JP2001098371A - Deposition of thin film - Google Patents

Deposition of thin film

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JP2001098371A
JP2001098371A JP27381599A JP27381599A JP2001098371A JP 2001098371 A JP2001098371 A JP 2001098371A JP 27381599 A JP27381599 A JP 27381599A JP 27381599 A JP27381599 A JP 27381599A JP 2001098371 A JP2001098371 A JP 2001098371A
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JP
Japan
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substrate
target
thin film
substrate holder
vacuum chamber
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JP27381599A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Agawa
阿川  義昭
Yoshihiro Yamamoto
佳宏 山本
Masato Kiuchi
正人 木内
Toshimoto Sugimoto
敏司 杉本
Katsutoshi Tanaka
勝敏 田中
Seiichi Goto
誠一 後藤
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Ulvac Inc
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Ulvac Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To densify a thin film formed by a sputtering method. SOLUTION: In a state where a film deposition chamber 2 is grounded, a positive voltage and a negative voltage are alternately applied to a target holder 11 and a voltage being opposite in polarity to the voltage applied to the target holder 11 is applied to a substrate holder 9. When the negative voltage is applied to the target holder 11, Ar+ is allowed to sputter a target to deposit a thin film onto the surface of a substrate 10; when the negative voltage is applied to the substrate holder 9, Ar+ is allowed to sputter the surface of the substrate 10 to activate sputtered particles and densify the thin film. Accordingly, an ion assisted effect can be obtained without use of an ion source, and a thin film of high density can be deposited onto the surface of the substrate 10.

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】本発明はスパッタリング装置
の技術分野にかかり、特に高密度成膜を行う方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the technical field of a sputtering apparatus, and more particularly to a method for forming a high-density film.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より直流放電型スパッタリングはそ
の構造が簡単で広い基板に均一な膜が得られることから
多くの産業分野で利用されている。また様々な成膜条件
に対応し、生成膜を高密度化するために、新しいスパッ
タ方式としてマグネトロンスパッタ法、高周波法やダイ
ナミックミキシング法が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, DC discharge sputtering has been used in many industrial fields because its structure is simple and a uniform film can be obtained on a wide substrate. Further, in order to cope with various film forming conditions and to increase the density of a formed film, a magnetron sputtering method, a high frequency method, and a dynamic mixing method are used as new sputtering methods.

【0003】従来技術であるダイナミックミキシング法
は直流放電法を改良したものであり、図4の符号101
はダイナミックミキシング法によるスパッタ装置を示し
ている。スパッタ装置101は真空槽102を有してい
る。真空槽102天井には回転機構108が設けられて
いる。真空槽102内部には基板ホルダー109が配置
されており、回転機構108に接続されている。真空槽
102底部にはターゲットホルダー111が配置されて
おり、ターゲットホルダー111にはターゲット112
が配置されている。真空槽102外部には真空排気系1
03とガス導入系104が配置されており、真空槽10
2に接続されている。
The prior art dynamic mixing method is an improvement of the DC discharge method, and is denoted by reference numeral 101 in FIG.
Indicates a sputtering apparatus using a dynamic mixing method. The sputtering apparatus 101 has a vacuum chamber 102. A rotating mechanism 108 is provided on the ceiling of the vacuum chamber 102. A substrate holder 109 is arranged inside the vacuum chamber 102 and is connected to a rotation mechanism 108. A target holder 111 is disposed at the bottom of the vacuum chamber 102, and a target 112 is placed on the target holder 111.
Is arranged. A vacuum exhaust system 1 is provided outside the vacuum chamber 102.
03 and the gas introduction system 104 are arranged, and the vacuum chamber 10
2 are connected.

【0004】この装置を用いてスパッタリングを行うと
き、真空排気系103により真空槽102内を10-7To
rr(1.33×10-5Pa)以下の真空状態にし、基板ホ
ルダー109に基板110を載せた後、ガス導入系10
4によって真空槽102内にArガスを導入する。
When sputtering is performed using this apparatus, the inside of a vacuum chamber 102 is evacuated by a vacuum evacuation system 103 to 10 -7 To
rr (1.33 × 10 −5 Pa) or less, and the substrate 110 is placed on the substrate holder 109.
4 introduces Ar gas into the vacuum chamber 102.

【0005】次に回転機構108で基板110を水平面
内で回転させるとともに、ターゲットホルダーに数10
0Vの負の直流電圧を印加し、真空槽102内に導入し
たArガスを電離させてプラズマ状態にし、Arイオン
(Ar+)を発生させる。Ar+は、負電圧が印加されたタ
ーゲット112方向へ飛び、ターゲット112の表面を
スパッタし、スパッタされた粒子が基板110へ衝突
し、基板110上で薄膜が生成される。基板110は水
平面内で回転しているので、スパッタ粒子が均一に基板
110表面に衝突し、膜厚がほぼ均一な薄膜を基板表面
に成膜できる。
Next, the substrate 110 is rotated in a horizontal plane by the rotation mechanism 108 and several tens of
A negative DC voltage of 0 V is applied, Ar gas introduced into the vacuum chamber 102 is ionized to be in a plasma state, and Ar ions
(Ar + ) is generated. Ar + flies in the direction of the target 112 to which the negative voltage is applied, sputters the surface of the target 112, and the sputtered particles collide with the substrate 110, and a thin film is formed on the substrate 110. Since the substrate 110 is rotating in a horizontal plane, sputtered particles uniformly collide with the surface of the substrate 110, and a thin film having a substantially uniform thickness can be formed on the substrate surface.

【0006】しかしながら基板110表面は、分子レベ
ルにおいて完全な平坦でないので、基板表面にスパッタ
粒子が入射するだけでは、基板110表面突起部影では
浅く、突起部では厚く膜が成長してしまい、膜成長とと
もに、膜表面や内部に空隙や孔が形成されるため、高密
度な膜を成膜することが困難である。
However, since the surface of the substrate 110 is not completely flat at the molecular level, if the sputtered particles only enter the surface of the substrate, the surface of the substrate 110 will be shallow at the shadow of the projection and the projection will grow thick at the projection. With the growth, voids and pores are formed on the surface and inside of the film, so that it is difficult to form a high-density film.

【0007】スパッタ粒子が薄膜上又は薄膜内部で拡散
すると、膜表面や内部に形成された空隙や穴が埋められ
るので、緻密な膜が形成されるが、スパッタ粒子の80
〜90%程度はエネルギー量が数eVから数10eV程度
の低い活性の中性粒子であるので、スパッタ粒子は十分
に拡散運動することができない。スパッタ粒子を十分に
拡散運動させるためには基板を高温にすることが考えら
れるが、基板温度の上昇はダメージの原因となる。
When the sputtered particles diffuse on the thin film or inside the thin film, voids and holes formed on the film surface and inside are filled, so that a dense film is formed.
Since about 90% of the active particles are low-active neutral particles having an energy amount of several eV to several tens eV, sputtered particles cannot sufficiently diffuse. In order to cause the sputtered particles to diffuse sufficiently, it is conceivable to raise the temperature of the substrate. However, an increase in the temperature of the substrate causes damage.

【0008】そこでこの成膜装置101では、真空槽1
02下方側壁にイオン源105が設けられている。真空
槽102外部にはマスフロコントローラ106、ガスボ
ンベ107が設けられており、この順序で直列にイオン
源105に配管されている。
Therefore, in the film forming apparatus 101, the vacuum chamber 1
02, an ion source 105 is provided on the lower side wall. A mass flow controller 106 and a gas cylinder 107 are provided outside the vacuum chamber 102, and are connected to the ion source 105 in series in this order.

【0009】イオン源105にガスボンベ107からマ
スフロコントローラ106を経由してガスを導入し、イ
オン源105内でプラズマを生成すると、イオン源10
5内でイオンが生成される。このイオンがスパッタリン
グによる成膜中に基板107上に照射されると、照射イ
オンによってスパッタ粒子が活性化され、低温条件下で
も薄膜が形成されやすくなる。また活性化した粒子は薄
膜表面又は薄膜内部で拡散運動を起こすので、薄膜表面
又は内部の隙間や孔が埋められ、形成された薄膜が高密
度になる。また、スパッタガスのイオンが、薄膜表面の
溝の側壁に衝突すると、側壁がエッチングされ、薄膜が
平坦化する。このようなイオン照射法は、照射イオンの
エネルギー制御が極めて容易であるため、薄膜製造分野
で広く活用されている。
When gas is introduced into the ion source 105 from the gas cylinder 107 via the mass flow controller 106 and plasma is generated in the ion source 105, the ion source 10
Ions are generated in 5. When these ions are irradiated onto the substrate 107 during film formation by sputtering, the sputtered particles are activated by the irradiated ions, and a thin film is easily formed even under low temperature conditions. Further, the activated particles cause diffusion movement on the surface of the thin film or inside the thin film, so that gaps and pores on the surface or inside the thin film are filled, and the formed thin film has a high density. When the ions of the sputtering gas collide with the side walls of the grooves on the surface of the thin film, the side walls are etched and the thin film is flattened. Such ion irradiation method is widely used in the field of thin film production because the energy control of irradiation ions is extremely easy.

【0010】一般に、高密度膜を成膜するには、照射さ
れるイオンのエネルギーが100eV以下であることが
知られているが、イオン源の性質上、100eV以下の
低エネルギーのイオンを基板に照射した場合には、多量
のイオンを基板まで到達させることができないため、イ
オンアシストの効果が充分に得られないという問題があ
る。
It is generally known that the energy of irradiated ions is 100 eV or less for forming a high-density film. However, due to the nature of the ion source, low-energy ions of 100 eV or less are applied to the substrate. In the case of irradiation, since a large amount of ions cannot reach the substrate, there is a problem that the effect of ion assist cannot be sufficiently obtained.

【0011】多量のイオンを基板まで到達させるために
は、照射するイオンのエネルギーを大きくすればよい
が、イオンのエネルギーが過度に大きくなると、スパッ
タ粒子に付加されるエネルギーが大きくなりすぎること
により、薄膜にダメージが生じるという問題がある。
In order to allow a large amount of ions to reach the substrate, the energy of the ions to be irradiated may be increased. However, if the energy of the ions is excessively large, the energy added to the sputtered particles becomes too large. There is a problem that the thin film is damaged.

【0012】このように、上述のダイナミックミキシン
グ法では基板へ入射されるイオン量を必ずしも十分に制
御できないため、十分なイオンアシスト効果を得ること
ができずに、高密度の薄膜を成膜するのが困難であっ
た。
As described above, in the above-described dynamic mixing method, the amount of ions incident on the substrate cannot always be sufficiently controlled, so that a sufficient ion assist effect cannot be obtained and a high-density thin film cannot be formed. Was difficult.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的はイオン照射をすることなく、基板に有効なイオン
アシスト効果を与えて緻密な薄膜を形成することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art, and has as its object to provide an effective ion assist effect to a substrate without irradiating ions. The purpose is to form a thin film.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に
配置された基板ホルダと、前記基板ホルダと対向するよ
うに前記真空槽内に配置されたターゲットとを有する成
膜装置を用い、前記基板ホルダに基板を保持させ、前記
真空槽内にスパッタガスを導入した状態で、前記ターゲ
ットと、前記基板ホルダとに電圧を印加して前記スパッ
タガスをイオン化し、前記スパッタガスのイオンで前記
ターゲットをスパッタリングさせ、前記基板表面に薄膜
を形成する薄膜形成方法であって、前記真空槽を接地電
位としたときに、前記ターゲットと前記基板ホルダと
に、逆極性の電圧を交互に印加することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の薄膜形成方法で
あって、前記基板ホルダに印加される負電圧の電圧値
は、前記ターゲットに印加される負電圧の電圧値と異な
る値になるようにされたことを特徴とする。請求項3記
載の発明は、請求項2記載の薄膜形成方法であって、前
記基板ホルダに印加される負電圧の電圧値は、前記ター
ゲットに印加される負電圧の電圧値に比して、絶対値が
小さくなるようにされたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a vacuum chamber, a substrate holder disposed in the vacuum chamber, and a substrate facing the substrate holder. Using a film forming apparatus having a target placed in a vacuum chamber, holding the substrate in the substrate holder, and applying a voltage to the target and the substrate holder in a state where a sputtering gas is introduced into the vacuum chamber. A thin film forming method for forming a thin film on the substrate surface by applying the ionized sputter gas to sputter the target with the ions of the sputter gas. And alternately applying voltages of opposite polarities to the substrate holder and the substrate holder.
The invention according to claim 2 is the thin film forming method according to claim 1, wherein the voltage value of the negative voltage applied to the substrate holder is different from the voltage value of the negative voltage applied to the target. It is characterized by having been made. The invention according to claim 3 is the thin film forming method according to claim 2, wherein a voltage value of the negative voltage applied to the substrate holder is smaller than a voltage value of the negative voltage applied to the target. It is characterized in that the absolute value is reduced.

【0015】本発明の薄膜形成方法では、真空槽を接地
電位としたときに、ターゲットと基板ホルダとに、互い
に極性の異なる電圧を交互に印加している。ターゲット
に負極性の電圧(以下負電圧と称する。)が印加されると
ともに、基板ホルダに正極性の電圧(以下正電圧と称す
る。)が印加された状態では、スパッタガスのイオンは
ターゲット方向に飛び、ターゲットに衝突してターゲッ
トがスパッタリングされ、スパッタ粒子による薄膜が基
板表面に形成される。
In the method of forming a thin film according to the present invention, when the vacuum chamber is set to the ground potential, voltages having different polarities are alternately applied to the target and the substrate holder. In a state where a negative voltage (hereinafter referred to as a negative voltage) is applied to the target and a positive voltage (hereinafter referred to as a positive voltage) is applied to the substrate holder, ions of the sputtering gas flow in the direction of the target. The target jumps and collides with the target to be sputtered, and a thin film of sputtered particles is formed on the substrate surface.

【0016】他方、ターゲットに正電圧が印加されると
ともに、基板ホルダに負電圧が印加された状態では、ス
パッタガスのイオンは基板方向に飛び、基板表面近傍の
スパッタ粒子にエネルギーが与えられる。与えられたエ
ネルギーによって、スパッタ粒子は活性化し、低温条件
下でも薄膜が形成されやすくなる。また活性化したスパ
ッタ粒子は薄膜表面又は薄膜内部で拡散運動を起こすの
で、薄膜表面又は内部の隙間や穴が埋められ、形成され
た薄膜が高密度になる。
On the other hand, when a positive voltage is applied to the target and a negative voltage is applied to the substrate holder, ions of the sputter gas fly toward the substrate, and energy is given to sputter particles near the substrate surface. The applied energy activates the sputtered particles and facilitates the formation of a thin film even under low temperature conditions. Further, the activated sputtered particles cause diffusion movement on the surface or inside the thin film, so that gaps and holes on the surface or inside the thin film are filled, and the formed thin film has a high density.

【0017】本発明では、真空槽を接地電位としたとき
に、ターゲットと基板ホルダとに、逆極性の電圧を交互
に印加しているので、上述した二つの状態が交互にあら
われ、スパッタガスのイオンをターゲット方向と基板方
向との両方に飛ばすことができ、イオン源を要すること
なくイオンアシスト効果を得ることができ、高密度な薄
膜を成膜することができる。
According to the present invention, when the vacuum chamber is set to the ground potential, voltages of opposite polarities are alternately applied to the target and the substrate holder. Ions can be ejected in both the target direction and the substrate direction, an ion assist effect can be obtained without the need for an ion source, and a high-density thin film can be formed.

【0018】なお、スパッタ中のイオンエネルギーは、
ターゲット又は基板に印加される負電圧の電圧値にほぼ
比例し、基板に印加される負電圧の電圧値とターゲット
に印加される電圧値とが同じであると、ターゲット方向
に飛ぶ場合と基板方向に飛ぶ場合とで、スパッタガスの
イオンのエネルギーが同じ大きさになる。
The ion energy during sputtering is
It is almost proportional to the voltage value of the negative voltage applied to the target or the substrate, and if the voltage value of the negative voltage applied to the substrate and the voltage value applied to the target are the same, the case of flying in the target direction and the case of the substrate direction And the energy of the ion of the sputtering gas becomes the same.

【0019】この場合、ターゲット方向に飛ぶスパッタ
ガスのイオンのエネルギーを大きくすると、基板方向に
飛ぶスパッタガスのイオンのエネルギーが過度に大きく
なってしまい、基板表面の薄膜にダメージが生じてしま
うことがある。
In this case, if the energy of the ions of the sputtering gas flying in the direction of the target is increased, the energy of the ions of the sputtering gas flying in the direction of the substrate becomes excessively large, and the thin film on the substrate surface may be damaged. is there.

【0020】しかしながら、本発明では、ターゲットに
印加される負電圧の電圧値と、基板ホルダに印加される
負電圧の電圧値とが異なるようにされている。特に、基
板に印加される負電圧の電圧値を、ターゲットに印加さ
れる負電圧の電圧値に比して小さくした場合には、基板
方向へ飛ぶスパッタガスのイオンのエネルギーが、ター
ゲット方向へ飛ぶスパッタガスのイオンのエネルギーに
比して小さくなる。
However, in the present invention, the voltage value of the negative voltage applied to the target is made different from the voltage value of the negative voltage applied to the substrate holder. In particular, when the voltage value of the negative voltage applied to the substrate is made smaller than the voltage value of the negative voltage applied to the target, the energy of the ions of the sputtering gas that flies toward the substrate flies toward the target. It is smaller than the ion energy of the sputtering gas.

【0021】従って、ターゲット方向へ飛ぶスパッタガ
スのイオンのエネルギーが大きくなって大量にスパッタ
された場合であっても、基板方向に飛ぶスパッタガスの
イオンのエネルギーが過度に大きくならないようにする
ことができるので、薄膜にダメージが生じることなく高
密度な薄膜を成膜することが可能になる。
Accordingly, even when the energy of the ions of the sputtering gas flying toward the target increases and the sputtering is performed in a large amount, the energy of the ions of the sputtering gas flying toward the substrate is prevented from becoming excessively large. Therefore, a high-density thin film can be formed without damaging the thin film.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を用いて
説明する。図1の符号1に、本発明の薄膜形成方法に用
いられるスパッタ装置の一例を示す。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Reference numeral 1 in FIG. 1 shows an example of a sputtering apparatus used in the thin film forming method of the present invention.

【0023】スパッタ装置1は真空槽2を有している。
真空槽2天井には回転機構8が設けられている。真空槽
2内部には基板ホルダー9が配置されている。基板ホル
ダ9は回転機構8に接続されており、回転機構8によっ
て水平面内で回転できるようにされている。真空槽2底
部には、支持部13に取り付けられたターゲットホルダ
ー11が配置され、ターゲットホルダー11上にカーボ
ンターゲット12が配置されている。真空槽2外部には
真空排気系3とガス導入系4とが配置されており、真空
槽2に接続されている。
The sputtering apparatus 1 has a vacuum chamber 2.
A rotation mechanism 8 is provided on the ceiling of the vacuum chamber 2. A substrate holder 9 is arranged inside the vacuum chamber 2. The substrate holder 9 is connected to a rotation mechanism 8 so that the substrate holder 9 can be rotated in a horizontal plane by the rotation mechanism 8. At the bottom of the vacuum chamber 2, a target holder 11 attached to a support 13 is arranged, and a carbon target 12 is arranged on the target holder 11. A vacuum exhaust system 3 and a gas introduction system 4 are arranged outside the vacuum chamber 2 and are connected to the vacuum chamber 2.

【0024】真空排気系3はバルブ31、高真空ポンプ
32、バルブ33、低真空ポンプ34を有し、この順序
で真空槽2に接続されており、バルブ31、33を開い
た状態で高真空ポンプ32、低真空ポンプ34を起動す
ると、真空槽2内を真空排気することができるようにさ
れている。
The vacuum evacuation system 3 has a valve 31, a high vacuum pump 32, a valve 33, and a low vacuum pump 34, and is connected to the vacuum chamber 2 in this order. When the pump 32 and the low vacuum pump 34 are activated, the inside of the vacuum chamber 2 can be evacuated.

【0025】ガス導入系4は、バルブ43と、マスフロ
コントローラ42と、ガスボンベ41とを有し、この順
序で真空槽2に接続されており、バルブ43を開くと、
ガスボンベ41からマスフロコントローラ42を経由し
て、真空槽2内にガスを導入することができるようにさ
れている。
The gas introduction system 4 has a valve 43, a mass flow controller 42, and a gas cylinder 41. The gas introduction system 4 is connected to the vacuum chamber 2 in this order.
The gas can be introduced into the vacuum chamber 2 from the gas cylinder 41 via the mass flow controller 42.

【0026】真空槽2外部には、さらに高周波電源25
が設けられており、回転機構8と、支持体13とに接続
されている。回転機構8と支持体13とは、それぞれ絶
縁カップリング21、22を介して真空槽2に取り付け
られており、真空槽2とは絶縁されている。
A high-frequency power supply 25 is provided outside the vacuum chamber 2.
Are connected to the rotation mechanism 8 and the support 13. The rotating mechanism 8 and the support 13 are attached to the vacuum chamber 2 via insulating couplings 21 and 22, respectively, and are insulated from the vacuum chamber 2.

【0027】真空槽2及びガス導入系4は接地されてい
るが、基板ホルダ9、ターゲットホルダ11は回転機構
8と支持体13とにそれぞれ取り付けられており、真空
槽2と絶縁されているので、高周波電源25を起動する
と、基板ホルダ9と、ターゲットホルダ11とのそれぞ
れに、後述する電圧を印加することができるようにされ
ている。
Although the vacuum chamber 2 and the gas introduction system 4 are grounded, the substrate holder 9 and the target holder 11 are mounted on the rotating mechanism 8 and the support 13, respectively, and are insulated from the vacuum chamber 2. When the high-frequency power supply 25 is started, a voltage described later can be applied to each of the substrate holder 9 and the target holder 11.

【0028】上述のスパッタ装置を用いて、基板10の
表面にカーボン薄膜を成膜する方法について以下で説明
する。まず真空排気系3により真空槽2内を10-7Torr
(1.33×10-5Pa)以下の真空状態にし、真空状態
を維持した状態で、不図示の搬送系で真空槽2内にSi
基板10を搬入し、基板ホルダ9に保持させ、基板10
の表面をターゲット12と対向させた後に、ガス導入系
4で真空槽2内にArガスを導入する。
A method for forming a carbon thin film on the surface of the substrate 10 using the above-described sputtering apparatus will be described below. First, the inside of the vacuum chamber 2 is evacuated to 10 −7 Torr by the vacuum evacuation system 3.
(1.33 × 10 −5 Pa) or less, and while maintaining the vacuum state, Si is introduced into the vacuum chamber 2 by a transfer system (not shown).
The substrate 10 is loaded and held by the substrate holder 9, and the substrate 10
After facing the surface of the target 12 with the target 12, Ar gas is introduced into the vacuum chamber 2 by the gas introduction system 4.

【0029】真空槽2内の圧力が1×10-4Torr(1.
33×10-2Pa)になったら、回転機構8で基板10
を水平面内で回転させるとともに、高周波電源25を起
動し、基板ホルダ9及びターゲットホルダー11に、後
述するパルス状の電圧VS、VTをそれぞれ印加する。
When the pressure in the vacuum chamber 2 is 1 × 10 −4 Torr (1.
33 × 10 −2 Pa), the rotation mechanism 8 rotates the substrate 10
Is rotated in a horizontal plane, the high-frequency power supply 25 is activated, and pulse voltages V S and V T described later are applied to the substrate holder 9 and the target holder 11, respectively.

【0030】図2に、基板ホルダ9に印加される電圧V
Sと、ターゲットホルダ11に印加される電圧VTとの電
圧波形図を示す。まず、高周波電源25が基板ホルダ9
に正の電圧+V1を、ターゲットホルダ11に負の電圧
−V1を、それぞれ印加する(ターゲットホルダ11側に
負電圧−V1が印加される期間を以下で期間t1と称す
る。)。ここでは、+V1、−V1の電圧値をそれぞれ+
400V、−400Vとする。
FIG. 2 shows the voltage V applied to the substrate holder 9.
Shows the S, a voltage waveform diagram of the voltage V T applied to the target holder 11. First, the high frequency power supply 25 is connected to the substrate holder 9.
To a positive voltage + V 1, a negative voltage -V 1 to the target holder 11, respectively applied (referred to as the period t 1 the period of negative voltage -V 1 to the target holder 11 side is applied in the following.). Here, the voltage values of + V 1 and −V 1 are respectively +
400V, -400V.

【0031】すると、真空槽2内に導入されたArガス
が電離してプラズマ状態になり、Arイオン(Ar+)が
発生する。Ar+は正のイオンなので、負電圧−V1が印
加されたターゲットホルダ11方向に引力を受け、ター
ゲット12方向に飛び、ターゲット12の表面に衝突し
てターゲット12をスパッタする。スパッタされたカー
ボン粒子が基板10表面に付着すると、基板10表面に
薄膜が成膜される。このとき回転機構8により、基板1
0は基板ホルダ9とともに水平面内で回転しているの
で、スパッタ粒子は基板10表面に均一にスパッタされ
る。
Then, the Ar gas introduced into the vacuum chamber 2 is ionized to be in a plasma state, and Ar ions (Ar + ) are generated. Since Ar + is a positive ion, it receives an attractive force toward the target holder 11 to which the negative voltage −V 1 is applied, flies toward the target 12, collides with the surface of the target 12, and sputters the target 12. When the sputtered carbon particles adhere to the surface of the substrate 10, a thin film is formed on the surface of the substrate 10. At this time, the substrate 1 is rotated by the rotation mechanism 8.
Since 0 rotates with the substrate holder 9 in the horizontal plane, sputter particles are uniformly sputtered on the surface of the substrate 10.

【0032】次いで、高周波電源25は、基板ホルダ9
とターゲットホルダ11とにそれぞれ印加していた電圧
の極性を反転させ、基板ホルダ9に負の電圧−V2を、
ターゲットホルダ11に正の電圧+V2を、それぞれ印
加する(基板ホルダ9側に負電圧−V2が印加される期間
を以下で期間t2と称する。)。ここでは、+V2、−V 2
の電圧値をそれぞれ+200V、−200Vとする。
Next, the high frequency power supply 25 is connected to the substrate holder 9.
And the voltage applied to the target holder 11, respectively.
Is inverted, and a negative voltage −V is applied to the substrate holder 9.TwoTo
A positive voltage + V is applied to the target holder 11.Two, Respectively
(A negative voltage −V is applied to the substrate holder 9 side).TwoIs applied
For the period tTwoCalled. ). Here, + VTwo, -V Two
Are +200 V and -200 V, respectively.

【0033】このときには、期間t1とは逆に、Ar+
負電圧−V2が印加された基板10から引力を受けて基
板10方向に飛び、基板10の表面に形成された薄膜に
衝突する。
At this time, contrary to the period t 1 , Ar + flies toward the substrate 10 by the attraction from the substrate 10 to which the negative voltage −V 2 is applied, and collides with the thin film formed on the surface of the substrate 10. I do.

【0034】基板10表面又は表面近傍にあるスパッタ
粒子は、Ar+からエネルギーを受けて活性化し、低温
条件下でも成長が進行する。また活性化したスパッタ粒
子は薄膜表面又は薄膜内部で拡散運動を起こすので、薄
膜表面又は内部の隙間や孔が埋められ、形成された薄膜
が高密度になる。
The sputtered particles on or near the surface of the substrate 10 are activated by receiving energy from Ar + , and grow even under a low temperature condition. Further, the activated sputtered particles cause diffusion movement on the surface or inside the thin film, so that gaps and pores on the surface or inside the thin film are filled, and the formed thin film has a high density.

【0035】その後高周波電源25は、基板ホルダ9と
ターゲットホルダ11とにそれぞれ印加していた電圧の
極性を反転させ、基板ホルダ9に正の電圧+V1を、タ
ーゲットホルダ11に負の電圧−V1を、それぞれ印加
する(期間t1)。
Thereafter, the high-frequency power supply 25 reverses the polarity of the voltage applied to the substrate holder 9 and the polarity of the voltage applied to the target holder 11, and applies a positive voltage + V 1 to the substrate holder 9 and a negative voltage −V to the target holder 11. 1 is applied (period t 1 ).

【0036】高周波電源25は上述の動作を繰り返し、
期間t1でターゲットホルダ11、基板ホルダ9にそれ
ぞれ負電圧−V1と正電圧+V1を印加し、期間t2でタ
ーゲットホルダ11、基板ホルダ9にそれぞれ正電圧+
2と負電圧−V2を印加することを交互に繰り返す。
The high frequency power supply 25 repeats the above operation,
A negative voltage −V 1 and a positive voltage + V 1 are applied to the target holder 11 and the substrate holder 9 during the period t 1 , respectively, and a positive voltage + is applied to the target holder 11 and the substrate holder 9 during the period t 2.
Alternately applying a negative voltage -V 2 and V 2.

【0037】このように、高周波電源25が極性の異な
る電圧を、基板ホルダ9、ターゲットホルダ11のそれ
ぞれに交互に印加することにより、Ar+が、期間t1
はターゲット12表面をスパッタし、期間t2では基板
10の表面のスパッタ粒子を活性化するようにすること
ができる。
As described above, the high frequency power supply 25 alternately applies voltages having different polarities to the substrate holder 9 and the target holder 11, thereby causing Ar + to sputter the surface of the target 12 in the period t 1 , At t 2 , the sputtered particles on the surface of the substrate 10 can be activated.

【0038】以上により、イオン源を用いずに高密度な
薄膜を成膜することができる。本実施形態では、期間t
1を60μs、期間t2を40μsとし、上述の電圧印加
を30分続けたところ、基板10の表面に10nmのカー
ボン薄膜が形成された。こうして形成されたカーボン薄
膜は高密度であって、膜厚が基板上のいたるところで均
一になった。
As described above, a high-density thin film can be formed without using an ion source. In the present embodiment, the period t
When 1 was set to 60 μs and the period t 2 was set to 40 μs, and the above-described voltage application was continued for 30 minutes, a 10 nm carbon thin film was formed on the surface of the substrate 10. The carbon thin film thus formed had a high density and a uniform thickness throughout the substrate.

【0039】なお、Ar+のエネルギーは、ターゲット
ホルダ11、基板ホルダ9にそれぞれ印加する負電圧−
1、−V2の絶対値にほぼ比例するので、これらの負電
圧−V1、−V2の絶対値を同じ大きさにした場合には、
ターゲット12方向に飛ぶ場合と、基板10方向に飛ぶ
場合とで、Ar+のエネルギーがほぼ同じ大きさにな
る。
It should be noted that the energy of Ar + is the negative voltage − applied to the target holder 11 and the substrate holder 9 respectively.
Since V 1, is substantially proportional to the absolute value of -V 2, in case of these negative voltages -V 1, the absolute value of -V 2 the same size,
The energy of Ar + is substantially the same between the case of flying in the direction of the target 12 and the case of flying in the direction of the substrate 10.

【0040】このため、ターゲット12を大量にスパッ
タするため、ターゲット12方向に飛ぶAr+のエネル
ギーを大きくすると、それとともに基板10表面方向に
飛ぶAr+のエネルギーも大きくなり、基板10表面の
薄膜にダメージが生じてしまう場合がある。
For this reason, in order to sputter the target 12 in large quantities, when the energy of Ar + flying toward the target 12 is increased, the energy of Ar + flying toward the surface of the substrate 10 is also increased. Damage may occur.

【0041】しかしながら、上記実施形態では、ターゲ
ットホルダ11と基板ホルダ9とにそれぞれ印加する負
電圧−V1、−V2の絶対値を異なる値としており、基板
ホルダ9に印加される負電圧−V2の絶対値(200V)
が、ターゲットホルダ11に印加される負電圧−V1
絶対値(400V)よりも小さくなるようにしている。
However, in the above embodiment, the absolute values of the negative voltages −V 1 and −V 2 applied to the target holder 11 and the substrate holder 9 are different from each other, and the negative voltage −V 1 applied to the substrate holder 9 is different. the absolute value of V 2 (200V)
Is made smaller than the absolute value (400 V) of the negative voltage −V 1 applied to the target holder 11.

【0042】このため、基板10方向に飛ぶAr+のエ
ネルギーがターゲット12方向に飛ぶAr+のエネルギ
ーよりも小さくなり、過度に大きくならないようにする
ことができるので、薄膜にダメージが生じることなく高
密度な薄膜を成膜することが可能になる。
For this reason, the energy of Ar + flying toward the substrate 10 becomes smaller than the energy of Ar + flying toward the target 12 and can be prevented from becoming excessively high. It becomes possible to form a dense thin film.

【0043】なお、上記実施形態では、カーボン薄膜を
成膜する場合について説明したが、本発明はこれに限ら
ず、特にシリコン基板上にヘテロエピタキシャル膜や、
DLC(Diamond like carbon)薄膜を成膜する場合のよう
に、緻密な薄膜構造が必要とされる成膜工程において有
効である。
In the above embodiment, the case of forming a carbon thin film has been described. However, the present invention is not limited to this, and in particular, a heteroepitaxial film or a
This is effective in a film forming process that requires a dense thin film structure, such as when a DLC (Diamond like carbon) thin film is formed.

【0044】さらに、上記実施形態では、期間t1では
ターゲット12に負電圧−V1を印加し、期間t2では基
板ホルダ9に負電圧−V2を印加しているが、本発明は
これに限らず、例えば図3に示すように、ターゲット1
2には期間t1で負電圧−V2が印加され、基板ホルダ9
には期間t2で負電圧−V2が印加されるというように、
ターゲット12とも基板ホルダ9との両方に、同じ大き
さの負電圧−V2を印加するような構成としてもよい。
[0044] Further, in the above embodiment, a negative voltage is applied -V 1 to the target 12 in the period t 1, but by applying a negative voltage -V 2 to the substrate holder 9 in the period t 2, the present invention will now However, for example, as shown in FIG.
2 negative voltage -V 2 is applied in the period t 1 to a substrate holder 9
A negative voltage −V 2 is applied in a period t 2 ,
The target 12 may be configured to apply the same magnitude of the negative voltage −V 2 to both the substrate holder 9 and the target 12.

【0045】また、ターゲットホルダ11に印加される
負の電圧−V1の絶対値を400Vとし、基板ホルダ9
に印加される負の電圧−V1の絶対値を200Vとして
いるが、本発明はこれに限らず、−V1の絶対値は10
0V以上1MV以下の範囲であればよく、−V2の絶対
値は、10V以上1MV以下の範囲であればよい。
Further, the absolute value of the negative voltage -V 1 is applied to the target holder 11 and 400V, the substrate holder 9
While the 200V negative absolute value of the voltage -V 1 is applied to, the present invention is not limited to this, the absolute value of -V 1 10
It may be a 1MV following range of 0V, the absolute value of -V 2 may be any 1MV following range of 10V.

【0046】さらに、本実施形態では期間t1、t2をそ
れぞれ60μs、40μsとし、パルス状電圧VS、VT
の周期(t1+t2)を100μsとし、周波数を10kH
zとしているが、本発明の期間t1、t2や、パルス状電
圧VS、VTの周波数はこれらに限られるものではなく、
例えば期間t1、t2は1ps以上1s以下の範囲であれ
ばよい。又、パルス状電圧VS、VTの周波数は0.5H
z以上1THz以下の範囲であればよい。また、スパッ
タガスとしてArガスを用いているが、本発明はこれに
限らず、例えばXeガスやNeガスなどの不活性ガスを
用いてもよい。
Further, in the present embodiment, the periods t 1 and t 2 are set to 60 μs and 40 μs, respectively, and the pulse voltages V S and V T
(T 1 + t 2 ) is 100 μs and the frequency is 10 kHz.
z, but the periods t 1 and t 2 of the present invention and the frequencies of the pulsed voltages V S and V T are not limited to these.
For example, the periods t 1 and t 2 may be in a range from 1 ps to 1 s. Further, a pulsed voltage V S, the frequency of the V T is 0.5H
What is necessary is just to be in the range of z or more and 1 THz or less. Although Ar gas is used as a sputtering gas, the present invention is not limited to this, and an inert gas such as Xe gas or Ne gas may be used.

【0047】[0047]

【発明の効果】薄膜にダメージを与えることなく、高密
度な薄膜を形成することができる。
As described above, a high-density thin film can be formed without damaging the thin film.

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

【図1】本発明の薄膜形成方法に用いるスパッタ装置の
構成を説明する図
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a sputtering apparatus used for a thin film forming method of the present invention.

【図2】本発明の実施形態に係る薄膜形成方法で、ター
ゲットと基板ホルダとにそれぞれ印加される電圧の一例
を説明する電圧波形図
FIG. 2 is a voltage waveform diagram illustrating an example of voltages respectively applied to a target and a substrate holder in the thin film forming method according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施形態に係る薄膜形成方法にお
いて、ターゲットと基板ホルダにそれぞれ印加される電
圧の一例を説明する電圧波形図
FIG. 3 is a voltage waveform diagram illustrating an example of voltages respectively applied to a target and a substrate holder in a thin film forming method according to another embodiment of the present invention.

【図4】従来技術のダイナミックミキシング法を行うス
パッタ装置を説明するための図
FIG. 4 is a view for explaining a sputtering apparatus which performs a conventional dynamic mixing method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……スパッタ装置 2……真空槽 3……真空排
気系 4……ガス導入系 9……基板ホルダ 1
0……基板 11……ターゲットホルダ 12……ターゲット 25……高周波電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sputter apparatus 2 ... Vacuum tank 3 ... Vacuum exhaust system 4 ... Gas introduction system 9 ... Substrate holder 1
0: substrate 11: target holder 12: target 25: high frequency power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 佳宏 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社 (72)発明者 木内 正人 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内 (72)発明者 杉本 敏司 奈良県奈良市七条1丁目5番14号 (72)発明者 田中 勝敏 大阪府豊中市東泉丘1丁目6番3号404号 (72)発明者 後藤 誠一 大阪府吹田市古江台3丁目2番1号508号 Fターム(参考) 4K029 BA34 DC05 DC35 JA02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshihiro Yamamoto 2500 Hagizono, Chigasaki-shi, Kanagawa Japan Vacuum Engineering Co., Ltd. (72) Masato Kiuchi 1-81-31 Midorioka, Ikeda-shi, Osaka Industrial Technology Osaka Industrial Co., Ltd. Within the Technical Research Institute (72) Inventor Satoshi Sugimoto 1-5-14, Shichijo 1-chome, Nara City, Nara Prefecture (72) Inventor Katsutoshi Tanaka 1-3-6, Higashiizumioka, Toyonaka City, Osaka Prefecture 3-2-1, Furuedai, Suita-shi, Fu-ku 508 F-term (reference) 4K029 BA34 DC05 DC35 JA02

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空槽と、 前記真空槽内に配置された基板ホルダと、 前記基板ホルダと対向するように前記真空槽内に配置さ
れたターゲットとを有する成膜装置を用い、 前記基板ホルダに基板を保持させ、前記真空槽内にスパ
ッタガスを導入した状態で、前記ターゲットと、前記基
板ホルダとに電圧を印加して前記スパッタガスをイオン
化し、前記スパッタガスのイオンで前記ターゲットをス
パッタリングさせ、前記基板表面に薄膜を形成する薄膜
形成方法であって、 前記真空槽を接地電位としたときに、前記ターゲットと
前記基板ホルダとに、逆極性の電圧を交互に印加するこ
とを特徴とする薄膜形成方法。
1. A substrate holder, comprising: a film forming apparatus having a vacuum chamber, a substrate holder arranged in the vacuum chamber, and a target arranged in the vacuum chamber so as to face the substrate holder. In a state where the sputtering gas is introduced into the vacuum chamber, a voltage is applied to the target and the substrate holder to ionize the sputtering gas, and the target is sputtered with the ions of the sputtering gas. A thin film forming method for forming a thin film on the substrate surface, wherein when the vacuum chamber is set to a ground potential, voltages of opposite polarities are alternately applied to the target and the substrate holder. Thin film forming method.
【請求項2】前記基板ホルダに印加される負電圧の電圧
値は、前記ターゲットに印加される負電圧の電圧値と異
なる値になるようにされたことを特徴とする請求項1記
載の薄膜形成方法。
2. The thin film according to claim 1, wherein a voltage value of the negative voltage applied to the substrate holder is different from a voltage value of the negative voltage applied to the target. Forming method.
【請求項3】前記基板ホルダに印加される負電圧の電圧
値は、前記ターゲットに印加される負電圧の電圧値に比
して、絶対値が小さくなるようにされたことを特徴とす
る請求項2記載の薄膜形成方法。
3. The voltage value of the negative voltage applied to the substrate holder is smaller in absolute value than the voltage value of the negative voltage applied to the target. Item 3. The method for forming a thin film according to Item 2.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011214150A (en) * 2010-03-19 2011-10-27 Nanotec Corp Method and device for forming carbon film

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