JPH06272037A

JPH06272037A - 薄膜形成方法およびその装置

Info

Publication number: JPH06272037A
Application number: JP15032691A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kawagishi; 岸健二河; Yoshihiro Arai; 井芳博荒
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1994-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】基板上に均質でかつ緻密で、しかも基板との
密着性に優れた薄膜を大きな成膜速度で形成することが
できるようなスパッタリング法による薄膜形成方法およ
びその装置を提供すること。【構成】基板支持部に支持された基板と、ターゲット
と、アノード電極とを備えた真空槽内において、スパッ
タガスの存在下で、アノードとターゲットに電圧を印加
して、アノードとターゲットとの間にアーク放電させる
とともに、ターゲットに電圧を印加してターゲットをス
パッタリングして、基板上にスパッタ膜を被着させる薄
膜形成方法およびその装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は薄膜形成方法およびその装
置に関し、さらに詳しくは、基板上に大きな成膜速度で
薄膜が形成でき、しかも基板との密着性に優れ、かつ緻
密な薄膜を形成することができるようなスパッタリング
法による薄膜形成方法およびその装置に関する。

【０００２】

【発明の技術的背景】スパッタ現象を利用した薄膜形成
方法は、蒸着が困難な高融点材料や化合物でも比較的容
易に膜形成ができること、大面積化が容易なことなどの
理由で広く利用されている。また、高周波スパッタリン
グ法によれば、絶縁物をスパッタリングすることが可能
である。しかし、スパッタリング法は蒸着法と比較して
成膜速度が遅いという問題点がある。そのため成膜速度
を向上させる方法として、プラズマ生成用電極を設けた
３極スパッタリング法やマグネトロンスパッタリング法
などが提案され実施されている。

【０００３】マグネトロンスパッタリング法は、薄膜形
成に悪影響を与える二次電子（γ電子）や負イオンを磁
界をかけてターゲット付近に封じ込め、基板を保護する
と同時に雰囲気のイオン化を促進しプラズマ密度を上げ
ることが可能であるため、良質な薄膜を成膜することが
でき、成膜速度を向上させることができる。

【０００４】しかし、このようなマグネトロンスパッタ
リング法であっても、蒸着法に比べて成膜速度が遅く、
また強磁性体の物質をスパッタする場合には、ターゲッ
ト付近に有効な磁界を作るために強い磁場を形成する必
要があり、そのためターゲットのエロージョンが局所的
に発生し、ターゲットの使用効率が低下するという欠点
がある。

【０００５】このようなスパッタリング法における成膜
速度が遅いという問題点は、スパッタ電圧を上げればあ
る程度解決し得るが、過度なスパッタ電圧を印加する
と、異常放電が起こり、基板やターゲットが破損してし
まうことがあった。

【０００６】また、スパッタリング法で得られる薄膜
は、基板との密着力がイオンプレーティング法によって
得られる薄膜と比較して弱く、クラックが入り易いとい
う問題点があった。さらに、スパッタリング法では、柱
状構造の薄膜ができやすく、緻密な薄膜ができにくいと
いう問題点もあった。

【０００７】

【発明の目的】本発明は上記のような従来技術における
問題点を解決しようとするものであって、基板上に均質
でかつ緻密で、しかも基板との密着性に優れた薄膜を大
きな成膜速度で形成することができるようなスパッタリ
ング法による薄膜形成方法およびその装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【発明の概要】本発明に係る薄膜形成方法は、基板支持
部に支持された基板と、ターゲットと、アノード電極と
を備えた真空槽内において、スパッタガスの存在下で、
アノードとターゲットに電圧を印加して、アノードとタ
ーゲットとの間にアーク放電させるとともに、ターゲッ
トに電圧を印加してターゲットをスパッタリングして、
基板上にスパッタ膜を被着させている。

【０００９】本発明に係る薄膜形成装置は、スパッタガ
ス供給口および排気口を有する真空槽と、上記真空槽内
で、基板を支持する支持手段と、上記真空槽内に設けら
れたターゲットに電圧を印加し、ターゲットをスパッタ
リングしてスパッタ粒子を発生させるスパッタ粒子発生
手段と、ターゲット上方に設けられたアノードに電圧を
印加して、ターゲットとアノードとの間にアーク放電を
生じさせるアーク放電発生手段とを有する。

【００１０】

【発明の具体的説明】以下、本発明に係る薄膜形成方法
およびその装置について具体的に説明する。図１に本発
明の一実施例に係る薄膜形成装置を示す、また図２には
本発明の他の実施例に係る薄膜形成装置を示す。

【００１１】図１に示すように、この薄膜形成装置１で
は真空槽１０の内部上方に基板支持部３が設けられてお
り、この基板支持部３には、薄膜が被着される基板４が
取り付けられている。この基板支持部３は複数の基板が
取り付けられるようになっていてもよく、基板を自公転
させる機構を有していてもよく、また基板との距離を調
節する位置調節機構を有していてもよい。このような基
板支持部３は通常アース電位に保たれている。

【００１２】本発明では基板４は金属、合金、ガラス、
セラミックス、単結晶あるいはポリカーボネートなどの
プラスチックであってもよく、またフィルムであっても
よい。

【００１３】真空槽１０の内部下方にはターゲット２が
設けられている。ターゲット２にはスパッタ用電源１３
およびアーク放電用電源１４が接続さてれおり、電圧を
印加できるようになっている。

【００１４】本発明ではターゲット２としては鉄などの
金属、合金、無機酸化物、無機単体などが好ましく用い
られる。ターゲット２の下部には、隣接磁極が互いに反
対のプレーナ型マグネット６が設けられており、ターゲ
ット２から飛び出した電子が磁場により基板４方向に直
進せず、ターゲット２付近に閉じ込められたり、旋回運
動し、スパッタガス分子と衝突する確率を増大させてい
る。こうしてターゲット２付近で作られたイオンをター
ゲット２に衝突させスパッタ率を向上させるようにして
いる。

【００１５】ターゲット２の上方にはメッシュ状のアノ
ード５が設けられている。アノード５はターゲット２と
基板４との間に位置するように設けられ、アーク放電用
電源１４が接続されている。アノード５は渦巻状、コイ
ル状、同心円状、スパッタガスを導入するノズル状であ
ってもよく、また図２に示すように絶縁体（図示せず）
を介して、ターゲット２の側面に逆円錐状に設置されて
いてもよい。

【００１６】このようなアノード５にはタングステンな
どの高融点材料が好ましく用いられる。アノード５は、
スパッタリング時にアノード５とターゲット２との間に
アーク放電を起こさせ、イオンを高密度化、高エネルギ
ー化する。

【００１７】ターゲット２の側面には、放電防止シール
ド７が設けられ、不必要な放電とスパッタリングが発生
するのを防止している。拡散防止カバー９はターゲット
２、アノード５、マグネット６および放電防止シールド
７を収容するように設けられており、ターゲット２の上
方に開口部を有している。この拡散防止カバー９は、イ
オンの不必要な拡散を防止している。

【００１８】またアノード５と基板支持部３との間に、
シャッター８を配置し、スパッタリング初期における基
板表面の汚れをクリーニングしてから、実際のスパッタ
リングを行わせるため、両者間の通路を開閉できるよう
に構成している。

【００１９】１１は排気管、１２はガス導入管である。
以上のような薄膜形成装置１を用いて薄膜を形成するに
は、まず基板４を基板支持部３に装着する。

【００２０】次に、ターゲット２を装着したのち、真空
槽１０内を１×１０^-6〜１×１０^-8Ｔｏｒｒに減圧す
る。その後、ガス導入管よりスパッタガスを導入する。
スパッタガスとしてはアルゴン、クリプトン、ヘリウ
ム、ネオンなどが用いられ、こられのガスは２種以上混
合して用いてもよい。また、反応性スパッタリングを行
う場合にはスパッタガスに酸素ガス、窒素ガス、メタ
ン、シランなどの反応性ガスを混合することもできる。

【００２１】真空槽１１内の真空度は、スパッタガスを
真空槽１０内に一定量導入しながら１×１０^-4〜２×１
０^-2Ｔｏｒｒ、好ましくは１×１０^-3〜１×１０^-2Ｔｏ
ｒｒにすることが望ましい。

【００２２】次にターゲット２に直流電圧を印加する。
本発明ではターゲット２に直流電圧のみを印加してもよ
く、高周波電圧を直流電圧に重畳させながら印加しても
よく、高周波電圧のみを印加してもよい。この際、ター
ゲット２に生じる直流成分の電圧は０.３〜３ｋＶ、好
ましくは０.５〜２ｋＶであることが望ましい。

【００２３】さらにアノード５とターゲット２との間に
に直流電圧を印加し、アノード５とターゲット２との間
に見掛上連続なアーク放電を発生させる。この際アノー
ド５に印加する電圧は２０〜２００Ｖ、好ましくは４０
〜８０Ｖであることが望ましい。

【００２４】ターゲット２に電圧を印加することにより
グロー放電が発生する。このグロー放電およびアノード
５とターゲット２との間に発生したアーク放電により、
放電空間に高密度、高エネルギーのプラズマが形成され
る。プラズマ中の正イオンは陰極近傍の陰極電位降下で
加速され、ターゲット陰極表面に衝突し、ターゲット２
表面をスパッタ蒸発させる。スパッタされた薄膜形成物
質は高エネルギーを持つので、緻密で基板との密着力に
優れた薄膜が形成される。

【００２５】以上、本発明に係る薄膜形成方法およびそ
の装置をマグネトロンスパッタリング法に用いる場合に
ついて説明したが、本発明はイオンビームスパッタリン
グ法以外のあらゆるスパッタリング法に用いることがで
きる。

【００２６】

【発明の効果】本発明では、基板とターゲットとの間に
アノードを設け、アノードとターゲットとの間にアーク
放電させながらスパッタリングしているので、プラズマ
密度やスパッタガスのイオン化率を高めることができ
る。このためイオンの反応性およびスパッタ率が向上
し、またスパッタされた粒子は高エネルギーを持つの
で、均質でかつ緻密で、しかも基板との密着性に優れた
薄膜を大きな成膜速度で形成することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、本
発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【００２８】なお、本実施例では薄膜の膜厚は触針式膜
圧計により、密度は原子発光分析により測定した。ま
た、密着力は図３に示すような装置を用いて測定した。
すなわち、基板４は支持台２０に接着剤層２１を介して
固着され、接着強度測定棒２３は接着剤層２１を介して
薄膜２２に接着され、この接着強度測定棒２３を上方に
引き上げてＵ−ゲージ（図示せず）により、薄膜の剥離
強度を測定し密着力とした。

【００２９】

【実施例１】図１に示すような装置を用い、ターゲット
には鉄、基板にはポリカーボネートのディスクを使用し
た。

【００３０】まず真空槽を１×１０^-7Ｔｏｒｒまで排気
した後、アルゴンガスを毎分７０ｃｃの量で導入し、真
空槽内のガス圧を４×１０^-3Ｔｏｒｒに調節した。成膜
と同条件で３分プリスパッタリングした後、スパッタ電
力２ｋＷの直流で６０秒間成膜した。スパッタ時には、
アノードとターゲットとの間に４０Ｖの電圧を印加し、
見掛け上連続的なアーク放電を起こさせた。アーク放電
により流れた電流は３７０Ａであった。

【００３１】このようにして成膜した薄膜の密度は５.
９３ｇ／ｃｍ³であり、成膜速度は１２００Å／ｍｉｎ
であり、基板と薄膜との密着力は１２.５ｋｇｆ／ｃｍ²
であった。

【００３２】

【比較例１】実施例１で用いたものと同様の装置を用
い、アノードに電圧を印加しなかった以外は実施例１と
同様にして成膜した。

【００３３】このようにして成膜した薄膜の密度は４.
２０ｇ／ｃｍ³であり、成膜速度は８００Å／ｍｉｎで
あり、基板と薄膜との密着力は３.２ｋｇｆ／ｃｍ²で
あった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜成形装置の一例を示す概略説
明図である。

【図２】本発明に係る薄膜成形装置の一例を示す概略説
明図である。

【図３】密着力の測定方法を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１薄膜形成装置２ターゲット３基板支持部４基板５アノード８シャッター１３スパッタ電源１４アーク放電用電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板支持部に支持された基板と、ターゲ
ットと、アノード電極とを備えた真空槽内において、ス
パッタガスの存在下で、アノードとターゲットに電圧を印加して、アノードとタ
ーゲットとの間にアーク放電させるとともに、ターゲットに電圧を印加してターゲットをスパッタリン
グして、基板上にスパッタ膜を被着させる薄膜形成方法。
【請求項２】スパッタガス供給口および排気口を有す
る真空槽と、上記真空槽内で、基板を支持する支持手段と、上記真空槽内に設けられたターゲットに電圧を印加し、
ターゲットをスパッタリングしてスパッタ粒子を発生さ
せるスパッタ粒子発生手段と、ターゲット上方に設けられたアノードに電圧を印加し
て、ターゲットとアノードとの間にアーク放電を生じさ
せるアーク放電発生手段とを有する薄膜形成装置。