JPH09118977A - 薄膜を堆積する方法 - Google Patents

薄膜を堆積する方法

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JPH09118977A
JPH09118977A JP8142550A JP14255096A JPH09118977A JP H09118977 A JPH09118977 A JP H09118977A JP 8142550 A JP8142550 A JP 8142550A JP 14255096 A JP14255096 A JP 14255096A JP H09118977 A JPH09118977 A JP H09118977A
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JP
Japan
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chamber
plasma
substrate
evaporation
thin film
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Pending
Application number
JP8142550A
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English (en)
Inventor
Michael Thwaites
ソウェイタス マイケル
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BOC Group Ltd
Original Assignee
BOC Group Ltd
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Publication date
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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
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • 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
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating

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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】膜の特性を維持あるいは改善しつつ、蒸着を減
少された基板温度で行うこと。 【解決手段】バッフル板7により真空チャンバー1内を
上部と中央部、および下部に分け、前記チャンバー1内
の上部にヘリコン波によりプラズマを生成し、蒸発され
るべき材料源10を前記チャンバーの下部に与え、前記
バッフル板の上方にコーティングされるべき基板9を配
置し、蒸発した材料をバッフル板の開口を通してプラズ
マに通過させて、基板上に堆積させる薄膜コーティング
を堆積する方法

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜の堆積に関す
る方法および装置、特にプラズマ増強反応堆積による膜
の堆積に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜堆積方法および堆積された膜自体の
特性は堆積された膜の成長表面にエネルギー・イオンを
衝突することによって改善されることが多年の間知られ
ている。これは、エネルギー・イオンと堆積された薄膜
の所謂“吸着原子(adatoms)"間のエネルギー転送によ
る。これは、吸着原子の表面移動度を増加し、好適な格
子の位置により容易に移ることを可能にする。エネルギ
ー・イオンの衝突をもたらす便利な方法は、プロセス・
チャンバーにあるプラズマにおいて、例えばスパッタリ
ング・プラズマ増強化学蒸着(PECVD)およびイオ
ン支援による蒸着プロセスにおいて堆積プロセスを行う
ことである。このようなプラズマ蒸着プロセスの成功の
限界はプラズマにおける、例えば1×1012のオーダー
か好ましくはそれを越える高イオン密度の存在である。
しかし、現在利用可能な方法は或る欠点に悩まされてい
る、特にそれらの欠点は、必要な膜厚と特性を得るため
に、一般には250°Cあるいはそれ以上の比較的高い
基板温度で動作させることが必要である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、膜の特性を
維持し、および多くの場合、膜の特性を改善する一方、
蒸発を減少された基板温度で行うことを可能にする改善
されたプラズマ蒸着プロセスを提供する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、真空チ
ャンバー内にプラズマを形成し、蒸発されるべき材料源
を与え、前記チャンバー内にコーディングされるべき基
板を配置し、蒸発した材料を前記プラズマに通過させ、
前記基板上に堆積させる蒸発による薄膜コーティングを
堆積する方法において、前記プラズマがヘリコン波(hel
icon wave)によって生成されることを特徴とする方法で
ある。ヘリコン波それ自体は公知であり、実質的に均一
な磁界、および高周波(rf)で動作する外部アンテナ
の電界プロフィール間の相互作用による高真空のチャン
バーにおいて生成することができる。アンテナ放射から
の波動エネルギーは、ランドー減衰(Landau damping)と
して公知のメカニズムによってチャンバー内に存在する
プラズマ、例えばアルゴン放電中に生成された電子に転
移される;特に、ヘリコン波の場合に、エネルギー交換
は、他の形式の放電よる以外のより効率的な方法で生じ
ると考えらる。
【0005】6.78および27.12MHzの関連周波数も通常用
いることができるが、13.56MHzの高周波放電が好まし
い。本発明による方法によって蒸発されるべき材料の蒸
発は、 i)電子ビームガンが、材料を加熱するために蒸発され
るべき材料の表面上に衝突させる、従って蒸発を生じさ
せる電子を放射する電子ビーム("e" ビーム)蒸発、或
いは ii) 例えば、蒸発されるべき材料の加熱による熱蒸発、
によって通常達成される。これらは何れもそれ自体公知
である。プラズマの生成、例えばアルゴン・プラズマの
生成を保証するために、堆積チャンバー内の圧力は10
-2〜10-3 mbar あるいはそれ以下であるべきである。
電子ビーム蒸発の場合、プロセス・チャンバーは10-4
mbar のオーダーあるいはそれ以下であるのが好まし
い。一般的なプロセス・パラメータに依存して、チャン
バーの異なる部分の圧力を変えるためにプロセス・チャ
ンバー内、特に蒸発が起こっている部分とプラズマがあ
る部分の間にバッフル板を挿入することが必要である。
【0006】本発明は、蒸発した材料で堆積されるべき
ガス状の要素あるいは合成物がチャンバー内にある、薄
膜の反応性蒸発のプロセスに特に有用である。本発明
は、チャンバーの予め決められた場所に実質的に均一の
磁界(一般的に、円筒状の)を与えるために、フィール
ド・コイルがチャンバー内あるいはチャンバーの周りに
存在するチャンバー内で有効に達成される。このような
フィールド・コイルはチャンバーの適当な部分の長さに
沿って都合よく配置することができる。このコイルはチ
ャンバーの長さに沿ってリニヤー・アレイ状にあるのが
好ましい。3つのフィールド・コイルで一般的には充分
であるが、もし、必要ならそれ以上を配置してもよい。
本発明の利用において、フィールド・コイル・アレイの
一端にrfアンテナが配置され、ランドー減衰のメカニ
ズムによるプラズマ電子を加速する、磁界とrf電源間
の相互作用によって生じる強いヘリコン・プラズマ波を
生じる。本発明の好適な実施の形態において、磁界手段
は、プラズマを基板に向かって効果的に引きつけるため
に、基板の近傍に設けられる。このような磁界手段の存
在が、堆積速度を促進し、および薄膜材料の質と密度を
改善することが判った。この磁界手段は、プラズマのイ
オンが基板に向かって引きつけられることを保証するた
めに、プラズマに対して基板(もし、存在するなら、基
板ホルダー)の裏側に配置された、極性のある、例えば
リング状の単一磁石である。
【0007】
【実施の形態】本発明のよりよく理解するために、本発
明のプロセスが実施されるチャンバーの断面図を示す図
面を用いて、例示のみよる説明がなされる。図面は、プ
ロセス・チャンバー1を示し、その一般的に円筒状の端
部2の外部表面の周りに高周波アンテナ3および2つの
フィールド・コイル4が配置される。第3のフィールド
・コイル5がプロセス・チャンバー1の円筒状端部6の
周りに配置され、この3つのコイルはチャンバー1の中
央部分の周りに実質的なリニヤー・アレイを構成する。
円形断面の、およびチャンバー1の下部の大きさ/形状
に従う直径のバッフル板7があり、チャンバーの中央部
と下部を分けている。このバッフル板7は図に示すよう
に中央開口を有している。チャンバー1の中央部の頂部
に、図示されていない手段によって基板9が載置くされ
る基板ホルダー8が配置され、基板表面上に主たる薄膜
が堆積される。チャンバーの下部には、バッフル板7の
下側に、例えば“e”ビーム手段あるいは熱的手段によ
って蒸発されるべき材料源10が位置される。この材料
源は、有用な容器、例えばタングステンの金属“ボート
(boat)" あるいは他の基板材料に置かれる。
【0008】真空ポンプ(図示せず)は、チャンバー1
の上部および中央部を矢印Aで示された方向に先ず排気
するために、そしてバッフル板7の下側にあるチャンバ
ー1の下部を矢印Bで示された方向に先ず排気するため
に、設けられる。矢印Aの排気はターボ−モレキュラー
(ターボ分子)・プラス・バッキング(ロータリー)・
システム(turbo-molecular plus backing (rotary) sys
tem)により、矢印Bの排気はディフュージョン・ポンプ
(拡散ポンプ)・プラス・ロータリー・ポンプ・システ
ム(diffusion pump plus rotary pump system)あるいは
追加のターボ−モレキュラー・プラス・バッキング(ロ
ータリー)・システムによる。この真空ポンプ・システ
ムは、使用中、バッフル板7にある中央開口は圧力の一
定の均等化を可能にするけれども、チャンバー1の上部
と中央部の圧力がチャンバーの下部における圧力と異な
る圧力で動作されるようにする。これは、“e”ビーム
蒸発技術を用いるとき、特に蒸発が生じているチャンバ
ーの下部が、プラズマを含むチャンバーの中央部および
上部の圧力より高い真空度であることが一般に必要であ
るときに、好ましい。図示された装置の使用において、
真空ポンプ・システムは、チャンバーの上部および中央
部において、およそ1×10-3以上の真空を、かつ(バ
ッフル板7の下側にある)チャンバーの下部においてお
よそ1×10-4以下の真空を作るために動作する。チャ
ンバー自体の上部および中央部は、1×10-5mbarに初
期的に下げられる。(反応ガスとしての)純粋の酸素お
よび(プラズマ・ガスとしての)純粋のアルゴンは、そ
れらの部分的圧力がそれぞれおよそ3×10-4および1
×10-3mbarのなるように、チャンバー1に導入され
る。
【0009】3つのフィールド・コイル4、4、5は、
およそ200ガウスの均一の磁界を生じるようにセット
され、アンテナはおよそ2KWのrf電力および13.56
MHzにセットされた。これは、主にイオン化したアルゴ
ン・プラズマの、矢印12により示された円筒状の中央
プラズマ特性の、フィールド・コイル・アレイ内の中央
の所定領域を伴って、広く励起されたアルゴンのかなり
均一な(ブルー/ピンク)色特性のプラズマを、矢印1
1により示された(少なくともチャンバーの上部および
中央部で)チャンバー1全体に生成した。イオン化した
アルゴン・プラズマはヘリコン・プラズマ波であった。
基板ホルダー8の下側に位置するガラス・スライド基板
9を有する清浄されたターゲットがチャンバー1に挿入
されている。更にインジュームが蒸発源10としてタン
グステン・ボートに配置され、そこから熱蒸発された。
プラズマの正のアルゴンイオンに対して基板を負バイア
スすることにより、蒸発されたイオン化されたインジュ
ウムはバッフル板7の円形開口を通して引きつけられ
て、アルゴン・プラズマと相互作用し、インジュウムと
酸素が基板上に Inx Y として堆積される。3mm/sec
から4mm/secのオーダーの堆積速度が基板を加熱するこ
となく達成された。
【0010】堆積プロセスの終わりに、多くの基板の各
々において“ラン(runs)" がチャンバーから除去され、
そしてその表面温度が熱電対プローブで計測された。各
1分の堆積ランの後、プラズマからの加熱によって、お
よび基板の直接加熱によってではなく、加熱されたワイ
ヤー或いは他の熱源を用いる加熱によって生じた温度は
およそ50°Cから60°Cであった。更に、基板上の
コーティングは、かき傷がつきにくいことが判り、そし
てステップ・プロフィーラー(step profiler)によって
計測された、180と240nmの間の厚みを有し視覚
的に透明であり、また(4つのポイント・プローブ(po
int probe)) 上で計測された)面積抵抗は、コーティン
グの厚さに依存して20Ω/スクエアから30Ω/スク
エアであった。幾つかの典型的な成長条件および堆積さ
れた Inx Y の膜特性は、以下の表に示されるとおり
である。 本発明のプロセスは、一般に異なる基板上に異なる形式
のコーティングをするのに有用であることが判った。
【0011】インジュウム酸化物のコーティングに加え
て、アルミニューム酸化物のコーティングでの良好な結
果が得られた。両者の場合、ガラス基板と金属基板の双
方が用いられ、後者は軟鋼、銅および真鍮を含む。上述
の、図面に示された装置を用いて、プラズマ12に対し
て基板ホルダー8の直ぐ裏側に位置されたリング状の鉄
磁石13のからなる磁界手段を利用して、更なるテスト
を行なった。この磁石は、基板9の方向に、優先的にプ
ラズマ12を引きつける機能を有しており、堆積された
Inx Y の堆積速度を増加し、膜の質を向上すること
が判った。このテストは、上述の方法と正確に同じ方法
で行った。唯一の違いは磁石13の使用だけである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるチャンバーの断面図である。
【符号の説明】
1 チャンバー 3 rfアンテナ 4,5 フィールド・コイル 7 バッフル板 8 基板ホルダー 9 基板 10 蒸発されるべき材料源 13 磁石 A,B 排気の方向

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空チャンバー内にプラズマを形成し、 蒸発されるべき材料源を与え、 前記チャンバー内にコーディングされるべき基板を配置
    し、 蒸発した材料を前記プラズマに通過させ、前記基板上に
    堆積させる、蒸発による薄膜を堆積する方法において、 前記プラズマがヘリコン波によって生成されることを特
    徴とする方法。
  2. 【請求項2】前記蒸発は、電子ビームガンが蒸発される
    べき前記材料の表面に衝突するように電子を放出する電
    子ビーム蒸着によって、もたらされることを特徴とする
    請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記蒸発は、熱蒸発によってもたらせれる
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】フィールド・コイルが前記チャンバーの予
    め決められた領域に実質的に均一の磁界を与えるために
    設けられていることを特徴とする請求項1乃至3に記載
    の方法。
  5. 【請求項5】前記フィールド・コイルはチャンバーの適
    当な部分の長さに沿って配置されていることを特徴とす
    る請求項4に記載の方法。
  6. 【請求項6】前記コイルはチャンバーの長さに沿ってリ
    ニアーアレイ状にあることを特徴とする請求項4に記載
    の方法。
  7. 【請求項7】3つのフィールド・コイルが設けられてい
    ることを特徴とする請求項4乃至6に記載の方法。
  8. 【請求項8】磁石手段が前記基板にプラズマを優先的に
    引きつけるために基板の近傍に配置されることを特徴と
    する請求項1乃至7に記載の方法。
  9. 【請求項9】前記磁石手段はプラズマに対して前記基板
    の裏側に配置され、且つ前記プラズマのイオンが前記基
    板に向かって引きつけられることを確実にするように極
    性を有して配置された単一の磁石であることを特徴とす
    る請求項8に記載の方法。
JP8142550A 1995-06-07 1996-06-05 薄膜を堆積する方法 Pending JPH09118977A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9511492:2 1995-06-07
GBGB9511492.2A GB9511492D0 (en) 1995-06-07 1995-06-07 Thin film deposition

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JPH09118977A true JPH09118977A (ja) 1997-05-06

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ID=10775645

Family Applications (1)

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JP8142550A Pending JPH09118977A (ja) 1995-06-07 1996-06-05 薄膜を堆積する方法

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US (1) US5631050A (ja)
EP (1) EP0747501A1 (ja)
JP (1) JPH09118977A (ja)
GB (1) GB9511492D0 (ja)

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Also Published As

Publication number Publication date
US5631050A (en) 1997-05-20
GB9511492D0 (en) 1995-08-02
EP0747501A1 (en) 1996-12-11

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