JP2003247065A - Thin film deposition apparatus - Google Patents

Thin film deposition apparatus

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JP2003247065A
JP2003247065A JP2002043629A JP2002043629A JP2003247065A JP 2003247065 A JP2003247065 A JP 2003247065A JP 2002043629 A JP2002043629 A JP 2002043629A JP 2002043629 A JP2002043629 A JP 2002043629A JP 2003247065 A JP2003247065 A JP 2003247065A
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JP
Japan
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substrate
film forming
target
thin film
sample
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Application number
JP2002043629A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshito Jin
好人 神
Masaru Shimada
勝 嶋田
Seitaro Matsuo
誠太郎 松尾
Toshiro Ono
俊郎 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
MES Afty Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Afty Corp
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Publication date
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  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film deposition apparatus which can deposit a thin film of high quality in a highly uniform manner at a high speed by placing a plurality of materials for film deposition in one vacuum chamber. <P>SOLUTION: In this thin film deposition apparatus to deposit a thin film on a substrate by sputtering particles of the materials for depositing the film from a plurality of sputtering sources by using ions of plasma flow, a plasma generating means generates plasma by the electronic cyclotron resonance discharge, the axes of rotational symmetry of a target are intersected with each other on the axis of rotation of a substrate sample table in the plurality of sputtering sources, and inclined with respect to the axis of rotation of a rotary sample table, and the substrate sample table comprises a rotating means which rotates the target in an inclined manner so that the intersection of the axis of rotational symmetry of the target with the axis of rotation of the substrate sample table is located in the direction opposite to the target with respect to the sample substrate for depositing the film, and a moving means to move the substrate sample table in the vertical direction. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、光通信装置や光学
デバイス、および、半導体装置や磁気記憶装置等の電子
装置等の製造に使用される薄膜形成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming apparatus used for manufacturing optical communication devices, optical devices, and electronic devices such as semiconductor devices and magnetic storage devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】光学的な屈折率の異なる誘電体膜を交互
に積み重ねて形成される光学多層膜は、眼鏡などのガラ
ス上およびプラスチック上への無反射コーティング、ビ
デオカメラの色分解プリズム、各種光学フィルタ、発光
レーザの端面コーティング等に使用されている。 ま
た、最近では、広帯域光波長多重通信(高密度波長分割
多重(Dense Wavelength Divis
ion Multiplexing:DWDM)通信)
に用いられる合波フィルタや分波フィルタに応用される
ようになってきている。また、光学多層膜の層数も数十
層から数百層と非常に多層になり、膜厚や膜質の均一性
もこれまで以上に高い精度が要求されている。
2. Description of the Related Art An optical multilayer film formed by alternately stacking dielectric films having different optical refractive indexes is a non-reflective coating on glasses such as glasses and plastics, color separation prisms for video cameras, various types. It is used for optical filters and end face coating of light emitting lasers. In addition, recently, wideband optical wavelength division multiplexing (Dense Wavelength Division Division (Dense Wavelength Division
Ion Multiplexing (DWDM) communication)
It has come to be applied to a multiplexing filter and a demultiplexing filter used in the. In addition, the number of layers of the optical multi-layer film is very large, from several tens to several hundreds, and it is required that the film thickness and the film quality be even more precise than ever.

【0003】ここで、現在の光波長多重通信(波長分割
多重(Wavelength Division Mu
ltiplexing:WDM)通信)に用いる合波フ
ィルタや分波フィルタに要求されている仕様について説
明する。バンドパス特性を評価する基準として、一般的
に−0.5dBでのフィルタ透過幅(または透過帯幅)
δW(F)と、−25dBでのクロストーク透過幅δW
(C)と、挿入損失とリップル強度が用いられる。フィ
ルタ透過幅は、光信号が透過するバンドパス信号の幅を
示し、細いほど規定されたバンド幅の中で多くの信号を
通すことが可能となる。クロストーク幅は、混信するこ
となしにバンドパス信号をどれだけ近接させることがで
きるかを示し、細いほど混信せずにバンドパス信号を並
べることができる。つまり、フィルタ透過幅とクロスト
ーク幅がともに狭くなることにより、規定されたバンド
帯の中で通信に使用できるバンドパス信号が増えること
になる。挿入損失とは、バンドパス信号の最大値の値と
理想的な透過率100%の強度差を示している。リップ
ルとは、バンドパス信号の最大値付近の部分に透過率が
局所的に低下する現象がみられることであり、リップル
が現れた場合、所望のバンドパス特性が得られないこと
がある。リップル発生時の信号の最大値と局所的透過率
低下値との差をリップル強度とする。理想的なバンドパ
ス特性としては、矩形の形状が求められている。
Here, the present optical wavelength division multiplexing (wavelength division mu (wavelength division mu)
The specifications required for the multiplexing filter and the demultiplexing filter used for the wireless communication (WDM) communication) will be described. Generally, the filter transmission width (or transmission band width) at -0.5 dB is used as the standard for evaluating the bandpass characteristics.
δW (F) and crosstalk transmission width δW at −25 dB
(C), the insertion loss and the ripple strength are used. The filter transmission width indicates the width of a bandpass signal through which an optical signal is transmitted, and the thinner the filter is, the more signals can be transmitted within the defined bandwidth. The crosstalk width indicates how close the bandpass signals can be to each other without interference, and the thinner the crosstalk width, the closer the bandpass signals can be arranged without interference. That is, both the filter transmission width and the crosstalk width are narrowed, so that the number of bandpass signals that can be used for communication in the defined band band increases. The insertion loss indicates the intensity difference between the maximum value of the bandpass signal and the ideal transmittance of 100%. Ripple is a phenomenon in which the transmittance locally decreases in a portion near the maximum value of a bandpass signal, and when ripple appears, a desired bandpass characteristic may not be obtained. The difference between the maximum value of the signal when the ripple occurs and the local transmittance reduction value is the ripple strength. A rectangular shape is required as an ideal bandpass characteristic.

【0004】現在、主流となっているバンドパスフィル
タは、−0.5dBでのフィルタ透過幅は2nm以下、
−25dBでのクロストーク透過幅は4nmから8nm
程度の特性を有する。また、既にフィルタ透過幅が1n
m以下のバンドパスフィルタの実用化が迎えられてい
る。次世代の広帯域光波長多重通信(DWDM通信)に
用いられるバンドパス特性の要求仕様としては、フィル
タ透過幅が0.1nm、クロストーク幅が0.2nmか
ら0.8nm、挿入損失が−1dB以下、リップル強度
が−0.2dBである。このため、バンドパス特性の最
適な設計とフィルタ構造を形成する際の高精度な成膜技
術が求められるようになってきた。
At present, the bandpass filter which is mainly used has a filter transmission width of −2 dB or less at −0.5 dB.
Crosstalk transmission width at -25 dB is 4 nm to 8 nm
It has some characteristics. Also, the filter transmission width is already 1n.
Practical application of band-pass filters of m or less has been reached. The bandpass characteristics required for the next-generation broadband optical wavelength division multiplexing (DWDM communication) are required to have a filter transmission width of 0.1 nm, a crosstalk width of 0.2 nm to 0.8 nm, and an insertion loss of -1 dB or less. The ripple strength is -0.2 dB. Therefore, there has been a demand for an optimal design of bandpass characteristics and a highly accurate film forming technique for forming a filter structure.

【0005】このようなバンドバス特性を有する光学多
層膜を形成するために、様々な形成装置および形成方法
が試みられている。光学多層膜の層数が数十層から数百
層と非常に多くなるため、膜と膜の間の界面の平坦性が
求められる。界面に微小な凹凸があると、百層の間で通
信光が散乱を起こし、特性を悪化させるからである。さ
らに、膜厚や膜質の均一性、温度依存性や波長選択性、
長期信頼性など、これまで以上に高精度なものが要求さ
れるようになってきた。最近の傾向としては、これらに
加えフィルタの経済性、生産性に関する要求が高まって
いるため、大面積成膜と高均一成膜、さらに高歩留まり
を実現できる成膜方法が望まれている。
Various forming apparatuses and forming methods have been tried in order to form an optical multilayer film having such band-pass characteristics. Since the number of layers of the optical multilayer film is very large, from several tens to several hundreds, the flatness of the interface between the films is required. This is because if the interface has minute irregularities, the communication light is scattered between the 100 layers and the characteristics are deteriorated. Furthermore, uniformity of film thickness and film quality, temperature dependence and wavelength selectivity,
Higher precision than ever has been required for long-term reliability. As a recent tendency, in addition to these, the demands on the economical efficiency and the productivity of filters are increasing, so that a film forming method capable of realizing a large area film forming, a high uniform film forming, and a high yield is desired.

【0006】多層膜に用いられる薄膜としては、シリコ
ン(Si)、アモルファスシリコン(a−Si)、水素
化アモルファスシリコン(a−Si:H)、二酸化シリ
コン(SiO2)、五酸化タンタル(Ta25)、アル
ミナ(Al23)、二酸化チタン(TiO2)、二酸化
ジルコニウム(ZrO2)、二酸化ハフニウム(Hf
2)、二酸化ランタン(LaO2)、二酸化セリウム
(CeO2)、三酸化アンチモン(Sb23)、三酸化
インジウム(In23)、酸化マグネシウム(Mg
O)、二酸化ソリウム(ThO2)などの酸化物および
二元以上の酸化物、あるいは、シリコン酸窒化物(Si
xx)、あるいは、シリコン窒化物(SiN)、窒化
アルミニウム(AlN)、窒化ジルコニウム(Zr
N)、窒化ハフニウム(HfN)、窒化ランタン(La
N)などの窒化物および二元以上の窒化物、あるいは、
フッ素化マグネシウム(MgF2)、三フッ化セリウム
(CeF3)、二フツ化カルシウム(CaF2)、フッ化
リチウム(LiF)、六フッ化三ナトリウムアルミニウ
ム(Na3AlF6)などのフッ素化物、あるいは、二元
以上のフッ素化物などがある。
The thin film used for the multilayer film is silicon
(Si), amorphous silicon (a-Si), hydrogen
Amorphous silicon (a-Si: H), silicon dioxide
Con (SiO2), Tantalum pentoxide (Ta2OFive), Al
Mina (Al2O3), Titanium dioxide (TiO 22), Dioxide
Zirconium (ZrO2), Hafnium dioxide (Hf
O 2), Lanthanum dioxide (LaO2), Cerium dioxide
(CeO2), Antimony trioxide (Sb2O3), Trioxide
Indium (In2O3), Magnesium oxide (Mg
O), thorium dioxide (ThO2) Oxides and
Binary or higher oxide or silicon oxynitride (Si
OxNx), Or silicon nitride (SiN), nitriding
Aluminum (AlN), zirconium nitride (Zr
N), hafnium nitride (HfN), lanthanum nitride (La)
N) and other nitrides and binary nitrides, or
Magnesium Fluoride (MgF2), Cerium trifluoride
(CeF3), Calcium difluoride (CaF2), Fluoride
Lithium (LiF), trisodium hexafluoride aluminum
Mu (Na3AlF6) Fluoride, or binary
The above-mentioned fluorinated compounds are available.

【0007】現在、光通信分野で使われている光学多層
膜フィルタの成膜の方法としては、スパッタ法(スパッ
タリング法)が主流となっている。スパッタ法は、危険
度の高いガスや有毒ガスなどの使用が必要なく、堆積す
る膜の表面凹凸(表面モフォロジ)が比較的良好である
ことなどの理由により、有望な成膜装置・方法の一つに
なっている。特に、スパッタ法において、化学量論的組
成の膜を得るために、酸素ガスや窒素ガスや水素ガスを
供給し、膜中の酸素や窒素が欠落するのを防止する反応
性スパッタ装置・方法が有望である。
At present, a sputtering method (sputtering method) is mainly used as a method for forming an optical multilayer filter used in the field of optical communication. The sputtering method does not require the use of dangerous gases or toxic gases, and the surface irregularities (surface morphology) of the deposited film are relatively good. It is connected. In particular, in the sputtering method, in order to obtain a film having a stoichiometric composition, there is provided a reactive sputtering device / method which supplies oxygen gas, nitrogen gas or hydrogen gas to prevent oxygen or nitrogen in the film from being lost. Promising.

【0008】次に、半導体装置の状況について述べる。
シリコン(Si)基板上に作られる大規模集積回路(L
Sl)は、素子を微細化することにより、単位面積あた
りの素子の集積度を向上させることが行われてきた。素
子を微細化する際、ゲート電極/ゲート絶縁膜/半導体
の構造からなるMOSトランジスタのゲート長を短縮す
ることで動作速度の向上がみられる。微細化による集積
度と動作速度の向上は、LS1技術開発の原動力であ
り、様々な限界を打破すべく研究や開発が行われてい
る。これらは、いわゆるスケーリング則によって微細化
することができ、電源電圧やゲート電圧もスケーリング
則により縮小される。
Next, the situation of the semiconductor device will be described.
Large-scale integrated circuit (L) made on a silicon (Si) substrate
Sl) has been performed to improve the degree of integration of elements per unit area by miniaturizing the elements. When miniaturizing the device, the operating speed is improved by shortening the gate length of the MOS transistor having a structure of gate electrode / gate insulating film / semiconductor. Improvement of integration and operation speed by miniaturization is a driving force for LS1 technology development, and research and development are being carried out to break various limits. These can be miniaturized by the so-called scaling law, and the power supply voltage and the gate voltage are also reduced by the scaling law.

【0009】ゲート電圧を低く押さえてMOSトランジ
スタを動作させるためには、半導体に反転層を生じさせ
るだけのMOS容量を与える必要があるため、ゲート絶
縁膜を薄くして容量を確保することが行われてきた。こ
れにより、最近では、MOSトランジスタのゲート絶縁
膜が約3nm以下と直接トンネル電流が支配的に流れる
程薄くなってきた。特に、低消費電力が要求される携帯
電話やPDAを含む携帯端末などの装置では、トンネル
電流を抑えて消費電力を抑えることが重要となってい
る。
In order to operate the MOS transistor while keeping the gate voltage low, it is necessary to provide the semiconductor with a MOS capacitance enough to generate an inversion layer. Therefore, the gate insulating film can be thinned to secure the capacitance. I've been told. As a result, in recent years, the gate insulating film of a MOS transistor has become thinner, about 3 nm or less, so that the direct tunneling current dominantly flows. In particular, in devices such as mobile phones and mobile terminals including PDAs that require low power consumption, it is important to suppress tunnel current and power consumption.

【0010】最近では、これまでゲート酸化膜として用
いられてきた二酸化シリコン(SiO2)膜よりも比誘
電率の大きい絶縁膜をゲート絶縁膜に用い、電気容量を
確保しつつ膜厚を厚く保つことで、トンネル電流を押さ
える方法が盛んに研究されている。
Recently, an insulating film having a relative dielectric constant larger than that of a silicon dioxide (SiO 2 ) film, which has been used as a gate oxide film, is used for the gate insulating film to keep the film thickness thick while securing the electric capacitance. Therefore, methods of suppressing the tunnel current are being actively studied.

【0011】二酸化シリコンに代わる高誘電体材料とし
て、シリコン酸窒化物(SiOxx)、アルミナ(Al
23)、二酸化チタン(TiO2)、二酸化ジルコニウ
ム(ZrO2)、二酸化ハフニウム(HfO2)、二酸化
ランタン(LaO2)、あるいは、二元合金の酸化物、
シリコン窒化物(SiN)、窒化アルミニウム(Al
N)、窒化ジルコニウム(ZrN)、窒化ハフニウム
(HfN)、窒化ランタン(LaN)、あるいは、二元
合金の窒化物などが有力な候補としてあげられる。
Silicon oxynitride (SiO x N x ) and alumina (Al
2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ), hafnium dioxide (HfO 2 ), lanthanum dioxide (LaO 2 ), or a binary alloy oxide,
Silicon nitride (SiN), aluminum nitride (Al
N), zirconium nitride (ZrN), hafnium nitride (HfN), lanthanum nitride (LaN), or a binary alloy nitride is a strong candidate.

【0012】さらに、上記に記載した高誘電体材料を2
つ以上選択して層状に多層に組み合わせて、一つのゲー
ト絶縁膜とみなし効果を上げようとする研究がされてい
る。例えば、シリコン基板上に酸素バリア性の高い膜を
極薄く形成して、その上に誘電率の高い膜を形成するこ
とにより、界面に形成するシリコン酸化層を抑制しなが
ら、高誘電体膜を形成することができ、ゲート絶縁膜と
しての特性を上げようとするものである。
In addition, the high dielectric material described above
Studies have been conducted to select one or more and combine them in layers to form a single gate insulating film to enhance the effect. For example, by forming an extremely thin film having a high oxygen barrier property on a silicon substrate and forming a film having a high dielectric constant on the film, a high dielectric film can be formed while suppressing the silicon oxide layer formed at the interface. It can be formed and is intended to improve the characteristics as a gate insulating film.

【0013】これらの多層状のゲート絶縁膜を形成する
方法として、様々な方法が検討されているが、光学多層
膜の成膜よりも極薄膜形成と膜厚制御性や膜質均一性に
高度さが要求がされる。さらに、不純物混入の低減やシ
リコン界面層の抑制等の課題解決が要求される。化学気
相デポジション(CVD)やRFプラズマを応用した方
法が検討されているが、不純物混入と界面制御の課題解
決が困難である。また、絶縁膜そのもののモフォロジ
(表面凹凸)が大きく、多層にするのには多くの課題の
解決が必要である。それに対し、反応性スパッタ法は、
表面モフォロジが良好であり、かつ、化学量論的組成の
膜を得やすいという特徴から有望視されている。
Various methods have been studied as a method for forming these multi-layered gate insulating films. However, the formation of an ultrathin film, the controllability of the film thickness and the uniformity of the film quality are higher than those of the optical multi-layer film formation. Is required. Further, it is required to solve problems such as reduction of contamination of impurities and suppression of silicon interface layer. Methods using chemical vapor deposition (CVD) and RF plasma have been studied, but it is difficult to solve the problems of impurity mixing and interface control. In addition, the morphology (surface irregularities) of the insulating film itself is large, and many problems must be solved in order to form a multilayer. On the other hand, the reactive sputtering method is
It is considered to be promising because it has good surface morphology and can easily obtain a film having a stoichiometric composition.

【0014】スパッタ法に使用するターゲットとして、
金属を用いる場合と、対象となる化合物を用いる場合が
あるが、一般的には、金属の方がターゲットとして製造
しやすく、純度の高いものが得られる。化合物ターゲッ
トは、焼結等の工程を必要とし、整形や組成の調整が難
しく、不純物の混入もさけられない。
As a target used in the sputtering method,
There are cases where a metal is used and cases where a target compound is used, but in general, a metal is easier to manufacture as a target and a high-purity one is obtained. The compound target requires a process such as sintering, and it is difficult to shape and adjust the composition, and impurities cannot be avoided.

【0015】現在、光学多層膜装置を生産する方法とし
ては、イオンアシスト蒸着法(IAD法)イオンビーム
スパッタ法(IBS法)、イオンプレーティング蒸着法
(IP法)、アドバンスプラズマ源法(APS法)、等
が主流となっている。
Currently, as a method for producing an optical multilayer film device, an ion assisted vapor deposition method (IAD method), an ion beam sputtering method (IBS method), an ion plating vapor deposition method (IP method), and an advanced plasma source method (APS method). ), Etc. are the mainstream.

【0016】図13に、イオンアシスト蒸着法の模式図
を示す。イオンアシスト蒸着装置100は、真空チャン
バ中に、RFイオン源101、EBソースターゲットA
103、EBソースターゲットB105、電子ビーム蒸
着源A102、電子ビーム蒸着源B104、回転機構1
09を備える試料台108、膜厚をモニタする膜厚計1
06を備える。RFイオン源101は、真空チャンバの
底部に取り付けられており、この中で酸素イオン、アル
ゴンイオンをプラズマ化してイオン流110を形成し、
基板107にイオン照射する。
FIG. 13 shows a schematic diagram of the ion assisted vapor deposition method. The ion assisted vapor deposition device 100 includes an RF ion source 101 and an EB source target A in a vacuum chamber.
103, EB source target B105, electron beam evaporation source A102, electron beam evaporation source B104, rotation mechanism 1
Sample stage 108 having a 09 film thickness meter 1 for monitoring the film thickness
It is equipped with 06. The RF ion source 101 is attached to the bottom of the vacuum chamber, in which oxygen ions and argon ions are plasmatized to form an ion stream 110,
The substrate 107 is irradiated with ions.

【0017】また、真空チャンバの底部に取り付けられ
た電子ビーム蒸着源102、104に備えられたターゲ
ット103、105から蒸発した粒子は、スパッタ原料
A111、スパッタ原料B112の流れを形成する。そ
の粒子は、基板107に付着する際、RFイオン源10
1からのプラズマ照射により、基板107とともに、エ
ネルギーを与えられる。このため、緻密な膜を成膜する
ことができる。この蒸着法は、電子ビーム蒸着源とRF
イオン源101によるプラズマ生成プロセスが独立して
制御できる特徴をもつ。しかし、RFイオン源101
は、イオン電流密度分布の均一化が困難であり、電子ビ
ーム蒸着源も大面積試料基板において、均一に成膜する
ことは難しく、大面積化は難しい。
The particles evaporated from the targets 103 and 105 provided in the electron beam evaporation sources 102 and 104 attached to the bottom of the vacuum chamber form a flow of sputtering raw material A111 and sputtering raw material B112. When the particles adhere to the substrate 107, the RF ion source 10
The plasma irradiation from 1 gives energy together with the substrate 107. Therefore, a dense film can be formed. This evaporation method uses an electron beam evaporation source and RF.
It has a feature that the plasma generation process by the ion source 101 can be controlled independently. However, the RF ion source 101
, It is difficult to make the ion current density distribution uniform, and it is difficult to evenly form an electron beam evaporation source on a large area sample substrate, and it is difficult to make the area large.

【0018】図14に、イオンビームスパッタ法の模式
図を示す。イオンビームスパッタ装置113は、真空チ
ャンバ内に、デポジション銃(スパッタ銃)114と呼
ばれるRFイオン源、酸化物ターゲットを取り付ける回
転ターゲット116、117、118、基板ホルダ、ア
シスト銃115と呼ばれるRFイオン源が配置されてい
る。デポジション銃114内でプラズマ化された酸素イ
オンとアルゴンイオン(イオンビーム121)をターゲ
ットA116、ターゲットB117、ターゲットC11
8のうち所定のターゲットに向けて照射すると、そのタ
ーゲット材料がスパッタされ、スパッタされた粒子は、
スパッタ原料120の流れを形成し、基板上に積層され
る。また、アシスト銃115は、基板上に付着した材料
の蒸着を促進する。このスパッタ法は、良好な膜質の成
膜が可能であるが、ターゲット材料に酸化物を用いるた
めに、成膜速度が極端に遅く、成膜時間が40時間を優
に越えるデメリットがある。
FIG. 14 shows a schematic diagram of the ion beam sputtering method. The ion beam sputtering apparatus 113 includes an RF ion source called a deposition gun (sputter gun) 114, rotary targets 116 117 and 118 for attaching an oxide target, a substrate holder, and an RF ion source called an assist gun 115 in a vacuum chamber. Are arranged. Oxygen ions and argon ions (ion beam 121) plasmatized in the deposition gun 114 are used as a target A116, a target B117, and a target C11.
When a target of 8 is irradiated with the target, the target material is sputtered, and the sputtered particles are
A stream of sputter material 120 is formed and deposited on the substrate. In addition, the assist gun 115 promotes vapor deposition of the material attached on the substrate. This sputtering method can form a film having a good film quality, but since an oxide is used as the target material, the film forming rate is extremely slow, and the film forming time is significantly longer than 40 hours.

【0019】以上に説明したいくつかの成膜法は、プラ
ズマ源にRFプラズマ源を用いた蒸着法のために、0.
1Pa程度以上のガス圧力でないと安定なプラズマは得
られない。チャンバー内の圧力が高いと膜への不純物混
入とダスト発生の確率が高くなり、膜質を向上させるこ
とが困難である、また、成膜のモニタと制御は、水晶振
動子膜厚計により測定されるため、基板上の膜厚を直接
観測して制御するものではないため、多層膜の層数が増
えると、モニタすることができなくなるので、定期的な
サンプルの交換機構が必要となる。
Some of the film forming methods described above are different from each other because of the vapor deposition method using the RF plasma source as the plasma source.
Stable plasma cannot be obtained unless the gas pressure is about 1 Pa or higher. If the pressure in the chamber is high, it is difficult to improve the quality of the film because impurities are mixed into the film and dust is likely to be generated.In addition, the film formation monitor and control are measured by a crystal oscillator film thickness meter. Therefore, since the film thickness on the substrate is not directly observed and controlled, if the number of layers of the multilayer film increases, it becomes impossible to monitor it, and therefore a periodic sample exchange mechanism is required.

【0020】スパッタ膜の品質を改善することを目的と
して、電子サイクロトロン共鳴(Electron C
yclotron Resonance:ECR)と発
散磁界を利用して作られたプラズマ流を基板に照射し、
同時に、ターゲットと接地間に高周波電圧、または、直
流電圧を印加し、上記ECRで発生させたプラズマ流中
のイオンをターゲットに引き込み衝突させてスパッタ現
象を引き起こし、膜を基板に堆積させる装置・方法(以
下、これをECRスパッタ法という)がある。ECRス
パッタ法の特徴は、例えば、小野他、ジャパニーズジャ
ーナルオブアプライドフィジックス、第23巻、第8
号、L534頁、1984年(Jpn.J.Appl.
Phys.23,no.8 L534(1984).)
(文献1)に記載されている。
For the purpose of improving the quality of the sputtered film, electron cyclotron resonance (Electron C
irradiating a substrate with a plasma stream created by using synchrotron resonance (ECR) and a divergent magnetic field,
At the same time, a high-frequency voltage or a direct-current voltage is applied between the target and the ground, and the ions in the plasma flow generated by the ECR are attracted to the target to collide with each other to cause a sputtering phenomenon and deposit a film on the substrate. (Hereinafter, this is referred to as an ECR sputtering method). The characteristics of the ECR sputtering method are, for example, Ono et al., Japanese Journal of Applied Physics, Volume 23, Volume 8
No., L534, 1984 (Jpn. J. Appl.
Phys. 23, no. 8 L534 (1984). )
(Reference 1).

【0021】ECRスパッタ法では、0.01Pa程度
以下の分子流領域のガス圧力で安定なECRプラズマが
得られる。また、高周波または直流電圧により、ECR
により生成したイオンをターゲットに当ててスパッタリ
ングを行うため、低い圧力でスパッタリングができる。
According to the ECR sputtering method, stable ECR plasma can be obtained at a gas pressure in the molecular flow region of about 0.01 Pa or less. In addition, by high frequency or DC voltage, ECR
Since the ions generated by the method are applied to the target to perform the sputtering, the sputtering can be performed at a low pressure.

【0022】さらに、基板には、スパッタされた粒子と
ともにECRプラズマ流が照射される。ECRプラズマ
流中のイオンは、発散磁界により10eVから数10e
Vのエネルギーに制御される。また、気体が分子流とし
て振る舞う程度の低い圧力でプラズマが生成・輸送され
るため、基板に到達するイオンのイオン電流密度も大き
く取れる。したがって、ECRプラズマ流のイオンは、
スパッタされて基板に飛来した原料粒子にエネルギーを
与えると共に、原料粒子と酸素または窒素との結合反応
を促進することとなり膜質が改善される。
Further, the substrate is exposed to the ECR plasma stream along with the sputtered particles. Ions in the ECR plasma flow are 10 eV to several tens of e due to the divergent magnetic field.
Controlled to V energy. Further, since the plasma is generated and transported at a low pressure at which the gas behaves as a molecular flow, the ion current density of the ions reaching the substrate can be large. Therefore, the ions in the ECR plasma stream are
Energy is given to the raw material particles that are sputtered and fly to the substrate, and the bonding reaction between the raw material particles and oxygen or nitrogen is promoted, so that the film quality is improved.

【0023】特に、外部からの加熱をしない室温に近い
低い基板温度で、高品質の膜が形成できることが特徴と
なっている。ECRスパッタ法により成膜された高品質
薄膜については、例えば、天沢他、ジャーナルオフバキ
ュームサイエンスアンドテクノロジー、第B17巻、第
5号、2222頁、1999年(J.Vac.Sci.
Technol.B17,no.5,2222(199
9).)(文献2)に記載されている。
In particular, it is characterized in that a high quality film can be formed at a low substrate temperature close to room temperature without heating from the outside. The high-quality thin film formed by the ECR sputtering method is described in, for example, Amazawa et al., Journal Off Vacuum Science and Technology, Volume B17, No. 5, page 2222, 1999 (J. Vac. Sci.
Technol. B17, no. 5,2222 (199
9). ) (Reference 2).

【0024】さらに、ECRスパッタ法で成膜された膜
の表面モフォロジは、原子スケールのオーダーで平坦で
ある。したがって、ECRスパッタ法は、ナノメーター
オーダーの界面をもつ多層膜を形成するのに有望な装置
・方法である。
Further, the surface morphology of the film formed by the ECR sputtering method is flat on the order of atomic scale. Therefore, the ECR sputtering method is a promising apparatus / method for forming a multilayer film having an interface on the order of nanometers.

【0025】また、特許第3208439号には、「プ
ラズマ生成用ガスを導入してプラズマによるプラズマ流
を発生させるプラズマ発生手段と、プラズマ流と接触す
るようにプラズマ流と同心的に配置された膜形成用材料
からなるターゲットと、プラズマ流のイオンを用いてタ
ーゲットから膜形成用材料の粒子をプラズマ流内に飛散
させる手段と、膜形成用材料の粒子を飛散させているプ
ラズマ流によって照射される膜形成用試料基板を載置固
定する基板載置台とを有する膜形成用プラズマ装置にお
いて、ターゲットは円筒形をしており、基板載置台がタ
ーゲットの回転対称軸上に配置され、基板載置台の回転
中心軸がターゲットの回転対称軸に対して傾斜するとと
もにターゲットの回転対称軸と基板載置台の回転中心軸
との交点が膜形成用試料基板に対してターゲットの反対
方向に位置するように傾斜して回転させる回転手段を設
け」たことにより、ECRプラズマ源に対し、回転する
基板を傾斜させて配置することができるため、成膜の均
一性を向上させることができると記載されている。
Further, in Japanese Patent No. 3208439, "Plasma generating means for introducing a plasma generating gas to generate a plasma flow by plasma, and a film arranged concentrically with the plasma flow so as to be in contact with the plasma flow Irradiated by a target made of a forming material, a means for scattering the particles of the film forming material from the target into the plasma flow by using the ions of the plasma flow, and a plasma flow making the particles of the film forming material fly In a film forming plasma apparatus having a substrate mounting table on which a film forming sample substrate is mounted and fixed, the target has a cylindrical shape, the substrate mounting table is arranged on the rotational symmetry axis of the target, and The center of rotation is tilted with respect to the axis of rotational symmetry of the target, and a film is formed at the intersection of the axis of rotational symmetry of the target and the axis of rotation of the substrate mounting table. By providing the rotating means for rotating the sample substrate so as to be tilted so as to be positioned in the direction opposite to the target, the rotating substrate can be tilted with respect to the ECR plasma source. It is described that the uniformity of can be improved.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】しかし、真空チャンバ
には、ターゲットが配置されたECRスパッタ源は1基
しか配置されていないため、多層膜のように複数の材料
を成膜する必要がある場合、複数のECRスパッタ源を
用意し、それと同数の基板保持機構を有する基板試料台
を用意する必要があった。例えば、ECRスパッタ源を
2基、また、回転する基板試料台を同数用意して、多層
膜を形成する場合、以下のような手順が必要となる。ま
ず、ターゲット(A)を原料とする膜を成膜するため
に、試料基板を搬送移動させ、載置・固定し、試料基板
を傾斜・回転させ、成膜する。ターゲット(A)を原料
とする膜を成膜した後、試料基板の回転を止め、傾斜を
もどす。次に、ターゲット(B)を原料とする膜を成膜
するために、試料基板を搬送移動させ、載置・固定し、
試料基板を傾斜・回転させ、成膜する。ターゲット
(B)を原料とする膜を成膜した後、試料基板の回転を
止め、傾斜をもどす。次に、搬送移動させて同様の手順
によりターゲット(A)を原料とする薄膜を形成、さら
に試料基板を搬送移動させて同様の手順によりターゲッ
ト(B)を原料とする薄膜を形成する。以下、同様の手
順を繰り返す必要があった。そのため成膜時間が長くな
ってしまうという問題があった。
However, since only one ECR sputtering source with a target is disposed in the vacuum chamber, it is necessary to deposit a plurality of materials such as a multilayer film. , It was necessary to prepare a plurality of ECR sputtering sources and a substrate sample stand having the same number of substrate holding mechanisms as that. For example, when two ECR sputtering sources and the same number of rotating substrate sample stands are prepared to form a multilayer film, the following procedure is required. First, in order to form a film using the target (A) as a raw material, the sample substrate is conveyed and moved, placed and fixed, and the sample substrate is tilted and rotated to form a film. After forming a film using the target (A) as a raw material, the rotation of the sample substrate is stopped and the tilt is restored. Next, in order to form a film using the target (B) as a raw material, the sample substrate is conveyed and moved, placed and fixed,
The sample substrate is tilted and rotated to form a film. After forming a film using the target (B) as a raw material, the rotation of the sample substrate is stopped and the tilt is restored. Next, the thin film using the target (A) as a raw material is formed by carrying and moving the sample substrate, and the thin film using the target (B) as a raw material is formed by carrying out the same procedure by carrying the same. Hereafter, it was necessary to repeat the same procedure. Therefore, there is a problem that the film formation time becomes long.

【0027】さらに、複数のECRイオン源を用意し、
それと同数の傾斜・回転させる基板試料台を用意する必
要があるため、装置自体が大規模で複雑になり、高価な
ものになってしまうという問題があった。
Furthermore, a plurality of ECR ion sources are prepared,
Since it is necessary to prepare the same number of substrate sample stands for tilting and rotating, there is a problem that the apparatus itself becomes large-scale and complicated and becomes expensive.

【0028】したがって、本発明は、前述した従来技術
の問題点や課題を解決するためになされたものであり、
その目的は、複数の膜形成材料を一つの真空チャンバに
より、高均一、高速に成膜させることができかつ高品質
な薄膜の形成できる薄膜形成装置を提供することであ
る。
Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems and problems of the prior art,
An object thereof is to provide a thin film forming apparatus capable of forming a plurality of film forming materials in a single vacuum chamber with high uniformity and at high speed and forming a high quality thin film.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、真空容器と、この真空容器に、プラ
ズマ生成用ガスを導入してプラズマによるプラズマ流を
発生させるプラズマ発生手段と、プラズマ流と接触する
ようにプラズマ流と同心的に配置された膜形成用材料か
らなるターゲットと、プラズマ流のイオンを用いてター
ゲットから膜形成用材料の粒子をスパッタリングにより
飛散させる手段を備える複数のスパッタ源と、膜形成用
材料の粒子を飛散させているプラズマ流によって照射さ
れる膜形成用試料基板を載置固定する基板試料台とを有
する薄膜形成装置において、プラズマ発生手段は、電子
サイクロトロン共鳴放電によりプラズマを発生させ、複
数のスパッタ源は、ターゲットの回転対称軸が基板試料
台の回転中心軸上で交わるとともに、回転試料台の回転
中心軸に対して傾斜するように配置され、基板試料台
は、ターゲットの回転対称軸と基板試料台の回転中心軸
との交点が膜形成用試料基板に対してターゲットの反対
方向に位置するように傾斜して回転させる回転手段と、
基板試料台を上下に移動させる移動手段とを備えること
を特徴とする。本発明によれば、一つの基板試料台だけ
で、基板を交互に移動させることなしに、複数のターゲ
ット材料を原料とする多層膜を最適な条件で形成でき
る。さらに、本発明の薄膜形成装置は、基板試料台に、
バイアスを印加するバイアス印加手段を備えることを特
徴とする。本発明によれば、基板に入射してくるイオン
のエネルギーを調節することができる。さらに、本発明
の薄膜形成装置は、基板試料台の膜形成用試料基板を載
置固定する側と反対側に、磁気コイルを備えることを特
徴とする。本発明によれば、ECRスパッタ源の磁気コ
イルが作る発散磁界の発散度を制御できる。さらに、本
発明の薄膜形成装置は、光源と、光源からの光を膜形成
用試料基板に照射する投光手段と、膜形成用試料基板を
透過した光を受ける受光手段と、受光部で受けた光を分
光スペクトルとして測光する測定手段とを備えたことを
特徴とする。本発明によれば、直接膜厚をモニタするこ
とができる。さらに、本発明の薄膜形成装置は、光源
と、光源からの光を膜形成用試料基板に照射する投光手
段と、膜形成用試料基板から反射した光を受ける受光手
段と、受光部で受けた光を分光スペクトルとして測光す
る測定手段とを備えたことを特徴とする。本発明によれ
ば、直接膜厚をモニタすることができる。
In order to achieve such an object, the present invention provides a vacuum container and a plasma generating means for introducing a plasma generating gas into the vacuum container to generate a plasma flow by plasma. A plurality of targets provided with a film-forming material arranged concentrically with the plasma flow so as to come into contact with the plasma flow, and a means for scattering the particles of the film-forming material from the target by sputtering using the ions of the plasma flow. In the thin film forming apparatus having the sputtering source and the substrate sample stand for mounting and fixing the film forming sample substrate irradiated by the plasma flow in which the particles of the film forming material are scattered, the plasma generating means is an electron cyclotron. A plasma is generated by resonance discharge, and the rotational symmetry axis of the target of multiple sputtering sources is on the central axis of rotation of the substrate sample stage. They are arranged so as to intersect with each other and incline with respect to the rotation center axis of the rotating sample stage. Rotating means for rotating while tilting so as to be positioned in the opposite direction of the target,
And a moving means for moving the substrate sample base up and down. According to the present invention, it is possible to form a multi-layer film using a plurality of target materials as raw materials under optimum conditions with only one substrate sample stage without moving the substrates alternately. Further, the thin film forming apparatus of the present invention, on the substrate sample stage,
It is characterized in that it comprises a bias applying means for applying a bias. According to the present invention, it is possible to adjust the energy of ions that enter the substrate. Further, the thin film forming apparatus of the present invention is characterized in that a magnetic coil is provided on the side of the substrate sample base opposite to the side on which the film forming sample substrate is mounted and fixed. According to the present invention, the degree of divergence of the divergent magnetic field generated by the magnetic coil of the ECR sputtering source can be controlled. Further, the thin film forming apparatus of the present invention includes a light source, a light projecting unit for irradiating the film forming sample substrate with light from the light source, a light receiving unit for receiving light transmitted through the film forming sample substrate, and a light receiving unit. And a measuring unit that measures the emitted light as a spectral spectrum. According to the present invention, the film thickness can be directly monitored. Further, the thin film forming apparatus of the present invention includes a light source, a light projecting unit that irradiates the light from the light source onto the film forming sample substrate, a light receiving unit that receives the light reflected from the film forming sample substrate, and a light receiving unit. And a measuring unit that measures the emitted light as a spectral spectrum. According to the present invention, the film thickness can be directly monitored.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態
を説明するための全図において、同一機能を有するもの
は同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。な
お、1Pa=0.0076Torr、1T=10000
ガウスであり、ガス流量を示す単位sccmは、0℃、
1気圧の流体が1分間に1cm3流れることを示すもの
で、窒素ガスに換算したものを用いる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, the same reference numerals are given to those having the same function, and the repeated description thereof will be omitted. In addition, 1 Pa = 0.0076 Torr, 1 T = 10000
Gauss, the unit sccm indicating the gas flow rate is 0 ° C.,
It shows that a fluid of 1 atm flows 1 cm 3 in 1 minute, and the one converted into nitrogen gas is used.

【0031】実施の形態1にかかる薄膜形成装置は、図
1に示すように、ECRスパッタ源を2基用いて構成さ
れる。つまり、試料を保持するための基板試料台10が
設置されている試料室(真空チャンバ)に2つのECR
スパッタ源3、4が接続された装置である。この2つの
ECRスパッタ源3、4は、試料基板11の放線に対し
て傾斜して、対称に配置される。図1において、2は導
波管、3は第1のECRプラズマ源、4は第2のECR
プラズマ源、5、6は磁気コイル、7は石英導入窓、8
はターゲット、9は高周波電力、10は基板試料台、1
1は試料基板、12はプラズマ流、13はプラズマ流で
ある。
As shown in FIG. 1, the thin film forming apparatus according to the first embodiment is constructed by using two ECR sputtering sources. That is, two ECRs are provided in the sample chamber (vacuum chamber) in which the substrate sample stand 10 for holding the sample is installed.
This is a device to which the sputtering sources 3 and 4 are connected. The two ECR sputtering sources 3 and 4 are arranged symmetrically with respect to the radiation of the sample substrate 11. In FIG. 1, 2 is a waveguide, 3 is a first ECR plasma source, and 4 is a second ECR plasma source.
Plasma source, 5 and 6 magnetic coils, 7 quartz introduction window, 8
Is a target, 9 is high-frequency power, 10 is a substrate sample stage, 1
Reference numeral 1 is a sample substrate, 12 is a plasma flow, and 13 is a plasma flow.

【0032】分子線エピタキシ(Molecular
Beam Epitaxy:MBE)等においても、試
料基板に対して複数の材料を照射するために、材料を照
射するための蒸発源を複数設置して成膜するものがあ
る。この場合、それぞれの蒸発源は物理的な制限によ
り、試料基板の法線に対して傾斜して配置される。例え
ば、るつぼのように、一点から原料を放射するタイプの
蒸発源では、放射粒子の分布が中心と周辺で大きく異な
るため、大面積ウエハでの膜の均一性を確保するのは難
しい。
Molecular beam epitaxy (Molecular)
Also in Beam Epitaxy (MBE) and the like, in order to irradiate a plurality of materials on a sample substrate, a plurality of evaporation sources for irradiating the materials are installed to form a film. In this case, each evaporation source is arranged to be inclined with respect to the normal line of the sample substrate due to physical restrictions. For example, in a vaporization source of a type that radiates a raw material from a single point like a crucible, it is difficult to secure the uniformity of a film on a large-area wafer because the distribution of radiant particles is greatly different between the center and the periphery.

【0033】それに対して、実施の形態1にかかる薄膜
形成装置1では、プラズマ流12、13を取り囲むよう
に円形または多角形のリング状のターゲットが配置され
る。そのため、試料基板11から見た原料供給源は単純
に一つではなく、ターゲット形状を反映した円形の原料
供給源とみなすことができる。この場合、特許第320
8439号に開示されているように、ターゲットと試料
基板11とを対向させて配置しても膜の均一性の確保は
困難であり、試料基板11を傾斜させて回転させること
により、大面積ウエハでの均一性を確保することができ
る。
On the other hand, in the thin film forming apparatus 1 according to the first embodiment, a circular or polygonal ring-shaped target is arranged so as to surround the plasma streams 12 and 13. Therefore, the raw material supply source viewed from the sample substrate 11 is not simply one, and can be regarded as a circular raw material supply source that reflects the target shape. In this case, Patent No. 320
As disclosed in Japanese Patent No. 8439, even if the target and the sample substrate 11 are arranged so as to face each other, it is difficult to ensure the uniformity of the film. Therefore, by tilting and rotating the sample substrate 11, a large area wafer can be obtained. It is possible to secure the uniformity.

【0034】しかし、多層膜形成のためには、異なる性
質・特性をもつ複数の膜形成材料をターゲットとして用
いる必要がある。膜形成材料が異なれば、スパッタ率も
異なるため、同一の傾斜を有するECRプラズマ源を用
いて、同一距離の試料基板上に異なる膜形成材料の成膜
を行った場合、成膜される膜の均一性は異なる。そのた
め、均一なスパッタにより、均一な膜を成膜させるに
は、ターゲット材料に応じて、最適な傾斜角度により成
膜を行う必要がある。ターゲット材料に応じて、最適な
均一性を得るために、複数のECRスパッタ源を傾斜角
度を変えて真空チャンバに接続した場合、ターゲット材
料固有の角度により接続されることになるため、装置自
身の汎用性が損なわれ、装置設計に対する複雑さが増す
ことになるため、実用的でない。つまり、ECRスパッ
タ源を真空チャンバに対して所定の傾斜をもって取り付
けた場合、ある膜形成材料に対しては、均一な膜の堆積
が可能でも、もう一方の膜形成材料に対しては均一性が
悪化することが予想される。
However, in order to form a multilayer film, it is necessary to use a plurality of film forming materials having different properties and characteristics as targets. Different film forming materials have different sputtering rates. Therefore, when different film forming materials are formed on the sample substrate at the same distance by using the ECR plasma source having the same inclination, the film formed is different. The uniformity is different. Therefore, in order to form a uniform film by uniform sputtering, it is necessary to form the film at an optimum tilt angle according to the target material. When a plurality of ECR sputtering sources are connected to the vacuum chamber by changing the tilt angle in order to obtain the optimum uniformity according to the target material, they are connected at the angle peculiar to the target material. It is impractical because it reduces versatility and adds complexity to device design. That is, when the ECR sputtering source is attached to the vacuum chamber with a predetermined inclination, even if a uniform film can be deposited on one film forming material, the uniformity cannot be obtained on the other film forming material. Expected to deteriorate.

【0035】そこで実施の形態1では、2つのECRス
パッタ源3、4を試料基板11の放線に対して傾斜し
て、対称に配置する構成において、それぞれの膜の均一
性を向上させるために、ターゲット材料に応じて、基板
試料台10を上下移動させる。そうすることにより、成
膜に最適な位置に、試料基板11を移動させることがで
きるため、スパッタ材料が異なっても、高品質な膜形成
を維持した上で、均一な極薄膜による多層膜を形成する
ことができる。
Therefore, in the first embodiment, in order to improve the uniformity of each film in the structure in which the two ECR sputtering sources 3 and 4 are arranged symmetrically with respect to the radiation line of the sample substrate 11, The substrate sample stage 10 is moved up and down according to the target material. By doing so, the sample substrate 11 can be moved to the optimum position for film formation, so that even if the sputtering material is different, high-quality film formation is maintained and a uniform ultra-thin multilayer film is formed. Can be formed.

【0036】次に、実施の形態1にかかる薄膜形成装置
1の原理について説明する。図2において、A1は回転
対称な第1ターゲット8−1の回転対称軸、A2は回転
対称な第2ターゲット8−2の回転対称軸、Bは試料基
板11が回転する回転中心軸、Cは試料基板11の薄膜
形成平面上の試料基板11の回転中心軸Bを通る座標
軸、C*は試料基板11が上部に移動した場合の座標軸
である。また、Pは第1ターゲット8−1の回転対称軸
A1と第2ターゲット8−2の回転対称軸A2と試料基
板11の回転中心軸Bとの交点、Qは試料基板11の回
転中心軸Bと試料基板11の薄膜形成面との交点、Q*
は試料基板11が上部に移動した場合の試料基板11の
回転中心軸Bと試料基板11の薄膜形成面との交点、R
1は第1ターゲット8−1の回転対称軸A1と試料基板
11の薄膜形成面との交点、R2は第2ターゲット8−
2の回転対称軸A2と試料基板11の薄膜形成面との交
点、R1*は試料基板11が上部に移動した場合の第1
ターゲット8−1の回転対称軸A1と試料基板11の薄
膜形成面との交点、R2*は試料基板11が上部に移動
した場合の第2ターゲット8−2の回転対称軸A2と試
料基板11の薄膜形成面との交点である。
Next, the principle of the thin film forming apparatus 1 according to the first embodiment will be described. In FIG. 2, A1 is a rotational symmetry axis of the rotationally symmetric first target 8-1, A2 is a rotational symmetry axis of the rotationally symmetric second target 8-2, B is a rotation center axis around which the sample substrate 11 rotates, and C is A coordinate axis passing through the rotation center axis B of the sample substrate 11 on the thin film formation plane of the sample substrate 11, C * is a coordinate axis when the sample substrate 11 is moved upward. P is the intersection of the rotational symmetry axis A1 of the first target 8-1, the rotational symmetry axis A2 of the second target 8-2, and the rotation center axis B of the sample substrate 11, and Q is the rotation center axis B of the sample substrate 11. And the intersection of the thin film formation surface of the sample substrate 11, Q *
Is the intersection of the rotation center axis B of the sample substrate 11 and the thin film formation surface of the sample substrate 11 when the sample substrate 11 is moved upward, R
1 is the intersection of the rotational symmetry axis A1 of the first target 8-1 and the thin film formation surface of the sample substrate 11, and R2 is the second target 8-.
The intersection of the rotational symmetry axis A2 of 2 and the thin film formation surface of the sample substrate 11, R1 * is the first when the sample substrate 11 is moved upward.
The intersection point of the rotational symmetry axis A1 of the target 8-1 and the thin film forming surface of the sample substrate 11, R2 * is the rotational symmetry axis A2 of the second target 8-2 and the sample substrate 11 when the sample substrate 11 is moved upward. It is the intersection with the thin film formation surface.

【0037】また、θは試料基板11の回転中心軸Bか
らみて第1ターゲット8−1および第2ターゲット8−
2の傾斜角度、つまり、第1ターゲット8−1の回転対
称軸A1と試料基板11の回転中心軸Bとのなす角度で
あり、第2ターゲット8−2の回転対称軸A2と試料基
板11の回転中心軸Bとのなす角度である。また、S1
は交点Qから第1ターゲットA1の回転対称軸A1にお
ろした垂線、S2は交点Qから第2ターゲットA2の回
転対称軸A2におろした垂線、S1 *は試料基板11が
上部に移動した場合の交点Q*から第1ターゲット8−
1の回転対称軸A1におろした垂線、S2*は試料基板
11が上部に移動した場合の交点Q*から第2ターゲッ
ト8−2の回転対称軸A2におろした垂線である。ま
た、T1は第1ターゲット8−1から飛散するスパッタ
粒子、T2は第2ターゲット8−2から飛散するスパッ
タ粒子である。なお、回転対称軸A1とA2、回転中心
軸B、座標軸CとC*は同一平面内ある。
Further, θ is the rotation center axis B of the sample substrate 11
Seen first target 8-1 and second target 8-
2 tilt angle, that is, the rotation pair of the first target 8-1
The angle between the nominal axis A1 and the rotation center axis B of the sample substrate 11
Yes, the rotational symmetry axis A2 of the second target 8-2 and the sample base
It is an angle formed by the central axis B of rotation of the plate 11. Also, S1
Is from the intersection point Q to the rotational symmetry axis A1 of the first target A1.
The dropped perpendicular, S2, is the time of the second target A2 from the intersection Q.
Perpendicular line drawn on axis of symmetry A2, S1 *Is the sample substrate 11
Intersection Q when moving to the top*To the first target 8-
The perpendicular line drawn to the rotational symmetry axis A1 of 1, S2*Is the sample substrate
Intersection Q when 11 moves to the top*From the second target
8-2 is a vertical line drawn on the rotational symmetry axis A2 of 8-2. Well
Also, T1 is spatter scattered from the first target 8-1.
The particles, T2, are spatters scattered from the second target 8-2.
It is a particle. The rotational symmetry axes A1 and A2, the center of rotation
Axis B, coordinate axes C and C*Are in the same plane.

【0038】上記構成において、第1ターゲット8−1
から飛散するスパッタ粒子T1と第2ターゲット8−2
から飛散するスパッタ粒子T2は、成膜する場合の真空
度、例えば、0.01Pa台において、散乱されること
なく、試料基板11の方向に飛来する。そのため、試料
基板11上のスパッタ粒子T1とT2の密度は、第1タ
ーゲット8−1と第2ターゲット8−2のスパッタ点か
らの距離の二乗に反比例する。試料基板11上の点にお
ける成膜の厚さは、その点から見込めるターゲットから
のスパッタ粒子密度を積分したものに相当する。このた
め、ターゲットを傾斜させない(つまりθ=0度)場合
には試料基板11の中央領域で膜厚が厚く、周辺領域で
薄くなる凸の分布となり、高い均一性が得られない。
In the above structure, the first target 8-1
Sputtered particles T1 scattered from the second target 8-2
The sputtered particles T2 scattered from are scattered in the direction of the sample substrate 11 without being scattered at the degree of vacuum when forming a film, for example, on the order of 0.01 Pa. Therefore, the density of the sputtered particles T1 and T2 on the sample substrate 11 is inversely proportional to the square of the distance from the sputtering point of the first target 8-1 and the second target 8-2. The thickness of the film formed at a point on the sample substrate 11 corresponds to the integral of the sputtered particle density from the target that can be expected from that point. For this reason, when the target is not tilted (that is, θ = 0 degree), the film thickness is thick in the central region of the sample substrate 11 and thin in the peripheral region, so that a high uniformity cannot be obtained.

【0039】まず、薄膜形成平面がC軸上にある場合、
交点Pを中心にA1とA2、B、Cを含む平面内で第1
ターゲット8−1と第2ターゲット8−2とを傾斜させ
ることにより、スパッタ粒子T1とT2の供給量の最も
大きい位置をQから離れたR1とR2にし、さらに、試
料基板11を回転させて成膜を行うことにより、時間平
均的にみた場合、成膜された膜の均一性を向上させるこ
とができる。
First, when the thin film formation plane is on the C-axis,
1st in the plane including A1 and A2, B, C centering on the intersection point P
By inclining the target 8-1 and the second target 8-2, the positions where the supply amounts of the sputtered particles T1 and T2 are the largest are set to R1 and R2 apart from Q, and further, the sample substrate 11 is rotated. By forming the film, the uniformity of the formed film can be improved when viewed on a time average basis.

【0040】しかし、第1ターゲット8−1と第2ター
ゲット8−2の膜形成用材料が異なる場合には、スパッ
タ率が異なるため、上記の傾斜と回転だけでは成膜され
る膜の均一性の向上が図れない。そこで、ターゲット8
の膜形成用材料に応じて、薄膜形成平面をC軸からC*
軸に移動させる。つまり、試料基板11の回転対称軸を
B軸のまま点QからQ*に上下運動させる。そうするこ
とにより、点Qと点S1との距離および点Qと点S2と
の距離を、点Q*と点S1*との距離および点Q *と点S
*との距離に同時に変えることができるため、スパッ
タ率が異なるターゲット8の膜形成用材料においても、
膜の均一性を高く保つことが可能となる。
However, the first target 8-1 and the second target 8-1
If the film forming materials of Get 8-2 are different, the spatter
The film ratio is different, so the film can be formed only by the above tilt and rotation.
The uniformity of the film cannot be improved. So target 8
Depending on the film forming material, the thin film forming plane from the C axis to C*
Move to axis. That is, the rotational symmetry axis of the sample substrate 11
B axis stays at points Q to Q*Move up and down. To do so
And the distance between point Q and point S1 and point Q and point S2
Is the point Q*And point S1*Distance to and point Q *And point S
Two*Since it can be changed to the distance at the same time,
The film forming materials of the target 8 having different
It is possible to keep the uniformity of the film high.

【0041】また、実施の形態1にかかる薄膜形成装置
1に用いられている第1のECRプラズマ源3および第
2のECRプラズマ源4は、導入したマイクロ波電力を
一旦分岐してプラズマ源の直前で再び結合させるもの
で、ターゲット8からの飛散粒子が石英導入窓7に付着
することを防ぐことにより、ランニングタイムを大幅に
改善できるものである。
In addition, the first ECR plasma source 3 and the second ECR plasma source 4 used in the thin film forming apparatus 1 according to the first embodiment temporarily branch the introduced microwave power to generate a plasma source. The particles are re-bonded immediately before, and the running time can be greatly improved by preventing the particles scattered from the target 8 from adhering to the quartz introduction window 7.

【0042】次に、第1ターゲット8−1による薄膜形
成について説明する。図3において、第1のECRプラ
ズマ源3の磁気コイル5、6により磁力線が形成され、
その磁力線は発散磁界を形成し、試料基板方向に広が
る。この発散磁界により第1のECRプラズマ源3で発
生したプラズマがプラズマ流12として試料基板方向に
輸送される。また、第2ターゲット8−2による薄膜形
成についても、図4に示すように、第2のECRプラズ
マ源4の磁気コイル5、6により磁力線が形成され、そ
の磁力線は発散磁界を形成し、試料基板方向に広がる。
この発散磁界により第2のECRプラズマ源4で発生し
たプラズマがプラズマ流13として試料基板方向に輸送
される。なお、成膜においては、ターゲット8の膜形成
用材料に応じて、基板試料台10を上下させることによ
り、成膜に最適な位置に調節する。
Next, the thin film formation by the first target 8-1 will be described. In FIG. 3, magnetic lines of force are formed by the magnetic coils 5 and 6 of the first ECR plasma source 3,
The lines of magnetic force form a divergent magnetic field and spread toward the sample substrate. Due to this divergent magnetic field, the plasma generated by the first ECR plasma source 3 is transported as a plasma stream 12 toward the sample substrate. Further, regarding the thin film formation by the second target 8-2, as shown in FIG. 4, magnetic lines of force are formed by the magnetic coils 5 and 6 of the second ECR plasma source 4, and the magnetic lines of force form a divergent magnetic field, Spread in the board direction.
Due to this divergent magnetic field, the plasma generated by the second ECR plasma source 4 is transported as a plasma flow 13 toward the sample substrate. In film formation, the substrate sample stage 10 is moved up and down according to the film forming material of the target 8 to adjust the position to an optimum position for film formation.

【0043】次に、実施の形態1にかかる薄膜形成装置
1を使用して、多層膜を形成する方法について、説明す
る。まず、試料基板11が載置固定された基板試料台1
0を第1ターゲット8−1の膜形成材料における最適位
置で回転させる。リング状の第1ターゲット8−1をス
パッタすることにより、試料基板11上に第1の薄膜を
形成する。所望の膜厚まで成膜した後、第1の薄膜を形
成するスパッタを終了し、基板試料台10を第2ターゲ
ット8−2の膜形成材料における最適位置で回転させ
る。リング状の第2ターゲット8−2をスパッタして同
一試料基板11上に第2の薄膜を形成する。所望の膜厚
まで成膜した後、第2の薄膜を形成するスパッタを終了
する。その後、同様な手順により、第1ターゲット8−
1と第2ターゲット8−2によるスパッタを行い多層膜
を形成する。
Next, a method for forming a multilayer film using the thin film forming apparatus 1 according to the first embodiment will be described. First, the substrate sample table 1 on which the sample substrate 11 is mounted and fixed
0 is rotated at the optimum position in the film forming material of the first target 8-1. A first thin film is formed on the sample substrate 11 by sputtering the ring-shaped first target 8-1. After forming the film to a desired film thickness, the sputtering for forming the first thin film is ended, and the substrate sample stage 10 is rotated at the optimum position in the film forming material of the second target 8-2. The ring-shaped second target 8-2 is sputtered to form a second thin film on the same sample substrate 11. After forming the film to a desired film thickness, the sputtering for forming the second thin film is completed. After that, the first target 8-
1 and the second target 8-2 are sputtered to form a multilayer film.

【0044】例えば、第1ターゲット8−1に第1の媒
質、例えば純アルミニウム、第2ターゲット8−2に第
2の媒質、例えば純シリコン、反応性ガスとして、例え
ば酸素ガス、不活性ガスとして、例えばアルゴンを用
い、アルミナ薄膜と二酸化シリコン薄膜との多層膜の成
膜について説明する。ここでは、試料基板11の回転中
心軸Bからみて第1ターゲット8−1および第2ターゲ
ット8−2の傾斜角度θを23度とした。なお、ECR
プラズマ源3、4には、供給する反応性ガスの多少に関
わらず、プラズマが安定に得られるだけのアルゴンを導
入した。この条件により、試料基板11上に成膜したア
ルミナ膜の堆積速度と屈折率の酸素ガス流量依存性の代
表的な特性を図5に示す。また、アルゴンガス流量を2
0sccm、酸素ガス流量を0から10sccm、EC
Rプラズマ源3、4に導入するマイクロ波電力を500
W、ターゲットに印加する高周波電力9を500Wと
し、試料基板11は加熱していない。また、屈折率は6
38nmレーザによるエリプソメータを用いて測定し
た。
For example, the first target 8-1 has a first medium such as pure aluminum, the second target 8-2 has a second medium such as pure silicon, a reactive gas such as oxygen gas, and an inert gas. The formation of a multilayer film of an alumina thin film and a silicon dioxide thin film using, for example, argon will be described. Here, the tilt angle θ of the first target 8-1 and the second target 8-2 viewed from the rotation center axis B of the sample substrate 11 was set to 23 degrees. ECR
Argon was introduced into the plasma sources 3 and 4 so as to stably obtain plasma regardless of the amount of the reactive gas supplied. FIG. 5 shows typical characteristics of the oxygen gas flow rate dependency of the deposition rate and the refractive index of the alumina film formed on the sample substrate 11 under these conditions. Also, set the argon gas flow rate to 2
0 sccm, oxygen gas flow rate from 0 to 10 sccm, EC
The microwave power to be introduced into the R plasma sources 3 and 4 is 500
W, the high frequency power 9 applied to the target was 500 W, and the sample substrate 11 was not heated. The refractive index is 6
The measurement was performed using an ellipsometer with a 38 nm laser.

【0045】図5に示すように、第1ターゲット8−1
により成膜したアルミナの堆積速度は、酸素流量の増加
に応じて、増加した後、酸素ガス流量が約4sccm付
近を最大に緩やかに減少し、酸素ガス流量が7sccm
付近で急激に減少し、最大値の約10分の1程度の小さ
な堆積速度で落ち着く。酸素ガス流量が7sccm付近
で急激に堆積速度が減少するのは、ターゲット表面のア
ルミニウムが酸化される割合が増大しスパッタ率がアル
ミニウムに比較して小さいアルミナになるためである。
スパッタ率が大きい程、堆積速度は速くなるので、ター
ゲット表面がスパッタされにくくなりスパッタ率が低下
すれば、堆積速度も遅くなる。この現象は、反応性スパ
ッタ法において広く知られている現象であり、例えば、
金原粲著、「スパッタリング現象」、東京大学出版会、
120から132頁(文献3)に記載されている。
As shown in FIG. 5, the first target 8-1
The deposition rate of the alumina formed by the method increases with the increase of the oxygen flow rate, and then gradually decreases to the maximum at about 4 sccm, and the oxygen gas flow rate is 7 sccm.
It rapidly decreases in the vicinity and settles at a small deposition rate of about 1/10 of the maximum value. The reason that the deposition rate sharply decreases when the oxygen gas flow rate is around 7 sccm is that the rate of oxidation of aluminum on the target surface increases and the alumina has a smaller sputtering rate than aluminum.
The larger the sputter rate, the faster the deposition rate. Therefore, if the target surface is less likely to be sputtered and the sputter rate decreases, the deposition rate also slows down. This phenomenon is a phenomenon that is widely known in the reactive sputtering method.
Yuu Kanehara, "Sputtering Phenomenon", The University of Tokyo Press,
120 to 132 (Reference 3).

【0046】また、アルミナ膜の屈折率は、酸素流量の
増加に応じて、ある酸素ガス流量で急激に減少し、屈折
率が化学量論的組成を満たすサファイア基板の屈折率に
なる。この結果により、反応性ガスによって良好な膜質
を保ちながら屈折率を制御できることがわかる。供給す
る酸素ガス流量を制御することにより、屈折率が1.6
1から4.3の範囲で制御できる。
The refractive index of the alumina film sharply decreases at a certain oxygen gas flow rate as the oxygen flow rate increases, and becomes the refractive index of the sapphire substrate satisfying the stoichiometric composition. From this result, it is understood that the refractive index can be controlled by the reactive gas while maintaining a good film quality. By controlling the flow rate of the oxygen gas to be supplied, the refractive index is 1.6
It can be controlled in the range of 1 to 4.3.

【0047】図6に、アルミナ成膜時の堆積膜厚と屈折
率の8インチウエハ面内均一性を示す。ここでも、試料
基板11の回転中心軸Bからみた第1ターゲット8−1
および第2ターゲット8−2の傾斜角度θを23度とし
た。点Pと点Qとの距離をパラメータとし、アルミナ膜
の堆積膜厚とアルミナ膜の屈折率との試料基板中心から
の面内距離依存性を図6に示す。図6によれば、点Pと
点Qとの距離を変化させても屈折率はほとんど変化しな
いことがわかる。しかし、点Pから点Qの距離が大きく
なると堆積膜厚は大きくなり、その均一性も変化する。
この結果により、最適な試料基板位置が存在し、試料基
板位置を変化させることにより、成膜された膜の均一性
を制御できるがわかる。二酸化シリコンも同様に、試料
基板11とターゲット間の距離により均一性を制御で
き、成膜された膜の均一性が最も良好となる距離が存在
する。
FIG. 6 shows the uniformity of the deposited film thickness and the refractive index during the film formation of alumina on the 8-inch wafer surface. Also here, the first target 8-1 viewed from the rotation center axis B of the sample substrate 11
And the inclination angle θ of the second target 8-2 was set to 23 degrees. FIG. 6 shows the in-plane distance dependence of the deposited film thickness of the alumina film and the refractive index of the alumina film from the center of the sample substrate with the distance between the points P and Q as a parameter. It can be seen from FIG. 6 that the refractive index hardly changes even if the distance between the points P and Q is changed. However, as the distance from the point P to the point Q increases, the deposited film thickness increases and the uniformity thereof also changes.
From this result, it is understood that the optimum sample substrate position exists, and the uniformity of the formed film can be controlled by changing the sample substrate position. Similarly, for silicon dioxide, the uniformity can be controlled by the distance between the sample substrate 11 and the target, and there is a distance where the uniformity of the formed film is the best.

【0048】上記の方法により、第1のターゲット8−
1に純アルミニウム、第2のターゲット8−2に純シリ
コンを用いて、交互にアルミナと二酸化シリコンを堆積
することにより、図7に示すように、多層膜を形成する
ことができる。また、多層膜形成方法により、多層膜を
形成する場合、一層堆積するごとにウエハを搬送する必
要がなく、試料基板11の上下移動だけで、異なる膜形
成材料からなる薄膜を均一に形成することができる。し
たがって、成膜時間を大幅に短縮でき、さらにコンパク
トな装置構成によりできる。
By the above method, the first target 8-
By using alumina for 1 and pure silicon for the second target 8-2 and alternately depositing alumina and silicon dioxide, a multilayer film can be formed as shown in FIG. Further, when a multilayer film is formed by the multilayer film forming method, it is not necessary to transfer the wafer every time one layer is deposited, and only the sample substrate 11 is moved up and down to uniformly form a thin film made of different film forming materials. You can Therefore, the film formation time can be significantly shortened and the apparatus can be made more compact.

【0049】実施の形態2にかかる薄膜形成装置は、図
8に示すように、実施の形態1の薄膜形成装置1の基板
試料台10に、バイアスを印加するバイアス印加手段1
6を設けたものである。このようにすることにより、試
料基板11に入射するイオンのエネルギーを調整するこ
とができるため、膜質の向上や均一性の制御ができる。
The thin film forming apparatus according to the second embodiment, as shown in FIG. 8, has a bias applying means 1 for applying a bias to the substrate sample stage 10 of the thin film forming apparatus 1 of the first embodiment.
6 is provided. By doing so, the energy of the ions incident on the sample substrate 11 can be adjusted, so that the film quality can be improved and the uniformity can be controlled.

【0050】実施の形態3にかかる薄膜形成装置は、図
9に示すように、実施の形態1の薄膜形成装置1の基板
試料台10の試料基板11を載置固定する側と反対側
に、補助コイルを設置したものである。このようにする
ことにより、メインの磁気コイル5、6が作る発散磁界
の発散度を制御することにより、成膜の均一性をさらに
向上させることができる。
The thin film forming apparatus according to the third embodiment, as shown in FIG. 9, is provided on the side opposite to the side on which the sample substrate 11 of the substrate sample base 10 of the thin film forming apparatus 1 of the first embodiment is mounted and fixed. An auxiliary coil is installed. By doing so, it is possible to further improve the uniformity of film formation by controlling the divergence of the divergent magnetic field generated by the main magnetic coils 5 and 6.

【0051】実施の形態4にかかる薄膜形成装置は、図
10に示すように、実施の形態1の薄膜形成装置1に、
試料基板11に光を投光するための光源18と、光源1
8と例えば光ファイバにより接続され、光源18からの
光を試料基板11に投光する投光部19と、試料基板1
1を透過した投光部19からの光を分光器21に導くた
めの光ファイバを含む受光部20と、受光部20と例え
ば光ファイバにより接続され、受光部20で受けた光を
分光スペクトルとして測光する分光器21と、分光器2
1と例えば光ファイバにより接続され、分光スペクトル
の波長に対する極値を演算する演算部22とを設置した
ものである。このようにすることにより、試料基板11
における成膜状況を透過光により、直接モニタすること
ができる。
As shown in FIG. 10, the thin film forming apparatus according to the fourth embodiment is different from the thin film forming apparatus 1 of the first embodiment in that
A light source 18 for projecting light onto the sample substrate 11, and a light source 1
8 and a light projecting section 19 for projecting light from the light source 18 onto the sample substrate 11, and the sample substrate 1
1, a light receiving unit 20 including an optical fiber for guiding the light from the light projecting unit 19 to the spectroscope 21, and the light receiving unit 20 is connected by, for example, an optical fiber, and the light received by the light receiving unit 20 is used as a spectral spectrum. Spectrometer 21 for photometry and spectroscope 2
1 is connected to 1 by an optical fiber, for example, and an arithmetic unit 22 for calculating an extreme value with respect to the wavelength of the spectrum is installed. By doing so, the sample substrate 11
It is possible to directly monitor the state of film formation in (1) by transmitted light.

【0052】実施の形態5にかかる薄膜形成装置は、図
11に示すように、実施の形態1の薄膜形成装置1に、
試料基板11に光を投光するための光源18と、光源1
8と例えば光ファイバにより接続され、光源18からの
光を試料基板11に投光し、試料基板11からの反射光
をハーフミラ24に導く投光受光部23と、光源18か
らの光を投光受光部23に導くとともに、試料基板11
からの反射光を分光器21に導くハーフミラ24と、ハ
ーフミラ24と例えば光ファイバにより接続され、ハー
フミラ24からの光を分光スペクトルとして測光する分
光器21と、分光器21と例えば光ファイバにより接続
され、分光スペクトルの波長に対する極値を演算する演
算部22とを設置したものである。このようにすること
により、試料基板11が不透明基板である場合において
も、成膜状況を反射光により、直接モニタすることがで
きる。
As shown in FIG. 11, the thin film forming apparatus according to the fifth embodiment is different from the thin film forming apparatus 1 of the first embodiment in that
A light source 18 for projecting light onto the sample substrate 11, and a light source 1
8 is connected by, for example, an optical fiber, projects the light from the light source 18 onto the sample substrate 11, and projects the reflected light from the sample substrate 11 to the half mirror 24, and the light from the light source 18. The sample substrate 11 is guided to the light receiving unit 23.
The half mirror 24 that guides the reflected light from the mirror 21 to the spectroscope 21 is connected to the half mirror 24 by an optical fiber, for example, and the spectroscope 21 that measures the light from the half mirror 24 as a spectral spectrum is connected to the spectroscope 21 by an optical fiber, for example. The calculation unit 22 for calculating an extreme value with respect to the wavelength of the spectrum is installed. By doing so, even when the sample substrate 11 is an opaque substrate, the film formation state can be directly monitored by reflected light.

【0053】また、実施の形態1から実施の形態5で
は、真空チャンバに、ECRプラズマ源25が、図12
(a)に示すように、2基の場合について説明したが、
図12(b)から(e)のようにECR源25を3基以
上設置することもできる。そうすることにより、3つ以
上の異なる膜形成材料からなる薄膜を試料基板11上に
成膜することができる。図12(b)は3基の場合、図
12(c)は4基の場合、図12(d)は5基の場合、
図12(e)は6基の場合を示している。
Further, in the first to fifth embodiments, the ECR plasma source 25 is provided in the vacuum chamber as shown in FIG.
As shown in (a), the case of two units has been described.
As shown in FIGS. 12B to 12E, three or more ECR sources 25 can be installed. By doing so, thin films made of three or more different film forming materials can be formed on the sample substrate 11. In the case of FIG. 12 (b) having three units, FIG. 12 (c) having four units, and FIG. 12 (d) having five units,
FIG. 12E shows the case of 6 units.

【0054】どの場合においても、ECRスパッタ源2
5の回転対象軸は試料基板11の回転中心軸Bを中心と
した同心円上にある。このようにすることによって、タ
ーゲット7を配置したECRスパッタ源25の数が増え
ても、試料基板11の位置を上下移動させることによ
り、異なる膜形成材料に応じた成膜ができ、成膜された
膜の均一性が向上する。
In any case, the ECR sputter source 2
The rotation target axis of 5 is on a concentric circle centered on the rotation center axis B of the sample substrate 11. By doing so, even if the number of ECR sputtering sources 25 in which the targets 7 are arranged increases, by moving the position of the sample substrate 11 up and down, film formation according to different film forming materials can be performed, and film formation can be performed. The uniformity of the film is improved.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明によれば、一つの真空チャンバ
に、複数のECRスパッタ源からの膜形成用材料の粒子
が試料基板に対し、所定の傾斜角を有するよう、該複数
のECRスパッタ源を配置し、基板試料台に上下移動手
段を設けたことにより、試料基板を交互に移動させるこ
となしに、複数のターゲット材料を原料とする多層膜を
より均一にかつ高速に形成できる。さらに、直接膜厚を
モニタすることが可能となり、高精度な多層膜を形成で
きる。
According to the present invention, in one vacuum chamber, the particles of the film forming material from the plurality of ECR sputtering sources have a predetermined inclination angle with respect to the sample substrate. And the vertical movement means is provided on the substrate sample base, it is possible to form a multilayer film using a plurality of target materials as a raw material more uniformly and at high speed without alternately moving the sample substrates. Furthermore, the film thickness can be directly monitored, and a highly accurate multilayer film can be formed.

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

【図1】 実施の形態1にかかる薄膜形成装置の概略構
成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus according to a first embodiment.

【図2】 実施の形態1にかかる薄膜形成装置の原理を
説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the thin film forming apparatus according to the first embodiment.

【図3】 実施の形態1にかかる薄膜形成装置の第1の
ECRスパッタ源による薄膜形成を説明するための図で
ある。
FIG. 3 is a diagram for explaining thin film formation by the first ECR sputtering source of the thin film forming apparatus according to the first embodiment.

【図4】 実施の形態1にかかる薄膜形成装置の第2の
ECRスパッタ源による薄膜形成を説明するための図で
ある。
FIG. 4 is a diagram for explaining thin film formation by a second ECR sputtering source of the thin film forming apparatus according to the first embodiment.

【図5】 実施の形態1にかかる薄膜形成装置のスパッ
タリング特性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing sputtering characteristics of the thin film forming apparatus according to the first embodiment.

【図6】 実施の形態1にかかる薄膜形成装置の成膜特
性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing film forming characteristics of the thin film forming apparatus according to the first embodiment.

【図7】 実施の形態1にかかる薄膜形成装置を用いて
作製した多層膜の構造を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a multilayer film manufactured by using the thin film forming apparatus according to the first embodiment.

【図8】 実施の形態2にかかる薄膜形成装置の概略構
成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus according to a second embodiment.

【図9】 実施の形態3にかかる薄膜形成装置の概略構
成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus according to a third embodiment.

【図10】 実施の形態4にかかる薄膜形成装置の概略
構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus according to a fourth embodiment.

【図11】 実施の形態5にかかる薄膜形成装置の概略
構成図である。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus according to a fifth embodiment.

【図12】 実施の形態にかかる薄膜形成装置における
ECRスパッタ源の配置を説明するための図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining the arrangement of ECR sputtering sources in the thin film forming apparatus according to the embodiment.

【図13】 従来の多層膜装置を説明するための概略構
成図である。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram for explaining a conventional multilayer film device.

【図14】 従来の他の多層膜装置を説明するための概
略構成図である。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram for explaining another conventional multilayer film device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…薄膜形成装置、2…導波管、3…第1のECRプラ
ズマ源、4…第2のECRプラズマ源、5…磁気コイ
ル、6…磁気コイル、7…石英導入窓、8…ターゲッ
ト、8−1…第1ターゲット、8−2…第2ターゲッ
ト、9…高周波電力、10…基板試料台、11…試料基
板、12…プラズマ流、13…プラズマ流、14…第1
の媒質層、15…第2の媒質層、16…バイアス印加手
段、17…補助コイル、18…光源、19…投光部、2
0…受光部、21…分光器、22…演算部、23…投光
受光部、24…ハーフミラ、25…プラズマ源、100
…イオンアシスト蒸着装置、101…RFイオン源、1
02…電子ビーム蒸着源A、103…EBソースターゲ
ットA、104…電子ビーム蒸着源B、105…EBソ
ースターゲットB、106…膜厚計、107…基板、1
08…試料台、109…回転機構、110…イオン流、
111…スパッタ原料A、112…スパッタ原料B、1
13…イオンビームスパッタ装置、114…デポジショ
ン銃、115…アシスト銃、116…ターゲットA、1
17…ターゲットB、118…ターゲットC、119…
プラズマ流、120…スパッタ原料、121…イオンビ
ーム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thin film forming apparatus, 2 ... Waveguide, 3 ... 1st ECR plasma source, 4 ... 2nd ECR plasma source, 5 ... Magnetic coil, 6 ... Magnetic coil, 7 ... Quartz introduction window, 8 ... Target, 8-1 ... First target, 8-2 ... Second target, 9 ... High frequency power, 10 ... Substrate sample stage, 11 ... Sample substrate, 12 ... Plasma flow, 13 ... Plasma flow, 14 ... First
Medium layer, 15 ... Second medium layer, 16 ... Bias applying means, 17 ... Auxiliary coil, 18 ... Light source, 19 ... Projector, 2
0 ... Light receiving part, 21 ... Spectrometer, 22 ... Arithmetic part, 23 ... Emitting light receiving part, 24 ... Half mirror, 25 ... Plasma source, 100
… Ion-assisted vapor deposition equipment, 101… RF ion source, 1
02 ... Electron beam evaporation source A, 103 ... EB source target A, 104 ... Electron beam evaporation source B, 105 ... EB source target B, 106 ... Film thickness meter, 107 ... Substrate, 1
08 ... Sample stage, 109 ... Rotation mechanism, 110 ... Ion flow,
111 ... Sputtering raw material A, 112 ... Sputtering raw material B, 1
13 ... Ion beam sputtering apparatus, 114 ... Deposition gun, 115 ... Assist gun, 116 ... Target A, 1
17 ... Target B, 118 ... Target C, 119 ...
Plasma flow, 120 ... Sputtering material, 121 ... Ion beam.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 勝 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 松尾 誠太郎 東京都三鷹市下連雀四丁目16番30号 エ ヌ・ティ・ティ・アフティ株式会社内 (72)発明者 小野 俊郎 東京都三鷹市下連雀四丁目16番30号 エ ヌ・ティ・ティ・アフティ株式会社内 Fターム(参考) 4K029 CA13 CA15 DC16 DC48 EA00 EA01 JA01 5F058 BA06 BC03 BD05 BF14 BJ01   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masaru Shimada             2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Seitaro Matsuo             4-16-30 Shimorenjaku, Mitaka City, Tokyo             Inside Nutty Afty Co., Ltd. (72) Inventor Toshiro Ono             4-16-30 Shimorenjaku, Mitaka City, Tokyo             Inside Nutty Afty Co., Ltd. F term (reference) 4K029 CA13 CA15 DC16 DC48 EA00                       EA01 JA01                 5F058 BA06 BC03 BD05 BF14 BJ01

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空容器と、この真空容器に、プラズマ
生成用ガスを導入してプラズマによるプラズマ流を発生
させるプラズマ発生手段と、前記プラズマ流と接触する
ように前記プラズマ流と同心的に配置された膜形成用材
料からなるターゲットと、前記プラズマ流のイオンを用
いて前記ターゲットから前記膜形成用材料の粒子をスパ
ッタリングにより飛散させる手段を備える複数のスパッ
タ源と、前記膜形成用材料の粒子を飛散させている前記
プラズマ流によって照射される膜形成用試料基板を載置
固定する基板試料台とを有する薄膜形成装置において、 前記プラズマ発生手段は、電子サイクロトロン共鳴放電
によりプラズマを発生させ、 前記複数のスパッタ源は、前記ターゲットの回転対称軸
が前記基板試料台の回転中心軸上で交わるとともに、前
記回転試料台の回転中心軸に対して傾斜するように配置
され、 前記基板試料台は、前記ターゲットの回転対称軸と前記
基板試料台の回転中心軸との交点が前記膜形成用試料基
板に対して前記ターゲットの反対方向に位置するように
傾斜して回転させる回転手段と、前記基板試料台を上下
に移動させる移動手段とを備えることを特徴とする薄膜
形成装置。
1. A vacuum container, a plasma generating means for introducing a plasma generating gas into the vacuum container to generate a plasma flow of plasma, and a concentric arrangement with the plasma flow so as to be in contact with the plasma flow. Formed of a film forming material, a plurality of sputtering sources having means for scattering the particles of the film forming material from the target by sputtering using the ions of the plasma flow, and particles of the film forming material In a thin film forming apparatus having a substrate sample stand for mounting and fixing a film forming sample substrate irradiated by the plasma flow that is scattering, the plasma generating means generates plasma by electron cyclotron resonance discharge, The plurality of sputtering sources are arranged such that the rotational symmetry axis of the target intersects with the rotational center axis of the substrate sample stage. The substrate sample stage is arranged so as to be inclined with respect to the rotation center axis of the rotating sample stage, and the substrate sample stage has an intersection point between the rotational symmetry axis of the target and the rotation center axis of the substrate sample stage for the film formation. A thin film forming apparatus comprising: a rotating unit that rotates while tilting the sample substrate so as to be positioned in a direction opposite to the target, and a moving unit that vertically moves the substrate sample stage.
【請求項2】 請求項1に記載の薄膜形成装置におい
て、 前記基板試料台に、バイアスを印加するバイアス印加手
段を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
2. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the substrate sample stage is provided with bias applying means for applying a bias.
【請求項3】 請求項1に記載の薄膜形成装置におい
て、 前記基板試料台の前記膜形成用試料基板を載置固定する
側と反対側に、磁気コイルを備えることを特徴とする薄
膜形成装置。
3. The thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising a magnetic coil on a side of the substrate sample base opposite to a side on which the film forming sample substrate is mounted and fixed. .
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の薄膜
形成装置において、 光源と、 前記光源からの光を前記膜形成用試料基板に照射する投
光手段と、 前記膜形成用試料基板を透過した光を受ける受光手段
と、 前記受光部で受けた光を分光スペクトルとして測光する
測定手段と、 を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
4. The thin film forming apparatus according to claim 1, a light source, a light projecting unit that irradiates the film forming sample substrate with light from the light source, and the film forming sample substrate. A thin film forming apparatus comprising: a light receiving unit that receives the light that has passed through; and a measuring unit that measures the light received by the light receiving unit as a spectral spectrum.
【請求項5】 請求項1乃至3のいずれかに記載の薄膜
形成装置において、 光源と、 前記光源からの光を前記膜形成用試料基板に照射する投
光手段と、 前記膜形成用試料基板から反射した光を受ける受光手段
と、 前記受光部で受けた光を分光スペクトルとして測光する
測定手段と、 を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
5. The thin film forming apparatus according to claim 1, a light source, a light projecting unit that irradiates the film forming sample substrate with light from the light source, and the film forming sample substrate. A thin film forming apparatus comprising: a light receiving unit that receives light reflected by the light receiving unit; and a measuring unit that measures the light received by the light receiving unit as a spectrum.
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