JPH0273968A - 円筒型カソードを用いた高速スパッタリング法 - 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］ 本発明は、円筒型カソードを用いた高速スパッタリング
法に関するものである。

［従来の技術］ 従来の直流２極スパツタ、高周波２極スパツタの低速性
を改良したものが、直流あるいは高周波マグネトロンス
パッタ法であるが、しかし、マグネトロンスパッタ法は
その原理的制約から、ターゲットのエロージョンゾーン
が局所的であり、ターゲットの使用効率が２０％前後と
非常に悪いという欠点やスパッタリングの速度を上げる
ために高いパワーをかけると、ターゲットの温度が」−
がってしまうので、低融点金属をターゲットとして用い
ることができないという欠点を有していた。

［発明の解決しようとする課題］ 本発明は］二連の欠点を解決し、低融点材料にも適用で
きる高速スパッタ法を実現することを目的とする。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明は、アーク放電によって発生させたプラズマ流を
磁場によってシート状に、変形したシート←プラズマに
、内部に冷却機構を有し、表面にターゲット材料を有す
る円筒型のカッ−電位を保ち、該カソードを冷却しつつ
、連続的あるいは断続的に、円筒の中心軸を中心に回転
させたスパッタリングすることを特徴とする円筒型カソ
ードを用いた高速スパッタリング法を提供するものであ
る。

第１図は本発明の方法によってコーティングを行うにあ
たって用いる装置の・例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１とアノード２の間で、プラズマ発生直流電
源４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ｌとしては、複合陰
極型プラズマ発生袋ｒｌ、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（１９１１２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、それを利用して主陰極Ｌ
　ａ　Ｂ　ｇを加熱し、主陰極］、ａＢａ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ｉ　ａ　Ｂ　ｅの主陰
極を加熱し、最終的にはＬａＢｅ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２５０
０℃以−Ｆの高温になって寿命に影響する以前にＬ　ａ
　Ｂ　ｅの主陰極が１５００〜１８００℃に加熱され、
大電子流放出可能になるので、補助陰極のそれ以上の温
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、陰極領域をＩ　Ｔｏｒｒ程度に
、そして陽極領域を１Ｏ−３Ｔｏｒｒ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」−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ためのキャリヤガ
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１として大変好ま
しい。

第１図にはアーク放電プラズマ発生源１として、複合陰
極２１と、環状永久磁石を含む第１中間電極２２、空芯
コイルを含む第２中間電極を有する第２中間電極２３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ｌとアット２をスパ
ッタリング領域５を挟さむように配置し、２個以上の空
芯コイル６によってプラズマ発生源ｌからアノード２方
向に向かう磁場７を形成し、プラズマ発生源１から発生
したアク放電による高密度のプラズマ流を真空室３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８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極面をターゲツ
ト面、あるいは、被膜を形成する基板面９と平行になる
ように配置し、プラズマを円筒型カソード１０、あるい
は、基板９と平行な方向に押しつぶし、シート状の高密
度プラズマ１１を形成する。また、シートプラズマ１１
を挟むように円筒型カソード１０と基板９を配置し、円
筒型カソード１０がシートプラズマ１１に対して負にな
るように、円筒型カソード１０にスパッタリング電源１
２によってスパッタリング電圧を印加する。

第１図において、永久磁石８によってシート状に変形さ
れたシートプラズマ１１は紙面に垂直な方向に幅を有し
ている。

ガス導入口１３からは、放電用ガスが導入される。又、
真空室３は排気手段によって１Ｏ−３Ｔｏｒｒ程度又は
それ以下に保たれることが望ましい。

第２図は、第１図のＡ−Ａ断面の概略図である。

円筒型カソード１０は中空で冷却手段を設けられように
なっていることが好ましい。又、円筒型カソード１０の
表面のターゲット物質３０の材質は特に限定されるもの
ではないが、Ｓｎ　、Ｉｎ　、Ｚｎ等の低融点金属、あ
るいはこれらの合金である場合には、特に本発明の効果
が発揮される。

本発明において、基体９としてはガラス、プラスチック
、金属、およびセラミックス等の基板又はフィルムが使
用できる。

又、基体９は薄膜形成中静止させてもよいし、搬送して
もよい。搬送する場合は、装置の配置−ト、第２図の矢
印３１方向、即ち、第１図の紙面と垂直な方向に搬送す
るのが好ましい。

［実施例］ Ｓｎを表面に有し、長さ４０ｃｍの円筒型カソードを水
冷しながら回転させスパッタリングを行った。

シートプラズマ１１の電流値は２００Ａ、幅は１５ｃｍ
、厚さは２ｃｍ程度であった。

円筒型カソード１０は、円筒型カソードｌＯのシートプ
ラズマ１１に対して最も近い部分が３ｃｍの距離になる
ように配置し、スパッタリング電圧は５００■とした。

基板９としては、ガラス基板を用いシートプラズマ１１
から１０ｃｍ離して配置した。＾「５０％、０２５０％
のガス雰囲気で２分間ＳｎＯ□膜を製膜した。膜厚は５
０００人であった。同サイズの平板マグネトロンカソー
ドと比べて、２倍のパワーを投入したが、カソードは溶
解することなく上記のように、平板マグネトロンの上限
の約２−５イｔ：の２５００人／ｍｉｎでスパッタでき
た。

［作用・効果］ 本発明は、ターゲットを回転する円筒状ターゲットとし
て、その内部に水を通すなどの下段で、ターゲットを冷
却し、かつ、第１図に示されるように、スパッタ中ター
ゲットを回転させることによって、冷却−スバッター冷
却−スパッタがくり返されるので、低融点のターゲット
でも溶融することなく、平板型ターゲットと比べて、よ
り高いパワーの投入が可能であり、かつ、シートプラズ
マスパッタの特徴であるシトプラズマに面した部分の全
面スパッタにより、非常に大きなスパッタスピードが得
られる。

また、シートプラズマのプラズマ密度が大きいため、反
応性スパッタにおいてはその活性度が非常に高く、高速
で化合物膜、例えば酸化膜、窒化膜の作成が可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によってコーティングを行う為に
用いる装置の一例を示す説明図、第２図は第１図のΔ−
Δ断面の概略図である。 Ｉ・・・アーク放電プラズマ流発生源 ２・・・アノード ３・・・真空室 ４・・・プラズマ発生用直流電源 ５・・・スパッタリング領域 ６・・・空芯コイル ７・・・空芯コイルによって作られる磁場の方向８・・
・永久磁石 ９・・・基体 １０・・・円筒型カソード １１・・・シートプラズマ ２・・・スパッタリング電源 １３・・・ガス導入口 ２１・・・複合陰極 ２２・・・環状永久磁石を内蔵した第１中間電極２３・
・・空芯コイルを内蔵した第２中間電極３０・・・ター
ゲット物質 ３１・・・基体の搬送方向 手続補正書 平成１年１２月７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、アーク放電によって発生させたプラズマ流を磁場に
   よってシート状に、変形したシートプラズマに、内部に
   冷却機構を有し、表面にターゲット材料を有する円筒型
   のカソードを該円筒の中心軸が上記シートプラズマに平
   行になるように該シートプラズマに近接配置し、該カソ
   ードを該シートプラズマに対して負の電位を保ち、該カ
   ソードを冷却しつつ、連続的あるいは断続的に、円筒の
   中心軸を中心に回転させたスパッタリングすることを特
   徴とする円筒型カソードを用いた高速スパッタリング法
   。