JPH0273969A - 対向式スパッタリング法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、対向式スバ・ンタリング法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来より対向式マグネトロンスパッタリング法が知られ
ている。これは、２つのマグネトロンカソードを対向さ
せ配置し、マグネトロンスパッタリングを行なうととも
に、磁場によってプラズマを２つのカソード間に閉じ込
め、かつ基板をカソードの外側に配置して薄膜を形成す
る方法である。この方法は基板の高速粒子によるダメー
ジが低減される点で有利であり、磁性膜作成等に用いら
れていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この方法は、カソードに加えられる電圧
によるグロー放電を基本としているため、そのプラズマ
密度には制約があり、かつ、大面積化が困難（せいぜい
２０ｃｍφ）という欠点があった。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、」１記の課題を解決すべくなされたものであ
り、アーク放電によって発生したプラズマ流を両側から
挟むように２つのターゲットを対向させて平行に配置し
、該２つのターゲットにそれぞれ−に記プラズマ流より
ｔｌの電位をＩｊえて該プラズマ中のイオンをターゲッ
トへ加速し、スパッタリングを行い、上記２つのターゲ
ットの外側でターゲットに垂直な平面内に基体を配置し
、該２つのターゲット間から発生した粒子を該基体上に
付着させて薄膜を形成することを特徴とする対向式スパ
ッタリング法を提供するものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の基本的構成を示す図である。アーク放
電プラズマ流発生源１とアノード３の間で、アーク放電
プラズマ流２を形成する。ターゲット４　（ａ）、４　
（ｂ）をそれぞれ有するカソード５　（ａ）　、５　（
ｂｌ　をターゲット４ｆａ１．４（ｂ）を内側にして、
アーク放電プラズマ流２を挟んで対向して配置し、第１
図には図示していないが、カソード５　ｆａ）　、　５
　（１））に、それぞれアーク放電プラズマ流２よりも
負の電位を与え、該プラズマ流２中のイオンをターゲッ
ト５（ａ）。

５（ｂ）に加速し、スパッタリングを行なう。基体６を
、ターゲット４　（ａ）、　４　（ｂ）の外側で、ター
ゲット４　（ａｔ　、４　（ｂ）に垂直な平面内に配置
し、ターゲット４　（ａ）、　４　ｆｂ）間から発生し
た粒子を基体６上に付着させて薄膜を形成する。

本発明において、アーク放電プラズマ流２は、第１図に
は図示していないが、磁場手段によってシート状に変形
されたシートプラズマであってもよい。この場合ターゲ
ット４（ａｌ、４（ｂｌ　ヘシートプラズマ中のイオン
が均一に入射し、均一なエロージョン領域が得られ、効
率的なスパッタリングができるので、大変好ましい。

以上、アーク放電プラズマ流２としてシートプラズマを
用いる場合の具体的な方法について説明する。

第２図は本発明の方法によってコーティングを行うにあ
たって用いる装置の一例を示したものである。第２図は
第１図をへ方向、即ち、ターゲットに平行な方向から見
たところである。

本発明においては、アーク放電によるプラズマ流を用い
る。かかるアーク放電プラズマ流は、アーク放電プラズ
マ流発生源１とアノード３の間でプラズマ発生用直流電
源２４によってアーク放電を行うことが生成される。

かかるアーク放電プラズマ流発生源１としては、複合陰
極型プラズマ発生装置、又は両者を絹み合わせたプラズ
マ発生装置が好ましい。このようなプラズマ発生装置に
ついては真空第２５巻第１０号（１９８２年発行）に記
載されている。

複合陰極型プラズマ発生装置とは、熱容量の小さい補助
陰極と、Ｌａｃｅからなる主陰極とを有し、該補助陰極
に初期放電を集中させ、それを利用して主陰極ＬａＢ５
を加熱し、主陰極ＬａＢｅが最終陰極としてアーク放電
を行うようにしたプラズマ発生装置である。その−例を
第３図に示ず。補助陰極５２としてはＷ、ＴａｌＭｏ等
の高融点金属からなるコイル又はバイブ状のもの等が挙
げられる。

このような複合陰極型プラズマ発生装置においては、熱
容量の小さな補助陰極５２を集中的に初期放電で加熱し
、初期陰極として動作させ、間接的に１ａＢａの主陰極
５１を加熱し、最終的には１、ａＢａの主陰極５１によ
るアーク放電へと移行させる方式であるので、補助陰極
５２が２５００℃以七の高温になって寿命に影響する以
前にｌ　ａ　Ｂ　ｓの主陰極５１が１５００℃〜１８０
０℃に加熱され、大電子流放出可能になるので、補助陰
極のそれ以上の温度１−１昇が避けられるという点が大
きな利点である。

又、圧力勾配型プラズマ発生装置とは、陰極と陽極の間
に中間電極を介在させ、陰極領域をＩ　Ｔｏｒｒ程度に
、そして陽極領域をｌ１ｌ−’Ｔｏｒｒ程度に保って放
電を行うものであり、陽極領域からのイオン逆流による
陰極の損傷がない上に、中間電極のない放電形式のもの
と比較して、放電電子流をつくりだすだめのキャリアガ
スのガス効率が飛躍的に高く、大電流放電が可能である
という利点を有している。

複合陰極型プラズマ発生装置と、圧力勾配型プラズマ発
生装置とは、それぞれ１−記のような利点を有しており
、両者を組み合わせたプラズマ発生装置、即ち、陰極と
して複合陰極を用いると共に中間電極も配したプラズマ
発生装置は、」二記利点を同時に得ることができるので
本発明のアーク放電プラズマ流発生源ｌとして大変好ま
しい。

第２図にはアーク放電プラズマ発生源１として、第３図
のような複合陰極３１と、環状永久磁石を含む第１中間
電極３２、空芯コイルを含む第２中間電極を有する第２
中間電極３３を有するものを用いた場合を示した。

本発明においては、プラズマ発生源ｌとアノード３をス
パッタリング領域２５を挟むように配置し、２個以上の
空芯コイル２６によってプラズマ発生源ｌからアノード
３方向に向かう磁場２７を形成し、プラズマ発生源１か
ら発生したアーク放電による高密度のプラズマ流を真空
室２３に引き出す。さらに、引き出したプラズマをシー
ト状にするために、一対の永久磁石２８をプラズマガン
とスパッタリング領域２５の間で、同極面を対向させて
プラズマを２つのターゲット方向から挟み（例えば、Ｎ
極とＮ極を対向させる）、かつ、永久磁石のＮ極、ある
いは、Ｓ極面をターゲット而４　ｆａｌ　、　４　（ｂ
ｌ　と平行になるように配置し、プラズマをターゲット
４（ａｌ、４（ｂ）　と平行な方向におしつぶし、シー
ト状の高密度プラズマ２９を形成する。又、シートプラ
ズマ２９を挟むようにターゲット４　（ａ）、　４　（
ｂｌ　を配置し、ターゲット４　（ａ）、４　（ｂ）が
シートプラズマ２９に対して負になるように、ターゲッ
ト４（ａｌ、　４　（ｂ）にスパッタリング電源３０（
ａ）　、　（ｂ）によってそれぞれスパッタリング電圧
を印加する。

第２図において、永久磁石２８によってシート状に変形
されたシートプラズマ２９は、図面に垂直な方向に幅を
有している。ガス導入口３４からは、放電用ガスが導入
される。又、真空室２３は、排気手段によってＩｎ−”
Ｔｏｒｒ程度又はそれ以下に保たれることが望ましい。

本発明において用いられるターゲット４（ａ）４（ｂ）
としては、金属、合金、これらの酸化物、硼化物、炭化
物、珪化物あるいはこれらのうち１又は２種類具」二を
含む混合物からなるターゲットが使用でき、特に限定さ
れるものではないが、金属酸化物膜を形成する場合には
、金属酸化物ターゲットを用いると、製膜条件の制御が
容易で良質の膜が得られるので好ましい。

特に、錫を含む酸化インジウム膜を形成する場合には、
非常に低抵抗の膜が得られるという理由から錫を５〜１
０重量％含む酸化インジウムターゲットが好ましい。

又、本発明においては、ガス導入「Ｊ３４から真空室２
３へ導入される放電用ガスとしては、特に限定されない
が、八「等の不活性ガスが好ましい。又、真空室２３内
のガス雰囲気は、スパッタリングガスとしてのＡｒなと
の不活性ガスの他に、第２図には図示していないが、真
空室２３に設けられたガス導入手段により、反応ガスと
して０□、　Ｎ２などを、０〜４０体積％添加してもよ
い。

以」二、第２図によって、シートプラズマ２９を用いる
場合について説明したが、永久磁石２８を配置すること
を除けば、アーク放電プラズマ流２としてシート状でな
く円柱状のプラズマ流を用いる場合も全く同様である。

本発明において、薄膜を形成する基体６は第１図に図示
した位置（第２図で、図面の手前又は裏側で、図面に対
して平行な位置）に静止していてもよいし、第１図のタ
ーゲットの矢印方向に搬送してもよい。

本発明において薄膜を形成する基体６としては、ガラス
、プラスチック、金属からなる基体やフィルムなどが使
用でき、特に限定されるものではないが、耐熱性の低い
もの、例えば、プラスチックからなる基板又はフィルム
あるいはあらかじめ有機高分子膜を有するガラス板など
にも十分に適用できる。

又、本発明において基体６上に形成される薄膜としては
、金属膜、合金膜、金属の酸化物。

窒化物、硼化物、珪化物、あるいはこれらのうちｌ又は
２種類以」二を含む混合物からなる薄膜等が形成でき、
特に限定されるものではない。

例えば、低抵抗で高透過率の透明導電膜を得ることもで
きる。かかる透明導電膜としては、錫を含む酸化インジ
ウム膜、アンチモンを含んだ酸化錫膜、アルミニウムを
含んだ酸化亜鉛膜等が好適な例として挙げられる。

本発明においては、ターゲット４　（ａｌ、４　（ｂｌ
は同じ材質からなっていてもよいし、互いに異なる材質
であってもよい。

又、スパッタリング電源３０　（ａｌ　、　３０　（ｂ
ｌ　によって、ターゲット４　（ａ）　、　４　（ｂｌ
　に同じ電圧を５えてもよいし、　４　ｆａ）、４　（
ｂ）それぞれ異なる電圧を与えてもよい。スパッタリン
グ電圧を上げれば、アーク放電プラズマ流から、より多
くのイオンがそのターゲットに入射し、スパッタスピー
ドがにがる。３０　ｆａｌ　、　３０　（ｂｌ　を独立
に制御できるので、ターゲット４　（ａｌ　、　４　（
ｂ）を異なる材質とし、基体６に形成する薄膜の組成比
をコントロールすることもできる。

ターゲット４　（ａ）、４　（ｂｌ間の距離はアーク放
電プラズマ流２の厚みにもよるが、２〜２０ｃｍ程度が
好ましい。ターゲットがプラズマ流２に直接触れるか、
又は近づきすぎると、ターゲットの温度が上がりすぎる
ため、ターゲット表面とアーク放電プラズマ流のターゲ
ットに最も近い部分との距離は１〜１０ｃｍであること
が好ましい。

アーク放電プラズマ流２をシート材に変形する場合には
厚み０．５〜５ｃｍ程度にすることが好ましい。

又、基体６は、ターゲット４　（ａ）、４　（ｂ）から
１〜２０ｃｍ離れたところに配置又は搬送するのが好ま
しい。これより遠くなるとスパッタされた粒子が基体ス
パッタリングに有効に付着しない。又、これより近いと
、基体６の温度が非常に上昇してしまうためである。

［作用］ 本発明は、アーク放電によるプラズマ流をイオン源とし
、該プラズマ流の両側に配置されたターゲットにイオン
を加速してスパッタリングを行なわせるものである。

又、基体は第１図のように配するので、直接に高速の粒
子が基体へ入射することがなく、基体の損傷が小さい。

［実施例］ 実施例１ 基板として、ノンアルカリガラス（旭硝子社製ＡＮガラ
ス（商品名）　）　　（ＩＯｃｍＸ　ＩＯｃｍ）を用い
、又、ターゲット４　（ａ）、４　（ｂ）としてＳｎを
７．５重量％含んだ酸化インジウムの焼結体（１００ｍ
Ｘ　４０ｃ＋ｎ）を７ｃｍ離して、第１図のように配置
し、第２図のような装置で以下のような方法で基板上に
１ゴ０膜（錫を含む酸化インジウム膜）を形成した。

まず、真空室２３をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ程度に排
気した後、アーク放電プラズマ流発生装置１にＡ「を３
４から導入し、２４によって放電電流を２０ＯＡに設定
し、アーク放電プラズマ流を発生させ、永久磁石２８に
よって、シートプラズマ２９（厚さ１ｃｍ）を形成した
。その後、真空室２３にＡｒと０２の混合ガス（Ａｒ：
０□＝９９：Ｉ）を導入し、真空室２３をＩ　Ｘ　１Ｏ
−３Ｔｏｒｒ程度とした。そこで、ターゲット４　（ａ
）　、　４　（ｂ）にそれぞれ３０　（ａｔ　、　３０
　（ｂｌ　によって−４００■のスパッタリング電圧を
印加し、スパッタリングを行なった。基板は第１図に示
すような位置で、ターゲット４　ｆａ）　、　４　（ｂ
ｌか６５ｃｍ離さた位置に置き１分間ＩＴＯ膜を製膜し
た。製膜中の基板温度は２００℃以下であった。形成さ
れたＩＴＯ膜の特性は、最も厚いところで膜厚：　４０
００人、比抵抗：３ＸＩＯ−’Ω・ｃｍ、波長５５０ｎ
ｍでの透過率二８０％であった。

［発明の効果］ 本発明においては、アーク放電によるプラズマを利用し
ているため、従来の対向式マグネトロンスパッタに利用
されているグロー放電型プラズマに比べて、プラズマの
密度が５０〜１００倍高く、ガスの電離度は、数十％と
なり、イオン密度、電子密度、中性活性種密度も非常に
高い。よって、従来の対向式マグネトロンスパッタ法よ
りも非常に甲い製膜速度が得られる。

又、シートプラズマを用いれば、シートプラズマ中のイ
オンが均一にターゲットに入射し、ターゲットの均一な
エロージョン領域が得られ、有効ターゲット面積も増大
し、効率的なスパッタリングが可能である。

又、基体に直接高速の粒子が入射して損傷がおこったり
、不純物の混入も少ないという効果も有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示す斜視図、第２図は本
発明の方法によって薄膜形成を行なうにあたり用いる装
置の一例を示した断面図（第１図の六方向から見たとこ
ろ）、第３図は本発明においてアーク放電プラズマ流を
発生させるだめの複合陰極型のプラズマ発生装置の一例
を示す断面図である。 １：アーク放電プラズマ流発生源 ２：アーク放電プラズマ流 ３、アノード ４　（ａｌ　、　４　（ｂｌ　　・ターゲット５　（ａ
ｌ、　５　（ｂ）　　：カソード６：基　体 ７：基体の搬送方向 ２３：真空室 ２４：プラズマ発生用直流電源 ２５ニスバツタリング領域 ２６：空芯コイル ２７：空芯コイルによって作られる磁場の方向２８：永
久磁石 ２９：シートプラズマ ３０ニスバツタリング電源 ３１：複合陰極 ３２：環状永久磁石を内蔵した第１中間電極３３：空芯
コイルを内蔵した第２中間電極５１　：　ＬａＢａ主陰
極 ５２：Ｔａバイブの補助陰極 ５３：陰極を保護するためのＷからなる円板５４：Ｍｏ
からなる円筒 ５５：Ｍｏからなる円板状の熱シールド５６：冷却水 ５７：ステンレスからなる陰極支持台 ５８：ガス導入口 手糸売ネｍ正書 平成１年１２月２　日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アーク放電によって発生したプラズマ流を両側から
   挟むように２つのターゲットを対向させて平行に配置し
   、該２つのターゲットにそれぞれ上記プラズマ流より負
   の電位を与えて該プラズマ中のイオンをターゲットへ加
   速し、スパッタリングを行い、上記２つのターゲットの
   外側でターゲットに垂直な平面内に基体を配置し、該２
   つのターゲット間から発生した粒子を該基体上に付着さ
   せて薄膜を形成することを特徴とする対向式スパッタリ
   ング法。 ２、アーク放電によって発生したプラズマ流が、磁場手
   段によってシート状に変形したシートプラズマであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の対向式スパッタリング法
   。