JPS6353261B2 - - Google Patents

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JPS6353261B2
JPS6353261B2 JP57205963A JP20596382A JPS6353261B2 JP S6353261 B2 JPS6353261 B2 JP S6353261B2 JP 57205963 A JP57205963 A JP 57205963A JP 20596382 A JP20596382 A JP 20596382A JP S6353261 B2 JPS6353261 B2 JP S6353261B2
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JP
Japan
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film
high frequency
target
base material
magnetron sputtering
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JP57205963A
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English (en)
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JPS5996268A (ja
Inventor
Kimio Kinoshita
Masato Sugyama
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Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5996268A publication Critical patent/JPS5996268A/ja
Publication of JPS6353261B2 publication Critical patent/JPS6353261B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405Magnetron sputtering

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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明はマグネトロンスパツタ装置の改良に関
するものである。さらに詳しくはアノードの基材
との間に第3の電極を設置し、該電極に高周波を
印加しつつスパツタリングを行なうようになした
もので高速でかつ基材温度の上昇が少なく膜厚分
布が少なく膜質のすぐれた金属、金属酸化物、金
属窒化物などの薄膜を形成できるマグネトロンス
パツタ装置に関する。 従来真空蒸着、イオンプレーテイング、スパツ
タリングなどの物理的堆積(PVD)法や化学反
応、熱分解などを伴なう化学的堆積(CVD)法
など大気圧より減圧下で目的の被膜を構成する物
質(以下蒸着物質と呼ぶ)を蒸発、スパツタリン
グなどの手段で原子状あるいは分子状の形態で減
圧下に放出し、基材表面に移送し、基材表面で薄
膜を形成する装置(以下真空蒸着装置と総称す
る)において、被膜の特性を向上させる目的で基
材近傍にバイアス電位を与えることはよく知られ
ている。かかるバイアス電位は基材近傍に設置さ
れた電極によつて与えられる。 かゝる電極には通常のイオンプレーテイングの
如く、基材と蒸発源の間で、ある一定の電位を与
えて、飛来イオンを加速して基材に衝撃力をもつ
て膜形成するものや蒸発粒子どうしあるいは雰囲
気ガスとの反応を利用したり、あるいは雰囲気を
活性化して膜特性を向上させるものなどがある。
その効果は蒸着膜に入射するイオンによるものと
いわれており、不活性ガスイオンの照射効果、イ
オンの運動エネルギー効果、イオンの持つ電荷が
膜質に及ぼす効果などが相まつていると考えられ
る。また基材に入射する電子をトラツプすること
により不必要な基材の温度上昇を防止する効果も
考えられる。 いずれにしても基材近傍に置かれた電極によつ
て電位を付与し空間電荷の制御を行なうことによ
り膜質の向上が期待される。 しかしながら、上記従来の装置では蒸発粒子を
イオン化するためのグロー放電が蒸発源と基材と
の間で生じるため、基材は蒸着物質の粒子のみで
なく、イオン化された不活性ガスの衝撃をも受け
温度上昇を生じるので基材の温度制御が困難であ
る。したがつて耐熱性の低い物質を基材とする蒸
着は殆んど不可能であつた。 また蒸着中の条件によつては、逆スパツタを生
じ被膜に欠陥を生じるおそれがあつた。さらに形
成される被膜の構造、特性が必ずしも満足すべき
ものではなかつた。 これらの欠点を解決するものとして特公昭52−
29971号公報には、高周波イオンプレーテイング
装置が提案されている。この装置は、対向配置し
た蒸着物質源と基材保持板との中間に高周波電極
を配置して前記物質源に近接した領域に高周波グ
ロー放電を発生して前記蒸発物質をイオン化する
事を特徴とするイオンプレーテイング装置であつ
て、高周波放電(励起)によりイオン化を促進さ
せるために放電(励起)状態の制御は、直流グロ
ー放電より容易であり、放電(励起)状態を目的
のイオンプレーテイングに最適に保持する事がで
きる。したがつて蒸発粒子のイオン化効率、蒸発
速度を向上させることができ、良質な被膜を得る
ことができる。またイオン化効率が高いので、不
活性ガスと共にあるいは単独に一種または数種の
活性ガスを真空容器内に封入し、蒸発粒子と化学
結合させると同時にイオン化し、酸化膜や窒化膜
をはじめとした種々の化合物のイオンプレーテイ
ングを行なうこともできる。また基材温度の上昇
は殆んどないから、熱により破壊されるような基
材にもイオンプレーテイングを施し得る。 しかしこの高周波イオンプレーテイング装置は
蒸着物質の蒸発を抵抗加熱あるいは電子銃加熱等
で行なうため基材から見れば点蒸発源となり、大
面積の基材に均一に薄膜を形成する事は困難であ
つた。長尺の巾広い高分子フイルム等に連続的に
薄膜を形成する場合等には特に問題である。一方
低温でかつ高速で金属等の導電性の薄膜を形成す
る装置として直流マグネトロンスパツタ装置があ
る。 マグネトロンスパツタ装置はターゲツト(カソ
ード)下部に設置した磁界により、電界に直交す
る磁界をかける事により、ターゲツト近傍に高密
度プラズマを閉じ込めてスパツタリングを行な
う。この方法は本質的には面蒸発源であるため、
巾方向の膜厚分布は均一であるという特長を有す
る。 しかしながらプラズマはターゲツト(カソー
ド)近傍に閉じ込められるため薄膜形成時にイオ
ンの照射効果が得られず得られた膜の特性は必ず
しも満足すべきものではなかつた。一方、膜形成
時にイオンを関与させるには、閉じ込められたプ
ラズマが比較的強い中心部のみを使用する事もあ
る。このために前記プラズマ上にマスクを設置し
てスパツタリングを行なうが、マスクをする事に
より付着速度は小さくなり効率も悪くなるという
別の問題がある。 本発明者らは、従来の高周波イオンプレーテイ
ングやマグネトロンスパツタ法にみられる上述の
ような問題点を解決すべく鋭意研究の結果、本発
明に到達した。 すなわち本発明はターゲツト(カソード)表面
近傍に閉磁界を形成する磁石を備えたマグネトロ
ンスパツタ装置において、アノードと基材との間
に高周波電力を印加する高周波電極を設置し、当
該電極に高周波を印加しつつ、ターゲツト(カソ
ード)とアノード間に電圧を与えてスパツタリン
グを行なうことにより薄膜を形成するようになし
た事を特徴とするマグネトロンスパツタ装置であ
る。 以下、本発明の詳細を説明する。ところで、マ
グネトロンスパツタ装置のカソード部は、第1
図に示す様に、負電極ターミナル8と導通した凹
部を有するステンレス製の陰極本体2上に平板状
ターゲツト1を取着するように構成され、内部空
間3に案内管4を介して冷却水を導入し、出口管
5より外部に排出し、これにより正イオンの衝突
により高温となるターゲツト1を冷却する様にな
つている。 マグネトロンスパツタ装置のカソード部にお
いては、ターゲツト1の裏面に鉄コア6に装着さ
れた永久磁石よりなる磁石7aおよび7bを配置
して電極面近傍に閉じた磁界を発生させる。又、
特殊な場合としては磁石7a,7bは永久磁石の
かわりに電磁石を用いる場合もある。 ターゲツト1の形状は矩形、円形が多く用いら
れるがSガンとして知られるターゲツトのごとく
円すい状のターゲツトが用いられる場合もある。
いづれにしても磁石7a,7bは第1図に示すご
とくターゲツト1の外周部と中心部においてター
ゲツト面に面した極を相反する様に配置する。そ
して、公知の通りカソード部分の上方に位置した
アノードとターゲツト1の間に電圧をかける事
によりターゲツト近傍にプラズマを生じさせスパ
ツタリングを行なう。 第2図は、本発明の高周波励起型マグネトロン
スパツタ装置の要部概略図である。第2図におい
ては第1図に示したカソード部でありはアノ
ードである。はアノードと基材の間に設置
された高周波を印加すべき高周波電極である。 高周波電極の形状は第3図a,b,c,dに
示した平面図のごとく任意の形状であつて良く、
又、その位置もターゲツト面を大きくはみださな
い程度にプラズマ分布が一様になる様に又、スパ
ツタ物質が基材上に形成される時のさまたげとな
らない様に実験的に決められる。特に第3図a,
bに示したごとくループ状の形状を成している場
合が好ましく、更にターゲツト1の周囲に沿つた
大きさとすると良い。この場合は第3図dの如く
イオン化の効率を高めるためにラセン状にループ
を形成する事もある。 高周波電極の材質は導電性が有れば特に限定
しないが、ステンレス、銅等が用いられる事が多
い。又、プラズマからの熱による電極の損傷、溶
融などを防止するために水冷する場合もある。 第4図は本発明の高周波励起型マグネトロンス
パツタ装置の一実施態様の概略構成図である。図
において10は真空容器、20は真空容器10内
を所定の真空度に排気する真空排気系、21はガ
ス導入口である。30は前述したカソード部と
同様な構成のカソード部、31はアノードであ
り、目的の薄膜形成物をターゲツト32よりスパ
ツタする。40は基材移送系で基材41を繰り出
し装置の原反ロール42からカソード30に対向
配置した冷却ドラム43のスパツタ物質33が飛
来する膜形成領域Dを通して図の矢印A方向に移
送し巻取り装置の巻取りロール44に巻き取るも
ので、長尺のポリエステルフイルム等の高分子フ
イルムの基材41に連続的に薄膜形成するのに適
した装置となつている。34は前述した高周波電
極である。スパツタ粒子は蒸着物質33がターゲ
ツト32から冷却ドラム43の膜形成領域Dに飛
来し冷却ドラム43に密着して移送される基材4
1に堆積する。 飛来するスパツタ粒子は、スパツタ粒子飛来領
域Wにおいて高周波電極34によりイオン化され
る。印加する高周波の周波数及び電力は、スパツ
タ粒子飛来領域Wの真空度、担体ガス粒子、スパ
ツタ粒子のイオン化効率を考慮して、最適な値を
選べば良いが通常は13.56MHzのRF周波数で行な
うのが、最も簡便である。以下に本発明の効果を
示す上述のマグネトロンスパツタ装置による膜形
成の実施例を示すが、本発明はかゝる実施例及び
以上の説明の装置に限定されるものでない事は、
本発明の主旨からも明らかである。 実施例 1 第4図の高周波励起型マグネトロンスパツタ装
置において、ポリエステルフイルムを基材41と
し、Alをターゲツト32として膜形成を行なつ
た。ターゲツトの大きさは、125mm×300mmであ
る。まず真空排気系20により真空容器10全体
を1×10-5Torrまで排気し、しかる後にArガス
をガス導入口により導入し、真空度3×
10-3Torrに保つた。ターゲツト32(カソード
30)とアノード31の間に直流電圧420Vを印
加し、同時に高周波電極34に13.56MHzの高周
波を印加した。この時の最適な高周波電力は
240Wであつた。フイルムの送り速度を2m/
minとした時にフイルム上に形成されたAlの膜厚
は320Åであつた。高周波電極34に電力を印加
しない場合の膜厚は310Åでほとんど膜形成速度
は変らなかつた。この両者の場合のAl薄膜とポ
リエステルフイルムの接着強度を比較した。10×
10のクロスカツトテストを行なつたところ、高周
波電力を印加する本発明により形成したAl被膜
はセロテープによる剥離テストで剥離しないAl
薄膜は100%であつたが、高周波電力を印加しな
い従来法の場合には87%であつた。第5図に巾方
向の膜厚分布を示す。220mm巾に対して±3.5%と
良好な膜厚分布であり、本発明の場合と従来法の
場合はほとんど差がなく、高周波電極34の設置
は問題ないことがわかつた。 実施例 2 実施例1で用いたスパツタ装置において、ター
ゲツト32をIn/Sn金属(Sn5%)とし導入ガス
をAr/O2の混合ガス(O225%)として真空度5
×10-3Torrに保ち、In2O3/SnO2(ITO)の膜を
反応性スパツタリングにより作成した。最適なス
パツタリング条件は電圧370V×電流1.5Aであり
100Wの高周波電力を印加した場合としない場合
の特性を比較した。両者の透過率と抵抗は表―1
の通りであつた。高周波を印加した本発明の場合
の方がはるかに良好であつた。
【表】 なお、巾方向の膜厚分布は第6図の6〔a〕の
通りであつた。 次に、比較例を説明する。 実施例1で用いたスパツタ装置においてカソー
ド30とアノード31を取りはらい、16KW電子
銃(日本真空製造EGK3型)を設置し、高周波イ
オンプレーテイングによるITOの薄膜形成を行な
つた。真空容器10内を1×10-5Torrに排気し
た後、O2ガスを7×10-4Torrまで導入し、周波
数13.56MHzの高周波を200Wの電力で印加しIn/
Sn金属(Sn5%)をEB電力6KV×40mAで蒸発
させITO薄膜を形成した。得られたITO膜の透過
率は82%、抵抗力は380Ω/口(膜厚220Å)であ
つたが、巾方向の膜厚分布は第6図の6〔b〕の
通りで±23%と非常に悪かつた。この点から本発
明の効果が明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図はマグネトロンスパツタ装置のカソード
部の構成図、第2図は本発明のマグネトロンスパ
ツタ装置の要部概略図、第3図は本発明に係る高
周波電極の各種実施態様の平面図、第4図は本発
明のマグネトロンスパツタ装置の一実施態様の全
体概略構成図、第5図は、実施例1の結果を示す
グラフ、第6図は実施例2の結果を示すグラフで
ある。 ,30:カソード部、1,32:ターゲツ
ト、,31:アノード、,34:高周波電
極、,41:基材。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ターゲツト表面近傍に閉磁界を形成するため
    の磁石を設けたカソード部を具備し、該カソード
    部に対してアノード、基板を所定間隔で配置し基
    板上に膜形成するようになしたマグネトロンスパ
    ツタ装置において、前記アノードと前記基板の間
    に高周波電力を印加するための高周波電極を設
    け、該高周波電極により高周波電力を印加しつつ
    膜形成するようになしたことを特徴とするマグネ
    トロンスパツタ装置。
JP20596382A 1982-11-26 1982-11-26 マグネトロンスパツタ装置 Granted JPS5996268A (ja)

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JP2811456B2 (ja) * 1989-01-27 1998-10-15 ティーディーケイ株式会社 マグネタイト膜の製造方法および製造装置

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