JPH0273964A - 回転カソードを用いた薄膜形成装置 - 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 本発明は多面体カソードを用いたスパッタリング法に関
するものである。

［従来の技術］ 従来のマグネトロン方式によるスパッタリングにおいて
は、２種類以上の材料をスパッタする場合、特にインラ
イン型のスパッタ装置においては第３図のように２本以
１−のカソードを用い、それらを並べて配置していた。

［発明の解決しようとする課題］ しかしながら、このような装置では、スパッタチャンバ
ーが長くなり、その装置製作コストが高くなるという欠
点と、さらに、スパッタするターゲットの種類が装置に
取り付けられるカソード本数より多い場合には、ターゲ
ットを交換しなければならず、ジョブチェンジに要する
時間がかかり、非効率的であるという欠点を有していた
。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明は」−記の欠点を解決することを目的としたもの
であり、真空室と、排気系と、アーク放電プラズマ流発
生源と、該アーク放電プラズマ流発生源がアーク放電プ
ラズマ流を発生ずるための直流電源と、１−記アーク放
電プラズマ流発生源との間でアーク放電を形成する陽極
と、ｌ−記アーク放電プラズマ流発生源から発生したア
ーク放電プラズマ流を陽極へ導くための磁場を与える磁
場手段と、断面が多角形であって内部に冷却機構を設け
られるようにした多角柱形状のカソードと、該カソード
を１−記アーク放電プラズマ流より負の電位に保つ直流
電源とを有し、Ｌ記カソードの多角柱の中心軸と平行な
各面ごとに所望材料のターゲットを配し、該カットの多
角柱の中心軸と゛ト行でターゲットを有する面を」−記
アーク放電プラズマ流と平行になるように配置して、ス
パッタリングを行い、ｌ−記アーク放電プラズマ流を挟
んでターゲットと反対側に配置された基体にターゲット
から発１１した粒子を付着させて被膜を形成することが
でき、所望に応じて−１−記カソードを回転させて′Ｊ
ｌシなるターゲットを４１する面を１記アーク放電プラ
ズマ流と平行に配置し、スパッタリングすることができ
るようにした回転カソードを用いた薄膜形成装置。

本発明は、断面が多角形状の細長いカソードに、−面ご
とに異なるターゲットを固定したものを用い、これを適
宜回転させてターゲット材料を変えてスパッタリングを
行うことを特徴とする。

第１図は、各面にΔ、ｎ、Ｃ，Ｉ）、Ｅ、Ｆの６種類の
ターゲットをつけた６角柱カソードの例を示したもので
ある。かかる多角柱形状のカソードｌは紙面に垂直な方
向の長さを有している。ターゲットの種類を変える時は
多面体円筒の中心軸を中心にして回転ずればよい。

本発明においては高密度のアーク放電プラズマ流を用い
ているので、このような細長いターゲットを用いても高
速のスパッタリングが可能となるものである。

本発明においては、アーク放電プラズマ流を磁場１段に
よってシート状に変形したシートプラズマを用いると特
に効果的である。

第１図においてｌは多角柱形状のカソード、２はシート
状プラズマ、３はターゲットからスパッタされた粒子が
付着して被膜が形成される基板、４はシールド板である
。

第１図（ａｔ　はシートプラズマの幅に沿った断面（シ
ートプラズマ２ａは紙面に垂直な長さを有している）を
示したものであり、第１図　ｆｂ）はシートプラズマの
長さに６）った断面（シートプラズマ２ｂは紙面に垂直
な幅を有している）を示したものであり、多面体円筒カ
ソードＩはシートプラズマ２に対して（ａ）　、　（ｂ
ｌ　どちらの方向で配置されていてもよい。どちらの場
合も基体３は静１トシていてもよいし、搬送されてもよ
い。第１図ｔａ）のように配置するときは基体３は５の
方向へ搬送されていくのが好ましい。

第２図は本発明の方法によってシートプラズマを用いて
コーティングを行う場合に用いる装置の一例を示したも
のである。第２図は第１図（ａｌ　アーアで示した線の
断面を示したものである。

本発明においては、アーク放電によるプラズマ流を用い
る。かかるアーク放電プラズマ流は、アーク放電プラズ
マ流発生源２Ｉとアノード２２の間で、プラズマ発生直
流電源２４によってアーク放電を行うことで生成される
。

かかるアーク放電プラズマ流発生源２１としては、複合
陰極型プラズマ発生装置、又は、圧力勾配型プラズマ発
生装置、又は両者を組み合わせたプラズマ発生装置が好
ましい。このようなプラズマ発生装置については、真空
第２５巻第１０号Ｆ１９８２年発行）に記載されている
。

複合陰極型プラズマ発生装置とは、熱容量の小さい補助
陰極と、Ｌ　ａ　Ｂ　ａからなる主陰極とを有し、該補
助陰極に初期放電を集中させ、それを利用しても陰極Ｌ
ａＢｅを加熱し、主陰極ＬａＢ５が最終陰極としてアー
ク放電を行うようにしたプラズマ発生装置である。補助
陰極としてはＷからなるコイル又はＴａからなるバイブ
状のものが挙げられる。

このような複合陰極型プラズマ発生装置においては、熱
容量の小さな補助陰極を集中的に初期放電で加熱し、初
期陰極として動作させ、間接的にＬａＢａの主陰極を加
熱し、最終的にはｌａＢｇの主陰極によるアーク放電へ
と移行させる方式であるので、補助陰極が２５００℃以
上の高温になって寿命に影響する以前に１、ａＳｇの主
陰極カ月５００〜１８００℃に加熱され、大電子流放出
可能になるので、補助陰極のそれ以」二の温度上昇が避
けられるという点が大きな利点である。

又、圧力勾配型プラズマ発生装置とは、陰極と陽極の間
に中間電極を介在させ、陰極領域なＩ　Ｔｏｒｒ程度に
、そして陽極領域を１０−”　Ｔｏｒｒ程度に保って放
電を行うものであり、陽極領域からのイオン逆流による
陰極の損傷がない上に、中間電極のない放電形式のもの
と比較して、放電電子流をつくりだすだめのキャリアガ
スのガス効率が飛躍的に高く、大電流放電が可能である
という利点を有している。

複合陰極型プラズマ発生装置と、圧力勾配型プラズマ発
生装置とは、それぞれ、上記のような利点を有しており
、両者を組み合わせたプラズマ発生装置、即ち、陰極と
して複合陰極を用いると共に中間電極も配したプラズマ
発生装置は、上記利点を同時に得ることができるので本
発明のアーク放電でプラズマ流発生源２１として大変好
ましい。

第２図にはアーク放電プラズマ発生源２１として、複合
陰極４１と、環状永久磁石を含む第１中間電極４２、空
芯コイルを含む第２中間電極を有する第２中間電極４３
を有するものを用いた場合を示した。

本発明においては、プラズマ発生源２１とアノード２２
をスパッタリング領域２５を挟むように配置し、２個以
七の空芯コイル２６によってプラズマ発生源２１からア
ノード２２方向に向かう磁場２７を形成し、プラズマ発
生源２１から発生したアーク放電による高密度のプラズ
マ流を真空室２３に引き出す。

さらに、引き出したプラズマをシート状にするために、
一対の永久磁石２８をプラズマガンとスパッタリング領
域の間で、同極面を対向させてプラズマをターゲットと
基板方向から挟み（たとえば、Ｎ極とＮ極を対向させる
）、かつ、永久磁石のＮ極、あるいは、Ｓ極面をタゲッ
ト面、あるいは、被膜を形成する基板面２９と平行にな
るように配置し、プラズマをターゲット３０．あるいは
、基板２９と平行な方向に押しつぶし、シート状の高密
度プラズマ３１を形成する。また、シートプラズマ３１
を挟むようにタゲット３０と基板２９を配置し、ターゲ
ット３０がシートプラズマ３１に対して負になるように
、ターゲット３０にスパッタリング電源３２によってス
パッタリング電圧を印加し、シートプラズマ３１中のイ
オンをターゲット３０に加速し、ターゲット３０のスパ
ッタリングを行う。

第２図において、永久磁石２８によってシート状に変形
されたシートプラズマ３１は紙面にＩＴＥ直な方向に幅
を有している。

ガス導入ｒ−１３３からは、放電用ガスが導入される。

又、真空室２３は排気手段によって１０−“Ｔｏｒｒ程
度又はそれ以Ｆに保たれることが望ましい。

第２図のような配置では基板２９は紙面と小直に方向に
搬送されると効率的である。

以上第２図に関して、シートプラズマを用いる場合につ
いて説明したが、シート状に変形しない円柱状のアーク
放電プラズマ流を用いる場合も、永久磁石２８を配置す
ること以外は全く同様である。

［作　用］ 本発明において、使用されるシートプラズマは、アーク
放電を利用しているため、従来のマグネトロンスパッタ
やイオンプレーディングに利用されているグロー放電型
プラズマに比べて、プラズマの密度が５０〜１００倍高
く、ガスの電離度は数１−％となり、イオン密度、電子
密度、中性活性種密度も非常に高い。このような高密度
のプラズマにターゲットと基板を対向させ、プラズマに
対して、ターゲットに負の電圧を印加すると、ターゲッ
ト方向に非常に多数のイオンを取り出すことが可能とな
り、従来のマグネトロンスパッタリングに比較して、２
〜５倍の高速スパッタリングを実現できる。さらに、酸
素、アルゴンなどの雰囲気ガスの多くは、反応性の高い
イオンや中性の活性状態を取り、加えて、スパッタリン
グされたインジウムや酸素原子も基板に到達する前に、
高密度のプラズマの中を通り、反応性の高いイオンや中
性の活性種となる。その結果、基板」−での反応性が高
まり、従来よりも高速の成膜速度で実現できる。

このように５本発明では、アーク放電プラズマ流をイオ
ン源としてスバ・ンタリングを行うので、ターゲットは
簡単な形状のものでも、十分高速成膜が可能である。従
って、本発明のように、ターゲットを断面が多角柱形状
のカソードの各面に固定した簡単な形状のカソードを回
転カソードとして使用できる。

［効　果］ 本発明によれば、１つのカソードで多種類の材料をスパ
ッタリングでき特にインライン型の装置においては、ジ
ョブチェンジが不要となり、製造コスト低減に大きな効
果を有する。

しかもシートプラズマを用いる場合には、シートプラズ
マからターゲットに均一に大量のイオンが入射し、均一
にスパッタリングが行なわれるのでターゲットの使用効
率も高く、又、小さなターゲットでも十分高速の成膜が
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスパッタリング方法をカソードの断面
から説明する図、第２図は本発明のスパッタリング方法
を行うための装置の一例を示す図である。 １・・・多角柱形状のカソード Δ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ・・・ターゲット２ａ、２ｂ・
・・シートプラズマ ３・・・基板 ４・・・シールド板 ５・・・基板搬送方向 ア・・・断面 ２１・・・アーク放電プラズマ流発生源２２・・・アノ
ード ２３・・・真空室 ２４・・・プラズマ発生用直流電源 ２５・・・スパッタリング領域 ２６・・・空芯コイル ２７・・・空芯コイルによって作られる磁場の方向２８
・・・永久磁石 ２９・・・基体 ３０・・・ターゲット ３１・・・シートプラズマ ３２・・・スパッタリング電源 ３３・・・ガス導入口 ４１・・・複合陰極 ４２・・・環状永久磁石を内蔵した第１中間電極 ４３・・・空芯コイルを内蔵した第２中間電極（α） 第 図 Ｃｂ） ア ［ 手続ネ甫正書（方式） 手続補正書 平成１年１月１７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空室と、排気系と、アーク放電プラズマ流発生源
   と、該アーク放電プラズマ流発生源がアーク放電プラズ
   マ流を発生するための直流電源と、上記アーク放電プラ
   ズマ流発生源との間でアーク放電を形成する陽極と、上
   記アーク放電プラズマ流発生源から発生したアーク放電
   プラズマ流を陽極へ導くための磁場を与える磁場手段と
   、断面が多角形であって内部に冷却機構を設けられるよ
   うにした多角柱形状のカソードと、該カソードを上記ア
   ーク放電プラズマ流より負の電位に保つ直流電源とを有
   し、上記カソードの多角柱の中心軸と平行な各面ごとに
   所望材料のターゲットを配し、該カソードの多角柱の中
   心軸と平行でターゲットを有する面を上記アーク放電プ
   ラズマ流と平行になるように配置して、スパッタリング
   を行い、上記アーク放電プラズマ流を挟んでターゲット
   と反対側に配置された基体にターゲットから発生した粒
   子を付着させて被膜を形成することができ、所望に応じ
   て上記カソードを回転させて異なるターゲットを有する
   面を上記アーク放電プラズマ流と平行に配置し、スパッ
   タリングすることができるようにした回転カソードを用
   いた薄膜形成装置。 ２、アーク放電プラズマ流発生源から発生したアーク放
   電プラズマ流をシート状に変形する磁場手段を有し、多
   角柱形状のカソードの中心軸と平行でターゲットを有す
   る面を該シート状のプラズマと平行になるように該多角
   柱形状のカソードを配置してスパッタリングを行うよう
   にした請求項１記載の回転カソードスパッタリング装置
   。 ３、アーク放電プラズマ流をシート状に変形する磁場手
   段が、該アーク放電プラズマ流を挟んで配置された少な
   くとも一対の永久磁石であることを特徴とする請求項２
   記載の回転カソードスパッタリング装置。