JPH03166367A - Method and device for sputtering - Google Patents

Method and device for sputtering

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Publication number
JPH03166367A
JPH03166367A JP30589489A JP30589489A JPH03166367A JP H03166367 A JPH03166367 A JP H03166367A JP 30589489 A JP30589489 A JP 30589489A JP 30589489 A JP30589489 A JP 30589489A JP H03166367 A JPH03166367 A JP H03166367A
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JP
Japan
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plasma
electron beam
vacuum chamber
sputtering
generated
Prior art date
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Pending
Application number
JP30589489A
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Japanese (ja)
Inventor
Etsuo Ogino
悦男 荻野
Eiji Kusano
英二 草野
Hidemi Nakai
日出海 中井
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To coat a substrate with a film at a stable and high rate by allowing a target material sputtered by the inert gas ion generated by the specified first process to react with the reactive gas ion generated by the second process. CONSTITUTION:The electron generated in a first accelerated beam source 6a is drawn into a vacuum vessel 1, and allowed to collide with an inert gas to produce plasma 15 contg. the inert gas ion in the vicinity of the surface of a target material 3. The inert gas ion is accelerated by a sputtering cathode 2 and allowed to collide with the material 3 which is sputtered. As the second process in succession to the first process, the electron generated in the second accelerated plasma electron beam source 6b is allowed to collide with a reactive gas 14 to produce the second plasma 16. The sputtered material 3 is passed through the plasma 16 and subjected to a reaction to coat the substrate 20 with the compd. of the material 3.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、建築用や自動車用などに用いられる熱線反射
ガラスや断熱ガラスの透明ガラス基体に被覆される膜、
とりわけ電気絶縁性を有する膜を、大面積の基体に高い
或膜速度で、かつ、安定して被覆する方法および被覆す
る装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a film coated on a transparent glass substrate of heat-reflecting glass or heat insulating glass used for architecture, automobiles, etc.
In particular, the present invention relates to a method and apparatus for stably coating a large-area substrate with a film having electrical insulation properties at a high coating rate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

スバ・ノタリング法で基体に被膜を被覆する方法として
は、特開昭63−223171号で開示されているよう
に、ターゲソトとは独立に磁場に沿ったアーク放電を行
い、この放電プラズマに対してターゲットに負のバイア
ス電圧をかけ、ターゲットにガスイオンを衝突させるこ
とによって、ターゲット物質をスパッタする方法がある
。この方法では、放電電流はターゲットにかかる負のバ
イアス電圧とは独立にコントロール出来るので、アーク
放電の特徴を生かして大電流放電が可能となり、ターゲ
ットへの入射イオン電流密度も従来のマグネトロンスパ
ッタリング法と比較して著しく高くすることが可能で、
その結果スパッタリング速度が著しく向上する。また、
熱陰極放電であるため放電ガス圧力も1.3 3 X 
1 0−”Paと低くすることも可能となり、スパッタ
されたターゲット物質が基体へ飛行する過程で生ずる雰
囲気ガスとの衝突による散乱を小さくすることが出来る
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-223171, a method of coating a substrate with a film using the Suba Notaring method involves performing arc discharge along a magnetic field independently of the target material, and There is a method of sputtering a target material by applying a negative bias voltage to the target and causing gas ions to collide with the target. In this method, the discharge current can be controlled independently of the negative bias voltage applied to the target, making it possible to discharge a large current by taking advantage of the characteristics of arc discharge, and the incident ion current density to the target is also lower than that of the conventional magnetron sputtering method. It is possible to significantly increase the
As a result, sputtering speed is significantly improved. Also,
Since it is a hot cathode discharge, the discharge gas pressure is also 1.3 3
It is also possible to lower the pressure to as low as 10-''Pa, which makes it possible to reduce scattering caused by collisions with atmospheric gases that occur during the flight of the sputtered target material to the substrate.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、前記従来のアーク放電プラズマを利用し
たスパッタリング法においては、反応性スパッタリング
によって誘電体被膜を形成するに際しては、著しくスパ
ッタリング速度すなわち基体上の威膜速度が減少すると
いう問題点があった。
However, in the conventional sputtering method using arc discharge plasma, there is a problem in that when forming a dielectric film by reactive sputtering, the sputtering speed, that is, the film deposition speed on the substrate is significantly reduced.

即ち、従来の方法によって誘電体被膜を形成する場合、
通常、誘電体被膜を形或する金属をターゲットとしてス
バンタ陰極に設置し、前記ターゲソト近傍に不活性ガス
と酸素や窒素などの反応性ガスの混合ガスからなるアー
ク放電によって生起させたターゲットとほぼ平行なシー
トプラズマを形威させ、このシートプラズマ中に存在す
る不活性ガスイオンおよび反応性ガスイオンをプラズマ
とは独立に負のバイアス電圧がかけられたターゲット物
質に衝突させることによって、ターゲット物質の原子を
スパッタさせ、前記ターゲット物質から飛び出したター
ゲット物質の原子がプラズマ中の反応ガスと反応するこ
とによって、基体上にターゲット物質の酸化物や窒化物
等の誘電体被膜が形威される。ところが、この方法によ
るとスパッタリングターゲット近傍に反応ガスを含んだ
プラズマを生起させるため、ターゲット表面に入射する
中性の反応性ガス及び反応性ガスイオンのフランクスが
多く、ターゲット物質と反応性ガスとで形威される化合
物層がターゲット表面に形成されてしまう。一般的に、
金属と金属化合物のスパッタリング速度を比較すると、
金属化合物のスパッタリング速度のほうが著しく低いた
め、この結果、ターゲットからスパッタされる物質の総
量が減少し、基体上での被膜の堆積速度も減少してしま
う。更に、ターゲット表面上に絶縁層が形威されること
によりターゲット表面が帯電し、時としてターゲット表
面上でアーキングが生じるのでスパッタリングを安定し
ておこなうのが容易でないという問題が生じていた。
That is, when forming a dielectric film by the conventional method,
Usually, a metal with a dielectric coating is placed as a target on the Svanter cathode, and the target is generated near the target by an arc discharge consisting of a mixed gas of an inert gas and a reactive gas such as oxygen or nitrogen. By forming a sheet plasma and colliding the inert gas ions and reactive gas ions present in this sheet plasma with the target material to which a negative bias voltage is applied independently of the plasma, the atoms of the target material are is sputtered, and the atoms of the target material ejected from the target material react with the reactive gas in the plasma, thereby forming a dielectric film of oxide, nitride, or the like of the target material on the substrate. However, since this method generates plasma containing reactive gas near the sputtering target, there are many flanks of neutral reactive gas and reactive gas ions that are incident on the target surface, and the interaction between the target material and the reactive gas increases. A compound layer formed on the target surface is formed. Typically,
Comparing the sputtering speeds of metals and metal compounds,
Since the sputtering rate of the metal compound is significantly lower, this results in a reduction in the total amount of material sputtered from the target and a reduction in the rate of film deposition on the substrate. Furthermore, the formation of an insulating layer on the target surface causes the target surface to become electrically charged, and sometimes arcing occurs on the target surface, making it difficult to perform sputtering stably.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
であって、速い成膜速度を有しつつ大面積の基体上に均
一な被膜を被覆する方法およびその装置を提供するもの
である。
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a method and apparatus for coating a large-area substrate with a uniform film while having a high film-forming rate. .

本発明の方法は、減圧された雰囲気が調節できる真空槽
内で、スパッタ陰極に設置したターゲット物質をスパッ
タリングにより基体に被覆する方法であって、前記ター
ゲット物質が主として不活性ガスイオンによりスパッタ
させる第1のプロセスと、前記第1のプロセスにひきつ
づいて、スパッタされたターゲット物質が前記基体と前
記ターゲフト物質との間で生起させた反応ガス、または
反応ガスと不活性ガスとを含むプラズマ中を通過させる
第2のプロセスとを含み、前記第1のプロセスが、第1
の加速型プラズマ電子ビーム源内で発生させ、その後前
記真空槽内へ電気的に加速して引出した電子と、前記雰
囲気ガス中の主として不活性ガスとの衝突により前記タ
ーゲット物質表面近傍に不活性ガスイオンを含むプラズ
マを生成させ、前記プラズマ中の不活性イオンを前記ス
パッタ陰極に印加した負電圧により加速して前記ターゲ
ット物質に衝突させるスパッタリングプロセスであり、
前記第2のプロセスが、第2の加速型プラズマ電子ビー
ム源内で発生させ、その後前記真空槽内へ電気的に加速
して引出した電子と、雰囲気中の反応性ガス、または反
応性ガスと不活性ガスとの衝突により第2のプラズマを
生成させ、前記第2のプラズマの中を、前記スパッタさ
れた物質を通過させることにより、前記スパッタされた
物質と反応性ガスとを反応させるプロセスである。
The method of the present invention is a method in which a substrate is coated by sputtering with a target material placed on a sputtering cathode in a vacuum chamber where a reduced pressure atmosphere can be adjusted. 1 and subsequent to the first process, the sputtered target material passes through a plasma containing a reactive gas generated between the substrate and the target material, or a reactive gas and an inert gas. a second process in which the first process
The electrons generated in the accelerated plasma electron beam source and then electrically accelerated and extracted into the vacuum chamber collide with mainly inert gas in the atmospheric gas, so that an inert gas is generated near the surface of the target material. A sputtering process in which a plasma containing ions is generated, and inert ions in the plasma are accelerated by a negative voltage applied to the sputtering cathode and collide with the target material,
The second process combines electrons generated in a second accelerated plasma electron beam source and then electrically accelerated and extracted into the vacuum chamber with a reactive gas in the atmosphere or with a reactive gas. A process of generating a second plasma through collision with an active gas and causing the sputtered material to react with the reactive gas by passing the sputtered material through the second plasma. .

ターゲット物質をスパッタさせるための第1のプラズマ
電子ビーム源により生起されるプラズマは、大きな放電
電流が得られるアーク放電プラズマであることが、スパ
ッタリング速度を高める上で好ましく、また第1のプラ
ズマ電子ビーム源内で電子を発生させるための陰極は、
高真空で多量の電子を放出させることができる熱陰極で
あることが好ましい。さらに、スパッタされたターゲッ
ト物質を反応性ガスと効率よく反応させるために、第2
のプラズマ電子ビーム源により生起されるプラズマは、
同様に大きな放電電流が得られるアーク放電プラズマで
あることが好ましく、また第2のプラズマ電子ビーム源
内で電子を発生させるための陰極は、上記第1のプラズ
マ電子ビーム源と同様熱陰極であることが好ましい。
The plasma generated by the first plasma electron beam source for sputtering the target material is preferably an arc discharge plasma that can obtain a large discharge current, in order to increase the sputtering rate. The cathode for generating electrons in the source is
A hot cathode that can emit a large amount of electrons in a high vacuum is preferable. Furthermore, in order to efficiently react the sputtered target material with the reactive gas, a second
The plasma generated by the plasma electron beam source is
Similarly, it is preferable to use an arc discharge plasma that can obtain a large discharge current, and the cathode for generating electrons in the second plasma electron beam source is a hot cathode like the first plasma electron beam source. is preferred.

また、大きな面積の基体に被膜を被覆するにあたり、大
きな面積のターゲット物質を用いる場合は、上記第1の
プラズマ電子ビーム源により生起されるプラズマは、タ
ーゲット物質の表面全体を覆うと同時に、スパッタされ
たターゲソト物質の大部分が第2のプラズマ電子ビーム
源で発生するプラズマ中を通過することが好ましく、そ
のために上記プラズマの形状は、シート状すなわち偏平
な形状をして、そのシート面がターゲット表面および基
体表面とほぼ平行であることが好ましい。
In addition, when a large area target material is used to coat a large area substrate with a film, the plasma generated by the first plasma electron beam source covers the entire surface of the target material and at the same time does not sputter. It is preferable that most of the target material passes through the plasma generated by the second plasma electron beam source. Therefore, the shape of the plasma is sheet-like, that is, flat, and the sheet surface is close to the target surface. and is preferably substantially parallel to the substrate surface.

上記した形状のプラズマを得るためには、たとえ?特開
昭59−27499に開示されている真■槽の内側また
は外側に電磁石または永久磁石を出ける方法を用いるこ
とができる。
In order to obtain plasma with the shape described above, what is the example? It is possible to use the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-27499, in which an electromagnet or permanent magnet can be placed inside or outside the tank.

本発明のスパッタリング装置は、減圧された;囲気ガス
が調節できる真空槽と、ターゲット物乍の設置手段を有
する前記真空槽とは電気的に絶着されたスパッタ陰極と
、前記スパッタ陰極に対巾して配置されて、被膜を被覆
すべき基体を保持づる手段と、前記真空槽とは電気的に
絶縁されて杼記スバンタ陰極の表面近傍にプラズマが生
起す2ように設けた、第1のプラズマ電子ビーム源と市
記第1のプラズマ電子ビーム源で発生させた電1を前記
真空槽内へ引き出すための第1の陽極と力らなる第Iの
プラズマ発生装置と、前記真空槽とは電気的に絶縁され
て、前記基体の表面近傍にフラズマが生起するように設
けた、第2のプラズ1電子ビーム源と前記第2のプラズ
マ電子ビーム漂で発生させた電子を真空槽内へ引き出す
ための42の陽極とからなる第2のプラズマ発生装置と
、第1および第2のプラズマ電子ビーム源と第1よよび
第2の陽極とに電力を外部より供給する手段と、前記真
空槽内にガスを導入するための手段と、排気手段とを含
むスパッタリング装置である。
The sputtering apparatus of the present invention includes a vacuum chamber in which the surrounding gas can be adjusted, and a sputtering cathode electrically connected to the vacuum chamber, and a sputtering cathode having a width opposite to the sputtering cathode. means for holding the substrate to be coated with a coating; A first plasma generating device comprising a plasma electron beam source and a first anode for drawing out the electrons generated by the first plasma electron beam source into the vacuum chamber; and the vacuum chamber. A second plasma electron beam source, which is electrically insulated and provided so as to generate a plasma near the surface of the substrate, and draws electrons generated by the second plasma electron beam drift into a vacuum chamber. a second plasma generator comprising 42 anodes; means for externally supplying electric power to the first and second plasma electron beam sources and the first and second anodes; The sputtering apparatus includes means for introducing gas into the sputtering apparatus and exhaust means.

また、大面積の基体に均質な膜を被覆するためには、前
記スパッタ陰極および前記基体の表面近傍に生起する2
つのプラズマの形状がシート状であって、前記シート面
がスパッタ陰極のターゲット表面とほぼ平行にするため
に、前記プラズマ電子ビーム源から対向して設置された
陽極に向かう方向に磁場を形成する空芯コイルと、前記
磁場の方向と垂直な方向に磁場を有し、かつ、互にN極
が向い合うように配置された1対の永久磁石とを設ける
ことが好ましい。
In addition, in order to coat a large-area substrate with a homogeneous film, it is necessary to
The shape of the two plasmas is a sheet, and in order to make the sheet surface almost parallel to the target surface of the sputtering cathode, a magnetic field is formed in a direction from the plasma electron beam source to an anode placed opposite to the sputtering cathode. It is preferable to provide a core coil and a pair of permanent magnets that have a magnetic field in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field and are arranged so that their north poles face each other.

また本発明にかかる装置において、真空槽内を、第1の
プラズマ電子ビーム源により生起されるプラズマがある
空間と、第2のプラズマ電子ビーム源により生起される
プラズマがある空間を分離し、かつ、前記スパッタされ
たターゲット物質が基体に被着するように開口部を備え
た隔壁を設けることは、第2のプラズマの反応性ガスが
拡散してタ一ゲット物質表面に流入するのを防ぐうえで
好ましい。
Further, in the apparatus according to the present invention, the inside of the vacuum chamber is separated into a space in which plasma is generated by the first plasma electron beam source and a space in which plasma is generated by the second plasma electron beam source, and Providing a partition with an opening so that the sputtered target material adheres to the substrate is effective in preventing the reactive gas of the second plasma from diffusing and flowing into the surface of the target material. It is preferable.

さらに、真空槽内の雰囲気全体の排気は、公知の真空排
気ポンプを用いることができる。そして真空排気ボンブ
の排気口は、前記第1のプラズマ空間よりも第2のプラ
ズマ空間に近い真空壁に設けることが好ましい。
Furthermore, a known vacuum pump can be used to exhaust the entire atmosphere within the vacuum chamber. The exhaust port of the vacuum exhaust bomb is preferably provided in a vacuum wall closer to the second plasma space than the first plasma space.

また本発明に用いるスパッタ陰極に用いる電源は、とく
に限定されないが、安定なスバ・ノタリングをおこなう
うえで、直流電源が好ましく用いられる。
Further, the power source used for the sputtering cathode used in the present invention is not particularly limited, but a DC power source is preferably used in order to perform stable sub-notering.

〔作用〕[Effect]

第1のプラズマ電子ビーム源によりターゲット表面近傍
に生起されるプラズマ中の不活性ガスイオンは、スパッ
タ陰極に印加された負電圧によりターゲソト物質に衝突
し、ターゲット物質をスパッタする。第2のプラズマ電
子ビーム源により基体表面近傍に生起されるプラズマ中
の反応性ガスおよび反応性ガスイオンは、スパッタされ
たターゲット物質と効率よく反応し、反応生戒物をつく
る.このとき反応性ガスは、ターゲット表面より遠い基
体表面近傍に導入されるので、ターゲット物質表面に到
達するのが抑制され、ターゲット表面でターゲット物質
と反応性ガスとの化合物の生或が抑制され、ターゲット
物質のスパッタ速度を大きくすることできる。
Inert gas ions in the plasma generated near the target surface by the first plasma electron beam source collide with the target material due to the negative voltage applied to the sputter cathode, thereby sputtering the target material. The reactive gas and reactive gas ions in the plasma generated near the substrate surface by the second plasma electron beam source react efficiently with the sputtered target material to create a reactive substance. At this time, the reactive gas is introduced near the substrate surface, which is farther from the target surface, so that it is inhibited from reaching the target material surface, and the formation of a compound between the target material and the reactive gas on the target surface is inhibited. The sputtering speed of the target material can be increased.

第1のプラズマの形状をシート面がターゲットの表面と
ほぼ平行なシート状にすることにより、ターゲット表面
全体をスパッタすることができる。
By shaping the first plasma into a sheet whose sheet surface is substantially parallel to the target surface, the entire target surface can be sputtered.

そして第2のプラズマの形状をシート面が基体にほぼ平
行なシート状にすることにより、反応性ガスと反応する
、基体に向って飛行するターゲット物質の流東断面積を
大きくすることができる。
By shaping the second plasma into a sheet whose sheet surface is substantially parallel to the substrate, it is possible to increase the flow east cross-sectional area of the target material that reacts with the reactive gas and flies toward the substrate.

また、本発明の装置にかかる真空槽内の隔壁は、反応性
ガスがターゲット表面に拡散するときのコンダクタンス
を小さくする作用をする。
Further, the partition wall in the vacuum chamber according to the apparatus of the present invention functions to reduce the conductance when the reactive gas diffuses to the target surface.

〔実施例) 以下、本発明を実施例に基いて説明する。第1図は、本
発明のスパッタリング方法を実施するための装置の1実
施例の概略断面図である。
[Examples] The present invention will be described below based on Examples. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of an apparatus for carrying out the sputtering method of the present invention.

減圧された威膜室22内に、ターゲット物質がスパッタ
リングターゲットとして真空槽1と電気的に絶縁された
スパッタリング用陰極2に配置されている。真空槽1は
真空排気ポンプ(図示しない)に接続する排気口2lか
ら排気される。夕一ゲット物質3の上部にこれと水平に
拡がったシート状のプラズマを生起させるための第1お
よび第2のプラズマ電子ビーム源6 a +  6 b
および陽極13a.13bが電気絶縁体4を介して真空
槽1から電気的に絶縁されて配置されている。プラズマ
を生起させるためには、第1および第2のプラズマ電子
ビーム源の熱陰極7a,7bにガス供給パイプ8a,3
bから^r等の不活性ガスを導入し、かつ、陰極?a,
7bに放電電源11a.1lbから直流電流を供給する
。発生するプラズマをプラズマ電子ビーム源6a,5b
およびこれと対向して配置された陽極13a,13bの
そばに置かれたプラズマ誘導用空芯コイル12によって
、発生したプラズマ電子ビーム源6a,6bからそれぞ
れ陽極13a,13bに向かう磁場によ、って陽極13
a.13bに引き出す。また中間電極9a,9bによっ
て電子が真空槽内22に引き出されプラズマ圧縮用永久
磁石10によってシートプラズマ15.16が形威され
る.更に、シートプラズマ16は、反応ガス供給パイブ
14から反応ガスを供給することによって反応ガスを含
んだプラズマとなる。
In a vacuum chamber 22, a target material is placed as a sputtering target on a sputtering cathode 2 electrically insulated from the vacuum chamber 1. The vacuum chamber 1 is evacuated from an exhaust port 2l connected to a vacuum pump (not shown). First and second plasma electron beam sources 6 a + 6 b for generating a sheet-like plasma spread horizontally above the Yuichi target material 3
and anode 13a. 13b is arranged to be electrically insulated from the vacuum chamber 1 via the electrical insulator 4. In order to generate plasma, gas supply pipes 8a, 3 are connected to the hot cathodes 7a, 7b of the first and second plasma electron beam sources.
An inert gas such as ^r is introduced from b, and the cathode? a,
7b, a discharge power source 11a. Supplies direct current from 1 lb. The generated plasma is transferred to plasma electron beam sources 6a and 5b.
The air-core coil 12 for plasma induction placed near the anodes 13a and 13b, which are placed opposite to this, generates magnetic fields directed from the plasma electron beam sources 6a and 6b toward the anodes 13a and 13b, respectively. anode 13
a. Pull it out to 13b. Further, electrons are extracted into the vacuum chamber 22 by the intermediate electrodes 9a and 9b, and a sheet plasma 15, 16 is formed by the permanent magnet 10 for plasma compression. Further, the sheet plasma 16 becomes a plasma containing a reactive gas by supplying a reactive gas from the reactive gas supply pipe 14.

シートプラズマl5のターゲット物質3とは反対側に、
開口部l7を有した隔壁18が設けられている。被覆さ
れる基体20はターゲット物質3と対向して真空槽lの
上部に基体保持治具19によって保持される。
On the opposite side of the sheet plasma l5 from the target material 3,
A partition wall 18 having an opening l7 is provided. The substrate 20 to be coated is held by a substrate holding jig 19 at the upper part of the vacuum chamber 1, facing the target material 3.

スパッタリングを行うためには、スパッタリング用陰極
2に直流電源5によって負のバイアスを与える。スパッ
タリング用陰極2に負のバイアス電圧が印加されると、
不活性ガスによるシートプラズマ15内で生或された不
活性ガスイオンのうちターゲット表面近傍まで熱拡散で
到達したイオンが負のバイアス電圧によって加速され、
ターゲットに高エネルギーで衝突しその時にターゲット
物質3がスパッタされる。スパッタされた物質は、開口
部17を通過した後、基体近傍の反応ガスから或るシー
トプラズマ16中を通過する際に、そのプラズマ中に存
在する反応ガスのイオン又は励起種と反応することによ
ってターゲット物質と反応ガスとの化合物が生成し、基
体上にターゲット物質3の化合物薄膜が被覆される。
In order to perform sputtering, a negative bias is applied to the sputtering cathode 2 by a DC power supply 5. When a negative bias voltage is applied to the sputtering cathode 2,
Among the inert gas ions generated in the sheet plasma 15 by the inert gas, the ions that have reached the vicinity of the target surface by thermal diffusion are accelerated by a negative bias voltage.
It collides with the target with high energy and the target material 3 is sputtered at that time. After passing through the opening 17, the sputtered substance passes through a certain sheet plasma 16 from the reactive gas near the substrate, by reacting with ions or excited species of the reactive gas present in the plasma. A compound of the target material and the reactive gas is generated, and a thin film of the compound of the target material 3 is coated on the substrate.

以下に具体例を示す。このときのターゲットサイズは直
径8インチ、厚さ5fiで基体とターゲット物質との距
離は500m,シートプラズマ15とターゲット物質と
の距離は約3Qmm,シートプラズマ16と基体20と
の距離は約50mm、隔壁18とシートプラズマ15の
距離は約25mm、開口部17の面積は、ターゲット物
質3とほぼ同じとした。
A specific example is shown below. The target size at this time is 8 inches in diameter and 5fi in thickness, the distance between the base and the target material is 500 m, the distance between the sheet plasma 15 and the target material is about 3 Q mm, the distance between the sheet plasma 16 and the base 20 is about 50 mm, The distance between the partition wall 18 and the sheet plasma 15 was approximately 25 mm, and the area of the opening 17 was approximately the same as that of the target material 3.

以上の説明した装置によりガラス基体上に誘電体膜を被
覆した。
A dielectric film was coated on a glass substrate using the apparatus described above.

実施例1 まず、スパッタリング用陰極3の上面に導電性Siをス
パッタリングターゲット物質として設置した.次いで、
被膜を形威させるガラス板20を基体保持治具19によ
って保持した。しかる後、図示省略した真空ポンプによ
り真空槽22を約10−3Paまで減圧した。次いで、
プラズマ電子ビーム源内に不活性ガス供給バイプ8a,
8bから不活性ガスとしてArガス30scca+を導
入した。この状態で、空芯コイル12に20Aの電流を
流し、プラズマ電子ビーム源から陽極に向かう方向の磁
場を形或した後、プラズマ電子ビーム源6a.6bに約
50Aの電流を供給し、熱陰極7a,7bを加熱するこ
とにより約60A/cdの大電流をとりだし、陽極13
との間でプラズマを生起させた。空芯コイルによって形
威された磁場の強さは、ガウスメーターで別途測定した
ところ、真空槽の中心で約105ガウスであった。プラ
ズマ電子ビーム源と陽極との間で生起されたプラズマは
、プラズマ圧縮用角型永久磁石10(Sm−Co製、表
面で約2.5kガウス)によってシート状のプラズマと
なり、そのサイズは幅約40COl、長さ約60CI1
、厚み約1. 5 cII1のシートプラズマであった
。次に、反応ガス供給パイプ14から反応ガスとして約
605ccfflの酸素ガスをシートプラズマに供給し
、反応ガスを含んだシートプラズマl6とした。
Example 1 First, conductive Si was placed on the upper surface of the sputtering cathode 3 as a sputtering target material. Then,
A glass plate 20 on which a coating is to be formed was held by a substrate holding jig 19. Thereafter, the pressure in the vacuum chamber 22 was reduced to about 10<-3>Pa using a vacuum pump (not shown). Then,
an inert gas supply pipe 8a within the plasma electron beam source;
30 scca+ of Ar gas was introduced as an inert gas from 8b. In this state, a current of 20 A is applied to the air-core coil 12 to form a magnetic field in the direction from the plasma electron beam source toward the anode, and then the plasma electron beam source 6a. A current of about 50 A is supplied to the anode 6b, and a large current of about 60 A/cd is taken out by heating the hot cathodes 7a and 7b.
Plasma was generated between the two. The strength of the magnetic field produced by the air-core coil was measured separately with a Gaussmeter and was approximately 105 Gauss at the center of the vacuum chamber. The plasma generated between the plasma electron beam source and the anode is turned into a sheet-like plasma by the square permanent magnet 10 for plasma compression (made of Sm-Co, approximately 2.5 k Gauss at the surface), and the size of the plasma is approximately 2.5 k Gauss wide. 40COl, length approximately 60CI1
, thickness approx. It was a sheet plasma of 5cII1. Next, about 605 ccffl of oxygen gas was supplied as a reaction gas from the reaction gas supply pipe 14 to the sheet plasma, forming a sheet plasma 16 containing the reaction gas.

このような状態で、スパッタリング陰極3に直流電源5
によって約200Vの負バイアス電圧を印加し、不活性
ガスシ一トプラズマ15からのArイオンによってSt
ターゲットのスパッタリングを行なった。約150秒間
スパッタリングを持続した後、直流電源5をオフにする
ことによってスパッタリングを中止し、更に、シートプ
ラズマ用直流電源11a,llbをオフにすこるとによ
って放電を停止して或膜工程を終了した。この間、ター
ゲット表面での異常放電(アーキング)は観察されなか
った。このようにして、ガラス板20上に酸化珪素被膜
を形威した。次に、真空槽22を大気に戻し、酸化珪素
が被膜されたガラス板を取り出した。表面粗さ計により
被覆された薄膜の厚みを測定したところ1950人であ
った。また、エリプソメーターで薄膜の光学定数を測定
したところ、波長630nn+において屈折率が1.4
64、消衰係数が0.00の吸収の無い透明な膜であっ
た。実施例2 実施例1の反応ガスを酸素ガス25secm、窒素ガス
50sccmの混合ガスとして同様の作業を行い、珪窒
酸化被膜の形成を試みた。150秒間のスパッタリング
後、被覆終了し、真空槽を大気にし、珪窒酸化膜が被覆
されたガラス板およびSiウェハを取り出した。スパッ
タリングが行なわれている間、実施例1と同様にターゲ
ット表面でのアーキングの発生は観察されなかった。S
iウェハ上の被膜について赤外吸収スペクトルを測定し
たところ、850cn−’、1060− ’ cm付近
にそれぞれSt−N,Si−0結合による吸収ピークが
観察され、得られた被膜が珪窒酸化被膜であることが確
かめられた。
In this state, the DC power supply 5 is connected to the sputtering cathode 3.
By applying a negative bias voltage of about 200 V, St
Target sputtering was performed. After continuing sputtering for about 150 seconds, the sputtering is stopped by turning off the DC power supply 5, and further, the discharge is stopped by turning off the DC power supplies 11a and 11b for sheet plasma, and a certain film process is completed. did. During this time, no abnormal discharge (arcing) was observed on the target surface. In this way, a silicon oxide film was formed on the glass plate 20. Next, the vacuum chamber 22 was returned to the atmosphere, and the glass plate coated with silicon oxide was taken out. The thickness of the coated thin film was measured using a surface roughness meter and found to be 1,950. In addition, when the optical constants of the thin film were measured using an ellipsometer, the refractive index was 1.4 at a wavelength of 630 nn+.
64. It was a transparent film with no absorption and an extinction coefficient of 0.00. Example 2 The same operation as in Example 1 was performed except that the reaction gas was a mixed gas of 25 sec of oxygen gas and 50 sccm of nitrogen gas, and an attempt was made to form a silicon nitride oxide film. After sputtering for 150 seconds, the coating was completed, the vacuum chamber was brought to the atmosphere, and the glass plate and Si wafer coated with the silicon nitride oxide film were taken out. While sputtering was being performed, no arcing was observed on the target surface as in Example 1. S
When the infrared absorption spectrum of the film on the i-wafer was measured, absorption peaks due to St-N and Si-0 bonds were observed near 850 cn-' and 1060-' cm, respectively, indicating that the obtained film was a silicon nitride oxide film. It was confirmed that.

また、表面粗さ計により被覆された薄膜の厚みを測定し
たところ1780人であった。更に、エリプソメーター
で光学定数を測定したところ、波長633nmにおいて
屈折率が1.62、消衰係数が0.00の吸収の無い透
明な薄膜であった。
Furthermore, the thickness of the coated thin film was measured using a surface roughness meter and found to be 1,780 people. Furthermore, when the optical constants were measured using an ellipsometer, the film was found to be a transparent thin film with no absorption and a refractive index of 1.62 and an extinction coefficient of 0.00 at a wavelength of 633 nm.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、基体に誘電体被膜をきわめて安定して
、かつ速い成膜速度で被覆することが可能となる。また
、大面積の基体に被膜を被覆するに際して大きい面積の
ターゲットを用いる場合、均一に広がったシートプラズ
マをスパッタリングのためのイオン源としているため、
ターゲットの表面全体をスパッタするため、ターゲソト
の利用効率が大きい。
According to the present invention, it is possible to coat a substrate with a dielectric film extremely stably and at a high deposition rate. In addition, when using a large-area target to coat a large-area substrate with a film, a uniformly spread sheet plasma is used as the ion source for sputtering.
Since the entire surface of the target is sputtered, the target separation efficiency is high.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の実施に用いたスパッタリング装置の
概略断面図である。 1・・・・・・真空槽 2・・・・・・スパッタリング用陰極 3・・・・・・ターゲソト物質 5・・・・・・匝流電源 6・・・・・・プラズマ電子ビーム源 7・・・・・・熱陰極 8・・・・・・不活性ガス供給パイプ 10・・・プラズマ圧縮用永久磁石 11・・・放電電源 2・・・プラズマ誘導用空芯コイル 3・・・陽極 4・・・反応ガス供給パイプ 5.16・・・シートプラズマ 6・・・反応ガスシ一トプラズマ 7・・・開口部 8・・・隔壁 9・・・基体保持治具 O・・・基体 1・・・排気口
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a sputtering apparatus used in carrying out the present invention. 1... Vacuum chamber 2... Sputtering cathode 3... Target material 5... Twisting power source 6... Plasma electron beam source 7 ... Hot cathode 8 ... Inert gas supply pipe 10 ... Permanent magnet for plasma compression 11 ... Discharge power source 2 ... Air core coil for plasma induction 3 ... Anode 4... Reactive gas supply pipe 5.16... Sheet plasma 6... Reactive gas sheet plasma 7... Opening 8... Partition wall 9... Substrate holding jig O... Substrate 1 ···exhaust port

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)減圧された雰囲気が調節できる真空槽内で、スパッ
タ陰極に設置したターゲット物質をスパッタリングによ
り基体に被覆する方法において、前記ターゲット物質を
主として不活性ガスイオンによりスパッタさせる第1の
プロセスと、前記第1のプロセスにひきつづいて、スパ
ッタされたターゲット物質を前記基体と前記ターゲット
物質との間で生起させた反応ガス、または反応ガスと不
活性ガスとを含むプラズマ中を通過させる第2のプロセ
スとを含む方法であって、 前記第1のプロセスが、第1の加速型プラズマ電子ビー
ム源内で発生させ、その後、前記真空槽内へ電気的に加
速して引出した電子と、前記雰囲気ガス中の主として不
活性ガスとの衝突により前記ターゲット物質表面近傍に
不活性ガスイオンを含むプラズマを生成させ、前記プラ
ズマ中の不活性ガスイオンを前記スパッタ陰極に印加し
た負電圧により加速して、前記ターゲット物質に衝突さ
せるスパッタリングプロセスであり、 前記第2のプロセスが、第2の加速型プラズマ電子ビー
ム源内で発生させ、その後前記真空槽内へ電気的に加速
して引出した電子と、前記雰囲気中の反応性ガス、また
は反応性ガスと不活性ガスとの衝突により第2のプラズ
マを生成させ、前記第2のプラズマ中を、前記スパッタ
された物質を、通過させることにより、前記スパッタさ
れた物質と反応ガスとを、反応させるプロセスであるこ
とを特徴とする方法。 2)前記プラズマ電子ビーム源内の電子が熱陰極により
生成され、前記第1および第2のプラズマがアーク放電
プラズマであることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の方法。 3)前記第1および第2のプロセスのプラズマの形状が
、シート状で、前記シート面が前記ターゲットの表面と
平行であることを特徴とする特許請求範囲第1項または
第2項記載の方法。 4)減圧された雰囲気ガスが調節できる真空槽と、ター
ゲット物質の設置手段を有する前記真空槽とは電気的に
絶縁されたスパッタ陰極と、前記スパッタ陰極に対向し
て配置されて、被膜を被覆すべき基体を保持する手段と
、前記真空槽とは電気的に絶縁されて、前記スパッタ陰
極の表面近傍にプラズマが生起するように設けた、第1
のプラズマ電子ビーム源と前記第1のプラズマ電子ビー
ム源で発生させた電子を前記真空槽内へ引き出すための
第1の陽極とからなる第1のプラズマ発生装置と、前記
真空槽とは電気的に絶縁されて、前記基体の表面近傍に
プラズマが生起するように設けた、第2のプラズマ電子
ビーム源と前記第2のプラズマ電子ビーム源で発生させ
た電子を真空槽内へ引き出すための第2の陽極とからな
る第2のプラズマ発生装置と、第1および第2のプラズ
マ電子ビーム源と第1および第2の陽極とに電力を外部
より供給する手段と、前記真空槽内にガスを導入および
排出するための手段と、を含むスパッタリング装置。 5)前記スパッタ陰極および前記基体の表面近傍に生起
するプラズマの形状がシート状であって、前記シート面
がスパッタ陰極のターゲット設置面と平行になるように
、前記プラズマ電子ビーム源から陽極に向う磁場を形成
する空芯コイルと、前記磁場の方向と垂直な方向に磁場
を有し、かつ、互にN極が向い合うように配置された1
対の永久磁石とが設けられた特許請求範囲第4項記載の
装置。 6)前記真空槽内を、第1のプラズマ発生装置により生
起されるプラズマがある空間と、第2のプラズマ発生装
置により生起されるプラズマがある空間を分離し、かつ
、前記スパッタされたターゲット物質が基体に被着する
ように、開口部を備えた隔壁を真空槽内に設けたことを
特徴とする特許請求範囲第4項または第5項の装置。 7)前記開口部がスパッタ陰極のほぼ真上に位置し、か
つ前記開口部の面積がスパッタ陰極の面積とほぼ等しい
ことを特徴とする特許請求範囲第6項記載の装置。
[Claims] 1) A method of coating a substrate by sputtering with a target material placed on a sputtering cathode in a vacuum chamber in which a reduced pressure atmosphere can be controlled, the method comprising sputtering the target material mainly with inert gas ions. 1 and subsequent to the first process, passing the sputtered target material through a plasma containing a reactive gas generated between the substrate and the target material, or a reactive gas and an inert gas. and a second process in which the first process generates electrons in the first accelerated plasma electron beam source and then electrically accelerates and extracts them into the vacuum chamber. , a plasma containing inert gas ions is generated near the surface of the target material by collision with mainly an inert gas in the atmospheric gas, and the inert gas ions in the plasma are accelerated by a negative voltage applied to the sputtering cathode. The sputtering process is a sputtering process in which electrons are generated in a second accelerated plasma electron beam source and then electrically accelerated and extracted into the vacuum chamber. , generating a second plasma by collision of a reactive gas in the atmosphere or a reactive gas and an inert gas, and passing the sputtered material through the second plasma; A method characterized in that it is a process of causing a reaction between a sputtered substance and a reactive gas. 2) The method of claim 1, wherein the electrons in the plasma electron beam source are generated by a hot cathode and the first and second plasmas are arc discharge plasmas. 3) The method according to claim 1 or 2, wherein the shape of the plasma in the first and second processes is sheet-like, and the sheet surface is parallel to the surface of the target. . 4) A vacuum chamber in which a reduced pressure atmosphere can be adjusted, and a means for placing a target material in the vacuum chamber. A first means for holding the substrate to be overturned and the vacuum chamber are electrically insulated and are provided so that plasma is generated near the surface of the sputtering cathode.
a first plasma generation device comprising a plasma electron beam source and a first anode for extracting electrons generated by the first plasma electron beam source into the vacuum chamber; a second plasma electron beam source, which is insulated from the substrate and is provided so that plasma is generated near the surface of the substrate; and a second plasma electron beam source for extracting electrons generated by the second plasma electron beam source into the vacuum chamber. a second plasma generator comprising two anodes, a means for externally supplying electric power to the first and second plasma electron beam sources and the first and second anodes, and a means for supplying gas into the vacuum chamber. and means for introducing and discharging. 5) The shape of the plasma generated near the surfaces of the sputter cathode and the base body is sheet-like, and the plasma is directed from the plasma electron beam source toward the anode so that the sheet surface is parallel to the target installation surface of the sputter cathode. an air-core coil that forms a magnetic field; and 1 that has a magnetic field in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field and that are arranged so that their north poles face each other.
5. The device according to claim 4, further comprising a pair of permanent magnets. 6) Separating the inside of the vacuum chamber into a space where plasma is generated by the first plasma generator and a space where plasma is generated by the second plasma generator; 6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that a partition wall with an opening is provided in the vacuum chamber so that the material adheres to the substrate. 7) The apparatus according to claim 6, wherein the opening is located almost directly above the sputtering cathode, and the area of the opening is approximately equal to the area of the sputtering cathode.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5763497A (en) * 1994-07-21 1998-06-09 Shiseido Company, Ltd. Oil-in-water type cosmetic composition
JP2007321175A (en) * 2006-05-30 2007-12-13 Ulvac Japan Ltd Film-forming apparatus and film-forming method

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