(57)【要約】【課題】複数の材料の混合物から構成され、かつ、予め決められた屈折率を有する層を堆積させるための方法およびスパッタ堆積システムを提供する。【解決手段】スパッタ堆積システムは、単一のＤＣ電源によって電力が供給される、それぞれ異なる組成を有するターゲット材料からなる複数のターゲット陰極を備えている。複数の材料の混合物から構成される層を基板に堆積させるために、複数のターゲット陰極が共スパッタされる。層の複合屈折率は、複数のターゲット陰極の動作パラメータを調整することによって制御される。適切な動作パラメータには、陰極電力、陰極電圧、陰極電流、陰極サポートと基板の間の角度、および反応性ガスの流量がある。【選択図】図１
2008223140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の材料の混合物から構成され、かつ、予め決められた屈折率を有する層を堆積させるためのスパッタ堆積システムであって、
真空チャンバを備え、
直流（ＤＣ）電源を備え、
前記真空チャンバ内に基板を備え、
前記真空チャンバ内に複数のターゲット陰極を備え、個々のターゲット陰極が異なる組成を有するターゲット材料からなり、前記複数のターゲット陰極が前記ＤＣ電源によってのみ電力を供給され、かつ、前記複数のターゲット陰極が複数の材料の混合物から構成される層を前記基板に堆積させるために共スパッタされるように構成され、
前記層が前記予め決められた屈折率を有するように、前記複数のターゲット陰極の動作パラメータを調整するように構成されたコントローラを備えた、スパッタ堆積システム。
【請求項２】
個々のターゲット陰極が異なる屈折率を有するターゲット材料を含む、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項３】
前記ＤＣ電源が同一の陰極電圧を個々のターゲット陰極に同時に印加するように構成された、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項４】
前記ＤＣ電源がパルスＤＣ電源である、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項５】
前記基板が、前記基板を個々のターゲット陰極に一様に露出させるために移動するように構成された基板サポートの上に配置された、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項６】
前記動作パラメータが陰極電力、陰極電圧または陰極電流である、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項７】
前記複数のターゲット陰極が陰極サポートの上に配置され、前記動作パラメータが前記陰極サポートと前記基板の間の角度である、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項８】
反応性ガスを前記真空チャンバに導入するように構成されたガス供給システムをさらに備え、前記動作パラメータが前記反応性ガスの流量である、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項９】
反応性ガスを前記真空チャンバに導入するように構成されたガス供給システムをさらに備え、前記反応性ガスが酸素であり、前記複数のターゲット陰極が、タンタルを含む１つのターゲット陰極およびケイ素を含む１つのターゲット陰極からなる、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記層が均質な組成および単一の予め決められた屈折率を有するように、前記動作パラメータを実質的に一定の値を有するよう調整するように構成された、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項１１】
前記コントローラが、前記層が前記層の厚さに沿って複数の組成および複数の予め決められた屈折率を有するように、前記動作パラメータを複数の値を有するよう調整するように構成された、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項１２】
前記層の実際の屈折率を測定するように構成された楕円偏光計をさらに備え、前記コントローラが、前記動作パラメータを調整して、前記実際の屈折率が前記予め決められた屈折率に実質的に等しいことを保証するように構成された、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項１３】
前記動作パラメータの基準値を前記コントローラに提供するためのインタフェースをさらに備え、前記コントローラが、前記基準値を有するように前記動作パラメータを調整するように構成された、請求項１に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項１４】
前記インタフェースが、前記動作パラメータに対する屈折率の依存関係に基づいて前記動作パラメータの前記基準値を決定するように構成された、請求項１３に記載のスパッタ堆積システム。
【請求項１５】
複数の材料の混合物から構成され、かつ、予め決められた屈折率を有する層をスパッタ堆積システム内で堆積させるための方法であって、
真空チャンバを提供するステップと、
ＤＣ電源を提供するステップと、
基板を前記真空チャンバ内に提供するステップと、
複数のターゲット陰極を前記真空チャンバ内に提供するステップと、ここで個々のターゲット陰極が異なる組成を有するターゲット材料からなり、かつ、前記複数のターゲット陰極が前記ＤＣ電源によってのみ電力を供給されるものであり、
複数の材料の混合物から構成される層を前記基板に堆積させるために前記複数のターゲット陰極を共スパッタさせるステップと、
前記層が前記予め決められた屈折率を有するように、前記複数のターゲット陰極の動作パラメータを調整するステップと、を含む方法。
【請求項１６】
前記複数のターゲット陰極が、同一の陰極電圧を個々のターゲット陰極に同時に印加することによって共スパッタされる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板が基板サポートの上に配置され、前記基板を個々のターゲット陰極に一様に露出させるために前記基板サポートを移動させるステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記動作パラメータが陰極電力、陰極電圧または陰極電流である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数のターゲット陰極が陰極サポートの上に配置され、前記動作パラメータが前記陰極サポートと前記基板の間の角度である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
反応性ガスを前記真空チャンバに導入するステップをさらに含み、前記動作パラメータが前記反応性ガスの流量である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
反応性ガスを前記真空チャンバに導入するステップをさらに含み、前記反応性ガスが酸素であり、前記複数のターゲット陰極が、タンタルを含む１つのターゲット陰極およびケイ素を含む１つのターゲット陰極からなる、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記動作パラメータが、前記層が均質な組成および単一の予め決められた屈折率を有するように、実質的に一定の値を有するよう調整される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記動作パラメータが、前記層が前記層の厚さに沿って複数の組成および複数の予め決められた屈折率を有するように、複数の値を有するよう調整される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記動作パラメータが、前記層が前記層の厚さに沿って連続的に変化する複数の組成および複数の予め決められた屈折率を有するように、事実上連続する複数の値を有するよう調整される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記動作パラメータに対する屈折率の依存関係を提供するステップをさらに含み、前記動作パラメータが、前記層が前記予め決められた屈折率を有するように、前記依存関係に基づいて調整される、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜の堆積に関し、より詳細には複数の材料の混合物から構成され、かつ、予め決められた屈折率を有する層のスパッタ堆積に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタ堆積は、薄膜を堆積させるために広く使用されている技術である。典型的なスパッタ堆積システムでは、電源を使用して、以下陰極電圧という電圧がターゲット陰極に印加される。印加される陰極電圧によってスパッタ堆積システムの真空チャンバ内の不活性ガスの一部がイオン化し、プラズマが生成される。このプラズマには正に帯電したイオンが含まれており、これらのイオンが負に帯電したターゲット陰極に引き付けられ、ターゲット陰極に向かって加速する。正のイオンがターゲット陰極に衝突すると、ターゲット材料がターゲット陰極からスパッタされる。スパッタされたターゲット材料が層として基板に堆積する。
【０００３】
層として堆積させることができる材料の範囲を広くするために、酸素または窒素などの反応性ガスをスパッタ堆積システムの真空チャンバに導入することができる。このような反応性スパッタリング技術によって、反応性ガスとの化学反応によってターゲット材料から引き出される材料、たとえば酸化物または窒化物から構成される層が生成される。
【０００４】
オプティカル・コーティングおよび光フィルタなどの多くのアプリケーションの場合、１つまたは複数の予め決められた屈折率を有する薄膜が必要である。たとえば無反射コーティングの場合、界面における反射を最小にする値に可能な限り近い屈折率を持たせることが有利である。また、たとえばＲｕｇａｔｅノッチ・フィルタの場合、フィルタの厚さに沿って連続的に変化する複数の屈折率が必要である。このようなアプリケーションの場合、必要な屈折率は、通常のスパッタリング技術によって達成することができる屈折率の中間の屈折率であることがしばしばである。
【０００５】
単一のターゲット材料をスパッタさせる場合、このような中間屈折率を有する層を堆積させるために、次のようないくつかの手法を取ることができる。第１の手法では、たとえばＤｅｍａｒａｙ等に対する米国特許第６，５０６，２８９号およびＹｏｓｈｉｋａｗａ等に対する米国特許第６，６６６，９５８号に記載されているように、陰極電力または基板温度を調整し、それにより堆積する層の微細構造を変化させ、延いては屈折率を変化させることができる。第２の手法では、Ｄｅｍａｒａｙ等に対する米国特許第６，５０６，２８９号に記載されているように、たとえばドーピングによって単一ターゲット材料の組成を調整し、それにより堆積する層の組成を変化させ、延いてはその屈折率を変化させることができる。第３の手法では、単一のターゲット材料を反応性ガスが存在している状態でスパッタさせる場合、Ｄｅｍａｒａｙ等に対する米国特許第６，５０６，２８９号およびＹｏｓｈｉｋａｗａ等に対する米国特許第６，６６６，９５８号に記載されているように、反応性ガスの流量を調整し、それにより堆積する層の組成および屈折率を変化させることができる。第４の手法では、単一のターゲット材料を複数の反応性ガスの混合物が存在している状態でスパッタさせる場合、Ｋａｎａｚａｗａ等に対する米国特許第６，２１７，７１９号、Ｄｅｍａｒａｙ等に対する米国特許第６，５０６，２８９号およびＰｌａｃｉｄｏに対する国際特許出願ＷＯ１９９８／３７２５４号に記載されているように、反応性ガスの比率を調整し、それにより堆積する層の組成および屈折率を変化させることができる。
【０００６】
別法としては、異なる組成を有する複数のターゲット材料を同時にスパッタさせ、つまり共スパッタさせ、それにより複数の材料の混合物から構成される層を堆積させることも可能である。堆積する層の屈折率（堆積する層中の複数の材料の屈折率の複合である）は、堆積する層中の複数の材料の比率を調整することによって変化させることができる。
【０００７】
第１の共スパッタリング技術では、それぞれ異なる組成を有するターゲット材料からなる複数の領域を含んだ単一ターゲット陰極がスパッタされる。たとえば、Ｏｋｕｍｕｒａ等に対する米国特許第４，４６８，３１３号、Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ等に対する米国特許第４，５０５，７９８号およびＤｕｂｓに対する米国特許第６，６９２，６１８号に、この技術に対する変形形態が記載されている。しかしながら、この共スパッタリング技術には、多くの場合、複数のターゲット材料からなる単一のターゲット陰極の製造が困難であるかあるいは不可能である、という欠点がある。
【０００８】
第２の共スパッタリング技術では、それぞれ異なる組成を有するターゲット材料からなる複数のターゲット陰極が同時にスパッタされる。たとえば、Ｈｕｍｐｈｒｉｅｓに対する米国特許第３，５０２，５６２号、Ｗｒｉｇｈｔ等に対する米国特許第４，２５２，６２６号およびＴａｋａｈａｓｈｉに対する米国特許第６，８００，１８３号に、この技術に対する変形形態が記載されている。この共スパッタリング技術によれば、単一のターゲット材料からなる従来のターゲット陰極を使用して、複数の材料の混合物から構成される層を堆積させることができる。
【０００９】
それぞれ異なる組成を有するターゲット材料からなる複数のターゲット陰極を共スパッタさせる場合、堆積する層の組成および複合屈折率（composite refractive index）は、たとえば、Ｌｅｆｅｂｖｒｅ等に対する米国特許第５，２２５，０５７号、Ｍｉｙａｍｕｒａに対する米国特許出願第２００４／０１８２７０１号、およびarticle entitled「Cosputtered films of mixed TiO2/SiO2」by Laird and Belkind(Journal of Vacuum Science and Technology A、1992年、第10巻、1908〜191 2頁)に記載されているように、ターゲット陰極の各々に供給される陰極電力を個々に変化させることによって調整することができる。この手法には、ターゲット陰極の各々が個別の電源に接続されるスパッタ堆積システムが必要である、という欠点がある。
【００１０】
単一の交流（ＡＣ）電源を使用して、それぞれ異なる組成を有するターゲット材料からなる２つのターゲット電極をスパッタさせる場合、堆積する層の複合屈折率は、Ａｎｚａｋｉ等に対する米国特許第６，５８５，８７１号に記載されているように、ターゲット電極の両端間に印加されるＡＣ電圧を変化させることによって調整することができる。しかしながら、この手法の場合、一度にスパッタされるのは１つのターゲット電極のみであるため、層を堆積させることができる速度が比較的遅い。
【特許文献１】米国特許第６，５０６，２８９号
【特許文献２】米国特許第６，６６６，９５８号
【特許文献３】米国特許第６，２１７，７１９号
【特許文献４】国際特許出願ＷＯ１９９８／３７２５４号
【特許文献５】米国特許第４，４６８，３１３号
【特許文献６】米国特許第４，５０５，７９８号
【特許文献７】米国特許第６，６９２，６１８号
【特許文献８】米国特許第３，５０２，５６２号
【特許文献９】米国特許第４，２５２，６２６号
【特許文献１０】米国特許第６，８００，１８３号
【特許文献１１】米国特許第５，２２５，０５７号
【特許文献１２】米国特許出願第２００４／０１８２７０１号
【特許文献１３】米国特許第６，５８５，８７１号
【非特許文献１】article entitled「Cosputtered films of mixed TiO2/SiO2」by Laird and Belkind(Journal of Vacuum Science and Technology A、1992年、第10巻、1908〜1912頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、複数の材料の混合物から構成され、かつ、予め決められた屈折率を有する層を堆積させるための単純な方法およびスパッタ堆積システムを提供することによって従来技術の欠点を克服することである。本発明は、単一の直流（ＤＣ）電源を使用して、それぞれ異なる組成を有するターゲット材料からなる複数のターゲット陰極を動作させる利点を有している。単一のＤＣ電源の使用は、従来の複数の電源の使用に対して、著しく単純化されることを意味している。
【００１２】
また、本発明には、個々のターゲット陰極の動作パラメータを個々に調整することによってではなく、複数のターゲット陰極の動作パラメータを調整することによって、堆積する層の複合屈折率を制御することができることが認識されている。動作パラメータは、陰極電力、陰極電圧または陰極電流であってもよい。別法としては、動作パラメータは、陰極サポートと基板の間の角度または反応性ガスの流量であってもよい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
したがって、本発明は、複数の材料の混合物から構成され、かつ、予め決められた屈折率を有する層を堆積させるためのスパッタ堆積システムであって、真空チャンバを備え、ＤＣ電源を備え、真空チャンバ内に基板を備え、真空チャンバ内に複数のターゲット陰極を備え、個々のターゲット陰極が異なる組成を有するターゲット材料からなり、複数のターゲット陰極がＤＣ電源によってのみ電力を供給され、かつ、複数のターゲット陰極が複数の材料の混合物から構成される層を基板に堆積させるために共スパッタされるように構成されるものであり、および層が予め決められた屈折率を有するように、複数のターゲット陰極の動作パラメータを調整するように構成されたコントローラを備えたスパッタ堆積システムに関している。
【００１４】
本発明の他の態様は、複数の材料の混合物から構成され、かつ、予め決められた屈折率を有する層をスパッタ堆積システム内で堆積させるための方法であって、真空チャンバを提供するステップと、ＤＣ電源を提供するステップと、基板を真空チャンバ内に提供するステップと、複数のターゲット陰極を真空チャンバ内に提供するステップと、ここで個々のターゲット陰極が異なる組成を有するターゲット材料からなり、かつ、複数のターゲット陰極がＤＣ電源によってのみ電力を供給されるものであり、複数の材料の混合物から構成される層を基板に堆積させるために複数のターゲット陰極を共スパッタさせるステップと、層が予め決められた屈折率を有するように、複数のターゲット陰極の動作パラメータを調整するステップとを含む方法に関している。
【００１５】
本発明の他の態様は、複数の材料の混合物から構成され、かつ、複合屈折率を有する層を堆積させるためのスパッタ堆積システムであって、真空チャンバを備え、ＤＣ電源を備え、真空チャンバ内に基板を備え、真空チャンバ内に複数のターゲット陰極を備え、個々のターゲット陰極が異なる組成を有するターゲット材料からなり、複数のターゲット陰極がＤＣ電源によってのみ電力を供給され、かつ、複数のターゲット陰極が複数の材料の混合物から構成される層を基板に堆積させるために共スパッタされるように構成されるものであり、および層が複合屈折率を有するよう、複数のターゲット陰極の動作パラメータを調整するように構成されたコントローラを備えたスパッタ堆積システムに関している。
【００１６】
本発明の他の態様は、複数の材料の混合物から構成され、かつ、複合屈折率を有する層をスパッタ堆積システム内で堆積させるための方法であって、真空チャンバを提供するステップと、ＤＣ電源を提供するステップと、基板を真空チャンバ内に提供するステップと、複数のターゲット陰極を真空チャンバ内に提供するステップと、ここで個々のターゲット陰極が異なる組成を有するターゲット材料からなり、かつ、複数のターゲット陰極がＤＣ電源によってのみ電力を供給されるものであり、複数の材料の混合物から構成される層を基板に堆積させるために複数のターゲット陰極を共スパッタさせるステップと、層が複合屈折率を有するよう、複数のターゲット陰極の動作パラメータを調整するステップとを含む方法に関している。
【００１７】
以下、本発明について、本発明の好ましい例示的実施形態を示す添付の図面を参照してより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明によれば、複数の材料の混合物から構成され、かつ、予め決められた屈折率を有する層を堆積させるための方法およびスパッタ堆積システムが提供される。図１を参照すると、スパッタ堆積システム１００の好ましい実施形態は、基板１３０および陰極サポート１２０の上に配置された複数のターゲット陰極１１０および１１１を真空チャンバ１５０内に備えている。複数のターゲット陰極１１０および１１１は、単一のＤＣ電源１６０に接続されている。ガス供給システム１７０は、真空チャンバ１５０にガスを引き渡している。
【００１９】
ターゲット陰極１１０および１１１の各々は、異なる組成を有するターゲット材料からなっている。ターゲット陰極１１０および１１１の各々は、異なる屈折率を有するターゲット材料からなっていることが好ましい。ターゲット陰極１１０および１１１の各々の一方の末端表面は、導電性ターゲット材料からなっていることが好ましい。適切なターゲット材料には、チタン、ニオブ、タンタルおよびアルミニウムなどの金属元素、ケイ素およびゲルマニウムなどの半導体元素、ニオブ／タンタルなどの合金、および（Ｉｎ２Ｏ３）１−ｘ（ＳｎＯ２）ｘ（インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ））、Ｔａ２Ｏ５−ｘおよびＴｉＯ２−ｘなどの導電性酸化物がある。
【００２０】
ターゲット陰極１１０および１１１の側面には、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）などの電気絶縁材料がコーティングされていることが好ましい。本発明の譲受人に譲渡された、参照により本明細書に組み込まれている、Ｔｉｌｓｃｈ等に対する米国特許出願第２００６／００４９０４２号に、このような好ましいターゲット陰極１１０および１１１がさらに詳細に開示されている。図に示す実施形態は、２つのターゲット陰極１１０および１１１しか備えていないが、他の実施形態は、追加ターゲット陰極を備えることができる。
【００２１】
好ましい実施形態では、陰極サポート１２０の上に複数のターゲット陰極１１０および１１１が配置されており、陰極サポート１２０と基板１３０の間の角度は調整が可能である。陰極サポート１２０と基板１３０の間の角度を調整するためには、陰極サポート１２０を回転させることができることが好ましい。図に示す実施形態では、三角形の陰極サポート１２０の両面に２つのターゲット陰極１１０および１１１が配置されており、この三角形の陰極サポート１２０は、組み込まれている回転駆動機構によって三角形の中心を通る軸の周りに所望の角度まで回転させることができ、したがって２つのターゲット陰極１１０および１１１を基板１３０に対して正確に配置することができる。この実施例の場合、角度は、図１に示す陰極サポート１２０の中心位置に対する時計方向の角度として定義されている。本発明の譲受人に譲渡された、参照により本明細書に組み込まれている、Ｔｉｌｓｃｈ等に対する米国特許出願第２００６／００７０８７７号に、このような好ましい陰極サポート１２０がさらに詳細に開示されている。他の実施形態は、別の設計の陰極サポート１２０を備えることができる。
【００２２】
本発明の重要な特徴は、複数のターゲット陰極１１０および１１１がＤＣ電源１６０によってのみ電力供給されることである。複数のターゲット陰極１１０および１１１は、電気回路のＤＣ電源１６０の負のリード線に並列に接続されており、また、陽極は、電気回路の正のリード線に接続されている。したがってＤＣ電源１６０は、ケーブルのあらゆる損失を無視して、同一の陰極電圧をターゲット陰極１１０および１１１の各々に同時に印加している。
【００２３】
複数のターゲット陰極１１０および１１１は、陰極スイッチを介してＤＣ電源１６０に接続されることが好ましい。ＤＣ電源１６０からの負のリード線は、陰極スイッチの一方の側に接続され、また、複数のターゲット陰極１１０および１１１からのリード線は、陰極スイッチのもう一方の側に接続される。リード線とリード線の間のリレー・スイッチにより、ターゲット陰極１１０および１１１を電源１６０に接続することができる。したがって陰極スイッチは、任意の組合せのターゲット陰極１１０および１１１を電源１６０に接続するようにプログラムすることができる。別法としては、複数のターゲット陰極１１０および１１１を堅固な接続を介してＤＣ電源１６０に接続することも可能である。
【００２４】
ＤＣ電源１６０は、陰極電力、陰極電圧または陰極電流を調整するように制御することができる。好ましい実施形態では、ＤＣ電源１６０は、ターゲット陰極１１０および１１１に蓄積する電荷を抑制し、それによりアークの発生を防止するために、短時間の間、微小逆電圧を周期的に印加するパルスＤＣ電源１６０である。Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙが製造しているＰｉｎｎａｃｌｅ  Ｐｌｕｓ電源は、このような好ましいＤＣ電源１６０の一例である。
【００２５】
好ましい実施形態では、真空チャンバ１５０の壁は陽極として機能している。他の好ましい実施形態では、陽極は容器の形をしている。本発明の譲受人に譲渡された、参照により本明細書に組み込まれている、Ｏｃｋｅｎｆｕｓｓ等に対する米国特許出願第２００６／００４９０４１号に、このような好ましい陽極が開示されている。他の実施形態は、別の設計の陽極を備えることができる。
【００２６】
好ましい実施形態では、スパッタ堆積システム１００は、１つまたは複数のマス・フロー・コントローラを介して真空チャンバ１５０にガスまたはガス混合物を提供するガス供給システム１７０を備えている。通常、ガス供給システム１７０は、約２００ｓｃｃｍの典型的な流量でアルゴンなどの不活性ガスを真空チャンバ１５０に提供している。いくつかの実施例では、ガス供給システム１７０は、さらに、約１００ｓｃｃｍの典型的な流量で酸素または窒素などの反応性ガスを真空チャンバ１５０に導入している。ガス供給システム１７０は、反応性ガスの流量を調整するように制御することができることが好ましい。動作中の真空チャンバ内の総合圧力は、通常、約１×１０−４ないし５×１０−４Ｔｏｒｒである。
【００２７】
複数のターゲット陰極１１０および１１１に印加される陰極電圧によってガスまたはガス混合物がイオン化し、それによりプラズマが生成される。プラズマの正のイオンは、ターゲット陰極１１０および１１１に向かって加速し、ターゲット材料をスパッタリングする。スパッタ・ターゲット材料または反応性ガスとの化学反応によってスパッタ・ターゲット材料から引き出された材料が層として基板１３０に堆積する。基板１３０は、陰極サポート１２０に対向して真空チャンバ１５０内に配置されることが好ましい。図に示す実施形態は、１つの基板１３０しか備えていないが、他の実施形態は、追加基板を備えることができる。
【００２８】
好ましい実施形態では、基板１３０は、基板１３０を移動させ、基板１３０がターゲット陰極１１０および１１１の各々に一様に露出するにように構成された基板サポートの上に配置されている。遊星基板サポートの上に複数の基板１３０が配置されることが好ましい。Ｔｉｌｓｃｈ等に対する米国特許出願第２００６／００７０８７７号に、このような好ましい基板サポートがさらに詳細に開示されている。他の実施形態は、別の設計の基板サポートを備えることができる。たとえばいくつかの実施形態は、陰極サポート１２０と基板１３０の間の角度を調整するために回転させることができる基板サポートを備えることができる。
【００２９】
図２を参照すると、スパッタ堆積システム１００は、プログラム可能論理制御装置（ＰＬＣ）であることが好ましいコントローラ２８０を備えた制御システム２００を備えている。図に示す実施形態では、ＤＣ電源１６０、陰極サポート１２０およびガス供給システム１７０は、コントローラ２８０に接続されている。コントローラ２８０は、スパッタ堆積システム１００の他の電気機械システムに接続することも可能である。
【００３０】
コントローラ２８０は、基板１３０に堆積する層が予め決められた屈折率を有するよう、複数のターゲット陰極１１０および１１１の動作パラメータを調整するように構成されている。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、陰極電力、陰極電圧または陰極電流である。陰極サポート１２０を備えた他の実施形態では、動作パラメータは、陰極サポート１２０と基板１３０の間の角度である。ガス供給システム１７０を備えたさらに他の実施形態では、動作パラメータは、反応性ガスの流量である。いくつかの実施例では、これらの動作パラメータのうちの複数を調整して、堆積する層の複合屈折率を制御することができる。
【００３１】
スパッタ堆積システム１００は、堆積する層の実際の屈折率を測定するように構成された楕円偏光計を備えていることが好ましい。このような実施形態では、コントローラ２８０は、動作パラメータを調整して、実際の屈折率が予め決められた屈折率に実質的に等しいことを保証するように構成されている。
【００３２】
コントローラ２８０は、層が均質な組成および単一の予め決められた屈折率を有するよう、実質的に一定の値を有するように動作パラメータを調整し、あるいは層が層の厚さに沿って複数の組成および複数の予め決められた屈折率を有するよう、複数の値を有するように動作パラメータを調整するべく構成することができる。いくつかの実施例では、コントローラ２８０は、層が層の厚さに沿って連続的に変化する複数の組成および複数の予め決められた屈折率を有するよう、事実上連続する複数の値を有するように動作パラメータを調整するべく構成されている。
【００３３】
好ましい実施形態では、制御システム２００は、ヒューマン−マシン・インタフェース（ＨＭＩ）であることが好ましい、コントローラ２８０に動作パラメータの基準値を提供するためのインタフェース２９０を備えている。コントローラ２８０は、ＤＣ電源１６０、陰極サポート１２０またはガス供給システム１７０を管理し、基準値を有するように動作パラメータを調整する。
【００３４】
インタフェース２９０は、グラフィカル・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）を有するプログラムを備えたパーソナル・コンピュータであることが好ましい。このプログラムは、動作パラメータの基準値のユーザによる個々の入力あるいはシーケンスとしての入力を許容することができる。また、このプログラムは、スパッタ堆積システム１００の他の態様のユーザによる制御を許容することができることが好ましい。たとえば、このプログラムは、このような動作パラメータをモニタし、複数のターゲット陰極１１０および１１１をＤＣ電源１６０に接続するように陰極スイッチをプログラムし、堆積時間を入力し、また、ＤＣ電源１６０をターン・オンおよびターン・オフするためのユーザによるスパッタ堆積システム１００の他の電気機械システムの動作パラメータの設定を許容することができる。このようなコマンドは、手動で入力することも、あるいは予め決められたシーケンスに従って自動的に実行することも可能である。
【００３５】
いくつかの実施例では、インタフェース２９０は、さらに、動作パラメータに対する屈折率の依存関係に基づいて、予め決められた屈折率を達成するために必要な動作パラメータの基準値を決定するように構成されている。パーソナル・コンピュータ上のプログラムは、予め決められた屈折率または一連の予め決められた屈折率のユーザによる入力を許容することができることが好ましく、これらのユーザによる入力がプログラムによって動作パラメータの基準値または一連の基準値に変換される。
【００３６】
他の実施形態は、別のアーキテクチャの制御システム２００を備えることができる。たとえばいくつかの実施形態では、コントローラ２８０は、パーソナル・コンピュータにロードされたコントローラ・プログラムとしてインタフェース２９０と統合することができる。
【００３７】
当業者には明らかであるように、スパッタ堆積システム１００の他の実施形態は、異なる構造の特定のコンポーネントを有することができ、また、補足コンポーネントを備えることができる。
【００３８】
このようなスパッタ堆積システム１００の場合、本発明によって提供される方法に従って、複数の材料の混合物から構成され、かつ、予め決められた屈折率を有する層を堆積させることができる。
【００３９】
それぞれ異なる組成を有するターゲット材料からなる複数のターゲット陰極１１０および１１１が共スパッタされ、複数の材料の混合物から構成された層が基板１３０に堆積する。ユーザは、コントローラ２８０にコマンドを引き渡すインタフェース２９０を介して共スパッタリングを開始することが好ましい。コントローラ２８０は、次に、ターゲット陰極１１０および１１１の各々に同一の陰極電圧を印加するＤＣ電源１６０をターン・オンする。基板１３０は、基板１３０をターゲット陰極１１０および１１１の各々に一様に露出させるべく移動する基板サポートの上に配置されることが好ましい。
【００４０】
真空チャンバ１５０内に不活性ガスのみが存在する場合、基板１３０に堆積する層は、複数のターゲット材料の混合物から実質的に構成される。不活性ガスの他に反応性ガスが真空チャンバ１５０に導入されると、堆積する層は、ターゲット材料と反応性ガスの間の化学反応によって形成される複数の材料の混合物から実質的に構成される。たとえば、ケイ素からなるターゲット陰極１１０およびタンタルからなるターゲット陰極１１１が、反応性ガスとして酸素が存在している状態で共スパッタされると、堆積する層は、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の混合物から実質的に構成される。
【００４１】
堆積する層の屈折率は、堆積する層中の複数の材料の屈折率の複合である。したがって堆積する層の複合屈折率は、堆積する層中の複数のターゲット材料から引き出される異なる材料の相対量によって決まる。たとえば、堆積する、屈折率が約１．４８（４００ｎｍにおける）であるＳｉＯ２と屈折率が約２．２７（４００ｎｍにおける）であるＴａ２Ｏ５の混合物から実質的に構成される層は、これらの値の中間の複合屈折率を有することになる。
【００４２】
ターゲット陰極１１０および１１１からのターゲット材料のスパッタ率、およびそのスパッタ率に関連する、ターゲット材料から引き出される材料の基板１３０への堆積速度は、ターゲット材料およびプラズマの特性、ならびに複数のターゲット陰極１１０および１１１の動作パラメータを始めとする多くの要因によって影響される。したがって、複数のターゲット陰極１１０および１１１の動作パラメータを調整することにより、堆積する層中の個々のターゲット材料から引き出される複数の材料の相対量、延いては堆積する層の複合屈折率を制御することができる。
【００４３】
上で言及したように、適切な動作パラメータには、陰極電力、陰極電圧および陰極電流がある。ターゲット陰極１１０および１１１を陰極サポート１２０の上に配置する場合、動作パラメータは、陰極サポート１２０と基板１３０の間の角度であってもよい。反応性ガスを真空チャンバ１５０に導入する場合、動作パラメータは、反応性ガスの流量であってもよい。
【００４４】
いくつかの実施例では、動作パラメータは、均質な組成および単一の予め決められた屈折率を有する層が堆積するよう、堆積中における値が実質的に一定になるように調整される。動作パラメータの基準値は、動作パラメータの基準値をコントローラ２８０に伝達するインタフェース２９０を介してユーザによって提供されることが好ましい。コントローラ２８０は、ＤＣ電源１６０、陰極サポート１２０またはガス供給システム１７０を管理し、基準値を有するように動作パラメータを調整する。
【００４５】
たとえば、陰極電力を動作パラメータとして有する実施形態に基づいて、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の混合物から構成された層が、異なる設定値の陰極電力で、ケイ素からなるターゲット陰極１１０およびタンタルからなるターゲット陰極１１１の、反応性ガスとして酸素が存在している状態下での共スパッタリングによって堆積された。陰極サポート１２０は、図１に示す中心位置に維持され、酸素流量は１１０ｓｃｃｍに維持された。図３は、堆積した層の屈折率（４００ｎｍにおける）を陰極電力に対してプロットしたものである。Ｔａ２Ｏ５の堆積速度は、陰極電力が大きくなるにつれてＳｉＯ２の堆積速度より速くなり、堆積する層の複合屈折率が大きくなる。
【００４６】
また、たとえば、陰極サポート１２０と基板１３０の間の角度を動作パラメータとして有する実施形態に基づいて、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の混合物から構成された層が、図１に示す中心位置とは異なる陰極サポート１２０の角度で、ケイ素からなるターゲット陰極１１０およびタンタルからなるターゲット陰極１１１の、反応性ガスとして酸素が存在している状態下での共スパッタリングによって堆積された。陰極電力は８ｋＷに設定され、酸素流量は１１０ｓｃｃｍに維持された。図４は、堆積した層の屈折率（４００ｎｍにおける）を、陰極サポート１２０と基板１３０の間の角度に対してプロットしたものである。タンタルからなるターゲット陰極１１１の基板１３０に対する配向は、角度が大きくなるにつれて水平配向に近づき、一方、ケイ素からなるターゲット陰極１１０の基板１３０に対する配向は垂直配向に近づく。したがって、陰極サポート１２０の角度が大きくなると、Ｔａ２Ｏ５の堆積速度の方がＳｉＯ２の堆積速度より速くなり、堆積する層の複合屈折率が大きくなる。
【００４７】
また、たとえば、反応性ガスの流量を動作パラメータとして有する実施形態に基づいて、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の混合物から構成された層が、異なる酸素流量で、ケイ素からなるターゲット陰極１１０およびタンタルからなるターゲット陰極１１１の、反応性ガスとして酸素が存在している状態下での共スパッタリングによって堆積された。陰極電力は８ｋＷに設定され、陰極サポート１２０は、図１に示す中心位置に維持された。図５は、堆積した層の屈折率（４００ｎｍにおける）を酸素流量に対してプロットしたものである。酸素流量が増加すると、Ｔａ２Ｏ５の堆積速度の方がＳｉＯ２の堆積速度より遅くなり、堆積する層の複合屈折率が小さくなる。
【００４８】
別法としては、層の厚さに沿って複数の組成および複数の予め決められた屈折率を有する層が堆積するよう、堆積中に複数の値を有するように動作パラメータを調整することも可能である。動作パラメータの一連の基準値は、この一連の基準値をコントローラ２８０に伝達するインタフェース２９０を介してユーザによって提供されることが好ましい。コントローラ２８０は、ＤＣ電源１６０、陰極サポート１２０またはガス供給システム１７０を管理し、この一連の基準値を有するように動作パラメータを調整する。
【００４９】
たとえば、陰極電力を動作パラメータとして有する実施形態に基づいて、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の混合物から構成された層が、ケイ素からなるターゲット陰極１１０およびターゲット陰極１１１の、反応性ガスとして酸素が存在している状態下で、かつ、陰極電力が２つの設定値の間で交番している状態下での共スパッタリングによって堆積された。図６は、時間に対する陰極電力のプロットを示したものである。堆積した層は、それぞれ異なる比率のＳｉＯ２およびＴａ２Ｏ５からなる、層の厚さに沿って交番する２つの組成を有している。したがって堆積した層は、層の厚さに沿って交番する２つの複合屈折率を有している。図７は、ノッチ・フィルタとして作用させることができる堆積層の透過スペクトルを示したものである。
【００５０】
いくつかの実施例では、堆積する層が層の厚さに沿って連続的に変化する複数の組成および複数の予め決められた屈折率を有するよう、事実上連続する複数の値を有するように動作パラメータを調整することができる。たとえば、このような実施形態によれば、Ｒｕｇａｔｅノッチ・フィルタを製造することができる。
【００５１】
好ましい実施形態では、図３〜５のプロットで示すような、動作パラメータに対する屈折率の依存関係が提供され、層が予め決められた屈折率を有するよう、この依存関係に基づいて動作パラメータが調整される。予め決められた屈折率または一連の予め決められた屈折率を達成するために必要な動作パラメータの基準値または一連の基準値は、この依存関係に基づいて決定されることが好ましい。
【００５２】
別法としては、堆積する層の屈折率を楕円偏光計を使用してモニタすることも可能であり、また、制御ループを介して動作パラメータの基準値を決定し、それにより予め決められた屈折率を得ることも可能である。
【００５３】
当然、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、他の多くの実施形態を想定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】複数の材料の混合物から構成され、かつ、予め決められた屈折率を有する層を堆積させるためのスパッタ堆積システムを示す略図である。
【図２】複数の材料の混合物から構成され、かつ、予め決められた屈折率を有する層を堆積させるためのスパッタ堆積システムの制御システムのブロック図である。
【図３】ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の混合物から構成された堆積層の屈折率対陰極電力を示すグラフである。
【図４】ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の混合物から構成された堆積層の屈折率対陰極サポートと基板の間の角度を示すグラフである。
【図５】ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の混合物から構成された堆積層の屈折率対酸素流量を示すグラフである。
【図６】ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の混合物から構成された層を堆積させるための陰極電力対時間を示すグラフである。
【図７】ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の混合物から構成され、かつ、層の厚さに沿って交番する２つの複合屈折率を有する堆積層の透過スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１００  スパッタ堆積システム
１１０、１１１  ターゲット陰極
１２０  陰極サポート
１３０  基板
１５０  真空チャンバ
１６０  ＤＣ電源
１７０  ガス供給システム
２００  制御システム
２８０  コントローラ
２９０  インタフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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