(57)【要約】【課題】成膜速度が比較的速く、かつ、高エネルギー粒子によるダメージを軽減し、良好な光学的かつ電気的特性を持つ誘電体薄膜の製造方法及び製造装置を提供することを課題とする。【解決手段】誘電体薄膜の成膜領域と酸化領域とを有し、この成膜領域でカソード上に設けられたターゲットをスパッタリングして基板に薄膜を成膜した後、基板を移動させて上記酸化領域で酸化源により上記薄膜を酸化させて誘電体薄膜を製造する場合に、上記成膜領域を１つ以上設け、各成膜領域内で空間を隔てて互いに対向する１対のターゲットを配置し、この１対のターゲット間でスパッタリングして、上記空間の側方に配置した基板に誘電体薄膜を製造することにより、成膜速度が比較的速く、かつ、高エネルギー粒子によるダメージを軽減し、良好な光学的かつ電気的特性を持つ誘電体薄膜を提供することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体薄膜の成膜領域と酸化領域とを有し、この成膜領域でカソード上に設けられたターゲットをスパッタリングして基板に薄膜を成膜した後、基板を移動させて上記酸化領域で酸化源により上記薄膜を酸化させる誘電体薄膜の製造方法において、上記成膜領域を１つ以上設け、各成膜領域内で空間を隔てて互いに対向して配置された１対のターゲットを用いて、スパッタリングすることにより、上記空間の側方に配置した基板に誘電体薄膜を製造することを特徴とする誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２】
上記カソードによって、１対のターゲットの各々の表面に対して水平方向に磁界を発生させるとともに、各々の表面に１８０度位相のずれた交流電場を印加することにより、上記各々のターゲットで独立してマグネトロン放電を発生させることを特徴とする請求項１記載の誘電体薄膜の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の酸化源がマイクロ波励起プラズマにより発生させた酸素ラジカルを利用したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の誘電体薄膜の製造方法。
【請求項４】
誘電体薄膜の成膜領域と酸化領域とを備え、この成膜領域内に基板と、スパッタリングターゲットを有するカソードとを設け、この酸化領域に、上記基板上に形成された膜を酸化させる酸化源を設けた誘電体薄膜の製造装置において、上記成膜領域を１つ以上設け、各成膜領域内に空間を隔てて互いに対向するように配置した１対のターゲットと、この１対のターゲット間の空間の側方に基板が配置できるようにした基板ホルダーとを備えたことを特徴とする誘電体薄膜の製造装置。
【請求項５】
上記１対のターゲットの各々の表面でマグネトロン放電を発生させるために、磁界を発生させることができるカソードと、１対のターゲットの各々の表面に１８０度位相のずれた交流電場を印加して電界を発生させる交流電源を設けたことを特徴とする請求項４記載の誘電体薄膜の製造装置。
【請求項６】
請求項４記載の酸化源が酸素ラジカルを利用するために、マイクロ波励起プラズマの発生機構を備えたものであることを特徴とする請求項１または請求項４または請求項５記載の誘電体薄膜の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体薄膜の製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物薄膜等の誘電体薄膜を製造する方法として、活性ガスをスパッタリング空間に導入し、ターゲットから得られるスパッタ材料と上記活性ガスとを反応させて化合物膜を堆積させる反応性スパッタリングによる製造方法が知られている。
【０００３】
この反応性スパッタリングでは、通常、カソードが基板と対向して配置されているため、このカソード上に設けられているターゲットに対して、垂直方向に高エネルギーをもった粒子が多く分布している。この高エネルギー粒子が基板上に形成される誘電体薄膜にダメージを与えるという問題があった。
【０００４】
従来、この問題を解決するために、空間を隔てて互いに対向するように配置した１対のターゲットに対し、垂直方向に磁界を発生させてペニング放電させる対向ターゲット式スパッタリングによる製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この対向ターゲット式スパッタリングによれば、高エネルギーをもった粒子を上記垂直方向に発生した磁界により、１対のターゲット間に閉じ込めることができるので、この粒子が基板に入射することを防止することが可能になり、低ダメージな薄膜の製造が可能であった。
【０００６】
なお、通常のスパッタリングでは、スパッタガスとして不活性ガスのみを用いるが、上記反応性スパッタリングでは、スパッタガスとして不活性ガスに活性ガスを加え、ターゲットから飛び出してくる固体粒子と活性ガスとの反応物を成膜することを特徴とする。
【０００７】
酸化物薄膜の場合、スパッタガスに、活性ガスとして酸素ガスを同時に導入するため、ターゲット表面が酸化され、さらに防着板等にも誘電体薄膜が堆積することにより、異常アーク放電が頻繁に発生するおそれがある。
【０００８】
この異常アーク放電を解消するために、従来、上記対向する２つのターゲットに位相を１８０度ずらした交流電場を印加することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
ところで、上記酸化物薄膜の製造で導入する酸素ガスの酸化源として、イオンガンやＤＣプラズマ等の電極を利用した放電を用いた場合、未反応の酸化ガスがターゲット近傍に拡散してターゲット表面を酸化し、成膜速度を低下させる。
【００１０】
従来、このような不具合を解消するために、同一空間内に成膜領域と酸化領域を別々に設け、成膜領域で薄膜を成膜した後に基板を酸化領域に移動させて酸化させる方法が提案されている（例えば、特許文献３及び特許文献４参照。）。
【００１１】
この方法によれば、成膜の工程と酸化の工程が別々に行われるために、酸化ガスがターゲット表面を酸化することがなく、比較的速い速度で誘電体薄膜を製造することが可能である。
【００１２】
【特許文献１】
特公昭６２−５６５７５号公報（第３頁）
【００１３】
【特許文献２】
特開平１１−２９８６２号公報（第１頁）
【００１４】
【特許文献３】
特許第２６９５５１４号公報
【００１５】
【特許文献４】
特開平６−２９１３７５号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反応性スパッタリングのうち、上記対向ターゲット式スパッタリングによる製造方法では、ペニング放電により垂直方向に磁界を発生させて高エネルギーの粒子を閉じ込めなければならないため、成膜可能領域がペニング放電可能なターゲット間の距離に限定されたものになるという不都合があった。
【００１７】
また、異常アーク放電を解消するために、対向する２つのターゲットに位相を１８０度ずらした交流電場を印加する上記従来の方法では、例えばＴｉＯ２を製造する場合、アナタ−ゼ型に配向した結晶膜となるため、誘電体薄膜のうち、アモルファス構造が必要条件となる光学膜には不向きな方法であった。
【００１８】
異常アーク放電を防止するために、ターゲット表面が酸化されない程度に導入する酸素を減量した場合、成膜速度を高くすると肝心の基板に成膜される誘電体薄膜の酸化が不十分となり、例えばバンドパスフィルタやローパスフィルタなどの光学多層膜では特性の劣る膜が製造されるという問題があった。
【００１９】
一方、成膜領域と酸化領域を別々に設け、成膜領域で薄膜を成膜した後に、基板を酸化領域に移動させて酸化させる上記従来の誘電体膜の製造方法では、成膜領域におけるカソードが基板と対向して配置され、カソードから垂直方向に分布する高エネルギーの粒子によって、基板上に形成される薄膜にダメージを与えるという不都合があった。
【００２０】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、成膜速度が比較的速く、かつ、高エネルギー粒子によるダメージを軽減し、良好な光学的かつ電気的特性を持つ誘電体薄膜の製造方法及び製造装置を提供することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る誘電体薄膜の製造方法は、誘電体薄膜の成膜領域と酸化領域とを有し、この成膜領域でカソード上に設けられたターゲットをスパッタリングして基板に薄膜を成膜した後、基板を移動させて上記酸化領域で酸化源により上記薄膜を酸化させる誘電体薄膜の製造方法において、上記成膜領域を１つ以上設け、各成膜領域内で空間を隔てて互いに対向して配置された１対のターゲットを用いて、スパッタリングすることにより、上記空間の側方に配置した基板に誘電体薄膜を製造することを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、１つの基板に対する成膜工程と酸化工程を別々の領域で順次行う場合に、成膜領域において対向配置された１対のスパッタリングカソードを利用して効率よく誘電体薄膜を製造することができる。
【００２３】
また、上記１対のターゲットの各々の表面で発生した磁界と、この各々のターゲットの表面に交流電場を印加することにより発生する電界とを直交させることにより、各ターゲットで独立にマグネトロン放電を発生させることが可能になる。
【００２４】
さらに、上記ターゲット表面に印加する交流電場を１８０度位相をずらしたものにすることにより、基板以外に酸化された誘電体薄膜が付着して堆積することを防止し、その結果異常アーク放電の発生を解決することができる。
【００２５】
上記酸化源にエレクトロンサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマなどのマイクロ波励起プラズマにより発生させた酸素ラジカルを利用すれば、電極を利用せずに放電が可能となる。
【００２６】
なお、本発明に係る誘電体薄膜の製造装置は、上記１対のターゲットの各々の表面でマグネトロン放電を発生させるために、磁界を発生させることができるカソードと、１対のターゲットの各々の表面に１８０度位相のずれた交流電場を印加して電界を発生させる交流電源を設けたことを特徴とする。
【００２７】
上記製造装置には、上記１対のターゲットの各々の表面で発生した磁界との間でマグネトロン放電を発生させ、また異常アーク放電を防止するために、磁界を発生させることができるカソードと、１対のターゲットの各々の表面に１８０度位相のずれた交流電場を印加して電界を発生させる交流電源とを設けることが可能である。
【００２８】
また、誘電体薄膜を酸化する場合、酸素ラジカルを利用するために、上記酸素源としてエレクトロンサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマなどのマイクロ波励起プラズマの発生機構を備えたものを設けてもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明にかかる誘電体薄膜の製造装置の実施の形態の一例である。
【００３０】
１は本発明にかかる誘電体薄膜の製造装置の真空槽である。真空槽１は、排気管２により、真空排気される。
真空槽１の中央には、真空槽１の内壁と離間されて回転可能な筒状の基板ホルダー３が回転軸４によって支持されている。基板ホルダー３の外周には基板５が取り付けられている。
【００３１】
なお、本実施の形態では、基板ホルダー３は円筒形であるが、基板を平板状の基板ホルダーに取り付けてもよく、円筒形のものに限定されるものではない。
【００３２】
基板ホルダー３の表面と真空槽１の内壁との間の空間は、防着板６を隔てて成膜領域７と酸化領域８に分割されている。
【００３３】
本実施の形態では、成膜領域７を２つ設けた。各成膜領域７では、成膜領域７の内部にスパッタガスを導入するガス導入口９が設けられている。各成膜領域７の内部には、ターゲット１０を取り付けたカソード１１が対向するように１対配設されている。この１対のカソード１１には、各々内部に磁石（図示せず）が設けられ、対向する２つのターゲットに位相を１８０度ずらした交流電場を印加するための交流電源（図示せず）が接続されている。
【００３４】
従って、上記カソード１１に交流電場を印加すると、ターゲット１０の表面で各々独自にマグネトロン放電が発生するため、垂直方向に磁界を発生させてペニング放電させる従来の対向ターゲット式スパッタリングと異なり、成膜可能領域がターゲット１０間の距離に限定されることはなく、十分な成膜領域を確保することができる。
【００３５】
酸化領域８では、酸化領域８内に酸素を導入するために酸素導入口１２が設けられている。酸化領域８の内部には、磁気回路１３が設けられ、この磁気回路１３によってエレクトロンサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ等のマイクロ波励起プラズマを生じさせるために、マイクロ波導入窓１４を介して真空槽１の外部の導波管１５と真空槽１の内部のマイクロ波アンテナ１６とが接続されている。
【００３６】
従って、酸化源として電極を用いない放電が可能となるため、薄膜の酸化に際して、高エネルギーの粒子が加速されて基板５に入射し、ダメージを与えるという不都合は生じない。
【００３７】
【実施例】
以下、図１で説明した誘電体薄膜の製造装置を用いて具体的な実施例を説明する。
【００３８】
熱酸化膜を２０Å形成したＳｉウェハー基板及びガラス基板を基板ホルダー３に取り付け、真空槽１を５×１０−５Ｐａまで排気した。ガス導入口９からアルゴンガス５０ｓｃｃｍ、酸素導入口１２から酸素ガス２０ｓｃｃｍ＋アルゴンガス４０ｓｃｃｍをそれぞれ導入し、真空槽１内の圧力を０．５Ｐａとした。
【００３９】
基板ホルダー３を１２０ｒｐｍで回転させた後、マイクロ波アンテナ１６から２ｋＷのマイクロ波電力を印加すると同時に、５インチ×１８インチのＳｉターゲット１０を取り付けたカソード１１に２ｋＷ、４０ｋＨｚの交流電力を印加した。
【００４０】
上記基板が成膜領域７にある瞬間は基板上にほぼ金属状態のＳｉ薄膜が０．５ｎｍ成膜し、酸化領域８にある瞬間には基板上の薄膜が酸化される。
【００４１】
上記の方法で成膜したＳｉＯ２薄膜を分析したところ、吸収がほとんどない良好な光学薄膜をえることができた。
【００４２】
製造された上記ＳｉＯ２膜にＡｌ電極を加熱蒸着で形成し、Ｃ−Ｖ測定を行った。
【００４３】
熱酸化膜での結果と比較したところ、フラットバンドシフトは０．０４Ｖと良好な特性をえることができた。
【００４４】
次に、ガス導入口９から酸素ガス４０ｓｃｃｍ＋アルゴンガス４０ｓｃｃｍを導入し、酸化領域８では酸化源を動作させずに上記と同じ膜厚のＳｉＯ２膜を成膜したところ、光学特性については上記と同等の良好な特性がえられたが、フラットバンドシフトが０．１Ｖと増加した。
【００４５】
さらに、図２に示すように、図１の製造装置のターゲット１０を基板５と対向するように並列配置し、ガス導入口９から酸素ガス４０ｓｃｃｍ＋アルゴンガス４０ｓｃｃｍをそれぞれ導入し、酸化領域８では酸化源を動作させずに上記と同じ膜厚のＳｉＯ２膜を成膜した。
【００４６】
光学特性は上記と同等の良好な特性がえられたが、フラットバンドシフトは１．０Ｖと増加した。
【００４７】
以上、３つ方法で成膜したＳｉＯ２膜のフラットバンドシフトを膜厚に対してプロットした結果を図３に示す。
【００４８】
最初に行った本発明にかかる製造方法による成膜結果と、第２番目に行った「対向カソード＋反応性スパッタ」による成膜結果を比較すると、同一膜厚の場合、本発明のほうが優れた特性が得られた。
【００４９】
また、本発明では、成膜速度が速く、処理時間を短くすることが可能である。
【００５０】
なお、図２で示す「平行平板カソード＋反応性スパッタ」では、上記「対向カソード＋反応性スパッタ」よりも成膜速度が速いが、フラットバンドシフトが大きいため、下地に対するダメージが最も大きいことがわかる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、成膜領域と酸化領域を有し、かつ成膜領域において１対のスパッタリングカソードを対向配置しているため、成膜速度が比較的速く、かつ、高エネルギー粒子によるダメージを軽減し、良好な光学的かつ電気的特性を持つ誘電体薄膜を製造することが可能となる。
【００５２】
また、１対のターゲットの各々の表面でマグネトロン放電を発生させることができるため、成膜可能領域がターゲット間の距離に限定されず、十分な成膜領域を確保することが可能となる。
【００５３】
さらに、上記成膜領域において、１対のターゲットの各々の表面に１８０度位相のずれた交流電場を印加することにより、異常アーク放電を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるの誘電体薄膜の製造装置の構成図であり、ａ）は、この製造装置の上面図であり、ｂ）は、この製造装置の側面図である。
【図２】平行平板カソードを備えた従来の誘電体薄膜の製造装置の構成図であり、ａ）は、この製造装置の上面図であり、ｂ）は、この製造装置の側面図である。
【図３】ＳｉＯ２膜厚とフラットバンドシフトとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１    真空槽
２    排気管
３    基板ホルダー
４    回転軸
５    基板
６    防着板
７    成膜領域
８    酸化領域
９    ガス導入口
１０  ターゲット
１１  カソード
１２  酸素導入口
１３  磁気回路
１４  マイクロ波導入窓
１５  導波管
１６  マイクロ波アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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