JPS5996268A - マグネトロンスパツタ装置 - Google Patents

マグネトロンスパツタ装置

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JPS5996268A
JPS5996268A JP20596382A JP20596382A JPS5996268A JP S5996268 A JPS5996268 A JP S5996268A JP 20596382 A JP20596382 A JP 20596382A JP 20596382 A JP20596382 A JP 20596382A JP S5996268 A JPS5996268 A JP S5996268A
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film
high frequency
magnetron sputtering
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JPS6353261B2 (ja
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Kimio Kinoshita
木下 公夫
Masato Sugiyama
杉山 征人
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Teijin Ltd
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Teijin Ltd
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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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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】 本発明はマグネトロンスパッタ装置の改良にI5!1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
ッ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、金屑酸化物、金属窒化物などの薄膜を形成できる
マグネトロンスパッタ装置に関する。
従来真空蒸着、イオンプンーテイング、スパッタリング
などの物理的堆FA (PVD)法や化学反応、熱分解
などを伴なう化学的堆積(CVD)法など大気圧よシ減
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、スパッ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、破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って
与えられる。
か\る電極には通常のイオンブレーティングの如く、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@撃力をもっ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ってい
ると考えられる。また基材に入射する電子をトラップす
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。
いずれにしても基羽近傍に置かれた電極によって電位を
付与し空間電荷の制御を行なうことによシ膜質の向上が
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、基拐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は温度上昇を生じるので基材の
温度制御が困難である。したがって1liI熱性の低い
物質を基材とする蒸着は殆んど不可能であった。
また蒸着中の東件によっては、逆スパツタを生じ被膜に
欠陥を生じるおそれがあった。さらに形成される′F皮
膜の構造、特性が必ずしも満足すべきものではなかった
これらの欠点を解決するものとして特公昭52−299
71号公報には、高周波イオンブレーティング装置が提
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踪
に近接した領域に高、35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ブレーテ
ィング装置であって、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シ、放電(励起)状、態を目的
のイオンブレーティングに最適に保持する事ができる。
したがっ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9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ブレー
ティングを行なうこともできる。寸だ基材温度の上昇は
殆んどないから、熱により破壊されるような基拐釦もイ
オンブレーティングを施しイηる。
しかしこの高固波イオンブレーティ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*!’−笠で行なう
ため基材から見れば煮蒸発源となり、大面7j′1の基
材に均一に薄膜を形成する事は困難であった。長尺の1
]広い高分子フィルム等に連続的に庚lIμτ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
鵜等の導′a性の薄膜を形成する装faとして直流マグ
ネトロンスパッタ装置がある。
マグネトロンスパッタ装置はターゲット(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、ターゲット近傍に高富度プラズマを閉じ込め
てスパッタリングを有力う。この方法は本質的には面蒸
発源であるため、巾方向の膜、17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ット(カソード)近傍に
閉じ込められるだ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
なかった。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
置してスパッ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シ効率も7JX くなるという別
の問題がある。
本発明省らは、従来の高周波イオンブレーティングやマ
グネトロンスパッタ法にみられる上述のような問題点を
解決すべく銑意研究の結果、本発明に到達した。
すなわち本うa明はターゲット(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ッタ
装荷において、アノードと基材との同VC高周波宛カを
印加する高周波電極を股!’t +、/ 、当該電極に
高周波を印加しつつ、ターゲット(カソード)とアノー
ド間に電圧を与えてスパッ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
ンスパッタ装部°である。
以下、本発明の詳細な説明する。ところで、マグネトロ
ンスパッタ装部゛のカソード部■は、第1図に示す様に
、負電極ターミナル8と導通した四部を有するステンレ
ス製の陰極本体2上に平板状ターゲット1を取着するよ
うにオイ〃成され、内部梁間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、これによシ正
イオンの術突により高温となるターゲット1を冷却する
様になっている。
マグ、?、 トロンスパッタ装置のカソード部■におい
ては、ターゲット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7B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。
ターゲット1の形状は矩形1円形が多く用いられるがS
ガンとして知られるターゲットのごとく円すい状のター
ゲットが用いられる場合もある0いづれにしても磁石7
a、7bは第1図に示すごとく夕・−ゲット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1でt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■とターゲット1の間に電圧を
かける卯によりターゲット近傍にプラズマを生じさせス
パッタリングを行なう。
QV 2図は、本発明の高周波励起型マグネトロンスパ
ッタ装置スパツタ装略図である。第2図において■は第
1図(C示したカソード部であり■はアノードである。
1]1はアノード■と基材IV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。
高周波型な4 UIの形状は第3図(a)、 (b)、
 (+1!>、 (a)に示した平面図のごとく任意の
形状であって良く、又、その位置もターゲツト面を大き
くはみlどさない程度にプラズマ分布が一様になる様に
又、スパッ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j
、]合が軽重しく、更にターゲット1の周囲に沿った大
きさとすると艮い。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1゛こ極IHの材質は4)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ッタ装
置の一実鉤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はガス樽入口である。30は前述したカソード部■
と同(、χ々構成のカソード部、31はアノードであり
、目的の薄膜形成物をターゲット32よりスパッタする
。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4
3のスパッタ物質33が飛来する膜形成領域しを通して
図の矢印入方向に移送し巻取シ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ィルム等の高
分子フィルムの基材41につiジε的に)尋股形成する
のに適した装置とガっている。34は前述した高周波’
4: @!、である。スノくツタ粒子はに三着物貿33
がターゲット32から冷却ドラム43の膜形成領域りに
飛来し冷却ドラム43に密着して移送されるノt、材4
1に堆積する。
飛来スるスパッタ粒子は、スパッタ粒子飛来領域Wにお
いて高7+’+J# 電& 34によりイオン化される
。印加する乱周波の周波数及び電力は、スパッタ粒子飛
来領域W(1)真空圧、担体ガス粒子、スパック粒子の
イオン化効率を考)fl、 して、最適な値を選べば良
いが通nはl 3.56 MHz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ッタ装置による膜形成の実施例
を示すが、本発明はか\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 第4図の高周波励起型マグネトロンスパッタ装置におい
゛C1ポリエステルフィルムを箔材41とし、Atをタ
ーゲット32として膜形成を行なった。ターゲットの大
きさは、125 qtm X 300門である。苔ず真
空4jti気系20により真空容器10全体をlX10
  Torrまで排気し、しかる後にArガスをガス4
人口により導入し、真空度3 X 10  Torrに
保った。ターゲット32(カソード30)とアノード3
1の間に直流電圧420■を印加し、同時に高周波電(
夕34に13.56 ’hiHzの高周波を印加した。
この時の最適な高周波電力は240 Wであった。フィ
ルムの送り速度を21H/ mfnとしたFiダにフィ
ルム上に形成されたAAのj■I厚は320Aでおった
。高周波電極34に電力を印加しないづ場合の肛り厚は
310父でほとんど膜形成速度は変らなかった。この両
者の場合のAt薄膜とポリエステルフィルムの接着強度
を比較した。l0XIOのクロスカットテストを行なっ
たところ、高周波電力を印加する本発明により形成した
At被膜はセロテープによる剥内1?テストで剥離しな
いAA薄膜は100%であったが、高周波qiL力を印
加しない従来法の場合には87係であった。第5図に巾
方向の膜厚分布を示す。220咽巾に対して±3.5 
cloと良好な膜)sメ分布であり、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
は問題々いことがわかった。
実施例2 実施例1で用いたスパッタ装荷において、ターゲット3
2をIn/Sn金属(Sn 5%)とし導入ガスをAr
102の混合ガス(0225%)として真空度5 X 
10  Torrに保ち、I n2 o3/S n 0
2 (I To )の膜を反応性スパッタリングにより
作成した。
最適なスパッタリング条件は電圧370VX電流1,5
Aであり100Wの高周波電力を印加したW1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′aシであった。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った。
表 −1 なお、巾方向の膜厚分布は第6図の6〔a〕の通りであ
った。
次に、比較例を説明する。
実施例1で用いたスパッタ装置においてカソード30と
アノード31を取シはらい、16暉電子銃(日本真空製
造EGKa型)を設置し、高周波イオンブレーティング
によるITOのnYPli形成を行なった。真空容器l
O内をlXl0  Torrに排気した後、0□ガスを
7X10Torriで導入し、周波数13.56 MH
zの高周波を200Wの電力で印加しIn/Sn金属(
F+n5%)をEB電力6 Kvx 40mAで蒸発さ
せITO薄膜を形成した。
得られたITO膜の透過林二は82係、抵抗力は380
Ω/口(膜厚220X)であったが、巾方向のIl′I
厚分布は第6図の6〔b〕の通りで±23係と非常に悪
かった。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ッタ装置のカソード部の、1
4! B3.;図、第2図は本発明のマグネトロンスパ
ッタ?CU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
トロンスパッタ装置の一実力力態様の全体概略栴数回、
第5図は、実71?11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。 I、ao:カソード部、1,32:ターゲット。 lr、  31 : 7/ −)”、 r[[、34:
高周波電極。 IV、41:茫材 牙1(¥1 第2図 牙3図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 ターゲッ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ッタ装置において、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
    ネトロンスパッタ装置。
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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JPS6353261B2 JPS6353261B2 (ja) 1988-10-21

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6357764A (ja) * 1986-08-27 1988-03-12 Teijin Ltd マグネトロンスパツタ装置
JPH02197556A (ja) * 1989-01-27 1990-08-06 Tdk Corp マグネタイト膜の製造方法および製造装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6357764A (ja) * 1986-08-27 1988-03-12 Teijin Ltd マグネトロンスパツタ装置
JPH02197556A (ja) * 1989-01-27 1990-08-06 Tdk Corp マグネタイト膜の製造方法および製造装置

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