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JP7163154B2 - Thin film manufacturing method, facing target type sputtering apparatus - Google Patents

Thin film manufacturing method, facing target type sputtering apparatus Download PDF

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JP7163154B2 JP2018225667A JP2018225667A JP7163154B2 JP 7163154 B2 JP7163154 B2 JP 7163154B2 JP 2018225667 A JP2018225667 A JP 2018225667A JP 2018225667 A JP2018225667 A JP 2018225667A JP 7163154 B2 JP7163154 B2 JP 7163154B2
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Description

本発明はスパッタリング技術にかかり、特に、対向ターゲット式のスパッタリング装置に関する。 The present invention relates to sputtering technology, and more particularly to a facing target type sputtering apparatus.

電子機器や太陽電池等に使用されるデバイスの中には、真空雰囲気中で形成される薄膜が形成されており、デバイスの高性能化には高品質な薄膜を形成することだけではなく、薄膜を形成する下地と薄膜との間の界面が良好に形成されることも重要となる。 Some of the devices used in electronic equipment, solar cells, etc., have thin films formed in a vacuum atmosphere. It is also important that the interface between the underlayer and the thin film is well formed.

しかしながら基板とターゲットとが対面するマグネトロン式スパッタ法では、薄膜の形成中に数百eV程度の高い運動エネルギーを持った粒子が基板表面に衝突するため、薄膜の膜質を悪化させ、また、界面の特性を低下させる場合がある。 However, in the magnetron sputtering method in which the substrate and the target face each other, particles with high kinetic energy of about several hundred eV collide with the substrate surface during the formation of the thin film. It may deteriorate the characteristics.

特に、酸化物ターゲットを用いて酸素ガスが添加されたスパッタリングガスによって酸化物薄膜を形成する場合や、金属ターゲットを用いて酸素ガスが添加されたスパッタリングガスによって反応性スパッタを行って酸化物薄膜を形成する場合には、ターゲット表面付近で発生した酸素の負イオンが、カソードシースによってターゲット表面に対して垂直方向に数百eV程度に加速され、基板表面と衝突することで膜質および界面特性の低下を引き起こす。 In particular, when an oxide target is used to form an oxide thin film with a sputtering gas to which oxygen gas is added, or when a metal target is used to form an oxide thin film by performing reactive sputtering with a sputtering gas to which oxygen gas is added, the oxide thin film is formed. When forming, negative oxygen ions generated near the target surface are accelerated to several hundred eV in the direction perpendicular to the target surface by the cathode sheath, and collide with the substrate surface, resulting in deterioration of film quality and interfacial characteristics. cause.

一方、ターゲット表面に形成されるプラズマの電位(プラズマポテンシャル)と基板表面の電位差によって数十eV程度の低い運動エネルギーに加速された粒子(Arイオンなど)が基板表面に照射されると、形成中の薄膜の膜質が向上する場合があり、一般的にはイオンアシスト効果として知られている。 On the other hand, when particles (such as Ar ions) accelerated to a low kinetic energy of several tens of eV due to the potential difference between the plasma potential formed on the target surface and the substrate surface are irradiated onto the substrate surface, the formation of This is generally known as the ion assist effect.

ただし、基板表面や下地膜の表面等が下地となり、下地上に酸化物薄膜を形成する場合は、下地と酸化物薄膜との間の界面が形成されるときに数十eV程度と小さい運動エネルギーの粒子が入射しても、界面に下地表面と酸化物薄膜とが混じった中間層が形成され、界面特性が低下する場合がある。 However, when forming an oxide thin film on the substrate surface or the surface of the underlying film, etc., the kinetic energy is as small as several tens of eV when the interface between the underlying film and the oxide thin film is formed. Even if the particles are incident, an intermediate layer in which the base surface and the oxide thin film are mixed is formed at the interface, and the interface characteristics may be deteriorated.

例えば、シリコン基板の表面に酸化アルミニウム薄膜を形成する場合はスパッタリングガス中に酸素ガスが含まれており、界面に酸素ガスの正イオンが入射するとシリコン酸化膜が形成され、形成する酸化アルミニウム薄膜の電気的特性が悪化する。 For example, when forming an aluminum oxide thin film on the surface of a silicon substrate, oxygen gas is contained in the sputtering gas, and when positive ions of the oxygen gas are incident on the interface, a silicon oxide film is formed. Electrical characteristics deteriorate.

それに対し、二個のターゲットが対向して配置されると共に各ターゲットの間の空間の側方に配置された基板に薄膜が形成される構造の対向ターゲット式スパッタ法では、酸化膜形成時に発生した高エネルギーの負イオンは、ターゲットからターゲット表面に対して垂直な方向に放出されるため、基板表面には入射しない。従って、基板にはダメージが与えられず、高品質な酸化物薄膜を形成することができる。 On the other hand, in the facing target type sputtering method, in which two targets are arranged facing each other and a thin film is formed on a substrate arranged on the side of the space between each target, the Since the high-energy negative ions are emitted from the target in a direction perpendicular to the target surface, they do not enter the substrate surface. Therefore, the substrate is not damaged and a high-quality oxide thin film can be formed.

一方、カソードとなるターゲット周囲にアノードを設置する構造や、ミラー磁場を設けてプラズマを閉じ込める構造は、対向するターゲット間にプラズマを拘束するためイオンアシスト効果を得ることはできない。
アノード電極を工夫した発明は下記の公報に記載されている。
On the other hand, a structure in which an anode is placed around a target that serves as a cathode, or a structure in which a mirror magnetic field is provided to confine the plasma, constrains the plasma between the opposing targets, so that the ion assist effect cannot be obtained.
Inventions devising anode electrodes are described in the following publications.

特開2010-37566号公報JP 2010-37566 A 実開平7-19361号公報Japanese Utility Model Laid-Open No. 7-19361 特開2006-199989号公報JP 2006-199989 A

本発明は上記従来技術の問題点を解決するために創作された発明であり、界面と薄膜とを、良好な特性で形成できるスパッタリング装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was created to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a sputtering apparatus capable of forming an interface and a thin film with good characteristics.

対向ターゲット式スパッタ装置においては、界面形成時期はイオンアシスト効果を抑制し、薄膜形成時期では運動エネルギーの高い負イオンのダメージを抑制しつつ、低エネルギーのイオンアシスト効果を用いることで膜質を向上させることができることを発見した。 In the facing target type sputtering apparatus, the ion assist effect is suppressed during the interface formation period, and the film quality is improved by using the low energy ion assist effect while suppressing the damage of negative ions with high kinetic energy during the thin film formation period. I discovered that it is possible.

本発明は上記知見に基づいて創作されたものであり、本発明は、離間して互いに対向配置された第一、第二のターゲットに交流電圧であるスパッタリング電圧をそれぞれ印加し、前記第一、第二のターゲットの間の空間であるスパッタ空間の側方に位置する基板表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記基板とは反対側の前記スパッタ空間の側方に配置されたアノード電極と接地電位の間を低インピーダンス値で接続して、前記第一、第二のターゲットのスパッタリングを開始して前記基板の表面に薄膜を成長させ、前記薄膜が所定膜厚に形成された後、前記アノード電極と接地電位との間を、前記低インピーダンス値よりも大きな高インピーダンス値で接続し、前記第一、第二のターゲットをスパッタリングして前記薄膜を成長させる薄膜製造方法である。
また、本発明は、前記スパッタ空間に導入されるスパッタリングガスには、酸素ガスと窒素ガスのうちのいずれか一方のガスから成り又は両方のガスから成る添加ガスと希ガスとを含有させ、前記第一、第二のターゲットのスパッタリングを開始して、前記第一、第二のターゲットの表面に露出する金属原子と前記添加ガスとの反応生成物の薄膜を前記基板の表面に前記所定膜厚に成長させる薄膜製造方法である。
また、本発明は、前記第一、第二のターゲットは同じ材料であり、前記第一、第二のターゲットは酸化アルミニウムと金属アルミニウムのうちのいずれか一方を用い、形成される前記薄膜は酸化アルミニウム薄膜であり、形成される前記酸化アルミニウム薄膜が4nm以上6nm以下の厚みに形成された後、前記アノード電極と接地電位との間を、前記高インピーダンス値で接続する薄膜製造方法である。
また、本発明は、離間して互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、前記第一、第二のターゲットに交流電圧であるスパッタリング電圧を印加する交流電源と、前記第一、第二のターゲットの間のスパッタ空間が内部に配置され、二個の開口を有する筒形形状を前記第一、第二のターゲットと共に構成するスパッタ槽と、前記スパッタ空間の側方であって、二個の前記開口のうちの一方の前記開口と対面する位置の成膜空間が配置される成膜槽と、前記スパッタ空間の側方であって、他方の開口と対面する位置に配置されたアノード電極と、前記アノード電極を接地電位に電気的に接続する切替装置と、を有し、前記切替装置は、前記スパッタリング電圧の周波数において、前記アノード電極と前記接地電位との間を低インピーダンスで接続する低インピーダンス装置と高インピーダンスで接続する高インピーダンス装置とを有し、前記第一、第二のターゲットをスパッタリングして前記成膜槽内に配置された基板に薄膜を形成するスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記低インピーダンス装置は、リアクタンス値を変更可能で、前記リアクタンス値を変更することで共振周波数の値を変更可能なLC直列接続回路であり、前記LC直列接続回路のリアクタンス値を制御する制御装置を有するスパッタリング装置である。
また、本発明は、第一のインダクタンス素子と、前記制御装置によってキャパシタンス値が変更される第一のキャパシタンス素子とを有し、前記第一のインダクタンス素子と前記第一のキャパシタンス素子とが直列接続されて前記LC直列接続回路が構成され、前記第一のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値には、前記スパッタリング電圧の周波数において前記LC直列接続回路を直列共振させる値が含まれるスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一のインダクタンス素子に並列接続された第二のキャパシタンス素子を有し、前記高インピーダンス装置は前記第二のキャパシタンス素子と前記第一のインダクタンス素子とが並列接続された第一のLC並列接続回路であり、前記第二のキャパシタンス素子は前記制御装置によってキャパシタンス値が変更可能であり、前記第二のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値の範囲には、前記スパッタリング電圧の周波数において前記第一のLC並列接続回路を並列共振させる値が含まれているスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一のインダクタンス素子に並列接続された第二のキャパシタンス素子を有し、前記高インピーダンス装置は前記第二のキャパシタンス素子と前記第一のインダクタンス素子とが並列接続された第一のLC並列接続回路であり、前記第一のLC並列接続回路は前記スパッタリング電圧の周波数において並列共振にされたスパッタリング装置。
また、本発明は、前記一のキャパシタンス素子に並列接続された第二のインダクタンス素子を有し、前記高インピーダンス装置は前記第一のキャパシタンス素子と前記第二のインダクタンス素子とが並列接続された第二のLC並列接続回路であり、前記第一のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値の範囲には、前記第二のLC並列接続回路を並列共振させる値が含まれているスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一、第二のターゲットは同じ材料であり、酸化アルミニウムと金属アルミニウムのうちのいずれか一方であり、スパッタリングガス中には酸素が含有され、形成される前記薄膜は酸化アルミニウム薄膜であるスパッタリング装置である。
The present invention was created based on the above findings, and the present invention applies a sputtering voltage, which is an alternating voltage, to first and second targets that are spaced apart and arranged to face each other, respectively, A thin film manufacturing method for forming a thin film on a substrate surface positioned laterally of a sputtering space that is a space between second targets, wherein the anode is disposed laterally of the sputtering space on the opposite side of the substrate. After the thin film is grown on the surface of the substrate by connecting the electrode and the ground potential with a low impedance value, the sputtering of the first and second targets is started, and the thin film is formed to a predetermined thickness. 3. A thin film manufacturing method in which the anode electrode and the ground potential are connected at a higher impedance value than the low impedance value, and the first and second targets are sputtered to grow the thin film.
Further, according to the present invention, the sputtering gas introduced into the sputtering space contains an additive gas consisting of one or both of oxygen gas and nitrogen gas, and a rare gas. Sputtering of the first and second targets is started, and a thin film of a reaction product of the metal atoms exposed on the surfaces of the first and second targets and the additive gas is formed on the surface of the substrate to the predetermined thickness. It is a thin film manufacturing method in which a
In the present invention, the first and second targets are made of the same material, the first and second targets are made of either aluminum oxide or metal aluminum, and the thin film formed is an oxide It is an aluminum thin film, and after the aluminum oxide thin film is formed to a thickness of 4 nm or more and 6 nm or less, the thin film manufacturing method connects the anode electrode and the ground potential with the high impedance value.
In addition, the present invention includes: first and second targets spaced apart and opposed to each other; an AC power source for applying a sputtering voltage, which is an AC voltage, to the first and second targets; a sputtering chamber in which a sputtering space between two targets is arranged and which forms a cylindrical shape having two openings together with the first and second targets; a film forming tank in which a film forming space facing one of the openings is disposed; and an anode disposed on the side of the sputtering space and in a position facing the other opening. and a switching device electrically connecting the anode electrode to ground potential, the switching device providing a low impedance connection between the anode electrode and the ground potential at the frequency of the sputtering voltage. The sputtering apparatus has a low impedance device connected to the target and a high impedance device connected at a high impedance, and sputters the first and second targets to form a thin film on the substrate placed in the film deposition tank.
Further, according to the present invention, the low-impedance device is an LC series-connected circuit capable of changing a reactance value, and by changing the reactance value, a resonance frequency value can be changed, and the reactance value of the LC series-connected circuit is It is a sputtering apparatus having a control device for controlling the.
Further, the present invention has a first inductance element and a first capacitance element whose capacitance value is changed by the control device, and the first inductance element and the first capacitance element are connected in series. and the variable capacitance value of the first capacitance element includes a value that causes the LC series connection circuit to undergo series resonance at the frequency of the sputtering voltage.
Further, the present invention has a second capacitance element connected in parallel with the first inductance element, and the high impedance device has the second capacitance element and the first inductance element connected in parallel. In the first LC parallel connection circuit, the second capacitance element has a capacitance value changeable by the control device, and the changeable capacitance value range of the second capacitance element includes: the sputtering voltage A sputtering apparatus comprising a value that causes the first LC parallel-connected circuit to parallel-resonate at a frequency.
Further, the present invention has a second capacitance element connected in parallel with the first inductance element, and the high impedance device has the second capacitance element and the first inductance element connected in parallel. a first LC parallel-connected circuit, said first LC parallel-connected circuit being brought to parallel resonance at the frequency of said sputtering voltage.
Further, the present invention has a second inductance element connected in parallel with the first capacitance element, and the high impedance device has a second inductance element in which the first capacitance element and the second inductance element are connected in parallel. The sputtering apparatus comprises two LC parallel-connected circuits, wherein the variable capacitance value range of the first capacitance element includes a value for parallel resonance of the second LC parallel-connected circuit.
Further, according to the present invention, the first and second targets are made of the same material, which is either aluminum oxide or metal aluminum, the sputtering gas contains oxygen, and the thin film formed is It is a sputtering device that is an aluminum oxide thin film.

界面に不要な薄膜が形成されず、特性のよい薄膜を得ることができる。特に、下地と酸化物薄膜との間にも不要な薄膜は形成されず、特性の良い薄膜を形成することができる。 An unnecessary thin film is not formed at the interface, and a thin film with good characteristics can be obtained. In particular, no unnecessary thin film is formed between the underlayer and the oxide thin film, and a thin film with good characteristics can be formed.

本発明のスパッタリング装置の一例An example of the sputtering apparatus of the present invention (a)~(e):切替装置の内部回路を説明するための図(a) to (e): diagrams for explaining the internal circuit of the switching device アノード電極と接地電位の間のインピーダンスが異なるときのスパッタリング電圧と基板ホルダに流れる電流値の関係を示すグラフGraph showing the relationship between the sputtering voltage and the current flowing through the substrate holder when the impedance between the anode electrode and the ground potential is different

<スパッタリング装置>
図1の符号2は本発明のスパッタリング装置であり、スパッタ槽14と成膜槽17とを有している。
<Sputtering device>
Reference numeral 2 in FIG. 1 denotes a sputtering apparatus of the present invention, which has a sputtering tank 14 and a film forming tank 17 .

スパッタ槽14は、四角筒体形形状であり、長方形または正方形の四個の側面と、二個の開口34、35とを有している。 The sputtering tank 14 has a rectangular cylindrical shape and has four rectangular or square sides and two openings 34 , 35 .

四個の側面のうち互いに対向する二面に取付孔13a、13bがそれぞれ設けられており、各取付孔13a、13bには、第一のターゲット装置11aと第二のターゲット装置11bの一部がそれぞれ挿入されている。 Mounting holes 13a and 13b are provided in two of the four side surfaces facing each other, and parts of the first target device 11a and the second target device 11b are provided in the respective mounting holes 13a and 13b. inserted respectively.

第一、第二のターゲット装置11a、11bは第一、第二のバッキングプレート42a、42bをそれぞれ有しており、第一、第二のバッキングプレート42a、42bの片面には、第一、第二のターゲット5a、5bがそれぞれ固定されている。 The first and second target devices 11a and 11b have first and second backing plates 42a and 42b, respectively. Two targets 5a, 5b are fixed respectively.

第一、第二のバッキングプレート42a、42bの第一、第二のターゲット5a、5bが配置された部分は、第一、第二のターゲット装置11a、11bが取付孔13a、13bの縁に接触せず、第一、第二のターゲット5a、5bがスパッタ槽14の内部に露出するように取付孔13a、13bにはめ込まれている。 In the portions of the first and second backing plates 42a and 42b where the first and second targets 5a and 5b are arranged, the first and second target devices 11a and 11b contact the edges of the mounting holes 13a and 13b. Instead, the first and second targets 5a and 5b are fitted into the mounting holes 13a and 13b so as to be exposed inside the sputtering tank 14. As shown in FIG.

その状態で、第一、第二のバッキングプレート42a、42bの縁付近の部分は、電気絶縁性を有するターゲット側絶縁部材12a、12bを介してスパッタ槽14にそれぞれ取り付けられている。 In this state, the portions near the edges of the first and second backing plates 42a and 42b are attached to the sputtering tank 14 via target-side insulating members 12a and 12b having electrical insulation.

スパッタ槽14の内部に露出する第一、第二のターゲット5a、5bの表面は一定距離離間して互いに対向しており、第一、第二のターゲット5a、5bの表面で挟まれる空間をスパッタ空間18と呼ぶと、開口34、35は、スパッタ空間18の側方のうち、スパッタ槽14の壁面や第一、第二のターゲット5a、5bが配置されていない部分である。 The surfaces of the first and second targets 5a and 5b exposed inside the sputtering tank 14 are opposed to each other at a constant distance, and the space sandwiched between the surfaces of the first and second targets 5a and 5b is sputtered. When called the space 18, the openings 34 and 35 are portions of the sides of the sputtering space 18 where the wall surface of the sputtering tank 14 and the first and second targets 5a and 5b are not arranged.

ここで、一方の開口34と他方の開口35とは、スパッタ空間18を間にして互いに反対側に位置しており、一方の開口34の側方位置には、成膜槽17の内部空間である成膜空間19が配置されており、他方の開口35側の側方位置にはアノード電極15が配置されており、アノード電極15は、スパッタ空間18を介して、成膜空間19と対面する。
成膜槽17は、槽間絶縁部材46を介してスパッタ槽14に取り付けられており、アノード電極15は、ターゲット側絶縁部材12a、12bを介して第一、第二のバッキングプレート42a、42bに取り付けられている。
Here, the one opening 34 and the other opening 35 are positioned opposite to each other with the sputtering space 18 interposed therebetween. A certain film forming space 19 is arranged, and the anode electrode 15 is arranged at a lateral position on the other side of the opening 35 , and the anode electrode 15 faces the film forming space 19 through the sputtering space 18 . .
The film forming tank 17 is attached to the sputtering tank 14 via an inter-tank insulating member 46, and the anode electrode 15 is attached to the first and second backing plates 42a and 42b via target-side insulating members 12a and 12b. installed.

この例では成膜空間19には基板ホルダ45が配置されており、基板ホルダ45には成膜対象物である基板10が配置されている。符号51は基板バイアス装置である。他の例として、成膜空間19には、成膜空間19の中を、表面がスパッタ空間18に向けられた基板を保持しながら移動させる移動装置が設けられるスパッタリング装置も本発明に含まれる。 In this example, a substrate holder 45 is arranged in the film formation space 19, and the substrate 10, which is a film formation object, is arranged in the substrate holder 45. As shown in FIG. Reference numeral 51 is a substrate bias device. As another example, the present invention also includes a sputtering apparatus in which the film forming space 19 is provided with a moving device for holding and moving the substrate, the surface of which faces toward the sputtering space 18 , within the film forming space 19 .

第一、第二のバッキングプレート42a、42bの両面のうち、第一、第二のターゲット5a、5bが取り付けられた面とは反対側の面にはリング形形状の磁石装置43a、43bがそれぞれ配置されている。 Of the two surfaces of the first and second backing plates 42a and 42b, the surfaces opposite to the surfaces on which the first and second targets 5a and 5b are attached are provided with ring-shaped magnet devices 43a and 43b, respectively. are placed.

一方の磁石装置43aと他方の磁石装置43bとは、互いに異なる極性の磁極がスパッタ空間18側にそれぞれ向けられており、二個の磁石装置43a、43b間には第一、第二のターゲット5a、5bを貫通する筒形形状の磁束が形成されており、スパッタ空間18は、筒形形状の磁束と互いに対向する第一、第二のターゲット5a、5bとで取り囲まれている。磁石装置43a、43bのスパッタ空間18とは反対側には、ヨーク44a、44bが取り付けられている。 The magnet devices 43a on one side and the magnet devices 43b on the other side have magnetic poles with different polarities directed toward the sputtering space 18, and the first and second targets 5a and 5a are placed between the two magnet devices 43a and 43b. , 5b are formed, and the sputtering space 18 is surrounded by the cylindrical magnetic flux and the first and second targets 5a and 5b facing each other. Yokes 44a and 44b are attached to the sides of the magnet devices 43a and 43b opposite to the sputtering space 18 .

スパッタ槽14と第一、第二のターゲット装置11a、11bとは、金属製の筺体16で覆われている。 The sputtering tank 14 and the first and second target devices 11a and 11b are covered with a metal housing 16. As shown in FIG.

筺体16の外部にはスパッタ電源31が配置されており、スパッタ電源31の電圧出力端子33は第一、第二のターゲット装置11a、11bの第一、第二のバッキングプレート42a、42bに接続されている。電圧出力端子33は、第一、第二のバッキングプレート42a、42bに接続されており、スパッタ電源31は、電圧出力端子33に交流電圧であるスパッタリング電圧を出力し、スパッタリング電圧は第一、第二のバッキングプレート42a、42bに印加される。スパッタリング電圧の周波数は1MHz~100MHzである。 A sputtering power source 31 is arranged outside the housing 16, and a voltage output terminal 33 of the sputtering power source 31 is connected to the first and second backing plates 42a and 42b of the first and second target devices 11a and 11b. ing. The voltage output terminal 33 is connected to the first and second backing plates 42a and 42b, and the sputtering power supply 31 outputs a sputtering voltage, which is an AC voltage, to the voltage output terminal 33, and the sputtering voltage is applied to the first and second backing plates. It is applied to the two backing plates 42a, 42b. The frequency of the sputtering voltage is between 1 MHz and 100 MHz.

<薄膜製造の手順>
スパッタ槽14または成膜槽17の一方又は両方にはガス源52が接続されており、また、スパッタ槽14または成膜槽17の一方又は両方には真空排気装置53が接続されている。真空排気装置53を動作させ、スパッタ槽14の内部と成膜槽17の内部とを真空排気して真空雰囲気を形成した後、真空雰囲気を維持しながら基板10を成膜槽17の内部に搬入し、スパッタ空間18と対面させる。ここでは基板10は基板ホルダ45に配置され静止されているが、上述したように移動させても良い。
<Procedure for thin film manufacturing>
A gas source 52 is connected to one or both of the sputtering tank 14 and the film forming tank 17 , and an evacuation device 53 is connected to one or both of the sputtering tank 14 and the film forming tank 17 . After evacuating the inside of the sputtering tank 14 and the inside of the film forming tank 17 to form a vacuum atmosphere, the substrate 10 is carried into the film forming tank 17 while maintaining the vacuum atmosphere. and face the sputtering space 18 . Although the substrate 10 is placed on the substrate holder 45 and is stationary here, it may be moved as described above.

成膜槽17と筺体16は電気的に接続され接地電位にされている。アノード電極15とスパッタ槽14は、切替装置20を介して接地電位に接続されている。
アノード電極15とスパッタ槽14とを電気的に接続させないこともできる。
The film forming tank 17 and the housing 16 are electrically connected and grounded. The anode electrode 15 and the sputtering bath 14 are connected to the ground potential via the switching device 20 .
It is also possible not to electrically connect the anode electrode 15 and the sputtering tank 14 .

切替装置20は電極側端子25と接地側端子26とを有しており、電極側端子25と接地側端子26との間は、切替装置20の内部回路のインピーダンスによって接続されている。切替装置20には制御装置28が接続されており、制御装置28によって内部のインピーダンス値が変更される。 The switching device 20 has an electrode-side terminal 25 and a ground-side terminal 26 , and the electrode-side terminal 25 and the ground-side terminal 26 are connected by the impedance of the internal circuit of the switching device 20 . A control device 28 is connected to the switching device 20 and the internal impedance value is changed by the control device 28 .

アノード電極15は電極側端子25に接続され、接地側端子26は直接または筺体16を介して接地電位に接続されており、ここでは、筺体16は、接地電位であるスパッタ電源31の接地端子に接続されているものとする。 The anode electrode 15 is connected to the electrode-side terminal 25, and the ground-side terminal 26 is connected to the ground potential directly or via the housing 16. Here, the housing 16 is connected to the ground terminal of the sputtering power source 31, which is the ground potential. assumed to be connected.

図2(a)~(e)は、切替装置20、201~204の内部を示す回路図であり、図2(a)では、電極側端子25と接地側端子26との間を、オン状態では低インピーダンスで接続する低インピーダンス回路になり、オフ状態では高インピーダンスで接続する高インピーダンス回路になるスイッチ素子S1を内部回路として有する切替装置20が模式的に示されている。 2A to 2E are circuit diagrams showing the inside of the switching devices 20, 20 1 to 20 4 . In FIG. A switching device 20 is schematically shown having a switch element S1 as an internal circuit which becomes a low-impedance circuit connecting at low impedance in the ON state, and becomes a high-impedance circuit connecting at high impedance in the OFF state.

このスイッチ素子S1は制御装置28によってオンとオフとが切り替えられており、スイッチ素子S1がオンにされるとアノード電極15は低インピーダンスで接地電位に接続される。切替装置20の接地側端子26が筺体16に機械的・電気的に接続された部分は、スパッタ電源31の接地端子が筺体16に接続された部分と近い場所であり、従って、スイッチ素子S1がオンにされると、アノード電極15は短絡に近い状態で接地電位に電気的に接続される。 This switch element S1 is switched on and off by the control device 28, and when the switch element S1 is turned on, the anode electrode 15 is connected to the ground potential with low impedance. The portion where the ground-side terminal 26 of the switching device 20 is mechanically and electrically connected to the housing 16 is close to the portion where the ground terminal of the sputtering power supply 31 is connected to the housing 16. Therefore, the switch element S 1 is turned on, the anode electrode 15 is electrically connected to ground potential in a near short circuit.

成膜槽17は、筺体16の端の位置で筺体16に電気的に接続されており、成膜槽17は、筺体16がスパッタ電源31の接地端子に接続された部分から遠い場所で筺体16に機械的・電気的に接続されており、従って、成膜槽17は、筺体16のインピーダンスによって接地電位に電気的に接続されており、筺体16のインピーダンスよりもスイッチ素子S1がオン状態のときのインピーダンスは小さい値である。 The film forming tank 17 is electrically connected to the housing 16 at the end of the housing 16, and the film forming tank 17 is connected to the housing 16 at a location far from the portion of the housing 16 connected to the ground terminal of the sputtering power supply 31. Therefore, the film forming tank 17 is electrically connected to the ground potential by the impedance of the housing 16, and the switch element S1 is in the ON state rather than the impedance of the housing 16. The impedance at this time is a small value.

それぞれ真空雰囲気にされたスパッタ槽14の内部と成膜槽17の内部とに、ガス源52からスパッタリングガスを導入する。ガス源52から導入されるスパッタリングガスには、アルゴンガス等の希ガスと、酸素ガスと窒素ガスのうち、いずれか一方のガス又は両方のガスとが含有されている。 A sputtering gas is introduced from a gas source 52 into the interior of the sputtering chamber 14 and the interior of the film forming chamber 17, both of which are in a vacuum atmosphere. The sputtering gas introduced from the gas source 52 contains a rare gas such as argon gas and either one or both of oxygen gas and nitrogen gas.

制御装置28はスイッチ素子S1をオンの状態にしてスパッタ電源31を動作させ、第一、第二のバッキングプレート42a、42bを介して第一、第二のターゲット5a、5bにスパッタリング電圧を印加し、スパッタ空間18にプラズマを発生させる。 The controller 28 turns on the switch element S1 to operate the sputtering power source 31, and applies a sputtering voltage to the first and second targets 5a and 5b through the first and second backing plates 42a and 42b. to generate plasma in the sputtering space 18 .

スパッタ空間18には、アノード電極15の表面と成膜槽17の壁面とが対面しており、成膜槽17よりもアノード電極15の方が低インピーダンスで接地電位に接続されているときには、スパッタ空間18の中のプラズマは、接地電位に近いアノード電極15に引きつけられ、成膜空間19に位置する基板10まで広がるプラズマの量は少ない。 In the sputtering space 18, the surface of the anode electrode 15 and the wall surface of the film formation tank 17 face each other. The plasma in space 18 is attracted to the anode electrode 15 which is near ground potential, and the amount of plasma that spreads to the substrate 10 located in the deposition space 19 is small.

この状態で第一、第二のターゲット5a、5bがスパッタリングされ、基板10の表面には、第一、第二のターゲット5a、5bの表面に露出する金属原子と添加ガスとが化学反応して得られた反応生成物の薄膜が成長する。 In this state, the first and second targets 5a and 5b are sputtered, and metal atoms exposed on the surfaces of the first and second targets 5a and 5b react chemically with the additive gas on the surface of the substrate 10. A thin film of the resulting reaction product grows.

成膜槽17よりもアノード電極15の方が低インピーダンスで接地電位に接続された状態で基板10の表面に薄膜が成長する際には、基板10の表面や成長中の薄膜に入射するプラズマ中の正イオンは少ないため、基板10と薄膜の間の界面に正イオンに影響された薄膜が形成されることはない。 When a thin film is grown on the surface of the substrate 10 in a state where the anode electrode 15 has a lower impedance than the film forming tank 17 and is connected to the ground potential, the plasma incident on the surface of the substrate 10 and the growing thin film Since the number of positive ions is small, a thin film is not formed at the interface between the substrate 10 and the thin film affected by the positive ions.

この例では、第一、第二のターゲット5a、5bはアルミニウム板または酸化アルミニウム板であり、スパッタリングガスにはアルゴンガス等の希ガスと酸素ガスとが含有されており、例えば基板10がシリコン基板の場合、その表面に酸化シリコンが形成されずに、基板10の表面に酸化アルミニウム薄膜が成長する。 In this example, the first and second targets 5a and 5b are aluminum plates or aluminum oxide plates, and the sputtering gas contains a rare gas such as argon gas and oxygen gas. In the case of , an aluminum oxide thin film grows on the surface of the substrate 10 without forming silicon oxide on the surface.

基板10の表面の薄膜が所定膜厚に成長したところで、制御装置28はスイッチ素子S1をオフにさせ、アノード電極15と接地電位との間のインピーダンス値を成膜槽17と接地電位との間のインピーダンス値よりも大きくすると、スパッタ空間18に形成されたプラズマは成膜槽17の壁面に引き寄せられ、その結果、壁面とスパッタ空間18との間に位置する基板10の表面に成長中の薄膜にプラズマ中の正イオンが入射する。 When the thin film on the surface of the substrate 10 has grown to a predetermined thickness, the control device 28 turns off the switch element S1 to change the impedance value between the anode electrode 15 and the ground potential to that between the deposition tank 17 and the ground potential. When the impedance value between the plasma and the sputtering space 18 is increased, the plasma formed in the sputtering space 18 is attracted to the wall surface of the film forming tank 17 , and as a result, the plasma being grown on the surface of the substrate 10 located between the wall surface and the sputtering space 18 . Positive ions in the plasma are incident on the thin film.

この例では、酸化アルミニウム薄膜が4nm以上6nm以下の範囲の所定膜厚に成長したところで、制御装置28によってスイッチ素子S1がオン状態からオフ状態に変更され、切替装置20のインピーダンスが低インピーダンスから高インピーダンスに変更されており、高インピーダンスに変更された後は正イオンが成長中の薄膜に入射するイオンアシスト効果によって緻密な酸化アルミニウム薄膜が形成される。 In this example, when the aluminum oxide thin film has grown to a predetermined thickness in the range of 4 nm or more and 6 nm or less , the switch element S1 is changed from the on state to the off state by the control device 28, and the impedance of the switch device 20 changes from low impedance to low impedance. After the impedance is changed to high impedance, a dense aluminum oxide thin film is formed by the ion assist effect in which positive ions are incident on the growing thin film.

酸化アルミニウム薄膜が所定膜厚に成長したところで、スパッタリング電圧は停止されてプラズマが消滅され、酸化アルミニウム薄膜が形成された基板10は成膜槽17から他の真空処理装置の真空槽内に移動される。 When the aluminum oxide thin film has grown to a predetermined thickness, the sputtering voltage is stopped to extinguish the plasma, and the substrate 10 with the aluminum oxide thin film formed thereon is moved from the film forming chamber 17 into a vacuum chamber of another vacuum processing apparatus. be.

スパッタリング電圧の停止後、スイッチ素子S1はオン状態にされて切替装置20が高インピーダンスから低インピーダンスに変更され新しく成膜槽17の内部に搬入された基板10の表面への薄膜の成長が開始される。 After the sputtering voltage is stopped, the switch element S1 is turned on , the switching device 20 is changed from high impedance to low impedance, and thin film growth on the surface of the substrate 10 newly carried into the inside of the film forming tank 17 starts. be done.

なお、第一、第二のターゲット5a、5bの表面に露出する金属原子と添加ガスとの反応生成物は、添加ガスが窒素ガスから成る場合は窒化金属であり、添加ガスが酸素ガスと窒素ガスとから成る場合は酸窒化金属である。 The reaction product of the metal atoms exposed on the surfaces of the first and second targets 5a and 5b and the additive gas is a metal nitride when the additive gas is nitrogen gas, and the additive gas is oxygen gas and nitrogen gas. If it consists of a gas, it is a metal oxynitride.

上記スイッチ素子S1は、高インピーダンスと低インピーダンスの切替を模式的に示す素子であり、具体的には、例えば図2(b)、(c)の切替装置201、202が挙げられる。この切替装置201、202は第一、第二のキャパシタンス素子C1、C2と第一のインダクタンス素子L1とを有しており、第一のインダクタンス素子L1と第二のキャパシタンス素子C2とは並列接続されて高インピーダンス回路であるLC並列接続回路211を構成している。 The switch element S 1 is an element that schematically shows switching between high impedance and low impedance, and specifically includes switching devices 20 1 and 20 2 shown in FIGS. 2(b) and 2(c), for example. The switching devices 20 1 , 20 2 have first and second capacitance elements C 1 , C 2 and a first inductance element L 1 , the first inductance element L 1 and the second capacitance element L 1 C 2 is connected in parallel to form an LC parallel connection circuit 21 1 which is a high impedance circuit.

そして図2(b)の切替装置201では、LC並列接続回路211の一端が接地側端子26に接続され、他端が第一のキャパシタンス素子C1によって電極側端子25に接続され、図2(c)の切替装置202では、LC並列接続回路211の一端が電極側端子25に接続され、他端が第一のキャパシタンス素子C1によって接地側端子26に接続されており、図2(b)、(c)の切替装置201,202では、第一のキャパシタンス素子C1と第一のインダクタンス素子L1とは直列接続されて低インピーダンス回路であるLC直列接続回路22が構成されている。 In the switching device 20 1 of FIG. 2(b), one end of the LC parallel connection circuit 21 1 is connected to the ground side terminal 26, and the other end is connected to the electrode side terminal 25 by the first capacitance element C 1 . In the switching device 20 2 of 2(c), one end of the LC parallel connection circuit 21 1 is connected to the electrode-side terminal 25, and the other end is connected to the ground-side terminal 26 by the first capacitance element C 1 . In the switching devices 20 1 and 20 2 of 2(b) and 2(c), the first capacitance element C 1 and the first inductance element L 1 are connected in series to form an LC series connection circuit 22 which is a low impedance circuit. It is configured.

第一のキャパシタンス素子C1と第二のキャパシタンス素子C2とは、入力される制御信号によってキャパシタンスの値が変更される電子装置であり、例えば可変コンデンサと制御回路とから成り、制御信号が制御回路に入力されると、可変コンデンサのキャパシタンス値は、制御回路により、入力された制御信号の内容に応じた値に変更される例が挙げられる。 The first capacitance element C1 and the second capacitance element C2 are electronic devices whose capacitance values are changed by an input control signal. For example, when input to the circuit, the capacitance value of the variable capacitor is changed by the control circuit to a value according to the content of the input control signal.

第一のキャパシタンス素子C1の変更可能なキャパシタンス値には、スパッタリング電圧の周波数に於いてLC直列接続回路22を直列共振させる値が含まれており、スパッタリング電圧がスパッタ電源31から出力される前に、第一のキャパシタンス素子C1に制御信号が入力され、第一のキャパシタンス素子C1は、スパッタリング電圧の周波数に於いてLC直列接続回路22が共振状態になるキャパシタンス値に変更される。 The variable capacitance value of the first capacitance element C 1 includes a value that causes the LC series circuit 22 to series-resonate at the frequency of the sputtering voltage, before the sputtering voltage is output from the sputtering power supply 31 . At this time, a control signal is input to the first capacitance element C1, and the first capacitance element C1 is changed to a capacitance value that brings the LC series connection circuit 22 into resonance at the frequency of the sputtering voltage.

電極側端子25と接地側端子26とはLC直列接続回路22によって接続されているので、アノード電極15は共振状態となった低インピーダンスのLC直列接続回路22によって接地電位に接続される。 Since the electrode-side terminal 25 and the ground-side terminal 26 are connected by the LC series connection circuit 22, the anode electrode 15 is connected to the ground potential by the low-impedance LC series connection circuit 22 in resonance.

なお、このとき、第二のキャパシタンス素子C2にも制御信号を入力して、第二のキャパシタンス素子C2を、スパッタリング電圧の周波数に於いてLC並列接続回路211が共振状態にならないキャパシタンス値に設定しておくことができる。 At this time, a control signal is also input to the second capacitance element C 2 to set the second capacitance element C 2 to a capacitance value that does not cause the LC parallel connection circuit 21 1 to resonate at the frequency of the sputtering voltage. can be set to

LC直列接続回路22が共振状態にされた後、第一、第二のスパッタリングターゲット5a、5bのスパッタリングが開始され、プラズマがアノード電極15に引きつけられた状態で薄膜が成長する。 After the LC series connection circuit 22 is brought into a resonant state, sputtering of the first and second sputtering targets 5a and 5b is started, and a thin film is grown while the plasma is attracted to the anode electrode 15. FIG.

第二のキャパシタンス素子C2の変更可能なキャパシタンス値には、スパッタリング電圧の周波数に於いてLC並列接続回路211を並列共振させるキャパシタンス値が含まれている。 The variable capacitance value of the second capacitance element C2 includes a capacitance value that causes the LC parallel connection circuit 211 to parallel - resonate at the frequency of the sputtering voltage.

薄膜が所定膜厚に成長すると第一のキャパシタンス素子C1に制御信号が入力され、第一のキャパシタンス素子C1は、LC直列接続回路22の共振状態を解除される値のキャパシタンス値に変更されると共に、第二のキャパシタンス素子C2にも制御信号が入力され、第二のキャパシタンス素子C2はLC並列接続回路211が並列共振状態になるキャパシタンス値に設定され、アノード電極15は、共振状態になった高インピーダンスのLC並列接続回路211によって接地電位に接続される。そのため、プラズマが基板10側に移動し、基板10に正イオンが入射する状態で薄膜が成長する。 When the thin film grows to a predetermined thickness, a control signal is input to the first capacitance element C1, and the first capacitance element C1 is changed to a capacitance value that cancels the resonance state of the LC series connection circuit 22. At the same time, a control signal is also input to the second capacitance element C2, the second capacitance element C2 is set to a capacitance value at which the LC parallel connection circuit 211 is in a parallel resonance state, and the anode electrode 15 is set to a resonance state. It is connected to the ground potential by the high-impedance LC parallel connection circuit 21 1 in the state. Therefore, the plasma moves to the substrate 10 side, and the thin film grows in a state in which positive ions are incident on the substrate 10 .

なお、第二のキャパシタンス素子C2には、キャパシタンス値が可変ではなく、スパッタリング電圧の周波数に於いてLC並列接続回路211を並列共振させるキャパシタンス値を有するコンデンサを用いれば、アノード電極15はLC直列接続回路22が直列共振状態のときはLC直列接続回路22の低インピーダンスで接地電位に接続され、LC直列接続回路22が直列共振を解除されると、並列共振状態のLC並列接続回路211の高インピーダンス値で接地電位に接続される。 If a capacitor whose capacitance value is not variable but has a capacitance value that allows the LC parallel connection circuit 21 1 to resonate in parallel at the frequency of the sputtering voltage is used as the second capacitance element C 2 , the anode electrode 15 will be LC When the series-connected circuit 22 is in a series-resonant state, the LC series-connected circuit 22 is connected to the ground potential at a low impedance. is connected to ground potential with a high impedance value of

また、図2(b)、(c)の切替装置201,202では、少なくとも第一のキャパシタンス素子C1のキャパシタンス値を変更したが、第一、第二のキャパシタンス素子C1、C2にキャパシタンス値固定のコンデンサを用い、第一のインダクタンス素子L1に、インダクタンス値可変の電子装置を用い、第一のインダクタンス素子L1のインダクタンス値を変更することで、LC直列接続回路22とLC並列接続回路211とを別々に共振状態にさせてもよい。 Also, in the switching devices 20 1 and 20 2 of FIGS. 2(b) and 2(c), the capacitance value of at least the first capacitance element C 1 is changed, but the first and second capacitance elements C 1 and C 2 A capacitor with a fixed capacitance value is used for the first inductance element L1, and an electronic device with a variable inductance value is used for the first inductance element L1. The parallel connection circuit 21 1 and the parallel connection circuit 21 1 may be brought into a resonance state separately.

この場合、LC直列接続回路22が共振状態になる第一のインダクタンス素子L1のインダクタンス値と、LC並列接続回路211が共振状態になる第一のインダクタンス素子L1のインダクタンス値とは異なる値になるキャパシタンス値の第一、第二のキャパシタンス素子C1、C2を用いれば良い。 In this case, the inductance value of the first inductance element L1 at which the LC series connection circuit 22 is in a resonant state is different from the inductance value of the first inductance element L1 at which the LC parallel connection circuit 211 is in a resonant state. It is sufficient to use the first and second capacitance elements C 1 and C 2 whose capacitance values are as follows.

次に、図2(d)、(e)の切替装置203,204は第一のキャパシタンス素子C1と第一、第二のインダクタンス素子L1、L2とを有しており、第一のキャパシタンス素子C1と第二のインダクタンス素子L2とは並列接続されてLC並列接続回路212を構成している。 Next, the switching devices 20 3 and 20 4 of FIGS. 2(d) and 2(e) have a first capacitance element C 1 and first and second inductance elements L 1 and L 2 . One capacitance element C 1 and a second inductance element L 2 are connected in parallel to form an LC parallel connection circuit 21 2 .

図2(d)では、LC並列接続回路212の一端が接地側端子26に接続され、他端が第一のインダクタンス素子L1によって電極側端子25に接続され、図2(e)では、LC並列接続回路212の一端が電極側端子25に接続され、他端が第一のインダクタンス素子L1によって接地側端子26に接続されている。図2(d)、(e)の切替装置203,204では、第一のキャパシタンス素子C1と第一のインダクタンス素子L1とは直列接続されてLC直列接続回路22が構成されている。 In FIG. 2(d), one end of the LC parallel connection circuit 21 2 is connected to the ground-side terminal 26, and the other end is connected to the electrode-side terminal 25 by the first inductance element L 1 . One end of the LC parallel connection circuit 21 2 is connected to the electrode side terminal 25, and the other end is connected to the ground side terminal 26 by the first inductance element L 1 . In the switching devices 20 3 and 20 4 of FIGS. 2(d) and 2(e), the first capacitance element C 1 and the first inductance element L 1 are connected in series to form an LC series connection circuit 22. .

スパッタリング電圧がスパッタ電源31から出力される前に、第一のキャパシタンス素子C1に制御信号が入力され、第一のキャパシタンス素子C1は、スパッタリング電圧の周波数に於いて、LC直列接続回路22が共振状態になるキャパシタンス値に設定され、アノード電極15は共振状態となった低インピーダンスのLC直列接続回路22によって接地電位に接続される。 Before the sputtering voltage is output from the sputtering power supply 31, a control signal is input to the first capacitance element C1, and the first capacitance element C1 is controlled by the LC series connection circuit 22 at the frequency of the sputtering voltage. The capacitance value is set to be in a resonant state, and the anode electrode 15 is connected to the ground potential by the low-impedance LC series connection circuit 22 in a resonant state.

LC直列接続回路22が共振状態にされて第一、第二のターゲット5a、5bのスパッタリングが開始され、所定膜厚に薄膜が形成された後、第一のキャパシタンス素子C1に制御信号が入力され、第一のキャパシタンス素子C1は、スパッタリング電圧の周波数に於いて、LC直列接続回路22の直列共振状態が解除されると共に、LC並列接続回路212が並列共振状態にされる。 The LC series connection circuit 22 is brought into a resonance state, the sputtering of the first and second targets 5a and 5b is started, and after a thin film is formed to a predetermined thickness, a control signal is input to the first capacitance element C1. At the frequency of the sputtering voltage, the first capacitance element C1 releases the series resonance state of the LC series connection circuit 22 and brings the LC parallel connection circuit 212 into the parallel resonance state.

並列共振状態のLC並列接続回路212のインピーダンス値は直列共振状態のLC直列接続回路22のインピーダンス値よりも大きいから、アノード電極は高インピーダンス値で接地電位に接続され、イオンアシスト効果がある雰囲気中で薄膜が成長される。 Since the impedance value of the LC parallel connection circuit 212 in the parallel resonance state is larger than the impedance value of the LC series connection circuit 22 in the series resonance state, the anode electrode is connected to the ground potential with a high impedance value, and the ion assist effect is maintained. A thin film is grown in it.

図2(d)、(e)の切替装置203,204では、少なくとも第一のキャパシタンス素子C1のキャパシタンス値を変更したが、第一のキャパシタンス素子C1にキャパシタンス値固定のコンデンサを用い、少なくとも第一のインダクタンス素子L1のインダクタンス値を制御して、LC直列接続回路22とLC並列接続回路212とを、スパッタリング電圧の周波数に於いて、異なるインダクタンス値で共振状態にさせることもできる。第一のインダクタンス素子L1のインダクタンス値だけを制御する場合は、第一のキャパシタンス素子C1と第二のインダクタンス素子L2とに、LC並列接続回路212がスパッタリング電圧の周波数に於いて並列共振状態になるキャパシタンス値とインダクタンス値を有する素子を用いればよい。 In the switching devices 20 3 and 20 4 of FIGS. 2(d) and 2(e), the capacitance value of at least the first capacitance element C1 is changed, but a capacitor with a fixed capacitance value is used for the first capacitance element C1. By controlling the inductance value of at least the first inductance element L1, the LC series connection circuit 22 and the LC parallel connection circuit 212 can be made to resonate with different inductance values at the frequency of the sputtering voltage. can. When controlling only the inductance value of the first inductance element L1, the LC parallel connection circuit 212 is connected in parallel with the first capacitance element C1 and the second inductance element L2 at the frequency of the sputtering voltage. An element having a capacitance value and an inductance value that are in a resonant state may be used.

図3は、スパッタリングの際に第一、第二のターゲット5a、5bに印加した13.56MHzの交流電圧(0.5Pa、200W)と、基板ホルダに流れる電流値との関係を示すグラフであり、アノード電極15と接地電位との間のインピーダンス値は、符号Aを付したグラフを測定したときは、符号Bを付したグラフを測定したときのインピーダンス値の1/3にされている。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the 13.56 MHz AC voltage (0.5 Pa, 200 W) applied to the first and second targets 5a and 5b during sputtering and the current flowing through the substrate holder. The impedance value between the anode electrode 15 and the ground potential is set to ⅓ of the impedance value obtained when the graph labeled A is measured when the graph labeled B is measured.

アノード電極15と接地電位との間のインピーダンス値が小さいグラフAは、インピーダンス値が大きいグラフBよりも電流が少なくなっており、アノード電極15に多くの電流が流れていることが分かる。 Graph A, in which the impedance value between the anode electrode 15 and the ground potential is small, has less current than graph B, in which the impedance value is large.

2……スパッタリング装置
5a……第一のターゲット
5b……第二のターゲット
15……アノード電極
18……スパッタ空間
19……成膜空間
20……切替装置
211、212……LC並列接続回路
22……LC直列接続回路
31……スパッタ電源
34,35……開口
1……第一のキャパシタンス素子
2……第二のキャパシタンス素子
1……第一のインダクタンス素子
2……第二のインダクタンス素子
2 Sputtering device 5a First target 5b Second target 15 Anode electrode 18 Sputtering space 19 Film forming space 20 Switching devices 21 1 , 21 2 LC parallel connection Circuit 22 --- LC series connection circuit 31 --- Sputtering power sources 34, 35 --- Opening C 1 --- First capacitance element C 2 --- Second capacitance element L 1 --- First inductance element L 2 --- second inductance element

Claims (10)

離間して互いに対向配置された第一、第二のターゲットに交流電圧であるスパッタリング電圧をそれぞれ印加し、前記第一、第二のターゲットの間の空間であるスパッタ空間の側方に位置する基板表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
前記基板とは反対側の前記スパッタ空間の側方に配置されたアノード電極と接地電位の間を低インピーダンス値で接続して、前記第一、第二のターゲットのスパッタリングを開始して前記基板の表面に薄膜を成長させ、
前記薄膜が所定膜厚に形成された後、前記アノード電極と接地電位との間を、前記低インピーダンス値よりも大きな高インピーダンス値で接続し、前記第一、第二のターゲットをスパッタリングして前記薄膜を成長させる薄膜製造方法。
A sputtering voltage, which is an alternating voltage, is applied to first and second targets which are spaced apart and opposed to each other, respectively, and a substrate is positioned on the side of the sputtering space, which is the space between the first and second targets. A thin film manufacturing method for forming a thin film on a surface,
An anode electrode disposed on the side of the sputtering space opposite to the substrate is connected with a ground potential with a low impedance value to start sputtering of the first and second targets and the substrate. grow a thin film on the surface,
After the thin film is formed to a predetermined thickness, the anode electrode and the ground potential are connected at a high impedance value larger than the low impedance value, and the first and second targets are sputtered to perform the A thin film manufacturing method for growing a thin film.
前記スパッタ空間に導入されるスパッタリングガスには、酸素ガスと窒素ガスのうちのいずれか一方のガスから成り又は両方のガスから成る添加ガスと希ガスとを含有させ、
前記第一、第二のターゲットのスパッタリングを開始して、前記第一、第二のターゲットの表面に露出する金属原子と前記添加ガスとの反応生成物の薄膜を前記基板の表面に前記所定膜厚に成長させる請求項1記載の薄膜製造方法。
The sputtering gas introduced into the sputtering space contains an additive gas consisting of one or both of oxygen gas and nitrogen gas, and a rare gas,
Sputtering of the first and second targets is started to form a thin film of a reaction product of the metal atoms exposed on the surfaces of the first and second targets and the additive gas on the surface of the substrate. 2. The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the thin film is grown thick.
前記第一、第二のターゲットは同じ材料であり、
前記第一、第二のターゲットは酸化アルミニウムと金属アルミニウムのうちのいずれか一方を用い、
形成される前記薄膜は酸化アルミニウム薄膜であり、
形成される前記酸化アルミニウム薄膜が4nm以上6nm以下の厚みに形成された後、前記アノード電極と接地電位との間を、前記高インピーダンス値で接続する請求項2記載の薄膜製造方法。
the first and second targets are the same material,
The first and second targets use either aluminum oxide or metal aluminum,
The thin film formed is an aluminum oxide thin film,
3. The thin film manufacturing method according to claim 2, wherein after the aluminum oxide thin film is formed to a thickness of 4 nm or more and 6 nm or less, the anode electrode and the ground potential are connected at the high impedance value.
離間して互いに対向配置された第一、第二のターゲットと、
前記第一、第二のターゲットに交流電圧であるスパッタリング電圧を印加する交流電源と、
前記第一、第二のターゲットの間のスパッタ空間が内部に配置され、二個の開口を有する筒形形状を前記第一、第二のターゲットと共に構成するスパッタ槽と、
前記スパッタ空間の側方であって、二個の前記開口のうちの一方の前記開口と対面する位置の成膜空間が配置される成膜槽と、
前記スパッタ空間の側方であって、他方の開口と対面する位置に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極を接地電位に電気的に接続する切替装置と、を有し、
前記切替装置は、前記スパッタリング電圧の周波数において、前記アノード電極と前記接地電位との間を低インピーダンスで接続する低インピーダンス装置と高インピーダンスで接続する高インピーダンス装置とを有し、前記第一、第二のターゲットをスパッタリングして前記成膜槽内に配置された基板に薄膜を形成するスパッタリング装置。
first and second targets spaced apart and facing each other;
an AC power supply that applies a sputtering voltage, which is an AC voltage, to the first and second targets;
a sputtering chamber in which a sputtering space between the first and second targets is arranged and which forms a cylindrical shape having two openings together with the first and second targets;
a film formation tank in which a film formation space is arranged at a position facing one of the two openings, which is located on the side of the sputtering space;
an anode electrode disposed on the side of the sputtering space and facing the other opening;
a switching device electrically connecting the anode electrode to ground potential;
The switching device has a low impedance device that connects the anode electrode and the ground potential with a low impedance and a high impedance device that connects the anode electrode and the ground potential with a high impedance at the frequency of the sputtering voltage. A sputtering apparatus for sputtering two targets to form a thin film on the substrate placed in the film forming tank.
前記低インピーダンス装置は、リアクタンス値を変更可能で、前記リアクタンス値を変更することで共振周波数の値を変更可能なLC直列接続回路であり、
前記LC直列接続回路のリアクタンス値を制御する制御装置を有する請求項4記載のスパッタリング装置。
The low impedance device is an LC series connection circuit capable of changing the reactance value and changing the value of the resonance frequency by changing the reactance value,
5. A sputtering apparatus according to claim 4, further comprising a controller for controlling the reactance value of said LC series connection circuit.
第一のインダクタンス素子と、前記制御装置によってキャパシタンス値が変更される第一のキャパシタンス素子とを有し、
前記第一のインダクタンス素子と前記第一のキャパシタンス素子とが直列接続されて前記LC直列接続回路が構成され、
前記第一のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値には、前記スパッタリング電圧の周波数において前記LC直列接続回路を直列共振させる値が含まれる請求項5記載のスパッタリング装置。
a first inductance element and a first capacitance element whose capacitance value is changed by the controller;
The LC series connection circuit is configured by connecting the first inductance element and the first capacitance element in series,
6. The sputtering apparatus of claim 5, wherein the variable capacitance value of said first capacitance element includes a value that causes said LC series circuit to series-resonate at the frequency of said sputtering voltage.
前記第一のインダクタンス素子に並列接続された第二のキャパシタンス素子を有し、
前記高インピーダンス装置は前記第二のキャパシタンス素子と前記第一のインダクタンス素子とが並列接続された第一のLC並列接続回路であり、
前記第二のキャパシタンス素子は前記制御装置によってキャパシタンス値が変更可能であり、前記第二のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値の範囲には、前記スパッタリング電圧の周波数において前記第一のLC並列接続回路を並列共振させる値が含まれている請求項6記載のスパッタリング装置。
a second capacitance element connected in parallel with the first inductance element;
The high impedance device is a first LC parallel connection circuit in which the second capacitance element and the first inductance element are connected in parallel,
The second capacitance element is variable in capacitance value by the controller, and the range of variable capacitance values of the second capacitance element includes the first LC parallel connection circuit at the frequency of the sputtering voltage. 7. The sputtering apparatus according to claim 6, wherein the value for causing parallel resonance of is included.
前記第一のインダクタンス素子に並列接続された第二のキャパシタンス素子を有し、
前記高インピーダンス装置は前記第二のキャパシタンス素子と前記第一のインダクタンス素子とが並列接続された第一のLC並列接続回路であり、
前記第一のLC並列接続回路は前記スパッタリング電圧の周波数において並列共振にされた請求項6記載のスパッタリング装置。
a second capacitance element connected in parallel with the first inductance element;
The high impedance device is a first LC parallel connection circuit in which the second capacitance element and the first inductance element are connected in parallel,
7. The sputtering apparatus of claim 6, wherein said first LC parallel connection circuit is made parallel resonant at the frequency of said sputtering voltage.
前記第一のキャパシタンス素子に並列接続された第二のインダクタンス素子を有し、
前記高インピーダンス装置は前記第一のキャパシタンス素子と前記第二のインダクタンス素子とが並列接続された第二のLC並列接続回路であり、前記第一のキャパシタンス素子の変更可能なキャパシタンス値の範囲には、前記第二のLC並列接続回路を並列共振させる値が含まれている請求項6記載のスパッタリング装置。
a second inductance element connected in parallel with the first capacitance element;
The high impedance device is a second LC parallel connection circuit in which the first capacitance element and the second inductance element are connected in parallel, and the variable capacitance value range of the first capacitance element is 7. The sputtering apparatus according to claim 6, further comprising a value for causing parallel resonance of said second LC parallel connection circuit.
前記第一、第二のターゲットは同じ材料であり、酸化アルミニウムと金属アルミニウムのうちのいずれか一方であり、
スパッタリングガス中には酸素が含有され、
形成される前記薄膜は酸化アルミニウム薄膜である請求項4乃至請求項9のいずれか1項記載のスパッタリング装置。
the first and second targets are made of the same material and are either aluminum oxide or metallic aluminum;
The sputtering gas contains oxygen,
10. A sputtering apparatus according to any one of claims 4 to 9, wherein said thin film to be formed is an aluminum oxide thin film.
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