JP4573450B2 - Sputtering equipment - Google Patents

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JP4573450B2 JP2001055816A JP2001055816A JP4573450B2 JP 4573450 B2 JP4573450 B2 JP 4573450B2 JP 2001055816 A JP2001055816 A JP 2001055816A JP 2001055816 A JP2001055816 A JP 2001055816A JP 4573450 B2 JP4573450 B2 JP 4573450B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、スパッタリング装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、光学薄膜の成膜等に有用な、構造が簡単で安価であって、しかも高速、かつ、安定な高品質成膜を可能とする、新しいスパッタリング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術と発明の課題】
光学薄膜を形成しようとする場合に、従来一般的には真空蒸着装置が用いられており、非常に高度な光学薄膜形成用の制御機器を用いて成膜している。一方、最近になって制御性の良いスパッタリング装置が光学薄膜形成用に用いられるようになり、いくつかの装置が提案されている。
【0003】
真空蒸着装置の特徴について説明すると、この装置は、小さな蒸発源から蒸発源を取り囲む大きな面積の基板に対して均一な成膜を行うことに特徴があり、蒸発源と基板は通常500mm以上の距離を保っている。基板は公転ドームやプラネタリー治具等を用いて基板への成膜の均一化を図っている。
【0004】
蒸発源に対しては通常抵抗加熱や電子ビーム照射による加熱が行われており、蒸発材料はその蒸発源に必要量投入して加熱蒸発をさせる方法が取られている。
したがって蒸着作業の度に蒸発源は整備して毎回同じ量の蒸発材料を投入したり、同じ蒸発量が確保できるように蒸発源の整備が必要であった。
【0005】
また、蒸着の膜厚を毎回同じようにするために基板ホルダー、すなわち治具近辺にはモニターを設け、直接そのモニターに入る蒸発量を読み取り蒸着の終了時期を判断したり、成膜速度を感知して蒸発源の蒸発量の制御に行ったりしている。しかし蒸発速度の制御が非常に困難を極めていた。なぜなら、蒸発源は抵抗加熱や電子ビーム照射により加熱が行われ、蒸発はその加熱のエネルギーにより成されるものであるから、その応答性は決して迅速とはいえないものである。そのため蒸発源の加熱入力と蒸着膜量の観測を電子計算機等により計算し制御することにより精密な制御を行っていた。蒸着モニターとしては、膜の質量を水晶振動子の周波数変動を電気的に読み取ることにより膜の厚さを観測する方法や、膜に対して特定の波長の光を投入せしめて、その透過率変化を電気的に読み取ることにより蒸着量を読み取る方法が知られている。また、酸化物や窒化物のように透明膜の膜厚を読み取る方法としては、透明な基板に透明な膜を蒸着させ、膜に単色光を通過させるその透過率又は反射率を読み取り光学的膜厚を計算により求めて蒸着膜厚を制御する方法などが採用されている。
【0006】
これに対してスパッタリング装置は、蒸着装置とは異なり、蒸発源は非常に広い面積を持ったターゲットと呼ばれる板状で供給され、そのターゲットに照射されるイオンの衝撃で蒸発材料である板を熱的に溶解することなく蒸発させることができる。多くの場合蒸発量はイオンの電流に比例しているため、蒸着量を制御することが比較的容易である。このために安定した蒸発量の制御、蒸発源のメンテナンス性の良さ、などから大量生産用の装置として使用されてきている。蒸着装置のように毎回蒸発源を整備する必要がなく、ターゲットの寿命まで殆どメンテナンスを必要としないことも大きなメリットである。
【0007】
しかし、蒸着装置の場合はその使用圧力が10-4Pa程度の圧力であるが、スパッタリングの場合は10-1Pa程度の圧力となる。この圧力の違いは蒸発源から基板までの距離に大きな影響をもたらしている。小さな面積の蒸発源から大きな面積へ均一な蒸着を行うためには蒸着距離を大きくとることにより実現できる。そのために蒸着圧力は低いほうが好都合である。しかしスパッタリングは放電現象を用いるため蒸着装置より高い圧力中で行わなければならない。したがって、蒸発量を確保するためには蒸発源から蒸発した粒子が散乱しない程度の短い蒸着距離で蒸着しなければならない。そのため、蒸発源を大きな面積にして大きな面積に対して蒸着できるような工夫がなされている。
【0008】
スパッタリングで蒸着膜厚の制御を行うにはイオン電流と所要時間を正確に制御することでほぼ所定の膜厚を得ることができる。したがって、蒸着装置に使用されるような高度な蒸着制御装置は用いられていない。また大きな面積の蒸発源からほぼ蒸発源と同じ程度の基板に対して蒸着しているためにモニターを挿入する場所がなく、基板と膜厚をモニターで捕らえることができないため、イオン電流の電力制御と時間制御の方法が確立されてきた。
【0009】
光学膜については、一般に歴史が古く真空蒸着装置による製法が確立されており、スパッタリングは適さないとしてあまり試みられていなかった。それは光学膜の膜質が非常に緻密な膜であることから、多くの場合、高真空中で基板を加熱しながら真空蒸着によって成膜することで緻密な膜を得ていた。スパッタリングはスパッタガスの雰囲気中で行われるためにガスを膜中に取り込み緻密な膜は得られにくいとされていた。また酸化物等の膜は高周波の反応スパッタリングで行わねばならず、高速で行うためには不向きであった。通常直流の電源を用いた金属のスパッタリングに比べて高周波を用いた金属化合物のスパッタリングは成膜速度が半分以下になるほど小さいのである。
【0010】
以上のようなことから、従来では、スパッタリングで光学薄膜用の金属酸化物や金属窒化物の薄膜を成膜することはあまり行われていなかった。
しかしスパッタリングの制御性の良さ、蒸発源のメンテナンスの良さ等から、スパッタリング装置を金属酸化物の薄膜に用いることが行われ始めてきた。1987年に、真空器械工業(株)により、減圧雰囲気下で基板上に超薄膜を堆積する工程と、この薄膜にイオンビーム照射する工程とを繰り返し、所望の膜厚の薄膜とする薄膜形成方法の特許が公開(特開昭62−284076:特許2116322)され、また、1988年には、Optical Coating Laboratory, Inc., USAによって、金属膜を形成した後に膜をイオン源により酸化させる方法が発表された(USP#2,851,095)。金属膜を成膜した後に膜を酸化する方法は、その後いくつか発表されている。C−MAG,Twin−MAG,Plasmaguide法、ラジカルソース法などの手法である。
【0011】
しかしこれらの方法は装置が非常に高価であったり、制御が非常に複雑などの問題があった。
光学薄膜を成膜するための方法、装置として提案されているスパッタ装置では、スパッタした金属膜に酸素や窒素の活性種を照射することにより酸化や窒化の化成を行っている。そして、この活性種を得る手段としてイオンソースやプラズマソースを用いている。イオンソースやプラズマソースやその他の機構はガスをイオン化する方法で各々の方法によりイオンや活性種のエネルギーの大きさが異なっている。しかしながら、イオンソースはイオンの持つエネルギーを制御しやすいが、広い面積に均一に照射しようとするとその制御機構に複雑なイオンビームスキャン機構を設けなければならず非常に高価となる。また、プラズマソースはプラズマを発生させるための電界や磁場を用いたり熱電子を発生させるためのフィラメントが用いられたりしている。このための装置も高価となり、制御は複雑で容易ではない。
【0012】
従って、スパッタした金属膜に酸素や窒素の活性種を照射する方法として、簡単で制御性が容易で安価な化成機能を持った新しい手段が求められていた。
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの従来技術の問題点を解消し、光学薄膜の成膜等に有用であって、簡単な構造で制御が容易で、安価であるとともに、高速、かつ、安定な高品質な成膜を可能とし、金属薄膜から酸化物膜や窒化物等を生成する化成機能を有する新しいスパッタ装置を提供することを課題としている。
【0013】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第1には、金属薄膜を成膜する金属薄膜スパッタ成膜部とともに、金属薄膜の成膜直後に活性ガスのプラズマ照射による反応で金属化合物膜を形成する金属化合物膜生成部とを備えたスパッタリング装置であって、回転機構を備えたドラムを備え、このドラム周面には、表面に金属化合物薄膜が生成される基板もしくは基板群が配置されており、ドラム周面に対向して金属薄膜スパッタ成膜部および金属化合物膜生成部が配置され、該金属化合物膜生成部には逆スパッタ電極部が備えられており、この逆スパッタ電極部でのスパッタリングで金属化合物膜が生成されることを特徴とするスパッタリング装置を提供する。
【0014】
また、この出願の発明は、上記装置について、第2には、逆スパッタ電極部には活性ガスの導入部が配設されているとともに、金属薄膜スパッタ成膜部との間にはガス排気部または隔壁が設けられていることを特徴とするスパッタリング装置を提供し、第には、異なる金属薄膜を成膜する複数の金属薄膜スパッタ成膜部を備えていることを特徴とするスパッタリング装置を、第は、異なる金属化合物膜を生成させる複数の金属化合物膜生成部を備えていることを特徴とするスパッタリング装置を提供する。
【0015】
そして、第には、以上のいずれかのスパッタリング装置であって、光学薄膜を成膜する装置であることを特徴とするスパッタリング装置を提供する。以上のとおりのこの出願の発明については、次のとおりのことが考慮されるべきである。
【0016】
すなわち、前記の酸化物膜や窒化物膜の生成のための化成機能については、従来の知見によれば、最も簡単な方法としては基板に負のバイアス電圧を印加し発生したプラズマからイオンを引き出し基板に照射する方法がある。ところがこの方法は陰極となる基板ホルダの面積と陽極となるチャンバー全体の面積の比で基板に印可される電位が決まってしまう。このため、一般の場合基板ホルダーに高周波の電位をかけるために基板ホルダーの面積が大きすぎたり小さすぎたりして希望するバイアス電圧をかけることができないという問題がある。また、広い基板内の必要な部分だけに高周波電位を印加する為に、ホルダーの構造を工夫する必要があった。この電極の構造を工夫する為には、放電させる面のみを露出させ、他の部分はシールドで覆う必要があった。シールド部の面積が多くなると、ホルダーの固有静電容量が大きくなり、高周波の電力整合を取ることが、困難になるなどの問題があった。
【0017】
これに対し、発明者らはスパッタ装置に用いる逆スパッタ技術として、希望するバイアス電圧を印可するために、カップガンと呼ばれる逆スパッタガンを開発して特許を取得している。特許番号は日本1135314、米国4351714、英国2077030、西独3116731である。
【0018】
この方法は、バイアス電圧が、高周波を印可した電極の面積とこの電極を取り囲む他の電極の面積比に依存するという事実を見出したことから発明された技術である。
【0019】
つまり、通常の場合は基板ホルダーに直接高周波を印可するために基板ホルダーに特殊な電極構造をとらなければならなかったが、この方法を用いれば基板ホルダーには高周波を印可しなくとも基板ホルダーの一部を囲う他の電極を形成すればよく、基板を固定する関係から複雑な構造をとらざるを得ない基板ホルダーはアース電位のまま、このホルダーの一部を覆うような構造で高周波電極を配置することを特徴としたバイアス機構である。
【0020】
逆スパッタ電極はその逆スパッタの印可電圧の最適値を得るためにその電極の表面積や大きさを自由に選ぶことができるのである。
【0021】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について説明する。
【0022】
この出願の発明のスパッタリング装置においては、真空槽内部に基板を設置し、同じく真空槽内部に設置された金属ターゲットをスパッタ源とし、基板上に金属薄膜を成膜する。真空槽には、スパッタガスを導入するための導入口、活性ガスを導入するための導入口、また、それぞれを排出するための排出口が配設されている。
【0023】
金属薄膜の成膜した後、活性ガスのプラズマ照射による反応で金属化合物膜を形成する。金属化合物膜を形成するための金属化合物膜生成部には逆スパッタ電極が備えられている。逆スパッタ電極には高周波電位が印加できるようになっており、逆スパッタ電極部近傍に活性ガスを導入することで、活性ガスのプラズマを発生せしめ、金属薄膜と数秒間反応させることで金属化合物膜とする。特に大面積の基板に対してこの方法を使用する場合には、金属化合物膜の均一性を高めるために、基板ホルダを逆スパッタ電極に対面させつつ連続的に通過移動させる手段をとっている。
【0024】
この出願の発明のスパッタリング装置は、表面に金属化合物膜を生成するための基板もしくは基板群が周面に配置されたドラムを備えており、このドラムは回転機構が備えられている。そして、このドラムを回転させつつ、ドラム周面に対向して配置された金属薄膜スパッタ成膜部および金属化合物膜生成部により金属薄膜および金属化合物膜を基板表面に生成させる。スパッタ源と金属薄膜スパッタ成膜部との間には、ガス排気部または隔壁が設けられている。
【0025】
以上の構成を持つことで、この出願の発明のスパッタリング装置は、均一な厚さをもつ金属化合膜を、短時間で大量に成膜することが可能である。
この出願の発明のスパッタリング装置においては、スパッタ源や活性ガスの設定を適宜に設定することで、光学薄膜を成膜することも可能である。
【0026】
化成機能を効果的に実現することのできるこの出願の発明によれば、成膜後の金属膜の酸化の方法として逆スパッタ源を用いており、従来よりも安価で制御性の良い酸化膜形成を可能とする。
【0027】
そこで以下にこの酸化膜形成についての実施例を説明する。
【0028】
【実施例】
通常の金属膜を成膜する領域と酸化を行う領域を交互に設けたドラム回転式スパッタ装置を図2のように構成する。一例として直径700mmφ、長さ700mmの円筒形の外壁に50mm角の基板(1)を多数貼り付け、この表面に異なる材質の2種類の酸化物を形成する装置において、ドラムに面して相対した例えば180度離れた領域にそれぞれの材質の金属ターゲットを各1枚をドラムの軸方向に長い長方形のターゲットを、スパッタ源(2)(3)として、配置する。
この2枚のターゲットのそれぞれと90度離れた位置に酸化膜形成用の逆スパッタ源(4)を配置する。スパッタ源(2)(3)と逆スパッタ源(4)の間にはスパッタガスの行き来を防ぐために排気口(5)または隔壁(6)を設けて、逆スパッタ源(4)に投入した酸素等の活性ガスがスパッタ源(2)(3)の方に流れ込まないようにしている。
【0029】
この状態でスパッタ源(2)に例えばSiターゲットを装着し、スパッタガス導入口(7)よりアルゴンガスを導入してSiスパッタを行う。膜厚はドラムがスパッタ源(2)の面を1回通過する間にたとえば0.2〜1.0nmの膜を形成する。同時に逆スパッタ源(4)では、活性ガス導入口(8)より酸素ガスを投入してSi膜の酸化を行う。これも1回通過する間にターゲットが形成した、たとえば0.2〜1.0nmの膜を酸化させるに必要なイオンを照射出来る条件の高周波プラズマ(5)を形成する。この方法で所定の膜厚例えば100nmになるまで連続してスパッタと逆スパッタを連続して行うことにより、所定の金属酸化物を得ることができる。反射防止膜のような異なった屈折率の膜を交互に形成するような場合は、それぞれ必要な膜厚だけ形成して積層することで所定の膜構造にすることができる。
【0030】
この逆スパッタ源を用いたドラム式スパッタ装置はプラズマ源が簡単であることから安価で制御性の良い、金属酸化物等の形成が行える装置として最適なものである。
【0031】
光学薄膜を制御性の良いスパッタリング装置により行う方法がいくつか提案されているが、いずれも高価なイオンソースやプラズマソースを用いたものである。これに対して、この出願の発明によれば、装置が簡単で安価で制御性の良い逆スパッタ電極を用いて、高速、かつ、安定なスパッタリングを行うことのできる光学薄膜成膜用スパッタリング装置等が提供されることになる。
【0032】
もちろん、この出願の発明は、以上のドラム回転式のスパッタ装置に限定されることはない。各種の形態、態様が採用されてよいことは言うまでもない。
【0033】
【発明の効果】
この出願の発明によって、以上詳しく説明したとおり、光学薄膜の成膜等に有用であって、簡単な構造で制御が容易で、安価であるとともに、高速、かつ、安定な高品質な成膜を可能とし、金属薄膜から酸化物膜、窒化物膜等を生成する化成機能を有する新しいスパッタ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例として、スパッタ装置の基本構成を例示した図である。
【符号の説明】
1 基板
2 スパッタ源
3 スパッタ源
4 逆スパッタ源
5 排気口
6 隔壁
7 スパッタガス導入口
8 活性ガス導入口
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a sputtering apparatus. More specifically, the invention of this application relates to a new sputtering apparatus that is useful for film formation of an optical thin film, has a simple structure, is inexpensive, and enables high-speed and stable high-quality film formation. It is.
[0002]
[Prior art and problems of the invention]
When an optical thin film is to be formed, a vacuum deposition apparatus is generally used in the past, and the film is formed using a very sophisticated control device for forming an optical thin film. On the other hand, recently, sputtering devices with good controllability have been used for forming optical thin films, and several devices have been proposed.
[0003]
The characteristics of the vacuum evaporation apparatus will be described. This apparatus is characterized in that a uniform film is formed on a large-area substrate surrounding the evaporation source from a small evaporation source. The distance between the evaporation source and the substrate is usually 500 mm or more. Keep. The substrate is made uniform using a revolving dome, a planetary jig, or the like.
[0004]
The evaporation source is usually heated by resistance heating or electron beam irradiation, and a method is employed in which a necessary amount of the evaporation material is charged into the evaporation source and evaporated by heating.
Therefore, it was necessary to prepare the evaporation source so that the evaporation source was prepared and the same amount of evaporation material was charged every time the evaporation work was performed, and the same evaporation amount was ensured.
[0005]
In addition, a monitor is provided in the vicinity of the substrate holder, that is, the jig, so that the film thickness of the vapor deposition is the same every time, the evaporation amount directly entering the monitor is read to judge the completion time of vapor deposition, and the film formation speed is detected. Then, the evaporation amount of the evaporation source is controlled. However, controlling the evaporation rate was extremely difficult. This is because the evaporation source is heated by resistance heating or electron beam irradiation, and the evaporation is performed by the energy of the heating. Therefore, the responsiveness cannot be said to be rapid. Therefore, precise control was performed by calculating and controlling the heating input of the evaporation source and the observation of the amount of deposited film with an electronic computer or the like. Deposition monitors include a method of observing the thickness of the film by electrically reading the frequency fluctuations of the crystal oscillator, and a change in transmittance by injecting light of a specific wavelength into the film. There is known a method of reading the deposition amount by electrically reading. Moreover, as a method of reading the film thickness of a transparent film such as an oxide or nitride, an optical film is obtained by depositing a transparent film on a transparent substrate and reading the transmittance or reflectance of allowing the monochromatic light to pass through the film. A method of controlling the vapor deposition film thickness by calculating the thickness is employed.
[0006]
On the other hand, in the sputtering apparatus, unlike the vapor deposition apparatus, the evaporation source is supplied in the form of a plate called a target having a very large area, and the plate that is the evaporation material is heated by the impact of the ions irradiated on the target. It can be evaporated without dissolving it. In many cases, the evaporation amount is proportional to the ionic current, so that it is relatively easy to control the deposition amount. For this reason, it has been used as an apparatus for mass production because of stable control of the evaporation amount and good maintainability of the evaporation source. There is no need to prepare an evaporation source every time as in the vapor deposition apparatus, and it is also a great merit that almost no maintenance is required until the lifetime of the target.
[0007]
However, in the case of a vapor deposition apparatus, the working pressure is a pressure of about 10 −4 Pa, but in the case of sputtering, the pressure is about 10 −1 Pa. This pressure difference has a great influence on the distance from the evaporation source to the substrate. Uniform deposition from a small area evaporation source to a large area can be realized by increasing the deposition distance. Therefore, it is advantageous that the deposition pressure is low. However, since sputtering uses the discharge phenomenon, it must be performed at a higher pressure than the vapor deposition apparatus. Therefore, in order to ensure the evaporation amount, it is necessary to deposit at a deposition distance as short as the particles evaporated from the evaporation source are not scattered. Therefore, a device has been devised so that the evaporation source can be deposited in a large area with a large area.
[0008]
In order to control the deposited film thickness by sputtering, an almost predetermined film thickness can be obtained by accurately controlling the ion current and the required time. Therefore, the advanced vapor deposition control apparatus used for a vapor deposition apparatus is not used. In addition, since the evaporation is performed from a large area evaporation source to almost the same substrate as the evaporation source, there is no place to insert a monitor, and the substrate and film thickness cannot be captured by the monitor, so the ion current power control And time control methods have been established.
[0009]
As for optical films, in general, there is a long history, and a manufacturing method using a vacuum deposition apparatus has been established, so that many attempts have been made because sputtering is not suitable. Since the optical film is a very dense film, in many cases, a dense film is obtained by forming a film by vacuum deposition while heating the substrate in a high vacuum. Since sputtering is performed in an atmosphere of a sputtering gas, it has been said that it is difficult to obtain a dense film by incorporating the gas into the film. In addition, a film of oxide or the like must be performed by high-frequency reactive sputtering, which is not suitable for performing at high speed. Compared with metal sputtering using a normal DC power source, sputtering of a metal compound using a high frequency is so small that the film formation rate becomes half or less.
[0010]
As described above, conventionally, a metal oxide or metal nitride thin film for an optical thin film has not been formed so much by sputtering.
However, due to the good controllability of sputtering and the good maintenance of the evaporation source, the sputtering apparatus has begun to be used for metal oxide thin films. In 1987, a method of forming a thin film having a desired film thickness by repeating a process of depositing an ultra-thin film on a substrate under a reduced pressure atmosphere and a process of irradiating the thin film with an ion beam by Vacuum Instrument Industry Co., Ltd. Is published (JP-A-62-284076: Patent 2163322), and in 1988, an optical coating laboratory, Inc., USA announced a method of oxidizing a film with an ion source after forming a metal film. (USP # 2,851,095). Several methods for oxidizing the film after forming the metal film have been published. C-MAG, Twin-MAG, Plasmaguide method, radical source method and the like.
[0011]
However, these methods have a problem that the apparatus is very expensive and the control is very complicated.
In a sputtering apparatus proposed as a method and apparatus for forming an optical thin film, oxidation or nitridation is performed by irradiating the sputtered metal film with active species of oxygen or nitrogen. An ion source or a plasma source is used as means for obtaining the active species. The ion source, the plasma source, and other mechanisms are methods for ionizing a gas, and the energy levels of ions and active species differ depending on each method. However, the ion source is easy to control the energy of ions, but if it is intended to irradiate a wide area uniformly, a complicated ion beam scanning mechanism must be provided in the control mechanism, which is very expensive. The plasma source uses an electric field or a magnetic field for generating plasma, or a filament for generating thermal electrons. The apparatus for this is also expensive, and the control is complicated and not easy.
[0012]
Therefore, there has been a demand for a new means having a chemical conversion function that is simple, easy to control, and inexpensive as a method of irradiating the sputtered metal film with active species of oxygen and nitrogen.
Therefore, the invention of this application solves the problems of the prior art as described above, is useful for film formation of an optical thin film, etc., is easy to control with a simple structure, is inexpensive, high speed, and An object of the present invention is to provide a new sputtering apparatus that enables stable high-quality film formation and has a chemical conversion function for generating an oxide film, a nitride, or the like from a metal thin film.
[0013]
The invention of this application is to solve the above-mentioned problems. First, together with a metal thin film sputter film forming unit for forming a metal thin film, a metal is formed by a reaction by active gas plasma irradiation immediately after the metal thin film is formed. A sputtering apparatus provided with a metal compound film generating unit for forming a compound film, comprising a drum provided with a rotation mechanism, and a substrate or a group of substrates on which a metal compound thin film is generated on the surface of the drum. The metal thin film sputter film forming unit and the metal compound film generating unit are arranged facing the drum peripheral surface , and the metal compound film generating unit is provided with a reverse sputter electrode unit. Provided is a sputtering apparatus characterized in that a metal compound film is produced by sputtering at a part.
[0014]
The invention of this application, with the above apparatus, the second, with the reverse sputtering electrode portion are disposed the introduction of the active gas, the gas exhaust between the metal thin film sputtering unit providing a sputtering apparatus, wherein a part or the partition wall is provided, the third sputtering apparatus characterized in that it comprises a plurality of metal thin sputtering unit for depositing different metal thin film 4th is providing the sputtering device characterized by including the several metal compound film production | generation part which produces | generates a different metal compound film.
[0015]
And fifth , any one of the above sputtering apparatuses, which is an apparatus for forming an optical thin film, is provided. Regarding the invention of this application as described above, the following should be considered.
[0016]
That is, regarding the chemical conversion function for the formation of the oxide film or nitride film, according to the conventional knowledge, the simplest method is to extract ions from plasma generated by applying a negative bias voltage to the substrate. There is a method of irradiating the substrate. However, in this method, the potential applied to the substrate is determined by the ratio of the area of the substrate holder serving as the cathode and the area of the entire chamber serving as the anode. For this reason, in order to apply a high-frequency potential to the substrate holder in general, there is a problem that the desired bias voltage cannot be applied because the area of the substrate holder is too large or too small. In addition, in order to apply a high-frequency potential only to a necessary portion in a wide substrate, it is necessary to devise the structure of the holder. In order to devise the structure of this electrode, it was necessary to expose only the surface to be discharged and cover the other part with a shield. When the area of the shield portion is increased, the specific capacitance of the holder is increased, and it is difficult to achieve high-frequency power matching.
[0017]
On the other hand, the inventors have developed and obtained a patent for a reverse sputtering gun called a cup gun in order to apply a desired bias voltage as a reverse sputtering technique used in a sputtering apparatus. The patent numbers are Japan 1335314, US 4351714, UK 2077030, West Germany 3116731.
[0018]
This method is a technique invented from the fact that the bias voltage depends on the area ratio of an electrode to which a high frequency is applied and the area ratio of other electrodes surrounding the electrode.
[0019]
In other words, in order to apply a high frequency directly to the substrate holder, a special electrode structure had to be applied to the substrate holder. However, with this method, the substrate holder can be mounted without applying a high frequency. It is only necessary to form another electrode that encloses a part, and the substrate holder, which has to have a complicated structure because of fixing the substrate, has a structure that covers a part of this holder while maintaining the ground potential. The bias mechanism is characterized by being arranged.
[0020]
The reverse sputtering electrode can be freely selected for its surface area and size in order to obtain the optimum value of the reverse sputtering applied voltage.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention of this application has the features as described above, and an embodiment thereof will be described below.
[0022]
In the sputtering apparatus according to the invention of this application, a substrate is set inside a vacuum chamber, and a metal target is also used as a sputtering source to form a metal thin film on the substrate. The vacuum chamber is provided with an inlet for introducing sputtering gas, an inlet for introducing active gas, and an outlet for discharging each of them.
[0023]
After the metal thin film is formed, a metal compound film is formed by a reaction by plasma irradiation with an active gas. The metal compound film generation unit for forming the metal compound film is provided with a reverse sputtering electrode. A high-frequency potential can be applied to the reverse sputtering electrode. By introducing an active gas in the vicinity of the reverse sputtering electrode, an active gas plasma is generated and reacted with the metal thin film for several seconds to form a metal compound film. And In particular, when this method is used for a large-area substrate, in order to improve the uniformity of the metal compound film, means for continuously moving the substrate holder while facing the reverse sputtering electrode is employed.
[0024]
The sputtering apparatus of the invention of this application includes a drum having a substrate or a group of substrates for generating a metal compound film on the surface thereof and is provided with a rotation mechanism. Then, while rotating the drum, a metal thin film and a metal compound film are generated on the substrate surface by the metal thin film sputter film forming unit and the metal compound film generating unit arranged facing the circumferential surface of the drum. A gas exhaust part or a partition is provided between the sputtering source and the metal thin film sputtering film forming part.
[0025]
With the above configuration, the sputtering apparatus of the invention of this application can form a large amount of a metal compound film having a uniform thickness in a short time.
In the sputtering apparatus of the invention of this application, an optical thin film can be formed by appropriately setting the sputtering source and the active gas.
[0026]
According to the invention of this application that can effectively realize the chemical conversion function, a reverse sputtering source is used as a method for oxidizing a metal film after film formation, and it is cheaper and more controllable than before. Is possible.
[0027]
Therefore, an example of this oxide film formation will be described below.
[0028]
【Example】
A drum rotary sputtering apparatus in which a normal metal film forming region and an oxidizing region are alternately provided is configured as shown in FIG. As an example, in a device in which a large number of 50 mm square substrates (1) are attached to a cylindrical outer wall having a diameter of 700 mmφ and a length of 700 mm, and two types of oxides of different materials are formed on this surface, they face each other and face the drum. For example, a metal target of each material is placed in a region 180 degrees apart, and a rectangular target that is long in the axial direction of the drum is used as the sputtering source (2) (3).
A reverse sputtering source (4) for forming an oxide film is disposed at a position 90 degrees away from each of the two targets. An oxygen outlet (5) or a partition wall (6) is provided between the sputtering source (2) (3) and the reverse sputtering source (4) to prevent the sputtering gas from coming and going, and the oxygen introduced into the reverse sputtering source (4). The active gas such as is prevented from flowing into the sputtering sources (2) and (3).
[0029]
In this state, for example, a Si target is mounted on the sputtering source (2), and argon sputtering is introduced from the sputtering gas inlet (7) to perform Si sputtering. The film thickness is, for example, 0.2 to 1.0 nm while the drum passes once through the surface of the sputtering source (2). At the same time, the reverse sputtering source (4) oxidizes the Si film by introducing oxygen gas from the active gas inlet (8). This also forms high-frequency plasma (5) that can be irradiated with ions necessary to oxidize the film of, for example, 0.2 to 1.0 nm formed by the target during one pass. A predetermined metal oxide can be obtained by continuously performing sputtering and reverse sputtering until a predetermined film thickness of, for example, 100 nm is obtained by this method. In the case where films having different refractive indexes such as antireflection films are alternately formed, a predetermined film structure can be obtained by forming and laminating only necessary film thicknesses.
[0030]
The drum-type sputtering apparatus using the reverse sputtering source is optimal as an apparatus capable of forming metal oxide or the like with low cost and good controllability because the plasma source is simple.
[0031]
Several methods for performing an optical thin film using a sputtering apparatus with good controllability have been proposed, but all use an expensive ion source or plasma source. On the other hand, according to the invention of this application, a sputtering apparatus for forming an optical thin film that can perform high-speed and stable sputtering using a reverse sputtering electrode that is simple, inexpensive, and has good controllability, etc. Will be provided.
[0032]
Of course, the invention of this application is not limited to the above drum rotating type sputtering apparatus. Needless to say, various forms and modes may be employed.
[0033]
【The invention's effect】
As described in detail above by the invention of this application, it is useful for film formation of an optical thin film, etc., is easy to control with a simple structure, is inexpensive, and is high-speed, stable and high-quality film formation. A new sputtering apparatus having a chemical conversion function for forming an oxide film, a nitride film and the like from a metal thin film is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of a sputtering apparatus as an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Substrate 2 Sputtering Source 3 Sputtering Source 4 Reverse Sputtering Source 5 Exhaust Port 6 Partition 7 Sputtering Gas Inlet 8 Active Gas Inlet

Claims (5)

金属薄膜を成膜する金属薄膜スパッタ成膜部とともに、金属薄膜の成膜直後に活性ガスのプラズマ照射による反応で金属化合物膜を形成する金属化合物膜生成部とを備えたスパッタリング装置であって、回転機構を備えたドラムを備え、このドラム周面には、表面に金属化合物薄膜を生成するための基板もしくは基板群が配置されており、ドラム周面に対向して金属薄膜スパッタ成膜部および金属化合物膜生成部が配置され、該金属化合物膜生成部には逆スパッタ電極部が備えられており、この逆スパッタ電極部でのスパッタリングで金属化合物膜が生成されることを特徴とするスパッタリング装置。A sputtering apparatus comprising a metal thin film sputter film forming unit for forming a metal thin film and a metal compound film generating unit for forming a metal compound film by a reaction by plasma irradiation of an active gas immediately after the metal thin film is formed, A drum having a rotation mechanism is provided, and a substrate or a group of substrates for generating a metal compound thin film is disposed on the surface of the drum, and a metal thin film sputter film forming unit and a drum surface facing the drum surface. A sputtering apparatus characterized in that a metal compound film generation unit is disposed , and the metal compound film generation unit includes a reverse sputtering electrode unit, and a metal compound film is generated by sputtering at the reverse sputtering electrode unit. . 逆スパッタ電極部には活性ガスの導入部が配設されているとともに、金属薄膜スパッタ成膜部との間にはガス排気部または隔壁が設けられていることを特徴とする請求項1のスパッタリング装置。2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein an active gas introduction section is provided in the reverse sputtering electrode section, and a gas exhaust section or a partition wall is provided between the reverse sputtering electrode section and the metal thin film sputtering film forming section. apparatus. 異なる金属薄膜を成膜する複数の金属薄膜スパッタ成膜部を備えていることを特徴とする請求項1または2のいずれかのスパッタリング装置。The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a plurality of metal thin film sputter film forming units for forming different metal thin films. 異なる金属化合物膜を生成させる複数の金属化合物膜生成部を備えていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかのスパッタリング装置。4. The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a plurality of metal compound film generation units that generate different metal compound films. 請求項1ないし4のいずれかのスパッタリング装置であって、光学薄膜を成膜する装置であることを特徴とするスパッタリング装置。5. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the sputtering apparatus is an apparatus for forming an optical thin film.
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