JPH06272037A - Formation of thin film and apparatus therefor - Google Patents
Formation of thin film and apparatus thereforInfo
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- JPH06272037A JPH06272037A JP15032691A JP15032691A JPH06272037A JP H06272037 A JPH06272037 A JP H06272037A JP 15032691 A JP15032691 A JP 15032691A JP 15032691 A JP15032691 A JP 15032691A JP H06272037 A JPH06272037 A JP H06272037A
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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a thin film and an apparatus therefor, and more specifically, it is possible to form a thin film on a substrate at a high film forming rate, and to form a dense thin film having excellent adhesion to the substrate. The present invention relates to a method for forming a thin film by a sputtering method and an apparatus therefor.
【０００２】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION A thin film forming method utilizing the sputtering phenomenon is widely used because it is possible to form a film with a relatively high melting point material or compound that is difficult to deposit relatively easily, and it is easy to increase the area. ing. Further, according to the high frequency sputtering method, it is possible to sputter an insulator. However, the sputtering method has a problem that the film forming rate is slower than that of the vapor deposition method. Therefore, as a method for improving the film formation rate, a triode sputtering method provided with a plasma generation electrode, a magnetron sputtering method, and the like have been proposed and implemented.
【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。In the magnetron sputtering method, secondary electrons (γ electrons) and negative ions which adversely affect thin film formation are confined in the vicinity of a target by applying a magnetic field to protect the substrate and at the same time promote ionization of the atmosphere to increase plasma density. Therefore, a high quality thin film can be formed and the film forming speed can be improved.
【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。However, even with such a magnetron sputtering method, the film forming rate is slower than that of the vapor deposition method,
When sputtering a ferromagnetic substance, it is necessary to form a strong magnetic field in order to create an effective magnetic field in the vicinity of the target, which causes local erosion of the target and reduces the efficiency of use of the target. There is a drawback that.
【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。The problem of the slow film forming rate in the sputtering method can be solved to some extent by increasing the sputtering voltage, but if an excessive sputtering voltage is applied, abnormal discharge occurs and the substrate or target is damaged. There was something that happened.
【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。Further, the thin film obtained by the sputtering method has a problem that the adhesion to the substrate is weaker than that of the thin film obtained by the ion plating method and cracks are likely to occur. Furthermore, the sputtering method has a problem that a thin film having a columnar structure is likely to be formed and it is difficult to form a dense thin film.
【０００７】[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。It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems in the prior art, and to form a large thin film that is uniform and dense on a substrate and has excellent adhesion to the substrate. It is an object of the present invention to provide a thin film forming method by a sputtering method and an apparatus therefor capable of forming at a high speed.
【０００８】[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。SUMMARY OF THE INVENTION A thin film forming method according to the present invention comprises a substrate supported by a substrate, a target, and an anode electrode in a vacuum chamber in the presence of a sputtering gas.
A voltage is applied to the anode and the target to cause arc discharge between the anode and the target, and a voltage is applied to the target to sputter the target,
A sputtered film is deposited on the substrate.
【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。The thin film forming apparatus according to the present invention comprises a vacuum chamber having a sputter gas supply port and an exhaust port, a support means for supporting a substrate in the vacuum chamber, and a voltage applied to a target provided in the vacuum chamber. Is applied to generate a sputtered particle by sputtering the target, and an arc discharge generating means for applying a voltage to an anode provided above the target to generate an arc discharge between the target and the anode. Have and.
【００１０】[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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The thin film forming method and apparatus according to the present invention will be described in detail below. FIG. 1 shows a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a thin film forming apparatus according to another embodiment of the present invention.
【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。As shown in FIG. 1, the thin film forming apparatus 1 is provided with a substrate supporting portion 3 above the inside of a vacuum chamber 10. The substrate supporting portion 3 has a substrate 4 on which a thin film is deposited. It is installed. The substrate supporting portion 3 may have a plurality of substrates attached thereto, may have a mechanism for revolving the substrates, and has a position adjusting mechanism for adjusting the distance to the substrates. Good. Such a substrate supporting portion 3 is normally kept at the ground potential.
【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。In the present invention, the substrate 4 is made of metal, alloy, glass,
It may be ceramics, single crystal or plastic such as polycarbonate, or may be a film.
【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。A target 2 is provided below the inside of the vacuum chamber 10. The target 2 has a power supply 13 for sputtering.
Also, a power supply 14 for arc discharge is connected so that a voltage can be applied.
【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。In the present invention, the target 2 is preferably a metal such as iron, an alloy, an inorganic oxide, or an inorganic simple substance. Below the target 2, there is provided a planar magnet 6 whose adjacent magnetic poles are opposite to each other, so that electrons ejected from the target 2 do not go straight to the direction of the substrate 4 due to the magnetic field and are trapped near the target 2 or have a turning motion. However, the probability of collision with sputter gas molecules is increased. Thus, the ions generated near the target 2 are made to collide with the target 2 to improve the sputtering rate.
【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。A mesh-shaped anode 5 is provided above the target 2. The anode 5 is provided so as to be located between the target 2 and the substrate 4, and is connected to the arc discharge power supply 14. The anode 5 may have a spiral shape, a coil shape, a concentric shape, a nozzle shape for introducing a sputtering gas, or an insulator (not shown) as shown in FIG.
It may be installed in the shape of an inverted cone on the side surface of the target 2 via.
【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。A high melting point material such as tungsten is preferably used for the anode 5. The anode 5 is
At the time of sputtering, arc discharge is caused between the anode 5 and the target 2 to increase the density and energy of the ions.
【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。A discharge prevention shield 7 is provided on the side surface of the target 2 to prevent unnecessary discharge and sputtering from occurring. The diffusion prevention cover 9 is provided so as to accommodate the target 2, the anode 5, the magnet 6, and the discharge prevention shield 7, and has an opening above the target 2. The diffusion prevention cover 9 prevents unnecessary diffusion of ions.
【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。Further, between the anode 5 and the substrate supporting portion 3,
The shutter 8 is arranged to clean the dirt on the surface of the substrate in the initial stage of sputtering and then to actually perform sputtering, so that the passage between them can be opened and closed.
【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。Reference numeral 11 is an exhaust pipe, and 12 is a gas introduction pipe.
In order to form a thin film using the thin film forming apparatus 1 as described above, the substrate 4 is first mounted on the substrate supporting portion 3.
【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。Next, after mounting the target 2, the inside of the vacuum chamber 10 is depressurized to 1 × 10 −6 to 1 × 10 −8 Torr. Then, the sputtering gas is introduced through the gas introduction pipe.
Argon, krypton, helium, neon or the like is used as the sputtering gas, and two or more kinds of these gases may be mixed and used. When reactive sputtering is performed, a reactive gas such as oxygen gas, nitrogen gas, methane or silane can be mixed with the sputtering gas.
【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。The degree of vacuum in the vacuum chamber 11 is 1 × 10 −4 to 2 × 1 while introducing a fixed amount of sputtering gas into the vacuum chamber 10.
0 -2 Torr, preferably 1 x 10 -3 to 1 x 10 -2 To
It is desirable to set it to rr.
【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。Next, a DC voltage is applied to the target 2.
In the present invention, only the DC voltage may be applied to the target 2, the high frequency voltage may be applied while being superimposed on the DC voltage, or only the high frequency voltage may be applied. At this time, it is desirable that the voltage of the DC component generated in the target 2 is 0.3 to 3 kV, preferably 0.5 to 2 kV.
【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。Further, a DC voltage is applied between the anode 5 and the target 2 to generate an apparently continuous arc discharge between the anode 5 and the target 2. At this time, the voltage applied to the anode 5 is 20 to 200 V, preferably 40 V.
It is desirable that the voltage is ˜80V.
【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。Glow discharge is generated by applying a voltage to the target 2. Due to this glow discharge and the arc discharge generated between the anode 5 and the target 2,
High-density, high-energy plasma is formed in the discharge space. The positive ions in the plasma are accelerated by the cathode potential drop in the vicinity of the cathode and collide with the target cathode surface, so that the target 2
The surface is sputter evaporated. Since the sputtered thin film forming material has high energy, a thin film that is dense and has excellent adhesion to the substrate is formed.
【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。Although the thin film forming method and the apparatus thereof according to the present invention are used for the magnetron sputtering method, the present invention can be applied to any sputtering method other than the ion beam sputtering method.
【００２６】[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。According to the present invention, since the anode is provided between the substrate and the target and the sputtering is performed while the arc discharge is generated between the anode and the target, the plasma density and the ionization rate of the sputter gas can be increased. . As a result, the reactivity of ions and the sputtering rate are improved, and the sputtered particles have high energy. Therefore, it is necessary to form a thin film that is homogeneous and dense and that has excellent adhesion to the substrate at a high deposition rate. You can
【００２７】[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。EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
【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。In this example, the film thickness of the thin film was measured by a stylus pressure gauge and the density was measured by atomic emission spectrometry. Moreover, the adhesion was measured using an apparatus as shown in FIG.
That is, the substrate 4 is fixed to the support base 20 via the adhesive layer 21, the adhesive strength measuring rod 23 is adhered to the thin film 22 via the adhesive layer 21, and the adhesive strength measuring rod 23 is pulled upward to make U -The peeling strength of the thin film was measured with a gauge (not shown) and used as the adhesive force.
【００２９】[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。Example 1 Using an apparatus as shown in FIG. 1, iron was used as a target and a polycarbonate disk was used as a substrate.
【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。First, after the vacuum chamber was evacuated to 1 × 10 -7 Torr, argon gas was introduced at a rate of 70 cc / min, and the gas pressure in the vacuum chamber was adjusted to 4 × 10 -3 Torr. After pre-sputtering for 3 minutes under the same conditions as the film formation, a DC film having a sputtering power of 2 kW was formed for 60 seconds. During spatter,
Applying a voltage of 40V between the anode and the target,
Apparently continuous arc discharge was generated. The current flowing by the arc discharge was 370A.
【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。The thin film thus formed has a density of 5.
93 g / cm 3 and the film forming rate is 1200 Å / min
And the adhesive force between the substrate and the thin film is 12.5 kgf / cm 2
Met.
【００３２】[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。Comparative Example 1 A film was formed in the same manner as in Example 1 except that the same device as that used in Example 1 was used and no voltage was applied to the anode.
【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。The density of the thin film thus formed is 4.
It was 20 g / cm 3 , the film formation rate was 800 Å / min, and the adhesion between the substrate and the thin film was 3.2 kgf / cm 2 .
【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。FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an example of a thin film forming apparatus according to the present invention.
【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。FIG. 2 is a schematic explanatory view showing an example of a thin film forming apparatus according to the present invention.
【図３】密着力の測定方法を示す概略説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing a method for measuring adhesion.
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 1 Thin Film Forming Device 2 Target 3 Substrate Support 4 Substrate 5 Anode 8 Shutter 13 Sputtering Power Supply 14 Arc Discharge Power Supply
Claims (2)
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。1. A voltage is applied to an anode and a target in the presence of a sputtering gas in a vacuum chamber provided with a substrate supported by a substrate supporting portion, a target, and an anode electrode, so that the anode and the target are separated from each other. A method of forming a thin film in which a target is sputtered by applying a voltage to the target while applying an arc discharge between the target and depositing a sputtered film on the substrate.
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。2. A vacuum chamber having a sputter gas supply port and an exhaust port, a support means for supporting a substrate in the vacuum chamber, and a voltage applied to a target provided in the vacuum chamber.
A thin film having a sputtered particle generating means for sputtering a target to generate sputtered particles, and an arc discharge generating means for applying a voltage to an anode provided above the target to generate an arc discharge between the target and the anode. Forming equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15032691A JPH06272037A (en) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | Formation of thin film and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15032691A JPH06272037A (en) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | Formation of thin film and apparatus therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06272037A true JPH06272037A (en) | 1994-09-27 |
Family
ID=15494575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15032691A Pending JPH06272037A (en) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | Formation of thin film and apparatus therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06272037A (en) |
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