JP2012111974A - Film forming method and film forming device - Google Patents

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大吾 平田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently and easily form a polygeneric thin film without enlarging a vacuum tank used for film forming, in a film forming method and a film forming device.SOLUTION: In the film forming which forms the polygeneric thin film on an object 3 to be treated in the vacuum tank 2, a target assembly 6 having two or more kinds of target pieces different in constitution element or in composition is placed on a packing plate 7 which is electrically connected to negative electrodes of a plurality of independently output-adjustable power sources 10a, 10b, 10c and 10d, in order to apply voltages to the respective two or more kinds of target pieces, there are arranged electrodes which are electrically connected to positive electrodes of the power sources 10a, 10b, 10c and 10d via individual wiring, output voltages of the power sources 10a, 10b, 10c and 10d are individual adjusted to ranges of 0% to 100%, respectively, and discharge amounts of atoms or molecules from the target pieces are changed, thus forming the polygeneric thin film on the object to be treated.

Description

本発明は、薄膜の成膜方法および成膜装置に関する。例えば、所望の組成比を有する多元系の薄膜を成膜する成膜方法および成膜装置に関する。   The present invention relates to a thin film forming method and a film forming apparatus. For example, the present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus for forming a multi-element thin film having a desired composition ratio.

薄膜を成膜する方法として、例えば、スパッタリング法、アークイオンプレーティング法、アークプラズマデポジッション法等の成膜方法が広い分野で利用されている。これらの成膜方法によって薄膜を形成する場合、単物質材料からなるターゲットや、混合材料を固体化させたターゲットを用いる。そして、このターゲットに電子を衝突させる、あるいは、このターゲットを溶解して蒸発させることによって、ターゲットの構成材料を被処理体に堆積させて薄膜を形成する。
また、複数の元素を含む混合薄膜（多元系の薄膜）により表面処理されたものは、耐熱性、耐摩耗性、導電性等が向上することから、摺動機械部品や半導体ＬＳＩ、光磁気ディスク等の幅広い分野で用いられている。
しかしながら、従来の成膜装置の真空槽内にはターゲットが一つ設置してある形態が一般的であり、化合物あるいは合金の混合薄膜を高精度な組成比で成膜する場合、粉末焼結などにより構成材料を所望の組成比で配合した一つのターゲットを用いて混合薄膜を成膜していた。
ところが、このような成膜方法では、構成材料の組成比を変更して成膜を行う際に、構成材料が所望の組成比に配合された新たなターゲットを用意する必要があり、混合薄膜の組成比の調整や変更が容易にはできないという問題があった。また、混合薄膜の組成比を膜厚方向に傾斜的に調整して成膜することができないという問題もあった。
このため、特許文献１に記載の多孔質金属化合物薄膜の成膜方法では、所望の組成比の混合薄膜を成膜する手段として、異なる材料からなるターゲットを真空槽内に複数設置し、それぞれのターゲットは、電圧印加の制御が独立して可能なスパッタリング源を用いて、各ターゲットヘ印加電圧を適宜調整し、各ターゲットからのスパッタリング量の調整を行うことで、被処理体上に所望の組成比の混合薄膜を容易に成膜することや、混合薄膜の組成比を膜厚方向に傾斜的に調整して成膜することを可能にしていた。
また、特許文献２に記載のスパッタリング装置および薄膜成膜方法では、平板状ターゲットと被処理体とを平行に対向設置し、平板状ターゲット上方に平板状ターゲットとは異なる材料からなる格子状ターゲットを平行にして平板状ターゲットと重なるように設置し、平板状ターゲットと格子状ターゲットには独立制御可能な電源を接続し、各電源の出力の比率や格子状ターゲットの格子の本数を変えることで、被処理体上に所望の組成比の混合薄膜を形成することや、混合薄膜の組成比を膜厚方向に傾斜的に調整して成膜することを可能にしていた。 As a method for forming a thin film, for example, film forming methods such as sputtering, arc ion plating, and arc plasma deposition are used in a wide range of fields. When forming a thin film by these film forming methods, a target made of a single material or a target obtained by solidifying a mixed material is used. Then, by colliding electrons with the target or by dissolving and evaporating the target, the constituent material of the target is deposited on the object to be processed to form a thin film.
In addition, those that have been surface-treated with mixed thin films (multi-element thin films) containing multiple elements have improved heat resistance, wear resistance, electrical conductivity, etc., so sliding machine parts, semiconductor LSIs, and magneto-optical disks It is used in a wide range of fields.
However, it is common that a single target is installed in the vacuum chamber of a conventional film forming apparatus. When a mixed thin film of a compound or alloy is formed with a highly accurate composition ratio, powder sintering, etc. Thus, a mixed thin film was formed using one target in which constituent materials were blended at a desired composition ratio.
However, in such a film formation method, when performing film formation by changing the composition ratio of the constituent materials, it is necessary to prepare a new target in which the constituent materials are blended in a desired composition ratio. There was a problem that the composition ratio could not be easily adjusted or changed. In addition, there has been a problem that it is impossible to form a film by adjusting the composition ratio of the mixed thin film in the direction of film thickness.
For this reason, in the method for forming a porous metal compound thin film described in Patent Document 1, as a means for forming a mixed thin film having a desired composition ratio, a plurality of targets made of different materials are installed in a vacuum chamber. Using a sputtering source capable of independently controlling the voltage application, the target voltage is appropriately adjusted to each target, and the amount of sputtering from each target is adjusted to obtain a desired composition on the target object. It was possible to easily form a mixed thin film having a specific ratio, or to form a film by adjusting the composition ratio of the mixed thin film in a gradient manner in the film thickness direction.
In addition, in the sputtering apparatus and the thin film deposition method described in Patent Document 2, a flat target and an object to be processed are placed opposite to each other in parallel, and a lattice target made of a material different from the flat target is disposed above the flat target. Install in parallel and overlap with the flat target, connect a power source that can be controlled independently to the flat target and the grid target, and change the output ratio of each power source and the number of grids of the grid target, It has been possible to form a mixed thin film having a desired composition ratio on the object to be processed, and to form a film by adjusting the composition ratio of the mixed thin film in an inclined manner in the film thickness direction.

特開２００５−３９０１３号公報JP-A-2005-39013 特開平９−７８２３２号公報JP-A-9-78232

しかしながら、上記のような従来の成膜方法および成膜装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、異なる材料からなる複数のターゲットに、それぞれ独立して電圧印加が可能な複数のスパッタリング源を用いてスパッタリングを行うため、混合薄膜の成膜を行うことができるが、この場合、複数のターゲットおよびスパッタリング源を真空槽内に設置するため、ターゲットおよびスパッタリング源を１対設置して成膜を行う従来の成膜装置に比べて、真空槽を大型化する必要があるという問題がある。
また、特許文献２に記載の技術では、平板状ターゲット上方に平行して重なるように格子状ターゲットを設置し、ターゲットと対向設置している被処理体の間の中空に格子状ターゲットを配置することで設備の大型化は回避しているが、平板状ターゲットからスパッタリングされたターゲットは格子状ターゲットにより遮断されることになる。このような構造上の制約から、平板状ターゲットからスパッタリングされたターゲットの被処理体への成膜量は、格子状ターゲットの面積分だけ少なくなってしまう。このため、ターゲットの使用量に対し成膜エリアに供給されるスパッタリング粒子の量が少なくなり、成膜効率が悪いという問題がある。 However, the conventional film forming method and film forming apparatus as described above have the following problems.
In the technique described in Patent Document 1, sputtering is performed on a plurality of targets made of different materials using a plurality of sputtering sources capable of independently applying a voltage, so that a mixed thin film can be formed. In this case, since a plurality of targets and a sputtering source are installed in the vacuum chamber, it is necessary to increase the size of the vacuum chamber as compared with a conventional film forming apparatus that performs film formation by installing a pair of targets and a sputtering source. There is a problem that there is.
In the technique described in Patent Document 2, a lattice target is installed so as to overlap in parallel with the upper part of the flat plate target, and the lattice target is disposed in a hollow space between the target object and the target. Although the enlargement of equipment is avoided by this, the target sputtered from the flat plate target is blocked by the lattice target. Due to such structural limitations, the amount of film deposition on the target object sputtered from the flat target is reduced by the area of the lattice target. For this reason, there is a problem that the amount of sputtered particles supplied to the film formation area is reduced relative to the amount of target used, resulting in poor film formation efficiency.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、成膜に用いる真空槽を大型化することなく、効率よく容易に多元系の薄膜の成膜を行うことができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems as described above, and can form a multi-element thin film efficiently and easily without increasing the size of a vacuum chamber used for film formation. And it aims at providing the film-forming apparatus.

上記の課題を解決するために、本発明の成膜方法は、真空槽内で被処理体上に多元系の薄膜を成膜する成膜方法であって、構成元素あるいは組成が異なる２種類以上のターゲット片を有するターゲット組立体を、独立に出力調整可能な複数の電源の陰極に電気的に接続された共用部電極上に設置し、前記２種類以上のターゲット片のそれぞれに対して電圧印加するため、前記複数の電源の陽極に個別の配線を介して電気的に接続された複数の電極を配置して、前記複数の電源の各出力電力をそれぞれ０％〜１００％の範囲で個別に調整して、前記ターゲット片からの原子または分子の放出量を変化させて、前記被処理体上に多元系の薄膜を成膜する成膜方法とする。   In order to solve the above-described problems, the film forming method of the present invention is a film forming method for forming a multi-element thin film on an object to be processed in a vacuum chamber, and two or more kinds having different constituent elements or compositions A target assembly having a plurality of target pieces is installed on a common electrode electrically connected to cathodes of a plurality of power supplies that can independently adjust the output, and voltage is applied to each of the two or more types of target pieces. Therefore, a plurality of electrodes electrically connected to the anodes of the plurality of power supplies via individual wirings are arranged, and the output powers of the plurality of power supplies are individually set in the range of 0% to 100%. The film forming method is to adjust the emission amount of atoms or molecules from the target piece to form a multi-element thin film on the object to be processed.

また、本発明では、前記ターゲット片からの原子または分子の放出量、組成、および成膜速度のうちの少なくとも１つを測定または算出し、この測定結果または算出結果に基づいて、前記複数の電源の前記出力電力を調整することが好ましい。   In the present invention, at least one of the emission amount, composition, and deposition rate of atoms or molecules from the target piece is measured or calculated, and the plurality of power supplies are based on the measurement result or the calculation result. It is preferable to adjust the output power.

本発明の成膜装置は、真空槽内で被処理体上に多元系の薄膜を成膜する成膜装置であって、構成元素あるいは組成が異なる２種類以上のターゲット片を配置してなるターゲット組立体と、０％〜１００％の範囲で出力電力を独立に調整可能な複数の電源と、該複数の電極の陰極に電気的に接続され、前記ターゲット組立体を保持する共用部電極と、前記２種類以上のターゲット片の周囲に設置され、前記複数の電源の陽極に個別の配線を介して電気的に接続された複数の電極と、を備える構成とする。   The film forming apparatus of the present invention is a film forming apparatus for forming a multi-element thin film on an object to be processed in a vacuum chamber, and is a target in which two or more types of target pieces having different constituent elements or compositions are arranged. An assembly, a plurality of power sources capable of independently adjusting output power in a range of 0% to 100%, a common electrode electrically connected to cathodes of the plurality of electrodes, and holding the target assembly, A plurality of electrodes installed around the two or more types of target pieces and electrically connected to anodes of the plurality of power supplies via individual wirings.

また、本発明の成膜装置では、前記ターゲット片からの原子または分子の放出量、組成、および成膜速度のうちの少なくとも１つを測定または算出し、この測定結果または算出結果に基づいて、前記複数の電源の前記出力電力を調整する出力制御部を有することが好ましい。   Further, in the film forming apparatus of the present invention, at least one of the emission amount of the atoms or molecules from the target piece, the composition, and the film forming speed is measured or calculated, and based on the measurement result or the calculation result, It is preferable to have an output control unit that adjusts the output power of the plurality of power supplies.

また、本発明の成膜装置では、前記ターゲット組立体は、前記構成元素あるいは組成が同じ扇形状のターゲット片が径方向に対向するターゲット対が２以上設けられ、前記複数の電極は、前記扇形状のターゲット片の円弧部の周囲において、該円弧部に沿って湾曲された円弧状電極からなることが好ましい。   Further, in the film forming apparatus of the present invention, the target assembly is provided with two or more target pairs in which fan-shaped target pieces having the same constituent elements or compositions are radially opposed to each other, and the plurality of electrodes include the fan It is preferable that a circular arc electrode bends along the circular arc portion around the circular arc portion of the target piece having a shape.

本発明の成膜方法および成膜装置によれば、共用部電極上に設置されたターゲット組立体の２種類以上のターゲット片のそれぞれに対して電圧印加するための電極に接続された複数の電源の出力電力を個別に調整することができるため、成膜に用いる真空槽を大型化することなく、効率よく容易に多元系の薄膜の成膜を行うことができるという効果を奏する。   According to the film forming method and the film forming apparatus of the present invention, a plurality of power supplies connected to electrodes for applying a voltage to each of two or more types of target pieces of a target assembly installed on a common electrode. The output power can be individually adjusted, so that the multi-element thin film can be formed efficiently and easily without increasing the size of the vacuum tank used for film formation.

本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な正面図である。1 is a schematic front view showing a schematic configuration of a film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置によって成膜された薄膜の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the thin film formed into a film by the film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図１におけるＢ視図、およびＢ視図におけるＣ−Ｃ断面図である。FIG. 2 is a B view in FIG. 1 and a CC cross-sectional view in the B view. 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置のターゲット組立体上で電子密度の高くなる領域を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the area | region where an electron density becomes high on the target assembly of the film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置のターゲット組立体上に形成されるスパッタリング領域を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the sputtering area | region formed on the target assembly of the film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を用いた成膜方法により形成された傾斜層の膜厚分布の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the film thickness distribution of the inclination layer formed by the film-forming method using the film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を用いた成膜方法により形成された傾斜層の膜厚分布の他例を示すグラフである。It is a graph which shows the other examples of the film thickness distribution of the inclination layer formed by the film-forming method using the film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を用いて製造された金型の構成を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the metal mold | die manufactured using the film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な正面図である。It is a typical front view which shows schematic structure of the film-forming apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図９におけるＥ視図である。FIG. 10 is an E view in FIG. 9. 本発明の第２の実施形態に係る成膜装置における電源の出力電力と成膜速度との関係の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the relationship between the output electric power of the power supply in the film-forming apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and the film-forming speed | rate. 本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な正面図である。It is a typical front view which shows schematic structure of the film-forming apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図１２におけるＦ視図である。FIG. 13 is a F view in FIG. 12.

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, even if the embodiments are different, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and common description is omitted.

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る成膜装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置によって成膜された薄膜の一例を示す模式的な断面図である。図３（ａ）は、図１におけるＢ視図である。図３（ｂ）は、図２（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
なお、各図は模式図のため、寸法関係や形状は誇張されている（以下の図面も同様）。 [First Embodiment]
A film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic front view showing a schematic configuration of a film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a thin film formed by the film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A is a B view in FIG. FIG.3 (b) is CC sectional drawing in Fig.2 (a).
In addition, since each figure is a schematic diagram, the dimension relationship and shape are exaggerated (the following drawings are also the same).

本実施形態のスパッタリング装置１は、図１に示すように、ＤＣマグネトロンスパッタ法により多元系の薄膜を成膜するため成膜装置である。
スパッタリング装置１によって成膜可能な薄膜は、後述するターゲット組立体６の構成材料に応じて、適宜の原子または分子によって構成される薄膜や、適宜の原子または分子が一定の組成比を有する薄膜や、適宜の原子または分子の組成比が膜厚方向に連続的に変化する傾斜層を有する薄膜や、これらの薄膜を適宜順序に積層させた薄膜などである。
以下では、このような多元系の薄膜の一例として、図２に示すように、被処理体３の表面に、耐熱性、耐酸化性、耐磨耗性に優れたＴｉＡｌＮ（窒化チタンアルミ）の組成を表面に有し、かつ耐熱衝撃性を高めるために中間層の界面を連続的に組成傾斜させた多層膜で構成された薄膜５０を成膜する場合の例で説明する。 As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus 1 of the present embodiment is a film forming apparatus for forming a multi-element thin film by a DC magnetron sputtering method.
The thin film that can be formed by the sputtering apparatus 1 is a thin film composed of appropriate atoms or molecules, or a thin film in which appropriate atoms or molecules have a certain composition ratio, depending on the constituent material of the target assembly 6 described later. A thin film having an inclined layer whose composition ratio of appropriate atoms or molecules continuously changes in the film thickness direction, a thin film in which these thin films are laminated in an appropriate order, and the like.
Hereinafter, as an example of such a multi-element thin film, as shown in FIG. 2, TiAlN (titanium nitride aluminum) excellent in heat resistance, oxidation resistance, and wear resistance is formed on the surface of the object 3. An example will be described in the case of forming a thin film 50 having a composition on the surface and a multilayer film in which the interface of the intermediate layer is continuously graded in order to increase the thermal shock resistance.

薄膜５０は、被処理体３側から、Ｔｉ（チタン）層Ｌ１、ＴｉＮ（窒化チタン）傾斜層Ｌ２、ＴｉＮ層Ｌ３、ＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４、ＴｉＡｌＮ層Ｌ５が、それぞれ膜厚２００ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍとなるように順次積層された多層膜である。
Ｔｉ層Ｌ１、ＴｉＮ層Ｌ３、ＴｉＡｌＮ層Ｌ５は、それぞれ各構成材料の組成比が一定の薄膜である。また、ＴｉＮ傾斜層Ｌ２は、膜厚方向において、Ｔｉ層Ｌ１の組成からＴｉＮ層Ｌ３の組成に組成比が傾斜する（連続的に変化する）ことにより、Ｔｉ層Ｌ１とＴｉＮ層Ｌ３とを、界面を形成することなく接続する傾斜層である。また、ＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４は、膜厚方向において、ＴｉＮ層Ｌ３の組成からＴｉＡｌＮ層Ｌ５の組成に組成比が傾斜することにより、ＴｉＮ層Ｌ３とＴｉＡｌＮ層Ｌ５とを、界面を形成することなく接続する傾斜層である。
このように、薄膜５０は傾斜的３層多層膜からなる。 The thin film 50 includes a Ti (titanium) layer L 1 , a TiN (titanium nitride) inclined layer L 2 , a TiN layer L 3 , a TiAlN inclined layer L 4 , and a TiAlN layer L 5 , each having a thickness of 200 nm, from the object 3 side. , 100 nm, 100 nm, 100 nm, and 100 nm.
Each of the Ti layer L 1 , the TiN layer L 3 , and the TiAlN layer L 5 is a thin film in which the composition ratio of each constituent material is constant. Further, the TiN inclined layer L 2 has a composition ratio that is inclined (continuously changes) from the composition of the Ti layer L 1 to the composition of the TiN layer L 3 in the film thickness direction, whereby the Ti layer L 1 and the TiN layer and L 3, a gradient layer connecting without forming the interface. Further, the TiAlN inclined layer L 4 has an interface between the TiN layer L 3 and the TiAlN layer L 5 as the composition ratio is inclined from the composition of the TiN layer L 3 to the composition of the TiAlN layer L 5 in the film thickness direction. It is an inclined layer that is connected without being formed.
As described above, the thin film 50 is formed of an inclined three-layer multilayer film.

スパッタリング装置１の概略構成は、スパッタリングを行うための真空槽２と、真空槽２内の上部において被処理体３を支持する被処理体支持部４と、被処理体支持部４を不図示の回転軸駆動部により水平方向に回転させる回転軸５と、被処理体支持部４に支持された被処理体３に向けて薄膜を形成する原子または分子を構成材料とするターゲット組立体６と、真空槽２内の被処理体支持部４の下方においてターゲット組立体６を保持するバッキングプレート７と、バッキングプレート７の下面に配置されたマグネットユニット８と、ターゲット組立体６に電圧を印加する電極部９と、を備える。
真空槽２の側面には、真空槽２内にＮ２（窒素）ガスを導入するＮ２ガス導入口１１ａと、真空槽２内にＡｒ（アルゴン）ガスを導入するＡｒガス導入口１１ｂと、真空槽２内の減圧を行うための排気口１１ｃが設けられている。排気口１１ｃには、不図示の真空ポンプが接続され、排気口１１ｃから真空槽２内の空気Ａを排気できるようになっている。 The schematic configuration of the sputtering apparatus 1 includes a vacuum chamber 2 for performing sputtering, a target object supporting portion 4 that supports the target object 3 in the upper part of the vacuum chamber 2, and a target object supporting portion 4 that is not shown. A rotating shaft 5 that is rotated in the horizontal direction by a rotating shaft drive unit; a target assembly 6 that includes atoms or molecules that form a thin film toward the target object 3 supported by the target object support unit 4; A backing plate 7 that holds the target assembly 6 below the workpiece support 4 in the vacuum chamber 2, a magnet unit 8 disposed on the lower surface of the backing plate 7, and an electrode that applies a voltage to the target assembly 6. Part 9.
On the side surface of the vacuum chamber 2, an N 2 gas inlet 11 a for introducing N 2 (nitrogen) gas into the vacuum chamber 2, an Ar gas inlet 11 b for introducing Ar (argon) gas into the vacuum chamber 2, An exhaust port 11c for reducing the pressure in the vacuum chamber 2 is provided. A vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 11c so that the air A in the vacuum chamber 2 can be exhausted from the exhaust port 11c.

ターゲット組立体６は、被処理体支持部４に支持された被処理体３と一定の間隙をあけて下方側に対向して配置されている。本実施形態では、間隙の大きさは、一例として、１５０ｍｍとしている。
真空槽２内において、被処理体３とターゲット組立体６との間の中空部には、堆積した膜厚を測定する水晶振動子型の膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが設置されている。これら膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、電極部９に電圧を印加する４つの電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのそれぞれの出力電力の制御を個別に行うフィードバック制御部１３に電気的に接続されている。 The target assembly 6 is disposed facing the lower side with a certain gap from the target object 3 supported by the target object support 4. In the present embodiment, as an example, the size of the gap is 150 mm.
In the vacuum chamber 2, quartz vibrator type film thickness monitors 12 a, 12 b, 12 c, and 12 d for measuring the deposited film thickness are installed in the hollow portion between the object to be processed 3 and the target assembly 6. Yes. These film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d are electrically connected to a feedback control unit 13 that individually controls the output power of each of the four power sources 10a, 10b, 10c, and 10d that applies a voltage to the electrode unit 9. It is connected.

膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、それぞれ、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄと被処理体３との間の中空部に配置されている。このため、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの膜厚測定値は、それぞれＴｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄからのスパッタリング粒子が寄与する膜厚に対応している。これらの膜厚測定値は、実際に被処理体３上に形成される膜厚とは異なるが、被処理体３上の膜厚とは、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの配置位置に応じた一定の相関があるため、予め実験を行うなどして得た換算データによって、被処理体３上の膜厚値に換算することができる。膜厚の換算は、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの校正で実現してもよいが、本実施形態では、このような換算データは、フィードバック制御部１３に記憶されている。
このため、フィードバック制御部１３は、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄからの膜厚測定値を、被処理体３上の膜厚に換算し、これらの和を算出することによって、被処理体３上の膜厚を算出することができる。 The film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d are disposed in hollow portions between the Ti target pieces 6a and 6b, the Al target pieces 6c and 6d, and the object to be processed 3, respectively. For this reason, the film thickness measurement values of the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d correspond to the film thicknesses to which the sputtered particles from the Ti target pieces 6a and 6b and the Al target pieces 6c and 6d contribute, respectively. These film thickness measurement values are different from the film thickness actually formed on the object to be processed 3, but the film thickness on the object to be processed 3 is the position where the film thickness monitors 12 a, 12 b, 12 c, and 12 d are arranged. Therefore, the film thickness value on the object to be processed 3 can be converted by conversion data obtained by conducting an experiment in advance. The conversion of the film thickness may be realized by calibration of the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d, but in the present embodiment, such conversion data is stored in the feedback control unit 13.
For this reason, the feedback control unit 13 converts the film thickness measurement values from the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d into film thicknesses on the object to be processed 3 and calculates the sum of these values, The film thickness on the body 3 can be calculated.

電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、本実施形態では、最大電圧０．１ｋＶ、最大出力電力が１．０ｋＷのＤＣ電源であり、それぞれの出力電力は、いずれも０％〜１００％の範囲で調整可能になっている。
フィードバック制御部１３には、薄膜５０を成膜する場合に必要な膜厚の制御目標値が記憶されており、これにより、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの膜厚の測定値がこの制御目標値に一致するように電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力電力を制御できるようになっている。 In this embodiment, the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d are DC power supplies with a maximum voltage of 0.1 kV and a maximum output power of 1.0 kW, and each output power is in the range of 0% to 100%. It can be adjusted.
The feedback control unit 13 stores a control target value of the film thickness required when the thin film 50 is formed, whereby the measured values of the film thickness of the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d are stored in the feedback control unit 13. The output power of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d can be controlled so as to match the control target value.

次に、ターゲット組立体６、およびターゲット組立体６周りの主要部の構成について詳細に説明する。
ターゲット組立体６の形状は、図３（ａ）に示すように、中心角９０度の扇形の板状に形成された４つのターゲット片が隣り合って並べられた円盤状に形成されている。本実施形態では、４つのターゲット片は、図示時計回りに、Ｔｉを構成元素とするＴｉターゲット片６ａ、Ａｌを構成元素とするＡｌターゲット片６ｃ、Ｔｉターゲット片６ａと同材質のＴｉターゲット片６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃと同材質のＡｌターゲット片６ｄが、この順に配列されている。
以下では、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄを区別する必要がなく誤解のおそれがない場合には、個々を指してターゲット片と称したり、各ターゲット片などと称したりする場合がある。 Next, the structure of the main part around the target assembly 6 and the target assembly 6 will be described in detail.
As shown in FIG. 3A, the target assembly 6 is formed in a disk shape in which four target pieces formed in a fan-like plate shape with a central angle of 90 degrees are arranged side by side. In the present embodiment, the four target pieces are, in the clockwise direction in the figure, a Ti target piece 6a containing Ti as a constituent element, an Al target piece 6c containing Al as a constituent element, and a Ti target piece 6b made of the same material as the Ti target piece 6a. Al target pieces 6d made of the same material as the Al target pieces 6c are arranged in this order.
In the following, when there is no need to distinguish between the Ti target pieces 6a and 6b and the Al target pieces 6c and 6d and there is no possibility of misunderstanding, each of them is referred to as a target piece or each target piece. There is.

このような配列により、各ターゲット片は、異なる材料のターゲット片と隣り合っているとともに、同材料のターゲット片は、それぞれターゲット組立体６の直径方向に対向して配置されている。すなわち、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂはターゲット組立体６の１つの直径方向に対向して配置されたＴｉターゲット対６Ａを構成している。また、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄは、Ｔｉターゲット対６Ａの対向方向と直交する直径方向に対向して配置されたＡｌターゲット対６Ｂを構成している。
本実施形態におけるターゲット片の寸法は、一例として、各ターゲット片の半径が５０．８ｍｍ、厚さが５ｍｍとされている。このため、ターゲット組立体６は外径が１０１．６ｍｍ、厚さが５ｍｍの円盤状とされている。 With such an arrangement, each target piece is adjacent to a target piece made of a different material, and the target pieces made of the same material are arranged to face each other in the diameter direction of the target assembly 6. That is, the Ti target pieces 6 a and 6 b constitute a Ti target pair 6 </ b> A arranged to face one diameter direction of the target assembly 6. In addition, the Al target pieces 6c and 6d constitute an Al target pair 6B arranged to face in the diameter direction orthogonal to the facing direction of the Ti target pair 6A.
As an example, the dimensions of the target pieces in this embodiment are such that each target piece has a radius of 50.8 mm and a thickness of 5 mm. Therefore, the target assembly 6 has a disk shape with an outer diameter of 101.6 mm and a thickness of 5 mm.

バッキングプレート７は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ターゲット組立体６の外径よりもわずかに大きな外径を有するＣｕ（銅）製の円板状部材であり、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄは、バッキングプレート７の一方の板面に直接ボンディングされている。   The backing plate 7 is a disk-shaped member made of Cu (copper) having an outer diameter slightly larger than the outer diameter of the target assembly 6, as shown in FIGS. The pieces 6 a and 6 b and the Al target pieces 6 c and 6 d are directly bonded to one plate surface of the backing plate 7.

マグネットユニット８は、バッキングプレート７においてターゲット組立体６が固定されたのと反対側の板面に配置された円板状の部材であり、図３（ｂ）に示すように、その中心部にＳ極８ｂが設けられ、外周部にＮ極８ａが設けられている。本実施形態では、Ｎ極８ａ、Ｓ極８ｂはいずれも永久磁石を採用している。
このようなマグネットユニット８の構成により、ターゲット組立体６上には、径方向に沿う断面において、ターゲット組立体６の外周側から中心部側に向かうとともにターゲット組立体６の表面から凸状の弓形をなすような磁界３４が形成されている。 The magnet unit 8 is a disk-shaped member disposed on the opposite side of the backing plate 7 to which the target assembly 6 is fixed. As shown in FIG. An S pole 8b is provided, and an N pole 8a is provided on the outer periphery. In this embodiment, both the N pole 8a and the S pole 8b employ permanent magnets.
With such a configuration of the magnet unit 8, on the target assembly 6, in a cross section along the radial direction, a convex arcuate shape is formed from the outer periphery side of the target assembly 6 toward the center side and from the surface of the target assembly 6. A magnetic field 34 is formed.

電極部９は、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄのそれぞれの円弧形状に沿って平面視円弧状に湾曲された４つの電極９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから構成される。電極９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、各ターゲット片の円弧状の外周の領域においてターゲット組立体６の上方における一定の円周上に設置されている。
本実施形態では、各ターゲット片が円を４分割する扇形であるため、電極９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの平面視形状は、図３（ａ）に示すように、いずれも中心角θが鋭角の円弧とされ、平面視では、各ターゲット片の円弧部の周方向の中央部に配置されている。
本実施形態では、電極９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの中心角θは、いずれも７５度に設定されている。このため、電極９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、周方向には、各ターゲット片の境界部を挟んで、配置円周上で中心角１５度の円弧に相当する一定長さだけ離間されている。
電極９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの陽極に、それぞれ陽極配線３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを介して電気的に接続されている。
また、電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの陰極は、バッキングプレート７にそれぞれ陰極配線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを介して電気的に接続されている。
このため、バッキングプレート７は、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄを等電位とする共用部電極を構成している。 The electrode portion 9 is composed of four electrodes 9a, 9b, 9c, and 9d that are curved in an arc shape in plan view along the respective arc shapes of the Ti target pieces 6a and 6b and the Al target pieces 6c and 6d. The electrodes 9a, 9b, 9c, and 9d are installed on a certain circumference above the target assembly 6 in the arc-shaped outer peripheral region of each target piece.
In the present embodiment, since each target piece has a sector shape that divides a circle into four, the shape of the electrodes 9a, 9b, 9c, and 9d in plan view is such that the central angle θ is an acute angle as shown in FIG. These arcs are arranged at the center in the circumferential direction of the arc part of each target piece in plan view.
In the present embodiment, the central angles θ of the electrodes 9a, 9b, 9c, 9d are all set to 75 degrees. For this reason, the electrodes 9a, 9b, 9c, 9d are spaced apart in the circumferential direction by a fixed length corresponding to an arc having a central angle of 15 degrees on the circumference of the arrangement, with the boundary portions of the target pieces interposed therebetween. .
The electrodes 9a, 9b, 9c, and 9d are electrically connected to the anodes of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d through anode wirings 31a, 31b, 31c, and 31d, respectively.
The cathodes of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d are electrically connected to the backing plate 7 through cathode wirings 32a, 32b, 32c, and 32d, respectively.
For this reason, the backing plate 7 constitutes a shared portion electrode in which the Ti target pieces 6a and 6b and the Al target pieces 6c and 6d are equipotential.

次に、スパッタリング装置１の動作について、スパッタリング装置１を好適に用いて行うことができる本実施形態の成膜方法を中心として説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置のターゲット組立体上で電子密度の高くなる領域を示す模式的な平面図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置のターゲット組立体上に形成されるスパッタリング領域を示す模式的な平面図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を用いた成膜方法により形成された傾斜層の膜厚分布の一例を示すグラフである。図７は、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を用いた成膜方法により形成された傾斜層の膜厚分布の他例を示すグラフである。図６、７において、横軸は膜厚［ｎｍ］、縦軸は含有量［原子％］を表す。 Next, the operation of the sputtering apparatus 1 will be described focusing on the film forming method of the present embodiment that can be suitably performed using the sputtering apparatus 1.
FIG. 4 is a schematic plan view showing a region where the electron density is high on the target assembly of the film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic plan view showing a sputtering region formed on the target assembly of the film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a graph showing an example of the film thickness distribution of the inclined layer formed by the film forming method using the film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a graph showing another example of the film thickness distribution of the inclined layer formed by the film forming method using the film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. 6 and 7, the horizontal axis represents the film thickness [nm], and the vertical axis represents the content [atomic%].

スパッタリング装置１を用いて被処理体３上に薄膜５０を成膜するには、まず、成膜準備工程を行う。
本工程では、真空槽２を大気に開放した状態で、ターゲット組立体６がボンディングされたバッキングプレート７をマグネットユニット８上に設置し、被処理体支持部４に被処理体３を支持させる。
ターゲット組立体６のＴｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄと電極９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄとの位置関係は、上記に説明した位置関係に配置する。
次に、不図示の真空ポンプを用いて、排気口１１ｃから排気を行い、真空槽２内が１×１０−４Ｐａとなるまで排気して真空槽２内を高真空状態にする。その後、不活性ガスであるＡｒガスをＡｒガス導入口１１ｂより導入し、真空槽２内を７×１０−１Ｐａとする。
以上で、成膜準備工程が終了する。 In order to form the thin film 50 on the workpiece 3 using the sputtering apparatus 1, first, a film forming preparation process is performed.
In this step, with the vacuum chamber 2 opened to the atmosphere, the backing plate 7 to which the target assembly 6 is bonded is placed on the magnet unit 8 and the object to be processed 3 is supported by the object to be processed support 4.
The positional relationship between the Ti target pieces 6a and 6b and the Al target pieces 6c and 6d of the target assembly 6 and the electrodes 9a, 9b, 9c and 9d is arranged as described above.
Next, exhaust is performed from the exhaust port 11c using a vacuum pump (not shown), and the interior of the vacuum chamber 2 is evacuated to a high vacuum state by exhausting the interior of the vacuum chamber 2 to 1 × 10 −4 Pa. Then, Ar gas which is inert gas is introduce | transduced from the Ar gas inlet 11b, and the inside of the vacuum chamber 2 shall be 7 * 10 < -1 > Pa.
Thus, the film forming preparation process is completed.

次に、被処理体３上にＴｉ層Ｌ１を形成する第１の成膜工程を行う。
本工程では、回転軸５の回転を開始するとともに、電源１０ａ、１０ｂから電極９ａ、９ｂに電圧印加を開始する。本実施形態では、約０．０４ｋＶを印加する。ただし、電源１０ｃ、１０ｄの出力電力は０％に設定し、電極９ｃ、９ｄには電圧が印加されない状態にしておく。
これにより、電極９ａとＴｉターゲット片６ａとの間、および電極９ｂとＴｉターゲット片６ｂとの間で放電が始まる。この放電により、電極９ａ（９ｂ）とＴｉターゲット片６ａ（６ｂ）との間に空間放電によって電流が流れ、電子が流動する。このように電子が流動することによって電子とＡｒが衝突してＡｒがイオン化され、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂがスパッタリングされる。これにより、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂから、被処理体３に向かってＴｉ原子のスパッタリング粒子が飛び出していく。 Next, a first film forming step of forming a Ti layer L 1 onto the object 3.
In this step, the rotation of the rotating shaft 5 is started and voltage application from the power sources 10a and 10b to the electrodes 9a and 9b is started. In this embodiment, about 0.04 kV is applied. However, the output power of the power supplies 10c and 10d is set to 0%, and no voltage is applied to the electrodes 9c and 9d.
Thereby, discharge starts between the electrode 9a and the Ti target piece 6a and between the electrode 9b and the Ti target piece 6b. Due to this discharge, current flows between the electrode 9a (9b) and the Ti target piece 6a (6b) by space discharge, and electrons flow. As the electrons flow in this way, the electrons collide with Ar to ionize Ar, and the Ti target pieces 6a and 6b are sputtered. Thereby, sputtering particles of Ti atoms jump out from the Ti target pieces 6 a and 6 b toward the object 3 to be processed.

Ａｒイオンが高密度で生成される領域は電子密度の高い領域である。本実施形態では、マグネットユニット８により発生するターゲット片上の磁界３４は、図３（ｂ）に示すように、ターゲット組立体６の外周から中心に向かって発生している。
このようなターゲット片上の磁界３４の磁力線分布では、電子密度は、ターゲット片上の磁界３４とターゲット組立体６とが略水平になっている位置で高くなる。したがって、電子密度が高い領域は、平面視では、図４に示すように、ターゲット組立体６の半径の１／２の同心円３６の近傍の輪帯状の領域３７となる。
さらに、電子密度の高い領域３７は、図３（ｂ）に示すように、電極９ａ（９ｂ）と、Ｔｉターゲット片６ａ（６ｂ）との間に発生する電界３３ａ（３３ｂ）の影響を受けて、陽極である電極９ａ（９ｂ）の方向、すなわち、ターゲッ卜片の外周側へ引きよせられる。
このため、Ｔｉターゲット片６ａ（６ｂ）上で放電が発生してスパッタリングが起こるスパッタリング領域３５ａ（３５ｂ）は、周方向には、図５に示すように、ターゲット組立体６の中心からそれぞれ電極９ａ、９ｂを見込む角度範囲よりもわずかに大きな角度範囲となり、径方向には、同心円３６と電極９ａ（９ｂ）との同心円弧状の帯状領域となる。 A region where Ar ions are generated at a high density is a region having a high electron density. In the present embodiment, the magnetic field 34 on the target piece generated by the magnet unit 8 is generated from the outer periphery of the target assembly 6 toward the center as shown in FIG.
In such a magnetic field line distribution of the magnetic field 34 on the target piece, the electron density increases at a position where the magnetic field 34 on the target piece and the target assembly 6 are substantially horizontal. Therefore, the region having a high electron density is a ring-shaped region 37 in the vicinity of the concentric circle 36 that is ½ the radius of the target assembly 6 in plan view, as shown in FIG.
Further, the region 37 having a high electron density is affected by an electric field 33a (33b) generated between the electrode 9a (9b) and the Ti target piece 6a (6b) as shown in FIG. The electrode 9a (9b) as the anode is drawn toward the outer peripheral side of the target piece.
For this reason, the sputtering region 35a (35b) where the discharge occurs on the Ti target piece 6a (6b) and the sputtering occurs is formed in the circumferential direction from the center of the target assembly 6 as shown in FIG. 9b, an angle range slightly larger than the angle range in which the angle 9b is expected, and in the radial direction, a concentric arc-shaped belt-shaped region between the concentric circle 36 and the electrode 9a (9b).

このようにしてＡｒイオンの進む方向は、マグネットユニット８により発生するＴｉターゲット片６ａ（６ｂ）上の磁界３４と、電極９ａ（９ｂ）とＴｉターゲット片６ａ（６ｂ）との間の電界３３ａ（３３ｂ）により整流され、電極９ａ（９ｂ）に対応したＴｉターゲット片６ａ（６ｂ）は、電極９ａ（９ｂ）に供給される電源１０ａ（１０ｂ）の出力電力に応じて個別にスパッタリングされる。
また、スパッタリングを行う際は、電源１０ａ（１０ｂ）から陽極配線３１ａ（３１ｂ）を通り、陽極である電極９ａ（９ｂ）へ電流が供給される。電極９ａ（９ｂ）から放電された電流は、Ｔｉターゲット片６ａ（６ｂ）に流れ、さらにＴｉターゲット片６ａ（６ｂ）を直接ボンディングした陰極であるバッキングプレート７へと流れる。バッキングプレート７へ流れた電流は、陰極配線３２ａ（３２ｂ）を介して電源１０ａ（１０ｂ）に戻ってくる。
このとき、バッキングプレート７は、電源１０a、１０ｂの陰極側の電気回路の共用部であり、電源１０ａ、１０ｂから供給された電流が、それぞれ同時に流れる。これらの電流の大きさは電源１０ａ、１０ｂの陽極から流れた電流の合算値であり、電源１０ａ、１０ｂが陰極配線３２ａ、３２ｂを介して回収する電流量も、それぞれ陽極から出力した電流と同量となる。そのため、電源１０ａ、１０bの陽極から供給する電流量を調整することで、電極９ａ、９ｂとターゲット片６a、６ｂ間の放電電流量を独立して制御することができる。 Thus, the direction in which Ar ions travel is such that the magnetic field 34 on the Ti target piece 6a (6b) generated by the magnet unit 8 and the electric field 33a (between the electrode 9a (9b) and the Ti target piece 6a (6b)). 33b), the Ti target pieces 6a (6b) corresponding to the electrodes 9a (9b) are individually sputtered according to the output power of the power source 10a (10b) supplied to the electrodes 9a (9b).
Further, when sputtering is performed, current is supplied from the power source 10a (10b) to the electrode 9a (9b) which is the anode through the anode wiring 31a (31b). The current discharged from the electrode 9a (9b) flows to the Ti target piece 6a (6b), and further flows to the backing plate 7 which is a cathode obtained by directly bonding the Ti target piece 6a (6b). The current that flows to the backing plate 7 returns to the power source 10a (10b) via the cathode wiring 32a (32b).
At this time, the backing plate 7 is a shared part of the electric circuit on the cathode side of the power supplies 10a and 10b, and currents supplied from the power supplies 10a and 10b flow simultaneously. The magnitudes of these currents are the sum of the currents flowing from the anodes of the power supplies 10a and 10b, and the amounts of current collected by the power supplies 10a and 10b via the cathode wirings 32a and 32b are the same as the currents output from the anodes, respectively. Amount. Therefore, by adjusting the amount of current supplied from the anodes of the power supplies 10a and 10b, the amount of discharge current between the electrodes 9a and 9b and the target pieces 6a and 6b can be controlled independently.

また、電源１０ａ（１０ｂ）により電極９ａ（９ｂ）に供給される電流は、空間放電によってＴｉターゲット片６ａ（６ｂ）に流れる。このように空間を電流が流れる過程で、電子がＡｒ原子と衝突してＡｒ原子をプラズマ化させる。
よって、空間を流れる電流量、すなわち、電極９ａ、９ｂに供給される電流量によりＡｒプラズマの発生量が決まる。そして、このＡｒプラズマが、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂの表面に衝突してスパッタリング粒子を発生させるため、電源１０ａ、１０ｂからそれぞれ供給される独立に制御された電流により、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂからそれぞれ発生するスパッタリング粒子の量を独立に制御することができる。 Further, the current supplied to the electrode 9a (9b) by the power source 10a (10b) flows to the Ti target piece 6a (6b) by space discharge. In the process of current flowing through the space in this way, electrons collide with Ar atoms and turn Ar atoms into plasma.
Therefore, the amount of Ar plasma generated is determined by the amount of current flowing through the space, that is, the amount of current supplied to the electrodes 9a and 9b. And since this Ar plasma collides with the surface of the Ti target pieces 6a and 6b to generate sputtered particles, the Ti target pieces 6a and 6b are driven by independently controlled currents supplied from the power sources 10a and 10b, respectively. The amount of sputtered particles generated can be controlled independently.

このようにしてＴｉターゲット片６ａ、６ｂから飛び出したスパッタリング粒子は、回転軸５によって回転される被処理体３に衝突して、被処理体３の表面に満遍なく堆積していきスパッタリング粒子による均一厚さの薄膜が形成されていく。上記のように、電源１０ａ、１０ｂから電極９ａ、９ｂに電流を供給して、電極９ｃ、９ｄには電流を供給しない状態では、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄではスパッタリングが起きないため、薄膜はＴｉのみからなるＴｉ層Ｌ１として形成される。
スパッタリング装置１では、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂによって膜厚測定を行い、フィードバック制御部１３によってＴｉターゲット片６ａ、６ｂが寄与する薄膜の膜厚を監視することができる。
そこで、フィードバック制御部１３は、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂで測定される膜厚の和を監視して、被処理体３上での膜厚値が２００ｎｍとなるまで、電極９ａ、９ｂのみに電流を供給する。これにより、被処理体３上に膜厚２００ｎｍの単層のＴｉ層Ｌ１が成膜される。
以上で、第１の成膜工程が終了する。 Thus, the sputtered particles that have jumped out of the Ti target pieces 6a and 6b collide with the object 3 to be processed rotated by the rotating shaft 5, and are uniformly deposited on the surface of the object 3 to be processed. The thin film is formed. As described above, when current is supplied from the power sources 10a and 10b to the electrodes 9a and 9b and no current is supplied to the electrodes 9c and 9d, no sputtering occurs in the Al target pieces 6c and 6d. It is formed as a Ti layer L 1 comprising a chisel.
In the sputtering apparatus 1, the film thickness can be measured by the film thickness monitors 12 a and 12 b, and the film thickness of the thin film contributed by the Ti target pieces 6 a and 6 b can be monitored by the feedback control unit 13.
Therefore, the feedback control unit 13 monitors the sum of the film thicknesses measured by the film thickness monitors 12a and 12b, and supplies current only to the electrodes 9a and 9b until the film thickness value on the workpiece 3 reaches 200 nm. Supply. Thus, Ti layer L 1 of a single layer having a thickness of 200nm onto the object 3 is deposited.
Thus, the first film forming process is completed.

このようにして、膜厚２００ｎｍのＴｉ層Ｌ１が成膜されたら、続けて、Ｔｉ層Ｌ１上に膜厚１００ｎｍのＴｉＮ傾斜層Ｌ２を成膜する第２の成膜工程を行う。
本工程では、電源１０ａ、１０ｂの出力電力を、第１の成膜工程の終了時の出力電力に固定し、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂによる膜厚測定を行いながら、反応性ガスであるＮ２をＮ２ガス導入口１１ａから導入する。
このとき、Ｎ２ガスは、Ｔｉ層Ｌ１上の膜厚が１００ｎｍになるまで、導入されるＮ２のガス流量を０ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍまで連続的に上昇させていく。ここで、ｓｃｃｍは、１気圧（１．０１３ｈＰａ）、０℃における流量を、ｃｃｍ、すなわち、ｃｍ３／ｍｉｎで表した単位である。
これにより、Ｎ２の導入量に応じて、スパッタリングされたＴｉと反応したＴｉＮが増大し、Ｔｉのスパッタリング粒子とともにＴｉＮの粒子が被処理体３のＴｉ層Ｌ１上に堆積していく。
このため、Ｔｉ層Ｌ１上には、ＴｉとＮとの組成比が変化したＴｉＮ傾斜層Ｌ２が形成されていく。 In this way, when Ti layer L 1 having a thickness of 200nm is deposited, followed, a second film forming step of forming a TiN gradient layer L 2 having a thickness of 100nm on the Ti layer L 1.
In this step, the output power of the power supplies 10a and 10b is fixed to the output power at the end of the first film formation step, and the film thickness is measured by the film thickness monitors 12a and 12b, while N 2 which is a reactive gas. Is introduced from the N 2 gas inlet 11a.
At this time, the N 2 gas continuously increases the gas flow rate of the introduced N 2 from 0 sccm to 30 sccm until the film thickness on the Ti layer L 1 reaches 100 nm. Here, sccm is a unit in which the flow rate at 1 atm (1.013 hPa) and 0 ° C. is expressed in ccm, that is, cm 3 / min.
Accordingly, TiN that reacts with the sputtered Ti increases in accordance with the amount of N 2 introduced, and TiN particles are deposited on the Ti layer L 1 of the workpiece 3 together with the Ti sputtered particles.
For this reason, the TiN inclined layer L 2 in which the composition ratio of Ti and N is changed is formed on the Ti layer L 1 .

本実施形態のスパッタリング装置１では、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂにより取得した膜厚測定値がフィードバック制御部１３に送出される。ここで、膜厚測定値は、ＴｉおよびＴｉＮにより膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ上に形成される膜厚であり、フィードバック制御部１３によって被処理体３上に膜厚に換算される。
フィードバック制御部１３では、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂの膜厚測定値から換算される被処理体３上の膜厚から、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂからのＴｉの寄与による成膜速度を逐次算出する。そして、フィードバック制御部１３は、これらの成膜速度の和が０．４ｎｍ／ｓとなるように、電源１０ａ、１０ｂの出力電力を調整するフィードバック制御を行う。
このため、ＴｉＮ傾斜層Ｌ２の成膜を開始してから２５０秒後に膜厚１００ｎｍに達する。
この場合、Ｎ２ガスは、Ｎ２ガスの導入を開始してから２５０秒後にＮ２のガス流量が３０ｓｃｃｍになるように、Ｎ２のガス流量を一定勾配で増大させればよい。
このようにして、第２の成膜工程が終了する。 In the sputtering apparatus 1 of the present embodiment, the measured film thickness values obtained by the film thickness monitors 12 a and 12 b are sent to the feedback control unit 13. Here, the measured film thickness is a film thickness formed on the film thickness monitors 12 a and 12 b by Ti and TiN, and is converted into a film thickness on the object 3 by the feedback control unit 13.
The feedback control unit 13 sequentially calculates the film formation speed due to the contribution of Ti from the Ti target pieces 6a and 6b from the film thickness on the workpiece 3 converted from the film thickness measurement values of the film thickness monitors 12a and 12b. . Then, the feedback control unit 13 performs feedback control for adjusting the output power of the power supplies 10a and 10b so that the sum of these film formation speeds is 0.4 nm / s.
Therefore, reaching a thickness of 100nm from the start of the deposition of the TiN gradient layer L 2 after 250 seconds.
In this case, N 2 gas, as the gas flow rate of N 2 is 30sccm from the start of the introduction of the N 2 gas after 250 seconds, it is sufficient to increase the gas flow rate of N 2 at a constant gradient.
In this way, the second film forming process is completed.

上記第２の成膜工程の条件で形成されたＴｉＮ傾斜層Ｌ２の膜厚方向の組成変化のグラフを図６に示す。図６において、曲線１００は、ＴｉＮ傾斜層Ｌ２におけるＴｉの含有量［原子％］の変化を示している。また、曲線１０１は、ＴｉＮ傾斜層Ｌ２におけるＮの含有量［原子％］の変化を示している。横軸の膜厚は、被処理体３の表面を０ｎｍとしている。このため、膜厚２００ｎｍはＴｉ層Ｌ１の表面に相当している。
図６に示すように、上記のようにして形成されたＴｉＮ傾斜層Ｌ２は、膜厚２００ｎｍの位置で、Ｔｉが１００原子％とされ、膜厚が増大するにしたがって、Ｔｉの含有量が直線的に減少するとともにＮの含有量が直線的に増大して、膜厚３００ｎｍの位置で、Ｔｉ：Ｎの組成比が１：１になっていることが分かる。 The graph of the change in composition of the second formed under the conditions of the film formation process film thickness direction of the TiN gradient layer L 2 shown in FIG. 6, curve 100 shows the change of the content of Ti in the TiN gradient layer L 2 [atom%]. Curve 101 shows the change of the content of N in the TiN gradient layer L 2 [atom%]. The film thickness on the horizontal axis is 0 nm on the surface of the workpiece 3. Therefore, the film thickness 200nm is equivalent to the surface of the Ti layer L 1.
As shown in FIG. 6, the TiN inclined layer L 2 formed as described above has a Ti content of 100 atomic% at a thickness of 200 nm, and the Ti content increases as the thickness increases. It can be seen that the content of N decreases linearly and the content of N increases linearly, and the Ti: N composition ratio is 1: 1 at the position of the film thickness of 300 nm.

このようにしてＴｉＮ傾斜層Ｌ２を形成した後、続けて、ＴｉＮ層Ｌ３を成膜する第３の成膜工程を行う。
本工程では、Ｎ２のガス流量を３０ｓｃｃｍに保った状態で、他の条件は第２の成膜工程と同様にして、さらに１００ｎｍだけ成膜を行う。これにより、被処理体３のＴｉＮ傾斜層Ｌ２上に、組成比が一定値１：１に保たれた膜厚１００ｎｍのＴｉＮ層Ｌ３が成膜される。
以上で、第３の成膜工程が終了する。 After forming the TiN inclined layer L 2 in this way, a third film forming step for forming the TiN layer L 3 is subsequently performed.
In this step, the N 2 gas flow rate is maintained at 30 sccm, and the other conditions are the same as in the second film formation step, and a film is further formed by 100 nm. As a result, a TiN layer L 3 having a thickness of 100 nm and a composition ratio maintained at a constant value of 1: 1 is formed on the TiN inclined layer L 2 of the object 3 to be processed.
Thus, the third film forming process is completed.

次に、ＴｉＮ層Ｌ３上に、膜厚１００ｎｍのＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４を成膜する第４の成膜工程を行う。
本工程では、第３の成膜工程の成膜を行う状態を保ちつつ、さらに、電源１０ｃ、１０ｄからそれぞれ電極９ｃ、９ｄに電圧を印加し、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄに対しスパッタリングを行う。
Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄでのスパッタリングは、ターゲット片の構成材料がＡｌであるため、スパッタリング粒子がＡｌ原子になる以外は、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂでのスパッタリングと同様である。したがって、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄのスパッタリング粒子の放出量は、フィードバック制御部１３により電源１０ｃ、１０ｄの出力電力を個別に制御することによって、同様に調整することができる。また、電源１０ｃ、１０ｄによって電極９ｃ、９ｄとＡｌターゲット片６ｃ、６ｄとの間に形成される電気回路も同一の原理で成り立つ。
したがって、バッキングプレート７を介して電源１０ａ、１０ｂと陰極配線３２ａ、３２ｂを共有していても、電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力を個別に制御することにより、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄからのそれぞれのスパッタリング粒子の放出量を個別に制御することができる。 Next, a fourth film forming step is performed for forming a 100 nm-thick TiAlN inclined layer L 4 on the TiN layer L 3 .
In this step, while maintaining the film forming state in the third film forming step, a voltage is further applied to the electrodes 9c and 9d from the power supplies 10c and 10d, respectively, and sputtering is performed on the Al target pieces 6c and 6d.
The sputtering with the Al target pieces 6c and 6d is the same as the sputtering with the Ti target pieces 6a and 6b except that the constituent material of the target piece is Al and the sputtering particles become Al atoms. Therefore, the amount of sputtered particles emitted from the Al target pieces 6c and 6d can be adjusted in the same manner by individually controlling the output power of the power supplies 10c and 10d by the feedback control unit 13. The electric circuit formed between the electrodes 9c and 9d and the Al target pieces 6c and 6d by the power supplies 10c and 10d is also based on the same principle.
Therefore, even if the power sources 10a and 10b and the cathode wirings 32a and 32b are shared via the backing plate 7, the Ti target pieces 6a, 6b, The amount of each sputtered particle emitted from the Al target pieces 6c and 6d can be individually controlled.

本工程では、スパッタリング装置１は、第２の成膜工程で、Ｔｉによる成膜速度をフィードバック制御したのと同様にして、膜厚モニタ１２ｃ、１２ｄにより取得した膜厚測定値をフィードバック制御部１３に送る。フィードバック制御部１３は、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄからのＡｌによる成膜速度の和が、０．２ｎｍ／ｓから０．４ｎｍ／ｓまで直線的かつ連続的に上昇するように、電源１０ｃ、１０ｄの出力電力を調整するフィードバック制御を行う。この時、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂによる成膜速度は０．４ｎｍ／ｓで固定した。よって、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂとＡｌターゲット片６ｃ、６ｄからの成膜による成膜速度の総和は、第４の成膜工程開始時は０．６ｎｍ／ｓ、第４工程終了時は０．８ｎｍ／ｓであり、第４工程開始時から終了時までの成膜速度の総和は直線的かつ連続的に変化させた。
このようにして、成膜を行うことにより、ＴｉＮ層Ｌ３上には、膜厚の増大に伴って、Ｔｉ、Ｎの組成比が減少するとともにＡｌの組成比が増大し、膜厚１００ｎｍで組成比Ｔｉ：Ａｌ：Ｎが１：１：１となるＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４が形成される。以上で、第４の成膜工程が終了する。 In this step, the sputtering apparatus 1 uses the feedback control unit 13 to obtain the film thickness measurement values obtained by the film thickness monitors 12c and 12d in the same manner as in the second film formation step in which the film formation rate by Ti is feedback controlled. Send to. The feedback control unit 13 supplies the power supplies 10c and 10d so that the sum of the film formation rates of Al from the Al target pieces 6c and 6d increases linearly and continuously from 0.2 nm / s to 0.4 nm / s. Perform feedback control to adjust the output power. At this time, the film formation rate by the Ti target pieces 6a and 6b was fixed at 0.4 nm / s. Therefore, the sum of the film formation rates by the film formation from the Ti target pieces 6a and 6b and the Al target pieces 6c and 6d is 0.6 nm / s at the start of the fourth film formation process, and is 0. The total film deposition rate from the start to the end of the fourth step was linearly and continuously changed.
In this manner, by forming a film, on the TiN layer L 3, along with the film thickness increased, Ti, Al composition ratio increases with the composition ratio of N is decreased, a thickness of 100nm A TiAlN inclined layer L 4 having a composition ratio Ti: Al: N of 1: 1: 1 is formed. Thus, the fourth film forming process is completed.

上記第４の成膜工程の条件で形成されたＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４の膜厚方向の組成変化のグラフを図７に示す。図７において、曲線１０２（◇：菱形印）は、Ｔｉの含有量［原子％］の変化を示している。また、曲線１０３（△：三角印）は、Ｎの含有量［原子％］の変化を示している。また、曲線１０４（□：四角印）は、Ａｌの含有量［原子％］の変化を示している。横軸の膜厚は、被処理体３の表面を０ｎｍとしている。このため、膜厚４００ｎｍは、ＴｉＮ層Ｌ３の表面に相当している。
図７に示すように、上記のようにして形成されたＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４は、膜厚４００ｎｍの位置で、Ｔｉ、Ｎがそれぞれ５０原子％とされ、膜厚が増大するにしたがって、Ｔｉ、Ｎの含有量が減少するとともに、Ａｌの含有量が増大して、膜厚５００ｎｍの位置で、Ｔｉ：Ａｌ：Ｎの組成比が、１：１：１になっていることが分かる。 The graph of the fourth film thickness direction of compositional changes in the deposition TiAlN graded layer formed under the conditions of step L 4 shown in FIG. In FIG. 7, a curve 102 (◇: rhombus mark) indicates a change in Ti content [atomic%]. A curve 103 (Δ: triangular mark) shows a change in N content [atomic%]. A curve 104 (□: square mark) shows a change in the Al content [atomic%]. The film thickness on the horizontal axis is 0 nm on the surface of the workpiece 3. Therefore, the film thickness 400nm is equivalent to the surface of the TiN layer L 3.
As shown in FIG. 7, the TiAlN inclined layer L 4 formed as described above has Ti and N at 50 atomic% at a thickness of 400 nm, respectively, and as the film thickness increases, Ti, It can be seen that the N content decreases, the Al content increases, and the Ti: Al: N composition ratio is 1: 1: 1 at the position of the film thickness of 500 nm.

このようにしてＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４を形成した後、ＴｉＡｌＮ層Ｌ５を成膜する第５の成膜工程を行う。
本工程では、Ａｌによる成膜速度を０．４ｎｍ／ｓに保った状態として、他の条件は第４の成膜工程と同様にして、組成比を固定し、さらに１００ｎｍだけ成膜を行う。膜厚の監視は、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの膜厚測定値の和をとることによって行う。
このようにして、被処理体３のＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４上に、組成比が一定値１：１：１に保たれた膜厚１００ｎｍのＴｉＡｌＮ層Ｌ５が成膜される。
以上で、第５の成膜工程が終了する。 After forming the TiAlN graded layer L 4 In this way, performing a fifth deposition step of forming a TiAlN layer L 5.
In this step, the film formation rate with Al is kept at 0.4 nm / s, and the other conditions are the same as in the fourth film formation step, the composition ratio is fixed, and film formation is further performed by 100 nm. The film thickness is monitored by taking the sum of the film thickness measurement values of the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d.
In this manner, a 100 nm thick TiAlN layer L 5 having a composition ratio of 1: 1: 1 is formed on the TiAlN inclined layer L 4 of the workpiece 3.
Thus, the fifth film forming process is completed.

このようにして、スパッタリング装置１を用いることにより、被処理体３上に、膜厚２００ｎｍのＴｉ層Ｌ１と、膜厚１００ｎｍの間でＴｉの組成比が１００原子％から５０原子％、Ｎの組成比が０原子％から５０原子％に変化するＴｉＮ傾斜層Ｌ２と、膜厚１００ｎｍで組成比が１：１で一定のＴｉＮ層Ｌ３と、膜厚１００ｎｍの間で、ＴｉおよびＮの組成比がそれぞれ５０原子％から３３．３原子％、Ａｌの組成比が０原子％から３３．３原子％に変化するＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４と、膜厚１００ｎｍで組成比が１：１：１で一定のＴｉＡｌＮ層Ｌ５とが、この順に積層された薄膜を成膜することができる。 In this way, by using the sputtering apparatus 1, the Ti composition ratio between the 200 nm-thick Ti layer L 1 and the 100 nm-thickness is 100 atomic% to 50 atomic% on the workpiece 3, N TiN gradient layer L 2 whose composition ratio changes from 0 atomic% to 50 atomic%, TiN layer L 3 having a constant composition ratio of 1: 1 at a film thickness of 100 nm, and Ti and N between the film thickness of 100 nm The TiAlN graded layer L 4 in which the composition ratio changes from 50 atomic% to 33.3 atomic%, the Al composition ratio changes from 0 atomic% to 33.3 atomic%, and the composition ratio is 1: 1: 100 nm. and certain TiAlN layer L 5 in 1, it is possible to form a thin film which are laminated in this order.

スパッタリング装置１において、フィードバック制御部１３と膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、ターゲット片からの原子または分子の放出量および成膜速度を測定または算出し、この測定結果または算出結果に基づいて、複数の電源の出力電力を調整する出力制御部を構成している。   In the sputtering apparatus 1, the feedback control unit 13 and the film thickness monitors 12 a, 12 b, 12 c, and 12 d measure or calculate the amount of atoms or molecules emitted from the target piece and the film formation speed, and based on this measurement result or calculation result. Thus, an output control unit that adjusts the output power of a plurality of power supplies is configured.

次に、本実施形態の成膜方法により成膜された薄膜５０の品質評価を行った結果について説明する。
薄膜５０の品質評価は、薄膜５０を図８に示すような種々の光学機器に使用するガラス光学素子を成形によって製造する金型組み２０に成膜し、実際にガラス光学素子の成形を繰り返して、薄膜５０の耐久性を評価することにより行った。
金型組み２０は、ガラス光学素子の表面形状を形成する上金型１４および下金型１５を、ガラス光学素子の厚さを規定する円筒状の内部胴型１６に挿入し、さらにこれらの組立体の外周部を円筒状の外部胴型１７の内周部に挿入して組み立てたものである。
このような金型組み２０は、窒素雰囲気の高温環境下で成形を行うため、耐熱性が求められる。また、特に、内部胴型１６は、上金型１４および下金型１５の間に挿入された硝材を加圧成形する際に、内周部に挿入された上金型１４および下金型１５と、外周部に外嵌された外部胴型１７とが上下に摺動するため、表面の耐摩耗性が求められている。
そこで、内部胴型１６の表面に、本実施形態の成膜方法により薄膜５０を成膜した。
このような金型組み２０を用いて、Ｌ−ＢＡＬ４２（株式会社オハラ製）を硝材として、５８０℃で２分間かけてガラス光学素子を成形する工程を繰り返し行ったところ、成形回数が２５０００回まで、酸化による劣化や摺動による薄膜５０の剥離は発生せず、ガラス光学素子の成形が可能であった。
この結果より、本実施形態の成膜方法による薄膜５０は、良好な耐摩耗性を有していることが分かる。 Next, the result of quality evaluation of the thin film 50 formed by the film forming method of this embodiment will be described.
The quality evaluation of the thin film 50 is performed by forming the thin film 50 on a mold assembly 20 that is manufactured by molding glass optical elements used in various optical devices as shown in FIG. 8, and actually repeating the molding of the glass optical elements. This was done by evaluating the durability of the thin film 50.
The mold assembly 20 includes an upper mold 14 and a lower mold 15 that form the surface shape of the glass optical element, and is inserted into a cylindrical inner body mold 16 that defines the thickness of the glass optical element. The three-dimensional outer peripheral portion is assembled by being inserted into the inner peripheral portion of the cylindrical outer trunk mold 17.
Since such a mold assembly 20 is molded in a high temperature environment of a nitrogen atmosphere, heat resistance is required. In particular, the inner body die 16 is formed by pressing the glass material inserted between the upper die 14 and the lower die 15 under pressure, so that the upper die 14 and the lower die 15 inserted in the inner peripheral portion. Since the outer body mold 17 fitted on the outer periphery slides up and down, the surface is required to have wear resistance.
Therefore, a thin film 50 was formed on the surface of the inner cylinder mold 16 by the film forming method of this embodiment.
When such a mold assembly 20 was used and L-BAL42 (manufactured by OHARA Co., Ltd.) was used as the glass material, the step of molding the glass optical element at 580 ° C. for 2 minutes was repeated. Degradation due to oxidation and peeling of the thin film 50 due to sliding did not occur, and the glass optical element could be molded.
From this result, it can be seen that the thin film 50 formed by the film forming method of the present embodiment has good wear resistance.

このように、本実施形態のスパッタリング装置１、およびこれを用いた成膜方法によれば、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄにより構成されたターゲット組立体６を用いて電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力調整を行ってスパッタリングを行うことで、傾斜的な組成調整を行うことが可能になり、多層膜間に境界面のない薄膜を成膜することができる。これにより薄膜の耐久性を向上することができる。
また、ターゲット組立体６は共用部電極であるバッキングプレート７上に一体に設けられ、かつスパッタリングを行うための電極部９は各ターゲット片をそれぞれスパッタリングするための複数の電極９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄがターゲット組立体６の外周側に配置されている。このため、従来の１元系のターゲット設置部を複数設けて、同様の多元系の薄膜の成膜を行う場合に比べて、ターゲット片および電極の占有スペースを省スペース化することができる。この結果、真空槽２を大型化することなく、被処理体３に複数種類の構成材料によって、傾斜層や組成比を調整した成膜を行うことができる。 As described above, according to the sputtering apparatus 1 of the present embodiment and the film forming method using the same, the power source 10a using the target assembly 6 constituted by the Ti target pieces 6a and 6b and the Al target pieces 6c and 6d. By performing the output adjustment of 10b, 10c, and 10d and performing the sputtering, it becomes possible to perform the gradient composition adjustment, and it is possible to form a thin film having no boundary surface between the multilayer films. Thereby, durability of a thin film can be improved.
Further, the target assembly 6 is integrally provided on a backing plate 7 which is a shared portion electrode, and an electrode portion 9 for performing sputtering includes a plurality of electrodes 9a, 9b, 9c, 9 d is arranged on the outer peripheral side of the target assembly 6. For this reason, the space occupied by the target piece and the electrode can be saved as compared with the case where a plurality of conventional single-system target installation portions are provided to form the same multi-system thin film. As a result, without increasing the size of the vacuum chamber 2, it is possible to perform film formation on the object to be processed 3 with the gradient layer and the composition ratio adjusted by a plurality of types of constituent materials.

また、スパッタリング装置１では、ターゲット組立体６と被処理体３との間に、スパッタリング粒子をさえぎる構造物がないため、平板状ターゲットの上方に格子状ターゲットを重なるように配置した従来技術に係る成膜装置に比べて、スパッタリング粒子の損失が少なくなる。このため、ターゲットの使用効率を落とさずに成膜を行うことができる。   Further, in the sputtering apparatus 1, since there is no structure that blocks the sputtered particles between the target assembly 6 and the target object 3, it relates to the prior art in which the lattice target is arranged to overlap the flat target. Compared with a film forming apparatus, the loss of sputtered particles is reduced. For this reason, film formation can be performed without reducing the use efficiency of the target.

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る成膜装置について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図１０は、図９におけるＥ視図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置における電源の出力電力と成膜速度との関係の例を示すグラフである。横軸は電極の出力電力［ｋＷ］、縦軸は成膜速度［ｎｍ／ｓ］を示す。 [Second Embodiment]
A film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a schematic front view showing a schematic configuration of a film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 10 is an E view in FIG. FIG. 11 is a graph showing an example of the relationship between the output power of the power source and the film forming speed in the film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the output power [kW] of the electrode, and the vertical axis represents the deposition rate [nm / s].

本実施形態のスパッタリング装置２５は、図９に示すように、上記第１の実施形態のスパッタリング装置１の膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、フィードバック制御部１３に代えて、プラズマエミッションモニタ２６、フィードバック制御部１３Ａを備える。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
なお、スパッタリング装置２５によって成膜可能な薄膜の構成は、ターゲット組立体６の構成材料等に応じて適宜構成が可能であるが、以下では、一例として、上記第１の実施形態と同様に、図２に示す薄膜５０を成膜する場合の例で説明する。 As shown in FIG. 9, the sputtering apparatus 25 of the present embodiment replaces the film thickness monitors 12 a, 12 b, 12 c and 12 d and the feedback control unit 13 of the sputtering apparatus 1 of the first embodiment with a plasma emission monitor 26. The feedback control unit 13A is provided. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.
In addition, although the structure of the thin film which can be formed into a film with the sputtering apparatus 25 can be suitably comprised according to the constituent material of the target assembly 6, etc., in the following, as an example, as in the first embodiment, An example in the case where the thin film 50 shown in FIG. 2 is formed will be described.

プラズマエミッションモニタ２６は、被処理体３とターゲット組立体６との間の中空部で、スパッタリングによりＴｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄから飛び出したスパッタリング粒子の放出量を、それぞれプラズマ発光強度を検出することにより測定するものである。
本実施形態のプラズマエミッションモニタ２６は、Ｔｉターゲット片６ａ、Ａｌターゲット片６ｃからのスパッタリング粒子の放出量を測定するセンサヘッド２６ａと、Ｔｉターゲット片６ｂ、Ａｌターゲット片６ｄからのスパッタリング粒子の放出量を測定するセンサヘッド２６ｂを備える。
センサヘッド２６ａは、図１０に示すように、Ｔｉターゲット片６ａの側方において、Ｔｉターゲット片６ａ、Ａｌターゲット片６ｃを検知範囲に捉える位置に配置されている。これにより、Ｔｉターゲット片６ａ、Ａｌターゲット片６ｃ上での成膜物質のプラズマ発光強度を検出できるようになっている。
また、センサヘッド２６ｂは、Ａｌターゲット片６ｄの側方において、Ａｌターゲット片６ｄ、Ｔｉターゲット片６ｂを検知範囲に捉える位置に配置されている。これにより、Ａｌターゲット片６ｄ、Ｔｉターゲット片６ｂ上での成膜物質のプラズマ発光強度を検出できるようになっている。
センサヘッド２６ａ、２６ｂは、それぞれフィードバック制御部１３Ａに電気的に接続され、それぞれの測定値をフィードバック制御部１３Ａに送出できるようになっている。 The plasma emission monitor 26 is a hollow portion between the object 3 to be processed and the target assembly 6, and the amount of sputtered particles that have jumped out of the Ti target pieces 6 a and 6 b and the Al target pieces 6 c and 6 d by the sputtering is plasma. It is measured by detecting the emission intensity.
The plasma emission monitor 26 of the present embodiment includes a sensor head 26a that measures the amount of sputtered particles emitted from the Ti target piece 6a and Al target piece 6c, and the amount of sputtered particles emitted from the Ti target piece 6b and Al target piece 6d. The sensor head 26b which measures this is provided.
As shown in FIG. 10, the sensor head 26 a is disposed on the side of the Ti target piece 6 a at a position where the Ti target piece 6 a and the Al target piece 6 c are caught in the detection range. Thereby, the plasma emission intensity of the film-forming substance on the Ti target piece 6a and the Al target piece 6c can be detected.
In addition, the sensor head 26b is disposed on the side of the Al target piece 6d at a position where the Al target piece 6d and the Ti target piece 6b are captured in the detection range. Thereby, the plasma emission intensity of the film-forming substance on the Al target piece 6d and the Ti target piece 6b can be detected.
The sensor heads 26a and 26b are electrically connected to the feedback control unit 13A, respectively, so that each measured value can be sent to the feedback control unit 13A.

スパッタリング現象が起きている時、ターゲット組立体６から放出されたスパッタリング粒子のうち、一部のＴｉ原子およびＡｌ原子には、ある割合で高い量子位置への励起が起こり、これらが基底の量子位置に戻る際に各原子に固有な波長の励起光を放射する。そして、ＴｉとＡｌとの固有のプラズマ発光波長は異なるため、それぞれのプラズマ発光強度を同時に測定しても、プラズマ発光強度をそれぞれの波長ごとに分離して測定することができる。
このため、センサヘッド２６ａでは、Ｔｉターゲット片６ａ、Ａｌターゲット片６ｃから放出されるスパッタリング粒子によるプラズマ発光強度から、それぞれＴｉ、Ａｌの放出量を検出することができる。また、センサヘッド２６ｂでは、Ｔｉターゲット片６ｃ、Ａｌターゲット片６ｄから放出されるスパッタリング粒子によるプラズマ発光強度から、それぞれＴｉ、Ａｌの放出量を検出することができる。
センサヘッド２６ａ、２６ｂの測定範囲は、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄから放出されるスパッタリング粒子の移動経路の一部であるが、センサヘッド２６ａ、２６ｂのターゲット組立体６に対する位置関係を固定しておくことにより、一定範囲のスパッタリング条件において、センサヘッド２６ａ、２６ｂで検出されたプラズマ発光強度と、被処理体支持部４に支持された被処理体３に到達するスパッタリング粒子の量との相関をとることができる。
このため、センサヘッド２６ａ、２６ｂによるプラズマ発光強度の測定値を、予めとられた相関データに基づいて、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂ、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄから放出され被処理体３に到達するスパッタリング粒子の量に換算することで、被処理体３に成膜される膜の組成を算出することができる。 When the sputtering phenomenon occurs, some Ti atoms and Al atoms among the sputtered particles emitted from the target assembly 6 are excited to a high quantum position at a certain ratio, and these are the quantum positions of the base. When returning to, an excitation light having a wavelength unique to each atom is emitted. Since the intrinsic plasma emission wavelengths of Ti and Al are different, the plasma emission intensity can be measured separately for each wavelength even if the respective plasma emission intensities are measured simultaneously.
For this reason, the sensor head 26a can detect the emission amounts of Ti and Al from the plasma emission intensity by the sputtering particles emitted from the Ti target piece 6a and the Al target piece 6c, respectively. Further, the sensor head 26b can detect the emission amounts of Ti and Al from the plasma emission intensity by the sputtering particles emitted from the Ti target piece 6c and the Al target piece 6d, respectively.
The measurement range of the sensor heads 26a and 26b is a part of the moving path of the sputtered particles emitted from the Ti target pieces 6a and 6b and the Al target pieces 6c and 6d. By fixing the positional relationship, the plasma emission intensity detected by the sensor heads 26a and 26b and the sputtered particles that reach the target object 3 supported by the target object support unit 4 under a certain range of sputtering conditions. Can be correlated with the amount of.
Therefore, the measured values of the plasma emission intensity by the sensor heads 26a and 26b are emitted from the Ti target pieces 6a and 6b and the Al target pieces 6c and 6d based on the correlation data taken in advance and reach the object 3 to be processed. By converting the amount of the sputtered particles, the composition of the film formed on the workpiece 3 can be calculated.

図１１に、スパッタリング装置２５における電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力電力と被処理体３上の成膜速度との関係の例を示した。
曲線１１１（◇：菱形印）は、Ｎ２の供給量が０ｓｃｃｍである場合のＴｉの成膜速度を示している。曲線１１１によれば、Ｔｉの成膜速度は、出力電力が、成膜が可能となる最低出力電力である０．０８ｋWから１ｋＷに増大するにつれて、０．００６８ｎｍ／ｓから０．８５ｎｍ／ｓまで略直線的に変化する関係にあることが分かる。
曲線１１２（△：三角印）は、Ｎ２の供給量が３０ｓｃｃｍである場合のＴｉによる成膜速度を示している。曲線１１２によれば、Ｔｉによる成膜速度は、出力電圧が、成膜が可能となる最低出力電力である０．０８ｋWから１ｋＷに増大するにつれて、０．００３４ｎｍ／ｓから０．４２５ｎｍ／ｓまで略直線的に変化する関係にあることが分かる。
このように、Ｎ２の供給が増えると、Ｔｉによる成膜速度は減少する。したがって、Ｎ２が０ｓｃｃｍから３０ｓｃｃｍまで変化する間におけるＴｉによる成膜速度は、Ｎ２のガス流量に基づいて、曲線１１１、１１２とのデータを比例配分することによって容易に求められる。
曲線１１３（□：四角印）は、Ｎ２の供給量が３０ｓｃｃｍである場合のＡｌによる成膜速度を示している。曲線１１３によれば、Ａｌによる成膜速度は、出力電力が、成膜が可能となる最低出力電力である０．０８ｋWから１ｋＷに増大するにつれて、０．０１６ｎｍ／ｓから２ｎｍ／ｓまで略直線的に変化する関係にあることが分かる。 FIG. 11 shows an example of the relationship between the output power of the power supplies 10 a, 10 b, 10 c, and 10 d in the sputtering apparatus 25 and the film formation rate on the object to be processed 3.
A curve 111 (◇: rhombus mark) shows the Ti film formation rate when the supply amount of N 2 is 0 sccm. According to curve 111, the Ti deposition rate increases from 0.0068 nm / s to 0.85 nm / s as the output power increases from 0.08 kW, which is the lowest output power at which deposition is possible, to 1 kW. It can be seen that the relationship changes substantially linearly.
A curve 112 (Δ: a triangle mark) shows a film forming rate by Ti when the supply amount of N 2 is 30 sccm. According to curve 112, the deposition rate with Ti increases from 0.0034 nm / s to 0.425 nm / s as the output voltage increases from 0.08 kW, which is the lowest output power at which deposition is possible, to 1 kW. It can be seen that the relationship changes substantially linearly.
Thus, when the supply of N 2 is increased, the film forming rate by Ti is decreased. Therefore, the deposition rate by Ti while N 2 changes from 0 sccm to 30 sccm can be easily obtained by proportionally distributing the data with the curves 111 and 112 based on the gas flow rate of N 2 .
A curve 113 (□: square mark) shows the deposition rate of Al when the supply amount of N 2 is 30 sccm. According to the curve 113, the deposition rate of Al is substantially linear from 0.016 nm / s to 2 nm / s as the output power increases from 0.08 kW, which is the lowest output power at which deposition is possible, to 1 kW. It can be seen that there is a changing relationship.

フィードバック制御部１３Ａは、センサヘッド２６ａ、２６ｂから送出される成膜物質ごとのプラズマ発光強度の測定値に基づいて、ＴｉおよびＡｌのスパッタリング粒子の放出量とその組成比を計算し、これらの放出量の和から成膜速度を算出し、これら組成比と成膜速度とが、薄膜５０を形成するために必要な時間変化をするように、各電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力電力をフィードバック制御するものである。
このため、フィードバック制御部１３Ａには、予め薄膜５０を形成するために必要なＴｉおよびＡｌによる組成比、成膜速度の時間変化の制御目標値と、図１１に示すような出力電力と成膜速度との関係が記憶されている。 The feedback control unit 13A calculates the emission amount and composition ratio of the sputtering particles of Ti and Al based on the measured value of the plasma emission intensity for each film-forming substance sent from the sensor heads 26a and 26b, and releases these components. The film formation rate is calculated from the sum of the amounts, and the output power of each of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d is set so that the composition ratio and the film formation rate change with time necessary for forming the thin film 50. Feedback control is performed.
For this reason, the feedback control unit 13A has a composition ratio by Ti and Al necessary for forming the thin film 50 in advance, a control target value for the temporal change of the film formation rate, output power and film formation as shown in FIG. The relationship with speed is stored.

次に、スパッタリング装置２５の動作について、スパッタリング装置２５を好適に用いて行うことができる本実施形態の成膜方法を中心として説明する。
スパッタリング装置２５を用いた成膜方法は、上記第１の実施形態と同様に成膜準備工程を行った後、上記第１の実施形態と略同様にして第１〜第５の成膜工程を行う。
上記第１の実施形態における第１〜第５の成膜工程と異なるのは、各成膜工程において、プラズマエミッションモニタ２６によって、各ターゲット片からのプラズマ発光強度をリアルタイムに測定し、これをフィードバック制御部１３Ａによって被処理体３上の組成比と成膜速度とに換算し、これらの成膜速度の時間変化が薄膜５０の膜構成に応じて、フィードバック制御部１３Ａに予め記憶された制御目標値になるように、電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力電力をフィードバック制御する点である。 Next, the operation of the sputtering apparatus 25 will be described with a focus on the film forming method of the present embodiment that can be suitably performed using the sputtering apparatus 25.
In the film forming method using the sputtering apparatus 25, after performing the film forming preparation process in the same manner as in the first embodiment, the first to fifth film forming processes are performed in substantially the same manner as in the first embodiment. Do.
The difference from the first to fifth film formation steps in the first embodiment is that, in each film formation step, the plasma emission intensity from each target piece is measured in real time by the plasma emission monitor 26, and this is fed back. The control unit 13A converts the composition ratio on the object 3 and the film formation speed into a control target stored in advance in the feedback control unit 13A in accordance with the film configuration of the thin film 50. The output power of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d is feedback-controlled so as to be a value.

スパッタリング装置２５において、フィードバック制御部１３Ａとプラズマエミッションモニタ２６は、ターゲット片からの原子または分子の放出量、組成比、および成膜速度を測定または算出し、この測定結果または算出結果に基づいて、複数の電源の出力電力を調整する出力制御部を構成している。   In the sputtering apparatus 25, the feedback control unit 13A and the plasma emission monitor 26 measure or calculate the emission amount, composition ratio, and deposition rate of atoms or molecules from the target piece, and based on this measurement result or calculation result, An output control unit that adjusts output power of a plurality of power supplies is configured.

本実施形態のスパッタリング装置２５によれば、上記第１の実施形態と同様に、真空槽２内に１つのターゲット組立体６を設置するだけで、多元系の薄膜５０を成膜することができるため、上記第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
さらに、本実施形態では、スパッタリング装置２５のプラズマエミッションモニタ２６の測定値に基づいて、薄膜５０の組成比をフィードバック制御しながら、成膜を行うことができる。このため、膜厚方向においる組成比の変化が高精度に制御された薄膜５０を形成することができる。 According to the sputtering apparatus 25 of the present embodiment, the multi-element thin film 50 can be formed by simply installing one target assembly 6 in the vacuum chamber 2 as in the first embodiment. Therefore, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.
Furthermore, in the present embodiment, film formation can be performed while feedback controlling the composition ratio of the thin film 50 based on the measurement value of the plasma emission monitor 26 of the sputtering apparatus 25. For this reason, the thin film 50 in which the change in the composition ratio in the film thickness direction is controlled with high accuracy can be formed.

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る成膜装置について説明する。
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図１３は、図１２におけるＦ視図である。 [Third Embodiment]
A film forming apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 12 is a schematic front view showing a schematic configuration of a film forming apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 13 is an F view in FIG.

本実施形態のスパッタリング装置２７は、図１２、１３に示すように、上記第１の実施形態のスパッタリング装置１のフィードバック制御部１３に代えて、フィードバック制御部１３Ｂを備え、さらに上記第２の実施形態と同様の構成および配置を有するプラズマエミッションモニタ２６を追加したものである。
プラズマエミッションモニタ２６のセンサヘッド２６ａ、２６ｂは、フィードバック制御部１３Ｂに電気的に接続され、センサヘッド２６ａ、２６ｂの測定値をフィードバック制御部１３Ｂに送出できるようになっている。
以下、上記第１および第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
なお、スパッタリング装置２７によって成膜可能な薄膜の構成は、ターゲット組立体６の構成材料等に応じて適宜構成が可能であるが、以下では、一例として、上記第１の実施形態と同様に、図２に示す薄膜５０を成膜する場合の例で説明する。 As shown in FIGS. 12 and 13, the sputtering apparatus 27 of this embodiment includes a feedback control unit 13 </ b> B instead of the feedback control unit 13 of the sputtering apparatus 1 of the first embodiment, and further includes the second embodiment. A plasma emission monitor 26 having the same configuration and arrangement as the embodiment is added.
The sensor heads 26a and 26b of the plasma emission monitor 26 are electrically connected to the feedback control unit 13B so that the measured values of the sensor heads 26a and 26b can be sent to the feedback control unit 13B.
Hereinafter, the points different from the first and second embodiments will be mainly described.
In addition, although the structure of the thin film which can be formed into a film with the sputtering apparatus 27 can be suitably comprised according to the constituent material of the target assembly 6, etc., in the following, as an example, as in the first embodiment, An example in the case where the thin film 50 shown in FIG. 2 is formed will be described.

フィードバック制御部１３Ｂは、成膜時に膜厚と膜の組成比とを制御するものであり、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと、プラズマエミッションモニタ２６と、電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとに電気的に接続されている。
すなわち、フィードバック制御部１３Ｂは、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄからの膜厚の測定値を受信して、これらの測定値の和から成膜された膜厚を算出し、この膜厚値が予め記憶された膜厚の制御目標値に一致するように、電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力電力をフィードバック制御することができるようになっている。
また、フィードバック制御部１３Ｂは、プラズマエミッションモニタ２６のセンサヘッド２６ａ、２６ｂから送出される成膜物質ごとのプラズマ発光強度の測定値に基づいて、ＴｉおよびＡｌのスパッタリング粒子の放出量とその組成比を計算し、この組成比が、予め記憶された膜厚方向の組成比の制御目標値に一致するように、電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力電力をフィードバック制御することができるようになっている。
このため、フィードバック制御部１３Ｂには、予め、薄膜５０を形成するために必要な膜厚方向におけるＴｉおよびＡｌによる組成比の制御目標値と、図１１に示すような出力電力と成膜速度との関係とが記憶されている。 The feedback control unit 13B controls the film thickness and the film composition ratio during film formation. The film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d, the plasma emission monitor 26, and the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d. And is electrically connected.
That is, the feedback control unit 13B receives the measurement values of the film thickness from the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d, calculates the film thickness formed from the sum of these measurement values, and this film thickness The output power of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d can be feedback-controlled so that the value matches the control target value of the film thickness stored in advance.
Further, the feedback control unit 13B determines the emission amount of Ti and Al sputtered particles and the composition ratio thereof based on the measured value of the plasma emission intensity for each film-forming substance sent from the sensor heads 26a and 26b of the plasma emission monitor 26. And the output power of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d can be feedback-controlled so that the composition ratio matches the pre-stored control target value of the composition ratio in the film thickness direction. ing.
For this reason, in the feedback control unit 13B, the control target value of the composition ratio of Ti and Al in the film thickness direction necessary for forming the thin film 50, the output power and the film formation speed as shown in FIG. The relationship is stored.

次に、スパッタリング装置２７の動作について、スパッタリング装置２７を好適に用いて行うことができる本実施形態の成膜方法を中心として説明する。
スパッタリング装置２７を用いた成膜方法は、上記第１の実施形態と同様に成膜準備工程を行った後、上記第１の実施形態と同様にして第１〜第３の成膜工程を行い、上記第１の実施形態と略同様にして第４および第５の成膜工程を行う。
上記第１の実施形態における第４、第５の成膜工程と異なるのは、これらの成膜工程において、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄによって膜厚を逐次測定するとともに、プラズマエミッションモニタ２６によって、各ターゲット片からのプラズマ発光強度を逐次測定し、これらの測定値が予め記憶されたそれぞれの制御目標値に一致するように、フィードバック制御部１３Ｂによって電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力電力をフィードバック制御する点である。
以下では、第４および第５の成膜工程について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。 Next, the operation of the sputtering apparatus 27 will be described focusing on the film forming method of the present embodiment that can be suitably performed using the sputtering apparatus 27.
In the film forming method using the sputtering apparatus 27, after performing the film forming preparation process in the same manner as in the first embodiment, the first to third film forming processes are performed in the same manner as in the first embodiment. The fourth and fifth film forming steps are performed in substantially the same manner as in the first embodiment.
The difference from the fourth and fifth film forming steps in the first embodiment is that in these film forming steps, the film thickness is sequentially measured by the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d, and the plasma emission monitor is used. 26, the plasma emission intensity from each target piece is sequentially measured, and the feedback control unit 13B controls the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d so that these measured values match the respective control target values stored in advance. This is a point where the output power is feedback-controlled.
Hereinafter, the fourth and fifth film forming steps will be described focusing on differences from the first embodiment.

第３の成膜工程が終了後、ＴｉＮ層Ｌ３上に、膜厚１００ｎｍのＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４を成膜する第４の成膜工程を行う。
本工程では、Ｎ２のガス流量を３０ｓｃｃｍに保持して、第３の成膜工程と同条件で、Ｔｉのスパッタリングを行うとともに、Ａｌのスパッタリングを開始する。
すなわち、本工程の開始時には、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂからＴｉをスパッタリングして、成膜速度０．４ｎｍ／ｓの成膜を行うために、図１１の曲線１１２に示す関係に基づいて、電源１０ａ、１０ｂの出力電力が０．９４ｋＷに設定されている。
また、Ａｌターゲット片６ｃ、６ｄからＡｌをスパッタリングして、成膜速度０．２ｎｍ／ｓの成膜を行うために、図１１の曲線１１３に示す関係に基づいて、電源１０ｃ、１０ｄの出力電力を０．１ｋＷに設定する。これにより、合計成膜速度が０．６ｎｍ／ｓの成膜が開始される。
またこれと同時に、スパッタリング装置２７では、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄによる膜厚の測定を第３の成膜工程から継続するとともに、プラズマエミッションモニタ２６のセンサヘッド２６ａ、２６ｂによる組成比の測定を開始する。これらの測定による膜厚の測定値と各成膜物質の組成比の測定値は、逐次、フィードバック制御部１３Ｂに入力される。 After the third film forming process is completed, on the TiN layer L 3, performs the fourth film forming step of forming a TiAlN graded layer L 4 having a thickness of 100 nm.
In this step, the N 2 gas flow rate is maintained at 30 sccm, and Ti is sputtered and Al sputtering is started under the same conditions as in the third film forming step.
That is, at the start of this process, in order to perform film formation at a film formation rate of 0.4 nm / s by sputtering Ti from the Ti target pieces 6a and 6b, the power supply is based on the relationship shown by the curve 112 in FIG. The output power of 10a and 10b is set to 0.94 kW.
Further, in order to perform sputtering at a deposition rate of 0.2 nm / s by sputtering Al from the Al target pieces 6c and 6d, the output power of the power supplies 10c and 10d is based on the relationship shown by the curve 113 in FIG. Is set to 0.1 kW. Thereby, film formation with a total film formation speed of 0.6 nm / s is started.
At the same time, in the sputtering apparatus 27, measurement of the film thickness by the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d is continued from the third film forming process, and the composition ratio by the sensor heads 26a and 26b of the plasma emission monitor 26 is continued. Start measuring. The measurement values of the film thickness and the measurement values of the composition ratios of the respective film forming materials are sequentially input to the feedback control unit 13B.

組成比の成膜速度における制御目標値は、図１１の曲線１１２、１１３に示される関係から得られる。
第４工程の成膜開始時の設定組成比は、Ｔｉ：Ａｌ=２：１となるように電源１０a、１０ｂの出力電力を０．９４ｋW、電源１０ｃ、１０ｄの出力電力を０．１ｋWに設定し、成膜を開始する。
成膜開始後、フィードバック制御部１３Ｂは、センサヘッド２６ａ、２６ｂの測定値に基づいて、上記第２の実施形態と同様にしてターゲット片６a、６ｃおよびターゲット片６ｂ、６ｄの組成比を計算し、被処理体３の表面を０ｎｍとしたとき、第４工程の終了時の到達膜厚５００ｎｍまで成膜する過程で、Ｔｉ：Ａｌの組成比が２：１から１：１まで直線的かつ連続的に組成変化するように、電源１０a、１０b、１０c、１０dの出力電力を調整する制御を行う。
具体的には、例えば、電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力値の制御を０．００１ｋＷのステップとし、センサヘッド２６ａで測定されたＴｉターゲット片６ａ、Ａｌターゲット片６ｃから放出されるスパッタリング粒子の組成比において、Ｔｉが設定された組成比よりも多かった場合には、電源１０ａの出力電力を０．００１ｋＷ下降させ、これと同時に電源１０ｃの出力電力を０．００１ｋＷ上昇させ、再度センサヘッド２６ａで組成比を解析する。さらに補正が必要な場合は、同じことを繰り返す。
そのとき、電源１０ａ（１０b）と電源１０ｃ（１０ｄ）への電源出力値の補正は、一方の補正と他方の補正を必ずしも同時に行わなくても良く、組成比を、その時点の組成比の制御目標値に調整できれば良い。本実施形態では、フィードバックによる電源の出力調整が０．００１ｋＷステップなので、目標組成比に対して１．１５原子％の誤差範囲があり、組成制御は、この誤差範囲内に入れば、目標組成比に到達したと判定する。 The control target value at the film formation rate of the composition ratio is obtained from the relationship shown by the curves 112 and 113 in FIG.
The composition ratio at the start of film formation in the fourth step is set to 0.94 kW for the power supplies 10a and 10b and 0.1 kW for the power supplies 10c and 10d so that Ti: Al = 2: 1. Then, film formation is started.
After starting the film formation, the feedback control unit 13B calculates the composition ratio of the target pieces 6a and 6c and the target pieces 6b and 6d based on the measured values of the sensor heads 26a and 26b in the same manner as in the second embodiment. When the surface of the object to be processed 3 is set to 0 nm, the Ti: Al composition ratio is linear and continuous from 2: 1 to 1: 1 in the process of forming the film thickness up to 500 nm at the end of the fourth step. Control is performed to adjust the output power of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d so that the composition changes.
Specifically, for example, the control of the output values of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d is set to a step of 0.001 kW, and the sputtered particles emitted from the Ti target piece 6a and the Al target piece 6c measured by the sensor head 26a. When Ti is larger than the set composition ratio, the output power of the power source 10a is decreased by 0.001 kW, and at the same time, the output power of the power source 10c is increased by 0.001 kW. The composition ratio is analyzed at 26a. If further correction is required, the same is repeated.
At this time, the correction of the power supply output value to the power supply 10a (10b) and the power supply 10c (10d) is not necessarily performed simultaneously with one correction and the other correction, and the composition ratio is controlled by the composition ratio at that time. It only needs to be adjusted to the target value. In this embodiment, since the output adjustment of the power supply by feedback is 0.001 kW step, there is an error range of 1.15 atomic% with respect to the target composition ratio, and if the composition control falls within this error range, the target composition ratio Is determined to have been reached.

また、フィードバック制御部１３Ｂでは、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの測定値の総和によって、成膜される合計の膜厚と成膜速度とを算出する。
フィードバック制御部１３Ｂは、測定された成膜速度と、設定値０．６ｎｍ／ｓとの差を算出して、成膜速度が０．６ｎｍ／ｓとなるように、膜厚モニタ１２aおよび膜厚モニタ１２ｃの測定値から算出された合計成膜速度と、膜厚モニタ１２ｂおよび膜厚モニタ１２ｄの測定値から算出された合計成膜速度を、逐次フィードバック制御部１３Bに入力し、電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力電力の大きさを、センサヘッド２６ａ、２６ｂの測定値に基づく組成比の制御で決定されたＴｉの組成に対応する電源１０ａ、Ａｌの組成に対応する電源１０ｃの出力電力の和と、Ｔｉの組成に対応する電源１０ｂ、Ａｌの組成に対応する電源１０ｄの出力電力の和との差が少なくなるように調整する。
補正の動作は、前述したような膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの膜厚測定値から換算される被処理体３上の膜厚から、Ｔｉターゲット片６ａ、６ｂおよびＡｌターゲット片６ｃ、６ｄからのＴｉおよびＡｌの寄与による成膜速度を逐次算出する。そして、フィードバック制御部１３Bは、これらの成膜速度の和が０．６ｎｍ／ｓとなるように、電源１０ａ、１０ｂ、１０c、１０dの出力電力を調整するフィードバック制御を行う。
その後、膜厚モニタ１２a、１２ｃによるＴｉターゲット片６a、Ａｌターゲット片６ｃの合計成膜速度を算出し、また膜厚モニタ１２ｂ、１２ｄによりＴｉターゲット片６ｂ、Ａｌターゲット片６ｄの合計成膜速度を算出し、Ｔｉターゲット片６a、Ａｌターゲット片６ｃの合計成膜速度とＴｉターゲット片６ｂ、Ａｌターゲット片６ｄの合計成膜速度がそれぞれ０．３ｎｍ／ｓになるように、電源１０a、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力値の制御を行う。
この組成比制御と合計成膜速度の制御を繰り返し行うことで、組成比と成膜速度を所望の目標値に合わせこむ。 Further, the feedback control unit 13B calculates the total film thickness to be formed and the film formation speed based on the sum of the measured values of the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d.
The feedback control unit 13B calculates the difference between the measured film formation rate and the set value 0.6 nm / s, and the film thickness monitor 12a and the film thickness so that the film formation rate becomes 0.6 nm / s. The total film formation rate calculated from the measurement values of the monitor 12c and the total film formation rate calculated from the measurement values of the film thickness monitor 12b and the film thickness monitor 12d are sequentially input to the feedback control unit 13B, and the power supplies 10a and 10b. The output power of the power supply 10a corresponding to the Ti composition determined by the control of the composition ratio based on the measured values of the sensor heads 26a and 26b, and the output power of the power supply 10c corresponding to the Al composition. And the sum of the output powers of the power source 10b corresponding to the Ti composition and the power source 10d corresponding to the Al composition are adjusted to be small.
The correction operation is performed using the Ti target pieces 6a, 6b and the Al target pieces 6c, from the film thickness on the workpiece 3 converted from the film thickness measurement values of the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, 12d as described above. The film formation rate due to the contribution of Ti and Al from 6d is sequentially calculated. Then, the feedback control unit 13B performs feedback control for adjusting the output power of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d so that the sum of these film formation speeds is 0.6 nm / s.
Thereafter, the total film formation rate of the Ti target piece 6a and the Al target piece 6c is calculated by the film thickness monitors 12a and 12c, and the total film formation rate of the Ti target piece 6b and the Al target piece 6d is calculated by the film thickness monitors 12b and 12d. The power sources 10a, 10b, and 10c are calculated so that the total film formation rate of the Ti target piece 6a and the Al target piece 6c and the total film formation rate of the Ti target piece 6b and the Al target piece 6d are 0.3 nm / s, respectively. The output value of 10d is controlled.
By repeating the control of the composition ratio and the total film formation rate, the composition ratio and the film formation rate are adjusted to a desired target value.

フィードバック制御部１３Ｂは、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄにより、膜厚が測定開始時から５００ｎｍ（第３の成膜工程の終了時から１００ｎｍ）に到達したことを確認し、かつ、センサヘッド２６ａ、２６ｂにより、Ｔｉターゲット片６ａ、Ａｌターゲット片６ｃ、およびＴｉターゲット片６ｂ、Ａｌターゲット片６ｄのそれぞれのＴｉとＡｌの組成比の測定値が１：１であることを確認したら、ＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４の成膜プロセスを終了と判定し、第４の成膜工程を終了する。 The feedback control unit 13B confirms by the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d that the film thickness has reached 500 nm from the start of measurement (100 nm from the end of the third film formation step), and the sensor After confirming that the measured values of the Ti and Al composition ratios of the Ti target piece 6a, the Al target piece 6c, the Ti target piece 6b, and the Al target piece 6d are 1: 1 by the heads 26a and 26b, TiAlN It determines that the film formation process is completed in the inclined layer L 4, and ends the fourth film forming step.

続いて、ＴｉＡｌＮ層Ｌ５を成膜する第５の成膜工程を行う。
本工程では、成膜速度および組成比を、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄおよびプラズマエミッションモニタ２６で監視し、それぞれ第４の成膜工程の終了時の一定の成膜速度および組成比が保持されるように、フィードバック制御１３Ｂによって電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力電力を制御する。
膜厚が６００ｎｍ（第４の成膜工程の終了時から１００ｎｍ）になったら、フィードバック制御部１３Ｂは、電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力電力を０％にする。
以上で、第５の成膜工程が終了する。 Subsequently, a fifth deposition step of forming a TiAlN layer L 5.
In this step, the film formation rate and the composition ratio are monitored by the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d and the plasma emission monitor 26, and the constant film formation rate and the composition ratio at the end of the fourth film formation step, respectively. The output power of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d is controlled by the feedback control 13B.
When the film thickness reaches 600 nm (100 nm from the end of the fourth film formation step), the feedback control unit 13B sets the output power of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d to 0%.
Thus, the fifth film forming process is completed.

スパッタリング装置２７において、フィードバック制御部１３Ｂと、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと、プラズマエミッションモニタ２６とは、ターゲット片からの原子または分子の放出量、組成比、および成膜速度を測定または算出し、この測定結果または算出結果に基づいて、複数の電源の出力電力を調整する出力制御部を構成している。   In the sputtering apparatus 27, the feedback control unit 13B, the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d, and the plasma emission monitor 26 measure the emission amount, composition ratio, and film formation rate of atoms or molecules from the target piece. Alternatively, an output control unit that calculates and adjusts the output power of a plurality of power supplies based on the measurement result or the calculation result is configured.

本実施形態のスパッタリング装置２７によれば、上記第１の実施形態と同様に、真空槽２内に１つのターゲット組立体６を設置するだけで、多元系の薄膜５０を成膜することができるため、上記第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
さらに、本実施形態では、スパッタリング装置２７の膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄによる膜厚の測定値に基づいて、薄膜５０の成膜速度をフィードバック制御し、プラズマエミッションモニタ２６の測定値に基づいて、薄膜５０の組成比をフィードバック制御しながら、成膜を行うことができる。このため、膜厚方向における組成比の変化がより高精度に制御された薄膜５０を形成することができる。 According to the sputtering apparatus 27 of the present embodiment, the multi-element thin film 50 can be formed simply by installing one target assembly 6 in the vacuum chamber 2 as in the first embodiment. Therefore, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.
Further, in the present embodiment, the film formation rate of the thin film 50 is feedback-controlled based on the measured values of the film thickness by the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d of the sputtering apparatus 27, and the measured values of the plasma emission monitor 26 are obtained. Based on this, film formation can be performed while the composition ratio of the thin film 50 is feedback controlled. For this reason, the thin film 50 in which the change in the composition ratio in the film thickness direction is controlled with higher accuracy can be formed.

なお、上記第１の実施形態の説明では、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの測定値に基づいて、成膜速度をフィードバック制御する場合の例で説明したが、成膜に使用する材料の被処理体３への成膜速度と、電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力電力の関係を、膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを用いて予め実験的に求めておき、このような出力電力と成膜速度との関係に基づいて、出力電力を変化させ、フィードバック制御なしで同様の成膜を行ってもよい。この場合、スパッタリング装置１におけるフィードバック制御部１３は、開ループの制御部に置き換えることができる。   In the description of the first embodiment, the example in the case where the film formation speed is feedback controlled based on the measurement values of the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d has been described. The relationship between the film forming speed of the target object 3 and the output power of the power supplies 10a, 10b, 10c, and 10d is experimentally obtained in advance using the film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d. Based on the relationship between the output power and the film formation speed, the output power may be changed and the same film formation may be performed without feedback control. In this case, the feedback control unit 13 in the sputtering apparatus 1 can be replaced with an open loop control unit.

また、上記各実施形態の説明では、薄膜５０として、Ｔｉ層Ｌ１とＴｉＮ層Ｌ３との間、ＴｉＮ層Ｌ３とＴｉＡｌＮ層Ｌ５との間に、それぞれ、傾斜的な組成調整を行って、ＴｉＮ傾斜層Ｌ２、ＴｉＡｌＮ傾斜層Ｌ４を形成して多層膜間に境界面のない混合薄膜を成膜する場合の例で説明したが、本発明の成膜装置および成膜方法では、組成比が一定の層膜の間は、傾斜的な組成調整に限らず、段階的に組成調整を行った混合薄膜を成膜することが可能である。 In the description of the above embodiments, it performed as a thin film 50, between the Ti layer L 1 and the TiN layer L 3, between the TiN layer L 3 and the TiAlN layer L 5, respectively, the graded composition adjustment In the film forming apparatus and the film forming method of the present invention, the TiN inclined layer L 2 and the TiAlN inclined layer L 4 are formed to form a mixed thin film having no interface between the multilayer films. Between the layer films having a constant composition ratio, it is possible to form a mixed thin film in which the composition is adjusted stepwise, without being limited to the gradient composition adjustment.

また、上記各実施形態の説明では、反応性ガスにN２ガス、不活性ガスにＡｒガス、ターゲット片として、Ｔｉ、Ａｌを用いた例で説明したが、これらは１例であって、反応性ガス、不活性ガス、ターゲット片の構成材料は、いずれも、目的の膜種、構成に応じて、適宜の材料に変更することが可能である。 Further, in the description of each of the above embodiments, N 2 gas is used as a reactive gas, Ar gas is used as an inert gas, and Ti and Al are used as target pieces. The constituent materials of the reactive gas, the inert gas, and the target piece can all be changed to appropriate materials according to the target film type and configuration.

また、上記各実施形態の説明では、ＤＣスパッタリング法に分類されるＤＣマグネトロンスパッタ法を採用した場合の例で説明したが、真空槽内で被処理体上に多元系の薄膜を成膜する適宜の成膜方法に適用することができる。例えば、ＲＦスパッタリング法、電子ビームを用いた真空蒸着法等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。   In the description of each of the above embodiments, an example in which a DC magnetron sputtering method classified as a DC sputtering method is employed has been described. However, a multi-element thin film is appropriately formed on a target object in a vacuum chamber. It can be applied to the film forming method. For example, the RF sputtering method, the vacuum vapor deposition method using an electron beam, and the like can be changed without departing from the spirit of the present invention.

また、上記第１および第３の実施形態の説明では、膜厚および成膜速度を測定または算出する手段として、水晶振動子型の膜厚モニタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを採用した場合の例で説明したが、他の膜厚測定手段や成膜速度測定手段を採用してもよい。例えば、光を透過できる成膜材料を用いる場合や、膜厚寸法が光を透過できる寸法である場合には、透過率測定型の膜厚モニタに変更することも可能である。   In the description of the first and third embodiments, an example in which crystal oscillator type film thickness monitors 12a, 12b, 12c, and 12d are employed as means for measuring or calculating the film thickness and the film forming speed. However, other film thickness measuring means and film forming speed measuring means may be employed. For example, when a film-forming material capable of transmitting light is used, or when the film thickness is a dimension capable of transmitting light, the film thickness monitor can be changed to a transmittance measuring type.

また、上記各実施形態の説明では、ターゲット組立体を等分割して、各ターゲット片の面積を等しくした場合の例で説明したが、各ターゲット片の面積が等しくない設定とすることも可能である。
例えば、多元系の混合薄膜において、主成分材料と添加成分材料とで、組成比率に差がある場合、ターゲット使用量に応じてターゲット片の面積を使用量に応じて設定すると、各ターゲット片の消費率が略等しくなるため、ターゲットの使用効率を向上することができる。 In the description of each of the above embodiments, the target assembly is equally divided and the areas of the target pieces are equal. However, the areas of the target pieces may be set to be equal. is there.
For example, in a multi-component mixed thin film, when there is a difference in composition ratio between the main component material and the additive component material, if the area of the target piece is set according to the usage amount, Since the consumption rate becomes substantially equal, the usage efficiency of the target can be improved.

また、上記各実施形態の説明では、ターゲット組立体を４等分割して、構成材料の異なる２種類のターゲット片を２個ずつ設けた場合の例で説明したが、ターゲット片の全数や構成材料ごとの個数は、これらの個数、数量比には限定されない。
例えば、ターゲット片の個数は、構成材料の種類ごとに変えることも可能である。
特に、多元系の混合薄膜において、主成分材料と添加成分材料とで、組成比率に差がある場合、ターゲット使用量に応じてターゲット片の個数を設定すると、ターゲット組立体内の構成材料ごとのターゲットの消費率が略等しくなるため、ターゲットの使用効率を向上することができる。
また、ターゲット組立体６の分割数を増やし、それぞれに対して電極や電源を設けることにより、ターゲット組立体６上の異なる種類のターゲット片を増やし、スパッタリング可能な構成材料の種類を増やすことができる。
この場合、各ターゲット片に対応する電極に対する電源の出力電力を調整することによって、より多くのターゲット片から、異なる構成材料を選択してスパッタリングを行うことができる。例えば、予めターゲット組立体６上に、種々の成膜に必要なすべての構成材料のターゲット片を設けておくことにより、薄膜の膜構成が代わっても、装置構成を変更することなく、異なる材質の成膜を続けて行うことができる。このため、多元系の薄膜の成膜を効率的かつ容易に行うことができる。 Further, in the description of each of the above embodiments, the target assembly is divided into four equal parts and two types of target pieces having different constituent materials are provided. However, the total number of target pieces and the constituent materials are described. The number of each is not limited to these numbers and quantity ratios.
For example, the number of target pieces can be changed for each type of constituent material.
In particular, in a multicomponent mixed thin film, if there is a difference in composition ratio between the main component material and the additive component material, setting the number of target pieces according to the amount of target used, the target for each constituent material in the target assembly As a result, the usage efficiency of the target can be improved.
Further, by increasing the number of divisions of the target assembly 6 and providing an electrode and a power source for each, it is possible to increase different types of target pieces on the target assembly 6 and increase the types of constituent materials that can be sputtered. .
In this case, by adjusting the output power of the power source with respect to the electrode corresponding to each target piece, it is possible to perform sputtering by selecting different constituent materials from a larger number of target pieces. For example, by providing target pieces of all the constituent materials necessary for various film formations on the target assembly 6 in advance, even if the thin film film configuration is changed, different materials can be used without changing the apparatus configuration. The film formation can be continued. Therefore, the multi-element thin film can be formed efficiently and easily.

また、上記の各実施形態の説明では、出力制御部が、ターゲット片からの原子または分子の放出量および成膜速度を測定または算出する場合と、放出量、組成比、および成膜速度を測定または算出する場合の例で説明したが、薄膜に要求される膜厚や組成比の精度に応じて、放出量、組成比、成膜速度のうち少なくともいずれかを測定または算出できればよい。
例えば、膜厚誤差の許容範囲が大きいが組成比を高精度にしたいような場合には、組成比を測定または算出できるようにしておき、膜厚や成膜速度を測定せず、成膜時間を管理して成膜を行うことができる。 In the description of each of the above embodiments, the output control unit measures or calculates the emission amount and film formation rate of atoms or molecules from the target piece, and measures the emission amount, composition ratio, and film formation rate. Alternatively, as described in the example of calculation, it is sufficient that at least one of the release amount, the composition ratio, and the film formation rate can be measured or calculated according to the accuracy of the film thickness and composition ratio required for the thin film.
For example, if the tolerance of film thickness error is large but the composition ratio needs to be highly accurate, the composition ratio can be measured or calculated, and the film formation time is not measured without measuring the film thickness or film formation speed. Can be formed.

また、上記の各実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり削除したりして実施することができる。   Moreover, all the components described in the above embodiments can be implemented by being appropriately combined or deleted within the scope of the technical idea of the present invention.

１、２５、２７ スパッタリング装置（成膜装置）
２ 真空槽
３ 被処理体
４ 被処理体支持部
５ 回転軸
６ ターゲット組立体
６Ａ、６Ｂ ターゲット対
６ａ、６ｂ Ｔｉターゲット片（ターゲット片）
６ｃ、６ｄ Ａｌターゲット片（ターゲット片）
７ バッキングプレート（共用部電極）
８ マグネットユニット
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 電極
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 電源
１１ａ Ｎ２ガス導入口
１１ｂ Ａｒガス導入口
１１ｃ 排気口
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 膜厚モニタ（出力制御部）
１３、１３Ａ、１３Ｂ フィードバック制御部（出力制御部）
１６ 内部胴型
２６ プラズマエミッションモニタ（出力制御部）
２６ａ、２６ｂ センサヘッド
５０ 薄膜
Ｌ１ Ｔｉ層
Ｌ２ ＴｉＮ傾斜層
Ｌ３ ＴｉＮ層
Ｌ４ ＴｉＡｌＮ傾斜層
Ｌ５ ＴｉＡｌＮ層 1, 25, 27 Sputtering device (film forming device)
2 Vacuum chamber 3 Object 4 Object to be processed support 5 Rotating shaft 6 Target assembly 6A, 6B Target pair 6a, 6b Ti target piece (target piece)
6c, 6d Al target piece (target piece)
7 Backing plate (common area electrode)
8 Magnet units 9a, 9b, 9c, 9d Electrodes 10a, 10b, 10c, 10d Power supply 11a N 2 gas introduction port 11b Ar gas introduction port 11c Exhaust ports 12a, 12b, 12c, 12d Film thickness monitor (output control unit)
13, 13A, 13B Feedback control unit (output control unit)
16 Internal body type 26 Plasma emission monitor (output control unit)
26a, 26b Sensor head 50 Thin film L 1 Ti layer L 2 TiN inclined layer L 3 TiN layer L 4 TiAlN inclined layer L 5 TiAlN layer

Claims (5)

真空槽内で被処理体上に多元系の薄膜を成膜する成膜方法であって、
構成元素あるいは組成が異なる２種類以上のターゲット片を有するターゲット組立体を、独立に出力調整可能な複数の電源の陰極に電気的に接続された共用部電極上に設置し、
前記２種類以上のターゲット片のそれぞれに対して電圧印加するため、前記複数の電源の陽極に個別の配線を介して電気的に接続された複数の電極を配置して、
前記複数の電源の各出力電力をそれぞれ０％〜１００％の範囲で個別に調整して、前記ターゲット片からの原子または分子の放出量を変化させて、前記被処理体上に多元系の薄膜を成膜する
ことを特徴とする成膜方法。 A film forming method for forming a multi-element thin film on an object to be processed in a vacuum chamber,
A target assembly having two or more types of target pieces having different constituent elements or compositions is placed on a common electrode electrically connected to the cathodes of a plurality of power sources capable of independently adjusting the output,
In order to apply a voltage to each of the two or more types of target pieces, a plurality of electrodes electrically connected to the anodes of the plurality of power sources via individual wirings are arranged,
The output power of each of the plurality of power supplies is individually adjusted in the range of 0% to 100%, and the amount of atoms or molecules emitted from the target piece is changed to form a multi-element thin film on the object to be processed. A film forming method characterized by forming a film. 前記ターゲット片からの原子または分子の放出量、組成、および成膜速度のうちの少なくとも１つを測定または算出し、この測定結果または算出結果に基づいて、前記複数の電源の前記出力電力を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。 Measure or calculate at least one of the emission amount, composition, and deposition rate of atoms or molecules from the target piece, and adjust the output power of the plurality of power supplies based on the measurement result or calculation result The film forming method according to claim 1, wherein: 真空槽内で被処理体上に多元系の薄膜を成膜する成膜装置であって、
構成元素あるいは組成が異なる２種類以上のターゲット片を配置してなるターゲット組立体と、
０％〜１００％の範囲で出力電力を独立に調整可能な複数の電源と、
該複数の電極の陰極に電気的に接続され、前記ターゲット組立体を保持する共用部電極と、
前記２種類以上のターゲット片の周囲に設置され、前記複数の電源の陽極に個別の配線を介して電気的に接続された複数の電極と、
を備えることを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a multi-element thin film on an object to be processed in a vacuum chamber,
A target assembly in which two or more types of target pieces having different constituent elements or compositions are arranged;
A plurality of power supplies capable of independently adjusting the output power in the range of 0% to 100%;
A common electrode that is electrically connected to the cathodes of the plurality of electrodes and holds the target assembly;
A plurality of electrodes installed around the two or more types of target pieces and electrically connected to anodes of the plurality of power sources via individual wires;
A film forming apparatus comprising: 前記ターゲット片からの原子または分子の放出量、組成、および成膜速度のうちの少なくとも１つを測定または算出し、この測定結果または算出結果に基づいて、前記複数の電源の前記出力電力を調整する出力制御部を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。 Measure or calculate at least one of the emission amount, composition, and deposition rate of atoms or molecules from the target piece, and adjust the output power of the plurality of power supplies based on the measurement result or calculation result The film forming apparatus according to claim 3, further comprising an output control unit that performs the operation. 前記ターゲット組立体は、
前記構成元素あるいは組成が同じ扇形状のターゲット片が径方向に対向するターゲット対が２以上設けられ、
前記複数の電極は、
前記扇形状のターゲット片の円弧部の周囲において、該円弧部に沿って湾曲された円弧状電極からなる
ことを特徴とする請求項３または４に記載の成膜装置。 The target assembly is
There are two or more target pairs in which the sector-shaped target pieces having the same constituent elements or compositions are radially opposed to each other,
The plurality of electrodes are:
5. The film forming apparatus according to claim 3, comprising an arc-shaped electrode that is curved along the arc portion around the arc portion of the fan-shaped target piece.
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