(57)【要約】【課題】複数種類の薄膜を成膜可能なＥＣＲスパッタ装置の提供。【解決手段】電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成し、生成されたプラズマ中のイオン２１でターゲット１１Ａ，１１Ｂをスパッタリングして基板Ｓ上に多層膜を形成するＥＣＲスパッタ装置に関する。成膜室３内に複数のターゲット１１Ａ，１１Ｂを備え、多層膜の一方の層を成膜する場合にはターゲット１１ＡにＤＣバイアス電源１２Ａからのバイアス電圧を印加する。このとき、ターゲット１１Ｂのバイアス電圧はオフとされ、さらに、シャッタ２０が閉じられる。一方、他方の層を成膜する場合には、ターゲット１１Ｂにバイアス電圧を印加するとともに、ターゲット１１Ａに関してはバイアス電圧をオフにしてシャッタ２０を閉じる。このような動作を繰り返し行うことにより多層膜を形成する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成し、生成されたプラズマ中のイオンでターゲットをスパッタリングして基板上に複数種類の薄膜を成膜するＥＣＲスパッタ装置であって、
前記複数種類の薄膜に応じて設けられた複数のターゲットと、
前記複数のターゲットに個別にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、
前記薄膜を成膜する際に、当該薄膜に対して設けられたターゲットのみにバイアス電圧が印加されるように前記バイアス電源を制御する制御装置とを備え、前記制御装置により前記ターゲットに印加されるバイアス電圧を制御して、前記複数種類の薄膜から任意に選択された薄膜を成膜することを特徴とするＥＣＲスパッタ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＣＲスパッタ装置において、
前記バイアス電圧が印加されていないターゲットのスパッタ面を覆ってスパッタ粒子の入射を阻止する遮蔽手段を設けたことを特徴とするＥＣＲスパッタ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＥＣＲスパッタ装置を用いて基板上に多層膜を成膜する多層膜形成方法であって、
前記複数のターゲットに順にバイア電圧を印加して、前記多層膜を構成する各層を順に成膜することを特徴とする多層膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスクヘッド、光通信等に用いられる光学フィルター、ＭＲＡＭのセンスレイヤーおよび誘電体多層膜フィルター等の製造において、多層膜形成に使用されるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタ装置、およびその装置を用いた多層膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＣＲスパッタリング装置では、アルゴン雰囲気のプラズマ生成室内に磁場を形成するとともにマイクロ波導入窓からマイクロ波を導入することにより、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用してプラズマを生成する。そして、生成されたプラズマ中のアルゴンイオンをターゲットに入射させてスパッタ粒子を放出させ、このスパッタ粒子を基板上に堆積させることによりターゲット物質から成る薄膜を形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来のＥＣＲスパッタ装置では、１種類のターゲット電極を用いて１種類の薄膜層を成膜室内で成膜する構成であった。そのため、複数の薄膜層から成る多層膜を形成する場合には、例えば、インラインスパッタ装置のように膜の種類に応じたターゲットを備えた成膜室を複数設け、１層成膜する毎に基板を成膜室間で移送する必要があった。（例えば、特許文献２参照）。また、トランスファー室に複数の成膜室を接続し、１層成膜する毎にトランスファー室を介して成膜室間で基板を移送するようなマルチチャンバ構成も考えられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２１９４４５号公報
【特許文献２】
特開平６−１５８３０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の装置では多層膜の各層を成膜する度に基板搬送動作が必要なため、１００〜２００層以上から成る多層膜が必要とされる誘電体多層膜フィルターなどにおいては、成膜に寄与しない無駄な搬送時間が膨大になるという問題があった。また、膜種の数に応じて成膜室を設けなければ成らないため、スパッタ装置のコストが上昇し、装置専有面積が膨大になるという欠点があった。
【０００６】
本発明の目的は、複数種類の薄膜を成膜可能なＥＣＲスパッタ装置、およびその装置を用いた多層膜形成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明によるＥＣＲスパッタ装置は、電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成し、生成されたプラズマ中のイオンでターゲットをスパッタリングして基板上に複数種類の薄膜を成膜するものであって、複数種類の薄膜に応じて設けられた複数のターゲットと、複数のターゲットに個別にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、薄膜を成膜する際に、当該薄膜に対して設けられたターゲットのみにバイアス電圧が印加されるようにバイアス電源を制御する制御装置とを備え、制御装置によりターゲットに印加されるバイアス電圧を制御して、複数種類の薄膜から任意に選択された薄膜を成膜することにより上述の目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載のＥＣＲスパッタ装置において、バイアス電圧が印加されていないターゲットのスパッタ面を覆ってスパッタ粒子の入射を阻止する遮蔽手段を設けたものである。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載のＥＣＲスパッタ装置を用いて基板上に多層膜を成膜する多層膜形成方法であって、複数のターゲットに順にバイア電圧を印加して、多層膜を構成する各層を順に成膜することにより上述の目的を達成する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明によるＥＣＲスパッタ装置の一実施の形態を示す図である。ＥＣＲスパッタ装置１は、プラズマを生成するためのプラズマ生成室２と、成膜対象である基板Ｓが収容される成膜室３とを備えている。１５は装置全体の制御を行う制御装置である。プラズマ生成室２と成膜室３とはプラズマ引き出し開口４を介して連通しており、真空ポンプ１０により真空排気される。プラズマ生成室２の周囲には、磁場発生用の空芯コイル５が設けられている。コイル５はプラズマ生成室２内にＥＣＲ条件を満足する磁場（８７．５ｍＴ）を形成するとともに、プラズマを開口４を通して成膜室３に導くための発散磁界も形成する。
【０００９】
６はマイクロ波源であり、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。マイクロ波源６で生成したマイクロ波は導波管７によりプラズマ生成室２まで導かれ、プラズマ生成室２に設けられた石英ガラス製のマイクロ波導入窓８を通してプラズマ生成室２内に導入される。プラズマ生成室２は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波に対して空洞共振器として機能するように構成されている。９はプラズマ生成室２にプラズマ生成用のアルゴンガスを供給するガス供給装置である。
【００１０】
アルゴン雰囲気のプラズマ生成室２内に８７．５ｍＴの磁場を生成し、マイクロ波導入窓８から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入すると、ＥＣＲによってアルゴンガスがイオン化されて高密度なプラズマが生成される。プラズマ生成室２内のプラズマは、コイル５により形成された発散磁界の磁力線１３に沿って開口４から成膜室３に引き出される。このとき、成膜室３に引き出されたプラズマの分布は、開口４の中心軸Ｊに関してほぼ回転対称となっている。
【００１１】
図１に示したＥＣＲスパッタ装置１は、基板Ｓ上に２種類の層ａ，ｂを交互に成膜して多層膜を形成する場合の構成を示したものである。ａ層を形成する場合にはターゲット１１Ａを用いて成膜を行い、ｂ層を形成する場合にはターゲット１１Ｂを用いて成膜を行う。１２Ａ，１２ＢはＤＣバイアス電源であり、ＤＣバイアス電源１２Ａ，１２Ｂを電圧制御モードで動作させて、ターゲット１１Ａ，１１Ｂのそれぞれに独立してバイアス電位を印加する。ターゲット１１Ａ，１１Ｂへの印加電圧のオンオフは、スイッチＳＷａ，ＳＷｂのオンオフを制御装置１５で制御することによって行われる。
【００１２】
ＤＣバイアス電源１２Ａ，１２Ｂは電圧が可変な電源であり、ターゲット１１Ａ，１１Ｂに用いられるターゲット部材に応じてそれぞれ独立に電圧設定を行うことができる。ＤＣバイアス電源１２Ａ，１２Ｂとしてはアーキングの発生を低減する目的でパルス状のＤＣ電圧を発生するものが望ましいが、連続的に一定のＤＣ電圧を与えるものであっても良い。なお、ＤＣ電源は電圧制御モードで制御しても良いし、電流制御モードで制御しても良い。
【００１３】
基板Ｓは基板ステージ１４により保持されている。基板Ｓの前方にはシャッタ２３が設けられており、成膜時にはシャッタ２３が二点鎖線のように開かれ、非成膜時にはシャッタ２３が閉じられて成膜面が汚染されるのを防止する。シャッタ２３の開閉制御は制御装置１５により行われる。成膜時には、基板ステージ１４は開口４の中心軸Ｊを回転中心として基板Ｓを自転運動させたり、または、基板Ｓを軸Ｊの周りに公転させつつ自転運動させたりする。基板ステージ１４のこのような動作により、各ターゲット１１Ａ，１１Ｂから放出されたスパッタ粒子２２は基板Ｓ上に均一に堆積する。なお、基板Ｓの自転速度は、２０（ｒｐｍ）〜１０００（ｒｐｍ）程度に設定される。
【００１４】
図２はターゲット１１Ａ，１１Ｂの配置を示す図であり、ターゲット１１Ａ，１１Ｂを基板ステージ１４側から見た図である。矩形のターゲット１１Ａ，１１Ｂはそれぞれ２つずつ設けられていて、軸Ｊを中心とする回転対称な位置に交互に配設されている。これらのターゲット１１Ａ，１１Ｂは、ターゲット面が図１に示すように軸Ｊを中心軸とする仮想円錐面上にほぼ沿うように配設されている。
【００１５】
ターゲット１１Ａ，１１Ｂの数は基本的には１つずつあれば良いが、２つずつ、３つずつ、４つずつ、…、のように各ターゲット１１Ａ，１１Ｂの数を増やすことにより、スパッタ成膜の効率をより向上させることができる。すなわち、ターゲット１１Ａ，１１Ｂにより軸Ｊの周りを隙間なく囲むことにより、図１の磁力線１３に沿って引き出されたプラズマを有効に利用することが可能となる。なお、図１における軸Ｊとターゲット面との角度は、３０（ｄｅｇ）〜８０（ｄｅｇ）程度が適している。
【００１６】
図３はターゲット部分を詳細に示す図である。ターゲット１１Ａ，１１Ｂは、ターゲット部材１１１Ａ，１１１Ｂを除いて全く同一構成となっている。ターゲット部材１１１Ａ，１１１Ｂは成膜される層ａ，ｂに応じた材料が用いられ、それぞれに印加されるバイアス電圧もターゲット部材１１１Ａ，１１１Ｂに応じて最適電圧に設定される。ターゲット１１Ａ，１１Ｂには、開閉自在なシャッタ２０がそれぞれ設けられている。シャッタ２０を閉じるとターゲット部材１１１Ａ，１１１Ｂのターゲット面が覆われ、シャッタ２０を開くとターゲット面がプラズマに対して露出するようになっている。シャッタ２０の開閉制御は図１の制御装置１５により行われる。
【００１７】
ターゲット部材１１１Ａ，１１１Ｂは金属製のバッキングプレート１１２にボンディングされており、バイアス電源１２Ａ，１２Ｂによるバイアス電圧は各バッキングプレート１１２に印加される。バッキングプレート１１２の背面側には冷却ジャケット１１３が設けられており、冷却ジャケット１１３内を流れる冷却水によりターゲット部材１１１Ａ，１１１Ｂが冷却される。ターゲット部材１１１Ａ，１１１Ｂ、バッキングプレート１１２および冷却ジャケット１１３の側面側および背面側には、アースされたシールド１１４が設けられている。
【００１８】
図３では、ターゲット１１Ａによるａ層成膜時のシャッタ開閉状態およびバイアス電圧オンオフ状態を示している。成膜室３に引き出されたプラズマ中にはアルゴンイオン２１が含まれており、このアルゴンイオン２１はターゲット１１Ａ，に印加された負のバイアス電圧により加速されて、ターゲット部材１１１Ａの表面を衝撃する。この衝撃によってターゲット部材１１１Ａから原子や原子の固まりが弾性散乱され、基板Ｓ上に堆積する。その結果、基板Ｓにはａ層を構成する薄膜が形成される。
【００１９】
図４は、基板Ｓ上に薄膜層ａ，ｂを交互に積層する場合の成膜手順の一例を示す図である。この場合、まずａ層の成膜処理（Ｓ１０１，Ｓ１０２）を行い、次にｂ層の成膜処理（Ｓ１０３，Ｓ１０４）を行う。そして、ｂ層の成膜処理が終了したら、再びａ層、ｂ層の順に薄膜層を形成する。このような成膜をＮ回繰り返すことにより、ａ層、ｂ層を交互にＮ層ずつ形成した多層膜が基板Ｓ上に形成される。以下では、図４および３を参照して、成膜動作を説明する。
【００２０】
ステップＳ１００では、基板Ｓを成膜室３内に搬入して基板ステージ１４に装着する。この時点では、ターゲット１１Ａ，１１Ｂへのバイアス電圧はオフとされ、シャッタ２０および２３はいずれも閉状態とされている。次いで、ステップＳ１０１では、ターゲット１１Ａのターゲット面に付着している汚染物質を除去するために、ターゲット１１Ａのプレスパッタを行う。すなわち、ターゲット１１Ａのみのシャッタ２０を開くとともに、ターゲット１１Ａのバイアス電圧をオンにして、ターゲット面をアルゴンイオン２１によりスパッタする。このスパッタにより、ターゲット面に付着していた汚染物質が除去される。
【００２１】
ステップＳ１０１のプレスパッタが終了したならば、ステップＳ１０２へ進んで基板Ｓのシャッタ２３を開き、ターゲット１１Ａを用いたａ層の成膜を行う。ａ層成膜の際には、ターゲット１１Ｂのシャッタ２０は閉状態とされ、バイアス電圧もオフされる。シャッタ２０を閉じることにより、ターゲット１１Ｂのターゲット面がターゲット材料１１１Ａからのスパッタ粒子２２により汚染されるのが低減される。ａ層成膜に要する所定時間が経過したならば、シャッタ２３を閉じるとともにターゲット１１Ａのバイアス電圧をオフにする。ステップＳ１０３では、ターゲット１１Ｂのシャッタ２０を開くとともにターゲット１１Ｂのバイアス電圧をオンにして、ターゲット１１Ｂのプレスパッタを行う。
【００２２】
その後、ステップＳ１０３でシャッタ２３を開いてターゲット１１Ｂを用いたｂ層の成膜を行う。ｂ層成膜に要する所定時間が経過したならば、シャッタ２３を閉じるとともにターゲット１１Ｂのバイアス電圧をオフにする。ステップＳ１０５では、ａ層およびｂ層の各々に関してＮ層成膜されたか否かを判定する。ステップＳ１０５でＮ層成膜が完了していないと判定されるとステップＳ１０１へ進んみ、Ｎ層成膜が完了したと判定されるとステップＳ１０６へ進んで基板Ｓを成膜室３から搬出する。
【００２３】
（具体例）
光学フィルターに用いられる誘電体多層膜フィルターの例としては、Ｔａ２Ｏ５（ａ層）とＳｉＯ２（ｂ層）を交互に積層するものがある。この場合、ターゲット材料１１１ＡにはＴａが、ターゲット材料１１１ＢにはＳｉがそれぞれ用いられ、成膜室３内に反応性ガスＯ２が導入される反応性スパッタにより各酸化膜（Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２）を形成する。ＥＣＲスパッタの場合には基板近傍にも活性なプラズマが形成されるため、成膜反応が促進されて成膜効率が向上する。
【００２４】
［変形例］
合金薄膜の多層膜を形成する場合。例えば、ａ層およびｂ層からなる多層膜で、ａ層が物質ｍ１と物質ｍ２との合金薄膜、ｂ層が物質ｍ３と物質ｍ４との合金薄膜の場合を考える。図５は、この場合のターゲット配置を基板側から見た図である。ターゲット１１Ａは物質ｍ１をターゲット材料とし、ターゲット１１Ｂは物質ｍ２をターゲット材料とし、ターゲット１１Ｃは物質ｍ３をターゲット材料とし、ターゲット１１Ｄは物質ｍ４をターゲット材料とする。
【００２５】
ａ層を成膜する場合にはターゲット１１Ａおよび１１Ｂのみにバイアス電圧を印加し、使用しないターゲット１１Ｃ，１１Ｄに関してはバイアス電圧をオフにするとともにシャッタ２０を閉状態とする。一方、ｂ層を成膜する場合にはターゲット１１Ｃおよび１１Ｄのみにバイアス電圧を印加し、その他のターゲット１１Ａ，１１Ｂに関してはバイアス電圧をオフにするとともにシャッタ２０を閉状態とする。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態では成膜室３内に複数のターゲット１１Ａ，１１Ｂを設け、バイアス電源１２Ａ，１２Ｂによる印加電圧のオンオフを切り換えることにより、基板Ｓ上に成膜する薄膜の種類を任意に選択できるようにした。その結果、同一の成膜室３においてａ層およびｂ層を交互に形成することができ、従来のインラインスパッタ装置における、ａ層成膜室とｂ層成膜室との間の移送作業による無駄時間を解消することができる。また、一つの成膜室３しか必要としないので、装置コストの低減、および装置占有面積の低減を図ることができる。なお、成膜に用いられていないターゲットのシャッタ２０を閉じることにより、ターゲット面の汚染を低減することができ、汚染物の少ない薄膜を成膜することができるとともに、プレスパッタ時間の短縮を図ることができる。
【００２７】
なお、上述した実施の形態では、ターゲット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの配置を、軸Ｊに関して円錐状に配置したが、円筒状に配置しても良い。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＥＣＲスパッタ装置によれば、ターゲットに印加するバイアス電圧のオンオフを制御装置で制御することにより、複数種類の薄膜から任意のものを選んで基板上に成膜することができる。また、それらの薄膜を順に積層成膜することにより、多層膜をより短時間に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＥＣＲスパッタ装置の一実施の形態を示す図である。
【図２】ターゲット１１ａ，１１Ｂの配置を示す図である。
【図３】ターゲット部分を詳細に示す図である。
【図４】薄膜層ａ，ｂを交互に積層する場合の成膜手順の一例を示す図である。
【図５】変形例におけるターゲットの配置を示す図である。
【符号の説明】
１  ＥＣＲスパッタ装置
２  プラズマ生成室
３  成膜室
４  プラズマ引き出し開口
５  空芯コイル
６  マイクロ波源
８  マイクロ波導入窓
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ  ターゲット
１２Ａ，１２Ｂ  ＤＣバイアス電源
１４  基板ステージ
１５  制御装置
２０，２３  シャッタ
Ｓ  基板
【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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