JP6569900B2 - スパッタリング装置および成膜方法 - Google Patents
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(1)電子銃等のプラズマ発生部材から発生する電子をターゲット近傍に導き、希ガスのイオン化を促進してスパッタリングの効率を向上させること、
(2)電子銃等のプラズマ発生部材から発生する電子をターゲットと被処理物を結ぶスパッタ粒子(ターゲットを構成している粒子であって、スパッタ現象により飛び出した粒子)の飛行行程上に導き、スパッタ粒子のイオン化を促進すること、および
(3)イオン化したスパッタ粒子がターゲットの電位によって引き戻されないよう、ターゲットの電位を遮蔽すること
の3点である。
このうち(3)の効果を奏するために、本発明において電位制御部材は、ターゲットと被処理物を結ぶ少なくとも1つの直線(飛行工程)91が、電極に遮られることなく、電極を構成する導電体90の任意の3点を結ぶ三角形92の内側を通過するように構成されることが必要である。
本発明の1つの目的は、ターゲットと被処理物の間の電位を制御することであり、アノード電極を目の細かいメッシュにすることによりこの目的を達成することができる。しかし、電位制御部材には蒸着粒子が堆積するため、目の細かいメッシュはすぐに目詰まりする。また、電位制御部材のターゲットおよび被処理物に対する投射面積が大きいと、成膜速度が低下する。そこで、電位制御部材の形状についてシミュレーションを行ない、好ましい開口径を検討した。
図1に示すスパッタリング装置1のチャンバ9の被処理物5として一面を研磨した高速度工具鋼材製の角棒(断面6mm角×長さ40mm)を固定し、ターゲットにTiを用いて、被処理物を回転させながら排気、エッチング、スパッタリング成膜を行った。また、電子制御部材2としてアノード電極を用いた。成膜時の圧力は1.6Pa、Ar/N2ガス比率は30/1、基板電圧は−50V、電位制御部材の電圧は−20V、ターゲット電圧は−500V、ホローカソード(HCD)ガン出力は50Aであった。1時間のスパッタリングで0.6μm厚さの黄金色のTiN膜が得られた。図9(a)は得られたTiN膜の表面のSEM写真(倍率:5000倍)を示す。このとき、熱処理済軸受鋼を角棒と同じ位置に設置し、成膜後に皮膜硬さを測定することで蒸着時の雰囲気の最高温度を計測したところ、250℃であった。
実施例1と同じ構成から電位制御部材2を取り外し、基板電圧を−70Vとして、同様にスパッタリング成膜を行った。電位制御部材、基板電圧以外の条件は実施例1と同一である。得られたTiN膜は0.8μmの厚さで褐色であった。この膜の表面のSEM写真(倍率:5000倍)が図9(b)に示される。軸受鋼による最高温度は250℃であった。
比較例1と同様に、しかし装置の電熱ヒーターを作動させて被処理物を加熱して、TiNを成膜した。得られたTiN膜は0.8μmの厚さで褐色であったが、比較例1よりは黄金色に近かった。軸受鋼による最高温度は500℃であった。
図1に示すスパッタリング装置1のチャンバ9内の被処理物5として一面を研磨した高速度工具鋼の角棒(断面6mm角×長さ40mm)を固定し、Ti:Al=50:50の組成のTiAlターゲットを用いて、被処理物を回転させながら排気、エッチング、スパッタリング成膜を行った。また、成膜時にヒーターを用いて被処理物を400℃まで加熱した。成膜時の圧力は1.6Pa、Ar/N2ガス比率は8/1、基板電圧は−100V、電位制御部材の電圧は−20V、ターゲット電圧は−500V、HCDガン出力は50Aであった。1時間のスパッタリングで2.6μmの厚さの紫色のTiAlN膜が得られた。皮膜の硬さを荷重49gのユニバーサル硬度計で測定したところ、41GPaであった。
実施例2と同じ構成から電位制御部材2を取り外し、同様にスパッタリング成膜を行った。電位制御部材の有無以外の条件は実施例2と同一である。得られたTiAlN膜は3.9μmの厚さで紫色であった。実施例2と同じ方法でこの皮膜の硬度を測定したところ、32GPaであった。
2 電位制御部材(アノード電極)
3 ターゲット
4 金属粒子
5 被処理物
6 プラズマ発生部材(ホローカソードガン)
7 プラズマ
8 金属イオン
10 被処理物保持機構
16 シールドアーク放電ターゲット
30 導電体
90 導電体
91 直線、飛行行程
92 三角形
94 円、貫通穴
96 イオン化領域
K 開口部
Claims (4)
- 真空を保つことができるチャンバと、
皮膜を成膜する被処理物を前記チャンバ内で保持する被処理物保持機構と、
前記チャンバ内に配置されるターゲットと、
前記ターゲットと前記被処理物保持機構との間に配置される電位制御部材と
前記電位制御部材と前記被処理物保持機構との間にプラズマを発生させるプラズマ発生部材と
を有するスパッタリング装置において、
前記電位制御部材は、前記ターゲットから前記被処理物保持機構の側に向けて前記ターゲット原子が通過できる開口部を有し、前記開口部の大きさは、前記ターゲットと前記電位制御部材とを結ぶ最短距離以下であることを特徴とするスパッタリング装置。 - 前記電位制御部材は、アノード電極であることを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置。
- 前記プラズマ発生部材が、ホローカソードガン、熱電子フィラメントおよびコールドアーク放電ターゲットからなる群から選択される1以上のプラズマ発生源を有することを特徴とする請求項1または2に記載のスパッタリング装置。
- 請求項1から3までのいずれか一項に記載のスパッタリング装置を用いて、前記電位制御部材に前記被処理物よりも高い電位を与えて成膜を行うことを特徴とする成膜方法。
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JP2015140331A JP6569900B2 (ja) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | スパッタリング装置および成膜方法 |
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JP2015140331A JP6569900B2 (ja) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | スパッタリング装置および成膜方法 |
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JP2017020089A JP2017020089A (ja) | 2017-01-26 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP6569900B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4838076B1 (ja) * | 1970-03-04 | 1973-11-15 |
-
2015
- 2015-07-14 JP JP2015140331A patent/JP6569900B2/ja active Active
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Publication number | Publication date |
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JP2017020089A (ja) | 2017-01-26 |
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