JP6916699B2

JP6916699B2 - Film formation method and film deposition equipment

Info

Publication number: JP6916699B2
Application number: JP2017176399A
Authority: JP
Inventors: 一人尾▲崎▼
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: JP2019052345A; CN109504944A

Description

この発明は、プラズマスパッタリング技術を用いて基板表面に成膜する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for forming a film on a substrate surface using a plasma sputtering technique.

プラズマによりターゲットをスパッタリングすることで基板表面に薄膜を形成する技術においては、成膜速度が速く、また良好な膜質を得られることから、永久磁石により形成される磁場中に高密度のプラズマを発生させるマグネトロンカソード方式が広く用いられている。その中には、プラズマ密度をより高めるために、コイルに高周波電力を与えることで生じる誘導結合プラズマを、マグネトロンプラズマと併用したものがある（例えば、特許文献１、２参照）。 In the technique of forming a thin film on the substrate surface by sputtering a target with plasma, a high-density plasma is generated in a magnetic field formed by a permanent magnet because the film formation speed is high and good film quality can be obtained. The magnetron cathode method is widely used. Among them, inductively coupled plasma generated by applying high-frequency power to the coil in order to further increase the plasma density is used in combination with magnetron plasma (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

一方、他のスパッタリング成膜技術としては、マグネトロンを主たるプラズマ発生源とせず、高周波コイルに高周波電力を供給することでコイル内の空間に発生する誘導結合プラズマによりターゲットをスパッタするように構成されたものもある（例えば、特許文献３参照）。 On the other hand, as another sputtering film formation technique, the magnetron is not used as the main plasma generation source, and the target is sputtered by inductively coupled plasma generated in the space inside the coil by supplying high frequency power to the high frequency coil. Some (see, for example, Patent Document 3).

特開２００７−２７７７３０号公報JP-A-2007-277730 国際公開第２０１０／０２３８７８号明細書International Publication No. 2010/023878 特開２００３−３１３６６２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-313662

マグネトロンカソード方式の問題点として、ターゲットのうちスパッタされ消費される領域が特定部分に集中してしまうという問題がある。これは、マグネトロンによりターゲット近傍におけるターゲット表面に沿った方向の磁束の不均一な分布に起因して、磁束密度の高い部分でプラズマ密度が高くなり、ターゲットがより多くスパッタされることになるためである。そして、ターゲットの局所的な消費が進むことで当該位置における磁束がさらに強まり、結果としてターゲットの特定部分のみが集中的にスパッタされてしまうことになる。このことはターゲット材料の利用効率の低下につながる。 The problem with the magnetron cathode method is that the sputtered and consumed region of the target is concentrated in a specific part. This is because the magnetron causes the plasma density to increase in the part where the magnetic flux density is high due to the uneven distribution of the magnetic flux in the direction along the target surface in the vicinity of the target, and the target is sputtered more. be. Then, as the local consumption of the target progresses, the magnetic flux at the position is further strengthened, and as a result, only a specific portion of the target is sputtered intensively. This leads to a decrease in the utilization efficiency of the target material.

この問題を解決するために、例えば円筒状に形成されたターゲットを回転させるロータリーカソードのように、マグネトロンプラズマに曝されるターゲットの表面位置が随時変化するようにしてターゲットがより満遍なく消費されるように構成されたものがある。しかしながら、ターゲット材料によってはこのような形状への成形が困難なものもある。 To solve this problem, the surface position of the target exposed to the magnetron plasma is changed from time to time so that the target is consumed more evenly, for example, a rotary cathode that rotates a cylindrically formed target. There is one configured in. However, depending on the target material, it may be difficult to form such a shape.

また、特にターゲット材料が強磁性体である場合、ターゲットが磁気シールドとして作用することでマグネトロンの効果が大幅に弱められてしまう。このため、マグネトロンの磁気回路をより強力なものとする必要があり、装置コストの上昇を招く。また、この場合でもターゲットの局所的な消費という問題は解消されない。 Further, especially when the target material is a ferromagnetic material, the effect of the magnetron is significantly weakened by the target acting as a magnetic shield. Therefore, it is necessary to make the magnetic circuit of the magnetron stronger, which leads to an increase in equipment cost. Moreover, even in this case, the problem of local consumption of the target is not solved.

特許文献３に記載されたように、実質的にマグネトロンによらないプラズマスパッタリング技術においてはこのような問題は回避される。しかしながら、スパッタに寄与する高密度のプラズマは強磁場が形成される高周波コイル内の空間において発生することから、大面積かつ均一にターゲットをスパッタすることのできるような広範囲にプラズマを発生させることが難しい。これにより成膜可能な面積が限定されるため、大きいサイズの基板への成膜に適したものではない。 As described in Patent Document 3, such a problem is avoided in the plasma sputtering technique which does not substantially depend on the magnetron. However, since the high-density plasma that contributes to sputtering is generated in the space inside the high-frequency coil where a strong magnetic field is formed, it is possible to generate plasma over a wide area so that the target can be sputtered uniformly over a large area. difficult. As a result, the area that can be formed is limited, so that it is not suitable for forming a film on a large-sized substrate.

電子デバイス用基板の大判化に伴い、例えば強磁性体を含み得る各種のターゲット材料を用いて基板に膜質の良好な皮膜を高速に、かつ制御性よく成膜することのできる技術が求められるが、上記したように、従来の技術はこのような要求に応えるに十分なものではなかった。 With the increase in size of substrates for electronic devices, there is a need for technology that can form a film with good film quality on a substrate at high speed and with good controllability using various target materials that can contain ferromagnets, for example. As mentioned above, conventional techniques have not been sufficient to meet such demands.

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、各種のターゲット材料を用いて基板に高速にかつ良質な成膜を行うことのできる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of forming a high-quality film on a substrate at high speed by using various target materials.

この発明の一の態様は、プラズマスパッタリングにより基板に成膜する成膜方法であって、上記目的を達成するため、真空チャンバ内に、巻き数が１周未満の線状導体を誘電体層で被覆した構造を有する誘導結合アンテナと、ターゲットを備えるスパッタカソードとを近接配置し、内部気圧を所定の成膜圧力に調整した前記真空チャンバ内にスパッタガスを供給し、前記誘導結合アンテナに高周波電圧を、前記スパッタカソードに交流成分を含む負電圧をそれぞれ印加して前記真空チャンバ内に誘導結合プラズマを発生させ、前記真空チャンバ内で前記ターゲットに臨ませた前記基板の表面に、前記誘導結合プラズマにより前記ターゲットがスパッタされて生じる成膜粒子を付着させて成膜し、前記ターゲットのうち前記基板に臨む表面における静磁場の該表面に沿う方向の最大磁束密度が１５ｍＴ以下である。 One aspect of the present invention is a film forming method for forming a film on a substrate by plasma sputtering, and in order to achieve the above object, a linear conductor having less than one turn is formed by a dielectric layer in a vacuum chamber. An inductively coupled antenna having a coated structure and a sputtered cathode provided with a target are arranged close to each other, and sputter gas is supplied into the vacuum chamber in which the internal pressure is adjusted to a predetermined film formation pressure, and a high frequency voltage is supplied to the inductively coupled antenna. Inductively coupled plasma is generated in the vacuum chamber by applying a negative voltage containing an AC component to the sputtered cathode, and the inductively coupled plasma is placed on the surface of the substrate facing the target in the vacuum chamber. The target is sputtered to form a film, and the maximum magnetic flux density of the static magnetic field on the surface of the target facing the substrate is 15 mT or less in the direction along the surface.

また、この発明に係る成膜装置の一の態様は、上記目的を達成するため、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられた、巻き数が１周未満の線状導体を誘電体層で被覆した構造を有する誘導結合アンテナと、前記真空チャンバ内に前記誘導結合アンテナに近接して設けられたターゲットを備えるスパッタカソードと、前記真空チャンバ内で基板を前記ターゲットに臨ませて保持する基板保持部と、前記真空チャンバの内部気圧を所定の成膜圧力に調整する圧力調整部と、前記真空チャンバ内にスパッタガスを供給するガス供給部と、前記誘導結合アンテナおよび前記スパッタカソードに所定の電位を付与する電源部とを備え、前記電源部が、前記誘導結合アンテナに高周波電圧を、前記スパッタカソードに交流成分を含む負電圧をそれぞれ印加して、前記真空チャンバ内に誘導結合プラズマを発生させ、前記誘導結合プラズマにより前記ターゲットがスパッタされて生じる成膜粒子を前記基板に付着させて成膜し、前記ターゲットのうち前記基板に臨む表面における静磁場の該表面に沿う方向の最大磁束密度が１５ｍＴ以下である。 Further, in one aspect of the film forming apparatus according to the present invention, in order to achieve the above object, a vacuum chamber and a linear conductor having a number of turns of less than one circumference provided in the vacuum chamber are formed by a dielectric layer. A sputtered cathode having an inductive coupling antenna having a coated structure, a sputtered cathode having a target provided in the vacuum chamber in the vicinity of the inductive coupling antenna, and a substrate holding in the vacuum chamber so that the substrate faces the target. A unit, a pressure adjusting unit that adjusts the internal pressure of the vacuum chamber to a predetermined film forming pressure, a gas supply unit that supplies sputter gas into the vacuum chamber, and a predetermined potential for the inductive coupling antenna and the sputtered cathode. The power supply unit applies a high-frequency voltage to the inductive coupling antenna and a negative voltage containing an AC component to the sputtered cathode to generate inductively coupled plasma in the vacuum chamber. The film-forming particles generated by sputtering the target by the inductive coupling plasma are adhered to the substrate to form a film, and the maximum magnetic flux density of the static magnetic field on the surface of the target facing the substrate in the direction along the surface is determined. It is 15 mT or less.

このように構成された発明では、ターゲット表面に沿う磁束の作用に起因するプラズマは実質的に発生せず、誘導結合アンテナに供給される高周波電力により生じる誘導結合プラズマがプラズマ源となる。このため、マグネトロンプラズマをプラズマ源とする場合のような磁場の分布に起因する問題は生じない。これはターゲットが強磁性体である場合でも同様である。なお、本発明の「静磁場」は、誘導結合アンテナに高周波電力が与えられず誘導磁場が形成されていない状態において、ターゲット周辺の磁気デバイスや磁性材料等がターゲット表面に形成する時間的に変動のない磁場を意味する。 In the invention configured as described above, the plasma caused by the action of the magnetic flux along the target surface is substantially not generated, and the inductively coupled plasma generated by the high frequency power supplied to the inductively coupled antenna serves as the plasma source. Therefore, there is no problem caused by the distribution of the magnetic field as in the case where the magnetron plasma is used as the plasma source. This is true even if the target is a ferromagnet. The "static magnetic field" of the present invention fluctuates with time when a magnetic device, a magnetic material, or the like around the target is formed on the target surface in a state where a high-frequency power is not applied to the inductive coupling antenna and an inductive magnetic field is not formed. Means a magnetic field without.

マグネトロンを用いない従来のスパッタ成膜プロセスは、多数回巻回された高周波コイルに供給される高周波電力により生じる誘導結合プラズマを利用するものである。この場合、広い空間領域に均一なプラズマを発生させるためには大径のコイルおよび大きな電力が必要となる。 The conventional sputter film formation process without a magnetron utilizes inductively coupled plasma generated by high frequency power supplied to a high frequency coil wound many times. In this case, a large-diameter coil and a large amount of electric power are required to generate uniform plasma in a wide space region.

これに対し、本発明では、巻き数を１回未満として表面を誘電体で被覆された誘導結合アンテナに高周波電力を供給することで誘導結合プラズマを発生させる。このような低インダクタンスの誘導結合アンテナは、アンテナの周囲に均一で安定したプラズマを発生させることが可能である。後述するように、本願発明者の実験によれば、このような構成の誘導結合アンテナに高周波電力を与えて生じさせた誘導結合プラズマによりターゲットをスパッタし成膜することで、マグネトロンを用いなくても十分に高い成膜速度が得られ、膜質の点ではむしろマグネトロンスパッタリングよりも良好な結果を得られることがわかった。 On the other hand, in the present invention, inductively coupled plasma is generated by supplying high frequency power to an inductively coupled antenna whose surface is coated with a dielectric material with the number of turns being less than one. Such an inductively coupled antenna with low inductance can generate a uniform and stable plasma around the antenna. As will be described later, according to the experiment of the inventor of the present application, the target is sputtered and formed by the inductively coupled plasma generated by applying high frequency power to the inductively coupled antenna having such a configuration, so that a magnetron is not used. It was found that a sufficiently high film formation rate was obtained, and in terms of film quality, better results were obtained than magnetron sputtering.

上記のように、本発明によれば、マグネトロンプラズマを併用しない誘導結合プラズマによるプラズマスパッタリングにより、各種のターゲット材料を用いて基板に高速にかつ良質な成膜を行うことが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to perform high-speed and high-quality film formation on a substrate using various target materials by plasma sputtering using inductively coupled plasma without using magnetron plasma in combination.

本発明にかかる成膜装置の一実施形態の概略構成を示す側面図および上面図である。It is a side view and the top view which show the schematic structure of one Embodiment of the film forming apparatus which concerns on this invention. 成膜装置内部の主要構成の配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the arrangement of the main composition inside a film forming apparatus. 成膜装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of a film forming apparatus. スパッタソースの動作を示す図である。It is a figure which shows the operation of a sputter source. この成膜装置による成膜処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the film-forming process by this film-forming apparatus. ターゲットが強磁性体である場合のマグネトロンの効果を示す図である。It is a figure which shows the effect of a magnetron when a target is a ferromagnet. カソード電力と成膜速度との関係を測定した結果を例示するグラフである。It is a graph which illustrates the result of having measured the relationship between the cathode power and the film formation rate. マグネトロンを使用しない成膜における成膜圧力と膜質との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the film formation pressure and the film quality in the film formation which does not use a magnetron. スパッタソースの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the sputter source.

図１は本発明にかかる成膜装置の一実施形態の概略構成を示す側面図および上面図である。図２は成膜装置内部の主要構成の配置を示す斜視図である。図３は成膜装置の電気的構成を示すブロック図である。以下の説明における方向を統一的に示すために、図１に示すようにＸＹＺ直交座標軸を設定する。ＸＹ平面が水平面を表す。また、Ｚ軸が鉛直軸を表し、より詳しくは（−Ｚ）方向が鉛直下向き方向を表している。 FIG. 1 is a side view and a top view showing a schematic configuration of an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the arrangement of the main configurations inside the film forming apparatus. FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the film forming apparatus. In order to show the directions in the following description in a unified manner, the XYZ orthogonal coordinate axes are set as shown in FIG. The XY plane represents the horizontal plane. Further, the Z axis represents the vertical axis, and more specifically, the (−Z) direction represents the vertical downward direction.

この成膜装置１は、プラズマスパッタリングにより処理対象である基板Ｓの表面に皮膜を形成する装置である。例えば、基板Ｓとしてのガラス基板や樹脂製の平板、シート、フィルム等の一方表面に、チタン、クロム、ニッケル等の金属皮膜や酸化アルミニウム等の金属酸化物皮膜を形成する目的に、この成膜装置１を適用することが可能である。ただし基板や皮膜の材料はこれに限定されず任意である。なお、ここでは矩形、枚葉状の基板Ｓに対し成膜を行う場合を例として説明するが、基板Ｓは任意の形状を有するものであってよい。 The film forming apparatus 1 is an apparatus for forming a film on the surface of the substrate S to be processed by plasma sputtering. For example, this film formation is intended to form a metal film such as titanium, chromium, nickel, or a metal oxide film such as aluminum oxide on one surface of a glass substrate as the substrate S, a flat plate made of resin, a sheet, a film, or the like. It is possible to apply the device 1. However, the material of the substrate and the film is not limited to this and is arbitrary. Although the case where the film is formed on the rectangular or single-wafer-shaped substrate S will be described here as an example, the substrate S may have an arbitrary shape.

基板Ｓは、中央部に開口を有する額縁状のトレーＴにより、その周縁部を保持されつつ下面の中央部を含む大部分が下向きに開放された状態で、成膜装置１内を搬送される。このようにすることで、薄くまたは大判で撓みやすい基板Ｓであっても水平姿勢に維持された状態での安定した搬送が可能となる。以下の説明では、トレーＴが基板Ｓを支持することでトレーＴと基板Ｓとが一体化された構造体を、成膜装置１の処理対象物であるワークＷｋと称する。なお基板Ｓの搬送態様はこれに限定されるものではなく任意である。例えば、基板Ｓが単体で搬送される態様であってもよく、また例えば上面が吸着保持された状態で搬送される態様であってもよい。また、基板は水平姿勢に限定されるものではなく、例えば主面が略垂直となった状態で搬送されてもよい。この場合、基板の搬送方向は水平方向、上下方向のいずれであってもよい。 The substrate S is conveyed in the film forming apparatus 1 in a state where most of the substrate S including the central portion of the lower surface is opened downward while the peripheral portion thereof is held by the frame-shaped tray T having an opening in the central portion. .. By doing so, even a thin or large-sized substrate S that is easily bent can be stably conveyed in a state of being maintained in a horizontal posture. In the following description, a structure in which the tray T and the substrate S are integrated by supporting the substrate S is referred to as a work Wk which is a processing target of the film forming apparatus 1. The transport mode of the substrate S is not limited to this, and is arbitrary. For example, the substrate S may be conveyed by itself, or may be conveyed with the upper surface adsorbed and held, for example. Further, the substrate is not limited to the horizontal posture, and may be conveyed, for example, in a state where the main surface is substantially vertical. In this case, the transport direction of the substrate may be either the horizontal direction or the vertical direction.

成膜装置１は、真空チャンバ１０と、ワークＷｋを搬送する搬送機構３０と、スパッタソース５０と、成膜装置１全体を統括制御する制御ユニット９０とを備えている。真空チャンバ１０は略直方体形状の外形を有する中空の箱型部材であり、底板の上面が水平姿勢となるように配置されている。真空チャンバ１０は例えばステンレス、アルミニウム等の金属を主たる材料として構成されるが、チャンバ内を視認可能とするために、例えば石英ガラス製の透明窓が部分的に設けられてもよい。 The film forming apparatus 1 includes a vacuum chamber 10, a conveying mechanism 30 for conveying the work Wk, a sputtering source 50, and a control unit 90 that controls the entire film forming apparatus 1. The vacuum chamber 10 is a hollow box-shaped member having a substantially rectangular parallelepiped outer shape, and is arranged so that the upper surface of the bottom plate is in a horizontal posture. The vacuum chamber 10 is composed mainly of a metal such as stainless steel or aluminum, but a transparent window made of, for example, quartz glass may be partially provided in order to make the inside of the chamber visible.

図３に示すように、真空チャンバ１０には、真空チャンバ１０の内部空間ＳＰと外部空間または他の処理チャンバ内の処理空間との間を開閉するシャッタ１１と、真空チャンバ１０内を減圧するための真空ポンプ１２と、真空チャンバ１０の内部空間ＳＰの気圧を計測する圧力センサ１３とが設けられている。 As shown in FIG. 3, the vacuum chamber 10 includes a shutter 11 that opens and closes between the internal space SP of the vacuum chamber 10 and the external space or the processing space in another processing chamber, and the vacuum chamber 10 for depressurizing the inside of the vacuum chamber 10. The vacuum pump 12 and the pressure sensor 13 for measuring the pressure pressure in the internal space SP of the vacuum chamber 10 are provided.

シャッタ１１は制御ユニット９０に設けられたシャッタ開閉制御部９２により開閉制御される。シャッタ１１の開状態ではワークＷｋの搬入および搬出が可能となる一方、シャッタ１１の閉状態では真空チャンバ１０内が気密状態とされる。また、真空ポンプ１２および圧力センサ１３は制御ユニット９０に設けられた雰囲気制御部９３に接続されている。雰囲気制御部９３は、圧力センサ１３による真空チャンバ１０内の圧力計測結果に基づき真空ポンプ１２を制御して、真空チャンバ１０の内部空間ＳＰを所定の気圧に制御する。雰囲気制御部９３は、後述する成膜動作における真空チャンバ１０内の気圧、すなわち成膜圧力を、ＣＰＵ９１からの制御指令に応じて複数段階に変更することが可能である。 The shutter 11 is opened / closed controlled by the shutter opening / closing control unit 92 provided in the control unit 90. The work Wk can be carried in and out when the shutter 11 is open, while the inside of the vacuum chamber 10 is airtight when the shutter 11 is closed. Further, the vacuum pump 12 and the pressure sensor 13 are connected to the atmosphere control unit 93 provided in the control unit 90. The atmosphere control unit 93 controls the vacuum pump 12 based on the pressure measurement result in the vacuum chamber 10 by the pressure sensor 13 to control the internal space SP of the vacuum chamber 10 to a predetermined atmospheric pressure. The atmosphere control unit 93 can change the air pressure in the vacuum chamber 10, that is, the film forming pressure in the film forming operation described later, in a plurality of stages according to the control command from the CPU 91.

搬送機構３０は、ワークＷｋを略水平な搬送経路に沿って搬送する機能を有する。具体的には、搬送機構３０は、基板Ｓを保持するトレーＴの下面に当接することにより処理チャンバ１０内でワークＷｋを支持する複数の搬送ローラ３１と、搬送ローラ３１を回転させることでワークＷｋをＸ方向に移動させる搬送駆動部３２とを備えている。搬送駆動部３２は制御ユニット９０に設けられた搬送制御部９４により制御される。このように構成された搬送機構３０は、真空チャンバ１０内で基板Ｓを水平姿勢に保持しつつ搬送して、基板ＳをＸ方向に移動させる。搬送機構３０による基板Ｓの移動は、図１に点線矢印で示すように往復移動であってもよく、また（＋Ｘ）方向または（−Ｘ）方向のいずれか一方向であってもよい。 The transport mechanism 30 has a function of transporting the work Wk along a substantially horizontal transport path. Specifically, the transfer mechanism 30 rotates a plurality of transfer rollers 31 that support the work Wk in the processing chamber 10 by contacting the lower surface of the tray T that holds the substrate S, and the transfer rollers 31 to rotate the work. It is provided with a transport drive unit 32 that moves Wk in the X direction. The transport drive unit 32 is controlled by the transport control unit 94 provided in the control unit 90. The transport mechanism 30 configured in this way transports the substrate S while holding it in a horizontal posture in the vacuum chamber 10 to move the substrate S in the X direction. The movement of the substrate S by the transport mechanism 30 may be a reciprocating movement as shown by a dotted arrow in FIG. 1, or may be one of the (+ X) direction and the (−X) direction.

搬送機構３０により真空チャンバ１０内を搬送される基板Ｓの下方に、スパッタソース５０が設けられている。スパッタソース５０は、プレーナカソード５１と、プレーナカソード５１をＸ方向から挟むように設けられた１対の誘導結合アンテナ５２，５３と、プレーナカソード５１の周囲にスパッタガスを供給するスパッタガス供給ノズル５４，５４とを備えている。また、プレーナカソード５１、誘導結合アンテナ５２，５３およびスパッタガス供給ノズル５４，５４の周囲を覆うように、金属板により箱型に形成されたチムニー５５が設けられている。 A sputtering source 50 is provided below the substrate S that is conveyed in the vacuum chamber 10 by the transfer mechanism 30. The sputtering source 50 includes a planar cathode 51, a pair of inductively coupled antennas 52 and 53 provided so as to sandwich the planar cathode 51 from the X direction, and a sputtering gas supply nozzle 54 that supplies sputtering gas around the planar cathode 51. , 54 and. Further, a chimney 55 formed in a box shape by a metal plate is provided so as to cover the periphery of the planar cathode 51, the inductively coupled antennas 52 and 53, and the sputter gas supply nozzles 54 and 54.

プレーナカソード５１は、例えば銅板のような導電性材料により板状に形成されたバッキングプレート５１１を備えている。バッキングプレート５１１の上面には、基板Ｓへの成膜材料により平板状（プレーナ状）に形成されたターゲット５１２が装着されている。ターゲット５１２の周囲はアノードシールド５１３により囲まれている。すなわち、アノードシールド５１３は上面にターゲット５１２の平面サイズと同等の開口が設けられた額縁形状をしており、ターゲット５１２の周囲を覆うとともに、開口を介してターゲット５１２の上面を基板Ｓの下面に臨ませる。なお、図１の上面図および図２においては、スパッタソース５０の内部構造を明示するために、チムニー５５はその外形のみが二点鎖線で示されている。 The planar cathode 51 includes a backing plate 511 formed in a plate shape by a conductive material such as a copper plate. A target 512 formed in a flat plate shape (planar shape) by a film forming material on the substrate S is mounted on the upper surface of the backing plate 511. The target 512 is surrounded by the anode shield 513. That is, the anode shield 513 has a frame shape in which an opening equivalent to the plane size of the target 512 is provided on the upper surface thereof, covers the periphery of the target 512, and makes the upper surface of the target 512 on the lower surface of the substrate S through the opening. Let me face you. In addition, in the top view of FIG. 1 and FIG. 2, only the outer shape of the chimney 55 is shown by a chain double-dashed line in order to clarify the internal structure of the sputter source 50.

バッキングプレート５１１の下部は箱型に形成されたハウジング５１４により覆われている。ハウジング５１４は真空チャンバ１０の底面に固定されている。バッキングプレート５１１の下面とハウジング５１４との間の空間には、後述する冷却機構５８から冷媒としての流体、例えば冷却水が供給される。 The lower part of the backing plate 511 is covered with a box-shaped housing 514. The housing 514 is fixed to the bottom surface of the vacuum chamber 10. A fluid as a refrigerant, for example, cooling water, is supplied from the cooling mechanism 58, which will be described later, to the space between the lower surface of the backing plate 511 and the housing 514.

真空チャンバ１０内でプレーナカソード５１を挟むように、１対の誘導結合アンテナ５２，５３が真空チャンバ１０の底面から突出して設けられている。誘導結合アンテナ５２，５３はＬＩＡ（Low Inductance Antenna：株式会社イー・エム・ディーの登録商標）とも称されるものであり、図２に示すように、略Ｕ字型に形成された導体５２１，５３１の表面が例えば石英などの誘電体５２２，５３２で被覆された構造を有する。導体５２１，５３１は、Ｕ字を上下逆向きにした状態で、真空チャンバ１０の底面を貫通してＹ方向に延設される。導体５２１，５３１は、Ｙ方向に位置を異ならせてそれぞれ複数個並べて配置される。誘電体５２２は、複数の導体５２１それぞれを個別に被覆するように独立して設けられてもよく、また複数の導体５２１を一括して覆うように設けられてもよい。誘電体５３２についても同様である。 A pair of inductively coupled antennas 52, 53 are provided so as to sandwich the planar cathode 51 in the vacuum chamber 10 so as to project from the bottom surface of the vacuum chamber 10. The inductively coupled antennas 52 and 53 are also called LIA (Low Inductance Antenna: a registered trademark of EMD Co., Ltd.), and as shown in FIG. 2, conductors 521 and formed in a substantially U shape. The surface of 531 has a structure in which the surface is coated with a dielectric material such as quartz 522,532. The conductors 521 and 531 are extended in the Y direction through the bottom surface of the vacuum chamber 10 in a state where the U-shape is turned upside down. A plurality of conductors 521 and 531 are arranged side by side at different positions in the Y direction. The dielectric 522 may be provided independently so as to individually cover each of the plurality of conductors 521, or may be provided so as to collectively cover the plurality of conductors 521. The same applies to the dielectric 532.

導体５２１，５３１の表面が誘電体５２２，５３２で被覆された構造とすることで、導体５２１，５３１がプラズマに曝露されることが防止される。これにより、導体５２１，５３１の構成元素が基板Ｓ上の膜に混入することが回避される。また、後述するように導体５２１，５３１に印加される高周波電流により誘導結合プラズマを生成することとなり、アーク放電などの異常放電を抑制して安定したプラズマを発生させることが可能となる。 The structure in which the surfaces of the conductors 521 and 531 are coated with the dielectric 522 and 532 prevents the conductors 521 and 531 from being exposed to plasma. As a result, the constituent elements of the conductors 521 and 531 are prevented from being mixed into the film on the substrate S. Further, as will be described later, inductively coupled plasma is generated by the high frequency current applied to the conductors 521 and 531, and it is possible to suppress abnormal discharge such as arc discharge and generate stable plasma.

このように構成された誘導結合アンテナ５２，５３の各導体５２１，５３１は、Ｘ方向を巻回軸方向とし巻回数が１未満のループアンテナと見ることができる。そのため、低インダクタンスである。このような小型のアンテナを、巻回軸方向と直交する方向に複数並べて配置することで、インダクタンスの増大を抑えつつ、後述するプラズマ発生のための誘導磁場を広い範囲に形成することが可能である。また、それぞれがＹ方向に並ぶ複数のアンテナからなる１対のアンテナ列をＸ方向に離隔して平行配置することにより、両アンテナ列に挟まれる空間に強く均一な誘導磁場を発生させることができる。 Each of the conductors 521 and 531 of the inductively coupled antennas 52 and 53 configured in this way can be regarded as a loop antenna having the X direction as the winding axis direction and the number of windings being less than 1. Therefore, it has a low inductance. By arranging a plurality of such small antennas side by side in a direction orthogonal to the winding axis direction, it is possible to form an induced magnetic field for plasma generation, which will be described later, in a wide range while suppressing an increase in inductance. be. Further, by arranging a pair of antenna trains each consisting of a plurality of antennas arranged in the Y direction in parallel with each other separated in the X direction, a strong and uniform induced magnetic field can be generated in the space sandwiched between the two antenna trains. ..

誘導結合アンテナ５２，５３に挟まれるプレーナカソード５１の周囲空間には、ガス供給部５６からスパッタガス（例えば不活性ガス）が導入される。具体的には、真空チャンバ１０の底面に、プレーナカソード５１をＸ方向から挟むように、それぞれガス供給部５６に接続された１対のノズル５４，５４が設けられている。ガス供給部５６は、成膜プロセス制御部９５からの制御指令に応じてスパッタガスとしての不活性ガス、例えばアルゴンガスまたはキセノンガスをノズル５４，５４に供給する。スパッタガスはノズル５４，５４からプレーナカソード５１の周囲に向けて吐出される。ガス供給部５６はスパッタガスの流量を自動的に制御する流量調整機能を有することが好ましく、例えばマスフローコントローラを備えたものとすることができる。 Sputter gas (for example, an inert gas) is introduced from the gas supply unit 56 into the space around the planar cathode 51 sandwiched between the inductively coupled antennas 52 and 53. Specifically, a pair of nozzles 54 and 54 connected to the gas supply unit 56 are provided on the bottom surface of the vacuum chamber 10 so as to sandwich the planar cathode 51 from the X direction. The gas supply unit 56 supplies an inert gas as a sputtering gas, for example, argon gas or xenon gas, to the nozzles 54 and 54 in response to a control command from the film forming process control unit 95. The sputter gas is discharged from the nozzles 54 and 54 toward the periphery of the planar cathode 51. The gas supply unit 56 preferably has a flow rate adjusting function for automatically controlling the flow rate of the sputtered gas, and may be provided with, for example, a mass flow controller.

図４はスパッタソースの動作を示す図である。プレーナカソード５１と誘導結合アンテナ５２，５３との間には、電源部５７から適宜の電圧が印加される。具体的には、プレーナカソード５１のバッキングプレート５１１は電源部５７に設けられたカソード電源５７１に接続されており、カソード電源５７１から接地電位に対する適宜の負電位がバッキングプレート５１１に与えられる。カソード電源５７１が出力する電圧としては、直流、直流パルス、正弦波交流、矩形波交流、矩形波交流パルスおよびそれらの幾つかが重畳されたもの等を使用可能である。一方、誘導結合アンテナ５２，５３には、電源部５７に設けられた高周波電源５７２が図示しない整合回路を介して接続されており、高周波電源５７２から適宜の高周波電力が印加される。カソード電源５７１および高周波電源５７２のそれぞれから出力される電圧値やその波形は制御ユニット９０の成膜プロセス制御部９５により制御される。 FIG. 4 is a diagram showing the operation of the spatter source. An appropriate voltage is applied from the power supply unit 57 between the planar cathode 51 and the inductively coupled antennas 52 and 53. Specifically, the backing plate 511 of the planar cathode 51 is connected to the cathode power supply 571 provided in the power supply unit 57, and an appropriate negative potential with respect to the ground potential is given to the backing plate 511 from the cathode power supply 571. As the voltage output by the cathode power supply 571, a DC, DC pulse, sine wave AC, square wave AC, square wave AC pulse, or a voltage obtained by superimposing some of them can be used. On the other hand, a high frequency power supply 572 provided in the power supply unit 57 is connected to the inductively coupled antennas 52 and 53 via a matching circuit (not shown), and an appropriate high frequency power is applied from the high frequency power supply 572. The voltage values and their waveforms output from each of the cathode power supply 571 and the high frequency power supply 572 are controlled by the film forming process control unit 95 of the control unit 90.

高周波電源５７２から誘導結合アンテナ５２，５３に高周波電力（例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力）が供給されることで、誘導結合アンテナ５２，５３の周囲空間に高周波誘導磁場が生じ、スパッタガスの誘導結合プラズマ（Inductivity Coupled Plasma；ＩＣＰ）が発生する。プレーナカソード５１、誘導結合アンテナ５２，５３は、いずれも図１紙面に垂直なＹ方向に沿って長く延びている。したがって、プラズマが発生するプラズマ空間ＰＬも、プレーナカソード５１の表面に沿ってＹ方向に長く延びた形状を有する空間領域となる。誘導結合プラズマは正の電位を持ち、したがってプレーナカソード５１はプラズマの電位に対しても負の電位を持つことになる。 When high-frequency power (for example, high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz) is supplied from the high-frequency power source 572 to the inductively coupled antennas 52 and 53, a high-frequency induced magnetic field is generated in the surrounding space of the inductively coupled antennas 52 and 53, and sputter gas is induced. Inductive Coupled Plasma (ICP) is generated. The planar cathode 51 and the inductively coupled antennas 52 and 53 both extend long along the Y direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1. Therefore, the plasma space PL in which the plasma is generated also becomes a space region having a shape elongated in the Y direction along the surface of the planar cathode 51. The inductively coupled plasma has a positive potential and therefore the planar cathode 51 also has a negative potential with respect to the potential of the plasma.

こうしてプラズマ空間ＰＬに生成されるプラズマに含まれる陽イオン（図において白丸印で示す）が、負電位を与えられたプレーナカソード５１に衝突する。これによりターゲット５１２の表面がスパッタされ、ターゲット５１２から飛翔した微細なターゲット材料の粒子が成膜粒子（図において黒丸印で示す）として基板Ｓの下面に付着する。その結果、基板Ｓの表面（下面）に成膜が行われる。具体的には、基板Ｓ下面のうちＹ方向に沿った帯状の領域にプラズマスパッタリングによる成膜が行われ、基板Ｓが、その主面に平行でＹ方向と直交する方向、つまりＸ方向に走査移動されることで、成膜対象領域の全体に二次元的に成膜が行われる。 The cations contained in the plasma thus generated in the plasma space PL (indicated by white circles in the figure) collide with the planar cathode 51 to which a negative potential is applied. As a result, the surface of the target 512 is sputtered, and fine particles of the target material flying from the target 512 adhere to the lower surface of the substrate S as film-forming particles (indicated by black circles in the figure). As a result, a film is formed on the surface (lower surface) of the substrate S. Specifically, a film is formed by plasma sputtering on a band-shaped region along the Y direction of the lower surface of the substrate S, and the substrate S is scanned in a direction parallel to the main surface and orthogonal to the Y direction, that is, in the X direction. By moving, film formation is performed two-dimensionally over the entire film formation target area.

プラズマ空間ＰＬを覆うようにチムニー５５が設けられることで、プラズマ空間ＰＬで発生するプラズマ粒子およびこれにスパッタされて生じる成膜粒子が真空チャンバ１０内に飛散することが抑制され、ターゲット５１２表面からスパッタにより飛翔した成膜粒子の飛翔方向が基板Ｓに向かう方向に制限される。このため、ターゲット材料を効率よく成膜に寄与させることができる。冷却機構５８からプレーナカソード５１に冷却水が供給されることで、プラズマに曝されるターゲット５１２の温度上昇が抑制される。 By providing the chimney 55 so as to cover the plasma space PL, it is possible to prevent the plasma particles generated in the plasma space PL and the film-formed particles sputtered from the plasma particles from scattering into the vacuum chamber 10 and from the surface of the target 512. The flying direction of the formed particles flying by sputtering is limited to the direction toward the substrate S. Therefore, the target material can be efficiently contributed to film formation. By supplying the cooling water from the cooling mechanism 58 to the planar cathode 51, the temperature rise of the target 512 exposed to the plasma is suppressed.

図３に示すように、制御ユニット９０は、上記以外に、各種演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＣＰＵ９１が実行するプログラムや各種データを記憶するメモリおよびストレージ９６、外部装置およびユーザとの間での情報のやり取りを担うインターフェース９７等を備えている。例えば汎用のコンピュータ装置を、制御ユニット９０として使用することが可能である。なお、制御ユニット９０に設けられるシャッタ開閉制御部９２、雰囲気制御部９３、搬送制御部９４および成膜プロセス制御部９５等の各機能ブロックについては、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、またＣＰＵ９１により実行されるソフトウェア上で実現されるものであってもよい。 As shown in FIG. 3, in addition to the above, the control unit 90 includes a CPU (Central Processing Unit) 91 that performs various arithmetic processes, a memory and storage 96 that stores programs and various data executed by the CPU 91, an external device, and a user. It is equipped with an interface 97 and the like that are responsible for exchanging information between the two. For example, a general-purpose computer device can be used as the control unit 90. Each functional block such as the shutter open / close control unit 92, the atmosphere control unit 93, the transfer control unit 94, and the film formation process control unit 95 provided in the control unit 90 is realized by dedicated hardware. It may also be realized on software executed by the CPU 91.

図５はこの成膜装置による成膜処理を示すフローチャートである。この処理は、制御ユニット９０が予め用意された制御プログラムに基づき、成膜装置１の各部に所定の動作を行わせることにより実現される。成膜対象である基板Ｓを含むワークＷｋが成膜装置１に搬入されるのに先立って、真空チャンバ１０内の排気が開始されている（ステップＳ１０１）。 FIG. 5 is a flowchart showing a film forming process by this film forming apparatus. This process is realized by causing each part of the film forming apparatus 1 to perform a predetermined operation based on a control program prepared in advance by the control unit 90. The exhaust in the vacuum chamber 10 is started prior to the work Wk including the substrate S to be formed into the film forming apparatus 1 (step S101).

真空チャンバ１０内が所定の気圧に制御された状態で、プラズマの点灯が開始される（ステップＳ１０２）。具体的には、ノズル５４からスパッタガスが所定流量で真空チャンバ１０内に吐出される。そして、電源部５７がプレーナカソード５１および誘導結合アンテナ５２，５３のそれぞれに所定の電圧を印加することにより、真空チャンバ１０内に誘導結合プラズマが発生する。 The lighting of the plasma is started in a state where the inside of the vacuum chamber 10 is controlled to a predetermined atmospheric pressure (step S102). Specifically, the sputter gas is discharged from the nozzle 54 into the vacuum chamber 10 at a predetermined flow rate. Then, when the power supply unit 57 applies a predetermined voltage to each of the planar cathode 51 and the inductively coupled antennas 52 and 53, inductively coupled plasma is generated in the vacuum chamber 10.

こうして予め真空チャンバ１０内にプラズマを点灯させた状態で、シャッタ１１が開かれ、真空チャンバ１０にワークＷｋが受け入れられる（ステップＳ１０３）。プラズマの点灯状態を安定させるため、ワークＷｋは、真空チャンバ１０と同程度の真空状態に保たれた他の真空チャンバ（図示省略）から搬入されることが望ましい。成膜処理後のワーク搬出時についても同様である。なお、成膜処理前のワークＷｋを受け入れるためのシャッタと、成膜処理後のワークＷｋを払い出すためのシャッタとは異なっていてもよい。 In this way, the shutter 11 is opened with the plasma lit in the vacuum chamber 10 in advance, and the work Wk is received in the vacuum chamber 10 (step S103). In order to stabilize the lighting state of the plasma, it is desirable that the work Wk is carried in from another vacuum chamber (not shown) maintained in a vacuum state similar to that of the vacuum chamber 10. The same applies when the work is carried out after the film forming process. The shutter for receiving the work Wk before the film forming process and the shutter for discharging the work Wk after the film forming process may be different.

真空チャンバ１０にワークＷｋが搬入されると、搬送機構３０がワークＷｋをＸ方向に走査移動させる（ステップＳ１０４）。これにより、ワークＷｋ中の基板Ｓの下面に、ターゲット材料を含んだ組成の皮膜が形成されることになる。なお、プラズマ空間ＰＬに反応性ガス（例えば酸素ガス）をさらに供給し、ターゲット５１２の成分と反応性ガスの成分とを含む皮膜（例えば金属酸化物皮膜）が形成されるようにしてもよい。 When the work Wk is carried into the vacuum chamber 10, the transfer mechanism 30 scans and moves the work Wk in the X direction (step S104). As a result, a film having a composition containing the target material is formed on the lower surface of the substrate S in the work Wk. A reactive gas (for example, oxygen gas) may be further supplied to the plasma space PL to form a film (for example, a metal oxide film) containing the component of the target 512 and the component of the reactive gas.

搬送機構３０がワークＷｋを走査移動させることで、基板Ｓ下面における成膜粒子の着弾位置を変化させて基板Ｓ全体に成膜を行うことが可能である。このようなワークＷｋの走査移動を所定時間継続することで（ステップＳ１０５）、基板Ｓの表面（下面）に所定厚さの皮膜が形成される。基板Ｓに皮膜が形成された成膜後のワークＷｋは外部へ払い出される（ステップＳ１０６）。そして、次に処理すべきワークＷｋがあれば（ステップＳ１０７においてＹＥＳ）、ステップＳ１０３に戻って新たなワークＷｋを受け入れて上記と同様の成膜処理を実行する。処理すべきワークがなければ（ステップＳ１０７においてＮＯ）、装置各部を動作終了が可能な状態へ移行させる終了処理が実行され（ステップＳ１０８）、一連の動作は終了する。 By scanning and moving the work Wk by the transport mechanism 30, it is possible to change the landing position of the film-formed particles on the lower surface of the substrate S to form a film on the entire substrate S. By continuing such scanning movement of the work Wk for a predetermined time (step S105), a film having a predetermined thickness is formed on the surface (lower surface) of the substrate S. The work Wk after the film formation on which the film is formed on the substrate S is discharged to the outside (step S106). Then, if there is a work Wk to be processed next (YES in step S107), the process returns to step S103, accepts a new work Wk, and executes the same film forming process as described above. If there is no work to be processed (NO in step S107), the termination process for shifting each part of the apparatus to a state in which the operation can be terminated is executed (step S108), and the series of operations is terminated.

以上のように、上記実施形態の成膜装置１では、ターゲット５１２を備えたプレーナカソード５１の近傍に低インダクタンスの誘導結合アンテナ５２，５３を配置し、誘導結合プラズマを発生させてターゲット５１２をスパッタし基板Ｓに成膜を行う。プレーナカソード５１は永久磁石を備えておらず、したがってターゲット５１２の近傍にプラズマを生じさせるような強いターゲット表面に平行な磁束（この例では水平磁束）は実質的に存在しない。例えば高周波電力による誘導磁場が形成されていない状態で、プレーナカソード５１周辺の磁気回路や磁性材料等が作る静磁場のターゲット表面近傍、特にターゲット表面に沿う方向における最大磁束密度は、１５ｍＴ以下である。このような強さの磁場では事実上マグネトロンとしての機能を果たさない。 As described above, in the film forming apparatus 1 of the above embodiment, the low inductance inductively coupled antennas 52 and 53 are arranged in the vicinity of the planar cathode 51 provided with the target 512, and the inductively coupled plasma is generated to sputter the target 512. A film is formed on the substrate S. The planar cathode 51 does not include a permanent magnet and therefore there is virtually no magnetic flux parallel to the strong target surface (horizontal magnetic flux in this example) that would generate plasma in the vicinity of the target 512. For example, in a state where an induced magnetic field due to high-frequency power is not formed, the maximum magnetic flux density in the vicinity of the target surface of the static magnetic field created by the magnetic circuit or magnetic material around the planar cathode 51, particularly in the direction along the target surface, is 15 mT or less. .. A magnetic field of such strength does not effectively function as a magnetron.

したがって、プラズマスパッタリング成膜技術において広く利用されているマグネトロンプラズマは発生しない。本願発明者の知見によれば、マグネトロンプラズマによらない誘導結合プラズマスパッタリングにより良好な皮膜を、かつ実用上十分な成膜速度で成膜することが可能である。以下、本願発明者の知見について説明する。 Therefore, magnetron plasma, which is widely used in plasma sputtering film formation technology, is not generated. According to the knowledge of the inventor of the present application, it is possible to form a good film by inductively coupled plasma sputtering not based on magnetron plasma and at a practically sufficient film forming rate. Hereinafter, the findings of the inventor of the present application will be described.

例えば特許文献１，２に記載されたように、従来のマグネトロンプラズマスパッタリング成膜技術においては、マグネトロンプラズマを誘導結合プラズマにより支援することで、マグネトロンプラズマのみの場合に比べてプラズマ密度の向上および均一化が図られている。しかしながら、例えばターゲット材料が強磁性体である場合、ターゲットが磁気シールドとして作用することでターゲット表面での磁束密度が低くなり、十分な密度のプラズマを発生させることができないことがある。 For example, as described in Patent Documents 1 and 2, in the conventional magnetron plasma sputtering deposition technique, by supporting the magnetron plasma by inductively coupled plasma, the plasma density is improved and uniform as compared with the case of magnetron plasma alone. Is being planned. However, for example, when the target material is a ferromagnet, the target acts as a magnetic shield, so that the magnetic flux density on the target surface becomes low, and it may not be possible to generate plasma having a sufficient density.

図６はターゲットが強磁性体である場合のマグネトロンの効果を示す図である。より具体的には、図６（ａ）は強磁性体であるニッケルをターゲットとして成膜を試みた実験における成膜速度および膜密度の実測例を示すグラフである。また、図６（ｂ）は実験に用いたマグネトロンスパッタリング成膜装置の主要部を示す図である。なお、図６（ｂ）においては、本実施形態と共通の構成については同一符号を付して説明を省略する。 FIG. 6 is a diagram showing the effect of the magnetron when the target is a ferromagnet. More specifically, FIG. 6A is a graph showing an actual measurement example of the film formation rate and the film density in an experiment in which film formation was attempted targeting nickel, which is a ferromagnetic material. Further, FIG. 6B is a diagram showing a main part of the magnetron sputtering film forming apparatus used in the experiment. In FIG. 6B, the same reference numerals are given to the configurations common to the present embodiment, and the description thereof will be omitted.

図６（ｂ）に示すように、実験に用いられたマグネトロン方式のカソードの構造は、本実施形態のプレーナカソード５１におけるバッキングプレート５１１とハウジング５１４との間の空間に、３組の永久磁石からなる磁気回路５１５を追加したものに相当している。磁気回路５１５により、ターゲット５１２の表面近傍にはプラズマ生成のためのターゲット表面に平行な磁束が形成される。 As shown in FIG. 6B, the magnetron-type cathode structure used in the experiment consists of three sets of permanent magnets in the space between the backing plate 511 and the housing 514 in the planar cathode 51 of the present embodiment. Corresponds to the addition of the magnetic circuit 515. The magnetic circuit 515 forms a magnetic flux parallel to the target surface for plasma generation near the surface of the target 512.

磁気回路５１５は、ターゲット５１２が非磁性体であるときにはターゲット表面における最大磁束密度が６０ｍＴ程度の水平磁束が生じる。しかしながら、例えばニッケルのような強磁性体をターゲット５１２とした場合には、ターゲット５１２が磁気シールドとして作用し、ターゲット表面での最大磁束密度は５ｍＴ程度まで低下する。 In the magnetic circuit 515, when the target 512 is a non-magnetic material, a horizontal magnetic flux having a maximum magnetic flux density of about 60 mT on the target surface is generated. However, when a ferromagnetic material such as nickel is used as the target 512, the target 512 acts as a magnetic shield, and the maximum magnetic flux density on the target surface is reduced to about 5 mT.

この状態で、誘導結合アンテナ５２，５３へ高周波電力を供給せず、マグネトロンプラズマのみでスパッタリング成膜を試みた場合、図６（ａ）に「ケースＡ」として示すように、基板Ｓへの成膜はほとんど行われなかった。磁気回路５１５が発生する磁束がターゲットにより遮蔽され、スパッタリングに必要な密度のマグネトロンプラズマが発生しなかったと考えられる。このような磁束密度の低下を補うべく磁気回路をより強力なものとすることやターゲットをより薄くすることも考えられるが、装置コストや稼働率への悪影響の点で現実的ではない。 In this state, when high-frequency power is not supplied to the inductively coupled antennas 52 and 53 and sputtering film formation is attempted only by magnetron plasma, as shown in "Case A" in FIG. 6A, the substrate S is formed. The membrane was rarely done. It is considered that the magnetic flux generated by the magnetic circuit 515 was shielded by the target, and the magnetron plasma having the density required for sputtering was not generated. It is conceivable to make the magnetic circuit stronger or to make the target thinner in order to compensate for such a decrease in magnetic flux density, but this is not realistic in terms of adverse effects on equipment cost and operating rate.

一方、誘導結合アンテナ５２，５３へ供給して誘導結合プラズマによる支援を付加すると、「ケースＢ」として示すように、１分当たり約６ｎｍの成膜が行われた。このときの膜密度は１立方センチメートル当たり約９ｇであった。図６（ａ）において「ＬＩＡ−ＩＣＰ」の語は、図１、図２等に構造を示す本実施形態の低インダクタンスアンテナ（ＬＩＡ）による誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を意味している。 On the other hand, when the inductively coupled antennas 52 and 53 were supplied and the support by the inductively coupled plasma was added, a film formation of about 6 nm per minute was performed as shown in “Case B”. The film density at this time was about 9 g per cubic centimeter. In FIG. 6 (a), the term "LIA-ICP" means inductively coupled plasma (ICP) by the low inductance antenna (LIA) of the present embodiment whose structure is shown in FIGS. 1, 2 and the like.

さらに、磁気回路５１５を除去し、本実施形態のプレーナカソード５１と同等の構成として誘導結合プラズマのみによる成膜を行ったところ、「ケースＣ」として示すように、マグネトロンプラズマと誘導結合プラズマとを併用したケースＢとほぼ同等の成膜速度および膜密度が得られた。このことから、強磁性体ターゲットを用いたスパッタリング成膜においては、マグネトロンを用いる効果は少なく、成膜は主として誘導結合プラズマによるスパッタリングで進行していることがわかる。 Further, when the magnetic circuit 515 was removed and a film was formed using only inductively coupled plasma as the same configuration as the planar cathode 51 of the present embodiment, as shown in "Case C", the magnetron plasma and the inductively coupled plasma were formed. A film formation rate and a film density almost equal to those of Case B used in combination were obtained. From this, it can be seen that in the sputtering film formation using the ferromagnetic target, the effect of using the magnetron is small, and the film formation proceeds mainly by sputtering by inductively coupled plasma.

図７はカソード電力と成膜速度との関係を測定した結果を例示するグラフである。各種の成膜方式において、カソードに供給される電力密度を変化させて成膜を行い、成膜速度を評価したところ、次のような結果が得られた。図７に示される３つの曲線のうち実線は、ターゲットを単体のニッケル（Ｎｉ）とし、マグネトロンを用いず誘導結合プラズマのみで成膜を行ったケース、つまり図６（ａ）に「ケースＣ」として示したものに対応している。また破線は、ターゲットを同じくニッケルとしてマグネトロンプラズマと誘導結合プラズマとを併用したケース、つまり図６（ａ）における「ケースＢ」に対応する。 FIG. 7 is a graph illustrating the results of measuring the relationship between the cathode power and the film formation rate. In various film forming methods, the film was formed by changing the power density supplied to the cathode, and the film forming speed was evaluated. As a result, the following results were obtained. Of the three curves shown in FIG. 7, the solid line shows the case where the target is a single nickel (Ni) and the film is formed only by inductively coupled plasma without using a magnetron, that is, “Case C” in FIG. 6 (a). Corresponds to what is shown as. The broken line corresponds to the case where the magnetron plasma and the inductively coupled plasma are used in combination with the target as nickel, that is, "case B" in FIG. 6A.

さらに、点線は、ターゲットをニッケル・バナジウム（Ｎｉ−Ｖ）合金（ニッケル９３％、バナジウム７％）として強磁性特性を単体ニッケルの１割程度まで低減させ、マグネトロンプラズマと誘導結合プラズマとを併用して成膜を行ったケースである。このケースにおいては、ターゲットの磁気シールド作用による磁束密度の低下は小さく、成膜へのマグネトロンプラズマの寄与が他のケースよりも大きいと考えられる。 Furthermore, the dotted line shows that the target is a nickel-vanadium (Ni-V) alloy (nickel 93%, vanadium 7%), and the ferromagnetic characteristics are reduced to about 10% of that of single nickel, and magnetron plasma and inductively coupled plasma are used together. This is the case where the film was formed. In this case, the decrease in magnetic flux density due to the magnetic shielding action of the target is small, and it is considered that the contribution of magnetron plasma to the film formation is larger than in other cases.

これらの曲線の比較により以下のことがわかる。いずれの成膜方式でもカソード電力密度が大きいほど成膜速度も大きく、特に点線で示されるＮｉ−Ｖ合金をターゲットとしたケースでは成膜速度がほぼ電力密度に比例している。これに対し、単体ニッケルをターゲットとするケースでは、カソード電力と成膜速度との関係が非線形であるが、カソード電力密度が５Ｗ／ｃｍ^２より小さい領域ではＮｉ−Ｖ合金をターゲットとするケースよりも高い成膜速度が得られる。 The following can be seen by comparing these curves. In any of the film forming methods, the larger the cathode power density, the higher the film forming speed. In particular, in the case of targeting the Ni—V alloy shown by the dotted line, the film forming rate is substantially proportional to the power density. On the other hand, in the case of targeting single nickel, the relationship between the cathode power and the film formation rate is non-linear, but in the ^{region where the cathode power density is smaller than 5 W / cm 2,} it is better than the case of targeting the Ni-V alloy. High deposition rate can be obtained.

特に、図７に実線で示すマグネトロンを使用しない成膜において、カソード電力密度を同じとした場合、Ｎｉ−Ｖ合金をターゲットとするケースに対し最大で２倍程度の成膜速度が得られた。単体ニッケルをターゲットとしマグネトロンを併用するケースよりも高い成膜速度が得られているが、磁気回路による磁束が存在しないことでプラズマ密度の均一性が向上し、ターゲット表面の広い領域が高いプラズマ・インピーダンスで均一にスパッタされるためと考えられる。これらの事実は、マグネトロンを用いない誘導結合プラズマスパッタリング成膜において、マグネトロンプラズマスパッタリング成膜よりも高い電力効率で成膜を行うことができる可能性があることを示している。 In particular, in the film formation without the magnetron shown by the solid line in FIG. 7, when the cathode power density is the same, a film formation rate of up to about twice that of the case targeting the Ni—V alloy was obtained. A higher film formation rate has been obtained than in the case where a single nickel is targeted and a magnetron is used in combination, but the uniformity of plasma density is improved due to the absence of magnetic flux due to the magnetic circuit, and the plasma has a high area on the target surface. This is thought to be due to uniform sputtering due to impedance. These facts indicate that inductively coupled plasma sputtering film formation without a magnetron may be able to be performed with higher power efficiency than magnetron plasma sputtering film formation.

一方、カソード電力密度が５Ｗ／ｃｍ^２よりも大きい領域では、マグネトロンを用いた場合の方が成膜速度が大きく、特にターゲットの強磁性特性を弱めたＮｉ−Ｖ合金ターゲットを用いたケースにおいて高い成膜速度が得られた。これは、カソードの高電力化に応じてカソード電圧が上昇してスパッタ効率（スパッタイールド）が上昇し、さらにはマグネトロンプラズマ密度も増大することで、水平磁束領域の陽イオンフラックスが増加し、これらの相乗効果によってマグネトロンプラズマスパッタによる成膜速度の高速化が支配的になったものと考えられる。 On the other hand, in the ^{region where the cathode power density is larger than 5 W / cm 2, the} film formation rate is higher when the magnetron is used, especially when a Ni—V alloy target with weakened ferromagnetic characteristics of the target is used. The film formation rate was obtained. This is because the cathode voltage rises as the power of the cathode increases, the sputtering efficiency (sputter yield) increases, and the magnetron plasma density also increases, so that the cation flux in the horizontal magnetic flux region increases. It is considered that the increase in the film formation speed by magnetron plasma sputtering became dominant due to the synergistic effect of.

スパッタ後のターゲット表面を観察したところ、Ｎｉ−Ｖ合金をターゲットとしたケースでは水平磁束領域の偏在に起因すると見られるターゲットの局所的な消耗があった。このようなターゲットの局所的な消耗はさらなる磁束の集中を招来し、結果としてターゲットの特定部分のみが消費されてしまうことになる。このため、ターゲットの多くの部分が消費されないまま交換が必要となり、長期的にはターゲットの利用効率を低下させる原因となる。これに対し、実質的にマグネトロンが寄与していない他の２つのケースではターゲット表面がほぼ均一に消費されていた。したがって、長期的なスパッタリング成膜プロセスにおけるターゲットの利用効率の点からも、主たるプラズマ発生源としてマグネトロンプラズマではなく誘導結合プラズマを利用したスパッタリングが有効であると言える。 When the surface of the target after sputtering was observed, there was local wear of the target, which was considered to be caused by the uneven distribution of the horizontal magnetic flux region in the case of targeting the Ni—V alloy. Such local consumption of the target causes further concentration of magnetic flux, and as a result, only a specific part of the target is consumed. For this reason, it is necessary to replace a large part of the target without consuming it, which causes a decrease in the utilization efficiency of the target in the long term. In contrast, in the other two cases where the magnetron did not contribute substantially, the target surface was consumed almost uniformly. Therefore, it can be said that sputtering using inductively coupled plasma instead of magnetron plasma is effective as the main plasma generation source from the viewpoint of target utilization efficiency in the long-term sputtering film formation process.

図８はマグネトロンを使用しない成膜における成膜圧力と膜質との関係を示すグラフである。この場合のターゲットは単体ニッケルであり、互いに異なる成膜圧力でそれぞれ膜厚２８ｎｍとなるように成膜を行い、そのときの膜質を膜密度と表面粗さとにより評価した。グラフにおいて黒丸印で示すように、マグネトロンを使用せず誘導結合プラズマのみによるスパッタリング成膜においては、成膜圧力を変化させても膜密度の変化は小さい。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the film formation pressure and the film quality in the film formation without using the magnetron. In this case, the target was elemental nickel, and film formation was performed so that the film thickness was 28 nm at different film formation pressures, and the film quality at that time was evaluated based on the film density and surface roughness. As shown by the black circles in the graph, in the sputtering film formation using only inductively coupled plasma without using a magnetron, the change in film density is small even if the film formation pressure is changed.

白丸印は、単体ニッケルをターゲットとしマグネトロンを併用して成膜を行った場合の膜密度の代表例を参考値として示したものであり、マグネトロンの使用の有無に関わらず、膜密度は概ね一定である。また、ニッケルの比重が約８．９であり、形成された皮膜の膜密度も同程度であることから、いずれの成膜方法によっても緻密なニッケル膜が形成されていると言える。 The white circles indicate a representative example of the film density when a single nickel is targeted and a magnetron is used in combination to form a film, and the film density is almost constant regardless of the use or non-use of the magnetron. Is. Further, since the specific gravity of nickel is about 8.9 and the film density of the formed film is about the same, it can be said that a dense nickel film is formed by any of the film forming methods.

一方、黒三角印で示される膜の表面粗さについては、成膜圧力によって大きな変化が見られた。膜密度が変わらず表面粗さのみが変化していることから、いずれも緻密な膜でありながら表面粗さの異なる皮膜を成膜圧力の調整によって実現可能であることがわかる。成膜の目的により、例えば表面の平滑な皮膜を必要とされるケースや表面積の大きい皮膜を必要とされるケース等があるが、成膜圧力を適切に調整することで、いずれの要求にも応えることが可能となる。 On the other hand, the surface roughness of the film indicated by the black triangle mark changed significantly depending on the film formation pressure. Since the film density does not change and only the surface roughness changes, it can be seen that it is possible to realize a film having a different surface roughness while being a dense film by adjusting the film formation pressure. Depending on the purpose of film formation, for example, there are cases where a film with a smooth surface is required and cases where a film with a large surface area is required. It will be possible to respond.

なお、白三角印は、単体ニッケルをターゲットとしマグネトロンを併用して成膜を行った場合の表面粗さの代表例を参考値として示したものである。マグネトロンスパッタリングの場合、例えば成膜圧力の制御によって得られる皮膜の表面粗さを粗くしようとする場合、相当に高い成膜圧力が必要となる。一般的に高圧スパッタ成膜においては、成膜圧力の上昇に伴って成膜速度の急速な低下が生じることが知られており、生産性は悪化する。
マグネトロンを使用しない誘導結合プラズマスパッタリング成膜では、成膜圧力により、成膜速度を低下させることなく表面粗さを制御することが可能であることが示された。成膜装置１が成膜時の真空チャンバ１０内の気圧（成膜圧力）を変更設定することができるように構成されていれば、一定の成膜速度および膜密度を確保しつつ種々の表面粗さの皮膜を形成することが可能である。 In addition, the white triangle mark shows a typical example of the surface roughness when the film was formed by using a magnetron in combination with a simple substance nickel as a reference value. In the case of magnetron sputtering, for example, when trying to roughen the surface roughness of the film obtained by controlling the film forming pressure, a considerably high film forming pressure is required. Generally, in high-pressure sputtering film formation, it is known that the film formation rate rapidly decreases as the film formation pressure increases, and the productivity deteriorates.
It was shown that in inductively coupled plasma sputtering film formation without using a magnetron, it is possible to control the surface roughness by the film formation pressure without lowering the film formation rate. If the film forming apparatus 1 is configured so that the atmospheric pressure (deposition pressure) in the vacuum chamber 10 at the time of film formation can be changed and set, various surfaces can be secured while ensuring a constant film forming rate and film density. It is possible to form a coarse film.

ここに述べた各成膜方式の比較は、強磁性体であるニッケルをターゲットの主材料としたものである。しかしながら、上記したマグネトロンを使用しない成膜方式の特長は、ターゲット材料が磁気シールドとして作用しない非磁性体（例えば、金属アルミニウム）である場合でも同様に得られるものと考えられる。 The comparison of each film formation method described here uses nickel, which is a ferromagnet, as the main material of the target. However, it is considered that the above-mentioned features of the film forming method that does not use a magnetron can be similarly obtained even when the target material is a non-magnetic material (for example, metallic aluminum) that does not act as a magnetic shield.

マグネトロンを用いないプラズマスパッタリング成膜を行う技術としては、例えば特許文献３に記載されたように高周波電力を与えられたコイル内空間で誘導結合プラズマを生じさせるものがある。しかしながら、このような構成では均一なプラズマが発生するのは巻回されたコイル内の空間に限定されるため、基板の大サイズ化への対応が困難である。 As a technique for performing plasma sputtering film formation without using a magnetron, for example, as described in Patent Document 3, there is a technique for generating inductively coupled plasma in a space inside a coil to which high frequency power is applied. However, in such a configuration, uniform plasma is generated only in the space inside the wound coil, so that it is difficult to cope with the increase in the size of the substrate.

一方、本実施形態の誘導結合アンテナ５２，５３は、コイルとしての巻き数が１回未満で低インダクタンスであるため、大きな高周波電流を入力することが可能である。また、導体の周囲空間に誘導結合プラズマを発生させるので、アンテナの外部にプラズマ空間ＰＬを形成することができる。また、同構造の誘導結合アンテナを複数配列することで広い空間領域に連続的にかつ密度の均一なプラズマを発生させることが可能であり、大サイズの基板に対しても効率的に成膜を行うことが可能である。 On the other hand, the inductively coupled antennas 52 and 53 of the present embodiment have a low inductance with less than one turn as a coil, so that a large high-frequency current can be input. Further, since inductively coupled plasma is generated in the space around the conductor, the plasma space PL can be formed outside the antenna. In addition, by arranging a plurality of inductively coupled antennas having the same structure, it is possible to continuously generate plasma with a uniform density in a wide space area, and it is possible to efficiently form a film even on a large-sized substrate. It is possible to do.

以上説明したように、この実施形態の成膜装置１においては、真空チャンバ１０、プレーナカソード５１および誘導結合アンテナ５２，５３がそれぞれ本発明の「真空チャンバ」、「スパッタカソード」および「誘導結合アンテナ」に相当する。そして、誘導結合アンテナを構成する導体５２１，５３１が、本発明の線状導体に相当する。また、搬送機構３０、特に搬送ローラ３１が、本発明の「基板保持部」および「移動機構」として機能している。また、真空ポンプ１２、圧力センサ１３および雰囲気制御部９３が一体として本発明の「圧力調整部」として機能し、スパッタガス供給ノズル５４およびガス供給部５６が一体として本発明の「ガス供給部」として機能している。また、カソード電源５７１および高周波電源５７２を含む電源部５７が、本発明の「電源部」として機能している。 As described above, in the film forming apparatus 1 of this embodiment, the vacuum chamber 10, the planar cathode 51 and the inductively coupled antennas 52 and 53 are the "vacuum chamber", the "spattered cathode" and the "inductively coupled antenna" of the present invention, respectively. Corresponds to. The conductors 521 and 531 constituting the inductively coupled antenna correspond to the linear conductor of the present invention. Further, the transport mechanism 30, particularly the transport roller 31, functions as the "board holding portion" and the "moving mechanism" of the present invention. Further, the vacuum pump 12, the pressure sensor 13 and the atmosphere control unit 93 integrally function as the "pressure adjusting unit" of the present invention, and the sputter gas supply nozzle 54 and the gas supply unit 56 are integrated into the "gas supply unit" of the present invention. Is functioning as. Further, the power supply unit 57 including the cathode power supply 571 and the high frequency power supply 572 functions as the "power supply unit" of the present invention.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記した実施形態においては、真空チャンバ１０内で１組のプレーナカソード５１を挟んで２組の誘導結合アンテナ５２，５３が配置されている。しかしながら、スパッタソースにおけるスパッタカソードおよび誘導結合アンテナの配置はこれに限定されるものではなく、例えば次のような配置も可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, two sets of inductively coupled antennas 52 and 53 are arranged in the vacuum chamber 10 with one set of planar cathodes 51 interposed therebetween. However, the arrangement of the sputtered cathode and the inductively coupled antenna in the sputter source is not limited to this, and for example, the following arrangement is also possible.

図９はスパッタソースの変形例を示す図である。ここでは成膜装置を構成する各部のうちスパッタカソードおよび誘導結合アンテナの配置のみを示すが、上記実施形態が備える他の各構成も、適宜配置されるものとする。図９（ａ）に示す変形例では、１組の誘導結合アンテナ５６１を挟むように２組のスパッタカソード５６２，５６３が配置される。また、図９（ｂ）に示す変形例では、２組並べて配置されたスパッタカソード５７１，５７２を挟んで２組の誘導結合アンテナ５７３，５７４が配置される。さらに、図９（ｃ）に示す変形例では、２組のスパッタカソード５８１，５８２と３組の誘導結合アンテナ５８３，５８４，５８５が交互に配置される。 FIG. 9 is a diagram showing a modified example of the spatter source. Here, only the arrangement of the sputtering cathode and the inductively coupled antenna among the parts constituting the film forming apparatus is shown, but each of the other configurations included in the above embodiment is also appropriately arranged. In the modified example shown in FIG. 9A, two sets of sputtered cathodes 562 and 563 are arranged so as to sandwich one set of inductively coupled antennas 561. Further, in the modified example shown in FIG. 9B, two sets of inductively coupled antennas 573 and 574 are arranged with two sets of sputter cathodes 571 and 572 arranged side by side. Further, in the modified example shown in FIG. 9C, two sets of sputter cathodes 581 and 582 and three sets of inductively coupled antennas 583,584,585 are alternately arranged.

これらの構成によっても、誘導結合アンテナへの高周波電力供給およびスパッタカソードへのカソード電力供給によりスパッタカソードの周囲に誘導結合プラズマが発生し、これによりターゲットのスパッタおよび基板への成膜が実現される。 Even with these configurations, inductively coupled plasma is generated around the sputtered cathode by supplying high-frequency power to the inductively coupled antenna and supplying cathode power to the sputtered cathode, thereby realizing sputtering of the target and film formation on the substrate. ..

また、上記実施形態ではスパッタカソードとしてターゲットが平板状に形成されたプレーナカソードが用いられ、ターゲットは真空チャンバ内で固定されている。従来のマグネトロンプラズマスパッタリング成膜においては、ターゲット表面に平行な水平磁束の偏在に起因するターゲットの局所的な消費によってターゲットの利用効率が悪化する。この問題を解消しターゲットを満遍なく利用するためには、ターゲットと磁気回路とを相対移動させる等の手段も採られている。本実施形態ではこのような問題がないため、平板状のターゲットが真空チャンバ内で固定されたプレーナカソードであっても実用になる。しかしながら、例えばロータリーカソードのように真空チャンバ内でターゲットを回転させる構成も同様に適用可能である。 Further, in the above embodiment, a planar cathode having a target formed in a flat plate shape is used as the sputtering cathode, and the target is fixed in the vacuum chamber. In the conventional magnetron plasma sputtering film formation, the utilization efficiency of the target deteriorates due to the local consumption of the target due to the uneven distribution of the horizontal magnetic flux parallel to the target surface. In order to solve this problem and use the target evenly, measures such as relative movement of the target and the magnetic circuit are also taken. Since there is no such problem in the present embodiment, even if the flat target is a planar cathode fixed in a vacuum chamber, it can be put into practical use. However, configurations that rotate the target in a vacuum chamber, such as a rotary cathode, are similarly applicable.

また、マグネトロンを用いない上記実施形態においては、プレーナカソード５１およびその近傍には永久磁石が使用されていない。しかしながら、本発明は永久磁石を一切使用しない態様に限定されるものではなく、実質的にマグネトロンプラズマとしての機能を果たさない弱い水平磁場を形成するような磁石が用いられていても構わない。また、スパッタカソードに対して磁気回路を着脱可能な構成として、成膜の目的やターゲット材料に応じてマグネトロンの使用、不使用を切り替えてもよい。 Further, in the above embodiment in which the magnetron is not used, a permanent magnet is not used in the planar cathode 51 and its vicinity. However, the present invention is not limited to a mode in which a permanent magnet is not used at all, and a magnet that forms a weak horizontal magnetic field that does not substantially function as a magnetron plasma may be used. Further, the magnetic circuit may be detachably attached to the sputtered cathode, and the magnetron may be used or not used depending on the purpose of film formation and the target material.

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明において、ターゲットは例えば強磁性体材料であってよい。本発明は種々のターゲット材料に対し適用可能であるが、水平磁場により発生するマグネトロンプラズマに依存しないので、磁気シールドとして作用する強磁性体材料をターゲットとして用いる場合に特に顕著な効果を奏するものである。 As described above by exemplifying a specific embodiment, in the present invention, the target may be, for example, a ferromagnetic material. Although the present invention can be applied to various target materials, it does not depend on magnetron plasma generated by a horizontal magnetic field, and therefore exerts a particularly remarkable effect when a ferromagnetic material acting as a magnetic shield is used as a target. be.

また例えば、スパッタカソードは永久磁石による磁気回路を含まない構成であってよい。本発明ではこのような磁気回路を用いることなく良質かつ効率的な成膜が可能であり、磁気回路を設けることによる装置コストの上昇も抑えることができる。 Further, for example, the sputtered cathode may have a configuration that does not include a magnetic circuit using a permanent magnet. In the present invention, high-quality and efficient film formation can be performed without using such a magnetic circuit, and an increase in device cost due to the provision of the magnetic circuit can be suppressed.

また例えば、ターゲットは平板状に形成されてよい。本発明では、例えばマグネトロンプラズマによるスパッタリングと比較すると、ターゲットがより均一に消費される。したがって、マグネトロンプラズマスパッタリングにおいては局所的な消費が問題となり得る平板状のターゲットであっても優れた利用効率で成膜に供することが可能である。 Further, for example, the target may be formed in a flat plate shape. In the present invention, the target is consumed more uniformly as compared to, for example, sputtering with magnetron plasma. Therefore, in magnetron plasma sputtering, even a flat target whose local consumption can be a problem can be subjected to film formation with excellent utilization efficiency.

また例えば、スパッタカソードを挟んで複数の線状導体が配置される構成であってよい。このような構成では、それぞれの線状導体に高周波電力が供給されることによりスパッタカソードを覆うようにプラズマを発生させることが可能になる。これにより、ターゲット表面の広い領域をスパッタすることで成膜を効率よく進行させることができる。また、ターゲットが均一に消費されることでその利用効率を向上させることができる。 Further, for example, a plurality of linear conductors may be arranged with the sputtered cathode interposed therebetween. In such a configuration, high-frequency power is supplied to each linear conductor, so that plasma can be generated so as to cover the sputtered cathode. As a result, the film formation can be efficiently advanced by sputtering a wide area on the target surface. In addition, the utilization efficiency can be improved by uniformly consuming the target.

また例えば、スパッタカソードに沿って複数の線状導体が列状に配置される構成であってよい。このような構成によれば、プラズマが発生する空間を線状導体の列方向に沿って長く延びたものとすることができるので、同方向における広い範囲で同時にスパッタリングおよび成膜が可能となる。したがって、成膜対象である基板の大サイズ化にも容易に対応することができる。 Further, for example, a plurality of linear conductors may be arranged in a row along the sputtered cathode. According to such a configuration, the space in which plasma is generated can be made to extend long along the row direction of the linear conductors, so that sputtering and film formation can be performed simultaneously in a wide range in the same direction. Therefore, it is possible to easily cope with an increase in the size of the substrate to be formed.

また例えば、スパッタカソードに印加される電圧は交流成分を含むものであってよい。このような構成によれば、ターゲットの近傍に効率よくプラズマを発生させることが可能となり、成膜速度を向上させることができる。 Further, for example, the voltage applied to the sputtered cathode may include an AC component. According to such a configuration, plasma can be efficiently generated in the vicinity of the target, and the film formation rate can be improved.

また、本発明に係る成膜装置は、真空チャンバ内で、スパッタカソードに対して基板を相対移動させる移動機構を備えてもよい。このような構成によれば、基板表面の広い領域に均一な成膜を行うことができる。 Further, the film forming apparatus according to the present invention may include a moving mechanism for moving the substrate relative to the sputtered cathode in the vacuum chamber. According to such a configuration, a uniform film can be formed on a wide area on the surface of the substrate.

また例えば、圧力調整部が成膜圧力を変更可能な構成であってよい。このような構成によれば、一定の成膜速度および膜密度を維持しつつ、目的に応じて皮膜の表面粗さを異ならせて成膜を行うことができる。 Further, for example, the pressure adjusting unit may have a configuration in which the film forming pressure can be changed. According to such a configuration, it is possible to perform film formation with different surface roughness of the film depending on the purpose while maintaining a constant film formation rate and film density.

この発明は、プラズマスパッタリングにより基板に成膜を行う技術全般に適用することが可能であり、特にマグネトロンを用いずにプラズマスパッタリングを行う場合や、ターゲット材料として強磁性体を用いる場合に好適なものである。 The present invention can be applied to all the techniques for forming a film on a substrate by plasma sputtering, and is particularly suitable when plasma sputtering is performed without using a magnetron or when a ferromagnetic material is used as a target material. Is.

１成膜装置
１０真空チャンバ
１２真空ポンプ（圧力調整部）
１３圧力センサ（圧力調整部）
３０搬送機構（基板保持部、移動機構）
３１搬送ローラ（基板保持部、移動機構）
５０スパッタソース
５１プレーナカソード（スパッタカソード）
５２，５３誘導結合アンテナ
５４スパッタガス供給ノズル（ガス供給部）
５６ガス供給部
５７電源部
９３雰囲気制御部（圧力調整部）
５２１，５３１導体（線状導体）
５７１カソード電源
５７２高周波電源
Ｓ基板 1 Film deposition equipment 10 Vacuum chamber 12 Vacuum pump (pressure adjuster)
13 Pressure sensor (pressure adjustment unit)
30 Transport mechanism (board holding part, moving mechanism)
31 Conveying roller (board holding part, moving mechanism)
50 Spatter Source 51 Planar Cathode (Sputter Cathode)
52, 53 Inductively coupled antenna 54 Sputter gas supply nozzle (gas supply unit)
56 Gas supply unit 57 Power supply unit 93 Atmosphere control unit (pressure adjustment unit)
521,531 Conductor (Linear conductor)
571 Cathode power supply 572 High frequency power supply S board

Claims

In the film forming method of forming a film on a substrate by plasma sputtering,
In a vacuum chamber, an inductively coupled antenna having a structure in which a linear conductor having less than one turn is coated with a dielectric layer and a sputtered cathode having a target are arranged close to each other.
Sputter gas is supplied into the vacuum chamber in which the internal pressure is adjusted to a predetermined film formation pressure, a high-frequency voltage is applied to the inductively coupled antenna, and a negative voltage containing an AC component is applied to the sputter cathode, respectively, in the vacuum chamber. Inductively coupled plasma is generated in
The film-forming particles generated by sputtering the target by the inductively coupled plasma are adhered to the surface of the substrate facing the target in the vacuum chamber to form a film.
A film forming method in which the maximum magnetic flux density of the static magnetic field on the surface of the target facing the substrate in the direction along the surface is 15 mT or less.

The film forming method according to claim 1, wherein the target is a ferromagnetic material.

The film forming method according to claim 1 or 2, wherein the sputtered cathode does not include a magnetic circuit using a permanent magnet.

The film forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein the target is formed in a flat plate shape.

The film forming method according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of the inductively coupled antennas are arranged across the sputtered cathode.

With a vacuum chamber
An inductively coupled antenna provided in the vacuum chamber and having a structure in which a linear conductor having less than one turn is coated with a dielectric layer.
A sputtered cathode having a target provided in the vacuum chamber in close proximity to the inductively coupled antenna.
A substrate holding portion that holds the substrate facing the target in the vacuum chamber,
A pressure adjusting unit that adjusts the internal air pressure of the vacuum chamber to a predetermined film formation pressure,
A gas supply unit that supplies sputter gas into the vacuum chamber and
A power supply unit that applies a predetermined potential to the inductively coupled antenna and the sputtered cathode is provided.
The power supply unit applies a high-frequency voltage to the inductively coupled antenna and a negative voltage containing an AC component to the sputtered cathode to generate inductively coupled plasma in the vacuum chamber, and the target is generated by the inductively coupled plasma. The film-forming particles generated by sputtering are adhered to the substrate to form a film.
A film forming apparatus having a maximum magnetic flux density of 15 mT or less in a direction along the surface of a static magnetic field on the surface of the target facing the substrate.

The film forming apparatus according to claim 6 , wherein the sputtered cathode does not include a magnetic circuit using a permanent magnet.

The film forming apparatus according to claim 6 or 7 , wherein the target is a ferromagnetic material.

The film forming apparatus according to any one of claims 6 to 8 , wherein the target is formed in a flat plate shape.

The film forming apparatus according to any one of claims 6 to 9 , wherein a plurality of the linear conductors are arranged so as to sandwich the sputtered cathode.

Film forming apparatus according to any one of the to the plurality of the linear conductor along the sputter cathode claims 6 arranged in rows 1 0.

The film forming apparatus according to any one of claims 6 to 11, further comprising a moving mechanism for moving the substrate relative to the sputtered cathode in the vacuum chamber.

Film forming apparatus according to any one of the pressure adjusting unit claims 6 can be changed the film forming pressure 1 2.