JP6644617B2 - Magnetron sputter deposition system - Google Patents

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Description

本発明は、平滑な薄膜を形成することができるマグネトロンスパッタ成膜装置に関する。   The present invention relates to a magnetron sputtering film forming apparatus capable of forming a smooth thin film.

スパッタによる成膜方法としては、二極スパッタ法や、マグネトロンスパッタ法などがある。例えば、高周波(RF)を利用した二極スパッタ法においては、成膜速度が遅い、ターゲットから飛び出した二次電子の照射で基材の温度が上昇しやすい、という問題がある。成膜速度が遅いため、RF二極スパッタ法は、量産には適さない。一方、マグネトロンスパッタ法によると、ターゲット表面に発生した磁場により、ターゲットから飛び出した二次電子が捕らえられる。このため、基材の温度が上昇しにくい。また、捕らえた二次電子でガスのイオン化が促進されるため、成膜速度を速くすることができる。   Examples of a film forming method by sputtering include a bipolar sputtering method and a magnetron sputtering method. For example, in a bipolar sputtering method using a high frequency (RF), there are problems that a film formation rate is low and a temperature of a base material is easily increased by irradiation of secondary electrons that jump out of a target. Due to the low deposition rate, the RF bipolar sputtering method is not suitable for mass production. On the other hand, according to the magnetron sputtering method, secondary electrons jumping out of the target are captured by the magnetic field generated on the target surface. Therefore, the temperature of the base material does not easily rise. Further, ionization of gas is promoted by the captured secondary electrons, so that the film formation speed can be increased.

特開2013−108115号公報JP 2013-108115 A 特開平10−265952号公報JP-A-10-265952

マグネトロンスパッタ法のなかでは、DC(直流)電源(パルスDC電源を含む)を使用したマグネトロンスパッタ法が、成膜速度が早いなどの理由から多用されている。しかし、DCマグネトロンスパッタ法の場合、マグネトロンカソードに一定の高電圧を印加しないと、プラズマの生成や安定放電に不具合が生じる。このため、通常はマグネトロンカソードに数百ボルトの高電圧を印加する。印加電圧が高いと、マグネトロン放電で生成したイオンが、より加速されてターゲットに衝突する。これにより、ターゲットから、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子が飛び出す場合がある。粒子径の大きな粒子が基材に付着すると、形成された膜の表面に凹凸が生じてしまう。膜の表面の凹凸が大きい場合、凹部に酸素などが吸着しやすくなり、膜自身や、膜と接する相手材を劣化させるおそれがある。また、凸部により、相手材を劣化させるおそれがある。   Among the magnetron sputtering methods, a magnetron sputtering method using a DC (direct current) power supply (including a pulse DC power supply) is frequently used because the film formation speed is high. However, in the case of DC magnetron sputtering, unless a certain high voltage is applied to the magnetron cathode, problems occur in plasma generation and stable discharge. For this reason, a high voltage of several hundred volts is normally applied to the magnetron cathode. When the applied voltage is high, ions generated by the magnetron discharge are further accelerated and collide with the target. As a result, particles having a large particle diameter such as cluster particles may fly out of the target. When particles having a large particle diameter adhere to the substrate, irregularities are generated on the surface of the formed film. When the unevenness of the surface of the film is large, oxygen and the like are easily adsorbed to the concave portion, and the film itself and a partner material in contact with the film may be deteriorated. Moreover, there is a possibility that the mating material is deteriorated by the convex portions.

この点、特許文献1には、マイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴(ECR)によりプラズマを生成するECRプラズマ生成装置を備えるマグネトロンスパッタ成膜装置が記載されている。当該成膜装置によると、基材とターゲットとの間にECRプラズマを生成させながら、マグネトロンプラズマによりターゲットをスパッタして成膜を行う。ECRプラズマを生成することにより、カソードへの印加電圧を低下させることができる。これにより、ターゲットから粒子径の大きな粒子が飛び出すのを抑制して、形成する薄膜の表面の凹凸を小さくしている。しかしながら、当該成膜装置を用いても、薄膜表面の凹凸の低減効果は充分とはいえない。また、特許文献2には、80〜120MHzのVHF高周波電圧をDC電圧に重畳した電圧をターゲットに印加して、スパッタを行う方法が記載されている。特許文献2に記載された方法においては、VHF高周波電圧を一定の電圧で連続的にDC電圧に重畳している。この方法においても、薄膜表面の凹凸の低減効果は充分とはいえず、薄膜のさらなる平滑化が要求される。   In this regard, Patent Document 1 describes a magnetron sputtering film forming apparatus including an ECR plasma generation apparatus that generates plasma by electron cyclotron resonance (ECR) using microwaves. According to the film forming apparatus, a film is formed by sputtering a target with magnetron plasma while generating ECR plasma between a substrate and a target. By generating ECR plasma, the voltage applied to the cathode can be reduced. This suppresses projection of particles having a large particle diameter from the target and reduces irregularities on the surface of the thin film to be formed. However, even with the use of the film forming apparatus, the effect of reducing the unevenness on the surface of the thin film is not sufficient. Patent Document 2 discloses a method of performing sputtering by applying a voltage obtained by superimposing a VHF high-frequency voltage of 80 to 120 MHz on a DC voltage to a target. In the method described in Patent Document 2, the VHF high-frequency voltage is continuously superimposed on the DC voltage at a constant voltage. Also in this method, the effect of reducing the unevenness on the surface of the thin film is not sufficient, and further smoothing of the thin film is required.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、表面の凹凸が小さい薄膜を形成することができるマグネトロンスパッタ成膜装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnetron sputtering film forming apparatus capable of forming a thin film having small surface irregularities.

上記課題を解決するため、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置は、基材と、該基材に対向して配置されるターゲットと、該ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段と、を有するマグネトロンカソードと、パルスDC電源と、VHF電源と、該VHF電源により供給するVHF電圧を制御する制御装置と、を有し、該パルスDC電源から供給するパルスDC電圧に該VHF電圧を周期的に電圧を変化させて重畳して該マグネトロンカソードに電圧を印加するVHF重畳機構と、を備え、マグネトロン放電で生成したプラズマにより該ターゲットをスパッタし、飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the magnetron sputtering film forming apparatus of the present invention includes a base material, a target disposed to face the base material, and a magnetic field forming means for forming a magnetic field on the surface of the target, , A pulse DC power supply, a VHF power supply, and a control device for controlling a VHF voltage supplied by the VHF power supply, wherein the VHF voltage is cycled to a pulse DC voltage supplied from the pulse DC power supply. And a VHF superposition mechanism that superimposes the voltage to apply a voltage to the magnetron cathode, and sputters the target with plasma generated by magnetron discharge, and sputters out the sputtered particles on the surface of the base material. The thin film is formed by attaching the thin film.

パルスDC電源のみを用いた場合には、放電初期に電圧が突出して高くなるオーバーシュート電圧変動が生じる。このオーバーシュート電圧は、ターゲットから粒子径の大きな粒子が発生する一因になる。この点、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、VHF重畳機構によりマグネトロンカソードに電圧を印加する。VHF重畳機構は、パルスDC電圧にVHF電圧を周期的に電圧を変化させて重畳する。例えば、パルスDC電圧の供給開始時(供給開始〜10μs程度の間)にVHF電圧を重畳させると、オーバーシュート電圧変動を低減することができる。これにより、マグネトロン放電で生成したイオンの加速が抑制され、粒子径の大きな粒子のターゲットからの飛び出しを抑制することができる。このように、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置によると、パルスDC電圧にVHF電圧を周期的に電圧を変化させて重畳し、マグネトロンカソードへの印加電圧を制御することにより、表面の凹凸が少ない平滑な薄膜を形成することができる。   When only the pulse DC power supply is used, an overshoot voltage fluctuation occurs in which the voltage protrudes and increases at the beginning of discharge. This overshoot voltage contributes to the generation of particles having a large particle diameter from the target. In this regard, in the magnetron sputtering film forming apparatus of the present invention, a voltage is applied to the magnetron cathode by the VHF superposition mechanism. The VHF superimposing mechanism superimposes the VHF voltage on the pulse DC voltage by periodically changing the voltage. For example, when the VHF voltage is superimposed at the start of the supply of the pulse DC voltage (between the start of the supply and about 10 μs), the fluctuation of the overshoot voltage can be reduced. Thereby, the acceleration of the ions generated by the magnetron discharge is suppressed, and the particles with a large particle diameter can be suppressed from jumping out of the target. As described above, according to the magnetron sputtering film forming apparatus of the present invention, the VHF voltage is periodically changed and superimposed on the pulse DC voltage, and by controlling the voltage applied to the magnetron cathode, the surface unevenness is reduced. A smooth thin film can be formed.

「VHF電圧を周期的に電圧を変化させて重畳」するとは、VHF電圧の上げ下げを周期的に繰り返してVHF電圧を重畳することを意味する。具体的には、電圧を0から所定値に上げた後0に戻す、すなわち電圧の供給と停止とを繰り返す態様や、ベース電圧からより高い電圧に上げた後ベース電圧に戻すというサイクルを繰り返す態様、などが挙げられる。前者はVHF電圧が間欠的に供給される態様であり、後者は常時供給されるVHF電圧が間欠的に高くなる態様である。   “To superimpose the VHF voltage by periodically changing the voltage” means to superimpose the VHF voltage by periodically repeating the raising and lowering of the VHF voltage. Specifically, a mode in which the voltage is raised from 0 to a predetermined value and then returned to 0, that is, a mode in which supply and stop of the voltage are repeated, or a cycle in which the voltage is raised from the base voltage to a higher voltage and then returned to the base voltage is repeated , And the like. The former is a mode in which the VHF voltage is intermittently supplied, and the latter is a mode in which the constantly supplied VHF voltage is intermittently increased.

第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図である。FIG. 2 is a left-right cross-sectional view of the magnetron sputtering film forming apparatus of the first embodiment. 同マグネトロンスパッタ成膜装置の前後方向断面図である。It is front-back direction sectional drawing of the same magnetron sputter film-forming apparatus. マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図である。It is a schematic diagram of the voltage waveform supplied to the magnetron cathode. 第二実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図である。It is a horizontal direction sectional view of a magnetron sputter film-forming device of a second embodiment. 同マグネトロンスパッタ成膜装置を上方から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the magnetron sputter film-forming apparatus from the upper part. 同マグネトロンスパッタ成膜装置におけるマイクロ波プラズマ生成装置の前面図である。It is a front view of the microwave plasma generation apparatus in the same magnetron sputter film-forming apparatus. 図6のVII−VII断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. 6. 実施例1のスパッタ膜の製造において、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a voltage waveform supplied to a magnetron cathode in manufacturing a sputtered film of Example 1. 実施例2のスパッタ膜の製造において、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram of a voltage waveform supplied to a magnetron cathode in manufacturing a sputtered film of Example 2. 実施例3のスパッタ膜の製造において、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram of a voltage waveform supplied to a magnetron cathode in manufacturing a sputtered film of Example 3. 比較例2のスパッタ膜の製造において、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram of a voltage waveform supplied to a magnetron cathode in manufacturing a sputtered film of Comparative Example 2. 実施例4のITO膜の表面のSPM写真である。14 is an SPM photograph of the surface of the ITO film of Example 4. 実施例5のITO膜の表面のSPM写真である。14 is an SPM photograph of the surface of the ITO film of Example 5. 比較例1のITO膜の表面のSPM写真である。4 is an SPM photograph of the surface of an ITO film of Comparative Example 1. 比較例2のITO膜の表面のSPM写真である。9 is an SPM photograph of the surface of an ITO film of Comparative Example 2.

以下、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the magnetron sputtering film forming apparatus of the present invention will be described.

<第一実施形態>
[マグネトロンスパッタ成膜装置]
まず、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の構成について説明する。図1に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図を示す。図2に、同マグネトロンスパッタ成膜装置の前後方向断面図を示す。
<First embodiment>
[Magnetron sputter deposition system]
First, the configuration of the magnetron sputtering film forming apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view in the left-right direction of the magnetron sputtering film forming apparatus of the present embodiment. FIG. 2 shows a sectional view in the front-rear direction of the magnetron sputtering film forming apparatus.

図1、図2に示すように、マグネトロンスパッタ成膜装置1は、真空容器8と、基材10と、基材支持部材11と、マグネトロンカソード12と、VHF重畳機構2と、を備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the magnetron sputtering film forming apparatus 1 includes a vacuum vessel 8, a substrate 10, a substrate support member 11, a magnetron cathode 12, and a VHF superimposing mechanism 2. .

真空容器8は、アルミ鋼製であって、直方体箱状を呈している。真空容器8の左壁には、ガス供給孔80が穿設されている。ガス供給孔80には、アルゴン(Ar)などのガスを真空容器8内に供給するためのガス供給管(図略)の下流端が接続されている。真空容器8の下壁には、排気孔81が穿設されている。排気孔81には、真空容器8の内部のガスを排出するための真空排気装置(図略)が接続されている。   The vacuum container 8 is made of aluminum steel and has a rectangular parallelepiped box shape. A gas supply hole 80 is formed in the left wall of the vacuum vessel 8. The gas supply hole 80 is connected to a downstream end of a gas supply pipe (not shown) for supplying a gas such as argon (Ar) into the vacuum vessel 8. An exhaust hole 81 is formed in the lower wall of the vacuum container 8. A vacuum exhaust device (not shown) for exhausting gas inside the vacuum vessel 8 is connected to the exhaust hole 81.

基材支持部材11は、テーブル部110と一対の脚部111とを有する。テーブル部110は、ステンレス鋼製であって、中空の長方形板状を呈している。テーブル部110の内部には、冷却液が充填されている。テーブル部110は、冷却液が循環することにより、冷却されている。一対の脚部111は、テーブル部110の上面に、左右方向に離間して配置されている。一対の脚部111は、各々、ステンレス鋼製であって、円柱状を呈している。一対の脚部111の外周面は、絶縁層で被覆されている。テーブル部110は、一対の脚部111を介して、真空容器8の上壁に取り付けられている。   The base member 11 has a table 110 and a pair of legs 111. The table 110 is made of stainless steel and has a hollow rectangular plate shape. The inside of the table 110 is filled with a cooling liquid. The table 110 is cooled by the circulation of the cooling liquid. The pair of legs 111 are arranged on the upper surface of the table 110 so as to be separated in the left-right direction. Each of the pair of legs 111 is made of stainless steel and has a columnar shape. The outer peripheral surfaces of the pair of legs 111 are covered with an insulating layer. The table 110 is attached to the upper wall of the vacuum vessel 8 via a pair of legs 111.

基材10は、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムであり、長方形状を呈している。基材10は、テーブル部110の下面に貼り付けられている。   The base material 10 is a polyethylene terephthalate (PET) film, and has a rectangular shape. The base material 10 is attached to the lower surface of the table 110.

マグネトロンカソード12は、ターゲット13と、バッキングプレート14と、永久磁石15a〜15cと、カソード本体16と、を有している。カソード本体16は、ステンレス鋼製であって、上方に開口する直方体箱状を呈している。カソード本体16、ターゲット13、およびバッキングプレート14の周囲には、アースシールド17が配置されている。カソード本体16は、アースシールド17を介して、真空容器8の下面に配置されている。カソード本体16は、VHF重畳機構2に接続されている。   The magnetron cathode 12 has a target 13, a backing plate 14, permanent magnets 15a to 15c, and a cathode body 16. The cathode main body 16 is made of stainless steel, and has a rectangular parallelepiped box shape that opens upward. An earth shield 17 is arranged around the cathode body 16, the target 13, and the backing plate 14. The cathode main body 16 is arranged on the lower surface of the vacuum vessel 8 via an earth shield 17. The cathode main body 16 is connected to the VHF superposition mechanism 2.

永久磁石15a〜15cは、カソード本体16の内側に配置されている。永久磁石15a〜15cは、各々、長尺直方体状を呈している。永久磁石15a〜15cは、前後方向に離間して、互いに平行になるように配置されている。永久磁石15aおよび永久磁石15cについては、上側がN極、下側がS極である。永久磁石15bについては、上側がS極、下側がN極である。永久磁石15a〜15cにより、ターゲット13の表面に磁場が形成される。永久磁石15a〜15cは、本発明における磁場形成手段に含まれる。   The permanent magnets 15a to 15c are arranged inside the cathode main body 16. Each of the permanent magnets 15a to 15c has an elongated rectangular parallelepiped shape. The permanent magnets 15a to 15c are spaced apart in the front-rear direction and arranged to be parallel to each other. As for the permanent magnets 15a and 15c, the upper side is the N pole and the lower side is the S pole. As for the permanent magnet 15b, the upper side is the south pole and the lower side is the north pole. A magnetic field is formed on the surface of the target 13 by the permanent magnets 15a to 15c. The permanent magnets 15a to 15c are included in the magnetic field forming means in the present invention.

バッキングプレート14は、銅製であって、長方形板状を呈している。バッキングプレート14は、カソード本体16の上部開口を覆うように配置されている。   The backing plate 14 is made of copper and has a rectangular plate shape. The backing plate 14 is arranged so as to cover the upper opening of the cathode body 16.

ターゲット13は、酸化インジウム−酸化錫の複合酸化物(ITO)であり、長方形薄板状を呈している。ターゲット13は、バッキングプレート14の上面に配置されている。ターゲット13は、基材10と対向して配置されている。   The target 13 is a composite oxide of indium oxide-tin oxide (ITO) and has a rectangular thin plate shape. The target 13 is arranged on an upper surface of the backing plate 14. The target 13 is arranged to face the substrate 10.

VHF重畳機構2は、パルスDC電源20と、VHF電源21と、遅延パルス発生器22と、任意波形発生器23と、VHFカットフィルタ24と、整合器25と、を有している。遅延パルス発生器22は、パルスDC電源20に接続されており、パルスDC電源20の出力信号に基づいてVHF電圧を供給する時期を決定している。任意波形発生器23は、遅延パルス発生器22とVHF電源21との間に接続されており、供給するVHF電圧の波形(VHF波の形状、周波数、幅など)を決定している。VHF電源21は、整合器25に接続されている。パルスDC電源20は、VHFカットフィルタ24を介して整合器25に接続されている。整合器25は、カソード本体16に接続されている。遅延パルス発生器22および任意波形発生器23は、本発明における制御装置に含まれる。   The VHF superposition mechanism 2 includes a pulse DC power supply 20, a VHF power supply 21, a delay pulse generator 22, an arbitrary waveform generator 23, a VHF cut filter 24, and a matching unit 25. The delay pulse generator 22 is connected to the pulse DC power supply 20 and determines when to supply the VHF voltage based on the output signal of the pulse DC power supply 20. The arbitrary waveform generator 23 is connected between the delay pulse generator 22 and the VHF power supply 21 and determines the waveform of the VHF voltage to be supplied (shape, frequency, width, etc. of the VHF wave). The VHF power supply 21 is connected to the matching unit 25. The pulse DC power supply 20 is connected to a matching unit 25 via a VHF cut filter 24. Matching device 25 is connected to cathode body 16. The delay pulse generator 22 and the arbitrary waveform generator 23 are included in the control device according to the present invention.

[スパッタ膜の製造方法]
次に、マグネトロンスパッタ成膜装置1を用いたスパッタ膜の製造方法について説明する。本実施形態のスパッタ膜の製造方法においては、まず、真空排気装置(図略)を作動させて、真空容器8の内部のガスを排気孔81から排出し、真空容器8の内部を減圧状態にする。次に、ガス供給管から、アルゴンガスと微量の酸素ガスとを真空容器8内へ供給して、真空容器8内の圧力を0.4Paにする。次に、VHF重畳機構2を作動させ、パルスDC電圧にVHF電圧を重畳してカソード本体16に電圧を印加する。すると、ターゲット13の上面にマグネトロン放電が生じる。これによりアルゴンガスが電離して、ターゲット13の上方にマグネトロンプラズマP1が生成される。マグネトロンプラズマP1(アルゴンイオン)によりターゲット13をスパッタし、ターゲット13からスパッタ粒子を叩き出す。ターゲット13から飛び出したスパッタ粒子は、基材10に向かって飛散して、基材10の下面に付着する。このようにして、基材10の下面にITO膜が形成される。
[Method of manufacturing sputtered film]
Next, a method for manufacturing a sputtered film using the magnetron sputtering film forming apparatus 1 will be described. In the method for manufacturing a sputtered film according to the present embodiment, first, the vacuum exhaust device (not shown) is operated to exhaust the gas inside the vacuum container 8 from the exhaust hole 81, and the inside of the vacuum container 8 is evacuated. I do. Next, argon gas and a trace amount of oxygen gas are supplied into the vacuum vessel 8 from the gas supply pipe, and the pressure in the vacuum vessel 8 is set to 0.4 Pa. Next, the VHF superimposing mechanism 2 is operated to superimpose the VHF voltage on the pulse DC voltage and apply the voltage to the cathode main body 16. Then, a magnetron discharge occurs on the upper surface of the target 13. Thereby, the argon gas is ionized, and the magnetron plasma P1 is generated above the target 13. The target 13 is sputtered by the magnetron plasma P1 (argon ions), and sputter particles are beaten from the target 13. The sputtered particles jumping out of the target 13 scatter toward the substrate 10 and adhere to the lower surface of the substrate 10. Thus, the ITO film is formed on the lower surface of the base material 10.

パルスDC電圧に対するVHF電圧の重畳は、VHF電圧の供給、停止を周期的に繰り返すオン/オフパターンで行った。図3に、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図を示す。図3に示すように、パルスDC電圧およびVHF電圧は、いずれも所定時間ごとに繰り返される矩形波にて供給されている。VHF波の周期は、パルスDC波の周期とは異なっている。まず、パルスDC電圧の供給開始時にVHF電圧を供給したら、直ぐに一旦停止する。その後、VHF電圧を所定時間供給して停止するというサイクルを繰り返す。VHF電圧を供給する時期は、パルスDC電圧が供給されない時と、次のパルスDC電圧の供給開始時と、の両方を含む。換言すると、パルスDC電圧が供給されている時間の途中に、VHF電圧の停止時期が設けられている。パルスDC電圧が供給されている時に、VHF電圧の供給と停止との両方が行われている。   The superimposition of the VHF voltage on the pulse DC voltage was performed in an on / off pattern in which supply and stop of the VHF voltage were periodically repeated. FIG. 3 shows a schematic diagram of a voltage waveform supplied to the magnetron cathode. As shown in FIG. 3, the pulse DC voltage and the VHF voltage are both supplied as rectangular waves that are repeated every predetermined time. The period of the VHF wave is different from the period of the pulse DC wave. First, when the VHF voltage is supplied at the start of the supply of the pulse DC voltage, the operation is immediately stopped once. Thereafter, a cycle of supplying the VHF voltage for a predetermined time and stopping the operation is repeated. The timing for supplying the VHF voltage includes both when the pulse DC voltage is not supplied and when the supply of the next pulse DC voltage is started. In other words, the stop time of the VHF voltage is provided in the middle of the time during which the pulse DC voltage is supplied. When the pulse DC voltage is being supplied, both the supply and the stop of the VHF voltage are performed.

[作用効果]
次に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の作用効果について説明する。本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置1においては、VHF重畳機構2によりマグネトロンカソード12に電圧を印加する。VHF重畳機構2は、VHF電圧を供給する時期を決定する遅延パルス発生器22と、VHF電圧の波形を決定する任意波形発生器23と、を有している。これにより、VHF重畳機構2は、VHF電圧の供給、停止を周期的に繰り返して、少なくともパルスDC電圧の供給開始時とパルスDC電圧が供給されない時とに、VHF電圧を重畳する。すなわち、本実施形態のスパッタ膜の製造方法においては、パルスDC電圧にVHF電圧を間欠的に重畳させた電圧を、マグネトロンカソード12に印加する。パルスDC電圧の供給開始時にVHF電圧が重畳されると、オーバーシュート電圧変動が低減される。これにより、マグネトロン放電で生成したイオンの加速が抑制され、粒子径の大きな粒子のターゲットからの飛び出しを抑制することができる。したがって、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置1によると、表面の凹凸が少ない平滑なITO膜を形成することができる。
[Effects]
Next, the operation and effect of the magnetron sputtering film forming apparatus of the present embodiment will be described. In the magnetron sputtering film forming apparatus 1 of the present embodiment, a voltage is applied to the magnetron cathode 12 by the VHF superposition mechanism 2. The VHF superposition mechanism 2 includes a delay pulse generator 22 that determines a timing for supplying the VHF voltage, and an arbitrary waveform generator 23 that determines a waveform of the VHF voltage. Accordingly, the VHF superimposing mechanism 2 periodically repeats the supply and stop of the VHF voltage, and superimposes the VHF voltage at least at the start of the supply of the pulse DC voltage and at the time when the pulse DC voltage is not supplied. That is, in the method for manufacturing a sputtered film of the present embodiment, a voltage obtained by intermittently superimposing the VHF voltage on the pulse DC voltage is applied to the magnetron cathode 12. When the VHF voltage is superimposed at the start of the supply of the pulse DC voltage, the fluctuation of the overshoot voltage is reduced. Thereby, the acceleration of the ions generated by the magnetron discharge is suppressed, and the particles with a large particle diameter can be suppressed from jumping out of the target. Therefore, according to the magnetron sputtering film forming apparatus 1 of the present embodiment, it is possible to form a smooth ITO film having few surface irregularities.

<第二実施形態>
[マグネトロンスパッタ成膜装置]
本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置と、第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置と、の相違点は、基材とターゲットとの間にマイクロ波プラズマを生成するためのマイクロ波プラズマ生成装置を備える点である。したがって、ここでは相違点を中心に説明する。
<Second embodiment>
[Magnetron sputter deposition system]
The difference between the magnetron sputter film forming apparatus of the present embodiment and the magnetron sputter film forming apparatus of the first embodiment is that a microwave plasma generating apparatus for generating microwave plasma between a substrate and a target is used. It is a point to prepare. Therefore, the following description focuses on the differences.

まず、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置におけるマイクロ波プラズマ生成装置の構成について説明する。図4に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図を示す。図5に、同マグネトロンスパッタ成膜装置を上方から見た断面図を示す。図6に、同マグネトロンスパッタ成膜装置におけるマイクロ波プラズマ生成装置の前面図を示す。図7に、図6のVII−VII断面図を示す。図4中、図1と対応する部材については同じ符号で示す。   First, the configuration of the microwave plasma generation device in the magnetron sputtering film forming apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view in the left-right direction of the magnetron sputtering film forming apparatus of the present embodiment. FIG. 5 shows a sectional view of the magnetron sputtering film forming apparatus as viewed from above. FIG. 6 shows a front view of a microwave plasma generator in the magnetron sputtering film forming apparatus. FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. 4, members corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

図4に示すように、マグネトロンスパッタ成膜装置1は、真空容器8と、基材10と、基材支持部材11と、マグネトロンカソード12と、VHF重畳機構2と、マイクロ波プラズマ生成装置3と、を備えている。   As shown in FIG. 4, the magnetron sputtering film forming apparatus 1 includes a vacuum vessel 8, a substrate 10, a substrate supporting member 11, a magnetron cathode 12, a VHF superposition mechanism 2, a microwave plasma generation device 3, , Is provided.

図5〜図7に示すように、マイクロ波プラズマ生成装置3は、上流側第一導波管30Uと、下流側第一導波管30Dと、プラズマ生成部31と、上流側第三導波管32Uと、下流側第三導波管32Dと、を備えている。   As shown in FIGS. 5 to 7, the microwave plasma generation device 3 includes an upstream first waveguide 30U, a downstream first waveguide 30D, a plasma generation unit 31, and an upstream third waveguide. It has a tube 32U and a downstream third waveguide 32D.

上流側第一導波管30Uは、アルミニウム製であって、断面矩形の管状を呈している。上流側第一導波管30Uは、上方から見てL字状を呈している。上流側第一導波管30Uの上流端は、図示しないマイクロ波伝送部に接続されている。マイクロ波伝送部は、マイクロ波電源、マイクロ波発振器、アイソレータ、パワーモニタ、およびEH整合器を備えている。上流側第一導波管30Uの下流端は、上流側第三導波管32Uに接続されている。   The upstream first waveguide 30U is made of aluminum and has a tubular shape with a rectangular cross section. The upstream first waveguide 30U has an L-shape when viewed from above. The upstream end of the upstream first waveguide 30U is connected to a microwave transmission unit (not shown). The microwave transmission unit includes a microwave power supply, a microwave oscillator, an isolator, a power monitor, and an EH matching device. The downstream end of the upstream first waveguide 30U is connected to the upstream third waveguide 32U.

下流側第一導波管30Dは、アルミニウム製であって、断面矩形の管状を呈している。下流側第一導波管30Dは、上方から見て、プラズマ生成部31を挟んで上流側第一導波管30Uと対称のL字状(逆L字状)を呈している。下流側第一導波管30Dの上流端は、下流側第三導波管32Dに接続されている。下流側第一導波管30Dの下流側には、プランジャ33が配置されている。プランジャ33は、前後方向に移動可能であり、プランジャ33の前面が下流側第一導波管30Dの終端を形成している。   The downstream first waveguide 30D is made of aluminum and has a tubular shape with a rectangular cross section. When viewed from above, the downstream first waveguide 30D has an L-shape (inverted L-shape) symmetric with the upstream first waveguide 30U with the plasma generation unit 31 interposed therebetween. The upstream end of the downstream first waveguide 30D is connected to the downstream third waveguide 32D. A plunger 33 is arranged downstream of the downstream first waveguide 30D. The plunger 33 is movable in the front-rear direction, and the front surface of the plunger 33 forms the end of the downstream first waveguide 30D.

真空容器8の後側の隔壁82には、二つの導波管挿通孔83U、83Dが穿設されている。上流側第一導波管30Uは、導波管挿通孔83Uに挿通されている。下流側第一導波管30Dは、導波管挿通孔83Dに挿通されている。   Two waveguide insertion holes 83U and 83D are formed in the partition wall 82 on the rear side of the vacuum container 8. The upstream first waveguide 30U is inserted into the waveguide insertion hole 83U. The downstream first waveguide 30D is inserted into the waveguide insertion hole 83D.

プラズマ生成部31は、本体部34と一対の磁石部35a、35bとを有している。本体部34は、筐体40と、第二導波管41と、三つの冷却板42と、を有している。筐体40は、Niめっきが施された鉄製であり、直方体状を呈している。筐体40は、凹部400を有している。凹部400は、断面が角C字状で左右方向に延在している。三つの冷却板42は、各々、ステンレス鋼製であり、左右方向に延在している。三つ冷却板42は、凹部400の上方、下方、後方の三方に一つずつ配置されている。   The plasma generator 31 has a main body 34 and a pair of magnets 35a and 35b. The main body 34 has a housing 40, a second waveguide 41, and three cooling plates 42. The housing 40 is made of Ni-plated iron and has a rectangular parallelepiped shape. The housing 40 has a concave portion 400. The concave portion 400 has a C-shaped cross section and extends in the left-right direction. Each of the three cooling plates 42 is made of stainless steel, and extends in the left-right direction. The three cooling plates 42 are arranged one at a time on the upper, lower, and rear sides of the recess 400.

第二導波管41は、凹部400に配置され、左右方向に直線状に延在している。第二導波管41は、管壁部43と、スロットアンテナ44と、第二誘電体45と、を有している。管壁部43は、Niめっきが施された鉄製である。スロットアンテナ44は、鉄製であり、矩形板状を呈している。スロットアンテナ44は、第二導波管41のH面に配置されている。スロットアンテナ44は、第二導波管41の前壁を形成している。スロットアンテナ44には、前後方向に貫通するスロット440が複数個形成されている。複数のスロット440は、各々、左右方向に伸びる長孔状を呈し、上下二列に配置されている。スロット440は、マイクロ波の定在波の腹の位置に対応して配置されている。管壁部43とスロットアンテナ44とにより、断面矩形状の空間が形成されている。第二誘電体45は、当該空間に充填されている。第二誘電体45は、アルミナ製であって、直方体状を呈している。第二誘電体45は、スロット440を後方から覆っている。   The second waveguide 41 is arranged in the concave portion 400 and extends linearly in the left-right direction. The second waveguide 41 has a tube wall 43, a slot antenna 44, and a second dielectric 45. The tube wall 43 is made of Ni-plated iron. The slot antenna 44 is made of iron and has a rectangular plate shape. The slot antenna 44 is disposed on the H plane of the second waveguide 41. The slot antenna 44 forms the front wall of the second waveguide 41. The slot antenna 44 has a plurality of slots 440 penetrating in the front-rear direction. Each of the plurality of slots 440 has a long hole shape extending in the left-right direction, and is arranged in upper and lower two rows. The slot 440 is arranged corresponding to the position of the antinode of the standing wave of the microwave. The tube wall 43 and the slot antenna 44 form a space having a rectangular cross section. The second dielectric 45 is filled in the space. The second dielectric 45 is made of alumina and has a rectangular parallelepiped shape. The second dielectric 45 covers the slot 440 from behind.

一対の磁石部35a、35bは、本体部34の前面に、スロットアンテナ44を挟むようにして上下に一つずつ配置されている。上方の磁石部35aは、左右方向に直線状に延在している。磁石部35aは、永久磁石50aと二つの冷却パイプ51a、52aとを有している。永久磁石50aは、左右方向に直線状に連結された十個の永久磁石から構成されている。十個の永久磁石は、各々、サマリウムコバルト磁石であり、直方体状を呈している。十個の永久磁石の下側はN極、上側はS極である。永久磁石50aのN−S方向は、スロットアンテナ44の前面に対して平行である。永久磁石50aの下面は、アルミニウム製のカバー部材53aで覆われている。冷却パイプ51a、52aは、前後方向において永久磁石50aを挟むように配置されている。冷却パイプ51a、52a内には、冷却液が流れている。下方の磁石部35bの構成は、磁石部35aの構成と同じである。すなわち、磁石部35bは、左右方向に直線状に延在し、永久磁石50bと二つの冷却パイプ51b、52bとを有している。永久磁石50bは、直線状に連結された十個の永久磁石から構成されている。十個の永久磁石の上側はN極、下側はS極である。永久磁石50bのN−S方向は、スロットアンテナ44の前面に対して平行である。永久磁石50bの上面は、アルミニウム製のカバー部材53bで覆われている。冷却パイプ51b、52bは、前後方向において永久磁石50bを挟むように配置されている。冷却パイプ51a、52b内には、冷却液が流れている。   The pair of magnet portions 35 a and 35 b are arranged one above the other on the front surface of the main body 34 so as to sandwich the slot antenna 44. The upper magnet portion 35a extends linearly in the left-right direction. The magnet section 35a has a permanent magnet 50a and two cooling pipes 51a and 52a. The permanent magnet 50a is composed of ten permanent magnets connected linearly in the left-right direction. Each of the ten permanent magnets is a samarium-cobalt magnet, and has a rectangular parallelepiped shape. The lower side of the ten permanent magnets is the north pole, and the upper side is the south pole. The NS direction of the permanent magnet 50a is parallel to the front surface of the slot antenna 44. The lower surface of the permanent magnet 50a is covered with a cover member 53a made of aluminum. The cooling pipes 51a and 52a are arranged so as to sandwich the permanent magnet 50a in the front-rear direction. A cooling liquid flows in the cooling pipes 51a and 52a. The configuration of the lower magnet portion 35b is the same as the configuration of the magnet portion 35a. That is, the magnet portion 35b extends linearly in the left-right direction, and has the permanent magnet 50b and the two cooling pipes 51b and 52b. The permanent magnet 50b is composed of ten permanent magnets connected linearly. The upper side of the ten permanent magnets is the north pole, and the lower side is the south pole. The NS direction of the permanent magnet 50b is parallel to the front surface of the slot antenna 44. The upper surface of the permanent magnet 50b is covered with a cover member 53b made of aluminum. The cooling pipes 51b and 52b are arranged so as to sandwich the permanent magnet 50b in the front-rear direction. A cooling liquid flows in the cooling pipes 51a and 52b.

永久磁石50a、50bにより、スロットアンテナ44の前面(プラズマ生成側の表面)には磁場が形成されている。スロット440位置において、スロットアンテナ44の前面から前方に10mm離間した地点の磁束密度は、87.5mTである。   A magnetic field is formed by the permanent magnets 50a and 50b on the front surface (the surface on the plasma generation side) of the slot antenna 44. At the position of the slot 440, the magnetic flux density at a point 10 mm forward from the front surface of the slot antenna 44 is 87.5 mT.

上流側第三導波管32Uは、アルミニウム製であって、断面矩形の短い管状を呈している。上流側第三導波管32Uは、上流側第一導波管30Uとプラズマ生成部31との間に配置されている。上流側第三導波管32Uの上流端は、上流側第一導波管30Uの下流端に接続されている。上流側第三導波管32Uの下流端は、第二導波管41の上流端に接続されている。上流側第三導波管32Uの内部には、第三誘電体36が充填されている。第三誘電体36は、石英製であって、直方体状を呈している。第三誘電体36の右端は、第二誘電体45に接触している。第三誘電体36(石英)の屈折率は、上流側第一導波管30Uの内部(空気)の屈折率と第二誘電体45(アルミナ)の屈折率との中間値である。   The upstream third waveguide 32U is made of aluminum and has a short tubular shape with a rectangular cross section. The upstream third waveguide 32U is disposed between the upstream first waveguide 30U and the plasma generation unit 31. The upstream end of the upstream third waveguide 32U is connected to the downstream end of the upstream first waveguide 30U. The downstream end of the upstream third waveguide 32U is connected to the upstream end of the second waveguide 41. The inside of the upstream third waveguide 32U is filled with a third dielectric 36. The third dielectric 36 is made of quartz and has a rectangular parallelepiped shape. The right end of the third dielectric 36 is in contact with the second dielectric 45. The refractive index of the third dielectric 36 (quartz) is an intermediate value between the refractive index of the inside (air) of the upstream first waveguide 30U and the refractive index of the second dielectric 45 (alumina).

下流側第三導波管32Dは、アルミニウム製であって、断面矩形の短い管状を呈している。下流側第三導波管32Dは、下流側第一導波管30Dとプラズマ生成部31との間に配置されている。下流側第三導波管32Dの上流端は、第二導波管41の下流端に接続されている。下流側第三導波管32Dの下流端は、下流側第一導波管30Dの上流端に接続されている。下流側第三導波管32Dの構成は、上流側第三導波管32Uの構成と同じである。すなわち、下流側第三導波管32Dの内部には、第三誘電体36が充填されている。第三誘電体36の左端は、第二誘電体45に接触している。図5、図6に示すように、上流側第三導波管32Uから下流側第三導波管32Dまでの区間Vの管内部は、真空になっている。上流側第三導波管32Uの上流端および下流側第三導波管32Dの下流端には、図示しないシール部材が配置されている。   The downstream third waveguide 32D is made of aluminum, and has a short tubular shape with a rectangular cross section. The downstream third waveguide 32D is disposed between the downstream first waveguide 30D and the plasma generation unit 31. The upstream end of the downstream third waveguide 32D is connected to the downstream end of the second waveguide 41. The downstream end of the downstream third waveguide 32D is connected to the upstream end of the downstream first waveguide 30D. The configuration of the downstream third waveguide 32D is the same as the configuration of the upstream third waveguide 32U. That is, the inside of the downstream third waveguide 32D is filled with the third dielectric 36. The left end of the third dielectric 36 is in contact with the second dielectric 45. As shown in FIGS. 5 and 6, the inside of the tube in the section V from the upstream third waveguide 32U to the downstream third waveguide 32D is evacuated. Seal members (not shown) are arranged at the upstream end of the upstream third waveguide 32U and the downstream end of the downstream third waveguide 32D.

[スパッタ膜の製造方法]
次に、マグネトロンスパッタ成膜装置1を用いたスパッタ膜の製造方法について説明する。本実施形態のスパッタ膜の製造方法においては、まず、真空排気装置(図略)を作動させて、真空容器8の内部のガスを排気孔81から排出し、真空容器8の内部を減圧状態にする。次に、ガス供給管から、アルゴンガスと微量の酸素ガスとを真空容器8内へ供給して、真空容器8内の圧力を0.4Paにする。
[Method of manufacturing sputtered film]
Next, a method for manufacturing a sputtered film using the magnetron sputtering film forming apparatus 1 will be described. In the method for manufacturing a sputtered film according to the present embodiment, first, the vacuum exhaust device (not shown) is operated to exhaust the gas inside the vacuum container 8 from the exhaust hole 81, and the inside of the vacuum container 8 is evacuated. I do. Next, argon gas and a trace amount of oxygen gas are supplied into the vacuum vessel 8 from the gas supply pipe, and the pressure in the vacuum vessel 8 is set to 0.4 Pa.

続いて、マイクロ波伝送部のマイクロ波電源をオンにして、マイクロ波発振器から周波数2.45GHzのマイクロ波を発振する。発振されたマイクロ波は、図5中、白抜き矢印で示すように、上流側第一導波管30Uを通って上流側第三導波管32U内を伝播する。上流側第三導波管32Uの内部には、石英製の第三誘電体36が充填されている。このため、上流側第三導波管32U内において、マイクロ波の波長は変換され短くなる。続いて、マイクロ波は、プラズマ生成部31の第二導波管41内を伝播する。第二導波管41内には、アルミナ製の第二誘電体45が充填されている。このため、第二導波管41内において、マイクロ波の波長はさらに短くなる。第二導波管41を通過したマイクロ波は、下流側第三導波管32Dを通って下流側第一導波管30Dに伝播する。   Subsequently, the microwave power supply of the microwave transmission unit is turned on, and a microwave having a frequency of 2.45 GHz is oscillated from the microwave oscillator. The oscillated microwave propagates in the upstream third waveguide 32U through the upstream first waveguide 30U as shown by a white arrow in FIG. The inside of the upstream third waveguide 32U is filled with a third dielectric 36 made of quartz. Therefore, the wavelength of the microwave is converted and shortened in the upstream third waveguide 32U. Subsequently, the microwave propagates in the second waveguide 41 of the plasma generation unit 31. The second waveguide 41 is filled with a second dielectric 45 made of alumina. For this reason, the wavelength of the microwave is further shortened in the second waveguide 41. The microwave passing through the second waveguide 41 propagates through the downstream third waveguide 32D to the downstream first waveguide 30D.

第二導波管41内において、マイクロ波は、スロットアンテナ44のスロット440を通過して、スロットアンテナ44の前面を伝播する。このマイクロ波の強電界により、真空容器8内のガスが電離して、スロットアンテナ44の前方にマイクロ波プラズマが生成される。生成したマイクロ波プラズマ中の電子は、サイクロトロン角周波数に従って、磁力線方向に対して右回りの旋回運動を行う。一方、マイクロ波プラズマ中を伝播するマイクロ波は、電子サイクロトロン波を励起する。電子サイクロトロン波の角周波数は、磁束密度87.5mTで、サイクロトロン角周波数に一致する。これにより、ECRが生じる。ECRによりエネルギーが増大した電子は、磁力線に拘束されながら、周辺の中性粒子と衝突する。これにより、中性粒子が次々に電離する。電離により生じた電子も、ECRにより加速され、さらに中性粒子を電離させる。このようにして、スロットアンテナ44の前方に、ECRプラズマP2が生成される。   In the second waveguide 41, the microwave passes through the slot 440 of the slot antenna 44 and propagates on the front surface of the slot antenna 44. Due to the strong electric field of the microwave, the gas in the vacuum vessel 8 is ionized, and microwave plasma is generated in front of the slot antenna 44. The electrons in the generated microwave plasma make a clockwise rotation with respect to the direction of the line of magnetic force according to the cyclotron angular frequency. On the other hand, the microwave propagating in the microwave plasma excites the electron cyclotron wave. The angular frequency of the electron cyclotron wave matches the cyclotron angular frequency with a magnetic flux density of 87.5 mT. This results in ECR. Electrons whose energy has been increased by the ECR collide with surrounding neutral particles while being constrained by the lines of magnetic force. Thereby, neutral particles are ionized one after another. Electrons generated by ionization are also accelerated by ECR, and further ionize neutral particles. Thus, the ECR plasma P2 is generated in front of the slot antenna 44.

次に、VHF重畳機構2を作動させ、パルスDC電圧にVHF電圧を重畳してカソード本体16に電圧を印加する。すると、ターゲット13の上面にマグネトロン放電が生じる。これによりアルゴンガスが電離して、ターゲット13の上方にマグネトロンプラズマP1が生成される。マグネトロンプラズマP1(アルゴンイオン)によりターゲット13をスパッタし、ターゲット13からスパッタ粒子を叩き出す。ターゲット13から飛び出したスパッタ粒子は、基材10に向かって飛散して、基材10の下面に付着する。ここで、基材10とターゲット13との間(マグネトロンプラズマP1生成領域を含む)には、ECRプラズマP2が生成される。よって、スパッタ粒子にはECRプラズマP2が照射される。このようにして、基材10の下面にITO膜が形成される。パルスDC電圧に対するVHF電圧の重畳は、第一実施形態と同様のオン/オフパターンで行った(前出の図3参照)。   Next, the VHF superimposing mechanism 2 is operated to superimpose the VHF voltage on the pulse DC voltage and apply the voltage to the cathode main body 16. Then, a magnetron discharge occurs on the upper surface of the target 13. Thereby, the argon gas is ionized, and the magnetron plasma P1 is generated above the target 13. The target 13 is sputtered by the magnetron plasma P1 (argon ions), and sputter particles are beaten from the target 13. The sputtered particles jumping out of the target 13 scatter toward the substrate 10 and adhere to the lower surface of the substrate 10. Here, the ECR plasma P2 is generated between the base material 10 and the target 13 (including the magnetron plasma P1 generation region). Accordingly, the sputtered particles are irradiated with the ECR plasma P2. Thus, the ITO film is formed on the lower surface of the base material 10. The VHF voltage was superimposed on the pulse DC voltage in the same on / off pattern as in the first embodiment (see FIG. 3 described above).

[作用効果]
次に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の作用効果について説明する。本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置と第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置とは、構成が共通する部分に関しては同様の作用効果を有する。また、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置1によると、基材10とターゲット13との間にECRプラズマP2を生成することにより、マグネトロンカソード12への印加電圧を低くしても、マグネトロンプラズマP1を安定に維持することができる。これにより、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子のターゲット13からの飛び出しを、より抑制することができる。その結果、スパッタ粒子の粒子径のばらつきが抑制され、形成される薄膜の表面の凹凸を、より小さくすることができる。また、ECRプラズマP2を照射すると、スパッタ粒子が微細化される。このため、よりきめ細やかな薄膜を形成することができる。
[Effects]
Next, the operation and effect of the magnetron sputtering film forming apparatus of the present embodiment will be described. The magnetron sputter film forming apparatus of the present embodiment and the magnetron sputter film forming apparatus of the first embodiment have the same function and effect with respect to portions having a common configuration. Further, according to the magnetron sputtering film forming apparatus 1 of the present embodiment, by generating the ECR plasma P2 between the base material 10 and the target 13, even if the voltage applied to the magnetron cathode 12 is reduced, the magnetron plasma P1 is generated. Can be maintained stably. This makes it possible to further prevent particles having a large particle diameter, such as cluster particles, from jumping out of the target 13. As a result, the variation in the particle diameter of the sputtered particles is suppressed, and the unevenness on the surface of the formed thin film can be further reduced. Further, when the ECR plasma P2 is irradiated, sputter particles are miniaturized. For this reason, a finer thin film can be formed.

マイクロ波プラズマ生成装置3においては、第二導波管41の内部に第二誘電体45が配置されている。これにより、第二導波管41内を伝播するマイクロ波の波長は、上流側第一導波管30U内を伝播する時の波長よりも短くなる。これにより、スロットアンテナ44に多数のスロット440を形成することができるため、スロットアンテナ44の前面全体の電界強度が大きくなる。また、上流側第一導波管30Uと第二導波管41との間には、上流側第三導波管32Uが介在している。上流側第三導波管32U内の第三誘電体36の屈折率は、第二誘電体45の屈折率よりも小さい。よって、上流側第一導波管30Uから伝送されるマイクロ波は、一旦、上流側第三導波管32Uにおいて波長が変換された後に、第二導波管41へ伝送される。波長の変換を二段階で行うことにより、上流側第一導波管30Uから第二導波管41へ直接マイクロ波を伝送する場合と比較して、第二導波管41へ入射する際のマイクロ波の反射を抑制することができる。これにより、マイクロ波のエネルギーが低下するのを抑制することができる。   In the microwave plasma generation device 3, a second dielectric 45 is disposed inside the second waveguide 41. Thereby, the wavelength of the microwave propagating in the second waveguide 41 becomes shorter than the wavelength when propagating in the upstream first waveguide 30U. Thereby, since a large number of slots 440 can be formed in the slot antenna 44, the electric field intensity on the entire front surface of the slot antenna 44 increases. An upstream third waveguide 32U is interposed between the upstream first waveguide 30U and the second waveguide 41. The refractive index of the third dielectric 36 in the upstream third waveguide 32U is smaller than the refractive index of the second dielectric 45. Therefore, the microwave transmitted from the upstream first waveguide 30U is transmitted to the second waveguide 41 after the wavelength is once converted in the upstream third waveguide 32U. By performing the wavelength conversion in two stages, compared with the case where microwaves are directly transmitted from the upstream first waveguide 30U to the second waveguide 41, the wavelength at the time of incidence on the second waveguide 41 is reduced. Microwave reflection can be suppressed. Thereby, it is possible to suppress a decrease in microwave energy.

このように、マイクロ波プラズマ生成装置3においては、スロットアンテナ44の前面の電界強度が大きいため、長尺状の第二導波管41により、長手方向に略均一なマイクロ波を放射することができる。また、第二導波管41の短手方向の断面積を小さくして、第二導波管41を小型化することができる。すなわち、プラズマ生成部31を小型化することができる。これにより、基材10およびマグネトロンカソード12との干渉が抑制される。   As described above, in the microwave plasma generating apparatus 3, since the electric field intensity on the front surface of the slot antenna 44 is large, it is possible to radiate a substantially uniform microwave in the longitudinal direction by the elongated second waveguide 41. it can. Further, the cross-sectional area of the second waveguide 41 in the lateral direction can be reduced, so that the second waveguide 41 can be downsized. That is, the size of the plasma generation unit 31 can be reduced. Thereby, interference with the base material 10 and the magnetron cathode 12 is suppressed.

プラズマ生成部31は、スロットアンテナ44を挟んで配置される一対の永久磁石50a、50bを有している。これにより、スロットアンテナ44の前面に磁場を形成して、ECRプラズマP2を生成することができる。このため、マイクロ波プラズマ生成装置3によると、1Pa以下の低圧下、さらには0.5Pa以下の極低圧下においても、安定したECRプラズマP2を生成することができる。また、予め数十〜100Pa程度でプラズマを生成させておく必要はなく、真空容器8内をスパッタを行う圧力にした状態でECRプラズマP2を生成させることができる。したがって、マイクロ波プラズマ生成装置3によると、真空容器8内の圧力を低くして、純度の高い処理を行うことができる。   The plasma generation unit 31 has a pair of permanent magnets 50a and 50b arranged with the slot antenna 44 interposed therebetween. Thereby, a magnetic field is formed on the front surface of the slot antenna 44, and the ECR plasma P2 can be generated. For this reason, according to the microwave plasma generation device 3, stable ECR plasma P2 can be generated even under a low pressure of 1 Pa or less, and even under an extremely low pressure of 0.5 Pa or less. In addition, it is not necessary to generate the plasma at about several tens to 100 Pa in advance, and the ECR plasma P2 can be generated in a state where the pressure in the vacuum vessel 8 is set to the sputtering. Therefore, according to the microwave plasma generating apparatus 3, high-purity processing can be performed by lowering the pressure in the vacuum vessel 8.

第二導波管41の管壁部43はNiめっきが施された鉄製であり、スロットアンテナ44は鉄製である。すなわち、管壁部43、スロットアンテナ44はいずれも磁性体から形成されている。よって、図7中、点線矢印で示すように、永久磁石50a−スロットアンテナ44−管壁部43、永久磁石50b−スロットアンテナ44−管壁部43により、磁気回路が形成される。これにより、磁力線が第二導波管41の内部に侵入するのを抑制すると共に、スロットアンテナ44の前面の磁場を強くすることができる。また、一対の永久磁石50a、50bは、N極が対向するように配置されており、かつ、N−S方向が上下方向に、換言するとスロットアンテナ44の面方向と平行に配置されている。これにより、第二導波管41の内部に対する磁場の影響を少なくしつつ、スロットアンテナ44の前面の磁場を強くすることができる。また、管壁部43は、表面の導電性が高く磁気回路が形成されやすいと共に、防食性に優れる。   The tube wall 43 of the second waveguide 41 is made of Ni-plated iron, and the slot antenna 44 is made of iron. That is, the tube wall 43 and the slot antenna 44 are both formed of a magnetic material. Therefore, as shown by a dotted arrow in FIG. 7, a magnetic circuit is formed by the permanent magnet 50a-slot antenna 44-tube wall 43, and permanent magnet 50b-slot antenna 44-tube wall 43. Accordingly, it is possible to suppress the magnetic field lines from entering the inside of the second waveguide 41 and to increase the magnetic field on the front surface of the slot antenna 44. Further, the pair of permanent magnets 50a and 50b are arranged so that the N poles face each other, and the NS direction is arranged in the vertical direction, in other words, in parallel with the plane direction of the slot antenna 44. Thereby, the magnetic field on the front surface of the slot antenna 44 can be increased while reducing the influence of the magnetic field on the inside of the second waveguide 41. In addition, the tube wall 43 has a high surface conductivity and a magnetic circuit is easily formed, and is excellent in anticorrosion.

永久磁石50aの厚さ方向両側には、冷却パイプ51a、52aが配置されている。永久磁石50bの厚さ方向両側には、冷却パイプ51b、52bが配置されている。これにより、永久磁石50a、50bの温度上昇が抑制され、磁性の低下を抑制することができる。また、第二導波管41の周囲にも、冷却板42が配置されている。これにより、第二導波管41の内部の温度上昇が抑制される。   Cooling pipes 51a and 52a are arranged on both sides in the thickness direction of the permanent magnet 50a. Cooling pipes 51b and 52b are arranged on both sides in the thickness direction of the permanent magnet 50b. Thereby, the temperature rise of the permanent magnets 50a and 50b is suppressed, and the decrease in magnetism can be suppressed. A cooling plate 42 is also arranged around the second waveguide 41. Thereby, the temperature rise inside the second waveguide 41 is suppressed.

永久磁石50aにおいて、スロットアンテナ44に近い後面は冷却パイプ51aに接しており、下面はカバー部材53aで覆われている。永久磁石50bにおいて、スロットアンテナ44に近い後面は冷却パイプ51bに接しており、上面はカバー部材53bで覆われている。このようにして、生成するECRプラズマP2に対して永久磁石50a、50bを保護している。   In the permanent magnet 50a, the rear surface near the slot antenna 44 is in contact with the cooling pipe 51a, and the lower surface is covered with a cover member 53a. In the permanent magnet 50b, the rear surface near the slot antenna 44 is in contact with the cooling pipe 51b, and the upper surface is covered with a cover member 53b. Thus, the permanent magnets 50a and 50b are protected against the generated ECR plasma P2.

マイクロ波プラズマ生成装置3においては、第二導波管41の下流側にも導波管(下流側第三導波管32D、下流側第一導波管30D)が接続されている。下流側第一導波管30Dは、終端位置を調整するためのプランジャ33を有している。プランジャ33を前後方向に移動させ、下流側第一導波管30Dの長さを調整することにより、スロット440位置の電界強度を調整することができる。これにより、スロット440からマイクロ波が伝播しやすくなり、安定したプラズマを生成することができる。また、上流側第三導波管32Uから下流側第三導波管32Dまでの区間Vの管内部は真空である。これにより、第二導波管41を構成する部材間(スロットアンテナ44と第二誘電体45との間、スロットアンテナ44と管壁部43との間など)や、第二導波管41と上流側第三導波管32U、下流側第三導波管32Dとの間で真空シールを行う必要はなく、真空シールの熱対策も不要である。   In the microwave plasma generation device 3, waveguides (downstream third waveguide 32D and downstream first waveguide 30D) are also connected to the downstream side of the second waveguide 41. The first downstream waveguide 30D has a plunger 33 for adjusting the end position. The electric field intensity at the position of the slot 440 can be adjusted by moving the plunger 33 in the front-rear direction and adjusting the length of the downstream first waveguide 30D. This makes it easier for the microwave to propagate from the slot 440, and can generate stable plasma. The inside of the tube in the section V from the upstream third waveguide 32U to the downstream third waveguide 32D is vacuum. Thereby, between the members constituting the second waveguide 41 (eg, between the slot antenna 44 and the second dielectric 45, between the slot antenna 44 and the tube wall 43), and between the second waveguide 41 and the second waveguide 41. It is not necessary to perform a vacuum seal between the upstream third waveguide 32U and the downstream third waveguide 32D, and it is not necessary to take measures against heat of the vacuum seal.

上流側第一導波管30Uと下流側第一導波管30Dとは、上方から見て、第二導波管41を挟んで対称なL字状に配置されている。このため、上流側第一導波管30Uおよび下流側第一導波管30Dを真空容器8の隔壁82に貫通させて、マイクロ波プラズマ生成装置3を真空容器8に取り付けることができる。これにより、上流側第一導波管30U、プラズマ生成部31、下流側第一導波管30Dを直線状に配置する形態と比較して、取り付けが容易になり、省スペース化を図ることができる。また、上流側第一導波管30U、上流側第三導波管32U、プラズマ生成部31、下流側第三導波管32D、下流側第一導波管30D、および隔壁82をユニット化しておくと、マグネトロンスパッタ成膜装置1への組み込みが容易になる。   The upstream first waveguide 30U and the downstream first waveguide 30D are arranged in a symmetrical L-shape with the second waveguide 41 therebetween when viewed from above. Therefore, the microwave first plasma generation device 3 can be attached to the vacuum vessel 8 by passing the upstream first waveguide 30U and the downstream first waveguide 30D through the partition wall 82 of the vacuum vessel 8. Thereby, as compared with a configuration in which the upstream first waveguide 30U, the plasma generation unit 31, and the downstream first waveguide 30D are linearly arranged, mounting becomes easier and space can be saved. it can. Also, the upstream first waveguide 30U, the upstream third waveguide 32U, the plasma generation unit 31, the downstream third waveguide 32D, the downstream first waveguide 30D, and the partition 82 are unitized. By doing so, it is easy to incorporate the device into the magnetron sputtering film forming apparatus 1.

<その他の形態>
以上、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
<Other forms>
The embodiment of the magnetron sputtering film forming apparatus of the present invention has been described above. However, embodiments are not limited to the above embodiments. Various modifications and improvements that can be performed by those skilled in the art are also possible.

上記実施形態においては、パルスDC電圧に対するVHF電圧の重畳を、VHF電圧の供給、停止を周期的に繰り返すオン/オフパターンで行った。しかし、VHF電圧の重畳の仕方は、VHF電圧が周期的に変化していれば特に限定されない。   In the above embodiment, the VHF voltage is superimposed on the pulse DC voltage in an on / off pattern in which supply and stop of the VHF voltage are periodically repeated. However, the manner of superimposing the VHF voltage is not particularly limited as long as the VHF voltage changes periodically.

オン/オフパターンとしては、パルスDC電圧が供給されている時に、VHF電圧の供給と停止との少なくとも一方を行う態様が挙げられる。例えば、上記実施形態のように、パルスDC電圧が供給されている時間の途中にVHF電圧の停止時期を設ける態様の他、パルスDC電圧の供給開始時にのみVHF電圧を供給する態様、パルスDC電圧が供給されない時(パルスDC電圧の停止時)にのみVHF電圧を供給する態様、パルスDC電圧の供給開始時およびパルスDC電圧が供給されない時の両方にのみVHF電圧を供給する態様、パルスDC電圧の停止直前時にのみVHF電圧を供給する態様、などが挙げられる。ここで、パルスDC電圧の供給開始時とは、供給開始から10μs程度の時期を意味する。パルスDC電源をオフにしてパルスDC電圧を停止すると、実際にパルスDC電圧が0Vになるまでに若干のタイムラグが生じる。パルスDC電圧の停止直前時とは、そのタイムラグに相当する時期を意味する。具体的には、パルスDC電圧の停止直前時は、パルスDC電圧が完全に0Vになる前の1μs程度の時期である。   As the on / off pattern, there is a mode in which at least one of the supply and the stop of the VHF voltage is performed when the pulse DC voltage is supplied. For example, in addition to a mode in which the VHF voltage is stopped during the time when the pulse DC voltage is supplied as in the above embodiment, a mode in which the VHF voltage is supplied only at the start of the pulse DC voltage supply, and a mode in which the pulse DC voltage is supplied In which the VHF voltage is supplied only when the pulse DC voltage is not supplied (when the pulse DC voltage is stopped), in which the VHF voltage is supplied only when both the supply of the pulse DC voltage is started and when the pulse DC voltage is not supplied, and in which the pulse DC voltage is supplied In which the VHF voltage is supplied only immediately before the stop. Here, the start of the supply of the pulse DC voltage means a period of about 10 μs from the start of the supply. When the pulse DC voltage is stopped by turning off the pulse DC power supply, a slight time lag occurs until the pulse DC voltage actually becomes 0V. The time immediately before the stop of the pulse DC voltage means a time corresponding to the time lag. Specifically, the time immediately before the stop of the pulse DC voltage is about 1 μs before the pulse DC voltage completely becomes 0V.

また、VHF電圧を常時供給しながら、電圧を間欠的に高くするオフセットパターンでもよい。オフセットパターンの場合には、パルスDC電圧が供給されない時に電圧を高くすることが望ましい。VHF電圧の重畳パターンのいくつかについては、後の実施例に示す。また、VHF電圧の波形は、正弦波、矩形波など特に限定されない。使用するVHFの周波数帯は特に限定されないが、例えば30MHz以上50MHz以下の周波数帯を用いるとよい。   Further, an offset pattern in which the voltage is intermittently increased while the VHF voltage is constantly supplied may be used. In the case of an offset pattern, it is desirable to increase the voltage when no pulse DC voltage is supplied. Some of the superimposed patterns of the VHF voltages will be described in later examples. Further, the waveform of the VHF voltage is not particularly limited, such as a sine wave and a rectangular wave. The VHF frequency band to be used is not particularly limited. For example, a frequency band of 30 MHz to 50 MHz may be used.

VHF重畳機構の構成は、上記実施形態に限定されない。VHF電源により供給するVHF電圧を制御する制御装置として、遅延パルス発生器、任意波形発生器に代えて、あるいはこれらに加えて他の装置を使用してもよい。   The configuration of the VHF superposition mechanism is not limited to the above embodiment. As a control device for controlling the VHF voltage supplied from the VHF power supply, other devices may be used instead of or in addition to the delay pulse generator and the arbitrary waveform generator.

マグネトロンカソードのバッキングプレートおよびカソード本体の材質や形状については、特に限定されない。例えば、バッキングプレートには、非磁性の導電性材料を用いればよい。なかでも、導電性および熱伝導性が高い銅などの金属材料が望ましい。カソード本体には、ステンレス鋼の他、アルミニウムなどの金属を用いることができる。また、ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段の構成は、上記実施形態に限定されない。磁場形成手段として永久磁石を用いる場合、永久磁石の種類や配置形態については、適宜決定すればよい。例えば、各々の永久磁石のN極とS極とが、上記実施形態と逆でもよい。真空容器の材質や形状についても、特に限定されない。例えば、真空容器は金属材料で形成されていればよい。溶接、切削などの加工性、耐食性、経済性の観点から、上記実施形態におけるアルミ鋼や、ステンレス鋼、アルミニウムなどが望ましい。   The material and shape of the magnetron cathode backing plate and cathode body are not particularly limited. For example, a nonmagnetic conductive material may be used for the backing plate. Above all, a metal material such as copper having high conductivity and high heat conductivity is desirable. For the cathode body, a metal such as aluminum can be used in addition to stainless steel. Further, the configuration of the magnetic field forming means for forming a magnetic field on the surface of the target is not limited to the above embodiment. When a permanent magnet is used as the magnetic field forming means, the type and arrangement of the permanent magnet may be determined as appropriate. For example, the N pole and the S pole of each permanent magnet may be reversed from the above embodiment. The material and shape of the vacuum vessel are not particularly limited. For example, the vacuum container may be formed of a metal material. From the viewpoints of workability such as welding and cutting, corrosion resistance, and economic efficiency, the aluminum steel, stainless steel, aluminum, and the like in the above embodiment are desirable.

上記実施形態では、ターゲットとしてITOを使用した。しかし、ターゲットの材料は、特に限定されるものではなく、形成する薄膜の種類に応じて適宜決定すればよい。同様に、薄膜が形成される基材についても、用途に応じて適宜選択すればよい。   In the above embodiment, ITO was used as the target. However, the material of the target is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the type of the thin film to be formed. Similarly, the substrate on which the thin film is formed may be appropriately selected depending on the application.

上記実施形態においては、0.4Paの圧力下で成膜を行った。しかし、成膜処理の圧力は、当該圧力に限定されない。成膜処理は、適宜最適な圧力下で行えばよい。好適な圧力は、0.1Pa以上4Pa以下である。4Pa以下の高真空状態にすることにより、不純物の混入が抑制され、処理の純度を高めることができる。また、第二実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置は、0.05Pa以上20Pa以下の低圧下においてECRプラズマを生成することができる。真空容器内に供給するガスは、処理に応じて適宜決定すればよい。例えば、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)などの希ガス、窒素(N)、酸素(O)、水素(H)などが挙げられる。供給するガスは、一種でも二種以上でもよい。 In the above embodiment, the film was formed under a pressure of 0.4 Pa. However, the pressure for the film formation process is not limited to the pressure. The film formation process may be performed under an optimal pressure as appropriate. A suitable pressure is 0.1 Pa or more and 4 Pa or less. By setting a high vacuum state of 4 Pa or less, contamination of impurities can be suppressed, and the purity of treatment can be increased. Further, the microwave plasma generator of the second embodiment can generate ECR plasma under a low pressure of 0.05 Pa or more and 20 Pa or less. The gas to be supplied into the vacuum container may be appropriately determined according to the processing. For example, rare gases such as argon (Ar), helium (He), neon (Ne), krypton (Kr), and xenon (Xe), nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), hydrogen (H 2 ), and the like can be used. No. The gas to be supplied may be one kind or two or more kinds.

第一実施形態のように、マグネトロンスパッタ成膜装置は、基材とターゲットとの間にマイクロ波プラズマを生成するためのマイクロ波プラズマ生成装置を備えていなくてもよい。マイクロ波プラズマ生成装置を配置する場合、その構成は特に限定されない。第二実施形態で使用したマイクロ波プラズマ生成装置の他、マイクロ波を伝送する矩形導波管と、該矩形導波管の一面に配置されマイクロ波が通過するスロットを有するスロットアンテナと、該スロットを通過したマイクロ波が入射する誘電体部と、を備える装置(例えば、特開2012−234643号公報参照)、当該装置において、さらに、誘電体部の表面に磁場を形成するための永久磁石を配置した装置(例えば、特開2013−108115号公報参照)などが挙げられる。   As in the first embodiment, the magnetron sputtering film forming apparatus does not need to include the microwave plasma generation apparatus for generating microwave plasma between the base material and the target. When the microwave plasma generation device is provided, its configuration is not particularly limited. In addition to the microwave plasma generation device used in the second embodiment, a rectangular waveguide for transmitting microwaves, a slot antenna having a slot disposed on one surface of the rectangular waveguide and through which microwaves pass, (For example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-234643), further comprising a permanent magnet for forming a magnetic field on the surface of the dielectric portion. For example, an arranged device (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-108115) can be used.

第二実施形態で使用したマイクロ波プラズマ生成装置において、第一導波管、プラズマ生成部、第三導波管の大きさは特に限定されない。また、第二実施形態では、第二導波管の下流側にも下流側第三導波管および下流側第一導波管を配置した。しかし、第二導波管の下流側の導波管は、必ずしも必要ではない。例えば、マイクロ波プラズマ生成装置を、上流側第一導波管、上流側第三導波管、およびプラズマ生成部により構成してもよい。この場合、第二導波管の終端を金属製の壁にすればよい。また、第二実施形態においては、上流側第一導波管および下流側第一導波管を上方から見てL字状に配置した。しかし、上流側第一導波管および下流側第一導波管の配置形態は、特に限定されない。例えば、上流側第一導波管および下流側第一導波管の少なくとも一方とプラズマ生成部とを直線状に配置してもよい。また、上流側第一導波管および下流側第一導波管の少なくとも一方を傾斜させて配置してもよい。この場合、傾斜角度は特に限定されない。下流側第一導波管を配置する場合、下流側第一導波管はプランジャなどの終端調整部材を有さなくてもよい。すなわち、下流側第一導波管の終端は固定端でもよい。   In the microwave plasma generation device used in the second embodiment, the sizes of the first waveguide, the plasma generation unit, and the third waveguide are not particularly limited. In the second embodiment, the downstream third waveguide and the downstream first waveguide are also arranged on the downstream side of the second waveguide. However, a waveguide downstream of the second waveguide is not necessary. For example, the microwave plasma generation device may be configured by an upstream first waveguide, an upstream third waveguide, and a plasma generation unit. In this case, the end of the second waveguide may be a metal wall. In the second embodiment, the upstream first waveguide and the downstream first waveguide are arranged in an L shape when viewed from above. However, the arrangement of the upstream first waveguide and the downstream first waveguide is not particularly limited. For example, at least one of the upstream first waveguide and the downstream first waveguide and the plasma generation unit may be linearly arranged. Further, at least one of the upstream first waveguide and the downstream first waveguide may be arranged to be inclined. In this case, the inclination angle is not particularly limited. When the downstream first waveguide is arranged, the downstream first waveguide may not have a termination adjusting member such as a plunger. That is, the end of the downstream first waveguide may be a fixed end.

第二実施形態においては、第二導波管(管壁部)の材質として、Niめっきが施された鉄を採用した。しかし、第二導波管の材質は磁性体であればよく、その種類は特に限定されない。磁性体としては、例えば、鉄、ニッケル、ステンレス鋼、およびこれらを用いた合金類が好適である。第二実施形態においては、鉄製のスロットアンテナを採用した。しかし、スロットアンテナの材質は、金属であればよく、鉄の他、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮などでも構わない。   In the second embodiment, as the material of the second waveguide (tube wall), Ni-plated iron is used. However, the material of the second waveguide may be a magnetic material, and the type thereof is not particularly limited. As the magnetic material, for example, iron, nickel, stainless steel, and alloys using these are suitable. In the second embodiment, an iron slot antenna is employed. However, the material of the slot antenna may be a metal, and may be aluminum, stainless steel, brass, or the like in addition to iron.

スロットアンテナのプラズマ生成側の表面に磁場を形成する磁石は、ECRを発生させることができれば、その形状、種類、個数、配置形態等は特に限定されない。例えば、永久磁石ではなく、電磁石を用いてもよい。磁石は、スロットが形成された位置において、スロットアンテナの表面から垂直方向に10mm離間した地点における磁束密度B[mT]がB≧f/28(fはマイクロ波の周波数[MHz])となるように、配置されることが望ましい。第二実施形態においては、スロットアンテナの長手方向に沿ってスロットアンテナの両側に磁石を配置した。しかし、スロットアンテナの片側にのみ磁石を配置してもよい。スロットアンテナの両側に磁石を配置する場合、同じ磁極が対向するように配置するとよい。こうすることにより、第二導波管の内部に対する磁場の影響を少なくしつつ、スロットアンテナの表面の磁場を強くすることができる。第二実施形態においては、一対の永久磁石をN極同士が対向するように配置したが、S極同士が対向するように配置してもよい。   The shape, type, number, arrangement, and the like of the magnet that forms a magnetic field on the plasma generation side surface of the slot antenna are not particularly limited as long as they can generate ECR. For example, an electromagnet may be used instead of a permanent magnet. The magnet has a magnetic flux density B [mT] at a position vertically spaced 10 mm from the surface of the slot antenna at a position where the slot is formed, where B ≧ f / 28 (f is a microwave frequency [MHz]). Is desirably arranged. In the second embodiment, magnets are arranged on both sides of the slot antenna along the longitudinal direction of the slot antenna. However, a magnet may be arranged only on one side of the slot antenna. When arranging magnets on both sides of the slot antenna, the magnets may be arranged so that the same magnetic poles face each other. By doing so, it is possible to increase the magnetic field on the surface of the slot antenna while reducing the influence of the magnetic field on the inside of the second waveguide. In the second embodiment, the pair of permanent magnets is arranged such that the N poles face each other, but may be arranged such that the S poles face each other.

第二実施形態においては、永久磁石の温度上昇を抑制するために、永久磁石の近傍に冷却パイプを配置した。しかし、永久磁石の冷却手段の構成、数、配置形態などは、特に限定されない。例えば、冷却パイプの代わりに、あるいは冷却パイプと組み合わせて、冷却板などを配置してもよい。また、第二実施形態においては、第二導波管の内部の温度上昇を抑制するために、第二導波管の周囲に冷却板を配置した。しかし、第二導波管の冷却手段は必ずしも必要ではない。第二導波管の冷却手段を配置する場合、その構成、数、配置形態などは特に限定されない。   In the second embodiment, a cooling pipe is arranged near the permanent magnet in order to suppress a rise in the temperature of the permanent magnet. However, the configuration, number, arrangement, and the like of the cooling means of the permanent magnet are not particularly limited. For example, a cooling plate or the like may be arranged instead of or in combination with the cooling pipe. Further, in the second embodiment, a cooling plate is arranged around the second waveguide in order to suppress a rise in temperature inside the second waveguide. However, cooling means for the second waveguide is not always necessary. When arranging the cooling means for the second waveguide, its configuration, number, arrangement form and the like are not particularly limited.

スロットアンテナに形成されるスロットの数、形状、配置などは、特に限定されない。スロットの配列は、一列でも、二列以上でもよい。スロットの数は、奇数個でも偶数個でもよい。また、スロットの配置角度を変えて、ジグザグ状に配置してもよい。   The number, shape, arrangement, and the like of the slots formed in the slot antenna are not particularly limited. The arrangement of the slots may be one row or two or more rows. The number of slots may be odd or even. Further, the slots may be arranged in a zigzag shape by changing the arrangement angle of the slots.

第二誘電体、第三誘電体の材質については、特に限定されない。いずれについても、誘電率が低く、マイクロ波を吸収しにくい材料が望ましい。例えば、石英、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、酸化マグネシウムなどが好適である。ここで、第三誘電体としては、屈折率が、第二誘電体の屈折率よりも小さいものを選択する。第三誘電体の屈折率は、第一導波管の内部の屈折率と第二誘電体の屈折率との間の値であることが望ましい。第二実施形態においては、第二導波管内の空間全体に第二誘電体を配置した。しかし、第二誘電体は、少なくともスロットを覆うように配置されていればよく、必ずしも内部空間の全体に配置される必要はない。   The materials of the second dielectric and the third dielectric are not particularly limited. In any case, a material having a low dielectric constant and hardly absorbing microwaves is desirable. For example, quartz, alumina, zirconia, aluminum nitride, magnesium oxide, and the like are preferable. Here, as the third dielectric, one having a refractive index smaller than that of the second dielectric is selected. It is desirable that the refractive index of the third dielectric be a value between the refractive index inside the first waveguide and the refractive index of the second dielectric. In the second embodiment, the second dielectric is arranged over the entire space in the second waveguide. However, the second dielectric may be disposed so as to cover at least the slot, and does not necessarily need to be disposed over the entire internal space.

第二実施形態においては、ECRプラズマの生成に、周波数2.45GHzのマイクロ波を用いた。しかし、マイクロ波の周波数は、2.45GHz帯に限定されるものではなく、300MHz〜100GHzの周波数帯であれば、いずれの周波数帯を用いてもよい。この範囲の周波数帯としては、例えば、8.35GHz、1.98GHz、915MHzなどが挙げられる。   In the second embodiment, a microwave having a frequency of 2.45 GHz was used to generate ECR plasma. However, the frequency of the microwave is not limited to the 2.45 GHz band, and any frequency band may be used as long as the frequency band is 300 MHz to 100 GHz. Examples of the frequency band in this range include 8.35 GHz, 1.98 GHz, and 915 MHz.

本発明は、スパッタ膜の製造方法としてもとらえることができる。すなわち、本発明は、基材と、該基材に対向して配置されるターゲットと、該ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段と、を有するマグネトロンカソードと、を備えるマグネトロンスパッタ成膜装置を用いて、マグネトロン放電で生成したプラズマにより該ターゲットをスパッタし、飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成するスパッタ膜の製造方法であって、パルスDC電圧にVHF電圧を周期的に電圧を変化させて重畳した電圧を該マグネトロンカソードに印加することを特徴とするスパッタ膜の製造方法として、とらえることができる。当該スパッタ膜の製造方法によると、粒子径の大きな粒子のターゲットからの飛び出しが抑制されるため、表面の凹凸が少ない平滑な薄膜を形成することができる。また、当該スパッタ膜の製造方法においても、例えば、基材とターゲットとの間にマイクロ波プラズマを生成させながらスパッタを行うなど、上述した好適な態様を採用することが望ましい。   The present invention can be considered as a method for manufacturing a sputtered film. That is, the present invention provides a magnetron sputtering method comprising: a magnetron cathode having a base material, a target disposed to face the base material, and a magnetic field forming means for forming a magnetic field on the surface of the target. A method of manufacturing a sputtered film, wherein the target is sputtered by plasma generated by magnetron discharge using a film apparatus, and sputtered particles sputtered out are attached to the surface of the base material to form a thin film. The method can be considered as a method for manufacturing a sputtered film, which comprises applying a voltage obtained by superimposing a VHF voltage by periodically changing the voltage to the magnetron cathode. According to the method for manufacturing a sputtered film, particles with a large particle diameter are prevented from jumping out of the target, so that a smooth thin film having few surface irregularities can be formed. Also, in the method for manufacturing a sputtered film, it is preferable to adopt the above-described preferred embodiment, such as performing sputtering while generating microwave plasma between a substrate and a target.

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。   Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

<スパッタ膜の製造>
上記第一実施形態または第二実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置を用い、VHF電圧の重畳パターンを変更してITO膜を形成した。以下に記載する成膜工程における部材の符号は、前出の図1または図4に対応している。
<Production of sputtered film>
Using the magnetron sputtering film forming apparatus of the first embodiment or the second embodiment, the ITO film was formed by changing the superposition pattern of the VHF voltage. The reference numerals of the members in the film forming process described below correspond to FIG. 1 or FIG. 4 described above.

[実施例1]
第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置1(図1)において、まず、真空容器8の内部のガスを排気孔81から排出し、真空容器8の内部圧力を8×10−3Paとした。続いて、アルゴンガスと微量の酸素ガスとを真空容器8内へ供給し、真空容器8の内部圧力を0.4Paとした。次に、VHF重畳機構2を作動させ、パルスDC電圧にVHF電圧を重畳してカソード本体16に電圧を印加した。生成したマグネトロンプラズマP1によりターゲット13をスパッタして、基材10(PETフィルム)の表面にITO膜を形成した。
[Example 1]
In the magnetron sputtering film forming apparatus 1 (FIG. 1) of the first embodiment, first, the gas inside the vacuum vessel 8 was exhausted from the exhaust hole 81, and the internal pressure of the vacuum vessel 8 was set to 8 × 10 −3 Pa. Subsequently, argon gas and a trace amount of oxygen gas were supplied into the vacuum vessel 8, and the internal pressure of the vacuum vessel 8 was set to 0.4 Pa. Next, the VHF superposition mechanism 2 was operated, and the VHF voltage was superimposed on the pulse DC voltage to apply a voltage to the cathode main body 16. The target 13 was sputtered by the generated magnetron plasma P1 to form an ITO film on the surface of the substrate 10 (PET film).

VHF重畳機構2におけるパルスDC電源20(Advanced Energy社製「Pinnacle(登録商標) Plus+」)の設定条件は、出力:1500W、周波数:100kHz、パルス幅:6.5μsとした。使用したVHFの周波数は40MHzであり、VHF電源21(日本高周波(株)製「HFS−040−050−GENERATOR」)の設定条件は、投入電力:1000W、矩形波モードとした。遅延パルス発生器22(STANFORD RESEARCH SYSTEMS社製「DIGITAL DELAY GENERATOR DG645」)の遅延時間は、4μsとした。任意波形発生器23((株)エヌエフ回路設計ブロック製「MULTIFUNCTION GENERATOR WF1973」)の設定条件は、バーストモード、出力波形:矩形波、周波数:300kHz、オフセット:0V、フェイズ:−1度、パルス幅:50%とした。   The setting conditions of the pulse DC power supply 20 (“Pinnacle (registered trademark) Plus +” manufactured by Advanced Energy) in the VHF superposition mechanism 2 were set to output: 1500 W, frequency: 100 kHz, and pulse width: 6.5 μs. The VHF frequency used was 40 MHz, and the setting conditions of the VHF power supply 21 ("HFS-040-050-GENEATOR" manufactured by Japan High Frequency Co., Ltd.) were as follows: input power: 1000 W, rectangular wave mode. The delay time of the delay pulse generator 22 (“DIGITAL DELAY GENEATOR DG645” manufactured by STANDFORD RESEARCH SYSTEMS) was 4 μs. The setting conditions of the arbitrary waveform generator 23 (“MULTIFUNCTION GENEATOR WF1973” manufactured by NF Corporation) are burst mode, output waveform: rectangular wave, frequency: 300 kHz, offset: 0 V, phase: −1 degree, pulse width. : 50%.

パルスDC電圧に対するVHF電圧の重畳は、パルスDC電圧の供給開始時にのみVHF電圧を供給するオン/オフパターンで行った。図8に、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図を示す。図8に示すように、VHF電圧を、パルスDC電圧の供給開始時にのみ供給し、それ以外は停止した。すなわち、パルスDC電圧が供給されている時に、VHF電圧の供給と停止との両方を行った。   The superposition of the VHF voltage on the pulse DC voltage was performed in an on / off pattern for supplying the VHF voltage only at the start of the supply of the pulse DC voltage. FIG. 8 shows a schematic diagram of a voltage waveform supplied to the magnetron cathode. As shown in FIG. 8, the VHF voltage was supplied only when the supply of the pulse DC voltage was started, and the VHF voltage was stopped otherwise. That is, while the pulse DC voltage was being supplied, both the supply and the stop of the VHF voltage were performed.

[実施例2]
VHF電圧の重畳パターンを変更した以外は、実施例1と同様にして、基材10の表面にITO膜を形成した。パルスDC電圧に対するVHF電圧の重畳は、パルスDC電圧が供給されない時にのみVHF電圧を供給するオン/オフパターンで行った。図9に、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図を示す。図9に示すように、VHF電圧を、パルスDC電圧が供給されない時にのみ供給し、それ以外は停止した。すなわち、パルスDC電圧が供給されている時に、VHF電圧を停止した。
[Example 2]
An ITO film was formed on the surface of the base material 10 in the same manner as in Example 1 except that the superimposed pattern of the VHF voltage was changed. The superposition of the VHF voltage on the pulse DC voltage was performed in an on / off pattern for supplying the VHF voltage only when the pulse DC voltage was not supplied. FIG. 9 shows a schematic diagram of a voltage waveform supplied to the magnetron cathode. As shown in FIG. 9, the VHF voltage was supplied only when no pulse DC voltage was supplied, and was stopped otherwise. That is, the VHF voltage was stopped while the pulse DC voltage was being supplied.

[実施例3]
VHF電圧の重畳パターンを変更した以外は、実施例1と同様にして、基材10の表面にITO膜を形成した。パルスDC電圧に対するVHF電圧の重畳は、VHF電圧を常時供給しながら、電圧を間欠的に高くするオフセットパターンで行った。この場合、任意波形発生器23の設定条件のうち、オフセットを4Vとした。図10に、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図を示す。図10に示すように、一定のVHF電圧(4V)を常に供給しながら、パルスDC電圧が供給されない時にのみ電圧を高くした。
[Example 3]
An ITO film was formed on the surface of the base material 10 in the same manner as in Example 1 except that the superimposed pattern of the VHF voltage was changed. The superposition of the VHF voltage on the pulse DC voltage was performed in an offset pattern in which the voltage was intermittently increased while the VHF voltage was constantly supplied. In this case, among the setting conditions of the arbitrary waveform generator 23, the offset was set to 4V. FIG. 10 shows a schematic diagram of a voltage waveform supplied to the magnetron cathode. As shown in FIG. 10, while constantly supplying a constant VHF voltage (4 V), the voltage was increased only when no pulse DC voltage was supplied.

[実施例4]
VHF電圧の重畳パターンを変更した以外は、実施例1と同様にして、基材10の表面にITO膜を形成した。パルスDC電圧に対するVHF電圧の重畳は、上記第一実施形態と同様のオン/オフパターンで行った(前出の図3参照)。すなわち、まずパルスDC電圧の供給開始時にVHF電圧を供給した後、一旦停止して、その後は所定時間供給して停止するというサイクルを繰り返した。VHF電圧を供給する時期は、パルスDC電圧が供給されない時と、次のパルスDC電圧の供給開始時と、の両方を含む。換言すると、パルスDC電圧が供給されている時間のうちの途中の一部を除いて、VHF電圧を供給した。
[Example 4]
An ITO film was formed on the surface of the base material 10 in the same manner as in Example 1 except that the superimposed pattern of the VHF voltage was changed. The VHF voltage was superimposed on the pulse DC voltage in the same on / off pattern as in the first embodiment (see FIG. 3 described above). That is, a cycle was repeated in which the VHF voltage was first supplied at the start of the supply of the pulse DC voltage, then temporarily stopped, and then supplied for a predetermined time and then stopped. The timing of supplying the VHF voltage includes both when the pulse DC voltage is not supplied and when the supply of the next pulse DC voltage is started. In other words, the VHF voltage was supplied except for a part of the time during which the pulse DC voltage was supplied.

[実施例5]
第二実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置1(図4)において、まず、真空容器8の内部のガスを排気孔81から排出し、真空容器8の内部圧力を8×10−3Paとした。続いて、アルゴンガスを真空容器8内へ供給し、真空容器8の内部圧力を25Paとした。次に、マイクロ波電源をオンにして、発振された出力1000Wのマイクロ波により、ECRプラズマP2を生成した。その後、直ちにアルゴンガスの流量を絞り、真空容器8の内部圧力を0.4Paとした。そして、酸素ガスを真空容器8内へ微量供給した(真空容器8の内部圧力は0.4Pa)。次に、VHF重畳機構2を作動させ、パルスDC電圧にVHF電圧を重畳してカソード本体16に電圧を印加した。生成したマグネトロンプラズマP1によりターゲット13をスパッタして、スパッタ粒子にECRプラズマP2を照射しながら、基材10(PETフィルム)の表面にITO膜を形成した。
[Example 5]
In the magnetron sputtering film forming apparatus 1 (FIG. 4) of the second embodiment, first, the gas inside the vacuum vessel 8 was exhausted from the exhaust holes 81, and the internal pressure of the vacuum vessel 8 was set to 8 × 10 −3 Pa. Subsequently, an argon gas was supplied into the vacuum vessel 8, and the internal pressure of the vacuum vessel 8 was set to 25 Pa. Next, the microwave power supply was turned on, and the ECR plasma P2 was generated by the oscillated microwave having an output of 1000 W. Thereafter, the flow rate of the argon gas was immediately reduced, and the internal pressure of the vacuum vessel 8 was set to 0.4 Pa. Then, a small amount of oxygen gas was supplied into the vacuum vessel 8 (the internal pressure of the vacuum vessel 8 was 0.4 Pa). Next, the VHF superposition mechanism 2 was operated, and the VHF voltage was superimposed on the pulse DC voltage to apply a voltage to the cathode main body 16. The target 13 was sputtered by the generated magnetron plasma P1, and an ITO film was formed on the surface of the substrate 10 (PET film) while irradiating the sputtered particles with the ECR plasma P2.

VHF重畳機構2におけるパルスDC電源20などの設定条件は、全て実施例1と同じである。また、VHF電圧の重畳パターンは、第一実施形態(=第二実施形態、実施例4)と同じである(前出の図3参照)。   The setting conditions of the pulse DC power supply 20 and the like in the VHF superposition mechanism 2 are all the same as those in the first embodiment. The superimposition pattern of the VHF voltage is the same as in the first embodiment (= second embodiment, Example 4) (see FIG. 3 described above).

[比較例1]
第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置1(図1)において、VHF電圧をパルスDC電圧に重畳させずに、すなわちパルスDC電源20のみによりカソード本体16に電圧を印加して、マグネトロンプラズマP1を生成させた。VHF電圧を重畳しない点以外は、実施例1と同様にして、基材10の表面にITO膜を形成した。
[Comparative Example 1]
In the magnetron sputtering film forming apparatus 1 (FIG. 1) of the first embodiment, the magnetron plasma P1 is generated without applying the VHF voltage to the pulse DC voltage, that is, by applying a voltage to the cathode body 16 only by the pulse DC power supply 20. Generated. An ITO film was formed on the surface of the substrate 10 in the same manner as in Example 1 except that the VHF voltage was not superimposed.

[比較例2]
VHF電圧の重畳パターンを変更した以外は、実施例1と同様にして、基材10の表面にITO膜を形成した。パルスDC電圧に対するVHF電圧の重畳は、VHF電源21を連続モードにして、一定のVHF電圧を連続的に供給する方法で行った。図11に、マグネトロンカソードに供給した電圧波形の模式図を示す。図11に示すように、パルスDC電圧の波形に関わらず、一定のVHF電圧を連続的に供給した。
[Comparative Example 2]
An ITO film was formed on the surface of the base material 10 in the same manner as in Example 1 except that the superimposed pattern of the VHF voltage was changed. The VHF voltage was superimposed on the pulse DC voltage by a method in which the VHF power supply 21 was set to the continuous mode and a constant VHF voltage was continuously supplied. FIG. 11 shows a schematic diagram of a voltage waveform supplied to the magnetron cathode. As shown in FIG. 11, a constant VHF voltage was continuously supplied regardless of the waveform of the pulse DC voltage.

[参考例]
第二実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置1(図4)において、VHF電圧をパルスDC電圧に重畳させずに、すなわちパルスDC電源20のみによりカソード本体16に電圧を印加して、マグネトロンプラズマP1を生成させた。VHF電圧を重畳しない点以外は、実施例5と同様にして、基材10の表面にITO膜を形成した。
[Reference example]
In the magnetron sputtering film forming apparatus 1 (FIG. 4) of the second embodiment, the magnetron plasma P1 is generated by applying a voltage to the cathode main body 16 only by the pulse DC power supply 20 without superimposing the VHF voltage on the pulse DC voltage. Generated. An ITO film was formed on the surface of the base material 10 in the same manner as in Example 5, except that the VHF voltage was not superimposed.

<スパッタ膜の評価>
製造したITO膜の表面粗さと、ITOの粒子径を測定した。表面粗さについては、算術平均粗さ(Ra)および最大高さ(Rz)を、(株)島津製作所製の走査型プローブ顕微鏡「SPM−9700」を用いて測定した。粒子径としては、走査型プローブ顕微鏡(SPM)にて撮影されたSPM写真におけるITO粒子の最大長さの平均値を採用した。表1に、製造したITO膜のRa、Rz、粒子径を示す。また、実施例のITO膜の例として、図12に、実施例4のITO膜の表面のSPM写真を示し、図13に、実施例5のITO膜の表面のSPM写真を示す。図14に、比較例1のITO膜の表面のSPM写真を示す。図15に、比較例2のITO膜の表面のSPM写真を示す。
<Evaluation of sputtered film>
The surface roughness of the manufactured ITO film and the particle size of the ITO were measured. Regarding the surface roughness, the arithmetic average roughness (Ra) and the maximum height (Rz) were measured using a scanning probe microscope “SPM-9700” manufactured by Shimadzu Corporation. As the particle diameter, an average value of the maximum length of ITO particles in an SPM photograph taken by a scanning probe microscope (SPM) was employed. Table 1 shows Ra, Rz, and particle diameter of the manufactured ITO film. As an example of the ITO film of the example, FIG. 12 shows an SPM photograph of the surface of the ITO film of Example 4, and FIG. 13 shows an SPM photograph of the surface of the ITO film of Example 5. FIG. 14 shows an SPM photograph of the surface of the ITO film of Comparative Example 1. FIG. 15 shows an SPM photograph of the surface of the ITO film of Comparative Example 2.

表1に示すように、パルスDC電圧にVHF電圧を重畳してスパッタした実施例1〜5のITO膜においては、VHF電圧を重畳しなかった比較例1のITO膜と比較して、表面粗さ(Ra、Rz)が小さくなり、ITOの粒子径も小さくなった。なかでも、ECRプラズマを照射して製造した実施例5のITO膜においては、表面粗さおよび粒子径の両方が最も小さくなった。また、VHF電圧の電圧を変えずに連続的に重畳した比較例2のITO膜と比較すると、実施例1のITO膜においてはRzが小さくなり、実施例2のITO膜においてはRzおよび粒子径が小さくなり、実施例3〜5のITO膜においては、Ra、Rz、粒子径が全て小さくなった。ECRプラズマを照射して製造した実施例5と参考例とを比較すると、VHF電圧を重畳した実施例5のITO膜の方が、表面粗さ(Ra、Rz)が小さくなり、ITOの粒子径も小さくなった。   As shown in Table 1, the ITO films of Examples 1 to 5 sputtered with the VHF voltage superimposed on the pulse DC voltage had a higher surface roughness than the ITO film of Comparative Example 1 without the superimposed VHF voltage. (Ra, Rz) and the particle size of ITO also became smaller. Above all, in the ITO film of Example 5 manufactured by irradiating ECR plasma, both the surface roughness and the particle diameter were the smallest. Also, as compared with the ITO film of Comparative Example 2 which was continuously superimposed without changing the voltage of the VHF voltage, Rz was smaller in the ITO film of Example 1, and Rz and the particle diameter were smaller in the ITO film of Example 2. Was smaller, and in the ITO films of Examples 3 to 5, Ra, Rz, and the particle diameter were all smaller. Comparing Example 5 produced by irradiating ECR plasma with Reference Example, the ITO film of Example 5 in which the VHF voltage is superimposed has a smaller surface roughness (Ra, Rz) and a smaller particle diameter of ITO. Has also become smaller.

図14、図15に示すように、比較例1、2のITO膜の表面には大粒子が見られるのに対して、図12、図13に示すように、実施例4、5のITO膜の表面には大粒子は見られず、実施例4、5のITO膜の表面は平滑であることがわかる。   As shown in FIGS. 14 and 15, large particles can be seen on the surface of the ITO films of Comparative Examples 1 and 2, whereas as shown in FIGS. No large particles were observed on the surface of the ITO film, indicating that the surfaces of the ITO films of Examples 4 and 5 were smooth.

以上より、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置およびスパッタ膜の製造方法によると、表面の凹凸が少なく、膜質がきめ細やかで均一な薄膜を製造することができることが確認された。   As described above, according to the magnetron sputtering film forming apparatus and the method for manufacturing a sputtered film of the present invention, it was confirmed that a uniform thin film with little surface irregularities and fine and uniform film quality could be manufactured.

本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置は、例えば、タッチパネル、ディスプレイ、LED(発光ダイオード)照明、太陽電池、電子ペーパーなどに用いられる透明導電膜などの形成に有用である。   The magnetron sputtering film forming apparatus of the present invention is useful for forming, for example, a transparent conductive film used for a touch panel, a display, an LED (light emitting diode) illumination, a solar cell, an electronic paper, and the like.

1:マグネトロンスパッタ成膜装置、10:基材、11:基材支持部材、12:マグネトロンカソード、13:ターゲット、14:バッキングプレート、15a〜15c:永久磁石(磁場形成手段)、16:カソード本体、17:アースシールド、110:テーブル部、111:脚部。
2:VHF重畳機構、20:パルスDC電源、21:VHF電源、22:遅延パルス発生器(制御装置)、23:任意波形発生器(制御装置)、24:VHFカットフィルタ、25:整合器。
3:マイクロ波プラズマ生成装置、30U:上流側第一導波管、30D:下流側第一導波管、31:プラズマ生成部、32U:上流側第三導波管、32D:下流側第三導波管、33:プランジャ、34:本体部、35a、35b:磁石部、36:第三誘電体、40:筐体、41:第二導波管、42:冷却板、43:管壁部、44:スロットアンテナ、45:第二誘電体、50a、50b:永久磁石、51a、52a、51b、52b:冷却パイプ、53a、53b:カバー部材、400:凹部、440:スロット。
8:真空容器、80:ガス供給孔、81:排気孔、82:隔壁、83U、83D:導波管挿通孔、P1:マグネトロンプラズマ、P2:ECRプラズマ、V:区間。
1: magnetron sputtering film forming apparatus, 10: base material, 11: base material support member, 12: magnetron cathode, 13: target, 14: backing plate, 15a to 15c: permanent magnet (magnetic field forming means), 16: cathode body , 17: earth shield, 110: table part, 111: leg part.
2: VHF superposition mechanism, 20: pulse DC power supply, 21: VHF power supply, 22: delay pulse generator (control device), 23: arbitrary waveform generator (control device), 24: VHF cut filter, 25: matching device.
3: microwave plasma generator, 30U: upstream first waveguide, 30D: downstream first waveguide, 31: plasma generation unit, 32U: upstream third waveguide, 32D: downstream third Waveguide, 33: plunger, 34: body, 35a, 35b: magnet, 36: third dielectric, 40: housing, 41: second waveguide, 42: cooling plate, 43: tube wall , 44: slot antenna, 45: second dielectric, 50a, 50b: permanent magnet, 51a, 52a, 51b, 52b: cooling pipe, 53a, 53b: cover member, 400: recess, 440: slot.
8: vacuum container, 80: gas supply hole, 81: exhaust hole, 82: partition wall, 83U, 83D: waveguide insertion hole, P1: magnetron plasma, P2: ECR plasma, V: section.

Claims (5)

基材と、
該基材に対向して配置されるターゲットと、該ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場形成手段と、を有するマグネトロンカソードと、
パルスDC電源と、VHF電源と、該VHF電源により供給するVHF電圧を制御する制御装置と、を有し、該パルスDC電源から供給するパルスDC電圧に該VHF電圧を周期的に電圧を変化させて重畳して該マグネトロンカソードに電圧を印加するVHF重畳機構と、
を備え、
該VHF重畳機構は、該VHF電圧を連続的に供給しながら、該パルスDC電圧が供給されない時にのみ該VHF電圧が高くなるように該VHF電圧を重畳し、
マグネトロン放電で生成したプラズマにより該ターゲットをスパッタし、飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成することを特徴とするマグネトロンスパッタ成膜装置。
A substrate,
A target disposed opposite to the base material, and a magnetron cathode having a magnetic field forming means for forming a magnetic field on the surface of the target,
A pulse DC power supply, a VHF power supply, and a control device for controlling a VHF voltage supplied by the VHF power supply, wherein the VHF voltage is periodically changed to the pulse DC voltage supplied from the pulse DC power supply. A VHF superimposing mechanism for superimposing and applying a voltage to the magnetron cathode;
With
The VHF superimposing mechanism superimposes the VHF voltage so that the VHF voltage is increased only when the pulse DC voltage is not supplied while continuously supplying the VHF voltage;
A magnetron sputter film forming apparatus, wherein the target is sputtered by plasma generated by magnetron discharge, and sputtered particles are attached to the surface of the substrate to form a thin film.
前記制御装置は、前記パルスDC電源の出力信号に基づいて前記VHF電圧を供給する時期を決定する遅延パルス発生器と、
供給する該VHF電圧の波形を決定する任意波形発生器と、
を有する請求項1に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
A delay pulse generator that determines when to supply the VHF voltage based on an output signal of the pulse DC power supply;
An arbitrary waveform generator for determining a waveform of the VHF voltage to be supplied;
The magnetron sputtering film forming apparatus according to claim 1, further comprising:
前記VHF電圧の波形は矩形波である請求項1または請求項2に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。   The magnetron sputtering film forming apparatus according to claim 1, wherein the waveform of the VHF voltage is a rectangular wave. さらに、前記基材と前記ターゲットとの間にマイクロ波プラズマを生成するためのマイクロ波プラズマ生成装置を備える請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。 The magnetron sputtering film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a microwave plasma generating device for generating microwave plasma between the substrate and the target. 前記マイクロ波プラズマ生成装置は、
マイクロ波を伝送する第一導波管と、
磁性体からなる管壁部と、管内部を伝播する該マイクロ波が通過する複数のスロットが形成されたスロットアンテナと、管内部に少なくとも該スロットを覆うように配置される第二誘電体と、を有し一方向に延在する第二導波管と、該第二導波管の外側に配置され該スロットアンテナのプラズマ生成側の表面における該スロット位置に電子サイクロトロン共鳴(ECR)が生じる磁場を形成する磁石と、を有するプラズマ生成部と、
該第一導波管と該第二導波管との間に介在し、管内部に該第二誘電体よりも屈折率が小さい第三誘電体を有する第三導波管と、
を備え、該スロットから該磁場中に伝播する該マイクロ波によりECRプラズマを生成する請求項4に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
The microwave plasma generator,
A first waveguide for transmitting microwaves,
A tube wall portion made of a magnetic material, a slot antenna formed with a plurality of slots through which the microwave propagating inside the tube passes, and a second dielectric disposed inside the tube so as to cover at least the slots, A second waveguide extending in one direction and having a magnetic field in which electron cyclotron resonance (ECR) is generated outside the second waveguide at a position of the slot on a plasma generation side surface of the slot antenna. A plasma generating unit having:
A third waveguide that is interposed between the first waveguide and the second waveguide and has a third dielectric material having a smaller refractive index than the second dielectric material inside the tube,
5. The magnetron sputtering film forming apparatus according to claim 4 , further comprising: generating an ECR plasma by the microwave propagating from the slot into the magnetic field.
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