JP4858492B2 - Sputtering equipment - Google Patents
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Description
本発明はスパッタリング装置に関し、特に同一真空容器内で複数の材料からなる積層構造の薄膜を、真空を破ることなく連続して形成することができるスパッタリング装置に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus, and more particularly to a sputtering apparatus capable of continuously forming a thin film having a laminated structure made of a plurality of materials in the same vacuum vessel without breaking a vacuum.
磁性膜、電極膜、透明導電膜、保護膜等の形成のために、従来よりスパッタリング法が広く用いられている。これは、成膜速度が遅いという欠点があるものの、変動要因が少なく制御し易く、時間制御により比較的安定して所望の膜が得られるという利点を有しているからと考えられる。また、スパッタリング法は、緻密な膜を形成できるという利点を有しているので、近年では、真空蒸着法の代わりに、ダイクロイック膜や反射防止膜等の光学用多層膜の形成のためにも用いられている。 Conventionally, a sputtering method has been widely used to form a magnetic film, an electrode film, a transparent conductive film, a protective film, and the like. Although this has the disadvantage that the film formation rate is slow, it is considered that it has the advantage that a desired film can be obtained relatively stably by time control with few fluctuation factors. In addition, since the sputtering method has an advantage that a dense film can be formed, in recent years, it is also used for forming an optical multilayer film such as a dichroic film or an antireflection film instead of the vacuum deposition method. It has been.
光学用多層膜を成膜形成した例として、例えば、特公平７−１１１４８２号公報には、インライン式の反応性直流スパッタ装置により形成された５層反射防止膜の例が記載されている。この反射防止膜は、１層目が７．５ｎｍのＴｉＯ２膜、２層目が３９．５ｎｍのＳｉＯ２膜、３層目が１０１．５ｎｍのＴａ２Ｏ５膜、４層目が１８ｎｍのＴｉＯ２膜、５層目が９６ｎｍのＳｉＯ２膜から構成されている。 As an example of forming an optical multilayer film, for example, Japanese Patent Publication No. 7-111482 describes an example of a five-layer antireflection film formed by an in-line type reactive direct current sputtering apparatus. This antireflection film is a 7.5 nm TiO 2 film for the first layer, a 39.5 nm SiO 2 film for the second layer, a Ta 2 O 5 film for 101.5 nm for the third layer, and a 18 nm for the fourth layer. The TiO 2 film and the fifth layer are composed of a 96 nm SiO 2 film.
大面積の光学部材を大量生産するためには、一定条件での連続成膜に適したインライン式（自動的かつ連続的な生産ラインを構成する）のスパッタリング装置が用いられることが好ましい。通常は、生産量と工程時間に応じて、スパッタリング装置の装置構成、具体的にはスパッタ室の数またはスパッタリング装置の台数が決定されている。 In order to mass-produce large-area optical members, it is preferable to use an in-line type sputtering apparatus (automatic and continuous production line) suitable for continuous film formation under certain conditions. Usually, the apparatus configuration of the sputtering apparatus, specifically, the number of sputtering chambers or the number of sputtering apparatuses is determined according to the production amount and the process time.
スパッタリング装置において、多層膜を形成する場合や、成膜速度の遅い材料をターゲットとして用いる場合には、複数のターゲットが用いられるが、この場合、複数のスパッタリング装置を用いたり、スパッタリング装置に複数のスパッタリング室を設けたりすることがある。個々のターゲットに対応して複数のスパッタリング装置または複数のスパッタ室を設ける場合、各スパッタリング装置または各スパッタリング室にそれぞれ１つずつ電源を設ける必要があり、装置コストが高くなるという問題がある。 In a sputtering apparatus, when a multilayer film is formed or a material having a low film formation rate is used as a target, a plurality of targets are used. In this case, a plurality of sputtering apparatuses are used, or a plurality of sputtering apparatuses are used. A sputtering chamber may be provided. When a plurality of sputtering apparatuses or a plurality of sputtering chambers are provided corresponding to each target, it is necessary to provide one power source for each sputtering apparatus or each sputtering chamber, resulting in a problem that the apparatus cost increases.
また、一つのスパッタリング室に複数のターゲットを設ける場合であっても、ターゲットの数に応じて複数の電源が必要となるので、やはり装置コストが高くなるという問題がある。特に、小規模生産（小面積の基板を用いたり、少量生産を行ったり、複数膜種を成膜する場合など）においては、複数の電源を設けて装置コストが上昇することに伴う製品（光学部材等）の製造コストの上昇が顕著であるため、インライン式スパッタ装置が採用されることは少ない。 Further, even when a plurality of targets are provided in one sputtering chamber, a plurality of power supplies are required according to the number of targets, so that there is still a problem that the apparatus cost increases. In particular, in small-scale production (such as when using a small-area substrate, small-scale production, or when multiple film types are formed), a product (optical) that is associated with the increase in equipment cost by providing multiple power supplies In-line sputtering equipment is rarely employed because of a significant increase in manufacturing costs of members and the like.
このように、従来は、緻密で特性のよい多層膜を自動的かつ連続的に形成するためにインライン式のスパッタリング装置を用いる場合、複数の電源を有することに伴い装置コストが高く、ひいては生産コストが高くなるという欠点があった。 As described above, conventionally, when an in-line type sputtering apparatus is used to automatically and continuously form a dense and good multilayer film, the apparatus cost is high due to having a plurality of power supplies, and thus the production cost. There was a disadvantage that it became high.
特開２００２−３６３７４５号公報には、低コストで、多層膜を自動的かつ連続的に形成することを目的として、スパッタリング室内に、異なる材料からなる複数の部材が貼り合わされたターゲットを配置し、貼り合わせターゲットをカソード電極としてスパッタリングを行い、基板の表面に多層薄膜を形成するインライン式スパッタリング装置が提案されている。 In JP 2002-363745 A, a target in which a plurality of members made of different materials are bonded together is disposed in a sputtering chamber for the purpose of automatically and continuously forming a multilayer film at a low cost. An in-line sputtering apparatus has been proposed in which sputtering is performed using a bonded target as a cathode electrode to form a multilayer thin film on the surface of a substrate.
基板に屈折率の異なる複数の層からなる多層薄膜を形成するために、貼り合わせターゲットは、多層薄膜の各層に要求される屈折率および膜厚に応じて選択された材料および大きさの異なる複数の部材が順に貼り合わせて配置された構成となっているが、貼り合せターゲットの個々の部材に対して最適な条件を選べる場合は限られており、この方法により高精度の多層薄膜を得ることは難しかった。 In order to form a multilayer thin film consisting of a plurality of layers having different refractive indexes on a substrate, a bonding target is selected from a plurality of materials and sizes selected according to the refractive index and film thickness required for each layer of the multilayer thin film. However, there are limited cases where the optimum conditions can be selected for each member of the bonding target, and this method provides a highly accurate multilayer thin film. Was difficult.
また、スパッタリング装置を用いて薄膜積層構造を構成したデバイスとして実用化されているものに、書換え型光ディスクがある。書換え型光ディスクの光磁気方式、相変化方式ともに、保護層、記録層、反射層等のスパッタリングによる多層構造を有しており、一般に、各層はそれぞれに適した、異なったスパッタリングガス条件（スパッタリングガス種類、スパッタリングガス圧力、スパッタリングガス流量等）により形成される。例えば、光磁気ディスクの場合であれば、保護層（エンハンス層）には、通常スパッタリングガスとしてアルゴンと窒素の混合ガスを用いたＳｉの反応性スパッタリングにより形成される窒化Ｓｉ層が用いられる場合が多い。このため、スパッタリングガスとしてアルゴンのみが用いられる記録層、反射層などの形成には、保護層（エンハンス層）の形成に用いられるアルゴンと窒素の混合ガスの影響を受けないように、それぞれが独立したスパッタリングチャンバーが必須となっている。 Further, a rewritable optical disk is put to practical use as a device having a thin film laminated structure using a sputtering apparatus. Both the magneto-optical method and phase change method of rewritable optical disks have a multilayer structure formed by sputtering such as a protective layer, a recording layer, and a reflective layer. Generally, each layer has different sputtering gas conditions (sputtering gas) suitable for each. Type, sputtering gas pressure, sputtering gas flow rate, etc.). For example, in the case of a magneto-optical disk, a Si nitride layer formed by reactive sputtering of Si using a mixed gas of argon and nitrogen as a sputtering gas is usually used for the protective layer (enhancement layer). Many. For this reason, each of the recording layer, the reflective layer, etc., in which only argon is used as the sputtering gas, is independent of each other so as not to be affected by the mixed gas of argon and nitrogen used for forming the protective layer (enhancement layer). A sputtering chamber is essential.
このため、量産用スパッタリング装置は、それぞれの層を形成するために、それぞれ真空排気系およびガス導入系を備えた真空的に独立した複数のスパッタリングチャンバーが隔離バルブ機構等により連結された構造となっているのが通常である。そして、この各スパッタリングチャンバー間をディスクが搬送されて、順次成膜されることにより多層構造が形成される。 Therefore, a mass production sputtering apparatus has a structure in which a plurality of vacuum independent sputtering chambers each having a vacuum exhaust system and a gas introduction system are connected by an isolation valve mechanism or the like in order to form each layer. It is normal. Then, a disk is transported between the sputtering chambers and sequentially formed into a multilayer structure.
小規模の実験、開発の用途では、１つのスパッタリングチャンバーで保護層、記録層、反射層等を順次形成することが行なわれるが、この場合は、通常１つの層を形成するごとに真空排気、スパッタリングガス導入を行い、１つのスパッタリングチャンバーでありながら、それぞれの層を形成するごとにスパッタリングガス条件を完全に切替えている。 In small-scale experiments and development applications, a protective layer, a recording layer, a reflective layer, and the like are sequentially formed in a single sputtering chamber. In this case, vacuum evacuation is usually performed every time one layer is formed. Sputtering gas is introduced and the sputtering gas conditions are completely switched every time each layer is formed, although it is one sputtering chamber.
ところが、上記のような従来の成膜方法および装置には、次のような問題点がある。まず、多層構造を形成するための独立した複数のスパッタリングチャンバーが必要であり、それぞれのチャンバーごとに真空排気系およびスパッタリングガス導入系、真空度測定系、各チャンバー間をディスク基板を搬送するための搬送機構およびチャンバーを真空的に隔離するためのバルブ機構、さらにこれらをコントロールするための制御機構（ハード／ソフト）等が必要となる。 However, the conventional film forming method and apparatus as described above have the following problems. First, it is necessary to have a plurality of independent sputtering chambers for forming a multilayer structure. For each chamber, an evacuation system, a sputtering gas introduction system, a vacuum measurement system, and a disk substrate between the chambers are transported. A valve mechanism for isolating the transfer mechanism and the chamber in a vacuum, and a control mechanism (hardware / software) for controlling them are required.
したがって、装置全体の構成／機構が複雑になり、装置としての信頼性の低下、メンテナンス性の低下等をもたらす。また、生産性を高めるためには、時間当りのディスク処理枚数を多くする必要があるが、各チャンバー間に隔離機構が必要であり、さらに搬送機構が隔離機構と干渉しない構造とするため、チャンバー間の搬送速度が制限され、ディスクの処理枚数が制約される場合がある。さらに、上記のような多くの各種装置、機構等が必要となるために、スパッタリング装置としても高価なものとなっている。 Therefore, the configuration / mechanism of the entire apparatus becomes complicated, resulting in a decrease in reliability as the apparatus and a decrease in maintenance. In order to increase productivity, it is necessary to increase the number of discs processed per hour. However, an isolation mechanism is required between the chambers, and the chamber does not interfere with the isolation mechanism. In some cases, the conveyance speed is limited, and the number of processed disks is limited. Furthermore, since many various apparatuses and mechanisms as described above are required, the sputtering apparatus is also expensive.
特開平１０−１２４９４１号公報には、真空的に単一のスパッタリングチャンバー内に複数の成膜部を設置する際に、各成膜部相互のスパッタリング時のプラズマの干渉を防止し、またスパッタリング粒子の不必要な部分への回り込みを防止するために、スパッタリングターゲットの周囲に適当な遮蔽板を設けることが提案されている。成膜部の数は所望の層数によって決められ、一般には少なくとも層数と同数が必要であるが、１つの層を複数の成膜部で分割して形成する場合には、その分割数に応じて必要な成膜部数が決められる。 Japanese Patent Laid-Open No. 10-124941 discloses that when a plurality of film forming units are installed in a single sputtering chamber in a vacuum, the plasma interference between the film forming units is prevented. It has been proposed to provide a suitable shielding plate around the sputtering target in order to prevent wraparound of unnecessary portions. The number of film forming parts is determined by the desired number of layers. Generally, the number of film forming parts is required to be at least the same as the number of layers. Accordingly, the required number of film forming copies is determined.
しかし、複数のカソードを配置したスパッタリング装置において、特に、ＤＣカソードとＲＦカソードに配置されるターゲットを用いてスパッタリングを行い複数の膜を積層する場合、上記のようなスパッタリングターゲットの周囲に遮蔽板を設けるだけでは、一方のカソードでスパッタリング中に放出されるスパッタリング粒子が不必要な部分（例えば、隣り合うカソード上のターゲット等）に回り込み、隣り合うターゲット表面にスパッタリング粒子が付着しターゲットが汚染されることが起こり、この現象は短期間は防止できても、長時間使用続ける中では、部分的な回りこみ、真空容器内部部材に絶縁体膜の形成等が起こり、徐々に、成膜時のプラズマの状態が不安定となり、異常放電が起こりやすくなるという問題がある。
本発明は、スパッタリング粒子の不必要な回り込みを防ぐために、１）各カソードを独立した複数の成膜室とし、それぞれの成膜室に真空排気系、真空度測定系、および隔離機構を設置するため、装置全体の構成が複雑となり、装置としての信頼性の低下、整備性の低下等をもたらす、また、２）多くの付属装置、機構が必要となるため、スパッタリング装置としても高価なものとなる、こと等を回避し、さらに、上記課題の回避策の一方法である、複数のカソードを配置したスパッタリング装置において、特に、ＤＣカソードとＲＦカソードに配置したターゲットを用いてスパッタリングを行う場合、上記のようなスパッタリングターゲットの周囲に遮蔽板を設けるだけでは、一方のカソードでスパッタリング中に放出されるスパッタリング粒子が不必要な部分（例えば、隣り合うカソード上のターゲット等）に回り込み、隣り合うターゲット表面にスパッタリング粒子が付着しターゲットが汚染されることは、短期間は防止できても、部分的な回りこみ、真空容器内部部材に絶縁体膜の形成等が起こり、徐々に、成膜時のプラズマの状態が不安定となり、異常放電が起こる問題を解決することを課題とする。 In the present invention, in order to prevent unnecessary wraparound of sputtered particles, 1) each cathode is made into a plurality of independent film forming chambers, and a vacuum exhaust system, a vacuum measuring system, and an isolation mechanism are installed in each film forming chamber. Therefore, the configuration of the entire apparatus becomes complicated, resulting in a decrease in reliability and maintainability of the apparatus. 2) Since many attachment devices and mechanisms are required, the sputtering apparatus is also expensive. In the sputtering apparatus in which a plurality of cathodes are arranged, which is one method for avoiding the above problem, particularly when sputtering is performed using targets arranged in the DC cathode and the RF cathode. By simply providing a shielding plate around the sputtering target as described above, one of the cathodes sputters released during sputtering. It is possible to prevent the particles from getting into unnecessary parts (for example, targets on adjacent cathodes) and adhering sputtering particles to the adjacent target surface and contaminating the target, even though it can be prevented for a short period of time. An object of the present invention is to solve the problem that an insulating film is formed on the inner member of the vacuum vessel and the plasma state during the film formation is gradually unstable and abnormal discharge occurs.
本発明者は、前記課題を解決するため、多くの遮蔽板配置や遮蔽機構の検討を行ったところ、真空容器内に、ターゲットを配置した、複数のカソードのうちの少なくとも１つが、高周波電源に接続されるカソード（ＲＦカソード）で、他は直流電源に接続されるカソード（ＤＣカソード）が直線的に配置され、前記ターゲットに被処理面を対向させた基板を保持して、ターゲット上方を搬送路に沿って直線的に移動可能な基板保持体を具備し、カソードが配置された領域の少なくとも一方の側に基板保持体の待機領域を有しており、上記ターゲットのうちの１種の上に上記基板保持体を移動させ、該基板を対向させて、該ターゲットをスパッタリング法でスパッタリングして上記基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
該ＲＦカソードの、隣り合うＤＣカソード側の搬送路部と、該ＲＦカソードと隣り合う該ＤＣカソードの該ＲＦカソード側の搬送路部に、鉛直方向に遮蔽板が配置され、２枚の該遮蔽板間の距離は基板保持体の走行方向の巾よりも大きく、該遮蔽板は、基板保持体の移動方向と直交し真空容器壁部で支持された軸部に固定され基板保持体の移動方向前後に回動可能であり、該基板保持体が移動するときには、該基板保持体移動方向の直前にある遮蔽板が回動し、該基板保持体が移動して、カソード上部に到達すると、前記遮蔽板は元位置に回動して、該カソードでスパッタリングを行い基板上に薄膜を形成し、その後、該基板保持体移動方向の直前にある遮蔽板が回動し、該基板保持体が移動して、カソード上部あるいは基板保持体の待機領域に到達すると、前記遮蔽板は元位置に回動する機構とすることで、上記課題は解決することを見出し、本発明に至った。
In order to solve the above problems, the present inventor has examined a number of shielding plate arrangements and shielding mechanisms. As a result, at least one of a plurality of cathodes in which a target is arranged in a vacuum vessel is used as a high-frequency power source. The cathode (RF cathode) to be connected and the cathode (DC cathode) to be connected to the DC power source are arranged in a straight line, and the substrate with the processing surface facing the target is held and transported above the target. A substrate holder that is linearly movable along the path, and has a standby area for the substrate holder on at least one side of the area where the cathode is disposed, A sputtering apparatus for moving the substrate holder to face the substrate, facing the substrate, sputtering the target by a sputtering method to form a thin film on the substrate,
A shield plate is disposed in the vertical direction on the adjacent RF cathode transport path section of the RF cathode and on the RF cathode transport path section of the DC cathode adjacent to the RF cathode. The distance between the plates is larger than the width of the substrate holder in the running direction, and the shielding plate is fixed to a shaft portion that is orthogonal to the direction of movement of the substrate holder and supported by the vacuum vessel wall, and the direction of movement of the substrate holder When the substrate holder moves, the shielding plate immediately before the substrate holder moving direction rotates, and when the substrate holder moves and reaches the upper part of the cathode, The shielding plate is rotated to the original position, and sputtering is performed on the cathode to form a thin film on the substrate. Thereafter, the shielding plate immediately before the substrate holder moving direction is rotated, and the substrate holder is moved. The standby area of the upper part of the cathode or the substrate holder Upon reaching, the shielding plate by a mechanism which rotates the original position, found that the above problem is solved, leading to the present invention.
すなわち、本発明の第１の発明は、真空容器内に、ターゲットを配置した、複数のカソードのうちの少なくとも１つが、高周波電源に接続されるカソード（ＲＦカソード）で、他は直流電源に接続されるカソード（ＤＣカソード）が直線的に配置され、前記ターゲットに被処理面を対向させた基板を保持して、ターゲット上方を搬送路に沿って直線的に移動可能な基板保持体を具備し、カソードが配置された領域の少なくとも一方の側に基板保持体の待機領域を有しており、上記ターゲットのうちの１種の上に上記基板保持体を移動させ、該基板を対向させて、該ターゲットをスパッタリング法でスパッタリングして上記基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
該ＲＦカソードの、隣り合うＤＣカソード側の搬送路部と、該ＲＦカソードと隣り合う該ＤＣカソードの該ＲＦカソード側の搬送路部に、鉛直方向に遮蔽板が配置され、２枚の該遮蔽板間の距離は基板保持体の走行方向の巾よりも大きく、該遮蔽板は、基板保持体の移動方向と直交し真空容器壁部で支持された軸部に固定され基板保持体の移動方向前後に回動可能であり、該基板保持体が移動するときには、該基板保持体移動方向の直前にある遮蔽板が回動し、該基板保持体が移動して、カソード上部に到達すると、前記遮蔽板は元位置に回動して、該カソードでスパッタリングを行い基板上に薄膜を形成できることを特徴とするスパッタリング装置である。
That is, according to the first aspect of the present invention, at least one of a plurality of cathodes in which a target is disposed in a vacuum vessel is a cathode (RF cathode) connected to a high frequency power source, and the other is connected to a DC power source. The substrate (DC cathode) is linearly arranged, holds a substrate with the target surface facing the target, and includes a substrate holder that can move linearly along the transport path above the target. , Having a standby region of the substrate holder on at least one side of the region where the cathode is disposed, moving the substrate holder over one of the targets, and facing the substrate, A sputtering apparatus for forming a thin film on the substrate by sputtering the target by a sputtering method,
A shield plate is disposed in the vertical direction on the adjacent RF cathode transport path section of the RF cathode and on the RF cathode transport path section of the DC cathode adjacent to the RF cathode. The distance between the plates is larger than the width of the substrate holder in the running direction, and the shielding plate is fixed to a shaft portion that is orthogonal to the direction of movement of the substrate holder and supported by the vacuum vessel wall, and the direction of movement of the substrate holder When the substrate holder moves, the shielding plate immediately before the substrate holder moving direction rotates, and when the substrate holder moves and reaches the upper part of the cathode, The shielding plate is a sputtering apparatus characterized in that the shielding plate can be rotated to the original position and a thin film can be formed on the substrate by performing sputtering at the cathode.
本発明の第２の発明は、真空容器の内部を、前記基板保持体が配置される上室と前記カソードが配置される下室にそれぞれ分割し、かつ前記カソードに配置されたターゲット表面と平面的に略一致する位置に前記ターゲット形状に対応した開口部が形成されたシールド部材を備えていることを特徴とする第１の発明に記載のスパッタリング装置である。 According to a second aspect of the present invention, the interior of the vacuum vessel is divided into an upper chamber in which the substrate holder is disposed and a lower chamber in which the cathode is disposed, and a target surface and a plane disposed on the cathode. The sputtering apparatus according to the first aspect of the present invention further includes a shield member in which an opening corresponding to the target shape is formed at a substantially coincident position.
本発明のスパッタリング装置は、真空容器内に、ターゲットを配置した、複数のカソードのうちの少なくとも１つが、高周波電源に接続されるカソード（ＲＦカソード）で、他は直流電源に接続されるカソード（ＤＣカソード）が直線的に配置され、前記ターゲットに被処理面を対向させた基板を保持して、ターゲット上方を搬送路に沿って直線的に移動可能な基板保持体を具備し、カソードが配置された領域の少なくとも一方の側に基板保持体の待機領域を有しており、上記ターゲットのうちの１種の上に上記基板保持体を移動させ、該基板を対向させて、該ターゲットをスパッタリング法でスパッタリングして上記基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
該ＲＦカソードの、隣り合うＤＣカソード側の搬送路部と、該ＲＦカソードと隣り合う該ＤＣカソードの該ＲＦカソード側の搬送路部に、鉛直方向に遮蔽板が配置され、２枚の該遮蔽板間の距離は基板保持体の走行方向の巾よりも大きく、該遮蔽板は、基板保持体の移動方向と直交し真空容器壁部で支持された軸部に固定され基板保持体の移動方向前後に回動可能であり、該基板保持体が移動するときには、該基板保持体移動方向の直前にある遮蔽板が回動し、該基板保持体が移動して、カソード上部に到達すると、前記遮蔽板は元位置に回動して、該カソードでスパッタリングを行い基板上に薄膜を形成し、その後、該基板保持体移動方向の直前にある遮蔽板が回動し、該基板保持体が移動して、カソード上部あるいは基板保持体の待機領域に到達すると、前記遮蔽板は元位置に回動する機構とすることを特徴とする。
In the sputtering apparatus of the present invention, at least one of a plurality of cathodes having a target disposed in a vacuum vessel is a cathode (RF cathode) connected to a high frequency power source, and the other is a cathode (RF cathode) connected to a DC power source. DC cathode) is linearly arranged, and includes a substrate holder that holds the substrate with the target surface facing the target and can move linearly along the transport path above the target, and the cathode is arranged The substrate holding body has a standby area on at least one side of the formed area, the substrate holding body is moved onto one of the targets, the substrate is opposed, and the target is sputtered. A sputtering apparatus for forming a thin film on the substrate by sputtering using a method,
A shield plate is disposed in the vertical direction on the adjacent RF cathode transport path section of the RF cathode and on the RF cathode transport path section of the DC cathode adjacent to the RF cathode. The distance between the plates is larger than the width of the substrate holder in the running direction, and the shielding plate is fixed to a shaft portion that is orthogonal to the direction of movement of the substrate holder and supported by the vacuum vessel wall, and the direction of movement of the substrate holder When the substrate holder moves, the shielding plate immediately before the substrate holder moving direction rotates, and when the substrate holder moves and reaches the upper part of the cathode, The shielding plate is rotated to the original position, and sputtering is performed on the cathode to form a thin film on the substrate. Thereafter, the shielding plate immediately before the substrate holder moving direction is rotated, and the substrate holder is moved. The standby area of the upper part of the cathode or the substrate holder Upon reaching, the shielding plate is characterized in that a mechanism for rotating the original position.
上記構造とすることにより、スパッタリングターゲットの周囲に遮蔽板を設けるだけでは、一方のカソードでスパッタリング中に放出されるスパッタリング粒子が不必要な部分（例えば、隣り合うカソード上のターゲット等）に回り込み、隣り合うターゲット表面にスパッタリング粒子が付着し、ターゲットが汚染されることが起こり、この現象は短期間は防止できても、長時間使用続ける中では、部分的な回りこみ、真空容器内部部材に絶縁体膜の形成等が起こり、徐々に、成膜時のプラズマの状態が不安定となり、異常放電が起こりやすくなるという問題を解消できる。したがって、基板上に、ＲＦカソードを用いて形成される膜と、他はＤＣカソードを用いて形成される膜とで、複数の材料からなる積層構造の薄膜を真空を破ることなく連続して形成する場合において、高い品質の膜を得ることができる。また、複数の成膜室を備える必要がなく、装置全体の構成の簡素化、および低コスト化を実現できるという優れた効果がある。 By providing the above structure, simply providing a shielding plate around the sputtering target causes sputtering particles emitted during sputtering at one cathode to wrap around unnecessary parts (for example, a target on an adjacent cathode). Sputtering particles may adhere to adjacent target surfaces, causing the target to become contaminated. This phenomenon can be prevented for a short period of time, but if it continues to be used for a long period of time, it will partially wrap around and insulate the vacuum vessel internal members. Formation of a body film or the like occurs, and the problem that the plasma state during film formation becomes unstable and abnormal discharge is likely to occur can be solved. Therefore, a thin film having a laminated structure made of a plurality of materials is continuously formed on a substrate without breaking a vacuum, with a film formed using an RF cathode and another film formed using a DC cathode. In this case, a high quality film can be obtained. Further, there is no need to provide a plurality of film forming chambers, and there is an excellent effect that the configuration of the entire apparatus can be simplified and the cost can be reduced.
以下、この発明に係わるスパッタリング装置の実施態様を、図面を参照しながら説明する。なお、図に示す装置全体の構成や各部の構成は、説明を容易にするために簡略化又は模式化している。 Embodiments of a sputtering apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure of the whole apparatus shown in the figure and the structure of each part are simplified or modeled for easy explanation.
本発明のスパッタリング装置は、真空容器内に、ターゲットを配置した、複数のカソードのうちの少なくとも１つが、高周波電源に接続されるカソード（ＲＦカソード）で、他は直流電源に接続されるカソード（ＤＣカソード）が直線的に配置され、前記ターゲットに被処理面を対向させた基板を保持して、ターゲット上方を搬送路に沿って直線的に移動可能な基板保持体を具備し、カソードが配置された領域の少なくとも一方の側に基板保持体の待機領域を有しており、上記ターゲットのうちの１種の上に上記基板保持体を移動させ、該基板を対向させて、該ターゲットをスパッタリング法でスパッタリングして上記基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
該ＲＦカソードの、隣り合うＤＣカソード側の搬送路部と、該ＲＦカソードと隣り合う該ＤＣカソードの該ＲＦカソード側の搬送路部に、鉛直方向に遮蔽板が配置され、２枚の該遮蔽板間の距離は基板保持体の走行方向の巾よりも大きく、該遮蔽板は、基板保持体の移動方向と直交し真空容器壁部で支持された軸部に固定され基板保持体の移動方向前後に回動可能であり、該基板保持体が移動するときには、該基板保持体移動方向の直前にある遮蔽板が回動し、該基板保持体が移動して、カソード上部に到達すると、前記遮蔽板は元位置に回動して、該カソードでスパッタリングを行い基板上に薄膜を形成できることを特徴としている。
In the sputtering apparatus of the present invention, at least one of a plurality of cathodes having a target disposed in a vacuum vessel is a cathode (RF cathode) connected to a high frequency power source, and the other is a cathode (RF cathode) connected to a DC power source. DC cathode) is linearly arranged, and includes a substrate holder that holds the substrate with the target surface facing the target and can move linearly along the transport path above the target, and the cathode is arranged The substrate holding body has a standby area on at least one side of the formed area, the substrate holding body is moved onto one of the targets, the substrate is opposed, and the target is sputtered. A sputtering apparatus for forming a thin film on the substrate by sputtering using a method,
A shield plate is disposed in the vertical direction on the adjacent RF cathode transport path section of the RF cathode and on the RF cathode transport path section of the DC cathode adjacent to the RF cathode. The distance between the plates is larger than the width of the substrate holder in the running direction, and the shielding plate is fixed to a shaft portion that is orthogonal to the direction of movement of the substrate holder and supported by the vacuum vessel wall, and the direction of movement of the substrate holder When the substrate holder moves, the shielding plate immediately before the substrate holder moving direction rotates, and when the substrate holder moves and reaches the upper part of the cathode, The shielding plate is rotated to the original position, and a thin film can be formed on the substrate by sputtering with the cathode.
また、本発明のスパッタリング装置においては、真空容器の内部を、前記基板保持体が配置される上室と前記複数のカソードが配置される下室にそれぞれ分割され、かつ前記カソードに配置されたターゲット表面と平面的に略一致する位置に前記ターゲット形状に対応した開口部が形成されたシールド部材を備えている。 In the sputtering apparatus of the present invention, the interior of the vacuum vessel is divided into an upper chamber in which the substrate holder is disposed and a lower chamber in which the plurality of cathodes are disposed, and the target disposed on the cathode. A shield member is provided in which an opening corresponding to the target shape is formed at a position substantially coincident with the surface in a plane.
高周波電源に接続されるカソード（ＲＦカソード）では、真空容器１０に動作ガスとして、例えば、Ａｒガスがガス導入口から供給され、真空ポンプが接続されているガス排気系から真空排気することにより、動作ガスの供給量と、真空排気の排気速度とを制御することによって、真空容器１０内を所定の圧力に維持する。真空容器１０内ではＲＦカソード３と基板保持体５とが対向して配置され、ＲＦカソード３上にはターゲット１が取り付けられ、基板保持体５上には基板８が取り付けられ、ターゲット１と基板８とが対向している。ＲＦカソード３には高周波電源が整合回路を介して真空容器１０外より接続されている。ＲＦスパッタリングにおいては、ＲＦカソード３に高周波電源からの高周波電力を印加すると、真空容器１０内でＡｒガスが電離又は励起して、Ａｒ+ イオンが発生する。ターゲット１をＡｒ+ イオンでスパッタして、基板８に成膜することができる。スパッタリング時は、基板保持体を搬送路に沿って直線的に移動しながら成膜すれば、基板保持体の移動方向に長い形状の基板８に成膜することが可能である。また、基板保持体を移動しないで、ターゲット形状にほぼ等しい範囲に成膜することも可能である。 In the cathode (RF cathode) connected to the high-frequency power source, for example, Ar gas is supplied from the gas inlet as the operating gas to the vacuum vessel 10 and is evacuated from the gas exhaust system to which the vacuum pump is connected. The inside of the vacuum vessel 10 is maintained at a predetermined pressure by controlling the supply amount of the working gas and the exhaust speed of the vacuum exhaust. In the vacuum vessel 10, the RF cathode 3 and the substrate holder 5 are arranged to face each other, the target 1 is attached on the RF cathode 3, the substrate 8 is attached on the substrate holder 5, and the target 1 and the substrate are attached. 8 is facing. A high frequency power source is connected to the RF cathode 3 from outside the vacuum vessel 10 through a matching circuit. In RF sputtering, when high-frequency power from a high-frequency power source is applied to the RF cathode 3, Ar gas is ionized or excited in the vacuum vessel 10 to generate Ar + ions. The target 1 can be formed on the substrate 8 by sputtering with Ar + ions. At the time of sputtering, if the film is formed while linearly moving the substrate holder along the conveyance path, it is possible to form a film on the substrate 8 having a shape that is long in the moving direction of the substrate holder. In addition, it is possible to form a film in a range substantially equal to the target shape without moving the substrate holder.
直流電源に接続されるカソード（ＤＣカソード）では、動作ガスの供給量と、真空排気の排気速度とを制御することによって、真空容器１０内を所定の圧力に維持して、ＤＣスパッタリングにおいては、ＤＣカソード４に直流電源からの直流電力を印加すると、真空容器１０内でＡｒガスが電離又は励起して、Ａｒ+ イオンが発生し、ターゲット２をＡｒ+ イオンでスパッタして、基板８に成膜することができる。 In the cathode connected to the DC power source (DC cathode), the inside of the vacuum vessel 10 is maintained at a predetermined pressure by controlling the supply amount of the working gas and the exhaust speed of the vacuum exhaust. When DC power from a DC power source is applied to the DC cathode 4, Ar gas is ionized or excited in the vacuum vessel 10 to generate Ar + ions, and the target 2 is sputtered with Ar + ions to form a substrate 8. Can be membrane.
基板８は、特に限定されず、ガラス基板や結晶基板、フィルムシート基板も用いることができる。フィルムシート基板として、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリイミドなどが挙げられる。これらの高分子基板は板状であってもフィルム状であってもよい。板状の高分子基板は寸法安定性と機械的強度に優れているため、特にそれが要求される場合には好適に使用できる。またフィルム状の高分子基板は可撓性を有しており、好適に使用できる。フィルム状の基板の厚さは通常１０〜２５０μｍのものが用いられる。フィルムの厚さが１０μｍよりあまり薄いと、基材としての機械的強度に不足し、２５０μｍよりあまり厚いと可撓性が不足してくる。 The substrate 8 is not particularly limited, and a glass substrate, a crystal substrate, or a film sheet substrate can also be used. Specific examples of the film sheet substrate include polyethylene terephthalate, polyether sulfone, polyether ether ketone, polycarbonate, polypropylene, and polyimide. These polymer substrates may be plate-shaped or film-shaped. Since the plate-like polymer substrate is excellent in dimensional stability and mechanical strength, it can be suitably used particularly when it is required. Further, the film-like polymer substrate has flexibility and can be suitably used. The thickness of the film-like substrate is usually 10 to 250 μm. When the thickness of the film is much thinner than 10 μm, the mechanical strength as a substrate is insufficient, and when it is thicker than 250 μm, the flexibility is insufficient.
上記透明高分子基板のなかでもポリエチレンテレフタレートは、透明性及び加工性に優れているため、より好適に利用できる。また、ポリエーテルサルフォンは、耐熱性に優れているため、積層膜作製後に熱処理を必要とする場合、また該積層膜を使用してデバイスに加工する際に加熱処理を必要とする場合に、より好適に利用できる。 Among the transparent polymer substrates, polyethylene terephthalate can be more suitably used because it is excellent in transparency and processability. In addition, since polyethersulfone is excellent in heat resistance, when heat treatment is required after production of the laminated film, or when heat treatment is required when processing the device using the laminated film, It can utilize more suitably.
上記基板はその表面に予めスパッタリング処理、コロナ処理、火炎処理、紫外線照射、電子線照射などのエッチング処理や、下塗り処理を施してこの上に形成される薄膜の上記基板に対する密着性を向上させる処理を施してもよい。また、成膜する前に、必要に応じて溶剤洗浄や超音波洗浄などの防塵処理を施してもよい。 The substrate is subjected to etching treatment such as sputtering treatment, corona treatment, flame treatment, ultraviolet ray irradiation, electron beam irradiation, etc. on the surface in advance, and a treatment for improving the adhesion of the thin film formed thereon to the substrate. May be applied. Further, before film formation, a dust-proof treatment such as solvent cleaning or ultrasonic cleaning may be performed as necessary.
同一真空容器内で複数の材料からなる積層構造の薄膜を、真空を破ることなく連続して形成する場合、例えば、図１に示すスパッタリング装置のＤＣカソード４に、金属ターゲットを設置し、ＲＦカソード３に誘電体膜を形成するための絶縁体ターゲットを設置して、基板上に金属膜、誘電体膜を交互に積層した積層膜を形成させる場合は、１層目の金属膜を以下のように成膜する。スパッタリングガスとしてＡｒガスを導入し、ガス圧を調整した後、所望の直流電力でスパッタリングを行う。この時、スパッタリング中の電圧、および電流値が安定するまで数分間プリスパッタを行った後、基板を設置した基板保持体を、待機領域１２からターゲット方向へ、所望の搬送速度で搬送し、スパッタリング中のターゲット上を移動しながら、表面に金属膜を形成する。基板保持体がターゲット上を完全に通過したところで、スパッタリングを停止して、基板保持体を待機領域１２に戻す。 When forming a thin film having a laminated structure made of a plurality of materials in the same vacuum vessel continuously without breaking the vacuum, for example, a metal target is installed on the DC cathode 4 of the sputtering apparatus shown in FIG. 3 is provided with an insulator target for forming a dielectric film, and when a laminated film in which metal films and dielectric films are alternately laminated is formed on a substrate, the first metal film is formed as follows. The film is formed. Ar gas is introduced as a sputtering gas, and after adjusting the gas pressure, sputtering is performed with a desired DC power. At this time, after performing pre-sputtering for several minutes until the voltage and current value during sputtering are stabilized, the substrate holder on which the substrate is installed is transported from the standby region 12 to the target at a desired transport speed, and sputtering is performed. While moving on the target inside, a metal film is formed on the surface. When the substrate holder has completely passed over the target, sputtering is stopped and the substrate holder is returned to the standby region 12.
次に、２層目として、誘電体膜を形成するには、スパッタリングガスとして、例えばＯ２ガスを混合したＡｒガスを導入し、Ｏ２ガス混合量、ガス圧を調整して、ＲＦ電力を印加し、スパッタリングを行う。この時、スパッタリング中の電圧、および電流値が安定するまで数分間プリスパッタを行った後、１層目の金属膜が形成された基板を設置した基板保持体を、待機領域１２からターゲット方向へ、所望の搬送速度で搬送し、スパッタリング中のターゲット上を移動しながら、金属膜上に誘電体膜を形成する。基板は、スパッタリング中のターゲット上を移動しながら、誘電体膜を形成し、基板保持体がターゲット上を完全に通過したら、スパッタリングを停止して、基板保持体を待機領域１２に戻す。 Next, in order to form a dielectric film as the second layer, for example, Ar gas mixed with O 2 gas is introduced as a sputtering gas, the O 2 gas mixture amount and the gas pressure are adjusted, and RF power is adjusted. Apply and perform sputtering. At this time, after performing pre-sputtering for several minutes until the voltage and current value during sputtering are stabilized, the substrate holder on which the substrate on which the first metal film is formed is placed from the standby region 12 toward the target. The dielectric film is formed on the metal film while being transported at a desired transport speed and moving on the target during sputtering. The substrate forms a dielectric film while moving on the target during sputtering. When the substrate holder passes completely over the target, the sputtering is stopped and the substrate holder is returned to the standby region 12.
ここで、上記基板保持体５を、待機領域１２から、ＲＦカソード３の上に移動させ、該基板８をＲＦカソード３に対向させて、該ターゲット１をＲＦスパッタリング法でスパッタリングして上記基板８上に、誘電体膜を形成する時には、待機領域１２から該基板保持体５が移動すると、該基板保持体５の移動方向の直前にある遮蔽板７ｂが回動し、該基板保持体５が移動可能となり移動して、該基板保持体５が移動してターゲット間部に移ると、遮蔽板７ｂは元位置に回動して鉛直となり、さらに、遮蔽板７ａが回動して、該基板保持体５がＲＦカソード３上部を移動しながらＲＦスパッタリングが行われ、基板上に誘電体膜が形成される。該基板保持体５が移動を続けると、前記遮蔽板７ａは元位置に回動して鉛直となる。該ＲＦカソード３ではスパッタリングが継続され基板８上にＲＦスパッタリング法でスパッタリングして誘電体膜が形成され、基板保持体５がターゲット１上を完全に通過したところで、スパッタリングが停止され、基板保持体を待機領域１２に戻すことができる。 Here, the substrate holder 5 is moved from the standby region 12 onto the RF cathode 3, the substrate 8 is opposed to the RF cathode 3, and the target 1 is sputtered by the RF sputtering method, thereby the substrate 8. On top of this, when the dielectric film is formed, when the substrate holder 5 moves from the standby region 12, the shielding plate 7b immediately before the moving direction of the substrate holder 5 rotates, and the substrate holder 5 When the substrate holder 5 is moved and moved to move between the targets, the shielding plate 7b is rotated to the original position to become vertical, and further, the shielding plate 7a is rotated to cause the substrate to move. RF sputtering is performed while the holder 5 moves over the RF cathode 3, and a dielectric film is formed on the substrate. When the substrate holder 5 continues to move, the shielding plate 7a rotates to the original position and becomes vertical. In the RF cathode 3, sputtering is continued, and a dielectric film is formed on the substrate 8 by RF sputtering. When the substrate holder 5 completely passes over the target 1, the sputtering is stopped, and the substrate holder Can be returned to the standby area 12.
上記構造とすることにより、ＲＦスパッタリングターゲットの周囲に遮蔽板を設けるだけでは、一方のカソードでスパッタリング中に放出されるスパッタリング粒子が不必要な部分に回り込み、隣り合うターゲット表面上にスパッタリング粒子が付着しターゲットが汚染されることが起こり、遮蔽板等でこの現象は短期間は防止できても、長時間使用続ける中では、部分的な回りこみ、真空容器内部部材に絶縁体膜の形成等が起こり、徐々に、成膜時のプラズマの状態が不安定となり、異常放電が起こりやすくなるという問題を解消できる。これにより、基板上に、ＲＦカソードを用いて形成される誘電体膜と、他はＤＣカソードを用いて形成される金属膜とからなる積層構造の積層膜を真空を破ることなく連続して形成する時、高い品質の膜を得ることができ、また、複数の成膜室を備える必要がなく、装置全体の構成の簡素化、および低コスト化を実現できる。
［実施例１］
図１は、実施例１に係わるスパッタリング装置の基本的な構成を示す概略断面図である。
スパッタリング装置を構成する真空容器１０の内部には、ターゲット１、２を配置した２基のカソード３、４を直線的に配置し、前記真空容器１０内の上方に、被処理面を前記ターゲットに対向させた基板８を保持してカソード上方を直線的に移動可能な基板保持体５とが配置されている。また、真空容器１０の長手方向に沿って基板保持体５を水平に移動させるための搬送路６が設けられている。２基のカソードの内、１つが、高周波電源に接続されるカソード（ＲＦカソード）３で、他は直流電源に接続されるカソード（ＤＣカソード）４となっている。また、カソードが配置された領域の少なくとも一方の側に基板保持体５の待機領域１２を有している。
With the above structure, simply by providing a shielding plate around the RF sputtering target, the sputtered particles emitted during sputtering at one cathode go around unnecessary parts, and the sputtered particles adhere to the adjacent target surface. However, even if the target can be contaminated and this phenomenon can be prevented for a short period of time with a shielding plate, etc., if it continues to be used for a long time, it will partially wrap around, and an insulator film may be formed on the inner member of the vacuum vessel. As a result, the problem that the plasma state at the time of film formation becomes unstable and abnormal discharge easily occurs can be solved. As a result, a laminated film having a laminated structure consisting of a dielectric film formed using an RF cathode and a metal film formed using a DC cathode is continuously formed on the substrate without breaking the vacuum. In this case, a high-quality film can be obtained, and it is not necessary to provide a plurality of film forming chambers, so that the configuration of the entire apparatus can be simplified and the cost can be reduced.
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a basic configuration of a sputtering apparatus according to the first embodiment.
Inside the vacuum vessel 10 constituting the sputtering apparatus, two cathodes 3 and 4 having targets 1 and 2 are arranged linearly, and the surface to be processed is placed on the target above the vacuum vessel 10. A substrate holder 5 that holds the opposed substrate 8 and can move linearly above the cathode is disposed. Further, a transport path 6 for moving the substrate holder 5 horizontally along the longitudinal direction of the vacuum vessel 10 is provided. Of the two cathodes, one is a cathode (RF cathode) 3 connected to a high frequency power source, and the other is a cathode (DC cathode) 4 connected to a DC power source. Further, a standby region 12 for the substrate holder 5 is provided on at least one side of the region where the cathode is disposed.
本発明のスパッタリング装置は、上記ターゲットのうちの１種の上に上記基板保持体５を移動させ、該基板を対向させて、該ターゲットをスパッタリング法でスパッタリングして上記基板８上に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、該ＲＦカソード３の、隣り合うＤＣカソード４側の搬送路部６の基板保持体５通過位置に遮蔽板７ａが、また、該ＲＦカソード３と隣り合う該ＤＣカソード４の該ＲＦカソード側の搬送路部６の基板保持体５通過位置に遮蔽板７ｂが、鉛直方向に配置され、２枚の該遮蔽板間の距離は基板保持体５の走行方向の巾よりも大きく、該遮蔽板７ａ、７ｂは、基板保持体５の移動方向と直交し真空容器壁部で支持された軸部に固定され基板保持体の移動方向前後に回動可能であり、該基板保持体５が移動するときには、該基板保持体５の移動方向の直前にある遮蔽板が回動し、該基板保持体５が移動して、カソード上部に到達すると、前記遮蔽板は元位置に回動して、該カソードでスパッタリングを行い基板上に薄膜を形成することができる。 The sputtering apparatus of the present invention forms the thin film on the substrate 8 by moving the substrate holder 5 on one of the targets, facing the substrate, and sputtering the target by a sputtering method. A shielding plate 7 a at a position where the RF cathode 3 passes through the substrate holder 5 in the transport path 6 on the side of the adjacent DC cathode 4, and the DC cathode 4 adjacent to the RF cathode 3. A shielding plate 7b is arranged in the vertical direction at a position where the substrate 6 is passed through the transport path 6 on the RF cathode side, and the distance between the two shielding plates is larger than the width of the substrate holding body 5 in the traveling direction. Largely, the shielding plates 7a and 7b are fixed to a shaft portion that is orthogonal to the moving direction of the substrate holder 5 and supported by the vacuum vessel wall, and can be rotated back and forth in the moving direction of the substrate holder. Body 5 moves In this case, the shielding plate immediately before the moving direction of the substrate holder 5 rotates, and when the substrate holder 5 moves and reaches the upper part of the cathode, the shielding plate rotates to the original position. The thin film can be formed on the substrate by sputtering with the cathode.
例えば、上記基板保持体５をＤＣカソード４上の位置から、ＲＦカソード３の上に移動させ、該基板８をＲＦカソード３に対向させて、該ターゲット１をＲＦスパッタリング法でスパッタリングして上記基板８上に、例えば酸化物薄膜を形成する時には、該基板保持体５が移動すると、該基板保持体５の移動方向の直前にある遮蔽板７ｂが回動し、該基板保持体５が移動してターゲット間部に移ると、遮蔽板７ｂは元位置に回動して鉛直となり、さらに、遮蔽板７ａが回動して、該基板保持体５がＲＦカソード３上部に到達すると、前記遮蔽板７ａは元位置に回動して鉛直となり、該ＲＦカソード３でスパッタリングを行い基板８上にＲＦスパッタリング法でスパッタリングして酸化物薄膜薄膜を形成することができる。 For example, the substrate holder 5 is moved from the position on the DC cathode 4 onto the RF cathode 3, the substrate 8 is opposed to the RF cathode 3, and the target 1 is sputtered by the RF sputtering method. For example, when an oxide thin film is formed on 8, when the substrate holder 5 moves, the shielding plate 7 b immediately before the moving direction of the substrate holder 5 rotates, and the substrate holder 5 moves. Then, the shielding plate 7b is rotated to the original position and becomes vertical. Further, when the shielding plate 7a is rotated and the substrate holder 5 reaches the upper part of the RF cathode 3, the shielding plate 7b is moved to the original position. 7a can be rotated to the original position to become vertical, and can be sputtered by the RF cathode 3 and sputtered on the substrate 8 by RF sputtering to form an oxide thin film.
上記カソード側面には、スパッタリング法でターゲットをスパッタリングするためのプラズマを発生させるため、アルゴンガスなどの不活性ガスや酸化物膜等を成膜する時には酸素などの反応性ガスを導入するためのガス導入口９ａ、９ｂが設けられている。 A gas for introducing a reactive gas such as oxygen when forming an inert gas such as argon gas or an oxide film on the cathode side surface in order to generate plasma for sputtering the target by sputtering. Introducing ports 9a and 9b are provided.
ガス導入口にはそれぞれ所望のガスを供給できるガス供給装置（図示せず）が配置されており、真空容器１０には排気ポンプ（図示せず）が配置されておりガスを排気している。本装置では、ガスの導入と排出とのバランスをとることにより真空容器中に適度なガスの雰囲気圧力が保たれる。
［実施例２］
図１に示すスパッタリング装置のＤＣカソードに、Ｎｉターゲットを設置し、ＲＦカソードにＳｉターゲットを設置して、ＰＥＴフィルム基板上に以下の構造の積層膜を形成させた。
A gas supply device (not shown) that can supply a desired gas is arranged at each gas inlet, and an exhaust pump (not shown) is arranged at the vacuum vessel 10 to exhaust the gas. In this apparatus, an appropriate atmospheric pressure of gas is maintained in the vacuum vessel by balancing the introduction and discharge of the gas.
[Example 2]
A Ni target was installed on the DC cathode of the sputtering apparatus shown in FIG. 1, and an Si target was installed on the RF cathode, so that a laminated film having the following structure was formed on the PET film substrate.
基板：ＰＥＴフィルム
（１層目）Ｎｉ膜（膜厚７．５ｎｍ）
スパッタリングガス：Ａｒ（５０ｓｃｃｍ）
ガス圧：０．３Ｐａ
スパッタリング電力：ＤＣ５０Ｗ
搬送速度：７０ｍｍ／ｍｉｎ
（２層目）ＳｉＯ２膜（膜厚７０ｎｍ）
スパッタリングガス：１．５％Ｏ２／Ａｒ（１００ｓｃｃｍ）
ガス圧： ０．６Ｐａ
スパッタリング電力：ＲＦ５００Ｗ
搬送速度： １８ｍｍ／ｍｉｎ
（３層目）Ｎｉ膜（膜厚７．５ｎｍ）
スパッタリングガス：Ａｒ（５０ｓｃｃｍ）
ガス圧： ０．３Ｐａ
スパッタリング電力：ＤＣ５０Ｗ
搬送速度： ７０ｍｍ／ｍｉｎ
（４層目）ＳｉＯ２膜（膜厚７０ｎｍ）
スパッタリングガス：１．５％Ｏ２／Ａｒ（１００ｓｃｃｍ）
ガス圧： ０．６Ｐａ
スパッタリング電力：ＲＦ５００Ｗ
搬送速度： １８ｍｍ／ｍｉｎ
（１層目）スパッタリングガスとしてＡｒガスを導入し、ガス圧を０．３Ｐａに調整した後、ＤＣ５０Ｗの電力でスパッタリングを開始した。スパッタリング中の電圧、および電流値が安定するまで数分間プリスパッタを行った後、ＰＥＴフィルム基板を設置した基板保持体を、待機領域からターゲット方向へ、搬送速度７０ｍｍ／ｍｉｎで搬送を開始した。基板は、スパッタリング中のターゲット上を移動しながら、表面にＮｉ膜が形成され、基板保持体がターゲット上を完全に通過したら、スパッタリングを停止して、基板保持体を待機領域に戻した。
（２層目）スパッタリングガスとして１．５％Ｏ２／Ａｒを導入し、ガス圧を０．６Ｐａに調整した後、ＲＦ５００Ｗの電力でスパッタリングを開始した。スパッタリング中の電圧、および電流値が安定するまで数分間プリスパッタを行った後、１層目のＮｉ膜が形成されたＰＥＴフィルム基板を設置した基板保持体を、待機領域からターゲット方向へ、搬送速度１８ｍｍ／ｍｉｎで搬送を開始した。基板は、スパッタリング中のターゲット上を移動しながら、表面にＳｉＯ２膜が形成され、基板保持体がターゲット上を完全に通過したら、スパッタリングを停止して、基板保持体を待機領域に戻した。
（３層目）スパッタリングガスとしてＡｒを導入し、ガス圧を０．３Ｐａに調整した後、ＤＣ５０Ｗの電力でスパッタリングを開始した。スパッタリング中の電圧、および電流値が安定するまで数分間プリスパッタを行った後、２層目までの膜が形成されたＰＥＴフィルム基板を設置した基板保持体を、待機領域からターゲット方向へ、搬送速度７０ｍｍ／ｍｉｎで搬送を開始した。基板は、スパッタリング中のターゲット上を移動しながら、表面にＮｉ膜が形成され、基板保持体がターゲット上を完全に通過したら、スパッタリングを停止して、基板保持体を待機領域に戻した。
（４層目）スパッタリングガスとして１．５％Ｏ２／Ａｒを導入し、ガス圧を０．６Ｐａに調整した後、ＲＦ５００Ｗの電力でスパッタリングを開始した。スパッタリング中の電圧、および電流値が安定するまで数分間プリスパッタを行った後、３層目までの膜が形成されたＰＥＴフィルム基板を設置した基板保持体を、待機領域からターゲット方向へ、搬送速度１８ｍｍ／ｍｉｎで搬送を開始した。基板は、スパッタリング中のターゲット上を移動しながら、表面にＳｉＯ２膜が形成され、基板保持体がターゲット上を完全に通過したら、スパッタリングを停止して、成膜基板を回収した。
Substrate: PET film (first layer) Ni film (film thickness 7.5 nm)
Sputtering gas: Ar (50 sccm)
Gas pressure: 0.3Pa
Sputtering power: DC50W
Conveying speed: 70mm / min
(Second layer) SiO 2 film (film thickness 70 nm)
Sputtering gas: 1.5% O 2 / Ar (100 sccm)
Gas pressure: 0.6Pa
Sputtering power: RF500W
Conveying speed: 18mm / min
(3rd layer) Ni film (film thickness 7.5nm)
Sputtering gas: Ar (50 sccm)
Gas pressure: 0.3Pa
Sputtering power: DC50W
Conveying speed: 70mm / min
(Fourth layer) SiO 2 film (film thickness 70 nm)
Sputtering gas: 1.5% O 2 / Ar (100 sccm)
Gas pressure: 0.6Pa
Sputtering power: RF500W
Conveying speed: 18mm / min
(First layer) Ar gas was introduced as a sputtering gas, and after adjusting the gas pressure to 0.3 Pa, sputtering was started with a power of DC 50 W. Pre-sputtering was performed for several minutes until the voltage and current values during sputtering were stabilized, and then the substrate holder on which the PET film substrate was placed was transported from the standby region to the target at a transport speed of 70 mm / min. When the Ni film was formed on the surface of the substrate while moving over the target during sputtering and the substrate holder completely passed over the target, the sputtering was stopped and the substrate holder was returned to the standby area.
(Second layer) After introducing 1.5% O 2 / Ar as a sputtering gas and adjusting the gas pressure to 0.6 Pa, sputtering was started with power of RF 500 W. After pre-sputtering for several minutes until the voltage and current values during sputtering are stabilized, the substrate holder on which the PET film substrate on which the first layer of Ni film is formed is transferred from the standby area to the target. The conveyance was started at a speed of 18 mm / min. The substrate was moved over the sputtering target, and when the SiO 2 film was formed on the surface and the substrate holder completely passed over the target, the sputtering was stopped and the substrate holder was returned to the standby area.
(Third layer) Ar was introduced as a sputtering gas, the gas pressure was adjusted to 0.3 Pa, and then sputtering was started with a power of DC 50 W. After pre-sputtering for several minutes until the voltage and current values during sputtering are stabilized, the substrate holder on which the PET film substrate on which the film up to the second layer has been formed is placed is transported from the standby area to the target. The conveyance was started at a speed of 70 mm / min. When the Ni film was formed on the surface of the substrate while moving over the target during sputtering and the substrate holder completely passed over the target, the sputtering was stopped and the substrate holder was returned to the standby area.
(Fourth layer) After introducing 1.5% O 2 / Ar as a sputtering gas and adjusting the gas pressure to 0.6 Pa, sputtering was started with power of RF 500 W. After pre-sputtering for several minutes until the voltage and current values during sputtering are stabilized, the substrate holder on which the PET film substrate on which the film up to the third layer is formed is placed is transported from the standby area to the target. The conveyance was started at a speed of 18 mm / min. As the substrate moved on the target during sputtering, a SiO 2 film was formed on the surface, and when the substrate holder completely passed over the target, sputtering was stopped and the film formation substrate was recovered.
スパッタリング中のターゲット上に基板を搬送させながら成膜する際に、ＤＣカソードとＲＦカソードの間の、ＤＣカソード側とＲＦカソード側に配置された遮蔽板は、基板保持体の移動によって回動するが、ＤＣカソード側とＲＦカソード側の遮蔽板の間隔を基板保持体のサイズ以上としており、必ずどちらか一方の遮蔽板は閉じた状態とすることができるため、スパッタリング粒子の不必要な回り込みを防ぐことができる。 When forming a film while transporting the substrate onto the target being sputtered, the shielding plates arranged on the DC cathode side and the RF cathode side between the DC cathode and the RF cathode are rotated by the movement of the substrate holder. However, since the distance between the DC cathode side and the RF cathode side shielding plate is equal to or larger than the size of the substrate holder, and either one of the shielding plates can be always closed, unnecessary wraparound of the sputtered particles is prevented. Can be prevented.
１ ターゲット
２ ターゲット
３ ＲＦカソード
４ ＤＣカソード
５ 基板保持体
６ 搬送路部
７ａ、７ｂ 遮蔽板
８ 基板
９ａ、９ｂ ガス導入口
１０ 真空容器
１１ ガス排出口
１２ 待機領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Target 2 Target 3 RF cathode 4 DC cathode 5 Substrate holding body 6 Transfer path part 7a, 7b Shielding plate
8 Substrate 9a, 9b Gas inlet
10 Vacuum container 11 Gas outlet 12 Standby area
Claims (2)
該ＲＦカソードの、隣り合うＤＣカソード側の搬送路部と、該ＲＦカソードと隣り合う該ＤＣカソードの該ＲＦカソード側の搬送路部に、鉛直方向に遮蔽板が配置され、２枚の該遮蔽板間の距離は基板保持体の走行方向の巾よりも大きく、該遮蔽板は、基板保持体の移動方向と直交し真空容器壁部で支持された軸部に固定され基板保持体の移動方向前後に回動可能であり、該基板保持体が移動するときには、該基板保持体移動方向の直前にある遮蔽板が回動し、該基板保持体が移動して、カソード上部に到達すると、前記遮蔽板は元位置に回動して、該カソードでスパッタリングを行い基板上に薄膜を形成できることを特徴とするスパッタリング装置。 At least one of a plurality of cathodes in which a target is disposed in a vacuum vessel is a cathode (RF cathode) connected to a high frequency power source, and the other is a cathode (DC cathode) connected to a DC power source linearly. A substrate holder that is disposed and holds the substrate with the target surface facing the target, and is linearly movable along the transport path above the target, and at least one of the regions where the cathode is disposed The substrate holding body has a standby area on the side, the substrate holding body is moved onto one of the targets, the substrate is opposed, the target is sputtered by a sputtering method, and the substrate is sputtered. A sputtering apparatus for forming a thin film on the substrate,
A shield plate is disposed in the vertical direction on the adjacent RF cathode transport path section of the RF cathode and on the RF cathode transport path section of the DC cathode adjacent to the RF cathode. The distance between the plates is larger than the width of the substrate holder in the running direction, and the shielding plate is fixed to a shaft portion that is orthogonal to the direction of movement of the substrate holder and supported by the vacuum vessel wall, and the direction of movement of the substrate holder When the substrate holder moves, the shielding plate immediately before the substrate holder moving direction rotates, and when the substrate holder moves and reaches the upper part of the cathode, A sputtering apparatus, wherein the shielding plate is rotated to its original position, and a thin film can be formed on the substrate by performing sputtering at the cathode.
The interior of the vacuum vessel is divided into an upper chamber in which the substrate holder is disposed and a lower chamber in which the cathode is disposed, and the target is positioned so as to substantially coincide with the target surface disposed on the cathode. The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a shield member having an opening corresponding to the shape.
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