JPH08232064A - 反応性マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents
反応性マグネトロンスパッタ装置Info
- Publication number
- JPH08232064A JPH08232064A JP3647595A JP3647595A JPH08232064A JP H08232064 A JPH08232064 A JP H08232064A JP 3647595 A JP3647595 A JP 3647595A JP 3647595 A JP3647595 A JP 3647595A JP H08232064 A JPH08232064 A JP H08232064A
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- Japan
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- target
- gap
- magnetron sputtering
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Abstract
(57)【要約】
【構成】マグネトロンスパッタ装置のアノードとして、
電極板を多重に重ねて間隙を有する形状を有するものを
使用する。また、間隙に不活性ガスを流す構造とする。 【効果】アノードに絶縁膜が付着しない領域ができるた
め、電子が入射できる。そのため長期間にわたって直流
放電が維持される。
電極板を多重に重ねて間隙を有する形状を有するものを
使用する。また、間隙に不活性ガスを流す構造とする。 【効果】アノードに絶縁膜が付着しない領域ができるた
め、電子が入射できる。そのため長期間にわたって直流
放電が維持される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、導電性のターゲットか
ら、酸化物や窒化物などの電気的に絶縁物である薄膜を
形成するための反応性マグネトロンスパッタ装置に関す
る。
ら、酸化物や窒化物などの電気的に絶縁物である薄膜を
形成するための反応性マグネトロンスパッタ装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】マグネトロンスパッタ法は、薄膜形成法
として広く実用化されている方法の一つであり、半導
体，液晶表示装置，磁気記録装置などの製造によく使用
されている。その動作原理は、たとえば「プラズマプロ
セシングの基礎」(Brian N.Chapman著，岡本幸雄訳，電
気書院）のｐ.２４０〜ｐ.２４９に詳しく記述されてい
る。ターゲットの材質は、薄膜と同一の組成のものを用
いる場合が多い。すなわち、金属薄膜や合金薄膜を成膜
する場合、金属ターゲットや合金ターゲットを用いる。
ＳｉＯ2 などの化合物薄膜に関しても、化合物ターゲッ
トを用いることが多い。ただし、化合物、特に酸化物や
窒化物は絶縁物が多く、スパッタ電源として通常は高周
波電源を用いる。このような場合は高周波マグネトロン
スパッタと呼ばれる。
として広く実用化されている方法の一つであり、半導
体，液晶表示装置，磁気記録装置などの製造によく使用
されている。その動作原理は、たとえば「プラズマプロ
セシングの基礎」(Brian N.Chapman著，岡本幸雄訳，電
気書院）のｐ.２４０〜ｐ.２４９に詳しく記述されてい
る。ターゲットの材質は、薄膜と同一の組成のものを用
いる場合が多い。すなわち、金属薄膜や合金薄膜を成膜
する場合、金属ターゲットや合金ターゲットを用いる。
ＳｉＯ2 などの化合物薄膜に関しても、化合物ターゲッ
トを用いることが多い。ただし、化合物、特に酸化物や
窒化物は絶縁物が多く、スパッタ電源として通常は高周
波電源を用いる。このような場合は高周波マグネトロン
スパッタと呼ばれる。
【０００３】酸化物や窒化物などの化合物ターゲットを
用い、高周波マグネトロンスパッタにより薄膜形成を行
う場合、生産性が低いという問題があった。高周波マグ
ネトロンスパッタ法は成膜速度が低く、たとえば、導電
性の酸化物であるＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）ターゲッ
トを用いた場合、同一のスパッタパワーを投入すると高
周波スパッタの成膜速度は直流スパッタの場合の約二分
の一である。成膜速度を上げるためには高周波入力パワ
ーを大きくする必要があるが、酸化物や窒化物のターゲ
ットは熱伝導率が低く、入力パワーが大きいと熱による
ひずみでターゲットが割れてしまう。
用い、高周波マグネトロンスパッタにより薄膜形成を行
う場合、生産性が低いという問題があった。高周波マグ
ネトロンスパッタ法は成膜速度が低く、たとえば、導電
性の酸化物であるＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）ターゲッ
トを用いた場合、同一のスパッタパワーを投入すると高
周波スパッタの成膜速度は直流スパッタの場合の約二分
の一である。成膜速度を上げるためには高周波入力パワ
ーを大きくする必要があるが、酸化物や窒化物のターゲ
ットは熱伝導率が低く、入力パワーが大きいと熱による
ひずみでターゲットが割れてしまう。
【０００４】酸化物や窒化物ターゲットを用いる場合の
成膜速度を補う手段として、ターゲットを金属とし、ス
パッタガスとして不活性ガスと反応性のガスとを混合し
たものを用いることがある。このようなスパッタ法を反
応性スパッタ法という。反応性スパッタ法は、スパッタ
粒子を放電空間中の気相反応および基板上の表面反応に
より酸化物や窒化物を形成する方法である。
成膜速度を補う手段として、ターゲットを金属とし、ス
パッタガスとして不活性ガスと反応性のガスとを混合し
たものを用いることがある。このようなスパッタ法を反
応性スパッタ法という。反応性スパッタ法は、スパッタ
粒子を放電空間中の気相反応および基板上の表面反応に
より酸化物や窒化物を形成する方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】反応性スパッタ法で、
直流放電により絶縁物薄膜を形成しようとする場合、放
電開始直後は放電が持続するが、しばらくするとアノー
ドなど電極類に絶縁物が付着し、電子の行き場がなくな
るために放電が不安定になるという問題があった。これ
は実験レベルではそれほど問題とはならないが、量産に
適用する場合は問題となる。放電が不安定のまま成膜を
継続することはできないので、真空容器を大気解放し
て、内部を清掃し電極の導電性を確保する必要がでてく
る。真空容器を清掃するということは成膜装置の稼働率
低下を意味し、装置の生産性を悪化させる主要因とな
る。すなわち、従来は金属などの導電性ターゲットを用
い、直流放電による反応性マグネトロンスパッタにより
絶縁膜を形成する場合に、絶縁膜が電極に付着するため
に安定な放電を長期間維持することができないという課
題があった。
直流放電により絶縁物薄膜を形成しようとする場合、放
電開始直後は放電が持続するが、しばらくするとアノー
ドなど電極類に絶縁物が付着し、電子の行き場がなくな
るために放電が不安定になるという問題があった。これ
は実験レベルではそれほど問題とはならないが、量産に
適用する場合は問題となる。放電が不安定のまま成膜を
継続することはできないので、真空容器を大気解放し
て、内部を清掃し電極の導電性を確保する必要がでてく
る。真空容器を清掃するということは成膜装置の稼働率
低下を意味し、装置の生産性を悪化させる主要因とな
る。すなわち、従来は金属などの導電性ターゲットを用
い、直流放電による反応性マグネトロンスパッタにより
絶縁膜を形成する場合に、絶縁膜が電極に付着するため
に安定な放電を長期間維持することができないという課
題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題は、マグネトロ
ンスパッタ装置のアノードとして、間隙を有する複数の
金属板を重ねたものを用いることにより解決される。ま
た、その間隙に不活性ガスを流すことで、アノードへの
絶縁膜の付着を最小限とすることができる。
ンスパッタ装置のアノードとして、間隙を有する複数の
金属板を重ねたものを用いることにより解決される。ま
た、その間隙に不活性ガスを流すことで、アノードへの
絶縁膜の付着を最小限とすることができる。
【０００７】
【作用】間隙の奥には絶縁膜が付着しにくいため、間隙
の奥部はアノードして長期間にわたって電子を入射させ
ることができる。また、間隙部に不活性ガスを流すとス
パッタ粒子が間隙部に流入しにくくなり、間隙部への付
着量を減らすことができる。
の奥部はアノードして長期間にわたって電子を入射させ
ることができる。また、間隙部に不活性ガスを流すとス
パッタ粒子が間隙部に流入しにくくなり、間隙部への付
着量を減らすことができる。
【０００８】
［実施例１］本発明を実施したマグネトロンスパッタ装
置の一例を図１に示す。本実施例はＣｒターゲット１４
を用いてガラス基板３１にＣｒ2Ｏ3薄膜を形成するもの
である。直流電源１２から印加される負電圧は、ターゲ
ット１４と接着されたバッキングプレート１３を通じて
印加される。ターゲット１４の背面には磁石ユニット１
５があり、ターゲット１４の表面にトンネル型の磁場を
形成している。真空容器１１は真空ポンプ１７により１
×１０-4Ｐａ以下にまで排気される。ガラス基板３１は
トレー３３に載せられ、大気中からまず仕込み室４０へ
搬送され、１×１０-2Ｐａ以下になるまで排気を行う。
排気後、仕切弁４１を開け、ガラス基板３１を仕込み室
４０から真空容器１１へ搬送する。ガラス基板３１が真
空容器１１に完全に入ったところでガラス基板３１を停
止し、仕切弁４１を閉じる。ガラス基板３１はヒータ３
０によって加熱される。加熱終了後、ガスの導入を行
う。スパッタガスであるアルゴンガスを、ボンベ２０か
らマスフローコントローラ２２により100SCCM 導入し、
反応性ガスである酸素ガスを、ボンベ２１からマスフロ
ーコントローラ２３を通じて70SCCM導入する。この時点
で成膜室の圧力は０.６Ｐａ となった。ここでターゲッ
ト１４に直流電源１２から負電圧を印加し、ターゲット
１４表面にプラズマを形成する。また、ガラス基板３１
を成膜室内で一定速度にて搬送する。プラズマ中のアル
ゴンイオンがターゲット１４をスパッタし、ガラス基板
３１にＣｒ2Ｏ3薄膜が形成される。アルゴンイオンがタ
ーゲット１４をスパッタすると、二次電子がターゲット
１４から放出され、電子は電源１２の負電圧により加速
される。加速された電子は磁石ユニット１５が形成する
磁場によりターゲット１４の表面近傍にトラップされ、
アルゴンガスや酸素ガスをイオン化あるいは励起する。
加速された電子のほとんどは、ガスをイオン化あるいは
励起した後、接地電位であるアースシールド１６あるい
は本発明の主要部分である接地電位の多重アノード３４
に入射する。ガラス基板３１を毎分100mm搬送し、直流
電源１２の出力を１０ｋＷにしたところ、膜厚５０ｎｍ
のCr2O3膜を形成することができた。
置の一例を図１に示す。本実施例はＣｒターゲット１４
を用いてガラス基板３１にＣｒ2Ｏ3薄膜を形成するもの
である。直流電源１２から印加される負電圧は、ターゲ
ット１４と接着されたバッキングプレート１３を通じて
印加される。ターゲット１４の背面には磁石ユニット１
５があり、ターゲット１４の表面にトンネル型の磁場を
形成している。真空容器１１は真空ポンプ１７により１
×１０-4Ｐａ以下にまで排気される。ガラス基板３１は
トレー３３に載せられ、大気中からまず仕込み室４０へ
搬送され、１×１０-2Ｐａ以下になるまで排気を行う。
排気後、仕切弁４１を開け、ガラス基板３１を仕込み室
４０から真空容器１１へ搬送する。ガラス基板３１が真
空容器１１に完全に入ったところでガラス基板３１を停
止し、仕切弁４１を閉じる。ガラス基板３１はヒータ３
０によって加熱される。加熱終了後、ガスの導入を行
う。スパッタガスであるアルゴンガスを、ボンベ２０か
らマスフローコントローラ２２により100SCCM 導入し、
反応性ガスである酸素ガスを、ボンベ２１からマスフロ
ーコントローラ２３を通じて70SCCM導入する。この時点
で成膜室の圧力は０.６Ｐａ となった。ここでターゲッ
ト１４に直流電源１２から負電圧を印加し、ターゲット
１４表面にプラズマを形成する。また、ガラス基板３１
を成膜室内で一定速度にて搬送する。プラズマ中のアル
ゴンイオンがターゲット１４をスパッタし、ガラス基板
３１にＣｒ2Ｏ3薄膜が形成される。アルゴンイオンがタ
ーゲット１４をスパッタすると、二次電子がターゲット
１４から放出され、電子は電源１２の負電圧により加速
される。加速された電子は磁石ユニット１５が形成する
磁場によりターゲット１４の表面近傍にトラップされ、
アルゴンガスや酸素ガスをイオン化あるいは励起する。
加速された電子のほとんどは、ガスをイオン化あるいは
励起した後、接地電位であるアースシールド１６あるい
は本発明の主要部分である接地電位の多重アノード３４
に入射する。ガラス基板３１を毎分100mm搬送し、直流
電源１２の出力を１０ｋＷにしたところ、膜厚５０ｎｍ
のCr2O3膜を形成することができた。
【０００９】本発明と類似の形態のものとして、特開平
4−254579 号公報が挙げられる。特開平4−254579 号公
報は透明導電膜の成膜に関するもので、本発明における
絶縁膜の成膜とは本質的に異なる。また、特開平4−254
579 号公報はアースシールド上にアノード板を重ねた構
成で、それぞれのアノードは絶縁されているが、本発明
におけるスペーサ７１は導電性の金属でよく、アノード
はすべて接地電位である。
4−254579 号公報が挙げられる。特開平4−254579 号公
報は透明導電膜の成膜に関するもので、本発明における
絶縁膜の成膜とは本質的に異なる。また、特開平4−254
579 号公報はアースシールド上にアノード板を重ねた構
成で、それぞれのアノードは絶縁されているが、本発明
におけるスペーサ７１は導電性の金属でよく、アノード
はすべて接地電位である。
【００１０】［実施例２］図２は、アノードへの絶縁膜
付着をさらに効果的に抑制することができる実施例であ
る。アースシールド５６および多重アノード５８を、ガ
ス分配器５７に取り付け、アルゴンガスをボンベ５５お
よびボンベ５３からそれぞれマスフローコントローラ５
４およびマスフローコントローラ５２を通じて供給す
る。本実施例ではアルゴンガスをマスフローコントロー
ラ５４から50SCCM、マスフローコントローラ５２から50
SCCM、酸素ガスをマスフローコントローラ５０から70SC
CM供給し、実施例１と同様のＣｒ2Ｏ3膜を得ることがで
きた。
付着をさらに効果的に抑制することができる実施例であ
る。アースシールド５６および多重アノード５８を、ガ
ス分配器５７に取り付け、アルゴンガスをボンベ５５お
よびボンベ５３からそれぞれマスフローコントローラ５
４およびマスフローコントローラ５２を通じて供給す
る。本実施例ではアルゴンガスをマスフローコントロー
ラ５４から50SCCM、マスフローコントローラ５２から50
SCCM、酸素ガスをマスフローコントローラ５０から70SC
CM供給し、実施例１と同様のＣｒ2Ｏ3膜を得ることがで
きた。
【００１１】［実施例３］図３は、磁石移動型マグネト
ロンカソードを装備するスパッタ装置に本発明を適用し
た実施例である。磁石移動型マグネトロンカソードは、
高プラズマ密度領域を移動させてターゲットの広い領域
をスパッタできるので、ターゲット表面が酸化しにく
い。また、プラズマを移動させるので基板を搬送しなが
ら成膜する必要もない。本実施例において、実施例１と
同様のガス供給，スパッタパワーで、磁石ユニット６０
を毎分２往復させ、２分間成膜を行ったところ、５０ｎ
ｍの膜厚のＣｒ2Ｏ3膜が得られた。本実施例では連続処
理できた基板枚数を最も多くすることができた。
ロンカソードを装備するスパッタ装置に本発明を適用し
た実施例である。磁石移動型マグネトロンカソードは、
高プラズマ密度領域を移動させてターゲットの広い領域
をスパッタできるので、ターゲット表面が酸化しにく
い。また、プラズマを移動させるので基板を搬送しなが
ら成膜する必要もない。本実施例において、実施例１と
同様のガス供給，スパッタパワーで、磁石ユニット６０
を毎分２往復させ、２分間成膜を行ったところ、５０ｎ
ｍの膜厚のＣｒ2Ｏ3膜が得られた。本実施例では連続処
理できた基板枚数を最も多くすることができた。
【００１２】
【発明の効果】実施例１の多重アノード３４の基本構造
は、図４に示したように、アースシールド７０上にアノ
ード７２およびアノード７４が、スペーサ７１を介して
取り付けられたものとなっている。スパッタを継続する
と、Ｃｒ2Ｏ3膜７５がアースシールド７０やアノード７
２，アノード７４に付着する。Ｃｒ2Ｏ3は絶縁物であ
り、電子７６はアノード７２やアノード７４の先端部に
入射できなくなる。しかし、アースシールド７０とアノ
ード７２との間隙やアノード７２とアノード７４との間
隙にはＣｒ2Ｏ3はほとんど付着しないため、電子７６は
矢印７７のようにアノード７２に入射することができ
る。実施例１のスパッタ装置では、連続して１８００枚
のガラス基板について、安定放電を維持してＣｒ2Ｏ3膜
を形成することができた。
は、図４に示したように、アースシールド７０上にアノ
ード７２およびアノード７４が、スペーサ７１を介して
取り付けられたものとなっている。スパッタを継続する
と、Ｃｒ2Ｏ3膜７５がアースシールド７０やアノード７
２，アノード７４に付着する。Ｃｒ2Ｏ3は絶縁物であ
り、電子７６はアノード７２やアノード７４の先端部に
入射できなくなる。しかし、アースシールド７０とアノ
ード７２との間隙やアノード７２とアノード７４との間
隙にはＣｒ2Ｏ3はほとんど付着しないため、電子７６は
矢印７７のようにアノード７２に入射することができ
る。実施例１のスパッタ装置では、連続して１８００枚
のガラス基板について、安定放電を維持してＣｒ2Ｏ3膜
を形成することができた。
【００１３】実施例２では、図５に示したように、アル
ゴンガス８２を導入口８０から、分配器８１を通して、
アースシールド７０とアノード７２との間隙やアノード
７２とアノード７４との間隙を流している。間隙におい
てはアルゴンガスの流速はきわめて大きく、間隙部にＣ
ｒ2Ｏ3膜が付着することはほとんどない。そのため、実
施例２のスパッタ装置においては、基板を連続して二千
枚成膜処理することができた。
ゴンガス８２を導入口８０から、分配器８１を通して、
アースシールド７０とアノード７２との間隙やアノード
７２とアノード７４との間隙を流している。間隙におい
てはアルゴンガスの流速はきわめて大きく、間隙部にＣ
ｒ2Ｏ3膜が付着することはほとんどない。そのため、実
施例２のスパッタ装置においては、基板を連続して二千
枚成膜処理することができた。
【００１４】実施例３の装置はターゲット１４側の酸化
皮膜形成を抑える効果があり、連続した処理することが
できた基板枚数は二千五百枚まで増加させることができ
た。図６に示した従来の装置では、アースシールド９０
にＣｒ2Ｏ3膜が付着するため、連続して処理できる基板
の枚数は千百枚であった。
皮膜形成を抑える効果があり、連続した処理することが
できた基板枚数は二千五百枚まで増加させることができ
た。図６に示した従来の装置では、アースシールド９０
にＣｒ2Ｏ3膜が付着するため、連続して処理できる基板
の枚数は千百枚であった。
【図１】本発明の実施例を示す搬送成膜式マグネトロン
スパッタ装置の断面図。
スパッタ装置の断面図。
【図２】本発明の実施例を示す搬送成膜式マグネトロン
スパッタ装置の断面図。
スパッタ装置の断面図。
【図３】本発明の実施例を示す磁石移動式マグネトロン
スパッタ装置の断面図。
スパッタ装置の断面図。
【図４】本発明の主要部である多重アノードの拡大図。
【図５】ガス導入機構を設けた多重アノードの拡大図。
【図６】従来のマグネトロンスパッタ装置の断面図。
１１…真空容器、１２…直流電源、１３…バッキングプ
レート、１４…ターゲット、１５…磁石ユニット、１６
…アースシールド、１７…真空ポンプ、１８…開閉弁、
２０…アルゴンガスボンベ、２１…酸素ガスボンベ、２
２，２３…マスフローコントローラ、３０…ヒータ、３
１…ガラス基板、３２…防着板、３３…基板トレー、３
４…多重アノード、４０…仕込み室、４１…仕切弁。
レート、１４…ターゲット、１５…磁石ユニット、１６
…アースシールド、１７…真空ポンプ、１８…開閉弁、
２０…アルゴンガスボンベ、２１…酸素ガスボンベ、２
２，２３…マスフローコントローラ、３０…ヒータ、３
１…ガラス基板、３２…防着板、３３…基板トレー、３
４…多重アノード、４０…仕込み室、４１…仕切弁。
Claims (2)
- 【請求項１】真空容器内に薄膜の材料となる導電性のタ
ーゲットを有し、前記ターゲット表面に磁界を印加する
磁場発生手段と，前記ターゲットに負電圧を印加するた
めの直流電源と，前記ターゲットをスパッタリングする
ために導入するガスとして、不活性ガスと少なくとも１
種類のガスとを用い、電気的に絶縁物である薄膜を形成
するためのマグネトロンスパッタ装置において、前記タ
ーゲートから放出される電子を入射させるためのアノー
ドが、間隙を有する複数枚の導電性の板を重ねた構造で
あることを特徴する反応性マグネトロンスパッタ装置。 - 【請求項２】請求項１において、不活性ガスの導入方法
が、前記真空容器の外部のガス供給装置から、前記アノ
ードの間隙を通過して前記真空容器内に導入される反応
性マグネトロンスパッタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3647595A JPH08232064A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 反応性マグネトロンスパッタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3647595A JPH08232064A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 反応性マグネトロンスパッタ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08232064A true JPH08232064A (ja) | 1996-09-10 |
Family
ID=12470847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3647595A Pending JPH08232064A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 反応性マグネトロンスパッタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08232064A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10212575A (ja) * | 1997-01-29 | 1998-08-11 | Sony Corp | スパッタリング装置 |
| KR100951007B1 (ko) * | 2007-10-01 | 2010-04-02 | 주식회사 서흥플라즈마 | 마그네트론 스퍼터링 장치 |
| KR100978494B1 (ko) * | 2007-10-01 | 2010-08-30 | 주식회사 서흥플라즈마 | 핫 캐소드를 이용하는 마그네트론 스퍼터링 장치 |
| KR200450682Y1 (ko) * | 2008-04-25 | 2010-10-21 | (주) 에이알티 | 하방에서 가스가 공급되는 캐소드 |
| JP2011502215A (ja) * | 2007-11-01 | 2011-01-20 | エリコン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト，トリュープバッハ | 被処理面を作製するための方法および真空プラズマ源 |
| JP2012509988A (ja) * | 2008-11-24 | 2012-04-26 | オーシー オリコン バルザース エージー | 高周波スパッタリング装置 |
| EP2382648B1 (en) * | 2008-12-23 | 2016-10-05 | Oerlikon Advanced Technologies AG | Rf sputtering arrangement |
| US9865440B1 (en) * | 2010-11-29 | 2018-01-09 | Seagate Technology Llc | Sputtering shield |
| CN107614737A (zh) * | 2015-03-18 | 2018-01-19 | 视觉缓解公司 | 阳极防护罩 |
-
1995
- 1995-02-24 JP JP3647595A patent/JPH08232064A/ja active Pending
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