(57)【要約】【課題】装置構成を複雑にすることなく、チャンバ内に導入されるガスが相互に混合しにくい装置構成を提供すること。【解決手段】本発明における装置構成では、円筒状、或は同心状の回転型基板保持機構と、同じく同心状のシャッターユニットの間に反応性ガスを導入する。導入位置は成膜時にシャッターが閉口部となる位置である。これによって装置構成を複雑にすることなく、金属モードに近い状態でスパッタ粒子を基板に被着させることができるために薄膜堆積速度が速く、且つ、化学量論的に理論値に近い金属酸化物を効率良く作製することが可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状、或は同心状の回転型基板保持機構を有するスパッタ法を用いたスパッタ成膜装置において、
基板保持機構と同心状のシャッターユニットを有し、且つ、回転型基板保持機構とシャッターユニットの間に反応性ガスを導入することが可能であり、チャンバ内に導入された複数のガスが相互に混合しにくい構成としたことを特徴とするスパッタ成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状、或は同心状の回転型基板保持機構を有するスパッタ成膜装置において、スパッタリングガスと反応性ガスを空間的に分離し、成膜プロセスを安定化させつつ薄膜の堆積速度を上昇させるためのスパッタ成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１で示されるように、チャンバ内に導入される複数のガスが相互に混合しないようにチャンバ内に隔壁を設けることによって対処してきた。或は、スパッタプロセスゾーンではスパッタリングガスだけを導入してメタルモードで成膜粒子をスパッタして金属粒子を基板に被着させ、隔壁によって隔てられた酸化プロセスゾーンにおいてラジカル等の酸化剤を該基板に照射することによって金属粒子を酸化させる、つまり、スパッタプロセスゾーンと酸化プロセスゾーンを空間的に完全に独立させることによって対処してきた。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１８４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のスパッタ成膜技術では１回の成膜で作成できる基板の数が非常に限られており、結果としてコストが高くなっていた。
【０００５】
ところが、一般的な用途、例えばダイクロイックミラー等の光学薄膜の場合、コストは最優先される課題である。そこで、大面積のターゲットを使い、より広い領域で均質な膜を成膜することによってスループットを向上させることが求められてきた。基板の保持方法としては、カルーセル方式やインライン方式等の様々な形態が考えられる。
【０００６】
ところが、一般にターゲット上で被着される膜の量は均一ではない。これはターゲットのマグネットの強度や形状、成膜チャンバのプラズマパラメーター、導入されるガスの分圧や流量、種類等の様々な条件に依存して変化するためである。
【０００７】
そこで、最も薄膜堆積速度が大きい部分の被着量を減らすことによって全体的に薄膜堆積速度の分布を解消するための方法が試みられた。その方法として膜厚補正板や金属製のガイド棒を配置して調整する方法が挙げられる。これらは薄膜堆積速度の調整、及び均一化には効果を上げたが、薄膜堆積速度を落とすことによって均一化を図っているために、１回の成膜に必要な時間が長くなり、スループットが低下することは避けられなかった。従って、装置を大型化することなくスループットを向上させるためには薄膜堆積速度そのものを向上させる必要が生じる。
【０００８】
そのための解決手段の１つとして、メタルモードで成膜する方法が挙げられる。これは、従来の一般的な反応性スパッタにおいてはスパッタリングガスと反応性ガスを混合してターゲットに照射するために、ターゲットの金属表面ではスパッタ粒子によるスパッタリングと、反応性ガスによる金属表面の酸化が同時に進行しており、両者の平衡状態によって成膜が行われるためにスパッタリングガスのみを照射して成膜させる場合に比べて薄膜堆積速度が一桁程度小さくなってしまうからである。
【０００９】
一方、メタルモードで成膜して金属酸化物を生成させるためには何らかの方法で金属粒子を酸化させる必要があり、そのための方法の１つとしてターゲットの空間近傍にはスパッタリングガスのみが、それ以外の空間には反応性ガスのみが存在するようにチャンバ内に隔壁を設け、各々の仕切られた空間毎に排気機構等を配置してスパッタプロセスと酸化プロセスを完全に分離する方法が考案された。或は、同様の隔壁と排気機構を有しつつ、酸化プロセスにおいてはラジカルを基板に照射することによって同様の効果を得る方法も提案されている。
【００１０】
しかしながら、両者共に空間的にスパッタリングガスと反応性ガスを分離させるための隔壁が必要なこと、及びそれぞれの仕切られた空間毎に排気する機構が必要になるために装置構成が複雑になり易く、従って、装置コストが増大する点が問題であった。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑み、装置構成を複雑にすることなく、チャンバ内に導入されるガスが相互に混合しにくい装置構成を提供することを目的とする。つまり、円筒状、或は同心状の回転型基板保持機構を有するスパッタリング装置において、上記保持機構と同心のシャッター機構を有し、その開口部と閉口部を基板保持機構の回転方向と並行方向に回転させることによって成膜状態の開始・終了を規定する装置構成にする。成膜時においてはターゲットの前面に開口部が来るように回転させ、ターゲット近傍にはスパッタリングガスのみを照射する。同時に、シャッター閉口部近傍においては、回転型基板保持機構とシャッター機構の間に反応性ガスを導入することによって基板に反応性ガスを照射し、開口部で照射されて基板に被着した金属粒子と反応させる。
【００１２】
このような構成にすることによって、開口部で照射された金属粒子を直ちに酸化させることができるために化学量論的に理論値に近い組成の金属酸化物薄膜が得られる。従って、吸収が極めて少ない薄膜になる。尚且つ、チャンバ内を空間的に分割する隔壁機構や、それに伴う排気機構を必要としないために必要最小限の単純な装置構成で最大限の薄膜堆積速度を得ることが可能になり、スループットが上昇してコストの低下に繋がる。以上により、高品質の製品を低コストで生産することが可能になる
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明における装置構成では、円筒状、或は同心状の回転型基板保持機構と、同じく同心状のシャッターユニットの間に反応性ガスを導入する。導入位置は成膜時にシャッターが閉口部となる位置である。これによって装置構成を複雑にすることなく、金属モードに近い状態でスパッタ粒子を基板に被着させることができるために薄膜堆積速度が速く、且つ、化学量論的に理論値に近い金属酸化物を効率良く作製することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
スパッタガスのみをターゲットに照射し、反応性ガスをシャッターとカルーセル等の回転型基板保持機構との間に配置して基板に照射する。従って、従来の反応性スパッタ装置の構成を殆ど変えることなく、空間的にスパッタガスと反応性ガスを分離することが可能になる。このような条件下で成膜することによりスパッタ時はメタルモードで基板に金属粒子が被着する。従って、基板への被着速度が大きくなる。
【００１５】
又、基板は回転して直ちに反応性ガスが照射されることにより基板上の金属粒子が充分に酸化され、光学的ロスの少ない金属酸化物透明誘電体薄膜を得ることが可能になる。
【００１６】
以上から、光学特性が優れたダイクロイックフィルター等の光学薄膜を大量に低コストで得ることができる円筒状、或は同心状の基板ホルダと、同じく同心状のシャッターユニットの間に反応性ガスを導入する。導入位置は成膜時に閉口部となる位置である。これによって装置構成を複雑にすることなく、金属モードに近い状態でスパッタ粒子を基板に被着させることができるために薄膜堆積速度が速く、且つ、化学量論的な理論値に近い金属酸化物薄膜を効率良く作製することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は一実施形態による光学薄膜の成膜方法に用いる成膜装置を示すもので、これは図示しない真空ポンプによって排気される減圧チャンバ１、円筒状又は同心状の基板ホルダ２及びそれに対向して配設されたターゲット３、ターゲット３に高周波電圧と直流電圧を印加するＲＦ電源４及びＤＣ電源５、減圧チャンバ１内にスパッタリングガスであるアルゴンガスを導入するアルゴン導入ライン６と反応性ガスである酸素ガス、或はより活性なオゾンガスを導入する酸素導入ライン７を有し、ＲＦ電源４の高周波電圧はマッチングネットワーク４ａを経てターゲット３に印加され、ＤＣ電源５の直流電圧はローパスフィルタ５ａを経てターゲット３に印加される。
【００１９】
次に、基板Ｗ１ 上に酸化物薄膜を成膜する工程を説明する。
【００２０】
先ず、基板ホルダ２上に基板Ｗ１ を保持させ、減圧チャンバ１を所定の真空度に減圧した上で、アルゴン導入ライン６からアルゴンガス、酸素導入ライン７から酸素ガス或はオゾンガスを導入し、ターゲット３にＲＦ電源４の高周波電圧又はＤＣ電源５の直流電圧の少なくとも一方を印加して、所謂マグネトロンスパッタ放電によるプラズマ１を発生させる。ターゲット３は主としてアルゴンの正イオンによってスパッタされ、基板Ｗ１
に向かって放出される。その際、カルーセルシャッター内から噴出する酸素或はオゾンによって一部が酸化された状態で基板に被着し、その粒子の大半は金属粒子である。
【００２１】
次に、基板ホルダが回転してシャッター閉口部に設置された酸素導入ライン７から放出される、酸素やオゾン等の酸化活性種によって基板表面に被着した金属原子が酸化される。つまり、図２に示すシャッター開口部９でアルゴンガスによってスパッタされた金属粒子は、シャッター状の隣り合う閉口部１０内で照射される酸化活性種によって直ちに酸化され、化学量論的に理論値に近い金属酸化物が生成される。
【００２２】
基板ホルダの開口部は充分な速度をもって回転しているために、金属粒子の基板への被着と酸化活性種による酸化が直ちに行われる。即ち、金属粒子が基板に被着する過程においてはメタルモードによるスパッタのために基板への被着速度が極めて速く、且つ、シャッター内に配設された配管から導入された酸化活性種が直ちに酸化するため、基板に被着した金属粒子を充分に酸化することが可能となり、光学的ロスの極めて少ない金属酸化物透明誘電体薄膜を得ることができる。
【００２３】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
【００２４】
先ず、金属Ｔａ製の５×１５インチサイズのターゲットを用意する。次に、１０面体のカルーセル構造を持った基板ホルダを用意し、６０〜１００ｒｐｍ程度の回転数で回転させる。カルーセルの回転中心と同心のシャッターを用意する。これは一部が開口部に、一部が閉口部になっており、シャッターユニット自身がカルーセル回転方向、又は回転方向とは逆方向に回転することによって放電時の基板への粒子が被着するタイミングをコントロールできる。
【００２５】
又、スパッタガスであるアルゴンガスはターゲット近傍に照射し、酸化活性種である酸素ガスはシャッターとカルーセルの間で構成される空間に配置する。又、ターゲットにチタン等の反応性の高い物質を用いた場合は酸素を照射する前に基板上で金属元素として安定してしまう場合があるため、このような場合はより酸化能力の高いオゾンガスを用いることが望ましい。
【００２６】
このような構成にすることによってスパッタガスと、反応性ガスである酸素ガスを空間的にほぼ分離することが可能になる。これは一体化されたシャッターユニットがほぼ閉じた空間を構成していることによるものである。アルゴンガスと酸素ガスを同じ配管から導入して酸化物モードで放電させて基板への被着速度を測定した結果はターゲット中央部に面した基板ホルダの位置では０．１２ｎｍ／ｓｅｃであったのに対して、上記のようにアルゴンガスをターゲットに、酸素ガスをシャッター内で基板に向けて照射した場合の基板への被着速度は０．４１０ｎｍ／ｓｅｃとなり、約３．４倍の値を得ることができた。尚、どちらの光学薄膜も光学的なロスは１００ｎｍに換算して０．１０％以下であり、放送機器やダイクロイックフィルター等の一般的な光学用途に対しても充分な特性を有している。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、円筒状、或は同心状の回転型基板保持機構を有するスパッタ成膜装置に対して適用して、光学特性が優れたダイクロイックフィルター等の光学薄膜を大量に低コストで得ることができるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態による光学薄膜の製造方法に用いる成膜装置を説明する説明図である。
【図２】本発明の一実施形態によるシャッターユニット及び回転型基板保持機構を説明する図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    減圧チャンバ
２    基板ホルダ
３    ターゲット
４    ＲＦ電源
５    ＤＣ電源
６    Ａｒ導入ライン
７    Ｏ２ 導入ライン
８    シャッターユニット
９    シャッター開口部
１０  シャッター閉口部
【図１】
2005163133.tif 000003
【図２】
2005163133.tif 000004