JP5246862B2

JP5246862B2 - Sputtering equipment

Info

Publication number: JP5246862B2
Application number: JP2008263363A
Authority: JP
Inventors: 崇長田; 雅仁石川
Original assignee: AGC Techno Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Techno Glass Co Ltd
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: JP2010090458A

Description

本発明は、基体表面に化合物膜を形成するスパッタリング装置に関するものである。 The present invention relates to a sputtering apparatus for forming a compound film on a substrate surface.

デジタルスチルカメラやビデオカメラに利用されるＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子の分光感度は、人間の視感度特性と較べて近赤外域の光に対し強い感度を持つ特徴がある。そこで、一般的には、固体撮像素子の分光感度を人間の視感度特性に合わせるための視感度補正フィルタが用いられる。 The spectral sensitivity of a solid-state imaging device such as a CCD or CMOS used for a digital still camera or a video camera has a characteristic that it has a higher sensitivity to light in the near infrared region than human visual sensitivity characteristics. Therefore, in general, a visibility correction filter for adjusting the spectral sensitivity of the solid-state imaging device to human visibility characteristics is used.

これら視感度補正フィルタは、光学多層膜により可視光を透過し近赤外線を反射するフィルタである。この光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）は、水晶、白板ガラス等の透明基板上に二酸化チタン等の高屈折率材料からなる透明薄膜と二酸化ケイ素等の低屈折率材料からなる透明薄膜とを交互に数十層積層したものであり、これら透明薄膜による光の干渉を利用して所望する波長域の光を反射もしくは透過させる。つまり、各波長における透過率は、交互に積層する各透明薄膜の光学膜厚（薄膜の屈折率と薄膜の物理膜厚の積）によって決まるため、所望する波長域の光が反射もしくは透過するように、積層する透明薄膜の屈折率、膜厚及び積層数が設計される（特許文献１）。 These visibility correction filters are filters that transmit visible light and reflect near infrared rays through an optical multilayer film. This optical multilayer film (near-infrared cut filter) alternates transparent thin films made of high refractive index materials such as titanium dioxide and transparent thin films made of low refractive index materials such as silicon dioxide on transparent substrates such as quartz and white glass. Dozens of layers are laminated, and light in a desired wavelength region is reflected or transmitted using interference of light by these transparent thin films. In other words, the transmittance at each wavelength is determined by the optical film thickness (product of the refractive index of the thin film and the physical film thickness of the thin film) of the transparent thin films stacked alternately, so that light in the desired wavelength range is reflected or transmitted. In addition, the refractive index, film thickness, and number of layers of the transparent thin film to be laminated are designed (Patent Document 1).

また、その他の用途に用いられる光学多層膜としては、１本の光ファイバに異なる波長の光信号を乗せる波長多重方式（ＷＤＭ）に使用される多層膜フィルタがある。この多層膜フィルタには、基板上に１００層を超える誘電体の薄膜が成膜される。この多層膜フィルタは、膜厚のばらつきを例えば０．１％以下と極めて少なくしなければ、所望する光学特性のフィルタを得ることができず、中心波長のズレによる混信、膜厚ムラによる光量値の損失などの問題が発生する。
特開２０００−３１４８０８号 In addition, as an optical multilayer film used for other applications, there is a multilayer film filter used in a wavelength multiplexing system (WDM) in which optical signals of different wavelengths are placed on one optical fiber. In this multilayer filter, a dielectric thin film having more than 100 layers is formed on a substrate. This multilayer filter cannot obtain a filter having a desired optical characteristic unless the variation in film thickness is extremely small, for example, 0.1% or less. Problems such as loss.
JP 2000-314808 A

近赤外線カットフィルタやＷＤＭ用多層膜フィルタ等の光学多層膜を構成する化合物膜を形成する装置として、スパッタリング装置があり、スパッタリングの方法としては、反応性スパッタリング法と後酸化スパッタリング法とがある。 As an apparatus for forming a compound film constituting an optical multilayer film such as a near-infrared cut filter or a WDM multilayer filter, there is a sputtering apparatus. As a sputtering method, there are a reactive sputtering method and a post-oxidation sputtering method.

反応性スパッタリング法は、化合物膜（薄膜）の原料となる金属製ターゲット、スパッタリング効率を高める為の永久磁石、被成膜基体、被成膜基体を取り付ける基体ホルダをチャンバ内に配置し、不活性ガス（例えば、アルゴンガス）及び反応性ガス（例えば、酸素ガスや窒素ガス）を導入するとともに、ターゲットに電力を投入することでプラズマを発生させる。プラズマ中のアルゴンイオンがカソードであるターゲットに向かって加速され、衝突のエネルギーにより金属製ターゲット材料の原子がスパッタ粒子として弾き出され、被成膜基体上に付着する。このとき、弾き出された原子はチャンバ内に存在する反応性ガスと反応し、化合物膜（例えば、酸化物膜や窒化物膜）として被成膜基体上に形成する方法である。
また、後酸化スパッタリング法とは、チャンバ内の成膜ゾーンに化合物膜（薄膜）の原料となる金属製ターゲット、スパッタリング効率を高める為の永久磁石、被成膜基体、被成膜基体を取り付ける基体ホルダを配置し、不活性ガス（例えば、アルゴンガス）のみもしくは微量の反応性ガス（例えば、酸素ガス）を含むガスを導入するとともに、ターゲットに電力を投入することでプラズマを発生させる。プラズマ中のアルゴンイオンがカソードであるターゲットに向かって加速され、衝突のエネルギーにより金属製ターゲット材料の原子がスパッタ粒子として弾き出されることで、被成膜基体上に金属膜が形成される。この基体を同じチャンバ内の酸化ゾーンに送り、これら金属膜を酸化することで、被成膜基体上に酸化物膜を形成する方法である。 In the reactive sputtering method, a metal target used as a raw material for a compound film (thin film), a permanent magnet for increasing sputtering efficiency, a substrate to be deposited, and a substrate holder for mounting the substrate to be deposited are disposed in a chamber and are inactive. While introducing a gas (for example, argon gas) and a reactive gas (for example, oxygen gas or nitrogen gas), plasma is generated by supplying power to the target. Argon ions in the plasma are accelerated toward a target that is a cathode, and atoms of the metal target material are ejected as sputtered particles by the energy of collision, and adhere to the deposition target substrate. At this time, the ejected atoms react with the reactive gas present in the chamber, and are formed as a compound film (for example, an oxide film or a nitride film) on the deposition target substrate.
The post-oxidation sputtering method is a metal target used as a raw material for a compound film (thin film) in a deposition zone in a chamber, a permanent magnet for increasing sputtering efficiency, a substrate to be deposited, and a substrate to which a substrate to be deposited is attached. A holder is disposed, and a gas containing only an inert gas (for example, argon gas) or a small amount of reactive gas (for example, oxygen gas) is introduced, and plasma is generated by applying power to the target. Argon ions in the plasma are accelerated toward a target that is a cathode, and atoms of the metal target material are ejected as sputtered particles by the energy of collision, whereby a metal film is formed on the deposition target substrate. This is a method of forming an oxide film on a substrate to be deposited by sending this substrate to an oxidation zone in the same chamber and oxidizing these metal films.

これらスパッタリング装置においては、同一バッチ内の基体ホルダへの基体の取り付け位置によって、基体に形成される化合物膜の膜厚分布にバラツキが生じるという問題がある。近赤外線カットフィルタやＷＤＭ用多層膜フィルタは設計膜厚通りに化合物膜を形成しないと、所望の光学特性を得ることができない。この問題について、ターゲットと基体との間に膜厚補正板を挟み込み、膜厚分布が厚い部分を膜厚補正板にて遮蔽することで、同一バッチ内の基体の膜厚分布を一定にする方法が従来より行われている。 In these sputtering apparatuses, there is a problem in that the film thickness distribution of the compound film formed on the substrate varies depending on the mounting position of the substrate to the substrate holder in the same batch. The near-infrared cut filter and the WDM multilayer filter cannot obtain desired optical characteristics unless the compound film is formed according to the designed film thickness. Regarding this problem, a method of making the film thickness distribution of the substrates in the same batch constant by sandwiching the film thickness correction plate between the target and the substrate and shielding the thick film distribution portion with the film thickness correction plate. Has been performed conventionally.

しかし、膜厚補正板は、ターゲットと対向する位置に配置される関係上、その表面にスパッタ粒子による膜物質が堆積することは免れない。その結果、膜厚補正板に堆積した膜物質は、成膜中に剥れてチャンバ内を浮遊し、基体に異物として付着したり、放電のプラズマに取り込まれて異常放電として観測されるなど、長期間の安定した化合物膜の形成を阻害するという問題がある。また、同一バッチ内の基体の膜厚分布を一定にする作業は、成膜を行い、膜厚分布のバラツキを確認し、調整を行うという作業を何度も繰り返す必要があり、所望の膜厚分布に補正するには、多くの時間と手間がかり生産性を低下させるという問題がある。 However, since the film thickness correcting plate is disposed at a position facing the target, it is inevitable that a film material due to sputtered particles is deposited on the surface of the film thickness correcting plate. As a result, the film material deposited on the film thickness correction plate peels off during film formation and floats in the chamber, adheres to the substrate as a foreign substance, is taken into the discharge plasma, and is observed as an abnormal discharge, etc. There is a problem of inhibiting the formation of a stable compound film for a long period of time. In addition, the work of making the film thickness distribution of the substrates in the same batch constant is necessary to repeat the work of film formation, confirming the dispersion of the film thickness distribution, and adjusting the number of times. In order to correct the distribution, there is a problem that a lot of time and labor are required to reduce productivity.

本発明は、これら問題点に鑑み、同一バッチ内において基体に形成される化合物膜の膜厚分布を均一に調整する作業を簡素化でき、かつ長期間にわたり安定した化合物膜の形成ができるスパッタリング装置を提供することを目的とする。 In view of these problems, the present invention can simplify the work of uniformly adjusting the film thickness distribution of a compound film formed on a substrate in the same batch, and can form a stable compound film over a long period of time. The purpose is to provide.

本発明のスパッタリング装置は、所定の真空度に保たれたチャンバと、前記チャンバ内に配置された基体と、前記チャンバ内に反応性ガスまたは不活性ガスのどちらかもしくは両方からなるガスを供給するガス供給管と、前記チャンバ内に配置されたターゲットとを備え、前記基体表面に前記ターゲットの化合物膜を形成するスパッタリング装置であって、前記ガス供給管に前記チャンバ内へ前記ガスを吹き出すための複数のガス供給孔をその孔径を調整可能に設け、前記ガス供給孔の吹き出し部の前方に前記ガス供給孔から吹き出される前記ガスを拡散する拡散板を備え、かつ前記拡散板の隣接する位置には、前記ガス供給孔から吹き出される前記ガスが直接ターゲット表面に供給されるのを遮断するための遮断板を備えることを特徴とする。
The sputtering apparatus of the present invention supplies a chamber composed of a predetermined degree of vacuum, a substrate disposed in the chamber, and a gas composed of one or both of a reactive gas and an inert gas into the chamber. A sputtering apparatus comprising a gas supply pipe and a target disposed in the chamber and forming a compound film of the target on the surface of the substrate, for blowing the gas into the chamber through the gas supply pipe A plurality of gas supply holes are provided so that the diameters of the gas supply holes can be adjusted, a diffusion plate for diffusing the gas blown out from the gas supply holes is provided in front of the blowing portion of the gas supply holes , and adjacent positions of the diffusion plates the characterized Rukoto comprises a blocking plate for blocking the said gas blown from the gas supply hole is supplied directly to the target surface .

また、前記ガスは、反応性ガスを含むものであり、更にプラズマ・エミッション・モニタリングを備え、前記プラズマ・エミッション・モニタリングによって前記チャンバ内に導入する前記ガスの供給量を制御して、反応性スパッタリングにおける遷移状態にて基体表面に前記ターゲットの化合物膜を形成することを特徴とする。 The gas includes a reactive gas, and further includes plasma emission monitoring, and the supply amount of the gas introduced into the chamber is controlled by the plasma emission monitoring, and reactive sputtering is performed. The target compound film is formed on the surface of the substrate in the transition state in FIG.

本発明のスパッタリング装置によれば、チャンバ内に供給する反応性ガスまたは不活性ガスのどちらかもしくは両方からなるガスを効果的に拡散することにより、特に基体表面の周辺におけるガスの分布を平均化し、よって基体に形成する化合物膜の膜厚分布を均一に調整する作業を簡素化できる。また、ガス供給孔にターゲットからスパッタされた膜物質が堆積することがないため、長期間にわたり安定した化合物膜の形成が可能である。 According to the sputtering apparatus of the present invention, by effectively diffusing a gas composed of one or both of a reactive gas and an inert gas supplied into the chamber, the gas distribution, particularly around the substrate surface, is averaged. Therefore, the work of uniformly adjusting the film thickness distribution of the compound film formed on the substrate can be simplified. In addition, since the film material sputtered from the target is not deposited in the gas supply hole, a stable compound film can be formed over a long period of time.

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that members, arrangements, and the like described below do not limit the present invention, and it goes without saying that various modifications can be made in accordance with the spirit of the present invention.

本実施形態のスパッタリング装置においては、反応性スパッタリング法を用い、ターゲットをプラズマにてスパッタする際、チャンバ内に酸素や窒素などの反応性ガス及び不活性ガスを導入し、ターゲットからスパッタされたスパッタ粒子と反応性ガスとが基体表面で反応し、化合物膜を形成する。 In the sputtering apparatus of this embodiment, when sputtering a target with plasma using a reactive sputtering method, a reactive gas such as oxygen or nitrogen and an inert gas are introduced into the chamber, and the sputtering sputtered from the target. The particles and the reactive gas react on the substrate surface to form a compound film.

図１は本発明の実施形態に係るスパッタリング装置の概略の構成を示す横断面図であり、図２はスパッタリング装置の概略の構成を示す縦断面図である。本発明のスパッタリング装置１は、チャンバ２と、ターゲット３と、基体６と、ガス供給管４と、拡散板９とを主要な構成要件とするものであり、反応性スパッタリング法にて基体上に化合物膜を形成するものである。 FIG. 1 is a transverse sectional view showing a schematic configuration of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the sputtering apparatus. The sputtering apparatus 1 of the present invention has a chamber 2, a target 3, a base 6, a gas supply pipe 4, and a diffusion plate 9 as main constituent elements, and is formed on the base by a reactive sputtering method. A compound film is formed.

反応室となるチャンバ２は、公知の反応性スパッタリング装置で通常用いられるような、略直方体形状をした中空体である。チャンバ２は、図示せぬ排気用ポンプと連結され、スパッタに必要な所定の真空度を得ることができる。また、チャンバ２は図示せぬ不活性ガス供給管と連結され、不活性ガス供給管からアルゴンガス等の不活性ガスが一定量導入される。また、図示されていないが、チャンバ２には基体６を出し入れするためのドアが設けられる。なお、不活性ガス供給管は、後述するガス供給管４に接続されることで、反応性ガスと不活性ガスとが混合状態でチャンバ２内に供給されるようにしてもよい。 The chamber 2 serving as a reaction chamber is a hollow body having a substantially rectangular parallelepiped shape that is usually used in a known reactive sputtering apparatus. The chamber 2 is connected to an exhaust pump (not shown) and can obtain a predetermined degree of vacuum necessary for sputtering. The chamber 2 is connected to an inert gas supply pipe (not shown), and a predetermined amount of inert gas such as argon gas is introduced from the inert gas supply pipe. Although not shown, the chamber 2 is provided with a door for taking in and out the base 6. Note that the inert gas supply pipe may be connected to a gas supply pipe 4 described later so that the reactive gas and the inert gas are supplied into the chamber 2 in a mixed state.

チャンバ２内に配置されたドラム８の外周面には基体ホルダ７が取り付けられ、基体ホルダ７には複数の基体６が保持固定される。ドラム８は、図示せぬ駆動源により縦軸回転するため、ドラム８に取り付けた基体ホルダ７および基体６も一体的に回転する。ドラム８や基体ホルダ７の形状は、円筒形状に限らず、多角筒形状（横断面が多角形状）であってもよい。 A substrate holder 7 is attached to the outer peripheral surface of the drum 8 disposed in the chamber 2, and a plurality of substrates 6 are held and fixed to the substrate holder 7. Since the drum 8 is rotated in the vertical axis by a drive source (not shown), the substrate holder 7 and the substrate 6 attached to the drum 8 also rotate integrally. The shape of the drum 8 and the substrate holder 7 is not limited to a cylindrical shape, and may be a polygonal cylinder shape (a cross section is a polygonal shape).

基体６と対向するチャンバ２の内壁には、ターゲット３が配置される。ターゲット３の材質は、形成される化合物膜によって適宜選択されるものであり、例えば、ケイ素、ニオブ、チタン、アルミニウム、タンタル等を採用することが可能である。また、ターゲット３の形状としては、実施形態のように矩形平板状に限定されず、円板状のものなど、任意の形状のものでもよい。また、ドラム８や基体ホルダ７は、ターゲット３表面の鉛直方向に回転軸を有する円板状であってもよい。 A target 3 is disposed on the inner wall of the chamber 2 facing the base 6. The material of the target 3 is appropriately selected depending on the compound film to be formed. For example, silicon, niobium, titanium, aluminum, tantalum, or the like can be employed. In addition, the shape of the target 3 is not limited to a rectangular flat plate shape as in the embodiment, and may be an arbitrary shape such as a disk shape. Further, the drum 8 and the substrate holder 7 may have a disk shape having a rotation axis in the vertical direction of the surface of the target 3.

基体６は、スパッタリング装置１によって表面に化合物膜が形成される。基体６の形状は、実施形態に示すような板状のものに限定されず、反射鏡のような凹状のものやレンズ状のものなどを用いることもできる。また、基体６の材質は、ガラスやプラスチックや金属等であってもよい。基体表面の化合物膜は、ターゲット材料や反応性ガスの種類に応じて酸化物膜や窒化物膜など適宜のものが形成される。 A compound film is formed on the surface of the substrate 6 by the sputtering apparatus 1. The shape of the substrate 6 is not limited to a plate shape as shown in the embodiment, and a concave shape such as a reflecting mirror or a lens shape can also be used. Further, the material of the base 6 may be glass, plastic, metal, or the like. As the compound film on the substrate surface, an appropriate film such as an oxide film or a nitride film is formed according to the type of the target material and the reactive gas.

ガス供給管４は、チャンバ２内でターゲット３の両脇に軸線が鉛直方向となるように配置されている。ガス供給管４は、チャンバ２外に設けられたマスフローコントローラと配管により接続され、チャンバ２内に供給する反応性ガスの供給量が必要に応じて制御される。 The gas supply pipe 4 is arranged on both sides of the target 3 in the chamber 2 so that the axis is in the vertical direction. The gas supply pipe 4 is connected to a mass flow controller provided outside the chamber 2 by piping, and the amount of reactive gas supplied into the chamber 2 is controlled as necessary.

ガス供給管４の側面には、チャンバ２内へ反応性ガスを供給するガス供給孔５が、管軸方向に整列した状態で、対向する他方のガス供給管方向に多数個設けられている。ガス供給孔５は、孔径が調整可能であり、これらを調整することでチャンバ２内の反応性ガスの分布を調整し、基体６表面に形成される化合物膜の膜厚分布を補正する。 On the side surface of the gas supply pipe 4, a large number of gas supply holes 5 for supplying reactive gas into the chamber 2 are provided in the direction of the other gas supply pipe facing each other in a state of being aligned in the pipe axis direction. The diameter of the gas supply hole 5 can be adjusted. By adjusting these, the distribution of the reactive gas in the chamber 2 is adjusted, and the film thickness distribution of the compound film formed on the surface of the substrate 6 is corrected.

ガス供給孔５は、孔径を調整可能とするため、中心に適宜の寸法の貫通孔を有する孔径変換ネジ１０を用い、これらをガス供給管４に差し替えることで孔径を調整するものである。孔径変換ネジ１０は、孔径だけでなく、貫通孔長さが異なるものや中心に貫通孔がない盲栓なども用いることができる。また、ガス供給管４に取り付ける孔径変換ネジ１０は、取り付け形態がネジだけでなく、プラグなどの挿し込んで固定するタイプのものなどであってもよい。ガス供給孔５の吹き出し部１１とは、ガスが通過する孔部のチャンバ２内に面した箇所をいう。また、ガス供給孔５に孔径変換ネジ１０を用いる場合は、孔径変換ネジ１０の貫通孔のチャンバ２内に面した箇所を吹き出し部１１という。 The gas supply hole 5 adjusts the hole diameter by using a hole diameter conversion screw 10 having a through hole of an appropriate size in the center and replacing them with the gas supply pipe 4 so that the hole diameter can be adjusted. As the hole diameter converting screw 10, not only the hole diameter but also those having different through hole lengths or blind plugs having no through hole in the center can be used. Moreover, the hole diameter conversion screw 10 attached to the gas supply pipe 4 may be not only a screw but also a type in which a plug or the like is inserted and fixed. The blowout part 11 of the gas supply hole 5 refers to a part of the hole part through which the gas passes facing the chamber 2. When the hole diameter conversion screw 10 is used for the gas supply hole 5, a portion of the through hole of the hole diameter conversion screw 10 facing the chamber 2 is referred to as a blowing part 11.

スパッタリング装置１において、基体６表面に形成される化合物膜の膜厚分布が、同一バッチ内でばらつく原因として、ターゲット３と基体６との位置関係が考えられる。ターゲット３に対して正面に位置する基体６は、ターゲット３から飛散するスパッタ粒子が多い。これに対し、ターゲット３に対して端部に位置する基体６（図２において、基体ホルダ７の上端や下端に取り付けられるもの）は、ターゲット３から飛散するスパッタ粒子が少ない。そのため、基体ホルダ７の上下方向中央付近の基体６上に形成される化合物膜の膜厚分布が厚く、上下端部の基体６上に形成される化合物膜の膜厚分布が薄くなる傾向が見られる。特にターゲット３の縦横比が大きい場合、中央部と端部とで基体６上に形成される化合物膜の膜厚分布のバラツキが顕著に見られる。 In the sputtering apparatus 1, the positional relationship between the target 3 and the substrate 6 can be considered as a cause of the variation in the film thickness distribution of the compound film formed on the surface of the substrate 6 within the same batch. The base body 6 located in front of the target 3 has many sputtered particles scattered from the target 3. On the other hand, the base body 6 (attached to the upper and lower ends of the base body holder 7 in FIG. 2) located at the end with respect to the target 3 has few sputtered particles scattered from the target 3. Therefore, there is a tendency that the film thickness distribution of the compound film formed on the substrate 6 near the center in the vertical direction of the substrate holder 7 is thick and the film thickness distribution of the compound film formed on the substrate 6 at the upper and lower ends is thin. It is done. In particular, when the aspect ratio of the target 3 is large, variation in the film thickness distribution of the compound film formed on the substrate 6 is noticeable between the central portion and the end portion.

これら基体６表面に形成される化合物膜の膜厚分布のバラツキに対して、前記のとおりガス供給孔５の孔径を調整することで、反応性ガスや不活性ガスの分布を最適化し、膜厚分布を均一な状態に補正することができる。しかし、その調整作業には多大な時間と手間を要するという問題がある。
その原因として、膜厚分布は孔径の調整、つまり供給される反応性ガスや不活性ガスの流量調整に対して非常に鋭敏に反応することが挙げられる。そのため、膜厚分布を均一に補正する作業は、成膜を行い、膜厚分布のバラツキを確認し、孔径を調整する、ことを何度も繰り返す必要があり、所望の膜厚分布に補正するには、多くの時間と手間がかかり、生産性を低下させるものである。また、ターゲット３を新品と交換した場合には、その都度ガス供給孔５の孔径を調整し、膜厚分布を補正する必要がある。 By adjusting the hole diameter of the gas supply hole 5 as described above with respect to the variation in the film thickness distribution of the compound film formed on the surface of the substrate 6, the distribution of the reactive gas and the inert gas is optimized, and the film thickness is increased. The distribution can be corrected to a uniform state. However, there is a problem that the adjustment work requires a lot of time and labor.
The reason for this is that the film thickness distribution reacts very sensitively to the adjustment of the pore diameter, that is, to the adjustment of the flow rate of the supplied reactive gas or inert gas. Therefore, the work of correcting the film thickness distribution uniformly involves performing film formation, checking the dispersion of the film thickness distribution, and adjusting the hole diameter many times, and correcting to the desired film thickness distribution. Takes a lot of time and effort, and reduces productivity. When the target 3 is replaced with a new one, it is necessary to adjust the hole diameter of the gas supply hole 5 and correct the film thickness distribution each time.

これら膜厚分布の補正作業を簡素化する目的で、本発明のスパッタリング装置１では、ガス供給孔５の吹き出し部１１の前方に拡散板９が配置される。ガス供給孔５から吹き出された反応性ガスは、吹き出し部１１の前方に配置された拡散板９の表面に突き当たることで、その流れが拡散板９の板面方向に拡散される。その後、反応性ガスが基体ホルダ７に保持固定された基体６の近傍に流出することで、基体６表面付近に存在する反応性ガスの分布を平均化することができる。なお、拡散板９の効果は、基体ホルダ７に取り付けられた全ての基体６の表面に存在する反応性ガスの分布を平均化するものではなく、ガス供給孔５の個々の孔径調整の効果を鈍らせる程度のものである。前記のとおり、ガス供給孔５の孔径を調整することで、基体６上に形成される薄膜の膜厚分布を均一化することができるが、この孔径調整と拡散板９とを併用することで、孔径調整による膜厚分布の補正程度を鈍らせ、所望の膜厚分布に補正する作業を格段に簡素化することができる。 In order to simplify the correction work of these film thickness distributions, in the sputtering apparatus 1 of the present invention, the diffusion plate 9 is disposed in front of the blowing portion 11 of the gas supply hole 5. The reactive gas blown out from the gas supply hole 5 strikes the surface of the diffusion plate 9 disposed in front of the blowing portion 11, so that the flow is diffused in the plate surface direction of the diffusion plate 9. Thereafter, the reactive gas flows out in the vicinity of the base 6 held and fixed to the base holder 7, so that the distribution of the reactive gas existing near the surface of the base 6 can be averaged. The effect of the diffusion plate 9 is not to average the distribution of reactive gas existing on the surface of all the substrates 6 attached to the substrate holder 7, but to adjust the individual hole diameters of the gas supply holes 5. It is a thing to dull. As described above, by adjusting the hole diameter of the gas supply hole 5, the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate 6 can be made uniform. By using this hole diameter adjustment and the diffusion plate 9 in combination, The work of correcting the film thickness distribution by adjusting the hole diameter can be dulled, and the operation for correcting the film thickness distribution to a desired film thickness distribution can be greatly simplified.

拡散板９は、ガス供給孔５の吹き出し部１１とターゲット３との間に配置されていることが好ましい。このように配置することで、ターゲット３から弾き出されたスパッタ粒子がガス供給孔５の吹き出し部１１周辺に付着、堆積するのを効果的に防ぐことができる。これにより、スパッタリング装置１を長期間使用する際、ガス供給孔５の吹き出し部１１がスパッタ粒子によって目詰まり等して反応性ガス供給量が時間経過とともに変化することがなく、ガス供給孔５のメンテナンスサイクルの軽減、安定した薄膜の膜厚分布が長期間にわたり持続するという効果が得られる。 It is preferable that the diffusion plate 9 is disposed between the blowing portion 11 of the gas supply hole 5 and the target 3. By arranging in this way, it is possible to effectively prevent the sputtered particles ejected from the target 3 from adhering to and depositing around the blowing portion 11 of the gas supply hole 5. As a result, when the sputtering apparatus 1 is used for a long period of time, the blowing portion 11 of the gas supply hole 5 is not clogged with sputtered particles, and the amount of reactive gas supplied does not change over time. The effects of reducing the maintenance cycle and maintaining a stable thin film thickness distribution over a long period of time are obtained.

また、拡散板９は、反応性ガスをガス供給孔５の軸線と略直交する方向に拡散するよう、図１に示すようにその板面がガス供給孔５の軸線と略直交するように配置されていることが好ましい。これにより、反応性ガスを拡散する作用がより効果的に得られる。 Further, the diffusion plate 9 is disposed so that its plate surface is substantially orthogonal to the axis of the gas supply hole 5 as shown in FIG. 1 so as to diffuse the reactive gas in a direction substantially orthogonal to the axis of the gas supply hole 5. It is preferable that Thereby, the effect | action which diffuses reactive gas is acquired more effectively.

拡散板９に隣接する位置には、ガス供給孔５から吹き出される反応性ガスが直接ターゲット３表面に供給されるのを遮断するための遮断板１２を備えることが好ましい。遮断板１２により、ターゲット３表面への反応性ガスの流入が全くなくなるわけではないものの、反応性ガスがターゲット３表面に直接吹き付けられることがないため、ターゲット３表面が反応性ガスにより汚染されることがなく、安定した化合物膜の形成が可能となる。なお、遮断板１２は隣接する拡散板９と別体で設けられても、一体で設けられていてもよい。また、拡散板９や遮蔽板１２は、ガス供給孔５の孔径調整作業を容易とするため、取り外し可能であることが好ましい。 It is preferable to provide a blocking plate 12 at a position adjacent to the diffusion plate 9 for blocking the reactive gas blown from the gas supply hole 5 from being directly supplied to the surface of the target 3. Although the flow of the reactive gas to the surface of the target 3 is not completely eliminated by the shielding plate 12, the surface of the target 3 is contaminated by the reactive gas because the reactive gas is not sprayed directly on the surface of the target 3. This makes it possible to form a stable compound film. The blocking plate 12 may be provided separately from the adjacent diffusion plate 9 or may be provided integrally. Further, the diffusion plate 9 and the shielding plate 12 are preferably removable in order to facilitate the hole diameter adjustment work of the gas supply hole 5.

図１の実施形態において、拡散板９は、横断面視でガス供給孔５の吹き出し部１１の前方に設けられている。また、遮断板１２は、拡散板９に隣接し、横断面視で拡散板９の板面方向に直交する方向に設けられている。これにより、ガス供給孔５から吹き出された反応性ガスは、遮断板１２が存在することでターゲット３側に流れず、基体６近傍方向のみに流れる。また、ターゲット３から弾き出されるスパッタ粒子は、拡散板９及び遮断板１２により、ガス供給孔５に到達し難い。また、図１に示すとおり拡散板９の板面とターゲット３表面とが略直交する位置関係であるため、拡散板９表面（ターゲット３に面した側）にスパッタ粒子が付着し難く、拡散板９表面からの膜物質の剥離による化合物膜の形成時の不具合を未然に防ぐことができる。 In the embodiment of FIG. 1, the diffusion plate 9 is provided in front of the blowing portion 11 of the gas supply hole 5 in a cross sectional view. The blocking plate 12 is adjacent to the diffusion plate 9 and is provided in a direction orthogonal to the plate surface direction of the diffusion plate 9 in a cross-sectional view. Thereby, the reactive gas blown out from the gas supply hole 5 does not flow to the target 3 side due to the presence of the blocking plate 12 and flows only in the vicinity of the base 6. Further, the sputtered particles ejected from the target 3 do not easily reach the gas supply hole 5 due to the diffusion plate 9 and the blocking plate 12. Also, as shown in FIG. 1, since the plate surface of the diffusion plate 9 and the surface of the target 3 are in a positional relationship that is substantially orthogonal, the sputter particles hardly adhere to the surface of the diffusion plate 9 (side facing the target 3). 9 It is possible to prevent problems during the formation of the compound film due to the peeling of the film substance from the surface.

本発明のスパッタリング装置１は、化合物膜として酸化物光学膜の形成に好適に用いられる。この場合、反応性ガスとして酸素ガスを用い、前記の適宜のターゲット材料を用いる。このような酸化物光学膜としては、例えば、ビデオカメラ等の固体撮像素子の光学系に用いられる、反射防止膜や、近赤外線カットフィルタなどがある。反射防止膜は、成膜基体表面の光の反射率を低減し、光の透過率を増加するものであり、ＭｇＦ_２の単層膜やＡｌ_２Ｏ_３／Ｔａ_２Ｏ_５／ＭｇＦ_２の多層膜などで構成される。また、近赤外線カットフィルタは、近赤外域の波長の光のみを選択的にカットするものであり、低屈折率膜と高屈折率膜との交互多層膜で構成され、例えば、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２の多層膜やＡｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２の多層膜などで構成される。これら複数の化合物膜を多層構造で基体６表面に形成する場合は、チャンバ２内に複数のターゲット３を配置して、順番に化合物膜を形成する。その他、化合物膜としては、フォトマスクブランクスのガラス基板表面に形成される遮光膜や、切削工具や摺動部材の表面に形成される酸化物膜などがある。 The sputtering apparatus 1 of the present invention is suitably used for forming an oxide optical film as a compound film. In this case, oxygen gas is used as the reactive gas, and the appropriate target material is used. Examples of such an oxide optical film include an antireflection film and a near-infrared cut filter used in an optical system of a solid-state imaging device such as a video camera. Antireflection film reduces the reflectance of light of the deposition substrate surface, which increases the transmittance of light, the MgF ₂ monolayer film or _{_{_{_{Al 2 O 3 / Ta 2 O}}}} 5 / MgF 2 multilayer It is composed of a film. Further, the near-infrared cut filter selectively cuts only light having a wavelength in the near-infrared region, and is composed of alternating multilayer films of a low-refractive index film and a high-refractive index film, for example, TiO ₂ / SiO ₂ ₂ multilayer films or a multilayer film of Al ₂ O ₃ / TiO ₂ / SiO ₂ . When these compound films are formed on the surface of the substrate 6 with a multilayer structure, the plurality of targets 3 are arranged in the chamber 2 and the compound films are formed in order. In addition, examples of the compound film include a light shielding film formed on the glass substrate surface of the photomask blank and an oxide film formed on the surface of the cutting tool or the sliding member.

本発明のスパッタリング装置１は、更にプラズマ・エミッション・モニタリングを備え、プラズマ・エミッション・モニタリングによってチャンバ２内に導入する反応性ガス供給量を制御し、反応性スパッタリングにおける遷移状態にて基体表面に化合物膜を形成してもよい。 The sputtering apparatus 1 of the present invention further includes plasma emission monitoring, controls the supply amount of the reactive gas introduced into the chamber 2 by plasma emission monitoring, and the compound on the substrate surface in the transition state in reactive sputtering. A film may be formed.

反応性スパッタリングにおいては、成膜速度や膜質の異なる、いくつかの状態が存在する。一般的には、金属状態、遷移状態、化合物状態と呼ばれる三態であり、反応性ガス導入量と成膜速度との関係を模式的に図示すると、図３のようになる。金属状態は、反応性ガスが比較的少ない場合に存在し、状態としては非常に安定である。成膜速度が非常に高いため、金属ターゲット表面が反応性ガスに汚染されず、形成される膜は不完全な化合物膜となり、金属的な性質を示す。化合物状態は、反応性ガスが比較的多い場合に存在し、状態としては非常に安定である。この状態においては反応性ガスが多いため、金属ターゲット表面が反応性ガスによって酸化された化合物膜で被覆された状態、すなわち金属化合物ターゲットを用いた場合と同様になる。そのため、成膜速度は非常に小さいが、形成される膜は完全に化合物化された状態である。遷移状態は、反応性ガスが金属状態と化合物状態との中間程度であり、状態としては非常に不安定である。成膜速度は比較的早く、十分に化合された膜から、不十分に化合された膜まで、条件により得られる膜質は異なる。なお、これらの現象に関しては、Ｂｅｒｇ等によるモデル的な考察（Ｓ．Ｂｅｒｇ，Ｈ−Ｏ．Ｂｌｏｍ，Ｔ．Ｌａｒｓｓｏｎ，Ｃ．Ｎｅｎｄｅｒ：Ｊ．Ｖａｃ，Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，５，（１９８７），２０２）や小林春洋著「スパッタ薄膜」（日刊工業新聞社）などで説明されている。 In reactive sputtering, there are several states with different film formation rates and different film qualities. In general, there are three states called a metal state, a transition state, and a compound state, and FIG. 3 schematically shows the relationship between the reactive gas introduction amount and the film formation rate. The metal state exists when the amount of reactive gas is relatively small, and the state is very stable. Since the film formation rate is very high, the surface of the metal target is not contaminated by the reactive gas, and the formed film becomes an incomplete compound film and exhibits metallic properties. The compound state exists when the reactive gas is relatively large, and the state is very stable. In this state, since there is much reactive gas, it is the same as the case where the metal target surface is covered with the compound film oxidized by the reactive gas, that is, when the metal compound target is used. Therefore, although the film formation rate is very low, the film to be formed is in a completely compounded state. In the transition state, the reactive gas is approximately in the middle between the metal state and the compound state, and the state is very unstable. The film formation rate is relatively fast, and the film quality obtained varies depending on the conditions, from a fully combined film to an incompletely combined film. In addition, regarding these phenomena, model consideration by Berg et al. (S. Berg, H.O. Blom, T. Larsson, C. Nender: J. Vac, Sci. Technol. A, 5, (1987), 202) and “Sputtered thin film” (Nikkan Kogyo Shimbun) by Haruhiro Kobayashi.

反応性スパッタリングにおける遷移状態について、より詳細に説明する。
反応性ガスとして酸素ガスを用いた場合、図３に示すように、金属状態から酸素導入量を段階的に増加していくと、屈曲点付近において、急激に成膜速度が低下し（下向き矢印に示すように）、酸化のヒステリシス（履歴現象）が生じてしまう。これは、酸化物状態から酸素導入量を段階的に減少させた場合でも、同様に屈曲点付近において、上向き矢印の方向に急激に成膜速度が増加する。しかし、酸素導入量を精密に制御することで、上記のような急激な状態変化を起こさずに特性曲線に示すような遷移状態を得ることが可能である。遷移状態について特性曲線を用いて説明すると、酸素導入量に対して、状態が大きく変化する領域である。具体的には、成膜速度−酸素導入量やプラズマ発光強度−酸素導入量の特性曲線における酸化物状態側の屈曲点（酸化物状態と遷移状態との境界）と金属状態側の屈曲点（金属状態と遷移状態との境界）との間の領域をいう。 The transition state in reactive sputtering will be described in more detail.
When oxygen gas is used as the reactive gas, as shown in FIG. 3, when the amount of oxygen introduced is increased stepwise from the metal state, the film formation rate rapidly decreases near the inflection point (downward arrow). As shown in FIG. 2), an oxidation hysteresis (history phenomenon) occurs. This is because, even when the amount of oxygen introduced is gradually reduced from the oxide state, the film formation rate increases rapidly in the direction of the upward arrow in the vicinity of the bending point. However, by precisely controlling the amount of oxygen introduced, it is possible to obtain a transition state as shown in the characteristic curve without causing a sudden state change as described above. The transition state will be described using a characteristic curve. This is a region where the state changes greatly with respect to the amount of oxygen introduced. Specifically, the inflection point on the oxide state side (boundary between the oxide state and the transition state) and the inflection point on the metal state side in the characteristic curves of film formation rate—oxygen introduction amount and plasma emission intensity—oxygen introduction amount ( The region between the metal state and the transition state).

前記遷移状態は、状態として非常に不安定であり、図３においては、逆Ｓ字カーブの屈曲点部分から遷移状態に移行できずに、矢印で示す方向、化合物状態から金属状態、もしくは金属状態から化合物状態へ瞬時に推移し、結果として、反応性スパッタリングおいては、ヒステリシスが構成される。 The transition state is very unstable as a state. In FIG. 3, the transition state cannot be shifted from the inflection point portion of the inverted S-shaped curve, and the direction indicated by the arrow, the compound state to the metal state, or the metal state As a result, hysteresis is formed in reactive sputtering.

このように不安定な遷移状態を安定的に制御するため、反応性スパッタリングのプラズマにおける特定波長のプラズマ発光強度をモニタリングし、そのプラズマ発光強度が一定の値となるよう導入する反応性ガス量を制御する、いわゆるプラズマ・エミッション・モニタリングが用いられる。
スパッタリング装置１において、プラズマ・エミッション・モニタリングを用いた場合の装置の概要を図４に示す。このプラズマ・エミッション・モニタリング装置２０は、プラズマの発光を光ファイバで受光してチャンバ外に導き、特定波長を選択するためのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を経由して最終的にフォトマルで受光される。フォトマルで受光した光強度は、電気信号に変換され、そのデータは光量積分器にて積分され、適正な形で平均化される。そして、このデータがパソコンなどの演算処理装置に送られ、反応性ガス供給量が決定される。そして、決定された反応性ガス導入量データに基づき、マスフローコントローラを駆動し、チャンバ内に導入される反応性ガス供給量が制御される。これらの装置を用いることで、状態として非常に不安定な遷移状態を、安定的に制御することが可能である。 In order to stably control such an unstable transition state, the plasma emission intensity of a specific wavelength in the plasma of reactive sputtering is monitored, and the amount of reactive gas introduced so that the plasma emission intensity becomes a constant value is monitored. Controlled so-called plasma emission monitoring is used.
FIG. 4 shows an outline of the apparatus when plasma emission monitoring is used in the sputtering apparatus 1. The plasma emission monitoring device 20 receives plasma emission with an optical fiber, guides it outside the chamber, and finally receives it with a photomultiplier via a bandpass filter (BPF) for selecting a specific wavelength. The The light intensity received by the photomultiplier is converted into an electric signal, and the data is integrated by a light quantity integrator and averaged in an appropriate form. Then, this data is sent to an arithmetic processing unit such as a personal computer, and the reactive gas supply amount is determined. Then, based on the determined reactive gas introduction amount data, the mass flow controller is driven to control the supply amount of the reactive gas introduced into the chamber. By using these devices, it is possible to stably control a transition state that is extremely unstable as a state.

プラズマ・エミッション・モニタリング装置２０を用いて成膜状態を反応性スパッタリングにおける遷移状態に制御しながら基体上に薄膜を形成すると、比較的早い成膜速度で化合物膜を得ること可能である。その際、遷移状態を安定させるため、反応性ガス供給量は激しく増減を繰り返すように制御される。そのため、ガス供給孔５からチャンバ２内に吹き出される反応性ガス供給量も一定でなく、常に変動する状態となる。ガス供給孔５の孔径は、薄膜の形成を開始する前段階で膜厚分布が均一となるよう調整されるため、実際の基体６表面への薄膜の形成の際に、これらプラズマ・エミッション・モニタリング装置２０による反応性ガス供給量の変動は膜厚分布に影響を及ぼすことはないが、拡散板９を用いることでガス供給孔５から吹き出される反応性ガスを拡散し、基体６表面の反応性ガスの分布を平均化されるため、安定した遷移状態の制御が可能となる。 When a thin film is formed on a substrate while controlling the film formation state to a transition state in reactive sputtering using the plasma emission monitoring device 20, it is possible to obtain a compound film at a relatively high film formation rate. At that time, in order to stabilize the transition state, the reactive gas supply amount is controlled so as to be repeatedly increased and decreased. Therefore, the reactive gas supply amount blown out from the gas supply hole 5 into the chamber 2 is also not constant and always varies. Since the hole diameter of the gas supply hole 5 is adjusted so that the film thickness distribution is uniform before starting the formation of the thin film, the plasma emission monitoring is performed when the thin film is actually formed on the surface of the substrate 6. Although the fluctuation of the reactive gas supply amount by the apparatus 20 does not affect the film thickness distribution, the reactive gas blown out from the gas supply hole 5 is diffused by using the diffusion plate 9, and the reaction on the surface of the substrate 6 is performed. Since the distribution of the characteristic gas is averaged, the stable transition state can be controlled.

また、本発明のスパッタリング装置１は、上記の反応性スパッタリング法を用いた場合だけでなく、後酸化スパッタリング法を用いた装置にも適用可能である。後酸化スパッタリング法においては、チャンバ内の成膜ゾーンにて基体に金属膜を形成する。この際、成膜ゾーンに供給されるガスとしては、不活性ガスのみもしくは微量の反応性ガスを含むものである。そして、反応性スパッタリング法にて説明した場合と同様に、これらガスの供給量が基体上に形成される膜厚分布に大きく影響を及ぼすため、ガス供給孔の吹き出し部の前方に拡散板を設けることが膜厚分布を均一にする上で有効であり、これにより調整作業を簡素化できる。 Moreover, the sputtering apparatus 1 of the present invention can be applied not only to the case where the reactive sputtering method is used but also to an apparatus using a post-oxidation sputtering method. In the post-oxidation sputtering method, a metal film is formed on a substrate in a film formation zone in the chamber. At this time, the gas supplied to the deposition zone includes only an inert gas or a trace amount of reactive gas. As in the case of the reactive sputtering method, since the supply amount of these gases greatly affects the film thickness distribution formed on the substrate, a diffusion plate is provided in front of the blowing portion of the gas supply hole. This is effective in making the film thickness distribution uniform, and this can simplify the adjustment work.

各実施例及び比較例では、図１および図２に示す縦軸回転するドラム８の外周面に複数の基体６を取り付け、基体６がターゲット３正面を横切るようドラム８を縦軸回転させながら化合物膜の形成を行う、カルーセル型スパッタリング装置を用いた。また、ターゲット材等の薄膜の形成時に用いた条件は以下の通りである。
ターゲット材：チタン
基体サイズ：φ３０ｍｍ×ｔ１ｍｍ
反応性ガス：酸素ガス
不活性ガス：アルゴンガス
スパッタ方式：マグネトロンスパッタ
プラズマ・エミッション・モニタリング装置２０は、図４に記載されたもの（光ファイバやマスフローコントローラ等）を、前記カルーセル型スパッタリング装置に取り付けた。
以下に述べる膜厚分布を調査するための薄膜の形成では、チャンバ内を１×１０^−３Ｐａまで排気し、プラズマ・エミッション・モニタリング装置を用いてチタンのプラズマ発光強度（５０１ｎｍ）を監視波長とし、酸素ガス供給量を制御して、遷移状態にて９００秒放電することで、基体（ガラス板）上に酸化チタン薄膜を形成した。
また、膜厚分布を調査するためのモニタ基体は、ターゲットと対向する位置に、中央部を基準として上下５０ｍｍ間隔で配置した。モニタ基体に形成された薄膜の膜厚分布のバラツキは、分光特性を用いて調査した。なお、膜厚分布は中央部に配置されたモニタ基体の膜厚を１００％として、各位置のモニタ基体の膜厚を換算して示した。
なお、反応性ガス供給孔は、ターゲットの長手方向に２５個、約２０ｍｍ間隔の等間隔で直列に設けられており、実施例及び比較例とも、φ０．１ｍｍ単位で調整可能な孔径変換ネジを用いて孔径を調整し、上下方向に配置したモニタ基体に形成される薄膜の膜厚分布のバラツキが小さくなるように補正した。 In each of the examples and comparative examples, a plurality of bases 6 are attached to the outer peripheral surface of the drum 8 that rotates in the vertical axis shown in FIGS. 1 and 2, and the drum 8 is rotated in the vertical axis so that the base 6 crosses the front of the target 3. A carousel type sputtering apparatus for forming a film was used. Moreover, the conditions used at the time of formation of thin films, such as a target material, are as follows.
Target material: Titanium Base size: φ30mm x t1mm
Reactive gas: Oxygen gas Inert gas: Argon gas Sputtering method: Magnetron sputtering plasma emission monitoring device 20 is the same as that shown in FIG. 4 (optical fiber, mass flow controller, etc.) attached to the carousel type sputtering device. It was.
In the formation of a thin film for investigating the film thickness distribution described below, the chamber is evacuated to 1 × 10 ⁻³ Pa, and the plasma emission intensity (501 nm) of titanium is used as the monitoring wavelength using a plasma emission monitoring device. The titanium oxide thin film was formed on the substrate (glass plate) by controlling the oxygen gas supply amount and discharging in the transition state for 900 seconds.
Moreover, the monitor base | substrate for investigating film thickness distribution was arrange | positioned by the 50-mm space | interval at the position facing a target on the basis of the center part. Variations in the film thickness distribution of the thin film formed on the monitor substrate were investigated using spectral characteristics. The film thickness distribution is shown by converting the film thickness of the monitor base at each position with the film thickness of the monitor base disposed at the center as 100%.
The reactive gas supply holes are 25 in the longitudinal direction of the target and are provided in series at equal intervals of about 20 mm. Both the examples and the comparative examples have hole diameter conversion screws that can be adjusted in units of φ0.1 mm. Thus, the hole diameter was adjusted to correct the variation in the film thickness distribution of the thin film formed on the monitor substrate arranged in the vertical direction.

ガス供給孔の孔径調整及び拡散板と遮断板を用いる場合の効果を確認するため、ガス供給孔の孔径を一切調整せず（全てのガス供給孔の孔径が同一）、拡散板および遮断板を取り付けない状態で薄膜の形成を行った。この際の上下方向に配置したモニタ基体に形成される化合物膜の膜厚分布を、図６に示す。なお、膜厚分布の図における横軸は、基板ホルダ中央を０とした場合のモニタ基板距離を示し、プラスが基板ホルダ上方向、マイナスが下方向を示す。 In order to confirm the effect of adjusting the hole diameter of the gas supply holes and using the diffusion plate and the blocking plate, the hole diameters of the gas supply holes are not adjusted at all (the hole diameters of all the gas supply holes are the same). A thin film was formed without mounting. FIG. 6 shows the film thickness distribution of the compound film formed on the monitor substrate arranged in the vertical direction at this time. The horizontal axis in the film thickness distribution diagram indicates the monitor substrate distance when the center of the substrate holder is 0, plus indicates the upward direction of the substrate holder, and minus indicates the downward direction.

（実施例）
前記膜厚分布が未調整状態のスパッタリング装置に対し、ガス供給孔の孔径を調整し、拡散板および遮断板を図１に示す位置関係で取り付け、上下方向に配置した基体に形成される化合物膜の膜厚分布のバラツキが小さくなるよう補正した。膜厚分布を補正した後の化合物膜の膜厚分布を、図７に示す。 (Example)
A compound film formed on a substrate arranged in the vertical direction by adjusting the hole diameter of the gas supply hole and attaching the diffusion plate and the blocking plate in the positional relationship shown in FIG. The film thickness distribution was corrected to be small. The film thickness distribution of the compound film after correcting the film thickness distribution is shown in FIG.

実施例の膜厚分布を補正した後の状態から７ヶ月間、約５０００時間の通常の成膜作業をおこなった後、再度膜厚分布を調査した。この結果を図８に示す。実施例で用いたスパッタリング装置は、拡散板および遮断板を取り付けたことにより、長期間にわたる使用でもガス供給孔にスパッタ粒子による膜物質が堆積せず、膜厚分布補正時の孔径を維持することができたため、上下方向に配置した基体に形成される化合物膜の膜厚分布のバラツキに大きな変化が生じなかったものと考えられる。 After performing the normal film forming operation for about 5000 hours for 7 months from the state after correcting the film thickness distribution of the example, the film thickness distribution was examined again. The result is shown in FIG. The sputtering apparatus used in the examples is equipped with a diffusion plate and a blocking plate, so that film material due to sputter particles does not accumulate in the gas supply hole even when used for a long period of time, and maintains the hole diameter when correcting the film thickness distribution. Therefore, it is considered that there was no significant change in the variation in the film thickness distribution of the compound film formed on the substrate arranged in the vertical direction.

（比較例）
スパッタリング装置に拡散板および遮断板を取り付けない状態で、ガス供給孔を孔径調整ネジを用いて調整し、上下方向に配置した基体に形成される化合物膜の膜厚分布のバラツキが小さくなるよう補正した。膜厚分布を補正した後の化合物膜の膜厚分布を、図９に示す。
次に、膜厚分布を補正した後の状態から３ヶ月、約２１００時間の通常の成膜作業をおこなった後、再度膜厚分布を調査した。この結果を、図１０に示す。比較例で用いたスパッタリング装置は、拡散板および遮断板を取り付けていないため、長期間の使用によりガス供給孔にスパッタ粒子による膜物質が堆積し、特に中央付近に位置するガス供給孔は膜厚分布補正時の孔径より小さくなっているものが多数あった。この影響で、反応性ガスの分布が膜厚分布を補正した後の状態と比較し大きく変化したため、図１０に示すように基体上に形成された化合物膜の膜厚分布が大きくばらついたものと考えられる。 (Comparative example)
The gas supply hole is adjusted using a hole diameter adjusting screw with the diffusion plate and the shielding plate not attached to the sputtering apparatus, and correction is made so that the variation in the film thickness distribution of the compound film formed on the substrate arranged in the vertical direction is reduced. did. The film thickness distribution of the compound film after correcting the film thickness distribution is shown in FIG.
Next, after performing a normal film forming operation for about 2100 hours for 3 months from the state after correcting the film thickness distribution, the film thickness distribution was examined again. The result is shown in FIG. Since the sputtering apparatus used in the comparative example is not equipped with a diffusion plate and a blocking plate, a film material due to sputtered particles accumulates in the gas supply hole after long-term use, and the gas supply hole located near the center is particularly thick. There were many that were smaller than the hole diameter at the time of distribution correction. Because of this, the reactive gas distribution changed significantly compared to the state after correcting the film thickness distribution, so that the film thickness distribution of the compound film formed on the substrate greatly varied as shown in FIG. Conceivable.

また、実施例と比較例とでは、ガス供給孔の孔径調整による膜厚分布の補正時に、拡散板を取り付けた場合と拡散板を取り付けない場合の相違がある。膜厚分布の補正に要した時間は、拡散板を取り付けた場合は、拡散板を取り付けない場合と比較して、約半分の時間で作業を完了できた。これは、拡散板を取り付けることで、ガス供給孔から吹き出された反応性ガスが、拡散板の板面にぶつかることで板面方向に拡散し、その分布が平均化され、ガス供給孔の孔径調整による膜厚分布の補正効果を鈍らせることができたため、各孔径を厳密に調整する必要がなく、膜厚分布の補正に要した時間を短くできたと考えられる。 In addition, the example and the comparative example have a difference between the case where the diffusion plate is attached and the case where the diffusion plate is not attached when correcting the film thickness distribution by adjusting the hole diameter of the gas supply hole. The time required for correcting the film thickness distribution could be completed in about half the time when the diffusion plate was attached compared to the case where the diffusion plate was not attached. This is because the reactive gas blown out from the gas supply hole by attaching the diffusion plate diffuses in the plate surface direction by hitting the plate surface of the diffusion plate, the distribution is averaged, and the hole diameter of the gas supply hole Since the correction effect of the film thickness distribution by the adjustment could be blunted, it is considered that the time required for correcting the film thickness distribution could be shortened without having to adjust each hole diameter strictly.

本発明のスパッタリング装置によれば、チャンバ内へ供給されるガスが効果的に拡散されるため、基体表面の周辺におけるガスの分布が平均化され、基体に形成される化合物膜の膜厚分布を均一に調整する作業を簡素化できる。また、ガス供給孔に膜物質が堆積することがないため、長期間にわたり安定した化合物膜の形成が可能である。 According to the sputtering apparatus of the present invention, since the gas supplied into the chamber is effectively diffused, the gas distribution around the substrate surface is averaged, and the film thickness distribution of the compound film formed on the substrate is reduced. The work of adjusting uniformly can be simplified. In addition, since no film substance is deposited in the gas supply hole, a stable compound film can be formed over a long period of time.

本発明のスパッタリング装置の概略の構成を示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows the schematic structure of the sputtering device of this invention. 本発明のスパッタリング装置の概略の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the schematic structure of the sputtering device of this invention. 反応性スパッタリングにおける三態及びヒステリシスを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the three states and hysteresis in reactive sputtering. 本発明のスパッタリング装置に用いられるプラズマ・エミッション・モニタリング装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the plasma emission monitoring apparatus used for the sputtering device of this invention. ガス供給管とガス供給管に取り付けた孔径変換ネジ（ガス供給孔）との関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the relationship between the hole diameter conversion screw (gas supply hole) attached to the gas supply pipe and the gas supply pipe. ガス供給孔の孔径を調整せず、かつ拡散板を取り付けない場合の基体に形成された薄膜の膜厚分布を示す図である。It is a figure which shows the film thickness distribution of the thin film formed in the base | substrate when not adjusting the hole diameter of a gas supply hole and attaching a diffusion plate. ガス供給孔の孔径を調整し、かつ拡散板を取り付けた場合の基体に形成された薄膜の膜厚分布を示す図である。It is a figure which shows the film thickness distribution of the thin film formed in the base | substrate at the time of adjusting the hole diameter of a gas supply hole, and attaching a diffusion plate. 膜厚分布を調整した状態から約５０００時間成膜作業を行った後の基体に形成された薄膜の膜厚分布を示す図である。It is a figure which shows the film thickness distribution of the thin film formed in the base | substrate after performing film forming operation for about 5000 hours from the state which adjusted film thickness distribution. ガス供給孔の孔径を調整し、かつ拡散板を取り付けない場合の基体に形成された薄膜の膜厚分布を示す図である。It is a figure which shows the film thickness distribution of the thin film formed in the base | substrate when adjusting the hole diameter of a gas supply hole, and not attaching a diffusion plate. 膜厚分布を調整した状態から約２１００時間成膜作業を行った後の基体に形成された薄膜の膜厚分布を示す図である。It is a figure which shows the film thickness distribution of the thin film formed in the base | substrate after performing film forming operation | work for about 2100 hours from the state which adjusted film thickness distribution.

Explanation of symbols

１…スパッタリング装置、２…チャンバ、３…ターゲット、４…ガス供給管、５…ガス供給孔、６…基体、７…基体ホルダ、８…ドラム、９…拡散版、１０…孔径変換ネジ、１１…吹き出し部、１２…遮断板、２０…プラズマ・エミッション・モニタリング装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sputtering apparatus, 2 ... Chamber, 3 ... Target, 4 ... Gas supply pipe, 5 ... Gas supply hole, 6 ... Base | substrate, 7 ... Base | substrate holder, 8 ... Drum, 9 ... Diffusion plate, 10 ... Hole diameter conversion screw, 11 ... Blowout part, 12 ... Blocking plate, 20 ... Plasma emission monitoring device.

Claims

A chamber maintained at a predetermined degree of vacuum, a substrate disposed in the chamber, a gas supply pipe for supplying a gas composed of one or both of a reactive gas and an inert gas into the chamber, and the chamber A sputtering apparatus for forming a compound film of the target on the surface of the substrate, the gas supply pipe having a plurality of gas supply holes for blowing the gas into the chamber A hole diameter is provided to be adjustable, a diffusion plate for diffusing the gas blown out from the gas supply hole is provided in front of the blowing portion of the gas supply hole, and the gas supply is provided at a position adjacent to the diffusion plate. sputtering apparatus according to claim Rukoto comprises a blocking plate for the gas blown out from the holes is cut off from being supplied directly to the target surface.

The gas includes a reactive gas, and further includes plasma emission monitoring. The supply amount of the gas introduced into the chamber is controlled by the plasma emission monitoring, so that transition in reactive sputtering is performed. sputtering apparatus according to claim 1, characterized in that to form a compound film of the target on the substrate surface in the state.