JPS63307268A - バイアススパッタリング方法およびその装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、バイアススパッタリング方法およびその装置
に関し、詳しくは逆スパツタ処理およびバイアススパッ
タリング処理等においてマグネトロン放電を利用するこ
とにより、リエミッション効率を向上させるとともに連
続可変リエミッションを可能にしたバイアススパッタリ
ング方法およびその装置に関する。

［従来の技術］ 従来、フィルム巻取式のスパッタリング法においては、
基板としてのフィルムの表面処理として、イオンボンバ
ード等により吸着水分や付着ゴミを除去する方法、ロー
ルにＲＦ（高周波）等を導入しイオンボンバード以上の
パワーで処理する逆スパツタ等の方法が採用されている
。そして表面処理が終了した後には、成膜過程において
フィルムにＲＦを印加するバイアススパッタリング法が
広く用いられている。

第７図に、従来例に係る代表的なスパッタリング装置の
概略構成を示す。この装置は逆スパツタ処理およびバイ
アススパッタリング処理の画処理か可能である。同図に
おいて、まず送出ロール２から、基板としてのフィルム
３が送り出され、バイアスカソード１０において逆スパ
ツタにより表面のクリーニングが行なわれ、巻取ロール
４によって巻き取られる。次に、走行系を逆転させるこ
とにより、巻取ロール４より送り出されたフィルム３は
バイアスカソード１０においてＲＦバイアスを印加され
、ターゲット８ｇよりスパッタされるターゲット物質が
被着され送出ロール２に巻き取られる。

なお、上記フィルム巻取式スパッタリング装置以外にも
、基板をターゲットに対して平行に配置した平行平板タ
イプのバイアススパッタリング装置もいろいろな分野で
用いられている。

［発明が解決すべき問題点］ 第７図に示したような従来のスパッタリング装置あるい
はこの装置を用いた方法においては、逆スパツタ処理は
可能である。しかし、この装置は高周波の導入に接点（
ブラシ）を用いているために大電力の投入が難しく、さ
らに電極面積が水冷能力等からの制約のために大きくな
ってしまう。

このため、フィルムのエツチングパワー密度が小型平行
平板タイプに比べてはるかに小さくなりエツチング効率
が悪いという欠点がある。

また、このスパッタリング装置では、第８図のようにフ
ィルム上に被膜形成する際、フィルム３を逆スパツタで
クリーニングしても巻取ロール４で巻き取られる際に、
処理表面にフィルム３の裏面が接触しクリーニング効果
が半減するという欠点がある。

さらに、このスパッタリング装置は連続式であるために
、逆スパツタ時およびバイアススパッタリング時に投入
するパワー密度を膜厚方向に対して変化させることがで
きない。従って、この装置では、リエミッション率を段
階的に変化させて被膜形成するという平坦化技術を適用
することは困難である。この装置に平坦化技術を適用す
るためには、基板を複数回カソード・ターゲット間を通
過させる必要があり、どうしても各層間が不連続になる
とともに巻き取りによる層間の汚染が避けられない。こ
の場合、プロセスに要する時間力（長くなり生産性の面
においても不利である。

このような弊害を避けるために、第９図に示す装置のよ
うに、スパッタ室内に単に）くイアスカ゛ノード１０お
よびターゲット電極８を増設して連続処理することも考
えられる。しかし、フィルム３またはフィルム３上に形
成される被膜が金属等の導電性材料である場合は、フィ
ルム３の表面の電位が同じになるので、リエミッション
率の制御がターゲット投入パワーのみでしか行なえず、
またエツチングパワー密度が小さいことから送り速度を
速くすることができない。つまりリエミッション率を大
きくしようとするとターゲットの投入パワーを小さくす
る必要があり、効率が悪くなる。

一方、構造的にバイアススパッタリング可能な平行平板
タイプの装置では、リエミッション率を可変にすること
はできる。しかし、基板の大型化や多数枚処理のために
カソード面積を大きくすると、電源の制約によりパワー
密度が小さくなってしまい効率が悪くなるという問題が
あった。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされた
もので、逆スパツタ効率およびリエミッション効率等を
向上させるとともに、逆スパツタ処理お、よびバイアス
スパッタリング処理等を連続かつ高速に行なうことので
きるバイアススパ・ツタリング方法およびその装置を提
供することを目的とする。

［問題点を解決する手段］ 上記目的を達成するために、本発明のバイアススパッタ
リング装置は、基板を連続プロセスで処理するバイアス
スパッタリング装置において、スパッタ室内に、複数の
磁石ユニットを基板の移動方向に内設したマグネトロン
バイアス電極と、前記複数の磁石ユニットに′対向する
位置に配設された複数のターゲット電極とを具備したこ
とを特徴とする。

また、本発明のバイアススパッタリング方法は、基板を
連続プロセスでバイアススパッタリング処理するバイア
ススパッタリング方法において、複数の磁石ユニットを
基板の移動方向に内設したマグネトロンバイアス電極と
、前記複数の磁石ユニットに対向する位置に配設された
複数のターゲット電極とをスパッタ室内に配置し、基板
を前記マグネトロンバイアス電極表面を移動させる際に
、前記マグネトロンバイアス電極への投入電力、各ター
ゲット電極への投入電力および各磁石ユニットによって
生じる磁界強度を個別に調整することによって、リエミ
ッション率を段階的に変化させながらバイアススパッタ
リングを行なうことを特徴とする。

本発明において用いられるマグネトロンバイアス電極（
以下、マグネトロン電極という）とは、電場と磁場が直
交する、いわゆるマグネトロン放電を発生させることの
できる電極をいう。そして、本発明の特徴の一つは、こ
のマグネトロン電極の内部に複数の磁石ユニットを基板
の移動方向に内設したことである。磁石ユニットとして
は、公知のものが使用でき、外部から磁界強度を調整で
きるように電磁石を備えたものが好ましい。

本発明において用いられるターゲット電極としては、公
知のものが使用でき、ターゲツト材としては、例えばＣ
ｒ　ＳＣＬＩ　ＳＡ　Ｊ等の金属；Ｎｉ　−Ｃｒ　、Ａ
Ｊ−８ｉ　、Ｃｏ−Ｎｉ等の合金−Ｂ　ｉ　、Ｔ　ｅ等
の半金属；　Ｓ　ｉ　、’　Ｇ　ｅ　ＳＧ　ａ　　Ａ　
ｓ等の半導体；　Ｓｉ　０２　、Ｔａ２０５、ＡＪ２０
３等の酸化物；Ｓｉ３　Ｎ４、ＡＪＮ、ＴＢＮ等の窒化
物Ｈ２ｎ　Ｏ，Ｌｉ　Ｎｂ　０４　、Ｂａ　Ｔｉ　０３
等の誘電体；これらの複合物等が用いられる。

本発明において処理できる基板としては、特に限定され
ないが、例えばポリイミド、ポリエステル等の樹脂；　
Ｓｔ　０２　、Ａ４２０３等の酸化物；青板ガラス、ホ
ウケイ酸ガラス等のガラス；ＡＪＮ、Ｓｉ３Ｎ４等の窒
化物；ＳｉＣ等の炭化物；ステンレス等の金属；Ｓｔ、
Ｇｅ等の半導体；Ｌｉ　Ｎｂ　０４　、Ｂａ　Ｔｉ　０
３等の誘電体；これらの複合物からなる基板等が挙げら
れる。

本発明のバイアススパッタリング装置は、スパッタ室の
内部にその特徴を有するもので、スパッタ室以外の構成
、例えば排気系、走行系の駆動装置、温度調節装置等と
しては公知のものが利用できる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係るバイアススパッタリン
グ装置の概略構成図である。

同図において、１はスパッタ室、２は基板としてのフィ
ルム３を送り出す送出ロール、４はフィルム３を巻き取
る巻取ロール、５はガイドロールであり、これらが本実
施例の装置の走行系を構成する。６は逆スパツタおよび
バイアススパッタリング等を行なうマグネトロン電極（
バイアスカソード）で、第２図にその詳細を示す。マグ
ネトロン電極６は、第２図に示すように、磁場可変式の
電磁石ユニット８ａ、　Ｂｂおよび６Ｃが基板の移動方
向に所定の間隔を隔てて内設されており、また図示しな
い温度調節装置が付設されている。マグネトロン電極６
はバイアス電源７に接続されている。

一方、８はターゲット電極（スパッタリングカソード）
であり、それぞれターゲット８ａ、　８ｂおよび８Ｃが
配設されている。ターゲット８ａ、　８ｂおよび８ｃは
、それぞれ電磁石ユニット６ａ、　ｆｉｂおよび６ｃに
対向する位置に配設されている。ターゲット電極８はタ
ーゲット電源（スパッタ電源）９に接続されている。

次に、上記構成からなる本実施例のスパッタリング装置
の動作を説明する。

基板としてのフィルム３は、送出ロール２より送り出さ
れ、予め所定のリエミッション率ｒＦＬ＋ｒｂおよびｒ
ｅとなるように設定された領域ａ。

ｂおよびＣ（第２図参照）において、逆スパツタ、エツ
チング、バイアススパッタリングおよび／または通常の
スパッタリングが行なわれ、巻取ロール４によって巻き
取られ否。この操作は、必要に応じて、走行系を逆転さ
せ所望の処理を複数回行なうこともできる。また電磁石
ユニットおよびターゲット電極を増設することによって
、走行系を逆転させることなく上記処理を一度の操作で
行なうこともできる。

リエミッション率ｒａ、ｒｂおよびｒｅは、マグネトロ
ン電極６の電位、ターゲット電極８の電位、および両電
極間のプラズマ密度によって決定される。具体的には、
マグネトロン電極６およびターゲット電極８への投入電
力と、領域ａ、ｂおよびＣ中の磁界強度によりそれぞれ
独立に制御される。例えば磁界強度は、電磁石ユニット
６ａ、　６ｂおよび６ｃに流れる電流を制御することに
よって独立的に制御できる。

ここで、下記定義に基づいて、本実施例の装置を用いて
バイアススパッタリング処理を行なう場合の操作手順を
説明する。

逆スパツタまたはバイアススパッタリングによるエツチ
ング速度をＶｅ、スパッタリング速度をＶｔ　、　　（
Ｖｔ　−Ｖｅ　）を被膜形成速度（Ｒ）、Ｖｅ／Ｖｔを
リエミッション率（ｒ）と定義すると、エツチング、逆
スパツタ、スパッタエツチングおよびバイアススパッタ
リングは、次のように進行する。

■　ｒ＞１のときは、被膜は形成されず、エツチングが
進行し、Ｒ−−Ｖｅのときは、逆ス。

バッタまたはスパッタエツチングが進行する。

■　ｒ−０のときは、通常のスパッタリングが進行する
。

■　Ｏ＜ｒ　＜１のときは、バイアススパッタリングが
進行する。

＝　　１１　− 逆スパツタ処理 まず、逆スパツタ処理を必要とする場合は、マグネトロ
ン電極６とターゲット電極８へ投入する電力および電磁
石ユニットＢａ、　６ｂおよび６ｃに流す電流を調整し
て、領域ａ、ｂおよびＣにおける条件を、Ｒ＝−Ｖｅと
なるように設定し、フィルム３を送出ロール２から巻取
ロール４に送ることによって逆スパツタを行なう。

そして、必要に応じて、次の処理のために逆スパツタさ
れたフィルム３を送出ロール２に巻き戻す。

バイアススパッタリング処理 フィルム３に形成される被膜の付着強度を強化する場合
は、マグネトロン電極６とターゲット電極８へ投入する
電力および電磁石ユニットＢａ、　６ｂおよび６ｃに流
す電流を調整して、リエミッション率が、例えば第３図
に示すように、順次ｒａ＝１．２　、ｒｂ　＝０．８　
、　　ｒｅ　＝０．６となるように設定し、フィルム３
を送出ロール２から巻取ロール４に送ることによってバ
イアススパッタリングを行一　　１２　− なう。この場合、領域ａまたはその初期領域においては
エツチングが進行し、付着強化のための凹凸がフィルム
３の表面に形成される。この付着強化処理については、
特梗昭８２７１５９９８号（発明の名称：回路基板およ
びその製造方法）の明細書に詳細に記載されている。

被膜を平坦化する場合は、マグネトロン電極６とターゲ
ット電極８へ投入する電力および電磁石ユニット［ｌａ
、　ｆｉｂおよび６ｃに流す電流を調整して、リエミッ
ション率を、例えば第４図に示すように順次ｒａ−０，
２５、ｒｂ　−０，５、ｒｅ　−０，７５となるように
設定してバイアススパッタリングを行なう。

このように、リエミッション率を連続可変的に調整する
ことにより、第５図に示すように被膜表面の平坦化が行
なわれる。

膜厚調整処理 さらに、被膜の膜厚を調整する必要がある場合は、マグ
ネトロン電極６とターゲット電極８へ投入する電力を調
整しく電磁石ユニット８ａ、　ｆｉｂおよび６ｃに流す
電流は“０”とする）、リエミッション率が“０”とな
るように設定し、フィルム３に通常のスパッタリングを
行なう。

上記各処理は、走行系を順方向または逆方向のいずれの
方向に駆動する場合にも行なうことができる。

このように、エツチングパワー、リエミッションパワー
およびリエミッション率等を連続可変的に調整すること
により、第３図に示すようにスパッタリングおよびその
表面の平坦化等が連続的かつ高速に行なうことができる
。

次に、本発明に係るバイアススパッタリング装置の他の
実施例について説明する。

キャン（Ｈｎ）タイプの巻取式スパッタリング装置にお
いても、キャンの内部に複数の固定磁石を導入するとと
もにスパッタ電極を増設することにより第１図の装置と
同様の機能を持たせることができる。

第６図は、そのようなキャンタイプのバイアススパッタ
リング装置の概略構成図である。

同図において、ドラム型のマグネトロン電極（バイアス
カソード）６の内部には固定された電磁石ユニット６ｄ
、　Ｂｅおよび６ｆが基板の移動方向に配置され、各電
磁石ユニット６ｄ、　６ｅおよび６ｆに対向する位置に
はターゲット８ｄ、　８ｅおよび８ｆが配設されている
。その他の符号は第１図中のものと同一の意味を有し、
このスパッタリング装置の動作も第１図の装置と同様で
ある。

なお、平行平板タイプまたはカル−セルタイプのスパッ
タリング装置においても逆スパツタカソードと磁石のど
ちらか一方または両方を回転運動させることにより、基
板に対する磁界が時間的に平均化され、マグネトロン放
電の利用が可能となる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明のスパッタリング方法およ
びその装置によれば、逆スパツタ効率およびリエミッシ
ョン効率を向上させるとともに、逆スパツタ処理および
バイアススパッタリング処理を連続かつ高速に行なうこ
とができる。

従って、本発明は、プリント回路基板の製造、プラスチ
ックのコーティング、半導体素子の製造、透明導電膜の
製造等に広く適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るバイアススパッタリン
グ装置の概略構成図、 第２図は同装置のマグネトロン電極の詳細図、第３図お
よび第４図はそれぞれ付着力強化処理および平坦化処理
におけるリエミッション率の変化を示したグラフ、 第５図は基板の平坦化を説明する図、 第６図は本発明の他の実施例に係るバイアススパッタリ
ング装置の概略構成図、。 第７図は従来例に係るスパッタリング装置の概略構成図
、 第８図は三段階に被膜を形成した基板の側面図、並びに 第９図は従来のスパッタリング装置の変形例を示す図で
ある。 １・・・スパッタ室、２・・・送出ロール、３・・・フ
ィルム、４・・・巻取ロール、５・・・ガイドロール、 ６・・・マグネトロン電極、 ８ａ、　８ｂ、　８ｃ、　８ｄ、　Ｂｅ、　８ｆ−・・
電磁石ユニット、７・・・バイアス電源、８・・・ター
ゲット電極、８ａ、　　８ｂ、　　８ｃ、　　８ｄ、　
　８ｅ、　　８ｆ、　　８ｇ−・・ターゲット、９・・
・ターゲット電源、 １０・・・バイアスカソード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板を連続プロセスで処理するバイアススパッタリ
   ング装置において、スパッタ室内に、複数の磁石ユニッ
   トを基板の移動方向に内設したマグネトロンバイアス電
   極と、前記複数の磁石ユニットに対向する位置に配設さ
   れた複数のターゲット電極とを具備したことを特徴とす
   るバイアススパッタリング装置。 ２、前記磁石ユニットが、電磁石を備えている前記特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ３、基板を連続プロセスでバイアススパッタリング処理
   するバイアススパッタリング方法において、複数の磁石
   ユニットを基板の移動方向に内設したマグネトロンバイ
   アス電極と、前記複数の磁石ユニットに対向する位置に
   配設された複数のターゲット電極とをスパッタ室内に配
   置し、基板を前記マグネトロンバイアス電極表面を移動
   させる際に、前記マグネトロンバイアス電極への投入電
   力、各ターゲット電極への投入電力および各磁石ユニッ
   トによって生じる磁界強度を個別に調整することによっ
   て、リエミッション率を段階的に変化させながらバイア
   ススパッタリングを行なうことを特徴とするバイアスス
   パッタリング方法。 ４、前記磁石ユニットが電磁石を備えている前記特許請
   求の範囲第３項記載の方法。 ５、前記電磁石ユニットに流れる電流を制御することに
   よって磁界強度を調整する前記特許請求の範囲第４項記
   載の方法。