JP7018702B2 - Film forming equipment and film forming method - Google Patents

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Description

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method.

従来、電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance。以下、ECRということがある。)を利用することによって生成した高密度プラズマが利用された成膜装置及び成膜方法が知られている(特許文献1参照)。この様な成膜装置及びこの様な成膜方法は、ECRプラズマ成膜装置及びECRプラズマ成膜方法と称される。 Conventionally, a film forming apparatus and a film forming method using a high-density plasma generated by using an electron cyclotron resonance (hereinafter, also referred to as ECR) are known (see Patent Document 1). ). Such a film forming apparatus and such a film forming method are referred to as an ECR plasma film forming apparatus and an ECR plasma forming method.

特許文献1(図5)のECRプラズマ成膜装置は、スパッタターゲット43と、ECRプラズマ供給部21~33と、を備える。このECRプラズマ成膜装置においては、ECRを利用することによって生成された高密度プラズマの他に、スパッタターゲット43付近においてもプラズマが生成される。スパッタターゲット43付近において生成されたプラズマに含まれるイオンがターゲットに衝突し、ターゲット構成元素が放出される。放出されたターゲット構成元素は、成膜用基板上に付着し、膜を形成する。更に、このECRプラズマ成膜装置においては、ECRによって生成した高密度プラズマに含まれる元素のイオンも成膜用基板に供給される。ECRによって生成した高密度プラズマに含まれる元素が反応性元素(反応性ガス)である場合は、成膜用基板上に形成される膜は、ターゲット構成元素と反応性元素の化合物の膜となる。ECRによって生成した高密度プラズマに含まれる元素が不活性元素(不活性ガス)である場合は、成膜用基板上に形成される膜は、ターゲット構成元素の膜となる。 The ECR plasma film forming apparatus of Patent Document 1 (FIG. 5) includes a sputtering target 43 and ECR plasma supply units 21 to 33. In this ECR plasma film forming apparatus, in addition to the high-density plasma generated by using ECR, plasma is also generated in the vicinity of the sputtering target 43. Ions contained in the plasma generated in the vicinity of the sputtering target 43 collide with the target, and the target constituent elements are released. The released target constituent elements adhere to the film-forming substrate to form a film. Further, in this ECR plasma film forming apparatus, ion of an element contained in the high-density plasma generated by ECR is also supplied to the film forming substrate. When the element contained in the high-density plasma generated by ECR is a reactive element (reactive gas), the film formed on the film-forming substrate becomes a film of a compound of the target constituent element and the reactive element. .. When the element contained in the high-density plasma generated by ECR is an inert element (inert gas), the film formed on the film-forming substrate becomes the film of the target constituent element.

特開2005-281726号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-281726

ところで、ECR成膜装置及びECR成膜方法は、様々な要求に対応できる自由度が高いものが望ましい。例えば、成膜される膜の膜厚の偏差の許容度が変わっても、対応できる自由度を有していることが望ましい。しかし、特許文献1には、様々な要求に対応するための手法や構造の記載はなく、特許文献1のECR成膜装置及びECR成膜方法は、自由度が高いものとはいえない。 By the way, it is desirable that the ECR film forming apparatus and the ECR film forming method have a high degree of freedom to meet various demands. For example, it is desirable to have a degree of freedom to cope with changes in the tolerance of the deviation of the film thickness of the film to be formed. However, Patent Document 1 does not describe a method or structure for responding to various requirements, and the ECR film forming apparatus and ECR film forming method of Patent Document 1 cannot be said to have a high degree of freedom.

また、ECR成膜装置の構造は、単純な構造であることが望ましい。しかし、特許文献1のECR成膜装置は、マイクロ波導波管30が2つに分岐しており、且つマイクロ波導入窓32が2つ必要となっている。したがって、特許文献1のECR成膜装置の構造は、単純な構造とはいえない。 Further, it is desirable that the structure of the ECR film forming apparatus is a simple structure. However, in the ECR film forming apparatus of Patent Document 1, the microwave waveguide 30 is branched into two, and two microwave introduction windows 32 are required. Therefore, the structure of the ECR film forming apparatus of Patent Document 1 cannot be said to be a simple structure.

本発明は、自由度が高く、単純な構造のECR成膜装置及びECR成膜方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an ECR film forming apparatus and an ECR film forming method having a high degree of freedom and a simple structure.

本発明は、試料室と、前記試料室の中に配置され、成膜用基板を配置可能な試料台と、前記試料室の中に配置され、第1元素が含まれる第1ターゲット材料を配置可能な第1ターゲット材料配置部と、スパッタ用プラズマを発生させる第1スパッタ用プラズマ発生部と、を有し、前記スパッタ用プラズマのイオンを前記第1ターゲット材料に衝突させ、前記第1元素の粒子を飛散させることによって、前記第1元素の粒子を前記成膜用基板に供給する第1スパッタ部と、前記第1スパッタ部における前記第1元素の粒子の供給量を制御する第1スパッタ制御部と、プラズマ生成用ガスが供給され、電子サイクロトロン共鳴を利用することによって前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマを生成するプラズマ生成室であって、プラズマ供給口を介して前記試料室とつながっているプラズマ生成室と、前記プラズマ供給口と対向する位置に配置されたマイクロ波導入窓を介して前記プラズマ生成室とつながっており、前記プラズマ生成室にマイクロ波を導入するマイクロ波導波管と、を有し、前記プラズマ生成室で生成された前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマを前記成膜用基板に供給するプラズマ供給部と、前記プラズマ供給部における前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマの供給量を制御するプラズマ制御部と、を備え、前記第1スパッタ制御部による前記第1元素の粒子の供給量の制御と、前記プラズマ制御部による前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマの供給量の制御は独立して行われる成膜装置に関する。 In the present invention, a sample chamber, a sample table arranged in the sample chamber and on which a film-forming substrate can be arranged, and a first target material arranged in the sample chamber and containing the first element are arranged. It has a possible first target material arranging part and a first sputtering plasma generating part for generating sputtering plasma, and the ions of the spattering plasma are made to collide with the first target material to cause the first element. A first spatter control that controls the supply amount of the first element particles in the first sputter portion and the first sputter portion that supplies the particles of the first element to the film forming substrate by scattering the particles. A plasma generation chamber in which a plasma generation gas is supplied and a high-density plasma of the plasma generation gas is generated by utilizing electron cyclotron resonance, and is connected to the sample chamber via a plasma supply port. A plasma wave waveguide that is connected to the plasma generation chamber via a plasma wave introduction window arranged at a position facing the plasma supply port and that introduces microwaves into the plasma generation chamber. A plasma supply unit that supplies high-density plasma of the plasma generation gas generated in the plasma generation chamber to the film forming substrate, and a high-density plasma of the plasma generation gas in the plasma supply unit. A plasma control unit for controlling the supply amount is provided, the first spatter control unit controls the supply amount of the particles of the first element, and the plasma control unit controls the supply amount of high-density plasma of the plasma generation gas. The control of is related to the film forming apparatus which is performed independently.

また、前記第1スパッタ部は、マグネトロンスパッタを行うための第1スパッタ用磁界と、前記成膜用基板との間に形成される発散磁界である第1スパッタ部発散磁界と、を発生させる第1スパッタ用磁界発生部を有し、前記プラズマ供給部は、電子サイクロトロン共鳴を発生させるための電子サイクロトロン共鳴用磁界と、前記成膜用基板との間に形成される発散磁界であるプラズマ供給部発散磁界を発生させるプラズマ供給用磁界発生部を有し、前記第1スパッタ部発散磁界の向きと前記プラズマ供給部発散磁界の向きは、共に前記成膜用基板に向かう方向であるか、又は共に前記成膜用基板に向かう方向と反対の方向であってもよい。 Further, the first sputtering portion generates a first sputtering magnetic field for performing magnetron sputtering and a first sputtering portion diverging magnetic field which is a diverging magnetic field formed between the film forming substrate. 1 It has a magnetic field generation unit for sputtering, and the plasma supply unit is a plasma supply unit which is a divergent magnetic field formed between a magnetic field for electron cyclotron resonance for generating electron cyclotron resonance and a substrate for film formation. It has a magnetic field generation section for plasma supply that generates a divergent magnetic field, and the direction of the divergent magnetic field of the first spatter section and the direction of the divergent magnetic field of the plasma supply section are both toward the film forming substrate or both. The direction may be opposite to the direction toward the film forming substrate.

また、前記試料室の中の圧力は、略均一であってもよい。 Further, the pressure in the sample chamber may be substantially uniform.

また、前記プラズマ供給部による前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマの供給方向は、前記成膜用基板の法線に対して傾いてもよい。 Further, the supply direction of the high-density plasma of the plasma generation gas by the plasma supply unit may be inclined with respect to the normal line of the film forming substrate.

前記第1ターゲット材料配置部は、前記成膜用基板の法線に対して略平行に移動することによって、前記成膜用基板と前記第1ターゲット材料との距離及び角度のいずれか一方又は両方を変更可能であってもよい。 The first target material arranging portion moves substantially parallel to the normal line of the film forming substrate, whereby one or both of the distance and the angle between the film forming substrate and the first target material. May be changeable.

前記第1ターゲット材料配置部は、前記成膜用基板の法線に対して略垂直に移動、又は略傾斜移動することによって、前記成膜用基板と前記第1ターゲット材料との距離及び角度のいずれか一方又は両方を変更可能であってもよい。 The first target material arranging portion moves substantially perpendicular to the normal line of the film forming substrate or moves substantially at an angle to determine the distance and angle between the film forming substrate and the first target material. Either one or both may be changeable.

前記試料室の中に配置され、前記第1元素又は前記第1元素と異なる第2元素が含まれる第2ターゲット材料を配置可能な第2ターゲット材料配置部と、スパッタ用プラズマを発生させる第2スパッタ用プラズマ発生部と、を有し、前記スパッタ用プラズマのイオンを前記第2ターゲット材料に衝突させ、前記第1元素又は前記第2元素の粒子を飛散させることによって、前記第1元素又は前記第2元素の粒子を前記成膜用基板に供給する第2スパッタ部を備えていてもよい。 A second target material placement unit that is placed in the sample chamber and can place a second target material that contains the first element or a second element different from the first element, and a second that generates plasma for spatter. The first element or the said It may be provided with a second sputter portion for supplying the particles of the second element to the film forming substrate.

また、前記第2スパッタ部における前記第1元素又は前記第2元素の粒子の供給量を制御する第2スパッタ制御部と、を備え、前記第1スパッタ制御部による前記1元素の粒子の供給量の制御と、前記第2スパッタ制御部による前記第1元素又は前記第2元素の粒子の供給量の制御は、独立して行われてもよい。 Further, a second sputtering control unit for controlling the supply amount of the particles of the first element or the second element in the second sputtering unit is provided, and the supply amount of the particles of the one element by the first sputtering control unit. And the control of the supply amount of the particles of the first element or the second element by the second sputtering control unit may be performed independently.

また、本発明は、試料室の中の試料台に成膜用基板を配置する成膜用基板配置工程と、
第1元素が含まれる第1ターゲット材料を第1ターゲット材料配置部に配置する第1ターゲット材料配置工程と、スパッタ用プラズマを発生させるスパッタ用プラズマ発生工程と、前記スパッタ用プラズマのイオンを前記第1ターゲット材料に衝突させ、前記第1元素の粒子を飛散させることによって、前記第1元素の粒子を前記成膜用基板に供給する第1スパッタ工程と、前記第1スパッタ工程における前記第1元素の粒子の供給量を制御する第1スパッタ制御工程と、プラズマ生成室にプラズマ生成用ガスを供給し、マイクロ波導入窓を介して前記プラズマ生成室にマイクロ波を導入し、電子サイクロトロン共鳴を利用することによって、前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマを生成し、前記プラズマ生成室で生成した前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマを前記マイクロ波導入窓と対向する位置のプラズマ供給口から前記成膜用基板に供給するプラズマ供給工程と、前記プラズマ供給工程における前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマの供給量を制御するプラズマ供給制御工程と、を備え、前記第1スパッタ制御工程における前記第1元素の粒子の供給量の制御と、プラズマ供給制御工程における前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマの供給量の制御を独立して行い、前記成膜用基板に、前記第1元素が含まれる膜、又は前記第1元素とプラズマ生成用ガスに含まれる元素との化合物の膜を成膜する成膜方法に関する。
Further, the present invention comprises a film forming substrate arranging step of arranging a film forming substrate on a sample table in a sample chamber.
The first target material placement step of arranging the first target material containing the first element in the first target material placement portion, the spatter plasma generation step of generating the sputter plasma, and the ions of the spatter plasma are the first. 1 The first element in the first sputtering step of supplying the particles of the first element to the film forming substrate by colliding with the target material and scattering the particles of the first element. In the first spatter control step that controls the supply amount of the particles of the plasma, the plasma generation gas is supplied to the plasma generation chamber, the microwave is introduced into the plasma generation chamber through the microwave introduction window, and the electron cyclotron resonance is used. By doing so, a high-density plasma of the plasma generation gas is generated, and the high-density plasma of the plasma generation gas generated in the plasma generation chamber is generated from the plasma supply port at a position facing the microwave introduction window. The first plasma supply step in the plasma supply step includes a plasma supply step for supplying the plasma substrate and a plasma supply control step for controlling the supply amount of high-density plasma of the plasma generation gas in the plasma supply step. The control of the supply amount of the particles of the element and the control of the supply amount of the high-density plasma of the plasma generation gas in the plasma supply control step are independently performed, and the film-forming substrate contains the first element. Alternatively, the present invention relates to a film forming method for forming a film of a compound of the first element and an element contained in a plasma generation gas.

また、マグネトロンスパッタを行うための第1スパッタ用磁界と、前記成膜用基板との間に形成される発散磁界である第1スパッタ部発散磁界と、を発生させる第1スパッタ用磁界発生工程と、電子サイクロトロン共鳴を発生させるための電子サイクロトロン共鳴用磁界と、前記成膜用基板との間に形成される発散磁界であるプラズマ供給部発散磁界を発生させるプラズマ供給用磁界発生工程と、を備え、前記第1スパッタ部発散磁界の向きと前記プラズマ供給部発散磁界の向きは、共に前記成膜用基板に向かう方向であるか、又は共に前記成膜用基板に向かう方向と反対の方向であってもよい。 Further, a first sputtering magnetic field generation step of generating a first sputtering magnetic field for performing magnetron sputtering and a first sputtering portion diverging magnetic field which is a diverging magnetic field formed between the film forming substrate. , A magnetic field for electron cyclotron resonance for generating electronic cyclotron resonance, and a magnetic field generation step for plasma supply for generating a divergent magnetic field of a plasma supply unit, which is a divergent magnetic field formed between the film-forming substrate. The direction of the divergent magnetic field of the first sputter portion and the direction of the divergent magnetic field of the plasma supply portion are both in the direction toward the film forming substrate or both in the direction opposite to the direction toward the film forming substrate. You may.

また、料室の中の圧力は、略均一に保たれてもよい。 Further, the pressure in the charge chamber may be kept substantially uniform.

また、前記プラズマ生成用ガスのプラズマの供給方向は、前記成膜用基板の法線に対して傾いてもよい。 Further, the plasma supply direction of the plasma generation gas may be inclined with respect to the normal line of the film forming substrate.

また、第1ターゲット材料を、前記成膜用基板の法線に対して略平行に移動することによって、前記成膜用基板と前記第1ターゲット材料との距離及び角度のいずれか一方又は両方を変更する工程を備えていてもよい。 Further, by moving the first target material substantially parallel to the normal line of the film forming substrate, one or both of the distance and the angle between the film forming substrate and the first target material can be obtained. It may be provided with a step of changing.

前記第1ターゲット材料を、前記成膜用基板の法線に対して略垂直に移動、又は略傾斜移動することによって、前記成膜用基板と前記第1ターゲット材料との距離及び角度のいずれか一方又は両方を変更する工程を備えていてもよい。 Either the distance and the angle between the film forming substrate and the first target material by moving the first target material substantially perpendicular to the normal line of the film forming substrate or moving the first target material substantially at an angle. It may be provided with a step of changing one or both.

第2ターゲット材料配置部に第2ターゲット材料を配置する第2ターゲット材料配置工程と、スパッタ用プラズマで前記第2ターゲット材料をスパッタすることによって、前記第2ターゲット材料に含まれる第2元素の粒子を前記成膜用基板に供給する第2スパッタ工程と、前記第2スパッタ工程における前記第2元素の粒子の供給量を制御する第2スパッタ制御工程と、を備え、前記第1スパッタ制御工程による前記1元素の粒子の供給量の制御と、前記第2スパッタ制御工程による前記第2元素の粒子の供給量の制御は、独立して行われてもよい。 Particles of the second element contained in the second target material by the second target material placement step of arranging the second target material in the second target material placement portion and the sputtering of the second target material with the plasma for sputtering. The second sputtering step of supplying the particles to the film forming substrate and the second sputtering control step of controlling the supply amount of the particles of the second element in the second sputtering step are provided according to the first sputtering control step. The control of the supply amount of the particles of the one element and the control of the supply amount of the particles of the second element by the second sputtering control step may be performed independently.

本発明によれば、自由度が高く、単純な構造のECR成膜装置及びECR成膜方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ECR film forming apparatus and an ECR film forming method having a high degree of freedom and a simple structure.

は、本発明の第1実施形態の成膜装置1を示す図である。Is a diagram showing the film forming apparatus 1 of the first embodiment of the present invention. は、本発明の成膜装置1におけるスパッタ用磁界発生用磁石の構成を示す図である。Is a diagram showing the configuration of a magnet for generating a magnetic field for sputtering in the film forming apparatus 1 of the present invention. は、本発明の第2実施形態の成膜装置1Aを示す図である。Is a diagram showing the film forming apparatus 1A of the second embodiment of the present invention. は、本発明の第3実施形態の成膜装置1Bを示す図である。Is a diagram showing the film forming apparatus 1B of the third embodiment of the present invention.

[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態の成膜装置1を示す図である。図2は、本発明の成膜装置1におけるスパッタ用磁界発生用磁石の構成を示す図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a film forming apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a magnet for generating a magnetic field for sputtering in the film forming apparatus 1 of the present invention.

図1に示されるように、成膜装置1は、試料室10と、試料台11と、スパッタ部20と、スパッタ制御部25と、プラズマ供給部30と、プラズマ制御部38と、を備える。
なお、スパッタ部20は、特許請求の範囲の第1スパッタ部の好適な一例に相当する。
As shown in FIG. 1, the film forming apparatus 1 includes a sample chamber 10, a sample table 11, a sputtering unit 20, a sputtering control unit 25, a plasma supply unit 30, and a plasma control unit 38.
The sputter portion 20 corresponds to a suitable example of the first sputter portion within the scope of the claims.

試料室10は、成膜が行われる空間を提供する部屋である。試料室10の中には、試料台11が配置される。試料台11は、成膜用基板12を配置するための台である。図1には、成膜用基板12が試料台11に配置されている様子が示されている。試料台11は、回転可能に構成されている。そのため、成膜用基板12は、試料台11と共に回転可能である。成膜用基板12は、例えば、半導体基板(シリコン基板、化合物半導体材料の基板等)や圧電基板(ニオブ酸リチウム基板、タンタル酸リチウム基板等)である。成膜用基板12は、円板状の基板である。また、試料室10には、真空ポンプ13がつながっている。真空ポンプ13は、試料室10を真空排気するためのポンプである。 The sample chamber 10 is a room that provides a space for film formation. A sample table 11 is arranged in the sample chamber 10. The sample table 11 is a table for arranging the film forming substrate 12. FIG. 1 shows how the film forming substrate 12 is arranged on the sample table 11. The sample table 11 is configured to be rotatable. Therefore, the film-forming substrate 12 can rotate together with the sample table 11. The film-forming substrate 12 is, for example, a semiconductor substrate (silicon substrate, a substrate made of a compound semiconductor material, etc.) or a piezoelectric substrate (lithium niobate substrate, lithium tantalate substrate, etc.). The film forming substrate 12 is a disk-shaped substrate. Further, a vacuum pump 13 is connected to the sample chamber 10. The vacuum pump 13 is a pump for evacuating the sample chamber 10.

スパッタ部20は、ターゲット材料配置部21と、スパッタ電源22と、スパッタ用磁界発生用磁石23と、第1ガス供給部24と、を備える。スパッタ部20は、マグネトロンスパッタを行う部分であり、ターゲット材料26に含まれる元素(例えば、シリコン)を成膜用基板12に供給する部分である。なお、スパッタ電源22及び第1ガス供給部24は、特許請求の範囲の第1スパッタ用プラズマ発生部の好適な一例に相当する。スパッタ用磁界発生用磁石23は、特許請求の範囲の第1スパッタ用磁界発生部の好適な一例に相当する。 The sputtering unit 20 includes a target material arranging unit 21, a sputtering power supply 22, a magnet for generating a magnetic field for sputtering 23, and a first gas supply unit 24. The sputter portion 20 is a portion for performing magnetron sputtering, and is a portion for supplying an element (for example, silicon) contained in the target material 26 to the film forming substrate 12. The sputtering power supply 22 and the first gas supply unit 24 correspond to a suitable example of the plasma generation unit for first sputtering within the scope of claims. The magnet for generating a magnetic field for sputtering 23 corresponds to a suitable example of the first magnetic field generating portion for sputtering, which is within the scope of the claims.

ターゲット材料配置部21は、ターゲット材料26を配置するための台である。図1には、ターゲット材料26がターゲット材料配置部21に配置されている様子が示されている。ターゲット材料26は、例えば、シリコンである。スパッタ電源22は、ターゲット材料配置部21を介してターゲット材料26に電源を供給するための電源である。なお、シリコンは、特許請求の範囲の第1元素の好適な一例に相当する。 The target material arranging unit 21 is a table for arranging the target material 26. FIG. 1 shows how the target material 26 is arranged in the target material arrangement unit 21. The target material 26 is, for example, silicon. The sputtering power supply 22 is a power supply for supplying power to the target material 26 via the target material arranging unit 21. In addition, silicon corresponds to a suitable example of the first element in the claims.

スパッタ用磁界発生用磁石23は、ターゲット材料配置部21におけるターゲット材料26が配置された面の反対面に配置される。図1及び図2に示されるように、スパッタ用磁界発生用磁石23は、外側磁石23Aと、内側磁石23Bとで構成される。図2に示されるように、外側磁石23Aは、リング状の磁石であり、上側がS極、下側がN極の磁石である。内側磁石23Bは、円柱状の磁石である。内側磁石23Bの上側がN極、内側磁石23Bの下側がS極である。スパッタ用磁界発生用磁石23は、マグネトロンスパッタを行うための磁界(スパッタ用のプラズマを閉じ込めるための磁界)であるスパッタ用磁界SMを発生させる磁石である。スパッタ用磁界SMは、ターゲット材料26の表面近傍に発生する。 The magnet for generating a magnetic field for sputtering 23 is arranged on the opposite surface of the target material arranging portion 21 where the target material 26 is arranged. As shown in FIGS. 1 and 2, the magnet for generating a magnetic field for sputtering 23 is composed of an outer magnet 23A and an inner magnet 23B. As shown in FIG. 2, the outer magnet 23A is a ring-shaped magnet, and the upper side is an S pole and the lower side is an N pole magnet. The inner magnet 23B is a columnar magnet. The upper side of the inner magnet 23B is the N pole, and the lower side of the inner magnet 23B is the S pole. The magnetic field generation magnet 23 for sputtering is a magnet that generates a magnetic field SM for sputtering, which is a magnetic field for performing magnetron sputtering (a magnetic field for confining plasma for sputtering). The magnetic field SM for sputtering is generated near the surface of the target material 26.

図1及び図2に示されるように、スパッタ用磁界発生用磁石23は、スパッタ用磁界SMを発生させると共に、スパッタ部発散磁界DSMも発生させる。スパッタ用磁界SMは、内側磁石23Bの上面のN極から外側磁石23Aの上面のS極に向けて発生する磁界である。一方、スパッタ部発散磁界DSMは、成膜用基板12との間に形成される発散磁界であり、外側磁石23Aの上面のS極に向けて発生する磁界である。スパッタ部発散磁界DSMは、マグネトロンスパッタに直接寄与する磁界ではないが、スパッタ用磁界発生用磁石23から不可避的に発生する磁界である。なお、発散磁界とは、磁界を発生させる部分(ここでは、スパッタ用磁界発生用磁石23)から離れるに従って磁束密度が小さくなるような磁界のことである。 As shown in FIGS. 1 and 2, the spattering magnetic field generating magnet 23 generates the spattering magnetic field SM and also generates the sputtering portion diverging magnetic field DSM. The magnetic field SM for sputtering is a magnetic field generated from the N pole on the upper surface of the inner magnet 23B toward the S pole on the upper surface of the outer magnet 23A. On the other hand, the divergent magnetic field DSM of the spatter portion is a divergent magnetic field formed between the film forming substrate 12 and the magnetic field generated toward the S pole on the upper surface of the outer magnet 23A. The divergent magnetic field DSM of the sputter portion is not a magnetic field that directly contributes to magnetron sputtering, but is a magnetic field that is inevitably generated from the magnet 23 for generating a magnetic field for sputtering. The divergent magnetic field is a magnetic field in which the magnetic flux density decreases as the distance from the portion that generates the magnetic field (here, the magnet for generating the magnetic field for sputtering 23) increases.

第1ガス供給部24は、試料室10にガスを供給するガス供給部である。供給されるガスは、アルゴン等の不活性ガス、あるいは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスである。この不活性ガス、あるいは混合ガスは、主として、スパッタ用のプラズマの原料となるガスである。また、この不活性ガス、あるいは混合ガスは、試料室10の圧力を所定の圧力に保つものでもある。スパッタ制御部25は、スパッタ電源22及び第1ガス供給部24を制御する制御部である。スパッタ制御部25は、スパッタ電源22の電源供給における電力、電圧、デューティー比、周波数等を制御する。また、スパッタ制御部25は、第1ガス供給部24における不活性ガス、あるいは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの流量(供給量)も制御する。なお、スパッタ制御部25は、特許請求の範囲の第1スパッタ制御部の好適な一例に相当する。 The first gas supply unit 24 is a gas supply unit that supplies gas to the sample chamber 10. The supplied gas is an inert gas such as argon or a mixed gas of nitrogen gas and argon gas. The inert gas or mixed gas is mainly a gas that is a raw material for plasma for sputtering. Further, this inert gas or mixed gas also keeps the pressure of the sample chamber 10 at a predetermined pressure. The sputtering control unit 25 is a control unit that controls the sputtering power supply 22 and the first gas supply unit 24. The sputtering control unit 25 controls the power, voltage, duty ratio, frequency, etc. in the power supply of the sputtering power supply 22. The spatter control unit 25 also controls the flow rate (supply amount) of the inert gas or the mixed gas of nitrogen gas and argon gas in the first gas supply unit 24. The spatter control unit 25 corresponds to a suitable example of the first spatter control unit within the scope of the claims.

プラズマ供給部30は、プラズマ生成室31と、プラズマ供給用磁界発生部32と、マイクロ波源33と、マイクロ波導波管34と、マイクロ波導入窓35と、第2ガス供給部36と、プラズマ供給口37と、を備える。プラズマ供給部30は、電子サイクロトロン共鳴を利用することによって生成した高密度プラズマを成膜用基板12に供給する部分である。なお、「高密度」とは、プラズマ生成室31の中における電流密度が10mA/cm以上の電流密度を意味する。 The plasma supply unit 30 includes a plasma generation chamber 31, a magnetic field generation unit 32 for plasma supply, a microwave source 33, a microwave waveguide 34, a microwave introduction window 35, a second gas supply unit 36, and a plasma supply unit. It is provided with a mouth 37. The plasma supply unit 30 is a unit that supplies high-density plasma generated by utilizing electron cyclotron resonance to the film forming substrate 12. The term "high density" means a current density of 10 mA / cm 2 or more in the plasma generation chamber 31.

プラズマ生成室31は、電子サイクロトロン共鳴を利用して、高密度プラズマを生成する空間を提供する部屋である。プラズマ供給用磁界発生コイル32は、プラズマ生成室31の周囲にまかれたソレノイドコイルである。プラズマ供給用磁界発生コイル32に流されると、プラズマ生成室31においては、電子サイクロトロン共鳴を発生させるために必要な磁界である電子サイクロトロン共鳴用磁界CMが発生し、試料室10における成膜用基板12との間には、発散磁界であるプラズマ供給部発散磁界DCMが発生する。なお、プラズマ供給用磁界発生コイル32は、特許請求の範囲のプラズマ供給用磁界発生部の好適な一例に相当する。なお、上述したように、発散磁界とは、磁界を発生させる部分(ここでは、プラズマ供給用磁界発生コイル32)から離れるに従って磁束密度が小さくなるような磁界のことである。 The plasma generation chamber 31 is a room that provides a space for generating high-density plasma by utilizing electron cyclotron resonance. The plasma supply magnetic field generation coil 32 is a solenoid coil wound around the plasma generation chamber 31. When flowed through the plasma supply magnetic field generation coil 32, the electron cyclotron resonance magnetic field CM, which is a magnetic field required to generate the electron cyclotron resonance, is generated in the plasma generation chamber 31, and the film forming substrate in the sample chamber 10 is generated. A divergent magnetic field DCM of the plasma supply unit, which is a divergent magnetic field, is generated between the 12 and the plasma supply unit. The plasma supply magnetic field generation coil 32 corresponds to a suitable example of the plasma supply magnetic field generation unit within the scope of the claims. As described above, the divergent magnetic field is a magnetic field in which the magnetic flux density decreases as the distance from the portion that generates the magnetic field (here, the plasma supply magnetic field generation coil 32) increases.

マイクロ波源33は、プラズマ生成室31に供給するためのマイクロ波を発生させる部分である。マイクロ波の周波数は、例えば、2.45GHzである。マイクロ波導波管34は、マイクロ波源33で発生させたマイクロ波をプラズマ生成室31に導くための導波管である。マイクロ波導入窓35は、プラズマ生成室31にマイクロ波を供給するための窓である。マイクロ波導入窓35は、例えば、板状の石英、アルミナ等で形成される。 The microwave source 33 is a portion that generates microwaves for supplying to the plasma generation chamber 31. The frequency of the microwave is, for example, 2.45 GHz. The microwave waveguide 34 is a waveguide for guiding the microwave generated by the microwave source 33 to the plasma generation chamber 31. The microwave introduction window 35 is a window for supplying microwaves to the plasma generation chamber 31. The microwave introduction window 35 is formed of, for example, plate-shaped quartz, alumina, or the like.

第2ガス供給部36は、プラズマ生成室31にガスを供給するガス供給部である。供給されるガスは、アルゴン等の不活性ガス、あるいは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスである。アルゴン等の不活性ガス、あるいは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスは、特許請求の範囲のプラズマ生成用ガスの好適な一例に相当する。なお、後述するように、第1実施形態の成膜装置1においては、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスが使用される。 The second gas supply unit 36 is a gas supply unit that supplies gas to the plasma generation chamber 31. The supplied gas is an inert gas such as argon or a mixed gas of nitrogen gas and argon gas. An inert gas such as argon or a mixed gas of nitrogen gas and argon gas corresponds to a suitable example of a gas for plasma generation within the claims. As will be described later, in the film forming apparatus 1 of the first embodiment, a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is used.

プラズマ供給口37は、プラズマ生成室31で生成されたプラズマを試料室10に供給するための供給口である。プラズマ供給口37は、マイクロ波導入窓35と対向する位置に存在する。プラズマ生成室31は、プラズマ供給口37を介して試料室10とつながっている。よって、試料室10とプラズマ生成室31とで、全体として密閉された空間が提供される。 The plasma supply port 37 is a supply port for supplying the plasma generated in the plasma generation chamber 31 to the sample chamber 10. The plasma supply port 37 exists at a position facing the microwave introduction window 35. The plasma generation chamber 31 is connected to the sample chamber 10 via the plasma supply port 37. Therefore, the sample chamber 10 and the plasma generation chamber 31 provide a closed space as a whole.

マイクロ波導入窓35は、プラズマ供給口37対向する位置に1つだけ配置されている。そして、マイクロ波導波管34は、マイクロ波源33からマイクロ波導入窓35に向けて分岐しない1本の管のみで構成されている。よって、プラズマ供給部30は、分岐するマイクロ波導波管を有するプラズマ供給部(例えば、特許文献1のECR成膜装置のもの)と比較すると、全体として単純な構造となっている。 Only one microwave introduction window 35 is arranged at a position facing the plasma supply port 37. The microwave waveguide 34 is composed of only one tube that does not branch from the microwave source 33 toward the microwave introduction window 35. Therefore, the plasma supply unit 30 has a simple structure as a whole as compared with the plasma supply unit having a branched microwave waveguide (for example, that of the ECR film forming apparatus of Patent Document 1).

プラズマ制御部38は、マイクロ波源33及び第2ガス供給部36を制御する制御部である。プラズマ制御部38は、マイクロ波源33のパワーを制御する。また、プラズマ制御部38は、第2ガス供給部36におけるガスの流量(供給量)も制御する。 The plasma control unit 38 is a control unit that controls the microwave source 33 and the second gas supply unit 36. The plasma control unit 38 controls the power of the microwave source 33. The plasma control unit 38 also controls the flow rate (supply amount) of gas in the second gas supply unit 36.

次に、図1を参照しながら、成膜装置1の動作について説明する。
まず、真空ポンプ13によって、試料室10及びプラズマ生成室31の中の気体が排気される。その後、試料室10には、第1ガス供給部24からアルゴンガス、あるいは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスが供給される。一方、プラズマ生成室31には、第2ガス供給部36から窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスが供給される。試料室10内のアルゴンガス、あるいは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの流量(供給量)は、スパッタ制御部25によって制御される。プラズマ生成室31の窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの流量(供給量)は、プラズマ制御部38によって制御される。その結果、試料室10及びプラズマ生成室31は、所定の圧力に維持される。試料室10の圧力及びプラズマ生成室31の圧力は、略均一(又は均一)となる。
Next, the operation of the film forming apparatus 1 will be described with reference to FIG.
First, the vacuum pump 13 exhausts the gas in the sample chamber 10 and the plasma generation chamber 31. After that, argon gas or a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is supplied to the sample chamber 10 from the first gas supply unit 24. On the other hand, a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is supplied to the plasma generation chamber 31 from the second gas supply unit 36. The flow rate (supply amount) of the argon gas in the sample chamber 10 or the mixed gas of nitrogen gas and argon gas is controlled by the spatter control unit 25. The flow rate (supply amount) of the mixed gas of nitrogen gas and argon gas in the plasma generation chamber 31 is controlled by the plasma control unit 38. As a result, the sample chamber 10 and the plasma generation chamber 31 are maintained at a predetermined pressure. The pressure in the sample chamber 10 and the pressure in the plasma generation chamber 31 are substantially uniform (or uniform).

スパッタ部20においては、ターゲット材料配置部21に対して、スパッタ電源22から直流電圧が印加される。なお、直流電圧は、パルス状の電圧であってもよい。一方、試料台11及び成膜用基板12は、所定の電位(例えば、フローティング)に設定されている。よって、スパッタ部20と成膜用基板12との間には、所定の電圧が発生する。その結果、スパッタ部20と成膜用基板12との間には、第1ガス供給部24から供給されたアルゴンガス、あるいは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマであるスパッタ用プラズマSPが発生する。 In the sputtering unit 20, a DC voltage is applied from the sputtering power supply 22 to the target material arrangement unit 21. The DC voltage may be a pulse voltage. On the other hand, the sample table 11 and the film forming substrate 12 are set to a predetermined potential (for example, floating). Therefore, a predetermined voltage is generated between the sputter portion 20 and the film forming substrate 12. As a result, a plasma SP for sputtering, which is a plasma of argon gas supplied from the first gas supply unit 24 or a mixed gas of nitrogen gas and argon gas, is generated between the sputtering unit 20 and the film forming substrate 12. do.

上述したように、スパッタ部20において、図1に示されるように、ターゲット材料26の表面には、スパッタ用磁界発生用磁石23によるスパッタ用磁界SMが発生する。図1に示されるように、スパッタ用磁界SMによって、スパッタ用プラズマSPはターゲット材料26の表面近傍に集中することになる。よって、スパッタ用プラズマSPのイオン(アルゴンのイオン、又はアルゴン及び窒素のイオン)は、効率的にターゲット材料26に衝突し、ターゲット材料に含まれる元素であるシリコンの粒子SEが飛散する。飛散したシリコンの粒子SEは、成膜用基板12に向かう方向(供給方向α)に向かうことになる。よって、スパッタ部20は、ターゲット材料26に含まれるシリコンの粒子SEを飛散させることによって、シリコンの粒子SEを成膜用基板12に供給することになる。このように、スパッタ部20は、マグネトロンスパッタを行うための磁界であるスパッタ用磁界SMを利用してマグネトロンスパッタを行う。 As described above, in the sputtering section 20, as shown in FIG. 1, a sputtering magnetic field SM is generated on the surface of the target material 26 by the spattering magnetic field generating magnet 23. As shown in FIG. 1, the sputtering magnetic field SM causes the sputtering plasma SP to concentrate near the surface of the target material 26. Therefore, the ions of the plasma SP for sputtering (argon ions or argon and nitrogen ions) efficiently collide with the target material 26, and the silicon particle SE, which is an element contained in the target material, is scattered. The scattered silicon particles SE are directed toward the film forming substrate 12 (supply direction α). Therefore, the sputtering unit 20 supplies the silicon particles SE to the film forming substrate 12 by scattering the silicon particles SE contained in the target material 26. As described above, the sputtering unit 20 performs magnetron sputtering using the magnetic field SM for sputtering, which is a magnetic field for performing magnetron sputtering.

スパッタ制御部25は、スパッタ電源22の電源供給における電力、電圧、デューティー比等を制御したり、第1ガス供給部のアルゴンガス、あるいは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの流量(供給量)を制御したりすることによって、スパッタ用プラズマSPの状態を制御する。スパッタ用プラズマSPの状態が制御されると、飛散するシリコンの粒子SEの供給量も制御される。よって、スパッタ制御部25は、シリコンの粒子SEの供給量を制御することができる。このように、スパッタ制御部25は、スパッタ電源22の電源供給における電力、電圧、デューティー比、周波数等を制御したり、第1ガス供給部のアルゴンガス、あるいは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの流量(供給量)を制御したりすることによって、シリコンの粒子SEの供給量を制御することができる。 The sputtering control unit 25 controls the power, voltage, duty ratio, etc. in the power supply of the sputtering power supply 22, and controls the flow rate (supply amount) of the argon gas of the first gas supply unit or the mixed gas of nitrogen gas and argon gas. The state of the plasma SP for sputtering is controlled by controlling it. When the state of the plasma SP for sputtering is controlled, the supply amount of the scattered silicon particles SE is also controlled. Therefore, the sputtering control unit 25 can control the supply amount of the silicon particles SE. In this way, the sputtering control unit 25 controls the power, voltage, duty ratio, frequency, etc. in the power supply of the sputtering power supply 22, and the argon gas of the first gas supply unit or the mixed gas of nitrogen gas and argon gas. By controlling the flow rate (supply amount), the supply amount of the silicon particles SE can be controlled.

プラズマ供給部30においては、プラズマ供給用磁界発生コイル32に電流が流されることによって、プラズマ生成室31には、電子サイクロトロン共鳴用磁界CMが発生し、試料室10には、発散磁界であるプラズマ供給部発散磁界DCMが発生する。なお、電子サイクロトロン共鳴用磁界CM及びプラズマ供給部発散磁界DCMは、プラズマ供給用磁界発生コイル32に電流が流されることによって生じる1つのつながった磁界である。 In the plasma supply unit 30, when a current is passed through the plasma supply magnetic field generation coil 32, an electron cyclotron resonance magnetic field CM is generated in the plasma generation chamber 31, and a divergent magnetic field plasma is generated in the sample chamber 10. Supply section divergent magnetic field DCM is generated. The magnetic field CM for electron cyclotron resonance and the divergent magnetic field DCM of the plasma supply unit are one connected magnetic field generated by passing a current through the magnetic field generation coil 32 for plasma supply.

また、マイクロ波源33からは、マイクロ波導波管34及びマイクロ波導入窓35を介して、プラズマ生成室31にマイクロ波が導入される。プラズマ生成室31において、電子サイクロトロン共鳴用磁界CMが発生した状態でマイクロ波が導入されると、電子サイクロトロン共鳴が生じ、高密度プラズマとしてのECRプラズマEPが発生する。このECRプラズマEPは、プラズマ供給口37から、プラズマ供給部発散磁界DCMに沿って成膜用基板12に向かう方向(供給方向β)供給される。このECRプラズマEPは、第2ガス供給部36から供給された窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマである。図1に示されるように、ECRプラズマEPの供給方向βは、成膜用基板12の法線NLに対して傾いている。なお、法線NLは、試料台11における成膜用基板12が配置される面の法線でもある。 Further, from the microwave source 33, microwaves are introduced into the plasma generation chamber 31 via the microwave waveguide 34 and the microwave introduction window 35. When microwaves are introduced in the plasma generation chamber 31 in a state where the magnetic field CM for electron cyclotron resonance is generated, electron cyclotron resonance occurs and ECR plasma EP as high-density plasma is generated. This ECR plasma EP is supplied from the plasma supply port 37 in the direction (supply direction β) toward the film forming substrate 12 along the divergence magnetic field DCM of the plasma supply unit. This ECR plasma EP is a plasma of a mixed gas of nitrogen gas and argon gas supplied from the second gas supply unit 36. As shown in FIG. 1, the supply direction β of the ECR plasma EP is inclined with respect to the normal NL of the film forming substrate 12. The normal NL is also the normal of the surface of the sample table 11 on which the film-forming substrate 12 is arranged.

プラズマ制御部38は、マイクロ波源33のマイクロ波のパワーを制御したり、第2ガス供給部36から供給される窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの流量(供給量)を制御したりすることによって、プラズマ生成室31で生成される窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマの量を制御する。よって、プラズマ制御部38は、成膜用基板12に供給される窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマの供給量を制御することができる。このように、プラズマ制御部38は、マイクロ波源33のマイクロ波のパワーを制御したり、第2ガス供給部36から供給される窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの流量(供給量)を制御したりすることによって、ECRプラズマEP(ここでは、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマ)の供給量を制御することができる。 The plasma control unit 38 controls the power of the microwave of the microwave source 33, and controls the flow rate (supply amount) of the mixed gas of nitrogen gas and argon gas supplied from the second gas supply unit 36. , The amount of plasma of the mixed gas of nitrogen gas and argon gas generated in the plasma generation chamber 31 is controlled. Therefore, the plasma control unit 38 can control the amount of plasma supplied as a mixed gas of nitrogen gas and argon gas supplied to the film forming substrate 12. In this way, the plasma control unit 38 controls the power of the microwave of the microwave source 33 and controls the flow rate (supply amount) of the mixed gas of nitrogen gas and argon gas supplied from the second gas supply unit 36. By doing so, the supply amount of ECR plasma EP (here, plasma of a mixed gas of nitrogen gas and argon gas) can be controlled.

上述したように、成膜用基板12には、スパッタ部20からシリコンの粒子SEが供給され、プラズマ供給部30から窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマが供給される。成膜用基板12の表面付近において、シリコンの粒子SEと窒素ガスのプラズマとが反応し、成膜用基板12には、シリコンと窒素の化合物の膜である窒化シリコンの膜が形成される。すなわち、成膜装置1を動作させることによって、成膜用基板12に窒化シリコンの膜を成膜することができる。このとき、成膜用基板12は、試料台11と共に回転していてもよい。成膜用基板12が回転することにより、成膜用基板12に成膜される膜厚はより均一にされ得る。 As described above, the film forming substrate 12 is supplied with silicon particles SE from the sputter section 20, and plasma of a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is supplied from the plasma supply section 30. In the vicinity of the surface of the film-forming substrate 12, the silicon particles SE react with the plasma of nitrogen gas, and a film of silicon nitride, which is a film of a compound of silicon and nitrogen, is formed on the film-forming substrate 12. That is, by operating the film forming apparatus 1, a film of silicon nitride can be formed on the film forming substrate 12. At this time, the film-forming substrate 12 may be rotated together with the sample table 11. By rotating the film-forming substrate 12, the film thickness formed on the film-forming substrate 12 can be made more uniform.

また、成膜装置1においては、スパッタ制御部25によるシリコンの粒子SEの供給量の制御と、プラズマ制御部38による窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマの供給量の制御は独立して行われる。すなわち、スパッタ制御部25によって行われるスパッタ電源22の電源供給における電力、電圧、デューティー比、周波数等の制御や第1ガス供給部のアルゴンガス、あるいは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの流量(供給量)を制御と、プラズマ制御部38によって行われるマイクロ波源33のマイクロ波のパワーの制御や第2ガス供給部36の窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの流量(供給量)の制御は、互いに独立して行われる。 Further, in the film forming apparatus 1, the spatter control unit 25 controls the supply amount of silicon particles SE, and the plasma control unit 38 controls the plasma supply amount of a mixed gas of nitrogen gas and argon gas independently. Will be. That is, the control of power, voltage, duty ratio, frequency, etc. in the power supply of the sputter power supply 22 performed by the spatter control unit 25, the argon gas of the first gas supply unit, or the flow rate (supply) of the mixed gas of nitrogen gas and argon gas. Control of the amount), control of the microwave power of the microwave source 33 performed by the plasma control unit 38, and control of the flow rate (supply amount) of the mixed gas of nitrogen gas and argon gas of the second gas supply unit 36 are mutually controlled. It is done independently.

次に、図1を用いて、スパッタ部発散磁界DSMの向き及びプラズマ供給部発散磁界DCMの向きについて、説明する。 Next, the direction of the divergent magnetic field DSM in the spatter section and the direction of the divergent magnetic field DCM in the plasma supply section will be described with reference to FIG.

スパッタ部発散磁界DSMの向き及びプラズマ供給部発散磁界DCMの向きのうち、一方が成膜用基板12に向かう方向であり、他方が成膜用基板12に向かう方向と反対の方向に設定された場合、プラズマ供給部30から供給される窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマ(ECRプラズマEP)が、適切に成膜用基板12に供給されないことがあり得る。 Of the direction of the divergent magnetic field DSM of the spatter portion and the direction of the divergent magnetic field DCM of the plasma supply portion, one is set in the direction toward the film forming substrate 12 and the other is set in the direction opposite to the direction toward the film forming substrate 12. In this case, the plasma (ECR plasma EP) of the mixed gas of nitrogen gas and argon gas supplied from the plasma supply unit 30 may not be properly supplied to the film forming substrate 12.

理由は以下の通りである。
スパッタ部発散磁界DSMの向き及びプラズマ供給部発散磁界DCMの向きのうち、一方が成膜用基板12に向かう方向であり、他方が成膜用基板12に向かう方向と反対の方向になっている場合、スパッタ部発散磁界DSMとプラズマ供給部発散磁界DCMとがつながってしまう事があり得る。そして、このつながった磁界の中に窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマ(ECRプラズマEP)やスパッタ用プラズマSPが閉じ込められてしまうことがあり得る。窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマ(ECRプラズマEP)がつながった磁界に閉じ込められた場合、適切に成膜用基板12に供給されないことがあり得る。
The reason is as follows.
Of the direction of the divergent magnetic field DSM of the spatter portion and the direction of the divergent magnetic field DCM of the plasma supply portion, one is in the direction toward the film forming substrate 12 and the other is in the direction opposite to the direction toward the film forming substrate 12. In that case, the divergent magnetic field DSM of the sputter portion and the divergent magnetic field DCM of the plasma supply portion may be connected. Then, a plasma (ECR plasma EP) of a mixed gas of nitrogen gas and an argon gas or a plasma SP for sputtering may be confined in the connected magnetic field. When the plasma of a mixed gas of nitrogen gas and argon gas (ECR plasma EP) is confined in a connected magnetic field, it may not be properly supplied to the film forming substrate 12.

第一実施形態の成膜装置1においては、つながった磁界の発生を抑制するため、図1に示されるように、スパッタ部発散磁界DSMの向き及びプラズマ供給部発散磁界DCMの向きが、共に成膜用基板12に向かう方向と反対の方向に設定されている。スパッタ部発散磁界DSMの向き及びプラズマ供給部発散磁界DCMの向きが、このように設定されることによって、スパッタ部発散磁界DSMとプラズマ供給部発散磁界DCMとは反発することになり、つながった磁界の発生は抑制される。 In the film forming apparatus 1 of the first embodiment, in order to suppress the generation of the connected magnetic field, as shown in FIG. 1, the direction of the sputter portion divergent magnetic field DSM and the direction of the plasma supply portion divergent magnetic field DCM are both formed. It is set in the direction opposite to the direction toward the film substrate 12. By setting the direction of the divergent magnetic field DSM of the spatter section and the direction of the divergent magnetic field DCM of the plasma supply section in this way, the divergent magnetic field DSM of the sputter section and the divergent magnetic field DCM of the plasma supply section are repelled, and the connected magnetic fields are connected. Is suppressed.

なお、スパッタ部発散磁界DSMの向きは、外側磁石23Aの極性に依存する。外側磁石23Aは、内側磁石23Bと比較して、広い上面及び下面を有している。更に、外側磁石23Aは、内側磁石23Bと同じ材料で構成された磁石である。よって、スパッタ部発散磁界DSMの向きは、外側磁石23Aの上側の磁極であるS極に向かう向きとなる。プラズマ供給部発散磁界DCMの向きは、プラズマ供給用磁界発生コイル32に流す電流の向きによって決まる。 The direction of the divergent magnetic field DSM in the spatter portion depends on the polarity of the outer magnet 23A. The outer magnet 23A has a wider upper surface and lower surface as compared with the inner magnet 23B. Further, the outer magnet 23A is a magnet made of the same material as the inner magnet 23B. Therefore, the direction of the divergent magnetic field DSM of the spatter portion is toward the S pole, which is the upper magnetic pole of the outer magnet 23A. The direction of the divergent magnetic field DCM of the plasma supply unit is determined by the direction of the current flowing through the magnetic field generation coil 32 for plasma supply.

第1実施形態の成膜装置1は、試料室10と、試料室10の中に配置され、成膜用基板12を配置可能な試料台11と、試料室10の中に配置され、シリコンが含まれるターゲット材料26を配置可能な第1ターゲット材料配置部21と、スパッタ用プラズマSPを発生させるスパッタ電源22及び第1ガス供給部24と、を有し、スパッタ用プラズマSPのイオンを第1ターゲット材料26に衝突させ、シリコンの粒子SEを飛散させることによって、シリコンの粒子SEを成膜用基板12に供給するスパッタ部20と、スパッタ部20におけるシリコンの粒子の供給量を制御するスパッタ制御部25と、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスが供給され、電子サイクロトロン共鳴を利用することによって窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの高密度プラズマを生成するプラズマ生成室31であって、プラズマ供給口37を介して試料室10とつながっているプラズマ生成室31と、プラズマ供給口と対向する位置に配置されたマイクロ波導入窓35を介してプラズマ生成室31とつながっており、プラズマ生成室31にマイクロ波を導入するマイクロ波導波管34と、有し、プラズマ生成室31で生成された窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマを成膜用基板12に供給するプラズマ供給部30と、プラズマ供給部30におけるプラズマ生成用ガスのプラズマの供給量を制御するプラズマ制御部38と、を備え、スパッタ制御部25によるシリコンの粒子の供給量の制御と、プラズマ制御部38による窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマの供給量の制御は独立して行われる成膜装置である。よって、自由度が高く、単純な構造のECR成膜装置及びECR成膜方法を提供することができる。例えば、成膜される膜の膜厚の偏差の許容度が変わっても、対応が容易である。 The film forming apparatus 1 of the first embodiment is arranged in the sample chamber 10, the sample chamber 10, the sample table 11 on which the film forming substrate 12 can be arranged, and the sample chamber 10, and the silicon is arranged. It has a first target material arranging unit 21 capable of arranging the included target material 26, a sputtering power supply 22 for generating a sputtering plasma SP, and a first gas supply unit 24, and first emits ions of the sputtering plasma SP. Spatter control that controls the supply amount of silicon particles in the sputter section 20 and the sputter section 20 that supply the silicon particle SE to the film forming substrate 12 by colliding with the target material 26 and scattering the silicon particles SE. A plasma generation chamber 31 in which a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is supplied, and a high-density plasma of a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is generated by utilizing electron cyclotron resonance. The gas generation chamber 31 connected to the sample chamber 10 via 37 and the plasma generation chamber 31 connected to the plasma generation chamber 31 via a microwave introduction window 35 arranged at a position facing the plasma supply port are connected to the plasma generation chamber 31. A microwave waveguide 34 for introducing a microwave, a plasma supply unit 30 for supplying a plasma of a mixed gas of nitrogen gas and argon gas generated in the plasma generation chamber 31 to the film forming substrate 12, and a plasma supply unit 30. A plasma control unit 38 for controlling the plasma supply amount of the plasma generation gas in the unit 30 is provided, the spatter control unit 25 controls the supply amount of silicon particles, and the plasma control unit 38 controls nitrogen gas and argon gas. The control of the plasma supply amount of the mixed gas is an independent film forming apparatus. Therefore, it is possible to provide an ECR film forming apparatus and an ECR film forming method having a high degree of freedom and a simple structure. For example, even if the tolerance of the deviation of the film thickness of the film to be formed changes, it is easy to deal with it.

また、第1実施形態の成膜装置1において、スパッタ部20は、マグネトロンスパッタを行うためのスパッタ用磁界SMと、成膜用基板12との間に形成される発散磁界であるスパッタ部発散磁界DSMと、を発生させるスパッタ用磁界発生用磁石23を有し、プラズマ供給部30は、電子サイクロトロン共鳴を発生させるための電子サイクロトロン共鳴用磁界SDMと、成膜用基板12との間に形成される発散磁界であるプラズマ供給部発散磁界DCMを発生させるプラズマ供給用磁界発生コイル32を有し、スパッタ部発散磁界DSMの向きとプラズマ供給部発散磁界の向きは、共に成膜用基板12に向かう方向と反対の方向である。よって、プラズマ供給部30から供給される窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマ(ECRプラズマEP)は、より適切に成膜用基板12に供給される。また、シリコンの粒子SEは、より適切に成膜用基板12に供給される。 Further, in the film forming apparatus 1 of the first embodiment, the sputtering section 20 is a sputtering section divergent magnetic field which is a divergent magnetic field formed between the sputtering magnetic field SM for performing magnetron sputtering and the film forming substrate 12. It has a DSM and a magnetic field generation magnet 23 for sputtering to generate, and a plasma supply unit 30 is formed between a magnetic field SDM for electronic cyclotron resonance for generating electronic cyclotron resonance and a film forming substrate 12. It has a magnetic field generation coil 32 for plasma supply that generates a divergent magnetic field DCM, which is a divergent magnetic field. The direction is opposite to the direction. Therefore, the plasma (ECR plasma EP) of the mixed gas of nitrogen gas and argon gas supplied from the plasma supply unit 30 is more appropriately supplied to the film forming substrate 12. Further, the silicon particles SE are more appropriately supplied to the film forming substrate 12.

また、第1実施形態の成膜装置1においては、以下の成膜方法が行われる。
試料室10の中の試料台11に成膜用基板12を配置する成膜用基板配置工程と、シリコンが含まれるターゲット材料26をターゲット材料配置部21に配置する第1ターゲット材料配置工程と、スパッタ用プラズマSPを発生させるスパッタ用プラズマ発生工程と、スパッタ用プラズマSPのイオンをターゲット材料26に衝突させ、シリコンの粒子SEを飛散させることによって、シリコンの粒子を成膜用基板12に供給する第1スパッタ工程と、第1スパッタ工程におけるシリコンの粒子SEの供給量を制御する第1スパッタ制御工程と、プラズマ生成室31に酸素ガスを供給し、マイクロ波導入窓を介してプラズマ生成室31にマイクロ波を導入し、電子サイクロトロン共鳴を利用することによって、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマを生成し、プラズマ生成室31で生成した窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマをマイクロ波導入窓と対向する位置のプラズマ供給口から成膜用基板12に供給するプラズマ供給工程と、プラズマ供給工程における窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマの供給量を制御するプラズマ供給制御工程と、を備え、第1スパッタ制御工程におけるシリコンの粒子SEの供給量の制御と、プラズマ供給制御工程における窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマの供給量の制御を独立して行い、成膜用基板12に、窒化シリコンの膜(シリコンと窒素ガスに含まれる窒素との化合物の膜)を成膜する成膜方法。よって、自由度が高く、単純な構造のECR成膜装置及びECR成膜方法が提供される。例えば、成膜される膜の膜厚の偏差の許容度が変わっても、対応が容易である。なお、シリコンと窒素ガスに含まれる窒素との化合物の膜とは、シリコンと混合ガスに含まれる窒素(プラズマ生成用ガスに含まれる元素)との化合物が主成分として含まれる膜のことを意味する。
Further, in the film forming apparatus 1 of the first embodiment, the following film forming method is performed.
A film forming substrate arranging step of arranging the film forming substrate 12 on the sample table 11 in the sample chamber 10, a first target material arranging step of arranging the target material 26 containing silicon in the target material arranging portion 21. Silicon particles are supplied to the film forming substrate 12 by colliding the ions of the sputtering plasma SP with the target material 26 and scattering the silicon particles SE in the sputtering plasma generation step of generating the sputtering plasma SP. The first sputtering step, the first sputtering control step for controlling the supply amount of silicon particles SE in the first sputtering step, and the plasma generation chamber 31 for supplying oxygen gas to the plasma generation chamber 31 and passing through the microwave introduction window 31. By introducing a microwave into the cell and utilizing electron cyclotron resonance, a plasma of a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is generated, and the plasma of a mixed gas of nitrogen gas and argon gas generated in the plasma generation chamber 31 is microwaved. A plasma supply step of supplying to the film forming substrate 12 from a plasma supply port at a position facing the introduction window, a plasma supply control step of controlling the amount of plasma of a mixed gas of nitrogen gas and argon gas in the plasma supply step, and a plasma supply control step. In the first sputter control step, the supply amount of silicon particles SE and the plasma supply amount of the mixed gas of nitrogen gas and argon gas are independently controlled in the plasma supply control step. A film forming method for forming a film of silicon nitride (a film of a compound of silicon and nitrogen contained in nitrogen gas) on 12. Therefore, an ECR film forming apparatus and an ECR film forming method having a high degree of freedom and a simple structure are provided. For example, even if the tolerance of the deviation of the film thickness of the film to be formed changes, it is easy to deal with it. The film of the compound of silicon and nitrogen contained in the nitrogen gas means the film containing the compound of silicon and nitrogen contained in the mixed gas (element contained in the plasma generation gas) as the main component. do.

また、第1実施形態の成膜装置1において行われる成膜方法において、マグネトロンスパッタを行うためのスパッタ用磁界SMと、成膜用基板12との間に形成される発散磁界であるスパッタ部発散磁界DSMと、を発生させるスパッタ用磁界発生工程と、電子サイクロトロン共鳴を発生させるための電子サイクロトロン共鳴用磁界CMと、成膜用基板12との間に形成される発散磁界であるプラズマ供給部発散磁界DCMを発生させるプラズマ供給用磁界発生工程と、を備え、スパッタ部発散磁界DSMの向きとプラズマ供給部発散磁界DCMの向きは、共に前記成膜用基板12に向かう方向と反対の方向である。よって、プラズマ供給部30から供給される窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマ(ECRプラズマEP)は、より適切に成膜用基板12に供給される。 Further, in the film forming method performed in the film forming apparatus 1 of the first embodiment, the sputtered portion divergent, which is a divergent magnetic field formed between the sputtering magnetic field SM for performing magnetron sputtering and the film forming substrate 12. A magnetic field generation step for sputtering that generates a magnetic field DSM, a magnetic field CM for electron cyclotron resonance for generating electronic cyclotron resonance, and a plasma supply unit divergence that is a divergent magnetic field formed between the film forming substrate 12 and the magnetic field CM. A magnetic field generation step for plasma supply for generating a magnetic field DCM is provided, and the direction of the sputter portion divergent magnetic field DSM and the direction of the plasma supply portion divergent magnetic field DCM are both opposite to the direction toward the film forming substrate 12. .. Therefore, the plasma (ECR plasma EP) of the mixed gas of nitrogen gas and argon gas supplied from the plasma supply unit 30 is more appropriately supplied to the film forming substrate 12.

また、第1実施形態の成膜装置1において、試料室の中の圧力は、略均一に保たれる。よって、より簡易な成膜の実現が可能である。 Further, in the film forming apparatus 1 of the first embodiment, the pressure in the sample chamber is kept substantially uniform. Therefore, it is possible to realize a simpler film formation.

また、第1実施形態の成膜装置1において、プラズマ供給部30による窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスのプラズマの供給方向は、成膜用基板12の法線NLに対して傾いている。よって、より精度の高い成膜の実現が可能である。 Further, in the film forming apparatus 1 of the first embodiment, the plasma supply direction of the mixed gas of nitrogen gas and argon gas by the plasma supply unit 30 is inclined with respect to the normal NL of the film forming substrate 12. Therefore, it is possible to realize a more accurate film formation.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図3を参照しながら説明する。図3は、本発明の第2実施形態による成膜装置1Aの断面図である。第2実施形態については、主として、第1実施形態と異なる点を中心に説明し、第1実施形態と同様な構成については、詳細な説明を省略する。特に説明しない点は、第1実施形態についての説明が適宜適用される。また、図3においては、磁界(スパッタ用磁界SM、スパッタ部発散磁界DSM、電子サイクロトロン共鳴用磁界CM及びスパッタ部発散磁界DSM)及びプラズマ(スパッタ用プラズマSP及びECRプラズマEP)の図示は省略されている。
[Second Embodiment]
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the film forming apparatus 1A according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment will be mainly described with respect to the differences from the first embodiment, and detailed description of the same configuration as the first embodiment will be omitted. As for points not particularly described, the description of the first embodiment is appropriately applied. Further, in FIG. 3, the magnetic fields (spatter magnetic field SM, sputter divergent magnetic field DSM, electron cyclotron resonance magnetic field CM and sputter divergent magnetic field DSM) and plasma (spatter plasma SP and ECR plasma EP) are not shown. ing.

成膜装置1Aにおいては、スパッタ部20は、ターゲット材料配置部21と、スパッタ電源22と、スパッタ用磁界発生用磁石23と、第1ガス供給部24と、ターゲット移動部27と、を備える。ターゲット材料配置部21、スパッタ電源22、スパッタ用磁界発生用磁石23及び第1ガス供給部24は、第1実施形態の成膜装置1と同様のものである。 In the film forming apparatus 1A, the sputtering unit 20 includes a target material arranging unit 21, a sputtering power supply 22, a magnet for generating a magnetic field for sputtering 23, a first gas supply unit 24, and a target moving unit 27. The target material arrangement unit 21, the sputtering power supply 22, the sputtering magnetic field generating magnet 23, and the first gas supply unit 24 are the same as those of the film forming apparatus 1 of the first embodiment.

ターゲット移動部27は、ターゲット材料配置部21を移動させるための台である。ターゲット移動部27は、スパッタ用磁界発生用磁石23の下部に配置される。ターゲット移動部27は、成膜用基板12の法線NLに対して略平行(又は正確に平行)に移動可能である。よって、成膜用基板12とターゲット材料26との縦方向(図3におけるY方向)の距離及び角度のいずれか一方又は両方を変更可能である。 The target moving unit 27 is a table for moving the target material arranging unit 21. The target moving portion 27 is arranged below the magnet 23 for generating a magnetic field for sputtering. The target moving portion 27 can move substantially parallel (or exactly parallel) to the normal NL of the film forming substrate 12. Therefore, it is possible to change either or both of the distance and the angle in the vertical direction (Y direction in FIG. 3) between the film forming substrate 12 and the target material 26.

また、ターゲット移動部27は、成膜用基板12の法線NLに対して略垂直(又は垂直)に移動することによって、成膜用基板12とターゲット材料26との横方向(図3におけるX方向)の距離及び角度のいずれか一方又は両方を変更可能である。また、ターゲット移動部27は、Y方向及びX方向の距離を変えることによって、法線NLに対して傾斜に移動させることも可能である。 Further, the target moving portion 27 moves substantially perpendicularly (or perpendicularly) to the normal NL of the film forming substrate 12 so that the film forming substrate 12 and the target material 26 move in the lateral direction (X in FIG. 3). It is possible to change either or both of the distance and the angle (direction). Further, the target moving unit 27 can be moved in an inclined manner with respect to the normal NL by changing the distances in the Y direction and the X direction.

第2実施形態の成膜装置1Aによれば、より自由度が高い成膜が可能になる。 According to the film forming apparatus 1A of the second embodiment, it is possible to form a film with a higher degree of freedom.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について、図4を参照しながら説明する。図4は、本発明の第3実施形態による成膜装置1Bの断面図である。第3実施形態については、主として、第1実施形態又は第2実施形態と異なる点を中心に説明し、第1実施形態又は第2実施形態と同様な構成については、詳細な説明を省略する。特に説明しない点は、第1実施形態又は第2実施形態についての説明が適宜適用される。また、図4においては、磁界(スパッタ用磁界SM、スパッタ部発散磁界DSM、電子サイクロトロン共鳴用磁界CM及びスパッタ部発散磁界DSM)及びプラズマ(スパッタ用プラズマSP及びECRプラズマEP)の図示は省略されている。
[Third Embodiment]
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the film forming apparatus 1B according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment will be mainly described in terms of differences from the first embodiment or the second embodiment, and detailed description of the same configuration as the first embodiment or the second embodiment will be omitted. As for points not particularly described, the description of the first embodiment or the second embodiment is appropriately applied. Further, in FIG. 4, the magnetic fields (spatter magnetic field SM, sputter divergent magnetic field DSM, electron cyclotron resonance magnetic field CM and sputter divergent magnetic field DSM) and plasma (spatter plasma SP and ECR plasma EP) are not shown. ing.

第3実施形態の成膜装置1Bは、第2スパッタ部40と、第2スパッタ制御部45と、を更に備える。すなわち、第1実施形態の成膜装置1及び第2実施形態の成膜装置1Aは、スパッタ部が1つであったのに対し、第3実施形態の成膜装置1Bは、スパッタ部20及び第2スパッタ部40という2つのスパッタ部を備える。第2スパッタ部40は、第2ターゲット材料配置部41と、第2スパッタ電源42と、第2スパッタ用磁界発生用磁石43と、を備える。第2ターゲット材料配置部41には、第2ターゲット材料46が配置される。第2スパッタ部40は、第1ガス供給部24をスパッタ部20と共用する。第2スパッタ電源42及び第1ガス供給部24は、特許請求の範囲の第2スパッタ用プラズマ発生部の好適な一例に相当する。なお、スパッタ用磁界発生用磁石23及び第2スパッタ用磁界発生用磁石43の極性は、プラズマ供給部30、スパッタ用磁界発生用磁石23及び第2スパッタ用磁界発生用磁石43の距離関係等に応じて、適宜最適なものに設定され得るため、図4における極性の図示は省略されている。 The film forming apparatus 1B of the third embodiment further includes a second sputter unit 40 and a second sputter control unit 45. That is, the film forming apparatus 1 of the first embodiment and the film forming apparatus 1A of the second embodiment have one sputtering section, whereas the film forming apparatus 1B of the third embodiment has the sputtering section 20 and It includes two sputtering units called a second sputtering unit 40. The second sputtering unit 40 includes a second target material arranging unit 41, a second sputtering power supply 42, and a magnet 43 for generating a second magnetic field for sputtering. The second target material 46 is arranged in the second target material arrangement unit 41. The second sputtering unit 40 shares the first gas supply unit 24 with the sputtering unit 20. The second sputtering power supply 42 and the first gas supply unit 24 correspond to a suitable example of the plasma generation unit for second sputtering within the scope of claims. The polarities of the spattering magnetic field generating magnet 23 and the second sputtering magnetic field generating magnet 43 are based on the distance relationship between the plasma supply unit 30, the spattering magnetic field generating magnet 23, and the second sputtering magnetic field generating magnet 43. Therefore, the polarity is not shown in FIG. 4 because it can be appropriately set to the optimum value.

第2ターゲット材料46は、例えば、ターゲット材料26と同様にシリコンである。第2ターゲット材料46は、シリコン以外の材料、例えば、アルミニウムやタンタル等であってもよい。アルミニウムやタンタル等は、特許請求の範囲の第2元素の好適な一例に対応する。また、第2スパッタ制御部45は、第2スパッタ電源42の電源供給における電力、電圧、デューティー比等を制御する。よって、第2スパッタ制御部45は、シリコンの粒子SE2の供給量を制御することができる。また、スパッタ制御部25によるシリコンの粒子SEの供給量の制御と、第2スパッタ制御部45によるシリコンの粒子SE2の供給量の制御は、必要に応じて独立して行われ得る。 The second target material 46 is, for example, silicon like the target material 26. The second target material 46 may be a material other than silicon, such as aluminum or tantalum. Aluminum, tantalum, etc. correspond to a suitable example of the second element in the claims. Further, the second sputtering control unit 45 controls the electric power, voltage, duty ratio, etc. in the power supply of the second sputtering power supply 42. Therefore, the second sputtering control unit 45 can control the supply amount of the silicon particles SE2. Further, the sputtering control unit 25 may control the supply amount of the silicon particles SE and the second sputtering control unit 45 may control the supply amount of the silicon particles SE2 independently as needed.

第3実施形態の成膜装置1Bによれば、より自由度が高い成膜が可能になる。 According to the film forming apparatus 1B of the third embodiment, it is possible to form a film with a higher degree of freedom.

以上、本発明の第1実施形態~第3実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において種々に変形可能である。 The first to third embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified within the technical scope described in the claims.

第1実施形態~第3実施形態において、スパッタ部発散磁界DSMの向き及びプラズマ供給部発散磁界DCMの向きは、共に成膜用基板12に向かう方向と反対の方向に設定されていたが、これに限定されない。スパッタ部発散磁界DSMの向き及びプラズマ供給部発散磁界DCMの向きは、共に成膜用基板12に向かう方向に設定されていてもよい。より具体的には、外側磁石23Aの上側がN極、下側がS極となり、内側磁石23Bの上側がS極、下側がN極となる。また、プラズマ供給用磁界発生コイル32に流される電流の向きは、第1実施形態~第3実施形態の向きと逆になる。すなわち、スパッタ部発散磁界DSMの向き及びプラズマ供給部発散磁界DCMの向きのうち、一方が成膜用基板12に向かう方向であり、他方が成膜用基板12に向かう方向と反対の方向に設定されることがなければよい。 In the first to third embodiments, the direction of the divergent magnetic field DSM of the spatter portion and the direction of the divergent magnetic field DCM of the plasma supply portion are both set in the directions opposite to the direction toward the film forming substrate 12. Not limited to. The direction of the sputter portion divergent magnetic field DSM and the direction of the plasma supply portion divergent magnetic field DCM may both be set in the direction toward the film forming substrate 12. More specifically, the upper side of the outer magnet 23A is the N pole and the lower side is the S pole, and the upper side of the inner magnet 23B is the S pole and the lower side is the N pole. Further, the direction of the current flowing through the plasma supply magnetic field generation coil 32 is opposite to the direction of the first to third embodiments. That is, one of the direction of the divergent magnetic field DSM of the spatter portion and the direction of the divergent magnetic field DCM of the plasma supply portion is set in the direction opposite to the direction toward the film forming substrate 12 and the other is set in the direction opposite to the direction toward the film forming substrate 12. It is good if it is not done.

第1実施形態~第3実施形態において、外側磁石23Aと内側磁石23Bは、同じ材料で構成されていたが、これに限定されない。外側磁石23Aと内側磁石23Bとは同じ材料で構成されていなくてもよい。外側磁石23Aと内側磁石23Bとで構成されるスパッタ用磁界発生用磁石23は、スパッタ部20において、マグネトロンスパッタが行われる程度にスパッタ用磁界SMを発生させることが可能なように構成されていればよい。 In the first to third embodiments, the outer magnet 23A and the inner magnet 23B are made of the same material, but are not limited thereto. The outer magnet 23A and the inner magnet 23B do not have to be made of the same material. The sputtering magnetic field generating magnet 23 composed of the outer magnet 23A and the inner magnet 23B is configured so that the sputtering unit 20 can generate a sputtering magnetic field SM to the extent that magnetron sputtering is performed. Just do it.

第1実施形態~第3実施形態において、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスがプラズマ生成用ガスとして使用されていたが、これに限定されない。プラズマ生成用ガスは、酸素ガス等の反応性ガス、酸素ガスとアルゴンガスの混合ガス又は不活性ガスのみであってもよい。酸素ガス、又は酸素ガスとアルゴンガスの混合ガスが使用された場合、成膜用基板12には、酸化シリコンの膜が成膜される。プラズマ生成用ガスとして、不活性ガスが使用される場合、且つ第1ガス供給部24からも不活性ガスのみが供給される場合は成膜用基板12には、シリコン膜が成膜される。このシリコン膜は、特許請求の範囲の第1元素の膜の好適な一例に相当する。なお、シリコンの膜(第1元素の膜)とは、シリコン(第1元素)が主成分として含まれる膜のことを意味する。 In the first to third embodiments, a mixed gas of nitrogen gas and argon gas has been used as the plasma generation gas, but the present invention is not limited to this. The plasma generation gas may be only a reactive gas such as oxygen gas, a mixed gas of oxygen gas and argon gas, or an inert gas. When an oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and argon gas is used, a film of silicon oxide is formed on the film-forming substrate 12. When an inert gas is used as the plasma-generating gas, and when only the inert gas is supplied from the first gas supply unit 24, a silicon film is formed on the film-forming substrate 12. This silicon film corresponds to a suitable example of the film of the first element in the claims. The silicon film (first element film) means a film containing silicon (first element) as a main component.

また、プラズマ生成用ガスとして、不活性ガスが使用される場合、且つ第1ガス供給部24からは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスが供給される場合は、成膜用基板12にシリコン窒化膜が形成され得る。更に、プラズマ生成用ガスとして、不活性ガスが使用される場合、且つ第1ガス供給部24からは酸素ガスとアルゴンガスの混合ガスが供給される場合は、成膜用基板12にシリコン酸化膜が形成され得る。 Further, when an inert gas is used as the gas for generating plasma, and when a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is supplied from the first gas supply unit 24, the silicon nitride film is formed on the film forming substrate 12. Can be formed. Further, when an inert gas is used as the gas for generating plasma, and when a mixed gas of oxygen gas and argon gas is supplied from the first gas supply unit 24, a silicon oxide film is formed on the film forming substrate 12. Can be formed.

第1実施形態~第3実施形態において、スパッタ部20や第2スパッタ部40は、共に直流スパッタを行う部分であったが、RFスパッタを行う部分であってもよい。また、スパッタ部20及び第2スパッタ部40の一方が直流スパッタを行う部分であり、他方がRFスパッタを行う部分であってもよい。 In the first to third embodiments, the sputtering unit 20 and the second sputtering unit 40 are both parts that perform DC sputtering, but may be parts that perform RF sputtering. Further, one of the sputtering unit 20 and the second sputtering unit 40 may be a portion for performing DC sputtering, and the other may be a portion for performing RF sputtering.

第1実施形態及び第2実施形態において、ターゲット材料26としてシリコンが使用されていたが、これに限定されない。アルミニウム、タンタル等がターゲット材料26として使用され得る。また、第3実施形態においては、ターゲット材料26及び第2ターゲット材料は、共にシリコンであったが、これに限定されない。ターゲット材料26及び第2ターゲット材料46は、シリコン以外の材料(例えば、アルミニウム、タンタル等)であってもよい。また、ターゲット材料26及び第2ターゲット材料46は、同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。 In the first embodiment and the second embodiment, silicon has been used as the target material 26, but the present invention is not limited to this. Aluminum, tantalum and the like can be used as the target material 26. Further, in the third embodiment, the target material 26 and the second target material are both silicon, but the present invention is not limited thereto. The target material 26 and the second target material 46 may be materials other than silicon (for example, aluminum, tantalum, etc.). Further, the target material 26 and the second target material 46 may be the same material or different materials.

第2実施形態において、ターゲット移動部27は、シリコンの粒子SEが供給される方向に対して、平行に移動可能であり、シリコンの粒子SEが供給される方向に対して垂直、又は傾斜して移動可能でもあったが、これに限定されない。ターゲット移動部27は、シリコンの粒子SEが供給される方向に平行にのみ移動可能であってもよい。また、ターゲット移動部27は、シリコンの粒子SEが供給される方向に対して垂直、又は傾斜にのみ移動可能であってもよい。 In the second embodiment, the target moving portion 27 can move in parallel with the direction in which the silicon particles SE are supplied, and is perpendicular to or inclined with respect to the direction in which the silicon particles SE are supplied. It was also mobile, but not limited to this. The target moving portion 27 may be movable only in parallel with the direction in which the silicon particles SE are supplied. Further, the target moving portion 27 may be movable only perpendicular to or inclined with respect to the direction in which the silicon particles SE are supplied.

1、1A、1B 成膜装置
10 試料室
11 試料台
12 成膜用基板
13 真空ポンプ
20 スパッタ部
21 ターゲット配置台
22 スパッタ電源(第1スパッタ用プラズマ発生部)
23 スパッタ用磁界発生用磁石(第1スパッタ用磁界発生部)
23A 外側磁石
23B 内側磁石
24 第1ガス供給部(第1スパッタ用プラズマ発生部、第2スパッタ用プラズマ発生部)
25 スパッタ制御部
30 プラズマ供給部
31 プラズマ生成室
32 プラズマ供給用磁界発生コイル(プラズマ供給用磁界発生部)
33 マイクロ波源
34 マイクロ波導波管
35 マイクロ波導入窓
36 第2ガス供給部
37 プラズマ供給口
38 プラズマ制御部
40 第2スパッタ部
41 第2ターゲット配置台
42 第2スパッタ電源(第2スパッタ用プラズマ発生部)
43 第2スパッタ用磁界発生用磁石
45 第2スパッタ制御部
SM スパッタ用磁界
DSM スパッタ部発散磁界
CM 電子サイクロトロン共鳴用磁界
DCM プラズマ供給部発散磁界
1, 1A, 1B film forming equipment 10 Sample room 11 Sample stand 12 Film forming substrate 13 Vacuum pump 20 Spatter section 21 Target placement stand 22 Spatter power supply (1st sputtering plasma generator)
23 Magnet for generating magnetic field for sputtering (first magnetic field generating part for sputtering)
23A Outer magnet 23B Inner magnet 24 1st gas supply part (1st sputter plasma generation part, 2nd sputter plasma generation part)
25 Sputter control unit 30 Plasma supply unit 31 Plasma generation chamber 32 Magnetic field generation coil for plasma supply (magnetic field generation unit for plasma supply)
33 Microwave source 34 Microwave waveguide 35 Microwave introduction window 36 2nd gas supply unit 37 Plasma supply port 38 Plasma control unit 40 2nd spatter unit 41 2nd target placement table 42 2nd sputter power supply (plasma generation for 2nd sputter) Department)
43 Magnet for generating magnetic field for 2nd spatter 45 Magnetic field for 2nd spatter control SM Spattering magnetic field DSM Spattering magnetic field CM Electronic cyclotron resonance magnetic field DCM Plasma supply part diverging magnetic field

Claims (13)

試料室と、
前記試料室の中に配置され、成膜用基板を配置可能な試料台と、
前記試料室の中に配置され、第1元素が含まれる第1ターゲット材料を配置可能な第1ターゲット材料配置部と、スパッタ用プラズマを発生させる第1スパッタ用プラズマ発生部と、を有し、前記スパッタ用プラズマのイオンを前記第1ターゲット材料に衝突させ、前記第1元素の粒子を飛散させることによって、前記第1元素の粒子を前記成膜用基板に供給する第1スパッタ部と、
前記第1スパッタ部における前記第1元素の粒子の供給量を制御する第1スパッタ制御部と、
プラズマ生成用ガスが供給され、電子サイクロトロン共鳴を利用することによって前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマを生成するプラズマ供給部であって、プラズマ供給口を介して前記試料室とつながっているプラズマ生成室と、前記プラズマ供給口と対向する位置に配置されたマイクロ波導入窓を介して前記プラズマ生成室とつながっており、前記プラズマ生成室にマイクロ波を導入するマイクロ波導波管と、を有し、前記プラズマ生成室で生成された前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマを前記成膜用基板に供給するプラズマ供給部と、
前記プラズマ供給部における前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマの供給量を制御するプラズマ制御部と、を備え、
前記第1スパッタ制御部による前記第1元素の粒子の供給量の制御と、前記プラズマ制御部による前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマの供給量の制御は独立して行われ、前記第1元素の膜、又は前記第1元素とプラズマ生成用ガスに含まれる元素との化合物の膜を成膜し、
前記第1スパッタ部は、マグネトロンスパッタを行うための第1スパッタ用磁界と、前記成膜用基板との間に形成される発散磁界である第1スパッタ部発散磁界と、を発生させる第1スパッタ用磁界発生部を有し、
前記プラズマ供給部は、電子サイクロトロン共鳴を発生させるための電子サイクロトロン共鳴用磁界と、前記成膜用基板との間に形成される発散磁界であるプラズマ供給部発散磁界を発生させるプラズマ供給用磁界発生部を有し、
前記第1スパッタ部発散磁界の向きと前記プラズマ供給部発散磁界の向きは、共に前記成膜用基板に向かう方向であるか、又は共に前記成膜用基板に向かう方向と反対の方向である成膜装置。
With the sample room
A sample table that is placed in the sample chamber and on which a film-forming substrate can be placed,
It has a first target material placement unit that is arranged in the sample chamber and can arrange a first target material containing the first element, and a first plasma generation unit for sputtering that generates plasma for sputtering. A first sputtering unit that supplies the particles of the first element to the film-forming substrate by colliding the ions of the plasma for sputtering with the first target material and scattering the particles of the first element.
A first sputtering control unit that controls the supply amount of particles of the first element in the first sputtering unit,
A plasma supply unit that is supplied with a plasma generation gas and generates a high-density plasma of the plasma generation gas by using electron cyclotron resonance, and is connected to the sample chamber via a plasma supply port. It has a chamber and a microwave waveguide that is connected to the plasma generation chamber via a microwave introduction window arranged at a position facing the plasma supply port and that introduces microwaves into the plasma generation chamber. , A plasma supply unit that supplies high-density plasma of the plasma generation gas generated in the plasma generation chamber to the film forming substrate, and
A plasma control unit for controlling the supply amount of high-density plasma of the plasma generation gas in the plasma supply unit is provided.
The control of the supply amount of the particles of the first element by the first sputter control unit and the control of the supply amount of the high-density plasma of the plasma generation gas by the plasma control unit are performed independently, and the first element. Or a film of a compound of the first element and an element contained in the plasma generation gas is formed.
The first sputtering section generates a first sputtering magnetic field for performing magnetron sputtering and a first sputtering section diverging magnetic field which is a diverging magnetic field formed between the film forming substrate. Has a magnetic field generator
The plasma supply unit generates a plasma supply magnetic field that generates a divergent magnetic field, which is a divergent magnetic field formed between the electron cyclotron resonance magnetic field for generating the electron cyclotron resonance and the film forming substrate. Has a part,
The direction of the divergent magnetic field of the first sputter portion and the direction of the divergent magnetic field of the plasma supply portion are both in the direction toward the film forming substrate or both in the direction opposite to the direction toward the film forming substrate. Membrane device.
前記試料室の中の圧力は、略均一である請求項1に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein the pressure in the sample chamber is substantially uniform. 前記プラズマ供給部による前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマの供給方向は、前記成膜用基板の法線に対して傾いている請求項1又は2に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1 or 2, wherein the supply direction of the high-density plasma of the plasma generating gas by the plasma supply unit is inclined with respect to the normal line of the film forming substrate. 前記第1ターゲット材料配置部は、前記成膜用基板の法線に対して略平行に移動することによって、前記成膜用基板と前記第1ターゲット材料との距離及び角度のいずれか一方又は両方を変更可能である請求項1~3のいずれかの請求項に記載の成膜装置。 The first target material arranging portion moves substantially parallel to the normal line of the film forming substrate, whereby one or both of the distance and the angle between the film forming substrate and the first target material. The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the film forming apparatus can be changed. 前記第1ターゲット材料配置部は、前記成膜用基板の法線に対して略垂直、又は略傾斜に移動することによって、前記成膜用基板と前記第1ターゲット材料との距離及び角度のいずれか一方又は両方を変更可能である請求項1~4のいずれかの請求項に記載の成膜装置。 By moving the first target material arranging portion substantially perpendicular to or substantially inclined with respect to the normal line of the film forming substrate, any of the distance and the angle between the film forming substrate and the first target material. The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein one or both of them can be changed. 前記試料室の中に配置され、前記第1元素又は前記第1元素と異なる第2元素が含まれる第2ターゲット材料を配置可能な第2ターゲット材料配置部と、スパッタ用プラズマを発生させる第2スパッタ用プラズマ発生部と、を有し、前記スパッタ用プラズマのイオンを前記第2ターゲット材料に衝突させ、前記第1元素又は前記第2元素の粒子を飛散させることによって、前記第1元素又は前記第2元素の粒子を前記成膜用基板に供給する第2スパッタ部を備える請求項1~5のいずれかの請求項に記載の成膜装置。 A second target material placement unit that is placed in the sample chamber and can place a second target material that contains the first element or a second element different from the first element, and a second that generates plasma for spatter. The first element or the said The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising a second sputter portion for supplying particles of the second element to the film forming substrate. 前記第2スパッタ部における前記第1元素又は前記第2元素の粒子の供給量を制御する第2スパッタ制御部と、を備え、
前記第1スパッタ制御部による前記1元素の粒子の供給量の制御と、前記第2スパッタ制御部による前記第1元素又は前記第2元素の粒子の供給量の制御は、独立して行われる請求項6に記載の成膜装置。
A second sputtering control unit that controls the supply amount of particles of the first element or the second element in the second sputtering unit is provided.
The control of the supply amount of the particles of the first element by the first sputtering control unit and the control of the supply amount of the particles of the first element or the second element by the second sputtering control unit are performed independently. The film forming apparatus according to claim 6.
試料室の中の試料台に成膜用基板を配置する成膜用基板配置工程と、
第1元素が含まれる第1ターゲット材料を第1ターゲット材料配置部に配置する第1ターゲット材料配置工程と、
スパッタ用プラズマを発生させるスパッタ用プラズマ発生工程と、
前記スパッタ用プラズマのイオンを前記第1ターゲット材料に衝突させ、前記第1元素の粒子を飛散させることによって、前記第1元素の粒子を前記成膜用基板に供給する第1スパッタ工程と、
前記第1スパッタ工程における前記第1元素の粒子の供給量を制御する第1スパッタ制御工程と、
プラズマ生成室にプラズマ生成用ガスを供給し、マイクロ波導入窓を介して前記プラズマ生成室にマイクロ波を導入し、電子サイクロトロン共鳴を利用することによって、前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマを生成し、前記プラズマ生成室で生成した前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマを前記マイクロ波導入窓と対向する位置のプラズマ供給口から前記成膜用基板に供給するプラズマ供給工程と、
前記プラズマ供給工程における前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマの供給量を制御するプラズマ供給制御工程と、を備え、
前記第1スパッタ制御工程における前記第1元素の粒子の供給量の制御と、プラズマ供給制御工程における前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマの供給量の制御を独立して行い、前記成膜用基板に、前記第1元素の膜、又は前記第1元素とプラズマ生成用ガスに含まれる元素との化合物の膜を成膜し、
マグネトロンスパッタを行うための第1スパッタ用磁界と、前記成膜用基板との間に形成される発散磁界である第1スパッタ部発散磁界と、を発生させる第1スパッタ用磁界発生工程と、
電子サイクロトロン共鳴を発生させるための電子サイクロトロン共鳴用磁界と、前記成膜用基板との間に形成される発散磁界であるプラズマ供給部発散磁界を発生させるプラズマ供給用磁界発生工程と、を備え、
前記第1スパッタ部発散磁界の向きと前記プラズマ供給部発散磁界の向きは、共に前記成膜用基板に向かう方向であるか、又は共に前記成膜用基板に向かう方向と反対の方向である成膜方法。
The process of arranging the film-forming substrate on the sample table in the sample chamber and the process of arranging the film-forming substrate,
The first target material placement step of arranging the first target material containing the first element in the first target material placement section, and
Sputtering plasma generation process to generate sputtering plasma,
The first sputtering step of supplying the particles of the first element to the film forming substrate by colliding the ions of the plasma for sputtering with the first target material and scattering the particles of the first element.
A first sputtering control step for controlling the supply amount of particles of the first element in the first sputtering step,
A high-density plasma of the plasma generation gas is generated by supplying a plasma generation gas to the plasma generation chamber, introducing the microwave into the plasma generation chamber through the microwave introduction window, and utilizing electron cyclotron resonance. Then, a plasma supply step of supplying high-density plasma of the plasma generation gas generated in the plasma generation chamber to the film forming substrate from a plasma supply port at a position facing the microwave introduction window.
A plasma supply control step for controlling the supply amount of high-density plasma of the plasma generation gas in the plasma supply step is provided.
The control of the supply amount of the particles of the first element in the first spatter control step and the control of the supply amount of high-density plasma of the plasma generation gas in the plasma supply control step are independently performed, and the film forming substrate is controlled. A film of the first element or a film of a compound of the first element and an element contained in the plasma generation gas is formed on the film.
A first sputtering magnetic field generation step for generating a first sputtering magnetic field for performing magnetron sputtering and a first sputtering portion diverging magnetic field which is a diverging magnetic field formed between the film forming substrate.
A magnetic field for electron cyclotron resonance for generating electron cyclotron resonance and a magnetic field generation step for plasma supply for generating a divergent magnetic field of a plasma supply unit, which is a divergent magnetic field formed between the film-forming substrate, are provided.
The direction of the divergent magnetic field of the first sputter portion and the direction of the divergent magnetic field of the plasma supply portion are both in the direction toward the film forming substrate or both in the direction opposite to the direction toward the film forming substrate. Membrane method.
前記試料室の中の圧力は、略均一に保たれる請求項8に記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 8, wherein the pressure in the sample chamber is kept substantially uniform. 前記プラズマ生成用ガスの高密度プラズマの供給方向は、前記成膜用基板の法線に対して傾いている請求項8又は9に記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 8 or 9, wherein the supply direction of the high-density plasma of the plasma generation gas is inclined with respect to the normal line of the film forming substrate. 第1ターゲット材料を、前記成膜用基板の法線に対して略平行に移動することによって、前記成膜用基板と前記第1ターゲット材料との距離及び角度のいずれか一方又は両方を変更する工程を備える請求項8~10のいずれかの請求項に記載の成膜方法。 By moving the first target material substantially parallel to the normal of the film forming substrate, one or both of the distance and the angle between the film forming substrate and the first target material are changed. The film forming method according to any one of claims 8 to 10, further comprising a step. 前記第1ターゲット材料を、前記成膜用基板の法線に対して略垂直、又は傾斜に移動することによって、前記成膜用基板と前記第1ターゲット材料との距離及び角度のいずれか一方又は両方を変更する工程を備える請求項8~11いずれかの請求項に記載の成膜方法。 By moving the first target material substantially perpendicular to or inclined with respect to the normal of the film forming substrate, either one of the distance and the angle between the film forming substrate and the first target material or The film forming method according to any one of claims 8 to 11, further comprising a step of changing both. 第2ターゲット材料配置部に第2ターゲット材料を配置する第2ターゲット材料配置工程と、
スパッタ用プラズマで前記第2ターゲット材料をスパッタすることによって、前記第2ターゲット材料に含まれる第2元素の粒子を前記成膜用基板に供給する第2スパッタ工程と、
前記第2スパッタ工程における前記第2元素の粒子の供給量を制御する第2スパッタ制御工程と、を備え、
前記第1スパッタ制御工程による前記1元素の粒子の供給量の制御と、前記第2スパッタ制御工程による前記第2元素の粒子の供給量の制御は、独立して行われる請求項8~12のいずれかの請求項に記載の成膜方法。
A second target material placement process for arranging the second target material in the second target material placement section,
A second sputtering step of supplying particles of the second element contained in the second target material to the film forming substrate by sputtering the second target material with a plasma for sputtering.
A second sputtering control step for controlling the supply amount of the particles of the second element in the second sputtering step is provided.
Claims 8 to 12 in which the control of the supply amount of the particles of the first element by the first sputtering control step and the control of the supply amount of the particles of the second element by the second sputtering control step are performed independently. The film forming method according to any one of the claims.
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