JP2008038192A - Sputtering source, sputtering film deposition apparatus and sputtering film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転円筒ターゲットを備えたスパッタ源、該スパッタ源を備えたスパッタ成膜装置、および該スパッタ成膜装置を用いたスパッタ成膜方法に関し、特に精度よく薄膜の膜厚を制御することができるスパッタ源に関する。 The present invention relates to a sputtering source including a rotating cylindrical target, a sputter film forming apparatus including the sputter source, and a sputter film forming method using the sputter film forming apparatus. It relates to a sputtering source capable of
光学多層膜は、一般には各種誘電体や金属材料（例えば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5 、Ａｌ2Ｏ3 、Ｎｂ2Ｏ5 、Ａｇ、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）など）の中から屈折率の異なる２種類以上の材料を使用し、それらを基板上に交互に所定の厚みに積層したもので、所望の光学特性を有している。光学多層膜を構成する各層の厚さは使用波長領域における波長程度の厚さであって、光学薄膜設計の理論に従って設計される。
The optical multilayer film, generally various dielectric and metallic materials (e.g., SiO 2, TiO 2, Ta 2
光学膜の成膜方法の一つに、マグネトロンスパッタリング法がある。
マグネトロンスパッタリング法は、磁気閉回路が背後に配置されたターゲットと呼ばれる電極に負の電圧を印加し、ターゲット表面付近でイオン化されたスパッタリングガス（一般にはＡｒが使用される）のターゲットへの衝撃により、ターゲット材の原子を放出させて基板上に堆積させる方法である。
One of the methods for forming an optical film is a magnetron sputtering method.
The magnetron sputtering method applies a negative voltage to an electrode called a target with a magnetic closed circuit placed behind it, and the impact of the sputtering gas ionized near the target surface (generally Ar is used) on the target. In this method, the atoms of the target material are released and deposited on the substrate.
マグネトロンスパッタリングに用いるターゲットの形状としては、円形や長方形などの平面状のものが一般的である。また、ターゲットを含むカソードの構造は、ターゲットの背後に、プラズマを増強するための電子トラップ用磁場を形成するマグネトロン磁気回路を備えており、この磁気回路の位置は、通常ターゲットに対して固定されている。
また、マグネトロンターゲットとしては、他に、ターゲットを円筒型にし、その中に磁気回路を円筒型ターゲットに対して固定しないように設け、円筒型ターゲットを連続的に磁気回路に対して相対的に回転させる構造のものもある（特許文献１参照）。この場合、エロージョン領域（ターゲット上でイオン衝撃が起きる領域）を円筒型ターゲットの表面上で連続的に移動させ、結果として、ターゲット全面にエロージョン領域を広げることができる。（本発明にかかる回転円筒ターゲットはマグネトロン式回転円筒ターゲットである。）
The shape of a target used for magnetron sputtering is generally a flat shape such as a circle or a rectangle. In addition, the cathode structure including the target is provided with a magnetron magnetic circuit that forms a magnetic field for electron trap for enhancing the plasma behind the target, and the position of the magnetic circuit is usually fixed with respect to the target. ing.
In addition, as a magnetron target, the target is made cylindrical and the magnetic circuit is not fixed to the cylindrical target, and the cylindrical target is continuously rotated relative to the magnetic circuit. Some have a structure to be used (see Patent Document 1). In this case, the erosion region (region where ion bombardment occurs on the target) is continuously moved on the surface of the cylindrical target, and as a result, the erosion region can be spread over the entire surface of the target. (The rotating cylindrical target according to the present invention is a magnetron rotating cylindrical target.)
スパッタリングモードとしては、金属モードスパッタリング（スパッタリング領域でスパッタリングガスの割合が反応ガスの割合より十分多い状態でのスパッタリング）、反応性モードスパッタリング（スパッタリング領域でターゲット材料を基板に積層すると同時に、反応性ガスを導入して、基板上にターゲット材料の反応化合物を積層させる）、また、いわゆるメタモードスパッタリングなどがある（特許文献２参照）。このメタモードスパッタリングは、先ずスパッタ領域において、導電性ターゲット材を金属モードでその超薄膜（通常数原子厚み程度以下）を基板に積層し、次にスパッタ領域とは物理的に離れた別の場所に設けられた反応領域に基板を搬送して、その反応領域で反応ガスにより所望の前記超薄膜を化合物に変換させる。 Sputtering modes include metal mode sputtering (sputtering in a state where the sputtering gas ratio is sufficiently higher than the reaction gas ratio in the sputtering region), reactive mode sputtering (reactive gas is simultaneously deposited on the substrate in the sputtering region). And a reactive compound of a target material is laminated on a substrate), and so-called metamode sputtering (see Patent Document 2). In this meta mode sputtering, first, in a sputtering region, a conductive target material is laminated in a metal mode with an ultra-thin film (usually about several atoms thick or less) on a substrate, and then physically separated from the sputtering region. The substrate is transferred to a reaction region provided in the substrate, and the desired ultrathin film is converted into a compound by a reaction gas in the reaction region.
金属モードスパッタリングの場合には、スパッタリングガス圧が一定の条件では、ターゲットに投入する電力を一定に保つと、スパッタリングレート（成膜レート）は、ほぼ一定になることがわかっている。しかし、メタル材料を反応ガスなどと反応させて基板上に成膜する反応性モードスパッタリングの場合には、反応性の大きな材料、例えばＳｉのような材料をターゲット材に使用すると、スパッタリングガスが反応ガス（例えば酸素や窒素）の量より十分多い場合にはさほど問題はないが、反応ガス量が相対的に多くなると、ターゲット表面が反応ガスと反応して、スパッタリングレートが変動することが知られている。 In the case of metal mode sputtering, it has been found that the sputtering rate (deposition rate) becomes substantially constant when the power supplied to the target is kept constant under the condition that the sputtering gas pressure is constant. However, in the case of reactive mode sputtering in which a metal material is reacted with a reactive gas or the like to form a film on a substrate, if a highly reactive material, such as Si, is used as a target material, the sputtering gas will react. There is no problem when the amount of gas (for example, oxygen or nitrogen) is sufficiently large, but it is known that when the amount of reactive gas is relatively large, the target surface reacts with the reactive gas and the sputtering rate fluctuates. ing.
平面ターゲットの場合、背後のマグネトロン磁気回路はターゲット材料に対して固定されているので、常にターゲット表面の同じ部分がスパッタリングガスイオンによって浸食（エロージョン）され続ける。そのため、ターゲット近傍に反応ガスが存在しても、反応ガスがターゲットの侵食部分へ与える影響は小さく、ほぼ一定のスパッタリングレートが確保される。
しかしながら、回転円筒ターゲットを用いてメタモードスパッタリングをおこなう場合、反応ガスが反応領域からスパッタ領域へ入り込み、その中で回転円筒ターゲットは円筒ターゲット内部に固定されたマグネトロン磁気回路の周りを回転する。その回転にともない、磁気回路の部分に回ってきたターゲット表面部分はスパッタされて、ターゲット材自体の表面が露出するが、それ以外のターゲット表面部分は回転により次に磁気回路部分に回ってくるまでの間は、周囲に多少存在する反応ガスプラズマにさらされるので、多少なりとも反応化合物で覆われるようになる。そのため、回転円筒ターゲット表面には、反応化合物で覆われた部分と反応化合物で覆われていない新鮮なターゲット材料部分が混在しており、それらの部分がマグネトロン磁気回路の部分に順次回ってくるので、スパッタリングレートは一定にならず、少なくとも、ターゲットが回転を始めて１回転する間は不安定になる。
In the case of a planar target, the magnetron magnetic circuit behind is fixed with respect to the target material, so that the same part of the target surface is always eroded by sputtering gas ions. Therefore, even if a reactive gas exists in the vicinity of the target, the influence of the reactive gas on the eroded portion of the target is small, and a substantially constant sputtering rate is ensured.
However, when metamode sputtering is performed using a rotating cylindrical target, the reactive gas enters the sputtering region from the reaction region, and the rotating cylindrical target rotates around the magnetron magnetic circuit fixed inside the cylindrical target. Along with the rotation, the target surface portion that has turned to the magnetic circuit portion is sputtered to expose the surface of the target material itself, but the other target surface portions are rotated to the next magnetic circuit portion by rotation. In the meantime, since it is exposed to the reactive gas plasma that exists somewhat in the surroundings, it is covered with the reactive compound to some extent. For this reason, the surface of the rotating cylindrical target is mixed with a portion covered with the reactive compound and a fresh target material portion not covered with the reactive compound, and these portions sequentially turn to the magnetron magnetic circuit portion. The sputtering rate is not constant, and becomes unstable at least while the target starts to rotate once.
本発明の目的は、回転円筒ターゲットを用いたスパッタリングによる成膜において、スパッタリングレートの不安定性を取り除き、精度良く膜厚を制御する手段を提供することである。本発明は特に、メタモードスパッタリングにおいて重要な技術となる。 An object of the present invention is to provide means for removing the instability of the sputtering rate and controlling the film thickness with high accuracy in film formation by sputtering using a rotating cylindrical target. The present invention is particularly important in metamode sputtering.
本発明は上記問題を解決すべく、鋭意実験的に検討した結果、到達したもので、請求項１記載の発明は、スパッタ室内に一つまたは複数の回転円筒ターゲットを備えたスパッタ源において、前記回転円筒ターゲットとの間に間隙を有するように前記スパッタ室内にシールドを設けて、該シールドにより前記スパッタ室を、前記回転円筒ターゲットのスパッタリングガスイオンの衝撃側の領域と、スパッタリングガスイオンの非衝撃側の領域とに仕切り、スパッタリングガスを前記回転円筒ターゲットのスパッタリングガスイオンの非衝撃側の領域から前記間隙、それとは別に設けた隙間またはその両方を通してスパッタリングガスイオンの衝撃側の領域に導入してスパッタリングすることを特徴とするものである。
The present invention has been achieved as a result of intensive experiments to solve the above problems, and the invention according to
請求項１記載の発明によれば、スパッタ室内において、回転円筒ターゲットのスパッタリングガスイオンの非衝撃側はスパッタリングガスで満たされるため、回転円筒ターゲットは、スパッタリングガスイオンの非衝撃側がスパッタリングガスに覆われ、ターゲット材自体の表面が保持されるので、スパッタリングレートが安定する。 According to the first aspect of the present invention, since the non-impact side of the sputtering gas ions of the rotating cylindrical target is filled with the sputtering gas in the sputtering chamber, the non-impact side of the sputtering gas ions is covered with the sputtering gas. Since the surface of the target material itself is held, the sputtering rate is stabilized.
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のスパッタ源において、反応ガスを前記回転円筒ターゲットのスパッタリングガスイオンの衝撃側の領域からスパッタ室内に導入してスパッタリングすることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, the sputtering source according to the first aspect is characterized in that the reactive gas is introduced into the sputtering chamber from a region on the impact side of the sputtering gas ions of the rotating cylindrical target and sputtered. It is.
請求項２記載の発明によれば、反応ガスを前記回転円筒ターゲットのスパッタリングガスイオンの衝撃側の領域からスパッタ室内に導入してスパッタリングするため、回転円筒ターゲットのスパッタリングガスイオンの非衝撃側が反応ガスに触れることがなく、安定したスパッタリングレートの反応性モードスパッタリングをおこなうことができる。 According to the second aspect of the present invention, since the reactive gas is introduced into the sputtering chamber from the sputtering gas ion impact region of the rotating cylindrical target and sputtered, the non-impacted side of the sputtering gas ion of the rotating cylindrical target is the reactive gas. Reactive mode sputtering at a stable sputtering rate can be performed without touching the surface.
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記シールドは金属からなることを特徴とするものである。また、請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記シールドは絶縁性セラミックからなることを特徴とするものである。
前記シールドは、ガス雰囲気あるいはプラズマ雰囲気を分離するため、金属で構成することができるが、その機能上、負の高電圧が印加されるターゲットに近接して設置されるので、絶縁性セラミックで構成すると、ターゲットとの接触による電気的不具合の発生を防ぐことができる。
The invention according to
The shield can be made of metal in order to separate the gas atmosphere or plasma atmosphere, but because of its function, it is installed close to the target to which a negative high voltage is applied, so it is made of insulating ceramic. Then, generation | occurrence | production of the electrical malfunction by contact with a target can be prevented.
また、請求項５記載の発明は、請求項１ないし４記載の発明において、前記回転円筒ターゲットは、二つの回転円筒ターゲットであって、デュアルマグネトロンターゲットを構成していることを特徴とするものである。
The invention according to
また、請求項６記載の発明は、基板を保持する基板搬送装置を真空槽内に備え、スパッタリングによりターゲット材からなる超薄膜を前記基板搬送装置に保持された基板上に成膜させるスパッタ源を備えた少なくとも一つのスパッタ領域と、反応性ガスにより前記超薄膜を所望の化合物超薄膜に変換する少なくとも一つの反応領域とを設け、前記基板搬送装置に保持された基板を前記スパッタ領域から前記反応領域に搬送して処理し、この工程を繰り返して所望の化合物薄膜を基板上に成膜するスパッタ成膜装置であって、前記スパッタ源の少なくとも一つは、請求項１乃至５に記載のスパッタ源であることを特徴とするスパッタ成膜装置である。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a sputtering source comprising a substrate transfer device for holding a substrate in a vacuum chamber, and depositing an ultrathin film made of a target material on the substrate held by the substrate transfer device by sputtering. At least one sputter region provided, and at least one reaction region for converting the ultra-thin film into a desired compound ultra-thin film by a reactive gas, and the substrate held by the substrate transfer device is moved from the sputter region to the reaction A sputter deposition apparatus for transporting to a region and processing, and repeating this process to form a desired compound thin film on a substrate, wherein at least one of the sputter sources is a sputter according to
請求項６記載の発明によれば、回転円筒ターゲットのスパッタリングガスイオンの非衝撃側が反応ガスに触れることがなく、安定したスパッタリングレートのメタモードスパッタリングをおこなうことができる。
なお、基板を保持する基板搬送装置は、例えば請求項７に記載のように、回転可能な円筒形状体あるいは回転可能な平面円盤形状体であって、基板を円軌道上を搬送するもの、あるいは、直線移動が可能で、直線移動方向に平行な平面部を有する平面形状体であって、基板を直線軌道上を搬送するものとする。
According to the sixth aspect of the present invention, the non-impact side of the sputtering gas ions of the rotating cylindrical target is not in contact with the reaction gas, and metamode sputtering at a stable sputtering rate can be performed.
The substrate transfer device for holding the substrate is, for example, a rotatable cylindrical body or a rotatable planar disk-shaped body as described in claim 7, and transports the substrate on a circular orbit, or It is a planar shape body that can move linearly and has a plane portion parallel to the linear movement direction, and transports the substrate on a linear track.
さらに、請求項８記載の発明は、請求項６または７記載のスパッタ成膜装置を用いて、基板を搭載した基板搬送装置を回転しながらスパッタ領域において、スパッタリングにより回転円筒ターゲットのターゲット材からなる超薄膜を前記基板上に成膜し、次いで、反応領域において、前記超薄膜を所望の化合物超薄膜に変換し、この工程を繰り返して所望の化合物薄膜を基板上に成膜することを特徴とするスパッタ成膜方法である。
Further, the invention according to
本発明のスパッタ源は、回転円筒ターゲットのスパッタリングガスイオンの非衝撃側がスパッタリングガスで覆われるため、ターゲット材自体の表面を保持することができるので、スパッタリングレートが安定する、という利点を有する。 The sputtering source of the present invention has the advantage that the sputtering rate is stable because the surface of the target material itself can be held because the non-impact side of the sputtering gas ions of the rotating cylindrical target is covered with the sputtering gas.
図１は、本発明に係るスパッタ源の一実施形態の上側から見た平面断面図である。
本実施形態のスパッタ源は、図１に示すように、スパッタ室１内に回転円筒ターゲット２を備えている。回転円筒ターゲット２は、その内部に固定されたマグネット３の回りに回転可能に取り付けられている。マグネット３は、スパッタ室１の開口部に面する回転円筒ターゲット２の表面部分２ａ近傍に磁気回路を形成する。この磁気回路部分にスパッタリングガスの高密度のプラズマが形成され、回転円筒ターゲット２の表面部分２ａがスパッタリングガスイオンの衝撃を受ける。
また、スパッタ室１内を、回転円筒ターゲット２の表面部分２ａを含み、回転円筒ターゲット２がスパッタリングガスイオンの衝撃を受ける衝撃側の領域１ａと、回転円筒ターゲット２がスパッタリングガスイオンの衝撃を受けない非衝撃側の領域１ｂとに仕切るシールド４が設けられている。このシールド４の材質はＳＵＳ３０４である。シールド４は、回転円筒ターゲット２との間にガス流通路となる間隙５を有するように、回転円筒ターゲット２の両側に設けられ、グランドに接続している。さらに、スパッタ室１の領域１ａには反応ガス導入口６が設けられ、領域１ｂにはスパッタリングガス導入口７が設けられている。スパッタリングガスを導入する隙間は別にシールド４自体に隙間を置けても良い。
スパッタ膜が成膜される基板８は、スパッタ室１に面する直線軌道９上を往復搬送される。
FIG. 1 is a plan cross-sectional view of an embodiment of a sputtering source according to the present invention as seen from above.
As shown in FIG. 1, the sputtering source of this embodiment includes a rotating
In addition, the
The
本実施形態が従来例と異なる特徴的なことは、スパッタ室１内にシールド４を設け、該シールド４により前記スパッタ室１を、前記回転円筒ターゲット２のスパッタリングガスイオンの衝撃側の領域１ａと、スパッタリングガスイオンの非衝撃側の領域１ｂとに、間隙５を有するように仕切っていることである。
本実施形態では、スパッタリングガスを領域１ｂから間隙５あるいは別にシールド４に設けた隙間を通して領域１ａに導入してスパッタリングすることにより、スパッタリングレートを安定化することができる。
This embodiment is different from the conventional example in that a shield 4 is provided in the
In this embodiment, the sputtering rate can be stabilized by introducing sputtering gas from the
上記スパッタ源を用いて、ターゲット電圧を以下の条件で測定した。
すなわち、Ｓｉからなる回転円筒ターゲット２の直径を１００ｍｍ、長さを６００ｍｍとし、回転円筒ターゲット２と基板８の軌道９間の距離を１００ｍｍとする。回転円筒ターゲット２は、約８秒で一回転させる。
スパッタ室１の領域１ｂに、スパッタリングガスとしてＡｒガスをスパッタリングガス導入口７から流量１５０ｓｃｃｍで導入し、領域１ａに反応ガスとして酸素を反応ガス導入口６から導入する。
The target voltage was measured under the following conditions using the sputtering source.
That is, the diameter of the rotating
Ar gas as a sputtering gas is introduced into the
酸素の流量を２００ｓｃｃｍとし、回転円筒ターゲット２に５ｋＷの電力を供給し、ターゲット電圧の時間変動を測定した。その結果を図２に示す。
なお、ターゲット電圧はスパッタリングレートと相関関係があり、ターゲット電圧が低いことは、スパッタリングレートが低いことを示す。
図２に示すように、ターゲット電圧は、シールド４を有する場合に、シールド４がない場合よりも高くなる。また、ターゲット電圧は、回転円筒ターゲット２が最初に一回転する約８秒の間にもっとも大きな変動をし、その後の回転による電圧変動は小さく、安定する。シールド４を有する場合には、最初の一回転における電圧変動は、その後の回転による電圧変動に比してそれほど大きくないのに対し、シールド４がない場合には、最初の一回転における電圧変動が、その後の回転による電圧変動に比して、きわめて大きくなっている。
この結果より、回転円筒ターゲット２が酸化されやすいＳｉからなる場合、シールド４は、スパッタリングレートの安定化にきわめて有効であることがわかる。
The flow rate of oxygen was set to 200 sccm, 5 kW of electric power was supplied to the rotating
Note that the target voltage has a correlation with the sputtering rate, and a low target voltage indicates a low sputtering rate.
As shown in FIG. 2, the target voltage is higher when the shield 4 is provided than when the shield 4 is not provided. Further, the target voltage fluctuates most during about 8 seconds when the rotating
From this result, it can be seen that when the rotating
また、導入酸素流量を０〜３００ｓｃｃｍの間で変えて、回転円筒ターゲット２が最初に一回転する間のターゲット電圧変動値を測定した。その結果、図３に示すように、導入酸素流量が大きくなると、シールド４のない場合の電圧変動は急激に大きくなり、また、シールド４を有する場合との電圧変動値の差が大きくなる。したがって、導入酸素流量が大きくなるほど、スパッタリングレートの安定性に対して、シールド４が有効であることがわかる。
Further, the target oxygen fluctuation value during the first rotation of the rotating
図４は、本発明に係るスパッタ源の他の実施例を上側から見た平面断面図である。
本実施例は、実施例１におけるＳｉからなる回転円筒ターゲット２を用い、スパッタ室１内にデュアルマグネトロンターゲットを構成する一対の回転円筒ターゲット２、２を５０ｍｍ間隔で備え、シールド１０を設けたこと以外は、実施例１と同様である。シールド１０の材質はＳＵＳ３０４である。シールド１０は、スパッタ室１壁と２個の回転円筒ターゲット２との間、および２個の回転円筒ターゲット２、２の間に、間隙５を有するように設けられて、スパッタ室１を領域１ａと領域１ｂに仕切っている。
FIG. 4 is a plan sectional view of another embodiment of the sputtering source according to the present invention as viewed from above.
In this example, the
本実施例について、以下の条件で、ターゲット電圧の時間変動を測定した。すなわち、スパッタ室１の領域１ｂに、スパッタリングガスとしてＡｒガスをスパッタリングガス導入口７から流量１５０ｓｃｃｍで導入し、領域１ａに反応ガスとして酸素を反応ガス導入口６から流量２００ｓｃｃｍで導入した。また、一対の回転円筒ターゲット２、２に９ｋＷの電力を供給し、前記各回転円筒ターゲット２を約８秒で一回転させる。
ターゲット電圧の時間変動を測定した結果を図５に示す。図５から分かるように、本実施例においても、実施例１の場合と同様に、ターゲット電圧は、シールド１０を有する場合に、シールド１０がない場合よりも高くなる。また、ターゲット電圧は、回転円筒ターゲット２が最初に一回転する約８秒の間にもっとも大きな変動をし、その後の回転による電圧変動は小さく、安定する。シールド１０を有する場合には、最初の一回転における電圧変動は、その後の回転による電圧変動に比してそれほど大きくないのに対し、シールド１０がない場合には、最初の一回転における電圧変動が、その後の回転による電圧変動に比して、きわめて大きくなっている。
For this example, the time variation of the target voltage was measured under the following conditions. That is, Ar gas as a sputtering gas was introduced into the
The result of measuring the time variation of the target voltage is shown in FIG. As can be seen from FIG. 5, in this embodiment as well, in the case of the first embodiment, the target voltage is higher when the
また、導入酸素流量を０〜３００ｓｃｃｍの間で変えて、回転円筒ターゲット２が最初に一回転する間のターゲット電圧変動値を測定した。その結果、図６に示すように、実施例１の場合と同様に、導入酸素流量が大きくなると、シールド１０のない場合の電圧変動は急激に大きくなり、また、シールド１０を有する場合との電圧変動値の差が大きくなる。したがって、導入酸素流量が大きくなるほど、スパッタリングレートの安定性に対して、シールド１０が有効であることがわかる。
Further, the target oxygen fluctuation value during the first rotation of the rotating
なお、上記実施例１、２において、基板８は直線軌道９上を往復移動したが、基板８は、図７に示すように、円周軌道１１上を回転移動してもよい。
In the first and second embodiments, the
図８は、本発明にかかるスパッタ成膜装置の一実施例の平面断面図である。
図８において、２０は真空槽であるスパッタリングチャンバ、２１はＳｉスパッタ室、２２ａ、２２ｂはデュアルマグネトロンターゲットを構成するＳｉ回転円筒ターゲット、２３はＳｉ用シールド、２４はＮｂスパッタ室、２５ａ、２５ｂはデュアルマグネトロンターゲットを構成するＮｂ回転円筒ターゲット、２６はＮｂ用シールド、２７はガラス基板、２８は円筒回転基板搬送装置、２９は反応室、３０は高周波アンテナである。
本実施例では、ガラス基板２７を円筒回転基板搬送装置２８に搭載し、スパッタリングチャンバ２０内を回転搬送して、ガラス基板２７上に多層膜を形成する。
また、Ｓｉ用シールド２３は、Ｓｉ回転円筒ターゲット２２ａ、２２ｂとの間に間隙（図示されず）を有するように設けられ、Ｓｉスパッタ室２１をＳｉ回転円筒ターゲット２２ａ、２２ｂのスパッタリングガスイオンの衝撃側の領域２１ａと、スパッタリングガスイオンの非衝撃側の領域２１ｂとに仕切っている。領域２１ａには反応ガス導入口３１が設けられ、領域２１ｂにはスパッタリングガス導入口３２が設けられている。
同様に、Ｎｂ用シールド２６は、Ｎｂ回転円筒ターゲット２５ａ、２５ｂとの間に間隙（図示されず）を有するように設けられ、Ｎｂスパッタ室２４をＮｂ回転円筒ターゲット２５ａ、２５ｂのスパッタリングガスイオンの衝撃側の領域２４ａと、スパッタリングガスイオンの非衝撃側の領域２４ｂとに仕切っている。領域２４ａには反応ガス導入口３３が設けられ、領域２４ｂにはスパッタリングガス導入口３４が設けられている。
FIG. 8 is a plan sectional view of an embodiment of the sputter deposition apparatus according to the present invention.
In FIG. 8, 20 is a sputtering chamber which is a vacuum chamber, 21 is a Si sputtering chamber, 22a and 22b are Si rotating cylindrical targets constituting a dual magnetron target, 23 is a Si shield, 24 is an Nb sputtering chamber, and 25a and 25b are An Nb rotating cylindrical target constituting a dual magnetron target, 26 an Nb shield, 27 a glass substrate, 28 a cylindrical rotating substrate transfer device, 29 a reaction chamber, and 30 a high-frequency antenna.
In this embodiment, the
The
Similarly, the
本実施例のスパッタ成膜装置により、以下の工程で多層膜を成膜する。すなわち、
１）まず、一対のＳｉ回転円筒ターゲット２２ａ、２２ｂを備えたＳｉスパッタ室２１のあるスパッタ領域で、ガラス基板２７上にメタルモード（スパッタリングガスの割合が反応性ガスの割合より十分に多い状態）で超薄膜（通常、数原子層以下の厚さ）をスパッタ成膜する。
２）次いで、酸素ガスが導入された反応室２９のある反応領域にガラス基板２７を回転搬送し、高周波アンテナ３０により反応室２９内に酸素プラズマを発生させて、前記超薄膜を酸化反応させる。この工程を繰り返して、所定の厚さのＳｉＯ2膜を成膜する。
３）次いで、一対のＮｂ回転円筒ターゲット２５ａ、２５ｂを備えたＮｂスパッタ室２４のあるスパッタ領域で、ガラス基板２７にメタルモードで超薄膜をスパッタ成膜する。
４）次いで、前記反応室２９のある反応領域にガラス基板２７を回転搬送し、前記超薄膜を酸化反応させる。この工程を繰り返して、所定の厚さのＮｂ2Ｏ5 膜を成膜する。
５）上記１）〜４）の工程を繰り返して、ＳｉＯ2 ／Ｎｂ2Ｏ5 の多層膜を成膜する。
なお、本実施例のスパッタ成膜装置には反応性モードスパッタリングができるように、Ｓｉスパッタ室２１の領域２１ａに反応ガス導入口３１が設けられ、Ｎｂスパッタ室２４の領域２４ａには反応ガス導入口３１が設けられているが、上記工程では反応ガス導入口３１、３３から反応ガスが導入されることはない。
A multilayer film is formed by the following steps using the sputtering film forming apparatus of this embodiment. That is,
1) First, in a sputtering region having a
2) Next, the
3) Next, an ultra-thin film is sputter-deposited on the
4) Next, the
5) The steps 1) to 4) are repeated to form a multilayer film of SiO 2 / Nb 2 O 5 .
In the sputter deposition apparatus of the present embodiment, a reactive gas inlet 31 is provided in the
本実施例のスパッタ成膜装置を用いて、上記工程により、表１に示す成膜設計条件の光学多層膜フィルタを作製した。
Using the sputter deposition apparatus of this example, an optical multilayer filter having the deposition design conditions shown in Table 1 was fabricated by the above-described process.
上記光学多層膜フィルタのスパッタ成膜条件は以下のとおりである。
すなわち、スパッタリングチャンバ２０内のベース圧力は０．０００５Ｐａ、成膜中の圧力は０．２Ｐａである。また、円筒回転基板搬送装置２８の回転速度は１２０ｒｐｍである。Ｓｉスパッタ室２１およびＮｂスパッタ室２４のある２箇所のスパッタ領域において、スパッタリングガスはＡｒであり、その供給量は１５０ｓｃｃｍである。また、Ｓｉ回転円筒ターゲット２２ａ、２２ｂへの交流電力の供給量は１０ｋＷ、Ｎｂ回転円筒ターゲット２５ａ、２５ｂへの交流電力の供給量は４ｋＷである。また、反応室２９のある反応領域において、反応ガスは酸素であり、その供給量は２００ｓｃｃｍである。また、高周波アンテナ３０から反応室２９内への高周波電力の供給量は４ｋＷである。得られたＳｉＯ2 の成膜レートは４Ａ／ｓｅｃ、Ｎｂ2Ｏ5 の成膜レートは３．８Ａ／ｓｅｃであった。
各層の膜厚制御は、Ｓｉ回転円筒ターゲット２２ａ、２２ｂおよびＮｂ回転円筒ターゲット２５ａ、２５ｂへの投入電力を一定にしておき、予め割り出しておいた成膜レートに基づき、成膜時間を制御することによりおこなった。
The sputter deposition conditions for the optical multilayer filter are as follows.
That is, the base pressure in the sputtering
The film thickness control of each layer is performed by controlling the film formation time based on the film formation rate determined in advance while keeping the input power to the Si rotation cylinder targets 22a and 22b and the Nb rotation cylinder targets 25a and 25b constant. It was done by.
上述のようにして成膜した光学多層膜フィルタについて、分光光度計を用いて分光透過率を測定した。その結果を図９に示す。
図９からわかるように、シールド２３、２６を設けた場合の分光透過率Ａは、シールド２３、２６がない場合の分光透過率Ｂよりも、より理論値の分光透過率Ｃに近くなっている。このことは、シールド２３、２６を設けることにより、反応室２９に導入された酸素ガスが領域２１ｂ、２４ｂに拡散して入り込むの防ぐことができるため、成膜レートが安定し、膜厚制御性が向上して、多層膜を構成する各膜厚が設定値により近くなっていることを示している。
The spectral transmittance of the optical multilayer filter formed as described above was measured using a spectrophotometer. The result is shown in FIG.
As can be seen from FIG. 9, the spectral transmittance A when the
１ スパッタ室
１ａ、１ｂ、２１ａ、２１ｂ，２４ａ、２４ｂ 領域
２ 回転円筒ターゲット
２ａ 表面部分
３ マグネット
４、１０ シールド
５ 間隙
６、３１、３３ 反応ガス導入口
７、３２、３４ スパッタリングガス導入口
８、２７ 基板
９、１１ 軌道
２０ スパッタリングチャンバ
２１ Ｓｉスパッタ室
２２ａ、２２ｂ Ｓｉ回転円筒ターゲット
２３ Ｓｉ用シールド
２４ Ｎｂスパッタ室
２５ａ、２５ｂ Ｎｂ回転円筒ターゲット
２６ Ｎｂ用シールド
２８ 円筒回転基板搬送装置
２９ 反応室
３０ 高周波アンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記回転円筒ターゲットとの間に間隙を有するように前記スパッタ室内にシールドを設けて、該シールドにより前記スパッタ室を、前記回転円筒ターゲットのスパッタリングガスイオンの衝撃側の領域と、スパッタリングガスイオンの非衝撃側の領域とに仕切り、
スパッタリングガスを前記回転円筒ターゲットのスパッタリングガスイオンの非衝撃側の領域から前記間隙、それとは別に設けた隙間またはその両方を通してスパッタリングガスイオンの衝撃側の領域に導入してスパッタリングすることを特徴とするスパッタ源。 In a sputter source with one or more rotating cylindrical targets in the sputter chamber,
A shield is provided in the sputtering chamber so as to have a gap between the rotating cylindrical target, and the sputtering chamber is formed by the shield so that the sputtering gas ion impact region of the rotating cylindrical target and the non-sputtering gas ion are non-sputtered. Partition into the area on the impact side,
Sputtering gas is introduced into the region on the impact side of the sputtering gas ions from the region on the non-impact side of the sputtering gas ion of the rotating cylindrical target through the gap, a gap provided separately from the gap, or both, and sputtering is performed. Sputter source.
前記スパッタ源の少なくとも一つは、請求項１乃至５に記載のスパッタ源であることを特徴とするスパッタ成膜装置。 A substrate transfer device for holding the substrate is provided in the vacuum chamber, and at least one sputtering region having a sputtering source for forming an ultra-thin film made of a target material on the substrate held by the substrate transfer device by sputtering, and reaction And at least one reaction region for converting the ultrathin film into a desired compound ultrathin film with a reactive gas, and transporting the substrate held by the substrate transport apparatus from the sputter region to the reaction region for processing. Is a sputter film forming apparatus for forming a desired compound thin film on a substrate by repeating
6. A sputter deposition apparatus according to claim 1, wherein at least one of the sputter sources is the sputter source according to claim 1.
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