JP2000199061A - Electronic cyclotron resonance plasma sputtering device, and manufacture of thin film - Google Patents

Electronic cyclotron resonance plasma sputtering device, and manufacture of thin film

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JP2000199061A
JP2000199061A JP11000551A JP55199A JP2000199061A JP 2000199061 A JP2000199061 A JP 2000199061A JP 11000551 A JP11000551 A JP 11000551A JP 55199 A JP55199 A JP 55199A JP 2000199061 A JP2000199061 A JP 2000199061A
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JP
Japan
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target
substrate
thin film
shield plate
sputtering apparatus
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JP11000551A
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Japanese (ja)
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Sakuya Tamada
作哉 玉田
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-target device without increasing the size or complicating the shape of the device by providing a rotatable shield plate on the inner surface side of a cylindrical target formed by combining a plurality of targets. SOLUTION: A cylindrical target 11 comprises a backing plate 13 formed in polygonal shape, and a plurality of approximately rectangular flat targets 14 arranged on an inner surface of the backing plate. The cylindrical target 11 is provided with a plurality of shield plates 15 arranged on its inner surface side in a rotatable manner from the targets 14 keeping the specified distance therebetween. An electronic cyclotron resonance plasma sputtering device is capable of shielding a specified target by the shield plate 15, and achieves its purpose, forms a thin film which is uniform and high in purity on a substrate by appropriately controlling the rotation of the shield plate 15, and easily forms a multi-layer thin film having a steep interface or a thin film of functionally gradient material on the substrate with excellent quality.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマスパッタ装置に関する。また、本発明
は、電子サイクロトロン共鳴プラズマスパッタ法による
薄膜の製造方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an electron cyclotron resonance plasma sputtering apparatus. The present invention also relates to a method for producing a thin film by an electron cyclotron resonance plasma sputtering method.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子サイクロトロン共鳴プラズマスパッ
タ装置(以下、ECRプラズマスパッタ装置という。)
は、電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Res
onance)条件下で電子サイクロトロン共鳴プラズマ(以
下、ECRプラズマという。)を発生させ、このECR
プラズマで生成されるイオンを用いてスパッタ成膜を行
う装置である。
2. Description of the Related Art An electron cyclotron resonance plasma sputtering apparatus (hereinafter referred to as an ECR plasma sputtering apparatus).
Is an electron cyclotron resonance (Electron Cyclotron Res
(Eon plasma), an electron cyclotron resonance plasma (hereinafter referred to as ECR plasma) is generated under this condition.
This is an apparatus for performing sputter film formation using ions generated by plasma.

【0003】ECRプラズマスパッタ装置は、875ガ
ウスの外部磁場の磁力線に沿って進行する円偏光マイク
ロ波の電子サイクロトロン共鳴吸収を利用した低圧高密
度プラズマを生成することによって、低エネルギで大電
流密度のイオンアシストを行うことが可能である。
An ECR plasma sputtering apparatus generates low-pressure, high-density plasma utilizing electron cyclotron resonance absorption of circularly polarized microwaves traveling along the magnetic field line of an external magnetic field of 875 gauss, thereby achieving low energy and large current density. It is possible to perform ion assist.

【0004】ECRプラズマスパッタ装置においては、
875ガウスの磁場と2.45GHzのマイクロ波との
相互作用によって、電子がサイクロトロン運動し、スパ
ッタガスの電離確率が高くなるために、高真空下で安定
したECRプラズマが得られる。そして、ECRプラズ
マは、勾配磁場によって中性を保ちながら引き出されて
ECRプラズマ流となる。
In an ECR plasma sputtering apparatus,
The interaction between the magnetic field of 875 gauss and the microwave of 2.45 GHz causes cyclotron motion of the electrons and increases the ionization probability of the sputtering gas, so that a stable ECR plasma can be obtained under a high vacuum. Then, the ECR plasma is extracted while maintaining neutrality by the gradient magnetic field, and becomes an ECR plasma flow.

【0005】ECRプラズマスパッタ装置においては、
ECRプラズマ流の途中に負のバイアス電圧を印加され
た筒状ターゲットが配設されている。そして、ECRプ
ラズマ流の中のイオンは、筒状ターゲットによって加速
されてこれに衝突し、この筒状ターゲットを構成する粒
子をスパッタする。筒状ターゲットからスパッタされた
中性粒子は、ECRプラズマ流の中で一部イオン化さ
れ、ECRプラズマ流とともに基板に向けて加速され
て、この基板上に成膜される。
In an ECR plasma sputtering apparatus,
A cylindrical target to which a negative bias voltage is applied is provided in the middle of the ECR plasma flow. Then, ions in the ECR plasma stream are accelerated by the cylindrical target and collide with the target, thereby sputtering particles constituting the cylindrical target. Neutral particles sputtered from the cylindrical target are partially ionized in the ECR plasma flow, accelerated toward the substrate together with the ECR plasma flow, and formed on the substrate.

【0006】ECRプラズマスパッタ装置は、以上のよ
うに動作し、いわゆるECRプラズマスパッタ法によっ
て、基板上にスパッタ成膜を行う装置である。ECRプ
ラズマスパッタ法は、他の各種スパッタ法と比較して基
板を低温に保ったままで、高品質な薄膜を容易に作製す
ることができるという特徴を備えている。
The ECR plasma sputtering apparatus operates as described above and is an apparatus for forming a sputter film on a substrate by a so-called ECR plasma sputtering method. The ECR plasma sputtering method is characterized in that a high-quality thin film can be easily produced while keeping the substrate at a low temperature, as compared with other various sputtering methods.

【0007】ECRプラズマスパッタ装置の動作及び特
性等の詳細は、「松岡、小野、応用物理57巻第9号
(1998),1301頁」に記載されている。
The details of the operation and characteristics of the ECR plasma sputtering apparatus are described in "Matsuoka and Ono, Applied Physics Vol. 57, No. 9 (1998), p. 1301".

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のEC
Rプラズマスパッタ装置は、プラズマ室にマイクロ波を
導入するマイクロ波導波管、プラズマ室に磁場を印加す
る電磁コイル等のような筒状ターゲット近傍に位置する
部材が大型であり、装置の規模が大きい。そのため、E
CRプラズマスパッタ装置は、他の各種スパッタ装置で
実用化されているように、筒状ターゲットを複数のター
ゲット材によって構成することでマルチターゲット化を
図る際に、装置構成がさらに大規模化してしまうという
問題があった。
The conventional EC
The R plasma sputtering apparatus has large components located near a cylindrical target, such as a microwave waveguide for introducing a microwave into a plasma chamber, an electromagnetic coil for applying a magnetic field to the plasma chamber, and the like, and the scale of the apparatus is large. . Therefore, E
The CR plasma sputtering apparatus has a large-scale apparatus configuration when a cylindrical target is formed of a plurality of target materials to achieve multi-targeting, as is practically used in various other sputtering apparatuses. There was a problem.

【0009】ECRプラズマスパッタ装置としては、こ
の問題を解決するために、例えば、特開平6−2003
73号公報「薄膜の形成方法およびECRスパッタ装
置」に記載されているように、プラズマ室の出口部分に
第1ターゲットと第2ターゲットとを併設し、各ターゲ
ットに印加する電力を調節することによって、マルチタ
ーゲット化を図った装置がある。
In order to solve this problem, an ECR plasma sputtering apparatus is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-2003.
As described in Japanese Patent No. 73, “Thin Film Forming Method and ECR Sputtering Apparatus”, a first target and a second target are provided side by side at the outlet of a plasma chamber, and the power applied to each target is adjusted. There is an apparatus which aims at multi-targeting.

【0010】しかしながら、このECRプラズマスパッ
タ装置は、第1ターゲットを構成する粒子が第2ターゲ
ットのターゲット面上に堆積してしまうとともに、第2
ターゲットを構成する粒子が第1ターゲット面上に堆積
してしまう。したがって、このECRプラズマスパッタ
装置は、第1ターゲット又は第2ターゲットのみを基板
上にスパッタ成膜して、高純度の薄膜を成膜することが
困難であった。
However, in this ECR plasma sputtering apparatus, the particles constituting the first target are deposited on the target surface of the second target,
Particles constituting the target accumulate on the first target surface. Therefore, in this ECR plasma sputtering apparatus, it was difficult to form a high-purity thin film by sputtering only the first target or the second target on the substrate.

【0011】また、ECRプラズマスパッタ装置として
は、例えば、特開平7−3446号公報「ECRスパッ
タ装置およびECRスパッタ装置を用いた基板クリーニ
ング方法」に記載されているように、複数のターゲット
に対して、それぞれ独立に開閉自在とされたシャッタを
配設した装置がある。このECRプラズマスパッタ装置
は、各ターゲットに配設されたシャッタが独立に開閉自
在とされたことによって、基板上に均一で高純度な薄膜
を成膜することに成功している。
As an ECR plasma sputtering apparatus, for example, as described in JP-A-7-3446, “ECR sputtering apparatus and substrate cleaning method using ECR sputtering apparatus”, a plurality of targets can be used. There is a device provided with a shutter which can be opened and closed independently. This ECR plasma sputtering apparatus has succeeded in forming a uniform and high-purity thin film on a substrate because shutters provided on each target can be opened and closed independently.

【0012】しかしながら、このECRプラズマスパッ
タ装置は、各ターゲットを水冷する必要があるととも
に、各ターゲットに対してそれぞれ負のバイアス電源を
接続する必要がある。したがって、このECRプラズマ
スパッタ装置は、全体として非常に複雑な装置構成とな
ってしまうといった問題があった。
However, in this ECR plasma sputtering apparatus, each target needs to be water-cooled, and a negative bias power supply needs to be connected to each target. Therefore, there has been a problem that the ECR plasma sputtering apparatus has a very complicated apparatus configuration as a whole.

【0013】そこで、本発明は、複数のターゲット材を
組み合わせて構成された筒状ターゲットの内面側に、回
転自在とされたシールド板を備えることによって、装置
構成を大型化・複雑化することなくマルチターゲット化
を図った電子サイクロトロン共鳴プラズマスパッタ装置
を提供することを目的とする。また、本発明は、筒状タ
ーゲットの内面側で回転自在とされたシールド板によっ
て、複数のターゲット材を選択しながらスパッタ成膜を
行う薄膜の製造方法を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides a rotatable shield plate on the inner surface side of a cylindrical target formed by combining a plurality of target materials, so that the configuration of the apparatus is not enlarged and complicated. It is an object of the present invention to provide an electron cyclotron resonance plasma sputtering apparatus that achieves multi-targeting. It is another object of the present invention to provide a method for producing a thin film in which a plurality of target materials are selected and a sputter film is formed by using a shield plate rotatable on the inner surface side of a cylindrical target.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明に係る電子サイクロトロン共鳴プラズマ
スパッタ装置は、複数のターゲット材を筒状に組み合わ
せて構成された筒状ターゲットの内面側に、上記各ター
ゲット材から所定の距離を保って回転自在とされたシー
ルド板を備え、上記シールド板は、上記複数のターゲッ
ト材のうち、所定のターゲット材を遮蔽してなる。
In order to achieve the above-mentioned object, an electron cyclotron resonance plasma sputtering apparatus according to the present invention comprises a cylindrical target formed by combining a plurality of target materials into a cylindrical shape. A shield plate rotatable at a predetermined distance from each of the target materials, and the shield plate shields a predetermined target material among the plurality of target materials.

【0015】以上のように構成された電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマスパッタ装置は、筒状ターゲットの内面
側で回転自在とされたシールド板の位置を固定すること
によって、複数のターゲット材のうち、所望のターゲッ
ト材のみが基板上にスパッタ成膜されてなる。
In the electron cyclotron resonance plasma sputtering apparatus configured as described above, by fixing the position of the rotatable shield plate on the inner surface side of the cylindrical target, a desired target among a plurality of target materials can be obtained. Only the material is formed by sputtering on the substrate.

【0016】また、上述した目的を達成するために、本
発明に係る薄膜の製造方法は、複数のターゲット材を筒
状に組み合わせて筒状ターゲットとし、上記筒状ターゲ
ットの内面側で上記各ターゲット材から所定の距離を保
って回転自在とされたシールド板によって、上記複数の
ターゲット材のうち、所定のターゲット材を遮蔽し、上
記複数のターゲット材のうち、遮蔽しないターゲット材
を電子サイクロトロン共鳴プラズマによって基板上にス
パッタしてなる。
In order to achieve the above-mentioned object, a method of manufacturing a thin film according to the present invention is characterized in that a plurality of target materials are combined in a cylindrical shape to form a cylindrical target, and the target is formed on the inner surface side of the cylindrical target. A shield plate rotatable at a predetermined distance from the material shields a predetermined target material among the plurality of target materials, and an unshielded target material among the plurality of target materials is subjected to electron cyclotron resonance plasma. By sputtering on the substrate.

【0017】斯かる薄膜の製造方法は、遮蔽されたター
ゲット材での放電が自動的に停止され、この遮蔽された
ターゲット材のスパッタが行われない。したがって、斯
かる薄膜の製造方法によれば、筒状ターゲットの内面側
で回転自在とされたシールド板によって、複数のターゲ
ット材のうちから、所望のターゲット材を選択して基板
上にスパッタすることが容易となる。
In such a method for producing a thin film, the discharge of the shielded target material is automatically stopped, and the shielded target material is not sputtered. Therefore, according to such a method for producing a thin film, a desired target material is selected from a plurality of target materials and sputtered on the substrate by the shield plate rotatable on the inner surface side of the cylindrical target. Becomes easier.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、図
1に示すような電子サイクロトロン共鳴プラズマスパッ
タ装置1(以下、ECRプラズマスパッタ装置1とい
う。)について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Hereinafter, an electron cyclotron resonance plasma sputtering apparatus 1 (hereinafter, referred to as an ECR plasma sputtering apparatus 1) as shown in FIG. 1 will be described.

【0019】ECRプラズマスパッタ装置1は、ECR
プラズマを生成するプラズマ室2と、このECRプラズ
マによって基板3に対してスパッタ成膜を施す成膜室4
とを備える。ECRプラズマスパッタ装置1において、
プラズマ室2と成膜室4とは、隣接して配設されてお
り、内部空間を共有している。また、プラズマ室2と成
膜室4とは、図1中矢印Aで示すように、排気装置(図
示せず。)によって内部の気体が排気され、高真空に保
たれる。
The ECR plasma sputtering apparatus 1 has an ECR
A plasma chamber 2 for generating plasma, and a film forming chamber 4 for forming a sputter film on the substrate 3 by the ECR plasma
And In the ECR plasma sputtering apparatus 1,
The plasma chamber 2 and the film forming chamber 4 are disposed adjacent to each other and share an internal space. Further, as shown by an arrow A in FIG. 1, the gas inside the plasma chamber 2 and the film forming chamber 4 is exhausted by an exhaust device (not shown), and is kept at a high vacuum.

【0020】プラズマ室2には、その一面にマイクロ波
導入窓5とガス導入口6とが設けられている。また、プ
ラズマ室2には、その外側に、マイクロ波導入窓5に隣
接してマイクロ波導波管7が配設されており、ガス導入
口6にはガス導入管8が接続されている。マイクロ波導
波管7からは、図1中矢印Bで示すように、マイクロ波
導入窓5を介してスパッタ室2にマイクロ波が放出され
る。ガス導入管8からは、図1中矢印Cで示すように、
ガス導入口6を通してプラズマ室2に放電ガスが放出さ
れる。また、プラズマ室2には、その外側に、このプラ
ズマ室2に対して磁場を印加するためのコイル9が備え
られている。プラズマ室2では、ECRプラズマが生成
される。そして、このECRプラズマは、プラズマ出射
口2aから成膜室4に向けて放出される。
The plasma chamber 2 is provided with a microwave introduction window 5 and a gas introduction port 6 on one surface. Further, a microwave waveguide 7 is disposed outside the plasma chamber 2 adjacent to the microwave introduction window 5, and a gas introduction pipe 8 is connected to the gas introduction port 6. Microwaves are emitted from the microwave waveguide 7 into the sputtering chamber 2 through the microwave introduction window 5 as shown by an arrow B in FIG. As shown by an arrow C in FIG.
Discharge gas is released into the plasma chamber 2 through the gas inlet 6. In addition, a coil 9 for applying a magnetic field to the plasma chamber 2 is provided outside the plasma chamber 2. In the plasma chamber 2, ECR plasma is generated. The ECR plasma is emitted from the plasma emission port 2a toward the film forming chamber 4.

【0021】成膜室4には、基板3を保持する基板ホル
ダ10と、プラズマ室2のプラズマ出射口2aに隣接し
て配設された筒状ターゲット11と、基板ホルダ10と
筒状ターゲット11との間に配設された基板シャッタ1
2とが備えられている。
The film forming chamber 4 includes a substrate holder 10 for holding the substrate 3, a cylindrical target 11 disposed adjacent to the plasma emission port 2 a of the plasma chamber 2, a substrate holder 10 and the cylindrical target 11. Substrate shutter 1 disposed between
2 is provided.

【0022】基板ホルダ10は、プラズマ室2から放出
されるECRプラズマの流れ方向に対して略垂直となる
ように配設されており、基板3を保持して、図1中矢印
Dで示すように回転自在とされている。また、基板ホル
ダ10には、基板3を加熱するためのヒータ(図示せ
ず。)が備えられている。
The substrate holder 10 is disposed so as to be substantially perpendicular to the flow direction of the ECR plasma emitted from the plasma chamber 2 and holds the substrate 3 as shown by an arrow D in FIG. It can be rotated freely. Further, the substrate holder 10 is provided with a heater (not shown) for heating the substrate 3.

【0023】筒状ターゲット11は、図2に示すよう
に、多角形筒状に形成されたバッキングプレート13
と、略矩形平板状に形成されてバッキングプレート13
の内面に配設された複数のターゲット材14とにより構
成される。また、筒状ターゲット11には、その内面側
に、ターゲット材14から所定の距離を保って回転自在
に配設された複数のシールド板15が備えられている。
As shown in FIG. 2, the cylindrical target 11 has a backing plate 13 formed in a polygonal cylindrical shape.
And a backing plate 13 formed in a substantially rectangular flat plate shape.
And a plurality of target materials 14 disposed on the inner surface of the target. The cylindrical target 11 is provided on its inner surface with a plurality of shield plates 15 rotatably disposed at a predetermined distance from the target material 14.

【0024】バッキングプレート13は、図示する例で
は8角形筒状に形成されており、例えばCu,Al等の
導電性材料によって形成されている。このバッキングプ
レートは、図1に示す電源16と電気的に接続されてな
る。また、筒状ターゲット11は、バッキングプレート
13を介して、ターゲット材14を水冷することができ
る構造とされている(図示せず。)。
The backing plate 13 is formed in an octagonal cylindrical shape in the illustrated example, and is formed of a conductive material such as Cu or Al. This backing plate is electrically connected to the power supply 16 shown in FIG. The tubular target 11 has a structure that allows the target material 14 to be water-cooled via the backing plate 13 (not shown).

【0025】ターゲット材14は、基板3上に堆積させ
る材料によって略矩形平板状に形成されている。また、
ターゲット材14は、バッキングプレート13の内面側
の壁面に、それぞれ接着固定されている。ターゲット材
14は、バッキングプレート13と電気的に接続されて
おり、これによって、電源16と電気的に接続されてな
る。また、ターゲット材14は、筒状ターゲット11に
おける内面側がターゲット面14aとされ、このターゲ
ット面14aが基板3に対して略垂直となるように配設
される。
The target material 14 is formed in a substantially rectangular flat plate shape by a material deposited on the substrate 3. Also,
The target members 14 are respectively bonded and fixed to the inner wall surface of the backing plate 13. The target material 14 is electrically connected to the backing plate 13 and is thereby electrically connected to the power supply 16. The target material 14 is disposed such that the inner surface side of the tubular target 11 is a target surface 14 a and the target surface 14 a is substantially perpendicular to the substrate 3.

【0026】ECRプラズマスパッタ装置1は、図2に
示す例において、それぞれが別の材料によって形成され
た2種類のターゲット材14を4つずつ備え、同種のタ
ーゲット材14同士が対向するとともに、隣り合うター
ゲット材14同士が別種となるようにして、これらター
ゲット材14を筒状ターゲット11の内壁面に固定され
てなる。また、ECRプラズマスパッタ装置1は、図2
においては図示を省略するが、ドーナツ板状のシールド
板が配設されており、ターゲット材14の前後端面がス
パッタされてしまうことを防止されている。
In the example shown in FIG. 2, the ECR plasma sputtering apparatus 1 is provided with four types of two target materials 14 each formed of a different material. These target materials 14 are fixed to the inner wall surface of the cylindrical target 11 such that the matching target materials 14 are of different types. In addition, the ECR plasma sputtering apparatus 1 has a structure shown in FIG.
Although not shown in the figure, a donut-shaped shield plate is provided to prevent the front and rear end surfaces of the target material 14 from being sputtered.

【0027】シールド板15は、例えばCu等の導電性
材料によって、略矩形平板状に形成されており、ターゲ
ット材14から所定の距離を保って回転自在となるよう
に配設されている。具体的には、例えば、大口径玉軸受
17が筒状ターゲット11と中心を合わせて成膜室4の
内部に配設されている。そして、この大口径玉軸受17
は、その外輪を成膜室4の内壁面に固定されており、そ
の内輪が回転自在とされる。シールド板15は、大口径
玉軸受17の内輪に、支持部材18を介して固定される
ことによって、ターゲット材14から所定の距離を保っ
て回転自在とされる。
The shield plate 15 is formed of a conductive material such as Cu, for example, in a substantially rectangular flat plate shape, and is disposed so as to be rotatable at a predetermined distance from the target material 14. Specifically, for example, a large-diameter ball bearing 17 is disposed inside the film forming chamber 4 so as to be aligned with the cylindrical target 11. The large-diameter ball bearing 17
The outer ring is fixed to the inner wall surface of the film forming chamber 4, and the inner ring is rotatable. The shield plate 15 is rotatable at a predetermined distance from the target member 14 by being fixed to the inner ring of the large-diameter ball bearing 17 via a support member 18.

【0028】また、ECRプラズマスパッタ装置1にお
いては、成膜室4の内部にモータ等の回転手段19が備
えられており、この回転手段19の回転力がチェーンベ
ルト等の伝達手段20によって、大口径玉軸受17の内
輪に伝達される。すなわち、シールド板15は、回転手
段19によって自在に回転駆動されてなる。
In the ECR plasma sputtering apparatus 1, a rotating means 19 such as a motor is provided inside the film forming chamber 4, and the rotating force of the rotating means 19 is largely transmitted by a transmitting means 20 such as a chain belt. It is transmitted to the inner ring of the bore ball bearing 17. That is, the shield plate 15 is freely rotated and driven by the rotating means 19.

【0029】また、シールド板15は、ターゲット材1
4のひとつを覆うに十分な大きさに形成されるととも
に、電気的に接地されてなる。これにより、シールド板
15は、ターゲット材14のひとつを遮蔽して、このタ
ーゲット材14がECRプラズマによってスパッタされ
てしまうことを防止することができる。
The shield plate 15 is made of the target material 1
4 is formed large enough to cover one of them and is electrically grounded. This allows the shield plate 15 to shield one of the target materials 14 and prevent the target material 14 from being sputtered by ECR plasma.

【0030】シールド板15は、図2に示す例では大口
径玉軸受17に対して4つ備えられ、それぞれが90゜
の角度間隔で配設されている。
In the example shown in FIG. 2, four shield plates 15 are provided for the large-diameter ball bearings 17, each of which is arranged at an angular interval of 90 °.

【0031】ECRプラズマスパッタ装置1において
は、シールド板15の大きさが小さすぎると、ターゲッ
ト材14を完全に遮蔽することが困難となってしまう。
また、ECRプラズマスパッタ装置1においては、シー
ルド板15の大きさが大きすぎると、遮蔽するターゲッ
ト材14に隣接するターゲット材14をも覆ってしまう
ために、スパッタ効率が低下してしまう。したがって、
シールド板15は、ターゲット材14のひとつを十分に
覆うことができるよう考慮するとともに、スパッタ効率
を考慮した上で、その大きさを決定されることが望まし
い。
In the ECR plasma sputtering apparatus 1, if the size of the shield plate 15 is too small, it becomes difficult to completely shield the target material 14.
Further, in the ECR plasma sputtering apparatus 1, if the size of the shield plate 15 is too large, the target material 14 adjacent to the target material 14 to be shielded is also covered, so that the sputtering efficiency is reduced. Therefore,
It is desirable that the size of the shield plate 15 be determined in consideration of sufficiently covering one of the target materials 14 and the sputtering efficiency.

【0032】さらに、シールド板15は、筒状ターゲッ
ト11の内周面に沿って、湾曲して形成されることが望
ましい。これにより、シールド板15は、筒状ターゲッ
ト11の内周側を回転した際に、ターゲット材14との
距離をほぼ一定に保つことができる。
Further, it is desirable that the shield plate 15 is formed to be curved along the inner peripheral surface of the cylindrical target 11. Thereby, when the shield plate 15 rotates on the inner peripheral side of the cylindrical target 11, the distance from the target material 14 can be kept substantially constant.

【0033】シールド板15は、ターゲット材14から
離間する距離(以下、離間距離と称する。)を、パッシ
ェンの法則(Paschen's law)に基づいて、放電が生じ
ないような値に決定されることが望ましい。具体的に
は、例えば、パッシェンの法則に基づく関係式の圧力と
離間距離との積の項が小さな値となるように決定する。
シールド板15の離間距離は、ターゲット材14とのシ
ールド板15との大きさ及び材料、成膜室4内部の圧力
等によって決定されるが、例えば1mm〜4mmとされ
る。ECRプラズマスパッタ装置1においては、離間距
離が例えば4mm以上である場合に、シールド板15
と、このシールド板15が遮蔽するターゲット材14と
の間で放電が生じてしまう虞があるために、離間距離を
所定の値以下とすることが重要である。
The distance at which the shield plate 15 is separated from the target material 14 (hereinafter referred to as a separation distance) may be determined based on Paschen's law so as not to cause discharge. desirable. Specifically, for example, the term of the product of the pressure and the separation distance in the relational expression based on Paschen's law is determined to be a small value.
The separation distance of the shield plate 15 is determined by the size and material of the shield plate 15 with respect to the target material 14, the pressure inside the film forming chamber 4, and the like, and is, for example, 1 to 4 mm. In the ECR plasma sputtering apparatus 1, when the separation distance is, for example, 4 mm or more, the shield plate 15
Therefore, it is important that the separation distance be equal to or less than a predetermined value because a discharge may occur between the shield member 15 and the target material 14 shielded by the shield plate 15.

【0034】基板シャッタ12は、例えばCu等の導電
性材料によって、基板ホルダ10に保持された基板3を
遮蔽するに十分な大きさの平板状に形成されている。基
板シャッタ12は、筒状ターゲット11と基板3との間
に位置して、図1中矢印Eで示すように、回動自在に配
設されている。
The substrate shutter 12 is formed, for example, of a conductive material such as Cu into a flat plate large enough to shield the substrate 3 held by the substrate holder 10. The substrate shutter 12 is located between the tubular target 11 and the substrate 3, and is rotatably disposed as shown by an arrow E in FIG.

【0035】基板シャッタ12は、基板3上にスパッタ
成膜を行わない場合に、この基板3を完全に遮蔽する位
置に固定されて、いわゆる閉蓋状態とされる。また、基
板シャッタ12は、基板3上にスパッタ成膜を行う場合
に、閉蓋状態から回動して、筒状ターゲット11と基板
3との間を完全に開放し、いわゆる開放状態となる。
The substrate shutter 12 is fixed at a position where the substrate 3 is completely shielded when sputtering film formation is not performed on the substrate 3, so that a so-called closed state is established. Further, the substrate shutter 12 is rotated from the closed state to completely open the space between the cylindrical target 11 and the substrate 3 when performing sputter deposition on the substrate 3, and is in a so-called open state.

【0036】第1の電源16は、周波数が13.56M
Hz程度の高周波電源であり、筒状ターゲット11の各
ターゲット材14と電気的に接続されている。第1の電
源16は、ターゲット材14に対して高周波を印加する
ことによって、これらターゲット材14に対して負のバ
イアス電圧を印加する。これにより、ECRプラズマ
は、ターゲット材14のターゲット面14aに衝突して
ターゲット粒子を放出させることができる。
The first power supply 16 has a frequency of 13.56 M
It is a high frequency power supply of about Hz, and is electrically connected to each target material 14 of the cylindrical target 11. The first power supply 16 applies a high frequency to the target materials 14 to apply a negative bias voltage to the target materials 14. This allows the ECR plasma to collide with the target surface 14a of the target material 14 and emit target particles.

【0037】以上のように構成されたECRプラズマス
パッタ装置1は、以下で説明するように動作して、基板
3上に薄膜を成膜する。
The ECR plasma sputtering apparatus 1 configured as described above operates as described below to form a thin film on the substrate 3.

【0038】先ず、基板ホルダ10に基板3を装着し、
この基板ホルダ10をプラズマ出射口2aに対向させ
る。そして、プラズマ室2及び成膜室4の内部の気体を
排気装置によって排気し、十分に高真空となるまで真空
引きを行う。
First, the substrate 3 is mounted on the substrate holder 10,
The substrate holder 10 faces the plasma emission port 2a. Then, the gas inside the plasma chamber 2 and the film forming chamber 4 is evacuated by an exhaust device, and evacuation is performed until a sufficiently high vacuum is obtained.

【0039】次に、基板ホルダ10に備えられたヒータ
によって基板3を加熱するとともに、基板ホルダ10を
図1中矢印Dで示すように回転させる。また、第1の電
源16によって、筒状ターゲット11に対して所定の電
圧を印加するとともに、コイル9に電流を供給し、プラ
ズマ室2に対して磁場を印加する。
Next, the substrate 3 is heated by a heater provided in the substrate holder 10, and the substrate holder 10 is rotated as shown by an arrow D in FIG. The first power supply 16 applies a predetermined voltage to the cylindrical target 11, supplies a current to the coil 9, and applies a magnetic field to the plasma chamber 2.

【0040】次に、図1中矢印Bで示すように、マイク
ロ波導波管7からマイクロ波導入窓5を介してスパッタ
室2にマイクロ波を放出するとともに、図1中矢印Cで
示すように、ガス導入管8からガス導入口6を通してプ
ラズマ室2に放電ガスを放出し、内部圧力が1mTor
r程度となるように保つ。これにより、プラズマ室2の
内部でECRプラズマが生成され、このECRプラズマ
がプラズマ出射口2aから成膜室4に向けて放出され
る。そして、図1中矢印Eで示すように、基板シャッタ
12を回転させて開放する。
Next, as shown by an arrow B in FIG. 1, microwaves are emitted from the microwave waveguide 7 to the sputtering chamber 2 through the microwave introduction window 5, and as shown by an arrow C in FIG. The discharge gas is discharged from the gas introduction pipe 8 to the plasma chamber 2 through the gas introduction port 6 and the internal pressure is 1 mTorr.
r. As a result, ECR plasma is generated inside the plasma chamber 2, and the ECR plasma is emitted from the plasma emission port 2 a toward the film formation chamber 4. Then, as shown by an arrow E in FIG. 1, the substrate shutter 12 is rotated and opened.

【0041】成膜室4に放出されたECRプラズマは、
筒状ターゲット11の内面側、すなわちターゲット材1
4のターゲット面14aをスパッタし、ターゲット材1
4を構成している粒子を基板3に向けてはじき出す。E
CRプラズマによってはじき出されたターゲット材14
の構成粒子は、ECRプラズマ流とともに基板3に向け
て加速されて、この基板3上に成膜される。
The ECR plasma released into the film forming chamber 4 is
The inner surface side of the cylindrical target 11, that is, the target material 1
No. 4 target surface 14a is sputtered, and target material 1
The particles constituting 4 are repelled toward the substrate 3. E
Target material 14 repelled by CR plasma
Are accelerated toward the substrate 3 together with the ECR plasma flow, and a film is formed on the substrate 3.

【0042】ECRプラズマスパッタ装置1は、上述し
たように、複数のターゲット材14を組み合わせて構成
した筒状ターゲット11の内面側に、これらターゲット
材14から所定の距離を保って回転自在とされたシール
ド板15を備える。したがって、ECRプラズマスパッ
タ装置1においては、各ターゲット材14を異なる材料
によって形成し、スパッタ対象でないターゲット材14
をシールド板15によって遮蔽することによって、スパ
ッタ対象であるターゲット材14を選択することができ
る。
As described above, the ECR plasma sputtering apparatus 1 is rotatable on the inner surface side of the cylindrical target 11 formed by combining a plurality of target materials 14 while maintaining a predetermined distance from these target materials 14. The shield plate 15 is provided. Therefore, in the ECR plasma sputtering apparatus 1, each target material 14 is formed of a different material,
Is shielded by the shield plate 15, the target material 14 to be sputtered can be selected.

【0043】すなわち、ECRプラズマスパッタ装置1
においては、各ターゲット材14を異なる材料によって
形成し、シールド板15を回転させてスパッタ対象とな
るターゲット材14を選択することによって、基板3上
に異なる材料により形成された薄膜を成膜することがで
きる。したがって、ECRプラズマスパッタ装置1は、
従来のマルチターゲット型のECRプラズマスパッタ装
置のような複雑な装置構成を必要とせず、容易にスパッ
タ対象となるターゲット材14を選択することができ
る。
That is, the ECR plasma sputtering apparatus 1
In the method described above, a thin film made of a different material is formed on the substrate 3 by forming each target material 14 with a different material and rotating the shield plate 15 to select a target material 14 to be sputtered. Can be. Therefore, the ECR plasma sputtering apparatus 1
The target material 14 to be sputtered can be easily selected without requiring a complicated apparatus configuration such as a conventional multi-target type ECR plasma sputtering apparatus.

【0044】ECRプラズマスパッタ装置1は、基板シ
ャッタ12を開放した状態で基板3に対してスパッタ成
膜を行いながらシールド板15を回転することによっ
て、異なる材料によって形成された複数のターゲット材
14がECRプラズマに対して露出するために、複数の
材料が混在した薄膜を基板3上にスパッタ成膜すること
ができる。すなわち、ECRプラズマスパッタ装置1
は、基板シャッタ12を開放したままで、シールド板1
5を回転することによって、異なる材料からなる複数の
薄膜を連続的に、それぞれ所定時間成膜して、基板3上
に複合薄膜を化学量論的組成に基づいた高純度な成膜を
することができる。
In the ECR plasma sputtering apparatus 1, a plurality of target materials 14 formed of different materials are formed by rotating the shield plate 15 while performing sputtering film formation on the substrate 3 with the substrate shutter 12 opened. In order to be exposed to the ECR plasma, a thin film in which a plurality of materials are mixed can be formed on the substrate 3 by sputtering. That is, the ECR plasma sputtering apparatus 1
Is the shield plate 1 with the substrate shutter 12 open.
5, a plurality of thin films made of different materials are continuously formed for a predetermined period of time by rotating 5, and a composite thin film is formed on the substrate 3 with a high purity based on the stoichiometric composition. Can be.

【0045】また、ECRプラズマスパッタ装置1は、
所定のターゲット材14を遮蔽して基板3上にスパッタ
成膜した後に、基板シャッタ12を閉蓋してシールド板
15を回転し、このシールド板15を別のターゲット材
14が完全に遮蔽される位置に停止させた後に、基板シ
ャッタ12を開放してもよい。この場合に、ECRプラ
ズマスパッタ装置1は、基板3上に多種の薄膜を積層し
て成膜することができ、それぞれの薄膜の界面を急峻に
形成することができる。すなわち、ECRプラズマスパ
ッタ装置1は、基板3上に超格子膜、傾斜材料膜を含む
組成変調膜等の、高純度な薄膜を積層して成膜すること
ができる。
Further, the ECR plasma sputtering apparatus 1
After a predetermined target material 14 is shielded and a sputter film is formed on the substrate 3, the substrate shutter 12 is closed and the shield plate 15 is rotated to completely shield the shield plate 15 from another target material 14. After stopping at the position, the substrate shutter 12 may be opened. In this case, the ECR plasma sputtering apparatus 1 can stack and form various types of thin films on the substrate 3, and can steeply form an interface between the thin films. That is, the ECR plasma sputtering apparatus 1 can form a high-purity thin film such as a superlattice film or a composition modulation film including a gradient material film on the substrate 3 by stacking.

【0046】なお、ECRプラズマスパッタ装置1は、
図2に示す例で、筒状ターゲット11を8角形筒状と
し、この筒状ターゲット11のそれぞれの内壁面に略矩
形平板状のターゲット材14が固定され、4つのシール
ド板15が大口径玉軸受17に90゜の角度間隔で配設
されるとしたが、本発明は斯かる構成に限定されるもの
ではない。ECRプラズマスパッタ装置1においては、
シールド板15が遮蔽する面積や、筒状ターゲット11
に対して備えられる個数を限定されるものではない。
The ECR plasma sputtering apparatus 1
In the example shown in FIG. 2, the cylindrical target 11 is formed in an octagonal cylindrical shape, and a substantially rectangular flat target material 14 is fixed to each inner wall surface of the cylindrical target 11, and the four shield plates 15 are large-diameter balls. Although the bearings 17 are arranged at angular intervals of 90 °, the present invention is not limited to such a configuration. In the ECR plasma sputtering apparatus 1,
The area to be shielded by the shield plate 15 or the cylindrical target 11
The number provided for is not limited.

【0047】ECRプラズマスパッタ装置1は、例え
ば、筒状ターゲット11を円筒状として、この筒状ター
ゲット11の内壁面に沿って湾曲した複数のターゲット
材14を備えるとしてもよい。ECRプラズマスパッタ
装置1は、ターゲット材14に用いる材料が金属材料等
の形状作製が容易な材料である場合に、全体略円筒形状
となるように筒状ターゲット11を形成することによっ
て、ECRプラズマに露出するターゲット材14の面積
を増大することができ、偏りなくスパッタすることがで
きるために、スパッタ効率を向上することができる。
The ECR plasma sputtering apparatus 1 may have, for example, a cylindrical target 11 and a plurality of target materials 14 curved along the inner wall surface of the cylindrical target 11. The ECR plasma sputtering apparatus 1 forms an ECR plasma by forming the cylindrical target 11 so as to have a substantially cylindrical shape when the material used for the target material 14 is a material such as a metal material that can be easily formed. The area of the exposed target material 14 can be increased, and the sputtering can be performed without bias, so that the sputtering efficiency can be improved.

【0048】一方で、ECRプラズマスパッタ装置1に
おいては、略平板状のターゲット材14を組み合わせて
筒状ターゲット11とした場合に、これらターゲット材
14同士が隣接する側端部に隙間が生じてしまう。しか
しながら、ECRプラズマスパッタ装置1は、シールド
板15の大きさを、ターゲット材14の大きさよりもや
や大とし、遮蔽するターゲット材14と隣接するターゲ
ット材14の側端部もわずかに遮蔽する大きさに形成さ
れることによって、略平板形状を有するターゲット材1
4を用いる場合であっても、この側端部の隙間からスパ
ッタ対象となるターゲット材14以外の物質がスパッタ
されてしまうことを防止することができる。
On the other hand, in the ECR plasma sputtering apparatus 1, when the cylindrical targets 11 are formed by combining substantially flat target materials 14, a gap is generated at a side end portion where these target materials 14 are adjacent to each other. . However, in the ECR plasma sputtering apparatus 1, the size of the shield plate 15 is set to be slightly larger than the size of the target material 14, and the side edge of the target material 14 adjacent to the target material 14 to be shielded is also slightly shielded. The target material 1 having a substantially flat plate shape
Even when using No. 4, it is possible to prevent substances other than the target material 14 to be sputtered from being sputtered from the gap at the side end.

【0049】すなわち、ECRプラズマスパッタ装置1
は、酸化物等の焼結体や単結晶材料等のように、複雑な
形状作製が困難な材料であっても、ターゲット材14と
して用いることができるとともに、不純物が基板3上に
スパッタ成膜されてしまうことなく、高純度な薄膜を成
膜することができる。具体的には、例えば、In−Ga
−Al−N等のような3B族元素の窒化物半導体素子を
作製する場合等に、ターゲット材を円筒形状に加工した
りターゲット材の側端部を台形状に切り欠いたりといっ
た、ターゲット材に対して複雑な形状加工を施す必要が
ない。したがって、ECRプラズマスパッタ装置1は、
スパッタ対象となる材料を選ばず、容易にスパッタ成膜
を行うことができる。
That is, the ECR plasma sputtering apparatus 1
Can be used as the target material 14 even if a material having a complicated shape is difficult to produce, such as a sintered body such as an oxide or a single crystal material, and an impurity is formed on the substrate 3 by sputtering. A high-purity thin film can be formed without being performed. Specifically, for example, In-Ga
-When manufacturing a nitride semiconductor element of a 3B group element such as Al-N or the like, the target material is processed into a cylindrical shape, or a side end of the target material is cut into a trapezoidal shape. On the other hand, there is no need to perform complicated shape processing. Therefore, the ECR plasma sputtering apparatus 1
Sputter film formation can be easily performed regardless of the material to be sputtered.

【0050】また、ECRプラズマスパッタ装置1は、
上述の説明では2種類のターゲット材14を4つずつ備
えて同種のターゲット材14同士が対向して配設される
としたが、ターゲット材14の種類や数に限定されるも
のではない。ECRプラズマスパッタ装置1は、例え
ば、3種類のターゲット材14を2つずつ備えて6角形
筒状に形成された筒状ターゲット11に配設されてもよ
いし、3種類のターゲット材14を4つずつ備えて12
角形筒状に形成された筒状ターゲット11に配設されて
もよい。
Also, the ECR plasma sputtering apparatus 1
In the above description, two types of target materials 14 are provided four each, and the same type of target materials 14 are disposed to face each other. However, the type and number of target materials 14 are not limited. The ECR plasma sputtering apparatus 1 may be provided on a cylindrical target 11 having, for example, three types of target materials 14 each having two hexagonal cylinders. 12 for each
It may be provided on a cylindrical target 11 formed in a rectangular cylindrical shape.

【0051】このとき、ECRプラズマスパッタ装置1
においては、同種のターゲット材14をそれぞれ覆う数
のシールド板15を備え、これら同種のターゲット材1
4を一度に覆うことのできる角度間隔で配設することが
望ましい。これにより、ECRプラズマスパッタ装置1
は、スパッタ対象となるターゲット材14以外の材料が
不純物として基板3上に成膜されてしまうことを防止す
ることができる。
At this time, the ECR plasma sputtering apparatus 1
, The number of shield plates 15 covering the same kind of target materials 14 is provided, respectively.
It is desirable to arrange them at an angular interval that can cover all at once. Thereby, the ECR plasma sputtering apparatus 1
Can prevent a material other than the target material 14 to be sputtered from being formed on the substrate 3 as an impurity.

【0052】また、ECRプラズマスパッタ装置1は、
同種のターゲット材14同士が対向して配設されるとし
たが、これらを対向せずに配設してもよい。ただし、E
CRプラズマスパッタ装置1において、スパッタされた
ターゲット粒子は、ターゲット面14aに垂直な方向に
最も多く出射することから、同種のターゲット材14同
士を対向して配設することによって、異種ターゲット材
元素の混入を防止し、且つターゲット材の利用効率を向
上することができる。
Also, the ECR plasma sputtering apparatus 1
Although the target materials 14 of the same kind are arranged facing each other, they may be arranged without facing each other. Where E
In the CR plasma sputtering apparatus 1, since the sputtered target particles are emitted most in the direction perpendicular to the target surface 14a, by disposing the same type of target materials 14 facing each other, the different types of target material elements can be used. Mixing can be prevented, and the utilization efficiency of the target material can be improved.

【0053】なお、ECRプラズマスパッタ装置1にお
いては、基板シャッタ12を閉蓋した状態で、スパッタ
対象であるターゲット材14に対して若干のプリスパッ
タを行ってもよい。これにより、ECRプラズマスパッ
タ装置1は、ターゲット材14のターゲット面14a上
の付着物等をあらかじめ除去することができ、さらに高
純度な薄膜を基板3上に成膜することができる。
In the ECR plasma sputtering apparatus 1, a slight pre-sputtering may be performed on the target material 14 to be sputtered with the substrate shutter 12 closed. Thereby, the ECR plasma sputtering apparatus 1 can remove in advance the deposits and the like on the target surface 14a of the target material 14, and can form a thin film with higher purity on the substrate 3.

【0054】また、ECRプラズマスパッタ装置1にお
いては、基板シャッタ12を閉蓋してシールド板15を
回転させ、このシールド板15を位置決め固定した直後
に基板シャッタ12を開放せず、しばらくの時間、基板
シャッタ12を閉蓋しておくことが望ましい。ECRプ
ラズマスパッタ装置1においては、基板シャッタ12が
ECRプラズマが安定状態となった後に開放することに
よって、基板3上に対して、より高品質な薄膜を成膜す
ることができるとともに、ターゲット材14のターゲッ
ト面14aをプリスパッタすることができる。
In the ECR plasma sputtering apparatus 1, the substrate shutter 12 is closed, the shield plate 15 is rotated, and the substrate shutter 12 is not opened immediately after the shield plate 15 is positioned and fixed. It is desirable that the substrate shutter 12 be closed. In the ECR plasma sputtering apparatus 1, by opening the substrate shutter 12 after the ECR plasma is in a stable state, a higher quality thin film can be formed on the substrate 3 and the target material 14 can be formed. Of the target surface 14a can be pre-sputtered.

【0055】[0055]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明は以下で説明する実施例に限定されるものではな
いことはいうまでもない。以下では、上述したECRプ
ラズマスパッタ装置1を用いて、基板3上にSiO2
膜と、TiO2薄膜とを積層して成膜した場合の実施例
について説明することとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described below. Hereinafter, an embodiment in which an SiO 2 thin film and a TiO 2 thin film are stacked and formed on a substrate 3 using the above-described ECR plasma sputtering apparatus 1 will be described.

【0056】先ず、ターゲット材14として、縦40m
m、横38mm、厚さ4mmの寸法を有する略矩形平板
状のSiO2石英板とTiO2焼結体とをそれぞれ4つず
つ用意した。そして、8角形筒状を呈する筒状ターゲッ
ト11の内壁面に、銅製のバッキングプレート13を介
して、これらSiO2石英板とTiO2焼結体とをインジ
ウムによって固定した。このとき、SiO2石英板とT
iO2焼結体とは、同種のもの同士が対向するととも
に、隣り合うものが別種となるようにして、筒状ターゲ
ット11の内壁面に固定した。
First, the target material 14 is 40 m long.
A substantially rectangular flat plate-shaped SiO 2 quartz plate having dimensions of m, 38 mm in width and 4 mm in thickness and four TiO 2 sintered bodies were prepared. The SiO 2 quartz plate and the TiO 2 sintered body were fixed to the inner wall surface of the octagonal cylindrical target 11 via indium via a copper backing plate 13. At this time, the SiO 2 quartz plate and T
The iO 2 sintered body was fixed to the inner wall surface of the tubular target 11 such that the same type was opposed to each other and the adjacent type was different.

【0057】次に、シールド板15として、厚さ1m
m、長さ40mm、曲率半径46mmで扇角50゜の寸
法を有し、ステンレス(SUS304)によって形成さ
れた、湾曲した矩形平板状のシールド板15を4つ用意
した。そして、これらシールド板15を、それぞれ90
゜の角度間隔で支持部材18を介して大口径玉軸受17
の内輪に固定した。また、各シールド板15は、ターゲ
ット材14から2mm〜3mmの間隔を保って回転自在
となるように、支持部材18の高さを調節されて、大口
径玉軸受17に固定した。
Next, as the shield plate 15, a thickness of 1 m
Four curved rectangular flat-plate shield plates 15 each having a dimension of m, a length of 40 mm, a radius of curvature of 46 mm, a sector angle of 50 °, and made of stainless steel (SUS304) were prepared. Then, each of these shield plates 15 is
Large-diameter ball bearing 17 via support member 18 at an angular interval of ゜
Fixed to the inner ring. Further, each shield plate 15 was fixed to the large-diameter ball bearing 17 by adjusting the height of the support member 18 so as to be rotatable while keeping an interval of 2 mm to 3 mm from the target material 14.

【0058】この大口径玉軸受17としては、光洋精工
製のベアリング(呼び番号6921)を用いた。大口径
玉軸受17は、アセトンによって十分に洗浄した後に、
成膜室4に備え付けた。また、シールド板15を回転駆
動する回転手段19としては、MDC社製の高真空用ス
テッピングモータ(B14.1)を用いた。さらに、基
板シャッタ12は、圧縮空気によって動作する回転導入
機を用いて回転させる構成とし、この回転導入機に送る
圧縮空気を電磁弁で制御することによって、回転を制御
する構成とした。
As the large-diameter ball bearing 17, a bearing (call number 6921) manufactured by Koyo Seiko was used. After the large-diameter ball bearing 17 is sufficiently washed with acetone,
It was provided in the film forming chamber 4. As the rotating means 19 for rotating and driving the shield plate 15, a high vacuum stepping motor (B14.1) manufactured by MDC was used. Further, the substrate shutter 12 is configured to be rotated using a rotation introducing machine that operates by compressed air, and the rotation is controlled by controlling the compressed air sent to the rotation introducing machine by an electromagnetic valve.

【0059】次に、被成膜対象物である石英製の基板3
を用意して、基板ホルダ10に固定した。この時、基板
ホルダ10は、筒状ターゲット11との距離が120m
mとなる位置に固定した。そして、プラズマ室2と成膜
室4とをターボ分子ポンプによって排気し、6×10-8
Torrまで真空引きした。また、基板3を固定した基
板ホルダ10を図1中矢印Dで示すように、一定速度で
回転させるとともに、基板ホルダ10に備えられたヒー
タによって、基板3を150℃まで加熱した。
Next, a substrate 3 made of quartz, which is an object on which a film is to be formed, is formed.
Was prepared and fixed to the substrate holder 10. At this time, the distance between the substrate holder 10 and the cylindrical target 11 is 120 m.
m. Then, the plasma chamber 2 and the film formation chamber 4 are evacuated by a turbo molecular pump, and 6 × 10 −8
Vacuum was applied to Torr. Further, the substrate holder 10 to which the substrate 3 was fixed was rotated at a constant speed as shown by an arrow D in FIG. 1, and the substrate 3 was heated to 150 ° C. by a heater provided in the substrate holder 10.

【0060】以下では、先ず、板シャッタ12を基板3
と筒状ターゲット11との間で閉蓋した状態に停止さ
せ、各ターゲット材14に対してプリスパッタを行っ
た。
In the following, first, the plate shutter 12 is
And the cylindrical target 11 was stopped in a closed state, and pre-sputtering was performed on each target material 14.

【0061】このプリスパッタ工程においては、コイル
9に対して電力を供給して磁場を発生させ、この磁場を
プラズマ室2に印加するとともに、マイクロ波導波管7
からスパッタ室2にマイクロ波を放出した。また、ガス
導入管8から放電ガスとしてArガスを30sccmの
流量で放出するとともに、O2ガスを10sccmの流
量でプラズマ室2に放出した。これにより、プラズマ室
2にECRプラズマが生じ、このECRプラズマが成膜
室4に向けて放出される。また、プラズマ室2と成膜室
4とは、ガス導入管8から放出された放電ガスがターボ
分子ポンプによって排気されるために、1mTorrの
圧力に保たれる。また、各ターゲット材14には、筒状
ターゲット11を介して電源16から400Wの高周波
電力を供給した。
In the pre-sputtering step, power is supplied to the coil 9 to generate a magnetic field, and this magnetic field is applied to the plasma chamber 2 and the microwave waveguide 7
From the microwave to the sputtering chamber 2. In addition, Ar gas was discharged as a discharge gas from the gas inlet tube 8 at a flow rate of 30 sccm, and O 2 gas was discharged into the plasma chamber 2 at a flow rate of 10 sccm. As a result, ECR plasma is generated in the plasma chamber 2, and the ECR plasma is emitted toward the film formation chamber 4. Further, the plasma chamber 2 and the film formation chamber 4 are maintained at a pressure of 1 mTorr because the discharge gas discharged from the gas introduction pipe 8 is exhausted by the turbo molecular pump. Further, 400 W of high frequency power was supplied to each target material 14 from the power supply 16 via the cylindrical target 11.

【0062】そして、プラズマ室2から放出されたEC
Rプラズマを、プラズマ出射口2aに配設されたターゲ
ット材14のターゲット面14aに衝突させて、このタ
ーゲット面14a上の付着物を除去した。
The EC released from the plasma chamber 2
The R plasma was caused to collide with the target surface 14a of the target material 14 provided at the plasma emission port 2a, thereby removing deposits on the target surface 14a.

【0063】次に、基板シャッタ12を開放し、上述し
たプリスパッタ工程と同様にして、基板3上に本スパッ
タを行った。
Next, the substrate shutter 12 was opened, and the main sputtering was performed on the substrate 3 in the same manner as in the pre-sputtering step described above.

【0064】この本スパッタ工程においては、先ず、T
iO2焼結体により形成されたターゲット材14を遮蔽
する位置にシールド板15を固定した。そして、プラズ
マ室2から放出されたECRプラズマを、SiO2石英
板によって形成されたターゲット材14のターゲット面
14aに衝突させ、ターゲット粒子を放出させた。ター
ゲット粒子は、ECRプラズマ流とともに基板3に向け
て加速し、基板3上に堆積した。これにより、基板3上
にSiO2薄膜を成膜した。
In this main sputtering step, first, T
A shield plate 15 was fixed at a position where the target material 14 formed of the iO 2 sintered body was shielded. Then, the ECR plasma emitted from the plasma chamber 2 was caused to collide with a target surface 14a of a target material 14 formed of a SiO 2 quartz plate, thereby emitting target particles. The target particles accelerated toward the substrate 3 together with the ECR plasma flow, and were deposited on the substrate 3. Thus, a SiO 2 thin film was formed on the substrate 3.

【0065】次に、基板シャッタ12を閉蓋してシール
ド板15を回転し、SiO2石英板により形成されたタ
ーゲット材14を遮蔽する位置にシールド板15を固定
した。そして、基板シャッタ12を開放して、ECRプ
ラズマによって、基板3上に成膜されたSiO2薄膜上
に、さらにTiO2薄膜を成膜した。
Next, the substrate shutter 12 was closed, the shield plate 15 was rotated, and the shield plate 15 was fixed at a position for shielding the target material 14 formed of a SiO 2 quartz plate. Then, the substrate shutter 12 was opened, and a TiO 2 thin film was further formed on the SiO 2 thin film formed on the substrate 3 by ECR plasma.

【0066】以上のように作製した薄膜を観察したとこ
ろ、SiO2薄膜とTiO2薄膜との界面状態が十分に明
瞭且つ急峻であることが確認された。また、上述した手
順を繰り返して、シールド板15を順に回転してゆくこ
とで、基板3上に容易に高品質な多層膜を作製できるこ
とが確認された。したがって、本発明に係る薄膜の製造
方法によれば、異なる材料からなる複数のターゲット材
を用いて、基板上に高品質な薄膜を作製することが容易
に達成されたことがわかる。
Observation of the thin film produced as described above confirmed that the interface between the SiO 2 thin film and the TiO 2 thin film was sufficiently clear and steep. In addition, it was confirmed that a high-quality multilayer film could be easily formed on the substrate 3 by repeating the above procedure and rotating the shield plate 15 in order. Therefore, according to the method for manufacturing a thin film according to the present invention, it is understood that a high-quality thin film can be easily formed on a substrate using a plurality of target materials made of different materials.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電子
サイクロトロン共鳴プラズマスパッタ装置は、筒状ター
ゲットの内面側で回転自在とされたシールド板によっ
て、所定のターゲット材を遮蔽することができる。これ
により、電子サイクロトロン共鳴プラズマスパッタ装置
は、装置構成を大規模化・複雑化することなく、複数の
ターゲット材を選択してスパッタ成膜を行うことができ
る。
As described above, in the electron cyclotron resonance plasma sputtering apparatus according to the present invention, a predetermined target material can be shielded by the shield plate rotatable on the inner surface side of the cylindrical target. Thus, the electron cyclotron resonance plasma sputtering apparatus can perform sputtering film formation by selecting a plurality of target materials without increasing the size and complexity of the apparatus configuration.

【0068】また、本発明に係る薄膜の製造方法によれ
ば、シールド板が筒状ターゲットの内面側で回転自在と
されたことによって、所定のターゲット材を遮蔽するこ
とが容易に実現できる。したがって、薄膜の製造方法
は、このシールド板の回転を適宜制御することによっ
て、均一で高純度な薄膜を基板上に成膜することができ
るとともに、急峻な界面を有する多層薄膜や、傾斜材料
薄膜を、基板上に容易に且つ高品質に成膜することがで
きる。
Further, according to the method of manufacturing a thin film according to the present invention, since the shield plate is rotatable on the inner surface side of the cylindrical target, it is possible to easily shield a predetermined target material. Therefore, the thin film manufacturing method can form a uniform and high-purity thin film on a substrate by appropriately controlling the rotation of the shield plate, and can form a multilayer thin film having a steep interface or a gradient material thin film. Can easily be formed on a substrate with high quality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るECRプラズマスパッタ装置を示
す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an ECR plasma sputtering apparatus according to the present invention.

【図2】同装置の筒状ターゲットを基板側からみた状態
を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic view showing a state where a cylindrical target of the apparatus is viewed from a substrate side.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ECRプラズマスパッタ装置、2 プラズマ室、3
基板、4 成膜室、9 コイル、10 基板ホルダ、
11 筒状ターゲット、12 基板シャッタ、14 タ
ーゲット材、15 シールド板、17 大口径玉軸受
1 ECR plasma sputtering device, 2 plasma chamber, 3
Substrate, 4 deposition chamber, 9 coil, 10 substrate holder,
11 cylindrical target, 12 substrate shutter, 14 target material, 15 shield plate, 17 large diameter ball bearing

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のターゲット材を筒状に組み合わせ
て構成された筒状ターゲットの内面側に、上記各ターゲ
ット材から所定の距離を保って回転自在とされたシール
ド板を備え、 上記シールド板は、上記複数のターゲット材のうち、所
定のターゲット材を遮蔽することを特徴とする電子サイ
クロトロン共鳴プラズマスパッタ装置。
An inner surface of a cylindrical target formed by combining a plurality of target materials into a cylindrical shape, a shield plate rotatable at a predetermined distance from each of the target materials, Is an electron cyclotron resonance plasma sputtering apparatus, wherein a predetermined target material is shielded from the plurality of target materials.
【請求項2】 上記筒状ターゲットとスパッタ対象物で
ある基板との間に、開閉自在に配設された基板シャッタ
を備え、 上記基板シャッタは、上記シールド板が回転する際に上
記基板を遮蔽することを特徴とする請求項1記載の電子
サイクロトロン共鳴プラズマスパッタ装置。
2. A substrate shutter disposed between the cylindrical target and a substrate to be sputtered so as to be openable and closable, the substrate shutter shielding the substrate when the shield plate rotates. The electron cyclotron resonance plasma sputtering apparatus according to claim 1, wherein
【請求項3】 複数のターゲット材を筒状に組み合わせ
て筒状ターゲットとし、 上記筒状ターゲットの内面側で上記各ターゲット材から
所定の距離を保って回転自在とされたシールド板によっ
て、上記複数のターゲット材のうち、所定のターゲット
材を遮蔽し、 上記複数のターゲット材のうち、遮蔽しないターゲット
材を電子サイクロトロン共鳴プラズマによって基板上に
スパッタすることを特徴とする薄膜の製造方法。
3. A method comprising combining a plurality of target materials into a cylindrical shape to form a cylindrical target, and a shield plate rotatable at a predetermined distance from each of the target materials on an inner surface of the cylindrical target. A method of manufacturing a thin film, wherein a predetermined target material is shielded among the target materials, and an unshielded target material among the plurality of target materials is sputtered on the substrate by electron cyclotron resonance plasma.
【請求項4】 上記シールド板が回転する際には、上記
筒状ターゲットと上記基板との間に、開閉自在に配設さ
れた基板シャッタによって、上記基板を遮蔽することを
特徴とする請求項3記載の薄膜の製造方法。
4. When the shield plate rotates, the substrate is shielded by a substrate shutter that is openably and closably disposed between the tubular target and the substrate. 4. The method for producing a thin film according to 3.
JP11000551A 1999-01-05 1999-01-05 Electronic cyclotron resonance plasma sputtering device, and manufacture of thin film Withdrawn JP2000199061A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102080211A (en) * 2011-02-24 2011-06-01 东北大学 Shielding baffle plate mechanism used for vertical multi-target vacuum coating machine

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