JP2004169127A - Ecr sputtering apparatus and method for forming multilayer film - Google Patents

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Yoshihiro Shimozato
義博 下里
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ECR sputtering apparatus capable of forming a plurality of kinds of thin films. <P>SOLUTION: The ECR sputtering apparatus forms a multilayer film on a substrate S by generating a plasma by electron cyclotron resonance and sputtering targets 11A, 11B with ions 21 in the generated plasma. A plurality of targets 11A, 11B are placed in a film formation chamber 3. In forming one layer of the multilayer film, a bias voltage from a DC bias power source 12A is applied to target 11A; at that time, the bias voltage on target 11B is cut off and a shutter 20 is closed. On the other hand, in forming the other layer, the bias voltage is applied to target 11B; at that time, the bias voltage on target 11A is cut off and the shutter 20 is closed. Such operations are repeated to form the multilayer film. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスクヘッド、光通信等に用いられる光学フィルター、MRAMのセンスレイヤーおよび誘電体多層膜フィルター等の製造において、多層膜形成に使用されるECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタ装置、およびその装置を用いた多層膜形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ECRスパッタリング装置では、アルゴン雰囲気のプラズマ生成室内に磁場を形成するとともにマイクロ波導入窓からマイクロ波を導入することにより、電子サイクロトロン共鳴(ECR)を利用してプラズマを生成する。そして、生成されたプラズマ中のアルゴンイオンをターゲットに入射させてスパッタ粒子を放出させ、このスパッタ粒子を基板上に堆積させることによりターゲット物質から成る薄膜を形成している(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
従来のECRスパッタ装置では、1種類のターゲット電極を用いて1種類の薄膜層を成膜室内で成膜する構成であった。そのため、複数の薄膜層から成る多層膜を形成する場合には、例えば、インラインスパッタ装置のように膜の種類に応じたターゲットを備えた成膜室を複数設け、1層成膜する毎に基板を成膜室間で移送する必要があった。(例えば、特許文献2参照)。また、トランスファー室に複数の成膜室を接続し、1層成膜する毎にトランスファー室を介して成膜室間で基板を移送するようなマルチチャンバ構成も考えられる。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−219445号公報
【特許文献2】
特開平6−158305号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の装置では多層膜の各層を成膜する度に基板搬送動作が必要なため、100〜200層以上から成る多層膜が必要とされる誘電体多層膜フィルターなどにおいては、成膜に寄与しない無駄な搬送時間が膨大になるという問題があった。また、膜種の数に応じて成膜室を設けなければ成らないため、スパッタ装置のコストが上昇し、装置専有面積が膨大になるという欠点があった。
【0006】
本発明の目的は、複数種類の薄膜を成膜可能なECRスパッタ装置、およびその装置を用いた多層膜形成方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(1)請求項1の発明によるECRスパッタ装置は、電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成し、生成されたプラズマ中のイオンでターゲットをスパッタリングして基板上に複数種類の薄膜を成膜するものであって、複数種類の薄膜に応じて設けられた複数のターゲットと、複数のターゲットに個別にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、薄膜を成膜する際に、当該薄膜に対して設けられたターゲットのみにバイアス電圧が印加されるようにバイアス電源を制御する制御装置とを備え、制御装置によりターゲットに印加されるバイアス電圧を制御して、複数種類の薄膜から任意に選択された薄膜を成膜することにより上述の目的を達成する。
(2)請求項2の発明は、請求項1に記載のECRスパッタ装置において、バイアス電圧が印加されていないターゲットのスパッタ面を覆ってスパッタ粒子の入射を阻止する遮蔽手段を設けたものである。
(3)請求項3の発明は、請求項1または2に記載のECRスパッタ装置を用いて基板上に多層膜を成膜する多層膜形成方法であって、複数のターゲットに順にバイア電圧を印加して、多層膜を構成する各層を順に成膜することにより上述の目的を達成する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明によるECRスパッタ装置の一実施の形態を示す図である。ECRスパッタ装置1は、プラズマを生成するためのプラズマ生成室2と、成膜対象である基板Sが収容される成膜室3とを備えている。15は装置全体の制御を行う制御装置である。プラズマ生成室2と成膜室3とはプラズマ引き出し開口4を介して連通しており、真空ポンプ10により真空排気される。プラズマ生成室2の周囲には、磁場発生用の空芯コイル5が設けられている。コイル5はプラズマ生成室2内にECR条件を満足する磁場(87.5mT)を形成するとともに、プラズマを開口4を通して成膜室3に導くための発散磁界も形成する。
【0009】
6はマイクロ波源であり、2.45GHzのマイクロ波を発生する。マイクロ波源6で生成したマイクロ波は導波管7によりプラズマ生成室2まで導かれ、プラズマ生成室2に設けられた石英ガラス製のマイクロ波導入窓8を通してプラズマ生成室2内に導入される。プラズマ生成室2は、2.45GHzのマイクロ波に対して空洞共振器として機能するように構成されている。9はプラズマ生成室2にプラズマ生成用のアルゴンガスを供給するガス供給装置である。
【0010】
アルゴン雰囲気のプラズマ生成室2内に87.5mTの磁場を生成し、マイクロ波導入窓8から2.45GHzのマイクロ波を導入すると、ECRによってアルゴンガスがイオン化されて高密度なプラズマが生成される。プラズマ生成室2内のプラズマは、コイル5により形成された発散磁界の磁力線13に沿って開口4から成膜室3に引き出される。このとき、成膜室3に引き出されたプラズマの分布は、開口4の中心軸Jに関してほぼ回転対称となっている。
【0011】
図1に示したECRスパッタ装置1は、基板S上に2種類の層a,bを交互に成膜して多層膜を形成する場合の構成を示したものである。a層を形成する場合にはターゲット11Aを用いて成膜を行い、b層を形成する場合にはターゲット11Bを用いて成膜を行う。12A,12BはDCバイアス電源であり、DCバイアス電源12A,12Bを電圧制御モードで動作させて、ターゲット11A,11Bのそれぞれに独立してバイアス電位を印加する。ターゲット11A,11Bへの印加電圧のオンオフは、スイッチSWa,SWbのオンオフを制御装置15で制御することによって行われる。
【0012】
DCバイアス電源12A,12Bは電圧が可変な電源であり、ターゲット11A,11Bに用いられるターゲット部材に応じてそれぞれ独立に電圧設定を行うことができる。DCバイアス電源12A,12Bとしてはアーキングの発生を低減する目的でパルス状のDC電圧を発生するものが望ましいが、連続的に一定のDC電圧を与えるものであっても良い。なお、DC電源は電圧制御モードで制御しても良いし、電流制御モードで制御しても良い。
【0013】
基板Sは基板ステージ14により保持されている。基板Sの前方にはシャッタ23が設けられており、成膜時にはシャッタ23が二点鎖線のように開かれ、非成膜時にはシャッタ23が閉じられて成膜面が汚染されるのを防止する。シャッタ23の開閉制御は制御装置15により行われる。成膜時には、基板ステージ14は開口4の中心軸Jを回転中心として基板Sを自転運動させたり、または、基板Sを軸Jの周りに公転させつつ自転運動させたりする。基板ステージ14のこのような動作により、各ターゲット11A,11Bから放出されたスパッタ粒子22は基板S上に均一に堆積する。なお、基板Sの自転速度は、20(rpm)〜1000(rpm)程度に設定される。
【0014】
図2はターゲット11A,11Bの配置を示す図であり、ターゲット11A,11Bを基板ステージ14側から見た図である。矩形のターゲット11A,11Bはそれぞれ2つずつ設けられていて、軸Jを中心とする回転対称な位置に交互に配設されている。これらのターゲット11A,11Bは、ターゲット面が図1に示すように軸Jを中心軸とする仮想円錐面上にほぼ沿うように配設されている。
【0015】
ターゲット11A,11Bの数は基本的には1つずつあれば良いが、2つずつ、3つずつ、4つずつ、…、のように各ターゲット11A,11Bの数を増やすことにより、スパッタ成膜の効率をより向上させることができる。すなわち、ターゲット11A,11Bにより軸Jの周りを隙間なく囲むことにより、図1の磁力線13に沿って引き出されたプラズマを有効に利用することが可能となる。なお、図1における軸Jとターゲット面との角度は、30(deg)〜80(deg)程度が適している。
【0016】
図3はターゲット部分を詳細に示す図である。ターゲット11A,11Bは、ターゲット部材111A,111Bを除いて全く同一構成となっている。ターゲット部材111A,111Bは成膜される層a,bに応じた材料が用いられ、それぞれに印加されるバイアス電圧もターゲット部材111A,111Bに応じて最適電圧に設定される。ターゲット11A,11Bには、開閉自在なシャッタ20がそれぞれ設けられている。シャッタ20を閉じるとターゲット部材111A,111Bのターゲット面が覆われ、シャッタ20を開くとターゲット面がプラズマに対して露出するようになっている。シャッタ20の開閉制御は図1の制御装置15により行われる。
【0017】
ターゲット部材111A,111Bは金属製のバッキングプレート112にボンディングされており、バイアス電源12A,12Bによるバイアス電圧は各バッキングプレート112に印加される。バッキングプレート112の背面側には冷却ジャケット113が設けられており、冷却ジャケット113内を流れる冷却水によりターゲット部材111A,111Bが冷却される。ターゲット部材111A,111B、バッキングプレート112および冷却ジャケット113の側面側および背面側には、アースされたシールド114が設けられている。
【0018】
図3では、ターゲット11Aによるa層成膜時のシャッタ開閉状態およびバイアス電圧オンオフ状態を示している。成膜室3に引き出されたプラズマ中にはアルゴンイオン21が含まれており、このアルゴンイオン21はターゲット11A,に印加された負のバイアス電圧により加速されて、ターゲット部材111Aの表面を衝撃する。この衝撃によってターゲット部材111Aから原子や原子の固まりが弾性散乱され、基板S上に堆積する。その結果、基板Sにはa層を構成する薄膜が形成される。
【0019】
図4は、基板S上に薄膜層a,bを交互に積層する場合の成膜手順の一例を示す図である。この場合、まずa層の成膜処理(S101,S102)を行い、次にb層の成膜処理(S103,S104)を行う。そして、b層の成膜処理が終了したら、再びa層、b層の順に薄膜層を形成する。このような成膜をN回繰り返すことにより、a層、b層を交互にN層ずつ形成した多層膜が基板S上に形成される。以下では、図4および3を参照して、成膜動作を説明する。
【0020】
ステップS100では、基板Sを成膜室3内に搬入して基板ステージ14に装着する。この時点では、ターゲット11A,11Bへのバイアス電圧はオフとされ、シャッタ20および23はいずれも閉状態とされている。次いで、ステップS101では、ターゲット11Aのターゲット面に付着している汚染物質を除去するために、ターゲット11Aのプレスパッタを行う。すなわち、ターゲット11Aのみのシャッタ20を開くとともに、ターゲット11Aのバイアス電圧をオンにして、ターゲット面をアルゴンイオン21によりスパッタする。このスパッタにより、ターゲット面に付着していた汚染物質が除去される。
【0021】
ステップS101のプレスパッタが終了したならば、ステップS102へ進んで基板Sのシャッタ23を開き、ターゲット11Aを用いたa層の成膜を行う。a層成膜の際には、ターゲット11Bのシャッタ20は閉状態とされ、バイアス電圧もオフされる。シャッタ20を閉じることにより、ターゲット11Bのターゲット面がターゲット材料111Aからのスパッタ粒子22により汚染されるのが低減される。a層成膜に要する所定時間が経過したならば、シャッタ23を閉じるとともにターゲット11Aのバイアス電圧をオフにする。ステップS103では、ターゲット11Bのシャッタ20を開くとともにターゲット11Bのバイアス電圧をオンにして、ターゲット11Bのプレスパッタを行う。
【0022】
その後、ステップS103でシャッタ23を開いてターゲット11Bを用いたb層の成膜を行う。b層成膜に要する所定時間が経過したならば、シャッタ23を閉じるとともにターゲット11Bのバイアス電圧をオフにする。ステップS105では、a層およびb層の各々に関してN層成膜されたか否かを判定する。ステップS105でN層成膜が完了していないと判定されるとステップS101へ進んみ、N層成膜が完了したと判定されるとステップS106へ進んで基板Sを成膜室3から搬出する。
【0023】
(具体例)
光学フィルターに用いられる誘電体多層膜フィルターの例としては、Ta(a層)とSiO(b層)を交互に積層するものがある。この場合、ターゲット材料111AにはTaが、ターゲット材料111BにはSiがそれぞれ用いられ、成膜室3内に反応性ガスOが導入される反応性スパッタにより各酸化膜(Ta、SiO)を形成する。ECRスパッタの場合には基板近傍にも活性なプラズマが形成されるため、成膜反応が促進されて成膜効率が向上する。
【0024】
[変形例]
合金薄膜の多層膜を形成する場合。例えば、a層およびb層からなる多層膜で、a層が物質m1と物質m2との合金薄膜、b層が物質m3と物質m4との合金薄膜の場合を考える。図5は、この場合のターゲット配置を基板側から見た図である。ターゲット11Aは物質m1をターゲット材料とし、ターゲット11Bは物質m2をターゲット材料とし、ターゲット11Cは物質m3をターゲット材料とし、ターゲット11Dは物質m4をターゲット材料とする。
【0025】
a層を成膜する場合にはターゲット11Aおよび11Bのみにバイアス電圧を印加し、使用しないターゲット11C,11Dに関してはバイアス電圧をオフにするとともにシャッタ20を閉状態とする。一方、b層を成膜する場合にはターゲット11Cおよび11Dのみにバイアス電圧を印加し、その他のターゲット11A,11Bに関してはバイアス電圧をオフにするとともにシャッタ20を閉状態とする。
【0026】
以上説明したように、本実施の形態では成膜室3内に複数のターゲット11A,11Bを設け、バイアス電源12A,12Bによる印加電圧のオンオフを切り換えることにより、基板S上に成膜する薄膜の種類を任意に選択できるようにした。その結果、同一の成膜室3においてa層およびb層を交互に形成することができ、従来のインラインスパッタ装置における、a層成膜室とb層成膜室との間の移送作業による無駄時間を解消することができる。また、一つの成膜室3しか必要としないので、装置コストの低減、および装置占有面積の低減を図ることができる。なお、成膜に用いられていないターゲットのシャッタ20を閉じることにより、ターゲット面の汚染を低減することができ、汚染物の少ない薄膜を成膜することができるとともに、プレスパッタ時間の短縮を図ることができる。
【0027】
なお、上述した実施の形態では、ターゲット11A,11B,11C,11Dの配置を、軸Jに関して円錐状に配置したが、円筒状に配置しても良い。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のECRスパッタ装置によれば、ターゲットに印加するバイアス電圧のオンオフを制御装置で制御することにより、複数種類の薄膜から任意のものを選んで基板上に成膜することができる。また、それらの薄膜を順に積層成膜することにより、多層膜をより短時間に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるECRスパッタ装置の一実施の形態を示す図である。
【図2】ターゲット11a,11Bの配置を示す図である。
【図3】ターゲット部分を詳細に示す図である。
【図4】薄膜層a,bを交互に積層する場合の成膜手順の一例を示す図である。
【図5】変形例におけるターゲットの配置を示す図である。
【符号の説明】
1 ECRスパッタ装置
2 プラズマ生成室
3 成膜室
4 プラズマ引き出し開口
5 空芯コイル
6 マイクロ波源
8 マイクロ波導入窓
11A,11B,11C,11D ターゲット
12A,12B DCバイアス電源
14 基板ステージ
15 制御装置
20,23 シャッタ
S 基板
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering apparatus used for forming a multilayer film in manufacturing a hard disk head, an optical filter used for optical communication, a sense layer of an MRAM, a dielectric multilayer filter, and the like, and an apparatus therefor. The present invention relates to a method for forming a multilayer film using the method.
[0002]
[Prior art]
In an ECR sputtering apparatus, a magnetic field is formed in a plasma generation chamber in an argon atmosphere, and a microwave is introduced from a microwave introduction window, thereby generating plasma using electron cyclotron resonance (ECR). Then, argon ions in the generated plasma are made incident on a target to emit sputtered particles, and the sputtered particles are deposited on a substrate to form a thin film made of a target material (for example, see Patent Document 1). ).
[0003]
In a conventional ECR sputtering apparatus, one kind of thin film layer is formed in a film forming chamber using one kind of target electrode. Therefore, when forming a multilayer film composed of a plurality of thin film layers, for example, a plurality of film forming chambers each having a target corresponding to the type of the film are provided, such as an in-line sputtering apparatus, and a substrate is formed every time one layer is formed. Had to be transferred between the film forming chambers. (For example, see Patent Document 2). Further, a multi-chamber configuration in which a plurality of film formation chambers are connected to the transfer chamber and the substrate is transferred between the film formation chambers via the transfer chamber every time one layer is formed is also conceivable.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-219445 [Patent Document 2]
JP-A-6-158305
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional apparatus as described above, a substrate transport operation is required every time each layer of the multilayer film is formed. Therefore, in a dielectric multilayer filter or the like that requires a multilayer film including 100 to 200 layers or more, In addition, there is a problem that a wasteful transfer time that does not contribute to film formation becomes enormous. Further, since a film forming chamber must be provided in accordance with the number of film types, there is a disadvantage that the cost of the sputtering apparatus increases and the area occupied by the apparatus becomes enormous.
[0006]
An object of the present invention is to provide an ECR sputtering apparatus capable of forming a plurality of types of thin films and a multilayer film forming method using the apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
(1) An ECR sputtering apparatus according to the first aspect of the present invention generates plasma by electron cyclotron resonance, and sputters a target with ions in the generated plasma to form a plurality of types of thin films on a substrate. A plurality of targets provided in accordance with a plurality of types of thin films, a bias power supply for individually applying a bias voltage to the plurality of targets, and a target provided for the thin film when forming the thin film. And a controller that controls a bias power supply so that a bias voltage is applied to the target, and controls the bias voltage applied to the target by the controller to form a thin film arbitrarily selected from a plurality of types of thin films. Thereby, the above object is achieved.
(2) According to a second aspect of the present invention, in the ECR sputtering apparatus according to the first aspect, a shielding means for covering a sputtering surface of a target to which no bias voltage is applied and for preventing incidence of sputter particles is provided. .
(3) The invention of claim 3 is a multilayer film forming method for forming a multilayer film on a substrate using the ECR sputtering apparatus according to claim 1 or 2, wherein a via voltage is sequentially applied to a plurality of targets. Then, the above object is achieved by sequentially forming the layers constituting the multilayer film.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing an embodiment of an ECR sputtering apparatus according to the present invention. The ECR sputtering apparatus 1 includes a plasma generation chamber 2 for generating plasma, and a film formation chamber 3 in which a substrate S on which a film is to be formed is stored. A control device 15 controls the entire apparatus. The plasma generation chamber 2 and the film formation chamber 3 communicate with each other through a plasma extraction opening 4, and are evacuated by a vacuum pump 10. An air-core coil 5 for generating a magnetic field is provided around the plasma generation chamber 2. The coil 5 forms a magnetic field (87.5 mT) satisfying the ECR condition in the plasma generation chamber 2 and also forms a divergent magnetic field for guiding the plasma to the film formation chamber 3 through the opening 4.
[0009]
Reference numeral 6 denotes a microwave source which generates a microwave of 2.45 GHz. The microwave generated by the microwave source 6 is guided to the plasma generation chamber 2 by the waveguide 7, and is introduced into the plasma generation chamber 2 through the quartz glass microwave introduction window 8 provided in the plasma generation chamber 2. The plasma generation chamber 2 is configured to function as a cavity resonator for microwaves of 2.45 GHz. Reference numeral 9 denotes a gas supply device that supplies an argon gas for plasma generation to the plasma generation chamber 2.
[0010]
When a magnetic field of 87.5 mT is generated in the plasma generation chamber 2 in an argon atmosphere and microwaves of 2.45 GHz are introduced from the microwave introduction window 8, argon gas is ionized by ECR and high-density plasma is generated. . The plasma in the plasma generation chamber 2 is drawn from the opening 4 to the film formation chamber 3 along the lines of magnetic force 13 of the divergent magnetic field formed by the coil 5. At this time, the distribution of the plasma drawn into the film forming chamber 3 is substantially rotationally symmetric with respect to the center axis J of the opening 4.
[0011]
The ECR sputtering apparatus 1 shown in FIG. 1 shows a configuration in which two types of layers a and b are alternately formed on a substrate S to form a multilayer film. When the a layer is formed, the film is formed using the target 11A, and when the b layer is formed, the film is formed using the target 11B. Reference numerals 12A and 12B denote DC bias power supplies, which operate the DC bias power supplies 12A and 12B in a voltage control mode to apply a bias potential to each of the targets 11A and 11B independently. On / off of the applied voltage to the targets 11A and 11B is performed by controlling the on / off of the switches SWa and SWb by the control device 15.
[0012]
The DC bias power supplies 12A and 12B are variable power supplies, and can independently set the voltage according to the target members used for the targets 11A and 11B. As the DC bias power supplies 12A and 12B, those which generate a pulsed DC voltage for the purpose of reducing the occurrence of arcing are desirable, but those which continuously supply a constant DC voltage may be used. Note that the DC power supply may be controlled in the voltage control mode or in the current control mode.
[0013]
The substrate S is held by the substrate stage 14. A shutter 23 is provided in front of the substrate S. The shutter 23 is opened as shown by a two-dot chain line during film formation, and the shutter 23 is closed during non-film formation to prevent contamination of the film formation surface. . The opening and closing control of the shutter 23 is performed by the control device 15. At the time of film formation, the substrate stage 14 rotates the substrate S about the center axis J of the opening 4 as a center of rotation, or rotates the substrate S while revolving around the axis J. By such an operation of the substrate stage 14, the sputtered particles 22 emitted from each of the targets 11A and 11B are uniformly deposited on the substrate S. The rotation speed of the substrate S is set at about 20 (rpm) to about 1000 (rpm).
[0014]
FIG. 2 is a view showing the arrangement of the targets 11A and 11B, and is a view when the targets 11A and 11B are viewed from the substrate stage 14 side. Two rectangular targets 11A and 11B are provided respectively, and are alternately arranged at rotationally symmetric positions about the axis J. These targets 11A and 11B are arranged so that the target surface is substantially along a virtual conical surface centered on the axis J as shown in FIG.
[0015]
Basically, the number of the targets 11A and 11B only needs to be one. However, by increasing the number of the targets 11A and 11B such as two, three, four,. The efficiency of the film can be further improved. That is, by surrounding the axis J without gaps by the targets 11A and 11B, it is possible to effectively use the plasma extracted along the magnetic lines 13 of FIG. Note that the angle between the axis J and the target surface in FIG. 1 is suitably about 30 (deg) to 80 (deg).
[0016]
FIG. 3 is a diagram showing the target portion in detail. The targets 11A and 11B have exactly the same configuration except for the target members 111A and 111B. For the target members 111A and 111B, a material corresponding to the layers a and b to be formed is used, and a bias voltage applied to each is set to an optimum voltage according to the target members 111A and 111B. Each of the targets 11A and 11B is provided with a shutter 20 that can be opened and closed. When the shutter 20 is closed, the target surfaces of the target members 111A and 111B are covered, and when the shutter 20 is opened, the target surfaces are exposed to plasma. The opening and closing control of the shutter 20 is performed by the control device 15 of FIG.
[0017]
The target members 111A and 111B are bonded to a metal backing plate 112, and a bias voltage from bias power supplies 12A and 12B is applied to each backing plate 112. A cooling jacket 113 is provided on the back side of the backing plate 112, and the target members 111A and 111B are cooled by cooling water flowing in the cooling jacket 113. Grounded shields 114 are provided on the side and back sides of the target members 111A and 111B, the backing plate 112, and the cooling jacket 113.
[0018]
FIG. 3 shows the shutter open / close state and the bias voltage on / off state when the target 11A forms the a layer. The plasma extracted into the film forming chamber 3 contains argon ions 21. The argon ions 21 are accelerated by a negative bias voltage applied to the targets 11A and impact the surface of the target member 111A. . Due to this impact, the atoms and the lump of atoms are elastically scattered from the target member 111A and are deposited on the substrate S. As a result, a thin film forming the a layer is formed on the substrate S.
[0019]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a film forming procedure when the thin film layers a and b are alternately stacked on the substrate S. In this case, first, the film formation processing of the a layer (S101, S102) is performed, and then the film formation processing of the b layer (S103, S104) is performed. Then, when the film formation of the b layer is completed, a thin film layer is formed again in the order of the a layer and the b layer. By repeating such film formation N times, a multilayer film in which a layers and b layers are alternately formed N layers each is formed on the substrate S. Hereinafter, the film forming operation will be described with reference to FIGS.
[0020]
In step S100, the substrate S is loaded into the film forming chamber 3 and mounted on the substrate stage 14. At this point, the bias voltages to the targets 11A and 11B are turned off, and the shutters 20 and 23 are both closed. Next, in step S101, pre-sputtering of the target 11A is performed to remove contaminants adhering to the target surface of the target 11A. That is, the shutter 20 of only the target 11A is opened, the bias voltage of the target 11A is turned on, and the target surface is sputtered with argon ions 21. This sputtering removes contaminants adhering to the target surface.
[0021]
When the pre-sputtering in step S101 is completed, the process proceeds to step S102, in which the shutter 23 of the substrate S is opened, and the layer a is formed using the target 11A. During the formation of the a-layer, the shutter 20 of the target 11B is closed, and the bias voltage is also turned off. By closing the shutter 20, contamination of the target surface of the target 11B by the sputtered particles 22 from the target material 111A is reduced. After a lapse of a predetermined time required for forming the a-layer, the shutter 23 is closed and the bias voltage of the target 11A is turned off. In step S103, the shutter 20 of the target 11B is opened, the bias voltage of the target 11B is turned on, and the target 11B is pre-sputtered.
[0022]
Thereafter, in step S103, the shutter 23 is opened, and the b layer is formed using the target 11B. After a lapse of a predetermined time required for forming the b-layer, the shutter 23 is closed and the bias voltage of the target 11B is turned off. In step S105, it is determined whether an N layer has been formed for each of the a layer and the b layer. If it is determined in step S105 that the N-layer film formation has not been completed, the process proceeds to step S101. If it is determined that the N-layer film formation has been completed, the process proceeds to step S106, and the substrate S is carried out of the film formation chamber 3. .
[0023]
(Concrete example)
As an example of a dielectric multilayer filter used for an optical filter, there is a filter in which Ta 2 O 5 (a layer) and SiO 2 (b layer) are alternately laminated. In this case, Ta is the target material 111A is, the target material 111B Si are used respectively, each oxide film by a reactive sputtering where a reactive gas O 2 is introduced into the film forming chamber 3 (Ta 2 O 5, SiO 2 ). In the case of ECR sputtering, active plasma is also formed in the vicinity of the substrate, so that the film forming reaction is promoted and the film forming efficiency is improved.
[0024]
[Modification]
When forming a multilayer film of an alloy thin film. For example, consider a multilayer film composed of an a layer and a b layer, wherein the a layer is an alloy thin film of the substance m1 and the substance m2, and the b layer is an alloy thin film of the substance m3 and the substance m4. FIG. 5 is a view of the target arrangement in this case as viewed from the substrate side. The target 11A uses a substance m1 as a target material, the target 11B uses a substance m2 as a target material, the target 11C uses a substance m3 as a target material, and the target 11D uses a substance m4 as a target material.
[0025]
When the a layer is formed, a bias voltage is applied only to the targets 11A and 11B, and the bias voltage is turned off and the shutter 20 is closed for the targets 11C and 11D that are not used. On the other hand, when the layer b is formed, a bias voltage is applied only to the targets 11C and 11D, and the bias voltage is turned off for the other targets 11A and 11B and the shutter 20 is closed.
[0026]
As described above, in the present embodiment, a plurality of targets 11A and 11B are provided in the film forming chamber 3, and the on / off of the applied voltage by the bias power supplies 12A and 12B is switched, so that the thin film to be formed on the substrate S is formed. Type can be selected arbitrarily. As a result, the a layer and the b layer can be alternately formed in the same film forming chamber 3, and waste caused by the transfer operation between the a layer film forming chamber and the b layer film forming chamber in the conventional in-line sputtering apparatus. Time can be eliminated. Further, since only one film forming chamber 3 is required, it is possible to reduce the cost of the apparatus and the area occupied by the apparatus. By closing the shutter 20 of the target not used for film formation, contamination of the target surface can be reduced, a thin film with less contaminants can be formed, and the pre-sputtering time can be reduced. be able to.
[0027]
In the above-described embodiment, the targets 11A, 11B, 11C, and 11D are arranged in a conical shape with respect to the axis J, but may be arranged in a cylindrical shape. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment at all, as long as the features of the present invention are not impaired.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the ECR sputtering apparatus of the present invention, an arbitrary one of a plurality of types of thin films is selected and formed on a substrate by controlling the on / off of a bias voltage applied to a target by a control device. be able to. Further, by laminating these thin films in order, a multilayer film can be formed in a shorter time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an ECR sputtering apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an arrangement of targets 11a and 11B.
FIG. 3 is a diagram showing a target portion in detail.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a film forming procedure when thin film layers a and b are alternately stacked.
FIG. 5 is a diagram showing an arrangement of targets in a modified example.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 ECR sputtering apparatus 2 Plasma generation chamber 3 Film formation chamber 4 Plasma extraction opening 5 Air-core coil 6 Microwave source 8 Microwave introduction windows 11A, 11B, 11C, 11D Targets 12A, 12B DC bias power supply 14 Substrate stage 15 Control device 20, 23 Shutter S Substrate

Claims (3)

電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成し、生成されたプラズマ中のイオンでターゲットをスパッタリングして基板上に複数種類の薄膜を成膜するECRスパッタ装置であって、
前記複数種類の薄膜に応じて設けられた複数のターゲットと、
前記複数のターゲットに個別にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、
前記薄膜を成膜する際に、当該薄膜に対して設けられたターゲットのみにバイアス電圧が印加されるように前記バイアス電源を制御する制御装置とを備え、前記制御装置により前記ターゲットに印加されるバイアス電圧を制御して、前記複数種類の薄膜から任意に選択された薄膜を成膜することを特徴とするECRスパッタ装置。
An ECR sputtering apparatus that generates plasma by electron cyclotron resonance and sputters a target with ions in the generated plasma to form a plurality of types of thin films on a substrate,
A plurality of targets provided according to the plurality of types of thin films,
A bias power supply for individually applying a bias voltage to the plurality of targets;
And a control device for controlling the bias power so that a bias voltage is applied only to a target provided for the thin film when the thin film is formed, and the control device applies the bias voltage to the target. An ECR sputtering apparatus wherein a bias voltage is controlled to form a thin film arbitrarily selected from the plurality of types of thin films.
請求項1に記載のECRスパッタ装置において、
前記バイアス電圧が印加されていないターゲットのスパッタ面を覆ってスパッタ粒子の入射を阻止する遮蔽手段を設けたことを特徴とするECRスパッタ装置。
The ECR sputtering apparatus according to claim 1,
An ECR sputtering apparatus comprising: a shielding means for covering a sputtering surface of a target to which the bias voltage is not applied and for preventing incidence of sputter particles.
請求項1または2に記載のECRスパッタ装置を用いて基板上に多層膜を成膜する多層膜形成方法であって、
前記複数のターゲットに順にバイア電圧を印加して、前記多層膜を構成する各層を順に成膜することを特徴とする多層膜形成方法。
A multilayer film forming method for forming a multilayer film on a substrate by using the ECR sputtering apparatus according to claim 1 or 2,
A method of forming a multilayer film, wherein a via voltage is sequentially applied to the plurality of targets to form respective layers constituting the multilayer film in order.
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