JP4757841B2

JP4757841B2 - Thin film forming equipment

Info

Publication number: JP4757841B2
Application number: JP2007152424A
Authority: JP
Inventors: 泰土澤; 聖一板橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2027-06-08
Also published as: JP2008019506A

Description

本発明は、希土類元素を取り込みつつ薄膜であるＳｉＯ_Ｘ膜又はＳｉＯＮ膜を基板上に形成する薄膜形成装置に関するものである。 The present invention relates to a thin film forming apparatus that forms a thin SiO _X film or SiON film on a substrate while incorporating rare earth elements.

近年、光通信ネットワークでは、波長分割多重（ＷＤＭ）方式により大容量伝送が可能となっている。ＷＤＭ方式では、入力される光信号を光のまま増幅できる光増幅器が重要な役割を担っている。光増幅器は異なる波長の光を一括して増幅でき、かつ、ビットレートなどの信号方式に無関係に増幅できる。そのため、従来の光電変換して中継する方式に比べて光増幅器を用いて中継する方式では、中継器を簡単な構成とすることができる。 In recent years, in optical communication networks, large-capacity transmission is possible by a wavelength division multiplexing (WDM) method. In the WDM system, an optical amplifier that can amplify an input optical signal as light plays an important role. The optical amplifier can amplify light of different wavelengths in a lump and can amplify regardless of the signal system such as the bit rate. Therefore, the repeater can be configured in a simpler manner in the relay method using the optical amplifier than in the conventional photoelectric relay method.

現在、Ｃバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）の光増幅器として最も利用されているのが、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）を内蔵したエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）である。ＥＤＦは石英系光ファイバのコア中心部にエルビウム（Ｅｒ）を添加したファイバである。半導体レーザーからの光をＥＤＦに結合するとＥＤＦ中のＥｒ原子が励起する。Ｅｒ原子を励起させたＥＤＦ中に信号光を入射することで誘導放出が生じ、簡易に信号光を増幅できる。そのため、ＥＤＦＡは単純な構造で光増幅ができる光増幅器である。しかし、コアとクラッドとの比屈折率差が０．３％程度の石英系光ファイバを用いているため、ＥＤＦＡで４０ｄＢ以上の利得を得るためにはＥＤＦの長さが数１０〜数１００ｍ必要であり、光増幅器の小型化を阻害している。 Currently, an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA) incorporating an erbium-doped optical fiber (EDF) is most utilized as a C-band (1530 to 1565 nm) optical amplifier. An EDF is a fiber in which erbium (Er) is added to the core center of a silica-based optical fiber. When light from the semiconductor laser is coupled to the EDF, Er atoms in the EDF are excited. Stimulated emission occurs when signal light enters the EDF excited with Er atoms, and the signal light can be easily amplified. Therefore, the EDFA is an optical amplifier that can amplify light with a simple structure. However, since a silica-based optical fiber having a relative refractive index difference between the core and the clad of about 0.3% is used, the EDF length of several tens to several hundreds m is required to obtain a gain of 40 dB or more with the EDFA. This hinders miniaturization of the optical amplifier.

コアとクラッドとの比屈折率差を大きくすれば、光をより小さな領域に閉じ込めてより高いパワー密度の光で励起することが可能になるため、導波路長を短くでき、光増幅器の小型化が可能となる。例えば、コアとクラッドとの比屈折率差の大きな導波路として、シリコン量が過剰な酸化シリコン膜ＳｉＯ_Ｘもしくは酸窒化シリコン膜ＳｉＯＮをコアに、酸化シリコンＳｉＯ_２をクラッドに用いた導波路が知られている。 Increasing the relative refractive index difference between the core and the clad makes it possible to confine the light in a smaller area and pump it with higher power density light, thus shortening the waveguide length and reducing the size of the optical amplifier Is possible. For example, a waveguide using a silicon oxide film SiO _X or silicon oxynitride film SiON with an excessive amount of silicon as the core and silicon oxide SiO ₂ as the cladding is known as a waveguide having a large relative refractive index difference between the core and the cladding. It has been.

導波路型の光増幅器を実現するためには希土類元素が添加されたＳｉＯ_Ｘ膜やＳｉＯＮ膜を基板上に安定に形成する技術を必要とする。我々は先に希土類元素を添加したＳｉＯＮ膜を形成する装置として電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタリング法を応用した装置を特許文献１に提案している。 In order to realize a waveguide type optical amplifier, a technique for stably forming a SiO _X film or a SiON film doped with rare earth elements on a substrate is required. As a device for forming a SiON film to which a rare earth element is added, we have previously proposed a device using an electron cyclotron resonance (ECR) sputtering method in Patent Document 1.

図１０に特許文献１に記載した従来装置の概略図を示す。従来装置は次のようにして基板上に薄膜を形成する。まず、希土類元素を含むターゲット１１１が固定された成膜室１０２の内部に膜形成対象の基板１０５を固定する。プラズマ生成室１０１において、導入されたアルゴンガス、酸素ガス及び窒素ガスの供給ガスを基に電子サイクロトロン共鳴法でプラズマを生成し、前記プラズマを発散磁場によりプラズマ引出口１１５より引き出す。 FIG. 10 shows a schematic diagram of a conventional apparatus described in Patent Document 1. The conventional apparatus forms a thin film on a substrate as follows. First, a film formation target substrate 105 is fixed inside a film formation chamber 102 in which a target 111 containing a rare earth element is fixed. In the plasma generation chamber 101, plasma is generated by an electron cyclotron resonance method based on the introduced argon gas, oxygen gas, and nitrogen gas, and the plasma is drawn out from the plasma extraction port 115 by a divergent magnetic field.

基板１０５表面にはシリコンソースガスが供給されており、引き出されたプラズマの照射によって基板１０５表面にＳｉＯ_Ｘ膜またはＳｉＯＮ膜を堆積する。同時に、ターゲット１１１に電力を印加してプラズマ生成室１０１内で発生させたプラズマ中のイオンをターゲット１１１に衝突させてスパッタリング現象を起こさせ、ターゲット１１１から希土類元素を基板１０５方向に飛び出させて基板１０５に到達させる。以上の説明のように従来装置は基板表面に希土類元素が添加されたＳｉＯ_Ｘ膜またはＳｉＯＮ膜を形成することができる。 A silicon source gas is supplied to the surface of the substrate 105, and a SiO _x film or a SiON film is deposited on the surface of the substrate 105 by irradiation of the extracted plasma. At the same time, by applying power to the target 111 and causing ions in the plasma generated in the plasma generation chamber 101 to collide with the target 111 to cause a sputtering phenomenon, rare earth elements are ejected from the target 111 toward the substrate 105 to form a substrate. 105 is reached. As described above, the conventional apparatus can form a SiO _X film or a SiON film to which a rare earth element is added on the substrate surface.

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特開２００５−３０７２２２号公報 The applicant has not yet found prior art documents related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
JP 2005-307222 A

基板上に形成されるＳｉＯ_Ｘ膜またはＳｉＯＮ膜の屈折率はプラズマの基となる供給ガスの供給量や比率などのガス条件を変化させることで調節することができる。また、光増幅に影響を及ぼす希土類元素の添加量はターゲットに印加する電力で調節することができる。 The refractive index of the SiO _X film or SiON film formed on the substrate can be adjusted by changing the gas conditions such as the supply amount and ratio of the supply gas that is the basis of the plasma. Moreover, the addition amount of the rare earth element that affects optical amplification can be adjusted by the power applied to the target.

しかし、従来装置はプラズマ生成室で発生させたプラズマをＳｉＯ_Ｘ膜またはＳｉＯＮ膜の形成と希土類元素のスパッタリングとの両方に利用しているため、屈折率などの薄膜の特性と薄膜中の希土類元素の量とを独立して制御できなかった。具体的には、屈折率を変化させようとしてガス条件を変えるとプラズマが変化するためスパッタリングが影響を受け薄膜中の希土類元素の量が変化する。逆に薄膜中の希土類元素の量を変えようとしてターゲットに印加する電力を変化させるとプラズマに影響して薄膜の屈折率が変化する。従って、従来装置には、薄膜の屈折率と薄膜中の希土類元素の量を同時に制御して所望の値にすることが困難であるという課題があった。 However, since the conventional apparatus uses the plasma generated in the plasma generation chamber for both the formation of the SiO _X film or the SiON film and the sputtering of the rare earth element, the characteristics of the thin film such as the refractive index and the rare earth element in the thin film Could not be controlled independently. Specifically, if the gas condition is changed in order to change the refractive index, the plasma changes, so that sputtering is affected and the amount of rare earth elements in the thin film changes. Conversely, if the power applied to the target is changed in order to change the amount of rare earth elements in the thin film, the refractive index of the thin film changes due to the influence of plasma. Therefore, the conventional apparatus has a problem that it is difficult to simultaneously control the refractive index of the thin film and the amount of rare earth element in the thin film to obtain a desired value.

本発明は、上記の課題を解消するためになされたものであり、薄膜の屈折率と薄膜に添加される希土類元素の量とを独立して制御して薄膜を形成できる薄膜形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a thin film forming apparatus capable of forming a thin film by independently controlling the refractive index of the thin film and the amount of rare earth element added to the thin film. For the purpose.

前記目的を達成するために、本発明に係る薄膜形成装置は、薄膜を形成するプラズマと別のプラズマにより希土類元素のスパッタリングを行うこととした。 In order to achieve the above object, the thin film forming apparatus according to the present invention performs sputtering of rare earth elements using plasma different from plasma for forming a thin film.

具体的には、本発明は、基板が固定される基板台を内蔵する成膜室と、前記成膜室の前記基板台に固定される基板表面を見込める位置にプラズマ引出口を介して前記成膜室に接続され、第一ガス供給手段で酸素、窒素又は希ガスの少なくとも一つの供給ガスが供給されるプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室に供給された前記供給ガスに基づくプラズマを前記プラズマ生成室内で発生させる第一プラズマ発生手段と、前記第一プラズマ発生手段で発生させたプラズマを前記プラズマ生成室の前記プラズマ引出口から引き出し、前記成膜室の前記基板台に固定される基板へ向けて供給するプラズマ引き出し手段と、前記プラズマ生成室が接続する位置と異なる位置且つ前記成膜室の前記基板台に固定される基板表面を見込める位置において前記成膜室に接続され、希土類元素を含むターゲットを内蔵するスパッタリング室と、前記スパッタリング室内の前記ターゲット近傍にプラズマを発生させる第二プラズマ発生手段と、前記第二プラズマ発生手段で発生させたプラズマ中のイオンを前記ターゲットへ衝突させるスパッタリング現象で生じた希土類元素の粒子を、前記ターゲットから前記成膜室の前記基板台に固定される基板へ向けて供給するスパッタリング手段と、前記成膜室、前記プラズマ生成室及び前記スパッタリング室を排気する排気手段と、前記成膜室の前記基板台と前記プラズマ生成室の前記プラズマ引出口との間で前記基板台に固定された基板にシリコンソースガスを供給するシリコンソースガス供給手段と、を備える薄膜形成装置である。 Specifically, the present invention provides a film formation chamber containing a substrate table on which a substrate is fixed, and a position where the substrate surface fixed to the substrate table in the film formation chamber can be expected via the plasma outlet. A plasma generation chamber connected to the membrane chamber and supplied with at least one supply gas of oxygen, nitrogen or a rare gas by a first gas supply means; and plasma based on the supply gas supplied to the plasma generation chamber First plasma generating means to be generated in the generating chamber, and plasma generated by the first plasma generating means are drawn out from the plasma outlet of the plasma generating chamber to a substrate fixed to the substrate stage in the film forming chamber The plasma extraction means to be supplied to the front and the position where the plasma generation chamber is different from the position where the plasma generation chamber is connected and the position where the substrate surface fixed to the substrate stage in the film formation chamber can be expected. A sputtering chamber connected to the film forming chamber and containing a target containing a rare earth element, second plasma generating means for generating plasma in the vicinity of the target in the sputtering chamber, and plasma generated by the second plasma generating means Sputtering means for supplying rare earth element particles generated by a sputtering phenomenon that causes ions of the target to collide with the target toward the substrate fixed to the substrate stage of the film formation chamber from the target, the film formation chamber, A silicon source gas is supplied to the substrate fixed to the substrate table between the plasma generation chamber and the sputtering unit for exhausting the sputtering chamber, and the substrate table in the film formation chamber and the plasma outlet in the plasma generation chamber. And a silicon source gas supply means.

本発明に係る薄膜形成装置は、前記プラズマ生成室と前記スパッタリング室とが互いに異なる位置且つ前記基板台上に固定された基板表面を見込める位置で前記成膜室に接続されている。さらに、本発明に係る薄膜形成装置は、薄膜の形成に使用されるプラズマとは別に薄膜に添加される希土類元素のスパッタリングのためのプラズマを発生させている。そのため、両プラズマ間に干渉が無く、薄膜の屈折率に影響のあるプラズマのガス条件とスパッタリングのための電力とを独立して制御でき、薄膜を形成させつつ希土類元素のスパッタリングをすることができる。 In the thin film forming apparatus according to the present invention, the plasma generation chamber and the sputtering chamber are connected to the film formation chamber at positions different from each other and at a position where a substrate surface fixed on the substrate stage can be expected. Further, the thin film forming apparatus according to the present invention generates plasma for sputtering rare earth elements added to the thin film separately from the plasma used for forming the thin film. Therefore, there is no interference between the two plasmas, the plasma gas conditions that affect the refractive index of the thin film and the power for sputtering can be controlled independently, and the rare earth element can be sputtered while forming the thin film. .

従って、本発明は、薄膜の屈折率と薄膜に添加される希土類元素の量とを独立して制御して薄膜を形成できる薄膜形成装置を提供することができる。 Therefore, the present invention can provide a thin film forming apparatus capable of forming a thin film by independently controlling the refractive index of the thin film and the amount of rare earth element added to the thin film.

また、本発明に係る薄膜形成装置は、前記第一プラズマ発生手段は前記プラズマ生成室に印加される電子サイクロトロン共鳴に合致する強度の磁界による電子サイクロトロン共鳴放電でプラズマを発生し、前記プラズマ引き出し手段は前記プラズマ生成室から前記成膜室の前記基板台へ向けて強度が弱くなる磁界分布の発散磁界を利用してプラズマを引き出し、前記電子サイクロトロン共鳴に合致する強度の磁界及び前記発散磁界を発生させる磁気発生手段をさらに備える。 Further, in the thin film forming apparatus according to the present invention, the first plasma generating means generates plasma by electron cyclotron resonance discharge by a magnetic field having an intensity matching the electron cyclotron resonance applied to the plasma generating chamber, and the plasma extracting means Extracts plasma using a divergent magnetic field with a magnetic field distribution that decreases in intensity from the plasma generation chamber toward the substrate stage in the film forming chamber, and generates a magnetic field having the intensity matching the electron cyclotron resonance and the diverging magnetic field. It further includes magnetic generation means for causing the magnetic field to be generated.

本発明に係る薄膜形成装置は、前記磁気発生手段を備えるため、前記プラズマ生成室を低圧にして電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用してプラズマを発生できる。さらに、前記磁気コイルが発生する前記発散磁界を利用して、発生させたプラズマを効率よく成膜室の基板台に固定された基板表面へ供給することができる。また、成膜室の真空度を高めることで、スパッタリング室からのスパッタリングされた希土類元素の粒子は、成膜室内で他の粒子と衝突することなく基板に到着できる。 Since the thin film forming apparatus according to the present invention includes the magnetism generating means, the plasma generating chamber can be generated at a low pressure using electron cyclotron resonance (ECR). Furthermore, using the divergent magnetic field generated by the magnetic coil, the generated plasma can be efficiently supplied to the substrate surface fixed to the substrate stage in the film forming chamber. Further, by increasing the degree of vacuum in the deposition chamber, the rare earth element particles sputtered from the sputtering chamber can reach the substrate without colliding with other particles in the deposition chamber.

従って、本発明は、薄膜の屈折率と薄膜に添加される希土類元素の量とを独立して制御でき、且つ成膜室の真空度を高めた状態で希土類元素の粒子を効率よく薄膜に添加することができる薄膜形成装置を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, the refractive index of the thin film and the amount of rare earth element added to the thin film can be controlled independently, and the rare earth element particles are efficiently added to the thin film in a state where the degree of vacuum in the film forming chamber is increased. It is possible to provide a thin film forming apparatus capable of performing the above.

本発明に係る薄膜形成装置は、前記スパッタリング室又は前記成膜室の前記基板台と前記プラズマ生成室との間に、前記磁気発生手段が発生させる磁気が前記プラズマ生成室から前記成膜室へ漏れ出すことを抑制する磁場シールド機構をさらに備えることを特徴とする。前記磁場シールド機構を備えることで、前記磁気発生手段からの磁場のうち、プラズマを引き出す発散磁界以外の磁場の漏れ出しを抑制でき、形成される薄膜の膜厚と屈折率の面内均一性を向上させることができる。 In the thin film forming apparatus according to the present invention, the magnetism generated by the magnetism generating unit is transferred from the plasma generation chamber to the film formation chamber between the substrate stage of the sputtering chamber or the film formation chamber and the plasma generation chamber. A magnetic field shield mechanism that suppresses leakage is further provided. By providing the magnetic field shielding mechanism, leakage of magnetic fields other than the divergent magnetic field that draws plasma out of the magnetic field from the magnetic generating means can be suppressed, and the in-plane uniformity of the film thickness and refractive index of the formed thin film can be reduced. Can be improved.

本発明に係る薄膜形成装置は、前記プラズマ引き出し手段で引き出されたプラズマが前記成膜室の前記基板台に固定される基板へ向けて供給される方向に対する前記成膜室の前記基板台に固定された基板面の傾斜角度を変える基板傾斜手段又は／及び前記成膜室の前記基板台に固定された基板を回転させる基板回転手段をさらに備える。 The thin film forming apparatus according to the present invention is fixed to the substrate table in the film forming chamber with respect to a direction in which the plasma extracted by the plasma extraction means is supplied toward the substrate fixed to the substrate table in the film forming chamber. The apparatus further includes substrate tilting means for changing the tilt angle of the substrate surface and / or substrate rotating means for rotating the substrate fixed to the substrate stage in the film forming chamber.

本発明は、薄膜の屈折率と薄膜に添加される希土類元素の量とを独立して制御できる装置を提供することができる。さらに、本発明は、基板台を傾けること又は／及び基板台を回転させることで、薄膜の均一性を向上及び薄膜に添加させる希土類元素の量の均一性を向上させる薄膜形成装置を提供することができる。 The present invention can provide an apparatus capable of independently controlling the refractive index of a thin film and the amount of rare earth element added to the thin film. Furthermore, the present invention provides a thin film forming apparatus that improves the uniformity of the thin film and the uniformity of the amount of rare earth element added to the thin film by tilting the substrate base and / or rotating the substrate base. Can do.

本発明に係る薄膜形成装置は、前記成膜室の前記基板台に固定された基板面と前記スパッタリング室の前記ターゲットとの距離を変える距離調整手段をさらに備える。 The thin film forming apparatus according to the present invention further includes distance adjusting means for changing a distance between a substrate surface fixed to the substrate base in the film forming chamber and the target in the sputtering chamber.

ターゲットと基板との距離を変えることでも薄膜に取り込まれる希土類元素の量が変化する。従って、本発明は、薄膜の屈折率と薄膜に添加される希土類元素の量とを独立して制御できる装置を提供することができるとともに、前記ターゲット距離とターゲットに印加する電力とを組み合わせることで薄膜に添加する希土類元素の量の制御範囲を広げることができる。 Changing the distance between the target and the substrate also changes the amount of rare earth elements incorporated into the thin film. Therefore, the present invention can provide a device capable of independently controlling the refractive index of the thin film and the amount of rare earth element added to the thin film, and by combining the target distance and the power applied to the target. The control range of the amount of rare earth element added to the thin film can be expanded.

本発明に係る薄膜形成装置は、前記成膜室の前記基板台に固定された基板を加熱する加熱手段をさらに備える。 The thin film forming apparatus according to the present invention further includes heating means for heating the substrate fixed to the substrate table in the film forming chamber.

ＥＣＲを利用して薄膜であるＳｉＯ_Ｘ膜またはＳｉＯＮ膜を堆積すると、薄膜中にＯ−Ｈ結合が含まれる場合がある。Ｏ−Ｈ結合の伸縮振動の第一倍音が波長１４５０ｎｍ付近にあるため、コアを構成しているＳｉＯ_Ｘ膜またはＳｉＯＮ膜中にＯ−Ｈ結合が存在すると、光通信に用いられる１．５５μｍ帯の光を吸収して減衰させることになる。そのため、従来、成膜後にアニール処理を行い、水素原子を脱離させＯ−Ｈ結合を低減させていた。 When a thin SiO _X film or SiON film is deposited using ECR, an O—H bond may be included in the thin film. Since the first overtone of the stretching vibration of the O—H bond is in the vicinity of the wavelength of 1450 nm, the presence of the O—H bond in the SiO _X film or the SiON film constituting the core causes a 1.55 μm band used for optical communication. The light is absorbed and attenuated. Therefore, conventionally, an annealing process is performed after the film formation to desorb hydrogen atoms and reduce O—H bonds.

本発明は、前記加熱手段を備えており、前記基板台に固定された基板を加熱しながらＳｉＯ_Ｘ膜またはＳｉＯＮ膜を成長させることができる。加熱しながらＳｉＯ_Ｘ膜またはＳｉＯＮ膜を成長させることでＯ−Ｈ結合の含有量を低減できる。 In the present invention, the heating means is provided, and the SiO _X film or the SiON film can be grown while heating the substrate fixed to the substrate table. The O—H bond content can be reduced by growing the SiO _X film or the SiON film while heating.

従って、本発明は、薄膜の屈折率と薄膜に添加される希土類元素の量とを独立して制御できる装置を提供することができるとともに、成膜後のアニール処理の時間を短縮又は省略することができ、製造工程の短縮を図ることができる。 Therefore, the present invention can provide an apparatus capable of independently controlling the refractive index of the thin film and the amount of rare earth element added to the thin film, and shortening or omitting the annealing time after film formation. The manufacturing process can be shortened.

本発明に係る薄膜形成装置の前記スパッタリング室に希ガスを供給する第二ガス供給手段をさらに備えることが好ましい。前記ターゲットの元素を効率よくスパッタリングすることができる。 It is preferable to further include a second gas supply means for supplying a rare gas to the sputtering chamber of the thin film forming apparatus according to the present invention. The target element can be sputtered efficiently.

本発明に係る薄膜形成装置の前記スパッタリング室と前記成膜室との間に、前記スパッタリング室に供給される希ガスの前記成膜室への流出量を調整するガスコンダクタンス制御手段をさらに備えることが好ましい。前記ガスコンダクタンス制御手段により、前記スパッタリング室の圧力を調節して、前記スパッタリング室内の前記ターゲット近傍に高密度のプラズマを発生できるため、前記ターゲットの元素を効率よくスパッタリングすることができる。 A gas conductance control means for adjusting an outflow amount of a rare gas supplied to the sputtering chamber to the film forming chamber is further provided between the sputtering chamber and the film forming chamber of the thin film forming apparatus according to the present invention. Is preferred. Since the gas conductance control means can adjust the pressure in the sputtering chamber to generate high-density plasma in the vicinity of the target in the sputtering chamber, the elements of the target can be efficiently sputtered.

本発明によれば、ＥＣＲプラズマを用いたＣＶＤ法によるＳｉＯ_Ｘ膜またはＳｉＯＮ膜の堆積時に、別のプラズマによるスパッタリングにより希土類元素を供給するようにし、かつ２つのプラズマが干渉しないようにしたので、ＳｉＯ_Ｘ膜またはＳｉＯＮ膜の屈折率と添加する希土類元素の量を独立に制御でき、実用的な希土類元素添加の薄膜が容易に形成できるという優れた効果が得られる。 According to the present invention, when depositing the SiO _X film or the SiON film by the CVD method using ECR plasma, the rare earth element is supplied by sputtering with another plasma, and the two plasmas do not interfere with each other. The refractive index of the SiO _X film or SiON film and the amount of rare earth element to be added can be controlled independently, and an excellent effect that a practical rare earth element-added thin film can be easily formed can be obtained.

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is an example of the configuration of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment.

（第一の実施形態）
本実施形態は、基板が固定される基板台を内蔵する成膜室と、前記成膜室の前記基板台に固定される基板表面を見込める位置にプラズマ引出口を介して前記成膜室に接続され、第一ガス供給手段で酸素、窒素又は希ガスの少なくとも一つの供給ガスが供給されるプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室に供給された前記供給ガスに基づくプラズマを前記プラズマ生成室内で発生させる第一プラズマ発生手段と、前記第一プラズマ発生手段で発生させたプラズマを前記プラズマ生成室の前記プラズマ引出口から引き出し、前記成膜室の前記基板台に固定される基板へ向けて供給するプラズマ引き出し手段と、前記プラズマ生成室が接続する位置と異なる位置且つ前記成膜室の前記基板台に固定される基板表面を見込める位置において前記成膜室に接続され、希土類元素を含むターゲットを内蔵するスパッタリング室と、前記スパッタリング室内の前記ターゲット近傍にプラズマを発生させる第二プラズマ発生手段と、前記第二プラズマ発生手段で発生させたプラズマ中のイオンを前記ターゲットへ衝突させるスパッタリング現象で生じた希土類元素の粒子を、前記ターゲットから前記成膜室の前記基板台に固定される基板へ向けて供給するスパッタリング手段と、前記成膜室、前記プラズマ生成室及び前記スパッタリング室を排気する排気手段と、前記成膜室の前記基板台と前記プラズマ生成室の前記プラズマ引出口との間で前記基板台に固定された基板にシリコンソースガスを供給するシリコンソースガス供給手段と、を備える薄膜形成装置である。 (First embodiment)
In the present embodiment, a film forming chamber containing a substrate table on which a substrate is fixed, and the film forming chamber are connected to the film forming chamber via a plasma outlet at a position where the substrate surface fixed to the substrate table can be expected. A plasma generation chamber to which at least one supply gas of oxygen, nitrogen or a rare gas is supplied by the first gas supply means, and plasma based on the supply gas supplied to the plasma generation chamber is generated in the plasma generation chamber First plasma generating means to be generated, and the plasma generated by the first plasma generating means is drawn out from the plasma outlet of the plasma generating chamber and supplied toward the substrate fixed to the substrate stage of the film forming chamber The film formation chamber at a position different from a position where the plasma extraction means and the plasma generation chamber are connected, and a position where the surface of the substrate fixed to the substrate stage of the film formation chamber can be expected A sputtering chamber connected and containing a target containing a rare earth element; second plasma generating means for generating plasma in the vicinity of the target in the sputtering chamber; and ions in the plasma generated by the second plasma generating means Sputtering means for supplying rare earth element particles generated by a sputtering phenomenon that collides with a target toward the substrate fixed to the substrate stage in the film formation chamber from the target, the film formation chamber, the plasma generation chamber, and A silicon source gas for supplying a silicon source gas to a substrate fixed to the substrate table between the exhaust unit for exhausting the sputtering chamber, and the substrate table in the film forming chamber and the plasma outlet in the plasma generation chamber. And a supply means.

本発明に係る薄膜形成装置１１の構成図を図１に示す。薄膜形成装置１１は、プラズマ生成室１０１、成膜室１０２、スパッタリング室１０３とを備え、排気口１３３を通じ図示しない真空排気装置により内部が真空排気されるプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＣＶＤ）装置である。 FIG. 1 shows a configuration diagram of a thin film forming apparatus 11 according to the present invention. The thin film forming apparatus 11 includes a plasma generation chamber 101, a film formation chamber 102, and a sputtering chamber 103, and is a plasma CVD (PECVD: Plasma Enhanced CVD) apparatus in which the inside is evacuated by an evacuation apparatus (not shown) through an exhaust port 133. is there.

プラズマ生成室１０１は希ガス（アルゴン、クリプトン又はキセノン）、酸素、窒素の少なくとも１つの供給ガスを導入するための第一ガス供給手段１０６が設けられている。プラズマ生成室１０１は供給ガスに基づいてプラズマを発生させる。プラズマを発生させる第一プラズマ発生手段としては、アフターグロー等の公知の手段を利用できる。なお、薄膜形成装置１１は第一プラズマ発生手段としてＥＣＲを利用している。 The plasma generation chamber 101 is provided with a first gas supply means 106 for introducing at least one supply gas of rare gas (argon, krypton or xenon), oxygen, and nitrogen. The plasma generation chamber 101 generates plasma based on the supply gas. As the first plasma generating means for generating plasma, known means such as after glow can be used. The thin film forming apparatus 11 uses ECR as the first plasma generating means.

プラズマ生成室１０１は石英窓１１０を介して導波管１０９と接続し、導波管１０９はマイクロ波発振器１０８と接続している。マイクロ波発振器１０８はマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を発生し、導波管１０９及び石英窓１１０を介してプラズマ生成室１０１にマイクロ波を結合する。 The plasma generation chamber 101 is connected to the waveguide 109 through the quartz window 110, and the waveguide 109 is connected to the microwave oscillator 108. The microwave oscillator 108 generates a microwave (2.45 GHz), and couples the microwave to the plasma generation chamber 101 through the waveguide 109 and the quartz window 110.

プラズマ生成室１０１の周囲には、磁気コイル（磁界発生手段）１１４が備えられている。磁気コイル１１４はプラズマ生成室１０１の内部にＥＣＲ条件を満たす磁界強度８７５Ｇの磁界を形成する。また、磁気コイル１１４はプラズマ引き出し手段としてプラズマ生成室１０１から基板台１０４に向かって磁場が徐々に弱くなる発散磁界を形成する。 A magnetic coil (magnetic field generation means) 114 is provided around the plasma generation chamber 101. The magnetic coil 114 forms a magnetic field with a magnetic field strength of 875 G that satisfies the ECR condition inside the plasma generation chamber 101. Further, the magnetic coil 114 forms a divergent magnetic field that gradually weakens the magnetic field from the plasma generation chamber 101 toward the substrate stage 104 as a plasma extraction means.

成膜室１０２には、ＳｉＯ_Ｘ膜あるいはＳｉＯＮ膜が形成される対象となる基板１０５が固定される基板台１０４が設けられている。薄膜形成装置１１の基板台１０４には、基板台１０４から見たプラズマ引出口１１５の方向と基板１０５表面の法線との成す傾斜角度を変える基板傾斜手段又は／及び基板１０５を回転させる基板回転手段が備えられている。前記基板傾斜手段及び前記基板回転手段は薄膜の膜厚均一性及び薄膜内の希土類元素の添加量の均一性を改善するために使われる。基板１０５として、例えば表面に酸化シリコン膜が形成されているシリコンウエハが例示できる。 The film forming chamber 102 is provided with a substrate table 104 to which a substrate 105 on which a SiO _X film or a SiON film is to be formed is fixed. The substrate stage 104 of the thin film forming apparatus 11 has a substrate tilting means for changing the tilt angle formed by the direction of the plasma outlet 115 viewed from the substrate stage 104 and the normal of the surface of the substrate 105 and / or substrate rotation for rotating the substrate 105. Means are provided. The substrate tilting means and the substrate rotating means are used for improving the film thickness uniformity of the thin film and the uniformity of the rare earth element addition amount in the thin film. An example of the substrate 105 is a silicon wafer having a silicon oxide film formed on the surface.

基板台１０４とプラズマ引出口１１５との間にはシリコンソースガス供給手段１０７が配置されている。図２はシリコンソースガス供給手段１０７の一例である。シリコンソースガス供給手段１０７は、図２に示すように、成膜室１０２の外部に貫通する導入管１７１と、基板台１０４の上に配置されるリング状の配管部１７２と、配管部１７２に設けられた複数のノズル１７３とを備えている。導入管１７１は、図示しないシリコンソースガス供給手段に連通している。 A silicon source gas supply means 107 is disposed between the substrate table 104 and the plasma outlet 115. FIG. 2 shows an example of the silicon source gas supply means 107. As shown in FIG. 2, the silicon source gas supply means 107 includes an introduction pipe 171 that penetrates to the outside of the film formation chamber 102, a ring-shaped piping part 172 disposed on the substrate base 104, and a piping part 172. And a plurality of nozzles 173 provided. The introduction pipe 171 communicates with a silicon source gas supply means (not shown).

また、配管部１７２の下流にはシャッタ１１６とスパッタリング室１０３出口付近にシャッタ１１７が設置されている。 Further, a shutter 117 is installed near the outlet of the shutter 116 and the sputtering chamber 103 downstream of the piping portion 172.

スパッタリング室１０３は基板１０５表面を見込む位置に成膜室１０２に連通して配置され、スパッタリング室１０３の内部にはターゲット１２１が設置される。ターゲット１２１には、第二プラズマ発生手段として高周波電力（ＲＦパワー）を印加する高周波電源１２２が接続される。ターゲット１２１は、例えば、エルビウム、ツリウム、ホルミウム、イッテルビウム、ネオジウム、プラセオジウム、ジスプロシウムのいずれかを含むもの、もしくはそれらの希土類元素の酸化物を含むものである。 The sputtering chamber 103 is disposed so as to communicate with the film formation chamber 102 at a position where the surface of the substrate 105 is viewed, and a target 121 is installed inside the sputtering chamber 103. The target 121 is connected to a high frequency power source 122 that applies high frequency power (RF power) as second plasma generating means. The target 121 includes, for example, one containing any of erbium, thulium, holmium, ytterbium, neodymium, praseodymium, dysprosium, or an oxide of these rare earth elements.

次に、希土類元素が添加されたＳｉＯ_Ｘ膜（０＜ｘ≦２）の形成を例に、図１及び図２を用いて薄膜形成装置１１による薄膜の製造方法について説明する。まず、シャッタ１１６とシャッタ１１７を閉じた状態（プラズマ生成室１０１からのプラズマ及びスパッタリング室１０３からの希土類元素の粒子が基板１０５の方向への供給を遮る状態）で、成膜室１０２及びプラズマ生成室１０１の内部を所定の圧力（真空度）にまで排気（真空排気）した後、第一ガス供給手段１０６より供給ガスとして酸素及びアルゴンを導入する。成膜室１０２の内部の圧力が所定の値になるまで供給ガスを導入する。例えば、成膜室１０２の内部の圧力は０．１Ｐａ程度とすることができる。 Next, a method for manufacturing a thin film by the thin film forming apparatus 11 will be described with reference to FIGS. 1 and 2, taking as an example the formation of a SiO _X film (0 <x ≦ 2) to which a rare earth element is added. First, in the state where the shutter 116 and the shutter 117 are closed (the state where the plasma from the plasma generation chamber 101 and the rare earth element particles from the sputtering chamber 103 block the supply in the direction of the substrate 105), the film formation chamber 102 and the plasma generation After exhausting the inside of the chamber 101 to a predetermined pressure (degree of vacuum) (vacuum exhaust), oxygen and argon are introduced as supply gases from the first gas supply means 106. The supply gas is introduced until the pressure inside the film formation chamber 102 reaches a predetermined value. For example, the pressure inside the film formation chamber 102 can be set to about 0.1 Pa.

次いで、磁気コイル１１４よりプラズマ生成室１０１内に８７５Ｇの磁界を発生させる。同時に、マイクロ波発振器１０８より２．４５ＧＨｚのマイクロ波をプラズマ生成室１０１内に結合し、ＥＣＲによりプラズマを発生させる。 Next, a magnetic field of 875 G is generated in the plasma generation chamber 101 from the magnetic coil 114. At the same time, a microwave of 2.45 GHz is coupled into the plasma generation chamber 101 from the microwave oscillator 108, and plasma is generated by ECR.

ついで、シリコンソースガス供給手段１０７（ノズル１７３）より、シリコンソースガスとしてシランガスを導入し、ガスが安定したところでシャッタ１１６を開く。プラズマ生成室１０１内で生成されたプラズマは、磁気コイル１１４により形成される発散磁場によりプラズマ引出口１１５より引き出され、基板台１０４の方向に流れるプラズマ流１２０を形成する。プラズマ流１２０は、配管部１７２のリング中央部を通過し、基板台１０４に到達する。 Next, silane gas is introduced as silicon source gas from the silicon source gas supply means 107 (nozzle 173), and the shutter 116 is opened when the gas is stabilized. The plasma generated in the plasma generation chamber 101 is extracted from the plasma extraction port 115 by the divergent magnetic field formed by the magnetic coil 114, and forms a plasma flow 120 that flows in the direction of the substrate stage 104. The plasma flow 120 passes through the center of the ring of the piping part 172 and reaches the substrate table 104.

以上のことによりプラズマ生成室１０１内でプラズマが生成されている状態において、基板１０５の表面で、供給されているシリコンソースガス供給手段１０７（ノズル１７３）より導入されたシランガスとプラズマ引出口１１５からのプラズマ中の酸素イオンとが反応し、基板１０５の上にＳｉＯ_Ｘが堆積されるようになる。 As described above, in the state where plasma is generated in the plasma generation chamber 101, the silane gas introduced from the supplied silicon source gas supply means 107 (nozzle 173) and the plasma outlet 115 on the surface of the substrate 105. The oxygen ions in the plasma react with each other, and SiO _X is deposited on the substrate 105.

次に、ＳｉＯ_Ｘ膜に希土類元素を添加する方法について説明する。希土類元素添加する場合は上述のＳｉＯ_Ｘ膜の堆積中に、スパッタリング室１０３のターゲット１２１に高周波電源１２２より１３．５６ＭＨｚのＲＦパワーを印加することで、ターゲット１２１近傍にマグネトロン放電によりプラズマを発生させる。一般的にマグネトロン放電は安定に放電を維持するためには数Ｐａ程度以上の圧力を必要とするものであり、０．１Ｐａ程度の本成膜条件では安定に放電しない。しかし、本装置ではプラズマ生成室１０１から成膜室１０２に供給されたプラズマ引出口１１５からのプラズマ中のイオン、電子がスパッタリング室１０３内に入り、プラズマ発生に寄与するため、スパッタリング室１０３内では低圧力にかかわらずＲＦパワーの印加でプラズマが発生し且つ該プラズマが安定に維持される。さらに、前記プラズマ中のアルゴンイオンを希土類元素ターゲット１２１の表面に引き寄せてスパッタリングを行う。 Next, a method for adding a rare earth element to the SiO _X film will be described. When rare earth elements are added, plasma is generated by magnetron discharge in the vicinity of the target 121 by applying RF power of 13.56 MHz from the high-frequency power source 122 to the target 121 in the sputtering chamber 103 during the above-described SiO _X film deposition. . In general, a magnetron discharge requires a pressure of about several Pa or more in order to maintain a stable discharge, and does not discharge stably under the main film forming conditions of about 0.1 Pa. However, in this apparatus, ions and electrons in the plasma from the plasma outlet 115 supplied from the plasma generation chamber 101 to the film formation chamber 102 enter the sputtering chamber 103 and contribute to plasma generation. Regardless of the low pressure, plasma is generated by application of RF power, and the plasma is maintained stably. Further, sputtering is performed by attracting argon ions in the plasma to the surface of the rare earth element target 121.

スパッタリングによりターゲット１２１の表面より希土類元素の粒子が飛び出す。シャッタ１１７を開くことで図１に示すように、イオン引出口１２５から基板１０５表面に希土類元素の粒子１２３が到達する。図１に示すように、希土類元素の粒子１２３はプラズマ流１２０と異なる方向から基板１０５に到達する。また、マグネトロン放電によるプラズマ中の酸素でターゲット１２１の表面が一部酸化されるため、希土類元素だけでなくその酸化物も希土類元素の粒子１２３とともに基板１０５表面に到達する。 Rare earth element particles jump out of the surface of the target 121 by sputtering. By opening the shutter 117, the rare earth element particles 123 reach the surface of the substrate 105 from the ion extraction outlet 125 as shown in FIG. As shown in FIG. 1, the rare earth element particles 123 reach the substrate 105 from a direction different from the plasma flow 120. In addition, since the surface of the target 121 is partially oxidized by oxygen in plasma generated by magnetron discharge, not only the rare earth element but also its oxide reaches the surface of the substrate 105 together with the rare earth element particles 123.

前述したように、基板１０５の表面では、シランガスと酸素イオンとが反応したＳｉＯ_Ｘが堆積中であり、スパッタリング室１０３からの希土類元素及びこの酸化物が堆積中のＳｉＯ_Ｘの中に取り込まれる。従って、基板１０５の表面に希土類元素が添加されたＳｉＯ_Ｘ膜が形成される。 As described above, SiO _X in which silane gas and oxygen ions react is being deposited on the surface of the substrate 105, and the rare earth element and the oxide from the sputtering chamber 103 are taken into the SiO _X being deposited. Therefore, a SiO _X film to which a rare earth element is added is formed on the surface of the substrate 105.

マグネトロンプラズマによるスパッタリングをＥＣＲプラズマと合わせて使用する薄膜形成装置１１は、０．１Ｐａ程度の低い圧力でマグネトロンプラズマが安定に維持できスパッタリングできるためスパッタリングされた粒子を飛行中に他の粒子と衝突することなく基板に到着させることができる。従って、薄膜形成装置１１は効率的にＳｉＯ_Ｘ膜の中に希土類元素の粒子を添加することができる。 The thin film forming apparatus 11 that uses sputtering by magnetron plasma in combination with ECR plasma can maintain the magnetron plasma stably at a low pressure of about 0.1 Pa and can perform sputtering, so that the sputtered particles collide with other particles during flight. Without arriving on the substrate. Therefore, the thin film forming apparatus 11 can efficiently add rare earth element particles into the SiO _X film.

なお、ターゲット１２１がエルビウムから構成されたものであれば、エルビウムが添加されたＳｉＯ_Ｘ膜が形成される。また、ターゲット１２１が、ツリウムから構成されたものであれば、ツリウムが添加されたＳｉＯ_Ｘ膜が形成され、ホルミウムから構成されたものであれば、ホルミウムが添加されたＳｉＯ_Ｘ膜が形成され、イッテルビウムから構成されたものであれば、イッテルビウムが添加されたＳｉＯ_Ｘ膜が形成され、ネオジウムから構成されたものであれば、ネオジウムが添加されたＳｉＯ_Ｘ膜が形成され、プラセオジウムから構成されたものであれば、プラセオジウムが添加されたＳｉＯ_Ｘ膜が形成され、ジスプロシウムから構成されたものであれば、ジスプロシウムが添加されたＳｉＯ_Ｘ膜が形成される。 If the target 121 is made of erbium, an SiO _X film to which erbium is added is formed. The target 121 is, as long as it is constructed from thulium, thulium is formed SiO _X film which is added, as long as it is composed of holmium, SiO _X film holmium was added is formed, If composed of ytterbium, a SiO _X film added with ytterbium is formed, and if composed of neodymium, a SiO _X film added with neodymium is formed and composed of praseodymium If so, a SiO _X film to which praseodymium is added is formed, and if it is composed of dysprosium, a SiO _X film to which dysprosium is added is formed.

薄膜形成装置１１で得られるＳｉＯ_Ｘ膜の屈折率はシランガス供給の流量に対する酸素ガスの供給流量の比で変化する。シランガス供給の流量とＳｉＯ_Ｘ膜の屈折率との関係を測定するため、薄膜形成装置１１で基板１０５上にエルビウム添加のＳｉＯ_Ｘ膜を形成した。エルビウム添加のＳｉＯ_Ｘ膜の形成条件は次の通りである。エルビウムが含まれるターゲット１２１をスパッタリング室１０３に設置し、ターゲット１２１に印加するＲＦパワーを２００Ｗで一定とした。第一ガス供給手段１０６から酸素１５ｓｃｃｍ及びアルゴン３５ｓｃｃｍを導入し、マイクロ波パワー５００Ｗを入射してプラズマを生成した。パラメータとしてシリコンソースガス供給手段１０７からのシランガスの流量を１２ｓｃｃｍから１４ｓｃｃｍまで変化させている。 The refractive index of the SiO _X film obtained by the thin film forming apparatus 11 varies depending on the ratio of the oxygen gas supply flow rate to the silane gas supply flow rate. To measure the relationship between the flow rate and the refractive index of the SiO _X film of the silane gas supply, thereby forming a SiO _X film erbium doped on the substrate 105 by a thin film forming apparatus 11. The conditions for forming the erbium-added SiO _X film are as follows. A target 121 containing erbium was placed in the sputtering chamber 103, and the RF power applied to the target 121 was constant at 200W. Oxygen 15 sccm and argon 35 sccm were introduced from the first gas supply means 106, and microwave power 500 W was incident to generate plasma. As a parameter, the flow rate of the silane gas from the silicon source gas supply means 107 is changed from 12 sccm to 14 sccm.

以上の条件で形成したエルビウム添加のＳｉＯ_Ｘ膜の屈折率を波長６３２ｎｍの光を用いたエリプソメータで測定した。シランガス供給の流量とエルビウム添加のＳｉＯ_Ｘ膜の屈折率との関係を測定した結果を図５に示す。シランガス供給の流量を制御することで光増幅器における導波路のコアとして要求される屈折率（たとえば１．５０〜１．６０）のＳｉＯ_Ｘ膜を形成できる。なお、シランガス供給の流量を変化させてもＳｉＯ_Ｘ膜に添加される希土類元素（エルビウム）の量はほとんど変化しないことを確認した。 The refractive index of the SiO _X film additives erbium formed under the above conditions was measured by an ellipsometer using a light of a wavelength 632 nm. FIG. 5 shows the result of measuring the relationship between the flow rate of the silane gas supply and the refractive index of the erbium-added SiO _X film. By controlling the flow rate of the silane gas supply, a SiO _X film having a refractive index (for example, 1.50 to 1.60) required as a waveguide core in an optical amplifier can be formed. It was confirmed that the amount of rare earth element (erbium) added to the SiO _X film hardly changed even when the flow rate of the silane gas supply was changed.

一方、薄膜形成装置１１で形成されるＳｉＯ_Ｘ膜の希土類元素の添加濃度は、アルゴンガスの供給流量又はターゲット１２１に対して印加するＲＦパワーで変化する。ＲＦパワーとＳｉＯ_Ｘ膜の希土類元素の添加濃度との関係を測定するため、基板１０５上にエルビウム添加のＳｉＯ_Ｘ膜を形成した。エルビウム添加のＳｉＯ_Ｘ膜の形成条件は次の通りである。第一ガス供給手段１０６から酸素１５ｓｃｃｍ及びアルゴン３５ｓｃｃｍを導入し、シリコンソースガス供給手段１０７からのシランガスを１２．５ｓｃｃｍの流量で導入し、マイクロ波パワー５００Ｗを入射してプラズマを生成した。エルビウムが含まれるターゲット１２１をスパッタリング室１０３に設置し、ＲＦパワーを１５０Ｗから２３０Ｗまで変化させている。 On the other hand, the addition concentration of the rare earth element in the SiO _X film formed by the thin film forming apparatus 11 varies depending on the supply flow rate of argon gas or the RF power applied to the target 121. To measure the relationship between the addition concentration of the rare earth element of the RF power and the SiO _X film was formed SiO _X film erbium doped on the substrate 105. The conditions for forming the erbium-added SiO _X film are as follows. Oxygen 15 sccm and argon 35 sccm were introduced from the first gas supply means 106, silane gas from the silicon source gas supply means 107 was introduced at a flow rate of 12.5 sccm, and microwave power 500 W was incident to generate plasma. A target 121 containing erbium is installed in the sputtering chamber 103, and the RF power is changed from 150W to 230W.

以上の条件で形成した膜厚２μｍのＳｉＯ_Ｘ膜のエルビウム濃度を測定した結果を図６に示す。測定結果のエルビウム量は、イオン注入法で形成されエルビウム量が既知のＳｉＯ_Ｘ膜を基準としてＳＩＭＳ分析により絶対値が見積もられている。図６よりＲＦパワーを１５０〜２３０Ｗの範囲で制御することで、光増幅器における導波路のコアとして要求される１×１０^{１９〜２０}ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度のエルビウム量のＳｉＯ_Ｘ膜を形成できる。なお、ＲＦパワーを変動させても形成されるＳｉＯ_Ｘ膜の屈折率は１．５２５で一定であった。 FIG. 6 shows the result of measuring the erbium concentration of the SiO _X film having a thickness of 2 μm formed under the above conditions. The absolute value of the erbium amount as a measurement result is estimated by SIMS analysis based on a SiO _X film formed by ion implantation and having a known erbium amount. As shown in FIG. 6, by controlling the RF power in the range of 150 to 230 W, an SiO _x film having an erbium amount of about 1 × 10 ^{19 to 20} atoms / cm ³ required as a waveguide core in the optical amplifier can be formed. The refractive index of the SiO _X film formed even when the RF power was varied was constant at 1.525.

以上のように、薄膜形成装置１１でＳｉＯ_Ｘ膜を形成すれば、ＳｉＯ_Ｘ膜の屈折率とＳｉＯ_Ｘ膜に添加される希土類元素量を独立に制御が可能である。そのため、薄膜形成装置１１は、所望の屈折率且つ所望の量の希土類元素を含むＳｉＯ_Ｘ膜を形成できる。従って、ＳｉＯ_Ｘ膜をコア、ＳｉＯ_２をクラッドとした導波路において、コアとクラッドとの比屈折率差の大きくすることができ、前記導波路の小型化及び前記導波路を利用する光増幅器の小型化を図ることができる。 As described above, by forming the SiO _X film by a thin film forming apparatus 11, it is possible to control the refractive index and the rare earth element amount is added to the SiO _X film SiO _X film independently. Therefore, the thin film forming apparatus 11 can form a SiO _X film containing a desired refractive index and a desired amount of rare earth elements. Accordingly, the relative refractive index difference between the core and the clad can be increased in the waveguide having the SiO _X film as the core and the SiO ₂ as the clad, so that the waveguide can be downsized and the optical amplifier using the waveguide can be reduced. Miniaturization can be achieved.

（第二の実施形態）
本実施形態に係る薄膜形成装置は、前記成膜室の前記基板台に固定された基板面と前記スパッタリング室の前記ターゲットとの距離を変える距離調整手段をさらに備える。 (Second embodiment)
The thin film forming apparatus according to the present embodiment further includes distance adjusting means for changing the distance between the substrate surface fixed to the substrate base of the film forming chamber and the target of the sputtering chamber.

本発明に係る薄膜形成装置１３の構成図を図３に示す。図１の薄膜形成装置１１と薄膜形成装置１３との違いは、スパッタリング室１０３内に距離調整手段３２１をさらに備えていることである。 FIG. 3 shows a configuration diagram of the thin film forming apparatus 13 according to the present invention. A difference between the thin film forming apparatus 11 and the thin film forming apparatus 13 of FIG. 1 is that a distance adjusting means 321 is further provided in the sputtering chamber 103.

距離調整手段３２１は、成膜室１０２の基板台１０４に固定された基板１０５の表面とスパッタリング室１０３のターゲット１２１との距離を変えることができる。距離調整手段３２１がターゲット１２１と基板１０５との距離を短くすれば、基板１０５に供給される希土類元素量が増加する。逆に当該距離を長くすれば基板１０５に供給される希土類元素量が減少する。すなわち、距離調整手段３２１でターゲット１２１と基板１０５との距離を制御することで基板１０５表面に形成される薄膜中に取り込まれる希土類元素の量を制御することができる。 The distance adjusting unit 321 can change the distance between the surface of the substrate 105 fixed to the substrate stage 104 in the film formation chamber 102 and the target 121 in the sputtering chamber 103. If the distance adjusting means 321 shortens the distance between the target 121 and the substrate 105, the amount of rare earth elements supplied to the substrate 105 increases. Conversely, if the distance is increased, the amount of rare earth elements supplied to the substrate 105 decreases. That is, by controlling the distance between the target 121 and the substrate 105 with the distance adjusting means 321, the amount of rare earth element taken into the thin film formed on the surface of the substrate 105 can be controlled.

従って、薄膜形成装置１３は距離調整手段３２１を備えたことで図１の薄膜形成装置１１で説明した効果に加え、ターゲット１２１の位置とＲＦパワーとを組み合わせることで薄膜に添加される希土類元素の量の制御範囲をさらに拡大できるという効果がある。 Therefore, the thin film forming apparatus 13 includes the distance adjusting means 321 and, in addition to the effects described in the thin film forming apparatus 11 of FIG. 1, the combination of the position of the target 121 and the RF power allows the rare earth element added to the thin film. This has the effect of further expanding the amount control range.

（第三の実施形態）
本実施形態に係る薄膜形成装置は、前記成膜室の前記基板台に固定された基板を加熱する加熱手段をさらに備える。 (Third embodiment)
The thin film forming apparatus according to this embodiment further includes heating means for heating the substrate fixed to the substrate table in the film forming chamber.

本発明に係る薄膜形成装置１４の構成図を図４に示す。図１の薄膜形成装置１１と薄膜形成装置１４との違いは、基板台１０４の内部に加熱手段としてヒータ４０５をさらに備えていることである。 FIG. 4 shows a configuration diagram of the thin film forming apparatus 14 according to the present invention. The difference between the thin film forming apparatus 11 and the thin film forming apparatus 14 in FIG. 1 is that a heater 405 is further provided as a heating means inside the substrate table 104.

ヒータ４０５は、基板１０５を裏面から加熱して基板１０５の表面に形成されているＳｉＯ_Ｘ膜を効率的に加熱することが可能である。また、ＳｉＯ_Ｘ膜の形成中に基板１０５を加熱してもよい。ＳｉＯ_Ｘ膜形成後又はＳｉＯ_Ｘ膜形成中に加熱することでＳｉＯ_Ｘ膜中に取り込まれる水素の量を低減でき、Ｏ−Ｈ結合の少ない希土類元素添加ＳｉＯ_Ｘ膜が形成できる。 The heater 405 can efficiently heat the SiO _X film formed on the surface of the substrate 105 by heating the substrate 105 from the back surface. Further, the substrate 105 may be heated during the formation of the SiO _X film. Reduces the amount of hydrogen incorporated into the SiO _X film by heating in the SiO _X film formed after or SiO _X film forming, O-H bonds less rare-earth-doped SiO _X film can be formed.

ＳｉＯ_Ｘ膜の形成中、プラズマ引出口１１５からのプラズマを照射することによって基板１０５表面は２００℃程度上昇するため、ヒータ４０５で予め３００℃程度に基板１０５を加熱しておくことが好ましい。ＳｉＯ_Ｘ膜中に添加されたＥｒを活性化するため、加熱しながらＳｉＯ_Ｘ膜を形成する。このように処理するとＳｉＯ_Ｘ膜形成後のアニール処理を省略あるいはアニール処理の処理時間を短くできる。なお、ヒータ４０５ではなく、他の手段を利用して基板１０５を加熱してもよい。 During the formation of the SiO _X film, the surface of the substrate 105 rises by about 200 ° C. by irradiating the plasma from the plasma extraction port 115. Therefore, the substrate 105 is preferably preheated to about 300 ° C. by the heater 405. To activate the Er added during SiO _X film, to form the SiO _X film while heating. By processing in this way, the annealing process after forming the SiO _X film can be omitted or the processing time of the annealing process can be shortened. Note that the substrate 105 may be heated using other means instead of the heater 405.

（第四の実施形態）
本実施形態の薄膜形成装置は、前記スパッタリング室に希ガスを供給する第二ガス供給手段をさらに備える。 (Fourth embodiment)
The thin film forming apparatus of this embodiment further includes a second gas supply unit that supplies a rare gas to the sputtering chamber.

本実施形態の薄膜形成装置１５の構成図を図７に示す。図１の薄膜形成装置１１と薄膜形成装置１５との違いは、プラズマ生成室１０１への供給とは別にスパッタリング室１０３に直接希ガス（アルゴン、クリプトン又はキセノン）を導入するガス導入口をもつ第二ガス供給手段７０６をさらに備えていることである。 FIG. 7 shows a configuration diagram of the thin film forming apparatus 15 of the present embodiment. The difference between the thin film forming apparatus 11 and the thin film forming apparatus 15 in FIG. 1 is that there is a gas introduction port for introducing a rare gas (argon, krypton, or xenon) directly into the sputtering chamber 103 separately from the supply to the plasma generation chamber 101. Further, a double gas supply means 706 is further provided.

スパッタリング室１０３で適度のエネルギーを持ったイオン、特に希ガスイオンがターゲットに照射されると効率よくターゲット元素がスパッタリングされる。第一から三の実施形態では、第一ガス供給手段１０６からプラズマ生成室１０１に導入したアルゴンガスのうち、スパッタリング室１０３まで拡散したアルゴンガスで希土類元素をスパッタリングしている。薄膜形成装置１５では、希ガスとしてアルゴンガスを第二ガス供給手段７０６からスパッタリング室１０３に直接導入する。 When the target is irradiated with ions having moderate energy, particularly rare gas ions, in the sputtering chamber 103, the target element is efficiently sputtered. In the first to third embodiments, rare earth elements are sputtered with argon gas diffused to the sputtering chamber 103 out of argon gas introduced into the plasma generation chamber 101 from the first gas supply means 106. In the thin film forming apparatus 15, argon gas is introduced directly from the second gas supply unit 706 into the sputtering chamber 103 as a rare gas.

ＳｉＯ_Ｘ膜形成に必要な酸素及びシランガスは、第一から三の実施形態と同様に第一ガス供給手段１０６及びシリコンソースガス供給手段１０７からそれぞれ供給する。スパッタリング室１０３にアルゴンガスを直接供給するとスパッタリング室１０３内のアルゴンガスの分圧が高くなる。スパッタリング室１０３内のプラズマはアルゴンプラズマに近くなる。従って、ターゲット１２１に入射するアルゴンイオンの数が増えスパッタリング効率が上がる。さらにスパッタリングを阻害する成膜ガスの酸素、シランガスの分圧が下がることもスパッタリング効率の増加に効果をもたらす。よって基板１０５上に形成されるＳｉＯ_Ｘ膜にさらに効率よくＥｒをドープすることができる。その結果、スパッタリング室１０３内のプラズマを発生させるためのＲＦパワーを下げることも可能になる。 Oxygen and silane gas necessary for forming the SiO _X film are supplied from the first gas supply means 106 and the silicon source gas supply means 107, respectively, as in the first to third embodiments. When argon gas is directly supplied to the sputtering chamber 103, the partial pressure of argon gas in the sputtering chamber 103 increases. The plasma in the sputtering chamber 103 is close to argon plasma. Therefore, the number of argon ions incident on the target 121 is increased and the sputtering efficiency is increased. Further, the reduction of the partial pressure of oxygen and silane gas of the film forming gas that hinders sputtering also has an effect of increasing the sputtering efficiency. Therefore, Er can be more efficiently doped into the SiO _X film formed on the substrate 105. As a result, the RF power for generating plasma in the sputtering chamber 103 can be lowered.

一方、希ガスを第二ガス供給手段７０６からスパッタリング室１０３に直接導入する場合、スパッタリング室１０３と成膜室１０２との間に、スパッタリング室１０３に供給される希ガスの成膜室１０２への流出量を調整するガスコンダクタンス制御手段をさらに備えることが好ましい。 On the other hand, when the rare gas is directly introduced into the sputtering chamber 103 from the second gas supply unit 706, the rare gas supplied to the sputtering chamber 103 is placed between the sputtering chamber 103 and the film formation chamber 102. It is preferable to further include a gas conductance control means for adjusting the outflow amount.

ガスコンダクタンス制御手段は、例えば、イオン引出口１２５の大きさとすることができる。イオン引出口１２５の大きさを変えることでスパッタリング効率を調整できる。例えば、イオン引出口１２５を少し小さくするとスパッタリング室１０３の圧力を成膜室１０２及びプラズマ生成室１０１よりも高くできる。その結果スパッタリング室１０３でのマグネトロン放電により高密度のアルゴンプラズマが生成されるので効率よいスパッタリングを起こすことが可能になる。具体的には、プラズマ生成室１０１でのＥＣＲ放電は０．１Ｐａ程度の低ガス圧がプラズマ生成に適しているが、スパッタリング室１０３でのマグネトロン放電は１Ｐａ以上のガス圧がプラズマ生成に適している。そのため、第二ガス供給手段７０６を備え、イオン引出口１２５の大きさを調整することで２つのプラズマが安定に放電する条件を作ることができる。ガスコンダクタンス制御手段は、イオン引出口１２５を覆うメッシュとしてもよい。その目の細かさを変えることでプラズマ生成室１０１とスパッタリング室１０３との圧力差を作ることができる。 The gas conductance control means can be, for example, the size of the ion extraction outlet 125. Sputtering efficiency can be adjusted by changing the size of the ion outlet 125. For example, if the ion outlet 125 is slightly reduced, the pressure in the sputtering chamber 103 can be made higher than that in the film formation chamber 102 and the plasma generation chamber 101. As a result, high-density argon plasma is generated by magnetron discharge in the sputtering chamber 103, so that efficient sputtering can be caused. Specifically, the ECR discharge in the plasma generation chamber 101 is suitable for plasma generation with a low gas pressure of about 0.1 Pa, while the magnetron discharge in the sputtering chamber 103 is suitable for plasma generation with a gas pressure of 1 Pa or more. Yes. For this reason, the second gas supply means 706 is provided, and the condition that the two plasmas are stably discharged can be created by adjusting the size of the ion extraction outlet 125. The gas conductance control means may be a mesh that covers the ion extraction outlet 125. The pressure difference between the plasma generation chamber 101 and the sputtering chamber 103 can be created by changing the fineness of the eyes.

薄膜形成装置１５を用い、基板１０５として熱酸化膜の付いたＳｉ基板上に約２μｍ厚のＥｒ添加ＳｉＯ_Ｘ膜を形成した。このＳｉＯ_Ｘ膜の添加Ｅｒ量の深さ方向の分布をＳＩＭＳ分析で評価した結果を図８に示す。１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３の密度でＥｒを２μｍ厚のＳｉＯ_Ｘ膜にほぼ均一に添加できた。 Using the thin film forming apparatus 15, an Er-added SiO _X film having a thickness of about 2 μm was formed on a Si substrate with a thermal oxide film as the substrate 105. FIG. 8 shows the result of evaluating the distribution of the added Er amount in the depth direction of this SiO _X film by SIMS analysis. Er was able to be added almost uniformly to the SiO _X film having a thickness of 10 ²⁰ atoms / cm ^{3 and} a thickness of 2 μm.

アルゴンガスをスパッタリング室１０３に直接導入しない場合、成膜条件によっては、成膜開始時には効率よくスパッタされＥｒが十分膜中に添加されるがスパッタを阻害する酸素、シランガスも同時にターゲットに入射してしまうことで成膜中に徐々にスパッタ効率が下がり添加されるＥｒ量が膜の上部ほど少なくなる傾向が生ずる。一方、薄膜形成装置１５では図８のように膜厚方向にＥｒ量の変化が少ない均一なＳｉＯ_Ｘ膜を形成することができた。 When argon gas is not directly introduced into the sputtering chamber 103, depending on the film formation conditions, oxygen is sputtered efficiently at the start of film formation and sufficient Er is added to the film, but oxygen and silane gas that impede sputtering are also incident on the target at the same time. As a result, the sputtering efficiency gradually decreases during film formation, and the amount of added Er tends to decrease toward the top of the film. On the other hand, as shown in FIG. 8, the thin film forming apparatus 15 was able to form a uniform SiO _x film with little change in the Er amount in the film thickness direction.

（第五の実施形態）
本実施形態の薄膜形成装置は、前記スパッタリング室又は前記成膜室の前記基板台と前記プラズマ生成室との間に、前記磁気発生手段が発生させる磁気が前記プラズマ生成室から前記成膜室へ漏れ出すことを抑制する磁場シールド機構をさらに備える。 (Fifth embodiment)
In the thin film forming apparatus of the present embodiment, the magnetism generated by the magnetism generating unit is transferred from the plasma generation chamber to the film formation chamber between the substrate stage and the plasma generation chamber in the sputtering chamber or the film formation chamber. A magnetic field shield mechanism that suppresses leakage is further provided.

本実施形態の薄膜形成装置１６の構成図を図９に示す。図１の薄膜形成装置１１と薄膜形成装置１６との違いは、薄膜形成装置１６が磁気シールド機構としてプラズマ生成室１０１と基板台１０５との間にＥＣＲのための磁気コイル１１４が作る磁場の漏れを抑制する磁気シールド板９０５をさらに備えていることである。具体的には、磁気シールド板９０５は、成膜室１０２の内壁のうち、プラズマ引出口１１５をもつ内壁の全面を覆うように密着させて設置される。また、磁気シールド板９０５は、プラズマ流１２０が通過できるようにプラズマ引出口１１５の位置に同径またはそれよりやや大きい孔を有する。磁気シールド板９０５は、磁場を遮断する効果をもつ金属たとえば鉄の板を加工して作られている。 FIG. 9 shows a configuration diagram of the thin film forming apparatus 16 of the present embodiment. The difference between the thin film forming apparatus 11 and the thin film forming apparatus 16 in FIG. 1 is that the thin film forming apparatus 16 serves as a magnetic shield mechanism, and a magnetic field leak created by a magnetic coil 114 for ECR between the plasma generation chamber 101 and the substrate base 105. It is further provided with a magnetic shield plate 905 for suppressing the above. Specifically, the magnetic shield plate 905 is installed in close contact so as to cover the entire inner wall having the plasma outlet 115 among the inner walls of the film forming chamber 102. Further, the magnetic shield plate 905 has a hole having the same diameter or a little larger than that at the position of the plasma outlet 115 so that the plasma flow 120 can pass through. The magnetic shield plate 905 is made by processing a metal plate having an effect of blocking a magnetic field, for example, an iron plate.

磁気シールド板９０５は、ＥＣＲのための磁気コイル１１４が作る磁場のうち、プラズマ流１２０を引き出す発散磁界以外の磁場の漏れ出しを抑制する。その結果、成膜室１０２内でプラズマ流１２０は発散磁界以外の磁場からの影響が低減され、基板１０５上に形成されるＥｒ添加のＳｉＯ_Ｘ膜の膜厚と屈折率の面内均一性をさらに向上させることができる。 The magnetic shield plate 905 suppresses leakage of magnetic fields other than the divergent magnetic field that draws the plasma flow 120 out of the magnetic field generated by the magnetic coil 114 for ECR. As a result, the plasma flow 120 in the film formation chamber 102 is less affected by a magnetic field other than the diverging magnetic field, and the in-plane uniformity of the film thickness and refractive index of the Er-doped SiO _x film formed on the substrate 105 is reduced. Further improvement can be achieved.

また、磁気シールド板９０５は、ＥＣＲのための磁気コイル１１４が作るプラズマ生成室１０１の磁場とマグネトロン放電によるスパッタリング室１０３の磁場との干渉を抑制することができる。その結果、成膜室１０２内のプラズマ流１２０はマグネトロン放電による磁場の影響が低減され、基板上に形成されるＥｒ添加のＳｉＯ_Ｘ膜の膜厚と屈折率の面内均一性をさらに向上させることができる。 Further, the magnetic shield plate 905 can suppress interference between the magnetic field of the plasma generation chamber 101 created by the magnetic coil 114 for ECR and the magnetic field of the sputtering chamber 103 due to magnetron discharge. As a result, the plasma flow 120 in the film forming chamber 102 is less affected by the magnetic field due to the magnetron discharge, and further improves the in-plane uniformity of the film thickness and refractive index of the Er-added SiO _X film formed on the substrate. be able to.

薄膜形成装置１６で実際に形成したＳｉＯ_Ｘ膜のエリプソメータで評価したところ、磁気シールド板９０５を設置することで膜厚分布の均一性を±５％から±２％に改善できることが確認された。 Evaluation with an ellipsometer of the SiO _X film actually formed by the thin film forming apparatus 16 confirmed that the uniformity of the film thickness distribution can be improved from ± 5% to ± 2% by installing the magnetic shield plate 905.

第一から第五の実施形態までＳｉＯ_Ｘ膜を例に説明したが、供給ガスとして酸素とアルゴンだけでなく窒素を加えれば、屈折率と希土類元素添加量を独立に制御しつつ、希土類元素添加ＳｉＯＮ膜を形成できることは言うまでもない。 The SiO _X film has been described as an example from the first to the fifth embodiment, but if not only oxygen and argon but also nitrogen is added as a supply gas, the refractive index and the rare earth element addition amount are controlled independently, and the rare earth element addition is performed. Needless to say, a SiON film can be formed.

本発明の薄膜形成装置は、供給ガスを選択することでＳｉＯ_Ｘ膜やＳｉＯＮ膜以外の薄膜形成にも利用することができる。 The thin film forming apparatus of the present invention can be used for forming a thin film other than a SiO _X film or a SiON film by selecting a supply gas.

本発明に係る薄膜形成装置の一の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows one structure of the thin film forming apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る薄膜形成装置に使用されるシリコンソースガス供給手段の平面図である。It is a top view of the silicon source gas supply means used for the thin film forming apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る薄膜形成装置の他の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other structure of the thin film forming apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る薄膜形成装置の他の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other structure of the thin film forming apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る薄膜形成装置を用いて成膜したエルビウム添加ＳｉＯ_Ｘ膜の屈折率を評価した結果である。The thin film forming apparatus according to the present invention is a result of evaluating the refractive index of the formed erbium doped SiO _X film using. 本発明に係る薄膜形成装置を用いて成膜したエルビウム添加ＳｉＯ_Ｘ膜のエルビウム添加量を評価した結果である。Using a thin film forming apparatus according to the present invention is the result of the evaluation of the erbium doped amount of the formed erbium doped SiO _X film. 本発明に係る薄膜形成装置の他の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other structure of the thin film forming apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る薄膜形成装置で成膜したエルビウム添加ＳｉＯ_Ｘ膜の深さ方向のエルビウム添加量を評価した結果である。It is the result of evaluating the erbium doped amount in the depth direction of the formed erbium doped SiO _X film by a thin film forming apparatus according to the present invention. 本発明に係る薄膜形成装置の他の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other structure of the thin film forming apparatus which concerns on this invention. 従来の薄膜形成装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional thin film forming apparatus.

Explanation of symbols

１１、１３、１４、１５、１６薄膜形成装置
１０１プラズマ生成室
１０２成膜室
１０３スパッタリング室
１０４基板台
１０５基板
１０６第一ガス供給手段
１０７シリコンソースガス供給手段
１０８マイクロ波発振器
１０９導波管
１１０石英窓
１１４磁気コイル（磁気発生手段）
１１５プラズマ引出口
１１６、１１７シャッタ
１２０プラズマ流
１１１、１２１ターゲット
１２２高周波電源
１２３希土類元素の粒子
１２５イオン引出口
１３３排気口
１７１導入管
１７２配管部
１７３ノズル
３２１距離調整手段
７０６第二ガス供給手段
４０５ヒータ
９０５磁気シールド板 11, 13, 14, 15, 16 Thin film forming apparatus 101 Plasma generating chamber 102 Film forming chamber 103 Sputtering chamber 104 Substrate base 105 Substrate 106 First gas supply means 107 Silicon source gas supply means 108 Microwave oscillator 109 Waveguide 110 Quartz Window 114 Magnetic coil (Magnetic generating means)
115 Plasma outlet 116, 117 Shutter 120 Plasma flow 111, 121 Target 122 High frequency power supply 123 Rare earth element particle 125 Ion outlet 133 Exhaust outlet 171 Introducing pipe 172 Piping section 173 Nozzle 321 Distance adjusting means 706 Second gas supply means 405 Heater 905 Magnetic shield plate

Claims

A film forming chamber containing a substrate table on which the substrate is fixed;
Connected to the film forming chamber through a plasma outlet at a position where the substrate surface fixed to the substrate stage in the film forming chamber can be expected, and at least one supply gas of oxygen, nitrogen or a rare gas is supplied by the first gas supply means A plasma generation chamber supplied with
First plasma generating means for generating a plasma based on the supply gas supplied to the plasma generation chamber in the plasma generation chamber;
A plasma extraction means for extracting the plasma generated by the first plasma generation means from the plasma extraction outlet of the plasma generation chamber and supplying the plasma toward the substrate fixed to the substrate stage of the film formation chamber;
A sputtering chamber that is connected to the film formation chamber at a position different from a position to which the plasma generation chamber is connected and a position where the substrate surface fixed to the substrate stage of the film formation chamber can be expected, and contains a target containing a rare earth element;
Second plasma generating means for generating plasma in the vicinity of the target in the sputtering chamber;
Rare earth element particles generated by a sputtering phenomenon in which ions in plasma generated by the second plasma generating means collide with the target are directed from the target to a substrate fixed to the substrate stage in the film formation chamber. Sputtering means to supply;
Exhaust means for exhausting the film formation chamber, the plasma generation chamber, and the sputtering chamber;
A silicon source gas supply means for supplying a silicon source gas to a substrate fixed to the substrate table between the substrate table in the film formation chamber and the plasma outlet in the plasma generation chamber;
A thin film forming apparatus comprising:

The first plasma generating means generates a plasma by an electron cyclotron resonance discharge by a magnetic field having an intensity matching the electron cyclotron resonance applied to the plasma generation chamber,
The plasma extraction means extracts plasma using a divergent magnetic field of a magnetic field distribution whose intensity decreases from the plasma generation chamber toward the substrate stage of the film formation chamber,
The thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising a magnetic generation unit that generates a magnetic field having an intensity matching the electron cyclotron resonance and the diverging magnetic field.

A magnetic field shield mechanism that suppresses leakage of magnetism generated by the magnetism generating means from the plasma generation chamber to the film formation chamber between the substrate stage and the plasma generation chamber in the sputtering chamber or the film formation chamber. The thin film forming apparatus according to claim 2, further comprising:

The inclination angle of the substrate surface fixed to the substrate table in the film formation chamber is changed with respect to the direction in which the plasma extracted by the plasma extraction means is supplied toward the substrate fixed to the substrate table in the film formation chamber. 4. The thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising substrate rotating means for rotating the substrate tilting means and / or the substrate fixed to the substrate table in the film forming chamber.

5. The thin film formation according to claim 1, further comprising a distance adjusting unit that changes a distance between a substrate surface fixed to the substrate base in the film forming chamber and the target in the sputtering chamber. apparatus.

The thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising a heating unit that heats a substrate fixed to the substrate table in the film forming chamber.

The thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising second gas supply means for supplying a rare gas to the sputtering chamber.

The gas conductance control means for adjusting an outflow amount of the rare gas supplied to the sputtering chamber to the film forming chamber is further provided between the sputtering chamber and the film forming chamber. The thin film forming apparatus described.