JP2008184624A - Sputter method and sputter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上に薄膜を作製するのに用いられるスパッタ方法及びスパッタ装置に関し、特に、低温・低ダメージ成膜が必要とされる有機EL素子・有機物薄膜(有機半導体等)の上に、又は、基板が高分子材料であるフィルム、樹脂基板の上に金属、合金及び化合物の高機能薄膜等を作製するスパッタ方法及びスパッタ装置に関する。具体的な用途分野としては、有機EL(有機エレクトロ・ルミネッセンス)素子への透明導電膜、電極膜、保護膜・封止膜(ガスバリア膜)の作製、及び有機薄膜半導体の上に電極膜、保護膜を作製する。また、高分子フィルム、樹脂基板に薄膜を作製するスパッタ方法及びスパッタ装置、並びに汎用的な薄膜作製分野にも利用可能である。 The present invention relates to a sputtering method and a sputtering apparatus used for producing a thin film on a substrate, and in particular, on an organic EL element / organic thin film (such as an organic semiconductor) that requires low temperature / low damage film formation, Alternatively, the present invention relates to a sputtering method and a sputtering apparatus for manufacturing a high-functional thin film of a metal, an alloy, and a compound on a film in which a substrate is a polymer material or a resin substrate. Specific application fields include the production of transparent conductive films, electrode films, protective films / sealing films (gas barrier films) for organic EL (organic electroluminescence) elements, and electrode films on organic thin film semiconductors, protection A film is prepared. Further, the present invention can also be used in a sputtering method and a sputtering apparatus for producing a thin film on a polymer film, a resin substrate, and a general-purpose thin film production field.
有機EL素子や有機物薄膜(有機半導体等)等の成膜時にダメージを受けやすい基板(被成膜対象物)の上に、電極としての金属膜、透明導電性薄膜、保護膜・封止膜等を成膜(薄膜形成)する場合、成膜の際のダメージによって前記基板の特性が劣化したり、製品としての寿命が短くなること等を防止するため、有機物薄膜等の基板と該基板上に成膜される薄膜との膜界面におけるダメージの少ない低温・低ダメージ成膜が要求される。 A metal film as an electrode, a transparent conductive thin film, a protective film, a sealing film, etc. on a substrate (film formation target) that is easily damaged when forming an organic EL element or organic thin film (organic semiconductor, etc.) In order to prevent the characteristics of the substrate from being deteriorated due to damage during the film formation or the life as a product is shortened, the organic thin film or the like is placed on the substrate and the substrate. Low temperature and low damage film formation with little damage at the film interface with the thin film to be formed is required.
そこで、低温・低ダメージ成膜が可能な成膜装置として、平行に一対のターゲットを配置し、該一対のターゲット間に一方のターゲットから他方のターゲットへ磁力線が向くようなターゲット間磁場空間を発生させ、前記一対のターゲット間の側方位置に基板を配置してスパッタリングを行う対向ターゲット型スパッタ装置が用いられていた。 Therefore, a pair of targets are placed in parallel as a film deposition system capable of low-temperature, low-damage deposition, and a magnetic field space between the targets is generated between the pair of targets so that the magnetic field lines are directed from one target to the other. Then, a counter target type sputtering apparatus that performs sputtering by placing a substrate at a lateral position between the pair of targets has been used.
前記対向ターゲット型スパッタ装置においては、ターゲット間へのプラズマ及び二次電子等の荷電粒子の閉じ込め性能がよいことから、低温・低ダメージ成膜が可能である。しかし、各ターゲットのスパッタ面が基板の被成膜面に対して直交する方向を向いているため、基板に到達するスパッタ粒子の量が少なく、成膜速度が遅い。そのため、近年求められる生産性向上の要求に対し、十分な生産(成膜)速度を得難かった。 In the facing target type sputtering apparatus, since the performance of confining charged particles such as plasma and secondary electrons between the targets is good, low temperature and low damage film formation is possible. However, since the sputtering surface of each target faces in a direction orthogonal to the film formation surface of the substrate, the amount of sputtered particles reaching the substrate is small and the film formation rate is slow. For this reason, it has been difficult to obtain a sufficient production (film formation) speed in response to a demand for productivity improvement required in recent years.
そのため、ターゲットを、そのスパッタ面が基板の被成膜面と平行となるように配置し、前記ターゲットのスパッタ面側に、磁力線が前記ターゲットの外周部と中心部とを弧状に結ぶような湾曲磁場空間を発生させてスパッタリングを行う平行平板型マグネトロンスパッタ装置を用いて成膜速度の大きい成膜をおこなうことが考えられる。しかし、平行平板型マグネトロンスパッタ装置においては、スパッタ面が基板と対向するように配置されているため、スパッタ粒子の基板への到達量は多く、成膜速度は大きくなるが、基板へのプラズマの影響や二次電子等の荷電粒子の飛来も多くなり、低温・低ダメージ成膜ができない。 Therefore, the target is placed so that its sputtering surface is parallel to the film-forming surface of the substrate, and the magnetic field lines are curved in such a manner that the outer peripheral portion and the central portion of the target are connected in an arc shape on the sputtering surface side of the target. It is conceivable to perform film formation at a high film formation speed using a parallel plate magnetron sputtering apparatus that generates a magnetic field space and performs sputtering. However, in the parallel plate type magnetron sputtering apparatus, the sputter surface is arranged so as to face the substrate, so that the amount of sputtered particles reaching the substrate is large and the film formation rate is high, but the plasma is not applied to the substrate. The influence and the flying of charged particles such as secondary electrons increase, and low temperature and low damage film formation cannot be performed.
このように、スパッタリングによる成膜においては、生産性の向上と低温・低ダメージ成膜とを同時に成立させることは、非常に困難であった。 As described above, in the film formation by sputtering, it is very difficult to achieve the productivity improvement and the low temperature / low damage film formation at the same time.
そのため、前記対向ターゲット型スパッタ装置の一対のターゲットの対向面を、それぞれ基板側に傾斜させたV型の対向ターゲット型スパッタ装置が開発された(特許文献1参照)。かかるスパッタ装置によれば、対向ターゲット型スパッタ装置であるため、ターゲット間へのプラズマ及び二次電子等の荷電粒子の閉じ込め性能がよく、且つターゲットのスパッタ面と基板の被成膜面とのなす角が直角よりも小さくなるため、即ち、スパッタ面がより基板方向に向いているため基板に到達(飛来)するスパッタ粒子の量が増加して成膜速度が向上した。 For this reason, a V-type opposed target sputtering apparatus has been developed in which the opposed surfaces of a pair of targets of the opposed target sputtering apparatus are each inclined toward the substrate side (see Patent Document 1). According to such a sputtering apparatus, since it is an opposed target type sputtering apparatus, the performance of confining charged particles such as plasma and secondary electrons between the targets is good, and the sputtering surface of the target and the deposition surface of the substrate are formed. Since the angle is smaller than the right angle, that is, the sputter surface is directed more toward the substrate, the amount of sputtered particles that reach (fly) the substrate is increased, and the deposition rate is improved.
しかし、スパッタ面がより基板方向に向いているため、一対のターゲットが平行な対向ターゲット型スパッタ装置に比べて、基板へのプラズマの影響及び飛来する二次電子等の荷電粒子の量が増加するため、上記のような、有機EL素子や有機物薄膜(有機半導体等)等の極めて低温・低ダメージ成膜が必要な基板への成膜においては、成膜の際のダメージによって前記基板の特性が劣化したり、製品としての寿命が短くなるといった問題を十分には解消できなかった。 However, since the sputtering surface faces more toward the substrate, the influence of the plasma on the substrate and the amount of charged particles such as secondary electrons that fly will increase compared to a counter target type sputtering apparatus in which a pair of targets are parallel. Therefore, in the above-described film formation on a substrate that requires extremely low temperature and low damage film formation, such as an organic EL element or an organic thin film (such as an organic semiconductor), the characteristics of the substrate are affected by the damage during film formation. Problems such as deterioration and shortened product life could not be solved sufficiently.
他方、マグネトロン方式のカソードを用いたスパッタリングでは、ターゲットの前面に負イオンや二次電子等の荷電粒子を補足するRFコイルを配置したスパッタ装置を用い、スパッタリングによって被成膜対象物に成膜する際に、スパッタリングが行われる真空容器(チャンバー)内の圧力を低く(1.33×10-2Pa以下)し、ターゲット表面のプラズマ密度を低くする。そうすることで、基板の被成膜面と成膜される薄膜との膜界面が形成されている時の基板側へ入射する負イオンや二次電子等の荷電粒子が少なくなって低温・低ダメージ成膜が可能となる。これ利用して、前記低温・低ダメージ成膜が必要な基板への成膜初期において、被成膜面上に初期層(第1層)が形成される。そして、このスパッタリング条件では成膜速度が小さく、生産性が極めて悪いため、前記初期層成膜後、真空容器内に導入するスパッタリングガス流量を増加させ、真空容器内の圧力を高く(6.65×10-1Pa以上)し、ターゲット表面のプラズマ密度を高めてスパッタリング量を増やし、成膜速度を大きくして第2層を成膜するスパッタ方法が提供されている(特許文献2参照)。尚、第1層(初期層)と第2層とは、薄膜の膜厚方向において、成膜速度が異なる部分を仮想面によって分けて説明しているだけであって、膜厚方向において、薄膜が層として分かれているのではなく、連続している。また、膜界面とは、被成膜面と薄膜とが接している境界面をいう。 On the other hand, in sputtering using a magnetron-type cathode, a sputtering apparatus in which an RF coil that captures charged particles such as negative ions and secondary electrons is arranged on the front surface of a target is used to form a film on an object to be deposited by sputtering. At this time, the pressure in the vacuum vessel (chamber) in which sputtering is performed is lowered (1.33 × 10 −2 Pa or less), and the plasma density on the target surface is lowered. By doing so, charged particles such as negative ions and secondary electrons incident on the substrate side when the film interface between the film formation surface of the substrate and the thin film to be formed are formed are reduced, and the temperature is low. Damage film formation is possible. By utilizing this, an initial layer (first layer) is formed on the film formation surface at the initial stage of film formation on the substrate that requires the low temperature and low damage film formation. Since the deposition rate is low and the productivity is extremely poor under this sputtering condition, the sputtering gas flow rate introduced into the vacuum vessel is increased after the initial layer deposition, and the pressure in the vacuum vessel is increased (6.65). × 10 -1 Pa or more), to increase the sputtering amount to increase the plasma density on the target surface, the sputtering method for forming is provided a second layer by increasing the deposition rate (see Patent Document 2). Note that the first layer (initial layer) and the second layer are only described by imaginary planes with different film forming speeds in the thin film thickness direction. Are not separated into layers, but are continuous. The film interface refers to a boundary surface where the film formation surface and the thin film are in contact with each other.
かかる成膜方法によれば、低温・低ダメージ成膜が必要な有機EL素子等の基板の被成膜面に、上記低圧下での低温・低ダメージ成膜によって十分な厚さの初期層が形成され、該初期層によって、成膜速度の大きい第2層を成膜する際に生じ、スパッタリング量と共に増加するターゲットから放出される二次電子等の荷電粒子や、プラズマ密度が高くなることによる基板への影響を防ぐことができる。 According to such a film forming method, an initial layer having a sufficient thickness is formed on the film formation surface of a substrate such as an organic EL element that requires low temperature / low damage film formation by the low temperature / low damage film formation under the low pressure. The initial layer is formed when the second layer having a high deposition rate is formed, and charged particles such as secondary electrons emitted from the target that increase with the amount of sputtering and the plasma density increase. The influence on the substrate can be prevented.
そのため、前記低温・低ダメージ成膜が必要な基板への低温・低ダメージ成膜が可能となると共に、成膜の最後まで上記低温・低ダメージ成膜を行った場合に比べ、第2層を成膜する際の成膜速度を大きくすることで、成膜行程(第1層と第2層とを成膜する行程)全体での成膜速度を大きくし(成膜時間を短縮し)、生産性の向上を図ることができた。 Therefore, it is possible to perform low-temperature / low-damage film formation on a substrate that requires the low-temperature / low-damage film formation, and the second layer is formed compared to the case where the low-temperature / low-damage film formation is performed until the end of the film formation. By increasing the film forming speed when forming the film, the film forming speed in the entire film forming process (process for forming the first layer and the second layer) is increased (the film forming time is shortened), Productivity was improved.
しかしながら、上記スパッタリング方法によれば、第1層と第2層とを成膜する際に、それぞれ真空容器内の圧力が異なるため第1層を成膜後、第2層を成膜する前に真空容器内の圧力を変更(高く)しなければならない。 However, according to the above sputtering method, when the first layer and the second layer are formed, the pressure in the vacuum vessel is different, so that after the first layer is formed and before the second layer is formed, The pressure in the vacuum chamber must be changed (higher).
この真空容器内における圧力の変更は、真空容器内に導入するスパッタリングガス(例えば、アルゴンガス等)の流量を変更すること等によって行うが、真空容器内が所定の圧力になって安定し、圧力変更後のスパッタリングを行う迄には所定の時間が必要となる。 The pressure in the vacuum vessel is changed by changing the flow rate of the sputtering gas (for example, argon gas) introduced into the vacuum vessel, but the inside of the vacuum vessel is stabilized at a predetermined pressure. A predetermined time is required until the sputtering after the change is performed.
そのため、上記スパッタリング方法によれば、真空容器内の圧力変更による第2層を成膜する際の成膜速度の上昇率が低いことと、真空容器内の圧力変更に所定の時間が必要となるため、成膜開始時から必要な膜厚を得るまでの成膜行程全体として必要になる時間は、成膜速度の小さな前記低温・低ダメージ成膜を行った場合に比べ、あまり短縮できていない。具体的には、スパッタリングのためにカソードに投入される電力(投入電力)が同じで、真空容器内に流し込むスパッタガス流量を増加させて成膜時の真空容器内の圧力を高くすることによる成膜行程全体での成膜速度の向上は、数%〜10%程度しか期待できない。また、近年においては、さらなる成膜行程全体の時間短縮による生産性の向上が求められている。 Therefore, according to the above sputtering method, the rate of increase in the film formation rate when forming the second layer by changing the pressure in the vacuum vessel is low, and a predetermined time is required for changing the pressure in the vacuum vessel. Therefore, the time required for the entire film formation process from the start of film formation until the required film thickness is obtained cannot be shortened much compared to the case where the low temperature and low damage film formation is performed at a low film formation speed. . Specifically, the power (input power) input to the cathode for sputtering is the same, and the flow rate of sputtering gas flowing into the vacuum vessel is increased to increase the pressure in the vacuum vessel during film formation. The improvement of the film formation rate in the entire film process can be expected only from several% to 10%. In recent years, further improvement in productivity has been demanded by further shortening the time of the entire film formation process.
また、上記スパッタリング方法によれば、基板に入射する二次電子や負イオン等の荷電粒子を補足するためにターゲットの前にRFコイルを配置しなければならず、また、前記RFコイルを駆動するためのRF用電源や、RFコイル及びRF用電源を制御するための制御手段等を別途配置しなければならない。そのため、上記スパッタリング方法を行うためのスパッタ装置は複雑な構成となる。 Further, according to the sputtering method, an RF coil must be disposed in front of the target in order to capture charged particles such as secondary electrons and negative ions incident on the substrate, and the RF coil is driven. Therefore, it is necessary to separately arrange an RF power source for controlling the RF coil and the RF power source. Therefore, a sputtering apparatus for performing the sputtering method has a complicated configuration.
さらに、上記スパッタリング方法によれば、複数枚の基板を連続的に成膜処理する場合、先ず、最初の基板に対して第1層を成膜した後、真空容器内の圧力を変更(高く)して第2層を成膜する。そして、次の基板に対して成膜するために、再度、真空容器内の圧力を第1層を成膜するための圧力に戻して成膜し、その後、第2層を成膜するための圧力に変更(高く)して成膜する。この過程を繰り返すことで複数の基板を連続的に成膜処理することができる。 Furthermore, according to the above sputtering method, when a plurality of substrates are continuously formed, the first layer is first formed on the first substrate, and then the pressure in the vacuum vessel is changed (higher). Then, the second layer is formed. Then, in order to form a film on the next substrate, the pressure in the vacuum vessel is again returned to the pressure for forming the first layer, and then the second layer is formed. The film is formed by changing (higher) the pressure. By repeating this process, a plurality of substrates can be continuously formed.
このように、上記スパッタリング方法によれば、複数枚の基板を連続的に成膜処理するためには真空容器内の圧力を次々に変更しなければならず、前記圧力の変更に必要な時間だけでも相当な時間が必要となり、成膜行程全体の時間としては、生産性の面において時間がかかり過ぎる。 As described above, according to the sputtering method, in order to continuously form a plurality of substrates, the pressure in the vacuum vessel must be changed one after another, and only the time necessary for changing the pressure is required. However, a considerable amount of time is required, and the entire film formation process takes too much time in terms of productivity.
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、簡単な構成でありながら、低温・低ダメージ成膜が可能であり、且つ複数枚の基板を連続的に成膜処理する際にも生産性の高いスパッタ方法及びスパッタ装置を提供することを課題とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention is capable of low-temperature and low-damage film formation with a simple configuration, and has high productivity even when a plurality of substrates are continuously formed. It is an object to provide a sputtering method and a sputtering apparatus.
そこで、上記課題を解消すべく、本発明に係るスパッタ方法は、内部空間が、第1成膜部を配設するための第1成膜領域と第2成膜部を配設するための第2成膜領域とで構成される真空容器内に、被成膜対象物に成膜するための第1成膜部と第2成膜部とを並設し、第1成膜部で被成膜対象物に成膜した後、第1成膜部における被成膜対象物が成膜される第1成膜位置から第2成膜部における被成膜対象物が成膜される第2成膜位置まで前記被成膜対象物を移動させ、第2成膜部でさらに被成膜対象物に成膜するスパッタ方法であって、第1成膜部において、一対の第1ターゲットを、その表面同士が間隔をおいて互いに対向し且つ該表面が第1ターゲット間の側方に位置する前記第1成膜位置に向かって傾斜するように配置し、一方の第1ターゲットの表面側に、磁力線がその外周部から中心部に向かって弧状となるような内向湾曲磁場空間を発生させると共に、他方の第1ターゲットの表面側に、磁力線がその中心部から外周部に向かって弧状となるような外向湾曲磁場空間を発生させ、さらに、磁力線が一方の第1ターゲット周辺から他方の第1ターゲット周辺へ向かい、且つ第1ターゲット間に形成される第1ターゲット間空間を囲むと共に前記湾曲磁場よりも磁場強度が大きい筒状補助磁場空間を発生させてスパッタリングし、該スパッタリングされた第1スパッタ粒子で被成膜対象物に成膜し、第2成膜部において、第2ターゲットの表面側に前記内向又は外向湾曲磁場空間を発生させてスパッタリングし、該スパッタリングされた第2スパッタ粒子で前記第1成膜部における成膜速度よりも速い成膜速度で被成膜対象物に成膜することを特徴とし、
また、本発明に係るスパッタ装置は、内部空間が、第1成膜部を配設するための第1成膜領域と第2成膜部を配設するための第2成膜領域とで構成される真空容器内に、被成膜対象物に成膜するための第1成膜部と第2成膜部とが並設され、被成膜対象物を保持するための基板ホルダーが、第1成膜部における被成膜対象物が成膜される第1成膜位置から第2成膜部における被成膜対象物が成膜される第2成膜位置まで前記真空容器内を被成膜対象物を保持した状態で移動可能に備えられるスパッタ装置であって、前記第1成膜部は、第1ターゲットと、該第1ターゲットの表面に磁力線が弧状となるような湾曲磁場空間を発生させる湾曲磁場発生手段と、前記第1ターゲットを囲むように設けられる筒状補助磁場発生手段とをそれぞれに有する一対の第1複合型カソードを備え、該一対の第1複合型カソードは、第1ターゲットの表面同士が間隔をおいて互いに対向し且つ前記表面が第1ターゲット間の側方に位置する第1成膜位置に向かって傾斜するように配置され、前記一対の第1複合型カソードの一方の湾曲磁場発生手段は、磁力線が第1ターゲット外周部から中心部に向かうように極性が設定される内向湾曲磁場発生手段であり、他方の湾曲磁場発生手段は、磁力線が第1ターゲットの中心部から外周部に向かうように極性が設定される外向湾曲磁場発生手段であり、前記筒状補助磁場発生手段は、磁力線が一方の第1ターゲット周辺から他方の第1ターゲット周辺へ向かい、且つ第1ターゲット間に形成される第1ターゲット間空間を囲むと共に湾曲磁場空間よりも磁場強度が大きい筒状補助磁場空間を発生させ、前記第2成膜部は、第2ターゲットと、該第2ターゲットの表面側に前記内向又は外向湾曲磁場空間を発生させる内向又は外向湾曲磁場発生手段とを有し、第2成膜位置に向かってスパッタ粒子を飛散させることが可能で且つ前記第1成膜部よりも成膜速度が速いスパッタカソードを備えることを特徴とする。
Therefore, in order to solve the above-described problems, the sputtering method according to the present invention has an internal space in which the first film formation region for disposing the first film formation unit and the second film formation unit for disposing the second film formation unit. The first film forming unit and the second film forming unit for forming a film on an object to be formed are juxtaposed in a vacuum container composed of two film forming regions. After the film formation on the film target, the second film formation target is formed on the second film formation unit from the first film formation position where the film formation target is formed on the first film formation unit. A sputtering method of moving the deposition target to a film position and further depositing a film on the deposition target in a second deposition unit, wherein the first deposition unit includes a pair of first targets The first surfaces are arranged so that the surfaces face each other at an interval and the surfaces are inclined toward the first film formation position located on the side between the first targets. An inwardly curved magnetic field space is generated on the surface side of the target so that the magnetic lines of force are arcuate from the outer peripheral portion toward the central portion, and the magnetic force lines are generated from the central portion to the outer peripheral portion on the surface side of the other first target. An outwardly curved magnetic field space that is arcuate toward the first target, and further, a first inter-target space formed between the first targets and having a magnetic field line extending from the periphery of one of the first targets to the periphery of the other first target. A cylindrical auxiliary magnetic field space having a magnetic field strength greater than that of the bending magnetic field is generated and sputtered, and a film is formed on the film formation target with the sputtered first sputtered particles. Sputtering by generating the inward or outward curved magnetic field space on the surface side of the two targets, and the first film forming unit with the sputtered second sputtered particles Characterized by forming a film on the deposition target object at a faster than definitive deposition rate deposition rate,
In the sputtering apparatus according to the present invention, the internal space includes a first film formation region for disposing the first film formation unit and a second film formation region for disposing the second film formation unit. In the vacuum container, a first film formation unit and a second film formation unit for forming a film on the film formation target are arranged in parallel, and a substrate holder for holding the film formation target is provided in the first container The inside of the vacuum container is formed from the first film formation position where the film formation target object is formed in the first film formation part to the second film formation position where the film formation target object is formed in the second film formation part. A sputtering apparatus that is movably provided in a state where a film object is held, wherein the first film forming unit includes a first target and a curved magnetic field space in which lines of magnetic force are arcuate on the surface of the first target. Each has a bending magnetic field generating means for generating and a cylindrical auxiliary magnetic field generating means provided so as to surround the first target. A pair of first composite cathodes, wherein the pair of first composite cathodes includes first targets whose surfaces are opposed to each other with a space therebetween, and the surfaces are located laterally between the first targets. The first magnetic field generating means of the pair of first composite cathodes is arranged so as to be inclined toward one film forming position, and the polarity is set so that the magnetic field lines are directed from the outer peripheral portion of the first target toward the central portion. An inward bending magnetic field generation means, and the other bending magnetic field generation means is an outward bending magnetic field generation means in which the polarity is set so that the magnetic lines of force are directed from the central portion of the first target toward the outer peripheral portion. The means is such that the magnetic field lines are directed from the periphery of one of the first targets to the periphery of the other first target and surround the first inter-target space formed between the first targets and are more magnetic than the curved magnetic field space. An inward or outward curved magnetic field generating means for generating a cylindrical auxiliary magnetic field space having a high strength, wherein the second film forming unit generates the inward or outward curved magnetic field space on the surface side of the second target and the second target. And a sputter cathode capable of scattering sputtered particles toward the second film forming position and having a film forming speed higher than that of the first film forming part.
かかる構成によれば、第1成膜領域の第1成膜部において、筒状補助磁場空間は、一対の第1ターゲットの各第1ターゲット周辺にそれぞれ設けられる前記筒状補助磁場発生手段によって、磁力線が一方の第1ターゲット周辺から他方の第1ターゲット周辺へ向かうよう、第1ターゲット間に形成される第1ターゲット間空間を囲み且つ湾曲磁場空間よりも磁場強度が大きい筒状補助磁場空間が形成される(発生する)。 According to such a configuration, in the first film forming unit of the first film forming region, the cylindrical auxiliary magnetic field space is provided by the cylindrical auxiliary magnetic field generating unit provided around each first target of the pair of first targets, A cylindrical auxiliary magnetic field space that surrounds the first inter-target space formed between the first targets and has a magnetic field strength larger than the curved magnetic field space so that the magnetic field lines are directed from the periphery of one first target to the periphery of the other first target. Formed (generated).
このように筒状補助磁場発生手段が湾曲磁場発生手段(第1ターゲット)の周辺に別途設けられ、第1ターゲット間空間を囲むように前記筒状補助磁場空間が形成されることで、一対の第1ターゲットの中心間距離を短く(小さく)することなく、第1ターゲット間空間と基板との間に磁場強度の大きな空間を形成することができる。そのため、第1成膜部において、成膜速度を遅くすることなく、プラズマの第1ターゲット(第1複合型カソード)間への閉じ込め効果、及び、二次電子等の荷電粒子の第1ターゲット(第1複合型カソード)間への閉じ込め効果が良好となる。 As described above, the cylindrical auxiliary magnetic field generating means is separately provided around the curved magnetic field generating means (first target), and the cylindrical auxiliary magnetic field space is formed so as to surround the first inter-target space. A space having a large magnetic field strength can be formed between the first inter-target space and the substrate without shortening (decreasing) the distance between the centers of the first targets. Therefore, in the first film formation unit, the confinement effect of plasma between the first targets (first composite cathode) and the first target of charged particles such as secondary electrons (without slowing down the film formation rate) The confinement effect between the first composite type cathode) is improved.
即ち、第1ターゲット表面に形成される湾曲磁場空間が前記筒状補助磁場空間に囲まれる(包まれる)ため、プラズマが湾曲磁場空間からはみ出した場合でも、筒状補助磁場空間によって閉じ込められ(基板側へはみ出すのを妨げられ)、前記プラズマによる基板側への影響を抑制することができる。 That is, since the curved magnetic field space formed on the first target surface is surrounded (enclosed) by the cylindrical auxiliary magnetic field space, even if the plasma protrudes from the curved magnetic field space, it is confined by the cylindrical auxiliary magnetic field space (substrate) And the influence of the plasma on the substrate side can be suppressed.
また、第1成膜部において、前記湾曲磁場空間から基板側に飛び出して(飛来して)くる二次電子等の荷電粒子も、湾曲磁場空間が筒状補助磁場空間に囲まれているため、第1ターゲット間空間内への荷電粒子の閉じ込め効果が大きくなる。即ち、前記荷電粒子の基板側への飛び出しが減少する。 Further, in the first film forming unit, charged particles such as secondary electrons that jump out (fly) from the curved magnetic field space to the substrate side are also surrounded by the cylindrical auxiliary magnetic field space. The effect of confining charged particles in the space between the first targets is increased. That is, jumping out of the charged particles to the substrate side is reduced.
さらに、第1複合型カソードは、筒状補助磁場発生手段を備えたマグネトロン方式のカソード(マグネトロンカソード)であるため、該カソードへ投入する電流値を大きくしても、対向ターゲット式カソードの様にプラズマが中心部に集中する現象が現れて放電が不安定とならず、ターゲット表面近傍に形成されるプラズマが長時間安定放電することができる。 Furthermore, since the first composite type cathode is a magnetron type cathode (magnetron cathode) provided with a cylindrical auxiliary magnetic field generating means, even if the current value to be supplied to the cathode is increased, the first composite type cathode is like the opposed target type cathode. A phenomenon in which plasma concentrates in the central portion appears and discharge does not become unstable, and plasma formed in the vicinity of the target surface can be stably discharged for a long time.
そのため、第1成膜部においては、一対の第1ターゲットの中心間距離を短くすることなく、長時間安定して、被成膜対象物である基板に対するプラズマの影響及びスパッタ面から飛来する二次電子等の荷電粒子による影響(ダメージ)を極めて小さくすることができ、その結果、基板への低温・低ダメージ成膜が可能となる。換言すると、低温・低ダメージ成膜が必要な基板に対しても成膜可能となる。 Therefore, in the first film forming unit, the influence of the plasma on the substrate that is the film formation target and the two flying from the sputtering surface are stable for a long time without shortening the distance between the centers of the pair of first targets. The influence (damage) caused by charged particles such as secondary electrons can be extremely reduced, and as a result, low-temperature and low-damage film formation can be performed on the substrate. In other words, it is possible to form a film even on a substrate that requires low temperature and low damage film formation.
従って、第1成膜部において、上記のようにスパッタリングすることで、基板に所定の厚さまで低温・低ダメージ成膜することができ、初期層(第1層)が形成される。その後、真空容器内の圧力等のスパッタ条件を変更することなく、基板を第1成膜部における第1成膜位置から第2成膜部における第2成膜位置へと基板ホルダーによって移動させる。そして、第2成膜部において第1成膜部よりも成膜速度が速いスパッタリングを開始する。このとき、第2成膜部において成膜速度が速いスパッタリングをすることで、第2層を短時間で成膜(形成)することができるが、基板側に飛来する二次電子等の荷電粒子や、基板側へのプラズマの影響が第1成膜部におけるスパッタリングよりも増加する。 Therefore, by sputtering in the first film forming unit as described above, a low-temperature and low-damage film can be formed on the substrate to a predetermined thickness, and an initial layer (first layer) is formed. Thereafter, the substrate is moved by the substrate holder from the first film forming position in the first film forming unit to the second film forming position in the second film forming unit without changing sputtering conditions such as pressure in the vacuum vessel. Then, sputtering is started at the second film forming unit, which has a higher film forming rate than the first film forming unit. At this time, the second layer can be formed (formed) in a short time by performing sputtering at a high film forming speed in the second film forming unit, but charged particles such as secondary electrons flying to the substrate side. In addition, the influence of the plasma on the substrate side increases more than the sputtering in the first film forming unit.
しかし、第1成膜部において低温・低ダメージ成膜により基板に初期層が形成されることで、該形成された初期層が保護層として働くことにより、第2層を形成する際の基板への二次電子等の荷電粒子によるダメージやプラズマの影響を抑制しつつ、速い成膜速度で成膜(薄膜形成)することができる。即ち、基板に初期層という防弾チョッキを被せることで、荷電粒子が飛来することによるダメージやプラズマの影響による温度上昇から基板を守ることができるようになる。 However, since the initial layer is formed on the substrate by the low temperature and low damage film formation in the first film forming unit, the formed initial layer serves as a protective layer, and thus the substrate when the second layer is formed. It is possible to form a film (thin film formation) at a high film formation rate while suppressing the damage caused by charged particles such as secondary electrons and the influence of plasma. That is, by covering the substrate with a bulletproof vest called an initial layer, the substrate can be protected from damage caused by flying charged particles and temperature rise due to the influence of plasma.
さらに、初期層を形成した後、第2層を形成する際に、基板の位置を変更するだけでよく、真空容器内の圧力等のような条件変更に多くの時間が必要となるスパッタ条件の変更を行う必要がないため必要な膜厚を短時間で成膜できる。特に、複数枚の基板に対して薄膜を形成する(成膜処理する)場合、真空容器内における圧力等の前記スパッタ条件を変更する必要はなく、順次、第1及び第2成膜部へ基板を基板ホルダーによって搬送するだけでよいことから、複数枚の基板に対する成膜時間を大幅に短縮することができる。 Furthermore, after forming the initial layer, when the second layer is formed, it is only necessary to change the position of the substrate, and it is necessary to change the conditions such as the pressure in the vacuum vessel. Since it is not necessary to change, the required film thickness can be formed in a short time. In particular, when forming a thin film (forming a film) on a plurality of substrates, it is not necessary to change the sputtering conditions such as the pressure in the vacuum vessel, and the substrates are sequentially transferred to the first and second film forming units. Since it is only necessary to transport the substrate by the substrate holder, the film formation time for a plurality of substrates can be greatly shortened.
以上より、低温・低ダメージ成膜が必要な基板に対して成膜可能であると共に、複数枚の基板を連続的に成膜処理する際にも成膜時間の短縮を図ることができる。 From the above, it is possible to form a film on a substrate that requires low-temperature and low-damage film formation, and it is possible to shorten the film formation time when a plurality of substrates are continuously formed.
また、第1複合型カソードは、筒状補助磁場発生手段を備えたマグネトロンカソードであることから、長尺な基板に対しても成膜することができる。即ち、対向ターゲット式カソードでは、ターゲットの対向面における縦横比が約3:1よりも長尺となると、ターゲット間の放電が不安定となるため高品質な薄膜形成が困難となる。また、長尺の基板に薄膜形成するために、縦横比が3:1であるが大型のターゲットを使用した対向ターゲット式カソードを使用することも考えられる。しかし、その場合、経済性が極めて悪化する。これに対し、マグネトロンカソードでは、ターゲットの対向面における縦横比が5:1以上に長尺化することができるため、このターゲットに対応した長尺の基板に対し薄膜形成することができる。そのため、第1複合型カソードにおいても、経済性を悪化させることなく、長尺の基板に対し薄膜形成することができる。しかも、第1複合型カソードは、通常のマグネトロンカソードに比べ、筒状補助磁場発生手段をさらに備えることで、より低温・低ダメージ成膜が可能となる。 Further, since the first composite type cathode is a magnetron cathode provided with a cylindrical auxiliary magnetic field generating means, it can be formed even on a long substrate. That is, in the opposed target type cathode, when the aspect ratio of the opposed surface of the target is longer than about 3: 1, the discharge between the targets becomes unstable, and it becomes difficult to form a high-quality thin film. In order to form a thin film on a long substrate, it is also conceivable to use an opposed target type cathode having an aspect ratio of 3: 1 but using a large target. However, in that case, the economic efficiency is extremely deteriorated. On the other hand, in the magnetron cathode, since the aspect ratio of the target facing surface can be increased to 5: 1 or more, a thin film can be formed on a long substrate corresponding to the target. Therefore, even in the first composite cathode, a thin film can be formed on a long substrate without deteriorating the economy. Moreover, the first composite-type cathode can be formed at a lower temperature and with less damage by further including a cylindrical auxiliary magnetic field generating means as compared with a normal magnetron cathode.
さらに、本発明においては、低温・低ダメージ成膜を行うために、第1成膜部の一対の第1ターゲットの対向面側にRFコイルを配置したり、該RFコイルを駆動するためのRF用電源や、RFコイル及びRF用電源を制御するための制御手段等を別途配置する必要もないことから、簡単な構成とすることができる。 Furthermore, in the present invention, in order to perform low temperature and low damage film formation, an RF coil is disposed on the opposing surface side of the pair of first targets of the first film forming unit, or an RF coil for driving the RF coil. Since it is not necessary to separately arrange a power supply for power supply, a control means for controlling the RF coil and the power supply for RF, etc., a simple configuration can be achieved.
また、本発明に係るスパッタ方法において、前記第1成膜領域において、前記第1成膜部が複数並設され、被成膜対象物を前記複数並設される第1成膜部で順次、若しくは同時に成膜する構成であってもよく、本発明に係るスパッタ装置において、前記第1成膜部は、前記第1領域に複数並設される構成であってもよい。 Further, in the sputtering method according to the present invention, in the first film formation region, a plurality of the first film formation units are arranged side by side, and an object to be formed is sequentially arranged in the plurality of first film formation units arranged in parallel. Alternatively, it may be configured to form a film at the same time, and in the sputtering apparatus according to the present invention, a plurality of the first film forming units may be arranged in parallel in the first region.
かかる構成によれば、第1成膜領域において複数の第1成膜部が並設され、被成膜対象物がかかる複数の第1成膜部によって、順次、若しくは同時に成膜されるため、成膜速度を向上させることができ、第1成膜領域での成膜時間の短縮によって、より生産性の向上を図ることができる。 According to such a configuration, a plurality of first film forming units are arranged in parallel in the first film forming region, and a film formation target is formed sequentially or simultaneously by the plurality of first film forming units. The deposition rate can be improved, and the productivity can be further improved by shortening the deposition time in the first deposition region.
また、本発明に係るスパッタ方法において、前記第2成膜領域において、前記第2成膜部が複数並設され、被成膜対象物を前記複数並設される第2成膜部で順次、若しくは同時に成膜される構成であってもよく、本発明に係るスパッタ装置において、前記第2成膜部は、前記第2領域に複数並設される構成であってもよい。 Further, in the sputtering method according to the present invention, in the second film formation region, a plurality of the second film formation units are arranged in parallel, and the deposition target is sequentially arranged in the plurality of second film formation units arranged in parallel. Or the structure formed simultaneously may be sufficient and the structure by which two or more said 2nd film-forming parts are arranged in parallel in the said 2nd area | region may be sufficient in the sputtering device which concerns on this invention.
かかる構成によれば、第2成膜領域において複数の第2成膜部が並設され、被成膜対象物がかかる複数の第2成膜部によって、順次、若しくは同時に成膜されるため、上記同様、成膜速度を向上させることができ、第2成膜領域での成膜時間の短縮によって、より生産性の向上を図ることができる。 According to such a configuration, a plurality of second film forming units are arranged in parallel in the second film forming region, and a film formation target is formed sequentially or simultaneously by the plurality of second film forming units. As described above, the deposition rate can be improved, and the productivity can be further improved by shortening the deposition time in the second deposition region.
また、本発明に係るスパッタ装置において、前記第2成膜部は、第2ターゲットの表面が第2成膜位置を向くように配設された前記スパッタカソードで構成される平行平板マグネトロンカソードを備える構成であってもよい。 Further, in the sputtering apparatus according to the present invention, the second film forming unit includes a parallel plate magnetron cathode configured with the sputter cathode disposed so that the surface of the second target faces the second film forming position. It may be a configuration.
かかる構成によれば、第2成膜部は、第2成膜位置に基板が配置された場合に、表面側に湾曲磁場空間が形成される前記スパッタカソード(マグネトロンカソード)を、該スパッタカソードが備える第2ターゲットと基板とが対向し、且つ前記第2ターゲットの表面(スパッタ面)と前記基板の被成膜面とが平行となるように配置した、所謂、平行平板マグネトロンカソード(プレーナマグネトロンカソード)を備えるため、前記基板の被成膜面と第2ターゲットの表面とが所定の角度を有するように傾斜配置した場合より、同じ投入電力に対して基板に飛来するスパッタ粒子が増加するため、第2成膜部における成膜速度を速くすることができる。 According to such a configuration, the second film forming unit has the sputter cathode (magnetron cathode) in which a curved magnetic field space is formed on the surface side when the substrate is disposed at the second film forming position. A so-called parallel plate magnetron cathode (planar magnetron cathode) arranged so that the second target and the substrate provided are opposed to each other and the surface (sputtering surface) of the second target and the film formation surface of the substrate are parallel to each other. ), Since the deposition surface of the substrate and the surface of the second target are inclined so as to have a predetermined angle, the number of sputtered particles flying to the substrate for the same input power increases. The film forming speed in the second film forming unit can be increased.
その結果、第2成膜領域において第2層の形成に必要な時間を短縮でき、それに伴って、基板に必要な膜厚の薄膜を形成する際の成膜行程全体の成膜時間も短縮され、よって、薄膜の生産性の向上を図ることができる。 As a result, the time required for forming the second layer in the second film formation region can be shortened, and accordingly, the film formation time for the entire film formation process when forming a thin film having the required film thickness on the substrate is also shortened. Therefore, the productivity of the thin film can be improved.
また、本発明に係るスパッタ装置において、前記第2成膜部は、第2ターゲットの表面が第2成膜位置を向くように前記スパッタカソードを一対並設し、それぞれ180°位相がずれた交流電場を印加可能な交流電源が接続されるデュアルマグネトロンカソードを備える構成であってもよい。 Further, in the sputtering apparatus according to the present invention, the second film forming unit includes a pair of the sputtering cathodes arranged in parallel so that the surface of the second target faces the second film forming position, and each of the alternating currents is 180 degrees out of phase. A configuration including a dual magnetron cathode to which an AC power supply capable of applying an electric field is connected may be used.
かかる構成によれば、第2成膜部は、第2成膜位置に基板が配置された場合に、表面側に湾曲磁場空間が形成される前記スパッタカソード(マグネトロンカソード)を一対(二台で一組として)並設すると共に各スパッタカソードが備える前記第2ターゲットの表面(スパッタ面)と前記基板の被成膜面とが平行若しくは略平行となるように配設し、且つ一対のスパッタカソードにそれぞれ180°位相がずれた交流電場を印加可能な交流電源が接続される、所謂、デュアルマグネトロンカソードを備える。 According to such a configuration, the second film forming unit has a pair (two units) of the sputtering cathodes (magnetron cathodes) in which the curved magnetic field space is formed on the surface side when the substrate is disposed at the second film forming position. A pair of sputter cathodes arranged in parallel and arranged so that the surface (sputter surface) of the second target included in each sputter cathode is parallel or substantially parallel to the film formation surface of the substrate. Are provided with so-called dual magnetron cathodes to which AC power sources capable of applying AC electric fields that are 180 ° out of phase are connected.
このデュアルマグネトロンカソードは、一方のマグネトロンカソードに負の電位が印加されたときに、他方のマグネトロンカソードに正の電位又はアース電位が印加されることで該他方のマグネトロンカソードがアノードの役割を果たし、これによって、負の電位が印加された一方のマグネトロンカソードに備えられる第2ターゲットがスパッタされる。また、他方のマグネトロンカソードに負の電位が印加されたときに、一方のマグネトロンカソードに正の電位又はアース電位が印加されることで該一方のマグネトロンカソードがアノードの役割を果たし、他方のマグネトロンカソードに備えられる第2ターゲットがスパッタされる。 In this dual magnetron cathode, when a negative potential is applied to one magnetron cathode, a positive potential or a ground potential is applied to the other magnetron cathode, so that the other magnetron cathode serves as an anode. As a result, the second target provided on one of the magnetron cathodes to which a negative potential is applied is sputtered. Further, when a negative potential is applied to the other magnetron cathode, a positive potential or a ground potential is applied to one of the magnetron cathodes so that the one magnetron cathode serves as an anode, and the other magnetron cathode The second target provided in is sputtered.
このように一対のマグネトロンカソードへの印加電位を交互に切り換えることにより、第2ターゲット表面の酸化物、窒化物のチャージアップがなくなり、長時間、安定放電が可能になる。そのため、SiOx等絶縁性薄膜の長時間成膜が可能となる。 In this way, by alternately switching the potential applied to the pair of magnetron cathodes, the oxide and nitride on the second target surface are not charged up, and stable discharge is possible for a long time. Therefore, it is possible to form an insulating thin film such as SiOx for a long time.
また、前記同様、マグネトロンカソードへは投入電力を大きくすることができるため、該カソードへの投入電力を大きくすることで高速スパッタリングを行い、第2成膜部における成膜速度を速くすることができる。 Further, as described above, since the input power to the magnetron cathode can be increased, high-speed sputtering can be performed by increasing the input power to the cathode, and the film formation rate in the second film forming unit can be increased. .
その結果、高品質な第2層を形成することができると共に第2層の形成に必要な時間を短縮でき、よって、薄膜の高品質化及び生産性の向上を図ることができる。 As a result, a high-quality second layer can be formed, and the time required for forming the second layer can be shortened. Therefore, the quality of the thin film can be improved and the productivity can be improved.
また、前記第2成膜部は、第2ターゲットと、該第2ターゲットの表面に磁力線が弧状となるような湾曲磁場空間を発生させる湾曲磁場発生手段と、前記第2ターゲットを囲むように設けられる筒状補助磁場発生手段とをそれぞれに有する一対の第2複合型カソードを備え、該一対の第2複合型カソードは、第2ターゲットの表面同士が間隔をおいて互いに対向し且つ前記表面が第2ターゲット間の側方に位置する第2成膜位置に向かって傾斜するように配置され、前記一対の第2複合型カソードの一方の湾曲磁場発生手段は、磁力線が第2ターゲット外周部から中心部に向かうように極性が設定される内向湾曲磁場発生手段であり、他方の湾曲磁場発生手段は、磁力線が第2ターゲットの中心部から外周部に向かうように極性が設定される外向湾曲磁場発生手段であり、前記筒状補助磁場発生手段は、磁力線が一方の第2ターゲット周辺から他方の第2ターゲット周辺へ向かい、且つ第2ターゲット間に形成される第2ターゲット間空間を囲むと共に湾曲磁場空間よりも磁場強度が大きい筒状補助磁場空間を発生させ、第1成膜部が備える前記一対の第1複合型カソードにおける第1ターゲットの表面同士のなす角よりも、第2ターゲットの表面同士のなす角が大きい一対の前記第2複合型カソードを備える構成であってもよい。 The second film forming unit is provided so as to surround the second target, a curved magnetic field generating means for generating a curved magnetic field space in which the magnetic lines of force are arcuate on the surface of the second target, and the second target. And a pair of second composite cathodes each having a cylindrical auxiliary magnetic field generating means, wherein the pair of second composite cathodes face each other with the surfaces of the second targets spaced apart from each other. The curved magnetic field generating means of one of the pair of second composite cathodes is arranged so as to incline toward a second film forming position located laterally between the second targets, and the magnetic field lines are from the outer periphery of the second target. The inward bending magnetic field generation means is set so that the polarity is directed toward the center, and the other bending magnetic field generation means is set so that the magnetic field lines are directed from the center of the second target toward the outer periphery. The cylindrical auxiliary magnetic field generating means is a direction-bending magnetic field generating means, wherein the cylindrical auxiliary magnetic field generating means has a second inter-target space formed between one second target and the other second target. A cylindrical auxiliary magnetic field space that surrounds and has a magnetic field strength greater than that of the curved magnetic field space is generated, and the second target angle is greater than the angle formed by the surfaces of the first target in the pair of first composite cathodes provided in the first film forming unit. A structure including a pair of the second composite cathodes having a large angle between the surfaces of the target may be used.
かかる構成によれば、第1成膜部が備える一対の第1複合型カソードにおける第1ターゲットの表面同士のなす角が、第2成膜部が備える一対の第2複合型カソードにおける第2ターゲットの表面同士のなす角よりも小さい(表面同士がより平行に近い)。そのため、第1成膜部においては、第2成膜部よりもスパッタリングによって発生するプラズマや二次電子等の荷電粒子のターゲット間への閉じ込め効果が向上するため、基板側へ飛来する荷電粒子が減少すると共にプラズマによる影響も減少することから、基板に対し低温・低ダメージ成膜が可能となる。 According to this configuration, the angle between the surfaces of the first target in the pair of first composite cathodes provided in the first film forming unit is the second target in the pair of second composite cathodes provided in the second film forming unit. Smaller than the angle formed by the surfaces of each other (the surfaces are more parallel). Therefore, in the first film forming unit, the effect of confining charged particles such as plasma and secondary electrons generated by sputtering between the targets is improved as compared with the second film forming unit. Since the influence of the plasma is reduced as well as the reduction, it is possible to form a low temperature and low damage film on the substrate.
一方、第2成膜部が備える一対の第2複合型カソードにおける第2ターゲットの表面同士のなす角は、第一成膜部が備える一対の第1複合型カソードにおける第1ターゲットの表面同士のなす角よりも大きい(ターゲット表面がより基板方向へ向く)。そのため、第2成膜部においては、第1成膜部よりもスパッタリングによって発生するプラズマや二次電子等の荷電粒子のターゲット間への閉じ込め効果が減少し、基板側に飛来する荷電粒子が増加すると共にプラズマによる影響が増加するため、基板に対しプラズマの影響による温度上昇及び荷電粒子の飛来によるダメージがより加わわり易くなる。しかし、基板側に飛来する第2スパッタ粒子も増加するため、第1成膜部よりも成膜速度は非常に速く(大きく)なる。 On the other hand, the angle formed between the surfaces of the second target in the pair of second composite cathodes included in the second film forming unit is between the surfaces of the first target in the pair of first composite cathodes included in the first film forming unit. It is larger than the angle formed (the target surface faces more toward the substrate). Therefore, in the second film formation unit, the effect of confining charged particles such as plasma and secondary electrons generated by sputtering between the targets is reduced and the number of charged particles flying to the substrate side is increased compared to the first film formation unit. At the same time, since the influence of plasma increases, the temperature rise due to the influence of plasma and damage due to the flying of charged particles are more likely to be applied to the substrate. However, since the second sputtered particles flying to the substrate side also increase, the deposition rate is much faster (larger) than that of the first deposition unit.
そのため、第1成膜部において、上記のようにスパッタリングすることで、基板に所定の厚さまで低温・低ダメージ成膜を行うことができ、初期層(第1層)が成膜(形成)される。その後、真空容器内の圧力等のスパッタ条件を変更することなく、基板を第1成膜部における第1成膜位置から第2成膜部における第2成膜位置へと基板ホルダーによって移動し、第2成膜部において第1成膜部よりも成膜速度が速いスパッタリングを行う。このように、第2成膜部において、成膜速度が速いスパッタリングを行うことで、第1成膜部に比べて基板側に飛来する二次電子等の荷電粒子やプラズマの影響は増加するが、短時間で第2層を形成することができる。 Therefore, by sputtering in the first film formation unit as described above, low-temperature and low-damage film formation can be performed on the substrate to a predetermined thickness, and the initial layer (first layer) is formed (formed). The Thereafter, the substrate holder is moved by the substrate holder from the first film forming position in the first film forming unit to the second film forming position in the second film forming unit without changing the sputtering conditions such as the pressure in the vacuum vessel, Sputtering is performed in the second film forming unit at a film forming rate higher than that of the first film forming unit. As described above, in the second film forming unit, the effect of charged particles such as secondary electrons and plasma flying to the substrate side is increased compared to the first film forming unit by performing sputtering at a high film forming rate. The second layer can be formed in a short time.
以上より、第1成膜部において、基板上に低温・低ダメージ成膜により初期層が形成されることで、該形成された初期層が保護層として働き、第2成膜部において第2層を形成する際に基板側への二次電子等の荷電粒子の飛来やプラズマの影響等による基板へのダメージを抑制(防御)しつつ、成膜速度の速い成膜(薄膜形成)を行うことができる。さらに、初期層を形成した後、第2層を形成する際に、基板の位置を変更するだけでよく、真空容器内の圧力等の条件変更に時間のかかるスパッタ条件を変更する必要がないことから、必要な膜厚を短時間で成膜できる。特に、複数枚の基板に対して連続して薄膜を形成する(成膜処理する)場合、上記同様、真空容器内における圧力等の前記スパッタ条件を変更する必要はなく、順次、第1及び第2成膜部へ基板を基板ホルダーによって搬送するだけでよいことから、複数枚の基板に対する成膜時間を大幅に短縮することができる。 As described above, in the first film formation unit, the initial layer is formed on the substrate by low-temperature and low-damage film formation, so that the formed initial layer functions as a protective layer, and in the second film formation unit, the second layer Film formation (thin film formation) at a high film formation rate while suppressing (protecting) damage to the substrate due to the flight of charged particles such as secondary electrons to the substrate side and the influence of plasma. Can do. Furthermore, after forming the initial layer, it is only necessary to change the position of the substrate when forming the second layer, and it is not necessary to change the sputtering conditions that take time to change the conditions such as the pressure in the vacuum vessel. Therefore, the required film thickness can be formed in a short time. In particular, when a thin film is continuously formed on a plurality of substrates (film formation processing), it is not necessary to change the sputtering conditions such as the pressure in the vacuum vessel as described above, and the first and 2 Since it is only necessary to transport the substrate to the film forming unit by the substrate holder, the film forming time for a plurality of substrates can be greatly shortened.
その結果、低温・低ダメージ成膜が必要な基板に対して成膜可能であると共に、複数枚の基板を連続的に成膜処理する際にも成膜時間の短縮を図ることができる。即ち、成膜行程全体の時間短縮ができ、薄膜の生産性の向上を図ることができる。従って、低温・低ダメージ成膜が必要な基板において成膜可能であり、且つ成膜時間の短縮により生産性の向上も図ることができる。 As a result, it is possible to form a film on a substrate that requires low-temperature and low-damage film formation, and it is possible to shorten the film formation time even when a plurality of substrates are continuously formed. That is, the entire film forming process can be shortened, and the productivity of the thin film can be improved. Accordingly, film formation can be performed on a substrate that requires low-temperature and low-damage film formation, and productivity can be improved by shortening the film formation time.
また、前記一対の第1複合カソードは、それぞれ180°位相がずれた交流電場を印加可能な交流電源が接続される構成であってもよい。 The pair of first composite cathodes may be configured to be connected to an AC power source capable of applying an AC electric field that is 180 degrees out of phase.
かかる構成によれば、前記一対の第1複合カソードは、筒状補助磁場発生手段を備えたマグネトロン方式のカソード(マグネトロンカソード)であるため、一方のマグネトロンカソードに負の電位が印加されたときに、他方のマグネトロンカソードに正の電位又はアース電位が印加されることで該他方のマグネトロンカソードがアノードの役割を果たし、これによって、負の電位が印加された一方のマグネトロンカソードに備えられる第1ターゲットがスパッタされる。また、他方のマグネトロンカソードに負の電位が印加されたときに、一方のマグネトロンカソードに正の電位又はアース電位が印加されることで該一方のマグネトロンカソードがアノードの役割を果たし、他方のマグネトロンカソードに備えられる第1ターゲットがスパッタされる。 According to such a configuration, the pair of first composite cathodes are magnetron type cathodes (magnetron cathodes) provided with cylindrical auxiliary magnetic field generating means, and therefore when a negative potential is applied to one of the magnetron cathodes. A positive potential or a ground potential is applied to the other magnetron cathode, so that the other magnetron cathode serves as an anode, whereby a first target provided in one magnetron cathode to which a negative potential is applied. Is sputtered. Further, when a negative potential is applied to the other magnetron cathode, a positive potential or a ground potential is applied to one of the magnetron cathodes so that the one magnetron cathode serves as an anode, and the other magnetron cathode The first target provided in is sputtered.
このように一対のマグネトロンカソードへの印加電位を交互に切り換えることにより、上記同様、第1ターゲット表面の酸化物、窒化物のチャージアップがなくなり、長時間、安定放電が可能になる。そのため、SiOx等絶縁性薄膜の長時間成膜が可能となる。 As described above, by alternately switching the potential applied to the pair of magnetron cathodes as described above, the oxide and nitride are not charged up on the surface of the first target, and stable discharge is possible for a long time. Therefore, it is possible to form an insulating thin film such as SiOx for a long time.
その結果、高品質な初期層(第1層)を形成することができ、よって、薄膜の高品質化を図ることができる。 As a result, a high-quality initial layer (first layer) can be formed, and thus the quality of the thin film can be improved.
以上より、本発明によれば、簡単な構成でありながら、低温・低ダメージ成膜が可能であり、且つ複数枚の基板を連続的に成膜処理する際にも生産性の高いスパッタ方法及びスパッタ装置を提供することができるようになる。 As described above, according to the present invention, it is possible to perform low-temperature and low-damage film formation with a simple configuration, and a high productivity sputtering method even when a plurality of substrates are continuously formed. A sputtering apparatus can be provided.
以下、本発明の第1実施形態について、図1乃至図3を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
図1に示すように、スパッタ装置1は、内部空間Sを有する真空容器(チャンバー)2と、被成膜対象物である基板Bの被成膜面B’に成膜するための第1成膜部P1及び第2成膜部P2と、基板Bを保持した状態で、少なくとも第1成膜部P1における基板Bへの成膜位置である第1成膜位置L1から、第2成膜部P2における基板Bへの成膜位置である第2成膜位置L2まで、真空容器2内を移動可能な(矢印A方向)基板ホルダー3とを備える。
As shown in FIG. 1, a
また、スパッタ装置1は、第1成膜部P1にスパッタ電力を供給するための第1スパッタ電力供給用電源4aと、第2成膜部P2にスパッタ電力を供給するための第2スパッタ電力供給用電源4bと、真空容器2内(内部空間S)の排気を行うための排気装置5と、真空容器2内にスパッタガスを供給するためのスパッタガス供給装置6とを備える。尚、真空容器2は、基板B近傍に反応性ガスを供給するための反応性ガス供給装置7を備える場合もある。
In addition, the
真空容器2は、基板ホルダー3側(図中下端側)端部の両側に連絡通路(基板搬送ラインバルブ)8,8’を介して他のプロセス室又はロードロック室9,9’が連接されている。
The
真空容器2の内部空間Sは、第1成膜部P1を配設するための第1成膜領域F1と、第2成膜部P2を配設するための第2成膜領域F2とで構成され、第1成膜部P1と第2成膜部P2とが並設されている。
The internal space S of the
第1成膜部P1は、第1ターゲット10a,10bをそれぞれ先端に有する一対の第1カソード(第1ターゲットホルダー)11a,11bを備え、該一対の第1カソード11a,11bは、第1ターゲット10a,10bの表面10a’,10b’が間隔をおいて互いに対向するように配設されている。
The first film forming unit P1 includes a pair of first cathodes (first target holders) 11a and 11b having
第1カソード11a,11bは、該第1カソード11a,11bの先端部にバッキングプレート12a,12bを介して固定される第1ターゲット10a,10bと、バッキングプレート12a,12bの裏面側(第1ターゲット10a,10bが固定されている面と反対の面側)に配設されると共に第1ターゲット表面(対向面)10a’,10b’側に弧状に湾曲した磁場空間を発生させる第1湾曲磁場発生手段20a,20bと、一方の第1カソード11a(11b)の先端部に外嵌されると共に、他方の第1カソード11b(11a)の先端部周辺との間に筒状の磁場空間を発生させる第1筒状補助磁場発生手段30a,30bと、を備える。
The
詳細には、第1ターゲット10a,10bの両対向面10a’,10b’は、何れも、一対の第1ターゲット10a,10b間の側方位置で、且つ後述する第1成膜部P1において基板Bに成膜する位置である第1成膜位置L1方向を向いて傾斜するように配設されている。このとき、両対向面10a’,10b’のなす角θ1、詳細には、両対向面10a’,10b’に沿う方向に伸びる面のなす角θ1が0°〜60°となるように配設される。かかる角度(なす角)θ1は、スパッタリングの際に発生するプラズマ及び二次電子等の荷電粒子が基板Bの被成膜面B’に許容量以上のダメージを与えないような小さな角度に設定される。本実施形態において、なす角θ1は、0°〜45°で、好ましくは、5°〜20°である。
Specifically, the opposing
尚、第1実施形態及び後述の他実施形態において、ターゲット対向面に湾曲磁場空間を発生させるカソードを「マグネトロンカソード」と称し、前記マグネトロンカソードに前記筒状補助磁場発生手段を備えたカソードを「複合型カソード」と称し、また、前記複合型カソードに配置されたターゲットの両対向面が略V字状となる配置の一対のカソードを「複合V型カソード」と称することがある。 In the first embodiment and other embodiments described later, a cathode that generates a curved magnetic field space on the target-facing surface is referred to as a “magnetron cathode”, and a cathode that includes the cylindrical auxiliary magnetic field generating means is provided on the magnetron cathode. A pair of cathodes in which the opposing surfaces of the target disposed on the composite cathode are substantially V-shaped may be referred to as “composite V-type cathodes”.
一対の第1ターゲット10a,10bは、本実施形態においては、何れもインジウム錫合金(ITO:Indium Tin Oxide)で構成されている。この第1ターゲット10a,10bは、それぞれの大きさが幅125mm×長さ300mm×厚み5mmの矩形の板状体に形成されている。そして、この第1ターゲット10a,10bは、真空容器2内の第1成膜部P1(第1成膜領域F1)に対向配置され、対向面(スパッタされる面)10a’,10b’が所定の間隔(ここでは、対向面10a’,10b’の中心T1a,T1b間距離がd1=160mmの間隔)を有して配置されている。
In the present embodiment, each of the pair of
第1湾曲磁場発生手段20a,20bは、第1ターゲット10a,10bの対向面10a’,10b’近傍に磁力線が弧状となるような磁場空間(湾曲磁場空間W1,W1’:図1の矢印W1,W1’参照)を発生させる(形成する)ための手段であり、本実施形態においては、永久磁石で構成されている。
The first curved magnetic field generating means 20a, 20b are magnetic field spaces (curved magnetic field spaces W1, W1 ′: arrow W1 in FIG. 1) in which the magnetic lines of force are in the vicinity of the opposing
第1湾曲磁場発生手段(永久磁石)20a,20bは、フェライト系、ネオジウム系(例えば、ネオジウム、鉄、ボロン)磁石やサマリウム・コバルト系磁石等の強磁性体で構成されており、本実施形態においては、フェライト系磁石で構成されている。 The first bending magnetic field generating means (permanent magnets) 20a and 20b are made of a ferromagnetic material such as a ferrite-based, neodymium-based (for example, neodymium, iron, boron) magnet or a samarium-cobalt-based magnet. Is made of a ferrite magnet.
第1湾曲磁場発生手段20a,20bは、図2にも示すように、枠状磁石21a,21bと、該枠状磁石21a,21bと反対の磁極を有する中心磁石22a,22bとが、ヨーク23a,23bに配置されることで形成されている。より詳細には、第1湾曲磁場発生手段20a,20bは、正面視矩形の枠状に形成された枠状磁石21a,21bと、その開口中心に位置する正面視矩形状の中心磁石22a,22bとが正面視枠状磁石21a,21bと外周縁が同形状である一定厚さの板状のヨーク23a,23bにそれぞれ固定されることで形成されている(図2(ロ)及び(ハ)参照)。
As shown in FIG. 2, the first bending magnetic field generating means 20a, 20b includes frame-shaped
そして、一方の第1湾曲磁場発生手段20aは、バッキングプレート12a側端部(ヨーク23a側端部)において、枠状磁石21aがN極(S極)で中心磁石22aがS極(N極)となるようにバッキングプレート12aの裏面に配置され、他方の第1湾曲磁場発生手段20bは、バッキングプレート12b側端部(ヨーク23b側端部)において、枠状磁石21bがS極(N極)で中心磁石22bがN極(S極)となるようにバッキングプレート12bの裏面に配置されている。このようにして、一方の第1ターゲット10aには、磁力線が該第1ターゲット表面(対向面)10a’の外周部から中心部に向かって弧状となるような内向湾曲磁場空間W1が形成され、他方の第1ターゲット10bには、磁力線が該第1ターゲット表面(対向面)10b’の中心部から外周部に向かって弧状となるような外向湾曲磁場空間W1’が形成される。尚、内向湾曲磁場空間W1と外向湾曲磁場空間W1’とを併せて、単に、「湾曲磁場空間W」と称する場合がある。
One of the first bending magnetic field generating means 20a includes a frame-shaped
第1筒状補助磁場発生手段30a,30bは、第1湾曲磁場発生手段20a,20bと同様に永久磁石で形成されており、図3にも示すように、第1カソード(ターゲットホルダー)11a,11b先端部の外周に沿うような(外嵌可能な)角筒状に形成されている。本実施形態においては、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bは、ネオジウム系のネオジウム・鉄・ボロン磁石等で構成され、正面視矩形の枠状に形成されると共に前後方向に沿った周壁の厚みが一定(図3(ロ)及び(ハ)参照)となるような角筒状に形成されている。そして、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bを構成する周壁の厚みは、天壁31が一番薄く、次いで側壁32,32が薄く、後述のように、第1カソード11a,11bに外嵌した際に基板B側となる底壁33が最も厚くなるように形成されている。尚、本実施形態においては、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bは、角筒状に形成されているが、円筒形状等であってもよく、第1ターゲット10a,10bを囲むように配置されていればよい。
The first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a, 30b are formed of permanent magnets similarly to the first curved magnetic field generating means 20a, 20b, and as shown in FIG. 3, the first cathode (target holder) 11a, It is formed in a rectangular tube shape that can be fitted (externally fitted) along the outer periphery of the
この周壁の厚みは、一対の第1筒状補助磁場発生手段30a,30bの先端の対応する部分同士の中間位置における磁場強度が一定となるよう、その厚みが設定されている。従って、両対向面10a’,10b’のなす角θ1の値によって、厚みの差が変化する。そのため、前記なす角θ1の値が大きくなる場合には、側壁32,32の厚みが天壁31から底壁33に向かって徐々に厚くなるように設定される場合もある(図3(イ)の点線参照)。
The thickness of the peripheral wall is set such that the magnetic field strength at the intermediate position between the corresponding portions of the tips of the pair of first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a and 30b is constant. Accordingly, the difference in thickness varies depending on the value of the angle θ1 formed by the opposing
そして、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bは、先端側の磁極が第1湾曲磁場発生手段20a,20bの枠状磁石21a,21bと同じとなるように、第1カソード11a,11bの先端側外周に外嵌するように配置されている(図3(ニ)参照)。このように配置することで、第1ターゲット10a,10b間に形成される空間(ターゲット間空間)K1を筒状に囲うと共に、磁力線の向きが前記一方の第1ターゲット10aから他方の第1ターゲット10bへ向かうような筒状補助磁場空間t1が形成される(図1の矢印t1参照)。
The first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a and 30b have the
第2成膜部P2は、第2ターゲット110a,110bをそれぞれ先端に有する一対の第2カソード(第2ターゲットホルダー)111a,111bを備え、該一対の第2カソード111a,111bは、第2ターゲット110a,110bの表面110a’,110b’が間隔をおいて互いに対向するように配設されている。
The second film forming unit P2 includes a pair of second cathodes (second target holders) 111a and 111b having
第2カソード(第2ターゲットホルダー)111a,111bは、第1成膜部P1における第1カソード11a,11bと同様に、第2カソード111a,111bの先端部にバッキングプレート112a,112bを介して固定される第2ターゲット110a,110bと、バッキングプレート112a,112bの裏面側に配設されると共に第2ターゲット表面(対向面)110a’,110b’側に弧状に湾曲した磁場空間を発生させる第2湾曲磁場発生手段120a,120bと、一方の第2カソード111a(111b)の先端部に外嵌されると共に他方の第2カソード111b(111a)の先端部周辺との間に筒状の磁場空間を発生させる第2筒状補助磁場発生手段130a,130bと、を備える。
The second cathodes (second target holders) 111a and 111b are fixed to the front ends of the
詳細には、一対の第2ターゲット110a,110bの両対向面110a’,110b’は、何れも、一対の第2ターゲット110a,110b間の側方位置で、且つ後述する第2成膜部P2において基板Bに成膜する位置である第2成膜位置L2を向いて傾斜するように配設されている。このとき、両対向面110a’,110b’のなす角θ2が、45°〜180°且つ第1ターゲット10a,10bの両対向面10a’,10b’のなす角θ1よりも大きな値(即ち、θ1<θ2)となるように配設(設定)される。かかる角度(なす角)θ2は、スパッタリングした際に、なす角θ1よりも、基板B側へのプラズマの影響及び基板B側に飛来する二次電子等の荷電粒子が増加するが、成膜速度がなす角θ1の場合よりも速くなるような角度であって、60°〜120°(θ1が5°〜20°且つθ1<θ2の場合)がより好ましく、本実施形態においては、45°(θ1が20°の場合)である。
Specifically, the opposing
一対の第2ターゲット110a,110bは、本実施形態においては、第1成膜部P1における一対の第1ターゲット10a,10b同様、何れもインジウム錫合金(ITO:Indium Tin Oxide)で構成されている。また、第2ターゲット110a,110bの大きさも第1ターゲット10a,10b同様に幅125mm×長さ300mm×厚み5mmの矩形の板状体に形成されている。そして、第2ターゲット110a,110bは、真空容器2内の第2成膜部P2(第2成膜領域F2)に対向配置され、対向面(スパッタされる面)110a’,110b’が所定の間隔(ここでは、対向面110a’,110b’の中心T2a,T2b間距離が図中d2=160mm(=d1)の間隔)を有して配置されている。尚、本実施形態においては、第1ターゲット10a,10bと第2ターゲット110a,110bとが同一形状となるように構成されているが、これに限定される必要はなく、大きさ若しくは形状が互いに相違してもよい。また、本実施形態においては、d1=d2となるように第1及び第2ターゲット10a,10b,110a,110bが第1及び第2カソード11a,11b,111a,111bによって第1及び第2成膜領域F1,F2にそれぞれ配置されているが、d1とd2とが異なる距離となるよう、配置されてもよい。
In the present embodiment, the pair of
第2湾曲磁場発生手段120a,120bは、第2ターゲット110a,110bの対向面110a’,110b’近傍に磁力線が弧状となるような磁場空間(湾曲磁場空間W2,W2’:図1の矢印W2,W2’参照)を発生させる(形成する)ための手段であり、本実施形態においては、永久磁石で構成されている。
The second bending magnetic field generating means 120a, 120b is a magnetic field space (curving magnetic field space W2, W2 ′: arrow W2 in FIG. 1) in which the magnetic lines of force are in the vicinity of the opposing
第2湾曲磁場発生手段(永久磁石)120a,120bも、第1湾曲磁場発生手段20a,20bと同様、フェライト系、ネオジウム系磁石やサマリウム・コバルト系磁石等の強磁性体で構成されており、本実施形態においては、フェライト系磁石で構成されている。 The second bending magnetic field generating means (permanent magnets) 120a and 120b are also made of a ferromagnetic material such as a ferrite-based, neodymium-based magnet or samarium / cobalt-based magnet, like the first bending magnetic field generating means 20a, 20b. In this embodiment, it is composed of a ferrite magnet.
第2湾曲磁場発生手段120a,120bは、第1湾曲磁場発生手段20a,20bと同様の構成であり、枠状磁石121a,121bと、該枠状磁石121a,121bと反対の磁極を有する中心磁石122a,122bとが、ヨーク123a,123bに配置されることで形成されている。より詳細には、第2湾曲磁場発生手段120a,120bは、正面視矩形の枠状に形成された枠状磁石121a,121bと、その開口中心に位置する正面視矩形状の中心磁石122a,122bとが正面視枠状磁石121a,121bと外周縁が同形状である一定厚さの板状のヨーク123a,123bにそれぞれ固定されることで形成されている。
The second bending magnetic field generation means 120a and 120b have the same configuration as the first bending magnetic field generation means 20a and 20b, and are center magnets having frame-shaped
そして、一方の第2湾曲磁場発生手段120aは、バッキングプレート112a側端部(ヨーク123a側端部)において、枠状磁石121aがN極(S極)で中心磁石122aがS極(N極)となるようにバッキングプレート112aの裏面に配置され、他方の第2湾曲磁場発生手段120bは、バッキングプレート112b側端部(ヨーク123b側端部)において、枠状磁石121bがS極(N極)で中心磁石122bがN極(S極)となるようにバッキングプレート112bの裏面に配置されている。このようにして、一方の第2ターゲット110aには、磁力線が該第2ターゲット表面(対向面)110a’の外周部から中心部に向かって弧状となるような内向湾曲磁場空間W2が形成され、他方の第2ターゲット110bには、磁力線が該第2ターゲット表面(対向面)110b’の中心部から外周部に向かって弧状となるような外向湾曲磁場空間W2’が形成される。
One of the second bending magnetic field generating means 120a has a frame-shaped
第2筒状補助磁場発生手段130a,130bは、第1成膜部P1における第1湾曲磁場発生手段20a,20bと同様に永久磁石で形成され、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bと同様の構成であり、第2カソード(ターゲットホルダー)111a,111b先端部の外周に沿うような(外嵌可能な)角筒状に形成されている。本実施形態においては、第2筒状補助磁場発生手段130a,130bは、ネオジウム系のネオジウム・鉄・ボロン磁石等で構成され、正面視矩形の枠状に形成されると共に前後方向に沿った周壁の厚みが一定となるような角筒状に形成されている。そして、第2筒状補助磁場発生手段130a,130bを構成する周壁の厚みは、天壁が一番薄く、次いで側壁が薄く、底壁が最も厚くなるように形成されている。尚、第2筒状補助磁場発生手段130a,130bは、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bと同様に、第2ターゲット110a,110bを囲むように配置されていれば角筒状でなく、他の形状であってもよい。
The second cylindrical auxiliary magnetic field generating means 130a, 130b are formed of permanent magnets in the same manner as the first curved magnetic field generating means 20a, 20b in the first film forming part P1, and the first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a, 30b It has the same configuration and is formed in a rectangular tube shape that can be fitted (externally fitted) along the outer periphery of the tip of the second cathode (target holder) 111a, 111b. In the present embodiment, the second cylindrical auxiliary magnetic field generating means 130a and 130b are made of neodymium-based neodymium / iron / boron magnet or the like, and are formed in a rectangular frame shape when viewed from the front and have peripheral walls along the front-rear direction. It is formed in a rectangular tube shape so that the thickness of the tube is constant. And the thickness of the surrounding wall which comprises the 2nd cylindrical auxiliary | assistant magnetic field generation | occurrence | production means 130a, 130b is formed so that the top wall is the thinnest, the side wall is then thin, and the bottom wall is the thickest. Note that the second cylindrical auxiliary magnetic field generating means 130a and 130b are not square cylinders as long as they are arranged so as to surround the
この周壁の厚みは、第1成膜部P1における一対の第1筒状補助磁場発生手段30a,30bと同様に、一対の第2筒状補助磁場発生手段130a,130bの先端の対応する部分同士の中間位置における磁場強度が一定となるよう、その厚みが設定されている。 Similar to the pair of first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a and 30b in the first film forming part P1, the thickness of the peripheral wall is equal to each other at the tip of the pair of second cylindrical auxiliary magnetic field generating means 130a and 130b. The thickness is set so that the magnetic field intensity at the intermediate position is constant.
そして、第2筒状補助磁場発生手段130a,130bは、先端側の磁極が第2湾曲磁場発生手段120a,120bの枠状磁石121a,121bと同じとなるように、第2カソード111a,111bの先端側外周に外嵌するように配置されている。このように配置することで、第2ターゲット110a,110b間に形成される空間(ターゲット間空間)K2を筒状に囲うと共に、磁力線の向きが前記一方の第2ターゲット110aから他方の第2ターゲット110bへ向かうような筒状補助磁場空間t2が形成される(図1の矢印t2参照)。
The second cylindrical auxiliary magnetic field generation means 130a and 130b have the
以上のように、第1成膜部P1と第2成膜部P2とは、一対のターゲット10a,10b(111a,111b)の両対向面10a’,10b’(110a’,110b’)のなす角θ1(θ2)以外は、同一の構成である。このような構成の第1成膜部P1と第2成膜部P2とが真空容器2内に並設されている。詳細には、第1成膜部P1の第1カソード11a,11bと第2成膜部P2の第2カソード111a,111bとが真空容器2内に一列となるように並設されている。より詳細には、各第1及び第2ターゲット10a,10b,110a,110bの中心T1a,T1b,T2a,T2bが同一線上に位置し、且つ、傾斜して対向配置された一対のターゲット10a,10b(111a,111b)の後述する第1中央面C1と第2中央面C2とが平行若しくは略平行となるように並設されている。
As described above, the first film forming unit P1 and the second film forming unit P2 are formed by the opposing
第1スパッタ電力供給用電源4aは、DCの定電力若しくは定電流を印加可能な電源であり、接地電位(アース電位)にある真空容器2を陽極(アノード)とし、第1ターゲット10a,10bを陰極(カソード)としてスパッタ電力を供給するものである。また、第2スパッタ電力供給用電源4bは、DCの定電力若しくは定電流を印加可能な電源であり、接地電位(アース電位)にある真空容器2を陽極(アノード)とし、第2ターゲット110a,110bを陰極(カソード)としてスパッタ電力を供給するものである。
The first sputter power
尚、本実施形態において、第1及び第2スパッタ電力供給用電源4a,4bは、共にDCの定電力を印加可能な電源としているが、これに限定される必要はない。即ち、スパッタ電力供給用電源4a,4bは、ターゲットの材質と製作する薄膜の種類(金属膜、合金膜、化合物膜等)によって適宜変更可能である。変更可能な電源としては、RF電源、MF電源等があり、DC電源にRF電源を重畳して用いることも可能である。また、各カソードにそれぞれDC電源又はRF電源を各1台ずつ接続してもよい。さらに、第1及び第2スパッタ電力供給用電源4a,4bは、同一種類の電源である必要はなく、互いに異なる種類の電源であってもよい。
In the present embodiment, the first and second sputtering power
基板ホルダー3は、基板Bを保持すると共にその状態(保持状態)で、少なくとも第1成膜部P1から第2成膜部P2まで、詳細には、第1成膜部P1において基板Bが成膜される位置である第1成膜位置L1から、第2成膜部P2において基板Bが成膜される位置である第2成膜位置L2まで移動可能な移動手段(図示せず)を備える。また、前記移動手段によって基板ホルダー3が移動する際、第1及び第2成膜位置L1,L2においては、基板ホルダー3は、保持した基板Bの被成膜面B’が第1成膜部P1の一対の第1カソード11a,11b、第2成膜部P2の一対の第2カソード111a,111b方向をそれぞれ向くように移動する。
The
本実施形態の場合、基板ホルダー3は、真空容器2の一方側の他のプロセス室(ロードロック室)9から基板Bを真空容器2内に搬入し、第1及び第2成膜部P1,P2において被成膜面B’に成膜した後、他方側の他のプロセス室(ロードロック室)9’へ基板Bを搬出する。そのため、基板ホルダー3は、真空容器2の内部空間Sを、第1成膜領域F1から第2成膜領域F2方向へ横断するように、一方側の他のプロセス室9と他方側の他のプロセス室9’とを結ぶ線上を移動する。
In the case of the present embodiment, the
第1成膜位置L1及び第2成膜位置L2は、真空容器2の両側部に連接された他のプロセス室9,9’をそれぞれ結ぶ線上に位置(存在)する。詳細には、第1成膜位置L1は、基板Bを保持した基板ホルダー3が配置された場合、基板Bの被成膜面B’が、第1ターゲット10a,10b間の中央を向くと共に、対向面10a’,10b’のなす角θ1を2等分する面(第1中央面)C1と直交し、且つ第1ターゲット10a,10bの両対向面10a’,10b’の中心T1a,T1bを結ぶ直線(T1−T1線)と被成膜面B’中央との最短距離がe1=175mmとなるような位置である。
The first film formation position L1 and the second film formation position L2 are positioned (exist) on lines connecting the
また、第2成膜位置L2は、基板Bを保持した基板ホルダー3が配置された場合、基板Bの被成膜面B’が、第2ターゲット110a,110b間の中央を向くと共に、対向面110a’,110b’のなす角θ2を2等分する面(第2中央面)C2と直交し、且つ第2ターゲット110a,110bの両対向面110a’,110b’の中心T2a,T2bを結ぶ直線(T2−T2線)と被成膜面B’中央との最短距離がe2=175mm(=e1)となるような位置である。
Further, the second film formation position L2 is such that when the
排気装置5は、真空容器2内を排気できるように真空容器2に接続され、真空容器2内を排気することで内部空間Sの圧力を下げるために用いられる。
The
スパッタガス供給装置6は、ターゲット間に放電用ガス(スパッタガス)を供給するために真空容器2に接続されている。スパッタガス供給装置6は、第1ターゲット10a,10bの近傍に配置される不活性ガス(本実施形態においては、アルゴン(Ar)ガス)を供給するための第1不活性ガス導入パイプ6’と第2ターゲット110a,110bの近傍に配置される第2不活性ガス導入パイプ6”とを含んでいる。尚、スパッタガス供給装置6は、不活性ガスを第1不活性ガス導入パイプ6’及び第2不活性ガス導入パイプ6”の両方へ供給することができると共に不活性ガスを第1不活性ガス導入パイプ6’又は第2不活性ガス導入パイプ6”のどちらか一方だけへ切換可能に供給することもできる。
The sputtering
また、第1成膜位置L1及び第2成膜位置L2それぞれの近傍には、酸化物、窒化物等の誘電体薄膜を製作するために、反応性ガス供給装置7と、該反応性ガス供給装置7からO2、N2等の反応性ガスを第1成膜位置L1に向かって導入する第1反応性ガス導入パイプ7’,7’及び第2成膜位置L2に向かって導入する第2反応性ガス供給パイプ7”,7”とを配設することも可能である。尚、反応性ガス供給装置7は、反応性ガスを第1反応性ガス導入パイプ7’,7’及び第2反応性ガス導入パイプ7”,7”の両方へ供給することができると共に、反応性ガスを第1反応性ガス導入パイプ7’,7’又は第2反応性ガス導入パイプ7”,7”のどちらか一方だけへ切換可能に供給することができる。
In addition, a reactive
基板Bは、その被成膜面B’上に薄膜が形成される被成膜対象物である。本実施形態において、通常、スパッタリングを行う基板Bの大きさとターゲット10a,10b寸法との関係は、要求される基板面(被成膜面)B’内の膜厚分布均一性に関係する。膜厚分布均一性が膜厚分布±10%以内程度の場合、基板Bにおけるターゲット10a,10bの長手方向の長さである基板幅SW(mm)と、ターゲット10a,10bにおける基板Bの幅方向の長さである長手方向寸法TL(mm)との関係は、SW≦TL×0.6〜0.7で示される。従って、本実施形態に係るスパッタ装置1においては、幅125mm×長さ300mm×厚み5mmの矩形ターゲットを使用していることから、基板B寸法は、上記関係より、基板幅SWが200mm程度の大きさの基板Bに対して成膜可能である。また、スパッタ装置1は、基板通過成膜の(図1における左右方向に基板Bを搬送しつつ、スパッタリングする)装置構成から、基板Bの長さは、装置寸法の制約(制限)はあるが、基板幅以上の大きさまで成膜可能である。例えば、本実施形態においては、幅200mm×長さ200mm、幅200mm×長さ250mm、又は幅200mm×長さ300mmの大きさの基板Bに対して、膜厚分布±10%以内で成膜可能である。この時、スパッタリングにより被成膜面B’に薄膜を形成する基板Bとしては、有機EL素子、有機薄膜半導体等の低温・低ダメージ成膜が必要な基板Bが用いられる。
The substrate B is a deposition target on which a thin film is formed on the deposition surface B ′. In the present embodiment, the relationship between the size of the substrate B to be sputtered and the dimensions of the
尚、本実施形態においては、基板Bの幅は、ターゲット10a,10bの長手方向に沿った方向の長さとし、基板Bの長さは、ターゲット10a,10bの長手方向と直交する方向(図1における左右方向)の長さとする。
In the present embodiment, the width of the substrate B is the length in the direction along the longitudinal direction of the
また、本実施形態において、スパッタリングにより被成膜面B’に薄膜を形成する基板Bとしては、有機EL素子、有機半導体等の低温・低ダメージ成膜が必要とされる基板を用いることができる。 In the present embodiment, as the substrate B on which a thin film is formed on the deposition surface B ′ by sputtering, a substrate that requires low-temperature and low-damage film formation, such as an organic EL element or an organic semiconductor, can be used. .
第1実施形態に係るスパッタ装置1は、以上の構成からなり、次に、スパッタ装置1における薄膜形成の動作について説明する。
The
基板Bにおける被成膜面B’への薄膜形成にあたり、本実施形態においては、低温・低ダメージ成膜可能な(成膜速度が遅い)スパッタリングにより初期層(第1層)を形成した後、成膜速度を速くしたスパッタリングによって第2層を形成することで被成膜面B’上に必要な膜厚の薄膜が形成される。以下、詳細に説明する。尚、初期層(第1層)と第2層とは、形成する薄膜の膜厚方向において、成膜速度が異なる部分を仮想面によって分けて説明しているだけであって、膜厚方向において、薄膜が層として分かれているのではなく、連続した一体の薄膜として形成されている。 In forming the thin film on the film-forming surface B ′ of the substrate B, in this embodiment, after forming the initial layer (first layer) by sputtering capable of low-temperature, low-damage film formation (low film formation speed), By forming the second layer by sputtering at a high film formation rate, a thin film having a required film thickness is formed on the film formation surface B ′. Details will be described below. Note that the initial layer (first layer) and the second layer are only described by imaginary planes with different film forming speeds in the film thickness direction of the thin film to be formed. The thin film is not divided into layers, but is formed as a continuous, integral thin film.
先ず、初期層を形成するに際し、基板Bを基板ホルダー3に保持させ、その状態で基板ホルダー3を第1成膜位置L1(図1の実線で描かれた基板B及び基板ホルダー3の位置)に配置する。
First, when forming the initial layer, the substrate B is held by the
次に、排気装置5により真空容器(チャンバー)2内を排気する。その後、スパッタガス供給装置6により第1不活性ガス導入パイプ6’及び第2不活性ガス導入パイプ6”からアルゴンガス(Ar)を導入して所定のスパッタ操作圧力(ここでは、0.4Pa)とする。
Next, the inside of the vacuum vessel (chamber) 2 is evacuated by the
そして、第1スパッタ電力供給用電源4aによって第1ターゲット10a,10bにスパッタ電力を供給する。この時、永久磁石によって第1湾曲磁場発生手段20a,20b及び第1筒状補助磁場発生手段30a,30bが構成されていることから、第1湾曲磁場発生手段20a,20bによって第1ターゲット10a,10bの対向面10a’,10b’にそれぞれ第1湾曲磁場空間(第1内向及び外向湾曲磁場空間)W1,W1’が形成されており、さらに、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bにより該第1ターゲット10a,10bの対向面10a’,10b’間に形成される柱状の空間K1を囲む(包む)ように筒状の補助磁場空間t1が形成されている。
Then, the sputtering power is supplied to the
すると、第1湾曲磁場空間W1,W1’内には、プラズマが形成され、第1ターゲット10a,10bの対向面10a’,10b’がスパッタされて、(第1)スパッタ粒子が飛散する。そして、第1湾曲磁場空間W1,W1’からはみ出したプラズマや飛び出した二次電子等の荷電粒子は、第1筒状補助磁場空間t1によって、該第1筒状補助磁場空間t1に囲まれた空間(第1ターゲット間空間)K1内に閉じ込められる。
Then, plasma is formed in the first curved magnetic field spaces W1 and W1 ', the opposing
こうして、第1ターゲット10a,10bのスパッタ面(対向面)10a’,10b’から飛び出した(叩き出された)スパッタ粒子(第1スパッタ粒子)を、前記第1ターゲット間空間K1の側方位置(第1成膜位置L1)において、該第1ターゲット間空間K1に被成膜面B’が向くように基板ホルダー3によって配置されている基板Bに付着させて薄膜(薄膜の初期層)が形成される。
Thus, the sputtered particles (first sputtered particles) that have jumped out (struck out) from the sputter surfaces (opposite surfaces) 10a ′ and 10b ′ of the
このとき、一般に、一対のターゲットを対向するように配置して行うスパッタリングにおいては、ターゲットの中心間距離が同一であれば、一対のターゲットの対向面のなす角θが小さいほど(対向面同士が平行に近づくほど)、ターゲット間空間の磁場強度が大きく(強く)なることから、基板側に飛来する二次電子等の荷電粒子が減少すると共にプラズマのターゲット間空間への閉じ込め効果も向上する。しかし、両対向面が平行に近づくことから、基板側に飛来するスパッタ粒子も減少する。そのため、基板に対し低温・低ダメージ成膜が可能となるが、基板に形成される薄膜の成膜速度が遅く(小さく)なる。 At this time, in general, in sputtering performed by arranging a pair of targets so as to face each other, if the distance between the centers of the targets is the same, the smaller the angle θ formed by the facing surfaces of the pair of targets is, Since the magnetic field strength in the inter-target space increases (becomes closer to parallel), charged particles such as secondary electrons flying to the substrate side are reduced, and the confinement effect of plasma in the inter-target space is improved. However, since both opposing surfaces approach parallel, sputtered particles flying to the substrate side are also reduced. Therefore, although low temperature and low damage film formation can be performed on the substrate, the film formation rate of the thin film formed on the substrate is slow (small).
一方、一対のターゲットの対向面のなす角θが大きいほど(対向面が基板方向へ向くほど)、対向面の基板側端部間の距離が大きくなり、かかる部分のターゲット間空間の磁場強度が小さく(弱く)なるため、かかる磁場強度が小さくなった部分からプラズマや二次電子等の荷電粒子が飛び出しやすくなり、基板側に飛来する二次電子等の荷電粒子が増加すると共にプラズマのターゲット間空間への閉じ込め効果が悪くなる。しかし、対向面が基板方向に向いていることから、基板に到達するスパッタ粒子も増加するため、基板Bの温度上昇及び基板に対する荷電粒子によるダメージが、なす角θが小さいときよりも増加するが成膜速度は大きくなる。 On the other hand, the greater the angle θ formed by the opposing surfaces of a pair of targets (the more the opposing surfaces are directed toward the substrate), the greater the distance between the substrate-side ends of the opposing surfaces, and the magnetic field strength in the space between the targets in such portions. Because it becomes smaller (weaker), charged particles such as plasma and secondary electrons are more likely to jump out from the part where the magnetic field strength is reduced, and charged particles such as secondary electrons flying to the substrate side increase and between the plasma targets. The confinement effect in space becomes worse. However, since the opposing surface is directed toward the substrate, the number of sputtered particles that reach the substrate also increases, so that the temperature rise of the substrate B and the damage caused by charged particles on the substrate increase more than when the angle θ formed is small. The film formation rate increases.
そのため、上記のように、第1ターゲット10a,10bの対向面10a’,10b’のなす角θ1は、スパッタリングの際に、プラズマ及び二次電子等の荷電粒子が基板Bに許容量以上のダメージを与えないような平行に近い(小さな)角度に設定され、そうすることで、第1ターゲット間空間K1へのプラズマ及び二次電子等の荷電粒子の閉じ込め効果を良好にすることができる。
Therefore, as described above, the angle θ1 formed between the facing
さらに、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bが第1カソード11a,11bに配置されていることで、第1ターゲット間空間K1の外側には、第1筒状補助磁場空間t1が形成される。そのため、第1ターゲット表面(対向面)10a’,10b’に形成される第1湾曲磁場空間W1,W1’と基板Bとの間に第1筒状補助磁場空間t1が形成され、第1湾曲磁場空間W1,W1’からはみ出したプラズマは、第1筒状補助磁場空間t1によって閉じ込められ(基板B側へはみ出すのを妨げられ)て、該プラズマによる基板Bへの影響をさらに減少させることができる。
Furthermore, since the first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a and 30b are arranged on the
また、前記第1湾曲磁場空間W1,W1’から基板B側に飛び出してくる二次電子等の荷電粒子も、前記第1筒状補助磁場空間t1が第1ターゲット間空間K1を囲うと共に、第1湾曲磁場空間W1,W1’と基板Bとの間に形成されているため、第1ターゲット間空間K1内への荷電粒子の閉じ込め効果が大きくなる。即ち、荷電粒子の第1ターゲット間空間K1内からの基板B側への飛び出しがさらに減少する。 In addition, charged particles such as secondary electrons that protrude from the first curved magnetic field spaces W1 and W1 ′ to the substrate B side also surround the first inter-target space K1 and the first cylindrical auxiliary magnetic field space t1. Since it is formed between the one bending magnetic field space W1, W1 ′ and the substrate B, the effect of confining charged particles in the first inter-target space K1 is increased. That is, the protruding of the charged particles from the first inter-target space K1 toward the substrate B is further reduced.
また、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bは、厚みの大きい底壁33,33が一対の第1ターゲット10a,10bにおける互いに対向する面同士の距離が大きくなる側(基板B側)となるよう、配置されていることから、第1筒状補助磁場発生手段30a,30b近傍における磁場強度は、一対の第1ターゲット10a,10bにおける互いに対向する面同士の距離が大きくなるに従って強くなる。
Further, the first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a, 30b is configured such that the
これは、一対の第1ターゲット10a,10bの周縁に沿って配置されている第1筒状補助磁場発生手段30a,30b近傍における磁場強度が全て同じ磁場強度であれば、一対の第1ターゲット10a,10bの互いに対向する対向面(スパッタ面)10a’,10b’が前記基板Bの成膜面B’に向くように傾斜させてそれぞれ配置された際に(なす角θ>0°の場合に)、一方の第1ターゲット10aから他方の第1ターゲット10bまでの中間点の磁場強度は、対向する面同士の距離が大きくなるに従って弱くなる。そのため、この磁場強度が小さくなった部分(基板B側)からプラズマがはみ出し、また、二次電子等の荷電粒子が飛び出してしまうことで基板Bにダメージが加わる。
If the magnetic field strength in the vicinity of the first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a and 30b arranged along the periphery of the pair of
しかし、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bが上記構成であれば、前記対向する面同士の距離が大きくなるに従って第1筒状補助磁場発生手段30a,30b近傍における磁場強度が大きくなるように設定されているため、前記中間点における磁場強度は、常に一定の磁場強度を得ることができる。 However, if the first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a and 30b are configured as described above, the magnetic field strength in the vicinity of the first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a and 30b increases as the distance between the opposing surfaces increases. Therefore, it is possible to always obtain a constant magnetic field strength at the intermediate point.
従って、基板B側(第1成膜位置L1側)に傾斜させて配置した(所謂、V型対向配置の)第1ターゲット10a,10bであっても、対向面10a’,10b’の距離が大きくなったところからのプラズマのはみ出しや二次電子等の荷電粒子が飛び出すことを効果的に抑制でき、ターゲット間のプラズマ及び二次電子等の荷電粒子の閉じ込め効果が良好となる。
Therefore, even if the
尚、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bは、アース電位、マイナス電位、プラス電位、フローティング(電気的に絶縁状態)の何れかに設定されていてもよく、或いは、アース電位とマイナス電位、又はアース電位とプラス電位を時間的に交互に切り換えように設定されていてもよい。第1筒状補助磁場発生手段30a,30bの電位を上記の何れかに設定することで、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bを備えていない一対のマグネトロンカソードを、ターゲットの対向面が基板側に傾斜するように配置したV型対向配置のマグネトロンスパッタ装置(従来のマグネトロンスパッタ装置)よりも放電電圧の低電圧化が実現できる。 The first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a and 30b may be set to any one of earth potential, minus potential, plus potential, and floating (electrically insulated state), or earth potential and minus potential. Alternatively, it may be set so that the ground potential and the plus potential are alternately switched in time. By setting the potential of the first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a, 30b to any one of the above, a pair of magnetron cathodes not provided with the first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a, 30b can be used as opposed surfaces of the target. The discharge voltage can be lowered as compared with the V-type opposed magnetron sputtering apparatus (conventional magnetron sputtering apparatus) arranged to be inclined toward the substrate side.
以上より、第1成膜部P1においては、第1ターゲット間空間K1への、スパッタリングにより発生するプラズマ及び二次電子等の荷電粒子の閉じ込め効果が極めて良好な状態でスパッタリングを行うことができる。そのため、基板Bの被成膜面B’に対し、プラズマの影響及びスパッタ面10a’,10b’から飛来する二次電子等の荷電粒子による影響を極めて小さくすることができ、低温・低ダメージ成膜による薄膜の初期層の形成を行うことができる。本実施形態において、初期層は、10〜20nm程度の膜厚となるように成膜される。 As described above, in the first film forming unit P1, it is possible to perform sputtering in a state in which the confinement effect of charged particles such as plasma and secondary electrons generated by sputtering in the first inter-target space K1 is very good. Therefore, the influence of the plasma and the influence of charged particles such as secondary electrons flying from the sputtering surfaces 10a ′ and 10b ′ can be extremely reduced with respect to the film formation surface B ′ of the substrate B. The initial layer of the thin film can be formed by the film. In the present embodiment, the initial layer is formed so as to have a thickness of about 10 to 20 nm.
次に、第2層を成膜するが、その前に第1成膜部P1におけるスパッタリングを停止する。このスパッタリング停止後、基板ホルダー3を、被成膜面B’に初期層が成膜された基板Bを保持した状態で、第1成膜位置L1から第2成膜位置L2まで移動手段によって移動させる。基板ホルダー3が第2成膜位置L2に移動後、第2成膜部P2において、第2層を成膜するためにスパッタリングを開始する。このとき、真空容器2内の気圧等のスパッタ条件は変更する必要がないため、基板ホルダー3が第1成膜位置L1から第2成膜位置L2に移動後、直ぐに第2成膜位置L2において、スパッタリングを開始することができる。
Next, the second layer is deposited, but before that, the sputtering in the first deposition unit P1 is stopped. After the sputtering is stopped, the
第2成膜部P2おいて、第1成膜部P1と同に、第2スパッタ電力供給用電源4bによって第2ターゲット110a,110bにスパッタ電力を供給する。この時、永久磁石によって第2湾曲磁場発生手段120a,120b及び第2筒状補助磁場発生手段130a,130bが構成されていることから、第2湾曲磁場発生手段120a,120bによって第2ターゲット110a,110bの対向面110a’,110b’にそれぞれ第2湾曲磁場空間(第2内向及び外向湾曲磁場空間)W2,W2’が形成されており、さらに、第2筒状補助磁場発生手段130a,130bにより該第2ターゲット110a,110bの対向面110a’,110b’間に形成される柱状の空間K2を囲む(包む)ように筒状の補助磁場空間t2が形成されている。
In the second film forming part P2, the sputtering power is supplied to the
すると、第2湾曲磁場空間W2,W2’内には、プラズマが形成され、第2ターゲット110a,110bの対向面110a’,110b’がスパッタされて、(第2)スパッタ粒子が飛散する。そして、該第2湾曲磁場空間W2,W2’からはみ出したプラズマや飛び出した二次電子等の荷電粒子は、第2筒状補助磁場空間t2によって、該第2補助磁場空間t2に囲まれた空間(第2ターゲット間空間)K2内に閉じ込められる。
Then, plasma is formed in the second curved magnetic field spaces W2 and W2 ', the opposing
こうして、第2ターゲット110a,110bのスパッタ面(対向面)110a’,110b’から飛び出した(叩き出された)スパッタ粒子(第二スパッタ粒子)を、前記第2ターゲット間空間K2の側方位置(第2成膜位置L2)において、該第2ターゲット間空間K2に被成膜面B’が向くように基板ホルダー3によって配置されている基板Bに付着させて薄膜(薄膜の第2層)が形成される。
Thus, the sputtered particles (second sputtered particles) that have jumped out (struck out) from the sputter surfaces (opposite surfaces) 110a ′ and 110b ′ of the
このとき、第2成膜部P2における一対の第2ターゲット110a,110bの両対向面110a’,110b’のなす角θ2は、第1成膜部F1におけるなす角θ1よりも大きな角度、即ち、より対向面110a’,110b’が基板B側に向いているため、基板Bへのプラズマの影響及び飛来する荷電粒子の量が増加する。
At this time, the angle θ2 formed between the opposing
しかし、上記のように、対向面110a’,110b’がより基板B側に向いていることから、スパッタ面(対向面)110a’,110b’がスパッタされて飛散する(第2)スパッタ粒子が基板B(被成膜面B’)へ到達する量も増加するため、成膜速度が速くなる。
However, as described above, since the facing
このようにして、第2成膜部P2においては、初期層の成膜時よりも成膜速度を速くして、第2層を初期層の上に形成する。本実施形態においては、第2層は、100〜150nm程度の膜厚に成膜する。 In this way, in the second film forming portion P2, the second layer is formed on the initial layer at a higher film forming speed than during the formation of the initial layer. In the present embodiment, the second layer is formed to a thickness of about 100 to 150 nm.
このように、被成膜面B’に初期層(第1層)と第2層とを、一対のターゲットの対向面のなす角θを変更することで成膜速度を変えた第1成膜部P1(対向面10a’,10b’のなす角θ1)と第2成膜部P2(対向面110a’,110b’のなす角θ2)とで順に成膜した場合、なす角がθ1<θ2で、第1ターゲット10a,10b及び第2ターゲット110a,110bへの投入電力が同じであれば、第2層成膜時の成膜速度を第1層成膜時の成膜速度に比べ約20%〜50%増加させることができる。また、さらに、なす角θ2での第2カソード111a,111bへの投入電力を増加させることで、2倍以上の成膜速度を実現することができる。
In this way, the first film formation speed is changed by changing the angle θ formed between the opposing surfaces of the pair of targets, with the initial layer (first layer) and the second layer on the film formation surface B ′. In the case where the film is formed in order by the portion P1 (angle θ1 formed by the facing
以上より、第1成膜領域F1の第1成膜部P1において、第1カソード11a,11bの先端部外側に外嵌するよう、第1筒状補助磁場発生手段30a,30bを備えることで、一方の第1ターゲット10a周辺から他方の第1ターゲット10b周辺までを筒状に結び、磁力線が一方の第1ターゲット10a周辺から他方の第1ターゲット10b周辺へ向くような第1筒状補助磁場空間t1が形成されるため、スパッタリングの際に第1ターゲット対向面10a’,10b’上の第1湾曲磁場空間W1,W1’内からはみ出したプラズマ及び飛び出してくる二次電子等の荷電粒子は、該第1筒状補助磁場空間t1内に閉じ込められる。
As described above, by providing the first cylindrical auxiliary magnetic field generating means 30a and 30b so as to be fitted on the outer sides of the distal end portions of the
即ち、筒状の第1筒状補助磁場空間t1の両端を、対向面10a’,10b’を内側にした第1ターゲット10a,10bでそれぞれ蓋をしたような配置となるため、第1ターゲット表面(対向面)10a’,10b’に形成される第1湾曲磁場空間W1,W1’からはみ出したプラズマが第1筒状補助磁場空間t1によって閉じ込められ(基板側へはみ出すのを妨げられ)て、該プラズマ等による基板Bへの影響を減少させることができる。
That is, since both ends of the cylindrical first cylindrical auxiliary magnetic field space t1 are arranged so as to be covered with the
また、第1湾曲磁場空間W1,W1’から基板B側に飛び出してくる二次電子等の荷電粒子も、第1筒状補助磁場空間t1内への前記基板B側に飛び出してくる荷電粒子の閉じ込めを行うことができ、基板Bへ到達する荷電粒子が減少する。 In addition, charged particles such as secondary electrons that jump out from the first curved magnetic field spaces W1 and W1 ′ to the substrate B side are also charged particles that jump out to the substrate B side into the first cylindrical auxiliary magnetic field space t1. Confinement can be performed, and charged particles reaching the substrate B are reduced.
また、第1カソード11a,11bは、マグネトロンカソードの先端部外周に第1筒状補助磁場発生手段30a,30bを備えた複合型カソードであるため、マグネトロンカソードと同様に、スパッタリングの際に第1カソード(複合型カソード)11a,11bへ投入する電流値を大きくしても、対向ターゲット型カソードの様に、プラズマが中心部に集中する現象が現れて放電が不安定とならず、ターゲット表面10a’,10b’近傍に形成されるプラズマが長時間安定放電することができる。
In addition, since the
さらに、第1湾曲磁場空間W1,W1’よりも第1筒状補助磁場空間t1の方が磁場強度が大きいことから、対向面10a’,10b’近傍における磁場強度は、第1ターゲット10a,10bの中心側が弱く、第1ターゲット10a,10b周辺部が最も強くなるような磁場分布を得ることができ、第1筒状補助磁場空間t1内への湾曲磁場空間W1,W1’からはみ出したプラズマの閉じ込め効果、及び飛び出した二次電子等の荷電粒子の閉じ込め効果がより良好となる。
Further, since the magnetic field strength in the first cylindrical auxiliary magnetic field space t1 is larger than that in the first curved magnetic field spaces W1 and W1 ′, the magnetic field strength in the vicinity of the
そのため、一対の第1ターゲット10a,10bの中心間距離を短くすることなく、被成膜対象である基板Bへのプラズマの影響及びスパッタ面(対向面)10a’,10b’から飛来する二次電子等の荷電粒子による影響を極めて小さくすることができる。また、膜質が第1筒状補助磁場空間t1を発生させないスパッタリングにより形成される薄膜の膜質と同程度であれば、前記一対の第1ターゲット10a,10bの対向面10a’,10b’のなす角θをより大きくすることができる。
Therefore, without reducing the distance between the centers of the pair of
従って、第1成膜部P1において、一対の第1ターゲット10a,10bの対向面10a’,10b’のなす角θが小さい角度θ1に設定された第1カソード(複合V型カソード)11a,11bを用いてスパッタリングすることで、スパッタリングにより発生するプラズマ及び荷電粒子の第1ターゲット間空間K1への閉じ込め効果が非常に向上する。そのため、成膜速度は遅いが、基板Bの被成膜面B’に対し、低温・低ダメージ成膜を行うことができ、所定の厚さの初期層(第1層)を形成することができる。
Accordingly, in the first film forming unit P1, the first cathodes (composite V-type cathodes) 11a and 11b are set such that the angle θ formed by the opposing
そして、真空容器2内の圧力等の条件変更に時間のかかるスパッタ条件を変更することなく、基板ホルダー3を第1成膜部P1の第1成膜位置L1から第2成膜部P2の第2成膜位置L2に移動させることで、第2成膜部において、一対の第2ターゲット110a,110bの対向面110a’,110b’のなす角θが、θ1より大きなθ2に設定された第2カソード111a,111bを用いてスパッタリングすることで、基板B側に飛来する二次電子等の荷電粒子やプラズマの影響は増加するが、成膜速度を速くして短時間で第2層を成膜(形成)することができる。
Then, the
このように、第1成膜部P1において、低温・低ダメージ成膜により基板Bに初期層が形成されることで、該形成された初期層が保護層として働くため、第2成膜部P2において、成膜時間を短縮するために基板B側へのプラズマの影響や二次電子等の荷電粒子の飛来が増加するが成膜速度を速くした成膜を行っても、前記初期層(保護層)が該プラズマの影響や二次電子等の荷電粒子による基板Bへのダメージを抑制しつつ成膜することができる。さらに、初期層成膜後から第2層を成膜する際に、真空容器2内の圧力等のスパッタ条件を変更する必要がなく、基板ホルダー3を第1成膜部P1から第2成膜位置P2へ移動させるだけでよいことから成膜時間(成膜行程全体の時間)の短縮を図ることができる。特に、複数枚の基板B,B,…に対して連続して薄膜を形成する(成膜処理する)場合、真空容器内における圧力等の前記スパッタ条件を基板B毎に変更する必要はなく、一定の前記スパッタ条件の状態で、基板B,B,…を、順次、第1及び第2成膜部へ基板ホルダー3によって次々に搬送するだけでよいことから、複数枚の基板B,B,…に対する成膜時間を大幅に短縮することができる。
As described above, since the initial layer is formed on the substrate B by the low temperature / low damage film formation in the first film formation part P1, the formed initial layer serves as a protective layer, and therefore the second film formation part P2 In order to shorten the film formation time, the influence of plasma on the substrate B side and the flying of charged particles such as secondary electrons increase. The layer) can be formed while suppressing the influence of the plasma and damage to the substrate B by charged particles such as secondary electrons. Further, when the second layer is formed after the initial layer is formed, it is not necessary to change the sputtering conditions such as the pressure in the
その結果、低温・低ダメージ成膜が必要な基板Bに対して成膜可能であると共に、複数枚の基板B,B,…を連続的に成膜処理する際にも成膜時間の短縮を図ることができる。 As a result, it is possible to form a film on a substrate B that requires low-temperature, low-damage film formation, and shorten the film formation time even when a plurality of substrates B, B,. Can be planned.
次に、本発明の第2実施形態について、図4を参照しつつ説明する。尚、第2実施形態において、第1実施形態と同様の構成については、図4において同一符号を用いて示すと共に説明を一部省略し、第1実施形態と異なる構成について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the same configuration as that of the first embodiment is indicated using the same reference numerals in FIG. 4 and a part of the description is omitted, and a configuration different from that of the first embodiment will be described.
スパッタ装置1’は、内部空間Sを有する真空容器(チャンバー)2と、被成膜対象物である基板Bの被成膜面B’に成膜するための第1成膜部P1及び第2成膜部P’2と、基板Bを保持した状態で、少なくとも第1成膜部P1における基板Bへの成膜位置である第1成膜位置L1から、第2成膜部P’2における基板Bへの成膜位置である第2成膜位置L’2まで、真空容器2内を移動可能な(矢印A)基板ホルダー3とを備える。
The
また、スパッタ装置1’は、第1成膜部P1にスパッタ電力を供給するための第1スパッタ電力供給用電源4aと、第2成膜部P’2にスパッタ電力を供給するための第2スパッタ電力供給用電源4’bと、真空容器2内(内部空間S)の排気を行うための排気装置5と、真空容器2内にスパッタガスを供給するためのスパッタガス供給装置6とを備える。尚、真空容器2は、基板B近傍に反応性ガスを供給するための反応性ガス供給装置7を備える場合もある。
In addition, the
真空容器2は、基板ホルダー3側(図中下端側)端部の両側に連絡通路(基板搬送ラインバルブ)8,8’を介して他のプロセス室又はロードロック室9,9’が連接されている。
The
真空容器2の内部空間Sは、第1成膜部P1を配設するための第1成膜領域F1と、第2成膜部P’2を配設するための第2成膜領域F2とで構成され、第1成膜部P1と第2成膜部P’2とが並設されている。
The internal space S of the
第2成膜部P’2は、第2ターゲット110’を先端に有する第2カソード(第2ターゲットホルダー)111’を備え、該第2カソード111’は、第2ターゲット110’の表面110’a’が、第2成膜位置L’2に位置する基板Bの被成膜面B’と平行に対向するよう、配設されている。
The second film forming unit P′2 includes a second cathode (second target holder) 111 ′ having a
第2カソード(第2ターゲットホルダー)111’は、第1成膜部P1における第1カソード11a,11bと同様に、該第2カソード111’の先端部にバッキングプレート112’を介して固定される第2ターゲット110’と、バッキングプレート112’の裏面側に配設されると共に第2ターゲット表面110’a’側に弧状に湾曲した磁場空間を発生させる第2湾曲磁場発生手段120’と、を備える。該第2湾曲磁場発生手段120’は、第1実施形態における第2湾曲磁場発生手段120aと同様に構成されており、第2ターゲット表面110’a’側に内向湾曲磁場空間W’2’を形成する。
The second cathode (second target holder) 111 ′ is fixed to the tip of the
尚、第2及び後述の他の実施形態において、マグネトロンカソードを、該マグネトロンカソードが備えるターゲットの表面が基板Bの被成膜面B’と平行になるように配置したカソードを「平行平板マグネトロンカソード」と称することがある。 In the second and other embodiments described later, a cathode in which a magnetron cathode is disposed so that the surface of a target provided in the magnetron cathode is parallel to the film-forming surface B ′ of the substrate B is referred to as a “parallel plate magnetron cathode. May be called.
第2ターゲット110’は、本実施形態においては、第1実施形態と同様に、インジウム錫合金で構成されている。また、第2ターゲット110’の大きさは、幅125mm×長さ300mm×厚み5mmの矩形の板状体に形成されている。そして、第2ターゲット110’は、真空容器2内の第2成膜部P’2における第2成膜位置L’2に基板Bが位置する際に、該基板Bの被成膜面B’と平行に対向し、表面(スパッタされる面)110’a’が被成膜面B’から所定の距離となるように配置されている。
In the present embodiment, the
以上のように、第2カソード111’は、第1実施形態の第2成膜部P2における第2カソード111aから第2筒状補助磁場発生手段130aを除いたカソードと同様に構成されている。そして、第1成膜部P1と第2成膜部P’2とは、真空容器2内に並設されている。詳細には、第1成膜部P1の第1カソード11a,11bと第2成膜部P’2の第2カソード111’とが真空容器2内に一列となるように並設されている。より詳細には、各第1及び第2ターゲット10a,10b,111’の中心T1a,T1b,T’2とが同一線上に位置し、且つ、傾斜して対向配置された一対の第1ターゲット10a,10bの第1中央面C1と第2ターゲット110’の表面110’a’とが直交若しくは略直交方向となるように並設されている。
As described above, the
第2成膜位置L’2は、真空容器2の両側部に連接された他のプロセス室9,9’をそれぞれ結ぶ線上に位置する。詳細には、第2成膜位置L’2は、基板Bを保持した基板ホルダー3が配置された場合、基板Bの被成膜面B’が、第2ターゲット110’の正面に位置すると共に表面110’a’と被成膜面B’とが平行に対向し、且つ第2ターゲット110’の表面110’a’における中心T’2と被成膜面B’中央との距離がe’2=175mm(=e1)となるような位置である。尚、本実施形態においては、e’2=e1となるように配置されているが、これに限定される必要はなく、e’2とe1とは、異なる値に設定されてもよい。
The second film formation position L′ 2 is located on a line connecting the
第2不活性ガス導入パイプ6”,6”は、第2ターゲット110’の基板B側近傍に設けられており、第2ターゲット110’の表面110’a’近傍にスパッタガス供給装置6から不活性ガスを導入できるように構成されている。
The second inert
本実施形態に係るスパッタ装置1’は、以上の構成からなり、次に、スパッタ装置1’における薄膜形成の動作について説明する。
The
先ず、第1実施形態同様に、初期層を形成するに際し、基板Bを基板ホルダー3に保持させ、その状態で基板ホルダー3を第1成膜位置L1(図4の実線で描かれた基板B及び基板ホルダー3の位置)に配置し、排気装置5により真空容器(チャンバー)2内を排気すると共にスパッタガス供給装置6により真空容器2内に第1不活性ガス導入パイプ6’及び第2不活性ガス導入パイプ6”,6”からアルゴンガス(Ar)を導入して所定のスパッタ操作圧力(本実施形態においては、0.4Pa)とする。
First, as in the first embodiment, when the initial layer is formed, the substrate B is held by the
その後、第1実施形態同様にして、第1成膜部P1において基板Bに薄膜の形成(成膜)を行う。即ち、低温・低ダメージ成膜によって、基板Bに薄膜の初期層の形成を行う。本実施形態においても、初期層は、10〜20nm程度の膜厚となるように成膜される。 Thereafter, as in the first embodiment, a thin film is formed (film formation) on the substrate B in the first film formation portion P1. That is, an initial thin film layer is formed on the substrate B by low temperature / low damage film formation. Also in this embodiment, the initial layer is formed so as to have a thickness of about 10 to 20 nm.
次に、第2層を成膜する前に、第1成膜部P1におけるスパッタリングを停止する。その後、基板ホルダー3を、被成膜面B’に初期層が成膜された基板Bを保持した状態で、第1成膜位置L1から第2成膜位置L’2まで移動手段によって移動させる。基板ホルダー3が第2成膜位置L’2に移動後、第2成膜部P’2において、第2層を成膜するためにスパッタリングを開始する。このとき、真空容器2内の圧力等のスパッタ条件は、第1実施形態同様、変更する必要がないため、基板ホルダー3が第1成膜位置L1から第2成膜位置L’2に移動後、直ぐにスパッタリングを開始することができる。
Next, before forming the second layer, the sputtering in the first film forming part P1 is stopped. Thereafter, the
第2成膜部P’2おいて、第2スパッタ電力供給用電源4’bによって第2ターゲット110’にスパッタ電力を供給する。この時、永久磁石によって第2湾曲磁場発生手段120’が構成されていることから、第2湾曲磁場発生手段120’によって第2ターゲット110’の表面110’a’に第2湾曲磁場空間W’2’が形成されている。
In the second film forming unit P′2, the sputtering power is supplied to the
すると、第2湾曲磁場空間W’2’内には、プラズマが形成され、第2ターゲット110’の表面110’a’がスパッタされて、(第2)スパッタ粒子が飛散する。 Then, plasma is formed in the second curved magnetic field space W'2 ', the surface 110'a' of the second target 110 'is sputtered, and (second) sputtered particles are scattered.
こうして、第2ターゲット110’のスパッタ面(表面)110’a’から飛びだした(叩き出された)スパッタ粒子(第2スパッタ粒子)を、第2膜位置L’2において、該第2ターゲット110’の表面110’a’と平行に対向するよう、配置されている基板Bに付着させて薄膜(薄膜の第2層)が形成される。
In this way, the sputtered particles (second sputtered particles) that have jumped out (struck out) from the sputter surface (front surface) 110′a ′ of the
このとき、第2成膜部P’2における第2カソード111’は、第2ターゲット110’の表面110’a’が基板Bの被成膜面B’と平行となるように対向した平行平板マグネトロンカソード111’である。そして、一般に、マグネトロンカソードは、ターゲット表面側に形成される磁場空間(湾曲磁場空間)の形状により、ターゲット中心部の磁場強度が小さくなるため、かかる部分からターゲット表面と直交する方向にプラズマや二次電子等の荷電粒子が飛び出し(はみ出し)易くなる。そのため、第2成膜位置P’2においては、平行平板マグネトロンカソード111’から基板B側へのプラズマの影響及び飛来する荷電粒子の量が増加する。
At this time, the
しかし、上記のように、平行平板マグネトロンカソード111’は、第2ターゲット110’の表面110’a’が基板Bの被成膜面B’と平行に対向するよう、配置されている。そのため、スパッタ面(表面)110’a’がスパッタされて飛散するスパッタ粒子の基板B(被成膜面B’)へ到達する量は、基板Bに対してスパッタ面が傾斜して配置されるターゲット(所謂、V型対向配置のターゲット)に比べて極めて多いため、成膜速度が著しく増加する。
However, as described above, the parallel
このようにして、第2成膜部P’2においては、初期層の成膜時よりも成膜速度を速くして、第2層を初期層の上に形成する。本実施形態においては、第2層は、100〜150nm程度の膜厚に成膜する。 In this way, in the second film forming unit P′2, the film formation rate is made faster than that during the film formation of the initial layer, and the second layer is formed on the initial layer. In the present embodiment, the second layer is formed to a thickness of about 100 to 150 nm.
このように、被成膜面B’に初期層(第1層)と第2層とを、複合V型カソード11a,11bと、平行平板型マグネトロンカソード111’とで順に成膜した場合、第1ターゲット10a,10b及び第2ターゲット110’への投入電力が同じであれば、第2層成膜時の成膜速度を第1層成膜時の成膜速度に比べ約80%〜100%増加させることができる。また、さらに、平行平板マグネトロンカソード111’への投入電力を増加させることで、3倍以上の成膜速度を実現することができる。
As described above, when the initial layer (first layer) and the second layer are sequentially formed on the deposition surface B ′ by the composite V-
以上より、第1成膜部P1において、複合V型カソード11a,11bを用いることで、第1実施形態同様、第1ターゲット表面(対向面)10a’,10b’に形成される第1湾曲磁場空間W1,W1’からはみ出したプラズマ及び基板B側に飛び出してくる荷電粒子の閉じ込め効果が極めて向上する。
As described above, in the first film forming portion P1, the first curved magnetic field formed on the first target surfaces (opposing surfaces) 10a ′ and 10b ′ by using the composite V-
また、複合V型カソード11a,11bは、スパッタリングの際に複合型カソード11a,11bへ投入する電流値を大きくしても、プラズマが中心部に集中する現象が現れて放電が不安定とならず、ターゲット表面10a’,10b’近傍に形成されるプラズマが長時間安定放電することができる。
Further, in the composite V-
さらに、第1湾曲磁場空間W1,W1’よりも外磁場空間(第1筒状補助磁場空間)t1の方が磁場強度が大きいことから、より効果的に、第1筒状補助磁場空間t1内へのプラズマ及び二次電子等の荷電粒子の閉じ込めが可能となる。 Furthermore, since the magnetic field strength of the outer magnetic field space (first cylindrical auxiliary magnetic field space) t1 is larger than that of the first curved magnetic field space W1, W1 ′, it is more effective in the first cylindrical auxiliary magnetic field space t1. It becomes possible to confine charged particles such as plasma and secondary electrons.
そのため、第1実施形態同様、第1成膜部P1において、一対の第1ターゲット10a,10bの対向面10a’,10b’のなす角θが小さい角度θ1に設定された第1カソード(複合V型カソード)11a,11bを用いてスパッタリングすることで、スパッタリングにより発生するプラズマ及び荷電粒子の第1ターゲット間空間K1への閉じ込め効果が非常に向上する。そのため、成膜速度は遅いが、基板Bの被成膜面B’に対し、低温・低ダメージ成膜を行うことができ、所定の厚さの初期層(第1層)を形成することができる。
Therefore, as in the first embodiment, in the first film forming unit P1, the first cathode (composite V) in which the angle θ formed by the
そして、真空容器2内の圧力等の条件変更に時間のかかるスパッタ条件を変更することなく、基板ホルダー3を第1成膜部P1の第1成膜位置L1から第2成膜部P’2の第2成膜位置L’2に移動させる。そして、第2成膜部P’2において、平行平板マグネトロンカソード111’を用いてスパッタリングすることで、基板B側に飛来する二次電子等の荷電粒子やプラズマの影響は増加するが、成膜速度を速くして短時間で第2層を成膜(形成)することができる。
Then, the
このように、第1実施形態同様、第1成膜部P1において、低温・低ダメージ成膜により基板Bに初期層を形成し、該形成した初期層を保護層として働かせることで、第2成膜部P’2において、第2層を形成する際の基板Bへの二次電子等の荷電粒子によるダメージやプラズマ等の影響が基板Bへ及ぶのを抑制しつつ成膜することができるようになる。さらに、第1実施形態同様、第2層を成膜する際、真空容器2内の圧力等のスパッタ条件を変更する必要がなく、基板ホルダー3を第1成膜部P1から第2成膜位置P’2へ移動させるだけでよいことから成膜時間(成膜行程全体の時間)の短縮を図ることができ、特に、複数枚の基板B,B,…に対して連続して薄膜を形成する(成膜処理する)場合、真空容器内における圧力等の前記スパッタ条件を基板B毎に変更する必要はなく、一定の前記スパッタ条件の状態で、基板B,B,…を、順次、第1及び第2成膜部へ基板ホルダー3によって次々に搬送するだけでよいことから、複数枚の基板B,B,…に対する成膜時間を大幅に短縮することができる。
As described above, as in the first embodiment, in the first film forming unit P1, the second layer is formed by forming an initial layer on the substrate B by low temperature / low damage film formation, and using the formed initial layer as a protective layer. In the film part P′2, it is possible to form a film while suppressing the influence of the charged particles such as secondary electrons on the substrate B when forming the second layer and the influence of plasma or the like on the substrate B. become. Further, as in the first embodiment, when the second layer is formed, it is not necessary to change the sputtering conditions such as the pressure in the
その結果、低温・低ダメージ成膜が必要な基板Bに対して成膜可能であると共に、複数枚の基板B,B,…を連続的に成膜処理する際にも成膜時間の短縮を図ることができる。 As a result, it is possible to form a film on a substrate B that requires low-temperature, low-damage film formation, and shorten the film formation time even when a plurality of substrates B, B,. Can be planned.
次に、本発明の第3実施形態について、図5を参照しつつ説明する。尚、第3実施形態において、第1又は第2実施形態と同様の構成については、図5において同一符号を用いて示すと共に説明を一部省略し、第1及び第2実施形態と異なる構成について説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the same configuration as that of the first or second embodiment is indicated by using the same reference numerals in FIG. 5 and a part of the description is omitted, and the configuration is different from that of the first and second embodiments. explain.
スパッタ装置1”は、内部空間Sを有する真空容器(チャンバー)2と、被成膜対象物である基板Bの被成膜面B’に成膜するための第1成膜部P1及び第2成膜部P”2と、基板Bを保持した状態で、少なくとも第1成膜部P1における基板Bへの成膜位置である第1成膜位置L1から、第2成膜部P”2における基板Bへの成膜位置である第2成膜位置L”2まで、真空容器2内を移動可能な(矢印A方向)基板ホルダー3とを備える。
The
また、スパッタ装置1”は、第1成膜部P1にスパッタ電力を供給するための第1スパッタ電力供給用電源4aと、第2成膜部P”2にスパッタ電力を供給するための第2スパッタ電力供給用電源4”bと、真空容器2内(内部空間S)の排気を行うための排気装置5と、真空容器2内にスパッタガスを供給するためのスパッタガス供給装置6とを備える。尚、真空容器2は、基板B近傍に反応性ガスを供給するための反応性ガス供給装置7を備える場合もある。
The
真空容器2は、基板ホルダー3側(図中下端側)端部の両側に連絡通路(基板搬送ラインバルブ)8,8’を介して他のプロセス室又はロードロック室9,9’が連接されている。
The
真空容器2の内部空間Sは、第1成膜部P1を配設するための第1成膜領域F1と、第2成膜部P”2を配設するための第2成膜領域F2とで構成され、第1成膜部P1と第2成膜部P”2とが並設されている。
The internal space S of the
第2成膜部P”2は、第2ターゲット110”a,110”bをそれぞれ先端に有する第2カソード(第2ターゲットホルダー)111”a,111”bを備え、該第2カソード111”a,111”bは、第2ターゲット110”a,110”bの表面110”a’,110”b’が、第2成膜位置L”2に位置する基板Bの被成膜面B’とそれぞれ平行若しくは略平行になるよう、並設されている。
The second film forming unit P ″ 2 includes second cathodes (second target holders) 111 ″ a and 111 ″ b having
第2カソード(第2ターゲットホルダー)111”a,111”bは、第1カソード11aと同様に、該第2カソード111”a,111”bの先端部にバッキングプレート112”a,112”bを介して固定される第2ターゲット110”a,110”bと、バッキングプレート112”a,112”bの裏面側に配設されると共に第2ターゲット表面110”a’,110”b’側に備える第2湾曲磁場発生手段120”a,120”bと、を備える。尚、第2湾曲磁場発生手段120”a,120”bは、第1実施形態における第2湾曲磁場発生手段120aと同様に構成されており、第2ターゲット表面110”a’,110”b’側に内向湾曲磁場空間を形成する。
Similarly to the
尚、第3実施形態において、一対の平行平板マグネトロンカソードをターゲット表面が同一平面に沿うと共に同方向を向くように並設し、各平行平板マグネトロンカソードに後述する180°位相がずれた交流電源を接続したカソードを「デュアルマグネトロンカソード」と称することがある。 In the third embodiment, a pair of parallel plate magnetron cathodes are arranged side by side so that the target surfaces are in the same plane and face the same direction, and an AC power supply having a 180 ° phase shift described later is connected to each parallel plate magnetron cathode. The connected cathode may be referred to as a “dual magnetron cathode”.
第2ターゲット110”a,110”bは、本実施形態においては、第1実施形態と同様、インジウム錫合金で構成されている。また、第2ターゲット110”a,110”bの大きさは、それぞれ幅125mm×長さ300mm×厚み5mmの矩形の板状体に形成されている。そして、第2ターゲット110”a,110”bは、真空容器2内の第2成膜部P”2における第2成膜位置L”2に基板Bが位置する際に、該基板Bの被成膜面B’と平行若しくは略平行(わずかに基板B方向を向くように)に配置され、表面(スパッタされる面)110”a’,110”b’が被成膜面B’から所定の距離をおいて配置されている。
In the present embodiment, the
以上のように、第2カソード111”a,111”bは、第1実施形態の第2成膜部P2における第2カソード111a,111bから第2筒状補助磁場発生手段130a,130bを除き、対向面(表面)110a’,110b’のなす角θ2を180°としたものと同様の構成(但し、第2カソード111”a,111”bの第2湾曲磁場発生手段は、共に第1実施形態の120aと同様の構成)である。そして、第1成膜部P1と第2成膜部P”2とは、真空容器2内に並設されている。詳細には、第1成膜部P1の第1カソード11a,11bと第2成膜部P”2の第2カソード111”a,111”bとが真空容器2内に一列となるように並設されている。より詳細には、各第1及び第2ターゲット10a,10bの中心T1a,T1b,T”2a,T”2bとが同一線上に位置し、且つ、傾斜して対向配置された一対の第1ターゲット10a,10bの第1中央面C1と第2ターゲット110”a,110”bの表面110”a’,110”b’とが直交若しくは略直交方向となるように並設されている。
As described above, the
第2成膜位置L”2は、真空容器2の両側部に連接された他のプロセス室9,9’をそれぞれ結ぶ線上に位置する。詳細には、第2成膜位置L”2は、基板Bを保持した基板ホルダー3が配置された場合、基板Bの被成膜面B’が、並設された第2ターゲット110”a,110”bの中間と対向する位置であると共に表面110”a’,110”b’と被成膜面B’とが平行に対向し、且つ第2ターゲット110”a,110”bの表面110”a’,110”b’の中心T”2a,T”2bと被成膜面B’の延長面との最短距離がe”2=175mm(=e1)となるような位置である。
The second film formation position L ″ 2 is located on a line connecting the
第2スパッタ電力供給用電源4”bは、第2カソード111”a,111”bにそれぞれ180°位相がずれた交流電場を印加可能なAC(交流)電源である。
The second sputtering power
第2不活性ガス導入パイプ6”,6”,6”,6”は、第2ターゲット110”a,110”bの基板B側近傍にそれぞれ設けられており、第2ターゲット110”a,110”bの表面110”a’,110”b’近傍に不活性ガスを導入できるように構成されている。
The second inert
本実施形態に係るスパッタ装置1”は、以上の構成からなり、次に、スパッタ装置1”における薄膜形成の動作について説明する。
The
先ず、第1実施形態同様に、初期層を形成するに際し、基板Bを基板ホルダー3に保持させ、その状態で基板ホルダー3を第1成膜位置L1(図5の実線で描かれた基板B及び基板ホルダー3の位置)に配置し、排気装置5により真空容器(チャンバー)2内を排気すると共にスパッタガス供給装置6により真空容器2内に第1不活性ガス導入パイプ6’及び第2不活性ガス導入パイプ6”,6”,6”,6”からアルゴンガス(Ar)を導入して所定のスパッタ操作圧力(本実施形態においては、0.4Pa)とする。
First, as in the first embodiment, when the initial layer is formed, the substrate B is held by the
その後、第1実施形態同様にして、第1成膜部P1において基板Bに薄膜の形成(成膜)を行う。即ち、低温・低ダメージ成膜によって、基板Bに薄膜の初期層の形成を行う。本実施形態においても、初期層は、10〜20nm程度の膜厚となるように成膜される。 Thereafter, as in the first embodiment, a thin film is formed (film formation) on the substrate B in the first film formation portion P1. That is, an initial thin film layer is formed on the substrate B by low temperature / low damage film formation. Also in this embodiment, the initial layer is formed so as to have a thickness of about 10 to 20 nm.
次に、第2層を成膜する前に、第1成膜部P1におけるスパッタリングを停止する。その後、基板ホルダー3を、被成膜面B’に初期層が成膜された基板Bを保持した状態で、第1成膜位置L1から第2成膜位置L”2まで移動手段によって移動させる。基板ホルダー3が第2成膜位置L”2に移動後、第2成膜部P”2において、第2層を成膜するためにスパッタリングを開始する。このとき、真空容器2内の圧力等のスパッタ条件は、第1実施形態同様、変更する必要がないため、基板ホルダー3が第1成膜位置L1から第2成膜位置L”2に移動後、直ぐにスパッタリングを開始することができる。
Next, before forming the second layer, the sputtering in the first film forming part P1 is stopped. Thereafter, the
第2成膜部P”2おいて、第2スパッタ電力供給用電源4bによって第2カソード111”a,111”bにそれぞれ180°位相がずれた交流電場を印加。この時、永久磁石によって第2湾曲磁場発生手段120”a,120”bが構成されていることから、第2湾曲磁場発生手段120”a,120”bによって第2ターゲット110”a,110”bの表面110”a’,110”bに、それぞれ第2湾曲磁場空間(内向湾曲磁場空間)W”2’,W”2’が形成されている。
In the second film forming unit P ″ 2, an AC electric field that is 180 ° out of phase is applied to the
すると、第2湾曲磁場空間W”2’,W”2’内には、プラズマが形成され、第2ターゲット110”a,110”bの表面110”a’,110”b’がそれぞれスパッタされて、(第2)スパッタ粒子が飛散する。
Then, plasma is formed in the second curved magnetic field spaces W ″ 2 ′ and W ″ 2 ′, and the
このとき、第2カソード111”a,111”bにそれぞれ180°位相がずれた交流電場を印加されることで、一方の第2ターゲット110”a(第2カソード111”a)に負の電位が印加されたときに、他方の第2ターゲット110”b(第2カソード111”b)に正の電位又はアース電位が印加されることで該他方の第2ターゲット110”b(第2カソード111”b)がアノードの役割を果たし、これによって、負の電位が印加された一方の第2ターゲット110”a(第2カソード111”a)がスパッタされる。また、他方の第2ターゲット110”bに負の電位が印加されたときに、一方の第2ターゲット110”aに正の電位又はアース電位が印加されることで該一方の第2ターゲット110”aがアノードの役割を果たし、他方の第2ターゲット110”bがスパッタされる。このようにターゲット(カソード)印加電位を交互に切り換えることにより、ターゲット表面の酸化物、窒化物のチャージアップがなくなり、長時間、安定放電が可能になる。
At this time, an alternating electric field that is 180 degrees out of phase is applied to each of the
こうして、第2ターゲット110”a,110”bのスパッタ面(表面)110”a’,110”bから飛び出した(叩き出された)スパッタ粒子(第2スパッタ粒子)を、第2膜位置L”2において、該第2ターゲット110”a,110”bの表面110”a’,110”b’と平行若しくは略平行に対向するよう、配置されている被成膜面B’に付着させて薄膜(薄膜の第2層)が形成される。
Thus, the sputtered particles (second sputtered particles) that have jumped out (struck out) from the sputter surfaces (front surfaces) 110 ″ a ′, 110 ″ b of the
このとき、第2成膜部P”2における第2ターゲット110”a,110”bの表面110”a’,110”b’は、第2実施形態における第2成膜部P’2の第2カソード111’同様に、基板Bの被成膜面B’と平行若しくは略平行となるように対向している。そのため、第2成膜位置P”2においては、基板B側へのプラズマの影響及び飛来する荷電粒子の量が増加するが、スパッタ面(表面)110”a’,110”b’がスパッタされて飛散するスパッタ粒子が基板B(被成膜面B’)へ到達する量が、基板Bに対してスパッタ面が傾斜して配置されるターゲットに比べ、極めて多いため、成膜速度が著しく増加する。
At this time, the
このようにして、第2成膜部P”2において、初期層の成膜時よりも成膜速度を速くして、第2層を初期層の上に形成する。本実施形態においては、第2層は、100〜150nm程度の膜厚に成膜する。 In this manner, in the second film forming portion P ″ 2, the second layer is formed on the initial layer at a higher film formation rate than that at the time of forming the initial layer. The two layers are formed to a thickness of about 100 to 150 nm.
このように、被成膜面B’に初期層(第1層)と第2層とを、複合V型カソード11a,11bと、デュアルマグネトロンカソード111”a,111”bとで順に成膜した場合、第1ターゲット10a,10b及び第2ターゲット110”a,110”bへの投入電力が同じであれば、第2層成膜時の成膜速度を第1層成膜時の成膜速度に比べ約40%〜50%増加させることができる。また、さらに、デュアルマグネトロンカソード111”a,111”bへの投入電力を増加させることで、2倍以上の成膜速度を実現することができる。
As described above, the initial layer (first layer) and the second layer are sequentially formed on the deposition surface B ′ by the composite V-
以上より、第3実施形態の第1成膜部P1において、複合V型カソード11a,11bを用いることで、第1実施形態同様、第1ターゲット表面(対向面)10a’,10b’に形成される第1湾曲磁場空間W1,W1’からはみ出したプラズマ及び基板B側に飛び出してくる荷電粒子の閉じ込め効果が極めて向上する。
As described above, in the first film forming portion P1 of the third embodiment, the composite V-
また、複合V型カソード11a,11bは、スパッタリングの際に複合型カソード11a,11bへ投入する電流値を大きくしても、プラズマが中心部に集中する現象が現れて放電が不安定とならず、ターゲット表面10a’,10b’近傍に形成されるプラズマが長時間安定放電することができる。
Further, in the composite V-
さらに、第1湾曲磁場空間W1,W1’よりも外磁場空間(第1筒状補助磁場空間)t1の方が磁場強度が大きいことから、より効果的に、第1筒状補助磁場空間t1内へのプラズマ及び二次電子等の荷電粒子の閉じ込めが可能となる。 Furthermore, since the magnetic field strength of the outer magnetic field space (first cylindrical auxiliary magnetic field space) t1 is larger than that of the first curved magnetic field space W1, W1 ′, it is more effective in the first cylindrical auxiliary magnetic field space t1. It becomes possible to confine charged particles such as plasma and secondary electrons.
そのため、第1及び第2実施形態同様、第1成膜部P1において、一対の第1ターゲット10a,10bの対向面10a’,10b’のなす角θが小さい角度θ1に設定された第1カソード(複合V型カソード)11a,11bを用いてスパッタリングすることで、スパッタリングにより発生するプラズマ及び荷電粒子の第1ターゲット間空間K1への閉じ込め効果が非常に向上する。そのため、成膜速度は遅いが、基板Bの被成膜面B’に対し、低温・低ダメージ成膜を行うことができ、所定の厚さの初期層(第1層)を形成することができる。
Therefore, as in the first and second embodiments, in the first film forming unit P1, the first cathode in which the angle θ formed by the
そして、真空容器2内の圧力等の条件変更に時間のかかるスパッタ条件を変更することなく、基板ホルダー3を第1成膜部P1の第1成膜位置L1から第2成膜部P”2の第2成膜位置L”2に移動させる。そして、第2成膜部P”2において、デュアルマグネトロンカソード111”a,111”bを用いてスパッタリングすることで、基板B側に飛来する二次電子等の荷電粒子やプラズマの影響は増加するが、成膜速度を速くして短時間で第2層を成膜(形成)することができる。
Then, the
このように、第1実施形態同様、第1成膜部P1において、低温・低ダメージ成膜により基板Bに初期層を形成し、該形成した初期層を保護層として働かせることで、第2成膜部P”2において、第2層を形成する際の基板Bへの二次電子等の荷電粒子によるダメージやプラズマ等の影響が基板Bへ及ぶのを抑制しつつ成膜することができるようになる。さらに、第2層成膜する際、真空容器2内の圧力等のスパッタ条件を変更する必要がなく、基板ホルダー3を第1成膜部P1から第2成膜位置P”2へ移動させるだけでよいことから成膜時間(成膜行程全体の時間)の短縮を図ることができる。特に、複数枚の基板B,B,…に対して連続して薄膜を形成する(成膜処理する)場合、真空容器内における圧力等の前記スパッタ条件を基板B毎に変更する必要はなく、一定の前記スパッタ条件の状態で、基板B,B,…を、順次、第1及び第2成膜部へ基板ホルダー3によって次々に搬送するだけでよいことから、複数枚の基板B,B,…に対する成膜時間を大幅に短縮することができる。
As described above, as in the first embodiment, in the first film forming unit P1, the second layer is formed by forming an initial layer on the substrate B by low temperature / low damage film formation, and using the formed initial layer as a protective layer. In the film part P ″ 2, it is possible to form a film while suppressing damage to the substrate B caused by charged particles such as secondary electrons and the influence of plasma or the like on the substrate B when forming the second layer. Furthermore, when the second layer is formed, it is not necessary to change the sputtering conditions such as the pressure in the
その結果、低温・低ダメージ成膜が必要な基板Bに対して成膜可能であると共に、複数枚の基板B,B,…を連続的に成膜処理する際にも成膜時間の短縮を図ることができる。 As a result, it is possible to form a film on a substrate B that requires low-temperature, low-damage film formation, and shorten the film formation time even when a plurality of substrates B, B,. Can be planned.
尚、本発明のスパッタ方法及びスパッタ装置は、上記第1乃至第3実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Note that the sputtering method and the sputtering apparatus of the present invention are not limited to the first to third embodiments, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
上記施形態においては、第1成膜領域F1と第2成膜領域F2とには、それぞれ第1成膜部P1と第2成膜部P2(P’2,P”2)とがそれぞれ一つずつ配設されているが、これに限定される必要はない。即ち、図6に示すように、第1成膜領域F1に複数の第1成膜部P1,P1,…が並設されてもよく、図6乃至図8に示すように、第2成領域F2に複数の第2成膜部P2,P2,…(P’2,P’2,…又はP”2,P”2,…)が並設されてもよい。このように第1又は第2成膜領域F1,F2に複数の成膜部が並設されることで、該複数の成膜部によって基板Bに薄膜形成するため、基板Bに対してプラズマの影響や荷電粒子によるダメージを増加させることなく、成膜速度を速くすることができる。この場合、基板ホルダー3は、保持する被成膜面B’が、対向ターゲット(一対のターゲット)間又は、平行に対向するターゲット表面方向を常に向くような軌道上を移動する。尚、複数の成膜部は、他のプロセス室9,9’を結ぶ一本の直線上又は曲線上に所定間隔をおいて並設されている。
In the above embodiment, the first film formation region P1 and the second film formation region P2 (P′2, P ″ 2) each have one in each of the first film formation region F1 and the second film formation region F2. However, the present invention is not limited to this, that is, as shown in Fig. 6, a plurality of first film forming portions P1, P1, ... are arranged in parallel in the first film forming region F1. As shown in FIGS. 6 to 8, a plurality of second film forming portions P2, P2,... (P′2, P′2,... Or P ″ 2, P ″ 2 are formed in the second formation region F2. In this way, a plurality of film forming units are arranged in parallel in the first or second film forming regions F1 and F2, so that a thin film is formed on the substrate B by the plurality of film forming units. Therefore, the film formation speed can be increased without increasing the influence of plasma or damage caused by charged particles on the substrate B. In this case, the
また、複数の成膜部が並設されている第1又は第2成膜領域F1,F2において基板Bに成膜する際、長尺な基板Bを移動方向A’(成膜部の並設方向)に対して長手方向が直交する方向に基板ホルダー3に取り付けて、該基板ホルダー3を移動させつつスパッタリング(成膜)してもよく、また、図9に示すように、長尺な基板Bを長手方向が移動方向(成膜部の並設方向)に沿った方向に基板ホルダー3’に取り付けて、スパッタリングしてもよい。この場合、上記同様、基板ホルダー3を移動させつつスパッタリングしてもよく、停止状態でスパッタリングしてもよい。このようにしても、複数の成膜部によって同時にスパッタリングされることから、基板Bに対するプラズマや荷電粒子によるダメージを増加させることなく、成膜速度を速くして生産性の向上を図ることができる。
Further, when a film is formed on the substrate B in the first or second film formation region F1 or F2 in which a plurality of film formation units are arranged in parallel, the long substrate B is moved in the moving direction A ′ (in parallel with the film formation units). 9), the
また、第1実施形態において、第2成膜領域F2(第2成膜部P2)は、複合V型カソード111a,111bを用いているが、これに限定される必要もなく、筒状補助磁場発生手段130a、130bを備えない、単なるマグネトロンカソードをV型対向配置したカソードを用いても、第1成膜領域F1よりも成膜速度の速い成膜が行われればよい。即ち、第1成膜領域F1において、低温・低ダメージ成膜により基板Bに初期層が形成されるようにすることで、第2成膜領域F2での成膜において、プラズマや荷電粒子の影響が増加しても前記初期層が保護層(防弾チョッキ)の役目を果たすため、基板Bにダメージが伝わらない。そのため、プラズマや荷電粒子からのダメージを受けやすい基板Bであっても、第2成膜領域F2での成膜において生産性の向上を図るため、基板側に対するプラズマや荷電粒子の影響を考慮することなく成膜速度を速くすることができる。
In the first embodiment, the second film formation region F2 (second film formation part P2) uses the composite V-
また、上記施形態において、第1成膜領域F1の第1成膜部P1におけるカソード10a,10bに印加される電力は、図10に示すように、AC電源、具体的には、第3実施形態における第2成膜部P”2で用いられているような、一対のターゲット(カソード)にそれぞれ180°位相がずれた交流電場を印加可能なAC(交流)電源4’aであってもよい。
In the above embodiment, the power applied to the
これは、酸化物、窒化物等の誘電体薄膜を作製する場合(例えば、有機EL素子の保護膜、封止膜等の用途として)、反応性ガス(O2、N2等)を基板B(或いはターゲット10a,10b間)近傍に配設された反応性ガス導入パイプ7’,7’から基板Bに向かって導入して、ターゲット10a,10bから飛来するスパッタ粒子と反応性ガスを反応させて酸化物・窒化物等の化合物薄膜を基板Bに堆積させる方法を利用するが、該反応性スパッタリングの場合、ターゲット10a,10bの表面10a’,10b’が酸化され、また、防着板、アースシールド及びターゲット10a,10bの非エロージョン領域に酸化物、窒化物の反応生成物が付着して、異常アーク放電の発生が頻繁に起こり、安定放電ができなくなる。また、基板Bに堆積した膜質の劣化を引き起こす。さらに、透明導電膜としてITOターゲットによるITO膜作製の場合にも、高品質のITO膜を作製するために、少量のO2ガスを導入してスパッタするが、この場合にも、長時間成膜していると、上記と同じ現象が現れる。
This is because when a dielectric thin film such as an oxide or nitride is produced (for example, as a protective film or sealing film for an organic EL element), a reactive gas (O 2 , N 2, etc.) is applied to the substrate B. (Or between the
このような、異常アーク放電の発生の原因としては、ターゲット表面10a’,10b’の酸化物、窒化物によるチャージアップとターゲット10a,10bに対するアノードとして作用するアースシールド、チャンバー壁、防着板等が酸化物、窒化物に覆われることにより、アノードの面積が小さくなる、若しくは均一でなくなることが考えられる。
The cause of the occurrence of such an abnormal arc discharge is that the target surfaces 10a ′ and 10b ′ are charged with oxides and nitrides, and the earth shield, chamber wall, and deposition prevention plate that act as anodes for the
そこで、これら問題を解消すべく、上記構成とすることで、一方のターゲット10aに負の電位が印加されたときに、他方のターゲット10bに正の電位又はアース電位が印加されることで該他方のターゲット10bがアノードの役割を果たし、これによって、負の電位が印加された一方のターゲット10aがスパッタされる。また、他方のターゲット10bに負の電位が印加されたときに、一方のターゲット10aに正の電位又はアース電位が印加されることで該一方のターゲット10aがアノードの役割を果たし、他方のターゲット10bがスパッタされる。このようにターゲット(カソード)印加電位を交互に切り換えることにより、ターゲット表面の酸化物、窒化物のチャージアップがなくなり、長時間、安定放電が可能になる。
Therefore, in order to solve these problems, by adopting the above configuration, when a negative potential is applied to one
例えば、ITOターゲットによる透明伝導膜を作製する場合に、低抵抗(基板加熱なしで比抵抗で6×10-4Ω・cm以下)で透過率の高い(550nm波長で85%以上)高品質な膜を作製する際に、Ar50sccmに対してO2ガスを2〜5sccm導入する。この場合、長時間放電させても、AC電源により一対のターゲット10a,10bに印加した電位を交互に切り換えることにより、ターゲット表面10a’,10b’の酸化によるチャージアップがなくなると共に、各ターゲット10a,10bがカソードとアノードの役割を相互に果たすことで安定放電を行うことができる。
For example, when producing a transparent conductive film using an ITO target, it has low resistance (
また、他の例として、有機EL素子用の保護膜、封止膜として、Siターゲットを使用し、反応性ガスO2を導入して反応性スパッタリングを行い、SiOx膜を作製する。この場合、通常のDC電源によるDC反応性スパッタリングでは、ITO膜作製の場合より異常アーク放電が発生する回数が多いが、AC電源を接続することにより、上記ITO膜の場合と同様に、ターゲット表面10a’,10b’の酸化によるチャージアップがなくなり長時間安定放電ができるようになる。 As another example, a Si target is used as a protective film and a sealing film for an organic EL element, and reactive sputtering is performed by introducing reactive gas O 2 to produce a SiOx film. In this case, in the case of DC reactive sputtering using a normal DC power source, the number of abnormal arc discharges is higher than that in the case of ITO film production. Charge up due to oxidation of 10a ′ and 10b ′ is eliminated, and stable discharge can be performed for a long time.
尚、第1実施形態において、第2成膜領域の第2成膜部P2におけるカソード110a,110bに印加される電力も、上記同様、一対のターゲット110a,110bにそれぞれ180°位相がずれた交流電場を印加可能なAC(交流)電源4’aでもよい。このようにすることで、第2成膜領域F2においても、上記と同様の効果が生じる。
In the first embodiment, the electric power applied to the
また、第1施形態において、第1及び第2成膜領域F1,F2の第1及び第2成膜部P1,P2における一対のターゲット10a,10b(110a,110b)は、同一の材質を使用する必要はなく、例えば、一方のターゲット10a(110a)がAlで構成され、他方のターゲット10b(110b)がLiで構成されていてもよい。このように、材質を変えることで、基板Bに複合膜(この場合、Li−Al膜)が成膜される。尚、この場合、各ターゲット10a,10b(110a,110b)に各々個別の電源を接続して個別に投入電力を調節することにより、複合膜の膜組成比を変化させることができる。
In the first embodiment, the same material is used for the pair of
また、本実施形態においては、基板Bは、第1又は第2成膜位置L1,L2において成膜時には固定されているがこれに限定される必要はない。即ち、基板Bの被成膜面B’の成膜面積がスパッタ装置の成膜可能な面積範囲より大きい場合や成膜された膜の膜厚分布を均一化するため、図11(イ)に示すように、被成膜面B’がT−T選に沿って移動(矢印A方向)しつつ成膜する構成でもよい。このように構成することで、長尺な基板Bに対しても均一に成膜することが可能となる。また、図11(ロ)に示すように、被成膜面B’がT−T線中央と直交する中央線P上の所定位置に設定された公転中心pを中心にし、且つ被成膜面B’がT−T線に向かって平行となった際、被成膜面B’の中心とT−T線の中間との距離が最短距離eとなるような公転軌道に沿って移動(矢印α)するように構成されてもよい。このように構成しても、長尺な基板Bに対して均一に成膜することが可能となる。また、前記被成膜面B’の移動方向(矢印A及びα)は、一方向に移動してもよく、往復動(若しくは揺動)してもよい。 In the present embodiment, the substrate B is fixed at the time of film formation at the first or second film formation position L1, L2, but it is not necessary to be limited to this. That is, when the film formation area of the film formation surface B ′ of the substrate B is larger than the film forming area range of the sputtering apparatus, or in order to make the film thickness distribution of the formed film uniform, FIG. As shown, the film formation surface B ′ may be formed while moving along the TT selection (in the direction of arrow A). With this configuration, it is possible to form a film even on a long substrate B. As shown in FIG. 11B, the film formation surface B ′ is centered on the revolution center p set at a predetermined position on the center line P orthogonal to the center of the TT line, and the film formation surface. When B ′ becomes parallel to the TT line, it moves along the revolution orbit such that the distance between the center of the film formation surface B ′ and the middle of the TT line is the shortest distance e (arrow) α) may be configured. Even with this configuration, a uniform film can be formed on the long substrate B. Further, the movement direction (arrows A and α) of the film formation surface B ′ may move in one direction, or may reciprocate (or swing).
1,1’,1”…スパッタ装置、2…真空容器(チャンバー)、3…基板ホルダー、4a,4’a,4b,4’b,4”b…スパッタ電力供給用電源、5…排気装置、6…スパッタガス供給装置、6’,6”…不活性ガス導入パイプ、7…反応性ガス供給装置、7’,7”…反応性ガス導入パイプ、8,8’…連通路、9,9’…他のプロセス室(又はロードロック室)、10a,10b,110a,110b,110’,110”a,110”b…ターゲット、10a’,10b’,110a’,110b’,110’a’,110”a’,110”b’…スパッタ面(対向面、表面)、11a,11b、111a,111b,111’,111”a,111”b…カソード(ターゲットホルダー)、12a,12b,112a,112b,112’,112”a,112”b…バッキングプレート、20a,20b,120a,120b,120’,120”a,120”b…湾曲磁場発生手段、21a,21b,121a,121b,121’,121”a,121”b…枠状磁石(永久磁石)、22a,22b,122a,122b,122’,122”a,122”b…中心磁石(永久磁石)、23a,23b,123a,123b,123’,123”a,123”b…ヨーク、30a,30b,130a,130b…筒状補助磁場発生手段(永久磁石)、B…基板、B’…被成膜面、d1,d2…ターゲットの中心間距離、F1…第1成膜領域、F2…第2成膜領域、K1,K2…ターゲット間空間(空間)、L1…第1成膜位置、L2,L’2,L”2…第2成膜位置、P1…第1成膜部、P2,P’2,P”2…第2成膜部、S…内部空間、T1a,T1b,T2a,T2b,T’2、T”2a,T”2b…ターゲットの中心、t1,t2…筒状補助磁場発空間、W1,W1’,W2,W2’,W’2,W”2,W”2’…湾曲磁場空間 1, 1 ', 1 "... Sputtering device, 2 ... Vacuum container (chamber), 3 ... Substrate holder, 4a, 4'a, 4b, 4'b, 4" b ... Power supply for sputtering power supply, 5 ... Exhaust device , 6 ... Sputter gas supply device, 6 ', 6 "... Inert gas introduction pipe, 7 ... Reactive gas supply device, 7', 7" ... Reactive gas introduction pipe, 8, 8 '... Communication path, 9, 9 '... other process chamber (or load lock chamber), 10a, 10b, 110a, 110b, 110', 110 "a, 110" b ... target, 10a ', 10b', 110a ', 110b', 110'a ', 110 "a', 110" b '... sputtering surface (opposite surface, surface), 11a, 11b, 111a, 111b, 111', 111 "a, 111" b ... cathode (target holder), 12a, 12b, 112a, 112b 112 ', 112 "a, 112" b ... backing plate, 20a, 20b, 120a, 120b, 120', 120 "a, 120" b ... bending magnetic field generating means, 21a, 21b, 121a, 121b, 121 ', 121 "A, 121" b ... frame-shaped magnet (permanent magnet), 22a, 22b, 122a, 122b, 122 ', 122 "a, 122" b ... central magnet (permanent magnet), 23a, 23b, 123a, 123b, 123 ', 123 "a, 123" b ... yoke, 30a, 30b, 130a, 130b ... cylindrical auxiliary magnetic field generating means (permanent magnet), B ... substrate, B' ... deposition surface, d1, d2 ... center of target Distance, F1 ... first film formation region, F2 ... second film formation region, K1, K2 ... space between targets (space), L1 ... first film formation position, L2, L'2, L "2 ... second Film formation P1, P1, P'2, P "2 ... Second film, S ... Internal space, T1a, T1b, T2a, T2b, T'2, T" 2a, T "2b ... center of target, t1, t2 ... cylindrical auxiliary magnetic field generating space, W1, W1 ', W2, W2', W'2, W "2, W" 2 '... curved magnetic field space
Claims (10)
第1成膜部において、一対の第1ターゲットを、その表面同士が間隔をおいて互いに対向し且つ該表面が第1ターゲット間の側方に位置する前記第1成膜位置に向かって傾斜するように配置し、
一方の第1ターゲットの表面側に、磁力線がその外周部から中心部に向かって弧状となるような内向湾曲磁場空間を発生させると共に、他方の第1ターゲットの表面側に、磁力線がその中心部から外周部に向かって弧状となるような外向湾曲磁場空間を発生させ、
さらに、磁力線が一方の第1ターゲット周辺から他方の第1ターゲット周辺へ向かい、且つ第1ターゲット間に形成される第1ターゲット間空間を囲むと共に前記湾曲磁場よりも磁場強度が大きい筒状補助磁場空間を発生させてスパッタリングし、該スパッタリングされた第1スパッタ粒子で被成膜対象物に成膜し、
第2成膜部において、第2ターゲットの表面側に前記内向又は外向湾曲磁場空間を発生させてスパッタリングし、該スパッタリングされた第2スパッタ粒子で前記第1成膜部における成膜速度よりも速い成膜速度で被成膜対象物に成膜することを特徴とするスパッタ方法。 The inner space is formed into a film in a vacuum container constituted by a first film formation region for disposing the first film formation unit and a second film formation region for disposing the second film formation unit. A first film forming unit and a second film forming unit for forming a film on an object are arranged side by side, and after forming a film on an object to be formed in the first film forming unit, a film is formed in the first film forming unit. The film formation target is moved from the first film formation position where the film object is formed to the second film formation position where the film formation target is formed in the second film formation unit, and the second film formation is performed. A sputtering method for forming a film on an object to be further formed at a portion,
In the first film formation unit, the pair of first targets is inclined toward the first film formation position where the surfaces thereof are opposed to each other with a space therebetween and the surfaces are located laterally between the first targets. And place
An inwardly curved magnetic field space is generated on the surface side of one first target so that the magnetic lines of force are arcuate from the outer peripheral part toward the central part, and the magnetic field lines are on the central part of the other first target. An outward curved magnetic field space that is arcuate from the outer periphery to the outer periphery is generated,
Furthermore, a cylindrical auxiliary magnetic field whose magnetic field lines are directed from the periphery of one first target to the periphery of the other first target, surrounds the first inter-target space formed between the first targets, and has a magnetic field strength larger than the bending magnetic field. Sputtering by generating a space, forming a film on an object to be deposited with the sputtered first sputtered particles,
In the second film forming unit, the inward or outward curved magnetic field space is generated on the surface side of the second target to perform sputtering, and the sputtered second sputtered particles are faster than the film forming rate in the first film forming unit. A sputtering method, wherein a film is formed on an object to be deposited at a deposition rate.
前記第1成膜部は、第1ターゲットと、該第1ターゲットの表面に磁力線が弧状となるような湾曲磁場空間を発生させる湾曲磁場発生手段と、前記第1ターゲットを囲むように設けられる筒状補助磁場発生手段とをそれぞれに有する一対の第1複合型カソードを備え、
該一対の第1複合型カソードは、第1ターゲットの表面同士が間隔をおいて互いに対向し且つ前記表面が第1ターゲット間の側方に位置する第1成膜位置に向かって傾斜するように配置され、
前記一対の第1複合型カソードの一方の湾曲磁場発生手段は、磁力線が第1ターゲット外周部から中心部に向かうように極性が設定される内向湾曲磁場発生手段であり、他方の湾曲磁場発生手段は、磁力線が第1ターゲットの中心部から外周部に向かうように極性が設定される外向湾曲磁場発生手段であり、
前記筒状補助磁場発生手段は、磁力線が一方の第1ターゲット周辺から他方の第1ターゲット周辺へ向かい、且つ第1ターゲット間に形成される第1ターゲット間空間を囲むと共に湾曲磁場空間よりも磁場強度が大きい筒状補助磁場空間を発生させ、
前記第2成膜部は、第2ターゲットと、該第2ターゲットの表面側に前記内向又は外向湾曲磁場空間を発生させる内向又は外向湾曲磁場発生手段とを有し、第2成膜位置に向かってスパッタ粒子を飛散させることが可能で且つ前記第1成膜部よりも成膜速度が速いスパッタカソードを備えることを特徴とするスパッタ装置。 The inner space is formed into a film in a vacuum container constituted by a first film formation region for disposing the first film formation unit and a second film formation region for disposing the second film formation unit. A first film forming unit and a second film forming unit for forming a film on the object are arranged in parallel, and a substrate holder for holding the film forming object is an object to be formed in the first film forming unit. It is possible to move from the first film forming position where the film is formed to the second film forming position where the film formation target object is formed in the second film forming unit while holding the film formation target object in the vacuum vessel. A sputtering apparatus provided for
The first film forming unit includes a first target, a curved magnetic field generating means for generating a curved magnetic field space in which magnetic lines of force are arcuate on the surface of the first target, and a cylinder provided so as to surround the first target. A pair of first composite cathodes each having a cylindrical auxiliary magnetic field generating means,
The pair of first composite cathodes are inclined such that the surfaces of the first targets are opposed to each other with a space therebetween, and the surfaces are inclined toward a first film forming position located on a side between the first targets. Arranged,
One bending magnetic field generation means of the pair of first composite cathodes is an inward bending magnetic field generation means whose polarity is set so that the magnetic field lines are directed from the outer periphery of the first target toward the center, and the other bending magnetic field generation means. Is an outward bending magnetic field generating means in which the polarity is set so that the magnetic field lines are directed from the central part of the first target to the outer peripheral part,
The cylindrical auxiliary magnetic field generating means has a magnetic field line extending from the periphery of one first target to the periphery of the other first target and surrounds the first inter-target space formed between the first targets and is more magnetic than the curved magnetic field space. Generate a cylindrical auxiliary magnetic field space with high strength,
The second film forming unit includes a second target and an inward or outward bending magnetic field generating means for generating the inward or outward bending magnetic field space on the surface side of the second target, and is directed toward the second film forming position. A sputtering apparatus, comprising: a sputtering cathode capable of scattering sputtered particles and having a deposition rate faster than that of the first deposition unit.
該一対の第2複合型カソードは、第2ターゲットの表面同士が間隔をおいて互いに対向し且つ前記表面が第2ターゲット間の側方に位置する第2成膜位置に向かって傾斜するように配置され、
前記一対の第2複合型カソードの一方の湾曲磁場発生手段は、磁力線が第2ターゲット外周部から中心部に向かうように極性が設定される内向湾曲磁場発生手段であり、他方の湾曲磁場発生手段は、磁力線が第2ターゲットの中心部から外周部に向かうように極性が設定される外向湾曲磁場発生手段であり、
前記筒状補助磁場発生手段は、磁力線が一方の第2ターゲット周辺から他方の第2ターゲット周辺へ向かい、且つ第2ターゲット間に形成される第2ターゲット間空間を囲むと共に湾曲磁場空間よりも磁場強度が大きい筒状補助磁場空間を発生させ、
第1成膜部が備える前記一対の第1複合型カソードにおける第1ターゲットの表面同士のなす角よりも、第2ターゲットの表面同士のなす角が大きい一対の前記第2複合型カソードを備えることを特徴とする請求項4乃至6の何れか一項に記載のスパッタ装置。 The second film forming unit includes a second target, a curved magnetic field generating means for generating a curved magnetic field space in which magnetic lines of force are arcuate on the surface of the second target, and a cylinder provided so as to surround the second target. A pair of second composite type cathodes each having a cylindrical auxiliary magnetic field generating means,
The pair of second composite cathodes are inclined such that the surfaces of the second target are opposed to each other at an interval, and the surfaces are inclined toward a second film forming position located on the side between the second targets. Arranged,
One bending magnetic field generation means of the pair of second composite cathodes is an inward bending magnetic field generation means whose polarity is set so that the magnetic field lines are directed from the outer peripheral portion of the second target toward the center portion, and the other bending magnetic field generation means. Is an outward bending magnetic field generating means in which the polarity is set so that the magnetic field lines are directed from the central part of the second target to the outer peripheral part,
The cylindrical auxiliary magnetic field generating means has a magnetic field line extending from one second target periphery to the other second target periphery and surrounds a second inter-target space formed between the second targets, and is more magnetic than the curved magnetic field space. Generate a cylindrical auxiliary magnetic field space with high strength,
A pair of second composite cathodes having a larger angle formed by the surfaces of the second target than the angle formed by the surfaces of the first target in the pair of first composite cathodes provided in the first film forming unit; The sputtering apparatus according to any one of claims 4 to 6, wherein:
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