JPS63282259A - Sputtering device - Google Patents

Sputtering device

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Publication number
JPS63282259A
JPS63282259A JP11686587A JP11686587A JPS63282259A JP S63282259 A JPS63282259 A JP S63282259A JP 11686587 A JP11686587 A JP 11686587A JP 11686587 A JP11686587 A JP 11686587A JP S63282259 A JPS63282259 A JP S63282259A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particle beam
beam generator
substrate
target
sputtering apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11686587A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasunori Ono
康則 大野
Tadashi Sato
忠 佐藤
Kenichi Natsui
健一 夏井
Yoshimi Hakamata
袴田 好美
Makoto Morijiri
誠 森尻
Masakatsu Saito
斉藤 正勝
Shigeo Aoki
青木 茂夫
Seitaro Oishi
鉦太郎 大石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP11686587A priority Critical patent/JPS63282259A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent the generation of crevasses and cracks in the deposited film at the stepped part of a substrate by depositing the sputtered particles from a target on the substrate, and simulataneously projecting a particle beam on the substrate in the title counter target-type sputtering device. CONSTITUTION:A couple of counter targets 1, the substrate 4, a particles beam generator 20, and a sputtered particles filter 8 are arranged in a vacuum vessel 15. A permanent magnet 3 is placed on the rear of a target holder 2, and a magnetic field is generated in the direction vertical to the surface of the target 1. The inside of the vessel 15 is firstly evacuated, the flow rate of gaseous Ar is adjusted to provide a specified pressure in the generator 20 and between the targets 1, a high-frequency coil 22 is energized to produce plasma, the ion in the plasma is allowed to collide with the target 1, and the particles sputtered from the targets are deposited on the substrate 4. Meanwhile, the ion beam drawn out from the generator 20 is projected on the substrate 4. By this method, the generation of crevasses and cracks can be prevented even in the film formed on the stepped part on the substrate 4.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスパッタ装置に係り、特に高速成膜に好適な対
向ターゲット式のスパッタ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a sputtering apparatus, and particularly to a facing target type sputtering apparatus suitable for high-speed film formation.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体デバイス、あるいは薄膜磁気ヘッド等の製造プロ
セスでは、スパッタ装置による成膜は不可欠のものとな
っている。これまで、多くのスパッタ装置が開発されて
いる。その中で、日本応物学欧文誌16 (1977年
)第1715頁から第1716頁(JAPAN、J、A
PPL、PHYS、VOL、 16 、 Nα9(19
77)pp1715−1716)で論じられている対向
ターゲット式のスパッタ装置では、基板が放電電極上に
置かれていないため、低温でかつ放電により生ずるプラ
ズマに基板が接することなく成膜できるという利点があ
る。
2. Description of the Related Art In the manufacturing process of semiconductor devices, thin film magnetic heads, etc., film formation using a sputtering apparatus is essential. Many sputtering apparatuses have been developed so far. Among them, pages 1715 to 1716 (JAPAN, J, A
PPL, PHYS, VOL, 16, Nα9 (19
77) pp1715-1716), the substrate is not placed on the discharge electrode, so it has the advantage of being able to form a film at a low temperature and without the substrate coming into contact with the plasma generated by the discharge. be.

このスパッタ装置の改良に関しては、特開昭58−15
1473号公報に記載されているように、ターゲットと
基板の間に制御電極を設けて、基板を衝撃する電子やイ
オンの運動エネルギーを調整する方法が提案されている
Regarding the improvement of this sputtering equipment, please refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-15
As described in Japanese Patent No. 1473, a method has been proposed in which a control electrode is provided between a target and a substrate to adjust the kinetic energy of electrons and ions impacting the substrate.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来技術の対向ターゲット式スパッタ装置は、数々の利
点があるが、この装置で段差部の有る基板(試料)に、
例えばアルミナ膜を堆積させると、フレバスと呼ばれる
狭い開口部を生ずる。
The conventional facing target type sputtering equipment has many advantages, but with this equipment, it is possible to
For example, depositing an alumina film results in narrow openings called frebus.

上記従来技術は、段差部で良好な膜特性、特に機械的特
性を得る成膜について配慮されておらず、段差部に生成
した膜にフレバスや割れを生じ易いという問題があった
The above-mentioned conventional technology does not give consideration to film formation that provides good film properties, particularly mechanical properties, at the stepped portions, and there is a problem in that the film formed at the stepped portions is prone to fraying and cracking.

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、基板に段差部があっても、この段差部でフ
レバスや割れを生じることなく成膜できるスパッタ装置
を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and an object thereof is to provide a sputtering apparatus that can form a film without causing fraying or cracking at the stepped portion even if the substrate has a stepped portion. It is in.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、ターゲットから飛散するスパッタ粒子を基
板に堆積さ妊ると同時に、同基板をイオンビーム等の粒
子ビームで照射することにより達成される。すなわち、
1対ターゲット間の放電空間の側方に配置した基板とほ
ぼ対向する位置に粒子ビーム発生装置を備え、スパッタ
粒子を発生させ′るために1対のターゲット間で放電を
行なわせるのと同時に、粒子ビームを基板に照射するこ
とにより達成される。
The above object is achieved by depositing sputtered particles scattered from a target on a substrate and simultaneously irradiating the substrate with a particle beam such as an ion beam. That is,
A particle beam generator is provided at a position substantially facing the substrate placed on the side of the discharge space between the pair of targets, and at the same time, a discharge is generated between the pair of targets in order to generate sputtered particles. This is achieved by irradiating the substrate with a particle beam.

〔作用〕[Effect]

1対の対向したターゲット、基板9粒子ビーム発生器を
備えた真空容器を真空に排気し、1対のターゲット間の
放電空間に動作ガスを供給しながら、1対のターゲット
に電圧を印加すると、ターゲット表面に垂直な方向に印
加された磁界、およびターゲットと基板(接地電位)の
間で形成される電界によって放電空間に閉じ込められた
電子が動作ガスを電離し、高密度なプラズマが生成され
る。プラズマ中に含まれるイオンが、ターゲット付近の
シースで加速され、ターゲットに衝突することにより、
ターゲットからスパッタ粒子が飛散する。これらのスパ
ッタ粒子を基板に堆積させることで成膜するが、この際
、同基板に粒子ビームを同時に照射することによって、
基板上に段差部がある場合でも、粒子ビームのもつ運動
エネルギーが膜に与えられるから、成長方向の異なる膜
の境界を混合するとともに、スパッタ粒子の表面拡散を
促進することになるので、フレバスや割れなどを生じる
ことがない。
A vacuum vessel with a pair of opposed targets, a substrate 9 and a particle beam generator is evacuated and a voltage is applied to the pair of targets while supplying a working gas to the discharge space between the pair of targets. Electrons trapped in the discharge space by a magnetic field applied in a direction perpendicular to the target surface and an electric field formed between the target and the substrate (ground potential) ionize the working gas, generating high-density plasma. . Ions contained in the plasma are accelerated by a sheath near the target and collide with the target, causing
Sputtered particles are scattered from the target. A film is formed by depositing these sputtered particles on a substrate, but at this time, by simultaneously irradiating the same substrate with a particle beam,
Even if there is a step on the substrate, the kinetic energy of the particle beam is applied to the film, which mixes the boundaries of films with different growth directions and promotes the surface diffusion of sputtered particles, resulting in frebus and No cracks will occur.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面の実施例に基づいて、本発明の詳細な説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments of the drawings.

第1図に本発明のスパッタ装置の一実施例を示す。該図
において真空容器15中には、1対の対向したターゲッ
ト1、基板4及び基板ホールダ5、粒子ビーム発生装置
20、スパッタ粒子フィルタ8が設けられている。ター
ゲット1は、中空の円板状であり、ターゲットホールダ
2に固定されている。ただし、それぞれのターゲットは
、必ずしも1枚の中空円板である必要はなく、小型のタ
ーゲットの張合せで、はぼ中空円板状のターゲットを構
成しても良い。ターゲットホールダ2の裏面には、永久
磁石3が上下のターゲット1では逆極性となるように取
付けられ、ターゲット1表面とは垂直な方向に磁界を発
生する。特に図示してないが、ターゲットホールダ2と
永久磁石3は水冷されている。上下のターゲット1は、
電流導入端子↓0を介して、マツチングボックス11更
に高周波電源12に接続されていて、高周波電力が供給
される。基板4を取り付けている基板ホールダは、全体
が真空容器15の中心軸のまわりに回転できるようにな
っている。各々の基板4は垂直に対して、傾斜させられ
るほか、成膜した基板4を基板取出し口6から取り出す
時は、基板4を内向きから外向きに反転できる。ターゲ
ット1と基板4の間に、シールド13と上下に運動する
シャッタ7が設けられている。真空容器のほぼ中央部に
位置するイオンビーム発生器20は、周囲に高周波コイ
ル22を巻いた絶縁物の管21、気密を保つたまま絶縁
物24を介して取付けられているプラズマ保持容器25
からなっており、そこには円柱状のカーボンに多数の穴
をあけたイオンビーム引き出し電極23が取付けられて
いる。イオンビーム引き出し電極23は2重の円筒で構
成されるが、内側の電極には正の外側の電極には負の直
流電位を与える。高周波コイル22は、マツチングボッ
クス11を経て、高周波電源12に接続されている。タ
ーゲット1とイオンビーム発生装置2oの間には、イオ
ンビーム引き出し電極23と同様に多数の穴のあいた2
重円筒で構成されるスパッタ粒子フィルタ8が取付けら
れている。また、真空容器15には、動作ガスを導くた
めのガス導入口9、および図示してない排気装置で、真
空を引くための排気口14がある。
FIG. 1 shows an embodiment of the sputtering apparatus of the present invention. In the figure, a pair of opposing targets 1, a substrate 4, a substrate holder 5, a particle beam generator 20, and a sputter particle filter 8 are provided in a vacuum vessel 15. The target 1 has a hollow disc shape and is fixed to a target holder 2. However, each target does not necessarily have to be a single hollow disk, and a hollow disk-shaped target may be formed by bonding small targets together. A permanent magnet 3 is attached to the back surface of the target holder 2 so that the upper and lower targets 1 have opposite polarity, and generates a magnetic field in a direction perpendicular to the surface of the target 1. Although not particularly shown, the target holder 2 and permanent magnet 3 are water-cooled. The upper and lower targets 1 are
The matching box 11 is further connected to a high frequency power source 12 via a current introduction terminal ↓0, and high frequency power is supplied thereto. The entire substrate holder to which the substrate 4 is attached is rotatable around the central axis of the vacuum container 15. Each substrate 4 can be tilted with respect to the vertical direction, and when the substrate 4 on which a film has been formed is taken out from the substrate outlet 6, the substrate 4 can be turned over from inward to outward. A shield 13 and a shutter 7 that moves up and down are provided between the target 1 and the substrate 4. The ion beam generator 20 located approximately in the center of the vacuum container includes an insulating tube 21 around which a high-frequency coil 22 is wound, and a plasma holding container 25 attached via an insulating material 24 while maintaining airtightness.
An ion beam extraction electrode 23, which is made of a cylindrical carbon with many holes, is attached thereto. The ion beam extraction electrode 23 is composed of a double cylinder, and a positive DC potential is applied to the inner electrode and a negative DC potential is applied to the outer electrode. The high frequency coil 22 is connected to the high frequency power supply 12 via the matching box 11. Between the target 1 and the ion beam generator 2o, there is a hole 2 with many holes similar to the ion beam extraction electrode 23.
A sputtered particle filter 8 made of a heavy cylinder is attached. The vacuum container 15 also has a gas inlet 9 for introducing the operating gas, and an exhaust port 14 for drawing a vacuum using an exhaust device (not shown).

第2図は本実施例における動作を説明する図である。ま
ず、真空容器15をI X 10−’Torr程度まで
排気する。ガス導入口9から、アルゴンガスを導入し、
イオンビーム発生器20で、5X10−”〜1×10″
″2Torr 、ターゲット1間で10−”−10−2
Torrになるように、アルゴンガス流量を調節する。
FIG. 2 is a diagram explaining the operation in this embodiment. First, the vacuum container 15 is evacuated to about I x 10-'Torr. Introduce argon gas from the gas inlet 9,
Ion beam generator 20, 5X10-"~1x10"
"2 Torr, 10-"-10-2 between targets 1
Adjust the argon gas flow rate so that Torr.

絶縁物の管21の内側にある電子供給器(図示していな
い)を動作させながら、高周波コイル22に電流を流す
と、絶縁物の管21の内側にプラズマ(電離気体)が発
生する。発生したプラズマは、プラズマ保持容器25に
拡散し、はぼ均一なプラズマ密度が得られる。イオンビ
ーム引き出し電極23に適当な電圧を印加すると、イオ
ンビーム31が矢印の方向(放射状)に引き出される。
Plasma (ionized gas) is generated inside the insulating tube 21 when current is passed through the high-frequency coil 22 while operating an electron supply device (not shown) inside the insulating tube 21 . The generated plasma is diffused into the plasma holding container 25, and a nearly uniform plasma density is obtained. When an appropriate voltage is applied to the ion beam extraction electrode 23, the ion beam 31 is extracted in the direction of the arrow (radially).

引き出されたイオンのエネルギーは、イオンビーム引き
出し電極23のうち内側に置かれた電極の電位で決まる
。我々の実験では、300電子ボルトのアルゴンイオン
を引き出した時、イオンビーム電流密度は、0.2mA
/aJ程であった。
The energy of the extracted ions is determined by the potential of the inner electrode of the ion beam extraction electrode 23. In our experiment, when extracting argon ions at 300 electron volts, the ion beam current density was 0.2 mA.
/aJ.

イオンビームを引き出しながら、上下のターゲットに1
3.56MHzの高周波電力を注入すると、放電を開始
する。永久磁石3により、ターゲット1の表面と垂直な
方向に磁界がかかっており、その強度は2つのターゲッ
ト1とほぼ等距離の所で150ガウス程度である。放電
電極であるターゲット1から出た電子は、磁力線にまき
つくような旋回運動をし、ターゲット1と基板4の間に
形成される電界によって、放電空間に閉じ込められるた
め、中性ガスとの衝突による電離が盛んになり高密度の
プラズマが生成される。ターゲット1の近傍にはシース
が形成され、プラズマ中のイオンがシースの電界で加速
され、ターゲット1に衝突する。ターゲット1から飛散
するスパッタ粒子30のうち、基板4に向ったものを、
シャッター7を開放することにより、基板4に堆積させ
る。
While pulling out the ion beam, aim 1 at the upper and lower targets.
When 3.56 MHz high frequency power is injected, discharge starts. A magnetic field is applied by the permanent magnet 3 in a direction perpendicular to the surface of the target 1, and its strength is approximately 150 Gauss at a location approximately equidistant from the two targets 1. The electrons emitted from the target 1, which is a discharge electrode, move in a circular motion as if wrapped around magnetic lines of force, and are confined in the discharge space by the electric field formed between the target 1 and the substrate 4, so that electrons may be caused by collision with neutral gas. Ionization increases and high-density plasma is generated. A sheath is formed near the target 1, and ions in the plasma are accelerated by the electric field of the sheath and collide with the target 1. Among the sputtered particles 30 scattered from the target 1, those directed toward the substrate 4 are
By opening the shutter 7, it is deposited on the substrate 4.

この間、イオンビーム発生器20から引き出されたイオ
ンビーム31は、基板4に照射されている。
During this time, the substrate 4 is irradiated with the ion beam 31 extracted from the ion beam generator 20.

この装置でアルミナ膜を成膜した場合、成膜の速さは、
4〜5μm/時程度である。また、段差部での膜質を評
価するため、照射するイオンのエネルギーを変えながら
、ステップカバレージを、測定した。第3図はイオンエ
ネルギーとステップカバレージの関係を示す図である。
When an alumina film is formed using this equipment, the film formation speed is
It is about 4 to 5 μm/hour. In addition, in order to evaluate the film quality at the step portion, step coverage was measured while changing the energy of irradiated ions. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between ion energy and step coverage.

ステップカバレージは、成膜された膜の平坦部での膜厚
に対する斜面部での最小の膜厚と定義した。なお、フレ
バスあるいは割れを生じた時は、ステップカバレージは
零と見做した。第3図が示すように、あるエネルギーよ
りも高いイオンを照射すると、ステップカバレージが著
しく改善される。ステップカバーレージが改善されるイ
オンの最小のエネルギーは、アルミナ膜の成膜条件によ
っても異なるが、200電子ボルト程度である。
The step coverage was defined as the minimum film thickness at the sloped part of the deposited film relative to the film thickness at the flat part. In addition, when frebus or cracks occurred, the step coverage was considered to be zero. As FIG. 3 shows, irradiation with ions above a certain energy significantly improves step coverage. The minimum energy of ions that improves step coverage is about 200 electron volts, although it varies depending on the alumina film formation conditions.

ここで、上述した実施例におけるスパッタ粒子フィルタ
8の働きについて説明する。もし粒子フィルタ8がなけ
れば、ターゲット1からのスパッタ粒子3oは、イオン
ビーム引き出し電極23に付着するため、頻繁に、イオ
ンビーム引き出し電極を掃除する必要がある。一方、ス
パッタ粒子フィルタ8は簡単に取りはずせるので、定期
的に取り換えれば良い。スパッタ粒子フィルタ8は、イ
オンビーム引き出し電極23の各々の穴から引き出され
るイオンビーム31が直進する位置に多数の穴をあけた
2枚の板で構成される。第4図は、スパッタ粒子フィル
タ8の働きを示す模式図である。−例としてターゲット
1上の2点から、粒子フィルタ8の下から2つの穴を通
過したスパッタ粒子30がどのようになるかを示してい
る。スパッタ粒子30の多くは、スパッタ粒子フィルタ
8に付着する。残ったスパッタ粒子30は、イオン引き
出し電極23に付着するが、ターゲット1から遠ざかる
につれてスパッタ粒子30の密度が低くなることもあり
、イオン引き出し電極23を、頻繁に掃除する必要はな
い。イオンビーム31は水平に進行するので、スパッタ
粒子フィルタ8を容易に通過できる。
Here, the function of the sputtered particle filter 8 in the embodiment described above will be explained. If the particle filter 8 were not provided, the sputtered particles 3o from the target 1 would adhere to the ion beam extraction electrode 23, which would require frequent cleaning of the ion beam extraction electrode. On the other hand, since the sputtered particle filter 8 can be easily removed, it can be replaced periodically. The sputtered particle filter 8 is composed of two plates in which a large number of holes are formed at positions where the ion beam 31 extracted from each hole of the ion beam extraction electrode 23 advances straight. FIG. 4 is a schematic diagram showing the function of the sputtered particle filter 8. - As an example, from two points on the target 1 it is shown how the sputtered particles 30 pass through the two holes from below the particle filter 8. Most of the sputtered particles 30 adhere to the sputtered particle filter 8 . The remaining sputtered particles 30 adhere to the ion extraction electrode 23, but the density of the sputtered particles 30 decreases as the distance from the target 1 increases, so there is no need to frequently clean the ion extraction electrode 23. Since the ion beam 31 travels horizontally, it can easily pass through the sputtered particle filter 8.

なお、本実施例では、基板ホールダ5は装置の中心軸の
まわりに回転させて、3インチの基板4の上に成膜した
膜厚の不均一性は±5%以下であった。更に高い均一性
を得るためには、それぞれの基板4をその中心に対して
回転させること、揺動運動をさせることなどが考えられ
る。
In this example, the substrate holder 5 was rotated around the central axis of the apparatus, and the nonuniformity of the film thickness formed on the 3-inch substrate 4 was ±5% or less. In order to obtain even higher uniformity, it is conceivable to rotate each substrate 4 about its center or to perform a rocking motion.

また、基板4上に生成された絶縁膜にイオンビーム31
が照射されるために起る帯電を防止するため、電子供給
器(図示していない)から、電子を供給した。
In addition, the ion beam 31 is applied to the insulating film formed on the substrate 4.
Electrons were supplied from an electron supply device (not shown) in order to prevent charging caused by the irradiation.

本実施例によれば、ターゲットからのスパッタ粒子を基
板に堆積させるのと同時に、イオンビームを照射し、基
板に断差部がある場合でも、イオン衝撃が異なった成長
方向をもつ膜の境界での混合やスパッタ粒子の表面拡散
を促進し、フレバスや割れを生ずることのない良質の膜
が得られるという効果がある。
According to this example, the ion beam is irradiated at the same time as the sputtered particles from the target are deposited on the substrate. This has the effect of promoting the mixing of particles and the surface diffusion of sputtered particles, resulting in a high-quality film that does not cause fraying or cracking.

第1図の実施例では、イオンビーム引き出し電極23と
して、多数の穴をあけた径の異なる同心円筒を用いた。
In the embodiment shown in FIG. 1, concentric cylinders having a large number of holes and having different diameters were used as the ion beam extraction electrode 23.

第5図(a)は、第1図の実施例のイオンビーム引き出
し電極23を示す、この電極構造は、どの方向にも同程
度の強度でイオンビームを放出できるという特徴がある
が、製作費用が相当高いという問題がある。第5図(b
)はイオンビーム引き出し電極23の別の構造を示す。
FIG. 5(a) shows the ion beam extraction electrode 23 of the embodiment shown in FIG. The problem is that it is quite high. Figure 5 (b
) shows another structure of the ion beam extraction electrode 23.

大きさの異なる正6角柱状の電極取付は体33に、その
正6角柱の側面に、多数の穴のあいた平板の電極34が
取り付けられている。この構造を用いれば、電極の製作
が容易になる。
Regular hexagonal prism-shaped electrodes of different sizes are attached to the body 33, and flat plate electrodes 34 with a large number of holes are attached to the sides of the regular hexagonal prism. Using this structure makes it easy to manufacture the electrode.

なお、第1図の実施例では、1種類のターゲットのみを
用いたが、複数種類の材質異なる小形のターゲットで、
ターゲット1を構成することも考えられる。
In the example shown in Fig. 1, only one type of target was used, but multiple types of small targets made of different materials could be used.
It is also conceivable to configure target 1.

第6図は、本発明の他の実施例を示す、第1図の実施例
が基板にイオンビームを照射しているのに対し、この実
施例では中性粒子ビームを照射する場合であり、中性粒
子が膜の生成に化学的に関与する特に有効な場合がある
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. While the embodiment of FIG. 1 irradiates the substrate with an ion beam, this embodiment shows a case where a neutral particle beam is irradiated. There are particularly effective cases in which neutral particles are chemically involved in film formation.

本実施例の構造に関して、真空容器15中に、1対の対
向した中空円板状のターゲット1、これに磁界を加える
ための永久磁石3、基板4及び基板ホールダ5、高周波
コイル22及び絶縁物の筒21及びイオンビーム引き出
し電極23から成るイオンビーム発生装置2o、スパッ
タ粒子フィルタ8が設けられているのは、第1図の実施
例と同じである0本実施例ではスパッタ粒子フィルタ8
の内側に、1対の中空円板状の放電電極4oが設けられ
ていて、それらは電流導入端子10を介して、マツチン
グボックス11更に高周波電源12に接続されている点
が異なっている。
Regarding the structure of this embodiment, a vacuum container 15 includes a pair of hollow disk-shaped targets 1 facing each other, permanent magnets 3 for applying a magnetic field to the targets, a substrate 4 and a substrate holder 5, a high frequency coil 22, and an insulator. The ion beam generator 2o consisting of a tube 21 and the ion beam extracting electrode 23 and the sputtered particle filter 8 are the same as in the embodiment shown in FIG.
The difference is that a pair of hollow disk-shaped discharge electrodes 4o are provided inside the matching box 11 and are connected to a high-frequency power source 12 via current introduction terminals 10.

本実施例の動作に関して、ターゲット1から基板4にス
パッタ粒子30が飛来する過程、イオンビーム発生装置
20からイオンビーム31が引き出さ八る過程は、第1
図の実施例と全く同じである。異なっているのは、スパ
ッタ粒子フィルタ8である。本実施例ではスパッタ粒子
フィルタはスパッタ粒子30を付着させるばかりでなく
、スパッタ粒子フィルタ8を通過するイオンビームを中
性化する役割をもっている。すなわち、放電電極40間
に13.45MHz高周波電力を加えると、スパッタフ
ィルタ8内に、放電によりプラズマ41を発生する。イ
オンとプラズマとの中性化の断面積はガス中に比較して
かなり大きいので、スパッタ粒子フィルタ8に入ったイ
オンビーム31は、中性化され、中性粒子ビーム42と
なる。換言すれば、スパッタ粒子フィルタ8は中性化室
を兼ねているのである。スパッタ粒子30を堆積中の基
板4に中性粒子ビーム42を照射する。中性粒子ビーム
42の中にイオンが残留している場合は、ディフレクタ
(偏向板)を用いて、イオンを取り除くことができる。
Regarding the operation of this embodiment, the process in which the sputtered particles 30 fly from the target 1 to the substrate 4 and the process in which the ion beam 31 is extracted from the ion beam generator 20 are as follows:
This is exactly the same as the embodiment shown in the figure. What is different is the sputtered particle filter 8. In this embodiment, the sputtered particle filter has the role of not only adhering the sputtered particles 30 but also neutralizing the ion beam passing through the sputtered particle filter 8. That is, when 13.45 MHz high frequency power is applied between the discharge electrodes 40, plasma 41 is generated in the sputter filter 8 by discharge. Since the cross-sectional area of neutralization between ions and plasma is considerably larger than that in gas, the ion beam 31 entering the sputtered particle filter 8 is neutralized and becomes a neutral particle beam 42. In other words, the sputtered particle filter 8 also serves as a neutralization chamber. A neutral particle beam 42 is irradiated onto the substrate 4 on which sputtered particles 30 are being deposited. If ions remain in the neutral particle beam 42, they can be removed using a deflector.

本実施例によれば、第1図の実施例と同様に、基板に断
差部がある場合でも、フレバスや割れを生ずることのな
い良質の膜が得られるという効果がある。
According to this embodiment, as in the embodiment shown in FIG. 1, even if the substrate has a difference, a high-quality film without fraying or cracking can be obtained.

これまでの実施例では、粒子ビーム発生装置からビーム
イオンや中性粒子ビームを引き出して、基板に照射して
いたが、電子ビームを引き出し、基板に照射することも
できる。また、これまでの実施例では粒子発生器でプラ
ズマを発生させるのに、高周波放電を用いているが、マ
イクロ波放電、直流の低圧アーク放電を用いることもで
きる。
In the previous embodiments, beam ions or neutral particle beams are extracted from the particle beam generator and irradiated onto the substrate, but it is also possible to extract an electron beam and irradiate the substrate. Further, although high frequency discharge is used to generate plasma in the particle generator in the embodiments described above, microwave discharge or direct current low pressure arc discharge may also be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した本発明のスパッタ装置によれば、ターゲッ
トからのスパッタ粒子を基板に堆積させると同時に、そ
の基板を運動エネルギーをもった粒子ビームを照射でき
るので、基板上に段差部がある場合でも、成長方向の異
なる膜の境界を混合するとともに、スパッタ粒子の表面
拡散を促進するので、フレバスや割れの起らない、良好
な膜特性が得られるという効果がある。
According to the sputtering apparatus of the present invention described above, sputtered particles from a target can be deposited on a substrate, and at the same time, the substrate can be irradiated with a particle beam having kinetic energy. It mixes the boundaries of films growing in different directions and promotes the surface diffusion of sputtered particles, so it has the effect of obtaining good film properties without fraying or cracking.

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

第1図は本発明のスパッタ装置の一実施例を示す斜視断
面図、第2図は第1図の実施例の動作を説明するための
縦断面図、第3図は第1図の実施例の効果を説明するた
めの特性図、第4図は第1図の実施例のスパッタ粒子フ
ィルタの動作を示す説明図、第5図(a)は第1図の実
施例のイオンビーム引き出し電極構造を示す横切断面図
、第S図(b)はその他のイオンビーム引き出し電極構
造を示す横切断面図、第6図は本発明の他の実施例を示
す縦断面図である。 1・・・ターゲット、3・・・永久磁石、4・・・基板
、8・・・スパッタ粒子フィルタ、13・・・シールド
、15・真空容器、2o・・・イオンビーム発生装置、
30・・・スパッタ粒子、31・・・イオンビーム、4
2・・・中性粒子ビーム。
1 is a perspective sectional view showing an embodiment of the sputtering apparatus of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view for explaining the operation of the embodiment of FIG. 1, and FIG. 3 is an embodiment of the embodiment of FIG. 1. 4 is an explanatory diagram showing the operation of the sputtered particle filter of the embodiment of FIG. 1, and FIG. 5(a) is the ion beam extraction electrode structure of the embodiment of FIG. 1. FIG. S (b) is a cross-sectional view showing another ion beam extraction electrode structure, and FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing another embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Target, 3...Permanent magnet, 4...Substrate, 8...Sputtered particle filter, 13...Shield, 15.Vacuum container, 2o...Ion beam generator,
30... Sputtered particles, 31... Ion beam, 4
2... Neutral particle beam.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、真空容器内に、放電電極となる1対のターゲットを
、そのスパッタされる面が放電空間を隔てて平行に対面
するように配置するとともに、該1対のターゲットのス
パッタされる面に垂直な方向の磁界を発生する磁気的手
段をもち、かつ、上記1対のターゲット間の空間の側方
に、該空間に向い合うように配置された基板上に膜を形
成するスパッタ装置において、前記ターゲットからのス
パッタ粒子を基板に堆積させると同時に、該基板に粒子
ビームを連続的、あるいは間欠的に照射できる粒子ビー
ム発生装置を備えていることを特徴とするスパッタ装置
。 2、上記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、上
記ターゲットと粒子ビーム発生装置との間に、該粒子ビ
ーム発生装置側に飛来するスパッタ粒子を付着させ、捕
獲するスパッタ粒子フィルタを備えていることを特徴と
するスパッタ装置。 3、上記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、上
記粒子ビーム発生装置として、イオンビーム発生装置を
用いたことを特徴とするスパッタ装置。 4、上記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、上
記粒子ビーム発生装置として、電子ビーム発生装置を用
いたことを特徴とするスパッタ装置。 5、上記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、上
記粒子ビーム発生装置として、中性粒子ビーム発生装置
を用いたことを特徴とするスパッタ装置。 6、上記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、上
記ターゲットとして、中空な円板状のターゲットを用い
たことを特徴とするスパッタ装置。 7、上記特許請求の範囲第6項記載のものにおいて、上
記ターゲットの中空部分に粒子発生装置を設けたことを
特徴とするスパッタ装置。 8、上記特許請求の範囲第7項記載のものにおいて、上
記粒子ビーム発生装置に、該粒子ビーム発生装置からほ
ぼ放射状に粒子を飛散させる電気的あるいは磁気的手段
を備えていることを特徴とするスパッタ装置。 9、上記特許請求の範囲第8項記載のものにおいて、上
記粒子ビーム発生装置の少なくとも一部をほぼ多角柱の
形状とし、該多角柱の粒子ビーム発生装置側面に粒子ビ
ームを引き出すための機構を設けたことを特徴とするス
パッタ装置。 10、上記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
上記ターゲット間の空間の側方に配置されている複数の
基板を、装置の中心軸のまわりに回転できる機構を備え
ていることを特徴とするスパッタ装置。 11、上記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
上記各々の基板を、その中心軸のまわりに回転、あるい
は揺動運動させる機構を備えていることを特徴とするス
パッタ装置。 12、上記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
上記ターゲットのスパッタされる面に垂直な磁界を発生
させる手段として、永久磁石を用いたことを特徴とする
スパッタ装置。 13、上記特許請求の範囲第12項記載のものにおいて
、上記永久磁石として、円筒状の永久磁石を用いたこと
を特徴とするスパッタ装置。 14、上記特許請求の範囲第6項記載のものにおいて、
上記中空な円板であるターゲットを、複数種類のターゲ
ット材で構成したことを特徴とするスパッタ装置。 15、上記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
上記粒子ビーム発生装置内に、直流、高周波、マイクロ
波放電を用いてプラズマを生成し、上記粒子ビームとし
てイオン、あるいは電子を引き出す機構を有することを
特徴とするスパッタ装置。 16、上記特許請求の範囲第5項記載のものにおいて、
上記粒子ビーム発生装置は、イオンビーム発生器とイオ
ンビームをプラズマ中を通過させることにより中性化さ
せる中性化室とからなることを特徴とするスパッタ装置
。 17、真空容器と、該真空容器内に、スパッタされる面
が放電空間を隔てて平行に対面するように配置された1
対のターゲットと、該1対のターゲットのスパッタされ
る面に垂直な方向の磁界を発生させる磁気的手段と、上
記1対のターゲット間の空間の側方に、該空間に向い合
うように配置されて膜が形成される基板と、該基板が配
置されている1対のターゲット間の空間の側方とは反対
側の側方で、かつ、装置のほぼ中央部に設置され、上記
基板に粒子ビームを連続的、あるいは間欠的に照射する
粒子ビーム発生装置とを備えていることを特徴とするス
パッタ装置。 18、上記特許請求の範囲第17項記載のものにおいて
、上記ターゲットと粒子ビーム発生装置との間に、該粒
子ビーム発生装置側に飛来するスパッタ粒子を付着させ
、捕獲する多数の穴のあいた2重円筒で形成されたスパ
ッタ粒子フィルタを設置し、かつ、該スパッタ粒子フィ
ルタの内側に1対の放電電極を設けたことを特徴とする
スパッタ装置。 19、上記特許請求の範囲第18項記載のものにおいて
、上記1対の放電電極は、電流導入端子を介してマッチ
ングボックス、高周波電源に接続されていることを特徴
とするスパッタ装置。
[Claims] 1. A pair of targets serving as discharge electrodes are arranged in a vacuum container so that their surfaces to be sputtered face each other in parallel across a discharge space, and A film is formed on a substrate that has magnetic means for generating a magnetic field in a direction perpendicular to the surface to be sputtered and is placed on the side of the space between the pair of targets so as to face the space. A sputtering apparatus comprising: a particle beam generator capable of depositing sputtered particles from the target onto a substrate and simultaneously irradiating the substrate with a particle beam continuously or intermittently. 2. The device according to claim 1, further comprising a sputtered particle filter between the target and the particle beam generator that attaches and captures sputtered particles flying toward the particle beam generator. A sputtering device characterized by: 3. The sputtering apparatus according to claim 1, characterized in that an ion beam generator is used as the particle beam generator. 4. A sputtering apparatus according to claim 1, characterized in that an electron beam generator is used as the particle beam generator. 5. A sputtering apparatus according to claim 1, characterized in that a neutral particle beam generator is used as the particle beam generator. 6. A sputtering apparatus according to claim 1, characterized in that the target is a hollow disc-shaped target. 7. A sputtering apparatus according to claim 6, characterized in that a particle generator is provided in a hollow portion of the target. 8. The device according to claim 7, characterized in that the particle beam generator is equipped with electric or magnetic means for scattering particles substantially radially from the particle beam generator. Sputtering equipment. 9. The particle beam generator according to claim 8, wherein at least a part of the particle beam generator has a substantially polygonal prism shape, and a mechanism for extracting the particle beam is provided on a side surface of the particle beam generator of the polygonal prism. A sputtering device characterized in that: 10. In the item described in claim 1 above,
A sputtering apparatus comprising a mechanism capable of rotating a plurality of substrates arranged on the sides of the space between the targets about the central axis of the apparatus. 11. In the item described in claim 1 above,
A sputtering apparatus comprising a mechanism for rotating or oscillating each of the above-mentioned substrates about their central axes. 12. In the item described in claim 1 above,
A sputtering apparatus characterized in that a permanent magnet is used as means for generating a magnetic field perpendicular to the surface of the target to be sputtered. 13. A sputtering apparatus according to claim 12, characterized in that a cylindrical permanent magnet is used as the permanent magnet. 14. In the item described in claim 6 above,
A sputtering apparatus characterized in that the target, which is a hollow disk, is made of a plurality of types of target materials. 15. In the item described in claim 1 above,
A sputtering apparatus characterized in that the particle beam generator has a mechanism for generating plasma using direct current, high frequency, or microwave discharge and extracting ions or electrons as the particle beam. 16. In the thing described in claim 5 above,
The sputtering apparatus is characterized in that the particle beam generator comprises an ion beam generator and a neutralization chamber that neutralizes the ion beam by passing it through plasma. 17. A vacuum container, and 1 arranged in the vacuum container so that the surfaces to be sputtered face each other in parallel across the discharge space.
a pair of targets, a magnetic means for generating a magnetic field in a direction perpendicular to the sputtered surface of the pair of targets, and arranged on the side of the space between the pair of targets so as to face the space. a substrate on which a film is to be formed and a pair of targets on which the substrate is placed, and is installed on the side opposite to the side of the space between the pair of targets on which the substrate is placed and approximately in the center of the apparatus; 1. A sputtering apparatus comprising: a particle beam generator that irradiates a particle beam continuously or intermittently. 18. In the item described in claim 17, a plurality of holes are provided between the target and the particle beam generator to attach and capture sputtered particles flying toward the particle beam generator. A sputtering apparatus characterized in that a sputtered particle filter formed of a heavy cylinder is installed, and a pair of discharge electrodes are provided inside the sputtered particle filter. 19. The sputtering apparatus according to claim 18, wherein the pair of discharge electrodes are connected to a matching box and a high frequency power source via current introduction terminals.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014058742A (en) * 2012-09-14 2014-04-03 Vapor Technol Inc Remote arc discharge plasma assisted process
US9793098B2 (en) 2012-09-14 2017-10-17 Vapor Technologies, Inc. Low pressure arc plasma immersion coating vapor deposition and ion treatment
US10056237B2 (en) 2012-09-14 2018-08-21 Vapor Technologies, Inc. Low pressure arc plasma immersion coating vapor deposition and ion treatment

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