抗材料である場合、カソードからの電子がターゲット表面にまで供給されない。そのため、たとえばターゲットに直流電圧を印加するDCスパッタリング法では、ターゲット表面が次第に正に帯電し、正イオンがターゲットに入射するのに充分な負電位を維持することができなくなる。その結果、正イオンのターゲットへの入射数および入射時の加速電圧が減少し、二次電子の発生数が減少し、ガス分子と電子との衝突確率が減少するため、ガスがプラズマ化されなくなって、放電が維持できなくなる。
これに対し、RFスパッタリング法では、ターゲットに対し、ターゲット表面が帯電するまでの時間よりも短い周期で間欠的に負電位が印加され、ターゲット表面に電子が供給される。そのため、ターゲット表面の帯電が中和され、放電が維持される。また、十数MHzの高周波数の電力を印加することにより、ターゲット−基体間の電子密度が低くても、反応ガス分子と電子の衝突回数が増加し、イオンの生成効率が高まるため、放電が維持される。
In recent years, a film is formed by sputtering using a high resistance material such as a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or an insulator such as SiO 2 as a target.
Currently, when a film is formed by a sputtering method using a high-resistance material as a target, radio frequency (RF) sputtering in which power having a high frequency of 1 MHz or more, and actually a commercial frequency of 13.56 MHz is applied to the target. The method is used (see, for example, Patent Documents 1 and 2). This is because when a high resistance material is used as a target, the discharge can be continued only by the RF sputtering method, and the film can be formed. For example, the film is formed because the discharge is not sustained by the DC sputtering method in which a DC voltage is applied. Can not.
The main reasons are as follows. That is, when positive ions are incident on the target, the target surface is positively charged. At this time, when the target is a conductive material such as a metal, electrons from the cathode are supplied to the target surface, so that the positive charge on the target surface due to the positive ion incidence is neutralized and the negative potential on the target surface is maintained. The As a result, positive ions are always incident on the target, sputtering and secondary electron emission from the target are maintained, and discharge continues.
However, when the target is a high resistance material such as an insulator, electrons from the cathode are not supplied to the target surface. Therefore, for example, in the DC sputtering method in which a DC voltage is applied to the target, the target surface gradually becomes positively charged, and a negative potential sufficient for positive ions to enter the target cannot be maintained. As a result, the number of positive ions incident on the target and the acceleration voltage at the time of incidence decrease, the number of secondary electrons generated decreases, and the collision probability between gas molecules and electrons decreases, so that the gas is not turned into plasma. As a result, the discharge cannot be maintained.
In contrast, in the RF sputtering method, a negative potential is intermittently applied to the target at a cycle shorter than the time until the target surface is charged, and electrons are supplied to the target surface. Therefore, the charge on the target surface is neutralized and the discharge is maintained. In addition, by applying high frequency power of several tens of MHz, even if the electron density between the target and the substrate is low, the number of collisions between the reaction gas molecules and the electrons increases, and the ion generation efficiency increases, so Maintained.
しかし、RFスパッタリング法では、高周波電源とインピーダンスを整合させる高性能の整合器によりマッチングを行う必要がある。また、その調整も難しく、特に、ターゲットサイズが大きく、大電力の印加が必要な場合、例えば面積が0.5m2以上もあるような大面積基板への成膜等においては、安定放電を得るのは困難である。また、電源が大型化、高価格化してしまう問題もある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、1MHz未満の低周波数において、高抵抗体材料をターゲットとするスパッタリング法による成膜が可能な成膜方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a film forming method capable of forming a film by a sputtering method using a high-resistance material as a target at a low frequency of less than 1 MHz.
本発明者らは、前述の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、比抵抗1×102Ω・cm以下の導電性材料を非エロージョン領域に設置して、マグネットの形成する磁場に該導電性材料からから放出された電子を捕捉させる、あるいは、電子銃を用いてイオンシース領域に電子を供給する等の手段により、ターゲット表面の帯電を中和するために必要な密度の電子を、ターゲット表面に供給することによって上記課題が解決されることを見い出し、その知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本願第1の発明(以下、本発明1という。)は、比抵抗1×103Ω・cm以上の材料からなるターゲットを用い、該ターゲットに負電圧を間欠的に印加して行なうスパッタリング法による成膜方法であって、該ターゲット表面に電子を供給しつつ、負電圧の印加を1MHz未満の周波数で行なうことを特徴とする成膜方法を提供する。
本願第2の発明(以下、本発明2という。)は、比抵抗1×103Ω・cm以上の材料からなるターゲットを用い、該ターゲットに負電圧を印加して行なうスパッタリング法による成膜方法であって、電子銃を用いて該ターゲット表面に電子を供給しつつ行なうことを特徴とする成膜方法を提供する。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors installed a conductive material having a specific resistance of 1 × 10 2 Ω · cm or less in a non-erosion region, and applied the magnetic field formed by the magnet to the magnetic field. By capturing the electrons emitted from the conductive material or by supplying the electrons to the ion sheath region using an electron gun, electrons having a density necessary to neutralize the charge on the target surface are obtained. It has been found that the above problems can be solved by supplying the target surface, and the present invention has been completed based on the knowledge.
That is, in the first invention of the present application (hereinafter referred to as the present invention 1), sputtering is performed by using a target made of a material having a specific resistance of 1 × 10 3 Ω · cm or more and intermittently applying a negative voltage to the target. There is provided a film forming method characterized by applying a negative voltage at a frequency of less than 1 MHz while supplying electrons to the target surface.
The second invention of the present application (hereinafter referred to as “Invention 2”) uses a target made of a material having a specific resistance of 1 × 10 3 Ω · cm or more and applies a negative voltage to the target to form a film formation method by sputtering. A film forming method is provided, which is performed while supplying electrons to the target surface using an electron gun.
本発明の成膜方法により、1MHz未満の低周波数において、高抵抗体材料をターゲットとするスパッタリング法による成膜が可能となる。
そのため、スパッタリング法による大面積基板への有機物成膜、有機・無機混合物の成膜、紫外〜可視域における低屈折率膜の成膜、撥水・防汚性付与、高い絶縁性およびガスバリア性を有する膜の成膜、高誘電率および低誘電率膜の成膜等が容易となる。
The film formation method of the present invention enables film formation by sputtering using a high resistance material as a target at a low frequency of less than 1 MHz.
Therefore, organic film formation on large area substrates by sputtering method, organic / inorganic mixture film formation, low refractive index film formation in ultraviolet to visible range, water repellency / antifouling property, high insulation and gas barrier properties. It becomes easy to form a film having a high dielectric constant and a low dielectric constant film.
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明1は、比抵抗1×103Ω・cm以上の高抵抗材料からなるターゲットを用い、該ターゲットに負電圧を間欠的に印加して行なうスパッタリング法による成膜方法であって、該ターゲット表面に電子を供給しつつ、負電圧の印加を1MHz未満の周波数で行なうことを特徴とする成膜方法である。
本発明2は、比抵抗1×103Ω・cm以上の材料からなるターゲットを用い、該ターゲットに負電圧を印加して行なうスパッタリング法による成膜方法であって、電子銃を用いて該ターゲット表面に電子を供給しつつ行なうことを特徴とする成膜方法である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The present invention 1 is a film forming method by sputtering using a target made of a high-resistance material having a specific resistance of 1 × 10 3 Ω · cm or more, and intermittently applying a negative voltage to the target. In this film forming method, a negative voltage is applied at a frequency of less than 1 MHz while supplying electrons to the surface.
The
ターゲットに用いられる材料としては、比抵抗が1×103Ω・cm以上の材料に、本発明を好適に適用できる。
比抵抗1×103Ω・cm以上の材料としては、例えば、ポリテトラフロロエチレン(PTFE、比抵抗1×1018Ω・cm)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP、比抵抗1×1018Ω・cm)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE、比抵抗1×1017Ω・cm)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF、比抵抗2×1014Ω・cm)、ポリクロロトリフルオロエチレン(比抵抗1×1019Ω・cm)、ポリビニルフルオライド(比抵抗4×1013Ω・cm)等のフッ素樹脂;二酸化ケイ素(比抵抗1×1012Ω・cm)等が挙げられる。
これらのなかでも、比抵抗1×1010Ω・cm以上の絶縁体が好ましく、比抵抗1×1010〜1×1020Ω・cmの絶縁体がより好ましく、特にPTFE、二酸化ケイ素が好ましい。
これらは単独で使用されても、二種類以上が併用されてもよい。
As a material used for the target, the present invention can be suitably applied to a material having a specific resistance of 1 × 10 3 Ω · cm or more.
As a material having a specific resistance of 1 × 10 3 Ω · cm or more, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE, specific resistance 1 × 10 18 Ω · cm), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP, specific resistance) 1 × 10 18 Ω · cm), tetrafluoroethylene / ethylene copolymer (ETFE, specific resistance 1 × 10 17 Ω · cm), polyvinylidene fluoride (PVDF,
Among these, an insulator having a specific resistance of 1 × 10 10 Ω · cm or more is preferable, an insulator having a specific resistance of 1 × 10 10 to 1 × 10 20 Ω · cm is more preferable, and PTFE and silicon dioxide are particularly preferable.
These may be used alone or in combination of two or more.
成膜が行われる基体としては、特に制限はなく、例えばガラス、プラスチック、金属、セラミックス等、あるいはそれらの表面に反射防止膜、反射ミラー、光学フィルター、電磁波遮蔽膜、導電膜等の機能性膜が成膜されたものや、配線等が形成された電子部品等が使用できる。 The substrate on which the film is formed is not particularly limited. For example, glass, plastic, metal, ceramics, or the like, or a functional film such as an antireflection film, a reflection mirror, an optical filter, an electromagnetic wave shielding film, or a conductive film on the surface thereof. Can be used, and electronic parts on which wiring or the like is formed can be used.
本発明1において、スパッタリングは、負電圧を、1MHz未満の周波数で間欠的に印加することにより行われる。1MHz未満の周波数を用いることにより、マッチングを容易に行うことができ、電源の構成が簡単なものとなり、使用する電源を低価格化、小型化することができる。また、周波数が100kHz以下であると、整合器などを設ける必要がなくなるため、より好ましい。下限値としては、効率的に正電荷を中和できることから、1kHz以上であることが好ましい。 In the present invention 1, sputtering is performed by intermittently applying a negative voltage at a frequency of less than 1 MHz. By using a frequency of less than 1 MHz, matching can be easily performed, the configuration of the power source is simplified, and the power source to be used can be reduced in price and size. Moreover, since it is not necessary to provide a matching device etc. that a frequency is 100 kHz or less, it is more preferable. The lower limit is preferably 1 kHz or more because positive charges can be efficiently neutralized.
安定した放電を持続させる観点から、印加する正電圧は1kV以下であることが好ましく、特に10V以上200V以下であることが好ましい。効率的に電子をターゲット表面に供給することが出来れば、より低い電圧にすることが出来るので好ましい。 From the viewpoint of maintaining stable discharge, the applied positive voltage is preferably 1 kV or less, particularly preferably 10 V or more and 200 V or less. It is preferable that electrons can be efficiently supplied to the target surface because a lower voltage can be obtained.
本発明1において、後述する、ターゲット表面に電子を供給するための材料として、導電性材料をターゲット近傍に設置する方法の場合は、負電圧を印加していない間に、正電圧を印加することが好ましい。こうすることにより、電子をターゲット表面に効率的に導入することが出来る。この場合の正電圧は、10V〜200Vであることが好ましい。 In the present invention 1, in the case of a method of installing a conductive material near the target as a material for supplying electrons to the target surface, which will be described later, a positive voltage is applied while a negative voltage is not applied. Is preferred. By doing so, electrons can be efficiently introduced into the target surface. The positive voltage in this case is preferably 10V to 200V.
電子銃を用いてターゲット表面に電子を供給する本発明2の場合には、ターゲットへ直流の負電圧を印加するDCスパッタリング法でもよい。この場合には、電源の構成がより簡単なものとなり好ましい。また、効率的に電子をターゲット表面に供給できることから、負電圧を本発明1と同様に間欠的に印加する方法も採用できる。
In the case of the
負電圧を印加するための電源としては、ターゲットに対し、1MHz未満の周波数で間欠的に負電圧を印加できるものであればよく、従来よりスパッタリング等に用いられている電源装置を用いることができる。例えば、従来より直流スパッタリング等に用いられている直流放電用の電源と、一般に市販されているパルス化モジュールとを組み合わせて用いることによって間欠的な印加を行うことができる。 The power source for applying the negative voltage may be any power source that can intermittently apply a negative voltage to the target at a frequency of less than 1 MHz, and a power source device conventionally used for sputtering or the like can be used. . For example, intermittent application can be performed by using a combination of a DC discharge power source conventionally used for DC sputtering or the like and a commercially available pulsed module.
本発明において、スパッタリング法は、特に制限はなく、従来公知のスパッタリング装置を使用して行うことができる。
図1は、本発明の成膜方法の実施に使用できるスパッタリング装置の一例を示す模式的概略図である。
このスパッタリング装置は、真空排気可能な成膜室10内に、ターゲット11と、ターゲット11が配設されたバッキングプレート12と、ターゲット11に負電圧を印可するためのカソード13とから概略構成されたターゲットユニット14と、該ターゲットユニット14に対向配置された基体15と、基体15が配設された基体ホルダ16とを備えている。
さらに、成膜室10には、ガスボンベなどのスパッタガス供給源(図示せず)が接続されていて、成膜室10の内部に、アルゴンガス等のスパッタガスを供給できるようになっている。
また、カソード13および基体ホルダ16はそれぞれ電源(図示せず)に接続されており、電圧が印加されるようになっている。
In the present invention, the sputtering method is not particularly limited, and can be performed using a conventionally known sputtering apparatus.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a sputtering apparatus that can be used for carrying out the film forming method of the present invention.
This sputtering apparatus is roughly constituted by a
Further, a sputtering gas supply source (not shown) such as a gas cylinder is connected to the
The
このようなスパッタリング装置を用いた成膜は、例えば以下のようにして行うことができる。まず、成膜室10内を、排気ポンプ(図示せず)により排気して減圧する。そして、成膜室10内にスパッタガスを導入し、カソード13および基体ホルダ16に接続された電源から電力を供給すると、電子が発生し、プラズマが形成され、スパッタガスがイオン化される。生じたイオンがターゲット11方向に加速、入射してターゲット11がスパッタされ、粒子を発生する。発生した粒子は、ターゲット11と対向配置した基体15の表面に付着して膜を形成する。
Film formation using such a sputtering apparatus can be performed, for example, as follows. First, the inside of the
このようなスパッタリング装置としては、二極スパッタリング装置、マグネトロンスパッタリング装置等が挙げられる。これらの中でも、本発明においては、マグネトロンスパッタリング装置が好ましく用いられる。
マグネトロンスパッタリング法は、ターゲットの背面側に設けられたマグネットによりターゲットの表面側に磁場を形成して行うもので、ターゲットの近くに形成された磁場によって電子が拘束されることにより、効率良くイオンが生成されるため、高い成膜速度が得られる。
Examples of such a sputtering apparatus include a bipolar sputtering apparatus and a magnetron sputtering apparatus. Among these, a magnetron sputtering apparatus is preferably used in the present invention.
Magnetron sputtering is performed by forming a magnetic field on the surface side of the target with a magnet provided on the back side of the target. Electrons are restrained by the magnetic field formed near the target, so that ions are efficiently generated. Therefore, a high film formation rate can be obtained.
以下、本発明の好ましい態様であるマグネトロンスパッタリング法を例にとり、本発明をより詳細に説明する。
ターゲット表面への電子の供給方法としては、例えば以下の、本発明1の好ましい態様に相当する(a)、本発明2の好ましい態様に相当する(b)が挙げられる。
(a)比抵抗1×102Ω・cm以下の導電性材料を非エロージョン領域に設置する方法
(b)電子銃を用いてターゲット表面に電子を供給する方法
なお、本発明において、非エロージョン領域とは、ターゲットのスパッタリングが実質的に生じない領域であり、スパッタリングが実質的に生じるエロージョン領域以外の領域がすべて含まれる。マグネトロンスパッタリング法においては、通常磁場の大きさが50ガウス以下であれば実質的にスパッタリングが生ぜず、すなわち非エロージョン領域となる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by taking a magnetron sputtering method which is a preferred embodiment of the present invention as an example.
Examples of the method for supplying electrons to the target surface include the following (a) corresponding to the preferred embodiment of the present invention 1 and (b) corresponding to the preferred embodiment of the
(A) Method of installing a conductive material having a specific resistance of 1 × 10 2 Ω · cm or less in a non-erosion region (b) Method of supplying electrons to the target surface using an electron gun In the present invention, the non-erosion region Is a region where sputtering of the target does not substantially occur, and includes all regions other than the erosion region where sputtering occurs substantially. In the magnetron sputtering method, if the magnitude of the magnetic field is usually 50 gauss or less, substantially no sputtering occurs, that is, it becomes a non-erosion region.
<方法(a)>
方法(a)に用いられる導電性材料としては、比抵抗1×102Ω・cm以下であればどのような材料でも構わない。例えば、鉄、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、亜鉛、クロム、モリブデン、ジルコニウム、コバルト、スズ、インジウムなどの金属、これら金属を含有する合金類または化合物、カーボン、ドーパントを混入したシリコンなどが挙げられる。
<Method (a)>
As the conductive material used in the method (a), any material may be used as long as the specific resistance is 1 × 10 2 Ω · cm or less. Examples include metals such as iron, nickel, copper, titanium, aluminum, zinc, chromium, molybdenum, zirconium, cobalt, tin, and indium, alloys or compounds containing these metals, carbon, silicon mixed with dopants, and the like. .
方法(a)として、より具体的には、例えば以下の方法(a−1)、(a−2)、(a−3)等が挙げられる。
(a−1)導電性材料を、非エロージョン領域であり、かつイオンシース領域である場所に設置することで、導電性材料より電子を発生させ、発生した電子をカソード近傍に形成された磁場で捕捉させることで、イオンシース領域に電子を供給し、必要な密度の電子をターゲット表面に供給し、帯電中和を行う方法。ここで、イオンシース領域とは、ターゲットに負電圧を印加した際に、ターゲット近傍のプラズマ中に形成される正の電荷を帯びた領域で、この領域では、プラズマ中の正イオンがターゲット方向に加速され、ターゲット表面に入射する。
つまり、非エロージョン領域であり、かつイオンシース領域である場所では、イオンシース領域で加速されたイオンの入射による二次電子の発生がありながら、スパッタリングがほとんど生じない。そのため、その領域に導電性材料を設置することにより、該導電性材料は、基体上に形成される膜に取り込まれることなく、電子をターゲット表面に供給し、放電が維持される。
ただし、導電性材料を意図的に膜へ混入させる場合には、エロージョン領域の一部に導電性材料を設置してもよい。
More specifically, the method (a) includes, for example, the following methods (a-1), (a-2), (a-3) and the like.
(A-1) By installing a conductive material in a location that is a non-erosion region and an ion sheath region, electrons are generated from the conductive material, and the generated electrons are generated by a magnetic field formed in the vicinity of the cathode. A method of performing charge neutralization by supplying electrons to the ion sheath region by supplying the electrons and supplying electrons of a necessary density to the target surface. Here, the ion sheath region is a positively charged region formed in the plasma near the target when a negative voltage is applied to the target. In this region, positive ions in the plasma are directed toward the target. It is accelerated and incident on the target surface.
That is, in a place that is a non-erosion region and an ion sheath region, sputtering is hardly generated while secondary electrons are generated by the incidence of ions accelerated in the ion sheath region. Therefore, by installing a conductive material in that region, the conductive material supplies electrons to the target surface without being taken into a film formed on the substrate, and discharge is maintained.
However, when the conductive material is intentionally mixed into the film, the conductive material may be provided in a part of the erosion region.
マグネトロンスパッタリング法においては、イオンシース領域とは、磁場の大きさが0ガウス超である領域であり、通常はターゲット表面から10mm以内の領域である。従って、マグネトロンスパッタリングにおいては、導電性材料を、磁場の大きさが0ガウス超、50ガウス以下である場所に設置することが好ましく、さらに磁場の大きさが0ガウス超、20ガウス以下の場所に設置することが特に好ましい。 In the magnetron sputtering method, the ion sheath region is a region where the magnitude of the magnetic field exceeds 0 Gauss, and is usually a region within 10 mm from the target surface. Therefore, in magnetron sputtering, it is preferable to install the conductive material in a place where the magnitude of the magnetic field is greater than 0 gauss and less than 50 gauss, and further in the place where the magnitude of the magnetic field is greater than 0 gauss and less than 20 gauss. It is particularly preferable to install.
(a−2)非エロージョン領域に導電性材料を設置し、例えば1000K〜4000Kの温度で加熱することにより電子を放出させる。 (A-2) A conductive material is placed in the non-erosion region, and electrons are emitted by heating at a temperature of 1000 K to 4000 K, for example.
(a−3)高抵抗材料ターゲットとしたカソードに隣接した非エロージョン領域に、導電性材料をターゲットとしたカソードを設置し、かつ、高抵抗材料ターゲットに負電圧が印加されていない時間に隣接して設置された導電性材料ターゲットに負電圧を印加する。
この場合、高抵抗材料ターゲットに負電圧が印加されていない時間に両カソード間で電場勾配が生じるため、導電性材料ターゲットの放電により生じたプラズマ中の電子が、高抵抗材料ターゲット近傍に引き込まれ、電子がターゲット表面に供給される。
両カソードへの電力の印加は、2台の電源を用いて独立に制御しても良いし、1台の電源を用いて両カソード間に反転させた電力を印加しても良い。また、高抵抗材料ターゲットに負電圧が印加されていない時間に常に、導電性材料ターゲットに負電圧が印加されている必要はなく、両者の周波数が一致している必要はない。
また、導電性材料ターゲットとしては、カーボン等を用いると、高抵抗材料ターゲットとして有機材料を用いる場合、特に隣接した高抵抗材料ターゲットと導電性材料ターゲットに対向して基材を搬送させるインライン成膜装置を用いる場合、異種元素の混入がないため好ましく、また膜の強度を向上させる目的でも好ましい。
(A-3) In a non-erosion region adjacent to a cathode having a high resistance material target, a cathode having a conductive material as a target is installed, and adjacent to a time when a negative voltage is not applied to the high resistance material target. A negative voltage is applied to the conductive material target installed.
In this case, an electric field gradient is generated between the cathodes when no negative voltage is applied to the high-resistance material target, so electrons in the plasma generated by the discharge of the conductive material target are drawn into the vicinity of the high-resistance material target. , Electrons are supplied to the target surface.
Application of power to both cathodes may be controlled independently using two power supplies, or inverted power may be applied between both cathodes using one power supply. Further, it is not always necessary to apply a negative voltage to the conductive material target at a time when a negative voltage is not applied to the high-resistance material target, and the frequencies of both do not need to match.
In addition, when carbon or the like is used as the conductive material target, when an organic material is used as the high resistance material target, in-line film formation that transports the substrate facing the adjacent high resistance material target and the conductive material target in particular. In the case of using an apparatus, it is preferable because different elements are not mixed, and it is also preferable for the purpose of improving the strength of the film.
<方法(b)>
電子銃は、電子源より電子を放出させる装置である。電子銃としては、熱することによって電子を真空中に放出させる熱電子放出タイプの電子銃、電界によって電子を真空中に放出させるフィールドエミッションタイプの電子銃等がある。
方法(b)では、電子を直接ターゲット表面に供給することができるため、必ずしもマグネトロンスパッタリング法である必要はないが、効率的にターゲット表面の正帯電を中和することができることから、マグネトロンスパッタリング法に適用することが好ましい。マグネトロンスパッタリング法である場合、電子銃から放出された電子を、カソードに設置されたマグネットの形成する磁場に補足させることにより、カソード近傍、例えば上述したイオンシース領域に電子を供給し、ターゲット表面の帯電を中和するために必要な密度の電子を、ターゲット表面に供給して帯電中和を行うことにより、スパッタリングが維持される。
<Method (b)>
An electron gun is a device that emits electrons from an electron source. Examples of the electron gun include a thermionic emission type electron gun that emits electrons into a vacuum by heating, a field emission type electron gun that emits electrons into a vacuum by an electric field, and the like.
In the method (b), since electrons can be directly supplied to the target surface, the magnetron sputtering method is not necessarily required. However, since the positive charge on the target surface can be efficiently neutralized, the magnetron sputtering method is used. It is preferable to apply to. In the case of the magnetron sputtering method, electrons are supplied to the vicinity of the cathode, for example, the ion sheath region described above by supplementing the electrons emitted from the electron gun with the magnetic field formed by the magnet installed on the cathode, and Sputtering is maintained by supplying electrons having a density necessary for neutralizing the charge to the target surface to effect charge neutralization.
以下、本発明を、図面に基づいてより詳細に説明する。
<第1実施形態>
本実施形態は、上述した方法(a−1)に対応する実施形態である。
高抵抗材料としてフッ素樹脂を使用する場合は、第1実施形態を採用することが好ましい。
図2に、本実施形態において好適に使用される、図1に示したスパッタリング装置におけるターゲットユニット14の模式的概略構成図を示す。図2の(a)は上面図、(b)は縦断面図である。
ターゲットユニット14は、円形のシート状のターゲット11と、円形のバッキングプレート12と、バッキングプレート12の裏側(ターゲット12の背面側)に配設された、円環状のマグネット21と、柱状のマグネット22と、カソード13とから概略構成されている。また、カソード13内には水冷用配管23が配されており、カソード13を冷却できるようになっている。
マグネット21はN極をターゲット11側に向けて、マグネット22はS極をターゲット11側に向けて設置されている。そのため、ターゲット11の表面側には、リング状の磁場が形成されるようになっている。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the drawings.
<First Embodiment>
The present embodiment is an embodiment corresponding to the method (a-1) described above.
When a fluororesin is used as the high resistance material, it is preferable to employ the first embodiment.
FIG. 2 shows a schematic schematic configuration diagram of the
The
The
本実施形態において、ターゲット11およびバッキングプレート12には、マグネット21よりも外側の位置に、8つの貫通孔が形成されている。そして各貫通孔に導電性材料からなるネジ24を嵌め込むことにより、ターゲット11が、バッキングプレート12に固定されている。
In the present embodiment, eight through holes are formed in the
本実施形態においては、このネジ24の位置が重要である。すなわち、これらのネジ24が、ターゲット11上のマグネット21よりも外側の位置、つまり、イオンシース領域でありかつ非エロージョン領域である場所に設置されていることにより、放電が維持される。
その理由としては、以下の理由が考えられる。すなわち、ターゲット11の表面側には、上述のようにリング状の磁場が形成されるため、その磁場内、すなわちマグネット21の内側の領域では、イオン化密度が高くなる。この領域が、ターゲット11が多くスパッタされて浸食される領域、すなわちエロージョン領域となる。一方、このエロージョン領域から外れた領域(非エロージョン領域)では、イオン化密度が上がらないため、ターゲット11のスパッタが余り起こらない。なお、この非エロージョン領域には、エロージョン領域からスパッタされたターゲット粒子が付着する傾向があり、付着物による変色等が見られることがある。
しかし、非エロージョン領域であっても、ターゲット11上はカソード13から負電圧が印可されるイオンシース領域であるため、イオンの入射がある。したがって、この、イオンシース領域でありかつ非エロージョン領域である場所に、二次電子を放出しやすい導電性材料からなるネジ24を設置すると、イオンの入射により比較的多くの二次電子が発生する。発生した二次電子は、ターゲット11の表面側に形成された磁場によって捕捉され、ターゲット表面に供給される。これにより、放電が維持されると考えられる。
In the present embodiment, the position of the
The following reasons can be considered as the reason. That is, since the ring-shaped magnetic field is formed on the surface side of the
However, even in the non-erosion region, ions are incident on the
以下、他の実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下に記載する実施形態において、第1実施形態に対応する構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。 Hereinafter, other embodiments will be described with reference to the drawings. In the embodiments described below, the same reference numerals are given to the components corresponding to the first embodiment, and the detailed description thereof is omitted.
<第2実施形態>
図3に、本実施形態で使用されるターゲットユニット14の模式的概略構成図を示す。図3の(a)は上面図、(b)は縦断面図である。
高抵抗材料として二酸化ケイ素を使用する場合は、通常、第2実施形態を採用する。
本実施形態は、上述した第1実施形態において、導電性材料からなるネジ24が、ターゲット31を介さず、バッキングプレート12に直接、インジウムのような低融点メタル材料でボンディングされている点で、第1実施形態と異なっている。
また、ネジ24は、導電性材料からなるナット32を介して取り付けられており、その頭部がターゲット31の表面よりも上方に突出するようになっている。
Second Embodiment
In FIG. 3, the typical schematic block diagram of the
When silicon dioxide is used as the high resistance material, the second embodiment is usually adopted.
In this embodiment, in the first embodiment described above, the
The
<第3実施形態>
本実施形態は、上述した方法(a−3)に対応する実施形態である。本実施形態では、図1に示したターゲットユニット14の隣接した位置に、ターゲットとして導電材料を用いた他のターゲットユニット41を配設する。
図4、5に、本実施形態で使用されるターゲットユニット14およびターゲットユニット41の模式的概略構成図を示す。図4は上面図、図5は縦断面図である。
<Third Embodiment>
The present embodiment is an embodiment corresponding to the method (a-3) described above. In the present embodiment, another
4 and 5 are schematic schematic configuration diagrams of the
本実施形態において、ターゲットユニット14は、形状が方形であり、12個のネジ24が取り付けられている以外は、第1実施形態において示したのと同様の構成のものが用いられる。
また、ターゲットユニット41としては、形状が方形であり、ターゲットとして導電性材料からなるターゲット42を用い、12個のネジ24が、ナット32を介さずに、頭部がターゲットの表面よりも下方になるように取り付けられている以外は、第2実施形態において示したのと同様の構成のものが用いられる。
また、これらのターゲットユニット14およびターゲットユニット41は、それぞれ、エロージョン領域の上方が開口したカソードカバー43、44内に収容されている。
In the present embodiment, the
The
Further, the
導電性材料をターゲットとしたターゲットユニット41は、高抵抗材料をターゲットとしたターゲットユニット14に電圧を印加しないかあるいは正電圧が印加されている時に、負電圧が印加されていればよい。つまりターゲットユニット14と41に交互に負電圧を印加し、各々負電圧が印加されていない時間に電圧を印加しないかあるいは正電圧を印加しても良いし、ターゲットユニット41には常に負電圧を印加し、ターゲットユニット14には負電圧と正電圧を交互に印加するか間欠的に負電圧のみ印加しても良い。
またターゲットユニット14に電圧を印加しないかあるいは正電圧が印加されている時間、常に負電圧が印加されている必要はなく、周波数や1周期の負・正電圧印加時間が異なっても良い。
さらにターゲットユニット41に印加される負電圧はグロー放電が発生するのに十分な電圧でも良いし、放電開始電圧よりも小さい電圧でも良い。
このように、ターゲット14とターゲット41に交互に負電圧を印可すると、ターゲット14,41間で電場勾配が生じる。そのため、導電性材料からなるターゲット41への負電圧の印加により発生した電子が、ターゲット14に正電圧を印加したとき、または電圧を印加していないときにターゲット14方向に移動し、ターゲット近傍に引き込まれてターゲット表面に供給され、帯電を中和する。その結果、放電が維持され、成膜できる。
The
Further, it is not always necessary to apply a negative voltage to the
Further, the negative voltage applied to the
As described above, when a negative voltage is alternately applied to the
なお、第1、第2実施形態では円形のターゲット、第3実施形態では方形のターゲットを例示したが、本発明はこれに限定されず、それぞれ、方形であっても円形であってもよく、これら以外の形状であってもよい。また、ネジの数や位置等についても、本発明の効果を損なわない範囲で、任意に設定できる。 In addition, although the circular target was illustrated in 1st, 2nd embodiment, and the square target was demonstrated in 3rd Embodiment, this invention is not limited to this, Each may be square or circular, Other shapes may be used. Also, the number and position of the screws can be arbitrarily set within a range not impairing the effects of the present invention.
以下、実施例を示して本発明をより詳細に説明する。
実施例1
まず、図2と同様の構成のターゲットユニットを作成した。すなわち、直径12.7cmで1mm厚のPTFEシートの外周部に直径6mmの穴8個を作製し、銅製バッキングプレートと共にマグネトロンスパッタリング装置のカソードへSUS304製ネジで固定し、PTFEシートをターゲット11とし、SUS304製ネジを電子源とした。
次いで、成膜室を267μPaまで排気した後 アルゴンガスを成膜室に導入し、成膜室と排気系間の真空バルブを調整し、真空度6.8Paとした。
直流電源およびパルス発生モジュールを用いて、カソードへ負電圧を印加し、一定の周期で間欠的に正電圧を印加したところ、PTFEターゲット上で放電が発生した。
放電開始後、真空バルブを調整し、真空度0.54Paとしたが、放電は安定して持続した。このとき、カソードへ印加された負電圧および正電圧設定値は、それぞれ744Vおよび135Vであり、1周期の負電圧の実効電圧および正電圧印加時間は各々25μ秒であり、周波数は20kHzであった。また直流電源の実効電力の設定値は0.2kwであった。
放電中にカソードに入力された電圧・電流値の測定結果を図6に示す。図6のグラフにおいて、横軸は時間(1目盛り:2μ秒、破線グリッド間:10μ秒)を示し、縦軸はカソードに印加された電圧および電流の値(1目盛り:電圧100V、電流0.1A、破線グリッド間:電圧500V、電流0.5A、矢印1が0V,矢印2が0Aの位置を示す。共に縦軸上方向が+、下方向が−)を示す。また、グラフ中、上側の波状線は電圧波形を示し、下側の波状線は電流波形を示す。このグラフから、放電が持続して発生したことがわかる。
また、シャッターを開け、ガラス基板上に20分間成膜した。成膜後、水の接触角を測定したところ、成膜前に30°であった水接触角は、89°となっていた。
さらに、成膜室内を大気圧にした後、放電後のPTFEシートを観察したところ、マグネトロンスパッタリング装置においてカソードに設置されたマグネットにより生じる最もスパッタリングが強く起きるエロージョン領域は白色に観察された。一方、その外周部の、同装置においてスパッタリングが行われず反応生成物が堆積する非エロージョン領域は黄色に観察された。エロージョン領域および非エロージョン領域の水の接触角を測定したところ、各々110°および54°であった。このことから、エロージョン領域でスパッタが生じたことが確認できた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
Example 1
First, a target unit having the same configuration as in FIG. 2 was created. That is, 8 holes with a diameter of 12.7 cm and a diameter of 1 mm were prepared on the outer periphery of a PTFE sheet having 8 mm diameter, fixed together with a copper backing plate to the cathode of a magnetron sputtering apparatus with SUS304 screws, and the PTFE sheet was used as the target 11 A SUS304 screw was used as the electron source.
Next, after the film formation chamber was evacuated to 267 μPa, argon gas was introduced into the film formation chamber, and the vacuum valve between the film formation chamber and the exhaust system was adjusted to a degree of vacuum of 6.8 Pa.
When a negative voltage was applied to the cathode using a DC power source and a pulse generation module, and a positive voltage was applied intermittently at a constant period, a discharge was generated on the PTFE target.
After starting the discharge, the vacuum bulb was adjusted to a degree of vacuum of 0.54 Pa, but the discharge was stably sustained. At this time, the negative voltage and the positive voltage set value applied to the cathode were 744 V and 135 V, respectively, the effective voltage and the positive voltage application time of one cycle of negative voltage were each 25 μs, and the frequency was 20 kHz. . The set value of the effective power of the DC power supply was 0.2 kW.
FIG. 6 shows the measurement results of the voltage and current values input to the cathode during discharge. In the graph of FIG. 6, the horizontal axis represents time (1 scale: 2 μsec, between broken line grids: 10 μsec), and the vertical axis represents the voltage and current values applied to the cathode (1 scale: voltage 100 V, current 0. 1A, between broken line grids: voltage 500V, current 0.5A, arrow 1 indicates 0V, and
Further, the shutter was opened, and a film was formed on the glass substrate for 20 minutes. When the contact angle of water was measured after film formation, the water contact angle, which was 30 ° before film formation, was 89 °.
Furthermore, when the film formation chamber was brought to atmospheric pressure and the PTFE sheet after discharge was observed, the erosion region where the most intense sputtering caused by the magnet installed on the cathode in the magnetron sputtering apparatus was observed in white. On the other hand, a non-erosion region in which the reaction product was deposited without sputtering in the same apparatus on the outer periphery was observed in yellow. When the contact angles of water in the erosion region and the non-erosion region were measured, they were 110 ° and 54 °, respectively. From this, it was confirmed that spatter occurred in the erosion region.
比較例1
実施例1と同様のPTFEシートを銅製バッキングプレートと共に、上面をPTFEテープで覆ったSUS304製ネジを用いてマグネトロンスパッタリング装置のカソードへ固定し、PTFEシートをターゲット11とした。
成膜室を267μPaまで排気した後 アルゴンガスを成膜室に導入し、成膜室と排気系間の真空バルブを調整し真空度6.8Paとした。直流電源およびパルス発生モジュールを用いて、カソードへ電圧を印加したが、放電は発生しなかった。このとき、1周期の負電圧および正電圧印加時間の設定は各々25μ秒、直流電源の実効電力の設定値は0.4kwであった。
Comparative Example 1
A PTFE sheet similar to that of Example 1 was fixed to the cathode of a magnetron sputtering apparatus using a SUS304 screw whose upper surface was covered with a PTFE tape together with a copper backing plate, and the PTFE sheet was used as the
After the film formation chamber was evacuated to 267 μPa, argon gas was introduced into the film formation chamber, and the vacuum valve between the film formation chamber and the exhaust system was adjusted to a degree of vacuum of 6.8 Pa. A voltage was applied to the cathode using a DC power supply and a pulse generation module, but no discharge occurred. At this time, the setting of the negative voltage and the positive voltage application time in one cycle was 25 μs, respectively, and the setting value of the effective power of the DC power supply was 0.4 kW.
実施例2
実施例1と同様のPTFEシートを銅製バッキングプレートと共にマグネトロンスパッタリング装置のカソードへSUS304製ネジで固定し、PTFEシートをターゲット11とし、SUS304製ネジを電子源とした。
成膜室を267μPaまで排気した後 アルゴンガスを成膜室に導入し、成膜室と排気系間の真空バルブを調整し真空度6.8Paとした。直流電源およびパルス発生モジュールを用いて、カソードへ間欠的に負電圧を印加したところ、PTFEターゲット上で放電が発生した。放電開始後真空バルブを調整し真空度0.54Paとしたが放電は安定して持続した。このとき、カソードへ印加された負電圧の実効電圧は750Vであり、1周期の時間および負電圧印加時間は各々50μ秒および25μ秒であり、周波数は20kHzであった。負電圧印加時間以外は0Vに設定した。また直流電源の実効電力の設定値は0.2kwとした。
シャッターを開け、ガラス基板上に20分間成膜した後、水の接触角を測定したところ90°であった。
Example 2
A PTFE sheet similar to that of Example 1 was fixed to a cathode of a magnetron sputtering apparatus together with a copper backing plate with a SUS304 screw, the PTFE sheet was used as a
After the film formation chamber was evacuated to 267 μPa, argon gas was introduced into the film formation chamber, and the vacuum valve between the film formation chamber and the exhaust system was adjusted to a degree of vacuum of 6.8 Pa. When a negative voltage was intermittently applied to the cathode using a DC power supply and a pulse generation module, a discharge was generated on the PTFE target. After starting the discharge, the vacuum bulb was adjusted to a degree of vacuum of 0.54 Pa, but the discharge was stably maintained. At this time, the effective voltage of the negative voltage applied to the cathode was 750 V, the time of one cycle and the negative voltage application time were 50 μs and 25 μs, respectively, and the frequency was 20 kHz. Except for the negative voltage application time, it was set to 0V. The set value of the effective power of the DC power source was 0.2 kW.
After opening the shutter and forming a film on the glass substrate for 20 minutes, the contact angle of water was measured and found to be 90 °.
実施例3
実施例1と同様のPTFEシートを銅製バッキングプレートと共にマグネトロンスパッタリング装置のカソードへSUS304製ネジで固定し、PTFEシートをターゲット11とし、SUS304製ネジを電子源とした。
成膜室を267μPaまで排気した後 アルゴンガスを成膜室に導入し、成膜室と排気系間の真空バルブを調整し、真空度6.8Paとした。直流電源およびパルス発生モジュールを用いて、カソードへ、実効電圧920Vの負電圧と、設定値200Vの正電圧とを交互に一定の周期で間欠的に印加したところ、PTFEターゲット上で放電が発生した。放電開始後、真空バルブを調整し真空度0.54Paとしたが放電は安定して持続した。1周期の負電圧および正電圧印加時間は各々25μ秒であり、周波数は20kHzであった。また直流電源の実効電力の設定値は0.4kwであった。
シャッターを開け、ガラス基板上に10分間成膜した後、水の接触角を測定したところ93°であった。
Example 3
A PTFE sheet similar to that of Example 1 was fixed to a cathode of a magnetron sputtering apparatus together with a copper backing plate with a SUS304 screw, the PTFE sheet was used as a
After the film formation chamber was evacuated to 267 μPa, argon gas was introduced into the film formation chamber, and the vacuum valve between the film formation chamber and the exhaust system was adjusted to a degree of vacuum of 6.8 Pa. When a negative voltage with an effective voltage of 920 V and a positive voltage with a set value of 200 V were intermittently applied to the cathode using a DC power source and a pulse generation module alternately at a constant cycle, a discharge was generated on the PTFE target. . After starting the discharge, the vacuum bulb was adjusted to a degree of vacuum of 0.54 Pa, but the discharge was stably maintained. One cycle of negative voltage and positive voltage application time was 25 μs, respectively, and the frequency was 20 kHz. The set value of the effective power of the DC power supply was 0.4 kW.
After opening the shutter and forming a film on the glass substrate for 10 minutes, the contact angle of water was measured and found to be 93 °.
実施例4
実施例1と同様のPTFEシートを銅製バッキングプレートと共にマグネトロンスパッタリング装置のカソードへSUS304製ネジで固定し、PTFEシートをターゲット11とし、SUS304製ネジを電子源とした。
成膜室を267μPaまで排気した後 アルゴンガスを成膜室に導入し、成膜室と排気系間の真空バルブを調整し、真空度6.8Paとした。直流電源およびパルス発生モジュールを用いて、カソードへ、実効電圧925Vの負電圧と、設定値200Vの正電圧とを交互に一定の周期で間欠的に印加したところ、PTFEターゲット上で放電が発生した。放電開始後、真空バルブを調整し真空度0.54Paとしたが放電は安定して持続した。1周期の負電圧および正電圧印加時間は各々50μ秒および25μ秒であり、周波数は13.3kHzであった。また直流電源の実効電力の設定値は0.4kwであった。
シャッターを開け、ガラス基板上に10分間成膜した後、水の接触角を測定したところ91°であった。
Example 4
A PTFE sheet similar to that of Example 1 was fixed to a cathode of a magnetron sputtering apparatus together with a copper backing plate with a SUS304 screw, the PTFE sheet was used as a
After the film formation chamber was evacuated to 267 μPa, argon gas was introduced into the film formation chamber, and the vacuum valve between the film formation chamber and the exhaust system was adjusted to a degree of vacuum of 6.8 Pa. When a negative voltage with an effective voltage of 925 V and a positive voltage with a set value of 200 V were alternately applied intermittently at a constant cycle to the cathode using a DC power source and a pulse generation module, a discharge was generated on the PTFE target. . After starting the discharge, the vacuum bulb was adjusted to a degree of vacuum of 0.54 Pa, but the discharge was stably maintained. One cycle of negative voltage and positive voltage application time was 50 μs and 25 μs, respectively, and the frequency was 13.3 kHz. The set value of the effective power of the DC power supply was 0.4 kW.
After opening the shutter and forming a film on the glass substrate for 10 minutes, the contact angle of water was measured and found to be 91 °.
実施例5
実施例1と同様のPTFEシートを銅製バッキングプレートと共にマグネトロンスパッタリング装置のカソードへSUS304製ネジで固定し、PTFEシートをターゲット11とし、SUS304製ネジを電子線源とした。
成膜室を267μPaまで排気した後 アルゴンガスを成膜室に導入し、成膜室と排気系間の真空バルブを調整し真空度6.8Paとした。直流電源およびパルス発生モジュールを用いて、カソードへ、実効電圧932Vの負電圧と、設定値200Vの正電圧とを交互に一定の周期で間欠的に印加したところ、PTFEターゲット上で放電が発生した。放電開始後真空バルブを調整し真空度0.54Paとしたが放電は安定して持続した。1周期の負電圧および正電圧印加時間は各々100μ秒および25μ秒であり、周波数は8kHzであった。また直流電源の実効電力の設定値は0.4kwであった。
シャッターを開け、ガラス基板上に10分間成膜した後、水の接触角を測定したところ89°であった。
Example 5
A PTFE sheet similar to that in Example 1 was fixed to a cathode of a magnetron sputtering apparatus together with a copper backing plate with a SUS304 screw, the PTFE sheet was used as a
After the film formation chamber was evacuated to 267 μPa, argon gas was introduced into the film formation chamber, and the vacuum valve between the film formation chamber and the exhaust system was adjusted to a degree of vacuum of 6.8 Pa. When a negative voltage with an effective voltage of 932 V and a positive voltage with a set value of 200 V were alternately applied intermittently at a constant cycle to the cathode using a DC power supply and a pulse generation module, a discharge was generated on the PTFE target. . After starting the discharge, the vacuum bulb was adjusted to a degree of vacuum of 0.54 Pa, but the discharge was stably maintained. One cycle of negative voltage and positive voltage application time was 100 μs and 25 μs, respectively, and the frequency was 8 kHz. The set value of the effective power of the DC power supply was 0.4 kW.
After opening the shutter and forming a film on the glass substrate for 10 minutes, the contact angle of water was measured and found to be 89 °.
実施例6
まず、図3と同様の構成のターゲットユニットを作成した。すなわち、実施例1と同じマグネトロンスパッタリング装置のカソードに直径10.2cm、5mm厚のSiO2ターゲットを固定した。この際SUS304製ナットを用いて、SUS304製ネジの最上面がSiO2ターゲット面より1mm高くなるよう調節した。
成膜室を267μPaまで排気した後 アルゴンガスを成膜室に導入し、成膜室と排気系間の真空バルブを調整し真空度6.8Paとした。直流電源およびパルス発生モジュールを用いて、カソードへ負電圧を印加し一定の周期で間欠的に正電圧を印加したところ、SiO2ターゲット上で放電が発生した。放電開始後真空バルブを調整し真空度0.54Paとしたが放電は安定して持続した。このとき、カソードへ印加された負電圧の実効電圧および正電圧設定値は771Vおよび135Vであり、1周期の負電圧および正電圧印加時間は各々25μ秒および25μ秒であり、周波数は20kHzであった。また直流電源の実効電力の設定値は0.20kwであった。
放電中の電圧・電流値の測定結果を図7に示す。図7のグラフにおいて、横軸は時間(1目盛り:2μ秒、破線グリッド間:10μ秒)を示し、縦軸はカソードに印加された電圧および電流の値(1目盛り:電圧100V、電流0.1A、破線グリッド間:電圧500V、電流0.5A、矢印1が0V,矢印2が0Aの位置を示す。共に縦軸上方向が+、下方向が−)を示す。また、グラフ中、上側の波状線は電圧波形を示し、下側の波状線は電流波形を示す。このグラフから、放電が持続して発生したことがわかる。
Example 6
First, a target unit having the same configuration as in FIG. 3 was created. That is, a SiO 2 target having a diameter of 10.2 cm and a thickness of 5 mm was fixed to the cathode of the same magnetron sputtering apparatus as in Example 1. At this time, using a SUS304 nut, the top surface of the SUS304 screw was adjusted to be 1 mm higher than the SiO 2 target surface.
After the film formation chamber was evacuated to 267 μPa, argon gas was introduced into the film formation chamber, and the vacuum valve between the film formation chamber and the exhaust system was adjusted to a degree of vacuum of 6.8 Pa. When a negative voltage was applied to the cathode using a DC power source and a pulse generation module and a positive voltage was intermittently applied at a constant period, a discharge was generated on the SiO 2 target. After starting the discharge, the vacuum bulb was adjusted to a degree of vacuum of 0.54 Pa, but the discharge was stably maintained. At this time, the effective voltage and positive voltage set value of the negative voltage applied to the cathode are 771 V and 135 V, the negative voltage and positive voltage application time in one cycle are 25 μs and 25 μs, respectively, and the frequency is 20 kHz. It was. The set value of the effective power of the DC power supply was 0.20 kw.
The measurement results of the voltage / current values during discharge are shown in FIG. In the graph of FIG. 7, the horizontal axis represents time (1 scale: 2 μsec, between broken line grids: 10 μsec), and the vertical axis represents the voltage and current values applied to the cathode (1 scale: voltage 100 V, current 0. 1A, between broken line grids: voltage 500V, current 0.5A, arrow 1 indicates 0V, and
実施例7
まず、図4,5と同様の構成のターゲットユニットを作成する。すなわち、1mm厚のPTFEシートを22cm×9cmの銅製バッキングプレートに合わせて22cm×9cmの矩形に切り、さらにバッキングプレートの固定用ネジ穴位置に合わせ、外周部に直径6mmのネジ穴12個を作製する。このPTFEシートを、上記バッキングプレートと共にカソードへSUS製ネジで固定した後SUS製カソードカバーを取り付けてターゲット11とする。
同様に、前記カソードに隣接した別のカソードへ、銅製バッキングプレートにボンデイング済みのPドープSiターゲット(比抵抗:0.01Ω・cm、20cm×7cm、5mm厚)を固定した後SUS製カソードカバーを取り付けてターゲット42とする。
次いで、これら2つのカソードを収容した成膜室を267μPaまで排気した後 アルゴンと酸素の混合ガス(Ar流量:O2流量=8:2)を成膜室に導入し、真空度0.27Paとする。PTFEシートを固定するカソードとPドープSiターゲットを固定するカソードに、一台の電源を用い、50kHzの周波数で位相を変えて電力を印加する。すなわち、PTFEシートを固定するカソードに負電圧が印加されている時間にPドープSiターゲットを固定するカソードに正電圧を印加し、PTFEシートを固定するカソードに正電圧が印加されている時間にPドープSiターゲットを固定するカソードに負電圧を印加する。PTFEターゲット上およびPドープSiターゲット上で安定した放電が得られる。
Example 7
First, a target unit having the same configuration as that shown in FIGS. In other words, a 1 mm thick PTFE sheet was cut into a 22 cm x 9 cm rectangle in accordance with a 22 cm x 9 cm copper backing plate, and further aligned with the fixing screw hole position of the backing plate, producing 12 screw holes with a diameter of 6 mm on the outer periphery. To do. The PTFE sheet is fixed to the cathode together with the backing plate with a SUS screw, and then a SUS cathode cover is attached to obtain the
Similarly, after fixing a P-doped Si target (specific resistance: 0.01Ω · cm, 20 cm × 7 cm, 5 mm thickness) bonded to a copper backing plate to another cathode adjacent to the cathode, a SUS cathode cover is attached. The
Next, after evacuating the film formation chamber containing these two cathodes to 267 μPa, a mixed gas of argon and oxygen (Ar flow rate: O 2 flow rate = 8: 2) was introduced into the film formation chamber, and the degree of vacuum was 0.27 Pa. To do. Electric power is applied to the cathode for fixing the PTFE sheet and the cathode for fixing the P-doped Si target by changing the phase at a frequency of 50 kHz using a single power source. That is, a positive voltage is applied to the cathode that fixes the P-doped Si target during the time when a negative voltage is applied to the cathode that fixes the PTFE sheet, and a positive voltage is applied to the cathode that fixes the PTFE sheet. A negative voltage is applied to the cathode that fixes the doped Si target. A stable discharge is obtained on the PTFE target and the P-doped Si target.
実施例8
実施例7において、PドープSiターゲットに代えて、カーボンターゲット(比抵抗:0.1Ω・cm)を用い、アルゴンと酸素の混合ガスをアルゴンガスに代えた以外は実施例7と同様にして電力を印加する。PTFEターゲット上およびカーボンターゲット上で安定した放電が得られる。
Example 8
In Example 7, instead of the P-doped Si target, a carbon target (specific resistance: 0.1 Ω · cm) was used, and the power was changed in the same manner as in Example 7 except that the mixed gas of argon and oxygen was replaced with argon gas. Is applied. Stable discharge is obtained on the PTFE target and the carbon target.
実施例9
実施例7と同様、1mm厚のPTFEシートを22cm×9cmの矩形に切り、さらに22cm×9cmの銅製バッキングプレートの固定用ネジ穴位置に合わせ、外周部に直径6mmのネジ穴12個を作製する。このPTFEシートを上記バッキングプレートと共にマグネトロンスパッタリング装置のカソードへSUS製ネジで固定した後SUS製カソードカバーを取り付けターゲットとする。また上記PTFEシートを固定するカソードに隣接したカソードへ、銅製バッキングプレートにボンデイング済みのPドープSiターゲット(比抵抗:0.01Ω・cm)を固定した後SUS製カソードカバーを取り付けターゲットとする。
成膜室を267μPaまで排気した後 アルゴンと酸素の混合ガス(Ar流量:O2流量=8:2)を成膜室に導入し真空度0.27Paとする。まずPドープSiターゲットを固定するカソードに、直流電源とパルス発生モジュールを用いて、負電圧を印加し一定の周期で間欠的に正電圧を印加すると、PドープSiターゲット上に放電が発生する。次にPTFEシートを固定するカソードに、前記直流電源とは別の直流電源とパルス発生モジュールを用いて、負電圧を印加し一定の周期で間欠的に正電圧を印加すると、PTFEターゲット上に放電が発生する。
Example 9
As in Example 7, a 1 mm thick PTFE sheet was cut into a 22 cm × 9 cm rectangle, and further aligned with the fixing screw hole positions of a 22 cm × 9 cm copper backing plate to produce 12 screw holes with a diameter of 6 mm on the outer periphery. . The PTFE sheet is fixed to the cathode of the magnetron sputtering apparatus together with the backing plate with a SUS screw, and a SUS cathode cover is attached as a target. Further, a P-doped Si target (specific resistance: 0.01 Ω · cm) bonded to a copper backing plate is fixed to a cathode adjacent to the cathode to which the PTFE sheet is fixed, and then a SUS cathode cover is attached as a target.
After the film formation chamber is evacuated to 267 μPa, a mixed gas of argon and oxygen (Ar flow rate: O 2 flow rate = 8: 2) is introduced into the film formation chamber so that the degree of vacuum is 0.27 Pa. First, when a negative voltage is applied to a cathode for fixing a P-doped Si target using a DC power source and a pulse generation module and a positive voltage is intermittently applied at a constant period, a discharge is generated on the P-doped Si target. Next, when a negative voltage is applied to the cathode that fixes the PTFE sheet using a DC power source and a pulse generation module different from the DC power source, and a positive voltage is applied intermittently at a constant cycle, a discharge is generated on the PTFE target. Occurs.
実施例10
実施例7と同様、1mm厚のPTFEシートを22cm×9cmの矩形に切り、さらに22cm×9cmの銅製バッキングプレートの固定用ネジ穴位置に合わせ、外周部に直径6mmのネジ穴12個を作製する。このPTFEシートを上記バッキングプレートと共にマグネトロンスパッタリング装置のカソードへSUS製ネジで固定した後SUS製カソードカバーを取り付けターゲットとする。また上記PTFEシートを固定するカソードに隣接したカソードへ、銅製バッキングプレートにボンデイング済みのカーボンターゲット(比抵抗:0.1Ω・cm)を固定した後SUS製カソードカバーを取り付けターゲットとする。
成膜室を267μPaまで排気した後 アルゴンガスを成膜室に導入し真空度0.27Paとする。まず直流電源を用いてカーボンターゲットへ負電圧を印加するとカーボンターゲット上で放電が開始する。次にPTFEシートを固定するカソードへ直流電源とパルス発生モジュールを用いて、カソードへ負電圧を印加し一定の周期で間欠的に正電圧を印加すると、PTFEターゲット上で放電が発生する。1周期の負電圧および正電圧印加時間は各々100μ秒および25μ秒であり周波数は8kHzである。
Example 10
As in Example 7, a 1 mm thick PTFE sheet was cut into a 22 cm × 9 cm rectangle, and further aligned with the fixing screw hole positions of a 22 cm × 9 cm copper backing plate to produce 12 screw holes with a diameter of 6 mm on the outer periphery. . The PTFE sheet is fixed to the cathode of the magnetron sputtering apparatus together with the backing plate with a SUS screw, and a SUS cathode cover is attached as a target. A carbon target (specific resistance: 0.1 Ω · cm) bonded to a copper backing plate is fixed to a cathode adjacent to the cathode to which the PTFE sheet is fixed, and then a SUS cathode cover is attached as a target.
After the film formation chamber is evacuated to 267 μPa, argon gas is introduced into the film formation chamber and the degree of vacuum is 0.27 Pa. First, when a negative voltage is applied to the carbon target using a DC power source, discharge starts on the carbon target. Next, when a negative voltage is applied to the cathode by using a DC power source and a pulse generation module to fix the PTFE sheet, and a positive voltage is intermittently applied at a constant period, a discharge is generated on the PTFE target. One period of negative voltage and positive voltage application time is 100 μs and 25 μs, respectively, and the frequency is 8 kHz.
比較例2
図3においてSUS304製ナット(図3中32)を除き、ネジ24の上面がバッキングプレート12の上面と高さが同じである以外は実施例6と同様のターゲットユニットに5mm厚のSiO2ターゲットを固定した。成膜室を267μPaまで排気した後、アルゴンガスを成膜室に導入し、成膜室と排気系間の真空バルブを調整し真空度6.8Paとした。直流電源およびパルス発生モジュールを用いてカソードへ電圧を印加したが、放電は発生しなかった。このとき1周期の負電圧及び正電圧印加時間の設定は各々25μ秒、直流電源の実効電力の設定値は0.4kwであった。
Comparative Example 2
In FIG. 3, except for the SUS304 nut (32 in FIG. 3), a SiO 2 target having a thickness of 5 mm was applied to the same target unit as in Example 6 except that the upper surface of the
実施例11
比較例2と同様に図3においてSUS304製ナット(図3中32)を除き、ネジ24の上面がバッキングプレート12の上面と高さが同じである以外は実施例6と同様のターゲットユニットに5mm厚のPTFEターゲットを固定する。成膜室を267μPaまで排気した後、アルゴンガスを成膜室に導入し0.54Paとする。直流電源およびパルス発生モジュールを用いてカソードへ電圧を印加すると同時に、電界放射型電子銃を用いてイオンシース領域にさらにはターゲット表面に電子を供給する。電子ビームはターゲット面に平行に、ターゲット面からの垂直距離1mmを保つように入射させる。さらに電子ビームをスキャンさせることで、エロージョン領域全体に電子を供給する。このとき電子ビームの電流値を5mAとする。こうすることにより、PTFEターゲット上に放電が発生する。
Example 11
3 except for the SUS304 nut (32 in FIG. 3) in the same manner as in Comparative Example 2, except that the top surface of the
10…成膜室、11…ターゲット、12…バッキングプレート、13…カソード、14…ターゲットユニット、15…基体、16…基体ホルダー、21…マグネット、22…マグネット、23…水冷用配管、24…ネジ、31…ターゲット、32…ナット、41…ターゲットユニット、42…ターゲット、43…カソードカバー、44…カソードカバー
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Claims (5)
The film forming method according to claim 4, wherein the sputtering method is a magnetron sputtering method in which a magnetic field is formed on the surface side of the target by a magnet installed on the back side of the target.
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